CN101796592A - 放射性废液的处理方法及处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含有钠盐的放射性废液的处理方法，该处理方法包括下述步骤：向电解槽的阳极室供给含有氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种的放射性废液，并在此基础上进行该放射性废液的电渗析，所述电解槽在选择性透过钠离子的透过膜的两侧设置有阳极、阴极；在所述阴极室中，将透过所述透过膜的钠离子以氢氧化钠的形式从所述放射性废液中分离；将残留在所述阳极室中的放射性物质以放射性物质浓缩溶液的形式从所述放射性废液中分离；以及对分离得到的所述氢氧化钠和所述放射性物质的浓缩溶液分别进行回收。
Description
技术领域
本发明涉及放射性废液的处理方法以及处理装置。更具体地说，本发明涉及对从核动力设施，特别是对再处理设施中排出的以碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钠为主成分的放射性废液进行电渗析，并通过有选择地将钠除去，从而分离、回收放射性物质的放射性废液的处理方法以及处理装置。
本申请基于2007年12月5日在日本提出申请的特愿2007-315152号要求其优先权，并将其内容引用在本申请中。
背景技术
在核动力设施，特别是在使用完的核燃料的再处理设施中，会产生含有大量无机盐硝酸钠(NaNO3)的放射性废液。目前正在开发从该废液中的硝酸钠中分离钠的分离除去技术。
例如，美国能源部(United States Department of Energy，DOE)对使用Na离子导体膜(電導体膜)(NASICON膜，Na Super Ionic Conductor)或有机阳离子交换膜，从以硝酸钠为主成分的放射性废液中分离钠离子(Na+)的方法进行了研究，并且证实了钠离子导体膜或有机阳离子交换膜能够以氢氧化钠(NaOH)的形式回收钠离子。
作为从硝酸钠中分离出放射性废液中所包含的放射性核素的技术，可以使用如下方法：通过向废液中添加多种试剂，使得每种主要的核素共沉淀后，利用超滤膜等对固体成分进行分离。在该方法中，由于添加了多种试剂从而导致废液量的增加。除此之外，涉及特定的核素时，表示放射性核素除去程度的去污系数(DF)为100左右时即为极限，因此放射性废液中的放射性核素的除去效率较低。
另一方面，作为谋求减少放射性废液(低水平浓缩废液)量的技术，可以列举出使用钠选择性透过膜的电渗析法，该放射性废液以由再处理步骤中产生的硝酸钠为主成分。就该技术而言，由于仅从放射性废液中分离、回收钠，因此具有能够使放射性废液减量化的可能性。为此，使用有机膜(Nafion(注册商标)等)、无机膜(NASICON膜)等进行了废液的处理试验。
利用使用钠选择性透过膜的电渗析法，从含有放射性物质的废液和/或不含放射性物质的废液中回收钠的技术，已在非专利文献1～5等论文中公开，并已成为公知技术。
在非专利文献1～5中公开了如下技术：利用采用了NASICON膜的电渗析法，从含有硝酸钠的放射性废液(低水平放射性浓缩废液)、或含由纸浆工厂等产生的含有钠的废液中回收钠。
在该技术中，向阳极室供给作为对象的废液，向阴极室填充氢氧化钠水溶液，使用NASICON膜作为电解槽的阳极室和阴极室的隔膜，通过进行电渗析，使得钠离子从阳极室向阴极室移动。
此外，在非专利文献1～4中报道了如下技术：能够从含有多种放射性核素的放射性废液中仅分离、回收钠，而不含与钠同族的铯137(Cs-137)。
此外，作为谋求减少放射性废液量的技术，公开了如下所述的技术。
例如，公开有为了从含有高浓度钠盐的放射性废液中回收钠以及酸，从而使该废液减量化，并且对钠和酸进行再利用的技术(例如，参考专利文献1)。在该技术中，在阳极和阴极之间设置二张双极膜，在该双极膜之间的阳极一侧设置阴离子交换膜、在阴极一侧设置钠离子选择性透过膜，并进行电渗析。由此，可以将钠离子以氢氧化钠的形式从含有钠盐的放射性废液中分离、回收，并且同时可以将阴离子以酸的形式从含有钠盐的放射性废液中分离、回收。
