JPH10507275A - 廃棄物処理方法および同処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 有害廃棄物を比較的小さな小片の形態で準備するステップと、ガラス固化用材料を必要に応じて前記廃棄物に追加するステップと、前記廃棄物を熔融してガラス固化するに十分な出力を有する、強度の高い光源を前記廃棄物および必要に応じて使用されるガラス固化用材料に向けて用いるステップと、これらのステップによりガラス固化した物質を、冷却して貯蔵するステップとを有する、有害廃棄物をガラス固化により処理する方法及び同装置が記述されている。

Description

【発明の詳細な説明】 廃棄物処理方法および同処理装置 本発明は、廃棄物の、特に、といっても限定するわけではないが、核廃棄物、 及び、例えば重金属を含有する廃棄物のような、他の有害廃棄物の処理方法およ び同処理装置に関する。 特に化学産業は大容量の有害廃棄物を発生させる。これに比較すると原子力産 業が排出する廃棄物はごく僅かではあるが、法規は、こうした核廃棄物に対して 、より厳しい処理を要求している。その廃棄物には、高レベル廃棄物と低レベル 廃棄物とがある。放射性核種による直接の汚染によって発生した廃棄物は、長期 間安全に貯蔵するために、何らかの方法によってその全てが貯蔵、或は処理され なければならない。高レベル廃棄物を処理する方法として、ガラス固化させてガ ラスブロックにする方法がある。しかしながら、従来の方法によって実施されて いるこの方法には問題点がある。それは、熔融工程において消費されるるつぼの 形態で新たな核廃棄物が発生するので、該廃棄物を処理しなければならないとい うことである。従来の方法は、この廃棄物を処理するには非常に優れているが、 高放射性物質を化学的に処理するゆえに、非常にコスト高である。 廃棄物を封じ込める他の技術としては、コンクリートにカプセル状に包み込む 技術や、工具、手袋、衣服等の低レベル廃棄物を圧縮して貯蔵する技術がある。 廃棄物の多くは、原子力施設を廃棄処分する際に発生し、こうした廃棄処分は 、例えば当該施設の使用寿命の終り近くではますます広く行われるようになって いる。従って、いわゆる二次的廃棄物（すなわち、一次的核廃棄物を処理する結 果として発生する副次的廃棄物）の発生をなくすること、或は少なくとも最小限 度に抑えることのできるガラス固化処理法を創案することが全世界を通じて必要 と されている。 本発明の目的は、核廃棄物を直接にガラス固化するためのプロセスを提供して 、二次的廃棄物の発生を無くし、或は最小限度に抑えることである。 本発明の第一の態様によれば、有害性廃棄物を比較的小さな小片の形態で準備 するステップと前記廃棄物を熔融してガラス固化するに十分な出力を有する、強 度の高い光源を前記廃棄物および必要に応じて使用されるガラス固化用材料に向 けて用いるステップと、これらのステップによりガラス固化した物質を、冷却し て貯蔵するステップとを有する、有害廃棄物をガラス固化により処理する方法が 提供される。 前記の、強度の高い光源は、周波数の帯スペクトルが広いものであることが望 ましい。 前記の広い帯スペクトルは、連続白色光を含むものであることが好ましい。 前記の、強度の高い光源は、強度の高いアークランプであることが好ましい。 こうしたアークランプとしては、連続的な光学的出力(continuous optical powe r)が３００ｋＷ以下で出力密度(power density)が２０００Ｗ/cm²以下のものが 、現在、入手できる。 アークランプは次のような格別の長所を有する、すなわち焦点を合わせたりぼ かしたりして出力密度を調節でき、廃棄物に照射する光を、例えばレーザービー ムと比較して、広い面積に発散させることができる。 アークランプのさらなる長所は、エネルギー利用効率(energy utilisation)が 約５０％で、レーザーに対するエネルギー利用効率１％と比較して効率が高い。 アークランプは、製造コストが大幅に低く、よりコンパクトで、これを用いるに 必要な補助的機器の取扱いが更に容易である。 アークランプのさらなる長所は、その光の性質に基づくものであり、それは白 色光が、高い比率で紫外光（ｕｖ）を含み、紫外光は高エネルギー、低熱の光で あり、潜在的に危険で有毒な有機物分子をより無害な分子に、紫外光が化学結合 に作用することによって分解することができるという点で特に有用であるという ことである。従って、廃棄物をアークランプによって熔融するために発生させら れた白色光は、有害で毒性のある化学物質を含んでいる可能性のある、いわゆる 混合廃棄物(mixed wastes)を処理するのに特に有用である。白色光はまた、かな りの比率で赤外光（ｉｒ）を含んでおり、熱発生能力において赤外光は白色光に おいて比較的大きな部分を占める成分である。 本発明方法は、有害であり得る物質すべてを封じ込めるために、密閉された室 内で実施されることが好ましい。