JP2014038009A - 放射性物質除去装置および放射性物質除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被汚染物から放射性物質を効果的に除去できる放射性物質除去装置および放射性物質除去方法の提供。
【解決手段】上面１２と底面１４と側壁面１６とを有する円筒状容器１０と、円筒状容器１０の側壁面１６に設けられ、円筒状容器１０の側壁面１６内側に対して接線方向に水を噴出して側壁面１６内側に沿った水流を形成するノズル２４と、汚染土砂を水流中に投入するために上面１２に設けられた土砂投入口２０と、汚染土砂に含まれる雲母等の微粒子成分を捕集して排出するために、円筒状容器１０の内部における中心部に設けられた捕集部２６と、前記汚染土砂のうち、微粒子成分が除去された残余物を排出するために底面１４に設けられた土砂排出管２２と、を有する放射性物質除去装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性物質除去装置および放射性物質除去方法に係り、特に放射性物質で汚染された被汚染物から放射性物質を除去する放射性物質除去装置および放射性物質除去方法に関する。

原子力発電所の事故により飛散した放射性物質による土壌汚染が各地で問題になっている。現状では、水中に溶けている放射性セシウムを除去する方法は確立されているが、放射性物質で汚染された土砂から放射性物質を除去する方法は確立されていない。

そこで、放射性物質で汚染された土砂については、表面を削り取って除去する方法が取られている。

しかしながら、前記方法によれば、放射性物質で汚染された土砂だけでなく、汚染されていない土砂まで削り取られるから、保管すべき被汚染物の量が膨大になる。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、放射性物質で汚染された土砂のような被汚染物から放射性物質を効果的に除去できる放射性物質除去装置および放射性物質除去方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、上面と底面と円筒状の側壁面とを有する円筒状容器と、前記円筒状容器の側壁面に設けられ、前記円筒状容器の内部に、前記側壁面に対して接線方向に水を噴出して前記側壁面に沿った水流を形成するノズルと、前記上面に設けられ、放射性物質で汚染された被汚染物を前記円筒状容器に投入する投入口と、前記円筒状容器の中心部に設けられた微粒子成分捕集部と、前記底面に設けられ、前記被汚染物から前記微粒子成分が除去された残余物を排出する残余物排出部と、を有する放射性物質除去装置に関する。

前記放射性物質除去装置においては、放射性物質で汚染された土壌等の被汚染物は、投入口から円筒状容器に投入されると、ノズルから噴出された高圧水によって、円筒状容器の側壁面に沿って強く撹拌される。したがって、土砂の各成分には水流からの遠心力が加わる。土砂中の石英や長石等、粒径の大きな成分は、水流によって粉砕されにくく、前記水流によって大きな遠心力を受けて側壁面に向かって移動する。一方、雲母や植物石、粘土鉱物などの微粒子成分は円筒状容器内部における中心部に集まる。

したがって、微粒子成分は、円筒状容器の内部における中心部に設けられた微粒子成分捕集部で捕集され、外部に排出される。

一方、微粒子成分が除去された残余の成分は、残余成分排出部から外部に排出される。

ここで、放射性セシウムのような放射性物質は、被汚染物の成分のうち、主に雲母や植物石、粘土鉱物のような微粒子成分と結合する。したがって、被汚染物に含まれる放射性物質の多くが、微粒子成分に移行して微粒子成分捕集部で捕集され排出される。したがって、放射性物質が効果的に除去される。

したがって、残余物排出部から排出された残余物に含まれる放射性物質の量は、放射性物質が除去される前の被汚染物に含まれていた放射性物質の量と比較してはるかに少なく、保管の必要も無くなる。

本発明の第２の態様は、本発明の第１または第２の態様の放射性物質除去装置において前記円筒状容器の底面が下方に向かって縮小する円錐状であるものに関する。

前記放射性物質除去装置においては、円筒状容器の底面が下方に向かって縮小する円錐状であるので、ノズルから噴出された高圧水は、側壁面内側に沿って回転しつつ、残余物排出部に向かう下降流を形成する。

