CN106663485B - 含有氚水的原料水的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种含有氚水的原料水的处理方法，该处理方法如下：将贮存于贮存罐内的含有氚水的原料水中的一部分供给至循环罐，边将在该循环罐内混合前述循环罐内的原料水和碱水而调整至期望碱浓度的电解液循环，边继续电解，对贮存在前述贮存罐中的原料水进行碱水电解处理，将前述原料水气体化。根据上述本发明，通过碱水电解将含有氚水的原料水气体化，从而将含氚氢气的氚的浓度稀释至1244分之1，并且能够将含有氚水的原料水减容。

Description

含有氚水的原料水的处理方法
技术领域
本发明涉及含有氚水的原料水的处理方法，所述方法通过碱水电解将含有氚水的原料水气体化，从而相对于原料水中的氚浓度，将氚的浓度稀释至 1244分之1，并且将含有氚水的原料水减容。
本发明还涉及以氚的排放基准的20分之1的形式释放至大气中并导向与生物隔绝的上空的方法。
本发明还涉及使含氚氢气与水蒸汽反应，以浓缩了氚的含氚水的水的形式回收的方法。
本发明还涉及：使用基本不含有氯化物离子等杂质的原料水作为前述含有氚水的原料水，将其连续电解，进行气体化，从而将氚浓度稀释，并且在将含有氚水的原料水减容的含有氚水的原料水的处理方法；以及在进行了该连续电解后，边回收电解中使用的碱成分，边对经分离的含氚水的水进一步进行碱水电解的含有氚水的原料水的处理方法。
本发明还涉及：使用含有大量氯化物离子等杂质的原料水作为前述含有氚水的原料水，将该杂质去除后进行连续电解，将氚浓度稀释，并且将含有氚水的原料水减容的含氚水的水的处理方法；以及在进行了该连续电解后，边回收电解中使用的碱成分，边进一步进行电解，将含氚水的水进一步减容的含有氚水的原料水的处理方法。
背景技术
存在于地上的氚基本以属于氧化物的超重氢水、氚(tritium)水的形式存在。认为进行大气循环的氚水浓度，包括动植物在内，古今中外大致为恒定的值，由水中浓度的降低量能够检测出脱离大气循环的时期 ，能够测定地下水的年代。在土木、农业方面的地下水流动的实证调査中能够发挥作用。氚以与氧结合而成的氚水的形式混合存在于水中，在水圈中以气相、液相、固相广泛扩散分布于蒸汽·降水·地下水·河川水·湖沼水·海水·饮用水·生物中。
天然的氚是通过宇宙射线与大气的反应而生成的，由于生成概率低，因此其量非常少。另一方面，通过1950年代的核实验、原子炉及核燃料再处理产生的氚被大量排放到环境中而存在(放射性尘埃氚)。另外，在原子炉相关施设内，会在炉的运转·维护、核燃料再处理时产生，与外界相比高水平的氚蓄积而局部存在，但是由于化学性质与氢比基本没变这种理由而被计划性地排放至大气圈、海洋。
在日本国内测定的最高值为于发生了核电站事故的福岛第一核电站用地内的专用港在2013年6月21日检测出的1100Bq/L。由于氚难以与氢进行化学分离，因此尝试了进行物理分离的方法，但目前依然是实验水平，还没有达到实用化。因此对于由因核电站事故等排放到环境中的氚带来的放射性能量，以现在的技术还不能清除污染。认为含有在福岛第一核电站中产生的氚的污染水今后将会达到80万m3规模，期待早期确立其有效处理方法。
然而，由于氚浓度为极低水平，因此对其浓度进行测定时，为了提高测定精度，通常进行电解浓缩。此处，迄今为止，对于重水的电解浓缩已知有制作使电解质溶解而得到的试样溶液、使板状的平板相对而进行电解的方法。电解液中所含有的水除了H2O以外，还有HDO、HTO，它们通过通常的水电解而分解为氢气和氧气，由于同位素效应，H2O的分解相对于HDO、HTO 的分解优先，电解液中的氘、氚的浓度上升、进行浓缩。作为该电解浓缩中使用的阳极使用镍，另外，作为阴极使用钢、铁及镍等。然后，清洗这些电极，将以稀苛性钠作为支持盐添加至含有重水的水的溶液而制备的试样水放入玻璃容器，通电进行电解。此时，将电流密度设为1～10A/dm2左右，为了防止由发热导致的水的蒸发，将液温维持在5℃以下，并且通常继续电解直至液体量变为10分之1以下而进行重氢的浓缩。
即，氚的电解浓缩与上述重氢的情况同样，利用了氚水比轻氢水不易电解的性质。关于向碱水溶液中插入金属电极进行电解的方法，已经进行了大量研究，作为标准的方法已经被官方标准化。在该方法中，以1阶段将氚浓度浓缩。但是，若在实际情况的方面，以往的电解浓缩法存在一些问题。它们是：实验操作繁杂、氚浓缩倍率受电解质浓度的上限限制、存在产生氢和氧的混合气体发生爆炸的危险性、电解需要时间、不适于大容量的处理。
由于从以1阶段进行稀薄含有物的分离捕获的观点考虑技术，因此以上的问题的成因主要源自用于处理碱水电解质水溶液的麻烦程度、难以将在两极产生的气体分离、在金属表面产生气泡而难以使电解电流增大等以往的碱水溶液电解法的利用上。
与此相对，近年来，作为被关注的水的电解法，有利用固体高分子型电解质、SolidPolymer Electrolyte(以下称为“SPE”)的水电解方法(以下称为“SPE水电解”。)。对于该SPE水电解，最初是美国General Electric公司在1970 年代初期应用了燃料电池的技术，电解部的结构为用多孔质的金属电极夹持 SPE膜的两面，将其浸渍于纯水，仅通过使电流流通来进行电解，分解气体从多孔质电极释放出。SPE为阳离子交换树脂的一种，具有将用于担当离子传导的磺酸基等化学键合于高分子链上而成的结构。在两极间使电流流通时，水会被分解，在阳极产生氧气并生成氢离子。该氢离子在SPE中的磺酸基间移动并到达阴极、接收电子而形成氢气。在外观上，SPE自身不发生变化而保持为固体状。
认为将该SPE利用到氚的电解浓缩中时，与以往方法相比，可以期待如下优点。
1)能够使蒸馏水直接分解。即，不需要碱水溶液电解法中不可缺少的电解质的溶解、中和及电解质的去除，试样水的减容率在原理上没有限制。
2)电极表面不会被气泡覆盖，因此能够以大电流进行电解、能够缩短电解时间。
3)氢气与氧气在SPE膜的两侧分离地产生，因此气体的处理容易。这远远比处理爆炸性混合气体的以往的方法安全。
另外，关于基于SPE水电解的重水的电解浓缩方法，有由本申请人提出的专利文献1及2以及非专利文献1。
但是，在使用所述专利文献1及2以及非专利文献1的情况下，即使能够适用于分析仪器、小规模浓缩处理，也由于下述理由而不适于大规模处理。由于利用的电解液为纯水，因此为了使电流在电解液中不流通，需要将构成要素的固体高分子膜以相当于20-30Kg/cm2的表面压力紧固在阳极、阴极。因此，要求电解槽的各构件为高强度，考虑经济性、操作性时，确保1m2以上的大型反应面积是不现实的，对于大容量的含有重水的原料水的电解浓缩、截留而言，设备费也会上涨，是不适合的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-26703号公报(日本特许第3406390号公报)
专利文献2：日本特开平8-323154号公报(日本特许第3977446号公报)
非专利文献
非专利文献1：使用固体高分子电解质的氚电解浓缩 (RADIOISOTOPES，Vol.45，No.5May 1996)(社团法人日本放射性同位素协会出版)
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，解决上述现有技术的问题，提供利用了电解法的适于大规模处理的含有氚水的原料水的处理方法。更具体而言，本发明的目的在于提供如下方法：边连续供给含有氚水的原料水边连续进行碱水电解，从而气体化，转化为含氚氢气和氧气，显著减小氚对生物的影响程度，形成将氚的浓度稀释至1244分之1的状态的方法；以氚的排放基准的20分之1以下的形式释放至大气中并导向与生物隔绝的上空的方法；使气体化的前述含氚氢气与水蒸汽反应，以浓缩了氚的含氚水的水的形式回收的方法。另外，提供如下方法：在使用基本不含氯化物离子等杂质的原料水作为前述含有氚水的原料水的情况下，能够进行连续电解，实现氚浓度的稀释，将含有氚水的原料水减容的方法；将含有氚水的原料水连续电解后，边回收电解中使用的碱成分，边进一步进行基于批量供给的碱水电解，实现氚浓度的稀释，将含氚水的水进一步减容的含有氚水的原料水的处理方法。另外，提供如下方法：在使用含有大量氯化物离子的杂质的原料水作为前述含有氚水的原料水的情况下，通过前工序将该杂质去除，然后进行上述的连续电解，实现氚浓度的稀释，将含有氚水的原料水减容的方法；进而，在这些方法中，将含有氚水的原料水连续电解后，边回收电解中使用的碱成分，边进一步进行基于批量供给的碱水电解，实现氚浓度的稀释，将含氚水的水进一步减容的含有氚水的原料水的处理方法。
用于解决问题的方案
为了达成上述目的，本发明的第1解决方案提供一种含有氚水的原料水的处理方法，其特征在于，通过第1碱水电解工序对含有氚水的原料水进行处理，所述第1碱水电解工序由如下工序构成：
(1)将含有氚水的原料水的一部分和碱水供给至循环罐，
(2)将在该循环罐内混合原料水和碱水而调整至期望碱浓度的电解液供给至碱水电解装置，进行电解处理，并且
(3)将与经该电解处理而消失的原料水相当的量的原料水连续供给至前述循环罐从而将前述碱浓度维持为经调整的初期浓度，边使前述电解液循环边继续电解，连续进行碱水电解处理，
(4)将前述原料水转化为含氚氢气和氧气而进行气体化，从而相对于前述原料水中的氚浓度，将氚的浓度稀释至1244分之1，并且，
(5)将前述原料水减容。
