JP6561377B2 - 廃棄物処理システム - Google Patents

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本発明は、放射性セシウムを含む廃棄物を処理する廃棄物処理システムに関する。
放射性セシウムなどの放射性物質を含む廃棄物の処理を行うためには、例えば、廃棄物を焼却する焼却設備を用いて廃棄物を高温処理するのが一般的である。焼却設備にて発生する灰を含む排ガスは、ガス冷却設備で冷却されて、バグフィルタなどの排ガス処理設備にて除塵・無害化されて、最終的に煙突に送られる。
この際、ガス冷却設備に堆積する灰や、排ガス処理設備にて除かれた灰は、放射性物質を含む廃棄物として、例えば、公共の水域及び地下水と完全に遮断される遮断型処分場などに送られる(例えば、特許文献1参照)。
特許第5746579号公報
ところで、上記した処理方法においては、焼却設備にて発生する排ガスとともに飛んでいく灰(焼却設備で処理される主灰以外の灰)は、全て飛灰として遮断型処分場などの、処理に高い費用が必要となる設備にて回収される。即ち、灰の放射性物質濃度に係わらず、ガス冷却設備に堆積する灰(ガス冷却灰)や、排ガス処理設備にて除かれた灰は、高い放射性物質濃度を示す特別な廃棄物として処理されていた。放射性物質濃度の高い特別な廃棄物として処理するには、
高いコストが必要であるため、処理量の低減が望まれている。
この発明は、放射性セシウムを含む廃棄物を処理する廃棄物処理システムにおいて、廃棄物の処理コストを低減することができる廃棄物処理システムを提供することを目的とする。
本発明の第一の態様によれば、廃棄物処理システムは、放射性セシウムを含む廃棄物を高温処理することによって、主灰と、排ガスと、前記排ガスに含まれる微粒子と、を生成する高温処理設備と、前記高温処理設備から排出された前記排ガスに液体を噴霧することによって前記排ガスを冷却するとともに前記排ガスから第一の微粒子を分離するガス冷却設備と、前記ガス冷却設備で冷却された前記排ガスから第二の微粒子を分離する排ガス処理設備と、前記ガス冷却設備で前記排ガスから分離した前記第一の微粒子と前記ガス冷却設備で冷却された前記排ガスから前記排ガス処理設備で分離した前記第二の微粒子とのうち、前記第一の微粒子を前記高温処理設備の前記主灰へ合流させる搬送ラインと、前記主灰及び前記搬送ラインを介して前記主灰に合流した前記第一の微粒子を回収する主灰回収設備と、を備える。
このような構成によれば、ガス冷却設備で排ガスから分離した第一の微粒子を高温処理設備にて生成された処理物とともに処理できる。これにより、従来、第二の微粒子とともに第一の微粒子を処理した場合と比較して、微粒子のうち、高温処理設備にて生成される処理物とともに処理される微粒子の割合を多くすることができる。
即ち、第二の微粒子と同じコストの高い処理を行うことなく、第一の微粒子の処理を行うことができるため、廃棄物の処理コストを低減することができる。
上記廃棄物処理システムにおいて、前記ガス冷却設備と前記排ガス処理設備とを接続する接続ラインと、前記ガス冷却設備の内部であって前記接続ラインにおける前記ガス冷却設備側の開口と同じ高さ又は前記開口よりも下側の位置に設けられ、前記排ガス中の前記第一の微粒子の排出を促す液体を噴出する洗浄ノズルと、を備えてよい。
このような構成によれば、洗浄ノズルから噴出される液体によって第一の微粒子の排出が促進される。また、洗浄ノズルから噴出される液体によって、灰中の放射性セシウムの一部が液体側に移行し、灰中の放射性セシウム量を低減させることができる。すなわち、第一の微粒子が予め液体に洗われることによって、灰中の放射性セシウム含有量の低減と、放射性物質の溶出を抑制することができる。
