JP3852645B2 - イオン交換樹脂減容処理装置および処理方法 - Google Patents

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利用して灰化減容処理を行う処理装置および処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、特願平９−３７４７８号に出願されている高周波誘導コイルを利用した、イオン交換樹脂減容処理装置の構成を模式的に示す断面図である。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を内臓する反応容器２、反応容器２と互いに連通して配された放電容器１、放電容器１の外側に巻装された高周波誘導コイル９、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、および反応容器２と放電容器１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口５より構成されている。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を用いて形成され、また、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部材である石英管より形成されている。
【０００３】
本構成において、減圧ポンプ６により排気し、ガス導入口５より酸素を含むガスを導入して反応容器２の内部を減圧酸素含有雰囲気とし、高周波誘導コイル９に高周波発生器１０から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９の高周波電力とは誘導的に結合し、放電内部に発生する旋回方向に交播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。生成されたこれらの活性酸素やイオンは、ガス流や温度上昇による体積膨張によって開放端８から反応容器２の内部へと吹き出し、処理皿４に搭載されたイオン交換樹脂３へと達して作用し、効果的に灰化減容処理が進行する。
【０００４】
図７は、同じく特願平９−３７４７８号に出願されている高周波誘導コイルを利用した、イオン交換樹脂減容処理装置の異なる構成を模式的に示す断面図である。
本減容処理装置は、上述の図６に示す装置と同様に、イオン交換樹脂３を搭載した処理皿４を内臓する反応容器２Ａ、反応容器２Ａと連通して配された放電容器１Ａ、放電容器１Ａの外側に巻装された高周波誘導コイル９Ａ、反応容器２Ａと放電容器１Ａの内部を排気する減圧ポンプ６を組み込んだ排気管７、および反応容器２Ａと放電容器１Ａ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口５より構成されており、図６に示した装置との差異は、放電容器１Ａとこれに巻装される高周波誘導コイル９Ａがドーム形状をなしている点にある。
【０００５】
従って、本構成においては、放電容器１Ａに形成される放電領域が、反応容器２Ａに置かれたイオン交換樹脂３に向かって大きな広がりをもつので、イオン交換樹脂３の活性酸素に暴露する面積が大きく取れることとなり、多量のイオン交換樹脂３を効果的に減容処理することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとき装置は優れた特性を備えており、特に原子力設備からの廃棄物のイオン交換樹脂の減容処理に有効である。しかしながら、これらの装置においても、なお以下のごとき問題点が残っている。