为了达成上述目的，本发明的第2解决方案提供一种含有氚水的原料水的处理方法，其特征在于，将通过前述第1碱水电解工序产生的前述含氚氢气释放至大气中。
为了达成上述目的，本发明的第3解决方案提供一种含有氚水的原料水的处理方法，其特征在于，将通过前述第1碱水电解工序产生的前述含氚氢气送至催化塔，在该催化塔中，使前述含氚氢气在填充于该催化塔内的催化剂上与水蒸汽反应，以浓缩了氚的含氚水的水的形式回收。
为了达成上述目的，本发明的第4解决方案提供一种含有氚水的原料水的处理方法，其特征在于，具有如下工序：
前述第1碱水电解工序，边连续供给原料水，边进行碱水电解处理；
第2蒸馏工序，在该第1碱水电解工序结束后，将该第1碱水电解工序内残留的前述电解液的总量供给至蒸发器，将该电解液中的前述碱成分以碱盐浆料的形式回收，并且将通过该蒸发器蒸馏的含氚水的水取出；
第2碱水电解工序，将通过该第2蒸馏工序取出的含氚水的水和新的碱水供给至循环罐，对于在该罐中混合前述含氚水的水和前述新的碱水而调整至期望的碱浓度的电解液，将碱水电解装置的电解容量调整至与该电解液的处理量相当的容量，进行碱水电解处理并进行间歇处理(batch treatment)，将前述含氚水的水气体化，转化为含氚氢气和氧气，从而相对于前述含氚水的水中的氚浓度，将氚的浓度稀释至1244分之1，并且将前述原料水减容，
进而，直到前述间歇处理结束为止，根据需要设置多次重复前述第2蒸馏工序和前述第2碱水电解工序的工序，并且在进行多次重复时，边逐渐减小前述第2碱水电解工序中使用的前述碱水电解装置的容量，边重复处理。
为了达成上述目的，本发明的第5解决方案提供一种含有氚水的原料水的处理方法，其特征在于，在前述第1解决方案中，在使用含有包含大量氯化物离子的杂质的原料水作为前述含有氚水的原料水的情况下，作为前述第 1碱水电解工序的前工序，设置有用于去除前述杂质的第1蒸馏工序，在该第 1蒸馏工序中，将含有包含前述氯化物离子的杂质的原料水供给至蒸发器，将前述杂质以盐浆料的形式去除，并且将去除前述杂质后的含有氚水的原料水取出并将其连续供给，通过前述第1碱水电解工序进行处理。
为了达成上述目的，本发明的第6解决方案提供一种含有氚水的原料水的处理方法，其特征在于，在前述第4解决方案中，在使用含有包含大量氯化物离子的杂质的原料水作为前述含有氚水的原料水的情况下，作为前述第 1碱水电解工序的前工序，设置有用于去除前述杂质的第1蒸馏工序，在该第 1蒸馏工序中，将含有包含前述氯化物离子的杂质的原料水供给至蒸发器，将前述杂质以盐浆料的形式去除，并且将去除前述杂质后的含有氚水的原料水取出并将其连续供给，通过前述第1碱水电解工序进行处理。
为了达成上述目的，本发明的第7解决方案提供一种原料水的处理方法，所述原料水的特征在于含有氚水，所述处理方法的特征在于，在前述第5解决方案或第6解决方案中，在前述第1蒸馏工序中，将前述盐浆料浓缩，以固体物质的形式进行分离回收。
为了达成上述目的，本发明的第8解决方案提供一种原料水的处理方法，所述原料水的特征在于含有氚水，所述处理方法的特征在于，在前述第4解决方案中，在前述第2蒸馏工序中，将前述碱盐浆料浓缩，以固体物质的形式进行分离回收。
为了达成上述目的，本发明的第9解决方案提供一种原料水的处理方法，所述原料水的特征在于含有氚水，所述处理方法的特征在于，在前述第4解决方案中，在前述第1碱水电解工序中，使用较高浓度的碱水作为前述碱水，以较高的电流密度进行电解处理，在前述第2碱水电解工序中，使用较低浓度的碱水作为前述碱水，以较低的电流密度进行电解处理。
为了达成上述目的，本发明的第10解决方案提供一种原料水的处理方法，所述原料水的特征在于含有氚水，所述处理方法的特征在于，在前述第 1解决方案中，在前述第1碱水电解工序中，使用15质量％以上的碱水作为前述碱水，以15A/dm2以上的电流密度进行电解处理。
为了达成上述目的，本发明的第11解决方案提供一种原料水的处理方法，所述原料水的特征在于含有氚水，所述处理方法的特征在于，在前述第 4解决方案中，在前述第2碱水电解工序中，使用2～10质量％的碱水作为前述碱水，以5～20A/dm2电流密度进行电解处理。
发明的效果
(1)根据本发明，通过将含有氚水的原料水气体化，转化为含氚氢气和氧气，从而能够将氚的浓度稀释至1244分之1，能够显著减小氚对生物的影响程度。
需要说明的是，含有氚水的原料水优选通过碱水电解对其全部量进行处理，但在其量为大量时、或者有经济上或其它情况时，可以分多次进行碱水电解。
(2)根据本发明，通过将含有氚水的原料水气体化，能够形成将氚的浓度稀释至1244分之1的状态，因此能够以氚的排放基准的20分之1以下的形式释放至大气中并导向与生物隔绝的上空。
(3)根据本发明，在通过第1碱水电解工序连续对含有氚水的原料水进行碱水电解处理的方法中，使经气体化的含氚气的氢气与水蒸汽反应，从而能够将处理物以浓缩了的含氚水的水的形式回收。
(4)根据本发明，对于含有大量氯化物离子等杂质的含有氚水的原料水，通过作为前工序设置连续向蒸馏器供给的第1蒸馏工序，将前述杂质以盐浆料的形式去除，也能够实现可获得前述中举出的效果的处理。以下，将基于第1碱水电解工序的处理或由作为前工序的第1蒸馏工序和第1碱水电解工序构成的处理称为“碱水电解系统(I)”。
(5)根据本发明的第4解决方案，在前述碱水电解系统(I)中的第1 碱水电解工序中的连续电解结束后，通过由第2蒸馏工序和设置于第2蒸馏工序结束后的第2碱水电解工序构成的间歇方式对在第1碱水电解工序内残留的电解液(碱水)进行处理，从而在第2蒸馏工序中能够将碱成分以碱盐浆料的形式回收，并且能够将经蒸馏的含氚水的水取出。
(6)根据本发明的第4解决方案，在前述碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序中的连续电解结束后，对在第1碱水电解工序内残留的电解液(碱水)，将在第2蒸馏工序结束后取出的含氚水的水作为电解液，在间歇方式的第2碱水电解工序中，边将碱水电解装置的电解容量调整至与电解液的处理量相当的容量，边将电解液供给至该碱水电解装置，进行电解处理，从而将在前述碱水电解系统(I)的处理中残留的含氚水的水稀释至氚的排放基准值以下而去除，并且能够将含有氚水的原料水进一步减容。
(7)根据本发明的第4解决方案，为了充分进行间歇处理，进一步设置将前述第2蒸馏工序和前述第2碱水电解工序以第3、第4··的方式重复的工序，从而能够边逐渐减小前述碱水电解装置的容量(边减小设备)，边将含氚水的水减容至几乎变为零。以下，将由第2蒸馏工序(第3蒸馏工序及其以后的蒸馏工序中也使用)和第2碱水电解工序(第3碱水电解工序及其以后的碱水电解工序中也使用)构成的处理称为“碱水电解系统(II)”。
(8)根据本发明的第5或第6解决方案，在使用含有包含大量氯化物离子的杂质的原料水作为含有氚水的原料水的情况下，通过设置第1蒸馏工序作为用于实施碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序的前工序，前述杂质以盐浆料的形式被去除，因此通过前述第1碱水电解工序，杂质不会蓄积在电解液中，能够长时间以稳定的状态顺利地进行连续的碱水电解。
(9)根据本发明，在通过碱水电解系统(II)对用于实施碱水电解系统 (I)的第1碱水电解工序结束后的残留的电解液进行处理的情况下，在第2 碱水电解工序及根据需要在其以后多次重复碱水电解工序时，残留的碱每次都与第2蒸馏工序同样，需要在第3、第4···的蒸馏工序中以碱盐的形式进行回收，但第2蒸馏工序及第3以后的蒸馏工序的设备可以直接组合使用用于去除含有氚水的原料水中的大量氯化物离子等杂质的前工序中的第1蒸馏工序的设备，因此能够大幅减少设备。
附图说明
图1为示出在含有氚水的原料水的处理中，在对仅含少量氯化物离子等杂质的原料水进行处理的情况下进行的第1碱水电解工序中使用的本发明的碱水电解系统(I)的第1实施方式(相当于前述第1解决方案)的流程图，所述第1碱水电解工序边将电解液的碱浓度保持为恒定并使其循环边连续进行碱水电解。
图2为示出碱水电解系统(II)中使用的本发明的碱水电解系统的第4实施方式(在前述第4解决方案中使用)的流程图，所述碱水电解系统(II)由以下工序构成：用于将在第1碱水电解工序内残留的电解液的碱成分取出、回收并以间歇方式进行处理的第2蒸馏工序；以及，边将碱水电解装置的电解容量调整为与在第1碱水电解工序内残留的电解液的处理量相当的容量，边进行电解处理的第2碱水电解工序构成。
图3为示出在使用图2中示出的碱水电解系统(II)对含有氚水的原料水进行处理的处理方法中，对在碱水电解系统(I)中的第1碱水电解工序内残留的电解液进行处理时进行的第4实施方式的工序图，所述第4实施方式为以下构成：将残留的电解液进一步通过第2蒸馏工序进行处理，通过蒸馏器将碱成分以碱盐浆料的形式回收，另一方面将蒸馏而得到的含氚水的水供给至循环罐，通过第2碱水电解工序进行处理，然后，直到充分进行间歇处理为止，重复上述回收和电解。
图4为示出使用含有大量氯化物离子等杂质的原料水作为含有氚水的原料水进行处理的情况下进行的、具有碱水电解系统(II)的本发明的碱水电解系统的第6实施方式(在前述第5、第6解决方案中使用)的流程图，所述碱水电解系统第6实施方式由如下工序构成：用于将该杂质以盐浆料的形式去除的作为前工序的第1蒸馏工序；边将碱水电解系统(I)中的电解液的碱浓度保持为恒定并使其循环，边连续进行碱水电解的第1碱水电解工序；将在该第1碱水电解工序内残留的电解液的碱成分以碱盐浆料的形式回收的第2蒸馏工序；边将碱水电解装置的电解容量调整至与在第1碱水电解工序内残留的电解液的处理量相当的容量，边进行电解处理的第2碱水电解工序。
