JP7689615B1 - 土壌処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】土壌から放射性物質を取り除きやすくすることができる土壌処理方法を提供する。
【解決手段】土壌処理方法は、放射性物質が吸着された鉱物の粒子を含む土壌を処理する方法であって、土壌に液体を混合したスラリーに対して、加圧液体を出射し、加圧液体とスラリーとの界面に流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させることを含み、キャビテーションによって発生する気泡が崩壊するときの衝撃力によって、鉱物の粒子が他の粒子から分離される。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、放射性物質を含有する土壌を処理する方法に関する。

放射性物質を含有する土壌に対し、放射性物質を取り除き、放射性濃度が高い土壌の容積を減少させる減容化技術の１つとして、分級処理技術が知られている。

分級処理技術では、放射性物質を含有する土壌を、例えば、粘土、シルトなどを含む粒径が小さい土粒子群（以下、「細粒分」）と、礫、砂などを含み、細粒分よりも粒径が大きい土粒子群（以下、「粗粒分」）とに分級する。放射性セシウムなどの放射性物質は、粒径が比較的小さい粒子（例えば、雲母などの鉱物の粒子）に付着しやすいので、分級後の細粒分に多く含まれる。したがって、細粒分を土壌から分離除去することによって、放射性物質の濃度を低減することができる。細粒分が除去された後の粗粒分は、建設用などに再利用され得る。

特許文献１は、上記の分級を行った後に、粗粒分に含まれる放射性物質をさらに取り除くために、粗粒分を洗浄することを提案している。

特開２０１３－１４００２１号公報

しかしながら、従来の分級処理技術においては、土壌から放射性物質をより確実に取り除くという観点で改善の余地がある。

本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、土壌から放射性物質を取り除きやすくすることが可能な土壌処理方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の一態様に係る土壌処理方法は、放射性物質が吸着された鉱物の粒子を含む土壌を処理する方法であって、前記土壌に液体を混合したスラリーに対して、加圧液体を出射し、前記加圧液体と前記スラリーとの界面に流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させることを含み、前記キャビテーションによって発生する気泡が崩壊するときの衝撃力によって、前記鉱物の粒子が他の粒子から分離される。

本発明に係る土壌処理方法によれば、土壌から放射性物質を取り除きやすくすることができる。

第１実施形態に係る土壌処理装置の模式的な側面図である。 図１に示す領域Ａの模式的な拡大断面図である。 図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ線における模式的な断面図である。 第１実施形態に係る土壌処理方法Ｉを例示する模式図である。 第１実施形態に係る他の土壌処理方法ＩＩを例示する模式図である。 第２実施形態に係る土壌処理装置を示す模式的な断面図である。 処理部の流路の一部を示す模式的な拡大断面図である。 図５Ａに示すＶＢ－ＶＢ線における模式的な拡大断面図である。 図５Ａに示すＶＣ－ＶＣ線における模式的な拡大断面図である。 実験に使用したフリンジの模式的な上面図である。 搬送装置およびホッパの位置関係を示す模式的な上面透視図である。 図７Ａに示すＶＩＩＢ－ＶＩＩＢ線に沿った模式的な断面図である。 液体供給部およびホッパの変形例を示す模式的な斜視図である。 図８Ａに示す液体供給部およびホッパの上面図である。 流路の変形例を示す模式的な断面図である。 比較例の装置を示す模式的な側面図である。 実施例の解砕処理後の測定用試料を示す写真である。 比較例の測定用試料を示す写真である。 実施例および比較例の測定用試料の粒径加積曲線を示す図である。 参考例の土壌処理方法を示す模式図である。

（本発明の基礎となった知見）
本願発明者らは、土壌から放射性物質を取り除きやすくするために鋭意検討した結果、以下の知見を得た。

従来の分級処理技術には、以下のような課題（１）、（２）がある。

（１）放射性セシウムなどの放射性物質は、層状粘土鉱物の粒子に吸着しやすいことが知られている。層状粘土鉱物は、例えば、風化黒雲母やその風化物であるバーミキュライトなどの雲母鉱物（以下、単に「雲母」と呼ぶ。）である。雲母などの鉱物の粒子は、粒径の大きい砂粒子、礫粒子などに付着したり、内包されたりしていることがある。鉱物の粒子が砂粒子などに付着している（または内包されている）と、分級処理を行っても、分級後の粗粒分のなかに、放射性物質が吸着された鉱物の粒子が含まれてしまう。また、放射性物質が吸着した鉱物の粒子の粒径が大きい場合には、その鉱物の粒子が粗粒分に分けられてしまう。このため、分級によって、放射性物質をより確実に除去することが難しい。これに対し、分級後の粗粒分に対して、高度な分級や洗浄などの処理を行い、放射性濃度を低減させることが提案されている（例えば特許文献１）。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、砂粒子などに固着または内包されている鉱物の粒子をより確実に剥離させることは困難と考えられる。詳細については後述する。

また、近年の研究では、放射性セシウムなどの放射性物質が、層状粘土鉱物の粒子に吸着し、さらにその内部に閉じ込められる（固定される）ことが報告されている。層状粘土鉱物の粒子では、層間に位置する表面が負に帯電しているので、この表面に放射性物質が吸着しやすい。放射性物質が、層状粘土鉱物の粒子を構成する２つの層の間に吸着すると、時間の経過とともに、放射性物質を挟む２つの層が閉じられる。このようにして、放射性物質が層状粘土鉱物の粒子の内部に閉じ込められる。放射性物質が層状粘土鉱物の粒子に固定されていると、その粒子から脱離したり、溶出したりし難くなる。特に、粒径の大きい雲母の粒子において、風化によって変質した部分に放射性物質が閉じ込められていると、従来の分級処理技術によって放射性物質を取り除くことがさらに困難になる。

したがって、粗粒分の放射性物質の濃度をより低くして、除染率を高めることが難しい場合がある。

（２）また、分級によって土壌から放射性物質をより確実に取り除くには、放射性物質の濃度が高い細粒分として、鉱物の粒子を含む粒径範囲の土粒子群を分離除去する必要がある。上述したように、放射性物質が鉱物の粒子に閉じ込められて溶出または脱離しにくくなると、細粒分をより少なくして、減容化率を高めることが難しい場合がある。「減容化」は、放射性濃度が所定値（例えば８０００Ｂｑ／ｋｇ）よりも高く、そのままでは再利用することができない土壌の容積を減少させることを指す。

そこで、本願発明者は、鋭意検討した結果、土壌を含むスラリーに対して、加圧液体を出射し、加圧液体とスラリーとの界面に流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させる方法を見出した。この方法によると、キャビテーションによって発生する気泡が崩壊するときの衝撃力によって、放射性物質が吸着した鉱物の粒子を他の粒子から分離することができる。これにより、放射性物質を土壌から取り除きやすくすることができる。「放射性物質が吸着した鉱物の粒子」は、放射性物質が表面に吸着されている粒子に加えて、放射性物質が層間に吸着されている（層間に閉じ込められている）粒子をも含む。

上記方法によると、気泡崩壊時の衝撃力によって、砂粒子などの粒径の大きい土粒子に付着した鉱物の粒子を当該土粒子から分離することができる。または、気泡崩壊時の衝撃力によって、放射性物質が吸着された鉱物の粒子を砕いて、より小さい粒子にすることができる。この結果、分級後の粗粒分の放射性物質の濃度をより低くすることができる。さらに、放射性物質が付着した粒子の粒径をより小さくすることで、放射性物質の濃度の高い土壌（細粒分）の容積を減少させることができる。本願発明者は、この新規な知見に基づき、本発明に至った。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。図示の目的のために、図面内の各要素の寸法は誇張されて示されている場合があり、必ずしも縮尺通りとは限らない。また、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。

以下では、説明の便宜上、通常使用時の状態を想定して「上」、「下」、「側」、「左」、「右」などの方向を示す用語を用いるが、本発明に係る装置の使用状態などを限定することを意味するものではない。図面には、参考のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が模式的に示されている。Ｚ軸は、例えば鉛直方向である。以下の説明において、単に、Ｘ方向、Ｙ方向、またはＺ方向と記載した場合には、それぞれの軸方向であり、逆向きの２方向（例えば－Ｘ方向および＋Ｘ方向）を含む。

《第１実施形態》
第１実施形態に係る土壌処理装置および土壌処理方法を説明する。

［土壌処理装置］
図１、図２Ａおよび図２Ｂは、第１実施形態に係る土壌処理装置の概略的な構造および原理を説明するための模式図である。図１は、土壌処理装置の模式的な側面図である。図２Ａは、図１に示す領域Ａの模式的な拡大断面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ線における模式的な断面図である。

土壌処理装置１は、放射性物質が吸着された鉱物の粒子を含む土壌を処理する装置である。本実施形態では、被処理物である土壌は、放射性物質が吸着された鉱物の粒子と、その鉱物の粒子よりも粒径の大きい土粒子とを含む。土壌処理装置１で処理される土壌は、分級処理が行われていない土壌であってもよく、例えば、礫粒子（粒径：例えば２ｍｍ以上）、砂粒子（粒径：例えば７４μｍ以上２ｍｍ未満）、シルトの粒子（粒径：例えば５μｍ以上７４μｍ未満）、粘土の粒子（粒径：例えば５μｍ未満）を含む広い粒度分布を有する土壌であってもよい。

図１に示すように、土壌処理装置１は、処理部３と、処理部３に加圧液体２０を出射する出射部２と、処理部３に土壌を含むスラリー４０を供給するスラリー供給部４と、を備える。

処理部３は、流路３０を備える。流路３０は、例えば、円形の断面を有する配管によって構成されている。流路３０は、例えば、鉛直方向に直交する水平方向に延在している。図１では、分かりやすくするため、鉛直上向き方向を＋Ｚ方向、流路３０の上流側から下流側に向かう方向を＋Ｘ方向として示す。流路３０は、下流側の端部に、処理後のスラリー４０および加圧液体２０を含む混合物７０を処理部３から排出する排出口３７を備えてもよい。

出射部２は、流路３０の上流側から下流側に向かう方向（＋Ｘ方向）に加圧液体２０を出射するように配置されている。出射部２は、流路３０内のスラリー４０に対して加圧液体２０を出射する。出射部２は、例えば、高圧水を出射する高圧エジェクタである。

スラリー供給部４は、土壌に液体（例えば水）を混合したスラリー４０を流路３０に供給する。スラリー供給部４は、出射部２よりも流路３０の下流側に接続されている。流路３０において、スラリー供給部４は、出射部２により出射された加圧液体２０に向けて、加圧液体２０の出射方向と交差する方向に、スラリー４０を供給する。図１に示す例では、スラリー供給部４は、出射方向と直交する方向（－Ｚ方向）にスラリー４０を供給するように構成されている。供給時のスラリー４０に含まれる液体の圧力は、例えば略１気圧である。

