JP2017015542A - Tritium separation system and tritium separation method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、トリチウム含有水からトリチウムを分離するトリチウム分離システム及びトリチウム分離方法に関する。 The present disclosure relates to a tritium separation system and a tritium separation method for separating tritium from tritium-containing water.
核分裂反応を利用する原子力施設では、核分裂反応によって生じた放射性物質を含む廃水が生成される。このような廃水には様々な放射性物質が含まれている。セシウムやストロンチウムをはじめとする大半の放射性物質は、技術の進歩によって、既存の浄化設備でも比較的容易に除去可能であるが、トリチウム(T)のように分離が困難な物質も存在する。特にトリチウムは水素(H)の放射性同位体であり、典型的には、同位体水(T2O、THO)やトリチウムイオン(3T+)として通常の水(H2O)の中に存在するため、他の同位体と分離することが困難である。 In a nuclear facility that uses a fission reaction, wastewater containing radioactive materials generated by the fission reaction is generated. Such wastewater contains various radioactive substances. Most radioactive materials such as cesium and strontium can be removed relatively easily with existing purification equipment due to technological advances, but there are also materials that are difficult to separate such as tritium (T). In particular, tritium is a radioisotope of hydrogen (H), and is typically present in normal water (H 2 O) as isotope water (T 2 O, THO) or tritium ion ( 3 T + ). Therefore, it is difficult to separate from other isotopes.
トリチウムの分離技術として、他の同位体との僅かな沸点差を利用する蒸留プロセスが知られているが、大がかりな設備が必要となるためコストが高く、大容量の廃水処理には向いていない。またトリチウム含有水の分離以外による処理方法としては、長期的に廃水を貯留することによって放射能減衰を図る方法もあるが、トリチウムの半減期は約12年と長い。そのため、やはり大容量の廃水を処理するためには大規模な貯留設備が必要となってしまい、適していない。 As a tritium separation technology, a distillation process that uses a slight difference in boiling point from other isotopes is known, but it requires a large amount of equipment and is expensive and unsuitable for treating large volumes of wastewater. . Further, as a treatment method other than the separation of tritium-containing water, there is a method of attenuating radioactivity by storing wastewater for a long time, but the half-life of tritium is as long as about 12 years. Therefore, in order to treat a large amount of wastewater, a large-scale storage facility is required, which is not suitable.
このような課題を解決するための一つの手掛かりとして、特許文献1では、トリチウムを吸着により分離可能な新規な材料として、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンが開示されている。このような新規材料による吸着反応では、従来の蒸留プロセスに比べてエネルギー消費が少なく、簡易な設備でトリチウム分離が可能であることが期待されている。
As one clue for solving such a problem,
従来、トリチウム分離は上述したように蒸留プロセスを利用したものが主流であったため、特許文献1のような吸着反応を利用したトリチウム分離技術は確立されていないのが現状である。特に、特許文献1に開示されているスピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンがもたらすトリチウムの吸着反応は、濃度差による平衡反応である一般的な吸着反応とは、異なる振る舞いを有しているため、トリチウム分離に利用するためには、様々な創意工夫が要求される。
Conventionally, tritium separation has been mainly performed using a distillation process as described above, and therefore, a tritium separation technique using an adsorption reaction as in
このような吸着反応を利用したトリチウム分離技術は、従来の蒸留プロセスに比べてエネルギー消費が少なく、簡易な設備でトリチウム分離が可能であるため、特に以下のような用途において確立が望まれている。例えば、加圧水型原子炉を有する原子力プラントでは、一次冷却材の再利用を継続するに伴って一次冷却材中にトリチウムが蓄積することにより、従事者の被曝量が増加することなどがある。また近年問題となっている福島第一原子力発電所では、日々汚染水が発生し、敷地内に大量の汚染水タンクが増加し続けている。汚染水の処理には多核種除去装置によって放射性物質の除去が進められているが、上述したようにトリチウムの分離が困難であり、敷地内にトリチウムを含む汚染水が増え続けている。 Tritium separation technology using such an adsorption reaction consumes less energy than conventional distillation processes, and tritium separation is possible with simple equipment, so establishment in the following applications is desired. . For example, in a nuclear power plant having a pressurized water nuclear reactor, tritium accumulates in the primary coolant as the primary coolant is continuously reused, resulting in an increase in worker exposure. The Fukushima Daiichi nuclear power plant, which has become a problem in recent years, generates contaminated water every day, and a large number of contaminated water tanks continue to increase on the premises. In the treatment of contaminated water, radioactive substances are being removed by a multi-nuclide removal device. However, as described above, it is difficult to separate tritium, and contaminated water containing tritium continues to increase in the site.
