JP2014122865A - 放射性有機廃棄物の減容化無害化装置及びその使用方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 有機性廃棄物が低温熱分解温度で熱分解される熱分解室19と、有機性廃棄物を低温熱分解温度で熱分解するための火床を保持する火床保持部18を有する低温熱分解装置を備え、有機性廃棄物が放射性物質を含み、火床保持部18はゼオライト鉱石が所定の厚さで置かれており、熱分解室19の排出ガスを循環して熱分解室19に供給するガス循環系統80を備える。
【選択図】 図1
Description
また、本発明は、原子力発電所の操業に付随して発生する低レベル放射性汚染物の減容処理や無害化処理を行うのに用いて好適な放射性有機廃棄物の減容化無害化装置及びその使用方法に関する。
他方、放射能汚染された土壌の改善も、特許文献2、3で提案されている。しかし、特許文献2、3の処理対象とする放射性物質はプルトニウムやウランのような重金属を対象としており、セシウムのようなアルカリ金属を対象とするものではない。
また、本発明者の提案にかかる特許文献4には、有機廃棄物の低温熱分解装置が提案されているが、セシウムに関しては何らの記載がない。そこで、セシウムを含有する有機廃棄物を低温熱分解しても、有機廃棄物の減容化されるだけであり、セシウムについては残さ物として灰分に残るか、あるいは揮発して液状廃棄物に移動するはずである。
(a)水に溶けたセシウムは,土壌中で1価の陽イオンとして振る舞い,負に帯電している土壌粒子表面の粘土層である薄い層状構造の間に取り込まれて,きわめて強く「固定」され,他の陽イオンによって簡単に置き換えることができない。
(b)セシウムを吸着した土壌をセシウムの沸点である685℃や、セシウムの化合物の融点や沸点を考慮した1300℃程度に加熱しても,セシウムの顕著な揮発挙動は見られない。
他方、非特許文献2では、除染対象物が土壌、手法が熱処理で、高性能反応促進剤を特徴とする除染実証技術が開示されている。福島原子力発電所付近の除染対象地域での実証試験の結果によると、当該除染実証技術の除染率は99.9%と湿式分級と比較して格段に高いが、処理費用も20万円/トンと10倍以上の費用がかかる問題点がある。
また、本発明は、原子力発電所の操業に付随して発生する低レベル放射性汚染物を処理するのに好適な放射性有機廃棄物の減容化無害化装置及びその使用方法を提供することを目的とする。
ガス循環系統80は、熱分解室19の内部を低温熱分解温度で維持するために、熱分解室19の排出ガスを循環して熱分解室19に供給する。排出ガスを循環することで、低酸素状態のガスが熱分解室19に供給され、有機廃棄物の酸化速度が適切に制御されて、有機廃棄物の発熱量と熱分解室19の外部への放熱がバランスして、低温熱分解温度の維持が容易になる。
そして、このゼオライト鉱石と低温熱分解温度の相乗作用で、有機性廃棄物に含まれる放射性物質、例えばセシウム137、の崩壊が自然の半減期と比較して千倍から一万倍の速度に促進されると考えられる。
このように構成すると、熱分解ガスは水分で洗浄済みなので、有機性廃棄物の熱分解に付随する水分・炭化水素油・ばいじん等が除去されて、有機性廃棄物の熱分解に適する酸素含有率の少ない洗浄済みガスが供給される。そこで、有機性廃棄物に含まれる放射性物質は減容化無害化装置内を循環し、外部空間に漏洩することがない。
このように構成すると、高透磁率部材24により、磁気生成手段85で生成された磁気が火床保持部18に導かれるため、火床保持部18を含む熱分解室19に形成される磁場が強くなり、有機性廃棄物に含まれる放射性物質の崩壊に有益と思われる。また、高透磁率部材24が火床保持部18の下部に設けられたガス通気部の壁材を兼ねると、熱分解室19内に循環するガスが磁気生成手段85の磁気作用を受けて、ガス流速が高まる効果がある。
熱分解温度保持材92は、低温熱分解減容化装置の稼働開始時に必要な火床を形成するのに用いる有機性乾燥多孔質材である。種火保持材99は、少なくとも熱分解温度以上の温度を有する自律熱分解状態であり、熱分解温度保持材が充填された熱分解室19に投入されて、低温熱分解減容化装置の稼働開始時に必要な火床を形成する種火となる。
