JP2013113593A

JP2013113593A - 除染方法及び装置

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Publication number: JP2013113593A
Application number: JP2011257095A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Watanabe; 敦志渡辺; Hiroshi Endo; 遠藤　　洋; Yutaka Yonetani; 豊米谷
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2013-06-10
Anticipated expiration: 2031-11-25
Also published as: JP5832870B2

Abstract

【課題】
廃棄物となる汚染水の増加を抑制することで低放射能飛散、且つ高効率に放射能を除去できること。
【解決手段】
本発明の除染方法は、上記課題を解決するために、加圧した水を除染対象物に噴射することで、対象物に付着している放射能を除去する除染方法において、前記除染対象物に噴射する加圧した水として、供給水タンク中に炭酸ガスを通気し、ｐＨを調整した水を用いることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は除染方法及び装置に係り、特に、原子力発電所で用いられ、水流を利用した構造物表面の放射能を除去するものに好適な除染方法及び装置に関する。

原子力発電所内で使用する機器、工具は耐用年数経過後に処分が必要となる。また、原子炉を廃炉する時には、原子炉建屋やタービン建屋の床材や壁材、建物内の付帯設備等の処分が必要となる。

原子炉の炉内構造物や冷却水に晒された配管等は放射化したコバルトが付着しており、燃料の一部が飛散した場合には、建屋内の床や壁、建屋外の地面や建築物にはセシウム等の放射能が付着することになる。

これら建物や物品を処分する際、外面に付着した放射能除去に係わる除染作業が必要となるが、作業者の被ばくを防止することが必要で、その観点から除染作業は高い除去性能が求められる。また、作業者が除染対象物品に接近して除染作業を実施する場合、周囲に放射能を拡散させないことや対象品以外の二次汚染廃棄物をなるべく発生させないことも重要となる。

除染方法には、大きく分けて２種類に区別される。１つは対象物を物理的に破壊する機械除染、２つ目は薬品等で化学的に破壊する化学除染である。いずれも対象物の外表面を洗浄するか、或いは対象物表層の一部を剥離することで、外表面から放射能を取り去る方法である。

機械除染は、水を用いる湿式、打撃工具を用いる乾式に分類される。湿式は、ノズルから噴射した液体で表面から除去した放射能を同伴させて回収することができるが、水そのものが二次廃棄物となる。一方、乾式は、破壊力が大きいので作業スピードを速くできるが、重量が重く操作しにくいことや放射能が粉塵として飛散するので、作業エリアの空気の清浄化が必要である。

本発明では、線量の高い場所での除染作業を考慮すると、遠隔での作業が必要であることから、比較的軽量で気中への放射性粉じんの飛散は少ないという長所を活用する湿式に着目した。

湿式の一例としては、水槽に設置した対象物に水中で水流を噴きつける除染方法がある（特許文献１参照）。この方法では、水槽の溶液を化学薬品に変更することで、化学除染の効果も併用することが出来る。しかし、薬剤を用いることで薬剤の処理設備が必要である。

また、助剤を水流に混入して、表面を破壊する方法がある（特許文献２参照）。この方法では、構造材の切断や加工時に大量の金属切断助剤を衝突させる必要があるため、助剤を水と一緒に吸引し、遠心分離を行うか、フィルタろ過を行うことが必要である。

例えば、特許文献３及び特許文献４のように、切断作業を行うプール内に専用容器を設置し、限られた空間で作業を行うことで回収効率を向上させる方法が挙げられる。また、非特許文献１のように、金属やセラミックス、天然鉱石を切断助剤に用いた例が示されている。

しかし、これらの方法では固体の回収方法は記載されているが、液性の調整について検討されていない。

特開２００２-１１６２９５号公報特開２０１０-７８５３９号公報特開平７−８４０９４号公報特開平８−２３３９７２号公報

ウォータージェットによる切断技術開発、デコミショニング技報、１９９１

上述した従来技術の水流を用いた除染方法は、剥離効率を向上するために、水量を増加する方法と薬品を添加する方法、剥離助剤として金属や鉱石等の固体を混入させる方法を検討した。