本発明の少なくとも1実施形態は例えば上記問題点に鑑みなされたものであり、トリチウム含有水から吸着反応によりトリチウムを好適に分離可能なトリチウム分離システム及びトリチウム分離方法を提供することを目的とする。 At least one embodiment of the present invention has been made in view of, for example, the above problems, and an object thereof is to provide a tritium separation system and a tritium separation method that can suitably separate tritium from tritium-containing water by an adsorption reaction.
(1)本発明の少なくとも1実施形態にかかるトリチウム分離システムは上記課題を解決するために、トリチウム吸着材を用いてトリチウム含有水からトリチウムを分離するトリチウム分離システムであって、前記トリチウム含有水を前記トリチウム吸着材に接触させる第1の処理部と、前記第1の処理部から取得した前記トリチウム吸着材を、トリチウム回収水に接触させる第2の処理部と、を備える。 (1) A tritium separation system according to at least one embodiment of the present invention is a tritium separation system that separates tritium from tritium-containing water using a tritium adsorbent in order to solve the above-described problem. A first processing unit that contacts the tritium adsorbent; and a second processing unit that contacts the tritium adsorbent obtained from the first processing unit with tritium recovery water.
上記(1)の構成によれば、第1の処理部では、トリチウム含有水をトリチウム吸着材に接触させることにより、トリチウム含有水に含まれるトリチウムがトリチウム吸着材に吸着される。その結果、トリチウム含有水からトリチウムが分離される。一方、第2の処理部では、トリチウム吸着材に吸着されたトリチウムが、トリチウム回収水に放出される。これにより、トリチウム回収水にトリチウムの濃縮が進められる。このようにして、本構成では、トリチウム含有水から吸着分離されたトリチウムをトリチウム回収水に濃縮して抽出できるので、トリチウム含有水の減容処理が可能となる。
尚、トリチウム回収水としては、トリチウム含有水を用いてもよいし、トリチウム含有水のトリチウム濃度より低いもの、または高いものを用いてもよい。
According to the configuration of (1) above, in the first processing unit, tritium contained in the tritium-containing water is adsorbed to the tritium adsorbent by bringing the tritium-containing water into contact with the tritium adsorbent. As a result, tritium is separated from the tritium-containing water. On the other hand, in the second processing unit, tritium adsorbed on the tritium adsorbent is released into the tritium recovery water. Thereby, the concentration of tritium proceeds in the tritium recovered water. In this way, in this configuration, tritium adsorbed and separated from tritium-containing water can be concentrated and extracted into tritium-recovered water, so that volume reduction treatment of tritium-containing water is possible.
Tritium-containing water may be used as the tritium-recovered water, or water that is lower or higher than the tritium concentration of the tritium-containing water may be used.
補足して説明すると、上述の吸着反応を利用した分離プロセスは、特許文献1に開示されたトリチウム吸着材に含まれるスピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンの特徴的な吸着性を利用したものであることに注意されたい。一般的な吸着反応は、分離物質が高濃度側から低濃度に向かって移動する、いわゆる平衡的な反応である。一方、上記吸着材による吸着反応は、濃度差によらない非平衡的な反応である。この特徴的な性質は、第2の処理部において、トリチウム吸着材に吸着しているトリチウムを、濃度の高いトリチウム回収水に放出できることを可能にしている。具体的に説明すると、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンは、トリチウム含有水
に接触させると所定期間ある程度の吸着性能を発揮するが、その後、一度吸着したトリチウムを逆に放出する振る舞いを有する。このようなトリチウムの放出は、濃度差によらず行われる。第2の処理部では、このように、吸着されたトリチウムが所定期間後に放出される性質を利用して、高濃度のトリチウム回収水にトリチウムを放出する。これにより、トリチウム含有水から分離したトリチウムによるトリチウム回収水の濃縮化を進めることができる。
To explain supplementarily, the separation process using the above-described adsorption reaction utilizes the characteristic adsorptivity of hydrogen or lithium-containing manganese oxide having a spinel crystal structure contained in the tritium adsorbent disclosed in
尚、第1の処理部及び第2の処理部は、必ずしも物理的に独立した構造を有する必要はない。例えば、第1の処理部及び第2の処理部は、それぞれ物理的に異なる処理槽として実現されていてもよいし、同一槽として実現されていてもよい。 Note that the first processing unit and the second processing unit do not necessarily have a physically independent structure. For example, the first processing unit and the second processing unit may be realized as physically different processing tanks, or may be realized as the same tank.
