JP2013096697A - 水処理方法及び水処理設備 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放射性物質を吸着可能な吸着材に放射性物質を含有する被処理水を接触させて該被処理水の放射性物質の濃度を低下させる水処理方法であって、前記被処理水を前記吸着材に接触させて放射性物質の濃度を低下させる第一の吸着処理を実施した後に、該第一の吸着処理がされた被処理水を別の吸着材に接触させて前記濃度をさらに低下させる第二の吸着処理を実施し、該第二の吸着処理に用いた吸着材の放射能濃度が10,000Bq/kgを超える前に該吸着材を新たな吸着材に取替える吸着材取替工程を実施し、取替えられた前記吸着材を前記第一の吸着処理に利用することを特徴とする水処理方法などを提供する。
【選択図】 図1
Description
このような放射能を利用する施設や、放射性物質により汚染された廃棄物の貯蔵施設や埋立処分場(最終処分場)においては、予期せぬ形で放射性物質を漏洩させてしまうことがあり、地下水及び周辺土壌等を放射能汚染させるおそれを有する。
そして、このような放射性物質に汚染された廃棄物の埋立処分場では降雨などが生じると放射性物質を含有する浸出水が生じ、該浸出水に適切な処理がされない場合には汚染領域をさらに拡大させてしまうおそれを有する。
また、下記特許文献1には被処理水の吸着処理を実施するための吸着材充填塔以外に、該吸着材充填塔の吸着材を再生する際に発生する再生液に対して吸着処理を行うための吸着材充填塔を備えた水処理設備が記載されている。
なお、下記特許文献1にも記載されているように、従来、この種の水処理方法においては、吸着材の使用量を低減させることが要望されている。
一方で、このような放射能濃度以下の状態で埋め立て処分するなどして吸着材を使い捨てにしたのでは、いまだ放射性物質の吸着性能を十分に有している吸着材を大量消費させることになり、前記のような要望を満足させることが困難になるという問題を有する。
また、本発明によれば、この取り換えた吸着材を第一の吸着処理に利用し得ることからこの吸着材が有している吸着性能を十分に活用させ得る。
従って、吸着材が大量消費されることを抑制させ得る。
なお、取り換えた吸着材を第一の吸着処理の吸着材に加えて利用することで、この第一の吸着処理に用いる吸着材量を増大させることができるため、それまでに比べてこの第一の吸着処理を終えて第二の吸着処理へと流下する被処理水の放射性物質の含有量をそれまでに比べて低減させ得る。
従って、第二の吸着処理に用いる吸着材が取替えを要する放射能濃度に到達するまでの期間の延長を図ることもでき、このことからも吸着材が大量消費されることを抑制させ得る。
(第一実施形態)
図1は、第一実施形態において用いる水処理設備の概略構成を示すブロック図であり図中の符号1は、被処理水を浸出させるおそれのある埋立処分場を表し、符号2は、当該埋立処分場1から排出された浸出水を貯留するための受け槽を表している。
そして、符号10、20がそれぞれ放射性物質を吸着可能な吸着材が収容された吸着処理部であり、10が水処理の前段側において被処理水を吸着処理するための第一の吸着処理部(以下「第一吸着処理部」ともいう)であり、20が水処理の後段側において前記第一吸着処理部で第一の吸着処理がなされた被処理水に対して第二の吸着処理を実施させるための第二の吸着処理部(以下「第二吸着処理部」ともいう)である。
さらに、破線Aは、本実施形態の水処理設備において放射能濃度及び数量に基づく管理を行う管理区域を表している。
この図にも示されているように、本実施形態においては、第一吸着処理部10が管理区域内に設置されており、第二吸着処理部20などのその他のものは管理区域外に設けられている。
また、本実施形態の水処理設備には、該第二吸着処理部20の下流側に、順に、限外濾過部110、及び、消毒部120が備えられており、本実施形態の水処理設備は、該消毒部120における処理を終えた水を処理水として系外に放出しうるように構成されている。
