JP3733733B2

JP3733733B2 - イオン交換樹脂の減容処理方法

Info

Publication number: JP3733733B2
Application number: JP05259598A
Authority: JP
Inventors: 源一片桐; 孝山本
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2018-03-05
Also published as: JPH11244816A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物として生じるイオン交換樹脂の減容処理装置に係わり、特に酸素含有雰囲気中の放電により生じる活性酸素を用いて灰化し減容処理する方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のイオン交換樹脂の減容処理装置の構成例を示す断面図で、すでに特願平９−３７４７８号に提示されている構成である。図に見られるように、本減容処理装置は、被処理用のイオン交換樹脂３を搭載したセラミックス製の処理皿４を内蔵する反応容器２、反応容器２の上部に連通して配された円筒状の放電容器１、放電容器１の上端に備えられたガス導入口５、放電容器１の外側に巻装された高周波誘導コイル８、反応容器２と放電容器１の内部を排気する減圧ポンプ６を組み込んだ排気配管７より構成されている。このうち、放電容器１は、高周波を通し活性酸素に耐性のある電気絶縁性材料である石英を用いて形成されており、反応容器２は、高周波を遮蔽し活性酸素に耐性のある金属材料であるアルミニウムにより形成されている。
【０００３】
本構成において、ガス導入口５より酸素を含むガスを導入し、減圧ポンプ６で排気して反応容器２と放電容器１の内部を減圧酸素含有雰囲気とし、高周波発生器９を用いて高周波誘導コイル８に高周波電流を通電すると、放電容器１の内部に高周波磁界が発生し、電磁誘導の作用で放電が形成、維持され、活性酸素やイオンを生成する。この時、放電と高周波誘導コイル８の高周波とは誘導的に結合し、放電内部に発生する旋回方向に交番する誘導電界が電子を加速するので、放電内部に高周波電力が供給される。したがって効果的に電子の加熱が行われ、高密度の活性酸素やイオンが生成される。生成されたこれらの活性酸素やイオンは、反応容器２の内部へと吹き出し、処理皿４に搭載された被処理用のイオン交換樹脂３に接触反応してこれを直接酸化し、最終的に、吸着された金属イオンを含む灰分だけを残して減容する。このように減容処理する方法を用いれば、すすの発生がなくまた処理炉材の損傷もないのでメンテナンスが簡単となり、かつ排出ガス量を少量に抑えることが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごときイオン交換樹脂の減容処理装置における活性酸素による灰化処理速度は、減圧雰囲気において生成される酸素の活性状態と被処理物に到達する活性種の数とに依存するため、放電プラズマの形成に必要な高周波電力と処理圧力条件を適正に選定することにより、適正な活性種が十分に得られ、所要の処理速度で処理できることとなる。
【０００５】
しかしながら、例えば１ｋｇのイオン交換樹脂を１時間で処理する場合を想定すると、毎時数立方米の酸素ガスを供給する必要があり、これに伴って灰化処理によって発生する排ガス量も多量となり、この多量の排ガスを排気し、かつ反応室の内部を所定の減圧雰囲気に保持する能力を所持する減圧排気設備の設置が要求されることとなるので、処理速度を上げることが困難であるという難点があった。また、反応室の内部を減圧して用いると、圧力の低下とともに粒子密度も低下するので、イオン交換樹脂の炭素や水素等の成分の酸化が不完全となり、有害なＣＯやＨ₂として排出される。したがって、これらのＣＯやＨ₂をより安定で安全なＣＯ₂やＨ₂Ｏに変換するための処理設備が必要となり、排ガス処理設備が複雑になるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、これらの従来技術の問題点を考慮してなされたもので、処理効率が高く、早い処理速度で減容処理でき、また、排ガスに含まれるＣＯやＨ₂の濃度が低くなり、排ガス処理装置が簡素化できるイオン交換樹脂の減容処理方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