图5为示出使用图4中示出的碱水电解系统对作为含有氚水的原料水的含有大量氯化物离子等杂质的原料水进行处理时的处理方法的第6实施方式的工序图。
具体实施方式
含有福岛第一核电站中产生的氚的污染水是大量的，可以说其贮存量今后会达到80万m3规模。本发明为了对该贮存的氚污染水、80万m3规模的污染水以400m3/天的处理能力进行氚分离处理，将氚污染水减容至1m3以下，最终直到变为零，并且也使其设备用地面积、建设成本、运行成本具体化，以验证其技术作为目的。其1个实施方式将含氚的水中的氚水通过连续电解法转化为氚气，使其无害，释放至大气中并导向与生物隔绝的上空。
本发明如以下记载所述将氚水(HTO)气体化，转化为氚气(HT)，为排出限制基准值的20分之1以下的低浓度，并且确保每年1mSv规定值以下，分离系数根据以下的计算式达到了1244。
电解反应如下。
H2O(L)→H2(g)+1/2O2(g)
HTO(L)→HT(g)+1/2O2(g)
即，因为1摩尔的分子气体体积在标准状态下为22.4L，若通过电解将1L(约1000g)的原水分解气体化，则原水1L中的氚含量在气体化后被稀释至(1000/18)×22.4＝1244倍。
该分离系数值为在氚水形态的范围内确立的数值。表1中示出氚的按化学形式分类及按年龄分类的剂量系数。根据表1可知，对于可直接看到对人体、环境的影响的有效剂量系数而言，氚气(HT)与氚水(HTO)的情况相比，其影响程度为10000分之1。
表1
表1氚的按化学形式分类及按年龄分类的剂量系数
(注)*1对于颗粒状氚化合物的吸入摄取的剂量系数记载于ICRP Publ.72，p.44，Table A2。
*2OBT：Organically Bound Tritium，有机键合型氚。
*3不包含来自通过皮肤吸收的HTO的剂量。
*4不包含基于来自肺中的HT气体的照射的剂量，估计如果将其加上，则增加约20％。
[出处]ICRP：ICRP Publication 72，Pergamon Press.Oxford，(1995)
[出处]武田洋等，氚的影响和安全管理(トリチゥムの影響と安全管理)，日本原子力学会志， 39(11)，p.923(1997).
因此，通过转化为氚气，氚对生物的影响程度进一步变为10000分之1。即，可以认为考虑了有效剂量系数时的分离系数＝12440000。
作为本发明的含有氚水的原料水的处理方法，包含多种实施方式，作为其一个实施方式包括如下方式：重复如下工序：将处理水中所含有的盐、Ca、 Mg等杂质分离去除的蒸馏工序；从氚水中以氚气的形式以排放基准值的20 分之1以下、以及世界上蓄积的氚量的0.047％以下/年释放至大气中并导向与生物隔绝的上空的碱水电解工序；循环工序；和碱水电解工序，在最终阶段使贮存“处理水”为零，首先，对该实施方式进行说明。
含有福岛第一核电站中产生的氚的污染水含有大量氯化物离子等杂质。在通过碱水电解进行气体化、稀释的情况下，若对这样的原料水直接进行碱水电解，则杂质中的氯化物离子蓄积，进而，若氯化物离子在苛性碱中达到溶解度以上，则会以氯化物的形式析出，有无法继续电解的担心。因此，在本发明中，在对上述污染水进行处理的情况下，在碱水电解前通过作为前工序的蒸馏工序将前述杂质以盐浆料的形式去除，对去除后的原料水连续进行碱水电解。
但是，在要处理的含有氚水的原料水仅含有少量氯化物离子等杂质的情况下，即使连续进行碱水电解，氯化物离子等杂质也不会浓缩至以碱金属的形式析出，因此不需要用于在碱水电解前将其去除的前述蒸馏工序。因此，在这种情况下，将含有氚水的原料水以直接导入至用于将原料水供给至碱水电解装置的循环罐的方式进行设计即可。
在本发明中，“作为含有氚水的原料水，仅含有少量氯化物离子等杂质的情况”是指在含有氚水的原料水中基本不含氯化物离子等杂质的情况、以及仅含有即使连续进行碱水电解杂质中的氯化物离子也不会以氯化物的形式析出使电解不能继续的程度的量的情况。需要说明的是，氯化物离子等杂质以氯化物的形式析出时，在碱水电解的途中可以通过循环管将一部分移出来去除。
在本发明中，在碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序中，作为含有氚水的原料水，使用仅含有少量的氯化物离子等杂质的原料水、或将大量含有的杂质通过第1蒸馏工序去除后的原料水，将与经碱水电解处理而消失的原料水相当的量的原料水从贮存罐内连续供给至设置于第1碱水电解工序内的循环罐，进行处理。具体而言，在循环罐内，制成将碱浓度调整至期望的初期浓度的电解液，边维持碱浓度，边使该电解液循环并继续进行电解。这样，通过对贮存于前述贮存罐的原料水的全部量进行电解处理，前述原料水中的含有氚水的原料水被气体化、转化为含氚氢气和氧气。其结果，与为气体化前的氚水的情况相比，变为氚的浓度被稀释至1244分之1的状态。进而，在进行了上述处理后，进行包括第2碱水电解工序的碱水电解系统(II)也是有效的，其会在后面进行叙述，所述碱水电解系统(II)将在第1碱水电解工序内残留的电解液取出、进行间歇处理，将碱以浆料的形式回收，进而，边将碱水电解装置的电解容量调整至与残留的电解液的处理量相当的容量，边进行电解处理。
在上述第1碱水电解工序中的处理之后得到的、将含有氚水的原料水气体化而成的含氚气的氢气可以直接排放到大气中，或者也可以将含氚气的氢气送至催化塔，使其在填充于该催化塔等内的催化剂上与水蒸汽反应，以浓缩了的含氚水(HTO)的水的形式回收。此时的反应式如下。
催化剂层H2O(g)+HT(g)→HTO(g)+H2(g)
吸收层H2O(L)+HTO(g)→HTO(L)+H2O(g)
以下，边参照附图，边对本发明的实施方式进行说明。
(1)第1实施方式
图1为可以适用于不含氯化物离子等杂质、或者即使含有也对电解系统的运转没有障碍的含有氚水的原料水的、本发明的第1实施方式的碱水电解系统(I)的处理流程图。在这种情况下，不设置去除杂质的前工序，对含有氚水的原料水，通过将碱浓度保持为恒定来连续进行碱水电解的第1碱水电解工序进行处理。以下，边参照图1的流程图边对本发明的第1实施方式进行说明。
图1中示出的碱水电解系统为使用第1碱水电解工序的碱水电解系统 (I)，由原料水贮存罐1、原料水处理槽2、泵7、碱水电解槽8、循环罐9、电解液循环管10、11、供给泵12、13、冷却器14、15构成，碱水电解槽8由用于容纳阳极的阳极室16、用于容纳阴极的阴极室17、以及用于将前述阳极室16和前述阴极室17划分开的隔膜18构成。
在第1实施方式中，作为含有氚水的原料水，不需要用于将原料水中所含有的氯化物离子等杂质去除的后述的蒸馏工序，将含有氚水的原料水直接供给至碱水电解装置的循环罐9即可。此时，如图1所示，例如可以以从保存用的原料水贮存罐1经将该原料水的一部分作为处理对象而转移的原料水处理槽2供给至循环罐9的方式来构成。
不含氯化物离子等杂质的含有氚水的原料水可以通过图1所示的碱水电解系统(I)中的、连续进行处理的第1碱水电解工序来处理。
需要说明的是，即便在使用含氯化物离子等杂质的含有氚水的原料水的情况下，在处理量小、处理时间短、杂质的量少、或者设计为在连续电解的途中去除杂质的构成时，也可以通过本第1实施方式对含有氚水的原料水进行处理。
以下，参照图1对通过碱水电解系统(I)来处理以80万m3的仅含有少量的氯化物离子等杂质的原料水作为含有氚水的原料水的情况进行说明。
(a)在本实施方式中，将在第1碱水电解工序的处理对象设为贮存于原料水贮存罐1内的含有氚水的原料水80万m3。将作为该原料水的一部分的 400m3/天的原料水利用泵7从原料水贮存罐1经原料水处理槽2供给至第1碱水电解工序内的循环罐9。与此同时，将碱水供给至循环罐9(未图示)。
需要说明的是，对于原料水贮存罐1内的原料水，优选的是将其全部量经原料水处理槽2送至循环罐9来进行电解处理，但在原料水贮存罐1内的原料水为大量的情况下，优选以分多次将其送至原料水处理槽2、对原料水处理槽2内的原料水进行连续处理的方式来构成。这在以下的实施方式及实施例中也是同样的。
(b)接着，在循环罐9内，将循环罐9内的原料水和碱水混合而调整至期望的碱浓度的电解液供给至碱水电解槽8，进行电解处理。
(c)电解液的碱水的浓度优选为高浓度，优选设为15质量％、进而20 质量％以上。需要说明的是，作为使用的碱，优选KOH或NaOH。
碱水电解槽8内的电解液为400m3，循环罐9及管等内的电解液量为 400m3，整个电解处理的容量为800m3。
(d)在循环罐9内混合并控制为期望的碱浓度的电解液借助供给泵12、冷却器14从循环管10供给至碱水电解槽8的阳极室16，并且借助供给泵13、冷却器15从循环管11供给至碱水电解槽8的阴极室17，进行电解。电解液隔着隔膜18被电解。电解的结果，在阳极室16中生成氧气，气液分离为生成的氧气与电解液，经分离的电解液通过电解液循环管10循环至循环罐9。
同时，在阴极室17内生成氢气，气液分离为生成的氢气与电解液，经分离的电解液通过电解液循环管11循环至循环罐9。此时的电流密度设为高电流密度，由此能够缩短电解处理所需的时间。作为运转电流密度的范围，虽然受电解槽的性能、特别是其主要因子的阳极、阴极、隔膜、电解槽的结构等影响，但作为电流密度，优选设为15A/dm2以上且80A/dm2以下。进一步优选设为20A/dm2以上且60A/dm2以下。特别是，如果较小地设定通过水的电解而进行气体化的量，则当然处理量变少，如果期望大容量的分解，则处理量通常也会增加。
