JP2005262099A

JP2005262099A - 有機汚染廃棄物の無害化処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP2005262099A
Application number: JP2004078874A
Authority: JP
Inventors: Morihiro Osada; 守弘長田; Atsushi Kobayashi; 淳志小林; Mitsuya Murata; 光也村田; Masamitsu Takahashi; 正光高橋; Shigeyoshi Tagashira; 成能田頭; Teruhiro Shindo; 照浩進藤; Katsuya Nagata; 勝也永田
Original assignee: Nippon Steel Corp; Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】有機汚染廃棄物を溶融・分解する分解処理炉からの排気に含まれる微量な有害有機物質をプラズマで分解して完全に無害化する有機汚染廃棄物の無害化処理装置を提供する。
【解決手段】有機有害物質を含む有機汚染廃棄物を溶融・分解する分解処理炉３から発生する排気中に含まれる有害有機物質をプラズマ８ａで分解して無害化するプラズマトーチ８が排気流路７に配置される。分解処理炉３には排気流路３を介して排気を高温に維持する恒温チャンバー９へ接続してもよく、また、分解処理炉としてプラズマ分解炉を使用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、有害有機物質で汚染された有機汚染廃棄物の分解処理炉から発生する排気を高温度域を通過させることにより完全無害化処理する有機汚染廃棄物の無害化処理装置に関する。

ＰＣＢ、農薬、ダイオキシン類などの有害有機物質は、毒性が高い環境汚染物質であるため、その環境基準が厳しく規制されている。そのため、例えば、ＰＣＢは製造が中止されるとともに、ＰＣＢが付着したあるいは含有した変圧器やコンデンサ、複写紙などは有機汚染廃棄物としてドラム缶に収納して保管されている。このＰＣＢなどの有害有機物質で汚染された有機汚染廃棄物を処分するために種々の無害化処理方法が提案されている。

例えば、特許文献１では、ＰＣＢを利用した変圧器、コンデンサ、複写紙などのＰＣＢ汚染物質、塩素含有農薬などの塩素を含む産業廃棄物の無害化処理方法が開示されている。この無害化処理方法は、塩素を含有する産業廃棄物から予め塩素含有物質を分離し、分離した産業廃棄物を溶解・精錬炉（交流アーク炉、直流電気アーク炉、高周波電気炉あるいはプラズマ溶解炉）において１１００℃以上で溶解し、排出されたＰＣＢなどの塩素含有ガスを含む炉内ガスは、燃焼バーナにより１１００℃、好ましくは１４５０℃以上に維持された２次燃焼室へ導入してＰＣＢなどを熱分解するというものである。

このほかプラズマ分解炉を利用した無害化処理方法として、例えば、特許文献２には、プラズマ溶融炉で廃棄物を燃焼させ、プラズマ溶融炉でガス化して得られた溶融プラズマ排ガスをバーナを備えた分解室で加熱してガス化ガス中の有害物質を分解除去することが開示されている。

このようにこれまでに提案されている有機汚染廃棄物の分解処理方法は、プラズマ溶融炉などの分解処理炉により有機汚染廃棄物を高温で溶融させ、有害有機物質を分解して無害化するものであった。特にプラズマ溶融炉ではプラズマにより、有害有機物質のほとんどが分解される。
特開平８−２４３６４号公報特開２００３−４９１７８号公報

しかしながら、有害有機物質は、分解処理炉でほとんど分解処理されるものの、分解処理炉から発生する排気中に、溶融物から一部蒸発したもの、熱重合を受けて更に汚染度の高い物質（例えば、ダイオキシン類）に変質されながら揮発されるものが含まれる場合がある。

そこで、本発明は、有機汚染廃棄物を溶融・分解する分解処理炉から発生する排気中に含まれる有害有機物質をさらに分解して、完全に無害化することができる信頼性の高い有機汚染廃棄物の無害化処理装置を提供するものである。

本発明の有機汚染廃棄物の無害化処理方法は、有害有機物質で汚染された有機汚染廃棄物を溶融・分解する分解処理炉から発生する、有害有機物質を含む排気をプラズマ内の高温度域を通過させることを特徴とする。

