TWI590258B - 放射性銫之去除方法及去除裝置 - Google Patents

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TWI590258B
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太平洋水泥股份有限公司
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Description

放射性銫之去除方法及去除裝置 發明領域
本發明係有關於一種可自含有放射性銫之廢棄物去除放射性銫，並有效利用除污後所得之燒成物磨碎後製得之水泥混合材及前述燒成物所構成之土方材料等之方法及裝置。
發明背景
自含有放射性銫等放射性物質之廢棄物除污放射性物質之方法及裝置，迄今已有各種提案。舉例言之，專利文獻1中已揭露在設有繞組於外部之通電線圈之包含槽孔之冷卻容器中藉電磁感應加熱而溶解以硝酸鹽之形態存在之核分裂所產生之放射性廢棄物，並使銫等長半衰期核種揮發，而加以分離、回收之方法。
【先行技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本專利特開平5-157897號公報
發明概要
然而，此回核能電廠之事故所致日本本國應解決之課題並非上述專利文獻1所載之核子相關設施內之通常運轉所致生之廢棄物之除污，而係散逸至外界而滲入樹木 及土壤等之放射性物質之除污處理。尤其，可預估上述射廢棄物之量極為龐大，故並非單純提案除污之方法，如何大量且有效率地使放射性物質揮發而加以去除、回收，並提供可降低其成本之方法甚為重要。
若將包含放射性物質之廢棄物與石灰石一同投入窯爐等燒成裝置而予以加熱，則可使放射性物質揮發，而製得除污生成物，但僅以窯爐等燒成裝置加熱廢棄物之習知方法為直接混合石灰石而需要脫羧所需之能源，可預估將浪費大量能源。因此，為有效利用廢熱而使用預熱器等預熱設備進行石灰石之脫羧，自燒成裝置揮發之放射性銫將形成固體並再度送回燒成裝置而進行循環濃縮，可能無法將除污生成物確實除污。
因此，本發明即有鑑於上述須解決之問題而設計，目的在提供一種可藉更低之耗能且確實地自包含放射性銫之廢棄物中去除放射性銫之方法及裝置。
為達成上述目的，本發明係一種放射性銫之去除方法，其特徵在於燃燒業經放射性銫污染之可燃性廢棄物，並使用其燃燒排氣與焚化灰渣之顯熱，而自氧化鈣來源或/及氧化鎂來源生成氧化鈣或/及氧化鎂，並燒成前述氧化鈣或/及氧化鎂與放射性銫所污染之無機物而製得除污生成物。
其次，依據本發明，可燃燒業經放射性銫污染之可燃性廢棄物，並使放射性銫自廢棄物揮發或濃縮至焚化 灰渣中，而可有效利用所生成之除污生成物磨碎而製得之水泥混合材及前述燒成物所構成之土方材料等，故可以低成本並有效率地去除放射性銫。
上述放射性銫之去除方法中，前述除污生成物之冷卻時之產熱可供利用作為前述放射性銫所污染之可燃性廢棄物之燃燒時之熱源之至少一部分。
上述放射性銫之去除方法中，可進而包含回收前述燒成時揮發之放射性銫之程序。
上述放射性銫之去除方法中，前述放射性銫所污染之無機物與前述氧化鈣或/及氧化鎂以及前述焚化灰渣一同燒成時，可添加相對於前述燒成對象物中含有之銫總量而為當量以上之氯來源。藉此，即可使銫有效率地揮發成氯化銫。
