下 水 道 における 放 射 性 物 質 対 策 検 討 の 概 要 と 成 果 ~ 平 成 23 年 度 3 次 補 正 予 算 調 査 ~ < 目 的 > 下 水 道 における 放 射 性 物 質 対 策 に 活 用 しうる 技 術 を 広 く 募 集 し 実 証 試 験 等 により 実 用 性 を 評 価 して 対 策 の 促 進 を 図 る < 実 施 概 要 > 対 象 : 下 水 汚 泥 等 の 放 射 性 セシウムの 低 減 化 安 全 な 処 理 処 分 施 設 の 安 全 な 維 持 管 理 解 体 撤 去 技 術 実 施 件 数 :5 件 実 施 期 間 : 平 成 23 年 2 月 ~24 年 3 月 金 額 : 件 あたり 約 6 千 万 円 ~2 億 円 技 術 分 野 内 容 実 施 主 体 下 水 汚 泥 等 の 放 射 性 セ シウムの 低 減 化 安 全 な 処 理 処 分 技 術 回 転 式 昇 華 装 置 を 用 いたセシウム 除 去 対 策 焼 却 灰 の 湿 式 洗 浄 によるセシウム 除 去 対 策 中 小 規 模 下 水 処 理 場 におけるセシ ウムを 含 んだ 脱 水 汚 泥 の 処 理 対 策 日 揮 日 本 下 水 道 事 業 団 共 同 提 案 体 ( 株 ) 東 芝 ( 独 ) 産 業 技 術 総 合 研 究 所 共 和 化 工 ( 株 ) 施 設 の 安 全 な 維 持 管 下 水 汚 泥 処 理 施 設 の 解 体 方 法 維 ( 独 ) 日 本 原 子 力 研 究 開 発 理 解 体 撤 去 技 術 持 管 理 対 策 機 構
回 転 式 昇 華 装 置 を 用 いたセシウム 除 去 対 策 実 施 主 体 : 日 揮 日 本 下 水 道 事 業 団 共 同 提 案 体 概 要 放 射 性 セシウム( 以 下 Csという )を 含 有 する 下 水 汚 泥 等 から Csを 昇 華 させて 分 離 回 収 実 証 試 験 を 実 施 内 容 需 要 把 握 調 査 昇 華 条 件 の 設 定 ( 電 気 炉 試 験 ) 除 去 能 力 の 実 証 (フィールド 試 験 ) 下 水 汚 泥 等 ( 下 水 汚 泥 焼 却 灰 )に 高 性 能 反 応 促 進 剤 を 混 合 し 回 転 式 昇 華 装 置 で 300 前 後 に 加 熱 Cs 化 合 物 等 が 昇 華 することにより 浄 化 処 理 物 と 濃 縮 Cs 塩 と して 分 離 回 収 されることを 実 証 放 射 性 廃 棄 物 処 理 検 討 除 染 した 下 水 汚 泥 等 の 再 利 用 検 討 脱 臭 装 置 HEPA フィルター 排 気 FAN ハ ク フィルター サイクロン 濃 縮 Cs 塩 戻 Cy 戻 原 料 冷 却 塔 冷 却 Φ250 250 3000 mm FAN 大 気 スクリュ-コンヘ ア クーラー 回 転 式 昇 華 装 置 Φ65 65 2800 mm 浄 化 処 理 物 Cs 分 離 回 収 実 証 試 験 装 置 の 概 要 Csを を 含 む 放 射 性 汚 染 下 水 汚 泥 等 汚 泥 等 + 高 性 能 反 応 促 進 剤
成 果 投 入 した 下 水 汚 泥 等 (Cs 濃 度 = 約 5 万 Bq/kg)が 浄 化 処 理 により 検 出 限 界 値 以 下 (Cs 濃 度 <25Bq/kg)の 浄 化 処 理 物 と 濃 縮 Cs 塩 (Cs 濃 度 = 約 35~49 万 Bq/kg)に 分 離 された 浄 化 処 理 物 の 溶 出 性 は 環 境 庁 告 示 3 号 46 号 の 基 準 を 満 たしていた 排 気 中 の 放 射 性 物 質 は 環 境 省 ガイドラインの 検 出 下 限 値 未 満 であった 2 浄 化 処 理 物 はクリアランスレベル 以 下 