JP2012058033A

JP2012058033A - ホウ酸含有廃液の処理方法及び処理装置

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Publication number: JP2012058033A
Application number: JP2010200268A
Authority: JP
Inventors: Tatsuaki Sato; 龍明佐藤; Yuichi Shoji; 裕一東海林; Maiko Yagi; 麻衣子八木; Michitaka Mikura; 通孝三倉; Takashi Aisaka; 貴司相坂; Manabu Sakurai; 学桜井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: JP5649383B2

Abstract

【課題】セメント固化に供するホウ酸含有廃液を長期間安定して処理することのできる、新規なホウ酸含有廃液の処理方法及び処理装置を提供する。
【解決手段】第１の槽内において、前記ホウ酸含有廃液を不溶性のホウ酸塩を析出させるようにして難溶化するステップと、難溶化した前記ホウ酸含有廃液を、攪拌機を有する第２の槽中に移送して貯留するとともに、前記ホウ酸含有廃液のｐＨを制御するステップとを具える。さらに、前記難溶化したホウ酸含有廃液を、前記第２の槽から乾燥機に移送し、前記難溶化したホウ酸含有廃液中に含まれる前記ホウ酸塩を乾燥して分離するステップと、洗浄水槽から洗浄水を供給して前記乾燥機を洗浄し、前記ホウ酸塩の残留物を含む洗浄廃液を前記第２の槽中に移送するステップと、前記第２の槽に設けられた前記攪拌機による攪拌によって、前記ホウ酸塩の残留物を細粒化するステップとを具える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホウ酸含有廃液の処理方法に関する。

加圧水型原子炉（ＰＷＲ）等において発生するホウ酸含有廃液は、放射性核種を含むホウ酸が含まれているため、最終的にはセメントなどで固化する必要がある。しかしながら、ホウ酸はセメントの固化を妨害するため、セメント中へ添加できるホウ酸量には限界がある。このため、ホウ酸含有廃液中に予め水酸化カルシウム等のカルシウム化合物を添加してホウ酸を不溶化し、ホウ酸カルシウムなどのホウ酸塩を析出させる前処理を行い、得られた析出物（ホウ酸塩）を乾燥させて粉体化し、セメント固化することにより、ホウ酸によるセメント固化の妨害作用を回避する方法が知られている。

しかしながら、上記の方法では、ホウ酸含有廃液の粘度が上昇し、配管内の滞留部などにホウ酸カルシウムが沈降、堆積して配管が閉塞してしまうという課題があった。また、乾燥機の内壁にも析出したホウ酸カルシウムが堆積して後の洗浄操作を困難にしてしまうという問題があった。

このため、８０℃に加熱したホウ酸含有廃液に、ＮａＯＨのようなアルカリ金属元素化合物とＣａ（ＯＨ）_２のようなアルカリ土類金属化合物とを添加し、この廃液を析出温度以上に保ちつつ配管内を通流させて乾燥機に供給し、乾燥処理することによって、配管内の滞留部への沈降等を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２８４０９２号

本発明は、ホウ酸含有廃液の粘度上昇を抑制して、配管の閉塞を防止するとともに、乾燥機の内壁への付着を防止して、後の洗浄操作を簡易化し、セメント固化に供するホウ酸含有廃液を長期間安定して処理することのできる、新規なホウ酸含有廃液の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、セメント固化するホウ酸含有廃液を処理する方法であって、第１の槽内において、前記ホウ酸含有廃液を不溶性のホウ酸塩を析出させるようにして難溶化するステップと、難溶化した前記ホウ酸含有廃液を、攪拌機を有する第２の槽中に移送して貯留するとともに、前記ホウ酸含有廃液のｐＨを制御するステップと、前記難溶化したホウ酸含有廃液を、前記第２の槽から乾燥機に移送し、前記難溶化したホウ酸含有廃液中に含まれる前記ホウ酸塩を乾燥して分離するステップと、洗浄水槽から洗浄水を供給して前記乾燥機を洗浄し、前記ホウ酸塩の残留物を含む洗浄廃液を前記第２の槽中に移送するステップと、前記第２の槽に設けられた前記攪拌機による攪拌によって、前記ホウ酸塩の残留物を細粒化するステップと、を具えることを特徴とする、ホウ酸含有廃液の処理方法に関する。

本発明によれば、ホウ酸含有廃液の粘度上昇を抑制して、配管の閉塞を防止するとともに、乾燥機の内壁への付着を防止して、後の洗浄操作を簡易化し、セメント固化に供するホウ酸含有廃液を長期間安定して処理することのできる、新規なホウ酸含有廃液の処理方法及び処理装置を提供することができる。