又，本發明係一種放射性銫之去除裝置，其特徵在於包含有：焚化爐，可燃燒焚化放射性銫所污染之可燃性廢棄物；懸浮式預熱機，可使用前述焚化爐所排出之燃燒排氣及前述可燃物之焚化灰渣之顯熱，而自前述氧化鈣來源或/及氧化鎂來源生成氧化鈣或/及氧化鎂，且前述懸浮式預熱機呈多段排列有旋風器；旋轉窯，可一同燒成放射性銫所污染之無機物與前述氧化鈣或/及氧化鎂以及前述焚化灰渣；及，回收裝置，可回收前述旋轉窯中揮發之銫。
依據本發明，可藉焚化爐燃燒焚化放射性銫所污染之可燃性廢棄物，並於懸浮式預熱機中使用焚化爐所排出之燃燒排氣及前述可燃物之焚化灰渣之顯熱，而自前述 氧化鈣來源或/及氧化鎂來源生成氧化鈣或/及氧化鎂，再於旋轉窯中一同燒成放射性銫所污染之無機物及前述氧化鈣或氧化鎂以及前述焚化灰渣，而製得可有效利用作為水泥混合材及土方材料等之除污生成物，並可藉回收裝置而回收已揮發之銫，而自含有放射性銫之廢棄物中去除放射性銫。又，由於習知之燃燒焚化可燃物之焚化爐與加熱無機物之旋轉窯所排出之燃燒氣體之2種係個別進行處理，故可自除污生成物確實去除放射性銫，並有效利用廢棄物中包含之可燃物之燃燒熱與除污生成物之冷卻時之產熱，故可以較少之耗能、較低成本進行廢棄物之除污。
上述放射性銫之去除裝置中，前述焚化爐係流體化床型、流動層型、噴流層型或氣流型。
又，上述放射性銫之去除裝置中，前述焚化爐所排出之氧化鈣或/及氧化鎂以及焚化灰渣可自前述懸浮式預熱機之最下段之旋風器之原料出口部所連結之滑槽供入前述旋轉窯中。自焚化爐朝旋轉窯供入氧化鈣或/及氧化鎂以及焚化灰渣，即可減少脫羧所需之耗能，並減少除污處理所需之耗能。又，若直接供入氧化鈣或/及氧化鎂以及焚化灰渣，對窯爐之攜入顯熱將增加，故更佳。
上述放射性銫之去除裝置中，前述回收裝置可為可冷卻前述旋轉窯之排氣之冷卻塔，以及可回收前述冷卻塔之排氣中之粉塵之集塵機，而可回收放射性銫。
如上所述，依據本發明，可自包含放射性銫之廢 棄物中除污放射性銫，並利用低耗能除污後之廢棄物作為水泥混合材等，而以低成本、高效率去除放射性銫。且，可進行放射性廢棄物之減容處理。
1‧‧‧去除裝置
2‧‧‧燒成裝置
3‧‧‧除污系統排氣處理裝置
4‧‧‧可燃物焚化系統排氣處理裝置
21‧‧‧旋轉窯
21a‧‧‧供入口
21b‧‧‧燃燒器
22‧‧‧焚化爐
22a‧‧‧供入口
23‧‧‧懸浮式預熱機
23a‧‧‧最上段旋風器
23b‧‧‧最下段旋風器
23c‧‧‧滑槽
24‧‧‧熔塊冷卻器
31‧‧‧冷卻塔
31a‧‧‧噴水裝置
32‧‧‧1次集塵機
33‧‧‧2次集塵機
34‧‧‧風扇
41‧‧‧集塵機
42‧‧‧風扇
B‧‧‧催化劑
C‧‧‧可燃物
D1~D3‧‧‧粉塵
F1、F2‧‧‧燃料
G1~G7‧‧‧排氣
H‧‧‧抽氣氣體
P‧‧‧熔塊(除污生成物)
R1~R2‧‧‧原料
S‧‧‧無機物
圖1係顯示本發明之放射性銫之去除裝置之一實施形態之整體構造圖。
用以實施發明之形態
以下，就實施本發明之形態參照圖1加以詳細說明。另，以下之說明中，係以藉本發明之放射性銫之去除裝置自含有放射性銫之廢棄物去除放射性銫，並由除污後之廢棄物製造水泥混合材及土方材料之情形為例而進行說明。在此，放射性銫係指銫之放射性同位素之銫134及銫137。
圖1係顯示本發明之放射性銫之去除裝置之一實施形態者，本去除裝置1大致分別由燒成裝置2、除污系統排氣處理裝置3及可燃物焚化系統排氣處理裝置4所構成。
燒成裝置2係由旋轉窯21、焚化爐22、懸浮式預熱機(以下稱為「預熱器」)23及熔塊冷卻器24所構成。
旋轉窯21包含可朝旋轉窯21直接供給燒成對象物之供入口21a、可噴出粉煤等化石燃料而燒成供入旋轉窯21內之原料之燃燒器21b。
