JP2014215258A - 放射性物質除去装置、および、放射性物質除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汚染水中に含まれる放射性物質の中からセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトン、トリチウムなどの放射性物質を有効に除去できるようにした放射性物質除去装置を提供する。
【解決手段】貯留槽３に蓄えられた汚染水２の表面に、ゼオライトや珪藻土や発泡剤を固化剤で固めた複数の粒状体４を投入して汚染水２の表面を覆うようにする。そして、その粒状体４のゼオライトによって、セシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどを除去するとともに、珪藻土によって汚染水を気化させる。そして、その気化させた流体を液化させ、陽極室７４ａ、イオン交換膜７６、陰極室７５ａからなる電解セル７を用いて電解させる。そして、陰極室７５ａにトリチウムを濃縮させるとともに、陽極室７４ａの水を精製水として取り出すようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、汚染水の中から放射性物質を除去する放射性物質除去装置に関するものであって、より詳しくは、汚染水に含まれるセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトン、トリチウムなどを除去できるようにした放射性物質除去装置に関するものである。

従来より、水分に含まれる放射性物質を除去する方法として、下記の特許文献１などに記載される方法が提案されている。

この特許文献１に記載される方法は、放射性汚染水にゼオライトの粉末を投入して放射性物質を吸着させるとともに、そのゼオライトを処理水から分離するようにしたものである。このような方法によれば、放射性物質で汚染された水からセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどの放射性物質を除去することができるようになる。

しかしながら、このような方法で放射性物質を除去する場合、ジュウテリウムやトリチウムを除去することができない。

そこで、このような汚染水からトリチウムを濃縮する方法として、下記の特許文献２に記載される方法などを用いることも考えられる。

この特許文献２に記載されるトリチウムの濃縮装置は、図２に示すように、金属ブロック７１ａとゴムパッキン７３とメッシュ状の陽極７４で囲まれた陽極室７４ａと、この陽極室７４ａとイオン交換膜７６を挟んで設けられ、同様に、金属ブロック７１ｂとゴムパッキン７３とメッシュ状の陰極７５で囲まれた陰極室７５ａとを設けて構成されており、陽極室７４ａに試料水を入れることによって、陽極７４近傍で水素ガスを発生させると同時に水素イオンを生成させ、その水素イオンをイオン交換膜７６を通過させて陰極室７５ａに浸透させるとともに、陰極７５近傍で水素ガスを発生させるようにしたものである。そして、このような電解の進行によって、トリチウムを濃縮させた随伴水を陰極室７５ａに貯留させるようにしたものである。

このようにすれば、陽極室７４ａからイオン交換膜７６を透過させて陰極室７５ａへと試料水を透過させることによってトリチウムを順次濃縮させて、水からトリチウムを分離させることができるようになる。

特開２０１３−５０４１８号公報 特開２０１０−６６３７号公報

しかしながら、このような特許文献２に示されるようにした装置を用いて汚染水の中から放射性物質を除去するようにした場合、次のような問題を生じる。

すなわち、種々の放射性物質を含む汚染水を図２に示すような装置の陽極室に供給すると、セシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどの放射性物質が陽極のメッシュやイオン交換膜の微小孔に入り込んでしまい、目詰まりを起こしてしまう。このため、効果的にトリチウムなどの放射性物質を除去することができなくなってしまう。

そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、汚染水中に含まれる放射性物質の中からセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトン、トリチウムなどの放射性物質を有効に除去できるようにした放射性物質除去装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は上記課題を解決するために、放射性物質を含む汚染水を貯留する貯留槽と、当該貯留槽に貯留された汚染水を、ゼオライトもしくはゼオライトを含む除去剤を透過させる第一除去部と、当該第一除去部を透過した流体からイオン交換膜を介してトリチウムを透過させる第二除去部とを備えるようにしたものである。

このようにすれば、先にセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどの放射性物質を除去し、その後、トリチウムを除去することができるので、イオン交換膜で目詰まりを起こしてしまうようなことがなくなる。

また、このような発明の一実施の形態として、放射性物質を含む汚染水を貯留する貯留槽と、当該貯留槽に貯留された汚染水の表面を覆うように投入され、ゼオライトおよび珪藻土および発泡剤を固化剤で固めた複数の粒状体を透過させる第一除去部と、当該第一除去部の上方の気体を収集して液化させる液化部と、当該液化部で液化された流体からイオン交換膜を介してトリチウムを濃縮させる第二除去部とを備えるようにする。

このようにすれば、貯留槽としてどのようなものを用いても表面に粒状体で形成された膜を作ることができ、そこから気化させた流体を収集してトリチウムを除去することができるようになる。しかも、気化させてからトリチウムを含む汚染水を収集するようにしたので、比較的重いセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどが気体内に混入することがなくなる。

