JPH04222682A - 焼却可能な廃棄物の処理方法および廃棄物処理炉 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼可能な廃棄物、と
りわけ低レベル放射性廃棄物を処理するための方法およ
びこれに用いる炉に関する。

【従来の技術】原子炉設備の運転装置の保守管理作業や
修理作業により生じる産業廃棄物、例えば手袋、作業着
、作業用長靴、有機残渣を収めたポリエチレン等のプラ
スチック容器、あるいは樹脂、有機スラッジ、オイルま
たは乳化剤等の現場廃棄物を処理することが重要な問題
となっている。こうした廃棄物は放射性核種の付着した
有機物質から作られている。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】この種の廃棄物を燃焼
させる方法には様々なものが知られている。しかしなが
らこれら従来技術のすべては、発熱量の大小に応じて廃
棄物を事前に種類分けし、後で粉末状の灰を脆弱な収納
容器に封入する方式を取っており、また排煙に未燃焼物
質が残るためこれをアフターバーナーで燃焼させなけれ
ばならないが、こうした処理は経費が嵩み能率の極めて
悪い等の欠点が残されている。

【０００３】本発明は、収容容器に封入される廃棄物の
体積を減少させ、この廃棄物をガス化処理および／また
は溶融処理した後に収容容器に収めることができ、粉末
状の灰や未燃焼物質の発生することのない新規な方法に
係る。運転に伴なって加熱装置を制御したり炉内雰囲気
を管理する必要がない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による方法は、廃
棄物を２ｍｍ未満の粒子サイズに粉砕し、粉砕した廃棄
物を搬送ガスにより溶融シリカが底を占める溶湯の下側
部分に送り込み、無機物質、すなわち、特に放射性廃棄
物の場合には固形放射性核種を含んでいる溶湯をコンテ
ナに注ぎ出し、溶湯を放置したままにしてコンテナ内で
固化させることからなっている。

【０００５】

【作用】灰および放射性無機固形物は溶湯内に残り、こ
の溶湯は固形放射性核種を多量に含有するようになる。 また溶湯を固化した状態でコンテナ内に貯蔵してしまえ
ば、当初の廃棄物は体積が大幅に減少し場所を取ること
がない。熱分解による有機連鎖の化学的分解により廃棄
物は単純な構造の分子に変化し、溶湯上方の好ましい酸
化雰囲気内ですべてガス化し、燃焼ガスは下流に送られ
不純物を取り除かれる。熱分解とこの熱分解によるガス
化は処理済の廃棄物の保有熱量に関係なく行なわれる。 従って、事前に廃棄物の分別を行なわなくてもよい。有
機物を含む多量の廃棄物はガスに変換され、浄化処理を
終えた後に放出される。残留固形分は溶湯に補足され、
溶湯の体積だけが僅かに増加していく。体積は大幅に減
少し、しかも粉末状の灰の残らない利点がある。熱分解
によるガス化と共に低分子化が行なわれ、煙に未燃焼物
質は残留することがない。

【０００６】炉から下流側で処理されるガス量を減らす
ために、搬送ガスの運転圧は溶湯の形成するコラムの高
さに見合う圧力よりも僅かに大きくすると都合がよい。

【０００７】必要に応じて溶湯の一部をコンテナに注ぎ
込む場合にでも、溶湯はるつぼの底の温度を恒久的に所
定の温度に保ち、エネルギーバランスを崩すことなく連
続処理を行なえるようにしておくとよい。

【０００８】溶融シリカが底を占める溶湯内に送り込ま
れた粉砕廃棄物は完全に熱分解し、無機物質は溶融によ
り溶湯内に適切に溶け込んでいく。溶湯の高さは、溶融
温度が１０００−１１００℃の場合、廃棄物の取入れレ
ベルの上方５−４０ｃｍの位置にある。同様に、溶湯の
質量は１時間当たりの廃棄物の質量流量の０．２から６
倍にしておくのが好ましい。溶湯の組成を管理するため
に、廃棄物の無機成分が溶湯の無機成分とほぼ同じにな
るような量および種類の無機物を廃棄物に添加すること
もできる。こうした無機物は、概ね、４０−１００重量
％のＳｉＯ２　：０−６０重量％の他の金属酸化物、例
えばアルカリ金属酸化物やフラックスとして機能するホ
ウ素酸化物を含有している。

