JP6092076B2

JP6092076B2 - 汚染飛灰の処理方法及び処理システム

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Publication number: JP6092076B2
Application number: JP2013236482A
Authority: JP
Inventors: 山田　和矢; 和矢山田; 三倉　通孝; 通孝三倉; 嗣幸小林; 恒雄大村; 新一牧野; 加苗川内; 恵太高倉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: JP2015096810A

Description

本発明は、汚染飛灰の処理方法及び処理システムに関する。

原子力発電所において放射性物質が建屋外に飛散するようなシビアアクシデントが発生すると、広域に渡り放射能汚染が生じる。こうした放射能汚染の影響は、土壌や下水処理場で発生する汚泥、この汚泥を焼却処理した汚泥焼却灰、及び各地の一般廃棄物焼却場で発生する焼却灰や飛灰等にまで及ぶ。

原子力発電所から飛散する可能性のある放射性核種の大部分は、セシウム１３４やセシウム１３７であり、汚染された物質はこれらの核種を含むことになる。セシウム１３７の半減期は３０．２年であり、比較的高強度の放射線を長期間にわたり放出することが懸念される。そのため、セシウム１３７を含有する廃棄物は長期間管理する必要があり、その管理には多大な労力とコストがかかる。

放射性物質を含む放射性廃棄物の処理方法として、放射性廃棄物のうち焼却可能な廃棄物を焼却して減容する方法がある。この焼却処理の際に発生する二次廃棄物は酸化物を主体とする主灰と、排気系で回収される飛灰とに分類される。このうち、飛灰は、焼却条件によっては、主灰よりも多くの放射性セシウムが含有されることが懸念されている。さらに、飛灰中の放射性セシウムは水に容易に溶解するため、長期間安定な状態での保管が困難となる可能性がある。そのため、飛灰に含まれる放射性物質を極力小さな容量に濃縮して安定化する方法が求められている。

一般的に、焼却処理においては、廃ガス中に含まれる塩化水素による焼却施設の材料腐食を避ける目的で消石灰を噴霧する。そのため、飛灰はカルシウムが主要構成元素となる。また、燃焼時に揮発しやすいナトリウムやカリウムなどのアルカリ金属類、鉛などの重金属類が塩化物の形態で多く含有されている。

ここで、焼却炉等から発生する塩素およびナトリウムを主とする塩類と亜鉛、銅、鉛を主とする重金属とを含む飛灰の処理方法として、飛灰を水と鉱酸でスラリー化する第一工程と、中和しｐＨ調整の上固液分離する第二工程と、その澱物をリパルプし鉱酸で浸出して鉛産物を得る第三工程と、得られた濾液を中和して銅、亜鉛等を水酸化物として回収する第四工程と、前記第二工程からの濾液に第二鉄塩またさらにアルミニウム塩を添加し、ｐＨ調整して濾液中に微量含まれる銅、亜鉛を鉄・アルミ塩澱物中に回収するとともに清浄濾過水を得る方法が知られている。また、清浄濾過水を、必要に応じて活性炭またはキレート剤カラムに通水して水銀等を除去する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、廃棄物の焼却工程で発生する飛灰を含む排ガスから、煤塵、ハロゲン化物および水銀を除去するとともに、それらを回収する方法として、廃棄物の焼却炉から排出される排ガス中の飛灰を１００℃以上の温度域において塩基性薬剤を用いて乾式で捕集した後、水洗浄によりハロゲン化物を固液分離して回収する第１の工程、及び前記乾式捕集で未捕集の排ガス中の飛灰を１００℃未満の温度域において塩基性薬液に接触させて該薬液を含む溶液中に移行させた後、該溶液から水銀化物を固液分離して回収する第２の工程を有する飛灰からの有価物回収方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、上記したような従来の技術では、飛灰中の重金属、煤塵、ハロゲン化物及び水銀を分離回収し処理液を排水規制に適合するようにするものであるが、放射性飛灰の処理は考慮されておらず、処理後に残る固形物、液体について物量を極力低減することも考慮されていない。そのため、放射性物質を含む焼却飛灰の洗浄処理に適用することはできない。

特開２０００−１４０７９２号公報特開２００５−２４６１２９号公報

本発明は上記した課題を解決するためになされたものであって、汚染飛灰に含まれる放射性物質を極力小さな容量に濃縮して安定化することのできる汚染飛灰の処理方法及び処理システムを提供することを目的とする。

本発明の汚染飛灰の処理方法の一態様は、放射性セシウムを含む汚染飛灰の処理方法であって、焼却炉から発生する汚染飛灰を含む処理対象物及び水を溶離槽に収容し、前記処理対象物中の放射性セシウムを前記水中に溶離して溶離液を生成する溶離工程と、前記溶離液を、固形物を除去した第１の処理液と放射性セシウムの除かれた除染物に分離する第１の固液分離工程と、前記第１の処理液を、吸着剤を充填したセシウム吸着塔に通流して前記第１の処理液中の放射性セシウムを前記吸着材に吸着させるセシウム除去工程と、前記除染物中の放射能濃度があらかじめ設定した所定の値を超えたときに前記除染物を溶融炉に供給して溶融し、発生した飛灰を前記溶離槽に送る溶融工程と、前記セシウム除去工程で放射性セシウムを吸着した廃吸着材を固化安定化する固化工程とを具備することを特徴とする。