実施形態におけるホウ酸含有廃液の処理装置の概略構成を示す図である。図１に示す処理装置を用いたホウ酸含有廃液の処理方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。

図１は、本実施形態におけるホウ酸含有廃液の処理装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の処理装置は、前処理タンク（第１の槽）１と、この前処理タンク１と配管２１を介して接続された貯留タンク（第２の槽）３とを有している。さらに、貯留タンク３と配管２２を介して接続されたヘッドタンク６と、このヘッドタンク６と配管２３を介して接続された乾燥機７とを有している。さらに、乾燥機７と、配管２３及び２７を介して接続された洗浄水タンク１２とを有している。

前処理タンク１の側面にはヒータ１４が設置されている。また、前処理タンク１内には以下に説明する難溶化処理を促進させるための第１の攪拌機２が設けられている。

貯留タンク３には、以下に説明するホウ酸含有廃液中のホウ酸塩及び乾燥機７から移送されたホウ酸塩の残留物を攪拌して細粒化するための第２の攪拌機４が設けられている。また、貯留タンク３から乾燥機７に移送する際の、ホウ酸含有廃液の粘度上昇を抑制すべく、所定のｐＨ調整剤を貯留タンク３内に貯留された前記ホウ酸含有廃液に導入するための注入ノズル３１が設けられている。さらに、貯留タンク３には、前記ホウ酸含有廃液のｐＨ値、粘度を測定するための、ｐＨ、粘度測定装置３２が設けられている。

また、配管２２にはポンプ５が設けられ、その前後に圧力計１０及び１１が配置されて、ポンプ５の前後における圧力をモニタリングし、ポンプ５の駆動力を制御するようにしている。

次に、図１に示す処理装置を用いたホウ酸含有廃液の処理方法について、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。

最初に、前処理タンク１内にホウ酸含有廃液を導入し、このホウ酸含有廃液に対して難溶化処理を行う(Ｓ１)。この難溶化処理は、例えばホウ酸含有廃液に対してアルカリ土類金属化合物を添加することによって行うことができる。この結果、ホウ酸含有廃液中には、不溶性のホウ酸塩、例えばホウ酸カルシウムなどが析出し、これによって上記ホウ酸含有廃液は難溶化されることになる。

アルカリ土類金属化合物の添加の前後において、アルカリ金属化合物を適量添加することもできる。この場合、上述のようにして得た析出物、すなわちホウ酸塩の沈降を防止することができる。

アルカリ金属化合物の添加量は、アルカリ金属化合物におけるアルカリ金属の、ホウ酸含有廃液中のホウ素に対するモル比が０．２５〜０．３５、好ましくは０．３となるように設定する。例えばＮａＯＨの場合、Ｎａ／Ｂ（モル比）＝０．２５〜０．３５、好ましくは０．３であり、ＫＯＨの場合、Ｋ／Ｂ（モル比）＝０．２５〜０．３５、好ましくは０．３とする。

また、アルカリ土類金属化合物の場合の添加量は、アルカリ土類金属化合物におけるアルカリ土類金属の、ホウ酸含有廃液中のホウ素に対するモル比が０．４０〜０．５０、好ましくは０．４５となるようにして設定する。例えばＣａ（ＯＨ）_２の場合、Ｃａ／Ｂ（モル比）＝０．４０〜０．５０、好ましくは０．４５とする。なお、アルカリ土類金属化合物としては、Ｃａ（ＯＨ）_２の他に、Ｍｇ（ＯＨ）_２などを用いることができる。

なお、前処理タンク１においては、ヒータ１４によってその側面を９５℃以上に加熱し、ホウ酸含有廃液中の水分が側壁に付着しないようにしている。

また、上記アルカリ土類金属化合物、さらには上記アルカリ金属化合物を添加して難溶化処理する際には、前処理タンク１内に設けられた第１の攪拌機２によって、ホウ酸含有廃液が難溶化するまで数時間攪拌する。

次いで、前処理タンク１内で難溶化処理されたホウ酸含有廃液を、貯留タンク３に移送し、貯留する(Ｓ２)。その際、貯留タンク３の液温、すなわち、貯留されたホウ酸含有廃液の温度は、好ましくは６０〜９０℃に保持した状態で、ｐＨ調整剤を注入ノズル３１から貯留タンク３内に貯留されたホウ酸含有廃液中に注入し、当該廃液のｐＨを好ましくは７〜１１．３、より好ましくは１０．５〜１１．３に設定する。

このとき、ｐＨを酸性側に変化させる場合は、ｐＨ調整剤として、例えば空気、炭酸ガス又はこれらの混合ガスを用いる。また、ｐＨをアルカリ性側に変化させる場合は、ｐＨ調整剤として、例えば炭酸水素ナトリウムを用いる。