また、本発明の有機汚染廃棄物の無害化処理方法は、有害有機物質で汚染された有機汚染廃棄物を溶融・分解する分解処理炉から発生する、有機有機物質を含む排気をプラズマ内の高温度域を通過させることを特徴とする。また、プラズマ内の高温度域を通過させるとともに、１１００℃〜１４００℃の恒温チャンバ内を通過させることを特徴とする。有害有機物質を含む排気の高温度域の通過時間を０．５秒以内とし、あるいは有害有機物質を含む排気の高温度域の通過時間を０．５秒以内とするとともに、恒温チャンバ内に１〜５秒間滞留させることができる。

また、本発明の有機汚染廃棄物の無害化処理装置は、有害有機物質で汚染された有機汚染廃棄物を溶融・分解する分解処理炉と、この分解処理炉から発生する排気を通過させる排気処理系とで構成し、排気の流路に高温度域を形成するプラズマトーチを配置したことを特徴とする。また、有害有機物質で汚染された有機汚染廃棄物を溶融・分解する分解処理炉とこの分解処理炉から発生する排気を通過させる恒温チャンバと排気処理系とで構成し、排気の流路に高温度域を形成するプラズマトーチを配設したことを特徴とする。分解処理炉にはプラズマ分解炉を使用することができる。

本発明は、分解処理炉から発生する排気をプラズマ内の高温度域を通過させて排気中に含まれる微量の有害有機物質を完全に分解させるので、有機汚染廃棄物を完全無害化することが可能となる。また、恒温チャンバにより、分解処理炉で発生の可能性がある可燃性物質を非可燃性物質へ改質することもできる。

本発明は、ＰＣＢに限らず、農薬、ダイオキシン類などの有害有機物質や塩素含有化合物で汚染された有機汚染廃棄物の無害化処理に適用することができる。

本発明においては、有機汚染廃棄物を分解処理炉で溶融・分解する際に分解処理炉から発生する有害有機物質を含む排気がプラズマトーチのプラズマ内に形成される高温度域を通過することにより分解されことで完全に分解して無害化される。

プラズマ内の高温度域は１８００℃以上が可能であり、好ましくは１８００〜８０００℃、さらに装置の耐熱性などを考慮して好ましくは１８００〜４０００℃とする。プラズマトーチは、トランスファー型あるいはノントランスファー型のいずれでもよいが、配置上の制約が少ないノントランスファー型が好ましい。

プラズマトーチは、分解処理炉から発生する排気を確実にプラズマ内の高温度域を通過させるために排気の流路にプラズマ内の高温度域が位置する個所に配置する。排気中に含まれる微量な有害有機物質をプラズマ内の高温度域で分解させる際、高温であればあるほど分解速度は速くなるので分解処理炉から発生する排気の高温度域の通過時間は０．５秒以内で十分である。

排気をプラズマ内の高温度域を通過させることにより、例えば、ＰＣＢは、
Ｃ_６Ｈ_６Ｃｌ_４＋７Ｈ_２Ｏ→６ＣＯ＋４ＨＣｌ＋７Ｈ_２
により分解される。

また、蒸発及び変質した有害有機物質はプラズマにより
ＣｎＨｍ→ｎＣ＋ｍ／２Ｈ_２
に示される反応にて分解され、高温になるに従い、有機汚染物質はカーボンと水素に分解される。

このプラズマ分解と同時に、プラズマガスによる改質反応が生じる。例えば、プラズマガスにＨ_２Ｏが存在している場合、
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ←→ＣＯ＋Ｈ_２
例えば、プラズマガスに空気が存在している場合、
Ｃ＋Ｏ_２←→ＣＯ_２
Ｈ_２＋１／２・Ｏ_２←→Ｈ_２Ｏ
ＣＯ_２＋Ｈ_２←→ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ（シフト反応）
最終的にプラズマにより、有機汚染廃棄物は、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２、Ｈ_２Ｏまで分解される。一方、空気が豊富にある場合、可燃ガスが酸化され、ＣＯ_２とＨ_２Ｏになる。したがって、分解処理炉の後流側に接続された、１１００〜１４００℃の恒温チャンバにて、発生可能な低沸点可燃性物質（Ｈ_２、ＣＯ）を酸素または空気により、非可燃性物質（ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏ）に改質することができる。

