JP2014228360A - 放射性汚染土壌の除染装置及び除染方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易で短時間に設置・撤去でき、除染現場に滞在することなく効率的に放射性物質を集積して、放射性汚染土壌を除染する。【解決手段】 除染装置１は、直流の電源２と、この電源２に接続される正負の電極部材３，４と、給水装置５とを備える。電極部材３，４は、除染対象領域をカバーする範囲の土壌表面に正負交互にほぼ平行に複数対並べて載置する。電極部材３，４は、一般の電極材に放射性物質吸着剤を付着させて構成する。給水装置５で、汚染土壌を湿潤させ、電源２により電極部材３，４間に電圧を印加し、土壌表層部に浸透した放射性物質をイオン化し、動電現象（電気分解、電気泳動、電気浸透等）により、放射性物質を電極部材３に吸着させ、放射性物質吸着剤により吸着を促進させて電極部材３に集積する。【選択図】 図１

Description

本発明は、放射性物質で汚染された土壌の汚染物質を吸着、回収して、土壌を除染する装置及び方法に関する。

東北大震災によって福島第一原子力発電所から大量に放出された放射性物質による土壌汚染被害の対策が急務である。汚染土壌の除染対策として、掘削除去土壌をフレキシブルコンテナバッグ等に収納し、仮置き場に所定の期間貯留する土壌掘削除去法や、汚染土壌から放射性物質の含有量の多い微粒子を洗浄分離する分級洗浄法が主流である。
一方、地盤の汚染領域に、直流電源の陽極に接続した電極棒を挿入し、汚染領域の外側に掘削した井戸内に、直流電源の陰極に接続した電極体を挿入して、電極棒と電極体との間に直流電圧を印加することにより、電気浸透現象による地下水の井戸への強制排水を惹起して、井戸から汚染物質を地下水と共に汲み上げることによって除去する汚染土壌の浄化方法がある（特許文献１参照）。

特開平10-309562号公報

上記従来の方法においては、いずれも放射性物質による汚染土壌の短期間での確実な減容化処理が困難なため、汚染土壌の収集・運搬時の作業者の被曝リスク、多量の汚染土壌の隔離・保管場所の確保、長期間にわたる保管場所の占有、保管場所周辺への２次汚染のリスク、除染活動までの長期間放置による地下水等への汚染の拡大などの問題がある。また、森林、法面その他不整地などにおいては現場環境によって除染作業自体の継続が困難である。
そこで本発明は、短時間の簡易な設置作業で、作業者が除染対象現場に長時間滞在することなく効率的に放射性物質を回収し、被曝リスク、汚染土壌の保管場所、その周辺の２次汚染のリスク、汚染の拡大を低減し、また継続的な作業の困難を伴う地域での除染に有効な放射性汚染土壌の除染装置及び除染方法を提供する。

放射性物質に汚染された土壌表層部から放射性物質を吸着し回収する放射性汚染土壌の除染装置１は、除染対象領域の土壌表面に放射性物質吸着剤を含む電極部材３，４を載置し、電極部材３，４が形成する電界による動電現象により、土壌中の放射性物質を吸着し、回収処分する。

本発明においては、電極部材の載置，回収作業が簡単で短時間に完了するので、除染現場に長時間とどまる必要がなく被曝リスクを低減できるし、放射性物質を効率的に回収できるので、運搬・保管労力を軽減するし、広大な保管場所を確保する必要がなく、周辺環境への２次汚染のリスク、汚染の拡大を妨げることができるという効果を有する。

本発明の第１実施例に係る除染装置の設置状態の概略的斜視図である。 電極部材の設置状態の正面図である。 図１の除染装置の原理説明図である。 図１の除染装置の変形例の正面図である。 図１の除染装置の他の変形例の正面図である。 本発明の第２実施例に係る除染装置の設置状態の正面図である。 図６の除染装置の設置状態の平面図である。 図６の除染装置の原理説明図である。 本発明の第３実施例に係る除染装置の原理説明図である。 図９の除染装置の変形例の原理説明図である。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１ないし図３において、本発明の第１実施例に係る放射性汚染土壌の除染装置１は、直流の電源２と、この電源２に接続される正負の電極部材３，４と、給水装置５とを備えている。電源２は、設置位置近くの電灯線又は別途設置した燃料式発電機、蓄電池、太陽電池、電気二重層キャパシタ等を使用し、連続的又間欠的に、あるいは所定時間ごとに極性を反転させつつ投入される。