したがって、円筒状容器の底面が平板状であるものと比較して残余物が残余物排出部からより効果的に排出される。

本発明の第３の態様は、本発明の第１または第２の態様の放射性物質除去装置において、前記円筒状容器の底面が平板状であるものである。

前記放射性物質除去装置においては、円筒状容器の底面が平板状であるから、底面が円錐状であるものと比較して円筒状容器の作成が容易である。

本発明の第４の態様は、本発明の第１〜第３の何れかの態様の放射性物質除去装置において、投入口が前記円筒状容器の上面の中央部に設けられているものに関する。

円筒状容器内部においては、ノズルから噴出された高圧水による水流によって形成される水流に作用する遠心力のため、水面高さは、中心部が低く、外周部が高くなる。したがって、円筒状容器の上面の中央部に投入口を設けた場合には、上面の外周面に投入口を設けた場合と比較して円筒状容器の高さをより低くすることができる。

本発明の第５の態様は、本発明の第１〜第４の何れかの態様の放射性物質除去装置において、微粒子成分捕集部の取入口が下方に向かって拡大する円錐形状であるものに関する。

前記放射性物質除去装置においては、微粒子成分捕集部の取入口が下方に向かって拡大する円錐形状とされているから、円筒状容器の中心部に集まった微粒子成分をより効果的に捕集できる。

本発明の第６の態様は、本発明の第１の態様に係る放射性物質除去装置において、前記ノズルから噴出される水の圧力を５ＭＰａ以上としたものである。

前記放射性物質除去装置においては、ノズルから噴出される水の圧力を５ＭＰａとしているが、この圧力は、土砂中で雲母や粘土鉱物が大きな粒子を形成していたときに、これを粉砕して微粒子成分とするのに十分な圧力である。

本発明の第７の態様は、円筒状容器の内部において、前記円筒状容器の側壁面内側に沿った水流を形成し、放射性物質を除去しようとする被汚染物を、前記円筒状容器の上面に設けた投入口から前記水流に投入し、前記被汚染物に含まれる微粒子成分を前記円筒状容器の内部における中心部において捕集し、前記被汚染物のうち、前記微粒子成分が除去された残余を前記円筒状容器の底面に設けた排出部から排出する放射性物質除去方法に関する。

第１の態様のところで述べたように、前記放射性物質除去方法によれば、ノズルから噴出された水によって形成される水流によって円筒状容器の側壁面に沿った流れが形成される。したがって、被汚染物に含まれる成分のうち、石英や長石などの粒径の大きな成分は、雲母などの微粒子成分と比較して前記流れからの遠心力をより強く受ける。これにより、粒径の大きな成分は、円筒状容器の側壁面近傍に、微粒子成分は円筒形容器の中心部に集まる。したがって、円筒形容器の中心部に集まった微粒子成分を捕集して配すつすることにより、被汚染物に含まれる放射性物質は除去される。

以上説明したように本発明によれば、被汚染物から放射性物質を効果的に除去できる。

図１（Ａ）は、実施形態１の放射性セシウム除去装置を軸線に沿って切断した断面を示す断面図であり、図１（Ｂ）は、実施形態１の放射性セシウム除去装置を図１（Ａ）においてノズルを含む平面Ｘ−Ｘで切断した断面を示す断面図である。 図２（Ａ）は、実施形態１の放射性セシウム除去装置を軸線に沿って切断した断面を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、実施形態１の放射性セシウム除去装置を図１（Ａ）においてノズルを含む平面Ｘ−Ｘで切断した断面を示す断面図である。 図３は、実施形態１の放射性セシウム除去装置で土壌から雲母、植物石、および粘土鉱物を除去した残りの部分を示す拡大写真である。 図４は、実施形態１の放射性セシウム除去装置で雲母、植物石、および粘土鉱物を除去する前の土壌の様子を示す拡大写真である。