また、前記吸着塔は、この被処理水と吸着材との接触によって被処理水に含有される放射性物質が前記吸着材に吸着されて該被処理水の放射性物質の濃度が低下されるように構成されている。
なお、これらの物質は、吸着材として利用する際には、単独で用いても、複数混合して用いてもよい。
その場合には、これらを粉末や該粉末を焼結させた多孔質材の形態で利用することができる。
一方で、容器については、放射線によって大きな物性低下を生じないようなものであれば特にその材質が限定されるものではない。
なお、第一吸着処理部10のコンクリート槽は、前記埋立処分場の一部に一定厚みを有するコンクリートによって周壁と底面壁とを形成させる形で設けられており、その内外が完全に隔離されるようにして設けられている。
また、第一吸着処理部10は、コンクリート槽中に一定の堆積厚みとなるように吸着材を収容させて内部に前記吸着材による吸着材層を形成させているとともに、地上部から前記吸着材層を通る形でコンクリート槽の槽底に向かって延びる吸引管を有している。
なお、前記吸着材層を形成させるための吸着材としては、第二吸着処理部20に関して説明したものと同じような材質のものを採用することができる。
ただし、第一吸着処理部10において用いる吸着材は、第二吸着処理部20において用いる吸着材と同じである必要はなく、形状や材質等を第二吸着処理部20において用いる吸着材と異ならせていてもよい。
また、逆に、第二吸着処理部20と用いる吸着材を共通させて、第二吸着処理部20と全く同じ吸着材で前記吸着材層を形成させてもよい。
即ち、第一吸着処理部10は、前記吸着材層を通過する被処理水中の放射性物質を前記吸着材に吸着させて該被処理水の放射性物質の濃度を低下させ得るように構成されている。
ただし、当該第一吸着処理部は、最終的には完全に外界と遮断された閉鎖空間となるように構成されることが好ましい点において、底部に排出口などを設けない方が好ましく、前記のような上部側にのみ開口を有するコンクリート槽を採用することが好ましい。
また、前記pH調整部40は、前記一次処理水貯留部30から導入される被処理水を一旦貯留するためのpH調整槽と、該pH調整槽中の被処理水を生物学的な硝化脱窒処理を実施するのに適したpHとなるように調整するためのpH調整機構とを有している。
そして、前記硝化部50は、前記pH調整部40から導入される被処理水中に含まれている有機性窒素やアンモニア性窒素などを生物学的に酸化して硝酸性窒素や亜硝酸性窒素に変化させるための硝化槽を備えており、前記脱窒部60は、前記硝化部50から導入される被処理水中の硝酸性窒素や亜硝酸性窒素を還元して窒素ガスに変化させるための脱窒槽を備えている。
そして、前記中和部80は、前記凝集沈殿部70から導入された被処理水を中和処理するための処理水槽を備え、前記砂濾過部90は、前記中和部80から導入された被処理水の懸濁物質をさらに除去するために設けられている。
前記キレート処理部100は、前記第二吸着処理部20に導入させる被処理水に重金属イオン等が含有されている場合にこれをキレート剤で捕捉させるために前記第二吸着処理部20の前段側に設けられている。
本実施形態に係る水処理設備は、この限外濾過部110の限外濾過膜を通過した透過水に前記消毒部120で消毒処理を行って消毒後の水を処理水として系外に放流し得るように構成されている。
しかも、本実施形態においては、被処理水を前記第一吸着処理部10から前記消毒部120まで順に流下させる間に前記浸出水に含有されている放射性物質とは別の重金属や有機性窒素等を除去させることができる。
即ち、上記のような放射能濃度を示す状態において第二吸着処理部20の吸着材を取り扱うことで、この吸着材の取り扱いに厳重な管理を行う必要性を低減させることができる。
