JP2012503547A - 強化された放射線汚染物質、核汚染物質、および産業的汚染物質に対する電解システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

基板上に配置される汚染物質を除染するための本電解システムは、ブライン溶液を提供するための手段と、第１のチャネルおよび第２のチャネルを作成するように透過性膜によって間置される１対の電極を提供するための手段と、第１および第２のチャネルを通してブライン溶液を流すための手段と、第１のチャネルの中に第１のイオン化除染溶液を、および第２のチャネルの中に第２のイオン化除染溶液を産生するように、１対の電極に電位を印加するための手段と、第１のイオン化除染溶液および第２の除染溶液のうちの１つを汚染物質に適用するための手段と、基板から、第１のイオン化除染溶液および第２のイオン化除染溶液のうちの少なくとも１つ、ならびに汚染物質を回収するための手段とを含む。

Description

本発明は、基板の除染に関し、より具体的には、広範囲の基板からの放射線、核、および産業汚染物質の除染に関する。

放射線、核、および産業（「ＲＮＩ」）応答および除染の分野では、コスト効率的かつ運搬的に可能である、効率的で有効な除染溶液を提供することが問題であった。これらの問題のうちのいくつかには、健康および安全上の問題、ライフサイクルコスト、使い易さ、輸送および貯蔵の運搬上の課題、ならびに性能係数が挙げられる。現在の放射線除染溶液のうちの大部分は、種々の基板の除染を試みるために、従来の化学成分を利用する。このアプローチには、以下のような数多くの問題および制限が挙げられる：調合物の過度のコストおよびライフサイクルコストに対する影響；広範囲の基板および同位体に対する無効性および除染用化学薬品；様々な同位体（汚染）および基板に対処するための煩雑な化学的調整の必要性；輸送、貯蔵要件、および制限された保管寿命を含む有意な運搬上の負担、期限切れまたは失効した化学薬品を取り扱うといった関連する負担；基板に結合または「固着」された同位体を効果的に除去および捕捉できないこと；および大規模な都市には、効果的に展開および回収できないこと。

有効な除染という課題を克服することが試みられてきた。取り組みのうちのいくつかには、種々の種類のグリット、スポンジ、および二酸化炭素ブラストと組み合わせた、高圧および超高圧水用途、荒仕上げ、ニードルガン、コンクリートシェーバおよびグラインダ等の、原始的な除染アプローチが挙げられる。いくつかのより新しいアプローチには、レーザ切除、電気化学的ワンド、粘土吸着、および生物学的／酵素に基づくアプローチが挙げられる。より一般的な方法のうちの１つは、どちらも封鎖成分を含み得る、酸性／アルカリ化合物から複雑な調合物に及ぶ広範囲の生産品を使用する。

前述の問題は、放射線、核、および産業除染のための強化された電解システムおよび方法（本明細書では、「電解除染システム」と称する）によって解決されて、技術的な進歩が現場で達成されるが、これは、必要に応じて広範囲の基板から特定の同位体または他の汚染物質の放出をもたらすように精密に設計され、また、複数の汚染物質および基板マトリクスで機能するように、現場で容易に調整することができ、かつ基盤前述の問題のうちの多くを解決できる、除染溶液を生成する能力を提供する。加えて、消毒薬剤を、電解除染システムによって産生することができ、所望であれば、参照することにより本明細書に組み込まれる、Ｋａｅｓｔｎｅｒらに発行された米国特許第３，８１９，３２９号によって説明されているような、次亜塩素酸および／または二酸化塩素等の他の消毒薬剤の生成ための同じシステムを使用し、それは、電解除染システムを用いて化学的および生物学的除染をもたらすために、同様のアプローチを使用して生成されてもよい。

一実施形態において、電解除染システムは、既存の設置済の除染装置の中に統合することができる装置の改良とともに、一連の、典型的に乾燥した化合物を使用してもよい。これは、低コストで、最小限の運搬上の負担を伴う、有効なオンデマンドの除染溶液を生成する能力をもたらす。これらの溶液は、種々の汚染物質マトリクスおよび基板の良好な除染のために必要とされる機構に対処する、可変の酸化／還元状態を有するように、現場で調整することができる。

別の実施形態において、電解除染システムは、良好な除染のために必要とされる種々の機構を支援するように、界面活性剤、封鎖剤、ナノ粒子、タック材料、および／または他の化合物を使用してもよい。一側面において、オンデマンドの除染溶液の展開はまた、発泡界面活性剤の添加によって高められてもよい。これらの機能強化は、発泡溶液の膨張を含んでもよく、したがって、液体容量当たりのより大きい被覆領域、耐久性、および発泡体の絶縁特性を提供する。発泡溶液および／または結果として生じる発泡体は、特定の汚染表面に対する除染溶液の湿潤を保つことを支援し得、強化された汚染物質除去をもたらす。さらに、垂直な、および反転した表面に接着する発泡体の能力、ならびに適用被覆のための視覚マーカーとして支援する発泡体の視覚的側面は、除染溶液による強化された汚染物質除去を提供する。

電解除染システムは、適用のために展開されるまで、乾燥状態または他の高濃縮状態で材料を貯蔵する能力を提供し、運搬上の負担を大幅に軽減し、貯蔵要件を最小化し、また、保管寿命の課題をほぼ排除する。電解除染システムの除染溶液調節サブシステムの柔軟性は、現場作業に対する容易な調整、および条件の変更を可能にする。除染溶液をオンデマンドで生成することによって、生成される容量当たりのコストが最小に保たれ、したがって、現在の技術に勝るコスト節減を提供する。

電解除染システムは、汚染物質の電気化学状態を直接的に変化させ、かつ汚染物質−表面界面でのゼータ電位を変化させることによって、改良された除染を提供する。除染溶液は、電解除染システムによる（用途に応じた）電子の添加または除去によって利用する前に、イオン化される。電解除染システムは、例えば、表面から汚染物質を放出／回収するために、イオン化除染溶液を使用する。

電解除染システムは、電気化学電位を可逆的に変化させ、かつ技術的障害を克服して除染有効性を効率的に増大するように、汚染物質と基板の界面との間の電気化学電荷平衡に直接的に作用する。電解除染システムは、表面を除染する導入水または遺留水の電気化学特性を直接的に改良し、汚染物質と特定の表面との間の電気化学電荷を制御することによって除染効率を増大する。

一実施形態において、本電解除染システムは、除染表面への除染溶液の適用前に除染溶液をイオン化することによって、汚染表面の電気化学状態を制御する。イオン化除染溶液は、負の、すなわち還元電位（電子が過剰である）か、または正の、すなわち酸化電位（電子が不足している）のいずれかを使用してもよく、電荷量は、回収または他の作業を制御するように調整することができる。除染溶液調節サブシステムは、イオン化装置サブシステムを出る分割ストリームから、両方の溶液を生成する。除染溶液の電位は、電流密度、総溶解固形物、板のサイズおよび種類、膜の種類、電圧、流体滞留時間、またはこれらの変数の組み合わせを調整することによって制御されてもよい。これは、低作業コスト構造の範囲内で、目標の汚染物質の除染効率を最大化するように、除染溶液の電位を「あつらえる」ことを可能にする。

一実施形態において、基板上に配置される汚染物質を除染するための本電解システムは、ブライン溶液を提供するための手段と、第１のチャネルおよび第２のチャネルを作成するように透過性膜によって間置される１対の電極を提供するための手段と、第１および第２のチャネルを通してブライン溶液を流すための手段と、第１のチャネルの中に第１のイオン化除染溶液を、および第２のチャネルの中に第２のイオン化除染溶液を産生するように、１対の電極に電位を印加するための手段と、第１のイオン化除染溶液および第２の除染溶液のうちの１つを汚染物質に適用するための手段と、第１のイオン化除染溶液および第２のイオン化除染溶液のうちの少なくとも１つ、ならびに汚染物質を基板から回収するための手段とを含む。

別の実施形態において、基板上に配置される汚染物質を除染するための本システムは、ブライン原料源と、除染溶液調節サブシステムであって、第１のチャネルおよび第２のチャネルを作成するように透過性膜を介在させた、１対の電極と、第１のチャネルの中に第１のイオン化除染溶液を、および第２のチャネルの中に第２のイオン化除染溶液を産生するように、１対の電極に電位を印加するための、電源とを含む、除染溶液調節サブシステムと、第１のイオン化除染溶液および第２のイオン化除染溶液のうちの少なくとも１つを基板上に配置される汚染物質に適用するための、除染溶液調節サブシステムと流体連通する適用ユニットと、第１のイオン化除染溶液および第２のイオン化除染溶液のうちの少なくとも１つ、ならびに汚染物質を基板から回収するための、回収ユニットとを含む。

