JP3949415B2

JP3949415B2 - 廃棄物処理装置及び処理方法

Info

Publication number: JP3949415B2
Application number: JP2001308125A
Authority: JP
Inventors: 康雄谷藤; 清隆上田; 三十治海老根
Original assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: JP2003114298A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば原子力施設等において発生する放射性固体状の炭素成分を含有する廃棄物を処理するための固体廃棄物処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力施設等から発生する難燃性の使用済イオン交換樹脂及び廃活性炭等、可燃性雑固体廃棄物以外の廃棄物の処分は、元来、可燃性廃棄物を焼却処理する雑固体焼却設備で可燃性廃棄物と約１０〜２０％程度の混焼処理（燃焼ガス等による焼却処理）されていた。このような焼却処理をする場合には、難燃性の使用済イオン交換樹脂および廃活性炭は、予め分別処理が必要となるとともに所定の焼却制限を受けることとなっていた。
【０００３】
そこで、この問題を回避するために、例えば特開平１１−３８１８８号公報記載のように、難燃性の使用済イオン交換樹脂及び廃活性炭を含む固体廃棄物の処理を、媒体液の臨界点を越える高温・高圧下で一定時間保持し、オゾン・過酸化水素などの酸化剤を加えて分解処理する方法や、特開昭５９−４４７００号公報記載のように、使用済イオン交換樹脂を水中に懸濁した状態で、例えば約１００度かつ常温の条件下で酸化剤としての過酸化水素と例えば銅からなる触媒とを用いて分解処理する方法が提唱されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下の課題が存在する。
【０００５】
特開平１１−３８１８８号公報記載の従来技術では、媒体液の臨界点を越える高温・高圧下で一定時間保持する必要があるため、装置の安全管理に厳重な配慮を払う観点から、運転操作をきわめて慎重にかつ精密に行う必要があり、処理速度の向上が困難である。また処理容器は所定時間の高温・高圧に耐えるものとしなければならず、重量増大及び設備の大型化やコスト増大を招く。
また、使用済イオン交換樹脂及び廃活性炭を含む固体廃棄物等の処理対象物を水中に没して処理することが前提となっている（いわゆる湿式酸化方式）。したがって、分解処理後の分解残さは液状となっており、このためそのままでは容器に投入することができず、中和処理（ｐＨ処理）及び乾燥処理といった２次処理が別途必要となる。
【０００６】
特開昭５９−４４７００号公報記載の従来技術では、約１００度かつ常温の条件下で反応を行わせることから、前述した運転操作・処理速度に係わる課題及び処理容器の大型化・重量増大等の課題はない。しかしながら、上記同様湿式酸化方式であることから２次処理が別途必要となるという課題は依然存在する。
【０００７】
本発明の目的は、乾燥状態で分解処理を行うことにより２次処理をなくすことができる廃棄物処理装置及び方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明の廃棄物処理装置は、放射性固体状の炭素成分を含有する廃棄物を処理するための廃棄物処理装置において、前記廃棄物を収納し酸化燃焼処理を行う反応容器と、前記反応容器に収納した廃棄物の乾燥を行う乾燥手段と、前記反応容器内の廃棄物の乾燥状態を検出するモニタ手段と、この反応容器に接続され、前記反応容器に収納された廃棄物の酸化燃焼処理用のオゾンガスを供給するオゾン供給手段と、前記酸化燃焼状態をモニタリングするガス濃度計および温度検出器とを備え、前記反応容器は、前記乾燥手段により乾燥させた前記廃棄物中の炭素成分を前記オゾン供給手段により供給したオゾンガスで酸化分解し、その際に発生する反応熱によって前記廃棄物を酸化燃焼させる。
【０００９】