この室には、例えば、プロセスガス(process g ases)、冷却用流体、電気制御システム、および他の所望の器材等、全ての要求 される器材が備えられ得る。 本発明方法は、アークランプによる熔融によって一次的廃棄物を直接にガラス 固化廃棄物にするのに用いることができる。廃棄物の材料が、例えば、金属質や 有機質の廃棄物のように、本来、冷却によってガラス固化しないものである場合 、例えば、コンクリート、砂、アルミナなど、ガラス固化可能な材料を該廃棄物 に加えて、該廃棄物が中に保持され或は封入されるガラス固化結合材を作らせる 。 コンクリート等、或る種の廃棄物材料は本来ガラス固化できるものなので、こ れにさらに別の材料を追加することは不要である。 本発明方法は、例えば鋼製ドラムの中に、ガラス固化した廃棄物を一層づつ積 み上げるようにして、又は、熔融状態の廃棄物を連続的に供給することによって 、一つの大きな塊状の固体に形成するのに用いる得る。廃棄物は、ドラムの中に 連続的な流れとして導入され、該ドラムの中にアークランプの光線が向けられ、 該ドラムと該光線とが予め設定されたパターンで相互に対し移動することによっ て、廃棄物はドラムに導入されながら直接に熔融される。ドラム内に、予め設定 されたレベルにまで廃棄物が導入されると処理は停止され、ドラムは冷却され、 保管 のために密閉される。ドラムと光線との相互位置関係と材料投入量とを調節して 、被汚染材料のまわりにケイ砂等のガラス固化した物質による比較的純粋な「表 皮」を設けることもできる。 本発明の他の実施態様において、ガラス固化された小粒を生産してもよい。粉 砕された廃棄物が、必要に応じて追加されるガラス固化可能物質と共に、例えば 流動床手段を具備する処理室に導入され、当該廃棄物は該流動床によって浮遊状 態にあって強度の高い光源によって同時に加熱されることによって熔融し小粒状 にガラス固化する。予め定められた期間にわたって熱源のスイッチがオンあるい はオフされるので、ガラス固化した小粒はスイッチがオフの期間に冷却されて凝 固し、処理室から取り出されて適当な貯蔵手段内に置かれる。 ガラス固化した小粒を製造する、このような方法は半連続操作であってもよい 。その場合、小粒は加熱時間が増すに従って重さを増し、熔融した小粒は塊状と なり、従って、流動床を通り抜けて落下し、予め定められたレベルに達すると半 連続操作の一部として自動的に排出される。 本発明の第二の態様によれば、密閉できる処理室と、強度の高い光源を前記処 理室内の有害廃棄物に向けて作用させる手段と、 前記処理室内で前記廃棄物を収容する手段とを備え、かつ、前記光源が前記廃 棄物を熔融してガラス固化するに十分な出力を有する、有害廃棄物をガラス固化 により処理する装置が提供される。 この強度の高い光源は、白色光アークランプであることが好ましい。 この処理室内に酸素を供給して、処理中には酸化雰囲気としても良く、また、 例えば水素を供給して還元雰囲気としても良い。こうした雰囲気の種類は、処理 される物質と、それらが個別に要求する条件によって決定される。 本発明が充分に理解されるように、実施形態例を、添付の図を参照しながら詳 述する。 図１は、本発明の方法の一実施形態を実施するための装置の概略図である。 図２は、本発明の方法の第二の実施形態を実施するための装置の概略図である 。 これらの図において、同一または類似の構成部分は同一の符号によって示され ている。 図１に、本発明方法の第一の態様を実施する装置の一例の概略側面図を示す。 該装置１０は、光線束の二側面が互いにほぼ平行である強度の高い光線１８が得 られるように、直線形アークランプ管１４と反射鏡１６と有するアークランプ光 源１２を備えている。しかし、このアークランプ管１４の、反射鏡１６に対する 位置を変化させることによって、光線１８の焦点を合わせあるいはぼかしてター ゲットに対する出力密度を調節することができる。光線１８は、一対の半透明壁 ２４、２６から成る窓２２をとおして処理室２０内に入る。これら一対の半透明 壁２４、２６の間を、例えば水等の、冷却用流体が流れ、多岐管３０、３２によ ってその入口及び出口が構成されている。前記窓２２は、例えば石英ガラス(fus ed silica or quartz)等の、低吸収光学ガラスで構成されていてもよい。不活性 なガス（すなわち、処理される廃棄物に対し反応性を有しないガス）の供給部３ ６を、該不活性なガスが窓２２の内面を横切って吹くように処理室２０内に設け 、煙や粒子状の凝結によって光の透過性が低下するのを抑制している。 窓２２から粒子を反発させることにより付着するのを防ぐために、供給部３６ に代えて、又はこれに追加して静電界を用いることもできる。処理室２０は、有 害物質が出るのを防止するために密閉されているが、処理作業の合間に外部から 内部にアクセスできるようにドア手段４０が設けられている。処理室２０の底部 には水平運動機構４４があり、該機構４０上に置かれたステンレス鋼製集積容器 ４６に、回転を含む横方向の、制御された動きを与えることができる。