JP2013160725A - 放射性物質で汚染された有機物の処理方法と処理設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 放射性物質に汚染された有機物を大幅に減容して処理できるようにする。
【解決手段】 セシウムで汚染された落ち葉・稲わら・草・木屑等の有機物からなる汚染物Ａを気化する加熱炉１と、加熱炉１で気化された排煙を冷却する冷却化タンク２と、冷却化タンク２で冷却された排煙中の物質を処理水Ｗに取り込む脱煙液化装置３と、処理水Ｗを循環させ且つその一部を冷却化タンク２に冷却用として給水する処理水循環タンク４と、処理水Ｗ中のセシウムを除去する吸着タンク５と、吸着タンク５でセシウムが除去された処理水Ｗを脱煙液化装置３に給水する処理水Ａタンク６と、処理水Ａタンク６内の処理水Ｗに残存するセシウムをさらに除去するセシウム吸着装置７と、脱煙液化装置３に処理水Ｗを冷却用として給水する処理水Ｂタンク８で構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セシウム等の放射性物質で汚染された落ち葉・稲わら・草・木屑等の有機物の処理方法と処理設備に関する。

従来、放射性物質で汚染された落ち葉・稲わら・草・木屑等の有機物は、焼却して減容し、その焼却灰を固化して保管していた。排煙中の放射性物質はフィルターで除去して浄化し、そのフィルターも焼却していた。ところで、前記の方法では、焼却灰の固化物の保管に広い場所を必要とする問題があり、有機物を大幅に減容できる技術が求められていた。

特開２００９−１３９０２７号公報 特開２００８−２５６６６０号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来のこれらの問題点を解消し、放射性物質に汚染された有機物を大幅に減容して処理できるようにすることにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１） 放射性物質で汚染された有機物を磁化された空気雰囲気の環境下で熱分解して気化し、その気化された排煙を水中に通過させて排煙中の物質を水中に取り込み、その取り込まれた水中の放射性物質を吸着材に通過させて吸着させるようにした、放射性物質で汚染された有機物の処理方法
２） 外気を磁化して取り込んだ炉内で放射性物質で汚染された有機物を熱分解して気化する加熱炉と、その加熱炉で気化された排煙を水中に通過させて排煙中の物質を水中に取り込む脱煙液化装置と、その脱煙液化装置で水中に取り込まれた放射性物質を吸着材に通過させて吸着させる吸着装置で構成した、放射性物質で汚染された有機物の処理設備
３） 加熱炉が、外気を取り込む磁石付きの吸気管を備えた構造である、前記２）記載の放射性物質で汚染された有機物の処理設備
４） 脱煙液化装置が、箱体の上部に排気を兼ねた給水口を形成し、箱体の下部に排煙の進入を兼ねた排水口を形成し、箱体の内部に傾斜の向きを交互にした複数段の傾斜板を水と排煙が通過できる間隔をおいて配置した構造である、前記２）又は３）記載の放射性物質で汚染された有機物の処理設備
５） 脱煙液化装置と吸着装置に水を給水して排水を回収し循環させる処理水循環タンクを設けた、前記２）〜４）いずれか記載の放射性物質で汚染された有機物の処理設備
６） 脱煙液化装置から排水された水中の凝集物を回収するスクリーンを処理水循環タンクに設けた、前記５）記載の放射性物質で汚染された有機物の処理設備
７） 吸着装置が、外筒と吸着材が充填された内筒の二重構造の複数の容器を土台に脱着可能に設置し、上流の容器の内筒と下流の容器の外筒を水管で直列に接続した構造である、前記２）〜６）いずれか記載の放射性物質で汚染された有機物の処理設備
にある。

本発明の前記１）及び２）記載の構成によれば、磁化された空気雰囲気の環境下で有機物を熱分解すると、空気中の分子の電子がローレンツ力で押し出され、酸素や二酸化炭素と結合してマイナスイオン化する。その時に分子に与えられたエネルギーはイオン化のエネルギーより多いから、その余剰のエネルギーでイオンがさらに分解し、質量の小さいイオンが発生するフラグメント現象が起きる。そのマイナスイオンの連続供給状態で、電気陰性度が大きくなって有機物の原子に電子が引き付けられ、クーロン力によるイオン結合で分子内にある全ての結合を切る乖離作用が起き、有機物がバラバラに分解してほとんど気化する。したがって、従来技術の焼却処理と比較して有機物を大幅に減容できる。

