JP2016170130A - 放射性セシウムの除去方法及び除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性セシウムの除去の際に生じた排ガスに含まれる酸性ガスを除去しながら、放射性セシウムを含有する廃棄物の減容化を図る、放射性セシウムの除去方法及び除去装置を提供する。【解決手段】放射性セシウムで汚染された廃棄物Ｗと、酸化カルシウム源と、塩素源とを調合する原料調合装置２と、調合原料を加熱する加熱炉３１と、加熱炉の排ガスＧを冷却する冷却塔４１と、冷却塔の排ガスＧ１から集塵する第１集塵機４３と、第１集塵機の排ガスＧ３に中和剤Ｎを添加する中和剤添加装置と、中和剤添加後の排ガスから集塵する第２集塵機４４と、第２集塵機により回収されたダストＤ２を原料調合装置へ戻すルートとを備える放射性セシウムの除去装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、放射性セシウムを含有する廃棄物から放射性セシウムを除去する方法及び装置に関し、特に、放射性セシウムの除去の際に生じた排ガスに含まれる酸性ガスを除去しながら、放射性セシウムを含有する廃棄物の減容化を図る方法等に関する。

放射性セシウムを含有する土壌や、焼却灰等の廃棄物に取り込まれた放射性セシウムを除去するため、例えば、特許文献１、２には、放射性セシウムで汚染された廃棄物を反応促進剤と共に加熱して廃棄物中の放射性セシウムを揮発させると共に、無害な焼成物を得て、焼成物を土工資材やセメントクリンカとして利用する技術が記載されている。

上記技術では、廃棄物中の放射性セシウムは、加熱炉で揮発して排ガスと共に排出され、さらに排ガスが冷却されることで固体化し、バグフィルター等で捕集される。これにより、放射性セシウムがバグフィルターダストとして高濃度に濃縮されて減容化が図られ、中間貯蔵又は最終処分の負担を軽減することができる。

特開２０１３−１０８７８２号公報 特許第５１５９９７１号公報

上記放射性セシウムの除去技術では、加熱炉からの排ガスに放射性セシウムの他に、原料及び／又は燃料由来のＨＣｌやＳＯｘ等の酸性ガスが含まれている。また、セシウムを塩化揮発させるために添加した塩化カルシウムの一部はＨＣｌに分解する。そこで、バグフィルターの上流側に消石灰Ｃａ（ＯＨ）₂等のＣａ系中和剤を吹き込み、酸性ガスを中和除去する方法が一般的に採られる。しかし、これを行うと、バグフィルターダストに酸性ガスと反応した反応済みの消石灰や、未反応の消石灰が含まれることになるため、ダストの発生量が増えることになり、減容化の意図に反する。

そこで、本発明は、上記解決課題に鑑みてなされたものであって、放射性セシウムの除去の際に生じた排ガスに含まれる酸性ガスを除去しながら、放射性セシウムを含有する廃棄物の減容化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、放射性セシウムの除去方法であって、放射性セシウムで汚染された廃棄物と、酸化カルシウム源と、塩素源とを調合し、該調合原料を加熱して前記廃棄物中の放射性セシウムを揮発させ、該加熱により生じたガスを冷却した後に集塵し、該集塵後のガスに中和剤を添加し、該中和剤添加後のガスから集塵し、該集塵により回収されたダストを、前記放射性セシウムで汚染された廃棄物に添加することを特徴とする。

本発明によれば、加熱により生じたガスを冷却した後に集塵することで放射性セシウムが濃縮したダストを得て放射性セシウムで汚染された廃棄物の減容化を図ると共に、放射性セシウムの濃縮したダストを除去した後のガスに中和剤を添加して酸性ガスを除去し、中和剤添加後のガスから集塵したダストを、放射性セシウムを揮発除去するための反応促進剤としての酸化カルシウム源や塩素源として再利用することができるため、運転コストを低減することもできる。

上記放射性セシウムの除去方法において、前記中和剤を、消石灰、生石灰、ドロマイト、軽焼ドロマイト及び水酸化ドロマイトからなる群から選択される一以上を含むものとすることができる。

また、前記調合前に、前記ダストに酸化カルシウム源を添加することができる。これにより、ダストの潮解を抑えてハンドリング性を向上させることができる。

前記ダストを、前記中和剤として再利用することができる。前記のように、ダストの潮解が抑えられるため、ダスト中の塩素濃度を高めることが可能となり、ダストの一部を中和剤として循環再利用することができる。これにより運転コストを低減することもできる。

