Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
系1：佐須真野川水を高浸透性化後、クエン酸（ $ C_{6}H_{8}O_{7} $ ）添加し約4時間静置後、上水を分取（微粒子込み）

系2：高浸透性化後、家庭用洗剤オレンジオイルを4：1で添加し、約4時間静置後、上水を分取（微粒子込み）

系3：高浸透性化後、水酢酸（ $ CH_{3}COOH $ ）を添加※（pH7以下に下がらず）し、約4時間静置後、上水を分取（微粒子込み）

図(2)-16 高浸透性水をベースとした除染効果発現初期実験

図(2)-17 高浸透性水をベースとした除染効果発現初期実験、各実験系の除去率

図(2)-16には高浸透性水をベースとした除染効果発現初期実験の測定結果を、図(2)-17は高浸透性水をベースとした除染効果発現初期実験核実験系の除去率をそれぞれ示す。除去率は、クエン酸を使った系1では38％、洗浄効果を上げるため洗剤系を用いた系2では33％、セシウム除去を酢酸添加（土壤に優しい）で試みた系3では30％となった。この結果は、系1のクエン酸の効果は他の系より幾らか高かった。クエン酸を入れた実験系で幾らか効果が発現したことから、酸性で洗浄効果が発現すると云った一般論に従って、高浸透性水によるセシウム洗浄／脱着効果の検証を続けた。

### c. 高浸透性水をベースとした洗浄・脱着手法の確立

上述した実験を何回か試行錯誤した結果、河川水を高湯透性水に変えこれをベースとして安定したセシウム除去へ至る実験条件に辿り着いた。高湯透性ベース洗浄水の作り方は以下のような条件の時に安定したセシウム洗浄／脱着効果を発現した。

効果の高い洗浄水：強酸（硫酸など）で弱酸性（pH4.3～5.1）を作成し、更にクエン酸 $ C_{6}H_{8}O_{7} $
を添加しpH2.4程度まで下げたもの

この実験条件の範囲で行ったセシウム洗浄／脱着効果が実験系1～実験系3に、酸性側へ振ることで洗浄効果を上げる考えと逆に、アルカリ側へ振った場合の変化を実験系4に、それぞれ示す。また、洗浄効果そのものが、原発事故後時間経過を経た土壌に使えるのか粘土状団子塊に直接オレンジオイルを添加し、良く練り混ぜた実験系を用意し、これを実験系5とした。洗浄実験の後、静置時間半日を経た時点での上水と沈殿部の状態を図(2)-18に示す。

図(2)-18 安定した洗净効果確認実験での洗浄後静置6時間を経て固液分離状態の試料洗浄1回目 左：系1から右：系5

実験には1 Lビーカーを用いたテーブルテストで固液比は1：1にして実験した。洗浄は2回行い、洗浄後には6時間の静置時間を設けた。静置後、上水と沈殿部を分離し。2回目洗浄の操作は1回目洗浄の終わった沈殿部を洗浄土壌として用いている。実験時の水温は4.7℃から5.7℃、原水pH 7.4である。

図(2)-19 洗净1回目の洗浄土壌放射線量
図(2)-19に洗浄1回目の洗浄土壌放射線量を示す。図中黒棒に示すのは土壌中の放射線量を、スクラッチの入った棒が、洗浄液側の放射線量をそれぞれ示す。系4は欠損値である。

この図から、水温が4℃から5℃と冬期河川水温環境下でも、セシウムの洗浄・脱着がいずれの系においても進んでいる傾向が明らかに示されている。この洗浄結果を、元々の実験試料とした土壤中放射線量と比べ、物質収支をとった結果を図(2)-20に示した。図(2)-9には洗浄2回目の洗浄土壤放射線量を示すが、この実験では、1回目洗浄後、静置時間の中で、下部に沈殿した土壌粒子を再び洗浄している。

図(2)-20 洗浄1回目の洗浄時の物質収支

## 2 回洗净後 土壤放射線量 Bq/kg

図(2)-21 洗浄 2 回目の洗浄土壌放射線量

図(2)-21の洗浄2回目の土壤放射線量は、どれも1万ベクレル/kg以下の値を示していた。この中で特に低い放射線量を示した実験系4は、酸性側へ振ることで洗浄効果を上げる考えとは逆に、アルカリ側へ振った場合の実験系であった。このようにアルカリ側での1回目洗浄結果を高浸透性水ベースにしたセシウム洗浄・脱着は最も良い除染効果を示した。系5の酸性側にも、アルカリ性側にも振らずに洗浄効果だけに特化させた実験系の結果は、この中では低い除染効果を示している。しかし、土壤中のセシウムが強固に土壤構造と結合したと考えられる1年半以上を経た被曝後条件下の実験において、この結果は大きな意義を示唆した。土壤粒子中で、沈降性が悪く上水懸濁水中の微細濁質に多くのセシウム吸着が起こっていたことである。図(2)-18中右端の上水部と沈殿部の見分けのつけづらい実験系がオレンジオイル洗剤除染実験系で、図に見られるよう、多くの微細濁質は上水として除去された。除染作業で、効率良くセシウムを土壤中から洗浄・脱着・脱離させる鍵は、「土壤中微細濁質をどれだけ上手に分散させられるか、またはどれだけ土壤粒子個々と洗浄液とを混合させられるか」である。

図(2)-22に1回目洗浄と2回目洗浄を行った際の上水と沈殿物各々のセシウム線量物質収支を示した。図(2)-23には1回目と2回目洗浄によるセシウム除去率を示す。2回目洗浄除染結果は、1回目ほど除染効率を上げるものではなかった。物質収支から見ると、1回目より2回目洗浄時に全体の物質収支に整合性が見られなくなった。これは実験が1過程毎に別の容器に移すバッチ実験系であること、現地実験であるため、設備の整った実験室と異なって、実験進行でバッチの移行に伴う誤差
が最少となる作業が極めて困難であり多くの残留物が壁面や底面に残ったまま実験が行われたこと、などが原因に挙げられる。実験誤差要因は、実際の作業が一連の連続的な流れの中で行われる場合にはほとんど無くなると思える。図(2)-22に示す物質収支誤差は、ここでは実験容器壁面や底面に残った微細懸濁成分などがいかに多くのセシウムを含有していたかを表す例と見ることが出来そうだ。

図(2)-22 洗浄後の物質収支

図(2)-23 1回目と2回目洗浄によるセシウム除去率

### d. 高浸透性水ベース洗浄・脱着手法と効果の小括

全ての実験は、除染作業終了後に土壌を水田へ戻すことを前提とした中で行われている。実証実験の結果、最大76％の除染効果を得た。最終的な除染効果は高浸透性水ベースのセシウム洗浄・脱着時の条件で異なるが、5500ベクレル/kgから8700ベクレル弱・kgの範囲の放射線量を示した。この値は全てが農地1万ベクレル/kg以下となっている除染基準には合致している。

この除染結果は2回洗浄の結果であるが、実験は水温5℃以下でも行い、上記除染率を得ることができた。図(2)-23に示す除染結果は、薬品等の使用に頼る割合が極めて小さく（薬品代のランニングコストが小さい）、装置に熱エネルギーを加える・多大な攪拌エネルギーが必要・などがいらない条件下で可能な除染結果である。このように高浸透性水をベースにした除染作業は、絶対的なセシウム除去率を評価軸とするとそれほど優れていると評価出来ない。本システムは、洗浄・脱着後の土壌の水田への還元と、還元した水田中土壌で放射線の植物移行をブロックする働きに特長がある。本報告書では以上の特長を持つ除染システムを、安価なランニングコストで運転出来る実証実験ベースデータを得ることが出来たことを示すことが出来た。

