JP2003207595A

JP2003207595A - 使用済みイオン交換樹脂の処理システムおよび処理方法

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Publication number: JP2003207595A
Application number: JP2002005030A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kohanawa; 治小華和; Koki Kinoshita; 弘毅木下; Takashi Miyake; 崇史三宅; Hirotsugu Nagayasu; 弘貢長安; Akira Kakimoto; 朗柿本; Akio Sato; 明雄佐藤; Yasumasa Oya; 泰昌大家
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2003-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】使用済イオン交換樹脂の熱分解時における揮
発性放射性核種の揮発を抑制すること。【解決手段】この使用済みイオン交換樹脂の処理シス
テム１００は、イオン交換樹脂に対して吸着選択性が高
いホウ酸によって使用済みイオン交換樹脂１２から揮発
性放射性核種を分離する溶離手段１０と、揮発性放射性
核種が分離された後の使用済みイオン交換樹脂を熱分解
する熱分解手段である熱溶融炉２０と、を備えている。
溶離手段１０に投入された使用済みイオン交換樹脂１２
は、ここで揮発性放射性核種である¹³⁷Ｃｓが溶離され
る。溶離後の使用済みイオン交換樹脂１２は熱溶融炉２
０に投入され、ここで熱分解される。溶離後の廃液と焼
却廃は、セメント固化施設３４でセメント固化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、原子炉の一次冷
却材浄化に使用したイオン交換樹脂の処理に関し、更に
詳しくは、イオン交換樹脂を熱分解処理する際における
揮発性放射性核種の揮発を抑制できる使用済みイオン交
換樹脂の処理システムおよび処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉の運転においては、一次冷却材等
を浄化するためにイオン交換樹脂によって前記一次冷却
材等中のイオンである⁶⁰Ｃｏや¹³⁷Ｃｓ等を吸着して除
去している。このイオン交換樹脂は使用に伴って不純物
の除去性能が低下するので、所定の期間使用したイオン
交換樹脂は新しいイオン交換樹脂と交換される。この使
用済みイオン交換樹脂は所定の性能を発揮できないため
廃棄処分する必要があるが、⁶⁰Ｃｏや¹³⁷Ｃｓ等の放射
性核種濃度が非常に高いため、既設の焼却炉等で焼却処
理等することはできない。特に高温で揮発する¹³⁷Ｃｓ
は、そのまま排ガス系へ移行して沈着するので、焼却炉
の保守が極めて煩雑になる。

【０００３】このような使用済みイオン交換樹脂を処理
するシステムとして、硫酸によって使用済みイオン交換
樹脂に吸着されている放射性核種を樹脂から分離して無
機物として固定・安定化するとともに、処理後の樹脂を
焼却処理するものが知られている。つぎに、代表的な使
用済みイオン交換樹脂の処理システムについて説明す
る。図３は、従来使用されている使用済みイオン交換樹
脂の処理システムの一例を示す説明図である。

【０００４】この使用済みイオン交換樹脂の処理システ
ム９００は、溶離器９１０と、溶離器９１０に硫酸を供
給する硫酸タンク９２０と、放射性核種を溶離した後の
廃硫酸から硫酸を回収する硫酸回収装置９４０と、硫酸
回収後の廃液を中和する第一中和タンク９２２および第
二中和タンク９２３とを備えている。溶離器９１０に投
入された使用済みイオン交換樹脂９１２は、硫酸タンク
９２０から供給される硫酸によって放射性核種が溶離さ
れる。