本発明の前記３）記載の構成によれば、排煙が炉外に排気されると、負圧により外気が吸気管を通じて自然吸気され、吸気管の磁石で磁化されて炉内に取り込まれる。したがって、簡易な構造で磁化された空気雰囲気の環境が形成され、その環境を維持できる。

本発明の前記４）記載の構成によれば、給水口から水を流すと上位の傾斜板から下位の傾斜板へ流れ落ちる際にシャワーカーテンが形成され、排水口から進入した排煙が下位のシャワーカーテンから上位のシャワーカーテンを通過して給水口から排気される。したがって、簡易な構造ながら、排煙中の物質を水中に取り込む面積が広くて効率が良く、駆動力はポンプのみで低コストにて実施できる。

本発明の前記５）記載の構成によれば、汚染された水を外部に排出しないで再利用できる。特に、本発明の前記６）記載の構成によれば、脱煙液化装置の排水を処理水循環タンクに回収する前に凝集剤を混合すると、水中の物質が凝集してスクリーンで回収され、浄化された水を再利用できるようになる。

本発明の前記７）記載の構成によれば、吸着材の吸着能力が飽和状態になった場合、容器を短時間に交換でき、処理を迅速に再開できる。

実施例の処理設備の説明図である。 実施例の加熱炉の断面図である。 実施例の冷却化タンクの断面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 実施例の脱煙液化装置の説明図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 実施例の処理水循環タンクの断面図である。 実施例の処理水循環タンクの平面図である。 実施例の吸着タンクの一部切欠き説明図である。 実施例のセシウム吸着装置の一部切欠き説明図である。 実施例のセシウム吸着装置の平面図である。 実施例の建屋と清浄装置の説明図である。

本発明では、加熱炉から排出された排煙は非常に高温であるから、脱煙液化装置に送り込む前に冷却させる冷却手段を設けると良い。冷却手段としては、煙道を曲折して貯水したタンクなど、冷却装置を必要としない簡易な構造が低コストで実用的である。吸着装置は、４〜８本の容器を直列に接続して用いるのが一般的であるが、求める処理能力に応じて本数を任意に増減しても良い。各装置は放射性物質を除去できる清浄装置を備えた建屋内に設置すると、各装置から漏れたわずかな放射性物質も清浄装置に取り込まれて大気への拡散が防止され、建屋内で作業する作業者の被爆も低減できる。以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。

本実施例の処理設備は、図１に示すように、セシウムで汚染された落ち葉・稲わら・草・木屑等の有機物からなる汚染物Ａを気化する加熱炉１と、加熱炉１で気化された排煙を冷却する冷却化タンク２と、冷却化タンク２で冷却された排煙中の物質を処理水Ｗに取り込む脱煙液化装置３と、処理水Ｗを循環させ且つその一部を冷却化タンク２に冷却用として給水する処理水循環タンク４と、処理水Ｗ中のセシウムを除去する吸着タンク５と、吸着タンク５でセシウムが除去された処理水Ｗを脱煙液化装置３に給水する処理水Ａタンク６と、処理水Ａタンク６内の処理水Ｗに残存するセシウムをさらに除去するセシウム吸着装置７と、脱煙液化装置３に処理水Ｗを冷却用として給水する処理水Ｂタンク８と、これらの設備を収容する建屋９で構成している。

