(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物から有害物質を抽出する抽出手段を備え、この抽出手段は、水蒸気又は熱水が流通可能な複数の抽出反応器と、被処理物を収容し前記抽出反応器の内部に収容されるカートリッジとを備え、被処理物に水蒸気のみ、熱水のみ、又は水蒸気と熱水の両方のいずれかを選択して供給可能に構成されるとともに、前記抽出反応器に加熱手段が設けられ、前記抽出反応器のジャケットに加熱用の蒸気が供給されるように構成されたことを特徴とする有害物質の抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却飛灰などの被処理物中に含まれる、放射性物質などの有害物質の抽出装置及び抽出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
東日本大震災における原子力発電所の事故の影響で、大量の放射性セシウムが拡散した。そして、震災により発生した瓦礫（震災瓦礫）を焼却処分する際に、瓦礫に高濃度の放射性セシウムが含まれている場合、その取り扱いが問題となっている。
【０００３】
すなわち、高濃度の放射性セシウムが含まれている震災瓦礫を焼却処分すると、高濃度の放射性セシウムを含有する焼却灰が発生する。一方、特別法により定められている放射線量の基準値８，０００Ｂｑ／ｋｇを超える焼却灰は、埋め立て処理することができない。しかし、実際に震災瓦礫を焼却処分して発生する焼却灰の放射線量は、その基準値を超えるものが多く、その処理をどうするか、保管場所をどのように確保するか、といった深刻な問題が生じている。
【０００４】
なお、特許文献１には放射性廃棄物の処理方法および装置が開示されているが、放射性廃棄物をセメントで固化処理するものであり、大量の震災瓦礫の安全な処理には向いていない。
【０００５】
焼却灰は主灰と飛灰に分類されるが、放射性セシウムが含まれる震災瓦礫を焼却処分した場合、主灰よりも飛灰の方に多くの放射性セシウムが含まれている。そこで、特許文献２には、焼却飛灰中に含まれる放射性物質を効率良く抽出するための装置と方法が提案されている。しかし、これはヒーター式の抽出方法により飛灰中の放射性セシウムを抽出するものであり、少量の焼却飛灰を処理する場合には焼却飛灰中に含まれる放射性物質を効率良く抽出することができるものの、大量の焼却飛灰の処理には不向きであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１０１３９８号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、焼却飛灰などの被処理物中に含まれる、放射性物質などの有害物質を効率良く短時間で抽出し、大量の被処理物を安全に埋め立て処分することを可能とする、有害物質の抽出装置及び抽出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の有害物質の抽出装置は、被処理物から有害物質を抽出する抽出手段を備え、この抽出手段は、水蒸気又は熱水が流通可能な複数の抽出反応器と、被処理物を収容し前記抽出反応器の内部に収容されるカートリッジとを備え、被処理物に水蒸気のみ、熱水のみ、又は水蒸気と熱水の両方のいずれかを選択して供給可能に構成されるとともに、前記抽出反応器に加熱手段が設けられ、前記抽出反応器のジャケットに加熱用の蒸気が供給されるように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の有害物質の抽出装置によれば、被処理物から有害物質を抽出する抽出手段を備え、この抽出手段は、被処理物に水蒸気又は熱水を供給可能に構成されたことにより、焼却飛灰などの被処理物中に含まれる放射性物質などの有害物質を効率良く短時間で抽出することができる。
【００１０】
また、前記抽出手段は、水蒸気又は熱水が流通可能な複数の抽出反応器を備えたので、複数の抽出反応器を交替で用いることにより抽出装置の連続運転が可能となる。
