JP5872096B1 - 除染・減容化方法及び除染・減容化システム - Google Patents

Abstract

【課題】処理効率の向上や設備スペースの縮小を効果的に実現することのできる除染・減容化方法及び除染・減容化システムを提供する。【解決手段】有機物と放射性物質とを含む処理対象物Ａを、放射性物質の揮発を制限した有機物処理専用の低温側の処理温度で加熱して処理対象物中の有機物を熱分解する第一加熱処理を実行し、前記第一加熱処理の実行後の処理対象物Ａを、放射性物質処理用の高温側の処理温度で加熱して処理対象物Ａ中の放射性物質を揮発させる第二加熱処理を実行する【選択図】図１

Description

本発明は、有機物と放射性物質を含む処理対象物の除染（放射性物質の除去）と減容化を行う技術に関する。

有機物と放射性物質とを含む土壌等の処理対象物の除染・減容化については、近年、処理対象物をトロンメル等の分別装置により放射性物質を含む有機物側と放射性物質を含まない土壌側並びに放射性物質を含む土壌側とに分別処理した後、これらを夫々に適した条件・装置により別々に処理することが行われている。この除染・減容化技術は、有機物側の処理では、有機物を焼却して減容化するのと併せて放射性物質を揮発させて除染し、他方、放射性物質を含む土壌側の処理では、土壌側を加熱して主に放射性物質を揮発させて除染するようにしている。

また、有機物と放射性物質とを含む処理対象物の除染・減容化技術として、処理対象物を分別装置により放射性物質を含む有機物側と放射性物質を含む土壌側とに分別処理し、土壌側のみに放射性物質揮発促進剤を添加した後、有機部側と土壌側との混合物を９００℃〜１１００℃の高温で加熱することで、有機物の焼却と有機物側及び土壌側の放射性物質の揮発とを同時に行う技術も提案されている（下記特許文献１参照）。

特開２０１４−１７４１１６号公報

前者の除染・減容化技術では、処理対象物を有機物側と土壌側とに分別処理する分別装置を設置するスペースや分別後の処理対象物を別々に保管するスペースが必要となるため、設備スペースが嵩む不都合がある。
また、分別装置による分別処理では芝生や草木の根などの小さい有機物と放射性物質を含まない土壌とを高精度に分別するのは困難であるため、どうしても有機物側には土壌が混入し、他方、土壌側にも有機物が混入することとなる。よって、有機物側の処理においては有機物に付着した土壌が残渣として残存してしまい、放射性物質を含まない土壌側の処理においては土壌に混入した有機物中の放射性物質が残存してしまうと同時に有機物の腐敗の問題や再利用に困難が生じてしまう等、処理済物の質が低下する不都合もある。
更に、有機物側の処理で発生する排ガスと、土壌側の処理で発生する排ガスの両方に揮発した放射性物質が多く含まれるため、放射性物質の処理を要する排ガス量が多くなり、排ガス処理の簡素化も難しい。

後者の除染・減容化技術でも、上述した分別処理に起因する設備スペースの問題や放射性物質の処理を要する排ガス量が多くなる問題が残る。また、有機物の高温加熱によりガス状成分や粉塵が大量発生し易く、この点での改善も求められる。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、処理済物の質を確保しながら処理効率の向上や設備スペースの縮小を効果的に実現することのできる除染・減容化方法及び除染・減容化システムを提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、除染・減容化方法であって、有機物と放射性物質とを含む処理対象物を、第一加熱処理部にて放射性物質の揮発を制限した有機物処理専用の低温側の処理温度で加熱して処理対象物中の有機物を熱分解する第一加熱処理を実行し、
前記第一加熱処理の実行後の処理対象物を、第二加熱処理部にて放射性物質処理用の高温側の処理温度で加熱して処理対象物中の放射性物質を揮発させる第二加熱処理を実行するとともに、
前記第一加熱処理部の排出側部位と前記第二加熱処理部の供給側部位とに亘らせた混合搬送手段により、第一加熱処理の実行後の処理対象物と放射性物質揮発促進剤とを混合しながら第一加熱処理部の排出側部位から第二加熱処理部の供給側部位に給送する点にある。

