JP2016090556A - Treatment system for radioactive contaminated water - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射性セシウムや放射性ストロンチウム等の放射性核種を懸濁物質として含む放射性汚染水の処理システム、例えば福島第一原子力発電所における汚染滞留水の放射線物質除去に有用な該処理システムに関する。 The present invention relates to a treatment system for radioactive contaminated water containing radioactive nuclides such as radioactive cesium and radioactive strontium as a suspended substance, for example, the treatment system useful for removing radioactive substances in contaminated stagnant water at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station.
2011年に爆発事故を起こした福島第一原子力発電所では、大量の放射性汚染水が継続的に発生しているが、充分な除染手段が確立されておらず、放射性汚染水を貯留する貯蔵タンクが増え続け、その設置場所の確保にも窮する一方、これら貯蔵タンクや配管の接続部に介在するパッキンの放射線劣化等に起因して、高線量汚染水の漏出事故が往々にして発生する事態に陥っている。 At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, where an explosion occurred in 2011, a large amount of radioactive contaminated water is continuously generated, but sufficient decontamination means have not been established, and storage to store radioactive contaminated water While the number of tanks continues to increase, it is difficult to secure the installation location. On the other hand, accidents involving the leakage of high-dose contaminated water often occur due to radiation deterioration of the packing intervening in the storage tanks and pipe connections. It has fallen into a situation.
現在、福島第一原子力発電所における除染手段として、鉄共沈及び炭酸塩共沈を行う前処理設備と、吸着材交換式の直列多数基の吸着塔とからなる多核種除去設備(以下、ALPSと称する)が採用されている(非特許文献1)。しかるに、ALPSでは、濾過に使用されている逆浸透膜やセラミックフィルターが短期間で目詰まりして機能喪失することから、これらの交換作業のために度々処理の中断を余儀なくされる上、吸着材を含めて高度処理用として高価な材料の頻繁な交換により、保全コストが非常に嵩むことに加え、使用済みの材料が廃棄不能な放射能汚染物として大量に発生することになる。 Currently, as a means of decontamination at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, a multi-nuclide removal facility (hereinafter referred to as the pretreatment facility that performs iron coprecipitation and carbonate coprecipitation) and an adsorbent exchange type multiple adsorption tower in series (Referred to as ALPS) is employed (Non-patent Document 1). However, in ALPS, reverse osmosis membranes and ceramic filters used for filtration become clogged in a short period of time and lose their function. Therefore, these replacement operations are often forced to interrupt processing, and adsorbents. The frequent replacement of expensive materials for advanced processing, including high costs, results in very high maintenance costs and large amounts of used material as non-disposable radioactive contaminants.
本発明は、上述した福島第一原子力発電所の現況に鑑み、現状のALPSの負荷を軽減するための前段処理や、該ALPSに代替し得る処理として、放射性汚染水の高度の除染処理を長期間にわたって安定的に能率よく行える処理システムを提供することを目的としている。 In view of the current situation of the Fukushima Daiichi nuclear power plant described above, the present invention provides a high-level decontamination treatment of radioactive contaminated water as a pre-treatment for reducing the current load of ALPS and a treatment that can be substituted for the ALPS. An object of the present invention is to provide a treatment system that can perform stably and efficiently over a long period of time.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る放射性汚染水の処理システムは、放射性物質を含む被処理水に対し、前処理後の被処理水を一次吸着処理槽内で吸着材粉末を添加して撹拌混合し、この一次吸着処理槽から導出する被処理水に無機凝集剤を加えて凝集させ、凝集物を濾過除去する一次分離処理と、一次分離処理を経た被処理水を粒状吸着材層に透過させると共に、この透過した被処理水を濾過助剤がプレコートされたスプリングフィルターにて濾過することにより、被処理水中の微小スラッジを分離除去する二次分離処理と、を施すことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a treatment system for radioactive polluted water according to claim 1 of the present invention is directed to treating the pretreated water in the primary adsorption treatment tank with respect to the treated water containing radioactive substances. Add the powder, stir and mix, add the inorganic flocculant to the water to be treated derived from this primary adsorption treatment tank and agglomerate, filter the filtered aggregates, and the water to be treated after the primary separation treatment. Permeate the granular adsorbent layer and filter the permeate to be treated with a spring filter pre-coated with a filter aid to perform a secondary separation process for separating and removing fine sludge in the water to be treated. It is characterized by that.
請求項2の発明は、上記請求項1の放射性汚染水の処理システムにおいて、前記二次分離処理は、前記スプリングフィルターによる濾過水を前記粒状吸着材層の被処理水導入部へ戻す循環処理により、被処理水が該スプリングフィルター及び粒状吸着材層を複数回通過するように構成されてなるものとしている。 According to a second aspect of the present invention, in the radioactively contaminated water treatment system according to the first aspect, the secondary separation treatment is performed by a circulation treatment that returns the filtered water from the spring filter to the treated water introduction portion of the granular adsorbent layer. The water to be treated is configured to pass through the spring filter and the granular adsorbent layer a plurality of times.
請求項3の発明は、上記請求項2の放射性汚染水の処理システムにおいて、前記二次分離処理は、各々前記粒状吸着材層及びスプリングフィルターを備える複数段の循環処理工程を有し、前段の循環処理工程を経た被処理水が連続的に次段の循環処理工程へ送られるように構成されてなるものとしている。 According to a third aspect of the present invention, in the radioactively contaminated water treatment system according to the second aspect, the secondary separation treatment includes a plurality of circulation treatment steps each including the granular adsorbent layer and a spring filter. The to-be-processed water which passed through the circulation process process shall be comprised so that it may be continuously sent to the next-stage circulation process process.
請求項4の発明は、上記請求項1〜3のいずれかに記載の放射性汚染水の処理システムにおいて、前記スプリングフィルターは、長尺状コイルの外周面が繊維製濾材にて被包され、この繊維製濾材の外側に前記濾過助剤がプレコートされると共に、該長尺状コイルの内側への圧縮空気導入による逆洗手段を具備してなるものとしている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the radioactive contaminated water treatment system according to any one of the first to third aspects, the spring filter has an outer peripheral surface of a long coil encapsulated by a fiber filter medium. The filter aid is precoated on the outside of the fiber filter medium, and backwashing means is provided by introducing compressed air into the inside of the long coil.
