JP2005058962A - 有機廃棄物の処理装置および処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ポリ塩化ビフェニール、ポリ塩化ビニル、あるいは放射性物質等を含有する有機廃棄物を安全に連続的に分解処理することのできる有機廃棄物の処理装置および処理方法を提供する。
【解決手段】有機廃棄物１が導入され分解処理されて処理流体１１として取り出される反応容器３４を備え、前記反応容器は、前記有機廃棄物が導入され前記有機廃棄物を水の臨界点以上の温度に加熱する加熱ゾーン３と前記有機廃棄物を水の臨界点以上の温度に保持して分解させる反応ゾーン４と前記有機廃棄物の分解生成物を含む処理流体の温度を１００℃以下に冷却する冷却ゾーン５を有する耐食性の内部容器７と、前記内部容器を隙間を介して包囲する耐圧性の外部容器と、前記隙間と前記内部容器内を前記外部容器の外側で連通し前記隙間と前記内部容器内を実質的に等しい圧力にする連通管８とを備え、前記隙間に高圧の水もしくは過酸化水素水が充填される構成とする。
【選択図】図１
【解決手段】有機廃棄物１が導入され分解処理されて処理流体１１として取り出される反応容器３４を備え、前記反応容器は、前記有機廃棄物が導入され前記有機廃棄物を水の臨界点以上の温度に加熱する加熱ゾーン３と前記有機廃棄物を水の臨界点以上の温度に保持して分解させる反応ゾーン４と前記有機廃棄物の分解生成物を含む処理流体の温度を１００℃以下に冷却する冷却ゾーン５を有する耐食性の内部容器７と、前記内部容器を隙間を介して包囲する耐圧性の外部容器と、前記隙間と前記内部容器内を前記外部容器の外側で連通し前記隙間と前記内部容器内を実質的に等しい圧力にする連通管８とを備え、前記隙間に高圧の水もしくは過酸化水素水が充填される構成とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、ポリ塩化ビフェニール、ポリ塩化ビニルあるいは放射性物質等を含有する有機廃棄物を安全に連続的に分解処理する有機廃棄物の処理装置および処理方法に関する。
近年、地球環境問題に関連して、ポリ塩化ビフェニール（ＰＣＢ）などの有害物質、フロンなどの難分解性分質、ポリ塩化ビニルなどの樹脂、あるいは放射性物質を含む有機廃棄物の処理が大きな問題となっている。一般的に有機廃棄物は焼却処理されているが、こうした処理方法では、ダイオキシン、窒素酸化物などの有毒物質を発生したり、これら有毒物質を回収するために大規模な装置を必要とするなど問題が多い。
近年、有機物を分解する方法として、水の臨界点（温度３７４℃、圧力２２．１ＭＰａ）を超える高温高圧の水（超臨界水）を用いる方法が注目されている。超臨界状態とは、個々の化合物に固有の物理量である臨界温度と臨界圧力以上の温度と圧力下にある物質の状態をいい、この状態にある物質を超臨界流体と称する。
例えば、有機物と水と酸素含有流体を混合し、水の臨界点を超える超臨界状態で、有機物を酸化分解する方法が知られている（下記特許文献１参照）。超臨界水は、液体と気体の中間の性質をもち有機物や酸素と任意に混合するため、短時間で効率的に有機物を酸化分解できる。
これらの反応を実現するための反応容器の構造としては、ベッセル型反応容器がある（特許文献２参照）。ベッセル型反応容器では反応容器上部が超臨界条件、下部は液体の条件となり有機廃棄物と酸素は反応容器上部から投入し、有機物を分解して得られた二酸化炭素は反応容器上部から、無機物は下部から抜き出す構造となっている。この反応容器は超臨界水中での溶解度が低い無機物を下部の液体に回収できるなどの利点がある。
上記ベッセル型反応容器の上部は、超臨界水条件を維持するため、廃棄物や酸化剤をあらかじめ予熱する必要がある。そのため、高温高圧の反応容器に高温高圧の廃棄物や酸化剤を導入する導入孔が必要となる。導入孔は、反応容器に溶接もしくはねじ込みの構造とするため、廃棄物の温度が急激に低下するなどの現象がおきると、反応容器と廃棄物導入孔に温度差が生じ、その結果伸びの差が生じて隙間を生成し漏れの原因となる。そこで、反応容器は極力温度差が生じない構造や構成とすることが望まれる。
また、腐食性の物質を処理する装置として耐圧容器内に耐食性のある内部容器を設けたさまざまな反応容器がこれまでに提案されている。例えば、下記特許文献３では前述したベッセル型反応容器の内部に耐食性の容器を配置し、耐食性容器の内と外を高圧空気を用いて実質的に同じ圧力にしている。高圧の空気を用いた場合、運転中に耐圧容器にピンホールが形成されると、同圧を維持するために供給している空気が、系外に放出される。空気は、高圧から低圧に開放される場合には、非常に大きな体積膨張を起こすため、液体に比べて潜在的な危険が高い。
以上のことより、有機廃棄物を目標とする物質にまで完全に分解反応させる処理装置において、より安全性の高い装置の開発が望まれている。
特公平１−３８５３２号公報
特許第２７２６２９３号
特開平９−８５０７５号公報
本発明は、ポリ塩化ビフェニール、ポリ塩化ビニル、あるいは放射性物質等を含有する有機廃棄物を安全に連続的に分解処理することのできる有機廃棄物の処理装置および処理方法を提供することを目的とする。
