JP2005507494A

JP2005507494A - 汚染された土又は廃棄物をガラス化するための装置及び方法

Info

Publication number: JP2005507494A
Application number: JP2003540588A
Authority: JP
Inventors: トンプソン，レオ・イー; ラウアリー，パトリック・エス; ウースリー，スティーブン・エル
Original assignee: アメック・キャピタル・プロジェクツ・リミテッド
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2005-03-17
Also published as: EP1451515A4; CA2498404C; CA2498404A1; EP1451515A1; WO2003038361A1

Abstract

【解決手段】汚染された廃棄物の材料（３０）をガラス化するためのプロセスは、断熱性ライニング（１６）を備えているコンテナ（１０）を提供する段階と、内張付のコンテナ（１０）内に廃棄物材料（３０）を入れる段階と、前記材料（３０）に電流を流して、前記材料（３０）を加熱し溶融する段階と、溶融した材料を冷却して、硬いガラス質の塊を形成する段階と、前記塊を処分する段階を含んでいる。塊は、コンテナ（１０）の中に入ったまま処分される。断熱性ライニング（１６）は、１つ又は複数の断熱材（１９）の層、１つ又は複数の耐熱材（１８）の層、又はそれらの組み合わせを備えている。
【選択図】図２

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、土又は廃棄物をガラス化するための方法及び装置に関している。厳密には、本発明は、ガラス化チャンバと、廃棄コンテナを備えた装置に関しており、これは汚染された物質を１段階で処分する方法を実施可能にするものである。
【背景技術】
【０００２】
汚染された土又は廃棄物（以後、処理対象材と称する）を安全に廃棄するためにガラス化法を利用することは、当該技術分野では広く知られている。そのような方法の例は、米国特許第４，３７６，５９８号、第５，０２４，５５６号、第５，５３６，１１４号、第５，４４３，６１８号及びＲＥ第３５，７８２号に提供されている。これら特許の開示を、参考文献としてここに援用する。
【０００３】
一般的に、既知のガラス化法では、処理対象材を、ガラス化チャンバ又は容器へ入れる。次に、処理対象材内に電極を挿入し、電極間に高電流を流す。電流は、処理対象材の温度が、その溶融開始点に上昇するまで継続的に掛けられ、更に、完全に溶融するまで継続して掛けられる。場合によって、処理対象材が適切な導電性を有していないときは、処理対象材を通る最初の導電性抵抗経路を作るために、他の添加材が必要となる。抵抗経路が出来て、材料の溶融が始まると、溶融した材料自体が電流を流し続ける。
【０００４】
材料を溶融する過程で、炭化水素成分は破壊されるか又は蒸発し、気体は、通常、適したガス先浄器、冷却器、フィルター又は他の既知の装置又は方法を通して排気される。
材料が十分に溶融し、全炭化水素成分が処理されると、電気供給は停止され、溶融した材料が冷却されることになる。冷却の結果、ガラス質及び／結晶質の固体材料が出来る。この方法では、汚染物質は、硬いガラス質の塊の中に固定されるので、確実に汚染物質が閉じ込められ、容易に廃棄できるようになる。
【０００５】
既知の方法では、ガラス化は、複雑なるつぼ装置又は土の中に掘られたピット内で行なわれる。米国特許第５，５４３，６１８号では、永久に（処理施設内のような）所定の場所にあるチャンバか、取り壊して所望の場所に再構築できるチャンバかの何れかを備えたガラス化装置の例が提供されている。何れの場合も、溶融された塊は、チャンバから取り出され、更に別に処理される。そのような別の処理とは、ガラス化された塊の埋設又は別の種類の処分を伴うものである。ガラス化処理を実施するための当該技術分野で既知の装置は、通常、様々な電気供給システム、廃棄物供給システム、溶融ガラス放出システム、冷却システム及び排気システムを含む複雑な構造体である。このようなシステムでは、溶融された塊を溶融状態で取り出さねばならないので、上記溶融ガラス放出システムが必要である。これらの場合、溶融体は、溶融した液体として、受け入れコンテナへ注ぎ込まれるか又は流し込まれる。
【０００６】