請求項5の発明は、上記請求項1〜4のいずれかに記載の放射性汚染水の処理システムにおいて、前記一次分離処理の吸着材がゼオライト及び珪藻土の一方又は両方を主体とする粉末である構成としている。
The invention of
請求項6の発明は、上記請求項1〜5のいずれかに記載の放射性汚染水の処理システムにおいて、前記一次分離処理の無機凝集剤が水中にAl3+とCa2+の少なくとも一方を発生させる無機系電解質からなる構成としている。
The invention according to
請求項7の発明は、上記請求項1〜6のいずれかに記載の放射性汚染水の処理システムにおいて、前記一次分離処理における凝集物の濾過除去をベルトプレスにて行うものとしている。 A seventh aspect of the present invention is the radioactive contaminated water treatment system according to any one of the first to sixth aspects, wherein the aggregate is filtered and removed in the primary separation process by a belt press.
請求項8の発明は、上記請求項1〜7のいずれかに記載の放射性汚染水の処理システムにおいて、前記スプリングフィルターの濾過助剤に、除去すべき放射性物質の核種に対応する粉末吸着材を含む構成としている。 Invention of Claim 8 is a processing system of radioactive contamination water in any one of the said Claims 1-7, The powder adsorbent corresponding to the nuclide of the radioactive substance which should be removed to the filter aid of the said spring filter It is configured to include.
請求項9の発明は、上記請求項1〜8のいずれかに記載の放射性汚染水の処理システムにおいて、一次分離処理に供する被処理水の前処理として、5,000ガウス以上の高磁界中に該被処理水を通過させる磁気処理を施す構成としている。 The invention of claim 9 is the treatment system for radioactive contaminated water according to any one of claims 1 to 8, wherein the pretreatment water to be subjected to the primary separation treatment is in a high magnetic field of 5,000 gauss or more. It is set as the structure which performs the magnetic process which makes this to-be-processed water pass.
請求項10の発明は、上記請求項1〜8のいずれかに記載の放射性汚染水の処理システムにおいて、一次分離処理に供する被処理水の前処理として、撹拌槽内に収容した被処理水に撹拌翼回転数10,000回転以上で10時間以上の高速撹拌処理を施す構成としている。 The invention of claim 10 is the treatment system for radioactive contaminated water according to any one of claims 1 to 8, wherein the treated water contained in the stirring tank is pretreated as pretreated water to be subjected to primary separation treatment. The configuration is such that high-speed stirring processing is performed for 10 hours or more at a stirring blade speed of 10,000 or more.
請求項11の発明は、上記請求項1〜8のいずれかに記載の放射性汚染水の処理システムにおいて、一次分離処理に供する被処理水の前処理として、被処理水に低濃度酸性ミネラルを添加混合する構成としている。 Invention of Claim 11 adds the low concentration acidic mineral to the to-be-processed water as a pre-processing of the to-be-processed water used for a primary separation process in the processing system of the radioactive contamination water in any one of the said Claims 1-8 It is configured to mix.
請求項1の発明に係る放射性汚染水の処理システムでは、放射性物質を含む被処理水に対し、まず一次分離処理として、被処理水を一次吸着処理槽内で吸着材粉末を添加して撹拌混合することで、水中懸濁物質が吸着材粒子に吸着されるから、この一次吸着処理槽から導出する被処理水に無機凝集剤を加えることにより、水中懸濁物質を吸着した吸着材が直ちに凝集して粗大な凝集物沈殿に転化し、この凝集物を濾過除去することにより、被処理水中の放射性物質の殆どが取り除かれる。次いで、二次分離処理として、一次分離処理を経た被処理水を粒状吸着材層に透過させることで、被処理水中に残存していた微小スラッジが粒状吸着材に吸着して除かれ、更に二次処理槽から導出する被処理水をプレコート式のスプリングフィルターにて濾過することにより、1ミクロンサイズの放射性物質を含む微細粒子まで確実に除去される。従って、この処理システムによれば、放射性汚染水の高度な除染を全量濾過方式によって低コストで能率よく安定的に行える。 In the radioactively contaminated water treatment system according to the first aspect of the present invention, the water to be treated containing radioactive substances is first mixed as a primary separation treatment by adding adsorbent powder in the primary adsorption treatment tank and stirring and mixing. Since the suspended substances in water are adsorbed by the adsorbent particles, the adsorbent that has adsorbed the suspended substances in water immediately aggregates by adding an inorganic flocculant to the water to be treated derived from this primary adsorption treatment tank. Then, it is converted into a coarse aggregate precipitate, and most of the radioactive substance in the water to be treated is removed by filtering off the aggregate. Next, as the secondary separation treatment, the water to be treated that has undergone the primary separation treatment is permeated through the granular adsorbent layer, so that the fine sludge remaining in the treated water is adsorbed and removed by the granular adsorbent. By filtering the water to be treated derived from the next treatment tank with a pre-coated spring filter, fine particles containing a radioactive substance of 1 micron size are reliably removed. Therefore, according to this treatment system, high-level decontamination of radioactive polluted water can be efficiently and stably performed at a low cost by the total amount filtration method.
請求項2の発明によれば、上記処理システムの二次分離処理において、被処理水がスプリングフィルター及び粒状吸着材層を複数回通過する循環処理を行うから、一次分離処理を経た被処理水中に残る可能性のある放射性物質を含む1ミクロン以下の微細粒子までより確実に除去できる。
According to invention of
請求項3の発明によれば、上記二次分離処理の循環処理工程を複数段で行うから、一次分離処理を経た被処理水中に残る可能性のある1ミクロン以下の放射性物質を含む微細粒子まで確実に除去できると共に、各段の循環処理工程における粒状吸着材の種類を変えることで、各段の循環処理工程を核種が異なる放射性物質の除去に対応させることができる。 According to the invention of claim 3, since the circulation process of the secondary separation process is performed in a plurality of stages, fine particles containing radioactive substances of 1 micron or less that may remain in the water to be treated after the primary separation process. While being able to remove reliably, changing the kind of the granular adsorbent in the circulation treatment process of each stage makes it possible to make the circulation treatment process of each stage correspond to the removal of radioactive substances having different nuclides.
