CN104428843B - 放射性铯的去除装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种从含有放射性铯的废弃物以较低能量且确实地将放射性铯去除的装置。放射性铯的去除装置1，其具备：旋转窑41，其具备燃烧器41b和无机物投入口41a，并将有机物O3与无机物S4共同烧成，所述燃烧器将经放射性铯污染的有机物O3自窑前供给，所述无机物投入口将经放射性铯污染的无机物S4从窑后供给；和回收装置(冷却塔51、旋风分离器52、袋滤器53)，其将在旋转窑中挥发的铯回收。可具备在将经放射性铯污染的有机物投入旋转窑之前，将有机物O1干燥粉碎的干燥粉碎装置(干燥机21、粉碎机22)。此外，可具备将无机物S1改质干燥粉碎的改质干燥粉碎装置(改质机31、干燥机32、粉碎机33)。可在将有机物O3与无机物S4共同烧成时，向旋转窑中添加作为反应促进剂A的钙源。

Description

放射性铯的去除装置
技术领域
本发明涉及一种从含有放射性铯的废弃物、特别是下水道处理污泥、枝叶等有机废弃物将放射性铯去除的装置。
背景技术
关于从含有放射性铯等放射性物质的废弃物对放射性物质进行去污的手段及装置，以往提出了各种提案。例如，在专利文献1中揭示有，将以硝酸盐形态存在的因核分裂而产生的放射性废弃物，在外部具备围绕的通电线圈且具有狭缝的冷却容器内利用电磁感应加热来溶解，使铯等长寿命的核体挥发，并分离/回收方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-157897号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，因这次核能发电厂的事故在日本所产生的待解决的课题并非是如上述专利文献1所记载那样的、因在核能相关设施内正常运转所生成的废弃物的去污，而是对排放至外界，被土壤、下水道污泥、震灾废木材等所摄入的放射性物质进行去污处理。尤其是因预测这样的放射性废弃物达到庞大的量，因此重要的不是简单的去污手段的提案，而是如何提供一种能将放射性物质大量且高效地挥发去除并回收、降低其成本的手段。
因此，本发明是有鉴于上述解决课题而完成，其目的在于提供一种装置，其从含有放射性铯的废弃物以较低的能量且确实地将放射性铯去除。
用于解决课题的方案
为了达成上述目的，本发明是一种放射性铯的去除装置，其特征在于，具备：旋转窑，其具备有机物供给手段与无机物供给手段，并将所述有机物与所述无机物共同烧成，所述有机物供给手段将经放射性铯污染的有机物从窑前供给，所述无机物供给手段将经放射性铯污染的无机物从窑后供给；和回收装置，其将在该旋转窑中挥发的铯回收。
而且，依据本发明，通过从窑前供给经放射性铯污染的有机物，可作为燃料的一部分进行代替，因此能减低燃料成本。此外，由于可在旋转窑内的高温下处理经放射性铯污染的有机物及无机物，故可确实地将放射性铯挥发去除。
进一步，由于从窑前供给有机物并使其通过旋转窑的高温部同时使其燃烧，所以铯确实地气化，通过气流搬运至窑后而被去除。又，未燃碳、一氧化碳等的产生受到抑制，也可分解从下水道污泥等所生成的臭气成分，作为其结果，可省略用于排气处理的附加装置。此外，由于从窑后供给无机物，所以将有机物燃烧造成的显热有效地利用，可高效率地进行烧成。
在此，所谓经放射性铯污染的有机物是指下水道污泥、下水道污泥干粉/碳化物、净水污泥、建设污泥、修剪枝叶/除草干燥物、震灾废木材、湖沼等的水域底质中的草木等，所谓经放射性铯污染的无机物，是指下水道淤渣、土壤、都市垃圾焚烧灰、各种污泥焚烧灰、瓦砾、湖沼等的水域底质等。
在上述放射性铯的去除装置中，也可进一步具备在将所述经放射性铯污染的有机物投入所述旋转窑之前，将该有机物干燥粉碎的干燥粉碎装置。由此，可将热损失大而得不到利用的下水道污泥等作为替代燃料来利用，且还可确实地处理它们中包含的放射性铯。