ピット内のガラス化処理については、米国特許第４，３７６，５９８号及びＲＥ第３５，７８２号に説明されている。この場合は、処理対象材が、地中のピット又は溝の中に落とし込まれ、土又は他の種類のキャップがカバーとして掛けられる。次に、電極が挿入され、上記のようにガラス化処理が実施される。処理が完了すると、ガラス化された塊は地中に埋め込まれたままにされる。理解頂けるように、放射性廃棄物等のような或る種の汚染物質は、指定された埋設場所に廃棄しなければならないので、この方法で安全に廃棄することはできない。
【０００７】
従って、先行技術の様々な欠点を克服するガラス化装置及び方法が必要とされている。
【特許文献１】
米国特許第４，３７６，５９８号
【特許文献２】
米国特許第５，０２４，５５６号
【特許文献３】
米国特許第５，５３６，１１４号
【特許文献４】
米国特許第５，４４３，６１８号
【特許文献５】
ＲＥ第３５，７８２号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
而して、或る実施形態では、本発明は、廃棄物及び／又は有害物の材料をガラス化するためのプロセスを提供しており、前記プロセスは、
前記材料を入れるための、断熱性ライニングを備えているコンテナを提供する段階と、
前記コンテナ内に前記廃棄物又は有害物の材料を入れる段階と、
少なくとも一対の電極を前記廃棄物又は有害物の材料に挿入する段階と、
前記コンテナを第１カバーで密閉する段階と、
前記廃棄物又は有害物の材料を溶融するために、前記対の電極の間に、或る時間、或る電力レベルで電流を通す段階と、
前記溶融した材料を、前記材料が硬いガラス質の塊を形成するまで冷却する段階と、を含んでいる。
【０００９】
別の実施形態では、本発明は、１つ又は複数の断熱材の層と、１つ又は複数の耐熱材の層、又はそれらの組み合わせから成る内部ライニングを有するボックスを備えている、廃棄物又は有害物の材料をガラス化するためのコンテナを提供している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好適な実施形態の上記及びその他の特徴は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。
上記の様に、従来のガラス化処理は、ピット又は複雑なチャンバ内で実施されてきた。しかしながら、本発明は、処理対象汚染材を入れ、その中でガラス化処理を実施するコンテナを提供する。更に、このコンテナは、ガラス化処理が完了すると容易に処分できるように製造されている。これにより、溶融又はガラス化した塊を取り出して取り扱う必要がなくなるので、安全で容易な廃棄物処分手段が提供される。
【００１１】
本発明のコンテナは、事実上全ての型式のガラス化処理に用いることができる。例えば、本コンテナ及び処理は、重金属、放射性核種、有機及び無機化合物の様な様々な種類の汚染物質に用いることができる。汚染の濃度はどの様な範囲であってもよい。更に、本発明は、例えば、砂、沈泥、粘土等、全ての種類の土で使用することができる。処理対象の土は、湿っていてもよいし、汚泥、堆積物又は灰を含んでいてもよい。
【００１２】
先に述べた様に、一般的なガラス化処理は、有機汚染物を分解し、有害物質及び放射性物質を完全性の高いガラス化産品内に固定するために、汚染された土又は他の地中材を電気的に溶融する段階を伴っている。この処理は、処理対象材内に電極を配置し、続いて、電極の間に導電性の始動経路材を設置することによって開始される。電力が掛けられると、電流は、始動経路を通って流れ、経路を、隣接する土と廃棄物を溶融する点まで加熱する。隣接する土と廃棄物が溶融すると、それらは導電性になり、その時点から、溶融した材料は、処理のための加熱要素として作用する。熱は、溶融した塊から隣接する溶融していない土及び廃棄物へ伝わり、溶融点まで加熱し、その時点で、溶融していなかった土及び廃棄物も加熱要素の一部となる。処理は、溶融する材料の量を増やすことによって、電力の供給が終るまで続く。溶融又はガラス化処理の間、気体廃棄物は全て捕捉され、必要であれば、適する既知の方法で処理される。ガラス化された塊は、ガラス及び結晶質の産品に似ており、重金属及び放射性核種等の様な気体化されていない汚染物質を固定する。ガラス化処理は、鋼、木、コンクリート、巨石、プラスチック、ビチューメン、タイヤ等の様な廃棄物に対して高い受容性を有している。