【０００９】廃棄物に含まれる無機成分を低温で溶融さ
せ、廃棄物の無機物質の組成を溶湯の組成に一致させる
ようにするために、廃棄物にフラックスを添加すること
も可能である。

【００１０】好ましくは、酸素を含有したガスを溶湯の
上方に導入し、溶湯上方の酸化雰囲気内で熱分解物質の
ガス化が行なわれる。使用されるありふれた搬送ガスは
空気であるが、溶湯内に廃棄物を導入する搬送ガスに中
性ガスまたは乾燥ガスを使用することもでき、また強い
吸湿性ガスまたは還元ガスを使用してもよく、あるいは
溶湯内に繰返し酸化素反応条件　（ｈｙｐｏｓｔｏｉｃ
ｈｉｏｍｅｔｒｉｃ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉ
ｔｉｏｎｓ）を作り出せるものでもよい。尚、こうした
様々なガスの使用に当たり処理中に内部雰囲気を変化さ
せる必要はない。

【００１１】低温粉砕処理は、−１２０から−８０℃の
温度範囲で行なうと都合がよい。

【００１２】また本発明は、加熱手段を装備しているる
つぼと、このるつぼの底に開口する廃棄物取入れダクト
と、るつぼ内の廃棄物取入れダクトの開口よりも高いレ
ベルに開口し溶湯を取り出すことのできるダクトとを有
し、るつぼの天端は燃焼チャンバに連絡し、この燃焼チ
ャンバは天井に形成されたジクザク通路を経て天端に向
け排出チャンバに連絡しており、さらに燃焼チャンバ内
に開口している酸素を含有するガス用の取入れダクトを
備えている。

【００１３】本発明による前記炉を使用して汚染廃棄物
の処理を行なうことができる。ジグザグ通路を用いれば
熱分解ガスを燃焼チャンバ内に完全燃焼させるのに必要
な時間にわたり留めておくことができ、同時にこの熱分
解ガスが下流側の処理設備に直接送られるのを阻止する
ことも可能である。

【００１４】

【実施例】添付図面には、廃棄物処理装置に用いられる
本発明による炉の一例を示している。各種の弁および補
助制御用機器は図面から省略されている。

【００１５】装置は、−１２０℃で運転される破砕機／
細断機１と造粒機２からなる低温粉砕ユニットを備えて
いる。粉砕屑はダクト３を通じて第１の計量装置４に送
られる。第２の計量装置５はダクト６を通じて添加材供
給源から添加材の供給を受ける。２つの計量装置４、５
はダクト７に開口している。このダクト７は一方の端部
に空気供給源から空気の供給を受け、また攪拌サイクロ
ン８に連絡している。このサイクロンからロッド９に至
り、ロッドは炉の側壁を通り抜け、炉の底１０に接近し
た位置で開口している。耐火材料からなる炉は２つの異
なった部分から構成されている。底にある耐熱スチール
製のるつぼ１１には溶融したシリカが収容され、加熱手
段１２が装備されている。上側部分１３は耐火材料から
作られている。