尚、トリチウム吸着材は第1の処理部及び第2の処理部で繰り返し使用されてもよいし、必要がなければ適正な基準を満たすことを確認したうえ後、排出されてもよい。前者の場合、トリチウム吸着材に後述する再生処理を施すことによって、トリチウムの吸着性能を回復した後に、第1の処理部で再び使用するようにしてもよい。 The tritium adsorbent may be repeatedly used in the first processing unit and the second processing unit, or may be discharged after confirming that the proper standard is satisfied if not necessary. In the former case, the tritium adsorbent may be re-used in the first processing unit after the tritium adsorbent is recovered by recovering the tritium adsorption performance.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、前記トリチウム吸着材は、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含む。 (2) In some embodiments, in the configuration of (1), the tritium adsorbent includes hydrogen having a spinel crystal structure or lithium-containing manganese oxide.
上記(2)の構成によれば、上記構成を実現するためのトリチウム吸着材の一例として、上述の特許文献1で開示されているスピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを用いることができる。
According to the configuration of (2), as an example of the tritium adsorbent for realizing the above configuration, hydrogen having a spinel crystal structure disclosed in the above-mentioned
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、前記トリチウム回収水は、前記第1の処理部から前記トリチウム吸着材が移送される毎に繰り返し使用される。 (3) In some embodiments, in the configuration of (1) or (2), the tritium recovery water is repeatedly used every time the tritium adsorbent is transferred from the first processing unit.
上記(3)の構成によれば、トリチウム含有水からトリチウム吸着材に吸着されたトリチウムを繰り返しトリチウム回収水に放出することで、トリチウム回収水の濃縮化を進めることができる。これにより、トリチウム含有水から分離されたトリチウムを、より高濃度のトリチウム回収水に濃縮できるので、トリチウム含有水の減容化に有利である。 According to the configuration of (3) above, tritium recovered water can be concentrated by repeatedly releasing tritium adsorbed on the tritium adsorbent from the tritium-containing water to the tritium recovered water. Thereby, the tritium separated from the tritium-containing water can be concentrated to a higher concentration tritium recovered water, which is advantageous for reducing the volume of the tritium-containing water.
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)から(3)のいずれか1構成において、前記第2の処理部から取得した前記トリチウム吸着材に再生処理を実施する第3の処理部を更に備え、前記再生された前記トリチウム吸着材は、前記第1の処理部で再び使用される。 (4) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (3), a third processing unit that performs a regeneration process on the tritium adsorbent obtained from the second processing unit is provided. Furthermore, the regenerated tritium adsorbent is used again in the first processing section.
上記(4)の構成によれば、第3の処理部では、トリチウム吸着に使用済のトリチウム吸着材に再生処理を実施することで、吸着性能を回復させることができる。これにより、トリチウム吸着材の吸着性能を良好に確保しつつ、繰り返し使用できる。 According to the configuration of (4) above, in the third processing unit, the adsorption performance can be recovered by performing a regeneration process on the tritium adsorbent used for tritium adsorption. Thereby, it can use repeatedly, ensuring the adsorption | suction performance of a tritium adsorbent favorably.
尚、第3の処理部は、上述の第1の処理部及び第2の処理部と同様に、他の処理部と必ずしも物理的に独立した構造を有する必要はない。また、前記第2の処理部でトリチウム回収水の濃縮化と使用済のトリチウム吸着材の再生処理が同時に行われてもよい。 The third processing unit does not necessarily have a structure that is physically independent from other processing units, like the first processing unit and the second processing unit described above. Further, the concentration of tritium recovered water and the regeneration process of the used tritium adsorbent may be performed simultaneously in the second processing unit.
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)から(4)のいずれか1構成において、前記第1の処理部では、前記トリチウム含有水のpH値に対応して予め設定された時間で、前記トリチウム含有水の前記トリチウム吸着材との接触を終了させる。 (5) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (4), the first processing unit has a time set in advance corresponding to the pH value of the tritium-containing water. The contact of the tritium-containing water with the tritium adsorbent is terminated.