さらに後流側に設置された排ガス処理系の中和処理、活性炭処理により酸性物質の中和除去及び設備異常時の有機汚染物質系外排出を抑制する。

本発明において、有害有機物質を溶融・分解する温度に維持する分解処理炉としては、プラズマ分解炉、交流アーク炉、直流電気アーク炉あるいは高周波電気炉を使用することができる。特にプラズマ分解炉は、プラズマ及び溶融物の持つ高熱により有害有機物質をほとんど分解させることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。なお、各実施例は、排気を通過させるプラズマの高温度域を生成するプラズトーチを一個所に配置する実施例であるが、プラズマトーチの配置は、一個所だけでなく、各実施例を組み合わせて複数個所に設置することができる。

図１は本発明の無害化処理装置を適用した、ＰＣＢの無害化処理フローの一例を示す概略図である。本実施例では、分解処理炉にプラズマ分解炉を使用した例を示す。

図１において、保管場所から搬送されてきた、ＰＣＢ汚染物質を含む有機汚染廃棄物が収納されたドラム缶１は、シール弁２ａを備えたドラム缶投入装置２からプラズマ分解炉３へ投入される。

プラズマ分解炉３は、有機汚染廃棄物を溶融・分解するためのプラズマトーチ４を備え、プラズマトーチ４には作動ガスとしてエアー、Ａｒ、Ｏ_２、あるいはＮ_２が供給される。プラズマ分解炉３内はプラズマトーチ４のプラズマ４ａ及び溶融物により１０００℃以上に保持され、炉底に保持された溶融物５の温度は約１４００〜１５００℃となっている。プラズマトーチ４は、本実施例ではノントランスファー型であるが、トランスファー型でもよい。

プラズマ分解炉３に投入された有機汚染廃棄物は、プラズマ４ａの持つ高温輻射及び溶融メタル・スラグ５の接触によりほとんどが溶融・分解される。溶融メタル・スラグ５は出湯口６から排出される。

有機汚染廃棄物の溶融・分解により発生した排気中には、有害有機物質の一部が蒸発したり、熱重合を受けて更に汚染度の高い物質に変質されながら揮発するものが含まれる場合があるので、プラズマ分解炉３から排気を排出するダクト７の排気出口７ａに、高温度域のプラズマを生成するプラズトーチ８を配置する。ダクト７は高温のプラズマ輻射を考慮して耐火物構造とする。

排気は、排気出口７ａでプラズマ８ａの高温度域を通過することにより分解されて無害化処理され、無害化処理された排気はダクト７に接続された恒温チャンバ９に導入される。恒温チャンバ９には恒温チャンバ９内を１１００〜１４００℃に維持するため、バーナ１０が設けられている。

恒温チャンバ９では、プラズマによる分解により発生可能な低沸点可燃性物質（Ｈ_２、ＣＯ．ＣＨ_４）をバーナ１０により酸素または空気により非可燃性物質（ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏ）へ改質無害化する。

恒温チャンバ９から排出された排気は、公知の排気処理系へ送られて処理され、有害物質の濃度を監視しながら排気筒から放散させる。

図２は本発明の第２実施例を示す概略図である。図２においては、プラズマ分解炉３はバーナ１０を備えた恒温チャンバ９がダクト７で接続され、炉外のダクト７の排気出口７ａ近傍にプラズトーチ８を配置して、排気をプラズマ８ａ内の高温度域を通過させて完全に分解して無害化処理する。

本実施例では排気が集まる炉外のダクト７にプラズマトーチ８を配置するので、排気がプラズマ内の高温度域を確実に通過して無害化処理される。また、プラズマ分解炉３の炉内の排気出口７ａに配置する実施例１に比べて設置が容易となる。

図３は本発明の第３実施例を示す概略図である。図３において、恒温チャンバ９へ排気ガスを導入する分岐ダクト７が分解処理炉のダクト７にほぼ直角に接続され、分岐ダクト１１の後端にダクト７から分岐ダクト１１へ直角に導入される排気がほぼ直角にプラズマ８ａの高温度域を通過するようにプラズマトーチ８を配置する。本実施例では、分岐ダクト１１へ導入される排気を確実にほぼ直角方向に通過させることができるので、確実に分解させることができる。