すなわち、これらの装置では、減圧下の放電で生成される放電活性種の接触による直接酸化によってイオン交換樹脂の灰化減容処理を行っているが、温度耐性の低いイオン交換樹脂や，廃棄物として一緒に含まれている低融点キレート剤は、プラズマからの高温粒子の衝突や輻射を受けることによる温度上昇によって熱分解し、容易に気化する。したがって、実際の処理では、熱分解気化ガスを気相において完全に酸化分解する必要がある。しかるにこれらの装置においては、放電活性種の流れの影になる裏面側の空間では熱分解気化ガスを十分に酸化分解することができないので、不完全酸化物が生成し、これらが凝縮してタール等となって装置を汚損するという問題点がある。さらにまた、熱分解気化ガスが多量に発生した場合には、十分に酸化分解が行われない状態のまま、不完全酸化物として排気され、これらが排気系で凝縮しタール等となって装置を汚損するという問題点がある。このため、これらの装置では、しばしばメンテナンス作業を行う必要があり、二次廃棄物も増加するという難点がある。
【０００７】
本発明の目的は、熱分解気化ガスと放電活性種とを効果的に接触させ、あるいは熱分解ガス発生量を効果的に調節することによって気相における完全酸化を実現し、処理効率が高く、不完全酸化物によるタール等の二次廃棄物が少なく、したがってメンテナンスが容易で効率的に使用できるイオン交換樹脂減容処理装置および処理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】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
被処理イオン交換樹脂を積載した処理皿を内包する反応容器、反応容器を減圧状態とする減圧手段、反応容器に酸素または酸素を含む複数のガスを導入するガス導入手段を備え、反応容器に酸素または酸素を含む複数のガスを導入し、巻装した高周波誘導コイルの電磁界作用によって放電を発生させ、放電により生じる活性酸素を、鉛直方向上部より被処理イオン交換樹脂に作用させて灰化減容するイオン交換樹脂減容処理装置において、
（１）減圧手段に接続される反応容器の排気口の少なくとも上端面を、処理皿に積載される被処理イオン交換樹脂の上端より高い位置に配し、さらにガス導入手段に接続される反応容器のガス導入口の少なくとも下端面を、処理皿の下端より低い位置に配することとする。
【０００９】
（２）上記（１）において、さらに、被処理イオン交換樹脂を積載する処理皿を、鉛直方向に移動可能な移動ステージ上に配することとする。
（３）上記（１）または（２）において、さらに、反応容器の鉛直方向上面に、処理皿に積載された被処理イオン交換樹脂に対向して、電気絶縁材料よりなる平板状の窓を配し、その上部に高周波誘導コイルを設置することとする。
【００１０】
さらに、被処理イオン交換樹脂を積載した処理皿を内包する反応容器に酸素または酸素を含む複数のガスを導入して酸素含有雰囲気とし、巻装した高周波誘導コイルの電磁界作用によって放電を発生させ、放電により生じる活性酸素を鉛直方向上部より被処理イオン交換樹脂に作用させて灰化減容するイオン交換樹脂の減容処理方法において、
（４）処理皿を、反応容器のガス導入口の設置高さを下端とし、反応容器の排気口の設置高さを上端とする領域内において鉛直方向に移動させ、被処理イオン交換樹脂の性状に応じて、高周波誘導コイルと被処理イオン交換樹脂の距離を調整して被処理イオン交換樹脂を灰化減容する方法を用いることとする。
【００１１】
上記（１）のごとく構成すれば、被処理イオン交換樹脂から発生した熱分解気化ガスは、下部のガス導入口から上部の排気口へ、すなわち被処理イオン交換樹脂側から放電領域側へ流れるので、放電活性種の流れの影となる被処理イオン交換樹脂の裏面側に熱分解気化ガスが滞留する恐れがなく、活性種との接触機会が増加して効果的に酸化分解されるので、不完全酸化物の凝縮によるタール等の発生が抑制され、メンテナンスが容易となる。
【００１２】
また、（２）のごとく構成すれば、高周波誘導コイルと被処理イオン交換樹脂の距離を調整し、プラズマ加熱による被処理イオン交換樹脂の温度上昇を調節することが可能となるので、熱分解気化ガスの発生量が調整でき、気相における完全酸化が実現できる。
また、（３）のごとく構成すれば、処理空間が放電空間となって無駄な空間が削減されるので、生成された活性種の被処理イオン交換樹脂に対する利用効率を改善でき、かつ、高周波誘導コイルが平板状の窓を介して被処理イオン交換樹脂に近接して配されるので、プラズマによる加熱効果を有効に利用できるので、熱分解が終了したイオン交換樹脂の炭素をさらに灰化減容して、高減容の処理を実現することができる。