請求項１の発明は、有機廃棄物が導入され分解処理されて処理流体として取り出される反応容器を備え、前記反応容器は、前記有機廃棄物が導入され前記有機廃棄物を水の臨界点以上の温度に加熱する加熱ゾーンと前記有機廃棄物を水の臨界点以上の温度に保持して分解させる反応ゾーンと前記有機廃棄物の分解生成物を含む処理流体の温度を１００℃以下に冷却する冷却ゾーンを有する耐食性の内部容器と、前記内部容器を隙間を介して包囲する耐圧性の外部容器と、前記隙間と前記内部容器内を前記外部容器の外側で連通し前記隙間と前記内部容器内を実質的に等しい圧力にする連通管とを備え、前記隙間に高圧の水もしくは過酸化水素水が充填される構成とする。
請求項２の発明は、前記連通管の途中に熱交換器が設けられている構成とする。
請求項３の発明は、前記内部容器はチタンまたはタンタルまたはチタン−パラジウム製であり、前記外部容器は低炭素鋼またはステンレス鋼またはニッケル合金製である構成とする。
請求項３の発明は、前記内部容器はチタンまたはタンタルまたはチタン−パラジウム製であり、前記外部容器は低炭素鋼またはステンレス鋼またはニッケル合金製である構成とする。
請求項４の発明は、前記反応ゾーンにおける前記内部容器の温度は、水の臨界点を超える温度以上５００℃以下である構成とする。
請求項５の発明は、前記内部容器および前記外部容器は、前記加熱ゾーンおよび前記反応ゾーンおよび前記冷却ゾーンの境界で容易に着脱可能である構成とする。
請求項５の発明は、前記内部容器および前記外部容器は、前記加熱ゾーンおよび前記反応ゾーンおよび前記冷却ゾーンの境界で容易に着脱可能である構成とする。
請求項６の発明は、前記内部容器の一端は前記外部容器に固定され、前記内部容器の他端は前記内部容器と前記外部容器の熱による伸びの違いを吸収する構造によって前記外部容器に結合されている構成とする。
請求項７の発明は、前記有機廃棄物を前記内部容器に導入する供給管を備え、前記供給管の一端は前記外部容器に固定され、前記供給管の他端は前記内部容器の反応ゾーンまで到達しており、有機廃棄物と水もしくは過酸化水素水が反応ゾーンで混合し反応する構成とする。
請求項８の発明は、前記内部容器から前記処理流体を抜き出す配管の周りに高温で強度のある材質の配管を設けて２重の配管構造とし、前記内部容器から処理流体を抜き出す配管は前記外部容器を貫通し、前記高温で強度のある材質の配管は前記外部容器に固定することにより、前記外部容器と前記内部容器の間の隙間と前記高温で強度のある材質の配管と前記処理流体を抜き出す配管との間の空間とが導通している構造とし、前記外部容器と前記内部容器の間の隙間の高圧流体が前記処理流体を抜き出す配管と前記高温で強度のある材質の配管との間に設けられたシール部でシールされている構成とする。
請求項９の発明は、前記内部容器の反応ゾーンは円筒型をなし、前記円筒型容器の長手方向に交互に設けられた内径の異なる円筒もしくは整流板を備えている構成とする。
請求項１０の発明は、前記反応容器に有機廃棄物を導入するライン、前記反応容器で処理した処理流体を抜き出すライン、および前記外部容器と前記内部容器を実質的に同じ圧力にする前記連通管に、それぞれ仕切り弁を設け、前記内部容器の圧力を前記外部容器の圧力に比べて高くし、前記内部容器と前記外部容器の圧力差を検出して、前記内部容器の漏れを検出するようにした構成とする。
請求項１０の発明は、前記反応容器に有機廃棄物を導入するライン、前記反応容器で処理した処理流体を抜き出すライン、および前記外部容器と前記内部容器を実質的に同じ圧力にする前記連通管に、それぞれ仕切り弁を設け、前記内部容器の圧力を前記外部容器の圧力に比べて高くし、前記内部容器と前記外部容器の圧力差を検出して、前記内部容器の漏れを検出するようにした構成とする。
請求項１１の発明は、前記内部容器と前記外部容器の間の隙間に充填されている水もしくは過酸化水素水の水素イオン濃度または導電率を測定し前記内部容器の漏れを検出するようにした構成とする。
請求項１２の発明は、前記反応容器に、有機廃棄物と水を投入するラインのほかに、空気または酸素またはオゾンからなる酸化剤を投入するラインを備えている構成とする。
請求項１３の発明は、前記反応容器は、水平に移動可能な滑車付の架台の上に設けられ、温度を上昇させたときに前記反応容器の熱伸びが許容される構造である構成とする。
請求項１３の発明は、前記反応容器は、水平に移動可能な滑車付の架台の上に設けられ、温度を上昇させたときに前記反応容器の熱伸びが許容される構造である構成とする。
請求項１４の発明は、前記反応容器と、前記有機廃棄物を保管するタンクと、前記有機廃棄物を前記反応容器内に導入するポンプと、前記過酸化水素水を保管するタンクと、前記過酸化水素水を前記反応容器内に導入するポンプと、前記処理流体の圧力を減圧する減圧弁と、前記処理流体を分解ガスと分解液に分離する気液分離器と、前記分解液を回収するタンクとを備え、前記反応容器と前記有機廃棄物を保管するタンクと前記有機廃棄物を前記反応容器内に導入するポンプと前記処理流体の圧力を減圧する減圧弁と前記処理流体を分解ガスと分解液に分離する気液分離器と前記分解液を回収するタンクは負圧に制御されたフードまたは箱の中に設けられている構成とする。
請求項１５の発明は、請求項１記載の有機廃棄物の処理装置によって放射性元素を分析するために使用される液体シンチレーションカウンターから発生する廃液を処理する構成とする。
請求項１６の発明は、請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物にあらかじめ水酸化ナトリウムを添加する構成とする。
