JP2008076054A - 放射性核種含有廃液処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【解決課題】放射性核種や有機性不純物を充分に除去することができ、回収水の高純度化、廃液回収系統のクリーン化、作業員の負担低減及び被曝低減、ランニングコストの低減などができる原子力プラントからの放射性核種含有廃液処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】放射性核種含有廃液処理装置は、放射性核種含有廃液収集タンク１と、放射性核種含有廃液を移送するポンプ２と、ポンプ２を介して放射性核種含有廃液収集タンク１に連結されている中空糸膜フィルタ３と、中空糸膜フィルタ３から放射性核種含有廃液が流入するように連結されている粒状イオン交換樹脂式脱塩装置４とを備える廃液一次処理装置Iを有する。廃液一次処理装置Iで処理された一次処理水が流入するように廃液一次処理装置Iに連結されているイオン交換繊維充填電気再生式浄化装置８が設置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電プラントの放射性核種含有廃液処理方法に関する。特に、従来の廃液処理システムでは除去が難しかった放射性核種や有機性不純物を充分に除去でき、再利用される回収水の高純度化、廃液回収系統のクリーン化、作業員の負担軽減及び被曝低減、ランニングコストの低減などの効果が期待できる放射性核種含有廃液処理方法及び装置を提供するものである。

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す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Co60などの放射性核種やイオン性の不純物、懸濁性腐食生成物、有機性不純物などが含まれており、全ての廃液をタンクに回収して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、ホットラボからの廃液など、様々な性状の廃液がある。また、廃液収集タンクや回収タンク以外にも、燃料プールやサイトバンカープール、サプレッションチャンバーなど、原子力発電プラント内には水を蓄えておく施設が多々あり、これらの水についても浄化が必要である。

これらの廃液は、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蒸発缶による濃縮処理が行われ、最終的には粒状イオン交換樹脂を充填した廃液脱塩装置により処理されて回収、再利用されている。

最近の原子力発電所では、プラント全体のクリーン化が推進されてきており、放射性廃液の浄化に関しては、放射能が検出されないようにすることが必須となっている。これは、プラントの定期点検において、放射性核種の存在が作業員の放射線暴露線量当量の増加につながると共に、作業効率低下の原因にもなるためである。また、有機性不純物についても極力低減することが求められている。これは、有機性不純物はＳ元素やＮ元素を含んでいる場合があり、これらが系統内に流入すると熱などにより分解して硝酸イオンや硫酸イオンとなり水質を低下させ、設備構成部材の腐食の原因となるためである。

しかし、従来設置されている廃液処理設備は、主にＮａやＣｌなどのイオン性不純物や金属酸化物の除去を想定して設計されており、廃液中に極微量存在する放射性核種を検出限界値以下にまで除去することは想定されていない。また、有機性不純物の問題についても最近になって顕在化したものであり、その除去については全く想定されていない。そのため、処理水の最終浄化の目的で設置されている粒状イオン交換樹脂を使用した廃液脱塩装置では、極微量存在する放射性核種や有機性不純物の除去率は十分とは言えない。更に、イオン交換樹脂そのものからも有機性不純物が溶出するため、回収液中に微量の有機性不純物が存在することは避けられない。

更には、現状の廃液脱塩装置では、放射性核種濃度や有機性不純物が破過傾向を示すと、充填されているイオン交換樹脂の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、再生廃液の処理が必要となる。イオン交換樹脂の再生には大量の硫酸と苛性ソーダを使用するため、膨大な量の硫酸ナトリウム含有廃棄物が発生する。また、再生を実施せずにイオン交換樹脂の交換を実施した場合には、使用済みイオン交換樹脂が放射能に暴露されていたため放射性固体廃棄物となり、この処分が問題となる。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、プラント内で大量に発生する廃液の処理には能力的に十分ではない。また、蒸発処理のため低沸点の揮発性有機物は除去できずに凝縮水中に混入し、これらの問題に対する対策も必要となる。

これまで、特許文献１〜３に記載されているように活性炭を使用した放射性核種除去装置が提案されており、また、特許文献４に記載されているように粒状無機吸着剤を使用する技術が提案されているが、これらの提案にかかる装置でもいまだ十分に上述の問題を解決し、要求される性能を充分に満たしていない。

また、特許文献５には既設のイオン交換樹脂を充填した廃液脱塩装置の代わりにイオン交換膜の間に粒状イオン交換樹脂を充填した電気再生式浄化装置が提案されているが、かかる装置でもいまだ十分に上述の問題を解決し、要求される性能を充分に満たしていない。