根据本发明人等的研究，作为碱水电解，32质量％的碱浓度的电解液也是能够电解的，但设为其以上的高浓度时，电解液的粘稠性也会变高，产生的气体向体系外的脱离也变得不再迅速，电池电压变为高电压，能量消耗增加，因此不是好的方法。
在上述方法中将电解处理量设为400m3/天时，80万m3的含有氚水的原料水的总量需要用5.5年(800000m3÷400m3/天÷365天＝5.5年)进行处理。
由于此时的电解液的循环液体量为800m3，因此80万m3的含氚水的水经5.5年减少至800m3。
(e)在上述长时间的处理中，将与经电解处理而消失的原料水相当的量的原料水从前述贮存罐1内连续供给至前述循环罐9，将电解液的碱浓度维持为初期浓度，边使电解液循环边继续电解，对贮存于前述贮存罐1的大量的原料水的全部量进行电解处理。
(f)上述碱水电解系统(I)中的处理的结果为；含氚水(HTO)的原料水气体化，转化为含氚气(HT)的氢气和氧气，含氚气(HT)的氢气的氚的浓度与氚水的情况相比被稀释至1244分之1，并且80万m3的前述原料水被减容至800m3。
在上述连续电解方式中，将与经电解而分解消失的水相当的氚水向工序中连续供给，一直将工序内的电解槽内液体量、循环泵的排出量等物理运转环境维持为恒定而进行运转。此时，供给至工序的氚水与原料水的浓度相当。
在连续供给水的情况下，成为将工序的氚浓度维持为原料水的浓度那样的运转，电解槽内的氚不会变浓。在该连续运转条件下，通过电解产生的气体以相当于轻水与氚水的浓度比的比率进行转化。
以下，对原料水中的氚的初期浓度为6.3×106～4.2×106Bq/L，在处理后该浓度变为4.2×106Bq/L时的处理进行说明。
即，如果忽略轻水、氚水的电解的反应选择性，则轻水与氚的气体产生状况为以各自的浓度比产生气体。“处理水”1L中大致存在55.6摩尔的水分子H2O，最高含有4.2×106Bq/L的氚水(HTO)。以该比率进行氢气转化。
求得的分离系数如下。
运转开始后，经过5.5年，直至原料水变为仅为循环液体量(800m3) 的时刻，分离系数如下。
分离系数＝处理前的原料水中所含有的氚浓度/将处理后的原料水气体化的气体中所含有的氚浓度＝(4.2×106Bq/L)/(4.2×106/1244Bq/L)＝1244
其中，考虑了作为影响生物的该(HT)氚的影响程度的有效剂量系数时的分离系数＝12440000。
因此，通过上述循环电解，大容量的含有氚水的原料水中的氚水(HTO) 被转化为氚气(HT)，能够大幅减少氚对生物的影响程度。即，氚的浓度相对于处理前的原料水中的氚浓度被稀释至1244分之1。由于该浓度为以氚气计的排放基准的20分之1，因此被释放至大气中并导向与生物隔绝的上空。
需要说明的是，假设向氚气的转化率为40％时，氢气中所含的氚气的产生量会下降，因此所要求的分离系数进一步变大。
该情况下的分离系数如下。
分离系数＝处理前的原料水中所含有的氚浓度/处理后的原料流体中所含有的氚浓度＝4.2×106Bq/L/4.2×106×0.4/1244Bq/L＝3110
考虑了此时的有效剂量系数而得到的分离系数为31100000。
向氚气的转化率为40％的情况下，在电解工序中基于氚的残留率(1-转化率)发生氚浓缩，电解工序内的氚浓度是通过无穷级数(Σan＝A{1/(1-r)}) 来计算的，根据残留率r＝0.6，不过为“处理水”中的氚浓度的2.5倍浓度。
这使得即使是为了电解处理的维护等在系统周围实施作业，也会减小由氚导致的辐射曝露。认为该特征不仅使现场作业变得容易并且对于电解设备而言也是优异之处。
如前所述，由于1摩尔的分子气体体积在标准状态下为22.4L，因此若通过电解将1L(约1000g)的原料水分解气体化，则原料水1L中的氚含量相对于气体化后每1L气体体积被稀释至大致1/22.4。即使设想1L液体体积→约最高浓度，0.4×4.2×106Bq/L/(1000/18×22.4L)＝1.350×103Bq/L，这使得排气 1000/18×22.4L的气体体积，排放的气体中的氚分子的浓度低于每1L气体体积中或空气中浓度限度7×104Bq/L。
若示出上述中说明的碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序(连续碱水电解)中的主要的规格和性能的1例，则如下所示。
[规格]
1)由氚污染水构成的原料水：80万m3
2)电解处理容量：400m3/天的处理量
3)碱：苛性钠、碱浓度：20质量％
4)排出氚浓度：1.350×103Bq/L
5)碱水电解槽：48槽(1个槽有75电极组)
6)电流密度40A/dm2
7)电解处理：循环式电解工序+原水向电解工序的连续供给
[性能]
原水中的氚的转化率通常主要依赖于氚的浓度，为1.0～0.6(一直以氚分子气体的形式分隔时。)。
在原料水中所含有的氚浓度设为4.2×106Bq/L的情况下，利用上述电解系统处理后的原料流体中所含有的氚浓度如下述。
4.2×106×0.4/1244Bq/L＝1.350×103Bq/L
此处，排气中或空气中浓度限度：7×104Bq/L以下，氚水排水基准： 6×104Bq/L以下。
(2)第2实施方式
作为本发明的第2实施方式，在阳极室16中生成、与电解液气液分离而分离的氧气被排放至大气中。同时，对于在阴极室17内中生成、与电解液气液分离的含氚气(HT)的氢气而言，通过转化为氚气(HT)，从而氚对生物的影响程度进一步变为10000分之1。即，可以认为考虑了有效剂量系数而得到的分离系数＝12440000，作为来自氚水的氚气，以排放基准值的 20分之1以下、以及世界上蓄积的氚量的0.047％以下/年释放至大气中并导向与生物隔绝的上空。
(3)第3实施方式
作为本发明的第3实施方式，经气体化的前述含氚气的氢气可以与水蒸汽反应、以浓缩了的含有氚水(HTO)的水的形式回收来代替排放至大气中。反应式如下式。
催化剂层H2O(g)+HT(g)→HTO(g)+H2(g)
吸收层H2O(L)+HTO(g)→HTO(L)+H2O(g)
(4)第4实施方式
图2示出第4实施方式。第4实施方式为在通过第1实施方式中说明的碱水电解系统(I)进行了连续碱水电解后，用于对在该第1碱水电解工序内残留的电解液进行间歇处理的碱水电解系统(II)。具体而言，在碱水电解系统(II)中进行如下工序：第2蒸馏工序，将在第1碱水电解工序内残留的电解液中的碱成分以碱盐浆料的形式回收，并且将通过该蒸发器蒸馏的含有氚水的原料水取出；第2碱水电解工序，边将碱水电解装置的电解容量调整至与取出的原料水的处理量相当的容量，边进行电解处理。进而，根据需要，直到间歇处理结束为止，重复多次进行构成该碱水电解系统(II)的前述第2蒸馏工序和前述第2碱水电解工序的工序。
图2为示出由碱水电解系统(II)构成的本发明的碱水电解系统的第4 实施方式的流程图，所述碱水电解系统(II)使用如下工序：第2蒸馏工序，用于将在图1中示出的碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序内残留的电解液的碱成分回收；第2碱水电解工序，边将碱水电解装置的电解容量调整至与在第1碱水电解工序内残留的电解液的处理量相当的容量，边进行电解处理。
在图2中，在如前所述直至间歇处理结束为止重复处理的情况下，第2蒸馏工序成为用于在第3蒸馏工序及其以后的第4···蒸馏工序中使用的蒸馏系统。第2蒸馏工序的蒸馏系统由用于贮存在第1碱水电解工序内残留的电解液的贮存罐19、处理槽20、蒸发器3、浆料接受槽4、小型蒸发器5、冷凝器6、泵7构成。
另外，在如前所述直到间歇处理结束为止重复处理的情况下，碱水电解系统(II)的第2碱水电解工序成为在第3碱水电解工序及其以后的第4···碱水电解工序中使用的碱水电解系统。第2碱水电解工序的碱水电解系统由碱水电解槽8、循环罐9、电解液循环管10、11、供给泵12、13、冷却器14、 15构成，碱水电解槽8由用于容纳阳极的阳极室16、用于容纳阴极的阴极室17、及将前述阳极室16与前述阴极室17划分开的隔膜18构成。
图3为示出碱水电解系统(II)的工序图，所述碱水电解系统(II)为在作为含有氚水的原料水，将仅含有少量的氯化物离子等杂质的原料水通过图 1中示出的碱水电解系统(I)中进行连续电解的第1碱水电解工序处理后进行的实施方式。碱水电解系统(II)用于对在第1碱水电解工序内残留的电解液进行处理，进行图2中示出的第2蒸馏工序和第2碱水电解工序，进而重复这些处理工序，用于对在第1碱水电解工序内残留的电解液进行间歇处理。
本实施方式的含有氚水的原料水的处理方法如图3所示，
(i)在针对原料水的碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序(碱水的连续电解)之后，对在第1碱水电解工序内残留的电解液进行处理，利用由下述各工序构成的碱水电解系统(II)进行处理。
(ii)在第1碱水电解工序中残留的电解液的第2蒸馏工序(第1碱盐浆料分离回收)、
(iii)在第2蒸馏工序中得到的含氚水的水的第2碱水电解工序、
(iv)在第2碱水电解工序中残留的电解液的第3蒸馏工序(第2碱盐浆料分离回收)、