上記(5)の構成によれば、トリチウム吸着材がトリチウム含有水に接触させてから所定期間、良好な吸着性能を発揮するという性質に鑑みて、トリチウム吸着材による吸着処理を当該所定期間が経過するタイミングで終了させる。これにより、所定期間経過後、一度吸着されたトリチウムが再びトリチウム含有水に放出されることを回避することができ、トリチウムの良好な分離が可能となる。そして、この所定期間は、処理対象であるトリチウム含有水のpH値に対応することから、予めトリチウム含有水のpH値に基づいて所定期間を設定しておくことで、スムーズに良好なトリチウム分離を行うことができる。 According to the configuration of the above (5), in view of the property that the tritium adsorbent exhibits good adsorption performance for a predetermined period after the tritium adsorbent is brought into contact with the tritium-containing water, the adsorbing treatment with the tritium adsorbent has elapsed for the predetermined period. End at the timing. As a result, it is possible to avoid that tritium once adsorbed after the predetermined period has elapsed and to be released again into the tritium-containing water, and it is possible to satisfactorily separate tritium. Since this predetermined period corresponds to the pH value of the tritium-containing water to be treated, by setting the predetermined period in advance based on the pH value of the tritium-containing water, smooth and good tritium separation can be achieved. It can be carried out.
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)から(5)のいずれか1構成において、前記第2の処理部は、前記トリチウム吸着材の水分を低減させる水分低減部を備える。 (6) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (5), the second processing unit includes a moisture reducing unit that reduces the moisture of the tritium adsorbent.
トリチウム吸着材に含まれるスピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンは、その吸着性能を維持するために湿潤保管が好ましい物質である。上記(6)の構成によれば、このようなトリチウム吸着材の性質に鑑み、水分低減部によってトリチウム吸着材の水分を低減させることにより、意図的に吸着性能を低下させる。これにより、第2の処理部におけるトリチウム回収水へのトリチウム放出を促進できる。 Hydrogen or lithium-containing manganese oxide having a spinel crystal structure contained in the tritium adsorbent is a substance that is preferably wet-stored in order to maintain its adsorption performance. According to the configuration of the above (6), in view of such a property of the tritium adsorbent, the adsorption performance is intentionally lowered by reducing the water content of the tritium adsorbent by the moisture reducing unit. Thereby, the release of tritium into the tritium recovery water in the second processing unit can be promoted.
尚、トリチウム吸着材の水分が極端に低下すると、トリチウム吸着材に含まれるスピネル結晶構造がラムダ型結晶構造に変化してしまい、再生処理による吸着性能の回復が困難になってしまう。そのため、使用済のトリチウム吸着材を廃棄する場合には問題ないが、例えば上記(4)の構成のように、トリチウム吸着材に再生処理を実施して再使用する場合には、トリチウム吸着材が再生可能な範囲で水分を低減するとよい。 In addition, when the water | moisture content of a tritium adsorbent falls extremely, the spinel crystal structure contained in a tritium adsorbent will change to a lambda type crystal structure, and the recovery | restoration of adsorption | suction performance by reproduction | regeneration processing will become difficult. Therefore, there is no problem when the used tritium adsorbent is discarded. However, when the tritium adsorbent is subjected to a regeneration process and reused as in the above configuration (4), for example, It is good to reduce moisture within a reproducible range.
(7)幾つかの実施形態では、上記(1)から(6)のいずれか1構成において、前記トリチウム含有水は、化学体積制御設備を備える加圧水型原子炉における一次冷却材の余剰水である。 (7) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (6), the tritium-containing water is surplus water of a primary coolant in a pressurized water reactor having a chemical volume control facility. .
上記(7)の構成によれば、上述のトリチウム分離システムを加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)に適用することにより、一次冷却材に蓄積されたトリチウムを好適に分離できる。特に、化学体積制御設備を備える加圧水型原子炉では、化学体積制御によって生じる一次冷却材の余剰水からトリチウム分離可能に構成することで、稼働中の原子炉において効率的なトリチウム分離が可能となる。 According to the configuration of (7) above, tritium accumulated in the primary coolant can be suitably separated by applying the above-described tritium separation system to a pressurized water reactor (PWR). In particular, in a pressurized water reactor equipped with chemical volume control equipment, it is possible to separate tritium from the surplus water of the primary coolant generated by chemical volume control so that tritium can be efficiently separated in an operating reactor. .