除染作業の見えない壁は、土壌中の水分コントロールかもしれない。水田土壌には微細濁質が多く含まれ、容易に団子状態を形成した。これは、土壌中含有水の働きとなる。これは実際水田土壌の除染を進める上で、大きな課題となる。

## 3 ）細胞性粘菌による土壤分散効果実験（除染作業上の問題；土壤団子対策）

実験結果は試行錯誤の中で本報告書の段階に至る結果を導けたことを示す。その中で、数値で示すことの出来ない土壌付着セシウム除染作業の鍵といえる要因は『除染の隠された鍵の課題』として述べざるを得ない。
その鍵は、除染作業時に発生する剥ぎ取り土壌の団子化（粘土の塊発生化）である。この土壌団子は、セシウム洗浄や脱着工程での除染効率を低下させる原因となった。土壌の団子化（粘土の塊発生化）は、剥ぎ取り土壌中の水分含有率によって容易に発生した。土壌剥ぎ取り作業時にほこりの立たないような水分含有土壌では、土壌の団子化は良く発生する。一旦土壌団子が形成すると、空気中での篩い分けや、スラリー混合機での攪拌などは、ますます団子状態形成を進めることになる。土壌の分散化を前提とした全ての除染作業の効率はそこで停止し、そこから先へ進めない。

このような団子状態が発生すると、高浸透性水での洗浄や脱着操作を行っても、土壌団子は幾分小さな粒子軍団の塊になるだけで、塊全体で動く特徴を示す。その為、微細粒子は土壌中で濁質分に取り込まれたまま分離されない。当然の結果ではあるが、この状況下でセシウム濃度を下げることは無理になる。

本報告書で、隠れた除染の立役者を紹介するなら、団子状態の土壌を分散化し、除染効果を上げる働き者の細胞性粘菌であった。

### a. 除染作業上での現実的課題

除染作業を考えると、作業効率は、除染速度（単位面積当たり作業必要時間）、重機異存割合、除染全体システム運用の容易さと除染に必要な動力（電力）、薬剤、などランニング経費、除染速度や、除染作業の一人当たり効率（人区）などで決まっていく。以下に、除染作業の現実的課題を述べる

その１；現行では、除染対象が表層5cmとなっているが、表層5cmの剥ぎ取りに、転圧は必要かなど考える必要もある。転圧は作業効率安定方向には良いが、実際の処理土量を大きく増やす。これは農民の宝＝耕作表土の損失を大きくし、民意に反する。農家は自分の農地表面をトラターで上手に剥ぎ取ることが出来て、そこで失われる土量は少ない。処理コストも低減出来る。

その２；表土剥ぎ取り作業時の含有水分由来の土壌団子発生対策。土壌団子が出来てしまうと、空中での篩い分け作業、混和作業、水溶液中での洗浄・脱着・脱離作業の効率は著しく低下する。微細粒子に多くの放射性物質を持つ土壤の分散状態は、現実的な篩い分けや、洗浄・脱着などの工程を持つ除染作業効率を大きく悪化させる。実際に、土壌分散状態は洗浄・脱着による本報告書の除染効率にもっとも大きな操作要因となった。

### b. 細胞性粘菌による課題解決実験

予備実験は、飯館村佐須地区の実験土壌を試料に、実験系1；土壌に河川水を掛けた系、実験系2；土壌にペプトン主体の培地だけを掛けた系　実験系3；実験系2に細胞性粘菌を散布した系で土壌状態の変化と土壌の柔らかさなどの手応えを（感覚的に）比較した。

図(2)-24に示す容器最上列は、粘土状団子塊をU9容器底に敷き河川水を入れて2週間20℃の恒温で培養した実験系列、真ん中の列は、粘菌培養に使う培養液を入れた実験系、一番下の列は、粘菌培養に使う培養液と粘菌を入れた実験系になる。最上列の河川水だけの系では、粘土状団子塊の上（表層）に水が浮き、光を反射している。培地のみを入れた中央列は、培地中の栄養が土壌細菌やカビの生長を促し微生物叢が出現していた。最下列にも中央列と似た傾向が示されたが、中央列で出ていた強い異臭は、かなり弱まっていた。中央列と最下列では表面に水は無く、微細物コロニーが観測された。この試料を薬匙で押すと、粘土状団子塊の柔らかさは、最下列の細胞性粘菌を培地と共に入れた実験系でもっとも良い感触だった。中央列にも粘土状団子塊と比べ柔らかさは十分
に出ていた。粘土状団子塊で微生物叢が発達した実験系と異なり、河川水実験系での柔らかさは、実験時に容器に入れた時とあまり変わらなかった。

図(2)-25は、実験後の各実験系容器を横から見た図になる。右は河川水のみを入れた実験系、中央が培地のみの実験系、右は培地と細胞性粘菌を入れた実験系になる。河川水だけを粘土状団子塊に入れた実験系は、土壌と水とに完全に分かれている様子を見ることが出来た。培地を入れただけの中央列と、培地に細胞性粘菌を植種した左列では書かせん水だけを入れた右列に比べ、土壌部分が膨張している様子を観察出来た。土壌部の膨張は微細粒子と土壌粒子間に微生物群衆が形成された為の結果と見ることが出来る。

水だけを加えた系は、水が土壌表面に浮く。培地のみを加えた系は、表面に水層無く微生物群が生息し、異臭強い。粘菌+培地添加系にも表面水は無く、異臭は無い。

図(2)-24 佐須水田表層土の粘土状塊の微生物による分散効果1

粘着性が強く、含水率によって『密な粘土状団子塊』を造る水田土壌は、Cs吸着微細粒子の分離、Cs脱離は極めて困難・

除線(Cs移動)効率を上げるには、洗浄水と接する比表面積を大きくする必要がある。

土壤分散効果向上への粘菌や、有機物(培地)添加後の土壤微生物の働きは、明瞭だった

図(2)-25 佐須水田表層土の粘土状塊の微生物による分散効果2

図(2)-26 佐須水田表層土粘土状塊の実験系別遠心分離後の上澄み

図(2)-26にはこの実験後に行った遠心分離後の上澄みを実験系別に示した。最も色の濃い左容器
には、培地だけを粘菌塊に加えた実験系の遠心分離上澄み、最も色の薄い中央容器は河川水だけを入れた実験系の上澄み、右容器は培地と細胞性粘菌を一緒に加えた実験系の遠心分離上澄みとなる。図に見られるように、培地を入れた左容器と、培地に細胞性粘菌を入れた右容器は上澄みの色には大きな変化が認められた。容器中の色は、使われなかった培地のカラーで、細胞性粘菌の増殖に使われた為培地色が薄くなったと判断出来た。

図(2)-27には、各実験系列の上澄み採取前の遠沈管下部の状況を示す。右端遠沈管は培養液に細胞性粘菌を加えた試料で、下部は沈殿部に隙間が空き、隙間間に溶液部が見られる。左端の培養液を入れた試料にも、隙間に溶液部が見られた。中央の遠沈管は河川水だけの実験系試料だが、遠沈管下部に隙間は見えない。隙間に挟まれた溶液相は、遠沈の重力加重に耐える土壌粒子以外の働きによって形成されていることは確かである。土壌分散効果を数値的に示すことは出来ないが、粘土状団子塊は細胞性粘菌の増殖で明らかに柔らかくなり分散効果を発揮していることは、この実験でも確認出来た。