此外，公开了如下技术：在不产生给废气体系造成负担的NOx的情况下，大幅度减少由再处理设施产生的低水平放射性浓缩废液的主成分硝酸钠，并同时对分解生成物进行再利用，从而使放射性处理体系闭合化的技术(例如，参考专利文献2)。在该技术中，向具有阳离子交换膜以及阴离子交换膜的电解池中供给由使用完的核燃料再处理设施产生的低水平放射性浓缩废液。由此，可以在阴极一侧生成氢氧化钠，并从放射性浓缩废液中分离、回收，并且同时可以在阳极一侧生成硝酸，并从放射性浓缩废液中分离、回收。
非专利文献1：S.Balagopal，et al.，Selective sodium removal from aqueouswaste streams with NaSICON ceramics，Separation and Purification Technology15(1999)231-237。
非专利文献2：D.E.Kurath，et al.，Caustic recycle from high-salt nuclearwastes using a ceramic-membrane salt-splitting process，Separation andPurification Technology 11(1997)185-198。
非专利文献3：D.T.Hobbs，Radioactive Demonstration of Caustic Recoveryfrom Low-Level Alkaline Nuclear Waste by an Electrochemical SeparationProcess，WSRC-TR-97-00363(1998)。
非专利文献4：Proceeding of Efficient Separations and ProcessingCrosscutting Program，1995，1996，1997。
非专利文献5：Ceramatec，Inc.，Energy Efficient Process for RecyclingSodium Sulfate Utilizing Ceramic Solid Electrolyte，DOE contactNo.DE-FC02-95CE41158(1999)。
专利文献1：日本特开2000-321395号公报。
专利文献2：日本特开平4-283700号公报。
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，采用电渗析法从以硝酸钠为主成分的放射性废液(低水平放射性浓缩废液)中分离、回收钠时，在阴极室中，生成不含放射性核素的氢氧化钠，可以在一定程度上使低水平放射性浓缩废液减量。
但是，由于在阳极室中生成了含有放射性核素的硝酸，因此从减量化的角度来看，必须要进一步对硝酸进行处理。此外，该方法还具有下述这样的问题：由于在厚度为数mm的非常薄的钠离子选择性透过膜的两侧存在强碱和强酸溶液，因此当透过膜破损时的化学危险性非常高。
此外，在采用使用NASICON膜的电渗析法，从低水平放射性浓缩废液中分离、回收钠离子时，发现如下现象：随着时间的增加，钠离子的移动效率降低，并且槽电压升高。在采用电渗析法对低水平放射性浓缩废液进行减量时，上述这些现象由于会导致成本增加、并且增加器材的负担，因此是较为不利的。
此外，采用这样的电渗析法，可以从低水平放射性浓缩废液中分离、回收不含放射性核素的氢氧化钠，但是另一方面，由于生成含有放射性核素的硝酸，因此不能实现仅对放射性核素进行浓缩、从而高效地进行减量化。