本発明の汚染飛灰の処理システムの一態様は、放射性セシウムを含む汚染飛灰の処理システムであって、焼却炉から発生する汚染飛灰を含む処理対象物及び水を収容し、前記処理対象物中の放射性セシウムを前記水中に溶離して溶離液を生成する溶離槽と、前記溶離液を、固形物を除去した処理液と放射性セシウムの除かれた除染物に分離する固液分離装置と、内部に吸着材が充填され、前記処理液を通流して前記処理液中の放射性セシウムを前記吸着材に吸着させるセシウム吸着塔と、前記除染物中の放射能濃度があらかじめ設定した所定の値を超えたときに前記除染物を溶融炉に供給して溶融し、発生した飛灰を前記溶離槽に送る溶融システムと、前記セシウム吸着塔で放射性セシウムを吸着した廃吸着材を固化安定化する固化装置とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、汚染飛灰に含まれる放射性物質を極力小さな容量に濃縮して安定化することのできる汚染飛灰の処理方法及び処理システムを提供することができる。

第１の実施形態の汚染飛灰の処理システムを概略的に示すブロック図。第１の実施形態の除染システムを概略的に示すブロック図。第１の実施形態の汚染飛灰の処理方法を示すフロー図。焼却飛灰と溶融飛灰について、水によるセシウム溶離特性を示すグラフ。第１の実施形態において、吸着塔供給水中のセシウム濃度に対する処理水中のセシウム濃度の経時変化を解析したグラフ。第１の実施形態において、吸着材利用率の経時変化を解析したグラフ。第２の実施形態の除染システムを概略的に示すブロック図。第２の実施形態の汚染飛灰の処理方法を示すフロー図。第３の実施形態の除染システムを概略的に示すブロック図。第３の実施形態の汚染飛灰の処理方法を示すフロー図。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。各図において、共通する機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（処理対象物）
図１に示すように、本実施形態における処理対象物は、少なくとも放射性セシウムを含有する汚染飛灰２を含む処理対象物であり、例えば、焼却炉４で発生した汚染飛灰２、汚染飛灰２に主灰が混ざった汚染混合灰２ａ、溶融炉２２で発生した溶融飛灰６等である。放射性セシウムを含んだ放射性廃棄物は、焼却され、また、放射性廃棄物が土壌等である場合には、焼却温度以上の温度で溶融される。放射性廃棄物を焼却すると、放射性廃棄物中の成分が蒸発し、蒸気や塩素、二酸化炭素等を含有する焼却ガスが発生する。この焼却ガスが冷却されると、焼却ガス中に含有されていた蒸発物が固化し、汚染飛灰２となる。このとき、放射性廃棄物中に含有されていた放射性セシウムが、塩化セシウムなどのセシウム化合物となって蒸発するため、汚染飛灰２中に放射性セシウムが含有されることになる。また主灰中にも、放射性廃棄物中に含有されていた放射性セシウムが残留する。

一般的に、焼却設備では、焼却ガス中に含まれる塩素によって設備が腐食されることを防ぐために、焼却ガスに消石灰（水酸化カルシウム）等、アルカリ化剤を噴霧することがある。放射性廃棄物の焼却設備においても同様であり、この場合、汚染飛灰２にはアルカリが付着する。そのため汚染飛灰２を純水に混合すると、液性はアルカリ性になる。

図１は、第１の実施形態の汚染飛灰の処理システム１を概略的に示すブロック図である。図１に示す汚染飛灰の処理システム１は、汚染飛灰２(及び／又は汚染混合灰２ａ、溶融飛灰６。以下同じ。)を除染する除染システム１０と、除染飛灰３の放射能濃度(放射性セシウム濃度)があらかじめ設定した所定の値を超えたときに除染飛灰３を処理する溶融システム２０と、放射性セシウムの除去された廃液Ｌ３を処理する濃縮・乾燥システム３０を備えている。また、汚染飛灰の処理システム１は、後述するセシウム吸着塔１３で放射性セシウムを吸着した廃吸着材８を固化して固化体９を形成する固化装置４０を備えている。

図２は、第１の実施形態の汚染飛灰の処理システム１における除染システム１０を概略的に示すブロック図である。図２に示す除染システム１０は、汚染飛灰２と水とを収容する溶離槽１１と、溶離槽１１で生成した溶離液Ｌ１を液相である第１の処理液Ｌ２及び固相である除染飛灰３に分離する第１の固液分離装置１２と、放射性セシウムを吸着する吸着材が内部に充填されたセシウム吸着塔１３とを備えている。

図３は、本実施形態の汚染飛灰の処理システム１を用いた汚染飛灰の処理方法を示すフロー図である。本実施形態の汚染飛灰の処理方法は、除染工程Ｓ１００と、溶融工程Ｓ２００と、濃縮・乾燥工程Ｓ３００とを備えている。また、除染工程Ｓ１００は、溶離工程Ｓ１０１と、中和工程Ｓ１０２と、第１の固液分離工程Ｓ１０３と、セシウム除去工程Ｓ１０４と、固化工程Ｓ１０５とを備えている。