請求項１７の発明は、請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物にあらかじめアンモニア、蟻酸などの還元剤を添加し、前記有機廃棄物中の硝酸イオンを窒素に変換する構成とする。
請求項１７の発明は、請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物にあらかじめアンモニア、蟻酸などの還元剤を添加し、前記有機廃棄物中の硝酸イオンを窒素に変換する構成とする。
請求項１８の発明は、請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物を処理した後気液分離し、分解ガスをアルカリ溶液に接触させ、テクネチウムまたはヨウ素を分解ガスから回収する構成とする。
請求項１９の発明は、請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物の分解液中の有機成分を、オゾンまたは過酸化水素または紫外線によって分解する構成とする。
請求項２０の発明は、請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物を処理した後気液分離し、分解液中の放射性核種をイオン交換法または沈殿法または抽出法によって分離する構成とする。
請求項２１の発明は、請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物を処理した後、分解液を濃縮し、最終廃棄物を安定な固化体にし、分解液を海洋放出する構成とする。
本発明によれば、ポリ塩化ビフェニール、ポリ塩化ビニル、あるいは放射性物質等を含有する有機廃棄物を安全に連続的に分解処理する有機廃棄物の処理装置および処理方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施例１〜１１を説明する。
図１，２，３を参照して本発明の第１の実施例を説明する。
図１に、本実施例の有機廃棄物の処理装置に備えられる反応容器の断面図を示す。すなわち、水の臨界点以上の雰囲気に保持した反応容器３４に廃棄物１および水もしくは過酸化水素水２を含む被処理流体を連続的に供給し連続的に抜き出す処理装置において、反応容器３４は外部容器６と内部容器７の二重容器とし、内部容器７と外部容器６とが外部容器６の外側に設けられた連通管８を介して連通され、内部容器７と外部容器６の圧力が実質的に等しい圧力としている。
図１に、本実施例の有機廃棄物の処理装置に備えられる反応容器の断面図を示す。すなわち、水の臨界点以上の雰囲気に保持した反応容器３４に廃棄物１および水もしくは過酸化水素水２を含む被処理流体を連続的に供給し連続的に抜き出す処理装置において、反応容器３４は外部容器６と内部容器７の二重容器とし、内部容器７と外部容器６とが外部容器６の外側に設けられた連通管８を介して連通され、内部容器７と外部容器６の圧力が実質的に等しい圧力としている。
内部容器７は、内部容器７内の流体を水の臨界点以上の温度条件に加熱する加熱ゾーン３、内部容器７内の流体を水の臨界点以上の温度条件に保持する反応ゾーン４、内部容器７内の温度を１００℃以下に冷却する冷却ゾーン５の３つのゾーンを有している。外部容器６の外側には、ヒータ９と冷却器１０が設置され、内部容器７と外部容器６の隙間に供給される水もしくは過酸化水素水２を介して、内部容器７の加熱ゾ−ン３と反応ゾーン４を加熱し、冷却ゾ−ン５を冷却している。
反応容器３４から排出される処理流体１１は、冷却ゾーン５で１００℃以下に冷却され容器外に排出される。内部容器７は処理する有機廃棄物の処理条件に応じて交換することが可能であり、また内部容器７を非耐圧容器とすることで、内部容器７の厚みを薄くすることができ、安価な装置とすることができる。
水もしくは過酸化水素水２は、内部容器７内部の反応ゾーン４近傍では水の臨界点以上の温度である。さらに、反応容器３４に導入される水もしくは過酸化水素水２は、外部容器６の外側から内側、外部容器６の内側から外側、外部容器６の外側から内部容器７内の経路で導入され、外部容器６と内部容器７が均圧に維持される。
図２には、反応容器３４の連通管８に熱交換器１２を設けた変形例を示す。外部容器６から抜き出された水もしくは過酸化水素水２が反応容器３４内部で加熱されて高温になっていても、熱交換器１２により冷却することによって、再び反応容器３４内部に導入されるときの温度を確実に１００℃以下に調整することができる。
次に、外部容器６にピンホールが形成され、内部の流体が外部に漏洩したことを想定した場合の安全性を検証する。外部容器６の容積は５００ｍｌとし、内部容器と外部容器の隙間の容積は５０ｍｌとする。反応容器３４は１ｍ四方のグローブボックス内に設置することを想定する。
外部容器６と内部容器７の隙間には４５０℃、３０ＭＰａの空気が充填している場合と、水が充填している場合を想定する。図３の表に、外部容器６から４５０℃の空気もしくは水の全量が瞬間的にグローブボックス内に漏れグローブボックス内の空気で５０℃に冷却された場合の結果を示す。空気を充填した構成では、体積は６７００ｍｌ、グローブボックス内の圧力は６００Ｐａ（6.1×10-3気圧）となる。それに対し、水を充填した構成では、体積は７．４ｍｌ、グローブボックス内の圧力は０．７３Ｐａ（7.4×10-6気圧）となる。空気を用いた場合には、グローブボックスの内圧を上昇させる恐れがあるが、水を用いる本実施例では内圧の上昇はほとんど無視できる。
