JP2023019404A - アスベスト等の有害物質を含有する廃棄物の無害化処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アスベストなどの有害物質を含有する廃棄物を効率的に溶融無害化処理することが可能な方法を提供する。【解決手段】有害物質含有廃棄物を粉砕する粉砕工程と、前記廃棄物を乾燥する乾燥工程と、前記粉砕工程と前記乾燥工程を経た粉砕乾燥物にレーザ光を照射して溶融する溶融工程とを有し、前記溶融工程において、複数のレーザ光を前記粉砕乾燥物に照射して前記粉砕乾燥物を溶融する。【選択図】図１

Description

本発明はアスベスト等の有害物質を含有する廃棄物の無害化処理方法に関するものである。

アスベストは、耐熱性、耐薬品性及び絶縁性等、工業的に優れた特性を持つため、広く産業分野で利用されてきたが、微細な繊維状結晶の集合体であるアスベストは、アスベスト含有物質を回収、処理する過程で、容易に細かくなって飛散し、飛散したアスベストを人が吸引すると、肺細胞に刺さり、石綿肺、肺ガン、中皮腫などの悪性疾患を引き起こすため、現在は原則としてアスベストの使用は禁止されている。

しかし、かつて多量のアスベストが建築資材として使用されており、含アスベスト建築資材を用いた建造物の解体で生じる廃棄物処理が大きな問題となっている。現在、アスベスト含有廃棄物の大半は有害産業廃棄物として最終処分場に埋め立てられているが近年の環境意識の高まりを受けて今後新たな処分場を確保するには困難が予想される。また、震災などの災害によるがれき処理は現在は一般廃棄物として処理されるがアスベスト飛散が今後問題視される可能性がある。

これまで種々のアスベストの無害化処理技術が提案されている。例えば特許文献１では、特定の多孔質シリカによってアスベスト含有物を被覆し、被覆体を加熱処理して脱水反応によりアスベストを分解し、これに伴う水蒸気を多孔質シリカの細孔から放散する技術が提案されている。また特許文献２では、アスベストにレーザ光を照射してアスベストを溶融させて無害化する技術が提案されている。

特開２０１１－３６７８６号公報 特開２００９－２８７１７号公報

特許文献１の提案技術では、多孔質シリカ溶液にアスベスト含有物を浸潤させ、その後に加熱して分解処理するので、無害化処理に時間がかかり大量のアスベスト含有廃棄物を迅速に処理することは難しいと考えられる。またアスベストを脱水反応によって他の物質に変化させてもアスベストの繊維形状がそのまま残ることがあり必ずしも無害化されたとはいえない。そしてまた特許文献２の提案技術は建築物の設置現場における無害化処理を主目的としており、廃棄されたアスベスト含有物の処理は主対象とはされていない。

そこで本発明の目的は、アスベストなどの有害物質を含有する廃棄物を効率的に溶融無害化処理することが可能な方法を提供することにある。

前記目的を達成する本発明に係る無害化処理方法は、アスベストなどの有害物質を含有する廃棄物（以下、単に「廃棄物」と記すことがある。）を無害化処理する方法であって、前記廃棄物を粉砕する粉砕工程と、前記廃棄物を乾燥する乾燥工程と、前記粉砕工程と前記乾燥工程を経た粉砕乾燥物にレーザ光を照射して溶融する溶融工程とを有し、前記溶融工程において、複数のレーザ光を前記粉砕乾燥物に照射して前記粉砕乾燥物を溶融することを特徴とする。

前記構成の無害化処理方法において、前記溶融工程では、前記粉砕乾燥物を移動させて、移動中の前記粉砕乾燥物に複数のレーザ光を照射して前記粉砕乾燥物を溶融するのが好ましい。

また前記構成の無害化処理方法において、前記溶融工程では、透光性を有する管または筒状に形成された空気流の内側で前記粉砕乾燥物を移動させて移動中の前記粉砕乾燥物に複数のレーザ光を照射して前記粉砕乾燥物を溶融するのが好ましい。

また前記構成の無害化処理方法において、前記溶融工程では、前記粉砕乾燥物を自重落下させて、落下途中の前記粉砕乾燥物に複数のレーザ光を照射して前記粉砕乾燥物を溶融するのが好ましい。