上記構成によれば、前段側の加熱処理としての前記第一加熱処理の実行により、放射性物質の揮発を制限した状態で処理対象物中の有機物を熱分解し、処理対象物中に放射性物質を積極的に残しながら処理対象物の減容化を適切に行うことができる。しかも、低温側の第一加熱処理で有機物を熱分解することで、有機物の高温加熱に起因するガス状成分や粉塵の大量発生も回避することができる。
そして、後段側の加熱処理としての前記第二加熱処理の実行により、第一加熱処理で積極的に残した放射性物質を含む処理対象物中の放射性物質をまとめて揮発させて、処理対象物の除染を適切且つ効率的に行うことができる。
このように有機物と放射性物質とを含む処理対象物に対して効能の異なる二つの加熱処理を段階的に実行することで、処理対象物の除染・減容化を適切且つ効率的に行うことができる。

それ故に、前述した処理対象物の分別処理を不要にして、分別装置を設置するスペースや分別後の処理対象物を別々に保管するスペースを削減することができるとともに、処理対象物の分別精度に起因する処理済物の質の低下も回避することができる。更に、一次処理としての第一加熱処理での放射性物質の揮発制限により、第一加熱処理で排出される排ガス中の放射性物質が低減されることで、放射性物質の処理を要する排ガスの全体量を低減することができ、その分、排ガス処理の簡素化を図ることができる。
したがって、処理済物の質を確保しながら処理効率の向上や設備スペースの縮小を効果的に実現することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記第一加熱処理部の排出側部位に前記放射性物質揮発促進剤を供給する点にある。
本発明の第３特徴構成は、前記第一加熱処理の実行前又は実行中の処理対象物に前記放射性物質揮発促進剤を添加する点にある。

本発明の第４特徴構成は、前記第一加熱処理における処理温度を３００〜５００℃に設定するとともに、
前記第二加熱処理における処理温度を８００〜１２００℃に設定する点にある。
つまり、放射性物質の一例である放射性セシウムは、６００℃〜７００℃の処理温度の加熱で揮発が始まる可能性があり、８００℃〜１２００℃の処理温度の加熱で良好に揮発させることができる。
これに対し、上記構成によれば、前記第一加熱処理における３００〜５００℃の処理温度での加熱により、処理対象物中の放射性セシウムの揮発を確実に回避しながら処理対象物中の有機物を熱分解することができる。そして、前記第二加熱処理における８００〜１２００℃の処理温度での加熱により、第一加熱処理で処理対象物中に積極的に残した放射性セシウムを良好に揮発させることができる。したがって、処理対象物の除染・減容化を効果的に行うことができる。

前記第一加熱処理を、無酸素又は低酸素雰囲気下で実行すると好適である。

上記構成によれば、無酸素又は低酸素雰囲気により、第一加熱処理における低温側の処理温度で有機物が燃焼するのを抑制することができる。したがって、有機物の低温燃焼に起因するダイオキシン類の発生を効果的に抑制することができる。

前記第一加熱処理の実行後で前記第二加熱処理が施される処理対象物に、放射性物質揮発促進剤を添加すると好適である。

上記構成によれば、前記第一加熱処理では放射性物質揮発促進剤を添加しないことで当該促進剤の添加による熱容量の増大を回避しながら、前記第二加熱処理では放射性物質揮発促進剤を活用して放射性物質を良好に揮発させることができる。