なお、第二吸着処理部20の吸着材が過度に放射能濃度が低い状態で前記吸着材取替工程を実施すると当該吸着材取替工程を頻繁に実施しなければならなくなり、水処理を実施する上での効率面から好ましいものではない。
従って、前記吸着材取替工程は、第二吸着処理部20の吸着材の放射能濃度が6,400Bq/kg以上の状態で実施することが好ましい。
即ち、第二吸着処理部20を通過する水には、殆ど放射性物質が含有されていない状態となるため、前記調整槽から流下する被処理水に含まれる放射性物質の略全量が第二吸着処理部の吸着材に吸着されることになる。
従って、この放射性物質の全量を前記吸着塔に収容されている吸着材の合計質量で割れば当該吸着材の放射能濃度を求めることができ、吸着材取替工程を実施するタイミングを把握することができる。
この方法によれば、空間線量はすぐに測定することができるため、当該測定時点の吸着量を反映でき、交換のタイミングを正確に管理出来る。
なお、吸着量と空間線量の関係は吸着材毎に異なる場合があるため、それぞれの吸着材毎にデータを測定しておくことが好ましい。
即ち、第二の吸着処理に用いられた吸着材は、放射能濃度が10,000Bq/kg以下、場合によっては、8,000Bq/kg以下で新たなものに取り換えられるが、通常、この程度の放射能濃度であれば、いまだに十分な吸着性能を有しているために、これを第一の吸着処理において有効に活用することが本実施形態の水処理方法において重要な要素となる。
ここで、第二吸着処理部20においてそれまで用いられていた吸着材を前記第一吸着処理部10の吸着材に加えて該第一吸着処理部の吸着材層の厚みを増大させることで、それまでに比べて第一吸着処理部10における放射性物質の吸着量を増大させることができ、同じような放射性物資の濃度の浸出水が発生していた場合でも、吸着材取替工程後(取り換えた吸着材の第一吸着処理部への収容後)において一次処理水貯留部30に向けて流下される被処理水の放射性物資の濃度を低減させることができる。
そして、埋立処分場に、(例えば、閉鎖させた第一吸着処理部の隣の区画に)新たに第一吸着処理部を設けて水処理を継続させればよい。
このように、本実施形態においては、基本的に第一吸着処理部のみを管理区域として水処理を行うことができ、放射能濃度が10,000Bq/kgを超える状態で第二吸着処理部の吸着材を取り換える場合に比べて管理を容易にすることができる。
なお、第一実施形態と共通する構成等に関しては、ここでは説明を割愛する。
(第二実施形態)
この第二実施形態においては、前記第一吸着処理部10と、前記第二吸着処理部20との間に逆浸透膜分離装置を備えた膜分離部200と、該膜分離部200の前段側に設けられた保安フィルター部130とが備えられている点において第一実施形態とは用いる水処理設備を異ならせている。
また、この第二実施形態においては、水中に含まれる塩類や放射性物質が水を蒸発させることによって濃縮される蒸発濃縮部160と該蒸発濃縮部160で蒸発された水が凝縮された凝縮水を貯留する凝縮水貯留部170がさらに備えられている点において第一実施形態とは用いる水処理設備を異ならせている。
そして、本実施形態においては、前記第一吸着処理部10で吸着処理がされた吸着処理水を、前記放射性物質の濃度を向上させた濃縮水と、前記濃度を低下させた透過水とに逆浸透膜を用いて膜分離する膜分離工程を2段構えに設けられた逆浸透膜分離装置で実施させうるように前記膜分離部200が構成されている。
即ち、本実施形態においては、前記第一吸着処理部10で吸着処理がされた吸着処理水を濃縮水と透過水とに分離するための第一膜分離装置140と、該第一膜分離装置140の透過水を逆浸透膜を用いてさらに濃縮水と透過水とに膜分離するための第二膜分離装置150の2つの逆浸透膜分離装置を備えた膜分離部200が備えられている。
なお、本実施形態の水処理設備は、第二吸着処理20において吸着処理が行われた後の吸着処理水が、前記蒸発濃縮部160において塩類や放射性物質が除去された後に、前記凝縮水として系外に排出されるか、再び、第一吸着処理部10か、又は、その上流側に返送されるように構成されている。