電気再生式浄化装置は電気によりイオン交換樹脂を連続的に再生するので、一般の粒状イオン交換樹脂式脱塩装置のようにイオン負荷が増加した時点での薬品による再生が不要であることから、粒状イオン交換樹脂式脱塩装置の代わりに一般水処理用装置として広く利用されている。一般水処理用装置として使用されている電気再生式脱塩装置においては、脱塩室や濃縮室に粒状イオン交換樹脂が充填されている。市販装置としては、例えば、栗田工業株式会社の「ＫＣＤＩ」やオルガノ（株）の「Ｄ２ＥＤＩ」などがある。一般水処理への適用では、除去対象物質がナトリウムイオンやカルシウムイオンなどの陽イオンや、塩素イオンなどの陰イオンなどのイオン性不純物であるため問題はない。しかし、原子力発電プラントにおいては、既設の廃液処理システムに装備されている粒状イオン交換樹脂充填廃液脱塩装置で除去できずにリークするCo-60やCo-58,Mn-54,Fe-59,Cr-51などの放射性核種や、イオン交換樹脂からの溶出物や塗料からの揮発成分などの有機性不純物を一般水処理用電気再生式浄化装置で除去することは難しい。また、イオン交換樹脂式脱塩装置の代わりに粒状イオン交換樹脂を脱塩室や濃縮室に充填した電気再生式浄化装置を適用した場合、前述の放射性核種や有機性不純物を除去できないだけではなく、特許文献５に記載されているように、イオンの排除に伴う濃縮廃液が多く発生するため、この処理に蒸発缶などの濃縮装置を設置しなければならず、コスト面で膨大な負担となる。

また、通常、電気再生式浄化装置では、純水を得るために供給水とほぼ同等の流量で濃縮液及び電極液を供給している。これは、一般産業での純水製造装置に供給する供給水の原水として工業用水や河川水、地下水を使用しているため、水中にはＣａやＭｇ等の硬度成分やシリカを多く含んでおり、電気再生式浄化装置で処理すると濃縮液側に析出して差圧が上昇して流量が確保できなくなる事象が発生したり、電流効率が低下して高電圧を加える必要が発生するためである。
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 特開平６−３４９５号公報

本発明の目的は、従来の廃液処理システムでは除去が難しかった放射性核種や有機性不純物を充分に除去することができ、回収水の高純度化、廃液回収系統のクリーン化、作業員の負担低減及び被曝低減、ランニングコストの低減などの効果が期待できる原子力プラントからの放射性核種含有廃液処理方法及び装置を提供することにある。

本発明者らは、鋭意検討した結果、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ことを知見し、更に検討した結果、廃液中の放射性重金属や有機性不純物は、粒状イオン交換樹脂では反応速度が小さく除去されにくいことを知見した。

原子力発電プラント向けに放射性核種や有機性不純物を効率的に除去する用途の電気再生式浄化装置の研究開発を鋭意進めた結果、原子力発電プラント内の廃液中に存在する放射性重金属は極僅かにプラスに帯電しているものが多く、粒状イオン交換樹脂より表面積が圧倒的に大きいイオン交換繊維を充填した脱塩室を有する電気再生式浄化装置を用いることにより除去可能であることを見出した。また、有機性不純物は極僅かにマイナスに帯電しており、これもイオン交換繊維を充填した脱塩室を有する電気再生式浄化装置を用いることにより除去可能であることを見出した。これらの知見に基づき、本発明者らは、粒状イオン交換樹脂を充填した廃液脱塩装置の後段に、イオン交換繊維を充填した電気再生式浄化装置を適用して、放射性核種や有機性不純物を効率的に除去し廃液を高純度に処理することに想到したものである。

本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、以下の構成を提供することにより上記目的を達成したものである。

本発明は、廃液ろ過装置、及び／又は粒状イオン交換樹脂を使用した廃液脱塩装置を含む廃液一次処理装置と、該廃液一次処理装置の後段に、陽極と陰極とを有し、その間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列させることによって形成される複数の脱塩室及び濃縮室と一対の極室が形成されており、該脱塩室、該濃縮室及び該極室のいずれか１つ以上にイオン交換繊維を充填してなり、直流電流を通電した状態で被処理水を通水して脱塩処理することができる電気再生式浄化装置とを備え、原子力発電プラントからの放射性核種を含む廃液を処理できる放射性核種含有廃液処理装置（以下、「放射性廃液処理装置」と略する場合がある）を提供するものである。