【００１１】
また、前記抽出手段は、被処理物を収容し前記抽出反応器の内部に収容されるカートリッジを備えたので、抽出反応器への被処理物の収容と離脱が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の有害物質の抽出装置の一実施例を示すフロー図である。
【図２】水熱処理により放射性物質が焼却飛灰から分離されるメカニズムを示す模式図である。
【図３】抽出実験の結果を示すグラフである。
【図４】本発明の有害物質の抽出装置の別の実施例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の有害物質の抽出装置は、被処理物を水蒸気抽出又は熱水抽出することによって、被処理物中に含まれる有害物質を効率良く短時間で抽出することを可能とするものである。なお、本発明が対象とする有害物質は、放射性物質、リン、ホウ素、重金属やこれらの塩などであり、特定の物質に限定されるものではない。また、放射性物質は、セシウム１３４、セシウム１３７などの放射性セシウムが代表的なものであるが、特定の放射性物質に限定されるものではない。
【００１４】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の有害物質の抽出装置について具体的に説明する。
【実施例１】
【００１５】
はじめに、本実施例の有害物質の抽出装置の構成について説明する。なお、以下、有害物質として放射性物質、被処理物として放射性物質を含む焼却飛灰を例にとって説明するが、本実施例の有害物質の抽出装置は、放射性物質以外の有害物質や、焼却飛灰以外の被処理物、例えば、汚泥、土壌などにも適用可能である。
【００１６】
本実施例の有害物質の抽出装置のフローを示す図１において、１は第一の反応器、２は第二の反応器である。これら第一の反応器１と第二の反応器２は縦型の略円筒形状をなし、中空となっている。そして、第一の反応器１と第二の反応器２には、焼却飛灰を収容したカートリッジ３，４，５が収容されるようになっている。
【００１７】
カートリッジ３，４，５は、それぞれキャリアー６，７，８によって吊り下げられ、第一の反応器１と第二の反応器２の内外に運搬可能に構成されている。また、カートリッジ３，４，５は、焼却飛灰を保持するとともに、内外に水蒸気が流通可能に構成されている。これら第一の反応器１、第二の反応器２、カートリッジ３，４，５、キャリアー６，７，８により、抽出手段が構成されている。
【００１８】
また、第一の反応器１と第二の反応器２の側面には、ボイラー11がそれぞれ配管12，13を介して接続しており、ボイラー11から第一の反応器１と第二の反応器２に水蒸気が供給されるようになっている。ボイラー11には、水の貯槽14が送液ポンプ15を介して接続し、燃料タンク16が燃料ポンプ17を介して接続し、燃料の燃焼用の空気を供給する空気ファン18と、燃焼により発生するガスを排気する排気ライン19が接続している。また、配管12，13との接続部には、減圧弁20が設けられている。これらボイラー11、配管12，13、貯槽14、送液ポンプ15、燃料タンク16、燃料ポンプ17、空気ファン18、排気ライン19、減圧弁20により、水蒸気供給手段が構成されている。
【００１９】
また、第一の反応器１と第二の反応器２の内部において、カートリッジ３，４，５の下方に水蒸気が凝縮して生じた熱水を滞留させるための空間が設けられ、焼却飛灰が熱水に浸漬されない条件での運転も可能になっている。
【００２０】
一方、第一の反応器１と第二の反応器２の底部には、冷却器31がそれぞれ配管32，33を介して接続しており、第一の反応器１と第二の反応器２から排出された水又は水蒸気が冷却されるようになっている。冷却器31には、冷却器31で冷却された水を受ける受器34が接続している。これら冷却器31、配管32，33、受器34により、冷却手段が構成されている。そして、受器34は、図示しない吸着手段に接続し、受器34内の水は吸着手段に送られ、水に溶解した放射性物質は吸着手段によって吸着分離されるようになっている。なお、吸着手段は、特定のものに限定されず、例えば、放射性物質を吸着する吸着剤が充填されたカラムにより構成することができる。