(8)幾つかの実施形態では、上記(7)の構成において、前記化学体積制御設備は、前記余剰水に含まれるホウ酸を回収するホウ酸回収部を含み、前記第1の処理部は、前記ホウ酸回収部を通過した再利用水を前記トリチウム含有水として供給する。 (8) In some embodiments, in the configuration of (7), the chemical volume control facility includes a boric acid recovery unit that recovers boric acid contained in the excess water, and the first processing unit is The recycled water that has passed through the boric acid recovery unit is supplied as the tritium-containing water.
上記(8)の構成によれば、化学体積制御設備がホウ酸回収部を備える場合、当該ホウ酸回収部によって水中のホウ酸が回収済の再利用水について、トリチウム分離が実施される。このようにホウ酸が予め除去された再利用水を処理対象とすることで、トリチウム分離プロセスにおける不純物が少なくなる。 According to the configuration of (8) above, when the chemical volume control facility includes the boric acid recovery unit, tritium separation is performed on the reused water from which boric acid in the water has been recovered by the boric acid recovery unit. Thus, the reuse water from which the boric acid has been removed in advance is treated, so that impurities in the tritium separation process are reduced.
(9)幾つかの実施形態では、上記(7)又は(8)の構成において、前記トリチウム含有水は、前記第1の処理部によって前記トリチウムが分離された後、前記一次冷却材として再利用可能に貯留する第1のタンクに戻される。 (9) In some embodiments, in the configuration of (7) or (8), the tritium-containing water is reused as the primary coolant after the tritium is separated by the first processing unit. Returned to the first tank to be stored as possible.
上記(9)の構成は、既存の加圧水型原子炉の設備を流用するため新規に追加する設備が少なく、簡単なライン接続で実施可能であるため、実用的である。 The configuration of (9) is practical because it can be implemented with simple line connection because there are few newly added facilities because the existing pressurized water reactor facilities are used.
(10)幾つかの実施形態では、上記(8)の構成において、前記トリチウム含有水は、前記第1の処理部によって前記トリチウムが分離された後、前記ホウ酸回収部に供給される前記余剰水を貯留する第2のタンクに戻される。 (10) In some embodiments, in the configuration of (8), the tritium-containing water is supplied to the boric acid recovery unit after the tritium is separated by the first processing unit. Returned to the second tank for storing water.
上記(10)の構成もまた、既存システムに対して新規に追加する機器類を削減することができ、実用的である。 The configuration (10) is also practical because it can reduce the number of devices newly added to the existing system.
(11)幾つかの実施形態では、上記(1)から(10)のいずれか1構成において、前記第1の処理部及び前記第2の処理部は、異なる処理槽として構成されている。 (11) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (10), the first processing unit and the second processing unit are configured as different processing tanks.
上記(11)の構成によれば、各処理部で実施されるそれぞれの処理内容は、物理的に異なる処理槽で実施される。すなわち、各処理部を異なる処理槽で実現することにより、各処理段階で使用される処理液等を明確に分離し、良好な処理効率が得られる。例えば上述したように、第1の処理部でトリチウム吸着材にトリチウムを吸着した後、時間が経過すると、トリチウム吸着材からトリチウムが放出されるが、所定時間経過後にトリチウム吸着材を別の処理槽に移送することで、一度吸着されたトリチウムが元のトリチウム含有水に放出されることによりトリチウム分離性能が悪化してしまうことを防止できる。 According to the configuration of (11) above, each processing content executed in each processing unit is executed in a physically different processing tank. That is, by realizing each processing unit in a different processing tank, it is possible to clearly separate the processing liquid used in each processing stage and to obtain good processing efficiency. For example, as described above, after tritium is adsorbed on the tritium adsorbent in the first processing unit, tritium is released from the tritium adsorbent when time elapses. It is possible to prevent the tritium separation performance from deteriorating due to the tritium once adsorbed being released into the original tritium-containing water.
(12)幾つかの実施形態では、上記(1)から(10)のいずれか1構成において、前記第1の処理部及び前記第2の処理部は、同じ処理槽として構成されている。 (12) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (10), the first processing unit and the second processing unit are configured as the same processing tank.
上記(12)の構成によれば、各処理部におけるそれぞれの処理は、同一の処理槽で実施される。これは、例えば、単一の処理槽に対して、各処理に対応する処理液を注入出することによって、複数の処理部として機能させることができる。この場合、装置を小規模にすることができるため、有利である。 According to the configuration of (12) above, each processing in each processing unit is performed in the same processing tank. For example, this can function as a plurality of processing units by injecting a processing liquid corresponding to each processing into a single processing tank. In this case, the apparatus can be made small, which is advantageous.