加熱炉１は、図１，２に示すように、汚染物Ａを受け入れる投入口１ａと、投入口１ａに汚染物Ａを投入する投入装置１ｂと、汚染物Ａの絡み付きを防止する攪拌羽根１ｃと、９００℃に加熱するヒーター１ｄと、外気を磁石１ｅで磁化して取り込む吸気管１ｆと、排煙を排気する排気塔１ｇで構成している。投入装置１ｂは、蓋１ｈを備えたカバー１ｉと、蓋１ｈと投入口１ａの間をカバー１ｉ内でモーターとラック（図示せず）によって進退する筒体１ｊで構成している。吸気管１ｆは管径４０ｍｍで、吸気量を調整するためのゲート弁１ｋを途中に設けている。磁石１ｅは厚さ１５ｍｍ、１８０００〜２００００ガウスの環状で、ゲート弁１ｋより上流の位置に取り付け、その磁石１ｅの周囲をアクリル板１ｎとＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のカバー１ｍで被覆している。磁石１ｅの位置を通る吸気管１ｆは途中で分断し、通過する外気に磁力が直接作用されるようにしている。吸気管１ｆの終端の上方には、汚染物Ａによる閉塞防止用のフード１ｐを設けている。吸気管１ｆは、加熱炉１の周囲に一定間隔をおいて１６本設けている（図示は１本である）。

冷却化タンク２は、図１，３，４に示すように、複数の仕切り２ａで曲折した煙道２ｂと、処理水Ｗを一定水位に維持するオーバーフロー管２ｃと、排煙をオーバーフロー管２ｃの途中を通じて排気する煙管２ｄで構成している。加熱炉１の排気塔１ｇは煙道２ｂの始端に配管している。

脱煙液化装置３は、図１，５，６に示すように、給水された処理水Ｗをシャワー状に散水する給水口３ａと、処理水Ｗを排水するとともに冷却化タンク２の煙管２ｄから排煙を取り込む排水口３ｂと、処理水Ｗを交互に流れ落とす複数段の傾斜板３ｃと、給水口３ａから気体を放出する排気塔３ｄと、傾斜板３ｃに貫通して冷却する多数本の熱交換パイプ３ｅと、熱交換パイプ３ｅに給水する処理水Ｗを貯水するための冷却水タンク３ｆで構成している。

処理水循環タンク４は、図１，７，８に示すように、脱煙液化装置３の排水口３ｂから水管４ａを通じて排水された処理水Ｗ及び冷却化タンク２のオーバーフロー管２ｃから排水された処理水Ｗに凝集剤を混合する集水タンク４ｂと、集水タンク４ｂから水管４ｃで取り込まれた処理水Ｗにエアポンプ４ｄで気泡を放出する散気管４ｅと、処理水Ｗにマイクロバブルを放出するマイクロバブル発生器４ｆと、処理水Ｗ中の凝集物Ｇを回収するベルト式スクリーン４ｇと、処理水Ｗを冷却化タンク２にポンプ４ｈで給水する水管ｉと、処理水Ｗを一定水位に保持するオーバーフロー管４ｊと、オーバーフロー管４ｊでオーバーフローした処理水Ｗを貯水する調整タンク４ｋと、調整タンク４ｋ内の処理水Ｗをポンプ４ｍで送り出す水管４ｎで構成している。

吸着タンク５は、図１，９に示すように、所定深さに設けたグレーチング５ａと、グレーチング５ａの上方空間に充填したゼオライト５ｂと、ゼオライト５ｂを通過した処理水Ｗを排水する水管５ｃと、吸着タンク５を脱着可能に設置する土台５ｄで構成している。調整タンク４ｋから伸びる水管４ｎはグレーチング５ａの下方に配管している。

処理水Ａタンク６は、図１に示すように、脱煙液化装置３の給水口３ａに処理水Ｗをポンプ６ａで給水する水管６ｂと、処理水Ｗをポンプ６ｃで外部に送り出す水管６ｄで構成している。

セシウム吸着装置７は、図１，１０，１１に示すように、密閉構造の容器７ａ（外筒）と、底面にグレーチングを備えた内筒７ｂと、内筒７ｂに充填したゼオライト７ｃと、８体の容器７ａを脱着可能に設置する土台７ｄと、隣接する上流側の容器７ａの上面（内筒７ｂと連通）と下流側の容器７ａの側面を接続する水管７ｅと、最下流の容器７ａの処理水Ｗを処理水Ａタンク６に戻す戻し管７ｆで構成している。処理水Ａタンク６の水管６ｄは最上流の容器７ａの側面に接続している。