電極部材３，４は、除染対象領域をカバーする範囲の土壌表面に正負交互にほぼ平行に複数対並べて載置されるものである。電極部材３，４は長尺棒状をなし、金属やカーボン等の一般の電極材に放射性物質吸着剤を付着させて構成される。放射性物質吸着剤は、放射性物質の吸着能力を有するゼオライト、層状粘土鉱物又はフェロシアン化鉄系吸着剤等の公知の材料を適用し、これらを複数種類混合したものでもよい。電極部材３，４は、カーボン粉末、汚泥焼却灰、ピート（泥炭）又は鉄粉等の粉状電極材と放射性物質吸着剤とを混合して成型したものでもよい。また、電極部材３，４は、容易に破損しない程度の強度と柔軟性を有する透水性素材の袋状ケーシングに、粉状又は粒状の電極材と、同じく粉状又は粒状の放射性物質吸着剤とを充填して構成してもよい。さらに、電極部材３，４は、テープ基材に粉状又は粒状の電極材と放射性物質吸着剤を付着させてテープ状に構成してもよいし、テープ基材の一面に金属メッキ又は金属薄膜の貼付による導電層を形成し、この導電層に放射性物質吸着剤を付着させて構成してもよい。このように電極部材３，４をテープ状に形成して、巻き取り可能に構成すれば、運搬・設置・回収の取り扱いが容易になる。

給水装置５は、動電現象を促進するために、点滴給水用孔を多数設けた配水管５ａを電極部材３，４間に設け、土壌表層部を湿潤に保つために必要に応じて給水を行う。なお、給水装置５は、別途設置したタンクのほか、上水道、農業用水路、河川、雨水貯留槽などを適用できるし、給水に動電現象促進のための食塩、しゅう酸等を電解補助剤として添加してもよい。

この実施例の除染装置１は、放射性物質により汚染された土地における除染対象領域の汚染土壌の表面に、電極部材３，４を正負交互にほぼ等間隔で複数並べて載置し、必要に応じて固定手段を用い、電源２を投入すれば設置作業が終了する。なお、電極部材３，４の相互間隔は、数〜数十センチ程度とする。図３に示すように、電源２に接続されている電極部材３，４間に生じる電界により、土壌表層部に含まれる放射性物質がイオン化され、動電現象（電気分解、電気泳動、電気浸透等）により、陽イオンとなった放射性物質が溶出し、放射性物質吸着剤に吸着し、徐々に負極電極部材３に集積される。従って、電極部材３，４の撤去と共に放射性物質を回収処理すれば、汚染土壌を除染できる。特に、福島第一原発事故由来の土壌汚染は、放射性物質が地表から５ｃｍ程度の比較的浅い土壌表層部に浸透しているので、このような浸透深度の浅い放射性物質の効率的な回収に有効である。

電極部材３，４の設置は、図４に示すように、除染対象領域の汚染土壌の表面に形成した溝Ｓを形成して、この溝Ｓ内に電極部材３，４を配置すれば、汚染物質の吸着効率が増す。この溝Ｓは、農耕用のプラウを利用でき、特に農業用地に好都合となる。

なお、除染装置１は、図５に示すように、傾斜面に対しても設置することができ、山林や造成地の法面、不整地などの現場環境によって除染作業の継続に困難を伴う地域に対しても有効である。

第２実施例の除染装置６を図６から図８に示す。図６，図７において、除染装置６は、必要に応じて前述の給水装置５を備え、電極部材７は、除染対象領域の汚染土壌表面を覆うシート状をなし、太陽電池を一体的に備える。この電極部材７は、図８に示すように、シート基材８と、このシート基材８の表面に貼り合わせた太陽電池フィルム９と、シート基材８の裏面に形成した導電層１０と、この導電層１０に放射性物質吸着剤を付着させた放射性物質吸着層１１と、シート基材８の裏面に植設され導電層１０及び放射性物質吸着層１１を貫通して突出する互いに間隔を置いて配置される複数の陽極杭１２とから構成される。