本実施形態では、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、出射部２とスラリー供給部４とは、加圧液体２０とスラリー４０との界面２０ｓに流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させるように構成されている。以下、キャビテーションを発生させるメカニズムを説明する。

図２Ａおよび図２Ｂに示すように、出射部２から出射された加圧液体２０は、流路３０内を＋Ｘ方向に高速で進む高速流体（例えば、圧力：４ＭＰａ、秒速：５０ｍ程度）である。流路３０内において、加圧液体２０はスラリー４０に衝突し、図２Ｂに示すように、スラリー４０の概ね中央部分を高速で進む。スラリー４０は、加圧液体２０の流れに引っ張られて、加圧液体２０の周囲を、加圧液体２０と同じ方向に流れる混相流を形成する。ここでいう混相流は、スラリー４０に含まれる土壌（固相）および液体（液相）を少なくとも含む流れである。スラリー４０の上方には空間８０が存在してもよい。スラリー４０は、加圧液体２０よりも低速で流れるので、スラリー４０と加圧液体２０との界面２０ｓに流速差が生じる。これにより、キャビテーションが発生する。具体的には、図２Ａに示すように、加圧液体２０とスラリー４０との流速差に起因して生じるせん断力により、スラリー４０内に渦８２が生じる。渦８２の中心部は局所的に低圧になるため、スラリー４０中の液体が気化して気泡８１が発生する。スラリー４０は、気泡８１を巻き込みながら下流側に流れる。スラリー４０が下流側に流れる間に、気泡８１は周囲の液体で圧縮され崩壊する。

キャビテーションによって発生した気泡８１が崩壊するときには、大きな衝撃力が発生する。この衝撃力によって、スラリー４０に含まれる鉱物の粒子が他の粒子から分離される。本明細書において、「鉱物の粒子を他の粒子から分離する」とは、砂粒子などの土粒子に付着した又は内包された鉱物の粒子をその土粒子から引き離すこと（以下、「解泥」と呼ぶ。）だけでなく、鉱物の粒子を砕いて、複数のより小さい粒子に分けること（以下、「解砕」と呼ぶ。）をも含む。本実施形態では、気泡８１の崩壊時の衝撃力によって、鉱物の粒子の解泥、解砕、またはその両方が行われる。

キャビテーションによる気泡８１は、スラリー４０が加圧液体２０と接触しながら流れる間に、スラリー４０中に次々と発生し、その後に崩壊する。したがって、スラリー４０が流れる間に亘って、気泡８１の崩壊による衝撃力をスラリー４０中の粒子に作用させることができる。

図１に示すように、流路３０において、上記のメカニズムによってキャビテーションを発生させるように構成された領域Ｒｃを「キャビテーション発生領域」と呼ぶ。キャビテーション発生領域Ｒｃは、スラリー供給部４からスラリー４０が供給される位置（以下、「スラリー供給位置」）Ｐよりも下流側に位置する。キャビテーション発生領域Ｒｃでは、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、スラリー４０が加圧液体２０の周囲を流れる。スラリー４０中の鉱物の粒子の分解は、主にキャビテーション発生領域Ｒｃで行われる。キャビテーション発生領域Ｒｃよりも下流側では、スラリー４０と加圧液体２０とが混合されて混合物７０となる。混合物７０は、排出口３７から排出され、例えば分級装置に送られる。

図１に示す例では、流路３０におけるスラリー供給位置Ｐの上流側に、外部から空気を流入させる空気流入口は設けられていない。本実施形態では、キャビテーションによって生じる気泡は、スラリー４０中の液体が気化したものである。外部から流入させた空気によってキャビテーションを発生させるわけではないので、流路３０に空気流入口を設けなくても構わない。なお、流速差によるキャビテーションの発生を阻害しないのであれば、流路３０に空気流入口が設けられていてもよい。

本実施形態では、上記メカニズムによって発生させたキャビテーションを利用するので、より効率よく、かつ、より確実に鉱物の粒子の分離(例えば解泥、解砕）を行うことができる。

なお、特許文献１には、本願発明とは異なる方法で発生させたキャビテーションを利用して、土砂の洗浄を行うことが記載されている。特許文献１では、噴出部から加圧流体を噴出して気泡を発生させ、噴出部の近傍における気泡が存在する領域に土砂を供給している。しかしながら、本願発明者が検討したところ、このような構成では、気泡が存在する限られた領域に土砂を確実に供給することは困難である。また、土砂は、噴出部の近傍の限られた領域（気泡が存在する領域）でしか衝撃力を受けることができない。このため、土砂から放射性物質を十分に分離したり、鉱物の粒子を砕いたりするのに十分な衝撃力を効率よく土砂に与えることは難しい。

これに対し、本実施形態では、土壌を含むスラリー４０の流れと加圧液体２０の流れとの界面２０ｓにキャビテーションを発生させるので、加圧液体２０の出射部に近い領域のみでなく、流路３０の長さに亘って気泡を発生させることができる。また、スラリー４０が気泡を巻き込んで流れるので、気泡の崩壊による衝撃力をより確実にスラリー４０に与えることができる。さらに、スラリー４０と加圧液体２０とが接触しながら流れる間に、気泡の発生および崩壊が繰り返されるので、スラリー４０中の粒子に、高い衝撃力が繰り返しかかる。したがって、流路３０の下流側に向かって、鉱物の粒子の分離をさらに進めることができる。

さらに、特許文献１の装置では、気泡が存在する領域が限られており、粒径が相対的に小さい粒子がキャビテーションの効果を受けにくい場合がある。これに対し、本実施形態の土壌処理装置１は、スラリー４０が気泡を巻き込んで進むので、スラリー４０に含まれる小さい粒子にもキャビテーションの効果が及びやすい。また、本実施形態の土壌処理装置１では、スラリー４０における土壌に対する液体の量を少なくすることで、気泡８１の崩壊時の衝撃力をさらに効率よく鉱物の粒子に与えることができる。

［土壌処理方法］
本実施形態の土壌処理方法は、図２Ａおよび図２Ｂを参照して上述したメカニズムによってキャビテーションを発生させる工程（以下、「キャビテーション発生工程」）を含む。キャビテーション発生工程では、土壌に液体を混合したスラリーに対して、加圧液体を出射し、加圧液体とスラリーとの界面に流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させる（図２Ａ、図２Ｂ参照）。キャビテーション発生工程は、例えば、図１に示す土壌処理装置１を用いて行うことができる。なお、本工程に使用する装置は、スラリーと加圧液体との流速差を利用してキャビテーションを発生させるように構成された装置であればよく、図１に示す装置に限定されない。

図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、第１実施形態に係る土壌処理方法Ｉ、ＩＩを例示する模式図である。参考例として、分級処理のみを行う処理方法を図１２に模式的に示す。

図３Ａ、図３Ｂおよび参考例の図１２では、被処理物である土壌１０が、礫粒子（粒径：例えば２ｍｍ以上）１１、砂粒子（粒径：例えば７４μｍ以上２ｍｍ未満）１２、および、シルトや粘土の粒子（シルトの粒子の粒径：例えば５μｍ以上７４μｍ未満、粘土の粒子の粒径：例えば５μｍ未満）１３を含む場合を例示している。これらの粒子には、放射性セシウムなどの放射性物質が吸着された鉱物の粒子（以下、「放射性物質含有鉱物粒子」と呼ぶ。）１５が含まれる。放射性物質含有鉱物粒子１５の粒径は特に限定されない。ここでは、粒径が比較的小さいものから２ｍｍ以上のものまで、様々な粒径の放射性物質含有鉱物粒子１５を例示している。放射性物質含有鉱物粒子１５の一部は、その粒子よりも粒径の大きい土粒子（例えば、礫粒子１１、砂粒子１２など）に付着したり、内包されたりしている場合がある。

分かりやすさのため、まず、図１２に示す参考例の方法を説明する。参考例では、上記の土壌１０を、例えば粒径７５μｍ以上の粗粒分と、粒径７５μｍ未満の細粒分とに分級する。そうすると、粒径が７５μｍ以上の放射性物質含有鉱物粒子１５は、粗粒分に区分されてしまう。一方、粒径が７５μｍ未満の放射性物質含有鉱物粒子１５は、細粒分に分けられ得る。しかしながら、図示するように、粒径が７５μｍ未満の放射性物質含有鉱物粒子１５の一部は、砂粒子１２や礫粒子１１に付着した状態または内包された状態で、これらの粒子１１、１２などとともに粗粒分に区分されてしまうことがある。この結果、分級後の粗粒分の放射性物質の濃度を十分に低くすることが難しい。

これに対し、本実施形態の土壌処理方法Ｉ、ＩＩでは、分級を行う前に、キャビテーション発生工程を行う。これにより、図１２に示す参考例の方法よりも、分級後の粗粒分に含まれる放射性物質を少なくすることができる。

＜土壌処理方法Ｉ＞
図３Ａに示すように、土壌処理方法Ｉでは、キャビテーション発生工程において、気泡が崩壊するときの衝撃力によって、放射性物質含有鉱物粒子１５が他の粒子から分離される。この結果、砂粒子１２、礫粒子１１などの土粒子に付着していた放射性物質含有鉱物粒子１５が、当該土粒子から分離される（解泥）。また、放射性物質含有鉱物粒子１５や他の鉱物の粒子が砕かれて、より小さい粒子１４になる(解砕）。放射性物質含有鉱物粒子１５の解砕後、放射性物質は、粒子１４に吸着した状態であってもよいし、粒子１４から脱離した状態であってもよい。

キャビテーション発生工程では、図示するように、放射性物質含有鉱物粒子１５のうち放射性物質が吸着している部分が少なくとも解砕されればよい。例えば放射性物質含有鉱物粒子１５が雲母の場合、放射性物質は主に、雲母粒子における、風化を受けて変質した部分（風化部分）に吸着または固定されているので、少なくとも風化部分が解砕されればよい。風化部分は、例えば雲母粒子の表面近傍に位置する。風化されていない部分は、風化部分よりも固いので砕かれにくく、ある程度の大きさを保ったまま流路から排出され得る。同様に、雲母の風化部分よりも固い土粒子も砕かれにくいので、風化部分ほど小さく砕かれず、ある程度の大きさを保ったまま流路から排出され得る。

