JPS6331587A - 廃棄物質のための清浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｌ吐へＬＬ 産業廃棄物の焼却から生ずる煙道ガスからの酸性の揮発
分の除去、特にポリ塩化ビニル並びに放射性イオンを含
んでいるイオン交換樹脂のような放射性廃棄物の安全な
焼却は、益々重要な問題となって来ている。

イオン交換樹脂は、一般に、鉱物、金属その他の不純物
を、原子炉及びそれに関連の構造要素を循環する水から
除去するために種々な原子炉システムで使用されている
。使用済みになった時には、これらイオン交換樹脂は、
通常は再生されることはなく、放射性廃棄物として処理
されている。このような処理において、樹脂は遠心分離
にかけて水分を除去し放射性のケーキに形成するか或い
はセメント及びヒル石と混合して樹脂を凝固したコンク
リート内に包入することができる。しかしながら、これ
らの方法では大容積の汚染物質が結果的に生み出される
。このような汚染物質の容積を減少する１つの方法とし
て、１０００℃の温度における熱的還元である。しかし
ながら、このような処理では、酸性の揮発物を含む煙道
ガスが発生され、四酸化ルテニウム（ＲｕＯ＜）等のよ
うな過剰量の放射性揮発物力５形成される。この問題な
解決するためには、上記のような煙道ガスの更に広汎な
処理が要求されるであろう。

スギモト（ＳｕｇｉｍｏＬｏ）の米国特許第３，４１８
．７８１１１号明細書には、焼却もしくは灰化後、放射
性廃棄物を′ａ縮するために機械的及び電気的ろ過分行
う試みが記述されている。同様にまた、ヘンベルマン（
ｔｌｅｍｐｅｌｍａｎｎ）の米国特許第３，９２２，９
７４号明細書には、後燃焼装置（アフターバーナ）を用
い、種々な■及び微ろ過器バンクと組み合わせて焼却を
行う試みが開示されている。このような従来の方法によ
れば、確かに放射性廃棄物の容積は減少するが、酸性の
揮発物及び放射性の揮発物の形成という問題の解決に資
するところは殆ど無い。

ティーチル（Ｔｉｅｔｅｌ）他の米国特許第４，０５３
，４３２号明細書には、予め乾燥した放射性の廃棄物を
、最初に、不活性で／酸素化されておらず／遊！酸素が
制限されたガスを含む還元雰囲気中で、約５００℃で、
次いで制限された量の酸素内で、７００℃よりも低い温
度で、流動床焼却することが開示されている１発生され
る揮発物は、更に、アフターバーナ内で過剰量の酸素と
反応せしめられる。このアフターバーナでは酸素は炭化
水素と反応して二酸化炭素及び水を形成する。反応後煙
道ガスは、蒸発水により、またはアルカリ液のような洗
気溶液により、約１００℃に湿潤冷却される。

この段階ではまた、混入している粒状物もその殆どが除
去されるが、洗気溶液の最終的な処理が要求される。冷
却されたガスは次いで、洗気冷却中に除去されなかった
ガス、例えば二Ｈｆヒイオウ、窒素酸化物または放射性
の揮発成分のようなガスを除去するために単一の吸収材
を通される。ＭＦ＆に、ガスは微メツシュのろ過器を通
されて排出される。このようにして実現される全偉績減
少は、廃棄物の２０体債％から灰の１体覆％となる。こ
のプロセスは、バッチ化たり６時間もの長い時間を必要
とし、廃棄物の予備乾燥が要求され然も高価な流動床熱
分解／焼却装置が必要であるばかりではなく、液体廃棄
物が生ずる。

トーツス（Ｔｈｏ慣ａｓ）他の米国特許第４，００８，
７３７号明細書には、銀交換ゼオライトに照射済み原子
炉燃料要素の再処理と関連する廃棄ガス流を通すことに
より、ｔガ叉′流から放射性ヨウ素を除去することが開
示されている。ゼオライトには次いで水素が通されて、
ヨウ素が脱着され、それによりヨウ化水素が形成され、
このヨウ化水素は鉛交換ゼオライトに通される。

