JP2016133342A - 水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃棄物の量を増やすことなく放射性ストロンチウム含有水からストロンチウムを除去・分離する水処理方法を提供する。
【解決手段】放射性ストロンチウム含有被処理水に種結晶を添加する種結晶添加工程と、放射性ストロンチウム含有被処理水のストロンチウム濃度を高めるストロンチウム濃度調整工程と、放射性ストロンチウム含有被処理水に炭酸塩を添加する炭酸塩添加工程と、これらの工程で生成された炭酸ストロンチウムを分離するストロンチウム分離工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性ストロンチウムを含む被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、海水などの被処理水に含まれる放射性核種である放射性ストロンチウム（^９０Ｓｒ）は、放射性セシウム（^１３７Ｃｓ）同様、半減期が長く（２９年）、生物、植物、環境などに深刻な悪影響を与える可能性があるため、効果的な除去技術が必要とされている。

特許文献１には、放射性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。被処理水中の放射性ストロンチウムは、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、固液分離で放射性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

放射性ストロンチウムに汚染された海水の場合、海水中の放射性ストロンチウム濃度は、一般的に共存アルカリ２価金属であるカルシウムやマグネシウム等の濃度よりも低い。一般的な海水中の元素存在量は、マグネシウム濃度：１．３５×１０^３ｍｇ／リットル、カルシウム濃度：４×１０^２ｍｇ／リットルであるのに対し、ストロンチウム濃度：８ｍｇ／リットル（^９０Ｓｒを２００Ｂｑ／リットルと仮定した場合、放射性ストロンチウム濃度：３．９×１０^−８ｍｇ／リットル）である。（株式会社三菱総合研究所「汚染水処理対策技術検証事業」参照）
上記従来の技術における炭酸塩沈殿では、炭酸ストロンチウムの析出と併せて海水中の共存アルカリ２価金属（Ｃａ、Ｍｇ）の炭酸塩・水酸化物の沈殿が同時に起こるため、スラッジ量が膨大となり、廃棄物の量が膨大となる。

この発明は、放射性ストロンチウム含有水からストロンチウムを除去・分離する水処理方法において、廃棄物の量を増やすことなくストロンチウムの濃縮・処理を行うことを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、水処理方法は、放射性ストロンチウム含有被処理水に種結晶を添加する種結晶添加工程と、放射性ストロンチウム含有被処理水のストロンチウム濃度を高めるストロンチウム濃度調整工程と、放射性ストロンチウム含有被処理水に炭酸塩を添加する炭酸塩添加工程と、これらの工程で生成された炭酸ストロンチウムを分離するストロンチウム分離工程と、を有することを特徴とする。

このような構成によれば、被処理水に種結晶を添加するとともに、被処理水のストロンチウム濃度を高めることによって、炭酸ストロンチウムの析出を促進させることができる。

上記水処理方法において、前記炭酸塩添加工程、前記種結晶添加工程、及びストロンチウム濃度調整工程を被処理水のｐＨを８〜１０に制御した状態で行ってよい。

このような構成によれば、水酸化物の析出・沈殿が抑制され、スラッジ量の低減が可能となる。

本発明によれば、放射性ストロンチウム含有水からストロンチウムを除去・分離する水処理方法において、炭酸ストロンチウムの析出を促進させることができる。これにより、被処理水中に含まれる共存するアルカリ２価金属の炭酸塩・水酸化物の沈殿を抑制して、スラッジの量を低減することができる。即ち、廃棄物の量を増やすことなくストロンチウムの濃縮・処理を行うことができる。

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。 本発明の第一実施形態の水処理方法の沈降特性を説明するグラフである。 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。 本発明の第三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。

（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）などを含有する被処理水Ｗ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。被処理水Ｗ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、被処理水Ｗが導入される第一反応槽２と、第一反応槽２から排出される被処理水Ｗ１が導入される第二反応槽３と、第二反応槽３から排出される被処理水Ｗ２の固液分離処理を行う固液分離槽４と、を有している。

第一反応槽２は、種結晶添加装置６、塩化ストロンチウム添加装置７、及び第一ｐＨ調整装置８を有している。
種結晶添加装置６は、第一反応槽２に導入される被処理水Ｗに、例えば、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ_３）等の種結晶を添加する装置である。
塩化ストロンチウム添加装置７は、被処理水Ｗに、安定ストロンチウムとして塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）を添加する装置である。

第一ｐＨ調整装置８は、第一反応槽２に設けられて第一反応槽２内の被処理水ＷのｐＨを測定するｐＨ測定装置（図示せず）の測定結果に基づいて被処理水ＷのｐＨ（水素イオン指数）を調整する装置である。
ｐＨを調整するための薬品としては、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ、苛性ソーダ）等のアルカリ剤、塩酸（ＨＣｌ）等の酸材を用いることができる。ｐＨ調整装置は、ｐＨを上げるためのアルカリ剤投入装置と、ｐＨを下げるための酸剤投入装置を備えている。
第一反応槽２には、攪拌装置（図示せず）を設けて、種結晶を懸濁した状態とすることが好ましい。