１．実施形態１
以下、本発明の放射性物質除去装置に包含される放射性セシウム除去装置の一例につき、図面を用いて詳細に説明する。

＜構成＞
図１（Ａ）および図１（Ｂ）示すように、実施形態１に係る放射性セシウム除去装置１は、平板状の上面１２と平板状の底面１４と円柱面上の側壁面１６とを有する円筒状容器１０と、本発明の投入口の一例であって上面１２の中央部に設けられた土砂投入口２０と、本発明の残余物排出部の一例であって底面１４の中央部に接続された土砂排出管２２と、側壁面１６における底面１４近傍に設けられたノズル２４と、本発明の微粒子成分捕集部の一例であって、円筒状容器１０の内部における中心部に設けられた捕集部２６と、を有する。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、土砂排出管２２は、円筒状容器１０の底面１４の中心部に開口し、土砂排出口２２Ａを形成すると共に、途中には土砂排出管２２を開閉するための開閉弁２２Ｂが介装されている。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、ノズル２４は、全体として管状であって、底面１４に対して平行であって、側壁面１６の形成する円周に対して接線方向に延在する。ノズル２４は、他端において高圧水ポンプ（図示せず）に接続されている。ノズル２４から噴出される水の流量は、捕集部２６からの排出水を凝集処理する都合上、なるべく少ないのが好ましいが、円筒状容器１０の内部で土砂から雲母や、植物石、粘土鉱物等を分離するのに十分な回転速度が得られる程度の流量が好ましい。また、ノズル２４の内径は、噴出すべき水の圧力および流量に応じて適宜設定できるが、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度が好ましい。

図１（Ａ）に示すように、捕集部２６は、下方に向かって拡大する円錐状であって円筒状容器１０の中心部における上面１２の近傍に位置する。捕集部２６の頂部には外部に連通する排出管２８が接続され、捕集部２６で捕集された微粒子成分は、排出水とともに排出管２８から外部に排出される。排出管２８は、排出水中の微粒子成分を凝集、沈殿させて除去する廃水処理槽（図示せず）に連通している。

＜作用＞
先ず、土砂投入口２０から円筒状容器１０の内部に、放射性セシウムで汚染された土砂を投入する。

次いで、放射性セシウム除去装置１においてノズル２４から水を噴出させる。ノズル２４における水の噴出圧は特に制限は無いが３ＭＰａ以上が好ましく、特に５ＭＰａ以上が好ましい。但し、あまり噴出圧が高いと高圧水ポンプ等におけるエネルギー消費が過大になるから、噴出圧は１００ＭＰａ以下が好ましい。また、水の噴出圧が５ＭＰａのときの水量は、毎分１０〜２０リットル程度が好ましいが、ノズル２４の内径に応じて適宜設定できる。

図４に示すように、土砂は、通常、石英や長石等の粒子の表面に、雲母、植物石、およびトルマリンのような粘土鉱物等の微粒子が付着した構造を有している。土砂には、更に、雲母等が単独で混合している。したがって、ノズル２４からの水流によって発生するキャビテーション効果と粒子同士が衝突する粒子衝突効果とにより、図３に示すように粒子表面の微粒子や土砂に混合していた雲母等は石英や長石の粒子から分離される。一方、粒子を構成する石英や長石は水流によっては殆ど細分化しない。

ノズル２４から噴出された水は、図１（Ｂ）において矢印ａで示すように、側壁面１６の内側の面に沿って円周状の流れを形成するから、水流中の粒子、微粒子、雲母はそれぞれ水流とともに図１（Ｂ）の矢印（ａ）の方向に回転し、遠心力を受ける。ここで、石英や長石等の粒子は、雲母や植物石、粘土鉱物等の微粒子よりも遥かに重量が大きいから、受ける遠心力も大きい。したがって、石英や長石等の粒子は円筒状容器１０の側壁面１６近傍に集まる。一方、雲母等の微粒子は円筒状容器１０の中心に集まり、捕集部２６で捕集される。

ノズル２４から円筒状容器１０には一定の流量で水が供給されるから、図１（Ａ）において矢印ｃで示すように、微粒子や雲母を含む水は、捕集部２６で捕集されて雲母排出管２８を通って外部の廃水処理槽に排出される。廃水処理槽においては、排水中の雲母や植物石、粘土鉱物が凝集剤によって沈殿除去される。

