付録２

個別試験結果と評価詳細
Web 用報告書

実施代表者

アジア航測株式会社

実証テーマ名：中間貯蔵施設の維持管理におけるＵＡＶ（ドローン）を用いた点検・監視の効率化手法実証
概要：
近年、インフラ施設等の維持管理における無人航空機（UAV：Unmanned Aerial
Vehicle、ドローン）の活用に対する期待が大きい。本実証事業では、中間貯蔵施設の安全で効率的な点検・監視や迅速な異常検知の実現に向け、①UAV を用いた施設の変状把握技術、②UAV を用いた施設の放射線計測技術、③取得した監視情報の管理・提供技術に関する実証試験を実施し、中間貯蔵施設の維持管理における UAV 活用の有効性や実用化に向けての課題を明らかにした。
実施内容：「①UAV を用いた施設の変状把握技術」では、土壌貯蔵施設が芝生等の植物で覆われることを想定し、植生被覆条件下でどの程度の規模や形態の変状の抽出が可能かについて検討を行った。また、地盤沈下を想定し、それを把握するための自動変状抽出を複数の方法で行い、精度比較を行うことで最適な適用条件について検討を行った。
「②UAV を用いた施設の放射線計測技術」では、将来の中間貯蔵施設の維持管理の一つ
として UAV による放射線測定を実施する場合を想定し、測定方法及び測定条件について検討を行った。
「③取得した監視情報の管理・提供技術」では、変状マップ、線量マップ、3D マップなど取得した 3 次元情報について、土壌貯蔵施設の維持管理や情報提供など施設の運用場面
での利活用を図るため、データ要件について検討し、点検・監視情報を扱う上での 3 次元
情報の利活用に関するとりまとめを実施した。
技術概要：「UAV を用いた施設の変状把握技術」では、昨年度と同様に計測データの二時期の差分量から変状抽出を行った。植生被覆条件下での変状抽出において、二時期比較用の変状前
データは、堰堤法面点群から推定した仮想平面を代用とした。地盤沈下の変状抽において、二時期比較用の変状後データは、数学的に作成した半楕円面の地盤沈下モデルを元の点群の標高値と足し合わせることで地盤沈下の模擬データを作成した。
「②UAV を用いた施設の放射線計測技術」では、昨年度用いた測定器に加え、マルチディテクターも導入し、信頼できる結果が得られる最適な測定条件を平常時と異常検出時に対して試験により把握した。ＵＡＶ放射線計測により、汚染源（例えば、施設外からの飛来物等の高線量物）位置の特定ができることを確認した。
「③取得した監視情報の管理・提供技術」では、サーバをクラウド環境に構築し、施設管理での効果的な運用に向けて、搭載すべき情報の表現方法、データ形式、必要と考えられるハードウェア要件を検討した。

1

付録2－1－1

実証試験の結果：
1. 施設の変状把握技術実証：
・植生被覆条件での変状抽出に関しては、通常の法面植生管理状態に近い草刈後（草丈約5cm）の点群を用いた変状抽出の有効性が確認できた。
「地形変化量 5cm・マス目大きさ5cm」の抽出条件で抽出精度（再現率）が 71.4%と最も高かった。
・地盤沈下の変状抽出に関しては、「地形変化量閾値が地盤沈下量の約 1/3、マス目大きさ25cm」の抽出条件で抽出精度（再現率）が最も高かった。
2. 施設の放射線計測技術実証：
・シングルディテクターは検出感度が高い、マルチディテクターは汚染源位置の特定がピンポイントで可能という特徴を確認した。また、両測定器の検量線を飛行高度毎に導出した。
・異常検出時を想定した試験を平面・斜面で行い、最適な計測高度、測定時間、線源強度として、3ｍ（平面）／5ｍ（斜面）、20 秒（シングル）／60 秒（マルチ）、10MBq 以上の条件で実施かつ検出可能であることを確認した。
3. 取得した監視情報の管理・提供技術実証：
・監視情報の管理・提供技術実証のために TerriaJS を用いて提供環境を構築した。
・提供環境を構築するにあたり、必要と考えられるハードウェア要件を検討し、管理者間での共有では RAM8GB 程度のハードウェア環境が必要なことが分かった。
技術等の評価：1. 施設の変状把握技術実証：植生の管理状況によって変状抽出精度は異なるが、通常の法面植生管理状態に近い草刈後（草丈約 5cm）の点群を用いた変状抽出の精度は良好であった。／地盤沈下に関しては、二時期差分点群を用いた変状抽出手法の有効性が確認できた。／現状ではコスト面の課題があるが、変状点検結果の正確性や再現性、安全面でUAV の利用は有効。
2. 施設の放射線計測技術実証： シングルおよびマルチディテクター検量線（機器換算係数）導出結果に基づき、測定結果を線量率で表すことが可能となった。／定点測定が目的の場合、検出感度の高いシングルディテクターは効率がよい。／汚染源位置の迅速な特定が目的の場合、ピンポイントかつリアルタイムで確認できるマルチディテクターが有効である。
3. 取得した監視上法の管理・提供技術実証：操作性については概ね良好な結果となり、現場との情報共有ツールとして有効であるとの意見を得た。／利用性については、項目名の日本語表示や各種機能の使用例の具備・拡充などが今後の課題としてあげられた。
作業員被ばく量評価：現地作業時間の軽減により、変状把握および線量測定ともに作業員の被ばく線量は低減された（線量測定では約 1/10 に低減）。
コスト評価（大熊 3 工区全体の年間コスト）：

歩掛り（大熊 3 工区全体の作業時間）：・変状把握：100〜150 万程度

・変状把握：7〜10 日程度

・線量測量：32 万程度

・線量測量：10 分程度

コスト評価条件：（変状把握）UAV 運行は 2 名体制で基準点測量は含まない。
（線量測量）UAV 運行は自動運転で離陸地点での監視員 1 名体制を想定。
安全性の評価：UAV の運行に係わる安全管理が必要となる。
試験場所（住所）：大熊 3 工区中間貯蔵施除去物保管場所と保管状況：

設（福島県双葉郡大熊町）

（対象外）

2

付録2－1－2

１．施設の変状把握技術実証（１）試験の準備
試験に仕様した UAV および搭載したセンサを表 1-1 に示す。
表 1-1

UAV 関連設備装置一覧

写真撮影用 UAV
機体
カメラ
Inspire2
X5s

レーザ計測用 UAV
機体
レーザスキャナ
X-F1-PRORIEGL VUX-1（２）実証試験：植生被覆条件下での変状抽出のための UAV 計測とデータ解析① UAV 計測の実施
レーザ計測の実施場所は、大熊 3 工区堰堤法面付近の 2 か所当初部、追加部（図 11）で実施した。また、レーザ計測は、植生密度の異なる条件として、2m 程度の灌木を含む植生未管理状態の草刈前と、通常の法面植生管理状態に近い草刈後（草丈約5cm）の 2 回実施した。草刈後の草は、法面に残置した状態、集積した状態の 2 パターンの状態を作成した。
残置
集積
集積

残置

図 1-1

レーザ計測箇所の状況（左：当初部・右：追加部）② 法面の凹凸状況等の確認・計測
GNSS 測量機器にて位置を計測するとともに凹凸等の大きさを測定し、レーザ計測データの解析結果の検証用データとした。確認された変状の位置を図 1-2 に示す。

106(1) 107(2)
108(3)

図 1-2

111(5)(13)

110(4)

101(9) 103(10)104(11) 105(12)当初部（左）と追加部（右）の変状確認位置3

付録2－1－3

③ レーザ点群のフィルタリング処理
レーザ計測で取得したレーザ点群より植生情報を取り除く作業（フィルタリング処理）を実施して、地形のデータのみとしたグラウンドデータを作成した。
断面位置(a)点群の反射強度表示（上面）
図 1-3(b)点群の分類別表示（断面）レーザ点群のフィルタリング処理④ 変状箇所の抽出解析
昨年度と同様な手法を用いて堰堤法面の点群データの二時期の差分量から変状抽出を行った。二時期比較用の堰堤法面の変状前データが存在しないため、堰堤法面の点群から推定した仮想平面を変状前データとして代用とした。仮想平面はロバスト推定の代表手法の RANSAC（Random Sample Consensus）を用いた。表 1-2 に変状抽出条件、及び抽出結果の評価（再現率）を示す。地形変化量閾値 5cm、マス目大きさ 5cmの条件での再現率が一番高かった。
表 1-2

植生被覆条件での変状抽出条件及び抽出結果の評価
レーザ点群データ

番号
1
2
3
4
5
6
7
8
9

計測領域

植生状態

当初部
当初部
当初部
追加部
追加部
追加部
当初部
当初部
当初部

草刈後
草刈後
草刈後
草刈後
草刈後
草刈後
草刈前
草刈前
草刈前

変状抽出条件
地形変化量
再現率
マス目大きさ
閾値
5cm
5cm
71.4%
8cm
5cm
48.9%
8cm
10cm
66.3%
5cm
5cm
65.5%
8cm
5cm
36.5%
8cm
10cm
59.2%
5cm
5cm
28.8%
8cm
5cm
21.6%
8cm
10cm
24.9%

図 1-4 に変状抽出結果の例を示す。
拡大図

拡大図

変状箇所

変状箇所

(a)地形変化量閾値超過点群
図 1-4(b)抽出された変状(緑)と参照形状(赤)

植生被覆条件での変状抽出結果の例
4

付録2－1－4

（２）実証試験：地盤沈下を把握するためのデータ解析① 地盤沈下の模擬データの作成
半楕円面の地盤沈下モデル（図 1-5）を数学的に作成し、元の点群の標高値と足し合わせることで作成した。
沈下量 3 パターン（深さ d=5cm、10cm、15cm）、面
積規模 3 パターン（半径 r=20m、10m、5m）の組合せで計 9 種類の地盤沈下の模擬データを作成した。

図 1-5

地盤沈下モデル② 変状箇所の抽出解析
変状抽出条件は、地形変化量閾値が地盤沈下量の 1/3 と 1/2、マス目大きさが 5cmと 25cm の組み合わせで複数のパターンについて検証した。表 1-3 に地盤沈下の抽出条件、及び抽出精度（再現率）の評価を示す。地盤沈下量が同じ地盤沈下モデルでは、
地形変化量閾値が小さいほど再現率が高く、また同じ地形変化量閾値の場合は、マス目の大きさが大きいほど再現率が高くなる傾向があった。地盤沈下の変状抽出結果の例を図 1-6 に示す。
表 1-3
番号

データ

1
2
3
4
5
6
7
8
9

レーザ点群
レーザ点群
レーザ点群
レーザ点群
レーザ点群
レーザ点群
レーザ点群
レーザ点群
レーザ点群

地盤沈下の変状抽出条件及び抽出結果の評価

変状抽出条件
地盤沈下量 地盤沈下面積 地盤沈下
地形変化量
マス目大きさ
（深さ）
（半径）
位置
閾値
5cm
20m
平地
0 1.65cm
5cm
5cm
10m
平地
0 1.65cm
25cm
5cm
5m
傾斜地
1 2.5cm
25cm
10cm
20m
平地
0 3.3cm
5cm
10cm
10m
平地
0 3.3cm
25cm
10cm
5m
傾斜地
1 5cm
25cm
15cm
20m
平地
0 4.95cm
5cm
15cm
10m
平地
0 4.95cm
25cm
15cm
5m
傾斜地
1 7.5cm
25cm(a)地形変化量閾値超過点群
図 1-6

再現率
89.2%
91.6%
74.6%
89.4%
91.4%
69.5%
90.4%
90.9%
74.5%

(b)抽出された変状(緑)と参照形状(赤)

地盤沈下の変状抽出結果の例⑥UAV による変状抽出の手順等を記した資料の作成
令和 2 年度・令和 3 年度に実施した UAV を用いた中間貯蔵施設の点検・監視に関する実証実験により得られた知見をもとに、今後の中間貯蔵施設の維持管理における適用条件について整理した。また、必要な機材とそのスペック、取得すべきデータの種類と精度、変状抽出のための解析手法の手順、留意事項についてとりまとめた。
5

付録2－1－5

（３）評価・検証① 変状抽出精度の検証
植生被覆条件での変状抽出の抽出率（再現率）に関しては、通常の法面植生管理状態に近い草刈後（草丈約 5cm）の点群を用いた変状抽出において、最も良い条件での抽出率が 71.4%と良好な結果が得られた。一方、植生未管理状態である草刈前の点群を用いた変状抽出では、最も良い条件での抽出率が 28.2%と低い値となった。これは、地面まで届くレーザ点群が少なく、地盤面の取得点群密度が少ないことと、取得した点群のフィルタリング処理で植生が完全に除去できないことに起因していると考えられる。
地盤沈下の変状抽出の抽出率（再現率）に関しては、最も良い条件での抽出率が 90%以上であることが確認できた。
② 作業員数、作業時間の検証とコスト評価
本実証の作業時間およびコストを目視点検と比較した結果、UAV を用いるよりも目視点検の方がコスト面では優れている結果となった（表 1-3）。しかし、変状の再現性
や位置の正確性、異常時点検の際の安全性、データの利活用などについては UAV が優れている。今後 UAV の完全自律飛行や処理の高速化、自動化により、安全かつ効率的な変状把握が可能になると考えられる。
表 1-3

作業時間・作業員数・コストの比較
1 回あたり点検方法
年間コスト（4 回）
時間
作業員数
コスト
UAV（レーザ） 44 時間 00 分
12 人日
414,000 円
1,656,000 円
目視
約 12 時間
2 人日
69,000 円
276,000 円（４）まとめ①植生被覆条件下での変状抽出では、通常の法面植生管理状態に近い草刈後（草丈
約 5cm）の点群を用いた条件での抽出精度（再現率）は 71.4%と良好な結果が得られた。法面の植生管理状況によって、植生の密度が異なることも考えられることから、今後は植生の管理状況に応じた試験の実施が望まれる。
表 1-4

本手法の適用条件（植生管理状況と変状形態）

変状規模等
規模：大
（すべき、掘り起こし、地盤沈下等）
植生管理状態草丈 5cm 程度〇（今回の草刈後に相当）
植生未管理〇（今回の草刈前に相当） （面的にまとまった変状に限る）

規模：小（ガリ侵食、小規模陥没など）〇
×②地盤沈下を把握するための変状抽出については、最も良い条件での抽出率が 90%以上となり、二時期差分データによる変状抽出手法は地盤沈下の把握にも有効であることが示された。
③人の巡回による目視と比較すると、目視巡回のほうがコスト面で優れているという結果となったが、一方で再現性や安全性、データの利活用の面では UAV が優れている。今後 UAV の自律飛行や処理の高速化、自動化を進めることで、安全かつ効率的な変状把握が可能になると考えられる。

6

付録2－1－6

２．施設の放射線計測技術実証（１）試験の目的
本技術実証試験では、将来の中間貯蔵施設の維持管理の一つとして UAV による放射線測定を実施する場合を想定し、地上測定との比較や、平常時及び局所的に線量が高い異常時（例えば、施設外からの飛来物等の高線量物）を想定し、標準線源を用いて、UAV 放射線測定における検出精度（計測値の精度、位置精度）について検討を行った。具体的には、昨年度より低空での計測、新たに導入したマルチディ
テクターと従来器との比較、両検出器のコリメーション（視野制限）範囲の検証を行った。
（２）実証試験① 試験区域の選定
予備試験と本試験を行う試験区域を以下の考えに基づき選定した。
施設の形状等の特徴や未除染箇所からの放射線影響低減を考慮し、土壌貯蔵施設
天端の覆土を行った平らな区域（天端の A 区域）、土壌貯蔵施設の堰堤の外側で傾斜を含む区域（法肩付近の B 区域）とした。

天端

法肩

A区域

B区域

図 2‑1 試験区域（大熊３工区土壌貯蔵施設）②予備試験①で選定した平らな区域（天端の A 区域）から１か所代表点を選び、現地でＵＡＶによる放射線測定を異なる高度と計測時間を設定し実施した。A 区域内では、検出器にコリメーション（視野制限）を施したシングルディテクターおよびマルチディテク
ターの 2 つの計測器を使用し、測定した。また、1m 高さでの地上測定（歩行調査）
を行い、UAV 放射線計測機の測定結果として得られる積分強度と比較する 2 つの計測器の検量線から、線量に換算した機器換算係数を各々導出した（図 2‑2 参照）。

7

付録2－1－7

図 2‑2 空間線量（1m 高さ）と積分強度（敷地境界除く）③土壌貯蔵施設の運用を想定した本試験
平常時を想定した試験（付加線源なし）、線量が高い異常時（例えば、施設外からの飛来物等の高線量物）を想定した試験（付加線源を飛行線直下に配置、1ｍずらして配置、2ｍずらして配置）を、平らな区域（天端の A 区域）においてシングルディ
テクターおよびマルチディテクターの 2 つの計測器を使用して実施し、各々の検出器に対して最適な計測高度・測定ピッチを検討した（図 2‑3 参照）。傾斜を含む区域（法肩付近の B 区域）についても、類似の条件で試験を行った。平面に異常箇所検出時を想定した試験条件と試験結果の一例を示す（図 2‑4、2‑5 参照）。
また、試験を通じて機器メンテナンス時間等の情報を取得し、1 日あたりの測定範
囲を把握した。これらから、土壌貯蔵施設での運用で想定される UAV 放射線測定が実用的なものであることを確認した。

図 2‑3 試験方法の概略図8

付録2－1－8

図 2‑4 異常検出を想定した試験区画（線源の直上を通る場合）

図 2‑5 線源の直上を通る高度 3ｍでの測定結果（上：シングル、下：マルチ）④UAV 放射線計測の手順等を記した資料の作成
令和 2 年・令和 3 年に実施した実証実験により得られた知見を踏まえ、空間線量率の週次測定の自動化や有事の際の面的測定による異常箇所確認手順を検討した。
ここでは、シングルディテクターを用いた面的測定について紹介する。
測定 1 箇所当たり移動位置決め時間含めて 40 秒とする。飛行時間を 8 分（480 秒）とすると、1 フライトで 12 箇所の測定が可能である。土壌貯蔵施設敷地内の面的測定を 30ｍピッチで測定を行うとした場合、20 フライトと導出される。よって、20 フ
ライト分の予備バッテリー数 40 個を用意するとし、ＵＡＶを用いた面的線量測定の手順を出発前の作業、離陸地点での作業、測定後の作業で作成した（図 2‑6 参照）。

4 フライト

図 2‑6 大熊③工区土壌貯蔵施設の面的測定箇所（30m ピッチ）9

付録2－1－9

4 フライトずつ 5 か所の離着陸地点で実施するとして、その移動時間も含め、離着
陸地点 1 箇所当たり 45 分で、4 時間 15 分となり、天候が良ければ、1 日で終了する
作業内容となる。
（３）評価・検証① 作業員数、作業時間の検証とコスト評価
大熊 3 工区土壌貯蔵施設を対象として年間の線量測定に要する作業員数は、歩行調査で 12 人･日/年、UAV 測定で 1 人･日/年、年間コストは歩行サーベイで年間469,100 円、UAV 測定で年間 40,000 円の費用がかかると試算された。このことか
ら、UAV 測定を用いることで 429,100 円の費用が削減できると考えられる（表 2‑5
参照）。
表 2-5

比較項目と前提条件

比較項目

前提条件
歩行

1 時間とする（徒歩による点検とし、歩行速度
2.5h/km。敷地面積約 15 万 m2 から、敷地周囲の歩行距離 1.5 ㎞。測定時間 5 分／箇所）

作業時間
UAV

10 分とする（自動運転を想定し、その起動・終了
作業に各 5 分）

作業員体制

歩行

2 名体制とする

UAV

遠隔での監視員 1 名体制とする

歩行

環境省の設計労務単価

作業指揮者・特殊除染作業員単価
34.900 円/日×0.14 日×2 人×48 週/年

コスト
UAV

操縦士（測量技師の単価を採用）
40,000 円/日×1/48 日×1 人×48 週/年（４）まとめ①線量の微小な増加を把握するには、低高度・長時間の測定が有効であった。墜落リスクから飛行高度は平場 3ｍ、斜面 5m が現実的であった。
②シングルディテクターは検出感度が高いため、測定箇所を決めて運用する場合に用いると効率的であった。マルチディテクターは汚染源位置の特定がピンポ
イントで可能なため、汚染源の位置が不明な場合に用いると有効であった。
③シングルディテクターは 10MBq 程度線量異常であれば測定位置の周囲１ｍの範囲で十分検知が可能であることを確認した。

10

付録2－1－10

３．取得した監視上法の管理・提供技術実証（１）試験の準備取得した監視情報の管理・提供技術実証のための準備として、これらの情報を提供するサーバをクラウド環境に構築した。
Webサーバストレージ

・観測写真
・変状時系列データ

データの閲覧
Cesium ion

・3D画像
・線量マップ

データ配信

ユーザ名・パスワードによる認証

Webサーバ
データの管理管理者

利用者

図 3-1 監視情報の管理・提供環境の概要（２）実証試験変状マップ、線量マップ、3D マップなど取得した 3 次元情報について、土壌貯蔵施設の維持管理や情報提供など施設の運用場面での利活用を図るため、データ要件を検討し、点検・監視情報を扱う上での 3 次元情報に関するとりまとめを実施した。
①

データ要件の検討
3 次元情報のデータ要件について整理した結果を表 3-1 に示す。変状位置・現地測定データなど 3D マップに重畳表示するデータは GeoJson、kml、CSV などのテキスト形式で情報を作成・保持することで重畳が容易と考えられる。この時、TerriaJS(の基盤となる CesiumJS)の制約事項として、単一テキストファイルのデー
タ容量が 20MB を超えると Web ブラウザが応答しなくなるため、長期間・広域のデータを描画する際は期間ごとまたは測定地点ごとに適切なファイル分割を行う必要
がある。
表 3-1
搭載データ

データ要件整理結果

データ形式

解像度

(参考)データ容量/制約

オルソ画像

GeoTiff

10cm

74.4MB

標高データ

GeoTiff

10cm

119.2MB

線量マップ

GeoTiff―

13.1MB

変状位置データ

GeoJson/kml

―

20KB

現地測定データ

CSV/kml―同上

3D モデル

3D Tiles

―

0.5MB

11

付録2－1－11

②

ハードウェア要件の検討
土壌貯蔵施設の監視情報の管理・提供環境のハードウェア要件について検討した。
Web アプリを介した提供環境であるため、サーバ側・クライアント側のスペックを変更し整理を行った。整理の結果、クライアント PC では 4GB、配信サーバは 8GBのメモリが必要であることが判明した。

（３）評価・検証
試作した 3D ビューアでの各種情報の見やすさ、使いやすさ、情報量等に関して、ユーザ（JESCO 技術課、センター職員を想定）からの 5 段階の評価と改善点について意見を聴取した。結果を表 3-2 に示す。操作性については概ね良好な結果となった。利用性は普通となった。主な意見して、日本語のユーザーインターフェースが具備されていないため、機能が分かりづらい、機能の利用方法が説明されておらず、使いづらいといった指摘があった。機能性は 3.3 と普通〜やや良いとなった。これは管理提供サイトの対象とするコンテンツが未確定の段階の評価であるが、基本機能としては現状のもので十分、という評価をいただいた。有効性では、施設の監視の観点からトレンド管理での活用に向け、変状箇所の全件掲載や現地写真、各種測定値の紐づけができること等、情報の詳細化が求められた。また、現場での利用を考慮して、通信コスト・通信環境の観点からの評価が必要であることが判明した。
表 3-2

ユーザのアンケート結果

確認観点

評価結果

操作性

3.75（普通〜やや良い）

利用性

3（普通）

機能性

3.5（普通〜やや良い）

有効性

3（普通）

（４）まとめ施設管理での効果的な運用に向けて、搭載すべき情報の表現方法、データ形式、実現
方法を昨年度の成果と併せて、検討した。また、提供環境を構築するにあたり、必要と考えられるハードウェア要件を検討し、クライアント PC では 4GB、配信サーバは 8GBのメモリが必要であることが判明した。
ユーザに試作サイトの各種情報についてアンケートを行い、今後の課題として施設管理での活用にむけて画面項目の日本語化・利用方法のナビゲーション、及び現場利用を考慮した通信環境に対する検証が必要であることが判明した。

12

付録2－1－12

実施代表者：株式会社大林組
実証テーマ名：溶融スラグの再生利用等技術の実証
概要：
双葉町仮設焼却第一施設および双葉町仮設灰処理第一施設（以下、「双葉町仮設処理第一施設」と記す）では、シャフト炉および表面溶融炉により除染廃棄物等やその焼却灰等が溶融処理され、安定した高品質の溶融スラグが生成されている。
本実証は、当該施設で生成される溶融スラグの再生利用を円滑に進めるため、利用用途（盛土材、路盤材、アスファルト舗装骨材、コンクリート骨材）に応じた再生利用品の安
全性、安定性を確認することを目的としている。今年度は、室内試験および試験施工を実
施した。

図1

双葉町仮設処理第一施設の概要

実施内容：
双葉町仮設処理第一施設で生成した溶融スラグの放射性物質濃度、重金属溶出量・含有量および物理性状を確認し、当該溶融スラグを配合した盛土、路盤、アスファルト舗装、
コンクリート供試体を作製して室内試験を実施するとともに、各種基準等と照らし合わせることで、各用途への適用性を評価した。室内試験結果にもとづいて試験盛土・アスフ
ァルト舗装道路の配合を決定し、技術実証フィールドにおいて試験施工および各種モニ
タリングを行うとともに、コンクリート供試体の屋外暴露試験を実施している。
技術概要：
室内試験は、試験施工に使用する材料を用い、昨年度の成果 1)にもとづいて試験項目等を選定し実施した。試験施工は、盛土・アスファルト道路を対象とし、表 1 に示す内容で実施した。コンクリートについては、供試体を技術実証フィールド内で屋外保管し、暴露試験を実施中であり、各種モニタリングも来年度まで継続して実施する予定である。
表 1 試験施工等の試験ケースと主な測定項目
対象

使用材料

主な測定項目供用時

 空間線量率
 浸出水の放射性物質濃度
 外観観察試験盛土②
 地表面変位
 空間線量率
舗装道路：アスファルト舗装、路盤
 表面形状、ひび割れ率、わだち掘れ（5 工区） ・表面溶融炉スラグ
量、路面粗さ試験、FWD たわみ測定：路盤
 浸透水の放射性物質濃度等
コンクリー ・シャフト炉スラグ
 圧縮強度、曲げ強度、中性化深さ等
ト供試体
・表面溶融炉スラグ
 表面状態観察
1)令和 2 年度除去土壌等の減容等技術実証事業（その 4）2)解体は令和 4 年度に実施する予定
試験盛土①・シャフト炉スラグ・除去土壌・表面溶融炉スラグ・除去土壌・シャフト炉スラグ

1
付録2－2－1

施工時・解体時 2)
 空間線量率
 作業員被ばく量 粉じん量実証試験の結果：
１．室内試験の結果
 溶融スラグの放射性物質濃度及び重金属等の溶出量、含有量を測定した。重金属等の溶出量、含有量は、環境安全品質（JIS A 5031、JIS A 5032）、土壌汚染対策法に基づく土壌溶出量基準、土壌含有量基準に適合していた。
 溶融スラグの含水比、粒度分布、締固め特性、pH などを確認した。
 溶融スラグの再生利用の用途として、盛土材、路盤材、アスファルト舗装骨材およびコンクリート骨材を選定し、JIS 規格や国土交通省共通仕様書、品質管理基準などを参考にして配合試験、基準試験を行った。その結果、各用途とも使用量などの配合等を調整することで、各種基準に適合する再生利用品を製造できることを確認した。得られた成果をもとに、試験施工やコンクリート屋外暴露試験に用いる配合を設定した。
２．試験施工等について
 技術実証フィールドにおいて、表 1（前掲）に示す試験ケース、測定方法で試験施工等を実施した。
 盛土および舗装道路は、国土交通省共通仕様書や関連仕様書に則って計画、施工を行うことで、所定の品質を確保できた。
 空間線量率や作業員被ばく量、粉じん濃度などのモニタリングを行い、盛土や舗装
道路の施工や供用における影響を確認した。
 コンクリート供試体の屋外暴露試験を開始し、材齢 28 日における圧縮強度等の品質を確認した。
３．今後の展開 今年度試験施工で構築した試験盛土、舗装道路のモニタリング、コンクリート供試
体に対する屋外暴露試験を継続する。試験盛土、舗装道路においては解体時のモニ
タリング等も行い、再生利用品の展開を視野に入れ、安全性・安定性を評価する。
減容等の評価：溶融スラグを配合した盛土材、路盤材、アスファルト舗装、コンクリートの材料としての適用性を確認できた。溶融スラグ再生利用先の拡大が期待できる。
作業員被ばく量評価：
放射性物質濃度が 3,000Bq/kg 程度の除去土壌、1,000Bq/kg 程度の溶融スラグを用いて実施した試験施工等を担当した作業員の一日当たり平均被ばく線量の最大値は、上限値として設定した 80μSv/d を大きく下回る 2.7μSv/d であり、被ばく線量は低い。
コスト評価※：盛土材製造 609 円/t 歩掛り作業人工、作業速度等）：880t/日
コスト評価条件：稼働日数 240 d/y×1y、処理数量 211,200t（除去土壌 105,600t、溶融
スラグ 105,600t）※令和 2 年度実証事業（その 2）の成果と同等と評価
作業における安全上の注意：溶融スラグには放射性物質が含まれるため保護具を着用試験場所（住所）：福島県双葉郡 除去物保管場所と保管状況：技術実証フィールドヤード
大熊町（技術実証フィールド）、 No.4 で試験盛土・舗装道路のモニタリング、コンクリ
双葉町、郡山市。千葉県佐倉市 ート供試体の屋外暴露試験を継続中。同フィールド内第二資材置場に大型土のうや土のう袋の荷姿で保管。