本実施例は反応容器３４を、加熱ゾーン３、反応ゾーン４、冷却ゾーン５の３つのゾーンにわけ、廃棄物１の投入と抜き出しを１００℃以下の温度条件で行なうため、反応容器３４と廃棄物導入孔に温度差が生じず、伸びの差も生じないため、漏れの要因を大幅に低下させることができる。また、内部容器７と外部容器６の同圧を実現するために、空気ではなく液体を用いるため、内部容器７にピンホールが生成し漏れが生じた場合でも、空気を用いた場合にくらべて体積膨張が少なく、安全な反応容器である。よって、本実施例の処理装置によれば、安全に有機廃棄物を処理することができる。
図１あるいは図２に示した反応容器３４において、内部容器７をチタン、タンタル、あるいはチタン−パラジウム製とすると、分解により硫酸などの腐食性の酸を生成する有機廃棄物の処理が可能となる。
図４にチタン、タンタル、チタン−パラジウムの腐食速度を測定した結果を示す。試験片を（ａ）２％過酸化水素＋２％硫酸、もしくは（ｂ）２％過酸化水素＋２％塩酸に５時間浸漬し重量変化量を測定した。温度、圧力条件は４００℃、２８．５ＭＰａとした。試験の結果、ステンレス鋼３１６Ｌ、インコネル６２５、ハステロイＣ−２７６は重量減少が大きくて腐食が顕著であったが、チタン、タンタル、チタン−パラジウムは表面に強固な酸化皮膜が生成して重量が増加し腐食し難いことがわかった。
内部容器７としてチタンを用いた場合の温度は５００℃以下とすることが望ましい。チタンは５００℃を超えるとクリープを起こし、内部容器７の健全性に問題が生じる。よって、チタン容器を用いる場合は、内部容器７の温度を５００℃以下にする必要がある。また、外部容器６は高温で強度のある低炭素鋼、ステンレス鋼あるいはニッケル合金を用いると、内部容器７の肉厚を薄くすることができ、結果としてコストが安くかつ省スペースな反応容器３４が実現できる。
以上のことより、内部容器７の材料として、チタン、タンタル、チタン−パラジウムなどの耐食性の高い材料を使用すると、酸を生成する有機廃棄物を処理することができる。また、内部容器７の腐食代を小さくすることができるため、内部容器７の交換頻度を少なくすることができる。さらに、外部容器６の材料として、低炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル合金など高温で強度のある材料を用いると、コストが安くかつ省スペースな反応容器３４が実現できる。
なお本実施例において、内部容器７と外部容器６を加熱ゾーン３、反応ゾーン４、冷却ゾーン５で容易に着脱可能な構造とすると、内部容器７と外部容器６の一部を取り替える際に、全体を取り替える必要がなく、装置の保守修繕費を低減することができる。
次に、図５，６，７を参照して本発明の第３の実施例を説明する。
図５は反応容器３４の入口部分の断面図である。反応容器入口部では、内部容器７を外部容器６に固定する構造としている。内部容器７は固定部１３を起点に、温度の上下に伴って左右に自由に移動が可能である。廃棄物１の供給管１４は、反応容器入口では高温で強度のある配管１５（例えばステンレス鋼など）が用いられ、内部容器内では耐食性の高い配管（例えばチタンなど）が用いられる。
図５は反応容器３４の入口部分の断面図である。反応容器入口部では、内部容器７を外部容器６に固定する構造としている。内部容器７は固定部１３を起点に、温度の上下に伴って左右に自由に移動が可能である。廃棄物１の供給管１４は、反応容器入口では高温で強度のある配管１５（例えばステンレス鋼など）が用いられ、内部容器内では耐食性の高い配管（例えばチタンなど）が用いられる。
廃棄物１は供給管１４から内部容器７に導入された後、加熱ゾーン３で加熱された後、反応ゾーン４で水もしくは過酸化水素水２と反応する。一方、水もしくは過酸化水素水２は、廃棄物１とは別のラインから内部容器７に導入され、加熱ゾーン３で加熱され、反応ゾーン４で廃棄物１と反応する。
このように、廃棄物１と水もしくは過酸化水素水２を別々に内部容器７に導入するが、これは廃棄物１と水が反応して発熱し、反応容器入口部が破損することを回避するためである。しかし、廃棄物１と水もしくは過酸化水素水２を混合しても急激な発熱がないことが予めわかっている場合には、同一の導入口あるいは混合状態で導入してもよい。
図６、図７は反応容器出口の断面図を示す。反応容器出口部では、外部容器６と内部容器７の熱伸びの違いを吸収する構造となっている。図６は、内部容器７が外部容器６に固定されているが、内部容器６の出口部を螺旋状の配管１６とし、螺旋状の配管１６の伸縮により熱伸びを吸収する構造としている。処理流体１１は、この螺旋状の配管１６を通じ、高温で強度のある抜き出し配管１７から外部容器６の外側に排出される。
図７に示す例は、内部容器７が外部容器６に固定されず、内部容器７がなめらかに移動することにより熱伸びを吸収する構造である。耐食性が高く高温で強度の小さい抜き出し配管１８が外部容器６のフランジ部を貫通し、高温で強度のある抜き出し配管１７は外部容器６のフランジ部に固定されている。
