JP2006162316A - 廃液処理方法及び廃液処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 原子力発電プラントの廃液から、効果的に放射性核種を除去し、プラント内の放射能レベルを低減できる廃液処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】 原子力発電プラントにおける放射性核種を含む廃液の処理方法において、該廃液を、放射性核種及びイオン性不純物を除去しうるイオン交換性フィルタ８に通すこととしたものであり、前記イオン交換性フィルタは、イオン交換能力を有するイオン交換膜を、プリーツ状に折り込みユニット化したもの、また、該フィルタは、強酸性カチオン交換膜、強塩基性アニオン交換膜、弱酸性カチオン交換膜、弱塩基性アニオン交換膜、イミノジ酢酸型キレート交換膜、ポリアミン型キレート交換膜又はポリリン酸型キレート交換膜から選ばれた１種類以上を使用して成形したもの、さらに、該フィルタは、水と空気による逆洗及び／又は薬品による再生操作により、繰り返し使用可能であるのがよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子力発電プラントの廃液処理に係り、特に、該プラントにおける廃液中の放射性核種を除去をするための廃液処理方法及び装置に関する。

原子力発電プラントでは、発生した廃液を浄化して再利用するため、その浄化設備として、イオン交換樹脂を使用している廃液脱塩装置や、中空糸膜フィルタなどのろ過装置、及び濃縮器が通常設置されている。
原子力発電プラント内で発生した廃液には、放射性核種やイオン性の不純物、懸濁性腐食生成物などが含まれており、全ての廃液がタンクに回収され、浄化処理を行っている。タンクに回収される廃液は、原子炉水や回転機器シール水などの機器ドレン水、床清掃廃液などの床ドレン水、イオン交換樹脂の逆洗や通薬にて発生する再生廃液など、様々な性状の廃液がある。それら廃液は、その性状により処理方法が異なっており、懸濁性物質が多い廃液ではろ過処理が、またイオン濃度の高い廃液では濃縮処理が行われ、最終的には、廃液脱塩装置で処理されて回収、再利用されている。

最近の原子力発電プラントでは、プラント全体をクリーンにすることが求められており、放射性廃液の浄化については、放射能が検出されないようにすることが求められている。これは、放射性核種が存在すると、プラントの定期点検において作業員の線量当量増加の原因となるためである。
しかし、現状の廃液処理設備は、設計時において、廃液中に極微量存在する放射性核種を検出限界以下にまで除去することは想定しておらず、ＮａやＣｌなどのイオン性不純物や金属酸化物を想定しているのみである。浄化する設備の１つである廃液脱塩装置では、イオン交換樹脂が使用されているが、極微量存在する放射性核種の除去率は十分とは言えない。そのため、現状では、放射性核種濃度が破過傾向を示すと、薬品による通薬再生を実施し、除去能力を回復させているため、再生薬品が二次的な廃液として発生し、処理が必要となるため効果的ではない。また、再生を実施せずに樹脂交換を実施した場合には、それが放射性固体廃棄物となるため、この処分が問題となってしまう。一方、濃縮器は、放射性核種の除去能力は高いが、処理能力が低く、プラント内で発生する廃液の処理能力としては十分ではない。

放射性核種であるコバルトやマンガンなどの重金属類は、廃液中に存在する硫酸イオンや有機物などとキレートを形成し易いため、通常使用されているイオン交換樹脂では除去しにくい特性を有している。
また、特開平５−１６８９１７号公報や特開平６−３４３８５６号公報、特開平１０−１７０６９６号公報には、活性炭を使用した放射性核種除去装置が提案されているが、活性炭は本来、イオン交換能力が低いため実用化されていない。また、特開２００４−４５３７１号公報では、粒状無機吸着剤を使用する技術が提案されているが、粒状であるため反応速度が小さいという問題点がある。
特開平５−１６８９１７号公報 特開平６−３４３８５６号公報 特開平１０−１７０６９６号公報 特開２００４−４５３７１号公報