１）放電容器の内部を減圧酸素含有雰囲気に保持し、放電容器に巻装した高周波誘導コイルに高周波電流を通電して、放電容器の内部に放電を生成、維持し、得られた活性酸素を、放電容器と連通して減圧酸素含有雰囲気に保持された反応容器の内部に備えられたイオン交換樹脂に接触作用させて、これを灰化減容処理するイオン交換樹脂の減容処理方法において、
（ａ）反応容器の内部を８０ Pa 以下の圧力に保持して灰化減容処理することとする。
【０００８】
（ｂ）減圧酸素含有雰囲気に保持するために導入されるガスの反応容器内部での滞在時間を 0.3秒以上に保持して灰化減容処理することとする。
２）また、被処理用のイオン交換樹脂を内蔵する反応容器、反応容器と連通し、高周波誘導コイルを巻装した電気絶縁材よりなる放電容器、反応容器と放電容器の内部を排気して減圧状態に保持する減圧手段、および反応容器と放電容器の内部に酸素または酸素を含む複数のガスを導入するためのガス導入手段を備えてなるイオン交換樹脂の減容処理装置において、前記の減圧手段としてメカニカルドライポンプを備えることとする。
【０００９】
酸素ガスに高周波電界をかけて電子エネルギーを与えると、式（１）〜（４）のごとく原子状酸素に代表される化学的活性度の高い活性酸素が生成され、この活性酸素の働きにより、イオン交換樹脂は、ＣＯやＣＯ₂、Ｈ₂やＨ₂Ｏとしてガス化され、灰化減容処理される。
【００１０】
【数１】

ここで、電子の電荷、質量、平均速度を、それぞれｑ，ｍ_e，ｖ_eで表示すると、電位差Ｖによって加速される電子のエネルギーは、式（５）で表される。
【００１１】
【数２】
（１／２）ｍ_eｖ_e ² ＝ｑＶ（５）
ここでさらに、電界強度Ｅ、圧力Ｐ、および０℃、1.33×10²Paにおける電子の平均自由行程λ₀を用いて、電位差Ｖを置き換えれば、式（５）は次式（６）で表現される。
【００１２】
【数３】
（１／２）ｍ_eｖ_e ² ＝ｑλ₀（Ｅ／Ｐ）（６）
この式から、電子エネルギーに圧力が大きな影響を及ぼすことがわかる。すなわち、電界強度Ｅの制御因子である高周波電力を調整する方法のみならず、放電プラズマの形成空間の圧力を低下させる方法を採ることによっても、電子エネルギーが増大し、活性酸素の生成が促されることとなる。
【００１３】
したがって、反応容器の内部の圧力を従来より低く設定し、上記１）の（ａ）のごとく、８０ Pa 以下の圧力に保持して灰化減容処理することとすれば、後述の実施例に示すように、電子エネルギーを一段と効果的に増大できるので、活性酸素量が増大し、減容処理の効率が高くなる。
また、導入されるガスの反応容器内部での滞在時間を長くすれば、粒子密度の低い減圧雰囲気においても、形成されたＣＯやＨ₂の活性酸素との接触の機会が増大し、ＣＯ₂やＨ₂Ｏへの酸化反応が進行するので、ＣＯやＨ₂の濃度が減少する。特に上記の１）の（ｂ）のごとく、反応容器内部での滞在時間を 0.3秒以上に保持して灰化減容処理することとすることとすれば、後述の実施例に示すように、排ガス中のＣＯやＨ₂の濃度を効果的に減少させることができる。
【００１４】
また、上記の２）のごとく、メカニカルドライポンプを減圧手段として備えてイオン交換樹脂の減容処理装置を構成することとすれば、導入されるガスの流量が多量となっても、反応容器の内部を、大気圧から１０ Pa に至る広範囲の減圧条件に設定することが可能となるので、上記の１）（ａ）のごとく、８０ Pa 以下の圧力に保持して灰化減容処理することができる。また、同様に、上記の１）の（ｂ）のごとく、導入されるガスの反応容器内部での滞在時間を 0.3秒以上に保持して灰化減容処理することも可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜実施例１＞
図１は、本発明の第１の実施例に用いたイオン交換樹脂の減容処理装置の基本構成を示す断面図である。本減容処理装置の本体の構成は、すでに図５に示した従来例の装置と基本的に同一であるので、構成部品に関する重複する説明は省略する。本減容処理装置の特徴は、反応容器２に接続された排気配管７にメカニカルドライポンプ１４を設置したことにある。
