(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投入容器に詰め替えられ、１缶単位でプラズマ溶融分解炉に投入された処理対象物を空気プラズマによってバッチ式で分解処理し、スラグを排出するプラズマ溶融分解処理方法において、分解処理が溶融速度律速の処理対象物と、分解処理が酸素供給律速の処理対象物とをプラズマ溶融分解処理設備の溶融分解処理能力（ｋｇ／ｈ）と酸化分解処理能力（ｋｇ／ｈ）に応じて、分解処理が溶融速度律速の処理対象物を３０ｋｇ〜１２０ｋｇ／バッチ、分解処理が酸素供給律速の処理対象物を１０ｋｇ〜５０ｋｇ／バッチの混合割合となるように投入容器に詰め替え、混合して分解処理して、分解処理が溶融速度律速の処理対象物及び分解処理が酸素供給律速の処理対象物を、それぞれ単独で投入容器に入れてバッチ式でプラズマ溶融分解処理する所要時間を加算するよりも短時間で処理を行うことができるようにすることを特徴とする処理対象物のプラズマ溶融分解処理方法。
【請求項２】
処理対象物がＰＣＢ汚染物である請求項１記載の処理対象物のプラズマ溶融分解処理方法。
【請求項３】
処理対象物が、アスベスト、医療廃棄物、あるいは放射性廃棄物を含む有害物質である請求項１記載の処理対象物のプラズマ溶融分解処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣＢ汚染物等の処理対象物を空気プラズマによってバッチ式で分解処理するプラズマ溶融分解処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）は、かつてトランス、コンデンサ、蛍光灯安定器等の電気機器の絶縁油、ボイラ等の熱媒体などに使用されていたが、毒性があり且つ残留性があるため、現在ではＰＣＢの使用は禁止され、またＰＣＢ汚染物の無害化処理が進められている。
【０００３】
ＰＣＢ汚染物の無害化処理方法の一つとして、ＰＣＢ汚染物を空気プラズマによって分解処理するプラズマ溶融分解処理方法がある（例えば特許文献１，２参照）。
処理対象物であるＰＣＢ汚染物には、汚泥、ウェス、感圧複写紙、廃活性炭、化学防護服等、種々のものがあり、これらのＰＣＢ汚染物は、搬入保管容器に封入されて処理施設に搬入され、プラズマ溶融分解処理の前に、その種類毎に所定の投入容器に詰め替えられる。そして、投入容器は１缶単位でプラズマ溶融分解処理炉に投入され、空気プラズマによってバッチ式で分解処理される。
【０００４】
しかし、このようにプラズマ溶融分解処理はバッチ式で行われるため、どうしても処理効率が悪く、処理時間がかかるという問題があった。また、処理対象物を処理する際に発生するガスの発生量は処理対象物の種類によって大きく異なるが、そのガスを処理する排気処理設備は最大発生量に対応した設備とする必要があるため、平均発生量に対しては過大な設備仕様となるという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９７２３３号公報
【特許文献２】特開２００７−２９６４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、バッチ式で行われる処理対象物のプラズマ溶融分解処理において、その処理効率を向上させ、処理時間を短縮化することにある。
【０００７】
さらに、プラズマ溶融分解処理の際に発生するガスの最大発生量を低減し、排気処理設備の規模を小さくできるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明者は、プラズマ溶融分解処理方法によって分解処理される処理対象物には、大別して、高温のプラズマを媒介とした熱エネルギーの伝達により溶融分解されるもの、すなわち分解処理が溶融速度律速のものと、強固に原子レベルで結合しているために溶融分解ではなく酸化分解によって処理されるもの、すなわち分解処理が酸素供給律速によるものとがあることに着目し、溶融速度律速の処理対象物と酸素供給律速の処理対象物とを混合して処理すれば、溶融分解による処理と酸化分解による処理が同時並行して進み、個別に処理するよりも処理効率が向上することを知見し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、処理対象物を空気プラズマによってバッチ式で分解処理するプラズマ溶融分解処理方法において、分解処理が溶融速度律速の処理対象物（以下「溶融速度律速物」という。）と、分解処理が酸素供給律速の処理対象物（以下「酸素供給律速物」という。）とを混合して分解処理することを特徴とする。
