JP5924572B2 - 放射能汚染土壌の除染方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射能汚染土壌を、効率良く除染する方法に関する。

福島原子力発電所における放射性物質流出事故に伴い、農用地の放射性セシウムが国の暫定基準値（５０００Bq／kg）を超過した地域が広範囲に及ぶことが懸念され、汚染地の修復が喫緊の課題となっている。

従来、重金属や放射性物質で汚染された土壌の浄化について検討され、例えば、重金属汚染土壌の浄化には、種々の薬剤を用いて、重金属含有土壌から重金属を溶出させて除去することにより、汚染土壌を浄化する方法が検討されている。例えば、薬剤として、カルシウム塩、有機酸、無機酸及びアミノカルボン酸から選ばれる１種以上の水溶液を用いて洗浄する方法（特許文献１）や、土壌ｐＨ（Ｈ₂Ｏ）以下において加水分解により水酸イオンを配位して金属水酸化物を生成する金属塩化合物を用いて洗浄する方法（特許文献２）などが提案されている。
しかしながら、放射性物質汚染土壌について適用された例は少ない。

特開２００４−２８３７４３号公報 特開２００５−１６９３８１号公報

従って、本発明の目的は、放射能汚染土壌を、効率良く除染する方法を提供することにある。

本発明者らは、斯かる実情に鑑み、種々検討した結果、放射能汚染土壌の表層を解砕した後、水を導入し、土壌表面と水を攪拌した後、粗粒子画分を沈降させ、細粒子画分を除去することにより、放射能汚染土壌を、効率良く除染できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、放射能汚染土壌の表層を解砕した後、土壌表面からの水深が少なくとも５cmとなるように水を導入し、当該水と土壌表面を攪拌した後、放置し、土壌を粒径別に分級して粗粒子画分を沈降させた後、細粒子画分を除去することを特徴とする放射能汚染土壌の除染方法を提供するものである。

本発明によれば、放射能汚染土壌を、効率良く除染することができる。また、土壌表面のみを攪拌するため、作土全体に対する最終的な土壌損失量が少なく、除染処理に伴う土壌排出量を抑制することができる。

本発明で用いる土壌解砕装置の一例の全体構成を示す概略図である。

本発明で除染対象となる汚染土壌としては、市街地、山林、工業跡地、農用地（畑、水田）、沼地、排土等で、放射性物質を含有する土壌が挙げられる。
放射性物質としては、ヨウ素１３１、放射性セシウム（セシウム１３４、１３７）、ストロンチウム９０、ウラン、プルトニウム等が挙げられる。
特に、放射性セシウム汚染水田土壌の除染に好適であり、原位置で除染することができる。

放射性物質、特に放射性セシウムは、土壌の最表面（０−２cm程度）に集積している。そこで、汚染土壌の表面のみを処理することにより、効率良く土壌を除染することができる。また、放射性セシウムの多くは細粒子画分に特異的に吸着しており、最表面の細粒子画分のみを除去することで、土壌全体を除去するのに比べ、排土量を大幅に低減し、効率良く除染することができる。
本発明においては、まず、放射能汚染土壌の表層を解砕する。
土壌には、礫、砂、シルト、粘土など、粒度が異なる土壌粒子が存在し、それらが互いに固着して土塊を形成している。解砕とは、土塊を細かくなるように破砕することであり、土壌構成粒子である礫、砂、シルト、粘土に、ばらばらにほぐすことをいう。
このように、土壌に水を導入する前の乾燥状態で表層を解砕することにより、導水後の土壌分散処理が容易になり、また、土壌中の残株や雑草の解砕も可能となる。

解砕方法は特に制限されないが、例えば、水田で代かき作業に用いるドライブハロー、ウイングハロー、バーチカルハロー、畑や乾田の耕耘に用いるロータリーなどの作業機などを使用して解砕することができる。
また、土壌の表層を解砕するための土壌解砕機構であって、水平方向に延設された回転軸と、回転軸を中心として設置された円筒ドラムと、土壌方向に開口部を有し円筒ドラムと一定の隙間を有して設置された円筒ドラムカバーとを備える土壌解砕機構と、当該土壌解砕機構を牽引する牽引機とで構成され、牽引機の走行部駆動方式が、接地圧０．２kg／cm²以下のクローラーである土壌解砕装置を用いて、解砕することもできる。
かかる土壌解砕装置としては、例えば、図１に示すものを用いることができる。