処理水Ｂタンク８は、図１に示すように、脱煙液化装置３の冷却水タンク３ｆに処理水Ｗを冷却用としてポンプ８ａで給水する水管８ｂと、脱煙液化装置３の熱交換パイプ３ｅから排水された処理水Ｗを戻す戻し管８ｃと、セシウム吸着装置７の戻し管７ｆから分岐した水管８ｄで構成している。

建屋９は、図１２に示すように、放射線が透過し難い厚みを有するコンクリート製で、側壁に建屋９内の空気中のセシウムを除去して大気に放出する清浄装置１０を取り付けている。清浄装置１０は、不織布フィルター１０ａとＨＥＰＡフィルター１０ｂと活性炭素繊維フィルター１０ｃの３層のフィルターと、風量２００ｍ^３／分、静圧１０００Ｐａの排気ファン１０ｄで構成している。

以下、本実施例の処理設備を用いた汚染物Ａの処理工程について説明する。まず、ポンプ４ｈ，４ｍ，６ａ，６ｃ，８ａ・エアポンプ４ｄ・マイクロバブル発生器４ｆ・ベルト式スクリーン４ｇ・排気ファン１０ｄを作動させる。調整タンク４ｋ内の処理水Ｗは吸着タンク５・処理水Ａタンク６・脱煙液化装置３・集水タンク４ｂ・処理水循環タンク４・調整タンク４ｋの順で循環し、処理水循環タンク４内の処理水Ｗが冷却化タンク２・集水タンク４ｂ・処理水循環タンク４の順で循環し、処理水Ａタンク６内の処理水Ｗがセシウム吸着装置７・処理水Ａタンク６の順で循環し、処理水Ｂタンク８内の処理水Ｗが脱煙液化装置３・処理水Ｂタンク８の順で循環する。

加熱炉１では、投入装置１ｂの筒体１ｊを蓋１ｈの位置に移動させた状態で蓋１ｈを開放し、汚染物Ａを重機（図示せず）で筒体１ｊに積み込んで蓋１ｈを閉鎖する。筒体１ｊを投入口１ａの位置に移動させると、筒体１ｊ内の汚染物Ａが投入口１ａから炉内に落下する。汚染物Ａは６割程投入し、絡み付きやすい場合は、攪拌羽根１ｃを回転させて解消する。ゲート弁１ｋを開放してヒーター１ｄを作動させ、バーナーで汚染物Ａに着火すると、炉内が７００℃以上の温度に加熱され、沸点が６７０℃であるセシウムと有機物が分解して気化し、セラミック化された残渣物がわずかに残る。気化したセシウムを含む排煙は、排気塔１ｇを通じて冷却化タンク２に排気される。その排気による負圧で、吸気管１ｆから自然吸気された外気が磁石１ｅで磁化されて取り込まれ、磁化された空気雰囲気の環境が形成される。

その磁化された空気雰囲気の環境下においては、空気中の分子の電子がローレンツ力で押し出され、酸素や二酸化炭素と結合してマイナスイオン化する。その時に分子に与えられたエネルギーはイオン化のエネルギーより多いから、その余剰のエネルギーでイオンがさらに分解し、質量の小さいイオンが発生するフラグメント現象が起きる。そのマイナスイオンの連続供給状態で、電気陰性度が大きくなって有機物の原子に電子が引き付けられ、クーロン力によるイオン結合で分子内にある全ての結合を切る乖離作用が起き、有機物がバラバラに分解する。セラミック化された残渣物は輻射熱を放出し、そのエネルギーでさらに多くのマイナスイオンを発生して有機物の分解が促進する。したがって、着火後にバーナーや送風、燃料等が不要となり、ヒーター１ｄのみで自己燃焼による熱分解が継続する。この工程で汚染物Ａは９９．９％分解して気化し、０．１％程度の残渣物に大幅に減容する。残渣物は排出口（図示せず）から排出してセメント等で固化し、放射能が影響の無いレベルに下がるまで保管される。