(13)幾つかの実施形態では、上記(1)から(12)のいずれか1構成において、前記トリチウム吸着材は粉末形状を有しており、前記第1の処理部では、前記トリチウムが吸着された後のトリチウム吸着材が、磁気分離法、フィルタードプレス法、及び、遠心分離法の少なくとも1つによって前記トリチウム含有水から分離されるように構成されている。 (13) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (12), the tritium adsorbent has a powder shape, and the tritium is adsorbed in the first processing unit. The tritium adsorbent after being formed is separated from the tritium-containing water by at least one of a magnetic separation method, a filtered press method, and a centrifugal separation method.
上記(13)の構成によれば、粉末形状のトリチウム吸着材を用いることによって、トリチウム含有水との接触面積が増加し、良好なトリチウム吸着率が得られる。そして第1の工程では、トリチウム吸着後のトリチウム吸着材が、これらの方法によって、トリチウム含有水から良好に分離される。 According to the configuration of (13) above, by using the powdered tritium adsorbent, the contact area with the tritium-containing water increases, and a good tritium adsorption rate can be obtained. In the first step, the tritium adsorbent after the tritium adsorption is favorably separated from the tritium-containing water by these methods.
(14)幾つかの実施形態では、上記(4)の構成において、前記トリチウム吸着材は粉末形状を有しており、前記第3の処理部では、遠心分離法、フィルタードプレス法、及び、磁気分離法の少なくとも1つによって、前記トリチウム吸着材の再生処理に用いられる再生液から前記トリチウム吸着材が分離されるように構成されている。 (14) In some embodiments, in the configuration of (4), the tritium adsorbent has a powder shape, and in the third processing unit, a centrifugal separation method, a filtered press method, and The tritium adsorbent is separated from the regenerated liquid used for the regeneration process of the tritium adsorbent by at least one of magnetic separation methods.
上記(14)の構成によれば、上記(13)に倣って、第3の処理部においても、これらの方法によって再生液からトリチウム吸着材を良好に分離できる。 According to the configuration of (14), the tritium adsorbent can be satisfactorily separated from the regenerated liquid by these methods also in the third processing unit, following (13).
(15)幾つかの実施形態では、上記(1)から(12)のいずれか1構成において、前記トリチウム吸着材は粉末形状を有しており、前記第2の処理部は、前記トリチウム回収水を第1の逆洗水として使用する第1の膜分離器によって、前記トリチウム含有水から前記トリチウム吸着材を分離して取得する。 (15) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (12), the tritium adsorbent has a powder shape, and the second treatment unit includes the tritium recovered water. Is obtained by separating the tritium adsorbent from the tritium-containing water by a first membrane separator that uses as a first backwash water.
上記(15)の構成によれば、トリチウムが吸着されたトリチウム吸着材を、トリチウム除去後のトリチウム含有水から分離する際に、続く第2の処理部で用いられるトリチウム回収水を第1の逆洗水として用いる第1の膜分離器を用いる。これにより、第1の逆洗水は第2の処理部でトリチウム回収水として機能させることができるので、装置構成の効率化に貢献できるとともに、トリチウム吸着材に吸着されたトリチウムを無駄なくトリチウム回収水に放出して回収することができる。また他の溶液を第1の逆洗水として用いると、不純物の混入が問題となるが、そのような問題も生じない。 According to the configuration of (15) above, when separating the tritium adsorbent on which tritium has been adsorbed from the tritium-containing water after the removal of tritium, the tritium recovered water used in the subsequent second treatment section is converted into the first reverse A first membrane separator used as washing water is used. As a result, the first backwash water can be made to function as tritium recovery water in the second processing section, so that it can contribute to the efficiency of the apparatus configuration, and tritium recovered by the tritium adsorbent can be recovered without waste. It can be released into water and recovered. Further, when other solutions are used as the first backwash water, mixing of impurities becomes a problem, but such a problem does not occur.
(16)幾つかの実施形態では、上記(4)の構成において、前記トリチウム吸着材は粉末形状を有しており、前記第3の処理部は、前記トリチウム吸着材の前記再生処理に用いられる再生液を第2の逆洗水として使用する第2の膜分離器によって、前記再生液から前記トリチウム吸着材を分離して取得する。 (16) In some embodiments, in the configuration of (4), the tritium adsorbent has a powder shape, and the third processing unit is used for the regeneration treatment of the tritium adsorbent. The tritium adsorbent is separated and obtained from the regenerated liquid by a second membrane separator that uses the regenerated liquid as the second backwash water.