土壌最表面が均平でなく、凹凸がある汚染地を解砕する場合、最表層土を正確に解砕することが困難となる。このような場合には、舗装用ローラー、振動ローラー、テニスコート等の均平に用いるローラーなどで圧密、均平化してから解砕することができる。

解砕により、放射能汚染土壌の表層、すなわち、土壌の表面から２〜１０cm、更に２〜５cm、特に２cm程度を、細かく解砕するのが好ましい。特に、解砕により、表層を２mm以下の粒子に細かく解砕するのが好ましい。

上記のように表層を解砕した後、土壌表面からの水深が少なくとも５cm、好ましくは５〜２０cm、より好ましくは１０〜２０cmとなるように水を導入する。このような深さに水を導入することにより、土壌粒子が分散できる水厚を確保して粒径別に分級する効率を向上させ、排水中に土壌細粒子を多く含ませることができる。
水を水田土壌に導入する際には、畦畔に、水深より深い波板を設置するのが好ましい。
本発明においては、上記のように土壌表面に水（又は水の一部）を導入した後、一定時間放置しても良く、これにより、土壌粒子を水中に、より容易に分散させることができる。

土壌表面に導入する水は、アルカリ剤又は分散剤を含有していても良い。
アルカリ剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、消石灰、生石灰、炭酸水素ナトリウム等が挙げられ；分散剤としては、ヘキサメタリン酸、ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム等の化学的分散剤が挙げられる。
水田の土壌表面をアルカリ剤で処理する場合には、ｐＨ６〜１０、特に、ｐＨ８〜１０となるように用いるのが好ましい。このｐＨとするために、アルカリ剤の添加量は、１平米あたり０．１〜２モル量を用いるのが、土壌粒子を分散させる点から好ましい。
また、分散剤の濃度は０．１〜２ｇ／Ｌとするのが好ましい。

アルカリ剤又は分散剤は、水に溶解して水溶液として用いる以外に、土壌にアルカリ剤又は分散剤と水を別々に加えて混合しても良いし、水を含む土壌にアルカリ剤又は分散剤を混合しても良い。何れの場合にも、アルカリ剤又は分散剤の濃度や使用量が、前記の範囲内になるように用いれば良い。また、アルカリ剤及び分散剤を併用することもできる。

原位置で、分散剤と水を別々に加える場合、例えば、分散剤の施用には肥料撒布機などを用いることができる。水は、通常水田に導水する方法により、加えることができる。

また、アルカリ剤又は分散剤を水溶液として加える場合には、例えば、タンクを用いてアルカリ剤又は分散剤を水に溶解し、所定の濃度になるよう混合した後、ポンプや液肥散布機を用いて施用できるほか、所定濃度より高濃度の溶液を調製して施用した後、所定濃度になるように水を加えても良い。また、導水時に連続的に薬剤を投入できる装置により施用しても良い。

水（又はアルカリ剤若しくは分散剤水溶液）を導入後、導入した水と土壌表面を攪拌する。撹拌は、例えば、フロート式のプロペラ攪拌機、チェーン攪拌機や、砕土整地・水田の代掻き作業に用いる作業機を装着したトラクターや、水田代掻き用のかご車輪を装着した歩行式管理機などを用いて行うことができる。
攪拌は、土壌表面、特に土壌表面１〜５cm程度を攪拌するのが、効率良く土壌を除染することができるので好ましい。
土壌表面を攪拌することにより、土壌粒子を水中に分散させ、懸濁状態とする。

土壌表面の土壌粒子を懸濁状態とした後、放置して、土壌を粒径別に分級させる。放置時間は、土壌により異なるが、１〜１００分間、特に１〜４５分間程度放置するのが好ましい。この間に、土壌粒子のうち、粗粒子画分の粒子が土壌表面に沈降する。このような粗粒子は、放射性物質含量が低いため、そのまま土壌に戻すことにより、土壌損失量を低減することができる。