冷却化タンク２では、水管４ｉから給水された処理水Ｗがオーバーフロー管２ｃから排水されて一定の水位及び常温に保持されている。排気塔１ｇから進入した排煙が煙道２ｂを通過すると、処理水Ｗの水面上を流れて１２０〜１８０℃まで温度が低下し、煙管２ｄを通じて脱煙液化装置３に排気される。

脱煙液化装置３では、処理水Ｗが熱交換パイプ３ｅ同士の間を通り抜けて傾斜板３ｃ上を流れ下り、上位の傾斜板３ｃから下位の傾斜板３ｃへ流れ落ちる際にシャワーカーテンが形成されている。冷却水タンク３ｆ内の処理水Ｗは水圧で押し出され、多数本の熱交換パイプ３ｅを通じて上方へ流れている。排水口３ｂから進入した排煙は上下の傾斜板３ｃ間の通路を上昇し、シャワーカーテンを段階的に通過して排煙中のセシウムを含む物質が処理水Ｗに取り込まれる。残りの気体は常温に低下して排気塔３ｄから放出され、物質が取り込まれた処理水Ｗは排水口３ｂから水管４ａを通じて集水タンク４ｂに集水される。

集水タンク４ｂでは、有機性（ポリマー系）の凝集剤が投入され、その凝集剤で処理水Ｗ中の物質が凝集され、処理水循環タンク４に回収される。処理水循環タンク４では、エアポンプ４ｄによる気泡で処理水Ｗ中の凝集物Ｇが加圧されて浮上し、隣接する区画に移行する。さらに、凝集物Ｇはマイクロバブル発生器４ｆの気泡によって浮上し、ベルト式スクリーン４ｇで回収される。凝集物Ｇが除去された処理水Ｗは隣接する区画にさらに移行し、オーバーフロー管４ｊで調整タンク４ｋにオーバーフローする。調整タンク４ｋ内の処理水Ｗはセシウムが残存しており、ポンプ４ｍで吸着タンク５に送り出される。回収した凝集物Ｇはセシウムが含まれるからセメント等で固化し、放射能が影響の無いレベルに下がるまで保管される。

吸着タンク５では、水管４ｎから進入した処理水Ｗがグレーチング５ａを通じてゼオライト５ｂの層に進入し、処理水Ｗ中のセシウムがゼオライト５ｂに吸着する。セシウムが除去された処理水Ｗは水圧で押し出され、水管５ｃで処理水Ａタンク６に送り出される。ゼオライト５ｂの吸着能力が飽和状態になると、一旦全ての機器を停止して土台５ｄから取り外し、新しい吸着タンク５を設置して処理を再開する。使用済みの吸着タンク５は、放射能が影響の無いレベルに下がるまで保管する。

セシウム吸着装置７では、処理水Ａタンク６から送り出された処理水Ｗが最上流の容器７ａに進入すると、内筒７ｂの底面からゼオライト７ｃの層に進入し、処理水Ｗ中のセシウムがゼオライト７ｃに吸着する。セシウムが除去された処理水Ｗは水圧で押し出され、隣接する下流の容器７ａに移行してセシウムが順に除去され、最下流の容器７ａから水圧で押し出された処理水Ｗが戻し管７ｆで処理水Ａタンク６に戻される。ゼオライト７ｃの吸着能力が飽和状態になると、一旦全ての機器を停止して土台７ｄから取り外し、新しい容器７ａを設置して処理を再開する。使用済みの容器７ａは、放射能が影響の無いレベルに下がるまで保管する。

建屋９では、室内の空気が清浄装置１０で浄化されて大気に放出される。よって、各装置から漏れたわずかなセシウムも清浄装置１０に取り込まれて大気への拡散が確実に防止され、建屋９内で作業する作業者の被爆も低減される。処理水Ｂタンク８内の冷却用の処理水Ｗが不足すると、セシウム吸着装置７の戻し管７ｆから水管８ｄを通じて補水する。以上の工程が繰り返されて汚染物Ａが連続的に処理される。