キャビテーション発生工程の後、処理後のスラリーと加圧液体とが混合された混合物を、大径粒子群と、大径粒子群よりも粒径の小さい小径粒子群とに分級する。本処理方法では、大径粒子群の粒径は、例えば、放射性物質含有鉱物粒子以上の粒径を有する粒子群である。小径粒子群は、例えば、放射性物質含有鉱物粒子未満の粒径を有する粒子群である。小径粒子群は、放射性物質含有鉱物粒子１５が砕かれた後の粒子１４を含む。放射性物質は、粒子１４に吸着した状態または粒子１４から脱離した状態であるため、小径粒子群に含まれる。比較的粒径の小さい放射性物質含有鉱物粒子１５の粒径（例えばシルトや粘土の粒径）を基準として分級を行ってもよく、これによって、分級点の粒径をより小さくすることができる。分級点の粒径は、７５μｍ未満、例えば２０μｍ以下であってもよい。

土壌処理方法Ｉによると、キャビテーション発生工程によって、放射性物質含有鉱物粒子１５が粒径の大きい土粒子から分離されている。また、粒径の大きい放射性物質含有鉱物粒子１５が砕かれてより小さい粒子１４になる。このため、その後の分級によって、放射性物質をより確実に小径粒子群に分けることができる。したがって、参考例の方法（図１２）よりも、大径粒子群の放射性物質の濃度をさらに低減する(すなわち除染率を高める）ことができる。一例として、放射能濃度が８０００Ｂｑ超の土壌を、再利用可能とされる８０００Ｂｑ／ｋｇを大きく下回る濃度（例えば１０００Ｂｑ／ｋｇ以下）に低減することが可能になる。また、本処理後に、高度な分級、洗浄などの処理を行わなくてもよいので、土壌処理にかかる装置、コスト、工程数、使用水量を低減することができる。

さらに、土壌処理方法Ｉによると、キャビテーション発生工程によって、放射性物質含有鉱物粒子１５が解砕されているので、その後の分級工程において、分級点の粒径をより小さくして、放射性物質の濃度が高い土壌（小径粒子群）の容積をより小さくする（すなわち減容化率を高める）ことができる。

＜土壌処理方法ＩＩ＞
土壌処理方法ＩＩでは、キャビテーション発生工程によって、少なくとも解泥処理が行われる。図３Ｂに示すように、キャビテーション発生工程において、気泡が崩壊するときの衝撃力によって、砂粒子１２、礫粒子１１などの土粒子に付着していた（または内包されていた）放射性物質含有鉱物粒子１５が、当該土粒子から分離される（解泥）。

続いて、土壌処理方法Ｉと同様に、スラリーと加圧液体とが混合された混合物を大径粒子群と小径粒子群とに分級する分級工程を行う。大径粒子群は、例えば、解泥される前に放射性物質含有鉱物粒子１５が付着していた土粒子（この例では、砂粒子１２または礫粒子１１）を含む粒子群である。小径粒子群は、例えば、放射性物質含有鉱物粒子１５を含む粒子群である。小径粒子群は、土粒子から分離された放射性物質含有鉱物粒子１５を含む。分級点の粒径は、例えば７５μｍである。

土壌処理方法ＩＩによると、キャビテーション発生工程によって、放射性物質含有鉱物粒子１５が粒径の大きい土粒子から分離されるので、その後の分級によって、放射性物質をより確実に小径粒子群に分けることができる。したがって、参考例の方法（図１２）よりも、大径粒子群の放射性物質の濃度をさらに低減する(すなわち除染率を高める）ことができる。

（効果）
本実施形態の土壌処理装置１は、図１～図２Ｂに示すように、出射部２とスラリー供給部４とが、処理部３の流路３０内において、加圧液体２０とスラリー４０との界面２０ｓに流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させるように構成されている。このような構成によると、キャビテーションによる気泡が崩壊するときの衝撃力によって、鉱物の粒子を他の粒子から分離させる解泥、解砕などの処理を行うことができる。この結果、放射性物質を取り除きやすくすることができる。

また、上記構成によると、図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら前述したように、従来の装置（例えば特許文献１に記載の装置）と比べて、気泡の崩壊による衝撃力をより効率よく鉱物の粒子に与えることができる。したがって、鉱物の粒子を、より確実に他の粒子から分離させることができる。

さらに、上記構成によると、土壌を含むスラリー４０および加圧液体２０を同じ方向に流しながら鉱物の粒子の分解を進めることができる。このため、連続的な処理が可能であり、時間当たりの土壌の処理量を大きくすることができる（例えば１２ｔ／時間以上）。

出射部２とスラリー供給部４とは、キャビテーションによって発生する気泡が崩壊するときの衝撃力によって、図３Ｂに示すように、砂粒子１２などの土粒子に付着した（または内包された）放射性物質含有鉱物粒子１５を当該土粒子から分離する解泥処理を行うように構成されていてもよい。このような構成によると、その後の分級処理において、分級後の大径粒子群に含まれる放射性物質をより少なくすることができる。

出射部２とスラリー供給部４とは、キャビテーションによって発生する気泡が崩壊するときの衝撃力によって、図３Ａに示すように、放射性物質含有鉱物粒子１５を砕いて、放射性物質含有鉱物粒子１５よりも粒径の小さい粒子１４にする解砕処理を行うように構成されていてもよい。土壌処理装置１は、鉱物の粒子に強い衝撃力を繰り返し付与することができるので、高い解砕能力を有し得る。このような構成によると、その後の分級処理において、分級後の大径粒子群に含まれる放射性物質をさらに少なくすることができる。また、分級点となる粒径を小さく（例えば、放射性物質含有鉱物粒子１５の粒径未満）しても、放射性物質を取り除くことが可能になる。したがって、放射性物質の濃度の高い小径粒子群の容積を減少させることができる。

出射部２とスラリー供給部４とは、キャビテーションによって発生する気泡が崩壊するときの衝撃力によって、放射性物質含有鉱物粒子を土粒子から分離させた後、分離させた放射性物質含有鉱物粒子を砕くように構成されていてもよい。このような構成によると、スラリー４０が加圧液体２０と接触しながら流れる間に、解泥処理と解砕処理とを同時に進めることができる。したがって、解泥を行う装置と、解砕を行う装置とを別々に準備する必要がないので、処理に要するコスト、工程数、時間などをさらに低減することができる。

本実施形態によると、キャビテーション発生工程を含む土壌処理方法が提供される。キャビテーション発生工程では、土壌に液体を混合したスラリーに対して、加圧液体を出射し、加圧液体とスラリーとの界面に流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させる。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、キャビテーションによって発生する気泡が崩壊するときの衝撃力によって、放射性物質が吸着された鉱物の粒子１５が他の粒子から分離される。例えば、衝撃力によって、解泥、解砕またはその両方が行われる。これにより、放射性物質が取り除かれやすくなるので、除染率および／または減容化率をより高くすることができる。

鉱物の粒子に吸着している放射性物質は、例えば、放射性セシウムであり、放射性セシウムが吸着された鉱物の粒子は、例えば、雲母の粒子であってもよい。放射性セシウムの大部分は、雲母に吸着または固定されている報告されている。したがって、放射性セシウムが吸着された雲母の粒子の解砕、解泥を行うことで、放射性セシウムをより効果的に土壌から取り除くことができる。一例として、従来の分級処理では７０％程度であった除染率を、８０％以上、好ましくは９０％程度まで高めることが可能になる。

本実施形態の土壌処理方法では、処理される土壌の重量に対する使用液体の重量の比（以下、「総固液比」と呼ぶ。）は、例えば、５以上１５以下、好ましくは１０以下である。「土壌の重量」は、土壌の乾燥重量を指す。「使用液体の重量」は、処理に使用した液体の総重量であり、スラリー４０（図１）に含まれる液体の重量と、加圧液体２０（図１）の重量とを含む。総固液比を１５以下に抑えることで、土壌処理および使用液体の処理にかかるコストを低減し、実用性を高めることができる。

加圧液体２０（図１）の土壌に対する重量比は、１０以下、好ましくは６以下である。スラリー４０に含まれる液体の土壌に対する重量比（スラリー固液比）は、５以下、好ましくは３以下である。スラリー４０に含まれる液体量を小さく抑えることで、気泡崩壊による衝撃力が、スラリー４０中の粒子にかかりやすくなり、鉱物の粒子の分離を効率よく進めることができる。

従来の処理方法では、例えば、トロンメルなどを用いて通常の分級を行った後に、粗粒分に対して、機械的な衝撃力を加える高度分級を行うことがある。このような方法では、使用液体量も多くなり、総固液比は、例えば２０を超える。処理に使用した後の液体（水）は放射性物質を含むことから、その貯蔵や処理にさらにコストがかかってしまう。これに対し、本実施形態によると、分級を行う前に、土壌全体に、解泥、解砕のためのキャビテーション発生工程を行う。その後に行う分級工程では、解泥後の土壌の分級を行うので、従来のように高度な分級を行う必要がない。したがって、総固液比を従来よりも小さくにすることができる。

図３Ａおよび図３Ｂでは、粘土、シルト、砂、礫を含む土壌１０の処理を行う方法を例示したが、本実施形態の土壌処理方法は、通常の分級処理を行った後の粗粒分（砂、礫など）のみ、または細粒分（粘土、シルト）のみを被処理物とする処理にも適用可能である。また、本実施形態の土壌処理方法を、予め解泥処理が行われた後の土壌に適用して、鉱物の粒子を解砕することも可能である。

図３Ａおよび図３Ｂに示すキャビテーション発生工程では、鉱物の粒子の解泥、解砕が生じることが示されているが、気泡の崩壊による衝撃力の影響で、鉱物の粒子の解泥だけでなく、スラリー中の粘土塊などの塊も解きほぐされることがある。また、鉱物の粒子以外の粒子が砕かれたり、礫粒子などの大きい粒子の角が取れて研磨されたりすることがある。鉱物の粒子や他の粒子に生じた変化は、例えば、キャビテーション発生工程の前後の土壌を観察したり、粒度分布を比較したりすることで確認することができる。

《第２実施形態》
図４は、本発明の第２実施形態に係る土壌処理装置を示す模式的な断面図である。以下では、第１実施形態の土壌処理装置と異なる点を主に説明し、重複する説明を適宜省略する。

図４に示す土壌処理装置１ａは、流路３０を有する処理部３と、加圧液体２０を出射する出射部２と、スラリー４０を供給するスラリー供給部（「スラリー供給装置」と呼ぶことがある。）４と、分級部７と、制御部８と、を備える。スラリー供給部４は、液体供給部５と、土壌供給部６と、混合部と、を備える。混合部は、液体供給部５から供給された液体５０と、土壌供給部６から供給された土壌１０とを混合するように構成されている。この例では、ホッパ４１が混合部として機能する。