【００１６】湯口ロッド１４はベース１０を通り抜け、
また４００ｍｍの高さ位置でるつぼ内に開口している。

【００１７】るつぼの上側部分１３は、ジグザグ状の通
路１６を持つ耐火天井１５を備えている。ジグザク状の
通路１６は、この上側部分をシリカ溶湯の上方にあり天
井１５の下側に形成された燃焼チャンバ１７と天井１５
の上方の排出チャンバ１８とに仕切っている。上側部分
１３には加熱手段１９が装備されている。空気ランプ２
０がチャンバ１７内に開口している。ダクト２１はチャ
ンバ１８からエアークーラー２２に連絡している。この
クーラーにはダクト２３を通じて空気が供給され、また
ダクト２４を通じて化学的中和装置２５に連絡している
。この化学的中和装置により塩素は可溶性塩化物に変化
する。また中和装置は閉鎖回路として機能し、アルカリ
金属炭酸塩または炭酸ソーダの溶液はポンプ２６により
ダクト２７を通じて中和装置２５を循環している。ダク
ト２８はこの中和装置から高効率フィルタ２９に連絡し
ている。フィルタの濾過効率は９９．９８％である。 このフィルタは放射性エーロゾルを除去するためのもの
である。ダクト３０はフィルタ２９からファン３１およ
び煙突３２まで延びている。以下、本発明の具体例を明
らかにする。

【００１８】具体例１ 図示の装置は、病院、研究所あるいは原子力プラントの
保守管理または修理により生じた廃棄物を処理するのに
用いられる。廃棄物には、プラスチック、ゴム、紙、綿
および布が含まれる。こうした廃棄物は半減期の短い低
レベル放射能を出す放射性核種により汚染されている。

【００１９】−１２０℃で運転される破砕機１と造粒機
２で粉砕された廃棄物は、ダクト３を通る時期には１ｍ
ｍ未満の粒子サイズの粉砕物になっている。計量装置４
は１分当たり６６７ｇの廃棄物を導管７に送り出してい
る。また計量装置５は１分当たり１９ｇの炭酸ソーダを
ダクト７に送り込んでいる。

【００２０】ダクト７を通る加圧された空気の流量は、
１時間当たり３標準立方メートルである。

【００２１】耐熱スチール製のるつぼ１１は直径が５０
０ｍｍ、高さが１０００ｍｍ、１９６リットルの容積が
ある。るつぼは、６１重量％のＳｉＯ２　と３９重量％
のＢ２　Ｏ３　およびＮａ２　Ｏの混合物とでなる溶融
シリカを収容している。融点は９００±２０℃である。 また運転温度は１０００±５０℃である。処理開始時に
おける溶湯の高さは４００ｍｍであった（ほぼ１９５ｋ
ｇに相当する７８リットル）。この溶湯の部分は、１０
００℃の温度でるつぼ内に残される液体残留物を構成し
ている。

【００２２】廃棄物の投入ロッド９の開口部は底１０の
上方１００ｍｍの位置にある。

【００２３】１時間当たり３５０標準立方メートルの空
気がランプ２０を経て燃焼チャンバ１７に送り込まれる
。

【００２４】１時間当たり２３００標準立方メートルの
空気が２０℃の温度でダクト２２を通じて送られ、ダク
ト２１から流出してくるガスの温度を１００℃未満の温
度まで低下させることができる。クーラーの排出口の温
度は約８０℃である。

【００２５】廃棄物に加えられる結着材と無機添加材は
シリカ溶湯内に溜めおかれる。１時間当たり４０ｋｇの
廃棄物の受入れ流量に伴なって生じる溶湯の体積変化は
１時間当たり０．７リットルである。この溶湯は、単位
処理量４０ｋｇｈ　−１を確保するために９６時間毎に
ロッド１４を通じて注ぎ出される。ガラス物質は受入れ
コンテナ内で硬化する。ガラス物質の化学的組成は時間
を経過してもほとんど変化することがない。８時間の処
理を終えて注ぎ出されたガラス物質の分析結果によると
、ＳｉＯ２　は６１％＋εであり、またＮａ２　Ｏ＋Ｂ
２　Ｏ３　は３９％−εである。

【００２６】煙突３２から出る廃棄物は、１時間当たり
４９．０００標準立方メートルのＣＯ２　、１時間当た
り５２立方メートルのＨ２　Ｏおよび１時間当たり２６
００立方メートルの空気を含有している。処理工程を経
て９７％の空気が２０℃で排出されるため、環境汚染は
問題とならない。汚染物質は注ぎ出されたガラス物質内
に封じ込められ、また特殊フィルタにより捕捉される。 ＨＣｌ成分は標準立方メートル当たり１００ｍｇ未満に
保たれている。