本発明の技術は、放射性物質で汚染された落ち葉・稲わら・草・木屑等の処理に利用される。

１ 加熱炉
１ａ 投入口
１ｂ 投入装置
１ｃ 攪拌羽根
１ｄ ヒーター
１ｅ 磁石
１ｆ 吸気管
１ｇ 排気塔
１ｈ 蓋
１ｉ カバー
１ｊ 筒体
１ｋ ゲート弁
１ｍ カバー
１ｎ アクリル板
１ｐ フード
２ 冷却化タンク
２ａ 仕切り
２ｂ 煙道
２ｃ オーバーフロー管
２ｄ 煙管
３ 脱煙液化装置
３ａ 給水口
３ｂ 排水口
３ｃ 傾斜板
３ｄ 排気塔
３ｅ 熱交換パイプ
３ｆ 冷却水タンク
４ 処理水循環タンク
４ａ 水管
４ｂ 集水タンク
４ｃ 水管
４ｄ エアポンプ
４ｅ 散気管
４ｆ マイクロバブル発生器
４ｇ ベルト式スクリーン
４ｈ ポンプ
４ｉ 水管
４ｊ オーバーフロー管
４ｋ 調整タンク
４ｍ ポンプ
４ｎ 水管
５ 吸着タンク
５ａ グレーチング
５ｂ ゼオライト（吸着材）
５ｃ 水管
５ｄ 土台
６ 処理水Ａタンク
６ａ ポンプ
６ｂ 水管
６ｃ ポンプ
６ｄ 水管
７ セシウム吸着装置
７ａ 容器（外筒）
７ｂ 内筒
７ｃ ゼオライト（吸着材）
７ｄ 土台
７ｅ 水管
７ｆ 戻し管
８ 処理水Ｂタンク
８ａ ポンプ
８ｂ 水管
８ｃ 戻し管
８ｄ 水管
９ 建屋
１０ 清浄装置
１０ａ 不織布フィルター
１０ｂ ＨＥＰＡフィルター
１０ｃ 活性炭素繊維フィルター
１０ｄ 排気ファン
Ａ 汚染物
Ｇ 凝集物
Ｗ 処理水

Claims (7)

1. 放射性物質で汚染された有機物を磁化された空気雰囲気の環境下で熱分解して気化し、その気化された排煙を水中に通過させて排煙中の物質を水中に取り込み、その取り込まれた水中の放射性物質を吸着材に通過させて吸着させるようにした、放射性物質で汚染された有機物の処理方法。
2. 外気を磁化して取り込んだ炉内で放射性物質で汚染された有機物を熱分解して気化する加熱炉と、その加熱炉で気化された排煙を水中に通過させて排煙中の物質を水中に取り込む脱煙液化装置と、その脱煙液化装置で水中に取り込まれた放射性物質を吸着材に通過させて吸着させる吸着装置で構成した、放射性物質で汚染された有機物の処理設備。
3. 加熱炉が、外気を取り込む磁石付きの吸気管を備えた構造である、請求項２記載の放射性物質で汚染された有機物の処理設備。
4. 脱煙液化装置が、箱体の上部に排気を兼ねた給水口を形成し、箱体の下部に排煙の進入を兼ねた排水口を形成し、箱体の内部に傾斜の向きを交互にした複数段の傾斜板を水と排煙が通過できる間隔をおいて配置した構造である、請求項２又は３記載の放射性物質で汚染された有機物の処理設備。
5. 脱煙液化装置と吸着装置に水を給水して排水を回収し循環させる処理水循環タンクを設けた、請求項２〜４いずれか記載の放射性物質で汚染された有機物の処理設備。
6. 脱煙液化装置から排水された水中の凝集物を回収するスクリーンを処理水循環タンクに設けた、請求項５記載の放射性物質で汚染された有機物の処理設備。
7. 吸着装置が、外筒と吸着材が充填された内筒の二重構造の複数の容器を土台に脱着可能に設置し、上流の容器の内筒と下流の容器の外筒を水管で直列に接続した構造である、請求項２〜６いずれか記載の放射性物質で汚染された有機物の処理設備。

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