また、本発明は、原子力発電プラントからの放射性核種を含む廃液の処理方法であって、ろ過及び／又はイオン交換により廃液の一次処理を行い、一次処理水を得る廃液一次処理工程と、該廃液一次処理工程後、陽極と陰極とを有し、その間にカチオン交換膜とアニオン交換膜を交互に配列させることによって形成される複数の脱塩室及び濃縮室と一対の極室が形成されており、該脱塩室、該濃縮室及び該極室のいずれか１つ以上にイオン交換繊維を充填してなる電気再生式浄化装置を用いて、直流電流を通電した状態で、該一次処理水を被処理水として通水して二次処理する電気再生式浄化工程とを行い、放射性核種を除去することを特徴とする放射性核種含有廃液の処理方法を提供するものである。

本発明の原子力プラントの放射性核種含有廃液処理方法及び装置によれば、従来の廃液処理システムでは除去が難しかった放射性核種や有機性不純物を充分に除去することができ、回収水の高純度化、廃液回収系統のクリーン化、作業員の負担低減及び被曝低減、ランニングコストの低減などの効果が期待できる。

以下、図面を参照して、発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されない。

ここで、図１は、本発明の放射線核種含有廃液処理装置の好ましい一実施形態の概要を示す模式図である。図２は、図１に示す放射線核種含有廃液処理装置に用いられる電気再生式浄化装置の一形態を示す模式図である。図３は、本発明の放射線核種含有廃液処理装置の他の実施形態の概要を示す模式図である。図４は、本発明の放射線核種含有廃液処理装置の更に他の実施形態の概要を示す模式図である。図５は、本発明の放射線核種含有廃液処理装置の他の実施形態の主要部を示す模式図である。図６は、本発明の放射線核種含有廃液処理装置の他の実施形態の主要部を示す模式図である。

図１に示す形態の放射性核種含有廃液処理装置は、放射性核種含有廃液を収集しておく放射性核種含有廃液収集タンク１と、放射性核種含有廃液を移送するポンプ２と、ポンプ２を介して放射性核種含有廃液収集タンク１に連結されている放射性核種含有廃液ろ過装置としての中空糸膜フィルタ３と、中空糸膜フィルタ３から放射性核種含有廃液が流入するように連結されている粒状イオン交換樹脂式脱塩装置４とを備える廃液一次処理装置Iを有する。そして、更に廃液一次処理装置Iで処理された一次処理水（放射性核種含有）が流入するように廃液一次処理装置Iに連結されているイオン交換繊維充填電気再生式浄化装置８（以後、単に「電気式再生浄化装置」という）が設置されている。電気再生式浄化装置８の後段には、電気再生式浄化装置８で処理された処理済み液についてサンプリングして浄化されていることを確認する液体サンプリングタンク５が連結されており、液体サンプリングタンク５には、浄化されていることを確認した処理済み液がポンプ６を介して移送される複水貯蔵タンク７が連結されている。

中空糸膜フィルタ３及び粒状イオン交換樹脂式廃液脱塩装置４としては通常公知のものを特に制限なく用いることができる。

本発明においては、電気再生式浄化装置８を設置することにより、既設の廃液処理システムでは除去が難しかったCo-60やCo-58,Mn-54,Fe-59,Cr-51などの放射性核種や、イオン交換樹脂からの溶出物や塗料からの揮発成分などの有機性不純物を効率的に除去することができる。

次に、電気再生式浄化装置８について図２を参照して説明する。図２に示すように、電気再生式浄化装置８は、陽極（＋）と陰極（−）とを有し、その間にカチオン交換膜Ｃとアニオン交換膜Ａとを交互に配列させることによって形成される複数の脱塩室及び濃縮室と一対の極室が形成されており、該脱塩室、該濃縮室及び該極室のいずれか１つ以上にイオン交換繊維を充填してなり、直流電流を通電した状態で被処理水を通水して脱塩処理することができるようになされている。図２に示す電気再生式浄化装置８においては、脱塩室及び濃縮室に、それぞれ被処理水の流れ方向と直交するようにアニオン交換不織布８１とカチオン交換不織布８２とが交互に積層充填されている。直流電流を通電した状態で図２の矢印方向から各室に被処理水を通水することにより、極室及び濃縮室からは濃縮水が、脱塩室からは脱塩水が排出される。イオン交換繊維の充填方法は図示した形態に限定されず、アニオン交換不織布８１のみあるいはカチオン交換不織布８２のみ被処理水の流れ方向に直交するように積層させてもよい。

