事例
RESULTS

除去土壌の20μm程度での物理的分級による減容化の実証試験

提案技術の背景

日本国内において、放射性セシウムを多く含んだ除去土壌や、工場跡地に多い重金属に汚染された土壌などがありますが、それらを処理するために、従来は湿式サイクロンなどにより粒径75μmで分級することで、75μm以下の重金属や放射性セシウムを最終処分してきました。しかし、重金属や放射性セシウムは微細な粘土粒子(特に20μm未満の微粒子)に多く吸着されているため、従来の75μmの分級から20μmの分級に変えることで、20μm以上の粗粒分を再生資材として利用することが可能となり、最終処分量の減容化が期待されます。

提案技術の概要

従来のデカンタ式遠心分離機の用途は、1,000G以上の高い遠心力を発生させることで水と固体の分離に利用されていましたが、弊社が開発した技術は、デカンタ式遠心分離機を利用し、水中にある固体粒子分を設定した粒径で分級する技術です。この技術で重金属や放射性セシウムが吸着した土壌に対し、デカンタ形遠心分離機の分級点を粒径20μmに設定し、分級した20μm以上の粗粒分に対し複数回繰り返し分級を行います。それにより、20μm未満の微粒子(粘土分)に吸着した重金属や、放射性セシウムを分級した20μm以上の粗粒分から80%以上取り除くことができます。

試験概要

農地と山林から採取した2種類の土壌に対し、デカンタ式遠心分離機の分級点を粒径20μmに設定し、分級土に対して3回ほど繰り返し洗浄と分級を行います。それにより、分級した20μm未満の分画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とから、これらの基礎データを取得するために検証を行いました。

効 果

分級した土壌に含まれる20µm未満の粒子量は15%、10μm未満の粒子量は2%以下、5μm未満の粒子量は0%まで取り除くことができ、非放射性セシウム濃度は40%程度低減できました。

試験内容

千葉県内の農地と山林の表層部から採取した土壌を水と混合させて泥水にし、砂分除去機(サイクロン付き振動篩機)を使い75μmで分級した濃度10%の泥水に非放射性セシウムを5mg/kg-dry添加し、72時間攪拌することで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します。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に設定し分級された脱水ケーキ(分離された固形物)を再び清水で解泥を行い泥水にしてから分級をします。この工程を2回繰り返し行います。
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条件を導き出すために、せきの高さ、本体回転数、差速回転数の順で分級試験を行い本試験の条件を決定しました。

実証試験フロー図

実証試験プラント

設備・装置配置図

写真1  実証プラント全景

採取した土壌には、ゴミや植物の根などが多いため、メッシュパレットを目の小さいネットで覆ってから土壌を投入し水で解泥していきます。(写真2)
解泥した後も砂などの比重の重たいものが底に堆積するため水で混ぜながらポンプで移送します。また、泥水濃度が10%程度になるように解泥する水の量を調整しながら行いました。(写真3)

解泥した泥水を砂分除去機(サイクロン付き振動篩機)で粒径75μmで分級します。粒径75μm以上の砂や石などは取り除き75μm以下の砂や粘土などを含む泥水を泥水受け槽に貯めていきます。(写真4)
泥水受け槽に貯めた泥水は、泥水濃度が均一になるようにエジェクターで攪拌します。予備試験は、非放射性セシウムを添加せず試験を行いましたが、本試験では添加した泥水で試験を行いました。(写真5)

今回使用した脱水機(遠心分離機)はHS-500MWです。
この装置の特徴は、本体回転数と差速回転数をそれぞれ任意の回転数に設定ができることと、せきの高さの調整幅が広いことです。(写真6)
予備試験では本試験用の最適な条件を出すために20パターン以上の条件で試験を行い最終的に分級土に20µm未満の粒子量が一番少なかった条件を本試験の条件として採用しました。(写真7)

実証試験結果

通常の処理では高分子凝集剤を添加して水と固形物に分離されるため処理水(分離された水)には固形物がほとんど含まれずきれいな水になります。(写真8)
今回の処理は20μmの分級になるため高分子凝集剤を使用しないため処理水(分離された水)側に20µm未満の粒子がほとんど排出されます。特に1回目の分級時の濃度が一番高くなりますが、分級が不十分の時は、逆に濃度が低い泥水になります。 (写真9)

分級前の泥水は70%程度が20µm未満の粒子でしたが、1回目の分級でほとんどの20µm未満の粒子は分級されて処理水(分離された水)側へ排出されていますが、20µm以上の粒子も多少処理水(分離された水)側へ排出されます。(写真10)
二回目以降の分級は、20µm未満の粒子が極わずかしか含まれていないため処理水(分離された水)に含まれる20µm未満の粒子もごくわずかになります。また、分級を繰り返すたびに20µm以上の粒子も摩耗したり砕けてくるため、分級前の泥水に含まれる20µm未満の粒子量より分級した後の20µm未満の粒子量は多くなります。(写真11)

分級するたびに分級土中の粘土や腐植(微細な有機物)の20µm未満の粒子が減少していくので色も黒っぽい色から茶色っぽい色に変化しています。20µm未満の粒子は1回目の分級で90%以上除去できています。 (写真12)

写真12 分級土 左:分級1回目 中:分級2回目 右:分級3回目

分級が不十分な場合は、分級土に20µm未満の粒子が多くなり含水率も高くドロドロの状態になります。(写真13)
分級がきちんと出来ている分級土は含水率が低くなり締まった状態になります。(写真14)

砂分除去機(サイクロン付き振動篩機)では除去できなかった植物の根や腐植(微細な有機物)も脱水機(遠心分離機)で分級すると植物の根などの大きいものは分級土として排出され腐植(微細な有機物)は処理水(分離された水)側へ排出されています。(写真15)

写真15 分級土

分級を繰り返し行う事で、3回目の分級で回収した粗粒分(20µm以上の粒子)に混入した20μm未満の細粒分量は15.52%まで減少しています。分級2回目、3回目では、10μm未満の粒子は4%と概ね除去されており5μm未満の粒子は全て除去されています。試験に使用した土壌は、農地と山林から採取した土壌を同じ条件で2回づつ実施しましたが、全ての土壌で分級を繰り返すたびに20μm未満の粒子量が減少していました。

また、分級前の20µm以上の粒子と20µm未満の粒子同士が固着していない状態であった場合は、20µm未満の粒子量合計が3~4%程度少なくなります。

今回の試験では、添加した非放射性セシウムの量が多かったため、予想以上に20µm以上の粒子にも非放射性セシウムが吸着してしまった結果、分級しても濃度低減率は40.2%となりました。重金属やセシウムの濃度低減率は20µm以上の粒子汚染濃度による影響が大きく、20µm以上の粒子汚染濃度が低いほど分級土の濃度低減率は高くなります。

粗粒分濃度比=粗粒分(20µm以上の粒子)の非放射性セシウム濃度 /細粒分(20µm未満の粒子)の非放射性セシウム濃度
(例)
20µm以上の粒子汚染濃度=20µm未満の粒子汚染濃度・・・分級しても汚染濃度は同じ
20µm以上の粒子汚染濃度<20µm未満の粒子汚染濃度・・・分級すると汚染濃度が低下