JP2007198736A

JP2007198736A - 有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法

Info

Publication number: JP2007198736A
Application number: JP2006013886A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nagahara; 聰長原
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】放射性固体廃棄物に残存する有機物を無機化し、最終処分場の処分体として保管できるようにする有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法を提供する。
【解決手段】有機物含有放射性固体廃棄物を破砕し粒径０．０５ｍｍ〜１００ｍｍの粒状体を得る破砕工程１、該粒状体中の有機物を不活性雰囲気において温度４００℃〜６００℃で熱分解する熱分解工程２を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法に関し、さらに詳しくは最終処分形態として許容される放射性固体廃棄物を得るために、有機物含有放射性固体廃棄物を無機化する処理方法に関する。

原子力施設の定期検査時や廃止措置時の被曝低減対策として、化学除染技術の開発が進められている。これは、放射性物質取扱施設の構造材や配管等の内表面に付着した酸化皮膜に取り込まれた放射性クラッドを、酸化皮膜と共に除去する処理技術であり、化学薬液からなる除染剤により酸化皮膜を溶解する処理技術である。代表的な除染剤として、硝酸、塩酸及び硫酸などの無機酸と、シュウ酸、ギ酸、クエン酸、マロン酸、アスコルビン酸などの有機酸やエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ピコリン酸のようなキレート剤がある。

上記のうち有機酸やキレート剤等の有機化合物を除染剤として使用した場合、一般に、放射性物質及び有機化合物を含有する放射性廃液を処理するために、有機化合物を酸化分解して、炭酸ガス、水、又は窒素ガス等に変えて除去した後、廃液を濃縮減容してから固化処理が行なわれている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記のように有機化合物を酸化分解・除去して固化処理した放射性固体廃棄物であっても有機化合物が残存していたり、何らかの事情により有機化合物を分解・除去せずに暫定的に固化処理した放射性固体廃棄物は、有機物を含有しているため、最終処分場での処分体として貯蔵保管することができない。これは、半永久的に安全かつ安定した状態で放射性廃棄物を貯蔵保管するために、最終処分形態としての放射性固体廃棄物には有機物を含まないことが要求され、その許容量が法令で定められているからである。

したがって、有機物を含有する放射性固体廃棄物は、無機化又は有機物を除去しなければ最終処分場に貯蔵保管することはできない。しかし、有機物含有放射性固体廃棄物を無機化する処理方法又は有機物を除去する処理方法は、未だ確立されていない。
特開２００４−３４０７６９号公報

本発明の目的は、有機物含有放射性固体廃棄物を無機化し、最終処分場の処分体として保管できるようにする有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法を提供することである。

上記目的を達成する有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法は、有機物含有放射性固体廃棄物を破砕し粒径０．０５ｍｍ〜１００ｍｍの粒状体を得る破砕工程、該粒状体中の有機物を不活性雰囲気において温度４００℃〜６００℃で熱分解する熱分解工程を含むことを特徴とする。

本発明の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法は、有機物含有放射性固体廃棄物を粒径０．０５ｍｍ〜１００ｍｍの粒状体に破砕し、この粒状体を不活性雰囲気において温度４００℃〜６００℃で熱処理するため、粒状体の伝熱効率が高く、粒状体が含有する有機物を確実に熱分解し、熱分解ガス成分として粒状体の外部に放出し除去することができる。このように処理された粒状体は、有機物の含有量が極めて低い放射性固体廃棄物であり、最終処分場に受け入れ可能な処分体とすることができる。

以下に、本発明の処理方法を詳細に説明する。
図１は、本発明の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法におけるプロセスの一例を示すフロー図である。有機物含有放射性固体廃棄物は、ドラム缶等の容器に封入された状態で処理施設に搬入され、容器の蓋バンド等を取り外した後、容器を切断し、この容器片を剥離して放射性固体廃棄物が取出される（切断剥離工程７）。なお、放射性固体廃棄物を容器から容易に取出すことができる場合には容器を切断して剥離する必要はない。

次に破砕工程１において、この放射性固体廃棄物を粒径０．０５ｍｍ〜１００ｍｍの粒状体に破砕し、得られた粒状体を、熱分解工程２において不活性雰囲気中、温度４００℃〜６００℃で加熱し粒状体中の有機物を熱分解して、熱分解ガス成分とする。