第二反応槽３は、炭酸塩添加装置９と、第二ｐＨ調整装置１０と、を有している。
炭酸塩添加装置９は、第二反応槽３内の被処理水Ｗ１に炭酸塩（炭酸ナトリウム、Ｎａ_２ＣＯ_３）を添加する装置である。
第二ｐＨ調整装置１０は、第一ｐＨ調整装置８と同様の機能を有する装置である。なお、ｐＨ調整装置は、第一反応槽２及び第二反応槽３のそれぞれに設ける必要はない。例えば、第二反応槽３にのみｐＨ調整装置を設ける構成としてもよい。

なお、第一反応槽２及び第二反応槽３は、一つの反応槽としてもよい。即ち、単一の反応槽に、種結晶、塩化ストロンチウム、及び炭酸塩を添加する構成としてもよい。ただし、単一の反応槽を用いる場合には、種結晶、塩化ストロンチウム、及び炭酸塩を反応槽内の異なる位置に投入することが好ましい。
また、炭酸塩は、種結晶及び塩化ストロンチウムを添加後に添加することが好ましい。

固液分離槽４は、重力分離により、被処理水Ｗ２から被処理水Ｗ２に含まれる炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ_３）などの炭酸塩Ｃを沈殿させることによって固液分離する槽である。固液分離槽４の底部から沈殿物を取り出す取出管に放射線計測装置を設けて、取り出される沈殿物の放射線を計測してもよい。
なお、別途固液分離槽４を設けることなく、第二反応槽３にて固液分離（重力分離）を行う構成としてもよい。

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、被処理水Ｗに種結晶を添加する種結晶添加工程と、被処理水Ｗのストロンチウム濃度を高めるストロンチウム濃度調整工程と、被処理水Ｗ１に炭酸塩を添加する炭酸塩添加工程と、これらの工程で生成された炭酸ストロンチウムを分離するストロンチウム分離工程と、を有する。

（種結晶添加工程）
第一反応槽２において、被処理水Ｗに種結晶として炭酸ストロンチウムが添加される。被処理水Ｗに種結晶が添加されることにより、被処理水Ｗは種結晶である炭酸ストロンチウムが分散して存在する状態となる。

（ストロンチウム濃度調整工程）
第一反応槽２において、被処理水Ｗに安定ストロンチウムとして塩化ストロンチウムが添加される。被処理水Ｗに塩化ストロンチウムが添加されることによって、被処理水Ｗ中のストロンチウム濃度が高められる。

また、第一反応槽２中の被処理水ＷのｐＨは、第一ｐＨ調整装置８によって、ｐＨが８〜１０に調整される。即ち、第一反応層中のｐＨに基づいて被処理水Ｗにアルカリ剤又は酸剤を添加することによって、被処理水ＷのｐＨは８〜１０に調整される。

（炭酸塩添加工程）
第一反応槽２において、種結晶及び塩化ストロンチウムが添加された被処理水Ｗ１は、第二反応槽３に導入される。
第二反応槽３において、被処理水Ｗ１に炭酸塩（炭酸ナトリウム）が添加される。被処理水Ｗ１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する。

ここで、炭酸ストロンチウムの温度２５℃における溶解度積Ｋｓｐは、
ＳｒＣＯ_３ ５．６×１０^−１０＝［Ｓｒ^＋＋］［ＣＯ_３ ^２−］
である。炭酸塩を添加することによって、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）と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。
Ｓｒ^２＋ ＋ ＣＯ_３ ^２− → ＳｒＣＯ_３↓

また、第二反応槽３中の被処理水Ｗ１のｐＨは、第二ｐＨ調整装置１０によって、ｐＨが８〜１０に調整される。なお、上述したように、第一反応槽２に第一ｐＨ調整装置８を設ける必要はなく、炭酸塩を添加後の被処理水Ｗ１のｐＨが８〜１０に調整されていればよい。
なお、上記した各工程において添加される種結晶、塩化ストロンチウム等の添加量は、被処理水Ｗの量、槽の大きさ、反応実験などに基づいて適宜設定される。

（ストロンチウム分離工程）
第二反応槽３より固液分離槽４に導入された被処理水Ｗ２は、固液分離槽４において固液分離処理がなされる。具体的には、固液分離槽４において重力分離作用によって炭酸ストロンチウム等の炭酸塩Ｃが沈殿する。

上記実施形態によれば、被処理水Ｗに種結晶が添加されることによって、炭酸ストロンチウムの析出を促進させることができる。即ち、被処理水Ｗに種結晶が分散していることによって、炭酸ストロンチウムの結晶の成長が促され、固液分離性を向上させることができる。また、炭酸ストロンチウムを優先的に種結晶に析出させることで、炭酸ストロンチウムが水処理装置１を構成する装置等に析出・付着することを抑制することができる。