しかし、この従来の方法では、剥離効率を向上するために薬品や助剤を用いた水流は、使用する水量も膨大で、大規模な給排水処理槽が必要になり、薬品そのものが廃棄物となり、更に、薬品の処理設備も放射性廃棄物として発生することになる。また、建屋の床や壁の除染を行う際には、コンクリートの破砕片を回収することになるため、除染中の廃液はアルカリ性に変化するが、これらに対する措置が見当たらない。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、湿式の除染技術であっても、廃棄物量を増加させずに高効率で除染することが可能で、且つコンクリート除染時の廃水ｐＨの変化を抑制することができる水流を用いた除染方法及び装置を提供することにある。

水流を用いた除染方法の課題は、水量や廃棄物を増加させずに剥離効率を向上すること、除染水のpＨがアルカリに変化することを防止することである。

そこで、本発明の除染方法は、酸性液が金属を溶解しやすいことに着目し、薬剤を用いずに炭酸ガスを通気することで、供給水の水質を予め酸性にして対象物に付着している放射能を効率よく剥離するものである。

コンクリート除染の際には、コンクリート破砕片が混在するとpＨがアルカリ性になるが、除染液に酸性液を用いていれば、廃水として回収する際には中和されることになる。作業後はガス通気を止めれば、水中の炭酸は空気中へ移行するため水のpＨは、時間の経過と共に中性となるため、後処理設備が不要である。

また、水の使用量を抑制するためには、酸性溶液を用いる方法以外に、更に、以下の手段も考えた。

即ち、対象物毎に予め除染に必要な水量Ｑを求めておき、合理的な水流条件を設定する方法や、水に揮発性液体を混合することで除染に必要な水量Ｑを確保しつつ、除染後は揮発性液体量Ｑ´が揮発するため、回収すべき廃水量はＱ−Ｑ´とＱより少なくする方法、更には、回収した廃水を供給水として再利用する循環水方法で解決できる。

以上のことから、高効率で水の使用量が抑制できる除染方法及び装置の詳細を以下に示す。

（１）本発明においては、炭酸ガスを通気することで水質を酸性に調整した水を対象物に噴射し、対象物に付着している放射能を除去する除染方法。

（２）本発明においては、予め求めた対象材質の剥離深さと水圧の関係データベースを用い、水流条件を適正設定し、炭酸ガスを通気することで水質を酸性に調整した水で対象物に噴射し、対象物に付着している放射能を除去する除染方法。

（３）本発明においては、揮発性液体を混入した水を対象物に噴射し、対象物に付着している放射能を除去する除染方法。

（４）本発明においては、炭酸ガスを通気することで水質を酸性に調整した水を供給水容器に備え、給水ポンプにより水を噴射することで対象物に付着している放射能を除去し、放射能を含む水を吸引ポンプで吸引、ろ過後に供給水容器に補給する循環水を用いた除染装置。

本発明によれば、炭酸ガスを溶解した酸性溶液を用いることで、水量を増加させずに対象物表面からの剥離効率が向上することが可能となる。また、適正な水流条件を設定することや揮発性液体を混合することで使用水量の抑制を図ることができると共に、除染に用いる水を循環させることで、排水処理が不要となるため、最小水量で従来以上の剥離効率を有する除染作業が実施可能となる。

本発明の除染方法の実施例１を説明するための模式図である。本発明の除染方法の実施例２を説明するための模式図である。本発明の除染方法の実施例３を説明するための模式図である。本発明の実施例２における除染方法で用いるデータベースの例を示す図である。本発明の実施例１における除染方法を用いた除染作業を示す模式図である。本発明の実施例２における除染方法を用いた除染作業を示す模式図である。本発明の実施例１及び実施例３の除染方法を用いた除染作業の主な手順を示すフローチャートである。２５℃におけるＦｅの電位-ｐＨの関係を示す特性図である。２５℃におけるＭｇの電位-ｐＨの関係を示す特性図である。

以下、本発明の除染方法の実施例について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１であり、給水タンク４からホース３を介して接続された給水ポンプ２で加圧された水をノズル１から噴射して、対象物７の表面に付着した放射能６を除去する除染方法の概要を示すものである。

該図において、除染装置は、水を貯留する供給水タンク４、供給水タンク４内の水に炭酸ガスを供給する炭酸ガス装置５、除染対象物に除染液を噴射するノズル１、炭酸ガスを通気してｐＨを調整された供給水タンク４内の除染液を加圧してノズル１に供給する供給ポンプ２を備える。