【００２１】
つぎに、本実施例の有害物質の抽出装置の作用効果について説明する。
【００２２】
ボイラー11において、貯槽14から送液ポンプ15により水が供給されるとともに、燃料タンク16から燃料ポンプ17により燃料が供給される。燃料を燃焼させるための空気は、空気ファン18から供給される。そして、燃料の燃焼熱により水が加熱され、水蒸気が発生する
。燃料の燃焼により発生するガスは、排気ライン19から排気される。また、水蒸気の圧力は、減圧弁20により所定の圧力以下に調整される。
【００２３】
一方、カートリッジ３に放射性物質を含む焼却飛灰が収容され、カートリッジ３は第一の反応器１に収容される。そして、ボイラー11から配管12を経由して第一の反応器１に水蒸気が供給される。第一の反応器１内では、カートリッジ３に収容された焼却飛灰に、ボイラー11から供給された水蒸気又はこの水蒸気が凝縮して生じた熱水が作用して、焼却飛灰に含まれる放射性物質が抽出される。この水蒸気を供給することにより行われる水熱処理により、放射性物質は焼却飛灰から分離される。
【００２４】
ここで、一般に、水熱処理は、高温高圧下の水の特異的な化学反応により化学合成、結晶成長などの様々な分野で用いられる手法であり、２６０℃、４．５ＭＰａの亜臨界状態で行われることが多い。これに対し、本実施例では、より温和な条件（例えば１５０〜２００℃、１．０〜１．５ＭＰａ）で水熱反応を水蒸気雰囲気下において行い、焼却飛灰から放射性物質を水へ抽出するものである。
【００２５】
図２に放射性物質が放射性セシウムである場合を例にとって、本実施例の水熱処理により放射性物質が焼却飛灰から分離されるメカニズムを従来の水洗浄と比較して示す。水洗浄では、塩化カルシウム、塩化ナトリウムなど処理温度で溶解度を持つ水溶成分の溶解に伴って放射性セシウムが脱離するが、強固に焼却飛灰に吸着した放射性セシウムは水へ抽出できない。一方、本実施例の水熱処理によれば、焼却飛灰のＳｉ−Ｏ系構造が変化するため、塩化カルシウム、塩化ナトリウムなどの水溶成分の溶解に伴って脱離する放射性セシウムに加えて、焼却飛灰に強く吸着した放射性セシウムの抽出が可能である。なお、水熱処理後の焼却飛灰の構造変化はＸＲＤ測定により確認することができ、未処理の焼却飛灰において確認されるナトリウム塩の結晶ピークは水熱処理後では消失する一方、水熱処理後では処理前には存在しない結晶ピークが観測される。
【００２６】
図１に戻ると、冷却器31では、第一の反応器１から配管32を経由して排出された水と水蒸気が冷却され、冷却器31で冷却された水は受器34に導かれる。受器34の水は、図示しない吸着手段に送られ、水に溶解した放射性物質は吸着手段によって吸着分離される。
【００２７】
第一の反応器１における水熱処理が完了する前までに、カートリッジ４に放射性物質を含む焼却飛灰が収容され、カートリッジ４は第二の反応器２に収容される。そして、第一の反応器１において焼却飛灰の放射性物質の水熱処理が完了すると、第二の反応器２において水熱処理が開始される。ボイラー11からの水蒸気の流路は、配管12から配管13に切り替えられ、冷却器31への水蒸気の流路は、配管32から配管33に切り替えられる。
【００２８】
第二の反応器２における水熱処理が完了する前までに、第一の反応器１のカートリッジ３は、放射性物質を含む焼却飛灰が収容された新たなカートリッジ５と交換される。そして、第二の反応器２において焼却飛灰の放射性物質の水熱処理が完了すると、第一の反応器１において水熱処理が開始される。
【００２９】
なお、カートリッジ３，４，５は、それぞれキャリアー６，７，８によって吊り下げられ、第一の反応器１と第二の反応器２の内外に運搬される。