此外，使用阳离子交换膜作为电解槽的隔膜时，不仅是钠离子，放射性核素也会发生转移。此外，为了从通过分离、回收钠而生成的含有放射性核素的酸中回收酸，使用了双极膜、阴离子交换膜。但即使在这样的情况下，与使用阳离子交换膜的情况相同，不仅是阴离子，放射性核素也会发生转移，因此不能仅回收不含放射性核素的酸。另外，由于双极膜和阴离子交换膜是有机膜，与NASICON膜那样的无机膜不同，其耐放射线性能不充分。
鉴于上述事实，本发明的目的在于提供一种放射性废液的处理方法以及处理装置，该处理方法及处理装置可以在不生成含有放射性核素的硝酸的情况下，从以硝酸钠为主成分的放射性废液中分离、回收钠离子，安全且高效地对放射性废液进行减量化。
解决问题的方法
本发明的放射性废液的处理方法为：向电解槽的阳极室供给含有氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种的放射性废液，并在此基础上进行该放射性废液的电渗析，所述电解槽在选择性透过钠离子的透过膜的两侧设置了阳极、阴极；在所述阴极室中，将透过所述透过膜的钠离子以氢氧化钠的形式从所述放射性废液中分离；将所述阳极室中残留的放射性物质，以放射性物质浓缩溶液的形式从所述放射性废液中分离；分别回收分离后的所述氢氧化钠以及所述放射性物质浓缩溶液。
所述氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种也可以是通过对放射性废液中含有的硝酸钠进行盐转换(塩転換)而生成的。
所述盐转换可以通过使用还原剂的化学反应的处理方法和/或使用电解。
所述通过使用还原剂的化学反应的处理方法可以在催化剂的存在下和/或在高温高压的条件下进行处理。
本发明的放射性废液的处理装置具有：将硝酸钠盐转换成氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种的盐转换装置；以及具有选择性地透过钠离子的透过膜、设置在所述透过膜两侧的阳极室和阴极室、以及分别设置在所述透过膜的两侧的阳极和阴极的电渗析装置。
发明的效果
本发明的放射性废液的处理方法是含有钠盐的放射性废液的处理方法，在该方法中，向电解槽的阳极室中供给含有氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种的放射性废液，并在此基础上进行该放射性废液的电渗析，所述电解槽在选择性地透过钠离子的透过膜的两侧设置了阳极、阴极。并且，在所述阴极室中，以氢氧化钠的形式对透过所述透过膜的钠离子进行分离，在所述阳极室中，以放射性物质浓缩溶液的形式对残留的放射性物质进行分离，并分别回收分离得到的氢氧化钠以及放射性物质浓缩溶液。由此，可以从放射性废液中以氢氧化钠的形式分离、回收不含放射性核素的钠离子，同时可以实现从放射性废液中仅分离、浓缩放射性核素。因此，可以减少废弃物的种类和总数，并且使对于分离得到的钠进行的处理变得容易。
另外，由于在体系内不存在硝酸根离子，因此可以消除由硝酸根离子引起的环境负荷。
此外，由于在阳极室中不会生成含有放射性核素的硝酸，在厚度为数mm的非常薄的钠离子选择性透过膜的两侧不存在强碱和强酸溶液，因此可以降低当透过膜发生破损时的化学危险。
另外，与以往的使用电渗析法的放射性废液的处理方法相比，本发明可以使减量率更高、使钠的移动效率更高、并且使电解槽中设置的透过膜的寿命变长，从而可以大幅度削减处理费用以及最终处理用地。
本发明的放射性废液的处理装置是含有钠盐的放射性废液的处理装置，其具有：将硝酸钠盐转换成氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种的盐转换装置；以及具有选择性地透过钠离子的透过膜、设置在所述透过膜两侧的阳极室和阴极室、以及分别设置在所述透过膜两侧的阳极和阴极的电渗析装置，因此，采用该装置，可以从放射性废液中以氢氧化钠的形式分离、回收不含放射性核素的钠离子。此外，与此同时，可以从放射性废液中仅分离、浓缩放射性核素。因此，可以提高放射性废液的减量率。
此外，由于在放射性废液中含有的经浓缩后的放射性核素的浓度与高水平放射性废弃物中含有的放射性核素的浓度相同，因此可以使放射性废液双极化(二極化)。
