(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性セシウムを含有する可燃物を燃焼させて発生した主灰と飛灰を分取する焼却方法において、該可燃物に水に分散させたケイ素化合物を噴霧した後、この可燃物を焼却炉に供給して燃焼させることによって、放射性セシウムの飛灰への移行量を減少させることを特徴とする放射性セシウムを含む可燃物の焼却方法。
【請求項２】
ケイ素化合物が粘土鉱物であることを特徴とする請求項１に記載の放射性セシウムを含む可燃物の焼却方法。
【請求項３】
ケイ素化合物の添加量が、可燃物に対するケイ素の重量比で１０〜２００％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性セシウムを含む可燃物の焼却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性セシウムを含む可燃物の焼却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所等の放射性物質を取扱う施設からは可燃物を含む廃棄物が大量に排出される。そして、その多くは放射性物質が含まれており、そのなかで放射性セシウムは半減期が１３４Ｃｓで約２年、１３７Ｃｓで約３０年と長いので、その保管には細心の注意を払う必要がある。特に、最近では福島県の原子力発電所の事故により多量の放射性物質が放出されて広範囲にわたって汚染を引起し、その汚染地域から出される可燃物の処理も問題になっている。
【０００３】
そして、これら可燃物を含む廃棄物の保管場所を確保するためには、その廃棄物を減容化することが必要である。放射性セシウムを含有する可燃物を多く含む廃棄物を減容化する方法としては、焼却による方法と発酵による方法がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、汚泥貯留槽から移送した汚泥液を凝集させて汚泥ケーキとし、これに杉チップを担体として高温好気性微生物を生息させ、この杉チップを用いて汚泥ケーキを発酵分解させる方法が開示されている。この方法では、可燃物中の放射性セシウムは汚泥ケーキに集まり、さらに発酵分解した残渣に濃化されている。
【０００５】
焼却する場合には、ストーカ炉や流動層炉などを用いて直接燃焼し、燃焼排ガスは集塵機、熱交換器などを経由して大気中に放出していた（非特許文献１、２）。その際の放射性セシウムの挙動についての報告もある（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７５３３２２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】難波ら、「粉体ゴミ燃料の熱分解・燃焼ガス特性」、廃棄物学会論文誌、１９９８年、ｖｏｌ．９、Ｎｏ．７、ｐ３０２〜３０９
【非特許文献２】魚住ら、「キルンストーカ式産業廃棄物焼却発電設備」、エバラ時報、２００７年７月、Ｎｏ．２１６、ｐ２１〜２４
【非特許文献３】藤森ら、「廃棄物熱処理実験プラントを用いた災害廃木材燃焼時の放射性セシウムの熱分配挙動および溶出特性」、第２２回廃棄物資源循環学会研究発表会講演論文集」、２０１１年、Ｃ３−５、ｐ３７１〜３７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発酵によって減容化する方法は、発酵に、例えば４ヶ月という長期間を要し、発酵を行うための広大な場所の確保が現実的に難しい。
【０００９】
焼却による方法は、場所は比較的小規模ですむが、焼却によって放射性セシウムが主灰と飛灰の両方に分配される。放射性セシウムの分配量は飛灰に多く主灰には少ない。
【００１０】
放射能濃度が高い可燃性廃棄物を焼却すると、放射性物質の一部は主灰に移行し、多くの放射性物質は飛灰に濃縮されてしまい、ハンドリングが困難になっていた。例えば、１万Ｂｑ／ｋｇの可燃性廃棄物を焼却すると主灰は３万Ｂｑ／ｋｇで、飛灰は２４万Ｂｑ／ｋｇとなってしまう。放射能汚染物質対処特措法で、１０万Ｂｑ／ｋｇを超えた灰は、中間貯蔵施設に保管する必要があり、１０万Ｂｑ／ｋｇ以下の管理型埋立処分に比べて、処分方法が極めて困難になる問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、放射性セシウムを含む可燃物を焼却処理する際に発生する飛灰への放射性セシウムの移行量を減少させて、埋立可能でハンドリングが容易な飛灰が得られる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記課題を解決するべく鋭意検討の結果、放射性セシウムを含む可燃物を焼却させるときにケイ素化合物を存在させると放射性セシウムの飛灰への移行量を減少させて、埋立可能でハンドリングが容易な飛灰が得られることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明は、放射性セシウムを含有する可燃物にケイ素化合物を加えて燃焼させることを特徴とする放射性セシウムを含む可燃物の焼却方法に関するものである。
【００１４】
本発明の方法において、放射性セシウムの飛灰への移行量が減少する理由は明らかでないが、酸化セシウムは塩基性で酸化ケイ素は酸性であるから、焼却炉に投入された可燃物が加熱されてセシウムが揮発してケイ素化合物に結合し、両者が酸化物の形で固溶体を形成して主灰中に残存するためであろうと考えられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、放射性セシウムを含む可燃物を焼却した際に発生する飛灰の放射性セシウムの含有量を少なくできるので、ハンドリングを容易にでき、主灰とともに埋立処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例で使用した焼却炉の概略構成を示す図である。
【図２】ベントナイトの添加量と主灰中のＣＳ残存率の関係を示すグラフである。