【００３０】
このように、第一の反応器１と第二の反応器２を切り替えることにより、連続して水熱処理を行うことができる。
【００３１】
以上のように、本実施例の有害物質の抽出装置によれば、被処理物としての焼却飛灰から有害物質としての放射性物質を抽出する抽出手段としての第一の反応器１、第二の反応器２、カートリッジ３，４，５を備え、この抽出手段は、被処理物としての焼却飛灰に水蒸気を供給可能に構成されたことにより、被処理物としての焼却飛灰中に含まれる有害物質としての放射性物質を効率良く短時間で抽出することができる。
【００３２】
また、前記抽出手段は、水蒸気が流通可能な複数の抽出反応器としての第一の反応器１と第二の反応器２を備えたので、複数の抽出反応器を交替で用いることにより抽出装置の連続運転が可能となる。
【００３３】
また、前記抽出手段は、被処理物としての焼却飛灰を収容し前記抽出反応器としての第一の反応器１と第二の反応器２の内部に収容されるカートリッジ３，４，５を備えたので、抽出反応器への被処理物としての焼却飛灰の収容と離脱が容易となる。
【００３４】
本実施例の有害物質の抽出方法によれば、被処理物としての焼却飛灰に水蒸気を供給する工程を含むことにより、被処理物としての焼却飛灰中に含まれる有害物質としての放射性物質を効率良く短時間で抽出することができる。また、水蒸気を用いて被処理物としての焼却飛灰を処理することにより、処理後に被処理物としての焼却飛灰を脱水する必要がない。さらに、水蒸気を用いて処理することから、塊（例えば大きさ１〜１０ｃｍ）の凝固した被処理物としての焼却飛灰を予め粉砕しておく必要もない。
【００３５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
【実施例２】
【００３６】
図１に示す構成のパイロットプラントを建設して実証実験を行った。水蒸気は、貫流式小型高圧蒸気ボイラー（２ＭＰａ、８０ｋｇ/Ｈ）を用いて供給した。また、反応器の内部の温度は、減圧弁により調節した。
【００３７】
福島県下のＡ市及びＢ市の焼却施設の実飛灰を用いて抽出実験を行った。ここで、放射性セシウム残留率は放射性セシウム残留率［％］＝（未処理飛灰の放射性Ｃｓ濃度／処理後の放射性Ｃｓ濃度）×１００で計算した。
【００３８】
Ａ市の実飛灰は福島県内の焼却施設（流動床式）から平成２４年５月に発生した焼却飛灰であり、重金属の溶出を防ぐためキレート処理が施されている。放射性セシウムを含む焼却飛灰を２００℃（１．５ＭＰａ）、２ｈｒで処理を行った結果、放射性セシウム濃度５１００Ｂｑ／ｋｇ（Ｃｓ１３４、Ｃｓ１３７合算）が３０９Ｂｑ／ｋｇまで減少した。このときの放射性セシウム残留率は６％であった。
【００３９】
Ｂ市の実飛灰は、Ａ市よりも放射性セシウム濃度が高く、５９１０Ｂｑ／ｋｇであった。Ａ市の焼却飛灰と同様の条件で、Ｂ市の焼却飛灰を処理した結果、放射性セシウム残留率は１７％であった。また、比較のため、Ｂ市の焼却飛灰を用いて従来の抽出方法を用いて抽出実験を行った。それらの結果を図３に示す。水洗浄した場合の放射性セシウム残留率は６０％であり、シュウ酸、木酢酸、又は超音波を用いて処理した場合の放射性セシウム残留率は、いずれも６０％以上であった。本発明の方法によれば、放射性セシウム濃度が高く水洗浄の効果が低い焼却飛灰に対しても、効率良く放射性セシウムを除去することができることが確認された。
【実施例３】
【００４０】
図４に本発明の有害物質の抽出装置の別の実施例のフローを示す。なお、図１に示す実施例と同じ部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
この実施例においては、図１に示す実施例の構成に加え、熱水供給手段から熱水が第一及び第二の反応器１，２へ供給可能に構成されている。
【００４２】
以下、熱水供給手段について説明する。
【００４３】