処理室２ ０の上部に配置された導管５０は、粉砕された廃棄物５２（点線で示す）を、光 線１８内を通過させて前記集積容器４６内に落下させる。下方へ傾斜する状態に 設けられたバッフル５４が、廃棄物５０の全てを集積容器内に落下させるように 設けられている。また、他の導管６０が、例えばケイ砂やアルミナ等の非汚染物 質を集積容器４６内に供給するために設けられている。さらに他の、１本以上の 導管４７が、処理される廃棄物の性質に応じて必要とされるプロセスガスを供給 するために設けられている。例えば、不活性なガス（すなわち、処理される廃棄 物に対し反応性を有しないガス）、炭酸ガス、酸素、水素等を、処理室２０内の 雰囲気を不活性な状態に、酸化状態に、或は還元状態にするために供給してもよ い。また、減圧された雰囲気を用いることもできる。また、導管６８が、ガス状 生成物を処理中に取り除くために処理室２０の壁に設けられ、該導管６８はポン プ及びフィルター手段（図示せず）に接続されている。 以上に説明した処理装置の使用方法は、以下の通りである。砂等の、汚染され ていない物質が、集積容器４６の底面と周辺とに沿うように、導管６０から集積 容器４６内に導入される。該集積容器が水平運動機構４４によって水平動及び回 転運転をし、該容器中の砂が光線１８によって加熱熔融されてガラス固化される ことにより、ガラス固化された材料の層６２が集積容器４６の底面および内周面 に所望厚さで形成される。粉砕された、汚染コンクリート等の廃棄物５２が、導 管５０を通って集積容器４６内に導入される。その廃棄物は該光線で加熱され、 集積容器４６の底へと落下しながら光線１８内を通過し、該底で光線１８の作用 と、すでに熔融している、集積容器内の砂６２からの伝熱作用とによって熔融し てガラス状物６４となる。このようにして、ガラス固化された物質の集積レベル は集積容器内で所望レベルに到達するまで上昇する。非汚染物質と廃棄物の双方 が順次供給され、ガラス固化廃棄物６４を非汚染物であるほぼ純粋なガラス固化 された材料の層６２の外殻内に収容する。最後に加える材料は、上端部上にほぼ 非汚染の物質層を形成するための非汚染材料である。集積容器４６及びその内容 物は、充分に冷却された後、処理室２０から取り出され、上端部に蓋（図示せず ） が溶接される。 図２は、本発明方法の第二の態様を実施するための処理装置の概略側面図を示 す。該装置は、底部に流動床７０を有する、密閉された処理室２０を備えている 。アークランプ１２、半透明窓２２等、他の構成要素は図１に示した通りである 。廃棄物５２は導管５０から供給され、流動床内に落下し、矢印７２で示したガ ス流によって浮遊状態に保たれる。処理室２０は、流動床７０によって必要とさ れるガス流を形成するための適当なポンプ７４をも具備する。粉砕された廃棄物 ５２は、浮遊状態に保たれている間に光線１８によって加熱され、熔融して小粒 状物７６となり、隣接する熔融した小粒状物と一緒になって塊状となる。塊状化 によって大きくなりながら小粒状物７６は流動床７０を所定箇所まで落下し、そ こで導管７８によって吸引排出されて収集され、貯蔵される。光線１８の一部を 流入ガス７２を加熱するために使用して、流動床ガスによっても廃棄物５２を或 る程度加熱することができる。 従って、本発明の方法によって、従来の処理とは異なり、結果として汚染も、 多量の二次的廃棄物の生成もなく、汚染廃棄物を塊状の固体材料、或は小粒とし て直接に形成することができる。 さらに、熱源としての強度の高いアークランプの使用は、レーザー等のような 周知の強度の高い光源の使用と比較して、より効果的で経済性にも優れており、 白色光源を用意することは、結果として多くの利益をもたらす。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ２１Ｆ 9/30 ５１９ Ｇ２１Ｆ 9/30 ５１９Ｋ Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０３Ｈ (72)発明者 リー，リン イギリス国、エム60 １キューディー マ ンチェスター、サックヴィル・ストリー ト、ピーオー・ボックス 88、ユーエムア イエスティー デパートメント・オヴ・メ カニカル・エンジニアリング気付

