JP2015184199A - 水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カルシウム、ストロンチウムを含む処理水からストロンチウムを除去する水処理方法を提供する。
【解決手段】処理水に炭酸塩を添加することにより炭酸カルシウムを沈殿させ、カルシウム沈殿工程を経た処理水に炭酸塩を添加することにより炭酸ストロンチウムを沈殿させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ストロンチウム（Ｓｒ）を含む処理水を処理する水処理方法に関する。

例えば、ごみ焼却炉排水、灰埋立地浸出水や、海水などの処理水に含まれる放射性核種であるストロンチウム（Ｓｒ）は、法令に定められた濃度限度が放射性セシウム（^１３７Ｃｓなど）よりも低く、効果的な除去技術が必要とされている。

特許文献１には、ストロンチウム含有水にアルカリ条件下で炭酸塩を添加して凝集、固液分離する技術が記載されている。処理水中のストロンチウムは、アルカリ条件下で炭酸塩と反応して炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ_３）の沈殿を生成するため、凝集、固液分離でストロンチウムを効率的に処理することができる。

特開２０１３−１０４７２３号公報

しかしながら、上記従来の処理方法では、炭酸ストロンチウムを除去する際、同時に炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）や炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）などが析出する。即ち、取り出される沈殿物に炭酸カルシウムと炭酸ストロンチウムとが混在し、処理するスラッジ（廃棄物）の量が多くなる。一般的に処理水中のストロンチウム濃度はカルシウムやマグネシウム濃度よりも低く、スラッジの大部分は炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムとなる。

この発明は、処理水からストロンチウムを除去する水処理方法にて生成される沈殿物において、炭酸ストロンチウムと炭酸カルシウムとの混在を防止することができる水処理方法を提供する。

本発明の第一の態様によれば、水処理方法は、カルシウム、ストロンチウムを含む処理水に炭酸塩を添加することにより炭酸カルシウムを沈殿させるカルシウム沈殿工程と、前記カルシウム沈殿工程を経た処理水に炭酸塩を添加することにより炭酸ストロンチウムを沈殿させるストロンチウム沈殿工程と、を有する。

このような構成によれば、炭酸カルシウムを沈殿させる工程と、炭酸ストロンチウムを沈殿させる工程とを分けることによって、処理水から炭酸ストロンチウムのみを分離することができる。換言すれば、沈殿物において、炭酸カルシウムと炭酸ストロンチウムとが混在することを防止することができる。

上記水処理方法において、前記カルシウム沈殿工程において、前記炭酸塩の添加量は、前記炭酸ストロンチウムが析出しない量に調整されている構成としてもよい。
このような構成によれば、カルシウム沈殿工程における沈殿物に炭酸ストロンチウムが混入することを防止することができる。

上記水処理方法において、前記カルシウム沈殿工程において、沈殿物に前記炭酸ストロンチウムが含まれた場合に前記炭酸塩の添加を停止する制御を行う構成としてもよい。
このような構成によれば、カルシウム沈殿工程における沈殿物に炭酸ストロンチウムが混入することを防止することができる。

上記水処理方法において、前記カルシウム沈殿工程を経た処理水に、さらに、非放射性のストロンチウムを添加して沈殿処理を行ってもよい。
このような構成によれば、炭酸ストロンチウムを析出させる炭酸塩を低減することができる。

本発明によれば、処理水からストロンチウムを除去する水処理方法にて生成される沈殿物において、炭酸ストロンチウムと炭酸カルシウムとの混在を防止することができる。

本発明の第一実施形態の水処理方法を実施するための水処理装置の概略構成図である。 本発明の第二実施形態の水処理方法を実施するための水処理装置の概略構成図である。 従来の水処理方法を実施するための水処理装置の概略構成図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態の水処理方法を実施するための水処理装置１について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の水処理装置１は、ストロンチウム（放射性ストロンチウム、Ｓｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）などを含有する処理水から、特にストロンチウムを除去することを意図した処理装置である。処理水としては、海水を想定している。

図１に示すように、水処理装置１は、処理水が導入される第一凝集沈殿槽２と、第一凝集沈殿槽２から排出される処理水が導入される第二凝集沈殿槽３と、を有している。
第一凝集沈殿槽２は、処理水から処理水に含まれる炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を沈殿させることによって固液分離する槽である。第一凝集沈殿槽２は、第一炭酸塩添加装置５を有している。

第一炭酸塩添加装置５は、第一凝集沈殿槽２に炭酸ナトリウム（ＮａＣＯ_３）、二酸化炭素（ＣＯ_２）などの炭酸塩を添加する手段である。第一凝集沈殿槽２は、沈殿した炭酸カルシウムの放射線量を計測する放射線計測装置７を有している。放射線計測装置７は、沈殿物を取り出す取出管９に設けられている。取出管９は、第一凝集沈殿槽２の底部に設けられている。
また、水処理装置１は、放射線計測装置７によって計測された放射線量に基づいて炭酸塩の添加量を決定する制御装置１０を有している。