(v)在第3蒸馏工序中得到的含氚水的水的第3碱水电解工序、
(vi)在第3碱水电解工序中残留的电解液的第4蒸馏工序(第3碱盐浆料分离回收)、
(vii)在第4蒸馏工序中得到的第4碱水电解工序、
(viii)在第3碱水电解工序中残留的电解液的第5蒸馏工序(第4碱盐浆料分离回收)。
在上述各蒸馏工序中，使用由图2中示出的第2蒸馏工序构成的蒸馏系统，另外，在上述各碱水电解工序中，使用由图2中示出的第2碱水电解工序构成的碱水电解系统，但电解容量逐渐减小。
以下，以作为包含仅含有少量氯化物离子等杂质的氚水的大容量的原料水、对80万m3的含有氚水的原料水进行处理作为1例，对通过图3中示出的工序图进行处理时的各工序进行详细叙述。
(i)第1碱水电解工序
在本实施方式中，在第1碱水电解工序中，首先，将贮存于原料水贮存罐1内的、仅含有少量的氯化物离子等杂质的含有氚水的原料水80万m3通过前述第1实施方式中记载的方法、图1中示出的碱水电解系统(I)减量至800m3。
(ii)第2蒸馏工序
接着，在上述碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序结束后，通过图2 中示出的碱水电解系统(II)将在该第1碱水电解工序内残留的前述电解液的总量800m3如下所述地处理。在第1碱水电解工序内残留的电解液经处理槽20供给至蒸馏系统的蒸发器3，利用冷凝器6将通过蒸发器3蒸馏的含氚水的水冷凝并取出，通过泵7供给至碱水电解系统(II)的循环罐9。与此同时，将在第1碱水电解工序内残留的电解液中的碱水从浆料接受槽4中以碱盐浆料的形式取出。取出的浆料送至小型蒸发器5，进行蒸发·析晶干燥等，以固体成分的形式分离回收。如下所述，这样将盐浆料进一步蒸发·析晶干燥是用于减容的作业，并且，由于废弃物固化，废弃物保存容器的腐蚀损伤的产生概率比液体时显著降低。出于上述目的而进行固化对放射性物质的废弃物保存而言极其有意义。
如上所述，碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序结束后的电解液的残留液体量为800m3，由于其碱浓度为20质量％，因此通过碱水电解系统(II) 回收的碱盐浆料变为160m3(约160吨)。将经回收的盐浆料送至小型蒸发器5，进行蒸发·析晶干燥等进行浓缩，以固体物质形式分离回收。
(iii)第2碱水电解工序
对于通过上述第2蒸馏工序取出的、为了在第2碱水电解工序中进行处理而连续供给至循环罐9的电解液，以碱盐浆料的形式被回收去除了160m3，变成仅为含氚水的水，其量为640m3。在第2碱水电解工序中，将新的碱水供给至循环罐9，在循环罐9中，将前述含氚水的水和新添加的碱水混合而制备电解液约800m3，供给至碱水电解装置8。
对于第2碱水电解工序中用于电解的碱水电解装置8而言，在最初的处理中，在第1碱水电解工序中使用的槽数例如在上述的例子中直接使用48 槽(1槽为75电极组)，进行电解处理。作为碱水，首先，以5质量％左右的碱水电解液的形式进行建浴。作为电流密度，采用20A/dm2。在以下的第 3、第4碱水电解工序中也同样设定。
在碱水电解系统(II)的第2碱水电解工序中，与第1碱水电解工序的情况不同，不追加供给原料水，含氚水的水被分解去除，因此电解液的量减少，并且碱水被浓缩。因此，通过程序阀的操作，减少电解槽的运转线进行运行，在电解液浓缩至6倍的时刻，碱浓度从5质量％变为30质量％，因此将电解槽调整为8槽(1槽为75电极组)运转。
即，在第2碱水电解工序中，进行电解直到约电解液800m3被浓缩至6 倍左右、碱浓度变为30质量％、电解槽成为8槽(1槽为75电极组)运转。该处理的结果，作为电解液，800m3的电解液被减容至133m3。需要说明的是，第2碱水电解工序的操作与前述的第1碱水电解工序同样地进行。
[重复工序]
在重复工序中，在由构成碱水电解系统(II)的前述第2蒸馏工序和前述第2碱水电解工序构成的重复工序中，边逐渐减小前述碱水电解装置的容量，边进一步重复处理，将前述含氚水的水中的氚水(HTO)气体化，转化为氚气(HT)，并且进一步将含氚水的水减容。以下具体地进行说明。
(iv)第3蒸馏工序(第2碱浆料分离回收)
在前述第2碱水电解工序后，通过第3蒸馏工序将碱盐浆料(133m3×30 质量％＝40m3)回收、分离。进而出于减容的目的，将碱盐浆料送至小型蒸发器5，进行蒸发·析晶干燥等，由此可以进行再利用。
(v)第3碱水电解工序
除了减小碱水电解装置的容量以外，与第2碱水电解工序同样地对第3 蒸馏工序中得到的含氚水的水进行电解处理。即，通过第3碱水电解工序，使碱水电解槽8从8槽开始电解，直到电解液变为4倍为止，通过程序阀的操作减少电解槽的运转线进行运行，在电解液被浓缩至4倍的时刻，碱浓度从5质量％变为20质量％，因此将电解槽调整至2槽运转。该处理的结果，作为电解液，133m3的电解液被减容至22.17m3。
(vi)第4蒸馏工序和(vii)第4碱水电解工序
接着，与第3的情况同样地操作，首先，通过第4蒸馏工序将碱盐 (22.17m3×20质量％＝4.4m3)分离回收。除了减小碱水电解装置的容量以外，与第2碱水电解工序同样地对第4蒸馏工序中得到的含氚水的水进行电解处理。即，将碱水电解装置8从1槽、75电极组改变为1槽、8电极组来运行，进行第4碱水电解工序，加入5质量％的苛性碱，将电解液调整至23m3。该处理的结果，将电解液浓缩(23÷1.2＝19.17)19.17倍，从23m3减容至1.2m3。
(viii)第5蒸馏工序
最后，将得到的大致1.2m3的碱水电解液在第5蒸馏工序中通过蒸发器 3将碱分离去除。其结果，得到约1m3的含有氚的蒸馏水。对于第2碱水电解工序以后的操作，即使考虑充分的作业间隔，也能够通过1个月左右的作业完成。
而且，对于最终得到的1m3的氚水，如果用更小型的电解装置重复同样的处理，则能够通过电解大致完全地转化为氚气。即，氚水的废液量能够大致为零。
对于重复工序中的重复运转，将32质量％作为实际设备运转的上限，运转能达到40～50质量％。例如，不对同时产生的轻氢和氚气进行特别的区分操作而是在产生后借助水封系统释放到系统外，由此，氚气的转化比率由于电解液的减少和碱浓度的增加的关系而发生微妙的变化，但相对于10倍浓度的变动，通过以初期的转化率为基准并确认经时的转化率及在最终浓度下的转化率，从而可求出各状态下的氚气的转化率。下述示出其一例。
例如，对处理水1L(水55.6摩尔)以批量式进行电解直到碱浓缩至10倍为止时(1L→0.1L)，在阴极侧制造的氢气在标准状态下体积增大至1120倍 (55.6×0.9×22.4L)。这是指用阴极产生的气体对氚进行了稀释。因此，只要为该稀释率，则即使原料水中所含的氚为4.2×106Bq/L，也会变成 3.37×103Bq/L(＝4.2×106Bq/L×0.9/1120)的氚浓度。这是氚气排放基准的20 分之1以下的浓度。
分离系数＝处理前的“处理水”中所含有的氚浓度/处理后的“处理气体”中所含有的氚浓度＝4.2×106Bq/L/4.2×106/1120Bq/L＝1120
但是，从氚水(HTO)的形态转化为氚气(HT)的形态，作为其影响生物的放射性的指标的剂量系数为10000分之1，考虑到有效剂量系数时，分离系数＝11200000。
对于减容的期间缩短，如果设定更高电流密度，则可以成比例地缩短期间。但是，若考虑工序的电力消耗量、稳定·安全运转，则其高电流密度化自然存在限制。在碱水电解中，60A/dm2左右在目前为上限区域。
(5)第5实施方式及第6实施方式
对于第5实施方式的含氚水的水，示出了包含含有大量氯化物离子等杂质的氚水的大容量的原料水的处理方法，如图4所示，在前述碱水电解系统 (I)的第1碱水电解工序(碱连续电解)之前，作为前工序，进行第1蒸馏工序(去除盐浆料)。在图4中，上段的左侧为第1蒸馏工序中使用的蒸馏系统，上段的右侧示出进行第1碱水电解工序的碱水电解系统(I)。如图4所示，对于第5实施方式，作为第1碱水电解工序的前工序，设置有第 1蒸馏工序作为用于将大量杂质从原料水去除的前工序，除此以外，与之前说明的第1实施方式同样。关于第1蒸馏工序的详细情况，由于与第6实施方式的情况同样，因此在后面进行叙述。
第6实施方式与第5实施方式同样地，在前述碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序(碱水的连续电解)之前，作为前工序，进行第1蒸馏工序(去除盐浆料)，在作为前工序(I)的第1碱水电解工序后，重复进行在第4实施方式中说明的、构成图2中示出的碱水电解系统(II)的第2蒸馏工序和第2 碱水电解工序，将在上述第1碱水电解工序内残留的电解液进行间歇处理。具体而言，如图5所示，由下述各工序构成。
(0)作为前工序的第1蒸馏工序(去除盐浆料)、
(i)对去除了杂质的原料水进行的(I)第1碱水电解工序(碱水的连续电解)、
(ii)在作为碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序中残留的电解液的第2蒸馏工序(分离回收第1碱盐浆料)、
(iii)在第2蒸馏工序中得到的含氚水的水的第2碱水电解工序、
(iv)作为碱水电解系统(II)，在第2碱水电解工序中残留的电解液的第3蒸馏工序(分离回收第2碱盐浆料)、
(v)在第3蒸馏工序中得到的含氚水的水的第3碱水电解工序、
(vi)在第3碱水电解工序中残留的电解液的第4蒸馏工序(分离回收第3碱盐浆料)、