請求項4の発明によれば、上記二次分離処理のスプリングフィルターとして、長尺状コイルの外周面が繊維製濾材にて被包され、その外側に濾過助剤がプレコートされたものを用いることから、被処理水中の極めて微細な粒子まで確実に濾過除去できる。また、該スプリングフィルターは、圧縮空気導入による逆洗手段を具備するから、濾過性が低下した際に逆洗すれば、その空気圧で長尺状コイル及び繊維製濾材が伸長し、これに伴って拡大した濾材目を内から外へ通過する清浄水及び空気によって瞬時に目詰まりが解消され、同時にスラッジを付着蓄積したプレコート層が崩壊して繊維製濾材から剥落するが、次に水流を元の濾過方向へ切り換えることで、分散していた濾過助剤が繊維製濾材の外周面に堆積してプレコート層を再生する。 According to the invention of claim 4, as the spring filter for the secondary separation treatment, a long coil whose outer peripheral surface is encapsulated with a fiber filter material and whose filter aid is pre-coated on the outside is used. To very fine particles in the water to be treated. In addition, since the spring filter has backwashing means by introducing compressed air, if the backwashing is performed when the filterability is reduced, the long coil and the fiber filter medium are elongated by the air pressure. The clogging is instantly resolved by the clean water and air passing through the expanded filter medium from the inside to the outside, and at the same time, the precoat layer that has accumulated sludge collapses and peels off from the fiber filter medium. By switching to the filtration direction, the dispersed filter aid is deposited on the outer peripheral surface of the fiber filter medium to regenerate the precoat layer.
請求項5の発明によれば、上記一次分離処理の吸着材としてゼオライト及び珪藻土の一方又は両方を主体とする粉末を用いることから、特に放射性セシウムの如き原発汚染水の主要核種に対する高い吸着効果が得られる。
According to the invention of
請求項6の発明によれば、上記一次分離処理の無機凝集剤が水中にAl3+とCa2+の少なくとも一方を発生させる無機系電解質からなるため、早い凝集速度で高い凝集効果が得られる。
According to the invention of
請求項7の発明によれば、上記一次分離処理における凝集物の濾過除去をベルトプレスにて行うから、凝集物の量が多くても連続的に能率よく濾過除去できる。 According to the invention of claim 7, since the aggregate is removed by filtration with the belt press in the primary separation process, it can be filtered and removed continuously and efficiently even if the amount of the aggregate is large.
請求項8の発明によれば、上記二次分離処理におけるスプリングフィルターの濾過助剤に、除去すべき放射性物質の核種に対応する粉末吸着材を含むことから、その核種の放射性物質をより効率よく除去できる。 According to the invention of claim 8, since the powder filter adsorbent corresponding to the nuclide of the radioactive substance to be removed is included in the filter aid of the spring filter in the secondary separation treatment, the radioactive substance of the nuclide is more efficiently removed. Can be removed.
請求項9〜11の発明によれば、一次分離処理に供する被処理水の前処理により、水素結合した水分子間に捉えられていた極めて微細なスラッジが開放されて自然に凝集するから、このような極めて微細なスラッジとして存在していた放射性物質も以降の一次及び二次分離処理の吸着や濾過等によって分離し易い凝集粒子として挙動する。 According to the inventions of claims 9 to 11, since the pretreatment of the water to be subjected to the primary separation treatment releases extremely fine sludge captured between the hydrogen-bonded water molecules, it naturally aggregates. Such a radioactive substance that exists as extremely fine sludge also behaves as aggregated particles that are easily separated by adsorption or filtration in the subsequent primary and secondary separation processes.
以下に、本発明に係る放射性汚染水の処理システムの実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明の処理システムは一次分離処理及び二次分離処理を施すことを特徴とするが、本実施形態では一次分離処理前に前処理を施す共に二次分離処理を前後二段の循環処理工程で行うものとしている。 Hereinafter, an embodiment of a treatment system for radioactive contaminated water according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The processing system of the present invention is characterized by performing the primary separation process and the secondary separation process. In this embodiment, the pre-processing is performed before the primary separation process, and the secondary separation process is performed in two stages before and after the circulation process. It is supposed to be performed in the process.
〔前処理〕
図1に示すように、被処理水タンクT内の放射性物質を含む被処理水W0がポンプP1を介して前処理部1に送液され、この前処理部1において被処理水W0の水分子同士の水素結合を解く前処理が行われる。すなわち、被処理水W0に含まれる放射性物質は大部分が水中に遊離した懸濁粒子として存在するが、それ以外にも水分子同士が水素結合した集合体(一般的にはクラスターとして説明され、水道水では水分子12個の集合体とされている)中に可視化されない極めて微細なスラッジとして取り込まれており、このような水分子間に捉えられた微細スラッジは通常の吸着や濾過による水処理では分離できないため、高度の除染を行う上で障害となる。そこで,この前処理では、被処理水W0にエネルギーを与えて水分子同士の水素結合を解き、もって分子間に捉えられていた極めて微細なスラッジを開放させると、これら微細スラッジ同士がミセルの法則によって自然に凝集するから、該微細スラッジとして存在していた放射性物質も以降は吸着や濾過によって分離し易い凝集粒子として挙動することになる。
〔Preprocessing〕
As shown in FIG. 1, to-be-treated water W0 containing a radioactive substance in the to-be-treated water tank T is sent to the pretreatment part 1 via the pump P1, and the water molecules of the to-be-treated water W0 in this pretreatment part 1 Pre-processing for breaking hydrogen bonds between each other is performed. That is, most of the radioactive substances contained in the water to be treated W0 exist as suspended particles that are released in water, but other than that, an aggregate in which water molecules are hydrogen-bonded (generally described as a cluster, In tap water, it is taken up as an extremely fine sludge that cannot be visualized in an aggregate of 12 water molecules), and the fine sludge caught between such water molecules is treated with water by ordinary adsorption and filtration. Since it cannot be separated, it becomes an obstacle to high-level decontamination. Therefore, in this pretreatment, energy is applied to the water to be treated W0 to break up hydrogen bonds between water molecules, so that very fine sludge caught between the molecules is released, and these fine sludges become micelle law. Therefore, the radioactive material present as the fine sludge will behave as aggregated particles that are easily separated by adsorption or filtration.