第二凝集沈殿槽３は、第一凝集沈殿槽２の下流側に設けられている。即ち、第一凝集沈殿槽２の流出管から流出する液分が第二凝集沈殿槽３に導入される。第二凝集沈殿槽３は、処理水に含まれる炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ_３）を沈殿させることによって固液分離する装置である。第一凝集沈殿槽２は、第二炭酸塩添加装置６を有している。
第一炭酸塩添加装置５は、第一凝集沈殿槽２に炭酸ナトリウムなどの炭酸塩を添加する手段である。

次に、本実施形態の水処理装置１を用いた水処理方法について説明する。
本実施形態の水処理方法は、処理水に炭酸塩を添加することにより炭酸カルシウムを沈殿させるカルシウム沈殿工程と、カルシウム沈殿工程を経た処理水に炭酸塩を添加することにより炭酸ストロンチウムを沈殿させるストロンチウム沈殿工程と、を有する。

（カルシウム沈殿工程）
第一凝集沈殿槽２おいて、処理水には炭酸塩が添加される。処理水に炭酸塩が添加されることによって、炭酸カルシウムが凝集し、沈殿する。

ここで、第一凝集沈殿槽２において、処理水から炭酸カルシウムのみが析出される原理について説明する。
処理水の温度を２５℃とすると、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸ストロンチウムの溶解度積Ｋｓｐは、以下の通りである。
ＣａＣＯ_３：Ｋｓｐ＝３．３６×１０^−９
ＭｇＣＯ_３：Ｋｓｐ＝６．８２×１０^−９
ＳｒＣＯ_３：Ｋｓｐ＝５．６×１０^−９

また、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムの海水組成は、以下の通りである。
Ｃａ：４１７ｍｇ／リットル
Ｍｇ：１２６０ｍｇ／リットル
Ｓｒ：４．２８ｍｇ／リットル

炭酸塩を添加することによって、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）とカルシウムイオン（Ｃａ^２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ^２＋）、及びストロンチウムイオン（Ｓｒ^２＋）とが反応し、溶解度積を超える濃度は、炭酸塩沈殿として析出する。
Ｃａ^＋＋ ＋ ＣＯ_３ ^２− → ＣａＣＯ_３↓
Ｍｇ^＋＋ ＋ ＣＯ_３ ^２− → ＭｇＣＯ_３↓
Ｓｒ^＋＋ ＋ ＣＯ_３ ^２− → ＳｒＣＯ_３↓

ここで、炭酸イオン濃度が同じであっても、溶解できる炭酸イオンとカルシウムイオン、マグネシウムイオン、及びストロンチウムイオン濃度が異なる。即ち、特定の炭酸イオン濃度とすることによって、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、及びストロンチウムイオンのうち、一つのイオンのみを析出させることができる。

海水の場合、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、及びストロンチウムイオンの濃度、及びモル濃度は、以下の通りである。
［Ｃａ^２＋］＝４１７ｍｇ／リットル＝１０．４ｍｍｏｌ／リットル
［Ｍｇ^２＋］＝１２６０ｍｇ／リットル＝５２．５ｍｍｏｌ／リットル
［Ｓｒ^２＋］＝４．２８ｍｇ／リットル＝０．０４９ｍｍｏｌ／リットル
即ち、
［Ｓｒ^２＋］＜＜［Ｃａ^２＋］＜［Ｍｇ^２＋］
である。

溶解度積は、炭酸カルシウムと炭酸ストロンチウムとが同程度であるため、第一凝集沈殿槽２に炭酸塩が添加されると、炭酸カルシウムが析出する。即ち、ストロンチウムイオンより濃度の高いカルシウムイオンと炭酸塩とが反応して炭酸カルシウムが析出する。
これにより、第一凝集沈殿槽２においては炭酸カルシウムが取出管９を介して排出される。

ここで、第一凝集沈殿槽２における炭酸塩の添加量は、炭酸ストロンチウムが析出しない量に調整されている。即ち、炭酸塩の添加量が多いと、第一凝集沈殿槽２において、炭酸カルシウムとともに炭酸ストロンチウムが析出するため、添加量が過剰とならないように調整されている。

また、第一凝集沈殿槽２における炭酸塩の添加量は、取り出される沈殿物の放射線量に応じて調整してもよい。具体的には、制御装置１０は、入力される沈殿物の放射線量によって（例えば０以上の放射線量を検知することによって）、沈殿物にストロンチウムが含まれていると判断し、炭酸塩の添加を停止する構成としてもよい。

（ストロンチウム沈殿工程）
第一凝集沈殿槽２において、カルシウムが分離された処理水は、第二凝集沈殿槽３に導入される。第二凝集沈殿槽３おいて、処理水には炭酸塩が添加される。ここで、上記したように、炭酸ストロンチウムの溶解度積の方が炭酸マグネシウムの溶解度積よりも大幅に小さく沈殿しやすい。よって、ストロンチウム、及びマグネシウムを含む処理水に炭酸塩が添加されることによって、炭酸ストロンチウムが凝集し、沈殿する。即ち、第二凝集沈殿槽３においては、ストロンチウムのみを除去することができる。これにより、処理水のストロンチウム濃度を低減することができる。
上記処理によって、処理水からはカルシウム、及びストロンチウムが除去されるが、更に下流に第三の凝集沈殿槽を設けて、マグネシウムを除去してもよい。