另外，与以往的使用电渗析法的放射性废液的处理方法相比，本发明可以使减量率更高、使钠的移动效率更高、并且使电解槽中设置的透过膜的寿命变长，从而可以大幅度削减处理费用以及最终处理用地。
附图说明
图1是示出本发明的放射性废液处理装置的一个实施方式的概略结构图。
符号说明
10放射性废液处理装置
11盐转换装置
12电渗析装置
13透过膜
14阳极室
15阴极室
16电解槽
17放射性废液贮存槽
18阳极液接受槽
19蒸发装置
20冷凝装置
21冷凝水贮存槽
22第一气体处理装置
23第二气体处理装置
24阴极液接受槽
具体实施方式
下面，对本发明的放射性废液处理方法以及处理装置的实施方式进行说明。
需要说明的是，该实施方式是为了更好地理解发明的主旨而进行的具体的说明，只要没有特别指定，本发明并不限定于以下的说明。
图1是示出本发明的放射性废液处理装置的一个实施方式的概略结构图。
该实施方式的放射性废液的处理装置(以下，称为“放射性废液处理装置”)10的基本上由下述装置构成：盐转换装置11、电渗析装置12、放射性废液贮存槽17、阳极液接受槽18、蒸发装置19、冷凝装置20、冷凝水贮存槽21、第一气体处理装置22、第二气体处理装置23、以及阴极液接受槽24。
此外，电渗析装置12具备：电解槽16、将该电解槽16分割成阳极室14以及阴极室15的透过膜13、设置在阳极室14内的阳极(图中省略)、设置在阴极室15内的阴电极(图中省略)。即，阳极和阴极分别设置在透过膜13的两侧。
盐转换装置11是使由放射性废液贮存槽17供给的放射性废液中所含有的硝酸钠(NaNO3)进行盐转换，从而形成氢氧化钠(NaOH)、碳酸氢钠(NaHCO3)和碳酸钠(Na2CO3)中的至少1种的装置。
作为该盐转换装置11，可以列举出使用下述处理方法的装置：通过使用还原剂的化学反应的处理方法、和/或使用电解的处理方法。就采用通过使用还原剂的化学反应的处理方法的装置而言，可以是使用在催化剂存在下和/或在高温高压条件下的处理方法的装置。
作为采用通过使用还原剂的化学反应的处理方法的装置，例如可以列举出，向含有硝酸钠的放射性废液中投入福尔马林、肼和甲酸中的至少1种作为还原剂来进行还原反应的装置。
另外，作为采用在催化剂存在下通过使用还原剂的化学反应的处理方法的装置，例如可以列举出：在共存有铜催化剂的情况下向含有硝酸钠的废液中投入还原剂，从而使硝酸根离子还原成氮或氨的装置。此外，作为采用在高温高压条件下通过使用还原剂的化学反应的处理方法的装置，例如可以列举出：向含有硝酸钠的废液中添加还原剂，并使溶液高温、高压，从而对硝酸根离子进行分解的装置。
此外，作为使用电解处理方法的装置，例如可以列举出：将氯化钠溶解到含有硝酸根离子的废液中，并可以利用由电解生成的次氯酸钠将硝酸根离子还原成氮(氨)的装置。
作为电渗析装置12的透过膜13，可以使用选择性地透过钠离子的由陶瓷等制成的膜，例如，可以列举出钠离子导体膜(NASICON膜、Na Super IonicConductor)、由β-氧化铝等制成的钠离子选择性透过膜等。
作为电渗析装置12的阳极，可以使用尺寸稳定电极(DimensionallyStable Electrode、DSE)、镀有铂的钛电极等。
作为电渗析装置12的阴极，可以使用镀有铂的钛电极等。
电渗析装置12通过流路与第一气体处理装置22相连接。
该第一气体处理装置22将电渗析装置12中通过放射性废液的电渗析而在阳极室中产生的氧或二氧化碳吸附在吸附材料上以进行回收，或者在安全的状态下将其排出到外部。此外，第一气体处理装置22还对伴随着电渗析中阳极室14内的放射性废液的pH值变化而放出的放射性气体进行分离、回收。
就第二气体处理装置23而言，其向电渗析装置12中通过放射性废液的电渗析而在阴极室中产生的氢气中加入一定的空气，并在催化剂存在下将其氧化成水并排出到外部。
