作成： 1998/10/30 須藤 高史
データ番号 ：010121
液体有害廃棄物のEB無害化
目的 ：有害物質汚染上水や地下水の無害化
放射線の種別 ：電子
放射線源 ：電子加速器(1、2、10MeV)
フルエンス（率）：2-50 kGy
照射条件 ：空気中、常温
応用分野 ：液体廃棄物処理、地下水の浄化
概要 ：
農薬等で汚染された上水の無害化を電子線照射で行う場合の経済的評価を、計算コードを用いて解析した。難分解性物質汚染地下水に着目した経済性評価を行ったが、産業廃水、都市下水等の液体にも運転条件の設定により対応可能である。計算結果は、経済性は照射条件、特に処理流量に依存し、勿論、必要照射量とビームエネルギーにも依存する。加速器には、経済性から、線形より静電型が好ましい。EB法は従来法に10トン/hr以上で経済性的に対抗できる。
詳細説明 ：
イタリア、特に北部工業地帯では、廃棄物、殺虫剤や有機塩素化合物等の地下水汚染により、井戸からの水道水取水を取りやめることが生じている。色々な有害有機化合物があるが、そのうちには生物除去機構に抵抗性を持つものがある。ハロゲン化物は農業用殺虫殺菌剤、除草剤として用いられ、溶剤、絶縁流体、防炎剤、推進剤として工業用として使用されている。クロロフェノル類は農業、林業、木材産業で数10万トン使用され、上水や廃水の化学処理により、各種塩化炭化水素化合物の発生源となっている。DDT、Dieidrin、Endrin等の化合物が人体内で検出されている。人体細胞中のDDTの90%は食物摂取、10%は水の摂取に起因する。これ等の耐生物分解性化合物は、生物酸化、凝固や活性炭法等の従来技術で除去されるが、その効率は満足できる値ではない。
そこで、電子線照射法を検討した。水や廃水への有機有害物除去の電子線照射試験はベンチマーク的に数多く行われている。自然に存在する水には無機イオン、腐植土成分等を含んでおり、実験室の水とは異なり、実験結果からの類推は難しい。典型的に存在する殺虫剤、クロロフェノル類、有機塩素化合物等で汚染された上水の工業的照射除去装置の経済性評価を行った。このため、EBプラント価格を評価する計算コードを開発した。パラメータは流量と密度、照射量、エネルギー、照射形状、稼働率、人件費、保守等の運転条件および減価償却、利子等の財務条件である。
各種文献に基づき、照射量は2-50kGy、処理水量は規模効果を調べるため、1-100トン/hrとした。プラントの場所はイタリアのような工業国で、環境保護規制等も同様とした。照射設備としては、現状の市場動向や、γ線源かEBかの賛否論を基に、EBを選択した。商用のEB加速器価格に関しては、欧米のメーカからの個人的情報により、出力とエネルギーの関数として求めた。稼働率は90%、効率は静電型とRF型の平均40%、ビーム利用率60%、原価償却率15%、プラント耐用年数10年、年保守費はプラント価格の5%、電気代は$0.11/kWhとした。また人件費は$22/hrとした。
流量、照射エネルギーおよび照射量の運転パラメータ毎の処理費を表1に、2MeV/5kGy時の主要処理費用の割合を図1にそれぞれ示す。
表1 EB treatment of contaminated drinking water: unit cost(US$/ton) at different operational conditions（原論文1より引用）
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DOSE(kGy)
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2 5 10 25 50
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FLOWRATE BEAM ENERGY BEAM ENERGY BEAM ENERGY BEAM ENERGY BEAM ENERGY
(ton/hr) (MeV) (MeV) (MeV) (MeV) (MeV)
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1 2 10 1 2 10 1 2 10 1 2 10 1 2 10
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1.0 56.1 60.3 72.1 62.3 67.8 81.3 68.1 74.7 89.7 78.0 86.4 103.5 93.0 103.1 21.9
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5.0 13.6 14.9 17.9 15.6 17.3 20.7 18.6 20.6 24.9 23.5 26.1 31.3 28.6 31.8 36.3
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10.0 7.6 8.3 10.0 9.3 10.3 12.2 10.7 11.4 14.0 14.3 15.9 18.1 18.6 20.5 22.9
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50.0 2.2 2.4 2.9 2.9 3.2 3.6 3.7 4.1 4.6 6.0 6.5 7.0 9.5 10.1 10.6
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100.0 1.3 1.5 1.8 1.9 2.1 2.3 2.6 2.9 3.1 4.7 5.0 5.3 8.1 8.5 8.7
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図1 EB treatment of contaminated drinking water(5kGy/2MeV): relative weight of main cost items on unit treatment cost. （原論文1より引用）
予想されるように処理量の影響が大きい。これは加速器関連の建設費が100万ドル以上と高価な上に、削減できないからである。施設耐用年数10年、減価償却15%を仮定しているので、処理量が10トン/hr以下では、償却だけで処理費の60%以上になる。償却費は処理量が大きくなれば、割合は大幅に小さくなり、人件費や維持費等も同様となる。処理量が大きくなれば、電気代の占める割合が高くなり、100トン/hで処理費の30%程度となる。静電加速器2MeVを使用し、照射量を2-50kGyとした時の処理費への効果を図2に示す。
図2 EB treatment of contaminated drinking water: unit cost at 2MeV(beam energy)（原論文1より引用）
処理量が小さい時は、照射量が大きいと処理費が顕著に高くなるが、処理量が大きくなるとこの傾向は緩和される。線形加速器使用の場合もこの傾向が見られた。線形加速器は高価であり、照射エネルギーも可能な限り低い方がよいので、一般的には静電加速器が好まれる。50トン/hr以上になると、線形と静電加速器間の処理費用の差は小さくなる。10MeV以上の高エネルギーが必要な場合は線形加速器を選択しなければならない。静電型では数100kWの出力が得られるが、線形型では50kW程度であり、その効率も0.15-0.20と低い。つまり処理量が大きい時も、出来る限り低エネルギーの照射が望ましい。
コメント ：
上水や廃水の電子線処理に関する実験は多々行われているが、経済性評価を行った研究は少ない。本報告で提案されているように、処理量が大きくなると、設備費の処理費に占める割合が小となり、従来処理法より優位性がある。静電型で、大容量でかつ安価な加速器が商品化されており、更に有利になる。
原論文１ Data source 1：
EB DETOXIFICATION OF LIQUID HAZARDOUS WASTES
Tata A., Giuliani S., Diaco L.*
ENEA-Centro Ricerche Casaccia, Roma, * HITESYS S.p.A.-Aprilia, Roma
ENEA RT/INN/96/2
キーワード：電子線照射,汚染水,無害化,農薬,処理施設,経済性
electron beam irradiation, contaminated water, detoxification, pesticides, treatment facility, fFeasibility analysis
分類コード：010502, 010505