【００１３】
また、（４）のごとき方法を用いれば、被処理イオン交換樹脂の状況に応じて、高周波誘導コイルと被処理イオン交換樹脂の距離を調整し、プラズマ加熱による被処理イオン交換樹脂の温度上昇を調節することが可能となるので、生成している活性種の量に合わせて熱分解気化ガスの発生量が調整でき、気相における完全酸化が実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＜実施例１＞
図１は、本発明のイオン交換樹脂減容処理装置の第１の実施例の基本構成を模式的に示す断面図である。本減容処理装置は、図７に示した構成を基に形成されたもので、図７の処理装置との相違点は、減圧ポンプに接続される反応容器２Ｂの排気口１１が、処理皿４に積載されたイオン交換樹脂３の上端より高い位置に配され、ガス導入口５が処理皿４の下端より低い位置に設けられた点にある。なお本図では、減圧ポンプを備えた排気配管は省略されている。
【００１５】
このように構成することにより、ガス導入口５から導入されたガスは、処理皿４の裏面から上方へと流れたのち排気口へと向かうガスの流れを形成するので、活性種の流れに直接晒されない処理皿４の裏面側への熱分解気化ガスの流入が抑制される。また、熱分解気化ガスはイオン交換樹脂３から上方の放電領域側に向けて流れるので、活性種との接触確率が増加する。以上のことから、従来装置でみられた処理皿４の裏面側での熱分解気化ガスの不完全酸化物に起因する汚損が低減され、反応容器２Ｂ内での熱分解気化ガスの酸化分解の確率が上昇するので、不完全酸化物によるタール等の二次廃棄物が少なくなり、排気系の汚損が低減される。したがって、メンテナンス量が軽減され、効率的に使用できることとなる。
【００１６】
＜実施例２＞
図２は、本発明のイオン交換樹脂減容処理装置の第２の実施例の基本構成を模式的に示す断面図である。本減容処理装置は、図６に示した構成を基に形成されたもので、図６の処理装置との相違点は、従来の放電容器と反応容器を一体化した放電・反応容器１２が用いられていること、および、第１の実施例と同様に、排気口１１を処理皿４に積載したイオン交換樹脂３の上端より高い位置の放電領域暴露側に配置し、ガス導入口５を処理皿４の下端より低い位置に設けたことにある。
【００１７】
このように構成することにより、灰化減容処理によって発生したガスは必ず放電領域を通過して排気されることとなるので、放電領域で直接放電分解され、さらに高い確率で活性種と接触することになる。このため、熱分解気化ガスの酸化分解割合が増大するので、処理皿４の下面に隣接する空間のみならず、排気系においても不完全酸化物の割合が低下し、不完全酸化物の凝縮によるタール等の生成が抑制される。
【００１８】
＜実施例３＞
図３は、本発明によるイオン交換樹脂減容処理装置の第３の実施例の基本構成を示す断面図である。本減容処理装置は、図１に示した第１の実施例の構成を基に形成されたもので、第１の実施例との相違点は、移動機構２１により鉛直方向に移動可能に組み込まれた移動ステージ２２の上に、イオン交換樹脂３を積載した処理皿４を置載し、灰化減容処理を行うよう構成されている点にある。
【００１９】
本構成では、移動ステージ２２の鉛直方向の位置を調節して、被処理樹脂の性状に合わせた処理を行うことができる。すなわち、温度耐性が大きくプラズマによる加熱で熱分解しにくい樹脂の場合には、移動ステージ２２を相対的に上方に配置して、イオン交換樹脂３を放電領域に近づけて積極的に活性粒子に暴露させて処理効率を上げることによって不完全酸化物の生成が抑えられる。また、キレート材を多量に含む場合や温度耐性の低い樹脂の場合には、移動ステージ２２を相対的に下方に配置して、イオン交換樹脂３を放電領域から遠ざけてプラズマによる加熱を抑制することにより、熱分解ガスの大量発生を抑え、活性種不足による不完全酸化物生成に起因するタール等の生成を効果的に低減させることができる。
【００２０】
＜実施例４＞