上記(16)の構成によれば、トリチウムが除去されたトリチウム吸着材を、トリチウムを回収した再生液から分離する際に、続く第3の処理部で用いられる再生液を第2の逆洗水として用いる第2の膜分離器を用いる。これにより、第2の逆洗水は第3の処理部で再生液として機能できるので、装置構成の効率化に貢献できる。 According to the configuration of (16) above, when the tritium adsorbent from which the tritium has been removed is separated from the regenerated liquid from which the tritium has been collected, the regenerated liquid used in the subsequent third processing unit is used as the second backwash water. A second membrane separator used as is used. Thereby, since the 2nd backwash water can function as a reproduction | regeneration liquid in a 3rd process part, it can contribute to efficiency improvement of an apparatus structure.
(17)幾つかの実施形態では、上記(1)から(16)のいずれか1構成において、前記第1の処理部及び前記第2の処理部は、前記トリチウム含有水に対して少なくとも1のバルブを介して並列に接続された複数の処理塔として構成されており、前記少なくとも1のバルブは、前記トリチウム吸着材による前記トリチウムの吸着処理が前記複数の処理塔の各々において交互に実施されるように切り換えられる。 (17) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (16), the first processing unit and the second processing unit are at least one for the tritium-containing water. The at least one valve is configured to alternately perform the tritium adsorption treatment by the tritium adsorbent in each of the plurality of treatment towers. Are switched as follows.
上記(17)の構成によれば、複数の処理塔の各々において交互にトリチウム分離が実施されるので、処理対象のトリチウム含有水に対して時間的に連続処理を実施することができる。これにより、トリチウムの分離処理の効率化を図ることができ、大容量のトリチウム含有水の処理にも対応することができる。 According to the configuration of (17) above, tritium separation is alternately performed in each of the plurality of treatment towers, so that continuous treatment can be performed temporally on the tritium-containing water to be treated. Thereby, the efficiency of the tritium separation treatment can be improved, and the treatment of a large volume of tritium-containing water can be handled.
(18)本発明の少なくとも1実施形態に係るトリチウム分離システムは上記課題を解決するために、上述のトリチウム分離システム(上記各種態様を含む)と、前記トリチウム含有水を外部から供給可能に構成された供給ラインと、前記トリチウムが分離された前記トリチウム含有水を排出可能に構成された第1の排出ラインと、前記トリチウム回収水を排出可能に構成された第2の排出ラインとを備える。 (18) In order to solve the above-described problem, a tritium separation system according to at least one embodiment of the present invention is configured to be able to supply the above-described tritium separation system (including the various aspects described above) and the tritium-containing water from the outside. A first discharge line configured to be able to discharge the tritium-containing water from which the tritium has been separated, and a second discharge line configured to be capable of discharging the tritium recovered water.
上記システムによるトリチウム分離プロセスは従来技術に比べてエネルギー消費が大幅に少なくて済むため、設備自由度が高く、例えばニーズに応じて処理容量や設備規模を柔軟に設計できる。 Since the tritium separation process using the above system requires significantly less energy consumption than the prior art, the degree of equipment freedom is high, and for example, the processing capacity and equipment scale can be designed flexibly according to needs.
(19)本発明の少なくとも1実施形態に係る可搬式トリチウム分離システムは、上述のトリチウム分離システム(上記各種態様を含む)を備える。 (19) A portable tritium separation system according to at least one embodiment of the present invention includes the above-described tritium separation system (including the various aspects described above).
上記(19)の構成によれば、このような特性を活用し、可搬式のシステムとすることもできる。この場合、例えば福島第1原子力発電所の敷地内数保管されている汚染水タンクのように、多くのタンクが広範囲に亘って分布している場合においても、本システムによってローカル処理が可能となり、処理効率化を図ることができる。 According to the configuration of (19), it is possible to make a portable system by utilizing such characteristics. In this case, even when many tanks are distributed over a wide area, such as the contaminated water tanks that are stored on the premises of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, this system enables local processing. Processing efficiency can be improved.
