(57)【要約】      （修正有）【課題】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焼成物（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れる放射性セシウムの除去方法を提供する。【解決手段】放射性セシウムで汚染された廃棄物Ｗと、酸化カルシウム源又は／及び酸化マグネシウム源と、塩素源とを調合する調合装置２と、調合装置からの調合物Ｍを加熱して廃棄物中の放射性セシウムを揮発させる加熱炉８と、加熱炉の排ガスＧ１を固気分離する固気分離装置１１と、固気分離装置によって分離されたダストＣを加熱炉へ供給する供給装置と、固気分離装置によって分離されたガスＧ２を冷却する冷却塔１２と、冷却後のガスＧ３に含まれるダストを集塵する集塵装置１３とを備える放射性セシウムの除去装置１等。固気分離装置の壁面を加熱する加熱機構を設けてもよく、固気分離装置として沈降分離装置を用いることができる。【選択図】図１
2017173127.tif 000002
【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、酸化カルシウム源又は／及び酸化マグネシウム源と、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固気分離し、
該固気分離によって分離されたダストを前記調合物と共に加熱し、
前記固気分離によって分離されたガスを冷却した後、集塵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】
前記固気分離を前記塩化セシウムの融点以上の温度域で行う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】
前記固気分離を沈降分離によって行う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、酸化カルシウム源又は／及び酸化マグネシウム源と、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して前記廃棄物中の放射性セシウムを揮発させる加熱炉と、
該加熱炉の排ガスを固気分離する固気分離装置と、
該固気分離装置によって分離されたダストを前記加熱炉へ供給する供給装置と、
前記固気分離装置によって分離されたガスを冷却する冷却塔と、
該冷却後のガスに含まれるダストを集塵する集塵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】
前記固気分離装置は、該固気分離装置の壁面を加熱する加熱機構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】
前記固気分離装置は、沈降分離装置であ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、キルン排ガスを冷却した後に粗粉を回収するため、この粗粉には、固化した塩化物が付着し、処理前の放射性セシウムで汚染された土壌よりも高濃度の放射性セシウムが含まれることになる。そして、この粗粉をロータリーキルンに返送することで放射性セシウムが循環濃縮し、焼成物の放射性セシウム濃度が増加するおそれがある。
【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、回収物の発生量も増えるため、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、酸化カルシウム源又は／及び酸化マグネシウム源と、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固気分離し、該固気分離によって分離されたダストを前記調合物と共に加熱し、前記固気分離によって分離されたガスを冷却した後、集塵することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、放射性セシウム含有廃棄物に含まれる放射性セシウムを揮発させ、調合物の加熱により生じたガスを冷却せずに固気分離することで、ガスに含まれるダストへの放射性セシウムの付着を防止し、このダストの放射性セシウム濃度を低下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。また、高温度域で固気分離を行うことで、Ｎａ、Ｋ、Ｃｌ等からなるアルカリ塩素化合物の循環濃縮も防止することができ、このアルカリ塩素化合物によって引き起こされるキルン内原料の溶融を抑制して放射性セシウムを揮発し易くさせることもできる。
【０００９】
上記放射性セシウムの除去方法において、前記固気分離を前記塩化セシウムの融点以上の温度域で行うことができる。これによって、調合物の加熱により生じたガスに含まれるダストの放射性セシウム濃度をより低く抑えることができる。また、前記固気分離を沈降分離によって行うこともできる。
【００１０】