Cs 濃 度 : 検 出 限 界 値 (25Bq/kg) 以 下 クリアランスレベル 以 下 に 安 定 的 に 処 理 可 能 除 染 係 数,000を 達 成 除 染 係 数 = 投 入 下 水 汚 泥 等 53,70 2,00 浄 化 処 理 物 25 濃 縮 Cs 塩 で 大 幅 に 減 容 化 Cs 濃 度 :35~49 万 Bq/kg 高 度 に 濃 縮 したCs 塩 の 回 収 に 成 功 保 管 処 分 量 の 大 幅 な 減 容 可 能 留 意 事 項 時 間 的 制 約 設 備 的 制 約 や 分 析 に 関 する 制 約 により 一 連 のプロセスにおける 物 質 収 支 や 高 性 能 促 進 剤 の 適 正 な 配 合 等 について 得 られた 実 証 データに 限 りがあ るため 実 用 化 に 向 けては 予 備 試 験 等 による 補 足 が 必 要 である 環 境 省 廃 棄 物 関 係 ガイドライン 第 五 部 放 射 能 濃 度 等 測 定 方 法 ガイドライン に 掲 載 の 検 出 下 限 値 は2Bq/m 3 排 気 ガス 吸 引 流 量 約 7~0m 3 にて 測 定
焼 却 灰 の 湿 式 洗 浄 によるセシウム 除 去 対 策 () 実 施 主 体 : 株 式 会 社 東 芝 概 要 原 理 ( 図 ) 下 水 汚 泥 焼 却 灰 からシュウ 酸 溶 液 を 用 いて セシウムを 溶 かし 出 す 2 溶 かし 出 したセシウムは 吸 着 材 (ゼオライト 等 )に 回 収 する 3シュウ 酸 は 繰 り 返 し 再 利 用 する 除 去 能 力 が 落 ちたものは 処 理 後 排 水 する 調 査 研 究 の 概 要 ラボスケール 実 験 各 プロセスの 最 適 条 件 を 見 出 す プラントスケール 実 証 実 験 工 学 的 規 模 でセシウム 除 去 性 能 セシウム 収 支 経 済 性 を 評 価 する 内 容 セシウム 収 支 焼 却 灰 のセシウム 総 量 と 除 染 後 焼 却 灰 と 吸 着 塔 入 口 シュウ 酸 のセ シウム 総 量 は 各 実 験 とも 概 ね90~00% 程 度 になっており セシウム 移 行 確 認 は 良 好 であった ( 図 2) 2セシウム 除 去 率 ( 時 間 ) 0minは58% 程 度 のCs 除 去 率 30min 60minではCs 除 去 率 が 70% 程 度 に 向 上 した ( 図 3) 3セシウム 除 去 率 ( 繰 り 返 し) シュウ 酸 で 繰 り 返 し 溶 離 することで セシウム 除 去 率 は63%から84% に 向 上 することが 確 認 された ( 図 4) セシウム 除 去 率 =( 焼 却 灰 のCs 総 量 [Bq]- 除 染 後 焼 却 灰 のCs 総 量 [Bq]) 焼 却 灰 のCs 総 量 [Bq] 00 セシウム 溶 離 プロセス シュウ 酸 下 水 汚 泥 焼 却 灰 2セシウム 吸 着 プロセス 3シュウ 酸 処 理 プロセス セシウムの 溶 離 固 液 分 離 吸 着 材 (ゼオライト 等 ) シュウ 酸 再 生 ( 中 和 等 ) 図 概 要 図 除 染 済 焼 却 灰 処 分 場 ( 仮 置 き) 最 終 処 分 場 排 水 試 験 条 件 (RUN) 焼 却 灰 除 染 後 の 焼 却 灰 溶 離 時 間 60 min Cs 総 量 20,33 Bq Cs 総 量 5,46 Bq 液 固 比 20 ml/g 比 率 00 % 比 率 27 % Cs 除 去 率 (%) 00 80 60 40 20 下 水 汚 泥 焼 却 灰 シュウ 酸 セシウムの 溶 離 吸 着 塔 入 口 のシュウ 酸 図 2 セシウム 収 支 0 0 20 40 60 溶 離 時 間 (min) Cs 除 去 率 (%) 固 液 分 離 吸 着 材 シュウ 酸 再 生 除 染 済 焼 却 灰 吸 着 塔 出 口 のシュウ 酸 Cs 総 量 2,654 Bq Cs 総 量 0Bq 比 率 62 % 比 率 0 % 00 80 60 40 20 0 0 2 3 溶 離 回 数 ( 回 ) 図 3 Cs 除 去 率 ( 時 間 ) 図 4 Cs 除 去 率 ( 繰 り 返 し)