【０００５】放射性核種を溶離した後の硫酸廃液は、硫
酸回収装置９４０によって硫酸が回収される。硫酸回収
装置９４０は拡散透析膜９４０ａを備えており、硫酸の
濃度差を駆動力として硫酸を回収する。硫酸回収後の廃
液は、第一中和タンク９２２へ排出され、ここでアルカ
リ溶液によって中和される。なお、溶離初期の硫酸廃液
は放射性核種濃度が高いため、第一中和タンク９２２で
中和された後濃縮されて長期貯蔵される。そして、放射
能を減衰させた後、セメント等によって固化処理され
る。放射性核種濃度が低い溶離後期の硫酸廃液は、第二
中和タンク９２３へ排出される。そしてアルカリ溶液に
よって中和された後、アスファルト等によって固化処理
される。放射性核種が溶離された後の使用済みイオン交
換樹脂は、焼却炉９１０で焼却されて、使用済みイオン
交換樹脂の処理が終了する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おける使用済みイオン交換樹脂の処理システムでは、樹
脂を焼却（熱分解）する前に、吸着していた放射性核種
の大部分を溶離・除去する方式を採用していた。このと
き、熱分解処理装置の排ガス系へ移行・吸着し、装置の
保守を難しくする揮発性放射性核種（¹³⁷Ｃｓ）のみを
溶離・除去できれば、溶離操作を合理化して樹脂を熱分
解処理することが可能となる。そこで、この発明は、上
記に鑑みてなされたものであって、使用済みイオン交換
樹脂から放射性核種を溶離する際の硫酸使用量を極力低
減できる使用済みイオン交換樹脂の処理システムおよび
処理方法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】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に係る使用済みイオン交換樹脂の処理シ
ステムは、イオン交換樹脂に対して吸着選択性が高いホ
ウ酸、ホウ酸化合物その他の陽イオン化合物のうち少な
くとも一つによって使用済みイオン交換樹脂から揮発性
放射性核種を分離する溶離手段と、揮発性放射性核種が
分離された後の使用済みイオン交換樹脂を熱分解する熱
分解手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】この使用済みイオン交換樹脂の処理システ
ムは、溶離手段によって使用済みイオン交換樹脂から揮
発性放射性核種である¹³⁷Ｃｓを取り除いてから、使用
済みイオン交換樹脂を熱分解処理する。揮発性放射性核
種である¹³⁷Ｃｓの溶離には弱酸であるホウ酸等を使用
する。このため、揮発性放射性核種は焼却前に取り除か
れているので、熱分解手段である熱溶融炉や排ガスの配
管系等を簡易に保守・点検できる。ここで、請求項２に
係る使用済みイオン交換樹脂の処理システムのように、
上記熱分解手段はイオン交換樹脂を溶融させる溶融手段
を使用することができる。溶融手段としては、電気抵抗
式やアーク放電式その他の手段がある。また、請求項３
に係る使用済みイオン交換樹脂の処理システムのよう
に、上記熱分解手段はイオン交換樹脂を焼却する焼却手
段を使用することもできる。焼却手段としては、例え
ば、ストーカー式の焼却炉や流動床式の焼却炉その他の
焼却炉が使用できる。

【０００９】また、請求項４に係る使用済みイオン交換
樹脂の処理方法は、ホウ酸、ホウ酸化合物その他のイオ
ン交換樹脂に対して吸着選択性が高い陽イオン化合物の
うち少なくとも一つによって使用済みイオン交換樹脂か
ら揮発性放射性核種を分離する工程と、揮発性放射性核
種が分離された後の使用済みイオン交換樹脂を熱分解す
る熱分解工程と、を有することを特徴とする。

【００１０】この使用済みイオン交換樹脂の処理方法
は、溶離手段によって使用済みイオン交換樹脂から揮発
性放射性核種である¹³⁷Ｃｓを取り除いてから、使用済
みイオン交換樹脂を熱分解処理する。揮発性放射性核種
である¹³⁷Ｃｓの溶離には弱酸であるホウ酸を使用す
る。このため、揮発性放射性核種は焼却前に取り除かれ
ているので、熱分解手段である熱溶融炉や排ガスの配管
系等を簡易に保守・点検できる。