2
付録2－2－2

１．試験概要（１）試験の目的
双葉町仮設処理第一施設で生成される溶融スラグを対象に、再生利用品としての利用を円滑に進めるため、当該溶融スラグを実際に用いて、再生利用品としての製造方法や施工方法、品質管理方法を実証するとともに、施工中、供用中、解体時を通したサイクルでの安全性、安定性を評価することを目的として実施している。
（２）実施内容と成果目標
実施内容と成果目標を表 １-1 に示す。試験の手順（3 年の想定期間全体）を図１-1 に示す。今年度は、室内試験を行って溶融スラグや溶融スラグを配合した供試体の物理特性等を確認した。
試験結果にもとづいて試験盛土・舗装道路で試験する配合を設定し、試験施工を行った。施工時、供用時には空間線量率や作業員の被ばく量などのモニタリングを実施した。コンクリート
供試体についても室内試験結果にもと

図 １-1

試験の手順（3 年の想定）づいた配合で作製し、屋外に保管して屋外暴露試験を実施している。
表 １-1

実施内容と成果目標
供試
溶融スラグ

No

課題

実施内容

成果目標

1

溶融スラ
グの放射
性物質濃
度

サンプリング・測定
双葉町仮設処理第一施設取得データの活用

放 射 性 物質 濃度を踏まえた再生利用方法を提案

・シャフト炉・表面溶融炉・令和 2・3 年度(1・2 年目)
・技術実証フィールド

再生利用
が可能な
品目、適
切な配合
試験施工
等で採用
する配合

再生利用品に応じた基準試験（配合試験）、タン
クリーチング試験（溶出性確認）
再生利用品に応じた基準試験（配合試験）

・シャフト炉・表面溶融炉・令和 2 年度(1 年目)
・技術実証フィールド・東京都清瀬市 1)
・千葉県佐倉市・令和 3 年度(2 年目)
・技術実証フィールド・福島県双葉郡双葉町
・福島県郡山市
・千葉県佐倉市

再生利用
品の環境
安全性、
安定性
（耐久性）

試験施工時、供用時、解体時の空間線量率 、作業員被ばく量、浸出水の放射性物質濃度等モニ
タリング、道路の機能確
認試験、コンクリート供試
体屋外暴露試験各 種 再 生利 用品の材料としての適用性を評価
試験施工（盛土 、 舗 装 道路）、屋外暴露
試験用コンクリート供試体の配合確認
再生利用品を用いた盛土や舗装道路の環境 安 全 性や 安
定性、コンクリート供試体の耐
久性確認

2

3

4

・シャフト炉・表面溶融炉・シャフト炉・表面溶融炉実施時期・場所等

・令和 3～4 年度（2～3 年目）
・技術実証フィールド・千葉県佐倉市

1)当地では、放射性物質濃度が 100Bq/kg 未満の溶融スラグのみを試験に用いた

付録2－2－33

（３）対象とした溶融スラグ試験のためご提供いただいた溶融スラグおよび除去土壌の一覧を表 １-2 に示す。
表 １-2

ご提供いただいた溶融スラグ、除去土壌一覧表

名称

粒度
調整 1)

放射性物質
濃度(Bq/kg)

重量入手日

シャフト炉スラグ

あり

5302)

118t

10/12

シャフト炉スラグ

あり

2753)

12t

2/8

表面溶融炉スラグ

なし

9994)

123t

10/18

表面溶融炉スラグ

あり

1,0002)

930kg

10/8

除去土壌

―

3,0002)230t

10/14,15,191）整粒器による粒度調整

備考
双葉町仮設焼却第一施設
生成品
双葉町仮設焼却第一施設
生成品
双葉町仮設灰処理第一施設
生成品
双葉町仮設灰処理第一施設
生成品
20mm 分級装置通過品

2) 技術実証フィールド分析室 分析結果

3) 双葉町仮設焼却第一施設 分析結果 4) 双葉町仮設灰処理第一施設 分析結果

２．室内試験の方法と結果（１）溶融スラグの品質確認（ア）放射性物質濃度
シャフト炉スラグは 275、 530Bq/kg、表面溶融炉スラグは粒度調整の有無にかかわらず、1,000Bq/kg 程度の値を示した。試験 盛土に使用する除去 土壌は3,000Bq/kg 程度であった。
（イ）重金属溶出量・含有量
シャフト炉スラグ、表面溶融炉スラグともに環境安全品質基準（JIS A 5031、
JIS A 5032）、土壌汚染対策法にもとづく土壌溶出量基準、土壌含有量基準に適合していた。
（ウ）物理性状
粒度試験結果を図 ２-1 に示す。これらのスラグは、例えば JIS A 5032 で規定される単粒度溶融スラグ（SM-5）や溶融スラグ細骨材（FM-2.5）の粒径範囲には入っていなかったが、スラグ生成時の粒度調整や、粒径分布の異なる材料の混合などを実施できることから、活用用途に応じた粒径分布とすることは可能と考えられる。除去土壌は、細粒分（粒径 0.075mm 以下）が38.4%を占め、粒度分布か
らは中間土に分類されるものであった。その他、溶融スラグ単体のコンシステン
シー特性、締固め特性、強度特性（コーン指数、
CBR）、pH、透水係数を確
認した。
図 ２-1

溶融スラグおよび除去土壌の粒径加積曲線

付録2－2－4
4

（２）盛土材に関する試験①試験概要
除去土壌を土工材料として利用するための改良材として、溶融スラグの適用性を確認するため、除去土壌にシャフト炉スラグあるいは表面溶融炉スラグを混合して供試土を作製し、土質試験を実施した。その結果にもとづき、試験盛土の配合を選定した。試験は、土粒子の密度、含水比、粒度、コンシステンシー特性、締固め特性、強度特性（コーン指数、CBR）、pH、透水係数の各項目について実施した。
②試験結果
供試土の粒径加積曲線を図 ２-2 に、締固め曲線を図 ２-3 に示す。溶融スラグ添加量の増加に伴い最大乾燥密度が高くなっていることから、溶融スラグを配合する
ことで、より密実な盛土を構築できることを確認した。またコーン指数は、いずれも第二種発生土相当（800kN/m2 以上）、pH はいずれも 7.1～7.4 とほぼ中性を示していた。これらの結果などから、混合土（50%）を試験盛土の配合として選定した。
また、盛土材等の CBR 試験結果、透水係数試験結果を整理して図 ２-5、図 ２-4に示す。いずれの指標も、溶融スラグの種類による差は小さいこと、溶融スラグ混合率の増加に伴って両指標とも増加していることが確認できた。
注）試験ケース・・溶融スラグ:除去土壌＝1:3 (呼称 25%)、1:1 (同 50%) (いずれも乾土質量比）
シャフト炉スラグ（粒度調整あり）

2.0

シャフト炉スラグ（粒度調整あり）

表面溶融炉スラグ（粒度調整なし）

除去土壌

混合土（シャフト炉スラグ：25%)

混合土（表面溶融炉スラグ：25%）

混合土（シャフト炉スラグ：25%)

混合土（シャフト炉スラグ：50%）

混合土（表面溶融炉スラグ：50%）

表面溶融炉スラグ（粒度調整なし）

80

混合土（シャフト炉スラグ：50%）

1.8

混合土（表面溶融炉スラグ：25%）

乾燥密度(g/cm3)

超過質量百分率(%)

100

混合土（表面溶融炉スラグ：50%）

60
40
20
0

除去土壌

1.6

1.4

1.2

0.001

0.01

図 ２-2

0.1
1
粒径(mm)

10

0

100

10

図 ２-3

盛土材等の粒径加積曲線

40

40

50

盛土材等の締固め曲線

1.0E+00

シャフト炉スラグ
表面溶融炉スラグ

シャフト炉スラグ

1.0E-01

表面溶融炉スラグ

1.0E-02

透水係数 (m/s)

30

CBR （％)

2030
平均含水比(%)

20
10

1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
1.0E-070

1.0E-08

0

25

50

75

0

100

図 ２-5
（３）

盛土材等の CBR

25

50

75

100

溶融スラグ混合率(%)

溶融スラグ混合率(%)

図 ２-4

盛土材等の透水係数

路盤材に関する試験①試験概要
試験施工で採用する路盤材料の配合を決定するため、上層路盤を対象とした粒度調整工法（切込砕石 C-40、スクリーニングス、溶融スラグを用いた粒度調整砕石 M40）を想定し、材料試験、CBR 試験などの基準試験を行った。

付録2－2－55②試験結果選定した配合を表 ２-1 に示す。いずれの配合も上層路盤を対象とした粒度調整工法に必要とされる品質を有していたことから、同表の配合を試験施工に採用した。得られた締固め曲線および CBR－乾燥密度関係図の 1 例を図 ２-6 に示す。
表 ２-1

路盤材の配合一覧表
配合率（%）

使用する溶融スラグ

粗粒分

細粒分

切込砕石 C-40

スクリーニングス

溶融スラグ（置換率 1））

スラグなし

60

40

0

シャフト炉スラグ

60

040（100%）

表面溶融炉スラグ

60

10

30 (75%)

1) スラグ置換率(%)=（スラグ質量）／（スクリーニングス質量＋スラグ質量）×100 (%)

2.6

2.6
路盤材(表面溶融炉スラグ75%)

路盤材(表面溶融炉スラグ75%)

2.4

最大乾燥密度ρdmax=2.147(g/cm3)2.2

乾燥密度(g/cm3)

乾燥密度(g/cm3)

2.4

2.0

1.8

2.2

ρdmax×97%=2.083(g/cm3)

2.0

ρdmax×95%=2.040(g/cm3)

1.8

最適含水比
wopt=8.5(%)
1.6
0

2

4

6

8

10

12

14

修正 CBR(97)=110.6(%)

修正 CBR(95)=93.3(%)

1.6
0

50

含水比(%)

100

150

200

CBR(%)

図 ２-6 締固め曲線および CBR－乾燥密度関係（路盤材:表面溶融炉スラグ）（４）アスファルト舗装に関する試験①試験概要
試験施工で採用するアスファルト舗装の配合を確認するため、基準試験を行った。
表層は密粒度アスファルト、基層は粗粒度アスファルトとし、シャフト炉スラグの配合率を 0～15%の 4 レベル設定して試験した。
表 ２-2
項目
アスファルトの種類
混合物の種類

アスファルト舗装の仕様等
スラグ配合率１)

仕様等
ストレートアスファルト
粗粒度アスファルト混合物(20)0%、5%、10%、15%

密粒度アスファルト混合物(13)同上1） スラグ配合率＝（細骨材と置換したスラグの質量）／（全骨材質量）×100 (%)

付録2－2－66

②試験結果いずれの試験ケースも国土交通省土木工事共通仕様書に示された基準値に適合していた。この結果にもとづき、試験施工で採用する配合を選定した（後述）。マーシャル安定度およびフロー値の結果を図 ２-7、図 ２-8 に示す。
50
フロー値(1/100cm)

マーシャル安定度(kN)

12
10
8
6

▽下限（粗粒度、密粒度）

4
粗粒度
密粒度

2

5

図 ２-7

30
20

△下限（粗粒度、密粒度）

10
0

0
0

粗粒度
密粒度

▽上限（粗粒度、密粒度）

40

10
15
溶融スラグ配合率(%)

0

20

5

マーシャル安定度試験結果

1015
溶融スラグ配合率(%)

図 ２-8

20

フロー値試験結果（５）コンクリートに関する試験①試験概要
溶融スラグ配合の有無や種類の相違によるフレッシュコンクリートや硬化コンク
リートの物性への影響を確認するため、配合試験を行った。コンクリートの配合条件
は昨年度の実証事業と同条件とし（表 ２-3 参照）、今年度は、昨年度供試したシャ
フト炉スラグに加え表面溶融炉スラグも供試した。硬化コンクリート試験は、フレッシュコンクリートに関する試験結果をもとに配合を決定し実施した(表 ２-4 参照)。
表 ２-3
項目

コンクリートの配合条件

仕様等

備考

種別

普通コンクリート

目標圧縮強度

30N/mm2

水セメント比55%以下

目標スランプ8cm

規格値 8±2.5cm

空気量

4.5%

規格値 4.5±1.5%「JIS A 5031 一般廃棄物，下水汚泥又はそれらの焼却灰を 溶融固化したコンクリート用溶融スラグ骨材」 の規定を準用

表 ２-4
環境温度
（℃）
10℃
30℃

20

スラグの種類なし

硬化コンクリート試験の配合概要表
置換率(%)

W/C

s/a

単位水量 W(質量割合)(%)(%)(kg/m3)

配合数
該当欄の数

0

55

46

155

1)

50

55

46

165

表面溶融炉 1)

50

55

46

165

なし

0

55

46

155

1 ケース

シャフト炉

10℃：3
30℃：3
14

シャフト炉 1)

50

55

46

165

1 ケース

表面溶融炉 1)25, 50, 75, 100

52,55,58

46, 47165

6 ケース（注）他に各配合に適した添加剤の種類・量を添加
1) シャフト炉スラグ、表面溶融炉スラグとも「粒度調整あり」の試料を供試した。

付録2－2－77

合計

②試験結果（ア）溶融スラグの物理性状確認
JIS A 5031 を参考にして溶融スラグ骨材の物理性状を確認した結果を表 ２-5に示す。シャルト炉スラグ（粒度調整あり）は、粒形判定実積率以外は規格値を満足していた。粒形判定実積率は粒度調整方法の工夫などにより規格値に適合させられる可能性がある。表面溶融炉スラグ（粒度調整あり）は、すべての項目で規格値を満足していた。
表 ２-5

溶融スラグ物理性状確認試験結果
シャフト炉スラグ（粒度調整あり）

表面溶融炉スラグ（粒度調整あり）項目

単位

規格値 1)

細骨材の密度g/cm3

2.5 以上

2.70

OK

2.83

OK

吸水率

％

3.0 以下

0.37

OK

0.22

OK

骨材の微粒分量％

7.0 以下

0.9

OK

2.5

OK

粒形判定実積率

％

53 以上

49.1

NG

53.9

OK

％

10 以下

1.0

OK

0.6

OK

33.4

OK

35.4

OK

硫酸ナトリウムによる骨材の安定性

酸化カルシウム45.0 以下

銅スラグ細骨材の

全硫黄 2.0 以下

0.2

OK

0.0

OK

三酸化硫黄 0.5 以下

< 0.1

OK

< 0.1

OK

塩化物量 0.04 以下

0.002

OK

0.017

OK

％

金属鉄 1.0 以下

0.4

OK

< 0.3

OK

－

無害

無害

OK

無害

OK

膨張性

％

0

0 (膨張性なし)

OK0 (膨張性なし)

OK

ポップアウト確認－

ポップアウトなし

ポップアウトなし

OK

ポップアウトなし

OK

化学成分及び％塩化物分析（化学成分）
金属鉄の含有量
骨材のアルカリシリカ
反応性（化学法）

JIS A 5031

一般廃棄物，下水汚泥又はそれらの焼却灰を 溶融固化したコンクリート用溶融スラグ骨材（イ）フレッシュコンクリート、硬化コンクリートに関する試験
ブリーディング試験の結果、スラグを配合することでブリーディング量が増加する傾向が確認された。環境温度ごと(10、20、30℃)の強度試験結果を図 ２-9 に示す。相対的に、環境温度 20℃の強度発現が優れている傾向が確認された。
50

目標強度

材齢7日

材齢28日

材齢91日

40
圧縮強度（N/mm2）

1)

30
20
10
0

置換率0％
W/C＝55％シャフト炉スラグ 表面溶融炉スラグ
置換率50％
置換率50％
W/C＝55％
W/C＝55％
10℃

図 ２-9

置換率0％
W/C＝55％シャフト炉スラグ 表面溶融炉スラグ
置換率50％
置換率50％
W/C＝52％
W/C＝55％20℃

置換率0％W/C＝55％シャフト炉スラグ 表面溶融炉スラグ
置換率50％
置換率50％
W/C＝55％
W/C＝55％30℃

圧縮強度試験結果（圧縮強度、環境温度 10℃、20℃、30℃）

付録2－2－88

３． 試験施工の概要と結果（１）概要
室内試験で得られた結果をもとに試験施工で用いる配合を決定し、技術実証フィールド内実証ヤード No.4 で盛土、舗装道路の試験施工を行っている。また、外部試
験機関で作製したコンクリート供試体を技術実証フィールドに運搬、屋外保管し、屋
外暴露試験を実施している。
試験施工等の目的、実施内容、舗装道路の仕様および試験盛土および舗装道路の断面図、構造物等配置平面図をそれぞれ表 ３-1～表 ３-3、図 ３-2～図 ３-3 に示す。
表 ３-1

構造物等
盛土

舗装道路
コンクリート
供試体試験施工等の目的一覧表
目的個別共通
 長期的な盛土の安全性、安定性の評価
 構造物構築時・解体時の
 浸出水の放射性物質濃度等の評価
作業員被ばく量、粉じん発生量の評価 道路の耐久性の評価
 供用時の空間線量率の評（舗装道路構造設計手法の適用性評価）価 表流水・浸透水の放射性物質濃度、重金属濃度等の評価
 屋外暴露試験による供試体の耐久性の評価

表 ３-2

試験施工等の実施内容一覧表
主な測定項目

構造物等

使用材料

試験盛土①

・除去土壌
・シャフト炉スラグ

試験盛土②

・除去土壌
・表面溶融炉スラグ

舗装道路（5 工区）

・アスファルト舗装材
・路盤材
・シャフト炉スラグ
・表面溶融炉スラグ

コ ン ク リ ・シャフト炉スラグ
ー ト 供 試 ・表面溶融炉スラグ
体

供用時
・空間線量率・浸出水の放射性物質濃度、pH・外観観察
・形状、沈下量

施工・解体時・空間線量率
・作業員の
被ばく量
・粉じん量

・空間線量率・沈下量
・雨水表流水、浸透水の放射性物質濃度、pH、重金属濃度
・道路の促進載荷走行として、
概ね 2 か月に 1 回以下を測定：表面形状、ひび割れ率、
わだち掘れ量、路面粗さ、FWD たわみ測定
・外観観察
・強度試験
・中性化深さ測定

試験盛土では、スケルトンバケットを装着したバックホウで除去土壌と溶融スラグとを混合して盛土材を製造した。試験盛土は路体盛土を想定し、締固めは、①一層の仕上り厚を 30cm 以下、②締固め度 90%以上とした。１層ごとに「RI 計器を用いた盛土の締固め管理要領（案）」（国土交通省）にもとづいて締固め度を測定した。

付録2－2－9
9

2⼯区

舗装道路

1⼯区

16,00024,000

コンクリート
供試体置場

4,000

図 ３-2

試験盛土②

試験盛土断面図
6,000

1,000

4,000

1,000

路盤（t=100mm）
砕石層（集水層）
遮水シート等路床安定処理（t=1000mm）

構築物等配置平面図

図 ３-3
舗装道路断面図
表 ３-3 舗装道路試験の仕様一覧表（設計交通区分：N1）

表層 t=4cm
密粒度（13）基層 t=5cm
粗粒度（20）

路盤：t=10cm

1 工区

2 工区

3 工区
（対照区）

シャフト炉
配合率 1)10%
シャフト炉
配合率 10%
シャフト炉
表面溶融炉
置換率 1)100% 置換率 75%

基礎地盤
1)

図 ３-1
アスファルト舗装（t=90mm）

周回道路（敷鉄板敷設など）

工区 No.
アス
ファ
ルト
舗装

盛土材

12,50012,5005工区

試験盛土①42,00012,500

3工区

4工区

4,000

N

42,000

スラグ 0%
スラグ 0%
スラグ 0%

4 工区

5 工区

シャフト炉
配合率 15%
シャフト炉
配合率 15%
シャフト炉
表面溶融炉
置換率 100%
置換率 75%

現場 CBR8%以上（中性固化材による地盤改良）

配合率・置換率は、室内で実施する基準試験結果に基づき設定した。
配合率（%）＝（細骨材と置換したスラグの重量）／（全骨材質量）×100（%）
置換率（%）＝（スラグ重量）／（スクリーニングス＋スラグ重量）×100（%）（２）試験状況
構築物の状況を図 ３-4 に示す。1 年間のモニタリングで評価する計画としており、データを継続して収集中である。

（盛土材製造状況）（路盤構築完了）（敷均し状況）（アスファルト舗装道路
構築完了）
図 ３-4 構築物の設置状況写真10
付録2－2－10（盛土構築完了）（コンクリート供試体
保管状況）

（３）結果
①構築物の施工方法、品質
溶融スラグを用いた試験盛土、アスファルト舗装道路とも、国土交通省土木工事共通仕様書や各種関連基準類にしたがって施工することで、所定の品質の構造物を構築できることを確認できた。
②モニタリング結果の概要（ア）空間線量率、粉じん濃度技術実証フィールドヤード No.4 で測定した空間線量率および粉じん濃度を図３-5、図 ３-6 に示す。
放射性物質を含む溶融スラグや除去土壌を用いた試験盛土の施工に伴い、ヤード内の空間線量率も上昇したが、覆土の施工に伴い、その空間線量率も低下傾向を示している。
また、粉じん濃度は、盛土施工時には少し上昇したが、その値は、参考値と考えられる大気環境基準（浮遊粒子状物質）の 1/10 以下程度であった。
（イ）作業従事者の外部被ばく線量
外部被ばく線量測定結果を表 ３-4 に示す。試験盛土や舗装道路等の施工に伴う
外部被ばく量は、最大でも 263μSv/99 日＝2.7μSv/日であり、当地で上限値として設定した 80μSv/日注）を大幅に下回っていた。
注) 一労働日の被ばく線量上限値として設定されている「5 年で 100mSv」（国際放射線防護委員会（ICRP）の 2007 年勧告）を参考にした値。

（ウ）地震に伴う影響
維持管理期間中の令和 4 年 3 月 16日(水)23 時 36 分頃に発生した震度 6弱の地震に伴う試験盛土・舗装道路の変状は確認されなかった。
1.2

空間線量率(μSv/hr)

1.0
0.8

ヤードNo.4中央
試験盛土

試験盛土①着手
試験盛土②
着手

試験盛土完成（覆土完了）

0.6
0.4
0.2
0.0
10/1 10/21 11/10 11/30 12/20

1/9

1/29

2/18

3/10

日付

図 ３-6 粉じん濃度測定結果
図 ３-5 空間線量率測定結果
表 ３-4 作業担当者の外部被ばく線量（個人被ばく線量計、2021/7～2022/1）
従
事
者
A
B
C

合計（7～1 月度）
作業日数
（日）
33
70
15

被ばく線量
（μSv）
54.9
151.3
19.7

担当
現場管理
現場管理
土質試験

従
事
者
D
E
F
G

合計（7～1 月度）
作業日数
(日)
99
84
80
81

11
付録2－2－11

被ばく線量
（μSv）
263.1
223.8
223.6
236.5

担当
・準備工
・試験盛土
・舗装道路
等

（エ）舗装道路の機能確認試験結果
舗装道路の耐久性等の品質を確認するため、ダンプトラック（総重量約 20t）を 2
か月に 1 回程度の頻度で 365 周走行し（「促進載荷試験」という）、およそ 1 年間の期間でひび割れ率などの変化を確認する計画としている。今年度は、舗装道路施工後（初期値）および促進載荷試験 1 回目の後に機能確認試験を行った。その結果の中からわだち掘れの測定結果を示す（図 ３-7 参照）。わだち掘れ量はダンプトラック
20

区で同様の傾向（わずかな

15

1工区

久性等の評価を行ってい

2工区

3工区

4工区

6.0m

4.0m

2.0m

6.0m

4.0m

2.0m

6.0m

4.0m

2.0m

6.0m

4.0m

0

2.0m

試験を行い、舗装道路の耐
く。

5

2.0m

も促進載荷試験、機能確認

第一回
載荷試験後

10

6.0m

増加）が確認された。今後

載荷
試験前

4.0m

わだち掘れ量(mm)の走行によりすべての工

5工区

測定位置

図 ３-7

わだち掘れ量測定状況・結果

４．まとめと今後の課題（１）まとめ 溶融スラグの重金属溶出量、含有量は、環境安全品質（JIS A 5031、JIS A 5032）および土壌汚染対策法に基づく溶出量基準、含有量基準に適合していた。
 盛土材の室内試験結果より、溶融スラグの配合量が多いほど密実な盛土を構築できることを確認した。試験盛土では、両溶融スラグとも混合土（50%）を採用した。
 路盤材の室内試験結果より、通常用いられている切込砕石（C-40）、スクリーニングスに溶融スラグを配合することで、上層路盤（粒度調整砕石）の規格を満足する路盤材を製造できることを確認し、試験施工でも採用した。
 アスファルト舗装の配合検討のため基準試験を行い、所定の品質を確保できることを確認した。試験施工では表層を密粒度アスファルト、基層を粗粒度アスファルトとして施工した。
 溶融スラグを用いた試験盛土、アスファルト舗装道路とも、国土交通省土木工事共通
仕様書や各種関連基準類にしたがって施工することで、所定の品質の構造物を構築することができた。
 コンクリートに関する各種試験を行い、両溶融スラグとも設定した品質を確保できる配合を確認した。得られた配合で暴露試験用の供試体を作製し、技術実証フィールドにて屋外保管している。
 試験盛土や舗装道路等の施工に伴う作業員の外部被ばく量は、最大でも 263μSv/99
日＝2.7μSv/日であり、許容値の 1 例と考えられる 80μSv/日を大きく下回っていた。
 アスファルト舗装道路に対して促進載荷試験、機能確認試験を行い、その品質を確認した。現時点では工区（配合等）ごとの品質の相違は確認されていないが、耐久性評
価のため、今後も試験を継続する。
（２）今後の課題
 今後の再生利用に向けて、今後も盛土や舗装道路等に関するモニタリングを継続し、構造物の品質や環境安全性に関するデータを蓄積し評価していくことが重要と考えられる。

付録2－2－1212

実施代表者：セイスイ工業株式会社
実証テーマ名：除去土壌の 20µm 程度での物理的分級による減容化の実証
概要：
本試験では、非放射性セシウムを吸着させた土壌に対し、デカンタ式遠心分離機の分級点を、通常の分級点 75µm よりも細かい粒径 20µm に設定し、複数回繰り返し洗浄と分級を行う。それにより、20µm 未満の細粒分にセシウムが濃縮することで、新たに 20µm～75µm の分画の再生利用が増えることが期待できる。これらの基礎データを取得するため、本試験では、分級処理後土壌の非放射性セシウム濃度、粒径 20µm 以上の粗粒分の回収率、細粒分混入率、減容率等の検証を行う。
実施内容：
本試験では、千葉県内の農地の表層部から採取した土壌を水と混合させて泥水にし、サイクロン付き振動篩機を使い 75µm で分級した濃度 10%程度の泥水に非放射性セシウムを土壌1kg(dry)当たり 5mg 添加する。これを 72 時間攪拌し土壌に非放射性セシウムを吸着させた泥水を試験用泥水として使用する。試験では、デカンタ式遠心分離機の分級点を、通常の分級点
75µm よりも細かい粒径 20µm に設定し分級した 20µm 以上の粗粒分(分級土 B)を繰り返し洗浄と分級を行う。本試験を行う前の予備試験では、最適なデカンタ式遠心分離機の分級点を導き出すために、せきの高さ、本体回転数、差速回転数の順で予備分級試験を行い本試験の条件を決定する。
技術概要：
湿式サイクロンの分級精度や捕集率は、ポンプの流量と圧力により変化し、実際の作業現場において、分級対象となる土壌の粒度分布や性状を統一することは難しいため泥水濃度や粘度を一定に保つことも難しく、それらの変化により流速が安定しない。そのため、遠心力が安定せず粒径が小さくなるほど分級が難しくなり、粒径 20µm 程度での分級精度や捕集率を安定的に保つことが困難になっている。
これらの問題を解決するためには、泥水濃度や粘度の影響を受けずに遠心力を安定させることで分級精度や捕集率を向上させることと、デカンタ式遠心分離機により機械的に分級点を20µm に設定し複数回繰り返し洗浄と分級を行うことが有効である。それにより、20µm 以下の細粒分へ段階的にセシウムが濃縮することで、新たに 20µm～75µm の分画の再生利用が増えることが期待できる。
２．試験手順１．成果目標（１）予備試験

予備試験

課題 の抽出と対策

１回目試験

本試験 の分析 ・
評価

土壌 2

２回目試験

土壌 1

２回目試験

本試験 の条件決定

結 果分析 ・
評価

付録2－3－1

差速 回転数試験

タを取得することを目的とする。

結 果分析 ・
評価

ウム濃度低減率、減容率等の基礎デー

結 果分析 ・
評価

細粒分混入率 30%以下、非放射性セシ

本体 回転数試験

分回収率 90%以上、粒径 20µm 未満のオリフィス試験

分級後土壌の粒径 20µm 以上の粗粒試験 土壌 の準備

（２）本試験

試験設備 の準備

心分離機の運転条件を抽出する。

土壌 1

１回目試験

本試験に向けた最適なデカンタ式遠本試験

３．期待される効果
最終処分量の減容化
４．技術等の評価
デカンタ式遠心分離機の一般的な使用方法は、本体回転数、遠心力を高くすることで固液分離を行うが、20µm 程度の分級では、遠心力が 200G 以上の場合、ほとんどの 20µm 未満の細粒分が粗粒分と一緒に沈降してしまい比重差による沈降速度の差が生じ難く、固体排出側へ細粒分が排出されてしまう。傾向としては、高い遠心力の時ほど、分離水側へ排出される粒径は小さく、遠心力が低くなるにつれて粒径は大きくなっているが、遠心力の調整だけ
では分級は出来ても分級土 B への細粒分混入率は高く、そのため低い遠心力で沈降速度の差を生じさせてからせきの高さを調整する必要がある。
分級点の調整は、200G 以上の遠心力でも 20µm 程度での分級は出来ているが、細粒分混入率が高いため 200G 以下の低い遠心力に設定し、せきの高さを調整することで細粒分混入率を低くすることができた。結果として 200G 以下でせきの高さを低くするほど細粒分混入率は低下するが、粗粒分回収率も低下する傾向であった。細粒分混入率は、20µm 未満の細粒分が沈降する前に分離水側へ排出させるイメージで調整することで低下させることが出来た。
粗粒分回収率は、粗粒分と細粒分の固着が少ないほど高くなり、粗粒分量に合わせた搔き出し速度にすることで回収率が向上した。また、分級 2 回目、3 回目では、分級土 B に 5µm 以下の細粒分は含まれておらず全て分離水側へ排出されていた。
今回の実証試験では、20µm 程度での分級は出来ていたが、更に分級効率を向上させる条件として処理量や泥水濃度による評価も必要である。