次いで、上記のｐＨ状態を貯留タンク３内で数時間、例えば２時間保持し、ｐＨ，粘度測定装置３２で、ホウ酸含有廃液のｐＨや粘度の変動がないことを確認した後、ポンプ５によって配管２２を介してヘッドタンク６に移送し、配管２２，２４を使って循環貯留しながら、ヘッドタンク６から配管２３を介して乾燥機７に移送する(Ｓ３)。

ヘッドタンク６には液面計８が設けられており、ヘッドタンク６内の難溶化ホウ酸含有廃液の液位を保つように構成されている。配管２３には流量計９が設けられており、乾燥機７の乾燥能力を考慮して、ヘッドタンク６から乾燥機７に供給すべき難溶化ホウ酸含有廃液の量を制御するようにしている。なお、ヘッドタンク６は適切な流量を供給するためのもので同じ機能を有するポンプで代用しても差し支えない。

乾燥機７では、例えば図示しないヒータ、加熱蒸気などによって、導入した難溶化ホウ酸含有廃液からホウ酸塩を析出させ、乾燥、分離する(Ｓ４)。分離したホウ酸塩はバルブ７Ａを介して乾燥機７から取り出し、セメント固化に供する。

一方、乾燥機７において乾燥工程を実施した後は、ポンプ１３によって、洗浄水槽１２から配管２７及び２３を介して洗浄水を乾燥機７内に導入し、乾燥機７内の洗浄を行う(Ｓ５)。

本実施形態においては、貯留タンク３内の液温を６０〜９０℃に保持し、さらにｐＨを７〜１１．３に調整するようにしている。したがって、ホウ酸含有廃液の粘度上昇が少なく、かつ配管内部での沈降速度が遅くなるので、配管内部の閉塞を抑制することができる。また、ホウ酸含有廃液から析出する、ホウ酸カルシウム等の固形分の量を削減することができるので、当該固形分が乾燥機７の内壁に付着するのを抑制でき、後に説明する洗浄操作が困難になるのを防止することができる。結果として、セメント固化に供するホウ酸含有廃液を長期間安定して処理することが可能となる。

なお、ホウ酸含有廃液の温度を６０〜９０℃に保持し、ｐＨを７〜１１．３に保持することによって、上述のようにホウ酸含有廃液の粘度上昇及び沈降速度が遅くなる理由は、反応過程でホウ酸イオンが多量体（ポリマー）化する割合が少なく、生成したホウ酸塩（ホウ酸カルシウム）の粒径が小さくなることによる。

乾燥機７中には、析出及び乾燥されたホウ酸塩の残留物が存在するので、乾燥機７を洗浄した後に生成される洗浄廃液中には上記残留物が含まれるようになる。この残留物は放射性であるため、このような残留物を含む洗浄廃液は配管２５を介して貯留タンク３に移送する（Ｓ６）。

また、洗浄水槽１２内の洗浄水は予め炭酸ガスで飽和させておくことが好ましい。この場合、乾燥機７の内壁に付着した固形分の内、特にホウ酸カルシウム等のカルシウム化合物の、前記洗浄水に対する溶解度が高くなるので、前記カルシウム化合物の溶解洗浄に伴って、乾燥機７内の洗浄操作を簡易化することができる。

その後、上記残留物は、前処理タンク１から供給された難溶化ホウ酸含有廃液とともに、再度上述のような工程を経て乾燥機７に移送され、乾燥、分離される。

このとき、上記残留物が比較的大きいような場合は、上記残留物を含む洗浄廃液を乾燥機７から貯留タンク３に移送する際に、配管２５を閉塞させてしまう場合がある。また、貯留タンク３から乾燥機７に移送する際に、配管２２、２３を閉塞させてしまう場合がある。したがって、本実施形態では、上記残留物を含む洗浄廃液を貯留タンク３内に移送した後(Ｓ６)、貯留タンク３に設けられた第２の攪拌機４によって貯留タンク３内に貯留された廃液を攪拌し、前記残留物を細粒化する(Ｓ７)。

これによって、少なくとも、上記残留物を難溶化ホウ酸含有廃液とともに、再度貯留タンク３から乾燥機７へ移送する際において、配管２２，２３が閉塞するのを抑制することができる。また、上記残留物が再度乾燥機７内に残留した場合においても、前記残留物は予め細粒化されているので、前記残留物を含む洗浄廃液を、配管２５内を移送させる際の、配管２５の閉塞を抑制することができる。