【００１１】なお、この処理は溶離工程、熱分解工程を
自動制御によって連続的に進めてもよいし、各工程をマ
ニュアル操作によって進めてもよい。例えば、放射能を
帯びた使用済みイオン交換樹脂を焼却できる熱分解施設
がない場合には、揮発性核種を溶離した後の使用済みイ
オン交換樹脂を一旦貯蔵しておく。そしてある程度の量
がたまったら、放射性物質を熱分解処理できる施設まで
搬送して、そこで熱分解処理するようにしてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。また、下記実施の形
態における構成要素には、当業者が容易に想定できるも
の或いは実質的に同一のものが含まれる。

【００１３】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１に係る使用済みイオン交換樹脂の処理システム
を示す説明図である。この使用済みイオン交換樹脂の処
理システムは、使用済みイオン交換樹脂から揮発性の
¹³⁷Ｃｓを取り除き、残った使用済みイオン交換樹脂を
焼却する点に特徴がある。つぎに、図１を参照してこの
使用済みイオン交換樹脂の処理システムについて説明す
る。

【００１４】この使用済みイオン交換樹脂の処理システ
ム１００は、溶離手段である溶離器１０と、溶離器１０
へホウ酸を供給するホウ酸供給タンク３０と、¹³⁷Ｃｓ
を除去された使用済みイオン交換樹脂の熱分解手段であ
る溶融塩式の熱溶融炉２０とを備えている。使用済みイ
オン交換樹脂１２は溶離器１０に投入される。溶離器１
０にはホウ酸供給タンク３０から溶離器１０へホウ酸が
供給されて、使用済みイオン交換樹脂１２から揮発性放
射性核種である¹³⁷Ｃｓを溶離する。ここでは、イオン
交換樹脂に対して吸着選択性が高い溶離液として、ホウ
酸を使用する。しかし、溶離液として使用できるのはホ
ウ酸に限られず、例えばホウ酸化合物や重金属化合物そ
の他のイオン交換樹脂に対して吸着選択性が高い陽イオ
ン化合物を含む溶液等が使用できる。なお、これらの陽
イオン化合物は、高温で揮発し難いものを使用すること
が望ましい。溶離後の熱分解において、使用済みイオン
交換樹脂に残った陽イオン化合物が揮発性放射性核種と
ともに揮発しないようにする必要があるからである。

【００１５】ここで、溶離器１０で放射性核種を溶離さ
れる使用済みイオン交換樹脂１２は、原子炉の一次冷却
材等を浄化するために脱塩塔で使用されたものであり、
所定の放射性核種吸着性能が発揮できなくなったもので
ある。また、イオン交換樹脂に吸着される放射性核種
は、⁵⁸Ｃｏ、⁶⁰Ｃｏや¹³⁷Ｃｓ等である。これらのう
ち、ホウ酸によって揮発性放射性核種である¹³⁷Ｃｓが
使用済みイオン交換樹脂１２から溶離される。溶離され
た¹³⁷Ｃｓを含んだ溶離後の廃液であるホウ酸廃液は、
弁４０が設けられた配管５０を通って中和タンク３２へ
排出される。ここでＮａＯＨ等のアルカリ溶液によって
中和された後、セメント固化施設３４へ送られてセメン
ト固化される。

【００１６】揮発性放射性核種である¹³⁷Ｃｓが溶離さ
れた使用済みイオン交換樹脂は、弁４０が設けられた配
管５２を通って熱溶融炉２０へ送られて、ここで焼却処
理される。ここで、熱分解手段は特に限定されるもので
はなく、ストーカー式の焼却炉や流動床式の焼却炉を使
用することができる。溶融の方式に関しては、電気抵抗
式やアーク放電式その他の方式が適用できる。