その後、発生した熱分解ガス成分と粒状体とを分離し（分離工程３）、無機化した粒状体を得る。その粒状体をドラム缶等に入れ、水、必要に応じてセメントを添加してセメント詰めにして固化処理した放射性固体廃棄物とする（固化工程４）。この放射性固体廃棄物を封入したドラム缶に蓋バンドを嵌め、除染工程９、汚染検査工程１０を経て搬出する。一方、熱分解ガス成分は、酸化分解工程５、酸化分解で発生した灰分の集塵工程６を経て無害化される。

有機物含有放射性固体廃棄物は、放射性物質及び有機物を含む放射性廃棄物が固化処理された固体廃棄物である。前述したように、放射性物質取扱施設の構造材や配管等を除染する際に発生する除染廃液を酸化分解し濃縮減容して固化処理した場合であっても有機物の分解除去処理が不十分又は不完全であった放射性固体廃棄物又は有機物を分解・除去せずに暫定的に固化処理した放射性固体廃棄物である。

除染剤としては、ギ酸、シュウ酸、マロン酸、アスコルビン酸、クエン酸、ヒドラジン水和物、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ピコリン酸などが挙げられる。本発明において無機化処理する有機物含有放射性固体廃棄物は、好ましくは、ギ酸、シュウ酸、マロン酸、アスコルビン酸、クエン酸、ヒドラジン水和物、ＥＤＴＡから選ばれる少なくとも１種の除染剤及び／又はその除染処理廃液を含む放射性固体廃棄物である。特にＥＤＴＡ及び／又はヒドラジン水和物を有機物として含む放射性固体廃棄物の無機化により高い効果がある。

有機物含有放射性固体廃棄物は、ドラム缶等の容器に封入されたセメントやアスファルト等に混入した固体状態で処理施設に搬入され、容器の蓋バンド等を取り外した後、放射性固体廃棄物が取出される。容器と廃棄物が固着し取出しが困難な場合、切断剥離工程７において、容器を切断し、その容器片を剥離して有機物含有放射性固体廃棄物を分離することが好ましい。ドラム缶等の容器を切断する方法及び固体廃棄物から容器片を剥離する方法は、公知の手法を用いることができる。

容器から取出された有機物含有放射性固体廃棄物は、破砕工程１において、粒状体に破砕される。粒状体の大きさは、粒径０．０５ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内であり、好ましくは０．１ｍｍ〜５０ｍｍにするとよい。粒状体の大きさを上記範囲内とすることにより、後段の熱分解工程において、有機物を熱分解して確実に無機化することが可能となる。すなわち、粒状体が適切な大きさに形成されているため伝熱効率が高く、有機物を加熱及び熱分解しやすいと共に、生成した熱分解ガス成分を粒状体から外部に放出しやすく容易に分離することができる。なお、粒状体の大きさが微細過ぎると放射性物質による２次汚染のおそれが高くなるため１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内とすることがより好ましい。

破砕工程１に使用する破砕機は、窯業、鉱山などの分野で汎用されているものを使用することができ、例えば、転動ボールミル、振動ボールミル、竪型ローラミル、ケージミルを挙げることができる。

上記により得られた粒状体は、熱分解工程２に移送され、粒状体に含まれる有機物が不活性雰囲気下において熱分解される。不活性雰囲気は、空気の流入を制限し、不活性ガスを流通させることにより得られ、酸素等との急激な反応を抑制することができる。不活性ガスとしては窒素を用いることが好ましい。熱分解温度は、４００〜６００℃、好ましくは４５０〜５５０℃にするとよい。この温度範囲で熱分解することにより、粒状体中に含まれる有機物を飽和炭化水素、不飽和炭化水素、窒素、水等の熱分解ガス成分へ熱分解する効率を高めることができる。

また、粒状体の熱分解工程における滞留時間は、好ましくは０．５時間〜２時間、より好ましくは１．０時間〜１．５時間にするとよい。滞留時間を上記の範囲内とすることにより、粒状体中に含まれる有機物の熱分解を確実に遂行することができる。

熱分解工程に使用する反応器は、回分式反応器、流通式反応器のどちらも使用することができるが、処理効率の観点から流通式反応器がより好ましい。流通式反応器としては、ロータリーキルン又は流動床反応器を挙げることができ、特に、外熱式ロータリーキルンが、構造がシンプルでありながら伝熱効率が高く、粒状体中の有機物の熱分解を確実に進めることができより好ましい。