【００１０】
具体的にはプラズマ溶融分解処理設備は、処理対象物を溶融分解処理する溶融分解処理能力（ｋｇ／ｈ）と処理対象物を酸化分解処理する酸化分解処理能力（ｋｇ／ｈ）とを各々独立して有することから、各々の処理能力に応じて溶融速度律速物と酸素供給律速物とを混合して分解処理する。これによって、プラズマ溶融分解処理設備の各々の能力を最大限に活用して処理対象物を分解処理することができるので、処理効率が向上する。
【００１１】
より具体的に本発明では、例えば出力１５００ｋＷ程度のプラズマトーチを有するプラズマ溶融分解処理設備であれば、副資材を加味した溶融速度律速物を３０ｋｇ〜１２０ｋｇ／バッチ、酸素供給律速物（廃活性炭など）を１０ｋｇ〜５０ｋｇ／バッチの範囲で混合処理するのが好ましい。また、酸素供給律速物（セルロース、オレフィン系高分子化合物）には処理開始時に一挙に熱分解してガス化するものがあるため、これらは１０ｋｇ／バッチ以下で混合するように制限することによりプラズマ溶融分解処理設備の後段の排気処理設備をコンパクトにすることができる。
【００１２】
本発明は、主としてＰＣＢ汚染物を処理対象物とする。ＰＣＢ汚染物において溶融速度律速物であるものは、金属成分が多い蛍光灯安定器（主に鉄）、無機汚泥（主にシリカ）、ブッシング（主にアルミナ）等であり、溶融処理後のスラグ塩基度を調整するために必要な石灰石やケイ砂も含まれる。また、酸素供給律速物であるものは、廃活性炭、感圧複写紙（主にセルロース）、防護服等の廃石油化学製品（主にオレフィン系高分子化合物）等である。酸素供給律速物のうち、廃活性炭は、固相表面での炭素の酸化反応（Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２）によって分解されることから、酸素供給律速物の典型例であり、プラズマ溶融分解処理原理に基づいた熱エネルギー投入に対しても処理速度はそれに比例しては増大しない。一方、セルロースやオレフィン系の高分子化合物は処理開始時に一挙に熱分解ガス化し、その発生ガスはプラズマ溶融分解処理炉外へ排出されるが、約２０％は炭化物として炉内にとどまる。この炭化物は廃活性炭と同じ挙動を示す。さらに、蛍光灯安定器は溶融速度律速成分（金属成分）と酸素供給律速成分との混合物であり、溶融分解処理と酸化分解処理が独立的に行われるが、処理時間は主成分である金属成分の溶融分解処理が律速となるので、溶融速度律速物である。
【００１３】
このように本明細書では、プラズマ溶融分解処理において、溶融分解処理される成分を「溶融速度律速成分」、酸化分解処理される成分を「酸素供給律速成分」といい、これらの成分の単独あるいは混合物であって、全体として分解処理が溶融速度律速の処理対象物を「溶融速度律速物」、酸素供給律速の処理対象物を「酸素供給律速物」という。
【００１４】
また本発明では、ＰＣＢ汚染物のほか、アスベスト、医療廃棄物、あるいは放射性廃棄物を含む有害物質を処理対象物とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、溶融速度律速物と酸素供給律速物を混合して合計バッチ回数分となる（例えば、混合前の溶融速度律速物が２バッチ分、酸素供給律速物が２バッチ分であれば、合計４バッチ分となる）ように投入容器に詰め分けて処理することにより、溶融分解による処理と酸化分解による処理が互いに律速にならないため同時並行して進むことから処理効率が向上し、それぞれの処理への所要時間を加算するよりも短時間で処理を行うことができる。
【００１６】
また、従来、溶融速度律速物と酸素供給律速物を個別に処理する場合、酸素供給律速物の処理時には熱エネルギーが有効利用されないが、本発明の混合処理の場合、熱エネルギーは溶融速度律速物の処理に利用されるので、常に熱エネルギーを有効利用できる。