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、原子力発電プラントの廃液から、効果的に放射性核種を除去し、プラント内の放射能レベルを低減できる廃液処理方法及び装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明では、原子力発電プラントにおける放射性核種を含む廃液の処理方法において、該廃液を、放射性核種やイオン性不純物を除去しうるイオン交換性フィルタに通すことを特徴とする廃液処理方法としたものである。
前記処理方法において、イオン交換性フィルタは、イオン交換能力を有するイオン交換膜を、プリーツ状に折り込みユニット化したフィルタとすることができ、また、前記イオン交換性フィルタは、強酸性カチオン交換膜、強塩基性アニオン交換膜、弱酸性カチオン交換膜、弱塩基性アニオン交換膜、イミノジ酢酸型キレート交換膜、ポリアミン型キレート交換膜又はポリリン酸型キレート交換膜から選ばれた１種類以上を使用して成形したフィルタとすることができ、さらに、前記イオン交換性フィルタは、水と空気による逆洗及び／又は薬品による再生操作により、繰り返し使用可能であるフィルタとすることができる。
また、本発明では、原子力発電プラントにおける放射性核種を含む廃液の処理装置において、該廃液を通水する放射性核種及びイオン性不純物を除去しうるイオン交換性フィルタを装着した装置と、該装置に前記廃液を通水する手段とを有することを特徴とする廃液処理装置としたものである。

本発明によれば、原子力発電プラントの廃液処理方法において、放射性核種と懸濁性不純物を効率よく除去し、プラント内の放射能レベルを低減できる。

本発明では、放射性核種などの重金属を除去するために、不織布などの繊維にグラフト重合法などの方法により官能基を導入したイオン交換性フィルタを使用する。不織布などの繊維は、数μｍから数十μｍの径を有しており、これに放射線や紫外線などを利用したグラフト重合などの技術を利用して官能基を導入することにより、粒状イオン交換樹脂に比べ、非常に大きな表面積を有するイオン交換体となる。表面積が大きくなることにより、反応速度上有利となり、粒状イオン交換樹脂では捕捉しにくい放射性核種の吸着除去も可能となる。
また、このイオン交換体は、導入する官能基の種類により種々のイオン交換反応が可能となる。即ち、強酸性カチオン交換膜、強塩基性アニオン交換膜、弱酸性カチオン交換膜、弱塩基性アニオン交換膜、イミノジ酢酸型キレート交換膜、ポリアミン型キレート交換膜、ポリリン酸型キレート交換膜等とすることで、陽イオンや陰イオン、重金属など、幅広い不純物の除去が可能となる。イオン交換性フィルタとして使用する場合には、処理する廃液の性状により、単独で使用しても複数種を組み合わせて使用してもよい。

更に、このイオン交換性フィルタを、プリーツ状に折り込みユニット化したフィルタとして利用することで、イオン性の不純物だけでなく懸濁性不純物の除去も可能となる。また、通水によりフィルタの目詰まりが発生した場合には、水と空気による逆洗を実施して繰り返し使用したり、イオン交換能が低下した場合には、官能基の種類により、強酸や強アルカリを用いた通薬再生を実施することで繰り返し使用も可能である。
本発明の廃液処理方法では、イオン交換能を有するフィルタを使用し、放射性核種を除去する。
従来、放射性廃液の処理には中空糸膜フィルタや粒状イオン交換樹脂が使用されている。しかし、中空糸膜フィルタにはイオン交換能がないため、イオン性不純物の除去能力は乏しい。また、粒状イオン交換樹脂は、直径が０．３から１．２ｍｍ程度の強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂であり、水中に存在するイオンを吸着する能力をある程度有しているが、表面積が小さいため反応速度が小さく、極微量存在する放射性核種の除去能力は十分ではない。