炭酸ガス供給装置５から通気される炭酸ガスを継続すると、供給水タンク４中の水は、中性から酸性へ変化していく。このとき、供給水タンク４中の水質は、pＨ計１１で監視している。対象物７が金属の場合は、pＨ=４程度まで酸性とし、コンクリートの場合は、pＨ=５程度とする。

pＨを再度中性に戻す場合は、水中の炭酸濃度を低下させることでpＨは上昇するので、供給水タンク４の蓋を開けて大気開放とするか、炭酸ガスの代わりに窒素ガスを通気すればよい。また、噴射を継続すると水が消費されるので、液位が低下すると液レベル計１７が検知し、給水装置１８から水が補給される。

図７に示す作業手順ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ９に従い、手順の内容を、室内の床面を除染する場合における装置構成を示す図５と合わせて、以下に、概略を説明する。

ＳＴＥＰ１で除染作業を開始、ＳＴＥＰ２では、除染作業を実施する場所まで移動する。このとき、作業場所の状況を把握するため、カメラや線量計により必要な環境計測も合わせて実施する。

図５に示すように、除染装置は、更に、遠隔で移動できる移動装置２０、移動装置２０に搭載されたカメラ２１、除染液を回収する吸引カバー８を備える。ノズル１は吸引カバー８内に設置される。吸引カバー８及びノズル１は移動装置２０に搭載される。移動装置２０はホースドラム２２を介して、給水ポンプ２や移動装置操作盤２３、カメラモニタ操作盤２４と接続される。

ＳＴＥＰ３で、作業位置での線量測定を実施し、必要に応じて線源位置を特定する。線量率の大きさに応じて除染作業の必要性を判断する。また、移動装置操作盤２３で移動装置２０を走査し、カメラモニタ操作盤２４でのカメラ画像をもとに線源位置の場所や線量率を特定し、除染を行う範囲の設定を行う。また、ＳＴＥＰ４では、カメラ画像等をもとに対象物の材質を判定する。対象物がコンクリートの場合、ＳＴＥＰ５ａに進み、水噴射条件はメモリ１０に予め保存されている対象物の剥離条件データベース（コンクリート剥離条件データベース）に基づいて設定される。

剥離条件データベースの一例を図４に示す。該図に示すような、噴射する水圧に対する剥離深さや剥離効率、剥離体積を求めておき、必要以上の剥離を行わずに廃棄物量が少なく済むような水圧条件を設定して、ＳＴＥＰ７で洗浄を行う。作業中は吸引ポンプ９で吸引カバー８から水を吸引し、排水先へホースで接続される。作業を継続すると、供給水タンク４中の水量が減ってくるので、液レベル計１７に接続した給水スイッチ１９ｂを開けて、必要量給水する。ＳＴＥＰ８で線量を確認して、線量率が低下すれば、ＳＴＥＰ９で作業終了となる。

線量低下が不十分であれば再度洗浄を行い、必要に応じて、ＳＴＥＰ７ｂの供給水の水質調整を行う。水質調整は、図５に示す供給水タンク４中に通気している炭酸ガス供給装置５のスイッチ１９ａを開けて流量を増加し、ｐＨ計１１の指示値を酸性に変化させることで可能である。供給水のｐＨを低下させると、コンクリートや金属表面に付着している金属放射能を溶解しやすくなるため、剥離効率が上昇することになる。

例えば、図８に示すように、鉄はコンクリート表面(アルカリ性)に付着しているとＦｅ（ＯＨ）_２等の水酸化物で存在するが、ｐＨ＝４の酸性であるとＦｅ^２＋のイオンとなるため、水に溶解しやすくなる。また、図９に示すように、Ｍｇも同様で、アルカリでは水酸化物（Ｍｇ（ＯＨ）_２）であるが、酸性ではイオン（Ｍｇ^２＋）として溶解することになる。ＳＴＥＰ７ｃは、後述の実施例３で説明する。

図２及び図６は、本発明の実施例２で、除染作業に用いる水を循環式で用いる方法を示すものである。

該図に示す如く、除染に用いる水を吸引ポンプ９で吸引する際、気液分離器１３及び遠心分離機１４を備え、回収カバー８で吸引したハツリ材やごみ等を分級することができる。また、吸引ポンプ９の後段に浄化装置１２を備え、微粒子や溶解性成分の除去を行った後、供給水タンク４に注水する。水が常時供給できない場合や使用水量を増やしたくない場合に好適な方法である。