図２に示す溶離槽１１は、汚染飛灰２と水とを収容し、汚染飛灰２に含まれる放射性セシウムを水中に溶離する(図３に示す溶離工程Ｓ１０１。)。水としては、主に蒸留水Ｗが用いられるが、水を主成分としてほぼ中性の水溶液を使用することもできる。水は、濃縮・乾燥システム３０で生成した蒸留水Ｗを使用してもよい。放射性セシウムは、主に塩化セシウム等、易水溶性のセシウム化合物として汚染飛灰２に含有されている。したがって、溶離槽１１において汚染飛灰２中の放射性セシウムが高溶離率で水中に溶離させることができる。溶離槽１１で生成する溶離液Ｌ１は例えば、ｐＨが１０．５〜１２．５程度のアルカリ性になる。なお、溶離槽１１は、収容物を撹拌するための撹拌機を備えていることが好ましい。

溶離槽１１及び焼却炉４は、配管ａにより接続され、配管ａを介して焼却炉４で発生する排ガスを溶離槽１１に供給するように構成されている。例えば、溶離槽１１に汚染飛灰２及び水を収容し、これらを撹拌しながら、又はこれらを撹拌・混合した後に、溶離槽１１に排ガスを供給する。これにより、供給された排ガス中の酸性ガスが溶離液Ｌ１を中和する(図３に示す中和工程Ｓ１０２。)。一般的に、焼却飛灰は酸と接触すると激しく発泡して溶解するが、排ガスを用いることで、中和に二酸化炭素ガス等の酸性ガスを用いるため、激しく発泡することなく安全に静かに中和反応を進めることができる。さらに、排ガス中の酸性ガスを中和に利用することで、中和薬剤が不要となり、薬剤費が不要となる。

第１の固液分離装置１２は、溶離槽１１において汚染飛灰２中の放射性セシウムが溶離した溶離液Ｌ１を、固相である除染飛灰３と液相である第１の処理液Ｌ２とに分離する(図３に示す第１の固液分離工程Ｓ１０３。)。溶離液Ｌ１が固形分濃度の高いスラリー状であるため、第１の固液分離装置１２としては、除染飛灰３を分離し易い遠心分離脱水機やフィルタプレスなどを好適に用いることができる。

第１の固液分離装置１２には、セシウム吸着塔１３が接続されている。セシウム吸着塔１３内に充填された吸着材が第１の処理液Ｌ２中の放射性セシウムを除去し、セシウム吸着塔１３からは、放射性セシウムが除去された廃液Ｌ３が流出する(図３に示すセシウム除去工程Ｓ１０４。)。吸着材としては、放射性セシウムに対して高い吸着性能を有するものであれば特に限定されず、例えば、フェロシアン化物、ケイチタン酸及びゼオライトを使用することができる。

フェロシアン化物としては、フェロシアン化カリウム、フェロシアン化ナトリウム、フェロシアン化カルシウム、フェロシアン化鉄、フェロシアン化ニッケル、フェロシアン化銅などを挙げることができる。また、ゼオライトは、モルデナイト型ゼオライト、チャバサイト型ゼオライト、クリノプチロライト型ゼオライト、Ａ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライトなどを挙げることができる。さらに、ケイチタン酸は、ケイチタン酸バリウム、ケイチタン酸ストロンチウムなどの塩であってもよい。

また、充填する吸着材の量は、吸着材の種類、汚染飛灰２中の放射性セシウム濃度に応じて適宜決定する。

濃縮・乾燥システム３０は、廃液Ｌ３を濃縮した後に乾燥して、濃縮物７と蒸留水Ｗに分離する(図３に示す濃縮・乾燥工程Ｓ３００。)。濃縮物７は、廃液Ｌ３中の塩類（汚染飛灰２に含まれていて溶離液Ｌ１中に溶離された塩類）であり、ナトリウム、カリウム、塩素、カルシウムなどの元素を含んでいる。また、濃縮物７の放射能濃度(放射性セシウム濃度)は、セシウム吸着塔１３での処理条件を調節することで、１００Ｂq／ｋｇ以下とすることができる。したがって、濃縮物７を安全に廃棄又はリサイクルすることができる。蒸留水Ｗは、溶離槽１１に送られて、汚染飛灰２中の放射性セシウムを溶離するために用いられる。

固化装置４０は、放射性セシウムを吸着した後の廃吸着材８を、ペレット固化やセメント固化、溶融固化等によって固化して固化体９を形成し、安定化する(図３に示す固化工程Ｓ１０５。)。

第１の固液分離装置１２において分離された除染飛灰３は、溶融システム２０に送られる構成となっている（図１参照。）。溶融システム２０は、除染飛灰３の放射能濃度(放射性セシウム濃度)を測定する放射能測定器２１と、放射能測定器２１の測定値があらかじめ設定した所定の値を超えたときに除染飛灰３を溶融する溶融炉２２を備えている。溶融システム２０は、除染飛灰３中の放射能濃度(放射性セシウム濃度)があらかじめ設定した所定の値、例えば１０００Ｂｑ／ｋｇを超えたときには除染飛灰３を溶融炉２２で溶融し、設定値以下の場合は、リサイクルするか、廃棄する(図３に示す溶融工程Ｓ２００。)。