本発明の特徴および利点をより完全に理解するために、以下、添付図面とともに発明を実施するための形態を参照し、図中、異なる図面の中の対応する番号は、対応する部品を指す。

図１は、本発明の一実施形態による、電解除染システムの平面図である。 図２は、本発明の別の実施形態による、電解除染システムの平面図である。 図３は、本発明の一実施形態による、図２の移動式電解除染システムの斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態による、図１−３の電解除染システムの除染溶液調節サブシステムの斜視切欠図である。 図５は、本発明の一実施形態による、図４の除染溶液調節サブシステムのイオン化ユニットの斜視切欠図である。 図６は、本発明の一実施形態による、図５の除染溶液調節サブシステムのイオン化ユニットの部分Ａの拡大斜視切欠図である。 図７は、本発明の一実施形態による、２枚の電極板、および図５および６のイオン化ユニットの半透膜を示す図である。 図８は、本発明の一実施形態による、図４の除染溶液調節サブシステムの電源調節およびネットワーク化された制御インターフェースユニットの斜視図である。 図９は、本発明の一実施形態による、図４の除染溶液調節サブシステムの電源調節およびネットワーク化された制御インターフェースユニットの露出斜視図である。 図１０は、本発明の一実施形態による、回収ユニットおよび真空ユニットの断面図である。 図１１は、本発明の一実施形態による、汚染物質／基板界面でのゼータ電位および多孔質媒体の電荷分布を示す図である。 図１２は、本発明の一実施形態による、基板から汚染物質を除染するための、例示的なプロセスの流れ図である。 図１３は、本発明の別の実施形態による、基板から汚染物質を除染するための、例示的なプロセスの流れ図である。 図１４は、本発明の別の実施形態による、基板から汚染物質を除染するための、例示的なプロセスの流れ図である。

汚染物質／基板の能動電荷が支配し始める場合、表面電荷および隣接する流体の電荷の収容は、汚染物質／基板界面での湿潤性に影響を与える。この界面は、およそいくつかの分子寸法分の幅を有し、表面と流体との間の電荷は、ゼータ電位（「ζ−電位」）電荷境界と呼ばれる。湿潤性の変化は、改良された除染効率のための電気化学係数としてζ−電位の可逆変化を伴う、汚染物質／基板表面での慎重な操作により生じる。

定義
本電解除染システムの適切な理解を確実にするために、本明細書で使用する専門用語を明確にするよう以下の定義を提供する。

担体流体−汚染物質／基板の界面の電気化学状態を変化させるように処理および導入することができる、水、ブライン、または他の流体物質。

ゼータ電位（ζ−電位）−汚染物質と表面との間の界面に出現する電荷。ミリボルトで測定されるこの電位は、いくつかの機構のうちのいずれかによって生じ得る。これらの中には、粒子表面のイオノゲン基の解離、および溶液イオンの表面領域の中への示差吸着が含まれる。

酸化還元電位（レドックス電位またはＯＲＰ）−酸化または還元のエネルギーの定量的測度。酸化は、酸化されている物質による電子の純損失に等しく、還元は、還元されている物質による電子の純利益に等しい。酸化還元反応は、電子の移動を伴う。酸化還元電位は、電子を与える、または受容する能力として表されてもよく、また、ミリボルト（ｍＶ）で表され、正（電子が不足している）、または負（電子が過剰である）のいずれかであり得る。

イオン化装置−基線電位を上回って、または下回って流体をイオン化する能力を有する、任意のデバイス。イオン化装置の構成は、場合により膜を伴う単純な電解、板の構成、種類、または材料の変形物、または抽出／蒸着プロセス中に有益な結果を生成するのに十分なイオン化流体を産生することが可能である、任意の他の実施形態を使用するシステム（例えば、ポーテッドシステムまたは他の構成）を含んでもよい。

塗抹可能な（遊離性）汚染物質：静電的に結合されずに基板表面の上またはその近くに位置する汚染物質。遊離性汚染は、通常、容易に除去され、空気の動きまたは他の手段によって容易に拡散される。

固着性汚染物質：基板に静電結合される汚染物質。結合の強度は、通常、特定の汚染物質および基板に関係する。

基板：汚染され得る、コンクリート、石、タイル、金属、アスファルト、ガラス、またはプラスチック等の、あらゆる表面。

封鎖材料：汚染物質を取り込み、保持するように作用するが、基板に再付着できないようにする、フルボ酸、クエン酸、および／または種々の化学物質、粘土、およびポリマー等の、広範囲の天然または人工のキレート化／封鎖材料。

界面活性剤：除染用途を支援するように、表面張力を低下させる、および／または流体の湿潤性を増大するのを支援する、あらゆる化合物または化合物の組み合わせ。

ナノ粒子：炭素ナノチューブ、バッキーボール、種々の化学化合物、粘土、および特定の金属を含む、電解流体の電荷担持能力を高めるために使用することができる、あらゆる人工または天然に生じる材料。

電解システム：基線酸化／還元電位を上回って、または下回って流体をイオン化する能力を有する、あらゆるデバイス。電解装置の構成は、場合により膜を伴う単純な電解、板の構成、種類、または材料の変形物、または除染プロセス中に有益な結果を生成するのに十分なイオン化流体を産生することが可能である、任意の他の実施形態を使用するシステム（ポーテッドシステムまたは他の構成等）を含んでもよい。

システム全体
図１を参照すると、電解除染システム１００の実施形態が示される。電解除染システム１００は、イオン化除染溶液を汚染基板に適用する前に除染溶液をイオン化する、除染溶液調節サブシステム１０２を含む。除染溶液調節サブシステム１０２は、本明細書でさらに説明されるように、除染溶液の後の処理または適用のために、それぞれ、管路またはパイプ１１０および１０８を介して、陰極液貯蔵容器１０４および／または陽極液貯蔵容器１０６と流体連通する。別の側面において、除染溶液調節サブシステム１０２は、パイプ１０８または１１０を伴わずに、陰極液貯蔵容器１０４および／または陽極液貯蔵容器１０６と直接流体連通してもよい。電解除染システム１００はさらに、管路またはパイプ１１６を介して流体供給容器１１４と流体連通する、電解ブラインプロポーショナー１１２を含んでもよい。電解ブラインプロポーショナー１１２は、水等の流体を除染溶液調節サブシステム１０２に送給するために、流体供給容器１１４の中に含有される流体を比例配分し、計量し、および／または送出する。一実施形態において、電解ブラインプロポーショナー１１２は、本明細書でさらに説明されるように、除染溶液を比例配分しておよび／または混合し、次いで除染溶液調節サブシステム１０２に供給する、プロポーショナー１２２およびポンプ１２６を含む。

加えて、電解ブラインプロポーショナー１１２は、管路またはパイプ１２０を介して、ブライン貯蔵容器１１８と流体連通してもよい。一側面では、電解ブラインプロポーショナー１１２は、パイプ１２０を伴わずにブライン貯蔵容器１１８と直接流体連通してもよい。一実施形態において、電解ブラインプロポーショナー１１２は、例えば、ブライン貯蔵容器１１８の中に含有されるブライン溶液を伴う流体供給容器１１４から受容する所望の濃度の水等の流体を比例配分し、計量し、および／または送出する。次いで、この比例濃度の流体およびブライン溶液は、管路またはパイプ１２６を介して、除染溶液調節サブシステム１０２に送給される。流体供給容器１１４の中に含有される流体は、管路またはパイプ１３０を介して流体源１３２から流体が供給され得る、逆浸透／濾過ユニット１２８によって提供されてもよい。逆浸透／濾過ユニット１２８は、従来技術において公知のように、所望の純度または組成の流体源を提供することが可能である、あらゆる種類の装置またはデバイスであってもよい。さらに、流体源１３２は、タンク、貯蔵容器、湖、河川等のあらゆる種類の流体源、および／またはあらゆる他の種類の水等の流体源であってもよい。別の実施形態では、流体供給容器１１４によって電解ブラインプロポーショナー１１２に供給される流体は、電解除染システム１００上に含有または貯蔵されてもよく、したがって、流体源１３２またはパイプ１３０を必要としない。

電解除染システム１００はさらに、本明細書で説明されるように、１つ以上の計測器および／またはプロポーショナー１３６と、貯蔵およびさらなる使用のためにブライン溶液をブライン貯蔵容器１１８に提供するためのポンプ１３８とを含む、ブライン組成プロポーショナーユニット１３４を含んでもよい。一実施形態において、プロポーショナー１３６は、１つ以上のブライン原料貯蔵容器１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃおよび１４０ｄ（集合的に１４０）に貯蔵されてもよい、ブライン原料の供給物に送給してもよい。ブライン原料貯蔵容器１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、および１４０ｄは、プロポーショナー１３６に送給される、異なるブライン原料を個々に含有してもよい。ブライン原料貯蔵容器１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、および１４０ｄは、所望に応じて、プロポーショナー１３６に直列または並列で供給されてもよい。