本発明においては、処理対象である例えば粉末状又は粒状の含有炭素廃棄物を収納した反応容器内で乾燥手段で廃棄物を乾燥させその乾燥状態をモニタ手段で検出し、反応容器にオゾン供給手段でオゾンガスを供給し、オゾンガスの強力な酸化作用で廃棄物を常温常圧にて酸化燃焼させ、これによって廃棄物の減容処理を行う。また、ガス濃度計および温度検出器で廃棄物の酸化燃焼状態をモニタリングし、オゾンガスの供給量又はオゾンガス濃度を制御することにより、乾燥手段により乾燥させた廃棄物中の炭素成分をオゾン供給手段により供給したオゾンガスで酸化分解し、その際に発生する反応熱によって廃棄物を酸化燃焼させる。このように乾燥状態で酸化分解処理を行う乾式酸化方式とすることにより、従来の湿式酸化方式に必須である中和処理や乾燥処理といった２次処理をなくすことができる。また、湿式酸化方式のように燃焼時の水分の蒸発に伴う吸熱がなくなるので、少量のオゾン供給量で酸化燃焼反応を行えるという効果もある。更に、温度検出器及びガス濃度計で反応容器内の廃棄物温度および酸化燃焼反応に伴うＣＯ 2 などの排ガス濃度をモニタリングすることにより、酸化燃焼反応の確認が容易となる。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記乾燥手段は、前記反応容器を加熱する加熱器と、前記反応容器に収納した廃棄物の乾燥を行う加熱ガス媒体の供給を行う加熱ガス供給制御装置とを備える。
【００１１】
（３）上記（１）において、また好ましくは、前記モニタ手段は、前記反応容器内の廃棄物の水分含有状態を検出する水分計を備える。
【００１２】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、また好ましくは、前記反応容器内に廃棄物を投入する廃棄物投入機と、前記酸化燃焼処理により生成した発生ガスを処理する排ガス処理装置と、前記反応容器に接続され前記酸化燃焼処理により生成した残渣を排出する排出装置と、前記酸化燃焼反応を調整するための不活性ガス媒体を供給する不活性ガス供給制御装置とを備える。
【００１３】
不活性ガス供給制御装置で不活性ガスを供給することにより酸化燃焼反応を安定的に調整することが可能となり、酸化燃焼反応の停止が容易に可能である。
【００１４】
（５）上記目的を達成するために、本発明の廃棄物処理方法は、放射性固体状の炭素成分を含有する廃棄物を処理する廃棄物処理方法において、前記廃棄物を反応容器内に収納して乾燥させた後、反応容器に常温常圧でオゾンガスを供給し、前記廃棄物中の炭素成分を前記オゾンガスで酸化分解し、その際に発生する反応熱によって前記廃棄物を酸化燃焼させ廃棄物を減容処理する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の廃棄物処理処理装置の一実施形態を図１を用いて説明する。
【００１６】
本実施形態の廃棄物処理装置は、廃棄物を収納する密封性の反応容器１と、反応容器１に廃棄物を投入する廃棄物投入機２と、反応容器１のまわりに設けられ含水廃棄物の乾燥のため反応容器１を直接加熱する加熱器３と、反応容器１上面中央部に接続され反応容器１に収納された廃棄物を攪拌する廃棄物攪拌機４と、反応容器１の下部に接続され酸化燃焼反応後の残渣又は廃棄物を排出するダンパーや弁方式などの排出装置５と、反応容器１に加熱ガス供給ライン６ａを介し接続された加熱ガス供給制御装置６と、反応容器１内の乾燥状態をモニタリングするため反応容器１の上部に取り付けられた水分計７と、オゾンガス供給ライン８ａを介し反応容器１に接続され、廃棄物を酸化燃焼処理するオゾンガスを供給するオゾンガス供給制御装置８と、反応容器１からの排ガスライン１２ａ（後述）に接続され、酸化燃焼時の排ガス濃度をモニタリングするガス濃度計１０と、酸化燃焼時の廃棄物の燃焼温度をモニタリングするための温度検出器９と、不活性ガス供給ライン１１ａを介し反応容器１に接続され、酸化燃焼反応を制御する不活性ガスを供給する不活性ガス供給制御装置１１と、反応容器１上面ないしは側面の排ガスライン１２ａを介し接続され、酸化燃焼反応により生成した排ガスを処理する排ガス処理装置１２とを備えている。
【００１７】
反応容器１は、通常は万全を期すためにある程度の耐火材料が使用されるが、通常の金属容器を使用しても良い（比較的低温で処理可能な場合は特に）。いずれにしても、後述のように酸化分解処理は常温常圧で行われるため、特に高耐圧性といった特別な配慮をする必要はない。
【００１８】
廃棄物投入機２は、廃棄物の投入量は適宜所望の値に可変できるようになっている。
【００１９】