さらに、前記調合原料を１２００℃以上１５５０℃以下で加熱することができる。

上記放射性セシウムの除去方法において、前記調合原料を酸素分圧が３％以上の雰囲気下で加熱することができる。中和剤添加後のガスから集塵により回収されたダストを放射性セシウムで汚染された廃棄物に添加した場合に、ダストに含まれる硫黄分が循環して排ガスのＳＯｘ濃度が漸増する虞があるが、酸素分圧を３％以上とすることで硫黄化合物の分解を抑制し、硫黄分の循環を抑制することができる。また、前記焼成物の酸化カルシウム濃度を５０質量％以上とすることで、硫黄分が焼成物中に保持されたり、硫黄化合物として冷却後のダストとして集塵されるため、硫黄分の循環をより一層抑制することができる。

また、本発明は、放射性セシウムの除去装置であって、放射性セシウムで汚染された廃棄物と、酸化カルシウム源と、塩素源とを調合する原料調合装置と、該調合原料を加熱する加熱炉と、該加熱炉の排ガスを冷却する冷却塔と、該冷却塔の排ガスから集塵する第１集塵機と、該第１集塵機の排ガスに中和剤を添加する中和剤添加装置と、該中和剤添加後の排ガスから集塵する第２集塵機と、該第２集塵機により得られたダストを前記原料調合装置へ戻すルートとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１集塵機によって冷却塔の排ガスから集塵することで放射性セシウムが濃縮したダストを得て放射性セシウムで汚染された廃棄物の減容化を図ると共に、放射性セシウムの濃縮したダストを除去した後のガスに中和剤を添加して酸性ガスを吸着したダストを第２集塵機で除去し、第２集塵機で回収したダストを反応促進剤としての酸化カルシウム源や塩素源として再利用することができるため、酸性ガスを除去しながら運転コストを低減することができる。さらに、第２集塵機で回収したダストを常に原料として戻すので、第１集塵機が故障した場合でも、第２集塵機により放射性セシウムを回収することができ、周辺環境への放射性セシウムの流出を回避する安全策となる。

以上のように、本発明によれば、放射性セシウムの除去の際に生じた排ガスに含まれる酸性ガスを除去しながら、放射性セシウムを含有する廃棄物の減容化を図ることなどが可能となる。

本発明に係る放射性セシウムの除去装置の第１の実施形態を示す概略図である。 本発明に係る放射性セシウムの除去装置の第２の実施形態を示す概略図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において、放射性セシウムとは、セシウムの放射性同位体であるセシウム１３４及びセシウム１３７である。

図１は、本発明に係る放射性セシウムの除去装置の第１の実施形態を示し、この除去装置１は、原料調合装置２と、焼成装置３と、排ガス処理装置４とで構成される。

原料調合装置２は、放射性セシウムで汚染された土壌や焼却灰等の廃棄物Ｗを貯留する貯槽２１と、反応促進剤としての酸化カルシウム源（以下「ＣａＯ源」という。）を貯留する貯槽２２と、反応促進剤としての塩素源（以下「Ｃｌ源」という。）を貯留する貯槽２３と、貯槽２１〜２３に貯留される廃棄物Ｗ、ＣａＯ源及びＣｌ源を引き出して調合する定量供給機（不図示）と、調合原料Ｍを貯留する貯槽２４とを備える。

上記ＣａＯ源として石灰石粉、炭酸カルシウム、生石灰、消石灰、石灰石、ドロマイト、高炉スラグ等を含む物を用いることができる。また、Ｃｌ源としては、塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩素を有する廃プラスチック等があるが、このうちＣａＣｌ₂は、効果的に放射性セシウムを除去できるので好ましい。

焼成装置３は、ロータリーキルン（加熱炉）３１と、クリンカクーラ３２とで構成され、ロータリーキルン３１は、原料調合装置２からの調合原料Ｍが供給される投入口３１ａや、微粉炭等の化石燃料を噴出して調合原料Ｍを焼成するためのバーナ３１ｂを備える。

排ガス処理装置４は、焼成装置３の後段に配置され、ロータリーキルン３１から排出された排ガスＧを冷却する冷却塔４１と、冷却塔４１の後段に配置されたサイクロン４２、第１集塵機４３、第２集塵機４４と、両集塵機４３、４４によって濃縮セシウム塩等のダストが除去された排ガスＧ４を脱硝する脱硝装置４５と、脱硝装置４５の排ガスＧ５を系外へ排気する煙突４６とで構成される。

冷却塔４１は、ロータリーキルン３１の排ガスＧを冷却し、廃棄物Ｗから揮発した放射性セシウム等を固体状として回収するために備えられる。排ガスＧの冷却は、冷却塔４１の下端部に設置された散水装置４１ａから水を噴霧することにより行う。尚、この散水装置４１ａは、揮発した塩化セシウムを固体状として排ガスＧに含まれるダストに付着させて回収し得る程度の機能を備えていればよい。水による冷却ではなく、冷却塔内に冷却空気を導入することによって冷却してもよく、水と冷却空気を併用してもよい。