このような前処理の具体的手段としては、水分子同士の水素結合を解離させるエネルギーを付与できる処理手段であればよく、特に制約されないが、磁気処理、高速撹拌処理、低濃度酸性ミネラル添加処理が好適であり、これらのいずれか一種又は二種以上の処理を採用することが推奨される。 Specific means for such pretreatment is not particularly limited as long as it is a treatment means that can impart energy for dissociating hydrogen bonds between water molecules, but magnetic treatment, high-speed stirring treatment, low-concentration acidic mineral addition treatment It is recommended to employ any one or two or more of these treatments.
上記の磁気処理は、被処理水W0を5,000ガウス以上の高磁界中に通過させることにより、水分子を磁力で振動させて水分子同士の水素結合を解離させ、もって上記集合体を小さく分解させる。このような水の磁気処理用の装置として、特開平9−171287号公報、特開11−138173号公報、特開2000−325962号公報、特開2002−177962号公報、特開2004−358041号公報、特開2005−185882号公報等に開示されるものが知られている。 In the above magnetic treatment, the water to be treated W0 is passed through a high magnetic field of 5,000 gauss or more, so that water molecules are vibrated by magnetic force to dissociate hydrogen bonds between the water molecules, thereby reducing the aggregate. Decompose. As such an apparatus for magnetic treatment of water, JP-A-9-171287, JP-A-11-138173, JP-A-2000-325962, JP-A-2002-177962, JP-A-2004-358041 are disclosed. Those disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-185882 and the like are known.
上記の高速撹拌処理は、撹拌槽に収容した被処理水W0を長時間かけて高速撹拌することにより、その機械的剪断力で水分子同士の水素結合を解離させ、もって上記集合体を小さく分解させる。この処理には、一般的に高速混合機や高速分散機として知られる種々の形態の撹拌翼を備える高速攪拌機を利用できるが、撹拌翼回転数10,000回転以上で10時間以上の高速撹拌処理を施すことが望ましい。 In the above high-speed stirring treatment, the water to be treated W0 accommodated in the stirring tank is stirred at high speed for a long time to dissociate hydrogen bonds between water molecules by the mechanical shearing force, thereby breaking down the aggregate into small pieces. Let For this treatment, a high-speed stirrer equipped with various types of stirring blades generally known as a high-speed mixer or a high-speed disperser can be used. It is desirable to apply.
上記の低濃度酸性ミネラル添加処理は、被処理水W0に低濃度硫酸ミネラル水溶液の如き低濃度酸性ミネラル水溶液を添加混合することにより、水分子同士の水素結合を解離させて可視化されない不純物として水中に存在していた微細スラッジを凝集させるものである。このような低濃度酸性ミネラル水溶液としては、花崗岩類の酸抽出液として一般的に市販されている高濃度酸性ミネラル水を希釈して低濃度化(数十〜数百ppm)したものを使用できる。 The above low concentration acidic mineral addition treatment is performed by adding a low concentration acidic mineral aqueous solution such as a low concentration mineral sulfate aqueous solution to the water to be treated W0 to dissociate hydrogen bonds between water molecules as impurities that are not visualized in water. It is intended to agglomerate the existing fine sludge. As such a low-concentration acidic mineral aqueous solution, a low-concentration (several tens to several hundred ppm) obtained by diluting a high-concentration acidic mineral water generally marketed as an acid extract of granites can be used. .
〔一次分離処理〕
上述のように前処理部1において水分子同士の水素結合を解く処理を経た被処理水W1は、図1に示すように、次いで一次分離処理の一次吸着処理槽2へ送られる。この一次吸着処理槽2は、仕切壁21によって上流側から下流側へ4つの撹拌室2a〜2dに区画され、これら撹拌室2a〜2dの各々にパドル型の撹拌機22が設置されると共に、最上流側の撹拌室2aの上方に吸着材供給装置23が配置している。なお、撹拌室2a,2b間ならびに撹拌室2c,2d間は仕切壁21の下側で、撹拌室2b,2c間は仕切壁21の上側で、それぞれ連通している。
[Primary separation process]
As described above, the water to be treated W1 that has been subjected to the process of breaking hydrogen bonds between water molecules in the pretreatment unit 1 is then sent to the primary
前処理部1から送られてくる被処理水W1は、各撹拌室2a〜2d内が撹拌機22にて低速撹拌されている状態で、まず最上流側の撹拌室2aに導入され、この撹拌室2aにおいて吸着材供給装置23より投入される粉末吸着材Apが添加混合され、該粉末吸着材Apが分散した懸濁液として底部から撹拌室2bへ入り、該撹拌室2b内を上昇して撹拌室2cへオーバーフローし、更に撹拌室2c内を下降して底部から最下流側の撹拌室2dへ入り、該撹拌室2d内を上昇し、その上部から流出して次の凝集槽3へ送られる。そして、この一次吸着処理槽2内を移動する過程で、被処理水W1中の放射性物質を含むスラッジの殆どが粉末吸着材Apに吸着される。
The water to be treated W1 sent from the pretreatment unit 1 is first introduced into the most upstream stirring chamber 2a in a state where the stirring chambers 2a to 2d are stirred at a low speed by the
ここで、粉末吸着材Apとしては、一般的に廃水中のスラッジの吸着処理に使用される種々の吸着材、例えば、ゼオライトバーミキュライト、珪藻土、フライアッシュ、シリカボディ、プラントオパール、下水汚泥、アトミックカーボン(下水汚泥を窒素ガス炉で焼成したもの)、活性炭等が挙げられる。そして、これらの中でも特にゼオライト及び珪藻土が放射性セシウムの如き原発汚染水の主要核種に対する高い吸着効果が得られることから、ゼオライト及び珪藻土の一方又は両方を主体とする粉末を用いることが推奨される。また、これら一般的な粉末吸着材と共に、除去対象とする放射性物質の核種毎に適した吸着材成分、例えば放射性セシウムに対する吸着性の高いプルシアンブルー等を添加してもよい。 Here, as the powder adsorbent Ap, various adsorbents generally used for adsorbing sludge in wastewater, such as zeolite vermiculite, diatomaceous earth, fly ash, silica body, plant opal, sewage sludge, atomic carbon. (Sewage sludge baked in a nitrogen gas furnace), activated carbon and the like. Of these, zeolite and diatomaceous earth, in particular, have a high adsorption effect on primary nuclides of primary polluted water such as radioactive cesium. Therefore, it is recommended to use a powder mainly composed of one or both of zeolite and diatomaceous earth. In addition to these general powder adsorbents, adsorbent components suitable for each radionuclide nuclide, for example, Prussian blue having high adsorptivity to radioactive cesium, may be added.
