(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性セシウムで汚染された廃棄物と、酸化カルシウム源と、塩素源とを調合し、
調合物を加熱して前記廃棄物中の放射性セシウムを揮発させ、
前記調合物の加熱により生じたガスを冷却し、
冷却後のガスに含まれるダストを粗粉と微粉とに分級し、
分級後の粗粉を造粒し、
造粒物を前記調合物と共に加熱することを特徴とする放射性セシウムの除去方法。
【請求項２】
前記粗粉にカルシウム源を添加した後に造粒することを特徴とする請求項１に記載の放射性セシウムの除去方法。
【請求項３】
前記粗粉を水洗した後固液分離し、
固液分離後の固相を造粒することで前記造粒物を得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の除去方法。
【請求項４】
放射性セシウムで汚染された廃棄物と、酸化カルシウム源と、塩素源とを調合する調合装置と、
該調合装置からの調合物を加熱する加熱炉と、
該加熱炉の排ガスを冷却する冷却塔と、
該冷却塔の排ガスに含まれるダストを粗粉と微粉とに分級する分級機と、
該分級機で分級された粗粉を造粒する造粒機と、
該造粒機からの造粒物を前記加熱炉へ供給する供給装置とを備えることを特徴とする放射性セシウムの除去装置。
【請求項５】
前記粗粉にカルシウム源を添加する添加装置を備えることを特徴とする請求項４に記載の放射性セシウムの除去装置。
【請求項６】
前記造粒機の前段に、前記粗粉を水洗する水洗装置と、該水洗装置からのスラリーを固液分離する固液分離機とを備え、
前記造粒機は、該固液分離機からの固相を造粒することを特徴とする請求項４又は５に記載の放射性セシウムの除去装置。
【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有する廃棄物から放射性セシウムを除去する方法及び装置に関し、特に、放射性セシウムを含有する廃棄物を減容化すると共に、加熱生成物の放射性セシウム濃度を低減する方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
土壌に取り込まれた放射性セシウムを除去するため、例えば、特許文献１には、放射性セシウムで汚染された土壌をロータリーキルンで加熱し、キルン排ガスを冷却して放射性セシウムを含む微粉を生じさせ、キルン排ガス中の粗粉を回収してロータリーキルンに返送し、キルン排ガスから微粉を捕集する技術が記載されている。この技術により、放射性セシウムが微粉として高濃度に濃縮されて減容化が図られ、中間貯蔵又は最終処分の負担を軽減することができ、放射性セシウム濃度が低減された焼成物を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１９７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記放射性セシウムの除去技術では、キルン排ガスに含まれる粗粉を回収してロータリーキルンに返送しているが、この粗粉には、ＮａＣｌやＫＣｌ等のアルカリ塩素化合物が多く含まれているために溶融し易く、この溶融により粗粉中の放射性セシウムの揮発が妨げられるため、焼成物の放射性セシウム濃度が増加し、焼成物を土工資材等に利用する上で障害となる虞がある。
【０００５】
上記問題を回避するため、粗粉をロータリーキルンに返送せずに微粉と共に回収すると、焼成物の放射性セシウム濃度を低減することはできるものの、キルン排ガスからの回収物（微粉及び粗粉）の放射性セシウム濃度が低下し、かつ回収物の量も増加するため、放射性セシウム含有廃棄物の減容化の意図に反する。
【０００６】