上記廃棄物処理システムにおいて、前記ガス冷却設備にて分離された前記第一の微粒子の放射性物質濃度を測定する放射性物質濃度測定装置と、前記第一の微粒子を回収可能な回収装置と、前記第一の微粒子を前記搬送ラインに導く第一形態と、前記第一の微粒子を前記回収装置に導く第二形態とを選択することができる分岐装置と、前記放射性物質濃度が閾値よりも高い場合に前記第一の微粒子を前記回収装置に導き、前記放射性物質濃度が閾値よりも小さい場合に前記第一の微粒子を前記搬送ラインに導くように前記分岐装置を制御する制御装置と、を備えてよい。
このような構成によれば、第一の微粒子の放射性物質濃度が閾値よりも高い場合においても、第一の微粒子を回収設備にて適切に処理することができる。
本発明によれば、排ガス処理設備にて分離された放射性物質濃度が高い飛灰の処理が行われる高価な遮断型処分場(例えば国が管理する中間貯蔵施設)における灰の処理量を低減し、廃棄物処理システム全体の処理コストを低減することができる。
本発明の第一実施形態の廃棄物処理プラントの概略構成図である。 灰の粒径と放射性物質濃度との関係を示すグラフである。 本発明の第二実施形態のガス冷却設備の概略構成図である。 本発明の第三実施形態のガス冷却設備の概略構成図である。 本発明の第三実施形態の廃棄物処理プラントの制御方法について説明するフローチャートである。
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の廃棄物処理プラント(廃棄物処理システム)について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態の廃棄物処理プラントは、放射性セシウムなどの放射性物質を含む廃棄物を処理するシステムである。
図1に示すように、本実施形態の廃棄物処理プラント1は、放射性セシウムを含む廃棄物Wを焼却処理する焼却設備2(高温処理設備)と、焼却設備2から排出された排ガスE1を冷却するガス冷却設備3と、ガス冷却設備3から排出された排ガスE2から塵埃などの粉体(微粒子)を取り除く排ガス処理設備4(バグフィルタ、集塵装置)と、排ガス処理設備4から排出された排ガスE3を大気に放出する煙突5と、を備えている。
焼却設備2とガス冷却設備3とは、第一排ガスライン9によって接続されている。第一排ガスライン9には、焼却設備2にて発生した排ガスE1及び排ガスE1に含まれる灰(以下、飛灰)が導入される。
ガス冷却設備3と排ガス処理設備4とは第二排ガスライン10(接続ライン)によって接続されている。第二排ガスライン10には、ガス冷却設備3から排出される排ガスE2及び排ガスE2に含まれる飛灰が導入される。
焼却設備2は、例えば、ストーカ式焼却炉などの設備であり、放射性セシウムを含む廃棄物Wの焼却処理を行う設備である。焼却設備2は、800℃以上の熱で廃棄物Wを焼却できる設備である。焼却設備2は、廃棄物Wを焼却することによって、主灰A1(焼却灰、処理物)、排ガスE1、及び排ガスE1と共に飛んでいく飛灰を排出する。
上述したように、本実施形態の廃棄物処理プラント1にて処理される廃棄物Wは、放射性セシウムを含む廃棄物である。高温処理によって、放射性セシウムは、主灰Aに残留する形態と、排ガスE1に含まれる飛灰に付着する形態があり、飛灰側の放射性物質濃度が高くなる傾向がある。
廃棄物処理プラント1は、焼却設備2の燃え残りである主灰A1を回収する主灰回収設備6を有している。主灰回収設備6は、例えば、コンクリートによって形成された灰ピットである。主灰回収設備6は、焼却設備2に隣接して設けることができる。
焼却設備2と主灰回収設備6とは、主灰搬送ライン11によって接続されている。即ち、焼却設備2より排出される主灰A1は、主灰搬送ライン11を介して主灰回収設備6に導入される。主灰搬送ライン11は、例えば、コンベアである。
主灰A1には、排ガスE1側に移動しなかった放射性セシウムが含まれる。しかしながら、上述のとおり、高温処理によって、放射性セシウムは排ガスE1とともに焼却設備2から排出された結果、主灰A1の放射性物質濃度は低く、かつ溶出し難い形態になるため、主灰回収設備6にて処理することができる。
