JP6602822B2 - 放射性セシウムの除去方法および処理施設 - Google Patents
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図1を参照して、処理施設100における処理の流れを説明する。図1は、処理施設100における処理例を示す図である。
本発明の一態様に係る排出ガスの処理方法は、破砕工程を含んでもよい。本実施形態では、まず、放射性セシウムを含む、除染廃棄物、片付けごみ、災害廃棄物等の処理対象物が、例えばフレキシブルコンテナ等の荷姿で処理施設100に搬送される。処理施設100では、破砕処理を行ない、これらの処理対象物を破砕する。本実施形態では、処理対象物が可燃物であり、これを焼却することを想定しているから、処理対象物は焼却対象物とも言える。
本発明の一態様に係る排出ガスの処理方法は添加工程を含んでもよい。添加工程では、2種類以上の塩化物を含み、かつそれぞれ単独の塩化物より低融点の混合物または複塩を含む、セシウムの分離促進剤を処理対象物に添加する。
本発明の一態様に係る排出ガスの処理方法は、加熱工程を含んでもよい。加熱工程は、分離促進剤が添加された処理対象物を加熱して、当該処理対象物から放射性セシウムを揮散させる工程である。加熱工程では、処理対象物に含まれる放射性セシウムが、加熱工程によって揮発するか、または、水溶性の放射性セシウムとなって、ほぼ除去されるように、添加工程における分離促進剤の添加量と、加熱工程における加熱温度および加熱時間とが調整される。
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、冷却工程を含んでもよい。冷却工程では、処理対象物を焼却することによって排出された排ガス(排出ガス)を冷却する。排ガスの冷却は、冷却水により行われる構成であってもよいし、冷却空気により行われる構成であってもよいし、冷却水と冷却空気とを併用して行われる構成であってもよい。排ガスを冷却することにより、排ガスに含まれていたCsCl等のガス状の塩類が、固形の塩類となる。
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、剥離剤添加工程を含んでもよい。剥離剤添加工程では、冷却により発生した固形の塩類を含む排ガスに剥離剤(ろ過助剤)を添加する。この剥離剤により、後述する除じん工程において、圧力損失の低減や除じん飛灰の剥離が容易になる。
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、第1除じん工程を含んでもよい。第1除じん工程では、排ガス中から塵状の固形物を除じんする。ここでは、排ガスに含まれていたばい塵やセシウム塩(CsCl)などの固形物が除じん飛灰として捕集される。
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、塩化水素と反応する処理剤により排ガスから少なくとも塩化水素を除去する除去工程を含む。本実施形態では上記除去工程を処理剤添加工程と称する。処理剤は、上記脱塩飛灰が2種類以上の塩化物を含み、上記2種類以上の塩化物がそれぞれ単独の塩化物より低融点の混合物または複塩となるよう調製される。
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、塩化水素と反応した処理剤を少なくとも含む脱塩飛灰を捕集する捕集工程を含む。本実施形態では上記捕集工程を第2除じん工程と称する。
S8で捕集された、NaClおよびCaCl2を主成分として含む脱塩飛灰を、分離促進剤として焼却対象物に添加する。
本発明の一態様に係る放射性セシウムの除去方法は、加熱により処理対象物から揮散しなかった放射性セシウムを含む加熱処理物を洗浄液で洗浄して該加熱処理物から放射性セシウムを除去する焼却主灰洗浄工程を含んでもよい。S3で処理対象物を焼却したことによって発生した、放射性セシウムが水溶性のCsClとして残留した焼却主灰を水洗浄する。水溶性のCsClは、水洗浄により大部分が除去される。水洗浄後に残る固形物である焼却主灰は、放射性セシウム濃度が埋め立て処分する廃棄物におけるCs濃度の基準値である8,000(Bq/kg)以下であれば、そのまま処分可能である。一方、放射性セシウム濃度が基準値を超えていれば、溶融処理により減容化すると共に、放射性セシウム濃度をさらに低下させる。溶融処理によって生じた溶融スラグは、放射性セシウム濃度が上述の基準値以下であれば、土木資源などとして再資源化することができる。なお、基準値は、上記の例に限られず、法令等や処分の方法等に応じた基準値を用いて、そのまま処分するか溶融処理に供するかを判定してもよい。例えば、一般食品等に用いられる100(Bq/kg)のような低い値の基準値を用いてもよい。