さらに、上記のような混合処理を行うと、混合された処理対象物の反応形態（分解処理形態）の違いから、処理開始後、分解処理に伴うガスの最大発生時間が異なるようになる。そのため、全量単一の処理対象物を処理する場合に比べ、ガスの最大発生量が低減されるため排ガス処理設備の最大処理能力が小さくて済み、排気処理設備の規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明によるプラズマ溶融分解処理方法の流れを示す図である。
【図２】本発明のプラズマ溶融分解処理の進行過程を示す概念図である。
【図３】本発明のプラズマ溶融分解処理の進行過程を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、処理対象物としてＰＣＢ汚染物をプラズマ溶融分解処理する例によって本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明によるプラズマ溶融分解処理方法の流れを示す図である。分解処理が溶融速度律速及び酸素供給律速のＰＣＢ汚染物は、それぞれ搬入保管容器に封入された状態でＰＣＢ処理施設に搬入され保管される。これらの搬入保管容器はプラズマ溶融分解処理の前に、ＰＣＢ処理施設内の前処理設備に搬入される。前処理設備にて、搬入保管容器を開封し、内容物の確認を行った後に、溶融速度律速及び酸素供給律速のＰＣＢ汚染物を所定の混合割合となるように投入容器に詰め替える。すなわち、溶融速度律速及び酸素供給律速のＰＣＢ汚染物を所定の割合で混合する。その後、投入容器はプラズマ溶融分解処理炉に投入され、空気プラズマによってバッチ式で分解処理される。これによってＰＣＢ汚染物は無害化される。プラズマ溶融分解処理炉からは分解処理によって発生したガスと分解残渣のスラグが排出される。ガスは、排ガス処理設備で所定の処理がなされた後に、大気に放出される。
【００２０】
このように本発明では、溶融速度律速及び酸素供給律速の処理対象物（ＰＣＢ汚染物）を混合してプラズマ溶融分解処理を行う。図２は、この本発明のプラズマ溶融分解処理の進行過程を示す概念図である。図２では溶融速度律速成分（鉄、カルシウム、珪素、アルミなど）を「成分Ａ」、酸素供給律速成分（活性炭、高分子化合物など）を「成分Ｂ」と表記している。
【００２１】
成分Ａと成分Ｂは、それぞれプラズマ溶融分解処理における分解メカニズムが異なる。すなわち、成分Ａは溶融分解し、成分Ｂは酸化分解し、これらの分解反応は互いに独立して進行する。したがって成分Ａと成分Ｂを混合処理すると、溶融分解による処理と酸化分解による処理が同時並行して進む。図２では、成分Ａと成分Ｂの分解処理が同時並行して進む時間帯を交差斜線で示しており、成分Ａと成分Ｂを個別に処理する場合に比べ、その分だけ処理時間を短縮できる。
【００２２】
一方、成分Ａは溶融速度律速、言い換えれば伝熱律速であるため、その分解反応は徐々に進行し、熱分解ガスは発生しない。これに対して成分Ｂ中の高分子化合物など熱分解ガス化する成分「Ｂ’＝成分Ｂの約８０質量％」は、空気プラズマ中においては初期の段階で急激に熱分解とガス化反応が進み、ガス発生量も初期の段階がピークとなる。その後、炭素分を主成分とする残分（成分Ｂの約２０質量％）の分解反応は酸素供給律速となる。なお、厳密にはこの炭素分を主成分とする残分（「成分Ｂ−成分Ｂ’」）が「酸素供給律速成分」である。
【００２３】
従来は、これらの成分Ａ及び成分Ｂを含有する処理対象物を、それぞれ単独で投入容器に入れてバッチ式でプラズマ溶融分解処理を行っており、例えば主成分が成分Ｂである処理対象物（酸素供給律速物）を処理し、次に主成分が成分Ａである処理対象物（溶融速度律速物）を処理した場合、そのガス発生量は、図３の上段に示すように、成分Ｂの処理の初期段階がピークとなる。したがって、プラズマ溶融分解処理炉からの排ガスを処理する排気処理設備の処理能力は、前記ピーク時のガス発生量に対応できるようにする必要がある。
【００２４】