また前記構成の無害化処理方法において、前記複数のレーザ光が、前記粉砕乾燥物の移動路の中心軸を中心とする仮想円筒上の複数箇所から前記粉砕乾燥物に照射される構成としてもよい。

ここで、前記複数のレーザ光が、前記仮想円筒上の周方向に所定距離隔てた複数箇所から前記粉砕乾燥物に照射される構成としてもよい。また前記複数のレーザ光が、前記粉砕乾燥物の移動方向に所定間隔の複数箇所から前記粉砕乾燥物に照射される構成としてもよい。

また前記構成の無害化処理方法において、前記溶融工程で溶融した溶融物を所定形状に成形する第１成形工程をさらに設けてもよい。

また前記構成の無害化処理方法において、前記溶融工程の前工程として前記粉砕乾燥物を所定形状に成形する第２成形工程を設けてもよい。前記第２成形工程では、前記粉砕乾燥物を棒状または板状に成形するのが好ましい。

本発明の無害化処理方法によれば、アスベストなどの有害物質を含有する廃棄物を効率的に溶融無害化処理することが可能となる。また無害化処理後の溶融物（スラグ）は路盤材などとして再利用することも可能となる。

本発明に係る無害化処理方法の一例を示す概説工程図である。 溶融炉に設けた光学窓によるレーザ光のスポット形状の制御を説明する図である。 レーザ出力装置の設置位置を説明する図である。 レーザ出力装置の設置位置を説明する図である。 反射部材によるレーザ光の反射を利用した粉砕乾燥物への照射を説明する図である。 本発明に係る無害化処理方法の他の例を示す概説工程図である。

（第１実施形態）
本発明に係る廃棄物の無害化処理方法では、例えばアスベストを含有する廃棄物の場合にはアスベストの溶融温度（約１５００℃）以上に廃棄物を加熱して溶解して無害化する。図１に本発明に係る無害化処理方法の一例を示す概説工程図を示す。様々な形状の廃棄物９１は粉砕装置１によって粉砕されて所望の大きさの粉砕物９２とされる。そして粉砕物９２は乾燥装置２に投入されて乾燥されて粉砕乾燥物９３とされる。その後粉砕乾燥物９３は溶融炉３に投入され、複数のレーザ光６１の照射によって溶融される。その後、溶融炉３から排出される溶融物は、必要により、第１成形装置４によって板状や棒状、粉粒状などの形状の成形品９５とされて再利用される。以下、本発明の廃棄物の無害化処理方法の各工程について順に説明する。

（粉砕工程）
廃棄物９１の多くは、建築物の解体等で発生した廃材や災害によるがれきなどであり、大きい物では長辺が数ｍにもなるものがある。後述の溶融工程においてレーザ光照射によって効率的且つ確実に廃棄物９１を溶融させるためには、廃棄物９１はある程度の大きさまで小さくしておく必要がある。

粉砕装置１としては従来公知の粉砕装置を用いることができる。例えば、ジョークラッシャー、ハンマークラッシャー、コーンクラッシャー、ロールクラッシャー、ダブルロールクラッシャー、ジャイレトリークラッシャー、インパクトクラッシャー、カッターミルなどの粉砕装置が使用できる。また必要により、廃棄物９１が所望の大きさとなるまで粉砕を多段階に分けて行ってもよい。粉砕物９２の最終的な大きさとしては数十ｍｍ程度であるのが好ましい。なお、廃棄物９１の粉砕処理は、アスベストが装置の周囲に飛散しないように外部から遮蔽された空間で行うのが望ましい。粉砕装置は連続式およびバッチ式のいずれでもよいが、処理量を高める観点からは連続式のものが望ましい。

（乾燥工程）
廃棄物９１の多くは通常幾ばくかの水分を含んでいる。水分を含んだ廃棄物９１を、後述の溶融工程においてレーザ光６１を照射して加熱すると水蒸気爆発を起こす虞がある。このため、廃棄物９１は溶融工程の前に乾燥させる必要がある。なお、乾燥工程は、溶融工程の前であればよく、粉砕工程の前であってもよいし後であってもよいが、乾燥効率の観点からは粉砕工程において廃棄物９１を小さく粉砕した後に乾燥するのが望ましい。