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、酸化カルシウム源又は／及び酸化マグネシウム源と、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して前記廃棄物中の放射性セシウムを揮発させる加熱炉と、該加熱炉の排ガスを固気分離する固気分離装置と、該固気分離装置によって分離されたダストを前記加熱炉へ供給する供給装置と、前記固気分離装置によって分離されたガスを冷却する冷却塔と、該冷却後のガスに含まれるダストを集塵する集塵装置とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、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。
【００１２】
上記放射性セシウムの除去装置において、前記固気分離装置に、該固気分離装置の壁面を加熱する加熱機構を設けることができ、これによって固気分離を行う温度域の維持や調整を容易に行うことができると共に、壁面が高温であるためにダストやアルカリ塩素化合物の壁面への付着を低減できる。また、前記固気分離装置として沈降分離装置を用いることもできる。
【発明の効果】
【００１３】
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】
【００１４】
【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。
【図２】本発明に係る放射性セシウムの除去装置の他の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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、調合装置２と、焼成装置７と、排ガス処理装置１０とで構成される。
【００１７】
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３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４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５と、貯槽３〜５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、調合物Ｍを貯留する貯槽６とを備える。
【００１８】
上記ＣａＯ源として石灰石粉、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源は、放射性セシウムの塩化揮発を促進し、かつ揮発回収物を減容化するために用いられ、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。
【００１９】
焼成装置７は、ロータリーキルン（加熱炉）８と、クリンカクーラ９とで構成され、ロータリーキルン８は、調合装置２からの調合物Ｍが供給される投入口８ａや、微粉炭等の化石燃料を噴出して調合物Ｍ等を焼成するためのバーナ８ｂを備える。
【００２０】
排ガス処理装置１０は、焼成装置７の後段に配置され、ロータリーキルン８から排出された排ガスＧ１から固気分離するサイクロン１１と、サイクロン１１の排ガスＧ２を冷却する冷却塔１２と、第１集塵機１３と、第２集塵機１４と、両集塵機１３、１４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Ｇ５を脱硝する脱硝装置１５と、脱硝装置１５の排ガスＧ６を系外へ排気する煙突１６とで構成される。
【００２１】
固気分離装置としてのサイクロン１１は、ロータリーキルン８の排ガスＧ１から固気分離し、飛散した原料を多く含む比較的粗粒のダスト（以下「粗粉」という。）Ｃと、揮発した塩化セシウム及び微粉を含む排ガスＧ２とに分離するために設けられる。また、サイクロン１１の内部の温度を維持又は調整するため、サイクロン１１の壁面を外熱キルンの要領で加熱する加熱機構を設けてもよい。この際、サイクロン１１の壁面に耐火材や煉瓦、ステンレス材等を施工し、その外側から加熱すればよい。
【００２２】
冷却塔１２は、サイクロン１１の排ガスＧ２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Ｇ２の冷却は、冷却塔１２の下端部に設置された散水装置１２ａから水を噴霧することにより行う。尚、この散水装置１２ａは、揮発した塩化セシウムを固体状と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。
【００２３】
第１集塵機１３は、冷却塔１２の排ガスＧ３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。
【００２４】
第２集塵機１４は、セシウム塩等を除去した後の排ガスＧ４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１４にもバグフィルタ等が用いられる。
【００２５】
脱硝装置１５は、第２集塵機１４の排ガスＧ５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。
【００２６】
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。
【００２７】