焚化爐22之設置目的在燃燒焚化放射性銫所污染之伐採木等可燃物C，而包含可噴出粉煤等化石燃料之燃 燒器(未圖示)與可燃物C之供入口22a，爐底部則自熔塊冷卻器24導入高溫之抽氣氣體H作為燃燒用空氣。本焚化爐22可使用流體化床型、流動層型、噴流層型或氣流型之焚化爐。
預熱器23呈多段排列有旋風器，氧化鈣來源或/及氧化鎂來源之原料R1將供入最上段旋風器23a之入口風道，最下段旋風器23b之原料出口部所連結之滑槽23c則連接旋轉窯21之供入口21a。
除污系統排氣處理裝置3配置於燒成裝置2之後段，並由可冷卻旋轉窯21所排出之排氣G1之冷卻塔31、配置於冷卻塔31之後段之1次集塵機32及2次集塵機33、可將已藉集塵機32、33而去除濃縮銫鹽等粉塵之排氣G4朝系統外排出之風扇34所構成。
冷卻塔31之配置目的在冷卻旋轉窯21之排氣G1，並使自污染廢棄物揮發之放射性銫等形成固體而加以回收。排氣G1之冷卻係藉自設於冷卻塔31之下端部之噴水裝置31a噴出水霧而進行。另，該噴水裝置31a具備可使已揮發之氯化銫形成固體狀而附著於排氣G1中包含之粉塵上以利回收之程度之功能即可，噴水裝置31a之設置部位不限於冷卻塔31之下端部。進而，亦可不藉水進行冷卻，而朝冷卻塔內導入冷卻空氣以進行冷卻，或分別單獨使用水及空氣進行冷卻，或者亦可併用兩者。
1次集塵機32之設置目的一如上述係為集塵包含已濃縮之銫鹽等之粉塵D1，而使用袋濾器等。
2次集塵機33之設置目的在去除已去除銫鹽等後之排氣G3中包含之酸性氣體等，並回收已吸附酸性氣體等之粉塵D2。本2次集塵機33亦使用袋濾器等。
可燃物焚化系統排氣處理裝置4之設置目的在處理燒成裝置2之預熱器23之最上段旋風器23a所排出之排氣G6，而配置有集塵機41與其後段之風扇42。集塵機41之設置係為去除包含排氣G6中包含之燃燒灰之粉塵D3，而使用袋濾器等。
以下，就構成如上之放射性銫之去除裝置1之動作參照圖1加以說明。
朝燒成裝置2之預熱器23供入石灰石粉(CaO來源)等之原料R1，並將業經放射性銫污染之伐採木等可燃物C與粉煤等燃料F2一同供入焚化爐22，而進行燃燒焚化。此時，一如後述，將利用除污生成物之冷卻時之產熱，故亦可以來自熔塊冷卻器24之抽氣氣體H作為燃燒用空氣之至少一部分而加以燃燒。
焚化爐22之排氣G5將流經預熱器23之最下段旋風器23b~最上段旋風器23a，此時，排氣G5及排氣G5中包含之燃燒灰之顯熱將使供入預熱器23之原料R1進行脫羧，而分解成氧化鈣(CaO)與二氧化碳(CO2)。
業經脫羧之原料R2則自焚化爐22經最下段旋風器23b、滑槽23c而自供入口21a供入旋轉窯21。
另，來自預熱器23之最上段旋風器23a之排氣G6將導入集塵機41，而回收排氣G6中包含之可燃物C之焚化 灰渣等所構成之粉塵D3後，業經淨化之排氣G7則藉風扇42而排出至系統外。所回收之粉塵D3則與原料R2一同供入旋轉窯21之供入口21a。
可燃物C中包含之放射性銫將於焚化爐22內揮發，或不揮發而與焚化灰渣一同自焚化爐22排出，但均伴隨預熱器23中之排氣G5之溫度降低而在附含於粉塵D3或原料R2之狀態下供入旋轉窯21之供入口21a。
業經放射性銫污染之土壤等無機物S將與上述原料R2及粉塵D3一同自供入口21a供入旋轉窯21，而燒成上述原料R2及粉塵D3與無機物S。且，除無機物S外，亦自供入口21a朝旋轉窯21內供入相對於旋轉窯21內之銫總量而為當量以上之氯來源作為催化劑B。氯來源則包含氯化鈣(CaCl2)、氯化鉀(KCl)、氯化鈉(NaCl)、含氯之廢塑膠等，其中CaCl2本身不揮發而僅供給氯而較為適用。
無機物S、原料R2及粉塵D3中包含之放射性銫將在旋轉窯21內與氯來源所致生之氯反應而形成氯化銫並揮發，且在含附於排氣G1之狀態下被導入冷卻塔31內。