乾燥装置２としては従来公知のものを用いることができる。例えば、トンネル乾燥器、バンド乾燥器、竪型乾燥器、ロータリー乾燥器などが挙げられる。乾燥装置は連続式およびバッチ式のいずれでもよいが、処理量を高める観点からは連続式のものが望ましい。また、後工程である溶融工程では溶融炉３内は例えば１５００℃以上に加熱されるので、この溶融炉３の熱を乾燥装置２に利用して廃棄物９１の乾燥を行うのが効率的である。

（溶融工程）
溶融工程では、前記粉砕工程と前記乾燥工程を経た粉砕乾燥物９３に複数のレーザ光６１を照射して粉砕乾燥物９３を溶融させてアスベストなどの有害物質の無害化を図る。粉砕工程および乾燥工程を経た粉砕乾燥物９３は溶融炉３に投入され、溶融炉３内において複数のレーザ光６１の照射によって加熱され溶融する。レーザ光照射による粉砕乾燥物９３の加熱温度は有害物質の溶融温度（アスベストの場合：約１５００℃）以上である。

レーザ出力装置６ａ，６ｂ（以下、総称して「レーザ出力装置６」と記すことがある。）は溶融炉３の外周に複数設置される。レーザ出力装置６ａ，６ｂのレーザ出射口に対向する溶融炉３の位置には耐熱性を有する透光性の光学窓３１が設置されている。光学窓３１によって粉砕乾燥物９３の照射されるレーザ光６１のスポットの形状及び大きさが制御される。例えば図２（ａ）に示す光学窓３１ａは、レーザ光６１の入射面および出射面が平行平面であり、光学窓３１ａの入射面から入射したレーザ光６１は平行光のまま出射面から出射して粉砕乾燥物９３に照射する。同図（ｂ）の光学窓３１ｂはレーザ光６１の入射面および出射面が外方に向かって凸面であり、光学窓３１ｂの入射面から入射したレーザ光６１は集束されて出射面から出射して所定のスポット径に絞られて粉砕乾燥物９３に照射する。レーザ光６１の集束の程度を制御することによって粉砕乾燥物９３への照射スポットの大きさを制御できる。同図（ｃ）の光学窓３１ｃはレーザ光６１の入射面および出射面が内方に向かって凸面であり、光学窓３１ｃの入射面から入射したレーザ光６１は発散されて出射面から出射し所定のスポット径に拡大されて粉砕乾燥物９３に照射する。レーザ光６１の発散の程度を制御することによって粉砕乾燥物９３への照射スポットの大きさを制御できる。

上方から自重落下する粉砕乾燥物９３にレーザ光６１が的確に照射するように、また加熱溶融した粉砕乾燥物が溶融炉３内に飛散しないように、溶融炉３内に中心軸が上下方向となるようにガラス管などの透光性の管３２（図１に図示）を設けて、この管３２の内部を粉砕乾燥物９３が落下するようにしてもよい。また透光性の管３２に換えて例えばエアーカーテンなどの筒状に形成された空気流の中に粉砕乾燥物９３を落下させてもよい。

本発明では複数のレーザ光６１を粉砕乾燥物９３に照射することが重要である。既存のレーザ出力装置では現状では最大出力エネルギーは１００ｋＷ程度である。一方、今後発生する廃棄物及びこれまでに埋め立て処理された廃棄物を加熱溶融して無害化処理するには少なくとも４万トン／年（４．６トン／時間）程度の処理量を確保する必要があり、このような処理量を達成するのに必要な総エネルギーはおおよそ５０００ｋＷである。そうすると、単純計算でも１００ｋＷ出力のレーザ出力装置６が５０基必要となる。

複数基のレーザ出力装置６を溶融炉３に対してどのように配置するかについては、粉砕乾燥物９３にレーザ光６１が照射できれば特に限定はないが、粉砕乾燥物９３を効率的に加熱溶融させる観点からは、レーザ出力装置６は粉砕乾燥物９３の落下路の中心軸Ｏを中心とする仮想円筒ＶＣ上に設置するのが好ましい。例えば図３に示すような粉砕乾燥物９３の落下路（ガラス管３２）の中心軸Ｏを中心とする仮想円筒ＶＣの周方向に所定間隔（図３では９０度）でレーザ出力装置６ａ～６ｄ設置する。また図４に示すように、粉砕乾燥物９３の落下方向（上下方向）に所定間隔で複数個のレーザ出力装置６ａ～６ｆを設置する。もちろん周方向および落下方向にそれぞれに所定間隔で設けてもよい。