## 中間考察結果: 微生物利用の除線可能性に関して

図(2)-27 各実験系列上澄み採取前の遠沈管下部の状況

### c. 細胞性粘菌の土壌分散効果実験

予備実験の結果は感性的な評価と視覚的な確認となった。そこで、ここでは、土壌分散効果を数値で表し評価を行った。

実験系1；約10mlの蒸留水、

実験系2；細胞性粘菌用の培地であるHL5（組成は別記）、

実験系3；HL5中に約1×10^{7}cells/mlで細胞性粘菌が懸濁された細胞懸濁液を加えたもの

をそれぞれ3サンプルずつ用意した。各実験系はそれぞれ直径9 cmのシャーレに入れ培養を行った。合計9サンプルを実験系列毎に分け比較撮影した図を図(2)-24に示す。

採取した土壌は砂が多く、それらはすばやく沈殿して沈殿部下層を形成する。その上により細かい粒子が層となり、沈降時間が長くなると、その上にさらにシルト層が沈殿すると思われる。添付図の実験2では、蒸留水を加えたものについて、すでに沈殿しはじめている様子が写っている。今回沈殿時間が6時間と短かったため（遠心分離も試みたが、自然沈殿と比べると層の乱れが生じてしまい、今回はあえて自然沈殿とした。最上層のシルト層については測定せず（絶対量が少なく測定誤差が大きくなるため）、下層の砂の多い部分と、その上層のより粘土質の層の厚みを遠心管目盛りから容積として読み取り（エクセルの表中の単位はm1）、下層に対する上層の比を比べた。
図(2)-28 畑土壌に混ぜた培養後の変化

左；蒸留水 中央；培地のみ 右；培地＋細胞性粘菌

土壤を恒温培養後にシャーレから回収する段階で、すでに蒸留水だけを加えたものは、さらさらした土壤状態であったのに対し、培地、あるいは、培地と粘菌を加えたものはクリーム状になっており、明らかに分散性が高まっていることが確認できた。これを反映するように、図で（目で）確認出来るように、3つのシリーズとも、蒸留水（左）を加えたものは重力沈降に従った粒子沈降の様子が示されていた。培地（中）、あるいは、培地プラス粘菌（右）を加えた実験系列では、上層の容積が増加している。図を拡大して見ると、上層にもより大きな粒子混在の様子が確認出来た。これは、静置に伴う重力沈降の常識では起こり得ない現象であった。畑土壤に混ぜた培養後の変化に示された3つの実験系の静置時間経過後の変化は、畑土壤で水田土壤に比べ微細な土粒子割合が小さな土壤群であっても土壌分散効果が発現している様子を示している。

表(2)-2 重力沈降後の沈殿部表層を（上）、下層を（下）とした時の上下層容積比

(蒸留水)上/下比	(培地)上/下比	(培地+粘菌)上/下比
0.11	0.26	0.29
0.29	0.40	0.32
0.16	0.45	0.64

重力沈降後の沈殿部表層の上下層容積比（表(2)-2）で見比べると、培地と培地に細胞性粘菌を散布した実験系での土壌分散効果が明確に示された。

除染実証実験によって粘土状団子塊を分散する効果の確認は、図(2)-28の結果となる。現実の除染工法として、除染対象土壤の剥ぎ取り前の段階で培養液（実際には有機性排水で十分と思える）を散布する効果を確認することは興味深い。さらに、培養液と細胞性粘菌を散布する系の効果の除染効率への影響も確認しておく必要がある。

## 4 ）土壤抽出洗净工法の設計と最適化に関する実証実験—室内試験のまとめ

高浸透性水をベースにすることで、水温 $ 5^{\circ} $ C の冬期間でも、おおよそ 60％以上、セシウム洗浄・脱着による除去率最大 76％の成果を得た。この除染率を安定して得るには、粘土状団子塊の土壌分散効果が鍵と見なせた。

粘土状団子塊の土壌分散効果を上げる工学的手法には有機性排水散布と、それに加え細胞性粘菌の散布効果が大きいといった結果を得ることが出来た。実際の除染作業では、有機性排水を除染対象土壌に散布し、保湿条件を与え（マルチなど）培養期間1週間から2週間後に高機能水による洗
浄・脱着を行うことで上述した除染効果が基本的に「水洗浄」で可能となる。ここで得られた除染効果は、粘土状団子塊の分散効果によって助けられた結果と云うことも出来そうだ。

本除染技術は、高浸透性水によるセシウム洗浄・脱着工法は、運転工程に加熱用の熱エネルギー投入の必要が無いこと、工程が明快単純であり通常の水処理プラントと似ている点が特長となる。本技術は除染作業従事者にとって、手本となる上水処理システムや産業廃水処理システムと共通性のあるひな形の存在を意味する。全く新しい技術とテクニックを必要としない点は、作業効率などにも影響すると考えても良いだろう。

## （2） 現地土壤除染実証実験－設計と最適化

## 1 ）Cs 汚染土壌の分級操作時の浮遊懸濁物(SS)浮遊助剤と潤滑(滑り)効果に関して

### a. 結果と考察

洗浄攪拌後の高濁度懸濁水（上澄み）を別容器に移した後に試料採取行った。試料採取を行った洗浄後高懸濁水を別容器に移した後の試料採取で注意深く得た沈殿物量は、表面成層した微細粒子沈降成分の量を概ね表すとみなすことが出来る。これは、実験系別の洗浄後高懸濁水中に残った微細濁質質量を反映している。微細濁質だけを選択採取した各実験系の洗浄回数と表面試料湿潤重量の結果を図(2)-29に示す。

図(2)-29 分級洗浄1回から4回までの高濁水上澄み沈殿物質

洗浄回数によって発生する微細濁質量は実験系毎でバラツキの大きく、洗浄回数が進むと SS 発生量が変化する傾向が示された。

全体として攪拌洗浄後の沈降性の悪いクエン酸添加系は、高懸濁水中にSS量が多い。洗浄回数を重ねるとこの系は徐々に微細濁質SS量が減少していった。一方沈降性の良かったクエン酸を加えていない系は、洗浄回数3回目に微細濁質量が最大となった。どちらの実験系も洗浄4回目の高懸濁水中SSは減少していた。この実験を参考にすると、固-液比1:1の条件で攪拌洗浄を行う分級操作では、4回の注水⇒排水操作が必要との知見が得られた。

図(2)-30には、攪拌洗浄で舞い上がった高懸濁水を洗浄操作終了後、約10分静置した後に移した容器の沈殿物表面に成層した微細濁質を、合計4回の攪拌洗浄後に採取した重量の総和を示す。この結果からは、最も微細濁質の少なかった二酸化炭素を高浸透性水に溶かした水で分級操作を行った場合、二酸化炭素とクエン酸両方を加えた洗浄系に比べ、3割程度微細濁質発生量が少なくなる方向性が示された。
図(2)-30 各洗浄条件下での分級Cs除去；沈殿物表面（微細濁質）

図(2)-31 は分級の為に洗浄液を入れ攪拌洗浄を毎回5分／回で行った後の洗浄後高懸濁上澄み全体に含有されたCs量の変化を示した。高浸透性水だけで分級操作を行った系に含まれたCsが高くなっているのは、試料中Csが高いが、試料全量が少ないことで湿重1kgに換算した際の見掛け上Csが大きくなった為である。

洗浄後に試料表層の粘土状微細濁質を除く土壌全体の Cs は二酸化炭素＋クエン酸で分級した実験系で 9,000 Bq/kg 除染率 72%、炭酸を高浸透性水に溶かした系では 9,800 Bq/kg 除染率 70%、高浸透性水にクエン酸を加えた系が 10,600 Bq/kg 除染率 67%、高浸透性水のみでの分級系で 10,100 Bq/kg 除染率 69%となった。このように、各実験系の除染率にはそれ程大きな違いが無い。