廃棄物攪拌機４は、廃棄物をまんべんなく攪拌・分散させるため多段式のパドル構造（図示せず）となっており、廃棄物の処理状態により回転を可変する機構となっている。
【００２０】
加熱ガス供給制御装置６は、加熱・乾燥する含水廃棄物の種類、処理態様等に対応した加熱の態様に応じて、反応容器１の上面、側面、下面の１ヶ所ないしは組み合わせにより加熱ガスを供給するようになっている。
【００２１】
オゾンガス供給制御装置８は、上記加熱ガス供給制御装置６同様、分解処理する廃棄物の種類、処理態様等に対応して、廃棄物の酸化燃焼反応を促進するためのオゾンガスを反応容器１の上面、側面、下面の１ヶ所ないしは組み合わせにより供給するようになっている。
【００２２】
不活性ガス供給制御装置１１は、上記加熱ガス供給制御装置６及びオゾンガス供給制御装置８同様、分解処理する廃棄物の種類、処理態様等に対応して、不活性ガスを反応容器１の上面、側面、下面の１ヶ所ないしは組み合わせにより供給するようになっている。
【００２３】
排ガス処理装置１２は、詳細な図示を省略するが、排ガスの冷却が必要な場合には冷却器を、排ガス中のダスト成分を除去する場合には除去フィルターを、排ガス中のＳＯx、ＮＯxなどの酸化ガスはスクラバーを、オゾンを分解処理する場合にはオゾン分解器を備えた構造となっている。また、反応容器１内を負圧に保つため、排気側に吸引装置が無い場合はブロワーなどが取り付けられる。尚、既設の排ガス処理装置がある場合には、その既設装置に追加して接続するようにしても良い。
【００２４】
次に、上記構成の廃棄物処理装置を用いた廃棄物処理方法について説明する。
【００２５】
まず、廃棄物として含有炭素廃棄物の難燃性の使用済イオン交換樹脂および廃活性炭等の粉状又は粒状の廃棄物が、反応容器１の上部に接続された廃棄物投入機２により、反応容器１に投入される。
【００２６】
このとき、粉状又は粒状の廃棄物は、含水状態で保管されていることが多いため、オゾンによる酸化燃焼処理を行う前に、反応容器１内で攪拌しながら乾燥させる。初めに、反応容器１に設置された廃棄物攪拌機４により粉状又は粒状の廃棄物が攪拌・分散され、反応容器１に設置された加熱器３により反応容器１が加熱される。ここに、反応容器１に接続された加熱ガス供給制御装置６より加熱ガス供給ライン６ａを介し蒸気及び加熱空気等の加熱ガス媒体が供給され、加熱による乾燥が開始、継続される。このときの廃棄物の乾燥状態は水分計７によりモニタリングされ、水分状態を確認し、所定の状態に達したら、加熱器３による加熱及び加熱ガス供給制御装置６による加熱ガスの供給を停止し、乾燥を終了する。
【００２７】
乾燥処理終了後、反応容器１内の粉状又は粒状の廃棄物に対し、オゾンガス供給ライン８ａを介しオゾンガス供給制御装置８よりオゾンガスを供給する。オゾンガス供給制御装置８は、図示を省略しているが酸素または空気を原料にオゾン発生器により製造し供給する。なお、通常、原料のすべてをオゾンガスに変換するのは困難であるため、オゾンの他に酸素または空気を含む状態で供給される。
【００２８】
オゾンガスの供給により、反応容器１内の廃棄物は、オゾンの強力な酸化作用によってその炭素成分が以下の反応式により強力に酸化される。
【００２９】
Ｃ＋２Ｏ₃→ＣＯ₂＋２Ｏ₂
すなわち、炭素成分（Ｃ）はオゾン（Ｏ₃）により二酸化炭素（ＣＯ₂）となり、オゾンは酸素（Ｏ₂）に分解される。
【００３０】
そしてこのとき、炭素成分の酸化反応により炭素成分を主成分とする使用済イオン交換樹脂の様な有機炭素化合物及び廃活性炭のような無機炭素化合物が、酸化分解される。さらに、酸化反応に伴って発生する反応熱により、炭素成分を主成分とする有機炭素化合物及び無機炭素化合物が酸化燃焼し、オゾンガスに含有される酸素ガスなどにより酸化燃焼反応が継続する。また、酸化燃焼反応をまんべんなく継続させるため、反応容器１内の粉状又は粒状の廃棄物を、廃棄物攪拌機４により攪拌・分散する。
【００３１】
廃棄物の酸化燃焼状態は、反応容器１に取り付けられた温度検出器９およびガス濃度計１０によりモニタリングされる。そして、これに基づきオゾンガス供給制御装置８によるオゾンガスの供給量又はオゾンガス濃度を制御するか、若しくは不活性ガス供給制御装置１１により窒素ガス等の不活性ガスを供給することにより、上記の廃棄物とオゾンとの酸化反応を制御することができる。このようにすることで、異状時の検出もでき、安定に酸化燃焼を継続することが可能となる。