作業員被ばく量評価：
コスト評価：

歩掛り（作業人工、作業速度等）：

除去土壌 1t 当たり 22,400 円/t

作業員 6 人分級処理量 120m3/h （20 m3/台）

除去土壌 1t 当たり 26,000 円/t（前処理有）コスト評価条件：
二本松市旧小名浜町における粒径組成を元に除去土壌 1 万 t をサイクロン付き振動篩機による高度分級処理後の泥水をデカンタ式遠心分離機により 20µm で 3 回分級を行った場合と前処理としてデカンタ式遠心分離機を使用した場合の 1 日 7 時間、月 22 日、5 ヵ月間運転の条件から土壌 1t 当たりの処理コストを評価する。処理コストの算出には、上記条件にて設置費、材料費、機械損料、人件費、撤去費、管理費を求めて評価する。
条件には高度分級処理とデカンタ式遠心分離機による分級後の濁水処理、脱水処理、希釈水は含まない。
安全性の評価：実際の処理では、分級された分離水に高濃度の放射性セシウムが濃縮されるため粉塵飛散防止策の強化、防護具着用の徹底等が必要となる。
試験場所（住所）：

除去物保管場所と保管状況：

千葉県千葉市若葉区上泉町 424-18

該当なし

セイスイ工業株式会社本社地内

付録2－3－2

１．事業の概要（１）背景

中間貯蔵除去土壌等の減容・再生利用技術開発戦略検討会（第 9 回）において、土壌C（高度分級技術により得られた生成物が中間貯蔵施設への搬入開始 30 年後（2045年）に 8,000Bq/kg 以下）の数量が 133.7 万 m3、土壌 D（土壌 C より高濃度）が 10.6
万 m3 と推計されている。
放射性セシウムは微細な粘土粒子に多く吸着されているため、細粒分と粗粒分を 20µm で分離し、粗粒分を再生資材として利用することで、最終処分する土壌量の減容化が期待される。
（２）目的

湿式サイクロンは、ポンプの流量と圧力により変化するため、粒径 20µm 程度での分級精度や捕集率を安定的に保つことが困難になっている。
作業現場において、分級対象となる土壌の粒度分布や性状を統一することは難しいため、泥水濃度や粘度を一定に保つことも困難であり、流速が安定しない。そのため、遠心力が安定せず粒径が小さくなるほど分級は困難となっている。
これらの問題を解決するためには、泥水濃度や粘度の影響を受けずに遠心力を安定させることで分級精度や捕集率を向上させることと、デカンタ式遠心分離機により機械的に分級点を 20µm に設定し複数回繰り返し洗浄と分級を行うことが有効である。それにより、20µm 未満の細粒分へ段階的にセシウムが濃縮することで、新たに 20µm～75µmの分画の再生利用が増えることが期待できる。これらの基礎データを取得するため、本試験では、分級処理後土壌の粒径 20µm 以上の粗粒分回収率と細粒分混入率、減容率等の基礎データを取得することを目的とした。
２．試験内容本事業の試験手順を図 2-1、試験用泥水の準備を図 2-2 に示す。
予備試験

本試験

課題 の抽 出と対策

本試験 の分析 ・評価

２回目試験

付録2－3－3

１回目試験

試験手順

土壌 2

２回目試験

本試験 の条件決定

結 果分析 ・評価

差速 回転数試験

結 果分析 ・評価

本体 回転数試験

結 果分析 ・評価

オリ フィ ス試験

試験 土壌 の準備

試験 設備 の準備

図 2-1

土壌 1

１回目試験

土壌 1

解泥状況

草や木の根など混入物除去
草や木の根など 混入物除去

混入石除去

サイクロン付き振動篩機により粒径 75µm で分級エジェクター設置状況
図 2-2

エジェクターでの攪拌状況
試験用泥水の準備

付録2－3－4

３．試験結果（１）予備試験①予備試験のデカンタ式遠心分離機の設定条件を表 3-1 に示す。
表 3-1

予備試験の条件

条

20µm 未満

本体回転数

遠心力

差速回転数

掻出速

処理量

件

の粒子量(%)

(rpm)

(G)

(rpm)

度

(m3/h)

1

67.11

1800

900

2200

30.8

12.5

5

2

66.91

1273

450

1975

25.0

12.5

5

3

66.36

1800

900

1448

25.0

12.5

6

4

71.07

1273

450

1975

25.0

12.5

6

5

73.64

848

200

800

12.7

12.5

9

6

78.17

848

200

800

12.7

12.5

11

7

76.87

848

200

800

12.7

12.5

13

8

76.26

848

200

800

12.7

20.0

13

9

77.14

848

200

800

12.7

20.0

14

10

89.22

848

200

500

10.4

20.0

(Z)14

11

89.18

(X)800178(Y)500

10.0

20.0

(Z)14

12

89.56

(X)684

130(Y)616

10.0

20.0

(Z)14

13

66.75

(X)800178(Y)85012.7

20.0(Z1)15

ｵﾘﾌｨｽ No（a）X は、条件 1～11 の中で最も分級効果の高かった回転数を調整。
（b）Y は、条件 1～11 で分級効果の高かった差速回転数を調整。
（c）Z は、条件 1～10 の中で最も分級効果の高かったオリフィス No を採用。
（d）Z1 は、条件 1～8 の中で最も分級効果の高かったオリフィス No を調整。
②細粒分混入率オリフィス No5 の時、条件 1（本体回転数 1,800rpm、900G)と、条件 2（1,273rpm、450G）の比較では、条件 2 の方が細粒分混入率は低下した。
しかし、オリフィス No6 の時、条件 3（本体回転数 1,800rpm、900G）、条件 4（1,273rpm、450G）の比較では、条件 3 の方が細粒分混入率は低下した。同じ本体回転数でオリフィス No による比較では、いずれもせきの高さを浅くした方が細粒分混入率は低くなる傾向であった。
そこで本体回転数を低回転にした方が比重差による分級点の差が生じ易くなるとの推測から、条件 5 よりデカンタ式遠心分離機の標準的な使用範囲の下限付近（本体回転数 848rpm）でせきの高さによる分級効果を検証した。条件 7 までは処理量を 20 m3/h にすると固体排出口から水が流出してしまうために水が流出しない上限の処理量として 12.5 m3/h とした。
結果としては、せきの高さを浅くした方が細粒分混入率は低下傾向になることがわかった。また、条件 8 より処理量を 12.5 m3/h から 20 m3/h へ変更した時に、細粒分混入率が著しく低下したことから、処理量も分級効果の条件に必要なことがわかった。
処理量 20m3/h におけるせきの高さによる条件 8 と条件 9 の比較では、条件 5 から 7 までの傾向と同じく、せきの高さを浅くした方が細粒分混入率は低くなった。
差速回転数による分級効果は、
本体回転数 848rpm（200G）と 800rpm（178G）
で行った。
848rpm付録2－3－5

の時は、差速回転数を速くした方が混入率は低くなったが、800rpm の時は差速回転数を速くすると細粒分混入率は高くなった。
本体回転数による分級効果は、掻き出し速度を 10rpm、オリフィス No14 に設定し、本体回転数を 848rpm（200G）、800rpm（178G)、684rpm（130G）で検証した。結果、800rpm（178G）の条件（条件 11）が、細粒分混入率は最も低い値となった。
また、条件 13（オリフィス No15）の時は、洗浄後泥水の 20µm 以上の粒子量が他の試験条件より多かったため、20µm 以上の粗粒分の排出が間に合わず内部に堆積していたものに 20µm 未満の粒子が混入したと思われる。結果を表 3-2 に示す。
表 3-2
条件

細粒分混入率（単位:％）分級土 B の 20µm 以上の 分級土 B の 20µm 未満の粒子量(A)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
③粗粒分回収率

39.2
41.1
46.0
42.4
47.8
47.2
61.7
75.3
80.5
68.8
84.6
68.9
70.2

粒子量(B)
60.8
58.9
54.0
57.6
52.2
52.8
38.3
24.7
19.5
31.2
15.4
31.1
29.8

細粒分混入率(B/A)
155.1
143.4
117.3
135.8
109.4
112.0
62.1
32.8
24.2
45.3
18.3
45.2
42.5

結果を表 3-3 に示す。

条件

表 3-3 粗粒分回収率
洗浄後泥水中の 20µm
分級土Ｂ中の 20µm 以上以上の粒子重量(kg-dry)の粒子重量(kg-dry)

粗粒分回収率(%)

1

113.6

113.6

100.0

2

101.7

101.7

100.0

3

99.4

99.4

100.0

4

89.0

89.0

100.0

5

76.1

76.1

100.0

6

58.9

58.6

99.5

7

64.0

60.2

94.1

8

64.2

55.6

86.6

9

61.4

49.3

80.3

10

25.2

20.1

79.8

11

24.2

19.6

81.0

12

24.3

10.9

44.8

13

162.1

121.0

74.6

付録2－3－6

粗粒分回収率は、本体回転数が粗粒分回収率は、本体回転数が高く、せきがせきが深いほど回収率は高くなるほど回収率は高くなるほど回収率は高くなるが、が、細粒分混入率も高くなる傾向がある。条件入率も高くなる傾向がある。
条件 12（本体回転数
本体回転数 684rpm）の時は、684rpmは、粗粒分回収率が著
粗粒分回収率が著しく低下したことから、本体回転数をしく低下したことから、本体回転数を低下し過ぎし過ぎても比重差が生じ難くなり分離水側へ比重差が生じ難くなり分離水側へ粗粒分が流出したと推測する。
粗粒分が流出したと推測
条件 13（オリフィス
13 オリフィス No15）の時は、洗浄後泥水のの時は、洗浄後泥水の 20µm
20µ 以上の以上の粗粒分が、、他の試
験条件より 20%程度多かった為、堆積した程度多かった為、堆積した 20µm 以上の粗粒分の排出が間に合わず分以上のの排出が間に合わず分
離水側に流出し粗粒分回収率が低下した。
離水側に流出し粗粒分回収率が低下した。また、また、分級土
分級土 B は、細粒分混入率が高いほど含水率が高い傾向であり、見た目も明ど含水率が高い傾向であり 見た目も明らかに違っていた
らかに違っていた（図らかに違っていた3-11）。

条件 1

条件 7

条件 11

細粒分混入率 155.1%%

細粒分混入率 62.1%

細粒分混入率 18.3%

図 33-1 分級度 B 外観
（２）（２）本試験
①①本試験のデカンタ式遠心分離機の設定条件を
本試験のデカンタ式遠心分離機の設定条件を
本試験のデカンタ式遠心分離機の設定条件を表 3-4 に示す。
表 3-4
試験
本体回転数
n数
土壌
（rpm）
）

本試験の条件

差速回転数
（rpm
rpm）

処理量
（m
m3/h）

ｵﾘﾌｨｽ No

分級回数

試験
土1

1

800

500

20

14

1

2

3

2

800

500

20

14

1

2

3

試験
土2

1

800

500

20

14

1

2

3

2

800

500

20

14

1

2

3

②
②細粒分混入率
細粒分混入率
本試験では、
本試験では、試験土壌
土壌 1 の細粒分混入率
細粒分混入率が、が、予備試験の結果より高い数値となった
予備試験の結果より高い数値となった
予備試験の結果より高い数値となった。
原因としては、予備試験より 20µmµm 以上の粗粒分が増加したために、以上の粗粒分が増加したために、粗粒分の粗粒分の掻き出しが追い付かず滞留している粗粒分に細粒分が混入した可能性と、洗浄不十分によが追い付かず滞留している粗粒分に細粒分が混入した可能性と、洗浄不十分により粗粒分と細粒分の固着があり、粗粒分をスクリューで排出する間に粒子同士の摩擦により分と細粒分の固着があり、粗粒分をスクリューで排出する間に粒子同士の摩擦により粗粒子同士の摩擦により粒分が崩れたり細粒分が剥がれたために細粒分混入率が高くなった。このことは、洗浄後泥水の粗粒分が分級後に 20%近く減少していること、本試験近く減少していること、本試験 1、、2 の分級土 B を内部分散すると細粒分が 13%程度増えたことからも搬13%程度増えたことからも搬出過程で増加していることがわかる。
程度増えたことからも搬 過程で増加していることがわかる。
また、予備試験では同じ洗浄後泥水を繰り返し再利用していたため、ポンプと水中撹拌機の熱により水温が高くなり水の粘性による影響も出た可能性もある。
また、有機物の粗粒分（植物の根など）は繰り返し分級を行っても有機物の粗粒分（植物の根など）は繰り返し分級を行っても有機物の粗粒分（植物の根など）は繰り返し分級を行っても分級土 B に残るが、に細粒分は減少していた。結果を表
細粒分は減少していた
表 3-5 に示す。

付録2－3－7

表 3-5
試験土壌

分級
回数

n数
1
（本試験 1）

1
2（本試験 2）
1（本試験 3）22（本試験 4）

1 回目
2 回目
3 回目
1 回目
2 回目
3 回目
1 回目
2 回目
3 回目
1 回目
2 回目
3 回目

細粒分混入率（単位:％）20µm 以上の20µm 未満の粗粒分粒子量
細粒分粒子量
(A)
(B)
74.87
25.13
80.15
19.85
81.92
18.08
77.98
22.02
79.94
20.06
84.48
15.52
88.61
11.39
87.80
12.2
85.84
14.16
89.91
10.09
91.84
8.16
91.58
8.42

細粒分混入率
(B/A)
33.6
24.8
22.1
28.2
25.1
18.4
12.9
13.9
16.5
11.2
8.9
9.2

③粗粒分回収率
本試験 1、2 の 1 回目の分級で、予備試験より回収率が低下した原因は、細粒分混入率の時と同様、粗粒分をスクリューで排出する間に細粒分が剥がれ粗粒分が減少し細粒分が多くなったことと、分級 2 回目から回収率が向上していることからも、粗粒分と細粒分の固着をなくした状態での分級が重要であることがわかる。
試験土壌 2 は、試験土壌 1 より粘土が団粒化しており、分級 3 回目でも粗粒分が 10%程度減少していることから団粒化した粗粒分が試験土壌 1 に比べ崩れにくいと考えられる。また、分離水の粗粒分も試験土壌 1 より多いため排出できなかった粗粒分が流出している。結果を表 3-6 に示す。

試験
土壌

n数

1
（本試験 1）
1
2（本試験 2）

1（本試験 3）22（本試験 4）

表 3-6 粗粒分回収率
洗浄後泥水
分級土 B
粗粒分粒子量 粗粒分粒子量
分級回数
(A)
(B)
(dry・kg)(dry・kg)
1 回目

140.3

84.7

粒径 20µm 以上の粗粒分の回収率
(B/A)
(%)
60.4

2 回目

73.6

70.6

95.9（57.9）

3 回目

63.3

61.5

97.1（56.2）

1 回目

155.5

94.8

61.0

2 回目

83.9

78.5

93.5（57.0）

3 回目

72.9

70.4

96.6（55.1）

1 回目

133.6

59.1

44.2

2 回目

51.5

42.3

82.3（36.4）

3 回目

31.9

28.4

89.2（32.5）

1 回目

144.5

62.9

43.5

2 回目

58.7

49.5

84.4（36.7）

3 回目

37.0

34.0

91.9（33.7）

付録2－3－8

４．試験結果の評価
デカンタ 式遠心分離機の本体回転数、差速回転数、せきの高さの違いによるせきの高さの違いによる粒径
粒径 20µm 以
上の上の粗粒分回収率や粗粒分回収率や粒径 20µm 未満の未満の細粒分混入率を評価する。
細粒分混入率を評価する。
デカンタ 式遠心分離機の一般的な使用方法は、本体回転数を高くし遠心力を高くすること
で固液分離を行うが、20µm 程度の分級は、遠心力が高い場合にほとんどの 20µm 未満の細粒分が粗粒分と一緒に沈降してしまい比重差による沈降速度の差が生じ難く固体排出側へ細粒分が排出されてしまう。傾向としては、高い遠心力の時ほど、分離水側へ排出される粒径は小さく遠心力が低くなるにつれて粒径が大きくなっているが、遠心力の調整だけでは分級は出来ても分級土 B への細粒分混入率が高く、そのため 200G 以下の低い遠心力で せきの高さを調整する必要がある。
分級点の調整には、200G 以下の低い遠心力でのせきの高さによる細粒分混入率への影響が大きく、20µm 程度での分級は出来ているが、せきを浅くするほど細粒分混入率は低下し、粗粒分粗粒分回収率は低下する傾向であった。当初、せきの高さを高くし水深を深くする方が分級点を合わせ易いと考えていたが、20µm での分級点の設定は、20µmでの分級点の設定は、20µm 以上と未満の境界線付近の水深に合わせてやることが重要であった。言い換えると 20µm 未満の細粒分が沈降する前に分離水側へ排出していくイメージである。図 4-1 にせきの高さの違いによる粒子の分級イメージを表す。
せきの高さ（高） 粗粒分回収率…高
細粒分混入率…高上 分離水側へ排出
下 固体側へ排出せきの高さ（低） 粗粒分回収率…低
細粒分混入率…低
図 4-1asせきの高さによる分級イメージ図

差速回転数は、デカンタ式遠心分離機内部に堆積した固形物を排出するためのスクリューの掻き出し速度を調整する仕組みになっているが、泥水の粗粒分量に合わせて搔き出し速度を速くすると回収率が向上する。
試験土壌 2 では、差速回転数を高くした結果、粗粒分回収率は 80%に向上した。更に回収率を向上させるには、収率を向上させるには、1
1 回目と 2 回目、 3 回目の運転条件を変えて行い、 1 回目の分級で本体回転数を 848rpm、せきの高さをオリフィス No13 に設定し回収率を向上させ、に設定し回収率を向上させ、2 回目、3 回目の分級で本体回転数 800rpm、せきの高さをオリフィス No14 にすることで粗粒分回収率、細粒分混入率を向上させることが期待できる。
当初、有機物
当初、有機物の混入が多い場合に土壌と同様にの混入が多い場合に土壌と同様に 20µm では分級出来ないこと
では分級出来ないことを懸念してを懸念していたが、腐植等の有機物も分級出来たためいたが、腐植等の有機物も分級出来たため分級土分級土 B の強熱減量も 3 回の分級で 10%以下にすることができた
することができた。また、分級。また、分級 2 回目、 3 回目では、分級土 B に 5µm 以下の細粒分は含まれておらず全て分離水側へ排出されていた。
表 4-1 に分級土 B の 20µm 未満の粒度分布を表す。

付録2－3－9

表 4-1

分級土 B の 20µm 未満の粒度分布

粒度分布
20-15µm
15-10µm
10-5µm5µm 未満10.60%
8.82%
4.48%
1.23%
分級 1 回目
本試験 1
10.73%
7.27%
1.85%
0.00%
分級 2 回目
10.51%
6.43%
1.14%
0.00%
分級 3 回目
9.46%
7.70%
4.01%
0.85%
分級 1 回目
本試験 2
11.09%
7.23%
1.74%
0.00%
分級 2 回目
9.07%
5.39%
1.06%
0.00%
分級 3 回目
4.11%
3.26%
2.63%
1.39%
分級 1 回目
本試験 3
6.51%
4.14%
1.55%
0.00%
分級 2 回目
7.98%
4.75%
1.43%
0.00%
分級 3 回目
4.03%
3.09%
2.26%
0.71%
分級 1 回目
本試験 4
4.20%
2.69%
1.27%
0.00%
分級 2 回目
4.97%
2.69%
0.76%
0.00%
分級 3 回目
デカンタ式遠心分離機で分級を行うと 1 回目の分級時がもっとも粗粒分が減少しており 2
項目

分級回数

回目以降でも減少が見られる。改善策は、3 回分級後の土壌を再利用していることから粗粒分の減少は少ない結果となっている。このことから、デカンタ式遠心分離機を分級前の前処理として使用すると分級効率が向上する可能性がある。表 4-2 に本試験 1～4 と改善策の粗粒分の減少率を表す。
表 4-2

粗粒分減少率項目

分級 1 回目

分級 2 回目

分級 3 回目

本試験 1

15.2%

2.2%

1.3%

本試験 2

19.9%

4.9%

0.1%

本試験 3

18.4%

17.1%

10.5%

本試験 4

15.3%

14.6%

7.8%

改善策 n-1

3.9%

1.3%

2.9%

改善策 n-2

4.4%

3.9%

3.5%

増加した細粒分は、特に 5µm 以下の粒子量が増加していることから粗粒分が崩れたと考えるよりは、粗粒分の表面に固着した細粒分が摩擦により剥がれたと推測する。改善策は、
既に 3 回分級を行った後の試験土壌を使用していることから概ね粗粒分は細粒分が剥がれた
後の状態である。これが分級回数を増やすにつれて全体の 10µm～20µm の細粒分が微増していることからも粗粒分が徐々に研磨されていることがわかる。このことからデカンタ式遠心分離機には、ある程度の破砕と研磨の効果もあることがわかる。表 4-3 に細粒分増減率を表す。

付録2－3－10

表 4-3

項目

分級回数

本試験 1

本試験 2

本試験 3

本試験 4

n-1
改善策

n-2
改善策

細粒分増減率

粒度分布20-15µm

15-10µm

10-5µm5µm 未満分級 1 回目

79.51%

82.37%

95.03%

152.10%

分級 2 回目

101.52%101.28%107.59%175.05%

分級 3 回目

99.48%

98.70%

117.39%843.78%

分級 1 回目

75.50%

84.42%

96.38%

158.65%

分級 2 回目

117.20%112.71%

107.16%206.48%

分級 3 回目

87.28%

96.92%

152.62%823.87%

分級 1 回目

79.51%

82.37%

95.03%

152.10%

分級 2 回目

101.52%101.28%107.59%175.05%

分級 3 回目

99.48%

98.70%

117.39%843.78%

分級 1 回目

75.50%

84.42%

96.38%

158.65%

分級 2 回目

117.20%112.71%

107.16%206.48%

分級 3 回目

87.28%

96.92%

152.62%823.87%

分級 1 回目

80.0%

85.2%

93.5%

124.4%

分級 2 回目

90.5%

94.0%

122.9%

554.7%

分級 3 回目

98.1%

103.6%

341.4%

1588.4%

分級 1 回目

60.8%

66.7%

95.0%

195.5%

分級 2 回目

90.1%

90.0%

159.2%

3074.3%

分級 3 回目

99.8%

112.2%

415.8%

1478.3%

５．再生利用の検討
物質収支は、福島県内の土壌を分級した場合を想定し、農業環境技術研究所報告
34 号（2015）表 3

第二本松市旧小名浜町における粒径組成を参考にし、試験結果を元に

土壌 1 万ｔ当たりで評価をする。20～75µm の除去土壌の再生利用に関しては、予備試
験と本試験の結果より 3 回の分級を行えば、細粒分混入率を 20%未満に出来るため、物質収支よりサイクロン分級後土壌 6,955ｔとデカンタ式遠心分離機による 3 回目の分級土壌 1,544t を合わせた 8,499t が再利用出来るようになる。
適用範囲は、土壌の種類による制限は設けない。最も効果的な条件は、土粒子密度 1～
2.6 （g/cm3、20℃）が混在している土壌であり泥水濃度 10%以下とする。
６．まとめと今後の課題（１）まとめ
本試験結果より 1 回目の分級より 2 回目以降の粗粒分回収率は土質に関係なく 35%以上向上している。向上した理由としては、試験土壌 1 で試験を行った運転条件が同じ本
試験 1、2 と予備試験 11、改善策で比較した場合に洗浄後泥水の粒度分布では、本試験
1、2 は細粒分が 70%～71%、予備試験 11 は 89.18%、改善策は 64～68%となっている
が、予備試験 11 は試験土壌を 11 回繰り返し使用し、改善策は 3 回分級した土壌を使用

付録2－3－11

したことからも粗粒分回収率は予備試験 11 が最もよく、次いで改善策となっている。
このことから粗粒分回収率は、洗浄後泥水の細粒分割合の影響は少なく粗粒分と細粒分の固着による影響が大きいと考えられる。もう一つの理由としては、洗浄後泥水の濃度が本試験 1、2 では 9%程度であり予備試験 11 が 5%、分級 2 回目以降は 2～3%となっていることから洗浄後泥水濃度による影響も考えられる。粗粒分回収率は、粗粒分が多い場合に差速回転数を速くし掻き出し速度を上げることで向上していることから予め差速回転数を速い設定にしておく必要がある。
細粒分混入率は、200G 以下の低い遠心力でせきの高さを低くすることで 1 回の分級で 30%以下に出来るが粗粒分回収率も低下してしまうため、粗粒分回収率を高くし細粒分混入率を低くするには、分級 1 回目の運転条件と 2 回目以降の運転条件を変える必要がある。分級 1 回目の運転条件は、予備試験 7 の条件で行い、2 回目以降は予備試験 11の条件で行うことで粗粒分回収率は向上する。
非放射性セシウム濃度は、細粒分混入率が低いほど非放射性セシウム濃度は低減したが、粗粒分濃度比（粗粒分の非放射性セシウム濃度 / 細粒分の非放射性セシウム濃度）が 46.4％、細粒分混入率が 18.3%のときに洗浄後泥水から分級土の非放射性セシウム濃度低減率は 40.2%であった。
また、デカンタ型遠心分離機は、分級する度に粗粒分が減少し細粒分が増加していることから粗粒分の研磨作用もあるため前処理として使用することで分級効率を向上させることが期待できる。
（２）課題
粗粒分と細粒分の固着が 1 回目の分級効率に大きく影響するため、分級前に固着をなくす技術との併用を行うと分級回数も少なく出来る可能性がある。今回の実証試験では、20µm 程度での分級は出来ていたが、更に分級効率を向上させる条件として処理量
や泥水濃度による評価も必要である。また、非放射性セシウム濃度低減率は、粗粒分の非放射性セシウム濃度による影響が大きいため分級処理を行う前に粗粒分の非放射性セシウム濃度の検討が必要である。

付録2－3－12

実施代表者：西松建設株式会社実証テーマ名：令和３年度除去土壌等の減容等技術実証事業（その４）
熱減容風選別技術および磁力選別技術による除去土壌の乾式分級技術の実証
概要：
中間貯蔵施設へ貯蔵されている分別処理土の最終的な処分量を低減するため、分級処理技術等の減容化技術が検討されている。本実証事業は、熱減容風選別技術と磁力選別技
術を組合せた乾式分級処理技術の分別処理土に対する乾燥処理、分級処理、放射性 Cs 濃
度の低濃度化等の効果、経済性および周辺影響等について確認することを目的とする。
実施内容：①分別処理土（原土）の物性を土質試験により把握し模擬土を作製。
②模擬土を用いた事前試験を実施し、実証試験の試験計画（運転条件等）を作成。
③分別処理土を用いた実証試験を実施し、得られた分級処理土の土質試験および環境試験結果より乾式分級処理技術の効果を評価。
技術概要：
乾式分級技術は図 1 に示されるように
熱減容風選別技術と磁力選別技術を組合せた構成となっている。熱減容風選別技術は
熱風と回転に伴う攪拌の作用により乾燥と分級を同時に行う。小粒径の軽い土粒子はバグフィルタに移行し風選（小）として、重い粗な土粒子は風選（大）として分別される。磁力選別技術は、磁性鉄粉の添加・混合により試験土を担磁させ、回転式の磁石ドラムにより磁力選別を行う。大・中粒径の土粒子は付着力に対して反対方向に作用する遠心力および重力が上回るため磁選（大）に、磁化量が大きい小粒径の土粒
子は磁石ドラムへの付着力が大きく付着

図1

乾式分級技術の概要図し続け、磁選（小）として分別される。
実証試験の結果：
１．熱減容風選別〇物質収支⇒風選（大）58~70%、風選（小）15~26%、蒸発量 10~12%で分配された。

〇含水比⇒原土 14.1%に対し、平均で風選（大）1.6%、風選（小）0.6%であった。
〇粒度分布⇒細粒分含有率（平均）は、原土 34.9%に対し風選（大）23.5%、風選（小）68.1%となり分級が行われた。
〇強熱減量⇒強熱減量（平均）は原土 7.4%に対し風選（大）5.7%、風選（小）10.3%で風選（小）に有機物は分級されやすい傾向にあった。
〇放射性 Cs 濃度⇒放射性 Cs 濃度（平均）は原土 4,143 Bq/kg に対し風選（大）3,301 Bq/kg、風選（小）6,627 Bq/kg、除染率 20.3 %であった。