そこで、本発明は、上記解決課題に鑑みてなされたものであって、放射性セシウムを含有する廃棄物の減容化の際に生じた加熱生成物（焼成物）の放射性セシウム濃度を低いレベルに維持しながら、放射性セシウム含有廃棄物の減容化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、放射性セシウムの除去方法であって、放射性セシウムで汚染された廃棄物と、酸化カルシウム源と、塩素源とを調合し、調合物を加熱して前記廃棄物中の放射性セシウムを揮発させ、前記調合物の加熱により生じたガスを冷却し、冷却後のガスに含まれるダストを粗粉と微粉とに分級し、分級後の粗粉を造粒し、造粒物を前記調合物と共に加熱することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、冷却後のガスを分級して得られた粗粉を造粒して粗粉の比表面積を減少させることで、粗粉自体の溶融を防止し、かつ調合原料に粗粉が混合されて溶融し易くなることを防止して放射性セシウムの揮発を促進させることができるため、加熱によって得られた加熱生成物の放射性セシウム濃度を低いレベルに維持しながら、放射性セシウム含有廃棄物の減容化を図ることができる。
【０００９】
上記放射性セシウムの除去方法において、前記粗粉にカルシウム源を添加した後に造粒することができ、これによって造粒物の溶融をより確実に防止することができる。
【００１０】
また、前記粗粉を水洗した後固液分離し、固液分離後の固相を造粒することで前記造粒物を得ることができる。これにより、粗粉に含まれるＮａＣｌやＫＣｌ等のアルカリ塩素化合物をろ液側に除去することができ、造粒物の溶融をより確実に防止することができる。また、放射性セシウムの一部は水溶性のＣｓＣｌ等であるため、これについてもろ液側に除去することができ、加熱生成物の放射性セシウム濃度をさらに低減することができる。
【００１１】
さらに、本発明は、放射性セシウムの除去装置であって、放射性セシウムで汚染された廃棄物と、酸化カルシウム源と、塩素源とを調合する調合装置と、該調合装置からの調合物を加熱する加熱炉と、該加熱炉の排ガスを冷却する冷却塔と、該冷却塔の排ガスに含まれるダストを粗粉と微粉とに分級する分級機と、該分級機で分級された粗粉を造粒する造粒機と、該造粒機からの造粒物を前記加熱炉へ供給する供給装置とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、冷却塔の排ガスを分級して得られた粗粉を造粒して粗粉の比表面積を減少させることで、粗粉自体の溶融を防止し、かつ調合原料に粗粉が混合されて溶融し易くなることを防止して放射性セシウムの揮発を促進させることができるため、加熱によって得られた加熱生成物の放射性セシウム濃度を低いレベルに維持しながら、放射性セシウム含有廃棄物の減容化を図ることができる。
【００１３】
上記放射性セシウムの除去装置に粗粉にカルシウム源を添加する添加装置を設けることができ、カルシウム源の添加によって造粒物の溶融をより確実に防止することができる。
【００１４】
また、前記造粒機の前段に、前記粗粉を水洗する水洗装置と、該水洗装置からのスラリーを固液分離する固液分離機とを設け、前記造粒機は、該固液分離機からの固相を造粒することができる。これによって、粗粉に含まれるＮａＣｌやＫＣｌ等のアルカリ塩素化合物をろ液側に除去して造粒物の溶融をより確実に防止することができると共に、ＣｓＣｌ等の水溶性の放射性セシウムもろ液側に除去することができ、加熱生成物の放射性セシウム濃度をさらに低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、放射性セシウムを含有する廃棄物の減容化の際に生じた加熱生成物の放射性セシウム濃度を低いレベルに維持しながら、放射性セシウム含有廃棄物の減容化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る放射性セシウムの除去装置の一実施の形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において、放射性セシウムとは、セシウムの放射性同位体であるセシウム１３４及びセシウム１３７である。