接下来，对该放射性废液处理装置10的作用进行说明，同时对该实施方式的放射性废液的处理方法也进行说明。
首先，在盐转换装置11中，对放射性废液进行盐转换处理，该放射性废液是在放射性废液贮存槽17中暂时贮存的、由使用完的核燃料再处理设施等核动力设施所产生的放射性废液。
该放射性废液是以硝酸钠为主成分、并含有放射性核素的溶液。在盐转换处理中，将该放射性废液中含有的硝酸钠处理成氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种。
盐转换处理是通过使用还原剂的化学反应的处理方法和/或使用电解的处理方法。另外，通过使用还原剂的化学反应的处理方法，可以是在催化剂存在下和/或在高温高压条件下进行处理的方法。
作为使用还原剂的化学反应，例如可以列举出：通过向含有硝酸钠的废液中投入福尔马林、肼和甲酸中的至少1种作为还原剂而进行的还原反应。
另外，在通过使用还原剂的化学反应的处理方法中，作为在催化剂存在下进行处理的方法，例如可以列举出：在共存有铜催化剂的情况下向含有硝酸钠的废液中投入还原剂，从而使硝酸根离子还原成氮或氨的反应；在通过使用还原剂的化学反应的处理方法中，作为使用在高温高压条件下进行的处理方法，例如可以列举出：向含有硝酸钠的废液中添加还原剂，并使溶液高温、高压，从而对硝酸根离子进行分解的反应。
此外，作为使用电解的处理方法，例如可以列举出：使氯化钠溶解到含有硝酸根离子的废液中，并利用由电解生成的次氯酸钠将硝酸根离子还原成氮(氨)的反应。
接下来，将放射性废液输送到阳极液接受槽18中，该放射性废液为实施了盐转换处理且含有高浓度的由硝酸钠转化成的氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种钠盐的放射性废液。
这里所说的含有高浓度钠盐的放射性废液，具体地是指含有1mol/L以上的钠盐、优选含有1mol/L～35mol/L钠盐的溶液。
接下来，当阳极液接受槽18内的放射性废液达到规定量时，将放射性废液送入到电渗析装置12的阳极室14中。
另一方面，在电渗析装置12的阴极室15中，预先供给低浓度的氢氧化钠水溶液。预先向阴极室15中供给的氢氧化钠水溶液的浓度为高效进行电渗析的浓度范围，优选为0.1mol/L～5mol/L。
接下来，在电渗析装置12中，对含有氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种钠盐的放射性废液进行电渗析。
在进行电渗析时，电渗析装置12的电解槽16(阳极室14和阴极室15)的温度可以根据放射性废液中含有的钠盐的种类、浓度适当设定，可以为室温(20℃)以上、100℃以下。
利用该放射性废液的电渗析，仅使来源于上述钠盐的离子(钠离子(Na+)、氢氧根离子(OH-)、碳酸氢根离子(HCO3 -)、碳酸根离子(CO3 -))中的钠离子(Na+)选择性地透过透过膜13，从阳极室14转移到阴极室15的氢氧化钠水溶液中。
另一方面，在阳极室14中，在电渗析过程中，伴随着放射性废液中含有的氢氧化钠的钠离子分离、回收的进行，其氢氧根离子(OH-)以水的形式被回收。此时，在阳极室14中进行如下式(1)所示的涉及氢氧根离子的化学反应。
4OH-→2H2O+O2↑+4e-(1)
此外，在阳极室14中，在电渗析过程中，伴随着碳酸氢钠和/或碳酸钠中钠离子分离、回收的进行，阳极室14内的放射性废液的pH值降低。由此，其碳酸氢根离子(HCO3 -)和/或碳酸根离子(CO3 -)以二氧化碳的形式从阳极室14中排出，结果以水的形式被回收。此时，在阳极室14中，进行如下式(2)所示的涉及碳酸氢根离子的化学反应。
2HCO3 -+2OH-→2H2O+2CO2↑+O2↑+4e-(2)
此外，在阳极室14中，进行如下式(3)、(4)所示的涉及碳酸根离子的化学反应。
CO3 -+H2O→HCO3 -+OH-(3)
2HCO3 -+2OH-→2H2O+2CO2↑+O2↑+4e-(4)