【００２７】この種の廃棄物を回収し、これを圧密して
特殊な容器内でコンクリートを用いて被覆処理する方法
、およびこの方法によったのでは２００リットル容積の
特殊コンテナが僅か３０ｋｇの廃棄物しか収容できない
ことが知られている。本発明による方法は、約３５０係
数の下で体積を大幅に減少させることができ、しかも十
分な機械強度を備え染出しのない圧密パッケージが得ら
れる。

【００２８】具体例２ シンチレータおよび核物質トレーサーを含有したポリエ
チレン封入容器とガラス物質封入容器の処理を行なった
。処理装置は具体例１で説明したものと同じである。

【００２９】計量装置４によりダクト７には毎分当たり
６７０ｇの廃棄物が送り込まれる。また計量装置５は毎
分当たり２５ｇの炭酸ソーダをダクト７に送り込んでい
る。チャンバ１７には空気ランプ２０を通じ１時間当た
り５標準立方メートルの空気が送り込まれている。ダク
ト２３には２０℃の温度で１時間当たり９１０立方メー
トルが通り抜ける。クーラーの出口温度は約８０℃であ
る。この装置例では、中和装置２５は省略されている。

【００３０】溶湯の化学組成は、６０重量％がＳｉＯ２
　、４０重量％がＢ２　Ｏ３　とＮａ２　Ｏの混合物で
ある。溶融点は９００±２０℃である。運転温度は１０
００±５０℃である。

【００３１】１時間当たりの廃棄物の受入れ流量が４０
ｋｇの場合、ガラス物質封入容器により生じる溶湯の体
積変化は１時間当たり１２．５リットルであり、８時間
毎にロッド１４を通じて（１００リットルを）注ぎ出す
作業が行なわれる。

【００３２】こうして得られたガラス物質の組成は時間
が経過してもほとんど変化せず、当初の組成とほぼ同じ
値が保たれている。

【００３３】煙突を通じて排出される排気ガスは、１時
間当たりのＣＯ２　が１６標準立方メートル、１時間当
たりのＨ２　Ｏが１６立方メートル、１時間当たりの空
気が１０００標準立方メートルである。処理過程で生じ
るのは９７％を空気が占める２０℃の排気ガスだけであ
る。 汚染物質は注ぎ出されたガラス物質内に封じ込められ、
またフィルタによって取り除かれる。

【００３４】一般に、これら封入容器はシンチレーショ
ン残渣を回収するために荒く粉砕され、さらに特殊コン
テナ内で圧密されコンクリートで被覆される。この混合
廃棄物の２００リットルコンテナは３０ｋｇのガラスを
含有しているにすぎない。この方式を取れば１６倍にわ
たり体積を減少させることができ、充分な機械強度を備
えたコンパクトで漏れのない機械強度に優れたパッケー
ジが得られる。

【００３５】具体例３ 化学工場から排出される主にフェニル水銀からなる廃棄
物の処理について説明する。

【００３６】この具体例では、図１で使用したものとほ
ぼ同じ処理装置が使われている。

【００３７】計量装置４は、毎分当たり１６７ｇの廃棄
物をダクト７に供給している。供給装置５により毎分当
たり２２ｇのアルカリ金属炭酸塩とシリカの混合物がダ
クト７に供給されている。加圧状態の下で、ダクト７に
は１時間当たり３立方メートルの空気が供給される。

【００３８】チャンバ１７には空気ランプ２０を経て１
時間当たり６０標準立方メートルの空気が供給されてい
る。

【００３９】ダクト２３を通じ、１時間当たり７００標
準立方メートルの空気が２０℃で送られている。クーラ
ー２２の出口温度は約８０℃である。

【００４０】化学的中和装置によりＨｇＯは可溶性塩に
変化する。

【００４１】溶湯は、６０重量％のＳｉＯ２　と４０重
量％のＮａ２　Ｏを含有している。溶融点は９００±２
０℃である。運転温度は１０００±５０℃である。

【００４２】８時間の処理を終えて注ぎ出された溶湯の
分析結果によると、ＳｉＯ２　は６０％±εであり、ま
たＮａ２　Ｏは４０％±εである。

【００４３】１時間当たり１０ｋｇの受入れ流量の場合
、溶湯の体積変化は１時間当たり３．２リットルである
。

【００４４】排気ガスは、１時間当たり１１標準立方メ
ートルのＣＯ２　、１時間当たり４標準立方メートルの
Ｈ２　Ｏ、および１時間当たり７００立方メートルの空
気からなっている。処理工程で生じる廃棄物は９８．５
重量％の２０℃の空気である（Ｈｇ含有量は標準立方メ
ートル当たり０．３ｍｇである）。