溶融システム２０では、溶融炉２２で溶融した除染飛灰３を溶融スラグ５と溶融飛灰６に分別する。除染飛灰３中の放射性セシウム化合物は主に溶融飛灰６中に移行するので、溶融スラグ５の放射能濃度(放射性セシウム濃度)は例えば１０００Ｂｑ／ｋｇ以下程度に低減され、安全にリサイクル又は廃棄することができる。溶融飛灰６はさらに除染システム１０及び濃縮・乾燥システム３０で順に処理される。なお、溶融炉２２の温度は、焼却炉４における焼却温度より高く、例えば１２００〜１８００℃程度である。

ここで、放射性セシウムを含む焼却飛灰又は溶融飛灰を水で溶離した際の放射性セシウムの水への移行率を試験した。結果を、水への放射性セシウム移行率を縦軸として図４に示す。水への移行率は焼却飛灰で８５％、溶融飛灰で９５％であった。このように、焼却飛灰に比べて溶融飛灰の方が放射性セシウムの水への移行率が高い。したがって、除染システム１０で放射能濃度(放射性セシウム濃度)が所定の値、例えば１０００Ｂｑ／ｋｇ以下にならなかった場合、溶融炉２２で処理して溶融飛灰６にすることで１０００Ｂｑ／ｋｇ以下の溶融スラグ５を得ることができることが分かる。

また、濃縮物７に含まれる放射能の濃度(放射性セシウム濃度)は、１００Ｂｑ／ｋｇ以下に低減されることが好ましい。ここで、廃液Ｌ３中の濃縮物７の濃度をｘ％とすると、下記の放射性セシウム物質収支が成り立つ。このことから、廃液Ｌ３に含まれる放射性セシウム濃度（Ｃ_Ｃｓ）がｘＢｑ／ｋｇ以下であれば、濃縮物７の放射能濃度(放射性セシウム濃度)が１００Ｂｑ／ｋｇ以下に低減されることが分かる。

Ｃ_Ｃｓ×Ｖ＝Ｖ×（ｘ／１００）×１００、Ｖ：液量（Ｌ）
Ｃ_Ｃｓ＝ｘ

セシウム吸着塔１３の処理水中の放射性セシウム濃度は、吸着材が放射性セシウムを吸着していくにつれて、時間とともに増加する。そのため、吸着材の放射性セシウム吸着量を増やすために、セシウム吸着塔１３は２塔以上を直列に接続して用いることが好ましい。また、廃液Ｌ３中の放射能濃度(放射性セシウム濃度)を所定の値以下、例えば、上記したｘＢｑ／ｋｇ以下とするためには、セシウム吸着塔１３の処理水中の放射性セシウム濃度を所定の値以下とする。この所定の値は、セシウム吸着塔１３の供給水中の放射性セシウム濃度に依存し、セシウム吸着塔１３の供給水中の放射性セシウム濃度に対する廃液Ｌ３中の放射性セシウム濃度の比を所定の比とすることで制御することができる。セシウム吸着塔１３の供給水中の放射性セシウム濃度に対する廃液Ｌ３中の放射性セシウム濃度の比は、セシウム吸着塔１３の設置数で制御することができる。

また、吸着材は放射性セシウムを吸着することで吸着性能が低下していくため、セシウム吸着塔１３の供給水（第１の処理液Ｌ２）中の放射性セシウム濃度に対する廃液Ｌ３中の放射性セシウム濃度の比が所定の値を超えたときに、セシウム吸着塔１３を、新しい吸着材を充填したセシウム吸着塔１３に交換することが好ましい。

ここで、セシウム吸着塔１３での放射性セシウム除去性能を解析モデルで解析した。まず、解析モデルが実際の放射性セシウム除去性能を表現できることを試験データにより検証した。分配係数（吸着平衡状態にある吸着材と液相の放射性セシウム濃度（吸着材：モル／g、液相：モル／ｍＬ）の比）が５０００ｍＬ／ｇの吸着材を１６０Ｌ充填したセシウム吸着塔１３を５塔直列に接続し、第１塔目のセシウム吸着塔１３に放射性セシウムを含む供給水を流量３．３ｍ^３／ｈで通液した場合について解析した。各塔の出口における放射性セシウム濃度の、第１塔目のセシウム吸着塔１３の供給水中の放射性セシウム濃度に対する比の経時変化を図５に示す。なお、図５中の符号１から５は、第１塔から第５塔それぞれの解析値を示している。

図５より、セシウム吸着塔１３処理水中の放射性セシウム濃度を第１塔目のセシウム吸着塔１３の供給水中の放射性セシウム濃度の１／１００００以下にするにはセシウム吸着塔１３を３塔以上直列にする必要があり、１／１０００以下にするにはセシウム吸着塔１３を２塔以上直列にして通液する必要があることが分かる。

また、各塔での吸着材利用率について解析した。結果を、吸着材利用率を縦軸、各塔での吸着材充填量に対する積算処理量を横軸として図６に示す。なお、図６中の符号１から５は、第１塔から第５塔それぞれの解析値を示している。