電気再生式浄化装置において用いられる上記イオン交換繊維としては、オレフィン系ポリマー繊維、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどを素材とする織布若しくは不織布の基材に電子線、放射線又は紫外線、好ましくは放射線を用いてスルホン基などの強酸性官能基や４級アンモニウム塩基などの強塩基性官能基やリン酸基、カルボキシル基、ノニオン性親水基や１級〜３級アミノ基などの非強酸性官能基又は非強塩基性官能基をグラフト重合（好ましくは放射線グラフト重合）させて形成された、繊維径が0.5〜50μmの合成繊維を好ましく用いることができる。

繊維径が0.5μm未満であると、通水抵抗が大きくなり濾過材料としては圧損が大きく、不向きである。繊維径が50μmを超えると、表面積が大きくなり、イオン交換材料としては不向きである。

上記カチオン交換繊維と上記アニオン交換繊維とは、被処理水の流れ方向に対して直交する方向に交互に積層状態に充填されている。これにより、脱塩処理効率の向上、印加電流の低減、装置のコンパクト化を図ることができる。

また、イオン交換繊維を充填することにより、従来の粒状イオン交換樹脂を充填した電気再生式浄化装置よりコンパクト化を図ることが出来る。これは、粒状イオン交換樹脂に比べイオン交換繊維の径が百分の一程度であり表面積はその二乗となるため圧倒的にイオン交換反応速度上有利となるためであると考えられる。更に、少なくとも脱塩室内のカチオンイオン交換繊維及びアニオンイオン交換繊維を被処理水の流れ方向に対して直交する方向に積層状態に充填することにより、脱塩処理効率の向上、印加電流の低減、装置の更なるコンパクト化を達成できる。

従来の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ほとんどない。また、粒状イオン交換樹脂は、直径が0.3〜1.2mm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や有機性不純物の除去能力は十分ではない。

本発明の廃液処理装置は、これらの放射性核種や有機性不純物を除去するために、イオン交換繊維を脱塩室、濃縮室、極室のいずれか１つ若しくは全てに充填した電気再生式浄化装置を使用し、既設の粒状イオン交換樹脂充填廃液一次処理装置４の後段に設置している。電気再生式浄化装置８は、直流電源下において脱塩室に粒状イオン交換樹脂に比べ表面積の大きいイオン交換繊維が充填されているため、粒状イオン交換樹脂充填廃液一次処理装置４で除去できなかった放射性重金属や有機物などの不純物を効率的に除去できるものである。

この様なイオン交換繊維を充填した電気再生式浄化装置としては、（株）荏原製作所製、商品名「ＧＤＩ」がある。ＧＤＩとは、脱塩室等にイオン交換樹脂の代わりに放射線グラフト重合により製造されたイオン交換不織布を充填し、脱塩速度を従来に比べて大幅に向上させた電気再生式浄化装置である。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の装置の説明においては、図１に示す実施形態と異なる部分を特に説明する。特に説明しない部分については上述の図１に示す形態における説明が適宜適用される。

図３に示す実施形態はタンク内の不純物含有水を電気再生式浄化装置にて循環通水する場合の形態である。図３に示す形態では、粒状イオン交換樹脂充填廃液一次処理装置４と液体サンプリングタンク５とが直接連結されており、液体サンプリングタンク５にポンプ12を介して電気再生式浄化装置８が被処理水を循環させることができるように連結されている。

図４に示す実施形態は、電気再生式浄化装置をユニット化した実施形態である。図４に示す形態では、中空糸膜フィルタ３の前に配管洗浄装置９が設置されており、更に電気再生式浄化装置８から排出される処理済み液が導入される処理済み液回収タンク１１が設けられている。

次に、図５を参照してオーバーパック等の容器に電気再生式浄化装置８を収納した形態について説明する。

図５に示す電気再生式浄化装置８は、その全体がオーバーパック容器１４に収納されており、電気再生式浄化装置８は、フランジ又はクイックカプラ等の複数の継手２２にて外部の配管と接合されている。

オーバーパック容器１４は、内部に電気再生式浄化装置８を収納し、継ぎ手部及び電気再生式浄化装置８本体からの放射性核種含有廃液の外部への漏洩を防止するものであり、密閉可能なものであれば材料は問わない。