外部容器６の圧力は、高温で強度の小さい抜き出し配管１８と高温で強度のある抜き出し配管１７との間に設置されたゴム製のＯリング１９によりシールされる。そのため外部容器６と内部容器７の空間部分を充填している水はＯリング１９手前まで充填される。外部容器６と内部容器７は異種材質を用いているため線膨張係数が異なり、温度を上昇する過程で伸びの違いがでる。この伸びの違いは、高温で強度の小さい抜き出し配管１８が左右に移動することにより吸収する。例えば、外部容器６にステンレス鋼、内部容器７にチタンを用いると、線膨張係数がそれぞれ１６．５×１０−６ｃｍ／ｃｍ／℃、８．４×１０−６ｃｍ／ｃｍ／℃であり、温度を１００℃上昇するとそれぞれ１ｃｍ当たり１６．５μｍ、８．４μｍ伸びる。例えば、配管の長さが１ｍあれば、伸びは１．６５ｍｍ、０．８４ｍｍとなり、その外部容器６と内部容器７との差は０．８１ｍｍとなる。この伸びを図７の構造に適用すれば、内部容器７が左に０．８１ｍｍ移動することにより吸収できる。この移動は０リング１９によって液密を保った状態で実現される。
一方、冷却水の断水などのトラブルのように高温の処理流体が外部容器６から高温で強度の小さい抜き出し配管１８を通過した場合は、高温で強度の小さい抜き出し配管１８とＯリング１９が破壊される。しかし、高温で強度のある抜き出し配管１７で耐圧が保証されるため、装置を安全に停止することが可能となる。
以上のように本実施例は、内部容器７を外部容器６の１端に固定し、残りの一端は内部容器７と外部容器６の熱による伸びの違いを吸収する構造であるので、温度の上昇下降時の伸縮の違いにより内部容器７が外部容器６に引っ張られたり、圧縮されたりすることがなく、内部容器７の健全性を保つことができる。
上述の図１，２，５に示した構造において、内部容器７を円筒型反応容器とし、内部容器７の反応ゾーン４の区画は内径の違う複数の円筒を同心状に組み合わせる、もしくは整流板を円筒型反応容器の長手方向に交互に設置した構成にすると、反応ゾーン４内の流体の流れをプラグ流とすることができ、廃棄物の処理を安定に行うことができる。
超臨界水は難分解性の物質も容易に分解することができるが、酢酸やアルコールなどは分解速度が遅い。酢酸やアルコールを完全に分解するには、長時間反応させる必要があるが、超臨界水では拡散係数が大きく、流れの方向に混合しやすい。流れの方向に混合しにくい反応場とするためには、一般的にはチューブ型の反応容器を用いる方法がある。しかしながら、二重容器でチューブ型の反応容器を作製すると、容器の長さが非常に長くなり、その結果広いスペースが必要になる。また、反応容器の長さが長いと、熱の伸びが大きくなり、伸びの違いを吸収する構成が困難になるなどの問題が生じる。そのため、チューブ型の反応容器に比べて内径の大きいベッセル型の内部容器を設け、内部容器の中に同心状の仕切りを設けて、流れの方向に混合しにくい構造とすると、廃棄物の分解処理が安定的に行なわれる。
以上のように本実施例は、内部容器７に長手方向の仕切りを設けて、内径の大きいベッセル型の反応容器の流速をチューブ型の反応容器と同等の流速とし、流れの方向に混合しにくい構造とすることにより、コンパクトな反応容器が実現できる。
次に、図８および図９を参照して本発明の第５の実施例を説明する。
図８は内部容器７の漏れの有無を確認するための構成を示す。すなわち、反応容器３４に廃棄物１を投入するライン２０、外部容器６と内部容器７を実質的に同じ圧力に連通する連通管８、処理流体１１を抜き出すライン２１の３カ所に、弁２２、弁２３、弁２４を設置する。
図８は内部容器７の漏れの有無を確認するための構成を示す。すなわち、反応容器３４に廃棄物１を投入するライン２０、外部容器６と内部容器７を実質的に同じ圧力に連通する連通管８、処理流体１１を抜き出すライン２１の３カ所に、弁２２、弁２３、弁２４を設置する。
このような構成によってまず、連通管８に設置された弁２３を開き、外部容器６と内部容器７を同じ圧力にした後、連通管８に設置してある弁２３を閉め、廃棄物を導入するライン２０の弁２２を開いて内部容器７に水２５を投入する。処理流体抜き出しライン２１に設置してある弁２４を閉めた状態で水２５を投入しつづけ、内部容器７内部の圧力を測定する圧力計２６の指示値Ｐ２が、外部容器６と内部容器７の隙間の圧力を測定する圧力計２７の指示値Ｐ１に比べて高い値とする。この状態でライン２０の弁２２を閉め、内部容器７の内部の圧力が時間とともに減少し、圧力計２６と圧力計２７の指示値がほぼ同じ圧力になれば、内部容器７にピンホールなどによる漏れが生じていると判断される。
一方、内部容器７の内部の圧力が時間とともに変化せず、圧力計２６の指示値Ｐ２が圧力計２７の指示値Ｐ１に比べて十分高ければ内部容器７にはピンホールなどによるもれがなく、健全であると判断される。圧力計２６と圧力計２７の指示値の差は、内部容器７が許容できる圧力とすればいいが、通常０．２ＭＰａ程度で十分である。内部の健全性が確認されたときは、弁２２、弁２３、弁２４を開き、内部容器７と外部容器６のすべての圧力を同圧とし再度装置を立ち上げる。