付録2－4－11２．磁力選別〇物質収支⇒磁選（大）17～87%、磁選（小）12～81%の範囲で分配。
〇粒度分布⇒細粒分含有率（平均）は、風選（大）23.5%に対し、磁選（大）18.7%、磁選（小）40.0%となり分級が行われた。
〇強熱減量⇒強熱減量（平均）は風選（大）5.7%に対し磁選（大）に 4.2%、磁選（小）7.1%で磁選（小）に有機物は分級されやすい傾向にある。
〇放射性 Cs 濃度⇒放射性 Cs 濃度（平均）は風選（大）3,301 Bq/kg に対し、磁選（大）2,522 Bq/kg、磁選（小）4,254 Bq/kg、除染率 23.6 %であった。
３．乾式分級技術（熱減容風選別＋磁力選別）〇除染率⇒処理速度 1,000 kg/h、キルン設定静圧－100 Pa、排ガス設定温度 130℃、キルン回転数 13.4 rpm、磁性鉄粉 3.0％添加条件において除染率 70.3%であり目標値（70%以上）を達成した。
〇細粒分除去率⇒上記と同条件において 97.9%で目標値（80%以上）を達成した。
〇粗粒分混入率⇒すべての試験条件で目標値（15%以下）を達成できなかった。
４．主な今後の課題〇熱減容風選別装置に回収機能（サイクロン等）を追加して分級精度の向上を図る。
〇対象土の物性に合わせた磁性選別装置の仕切板位置等の試験条件の最適化を図る。
〇燃料消費量、磁性鉄粉の使用量を低減することで全体処理コストの削減を図る。
作業員被ばく量評価：
分別処理土（3,938 Bq/kg）を用いた実証試験より試算される 1 年間の作業員被ばく量
は 0.75 mSv であり、除染電離則で定められている被ばく限度（50 mSv/年）を下回った。
※作業場所の空間線量率（バックグラウンド）は 0.23 µSv/h※作業員被ばく量は 1 日 8 時間、年間 300 日で試算
コスト評価：分級処理単価 22,612 円/t

歩掛り（作業人工、作業速度等）：17 人工/d、処理量 62 t/d、燃料消費量 52 L/d

コスト評価条件：土壌 C（15,000～62,000 Bq/kg）のうち約 147,000 ㎥を対象とし、10 年間（年間実稼働数 300 日）で含水比（30%→2%）、磁性鉄粉添加量 3%、設備費（10 年償却）等を評価条件とし、燃料費、材料費は実証試験結果より試算した。
安全性の評価：・排気中の放射能濃度：熱減容風選別装置の排気口および集塵機の排気口において、それぞれろ紙部およびドレン部の排ガス測定を実施した結果、すべての測定地点において検出下限を下回る結果であった。
・作業環境測定：試験場内の空気中粉じん濃度測定の結果、作業環境として問題ないことを確認した。排ガス測定の結果、大気汚染防止法の基準値内であることを確認した。
実証試験場所（住所）：

除去物保管場所と保管状況：

福島県双葉郡大熊町大字夫沢字長者原

1 m3 フレキシブルコンテナバッグ 8 袋に混

731-1 技術実証フィールド合・封入して技術実証フィールド内第二資事前試験場所：

材置場に保管

三和テッキ（株）、日工（株）

付録2－4－22

１．事業概要（１）背景および目的
中間貯蔵施設へ貯蔵される約 1,400 万 m3 の除去土壌は受入開始後 30 年以内に県外最終処分が計画されており、最終的な処分量を低減するための分級処理技術
等の減容化技術が検討されている。主な分級処理技術である湿式分級処理技術は一定の成果が得られているものの、一方で発生する処理廃水の水処理施設が必要であることや、粗粒分表面に付着する放射性 Cs 含有粘土の除去が困難であること
等の課題も挙げられている。
そこで、本業務では熱減容風選別技術と磁力選別技術を組合せた乾式分級処理技術の実証試験を行い、改質材を含む分別処理土に対する乾燥処理、分級処理、放射性 Cs 濃度の低濃度化等の効果、経済性および周辺影響等について確認した。
（２）成果目標
本実証事業の乾式分級処理技術の成果目標は、大熊分級技術実証事業で示されている湿式分級処理技術における通常分級砂の除染率の結果と同等以上とした。
また、分別処理土に対する乾式分級処理の有効性として乾式分級処理の分級精度も評価に加えた。
〇分別処理土の乾式分級後（乾式分級処理土（大））の放射性 Cs 濃度→

除染率 70 %以上（熱減容風選別+磁力選別）〇分別処理土に対する乾式分級処理の有効性→

乾式分級処理土（大）の細粒分除去率 80 %以上（熱減容風選別 40%、磁力選別 40%）→

乾式分級処理土（小）の粗粒分混入率 15 %以下※分別処理土：実証試験に用いた分別処理後の土壌※乾式分級処理土（大）：熱減容風選別＋磁力選別後の分級処理土（粗粒分側）※乾式分級処理土（小）：熱減容風選別、磁力選別それぞれの分級処理土（細粒分側）（３）参考評価
本実証事業においては乾式分級処理技術の参考評価として、物質収支、乾燥状況（含水比）および有機物低下率についても検討した。
①物質収支：熱減容風選別後の粗粒分側、細粒分側質量および磁力選別後の粗粒分
側、細粒分側質量を測定し、乾式分級処理技術における物質収支を確認する。
②乾燥評価（含水比）：乾燥工程における乾燥の評価については、乾式分級処理土の含水比で評価する。乾燥の評価の指標は概ね 5%以下とする③有機物除去率：乾式分級処理において有機物を細粒分側に捕集することは、有機物に付着する放射性 Cs が細粒分に移行することで、粗粒分の放射性 Cs 濃度の低下に寄与すると考えられる。

付録2－4－33

２．試験方法（１）試験手順
本実証事業の実施手順を図 2-1 に示す。初めに分別処理土の基本的な土質物性を土質試験により把握した。事前試験では、放射性 Cs を含まない土壌等により分別処理土の諸物性を模擬した試料土を用いて、実証試験を行うための運転条件等を決定した。事前試験の結果より立案された計画において実証試験を実施した。実
証試験を実施後、土質試験等の分析を実施し評価を行った。
（２）技術概要および試験装置
乾式分級技術は概要図の図 2-2 に示されるように熱減容風選別技術と磁力選別技術を組合せた構成となっている。
熱減容風選別技術は熱風と回転に伴う攪拌の作用により乾燥と分級を同時に行う。粒径が細かい軽い土粒子はバグフィルタに移行し細粒分側より排出され（風選（小））、重い粗な土粒子は風の影響を受けてもそのまま粗粒分側より排出される（風選（大））ことで分別が行われる。また、撹拌時に発生する土粒子同士の接触
並びに壁面への衝突により土粒子表面に付着する粘土分の剥離、解砕の効果が期待できる。磁力選別技術は、磁性鉄粉の添加・混合により試験土を担磁させ、回転式の磁石ドラムにより磁力選別を行う。大・中粒径の土粒子は磁石ドラムに付着するが、回転途中で磁場による付着力に対し反対方向に作用する遠心力および重力が上回るとき脱離し、磁選（大）に、磁化量が大きい小粒径の土粒子は磁石ドラムに付着し続け、永久磁石が作用しない位置に土粒子が達したとき脱離し磁力選別処理による処理土として細粒側（磁選（小））として分別される仕組みである。

図 2-1 実証試験全体の実施手順

図 2-2

付録2－4－4
4

試験設備の概要

（３）使用した試料等
本実証事業に使用した試料等の一覧を表 2-1 に示す。実証試験に用いた試験土は中間貯蔵施設内から採取した分別処理土 6 t である。事前試験用の模擬土は購
入土を用いた。また、事前試験用の模擬土には分別処理土を再現するために吸水系の高分子材の改質材を添加した。磁力選別に使用した磁性鉄粉は鉄分が主体であり、D50 平均粒径が 1.69 µm と非常に粒径が細かいものである。
表 2-1

試験に用いた試料、薬剤一覧

名称

主な仕様
放射性 Cs 濃度：3,720 Bq/kg

分別処理土※JESCO 殿より提供

模擬土

混合土（真砂土、腐葉土等）※放射性 Cs を含まない

高分子材

吸水系（ポリアクリル酸塩系）㈱立花マテリアル製※模擬土作製時に使用

磁性鉄粉

マグネタイト系

単位

数量

t

6

t

6

kg

18

kg

9

（４）試験項目
本実証試験において実施した試験項目を表 2-2 に示す。分別処理土、模擬土、乾式分級処理後の試料土の物性等について確認して評価した。
表 2-2

分別処理土の土質試験と化学分析試験

試験名

試験方法

土粒子の密度試験

JIS A 1202

土の含水比試験JIS A 1203

土の粒度試験JIS A 1204

土の強熱減量試験

JIS A 1226

土懸濁液の pH 試験

JGS 0211

化学分析

X 線回折分析

放射性 Cs 濃度試験

ゲルマニウム半導体検出器

排ガス分析

JIS Z 8808・K0104

溶出試験

環境庁告示第 46 号、64 号

３．試験結果（１）模擬土の物性試験
図 3-1～図 3-3 に模擬土の物性試験結果（含水比、細粒分除去率、強熱減量）を示す。作成した模擬土の含水比、細粒分含有率、有機質量（強熱減量）をみると、概ね目標基準値±10％を満足した物性の模擬土を作製できた。

付録2－4－5
5

20

50

10

19
17
15.3

16
15

14.1

15.2

15

14.5

14.8

14.5

14
13
12

40

38.4

36.8
35

35

32.1

36.8

36.5

33.5

30

強熱減量（%）

細粒分含有率（%）

18

含水比（%）

9

45

7.1

7

6.9
6.4

6.5

6.5

6

4

20

図 3-1

7.67

7

5
25

11
10

8

含水比

3

図 3-2

細粒分含有率

図 3-3

強熱減量

（２）事前試験①熱減容風選別
熱減容風選別事前試験の運転条件を表 3-1 に、含水比を図 3-4 に、粒度毎の質量割合を図 3-5 に、細粒分除去率、粗粒分混入率および有機物除去率を図 3-6 に示す。含水比は、目標の 5%未満に対して十分に乾燥していることが確認された（1.4～2.8%）。
また、風選（小）は細粒分の含有率が 62.4~82.0%であり、礫分はほぼ含まれておらず、粒度の細かい土の分級が確認できた。事前試験の各試験条件においては、細粒分除去率および有機物除去率はなるべく高く、除去した風選（小）への粗粒分混入率はなるべく低い条件が好ましい。そのため、事前試験の各評価項目で最も良かった P2、
P3、P5 を含む、処理速度のパラメータを一定（1,000 kg/h）とした P2~P5 の条件を実証試験の試験条件として選定した。
表 3-1

熱減容風選別事前試験の運転結果
試験条件
試験
排ガス
キルン
キルン
番号 処理速度
静圧
温度
回転数
No.
[kg/h]
[Pa]
[℃]
[rpm]
P1
1,617
-30
131
13.4
P2
1,015
-78
130
13.4
P3
1,018
-84
131
6.7
P4
1,024
-79
150
6.7
P5
1,027
-25
130
6.7
P6
819
-80
129
6.7
図 3-4
礫分

砂分

（2〜75mm）

シルト分（0.075〜2mm）

含水比

粘土分

（0.005〜0.075mm）（0.005mm未満）

100
12.6

6.9

7.8

90
12.8

12.6

6.9

7.4

11.1

8.7

10.3

13.6
22.9

11.7
15.2

80

17.2

18.7
24.7

19.3

16.8

22.3

質量割合（%）

70
48.8

60
56.5

50
40

52.9

50.3
61.2

56.5
53.9

47.2

51.8

55.1

59.3
57.3

50.0

30
20
10

37.6
23.8

29.3
20.8

15.1

24.4

22.2

P4

P5

25.7

25.3

P6

P1

29.9

25.0

P3

1.2
P4

18.0

0
模擬土

P1

P2

P3

風選（大）

図 3-5

P2

P5

21.4

P6

風選（小）

粒度分布（質量割合）

図 3-6

各評価項目の結果（細粒分除去率、粗粒分混入率、有機物除去率

付録2－4－66②磁力選別
磁力選別事前試験の運転条件を表 3-2 に示す。試験の結果、仕切板の位置が磁石ドラム中心から離れるほど、磁選（大）の質量割合は増加する一方で細粒分除去率は低下した。磁性鉄粉の添加量の増加に従い細粒分除去率は増加するのに対し、磁選（大）の質量割合は低下した。これらの結果に基づいて図 3-7 に示す関係図を作成した。この関係から、赤色破線で囲んだ結果が磁選（大）の回収量が多く、細粒分除去率も高い条件と考えられた。図 3-8 に粒度毎の質量割合、図 3-9 に有機物除去率等を整理した結果を示す。実証試験では磁性鉄粉の添加量の調整による特性の変化を確認するために添加量 3.0%と 0.5%の条件を選定した。

礫分

質量割合 [%]

100

砂分

シルト分

50

添加量；1.0 %
位置；96 mm401

細粒分除去率
質量割合「磁選(大)」0.8

添加量；0.5 %位置；16 mm300.6
添加量；3.0 %
位置；96 mm

20
10

0.4
0.2

添加量；2.0 %
位置；96 mm0

質量割合（粗粒分）「磁選（大）」細粒分除去率×(1-粗粒分混入率)

表 3-2 磁力選別事前試験の試験条件
数値
設定項目
磁性鉄粉
0.2, 0.5, 1.0[%]
2.0, 3.0, 4.0
添加量
*1
仕切板位置
[mm]
16, 96, 176
使用土量 *2
[kg]
10
処理速度
[kg/h]
1,000*1；板の位置は磁石ドラム中心からの距離*2；試験土は試験番号 P4 の風選(大)を使用

0
0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

添加量/仕切板位置

図 3-7

細粒分除去率、質量割合の関係図

図 3-9

細粒分除去率、粗粒分混入率、有機物除去率

粘土分

80
60
40
20
0

仕切板位置[mm]

16

96

96

96

16

96

96

96

添加量

原土

0.5%

1.0%

2.0%

3.0%

0.5%

1.0%

2.0%

3.0%

区分

風選
(大)

図 3-8

磁選(大)

磁選(小)

粒度分布（質量割合）（３）実証試験①熱減容風選別実証試験の試験条件を表 3-3 に示す。試験条件は事前試験で決定した 4 条件に加えて、再現性を確認するための条件を追加した計 5 条件とした。また、処理時間の前半、中間、後半の 3 つの区間に分けて、室内試験用の試料を採取した。
熱減容風選別試験の各試験条件における物質収支の質量割合を図 3-10 に、含水比を図 3-11 に、強熱減量を図 3-12 に、粒度の質量割合を図 3-13 に示す。熱減容風選
別による物質収支は、水分の蒸発量が概ね 9.6～11.8%、風選（大）に 57.9～70.0%、
風選（小）に 14.8～26.1%であり、材料ロスは 2.8～5.8%であった。すべての試験条
件において、処理後の含水比は目標としていた 5%以下であった。強熱減量は風選（大）で 5.1～6.3%、風選（小）で 9.4～11.5%であり、有機物は風選（小）に分級

付録2－4－77

されやすい傾向であった。粒度のうち細粒分含有率をみると、原土は 33.7～36.1%（平均値：34.9%）、風選（大）は 19.8～28.1%（平均値：23.5%）、風選（小）は 57.8
～76.6%（平均値：68.1%）であり、いずれの試験条件においても風選（大）には粗粒分が多く、風選（小）には細粒分が多く分級されている傾向が確認された。また、
熱減容風選別試験の前半、中間、後半で採取した試料に大きなばらつきは確認されな
かった。
表 3-3

熱減容風選別試験の運転結果
試験条件
排ガス
キルン
キルン
処理速度
静圧
温度
回転数
[℃]
[kg/h]
[Pa]
[rpm]
13.4
932
-78
130
6.7
1,009
-99
130
6.7
856
-92
150
6.7
896
-30
130
13.4
1,055
-80
130

No.
W1
W2
W3
W4
W1’

風選（大）

風選（小）

蒸発質量

4.7

2.8

4.3

3.4

11.3

11.6

11.8

11.7

17.8

18.0

67.8

65.9

70.0

W2

W3

W4

100.0
90.0
80.0

26.1

70.0

物質質量割合（%）

試験
番号

5.8
9.6

14.8

20.6

60.0
50.0
40.0
30.0

57.9

64.0

20.0
10.0
0.0
W1

図 3-1020.0

材料ロス・計測誤差

W1'

物質収支（質量割合）

12.00

11.3411.44

11.14

18.0

10.54
10.51
10.34
10.05 9.9710.01

10.14 9.98
10.00

16.0

9.85 9.75

9.81
9.41

14.0

強熱減量（%）

10.0
8.0

7.20 7.33 7.36 7.33

7.53

6.21 6.07
5.73 5.72

6.00

5.63 5.67 5.61

5.33 5.20

5.92 5.87

6.16
5.66

5.13

5.42

4.00

6.0
4.0

2.00

2.0

W2

原土

W3

W4

W1'

W1

W2

風選（大）

W3

W4

0.00

後

中

前

後

中

前

後

中

前

後

中

前

後

中

前

後

中

前

後

中

前

後

中

前

後

中

前

後

中

前

W4

W3

W1'

W1

W1 W2 W3 W4 W1' 前 中 後 前 中 後 前 中 後 前 中 後 前 中 後 前 中 後 前 中 後 前 中 後 前 中 後 前 中 後

W1'

W1

風選（小）

図 3-11

W2

原土

W3

W4

含水比
砂分

シルト分

2〜75mm

0.075〜2mm

0.005〜0.075mm

8.1

7.2

W1

W2

W3

W4

風選（小）

図 3-12
礫分

W1'

風選（大）

強熱減量

粘土分
0.005mm未満

100.0
11.9

9.5

9.9

10.2 11.4

7.8

9.2

8.9

8.4

6.6
10.6 11.0

8.5

10.6

9.2

10.9

7.8

7.6
12.1

13.2

12.3 10.6
13.2 13.3
80.0

18.0

16.0

16.4 16.9

22.9

20.4

17.8

21.1

17.3

18.1 19.8

22.1

12.5
16.6 13.5

14.6

15.7

13.4
17.4 17.6 18.0

19.3 17.5

90.0

17.2

24.4 23.5
23.6
23.3 26.6
70.0
46.8

45.5

40.3
60.0

質量割合（%）

W2

0.0
W1

含水比（%）

8.00

12.0

48.1

49.2
52.2
58.4

50.0

53.3

56.1

52.1

56.9 57.6
59.6

45.3
40.0

47.9

48.4

47.1

61.0 58.5

47.1

56.1 53.9

51.4

47.4 53.2

44.3

55.8 51.1

48.0
55.5

55.5
58.6

57.6

56.9
59.3

30.0
34.4

38.4 35.1

28.9

20.0
33.4
28.0
10.0

19.5

19.2 17.9
16.0 17.3

21.5

24.1

25.2

23.2

21.0 20.7
16.2 15.8

12.0 13.6

15.9

26.6

W2

W3

W4

W1'

前

中
W1

原土

後

前

中

後

前

W2

中

後

W3

前

中
W4

24.7

20.7

17.6

後

前

中

後

W1'

0.0
前

3.8
中
W1

6.0
後

0.0
前

1.6

2.2

2.5

2.2

3.9

2.7

中

後

前

中

後

前

W2

風選（大）

図 3-1330.3

20.8 25.2

12.6

0.0
W1

29.3

30.0 25.1
25.9 26.6

粒度分布（質量割合）

付録2－4－8
8

W3
風選（小）

5.3

3.9

中

後

W4

6.7

5.7

前

中
W1'

3.3
後

W1'

熱減容風選別試験の各試験条件における放射性 Cs 濃度を図 3-14 に、熱減容風選別試験の分級処理土の状況を図 3-15 に示す。放射性 Cs 濃度は風選（大）は低く、風選（小）が高くなる傾向にあり、風選（大）では原土の放射性 Cs 濃度の 0.7～0.9 倍、風選（小）では原土の放射性 Cs 濃度の 1.3～1.8 倍となった。
10,000

9,000

8,000

7,497

放射性Cs濃度（Bq/kg）

7,000
6,385
6,000

7,070

7,066

7,017

5,637

6,7316,633

6,5236,622

中

前

6,821

6,813

6,677

6,502

5,405

5,000
4,1114,005
4,000

4,213

4,450

3,938
3,6643,658
2,919

3,000

3,057

3,729

3,5893,471
3,175

3,5383,591
3,083

3,026

2,8522,874

3,291

2,000

1,000

0
W1 W2 W3 W4 W1' 前

中
W1

原土

後

前

中
W2

後

前

中

後

W3

中
W4

後

前

中
W1'

後

前

中
W1

風選（大）

図 3-14

図 3-15

前

後

前

W2

後

中

後

W3

前

中
W4

後

前

中

後

W1'

風選（小）

放射性 Cs 濃度

熱減容風選別の分級状況（左：原土、中：風選（大）、右：風選（小））②磁力選別
模擬土と異なり原土（分別処理土）は磁場に反応しやすい特性があったため、磁性鉄粉の添加量は変えず仕切板の位置条件を見直して実証試験を実施した。試験条件
を表 3-4 に示す。試験条件毎の物質収支（質量割合）を図 3-16、強熱減量を図 3-17、粒度の質量割合を図 3-18、放射性 Cs 濃度を図 3-19 に示す。磁力選別後の分級状況を図 3-20 に示す。なお、試験番号の L3.0、L0.5 は磁性鉄粉の添加量を表す。物質収支（質量割合）の磁選（大）は 17.4～87.1％、磁選（小）は 11.7～81.2％であり、試験条件によって大きく傾向が異なった。強熱減量はいずれの条件でも磁選（小）で高くなる傾向が確認された。粒度毎の質量割合において、W1-L3.0、W2-L3.0 の条件
で磁選（大）の細粒分の含有率が低かった。また、放射性 Cs 濃度は、風選（大）と比較して磁選（大）は最大で 0.42 倍まで低下しており、一方で磁選（小）は 1.01～
1.85 倍でいずれも増加していることから、分級による一定の効果が確認された。

付録2－4－99風選(大)

磁選(大)

磁選(小)

磁選(小)

残渣

80
60
40
20
0

試験番号 W1-L0.5 W1-L3.0 W2-L3.0 W3-L0.5 W3-L3.0 W4-L3.0 W1'-L3.0
仕切板位置 -160[mm]
添加量 0.5%

2

区分

試験土

-160

-160

-60

-10

-10

-10

3.0%

3.0%

0.5%

3.0%

3.0%

3.0%

W4

W1'

W1

W2

図 3-16W3

物質収支（質量割合）

礫分

砂分

シルト分

粘土分

質量割合 [%]

4

100
80
60
40
20
0

10
強熱減量 [%]

磁選(大)

8
6

0

風選(大)
磁選(大)
磁選(小)
風選(大)
磁選(大)
磁選(小)
風選(大)
磁選(大)
磁選(小)
風選(大)
磁選(大)
磁選(小)
風選(大)
磁選(大)
磁選(小)
風選(大)
磁選(大)
磁選(小)
風選(大)
磁選(大)
磁選(小)

12

100

物質質量割合 [%]表 3-4 磁力選別試験の運転条件
磁性鉄粉 仕切板 使用
試験
試験土
*1
*2
添加量
枝番
番号
番号
土量
位置
[風選(大)]
[%]
[mm]
[kg]
-L3.0
3.0
-160
26
W1
W1
-L0.5
0.5
-160
33
W2 -L3.0
3.0
-160
13
W2
-L3.0
3.0
-10
27
W3
W3
-L0.5
0.5
-60
26
W4 -L3.0
3.0
-10
27
W4
W1’ -L3.0
3.0
-10
3
W1’
*1 板の位置は磁石ドラム中心からの距離*2 処理速度は 1,000 kg/h で実施

試験番号 W1-L3.0 W2-L3.0 W3-L3.0 W4-L3.0 W1'-L3.0 W1-L0.5 W3-L0.5

試験番号 W1-L3.0 W2-L3.0 W3-L3.0 W4-L3.0 W1'-L3.0 W1-L0.5 W3-L0.5

仕切板位置[mm]-160

仕切板位置[mm] -160

-10

添加量

-160

3.0%

図 3-17
分別処理土

風選(大)

-60
0.5%

強熱減量
磁選(大)

-10

添加量

-160

3.0%

図 3-18-600.5%

粒度分布（質量割合）

磁選(小)放射性Cs濃度 [Bq/kg]

6,000
5,000
4,000
3,000
2,000
1,000

磁選（大）

0
試験番号 W1-L3.0 W2-L3.0 W3-L3.0 W4-L3.0 W1'-L3.0 W1-L0.5 W3-L0.5
仕切板位置[mm] -160
添加量

-10

-160

3.0%

図 3-19放射性 Cs 濃度

-60

磁選（小）

0.5%

図 3-20磁力選別の分級状況

４．成果目標に対する評価
熱減容風選別試験および磁力選別試験における放射性 Cs 濃度および除染率を図 4-1に、細粒分除去率および粗粒分混入率を図 4-2 に示す。なお、磁力選別の試験結果（磁選（大））は磁性鉄粉添加量 3.0%の値とした。試験の結果、除染率は熱減容風選別 W1 条件
および磁力選別の磁性鉄粉添加量 3.0%の組合せで最大 70.3%であり、目標値を達成した。
細粒分除去率は W1 の L0.5、L3.0（それぞれ磁性鉄粉添加量 0.5%、3.0%を表す。）および W2 の L3.0 の条件において目標値を達成した。粗粒分混入率については、すべての試
験条件において目標値(15%以下)を達成することができなかった。

付録2－4－10
10

風選

磁選

100
90

成果目標値（70%以上）

80

除染率（%）

70
60
50

41.8

40

45.9

30

5.7

20

0.3

6.6

28.4
10

15.1

13.4

W2

W3

25.4

18.6

0
W1

図 4-1
風選

W4

W1'

熱減容風選別および磁力選別による除染率
80

磁選

風選

成果目標値（80%以上）

100

磁選

71.0
67.4

70

66.2

成果目標値
（15%以下）
61.8

90
80

39.9
25.9

70

粗粒分混入率（%）

細粒分除去率（%）

57.6

60

54.7

60

31.4

23.9

8.7

50
11.1

40
30

58

58
45.4

42.4

20

45.4

52.2
50
43.7
40

37.5

36.4
29.3

30

30.1
26.2

20

48.9
37.7

10

10
0

0

-L0.5

-L3.0

-L3.0

W1

図 4-2

-L0.5

W2

-L3.0

-L3.0

-L3.0

W4

W1'

W3

熱減容風選別および磁力選別による細粒分除去率（左）、粗粒分混入率（右）熱減容風選別試験および磁力選別試験における物質収支および強熱減量を図 4-3 に示す。熱減容風選別と磁力選別を組合わせた乾式分級処理土（風選（大）＋磁選（大））の物質収支は 11.4～69.9%の範囲でばらつきが大きい結果となった。強熱減量は 2.61%～
5.72%とばらつきはあるものの、いずれも原土の 7.35%よりも低い数値であり、分別処
理土に含まれている有機質は乾式分級処理において細粒分とともに除去できる可能性があることがわかった。
10

100

9

90

8

80

59.1

60

62.4

64.7
59.1

50

強熱減量（%）

70

物質収支（%）

7.35

7
6

5.32

5
4

5.00

3.62

3

40

5.72

4.38

2.61

2.66

38.2
2

30

1
0

20
11.4

13.6

10
0
W1-L0.5

W1-L3.0

図 4-3

W2-L3.0

W3-L0.5

W3-L3.0

W4-L3.0

W1'-L3.0

熱減容風選別および磁力選別による物質収支（左）、強熱減量（右）付録2－4－1111

５．実用化の検討結果（コスト評価）
実証試験の結果に基づき、乾式分級処理技術の処理コストについて試算した結果を表
5-1 に示す。
表 5-1
項目

乾式分級の処理コスト(1 日当たり)
単位

数量

単価単位

設備費（10 年償却）

式

1

工事費

式

運転費（人件費）
燃料費

単価

金額

円/式

135,465

135,465

1円/式15,347

15,347式

1

円/式369,500

369,500

乾燥装置；灯油

L/4 台

3,231

円/L

97

313,407

発電機；軽油

L/2 台

84.8

円/L

120.6

10,226

kg

930

円/kg

600

558,000

磁性鉄粉（3.0%）

合計（62 t/d）1,401,945

1 t 当たり22,612*処理対象土：183,334 t（かさ密度 1.25 t/m3）、含水比 30%、処理土壌量 62 t/d*処理コストには共通仮設費、現場管理費、一般管理費は含まないものとする*運転費（人件費）は作業員 15 人、放射線管理者 2 人の合計 17 人で計算
*設備費は、熱減容風選別装置、磁力選別装置、混合機、磁性鉄粉供給装置、一時貯留槽、ベルトコンベア、集塵機、発電機

６．まとめと今後の課題（１）まとめ
本実証事業で得られた知見を下記にまとめる。
・熱減容風選別技術および磁力選別技術を組合せた乾式分級処理技術によって、粗粒分側から細粒分（粘土・シルト）を除去でき、除染率 70%を達成した。
・分別処理土からの細粒分除去率は目標値（80%以上）を達成する結果を得られたが、細粒分側への粗粒分混入率は目標値（15%以下）を達成できなかった。
・処理後の含水比はいずれも目標の 5%を達成し、磁力選別の前処理としても、十分に乾燥処理できた。
・有機物（強熱減量）は、熱減容風選別、磁力選別ともに細粒分側（風選（大）、磁選（大））へ移動し、粗粒分側から除去される傾向であった。
（２）今後の課題
・乾燥装置の回収装置（サイクロン等）を追加することで分級精度を向上する。
・対象土に合わせた磁性選別装置の仕切板位置等の試験条件の最適化を図り、最終的な粗粒分側の質量割合を大きくできる条件について検討する。
・燃料消費量、磁性鉄粉の使用量を低減することで全体処理コストの削減を図る。