凝集槽3は、パドル型の撹拌機31を備えると共に、上方に凝集剤供給装置32が配置している。この凝集槽3では、撹拌機31による低速撹拌下、一次吸着処理槽2から送られてくる懸濁液形態の被処理水W2に対し、凝集剤供給装置32より投入される無機凝集剤Fiが混合され、これによって前記粉末吸着剤Apからなる懸濁物質が瞬時に凝集して粗大フロックを生成する。そして、この粗大フロックを含む被処理水W3は、仕切壁33の下側から導出流路34を上昇し、オーバーフローして外部のベルトプレス4上へ導出される。
The agglomeration tank 3 includes a
凝集槽3で添加する無機凝集剤Fiは、液中にAl3+やCa2+等の多価陽イオンを発生させる無機電解質であり、粒子相互が反発する原因である粒子表面の荷電を中和することで凝集を発生させる。このような無機凝集剤Fiの具体例としては、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、石灰、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、その他の多価金属塩、これらの混合物等が挙げられるが、例えばモリノ商事社製の商品名スーパーMロックを始めとして種々の市販品も使用可能である。なお、この一次分離処理の凝集剤として無機凝集剤Fiを用いるのは、有機凝集剤では高分子であるためにベルトプレス4や後述する二次分離処理のスプリングフィルター6が早期に目詰まりして濾過機能を喪失することによる。
The inorganic flocculant Fi added in the agglomeration tank 3 is an inorganic electrolyte that generates polyvalent cations such as Al 3+ and Ca 2+ in the liquid, and neutralizes the particle surface charge that causes the particles to repel each other. Aggregation occurs by summing. Specific examples of such an inorganic flocculant Fi include polyaluminum chloride, sulfate band, lime, polyferric sulfate, ferric chloride, other polyvalent metal salts, and mixtures thereof. Various commercial products such as the trade name Super M Lock manufactured by Morino Shoji Co., Ltd. can also be used. Note that the inorganic flocculant Fi is used as the flocculant for the primary separation treatment because the organic flocculant is a polymer and the belt press 4 and the
ベルトプレス4は、複数のロール41を介して一部区間で重なって同期走行する無端ベルト状の上部濾布4a及び下部濾布4bと、重なった両濾布4a,4bに背圧を加える無端高圧ベルト4cとで構成され、下方に濾液槽41が配置している。このベルトプレス4では、凝集槽3から導出する被処理水W3を連続的に下部濾布4b上で受け、該被処理水W3に含まれる粗大フロックを漉し取ってケーキCとし、このケーキCを上部濾布4bとの間に挟み込んで圧搾脱水し、両濾布4a,4bの開離部から放出される脱水ケーキCをスクリューフィーダー42を介して汚染物保存容器43やフレコン(フレキシブルコンテナバッグ)等に収容する一方、濾液(被処理水W4)が下方の濾液槽41に溜まるようになっている。
The belt press 4 has an endless belt-like upper filter cloth 4a and a
このベルトプレス4によって一次吸着処理槽2で添加された粉末吸着材Apの殆どがケーキCとして分離され、これに伴って粉末吸着材Apに吸着された放射性物質を含むスラッジも除去されるから、濾液槽41に溜まった濾液中の放射性物質は低濃度になっているが、更に高度の除染を行うために該濾液を被処理水W4としてポンプP2を介して二次分離処理へ送液する。
Since most of the powder adsorbent Ap added in the primary
〔二次分離処理〕
二次分離処理は、前後二段の循環処理工程より構成され、一次分離処理を経た被処理水W4中に残る可能性のある1ミクロン以下の微細粒子まで確実に除去するものである。図1に示すように、前段及び後段の循環処理工程は共に、内部が仕切壁51によって複数(図では5つ)の処理室5a〜5eに分画された二次吸着処理槽5と、この二次吸着処理槽5内の被処理水W5を処理室5eから槽外配管によって処理室5aへ還流させる循環流路Lcと、該循環流路Lcに介在するスプリングフィルター6とを備え、二次吸着処理槽5の処理室5a〜5eには各々低速撹拌用としてのパドル型の撹拌機52が設置されている。そして、二次吸着処理槽5の処理室5a,5b間ならびに処理室5c,5d間は仕切壁51の上側で、処理室5b,5c間ならびに処理室5d,5e間は仕切壁51の下側で、それぞれ連通している。また、処理室5b,5cにわたる底部には粒状吸着材Ag1が、処理室5d,5eにわたる底部には粒状吸着材Ag2が、それぞれ堆積層を形成しており、被処理水W5が処理室5bから5cならびに処理室5dから5eへ移動する際に、粒状吸着材Ag1層、Ag2層をそれぞれ透過するように構成されている。
[Secondary separation treatment]
The secondary separation process is composed of two stages of front and rear circulation processing steps, and reliably removes fine particles of 1 micron or less that may remain in the water W4 to be treated after the primary separation process. As shown in FIG. 1, both of the upstream and downstream circulation processing steps include a secondary
ここで、粒状吸着材Ag1、Ag2としては、一次分離処理で使用する粉末吸着材Apと同様の材料を使用できるが、水より比重が大きい粒状物として、水中に浮遊懸濁せずに沈降して堆積層を形成し得るものであることが必要である。また、粒状吸着材Ag1と粒状吸着材Ag2とは、性状の異なる複数種の微小スラッジSSに対する吸着性を高める上で、異種の吸着材料を用いることが望ましい。 Here, as the granular adsorbents Ag1 and Ag2, the same material as the powder adsorbent Ap used in the primary separation process can be used, but as a granular material having a specific gravity greater than that of water, it settles without being suspended in water. Therefore, it is necessary to be able to form a deposited layer. The granular adsorbent Ag1 and the granular adsorbent Ag2 desirably use different types of adsorbent materials in order to enhance the adsorbability with respect to a plurality of types of fine sludge SS having different properties.