【００１３】
代表的な土の材料では、溶融処理は、主に溶融される材料の組成によって変わるが、約１４００°から２０００°の温度範囲内で実行される。様々な大きさ及び形状の溶融体を作ることができる。
【００１４】
本発明の或る好適な実施形態では、ガラス化処理では、普通に入手できる「ロールオフ・ボックス」のような鋼製コンテナを使用することになる。本発明によれば、コンテナは、先ず断熱処理して熱の伝達を防止し、更にボックスの内側に耐熱性ライニングを装着して、溶融段階の間ボックスを保護している。処理対象の廃棄物又は土材料は、ボックス内に入れられる。次に、電極が材料内に挿入され、上記のように溶融処理が実施される。溶融が完了すると、ボックスの内容物は、冷却され凝固する。その後、ボックスは、ガラス化した内容物と共に処分される。代替実施形態では、ガラス化した内容物をボックスから取り外して別々に処分することができるので、ボックスは再利用できる。
【００１５】
図１は、本発明の或る実施形態による処理コンテナを示している。図示のように、コンテナ１０は、側壁１２と底部１４を有するボックスである。コンテナ１０には、各側壁１２と底部１４に、断熱層１６が設けられている。断熱体を配置した後、コンテナは、砂のような耐熱材１８で内張される。耐熱材は、コンテナの底だけでなく側面にも内張される。この様にして、空間２０が残され、この中に処理対象材が入れられる。或る好適な実施形態では、耐熱材上に、更にプラスチック製ライナー１９の内張が施される。
【００１６】
図２は、本発明の或る実施形態を示している。図示のように、図１のコンテナに、フード２２が設けられている。フード２２は、コンテナ１０の上に配置され、その上部を密閉している。フードには開口部２４が設けられ、電極２６が貫通し伸張している。
【００１７】
フード２２とコンテナ１０の間に、フード２２をコンテナ１０に接続するコネクタ２８を配置してもよい。
図２に示すように、断熱体１６と耐熱材１８をコンテナ１０内に装着した後、廃棄物のドラム缶３０が、空間２０内に入れられる。ドラム缶は、例えば、標準的な５５又は３０ガロンのドラム缶である。ドラム缶３０の間の空所は、土３２で満たされる。そのような土３２は、更に、ドラム缶を覆うように入れられている。更に、覆われたドラム缶の上に、覆土の層３４が載せられ、コネクタ２８内へ伸張している。電極設置管３６は、覆土３４を貫通して伸張している。処理プロセスのための電極２４は、設置管３６を通って伸張している。
【００１８】
図３は本発明の別の実施形態を示しており、コンテナ１０内には、図２に示している円筒形ドラム缶の代わりに、圧縮されたドラム管３０ａ又は何らかの廃棄物材が入れられている。
【００１９】
以後、段階を追って本発明を説明する。先ず、コンテナは、上記の様に、断熱ボードで内張し、次いで、滑動型枠を設置して、耐熱材（即ち、けい砂の様に溶融点が非常に高い材料）層を装着し易くする。次に、プラスチックライナーをコンテナ内に設置して、廃棄物材と土をプラスチックライナー内に詰め込めるようにする。プラスチックライナーは、処理対象廃棄物材がかなりの液体を含んでいる場合、処理前に液体を入れるのに使うこともできる。一旦廃棄物材を据え付けると、滑動型枠は取り外してもよい。
【００２０】
以下に例を挙げて説明するように、処理対象廃棄物は、ドラム缶に入れてコンテナ内に入れることができる。ドラム缶内で、廃棄物は、処理対象材の量を最大にするために圧縮することができる。代わりに、別の実施形態では、処理対象材は、ドラム缶を使わず直接コンテナ内に入れることができる。別の実施形態では、処理対象材を、袋又はボックスに入れてコンテナ内に入れることができる。更に別の実施形態では、液体廃棄物は、土又は他の吸収体と混合して、コンテナ内に入れることができる。
【００２１】
別の実施形態では、鋼製コンテナを、上記のように、ガラス化段階の前にコンクリート製又は鋼製のセル内に入れることができる。そのようなコンクリート製セルには、必要な電源と、ガラス化処理に必要な気体廃棄物処理設備が設けられている。
【００２２】
当業者には理解頂けるように、廃棄物に様々な添加剤を加えて、本発明の処理を改良又は強化することができる。例えば、このような添加剤は、材料の導電率を高め（例えば、Ｎａ⁺）、又は材料に含まれている金属の酸化（例えばサッカロース、ＫＭｎＯ₄）を助長する。
【００２３】