本発明によれば、放射性物質を含む汚染水を貯留する貯留槽と、当該貯留槽に貯留された汚染水を、ゼオライトもしくはゼオライトを含む除去剤を透過させる第一除去部と、当該第一除去部を透過した流体からイオン交換膜を介してトリチウムを透過させる第二除去部とを備えるようにしたもので、イオン交換膜にセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどが目詰まりを起こしてしまうようなことがなくなる。

本発明の一実施の形態を示す放射性物質除去装置の概要を示す図 トリチウムを除去する電解セルを示す分解斜視図

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

この実施の形態における放射性物質除去装置１は、セシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトン、トリチウムなどの放射性物質を含んだ汚染水２から放射性物質を除去できるようにしたものであって、その汚染水２を貯留する貯留槽３と、その貯留槽３に貯留された汚染水２から、先にセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどの放射性物質を除去する第一除去部である粒状体４と、その第一除去部（粒状体４）で除去された後の汚染水２からトリチウムを濃縮して除去できるようにした第二除去部である電解セル７とを備えるように構成されている。以下、本実施の形態における放射性物質除去装置１の構成について詳細に説明する。

まず、貯留槽３は汚染水２を貯留できるようにしたものであって、上方の開口部から汚染水２を投入し、その上部の開口部を蓋体３１で密閉可能に構成されている。この蓋体３１には、貯留槽３の水面上方の空間に乾燥した空気を流入させる流入口３２や、その空間で水分を含んだ空気を排出させるための排出口３３が設けられており、図示しない空気ポンプから随時流入口３２に乾燥した空気を供給できるようになっている。なお、ここでは空気ポンプから乾燥した空気を流入させるようにしているが、より迅速に空間内の気体から水分を吸収できるようにするためには、熱風を流入させるようにしてもよく、あるいは、貯留槽３に熱源を加えるようにしてもよい。

この貯留槽３の汚染水２の表面に浮遊するように投入される粒状体４は、本発明の第一除去部を構成するものであって、汚染水２の表面を覆って汚染水２の中からセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどの放射性物質を除去する成分で構成される。この粒状体４としては、次のような成分を含むようにしている。

＜ゼオライト＞

ゼオライトは、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含むとともに、水分子を結晶水として構造中に取り込むようにしたアルミニウムの含水珪酸塩鉱物であって、その結晶構造中の１ｎｍ程度の細孔内に、汚染水２中のセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどを吸着させて再放出させない機能を有する。このゼオライトは、粒状体４に対して３０〜６０重量パーセントの割合で含むようにしている。また、このゼオライトは、イオン交換能を有しており、水溶液中で陽イオン交換を行う。特に、このゼオライトの陽イオン交換は、セシウムやストロンチウムなどの有害物質を効果的に陽イオン交換させる。なお、このゼオライトとしては、天然のゼオライトであってもよく、あるいは、人工ゼオライトであってもよい。

＜珪藻土＞

この珪藻土は、藻類の一種である珪藻の殻の化石よりなる堆積物から構成されるものであって、直径２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の細孔を有するものである。この珪藻土は、ゼオライトよりも径の大きな細孔を有しており、その細孔内に水分を吸着させて再放出させるという機能（いわゆる「調湿機能」）を有している。この珪藻土は、粒子体に対して２０〜４０重量パーセントの割合で含ませるようにしている。そして、この珪藻土を汚染水２の表面に浮遊させることによって、汚染水２からの水分を吸収し、その貯留槽３の上部空間に水蒸気として汚染水２を放出させる。

＜固化剤＞

固化剤は、このようなゼオライトや珪藻土を固化させて粒状体４にできるようにしたものであって、例えば、セメントなどが好適に用いることができる。このようなセメントは、比較的水に強い特性を有するため、汚染水２中に粒状体４を投入しても、粒状体４がバラバラになるようなことがない。このような固化剤としては、粒状体４に対して１０〜１５重量パーセントの割合で含ませるようにしておく。

＜発泡剤＞

この発泡剤は、粒状体４を汚染水２の表面に浮遊させるようにしたものであって、発泡スチロールの粒子や中空バルーンなどのように比較的比重の小さい材料で構成される。そして、粒状体４の比重が全体として汚染水２よりも軽くなるように、この発泡剤を含ませるようにしており、例えば、粒状体４に対して１〜５重量パーセントの範囲内で含ませるようにしている。