また、本実施形態においては、放射性核種含有廃液の外部への漏洩を防止するため、オーバーパック容器１４の下部より検出配管を介して連結された漏洩検知器１５が設置されており、放射性核種含有廃液漏洩時には漏洩検知器１５への接液により装置運転を自動停止することができるようになされている。

また、放射性核種含有廃液漏洩時の電気再生式浄化装置８の接液防止及び装置本体の損傷防止の観点より、オーバーパック容器１４底部と電気再生式浄化装置８との間に設置台１６を設けている。

通常、電気再生式浄化装置８の本体は、複数のイオン交換膜、不織布等をフレームにより挟み込み、複数の通しボルトにより両側のエンドプレートと固定する構造であり、溶接構造の容器に比べて、リークポテンシャル（漏洩の可能性）が高い。そのため、本実施形態のように原子力発電プラントに適用するためには、電気再生式浄化装置８の一部、又は全体をオーバーパック等の容器１４に収納し、放射性廃液の漏洩に対し十分に配慮することが好ましい。更に、運転中の漏洩を検知するための検知器を設置し、万一、運転中に漏洩が発生した場合、装置への通水を自動的に停止する対策を講ずることがより好ましい。

図６に廃液処理装置と液体サンプリングタンクとの間の構成の他の実施形態を示す。

図６に示す実施形態は、電気再生式浄化装置８と電気再生式浄化装置８全体を収納するオーバーパック容器１４とを具備する。そしてオーバーパック容器１４内部の電気再生式浄化装置８はフランジ接続により外部と連結されている。具体的には、被処理水（放射性核種含有廃液）受タンク１９とポンプ２０及び２系統の移送管を介して連結されており、一方は循環可能に再度、被処理水受けタンク１９に連結されているが、他方はポンプ２０を介してサンプリングタンクに連結されている。また、電気再生式浄化装置は、漏洩検知器１５に連結されている。そのほか、配管、弁類、計器類、制御盤、なども適宜配置されている。

また、本実施形態においては、流路Ａは陽極液、流路Ｂは被処理水（廃液）、流路Ｃは濃縮液、流路Ｄは陰極液の流路を示す。陽極液と陰極液とはそれぞれ被処理水受けタンク１９に回収され際処理されるようになされている。また、濃縮液は不純物濃度が高まっているため、既設プラントの廃液受けタンク（図示せず）に回収されるように流路Ｃは連結されている。被処理水は、電気再生式浄化装置にて処理された後、既設プラントの処理廃液回収タンク（図示せず）に回収され、純水として利用されるようにされている。

本実施形態の装置は、各装置やタンクがフランジ接続されており、図の一点鎖線で囲まれた部分が可搬モジュールとされて、プラントの運転状況に応じて円滑に運転対応できるようになされている。また、かかる可搬モジュールの入口及び出口における取合い弁を電動弁或いは空気作動弁とすればプラント運転状況に適宜対応できる。

次に、本発明の処理方法について図１及び２を参照して説明する。

本実施形態の廃液の処理方法は、放射性核種含有廃液を放射性核種含有廃液収集タンク１から中空糸膜フィルタ３にポンプを介して移送してろ過を行い、次に粒状イオン交換樹脂廃液一次処理装置４に注入してイオン交換により放射性核種含有廃液の脱塩処理を行い、一次処理水を得る廃液一次処理工程と、該廃液一次処理工程後、上述の電気再生式浄化装置８を用いて、直流電流を通電した状態で、一次処理水を被処理水として通水して二次処理する電気再生式浄化工程とを行い、放射性核種を除去することにより実施できる。