【００１６】
本実施例に用いた減容処理装置においても、反応容器２と放電容器１の内部を減圧酸素含有雰囲気とし、高周波誘導コイル８に高周波電流を通電して放電を形成し、生成された活性酸素やイオンを、反応容器２の内部へと吹き出させ、処理皿４に搭載された被処理用のイオン交換樹脂３に接触反応させてこれを直接酸化し、減容処理する方法が採られるが、本減容処理装置には、排気配管７にメカニカルドライポンプ１４が備えられているので、導入されるガスの流量が多量となっても、反応容器２と放電容器１の内部を、大気圧から約１０ Pa に至る広範囲の減圧条件に設定することが可能である。
【００１７】
図２は、図１に示した減容処理装置を用いてイオン交換樹脂の灰化減容処理を行ったときの処理速度の圧力依存性を示す特性図で、横軸は、メカニカルドライポンプで調整した反応容器の圧力、縦軸は、排気ガス中のＣＯおよびＣＯ₂から求めた炭素の排気速度、すなわちイオン交換樹脂の処理速度の相対値である。図には高周波電力をそれぞれ 600Ｗ、 800Ｗ、1000Ｗ投入したときの特性が示されており、高周波電力の増大とともに処理速度が上昇している。また、いずれの値の高周波電力においても、反応容器の圧力の低下とともに処理速度が上昇しており、特に圧力が８０ Pa 以下になるととりわけ急激に上昇している。したがって、このように反応容器の圧力を８０ Pa 以下に保持して減容処理を行えば、高周波電力を増大させなくとも早い処理速度で、効率的にイオン交換樹脂の灰化減容処理できることとなる。
【００１８】
図３は、図１に示した減容処理装置において、導入ガスの反応容器内部での滞在時間（Ｔｒ）を変化させてイオン交換樹脂の灰化減容処理を行ったときの排気ガス中のＣＯ濃度とＣＯ₂濃度との比率を示した特性図である。
導入ガスの反応容器内部での滞在時間（Ｔｒ）は、圧力をＰ、ガス流量をＱ、メカニカルドライポンプの排気速度をＶとすれば、次式（７）で与えられ、排気速度Ｖは、インバ─タによりドライポンプの回転数を制御する方法、あるいはドライポンプに付設のしぼり機構によりコンダクタンスを制御する方法により調整される。
【００１９】
【数４】
Ｔｒ＝ＰＶ／Ｑ（７）
図３に示した特性は、後者のしぼり機構によりコンダクタンスを制御する方法を用いて排気速度Ｖを調整し、滞在時間（Ｔｒ）を設定して測定したものである。図の横軸は高周波電力の投入量であり、縦軸は排気ガス中のＣＯ濃度とＣＯ₂濃度との比率である。図に見られるように、導入ガスの滞在時間（Ｔｒ）が約 0.1sec の場合には、高周波電力が低いときもＣＯ濃度が高く、高周波電力の増大とともにＣＯ濃度は上昇し、高周波電力が1000Ｗを超えるとＣＯ濃度がＣＯ₂濃度より高くなっており、酸化が不十分であることがわかる。これに対して、滞在時間が 0.3 sec以上の場合には、高周波電力の大小によらず常にＣＯ濃度はＣＯ₂濃度より十分低い濃度に維持されており、滞在時間を長くすることによって、効果的に酸化が進行していることがわかる。したがって、排気手段としてメカニカルドライポンプを組み込み、排気速度を調整して導入ガスの反応容器内部での滞在時間を 0.3 sec以上に保持させれば、反応容器内部での酸化反応が効果的に進行し、排気ガス中のＣＯ等の未酸化の成分が低減できるので、簡素な排ガス処理装置で処理できることとなる。
【００２０】
＜実施例２＞
図４は、本発明のイオン交換樹脂の減容処理装置の第２の実施例の基本構成を示す断面図である。本減容処理装置の本体の構成は、既に特願平９−３７４７８号に提示されている構成と同一の構成で、イオン交換樹脂３を搭載した処理皿４を内蔵したアルミニウム製の反応容器２Ａ、反応容器２Ａと連通した内部空間をもつド─ム状の石英製の放電容器１Ａ、反応容器２Ａの上端に備えられたガス導入口５Ａ、ならびに放電容器１Ａの外側に巻装された高周波誘導コイル８Ａにより本体が構成されており、さらに、イオン交換樹脂３を搭載した処理皿４を反応容器２に搬入あるいは搬出するための搬入室１２と搬出室１３が備えられている。本実施例の減容処理装置の特徴は、反応容器２Ａの内部を減圧酸素含有雰囲気とするための減圧手段として、排気配管７にメカニカルドライポンプ１４が備えられていることにある。