図２は、本発明の処理方法に好適に使用するロータリーキルンを例示する説明図である。ロータリーキルン２０は、入口フード２１、加熱円筒炉２２、出口フード２３、保護カバー２５で覆われたヒータ２４、回転ローラ２６及びスクリューフィーダ２７等から構成され、これらがコモンベッド２８の上に配置され、ジャッキング装置２９により所定の傾斜角度が得られるようになっている。また、加熱円筒炉２２の内部には、掻き揚げ棒又は堰板を配置することが好ましく、粒状体の伝熱効率及び撹拌性を高め、有機物の熱分解及び熱分解ガス成分の放出を促進することができる。

本発明の処理方法において、粒状体は、スクリューフィーダ２７に投入され、入口フード２１から加熱円筒炉２２内部へ所定の流量で供給される。また、不活性ガスは、入口フード２１の上部の不活性ガス入口３０から供給される。ロータリーキルン２０、すなわち加熱円筒炉２２の傾斜角度及びその回転により、粒状体は入口フード２１から出口フードに向かって流動し、ヒータ２４によって高温状態に維持された加熱ゾーンにおいて所定時間滞留する間に有機物が熱分解し粒状体から放出される。

本発明において、ロータリーキルンの内径は好ましくは５０〜５００ｍｍ、より好ましくは１５０〜３５０ｍｍ、加熱ゾーンの長さは好ましくは２００〜３０００ｍｍ、より好ましくは１０００〜２０００ｍｍとするとよい。また、ロータリーキルンの傾きは、好ましくは０．５°〜５°、より好ましくは１．５°〜３．５°、回転数は好ましくは０．５〜５ｒｐｍ、より好ましくは１〜３ｒｐｍにするとよい。なお、ロータリーキルンの熱分解温度及び加熱ゾーンの滞留時間は、前述したように設定することが好ましいが、とりわけ熱分解温度を４５０〜５５０℃、滞留時間を１〜１．５時間とするとよい。ロータリーキルンの構造及び操作条件を上記構成にすることにより、粒状体に含まれる有機物を確実に熱分解し外部に放出することができる。

熱分解工程で発生した熱分解ガス成分及び粒状体は、分離工程において分離される。分離工程の構成は、粒状体から熱分解ガス成分を除去できれば特に制限されず、ロータリーキルンの出口フード２３において、上部の熱分解ガス成分出口３１から熱分解ガス成分を排出し、下部の熱分解残渣出口３２から粒状体を排出する構成であってもよい。

分離工程で分離された熱分解ガス成分は、酸化分解されることが好ましい。酸化分解の方法は、酸素を吹き込んで燃焼させる方法、酸化触媒と接触させる方法等を挙げることができる。なかでも、酸素存在下で燃焼させることが、熱分解ガス成分、特に飽和炭化水素及び不飽和炭化水素成分を確実に酸化分解できることから好ましい。

なお、上記のように分離工程で分離した熱分解ガス成分を酸化分解してもよいが、分離工程の前に、熱分解ガス成分及び粒状体を酸化分解、特に燃焼処理してもよい。すなわち、熱分解ガス成分及び粒状体に空気又は酸素を吹き込むことにより、熱分解ガス成分を燃焼し酸化分解すると同時に、粒状体が含む熱分解ガス成分及び／又は有機物を燃焼し酸化分解することが可能となり、粒状体を確実に無機化することができる。このように燃焼処理した粒状体及び燃焼排ガスは、前記の分離工程と同様にして粒状体から分離・除去することができる。

熱分解ガス成分等の酸化分解により発生した燃焼排ガス等に含まれる灰分は、バグフィルター、高性能粒子フィルタ等により集塵した後、放射性気体廃棄物として処理することが好ましい。

熱分解処理及び／又は酸化分解処理がなされた粒状体は、有機物の含有量が極めて少なく、好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは１〜１０ｐｐｍであるとよい。有機物の含有量を１０ｐｐｍ以下とすることにより、最終処分場の処分体として貯蔵保管、すなわち廃棄処分することができる。

本発明の処理方法で処理された粒状体は、固化工程に移送され、ドラム缶に所定量を投入し、水、必要に応じてセメントを添加し、混合混練してセメント詰めとして固体化される。粒状体は、セメントの固化物であるのでセメントの添加は必要最小限でよい。また、粒状体を予め水、必要に応じてセメントと混合し混練してからドラム缶に投入しセメント詰めしてもよい。