(vii)在第4蒸馏工序中得到的第4碱水电解工序、
(viii)在第4碱水电解工序中残留的电解液的第5蒸馏工序(分离回收第4碱盐浆料)。
以下，作为包含含有大量氯化物离子等杂质的氚水的大容量的原料水，将80万m3的含有氚水的原料水的处理作为1例，对实施方式6进行说明。图4 为示出本发明的碱水电解系统的第6实施方式的流程图，该实施方式在使用含大量氯化物离子等杂质的原料水作为含有氚水的原料水的情况下，在如下工序中使用作为电解的前工序的为了去除杂质而进行的第1蒸馏工序；在将碱浓度保持为恒定的状态下连续进行电解的、作为碱水电解系统(I)的第1 碱水电解工序；作为碱水电解系统(II)，将在第1碱水电解工序内残留的电解液的碱成分回收的第2蒸馏工序；以及边将碱水电解装置的电解容量调整至与在第1碱水电解工序内残留的电解液的处理量相当的容量，边进行电解处理的第2碱水电解工序。另外，图5为示出第6实施方式的工序图，所述第6 实施方式为对作为上述含有氚水的原料水的含有大量氯化物离子等杂质的原料水进行处理的情况下的处理方法。
(0)作为前工序的第1蒸馏工序
对含有大量氯化物离子等杂质的原料水进行处理的情况下，如图4所示，借助原料水处理槽2将包含含有氚水的污染水的大量原料水从原料水贮存罐 1供给至第1蒸馏工序。供给至原料水处理槽2的原料水被送至蒸发器3，将作为原料水中的杂质的盐、钙、镁、其他放射性核素等杂质一并以盐浆料的形式贮存于浆料接受槽4。该盐浆料能够长期保存于Ti制罐中。但是，由于Ti材料昂贵，因此也可以用在更廉价的不锈钢基材上施加有橡胶衬里的材料进行保存。
将该盐浆料送至小型蒸发器5，进而出于减容的目的，进行蒸发·析晶干燥等，优选进行浆料的浓缩·半干燥。另外，此时，以如下方式构成：通过小型蒸发器5蒸发的含氚水的水与通过在获得上述盐浆料时使用的蒸发器3 蒸发的含氚水的水一起在冷凝器6中冷凝，通过泵7供给至循环罐9。另一方面，关于含放射性物质的浆料，对于含放射性物质的固体盐的取出和该固体盐的保存、浓缩设备·装置的维护等，需要尽可能考虑无人操作。例如，将含有放射性物质的固体盐保存在长期腐蚀耐性方面也没有障碍的橡胶衬里不锈钢容器中。如下述所述，通过将盐半干燥，其腐蚀性显著降低，并且实现极大减容的效果大。
例如，在对作为原料水的80万m3的含有氚水的污染水进行处理来去除杂质时，使用具有400m3/天的处理能力的处理槽作为原料水处理槽2的情况下，通过作为前工序的第1蒸馏工序处理而得到的盐浆料为40m3的体积，因此通过形成盐浆料而变为10倍蓄积的状态。
在第1蒸馏工序中，作为来自400m3/天的杂质的废弃物，能以大致8m3/ 天的固体盐的形式形成废弃物。因此，相对于含有氚水的污染水80万m3，作为杂质的废弃物被减量至1.6万m3的固体盐废弃物(50分之1)。这意味着在该固体盐废弃物中不存在氚，但如果存在微量的Co等放射性物质，则这些放射性物质也被浓缩至原来浓度的50倍。
(i)作为碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序(碱连续电解)
如上所述，在第6实施方式中(在第5实施方式中也同样)，从以400m3/ 天处理过的原料水中去除的盐浆料为40m3/天，不包括以该盐浆料的形式去除的杂质等的含有氚水的原料水通过冷凝器5冷凝，以360m3/天、通过泵7 供给至在作为下一工序的第1碱水电解工序中使用的碱水电解系统的循环罐 9。如之前所述，在通过小型蒸发器5将盐浆料蒸馏·晶析，从盐浆料中回收蒸馏水和氚水的情况下，借助冷凝器6冷凝的含氚水的水为392m3/天。
在第6实施方式中(在第5实施方式中也同样)，将含氚水的水以360m3/ 天～392m3/天、通过泵7供给至第1碱水电解工序的循环罐9，并且供给碱水进行混合，400m3/天的电解液被调整至碱浓度20质量％。碱水电解槽8内的电解液为400m3，循环罐9及管等内的电解液量为400m3，全部电解处理容量为 800m3。
在循环罐9内混合、控制为碱浓度20质量％的电解液借助供给泵13、冷却器14，通过循环管10供给至碱水电解槽8的阳极室16，并且借助供给泵13、冷却器15，通过循环管11供给至碱水电解槽8的阴极室17。
调整为期望浓度的碱水的电解液以400m3/天被供给至碱水电解槽8内并电解。电解液隔着隔膜进行电解。在阳极室16中生成氧气，对生成的氧气与电解液进行气液分离，经分离的电解液通过电解液循环管10循环至循环罐9。
同时，在阴极室17内生成氢气，对生成的氢气与电解液进行气液分离，经分离的电解液通过电解液循环管11向循环罐9循环。通过使此时的电流密度为高电流密度，能够缩短电解处理所需的时间。作为电流密度，优选设为 20A/dm3以上且60A/dm3以下。作为电解液的循环液体量，此次以电解工序整体计为800m3。该量仅基于工序设计，本发明不限定于此。特别是，如果较小地设定通过水的电解而气体化的量，则当然处理量变少，如果期望大容量的分解，则处理量通常也会增加。作为碱水电解，虽然以32质量％浓度也能实现电解，但设为其以上的高浓度时，电解液的粘稠性也变高，产生的气体向体系外的脱离也变得不快，电池电压变为高电压，能量消耗增加，因此不是好的办法。因此，在该时刻，暂时结束连续电解，为了进行电解液的碱与水的分离，将在作为碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序内残留的电解液如之前第4实施方式所述那样，移送到作为碱水电解系统(II)的接着的第2 蒸馏工序、第2碱水电解工序、最终减容工序。
将电解处理量设为400m3/天时，对于由80万m3的包含含有氚水的污染水形成的原料水的总量，需要用5.5年(800000m3÷400m3/天÷365日＝5.5年) 进行处理。另外，此时的电解液循环液体量为800m3，80万m3的含氚水的水通过5.5年减量至800m3。
在第5、第6实施方式中，通过图4中示出的方法，将包含含有氯化物离子等杂质的包含氚水的大容量的原料水中的杂质以盐浆料的形式去除后，通过第1碱水电解工序进行电解，将原水分解为氧和氢，使原水中以水分子形式存在的氚形成氚分子，自原水分离。
在第6实施方式中，如图4、图5所示，在上述第1碱水电解工序结束后，将该在第1碱水电解工序内残留的电解液的全部量与前述第4实施方式同样地供给至蒸馏系统的蒸发器3，经下述工序同样地进行处理。
(ii)作为碱水电解系统(II)以如下工序处理：在第1碱水电解工序中残留的电解液的第2蒸馏工序(第1碱盐浆料分离回收)；
(iii)在第2蒸馏工序中得到的含氚水的水的第2碱水电解工序；
(iv)在第2碱水电解工序中残留的电解液的第3蒸馏工序(第2碱盐浆料分离回收)；
(v)在第3蒸馏工序中得到的含氚水的水的第3碱水电解工序；
(vi)在第3碱水电解工序中残留的电解液的第4蒸馏工序(分离回收第3碱盐浆料)；
(vii)在第4蒸馏工序中得到的第4碱水电解工序；以及，
(viii)在第4碱水电解工序中残留的电解液的第5蒸馏工序(第4碱盐浆料分离回收)。
在第4碱水电解工序后残留的电解液被减容至1.2m3。最后得到的大致 1.2m3的碱水电解液在第5蒸馏工序中通过蒸发器3以碱盐浆料的形式分离去除回收，并且得到约1m3的含氚的蒸馏水。
对于第2碱水电解工序以后的操作，即使考虑充分的作业间隔，也能够通过1个月左右的作业完成。该1m3的氚水如果用小型的电解装置同样地重复处理，则能够通过电解大致完全地转化为氚气。即，氚水的废液体量能够大致为零。
需要说明的是，在上述第6实施方式中，对于前述第2蒸馏工序及第3 以后的蒸馏工序中使用的设备，全部可以将进行用于去除含氚水的水中的大量氯化物离子等杂质的前工序的第1蒸馏工序中使用的设备直接组合使用，能够大幅减少设备。
实施例
接着，对本发明的实施例进行说明，但本发明不受这些限定。
<实施例1>(第1实施方式的实施例)
作为不含杂质的含有氚水的原料水的模拟液(以下，称为模拟液)，使用以下的成分的模拟液。
模拟液：180L
模拟液中的氚的初期浓度：4.2×106Bq/L
如图1所示，准备放入有上述模拟液180L的原料水贮存罐1。在本试验中，借助处理槽2从原料水贮存罐1供给至循环罐9。具体而言，借助处理槽2、通过泵7将模拟液以9.67L/天从原料水贮存罐1供给至循环罐9。在本试验中，在第1碱水电解工序中，连续供给由模拟液构成的电解液，边使电解液循环，边进行连续电解。
具体而言，将模拟液以9.60L/天通过泵7供给至循环罐9，并且供给碱水并进行混合，形成调整为碱浓度20质量％的9.67L/天的电解液，边使该电解液循环，边进行连续电解。
碱水电解槽8内的电解液为30L(15dm2槽(15L)，2个电池)，循环罐9及管等内的电解液量为12L，全部电解处理容量为42L。将在循环罐9 内混合碱而得到的控制为碱浓度20质量％的电解液借助供给泵13、冷却器 14，通过循环管10供给至碱水电解槽8的阳极室16，并且借助供给泵13、冷却器15，通过循环管11供给至碱水电解槽8的阴极室17。调整为浓度20 质量％的碱水的电解液被电解，电解液隔着隔膜进行电解。在阳极室16中生成氧气，对生成的氧气与电解液进行气液分离，经分离的电解液通过电解液循环管10向循环罐9循环。同时，在阴极室17内生成氢气，对生成的氢气与电解液进行气液分离，经分离的电解液通过电解液循环管11向循环罐9 循环。