図９は、外部容器６と内部容器７の隙間に充填されている水中の水素イオン濃度と導電率を測定し、内部容器７の健全性をリアルタイムで測定するための構成を示す。内部容器７には廃棄物１が導入されるが、廃棄物１は分解して二酸化炭素を生成する。また、廃棄物の種類によっては酸を生成する場合がある。外部容器６と内部容器７の隙間に充填されている水には、通常イオン成分がほとんど含まれていない。そこで、内部容器７にピンホールやき裂が生じて内部容器７内の物質が内部容器７と外部容器６の隙間に漏れ出すと、隙間に充填されている水中の水素イオン濃度と導電率が急激に増加し、これを測定することによって漏れの有無を判断できる。これをモニターする水素イオン濃度・導電率計２８は、１００℃以下の温度領域で使用できることが望ましく、外部容器６の入口部、出口部もしくは連通管８に設置するのがよい。
以上のように本実施例によれば、反応容器内部の健全性をリアルタイムもしくは装置の立ち上げ時など定期的に確認することにより、内部容器７の漏れを把握し適切な時期に反応容器を交換することができるとともに、安全な装置運転が可能となる。
次に、本発明の第６の実施例を説明する。この実施例は図１０に示すように、反応容器３４に、廃棄物を投入するライン２０、処理流体を抜き出すライン２１、連通管８の他に、空気、酸素、オゾン等の酸化剤含有流体２９を投入するラインを設けた構成である。
図１１の表に、ベンゼンを空気または３０％過酸化水素水を用いて分解した場合の廃液発生量の比較を示す。空気または過酸化水素水はベンゼンが分解して二酸化炭素と水になる化学量論量の1.5倍量添加した。過酸化水素水を用いた場合には、廃液の発生量は２９倍となるが、空気を用いた場合は0.7倍となり、空気を用いると廃液発生量が大幅に減少する。
以上のことより、本実施例は空気などの酸化剤含有流体２９を添加することによって、処理流体１１の発生量を大幅に低減することができる。
以上のことより、本実施例は空気などの酸化剤含有流体２９を添加することによって、処理流体１１の発生量を大幅に低減することができる。
次に、図１２，１３を参照して本発明の第７の実施例を説明する。
反応容器３４を水平に設置することを想定すると、外部容器６の伸びは温度の上昇とともに増大する。そのため、外部容器６の両端を固定すると外部容器６の伸びを吸収することができず、破損の原因になる。そこで図１２に示すように、架台３０に容器固定部３１と滑車付容器固定部３２を取り付けた反応容器を設置し、反応容器３４の伸びを滑車付容器固定部３２が滑車レール３３を移動することにより許容する構造とする。
反応容器３４を水平に設置することを想定すると、外部容器６の伸びは温度の上昇とともに増大する。そのため、外部容器６の両端を固定すると外部容器６の伸びを吸収することができず、破損の原因になる。そこで図１２に示すように、架台３０に容器固定部３１と滑車付容器固定部３２を取り付けた反応容器を設置し、反応容器３４の伸びを滑車付容器固定部３２が滑車レール３３を移動することにより許容する構造とする。
また、反応容器内部のガスが容易に排出されるように、反応容器出口部３４ａが反応容器入口部３４ｂにくらべて高くなるように、反応容器３４を傾けて設置する場合には、架台３０ならびに滑車レール３３を図１３のように設置することによって反応容器３４の伸びを吸収することができる。
以上のことにより、本実施例によれば、反応容器３４に滑車を設けて架台の上に容器を設置することによって、反応容器の熱伸びを許容し、容器が破損することなく安定な廃棄物処理を行うことができる。
次に本発明の第８の実施例を説明する。この実施例の有機廃棄物の処理装置は、図１４に示すように、反応容器３４と、処理すべき廃棄物を保管する廃棄物タンク３５と、廃棄物を反応容器３４内に導入するための高圧ポンプ３６と、過酸化水素水を保管する過酸化水素水タンク３７と、過酸化水素水を反応容器３４内に導入するための高圧ポンプ３８と、圧力を減圧する減圧弁３９と、処理流体１１を気液分離する気液分離器４０と、分解液を回収する分解液タンク４１とを備えている。
廃棄物を導入する高圧ポンプ３６の前段には水タンク４２、過酸化水素水を導入する高圧ポンプ３８の前段には水タンク４３を設置し、さらに処理流体１１の流路には減圧弁３９を保護するためのフィルタ４４が設けられている。
有機廃棄物が放射性廃棄物のように、系外への漏洩が問題になる場合には、放射性廃棄物で汚染される恐れのある機器は、負圧に制御された箱の中に設置することが望ましい。そこで、本実施例では、過酸化水素水を保管する過酸化水素水タンク３７と、水タンク４３、過酸化水素水を反応容器３４内に導入するための高圧ポンプ３８以外は、負圧に制御された箱４５の中に設置する。負圧に制御された箱４５はグローブボックスでなく、フードを用いることも可能である。
以上のことより、本実施例においては、系外への漏洩が問題になる有機廃棄物を処理する場合に、漏洩する恐れのある機器を負圧に制御された箱４５の内部に設置することにより、安全な廃棄物処理を行うことができる。
廃棄物１としては、放射性元素を分析するために使用される液体シンチレーションカウンターから発生する廃液であり、反応容器３４の容量が１リットル以下の小型の処理装置とすると、既存のオークリッジ型フードやカリホルニヤ型フードに設置できるコンパクトな処理装置となる。
これらのフードは、幅２ｍ、奥行き１ｍ、高さ１ｍ程度のスペースしかない。特に、最も広いスペースを占有する反応容器を１．５ｍ程度の長さとするためには、内径を４．６ｃｍφとする必要がある。高温高圧容器の厚みは内径に比例して大きくなるため、内径は可能な限り小さいことが望ましい。そのため、現実的に製作することができる範囲を考えれば、反応容器３４の容量は、１リットル以下とするとコンパクトで安価な装置が実現できる。