ガス冷却設備3(減温塔)は、焼却設備2から排出される排ガスE1を例えば、300℃以下まで冷却・減温する設備である。ガス冷却設備3は、排ガスE1に液体(例えば、水)を噴霧して冷却する噴霧ノズル13を有している。ガス冷却設備3に導入される排ガスE1に含まれている飛灰のうち、粒径の大きい飛灰(煤塵、第一の微粒子)は、ガス冷却灰A2として、ガス冷却設備3の下方に配置された灰排出部14から排出される。
噴霧ノズル13は、噴霧された液体が完全に蒸発するように、最適化されている。
なお、上記液体は、基本的には水であるが、廃棄用の液体(水以外)が容易に入手可能であって当該液体として利用可能な場合は、これを用いてもよい。また、放射性物質濃度の調整を意図して水以外の液体を用いることもありうる。
排ガス処理設備4は、耐熱性を有するろ布などを用いて排ガスE2中の飛灰(煤塵、第二の微粒子)をろ過捕集する設備である。即ち、ガス冷却設備3から排出されて排ガス処理設備4に導入された排ガスE2からは煤塵等が取り除かれて無害化される。
排ガス処理設備4にて除かれた飛灰A3は、飛灰回収設備7に送られる。飛灰回収設備7は、例えば、遮断型の埋め立て処分場などで構成される、国が指定する中間貯蔵施設であり、放射性セシウムが含まれている飛灰A3を、放射性セシウムが漏れ出ないように埋め立てる設備である。遮断型処分場は、公共の水域及び地下水と完全に遮断される処分場であり、主灰A1が回収される主灰回収設備6と比較して処理に高い費用が必要となる。
図2は、灰(主灰、ガス冷却灰、及び飛灰)の粒径と放射性物質濃度との関係を示すグラフである。図2において、横軸が灰の粒径であり、縦軸が放射性物質濃度である。放射性物質濃度は、灰に含まれる放射性セシウムの含有量(ベクレル/kg)である。
発明者らは、廃棄物高温処理設備における灰の放射性物質濃度には分布があり、図2に示すように、粒径が大きい灰(主に主灰)は放射性物質濃度が低く、粒径が小さい灰(主に飛灰)は放射性物質濃度が高い特徴を見出した。
図2において、A1で示す範囲の粒径の大きい灰は、焼却設備2にて回収される主灰A1である。図2において、A2で示す範囲の灰は、ガス冷却設備3にて回収されるガス冷却灰A2である。図2において、A3で示す範囲の粒径の小さい灰は、排ガス処理設備4にて回収される飛灰A3である。
図2から明らかなように、主灰A1は粒径の大きい灰であり、排ガス処理設備4にて回収される飛灰A3は、粒径が小さい。ガス冷却灰A2は、主灰A1よりも粒径は小さいが、排ガス処理設備4にて回収される飛灰A3よりも粒径は大きい。
放射性物質濃度が閾値Xよりも低い灰は、低放射性物質廃棄物として処理が可能である。即ち、焼却設備2にて回収される粒径の大きい主灰A1は、主灰回収設備6にて処理が可能である。
閾値Xは、例えば、国によって定められた廃棄物の処理基準によって決められている。閾値Xは、例えば、10万ベクレル/kgである。閾値Xの灰を低放射性物質廃棄物として処理すべきか、又は、高放射性物質廃棄物として処理すべきかは、当該処理基準によって定められる。
放射性物質濃度が閾値Xよりも高い灰は、高放射性物質廃棄物として処理する必要がある。即ち、排ガス処理設備4にて回収される粒径の小さい飛灰A3は、廃棄物処理プラント1外の飛灰回収設備7にて回収する必要がある。
発明者らは、従来、飛灰回収設備7にて処理を行っていたガス冷却灰A2の放射性物質濃度が閾値Xよりも小さくかつ溶出が少ないので、低放射性物質廃棄物として処理が可能であることを見出した。
この知見に基づき、本実施形態の廃棄物処理プラント1は、ガス冷却設備3から排出されるガス冷却灰A2を主灰回収設備6に送るガス冷却灰搬送ライン12を備えている。即ち、ガス冷却設備3にて回収されるガス冷却灰A2は、ガス冷却灰搬送ライン12を介して、主灰回収設備6に導入されて、主灰A1に合流して主灰回収設備6で処理される。