分級機としてのサイクロン４２は、高濃度の放射性セシウムを含む微粉を第１集塵機４３で捕集し、カルシウムやシリカ成分を主体とする粗粉Ｃをロータリーキルン３１に戻すために設けられる。

第１集塵機４３は、サイクロン４２の排ガスＧ２から、上述のようにして濃縮されたセシウム塩等を含むダストＤ１を集塵するために備えられ、バグフィルタ等が用いられる。

第２集塵機４４は、セシウム塩等を除去した後の排ガスＧ３に含まれる酸性ガス等を除去するために設けられ、カルシウム成分を含んでいる中和剤Ｎを中和剤添加装置（不図示）から添加し、酸性ガス等を吸着したダストＤ２を回収する。この第２集塵機４４にもバグフィルタ等が用いられる。

脱硝装置４５は、第２集塵機４４の排ガスＧ４にアンモニアガス（ＮＨ₃）を注入してＮＯｘを窒素に還元して無害化するために設けられる。

次に、上記構成を有する放射性セシウムの除去装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。

原料調合装置２において、放射性セシウムで汚染された廃棄物Ｗと、反応促進剤としてのＣａＯ源及びＣｌ源を貯槽２１〜２３から引き出して調合して調合原料Ｍを得る。ここで、Ｃｌ源を廃棄物Ｗに含まれる放射性セシウムに対して当量以上となるように調合する。

貯槽２４から調合原料Ｍを投入口３１ａを介してロータリーキルン３１に投入し、１２００℃以上１５５０℃以下で焼成して焼成物Ｂを得る。この焼成物Ｂは、セメント混合材や土工資材として有効利用することができる。ここで、ロータリーキルン３１内の酸素分圧を３％以上、好ましくは５％以上とする。これにより、ロータリーキルン３１内での硫黄化合物の分解が抑制され、硫黄分の循環が抑制されるので、中和剤使用量の増加及びロータリーキルン３１や冷却塔４１へのコーチング付着量の増加を抑制することができる。

また、焼成物Ｂの酸化カルシウム濃度が５０質量％以上となるように、上記調合及び焼成を行うことが好ましい。これにより、硫黄分が焼成物Ｂ中に保持されたり、後述する第１集塵機４３において硫黄化合物として、排ガスＧ２のダストＤ１として集塵されるため、硫黄分の循環をより一層抑制することができる。

一方、調合原料Ｍの廃棄物Ｗに含まれていた放射性セシウムは、ロータリーキルン３１内でＣｌ源から生じた塩素と反応して塩化セシウムとなって揮発し、排ガスＧに含まれた状態で冷却塔４１へ導入される。

排ガスＧは、冷却塔４１において、散水装置４１ａから噴霧された水によって急激に冷却され、排ガスＧに含まれていた塩化セシウムが固体状のセシウム塩となってダストの微粉に付着する。

冷却塔４１の排ガスＧ１に含まれるダストの粗粉Ｃは、放射性セシウム濃度が低いため、サイクロン４２で分級してロータリーキルン３１に戻す。

セシウム塩を含有するサイクロン４２からの排ガスＧ２は、第１集塵機４３に導入され、固体状の濃縮セシウム塩を含むダストＤ１が回収される。回収したダストＤ１は、必要に応じて圧縮、水洗、吸着等により、さらに減容化処置をした後、コンクリート製の容器等に密閉して保管することができ、放射性セシウムを含む廃棄物を外部に漏洩させることなく減容化し、保管することができる。

一方、濃縮セシウム塩を回収した後の排ガスＧ３は、酸性ガス等の有害ガスが含まれているため、排ガスＧ３に中和剤Ｎを中和剤添加装置から添加した後、第２集塵機４４によって、排ガスＧ３から酸性ガス等を吸着したダストＤ２を回収する。ここで、中和剤Ｎとして、消石灰、生石灰、ドロマイト、軽焼ドロマイト及び水酸化ドロマイトからなる群から選択される一以上を含むものを用いることができる。

第２集塵機４４で集塵したダストＤ２は、消石灰、石膏、塩化カルシウムが主成分であるので、ＣａＯ源やＣｌ源として原料調合装置２に戻して廃棄物Ｗに添加して再利用する。

第２集塵機４４の排ガスＧ４にＮＯｘが含まれている場合は、脱硝装置４５で除去する。清浄化した排ガスＧ５は、煙突４６を介して系外に排気する。

以上のように、本実施の形態によれば、排ガスＧ２から集塵することで放射性セシウムが濃縮したダストＤ１を得て放射性セシウムで汚染された廃棄物の減容化を図ると共に、排ガスＧ３に中和剤Ｎを添加して酸性ガスを除去し、中和剤Ｎを添加した後の排ガスＧ３から集塵したダストＤ２を反応促進剤としてのＣａＯ源やＣｌ源として再利用するため、運転コストを低減することができる。