成 果 セシウム 除 去 性 能 0~60 分 程 度 の 溶 離 時 間 で50~70% 程 度 のセシウム 除 去 率 が 得 られた(600~,000Bq/kgの 範 囲 で 確 認 ) 2 溶 離 操 作 を 繰 り 返 すことで ラボスケールでは 最 大 90%(6 回 ) プラントスケール 実 証 実 験 では 最 大 84%(3 回 )のセ シウム 除 去 率 が 得 られた セシウム 濃 縮 物 セシウム 濃 度 は00,000Bq/kg~4,000,000Bq/kg 000Bq/kg~4 000 000Bq/kg 程 度 に 制 御 できる 2/0~/300 程 度 に 減 容 化 できるので 処 分 場 ( 仮 置 き)の 容 積 を 小 さくできる 3 吸 着 塔 の 荷 姿 はドラム 缶 であり 処 分 場 ( 仮 置 き)から 最 終 処 分 場 への 輸 送 が 容 易 除 染 済 み 焼 却 灰 焼 却 灰 のリン 等 がシュウ 酸 に 移 行 するので 除 染 済 み 焼 却 灰 が 約 3 割 減 量 する 2 簡 易 圧 縮 固 化 技 術 (ペレット 固 化 )が 適 用 でき 減 容 化 も 可 能 また 除 染 済 み 焼 却 灰 に 含 まれるセシウムは 水 にほと んど 溶 出 しない 2 プラントスケール 実 証 実 験 装 置 セシウム 吸 着 塔 200Lドラム 缶 放 射 性 セシウム 含 有 焼 却 灰 の 適 用 検 討 例 ( 焼 却 灰 のセシウム 濃 度 20,000Bq/kg 溶 離 率 60% 除 去 率 72%とする) 放 射 性 セシウム 含 有 焼 却 灰 (20t/d 20,000Bq/kg) 吸 着 材 (0.07~3t/d) シュウ 酸 (3.5~7.9t/d) NaOH(2.4t/d) 水 (50t/d) 留 意 事 項 鉛 遮 蔽 材 吸 着 材 収 容 容 器 吸 着 材 (ゼオライト) シュウ 酸 約 40~89% 再 生 可 能 溶 離 プロセス 吸 着 プロセス シュウ 酸 再 生 除 染 済 み 焼 却 灰 セシウム 濃 縮 物 排 水 (4t/d 8,000Bq/kg) 8 (0.07t/dの 07t/dの 場 合 4,200,000Bq/kg 000Bq/kg (63t/d <0Bq/L) 3t/dの 場 合 97,000Bq/kg) 溶 離 率 =( 焼 却 灰 のCs 濃 度 [Bq/kg]- 除 染 後 焼 却 灰 のCs 濃 度 [Bq/kg]) 焼 却 灰 のCs 濃 度 [Bq/kg] 00 時 間 的 制 約 設 備 的 制 約 や 分 析 に 関 する 制 約 により 一 連 のプロセスにおける 物 質 収 支 やシュウ 酸 の 再 生 効 率 等 について 得 られた 実 証 データに 限 りがあるため 実 用 化 に 向 けては 予 備 試 験 等 による 補 足 が 必 要 である