上記実施形態によれば、炭酸カルシウムを沈殿させる工程（カルシウム沈殿工程）と、炭酸ストロンチウムを沈殿させる工程（ストロンチウム沈殿工程）とを分けることによって、処理水から炭酸ストロンチウムのみを分離することができる。換言すれば、沈殿物において、炭酸カルシウムと炭酸ストロンチウムとが混在することを防止することができる。これにより、処理すべき放射性廃棄物の量を低減することができる。

また、カルシウム沈殿工程において、炭酸塩の添加量が炭酸ストロンチウムが析出しない量に調整されていることによって、カルシウム沈殿工程における沈殿物に炭酸ストロンチウムが混入することを防止することができる。

また、カルシウム沈殿工程において、沈殿物に炭酸ストロンチウムが含まれた場合に炭酸塩の添加を停止する制御を行うことによって、カルシウム沈殿工程における沈殿物に炭酸ストロンチウムが混入することを防止することができる。

なお、上記実施形態では、カルシウム沈殿工程とストロンチウム沈殿工程とで凝集沈殿槽を分ける構成としたが、炭酸カルシウムと炭酸ストロンチウムとが析出する時間（タイミング）を明確に分けることができればこれに限ることはない。
例えば、単一の凝集沈殿槽を用いて、処理水に炭酸塩を添加し、処理水内のカルシウムを除去した後、ストロンチウムを除去する構成としてもよい。即ち、炭酸イオン濃度を段階的に変化させることで、析出物の組成を調整してもよい。
また、上記実施形態は処理水として海水を想定しているが、ごみ焼却炉排水、灰埋立地浸出水などにも適用可能である。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の水処理方法を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図２に示すように本実施形態の水処理方法を実施するための水処理装置１Ｂは、第二凝集沈殿槽３に非放射性ストロンチウムを添加するための非放射性ストロンチウム添加装置１１が設けられている。非放射性ストロンチウムの添加量は、処理水の放射性ストロンチウム濃度の０．１倍〜１００倍程度とする。

ストロンチウムの濃度は低いため、非放射性のストロンチウムイオン源、例えば塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）を添加することによって炭酸ストロンチウムの析出が促進される。
以下に、その反応式を記す。
ＳｒＣｌ_２ → Ｓｒ_２ ＋ ２Ｃｌ⁻
Ｎａ_２ＣＯ_３ → ２Ｎａ^＋ ＋ ＣＯ_３ ^２−
Ｓｒ^２＋ ＋ ＣＯ_３ ^２− → ＳｒＣＯ_３↓

上記実施形態によれば、放射性ストロンチウムを含む処理水に非放射性ストロンチウムを添加することによって、ストロンチウムを析出させるのに必要な炭酸イオン濃度を低減することができる。例えば、全ストロンチウム濃度を１０倍にした場合、必要な炭酸イオン濃度は１／１０となる。これに伴い、析出する炭酸塩沈殿の量を低減することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
例えば、カルシウム沈殿工程、ストロンチウム沈殿工程の少なくとも一方において、炭酸塩とともに、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などのアルカリを添加してもよい。即ち、処理水をアルカリ性とすることによって、カルシウム、ストロンチウムと炭酸塩との反応性を向上させてもよい。

また、カルシウム沈殿工程、ストロンチウム沈殿工程の少なくとも一方において、ポリマーなどの凝集剤を添加して、カルシウム、ストロンチウムの析出を促進させてもよい。

１，１Ｂ 水処理装置
２ 第一凝集沈殿槽
３ 第二凝集沈殿槽
５ 第一炭酸塩添加装置
６ 第二炭酸塩添加装置
７ 放射線計測装置
９ 取出管
１０ 制御装置
１１ 非放射性ストロンチウム添加装置

Claims (4)

1. カルシウム、ストロンチウムを含む処理水に炭酸塩を添加することにより炭酸カルシウムを沈殿させるカルシウム沈殿工程と、
   前記カルシウム沈殿工程を経た処理水に炭酸塩を添加することにより炭酸ストロンチウムを沈殿させるストロンチウム沈殿工程と、を有することを特徴とする水処理方法。
2. 前記カルシウム沈殿工程において、前記炭酸塩の添加量は、前記炭酸ストロンチウムが析出しない量に調整されていることを特徴とする請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記カルシウム沈殿工程において、沈殿物に前記炭酸ストロンチウムが含まれた場合に前記炭酸塩の添加を停止する制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の水処理方法。
4. 前記カルシウム沈殿工程を経た処理水に、さらに、非放射性のストロンチウムを添加して沈殿処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水処理方法。

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