尚、放射性セシウムで汚染された廃棄物Ｗとして、放射性セシウムで汚染された土壌、焼却灰を例示したが、これらの他に、伐採木、ごみ由来の溶融スラグ、下水汚泥、下水汚泥乾粉、浄水汚泥、建設汚泥、下水スラグ、貝殻、草木、がれき等の廃棄物であって放射性セシウムを含むものをすべてを対象とすることができ、これらの群に含まれる１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。さらに、放射性セシウムをほとんど含まない部分（土壌の場合には、砂や石）を予め取り除いて得られる、放射性セシウムが濃縮された中間処理物も、本発明における放射性セシウムで汚染された廃棄物Ｗに含まれる。

尚、廃棄物Ｗの性状にもよるが、第２集塵機４４で集塵されたダストＤ２は潮解性を有するため、第２集塵機４４から排出された後にＣａＯ源を添加しておくことが好ましい。そこで、図２に示した第２の実施形態に係る放射性セシウム除去装置１１では、Ｃｌ源、ダストＤ２及びＣａＯ源を一緒に貯槽２３に投入し、これらを混合したものをＣｌ源として用いている。また、第２集塵機４４で回収されたダストＤ２は、未反応の中和剤を含むため、第１集塵機４３の排ガスＧ３に添加する中和剤Ｎの一部として再利用することもできる。図２において、貯槽２３に投入する物質と、ダストＤ２の中和剤Ｎの一部としての再利用以外の装置構成及びマテリアルフローは図１と同じであり、これらについての説明を省略する。

１、１１ 放射性セシウム除去装置
２ 原料調合装置
２１〜２４ 貯槽
３ 焼成装置
３１ ロータリーキルン
３１ａ 投入口
３１ｂ バーナ
３２ クリンカクーラ
４ 排ガス処理装置
４１ 冷却塔
４１ａ 散水装置
４２ サイクロン
４３ 第１集塵機
４４ 第２集塵機
４５ 脱硝装置
４６ 煙突
Ｂ 焼成物
Ｃ 粗粉
Ｄ１、Ｄ２ ダスト
Ｇ、Ｇ１〜Ｇ５ 排ガス
Ｍ 調合原料
Ｎ 中和剤
Ｗ （放射性セシウムで汚染された）廃棄物

Claims (8)

1. 放射性セシウムで汚染された廃棄物と、酸化カルシウム源と、塩素源とを調合し、
   該調合原料を加熱して前記廃棄物中の放射性セシウムを揮発させ、
   該加熱により生じたガスを冷却した後に集塵し、
   該集塵後のガスに中和剤を添加し、
   該中和剤添加後のガスから集塵し、
   該集塵により回収されたダストを、前記放射性セシウムで汚染された廃棄物に添加することを特徴とする放射性セシウムの除去方法。
2. 前記中和剤は、消石灰、生石灰、ドロマイト、軽焼ドロマイト及び水酸化ドロマイトからなる群から選択される一以上を含むものであることを特徴とする請求項１に記載の放射性セシウムの除去方法。
3. 前記調合前に、前記ダストに酸化カルシウム源を添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性セシウムの除去方法。
4. 前記ダストを、前記中和剤の酸化カルシウム源として再利用することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の放射性セシウムの除去方法。
5. 前記調合原料を１２００℃以上１５５０℃以下で加熱することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の放射性セシウムの除去方法。
6. 前記調合原料を酸素分圧が３％以上の雰囲気下で加熱することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放射性セシウムの除去方法。
7. 前記調合原料の加熱の際に得られた焼成物の酸化カルシウム濃度を５０質量％以上とすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の放射性セシウムの除去方法。
8. 放射性セシウムで汚染された廃棄物と、酸化カルシウム源と、塩素源とを調合する原料調合装置と、
   該調合原料を加熱する加熱炉と、
   該加熱炉の排ガスを冷却する冷却塔と、
   該冷却塔の排ガスから集塵する第１集塵機と、
   該第１集塵機の排ガスに中和剤を添加する中和剤添加装置と、
   該中和剤添加後の排ガスから集塵する第２集塵機と、
   該第２集塵機により回収されたダストを前記原料調合装置へ戻すルートとを備えることを特徴とする放射性セシウムの除去装置。

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