冷卻塔31中，排氣G1則藉噴水裝置31a所噴出之水霧(或導入冷卻塔內之冷卻空氣，或者其等之混合物)而急劇冷卻，並使排氣G1中包含之氯化銫形成固體狀之銫鹽而附著於粉塵上。
含有銫鹽之來自冷卻塔31之排氣G2則導入1次集塵機32內，而回收包含固體狀之濃縮銫鹽之粉塵D1。可就所回收之粉塵D1視需要而藉水洗、吸附等進而加以減容 處理後，再加以密閉於混凝土製之容器等中而加以保管，而可使包含放射性銫之廢棄物不致漏逸至外部而加以減容並保管之。
另，回收濃縮銫鹽後之排氣G3中含有酸性氣體等有害氣體時，亦可藉2次集塵機33而回收吸附有去除銫鹽等後之排氣G3中包含之酸性氣體等之粉塵D2，並藉風扇34而將淨化後之排氣G4排出至系統外。
另，供入旋轉窯21之無機物S、原料R2及粉塵D3在旋轉窯21內將藉自燃燒器21b吹入之粉煤之燃燒熱而在放射性銫揮發後進行燒成，再藉熔塊冷卻器24而冷卻，並生成可利用作為水泥混合材及土方材料等之熔塊(除污生成物)P。熔塊冷卻器之抽氣氣體H包含冷卻時之產熱，亦可將該抽氣氣體H導入燒成裝置2，供作燒成裝置2之燒成熱源之一部分。
如上所述，依據本實施形態，可自包含放射性銫之廢棄物(可燃物C、無機物S)除污放射性銫，並利用除污後之廢棄物作為燃料及原料，而製造水泥混合材等作為除污生成物，並以低成本去除放射性銫。
另，上述之實施形態中，雖自供入口21a朝旋轉窯21內供入原料R2、粉塵D3、無機物S及催化劑B，但此時亦可分別直接朝旋轉窯21加以供入，或預先混合再供入。廢棄物之水分較多等不易處理時，則事先混合原料R2即可改善性質。
又，上述實施形態中，業經放射性銫污染之廢棄 物雖例示為放射性銫所污染之伐採木、土壤，但其等之外，並可以都市垃圾焚化灰渣、來自垃圾之熔融熔渣、下水道污泥、污水污泥乾粉、淨水污泥、建設污泥、污水熔渣、貝殼、稻草、牧草、牛糞堆肥、樹皮、草木、碎石等廢棄物而包含放射性銫者全體作為對象，而就其等之群組中包含之1種單獨加以使用，或就2種以上加以組合使用。進而，幾不包含放射性銫之部分(諸如土壤之砂礫及石礫)預先去除後所得之濃縮有放射性銫之中間處理物亦包含在本發明之放射性銫所污染之廢棄物之內。
進而，上述實施形態中，雖例示石灰石粉等之水泥混合材用原料作為CaO來源，但亦可以包含碳酸鈣、生石灰、熟石灰、石灰石、白雲石、高爐熔渣等之物質作為CaO來源，除水泥混合材以外，亦可生成骨材或僅生成CaO。
又，亦可使用MgO來源以取代CaO來源或與CaO來源一同使用，而生成MgO或MgO及CaO。此時，MgO來源可使用包含碳酸鎂、氫氧化鎂、白雲石、蛇紋石、鐵鎳合金熔渣等之物質，並自其等之群組中就1種單獨加以使用，或就2種以上加以組合使用。進而，可將該等CaO來源及MgO來源調整為適當之粒徑而加以使用作為焚化爐(流體化床、流動層)之移動介質。
將包含放射性銫之廢棄物(可燃性廢棄物之焚化灰渣或/及土壤等之無機物)與CaO或/及MgO一同進行燒成，可提高被燒成物之鹼度，並抑制燒成過程中液相之發生。因此，可有效率地使放射性銫揮發。
進而，上述實施形態中，雖就包含由旋轉窯、流體化床型、流動層型、噴流層型或氣流型之焚化爐、預熱器、熔塊冷卻器所構成之燒成裝置之放射性銫之去除裝置加以說明，但本發明不限於包含上述之燒成裝置之放射性銫之去除裝置，亦可為設有批次式之燒成爐作為燒成裝置者，若可將放射性銫所污染之廢棄物與CaO來源或/及MgO來源一同加熱，而使放射性銫自污染廢棄物揮發，且生成CaO或/及MgO，則亦可採用其它之裝置構造。