グランサム（Ｃｒａｎｔｈａ＋＊）の米国特許第４，１
４５，３９６号明ｍ書には、原子炉燃料の処理と関連す
る有機廃棄物の処理における別の試みが開示されており
、この場合対象となる廃棄物は、紙、ポリエチレン及び
ポリ塩化ビニルのようなプラスチック類並びにゴムのよ
うな可燃性物質及び少量のストロンチウム、セシウム、
ヨウ素及びルテニウノ、のような放射性元素を含んでい
る。有機廃棄物は酸素と共に、４００″Ｃ乃至１０００
℃の温度に維持されているアルカリ金鷹炭酸塩浴内に導
入されて固体の燃焼生成物並びに水蒸気及び二酸化炭素
含有流出ガスが生成される。ガスは、０．２ミクロンよ
り大きい粒状物を除去するために一連のろ過器を通され
次いで大気中に排気される。この方法は必然的に複雑且
つ高価で然も汚染熔融塩の処理を必要とする。このよう
な状況下で必要とされるのは、簡単、迅速で費用が掛か
らず一最に廃棄物、特にポリ塩化ビニル及び使用済み放
射性イオン交換樹脂廃棄物の本積を大きく減少すること
ができ、然も酸性で放射性のガスの放出という問題を軽
減する方法である。

光…Ｌ月１ヌー 上述の問題並びに必要性は、廃棄物、特にポリ塩化ビニ
ル成るいは他のハロゲン含有プラスチックと、放射性ル
テニウム及びヨウ素汚染イオン交換樹脂との両者を含む
廃棄物に対する乾式中和処理を含む方法により解決され
且つ満たされる。この方法は、酸化雰囲気中で廃棄物を
加熱して乾燥した灰化物残渣及び流出ガスを発生させ、
流出ガスを燃焼して酸性ガス成分、放射性同位体及び粒
状灰化物を含む燃焼ガスを発生させ、高温ガスをろ過し
て乾燥灰化物残渣を生成させ、ハロゲン、窒素及びイオ
ウのガス状成分を乾式中和し、好ましくは同位体を分別
吸着して分離し、最後に粒状物をろ過した後放出させる
ことを含む。ろ過段附とろ過段附の間並びに乾式中和と
吸着段階との問で空気冷却を行うことができる。湿式洗
気は用いられず、液相廃棄物は発生せず、従って、液体
残渣を不動化したり固体化する必要はなく、廃棄物の容
積減少率は相当に高められる。加熱手段と、中和手段と
の間にはまた熱回収系を設置することができ、それによ
り回収された熱を種々な目的に利用することが可能とな
る。

更に詳細には、本発明の方法の好適な実施例においては
、第１段階加熱焼却装置が用いられ、この焼却装置にお
いては、オキシダントとして空気が用いられて温度は約
７３０℃から約８７５℃に維持される。第１段焼却装置
からの流出ガスには過剰空気が供給されて、第２段階の
加熱アフターバーナ（後燃焼装置）において、燃焼して
いない炭化水素の付加的な燃焼及び揮発化が行われる。

尚、このアフターバーナは、約８７５℃より高い温度、
好適には、約９８０℃から約１１５０℃の温度に維持さ
れる。

粒状灰化物、ヨウ素蒸気、ルテニウム蒸気、塩化水素酸
性ガス、酸化窒素酸性ガス及び酸化イオウ酸性ガスの１
つまたは２つ以上の成分を含み約１１００″Ｃにある流
出ガスを、炭化ケイ素を使用するろ過器及び（または）
焼結金属ろ過器のような適当な高温ガスろ過器に通して
、約１ミクロンより大きい直径を有する乾燥した粒状灰
化物を除去する。好ましくは、２つのろ過器を使用し、
そして冷却空気と２つのろ過器間で流出ガスに供給する
のが有利である。冷却され且つろ過された流出ガス流は
次に乾燥した塩基性物質を含む乾式中和床を通されて、
流出ガス中の酸性ガス成分が中和され幾分かの放射性ヨ
ウ素が除去される。

中和された流出ガスは次いで、乾式二重吸着工程に通す
のが有利である。この工程における１つの吸着材は、酸
化第二鉄酸るいはシリカゲルのようなルテニウノ、を吸
着するのに有効な物質を含む。