焼 却 灰 の 湿 式 洗 浄 によるセシウム 除 去 対 策 (2) 実 施 主 体 : 独 立 行 政 法 人 産 業 技 術 総 合 研 究 所 概 要 放 射 性 セシウムの 酸 抽 出 とプルシアンブルー 吸 着 材 による 除 染 放 射 性 廃 棄 物 減 容 化 技 術 を 下 水 汚 泥 焼 却 灰 に 適 用 し 小 型 プラ ントによる 実 証 試 験 等 を 行 い 汚 泥 焼 却 灰 の 除 染 減 容 化 技 術 とし ての 実 効 性 の 検 証 を 行 った その 結 果 硝 酸 抽 出 により 汚 泥 焼 却 灰 中 放 射 性 セシウムを80% 以 上 ( 最 大 9%)を 除 去 できた 小 型 プラントの 抽 出 吸 着 試 験 結 果 は ラボ 試 験 とほぼ 同 等 であり 本 技 術 が スケールアップによる 実 用 化 が 可 能 であることを 確 認 した 内 容 技 術 開 発 項 目 は 次 の 通 り 予 備 試 験 による 各 種 処 理 条 件 の 検 討 2スケールアップ 可 能 な 小 型 プラントによる 実 証 試 験 小 型 プラント(20L 抽 出 槽 装 備 )の 設 計 製 作 およびそれを 用 い た 抽 出 吸 着 試 験 3 除 染 後 の 下 水 汚 泥 焼 却 灰 並 びに 溶 液 に 関 する 再 利 用 処 理 処 分 の 検 討 加 熱 土 壌 を 酸 水 溶 液 で 洗 浄 セシウム イオンを 抽 出 セシウムイオン 抽 出 酸 水 溶 液 Cs + 浄 化 水 再 利 用 プルシアン ブルー Cs + 吸 着 材 で セシウムを 回 収 図. 酸 抽 出 プルシアンブルー 吸 着 材 による 除 染 技 術 の 概 要 図 2. 設 計 作 製 した 焼 却 灰 除 染 小 型 プラント の 外 観 図
成 果 汚 泥 焼 却 灰 を 硝 酸 処 理 した 結 果 放 射 性 および 非 放 射 性 セシウムの80% 以 上 ( 最 大 9%)を 抽 出 できた プルシアンブルーナノ 粒 子 は ゼオライトと 比 較 し 酸 条 件 および 低 セシウム 濃 度 での 高 吸 着 能 が 特 徴 であることがわかった 小 型 プラントの 設 計 製 作 を 行 い 抽 出 および 吸 着 試 験 を 実 施 した 得 られた 結 果 は 予 備 試 験 と 矛 盾 せず 当 該 技 術 がスケールアップ 可 能 であることがわかった 除 染 処 理 により 発 生 する 酸 抽 出 焼 却 灰 残 渣 には 流 出 有 害 物 質 はなく 埋 め 立 て 処 理 が 可 能 である セメント 材 料 として 利 用 できる 可 能 性 も 示 唆 された 2 タ除 ン染 ク水 プルシアンブルー (PB)ナノ 粒 子 小 型 吸 着 カラム (PB 充 填 カラム) 除 染 済 水 ( 酸 ) 留 意 事 項 大 型 吸 着 カ ラ ム 熱 交 換 器 抽 出 液 タ ン ク チラー フセ ィラ ルミ タッ ー ク 除 染 済 焼 却 灰 タ 焼 処 ン却 理 ク 灰 済 図 3. 焼 却 灰 除 染 小 型 プラントの 模 式 図 汚 染 焼 却 灰 縦 型 抽 出 槽 20L 酸 水 溶 液 横 型 抽 出 槽 タ 焼 抽 ン 却 出 ク 灰 液 表 各 地 の 汚 泥 焼 却 灰 からのセシウム 抽 出 率 産 地 関 東 九 州 A 九 州 B 温 度 98 98 80 Cs 種 類 放 射 性 非 放 射 性 非 放 射 性 非 放 射 性 / 濃 度 730Bq/kg 2.74ppm 0.9ppm 2.26ppm26ppm 超 純 水 %.3% 0.5M 硝 酸 82% 80% 49%.0M 硝 酸 52% 2.0M 硝 酸 9% 87% 48% 55% 3.0M 硝 酸 49% ( 抽 出 時 間 3h) 表 2. 焼 却 灰 残 渣 の 溶 出 試 験 結 果 の 一 例 分 析 の 対 象 分 析 結 果 埋 立 判 定 基 [mg/ll] 準 [mg/l] カト ミウム 又 はその 化 合 物 0.02 0.3 以 下 砒 素 又 はその 化 合 物 0.05 0.3 以 下 セレン 又 はその 化 合 物 0.02 0.3 以 下 時 間 的 制 約 設 備 的 制 約 や 分 析 に 関 する 制 約 により 一 連 のプロセスにおける 物 質 収 留 支 意 や 事 産 項 地 への 依 存 が 見 られた 酸 抽 出 効 果 等 について 得 られた 実 証 データに 限 りがあるため 実 用 化 に 向 けては 予 備 試 験 等 による 補 足 が 必 要 である