本発明の放射性有機廃棄物の減容化無害化装置において、好ましくは、放射性物質はセシウム134とセシウム137の少なくとも何れか一方を含むとよい。
また、本発明の放射性物質の処理方法は、放射性有機廃棄物の減容化無害化装置及びその使用方法をさらに一般化したもので、磁場やゼオライト鉱石の存在下でセシウム137のような放射性物質を無害化処理する。
図1は、本発明に係る放射性有機廃棄物の減容化無害化装置の全体構成を説明する構成図である。図において、放射性有機廃棄物の減容化無害化装置1は、低温熱分解装置10、ガス洗浄装置2、並びに両者を接続する管路としての給水系統70、ガス循環系統80を備えている。低温熱分解装置10側には、気液分離器30を設置している。また、ガス洗浄装置2側には水分噴霧塔50a、50bと貯液タンク60が設けてある。また、クレーン94が設けてあり、有機性乾燥多孔質材92と種火保持材99を低温熱分解装置10に投入する。
保熱性材料20は、低温熱分解温度(200℃〜300℃)程度に温度が維持されるもので、ゼオライト鉱石のような一定の粒子形状を有するものである。ゼオライト鉱石は、例えば比表面積が大きな粉末のものを用いるとよい。
[全磁束ファイ]=[起磁力F]/[磁気抵抗R] (1)
そして、磁気抵抗Rは、磁路の長さをL、磁路の断面積をA、磁路の透磁率をミューとしたとき、次の関係が成立している。
[磁気抵抗R]=[磁路長L]/{[磁路断面積A]x[透磁率ミュー]} (2)
即ち、磁路長が短く、磁路断面積および透磁率が大きいほど磁気抵抗Rが小さくなる。比透磁率ミューは、真空の透磁率を基準としたもので、常温での比透磁率ミューは、コバルトで250、ニッケルで600、鉄の場合は鋼の種類に応じて相違するが、例えば2000−7000の間である。
ここでは、図4の流れ図に基づいて、本発明の放射性有機廃棄物の減容化無害化装置において、起動時と安定時の操業過程を説明する。まず、低温熱分解装置10のストックヤード14に、熱分解温度保持材としての有機性乾燥多孔質材を投入する(S100)。起動時なので、熱分解室19からは熱分解ガスの発生はなく、第1層開閉蓋15は開放状態で差し支えない。また、保熱性材料20は火床保持部18に敷き詰められているが、起動時なので常温であり、低温熱分解温度には到達していない。次に、ストックヤード仕切板17を開くと(S102)、有機性乾燥多孔質材92が熱分解室19に落下する(S104)。そこで、図2に示すように、熱分解室19には、有機性乾燥多孔質材92が充分に蓄えられる(S106)と共に、ストックヤード14側の表面が平坦であるように有機性乾燥多孔質材92を動かす。この場合、有機性乾燥多孔質材92が熱分解ガス出口26を塞がない程度の高さにする。
すると、低温熱分解の対象となる有機性廃棄物が、ストックヤード14から熱分解室19に落下する(S124)。落下した有機性廃棄物は、火床の上で均一な厚さとなるように拡散させるとよい。そして、ストックヤード仕切板17を閉鎖して(S126)、有機性廃棄物から発生する熱分解ガスが周囲に漏れないようにする。
本発明に係る放射性有機廃棄物の減容化無害化装置は、気体に関しては密閉系であり、液体に関しても密閉系であるため、放射性セシウムが何らかの原因で消滅しているとの測定結果が得られている。本発明者らは、一般的な物理学の常識から放射性セシウムの半減期を早めるものは、ゼオライト鉱石と低温熱分解温度の共同による触媒的作用によると考えており、また永久磁石ユニット85の磁場が間接的に作用している可能性も否定できない。
試験1の期間:平成24年3月18日〜4月4日
試験2の期間:平成24年5月6日〜5月21日
試験3の期間:平成24年7月9日〜8月3日
試験1では、残さと循環水の放射性物質の濃度を測定している。残差の濃度は、2930Bq/kgとなっているが、残さ量が約0.01kgであることから、残さでは放射性物質の濃縮は起こっていないと考えられる(表4参照)。また、循環水は不検出となっているが、検出限界は10Bq/kgである(表5参照)。なお、表5で分解油、炉内ガス等について『−』で表示された欄については、未計測であることを示している。