在上述放射性铯的去除装置中，也可具备在将所述经放射性铯污染的无机物投入所述旋转窑之前，将该无机物改质的改质机，还可进一步具备将其干燥粉碎的干燥粉碎机。通过改质，可改善含水无机物附著于贮存槽、输送机等的处理性的缺点，且使对配置于后段的干燥机等的输送等变得容易。此外，通过使其干燥，不再需要在旋转窑内无机物中的水分蒸发所要消耗的热量，因此可使燃料的使用量减低。此外，与此相伴，从旋转窑排出的排气量减少，因此可使冷却塔、旋风分离器、集尘机、脱硝塔等排气处理装置紧密化，还可抑制设备成本。进一步，通过粉碎，由于可将无机物的放射性铯浓度等的品质均一化，因此可在旋转窑中将放射性铯安定且确实地处理。
在上述放射性铯的去除装置中，所述回收装置可设为冷却塔与集尘机；该冷却塔冷却所述旋转窑的排气；该集尘机回收该冷却塔的排气中的灰尘。
在上述放射性铯的去除装置中，在所述集尘机的前段可具备将所述冷却塔的排气中的粗粉灰尘分离的分级机，且可将该分级机所分离的粗粉灰尘送回所述旋转窑。由此，仅将含有较多放射性铯的微粉灰尘集尘，从而可较有效率地回收放射性铯。
在上述放射性铯的去除装置中，在将所述经放射性铯污染的有机物与所述经放射性铯污染的无机物共同烧成时，可在所述旋转窑中添加钙源。由此，提高被烧成物的碱度，可抑制烧成过程中液相的产生，而能高效率地使放射性铯挥发。
在上述放射性铯的去除装置中，还可具备分级机，用于将在所述旋转窑中在放射性铯挥发去除后生成的去污生成物分级；和不溶化材添加混和机，用于进一步对此添加混和不溶化材。由此，可将去污生成物调整为适合于水泥混合材及土木工程物料等的粒度，此外，可防止重金属等从去污生成物溶出，因此能有效地活用去污生成物。
发明效果
如上所述，依据本发明可提供一种装置，其从含有放射性铯的废弃物以较低的能量且确实地将放射性铯去除。
附图说明
图1是表示本发明的放射性铯的去除装置的一个实施方式的整体结构图。
具体实施方式
接着，关于用于实施本发明的方式，一边参照图1一边详细地说明。此外，在以下的说明中，是举下述情况作为例子来说明：通过本发明的放射性铯的去除装置，从含有放射性铯的有机物及无机物将放射性铯去除，同时自去污后的上述有机物及无机物制造可利用于水泥混合材及土木工程物料等的去污生成物。在此，所谓放射性铯是指作为铯的放射性同位素的铯134及铯137。
图1表示本发明的放射性铯的去除装置的一个实施方式，该去除装置1大致区分的话是由下述所构成：有机物干燥粉碎装置2、无机物改质干燥粉碎装置3、烧成装置4、去污系排气处理装置5与去污生成物分级装置6。
有机物干燥粉碎装置2配置于烧成装置4的前段，且是为了下述目的而具备：将已接收的含放射性铯的有机物(以下仅称为“有机物”)O1干燥、粉碎，且是由干燥机21与粉碎机22所构成。
干燥机21是为了下述目的而具备：在已接收的有机物O1含水率高时，从热效率的观点出发，使有机物O1干燥。粉碎机22配置于干燥机21的后段，且是为了下述目的而具备：将经干燥机21干燥的有机物O2粉碎成对于从旋转窑41的窑前的燃烧器41b吹入来说的适当大小。在此，所谓被送入有机物干燥粉碎装置2的有机物O1是指如上所述，含有放射性铯的下水道污泥、采伐材、除草、稻草等，含水率、形状等性状也多样。因此，在不需要改善性状等的情况，也可省略干燥机21及粉碎机22的任一者或两者。此外，也可设置同时具备干燥及粉碎机能的干燥粉碎装置。
无机物改质干燥粉碎装置3配置于烧成装置4的前段，且是为了下述目的而具备：将已接收的含放射性铯的无机物(以下仅称为“无机物”)S1改质、干燥、粉碎，且是由改质机31、干燥机32与粉碎机33所构成。
改质机31是为了下述目的而具备：在已接收的无机物S1附著于贮存槽、输送机等的处理性差的情况中，对无机物S1添加改质材T而将其改质。由此，对配置于后段的干燥机32等的输送等变得容易。作为改质材T，可使用生石灰、熟石灰、碳酸钙、水泥(セメント)等，可单独使用这些的群中所包含的1种，或将2种以上组合使用。其中，从改质效果及费用观点来看优选生石灰。