各塔での吸着材利用率（平衡吸着量に対する実際の吸着量）は、処理水中の放射性セシウム濃度が第１塔目のセシウム吸着塔の供給水中の放射性セシウム濃度の１／１００００以上になったらセシウム吸着塔を交換するとした場合、セシウム吸着塔３塔直列使用では、１塔目５０％、２塔目４％、３塔目０．１％となり、セシウム吸着塔４塔直列使用では、１塔目９３％、２塔目３６％、３塔目３％、４塔目０．１％となり、セシウム吸着塔５塔直列使用では、１塔目１００％、２塔目８０％、３塔目２９％、４塔目３％、５塔目０．１％となる。

また、セシウム吸着塔の処理水中の放射性セシウム濃度が第１塔目のセシウム吸着塔の供給液水中の放射性セシウム濃度の１／１０００以上になったらセシウム吸着塔を交換するとした場合、セシウム吸着塔交換時の吸着材利用率は、セシウム吸着塔２塔直列使用では、１塔目２０％、２塔目１％となり、セシウム吸着塔３塔直列使用では、１塔目８０％、２塔目１８％、３塔目１％となり、セシウム吸着塔４塔直列使用では、１塔目９９％、２塔目６６％、３塔目１４％、４塔目１％となり、セシウム吸着塔５塔直列使用では、１塔目１００％、２塔目８９％、３塔目５７％、４塔目１３％、５塔目１％となる。

図６より、最終段のセシウム吸着塔の処理水中の放射性セシウム濃度が第１塔目のセシウム吸着塔の供給水中の放射性セシウム濃度の１／１００００以上の所定の値に達したときに、直列に配置した複数塔のセシウム吸着塔のうち先頭の１塔を交換するとした場合、廃棄される吸着材の利用率はセシウム吸着塔４塔直列使用では９３％、セシウム吸着塔５塔直列使用では１００％となり、吸着材の有効活用が可能となることが分かる。

このように、セシウム吸着塔１３の２塔以上を直列に接続した場合、第１段目のセシウム吸着塔１３の供給水中の放射性セシウム濃度に対する廃液Ｌ３中の放射性セシウム濃度の比が所定の値を超えたときに、直列に配置した複数のセシウム吸着塔１３をすべて交換、廃棄すると、下流に配置されていたセシウム吸着塔１３内の吸着材は利用率が低いままで廃棄することになり、廃棄物の発生量が多くなる。したがって、第１段目のセシウム吸着塔１３の吸着材利用率が所定の割合を超えたときに、直列に配置した複数塔のセシウム吸着塔１３のうち、先頭の１塔だけを交換、廃棄し、新しい吸着材を充填したセシウム吸着塔１３を最下流に設置して処理を続けることが好ましい。これにより、廃棄する吸着材の利用率が高くなり、廃棄物発生量を極めて低減することが可能である。

また、セシウム吸着塔１３の通液流量を変えると廃液Ｌ３の放射性セシウム濃度の上昇速度が変わる。通液流量を大きくすると、吸着材に吸着される放射性セシウム量に対して、セシウム吸着塔１３を通過する放射性セシウムの量が多くなり、廃液Ｌ３中の放射性セシウム濃度上昇が速くなる。一方、セシウム吸着塔１３の通液流量を小さくすると、吸着材に吸着される放射性セシウム量に対して、セシウム吸着塔１３を通過する放射性セシウムの量が少なくなり、廃液Ｌ３中の放射性セシウム濃度上昇が遅くなる。このように、セシウム吸着塔１３の通液流量を制御することによってセシウム吸着塔１３の供給水中の放射性セシウム濃度に対する廃液Ｌ３中の放射性セシウム濃度の比を制御することもできる。

次に、実施例１について説明する。
（実施例１）
本実施例では、第１の実施形態の汚染飛灰の処理システムでの処理性能を試験で確認した。まず、溶離槽に焼却炉で発生した焼却飛灰２ｋgと、放射性セシウムを模擬する試薬の塩化セシウム１０ｍｇと水８Ｌとを収容した。汚染飛灰に含有される放射性セシウムの量は本実施例で添加したセシウム量と比べてはるかに少ないが、試験では、非放射性セシウムの含有濃度を検出するため、上記した量の塩化セシウムを添加した。次いで、溶離槽内の焼却飛灰と塩化セシウムと水とを撹拌しながら、焼却炉の排ガスを模擬した二酸化炭素１０％、窒素９０％のガスを毎分５Ｌの速度で吹き込んで中和した。溶離槽内の液のｐＨは初期の１２．５から中和によってｐＨ６．５まで低下した。なお、二酸化炭素を含むガスを用いることで安全に静かに中和反応が進むことが確認された。

次いで、溶離槽内の固液スラリーをろ過面積０．４６ｍ^２のフィルタプレスにより固液分離した。これにより、乾燥重量１．４９ｋｇのケーキと平均固形分濃度３０ｐｐｍの処理液に分離された。次いで、処理液を、モルデナイトを１．７ｋｇ充填したセシウム吸着塔に空間速度１３ｈ^-１で通液した。