土壌処理装置１ａでは、被処理物である土壌１０は、土壌供給部６によってホッパ４１に供給される。また、土壌１０と混合させる液体（ここでは水）５０は、液体供給部５によってホッパ４１に供給される。ホッパ４１に別々に供給された土壌１０および液体５０は、ホッパ４１の内壁上で混合されてスラリー４０となり、処理部３の流路３０に供給される。処理部３の流路３０では、スラリー４０に対して、出射部２から加圧液体２０が出射される。流路３０内では、前述の実施形態と同様に、キャビテーションを利用してスラリー４０中の鉱物の粒子を他の粒子から分離する処理が行われる。処理後のスラリー４０および加圧液体２０は、流路３０の排出口３７から排出され、分級部７に送られる。

以下、土壌処理装置１ａの各構成要素の具体的な構成を説明する。以下の説明では、土壌１０を１ｋｇ／分で処理する場合の処理条件、各構成要素のサイズ、能力などを例示している場合がある。なお、処理条件、各構成要素のサイズ、能力などは、土壌の種類、土壌の処理量などに応じて適宜選択されればよく、例示した値に限定されない。

（出射部）
出射部２は、先端部に出射口を有するノズル２２を備えた高圧エジェクタと、例えば３連プランジャ方式の高速ジェットポンプ（能力：例えば、６．３Ｌ／ｍ×５．５ＭＰａ×０．８３ｋｗ×１００Ｖ）２３と、ノズル２２の上流側に位置し、高速ジェットポンプ２３とノズル２２とを流体接続する配管２４と、を備える。ノズル２２は、出射口から配管２４側に向かって断面積が大きくなるように構成されている。

高圧エジェクタは、例えば、流路３０のうちＸ方向に延在する部分に亘って高速で進むように設定される。本実施形態では、高圧エジェクタは、４ＭＰａの加圧液体（ここでは加圧水）２０を、０．１リットル／秒の流量でＸ方向に沿って出射させる。加圧水の秒速は、例えば５０ｍである。

（処理部）
処理部３の流路３０は、断面積の異なる複数の部分３１～３４を有する。流路３０の断面積は、流路３０の延在方向に直交する断面積を指す。図４に示す例では、径の異なる複数の配管が接続されて流路３０を構成しているが、これらは一体的に形成されていてもよい。

本実施形態では、流路３０は、流路３０の断面積を拡大する拡大部３６を有する。拡大部３６は、流路３０において、スラリー供給部４が接続されるスラリー供給位置Ｐよりも下流側に配置されている。拡大部３６の下流側では、拡大部３６の上流側よりも、スラリー４０が低圧になり、かつ、スラリー４０と加圧液体２０との流速差が大きくなるので、キャビテーションによって発生する気泡の量を増加させることができる。したがって、拡大部３６を設けることにより、流路３０におけるキャビテーション発生領域Ｒｃをより長くすることができる。

図４に示す例では、流路３０は、第１部分３１と、第１部分３１よりも下流側（＋Ｘ側）に位置し、断面積が第１部分３１よりも小さい第２部分３２と、第２部分３２よりも下流側に位置し、断面積が第２部分３２よりも大きい第３部分３３と、を含む。第１部分３１には、スラリー供給部４が接続されている。第２部分３２の下流側端部と第３部分３３の上流側端部とによって、流路３０の断面積を拡大する拡大部３６が形成されている。

図５Ａ～図５Ｃを参照して、流路３０の各部分の作用を具体的に説明する。図５Ａは、流路３０の一部を示す模式的な拡大断面図である。図５Ｂおよび図５Ｃは、それぞれ、図５Ａに示すＶＢ－ＶＢ線およびＶＣ－ＶＣ線における拡大断面図である。

図示する例では、流路３０の断面は、例えば円形である。この場合、第１部分３１の直径Ｄ１および第３部分３３の直径Ｄ３は、第２部分３２の直径Ｄ２よりも大きい（Ｄ２＜Ｄ１，Ｄ３）。第１部分３１のスラリー供給位置Ｐから、第３部分３３のうちの少なくとも一部までは、加圧液体２０の出射方向（Ｘ方向）に延在している。図４では、第１部分３１～第３部分３３のそれぞれの直径は略一定であるが、各部分の直径は、以下に説明するような機能を有するように設定されていればよく、略一定でなくてもよい。

本実施形態では、キャビテーション発生領域Ｒｃは、流路３０のうちスラリー供給位置Ｐから第３部分３３の少なくとも一部までＸ方向に延在する領域を含む。図示する例では、スラリー供給位置Ｐから、加圧液体２０が第３部分３３の配管の内壁に衝突する位置までがキャビテーション発生領域Ｒｃである。

＜第１部分＞
第１部分３１は、出射部２からの加圧液体２０が、大気圧のスラリー４０に最初に衝突する領域を含む。衝突後の加圧液体２０は、スラリー４０中を通って下流側に進む（図２Ｂ参照）。第１部分３１では、スラリー４０と加圧液体２０との流速差が大きいので、流速差による渦８２が形成されやすく、気泡８１の発生量が多い。

第１部分３１は、加圧液体２０がスラリー４０中を下流側に向かって流れることができるように、十分な断面積を有する。図５Ａに示すように、第１部分３１は、スラリー４０の上方に、加圧液体２０に衝突されたスラリー４０が逃げることができる程度の空間８０を有するように構成されていてもよい。この例では、第１部分３１の直径（内径）Ｄ１は、例えば２７．０ｍｍである。

第１部分３１のうちスラリー供給位置Ｐからテーパ部３４までのＸ方向に沿った長さＬ１は、第２部分３２および第３部分３３のＸ方向に沿った長さＬ２、Ｌ３のそれぞれよりも小さくてもよい（Ｌ１＜Ｌ２，Ｌ３）。第１部分３１では、スラリー４０が上方の空間８０に逃げやすくしているので、スラリー４０と加圧液体２０との接触面積が小さくなりやすい。第１部分３１の長さＬ１を、第２部分３２および第３部分３３よりも小さく抑えることで、キャビテーションを発生させるための接触面積（界面２０ｓの面積）をより早く増加させることができる。

＜第２部分＞
第２部分３２は、図５Ｂに示すように、加圧液体２０の周囲を概ね埋めるようにスラリー４０が流れるように構成されている。スラリー４０の上方の空間８０は、第１部分３１よりも狭くなる。空間８０が狭くなるので、気泡８１の崩壊時の衝撃力からスラリー４０が逃げにくくなり、衝撃力がスラリー４０中の粒子に作用しやすい。また、スラリー４０をより確実に加圧液体２０の周面に接触させることができる。この結果、キャビテーションによる気泡８１が発生する界面２０ｓの面積を増加させることができる。さらに、スラリー４０の径方向の厚さｔが、第１部分３１よりも小さく抑えられるので、気泡８１の崩壊時の衝撃力がスラリー４０の厚さｔ全体に伝わりやすい。

第２部分３２の断面積は、加圧液体２０の流れ（ジェット流）の周りにスラリー４０の流れが形成されるように設定されればよい。図５に示すように、第２部分３２の直径Ｄ２は、少なくとも加圧液体２０（ジェット流）の直径Ｄｊよりも大きくなるように設定される。一方、直径Ｄ２が小さくなりすぎると、スラリー４０の流量が低下したり、スラリー４０が詰まったりすることがある。これを抑制するために、直径（内径）Ｄ２は、直径Ｄ１の１／２以上であってもよい。この例では、第２部分３２の直径Ｄ２は、例えば２１．６ｍｍである。

第２部分３２の断面積は、出射部２の配管２４（図４）の断面積よりも大きくなるように設定されていてもよい。これにより、第２部分３２の断面積を、より確実に、加圧液体２０の断面積よりも大きくすることができる。したがって、図５Ｂに示すように、加圧液体２０の周囲にスラリー４０の流れを形成しやすい。

スラリー４０の流量が略一定の場合、第２部分３２では、スラリー４０の断面積が小さくなるので、スラリー４０が加速される。この結果、スラリー４０と加圧液体２０との流速差は徐々に小さくなり、キャビテーションが生じにくくなる。

第２部分３２を設けることで、スラリー４０の圧力が続く第３部分３３で解放されるので、キャビテーションによる気泡の発生を促進させることができる。第２部分３２の長さＬ２は、例えば第３部分３３の長さＬ３よりも小さくてもよい。これにより、気泡の発生量が増加する第３部分３３により早くスラリー４０を移動させることができる。

＜第３部分＞
第３部分３３では、流路３０の断面積が拡大するので、スラリー４０の圧力が急激に解放されて気泡８１が発生する。また、スラリー４０の流速が低下するので、スラリー４０と加圧液体２０との流速差が再び大きくなって渦８２が形成されやすくなり、気泡８１が増加する。第３部分３３では、このように、気泡８１の発生量が増加するので、気泡８１の崩壊時の衝撃力によって、スラリー４０中の土壌の解泥、解砕をさらに進めることができる。

第３部分３３では、加圧液体２０およびスラリー４０の流速が低下しているので、コリオリの力の影響を受けやすい。図５Ｃに示すように、北半球では、加圧液体２０の流れは、コリオリの力の影響を受けて、進行方向（＋Ｘ方向）に対して右に曲がる。また、図５Ｃに拡大して示すように、スラリー４０中の粒子のうち相対的に重い粒子ｐ１は、コリオリの力の影響を受けやすいので、進行方向右側に集まりやすい。このように、スラリー４０中の相対的に軽い粒子ｐ２は、相対的に重い粒子ｐ１と分かれて流れることができるので、軽い粒子ｐ１にも気泡８１の崩壊時の衝撃力が作用しやすくなる。したがって、相対的に軽い雲母などの鉱物の粒子を、より効率的に解砕することができる。第１部分３１および第２部分３２で解泥または解砕された雲母を、第３部分３３でさらに小さく砕くことができる。または、第１部分３１および第２部分３２において、キャビテーションの効果が及びにくく十分に解砕されなかった雲母を、第３部分３３で砕くことができる。

第３部分３３の直径Ｄ３は、第２部分３２の直径Ｄ２の例えば２倍以下であってもよい（Ｄ２＜Ｄ３≦２×Ｄ２）。これにより、第２部分３２の下流側の端部で詰まりが生じにくい。第３部分３３の直径（内径）Ｄ３は、例えば４１．６ｍｍである。

第２部分３２と第３部分３３との間に、第３部分３３に向かうにつれて直径が大きくなるテーパ部を設けてもよい。この場合には、第３部分３３の直径Ｄ３をさらに大きくすることができる。