電気再生式浄化工程について詳述すると、上記濃縮室にて被処理水に作用させるために通液する濃縮液及び上記極室にて被処理水に作用させるために通液する極液の流量は、被処理水の流量の好ましくは1/5以下、更に好ましくは1/10〜1/20の流量で連続通水するか、又は1/5以下の流量で間欠的に通水する。これは以下の理由による。すなわち、調査、研究により原子力発電所にて発生する廃液には、1mg/Lを超えるような不純物はほとんど存在しておらず、加えて、CaやMg等の硬度成分やシリカはほとんど存在していない。従って、これらの成分の析出はほとんど発生しないため、濃縮水を被処理水の1/5以下、或いは、間欠通水運転をしても、放射性重金属や有機性不純物の除去能力には問題のないことが確認された。特に、濃縮液は廃液となってしまうため濃縮液の使用量は極力抑える必要がある。一般の純水製造にて使用されている従来の電気再生式脱塩装置では、被処理水の流量と比較して濃縮水や極液の流量は硬度成分の析出による差圧上昇や処理水質悪化を抑止するためほぼ同程度若しくは1/2程度に設定されている。しかし、これを放射性廃液処理に適用すると、濃縮液が廃液となり再び蒸発缶などの別設備にて処理しなければならず、濃縮水を被処理水の1/5以下とすることが廃液を低減させる観点で重要となる。濃縮水が被処理水の1/5を超えると、原子力発電プラントにおけるイオン交換樹脂塔の処理容量と、蒸発缶の処理容量との比較から全ての放射性廃液を上記の電気再生式浄化装置で処理し、濃縮液を蒸発缶で連続処理できなくなり、廃液の処理効率が低下してしまう場合がある。

本実施形態の電気再生式浄化装置を用いる場合には、例えば両電極間に0.1〜1Ａの直流電流を印加しながら、被処理水（放射性核種含有一次処理水）を流量0.1〜1m/hで脱塩室に、濃縮水（放射性核種含有一次処理水）を被処理水の1/5以下の流量で濃縮室に、極室水（放射性核種含有一次処理水）を被処理水の1/5以下の流量で極室に、それぞれ通水し、脱塩室から処理済み液を得る。

電気再生式浄化装置８で処理された処理済み液は、サンプリングタンク５に移送され、ここでサンプリングして浄化されていることを確認する。充分に浄化されていれば処理済み液はポンプ６を介して複水貯蔵タンク７に移送される。複水貯蔵タンク７に移送された処理済み液は純水であるため、各種の用途に使用できる。一方、浄化不十分である場合には、再度、電気再生式浄化装置８に移送され再浄化が行われる。

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ろ過装置と粒状イオン交換樹脂による脱塩装置にて処理して廃液収集ピットに回収しているが、本発明の装置を脱塩装置の後段に設置し、これに通水した上で収集ピットに回収することで、放射性核種や有機性不純物の除去が可能となる。

以下、図３〜６に示す形態の装置を用いた場合の処理方法について説明するが、図１及び２と異なる部分を特に説明するので特に説明しない点については、上述の説明が適宜適用される。

図３に示す装置を用いた処理方法においては、廃液一次処理工程後、一次処理水を一旦液体サンプリングタンクに貯蔵し、貯蔵された一次処理水を被処理水として用いて電気再生式浄化工程を行う。

図４に示す装置を用いた処理方法においては、配管洗浄装置９より発生する廃液を処理する。配管洗浄装置９では、原子力発電プラントのバルブ等を装置に入れ、シュウ酸や過マンガン酸カリウムなどの還元剤を使用し、バルブに付着した放射性腐食酸化物を除去する。ここで発生した廃液には放射性核種が多く含まれており、最終的にこれが放射性廃液として発生する。この廃液について、廃液一次処理を行う。次いで、電気再生式浄化工程を行い、直接、廃液回収タンクに処理後の処理済み水を移送する。

図５に示す装置を用いた処理方法においては、継ぎ手２２を介して廃液一次処理工程で一次処理を経た被処理水を電気再生式浄化装置８に注入して電気再生式浄化工程をオーバーパック容器内で行う。この際、廃液漏洩時には漏洩検知器１５への接液により装置運転を自動停止する。なお、図中、黒塗りの弁は閉じている状態を示す。

図６に示す装置を用いた処理方法においては、廃液一次処理工程で一次処理された被処理水を被処理水受タンク１９に貯蔵し、被処理水受タンク１９から各流路Ａ〜Ｄを介して電気再生式浄化装置８に被処理水を通して電気再生式処理工程を行う。なお、図中、黒塗りの弁は閉じている状態を示す。

以上詳述したように、本発明の装置を用いて本発明の処理方法を実施することにより、原子力発電プラントにおける上述の課題を解決することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、原子力発電プラントにおける放射性核種はCo-60が主成分であり、全放射能の90％以上がCo-60に由来する。下記実施例３の廃液では、全放射能1.6Bq/mLのうち、Co-60が1.5Bq/mLであり、その他Co-58、Mn-54、Fe-59、Cr-51が僅かに存在する。Co、Fe、Niについては同じVIII属元素の遷移金属であり、Coで確認を行えば同一の挙動を取ることが当業者には容易に理解されるであろう。また、Mn,、Crについても中性領域では酸化物として存在する元素で、酸性領域では＋イオンとして存在するため、Coと同等の物質と考えることができることも当業者には容易に理解されるであろう。よって、以下の実施例においては、放射性核種の代表としてCo-60について検証を行った。