上記実施形態によれば、焼却設備2から排出される排ガスE1に含まれる飛灰のうちガス冷却設備3で排ガスE1から分離したガス冷却灰A2(第一の微粒子)を焼却設備2にて生成された主灰A1(処理物)とともに処理する構成とした。これにより、従来、ガス冷却灰A2を排ガス処理設備4にて回収される飛灰A3(第二の微粒子)とともに処理した場合と比較して、主灰A1とともに処理される飛灰の割合を多くすることができる。
換言すれば、従来は、処理コストの高い飛灰回収設備7に送られていたガス冷却灰A2を、廃棄物処理プラント1に設けられている主灰回収設備6にて処理することによって、飛灰回収設備7にて処理する灰の総量を低減することができる。これにより、廃棄物処理システム全体における、放射性セシウムを含む廃棄物の処理コストを低減することができる。
なお、上記実施形態では、廃棄物Wを高温処理する設備、すなわち高温処理設備として、ストーカ式焼却炉を例に説明したが、廃棄物を高温処理する設備としては焼却設備以外の採用も可能である。例えば、廃棄物をロータリーキルン炉(焙焼炉、焼却炉)によって高温処理してもよい。即ち、本実施形態の構成は、放射性セシウムを含む廃棄物を800℃以上の高温で処理することにより、飛灰を含む排ガスが排出される設備に適用することができる。
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の廃棄物処理プラントについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図3に示すように、本実施形態の廃棄物処理プラントのガス冷却設備3Bは、ケーシング16と、ケーシング16の上部に設けられている排ガス導入口19と、ケーシング16の下部に設けられている排ガス排出口20と、排ガスE1に液体(例えば、水)を噴霧して冷却する噴霧ノズル13と、ケーシング16の内部の下部に設けられて液体(例えば、水)を噴出する洗浄ノズル21と、を有している。これら液体は、基本的には水であるが、第一実施形態で述べたと同様の液体を用いてもよい。
ケーシング16は、上下方向に延びる筒状をなすケーシング本体部17と、ケーシング本体部17の下方に連結されて、下方に向かうに従って縮径する灰貯留部18とを有している。灰貯留部18は、頂部が下方を向く円錐形状とすることが好ましい。
排ガス導入口19は、ケーシング本体部17の上端近傍に形成されている。排ガス導入口19は、第一排ガスライン9のガス冷却設備3側の開口である。排ガス排出口20は、ケーシング本体部17の下端近傍に形成されている。排ガス排出口20は、第二排ガスライン10のガス冷却設備3側の開口である。
洗浄ノズル21は、排ガス排出口20よりも下方に設けられている。洗浄ノズル21は、排ガス排出口20と同じ高さに設けてもよい。
洗浄ノズル21は、洗浄ノズル21から噴出された水が排ガスE1にかからないように指向されている。洗浄ノズル21は、ガス冷却設備3のケーシング16内に導入されて第二排ガスライン10に排出される排ガスE1の冷却には影響を与えない高さに設置されている。洗浄ノズル21から噴出される水は、霧状ではなく、液状である。
ガス冷却設備3は、第一排ガスライン9を介してケーシング16に導入された排ガスE1には、噴霧ノズル13から噴霧される水粒子がかかるものの、洗浄ノズル21から噴出される液滴はかからないように構成されている。
次に、本実施形態のガス冷却設備3の作用について説明する。
ガス冷却設備3のケーシング16に導入された飛灰を含む排ガスE1は、噴霧ノズル13から噴霧された水粒子によって冷却される。一方、排ガスE1に含まれる比較的粒径の大きい灰は、第二排ガスライン10に導入されることなく、ガス冷却灰A2として下方に落下する。