付録2－4－1212

実施代表者：株式会社不動テトラ
実証テーマ名：分級処理で発生する濃縮物等に対する減容処理技術
全体概要：
中間貯蔵受入分別施設に保管された除去土壌のうち除去土壌 C（2.57 万 Bq/kg）は、約131.8 万 m3 存在するが、その多くを占めるのは農地由来の表層土壌であり、75μm 以下の粒径の土壌と有機物を多く含む。細粒分が多く有機物に富む土壌では、有機物が原因となって団粒化していることが多い。この有機物を分解することで高圧水による物理的解泥が容易となり、細砂とシルト・粘土の分級処理精度を向上することができる。また、放射性セシウムは主にシルト・粘土・有機物に分布している。これらより除染率の向上も見込むことができ、再生利用可能な分級土壌の対象を広げることができる。
そこで有機物の分解処理後に固液分離機による分級処理を実施することで、減容率と除染率の向上を目標とした実証試験を実施した。この際、75μm を分級点とする分級に対して、国際土壌学会法の細砂 20µm で分級することで減容率のさらなる向上を目指した。
実施内容：浪江町での実証試験
１．低濃度放射性セシウム含有土壌を用いた有機物分解試験
6 ケースの条件で実施した。
①オゾン添加量（60g/h）に対する過酸化水素添加量を変化させた有機物分解試験を実施して分解率を COD・TOC で検証した。（B 反応槽：250L）②溶存有機態炭素分離測定装置（LC-OCD）により分子量ごとの有機態炭素を測定し、溶存有機態炭素を成分ごとに定性・定量分析することで有機物分解特性を評価した。
試験ケース

Ｏ3 注入量g/h

Ｈ2Ｏ2添加量
ｍol ％/Ｏ3

分散剤 CMC※
kg/m3

ケース1

0

0

0.0

ブランク（高圧水処理）

ケース2

0

0

0.5

高圧水処理＋分散剤※分散剤：CMC

ケース3

60

0

0.0

高圧水処理＋オゾン（ｶﾙﾎﾞｷｼﾒﾁﾙｾﾙﾛｰｽ）

ケース4

60

15

0.0

ケース5

60

30

0.0

ケース6

60

50

0.0

備

考

高圧水処理
＋オゾン＋過酸化水素

２．低濃度放射性セシウム含有土壌を用いた分級処理試験
１．の 6 ケースの有機物分解試験後の泥水を使用して分級処理試験を実施した。各ケースの遠心力 G は、基本的に 400G、200G、100G で実施した。
①遠心力 G を変化させた分級処理により分級物の減容率と除染率の検証をした。
②分級物の電子顕微鏡観察（SEM-EDX）により、砂粒子への有機物や粘土の付着状況を直接確認することで有機物分解の評価をした。
技術概要：
１．有機物分解処理
有機物の分解は、オゾンと過酸化水素を併用して発生させた強力な酸化作用を持つヒド
ロキシラジカル（・OH）により有機物を酸化分解させる促進酸化法を採用した。
有機物分解処理には、密閉式反応槽（250L）を用いて、以下の手順で実施した。
①畑地表層土壌を含泥率 5％の泥水とする。②この泥水を反応槽内に投入する。③泥水を反応槽内の水中ポンプにて吸い込み、エジェクターを介して泥水中に高圧噴射する。
1

付録2－5－1

④エジェクター部でオゾンと過酸化水素を添加することで泥水中の有機物を酸化分解する。
⑤③、④を繰返して泥水を循環させて 6h 反応させる。
２．分級処理・脱水処理
分級処理には固液分離機を用いた。この固液分離機は、縦型の出力二軸の差速装置により回転筒と内部のスクリューが高速回転する。この回転筒とスクリューは僅かな回転差をつけて同じ方向に高速回転し、遠心力数百 G と比重差によりシルト・粘土の分級・分離が可能である。今回は、有機物分解後の泥水を 50L/min で投入し、遠心力 100～400G で分級処理した。また、20μm で分級することで、さらに減容化を図ることを目標とした。濃縮した粘土は、同じ固液分離機を用いて遠心力 2,000G で脱水処理した。
実証試験の結果：
１．低濃度放射性セシウム含有土壌を用いた有機物分解試験①酸化分解による有機物の分解率は、30～50％の範囲であった。オゾンのみの結果に対して、過酸化水素の添加量による分解率は明確な増加は見られなかった。過酸化水素を添加するケースでは、過酸化水素の添加量が多いほど分解率が高かった。
②溶存有機態炭素分離測定（LC-OCD）：酸化分解により、高分子帯の有機物の分解から進行し、低分子帯の有機物の分解に移行していた。
２．低濃度放射性セシウム含有土壌を用いた分級処理試験①減容率と除染率：減容率は、50～80％の範囲でケースによる明確な差は見られなかった。
また、除染率は、オゾンのみの酸化分解よりオゾンに過酸化水素を添加した場合の方が除染率は高い傾向にあった。ケース 5 の遠心力 100G が最大の 71.5％であった。
③SEM-EDX 試験：有機物の指標である炭素濃度（質量濃度）の比較から、酸化分解により炭素濃度は減少し、砂粒子への有機物の付着が減少していることが確認できた。
技術等の評価：促進酸化法による有機物の分解率は、30～50％であった。過酸化水素の添
加量（濃度、注入流量）の比を適切に設定することで更に向上する。固液分離機による分級処理は減容率 50～80％、除染率 10～70％程度で目標の達成には至らなかった。分級処理時の対策により減容率と除染率を向上できる可能性が非常に高いと考えられる。脱水処
理の含水率からフィルタープレスを必要としないことが確認でき、連続運転が可能である。
作業員被ばく量評価：実証試験場所は居住制限区域内（実証途中で解除）であった。ポケット線量計で日常管理の結果した結果、全作業員・全日で線量等量はゼロ mSv であった。
また実用レベルでも安全性評価の通り被ばくリスクは小さい。
コスト評価：実用化時の概算処理費は、1t 当

歩掛（作業人工、作業速度）：連続運転

たり概算で 38,000 円となる。

とすることで作業人工を削減できる。

コスト評価条件：含泥率 8%、有機物分解処理・固液分離機投入量 20m3/h、固液分離機による泥水処理量 384m3/日。対象土壌 65 万 m3×1.9＝124 万 t。処理日数 6 セット（1 セット当たり反応槽 100m3（60m3 処理）×2 基、固液分離機 M750×2 台）で 10 年。
安全性の評価：有機物分解、固液分離機による分級処理、脱水処理まで 24h 連続運転が可能で、遠隔操作で放射能に対する作業環境の安全性も確保することができる。
試験場所（住所）：

除去物保管場所と保管状況：㈱不動テトラ総合技術研究所（茨城県土浦市）、福島県双葉郡浪江町大字酒田字堂ノ内
2

付録2－5－2

該当なし

１．実証試験の目的（１）背景と方針
中間貯蔵受入分別施設では各工区にてフレコンバッグにて保管された除去土壌を破袋し、改質して濃度選別や異物除去を行っている。除去土壌のうち除去土壌 C（15,000Bq/kg～62,000Bq/kg）は約 131.8 万 m3 存在するが、その多くを占めるのは農地由来の土壌であり、細粒分と有機物を多く含む。
中間貯蔵除去土壌等の減容・再生利用技術開発戦略検討会で検討されている処理
ケース IV では除去土壌 C に対し 75μm を分級点とする高度分級処理等を行うこと
で、放射性 Cs 濃度の低い土壌に選別された分級処理土壌を再生資材とする計画がされている。
除去土壌 C は 75μm 以下の粒径の土壌を多く含むため、75μm を分級点とする
分級だけでなく、75μm 以下の土壌の新たな減容化技術が開発できれば最終処分量を低減できる。放射性 Cs が 20μm 以下の粘土鉱物や有機物に強く吸着するという知見と、細粒分が多く有機物に富む土壌では有機物と細砂あるいは有機物に吸着した粘土と細砂は異符号に電荷し静電引力の働きで吸着していることが原因で団粒化していることが多い。したがって、20～75μm の土粒子にも放射性 Cs を吸着した粘土鉱物が付着していると考えられる。よって、有機物を分解することで、この団粒化を崩すことと分級点 20μm の分級により、20～75μm の土粒子の放射性 Csの分離が進む可能性が示唆されている。
本実証試験は、この除去土壌 C を対象とした。
（２）提案技術の目的
本実証試験では、分級処理の前処理として、反応処理槽内でオゾンと過酸化水素を添加し、エジェクターを介して高圧噴射することで、促進酸化処理により有機物を分解する。これにより、団粒化している有機物・粘土鉱物を解泥・除去し、20~75µmの土壌の除染率を向上できることを検証することを目的とした。
さらに、高性能固液分離機を用いて分級点 20µm で分級処理することで、減容化率が向上するかの検証を行う。また、同じ高性能固液分離機を用いて遠心力 2,000G
で脱水処理することで、フィルタープレスを用いないで 20µm 以下の土壌を含む泥
水の脱水処理が可能なことを検証することを目的とした。
（３）成果目標
土壌 C の分級処理による減容率 51.1％を、促進酸化法による有機物の酸化分解と 20µm の分級点までの細砂を高度分級処理することで 68.5％まで減容化することを目標とした。また、回収した細砂の除染率は 88％を目標とした。
２．試験の内容
実証試験の流れを図 2-1 に示す。

図 2-1

浪江町実証試験の流れ
3

付録2－5－3

有機物分解試験に用いた密閉式 B 反応槽の模式図を図 2-2 に、有機物分解試験装置を
図 2-3 に示した。また、図 2-4 に高性能固液分離機を示す。固液分離機の制御は、遠心力 G と差速(min-1)のみのシンプルな制御となっている。その他に調整できるのは、泥水の含泥率(%)と投入流量(L/min)である。
制御盤
H2Ｏ2

Ｏ3

H2Ｏ2

Ｏ3

遠心力 G：最大 2，000G
差速（min-1）： 0.2～2.0

Ｏ3

H2Ｏ2

Ｏ3

H2Ｏ2

・含泥率
・投入量（L/min）

エジェクター
高圧噴射
泥水
水中ポンプ

図 2-2

密閉式 B 反応槽
図 2-4

高性能固液分離機

土壌 12.5kg、使用水 250L：含泥率 5％
図 2-3

B 反応槽による有機物分解試験装置
4

付録2－5－4

３．実証試験結果と考察（１）使用土壌
浪江町の除染済み（表層混合）の畑地の表層土壌を採取し、これを 2mm アンダーとした土壌を試験土壌とした。試験土壌の土質データを表 3-1 に示した。図 3-1に粒度試験結果を示す。図中の赤線が今回使用した試験土壌である。75μm 以下の細粒分が 47.5％と多い。また、20µm 以下は 14％であった。有機物は全有機体炭素量 TOC が 3.2％で、放射能濃度は平均で 2,600Bq/kg であった。図 3-2 にレーザー
回折／散乱法による粒子径分布を示す。同結果より、分布形状は自然地盤と異なり、対数正規分布ではなくピークが 2 箇所の歪な分布形状をしている。
表 3-1

試験土壌の土質データ

畑地1と2の混合畑地土壌
Bq/kg
平均 2,600
放射能濃度
mg/kg
32,000有機体炭素量
COD
mg/g
21
pH
6.9
g/cm3
2.536
土粒子の密度0
礫分(2-75mm)%
土の粒度
52.5
砂分(0.075-2mm)%
シルト分
42.8
(5-75μm)%
4.7
粘土分(5μm以下)%
mm
2
最大粒径
10.67
均等係数
50%粒径
mm
0.11
93.03
粒
度
分
析 メジアン径 μm(ﾚｰｻﾞｰ回析/散乱法) モード径 μm
482.44

通過重量百分率 （％）

測定項目

100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.001

浪江町N-2①
浪江町N-2②
浪江N-2①：浪江町N-2②＝４・１混合
つくば畑地
研究所緑地

0.01

0.1

粒径

1

10

（ｍｍ）

図 3-1

粒径加積曲線（２）有機物分解試験と分解率
有機物分解試験は、密閉式反応槽 B（容器 500L、泥水 250L）を使用し、泥水の含泥率 5%で反応時間は 6h とした。

図 3-2

図 3-3 に有機物分解率をまとめた。酸化分解による有機物の60

分解率は、30~50%の範囲で、オに対して過酸化水素添加した
ケース 4～6 の分解率は明確な増加が見られなかった。ケース
3 に対してケース 6 が微増であった。この原因としては、今回

50

有機物分解率（％）

ゾンのみ（ケース 3）の分解率

レーザー回折/散乱法による
粒径分布
54.3
48.9

COD

51.3

44

TOC（泥水）

39.2

40

32.9

29.4

30
21.7

20
10
0

0
-10
-20

0

ケース1

ケース2

ブランク

分散剤

-7.1 -6.6の試験は反応槽内のトータル

O3

図 3-3

のオゾンとオゾンに対する過5

付録2－5－5

ケース3

ケース4

ケース5

O3 ＋
H2O2 15％

有機物分解率

ケース6

O3 ＋
O3 ＋
H2O2 30％ H2O2 50％

酸化水素の添加量で設定したが、図 2-2 に示したように、エジェクター内でオゾンと過酸化水素が接触・反応する装置構成となっているため、エジェクター内のオゾン濃度と注入量と過酸化水素の濃度と注入量の比で反応が左右されたためと考えられた。なお、過酸化水素を添加するケースでは、過酸化水素の添加量が多くなれば分解率が増加する傾向であった。
（３）溶存有機態炭素分離測定（LC-OCD）結果
図 3-4 に LC-OCD 測定
結果を示す。
ケース 2 の高分子系分
散剤 CMC（カルボキシル
メチルセルロース）を添加することで、高分子有機化
合物が増大している。
また、酸化分解により、高分子帯のフミン酸類と高分子有機化合物が減少
し、低分子帯のフミン酸崩壊物質や低分子有機酸、
低分子有機物が増加していた。
UVD（UV 吸収測定）においてもピーク強度が減少したため、有機物中の二重結合の分解が進行していることが確認できた。
これらの酸化分解の結果、高分子の有機物から分解が進行し、低分子の有機物へと移行している
ことが確認できた。これより、有機物の分解が進行していることが確認できた。
（４）固液分離機による分級処理試験
6 ケースに対して遠心力 G は、400G、200G、100G を 基 本 と し て 分 級 処 理 し た 。 差 速 は
0.4~0.5min－１を採用した。これを上回ると含水量が多くなり、下回ると含水量が極端に小さくなり粉塵となって飛散し、実用的ではない。
酸化分解をしないブランクのケース 1 は、200G~100G での分級処理が出来なかった。また、分散剤のみを使用したケース 2 も 100G での分級処理はできなかった。
図 3-5 に減容率と除染率をまとめた。
減容率は、全体的にはケースによる明確な差は見られず 50~80％の範囲であった。除染率は、ブ6

付録2－5－6

図 3-4

LC-OCD 測定結果

ランクに対して酸化分解した方が高く、オゾン

泥水のみより、オゾンに過酸化水素を添加した方が堰 板

高い傾向が見られた。酸化分解の場合の除染率
は、ほとんど 10％~40％の範囲にあり、過酸化
水素添加の有無と遠心力 G による明確な傾向は見られなかった。最大は、ケース 5 の遠心力

分100G の 71.5％であった。

離

いずれのケースも減容率と除染率について同

回
転
筒

液

スクリュー

時に目標を達成することができなかった。
原理的には過酸化水素の添加量が多いほど、遠心力 G が低いほど減容率も除染率も上昇すると考えられるが、明確に確認できなかった。
これは、固液分離機１台で分級処理と脱水処分級物

理を交互に実施したことが原因と考えられる。
毎回、洗浄や清掃、掻き落とし等の清掃を実施
したが、回転筒内側に付着した細粒分が次工程

図 3-6

固液分離機詳細図の分級物に混在したと考えられる。特に分級処理時には堰板を外し、脱水処理時に堰板を設置しているので、この堰板下部の回転
筒内側に粘土が付着した可能性が高い。ただし、①分級処理専用と脱水処理専用の2 台を用意する。実証試験で 2 台を用意できない場合は、分級処理を実施後の処理
泥水を容器に保管しておき最後にまとめて脱水処理を実施する工程としたうえで、②バイブレーターを設置し、常に振動を加える、③スクリューの各所に噴射ノズル
を取付け内部洗浄しながら分級処理・脱水処理をする、④付着しづらい含水量となるように差速を調整する等の対策により、これらは解消できる可能性が非常に高く、減容率も除染率も向上することが期待できる。

ブランク

分散剤

O3

図 3-5

O3＋H2O2 15％

O3＋H2O2 30％

減容率と除染率のまとめ7

付録2－5－7

O3＋H2O2 50％

（５）分級物の電子顕微鏡観察（SEM-EDX）
図 3-7 に SEM-EDX による分析結果として、有機物を表す元素である炭素の質量濃度(%)をまとめた。結果は、ブランクであるケース 1 の炭素濃度に対して高分子系の分散剤であるカルボキシルメチルセルロースを添加したケース 2 の炭素濃度は、高くなっている。これは（C6H10O5)n で表される炭水化物（多糖類）であるセルロースが含有されていることによる。ブランクであるケース 1 の炭素濃度に対して、
オゾンによる酸化分解のケース

12.00

炭素濃度は低い。また、オゾンのみによる酸化分解のケース 3 の炭素濃度に対して、オゾンと過酸化水素を用いた促進酸化法による

10.15

10.00

8.28

8.00
6.00

7.31
6.42

6.09
4.87

4.51
3.85

4.00

2.92

2.00

ケース 4~6 の炭素濃度は低く、過0.00

酸化水素の添加量が多い方が炭素濃度はより低くなっている。
以上より、ブランクに対してオ
ゾン酸化分解の方が、オゾン酸化

2.66

2.51

2.51

2.40

1.22

0.85
0.17

0.00

1.67
1.12
0.71
0.330.12

800G
400G
平均
400G
200G
平均
400G
200G
100G
平均
400G
200G
100G
平均
400G
200G
100G
平均
400G
200G
100G
平均

促進酸化法によるケース 4～6 の炭素 質量濃度（％）

3、オゾンと過酸化水素を用いた

ケース１ ケース２ ケース３

ケース４

ブランク

O3
O3
O3
H2O2 15％ H2O2 30％ H2O2 50％

分散剤

図 3-7

O3

ケース５

ケース６

EDX による分析（炭素濃度）

分解に対してオゾンと過酸化水
素添加の促進酸化分解の方が、また、促進酸化分解ではオゾンに対して過酸化水素の添加量が多い
ほど、炭素濃度は低い傾向が見られ、有機物が分解し解泥効果は増加していると考えられる。
図 3-8 に SEM の結果を示す。
砂粒子表面への有機物・細粒分の図 3-8

付着の減少すなわち解泥効果は

SEM の結果

明確には確認できなかった。
100（６）分級物の粒径分布（JIS A 1204）の一例（ケース 6）と図 3-10 に同じケース
6 の遠心力 100G で分級処理

通過重量百分率 （％）

図 3-9 に分級物の粒度試験

90
80
70
50
40
30

した分級物のレーザー回折/20

散乱法による粒子径分布を示10す。図 3.9 中には 75μm と700G,差速0.7分級物
600G、差速0.7分級物
500G、差速0.7分級物
400G、差速0.5分級物
300G、差速0.5分級物
200G、差速0.4分級物
100G、差速0.4分級物
2000G脱水粘土
75μｍ
20μｍ

60

0
0.001

0.01

粒径

0.1
（ｍｍ）

1

20µm のラインを入れてある。
同図から、100G 分級物の 75

図 3-9

分級物の粒径加積曲線（ケース 6）8

付録2－5－810μm 未満は 41%、20μm 未満
は 13%と細粒分が多い。今回の実証試験は含泥率 5％、固液分離機への投入量は50L/min で実施した。
固液分離機の原理から、含泥率を濃くする、投入量を多くすることで分級分離する
粒径は大きくなるので、図 3-

図 3-10

レーザー回折/散乱法による粒子径分布

9 中の赤の粒径加積曲線のように右側にずれて細粒分は減少する。したがって、含泥率と投入量をあげることで減容率と除染率は向上することから、含泥率と投入量の追加検討が重要である。
図 3-10 の結果より、自然地盤の粒度分布は対数正規分布を示すことが多いが、有機物分解後の分級処理による分級物においても、粒子径分布は、ピークが 2 箇所ある歪な粒子径分布となっている。
固液分離機による分級処理は、遠心力 G と比重差によりシルト・粘土を分級分するが、ピークが 2 箇所あることが分級を阻害することも考えられる。
（７）分級物の全有機体炭素 TOC
分級物、脱水処理粘土についても全有機体炭素量 TOC も分析した。表 3-2 に、有機物分解試験による分解率と固液分離機による有機物の減少率をまとめた。
・ブランク（ケース 1）の結果から、固液分離機の分級処理で 15～25％減少する。
・ケース 2 の分散剤を添加する場合、有機物分解時は、分散

表 3-2

処理の精度の向上を狙った。ケース 2 の結果、40～50%の有機物が減少している。
・脱水粘土に有機物は濃縮する。これは、未分解の有機物は軽いため、分級処理や脱水処理

原土壌

浪江町畑地混合土壌

32,000

800G分級物

27,000

15.6

400G分級物

24,00025.0

2000G脱水粘土

84,000400G分級物

16,00050.0

200G分級物

18,00043.8

2000G脱水粘土

78,000400G分級物

14,00056.3

200G分級物

11,00065.6

100G分級物

11,00065.6

1800G脱水粘土

73,000400G分級物

11,00065.6

200G分級物

12,00062.5

100G分級物

9,600

70.0

1800G脱水粘土

76,000400G分級物

16,00050.0

200G分級物

9,200

71.3

100G分級物

11,00065.6

1800G脱水粘土

63,000400G分級物

13,00059.4

200G分級物

11,00065.6

100G分級物

11,00065.6

1800G脱水粘土

59,000

ケース1（ブランク）

ケース2
（分散剤）

ケース3
（O3 ）

ケース4
（O3）
＋H2 O2（15%)

ケース5
（O3）
＋H2O2（30%)の際には図 3-6 に示したように、分離液側に移行するためと考えられる。

分級処理による減少率（％）（赤字は有機物分解率含む）

対象物

液分離機による分級処理前に分散剤を添加することで分級

TOC
mg/kg

ケース

剤の成分であるセルロースにより TOC が増加するため、固分級物、脱水粘土の全有機炭素 TOC

ケース6
（O3）
＋H2O2（50%)

以上より、脱水処理のみで有9

付録2－5－9

機物が減少していることが確認できた。また、酸化分解や促進酸化分解による有機物の分解による分解率に加えて、これらの分解で残った未分解の有機物に対して、固液分離機による分級処理で未分解の有機物も減少する。分級物の有機物をより減少させることは分級物を本設盛土や地盤改良の材料に再利用する際に、より好ましい。
（８）脱水粘土の含水量と処理水の放射能濃度
表 3-3 に脱水処理後の脱水粘土の含水量を示す。また、表 3-4 に脱水処理の処理水を示す。6 ケースとも脱水処理による脱水粘土の含水量は、フィルタープレスと同程度の含水量となっており、普通ダンプで運搬可能な土質性状となっていた。したがって、フィルタープレスが必要ないことが確認できた。
また、酸化分解処理後の処理水の放射能濃度は、N.D から 3.0Bq/L であった。
表 3-3
ケース

表 3-4

脱水粘土の含水量

脱水処理水の放射能濃度

脱水処理

脱水処理

脱水粘土

ケース

134Cs

遠心力G

差速(min-1）

含水量（％）

1

N.D

6.0

6.0

137Cs

Cs合計 (Bq/L)

1

2,000

1.0

52.5

2

N.D

25.4

25.4

2

2,000

1.0

38.9

3

N.D

6.2

6.2

3

1,800

1.0

50.8

4

N.D

N.D.

N.D.

N.D

1.8

3.0

N.D

38.3

1.8

4

2,000

1.0

45.2

5

5

2,000

0.8

44.5

6

6

2,000

1.0

43.2

４．作業員被ばく評価
今回、実証試験を実施した場所は、浪江町の居住制限区域（実証試験中に解除）であった。既に除染済みで空間線量も 0.3µSv／h 程度と低かった。
作業中は、ポケット線量計を体幹部に装着し個人の積算線量当量を日々測定した。その結果、11 月 16 日の 3 名を除いた作業員は全日で線量等量は 0µSv（1µSv に満たない）であった。なお、3 名の作業員は 11 月 16 日のみ 1µSv で、この日以外の作業日は 0µSv（1µSvに満たない）であった。
今回の結果から、実用レベルでは 1 年間 24 時間の連続処理運転が可能となり、遠隔操作することで放射能に対する作業環境の安全性確保（被ばくリスクの低減等）が図れる。
５．まとめと課題（１） まとめ①有機物分解処理
・オゾンと過酸化水素による促進酸化法により有機物の分解は可能である。
・オゾン添加量が多いほど分解が促進する。
・促進酸化法による有機物の分解は 30％～50％であった。またオゾンのみに対してオゾンと過酸化水素を添加ケースの分解率に明確な増加は見られなかった。
・過酸化水素を添加するケースでは酸化水素の添加量が多いほど分解率は増加する傾向であった。
10

付録2－5－10

・有機物の分解を溶存有機態炭素分離測定（LC-OCD）で分子量ごとの有機態炭素を測定し、溶存有機態炭素を成分ごとに定性・定量することで有機物の分解特性が評価できた。
酸化分解で、フミン酸類の分解が進行していること、高分子有機物が分解されて低分子の有機酸や有機物に成分が変化することが確認できた。
②固液分離機による分級処理と脱水処理・減容率は、処理ケースで 50~80％の範囲で有機物分解率が高いケースの減容率が高くなる、遠心力 G が低い方が高くなる等、ケースによる明確な差は見られなかった。
・除染率は、酸化分解により除染率の増加の傾向は見られるが、10％~40％の範囲で明確な差は見られなかった。最大は、ケース 5 の遠心力 100G の 71.5％であった。
・減容率と除染率は、それぞれ単独ではなく、同時に達成することが評価の判断基準となるがｍいずれのケースも減容率と除染率について同時に目標を達成することはできなかった。
・分級物を SEM-EDX により観察、定性・定量分析を行った。SEM による結果、砂粒子に付着する粘土の観察は困難であった。しかし、EDX の分析では、有機物を表す元素である炭素濃度が酸化分解により減少していることが確認できた。また、炭素濃度の減少は、オゾンに対する過酸化水素の添加割合が大きいほど減少量は大きい傾向であった。
炭素濃度の減少より、酸化分解によって砂粒子への有機物の付着は、確実に減少しており、解泥効果も向上していると考えられる。
・固液分離機を用いた分級処理による分級物の TOC 分析の結果、酸化分解していな
いブランクでも有機物の減少が確認された。これは、固液分離機の分級原理が遠心力 G と比重差によるものであるため、比重が軽い有機物は分離液に移行したことによる。有機物の酸化分解による有機物の減少に加えて、酸化分解で残った未分解の有機物に対して、固液分離機による分級処理により分離液に移行することで、さらに分級物の有機物は減少する。したがって、分級物を本設盛土や地盤改良の材料として再利用する際、より好ましい。
・脱水処理は、遠心力 G を 1,800G~2,000G で実施することで脱水粘土として回収できた。回収された脱水粘土の含水量は 40~45％程度とフィルタープレスと同等の含水量となっており、普通ダンプで運搬できる土質性状であった。したがって、固液分離機により脱水処理をすることで、フィルタープレスが必要ないことを確認した。
また、処理水の放射能濃度も酸化分解のケースでは N.D.～3.0Bq/L 程度の問題ないレベルであった。
以上より、図 5-1 のフロー図に示した流れで、1 年間 24 時間の連続処理運転が可能となる。また、遠隔操作することで、放射能に対する作業環境の安全性確保（被ばくリスク低減等）が図れる。
（2）今後の課題①有機物分解処理11

付録2－5－11

・さらに分解率を向上するためには、エジェクター自体の改善による能力の向上
はもちろんであるが、エジェクター内のオゾンに対する過酸化水素の添加量の比についての最適比の検討が必要である。これは、今回は密閉式の反応槽に 6h で添加される総量の比で最適比を求めるように試験条件を設定した。しかし、試験装置の構成上、エジェクター内でオゾンと過酸化水素は接触反応することから、総量ではなく、エジェクター内でのオゾンと過酸化水素の濃度と注入量（L/min）の比によって反応が左右されることが考えられたためである。
・除去土壌の異物除去に高分子系の改質材（ポリアクリル酸ナトリウムなど）が使用されているが、促進酸化法で適切なオゾンと過酸化水素添加量、反応時間で、これを分解できると可能性も示唆された。この高分子系の改質材は除去土壌を再利用する際の土壌の品質に影響を与える。したがって、促進酸化法で高分子系の改質材を分解できれば品質への影響を取り除くこと期待できる。。
②固液分離機による分級処理・減容率と除染率が目標を達成できなかった原因は、1 台の固液分離機を使用し分級処理と脱水処理を交互に実施したことが原因と考えられる。清掃を実施したが、回転筒の内側、特に堰板下部に粘土等の細粒分が付着し、これが次工程の分級処理時の分級物に混在した可能性が高い。
ただし、表 5-1 の対応をすることで、改善できる可能性は非常に高く、減容率
も除染率も向上することが期待できる。

図 5-1
表 5-1
No.
1

実用化フロー

固液分離機による減容率と除染率の向上対策
減容率、除染率を向上させる対応策

実用レベルでは、分級処理専用と脱水処理専用の2台の固液分離機を用意する。
実証レベルでも2台があった方が良いが、今回のように1台しか用意できない場合でも、試験工程と2して、最初に分級処理を全て実施し、そのケースごとの分級処理泥水（細粒分が含まれる泥水）をタンクに保管しておく。全ての分級処理が終了してから脱水処理を実施する。