〔実施例１、２（参考例）〕
以下の実験により、上記電気再生式浄化工程について検証した。

下記構成の各浄化装置に、放射性重金属含有廃液を模擬したCoとして0.2mg/Lの硫酸コバルト水溶液と、従来のイオン交換樹脂脱塩処理工程から得られる一次処理水を模擬したカチオン樹脂溶出有機性不純物200μg/Lを含む水溶液（したがって、Co濃度及び有機性不純物濃度はそれぞれ0.1mg/L及び100μg/Lとなる）を同量混合して模擬廃液とし、２時間後におけるそれらの除去率を測定した。尚、コバルト濃度はセイコー電子工業（株）製のプラズマ発光分析装置ＳＰＳ４０００を用いて常法に従い測定した。また、有機性不純物濃度は（株）島津製作所製の全有機炭素計ＴＯＣ５０００を用いて常法に従い測定した。結果を表1に示す。ここで、放射性重金属含有廃液として硫酸コバルト水溶液を使用した理由は、Coが放射性廃液中の重金属として90％以上を占める主たる物質であり、中性領域の廃液中は酸化物として存在するが、カチオン交換繊維にて濾過及び吸着により捕捉されると、官能基はpHが1.3程度の強酸であることからCoイオンとして存在することによる。

比較例１：内径25mmΦ、カラム長1200mmのカラムに粒状イオン交換樹脂（ダウケミカル社カチオン樹脂HCR-W2（H）とアニオン樹脂SBR-P-C(OH)を体積比2：1で混合した）を充填し、樹脂層高１ｍの樹脂層を形成した脱塩装置に10L/hにて通水
比較例２：従来公知の粒状イオン交換樹脂を充填した電気再生式浄化装置（例えばWO2004/060815図10）に、脱塩室流入液／濃縮室流入液／電極室流入液の流量を全て20L/hにて通水
実施例１：図２に示す電気再生式浄化装置に、脱塩室流入液／濃縮室流入液／電極室流入液の流量を全て20L/hにて通水
本発明２：図２に示す電気再生式浄化装置に、脱塩室流入液の流量を20L/h、濃縮室流入液と電極室流入液を2L/hにて通水
表１に示す結果から明らかなように、従来技術である粒状イオン交換樹脂による脱塩処理や粒状イオン交換樹脂充填電気再生式浄化装置に比べ、本発明は除去率が高いことがわかる。また、濃縮室流入液の流量を小さくしても除去率には影響しないことが確認された。

〔実施例３，４〕
実際の原子力発電所で発生した廃液を用い、処理試験を行って電気再生式処理工程の効果を確認した。用いた廃液の放射能濃度は1.6Bq／mLであり、1時間後における除去率を測定した。また、放射能濃度は、セイコー社製の商品名「ＳＥＧ−ＥＧＳ」を用いて測定した。

比較例３：内径30mmΦ、カラム長500mmのカラムに粒状イオン交換樹脂（ダウケミカル社カチオン樹脂HCR-W2(H)とアニオン樹脂SBR-P-C(OH)を体積比2：1で混合した）を充填し、樹脂層高１mの樹脂層を形成した脱塩装置に6L/hにて通水
実施例３：図２に示す電気再生式浄化装置に、脱塩室流入液／濃縮室流入液／電極室流入液の流量を全て20L/hにて通水
実施例４：図２に示す電気再生式浄化装置に、脱塩室流入液の流量を20L/h、濃縮室流入液と電極室流入液の流量を全て2L/hにて通水
表２に示す結果から明らかなように、従来の粒状イオン交換樹脂充填脱塩装置を用いた比較例に比して本発明で用いられるイオン交換繊維充填電気再生式浄化装置を用いた場合には除去率が高いことが判る。また、実施例では濃縮室流入液の流量を少なくしても除去率に影響しないことがわかる。