電解除染システム１００は、１つ以上の塩であってもよい１つ以上のブライン原料を指定された割合で溶解し、次いで、「イオン化する」、「電解する」、あるいは「帯電させる」汚染物質溶液調節サブシステム１０２を通して、溶液の中に流す。ブライン原料貯蔵容器１４０は、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム等の、電気化学的に変化させた除染溶液を生成するために使用される、１つ以上のブライン原料を貯蔵してもよい。他の適用可能な塩（および／またはこれらの、もしくは他の塩の組み合わせ）を、本明細書で説明されるように、電荷を担持する十分な特徴を伴う除染溶液を産生するために使用してもよい。ブライン原料は、解離して、除染活性のための種々の酸および塩基を形成する。これらのブライン原料は、用途に応じて、数ｐｐｍから１０％超まで変動する濃度で使用されてもよい。一実施形態において、ブライン原料貯蔵容器１４０に貯蔵されるブライン原料は、遠隔場所での使用を容易にするために、液体または固体形態であってもよい。

一実施形態において、汚染物質溶液調節サブシステム１０２は、ブライン原料から、除染活性のための初期の酸および塩基を産生する。例えば、ＮａＯＨおよびＫＯＨ等の水酸化物は、それらの塩基性塩から誘導されてもよい。さらに、共役次亜塩素酸／塩酸も、これらの塩でできていてもよい。硝酸の溶液は、カリウム塩または硝酸ナトリウム塩のいずれかから開始することによって、同様に産生することができ、また、それらの共役塩基を生成することもできる。これらの除染溶液は、用途に応じて、相互または別々に生成されてもよい。これらの除染溶液のＯＲＰは、例えば、用途に応じて、数ミリボルト（ｍｖ）から±１１５０ｍｖの範囲であってもよい。

電解除染システム１００はまた、本明細書でさらに説明されるように、除染溶液調節サブシステム１０２の中でイオン化された後に除染溶液に供給され得る、１つ以上の除染添加物、発泡調節剤等を貯蔵するための、１つ以上の電解後添加物貯蔵容器１４２ａおよび１４２ｂ（集合的に１４２）を含んでもよい。貯蔵容器１４２はさらに、生成された除染溶液の展開ストリームの中に後注入される、界面活性剤、キレート剤、または他の材料を貯蔵してもよい。例えば、ナノ粒子（天然または人工）または他の好適な材料の添加は、電荷を保持および／または担持する能力を高める、あるいは除染溶液の積載量を高めるために、除染溶液を使用またはこれに添加してもよい。いくつかの例示的な材料には、バッキーボール、炭素ナノチューブ、黒鉛、シリケート、種々の粘土、または除染活性を高めるために電荷を担持するのを支援することができる他の（天然または人工）材料が挙げられる。好ましくは、これらの材料は、典型的に、利用される材料および用途に応じて、０．０１％から５％を超える割合で添加される。

汚染物質と基板との間の結合は、一般に、本質的に静電的であり、除染溶液の電位を改良する能力は、これらの結合電荷を満足し、かつ下側の基板から汚染物質を放出する能力において重要な役割を果たす。したがって、固着性汚染物質を基板に保持する静電結合を壊すことは、固着性汚染物質の除去における重要なステップである。流体のＯＲＰを制御する能力は、種々の汚染物質および基盤マトリクスに対処するように、必要に応じて、除染溶液を調整する手段を提供する。

本電解除染システムは、基板上への適用前に除染溶液を電気化学的に変化させることによって、対象の基板の電気化学状態を制御する。この電気化学的に変化させた除染溶液は、負の、すなわち還元電位（電子が過剰である）か、または正の、すなわち酸化電位（電子が不足している）のいずれかを使用することができ、利用可能な電荷の量は、除染作業を制御するために調整することができる。分割セル電解デバイスは、本明細書で説明されるように、電解サブシステムを出る分割ストリームから両方の溶液を生成する。溶液の電位は、電流密度、総溶解固形物（ＴＤＳ）、塩分、イオン成分、板のサイズおよび種類、膜の種類、電圧、流体残留時間、またはこれらの変数の組み合わせを調整することによって制御することができる。これは、様々な汚染物質および基板材料に関して、低作業コスト構造の範囲内で、汚染除去剤の除染効率を最大化するように、除染流体電位を「あつらえる」ことを可能にする。

本電解除染システムはまた、除染プロセスの効率を向上させるように、除染溶液のｐＨを調整および制御する。還元電位を増大すると、典型的に、より大きいｐＨの除染溶液（よりアルカリ性）をもたらす。その逆に、還元電位を低下させると、典型的に、より低いｐＨの除染溶液（より酸性）をもたらす。これらの流体は、汚染物質除去を支援するように、種々の緩衝化合物で改良されてもよい。

界面活性剤の添加は、汚染物質が閉じ込められ得る毛細管貫通の課題に対処するために必要であり得る。種々の界面活性剤は、表面張力を減少させ、湿潤相と基板との間の接触角を減少させるために使用される。これは、表面下の毛細管の中への貫通および表面の不規則性を可能にし、かつ、基板への汚染物質の結合電位を満足するように、電気化学的に変化させた流体の送達を支援する。これらの界面活性剤は、陽イオン性、陰イオン性、または非イオン性であってもよい。界面活性剤は、具体的には、荷電流体と相乗的に機能するように選択される。界面活性剤および／または分散剤は、用途に応じて、０．０５％から１０％を十分に超える範囲の濃度で添加されてもよい。本出願には、多数の界面活性剤／分散剤を使用することができるが、いくつかの例示的な界面活性剤／分散剤には、リグニン（ｌｉｇｎａｌ）スルホネート、オクチルフェノール、ノニルフェノール、アミンオキシド（デシル−ジメチルアミンオキシドまたはＮ−ジアルキルメチルアミンオキシド）、Ｔｏｍａｄｙｎｅ１０２、またはエトキシ化（ｅｔｈｏｘａｌａｔｅｄ）アルコールが挙げられる。界面活性剤／分散剤は、例えば、貯蔵容器１４２に貯蔵されていてもよい。

以下、図２を参照すると、電解除染システム２００の実施形態が示される。電解除染システム２００は、電解除染システム２００を載置して特定の除染場所に運搬するための車両２０２を含んでもよい、移動式実施形態である。車両２０２は、自己推進式車両または別の車両によって推進されるものであってもよい。加えて、車両２０２に見られる装置、デバイス、ユニット等は、これらの物体の例示的な配向である。さらに、電解除染システム２００には流体源１３２およびパイプ１３０が図示されていないが、一実施形態では、それらは存在し得る。車両２０２には、同じ参照番号で電解除染システム１００の中に示されるように、多数の装置、デバイス、サブシステム、およびユニットが載置される。電解除染システム１００に関する説明に加えて、電解除染システム２００はさらに、圧縮発泡用途の際に除染溶液を提供するための、圧縮空気泡ユニット２０４を含んでもよい。圧縮空気泡ユニット２０４はまた、膨張発泡用途および／または遠心ポンプ等の他の送出システムのための、空気送出システムおよび／または空気注入を含んでもよい。圧縮空気泡ユニット２０４は、圧縮器／生成器ユニット２０８から、圧縮空気源を供給されてもよい。いくつかの例示的な圧縮空気泡ユニット２０４は、２０００年１２月５日に発行された米国特許第６，１５５，３５１号、および２００５年４月１３日に公表された米国特許出願第１１／１０５，２９０号に見出すことができ、どちらも参照することによって本明細書に組み込まれる。圧縮器／生成器ユニット２０８はさらに、除染溶液調節サブシステム１０２、プロポーショナー１３６、逆浸透／濾過ユニット１２８、プロポーショナー１２２等の、車両２０２上に位置する他の装置およびユニットの動作のための電力を提供してもよい。また、前述のように、運搬上の利点を提供するように、種々の発泡剤、ポリマー、ゲル剤等を添加してもよい。これらの利点には、垂直な、および反転した表面に粘着する能力、および微粒子をカプセル化する能力が挙げられる。粘着性の発泡体はまた、多孔質建築材料の中への粒子の移動を遅らせる。

多孔質媒体の中に深く埋め込まれた汚染物質の除去を支援するように、毛細管上昇効果を使用してもよい。これは、典型的に、細孔および毛細管から液体および同位体を移動させる細孔構造の中に、ガス（ＣＯ_２等）を作成することによって達成される。毛細管上昇効果を作成して、放出された汚染物質を毛細管から「押し」出すのを支援するように、広範囲の化合物を電気化学的に変化させた流体に添加してもよい。例えば、コンクリート等のアルカリ性の基板には、一般に、この機構を起動するように酸が使用される。一実施例は、このプロセスのためのクエン酸の添加であり、基板の多孔性および存在する汚染物質に応じて量を変動させて、酸化流体に添加することができる。