中 小 規 模 下 水 処 理 場 におけるセシウムを 含 んだ 脱 水 汚 泥 の 処 理 対 策 実 施 主 体 : 共 和 化 工 株 式 会 社 概 要 腐 敗 しやすい 放 射 性 物 質 を 含 む 下 水 汚 泥 を 以 下 の3つのステップ により 処 理 する 方 法 を 実 証 した 有 機 物 の 安 定 化 処 理 2 湿 式 処 理 3 保 管 有 機 物 の 安 定 化 処 理 放 射 性 物 質 を 含 む 下 水 汚 泥 炭 化 処 理 発 酵 処 理 2 溶 出 回 収 の 検 討 内 容 有 機 物 の 安 定 化 処 理 炭 化 と 発 酵 による 減 量 化 の 測 定 各 処 理 の 排 気 中 に 含 まれる 放 射 性 物 質 を 測 定 2 湿 式 処 理 湿 式 対 策 による 放 射 性 物 質 の 溶 出 回 収 の 検 討 3 保 管 鉄 分 を 含 むコンクリートの 遮 蔽 能 とコストの 実 証 検 討 溶 出 テスト 3 保 管 方 法 の 検 討 湿 式 処 理 可 搬 型 放 射 線 遮 蔽 ボックス
成 果 有 機 物 の 安 定 化 処 理 炭 化 発 酵 ともに 排 気 ガスからのセシウムは 検 出 下 限 値 未 満 であったため 安 全 に 安 定 化 を 図 りつつ 減 量 化 ができた 湿 式 処 理 下 水 汚 泥 にセシウムは 強 く 吸 着 しており 炭 化 物 発 酵 物 から 水 による 溶 出 は 不 検 出 7.5% 硫 酸 を 利 用 した 実 証 でセシウム 除 去 率 32%を 確 認 した 保 管 放 射 性 物 質 の 濃 度 の 高 い 廃 棄 物 の 一 時 保 管 のための 可 搬 性 ボックスとして 鉄 含 有 コンクリートボックスのコスト 優 位 性 が 示 された( 図 3) 図 装 置 写 真 図 2 比 重 ( 鉄 含 有 ) 別 の 放 射 線 透 過 率 図 3 普 通 コン=とした 時 のコスト 比 較 0.8 0.6 2 炭 化 装 置 発 酵 装 置 0.4 0.2 0 95% 遮 蔽 90% 遮 蔽 80% 遮 蔽 湿 式 処 理 装 置 留 意 事 項 保 管 ボックス 鉄 含 有 量 が 多 いほど 放 射 線 遮 蔽 能 が 高 い よって 薄 い 厚 みで 高 い 遮 蔽 能 が 確 保 できる 鉄 含 有 コンクリート 普 通 コンクリート 外 寸 =.5m.5m.0mの 可 搬 ボックス 部 材 厚 が 薄 くなることによる 必 要 材 料 の 減 少 2 部 材 厚 が 薄 くて 済 むことによる 内 容 積 の 増 大 時 間 的 制 約 設 備 的 制 約 や 分 析 に 関 する 制 約 により 一 連 のプロセスにおける 物 質 留 収 支 意 や 事 酸 項 抽 出 効 果 等 について 得 られた 実 証 データに 限 りがあるため 実 用 化 に 向 けては 予 備 試 験 等 による 補 足 が 必 要 である 環 境 省 廃 棄 物 関 係 ガイドライン 第 五 部 放 射 能 濃 度 等 測 定 方 法 ガイドライン に 準 拠 して 測 定 した 検 出 下 限 値 は2Bq/m 3 排 気 ガス 吸 引 流 量 約 2m 3 にて 測 定