図(2)-31 各実験系で分級操作（洗浄） の進行に伴う洗浄水中高懸濁水全体の 放射性 Cs 濃度推移

図(2)-32 4回の分級・攪拌洗浄終了後の洗浄後土壌（表面薄層は微細濁質の層中放射性Csを、表面直下層には洗浄後土壌全体を攪拌した試料中放射性Csを示す）

分級操作時に加える SS 浮遊助剤と潤滑（滑り）効果がある程度判明した。しかし、この傾向は他の似た条件でも同じように確認出来るか、実際に Cs 除染を分級操作で進めようとする過程では確認する必要がある。

確認の為の追加実験は洗浄回数を全3回として、分級操作（攪拌洗浄）後の、固-液分離工程
（上澄み移流工程）で3時間程の静置時間を置き、静置後の上澄みを静かに抜去り、後に残る沈殿物のCs含有濃度の高さが評価出来る表面（極薄層）採取して測定した。3回の分級操作（攪拌洗浄）後の洗浄後土壌は全体的によく混ぜ合わせ「洗浄後土壌」として測定した。その結果を図(2)-7に示す。この実験結果から、先行実験で得られたCs分級への効果の確認を行った。

表(2)-3 に追加実験で用意した実験系を示す。

図(2)-33 に示した実験結果は、追加実験の分級操作（攪拌洗浄）後の高懸濁水が沈殿した薄い表層に含有する Cs 含有と、3 回洗浄後に全体を均一になるようよく混和した「洗浄後土壌 Cs」となる。固-液比は先行実験同様 1:1 である。なお、追加実験は、先行実験と「攪拌洗浄」条件は土壌と洗浄液との反応時間が短く、反応の緩やかな方向へ変化させている。各実験系列 1 回当たりの攪拌洗浄時間は 1 分未満、3 回合計 3 分未満で、攪拌強度は先行実験より弱く、いわゆる急速攪拌的な剪断流の大きく働く攪拌は行っていない。実験系列 4 の洗浄液は、先行実験と比べ、洗浄液を用いるタイミングが異なり、2 回目の洗浄時に潤滑所剤としてクエン酸添加液を入れている。

追加実験において実験系列3の高浸透性水を用いた分級操作（攪拌洗浄）で生じた高懸濁水中SSに高いCs含有量が示されている。実際には試料採取の対象となる微細な濁質層の占める容積が他の実験系列より少ない。このような傾向は、「洗浄後土壌Cs」に現れ、最もCs分級効果の大きな実験系は、系列4となった。

## 表(2)-3 分級操作時の SS 浮遊助剤と、潤滑（滑り）効果

追加実験；再現性の確認で用意した実験系

洗净回数	run-1	run-2	run-3	run4
1回	CO2	クエン酸	高浸透性水	高浸透性水
クエン酸
2回	クエン酸	クエン酸	高浸透性水	高浸透性水
クエン酸
3回	高浸透性水	高浸透性水	高浸透性水	高浸透性水

図(2)-33 分級操作時の SS 浮遊助剤と、潤滑（滑り）効果追加実験結果（図中1回から3回まで；表面の表記は、攪拌洗浄後の高懸濁 SS を沈殿させて採取した試料内容が沈殿層極表面薄層（1～3mm）であることを表した）

### b. 分級操作時の SS 浮遊助剤と、潤滑（滑り）効果まとめ

分級時に懸濁する微細粒子 SS 浮遊を助ける助剤では二酸化炭素による気泡を、大きな土粒子表面に付着していると思える微細 Cs 吸着粒子の引き剥がし効果を助ける目的の潤滑剤にはクエン酸を用いた添加実験を行った。その効果を、分級に伴い発生する攪拌洗浄時に舞い上がる越流
水中 SS 発生量などを含め全体的に評価するには、助剤の除去率寄与だけでなく、Cs 分級工程中での SS 発生量や、助剤を使う為の装置追加やコストも問題になる。

三つの観点から全体を眺めれば、本実験で得られた優れた分級システムには2つの実験系列を挙げることが出来る。一つは「高浸透性水に二酸化炭素」を組み合わせた分級システムで、図(2)-3から図(2)-6に示した先行実験に示されたものだ。「高浸透性水に二酸化炭素」組み合わせ条件下でのCs除去率70%ではあったが、攪拌洗浄から10分静置後の洗浄槽中SSが最も低い。この実験を本格的な現地システムにスケールアップする上でもSS浮遊助剤の準備は二酸化炭素や空気の微細気泡を高浸透性水作成時に混入させるだけです。追加機器はガス／空気とレギュレーターと配管だけの極簡易なプラスαである。このようにSS浮遊助剤の容易は容易で、クエン酸などを混和するより簡易さで大いに勝る。

## 2 ） 分級操作（攪拌洗浄）固-液比の検討

### a. 結果と考察

実験結果を図(2)-34に示す。実験結果は、Csを含む水田土壌の除染を分級による「固-液分離」で進める本研究の延長を考える場合、一般的に吸着や脱着／脱離で使われる「固-液比」よりかなり固相割合の大きな、つまり小さな「固-液比」の反応槽で十分に機能する可能性を強く示す結果となった。

固-液比	除染率
1对4	水洗净1回後%
1对3	水洗净後に酸洗净1回%
1对2	水洗净後に酸洗净1回%
1对1.5	水洗净後に酸洗净1回%

図(2)-34 1 回目分級洗浄（高浸透性水）2 回目分級洗浄酸洗浄（クエン酸）時の分級洗浄後土壌中 Cs の除去率%

前節までの実験には、「固-液比」を「1:1」としていた。本実験結果から、分級洗浄による除染システムに助剤の助けを借りれば、除染作業の行われる現地の土壤条件が変化する場合にも、作業手順状「固-液比」の目処は、概ね「1:1」で十分であると表現出来ることが分かった。これは分級作業を進める土壤が、乾燥していても、湿潤状態であっても、洗浄効率に極端な変化が起こらず、洗浄液の多い方向に「固-液比」を振れば図(2)-8中の「固-液比」が「1：3」や「1：4」に示されるように効率低下の発生リスクが大きくなることを示す結果と云えそうだ。

### b. 分級操作（攪拌洗浄）固-液比の検討のまとめ

本節では、現地作業で含水比の変化等には無関係に、高浸透性水を利用する分級洗浄方式で放射性Cs除染を進める場合、「固-液比」は「1:1」でよい。

## 3 ）分級操作による Cs 除染洗浄工法の全体システムに関する検討

### a. 工法としての検討

仮置きCs汚染土壌のオンサイト処理も視野に入れた高浸透性水を用いたCs汚染分級洗浄工法の概要と課題をまとめた。図(2)-35～図(2)-50には、最終的な実験結果を得る過程で行った300Lタ
ンクでの「固-液比」1:0.9で行った回分式の分級洗浄実験の様子を示した。

実験用原水は使用の都度真野川源流に設置して河川水をポンプアップし、チップ濾過槽（図(2)-35）へと送水し、濾過層を通過しCs含有微細濁質を含まない濾過水をその後の水利用の原水として用いた。流量の少ない低水位の河川水は透視度が高く、SSや濾度も低い状態だったが、降雨後増水時には、高濁度で様々な形態のSSも流下して来た。チップ濾過槽通過濾過水濁度や色度には濾過開始からしばらくは僅かに木質系チップ溶出の色が含まれていた。しかし濾水中マリネリ1L容器で放射性セシウム検出限界（概ね3～6Bq/kg）未満であった。

図(2)-35 原水中SSの放射線量削減に用いた、手作りチップ濾過槽（黒い角形1 $ ^{↑} $ 槽）濾過水は高浸透性製造装置（写真3-4建屋の中）へとポンプで送られる。本実験施設の高浸透性製造システムの処理水量は1時間約1 $ ^{↑} $ 。