【図面の簡単な説明】

【図１】廃棄物処理装置に用いられる本発明による炉の
断面説明図。

【符号の説明】

１　　粉砕機／細断機 ２　　造粒機 ３　　ダクト ４，５　　計量装置 ６，７　　ダクト ８　　攪拌サイクロン ９　　ロッド １０　　炉の底 １１　　るつぼ １２　　加熱手段 １３　　炉上側部分 １４　　湯口ロッド １５　　耐火天井 １６　　ジグザグ状の通路 １７　　燃焼チャンバ １８　　チャンバ １９　　加熱手段 ２０　　空気ランプ ２１　　ダクト ２２　　エアークーラー ２３，２４　　ダクト ２５　　化学的中和装置 ２６　　ポンプ ２７，２８　　ダクト ２９　　高効率フィルタ ３０　　ダクト ３１　　ファン ３２　　煙突

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　焼却可能な廃棄物、とりわけ低レベル
   放射能を出す放射性核種を含んでいる有機物質および無
   機物質からなる廃棄物の処理方法にして、廃棄物を２ｍ
   ｍ未満の粒子サイズに粉砕する段階と、廃棄物を搬送ガ
   スにより溶融シリカが底を占める溶湯の下側部分に送り
   込む段階と、無機物質、とりわけ放射性廃棄物の場合に
   は固形放射性核種を含んでいる溶湯をコンテナに注ぎ出
   す段階と、溶湯をそのままにしてコンテナ内で固化させ
   る段階とを有している方法。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載された方法において、
   搬送ガスの運搬圧力が、溶湯の形成するコラムの高さに
   見合う圧力よりも僅かに大である方法。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載された方法において、
   溶湯の一部だけをコンテナ内に注ぎ込む段階を有してい
   る方法。
4. 【請求項４】　　請求項１に記載された方法において、
   溶湯は、１０００−１１００℃の溶融温度において、廃
   棄物の取入れレベルの上方５−４０ｃｍの高さを備えて
   いる方法。
5. 【請求項５】　　請求項１に記載された方法において、
   溶湯の質量は、廃棄物の１時間当たりの質量流量の０．
   ２から６倍である方法。
6. 【請求項６】　　請求項１に記載された方法において、
   廃棄物の無機成分が溶湯の無機成分とほぼ同じになるよ
   うな量および種類の無機物を廃棄物に添加する段階を有
   している方法。
7. 【請求項７】　　請求項１に記載された方法において、
   廃棄物にフラックスを添加して溶湯の溶融点を下げる段
   階を有している方法。
8. 【請求項８】　　請求項１に記載された方法において、
   溶湯の上方に酸素含有ガスを導入する段階を有している
   方法。
9. 【請求項９】　　天端および底を備え且つ加熱手段の装
   備されているるつぼと、このるつぼの底に開口する廃棄
   物取入れダクトと、るつぼ内の廃棄物取入れダクトの開
   口よりも高いレベルに開口し溶湯を取り出すことのでき
   るダクトとを有し、るつぼの天端は燃焼チャンバに連絡
   し、この燃焼チャンバは天井に形成されたジグザグ通路
   を経て前記天端に向け排出チャンバに連絡しており、さ
   らに酸素を供給し燃焼チャンバ内に開口している酸素供
   給のための取入れダクトを有している廃棄物処理炉。
10. 【請求項１０】　　請求項９に記載された炉において、
    燃焼チャンバには加熱手段が装備されている炉。