電解除染システム２００はまた、例えば、除染溶液２１２を基板２１４に適用するためのホース２１０を含んでもよい、放出／噴霧装置２０６を含んでもよい。放出／噴霧装置２０６およびホース２１０はさらに、付加的なホース、噴霧バー、シャワーシステム、放水銃モニタ、またはブームを含んでもよい。任意の数の放出／噴霧装置２０６およびホース２１０を、電解除染システム２００に採用してもよい。放出／噴霧装置２０６および／またはホース２１０は、例えば、陰極液貯蔵容器１０４、陽極液貯蔵容器１０６、除染溶液調節サブシステム１０２、および／または圧縮空気泡ユニット２０４と、直接的または間接的に流体連通してもよい。一実施形態において、放出／噴霧装置２０６およびホース２１０は、陰極液貯蔵容器１０４から基板２１４上に除染溶液２１２を適用してもよい。別の実施形態において、放出／噴霧装置２０６およびホース２１０は、陽極液貯蔵容器１０６から基板２１４上に除染溶液２１２を適用してもよい。さらに別の実施形態において、放出／噴霧装置２０６およびホース２１０は、このような発泡用途を有することが望ましい配向にある時に、除染溶液２１２の改良された接着のための発泡剤を含有する圧縮空気泡ユニット２０４から、基板２１４に除染溶液２１２を適用してもよい。加えて、例えば、基板２１４は、水平の配向で示されているが、電解除染システムは、傾斜または垂直等のあらゆる配向で除染溶液２１２とともに機能する。図３は、電解除染システム２００の斜視図を示す。

図４は、除染溶液調節サブシステム４００の斜視切欠図の実施形態を示す。除染溶液調節サブシステム４００は、例えば、流体源１３２、逆浸透／濾過ユニット１２８、および／または流体供給容器１１４から除染溶液を送出する、送出ステーション４０４を含んでもよい。除染溶液は、好ましくは、送出ステーション４０４に進む途中の濾過ユニット４２０で濾過される。濾過ユニット４２０は、イオン化ユニット４０８への損傷を防止するように、除染溶液からあらゆる大きい破片を除去する。加えて、除染溶液に対する任意の調整を、必要に応じてこの時点で行うことができる。これらの調整は、除染溶液からの鉱物の添加（または除去）の形態であってもよい。加えて、イオン化される担体流体の能力を高めるように、または基板上に配置される汚染物質の封鎖および／もしくは除染を生じさせる能力を高めるように、ナノ粒子、特定のポリマー、または他の材料等の材料を添加してもよい。次いで、送出ステーション４０４は、管路またはパイプ４０６を介して、担体流体をイオン化ユニット４０８に送出する。イオン化ユニット４０８は、還元除染溶液出口４１６と、酸化除染溶液出口４１８とを含んでもよい。次いで、還元除染溶液出口４１６、酸化除染溶液出口４１８、または両方を、後に基板２１４に適用される陰極液貯蔵容器１０４および／または陽極液貯蔵容器１０６のいずれかに提供してもよい。以下により詳しく説明するように、イオン化ユニット４０８は、電圧線４１０および４１２を介して、電源、調節、およびネットワーク制御インターフェースユニットに接続される、複数の電極板６０２（図６）を含む。電極板６０２は、チタニウム、黒鉛、白金、ステンレス鋼、イリジウム等の、計画された用途に適合するあらゆる材料でできていてもよい。

図５は、除染溶液調節サブシステム５００の実施形態を示し、図６は、図５の除染溶液調節サブシステム５００の部分「Ａ」の拡大図の実施形態６００である。除染溶液調節サブシステム５００は、パイプ４０６から除染溶液が分配される内部区画室５０２を形成する、絶縁筐体５０４を含む。除染溶液は、送出ステーション４０４を通って流れた後に、除染溶液調節サブシステム５００に進入し、除染溶液がイオン化されて相に分離される。イオン化プロセスは、複数または一連の単純な電極板６０２の対を使用し、各対は、典型的に種々のクロロフルオロカーボンでできている、透過性膜７０２（図７）によって分離される。膜は、綿繊維と同程度の材料、または任意の他の適切な材料を含む、広範囲の材料でできていてもよい。各対は、陽極電極６０４および陰極電極６０６から成る。除染溶液は、電極板６０２を通って流れ、電極板６０２上の電荷によってイオン化され、次いで、透過性膜７０２によって分離される。

図７は、本電解除染システムの、除染溶液をイオン化する電解プロセスを示す。イオン化除染溶液の生成は、イオン化ユニット４０８の中の除染溶液をイオン化することによって産生される。前述のように、イオン化ユニット４０８は、典型的に、陽極電極６０４および陰極電極６０６等の、複数または一連の電極板６０２の対を伴う、絶縁筐体５０４から成る。しかし、いくつかの設計において、導電材料は、筐体に使用され、次いで電極を兼ねる。この実施形態では、これらの２つの荷電電極板６０４および６０６は、透過性膜７０２によって分離される。電位は、電圧線４１０および４１２を介して陽極電極６０４および陰極電極６０６に印加され、一方で、担体流体は、イオン化ユニット４０８を通って流れる。通路７０４および７０６は、それぞれ、透過性膜７０２、ならびに各電極板６０４および６０６の各側部に作成される。担体流体は、陽極電極６０４と陰極電極６０６との間の導電媒体として作用する。２つの電極板６０４および６０６を横断する電荷は、陰イオンを陽極電極６０４に誘引させ、陽イオンを陰極電極６０６に誘引させる。したがって、イオン化除染溶液は、陽極電極６０４で酸化され、イオン化除染溶液は、陰極電極６０６で還元される。チャネル７０４の中のイオン化除染溶液７１０は、酸化され、チャネル７０６の中のイオン化除染溶液７１２は、還元される。塩基イオン化装置はまた、各コンテナの中に電極を伴う単純なコンテナ（タンクに類似）を使用することによって構築され、膜によって分離されるパイプと連結されてもよい。この「バッチ」アプローチでは、流動流体は、不要であり得る。電解プロセスの大きさを制御するいくつかの変数は、絶縁筐体５０４を通しての除染溶液の流速、２つの電極板６０４および６０６の間の電荷電位、除染溶液の滞留時間、および除染溶液をイオン化するために使用されるアンペア数である。イオン化技術は、現在、人間の消費のためのアルカリ化水、および消毒剤用途のための酸性水を産生するために使用される。以下にさらに説明されるように、本電解除染システムの各用途は、イオン化除染溶液の最も効率的な使用のために、異なる変数の大きさを有してもよい。これは、除染目的および現場パラメータによって画定される。

集合的に複数対の複数電極板６０２の全てのチャネル７０６の全てを通して、絶縁筐体５０４から放出されるイオン化除染溶液は、酸化除染溶液出口４１８から流出する一方のストリームに分離される。集合的に複数対の複数電極板６０２の全てのチャネル７０８の全ては、還元除染溶液出口４１６から流出するもう一方のストリームに分離される。これらの２つのストリームは、除染溶液の中の溶解構成に関する電荷の差、陽極電極６０４および陰極電極６０６全体の電流密度、イオン化ユニット４０８の中の滞留時間、および他の２次的要因を有する。電荷の存在下での滞留時間は、除染溶液およびその溶解固形物が解離するのを可能にし、かつ陰イオンおよび陽イオンが透過性膜７０２を通過し、したがって溶解固形物を分離するのを可能にする。サイズ、所要電力、ならびにイオン化ユニット４０８および透過性膜７０２（膜の種類を含む）の詳細な構成は、現場固有の要件／用途によって決定される。

イオン化装置の好ましい実施形態において、膜は、典型的に、一方または他方の板のより近くに固定配置される。これは、異なる量の排出物の種類（還元または酸化）を産生し、増加した量の一方の種類の排出物または他方のもの（酸化または還元）の産生を可能にする。この構成により、板上の電荷はまた、他方の種類の排出物を超えて一方の産生を増大するように、逆にすることができる。これは、逆にされた産生排出物の種類の量を産生する。加えて、板の極性の反転は、しばしば、スケールまたは他の材料がある板を洗浄するために使用される。

代替的に、透過性膜７０２は、潜在的に、各対または複数の電極板６０２の間を移動可能であり得る。したがって、透過性膜７０２は、イオン化除染溶液の一方の種のより大きい容量を作成するように、他方の電極よりも一方の電極のより近くに位置させることができる。例えば、透過性膜７０２は、陽極電極６０４のより近くに位置させられ得、それによって、より大きな容量のイオン化除染溶液７１２を作成する。膜は、イオン化除染溶液７１０等のイオン化担体流体の一方の種を産生するように、一方の電極の近くに移動させ、次いで、後に、イオン化除染溶液７１２等のイオン化除染溶液の他方の種を産生するように、他方の電極の近くに移動させることができる。