またレーザ光６１のすべてが粉砕乾燥物９３に照射する可能性は必ずしも高くなく、レーザ光６１の一部は粉砕乾燥物９３に照射せず通過することがある。そこで、図５に示すように、溶融炉３の内周壁またはその近傍に粉砕乾燥物９３に照射せず通過したレーザ光６１を反射させる凹面鏡などの反射部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃ（総称して「反射部材３３」と記すことがある。）を設けて、反射したレーザ光６１が粉砕乾燥物９３に再び向かうようにしてもよい。このような反射を複数回行わせて粉砕乾燥物９３へのレーザ光６１の照射効率を高めてもよい。また、一連の反射部材３３の最後に光吸収部材３４を設けてレーザ光６１のエネルギーを熱エネルギーに変換し、得られた熱を前記乾燥工程で用いるようにしてもよい。

本発明で使用する溶融炉３としては、例えば有害物質がアスベストの場合にはアスベストの溶融温度（約１５００℃）に耐えられるものであれば特に限定はなく従来公知の溶融炉を用いることができる。また、現在休止しているあるいは有効使用されていない既存の溶鉱炉をレーザ照射可能に改変して本発明の溶融炉として活用してもよい。

図１に示すように、溶融炉３内で発生する灰などの粉塵は溶融炉３に付設した飛灰回収装置５によって回収される。溶融炉３内で発生した灰には、アスベストなどの有害物質の外、亜鉛，鉛，銅，カドミウムなどの重金属が含まれている可能性があるため、回収された飛灰はセメントやキレート剤で固定化処理された後に埋立処分される。

（第１成形工程）
溶融炉３から排出される溶融物（スラグ）において、アスベストなどの有害物質は溶融によって無害化されている。このスラグはセメント原料や再生骨材、路盤材、透水性ブロックなどの土木資材の原料として再利用される。またスラグは溶融化によって高密度・高比重となり放射線遮蔽性が向上するので放射線遮蔽材としても利用できる。第１成形装置４によって溶融物は再利用に際して使用しやすい形態、例えば粉粒状、棒状、板状などの成形品９５とされる。溶融物の成形は空気中や水中で冷却固化した後であってもよいし、冷却固化する前であってもよい。第１成形装置４としては従来公知のものが使用でき、例えば、シート成形装置やプレス成形装置、粉砕装置などが使用できる。

（第２実施形態）
図６に、本発明に係る無害化処理方法の第２実施形態の概説工程図を示す。第２実施形態に係る無害化処理方法では、乾燥工程と溶融工程の間に粉砕乾燥物９３を所定形状に成形する第２成形工程を設けた点が第１実施形態の無害化処理方法と異なり、それ以外は第１実施形態の無害化処理方法と同じである。以下、第１実施形態の無害化処理方法と同じ工程についてはその説明を省略し、主として第１実施形態の無害化処理方法と異なる工程について説明する。

（第２成形工程）
乾燥装置２から排出された粉砕乾燥物９３は第２成形装置７に投入される。第２成形装置７は一対の成形押し出しロール７１ａ，７１ｂを備える。粉砕乾燥物９３は成形押し出しロール７１ａ，７１ｂによって所定の厚みを有する板状の成形体９４とされ、溶融炉３の上方から下方に向かって溶融炉３内に連続一体で供給される。成形体９４は溶融炉３内において複数のレーザ光６１の照射によって加熱され溶融する。レーザ光照射による成形体９４の加熱温度は有害物質の溶融温度（アスベストの場合：約１５００℃）以上である。

溶融した成形体９４は、粒状などの溶融物（スラグ）となって溶融炉３内を落下し排出される。排出された溶融物は、第１実施形態と同様に、第１成形装置４によって所定形状の成形品９５とされ土木資材などの原料として再利用される。

成形体９４の形状は、第２成形装置７の排出部から溶融炉３のレーザ光６１の照射領域まで連続一体の形状であるのがよく、板状の外、棒状などであってもよい。

本実施形態の無害化処理方法では、成形体９４を溶融炉３に連続一体で供給するので、成形押し出しロール７１ａ，７１ｂによる成形体９４の供給量（供給速度）とレーザ出力装置６の出力とを最適に制御することが可能となる。またレーザ光６１は成形体９４に確実に照射可能となる。