本発明の第５特徴構成は、除染・減容化システムであって、有機物と放射性物質を含む処理対象物を、放射性物質の揮発を制限した有機物処理専用の低温側の処理温度で加熱して処理対象物中の有機物を熱分解する第一加熱処理を実行する第一加熱処理部と、
前記第一加熱処理の実行後の処理対象物を、放射性物質処理用の高温側の処理温度で加熱して処理対象物中の放射性物質を揮発させる第二加熱処理を実行する第二加熱処理部が備えられているとともに、
前記第一加熱処理の実行後の処理対象物と放射性物質揮発促進剤とを混合しながら第二加熱処理部の供給側部位に給送する混合搬送手段が、前記第一加熱処理部の排出側部位と前記第二加熱処理部の供給側部位とに亘らせて備えられている点にある。

上記構成によれば、前述の第１特徴構成の除染・減容化方法が有する各種処理を実行するための各種処理部を備えているので、当該除染・減容化方法と同様の作用効果を奏し、処理効率の向上や設備スペースの縮小を効果的に実現することができる。

除染・減容化システムの概略構成図 放射性物質揮発促進剤の添加処理を示す説明図

本発明に係る除染・減容化方法、及び、それを実行する除染・減容化システムの実施形態を図面に基づいて説明する。この除染・減容化システムは、図１に示すように、放射性セシウム等の放射性物質を含む枝葉類等の有機物及び土壌等の処理対象物Ａに複数段階の加熱処理を実行することで、処理対象物Ａを除染・減容化して処理済物Ｃとするシステムとして構成されている。

当該除染・減容化システムには、主として処理対象物Ａ中の有機物を熱分解する前段側の加熱処理である第一加熱処理を実行する第一加熱処理部１と、主として処理対象物Ａ中の放射性物質を揮発させる後段側の加熱処理である第二加熱処理を実行する第二加熱処理部２とが主要構成として備えられている。

また、この除染・減容化システムには、第一加熱処理部１から排出される排ガスＧ１を処理する第一排ガス処理を実行する第一排ガス処理部３と、第二加熱処理部２から排出される排ガスＧ２を処理する第二排ガス処理を実行する第二排ガス処理部４とが付加的に備えられている。

前記第一加熱処理部１は、流動床式加熱炉やストーカ炉やキルン等の直接燃焼式又は間接燃焼式の各種の加熱炉等で構成され、第一加熱処理として、供給された処理対象物Ａを、放射性物質の揮発を制限した有機物処理専用の低温側の処理温度で加熱して処理対象物Ａ中の有機物を熱分解する。そして、有機物が熱分解された後の処理対象物Ａを排出するとともに、有機物の熱分解ガスや微分等が含まれた排ガスＧ１を排出する。

このように第一加熱処理部１では、放射性物質の揮発を制限した有機物処理専用の低温側の処理温度で処理対象物Ａを加熱して処理対象物Ａ中の有機物を熱分解することで、放射性物質を処理対象物Ａ中に分散・吸着させて積極的に残しながら、処理対象物Ａ中の有機物を減容化する。しかも、有機物の高温加熱に起因するガス状成分や粉塵の大量発生も回避する。

この第一加熱処理における処理温度は、放射性物質が揮発しない温度、又は、放射性物質が揮発しても極低量で済む温度等に設定することができ、具体的には、３００℃以上５００℃以下、好ましくは、３００℃以上４００℃以下に設定することができる。

この第一加熱処理は、処理対象物Ａを無酸素又は低酸素雰囲気下で実行するのが好ましい。このようにすれば、第一加熱処理における低温側の処理温度で有機物が燃焼するのを抑制することができ、有機物の低温燃焼に起因するダイオキシン類の発生を効果的に抑制することができる。

第一加熱処理を無酸素又は低酸素雰囲気下で実行するには、例えば、第一加熱処理部１の加熱室に対する空気供給を遮断したり、加熱室に不活性ガス等を導入して加熱室の空気を置換したりすればよい。加熱室に不活性ガス等を導入する場合、排ガスＧ１や排ガスＧ２と熱交換させる等により加熱処理の排熱を利用して加熱した状態で導入すれば、第一加熱処理での加熱負荷を低減して省エネルギ化を図ることができる。