【００１８】
図１は、本発明に係る放射性セシウムの除去装置の一実施の形態を示し、この放射性セシウム除去装置１は、原料調合装置２と、焼成装置３と、排ガス処理装置４とで構成される。
【００１９】
原料調合装置２は、放射性セシウムで汚染された土壌や焼却灰等の廃棄物Ｗを貯留する貯槽２１と、反応促進剤としての酸化カルシウム源（以下「ＣａＯ源」という。）を貯留する貯槽２２と、反応促進剤としての塩素源（以下「Ｃｌ源」という。）を貯留する貯槽２３と、貯槽２１〜２３に貯留される廃棄物Ｗ、ＣａＯ源及びＣｌ源を引き出して調合する定量供給機（不図示）と、調合原料Ｍを貯留する貯槽２４とを備える。
【００２０】
上記ＣａＯ源として炭酸カルシウム、生石灰、消石灰、石灰石、ドロマイト、高炉スラグ等を含む物を用いることができる。また、Ｃｌ源としては、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩素を有する廃プラスチック等があるが、このうちＣａＣｌ２は、効果的に放射性セシウムを除去できるので好ましい。
【００２１】
焼成装置３は、ロータリーキルン（加熱炉）３１と、クーラ３２とで構成され、ロータリーキルン３１は、原料調合装置２からの調合原料Ｍが供給される投入口３１ａや、微粉炭等の化石燃料を噴出して調合原料Ｍ等を焼成するためのバーナ３１ｂを備える。
【００２２】
排ガス処理装置４は、焼成装置３の後段に配置され、ロータリーキルン３１から排出された排ガスＧを冷却する冷却塔４１と、冷却塔４１の後段に配置されたサイクロン４２と、サイクロン４２で回収された粗粉Ｃを貯留する貯槽４３と、貯槽４３に付設される定量供給機４４と、粗粉Ｃ１を造粒する造粒機４５と、第１集塵機４６と、第２集塵機４７と、両集塵機４６、４７によって濃縮セシウム塩等のダストが除去された排ガスＧ４を脱硝する脱硝装置４８と、脱硝装置４８の排ガスＧ５を系外へ排気する煙突４９とで構成される。
【００２３】
冷却塔４１は、ロータリーキルン３１の排ガスＧを冷却し、廃棄物Ｗから揮発した放射性セシウム等を固体状として回収するために備えられる。排ガスＧの冷却は、冷却塔４１の下端部に設置された散水装置４１ａから水を噴霧することにより行う。尚、この散水装置４１ａは、揮発した塩化セシウム等の放射性セシウムを固体状となるまで冷却して回収し得る程度の機能を備えていればよい。水による冷却ではなく、冷却塔内に冷却空気を導入することによって冷却してもよく、水と冷却空気を併用してもよい。
【００２４】
分級機としてのサイクロン４２は、高濃度の放射性セシウムを含む微粉を第１集塵機４６で捕集し、カルシウムやシリカ成分を主体とする粗粉Ｃを回収するために設けられる。
【００２５】
貯槽４３は、サイクロン４２から供給された粗粉Ｃにカルシウム源（以下「Ｃａ源」という。）を添加して貯留するために設けられる。Ｃａ源として炭酸カルシウム、生石灰、消石灰、石灰石、ドロマイト、高炉スラグ等を含む物を用いることができる。このＣａ源は、後述する造粒物ＧＲの溶融を妨げる効果を奏する。
【００２６】
造粒機４５は、パグミル、皿型ペレタイザー、ドラム型造粒機等であって、貯槽４３から定量供給機４４を介して供給された粗粉Ｃ１を粒径１〜１００ｍｍに造粒するために設けられ、造粒によって比表面積を減少させて造粒物ＧＲの溶融を防止し、造粒物ＧＲに含まれる放射性セシウムの揮発を促進させる。ここで、粒径が１００ｍｍより大きいと造粒機が過大となって装置及び運転コストが増加し、一方、粒径が１ｍｍを下回ると比表面積が大きくなって造粒による効果が薄れるため好ましくない。
【００２７】
第１集塵機４６は、サイクロン４２の排ガスＧ２から、上述のようにして濃縮されたセシウム塩等を含むダストＤ１を集塵するために備えられ、バグフィルタ等が用いられる。
【００２８】