これに対して本発明では、溶融速度律速物（成分Ａ）と酸素供給律速物（成分Ｂ）を混合して処理するので、例えば溶融速度律速物（成分Ａ）と酸素供給律速物（成分Ｂ）をそれぞれ従来法の半分ずつ混合して処理した場合、図３の下段に示すように、ガス発生量のピーク値は、従来法の約半分になる。これは、上述のとおり、成分Ａと成分Ｂでは、処理開始後のガスの最大発生時間が異なるため、混合処理時、基本的にはガス発生が重複しないためである。このように本発明法では従来法に比べ、ガス発生量のピーク値を低くすることができるので、排気処理設備の最大処理能力が小さくて済み、排気処理設備の規模を小さくすることができる。
【００２５】
また、図２でも説明したように、溶融速度律速物（成分Ａ）と酸素供給律速物（成分Ｂ）を混合処理すると、その分解処理は同時並行して進むので、図３でもわかるように、溶融速度律速物（成分Ａ）と酸素供給律速物（成分Ｂ）の総処理時間は、本発明法の方が従来法よりも短縮される。
【００２６】
なお、溶融速度律速物（成分Ａ）と酸素供給律速物（成分Ｂ）の混合割合は、その発生量や具体的な種別・性状等によって適宜決定するが、処理時間の短縮の点からは混合処理時の成分Ａの処理時間と成分Ｂ（厳密には「成分Ｂ−成分Ｂ’」）の処理時間が等しくなるような割合で混合するのが最適である。
【実施例】
【００２７】
溶融速度律速物（ＰＣＢ汚染物）として蛍光灯安定器６０ｋｇと、酸素供給律速物（ＰＣＢ汚染物）として廃活性炭４４ｋｇを、本発明法及び従来法でプラズマ溶融分解処理したときの処理時間を比較した。
【００２８】
本発明法では、投入容器１缶あたり蛍光灯安定器３０ｋｇと廃活性炭２２ｋｇを詰め合わせて２回に分けて処理した。１缶あたりの処理時間は２４分であり、合計４８分で処理できた。
【００２９】
一方、従来法では、蛍光灯安定器６０ｋｇと廃活性炭４４ｋｇをそれぞれ別の投入容器に詰め、個別に処理した。蛍光灯安定器６０ｋｇの処理時間は３０分、廃活性炭４４ｋｇの処理時間は３８分であり、合計６８分かかった。
【００３０】
以上のように、本発明法では処理時間を２０分短縮できた。すなわち、能力としては１．４倍向上したことになる。
【００３１】
次に、蛍光灯安定器と廃活性炭との最適な混合割合について検討した。そのために、表１に示す要領で、蛍光灯安定器と廃活性炭を各々単独で処理した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
蛍光灯安定器は６０ｋｇを単独で塩基度調整剤と混合して１バッチドラム缶で処理した。この場合、溶融速度律速成分が８０ｋｇ、酸素供給律速成分（熱分解ガス化後の炭化物ベースすなわち上記の「成分Ｂ−成分Ｂ’」）が６．７ｋｇとなり、３０分で処理された。ここで、溶融速度律速成分＝蛍光灯安定器６０ｋｇ×溶融成分４３．５％＋塩基度調整剤５４ｋｇ＝８０ｋｇ、酸素供給律速成分＝蛍光灯安定器６０ｋｇ×可燃成分５６％×炭化物移行分２０％＝６．７ｋｇ、熱分解ガス化成分＝６０ｋｇ×可燃成分５６％×８０％＝２６．９ｋｇである。
【００３４】
一方、廃活性炭の処理では１バッチに３５ｋｇ詰め、３０分で酸化分解処理されたことが確認された。すなわち、３０分÷３５ｋｇ＝０．８５７分／ｋｇの処理時間である。
【００３５】
この廃活性炭処理の結果から、蛍光灯安定器を１バッチ処理するのに必要な時間は溶融速度律速成分３０分に対し、酸素供給律速成分の処理に要している時間は０．８５７×６．７ｋｇ＝５．７分であることがわかる。したがって、蛍光灯安定器６０ｋｇを処理するときの最適な混合割合は、３０−５．７＝２４．３分の酸素供給律速成分を混合した割合となる。すなわち、２４．３÷０．８５７＝２８．３ｋｇの廃活性炭を蛍光灯安定器６０ｋｇと混合するのが最適である。
【００３６】
以上、処理対象物としてＰＣＢ汚染物を処理する例を説明したが、本発明の特徴は、溶融速度律速物と、酸素供給律速物とを混合処理することにあり、処理対象物はＰＣＢ汚染物に限定されない。例えば処理対象物に、アスベスト、医療廃棄物、放射性廃棄物等の有害物質を含む場合において、溶融速度律速物と酸素供給律速物を混合して分解処理することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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