又，雖藉除污系統排氣處理裝置3之1次集塵機32回收包含固體狀之濃縮銫鹽之粉塵D1，但亦可使用分離器等而回收固體狀之濃縮銫鹽。
1‧‧‧去除裝置
2‧‧‧燒成裝置
3‧‧‧除污系統排氣處理裝置
4‧‧‧可燃物焚化系統排氣處理裝置
21‧‧‧旋轉窯
21a‧‧‧供入口
21b‧‧‧燃燒器
22‧‧‧焚化爐
22a‧‧‧供入口
23‧‧‧懸浮式預熱機
23a‧‧‧最上段旋風器
23b‧‧‧最下段旋風器
23c‧‧‧滑槽
24‧‧‧熔塊冷卻器
31‧‧‧冷卻塔
31a‧‧‧噴水裝置
32‧‧‧1次集塵機
33‧‧‧2次集塵機
34‧‧‧風扇
41‧‧‧集塵機
42‧‧‧風扇
B‧‧‧催化劑
C‧‧‧可燃物
D1~D3‧‧‧粉塵
F1、F2‧‧‧燃料
G1~G7‧‧‧排氣
H‧‧‧抽氣氣體
P‧‧‧熔塊(除污生成物)
R1~R2‧‧‧原料
S‧‧‧無機物

Claims (10)

  1. 一種放射性銫之去除方法，其特徵在於：燃燒業經放射性銫污染之可燃性廢棄物，產生燃燒排氣與含有放射性銫之焚化灰渣，並使用其燃燒排氣與前述可燃物之焚化灰渣兩者之顯熱，而自氧化鈣來源或/及氧化鎂來源生成氧化鈣或/及氧化鎂，從前述燃燒排氣回收含有放射性銫之焚化灰渣，燒成前述氣化鈣或/及氣化鎂、前述回收之含有放射性銫之焚化灰渣、與放射性銫所污染之無機物，藉由將自燒成過程排出之排氣冷卻，回收在該燒成中揮發之放射性銫，而製得除污生成物。
  2. 如申請專利範圍第1項之放射性銫之去除方法，前述除污生成物冷卻時之產熱可供利用作為前述放射性銫所污染之可燃性廢棄物之燃燒時之熱源之至少一部分。
  3. 如申請專利範圍第1項之放射性銫之去除方法，係回收前述燒成時揮發之放射性銫。
  4. 如申請專利範圍第2項之放射性銫之去除方法，係回收前述燒成時揮發之放射性銫。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之放射性銫之去除方法，前述放射性銫所污染之無機物與前述氧化鈣或/及氧化鎂以及前述焚化灰渣一同燒成時，添加相對於前述燒成對象物中含有之銫總量而為當量以上之氯來源。
  6. 一種放射性銫之去除裝置，其特徵在於包含有： 焚化爐，可燃燒焚化放射性銫所污染之可燃性廢棄物；懸浮式預熱機，可使用前述焚化爐所排出之燃燒排氣及前述可燃物之焚化灰渣兩者之顯熱，而自前述氧化鈣來源或/及氧化鎂來源生成氧化鈣或/及氧化鎂，且前述懸浮式預熱機呈多段排列有旋風器；集塵機，自前述焚化爐排出之燃燒排氣回收含有放射性銫之焚化灰渣；旋轉窯，可一同燒成放射性銫所污染之無機物與前述氧化鈣或/及氧化鎂以及前述集塵機所回收之含有放射性銫的焚化灰渣；及回收裝置，可回收前述旋轉窯中揮發之銫。
  7. 如申請專利範圍第6項之放射性銫之去除裝置，前述焚化爐係流體化床型、流動層型、噴流層型或氣流型。
  8. 如申請專利範圍第6項之放射性銫之去除裝置，前述焚化爐所排出之氧化鈣或/及氧化鎂以及焚化灰渣係自前述懸浮式預熱機之最下段之旋風器之原料出口部所連結之滑槽供入前述旋轉窯中。
  9. 如申請專利範圍第7項之放射性銫之去除裝置，前述焚化爐所排出之氧化鈣或/及氧化鎂以及焚化灰渣係自前述懸浮式預熱機之最下段之旋風器之原料出口部所連結之滑槽供入前述旋轉窯中。
  10. 如申請專利範圍第6至9項中任一項之放射性銫之去除裝置，前述回收裝置係可冷卻前述旋轉窯之排氣之冷卻 塔，以及可回收前述冷卻塔之排氣中之粉塵之集塵機。
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