他の吸着材は、遷移金属交換ゼオライトのようなヨウ素
を吸着する作用がある物質を含む、！！を後に、流出ガ
スは、高効率の完全（ａｂｓｏｌｕｔｅ）粒子ろ過器を
通され、０．３ミクロン径より大きい精子が除去され、
然る後に残っているＣ０２、Ｎ２０．　Ｎ２．０２及び
少量の汚染物質が大気中に排出される。

以下、本発明の明確な理解を得るために、添付図面に示
す本発明の実施例を参照して詳細に説明する。

ｔ　　　の；口 図面を参照するに、図には、アフターノく−ナ（後燃焼
装置）を備えた焼却炉のような加熱装置１０が示しであ
る。この加熱装置もしくは焼却炉は、焼却器１１のよう
な固定床型の下部加熱装置並びにアフターバーナ１２の
ような上部加熱装置を有するのが好ましい。ここで「固
定床」加熱装置もしくは焼却装置とは、空気中で廃棄物
を熱的に分解するのに有効な単純でバッチ式の大量燃焼
装置を表す。

熱分解及び燃焼反応は、約３０分乃至２時間で終わり、
次いで廃棄物の新しいバッチが装入され、このようにし
て循環的なバッチ・プロセスが実施される。図において
流れ１３で総括的に示しである空気のような酸化剤が添
加された廃棄物は、固定床焼却装置１１に供給される。

この廃棄物は使用済みイオン交換樹脂、プラスチックま
たはゴムの屑或いはそれらの混合物とすることが出来る
。図示のブロック・ダイアグラムに示した実施例におい
ては、説明の便宜上、供給物は、使用済みイオン交換樹
脂及びプラスチックまたはゴムの屑の混合物を含むもの
とする。

使用済みイオン交換樹脂は、原子炉及びそれに関連の構
成要素を循環される水または照射済み核燃料要素におけ
るような原子力発電プラント環境において見出すことが
できるセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、ルテニウム
及び同様の元素を除去するために当該技術分野で知られ
ている陽イオンまたは陰イオン型のイオン交換樹脂或い
は混成型のイオン交換樹脂の阿れであっても良い、有用
なイオン交換樹脂の一例として、スチレンを基材とする
樹脂、例えば約６重量％乃至１０重量％のイオ′つ及び
約２型皿％乃至４重量％の窒素を含有しているポリスチ
レン−ジビニルベンゼンを基材とする型のイオン交換樹
脂が挙げられる。使用済みイオン交換樹脂で一最に見出
される物質は、Ｎａｌ、ＣＪＩ、ＲｕＯ＋、ＲｕＯ２、
ＲＬＩ（Ｓ０４＞２、Ｃｓ２ＳＯ４、Ｃ５１２０、Ｃｓ
０１ＣｓＣ１，Ｃ３Ｎ０３．５ｒＳＯ，，５ｒＣ１２，
５ｒ（ＮＯｚ）２、ＳｒＯなどを含んでいる。供給廃棄
物１３の屑成分には、原子炉の燃料処理中に汚染されて
いる恐れがある例えばセルロース、ポリエチレン、ポリ
スチレン・ゴｌ１、塩化ポリビニル或いはポリビニルジ
フルオライドのようなフッ素或いは塩素ハロゲン化物或
はそれらの混合物のすべてを含み得る。最も厄介な材料
はポリ塩化ビニル並びにヨウ素及びルテニウムが付着し
ている使用済みイオン交換樹脂である。

焼却装置１１は、約７３０’Ｃ（１３５０″Ｆ）乃至約
８７５℃（１６００°Ｆ）の温度で運転され、流動床型
のものより　・も酸化剤として空気を用いる固定床型の
ものとするのが好ましい。この場合、廃棄物は、短い期
間で熱分解され且つ部分的に酸化される。固定床型焼却
装置における比較的高い焼却温度、即ち約７３０℃′！
：越える温度は、Ｃ−Ｃ，Ｃ−Ｈ，Ｃ−Ｎ及びＣ−８結
合を有する長い鎖状の交す結合された重き体を完全に分
断し熱分解して、小さい体積の乾燥灰化成分及び気体成
分にするのに必要である。