需要说明的是，电渗析装置12中通过放射性废液的电渗析而产生的氧气、二氧化碳被送往第一气体处理装置22中，并通过吸附材料使其吸附回收，或者在安全的状态下排出到外部。
接下来，通过透过透过膜13、从阳极室14转移到阴极室15中的钠离子，将阴极室15中的氢氧化钠水溶液的浓度逐渐升高。并且，当该浓度达到规定浓度时，将氢氧化钠水溶液送入到阴极液接受槽24中。
接下来，在阴极液接受槽24中回收部分氢氧化钠水溶液。残留在阴极液接受槽24中的氢氧化钠水溶液被稀释到指定浓度，并再次送入到阴极室15中，用于在电渗析装置12中的放射性废液的电渗析。
此外，进行在电渗析装置12中的放射性废液的电渗析，使阳极室14中的钠浓度减少到规定浓度之后，将含有该放射性核素的溶液(放射性核素浓度在电渗析前后没有变化(浓缩前))经由阳极液接受槽18送入到蒸发装置19中。
接下来，在蒸发装置19中，对从阳极室14送来的溶液进行蒸馏，并从该溶液中分离、回收放射性核素。
随后，将该分离、回收的放射性核素送入到玻璃固化设备或水泥固化设备中，通过玻璃或者水泥使其固化。
此外，由该蒸馏步骤生成的水在冷凝装置20中进一步冷凝，并将在此生成的冷凝水贮存在冷凝水贮存槽21中。
另外，将蒸馏后的部分溶液经由阳极液接受槽18，再次送入到阳极室14中，用于在电渗析装置12中的放射性废液的电渗析。
根据该实施方式的放射性废液处理装置10以及使用该装置的放射性废液的处理方法，在放射性废液中含有的硝酸钠经过盐转换处理，转变成氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种钠盐，然后使用选择性地透过钠离子的透过膜，进行含有该钠盐的放射性废液的电渗析。由此，可以从放射性废液中以氢氧化钠的形式分离、回收不含放射性核素的钠离子，同时可以从放射性废液中仅分离、浓缩放射性核素。其结果可以提高放射性废液的减量率。具体来说，可以使放射性废液减量到处理前原液的1/1000～1/100左右以下。通过进行减量化，使得降低废弃物的种类和总数成为可能。另外，使得对经分离的钠的处理变得容易。此外，由于与以往的使用电渗析法的放射性废液的处理方法相比，本实施方式的减量率更高，钠的移动效率更高，并且，在电解槽中设置的透过膜的寿命更长，因此可以大幅度削减处理费用以及最终处理用地。
此外，通过对放射性废液中含有的硝酸钠进行盐转换处理而生成钠盐，并进行含有该钠盐的放射性废液的电渗析，因此不会产生含有放射性核素的酸(硝酸)等。由此，可以简化对浓缩后的放射性废液的处理。另外，通过对硝酸钠进行盐转换处理而生成钠盐，可以消除由硝酸根离子所产生的环境负荷。
需要说明的是，在该实施方式中列举了下面的情况：对放射性废液中含有的硝酸钠进行盐转换处理，将其转化为氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种钠盐，然后使用选择性地透过钠离子的透过膜，进行含有该钠盐的放射性废液的电渗析。但是，本发明并不仅限定于该实施方式，也可以进行含有氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种钠盐的放射性废液的电渗析。在该情况下也可以获得与上述的实施方式相同的效果。
实施例
下面，通过实施例对本发明进行更为具体的说明，但本发明不仅限于以下的实施例。
使用图1所示的放射性废液处理装置，对于盐转换处理和电渗析分别进行了试验。
(实施例1：盐转换处理)
为了确认在催化剂的存在下，通过使用还原剂的化学反应的硝酸根离子的盐转换处理的反应性，进行了以下的试验。
向0.5L硝酸根离子(NO3 -)浓度为80000mg/mL的硝酸钠(NaNO3)溶液中添加铂-铜(Pd-Cu)系催化剂并进行搅拌，再添加作为还原剂的指定量的肼或甲醛。
从反应开始后每间隔指定的时间，对该溶液的液相进行取样，对该液相进行化学分析，并同时进行生成气体的组成分析，由此对氧化还原反应中的化学种进行定量。