第３部分３３の長さＬ３は、第１部分３１の長さＬ１および第２部分３２の長さＬ２のそれぞれよりも大きくてもよい。長さＬ３は、流路３０における、スラリー供給位置Ｐから第３部分３３の上流端までの長さＬ４よりも大きくてもよい。第３部分３３の長さＬ３を大きくすることで、キャビテーションによる解泥および解砕（特に解砕）をさらに進めることができる。特に、コリオリの力を利用した効率的な解砕を行うことができる。また、土壌に、比較的大きい（例えば粒径：２ｍｍ以上）の鉱物の粒子が含まれている場合でも、その粒子の風化部分を十分に解砕することができる。

第３部分３３において、キャビテーション発生領域Ｒｃよりも下流側に位置する部分は、例えば－Ｚ方向に延在し、分級部７に接続されている。図４に示す例では、第３部分３３を構成する配管は曲げ配管であり、Ｘ方向に延在した後、下向きに曲がっている。代わりに、第３部分３３を構成する曲げ配管は、水平方向に曲がって分級部７まで延在していてもよい。あるいは、Ｘ方向に延在する直管状の配管を用いて第３部分３３を構成してもよい。この場合には、第３部分３３の側面に、例えば鉛直下向きの排出口が設けられてもよい。

なお、第３部分の流路を塞ぐように壁面を設けて、加圧液体とスラリーとを壁面に衝突させて、衝突によって鉱物の粒子の解泥、解砕を行う構成も考えられる。しかしながら、本願発明者の検討結果によると、鉱物の粒子は液体中に分散されているので、衝突による衝撃力が、鉱物の粒子自体にかかりにくい。このため、十分な効果（特に十分な解砕能力）が得られにくい。むしろ、上述したように、第３部分３３の長さＬ３を他の部分よりも拡大して、キャビテーション効果とともにコリオリの力を利用することで、鉱物の粒子の解砕能力をより効果的に高めることができる。

本願発明者は、第３部分３３による上記効果を確認するために確認実験を行った。確認実験では、図５Ｃに示す位置Ｒにフリンジを設置して、土壌処理装置１ａによる処理を実行し、処理後のフリンジの表面状態を観察した。図６は、実験に使用したフリンジの模式的な上面図であり、流路側に位置する表面を示す。観察の結果、フリンジ３５の表面の中央部分３５ｃが摩耗していることが確認された。これは、高圧水の衝撃によるものと考えられる。また、中央部分３５ｃにおいて、加圧液体の進行方向の右側に位置する右側部分３５２には錆がみられたが、左側に位置する左側部分３５１には錆はみられなかった。これは、右側部分３５２には、比較的重い粒子が衝突することで凹凸が形成されたためと考えられる。この結果から、流路の第３部分では、スラリーが、コリオリの力により重い粒子と軽い粒子とが分けられながら流れることが確認された。

＜テーパ部＞
図４および図５Ａに示すように、流路３０は、第１部分３１と第２部分３２との間に、第１部分３１から第２部分３２に向かうにつれて断面積が減少するテーパ部３４をさらに有してもよい。

テーパ部３４の内部には、第１部分３１のような大きな渦８２が生じにくい。このため、スラリー４０をよりスムーズに、径の小さい第２部分３２に流入させることができる。テーパ部３４を設けることで、第１部分３１の下流側端部に、スラリー４０またはスラリー４０中の土壌が詰まりにくい。したがって、特に土壌に粒径の小さい粒子(粘土、シルトなどの粒子）が含まれている場合や、土壌の粒径分布が広い場合でも、詰まりによる処理速度の低下を抑制することができる。テーパ部３４の内側面の傾斜角度αは、特に限定しないが、例えば４５°以下であってもよい。これにより、より効果的に詰まりを抑制することができる。

（スラリー供給部）
図４に示すように、スラリー供給部４は、ホッパ４１と、液体供給部５と、土壌供給部６と、を備える。

＜ホッパ＞
ホッパ４１は、上方開口部４１１と、下方開口部４１２とを有する。ホッパ４１は、上方開口部４１１から下方開口部４１２に向かって内径が小さくなるテーパ形状を有する。上方開口部４１１は、例えば鉛直上向きの開口である。下方開口部４１２は、処理部３の流路３０の第１部分３１に流体接続されている。本実施形態では、ホッパ４１は、円錐台状であるが、多角錐台状であってもよい。

ホッパ４１は、上方開口部４１１から別々に供給された液体５０および土壌１０を、ホッパ４１の内壁上で混合してスラリー４０とし、下方開口部４１２から流出させるように構成されている。下方開口部４１２から流出したスラリー４０は、処理部３の流路３０に供給される。

＜液体供給部＞
液体供給部５は、上方開口部４１１からホッパ４１の内壁に向けて液体５０を供給する。液体５０は、例えば水である。液体供給部５は、渦巻き式の水中ポンプ（能力：例えば、４０Ｌ／ｍ×４．２ｍ×０．１ｋｗ×１００Ｖ）５３と、水中ポンプ５３に接続された液体ライン５１と、を備える。液体ライン５１には、液体をホッパ４１に供給する液体供給口が設けられている。液体供給部５は、例えば、０．０５リットル／秒の流量でホッパ４１に水を供給するように設定されている。

液体ライン５１は、ホッパ４１の上方開口部４１１の周縁の少なくとも一部に沿って延在する部分を有する。図４に示す例では、液体ライン５１は、上方開口部４１１の周縁に沿うように環状に延在する環状部５１１を有する。環状部５１１には、液体５０をホッパ４１の内壁に向けて供給する複数の液体供給口が設けられている。「環状」は、円環状に限らず、矩形環状などの多角形環状も含む。上方開口部４１１の周縁が円形であり、環状部５１１が矩形環状であってもよい。この例では、液体ライン５１における、上方開口部４１１の周縁に沿って延在する部分は環状であるが、弧状、直線状などであってもよい。

土壌処理装置１ａの運転時において、液体ライン５１からホッパ４１への液体供給速度（ここでは水供給速度）は、例えば、０．０５リットル／秒である。なお、供給速度は、特に限定されず、土壌供給速度、加圧液体の流速などにより適宜設定される。土壌処理装置の運転状態などにより、運転中に、制御部８を通じて液体供給速度を変化させることも可能である。

＜土壌供給部＞
土壌供給部６は、上方開口部４１１からホッパ４１の内壁４１ｓに向けて土壌１０を供給する。図４に示す例では、土壌供給部６は、土壌１０を貯留する土壌貯留槽６１と、土壌貯留槽６１から供給された土壌１０を搬送する搬送装置６２と、を備える。搬送装置６２は、例えばベルトコンベアである。搬送装置６２に供給された土壌１０は、ホッパ４１の上方における所定の投入位置Ｑまで搬送されて、投入位置Ｑからホッパ４１に供給される。土壌の供給量は、例えば１ｋｇ／分である。

図７Ａは、搬送装置およびホッパの模式的な上面透視図である。図７Ｂは、図７Ａに示すＶＩＩＢ－ＶＩＩＢ線に沿った模式的な断面図である。

図７Ａおよび図７Ｂに示すように、搬送装置６２は、ホッパ４１の上方において、土壌１０を投入位置Ｑまで搬送するベルト６２１を備える。投入位置Ｑは、平面視において、ホッパ４１の上方開口部４１１の内部に位置する。ベルト６２１は、投入位置Ｑまで一方向（ここでは－Ｘ方向）に進んだ後、投入位置Ｑで下方にＵターンして逆方向（ここでは＋Ｘ方向）に進むように構成されている。これにより、ベルト６２１上の土壌１０が、投入位置Ｑからホッパ４１の内壁４１ｓに向けて供給される。

搬送装置６２の位置および搬送速度は、土壌１０が、例えば、ホッパ４１の内壁４１ｓのうち上端部に近い領域４１０に供給されるように設定されている。領域４１０は、ホッパ４１の下方開口部４１２からのＺ方向に沿った高さが、ホッパ４１の高さＨの例えば１／２以上となる領域である。これにより、土壌１０が液体５０とともに内壁４１ｓ上を流れる距離を長くすることができるので、土壌１０と液体５０とを十分に混合することができる。

本実施形態では、図７Ｂに示すように、搬送による慣性力を利用して、土壌１０の重い粒と軽い粒とを、内壁４１ｓ上の異なる位置に落下させることができる。例えば、土壌１０が、重い順に礫粒子１１、砂粒子１２および鉱物の粒子１３を含有する場合、重い粒子ほど搬送方向に対して上流側（＋Ｘ側）に落下する。このようにして、土壌１０の投入時に、土壌１０の塊を解きほぐして、液体５０と混合しやすくすることができる。したがって、より均一なスラリー４０を形成することができる。また、土壌の塊が残った状態で処理部３に供給されることをより効果的に抑制することができる。

図７Ａに示すように、投入位置Ｑは、平面視において、下方開口部４１２の中心Ｃからずれた位置である。投入位置Ｑを下方開口部４１２の中心Ｃからずらすことで、土壌１０をより確実にホッパ４１の内壁４１ｓに供給することができる。したがって、投入された土壌１０の粒子が、液体５０と混合されずに直接下方開口部４１２から処理部３に送られることを抑制することができる。

投入位置Ｑは、平面視において、下方開口部４１２の中心Ｃよりも、搬送装置６２の搬送方向（図７Ａおよび図７Ｂでは－Ｘ方向）の下流側に位置してもよい。このような構成により、土壌１０中の粒子が、慣性力によって、投入位置Ｑから、内壁４１ｓの対向する部分に向かって飛び出し、内壁４１ｓ上に落下しやすくなる。したがって、粒子が、内壁４１ｓに接触せずに下方開口部４１２に落下することを抑制することができる。また、比較的重い粒子でも、内壁４１ｓにおける上端部に近い領域４１０に落下しやすくなるので、液体５０と十分に混合させることができる。

搬送装置６２は、ベルト上の投入位置Ｑよりも上流側に、土壌１０の高さを調整するための調整部材６２２をさらに備えてもよい。調整部材６２２は、平面視において、ベルト６２１の幅を横切るように延在している。調整部材６２２の下端部は、ベルト６２１の上面からＺ方向に所定の距離ｔを空けて配置されている。調整部材６２２を設けることで、ベルト６２１上の土壌１０の高さを距離ｔ以下に抑えることができる。これにより、土壌１０の供給量の増加による処理部３の詰まりを抑制することができる。また、土壌１０のホッパ４１への単位時間あたりの供給量を概ね一定にすることができる。

