JP2009162646A - 使用済みイオン交換樹脂の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて使用済みイオン交換樹脂を低コストで効率良く処分することのできる使用済みイオン交換樹脂の処理方法を提供する。
【解決手段】放射性核種２が吸着されている使用済みイオン交換樹脂（スルホン酸系）１に、イオン交換基を不能化するイオン交換基不能化処理工程を行う。このイオン交換基不能化処理工程としては、水熱条件下での加水分解、強塩基性塩によるアルカリ融解、還元処理のいずれかを用いる。このイオン交換基不能化処理工程により、放射性核種２は、使用済みイオン交換樹脂１から離脱する。次に放射性核種２が離脱した状態となった使用済みイオン交換樹脂１ａと、離脱した放射性核種２を含む反応用液体を分離する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力施設の運転廃棄物の1つである使用済みイオン交換樹脂の処理方法に関する。

原子力施設の運転廃棄物の1つに使用済みイオン交換樹脂がある。この使用済みイオン交換樹脂は、多量の放射性核種を吸着していることから被ばくへの寄与が大きく、余裕深度処分対象廃棄物としての処理が検討されている。

しかしながら、余裕深度処分対象廃棄体は、処分にコストと労力がかかるため、使用済みイオン交換樹脂すべてを余裕深度処分対象廃棄体として処分することは、効率的とはいえない。

このため、使用済みイオン交換樹脂の処理・処分に当たっては、処分に先立ち、処分対象廃棄物を減容することを目的とした技術の開発が行われている。このような技術の一例として、スチームリフォーマ処理、ＩＣプラズマによる焼却処理等がある。しかしながら、これらの処理では、イオン交換樹脂を完全に処理することが困難であるとともに、減容後廃棄物のほぼ全量が、余裕深度処分対象となるという問題点がある。

また、使用済みイオン交換樹脂を超臨界水で完全に分解処理し、放射性核種は溶液の中に閉じ込める技術も開発されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術の場合、分解処理液の放射性核種の化学分離操作が可能であるため、分離操作を行った後、余裕深度処分対象廃棄物とそれ以外に分けて処分することが可能であり、余裕深度処分廃棄物の減容には効果的である。
特開平１１−２３７９３号公報

上記したとおり、使用済みイオン交換樹脂を超臨界水で完全に分解処理し、放射性核種を溶液の中に閉じ込める技術は、余裕深度処分廃棄物の減容には効果的である。しかしながら、超臨界水処理には、高温・高圧を担保するための大型の機器が必要となり、コストがかさむという課題がある。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べて使用済みイオン交換樹脂を低コストで効率良く処分することのできる使用済みイオン交換樹脂の処理方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、放射性物質が吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、水熱条件下での加水分解により前記使用済みイオン交換樹脂の吸着部位であるイオン交換基を不能化するイオン交換基不能化処理工程と、イオン交換基を不能化した前記使用済みイオン交換樹脂と、前記放射性物質とを分離する分離工程とを具備したことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様は、放射性物質が吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、強塩基性塩によるアルカリ融解により前記使用済みイオン交換樹脂の吸着部位であるイオン交換基を不能化するイオン交換基不能化処理工程と、イオン交換基を不能化した前記使用済みイオン交換樹脂と、前記放射性物質とを分離する分離工程とを具備したことを特徴とする。

さらに、本発明の他の一態様は、放射性物質が吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、還元処理により前記使用済みイオン交換樹脂の吸着部位であるイオン交換基を不能化するイオン交換基不能化処理工程と、イオン交換基を不能化した前記使用済みイオン交換樹脂と、前記放射性物質とを分離する分離工程とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、従来に比べて使用済みイオン交換樹脂を低コストで効率良く処分することのできる使用済みイオン交換樹脂の処理方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る使用済みイオン交換樹脂の処理方法の概略構成を模式的に示したものである。