セシウム吸着塔出口の液中のセシウム濃度はＩＣＰ質量分析装置での検出下限値以下であった。この液を濃縮、乾燥により濃縮物（固体）と蒸留水に分離した。濃縮物はナトリウム、カリウム、塩素、カルシウムなどの元素を含有しており、セシウムは検出下限値以下であった。これにより、はじめに溶離槽で添加されたセシウムがモルデナイトに吸着されたことを確認した。次に、得られた蒸留水を用いて、上記と同じ操作を繰返し、水を使った試験と同じ処理結果になることを確認した。

また、セシウム除去工程の後、発生する廃吸着材をペレット化して安定化する試験を行った。吸着材として、フェロシアン化物を担持した吸着材又はゼオライトを使用し、結合材として、ポルトランドセメント、アルミナセメント、リン酸系セメントを用いた。吸着材と結合材を４：１の割合で混合したものを１４ＭＰａ、１分の条件でペレット化した。試験の結果、ペレット化後の一軸圧縮強度はいずれも０．９８ＭＰａ以上であることを確認した。これにより、十分な機械的強度を得られ、優れた安定化が可能であり、長期間安定に保存し得ることを確認した。

また、フェロシアン化物を担持した吸着材を結合材とともにペレット化したものを２ｍｍ以下の大きさに粉砕して、粉砕物を液固比１０（ｍｇ／ｍＬ）で水に浸漬し、撹拌した。６時間後、水中に溶出するシアン化合物濃度を調べたところ１ｐｐｍ未満であることを確認した。これにより、環境への放射能放出を極めて低減した優れた安定化が可能であり、長期間安定に保存し得ることを確認した。

以上、第１の実施形態によれば、汚染飛灰２に含まれる放射性セシウムを極力小さな容量に濃縮して、１０００／１の高い減容比（汚染飛灰２／廃吸着材８）で安定化することができる。また、吸着材の利用効率を９０％以上にでき、廃棄物の発生量を極めて低減することができる。また、廃吸着材８について、十分な機械的強度を有し、環境への放射能放出は規制値未満の固化体９を形成させることができるので、優れた安定化が可能である。さらに、汚染飛灰２は、それぞれ、放射能濃度(放射性セシウム濃度)１０００Ｂｑ／ｋｇ以下の除染飛灰３及び溶融スラグ５と、１００Ｂｑ／ｋｇ以下の濃縮物７に分離されるので、それぞれ安全に廃棄又はリサイクルすることが可能である。水はリサイクル使用するため、排水発生量をゼロとすることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の汚染飛灰の処理システム及び汚染飛灰の処理方法について図７及び図８を参照して説明する。図７は本実施形態の除染システム５０を示す概略構成図である。図７に示す除染システム５０は、第１の固液分離装置１２とセシウム吸着塔１３の間に、中和槽１４及び第２の固液分離装置１５を備える点で第１の実施形態と異なる。図８は本実施形態の除染工程を示すフロー図である。図８に示す除染工程は、第１の固液分離工程Ｓ１０３及びセシウム除去工程Ｓ１０４の間で、中和工程Ｓ１０２、第２の固液分離工程Ｓ１０６を行う。

除染飛灰３は、硫酸、塩酸、硝酸等の酸と接触すると激しく発泡して溶解する。したがって、本実施形態の除染システム５０では、溶離槽１１で生成した溶離液Ｌ１を、第１の固液分離装置１２で固相である除染飛灰３と溶離された放射性セシウムを含む第１の処理液Ｌ２とに分離し（図８に示す第１の固液分離工程Ｓ１０３。）、次の中和槽１４でこの第１の処理液Ｌ２を中和する（図８に示す中和工程Ｓ１０２。）。第１の固液分離装置１２としてはフィルタプレスや遠心脱水機などが好適である。

中和槽１４には、例えばｐＨ調整剤を供給するｐＨ調整剤供給装置１６が接続されており、ｐＨ調整剤として、塩酸、硫酸、硝酸及び炭酸等、ｐＨを下げる化合物を中和槽１４に供給する。焼却炉４及び溶離槽１１が離れた場所に配置されている場合等、排ガスを溶離槽１１に導入することが困難な場合があるが、本実施形態の除染システム５０によれば、ｐＨ調整剤を用いることで、中和槽１４での中和を簡便な装置で行うことができる。

ｐＨ調整剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。ｐＨ調整剤として、例えば、塩酸を用いることで中和後の固形物の発生を少なくすることができる。そのため、第２の固液分離装置１５での負荷を軽減することが可能である。ｐＨ調整剤として使用する酸の選定にあたっては、中和槽１４で生成する固形物の量のほかに、中和槽１４や第２の固液分離装置１５を構成する材料の耐食性の観点から選定すればよい。

また、中和槽１４及び焼却炉４を配管により接続し、焼却炉４で発生する排ガスを中和槽１４に導入してもよい。この場合、排ガスを溶離液Ｌ１に供給することで排ガス中の二酸化炭素ガス等、酸性ガスが溶離液Ｌ１を中和する。