一方、石英や長石の粒子は、底面１４の周縁部に集まる。石英や長石の粒子が底面１４上にある程度溜まったところで開閉弁２２Ｂを開けると、底面１４上に溜まった粒子は水と共に土砂排出口２２Ａから土砂排出管２２を通って円筒状容器１０の外部に排出される。

なお、放射性セシウム除去装置１においては、円筒状容器１０に所定量の土砂を投入後、ノズル２４から水を噴出させて放射性セシウムの除去を行ってもよく、土砂を連続的に投入しながら放射性セシウムの除去を行ってもよい。

土砂中の放射性セシウムは、主に土砂中の雲母、植物石、および粘土鉱物と結合している。したがって、円筒状容器１０中でこれらの微粒子を土砂から分離することにより、土砂に含まれていた放射性セシウムを除去できる。

放射性セシウム除去装置１においては、液体サイクロンの原理で雲母や植物石、粘土鉱物などの微粒子を土壌から分離しているから、界面活性剤は不要である。したがって、微粒子を分離するコストが低減され、また、界面活性剤による環境汚染の可能性もない。

また、土壌中に粒径約２００μｍ以上と粒径の大きな雲母や粘土鉱物粒子が含まれる場合においても、ノズル２４からの水流による粒子衝突効果によってこれらの粒子は微細に粉砕されるから、土壌中の石英や長石などの粒子と分離できる。

また、泡選別によって雲母や植物石、粘土鉱物などの微粒子を分離する場合と比較して処理時間は約１／３と短くなる上、泡選別による分離においては必要であった消泡設備が不要となる。

更に、土砂が粘土鉱物を含んでいる場合においても粘土鉱物を効果的に分離することができる。

２．実施形態２
以下、本発明の放射性物質除去装置に包含される放射性セシウム除去装置の別の例につき、図面を用いて詳細に説明する。なお、図２において図１と同一の符号は、前記符号が図１において示すのと同一の構成要素を示す。

＜構成＞
図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、実施形態２に係る放射性セシウム除去装置２においては、円筒状容器１０の底面は、平板上ではなく、下方に向かって縮小する円錐面１５とされている。そして、円錐面１５の下端に土砂排出管２２が接続されている。

放射性セシウム除去装置２は、上記の点を除いては実施形態１の放射性セシウム除去装置１と同一の構成を有する。

＜作用＞
図２（Ｂ）において矢印ａで示すように、ノズル２４から円筒状容器１０の側壁面１６に沿って円筒状容器１０の内部に水を噴出するとともに、図２（Ａ）において矢印ｂで示すように、放射性セシウムで汚染された土砂を土砂投入口２０から投入すると、ノズル２４からの水流によって発生するキャビテーション効果と粒子同士が衝突する粒子衝突効果とにより、粒子表面の微粒子や土砂に混合していた雲母等は、石英や長石の粒子と分離される。

そして、水流からの遠心力によって、石英や長石の粒子のように重い粒子は、円筒状容器１０の周壁部に集まり、雲母や植物石、粘土鉱物の微粒子のように軽い粒子は中心部に集まる。

ここで、ノズル２４からの水流によって、円筒状容器１０の内部には円錐面１５の壁面に沿って螺旋状の下降流が生じているから、石英や長石の粒子はこの下降流に乗って円錐面１５の下端部に向かい、土砂排出管２２から排出される。

一方、円筒状容器１０の中心部には、逆に上昇流が発生するから、円筒状容器１０の中心部１０に集まった雲母や植物石、粘土鉱物の微粒子は、この上昇流に乗って捕集部２６に集まり、図１（Ａ）において矢印ｃで示すように、上昇流を形成する水流と共に排出管２８から外部に排出される。

放射性セシウム除去装置２は、実施形態１の放射性セシウム除去装置１が有する特長に加え、土砂からの雲母、植物石、および粘土鉱物の分離と排出を連続的に行えるため、土砂の連続処理に特に好適に使用できるという特長を有する。