【００２１】
したがって、本実施例の減容処理装置では、第１の実施例の減容処理装置の場合と同様に、導入ガス量が多量であっても、反応容器２Ａの圧力を大気圧から約１０ Pa に至る広範囲の減圧条件に設定することが可能である。したがって、反応容器２Ａの圧力を８０ Pa 以下に保持して処理を行えば、高い処理効率でイオン交換樹脂が減容処理され、また、導入ガスの反応容器２Ａ内の滞在時間が 0.3sec 以上となるよう調整すれば、酸化反応が効果的に進行し、排ガス中のＣＯ等の未酸化の成分が低減し、簡素な排ガス処理装置で処理できることとなる。
【００２２】
なお、上記の第１の実施例および第２の実施例の減容処理装置では、反応容器の減圧手段として、排気配管７にメカニカルドライポンプ１４を備えているが、メカニカルドライポンプ１４の上流側に、さらにメカニカルドライブースターポンプを設置すれば、排気容量が増大し、有効真空度をさらに上げることが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、反応容器の内部を８０Ｐａ以下の圧力に保持するので、活性酸素量が増大し、減容処理の効率が高くなって、早い処理速度で減容処理ができるようになった。また、減圧酸素含有雰囲気に保持するために導入されるガスの反応容器内部での滞在時間を０．３秒以上に保持するので、反応容器内での酸化が効果的に進行し、排ガスに含まれるＣＯやＨ_２の濃度が低くなるので、排ガスを簡素化された排ガス処理装置で処理できることとなる。また、減圧をメカニカルドライポンプを用いて行うと、反応容器内の圧力を大気圧から約１０Ｐａに至る広範囲の減圧条件に設定することが可能となり、早い処理速度で減容処理できるとともに、排ガス処理装置が簡素化されたイオン交換樹脂の減容処理装置が得られる。
【００２４】
（２）また、請求項２に記載の方法によってイオン交換樹脂を灰化減容処理することとすれば、反応容器内での酸化が効果的に進行し、排ガスに含まれるＣＯやＨ₂の濃度が低くなるので、排ガスを簡素化された排ガス処理装置で処理できることとなる。
（３）また、請求項３に記載のごとくイオン交換樹脂の減容処理装置を構成することとしたので、反応容器内の圧力を大気圧から約１０ Pa に至る広範囲の減圧条件に設定することが可能となり、上記の（１）のごとく早い処理速度で減容処理できるとともに、上記の（２）のごとく排ガス処理装置が簡素化されるイオン交換樹脂の減容処理装置が得られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に用いたイオン交換樹脂の減容処理装置の基本構成を示す断面図
【図２】図１のイオン交換樹脂の減容処理装置を用いて減容処理を行ったときの処理速度の圧力依存性を示す特性図
【図３】図１のイオン交換樹脂の減容処理装置を用いて減容処理を行ったときの排気ガス中のＣＯ濃度とＣＯ₂濃度との比率とガスの滞在時間との関係を示す特性図
【図４】本発明のイオン交換樹脂の減容処理装置の第２の実施例の基本構成を示す断面図
【図５】従来のイオン交換樹脂の減容処理装置の構成例を示す断面図
【符号の説明】
１，１Ａ放電容器
２，２Ａ反応容器
３イオン交換樹脂
４処理皿
５，５Ａガス導入口
７排気配管
８，８Ａ高周波誘導コイル
９高周波発生器
１１排気口
１４メカニカルドライポンプ

Claims

放電容器の内部を減圧酸素含有雰囲気に保持し、放電容器に巻装した高周波誘導コイルに高周波電流を通電して、放電容器の内部に放電を生成、維持し、得られた活性酸素を、放電容器と連通して減圧酸素含有雰囲気に保持された反応容器の内部に備えられたイオン交換樹脂に接触作用させて、これを灰化減容処理するイオン交換樹脂の減容処理方法において、
反応容器の内部を８０Ｐａ以下の圧力に保持し、かつ減圧酸素含有雰囲気に保持するために導入されるガスの反応容器内部での滞在時間を０．３秒以上に保持して、灰化減容処理することを特徴とするイオン交換樹脂の減容処理方法。
放電容器内部と反応容器内部の減圧を、メカニカルドライポンプにより行うことを特徴とする請求項１記載のイオン交換樹脂の減容処理方法。