次に図2を参照して、処理施設100の構成について説明する。処理施設100は、廃棄物を焼却処理する処理施設である。処理施設100は、破砕機2、廃棄物搬送装置3、廃棄物ピット4、クレーン5、焼却炉7、焼却主灰洗浄装置9、ガス冷却塔10、熱交換器11、および、集じん装置12(12A、12B)を備えている。
次に、図3および図4を用いて分離促進剤6の組成について説明する。上述したように、処理対象物に添加される分離促進剤6には、2種類以上の塩化物を用いて調製した、融点が600℃以下である低融点塩化物が用いられる。
よって、処理剤14は、第2除じん工程(S8)において集じん装置12Bで捕集された脱塩飛灰に含まれるナトリウムとカルシウムのモル比が36〜59Na:41〜64Caとなるように、消石灰と重曹とを含んでいることが望ましい。
次に、図1の処理剤添加工程(S7)において添加される処理剤の組成と添加量について図5および図6を用いて説明する。上記処理剤は、一般的な都市ごみ焼却炉で用いられている処理剤と同様に、処理後の排ガスに含まれる有害成分の量が規制値以下となるようなものであればよい。そして、上記処理剤は、排ガス処理後に捕集される脱塩飛灰が、分離促進剤6とするのに好適な組成とすることが好ましい。
図5、図6に示すように、温度180℃の排ガスからの塩化水素の除去効率は、重曹の添加当量比を1.2、消石灰の添加当量比を1.2とした場合、重曹で約97%、消石灰で約92%であり、十分な除去効率を得ることができる。
例えば、廃棄物の焼却量を200トン/1日とし、当該廃棄物の焼却によって排出される焼却排ガスの量(湿りガス基準)を70,000m3N/hとする。また、焼却排ガスの組成は、水分=40(体積%)、HCl=1500ppm(乾きガス基準)、SOx=30ppm(乾きガス基準)とする。
なお、上記焼却排ガス組成のHCl=1500ppmは、分離促進剤中に含まれる塩素分の約63%がHClに転換する場合の数値である。後述の試験結果からは、分離促進剤中の塩素分のHCl転換率は55〜67%であり、無限時間における熱平衡計算結果では83〜90%であるという結果が得られている。
上記実施形態では、可燃物である処理対象物を燃焼させて放射性セシウムを揮散させる例を説明したが、処理対象物(典型的には放射性セシウムを含む不燃物)を燃焼させることなく加熱して放射性セシウムを揮散させる構成も本発明の範疇に含まれる。
本発明の一態様に係る排出ガスの処理方法は、放射性セシウムを含む処理対象物に塩素源を少なくとも含む分離促進剤を添加して加熱処理することにより発生する排出ガスの処理方法であって、塩化水素と反応する処理剤により上記排出ガスから少なくとも塩化水素を除去する除去工程と、上記除去工程で生じた、塩化水素と反応した上記処理剤を少なくとも含む脱塩飛灰を捕集する捕集工程と、を含み、上記処理剤は、上記脱塩飛灰が2種類以上の塩化物を含み、上記2種類以上の塩化物がそれぞれ単独の塩化物より低融点の混合物または複塩となるように調製されることを特徴とする処理方法である。
本実施例の処理対象物である廃棄物の組成を図7に示す。図7は、本発明の実施例および比較例における処理対象物である廃棄物の組成を示す図である。この処理対象物は、可燃分が45.5(wt%)である可燃性の廃棄物であり、2800(Bq/kg)の放射性セシウムを含む。塩素の含量は0.04(wt%)とわずかである。カルシウムは3800(mg/kg)含まれる。
比較例1〜6および実施例1〜8について、所定の条件下で上記処理対象物を管状炉内で焼却し、焼却した後の焼却主灰を液固比1:10で6時間振とう・水洗浄した。焼却の際の空気比は1.5とした。また、分離促進剤を添加した後の処理対象物におけるCaO量およびCl量(何れも単位はwt%)を算出した。ただし、比較例1〜3については、分離促進剤を添加することなく焼却しているので、処理対象物自体のCaO量およびCl量を算出している。
ここで、実施例1〜8は、集じん装置12Bで捕集された脱塩飛灰を分離促進剤として再利用した場合のセシウム除去率(Cs除去率)を示した試験結果である。なお、実施例1〜8では、脱塩飛灰が2種類以上の塩化物を含むものであり、特に、49NaCl・50CaCl2に近い反応生成物となることがわかっていることを前提として、添加する薬剤を適宜に調整して試験がおこなわれている。
{Cs量(Bq)}={Cs濃度(Bq/kg)}×{試料量(kg)}
また、溶出セシウム濃度は、環境省発行「第五部 放射能濃度等測定ガイドライン」「第8章 溶出量」記載の「日本工業規格K〇〇五八−一」に定める方法によりに従って試料を作製し、同じくゲルマニウム半導体検出器を用いて測定を行った。
(水溶性Cs)={溶出Cs濃度(Bq/L)}×10(L/kg)×{焼却主灰重量(kg)}
(残留Cs)=(焼却主灰中の全Cs)−(水溶性Cs)
(Cs除去率)=100%−(残留Cs)/(処理対象物中の全Cs)×100
〔試験結果:比較例1〜3〕
比較例1〜3では、分離促進剤を添加せずに上記処理対象物を焼却した。700℃、800℃、および900℃の何れの焼却温度においても、放射性セシウムの揮発はなく、極わずかに水溶性Csを生成するのみで、ほぼ全ての放射性セシウムが焼却主灰中に残留し、放射性セシウムの除去率はほぼ0%(0.5〜0.7%)となった。