図１（ａ）に示すように、使用済みイオン交換樹脂（スルホン酸系）１には、放射性核種（放射性物質）２（図１（ａ）中下部に示すＡ）が吸着されている。本実施形態では、まず、この使用済みイオン交換樹脂１を反応容器内部で反応用液体と混合させて反応させ、イオン交換基を不能化する（官能基を離脱させて電気的に中性化する）イオン交換基不能化処理工程を行う。

上記イオン交換基不能化処理工程としては、水熱条件下での加水分解、強塩基性塩によるアルカリ融解、還元処理のいずれかを用いることができる。このイオン交換基不能化処理工程により、使用済みイオン交換樹脂１に吸着していた放射性核種２は、使用済みイオン交換樹脂１から離脱して反応用液体中に移行する。

この結果、図１（ｂ）に示すように、上記のイオン交換基不能化処理工程を経た使用済みイオン交換樹脂１ａは、放射性核種２が離脱した状態となる。なお、このような放射性核種２としては、例えば、イオン交換樹脂に高線量率をもたらすＣｏ−６０等が含まれている。

次に、上記のイオン交換基不能化処理工程によって放射性核種２が離脱した状態となった使用済みイオン交換樹脂１ａと、離脱した放射性核種２を含む反応用液体を分離し、使用済みイオン交換樹脂１ａは、比較的低レベルの浅地中処分対象廃棄物として処理する。これによって、多量に発生する使用済みイオン交換樹脂１を余裕深度処分対象廃棄物外とすることができる。一方、分離後のＣｏ−６０等の放射性核種２を含む放射性廃液は、必要に応じて濃縮、あるいは希釈の上、比較的高レベルの余裕深度処分対象廃棄物として処理する。

図２は、本実施形態に用いる使用済みイオン交換樹脂の処理装置の一例の概略構成を模式的に示す図である。

同図に示すように、使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０は、放射性核種を捕捉した使用済みイオン交換樹脂１を貯留するための樹脂貯留槽１１と、薬液（反応用液体）１２を貯留する薬液タンク１３と、イオン交換基不能化処理を行うための反応槽１４と、イオン交換樹脂の官能基とともに脱離した放射性核種を含む水溶液とイオン交換基不能化処理済みの使用済みイオン交換樹脂とを分離する分離槽１５と、放射性核種を含む水溶液を濃縮減容する濃縮槽１６とを具備している。なお、図２において、２０は、薬液タンク１３と反応槽１４とを接続する配管、２１は、樹脂貯留槽１１と反応槽１４とを接続する配管、２２は、分離槽１５と濃縮槽１６とを接続する配管である。

上記構成の使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０では、樹脂貯留槽１１から使用済みイオン交換樹脂１を、所定量反応槽１４内に導入するとともに、反応槽１４内に薬液タンク１３から所定量の薬液１２を導入し、反応槽１４内において、上述したイオン交換基不能化処理工程を行う。

このイオン交換基不能化処理工程を、水熱条件下での加水分解により行う場合、処理温度を２５０℃以上とすることが好ましく、処理温度を３００℃程度とすることがさらに好ましい。これは以下に示す理由による。

すなわち、図３は、縦軸をイオン交換容量（％）、横軸を温度（℃）としてスルホン酸系樹脂に対する分解処理結果として、水熱分解処理時のイオン交換容量の温度依存性を示したものである。この図３に示されるとおり、水熱分解処理時の温度の上昇とともにイオン交換容量が減少し、２５０℃の処理条件で約３０％、３００℃の処理条件で約９０％程度のイオン交換容量が逸失することが判る。このような温度条件で水熱分解処理を行うことにより、使用済みイオン交換樹脂の官能基の部分が加水分解され、捕捉しているイオン性の放射性核種が有効に放出されると期待される。

また、上記イオン交換基不能化処理工程を、強塩基性塩によるアルカリ融解により行う場合は、例えば、使用済みイオン交換樹脂を、水酸化ナトリウム、あるいは水酸化カリウムへ曝露することにより行うことができる。この場合、処理温度は、例えば、２００℃以上とすることが好ましい。