循環流路Lcには、スプリングフィルター6の上流側に開閉弁V1を介して還流用のポンプP3,P4が介装されると共に、該ポンプP3,P4と開閉弁V1との間に助剤調整槽7からの濾過助剤Faの分散液をスプリングフィルター6へ送る助剤導入管路Lfが開閉弁V2を介して接続されている。また、二次吸着処理槽5には、最下流側の処理室5eから被処理水W5を排出する排出流路Loと、底部から液を抜くドレン管路Ldとが接続されている。更に、スプリングフィルター6の二次側にはエアーコンプレッサー8から開閉弁V3を介して圧縮空気を送給するエアー供給管路Laが接続されている。
In the circulation channel Lc, recirculation pumps P3 and P4 are interposed on the upstream side of the
前段の循環処理工程では、一次分離処理を経た被処理水W4がポンプP2を介して二次吸着処理槽5の処理室5bに導入され、上流側の処理室5aからオーバーフローしてくる還流水を加えた被処理水W5として、粒状吸着材Ag1層を透過して次の処理室5cへ入り、該処理室5c内を上昇して処理室5dへオーバーフローし、該処理室5dから粒状吸着材Ag2層を透過して最下流側の処理室5eへ入る。そして、最下流側の処理室5eに流入した被処理水W5は、一次分離処理からの導入分に相当する水量が排出流路Loより導出して後段の循環処理工程へ送られるが、処理室5aに流入する還流水に相当する水量は循環流路Lcへ入り、スプリングフィルター6を透過して該処理室5aへ戻される。また、後段の循環処理工程でも同様に、前段の循環処理工程の排出流路Loを通して被処理水W5が処理室5bへ導入され、上流側の処理室5aからオーバーフローしてくる還流水を加えて、該処理室5bから最下流の処理室5eまで順次に移動する間に粒状吸着材Ag1層,Ag2層を透過したのち、該処理室5eより、前段の循環処理工程からの導入分に相当する水量が排出流路Loより排出されると共に、最上流の処理室5aへの還流水に相当する水量が循環流路Lcへ向かうことになる。
In the preceding circulation treatment process, the treated water W4 that has undergone the primary separation treatment is introduced into the
これら前後段の循環処理工程における被処理水W5の循環量は循環流路Lcに介在するポンプP3,P4の送水量によって任意に設定できるが、導入水が二次吸着処理槽5及びスプリングフィルター6を通るサイクルを複数回経て導出されるように設定することが望ましい。例えば、導水量(ポンプP2による二次分離処理への送水量)が1000L/分であるとき、循環流路Lcに介在するポンプP3,P4の送水量を5000L/分に設定すれば、被処理水W5は二次吸着処理槽5及びスプリングフィルター6を通るサイクルを5回経て導出されることになる。
The circulation amount of the water to be treated W5 in these upstream and downstream circulation treatment steps can be arbitrarily set depending on the amount of water supplied by the pumps P3 and P4 interposed in the circulation flow path Lc, but the introduced water is the secondary
スプリングフィルター6は、図2に示すように、縦円筒形の胴枠61上に球面状をなす蓋枠62が相互の外向きフランジ部61a,62a同士のボルト止めによって気密接合されると共に、該胴枠61の下部に径大の底枠63が溶接一体化されて密閉タンクを構成している。そして、胴部61の上端部に設けた内向きフランジ部61bに支承される仕切板64により、内部が下側の広い一次側空間6aと上側の狭い二次側空間6bとに区画され、該仕切板64から多数本の濾過筒60が一次側空間6aに垂下している。また、胴枠61には助剤調整槽7への戻し管路Lbに接続する戻し口61cが、蓋枠62には循環流路Lcの下流側に接続する被処理水導出口62bとエアー供給管路Laに接続する圧縮空気導入口62cが、底枠63には循環流路Lcの上流側に接続する被処理水導入口63aとドレン管路Ldに接続する排出口63bが、それぞれ突設されている。
As shown in FIG. 2, the
各濾過筒60は、長尺状コイル65の外周面を繊維製濾材66にて被包してなり、仕切板64に設けた上方へ拡径する保持穴64aに、長尺状コイル65の拡径した上端部を係止している。そして、仕切板64の上面側には、各濾過筒60の係止位置に対応する透孔67aを備えた押さえ板67がねじ止めされており、各透孔67aを通して濾過水が一次側空間6aへ流出可能であると共に、該透孔67aが長尺状コイル65の上端部よりも径小に設定されていることにより、各濾過筒60の上方への抜出が阻止されている。
Each
このスプリングフィルター6はプレコート型であり、予め各濾過筒60の繊維製濾材の外側に濾過助剤Faをプレコートして用いる。このプレコートを行うには、図2に示すように、濾過助剤Faを助剤供給装置72から助剤調整槽7の水中に投入し、攪拌機71で撹拌混合して濾過助剤Faの分散液を調整しておき、スプリングフィルター6の被処理水導入口63aに接続する循環流路Lcの開閉弁V1を閉止した状態で、助剤導入管路Lfの開閉弁V2を開放してポンプP3,P4を駆動させることにより、上記分散液を該スプリングフィルター6内に導入すればよい。これにより、図3(a)に示すように、上記分散液の水分が各濾過筒60の繊維製濾材66を透過して二次側へ流出する一方、該繊維製濾材66の表面に濾過助剤Faが堆積し、図3(b)に示すように、該繊維製濾材66の外側に濾過助剤Faのプレコート層68が形成される。
This
ここで、繊維性濾材66としては、ガラス繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維等の繊維材の織布又は不織布が使用される。また、プレコートする濾過助剤Faとしては、特に制約されないが、紙等の繊維材の裁断物に活性炭、珪藻土、石炭、金属粉末等を加えたものが好適である。なお、放射性物質の核種に対応する吸着材として粉末で供給できるものがあれば、それを濾過助剤Faに含めることより、その核種の放射性物質をより効率よく除去することが可能となる。
Here, as the
かくして所要の厚さのプレコート層68を形成したのち、助剤導入管路Lfの開閉弁V2を閉止し、二次分離処理を行うために循環流路Lcの開閉弁V1を開放し、ポンプP3,P4を駆動させる。この二次分離処理では、二次吸着処理槽5の処理室5eから循環流路Lcを通して送られてくる被処理水W5がスプリングフィルター6の一次側空間6aに流入し、図3(c)に示すように、該被処理水W5の水分が各濾過筒60のプレコート層68及び繊維製濾材66を透過して二次側へ流出するが、該被処理水W5中の微小スラッジSSは透過できずにプレコート層68及び繊維製濾材66に捉えられる。
Thus, after the
この二次分離処理では、一次分離処理によって元の被処理水W0中に含まれていた放射性物質が殆どが除去されて低濃度になった被処理水W4を対象として、前段の循環処理工程において、二次吸着処理槽5の粒状吸着材Ag1層及びAg2層を通過させることによる微小スラッジSSの吸着と、プレコート式のスプリングフィルター6による微小スラッジSSの濾過除去とを複数回繰り返した上で、更に後段の循環処理工程において同様の吸着及び濾過除去を複数回繰り返すことになる。従って、最終的に後段の循環処理工程の排出流路Loより排出される被処理水は、1ミクロン以下の放射性物質を含む微細粒子まで確実に除去された、極めて高度な除染水となっている。