図４は本発明の第４実施例の概略図である。本実施例では、恒温チャンバ９に排気を接線方向へ導入する分岐ダクト１１の排気導入口１２に、恒温チャンバ９に導入される排気が排気導入口１２でプラズマ８ａの高温度域にほぼ直角に当たるようにプラズマトーチ８を配置する。なお、恒温チャンバ９には恒温チャンバ９内を１１００〜１４００℃に維持するため、バーナ１０が設けられている。

本実施例でも、旋回する排気にほぼ直角方向のプラズマ８ａを当てることができる。

図５（ａ）は本発明の第５実施例を示す概略図の断面図、（ｂ）は平面図である。本実施例では、排気が恒温チャンバ９の下部中央のダクト１３から導入される例であり、恒温チャンバ９に導入される排気が複数のプラズマ８ａの高温度域を通過するように、プラズマトーチ８をダクト１３の排気導入口１２に配置する。本実施例では、排気が複数のプラズマの高温度域を通過するので、確実に分解して無害化することができる。

図６は本発明の第６実施例を示す概略図である。本実施例では、恒温チャンバ９に排気を接線方向へ導入する分岐ダクト１１の排気導入口１２に、恒温チャンバ９に導入される排気をプラズマ８ａの高温度域を通過させて旋回流を生成させるもので、プラズマと排気の接触を増加させることができる。

表１に本発明の試験結果を示す。

表１から明らかなとおり、分解処理炉から発生する排気をプラズマ内の高温度域を通過させることにより、そうでないものに対して無害化処理が大幅に改善されることが分かる。

本発明の無害化処理装置を適用した、ＰＣＢの無害化処理フローの台１実施例を示す概略図である。本発明の第２実施例を示す概略図である。本発明の第３実施例を示す概略図である。本発明の第４実施例の概略図である。本発明の第５実施例を示す概略図の断面図、（ｂ）は平面図である。本発明の第６実施例の概略図である。

符号の説明

１：ドラム缶
２：ドラム缶投入装置
２ａ：シール弁
３：プラズマ分解炉
４：プラズマトーチ
４ａ：プラズマ
５：溶融物
６：出湯口
７：ダクト
７ａ：排気出口
８：プラズトーチ
９：恒温チャンバ
１０：バーナ
１１：分岐ダクト
１２：排気導入口
１３：ダクト

Claims

有害有機物質で汚染された有機汚染廃棄物を溶融・分解する分解処理炉から発生する排気をプラズマ内の高温度域を通過させることを特徴とする有機汚染廃棄物の無害化処理方法。
有害有機物質で汚染された有機汚染廃棄物を溶融・分解する分解処理炉から発生する排気をプラズマ内の高温度域を通過させるとともに、１１００℃〜１４００℃の恒温チャンバ内を通過させることを特徴とする有機汚染廃棄物の無害化処理方法。
上記排気の高温度域通過時間を０．５秒以内とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機汚染廃棄物の無害化処理方法。
上記排気の高温度域通過時間を０．５秒以内とするとともに、恒温チャンバ内に１〜５秒間滞留させることを特徴とする請求項２に記載の有機汚染廃棄物の無害化処理方法。
有害有機物質で汚染された有機汚染廃棄物を溶融・分解する分解処理炉において、この分解処理炉から発生する排気の出口ないしは排気を通過させる流路に高温度域を形成するためのプラズマトーチを配設したことを特徴とする有機汚染廃棄物の無害化処理装置。
有害有機物質で汚染された有機汚染廃棄物を溶融・分解する分解処理炉と、この分解処理炉から発生する排気を通過させる恒温チャンバとで構成し、上記排気の出口、流路ないしは恒温チャンバ内に高温度域を形成するためのプラズマトーチを配設したことを特徴とする有機汚染廃棄物の無害化処理装置。
上記分解処理炉がプラズマ分解炉であることを特徴とする請求項５又は６に記載の有機汚染廃棄物の無害化処理装置。