＜分級部＞
図４に示すように、分級部７には、処理部３の排出口３７から、加圧液体２０とスラリー４０とが混合された混合物７０が送られる。分級部７は、混合物７０を、所定の分級点以上の粒径を有する大径粒子群と、分級点未満の粒径を有し、大径粒子群よりも放射性濃度が高い小径粒子群とに分級する。本実施形態では、振動篩を用いて分級を行うが、振動篩に限らず、公知の様々な分級装置を用いることができる。分級は、複数段階に分けて行ってもよい。

図４に示す例では、分級部７は、目開き２ｍｍの篩７２と、篩７２の下流側に配置した目開き７５μｍの篩７３とを備える。これにより、篩７２によって礫粒子１１、篩７３によって砂粒子１２が取り除かれる。篩７２を通過した混合物７０は、鉱物の粒子１３を含む粘土、シルトなどの粒径７５μｍ未満の粒子を含む泥水である。放射性物質の大部分は泥水に含まれる。泥水は、例えばハイメッシュセパレータなどによりさらに分級されてもよい。

キャビテーション発生領域Ｒｃにおいて、放射性物質が吸着された鉱物の粒子が土粒子から分離される解泥処理が行われる場合、分級部７は、混合物７０を、土粒子（例えば粒径７５μｍ以上）を含む大径粒子群と、鉱物の粒子（例えば粒径７５μｍ未満）を含む小径粒子群とに分級するように構成されていてもよい（図３Ｂ参照）。

あるいは、キャビテーション発生領域Ｒｃにおいて、解泥処理および鉱物の粒子の解砕処理が行われる場合、分級部７は、混合物７０を、鉱物の粒子の粒径（例えば粒径２０μｍ）以上の粒径を有する大径粒子群と、鉱物の粒子よりも小さい粒径を有する小径粒子群とに分級するように構成されていてもよい（図３Ａ参照）。

(制御部）
制御部８は、例えば、出射部２、液体供給部５、土壌供給部６などの動作を制御するように構成されている。これにより、例えば、被処理物となる土壌１０の種類や状態、土壌処理装置１ａの運転状態などによって、適宜、スラリー４０に含まれる土壌１０と液体５０との混合比、加圧液体２０の流量などを調整することが可能である。

（効果）
本実施形態の土壌処理装置１ａでは、図４～図５Ｃに例示したように、処理部３の流路３０は、スラリー供給位置Ｐよりも下流側に、断面積を拡大する拡大部３６を有する。スラリー供給部４および出射部２は、拡大部３６の下流側では、拡大部３６の上流側よりも、スラリー４０と加圧液体２０との流速差が大きくなり、キャビテーションによって発生する気泡８１の量が増加するように構成されている。

このような構成によると、拡大部３６の下流側でスラリー４０の圧力が急激に低下する。また、スラリー４０の流速が低下するので、スラリー４０と加圧液体２０との流速比が大きくなる。このため、拡大部３６の下流側でキャビテーションによる気泡８１の発生量を、拡大部３６の上流側よりも増加させることができる。この結果、スラリー４０中の鉱物の粒子の分離をさらに進めることができる。また、拡大部３６の下流側では、スラリー４０の流速が低下することで、コリオリの力の影響が大きくなる。このため、スラリー４０中の粒子が重さによって分かれながら流れるので、鉱物の粒子などの相対的に軽い粒子に、より効率よく気泡崩壊時の衝撃力を作用させることができる。

さらに、上記構成によると、流路３０内のキャビテーション発生領域Ｒｃをより長くすることができる。流路３０内でキャビテーションを発生させ続けることが可能になるので、使用する水の量を増加させずに、スラリー４０中の鉱物の粒子の解泥、解砕を行う処理時間を長くすることができる。

また、本実施形態の土壌処理装置１ａでは、スラリー供給部４は、ホッパ４１と、ホッパ４１の内壁４１ｓに向けて土壌１０を供給する土壌供給部６と、ホッパ４１の内壁４１ｓに向けて液体５０を供給する液体供給部５と、を備える。土壌供給部６と液体供給部５とは、液体５０と土壌１０とが、ホッパ４１の内壁４１ｓ上で混合されてスラリー４０となり、ホッパ４１の下方開口部４１２から処理部３の流路３０に供給されるように構成されている。

このような構成によると、液体５０の量を少なく抑えつつ、土壌１０と液体５０とをより確実に混合することができる。したがって、総固液比を小さくすることが可能になる。

また、上記構成によると、略一定の速度で、略一定の混合比（土壌１０と液体５０との混合比）を有するスラリー４０を、連続的に処理部３に供給することができる。さらに、液体５０と土壌１０との混合比の調整が容易である。例えば、運転中に制御部８によって混合比を調整することもできる。

さらに、上記構成によると、土壌１０が、粘土などの比較的粒径の小さい粒子を含む場合でも、粒子がホッパ４１の内壁４１ｓ上で液体５０と接触するので、内壁４１ｓに付着しにくい。したがって、メンテナンスの頻度を少なくすることができる。

さらに、上記構成によると、予め作製したスラリーを搬送して処理部に供給する場合と比べて、攪拌操作や大型の混合装置、スラリーの搬送装置が不要となり、スラリー４０の形成に要するコストを低減することができる。また、スラリーを搬送しなくてもよいので、スラリーを搬送しやすくするために液体量を増やす必要がない。

さらに、上記構成によると、ホッパ４１を伝って流れる分量の土壌１０に対して、攪拌などを行うことなく液体５０を混合させることができる。このため、土壌１０が放射性物質を含有する場合に、放射性物質を含む粉塵などが舞い上がりにくいので有利である。

本実施形態の土壌処理装置１ａでは、液体供給部５は、ホッパ４１の上方開口部４１１の周縁の少なくとも一部に沿って延在し、液体５０を搬送する液体ライン５１と、液体ライン５１に互いに間隔をあけて配置され、液体５０を排出する複数の液体供給口と、を備える。このような構成によると、ホッパ４１の内壁４１ｓの上端部近傍に液体５０を供給しやすい。また、液体５０は、慣性力により、内壁４１ｓ上を周方向に流れようとするので、液体５０の流れる経路を長くすることができる。したがって、液体５０と土壌１０とをより確実に混合させることができる。さらに、複数の液体供給口を設けることで、ホッパ４１の内壁４１ｓのより広い範囲に液体５０を流すことができる。したがって、内壁４１ｓへの土粒子の付着を抑制することができる。

さらに、本実施形態によると、キャビテーション発生工程を含む土壌処理方法において、図５Ａに示すように、加圧液体２０が出射方向にスラリー４０とともに流れる間に、キャビテーションによる気泡の発生量が減少した後に再び増加するように、加圧液体２０とスラリー４０との流速差を制御することが可能になる。この方法では、キャビテーション発生工程において、スラリー４０中の鉱物の粒子は、スラリー４０に加圧液体２０が衝突した直後だけでなく、気泡の発生量を再び増加させた後でも解泥または解砕され得る。したがって、使用液体量を抑えつつ、解泥または解砕をより効率的に進めることができる。

（変形例１：スラリー供給部）
スラリー供給部４は、液体５０と土壌１０とが、ホッパ４１の内壁４１ｓ上を、旋回しながら下方に向かって流れ、その間に混合されてスラリー４０となるように構成されていてもよい。このような構成によると、土壌１０と液体５０とをより確実に、かつ、より均一に混合させることができる。

図８Ａは、それぞれ、液体供給部およびホッパの変形例を示す模式的な斜視図である。図８Ｂは、図８Ａに示す変形例の上面図である。

図８Ａおよび図８Ｂに示す例では、液体ライン５１は、ホッパ４１の上方開口部４１１の周縁に沿って環状に延在する環状部５１１を備える。環状部５１１には、複数の液体供給口５１２が、互いに間隔をあけて配置されている。各液体供給口５１２には、下方に延在するノズル５２が接続されている。図８Ｂに示すように、ホッパ４１の高さ方向（Ｚ方向）に沿った平面視において、ノズル５２の延在方向は、液体供給口５１２から下方開口部４１２の中心Ｃに向かう方向ｄに対して、環状部５１１を流れる液体５０の流通方向に角度θ（０°＜θ＜９０°）だけ傾斜している。角度θは、例えば２０°以上である。

このような構成によると、ノズル５２からの液体５０は、慣性力により周方向に流れようとするため、液体５０が土壌１０とともにホッパ４１の内壁４１ｓ上を旋回しながら下方に流れやすい。したがって、液体５０と土壌１０とを混合させるための経路が長くなるので、液体５０と土壌１０とをより確実に、かつ、より均一に混合することができる。

図８Ａおよび図８Ｂに示す例では、複数のノズル５２が全て方向ｄに対して同じ角度θで傾斜しているが、角度θは互いに異なっていてもよい。また、少なくとも１つの液体供給口５１２に設けられたノズル５２が方向ｄに対して傾斜していれば、液体５０を旋回して流す効果が得られる。

（変形例２：処理部の流路）
図９は、流路の変形例を示す模式的な断面図である。図９に示す流路３０は、スラリー供給位置Ｐよりも下流側に、複数の拡大部３６を有している。複数の拡大部３６は、互いに距離を空けて配置されている。この例では、第３部分３３の下流側に、第３部分３３よりも断面積の小さい第４部分３２０と、第４部分３２０よりも下流側に、第４部分３２０よりも断面積の大きい第５部分３３０とがこの順で接続されている。第４部分３２０と第５部分３３０とによって、キャビテーションの発生を促進する拡大部３６が形成される。第４部分３２０の断面積は、第２部分３２と同じでもよいし異なっていてもよい。同様に、第５部分３３０の断面積は、第３部分３３と同じでもよいし異なっていてもよい。流路３０は、第３部分３３の下流側に、第４部分３２０と第５部分３３０とを交互に含み、これによって、より多くの拡大部３６が有していてもよい。

このような構成によると、流路３０に複数の拡大部３６を設けることで、キャビテーション発生領域Ｒｃをさらに長くすることができる。

（実施例）
本実施形態の効果を確認するために、図４に示す土壌処理装置１ａを用いて雲母の解砕実験を行ったので、その方法および結果を説明する。ここでは、被処理物として、実際の土ではなく、乾燥雲母のみを主成分とした市販のバーミキュライトを用い、処理後の粒度分布を測定した。

＜解砕実験の方法＞
実施例では、１ｋｇのバーミキュライトを、図４に示す土壌処理装置１ａのスラリー供給部４に液体（水）５０とともに供給し、処理部の流路３０を通過させて、キャビテーションを利用した解砕処理を行った。被処理物（バーミキュライト）の供給速度、バーミキュライトに混合させる水の流量、加圧液体（加圧水）の出射条件などの処理条件は、図４を参照しながら例示した条件と同じになるように設定した。