如上所述，在本实施例中，通过图1中示出的方法，将模拟液作为原水，通过碱水电解法进行电解，将原水分解为氧和氢，使原水中以水分子形式存在的氚形成氚分子，自原水截留。水通过电解仅分解为氢和氧气。因此，初期碱浓度的调整以后，边将与因电解而减少的水相当的量的原水(模拟液) 供给至循环的电解液，边进行电解。需要说明的是，为了将碱浓度维持为初期浓度，必要情况下，也可以在原水基础上追加供给蒸馏水或纯水。
在本实施例中，在以下的条件下进行第1碱水电解工序中的碱连续电解。
电解槽：使用2个15dm2槽(15L)的槽(30L)
运转电流密度：40A/dm2
碱浓度：NaOH、20质量％
膜：隔膜
阳极/阴极：Ni基材+活性涂层
循环：外部循环系统
水封：用于控制气压的水封系统
50-100mmH2O阴极加压
电解液容量：42L(电解槽：15×2＝30L、循环管等：12L)
电解电流采用600A(15dm2×40A/dm2)。
对于连续电解方式，如上所述，将与因电解而分解消失的水相当的量的原水(模拟液)连续供给至处理，以使工序内的电解槽内的液体量、循环泵的排出量等物理运转环境一直维持为恒定的方式进行运转。在连续供给原水的情况下，为处理内的氚浓度维持为模拟液的浓度的运转，电解槽内的氚未变浓。因此，在该连续运转条件下，通过电解产生的气体以相当于轻水与氚水的浓度比的比率进行转化。
此时的电解液循环液体量为42L，经15.2天(365小时)，180L的含氚水的水减量至42L。
运转开始后，连续运转15.2天(365小时)时的氚的去除如下。
分离系数＝处理前的原料水中所含有的氚浓度/处理后的原料气体化中所含有的氚浓度＝(4.2×106Bq/L)/(4.2×106/1244Bq/L)＝1244
但是，考虑到作为影响生物的该(HT)氚的影响程度的有效剂量系数的分离系数＝12440000。
因此，大容量的含氚水的水中氚水(HTO)转化为氚气(HT)，氚的浓度被稀释至1244分之1，能够大幅减少氚对生物的影响程度。
<实施例2>(第2实施方式的实施例)
经稀释的氚气以排放基准的20分之1释放至大气中并导向与生物隔绝的上空。
<实施例3>(第3实施方式的实施例)
经气体化的前述含氚气的氢气可以与水蒸汽反应、以含有氚水(HTO) 的水的形式回收来代替排放至大气中。反应式如下式。
催化剂层H2O(g)+HT(g)→HTO(g)+H2(g)
吸收层H2O(L)+HTO(g)→HTO(L)+H2O(g)
<实施例4>(第4实施方式的实施例)
(i)第1碱水电解工序(碱连续电解)
通过与实施例1中的记载同样的方法进行连续电解，经15.2天(365小时)，将作为模拟液的180L的含氚水的水减量至42L。
(ii)第2蒸馏工序
在上述第1碱水电解工序结束后，如图2、图3所示，将该在第1碱水电解工序内残留的电解液的全部量供给至蒸馏系统的蒸发器3，将通过蒸发器3蒸馏的含氚水的水通过冷凝器6冷凝并取出，通过泵7供给至碱水电解系统的循环罐9。与此同时，将该在第1碱水电解工序内残留的电解液中的碱水从浆料接受槽4以碱苛性盐浆料的形式回收，进而，出于减容的目的，将浆料送至小型蒸发器5，进行蒸发·析晶干燥等，进行浆料的浓缩·半干燥。
如上所述，电解液的液体量为42L，碱浓度为20质量％，因此在第2 蒸馏工序中回收的碱苛性盐浆料为8.4L。将经回收的苛性盐浆料浓缩，以固体物质的形式分离。需要说明的是，若进而出于减容的目的而送至小型蒸发器5进行蒸发·析晶干燥，则能够回收与在电解前建浴的碱的量相当的 10.5Kg(10.5/(42+10.5)×100＝20质量％)约5L(比重2.13)的固化的碱。
(iii)第2碱水电解工序
对于通过上述第2蒸馏工序取出、供给至循环罐9的电解液，以碱苛性盐浆料的形式被回收去除了8.4L，变为仅含氚水的水。该含氚水的水的量为 42-8.4＝33.6L，将其供给至该循环罐9，并且将新的碱水供给该循环罐9，在前述循环罐9中，调整该含氚水的水与碱水混合而成的电解液成为42L，将经调整的电解液供给至碱水电解装置8。
在电解中使用的碱水电解装置8直接使用最初在第1碱水电解工序中使用的容量，进行电解处理。作为碱水，首先，制成5质量％左右的碱水电解液进行建浴。电流密度为20A/dm2。在以下的第3、第4碱水电解工序中也同样。
对于碱水电解系统(II)，在第2碱水电解工序中，在不追加供给原水下，原水(模拟液)中的水被分解去除，因此电解液的量减少，并且碱水被浓缩，因此通过过程阀的操作，减少电解槽的运转线进行运转，在电解液浓缩至5.25倍的时刻，碱浓度从5质量％变为26.25质量％，作为电解液，42L 的电解液被减容至42/5.25＝8L。
第2碱水电解工序的操作与第1碱水电解工序同样地进行。
(iv)第3蒸馏工序、重复工序
在重复工序中，边逐渐减小前述碱水电解装置的容量，边重复前述第2 蒸馏工序和前述第2碱水电解工序，将前述原料水中的氚水(HTO)气体化，转化为氚气(HT)，并且进一步将前述含氚水的水减容。
在前述第2碱水电解工序后，通过第3蒸馏工序将碱苛性盐浆料回收、分离。进而出于减容的目的，将碱苛性盐浆料送至小型蒸发器5，进行蒸发·析晶干燥等，以固体碱的形式回收。然后，通过第3碱水电解工序，对碱水电解槽8中的电解液从8L起开始电解，直到电解液浓缩至4倍为止，减少电极组的数量进行实验。碱浓度从5质量％变为20质量％，因此对电解槽进行调整以使成为2L运转。上述处理的结果，作为电解液，8L的电解液被减容至2L。
对于第2碱水电解工序以后的操作，即使考虑充分的作业间隔，尽管运转电流密度的影响大，也能够通过1个月左右的作业完成。
<实施例5>(第5实施方式的实施例)
(0)作为前工序的第1蒸馏工序
作为由含有大量杂质的、含有含氚水的污染水形成的原料水的模拟液，使用以下成分的模拟液。
模拟液：180L
原料水中的氚的初期浓度：4.2×106Bq/L
杂质成分和浓度：
食盐：10g/L
钙：2ppm
镁：5ppm
如图4的上段所示，将模拟液180L从原料水贮存罐1供给至原料水处理槽 20。作为原料水处理槽20，使用具有9.67L/天的处理能力的处理槽。将供给至原料水处理槽20的模拟液送至蒸发器3，将模拟液中的盐、钙、镁等杂质一并以18L的盐浆料的形式去除。
另一方面，将该盐浆料18L送至小型蒸发器5，进而出于减容的目的，进行蒸发·析晶干燥等，进行浆料的浓缩·半干燥，得到0.9L的固化的盐。
因此，对180L的模拟液，作为杂质的废弃物被减量为0.9L的固体盐废弃物。
通过原料水小型蒸发器5蒸发的含氚水的水通过蒸发器3蒸发，与含氚水的水一起在冷凝器6中冷凝，通过泵7供给至循环罐9。含氚水的水为 9.60L/天。
(i)作为碱水电解系统(I)的第1碱水电解工序
上述中处理的含氚水的水为9.60L/天，通过泵7供给至作为下一工序的第1碱水电解工序中使用的碱水电解系统的循环罐9。在该第1碱水电解工序中，通过实施例1中记载的方法连续供给含氚水的水，边使电解液循环边进行电解。
<实施例6>(第6实施方式的实施例)
在(i)的第1碱水电解工序的结束后，如图4、图5所示，与实施例4 中记载的方法同样地，进行(ii)第2蒸馏工序、(iii)第2碱水电解工序、进行重复工序。
产业上的可利用性
根据本发明，通过将含氚水的水的氚水(HTO)气体化，转化为氚气(HT) 和氧气，将氚的浓度稀释至1244分之1，从而能够显著降低氚对生物的影响程度，能够导向与生物隔绝的上空，另外，使经气体化的前述含氚气的氢气与水蒸汽反应，能够以含有氚水(HTO)的水的形式回收。另外，根据本发明，即使为含有大量氯化物离子等杂质的含有氚水的原料水，通过预先将原料水中的杂质以盐浆料的形式去除，也能够连续电解，可获得上述效果。进而，由于能够将原料水中的杂质以碱盐浆料的形式回收，因此也能够使设备用地面积、建设成本、运行成本具体化，其产业上的贡献度极高。
附图标记说明
1：原料水贮存罐
2：原料水处理槽
3：蒸发器
4：浆料接受槽
5：小型蒸发器
6：冷凝器
7：泵
8：碱水电解槽
9：循环罐
10、11：电解液循环管
12、13：供给泵
14、15：冷却器
16：用于容纳阳极的阳极室
17：用于容纳阴极的阴极室
18：用于将阳极室16和阴极室17划分开的隔膜
19：用于贮存在第1碱水电解工序内残留的电解液的贮存罐
20：处理槽

Claims (11)

1.一种含有氚水的原料水的处理方法，其特征在于，通过第1碱水电解工序对含有氚水的原料水进行处理，所述第1碱水电解工序由如下工序构成：
(1)将含有氚水的原料水中的一部分和碱水供给至循环罐，
(2)将在该循环罐内混合原料水和碱水而调整至期望碱浓度的电解液供给至碱水电解装置，进行电解处理，并且
(3)将与经该电解处理而消失的原料水相当的量的原料水连续供给至所述循环罐从而将所述碱浓度维持为经调整的初期浓度，边使所述电解液循环边继续电解，连续进行碱水电解处理，
(4)将所述原料水转化为含氚氢气和氧气而进行气体化，从而相对于所述原料水中的氚浓度，将氚的浓度稀释至1244分之1，并且，
(5)将所述原料水减容。
2.根据权利要求1所述的含有氚水的原料水的处理方法，其中，将通过所述第1碱水电解工序产生的所述含氚氢气释放至大气中。
3.根据权利要求1所述的含有氚水的原料水的处理方法，其中，将通过所述第1碱水电解工序产生的所述含氚氢气送至催化塔，在该催化塔中，使所述含氚氢气在填充于该催化塔内的催化剂上与水蒸汽反应，以浓缩了氚的含氚水的水的形式回收。
4.根据权利要求1所述的含有氚水的原料水的处理方法，所述处理方法具有如下工序：