図３は、本発明の実施例３で、ノズル１に薬剤注入タンク１６から薬剤を注入する方法を示すものである。図７に示した作業手順におけるＳＴＥＰ７ｃの内容である。

ＳＴＥＰ７ｃは、ノズル１にエタノールやアセトン、ドライアイス等の室温で蒸発しやすい物質を薬剤として用いる。エタノールやアセトンは有機物を洗浄する効果があり、ドライアイスは固体のまま衝突するので、剥離効率の増加が期待でき、線量の低下を図ることが可能である。

特性の効果以外に、これら薬剤を混入すると、設定水量を変化させずに薬剤を追加した分の液量が増加することになるので、剥離効率が上昇することになる。特に、薬剤は室温で蒸発して、排水の必要な無いため、供給水量は増加させずに済むことになる。

また、設定水量となるように、水量を減らして、減らした水量に相当する量の薬剤を混入すれば、供給水の使用量を減らすことができる。

本発明は、原子力発電所で用いられている機器や建物に付着した放射能除染作業に適用することができる。

１…ノズル、２…給水ポンプ、３…ホース、４…供給水タンク、５…炭酸ガス供給装置、６…放射能、７…対象物、８…吸引カバー、９…吸引ポンプ、１０…データベース、１１…ｐＨ計、１２…浄化装置、１３…気液分離器、１４…遠心分離器、１５…固体回収容器、１６…薬剤注入タンク、１７…液レベル計、１８…給水装置、１９ａ…炭酸ガススイッチ、１９ｂ…給水スイッチ、２０…移動装置、２１…カメラ、２２…ホースドラム、２３…移動装置操作盤、２４…カメラモニタ操作盤。

Claims

加圧した水を除染対象物に噴射することで、対象物に付着している放射能を除去する除染方法において、
前記除染対象物に噴射する加圧した水として、供給水タンク中に炭酸ガスを通気し、ｐＨを調整した水を用いることを特徴とする除染方法。
請求項１に記載の除染方法において、
前記除染対象物に噴射する加圧した水は、予め求めた水量と剥離深さデータベースに基づいて噴射条件を設定し、前記除染対象物の材質に適した水量を用いることを特徴とする除染方法。
請求項１又は２に記載の除染方法において、
前記除染対象物に噴射する加圧した水に、室温で蒸発する物質を一定量混合することを特徴とする除染方法。
請求項３に記載の除染方法において、
前記室温で蒸発する物質は、前記除染対象物に衝突した後に気化する成分を有する物質で、エタノール、アセトン、ドライアイスのいずれかひとつを含むことを特徴とする除染方法。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の除染方法において、
除染に使用後の前記水を回収し、供給水タンクに戻すことで水を循環利用することを特徴とする除染方法。
加圧した除染液を除染対象物に噴射することで、前記除染対象物に付着している放射能を除去する除染装置において、
前記除染液を貯留するタンクと、該タンク内の前記除染液に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給装置と、前記除染対象物に前記除染液を噴射するノズルと、前記炭酸ガスを通気してｐＨが調整された前記タンク内の除染液を加圧し、前記ノズルに供給する供給ポンプとを備えていることを特徴とする除染装置。
請求項６に記載の除染装置において、
前記ノズルから噴射する前記除染液の水圧に対する前記除染対象物の剥離深さ、剥離効率、及び/又は剥離体積のデータを予め保存するメモリと、該メモリ内のデータに基づいて、前記ノズルからの前記除染液の噴射条件を設定し、前記除染対象物に前記除染液を噴射することを特徴とする除染装置。
請求項６又は７に記載の除染装置において、
前記ノズル内の前記除染液に、室温で蒸発する物質を混合することを特徴とする除染装置。
請求項８に記載の除染装置において、
前記室温で蒸発する物質は、前記除染対象物に衝突した後に気化する成分を有する物質で、エタノール、アセトン、ドライアイスのいずれかひとつを含むことを特徴とする除染装置。
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の除染装置において、
前記ノズルから前記除染対象物に噴射した後の除染液を回収する吸引カバーと、
前記吸引カバーにて回収された前記除染液を前記タンクに送る給水タンクを備えることを特徴とする除染装置。