3

バイブレーターを取り付け、分級処理・脱水処理中は常に振動を与える。

4スクリューの各所に噴射ノズルを取付け、内部洗浄しながら分級処理・脱水処理を実施する。

5

回転筒内部に細粒分が吸着しづらい含水量を確認し、この含水量となるように差速を調整する。

12

付録2－5－12

実施代表者：株式会社キュリオンジャパン
実証テーマ名：ガラス固化技術（GeoMelt®ICVTM 溶融技術）による溶融飛灰の高減容・安定化処理技術の実証
概要：仮設灰処理施設における焼却残渣の熱処理後の Cs を含む飛灰（溶融飛灰）の減容化及び長期安定化策の一つとして、国内外の難処理性廃棄物の処理で多くの実績のある
GeoMelt®ICVTM 技術を使用し、非放射性模擬飛灰の溶融ガラス固化処理の適用性を実証試験で評価した。
提示された飛灰組成を基に作製した 2 種類の模擬処理対象物を GeoMelt®ICVTM の標準的な運転手順によって処理し、安定した処理性能、コールドキャップ（C.C）の適切な管理によるガラスの Cs 保持率、模擬処理対象物に対する減容率、ガラスの均質性、排ガス処
理系の浄化性能等から実用化に向けた本技術の適用性を評価した。
実施内容：
１．試験装置の改造
既存設備をベースに、処理対象物等の追加投入構造、耐火物容器、C.C 監視用の炉内温度計の設置、排ガス処理用 2 段 2 系列フィルターの追加等、試験用に改造した。
２．模擬処理対象物の試験組成
提示の飛灰組成を基に、ゼオライト系ガラス形成材や Cs 添加等を含む２種類の模擬処理対象物の試験組成を設定した。
３．試運転
1 バッチの試験処理により、運転手順、調整パラメーター、装置の挙動等を確認した。
４．溶融試験
2 種類の模擬処理対象物を計 3 バッチ処理し、処理性能、ガラスの Cs 保持率、減容率、ガラスの均質性、排ガス処理系の浄化性能等を確認し評価した。
技術概要：
１．GeoMelt®システムの原理と特徴
図 1 に示すように、溶融容器の中で処理対象物をジュール熱で加熱溶融し、そのまま固化体とするものであり、幅広い性状の対象物に適用可能で、シンプルでかつコンパクトなガラス固化プロセスである。
運転は、溶融容器の底部から上方への溶融の拡大、溶融ガラス上部への追加供給とC.C の維持、低融点ガラスフリット（TOF)の供給、自然冷却後のガラス固化体の取出し操作で構成される。

２．試験手順図1

構造とＣＣの概要

低塩素飛灰 2 バッチ、高塩素飛灰 1 バッチの計 3 バッチを順次処理し、各試験のデータ採取と各知見を次試験のパラメーター調整に反映した。

付録2－6－1

３．試験目標①ガラスの Cs 保持率：90%以上であること②模擬処理対象物の減容率：70%以上であること③ガラスの均質性：ガラス特有の X 線回折データを得ること
４．期待される効果
GeoMelt®ICVTM 技術により、ガラスの高い Cs 保持率、処理対象物の減容化及びガラスの均質性を確認でき、Cs を含む実溶融飛灰の減容・安定化処理技術の実用化が期待できる。
実証試験の結果：各試験の結果からすべての試験でガラスの Cs 保持率 90%以上、模擬処
理対象物の減容率 70%以上を達成した。またガラス特有の連続した X 線回折パターンによりガラスが均質であることを確認した。これらの結果より溶融飛灰の安定化処理技術
として、GeoMelt®ICVTM 技術の実用化への適用性を確認した。
さらにガラス形成材としてゼオライト系廃吸着剤等を適用することにより、ガラス固化
体中の処理対象物の含有率をさらに向上させることができると評価した。
技術等の評価：①溶融中のコールドキャップ管理を適切に維持することにより、処理対
象物中に含まれる Cs の保持性が向上する。
②溶融処理前に処理対象物に含まれるガラス形成材成分（SiO2、Al2O3 等）やガラス形成に影響を与える成分（CaO や Cl 等）を事前に把握し、最適なガラス配合比率を設定する
ことにより、ガラス固化体の含有率をより大きく確保できる。
作業員被ばく量評価：放射性物質を含む飛灰貯蔵エリア（最大 6.42μSv/h 以下）、及びガ
ラス固化体 50 本収納の角型貯蔵容器取扱いエリア（最大 1.46μSv/h 以下）での年間作業時間を管理する。
コスト評価：

歩掛り（作業人工、作業速度等）：

目標処理単価：約 80～800 万円／t 飛灰一日最大 3 バッチの処理運転（直体制）各直当たり：管理者 1 名、スタッフ 1 名、運転員 5 名、放管要員 2 名

コスト評価条件：年間稼働日数 240 日、定期保守日数 30 日／年、3 直連続運転とする。
必要処理容量（kg／バッチ）や飛灰中の塩素濃度等によって装置サイズや処理対象物含有率、ガラス形成材量が変化し、処理単価はこれらに大きく依存する。今後これらの設定精度を高め処理単価を集約していく。
安全性の評価：放射性物質を含む処理対象物の取扱いエリアは、他のエリアと完全に配置分離し、換気空調設備により負圧維持と排ガス処理を行う。またプロセス機器内部はプロセス外部よりも負圧に保ち、放射性物質の漏洩や飛散を防止する。溶融炉本体と排ガスプレフィルターには放射線局所遮蔽を設置する。
試験場所（住所）：三重県伊賀市予野字鉢屋 除去物保管場所と保管状況：
4713 番地 三重リサイクルセンター

試験場所にて保管中

付録2－6－2

１．概要
（１）背景
仮設灰処理施設における焼却残渣の熱処理後の飛灰（溶融飛灰）には熱処理中に飛散した焼却残渣の他、焼却残渣から揮発し、凝縮・捕集された放射性セシウム（Cs）
が浸出性の高い状態で含まれている。また、溶融飛灰は飛散性や潮解性を有し、9.5
万 m3 と膨大な量が見込まれている。そのため、県外最終処分には、Cs を含む溶融
飛灰の減容化及び長期安定化といった安定化処理技術の開発が課題となっている。
（２）目的
本試験では、Cs 保持性能の評価に適した構造にした GeoMelt®ICVTM 試験装置を用いて、溶融飛灰の模擬物とガラス形成材を組み合わせた溶融試験を行い、安定した処理性能とコールドキャップ（C.C：溶融ガラス上部に供給に伴い堆積した未溶融の処理対象物の層）の適切な管理によるガラス固化体の高い Cs 保持性能を確認し、GeoMelt®ICVTM 技術の適用性を評価する。製造したガラス固化体については、減容率及びガラスの均質性を評価する。また、溶融飛灰含有率の変動幅を考慮した溶融
試 験 を 実 施 し 、 Cs を 吸 着 し た 廃 吸 着 剤 の 適 用 も 考 慮 し 、 実 用 化 に 向 け た
GeoMelt®ICVTM 技術の適用性について検討することを目的とする。
（３）実施内容
既存の溶融設備を本試験に適した構造に改造すると共に、ガラスの配合解析として提示された飛灰組成を基に処理する対象物の組成を検討する。その後、試運転にて試験装置の性能及び運転条件を確認する。溶融試験ではガラス配合解析により組成を検討した模擬処理対象物を用いて、安定した処理性能とコールドキャップ（C.C）の適切な管理によるガラスの Cs 保持率、模擬処理対象物の減容率、ガラスの均質性を確認、評価する。
評価結果から溶融飛灰の安定化処理技術として GeoMelt®ICVTM 技術の実用化に向けた適用性を評価する。
（４）成果目標
模擬処理対象物を用いた溶融試験を実施し、Cs のガラスへの保持率を 90%以上、
模擬処理対象物の減容率を 70%以上、ガラスの均質性でガラス特有の X 線回折デー
タを得ることで実溶融飛灰への GeoMelt®ICVTM 技術の実用化への適用性を得ることを目標とする。

付録2－6－3

２．試験方法（１）試験装置の改造
底部からの溶融（ボトムアップ）運転に適した容器構造に既存設備を改造する。
（２）ガラス配合解析
JESCO 殿により「令和 2 年度中間貯蔵施設の管理等に関する業務」で実施された双葉町仮設灰処理第一施設（表面溶融炉）及び第二施設（コークスベッド炉）の溶融飛灰の組成をそれぞれ[飛灰その 1]と[飛灰その 2]として、燃焼ガスにより飛散した処理対象物の溶融物に由来する SiO2、Al2O3 を試験で使用する模擬飛灰の組成への追加を検討する。試験に用いる模擬処理対象物の組成はガラス特性組成モデル（表 2-2）を使用して解析し、模擬溶融飛灰、ガラス形成材（ゼオライト、ガラス添加剤）の配合比率を確定する。
表 2-2

ガラス特性の制約とモデル

特性（モデルの引用）

基準

溶融温度（T）

1,250℃と 1,500℃

MCC-1 規格化質量損失(NLB)28d at 90℃≦7.46g/m2

溶融粘度（ηT）

1≦ηT≦15Pa・s

電気伝導度（εT）

10≦εT≦70S/m（３）試運転模擬処理対象物を用いて、溶融試験を実施し、試験装置の性能や運転条件（溶融開始から終了までの電力上昇ステップ、模擬処理対象物の安定供給、TOF の供給タ
イミング等）を確認する。
（４）溶融試験
模擬処理対象物を溶融し、重量や体積といった溶融試験を通して得られるパラメーターから本技術の処理性能、C.C の適切な管理によるガラスの Cs 保持率、溶融処理による模擬処理対象物の減容率、ガラスの均質性等を確認・評価する。
３．試験結果と評価（１）試験装置の改造
溶融炉への模擬処理対象物の供給器、溶融炉容器の運転方式に対応した設備、溶融炉から排ガス処理設備への Cs を採取しやすい構造、及び炉内情報の監視ができる構造に改造した。
（図 3-1～図 3-2）

付録2－6－4

図 3-1

改造後の試験装置（左）及び監視装置（右）図 3-2

試験装置の構造と主要寸法（２）ガラス配合解析
溶融飛灰の分析データに飛灰溶融に関する文献[1][2]を参考とし、塩素濃度の違いから飛灰その 1 を高塩素飛灰、飛灰その 2 を低塩素飛灰として模擬飛灰の組成を変更した。
（表 3-1）
ガラス配合解析によりガラス特性組成モデルの制約を満足する模擬処理対象物の組成（表 3-2）の解析を実施した。

付録2－6－5

表 3-1

SiO2 と Al2O3 を追加した溶融飛灰組成（左：高塩素飛灰、右低塩素飛灰）

表 3-2

模擬処理対象物の組成（左：高塩素飛灰、右：低塩素飛灰）付録2－6－6

（３）試運転
試運転により溶融開始から終了までの電力上昇ステップ、模擬処理対象物の安定供給、TOF の供給タイミング等の溶融試験に反映すべき点を確認した。
（４）溶融試験
溶融試験で得られた試験装置の処理能力を表 3-3 に示す。

表 3-3

試験装置の処理能力①ガラスの Cs 保持率、試験装置の処理能力から溶融試験に用いた模擬処理対象物の分析結果（表 3-4）供給した模擬処理対象物中の Cs 質量を算出し、排ガス処理系（排ガス配管、フード
内壁、プレフィルター、HEPA フィルター、スクラバー）へ移行した Cs 質量を比較することでガラスの Cs 保持率がどの試験でも目標とする 90%以上（最大 99.5%）であることを確認した。
（表 3-5）

付録2－6－7

表 3-4

表 3-5

模擬処理対象物中の Cs 濃度分析値

排ガス系への Cs 移行質量及びガラスの Cs 保持率×100
mCs-OG：排ガス系への Cs 移行質量(mg)CCs：処理対象物の Cs 濃度(mg/kg)
m：処理対象物のバッチ処理量(kg)

付録2－6－8（3-1 式）

②模擬処理対象物の減容率
模擬処理対象物の減容率は供給した模擬処理対象物と溶融処理後のガラスの体積を比較して算出する。
（表 3-6）模擬処理対象物の体積は実測した模擬処理対象物のかさ密度と供給した模擬処理対象物の質量から算出した。
（表 3-7）ガラスの体積は耐火物容器の寸法から算出した容積 7,899mL から溶融終了後の耐火物容器の空き容積を減じる事で算出した。耐火物容器の空き容積は一定温度の水を溶融終了後の耐火物容器に加え、その温度における水の密度と加えた水の重量から算出した。（表3-8）結果、模擬処理対象物の減容率は全試験で目標とした 70%以上であることを確
認した。
表 3-6
模擬処理対象物
重量（kg）
模擬処理対象物
体積（mL）
ガラス
体積（mL）
処理対象物
減容率（%）

模擬処理対象物の減容率

試運転

RUN1

RUN2

RUN3

9.82

9.95

9.98

9.95

12,753

12,922

13,307

12,438

3,731

3,723

3,654

3,724

70.74

71.18

72.54

70.07

備考

（3-2 式）（3-2 式）
d：模擬処理対象物の減容率（%）
V：模擬処理対象物の体積（mL）
Vglass：ガラスの体積（mL）
表 3-7

模擬処理対象物のかさ密度

付録2－6－9

表 3-8

溶融終了後の耐火物容器の空き容積③ガラスの均質性
図 3-3 に示すガラスの切断面には細かな気泡等が見受けられたが塩化物塩の層や他の結晶層等の異物は確認できなかった。
図 3-4～図 3-10 に示す XRD 回折の結果からはガラス特有の連続した X 線回折パ
ターンと炉内で使用した熱電対等の溶融による合金が由来と推測される化合物の結晶ピーク（表 3-9）を確認した。
以上の結果から全試験において、均質なガラスが得られたと評価した。

図 3-3

ガラスの断面

付録2－6－10

図 3-4X 線回析分析結果（RUN1）

図 3-5

X 線回析分析結果（RUN2）

図 3-6

X 線回析分析結果（RUN3）

付録2－6－11

表 3-9X 線回折分析による化合物の同定結果④溶融飛灰の安定化処理技術への GeoMelt®ICVTM 技術の適用性
各試験の結果からすべての試験でガラスの Cs 保持率 90%以上、模擬処理対象物の減容率 70%以上を達成した。均質性については、ガラス特有の連続した X 線回折パ
ターンを確認し、均質なガラスが得られたと評価した。なお、主な結晶ピークは試験に使用した熱電対の溶融に由来する合金と推測された。
これらの結果より溶融飛灰の安定化処理技術として、実溶融飛灰へのGeoMelt®ICVTM 技術の実用化への適用性を確認した。
４．出典、参考文献［1］太平洋セメント株式会社、2019 年、「飯館村蕨平における放射性物質の分離による焼却灰及び汚染土壌の資材化に関する研究」環境放射能除染学会誌 vol.7,No.4、p236［2］石川島播磨重工業、1997 年、「コークスベッド式溶融炉の特性」第 5 回衛生工学シンポジウム、p110

付録2－6－12

実施代表者：国⽴研究開発法⼈産業技術総合研究所
実証テーマ名：No.7 プルシアンブルー系 Cs 吸着材の過熱水蒸気分解に関する試験
概要：本試験では、飛灰洗浄液から放射性 Cs を吸着濃縮したプルシアンブルー（PB）
系吸着材（ヘキサシアノ鉄酸銅塩、CuHCF）の安定化の一手法として、過熱水蒸気による加熱分解条件の検討、Cs 飛散の検討、分解時に発生するガスの分析をおこない、過熱
水蒸気分解法の有効性や実用化に向けた課題を明らかにした。
実施内容：本試験では、以下の試験を非放射性の模擬飛灰洗浄液を用いて実施する。
①

吸着材造粒体の製造：吸着容量試験②

Cs 吸着済み試料調整：Cs 吸着量評価、他のイオンの吸着確認③

加熱分解試験（予備試験）：加熱酸化温度依存、加熱時間依存、加熱雰囲気の検討④

加熱分解試験（本試験）：カラムサイズ拡⼤の影響評価、過熱⽔蒸気量の影響評価⑤

本安定化技術のプロセス評価

技術概要：
１．試験手順：本提案技術においては、
まず模擬飛灰洗浄液を通水し Cs を吸着飽和させた想定の CuHCF 吸着材（本試験ではバッチ振とう条件で調製）を調整する。これをステンレスカラムに充填した Cs 吸着済カラムに 500℃以下の過熱
水蒸気を通気させることで吸着済み吸図 1．CuHCF 吸着材の加熱分解

着材を加熱分解した（図１）。加熱分解
物や分解ガスの同定や定量分析をおこない、より安定に Cs を飛散させずに CuHCF 吸着
材を安定化する条件を検討した。
２．試験目標： Cs を飛散させることなく、安全に CuHCF を加熱分解して、Cs 吸着済
吸着材が安全な酸化物となる条件について、例えば過熱水蒸気の温度や加熱時間を明らかにする。また加熱分解時の雰囲気（過熱水蒸気のみ導入、過熱水蒸気＋空気を同時に導入、過熱水蒸気反応の後に空気を導入等）についても検討し、金属 Cu のような非安定副生成物の酸化や、分解ガスの生成量との関連も検討した。特に Cs については分解の過程において、その物質収支を明らかにする。
３．期待される効果：本試験において吸着材料として用いる CuHCF は、高い Cs 選択性と吸着容量で知られる一方で、配位性の高分子であること、成分に CN 基を含むことが長期保管の懸念材料とも捉えられている。例えばこの吸着材を、Cs を飛散させることな
く安全に分解する安定化工程を確立することで、これを既に確立された固型化等の処理へとつなぐプロセス、もしくは新たな保管プロセスが想定可能となり、まだ未確定部分
も残る最終処分に向けて、今後幅広い対応が可能となる。

付録2－7－1

実証試験の結果：過熱水蒸気による Cs 吸着済み CuHCF の分解条件を明らかにするため、小型（10−200 mL）のカラムを用いた温度依存、時間依存、加熱雰囲気の検討、
カラムサイズ、加熱水蒸気量の影響評価をおこなった。また加熱分解残渣（灰）の分析、吸着材通過後の過熱水蒸気を冷却した冷却捕集液中の飛散 Cs の定量、加熱分解で発生したガス（排ガス）の分析をおこなった。
過熱水蒸気による加熱分解残渣について、赤外分光スペクトル（FT-IR）の温度依存性を調べた。10 mL 程度の小さなカラムに 5 mL/min（水換算）の水蒸気を水蒸気温度と加熱炉温度を変えながら、10 分間導入した結果、500 ℃から 410 ℃においては 2100
cm-1 付近の CN 伸縮が完全に消失したのに対し、400 ℃以下ではわずかに残っているのが見られた。同様の傾向は粉末 X 線回折（XRD）でも確認された。また、400 ℃分解条
件でも 10 分間から 30 分間に時間を伸ばすことにより、分解が進むことが確認された。
一方で、過熱水蒸気だけでは CuHCF の銅成分は酸化されず金属 Cu となって残るため、これを酸化させるべく、１）400 ℃での過熱水蒸気分解後に 350 ℃での空気導入や、２）
400 ℃での過熱水蒸気と同時の空気導入を検討した。空気導入に関しては、２）の場合、
過熱水蒸気と同時の空気導入時は目標温度の維持が困難となり、カラム内の温度は400 ℃から上下に変動した。また金属 Cu の酸化も十分ではなかった。一方１）の場合は温度維持が容易で金属 Cu の酸化も容易であった。
本試験で確認したいくつかの条件に対して、例えば、安定に CuHCF を加熱分解でき、Cs の飛散はほぼなく金属 Cu も酸化されている場合について、Cs の物質収支を検討した。
上記の場合の平均を取ると、加熱分解によるカラム外への Cs の飛散は吸着材含有量の0.02%程度、加熱分解物からは水洗浄で Cs の 90％以上が溶出する。また、HCN, NH3,
NOx は排ガスよりも冷却捕集水で多く含まれている場合があることがわかった。
技術等の評価：Cs 飛散を抑えたプルシアンブルー系吸着材の安定化は可能である。
作業員被ばく量評価：パイロットサイズのカラムについて計算した結果、吸着材、固型
化体共にカラム表面の線量率は 2 mSv/h を越えず、遮蔽・離隔で対応可能である。
コスト評価：溶融飛灰 22.5 万 t を 10 年で歩掛り（作業人工、作業速度等）：対象外

処理すると仮定して、安定化及び固型化分の処理費用を約 14 億円と見積もった。
コスト評価条件：溶融飛灰 22.5 万 t を 10 年で処理すると仮定して、本安定化技術に固型化を含めて設備費(設計費、機械装置費、機械装置設置工事費、機械装置解体撤去費)を見積もり、10 年間の運転費用も概算した。
安全性の評価：放射線管理、加熱分解、カラム交換、カラム長期保管等の観点から安全性の評価をおこない、その対策を平時、緊急時、事後に分けて整理し、一般的な対策で対応可能であることをまとめた。
試験場所（住所）：産総研つくば中央第五事

除去物保管場所と保管状況：全て非放射性業所 5-1 本館（茨城県つくば市東 1−1−1）の物質であり、産総研の規定に基づいて処理済みである。

付録2－7－2

実証試験の結果詳細
１. 試験の実施内容
本試験の試験の流れを図 1 に示す。本試験は模擬飛灰液を用いて Cs 吸着済吸着材を調整し、これを過熱水蒸気分解装置により各種条件で加熱分解した。これに並行して、本安定化技術のプロセス評価を実施した。
過熱水蒸気分解装置の概要図を図 2 に示す。過熱水蒸気発生部で発生させた水蒸
気を、加熱炉で一定温度に保った Cs 吸着済ステンレスカラムに通気し、さまざまな条件で加熱分解した。

図1

図2

試験の流れ

過熱水蒸気分解装置の概要図

加熱分解試験の流れと主な分析内容を図 3 に示した。過熱水蒸気分解前後の Cs
吸着済吸着材に含まれる Cs 量について物質収支を確認し、冷却捕集液への Cs 飛散
量について確認した。

付録2－7－3図3

加熱分解の流れと主な分析内容

２. 試験の結果（１） 吸着材造粒体の製造

ヘキサシアノ鉄酸銅（以下、CuHCF と表記）のカリウム塩（以下、KCuHCF）
を合成し、その造粒体を製造した。硫酸銅五水和物の水溶液とフェロシアン化カリ
ウム三水和物（ヘキサシアノ鉄酸カリウム、HCF）の水溶液をチューブの中で混合し、高速で乱流撹拌することにより、カチオンを効率的に吸着するヘキサシアノ鉄
酸銅カリウム塩、KCuHCF（Cu:Fe ＝3：2）のスラリーを得た。この KCuHCF ス
ラリーを固液分離し、バインダーや架橋剤を添加してよく混錬した後、押し出し造
粒によって粒径 3 mm、長さ 3-6 mm ほどに成形し、乾燥させることで KCuHCF 造
粒体を 10 kg ほど製造した（KCuHCF 造粒体１）。
この KCuHCF 造粒体 1 について、Cs 吸着容量の従来品（通常我々が実験室で製造している吸着材）との比較確認のため、純水中でのバッチ振とう試験による吸着容量の試験をおこなった。つまり純水中に初期 Cs 濃度が 10-5000 mg-Cs/L 程度となるよう塩化セシウムを溶解した 5 点ほどの濃度の異なる吸着液を準備する。これに液固比が 1000 となるよう吸着材を投入、24 時間以上振とうし、ICP-MS を用いて液中 Cs 濃度を分析した。横軸を吸着平衡時のアンモニウムイオン濃度 c（、e mg/L）
縦軸を吸着材に吸着されたアンモニウム量 qe（mg/g）でプロットし、ラングミュア式に基づくフィッティングをおこない、最大 Cs 吸着容量を見積もった。KCuHCF
造粒体１の純水中での最大吸着容量 qmax は 347 mg/g (2.6 mol/kg)程度と見積もられ、目標値である 1.5 mol/kg を超えていることが確認された。ラングミュア式のフィッティングによる最大容量評価はばらつきもあるが、従来品の Cs 容量を十分に確保できていると判断した。

付録2－7－4

（２） Cs 吸着済み試料調整

Cs 吸着済み吸着材の加熱分解試験をおこなうために、大量の Cs 吸着済み吸着材を作成する必要があるが、カラム吸着方式による吸着済み試料の調製は時間を要す
るため、本試験では模擬飛灰液中のバッチ方式による振とうで Cs 吸着をおこない、
カラム吸着で Cs を飽和させた吸着済み吸着材（Cs 吸着済み吸着材２）を作製した。
本試験に使用する模擬飛灰液としては、JESCO 殿提供の飛灰の成分表（表 1、「模
擬飛灰液中の設定濃度」参照）をもとに、液固比 10 での抽出を想定して、飛灰中の各金属濃度の 1/10 程度となるよう模擬飛灰液の各金属イオン濃度を設定した。主に塩化物塩を用いて各試薬を調合し、これを 20L ポリタンクに密封し、大型振とう装
置で 24 時間振とうして模擬飛灰液を調製した（表 1、「模擬飛灰液中の実測濃度」
参照）。ただし、カラム吸着時の Cs 吸着量を考慮して、平衡後の吸着材中の Cs 濃
度が 20-30 mg/g 程度になるよう、さらに安定 Cs を 4000 mg/L 前後添加した。混合溶解時に少量の茶褐色の固形物が生じたため、固形物を吸引濾過して除去した。模擬飛灰の pH は 3.4−4.１程度であり、少量の水酸化カリウムで pH を 5.5-6.5 に調整した。
表1

飛灰成分表、および模擬飛灰液の組成

元素

模擬飛灰液中の設定
濃度（mg/L）

模擬飛灰液中の実測濃度（mg/L）

Cu
Zn
Cd
Pb
Fe
Mn
Cr
Cs
Sr
Na
K
Rb
Ca
Mg
Cl

740
1,100
8
800
1,400
70
3
4,000(*注)5
11,00019,000150
6,500
6233,000

728
1,050
13
728
1,240
28
7
3,960
2
11,78019,100142
5,940
9351,500Cs 吸着処理後の模擬液濃度（mg/L）
433
779
13
644
483
28
3
5
2
12,10023,600184,300
10149,500

調製後分析
項目
○
○
半
半
○
半
半
○
半
○
○
○
○
○
○

○：ICP-MS, MP-AES を用いた検量線法による分析、半：ICP-MS の半定量分析

この模擬飛灰液に KCuHCF 造粒体１を浸漬して Cs 吸着済み吸着材２を調整した。浸漬後の模擬飛灰液の各種イオン濃度を示す（表 1、「Cs 吸着処理後の模擬液濃度」参照）。飛灰液中の濃度変化からは約 4000 mg/L の Cs の大半が吸着されていることがわかり、その吸着材への吸着量は液中の値の減少分から見積もると Cs 吸付録2－7－5着済み吸着材 2 の 1g に対して 27.97(28) mg/g (0.21 mmol/g)と見積もられた。また同時に吸着済み吸着材をマイクロウェーブ分解装置で分解し、ICP-MS によりその中の Cs 吸着量を見積もった（固体中 Cs から見積もる）ところ Cs 吸着済み吸着材 2の 1g に対して 25.31(292) mg/g (0.19 mmol/g)と見積もられた。吸着量に多少のずれがあるが、吸湿性のある材料であること、固体の場合はサンプリングの箇所によって値がばらつくこと等を考えると、許容の範囲と考えられる。この後の計算には固体から見積もった値を使用した。
固体側である Cs 吸着済み吸着材 2 をマイクロウェーブ分解装置により分解し、その中の Na, K, Rb のアルカリ金属の濃度を IC, ICP-MS 等により見積もったとこ
ろ、それぞれ Cs 吸着済み吸着材 2 の 1 g に対して 111.2 mg/g (4.83 mmol/g), 176.9
mg/g (4.52 mmol/g), 0.91 mg/g (0.01 mmol/g)と見積もられた。
（３） 加熱分解試験（予備試験）/（本試験）調整した Cs 吸着済み吸着材２をステンレスカラムに充填し、過熱水蒸気を通気することによる加熱分解試験を実施した。図 4 に大型過熱水蒸気分解装置の写真を示す。

図4

大型過熱水蒸気分解装置

使用したカラムのサイズは以下のとおりである。
・φ1/2 インチ-L10 cm：容量約 10 mL
・φ1 インチ-L10 cm：容量約 35 mL
・φ1 インチ-L30 cm：容量約 100 mL
・φ3.45 cm-L35 cm：容量約 200 mL