干燥机32配置于改质机31的后段，且是为了下述目的而具备：在改质后的无机物S2的含水率高时，从旋转窑41中的投入热量低减的观点出发，使无机物S2干燥。
粉碎机33配置于干燥机32的后段，且是为了下述目的而具备：粉碎成对于使干燥机32所干燥的无机物S3的放射性铯浓度等的品质均一化来说适当的大小。
在此，所谓被送入无机物改质干燥粉碎装置3的无机物S1是指如上所述，含有放射性铯的淤渣、土壤、各种焚烧灰、瓦砾、湖沼等的水域底质等，含水率、形状等性状也多样。因此，在不需要改善性状等的情况，也可省略改质机31及干燥机32以及粉碎机33的任一者或全部。此外，也可设置同时具备改质及干燥以及粉碎中的任意两者以上的机能的装置。
烧成装置4是用于将经有机物干燥粉碎装置2干燥、粉碎的有机物O3等烧成而具备，且由旋转窑41与熟料冷却器(クリンカクーラ)42所构成。
旋转窑41在窑后具备用于对窑内部供给无机物S4的投入口41a，该无机物S4经无机物改质干燥粉碎装置3改质、干燥、粉碎；在窑前具备燃烧器41b，其将微粉碳等化石燃料F1与上述有机物O3朝旋转窑41内喷出而烧成供给物。
熟料冷却器42是为了下述目的而具备：将自旋转窑41所排出的烧成物通过导入的冷却空气(大气)来冷却而获得去污生成物P1。来自该熟料冷却器42的高温的排气H被供给至有机物的干燥机21及无机物的干燥机32，而可利用于有机物O1及无机物S2的干燥。
去污系排气处理装置5配置于烧成装置4的后段，且由下述所构成：冷却塔51，将从旋转窑41所排出的排气G1冷却；旋风分离器52，将冷却塔51的排气G2所包含的粗粉灰尘C回收；袋滤器53，将旋风分离器52的排气G3所包含的微粉灰尘F集尘；与脱硝塔54，进行袋滤器53的排气G4的脱硝。
冷却塔51是为了下述目的而具备：将旋转窑41的排气G1冷却，将从有机物O3及无机物S4所挥发的放射性铯等以固体状形式回收。排气G1的冷却通过自设置于冷却塔51下端部的洒水装置51a将水喷雾来进行。此外，该洒水装置51a只要具备能使已挥发的铯以固体状的形式附著于排气G1所包含的灰尘来回收程度的机能即可，洒水装置51a的设置位置并不限于冷却塔51的下端部。进一步，也可不是利用水的冷却，而是通过将冷却空气导入冷却塔内来进行冷却；利用水来冷却，利用空气来冷却可各自单独使用，也可将两者并用。
旋风分离器52是为了下述目的而具备：将含有如上所述而经浓缩的铯盐等的粗粉灰尘C回收，经回收的粗粉灰尘C与无机物S4一起从投入口41a投入旋转窑41。代替旋风分离器52，也可使用其他形式的分级机。
袋滤器53是为了下述目的而具备：将旋风分离器52的排气G3所含有的吸附有铯盐、酸性气体的微粉灰尘F回收。代替袋滤器53，也可使用其他形式的集尘机。此外，也可将袋滤器配置成2台串联，以前段的袋滤器将吸附有铯盐的微粉灰尘F回收，在后段的袋滤器中添加用于去除酸性气体的排气处理剂，回收吸附有酸性气体等的灰尘。
脱硝塔54是为了下述目的而具备：使用催化剂等将通过袋滤器53的燃烧排气G4中的NOx分解而去除。该脱硝塔54例如构成蜂窝状，即使在处理大量的燃烧排气时，也可构成为较小型的样式。此外，不仅分解去除NOx，其也可附加有将SOx吸附去除的脱硫机能。
去污生成物分级装置6配置于烧成装置4的后段，是为了下述目的而具备：将可以土木工程物料等的形式利用的熟料(去污生成物)P1分级，并进一步对其添加混合不溶化材Q，且由分级机61与不溶化材添加混合机62构成。
分级机61是为了下述目的而具备：将去污生成物P1调整成适合于水泥混合材及土木工程物料等(以下仅称为“土木工程物料等”)P3的粒度。在此，去污生成物P1的粒度根据烧成装置4的烧成温度、滞留时间等烧成条件而不同。在去污生成物P1的粒度即便不经分级也呈适合于土木工程物料等P3的粒度时可省略其。此外，在仅通过分级无法成为适合于土木工程物料等P3的粒度的情况，也可在分级机61的前段配置粉碎机，此外，也可组合多个分级机与粉碎机来配置。