イオン化装置の他の構成は、場合により膜（例えば、ポーテッドシステムまたは他の構成）を伴う単純な電解、標準的な板の代わりの管、メッシュ、またはブレード等の、板の材料／構成の変形物、または除染プロセス中に有益な結果を生成するのに十分なイオン化除染溶液を産生することが可能である、任意の他の実施形態を使用するシステムを含み得る。一実施形態において、イオン化ユニット４０８は、１対以上の電極のそれぞれの間に散在させた膜を伴わない、１対以上の電極板６０２を備える。この実施形態において、筐体５０４は、これらの電極板６０２を含有し、また、イオンが電極上に実質的に蒸着される前に、イオン化除染溶液を除去するように、電極板６０２の対のそれぞれの近位に位置する、出口を有する。

食塩水（または適切な総溶解固形物、すなわちＴＤＳを伴う、他の流体）である、除染溶液のイオン化は、膜７０２の両側の流体イオン組成を変化させる。例えば、除染溶液は、イオン化ユニット４０８を通過するにつれて、除染溶液の水（ＨＯＨ）成分および塩（ＮａＣｌ）成分の両方の部分解離を受け、イオンは、透過性膜７０２を通して、再会合が生じる反対荷電側に移動する。例えば、膜の片側では、一般に「アルカリ」側として公知である、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を形成するように、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）および水酸基イオン（ＯＨ⁻）が再会合する。反対荷電側では、水素イオン（Ｈ^＋）が塩素（Ｃｌ⁻）と再会合して、塩酸またはより典型的には次亜塩素酸を形成し、またしばしば、「酸性」または収斂側として公知である。他の化合物または化合物の組み合わせは、このアプローチを使用して同じ目標を達成するために使用される。イオン化ユニット４０８の大部分の種類は、この効果をもたらすことが可能であるが、薬剤体制のある板／膜を有し、制御の調整が容易であり、エネルギー効率の良い、イオン化ユニット４０８が好ましい。

次いで、例えば、イオン化除染溶液は、還元または酸化に関わらず、適切な陰極液貯蔵容器１０４および陽極液貯蔵容器１０６に提供され、または圧縮空気泡ユニット２０４、ホース２１０、および／または放出／噴霧装置２０６に提供される。イオン化除染溶液の酸化は、他の用途の中でも、基板上に汚染物質を放出する前に、副表面形成の多孔性を高めるために、または塩基の電気化学電位を確立するために使用されてもよい。アルカリ性のイオン化除染溶液は、例えば、汚染物質を放出するように、場合により酸化前駆体を伴って使用することができる。前述のように、陰極液貯蔵容器１０４および陽極液貯蔵容器１０６は、一方または他方のイオン化除染溶液を貯蔵するために使用することができ、他方は、ホース２１０および／または放出／噴霧装置２０６を介して、基板２１４に適用される。

図８は、除染溶液調節サブシステム１０２の電源調節およびネットワーク制御インターフェースユニット４１４を示す。電圧線４１０および４１２は、電源調節およびネットワーク制御インターフェースユニット４１４の側部から突出して示される。また、一側面において、電源調節およびネットワーク制御インターフェースユニット４１４は、要素および環境から制御を保護するための、制御アクセスドア８０４を含んでもよい。電源調節およびネットワーク制御インターフェースユニット４１４から主電源を急速に遮断するための、主遮断８０２も示される。図９は、明確にするために内部要素を露出させた、電源調節およびネットワーク制御インターフェースユニット４１４を示す。具体的には、電源調節およびネットワーク制御インターフェースユニット４１４は、電圧線４１０および４１２に電力を供給するための、主制御インターフェース９０６を含む。加えて、必須ではないが、好ましくは、電源調節およびネットワーク制御インターフェースユニット４１４は、電圧線４１０および４１２への電圧源をさらに制御するための、ネットワークサーバ９０８と、中央処理ユニット９１０とを含む。さらに、好ましくは、電源調節およびネットワーク制御インターフェースユニット４１４は、電圧線４１０および４１２を通して出力する前に電圧を整流するための、電圧整流および調節要素９１４を含む。また、電源調節およびネットワーク制御インターフェースユニット４１４は、送出ステーション４０４を制御するための、統合除染溶液ポンプ周波数駆動コントローラ９１２を含む。電源調節およびネットワーク制御インターフェースユニット４１４は、その有効性を最大化するように、イオン化除染溶液の必要な設定を維持する。制御パネル９０２は、手動で、もしくは電源調節およびネットワーク制御インターフェースユニット４１４内に位置する制御システムによって、またはネットワーク（図示せず）を介して遠隔で操作されてもよい、制御部を含む。制御パネル９０２は、電力制御ノブ９０４、および極性反転スイッチ９１６から成る。電力制御ノブ９０４は、複数の電極板６０２に印加される電圧の調整を可能にし、したがって、排出除染溶液のレドックス電位を制御する。この制御は、「Ｄｉａｌ−ａ−ｙｉｅｌｄ」として公知であり、最も効率的に基板を除染するために必要である、最適な電位の調整を可能にする。極性反転スイッチ９１６は、極性を逆にすることによって複数の電極板６０２の清浄化、および所与の用途のために産生される除染溶液の種類の最大化を提供する。本電解除染システムの別の側面において、極性は、特定のチャネル７０６および７０８の中に異なる種のイオン化除染溶液を産生するように、切り替えられる、または反転されてもよい。

両方のイオン化材料はまた、除染溶液が異なるイオン状態に調整された時に、除染溶液の初期状態からの、それらのそれぞれのレドックス電位の有意な「移行」を有する。アルカリ側は、過剰な電子の飛躍的な増加を有し、強力な還元剤になる。酸性側には逆のことが当てはまり、電子が不足し、したがって、強力な酸化剤である。レドックス電位のこれらの移行は、ｅＨで測定した時に、＋または−５０００ｍＶを十分に上回ることができる。この限度は、除染溶液が完全に解離して、いかなる付加的な電荷も担持しなくなる、またはもはやプロセスに有用ではない場合と同じくらいの高さであることができる。代替的に、レドックスのあらゆる測定可能な変化は、望ましい結果をもたらすのに十分であり得る。この測定は、単純なｐＨ／ｅＨ計測器によって行うことができ、またはより精巧なデータロギングを、直列ｐＨ／ｅＨアナライザ等で、連続貫流設計を使用することによって達成することができる。注入ウエル１０６への注入前に除染溶液のイオン状態を改良する、レドックス、ｐＨの変更、および選択イオンの添加の組み合わせは、経済的に有用な鉱物および流体の制御された選択的な抽出を可能にする。

除染溶液によって導入される電荷は、汚染物質と基板との間に存在する既存の電気化学電位場に過渡状態を作成する。この過渡状態は、除染溶液の中の電子の連続的な注入によって維持される。直接接地（電子の放散）は、例えば、基板を介して達成されてもよい。したがって、基板の電気状態の変化は、過剰な電子のための接地としての役割を果たしてもよい。

レドックス電位の変化は、例えば、基板に関する種々の物理的応答によって分散する。１つのそのような応答は、固体−液体界面であり、電子の移行は、ζ−電位によって制御される。ζ−電位は、界面からおよそいくつかの分子寸法分の幅を伴う、固体から液体への界面に作用し、本質的に静電荷によって固体−液体界面に結合する液体または固体の放出または除染を制御する。固体−液体界面でζ−電位である、多孔質媒体と接触する多相液体は、好ましい基板−汚染物質の湿潤性状態への実質的な影響を有する。ζ−電位は、固体と液体との間の電荷差が適応される界面である。

効を奏する除染のために必要とされる種々の機構を支援する、界面活性剤、封鎖剤、ナノ粒子、タック材料、および他の化合物の追加を、容易に達成することができる。除染溶液の展開はまた、発泡界面活性剤の追加によって高めてもよい。これらの機能強化は、発泡溶液の膨張を含み、所要の滞留時間の間、表面に対する除染溶液の湿潤を保つ発泡体の、より大きい、液体容量当たりの被覆領域、耐久性、および絶縁特性を提供し、強化された汚染物質除去、垂直な、および反転した表面に接着する発泡体の能力、ならびに適用被覆のための視覚マーカーとして支援する発泡体の視覚的側面をもたらす。

適用のために展開されるまで、乾燥状態または他の高濃縮状態で材料を貯蔵する能力は、運搬上の負担を大幅に軽減し、貯蔵要件を最小化し、また、保管寿命の課題をほぼ排除する。生成システムの柔軟性は、現場作業に対する容易な調整、および条件の変更を可能にする。このアプローチの最大の特性のうちの１つは、現在利用可能な技術の大部分に勝る、飛躍的なコスト節減である。除染溶液をオンデマンドで生成することによって、生成される容量当たりのコストが最小に保たれる。