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 有害廃棄物を比較的小さな小片の形態で準備するステップと、前記廃 棄物を熔融してガラス固化するに十分な出力を有する、強度の高い光源を前記廃 棄物および必要に応じて使用されるガラス固化用材料に向けて用いるステップと 、これらのステップによりガラス固化した物質を、冷却して貯蔵するステップと を有する、有害廃棄物をガラス固化により処理する方法。 ２． 前記の、強度の高い光源が、周波数の帯スペクトルが広いものである 、請求項１に記載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する方法。 ３． 前記の広い帯スペクトルが、連続白色光を含む、請求項１又は２に記 載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する方法。 ４． 前記の、強度の高い光源が、強光度アークランプである、請求項１な いし３のうちの何れかに記載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する方法。 ５． 前記方法が、密閉室内で行われる、請求項１ないし４のうちの何れか に記載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する方法。 ６． ガラス固化用材料が前記廃棄物に加えられて、ガラス固化結合材にさ れる、請求項１ないし５のうちの何れかに記載の、有害廃棄物をガラス固化によ り処理する方法。 ７． 前記方法によりガラス固化された廃棄物が、一つの、塊状の固体を成 す形態のものである、請求項１ないし６のうちの何れかに記載の、有害廃棄物を ガラス固化により処理する方法。 ８． 前記方法によりガラス固化された廃棄物が、ガラス固化された小粒状 の形態のものである、請求項１ないし６のうちの何れかに記載の、有害廃棄物を ガラス固化により処理する方法。 ９． 前記有害性廃棄物が、連続的に流れている状態で加熱される、請求項 １ないし８のうちの何れかに記載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する方 法。 １０． 前記有害性廃棄物が集積容器内に供給され、該集積容器内でガラス固 化される、請求項１に記載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する方法。 １１． 前記有害性廃棄物が、前記光源によって加熱されることによってガラ ス固化された小粒を生成する間、流動床によって浮遊させられる、請求項８に記 載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する方法。 １２． 密閉できる処理室と、強度の高い光源を前記処理室内の有害廃棄物に 向けて作用させる手段と、前記処理室内で前記廃棄物を収容する手段とを備え、 かつ、前記光源が前記廃棄物を熔融してガラス固化するに十分な出力を有する、 有害廃棄物をガラス固化により処理する装置。 １３． 前記の、強度の高い光源が白色光アークランプである、請求項１２に 記載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する装置。 １４． 前記処理室内で前記廃棄物を収容する前記手段が、金属製の容器であ る、請求項１２又は１３に記載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する装置 。 １５． 前記廃棄物を収容する前記手段を移動させる動かせ手段を更に備えた 、請求項１２ないし１４のうちの何れかに記載の、有害廃棄物をガラス固化によ り処理する装置。 １６． 前記の、強度の高い光源からの光が透過して前記廃棄物中に達する冷 却可能で半透明な窓を、前記処理室内に備えた、請求項１２ないし１５のうちの 何れかに記載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する装置。 １７． 前記処理室からガス状生成物を取り除く手段を更に備えた、請求項１ ２ないし１６のうちの何れかに記載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する 装置。 １８． 前記処理室にガス状物質を供給する手段を更に備えた、請求項１２な いし１７のうちの何れかに記載の、有害廃棄物をガラス固化により処理する装置 。 １９． 前記廃棄物を粉砕された状態で前記処理室に供給する手段を更に備え た、請求項１２ないし１８のうちの何れかに記載の、有害廃棄物をガラス固化に より処理する装置。 ２０． 無害なガラス固化用材料を前記処理室に供給する手段を更に備えた、 請求項１２ないし１９のうちの何れかに記載の、有害廃棄物をガラス固化により 処理する装置。 ２１． 前記透明な窓を前記処理室内で横切るようにガスを吹き出す手段を更 に備えた、請求項１６ないし２０のうちの何れかに記載の、有害廃棄物をガラス 固化により処理する装置。 ２２． 減圧された雰囲気或は増圧された雰囲気を前記処理室内に与えるポン プ手段を更に備えた、請求項１２ないし２１のうちの何れかに記載の、有害廃棄 物をガラス固化により処理する装置。 ２３． 粒子状の前記廃棄物を流動化する手段を更に備えたことにより、流動 化された廃棄物が、前記の、強度の高い光源によって加熱される、請求項１２、 １３、１６ないし２２のうちの何れかに記載の、有害廃棄物をガラス固化により 処理する装置。