不溶化材添加混合机62配置于分级机61的后段，且是为了下述目的而具备：在从经分级的去污生成物P2有重金属、六价铬、氟等的溶出的情况，从防止其发生的观点出发，在去污生成物P2中添加混合不溶化材Q。作为不溶化材Q使用从还原剂及吸附剂所构成的群中选出的至少1种以上。作为还原剂是可举例例如亚硫酸钠等的亚硫酸盐、硫酸铁(Ⅱ)、氯化铁(Ⅱ)等的铁(Ⅱ)盐、硫代硫酸钠、铁粉等。作为吸附剂可举例例如含有如下物质的化合物等：沸石、黏土矿物、Mg-Al系、Mg-Fe系等的如水滑石化合物那样的层状双氢氧化物、Ca-Al系氢氧化物、钙矾石(エトリンガイド)、单硫酸盐等的Ca-Al系化合物、氧化铁(赤铁矿)、氧化铋等的含水氧化物、氢氧化镁、轻烧镁、烧成白云石、氧化镁等镁化合物、硫化铁、铁粉、施氏矿物(シュベルマナイト)、FeOOH等铁化合物、氧化硅、氧化铝、氧化铁等的1种或2种以上的混合物或烧成物、铈、及稀土类元素。这些还原剂及吸附剂可单独使用1种，也可将2种以上组合使用。在此，来自去污生成物P2的重金属等的溶出量根据被供给至烧成装置4的有机物O3、无机物S4所含有的重金属等的含有量、形态而不同。因此，重金属等的溶出量在低于土木工程物料等的基准时，也可将其省略。
接着，关于具有上述结构的放射性铯的去除装置1的操作，参照图1并同时进行说明。
将已接收的有机物O1投入干燥机21干燥之后，将经干燥的有机物O2投入粉碎机22，粉碎成所希望的尺寸。
另一方面，对已接收的无机物S1添加改质材T并用改质机31改质后，向干燥机32投入经改质的无机物S2使其干燥，进而向粉碎机33投入经干燥的无机物S3，粉碎成所希望的尺寸。
将经干燥粉碎的有机物O3及化石燃料F1从燃烧器41b吹入旋转窑41内并使其燃烧，并且将经改质干燥粉碎的无机物S4及作为反应促进剂A的钙源从投入口41a投入而烧成。通过供给反应促进剂A，可提高被烧成物的碱度，并抑制烧成过程的液相的产生，可使有机物O3及无机物S4所含有的放射性铯有效地挥发。
作为钙源可使用碳酸钙、生石灰、熟石灰、石灰石、白云石、高炉炉渣等，可单独使用这些的群中所包含1种，或将2种以上组合使用。其中，碳酸钙由于可通过旋转窑41内的显热而脱碳酸，容易地分解成氧化钙(CaO)与二氧化碳(CO2)，因此优选。
无机物S4及有机物O3所含有的放射性铯在旋转窑41内挥发，在包含于排气G1的状态下被导入冷却塔51。
在冷却塔51中，排气G1通过从洒水装置51a所喷雾出的水(或者是被导入冷却塔内的冷却空气，或这些的混合物)被急剧地冷却，排气G1所含有的铯成为固体状的铯盐而附著于灰尘上。
接着，将含有铯盐的来自冷却塔51的排气G2导入旋风分离器52，将排气G2所含有的粗粉灰尘C回收。已回收的粗粉灰尘C是被送回旋转窑41。在该粗粉灰尘C中虽含有铯盐，但因含有率较低，故送回旋转窑41使铯再度挥发并进行回收。
将旋风分离器52的排气G3导入袋滤器53，回收以高比率含有铯盐的微粉灰尘F。已回收的微粉灰尘F是视需要通过水洗、吸附、压缩等，进一步进行体积减小(減容化)处置后，密闭保管于混凝土制容器中，并运送至中间贮藏设施、最终处置场所。此外，排气G3所含有的吸附了酸性气体等的灰尘也由袋滤器53进行回收。
将袋滤器53的排气G4导入脱硝塔54，将排气G4所含有的NOx分解去除，将经清洁化的脱硝塔54的排气G5从烟囱55放出至大气。
另一方面，被投入至旋转窑41的无机物S4在旋转窑41内利用从燃烧器41b被吹入的化石燃料F1及有机物O3的燃烧热被烧成，使放射性铯被挥发去除后，利用熟料冷却器42来冷却，生成可作为土木工程物料等来利用的熟料(去污生成物)P1。熟料冷却器42的高温的抽气气体H作为有机物的干燥机21、无机物的干燥机32的热源来利用。