図４は、本発明によるイオン交換樹脂減容処理装置の第４の実施例の基本構成を示す断面図である。本減容処理装置は、図２に示した第２の実施例の構成を基に形成されたもので、第２の実施例との相違点は、移動機構２１により鉛直方向に移動可能に組み込まれた移動ステージ２２の上に、イオン交換樹脂３を積載した処理皿４を置載して、灰化減容処理を行うよう構成した点にある。
【００２１】
従って、第３の実施例と同様に、被処理樹脂の性状に合わせて移動ステージ２２の位置を調節して処理を行うことができ、不完全酸化物の凝縮によるタール等の生成を効果的に低減させることができる。
＜実施例５＞
図５は、本発明によるイオン交換樹脂減容処理装置の第５の実施例の基本構成を示す断面図である。
【００２２】
本減容処理装置は、図３に示した第３の実施例の構成を基に形成されたもので、第３の実施例との相違点は、第３の実施例の反応容器と同様の容器の上面に高周波を通し活性酸素に耐性のある石英にて形成された平板窓３１を配して放電・反応容器１２Ａを構成し、平板窓３１の上面に近接して高周波誘導コイル９Ｃを配した点にある。
【００２３】
本構成においては、通常平板状である処理皿４を移動ステージ２２によって上方へ配置すれば、平板窓３１と処理皿４は短い間隔で平面的に対向して配されるので、放電領域の広がりを小さくすることができる。したがって、イオン交換樹脂３が極めて効果的に放電領域に暴露され、且つ、プラズマにより効果的に加熱されるので、熱分解完了後のイオン交換樹脂の炭素成分や灰分を効果的に酸化することでき、極めて大きな減容作用を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
上述のごとく、本発明によれば、
被処理イオン交換樹脂を積載した処理皿を内包する反応容器、反応容器を減圧状態とする減圧手段、反応容器に酸素または酸素を含む複数のガスを導入するガス導入手段を備え、反応容器に酸素または酸素を含む複数のガスを導入し、巻装した高周波誘導コイルの電磁界作用によって放電を発生させ、放電により生じる活性酸素を、鉛直方向上部より被処理イオン交換樹脂に作用させて灰化減容するイオン交換樹脂減容処理装置において、
（１）減圧手段に接続される反応容器の排気口の少なくとも上端面を、処理皿に積載される被処理イオン交換樹脂の上端より高い位置に配し、さらにガス導入手段に接続される反応容器のガス導入口の少なくとも下端面を、処理皿の下端より低い位置に配することとしたので、処理皿の下面側での不完全酸化物の凝縮が防止され、また、気相における酸化分解効果を高くすることができたので、処理効率が高く、不完全酸化物によるタール等の二次廃棄物が少なく、したがってメンテナンスが容易で効率的に使用できるイオン交換樹脂減容処理装置が得られることとなった。
【００２５】
（２）さらに、上記（１）において、被処理イオン交換樹脂を積載する処理皿を、鉛直方向に移動可能な移動ステージ上に配することとすれば、被処理樹脂の状況に応じて、高周波誘導コイルと被処理樹脂との間隔を調整することができ、生成している放電活性種量に応じて熱分解気化ガスの発生量を調整し、気相における完全酸化を実現できるので、メンテナンスが容易で効率的に使用できるイオン交換樹脂減容処理装置として好適である。
【００２６】
（３）さらに、上記（１）または（２）において、反応容器の鉛直方向上面に、処理皿に積載された被処理イオン交換樹脂に対向して、電気絶縁材料よりなる平板状の窓を配し、その上部に高周波誘導コイルを設置することとすれば、イオン交換樹脂３を極めて効果的に放電領域に暴露することができ、且つ、プラズマによる加熱を有効に利用できるので、非常に大きな減容作用を得ることができることとなる。
【００２７】