第一排ガス処理部３は、バグフィルタや湿式スクラバ等の捕集装置等を備えて構成され、第一排ガス処理として、第一加熱処理部１から排出された低温側の排ガスＧ１を適宜に冷却した後に放射性物質やそれが付着した粉塵等を分離除去する。

上述したように第一加熱処理部１から排出された排ガスＧ１は、第一加熱処理における放射性物質の揮発量制限により放射性物質の含有量が低減されものであるので、第一排ガス処理の簡素化を図ることができる。また、排ガスＧ１は、第一加熱処理における低温加熱よりガス状成分や粉塵も低量に抑制されたものであるので、第一排ガス処理での捕集物を低量化することができる。更に、第一加熱処理部１から排出された排ガスＧ１は処理温度の関係から温度がさほど高くないので、排ガスＧ１の冷却を効率的に行うことができる。

前記第二加熱処理部２は、流動床式加熱炉やストーカ炉やキルン等の直接燃焼式又は間接燃焼式の各種の加熱炉等で構成され、第二加熱処理として、供給された第一加熱処理後の処理対象物Ａを、放射性物質を揮発させる放射性物質揮発用の高温側の処理温度で加熱して処理対象物Ａ中の放射性物質を揮発させる。そして、この第二加熱処理部２は、放射性物質が揮発除去された処理済物Ｃを排出するとともに、主として揮発した放射性物質が含まれた排ガスＧ２を排出する。

第二加熱処理が施される処理対象物Ａには、放射性物質揮発促進剤Ｂを添加する添加処理を実行することができる。この添加処理で添加する放射性物質揮発促進剤Ｂの種類は各種のものを採用できるが、例えば、無機カルシウム化合物又は有機カルシウム化合物と塩化化合物を例に挙げることができる。

この放射性物質揮発促進剤Ｂの添加処理は、各種の方法やタイミングで実行することができるが、第一加熱処理の実行後で第二加熱処理の実行前に添加処理を実行するのが好ましく、このようにすれば、第一加熱処理では放射性物質揮発促進剤Ｂを添加しないことで当該促進剤Ｂの添加による熱容量の増大を回避しながら、第二加熱処理では放射性物質揮発促進剤Ｂを活用して放射性物質の揮発を良好に行える。

この添加処理を、第一加熱処理の実行後で第二加熱処理の実行前に実行するには、例えば、以下のようにするのが好ましい。
図２に示すように、第一加熱処理部１の排出チャンバ等の排出側部位１Ａに通じるシュートを備えた揮発促進剤供給部５により、第一加熱処理部１の排出側部位１Ａに放射性物質揮発促進剤Ｂを供給する。そして、第一加熱処理部１の排出側部位１Ａと第二加熱処理部２の供給チャンバ等の供給側部位２Ａとに亘らせたスクリューフィーダ等の混合搬送手段６により、第一加熱処理の実行後の処理対象物Ａと放射性物質揮発促進剤Ｂを混合しながら第二加熱処理部２の供給側部位２Ａに給送する。

このようにすれば、第二加熱処理部２での第二加熱処理の負荷増大を招く処理対象物Ａの冷却処理が不要となり、しかも、第一加熱処理部１から第二加熱処理部２への搬送過程を混合処理に利用できるので、放射性物質揮発促進剤Ｂを処理対象物Ａに効率的に添加することができる。

この第二加熱処理における処理温度は、放射性物質が良好に揮発する温度等に設定することができ、具体的には、８００℃以上１２００℃以下、好ましくは、９００℃以上１２００℃以下、更に好ましくは、９５０℃以上１１００℃以下に設定することができる。

上述したように第一加熱処理では放射性物質を処理対象物Ａ中に積極的に残し、第一加熱処理後の処理対象物Ａには放射性物質が濃縮された状態にあるので、第二加熱処理部２での第二加熱処理において処理対象物Ａを高温の処理温度で加熱して処理対象物Ａ中の放射性物質を揮発させることで、処理対象物Ａ中の放射性物質をまとめて効率的に除去することができる。