このような高温を用いることにより、ヨウ素やルテニウ
ムが付着している使用済みイオン交換樹脂を焼却する場
合に、少なくとも気化されたヨウ素及びルテニウムめう
もの１つを含有する揮発物が得られ、そしてこのような
物貰は、本発明て用いられる充填塔により吸収されるこ
とになる。

焼却装置１１において約８７５℃分越える熱分解温度を
用いた場合には過剰量のルテニウムの揮発化が生ずるで
あろう６ヨウ素は２００’Ｃでも完全に揮発するが、し
かしながら、ルテニウムは、８７５℃て′は約２０重量
％しか揮発せず、この量は、下流側の吸収装置を使用す
ることにより制陣可能である。

また、約８７５℃を越えると、存在するストロンチウム
のうちの幾分かは揮発し始める。８７５℃までの温度で
は約４０重量％乃至６０重量％のセシウムは灰として留
まり、残りは燃焼して、蒸気／粒状物として煙道ガスと
共に逃げる。８７５℃Ｑ越えると更に多くのセシウムが
流出ガス中に放出される。焼却装置１１において約８７
５℃までの温度を用いることにより、アフターバーナ１
２内に良好な燃焼が生ずる。このアフターバーナ１２は
、１００％過剰空気供給（９照数字１４で示す）で、約
８７５℃を越える温度、好ましくは約９８０℃（１８０
０°Ｆ）乃至１１５０”Ｃ（２１００″Ｆ）の温度で運
転される。図には、小さい容積の乾燥した灰化物もしく
は灰１５が焼却装置１１の底部から取り出されることが
略示しである。

約１０重量％のポリ塩化ビニルと共にプラスチック、ゴ
ム及びセルローズを含む屑が９０Ｋｇ／時〔２００ボン
ド／時、　７０７Ｎ　（２５ｆｔコ〕／時〕で約８．４
重量％のイオウ及び約３重量％の窒素と共にセシウム、
ストロンチウム、ヨウ素及びルテニウムを含む使用済み
イオン交換樹脂を１８Ｋｇ／時〔４０ボンド／時。

２．２６１（０，８ｆｔ’）／時〕テ廃棄物）：−シテ
供給すル（参照数字１３で示す）と仮定すると、図にＡ
で示す箇所で流出する揮発性のオフガスは、殆どが恐ら
くはＭａｌ、ＣＩｌ、Ｉ及びＲｕｂ、の形懇にある揮発
したヨウ素及びルテニウムに加えてＳＯ□、ＮＯ□及び
ＨＣｌを含んでいるであろう、総てのストロンチウム並
びに幾分かのセシウムは乾燥した灰化物１５と共に排出
される。この場合ストロンチウムは非常に高い確率で５
ｒＳＯ，，５ｒＣ１ｚ、５ｒ（ＮＯ３）ｚ及びＳｒＯの
形りにあり、そしてセシウムはＣ５２ＳＯ，及びＣｓ２
Ｏの形態にある確率が高い。また、幾分かのセシウムは
多分にＣｓ０１ＣｓＣ１及びＣｓＮ０．の形訃で蒸気／
粒状物を形成するであろう。プロセス全体を通しての供
給廃棄物から灰化物への廃棄物の容積減少は約３０対１
を上回り、そして−最には３０乃至４０体体積１体積と
なろう。

９０Ｋｇ／時（２００ボンド／時）の屑は、約０．７０
５キユ’）　　７’ｍ’（０，０２キユ！Ｊ　　７’ｒ
Ｌ”）ノ平均放射能を有し、そして１８Ｋｇ／時（４０
ボンド／時）の使用済みのイオン交換樹脂は、流れ１３
として焼却装置に装入される際に約３５．２８キユリ一
／ｍ’（１キユリー７ｒＬ”＞の平均放射能を有するで
あろう。図面にＡで示す個所における揮発性の流出ガス
組成物の流量、温度及び放射能レベルは表１に示した値
を有するであろう。この表１にはまた、供給流１３に関
し同種の値が掲げである。