【課題】濾過層に常に河川水や地下水を用いることは出来るのか？分級洗浄の水は無限でない

図(2)-36 原水濾過後の水⇒高浸透性水へ調整(図右)⇒ヘッドタンク注水（図左）

【課題】複雑な高浸透性水製造システムを一体化し、より高速処理（時間当たり流量の大きい）処理が必要。また秋期以降気温が下がった環境では、図3-4（右）の右下に見える、二酸化炭素高压ボンベのレギュレーターが減圧時に凍結し、微細気泡による浮上分離が行えなくなる。凍結防止の対策は必要

図(2)-37 高浸透性水作成後分級洗浄水を300 L分級洗浄槽のリザーバータンクへ送水。

【課題】処理系の水回りが分散化していると余計な人手が要る
図(2)-38 予め実験圃場の「水田」表層5cm～10cmを剥ぎ取り、実験用土壤試料として保存。剥ぎ取り土壤保存は土壤上面をブルーシートと防水シート2枚で覆ったが、小さな雑草が繁茂。

【課題】処理対象土壤は、本実験で使用したよく混合した乾燥土壤ではないことも多い

図(2)-39 水田剥ぎ取り土壌のハンドリングを含水比の高い条件で行うと、土壌が容易に泥団子塊へと変化する。一旦泥団子塊となった土壌を洗浄工程で短時間に液相中に分散させることは極めて困難だった。晴天続きの作業や、高湿度環境で袋詰めされた土壌を対象に行う泥作業で、泥団子塊対策は現実的に大切な課題である。

【課題】Cs除染処理で、現実的な課題の一つが、処理前＝分級洗浄槽投入土壤の「泥団子塊」をどうしたらよいか

図(2)-40 分級洗浄用の300Lタンクへ分級洗浄に使う高浸透性水を注水しているところ。分級洗浄槽の本体は写真のように極めて簡潔。

【課題】分級洗浄槽は簡潔だが、システム一式はハンドリングに手間が掛かり面倒

図(2)-41 含水率の小さな乾燥している土壌は、泥団子塊にならない。しかし注水や攪拌工程で、泥団子塊へと変化する。本システムの「固-液比」は1：1が基本だが、「固-液比」の小さな分級洗浄方式でことに泥団子塊の発生が起こり易い。

「泥団子塊」対策の解決策

図3-1その1フローチャートに上部に示すように、「泥団子塊対策」は高压噴流ポンプによる噴流で解決出来た。
図(2)-44 高浸透性水の注水 洗浄土壌への注水時には、土壌間隙中に含まれた空気が泡となって水表面に出現

図(2)-42 分級洗浄工程の第一段階、Cs汚染土壌搬入終了。300L分級洗浄槽の周囲には、洗浄時に発生するCs含有高濁度懸濁水の漏出を抑止するため、高さ15cmの防水壁を用意

【課題】300L桶を使った実用化実験では、Cs含有高懸濁排水の処理系（パイプライン）未完成だった。実験は回分式で行ったが、連続流で桶縁からSS越流する系の効果へ反映は難しい

図(2)-43 空気洗浄の様子。エアー源には浄化槽用のブロアーを利用 写真撮影時は、上向流に伴う連続的な微細濁質の越流までを行っていない。

この写真は、「固-液比」を1：0.8から1：0.9まで高浸透性水を注水し、空気洗浄約10分の後上澄みをバケツで200L槽へと排出する回分処理の様子。回分式の分級洗浄操作は1セット合計3回の分級洗浄とした。

【課題】反応槽表面から分級洗浄操作を行うのは、液状化した土壌と水の抵抗を受け力が要る。

【課題】大量の土壌を処理する場合、表層からの注水では下層土壌へは速やかな浸透は難しい

図(2)-45 空気洗浄による分級洗浄操作では、空気先端が全面に当たるようゆっくり動かしている。

【課題】空気洗浄だけで土壌を全体的に混合攪拌することが十分に出来ているのか？この方式では底層程攪拌が困難だった

分級効果を十分に発揮出来る混合攪拌条件は、この程度の攪拌でよいのか？

洗浄後土壌の状況を見ると泥団子塊が出来ていて、土壌の微細粒子が泥団子に取り込まれていたので、この方式での攪拌は却下
図(2)-46 空気洗浄をおよそ10分行った後、静置10分程を経て、Cs含有高懸濁SSをバケツで汲み出した。汲み出したCs含有高懸濁SSを入れた200Lタライ。

【課題】水を使った分級洗浄操作では、固液分離の効率が生命線となる。連続的な越流工程で処理を進めた場合にも、分級洗浄タンク上部から越流しない成分は洗浄後土壌の上澄みとして残る。洗浄後の分級洗浄槽の中で、土壌の上澄み⇒高懸濁物の液相を効率良く排水する手段は必須。

土壌の上澄み⇒高懸濁物の液相の排水を、洗浄直後に素早く終わらせることが出来るとCs除去率の上昇に効く反面、洗浄後土壌の系外排除=洗浄時土壌減少率増加の要因。

図(2)-47 分級洗浄終了後にCs含有高懸濁SSを汲み出した後の反応槽。分級洗浄後土壌は、反応槽上部では土壌相互に「泥団子塊」化現象は見られず分散していた。「泥団子塊」化現象は、反応槽下部に選択的に見られた。

【課題】「泥団子塊」現象の解決は、高圧噴流による土壌塊破壊と分散で講じることが出来る見通しが立った。しかし、高圧噴流に土壌塊破壊と分散時に生じる流れで、対象とする反応槽全体の分級洗浄が可能か疑問？高圧噴流に土壌塊破壊と分散時に生じる流れで分級洗浄可能な土壌量（「固-液比」固定の条件で）の限界をどう評価すれば良いか？分級洗浄槽中の土壌全体を混合攪拌するに足る攪拌条件の検討も必要。⇒未だ検討は出来ていないが、数多い既往先行例に学ぶ

図(2)-48 分級洗浄終了後にCs含有高懸濁SSを汲み出した後の反応槽の表面近傍土壌中Cs測定の為土壌採取を行った。表面は微細な粘土層が残る。

【課題】微細な粘土状土壌は、分級洗浄操作後に高濃度懸濁水SSとして洗浄後土壌沈殿層の上澄み水にあったもの。微細粘土状土壌中のCs含有量を測定し、越流で系外排除しきれない易浮遊性（微細な）SSの排出システム検討は大切。
図(2)-49 分級洗浄終了後にCs含有高懸濁SSを汲み出した後の反応槽から土壌中Cs測定の為土壌採取を進めると、土壌中に混入した草が出現。草は土壌攪拌時の障害になり土壌の混合攪拌を阻害する。

洗浄水と混合攪拌し易い粒径の細かな土壌は、分級操作後に洗浄後土壌層の上方へ集まる。この層に「泥団子塊」は見られない。「泥団子塊」は、分級洗浄槽の底の方に堆積する洗浄後土壌に形成される。

【課題】スクリーン等で、表面剥ぎ取り土壌を分級洗浄する前に、予め草や根等の異物を剥ぎ取り土壌中から篩い分けするシステムが現実的には必要になる。

図(2)-50 分級洗浄のフローチャート作成に向けた300L桶利用（「固-液比」は1:0.9）で行った洗浄操作後土壤。写真は反応槽の最下部の洗浄後土壤。

【課題】この実用化実験への試みで行った予備実験成果は、反応槽最下部（底部）の洗浄後土壌は、「泥団子塊」周辺に洗浄された土壌の混ざる結果を示した。この時点でまだ高压噴流は用いていないが、高压噴流効果と、混合攪拌方式の検討の組み合わせ効果で、1回の分級洗浄に要する十分な作業時間を短縮出来るか（この実用化実験では約30分）検討を行う。