特別管理が必要な廃棄物を含めて、一般的な産業廃棄物を適正処理するには、減容化を行うことで最終処分量を少なくすることが適切である。減容化処理としては、焼却処理が一般的である。しかし、廃棄物に放射性物質が含まれる場合には、焼却の過程で放射性物質の消滅は起きず、燃え殻や煤塵に放射性物質が濃縮されて含まれる。そこで、放射性廃棄物の減容処理によって算出される中間処理廃棄物の処理が難しくなっている。
そこで、貯液タンク60や給水系統70に含まれる循環水の性状を測定した。循環水の性状測定結果は、表12に示すようになっている。水分は97.8%であり、水分を除く成分としては、炭素が68.2%となっている。油分は0.49%が循環水に含まれており、熱灼減量が95.7%となっている。
そこで、陶磁器容器やスチール容器に有機性廃棄物を収容して、蓋をして本発明の低温熱分解装置内で処理して、放射性セシウムの濃度を測定した。試験の期間は、ステンレス鋼製容器については8日間、陶磁器容器については14日間である。熱分解温度は200℃〜300℃であるため、土壌成分のうち水分や腐植成分に関しては、水分の蒸発や炭化物性揮発成分の揮発が想定される。これらの水分や揮発成分に関しては、陶磁器容器やスチール容器での蓋の隙間や通気孔から熱分解装置内に移動したと思われる。土壌成分のうち放射性セシウムは土壌の粘土成分に吸着した状態にあるため、揮発したとは考えにくい。
そこで、本発明の低温熱分解装置で、放射性セシウムの大幅な減少が生じた真実の理由については、磁場単体の影響があるか検証するための比較実験を行った。
比較実験では、熱分解炉の不稼働状態での土壌放射能の変化を調べて、熱分解炉の有する磁場のみによって有機性廃棄物に含まれる放射性セシウムの崩壊が促進されるかの検証を行った。
実験場所は、試験1〜3と同様に、広野町仮置場内である。実験期間は、平成24年11月20日〜平成24年11月28日の8日間である。実験装置は、本発明の低温熱分解装置の一部をなす熱分解室19とガス供給口25とブロワー87を含むガス循環系統80である。熱分解室19は空状態で使用し、保熱性材料20を用いず、低温熱分解温度ではなく、常温に保持された。
実験方法は、放射能をもつ土壌(セシウムの和約1600Bq/kg)を、表15に示す陶器製容器と同等の土鍋及びステンレス容器と同等のスチール鍋に投入し、各々付属の蓋をして、空状態の熱分解室19に略密閉状態で保管した。そして、永久磁石ユニット85で磁気処理された空気を、ガス供給口25から処熱分解室19に送り込み、8日間その状態を保持し、それぞれの土壌を1.4kg程度採取し、放射能の測定をした。放射能測定機は、ATOMTEX社製AT1320A/Cである。
また運転中に、熱処理室の中、周辺(高さ1m付近、室内壁側については室内床付近)及び、永久磁石ユニット85近傍の磁場を測定した。
磁場測定機は、カネテック(株)社製のテスラメータTM−701で、磁場測定機の測定レンジが200mTまでの場合、分解能が0.1mTであり、測定レンジが200mTから3Tまでの場合、分解能が1mTである。福島県田村郡小野町における環境磁場をこの測定機で測定したところ約0.3mTであった。日本での環境磁場は約0.05mTであるが、校正に依存する許容範囲と考えた。
永久磁石ユニット85の近傍では、139〜146mT程度の磁場測定値が得られた。他方、熱分解室19の内部では0.32mTであり、熱分解室19の外部周囲では、壁面から1m離れた位置で約0.3mTであり、環境磁場に近い値であった。
以上の比較実験の結果より、熱処理室内が環境磁場程度の環境で、熱処理せずに磁気処理された空気を送り込むだけでは放射能低減に至らないことが判明した。
また、本発明の放射性有機廃棄物の減容化無害化装置及びその使用方法は、原子力発電所の操業に付随して発生する低レベル放射性汚染物の減容処理や無害化処理を行うのに好適であり、従来のような自然環境から隔離された隧道などに保管する場合でも、放射性汚染物が減容化されて、処理コストが大幅に低減される。