本発明では、放射性核種などの重金属を除去するために、不織布などの繊維にグラフト重合法などの方法により官能基を導入したイオン交換性フィルタを使用する。不織布などの繊維は、数μｍから数十μｍの径を有しており、これに放射線や紫外線などを利用したグラフト重合などの技術を利用して官能基を導入することにより、粒状イオン交換樹脂に比べ、非常に大きな表面積を有するイオン交換体となる。表面積が大きくなることにより、反応速度上有利となり、粒状イオン交換樹脂では捕捉しにくい放射性核種の吸着除去も可能となる。
また、このイオン交換体は、導入する官能基の種類により種々のイオン交換反応が可能となる。即ち、強酸性カチオン交換膜、強塩基性アニオン交換膜、弱酸性カチオン交換膜、弱塩基性アニオン交換膜、イミノジ酢酸型キレート交換膜、ポリアミン型キレート交換膜、ポリリン酸型キレート交換膜等とすることで、陽イオンや陰イオン、重金属など、幅広い不純物の除去が可能となる。イオン交換性フィルタとして使用する場合には、処理する廃液の性状により、単独で使用しても複数種を組み合わせて使用してもよい。

更に、このイオン交換性フィルタを、プリーツ状に折り込みユニット化したフィルタとして利用することで、イオン性の不純物だけでなく懸濁性不純物の除去も可能となる。また、通水によりフィルタの目詰まりが発生した場合には、水と空気による逆洗を実施して繰り返し使用したり、イオン交換能が低下した場合には、官能基の種類により強酸や強アルカリを用いた通薬再生を実施することで、繰り返し使用も可能である。
使用する装置としては、現在設置されている中空糸膜フィルタのエレメントを本発明であるプリーツフィルタに交換してもよいし、中空糸膜フィルタにより懸濁性不純物を除去した廃液を、新たに新設する本発明の除去装置に接続してもよい。

また、原子力発電所内では、機器の洗浄作業を行っている。例えば、定期点検前の機器や配管の水によるフラッシングや、薬品を利用して付着した金属を溶解除去する化学除洗が行われ、その際に廃液が発生する。これらの作業で発生した廃液は、廃液収集ピットに回収しているが、本発明の装置をユニット化し、これに通水した上で収集ピットに回収することで、その後の廃液の放射能除去操作は不要となるため有効である。
本発明で処理できる放射性核種を含む廃液としては、原子力発電プラントにおける機器ドレン系廃液、床ドレン系廃液、蒸発缶凝縮水、放射化学分析室廃液、イオン交換樹脂再生廃液、イオン交換樹脂逆洗廃液、プラント構成機器洗浄廃液、プラント構成機器化学洗浄廃液又は復水貯蔵タンク水等を含む廃液である。

前記のそれぞれの廃液には、次のような廃液が含まれる。
・機器ドレン系廃液：種々のポンプシール水や一次系統水のサンプリング水など、導電 率が比較的低く不純物濃度の比較的低い廃液であり、イオン交換樹脂の逆洗廃液や中 空糸膜フィルタ逆洗廃液、蒸発缶の凝縮水も含まれる。
・床ドレン廃液：建屋内床の清掃廃液や薬品など、比較的導電率が高くイオン濃度の高 い廃液であり、イオン交換樹脂の通薬再生廃液や、プラント系統水の分析を実施する ために、塩酸など種々の薬品を使用する放射化学分析室の廃液も含まれる。
・プラント構成機器洗浄廃液：プラント構成機器は定期点検を実施する前に、
配管表面などに付着した鉄酸化物を主体とした懸濁性腐食生成物による被曝を低減す るために、水にてフラッシングを行うため、この廃液が発生する。
機器ドレン系廃液として処理されることが多い。

・プラント構成機器化学洗浄廃液：プラント構成機器のうち、原子炉廻りの機器は定期 点検を実施する前に、配管表面などに付着した鉄酸化物を主体とした懸濁性腐食生成 物による被曝を低減するために、過マンガン酸等の薬品にてフラッシングを行うため 、この廃液が発生する。放射能濃度が高いため、通常の廃液とは別に専用のイオン交 換樹脂塔にて処理される。
・復水貯蔵タンク水：種々の廃液処理システムにて回収された被処理水は、主として復 水貯蔵タンクに回収され、プラント系統水として再利用される。このタンク水は、プ ラント系統水量のバランスを保つ施設として利用されているため、系統水が直接混入 する可能性があるため、放射能濃度が高くなる可能性がある。また、種々の廃液処理 システムで処理しきれなかった不純物が混入する可能性がある。