【００１７】使用済みイオン交換樹脂は熱溶融炉２０で
焼却された後、焼却灰となる。この焼却灰には、溶離器
１０で除去しきれなかった放射性核種である⁵⁸Ｃｏや⁶⁰
Ｃｏ等が含まれている。このため、焼却灰はセメント固
化施設３４へ送られて、セメント固化される。一方、使
用済みイオン交換樹脂が熱分解される際に発生する排ガ
スは二次燃焼器２２に送られる。そして、ここで空気を
吹き込まれてＨ₂やＣ等の未燃有機性ガスが燃焼し、煤
の発生が抑えられる。その後、排ガスはフィルタ２４を
通って排ガス中の微粒子が除去された後、大気中へ放出
される。ここで、フィルタ２４は、上流側にセラミック
フィルタ２４ａが、その下流側にＨＥＰＡ（High Effic
iency Particulate Air）フィルタ２４ｂが配置された
構造である。下流側にＨＥＰＡフィルタ２４ｂを設ける
ことによって微粒子の除去率を高めつつ、目詰まりを低
減して保守の頻度を低減している。

【００１８】この使用済みイオン交換樹脂の処理システ
ム１００では、焼却前に予め溶離器１０で揮発性放射性
核種である¹³⁷Ｃｓが取り除かれている。このため、熱
溶融炉２０や排ガスの配管系等に¹³⁷Ｃｓが蓄積するこ
とはほとんどない。これによって、熱溶融炉２０や排ガ
スの配管系等を簡易に保守・点検できる。

【００１９】（実施の形態２）図２は、この発明の実施
の形態２に係る使用済みイオン交換樹脂の処理システム
を示す説明図である。この実施の形態に係る使用済みイ
オン交換樹脂の処理システム１０３は、上記実施の形態
１に係る使用済みイオン交換樹脂の処理システム１００
（図１参照）と略同一の構成であるが、煙道８０の途中
に放電極８２とアース電極８４とを備えた電気集塵装置
８５を設け、これによって排ガス中の粉塵を除去する点
が異なる。その他の構成は実施の形態１と同様なのでそ
の説明を省略すると共に、同一の構成要素には同一の符
号を付する。

【００２０】¹³⁷Ｃｓ除去後の使用済みイオン交換樹脂
１２は、熱溶融炉２０で熱分解された後、焼却灰はセメ
ント固化施設３４で処理される。使用済みイオン交換樹
脂が熱分解される際に発生する排ガスは二次燃焼器２２
に送られる。そして、ここで空気を吹き込まれてＨ₂や
Ｃ等の未燃有機性ガスが燃焼し、煤の発生が抑えられ
る。

【００２１】二次燃焼器２２で燃焼した後の排ガスは煙
道８０に導かれた後、フィルタ２４を通って排ガス中の
微粒子が除去されて大気中へ放出される。煙道８０の途
中には、放電極８２とアース電極８４とを備えた電気集
塵装置８５が備えられている。この電気集塵装置８５に
は電源８６が接続されており、放電極８２とアース電極
８４との間にコロナ放電を発生させる。アース電極８４
は導電性を有した網目状の部材であり、例えば金網や金
属製の多孔板あるいはパンチングメタル等が使用でき
る。また、衝突集塵板を使用してもよい。

【００２２】放電極８２はアース電極の下流側に設置さ
れており、上流側に設置されたアース電極に向かってコ
ロナ放電を起こすようになっている。そして、このコロ
ナ放電によって、放電極８２からアース電極８４に向か
うイオン風が形成される。このイオン風によって、煙道
８０を流れる排ガス中に含まれる微細な粒子がアース電
極８４側、すなわち煙道８０の上流側へ押し戻される。
また、電気集塵装置８５は煙道８０の上向き部分に設け
られており重力の作用も利用できるので、より効率よく
排ガス中の微細な粒子を集めることができる。煙道８０
の上流側に押し戻された微粒子は煙道８０の下方に設け
られたホッパ８７に集められる。この微粒子は放射能を
帯びているため、ホッパ８７から取り出された後はセメ
ント固化施設３４に送られて、ここでセメント固化処理
される。