第２の固液分離装置１５は、中和槽１４で中和により生じた塩類等の固形物を液相から分離する（図８に示す第２の固液分離工程Ｓ１０６。）。第２の固液分離装置１５としては、中和された第１の処理液Ｌ２中の固形分濃度がそれほど高くなく、主として粒径が小さい固形分が含まれているため、中空糸膜フィルタやプリーツ型フィルタ、プリコートフィルタなどを用いることが好ましい。この後、第２の固液分離装置１５で処理された第２の処理液Ｌ４は第１の実施形態と同様に、セシウム除去工程Ｓ１０４、濃縮・乾燥工程Ｓ３００が行われる。また、廃吸着材８は固化工程Ｓ１０５で処理され、除染飛灰３は溶融工程Ｓ２００へ送られる。

次に、実施例２について説明する。
（実施例２）
本実施例では、第２の実施形態の汚染飛灰の処理システムでの処理性能を試験で確認した。まず、溶離槽に焼却炉で発生した焼却飛灰２ｋｇと放射性セシウムを模擬する試薬の塩化セシウム１０ｍｇと水８Ｌを入れた。次いで、溶離槽内の焼却飛灰と塩化セシウムと水を撹拌し、１０分経過後、溶離槽内の固液スラリーをろ過面積０．４６ｍ^２のフィルタプレスにより固液分離した。これにより、乾燥重量１．４９ｋｇのケーキと平均固形分濃度２０ｐｐｍの処理水に分離された。次いで、処理水に硫酸水溶液を添加して中和した。中和後の処理液に含まれる固形物を平均粒径４０μｍの珪藻土をプリコートしたプリコートフィルタで除去した。

プリコートフィルタの処理液中の固形分濃度は１ｐｐｍ以下であった。プリコートフィルタの処理液を吸着材であるモルデナイト型ゼオライトを１．７ｋｇ充填した吸着塔に空間速度ＳＶ＝１３ｈ^-１で通液した。セシウム吸着塔出口の液中のセシウム濃度はＩＣＰ発光分析装置での検出下限値以下であった。

このセシウム吸着塔の処理液を濃縮、乾燥により濃縮物（固体）と蒸留水に分離した。濃縮物はナトリウム、カリウム、塩素、カルシウムなどの元素で構成されており、セシウムは検出下限値以下であった。これにより、はじめに溶離槽で添加されたセシウムがモルデナイトに吸着されたことを確認した。

次に、得られた蒸留水を用いて、上記と同じ操作を繰返し、水を使った試験と同じ処理結果になることを確認した。

以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、焼却炉４及び溶離槽１１が離れた場所に配置されている場合であっても、ｐＨ調整剤を用いることで、中和を簡便な装置で行うことができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の汚染飛灰の処理方法及び処理システムについて図９及び図１０を参照して説明する。図９は、本実施形態の除染システム６０を概略的に示すブロック図である。図１０は、第３の実施形態の汚染飛灰の処理方法を示すフロー図である。

図１０に示す本実施形態の除染工程Ｓ５００では、焼却炉４において、焼却ガスに消石灰（水酸化カルシウム）等、アルカリ剤を噴霧せずに生じた汚染飛灰２を処理する。除染工程Ｓ５００は、中和工程Ｓ１０２を行わない以外は第１の実施形態と同様であり、溶離工程Ｓ１０１、第１の固液分離工程Ｓ１０３、セシウム除去工程Ｓ１０４、固化工程Ｓ１０５とを備えている。また、本実施形態の放射性飛灰の処理方法は、第１の実施形態と同様、除染飛灰３を処理する溶融工程Ｓ２００と、廃液Ｌ３を処理する濃縮・乾燥工程Ｓ３００を備えている。

次に、実施例３について説明する。
（実施例３）
本実施例では、焼却処理において排ガス中に消石灰を噴霧せずに得た焼却飛灰２を用いて、第３の実施形態の汚染飛灰の処理システムでの処理性能を試験で確認した。まず、溶離槽に焼却炉で発生した飛灰２ｋｇと放射性セシウムを模擬する試薬の塩化セシウム１０ｍｇと水８Ｌを入れた。次いで、溶離槽内の焼却飛灰と塩化セシウムと水を撹拌し、１０分経過後、溶離槽内の固液スラリーをろ過面積０．４６ｍ^２のフィルタプレスにより固液分離した。これにより、乾燥重量１．４９kgのケーキと平均固形分濃度２０ｐｐｍの処理液に分離された。処理液を吸着材であるモルデナイトを１．７ｋｇ充填したセシウム吸着塔に空間速度1３ｈ^-１で通液した。

セシウム吸着塔出口の液中のセシウム濃度はＩＣＰ発光分析装置での検出下限値以下であった。この液を濃縮、乾燥により濃縮物（固体）と蒸留水に分離した。濃縮物はナトリウム、カリウム、塩素、カルシウムなどの元素を含有しており、セシウムは検出下限値以下であった。これにより、はじめに溶離槽で添加したセシウムがモルデナイトに吸着されたことを確認した。次に、得られた蒸留水を用いて、上記と同じ操作を繰返し、水を使った試験と同じ処理結果になることを確認した。