【００３２】
酸化燃焼反応によって発生するＳＯx、ＮＯx、ダストなどを含む排ガスは、排ガスライン１２ａを介し排ガス処理装置１２に導かれ、ここで浄化されて外部放出される。
【００３３】
酸化燃焼反応を停止する場合または異状時には、オゾンガス供給制御装置８からのオゾンガスの供給を停止するか、不活性ガス供給制御装置１１より窒素ガス等の不活性ガスを供給する。
【００３４】
酸化燃焼反応により減容した残渣は、自然冷却後、反応容器１に接続する排出装置５を介して、残渣受け容器１３に排出される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の廃棄物処理装置によれば、処理対象である例えば粉末状又は粒状の含有炭素廃棄物を収納した反応容器１にオゾンガスを供給し、さらに廃棄物を乾燥させその乾燥状態をモニタしながら、オゾンガスの強力な酸化作用で廃棄物を常温常圧にて酸化燃焼させ、これによって廃棄物の減容処理を行う。このように乾燥状態で酸化分解処理を行う乾式酸化方式とすることにより、従来の湿式酸化方式に必須である中和処理や乾燥処理といった２次処理をなくすことができる。また、湿式酸化方式のように燃焼時の水分の蒸発に伴う吸熱がなくなるので、少量のオゾン供給量で酸化燃焼反応を行えるという効果もある。
【００３６】
また、温度検出器９及びガス濃度計１０で反応容器１内の廃棄物温度および酸化燃焼反応に伴うＣＯ₂などの排ガス濃度をモニタリングすることにより、酸化燃焼反応の確認が容易となるとともに、不活性ガス供給制御装置１１で不活性ガスを供給することにより酸化燃焼反応を安定的に調整することが可能となり、酸化燃焼反応の停止が容易に可能であるという効果もある。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、乾燥状態で分解処理を行うことにより２次処理をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による廃棄物処理装置の全体構成を表す概念的構成図である。
【符号の説明】
１反応容器
２廃棄物投入機
３加熱器（乾燥手段）
４廃棄物攪拌機
５排出装置
６加熱ガス供給制御装置（乾燥手段）
７水分計（モニタ手段）
８オゾンガス供給制御装置（オゾン供給手段）
９温度検出器
１０ガス濃度計
１１不活性ガス供給制御装置
１２排ガス処理装置
１３残渣受け容器

Claims

放射性固体状の炭素成分を含有する廃棄物を処理するための廃棄物処理装置において、
前記廃棄物を収納し酸化燃焼処理を行う反応容器と、
前記反応容器に収納した廃棄物の乾燥を行う乾燥手段と、
前記反応容器内の廃棄物の乾燥状態を検出するモニタ手段と、
この反応容器に接続され、前記反応容器に収納された廃棄物の酸化燃焼処理用のオゾンガスを供給するオゾン供給手段と、
前記酸化燃焼状態をモニタリングするガス濃度計および温度検出器とを備え、
前記反応容器は、前記乾燥手段により乾燥させた前記廃棄物中の炭素成分を前記オゾン供給手段により供給したオゾンガスで酸化分解し、その際に発生する反応熱によって前記廃棄物を酸化燃焼させることを特徴とする廃棄物処理装置。
請求項１記載の廃棄物処理装置において、前記乾燥手段は、前記反応容器を加熱する加熱器と、前記反応容器に収納した廃棄物の乾燥を行う加熱ガス媒体の供給を行う加熱ガス供給制御装置とを備えることを特徴とする廃棄物処理装置。
請求項１記載の廃棄物処理装置において、前記モニタ手段は、前記反応容器内の廃棄物の水分含有状態を検出する水分計を備えることを特徴とする廃棄物処理装置。
請求項１乃至３のいずれか１項記載の廃棄物処理装置において、前記反応容器内に廃棄物を投入する廃棄物投入機と、前記酸化燃焼処理により生成した発生ガスを処理する排ガス処理装置と、前記反応容器に接続され前記酸化燃焼処理により生成した残渣を排出する排出装置と、前記酸化燃焼反応を調整するための不活性ガス媒体を供給する不活性ガス供給制御装置とを備えたことを特徴とする廃棄物処理装置。
放射性固体状の炭素成分を含有する廃棄物を処理する廃棄物処理方法において、
前記廃棄物を反応容器内に収納して乾燥させた後、反応容器に常温常圧でオゾンガスを供給し、前記廃棄物中の炭素成分を前記オゾンガスで酸化分解し、その際に発生する反応熱によって前記廃棄物を酸化燃焼させ、廃棄物を減容処理する廃棄物処理方法。