### b. 抽出された工法上の課題の整理

実施条件 実験使用反応槽 300L桶

土壤；飯館村佐須の水田表層5 cm剥ぎ取り

「固-液比」=1:0.9 土壤200Lに対して水180L

分級洗浄には高浸透性水を用いている。

図(2)-51には、実用化を目指しシステム構築の検討過程に行った分級洗浄実験時に測定した、分級洗浄過程の反応槽上澄みに含まれるCsと難沈降性の極微細な濁質に含まれていると推測出来るCsを示した。図から、洗浄過程の1回目、2回目には、1日の静置沈殿期間を経ても200Bq/kg以下と土壌中Csに比べて低いCsが検出された。この図を基に分級洗浄全体のシステムを考えると以下の要点が浮かび上がった。

Cs(134+137) Bq/kg ]	100⁻⁶	150⁻⁶	200⁻⁶
洗净1回回	100⁻⁶	100⁻⁶	100⁻⁶
洗净2回回	100⁻⁶	100⁻⁶	100⁻⁶
洗净3回回	100⁻⁶	100⁻⁶	100⁻⁶
洗净2回途中回	100⁻⁶	100⁻⁶	100⁻⁶
洗净3回途中回	100⁻⁶	100⁻⁶	100⁻⁶

図(2)-51 分級洗浄工程過程で液相側の高懸濁水中 SS を沈殿（静置期間約 1 日）させた上澄みに残った Cs
図(2)-52 2回の300L桶分級洗浄過程における液相（高懸懸濁SS）中SSに含まれたCs（Bq/kg）；静置約1日後の沈殿相採取

図(2)-53 2回の300L桶分級洗浄終了後、反応槽に残った洗浄土壌の深さ方向Cs分布

分級洗浄後越流水や分級洗浄排水の後処理を、重力沈殿に任せることにはCsレベルは低いもののリスクがある。また、静穏条件下での1日沈殿の難しい場合や、沈殿地内の流れ特性による沈殿成分の流出も考えられ、これらは水圈へのCs漏出リスク要因となる。

図(2)-52は分級洗浄過程の液相を採取して得られる高懸濁水中のSSを1日沈殿させて得た沈殿分離SSに含まれるCs含有量を測定した結果となる。

分級操作の進行に従った液相側高懸濁水中に含まれるCsの変化が読み取れない。この結果をここまでのテーブルテストの結果と比べるとその乖離は大きい。この予備実験手法には大きな問題が潜んでいるか、複数の問題の絡んでいることを示唆している。

分級操作の進行に従った液相側高懸濁水中に含まれるCsに時間経過に伴う現象が見られないといった結果は、図(2)-53の分級洗浄後土壌Cs鉛直分布でより明らかとなった。分級洗浄後に残る高懸濁水中SSに含まれる高いCsは、洗浄後土壌表面に沈殿し、特異的に高いCsを示す傾向を確認して来た。また、分級洗浄時の攪拌効果が投入土壌全層に及ぶ場合、洗浄後土壌表面の極薄い微細濁質層を除き、Csは比較的安定した洗浄後土壌としてのCs含有量を示す。しかし、深さ方向のCs含有量は、バラツキが大きく、深さ方向に安定した放射線量を示さなかった。むしろ、実験系列1には下層ほどCs上昇傾向さえ見られた。

この結果は、○混合攪拌が不完全だった ○泥団子塊形成の影響 ○微細濁質が分級洗浄工程で、上澄み層に移行していないなど複数の要因が絡んだ為の失敗とみなせた。

### c. 高浸透性水を利用する分級洗浄工法における課題

### i. 課題1：分級洗浄の水は無限でない

河川水や地下水等、分級洗浄に使う原水は必須でありその確保は重要なポイントになる。場合によっては、給水トラックなどで水を運ぶケースもあるだろう。
分級洗浄時の「固-液比」は1：1と水の割合は低いが、乾燥土壤を処理する例では土壌へ水が吸われることで、処理土壤の見掛け容積と、分級洗浄時に注水する（必要）水量は必ずしも1：1とならず、必要水量が多く要るケースもあった。

この課題解決へは、分級洗浄利用水の再利用が有効であるが、水再利用を支える根拠となるのが図(2)-23である。図(2)-23には、分級洗浄工程の2回目最初排水以降（図中には；洗浄2回途中と記した）の分級洗浄処理水中の高懸濁物質の上澄みにはCs含有の無い（検出下限以下）であることが示されている。

この事実から、本課題への解決策で提唱する水の再利用は分級洗浄処理2回目以降には、Cs含有の無い水として再利用が可能と判断出来た。1回目から2回目までの洗浄水は、凝集沈殿とチップ濾過などの過程を経た後の検討が必要だが、後述する「チップ濾過処理水」中のCs含有は（ブレイクスルーの起こった1回を除き）検出限界以下だったことを参考に出来る。

システム全体としての必要水量は以下のように計算できる

①【（高浸透性水利用分級洗浄システムのライン全体を満たす水量）－（分級洗浄槽水量）】

②【分級洗浄槽で操作１回必要水量×分級洗浄回数；の必要水量】

③【分級洗浄反応槽へ土壌搬入後最初の注水時に起こる高浸透性水の土壌給水による減少水量】+

④【分級洗浄システムのライン全体からの損失水量】

このうち、②＋③＋④の維持水量はシステム運営上で最低限必要な水量確保ラインとなる。

今回本格的な高浸透性水利用分級洗浄システム全体の作成は行わなかったが、除染実証レベルでの予備実験と、その後の実験を踏まえ「固-液比」もそのままとすれば、除染対象土壤1 m³に対し、3回分級洗浄を行うとすれば、概ね3.5 m³（この内0。5 m³は洗浄初回投入土壤への吸水量）の水量が必要となる。うち3 m³×1割（分級操作時土壤表面に残る水量）=差し引いた水量は継続的に確保の必要な水量となる。

従って；土壤 $ 1 \, m^{3} $ 処理当たりのシステム最低必要水量は、概ね

水 $ 0.8 \, m^{3}/土壤 \, m^{3} $

になると予想出来た。投入土壌の分級洗浄工程終了（分級洗浄槽への土壌投入から排出）までの必要時間は工程表に従えば、およそ1時間となる。

この条件で、剥ぎ取り土壌仮置き場や除染対象地で分級洗浄によるCs除去&土壤の減容化を行うとき、土壌日処理量を100m³を想定すれば、概略の必要敷地面積100m³で1 $ ^{1} $ 処理システム12系列から13系列の設置が可能。

土壤日处理量 $ 100 \, m^{3} $

作業時間8時間／日 時間当たり必要水量 100m^{3}/時

1 日必要水量 $ 800 \, m^{3} $ / 日 の条件と計算できた。

### ii. 課題 2 「泥団子塊」現象の解決

「泥団子塊」現象は、分級洗浄工程では注水直後から発生する。一方、水田のような粘土系土壤
の多い場所の表面剥ぎ取りでは図(2)-54に見られるような状況で確認出来、かなり頻発している現象である。