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３〜５から引き出して調合して調合物Ｍを得る。調合物Ｍは、焼成した場合にＣ3Ｓ（エーライト）が生成しない土工資材や、Ｃ3Ｓを含むセメントクリンカの組成とする。
【００２８】
土工資材を製造する場合には、調合物Ｍ中のＣａＯ、ＳｉＯ2及びＭｇＯの関係が（ＣａＯ＋１．３９×ＭｇＯ）／ＳｉＯ2＝１．０〜２．７を満たすように、廃棄物ＷとＣａＯ源をその種類や配合割合を定めた上で調合することが好ましい。尚、上記関係式において、ＣａＯの１モルの質量は、ＭｇＯの１．３９モルの質量に相当することから、ＭｇＯの質量に１．３９を乗じている。
【００２９】
上記質量比が１．０未満であると、焼成温度が高温になるにつれて液相が生じ易くなり、放射性セシウムの揮発量が減少するおそれがある。上記質量比が２．７を超えると、放射性セシウムで汚染された廃棄物Ｗ及び調合物Ｍ中のカリウム及びナトリウムの揮発量の総和が増加し、粗粉Ｃ中のアルカリ成分が増加したり、排ガスＧ２を冷却して得られるダストの量が増加するおそれがある。
【００３０】
一方、セメントクリンカを製造する場合には、調合物Ｍ中のＣａＯ、ＳｉＯ2及びＭｇＯの関係が（ＣａＯ＋１．３９×ＭｇＯ）／ＳｉＯ2＝２．７〜３．７を満たすように、廃棄物ＷとＣａＯ源をその種類や配合割合を定めた上で調合することが好ましい。
【００３１】
上記質量比が２．７以上であると、調合物Ｍが溶融し難くなるため、放射性セシウムをより多く揮発させることができる。一方、上記質量比が３.７を超えると、セメントクリンカに含まれるフリーライム（遊離石灰）が増加するためセメントの品質が低下するおそれがある。これらをより確実に防止するため、上記質量比が２．８〜３．５を満たすことが好ましい。さらに、調合物Ｍのケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）を１．３〜３．０、鉄率（Ｉ．Ｍ．）を１．３〜２．８に調整することで、所望のセメントクリンカを製造することができる。
【００３２】
また、上記Ｃｌ源の量は、土工資材及びセメントクリンカのいずれを製造する場合にも、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ことが好ましい。Ｃｌ源の量の上限は、塩素と、セシウム及びカリウムとのモル比Ｃｌ／（Ｃｓ＋Ｋ）が好ましくは１．５以下、より好ましくは１．０以下になる量である。このモル比が１．０以下であると、カリウムやナトリウムの揮発量を抑制しながら放射性セシウムが揮発するため、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。
【００３３】
尚、土工資材を製造する場合には、土工資材（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、上記調合及び下記焼成を行うことが好ましい。これにより、硫黄分が土工資材中に保持されたり、後述する第１集塵機１３において硫黄化合物として、排ガスＧ３のダストＤ１として集塵されるため、硫黄分の循環を抑制でき、排ガス処理の負荷の増大やコーチングの増加を低減することができる。
【００３４】
貯槽６から調合物Ｍを投入口８ａを介してロータリーキルン８に投入し、１２００℃以上１５５０℃以下で焼成して焼成物Ｂを得る。ここで、ロータリーキルン８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８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８や冷却塔１２へのコーチング付着量の増加を抑制することができる。
【００３５】
得られた土工資材は、必要に応じて解砕や粉砕を行い、セメント混合材、骨材（コンクリート用骨材、アスファルト用骨材）、埋め戻し材、盛り土材、路盤材等として利用することができる。一方、得られたセメントクリンカは、石膏と、必要に応じて配合される他の材料を混合して粉砕することなどによって、セメントを得ることができる。
【００３６】
一方、調合物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８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Ｇ１に含まれた状態でサイクロン１１へ導入される。
【００３７】
排ガスＧ１は、サイクロン１１において、排ガスＧ１中に飛散する粗粉Ｃと、揮発した塩化セシウム及び微粉を含む排ガスＧ２とに分離される。ここで、固気分離を行う温度域を、塩化セシウムの融点（６４５℃）以上とし、塩化セシウムが凝固して粗粉Ｃの表面上に付着しないようにする。
【００３８】
固気分離を行う温度域は、より好ましくは塩化ナトリウムや塩化カリウムの融点（８００℃）以上とし、さらに好ましくは揮発した塩化物に対してガスとして保持される蒸気分圧が十分にある９００℃以上とする。これにより、アルカリ塩素化合物の循環濃縮も防止し、アルカリ塩素化合物によって引き起こされるキルン内原料の溶融を抑制して放射性セシウムを揮発し易くさせるという効果も得られる。一方、サイクロン１１の耐熱性や風速、風量を考慮すると、上記固気分離を行う温度域は１２００℃以下が好ましい。
【００３９】