【００２３】電気集塵装置８５によって微細な粒子が除
去された排ガスは、フィルタ２４を通過して大気中へ放
出される。この使用済みイオン交換樹脂の処理システム
１０３では、煙道８０に電気集塵装置８５を設けて微粒
子をできるだけ除去するようにしている。このため、フ
ィルタ２４で除去される微粒子の量を低減できるので、
フィルタ２４の寿命を延ばすことができる。これによっ
て、フィルタ２４の保守・点検サイクル、あるいは交換
サイクルを長くできるので、処理システムの稼働率を高
くできる。また、保守・点検の手間も軽減できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る使
用済みイオン交換樹脂の処理システム（請求項１）で
は、溶離手段によって使用済みイオン交換樹脂から揮発
性放射性核種を取り除いてから、使用済みイオン交換樹
脂を溶融手段や焼却手段によって熱分解処理するように
した。そして、揮発性放射性核種の溶離には弱酸である
ホウ酸等を使用するようにした。また、この発明に係る
使用済みイオン交換樹脂の処理システム（請求項２）で
は、熱分解手段に溶融手段を使用するようにした。ま
た、この発明に係る使用済みイオン交換樹脂の処理シス
テム（請求項３）では、熱分解手段にイオン交換樹脂を
焼却する焼却手段を使用するようにした。このため、揮
発性放射性核種は焼却前に取り除かれているので、熱分
解手段である熱溶融炉や排ガスの配管系等を簡易に保守
・点検できる。

【００２５】また、この発明に係る使用済みイオン交換
樹脂の処理方法（請求項４）では、溶離手段によって使
用済みイオン交換樹脂から揮発性放射性核種を取り除い
てから、使用済みイオン交換樹脂を熱分解処理するよう
にした。そして、揮発性放射性核種の溶離には弱酸であ
るホウ酸等を使用するようにした。このため、揮発性放
射性核種は焼却前に取り除かれているので、熱分解手段
である熱溶融炉や排ガスの配管系等を簡易に保守・点検
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る使用済みイオン
交換樹脂の処理システムを示す説明図である。

【図２】この発明の実施の形態２に係る使用済みイオン
交換樹脂の処理システムを示す説明図である。

【図３】従来使用されている使用済みイオン交換樹脂の
処理システムの一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１２イオン交換樹脂２０熱溶融炉２２二次燃焼器２４フィルタ２４ａセラミックフィルタ２４ｂＨＥＰＡフィルタ３０ホウ酸供給タンク３２中和タンク３４セメント固化施設１００イオン交換樹脂の処理システム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三宅崇史兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者長安弘貢兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者柿本朗兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者佐藤明雄神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者大家泰昌神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内Ｆターム(参考） 4F301 CA10 CA11 CA22 CA24 CA52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン交換樹脂に対して吸着選択性が高
いホウ酸、ホウ酸化合物その他の陽イオン化合物のうち
少なくとも一つによって使用済みイオン交換樹脂から揮
発性放射性核種を分離する溶離手段と、揮発性放射性核種が分離された後の使用済みイオン交換
樹脂を熱分解する熱分解手段と、を備えたことを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処
理システム。
【請求項２】さらに、上記熱分解手段はイオン交換樹
脂を溶融させる溶融手段であることを特徴とする請求項
１に記載の使用済みイオン交換樹脂の処理システム。
【請求項３】さらに、上記熱分解手段はイオン交換樹
脂を焼却する焼却手段であることを特徴とする請求項１
に記載の使用済みイオン交換樹脂の処理システム。
【請求項４】ホウ酸、ホウ酸化合物その他のイオン交
換樹脂に対して吸着選択性が高い陽イオン化合物のうち
少なくとも一つによって使用済みイオン交換樹脂から揮
発性放射性核種を分離する工程と、揮発性放射性核種が分離された後の使用済みイオン交換
樹脂を熱分解する熱分解工程と、を有することを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処
理方法。