図１０を参照すると、回収ユニット１０００の実施形態が示される。回収ユニット１０００は、例えば、筐体１００２と、基板１０１６からの回収汚染流体１０１８を送給する、入口１００４とを含んでもよい。汚染流体１０１８は、例えば、真空ユニット１００６の使用を含む、任意の数の機械的手段によって基板１０１６から回収されてもよい。真空ユニット１００６は、汚染流体１０１８の基板１０１６からの除去を引き起こすように、基板１０１６の近くまたは近位に陰圧を印加してもよい。放射線材料で汚染された基板からの使用済除染溶液の除去は、一般に、真空システムによって完了されてもよい。このアプローチは、基板の細孔および表面からの使用済除染溶液（および汚染物質）の除去を支援する。真空システムは、様々なサイズおよび構成で利用可能であり、システム全体を拡張性のあるものにし、また特定の用途用にあつらえることができる。真空システムの使用はまた、廃棄物処理活動中の露出を最小化し、大部分の種類の収集汚染物質の処理を促進し得る。市販の真空システム（携帯型および１人で持ち運べるシステムから、大型トラック、トレーラ、またはスキッドに載置したユニットに至るサイズ）が利用可能であり、処置および／または処分のための収集されている汚染物質の特定の状況および構成に対処するために、リンス液ディスペンサ、ＨＥＰＡフィルタ、ならびに複数の吸引ホースおよび機器を支持する吸引マニホールドを含むように改良することができる。

放射性物質の回収作業の別の主な側面は、回収作業中に生成される廃棄物、特に液体廃棄物の取り扱いおよび処分である。例えば、汚染流体１０１８は、入口１００４を通して、筐体１００２の中に送給されてもよく、該筐体は、放射性粒子１００８等の特定の汚染物質を捕捉するための再荷電可能な捕捉媒体１０１０を含有してもよい。再荷電可能な捕捉媒体１０１０は、汚染流体１０１８を捕捉し、汚染溶液が、出口１０１４を通って筐体１００２を出ることができるようにする。本明細書で説明される電解除染システムはまた、流体廃棄物処理を支援するために使用することができる再荷電可能な捕捉媒体１０１０を作成するために、電解（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃａｌｌｙ）荷電流体を生成するように使用されてもよい。媒体／デバイスの制御は、関心の材料を捕捉または可逆的に放出するように、媒体の還元／酸化電位の調整を通して行われる。このデバイスは、廃棄物処理、資源回収、媒体分離、および／または媒体格納の用途を有する。

電解流体を介した作用に応答するあらゆる媒体を、この目的のために利用してもよく、また、広範囲の物質が含まれ得る。これらの材料には、シリケート、粘土、石炭（または他の活性炭）、ポリマー、または広範囲の類似した材料が挙げられる。ゼータ電位に影響を及ぼす荷電流体を使用することによって材料表面で改良することができる、人工または天然に生じた物質の大部分を効果的に利用することができる。

電解捕捉媒体／デバイスの一実施例において、筐体１００２は、砂（シリケート）、石炭、および粘土等の、基礎地質媒体とともにパックされる。次いで、電解除染システムによって生成される荷電流体は、管（この実施例では、還元流体）を通過し、媒体は、電荷遺伝変化させられた流体の特徴（電荷）を取る。例えば、−８００ｍＶの還元電荷を伴う流体は、管の中に含有される媒体も、対応する過剰な電子と同じ、またはほぼ同じ還元電位の電荷を呈するまで、媒体を通過させることができる。これで、荷電媒体は、使用できる状態になる。

この実施例において、回収作業中に回収される汚染流体、この場合は、同位体汚染物質または放射性粒子１００８（酸化流体に溶解する）を含有する、軽く酸化した流体を、荷電媒体を含有する筐体１００２を通過させる。媒体の還元電位は、汚染物質を含有する進入酸化流体を変化させて、還元を引き起こし、したがって、不溶状態にし、そして、関心の汚染物質は、流体から脱落して、荷電媒体に結合し、したがって、筐体１００２内の汚染物質を捕捉する。これは、「洗浄された」流体が出口１０１４を通過する間に、関心の成分を除去するのを可能にする。次いで、プロセスは、濃縮物としての制御された除去または処分のために汚染物質を再可溶化するために、酸化流体を媒体に通すことによって逆にすることができる。

加えて、除染溶液が複数の汚染物質化合物を含有しているが、関心のあるものが１つまたは２つだけである時、荷電媒体は、容易に改良または調整することができ、よって、還元／酸化効果は、各化合物に固有である静電結合に基づいて、１つ以上の関心の化合物を抽出するように特にあつらえられ、一方で、非標的化汚染物質を適所に残す。プロセスは、用途に応じて、完全に逆にされてもよい（媒体の酸化荷電、続いて、関心の化合物を含有する還元流体）ことに留意されたい。また、酸化および還元という用語は、相対語であり、逆の流体は、測定した時に実際に中性に近いことに留意することが重要である。このアプローチは、酸化／還元反応の変動を通して溶解性が影響を受ける可能性のある、あらゆる汚染物質または化合物に適用可能である。

前述の議論は、ＲＤＤ回収の場合に流体から同位体汚染の除去のための捕捉媒体／デバイスの使用を説明しているが、このデバイスについては、数多くの付加的な用途が存在する。これらには、酸性の鉱山廃水からの重金属汚染物質の除去、溶液採掘作業からの関心の材料の除去、および物質を電荷の選択的改良によって捕捉または放出することができ、ゼータ電位に直接的に影響を及ぼす他のどこかの場所、が挙げられるが、これに限定されない。

産業洗浄または除染の実施例は、発電業界におけるタービン羽根の脱スケーリングおよび脱脂のための、選択された界面活性材料とともに使用される種々の酸化／還元溶液を生成するように、電解除染システムを使用することである。周期的に、タービン羽根は、運転効率を回復させるために、スケールを洗浄しなければならない。数多くの既存の化学物質に基づく脱スケーリング溶液は、ＲＮ除染用調合物について前述した運搬およびコストの問題を含み、また、これらの高価な金属成分に関する材料の適合性の側面を含む。本電解除染システムによって生成される調合物は、これらの問題の大部分を解決し、一方で、環境的および材料的に無害であり、強化された清浄を従来の溶液の何分の１かのコストで提供する。この利点は、有効性についてモル質量に依存する従来の化学物質とは対照的に、流体の中に帯電させる電荷電位に由来する。

電解除染システムはまた、原子力発電所での産業放射線の除染、天然放射性物質（ＮＯＲＭ）の脱スケーリング、燃料加工または複合核兵器用途等に使用されてもよい。産業用途の場合、調合および手順は、特定の作業および環境のために効率的に最適化されてもよい。

例えば、産業放射線汚染物質は、数十年にわたって定位置に置かれ、基板の細孔が油、ほこり、または他の成分で覆われており、汚染物質の除去をより困難にしている。これらの材料は、放射線汚染除去の前、またはこれと同時に除去されなければならない。この場合、次亜塩素酸および硝酸、または他の生成された酸は、表面の油を酸化させ、したがって、これらの成分を除去することによって基板を調製し、表面の細孔を開口して放射線除染作業の準備を行うために使用されてもよい。また、前述のように、種々の界面活性剤およびキレート剤が、溶液に添加されてもよい。

この実施例において、このような材料は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、および／または硝酸ナトリウムから、電解プロセスを使用して生成され得る。前述のように、湿潤剤、界面活性剤などの添加を、放射線および／または産業除染作業の前に、除去または清浄プロセスの有効性を高めるために使用してもよい。

産業用または他の使用のための除染溶液をあつらえる別の実施例は、核分裂性の核物質を除去する時の臨海事象のリスクを低減するための、中性子毒の添加である。これは、一般に、核分裂性同位体を伴う作業時には臨海が主要な安全上の懸念であるので、ホウ素または類似した材料のような中性子吸収材料の添加で完了される。

この実施例において、四ホウ酸ナトリウム十水和物（ＳＴＢＤＨ）材料は、除染溶液のアルカリ部分の中性子毒（または任意の他の好適な材料）として用いられ得る。ホウ酸はまた、電解セルの酸性部分に添加されてもよく、次いで、除染プロセスの他の成分とともに使用することができる。これは、単に一組の実施例に過ぎず、実際の除去プロセスは、基板、成分、および汚染物質に応じて、変化させ、繰り返し、または逆にしてもよいことに留意されたい。

さらに、本電解除染システムは、高価または複雑な化学物質の導入を伴わずに、基盤の電気化学状態を制御し、したがって、全体的なコストおよび運搬上の要件を低減する。これは、汚染物質が、従来の方法よりも低いコストで抽出および処理を行うことができ、最先端の技術を大幅に促進する。