揮発性の流出ガスはＡ点から高温粗メツシユろ過器１６
へと通される。炭化ゲイ素／シリコン・グラファイトの
ような材料から形成されているろ過器１６においては、
乾燥した粒状灰化物１フが回収される。このろ過器にお
いて約３ミクロン乃至１００ミクロンの直径を有する約
９９重量％の乾燥した灰化物が流出ガス流から除去され
る０図面にＢで示す個所において、約９８０℃乃至１０
９５℃の温度にある約２２６．５鶴コ／分（約８０００
ｆｔ３／分）のガスが高温ガスろ過器から流れ出る。適
宜、約１６℃の冷却空気１８をブロワ−（送風器）１９
を介して、約５６．６ｍコ／分乃至約６７．９−３７分
（約２０００ｆｔ’／分乃至約２４００ｆｔ’／分）の
流量でＢ点に近い個所で高温ガス流中に供給する０次い
で、冷却されたガス流を羽根部き器２０のような冷却手
段に導く、流出ガス流は、図面にＣで示すように流出し
、表２に示すような組成、流量、温度及び放射能レベル
を有するであろう。

表−二と （図面の０点におけるデータ） 冷却された流出ガスは、次いで、中間ろ過器２１に流入
する。このろ過器２１は、焼結ステンレス鋼、焼結ニッ
ケル、焼結モネル（Ｍｏｎｅｌ）金属などのような材料
から形成されていて、乾燥した微細な粒状灰化物化物２
２をさらに回収する。このろ過器においては、流出（オ
フ）分離ガス流から約１ミクロンを越える直径を有する
９９．９重量％の乾燥灰化物が除去される（汚染除去率
は約１０である）１粒状セシウムの大部分はこのろ過器
に収集される。約’４８Ｇ”Ｃの温度にある約３１．１
３論３／分乃至３３９．６輪コ／分（約１１００ｆｔり
７分乃至約１２０００ｆｔ’／分）の流出ガスが中間ろ
過器２１から流出する。ろ過された流出ガスは次いで、
例えばＨＣｆｆｉ、　Ｓｏ□及びＮｏ２の酸性ガス類を
中和するのに有効な乾燥物質２４が詰められている乾式
中和床２３に供給される。有効な中和物質としては、乾
燥した粒状の１４ａ２ｃＯ３、に２ＣＯ，、ＮａＨＣＯ
３、ＫＩＩＣＯ，などのような塩基性物質を含む。

中和床においては、汚染除去率（ＤＦ＝流入口における
汚染物質の濃度／流出口における汚染物質の濃度）は、
ヨウ素の場合「１０」に増加するであろう、と言うのは
、幾分かの酸性の放射性ヨウ素は、この中和床に捕捉さ
れるであろうからである。この中和床はまた、少なくと
も９０体積％のＨＣｌ及び５０体招％のＳＯ□をも中性
化する。　ＮＯ□も中性化されるが、約３８０″ＣでＮ
ａＮＯｘが分解するために脱離してしまうであろう。中
和床２３から流出する際に、中和された流出ガスは、約
３３９．６ｍ’／分乃至約４８１．１−コ／分（約１２
０００ｆｔ’／分乃至約１７０００ｆ　１３７分）の流
量で管路Ｚ５を介して流出ガス流内にブロワ−１９によ
って供給される約１６℃の温度の冷却空気１８と適宜混
合される。ガス流はそこで、混合／冷却手段、例えば、
羽根混合器２６に供給されて均等な冷却が行われる。流
出ガス流は、図面にＤで示す個所から流出し、表３に示
すような組成、流Ｉ、温度及び放射能レベルを有するで
あろう。

表−二Ｌ （図面のＤ点におけるデータ） この時点で、総てのセシウム蒸気は粒子状の固相に凝固
するであろう。

完全に冷却された流出ガスは、次いで、乾燥複式吸着手
段に流入する。吸着手段２７は、ルテニウムを吸着する
のに有効な物質２８、例えばコロイド状の無定形のヒユ
ームドシリカ（シリカ・ゲル）、酸化第二鉄、酸化コバ
ルト、酸化ニッケル、活性アルミナ、過塩素酸マグネシ
ウムなどを含む、吸着手段２９は、ヨウ素及び残留ルテ
ニウムを吸着する作用を有する物質３０、例えばマンガ
ン、カドミウノ１、水銀、亜鉛またはクロム交換ゼオラ
イトのような遷移金属交換ゼオライトなどのような物質
３０を含み、１つまたは２つの５．０８ｃｍ乃至２０．
３２ｃｉ＊（２インチ乃至８インチ）厚さのココナツト
の木炭成るいは他の活性木炭からなる床３１を備えてい
る。