具体的には、平面膜型モジュール4は、円筒状の逆浸透膜モジュール本体5内に、円板状の平面膜(逆浸透膜)6が同じく円板状のスペーサー7の間に設けられた逆浸透膜部8が複数組積層されて構成されている。
前記逆浸透膜分離装置は、逆浸透膜モジュール本体5の内周面に被処理水を導入する被処理水流路9が設けられており、被処理水流路9から逆浸透膜の周囲に被処理水が導入され、該被処理水の導入によって平面膜6の表面において前記被処理水による乱流が形成されるように構成されている。
また、逆浸透膜部8の上部にはエンドプレート3が設けられ、浸透圧以上の圧力に耐えられるようになっている。
図3に示される平面膜型モジュール4において、透過水パイプ11は、逆浸透膜部8の中央部に貫通されている。
該平面膜型モジュール4は、前記透過水パイプ11により、逆浸透膜によって分離された透過水が排出され、濃縮水パイプ12により、各逆浸透膜によって濃縮された濃縮水がモジュール本体5外へ排出されるように構成されている。
一方で、後段側においては平面膜型モジュールを有する前記逆浸透膜分離装置の透過水が導入されるため、膜面に付着物が形成されるおそれが低く、装置の大きさに対して膜面積を広く確保することが容易なスパイラル型逆浸透膜モジュール、中空糸型逆浸透膜モジュール又はプリーツ型逆浸透膜モジュールを有する逆浸透膜分離装置を用いることが好ましい。
そのため、本実施形態においては、系内の塩類循環を防止するために、前記蒸発濃縮部160において第二吸着処理部20通過後の水についての蒸発濃縮処理を行い、塩分を固化処理することで、系内の塩類循環を防止するようにしている。
ただし、ここで固化される成分に放射性物質が10,000Bq/kgを超える濃度で含有されると、特別な管理が必要になるおそれがあることから、蒸発濃縮処理は得られる固体が10,000Bq/kg以下、より好ましくは8,000Bq/kg以下の放射能濃度となるように実施することが好ましい。
このような処理を実施する場合、蒸発した水分は前記凝縮水貯留部170を通じて排出しても良いし、前記第一吸着処理部10、前記一次処理水貯留部30などのいずれか、又は、これらを含む複数個所に返送して循環させても良い。
また、第二吸着処理部20通過後の水は、一部をそのまま循環させて、残りの一部を蒸発濃縮処理しても良い。
本発明は、上記の第一実施形態や第二実施形態のみにその実施形態が限定されるものではない。
これらの実施形態に対して従来公知の技術事項を適宜付加したり、これらの実施形態において例示した各構成の内、本発明の本質的な部分ではないものについてはこれを適宜削除することもできる。
さらには、上記の第一実施形態や第二実施形態の構成を同種の機能を有するものに変更したり、処理の流れにおける各構成の順番を入れ替えたりすることも可能である。
例えば第一実施形態においてはキレート処理部を第二吸着処理部の前段に配置しているが、キレート剤が放射能物質を吸着して汚染する可能性が高く、またキレート剤が汚染されることが好ましくない場合は、前記キレート処理部を第二吸着処理部の後段に設置しても良い。
また、第二実施形態において、第一膜分離装置140によって十分に放射性物質を除去しうる場合は、第二膜分離装置150を設けない構成としても良い。
一方で、実際の使用において、安全のために膜分離部の後段においてセーフティーネットとして第三の吸着処理部を設けて排出される透過水を処理するようにしても良い。
即ち、逆浸透膜に予期せぬ破損等が生じて透過水側に放射性物質が漏洩した場合を想定して前記第三の吸着処理部によってセーフティーネットを構成させてもよい。
さらに、図2や図4の実施形態のように逆浸透膜を利用する場合、濃縮水に対して蒸発濃縮処理を行う構成としているが、この構成は必須では無い。即ち、濃縮水中の塩濃度が問題とならない場合、蒸発濃縮処理を行わずに返送する構成としても良い。