「泥団子塊」現象を起こした土壌を水処理する場合、どのような処理であっても、「泥団子塊」が分散しなければCs除染効果は装置本来の持つ性能を下回るだろう。

図(2)-54 表土の剥ぎ取り時に見られる、土壌と、土壌の「泥団土塊」

微生物処理に細胞性粘菌効果は、水田等粘土系土壌の表面剥ぎ取り土壌で多発する「泥団子塊」形成土壌の分散化に由来することを述べた。しかし細胞性粘菌による泥団子消滅効果の発現までには手間暇が必要となる。阿武隈山地で細胞性粘菌を使った微生物処理を実施する課題には、時間（適温で最低4日程度）の制限と培地や種菌培養などに関わる人手の確保、除染コスト上昇などが挙げられる。これを新たに表面剥ぎ取り後の汚染土壌や仮置き場剥ぎ取り土壌へ適用する場合、広い敷地面積と、温度管理出来る培養条件の必要性など、全体とて負の効果要因の増える可能性にも考慮を向ける必要がある。多くの試行錯誤の末の解決策は、「泥団子塊」直接破壊への高压噴流利用となった。

実用化規模での実証実験として水田土壌のCs除去手法を、高浸透性水での分級洗浄として取り組んだ本年度は「泥団子塊」形成が分級洗浄による作業最中に起こることも確認出来た。除染対象土壌の装置投入から注水操作時または、分級洗浄の為の攪拌等エネルギー入力後の装置内土壌に「泥団子塊」現象は発生していた。

これらの状況を背景に、「泥団子塊」そのものの破壊と、「泥団子塊」形成を抑止する分級洗浄方式の検討を重ねことが実用化規模での実証実験では大きな柱となった。

実験では高压噴流圧力は、1 MPsから最大6 MPsの範囲で、多くの場合概ね5 MPs程度で十分であった。高压噴流ポンプの吸水は、チップ濾床通過濾過水の利用で十分である。30 L桶を使った15 kg土壌分級洗浄実験では、実験対象土壌全てが強固な「泥団子塊」であった。

そのような条件下で高压噴流ポンプ利用「泥団子塊」潰し=分散化は、ノズル先端から直接噴流を「泥団子塊」へ当てる必要があった。この操作を自動的に進めるのは、分級洗浄槽の下部構造の凹部に向いて高压噴流ノズルが（必要個数は要検討）当たるような構造にすることで、分散化し粒径の小さくなった土壤は上向流に乗って上方の液相部へ移動⇒沈降性の大きな「泥団子塊」は分級洗浄槽の下部構造の凹部へと移動を繰り返すことで、土壤の分散化は進んでいく。

装置形状の具体案・詳細例などは、本システム化が現実的になった時からでも十分対処可能となるだろう。

### iii. 課題 3 分級洗浄操作時に発生する易浮遊性（微細な）SS 中含有 Cs が除染能に及ぼす影

## 響の評価/高懸濁の液相の効率的排水の意義の評価

実用化規模での実証実験では、分級洗浄工程でCs減少の操作で行った液相側への易懸濁物質（微
細土粒子）中に含有されたCsは、洗浄後土壌より高いものの、洗浄回数の繰り返しによって変化する傾向を示していない。これは、分級洗浄工程の進捗と除染対象土壌全体のCs低下とがリンクしないことに繋がるように思える。実用化規模での実証実験はCs減少％が低く、洗浄後土壌のCs分布にも大きなバラツキが示された。

水を使った分級洗浄操作では、固-液分離の効率が生命線となる。分級洗浄を連続的な越流工程で進めれば、処理槽上部から越流する高懸濁成分中に、サイズが小さく浮遊性の高い微細濁質が含まれ系外排除される。全ての易浮遊性微細濁質が系外排除される訳でなく、その一部は洗浄後土壌の上澄みとして残る。従って洗浄後の分級洗浄槽の中で、土壌の上澄み⇒高懸濁物の液相を効率良く排水し、除染効率を上げる手段は大切になる。

機械システムの設計段階に必要になる情報としては、土壌の上澄みになる液相＝高懸濁物排水を、どのような流れ条件（速度など）と時間内で終わらせようと考えるのか、なども必要になる。もし、液相＝高懸濁物排水を洗浄直後に素早く終わらせることが出来るとCs除去率の上昇に効く。反面、洗浄後土壌表面で起こる巻上がり（掃流や摩擦速度）が関与して、不必要な洗浄後土壌の系外排除＝洗浄後土壌の減少は増えてしまう。

さらに、分級洗浄工程では、工程の進捗に伴う液相側へ微細濁質／SSとして移行するCsは減衰していくような分級洗浄操作でなければ、全体的な効率上昇は望めない。実用化規模での実証実験で問題となったこの課題は、課題2：「泥団子塊」現象の解決とも密接に関わる。

厳密に考えれば本課題は課題2だけでなく、分級洗浄によるCs含有土壌の除染システム全体の生命線となる事象になる。「泥団子塊」の解決策だけはでない。機械装置システムの中身も関与する。すなわちCs除去を目的とした分級洗浄工程で謎でもあり、躍となっている要素解決後に評価することとした。Cs除去を目的とした分級洗浄工程の謎と躍の課題解決は、ハンドリングが容易であることも重要な要素となる。

ここまでの実験では様々な理由から、テーブルテスト・実用化規模での実証実験双方とも、基本は回分式実験で行ってきた。その最も大きな理由は、Cs除去に関わる個々の要因の解明無しに連続流れの実験系に持ち込むのは、実験結果の評価が難しくなることだった。そこで実験条件の変更が簡単で、個々の要因を明確に評価する際、その検討の容易な回分実験での検討を優先させたことである。

ここまでの知見を参考に、図(2)-55には2 Lビーカによる回分式実験で得た分級洗浄操作の繰り返しに伴う液相の懸濁SS中放射能を示した。

図(2)-55 分級除染効果確認のテーブルテスト結果

分級洗浄回数に伴う上澄み高懸濁SSの含有Cs放射線量　実験対象土壤放射能は、湿潤条件下で19700 Cs(134+137)Bq/kg

この実験は、「固-液比」1：1で、系列毎に洗浄条件の変化を与えている。5分を基準に設置し
た各分級洗浄操作の後、約5分の静置時間をおき液相=上澄みの高懸濁SSを洗浄後土壌の巻上がりや移流が起こらないよう細心の注意を払い、1000 mLビーカーへと移した。ビーカー中の高懸濁SSは、翌日上澄みを注意深く捨て、u-9カップへ採取し放射能分析を行っている。

図(2)-56は、実験条件の異なる4つの実験系列の全てに分級洗浄の進捗に伴った分級洗浄過程で「液相=上澄み中の高懸濁SS」含有放射能は連続して減衰していく様子が明確に示された。これは、「泥団子塊」形成が無く、分級洗浄時の攪拌が土壌層全体に及ぶ、といった基本条件が守られた結果である。分級洗浄方式に多少の差異はあっても、この基本が守られていればCs除去効果は、分級洗浄回数に伴い減少することは、本除染システム開発に当たって、大切な条件となった。

図(2)-55に示すテーブルテスト結果を実証実験へと繋ぎ、連続流で越流させ分級洗浄した場合の除染効果を図(2)-1に示す。30L桶での実験は、連続流実験で行った。従って、回分実験時のように洗浄回数に応じた液相側高懸濁SSに含有されたCsの濃度変化を見ることは難しい。

図(2)-56 分級洗浄効果確認の30L実証試験

2回の分級洗浄操作後、越流水中SSと処理槽下に沈殿堆積した洗浄後土壌の表層（1mm～2mm層）を含む鉛直Cs分布

洗浄後土壌の除染率：実験系1：68%、実験系2：65%

実験結果は、分級洗浄工程終了後に桶（処理槽）下部に堆積した液相側の排水の間に土壌表面へと沈む微細濁質の ○ 極薄い土壌表面層、分級洗浄終了に実質的に液相と土壌相の境界であった、○ 極薄い土壌表面層の直下土壌、分級洗浄操作で完全混合が行われていたかの目安となる○ 桶底層土壌と洗浄後土壌全体をよく混合攪拌した後、数カ所でサンプリングした土壌をさらに混和しU-9カップに移して分析した○ 洗浄後土壌を、分級洗浄工程の終了間際に越流した「液相=上澄み中の高懸濁SS」含有放射能を○ 越流終了液相 実験に用いた試料土壌放射能と併せて示している。