2 ガス洗浄装置
10 熱分解容器(低温熱分解装置)
11 投入口
18 火床保持部
19 熱分解室
20 保熱性材料(ゼオライト鉱石)
23 残さ排出口
24 ガス通風部(高透磁率部材)
25 ガス供給口
26 熱分解ガス出口
30 気液分離器
50a、50b 水分噴霧塔
60 貯液タンク
66 廃油タンク
70 給水系統
75、85 永久磁石ユニット(磁気生成手段)
80 洗浄ガス循環系統
92 熱分解温度保持材
99 種火保持材
Claims (8)
- 有機性廃棄物が低温熱分解温度で熱分解される熱分解室と、前記有機性廃棄物を前記低温熱分解温度で熱分解するための火床を保持する火床保持部を有する低温熱分解装置であって、
前記有機性廃棄物が放射性物質を含み、
前記火床保持部はゼオライト鉱石が所定の厚さで置かれており、
前記熱分解室の排出ガスを循環して前記熱分解室に供給するガス循環系統を備える放射性有機廃棄物の減容化無害化装置。 - 前記熱分解室は、熱分解された前記有機性廃棄物の熱分解ガスを排出する熱分解ガス出口を有し、
前記ガス循環系統は、前記熱分解ガスを水分で洗浄した洗浄済みガスを帰還すると共に、
前記熱分解室は、前記洗浄済みガスを前記熱分解室に吸気するためのガス供給口を有することを特徴とする請求項1に記載の放射性有機廃棄物の減容化無害化装置。 - 前記低温熱分解温度は、前記熱分解室内で熱分解する有機性廃棄物温度として大略200℃〜300℃の範囲内であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の放射性有機廃棄物の減容化無害化装置。
- さらに、磁場を生成する磁気生成手段と、
前記磁気生成手段で生成された磁気を前記火床保持部に導くための、前記低温熱分解温度で強磁性を有する材料よりなる高透磁率部材と、
を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の放射性有機廃棄物の減容化無害化装置。 - さらに、
前記熱分解室に、前記火床を形成するための有機性乾燥多孔質材からなる熱分解温度保持材を供給する手段と、
前記熱分解室に、少なくとも前記熱分解温度以上の温度を有する自律熱分解状態の種火保持材を供給する手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の放射性有機廃棄物の減容化無害化装置。 - 前記熱分解室に投入する前記種火保持材を一時貯えるストックヤードと、
前記熱分解室と前記ストックヤードとの間に設けられたストックヤード仕切板と、
を備えると共に、前記ストックヤードに貯蔵された前記種火保持材は前記熱分解室に収容された前記熱分解温度保持材の表面に対して少量毎に落下する構造とすることを特徴とする請求項6に記載の放射性有機廃棄物の減容化無害化装置。 - 前記放射性物質はセシウム134とセシウム137の少なくとも何れか一方を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載の放射性有機廃棄物の減容化無害化装置。
- 請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の放射性有機廃棄物の減容化無害化装置の使用方法であって、
前記熱分解室に、前記火床を形成するための有機性乾燥多孔質材からなる熱分解温度保持材を供給するステップと、
前記熱分解室に、少なくとも前記熱分解温度以上の温度を有する自律熱分解状態の種火保持材を供給するステップと、
前記熱分解室で前記種火保持材によって、前記熱分解温度保持材の熱分解を安定的に維持するステップと、
前記熱分解温度保持材の熱分解安定化ステップの後に、低温熱分解の対象となる放射性物質を含む有機性廃棄物を前記熱分解室に供給するステップと、
前記有機性廃棄物が減容化されると共に、当該有機性廃棄物に含まれる放射性物質量が低下するまで、前記熱分解温度を保持するステップと、
を備える放射性有機廃棄物の減容化無害化装置の使用方法。
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