次いで、流路３０から排出された混合物（処理後のバーミキュライトを含むスラリーと加圧水との混合物）７０を貯留容器に回収し、十分に攪拌した。この後、容器の底部および上部からそれぞれ一定量の混合物を採取して混合し、測定用試料とした。

＜比較例＞
比較例として、加圧水の出射部を備えていない比較例の装置に、１ｋｇのバーミキュライトを水とともに流通させた後のバーミキュライトの粒度分布を測定した。比較例の装置は、実施例と同条件でスラリーを作製して粒度分布を測定するための装置である。

図１０は、比較例の装置の模式的な側面図である。比較例の装置１０１は、加圧水を出射する高圧エジェクタを備えていない点、および、流路３０の断面積が略一定である点で、図４に示す土壌処理装置１ａと異なる。装置１０１の流路３０は、水平方向に対して下方（－Ｚ方向）に傾斜している。

比較例では、１ｋｇのバーミキュライトを水とともにスラリー供給部に供給し、流路３０を通過させた。被処理物（バーミキュライト）の供給速度、バーミキュライトに混合させる水の流量は、実施例と同様とした。次いで、実施例と同様の方法で、流路３０から排出された混合物７０から測定用試料を採取した。

比較例では、バーミキュライトには加圧水の衝突やキャビテーションによる衝撃力がかからない。このため、比較例で得られた測定用試料の粒度分布は、比較例の装置に供給されたバーミキュライトの粒度分布と略同じである。したがって、比較例で測定された粒度分布を、実施例の解砕実験前のバーミキュライトの粒度分布と略同じであるとみなすことができる。

＜粒度分布の比較＞
図１１Ａおよび図１１Ｂは、それぞれ、実施例および比較例の測定用試料を示す写真である。これらの写真から、実施例の解砕実験後のバーミキュライトの粒径が、比較例のバーミキュライトの粒径よりも明らかに小さくなっていることが確認される。

続いて、目視での確認が困難な小さい粒径範囲における粒度分布を比較するために、実施例および比較例の測定用試料の粒度分布測定を行った。ここでは、実施例および比較例のそれぞれの測定用試料を分級して、粒径０．２１２ｍｍ以上の粒子群を取り除いた後、レーザー回折法により、残った粒子群の粒度分布を測定した。

図１１Ｃは、実施例および比較例において、レーザー回折法によって得られた粒径加積曲線を示す図である。図１１Ｃに示す結果では、実施例では、比較例よりも０．０２ｍｍ～０．０４ｍｍまでの粒子径を有する粒子の比率が高くなっている。このことから、実施例では、バーミキュライトの粒子の一部（例えば０．２ｍｍ以上の粒径を有する粒子）が、例えば０．０２ｍｍ近傍の粒径まで解砕されたと考えられる。

このように、図１１Ａ～図１１Ｃに示す結果から、本実施形態の土壌処理装置１ａが、バーミキュライト等の鉱物の粒子に対して十分な解砕能力を有することが確認される。なお、ここでは、被処理物としてバーミキュライトを用いたが、バーミキュライトと他の土粒子とが混合された土壌を用いても、一定の解砕能力を示すと考えられる。

（その他の変形例）
本発明の土壌処理装置および土壌処理方法は、図１～図９に例示した装置、方法に限定されない。

図１、図４、図８Ａおよび図８Ｂでは、スラリー供給部４はホッパ４１を備えるが、ホッパを備えていなくてもよい。例えば、予め混合されたスラリーが配管によって搬送され、この配管が処理部の流路に接続されていてもよい。また、図４に示す例では、土壌および液体がホッパに別々に供給されるが、予め混合されたスラリーがホッパに供給されてもよい。

また、第１、２実施形態の土壌処理装置を複数台用いて土壌の処理を行うことも可能である。この場合には、複数の土壌処理装置から排出される混合物が、共通の分級部または共通の分級装置に送られるように構成されていてもよい。例えば、複数の土壌処理装置の流路が合流して、共通の分級部に送られるように構成されていてもよい。

図１～図９に例示した構成を有する装置および方法は、放射性物質を含む土壌に広く適用され得る。例えば有機成分を含む土壌にも適用可能である。また、放射性物質を含む土壌に限らず、油などの不純物を含む土壌の浄化、土壌の除菌などにも適用可能である。さらに、被処理物として、土壌に限らず、様々な粉粒体を用いることができる。本装置または方法を適用することで、キャビテーションを利用して、スラリーに含まれる粒子同士の分離、粒子の分散、粒子と不純物との分離、粒子の粉砕などを効率よく行うことができる。

図４および図８Ａ、図８Ｂを参照しながら前述したスラリー供給装置（スラリー供給部）は、種々の処理装置に適用され得る。上記スラリー供給装置は、スラリーと加圧液体との流速差によって発生したキャビテーション（図２Ａ、図２Ｂ参照）を利用して、土壌に含まれる土粒子（鉱物の粒子を含む）を他の粒子や付着物から分離するための装置に広く適用され得る。上記スラリー供給装置を適用することで、スラリーにおける固液比を小さくすることができるので、土粒子の分離をより効率よく行うことが可能になる。また、スラリーに含まれる液体量を減らすことができるので、処理後に液体の浄化にかかるコストを低減することができる。さらに、スラリー化の際に攪拌などの操作が不要となるため、放射性物質が飛散しにいというメリットがある。上記スラリー供給装置は、また、上記実施形態で説明した方法以外の方法で土粒子を放射性物質から分離するための装置にも適用され得る。

上記スラリー供給装置は、土粒子を油などの不純物から分離する浄化装置、土粒子の除菌を行うための装置などにも適用され得る。さらに、土壌以外の粉粒体の分散、混合、粉砕、研磨などを行う装置にも適用され得る。これにより、土壌や粉粒体に混合させる液体の量を低減することができる等の上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。また、例示した様々な実施形態（変形例を含む）のうちの任意の実施形態の構成を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本明細書は、以下の項目に記載の土壌処理方法を開示している。
［項目１］
放射性物質が吸着された鉱物の粒子を含む土壌を処理する方法であって、
前記土壌に液体を混合したスラリーに対して、加圧液体を出射し、前記加圧液体と前記スラリーとの界面に流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させることを含み、
前記キャビテーションによって発生する気泡が崩壊するときの衝撃力によって、前記鉱物の粒子が他の粒子から分離される、土壌処理方法。
［項目２］
前記土壌は、前記鉱物の粒子よりも粒径の大きい土粒子をさらに含み、
前記衝撃力によって、前記土粒子に付着した又は内包された前記鉱物の粒子が、当該土粒子から分離される、項目１に記載の土壌処理方法。
［項目３］
前記衝撃力によって、前記土粒子から分離された前記鉱物の粒子が砕かれて、前記鉱物の粒子よりも粒径の小さい粒子になる、項目２に記載の土壌処理方法。
［項目４］
前記衝撃力によって、前記鉱物の粒子よりも粒径の小さい粒子になる、項目１に記載の土壌処理方法。
［項目５］
前記放射性物質は放射性セシウムであり、前記鉱物は雲母である、項目１から４のいずれか１つに記載の土壌処理方法。
［項目６］
処理される前記土壌の乾燥重量に対する、前記液体および前記加圧液体を含む使用液体の重量の比は、５以上１５以下である、項目１から５のいずれか１つに記載の土壌処理方法。
［項目７］
前記土粒子の粒径は、０．０７５ｍｍ以上であり、前記鉱物の粒子の粒径は、０．０７５ｍｍ未満である、項目２または３に記載の土壌処理方法。
［項目８］
前記キャビテーションを発生させた後、前記スラリーと前記加圧液体とが混合された混合物を、前記土粒子を含む大径粒子群と、前記鉱物の粒子を含む小径粒子群と、に分級することをさらに含む、項目２または３に記載の土壌処理方法。
［項目９］
前記キャビテーションを発生させた後、前記スラリーと前記加圧液体とが混合された混合物を、前記鉱物の粒子の粒径以上の粒径を有する粒子群と、前記鉱物の粒子よりも小さい粒径を有する粒子群と、に分級することをさらに含む、項目４に記載の土壌処理方法。
［項目１０］
前記キャビテーションを発生させることは、前記加圧液体が出射方向に前記スラリーとともに流れる間に、前記気泡の発生量が減少した後に増加するように前記流速差を制御することを含む、項目１から９のいずれか１つに記載の土壌処理方法。

本明細書は、以下の項目に記載の土壌処理装置を開示している。
［項目１］
放射性物質が吸着された鉱物の粒子を含む土壌に対して、前記鉱物の粒子を他の粒子から分離する処理を行う土壌処理装置であって、
流路を有する処理部と、
前記流路の上流側から下流側に向かって加圧液体を出射する出射部と、
前記出射部よりも前記流路の下流側に接続され、前記出射部により出射された前記加圧液体に向けて、前記土壌に液体を混合したスラリーを供給する供給部と、を備え、
前記出射部と前記供給部とは、前記加圧液体と前記スラリーとの界面に流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させるように構成されている、土壌処理装置。
［項目２］
前記土壌は、前記鉱物の粒子と前記鉱物の粒子よりも粒径の大きい土粒子とが混合した土壌であり、
前記出射部と前記供給部とは、前記キャビテーションによって発生する気泡が崩壊するときの衝撃力によって、前記土粒子に付着した又は内包された前記鉱物の粒子を当該土粒子から分離するように構成されている、項目１に記載の土壌処理装置。
［項目３］
前記出射部と前記供給部とは、前記衝撃力によって、前記土粒子から分離された前記鉱物の粒子を砕いて、前記鉱物の粒子よりも粒径の小さい粒子にするように構成されている、項目２に記載の土壌処理装置。
［項目４］
前記出射部と前記供給部とは、前記キャビテーションによって発生する気泡が崩壊するときの衝撃力によって、前記鉱物の粒子を砕いて、前記鉱物の粒子よりも粒径の小さい粒子にする処理を含む、項目１に記載の土壌処理装置。
［項目５］
前記流路は、前記供給部が接続された位置よりも下流側に、前記流路の延在方向に直交する断面積を拡大する拡大部を含み、
前記出射部と前記供給部とは、前記拡大部の下流側では、前記拡大部の上流側よりも前記流速差が大きくなり、前記キャビテーションによって発生する気泡の量が増加するように構成されている、項目１から４のいずれか１つに記載の土壌処理装置。
［項目６］
前記供給部は、
上方開口部から下方開口部に向かって内径が小さくなるテーパ形状を有するホッパと、
前記上方開口部から前記ホッパの内壁に向けて前記土壌を供給する土壌供給部と、
前記上方開口部から前記ホッパの前記内壁に向けて前記液体を供給する液体供給部と、を備え、
前記土壌供給部と前記液体供給部とは、前記液体と前記土壌とが、前記ホッパの前記内壁上で混合されて前記スラリーとなり、前記下方開口部から前記流路に供給されるように構成されている、項目１から５のいずれか１つに記載の土壌処理装置。
［項目７］
前記流路の下流側に流体接続され、前記加圧液体と前記スラリーとが混合された混合物を、前記土粒子を含む大径粒子群と、前記鉱物の粒子を含む小径粒子群と、に分級する分級部をさらに備える、項目２または３に記載の土壌処理装置。
［項目８］
前記流路の下流側に流体接続され、前記加圧液体と前記スラリーとが混合された混合物を、前記鉱物の粒子以上の粒径を有する粒子群と、前記鉱物の粒子未満の粒径を有する粒子群と、に分級する分級部をさらに備える、項目４に記載の土壌処理装置。
［項目９］
前記放射性物質は放射性セシウムであり、前記鉱物は雲母である、項目１から８のいずれか１つに記載の土壌処理装置。