所述第1碱水电解工序，连续进行碱水电解处理；
第2蒸馏工序，在该第1碱水电解工序结束后，将在该第1碱水电解工序内残留的所述电解液的总量供给至蒸发器，将该电解液中的所述碱成分以碱盐浆料的形式回收，并且将通过该蒸发器蒸馏的含氚水的水取出；
第2碱水电解工序，将通过该第2蒸馏工序取出的含氚水的水和新的碱水供给至循环罐，对在该罐中混合所述含氚水的水和所述新的碱水而调整至期望碱浓度的电解液，将碱水电解装置的电解容量调整至与该电解液的处理量相当的容量，进行碱水电解处理并进行间歇处理，将所述含氚水的水气体化，转化为含氚氢气和氧气，从而相对于所述含氚水的水中的氚浓度将氚的浓度稀释至1244分之1，并且，将所述原料水减容，
进而，直到所述间歇处理结束为止，根据需要设置多次重复所述第2蒸馏工序和所述第2碱水电解工序的工序，并且在进行多次重复时，边逐渐减小所述第2碱水电解工序中使用的所述碱水电解装置的容量，边重复处理。
5.根据权利要求1所述的含有氚水的原料水的处理方法，其中，在使用含有包含大量氯化物离子的杂质的原料水作为所述含有氚水的原料水的情况下，作为所述第1碱水电解工序的前工序，设置有用于去除所述杂质的第1蒸馏工序，在该第1蒸馏工序中，将含有包含所述氯化物离子的杂质的原料水供给至蒸发器，将所述杂质以盐浆料的形式去除，并且将去除所述杂质后的含有氚水的原料水取出并将其连续供给，通过所述第1碱水电解工序进行处理。
6.根据权利要求4所述的含有氚水的原料水的处理方法，在使用含有包含大量氯化物离子的杂质的原料水作为所述含有氚水的原料水的情况下，作为所述第1碱水电解工序的前工序，设置有用于去除所述杂质的第1蒸馏工序，在该第1蒸馏工序中，将含有包含所述氯化物离子的杂质的原料水供给至蒸发器，将所述杂质以盐浆料的形式去除，并且将去除所述杂质后的含有氚水的原料水取出并将其连续供给，通过所述第1碱水电解工序进行处理。
7.根据权利要求5或6所述的含有氚水的原料水的处理方法，其中，在所述第1蒸馏工序中，将所述盐浆料浓缩，以固体物质的形式进行分离回收。
8.根据权利要求4所述的含有氚水的原料水的处理方法，其中，在所述第2蒸馏工序中，将所述碱盐浆料浓缩，以固体物质的形式进行分离回收。
9.根据权利要求4所述的含有氚水的原料水的处理方法，其中，在所述第1碱水电解工序中，使用15质量％以上的碱水作为所述碱水，以15A/dm2以上的电流密度进行电解处理，在所述第2碱水电解工序中，使用2～10质量％的碱水作为所述碱水，以5～20A/dm2的电流密度进行电解处理。
10.根据权利要求1所述的含有氚水的原料水的处理方法，其中，在所述第1碱水电解工序中，使用15质量％以上的碱水作为所述碱水，以15A/dm2以上的电流密度进行电解处理。
11.根据权利要求4所述的含有氚水的原料水的处理方法，其中，在所述第2碱水电解工序中，使用2～10质量％的碱水作为所述碱水，以5～20A/dm2的电流密度进行电解处理。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018140378A (ja) * 2017-02-26 2018-09-13 秀彦 杉本 分離方法、分離装置、生成方法、及び、生成装置
US20180257933A1 (en) * 2017-03-09 2018-09-13 Sustainable Innovations, Inc. In situ apparatus and method for providing deuterium oxide or tritium oxide in an industrial apparatus or method
CN109065202B (zh) * 2018-07-31 2024-03-08 北京纬纶华业环保科技股份有限公司 放射性核废有机相的处理系统及方法
KR102207458B1 (ko) * 2019-03-25 2021-01-26 고려대학교 산학협력단 수소 생산가능한 담수시스템
KR102648891B1 (ko) * 2021-10-05 2024-03-19 한국원자력연구원 방사성 탄소 및 삼중수소 동시 분석방법
CN115196808A (zh) * 2022-07-29 2022-10-18 清华大学 一种污水处理装置和污水处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1948128A (zh) * 2005-10-11 2007-04-18 精细分离应用有限公司 一种从水中去除氚的方法
CN101593566A (zh) * 2008-05-30 2009-12-02 株式会社东芝 乏燃料后处理方法
JP2010021392A (ja) * 2008-07-11 2010-01-28 Seiko Epson Corp 半導体装置及びその製造方法
CN202226928U (zh) * 2011-08-26 2012-05-23 广东省环境辐射监测中心 水中氚电解浓集装置
CN202989295U (zh) * 2012-08-29 2013-06-12 中国原子能科学研究院 一种环境水中氚电解浓集装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5433997A (en) * 1977-08-23 1979-03-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Concentrating method of tritium
DE3123860C2 (de) * 1981-06-16 1984-08-09 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Verfahren und Vorrichtung zur stufenweisen Anreicherung von Deuterium und/oder Tritium durch Isotopenaustausch
JPH0745007B2 (ja) * 1989-06-07 1995-05-17 昭和エンジニアリング株式会社 水・水素同位体交換反応装置の制御方法
RU2060801C1 (ru) * 1994-03-17 1996-05-27 Юрий Александрович САХАРОВСКИЙ Способ извлечения трития и протия из дейтерийсодержащей воды
JP3406390B2 (ja) 1994-07-08 2003-05-12 ペルメレック電極株式会社 重水素の濃縮方法及び装置
JP3977446B2 (ja) 1995-05-31 2007-09-19 ペルメレック電極株式会社 重水素の濃縮装置
JP4653708B2 (ja) * 2006-08-28 2011-03-16 本田技研工業株式会社 電解水の生成方法及びそれに用いる電解水生成装置
RU2380144C1 (ru) * 2008-05-06 2010-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева" (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Способ очистки воды от трития каталитическим изотопным обменом между водой и водородом
JP2010006637A (ja) 2008-06-26 2010-01-14 Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute 多段式トリチウム濃縮装置、及びトリチウム濃縮方法
WO2011123851A1 (en) * 2010-04-02 2011-10-06 Kurion, Inc. Tritium and permeation system for separation of tritium from radioactive wastes and reactor water
JP5897512B2 (ja) * 2013-07-31 2016-03-30 デノラ・ペルメレック株式会社 重水の電解濃縮方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1948128A (zh) * 2005-10-11 2007-04-18 精细分离应用有限公司 一种从水中去除氚的方法
CN101593566A (zh) * 2008-05-30 2009-12-02 株式会社东芝 乏燃料后处理方法
JP2010021392A (ja) * 2008-07-11 2010-01-28 Seiko Epson Corp 半導体装置及びその製造方法
CN202226928U (zh) * 2011-08-26 2012-05-23 广东省环境辐射监测中心 水中氚电解浓集装置
CN202989295U (zh) * 2012-08-29 2013-06-12 中国原子能科学研究院 一种环境水中氚电解浓集装置

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