レーザ出力装置６の溶融炉３に対する設置位置や照射方法などは第１実施形態の例示が本実施形態でも採用可能である。

（その他）
以上説明した実施形態では粉砕乾燥物９３を重力落下あるいは板状の成形体９４を連続一体に供給して、その途中において粉砕乾燥物９３または成形体９４に複数のレーザ光６１を照射して加熱溶融していたが、コンベアや空気流などの搬送手段によって粉砕乾燥物９３または成形体９４を搬送移動させ、搬送移動の途中でレーザ光６１の照射を行ってもよい。

本発明の無害化処理方法によれば、アスベストなどの有害物質を含有する廃棄物を効率的に溶融無害化処理することができ、また無害化処理後の溶融物（スラグ）は路盤材などとして再利用することもできる。

１ 粉砕装置
２ 乾燥装置
３ 溶融炉
４ 第１成形装置
５ 飛灰回収装置
６，６ａ，６ｂ，・・・，６ｆ レーザ出力装置
７ 第２成形装置
３０ 溶融炉本体
３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 光学窓
３２ ガラス管
３３ 反射部材
３４ 光吸収部材
６１ レーザ光
９１ 廃棄物（有害物質含有廃棄物）
９２ 粉砕物
９３ 粉砕乾燥物
９４ 成形体
９５ 成形品
Ｏ 中心軸
ＶＣ 仮想円筒

Claims (10)

1. アスベスト等の有害物質を含有する廃棄物の無害化処理方法であって、
   前記廃棄物を粉砕する粉砕工程と、
   前記廃棄物を乾燥する乾燥工程と、
   前記粉砕工程と前記乾燥工程を経た粉砕乾燥物にレーザ光を照射して溶融する溶融工程と、
   を有し、
   前記溶融工程において、複数のレーザ光を前記粉砕乾燥物に照射して前記粉砕乾燥物を溶融することを特徴とする有害物質含有廃棄物の無害化処理方法。
2. 前記溶融工程では、前記粉砕乾燥物を移動させて、移動中の前記粉砕乾燥物に複数のレーザ光を照射して前記粉砕乾燥物を溶融する請求項１記載の有害物質含有廃棄物の無害化処理方法。
3. 前記溶融工程では、透光性を有する管または筒状に形成された空気流の内側で前記粉砕乾燥物を移動させて移動中の前記粉砕乾燥物に複数のレーザ光を照射して前記粉砕乾燥物を溶融する請求項２記載の有害物質含有廃棄物の無害化処理方法。
4. 前記溶融工程では、前記粉砕乾燥物を自重落下させて、落下途中の前記粉砕乾燥物に複数のレーザ光を照射して前記粉砕乾燥物を溶融する請求項２又は３記載の有害物質含有廃棄物の無害化処理方法。
5. 前記複数のレーザ光が、前記粉砕乾燥物の移動路の中心軸を中心とする仮想円筒上の複数箇所から前記粉砕乾燥物に照射される請求項２～４のいずれかに記載の有害物質含有廃棄物の無害化処理方法。
6. 前記複数のレーザ光が、前記仮想円筒上の周方向に所定距離隔てた複数箇所から前記粉砕乾燥物に照射される請求項５に記載の有害物質含有廃棄物の無害化処理方法。
7. 前記複数のレーザ光が、前記粉砕乾燥物の移動方向に所定距離隔てた複数箇所から前記粉砕乾燥物に照射される請求項５又は６に記載の有害物質含有廃棄物の無害化処理方法。
8. 前記溶融工程で溶融した溶融物を所定形状に成形する第１成形工程をさらに有する請求項１～７のいずれかに記載の有害物質含有廃棄物の無害化処理方法。
9. 前記溶融工程の前工程として前記粉砕乾燥物を所定形状に成形する第２成形工程をさらに有する請求項１～８のいずれかに記載の有害物質含有廃棄物の無害化処理方法。
10. 前記第２成形工程では、前記粉砕乾燥物を棒状または板状に成形する請求項９記載の有害物質含有廃棄物の無害化処理方法。

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