## 4 ） 分級操作による Cs 除染洗浄工法

基本概念はここまでの内容と同じであるが、この実験では幾つか予備実験の知見を活かせない状況が起きた。

☐ 微細気泡を高浸透性水に混入出来ない【二酸化炭素高压ボンベの調圧器（レギュレーター）故障】

〇 分級洗浄槽以降に続く⇒凝集沈殿槽⇒チップ濾過槽相互の配管接続は行っていない

上記理由から、実験過程で越流水を採取し Cs 測定は行った。測定後に越流水中 SS と洗浄後土壤の壁面付着分は廃棄したため、見掛け上分級洗浄に伴う土壤減量率は大きくなる。

### a. 試験方法

ここまでに得た知見を形にした実証試験は以下のような手順で行った。

i. 分級洗浄槽は30L桶を用いた。
ii. 予め分取しておいた分級洗浄対象の剥ぎ取り表土（15 kg）は、剥ぎ取り時の「泥団子塊」が強固に形成されていた。

iii. 分級洗浄対象土壤を分級洗浄槽に入れた所、容積およそ十数リットルだった。容器の変更が出来なかったため、本実証試験は「固-液比」をこれまでの1：1から、越流水量10 L確保を優先し「固-液比」はおおよそ1：2で行った。

iv. 分級洗浄槽中では、「泥含土塊」対策で導入した高压噴流ノズルを底層面近傍で作動させ、「泥団子塊」崩しを行った。必要時間はおよそ10分以内であった。

v. 30 L 桶の下には 120 L 角形水槽を受け皿に設置した。越流水は 120 L 水槽へと移流する。

vi. 「泥団子塊」を桶に投入する・注水は行わない⇒

vii. 高浸透性水を原水に、高压噴流ポンプを 5 MPa で稼働。最初から直接「泥団子塊」を噴流で粉砕する・高压噴流ポンプ突出水だけを注入水とする分級洗浄系である⇒

viii. 桶内部水位は徐々に上昇し、桶の下部では上向流速 $ 3 \, cm/分 $ 弱だが、桶の径が広がるに連れ上向流速は減少。越流する上部では上向流速が $ 2 \, cm/分 $ 以下に減少。この上向流に乗って、分散した土壌成分中、舞い上がり易い微細濁質が液相中に高懸濁 SS の形態で浮遊 $ \Rightarrow $

ix. やがて越流が起こる。越流液相成分は120L角形桶に移流。⇒※高压噴流ポンプ停止

x. 桶から 120 L 角形桶へと分級洗浄時に移流した越流液相成分を 5 分から 15 分以内に採取

xi. 分級洗浄桶（高懸濁 SS の上澄み）は高压噴流ポンプ停止から約 5 分静置・その後静かに（桶底層土壌の巻上がりに注意し）桶上澄み＝残った液相部を「貯留槽」として用意した他の桶へと移す。

xii. 分級洗浄桶から液相部を「貯留槽」へと排水後、洗浄後土壌のサンプリングを行う。サンプリングは、土壌表層の極薄い表層部と、表層部を含む残りを混和した土壌の2試料対象で行った。

xiii. 高圧噴流ポンプ停止から約20分から40分後に、貯留槽として用意した桶に移した分級洗浄後桶の上澄み高懸濁SSを深さ方向にサンプリングする。

xiv. 高圧噴流ポンプ停止 40 分から 1 時間までに貯留槽として用意した桶に移した分級洗浄後桶の上澄み高懸濁 SS を静かに混ぜ（沈んだ SS の巻上らないよう）サンプリング

xv. 高圧噴流ポンプ停止の翌日、貯留槽として用意した桶に移した分級洗浄後桶の上澄み高懸濁 SS の 24 時間静置沈殿後試料を静かに混ぜて（角形水槽底に沈んだ SS の巻上らないように）サンプリングする。

なお、viからxivまでの操作は、1回2系列で3回繰り返し、3回の分級洗浄操作を行った。

### b. 高浸透性水利用実証実験規模分級洗浄試験の結果と考察

高压噴流ポンプからの水のみが分級洗浄槽への注入水となる実証実験系で液相側へ舞い上がる懸濁物質は、微細な土壌粒子が多く含まれていた。この結果はここまでに得た知見と同じであった。1回目分級洗浄操作時に舞い上がった微細土壌粒子で、分級洗浄工程中に桶の上部から越流し、120L角形水槽へ移流した成分にも土壌粒径による沈降速度の違いは起こる。1回目分級洗浄操作終了から5分の静置後に分級洗浄槽の上澄みとして残った高濃度懸濁絶SSを貯留槽へと移し、分
級洗浄操作終了約1時間未満に測定した深さ方向のCs鉛直分布は、貯留槽底層部だけが上層や中層より低いCs（2000Bq/kg）となっていた。それ以外に深さ方向の変化は目立たない。対象土壤によって分級洗浄時越流水中Cs濃度は静置した時間経過によって底層へ沈降し易いSSと、懸濁したままのSSに分かれる。対象土壤では分級洗浄後1時間程度未満であれば高濃度懸濁態SS貯留槽中の重力沈降は図(2)-57に示す程度で、底層部が低い以外それほど神経質になる必要は無いだろう。

洗净1回後静置20～40分 SS鉛直分布 Cs Bq/kg

図(2)-57 分級洗浄時 1 回目終了時の洗浄槽上澄み（液相）を 5 分静置後、他の容器に移し、20 分から 40 分静置沈殿させた後、その上澄み層を深さ別に採取した Cs 測定結果

分級洗浄でCs除染を進める上で大きなポイントが図(2)-57に示されている。分級洗浄後、土壌表層（1 mmから2 mm程度の極薄い層）には、高濃度のCs測定結果が示されている。分級洗浄1回目終了時、土壌表面の極薄い層の下の土壌全体の示すCsレベルは、分級洗浄終了後に槽の上澄みとして残った高濃度懸濁態SSを受けた貯留槽タンク底層と同程度のCsであった。

問題点は2点で、

i. 越流成分には、分級洗浄時の乱流で巻上る土壌粒子中に比較的沈降し易い大きさで Cs 含有の大きく無い成分も含まれていた。さらに

ii. 分級洗浄操作終了後の5分から15分に易浮遊性の高懸濁 SS（上澄み）を引き抜いたにも拘らず、洗浄後土壌表面に高いCsを含む薄層が残った。

この結果は更なる分級洗浄によるCs除染に生かす基礎情報として大切になる。分級洗浄工程での固-液分離は、作業過程で土壌中Csが液相側へ分離することで進行する。その一部は分級洗浄槽中から越流による移流成分中に、残りは、分級洗浄終了時に槽上澄み中に残った高濃度懸濁態SSの形態中に存在する。

図(2)-58 分級洗浄過程で越流した高濃度懸濾態 SS に含まれている Cs の洗浄回数に伴う変化

分級洗浄槽中からの越流中に含まれて系外排除されたCsは120L角形水槽中に保持される。図(2)-58は分級洗浄を繰り返す中で、越流水が120L受け槽に溜まった状態で保持された越流水中の高濃度懸濁態SS含有Cs測定結果である。

選択的に高いCs濃度を持つ微細濁質の存在と、当該微細濁質成分が分級効果で分画できれば、