有機廃棄物にあらかじめ水酸化ナトリウムを添加すると、非常に高速に有機物を分解することが可能である。図１５の表に、液体シンチレーションカウンターカクテル剤に過酸化水素水を添加し、４００℃、３０ＭＰａで３０分間反応させた結果を示す。水酸化ナトリウムは、液体シンチレーションカウンターカクテル剤の重量に比べて２０分の１または５０分の１の量を添加した。水酸化ナトリウムを添加しないと、カクテル剤の分解率は９５％となったが、水酸化ナトリウムを添加すると９９％以上の分解率が得られた。以上のことより、水酸化ナトリウムを添加すると、非常に高速に有機廃棄物を分解処理することができる。
また、廃棄物にあらかじめアンモニア、蟻酸などの還元剤を添加すると、液体シンチレーションカウンターから発生する有機廃液中に含まれる硝酸イオンや、カクテル剤が分解して生成する硝酸イオンを還元し、窒素ガスに変換することができる。この処理を行うと、硝酸イオンはNOｘガスにならず、全量硝酸イオンの形態で水の中に回収できる。有機廃液の中の硝酸イオンはイオン交換、沈殿、抽出などを行う後処理装置で処理することも可能であるが、あらかじめ還元剤を共存させておくことにより、窒素ガスに変換することができる。
上記各実施例の有機廃棄物の処理装置の反応容器３４で得られる処理流体１１の後処理方法としては次のようなものがある。
廃棄物１に、テクネチウム、ヨウ素などの揮発性の放射性元素が含まれている場合には、テクネチウム、ヨウ素を含む分解ガスを、放出基準値を満たすように、アルカリ溶液に接触させ回収することができる。
廃棄物１に、テクネチウム、ヨウ素などの揮発性の放射性元素が含まれている場合には、テクネチウム、ヨウ素を含む分解ガスを、放出基準値を満たすように、アルカリ溶液に接触させ回収することができる。
処理流体１１中の少量残存した有機成分を、オゾン、過酸化水素、紫外線などで分解することによって、再び反応容器３４に導入することなく処理することができる。
処理流体１１中の放射性核種をイオン交換、沈殿、抽出などで分離することによって、放射性元素を減容することができる。また、処理流体１１を濃縮して減容するようにしてもよい。
また、最終的に排出される廃棄物は、安定な固化体にし、もしくは海洋放出することができる。
処理流体１１中の放射性核種をイオン交換、沈殿、抽出などで分離することによって、放射性元素を減容することができる。また、処理流体１１を濃縮して減容するようにしてもよい。
また、最終的に排出される廃棄物は、安定な固化体にし、もしくは海洋放出することができる。
１…廃棄物、２…水もしくは過酸化水素水、３…加熱ゾーン、４…反応ゾーン、５…冷却ゾーン、６…外部容器、７…内部容器、８…連通管、９…ヒータ、１０…冷却器、１１…処理流体１２…熱交換器、１３…固定部、１４…供給管、１５…高温で強度のある入口配管、１６…らせん状の配管、１７…高温で強度のある抜き出し配管、１８…高温で強度の小さい抜き出し配管、１９…Ｏリング、２０…廃棄物を投入するライン、２１…処理流体を抜き出すライン、２２，２３，２４…弁、２５…水、２６…圧力計（内部容器）、２７…圧力計（隙間）、２８…水素イオン濃度・導電率計、２９…酸化剤含有流体、３０…架台、３１…容器固定部、３２…滑車付容器固定部、３３…滑車レール、３４…反応容器、３５…廃棄物タンク、３６，３８…高圧ポンプ、３７…過酸化水素水タンク、３９…減圧弁、４０…気液分離器、４１…分解液タンク、４２，４３…水タンク、４５…負圧に制御された箱。
Claims (21)
- 有機廃棄物が導入され分解処理されて処理流体として取り出される反応容器を備え、前記反応容器は、前記有機廃棄物が導入され前記有機廃棄物を水の臨界点以上の温度に加熱する加熱ゾーンと前記有機廃棄物を水の臨界点以上の温度に保持して分解させる反応ゾーンと前記有機廃棄物の分解生成物を含む処理流体の温度を１００℃以下に冷却する冷却ゾーンを有する耐食性の内部容器と、前記内部容器を隙間を介して包囲する耐圧性の外部容器と、前記隙間と前記内部容器内を前記外部容器の外側で連通し前記隙間と前記内部容器内を実質的に等しい圧力にする連通管とを備え、前記隙間に高圧の水もしくは過酸化水素水が充填されることを特徴とする有機廃棄物の処理装置。
- 前記連通管の途中に熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記内部容器はチタンまたはタンタルまたはチタン−パラジウム製であり、前記外部容器は低炭素鋼またはステンレス鋼またはニッケル合金製であることを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記反応ゾーンにおける前記内部容器の温度は、水の臨界点を超える温度以上５００℃以下であることを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記内部容器および前記外部容器は、前記加熱ゾーンおよび前記反応ゾーンおよび前記冷却ゾーンの境界で容易に着脱可能であることを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記内部容器の一端は前記外部容器に固定され、前記内部容器の他端は前記内部容器と前記外部容器の熱による伸びの違いを吸収する構造によって前記外部容器に結合されていることを