【図３】ベントナイト添加（散点）と無添加（斜線）について炉内温度を変えて主灰中のＣＳ残存率を調べた棒グラフである。
【図４】焼却装置の一例の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
放射性セシウムを含有する可燃物の種類は問わないが、典型的なものは燃焼によって一酸化炭素や二酸化炭素を生成するものであり、主成分が炭素化合物のものである。具体的には、木や草などの植物、洪水で発生した廃棄物などである。
【００１８】
この放射性セシウムを含有する可燃物に加えるケイ素化合物は可燃物の焼却の際にセシウムを結合しうるものであり、代表的なものは粘土鉱物である。粘土鉱物は、含水ケイ素塩を主成物とする鉱物であり、例えばベントナイト、バーミキュライト、カオリン、モンモリロナイト、ゼオライト、ケイ砂、水ガラス、シリカゲル、セメント、鉄鋼スラグ、土壌などである。これらは、精製されていなくてもよく、粘土そのままの形で使用することもできる。形状は、可燃物に均一に分散させるために、粉体であることが好ましい。粒径は平均粒径で１０〜１０００μｍ程度が適当である。ケイ素化合物の添加量は、可燃物の重量に対するケイ素の重量比で１０〜２００％程度、好ましくは１０〜１００％程度が適当である。可燃物に予め含まれているケイ素化合物はこの量に含まれない。
【００１９】
可燃物のケイ素化合物の添加方法は、要は、ケイ素化合物を均一に添加できれば方法は問わないが、ケイ素化合物を水に分散させて噴霧する方法が簡便である。分散液におけるケイ素化合物の濃度は１〜５０重量％程度でよい。湿潤させた粉体や乾いた粉体を散布させてもよい。
【００２０】
添加時期は可燃物の焼却前の外、焼却炉に直接吹込んでも良い。
【００２１】
可燃物を焼却する焼却灰は通常の炉でよく、固定床炉、ロータリーキルン、ストーカ炉、流動床炉、ガス化溶融炉、炭化炉などを用いることができる。
【００２２】
焼却設備の一例を図４に示す。この焼却設備は、焼却炉がロータリーキルンの一次燃焼室にストーカ炉が二次燃焼室として連設されている。ロータリーキルンの入口側には可燃物を供給する給塵装置が設けられ、二次焼却室の燃焼排ガスの出口側にはその熱を利用するボイラが設けられている。ボイラの出口側には、焼却排ガスから粉塵を分離回収するサイクロン、減温塔、サイクロンで回収できなかった微粉を回収するバグフィルタ、排ガス中のＮＯＸを除去する脱硝反応塔が設けられ、その後、排ガスの誘引通風機を経て排気筒につながっている。本発明のケイ素化合物の添加は、予め可燃物に対して行っておいてもよく、給塵装置で行ってもよく、ロータリーキルン内に吹込んでもよく、これらを併用してもよい。
【００２３】
焼却は、通常の焼却と同様に行えばよく、着火後、必要によりバーナ等で補助加熱を行い、酸素源として空気等を吹き込みながら燃焼を続ければよい。
【００２４】
燃焼によって発生した主灰はストーカ炉の下部のホッパに溜ってそこから取出され、飛灰はサイクロンあるいはバグフィルタで捕集される。そして、飛灰に濃縮させることなく、主灰に放射性物質が残るため、可燃物がたとえ１万Bq/kgでも、これらは放射性物質の含有量が１０万Ｂｑ／ｋｇ以下であるところから、通常の管理型埋立処分を行うことができる。
【実施例】
【００２５】
ケイ素化合物によるセシウムの捕集効果を確認するために次の実験を行った。
【００２６】
可燃物として稲わら１０ｇを用い、セシウムとしては非放射性の１３３ＣＳＣｌ１０ｍｇを用いた。ケイ素化合物としてベントナイトを用いた。
ＣＳＣｌは水溶性であるため、あらかじめ１０ｍＬの蒸留水に溶解し、稲わらに散布した後、１１０℃で３時間乾燥した。
【００２７】
セシウムを含浸させた稲わらにベントナイトを乾燥重量で生成する主灰の重量に対し、あらかじめ、ベントナイトを蒸留水に分散させ、２０重量％の懸濁溶液で、稲わらを燃焼させた後に生成する灰重量に対するベントナイトの重量の比率として、０％、７０％、１７０％の割合となるように加えた。これをアルミナ製のるつぼに入れて、空気を吹込みながら電気炉内で３時間加熱した。炉内の温度は８００℃で稲わらは加熱とほぼ同時に着火し、燃焼は約５分間で終了したが、実験では３時間保持した。
【００２８】
焼却後残存した主灰中のセシウムの含有量をテフロン（登録商標）ビーカー内で、灰をフッ酸、硝酸、及び塩酸の混酸で加熱溶解させ、さらに過塩素酸で白煙処理した後、ろ過し、残渣をアルカリ溶解した後、ろ液とともにＩＣＰ質量分析法で定量分析を行った。
【００２９】
得られた結果を主灰中のＣＳ残存率として図２に示す。ＣＳ残存率は、実験後の合計のCs質量を、実験前のCs質量で除した値である。その結果、ベントナイト添加量を増加させると主灰中のＣＳ残存率も増加し、ＣＳの飛灰への移行量を減少させられることがわかった。
【００３０】
次に、稲わら１０ｇにベントナイトを１０重量％になるように添加して、同じ電気炉で炉内温度６００℃と８００℃で３時間加熱し、ベントナイトを添加しなかった場合と比較した。
【００３１】
得られた結果を、ベントナイトを添加しなかった場合を斜線の棒グラフで、添加した場合を散点状の棒グラフでそれぞれ図３に示す。その結果、炉内温度が低い方がＣＳの主灰への残存率が高かった。また、ベントナイトの添加により主灰中のＣＳ残存率が増加することがわかった。この傾向は炉内温度が高い方が顕著であった。
【００３２】
また、ベントナイトなしでの主灰の量は６００℃が１９．０重量％で８００℃が１８．８重量％であり、炉内温度の変化による主灰の量はほとんど変わらなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本願発明により、放射性セシウムを含む可燃物を主灰、飛灰とも１０万Ｂｑ／ｋｇ以下で焼却できて、両灰を埋立処分できるので、本発明の方法は放射性セシウムを含む可燃物の焼却処理に広く利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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