そして、このように構成された粒状体４を形成する場合、ゼオライトや珪藻土、発泡剤を上述の割合で混合させ、これに固化剤を用いて混練させる。そして、直径として３０μｍ〜５ｃｍの範囲内に粉砕させて粒状体４を形成する。

このような貯留槽３から排出された気体を液化させる液化部５は、排出された気体を冷却させて液化させるように構成されたものであって、所定の温度で冷却させて第二貯留槽６にその汚染水２を排出させる。このように液化をさせる場合、室温程度の温度で液化させられるようにするためには、貯留槽３の流入口３２から温風を吹き込むようにしておくとよい。そして、このように液化された汚染水２を、第二貯留槽６に貯留させる。

この第二貯留槽６には、汚染水２からトリチウムを除去する第二除去部が設けられる。

この第二除去部は、イオン交換膜７６を用いてトリチウムを濃縮化するようにしたものであって、図２に示すように、電解セル７を多段式に設けて順次トリチウムを濃縮していき、最後に設けられた電解セル７からトリチウムを濃縮させた後の水を取り出すようにしている。

それぞれの電解セル７は、イオン交換膜７６を挟んで小径の円盤状の陽極７４と陰極７５を対向配置して構成されており、それぞれの陽極７４と陰極７５側に陽極室７４ａと陰極室７５ａを形成できるようになっている。この陽極室７４ａは、汚染水２を流入させる貫通孔７２を備えた金属ブロック７１ａと、リング状のゴムパッキン７３と、そのゴムパッキン７３の前方に設けられるイオン交換膜７６とで囲まれる中空部によって形成されており、そのゴムパッキン７３の中空部にメッシュ状の陽極７４とを配置させるようにしている。一方、陽極室７４ａについても、同様に、イオン交換膜７６と、その前方に設けられたリング状のゴムパッキン７３と、その前方に設けられ汚染水２を排出させる貫通孔７２を備えた金属ブロック７１ａとで囲まれた中空部で形成されており、そのゴムパッキン７３の中空部にメッシュ状の陰極７５とを配置させるようにしている。なお、これらの陽極７４や陰極７５には、電源から延びるリード線が接続されており、それぞれを陽極７４および陰極７５として機能させるようにしている。また、これらの陽極室７４ａと陰極室７５ａの間に設けられるイオン交換膜７６は、高いプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜によって構成されており、水素イオンなどを透過させるようになっている。そして、このように構成された電解セル７を配置することによって、水素イオンを電解セル７のイオン交換膜７６を透過させ、トリチウムを陰極室７５ａ側に収集させるようにしている。

次に、このように構成された放射性物質除去装置１における汚染水２の除去方法について説明する。

まず、貯留槽３に汚染水２を投入するとともに、その汚染水２の上部に粒状体４を投入する。このとき粒状体４が汚染水２の表面をすべて覆うように投入する。そして、このように汚染水２や粒状体４を投入した後、蓋体３１で開口部を閉じて、流入部から空気を流入させるようにする。

すると、この汚染水２に投入された粒状体４のうち、珪藻土が細孔の毛細管現象によって水分を吸い上げるとともに、ゼオライトによって、その水分に含まれるセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどの水よりも比重の大きい放射性物質を不可逆的に吸着させる。そして、珪藻土に含まれた水分が貯留槽３の上部空間に放出させる。このとき、上部空間に放出された水分内には、セシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどが含まれず、水分子よりも比重の軽いトリチウムが含まれることになる。

そして、その気体を排出管から排出させるとともに、液化部５で冷却させて液化させて、その液化させた汚染水２を第二貯留槽６に貯留させる。

次に、第二貯留槽６では、陽極７４と陰極７５に電源を供給するとともに、金属ブロック７１ａの貫通孔７２からトリチウムを含んだ汚染水２を陽極室７４ａに供給する。すると、陽極室７４ａでは、陽極７４の近傍で電解が進行し、酸素ガスが発生すると同時に水素イオンが生成され、随伴水を伴った水素イオンが、イオン交換膜７６と通過して陰極室７５ａへ向けて進出する。そして、陰極室７５ａの陰極７５近傍で水素ガスが発生し、このような電解の進行によって、トリチウムが濃縮された随伴水として陰極室７５ａに徐々に貯留される。

そして、この濃縮された随伴水については汚染水２として廃棄するとともに、陽極室７４ａに蓄えられている水を精製水として排出するようにする。

以下、同様にして、貯留槽３に汚染水２を投入するようにするが、貯留槽３の汚染水２がなくなる都度、粒状体４を取り出していたのでは効率が悪くなる。そこで、貯留槽３の汚染水２がなくなった場合は、底面に存在する粒状体４の上部に流動コンクリートを流し込み、粒状体４が浮かないようにする。そして、このように底面の粒状体４が浮かないようにした状態で、次の汚染水２を投入するとともに粒状体４をその表面に投入し、セシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどの除去や、トリチウムを含む気体の液化、電解処理によるトリチウムの濃縮などを行うようにしていく。