熱水供給手段は、熱水槽41を備えており、この熱水槽41には、ボイラー11からの蒸気を取り入れるための蒸気入口弁42が設けられている。そして、蒸気入口弁42から取り入れられた蒸気により熱水槽41中の水が加熱されて熱水が製造されるようになっている。また、熱水槽41には、熱水出口元弁43が設けられており、熱水槽41から配管44，45を経由し、第一及び第二の反応器１，２の上部にそれぞれ設けられた熱水入口弁46，47を通じて、第一及び第二の反応器１，２に熱水が供給されるようになっている。
【００４４】
また、熱水槽41には、均圧元弁48が設けられ、この均圧元弁48は配管49，50を経由して、第一及び第二の反応器１，２の上部にそれぞれ設けられた均圧弁51，52に接続している。また、均圧元弁48と均圧弁51，52を接続する配管49，50には、空気抜き弁53が接続している。これにより、熱水槽41の圧力と、第一及び第二の反応器１，２における熱水の圧力が、それぞれ略一定に保たれるようになっている。
【００４５】
このほか、熱水槽41には、液面計54と、複数の温度計55，56が設けられている。貯水槽57からは熱水槽41へ水が供給されるようになっている。また、ボイラー11から熱水槽41の内部に設けられた蒸気管58へ、加熱用の蒸気が供給されるようになっている。
【００４６】
また、この実施例においては、図１に示す実施例の構成に加え、第一及び第二の反応器１，２に加熱手段が設けられている。すなわち、ボイラー11から配管61，62を経由して、第一及び第二の反応器１，２の下部にそれぞれ設けられた蒸気入口弁63，64を通じて、第一及び第二の反応器１，２に加熱用の蒸気が供給されるようになっている。なお、この加熱用の蒸気は、第一及び第二の反応器１，２のジャケットに供給され、カートリッジ３，４が収容された第一及び第二の反応器１，２の内部には供給されないようになっている。
【００４７】
つぎに、本実施例の有害物質の抽出装置の作用効果について説明する。
【００４８】
ボイラー11から蒸気入口弁42を経由して、熱水槽41に蒸気が取り入れられ、熱水槽41中の水が加熱されて熱水が製造される。熱水槽41で製造された熱水は、熱水出口元弁43からから配管44を経由し、第一の反応器１の上部にそれぞれ設けられた熱水入口弁46を通じて、第一の反応器１に供給される。
【００４９】
第一の反応器１内では、カートリッジ３に収容された被処理物に、熱水槽41から供給された熱水が作用して、被処理物に含まれる有害物質が抽出される。この熱水を供給することにより行われる水熱処理により、有害物質は被処理物から分離される。本実施例においても、例えば１５０〜２００℃、１．０〜１．５ＭＰａの温和な条件で水熱反応を行われる。第一の反応器１における熱水の圧力は、均圧弁51により略一定に保たれる。また、ボイラー11から配管61を経由して、第一の反応器１の下部に設けられた蒸気入口弁63を通じて、第一の反応器１に加熱用の蒸気が供給される。
【００５０】
なお、熱水槽41から熱水が供給される代わりに、又は、熱水槽41から熱水が供給されるのと同時に、ボイラー11から配管12を経由して第一の反応器１に水蒸気が供給されてもよい。熱水と蒸気が組み合わせて供給され、或いは熱水と蒸気のいずれかが供給されることにより、温度や圧力を容易に調節することができる。
【００５１】
以上のように、本実施例の有害物質の抽出装置によれば、前記抽出手段は、被処理物に水蒸気のみ、熱水のみ、又は水蒸気と熱水の両方のいずれかを選択して供給可能に構成されたことにより、温度や圧力を容易に調節することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  第一の反応器（抽出手段、抽出反応器）
２  第二の反応器（抽出手段、抽出反応器）
３，４，５  カートリッジ（抽出手段）
【図１】
0006600219.tif 000002
【図２】
0006600219.tif 000003
【図３】
0006600219.tif 000004
【図４】
0006600219.tif 000005