電気化学電位
図１１は、固体−液体界面、固体−固体界面、液体−液体界面、汚染物質−基板界面でのζ−電位、および仮想電荷分布を示す。固体−液体界面での荷電層は、例えば、分子寸法の距離だけ分離された反対電荷の２つの並列表面として振舞う。固体粒子表面上の１つの電荷の層、および固体表面に直接的に隣接した流体の層（スターン層）の中の反対電荷の層は、ζ−電位と呼ばれる電位差を有する。静電力およびランダムな熱的動作のバランスがイオン分配を決定する外側領域は、拡散層として公知である。ζ−電位は、例えば、基板上の固体−液体界面に作用し、基板の水湿潤性を増大する電気化学ポテンシャルを満足する。電気力が電荷を移動させる、または変化させる場合、流体は、固体−液体界面から放出または取り込むことができる。オレイン酸水系において、還元環境（電子の添加）は、水湿潤性を増大し、固体−液体界面でζ―電位を還元し、蒸着汚染物質を放出する。

本電解除染システムは、外部の化学物質または余分な物質の導入を伴わずに、電荷平衡に作用する。イオン化除染溶液を汚染物質−基板界面に導入することによって、除染溶液上の電荷が、汚染物質−基板界面を崩壊させ、したがって、放射性粒子等の汚染物質が、基板の電荷に誘引される（はね返される）のを可能にする。加えて、一実施形態において、除染溶液は、その基板との表面張力のため、基板の細孔および表面から放射性粒子等の汚染物質を移動させる、水から成る。電荷の変化は、反対に荷電した除染溶液の導入によって可逆的に制御することができ、したがって、基板の湿潤性状態およびζ−電位を直接的に変化させる。電荷は、反対荷電した除染溶液をシステムの中に導入することによって逆にすることができる。

本電解除染システムに含まれる前述の側面の実施形態に加えて、本電解システムはさらに、基板を除染するための方法を含む。図１２は、１つのそのようなプロセスの実施形態１２００の流れ図を示す。ステップ１２０２で、ブライン溶液を、除染溶液調節サブシステム１０２に提供する。ブライン溶液は、貯蔵タンクまたは他の貯蔵システムから、除染溶液調節サブシステム１０２に送出または送給される。ステップ１２０２はさらに、ブライン原料を液体または流体と計量または混合することによって、塩または他の化合物等の、乾燥または液体ブライン原料からブライン溶液を産生するステップをさらに含んでもよい。このステップはさらに、所望の塩または化合物含有量を有するブライン溶液を産生するように、ブライン溶液を液体または流体原料と計量または混合するステップを含んでもよい。

ステップ１２０４で、ブライン溶液は、送出ステーション４０４に進む途中の濾過ユニット４２０で濾過してもよい。濾過ユニット４２０は、イオン化ユニット４０８への損傷を防止するように、担体流体からあらゆる大きい破片を除去する。加えて、ブライン溶液に対するあらゆる調整は、必要に応じてこの時点で行ってもよい。これらの調整は、担体流体からの鉱物の添加（または除去）の形態であってもよい。加えて、担体流体がイオン化される、または電荷を担持する能力を高めるように、ナノ粒子等の材料を添加してもよい。

好ましい実施形態において、ステップ１２０６で、除染溶液を産生するように、透過性膜７０２によって分離される、陽極電極６０４と陰極電極６０６との間にブライン溶液を流すことによって、電荷をブライン溶液に提供する。所望の電荷が電極に印加される。前述のように、除染溶液上に配置される電荷量は、特定の用途によって決定され、絶縁筐体５０４を通る除染溶液の流速、２つの電極板６０４および６０６の間の電荷電位、除染溶液の滞留時間、および担体流体をイオン化するために使用されるアンペア数等の決定を含む。

この電解除染システムはまた、場合により膜を伴う単純な電解、板の材料／構成の変形物、または抽出プロセス中に有益な結果を生成するのに十分なイオン化流体を産生することが可能である、任意の他の実施形態を使用するシステム（ポーテッドシステムまたは他の構成等）を含み得る、イオン化装置の他の構成を含む。

ステップ１２０８で、イオン化担体流体は、用途に応じて、陽極液貯蔵容器１０６および／または陰極液貯蔵容器１０４に送出または流されてもよい。ステップ１２１０で、基板上の汚染物質への除染溶液の適用のために、除染溶液を、放出／噴霧装置２０６またはホース２１０に供給する。ステップ１２１２で、除染溶液は、汚染物質とともに基板から除去されてもよい。

図１３は、ＲＤＤ回収作業のために利用されてもよい、電解除染システムの別のプロセスの実施形態１３００の流れ図を示す。ステップ１３０２で、基板に配置された汚染物質は、空気の移動による同位体汚染物質の拡散を抑えるために、影響を受けた基板に対して遊離性または「塗抹可能」である汚染物質上にタックされる。このステップはさらに、汚染基板に適用された時に遊離性汚染物質の拡散を抑えて、「固着性」汚染物質と基板との間に存在する静電荷を「設定する」または標準化する、第１のステップとしての役割を果たす、可溶性ポリマーまたは他の添加物を伴う、本明細書で説明される酸化流体のうちの１つを適用するステップを含む。添加物またはポリマーは、遊離性汚染物質を効果的に補足するように、封鎖材料を含んでもよく、除染プロセスの時間を稼ぎ、汚染物質または洗浄領域の再汚染を抑えるために、沈殿の影響を受け得ない。

ステップ１３０４で、ポリマー被覆および捕捉された「遊離性」汚染物質を除去できる状態にあり、基板上の静電的に結合した「固着性」汚染物質だけを残し、さらなる洗浄ために基板を調製し、浮遊汚染物質からの危険性を緩和する時に、中和リンス液（還元または低酸化）を適用してもよい。酸化流体の使用はまた、後続の除染流体のより良好な貫通を可能にするように、（酸化を介して）基板の細孔を開口するのを支援する。酸化流体への他の添加物はまた、除染の有効性を高めるために利用されてもよく、種々の界面活性剤、キレート剤、および／または封鎖剤を含んでもよい。

次いで、ステップ１３０６で、電解除染システム（典型的に、還元）によって生成され、汚染物質を基板に保持する静電結合を壊すのに十分な電気化学電位を含有する、除染溶液を適用してもよい。一実施例として、汚染物質を基板に保持する静電結合が４００ｍＶである場合は、汚染物質を放出するように、過剰の電位を除染溶液の中に誘導する。一実用例として、典型的に、前述のように静電結合を壊すために必要とされるよりもはるかに高い電位を伴う除染溶液を産生することは容易である。表面下の空洞および毛細管からの汚染物質の除去を支援するように、流体の表面張力を低減する、放出された汚染物質を封鎖する、電荷担持容量を高めるおよび／もしくは安定させる、または毛細管上昇効果を誘発するために、前注入および／または後注入の添加物を含んでもよい。有効な除染溶液を生成するように、場合により前処理（逆浸透（ＲＯ）、軟水法等の従来の水処理）、または付加的な添加物とともに、水源を使用してもよい。ステップ１３０８で、除染溶液および汚染物質を基板から除去する。

図１４は、電解除染システムの別のプロセスの実施形態１４００の流れ図を示す。ステップ１４０２で、ブライン溶液を、特定の用途のために本明細書で説明されるように生成する。このステップは、改良された電荷保持能力のための添加物を含むステップを含んでもよい。ステップ１４０４で、ブライン溶液を、除染溶液調節サブシステム１０２に提供して、酸化性または還元性電荷で荷電し、したがって、特定の基板上の汚染物質を除染するための、アルカリ性または酸性溶液を伴う除染溶液を産生する。ステップ１４０６で、ナノ粒子、界面活性剤、封鎖剤等の付加的な添加物を、荷電除染溶液に添加してもよい。次いで、ステップ１４０８で、基板上に配置される汚染物質に除染溶液を適用する。このステップはさらに、基板上の汚染物質への適用の前または後に、ポリマーまたは発泡剤を除染溶液に添加するステップを含んでもよい。

ステップ１４１０で、除染溶液が、条件に依存する期間にわたって、汚染物質および基板上に滞留または存在するのを可能にする。ステップ１４１２で、基板を除染するために、除染溶液および汚染物質を基板からリンスする。このステップはさらに、後の処理および／または分離のために、除染溶液および回収した汚染物質を容器の中に収集するステップを含んでもよい。ステップ１４１４で、必要に応じて、特定の用途に対してプロセスを繰り返す、または除染溶液を調整するべきかどうかを決定するように、汚染レベルを評価してもよい。

