本発明は、放射性物質によって汚染された有機廃棄物を処理する廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法に関する。

原子力関連施設の事故によって放射能汚染された有機廃棄物が大量に発生し、その処理方法が深刻な問題となっている。 セシウムＣｓ、セシウム化合物Ｃｓ ₂ Ｏ、ＣｓＯＨ、ＣｓＯ ₂ 、Ｃｓ ₂ ＣＯ ₃ 、ＣｓＣｌといった放射性物質によって汚染された瓦礫、稲わら、麦わら、樹木等の有機廃棄物を一般的な焼却装置（例えば、特許文献１）で処理した場合、有機廃棄物は７００℃以上に加熱されるため、セシウムが気化し、放射性物質による汚染が拡大する原因となる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、放射性物質が付着した有機廃棄物を燃焼防止ガス雰囲気中で炭化させることにより、放射性物質による汚染を拡大すること無く、放射性物質で汚染された有機廃棄物を処理することができる廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る廃棄物処理装置は、放射性物質が付着した有機廃棄物を処理する廃棄物処理装置であって、前記有機廃棄物を炭化するための炭化容器と、前記有機廃棄物の燃焼を防止する燃焼防止ガスを前記炭化容器に供給する燃焼防止ガス供給部と、前記有機廃棄物に付着した放射性物質が気化しない温度範囲で前記炭化容器を外側から加熱する加熱部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る廃棄物処理装置は、前記放射性物質はセシウム又はセシウム化合物であることを特徴とする。

本発明に係る廃棄物処理方法は、放射性物質が付着した有機廃棄物を処理する廃棄物処理方法であって、前記有機廃棄物を炭化するための炭化容器に該有機廃棄物を投入する工程と、前記有機廃棄物の燃焼を防止する燃焼防止ガスを前記炭化容器に供給する工程と、前記有機廃棄物に付着した放射性物質が気化しない温度範囲で前記炭化容器を外側から加熱する工程とを備えることを特徴とする。

本発明に係る廃棄物処理方法は、前記放射性物質はセシウム又はセシウム化合物であることを特徴とする。

本発明にあっては、炭化容器に投入された有機廃棄物は、外熱式の加熱部によって加熱され、かつ、炭化容器に燃焼防止ガスが供給される構成であるため、有機廃棄物が燃焼することは無く、放射性物質が気化しない温度範囲で有機廃棄物を炭化させることができる。 従って、放射性物質が気化し、汚染が拡大するおそれは無く、有機廃棄物を炭化することによって、有機廃棄物の重量を２〜３％程度に減少させることができる。

本発明にあっては、セシウム又はセシウム化合物といった放射性物質が付着した有機廃棄物を、該放射性物質を気化させること無く炭化させることができる。

本発明によれば、放射性物質による汚染を拡大すること無く、放射性物質で汚染された有機廃棄物を処理することができる。

本実施の形態に係る廃棄物処理装置の一構成例を示した側断面図である。

廃棄物処理方法を示したフローチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本実施の形態に係る廃棄物処理装置の一構成例を示した側断面図である。 本発明の実施の形態に係る廃棄物処理装置は、セシウム又はセシウム化合物等の放射性物質が付着した有機廃棄物Ａを炭化するための炭化容器１と、有機廃棄物Ａの燃焼を防止する燃焼防止ガスを前記炭化容器１に供給する燃焼防止ガス供給部２と、有機廃棄物Ａに付着した放射性物質が気化しない温度範囲で前記炭化容器１を外側から加熱する加熱部３と、タール含有ガスからタールを除去するタール除去部４と、放射性物質が付着した有機廃棄物Ａの炭化物Ｂを回収する第１炭化物回収部５と、タールを吸着したタール分解担持体Ｃを回収する第２炭化物回収部６とを備える。

炭化容器１は、中空円筒状をなし、該炭化容器１を４９０〜６１０℃未満に加熱する外部熱風加熱槽方式の加熱部３の内部に略水平の姿勢で設置されている。 炭化容器１の一端部に設けられた有機廃棄物供給口１１には炭化容器１内に有機廃棄物Ａを供給するホッパ１４が結合されており、炭化容器１の内部には有機廃棄物供給口１１から供給された有機廃棄物Ａを他端部側へ搬送する搬送スクリュー１２が設けられている。 有機廃棄物Ａは、例えば、木質の瓦礫、稲わら、麦わら、樹木等、放射性物質が付着した有機性の廃棄物である。 放射性物質としては、例えばセシウム及びセシウム化合物が挙げられる。 炭化容器１は、他端部に炭化物排出口を有する。 炭化物排出口には、第１炭化物回収部５の集積部５０に接続され、有機廃棄物Ａの炭化物Ｂと、熱分解によって発生したタール含有ガスとをタール除去部４へ導く配管１３が接続されている。

燃焼防止ガス供給部２は、燃焼防止ガス、例えば窒素ガスを供給するボンベ、配管、流量制御弁などで構成されている。 燃焼防止ガスは、窒素ガスに限定されず、酸素を含まない任意のガスを燃焼防止ガスとして利用することができる。 また、有機廃棄物Ａの燃焼を防止することができる気体であれば、特にその成分は限定されない。