比較例4〜6では、上記処理対象物に分離促進剤としてCaCl2を3.0(wt%)添加して、700℃、800℃、または900℃で2時間焼却した。
実施例1〜3では、上記処理対象物に分離促進剤として49NaCl・50CaCl2を3.0(wt%)添加して、700℃、800℃、または900℃で2時間焼却した。また、実施例4は、実施例1と焼却時間のみが異なる。実施例4の焼却時間は、実施例1より長い3時間である。
実施例5では、上記実施例2と同じく、上記処理対象物に分離促進剤として49NaCl・50CaCl2を添加して800℃で2時間焼却した。これらの例では、分離促進剤の添加量が実施例2と異なっている。
実施例6、7では、実施例3と同じく、上記処理対象物に分離促進剤として49NaCl・50CaCl2を添加して900℃で2時間焼却した。これらの例では、分離促進剤の添加量が実施例3と異なっている。具体的には、実施例6の添加量は実施例3より少ない1.5(wt%)であり、実施例7の添加量は実施例3より多い4.5(wt%)である。
実施例8では、分離促進剤として49NaCl・50CaCl2とCaCO3を重量比20:10で混合したものを3.0(wt%)添加した処理対象物を2時間焼却した。なお、分離促進剤添加後の処理対象物のCaOとCl濃度は、それぞれ約1.6(wt%)、約1.3(wt%)である。実施例8では、焼却温度が900℃である。
6 分離促進剤
7 焼却炉(加熱炉)
12、12A、12B 集じん装置
14 処理剤
100 処理施設
Claims (5)
- 処理対象物から放射性セシウムを除去する放射性セシウムの除去方法であって、
後記排出ガスの処理方法によって捕集された脱塩飛灰を上記処理対象物に添加する添加工程と、
上記添加工程で上記脱塩飛灰が添加された上記処理対象物を加熱して当該処理対象物から放射性セシウムを揮散させる加熱工程と、を含み、
上記加熱工程で加熱される、上記脱塩飛灰と上記処理対象物の混合物は、該混合物に含まれるカルシウム量が、酸化カルシウム濃度換算で1重量%以上2重量%以下、および、塩素量で0.9〜3重量%を満たすように調製されており、
上記排出ガスの処理方法は、
上記処理対象物に塩素源を少なくとも含む分離促進剤を添加して加熱処理することにより発生する排出ガスの処理方法であって、
塩化水素と反応する処理剤により上記排出ガスから少なくとも塩化水素を除去する除去工程と、
上記除去工程で生じた、塩化水素と反応した上記処理剤を少なくとも含む上記脱塩飛灰を捕集する捕集工程と、を含み、
上記処理剤は、消石灰と重曹との両方を含むとともに、上記脱塩飛灰がNaClと、CaCl 2 とを含む2種類以上の塩化物を含み、上記2種類以上の塩化物がそれぞれ単独の塩化物より低融点の混合物または複塩となるように調製される、ことを特徴とする放射性セシウムの除去方法。 - 上記処理剤は、上記脱塩飛灰がNaClと、CaCl2とに加えて、MgCl2、KCl、LiCl、FeCl3、およびFeCl2からなる群から選ばれた2種類以上の塩化物を含む混合物または複塩であり、融点が600℃以下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。
- 上記処理剤は、上記脱塩飛灰におけるナトリウムとカルシウムのモル比が36〜59Na:41〜64Caとなるように調製されていることを特徴とする請求項1または2に記載の放射性セシウムの除去方法。
- 上記加熱工程では、上記混合物を、700℃以上の温度で2時間以上加熱することを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の放射性セシウムの除去方法。
- 放射性セシウムを含む処理対象物に塩素源を少なくとも含む分離促進剤を添加して加熱処理する処理施設であって、
塩化水素と反応する処理剤を上記加熱処理により発生する排出ガスに供給して、該排出ガスから少なくとも塩化水素を除去する薬剤供給装置と、
上記薬剤供給装置による除去の際に生じた、塩化水素と反応した上記処理剤を少なくとも含む脱塩飛灰を捕集する集じん装置と、
上記分離促進剤の少なくとも一部として、上記集じん装置が捕集した上記脱塩飛灰が添加された上記処理対象物を加熱する加熱炉と、を含み、
上記処理剤は、上記脱塩飛灰が2種類以上の塩化物を含み、上記2種類以上の塩化物がそれぞれ単独の塩化物より低融点の混合物または複塩となるように調製されたものであり、
上記加熱炉で加熱される、上記脱塩飛灰と上記処理対象物の混合物は、該混合物に含まれるカルシウム量が、酸化カルシウム濃度換算で1重量%以上2重量%以下となり、塩素量が0.9〜3重量%となるように調製されていることを特徴とする処理施設。
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