これら２つの吸着手段は、充填塔とすることができ、そ
して流出ガスが両者を通流する限りにおいて、冷却手段
２６の後流側に任意の順序で設置することができる。こ
れら複式吸着手段はまた。微細なセシウム粒子を除去す
るのにも有効である。吸着手段２７においては汚染除去
係数はルテニウムに対し１０３に増加する。吸着手段２
９においては、汚染除去係数は、ヨウ素に対し１０３に
増加し、そしてルテニウムに対しては総合的に１０’に
増加する。複式吸着後、流出ガス流は図面にＥで示す箇
所を通って流出し、表４に示すような組成、流量、温度
及び放射能レベルを有する。

人−ヨＬ （図面のＥ点におけるデータ） 最後に、流出ガスは、約０．３ミクロン以上の直径を有
する約９９．９重１％の粒子を除去するために、高効率
の粒子絶対ろ過器３２を通される。このろ過器は、粒状
セシウムに対して少なくとも１０３の汚染除去係数を発
生する。屑成分からのガスに加えて６６７．０３＋ｍ’
（２３５）Ｏｆｔコ）７分の空気並びに使用済みイオン
交換樹脂からのガス成分を含め１３３．４３ｍ３（４７
１５ｆｔ’）７分の空気が双方共に１２１℃の温度でブ
ロワ−３３により煙突３４に通されて大気中に、Ｃ０２
、Ｈ，０、Ｎ２．０２及び少量の汚染物として排出され
る。

適宜な弁３５及びブロワ−３６は、煙突からの流出物が
連邦式るいは州成るいは地方法定レベルを越えている場
合に作動される支援ブロワ−システムとして用いること
ができる０図面にＦで示す個所における最終排出組成物
は表５に示しである。

轟−」Ｌ （図面のＦ点におけるデータ） 次に考えられるのは、予備加熱、高価な流動床焼却装置
及び湿式洗気を用いずに、４０対１程高い容積減少率を
有する焼却方法である。この方法も、アフターバーナ（
後燃焼装置）１２及び中和手段２３１’：ｉに配設され
たフィン付きガス−液体熱交換器３７のような適当な熱
回収装置と関連して実施することができる。これによれ
ば１分離ガス系の上述の特徴を失うことなく、小さい容
量で分離ガス系の動作が可能となり、加熱手段１０にお
ける燃焼に必要な空気を予備加熱することにより成る程
度の燃料経済性が達成される。　　　′

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明による放射性廃棄物の焼却で発生するガ
スの乾式清浄方法の一実施例を示すブロック・ダイヤグ
ラムである。 １０・・・加熱装置　　　　１１・・・固定床焼却装置
１２・・・アフターバーナ　１３・・・供給流１５・・
・灰化物　　　　　　１６．２１．３２・・・ろ過器１
７・・・乾燥粒状灰化物　１８・・・冷却空気１９．３
Ｂ・・・ブロワ−２０・・・羽根混合器２１・・・中間
ろ過器　　　２２・・・粒状灰化物化物２３・・・乾式
中和床　　　２６・・・冷却手段２７．２９−０吸着手
段　　　２８．３０・・・吸着有効物質３１・・・活性
木炭床　　　３４・・・スタック３７・・・ガス−液体
熱交換器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （Ａ）ハロゲン、ＳまたはＮの少なくとも１つを含有し
   ている廃棄物を固定床加熱装置に供給し、（Ｂ）約７３
   ０℃乃至約８７５℃の温度で酸化雰囲気中で前記廃棄物
   を加熱して熱分解し、乾燥した灰化物及びガスを発生し
   、 （Ｃ）前記ガスを燃焼して酸性ガス成分を含んでいる流
   出ガスを発生し、 （Ｄ）前記流出ガスを中和手段内の乾燥アルカリ性物質
   に通して酸性のガスを中和し、そして （Ｅ）中和された流出ガスを逃がし、乾燥した灰化物を
   収集する段階を含む廃棄物のための清浄方法。