（４）また、被処理イオン交換樹脂を積載した処理皿を内包する反応容器に酸素または酸素を含む複数のガスを導入して酸素含有雰囲気とし、巻装した高周波誘導コイルの電磁界作用によって放電を発生させ、放電により生じる活性酸素を鉛直方向上部より被処理イオン交換樹脂に作用させて灰化減容するイオン交換樹脂の減容処理方法において、処理皿を、反応容器のガス導入口の設置高さを下端とし、反応容器の排気口の設置高さを上端とする領域内において鉛直方向に移動させ、被処理イオン交換樹脂の性状に応じて、高周波誘導コイルと被処理イオン交換樹脂の距離を調整して被処理イオン交換樹脂を灰化減容する方法を用いれば、被処理イオン交換樹脂の状況に応じて、高周波誘導コイルと被処理イオン交換樹脂の距離を調整し、プラズマ加熱による被処理イオン交換樹脂の温度上昇を調節することが可能となるので、生成している活性種の量に合わせて熱分解気化ガスの発生量が調整でき、気相における完全酸化が実現できるので、イオン交換樹脂の減容処理方法として極めて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるイオン交換樹脂減容処理装置の第１の実施例の基本構成を模式的に示す断面図。
【図２】本発明によるイオン交換樹脂減容処理装置の第２の実施例の基本構成を模式的に示す断面図。
【図３】本発明によるイオン交換樹脂減容処理装置の第３の実施例の基本構成を模式的に示す断面図。
【図４】本発明によるイオン交換樹脂減容処理装置の第４の実施例の基本構成を模式的に示す断面図。
【図５】本発明によるイオン交換樹脂減容処理装置の第５の実施例の基本構成を模式的に示す断面図。
【図６】高周波誘導コイルを利用した従来のイオン交換樹脂減容処理装置の構成例を模式的に示す断面図。
【図７】高周波誘導コイルを利用した従来のイオン交換樹脂減容処理装置の他の構成例を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
１Ａ 放電容器
２Ｂ 反応容器
３ イオン交換樹脂
４ 処理皿
５ ガス導入口
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 高周波誘導コイル
１０ 高周波発生器
１１ 排気口
１２，１２Ａ 放電・反応容器
２１ 移動機構
２２ 移動ステージ
３１ 平板窓

Claims (3)

1. 被処理イオン交換樹脂を積載した処理皿を内包する反応容器、反応容器を減圧状態とする減圧手段、反応容器に酸素または酸素を含む複数のガスを導入するガス導入手段を備え、反応容器に酸素または酸素を含む複数のガスを導入し、巻装した高周波誘導コイルの電磁界作用によって放電を発生させ、放電により生じる活性酸素を、鉛直方向上部より被処理イオン交換樹脂に作用させて灰化減容するイオン交換樹脂減容処理装置において、
   前記減圧手段に接続されている反応容器の排気口の少なくとも上端面が、処理皿に積載される被処理イオン交換樹脂の上端より高い位置に配され、かつ、前記ガス導入手段に接続される反応容器のガス導入口の少なくとも下端面が、処理皿の下端より低い位置に配され、
   被処理イオン交換樹脂を積載する処理皿が、鉛直方向に移動可能な移動ステージ上に配されていることを特徴とするイオン交換樹脂減容処理装置。
2. 前記反応容器の鉛直方向上面に、処理皿に積載された被処理イオン交換樹脂に対向して、電気絶縁材料よりなる平板状の窓が配され、その上部に高周波誘導コイルが設置されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン交換樹脂減容処理装置。
3. 被処理イオン交換樹脂を積載した処理皿を内包する反応容器に酸素または酸素を含む複数のガスを導入して酸素含有雰囲気とし、巻装した高周波誘導コイルの電磁界作用によって放電を発生させ、放電により生じる活性酸素を鉛直方向上部より被処理イオン交換樹脂に作用させて灰化減容するイオン交換樹脂の減容処理方法において、
   前記処理皿を、反応容器のガス導入口の設置高さを下端とし、反応容器の排気口の設置高さを上端とする領域内において鉛直方向に移動させ、被処理イオン交換樹脂の性状に応じて、高周波誘導コイルと被処理イオン交換樹脂の距離を調整して被処理イオン交換樹脂を灰化減容することを特徴とするイオン交換樹脂の減容処理方法。

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