第２集塵機４７は、セシウム塩等を除去した後の排ガスＧ３に含まれる酸性ガス等を除去するために設けられ、カルシウム成分を含んでいる中和剤Ｎを中和剤添加装置（不図示）から添加し、酸性ガス等を吸着したダストＤ２を回収する。この第２集塵機４７にもバグフィルタ等が用いられる。
【００２９】
脱硝装置４８は、第２集塵機４７の排ガスＧ４にアンモニアガス（ＮＨ３）を注入してＮＯｘを窒素に還元して無害化するために設けられる。
【００３０】
次に、上記構成を有する放射性セシウムの除去装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。
【００３１】
原料調合装置２において、放射性セシウムで汚染された廃棄物Ｗと、反応促進剤としてのＣａＯ源及びＣｌ源を貯槽２１〜２３から引き出して調合して調合原料Ｍを得る。ここで、Ｃｌ源を廃棄物Ｗに含まれる放射性セシウムに対して当量以上となるように調合する。
【００３２】
貯槽２４から調合原料Ｍを投入口３１ａを介してロータリーキルン３１に投入し、１２００℃以上１５５０℃以下で焼成して焼成物Ｂを得る。この焼成物Ｂは、セメント混合材や土工資材として有効利用することができる。ここで、ロータリーキルン３１内の酸素分圧を３％以上、好ましくは５％以上とする。これにより、ロータリーキルン３１内での硫黄化合物の分解が抑制され、硫黄分の循環が抑制されるので、中和剤使用量の増加及びロータリーキルン３１や冷却塔４１へのコーチング付着量の増加を抑制することができる。
【００３３】
また、焼成物Ｂの酸化カルシウム濃度が５０質量％以上となるように、上記調合及び焼成を行うことが好ましい。これにより、硫黄分が焼成物Ｂ中に保持されたり、後述する第１集塵機４６において硫黄化合物として、排ガスＧ２のダストＤ１として集塵されるため、硫黄分の循環をより一層抑制することができる。
【００３４】
一方、調合原料Ｍの廃棄物Ｗに含まれていた放射性セシウムは、ロータリーキルン３１内でＣｌ源から生じた塩素と反応して塩化セシウムとなって揮発し、排ガスＧに含まれた状態で冷却塔４１へ導入される。
【００３５】
排ガスＧは、冷却塔４１において、散水装置４１ａから噴霧された水によって急激に冷却され、排ガスＧに含まれていた塩化セシウムは固体状のセシウム塩となる。
【００３６】
冷却塔４１の排ガスＧ１に含まれるダストをサイクロン４２で分級し、分級して得られた粗粉Ｃを貯槽４３に一時的に貯留し、Ｃａ源を添加して粗粉Ｃ１とする。ここで、粗粉Ｃ１中のＣａＯ、ＳｉＯ２及びＭｇＯの関係が（ＣａＯ＋１．３９×ＭｇＯ）／ＳｉＯ２＝１．０〜３．０となるようにＣａ源を添加することが好ましい。左辺の質量比が１未満であると、焼成温度が高温になるにつれて造粒物ＧＲが溶融し易くなるため、放射性セシウムの揮発が阻害される。一方、上記質量比が３を超えると、得られる焼成物Ｂに含まれるフリーライム（遊離石灰）が増加するため膨張破壊等が発生する虞がある。
【００３７】
Ｃａ源添加後の粗粉Ｃ１は、定量供給機４４によって造粒機４５に供給されて造粒される。得られた造粒物ＧＲはロータリーキルン３１に戻す。ここで、焼成物Ｂの放射性セシウム濃度に応じて、造粒物ＧＲのロータリーキルン３１への供給量を調整することができる。例えば、焼成物Ｂの放射性セシウム濃度が高いと、造粒物ＧＲのロータリーキルン３１への供給量を減少させ、余剰の造粒物ＧＲを、廃棄物Ｗを処理していないときにロータリーキルン３１で加熱処理したり、別の放射性セシウム除去装置で加熱処理することもできる。
【００３８】
一方、セシウム塩を含有するサイクロン４２からの排ガスＧ２は、第１集塵機４６に導入され、固体状の濃縮セシウム塩を含むダストＤ１が回収される。回収したダストＤ１は、必要に応じて圧縮、水洗、吸着等によりさらに減容化処置をした後、コンクリート製の容器等に密閉して保管することができ、放射性セシウムを含む廃棄物を外部に漏洩させることなく減容化し、保管することができる。
【００３９】