ある実施形態では、本発明のコンテナは、１０から４０立方ヤードの範囲の体積を有する標準的「ロールオフ」ボックスであってもよい。そのようなコンテナ又はボックスは、長さ、幅及び高さ寸法が様々である。当業者には理解頂けるように、ボックスの寸法は、ボックスに取り付けねばならない装置の要件によってのみ制限される。別の実施形態では、本発明のコンテナは、標準的な５５ガロンの鋼製ドラム缶の様な金属製のドラム缶を含んでいる。そのようなドラム缶には、ここに論じているような、必要な断熱体及び／又は耐熱材層が備えられている。本発明のコンテナの壁厚さも、様々であってよい。通常、標準的なボックスは、１０から１２ゲージの範囲の壁厚さを有しているが、当業者には自明のように、他の寸法でも構わない。
【００２４】
通常、本発明のコンテナには、厚さが１から２インチの断熱ボードの形態をした断熱体が備えられている。耐熱性砂材料は、厚さが４から８インチで、底は１２インチまで厚くすることもある。
【００２５】
一般的に言えば、断熱及び耐熱材は、コンテナ内側にライナー又はライナーシステムを形成する。そのようなライナーは、コンテナ内に熱を維持し溶融処理の効率を上げる働きをする。このことを考慮すれば、耐熱材即ち砂も、断熱層として働くことを理解頂けよう。そのような場合、コンテナ内の耐熱材の厚さを上げて、必要な断熱値を得ることもできる。代わりに、耐熱材を省いて、断熱層だけをコンテナ内に設けてもよい。耐熱層と別体の断熱層の両方を用いる場合、耐熱材は、断熱層から熱を遠ざけるように働く。そのような場合、ガラス化処理後にコンテナから断熱層を取り出し、それを再利用することができる。別の実施形態では、複数の断熱層及び／又は耐熱性ライナーが使用されている。理解頂けるように、断熱及び／又は耐熱材の量は、判定基準の中でも、処理する土及び廃棄物の性質に依って決まる。例えば、そのような土及び材料の溶融温度が高い場合、余分な断熱及び／又は耐熱材が必要となる。
実施例
本発明を、ウラニウムの様な放射性物質に関わる特定の例に関して説明する。本例は、本発明の範囲を限定する意図は全く無いものと理解して頂きたい。
【００２６】
先ず、廃棄物を３０ガロンのドラム缶内に入れる。次に、廃棄物が入ったドラム缶を圧縮又は縮小し、５０ガロンのドラム缶内に入れ、土を詰め込んで密閉する。次にこの５０ガロンのドラム缶を処理コンテナ１０内に入れる。以下に詳細に説明するが、小さい方のドラム缶を圧縮する間に、廃棄物内の油を取り除いて、別々に処理しなければならない。
【００２７】
圧縮された処理対象材（例えば、ウラニウムと油）のドラム缶をコンテナ１０内へ入れるのは、二通りの方法で実行することができる。第１の方法は、圧縮された小さい方のドラム缶と土を保持している５５ガロンのドラム缶の中身をコンテナ１０にあけるやり方である。圧縮されたドラム缶は、直ぐに土で覆われ、空気に自由に曝されることはない。この方法では、圧縮されたドラム缶は、処理に備え互いにより近づけて配置され、ウラニウムをより多く詰め込むことが出来る。更に、圧縮されたドラム缶を５５ガロンのドラム缶から取り除くと、ガラス化段階の間に蒸気を逃がすために、５５ガロンのドラム缶を壊すか又は密封解除する必要がなくなる。
【００２８】
代わりに、圧縮されたドラム缶が入っている５５ガロンのドラム缶を、処理するための廃棄物処理コンテナ内へ直接置いてもよい。この場合、ドラム缶に通気孔を設けて、処理中に蒸気を逃がし易くする。
【００２９】
小さい方（３０ガロン）のドラム缶の圧縮段階の間に取り出される汚染された油の一部（１１ｗｔ％）を、コンテナの処理容積内の土に加え、ウラニウムのドラム缶と共に処理することもできる。プラスチックライナー１９は、廃棄物から耐熱性砂材料１８へ自由油が移動するのを阻止する。滑動型枠は、廃棄物、土及び耐熱性砂のレベルが上がると同時に、コンテナが所望レベルに満たされるまで引き上げられる。その時点で、滑動型枠は、保管場所に取り払われる。
【００３０】
清浄な土の層が、設置された廃棄物及び耐熱性砂の上に載せられる。次に電極が、土の層内に設置される。電極の設置は、電極２６を後で配置するために空所を確保している、事前に設置されていた管を利用して行われる。次に、電極の間の土の中に、始動経路が配設される。最後に、追加の清浄な覆土３４が、始動経路３１上に被せられる。これで、処理コンテナ内の廃棄物の設置が終了する。廃棄物を設置した後の廃棄物処理コンテナの構成を図２及び図３に示している。
【００３１】