シート基材８は、容易に破損しない程度の強度と対象土壌への雨水の浸透を確保できる透水性と折り畳み可能の柔軟性とを具備する素材からなる。

太陽電池フィルム９は、面ファスナーその他公知の貼付手段によりシート基材８に対して着脱可能に貼り合わされる。太陽電池フィルム９は、薄膜化が可能な色素増感太陽電池等を適用する。太陽電池フィルム９は、透水性を確保するためシート基材８を部分的に露出させる態様で重ねられる。

導電層１０は、金属メッキ又は金属薄膜の貼付によりシート基材８に形成される。導電層１０は、太陽電池フィルム９の負極に電気的に接続される。なお、導電層１０は、粉状又は粒状の前述の電極材をシート基材８に付着させる構成でもよい。

放射性物質吸着層１１は、粉状又は粒状の前述の放射性物質吸着剤を導電層１０に付着させる、あるいは粉状又は粒状の前述の電極材と一体にシート基材８に付着させて形成する。

陽極杭１２は、太陽電池フィルム９の正極に被覆電線を介して電気的に接続され、シート基材８から立ち上がるように固定され汚染土壌表層部に差し込まれる。なお、陽極杭１２は、土壌汚染を引き起こすクロム、鉛、ヒ素、カドミウム等の有害重金属類を含まない金属又はカーボン等からなり、正電圧の印加による酸化反応の溶損に耐性のある材料で被覆してもよい。

この実施例の除染装置６においても先の実施例と同様にして、放射性物質により汚染された土地における除染対象領域の土壌表面を覆うように陽極杭１２を差し込みながら電極部材７を敷き詰める。図８に示すように、電極部材７において、矢印の太陽光を受けて太陽電池フィルム９が発電し、導電層１０が陰極となって陽極杭１２の周辺部との間の表層汚染土壌に電界を発生し、動電現象を発現させ、電気分解により土壌表層部に含まれる放射性物質のイオン化を促進すると共に、電気泳動や電気浸透流によりイオン化された放射性物質を導電層１０に誘引する結果、放射性物質吸着層１１に放射性物質が吸着し、徐々に集積するので、電極部材７の撤去と共に放射性物質を回収処理すれば、汚染土壌を除染できる。

第３実施例の除染装置１３を図９に示す。同図において、除染装置１３は必要に応じて図示しない前述の給水装置を備え、電極部材１４は長尺棒状をなし、除染対象領域をカバーする範囲の土壌表面にほぼ平行に複数対並べて載置されるものである。電極部材１４は、前述した粉状又は粒状の電極材と、同じく粉状又は粒状の電子供給材と、前述した粉状又は粒状の放射性物質吸着剤との混合体１６を、前述した長尺袋状ケーシング１５に充填して構成する。電子供給材は、電極部材１４と土壌表面が接触することにより、電子を土壌表面に供給し、酸化還元電位差を発生する還元剤、色素増感剤等の公知の材料を用いる。

この実施例の除染装置１３においても先の実施例と同様にして、放射性物質により汚染された土地における除染対象領域の汚染土壌表面に電極部材１４を間隔を置いてほぼ並行に並べ置き、必要に応じて固定手段を用いて容易に移動しない措置をとる。電極部材１４の設置間隔は、数〜数十センチ程度とする。図９に示すように、電子供給材により土壌に電子を供給した電極部材１４は、酸化還元電位差を発生し、土壌表層部を相対的に陽極性にすることで、動電現象を発現させ、これにより、放射性物質が放射性物質吸着剤に吸着し、徐々に集積されて、電極部材１４の撤去と共に放射性物質を回収処理すれば、汚染土壌を除染できる。