図１は、本発明の放射性核種含有廃液処理装置の好ましい一実施形態の概要を示す模式図である。 図２は、図１に示す放射性核種含有廃液処理装置に用いられる電気再生式浄化装置の一形態を示す模式図である。 図３は、本発明の放射性核種含有廃液処理装置の他の実施形態の概要を示す模式図である。 図４は、本発明の放射性核種含有廃液処理装置の更に他の実施形態の概要を示す模式図である。 図５は、本発明の放射性核種含有廃液処理装置の他の実施形態の主要部を示す模式図である。 図６は、本発明の放射性核種含有廃液処理装置の他の実施形態の主要部を示す模式図である。

符号の説明

１ 放射性核種含有廃液収集タンク
２、６、１２、２０ ポンプ
３ 中空糸膜フィルタ
４ 廃液一次処理装置
５ 液体サンプリングタンク５
７ 複水貯蔵タンク
８ 電気再生式浄化装置
１４ オーバーパック容器
１５ 漏洩検知器
１６ 設置台
１９ 被処理水受タンク
２２ 継手

Claims (12)

1. 廃液ろ過装置、及び／又は粒状イオン交換樹脂を使用した廃液脱塩装置を含む一次処理装置と、
   該廃液一次処理装置の後段に、陽極と陰極とを有し、その間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列させることによって形成される複数の脱塩室及び濃縮室と一対の極室とが形成されており、該脱塩室、該濃縮室及び該極室のいずれか１つ以上にイオン交換繊維を充填してなり、直流電流を通電した状態で被処理水を通水して二次処理することができる電気再生式浄化装置と、
   を備え、原子力発電プラントからの放射性核種を含む廃液を処理できる放射性核種含有廃液処理装置。
2. 前記イオン交換繊維が、オレフィン系ポリマーを素材とする織布若しくは不織布の基材に電子線、放射線又は紫外線を用いて官能基をグラフト重合させて形成された、繊維径が１〜５０μｍの合成繊維である、請求項１に記載の廃液処理装置。
3. カチオン交換繊維とアニオン交換繊維が被処理水の流れ方向に対して交互に積層状態に充填されている請求項１に記載の廃液処理装置。
4. 前記電気再生式浄化装置は、放射性廃液の外部への漏洩を防止するように装置の全体または一部がオーバーパック容器に収容されていると共に、廃液漏洩時に運転を自動停止する漏洩検知器を備えることを特徴とする、請求項１に記載の廃液処理装置。
5. 前記電気再生式浄化装置は、可搬モジュールとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の廃液処理装置。
6. 原子力発電プラントからの放射性核種を含む廃液の処理方法であって、
   ろ過及び／又はイオン交換により放射性核種含有廃液の一次処理を行い、一次処理水を得る放射性核種含有廃液一次処理工程と、
   該放射性核種含有廃液一次処理工程後、陽極と陰極とを有し、その間にカチオン交換膜とアニオン交換膜を交互に配列させることによって形成される複数の脱塩室及び濃縮室と一対の極室が形成されており、該脱塩室、該濃縮室及び該極室のいずれか１つ以上にイオン交換繊維を充填してなる電気再生式浄化装置を用いて、該電気再生式浄化装置に直流電流を通電した状態で、該一次処理水を被処理水として通水してさらに二次処理する電気再生式浄化工程と、
   を行い、放射性核種を除去することを特徴とする放射性核種含有廃液の処理方法。
7. 前記イオン交換繊維が、オレフィン系ポリマーを素材とする織布若しくは不織布の基材に電子線、放射線又は紫外線を用いて官能基をグラフト重合させて形成された、繊維径が1〜50μmの合成繊維である、請求項６に記載の廃液処理方法。
8. 前記電気再生式浄化工程において、前記記濃縮室にて被処理水に作用させるために通液する濃縮液及び前記極室にて被処理水に作用させるために通液する極液の流量を前記脱塩室への被処理水の流量の１／５以下の流量で連続通水するか、又は間欠的に通水する、ことを特徴とする請求項７に記載の廃液処理方法。
9. 前記被処理水を手動運転または自動運転により通水することを特徴とする請求項7記載の廃液処理装置。
10. 前記カチオン交換膜と上記アニオン交換膜とは、積層状態に充填されている、請求項７に記載の廃液処理方法。
11. 前記電気再生式浄化装置は、放射性廃液の外部への漏洩を防止するように装置の全体または一部を収容するオーバーパック容器を備えると共に、廃液漏洩時に運転を自動停止する漏洩検知器を備えることを特徴とする、請求項７記載の廃液処理方法。
12. 前記電気再生式浄化装置は、可搬可能なモジュールとして構成されていることを特徴とする、請求項７記載の廃液処理方法。

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