このように上記実施の形態では、放射性物質を含む汚染水２を貯留する貯留槽３と、当該貯留槽３に貯留された汚染水２の表面を覆うように投入され、ゼオライトや珪藻土や発泡剤を固化剤で固めた複数の粒状体４を透過させる第一除去部と、当該第一除去部の上方の気体を収集して液化させる液化部５と、当該液化部５で液化された流体からイオン交換膜７６を介してトリチウムを濃縮させる第二除去部とを備えるようにしたので、イオン交換膜７６でセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどが目詰まりを起こしてしまうようなことがなくなる。また、しかも、汚染水２を気化させてからトリチウムを含む汚染水２を収集するようにしたので、比較的重いセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどが混入することがなくなる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、汚染水２の表面に粒状体４からなる第一除去部を設けるようにしたが、ゼオライトで汚染水２を濾過させてセシウム、ストロンチウム、ヨウ素、キセノン、クリプトンなどを除去するとともに、その除去後の汚染水２から、同様の方法でトリチウムを濃縮させて水を取り出すようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、陰極室７５ａ側でトリチウムを濃縮させるようにしたが、次々に陽極室７４ａに汚染水２を投入して電解を行ったのでは、陽極室７４ａにトリチウムが含まれることとなり、その陽極室７４ａの水を精製水として取り出すことができない。そこで、一定量の汚染水２を陽極室７４ａに流入させた場合に、陽極室７４ａへの次の汚染水２の流入を停止し、一定時間電解を行ってトリチウムを陰極室７５ａに浸出させた後に、陽極室７４ａの水を精製水として排出させるようにするとよい。

さらに、上記実施の形態では、貯留槽３の表面に粒状体４を浮遊させるようにしたが、中層もしくは下層の放射性物質も除去できるようにするために、攪拌させるようにしてもよい。ただし、強く攪拌させると粒状体４の間に隙間ができてしまうため、粒状体４の間に隙間ができないような状態で攪拌させるようにするとよい。

また、上記実施の形態では、収集した気体を液化部５で冷却して液化させるようにしたが、そのまま第二貯留槽６に導いて冷却して液化させるようにしてもよい。

１・・・放射性物質除去装置
２・・・汚染水
３・・・貯留槽
３１・・・蓋体
３２・・・流入口
３３・・・排出口
４・・・粒状体
５・・・液化部
６・・・第二貯留槽
７・・・電解セル
７１ａ、７１ｂ・・・金属ブロック
７２・・・貫通孔
７３・・・ゴムパッキン
７４・・・陽極
７４ａ・・・陽極室
７５・・・陰極
７５ａ・・・陰極室
７６・・・イオン交換膜

Claims (4)

1. 放射性物質を含む汚染水を貯留する貯留槽と、
   当該貯留槽に貯留された汚染水を、ゼオライトもしくはゼオライトを含む除去剤を透過させる第一除去部と、
   当該第一除去部を透過した流体からイオン交換膜を介してトリチウムを透過させる第二除去部と、
   を備えたことを特徴とする放射性物質除去装置。
2. 放射性物質を含む汚染水を貯留する貯留槽と、
   当該貯留槽に貯留された汚染水の表面を覆うように投入され、ゼオライトおよび珪藻土および発泡剤を固化剤で固めた複数の粒状体を透過させる第一除去部と、
   当該第一除去部の上方の気体を収集して液化させる液化部と、
   当該液化部で液化された流体からイオン交換膜を介してトリチウムを濃縮させる第二除去部と、
   を備えたことを特徴とする放射性物質除去装置。
3. 貯留槽に放射性物質を含む汚染水を貯留する工程と、
   当該貯留槽に貯留された汚染水を、ゼオライトもしくはゼオライトを含む除去剤を透過させる工程と、
   当該除去剤を透過した流体からイオン交換膜を介してトリチウムを濃縮させる工程と、
   を備えたことを特徴とする放射性物質除去方法。
4. 貯留槽に放射性物質を含む汚染水を貯留する工程と、
   当該貯留槽に貯留された汚染水の表面を覆うように、ゼオライトおよび珪藻土および発泡剤を固化剤で固めた複数の粒状体を投入する工程と、
   当該投入された粒状体の上方の気体を収集して液化させる工程と、
   当該液化部で液化された流体からイオン交換膜を介してトリチウムを濃縮させる第二除去部と、
   を備えたことを特徴とする放射性物質除去方法。

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