また、被処理水Ｗに塩化ストロンチウムを添加することによって、被処理水Ｗ中のストロンチウム濃度が高まり、炭酸ストロンチウムの析出を促進させることができる。
また、被処理水Ｗ、特に海水中の放射性ストロンチウムの濃度は非常に低濃度であり、炭酸ストロンチウムの飽和溶解度までしかストロンチウム濃度を低下させることはできない。これに対し、被処理水Ｗに塩化ストロンチウムを添加してストロンチウム濃度を上げることで、放射性ストロンチウムの除去率を向上させることができる。

また、被処理水Ｗ，Ｗ１のｐＨを８〜１０の範囲に制御することによって、被処理水Ｗ，Ｗ１中の共存アルカリ２価金属の水酸化物（例えばＭｇＯＨ_２）の析出・沈殿が抑制され、スラッジ量の低減が可能となる。
また、固液分離槽４として、重力分離の技術を用いることによって、より低コストで水処理を行うことができる。
また、炭酸塩を、種結晶及び塩化ストロンチウムの添加後に添加することによって、種結晶が分散されてストロンチウム濃度が高まった被処理水Ｗ１に対して炭酸塩を添加することができる。即ち、炭酸ストロンチウムの析出の促進効果をより高めることができる。

ここで、本実施形態の水処理方法の効果について、図２に示す水処理方法の沈降特性を説明するグラフを用いて説明する。
図２は、凝集物である炭酸ストロンチウム等の炭酸塩が沈降することによって生じた沈降界面の高さを経時的に観察した結果を図示したグラフである。図２における縦軸は、沈降界面の高さであり、０時間における沈降界面の高さを１００とした相対値を示している。

図２の結果から明らかなように、本実施形態の水処理方法を用いた場合、即ち、炭酸塩（炭酸ナトリウム，Ｎａ_２ＣＯ_３）に加えて種結晶及び塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ_２）を添加した場合、炭酸塩のみを添加する場合と比較して、沈降界面の高さの減少速度、即ち凝集物の沈降速度が高くなっており、炭酸ストロンチウムなどの析出物の凝集作用が促進されたことがわかる。

（第一実施形態の変形例）
次に、第一実施形態の水処理方法の変形例について説明する。
上記第一実施形態では、第一反応槽２に炭酸ストロンチウムを種結晶として添加したが、本変形例では、種結晶として炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を添加する。種結晶として炭酸カルシウムを添加した場合においても、炭酸塩を添加することによって、炭酸ストロンチウムの成長を促すことができる。
上記変形例によれば、より安価な物質を種結晶として用いることによって、水処理にかかるコストを低減することができる。

種結晶としては、炭酸ストロンチウム、炭酸カルシウムに限らず、炭酸ストロンチウムの成長を促すことができれば、例えば、硫酸ストロンチウム等を採用してもよい。

（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実施するための水処理装置１Ｂ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３に示すように、本実施形態の第二反応槽３は、第一実施形態の炭酸塩添加装置９の代替として炭酸ガス供給装置９Ｂを有している。炭酸ガス供給装置９Ｂは、例えば、施設内の排ガスを有効利用し、炭酸ガス供給ライン１２を介して炭酸ガス（ＣＯ_２）を第二反応槽３内の被処理水Ｗ１に通気することが可能となっている。

上記実施形態によれば、施設内の排ガスを有効活用するとともに炭酸塩添加に伴うコストを低減することができる。

（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態の水処理方法を実施するための水処理装置１Ｃを図面に基づいて説明する。
図４に示すように、本実施形態の固液分離槽は、膜分離装置４Ｃによって構成されている。膜分離装置４Ｃを構成するろ過膜としては、限外ろ過膜、精密ろ過膜、逆浸透膜などの技術を単独もしくは組み合わせて採用することができる。
上記実施形態によれば、重力分離を用いて固液分離を行う場合と比較して、より清澄な処理水を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では、固液分離槽として、重力分離を用いた装置や、膜分離を用いた装置を採用したが、被処理水の固液分離を行うことができればこれに限ることはない。例えば、遠心分離を用いた固液分離を行ってもよい。

１，１Ｂ，１Ｃ 水処理装置
２ 第一反応槽
３ 第二反応槽
４ 固液分離槽
４Ｃ 膜分離装置
６ 種結晶添加装置
７ 塩化ストロンチウム添加装置
８ 第一ｐＨ調整装置
９ 炭酸塩添加装置
９Ｂ 炭酸ガス供給装置
１０ 第二ｐＨ調整装置
１２ 炭酸ガス供給ライン
Ｗ 被処理水

Claims (2)

1. 放射性ストロンチウム含有被処理水に種結晶を添加する種結晶添加工程と、
   放射性ストロンチウム含有被処理水のストロンチウム濃度を高めるストロンチウム濃度調整工程と、
   放射性ストロンチウム含有被処理水に炭酸塩を添加する炭酸塩添加工程と、
   これらの工程で生成された炭酸ストロンチウムを分離するストロンチウム分離工程と、を有する水処理方法。
2. 前記炭酸塩添加工程、前記種結晶添加工程、及びストロンチウム濃度調整工程を被処理水のｐＨを８〜１０に制御した状態で行う請求項１に記載の水処理方法。

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