以上、本発明の放射性物質除去装置を放射性セシウムで汚染された土砂の処理に使用する例について説明したが、本発明の放射性物質除去装置は、住宅や道路をブラストで除染した後のブラスト材の再生や、所謂ホットスポットにおける土砂の除染等にも好適に使用される。

以下、本発明の放射性物質除去装置を放射性セシウム汚染土壌の除染荷使用した例について説明する。本実施例においては、放射性物質除去装置は実施形態１のところで述べた構成を有する放射性セシウム除去装置であって、円筒状容器１０の内径が２００ｍｍ、高さが１５０ｍｍ、内容積が４．７リットルであって、ノズル２４の内径が１ｍｍのものを使用した。また、ノズルからの水の噴出圧を５ＭＰａ、水量を約１２リットル毎分とした。除染結果は以下のとおりであった。

（１）実施例１
土砂として、郡山市内で採取されたホットスポット汚染土砂を使用した。土砂質は、砂質土砂であって粒径０．１ｍｍ以下の粒子の含有比が２０％のものを使用した。
土砂の質量は分離前が３８０ｇであり、放射性セシウム除去装置による分離後が２４０ｇであった。したがって除去率は３７％であった。また、放射線量は、分離前が２０３，０００Ｂｑ／ｋｇであり、分離後は２３，０００Ｂｑであった。したがって、減線率は８９％であった。

（２）実施例２
土砂として、南相馬市で採取された汚染水田表土を用いた。土砂質は、細砂を含む粘性土であって、粒径０．１ｍｍ以下の粒子の含有比が野物を用いた。
土砂の質量は分離前が１００ｇであり、放射性セシウム除去装置による分離後が４０ｇであった。したがって除去率は６０％であった。また、放射線量は、分離前が１３，４１０Ｂｑ／ｋｇであり、分離後は１，０６０Ｂｑであった。したがって、減線率は９２％であった。

１ 放射性セシウム除去装置
２ 放射性セシウム除去装置
１０ 円筒状容器
１２ 上面
１４ 底面
１５ 円錐面
１６ 側壁面
２０ 土砂投入口
２２ 土砂排出管
２２Ａ 土砂排出口
２４ ノズル
２４ 底面
２６ 捕集部
２８ 排出管

Claims (7)

1. 上面と底面と円筒状の側壁面とを有する円筒状容器と、
   前記円筒状容器の側壁面に設けられ、前記円筒状容器の内部に、前記側壁面に対して接線方向に水を噴出して前記側壁面に沿った水流を形成するノズルと、
   前記上面に設けられ、放射性物質で汚染された被汚染物を前記水流中に投入する投入口と、
   前記円筒状容器における中心部に設けられた微粒子成分捕集部と、
   前記底面に設けられ、前記被汚染物のうち、前記微粒子成分が除去された残余物を排出する残余物排出部と、
   を有する放射性物質除去装置。
2. 前記円筒状容器の底面は下方に向かって縮小する円錐状である請求項１に記載の放射性物質除去装置。
3. 前記円筒状容器の底面は平板状である請求項１または２に記載の放射性物質除去装置。
4. 前記投入口は前記円筒状容器の上面の中央部に設けられている請求項１〜３の何れか１項に記載の放射性物質除去装置。
5. 前記微粒子成分捕集部の取入口は、下方に向かって拡大する円錐形状である請求項１〜４の何れか１項に記載の放射性物質除去装置。
6. 前記ノズルから噴出される水の圧力は５ＭＰａ以上である請求項１に記載の放射性物質除去装置。
7. 円筒状容器の内部において、前記円筒状容器の側壁面内側に沿った水流を形成し、
   放射性物質を除去しようとする被汚染物を、前記円筒状容器の上面に設けた投入口から前記水流に投入し、前記被汚染物に含まれる微粒子成分を前記円筒状容器の内部における中心部において捕集、排出し、
   前記被汚染物のうち、前記微粒子成分が除去された残余を前記円筒状容器の底面に設けた排出部から排出する
   放射性物質除去方法。