对于催化剂添加量、还原剂添加量、温度以及反应溶液(在此为硝酸钠溶液)的pH值对氧化还原反应的影响进行了研究，找出在还原剂添加结束后、反应迅速到达反应终点时的适合条件。
涉及硝酸钠的主要的氧化还原反应如下述式(5)、(6)所示。
在该实施例中，已知硝酸根离子的90％以上成为氮(N2)，以及生成微量的铵离子(NH4 +)、氨(NH3)、一氧化二氮(N2O)等，硝酸钠被盐转换成为氢氧化钠或碳酸钠。
4NaNO3+5N2H4→7N2+4NaOH+8H2O(5)
4NaNO3+5HCHO+6NaOH→2N2+5Na2CO3+8H2O(6)
作为一个实例，就肼和硝酸钠之间的比例与分解率(硝酸+亚硝酸)之间的关系而言，通过把还原剂的添加量调整到反应当量(N2H4/NaNO3＝1.25(mol/mol))的附近，使得硝酸根离子和还原剂的残留浓度变为最小，由此控制还原剂的添加量，从而确认了硝酸根离子的分解效率可以提高到非常高的水平。
(实施例2：电渗析1)
在使硝酸钠进行盐转换而生成碳酸钠，并进行含有该碳酸钠的溶液的电渗析的情况下，在电渗析中回收钠离子时，可以预测碳酸根离子发生分解，并生成二氧化碳。为了确认这样的碳酸根离子的分解反应，进行了以下的试验。
向电渗析装置的阳极室中供给1.8mol/L(换算成钠为3.6mol/L)的碳酸钠水溶液，该电渗析装置使用阳离子交换膜(Nafion N-450膜、杜邦(Du Pon)公司制造)作为透过膜，使用尺寸稳定电极(DSE)作为阳极，使用镀有铂的钛电极作为阴极。另一方面，向该电渗析装置的阴极室中供给3.6mol/L(换算成钠为3.6mol/L)的氢氧化钠水溶液。
接下来，在室温下进行碳酸钠水溶液的电渗析，并取样电渗析中的水溶液，对该水溶液进行化学分析，同时进行生成气体的组成分析。
结果确认到由于电渗析而使钠向阴极室移动，同时确认到伴随着阳极室pH值的降低而产生二氧化碳。由此，确认了碳酸根离子在利用电渗析分离、回收钠离子的过程中发生分解，并生成二氧化碳。另外确认了，在阳极室中，即使析出碳酸氢钠的结晶，由电渗析引起的钠离子从阳极室向阴极室的转移仍然继续进行。
(实施例3：电渗析2)
进行如下所述的氢氧化钠水溶液的电渗析试验。
向使用NASICON膜作为透过膜、使用镀铂的钛电极作为阳电极和阴电极的电渗析装置的电解槽(阳极室和阴极室)中供给5mol/L的氢氧化钠水溶液。
接下来，在40℃下进行氢氧化钠水溶液的电渗析，从反应开始后每隔指定的时间，对电渗析中的水溶液进行取样，对该水溶液进行化学分析，研究钠浓度的变化。另外，测定从反应开始到结束为止的电解电压以及电流密度。
结果显示，可以从阴极室中除去95重量％的钠。此时的电流效率高达95％以上，并且通过使用NASICON膜作为透过膜的电渗析法，可以从氢氧化钠水溶液中效率良好地除去大量的钠。
(实施例4：电渗析3)
进行如下所述的碳酸钠水溶液的电渗析试验。
向使用NASICON膜作为透过膜、使用镀铂的钛电极作为阳电极和阴电极的电渗析装置的电解槽(阳极室和阴极室)中供给2.5mol/L的碳酸钠水溶液。
接下来，在60℃下进行碳酸钠水溶液的电渗析，从反应开始后每隔指定的时间，对电渗析中的水溶液进行取样，对该水溶液进行化学分析，研究钠浓度的变化。另外，测定从反应开始到结束为止的电解电压以及电流密度。
结果显示，当向阴极室中供给的水溶液中的碳酸钠浓度为0.5mol/L以下时，发现在电阻升高的同时电解电压也会上升，且电流效率降低，但是仍然可以从阴极室中除去95重量％的钠。此时的电流效率高达95％以上，并且通过使用NASICON膜作为透过膜的电渗析法，可以从碳酸钠水溶液中效率良好地除去大量的钠。此外，确认到在电渗析中生成了二氧化碳。
(实施例5：电渗析4)
进行如下所述的以向氢氧化钠水溶液中添加放射性核素而得到的溶液作为对象的电渗析试验。