上記のように廃棄物処理コンテナ１０に廃棄物が設置されると、次に、気体廃棄物処理システムに接続されている気体廃棄物回収フード２２が被せられる。次いで、電極フィーダー２９を支持するために、電極フィーダー支持フレーム２７が、コンテナフードアッセンブリ２２上に配置されるが、但し、両者がフードアッセンブリの一体の部品である場合は、既に所定の位置に配置されていることになる。次に電極２６が、フィーダ２９を通して、フード２２内へ、そして始動経路３１の端部に配置されている管３６内へと挿入される。追加の始動経路材が管３６内に配置されると、確実に始動経路３１と良好に接続される。最後に、管の残りの部分が、清浄な覆土３４で一杯にされる。これで、溶融のための材料の準備が完了する。理解頂けるように、上記議論は単一の電極について行ったが、コンテナには少なくとも一対の電極が備えられており、それぞれが上に示しているのと同様の要件を有している。実際、当業者には明白なように、システム内に、対の電極を幾つ備えてもよい。
【００３２】
溶融処理を開始する前に、気体廃棄物の流し始めと準備完了の試験が行われる。溶融処理は、或る期間に亘って或る増加率（開始傾斜）で、そして所与の電力出力値で、電力が掛けられる。例えば、電力は、約１５時間、約５００ｋＷの全出力レベルまで掛けられる。ウラニウムを含む廃棄物のドラム缶と油を処理するには、処理する廃棄物の種類、利用する電力レベル及びコンテナの大きさ次第であるが、完了するのに合計で２日から５日要するものと予測される。処理は、完了するまで、一日２４時間ベースで実行される。
【００３３】
図４ａから４ｄは、コンテナ１０内の材料の溶融の進行段階を示している。
以上、本発明を、或る特定の実施形態に関して説明してきたが、当業者には自明のように、上記特許請求の範囲に概説する本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、これら実施形態には様々な修正を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態による、コンテナの端部断面立面図である。
【図２】本発明の実施形態による、使用中の、図１のコンテナを含んでいる装置の端部断面立面図である。
【図３】本発明の別の実施形態による、使用中の、図１のコンテナを含んでいる装置の端部断面立面図である。
【図４】図４Ａから図４Ｄは、本発明の溶融プロセスの各段階における、図３の装置の端部断面立面図である。

Claims

廃棄物及び／又は有害物の材料をガラス化するためのプロセスにおいて、
前記材料を入れるための、断熱性ライニングを備えているコンテナを提供する段階と、
前記コンテナ内に前記廃棄物又は有害物の材料を入れる段階と、
少なくとも一対の電極を前記廃棄物又は有害物の材料に挿入する段階と、
前記コンテナを第１カバーで密閉する段階と、
前記廃棄物又は有害物の材料を溶融するために、前記対の電極の間に、或る時間、或る電力レベルで電流を通す段階と、
前記溶融した材料を、前記材料が硬いガラス質の塊を形成するまで冷却する段階と、から成るプロセス。
前記第１カバーを取り外す段階と、
前記コンテナを第２カバーで再密閉する段階と、
前記ガラス化された塊が中に入っている前記コンテナを廃棄する段階と、を更に含んでいる、請求項１に記載のプロセス。
前記溶融する段階の間に生成された気体は、排気される前に回収及び／又は処理されるようになっている、請求項１に記載のプロセス。
前記第１カバーは前記気体を回収する手段を含んでいる、請求項３に記載のプロセス。
前記コンテナは、更に液体不透過性内部ライナーを含んでおり、これにより、前記廃棄物又は有害物の材料内に含まれている液体は、前記溶融する段階の前に、前記耐熱材と接触しないようになっている、請求項１に記載のプロセス。
前記廃棄物又は有害物の材料は、汚染された土を含んでいる、請求項１に記載のプロセス。
前記廃棄物又は有害物の材料は、炭化水素、放射性材料、放射性核種、発ガン物質又はそれらの組み合わせから成るグループから選択された汚染物質を含んでいる、請求項６に記載のプロセス。
前記断熱性ライニングは、１つ又は複数の断熱材料の層、１つ又は複数の耐熱材の層、又はそれらの組み合わせを含んでいる、請求項１に記載のプロセス。
１つ又は複数の層の断熱材料と、１つ又は複数の層の耐熱材、又はそれらの組み合わせから成る内部ライニングを有するボックスを備えている、廃棄物又は有害物の材料をガラス化するためのコンテナ。