In this secondary separation treatment, in the circulation treatment process in the previous stage, the treated water W4 in which the radioactive substance contained in the original treated water W0 has been almost removed by the primary separation treatment and has become a low concentration is targeted. In addition, after repeating the adsorption of fine sludge SS by passing the granular adsorbent Ag1 layer and Ag2 layer of the secondary
なお、二次分離処理の継続に伴い、スプリングフィルター6では、微小スラッジSSが次第にプレコート層68及び繊維製濾材66の微小空隙を埋めてゆくと共に、図3(c)の如くプレコート層68の外側に微小スラッジSSの堆積層Dが形成されてゆく。そして、繊維製濾材66及びプレコート層68の目詰まりの進行によって濾過性がある程度まで低下した際には、循環流路LcのポンプP3,P4を停止すると共に開閉弁V1を閉止し、エアー供給管路Laの開閉弁V3を一時的に開放して該スプリングフィルター6の二次側空間6bへ圧縮空気Airを導入し、同時に戻し管路Lbの開閉弁V4(図2参照)を一時的に開放することにより、図3(d)に示すように、その空気圧で各濾過筒60の長尺状コイル65及び繊維製濾材66が伸長し、これに伴って拡大した濾材目を内から外へ通過する水と空気によって瞬時に目詰まりが解消され、同時に微小スラッジSSを付着蓄積したプレコート層68及び堆積層Dが崩壊して繊維製濾材66から剥落する。なお、スプリングフィルター6内に流入した圧縮空気Airに対応して、一次側空間6a内の被処理水W5の一部が戻し管路Lbを通して助剤調整槽7へ流出する。
As the secondary separation process continues, in the
上記の圧縮空気Airによる逆洗後、戻し管路Lbの開閉弁V4を閉止すると共に、助剤導入管路Lfの開閉弁V2を開放してポンプP3,P4を駆動させ、助剤調整槽7内の濾過助剤Faの分散液をスプリングフィルター6内に導入すれば、その分散液中及び一次側空間6a内の残留水中に分散する濾過助剤Faが各濾過筒60の繊維製濾材66の外周面に堆積してプレコート層68が再生される。従って、助剤導入管路Lfの開閉弁V2を閉止し、循環流路Lcの開閉弁V1を開放することで二次分離処理を再開できる。ただし、この場合のプレコート層68には先の処理で濾別された微小スラッジSSが含まれ、それだけ目詰まりに至る時間が短くなるから、ある程度の逆洗回数を経たのちには、二次側空間6a内の液全体をドレン管路Ldより排出し、助剤調整槽7内の濾過助剤Faのみで新たなプレコート層68を形成するのがよい。
After backwashing with the compressed air Air, the on-off valve V4 of the return line Lb is closed, and the on-off valve V2 of the auxiliary agent introduction line Lf is opened to drive the pumps P3, P4, and the auxiliary agent adjusting tank 7 If the dispersion liquid of the filter aid Fa is introduced into the
上述のように、本発明の処理システムでは、放射性物質を含む被処理水W0を対象として、一次分離処理により、被処理水W1中の上記凝集粒子を含めた水中懸濁物質を吸着材粉末Apの粒子に吸着させ、この吸着材粉末Apを無機凝集剤Fiによって粗大な凝集物沈殿に転化して濾過除去することにより、元の被処理水W0中の放射性物質の殆どを取り除き、更に二次分離処理として、一次分離処理を経た被処理水W4を二次吸着処理槽5の粒状吸着材Ag1層,Ag2層に通過させて微小スラッジSSを吸着除去し、更にプレコート式のスプリングフィルター6によって微小スラッジSSを濾過除去することにより、1ミクロンサイズの放射性物質を含む微細粒子までプレコートの濾過助剤層に取り込まれて確実に除去される。
As described above, in the treatment system of the present invention, the suspension material in water including the agglomerated particles in the water to be treated W1 is adsorbed by the primary separation treatment for the water to be treated W0 containing the radioactive substance. The adsorbent powder Ap is converted into a coarse aggregate precipitate by an inorganic flocculant Fi and filtered to remove most of the radioactive material in the original treated water W0. As the separation process, the treated water W4 that has undergone the primary separation process is passed through the granular adsorbent Ag1 layer and Ag2 layer of the secondary
特に、二次分離処理として、実施形態のように、被処理水W5が粒状吸着材Ag1層,Ag2層及びスプリングフィルター6を複数回通過する循環処理を採用すれば、一次分離処理を経た被処理水中に残る可能性のある1ミクロン以下の微細粒子まで確実に除去できる。更に、二次分離処理の循環処理工程を複数段で行う構成では、1ミクロン以下の微細粒子まで完全に除去できると共に、各段の循環処理工程における粒状吸着材の種類を変えることで、各段の循環処理工程を核種が異なる放射性物質の除染に対応させることも可能となる。 In particular, as a secondary separation process, if a circulation process in which the water to be treated W5 passes through the granular adsorbent material Ag1 layer, the Ag2 layer and the spring filter 6 a plurality of times as in the embodiment is adopted, the treatment subject to the primary separation process. Even fine particles of 1 micron or less that may remain in water can be reliably removed. Further, in the configuration in which the circulation process of the secondary separation process is performed in a plurality of stages, fine particles of 1 micron or less can be completely removed, and the type of the granular adsorbent in each stage of the circulation process can be changed to change each stage. This circulation processing step can be made compatible with decontamination of radioactive materials having different nuclides.