また、本実施形態においては、処理対象物を放射性物質の埋設処理された土壌からの浸出水としているが、本発明はこのような被処理水以外の水処理にも有用なものである。
なお、埋立処分地においては、上述した通り当該敷地の一角を管理区域として管理すると共に、当該区域に第一吸着処理部を設置することによって、管理を安全かつ容易に行えるという利点がある。
6 平面膜
7 スペーサー
9 被処理水流路
10 第一吸着処理部
20 第二吸着処理部
30 一次処理水貯留部
40 pH調整部
50 硝化部
60 脱窒部
70 凝集沈殿部
80 中和部
90 砂濾過部
100 キレート処理部
110 限外濾過部
120 消毒部
140 第一膜分離装置
150 第二膜分離装置
200 膜分離部
Claims (8)
- 放射性物質を吸着可能な吸着材に放射性物質を含有する被処理水を接触させて該被処理水の放射性物質の濃度を低下させる水処理方法であって、
前記被処理水を前記吸着材に接触させて放射性物質の濃度を低下させる第一の吸着処理を実施した後に、該第一の吸着処理がされた被処理水を別の吸着材に接触させて前記濃度をさらに低下させる第二の吸着処理を実施し、該第二の吸着処理に用いた吸着材の放射能濃度が10,000Bq/kgを超える前に該吸着材を新たな吸着材に取替える吸着材取替工程を実施し、取替えられた前記吸着材を前記第一の吸着処理に利用することを特徴とする水処理方法。 - 前記吸着材取替工程を、前記吸着材の放射能濃度が8,000Bq/kg以下で実施する請求項1に記載の水処理方法。
- 前記第一の吸着処理後、該第一の吸着処理がされた被処理水を前記放射性物質の濃度を向上させた濃縮水と、前記濃度を低下させた透過水とに逆浸透膜を用いて膜分離する膜分離工程を実施し、該膜分離工程によって得られた前記濃縮水に対して前記第二の吸着処理を実施する請求項1又は2記載の水処理方法。
- 処理する前記被処理水には、放射性物質又は放射性物質により汚染された廃棄物が埋設処理された埋立処分場から浸出する浸出水が含有されている請求項1乃至3のいずれか1項に記載の水処理方法。
- 放射性物質を吸着可能な吸着材が収容され、放射性物質を含有する被処理水が導入されて前記放射性物質が前記吸着材に吸着されて前記被処理水の放射性物質の濃度が低下される吸着処理部が少なくとも2つ備えられている水処理設備であって、
前記吸着処理部の内の第一の吸着処理部において前記吸着材に放射性物質を吸着させる吸着処理が行われた前記被処理水を第二の吸着処理部に導入させてさらなる吸着処理を実施させるべく用いられ、且つ、前記第二の吸着処理部の吸着材の放射能濃度が10,000Bq/kgを超える前に該吸着材が新たな吸着材に取替えられて用いられ、該取替えられた前記吸着材を前記第一の吸着処理部の吸着材に加えて該第一の吸着処理部での吸着処理に利用し得るように、前記第一の吸着処理部には、さらに吸着材を収容させるためのスペースが設けられていることを特徴とする水処理設備。 - 前記第二の吸着処理部の吸着材が、前記放射能濃度が8,000Bq/kg以下で新たな吸着材に取替えられて用いられる請求項5に記載の水処理設備。
- 前記第一の吸着処理部で吸着処理がされた被処理水を前記放射性物質の濃度を向上させた濃縮水と、前記濃度を低下させた透過水とに逆浸透膜を用いて膜分離する膜分離部がさらに備えられており、該膜分離部で発生した前記濃縮水を前記第二の吸着処理部で吸着処理し得るように前記膜分離部が前記第一の吸着処理部と前記第二の吸着処理部との間に備えられている請求項5又は6記載の水処理設備。
- 放射性物質又は放射性物質により汚染された廃棄物が埋設処理された埋立処分場から浸出する浸出水を含んだ前記被処理水の処理に用いられる請求項5乃至7のいずれか1項に記載の水処理設備。
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