濃縮セシウム塩を回収した後の排ガスＧ３は、酸性ガス等の有害ガスが含まれているため、排ガスＧ３に中和剤Ｎを中和剤添加装置から添加した後、第２集塵機４７によって、排ガスＧ３から酸性ガス等を吸着したダストＤ２を回収する。ここで、中和剤Ｎとして、消石灰、生石灰、ドロマイト、軽焼ドロマイト及び水酸化ドロマイトからなる群から選択される一以上を含むものを用いることができる。
【００４０】
第２集塵機４７で集塵したダストＤ２は、消石灰、石膏、塩化カルシウムが主成分であるので、ＣａＯ源やＣｌ源、Ｃａ源として原料調合装置２に戻して廃棄物Ｗに添加して再利用できる。
【００４１】
第２集塵機４７の排ガスＧ４にＮＯｘが含まれている場合は、脱硝装置４８で除去する。清浄化した排ガスＧ５は、煙突４９を介して系外に排気する。
【００４２】
以上のように、本実施の形態によれば、排ガスＧ２から集塵することで放射性セシウムが濃縮したダストＤ１を得て放射性セシウムで汚染された廃棄物Ｗの減容化を図る際に、排ガスＧ１中の粗粉Ｃを造粒することで、ロータリーキルン３１内での溶融を防止して放射性セシウムの揮発を促進し、焼成物Ｂの放射性セシウム濃度を低減することができる。
【００４３】
尚、放射性セシウムで汚染された廃棄物Ｗとして、放射性セシウムで汚染された土壌、焼却灰を例示したが、これらの他に、伐採木、ごみ由来の溶融スラグ、下水汚泥、下水汚泥乾粉、浄水汚泥、建設汚泥、下水スラグ、貝殻、草木、がれき等の廃棄物であって放射性セシウムを含むものすべてを対象とすることができ、これらの群に含まれる１種を単独で、又は２種以上を組み合わせることができる。さらに、放射性セシウムをほとんど含まない部分（土壌の場合には、砂や石）を予め取り除いて得られる、放射性セシウムが濃縮された中間処理物も、本発明における放射性セシウムで汚染された廃棄物Ｗに含まれる。
【００４４】
また、上記実施の形態における造粒機４５の前段に、水洗処理装置と、固液分離機とを設け、粗粉Ｃ１を水洗した後固液分離して得られた固相を造粒して造粒物ＧＲを得ることもできる。造粒物ＧＲを、フィルタープレスで固液分離して得られた固相を解砕するだけで得ることもでき、あるいは固相を押出成型機等で成型して得てもよい。これにより、粗粉Ｃ１に含まれるＮａＣｌやＫＣｌ等のアルカリ塩素化合物をろ液側に除去することができ、造粒物の溶融をより確実に防止して放射性セシウムを揮発させることができる。さらに、粗粉Ｃ１に含まれるＣｓＣｌ等の水溶性の放射性セシウムもろ液側に除去することができ、焼成物Ｂの放射性セシウム濃度低減に寄与する。また、粗粉ＣにＣａ源を添加する前に水洗して固液分離し、得られた固相にＣａ源を添加した後造粒してもよい。
【００４５】
尚、上記実施の形態では、調合原料Ｍを加熱するにあたって、ロータリーキルン３１及びクーラ３２を備えた焼成装置３を用いたが、他の加熱炉等を用いることもできる。その場合でも、加熱炉等から排出されたガスを冷却した後のガスに含まれるダストを粗粉と微粉とに分級し、分級後の粗粉を造粒して加熱炉に戻すことで、粗粉自体の溶融を防止し、かつ調合原料に粗粉が混合されて溶融し易くなることを防止して放射性セシウムの揮発を促進させ、加熱生成物の放射性セシウム濃度を低いレベルに維持しながら、放射性セシウム含有廃棄物の減容化を図ることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  放射性セシウム除去装置
２  原料調合装置
２１〜２４  貯槽
３  焼成装置
３１  ロータリーキルン
３１ａ  投入口
３１ｂ  バーナ
３２  クーラ
４  排ガス処理装置
４１  冷却塔
４１ａ  散水装置
４２  サイクロン
４３  貯槽
４４  定量供給機
４５  造粒機
４６  第１集塵機
４７  第２集塵機
４８  脱硝装置
４９  煙突
Ｂ  焼成物
Ｃ、Ｃ１  粗粉
Ｄ１、Ｄ２  ダスト
Ｇ、Ｇ１〜Ｇ５  排ガス
ＧＲ  造粒物
Ｍ  調合原料
Ｎ  中和剤
Ｗ  （放射性セシウムで汚染された）廃棄物
【図１】
0006508829.tif 000002