本明細書は、また、以下の項目に記載の土壌処理装置を開示している。
［項目１］
放射性物質が吸着された鉱物の粒子を含む土壌に対して、前記鉱物の粒子を他の粒子から分離する処理を行う土壌処理装置であって、
流路を有する処理部と、
前記流路の上流側から下流側に向かって、加圧液体を出射する出射部と、を備え、
前記出射部は、前記流路内において、前記土壌に液体を混合させたスラリーに対して前記加圧液体を出射し、前記加圧液体と前記スラリーとの界面に流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させるように構成されており、
前記流路は、
第１部分と、
前記第１部分よりも下流側に位置し、前記流路の延在方向に直交する断面積が前記第１部分よりも小さい第２部分と、
前記第２部分よりも下流側に位置し、前記断面積が前記第２部分よりも大きい第３部分と、を含むように構成されている、土壌処理装置。
［項目２］
前記流路は、前記第３部分において、前記キャビテーションによって発生する気泡の量が前記第２部分よりも多くなるように構成されている、項目１に記載の土壌処理装置。
［項目３］
前記第１部分に接続され、前記スラリーを供給する供給部をさらに備え、
前記第３部分の長さは、前記流路における、前記供給部が接続された位置から前記第３部分の上流端までの長さよりも大きい、項目１または２に記載の土壌処理装置。
［項目４］
前記出射部は、前記加圧液体を出射する出射口を有するノズル部と、前記ノズル部の上流側に位置し、前記ノズル部に接続された配管と、を備え、前記ノズル部は、前記出射口から前記配管側に向かって断面積が大きくなるように構成され、
前記第２部分の前記断面積は、前記出射部の配管の断面積よりも大きい、項目１から３のいずれか１つに記載の土壌処理装置。
［項目５］
前記流路は、
前記第３部分側に位置し、前記断面積が前記第３部分よりも小さい第４部分と、
前記第４部分よりも下流側に位置し、前記断面積が前記第４部分よりも大きい第５部分と、をさらに含むように構成されている、項目１または２に記載の土壌処理装置。
［項目６］
前記流路は、前記第１部分と前記第２部分との間に、前記第１部分から前記第２部分に向かうにつれて断面積が減少するテーパ部をさらに含む、項目１から５のいずれか１つに記載の土壌処理装置。

本明細書は、以下の項目に記載のスラリー供給装置を開示している。
［項目１］
土壌に液体を混合したスラリーを供給するスラリー供給装置であって、
上方開口部から下方開口部に向かって内径が小さくなるテーパ形状を有するホッパと、
前記上方開口部から前記ホッパの内壁に向けて前記土壌を供給する土壌供給部と、
前記上方開口部から前記内壁に向けて前記液体を供給する液体供給部と、を備え、
前記土壌供給部と前記液体供給部とは、前記液体と前記土壌とが、前記内壁上で混合されて前記スラリーとなり、前記下方開口部から流出するように構成されている、スラリー供給装置。
［項目２］
前記土壌供給部および前記液体供給部は、前記液体および前記土壌が、前記内壁上を、旋回しながら下方に向かって流れる間に混合されて前記スラリーとなるように構成されている、項目１に記載のスラリー供給装置。
［項目３］
前記液体供給部は、
前記上方開口部の周縁の少なくとも一部に沿って延在し、前記液体を搬送する液体ラインと、
前記液体ラインに互いに間隔をあけて配置され、前記液体を前記ホッパに供給する複数の液体供給口と、を備えるように構成されている、項目１または２に記載のスラリー供給装置。
［項目４］
前記複数の液体供給口は第１液体供給口を含み、
前記第１液体供給口には、前記第１液体供給口から下方に延在するノズルが設けられ、
前記ホッパの高さ方向に沿って見た平面視において、前記ノズルの延在方向は、前記第１液体供給口から前記下方開口部の中心に向かう方向に対して傾斜している、項目３に記載のスラリー供給装置。
［項目５］
前記土壌供給部は、前記ホッパの高さ方向に沿って見た平面視において、前記下方開口部の中心からずれた投入位置から前記土壌を前記内壁に向けて投入するように構成されている、項目１から４のいずれか１つに記載のスラリー供給装置。
［項目６］
前記土壌供給部は、前記平面視において、前記上方開口部の外側から前記投入位置まで前記土壌を搬送し、前記投入位置で前記土壌を前記上方開口部に落下させる搬送装置を備える、項目５に記載のスラリー供給装置。
［項目７］
前記投入位置は、前記平面視において、前記下方開口部の中心よりも、前記搬送装置の搬送方向の下流側にある、項目６に記載のスラリー供給装置。
［項目８］
前記土壌は、放射性物質を含有する土壌である、項目１から７のいずれか１つに記載のスラリー供給装置。
［項目９］
土壌に含まれる土粒子を他の粒子または付着物から分離する処理を行う土壌処理装置であって、
項目１から８のいずれか１つに記載のスラリー供給装置を備える供給部と、
前記供給部から前記土壌を含むスラリーが供給される流路と、
前記流路の上流側から下流側に向かって加圧液体を出射する出射部と、を備え、
前記出射部と前記供給部とは、前記加圧液体と前記スラリーとの界面に流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させるように構成されている、土壌処理装置。

本発明に係る土壌処理方法は、放射性物質を土壌から取り除きやすくすることができるので、汚染土壌の除染、減容化に有用である。

１、１ａ 土壌処理装置
２ 出射部
３ 処理部
４ スラリー供給部
５ 液体供給部
６ 土壌供給部
７ 分級部
８ 制御部
１０ 土壌
１１ 礫粒子
１２ 砂粒子
１３ 鉱物の粒子
１５ 放射性物質含有鉱物粒子
２０ 加圧液体
２０ｓ 界面
２２ ノズル
２３ 高速ジェットポンプ
２４ 配管
３０ 流路
３１ 第１部分
３２ 第２部分
３３ 第３部分
３４ テーパ部
３５ フリンジ
３５ｃ 中央部分
３６ 拡大部
３７ 排出口
４０ スラリー
４１ ホッパ
４１ｓ 内壁
５０ 液体
５１ 液体ライン
５２ ノズル
５３ 水中ポンプ
６１ 土壌貯留槽
６２ 搬送装置
７０ 混合物
７２、７３ 篩
８０ 空間
８１ 気泡
８２ 渦
３２０ 第４部分
３３０ 第５部分
３５１ 左側部分
３５２ 右側部分
４１１ 上方開口部
４１２ 下方開口部
５１１ 環状部
５１２ 液体供給口
６２１ ベルト
６２２ 調整部材
Ｃ 中心
ｄ 方向
Ｐ スラリー供給位置
Ｑ 投入位置
Ｒｃ キャビテーション発生領域

Claims (10)

1. 放射性物質が吸着された鉱物の粒子を含む土壌を処理する方法であって、
   前記土壌の処理を行う流路の上流側から下流側に向かって加圧液体を出射し、前記流路内において、出射された前記加圧液体に向けて、前記土壌に液体を混合した、ゼータ電位を低下させる分散剤が添加されていないスラリーを供給し、前記加圧液体と前記スラリーとの界面に流速差を生じさせることによってキャビテーションを発生させることを含み、
   前記キャビテーションによって発生する気泡が崩壊するときの衝撃力によって、前記鉱物の粒子が他の粒子から分離される、土壌処理方法。
2. 前記土壌は、前記鉱物の粒子よりも粒径の大きい土粒子をさらに含み、
   前記衝撃力によって、前記土粒子に付着した又は内包された前記鉱物の粒子が、当該土粒子から分離される、請求項１に記載の土壌処理方法。
3. 前記衝撃力によって、前記土粒子から分離された前記鉱物の粒子が砕かれて、前記鉱物の粒子よりも粒径の小さい粒子になる、請求項２に記載の土壌処理方法。
4. 前記衝撃力によって、前記鉱物の粒子が砕かれて、当該鉱物の粒子よりも粒径の小さい粒子になる、請求項１に記載の土壌処理方法。
5. 前記放射性物質は放射性セシウムであり、前記鉱物は雲母である、請求項１または２に記載の土壌処理方法。
6. 処理される前記土壌の乾燥重量に対する、前記液体および前記加圧液体を含む使用液体の重量の比は、５以上１５以下である、請求項１または２に記載の土壌処理方法。
7. 前記土粒子の粒径は、０．０７５ｍｍ以上であり、前記鉱物の粒子の粒径は、０．０７５ｍｍ未満である、請求項２または３に記載の土壌処理方法。
8. 前記キャビテーションを発生させた後、前記スラリーと前記加圧液体とが混合された混合物を、前記流路の下流側から分級部に移送し、前記分級部において、前記土粒子を含む大径粒子群と、前記鉱物の粒子を含む小径粒子群と、に分級することをさらに含む、請求項２または３に記載の土壌処理方法。
9. 前記キャビテーションを発生させた後、前記スラリーと前記加圧液体とが混合された混合物を、前記流路の下流側から分級部に移送し、前記分級部において、前記鉱物の粒子の粒径以上の粒径を有する粒子群と、前記鉱物の粒子よりも小さい粒径を有する粒子群と、に分級することをさらに含む、請求項４に記載の土壌処理方法。
10. 前記キャビテーションを発生させることは、前記加圧液体が出射方向に前記スラリーとともに流れる間に、前記気泡の発生量が減少した後に増加するように前記流速差を制御することを含む、請求項１または２に記載の土壌処理方法。

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