去污生成物P1利用分级机61分级成可作为土木工程物料等进行利用的粒度，进而通过不溶化材添加混合机62在去污生成物P2中添加混合不溶化材Q。作为将去污生成物P2与不溶化材Q混合的方法，可列举：可将去污生成物P2与粉末状的不溶化材Q混合，将不溶化材Q事先与水混合，形成浆料或水溶液(以下也称为“浆料等”)，将去污生成物P2与浆料等混合、对去污生成物P2喷雾浆料等、或将去污生成物P2浸渍于浆料等的方法。
如上所述，依据本实施方式，可从含有放射性铯的有机物O1、无机物S1低成本且有效地去除放射性铯，并且将这些以燃料及原料形式来利用，并制造作为水泥混合材及土木工程物料等可利用的去污生成物P3。
另外，在上述实施方式中，虽是在袋滤器53之前段设置旋风分离器52将粗粉灰尘C分离再送回旋转窑41，但也可将冷却塔51的排气G2所含有的灰尘全部回收，对已回收的全部灰尘实施体积减小处置等后，运送至中间贮藏设施、最终处置场所。
此外，虽是将无机物S4及反应促进剂A从投入口41a混合而供给至旋转窑41内，但也可个别地投入。此外，关于其投入位置，只要对旋转窑41从窑后部投入即可，并不受限于投入口41a。此外，关于有机物O3，只要对旋转窑41内从窑前部供给即可，投入位置并不受限于燃烧器41b。
符号说明
1…放射性铯去除装置
2…有机物干燥粉碎装置
21…干燥机
22…粉碎机
3…无机物改质干燥粉碎装置
31…改质机
32…干燥机
33…粉碎机
4…烧成装置
41…旋转窑
41a…无机物投入口
41b…燃烧器
42…熟料冷却器
5…除污系排气处理装置
51…冷却塔
51a…洒水装置
52…旋风分离器
53…袋滤器
54…脱硝塔
55…烟囱
6…除污生成物分级装置
61…分级机
62…不溶化材添加混合机
A…反应促进剂(钙源)
B…改质材
C…粗粉灰尘
F…微粉灰尘
O1-O3…(含有放射性铯的)有机物
F1…化石燃料
G1-G5…排气
H…熟料冷却器的抽气气体
P1…熟料(除污生成物)
P2…除污生成物
P3…土木工程物料等(除污生成物)
Q…不溶化材
S1-S4…(含有放射性铯的)无机物
T…改质材

Claims (7)

1.一种放射性铯的去除装置，其特征在于，具备：
旋转窑，其具备有机物供给手段与无机物供给手段，并将所述有机物与所述无机物共同烧成，所述有机物供给手段将经放射性铯污染的有机物从窑前供给，所述无机物供给手段将经放射性铯污染的无机物从窑后供给，
回收装置，其将在该旋转窑中挥发的铯回收,和
干燥粉碎装置，其在将所述经放射性铯污染的有机物投入所述旋转窑之前，将该有机物干燥粉碎，
其中在旋转窑内从窑前向窑后气体流动，由从窑后排出的气体回收铯。
2.如权利要求1的放射性铯的去除装置，其特征在于，具备在将所述经放射性铯污染的无机物投入所述旋转窑之前，将该无机物改质的改质机。
3.如权利要求1的放射性铯的去除装置，其特征在于，具备在将所述经放射性铯污染的无机物投入所述旋转窑之前，将该无机物干燥粉碎的干燥粉碎机。
4.如权利要求1至3中任一项的放射性铯的去除装置，其特征在于，所述回收装置是将所述旋转窑的排气冷却的冷却塔，和回收该冷却塔的排气中的灰尘的集尘机。
5.如权利要求4的放射性铯的去除装置，其特征在于，在所述集尘机的前段具备将所述冷却塔的排气中的粗粉灰尘分离的分级机，且将该分级机所分离的粗粉灰尘送回所述旋转窑。
6.如权利要求1至3中任一项的放射性铯的去除装置，其特征在于，在将所述经放射性铯污染的有机物与所述经放射性铯污染的无机物共同烧成时，对所述旋转窑添加钙源。
7.如权利要求1至3中任一项的放射性铯的去除装置，其特征在于，其具备:分级机，用于将在所述旋转窑中在放射性铯挥发去除后生成的去污生成物分级；和不溶化材添加混合机，用于进一步对去污生成物添加混和不溶化材。
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