さらに、上記イオン交換基不能化処理工程を、還元処理により行う場合、例えば、使用済みイオン交換樹脂を、ヨウ化水素溶液へ曝露することにより行うことができる。

上記のように、反応槽１４内において、水熱条件下での加水分解、強塩基性塩によるアルカリ融解、還元処理のいずれかによりイオン交換基不能化処理工程を行った後、分離槽１５においてイオン交換基不能化処理済みの固体状の使用済みイオン交換樹脂と、放射性核種を含む溶液とを分離する。

そして、上記のようにして使用済みイオン交換樹脂と分離された放射性核種を含む溶液を、濃縮槽１６において、必要に応じて濃縮減容する。この減容された放射性核種を含む廃棄物は、余裕深度処分対象廃棄物として処理する。一方、イオン交換基不能化処理済みの固体状の使用済みイオン交換樹脂は、浅地中処分対象廃棄物として処理する。

上記のように、本実施形態によれば、使用済みイオン交換樹脂にイオン交換基不能化処理を行って、その官能基を離脱させて電気的に中性化することにより、使用済みイオン交換樹脂に吸着した放射性核種を、使用済みイオン交換樹脂から分離させることができるので、大量に発生する使用済みイオン交換樹脂を、余裕深度処分対象廃棄物として処理するのではなく、浅地中処分対象廃棄物として処理することができる。これによって、処理コストのかさむ超臨界水処理等を行うことなく、余裕深度処分対象廃棄物の量を減少させることができ、低コストで効率良く使用済みイオン交換樹脂を処分することができる。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、従来に比べて使用済みイオン交換樹脂を低コストで効率良く処分することができる。

本発明の使用済みイオン交換樹脂の処理方法の実施形態の概略構成を模式的に示す説明図。 本発明の実施形態に使用する装置の概略構成を模式的に示す説明図。 イオン交換樹脂のイオン交換容量変化の水熱分解処理時温度依存性を示すグラフ。

符号の説明

１，１ａ……使用済みイオン交換樹脂、２……放射性核種、１０……使用済みイオン交換樹脂の処理装置、１１……樹脂貯留槽、１２……薬液（反応用液体）、１３……薬液タンク、１４……反応槽、１５……分離槽、１６……濃縮槽、２０，２１，２２……配管。

Claims (8)

1. 放射性物質が吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、
   水熱条件下での加水分解により前記使用済みイオン交換樹脂の吸着部位であるイオン交換基を不能化するイオン交換基不能化処理工程と、
   イオン交換基を不能化した前記使用済みイオン交換樹脂と、前記放射性物質とを分離する分離工程と
   を具備したことを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
2. 請求項1に記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、
   前記水熱条件下での加水分解が、２５０℃以上の温度条件下でなされ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。
3. 放射性物質が吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、
   強塩基性塩によるアルカリ融解により前記使用済みイオン交換樹脂の吸着部位であるイオン交換基を不能化するイオン交換基不能化処理工程と、
   イオン交換基を不能化した前記使用済みイオン交換樹脂と、前記放射性物質とを分離する分離工程と
   を具備したことを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
4. 請求項３に記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、
   前記強塩基性塩によるアルカリ融解が、前記使用済みイオン交換樹脂の水酸化ナトリウム、あるいは水酸化カリウムへの曝露でなされ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。
5. 請求項３又は４に記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、
   前記強塩基性塩によるアルカリ融解が、２００℃以上の温度条件下でなされ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。
6. 放射性物質が吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、
   還元処理により前記使用済みイオン交換樹脂の吸着部位であるイオン交換基を不能化するイオン交換基不能化処理工程と、
   イオン交換基を不能化した前記使用済みイオン交換樹脂と、前記放射性物質とを分離する分離工程と
   を具備したことを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
7. 請求項６に記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、
   前記還元処理が、前記使用済みイオン交換樹脂のヨウ化水素溶液への曝露でなされ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。
8. 前記イオン交換基を不能化した使用済みイオン交換樹脂は、浅地中処分対象廃棄物として処理し、前記分離された放射性物質を余裕深度処分対象廃棄物として処理することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法。

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