付録2－7－6

試験条件としては、① 加熱分解温度依存：過熱水蒸気温度について 300-500℃程度の複数温度について加熱分解試験をおこなった。高温側から実施し、反応が不十分な時点で中止した。実際には、500℃、480℃、460℃、440℃、410℃、400℃、360℃の 7 点について実施した。
② 加熱時間依存：加熱時間について 10-60 分程度の複数時間について加熱分解試験をおこなった。上記の温度依存試験の中で反応が不十分であった試料について、加熱時間を変化させその効果を試験した。 実際には、温度依存で CN ピークが残った 400℃について過熱水蒸気導入、10、30、60 分の加熱を実施した。
③ 加熱雰囲気の検討：上記試験において、加熱分解物の中に金属 Cu が発生し、酸化反応が不十分である試料に対し、過熱水蒸気による分解試験の後、乾燥空気等の酸素を含むガスを導入や、導入のタイミングを検討した。実際には、以下の３試験をおこなった。過熱水蒸気 400℃、30 分加熱の条件について、ア）水蒸気導入終了後に 300℃以上で乾燥空気を 100 mL/min で
20 分間導入した、イ）水蒸気を導入する時に同時に乾燥空気を 10 mL/min
で 30 分、水蒸気導入終了後は窒素ガスに切り替え 100 mL/min で 20 分導入し冷却した、ウ）水蒸気を導入する時に同時に乾燥空気を 50 mL/min で
30 分、水蒸気導入終了後は窒素ガスに切り替え 100 mL/min で 20 分導入し冷却した。
④ カラムサイズ拡大の影響評価：カラムサイズ拡大に伴う、過熱水蒸気の通気性評価、昇温の特性等の確認をおこなった。実際には、過熱水蒸気 400℃、30 分加熱の条件において 10 mL、35 mL、100 mL カラムについて実施した。
⑤ 過熱水蒸気温度と供給量の影響評価：予備試験で得られた加熱温度、時間に加えて、水蒸気供給量の影響を評価した。 実際には、過熱水蒸気 400℃、30 分加熱の条件において 3 mL/min、5 mL/min、15 mL/min、21 mL/min
について実施した。カラムサイズについては供給量の増大に伴い、加熱分
解する試料量が増大するため、これに合わせて 10 mL~200 mL まで拡大した。
加熱分解物の分析については、分解前後の重量変化、フーリエ変換赤外分光分析装置（FR-IR）スペクトルや粉末 X 線回折装置（XRD）の回折パターン、熱重量示
差熱分析装置（TG/DTA）、溶液の濃度分析には誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS)、イオンクロマトグラフ装置（IC）を用いた。

付録2－7－7

試験の結果の一例を示す。図 5、図 6 は上記①の試験における、それぞれ加熱分
解物の分解温度依存の FR-IR スペクトルと XRD の回折パターンである。過熱水蒸
気分解により Cs 吸着済み吸着材２は分解されるが、FT-IR スペクトルより 400℃近傍以下は 2100 cm-1 付近のシアノ基由来のピークが残っている。また、XRD パター
ンより過熱水蒸気分解では加熱分解物に金属 Cu が生じており、このままでは酸化が進んでいないことがわかった。

図5

加熱分解物の分解温度依存性の FT-IR スペクトル図6

加熱分解物の分解温度依存性の XRD パターン

そこで加熱分解時の雰囲気を変えた場合について、上記③試験をおこなった結果の XRD パターンを図 7 に示す。青線で示した試料は 400℃の過熱水蒸気を 30 分通気後、300-350℃で乾燥空気を 20 分導入したが、Cs 吸着済み吸着材２は全て分解し、また金属 Cu は全て CuO に酸化されていることがわかった。一方、緑、もしくは赤線で示した試料は 400℃の過熱水蒸気と同時にそれぞれ空気を 10 mL/min、50

付録2－7－8

mL/min で混合し 30 分通気したものである。Cs 吸着済み吸着材は全て分解され
CuO も生成しているものの、金属 Cu も残っていることがわかった。

図7

加熱分岐物の分解雰囲気依存の XRD パターン

加熱分解後の過熱水蒸気を冷却して捕集した液の中の Cs 量と、それを通過した
排ガス中の CN、NH3、NOx の分析をおこなった。冷却捕集液の中の Cs 量は 0.00125〜0.108%以下であり Cs の飛散がほぼ抑えられていることがわかった。
一方で、冷却捕集液を通過した排ガスについては、CN が 0.1〜2.8 mg/g-吸着材（Cs 吸着済み吸着材２の 1g から発生した量として計算）、NH3 が 0.01〜0.7 mg/g吸着材、NOx が 0.1〜1.4 mg/g-吸着材程度が分析された。なお、冷却捕集液中の窒素由来成分は当初何らかのエラーで測定できていなかったが、再測定により排ガスから検出されるよりも多くの成分が検出された。
３. 評価（１） 加熱分解試験の評価

過熱水蒸気による加熱分解の特徴についてまとめる。
・ 過熱水蒸気による分解は分解温度の制御が容易である。
・ 500℃以下での分解条件については、水蒸気温度が 400℃程度まで分解可能である。ただし加熱時間は長くなる。また過熱温度が下がると排ガス中の CN や
NOx の量が増える傾向がある。
・ CuHCF 吸着材については過熱水蒸気分解で生じる金属 Cu の酸化が必要である。過熱水蒸気分解後に空気酸化するのが有効である。過熱水蒸気分解時に同時に空気（酸素）を導入することにより、金属 Cu を酸化することは可能だが、付録2－7－9温度制御が難しくなる可能性がある。またアンモニアの発生量が増える可能性がある。
・ カラムサイズの拡大に伴い、カラム入り口付近と出口付近で、加熱分解物に差が生じた。カラムは加熱炉に設置されており、温度の分布はそれなりに均一であると思われることから、水蒸気供給量が重要であると考えられる。
・ 過熱水蒸気供給量が少ない場合でも、400℃以上であれば PB 型錯体（Cs 吸着
済み吸着材２）はある程度分解されると考えられる。また水蒸気量が多いとCN や NOx の発生量は減り、NH3 の発生量は増える傾向が見られる。
・ Cs 吸着済み吸着材２に含まれる窒素分解物のかなりの部分が、冷却捕集液に捕集されるため廃液処理の必要がある。
（２） 物質収支の評価

加熱分解試験前後における Cs の物質収支フローを明らかにした。つまり Cs 吸
着済み吸着材 2 に含まれる Cs 吸着量に対し、加熱分解試験後の Cs がどこにどの程度分布するかについて、図 8 に示したように Cs 排ガス系統の Cs 総量と、加熱
分解物中の Cs 総量を分析した。図中の Cs 濃度は Cs 吸着済み吸着材 2 を 1g に対して発生した Cs 量に換算してある。この加熱分解物については、400℃以上の分
解で加熱後、乾燥空気による金属 Cu の酸化をおこなった６試料について、平均を取った。Cs の濃度は、加熱前の Cs 吸着済み吸着材２で 25.31(292) mg/g (0.19mmol/g)、加熱分解物に 24.70(191) mg/g (0.19 mmol/g)、冷却捕集液に 0.0057(87)mg/g となり、平均値で計算すれば 97.6%がカラムの中に残り、0.022%が捕集液に飛散したことになる。これは仮に 4000 万 Bq/kg まで吸着した吸着材を 100 kg
加熱分解して、100L の水で捕集したと考えると、9,000 Bq/L の放射性廃液が 100L
発生することになる。

図8

Cs の物質収支のフロー図

付録2－7－10

さらに加熱分解物の水洗浄時においても、溶け出す Cs と洗浄残渣に残る Cs の
図 8 に示したように洗浄前の加熱分解物に 24.70(130)
物質収支を確認したところ、

mg/g (0.19 mmol/g)、洗浄水に 22.83(220) mg/g (0.19 mmol/g)、分解物洗浄残渣に1.47(21) mg/g (0.011 mmol/g)が分布している計算となり、平均値で計算すれば92.4%が洗浄水に溶出し 5.95%が洗浄残渣に残る結果となった。
４. 本安定化技術のプロセス評価（１） 本安定化技術の安全性評価①

放射線管理（被ばく線量評価）

想定されるカラムの材質や構造、吸着材の量、放射性 Cs 吸着量（4000 万
Bq/kg）、固型化の材料等からカラム周りの線量を見積もった。JESCO 大規
模実証を想定したパイロットカラム、ベンチカラムについて計算したところ、吸着材、固型化体共にカラム表面の線量率に関していずれも２mSv/h を越えないことが明らかになった。
また、作業員の被ばく線量を抑制するためには、線量率を 100 µSv/h 以下にすることが望ましいが、上記の線量率であれば、鉛、コンクリート等による遮蔽と離隔で対応することが現実的であると考えられる。
②

緊急時対応（潜在リスクとその対応）

分析対象は、加熱分解、カラム交換操作、長期カラム保管の３つのプロセスとし、原因を分析する際の考え方として、安全工学の分野でしばしば用いられる「4M」(Man（人的要因）、Machine（機械的要因）、Media（Man と
Machine の媒体的要因）、Management（管理要因）)の概念を適用した。これを基に、漏えいした放射性セシウムによる外部被ばく、内部被ばくについて評価をおこなった。特に内部被ばくについては、吸着済み吸着材の放射能濃度を 4000 万 Bq/kg、マスクの捕集効率を 99.9%とした場合、最大で 3.3×10-9 Svと見積もられた。また、その対策としては、4M にひもづく一般的な対策を平時、緊急時、事後に分けて整理し、まとめた。
（２） 本安定化技術以外の技術との比較

本安定化技術においては MHCF と呼ばれるプルシアンブルー系の吸着材を用いて Cs を吸着し、さらに長期保管に向けて吸着済み吸着材の過熱水蒸気
分解による安定化、さらに本事業においては想定のみであるがセメント固形化等の処理についても検討をおこなった。プルシアンブルー系の吸着材を用いた
放射性 Cs 除去技術には競合する技術として、シアン分解、固型化等の技術が存在するが、それらの技術の概要を整理した上、下記の点について整理し、ま付録2－7－11

とめた。
•

比較対象：１）燃焼酸化、２）アルカリ洗浄、３）ジオポリマーによる安定化処理、４）エポキシ組込固化•

比較要件：１）潜在リスク、２）廃棄物発生量、３）作業の煩雑性、４）
メリット/デメリット（３） 本安定化技術のプロセスの経済合理性評価

これまでの評価を基に、本安定化技術を JESCO の公募する飛灰洗浄事業のパイロットプラント事業、さらにその先の実事業に適用した場合の経済合理性評価をおこなった。まず、今後想定される長期保管方針を検討して過熱水蒸気
分解の有用性、固形化の有用性等、も含めた安定化のシナリオを洗い出した。
また、上記のマテリアルフロー（想定されるシナリオの洗い出し）の結果に基づき、物量評価・コスト評価をおこなった。例えば、溶融飛灰 22.5 万 t を 10年で処理すると仮定して、本安定化技術に固型化を含めての設備費（設計費、機械装置費、機械装置設置工事費、機械装置解体撤去費）、及び 10 年間の運転費用を見積もったところ、合わせて約 14 億円と概算された。
５. まとめ本事業では、飛灰洗浄液から放射性 Cs を吸着濃縮したプルシアンブルー系吸着材（CuHCF）の安定化の一手法として、過熱水蒸気による加熱分解条件の検討、Cs
飛散の検討、分解時に発生するガスの分析をおこない、過熱水蒸気分解法の有効性や実用化に向けた課題を検討した。明らかになった課題は、以下の通りである。
・

加熱分解の終了のタイミングの見極め：温度による見極めは難しく、分解ガス（排ガス）の経時モニタリング等によるデータの蓄積が必要である。

・装置大型化の対応：課題抽出は進めており、それへの対応が必要である。

・

捕集液中の窒素化合物対策：Cs 飛散量はごく小さいが、NH3, CN, NOx の処理が必要となる。

・KCuHCF 吸着材以外の MHCF 吸着材の安定化：より高度な減容、安定化が求められる際の吸着材についても、安定化対応が必要である。

・

長期保管に向けた固型化等の検討：加熱分解物のセメント固型化等による安定化が必要と考えられる。
これらの課題に対応し、プルシアンブルー系吸着材（CuHCF）が活用できれば、飛灰の大幅な減容が可能となる上、これを既に確立された安定保管処理へとつなぐプロセスが想定可能となり、最終処分に向けて幅広い対応が可能となることが期待される。

付録2－7－12

実施代表者：国立大学法人 東京工業大学
実証テーマ名：実飛灰洗浄水を用いたインドラム式ガラス固化技術による放射性 Cs 固化の実証研究
概要：
除去土壌等の熱処理で発生する飛灰から水洗浄で回収された Cs の安定固定化および減容化を達成するために「インドラム式ガラス固化技術」の導入を提案する。
放射性 Cs の安定固化のために、ガラス固化体への K 充填量を Cs 充填量の１/10 程度まで低減する吸着段階での前処理工程を確立する。その前処理技術を利用して Cs を回収し、ホウケイ酸ガラスフリットと混合後、溶解させることで、耐水性の高い均質なポルサイト
結晶含有ガラス固化体を作製する。また、作製したガラス固化体における Cs の浸出性能の評価するために、動的浸出試験を実施する。さらに、実飛灰洗浄水を用いて、一連のガラ
ス固化プロセス全行程を実施し、放射性 Cs のトレースおよび安定固化体の作製が可能であることを実証する。
これら一連の実証試験を通し、「インドラム式ガラス固化技術」の実用性を実証する。
実施内容：①ガラスへの K 移行量低減のための前処理技術の開発 （コールド試験）②実飛灰洗浄水を使った放射性 Cs のインドラムガラス固化③インドラムガラス固化体 Cs 浸出速度評価④実規模プロセスの物質収支、放射能収支、経済性評価
技術概要：
１．試験フロー

２．成果目標耐水性の高い均質なポルサイト結晶含有ガラス固化体を作製する。Cs の選択吸着により、K 量の低減処理として、K/Cs 比で１/10 程度を目指す。そのガラス固化体の耐水性として、他の低温固化技術であるセメント固化やジオポリマー固化などとの浸出性能比較において、1 桁以上小さい規格化浸出率を目指す。

1
付録2－8－1

実証試験の結果：
K 量低減のための前処理技術として、
PB-MC もしくはフェロシアン化銅造粒体(CuHCF)
による吸着後、NH4+で後処理することにより、最終的なガラス固化に供する Cs 混合物水溶液中の K 濃度を、[Cs]/[K]比で、9.33(PB-MC)、34.5(CuHCF)まで低減することに成功した。また、ガラス固化体への Cs 充填量を、ガラス重量に対して、10 wt%とすれば、K充填量を 10 wt%まで充填しても、900 °C で均質なガラス固化体を作製できることが実証された。さらに、ポルサイト結晶含有コンポジット型ガラス固化体の Cs 浸出率は非常に低く、セメント固化等に比べて 4 桁程度小さい規格化浸出率を達成した。
実飛灰洗浄水を用いたホット試験では、吸着・燃焼・溶出・ガラス固化で構成される一連のプロセスが問題なく遂行できることを確認した。放射性 Cs についても十分な精度でトレースでき、安全かつクローズドなプロセス構築が可能であることが示された。また、さらに、インドラム方式ガラス固化プロセスの物質収支、放射能収支を検討した結果、イン
ドラム数量は 100 本以下に収まり、インドラム方式ガラス固化プロセス導入により廃棄物の安全かつクローズドな高減容化が可能である事がわかった。
減容等の評価：灰、土壌処理の最終処分形態としてのインドラム数量は 100 本以下で有り、低レベル放射性廃棄物としての保管スペースは 10ｍ×10ｍ程度に縮小できる見通しを得た。
作業員被曝量評価：
対象汚染物が 10 万 Bq/kg 超の場合は、装置周辺の空間線量が極めて高くなるので、遠隔操作が前提となる。
コスト評価（インドラム式ガラス固化体プロセス）：T-Cs 処理量当り

歩掛り：

コスト：12.4 百万円/kg、ドラム当りコスト：251 百万円/ドラム、ド作業人工： 20 人日

ラム内容物当りコスト：1.46 百万円/kg（設備費：43.4%､ユーティリ /Cs-kg
ティ費：12.3%､消耗品費：27.5%、人件費：16.8%）
コスト評価条件（インドラム式ガラス固化体プロセス）：インドラム寸法：φ400×
H1500mm、インドラム内蔵ガラス量：150kg/本、インドラムガラス固定化 Cs 量：22.5kg/
本（ガラスの約 15 wt%）
、インドラム数量：灰処理＋土壌処理：86 本、インドラム装置運
転：7 日/本、15 年稼働、ガラス固化体装置：2 基(交互 1 基運転)、ガラス固化体放射能濃度：8.94GBq/内容物 kg、1542.9Bq /インドラム
安全性の評価：灰、土壌処理の最終処分形態としてのインドラム数量は 100 本以下で有り、低レベル放射性廃棄物（ピット処分制限 100 GBq/kg 以下）としての保管スペースは 10 m×10 m 程度に縮小でき、保管形態、保管場所の選定に安全の上でも有意義な方向を示すものとなった。

試験場所（住所）：①コールド試験：東工大 東京都目

除去物保管場所と保管状況：

黒区大岡山 2-12-1、②ホット試験：JESCO 技術実証フ

放射能汚染物は、JESCO に引き渡ィールド 福島県双葉郡大熊町大字夫沢字長者原 731-1

し保管した。

2
付録2－8－2

１．事業の概要（１）目的
令和 2 年度実証事業において、飛灰から水洗浄で回収された Cs の安定固定化および最終処分対象物の高減容化を達成するために、インドラム式ガラス固化技術に関する実証試験を実施した。この実証事業において、Cs をポルサイト（CsAlSi2O6）多結晶体の形
でガラス内に閉じ込め、ガラス固化することで、耐水性に非常に優れた安定固化が可能である事を実証した。一方で、飛灰洗浄水中に多量に含有する K は、ガラスの均質性を阻害する傾向にあることが分かった。したがって、より安定的なガラス固化および高減容化のためには、固化前段階において、ガラス固化体に移行する K 量を低減する必要がある。また、これまでの非放射性 Cs を使ったコールド試験に加えて、実飛灰洗浄水を用いて、インドラムガラス固化技術による安定ガラス固化が可能であることを実証する必要がある。これらの観点から、本実証事業では、Cs 選択吸着による K 低減のためのガラス固化前処理技術を確立し、実飛灰洗浄水を用いたインドラム式ガラス固化試験を実施した。
（２）試験の内容
本事業の試験全体フローを図 1-1 に示す。

図 1-1

試験全体のフロー①ガラスへの K 移行量低減のための前処理技術の開発 （コールド試験）（ア）模擬飛灰洗浄水の作製
JESCO より取得した飛灰洗浄水の組成情報を参考に市販試薬（塩化物）を混合し、模擬飛灰洗浄水を作製する。

3
付録2－8－3

（イ）模擬飛灰洗浄水からの Cs 混合物回収（ア）で作製した模擬飛灰洗浄水から吸着剤（フェロシアン化物：フェロシアン化鉄、銅、ニッケルおよび Cs レジン：ポリアクリロニトリル[PAN]ベースの有機マトリクスに埋め込まれたフェロシアン化ニッケル）を用いて Cs を選択的に吸着させる。Cs を吸着した吸着剤をロータリーキルン炉に入れ加熱し、約 360 ℃で完全に熱分解させる。熱分
解残渣（金属酸化物）を水で洗浄することにより、CsNO3 を主成分とした Cs 溶出液（Cs
混合物水溶液）を回収する。溶出液中の陽イオン濃度を測定し、Cs の定量および組成分析を行う。
（ウ）模擬 Cs 混合物水溶液の作製（イ）において明らかとなった熱分解残渣からの Cs 含有溶出液（Cs 混合物水溶液）の陽イオン組成比情報をもとに、市販硝酸塩試薬を用いて模擬 Cs 混合物水溶液を作製す
る。
（エ）模擬飛灰洗浄水でのガラス固化試験（ウ）で作製した K を低減した Cs 混合物水溶液を用いて、コールドにおいてガラス固化試験を行う。コールドでのガラス固化試験は、令和 3 年度導入の装置を使用する。
固化容器（ドラム）は、V-50 および V-100（高さ 200 mm、φ60.5 mm およびφ114.3 mmの SUS 製容器）を使用し、ガラスフリット PF798-N10（Na2O：10wt%）と模擬 Cs 混合物水溶液を混合し、水を蒸発乾固させた後、900 ℃でガラス固化体を作製する。ポル
サイト微粒子のガラス中への均質な分散を目指す。
②実飛灰洗浄水を使った放射性 Cs のインドラムガラス固化（ア）実飛灰洗浄水でのガラス固化試験
実飛灰洗浄水を用いて、各工程（フェロシアン化物への Cs 吸着工程、Cs 吸着フェロ
シアン化物の熱分解・水洗浄工程、インドラムガラス固化工程）を実施する。インドラ
ムガラス固化装置は、コールド試験用と同等の装置を実証フィールドにホット用として新たに設置する。実飛灰洗浄水およびその組成情報は、JESCO より提示を受ける。この試験で使用する固化体容器は、V-50 ドラムとし、Cs 混合物水溶液、ガラスフリット
PF798-N10（Na2O：10 wt%）の混合物を、900 ℃前後で溶融後、冷却させることによりガラス固化体の作製を行う。Cs の吸着試験および吸着剤の燃焼・溶出試験を実施し、放射線量から放射性 Cs をトレースする。
③インドラムガラス固化体の Cs 浸出速度評価①（エ）で作製したインドラムガラス固化体を切り出し、低レベル放射性廃棄物固化体の浸出性能評価で用いられる「米国原子力学会の ANSI・ANS-16.1-2019」に準拠して動的浸出試験を行う。
④実規模プロセスの物質収支、放射能収支、経済性評価
全ての成果を総合し、実機規模のインドラムガラス固化プロセスの物質収支、放射能
収支、プロセス導入の経済性を評価する。
２．試験結果①模擬飛灰洗浄水からの固化体作製用 Cs 混合物の回収（ア）模擬飛灰洗浄水の作製
本試験における模擬飛灰洗浄水は、JESCO より提示された組成情報をもとに作製し4
付録2－8－4

た。表 2-1 に、本試験で使用した模擬飛灰洗浄水の組成情報を示す。模擬飛灰洗浄水は、市販試薬を用いて作製した。原料試薬は、NaCl、KCl、CaCl2、ZnCl2、CsCl（富士フィルム和光純薬）を使用した。以下、この組成の水溶液を模擬飛灰洗浄水とする。また、模擬飛灰洗浄水には、1000 ppm 以上含有する金属種と Cs を考慮した。
表 2-1 模擬飛灰洗浄水組成
含有量 （g/L）

濃度 （mol/L）

Zn

2.1

3.21×10-2

Cs

0.0035

2.63×10-5

Na

22

0.957

K

36

0.921

Ca

1.5

3.74×10-2（イ）模擬飛灰洗浄水からの Cs 混合物回収
インドラム式ガラス固化技術において、安定なポルサイト含有ガラス固化体を作るために、ガラスへの K 移行量を、Cs 移行量の 1/10（重量比）程度まで低減するインドラム
ガラス固化の前処理工程の試験を行った。
（ア）で作製した模擬飛灰洗浄水から吸着剤を用いて Cs を選択的に吸着後、吸着剤はロータリーキルン炉を用いて熱分解させた。分解物を水で洗浄することにより、CsNO3 を主成分とした Cs 溶出液（Cs 混合物水溶液）を回収し、溶出液の組成分析を行った。
吸着試験には、4 種の Cs 吸着剤を用いた。図 2-1 に、使用した吸着剤の写真と特徴を示す。なお、市販されていない NiHCF については合成した。

図 2-1 4 種の Cs 吸着剤の写真と特徴
これら 4 種の吸着剤を使用して、14 種のバッチ式吸着試験を実施した。通常のバッチ式試験では、模擬飛灰洗浄水 1 L に対し、吸着剤 1 もしくは 0.1 g を使用した（合計 8 種）。
さらに、K 量を低減することを目的として、NH4+による K とのイオン交換処理を実施し5
付録2－8－5

た。この処理は、吸着剤に K を含有している CuHCF および NiHCF については、１M
NH4Cl 水溶液を用いた吸着前の振盪による前処理を、PB-MC および CuHCF については、1000 ppm NH4Cl 水溶液を用いた吸着後の後処理を実施した（合計 4 種）
。さらに、吸着剤中の[Cs]/[K]比を上げる目的で、PB-MC および CuHCF について、2 回繰り返し吸着を実施した（合計 2 種）。
これらの吸着試験後、燃焼試験を実施した。燃焼試験は、管状炉を用いて、空気雰囲
気下（100 mL/min）360 ˚C で完全燃焼した。熱分解前と比較して、熱分解後の燃焼残渣
は 30-50 %程度の重量減少が見られた。これは、フェロシアン化物骨格を成す CN 基の由来の HCN ガスの発生およびバインダーの燃焼によるものである。
次に、これらの熱分解残渣から、Cs の溶出を行った。溶出は、熱分解残渣に 100 mLの蒸留水を加え、振盪溶出させた。その後、固液分離を実施し、溶出液組成を評価した。
溶出液組成から、[Cs]/[K]分配係数(KCs/K)を算出したところ、PB-MC：529、CuHCF：
2203、Cs レジン：8927、NiHCF：9625 となった。Ni 系フェロシアン化物が最も良い分配係数を示したが、飛灰洗浄水の[K]/[Cs]比は、30000 以上ある事から、一回の吸着試
験では、[Cs]/[K]～10 を達成できないことが分かった。そこで、NH4+による K とのイオン交換を利用した Cs 濃縮を実施した。NH4+は、K と同程度の分配係数を有することから、濃い NH4+溶液に浸漬・浸透することで、吸着剤中の K とのイオン交換が促進される事が期待される。これらの前処理技術の中で、PB-MC および CuHCF について、NH4+で後処理し、K を吸着剤から脱離させたものが最も[Cs]/[K]比が良くなった。PB-MC で[Cs]/[K] = 9.33、CuHCF で[Cs]/[K] ＝ 34.5 となり、初期目標である[Cs]/[K] ～10 を達成した。また、熱分解残渣の Cs 残存量を XRF 測定により評価したところ、PB-MC でわ
ずかに Cs の残存が確認されたが、他の吸着剤からは確認されなかった。したがって、水溶出による Cs 回収により、概ね全量回収が可能であると考えられる。
（ウ）模擬 Cs 混合物水溶液の作製（イ）（ｃ）において明らかとなった熱分解残渣からの Cs 含有溶出液（Cs 混合物水溶液）の金属イオン組成比情報を基に、市販硝酸塩試薬（CsNO3, KNO3, NaNO3）を用いて模擬 Cs 混合物水溶液を作製した。まず、次項、ガラス固試験における V-50 ドラムによるガラス固化試験のための 3 種の Cs 混合溶液を作製した。これは、充填 Cs 量に対して、K 量を増加させた際の影響を確認する目的で作製した。詳細は、次項、ガラス固化の項で記述する。さらに、V-100 ドラムを用いたガラス固化およびその浸出性能評価のための模擬 Cs 混合物水溶液を作製した。これは、 [Cs]/[K]比の最も優れていた CuHCF に
よる吸着および NH4+での後処理試験の溶液組成をもとにした。
（エ）模擬飛灰洗浄水でのガラス固化試験①（ウ）で作製した K を低減した Cs 混合物水溶液を用いて、コールドにおいてガラス固化試験を行った。ガラスフリット（粒径：0.8~1.5 mm、PF798-N10（Na2O：10 wt%））と（ウ）（a）で作製した Cs 混合物水溶液をドラム内で混合し、水を蒸発乾固させた後、900 °C でガラス固化体を作製した。令和 2 年度の実証事業において、900 °C での低温ガラス固化を試みた結果、Cs はガラス成分の Al や Si と反応しポルサイト（CsAlSi2O6）を形成してガラス内に分散固定化され、Cs は、ガラス重量に対して、15 wt%程度まで高充填化できることが分かっている。一方で、K 量が増加すると相分離傾向が見られた。
6
付録2－8－6

この結果を踏まえて、本実証事業における V-50 ドラムを用いたガラス固化試験では、K量を増加した際の効果を検討した。V-100 ドラムを用いたガラス固化試験では、吸着・燃焼・溶出試験において、最も高い[Cs]/[K]比を達成した CuHCF 吸着および NH4+後処理によって得られた Cs 混合物組成を用いることとした。ガラス固化装置は、令和 3 年度に導入した排ガス処理系（気相ガストラップ装置）を含む装置を用いた。表 2-2 に、各ガラス固化体作製の原料組成を示す。V-50 ドラムを使ったガラス固化体作製は、K 充填量の増加影響を確認するために、[Cs]/[K] = 5, 2, 1 の 3 種を実施した。通常の吸着試験における 4 種の吸着剤での溶出試験結果における溶液組成において、[K]/[Na]が 3-7 である
ことと、ガラス/硝酸塩全量比が 4-2 程度になるように調整した。これらの固化体 ID は、
G31-G33 とした。
表 2-2

各ガラス固化体作製の原料組成

G31

G32

G33

G311

ドラム

V-50

V-50

V-50

V-100

ガラス (g)

300

300

300

1200

CsNO3 (g)

44

44

44

264

Cs 換算 重量%

10.0

10.0

10.0

15

NaNO3 (g)

15

11.5

20

24

Na 換算 重量%

1.35

1.04

1.80

0.54

KNO3 (g)

15.5

38.5

77.5

13.5

K 換算 重量%

2.00

5.00

10.0

0.44

H2O (mL)

270

270

270

1080

ガラス/硝酸塩全量

4.03

3.18

2.12

3.98

作製温度 (°C)

900

900

900

900

保持時間 (h)

3

3

3

5

V-50 ドラムを用いた固化体作製についてまとめる。図 2-3 に、ウォータージェット法
により切断した G31～G33 固化体を並べた写真を示す。ガラス重量に対して、Cs 充填量
を 10 wt%まで減少させると、K 充填量を Cs 充填量と同等まで高充填化させても、固化
体の均質性が保たれることが分かった。K 充填量を増加させると、ポルサイト結晶を含有したコンポジット型の固化体から、ガラス単一化が進む傾向が見られた。本試験で、K
量を Cs 量と同等まで高充填化しても均質なガラス固化体が作製できることが示された。
コンポジット型固化体のほうが、水に対する Cs の浸出率はわずかに低いものの、完全ガ
ラス固化体でも十分な浸出性能を有することから、上流プロセスに依存して、柔軟に Cs
および K の充填量をを決定することが可能である。一方で、現状の飛灰洗浄水におけるK と Cs の濃度比([K]/[Cs])は、約 30000-35000 程度でり、吸着段階における K の低減は必要である。