以上、第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第３の実施形態によれば排ガス中に消石灰を噴霧せずに得た焼却飛灰２を用いるため、溶離液Ｌ１を中和するための装置や薬剤が不要である。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…汚染飛灰の処理システム、２…汚染飛灰、３…除染飛灰、４…焼却炉、５…溶融スラグ、６…溶融飛灰、７…濃縮物、８…廃吸着材、９…固化体、１０，５０，６０…除染システム、１１…溶離槽、１２…第１の固液分離装置、１３…セシウム吸着塔、１４…中和槽、１５…第２の固液分離装置、１６…ｐＨ調整剤供給装置、２０…溶融システム、２１…放射能測定器、２２…溶融炉、３０…濃縮・乾燥システム、４０…固化装置、Ｓ１００，Ｓ４００，Ｓ５００…除染工程、Ｓ１０１…溶離工程、Ｓ１０２…中和工程、Ｓ１０３…第１の固液分離工程、Ｓ１０４…セシウム除去工程、Ｓ１０５…固化工程、Ｓ１０６…第２の固液分離工程、Ｓ２００…溶融工程、Ｓ３００…濃縮・乾燥工程、ａ…配管、Ｌ１…溶離液、Ｌ２…第１の処理液、Ｌ３…廃液、Ｌ４…第２の処理液、Ｗ…蒸留水。

Claims

放射性セシウムを含む汚染飛灰の処理方法であって、
焼却炉から発生する汚染飛灰を含む処理対象物及び水を溶離槽に収容し、前記処理対象物中の放射性セシウムを前記水中に溶離して溶離液を生成する溶離工程と、
前記溶離液を、固形物を除去した第１の処理液と放射性セシウムの除かれた除染物に分離する第１の固液分離工程と、
前記第１の処理液を、吸着材の充填されたセシウム吸着塔に通流して前記第１の処理液中の放射性セシウムを前記吸着材に吸着させるセシウム除去工程と、
前記除染物中の放射能濃度があらかじめ設定した所定の値を超えたときに前記除染物を溶融炉に供給して溶融し、発生した飛灰を前記溶離槽に送る溶融工程と、
前記セシウム除去工程で放射性セシウムを吸着した廃吸着材を固化安定化する固化工程と
を具備することを特徴とする汚染飛灰の処理方法。
前記セシウム吸着塔を通流した後の廃液を濃縮物及び蒸留水に分離し、前記蒸留水を前記溶離槽に供給する濃縮・乾燥工程を具備することを特徴とする請求項１記載の汚染飛灰の処理方法。
前記セシウム吸着塔は２塔以上が直列に配置され、
前記セシウム除去工程において、
第１塔目の前記セシウム吸着塔内の吸着材の利用率が所定の割合を超えたときに前記第１塔目の前記セシウム吸着塔を取り外して第２塔目の前記セシウム吸着塔を第１塔目とするとともに、最下流に新しい吸着材の充填されたセシウム吸着塔を設置することを特徴とする請求項１又は２記載の汚染飛灰の処理方法。
前記溶融工程は、前記除染物中の放射能濃度が１０００Ｂｑ／ｋｇを超えるときに前記除染物を前記溶融炉に送ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の汚染飛灰の処理方法。
前記焼却炉で発生した排ガスを前記溶離槽に供給し、
前記排ガス中の酸性ガスにより前記溶離液を中和することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の汚染飛灰の処理方法。
前記第１の処理液を中和する中和工程と、
中和した前記第１の処理液を中和により生じた塩類の固形物と第２の処理液に分離する第２の固液分離工程を具備し、前記第２の処理液を前記セシウム除去工程に送ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の汚染飛灰の処理方法。
放射性セシウムを含む汚染飛灰の処理システムであって、
焼却炉から発生する汚染飛灰を含む処理対象物及び水を収容し、前記処理対象物中の放射性セシウムを前記水中に溶離して溶離液を生成する溶離槽と、
前記溶離液を、固形物を除去した処理液と放射性セシウムの除かれた除染物に分離する固液分離装置と、
内部に吸着材が充填され、前記処理液を通流して前記処理液中の放射性セシウムを前記吸着材に吸着させるセシウム吸着塔と、
前記除染物中の放射能濃度があらかじめ設定した所定の値を超えたときに前記除染物を溶融炉に供給して溶融し、発生した飛灰を前記溶離槽に送る溶融システムと、
前記セシウム吸着塔で放射性セシウムを吸着した廃吸着材を固化安定化する固化装置と
を具備することを特徴とする汚染飛灰の処理システム。
前記セシウム吸着塔を通流した後の廃液を濃縮物及び蒸留水に分離し、前記蒸留水を前記溶離槽に供給する濃縮・乾燥システムを具備することを特徴とする請求項７記載の汚染飛灰の処理システム。
前記セシウム吸着塔は、
２塔以上が直列に配置され、
第１塔目の前記セシウム吸着塔内の吸着材の利用率が所定の割合を超えたときに前記第１塔目の前記セシウム吸着塔を取り外して第２塔目の前記セシウム吸着塔を第１塔目とするとともに、最下流に新しい吸着材の充填されたセシウム吸着塔を設置して構成されることを特徴とする請求項７又は８記載の汚染飛灰の処理システム。