一方、サイクロン１１の耐熱性が優れている場合には、上記固気分離を行う温度域を塩化セシウムの沸点（１２９５℃）以上とすることができる。これにより、固気分離によって分離された粗粉Ｃの放射性セシウム濃度の増加をより確実に防止することができる。
【００４０】
また、上記固気分離を行う際に、サイクロン１１の壁面を加熱機構（不図示）で加熱することが好ましい。これにより、上記固気分離を行う温度域の維持や調整を容易に行うことができると共に、壁面へのダスト等の付着を抑制することができる。
【００４１】
排ガスＧ２は、冷却塔１２において、散水装置１２ａから噴霧された水によって急激に冷却され、排ガスＧ２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。
【００４２】
冷却塔１２の排ガスＧ３に含まれるダストを第１集塵機１３でダストＤ１として回収する。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。
【００４３】
濃縮セシウム塩を回収した後の排ガスＧ４は、酸性ガス等の有害ガスが含まれているため、排ガスＧ４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１４によって、排ガスＧ４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。
【００４４】
第２集塵機１４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源として調合装置２に戻して廃棄物Ｗに添加して再利用する。
【００４５】
第２集塵機１４の排ガスＧ５にＮＯｘが含まれている場合は、脱硝装置１５で除去する。清浄化した排ガスＧ６は、煙突１６を介して系外に排気する。
【００４６】
さらに、上記実施の形態においては、固気分離装置として遠心分離式のサイクロン１１を用いる場合について説明したが、図２に示すように、沈降分離式の固気分離装置を用いることもできる。
【００４７】
図２の放射性セシウム除去装置２１は、排ガス処理装置２２の構成要素の１つとして沈降分離装置２３を備える。その他の上記放射性セシウム除去装置１と同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００４８】
沈降分離装置２３で分離される粗粉Ｃの粒子径は、５０μｍ以上が多くを占めるため、沈降分離装置２３に導入される排ガスＧ１の流速を１ｍ／ｓ以下にするのが望ましい。この流速は、沈降分離装置２３の断面積をロータリーキルン８の断面積の５倍、より好ましくは１０倍とすることで得られる。
【００４９】
沈降分離装置２３の内部のガス流速が小さく、渦流等も生じないので、沈降分離装置２３の壁面への粗粉Ｃの付着が少ないという利点があり、さらに粗粉Ｃの付着を防止するため、外壁内面に耐腐食性の発熱体を配置して加熱することもできる。また、粗粉Ｃが付着した場合でも、箱型や円柱型の単純な構造であるため清掃が容易である。さらに、沈降分離装置２３のガス導入口にスリットを配置してガスの流れ整流したり、粗粉Ｃが沈降するように邪魔板を配置するとより効率的に粗粉Ｃを分離することができる。沈降した粗粉Ｃは、下部のホッパから排出したり、掻き寄せて排出すればよい。
【００５０】
以上のように、上記実施の形態によれば、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、ロータリーキルン８の排ガスＧ１を冷却せずに、放射性セシウム濃度の低い粗粉Ｃを固気分離するため、粗粉Ｃによる放射性セシウムの循環濃縮を防止することができ、放射性セシウム濃度が低減された焼成物Ｂとしての土工資材又はセメントクリンカを得ることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
尚、上記実施の形態では、調合物Ｍを加熱するにあたって、ロータリーキルン８及びクリンカクーラ９を備えた焼成装置７を用いたが、他の加熱炉等を用いることもできる。また、粗粉Ｃはロータリーキルン８に戻したが、調合物Ｍに材料として戻してもよい。
【００５３】
また、上記実施の形態では、貯槽４からＣａＯ源を供給したが、ＣａＯ源に代えて又はＣａＯ源と共に酸化マグネシウム源（ＭｇＯ源）を供給することもできる。ＭｇＯ源には、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）2）、ドロマイト、蛇紋岩、フェロニッケル合金スラグ等を含むものを用いることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  放射性セシウム除去装置
２  調合装置
３〜６  貯槽
７  焼成装置
８  ロータリーキルン
８ａ  投入口
８ｂ  バーナ
９  クリンカクーラ
１０  排ガス処理装置
１１  サイクロン
１２  冷却塔
１２ａ  散水装置
１３  第１集塵機
１４  第２集塵機
１５  脱硝装置
１６  煙突
２１  放射性セシウム除去装置
２２  排ガス処理装置
２３  沈降分離装置
Ｂ  焼成物
Ｃ  粗粉
Ｄ１、Ｄ２  ダスト
Ｇ１〜Ｇ６  排ガス
Ｍ  調合物
Ｎ  中和剤
Ｗ  （放射性セシウムで汚染された）廃棄物
【図１】
2017173127.tif 000003
【図２】
2017173127.tif 000004