将阳极液中的氢氧化钠浓度调整为5mol/L，并向其中添加Cs-137、Ce-139、Ru-106、Sr-85、Am-241、Np-237并调整得到溶液，将该溶液供给到以NASICON膜作为隔膜的电解槽中，在40℃下进行电渗析试验。使用的放射性核素的浓度为Cs-137(2000Bq/mL)、Ce-139(1000Bq/mL)、Ru-106(300Bq/mL)、Sr-85(4000Bq/mL)、Am-241(10Bq/mL)、Np-237(10Bq/mL)。阴极液使用4mol/L的氢氧化钠。
30h的电渗析的结果显示，从阳极室中回收了大约70％的Na。此时的阴极液中的放射性浓度除Cs-137之外，均在检测极限以下。就Cs-137而言，发现了透过到阴极液中的微量的Cs-137。
其结果，确认了通过使用NASICON膜的电渗析试验，可以将放射性核素浓缩到阳极一侧，并进行钠的回收。
(实施例6：电渗析5)
进行如下所述的以向碳酸钠水溶液中添加放射性核素而得到的溶液作为对象的电渗析试验。
将阳极液中的碳酸钠浓度调整为1.5mol/L，并向其中添加Cs-137、Ce-139、Ru-106、Sr-85、Am-241、Np-237并调整得到溶液，将该溶液供给到以NASICON膜作为隔膜的电解槽，在60℃下进行电渗析试验。使用的放射性核素的浓度为Cs-137(2000Bq/mL)、Ce-139(1000Bq/mL)、Ru-106(300Bq/mL)、Sr-85(2000Bq/mL)、Am-241(30Bq/mL)、Np-237(30Bq/mL)。阴极液使用4mol/L的氢氧化钠。
30h的电渗析的结果显示，从阳极室中回收了大约70％的Na。此时的阴极液中的放射性浓度除Cs-137之外，均在检测极限以下。就Cs-137而言，发现了透过到阴极液中的微量的Cs-137。
其结果，确认了通过使用NASICON膜的电渗析试验，可以将放射性核素浓缩到阳极一侧，并进行钠的回收。
由上述(实施例5：电渗析4)以及(实施例6：电渗析5)的试验结果确认到如下结果：通过使用NASICON膜的电渗析法，可以将氢氧化钠以及碳酸钠中含有的放射性核素浓缩到阳极液一侧，并在阴极一侧回收钠。
工业实用性
根据本发明的放射性废液的处理方法以及处理装置，可以在不生成含有放射性核素的硝酸的情况下，从以硝酸钠为主成分的放射性废液中分离、回收钠离子，从而可以安全且更有效地进行放射性废液的减量化。
Claims (5)
1.一种含有钠盐的放射性废液的处理方法，该处理方法包括下述步骤：
向电解槽的阳极室供给含有氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种的放射性废液，在此基础上进行该放射性废液的电渗析，所述电解槽在选择性透过钠离子的透过膜的两侧设置有阳极、阴极；
在所述阴极室中，将透过所述透过膜的钠离子以氢氧化钠的形式从所述放射性废液中分离；
将残留在所述阳极室中的放射性物质以放射性物质浓缩溶液的形式从所述放射性废液中分离；以及
对分离后的所述氢氧化钠和所述放射性物质的浓缩溶液分别进行回收。
2.权利要求1所述的放射性废液的处理方法，其中，所述氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种是通过使放射性废液中含有的硝酸钠进行盐转换而生成的。
3.权利要求2所述的放射性废液的处理方法，其中，所述盐转换是通过使用还原剂的化学反应的处理方法和/或使用电解的处理方法。
4.权利要求3所述的放射性废液的处理方法，其中，所述通过使用还原剂的化学反应的处理方法在催化剂的存在下和/或在高温高压的条件下进行处理。
5.一种含有钠盐的放射性废液的处理装置，该处理装置具有：
将硝酸钠盐转换成氢氧化钠、碳酸氢钠和碳酸钠中的至少1种的盐转换装置；以及
电渗析装置，该电渗析装置具有：选择性地透过钠离子的透过膜、设置在所述透过膜两侧的阳极室和阴极室、以及分别设置在所述透过膜两侧的阳极和阴极。
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