上記のように放置した後、放射性物質含量の高い細粒子画分を除去する。細粒子画分を除去する方法は特に制限されないが、細粒子画分が、細粒子画分を含む土壌懸濁液である場合には、それを排水すれば良い。また、分級後の細粒子画分を、ユンボ、バックホー、ホイルローダー等を用いて、薄くはぎ取っても良い。
排水は、水田の場合、通常水田で落水する時開く排水口を開けて排水し、一時的にピットに貯留し、その後ポンプで廃水処理設備に入れても良いし、そのままポンプで水田から排水しても良い。

このような処理を、少なくとも１回、好ましくは１〜５回行うことにより、放射能汚染土壌を除染することができる。

排水された細粒子画分を含む土壌懸濁液は、凝集剤を加えた沈殿、ベルトプレスやフィルタープレス等や、これらの手法を組み合わせて、細粒子をオンサイトで回収することができる。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではない。

実施例１（土壌表面処理）
放射性セシウム（１３７Ｃｓ）が５，４５１Bq/kgである水田で、面積１００ｍ²規模の土壌表面処理を行った。
（１）図１に示す土壌表面解砕装置を用いて、土壌表層２cm程度の土壌を細かく解砕した。用いた土壌表面解砕装置は、牽引機と土壌解砕機構とからなる。牽引機はクローラー駆動で接地圧が０．１２kg／cm²の低接地圧型装置である。また、牽引機は最大出力１３psのディーゼルエンジン機を備え、駆動及び土壌解砕機構へ動力を提供する。解砕部は直径３０cmの円筒ドラム表面に高さ２cmの突起を装着しており、回転により土壌を解砕する。
（２）土壌表層からの水深が１０cmになるまで用水を導水した。
（３）土壌のｐＨが９．５になる量の１Ｍ水酸化ナトリウム水溶液を投入し、解砕した表層２cm程度の土壌と水を、土壌攪拌装置（ホンダ耕運機「こまめ」にかご車輪を装着）を用いて、スラリー状になるまで混合した。混合後の土壌スラリーのｐＨが９．５になっていることを確認した後、礫及び砂が沈降し、かつシルト及び粘土分が分散状態を保つまで、約４５分間内に、セシウム含量が高い細粒画分が懸濁した濁水８ｍ³を、ポンプを用いて排水した。
（４）その後、再び土壌表層からの水深が１０cmになるまで用水を導水し、解砕した表層２cm程度の土壌と水を、土壌攪拌装置を用いてスラリー状になるまで混合し、（３）と同様に処理して、濁水８ｍ³を排水した。この工程を２回繰り返した。
（５）排水した濁水は排水処理装置に投入し、凝集沈殿処理を行った後、フィルタープレスで脱水し、粘土分などの固形物を脱水ケーキとして回収した。

以上の土壌表面処理後の土壌を採取して、放射性セシウム（１３７Ｃｓ）濃度をゲルマニウム半導体検出器で測定した。処理後土壌の放射性セシウム（１３７Ｃｓ）濃度は２，９５２ Bq/kgであり、除去率は４５．８％であった。

Claims (6)

1. 原位置で、放射能汚染土壌の表層を解砕した後、土壌表面からの水深が５〜２０cmとなるように、アルカリ剤を含有する水を導入し、当該水と土壌表面を攪拌して、ｐＨ８〜１０とした後、放置し、土壌を粒径別に分級して粗粒子画分を沈降させた後、細粒子画分を除去することを特徴とする放射能汚染土壌の除染方法。
2. 水の導入前に、放射能汚染土壌の表層２〜１０cmを細かく解砕する請求項１記載の除染方法。
3. 細粒子画分を除去する方法が、細粒子画分を含む土壌懸濁液を排水することである請求項１又は２記載の除染方法。
4. 細粒子画分が、シルト及び粘土である請求項１〜３のいずれか１項記載の除染方法。
5. 水と土壌表面を攪拌した後の放置時間が１〜１００分間である請求項１〜４のいずれか１項記載の除染方法。
6. 放射能汚染土壌が、放射性セシウム汚染水田土壌である請求項１〜５のいずれか１項記載の除染方法。