加熱部３は、炭化容器１の径方向外側に配された第１円筒状加熱風流路３０と、円筒状のタール除去部４の外側に配された第２円筒状加熱風流路３４と、熱源となる燃焼ガスを生成するガス加熱炉３１とを備える。 ガス加熱炉３１で生成された燃料ガスは、第２円筒状加熱風流路３４を経由して、第１円筒状加熱風流路３０へ供給される。 第１円筒状加熱風流路３０は、炭化容器１の外形よりも内径が大きく、炭化容器１と同軸的に配設されている。 第１円筒状加熱風流路３０は、内部が中空であり、炭化物排出口側（図１中右側）に燃焼ガス供給管３５の一端が接続され、有機廃棄物供給口１１側（図１中左側）の外周面には、燃焼ガスを外部へ排気する排気筒３６が設けられている。 第２円筒状加熱風流路３４は、中心軸が鉛直になるように配された中空円筒状であり、燃焼ガス供給管３５の他端は第２円筒状加熱風流路３４の上部の適宜箇所に接続されている。 第２円筒状加熱風流路３４の下部は、配管３３によってガス加熱炉３１に接続されている。 ガス加熱炉３１には、原料供給管３２を通じて空気及び天然ガスが供給され、天然ガスを燃焼させる。 そして、加熱された燃焼ガスがガス加熱炉３１から配管３３を通じて、第２円筒状加熱風流路３４及び第１円筒状加熱風流路３０へ供給される。 燃焼ガスの温度及び流量は、第２円筒状加熱風流路３４の温度が６７１℃未満、より好ましくは６１０℃未満になるように制御される。 更に好ましくは、燃焼ガスの温度を５８０℃未満に制御すると良い。 更に、燃焼ガスの温度及び流量は、第２円筒状加熱風流路３４の温度が４００℃以上になるように制御すると良い。 ２５０℃以上、４００℃未満の温度範囲においては、Ｃｓ ₂ Ｏが分解されないまま気化するおそれがあるため、４００℃以上の温度範囲で炭化物Ａを炭化させることが好ましい。 セシウム及びセシウム化合物が気化することを確実に防止することができる。 なお、温度制御は、実験的に定めた加熱条件、例えば、天然ガス及び空気の供給量に従って、加熱部３の動作を制御すれば良い。 また、炭化容器１の適宜箇所に温度計を設け、該温度計の検出結果に基づいて、天然ガス及び空気の供給量をフィードバック制御するように構成しても良い。
なお、加熱部３の具体例として、燃焼ガスによる外熱加熱方式を説明したが、言うまでも無く、ヒータを用いて炭化容器１を加熱しても良いし、誘導電流などを用いて加熱しても良い。 また、第２円筒状加熱風流路３４を含む加熱部３を説明したが、タール除去部４については他の加熱手段を用いて加熱するように構成し、加熱部３から第２円筒状加熱風流路３４を除外しても良い。

４００℃以上、６７１℃未満の温度範囲においてはセシウム及びセシウム化合物が気化することが無い温度であり、放射性物質が気化して拡散することが抑制される。 セシウムは、水分と反応し易く、酸化セシウムＣｓ ₂ Ｏ、水酸化セシウムＣｓＯＨ、二酸化セシウムＣｓＯ ₂等のセシウム化合物として存在していると考えられる。
ＣｓＯＨの沸点は９９０℃、二酸化セシウムＣｓＯ ₂は４００℃以上で金属セシウムと過酸化物Ｃｓ ₂ Ｏ ₂に分解し、さらにセシウムと酸素に分解するため、各セシウム化合物が気化するおそれは無い。 Ｃｓ ₂ Ｏは約２５０℃で蒸発するが、３５０〜４００℃程度でセシウムＣｓに分解する。 セシウムＣｓの沸点は６７１℃未満であるため、結局のところ、６７１℃未満の温度範囲においてセシウム及びセシウム化合物が気化するおそれは無い。
また、Ｃｓは二酸化炭素と反応して、炭酸セシウムＣｓ ₂ ＣＯ ₃として存在する可能性もある。 Ｃｓ ₂ ＣＯ ₃は６１０℃で分解し、ＣＯ ₂と、Ｃｓ ₂ Ｏになる。 Ｃｓ ₂ Ｏは３５０℃〜４００℃程度で、セシウムＣｓに分解する。 セシウムＣｓの沸点は６７１℃未満であるため、結局のところ、６７１℃未満の温度範囲においてセシウム化合物が気化するおそれは無い。
更に、Ｃｓは、塩化セシウムＣｓＣｌのような塩の状態で存在する可能性もある。 ＣｓＣｌの沸点は１２６１℃であるため、６７１℃未満の温度範囲においてＣｓＣｌが気化するおそれは無い。
このように、有機廃棄物Ａを６７１℃未満で炭化させた場合、セシウム又はセシウム化合物が気化することは無く、放射能汚染が拡大することを防止することができる。 また、有機廃棄物Ａを６１０℃未満で炭化させた場合、Ｃｓ ₂ ＣＯ ₃の分解も起きないため、放射能汚染が拡大することをより確実に防止することができる。