そして、このような処理システムは、放射性汚染水の高度な除染を全量濾過方式によって低コストで能率よく安定的に行えるものであるから、例えば福島第一原子力発電所で採用されている現状のALPSの負荷を軽減するための前段処理や、該ALPSに代替し得る処理としても非常に有効である。 Such a treatment system can perform high-level decontamination of radioactive polluted water efficiently and stably at a low cost by using a total filtration method. For example, the current state of the system adopted at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station It is also very effective as a pre-process for reducing the load of ALPS and a process that can be substituted for the ALPS.
なお、本発明の処理システムは、実施形態で示した前処理部1を省略した構成を包含する。ただし、水分子同士の水素結合を解く前処理を行うことで、既述のように、水分子間に捉えられていた放射性物質を含む極めて微細なスラッジが開放されて自然に凝集するから、このような極めて微細なスラッジとして存在していた放射性物質も以降の一次及び二次分離処理の吸着や濾過等によって分離し易い凝集粒子として挙動し、もってより高度な除染が可能となる。また、元の放射性汚染水に粗大ゴミや油分が含まれる場合は、被処理水タンクTへの導入前もしくは前処理部1の前段に、これらの粗大ゴミや油分の除去工程を組み込むことが望ましい。 In addition, the processing system of this invention includes the structure which abbreviate | omitted the pre-processing part 1 shown by embodiment. However, by performing the pretreatment to break the hydrogen bonds between water molecules, as described above, extremely fine sludge containing radioactive substances caught between water molecules is released and aggregates naturally. Such a radioactive substance that has existed as extremely fine sludge also behaves as aggregated particles that can be easily separated by adsorption or filtration in the subsequent primary and secondary separation processes, thereby enabling a higher degree of decontamination. Further, when the original radioactive polluted water contains coarse garbage and oil, it is desirable to incorporate a removal process of these coarse garbage and oil before introduction into the treated water tank T or before the pretreatment unit 1. .
二次分離処理としては、実施形態では前後二段回の循環処理工程を採用しているが、処理対象とする放射性汚染水の種類や処理量及び処理速度に応じて、複数の循環処理工程を直列接続や並列接続を含む様々な配置構成に設定できる。また、二次分離処理の粒状吸着材層は、実施形態では二次吸着処理槽5に堆積させた粒状吸着材Ag1層,Ag2層としているが、例えば密閉容器に粒状吸着材を充填し、その充填層中に被処理水を透過させる構成としてもよい。
As the secondary separation treatment, a two-stage circulation treatment process is adopted in the embodiment, but a plurality of circulation treatment processes are performed depending on the type, treatment amount and treatment speed of the radioactive contaminated water to be treated. Various arrangement configurations including serial connection and parallel connection can be set. Moreover, although the granular adsorbent layer of the secondary separation process is a granular adsorbent Ag1 layer and an Ag2 layer deposited in the secondary
二次分離処理のスプリングフィルター6としては、コイルスプリングの外側に濾過助剤を直接にプレコートする一般的な構成も採用可能であるが、実施形態のように長尺状コイル65を被包する繊維製濾材66の外側に濾過助剤Faをプレコートする構成では、被処理水中の極めて微細な粒子まで確実に濾過除去できるという利点がある。また、実施形態のスプリングフィルター6のように、圧縮空気導入による逆洗手段を採用すれば、その空気圧による長尺状コイル65及び繊維製濾材66の伸長に伴って、拡大した濾材目を内から外へ通過する清浄水及び空気によって瞬時に目詰まりが解消されと共に、その際に微小スラッジSSを付着蓄積したプレコート層68が崩壊して繊維製濾材から剥落するが、次に水流を元の濾過方向へ切り換えることで、分散していた濾過助剤Faの粉状物が繊維製濾材の外周面に堆積して簡単にプレコート層を再生できるという利点がある。
As the
一次吸着処理槽2内及び二次吸着処理槽5内の分画数と被処理水の移動経路は、実施形態で例示した構成に限らず、充分な吸着処理を行える滞留時間を確保できるように、処理量及び処理速度に応じて適宜設定すればよい。また、攪拌機22,52の形態と設置数についても適宜変更可能である。一方、一次分離処理における凝集物の濾過除去には例示したベルトプレス以外の種々の濾過方式も採用可能であるが、ベルトプレスでは凝集物の量が多くても連続的に能率よく濾過除去できるという利点がある。その他、本発明の放射性汚染水の処理システムでは、配管構成を含め、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。
The number of fractions in the primary
1 前処理部
2 一次吸着処理槽
22 攪拌機
3 凝集槽
4 ベルトプレス
5 二次吸着処理槽
5a 最上流側の処理室(被処理水導入部)
6 スプリングフィルター
60 濾過筒
65 長尺状コイル
66 繊維製濾材
68 プレコート層
Ag1,Ag2 粒状吸着材
Air 圧縮空気
Ap 粉末吸着材
Fa 濾過助剤
Fi 無機凝集剤
Lc 循環流路
W0〜W5 被処理水
SS 微小スラッジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
6
Claims (11)
前処理後の被処理水を一次処理槽内で吸着材粉末を添加して撹拌混合し、この一次処理槽から導出する被処理水に無機凝集剤を加えて凝集させ、凝集物を濾過除去する一次分離処理と、
一次分離処理を経た被処理水を粒状吸着材層に透過させると共に、この透過した被処理水を濾過助剤がプレコートされたスプリングフィルターにて濾過することにより、被処理水中の微小スラッジを分離除去する二次分離処理と、
を施すことを特徴とする放射性汚染水の処理システム。 For treated water containing radioactive substances,
The pretreated water to be treated is admixed with the adsorbent powder in the primary treatment tank and stirred and mixed, and the water to be treated derived from the primary treatment tank is aggregated by adding an inorganic flocculant, and the aggregates are removed by filtration. A primary separation process;
The treated water that has undergone the primary separation treatment is permeated through the granular adsorbent layer, and the permeated treated water is filtered through a spring filter pre-coated with a filter aid to separate and remove the fine sludge in the treated water. Secondary separation processing to
A treatment system for radioactive contaminated water characterized by applying
The processing system of radioactive contamination water in any one of Claims 1-8 which add and mix a low concentration acidic mineral to to-be-processed water as pre-processing of the to-be-processed water provided to a primary separation process.
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