ここで、ガス冷却灰A2には、洗浄ノズル21から噴出された水がかけられる。洗浄ノズル21から噴出された液滴によって、ガス冷却灰A2がガス冷却設備3の下方に配置された灰排出部14へ落とされる。落とされたガス冷却灰A2は、洗浄ノズル21から噴出された液滴によって、灰排出部14からガス冷却灰搬送ライン12への排出が促される。
また、ガス冷却灰A2に含まれる放射性セシウムの一部は、水側に移行する。
上記実施形態によれば、洗浄ノズル21から噴出される液滴によって、粒径の大きな灰であるガス冷却灰A2の排出が促進される。また、洗浄ノズル21から噴出される液滴によって、灰中の放射性セシウムの一部が水側に移行し、灰中の放射性セシウム量を低減させることができる。すなわちガス冷却灰A2が予め水に洗われることによって、灰中の放射性セシウム含有量の低減と、灰からの放射性物質溶出を抑制することができる。
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態の廃棄物処理プラントについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第二実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図4に示すように、本実施形態のガス冷却設備3Cは、灰貯留部18に貯留された灰の放射性物質濃度を測定する放射性物質濃度測定装置23と、ガス冷却灰搬送ライン12から分岐する分岐ライン24と、分岐ライン24の下流側に接続された飛灰回収装置25と、を備えている。
飛灰回収装置25は、放射性物質濃度が高い灰を回収可能なコンテナであり、飛灰回収設備7まで搬送することによって、飛灰を高い放射性物質濃度である特別な廃棄物として処理することができる。
本実施形態の廃棄物処理プラントは、ガス冷却灰搬送ライン12と分岐ライン24との分岐部26に設けられて、ガス冷却灰A2を主灰回収設備6に導く第一形態と、灰を飛灰回収装置25に導く第二形態とを選択することができる分岐装置27を有している。
また、廃棄物処理プラントは、放射性物質濃度測定装置23によって測定されたガス冷却灰A2の放射性物質濃度に基づいて、分岐装置27を制御する制御装置22を有している。
制御装置22は、例えば上述した国の処理基準において閾値Xの灰を高放射線量廃棄物として処理すべきと定めている場合、ガス冷却灰A2の放射性物質濃度が、閾値X以上か、閾値Xより小さいかによって分岐装置27を制御する。
次に、本実施形態の廃棄物処理プラントの制御方法について説明する。
本実施形態の廃棄物処理プラントの制御方法は、灰貯留部18に貯留されたガス冷却灰A2の放射性物質濃度を測定する放射性物質濃度測定ステップS1と、放射性物質濃度測定ステップS1にて測定された放射性物質濃度に応じて分岐装置27を制御する分岐装置制御ステップS2と、放射性物質濃度が閾値Xより小さい場合にガス冷却灰A2を主灰回収設備6に送る搬送ステップS3と、放射性物質濃度が閾値X以上だった場合にガス冷却灰A2を飛灰回収装置25に送る飛灰回収ステップS4と、を有する。
次に、本実施形態のガス冷却設備3Cの作用について説明する。
ガス冷却設備3Cのケーシング16に排ガスE1が導入されると、排ガスE1に含まれる比較的粒径の大きい灰は、ガス冷却灰A2として下方に落下して灰貯留部18に貯留する。
放射性物質濃度測定ステップS1において、灰貯留部18に貯留されたガス冷却灰A2の放射性物質濃度が放射性物質濃度測定装置23によって測定されて、測定値は制御装置22に送信される。分岐装置制御ステップS2において、制御装置22は、測定値に基づいて分岐装置27を制御する。
ガス冷却灰A2の放射性物質濃度が閾値Xより小さい場合、搬送ステップS3として、ガス冷却灰A2を主灰回収設備6に送るように分岐装置27を制御する。
ガス冷却灰A2の放射性物質濃度が閾値X以上だった場合、飛灰回収ステップS4として、ガス冷却灰A2を主灰回収設備6に送らずに飛灰回収装置25に送るように分岐装置27を制御する。飛灰回収装置25に送られたガス冷却灰A2は、飛灰回収装置25にて適切に処理される。