下 水 汚 泥 処 理 施 設 の 解 体 方 法 維 持 管 理 対 策 実 施 主 体 :( 独 ) 日 本 原 子 力 研 究 開 発 機 構 概 要 下 水 汚 泥 処 理 施 設 における 放 射 性 物 質 による 汚 染 状 況 等 を 調 査 し 下 水 汚 泥 処 理 施 設 の 廃 止 解 体 方 法 及 び 維 持 管 理 方 策 の 検 討 を 行 った 内 容 下 水 汚 泥 焼 却 溶 融 施 設 の 廃 止 解 体 方 法 及 び 維 持 管 理 方 策 に 関 する 検 討 シミュレーションによる シ 安 全 かつ 合 理 的 な 解 体 方 法 の 検 討 ( 図 ) 日 常 運 転 作 業 及 び 定 期 点 検 作 業 における 運 転 員 の 被 ば く 防 止 等 の 維 持 管 理 方 策 の 検 討 物 量 データベース 作 成 2 機 器 等 の 放 射 能 インベントリ 調 査 3 と2の 結 果 より 施 設 放 射 能 イン ベントリデータベース 作 成 原 子 力 施 設 の 解 体 作 業 に 際 しての 手 順 廃 棄 物 量 被 ばく 線 量 等 を 総 合 的 に 評 価 (シミュレーション)し これを 参 考 に 放 射 性 Csで 汚 染 された 下 水 汚 泥 処 理 施 設 を 安 全 かつ 合 理 的 に 解 体 する 方 法 を 検 討 図 解 体 方 法 の 検 討 フロー 具 体 例 物 量 データベース 作 成 設 計 図 書 を 基 に 設 置 場 所 材 質 等 を 調 査 2 機 器 等 の 放 射 能 インベント リ 調 査 例 ) 機 器 内 部 の 汚 染 評 価 : 機 器 内 部 から の 試 料 採 取 放 射 能 濃 度 測 定 (Cs) 試 料 : 機 器 内 部 の 付 着 物 放 射 能 濃 度 測 定 (Bq/kg) 3 放 射 能 インベントリデータ ベース 作 成 例 ) 機 器 インベントリ 調 査 結 果 (Bq/kg) 物 量 データベース( 付 着 物 量 ) = 機 器 インベントリ( 機 器 内 部 )
成 果 安 全 かつ 合 理 的 な 解 体 方 法 の 提 案 ( 図 2) 2 汚 染 状 況 の 調 査 日 常 運 転 定 期 点 検 の 状 況 調 査 等 を 実 施 し 安 全 対 策 をまとめた 安 全 対 策 の 検 討 結 果 例 : 安 全 対 策 の 策 定 には 正 確 な 測 定 が 重 要 ( 例 : 表 面 線 量 率 が 高 い 個 所 を 把 握 した 上 で 点 検 時 等 の 安 全 対 策 を 検 討 ) 2 開 口 する 機 器 については 内 部 の 付 着 物 が 飛 散 しないような 工 夫 が 必 要 ( 例 :グリーンハウス の 設 置 ( 図 3)) 3 点 検 の 頻 度 の 削 減 ( 総 被 ばくの 低 減 ) 人 員 の 増 員 ( 個 人 被 ばくの 低 減 ) 点 検 については 運 転 安 全 上 最 低 限 の 点 検 に 留 めること 解 体 計 画 事 前 調 査 解 体 工 事 ダ 放 イ 射 オ 能 キ 汚 シ 染 ン な 汚 し 染 機 な 器 し グ リ 射 ー 性 ン 物 仮 ハ ウ 質 設 ス 飛 工 設 散 事 置 防 含 止 む 用 の ) ( 放 解 体 工 事 ダ 放 ダ 放 イ 射 イ 射 オ 能 オ 能 キ 汚 キ 汚 シ 染 シ 染 ン な ン あ 汚 し 汚 り 染 機 染 機 あ 器 あ 器 り り 建 屋 撤 去 整 地 細 断 収 納 用 グ リーンハウス グリーンハウス 設 置 の 目 的 : 放 射 性 物 質 の 飛 散 防 止 維 持 管 理 における 安 全 対 策 の 検 討 結 果 〇 開 口 部 の 安 全 対 策 図 2 解 体 方 法 概 要 ( 検 討 結 果 概 要 ) 図 3 グリーンハウス