放射性廃棄物を含む粒状体を封入し固体化したドラム缶は、蓋バンドを嵌め、除染工程及び汚染検査工程を経て、最終処分場へ搬出される。除染工程及び汚染検査工程は、放射性固体廃棄物に対して適用する通常の除染方法及び汚染検査方法を適用することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例により限定するものではない。

下記に示す方法で有機物を含有するセメント固化体を作成し、これを破砕して粒度の異なる粒状体を得、粒状体の大きさ及び熱分解の条件を異ならせて８種の条件で熱分解処理した後、粒状体中に残留する有機物の量を測定した。

〔セメント固化体の作成〕
ＥＤＴＡを５０重量％及び水加ヒドラジンを１３重量％含有する除染剤（栗田エンジニアリング社製クリデコン２０１）２１ｇを純水１リットルに溶解し除染剤水溶液を調製した。セメントと除染剤水溶液を重量比２：１で秤量し、必要な添加剤を加えて混合混練し容積１リットルの型枠に入れセメント固化体を作成した。

〔粒状体の作成〕
上記により得られたセメント固化体を一定の養生期間静置保持した後、ボールミルを用いて破砕して、粒度の異なる２水準のサンプル粒状体Ａ及びＢを作成した。粒状体Ａの平均粒径は２０ｍｍ、粒状体Ｂの平均粒径は０．１ｍｍであった。

〔熱分解処理〕
上記により得られた粒状体Ａ又はＢを３０ｇ秤量し、回分式キルン（加熱筒の内径５０ｍｍ、長さ２００ｍｍ）に入れ、キルン内を窒素置換して不活性雰囲気にし熱分解温度５００℃において滞留時間（処理時間）及び回転数を表１及び２の条件に設定して、熱分解を行った。

〔有機物含有量の測定〕
熱分解前後の粒状体中に含まれる有機物の濃度を、亜鉛標準液による逆キレート滴定法により定量分析した。その結果を表１及び２に示す。なお、熱分解前の粒状体Ａ及びＢの有機物含量は、０．１５重量％であった。

本発明の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法におけるプロセスの一例を示す説明図である。本発明の処理方法に使用するロータリーキルンを例示する説明図である。

符号の説明

１破砕工程
２熱分解工程
３分離工程
４固化工程
５酸化分解工程
６集塵工程
７切断剥離工程
８容器片処理工程
９除染工程
１０汚染検査工程
１１搬出工程
２０ロータリーキルン
２１入口フード
２２加熱円筒炉
２３出口フード
２４ヒータ
２５保護カバー
２６回転ローラ
２７スクリューフィーダ
２８コモンベッド
２９ジャッキング装置
３０不活性ガス入口
３１熱分解ガス成分出口
３２熱分解残渣出口

Claims

有機物含有放射性固体廃棄物を破砕し粒径０．０５ｍｍ〜１００ｍｍの粒状体を得る破砕工程、該粒状体中の有機物を不活性雰囲気において温度４００℃〜６００℃で熱分解する熱分解工程を含む有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法。
前記熱分解工程に流通式反応器を使用する請求項１に記載の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法。
前記流通式反応器が、外熱式ロータリーキルン又は流動床反応器である請求項２に記載の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法。
前記熱分解工程における前記粒状物の滞留時間が０．５時間から２時間である請求項１〜３のいずれかに記載の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法。
前記有機物が、原子力施設から排出された除染剤及び／又はその除染処理廃液である請求項１〜４のいずれかに記載の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法。
前記有機物が、ギ酸、シュウ酸、マロン酸、アスコルビン酸、クエン酸、ヒドラジン水和物、エチレンジアミン四酢酸から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜５のいずれかに記載の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法。
前記熱分解工程において発生した熱分解ガス成分を前記粒状体から除去する分離工程、該分離工程後の粒状体を固体化処理する固化工程を有する請求項１〜６のいずれかに記載の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法。
前記熱分解工程において発生した熱分解ガス成分を酸化分解する工程、該酸化分解により発生した灰分を集塵する工程を含む請求項１〜７のいずれかに記載の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法。
前記破砕工程の前に前記有機物含有放射性固体廃棄物が入った容器を切断し、その容器片を剥離する工程を有し、前記容器片を放射性廃棄物として処理する工程を含む請求項１〜８のいずれかに記載の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法。
前記固化工程が、前記粒状体をドラム缶にセメント詰めにして封入する処理工程であり、該ドラム缶を除染する工程及び汚染検査する工程を含む請求項７〜９のいずれかに記載の有機物含有放射性固体廃棄物の処理方法。