タール除去部４は、第２円筒状加熱風流路３４の内側に配された円筒状の容器４０を備える。 容器４０と、集積部５０の上部とは配管を通じて連通しており、炭化物Ａを炭化した際に発生したタール含有ガスは、炭化容器１から集積部５０を通じて容器４０に流入する。 容器４０と、集積部５０とを接続する配管には、図示しないフィルタ、例えば金網を設けると良い。 金網は例えばステンレス製である。 フィルタを備えることによって、万一、集積部５０からセシウム又はセシウム化合物が通流してきても、該セシウム又はセシウム化合物をフィルタで捕獲することができる。 該容器４０の上部には、タール分解担持体Ｃを供給するホッパ４１から下方へ伸びた配管４２が接続し、ホッパ４１から供給されたタール分解担持体Ｃが容器４０に集積している。 タール分解担持体は、炭化容器１から排気されたタール含有ガスに含まれるタールを分解し、又は吸着するものであり、例えば、γアルミナ、多孔質の火山砕屑物粒子、珪藻土、粘土鉱物又は炭酸塩等の多孔質鉱物粒子を利用すると良い。 炭化容器１から排気されたタール含有ガスは、タール分解担持体Ｃの集積物中を通流し、該タール含有ガスに含まれるタールがタール分解担持体Ｃに吸着される。

第１炭化物回収部５は、上部に配管１３の端部が接続されており、放射性物質が付着した有機廃棄物Ａの炭化物Ｂが集積する漏斗状の集積部５０を備え、集積部５０に集積した炭化物Ｂを回収する搬送機構である。
第２炭化物回収部６は、タールを吸着したタール分解担持体Ｃを回収する搬送機構である。

図２は、廃棄物処理方法を示したフローチャートである。 以下では、図１に示した廃棄物処理装置を用いて、有機廃棄物Ａを処理する方法を説明するが、廃棄物処理方法を実施するための装置はこれに限定されるものでは無い。

まず、セシウム及びセシウム化合物が付着した有機廃棄物Ａをホッパ１４に投入し、炭化容器１へ供給する（ステップＳ１）。 次いで、炭化容器１に燃焼ガス防止ガス、例えば窒素ガスを供給する（ステップＳ２）。 そして、加熱部３を用いて有機廃棄物Ａを加熱する（ステップＳ３）。 つまり、ガス加熱炉３１で天然ガスを燃焼させることによって、加熱された燃焼ガスを生成し、例えば８５０℃の燃焼ガスを第２円筒状加熱風流路３４へ供給する。 第２円筒状加熱風流路３４を通流する過程で燃料ガスの温度は低下し、例えば約５８０℃の燃焼ガスが第２円筒状加熱風流路３４から第１円筒状加熱風流路３０へ供給される。 このようにして燃焼ガスを第１円筒状加熱風流路３０を通流させることによって、炭化容器１を外部から加熱させることができる。 炭化容器１を外部から加熱する構成であるため、有機廃棄物Ａが燃焼して、放射性物質が気化することは無く、放射性物質の拡散を防止することができる。
なお、燃焼ガス防止ガスを供給する工程と、加熱部３を用いて有機廃棄物Ａを加熱する工程とを順番に記載しているが、開始順序がこの順であり、各工程の処理内容は並行的に行われる。 また、各工程の開始順序は逆順でも良い。 更に、燃焼ガス防止ガスを供給する工程と、加熱部３を用いて有機廃棄物Ａを加熱する工程とをこの順でバッチ式に行っても良い。

次いで、窒素ガス雰囲気中で有機廃棄物Ａを加熱することによって得られた炭化物Ｂを回収する（ステップＳ４）。

ステップＳ４で回収された炭化物Ｂは、６７１℃未満の低温で処理する限りにおいて、種々の用途に使用することができる。 例えば、炭化物Ｂを低温で加熱することによって、可燃性ガスを生成し、発電などに利用しても良い。 炭化物Ｂを低温で加熱することによって、放射性物質を気化させること無く可燃性ガスを生成し、炭素の重量を減少させることができる。 従って、放射性物質を更に濃縮させることができる。

このように構成された廃棄物処理装置によれば、放射性物質が気化し、汚染が拡大するおそれは無く、有機廃棄物Ａを炭化することによって、有機廃棄物Ａの重量を２〜３％程度に減少させることができる。

また、回収された炭化物Ｂを更に低温加熱することによって、有機廃棄物Ａの炭化物Ｂの重量を更に減少させることができる。

なお、上述の実施の形態では、放射性物質としてセシウム及びその化合物を主に説明したが、ストロンチウム、プルトニウム、その他の放射性物質が付着した有機廃棄物の処理にも本発明を適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。 本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 炭化容器 ２ 燃焼防止ガス供給部 ３ 加熱部 ４ タール除去部 ５ 第１炭化物回収部 ６ 第２炭化物回収部