図１から３に、本発明の廃液処理装置のフロー構成図を示す。図１は、現在設置されている中空糸膜フィルタ３と粒状イオン交換樹脂を使用した廃液脱塩装置４の中間に、本発明のフィルタ８を設置する場合を示しており、図２は、中空糸膜フィルタを本発明のフィルタに交換して通水する場合の構成を示したものである。図１及び２において、１は液体収集タンク、５は液体サンプリングタンク、
７は復水貯蔵タンク、２及び６はポンプである。
図３は、配管洗浄装置から発生する廃液を処理するため、本発明のフィルタをユニット化したものであり、９は配管洗浄装置、１０が本発明のフィルタユニット、１１が廃液回収タンクである。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１
Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅなどの放射性核種を含む放射能濃度４Ｂｑ／ｍＬの廃液を、イオン交換性フィルタに通水し、２時間後における放射性核種の除去率を測定した。イオン交換性フィルタとしては、４種類を使用し、従来技術と比較した。表１にその結果を示す。表１から明らかなように、従来技術に比べ、いずれの技術についても除去率が高いことがわかる。尚、中空糸膜フィルタは、ＬＶ＝０．１ｍ／ｈにて通水し、混床式粒状イオン交換樹脂は、通水ＬＶ＝２０ｍ／ｈにて通水した。また、本発明であるイオン交換性フィルタの場合は、ＬＶ＝０．５ｍ／ｈにて通水した。
・使用したイオン交換性フィルタと従来技術
・ケース１：従来技術（中空糸膜フィルタ＋混床式粒状イオン交換樹脂）
・ケース２：従来技術（混床式粒状イオン交換樹脂）
・ケース３：強酸性カチオンフィルタ
・ケース４：強酸性カチオンフィルタ＋強塩基性アニオンフィルタ
・ケース５：強酸性カチオンフィルタ＋イミノジ酢酸キレートフィルタ
・ケース６：強酸性カチオンフィルタ＋強塩基性アニオンフィルタ＋イミノジ
酢酸キレートフィルタ

表１からわかるように、本発明の場合、放射能除去率は、従来技術より著しく高く、懸濁性不純物の除去率は、粒状イオン交換樹脂より著しく高く、中空糸膜フィルタを使用した従来樹脂と同等であり、本発明は、放射性核種と懸濁性不純物の双方の除去に優れていることが確認された。

本発明の廃液処理装置の一例を示すフロー構成図。 本発明の廃液処理装置の他の例を示すフロー構成図。 本発明の廃液処理装置の他の例を示すフロー構成図。

符号の説明

１：液体収集タンク、２、６：ポンプ、３：中空糸膜フィルタ、４：廃液脱塩装置、５：液体サンプリングタンク、７：復水貯蔵タンク、８：イオン交換性フィルタ、９：配管洗浄装置、１０：本発明のフィルタユニット、１１：廃液回収タンク

Claims (5)

1. 原子力発電プラントにおける放射性核種を含む廃液の処理方法において、該廃液を、放射性核種及びイオン性不純物を除去しうるイオン交換性フィルタに通すことを特徴とする廃液処理方法。
2. 前記イオン交換性フィルタは、イオン交換能力を有するイオン交換膜を、プリーツ状に折り込みユニット化したフィルタであることを特徴とする請求項１記載の廃液処理方法。
3. 前記イオン交換性フィルタは、強酸性カチオン交換膜、強塩基性アニオン交換膜、弱酸性カチオン交換膜、弱塩基性アニオン交換膜、イミノジ酢酸型キレート交換膜、ポリアミン型キレート交換膜又はポリリン酸型キレート交換膜から選ばれた１種類以上を使用して成形したフィルタであることを特徴とする請求項１又は２記載の廃液処理方法。
4. 前記イオン交換性フィルタは、水と空気による逆洗及び／又は薬品による再生操作により、繰り返し使用可能であるフィルタであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の廃液処理方法。
5. 原子力発電プラントにおける放射性核種を含む廃液の処理装置において、該廃液を通水する放射性核種及びイオン性不純物を除去しうるイオン交換性フィルタを装着した装置と、該装置に前記廃液を通水する手段とを有することを特徴とする廃液処理装置。

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