図１０に示すように、電極部材１４には、電気抵抗１７を介して除染対象領域の汚染土壌に差し込まれる陽極杭１８を電気的に接続することにより、電極部材１４との間の電子の授受を円滑に行い、これらの接触電位差を大きくして、動電現象を促進させることができる。

なお、電極部材１４は、第１実施例と同様に、途上表面に形成した溝内に配置してもよい。また、電極部材１４は、シート基材又はテープ基材に粉状又は粒状の電極材と電子供給材と放射性物質吸着剤を付着させてシート状又はテープ状に構成してもよいし、テープ基材の一面に金属メッキ又は金属薄膜の貼付による導電層を形成し、この導電層に電子供給材と放射性物質吸着剤を付着させて構成してもよい。

１ 除染装置
２ 電源
３ 電極部材
４ 電極部材
５ 給水装置
５ａ 配水管
６ 除染装置
７ 電極部材
８ シート基材
９ 太陽電池フィルム
１０ 導電層
１１ 放射性物質吸着層
１２ 陽極杭
１３ 除染装置
１４ 電極部材
１５ ケーシング
１６ 混合体
１７ 電気抵抗
１８ 陽極杭

Claims (13)

1. 放射性物質に汚染された表層土壌から放射性物質を吸着し回収する放射性汚染土壌の除染装置において、
   除染対象領域の土壌表面に載置され、放射性物質吸着剤を含む電極部材を具備し、
   電極部材に動電現象により、土壌中の放射性物質を吸着し、回収処分することを特徴とする放射性汚染土壌の除染装置。
2. 前記電極部材が接続される電源を具備し、電極部材は、除染対象領域の土壌表面に正負交互にほぼ平行に複数対載置され、電極部材間の電圧により、動電現象を生じさせることを特徴とする請求項1に記載の放射性汚染土壌の除染装置。
3. 前記電源は太陽電池であることを特徴とする請求項２に記載の放射性汚染土壌の除染装置。
4. 前記電極部材は、透水性シート基材と、この透水性シート基材の表面に着脱可能に貼着される色素増感型太陽電池フィルムと、透水性シート基材の裏面に付着する放射性物質吸着剤と、前記太陽電池フィルムに電気的に接続され、土壌へ差し込まれる陽極杭とを具備することを特徴とする請求項３に記載の放射性汚染土壌の除染装置。
5. 前記電極部材は、電子供給材を含み、電極部材が接触する土壌表面が相対的に負極性を帯びて、前記動電現象を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の放射性汚染土壌の除染装置。
6. 前記電極部材の電界による動電現象を促進するために、土壌を湿潤させる給水手段手段を具備することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の放射性汚染土壌の除染装置。
7. 前記電極部材は、巻き取り可能なテープ状又は折り畳み可能なシート状をなすことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の放射性汚染土壌の除染装置。
8. 前記電極部材は、透水性シート基材又はテープ基材の少なくとも一面に金属メッキまたは金属薄膜の貼着により導電層を形成し、この導電層に前記放射性物質吸着剤を付着させることを特徴とする請求項７に記載の放射性汚染土壌の除染装置。
9. 前記放射性物質吸着剤は、ゼオライト、層状粘土鉱物またはフェロシアン化鉄化合物の少なくともいずれか含むことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の放射性汚染土壌の除染装置。
10. 前記電極部材は、透水性ケーシングに粉状又は粒状の電極材料と粉状又は粒状の前記放射性物質吸着剤とを混合して充填されることを特徴とする請求項１，２，３，５，６，８に記載の放射性汚染土壌の除染装置。
11. 前記電極部材を除染対象領域の土壌表面に載置し、電極部材が形成する電界による動電現象により、土壌中の放射性物質を吸着し、回収処分することを特徴とする放射性汚染土壌の除染装置を用いた請求項１ないし１０のいずれかに記載の除染装置を用いた除染方法。
12. 前記電極部材は、土壌表面に形成した溝内に配置されることを特徴とする放射性汚染土壌の除染装置を用いた除染方法。
13. 前記溝を農耕用プラウで形成することを特徴とする放射性汚染土壌の除染装置を用いた除染方法。

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