前述のプロセスは、特定の汚染物質および影響を受けた基板に応じて変更されてもよく、さらに逆にされてもよく、本明細書では、例示目的で提供されていることに留意されたい。これらの実施例は、本明細書で説明されるプロセスに必要とされる溶液（酸化および／もしくは還元流体、またはその変異形）を産生することができるので、電解除染システムの柔軟性の指標を提供する。除染溶液は、特定の添加物の有無に関わらず、様々な基板および汚染物質の効を奏する除染のための一意的な酸化／還元要件に対処するように、必要に応じて調整することができる。

本明細書では、基板上に配置される汚染物質を除染するための、新規なシステムおよび方法を説明してきた。この明細書内で説明される特定の実施形態は、例示を目的とするものであり、本発明を限定するものであると解釈するべきではないことを理解されたい。さらに、当業者がここで、本発明の概念から逸脱することなく、説明される具体的な実施形態の数多くの使用および変形を行ってもよいことは明らかである。例えば、説明される除染溶液は、本明細書で述べられているような所望の用途に使用可能である、あらゆる種類の流体であることができる。また、列挙されるプロセスステップを、いくつかの事例において、異なる順序で行ってもよいこと、または同等の構造およびプロセスを、説明される種々の構造およびプロセスと置換してもよいことも明らかである。構造およびプロセスは、様々な他の構造およびプロセスと組み合わせてもよい。

Claims (41)

1. 基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法であって、
   ブライン溶液を提供することと、
   第１のチャネルおよび第２のチャネルを作成するように透過性膜によって間置される、１対の電極を提供することと、
   該第１および第２のチャネルを通して該ブライン溶液を流すことと、
   該第１のチャネルの中に第１のイオン化除染溶液を、および該第２のチャネルの中に第２のイオン化除染溶液を産生するように、該１対の電極に電位を印加することと、
   該第１のイオン化除染溶液および該第２の除染溶液のうちの１つを該汚染物質に適用することと、
   該基板から、該第１のイオン化除染溶液および該第２のイオン化除染溶液のうちの該少なくとも１つ、ならびに該汚染物質を回収することと
   を含む、電解方法。
2. 前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの少なくとも１つから、前記汚染物質を分離することをさらに含む、請求項１に記載の基板に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
3. 前記ブライン溶液を提供することは、ブライン原料を液体供給物と混合することをさらに含む、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
4. 前記ブライン原料は、塩である、請求項３に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
5. 前記基板への適用中に、前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの１つを発泡させることをさらに含む、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
6. 前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの少なくとも１つを回収することは、
   前記汚染物質を捕捉するように、該汚染物質の反対電荷を有する再捕捉媒体を通して、前記回収された汚染物質、ならびに前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの前記少なくとも１つを流すことさらに含む、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
7. 前記再捕捉媒体は、還元電荷を有する、請求項６に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
8. 界面活性剤、封鎖剤、ナノ粒子、およびタック材料から成る群のうちの少なくとも１つを、前記除染溶液に添加することをさらに含む、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
9. 前記除染溶液をイオン化除染溶液を伴う前記基板上にタックさせることをさらに含む、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
10. 前記１対の電極に電位を印加することは、
    前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液への電荷の大きさを変化させるように、前記除染溶液の前記流れを調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
11. 前記１対の電極に電位を印加することは、
    前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液への電荷の大きさを変化させるように、前記電位を調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
12. １対の電極を提供することは、
    前記第２のイオン化除染溶液に対して前記第１のイオン化除染溶液の容量を変化させるように、前記１対の電極に対して前記透過性膜の場所を調整することをさらに含む、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
13. 前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のｐＨおよびｅＨのうちの少なくとも１つを監視することをさらに含む、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
14. 前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの少なくとも１つは、負の還元電位を有する、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
15. 前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの少なくとも１つは、正の酸化電位を備える、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
16. 前記除染溶液を濾過することをさらに含む、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
17. 前記除染溶液の鉱物含有量を調整することをさらに含む、請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
18. 前記調整することは、粘土粒子状物およびナノ粒子から成る群の成分を添加または除去することを含む、請求項１７に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解方法。
19. 基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システムであって、
    ブライン溶液を提供するための手段と、
    第１のチャネルおよび第２のチャネルを作成するように透過性膜によって間置される、１対の電極を提供するための手段と、
    該第１および第２のチャネルを通して該ブライン溶液を流すための手段と、
    該第１のチャネルの中に第１のイオン化除染溶液を、および該第２のチャネルの中に第２のイオン化除染溶液を産生するように、該１対の電極に電位を印加するための手段と、
    該第１のイオン化除染溶液および該第２の除染溶液のうちの１つを該汚染物質に適用するための手段と、
    該基板から、該１のイオン化除染溶液および該第２のイオン化除染溶液のうちの該少なくとも１つ、ならびに該汚染物質を回収するための手段と
    を備える、電解システム。
20. 前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの前記少なくとも１つから、前記汚染物質を分離するための手段をさらに備える、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
21. 前記ブライン溶液を提供するための手段は、ブライン原料を液体供給物と混合するための手段をさらに備える、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
22. 前記ブライン原料は、塩である、請求項２１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
23. 前記基板への適用中に、前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの１つを発泡させるための手段をさらに備える、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
24. 前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの前記少なくとも１つを回収するための手段は、さらに、
    前記汚染物質を捕捉するように、前記汚染物質の反対電荷を有する再捕捉媒体を通して、前記回収された汚染物質、ならびに前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの前記少なくとも１つを流すための手段を備える、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
25. 前記再捕捉媒体は、還元電荷を有する、請求項２４に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
26. 界面活性剤、封鎖剤、ナノ粒子、およびタック材料から成る群のうちの少なくとも１つを、前記除染溶液に添加するための手段をさらに備える、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
27. 前記除染溶液をイオン化除染溶液を伴う前記基板上にタックさせる手段をさらに備える、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
28. 前記１対の電極に電位を印加するための手段は、さらに、
    前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液への電荷の大きさを変化させるように、前記除染溶液の前記流れを調整するための手段を備える、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
29. 前記１対の電極に電位を印加するための前記手段は、さらに、
    第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液への電荷の大きさを変化させるように、前記電位を調整するための手段を備える、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
30. １対の電極を提供するための前記手段はさらに、
    前記第２のイオン化除染溶液に対して前記第１のイオン化除染溶液の容量を変化させるように、前記１対の電極に対して前記透過性膜の場所を調整するための手段を備える、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
31. 前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のｐＨおよびｅＨのうちの少なくとも１つを監視するための手段をさらに備える、
    請求項１に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
32. 前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの少なくとも１つは、負の還元電位を有する、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
33. 前記第１のイオン化除染溶液および前記第２のイオン化除染溶液のうちの少なくとも１つは、正の酸化電位を備える、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
34. 前記除染溶液を濾過するための手段をさらに含む、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
35. 前記除染溶液の鉱物含有量を調整するための手段をさらに備える、請求項１９に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
36. 前記調整するための手段は、
    粘土粒子状物およびナノ粒子から成る群の成分を添加または除去するための手段を備える、請求項３５に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するための電解システム。
37. 基板上に配置される汚染物質を除染するためのシステムであって、
    ブライン原料源と、
    除染溶液調節サブシステムであって、
    第１のチャネルおよび第２のチャネルを作成するように透過性膜によって間置される、１対の電極と、
    該第１のチャネルの中に第１のイオン化除染溶液を、および該第２のチャネルの中に第２のイオン化除染溶液を産生するように、該１対の電極に電位を印加するための電源と
    を備える、除染溶液調節サブシステムと、
    該第１のイオン化除染溶液および該第２のイオン化除染溶液のうちの少なくとも１つを、該基板上に配置される該汚染物質に適用するための、該除染溶液調節サブシステムと流体連通する適用ユニットと、
    該基板から、該第１のイオン化除染溶液および該第２のイオン化除染溶液のうちの該少なくとも１つ、ならびに該汚染物質を回収するための、回収ユニットと
    を備える、システム。
38. 前記除染溶液を発泡形態で前記基板に提供するための、前記適用ユニットと流体連通する圧縮空気泡ユニットをさらに備える、
    請求項３７に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するためのシステム。
39. 前記ブライン原料と混合する前に供給源液体を濾過するための、前記ブライン原料源と流体連通する濾過ユニットをさらに備える、
    請求項３７に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するためのシステム。
40. 前記回収ユニットはさらに、
    前記第１のイオン化除染溶液、前記第２のイオン化除染溶液、および前記汚染物質のうちの少なくとも１つを前記基板から減圧するための、真空ユニットをさらに備える、請求項３７に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するためのシステム。
41. 塩化合物を貯蔵するための、前記ブライン原料源と連通する少なくとも１つの第１の貯蔵ユニットをさらに備える、請求項３７に記載の基板上に配置される汚染物質を除染するためのシステム。

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