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記有機廃棄物を前記内部容器に導入する供給管を備え、前記供給管の一端は前記外部容器に固定され、前記供給管の他端は前記内部容器の反応ゾーンまで到達しており、有機廃棄物と水もしくは過酸化水素水が反応ゾーンで混合し反応することを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記内部容器から前記処理流体を抜き出す配管の周りに高温で強度のある材質の配管を設けて２重の配管構造とし、前記内部容器から処理流体を抜き出す配管は前記外部容器を貫通し、前記高温で強度のある材質の配管は前記外部容器に固定することにより、前記外部容器と前記内部容器の間の隙間と前記高温で強度のある材質の配管と前記処理流体を抜き出す配管との間の空間とが導通している構造とし、前記外部容器と前記内部容器の間の隙間の高圧流体が前記処理流体を抜き出す配管と前記高温で強度のある材質の配管との間に設けられたシール部でシールされていることを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記内部容器の反応ゾーンは円筒型をなし、前記円筒型容器の長手方向に交互に設けられた内径の異なる円筒もしくは整流板を備えていることを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記反応容器に有機廃棄物を導入するライン、前記反応容器で処理した処理流体を抜き出すライン、および前記外部容器と前記内部容器を実質的に同じ圧力にする前記連通管に、それぞれ仕切り弁をけ、前記内部容器の圧力を前記外部容器の圧力に比べて高くし、前記内部容器と前記外部容器の圧力差を検出して、前記内部容器の漏れを検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記内部容器と前記外部容器の間の隙間に充填されている水もしくは過酸化水素水の水素イオン濃度または導電率を測定し前記内部容器の漏れを検出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記反応容器に、有機廃棄物と水を投入するラインのほかに、空気または酸素またはオゾンからなる酸化剤を投入するラインを備えていることを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記反応容器は、水平に移動可能な滑車付の架台の上に設けられ、温度を上昇させたときに前記反応容器の熱伸びが許容される構造であることを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 前記反応容器と、前記有機廃棄物を保管するタンクと、前記有機廃棄物を前記反応容器内に導入するポンプと、前記過酸化水素水を保管するタンクと、前記過酸化水素水を前記反応容器内に導入するポンプと、前記処理流体の圧力を減圧する減圧弁と、前記処理流体を分解ガスと分解液に分離する気液分離器と、前記分解液を回収するタンクとを備え、前記反応容器と前記有機廃棄物を保管するタンクと前記有機廃棄物を前記反応容器内に導入するポンプと前記処理流体の圧力を減圧する減圧弁と前記処理流体を分解ガスと分解液に分離する気液分離器と前記分解液を回収するタンクは負圧に制御されたフードまたは箱の中に設けられていることを特徴とする請求項１記載の有機廃棄物の処理装置。
- 請求項１記載の有機廃棄物の処理装置によって放射性元素を分析するために使用される液体シンチレーションカウンターから発生する廃液を処理することを特徴とする有機廃棄物の処理方法。
- 請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物にあらかじめ水酸化ナトリウムを添加することを特徴とする有機廃棄物の処理方法。
- 請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物にあらかじめアンモニア、蟻酸などの還元剤を添加し、前記有機廃棄物中の硝酸イオンを窒素に変換することを特徴とする有機廃棄物の処理方法。
- 請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物を処理した後気液分離し、分解ガスをアルカリ溶液に接触させ、テクネチウムまたはヨウ素を分解ガスから回収することを特徴とする有機廃棄物の処理方法。
- 請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物の分解液中の有機成分を、オゾンまたは過酸化水素または紫外線によって分解することを特徴とする有機廃棄物の処理方法。
- 請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物を処理した後気液分離し、分解液中の放射性核種をイオン交換法または沈殿法または抽出法によって分離することを特徴とする有機廃棄物の処理方法。
- 請求項１に記載の有機廃棄物の処理装置において、前記有機廃棄物を処理した後、分解液を濃縮し、最終廃棄物を安定な固化体にし、分解液を海洋放出することを特徴とする有機廃棄物の処理方法。
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