焼却設備2の通常運転時にはガス冷却灰A2の放射性物質濃度は閾値Xより小さいことを発明者が見出しているが、焼却設備2の廃棄物処理量や廃棄物の放射性物質濃度が急増するなどして通常運転から逸脱し、ガス冷却灰A2の放射性物質濃度が閾値X以上(閾値Xまたは閾値Xよりも高い)となった場合においても、上記実施形態によれば、ガス冷却灰A2を飛灰回収装置25にて適切に処理することができる。
なお、上記実施形態においては、分岐ライン24を設けて、分岐ライン24を介してガス冷却灰A2を回収する構成としたがこれに限ることはない。例えば、ガス冷却灰搬送ライン12上に飛灰回収装置25を設けて、ガス冷却灰A2の放射性物質濃度が閾値X以上の場合にガス冷却灰A2を直接的に飛灰回収装置25に導入する構成としてもよい。
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、廃棄物処理プラントには、上記した設備のみならず、排ガスを処理するための様々な設備を追加することができる。
1 廃棄物処理プラント(廃棄物処理システム)
2 焼却設備
3,3B,3C ガス冷却設備
4 排ガス処理設備
5 煙突
6 主灰回収設備
7 飛灰回収設備
9 第一排ガスライン
10 第二排ガスライン(接続ライン)
11 主灰搬送ライン
12 ガス冷却灰搬送ライン(搬送ライン)
13 噴霧ノズル
14 灰排出部(排出部)
16 ケーシング
17 ケーシング本体部
18 灰貯留部
19 排ガス導入口
20 排ガス排出口
21 洗浄ノズル
22 制御装置
23 放射性物質濃度測定装置
24 分岐ライン
25 飛灰回収装置
26 分岐部
27 分岐装置
A1 主灰(処理物)
A2 ガス冷却灰(第一の微粒子)
A3 飛灰(第二の微粒子)
E1,E2,E3 排ガス
W 廃棄物

Claims (3)

  1. 放射性セシウムを含む廃棄物を高温処理することによって、主灰と、排ガスと、前記排ガスに含まれる微粒子と、を生成する高温処理設備と、
    前記高温処理設備から排出された前記排ガスに液体を噴霧することによって前記排ガスを冷却するとともに前記排ガスから第一の微粒子を分離するガス冷却設備と、
    前記ガス冷却設備で冷却された前記排ガスから第二の微粒子を分離する排ガス処理設備と、
    前記ガス冷却設備で前記排ガスから分離した前記第一の微粒子と前記ガス冷却設備で冷却された前記排ガスから前記排ガス処理設備で分離した前記第二の微粒子とのうち、前記第一の微粒子を前記高温処理設備の前記主灰へ合流させる搬送ラインと、
    前記主灰及び前記搬送ラインを介して前記主灰に合流した前記第一の微粒子を回収する主灰回収設備と、
    を備える廃棄物処理システム。
  2. 前記ガス冷却設備と前記排ガス処理設備とを接続する接続ラインと、
    前記ガス冷却設備の内部であって前記接続ラインにおける前記ガス冷却設備側の開口と同じ高さ又は前記開口よりも下側の位置に設けられ、前記排ガス中の前記第一の微粒子の排出を促す液体を噴出する洗浄ノズルと、
    を備える請求項1に記載の廃棄物処理システム。
  3. 前記ガス冷却設備にて分離された前記第一の微粒子の放射性物質濃度を測定する放射性物質濃度測定装置と、
    前記第一の微粒子を回収可能な回収装置と、
    前記第一の微粒子を前記搬送ラインに導く第一形態と、前記第一の微粒子を前記回収装置に導く第二形態とを選択することができる分岐装置と、
    前記放射性物質濃度が閾値よりも高い場合に前記第一の微粒子を前記回収装置に導き、前記放射性物質濃度が閾値よりも低い場合に前記第一の微粒子を前記搬送ラインに導くように前記分岐装置を制御する制御装置と、
    を備える請求項2に記載の廃棄物処理システム。
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