7
付録2－8－7

図 2-3 ウォータージェット法により切断した G31～G33 固化体
V-100 ドラムを用いた G311 固化体作製は、Cs を最大充填し(15 wt%)、K および Na
については、CuHCF による吸着試験後、NH4+による K とのイオン交換を実施した溶出液組成結果を用いた。図 2-4 に G311 ガラス固化体写真と XRD パターンを示す。作製した固化体は、ポルサイト結晶をガラス内に含有した均質なコンポジット型となった。

図 2-4 G311 ガラス固化体写真と XRD パターン
②実飛灰洗浄水を使った放射性 Cs のインドラムガラス固化（ア）実飛灰洗浄水でのガラス固化試験
中間貯蔵施設区域内の技術実証フィールドに仮設建屋を建設し、各工程（フェロシア
ン化物への Cs 吸着工程、Cs 吸着フェロシアン化物の熱分解・水洗浄工程、インドラム
ガラス固化工程）を実施するのに必要な試験機材を設置した。
JESCO から提供された実飛灰洗浄水（ポリ容器②、表面線量率 2.95 μSv/h）から、チュービングポンプを用いて、飛灰洗浄水を 2 L 分取した。飛灰洗浄水の pH を試験紙により観察したところ、約 5-6 であった。また、ポリタンク底部に素性不明の固形沈殿物を
8
付録2－8－8確認した。
実飛灰洗浄水を用いて、吸着剤による Cs の選択吸着、燃焼、溶出操作を行い、コールド試験で最適化した結果をもとに、V-50 ドラム内に均質なポルサイト含有ガラス固化体
を 1 回作製した。1.吸着剤による放射性 Cs の選択的吸着、2.Cs を吸着した吸着剤の燃焼、3.燃焼残渣からの Cs 溶出試験を実施し、実飛灰洗浄水を用いて Cs 混合物水溶液を作製した。基本的な操作は、①（イ）（a）-（ｃ）で示したコールド試験と同様としが、各工程の試験時間は短縮した。実飛灰洗浄水を用いた全行程写真を図 2-5 に示す。

図 2-5

実飛灰洗浄水を用いた全行程写真分取した 2 L の飛灰洗浄水から、さらに 60 mL を分取し、放射能濃度分析を実施した。
その結果、放射能濃度は、22720 Bq/L (放射能量 1363 Bq)であった。したがって、受領した飛灰洗浄水全体の放射能量は、386240 Bq（17 L）、試験に使用し飛灰洗浄水の放射能量は、44077 Bq（1940 mL）である。
この飛灰洗浄水を用いて、カラム式吸着試験を実施した。吸着試験は、コールドと同様のステンレス製カラム（φ:2.8 cm）を使用し、吸着剤には CuHCF を用いた。CuHCF
5.03 g をカラムに充填し、チュービングポンプを用いて流速 5 mL/min でカラム下端から飛灰洗浄水を流した。その際、飛灰洗浄水投入側液、カラムおよび処理水の放射線量率の経時変化を測定した。その結果を、カラム装置図とともに図 2-6 に示す。バックグ
ラウンド放射線量率は、約 0.2 μSv/h であった（図中の黒点線）。飛灰洗浄水投入側液の放射線量率は、時間経過とともにバックグラウンドレベルへと低下している。これは、単純に、飛灰洗浄水量の減少を表している。カラムの表面線量率は、2.5 h 以降、概ね一定となり、放射性 Cs 吸着が破過しているようにみえる。しかしながら、処理水の放射線量も同様の傾向を示していることから、単純な破過現象ではないと考得られる。上述し9
付録2－8－9

たとおり、受領した飛灰洗浄水中に固形の沈殿物が存在し、その周辺に放射性 Cs が多く取り込まれて、沈降していたものと考えられる。チュービングポンプによる液輸送では、
液下部側から流しているため、上端側の Cs 濃度が薄かったことに起因する現象であると考えられる。
Cs 除去処理水から 60 mL を分取し、U-8 容器に密封して、放射能濃度を分析したとこ
ろ、14490 Bq/L（放射能量：869 Bq）であった。したがって、Cs 除去処理水全体（1940mL）の放射能量は、28111 Bq、CuHCF に吸着した放射能量は、15966 Bq となった。
吸着率は 36 %となった。コールドでのバッチ式吸着試験と比較すると吸着率は低いが、カラム式吸着試験の場合、液輸送時の流速および流路に依存するため、本試験時間では妥当な結果であると考えられる。また、Cs 吸着量は、吸着剤量にも大きく依存すること
から、吸着剤をスケールアップすることで、吸着率を上げ、Cs 除去処理水中の放射能量を低減することが可能である。

図 2-6 飛灰洗浄水投入側液、カラム、処理水の放射線量率の経時変化と装置図
次に、カラム内から Cs 吸着済み CuHCF 吸着剤を取り出し 1 日乾燥した。吸着後のCuHCF は 2 回に分けて燃焼試験を実施した。その際の温度プロファイルは、室温から30 分で 220 °C まで昇温し、2 時間保持、その後 30 分かけて 360 °C まで昇温し、2時間保持した。この燃焼過程は、試験時間の制限からコールドにおける試験時間より短縮して実施した。燃焼試験により発生する HCN ガスは、1 M NaOH 水溶液に通気することでトラップした。燃焼試験後、このトラップ内の Cs 濃度を分析し、検出限界以下であることを確認した。
燃焼後、熱分解残渣（3.02 g）に蒸留水 100 mL を加え、100 rpm で 5 h 振盪撹拌した。その後、デカンテーションおよび吸引濾過により固液分離し、60 mL の蒸留水で洗浄した。Cs 溶出後の吸着剤は濾紙ごと U-8 容器に密閉して放射能濃度分析を実施した。
一方、Cs 溶出液は、60 mL 分取し、U-8 容器に密閉して放射能濃度分析を実施した。その結果、Cs 溶出後吸着剤の放射能濃度は、310000 Bq/kg（3.65 g）、Cs 溶出液の放射能10
付録2－8－10濃度は、96200 Bq/L であった。この結果から、Cs 溶出後吸着剤および Cs 溶出液全量(160mL)の放射能量は、ぞれそれ、1132 Bq、15392 Bq となった。したがって、Cs 溶出率は84 %である。振盪溶出試験時間が 5 h と短かったため、全量回収とはならなかったと考えられる。また、Cs 溶出後吸着剤の分析では、ろ紙に含有する水分量も含まれているため、残存放射能量が大きく出ている可能性がある。
この溶出液 100 mL と予め非放射性 Cs を 10 wt%含有したガラス 300 g とを V-50
ドラム内で混合し、コールド試験と同様の方法で水の乾固を実施した。この乾固時間は120 分であった。得られた乾固体の表面線量率を測定したところ、0.33 μSv/h であった。
蒸発水側の表面線量率を測定し、バックグラウンド値と同程度であり、Cs の揮発がない
ことを確認した。この乾固体を入れた V-50 ドラムに蓋をし、ガラス固化装置にてガラス固化を実施した。上部からの目視確認で、コールド試験で作製したポルサイト結晶を含有したガラスからなるコンポジット型固化体と同様の固化体が作製されていることを確認した。ガラスの嵩密度も概ね同様であった。表面線量率を、固化体下部、中央部、上部の 3 点で測定したところ、それぞれ、0.37、0.26、0.20 μSv/h であった。ガラス固化体ができている下部での表面線量率と乾固体の表面線量率が概ね同等であることから放射性 Cs は全量ガラスに取り込まれたと考えられる。また、さらに、気相ガストラップ内
水の Cs 量を定量したところ、検出限界以下であった。ガラス固化体作製後の気相ガスト
ラップ内水 pH は、5.12 となり、NOx の揮発による pH の低下が観測されたが、Cs の揮
発は起こらなかったと言える。また、ガラス固化装置の炉内および配管部の表面線量率を測定したが、いずれもバックグラウンド値を示し、放射性 Cs の揮発は確認されなかっ
た。

図 2-7

本試験での放射能収支

最後に、本試験での放射能収支を図 2-7 に示す。CuHCF へ吸着した放射能量 15966 Bqと、Cs 溶出後吸着剤の放射能量 1132 Bq および Cs 溶出液の放射能量 15392 Bq を足し合わせたものとの差分は、557 Bq であり、その差は 3 %となった。十分な精度で放射性11付録2－8－11

Cs をトレースできたと考えられる。この差の原因として、Cs 溶出後吸着剤の分析において、ろ紙に含まれる水分重量が加算されていることが挙げられる。これを 1.8 g 程度と仮定すれば、前述した差分は、-1 Bq となり、その差 0 %で概ね一致する。（その際の溶出率 94 %） 本実証試験で、実飛灰洗浄水を用いて、吸着剤による Cs の吸着、燃焼、溶出操作を行い、V-50 ドラム内に均質なポルサイト含有ガラス固化体を 1 回作製した。一連の、1.吸着剤による放射性 Cs の選択的吸着、2.Cs を吸着した吸着剤の燃焼、3.燃焼残渣からの Cs 溶出試験において、十分な精度で放射性 Cs をトレースでき、均質なガラス固化体が作製された。したがって、インドラム式ガラス固化プロセスは、放射性 Cs を系
外に排出することなく、安全かつクローズドなプロセスであることが示された。
③インドラムガラス固化体の Cs 浸出速度評価②（エ）（b）で作製した G311 インドラムガラス固化体を 1 辺約 1 cm の立方体で切り出し、低レベル放射性廃棄物固化体の浸出性能評価で用いられる「米国原子力学会のANSI・ANS-16.1-2019」5)に準拠して動的浸出試験を行い、Cs に対する規格化浸出率(g/cm2/day)を求め、浸出指数（L 値：L = log(1/De)、ここで De は Cs 浸出に対する有効
拡散係数）を評価した。浸出試験は、V-100 ドラムで作製した固化体 G311 について実施した。G311 固化体の規格化浸出率、有効拡散係数 De、L 値は、それぞれ、3.9×10-6
g/cm2/day、6.23×10-14 cm/s、13.2 であった。6 以上であると低レベル放射性廃棄物の固化体として有効であるとされていることから、本試験で作製したコンポジット型の固化体は、非常に高い耐水性を有し、Cs の安定固化が可能であるといえる。また、他の低温固化技術であるセメント固化やジオポリマー固化などとの浸出性能比較において、3－4桁程度小さい規格化浸出率を達成した。
④実規模プロセスの物質収支、放射能収支、経済性評価
Cs 含有量を 3.5 g/m3 と想定すれば、灰、土壌処理の最終処分形態としてのインドラム
数量は 100 本以下で有り、低レベル放射性廃棄物（ピット処分制限 100 GBq/kg 以下）としての保管スペースは 10 m×10 m 程度に縮小でき、保管形態、保管場所の選定に安全の上でも有意義な方向を示すものとなった。
（３）まとめインドラム式 Cs 処理システムは
１）フェロシアン化物系吸着剤による Cs 選択吸着、NH4+による後処理、熱分解、水溶出方式は、飛灰洗浄水組成水溶液から、Cs を CsNO3 として回収する事ができ、溶出試
験により概ね全量回収が可能である。
２）インドラム式ガラス固化は、ポルサイト結晶を含有したガラスとして、Cs を安定的に固化体内に閉じ込めることが可能であり、ポルサイトとガラスが外部に対して 2 重の防護壁となるため、浸出性能に優れた固化体となる。
３）固化体への Cs 充填量は、前段階での K および Na 量の調整により、ある程度の自由度を有する。
４）インドラム式 ガラス固化は従来のガラ ス溶融炉を用いない、安全で、簡便な放射性廃棄物固化方式である。
と言える。

12
付録2－8－12

実施代表者：大成建設株式会社実証テーマ名：
除去土壌と溶融飛灰等をジオポリマーの固型化材料として利用する技術概要：
本技術実証は、放射性セシウム（Cs）が高濃度に濃縮された溶融飛灰について、長期的な安定保管、浸出抑制の観点から、ジオポリマー固型化処理の試験を通じて、Cs
保持性の高い再生利用資材化技術の検討を行うことを目的とし、将来的に安定な保管と最終処分量の減量化および安全な処分を実現することを目標とする。
実施内容：
本試験では 2 段階に分けて試験を実施した。第 1 段階では福島県内の非放射性の溶融飛灰を用いて試験や評価を行い（コールド試験）、第 2 段階では福島県内の溶融飛灰（放射性）を用いて第 1 段階の結果を基に試験や評価を行った（ホット試験）。さらにジオポ
リマー固型化した際のマスバランス計算と最終処分に供する場合の安全評価を行った。
技術概要：【試験全体の流れ】①

ジオポリマー固型化用
溶，メタカオリン，土壌，
溶融飛灰（非放射性／放射性）を準備する。

②

準備した材料を撹拌する。

③

各種試験用の型枠に流し込み、その後養生、脱型
する。

④

脱型した固型化体（検体）に対し、性能試験（一軸圧縮強度試験、浸出試験）を実施する。

【成果目標】（１）ジオポリマー固型化体を作製可能な配合の明示（一軸圧縮強度 1,470kPa 以上）（２）セメント固化体よりも高い Cs 浸出抑制効果の確認（３）最終処分したときの実用性、安全性等を評価【期待される成果】（１）安定・安全に最終処分可能（２）最終処分量の減量化

i付録2－9－1

実証試験の結果：（１）コールド試験／ホット試験【物性測定試験】
 本試験用に使用した放射性の溶融飛灰の方が非放射性の溶融飛灰と比べ、ジオポ
リマーの固型化に必要な Al や Si が含まれていることを確認した。
【ジオポリマー固型化試験】
 ジオポリマー固型化用溶液とフィラーの配合を変化させジオポリマーを作製し、固型化体として使用可能な 6 つの配合を選定した（コールド試験のみ実施）。
【ジオポリマー性能試験】＜一軸圧縮強度試験＞
 ジオポリマー固型化体の一軸圧縮強度が目標である 1,470kPa 以上になった。
＜浸出試験＞
 ジオポリマー固型化体（非放射性の溶融飛灰）の Cs 浸出率は 50%以下であった。
 ジオポリマー固型化体（放射性の溶融飛灰）の Cs 浸出率は 25%以下であった。
【最終処分を見据えた実用化検討】
 スケールアップを見据え 20L サイズのジオポリマー固型化体を作製した。
（２）ジオポリマー固型化プロセスのマスバランス計算と最終処分の安全評価【マスバランス計算】
 本試験で得られた配合（1 種類）を使用し発生する固型化体の質量等を算出した。
【安全評価】
 浸出試験にて取得した浸出率を用いて、経過時刻に対する年間被ばく線量を算出
し、めやす線量である 10μSv/y を下回った。
評価：溶融飛灰を用いて、目標一軸圧縮強度 1,470kPa 以上でセメントより低い Cs 浸
出率のジオポリマー固型化体を作製することができた。また、本事業で測定した浸出率を用いて、ジオポリマー固型化体のトレンチ浅地層処分の安全評価を実施し、年間被ばく線量が 10μSv/y 未満になることを確認した。
作業員被ばく量評価：放射性の溶融飛灰を扱う試験より得られた情報を基に試算した結果、 作業 員 の年 間の 外 部被 ばく は 0.672mSv/y 程度 で あっ た。 よ って 、線 量限度（20mSv/y）を超えないため被ばくの観点での安全性は確保できる。
コスト評価：

歩掛り（作業人工、作業速度等）：

溶融飛灰（99,000t）を対象

作業人工：42 人工（14 人×3 班）

2.9 万円/200L ドラム缶

作業速度：4.2 本/h

コスト評価条件：実機プラントの仕様は、溶融飛灰を材料としたジオポリマー固型化体（200L ドラム缶）を 100 本/d（24 時間操業）、10 年間製造とし、作業員は 42 人（14人×3 班）で行うこととした。
作業における安全上の注意：実機製造プラントでは溶融飛灰や除去土壌、水酸化カリウ
ム等を大量に取り扱うため、粉塵飛散防止策の強化、防護具着用の徹底等が必要となる。
試験場所（住所）：北海道札幌市、除去物保管場所と保管状況：試験に使用した溶融

神奈川県川崎市、福島県双葉郡等

飛灰は、JESCO と協議し適切に処分した。

ii
付録2－9－2

１.試験概要（１）背景と概要
現在、中間貯蔵開始後 30 年以内の 2045 年までに福島県外における最終処分の完了に向けて除去土壌に関する減容処理や最終処分等の技術開発が進められている。
また、特定廃棄物である溶融飛灰も除去土壌と同様に最終処分等の技術開発が進められている。そのような中で弊社らは「令和 2 年度除去土壌等の減容等技術実証事
業」にて土壌 D をジオポリマーの材料として使用することを想定した最終処分技術を開発した。その結果、開発した技術がトレンチ処分にて安全に最終処分可能なことを実証した。
本技術実証では上記の知見を活かし、溶融飛灰と土壌（土壌 D を想定）をジオポ
リマーの材料として使用する最終処分技術を開発する。加えて、最終処分を見据えた安全評価や将来、正に現出する溶融飛灰や除却土壌の物量を想定し、本技術実証等で得た配合を用いてマスバランス計算を行う。
（２）提案技術の目的
本試験では、福島県内の非放射性と放射性の溶融飛灰と土壌を用いて各種試験や評価を行い、実用性、安全性など、本技術による溶融飛灰（放射性）や除去土壌の再生利用の方法と、その効果を明確にすることを目的とした。
（３）成果目標
本試験の成果目標を以下に示す。


作製したジオポリマー固型化体の一軸圧縮強度が原子力規制庁殿の「廃棄物確認に関する運用要領」に記載された、セメント固化体の一軸圧縮強度
1,470kPa 以上であること。



作製したジオポリマー固型化体の Cs の浸出率を把握すること。



作製したジオポリマー固型化体（20L）のひび割れ等の状況調査によって大型化、実用化（200L）に向けた課題を把握し改善策を検討すること。



作製したジオポリマー固型化体を最終処分技術として活用する際の安全性評
価結果を明示すること。



作製したジオポリマー固型化体の最終処分におけるマスバランスの検討結果を明示すること。

２.技術概要セメントコンクリートとジオポリマー固型化体のそれぞれの反応と固化に必要な材料を示した概略説明図を図 2-1 に示す。ジオポリマーの特徴としては、コンクリートに比べて Cs の浸出率が低いことである（図 2-2 参照）。

1
付録2－9－3

図 2-1

ジオポリマー技術の概略説明図

図 2-2

Cs の浸出試験結果の一例

2
付録2－9－4

３.試験内容（１）試験の手順
試験の手順を図 3-1 に示す。

図 3-1

試験の手順

3
付録2－9－5

（２）試料の準備
本試験の試料として溶融飛灰（非放射性／放射性）を各 1 種類、土壌 1 種類をそれぞれ選定・入手した。試料の情報を表 3-1～表 3-3 に示す。
表 3-1

溶融飛灰 1（非放射性）

表 3-2

表 3-3

土壌（非放射性）

溶融飛灰 2（放射性）（３）試験の実施要領①物性測定試験（コールド／ホット試験）
ジオポリマーの材料として使用する溶融飛灰（1／2）と土壌の試料に対し XRF を用いて元素組成の分析等を実施した。
②ジオポリマー固型化試験（コールド／ホット試験）【ジオポリマー配合検討試験（コールド試験のみ実施）】
溶融飛灰 1 と土壌を材料として、ジオポリマー固型化用溶液（SiO2，K2O，H2O）とフィラー（メタカオリン，溶融飛灰，土壌）の配合割合を変化させジオポ
リマーの固型化を行った。その後、目視観察や触手による強度確認を実施し、6 種類の配合を選定した。選定した 6 種類の配合を用いて溶融飛灰（放射性）に関して
も固型化を実施した。
【ジオポリマー固型化体作製試験】
一軸圧縮強度試験用として、コールド／ホット試験ともに 18 検体（6 配合×3検体）を作製した。
浸出試験用として、コールド／ホット試験ともに 6 検体（2 配合×3 検体）を作製した。

4
付録2－9－6③ジオポリマー性能試験（コールド／ホット試験）【一軸圧縮強度試験】
コールド／ホット試験ともに作製した 18 検体に対し、一軸圧縮強度試験を実施
し、原子力規制庁殿の「廃棄物確認に関する運用要領」に記載された、セメント固化
体の一軸圧縮強度 1,470kPa 以上であることを確認した。
【浸出試験】
コールド／ホット試験ともに作製した 6 検体に対し、米国原子力学会 ANSI/ANS16.1 に準拠して浸出試験を実施した。コールド試験では 10 の経過時間毎にサンプ
リングを行い、ホット試験では 7 の経過時間毎にサンプリングを行った。
④最終処分を見据えた実用化検討（コールド／ホット試験）
溶融飛灰（1／2）を材料として、20L（ドラム缶 200L の 1/10）サイズを 2 検体作
製し、作製の際の課題抽出と作製技術を提示した。
⑤ジオポリマー固型化プロセスのマスバランス計算と最終処分の安全評価【マスバランス計算】
溶融飛灰と除去土壌を対象としたジオポリマー固型化プロセスの全体のマテリア
ルバランスを把握した。
【安全評価】
試験にて取得したジオポリマー固型化体からの Cs の浸出率を入力値とした安全評価を実施し、溶融飛灰を含むジオポリマー固型化体を最終処分場に処分したときの周辺住民に与える放射線影響を評価した。
４.試験結果（１）物性測定試験（コールド／ホット試験）
溶融飛灰 1／2 と土壌を用いた。
①XRF
溶融飛灰 1／2 の XRF による元素組成分析結果を図 4-1 に示す。溶融飛灰 1 は溶
融飛灰 2 より多く Ca が観察された。一方、溶融飛灰 2 は溶融飛灰 1 より Al が多く観察された。この Al が非晶質相に含まれているならばジオポリマーの材料と成り得る。しかし、Si は石英として存在しているため、ジオポリマーの材料としては期待できないという可能性があることを確認できた。
また、土壌の XRF による元素組成分析結果を図 4-2 に示す。土壌は Si が主成分であり、次いで Al が多く観察された。従って、土壌もジオポリマーの材料として適用できる可能性があることを示唆している。

5
付録2－9－7

溶融飛灰 1／2

土壌
図 4-1

XRF による元素組成分析結果（２）ジオポリマー固型化試験（コールド／ホット試験）①ジオポリマー配合検討試験（コールド試験のみ実施）
ジオポリマー固型化用溶液の配合（SiO2:K2O:H2O，mol 比）は、流動性や固型化性の観点から適切なものとして知られている「1：1：11」のものと「1：1：13」のものを主に採用した。それ以外でも、H2O の含有量を変化させてその影響を見てみることにした。一方、フィラーとして溶融飛灰はもちろんのこと、通常のジオポリマ
ーで使用されるメタカオリン、および土壌（微粉砕処理を実施していないため、フィラーとしての作用よりも、Cs 浸出抑制のための作用を期待して配合した）を用いて、配合の割合を変化させながら検討を行った（図 4-2 参照）。
以上より、固型化体として使用可能な溶融飛灰と土壌を材料としたジオポリマーの配合を 6 種類選定した。さらに、目視により自立性、触手による強度確認を行い、最も強度が発現しそうな配合と強度が 2 番目に発現しそうな配合 2 種類を浸出試験と実用化検討（20L 作製）にて使用した。選定したジオポリマーの配合を表 4-1 に示す。

メタカオリンと溶融飛灰の配合割合を変化

6
付録2－9－8

水の配合割合を変化

溶融飛灰と土壌の配合割合を変化（一部抜粋）
図 4-2
表 4-1

配合検討の評価選定したジオポリマーの配合

配合
ジオポリマー固型化用溶液配合

フィラー配合（SiO2：K2 O：H2O、mol比）（メタカオリン：溶融飛灰：土壌、重量比）①

1：1：11

2.5：7.5：0

一軸圧縮強度試験，浸出試験，実用化検討（20L作製）②

1：1：13

2.5：7.5：0

一軸圧縮強度試験，浸出試験，実用化検討（20L作製）③

1：1：202.5：7.5：0

一軸圧縮強度試験④

1：1：11

2.5：7：0.5

一軸圧縮強度試験⑤

1：1：25

2.5：7：0.5

一軸圧縮強度試験⑥

1：1：25

0：9.5：0.5

一軸圧縮強度試験

選定配合No.

ジオポリマー性能試験／最終処分を見据えた実用化検討②ジオポリマー固型化体作製試験
一軸圧縮強度試験に用いる検体（直径 5cm×高さ 10cm）を作製した。代表例として、ホット試験の選定配合 No.②の撹拌中の様子と固型化後の外観を図 4-3 に示す。

撹拌中の様子固型化後の外観
図 4-3 【ホット試験】ジオポリマー固型化体作製試験の結果
7
付録2－9－9（３）ジオポリマー性能試験（コールド／ホット試験）①一軸圧縮強度試験
一軸圧縮強度試験はコールド試験、ホット試験ともに表 4-1 に示した配合で実施した。表 4-2 に示すように、コールド試験、ホット試験ともに実施した全ての配合で目標圧縮強度である 1,470kPa を超えたことを確認できた。
表 4-2

一軸圧縮強度試験の結果

試験

コールド試験

ホット試験

一軸圧縮強度 [kPa]配合
選定配合 No.①

5,060

選定配合 No.②

4,850

選定配合 No.③

2,150

選定配合 No.④

4,770

選定配合 No.⑤2,280選定配合 No.⑥

1,850

選定配合 No.①

5,620

選定配合 No.②

5,120

選定配合 No.③

3,670

選定配合 No.④4,980

選定配合 No.⑤3,400

選定配合 No.⑥

2,110

②浸出試験
浸出試験はコールド試験、ホット試験ともに表 4-1 に示した選定配合 No.①と②を使用した。試験結果を図 4-4 に示す。コールド試験に関しては選定配合 No.①の浸出率が 48%、選定配合 No.②の浸出率が 37%であった。
一方、ホット試験に関しては、選定配合 No.①の浸出率が 24%、選定配合 No.②の浸出率が 23%であった。浸出率はいずれの試料でも 25%未満であった。コールド試
験、ホット試験ともに、セメントの Cs 浸出率 79.9%と比較しても低い浸出率となった。

コールド試験

ホット試験
図 4-4

浸出試験の結果

8
付録2－9－10

（４）最終処分を見据えた実用化検討
最終処分方法として検討している、ジオポリマー固型化体をドラム缶（200L）に充填させることを見据えて、ホット試験にてドラム缶の 1/10 サイズである 20L の大きさでジオポリマー固型化体を作製した（図 4-5 参照）。使用した配合は表 4-1 に示
すように、選定配合 No.①と②を使用した。得られた固型化体の外観を比較すると、水分量の少ない選定配合 No.①では空隙が見られ、水分量の多い選定配合 No.②では平滑な表面であった。これは水分量の多い配合では十分に撹拌が行えたためである。

選定配合 No.①
図 4-5

選定配合 No.②
実用化検討の結果（ホット試験）（５）ジオポリマー固型化プロセスのマスバランス計算と最終処分の安全評価①マスバランス計算
浸出試験を実施した 2 つの配合（選定配合 No.①と②）のうち、浸出率が低い選定
配合 No.②の配合を使用し、マスバランス計算を実施した（図 4-6 参照）。図 4-6 に示すように、最終処分の対象となる溶融飛灰の質量：9.90×107kg，放射能濃度：
150,000Bq/kg に対し、ジオポリマー固型化用溶液（水ガラス＋水酸化カリウム＋水）の質量：2.28×108kg、メタカオリンの質量：3.30×107kg を撹拌する。撹拌後、ドラム缶の中に撹拌したジオポリマー固型化体を流し込むと、ジオポリマー固型化体入りのドラム缶が 1,066,294 本発生する（ジオポリマー固型化体質量：3.60×108kg、放射能濃度：41,250Bq/kg）。

図 4-6

マスバランス計算の結果

9
付録2－9－11

②安全評価試験により測定した選定配合 No.②の浸出率を用いて、トレンチ処分をした場合に埋立後の地下水移行（井戸水利用）シナリオにおける被ばく評価を実施した（図 47 の左図参照、ジオポリマー固型化体の質量：3.6×108kg，Cs-134 の放射能濃度：
1.76Bq/kg，Cs-137 の放射能濃度：7.46×104Bq/kg（2045 年 4 月に埋設処分を開始すると想定して減衰補正））。その結果、図 4-7 の右図に示すように年間被ばく線量がめやす線量である 10μSv/y（特措法に基づく濃度基準）未満になることを確認できた。

地下水移行のイメージ

安全評価
図 4-7

安全評価の結果

５.コスト／作業員被ばく量評価（１）コスト評価
実証試験の結果および想定した実機製造プラントによる操業を基に、ジオポリマ
ー固型化体を充填したドラム缶の製作コストを試算した。試算の内容は、イニシャ
ルコスト、ランニングコスト等を求め、それらを基にドラム缶 1 本あたりのコストを試算した。その結果、ドラム缶 1 本あたり 2.9 万円となった。
（２）作業員被ばく量評価
ホット試験にて測定した線量は約 0.3μSv/h であった。実機を想定し、1 日の作業
時間を 8 時間、1 年の作業日数を 280 日とすると、作業員の 1 年あたりの外部被ば
く線量は 0.672mSv/y となる。よって、線量限度である 20mSv/y の値より低くなると考えられる。
６.まとめと今後の課題（１）まとめ

溶融飛灰を用いて、目標一軸圧縮強度 1,470kPa 以上でセメント固化体より低い Cs 浸出率のジオポリマー固型化体を作製することができた。



本事業で測定した浸出率から、ジオポリマー固型化体のトレンチ処分の安全評価を実施し、年間被ばく線量が 10μSv/y 以下になることを確認した。

（２）今後の課題作製したジオポリマー固型化体の表面に空隙がある配合が確認できた。空隙の多さは浸出率に影響があり、今後は空隙の抑えた配合の確立等を検討する必要がある。

10
付録2－9－12