第二排ガス処理部４は、バグフィルタや湿式スクラバ等の捕集装置等を備えて構成され、第二排ガス処理として、第二加熱処理部２から排出された高温側の排ガスＧ２を適宜に冷却した後に放射性セシウムやそれが付着した微粉等を分離除去する。

以上説明したように、この除染・減容化方法、及び、それを実行する除染・減容化システムによれば、有機物と放射性物質とを含む処理対象物Ａに対して効能の異なる第一加熱処理と第二加熱処理とを段階的に実行することで、処理対象物Ａの除染・減容化を適切且つ効率的に行うことができ、処理済物Ｃの質を確保しながら処理効率の向上や設備スペースの縮小を効果的に実現することができる。

〔別実施形態〕
（１）第一加熱処理や第二加熱処理における処理温度や添加物の有無・種別等の具体的構成は、処理対象物Ａの種別や状態、処理目標等に応じて適宜に変更することができる。

（２）前述の実施形態では、第一加熱処理を実行する第一加熱処理部１と、第二加熱処理を実行する第二加熱処理部２で別々に構成する場合を例に示したが、一つの加熱処理部で兼用構成してもよい。その場合、一つの加熱処理部において第一加熱処理と第二加熱処理を順次に実行すればよい。

（３）前述の実施形態では、処理対象物Ａに放射性物質揮発促進剤Ｂを添加する添加処理のタイミングとして、第一加熱処理の実行後で第二加熱処理の実行前を例に示したが、第一加熱処理の実行前や実行中又は第二加熱処理の実行中等であってもよい。また、この添加処理の方法も、添加処理のタイミングや周囲環境等に応じて各種の方法を適宜に用いることができる。

Ａ 処理対象物
１ 第一加熱処理部
２ 第二加熱処理部

Claims (5)

1. 有機物と放射性物質とを含む処理対象物を、第一加熱処理部にて放射性物質の揮発を制限した有機物処理専用の低温側の処理温度で加熱して処理対象物中の有機物を熱分解する第一加熱処理を実行し、
   前記第一加熱処理の実行後の処理対象物を、第二加熱処理部にて放射性物質処理用の高温側の処理温度で加熱して処理対象物中の放射性物質を揮発させる第二加熱処理を実行するとともに、
   前記第一加熱処理部の排出側部位と前記第二加熱処理部の供給側部位とに亘らせた混合搬送手段により、第一加熱処理の実行後の処理対象物と放射性物質揮発促進剤とを混合しながら第一加熱処理部の排出側部位から第二加熱処理部の供給側部位に給送する除染・減容化方法。
2. 前記第一加熱処理部の排出側部位に前記放射性物質揮発促進剤を供給する請求項１記載の除染・減容化方法。
3. 前記第一加熱処理の実行前又は実行中の処理対象物に前記放射性物質揮発促進剤を添加する請求項１記載の除染・減容化方法。
4. 前記第一加熱処理における処理温度を３００〜５００℃に設定するとともに、
   前記第二加熱処理における処理温度を８００〜１２００℃に設定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の除染・減容化方法。
5. 有機物と放射性物質を含む処理対象物を、放射性物質の揮発を制限した有機物処理専用の低温側の処理温度で加熱して処理対象物中の有機物を熱分解する第一加熱処理を実行する第一加熱処理部と、
   前記第一加熱処理の実行後の処理対象物を、放射性物質処理用の高温側の処理温度で加熱して処理対象物中の放射性物質を揮発させる第二加熱処理を実行する第二加熱処理部が備えられているとともに、
   前記第一加熱処理の実行後の処理対象物と放射性物質揮発促進剤とを混合しながら第二加熱処理部の供給側部位に給送する混合搬送手段が、前記第一加熱処理部の排出側部位と前記第二加熱処理部の供給側部位とに亘らせて備えられている除染・減容化システム。

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