このように、貯留タンク３に設けられた第２の攪拌機４による攪拌によって、上記残留物のみならず、前処理タンク１から貯留タンク３に供給された難溶化ホウ酸含有廃液中の、不溶性のホウ酸塩をも予め細粒化することができるので、当初、貯留タンク３から乾燥機７へ移送する際の、前記ホウ酸塩による配管２２，２３の閉塞をも抑制することができる。さらに、前記ホウ酸塩の細粒化に伴って、乾燥機７内の残留物の大きさも低減することができるので、乾燥機７から貯留槽３へ移送する際の配管２５の閉塞をも抑制することができる。

すなわち、図１に示す処理装置を用いた場合は、乾燥機７内のホウ酸塩残留物による配管の閉塞、及びホウ酸含有廃液中に含まれる当初の不溶性のホウ酸塩をも細粒化することができるので、ホウ酸含有廃液の粘度上昇に伴う配管の閉塞に加えて、この不溶性のホウ酸塩による配管の閉塞をも抑制できるという追加の作用効果を得ることができる。

貯留タンク３における第２の攪拌機４による攪拌速度は、１５５回／分以上の速度で行うことが好ましい。また、第２の攪拌機４の攪拌動力は、０．２８ｋＷ／ｍ^３以上とすることができる。これによって、第２の攪拌機４による残留物の細粒化を十分に行うことができるとともに、ホウ酸含有廃液に含まれる元の不溶性のホウ酸塩をも十分に細粒化することができる。

なお、第２の攪拌機４の攪拌速度及び攪拌動力は、上記下限値以上であれば特には限定されないが、それぞれの上限値は５００回／分、１．１０ｋＷ／ｍ^３とすることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１前処理タンク
２第１の攪拌機
３貯留タンク
４第２の攪拌機
５，１３ポンプ
６ヘッドタンク
７乾燥機
７Ａバルブ
８液面計
９流量計
１０，１１圧力計
１２洗浄水タンク
１４ヒータ
２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７配管
３１ｐＨ調整剤注入ノズル
３２ｐＨ，粘度測定装置

Claims

セメント固化するホウ酸含有廃液を処理する方法であって、
第１の槽内において、前記ホウ酸含有廃液を不溶性のホウ酸塩を析出させるようにして難溶化するステップと、
難溶化した前記ホウ酸含有廃液を、攪拌機を有する第２の槽中に移送して貯留するとともに、前記ホウ酸含有廃液のｐＨを制御するステップと、
前記難溶化したホウ酸含有廃液を、前記第２の槽から乾燥機に移送し、前記難溶化したホウ酸含有廃液中に含まれる前記ホウ酸塩を乾燥して分離するステップと、
洗浄水槽から洗浄水を供給して前記乾燥機を洗浄し、前記ホウ酸塩の残留物を含む洗浄廃液を前記第２の槽中に移送するステップと、
前記第２の槽に設けられた前記攪拌機による攪拌によって、前記ホウ酸塩の残留物を細粒化するステップと、
を具えることを特徴とする、ホウ酸含有廃液の処理方法。
前記ホウ酸含有廃液のｐＨを、７〜１１．３の範囲に制御することを特徴とする、請求項１に記載のホウ酸含有廃液の処理方法。
前記ホウ酸含有廃液のｐＨを、１０．５〜１１．３の範囲に制御することを特徴とする、請求項２に記載のホウ酸含有廃液の処理方法。
前記ホウ酸含有廃液のｐＨは、前記第２の槽中に貯留された前記ホウ酸含有廃液に対して、空気、炭酸又はこれらの混合ガスを吹き込むことによって調整することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のホウ酸含有廃液の処理方法。
前記ホウ酸含有廃液のｐＨは、前記第２の槽中に貯留された前記ホウ酸含有廃液に対して、炭酸水素ナトリウムを添加することによって調整することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のホウ酸含有廃液の処理方法。
前記ホウ酸含有廃液のｐＨは、前記第２の槽中に貯留された前記ホウ酸含有廃液の温度を６０℃〜９０℃に保持した状態で調整することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のホウ酸含有廃液の処理方法。
前記洗浄水は、予め炭酸ガスで飽和させておくことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載のホウ酸含有廃液の処理方法。
セメント固化するホウ酸含有廃液を処理する装置であって、
前記ホウ酸含有廃液を不溶性のホウ酸塩を析出させるようにして難溶化するための第１の槽と、
前記第１の槽から移送された難溶化した前記ホウ酸含有廃液を貯留し、攪拌機及びｐＨ調整剤の注入ノズルを有する第２の槽と、
前記第２の槽から移送された前記難溶化したホウ酸含有廃液に含まれる前記ホウ酸塩を乾燥して分離するための乾燥機と、
前記乾燥機に洗浄水を供給して洗浄するための洗浄水槽と、
を具えたことを特徴とする、ホウ酸含有廃液の処理装置。