(20)本発明の少なくとも1実施形態に係る可搬式トリチウム分離方法は、上記課題を解決するために、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含むトリチウム吸着材を用いてトリチウム含有水からトリチウムを分離するトリチウム分離方法であって、前記トリチウム含有水を前記トリチウム吸着材に接触させる第1の工程と、前記第1の工程の後、前記トリチウム吸着材を前記トリチウム含有水よりトリチウム濃度が高いトリチウム回収水に接触させる第2の工程と、を備える。 (20) A portable tritium separation method according to at least one embodiment of the present invention uses tritium-containing water containing a spinel crystal structure containing tritium adsorbent containing hydrogen or lithium-containing manganese oxide in order to solve the above problems. A tritium separation method for separating tritium from a first step of bringing the tritium-containing water into contact with the tritium adsorbent, and after the first step, the tritium adsorbent is separated from the tritium-containing water by a tritium concentration. A second step of contacting with high tritium recovery water.
上記(20)の方法は、上述のトリチウム分離システム又は可搬式トリチウム分離システム(上記各種態様を含む)によって好適に実施可能である。 The method (20) can be suitably carried out by the above-described tritium separation system or portable tritium separation system (including the above-described various aspects).
本発明の少なくとも1実施形態によれば、トリチウム含有水から吸着反応によりトリチウムを好適に分離可能なトリチウム分離システム及びトリチウム分離方法を提供できる。 According to at least one embodiment of the present invention, a tritium separation system and a tritium separation method capable of suitably separating tritium from tritium-containing water by an adsorption reaction can be provided.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
In addition, for example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes in a strict geometric sense, but also within the range where the same effect can be obtained. A shape including a chamfered portion or the like is also expressed.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.
はじめに図1及び図2を参照して、本発明の少なくとも1実施形態に係るトリチウム分離システムの基本原理について説明する。図1は本発明の少なくとも1実施形態に係るトリチウム分離システムの基本原理を概念的に示す模式図であり、図2は図1のトリチウム分離システムによって実施されるトリチウム分離方法を工程毎に示すフローチャートである。 First, the basic principle of a tritium separation system according to at least one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic diagram conceptually showing the basic principle of a tritium separation system according to at least one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart showing a tritium separation method performed by the tritium separation system of FIG. It is.
トリチウム分離システム1(以下、適宜「システム1」と称する)は、トリチウム含有水2からトリチウムを分離するシステムである。システム1は、吸着処理を実施する第1の処理部3と、回収処理を実施する第2の処理部4と、再生処理を実施する第3の処理部5と、処理水6を貯留する処理水タンク7と、トリチウム回収水8を貯留する濃縮水タンク9と、再生処理を行うための再生液10を貯留する再生液タンク11とを備える。
The tritium separation system 1 (hereinafter referred to as “
尚、図1では、システム1の概念的構成をわかりやすく説明するために、第1の処理部3、第2の処理部4、及び、第3の処理部5を独立した構成として示しているが、これらは必ずしも物理的に独立した構造を有する必要はない。例えば後述するように、これらの各処理部は、それぞれ物理的に異なる処理槽として構成されていてもよいし、同一の処理槽として構成されていてもよい。
In FIG. 1, the
システム1では、トリチウム含有水2にトリチウム吸着材12を接触させることにより、トリチウム分離が実施される。トリチウム吸着材12は、特に、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含む。スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンは、トリチウム含有水に接触した際に、トリチウムを取り込む吸着効果を有する。特許文献1によれば、当該材料は、当該吸着反応は、酸化マンガンのスピネル結晶構造に含有されている水素イオン又はリチウムイオンが、水中のトリチウムイオンとイオン交換することで、水中のトリチウムイオンがスピネル結晶構造内に移動し、さらに結晶内の酸素原子との弱い共有結合(強い水素結合)によって固相内に補足され、結果として水中のトリチウム濃度が減じるとされている。
In the
トリチウム分離処理は、まず処理対象となるトリチウム含有水2を第1の処理部3に取り込むことから開始される(ステップS1)。第1の処理部3は、取得したトリチウム含有水2をトリチウム吸着材12に接触させることにより、吸着処理を実施する(ステップS2)。トリチウム吸着材12は、トリチウム含有水2からトリチウムを吸着し、トリチウム含有水2のトリチウム濃度を低下させる。トリチウムが分離された後のトリチウム含有水2は、処理水6として処理水タンク7に送られる。一方、トリチウム吸着材12は、トリチウム含有水2から分離されたトリチウムを吸着した状態のまま、第2の処理部4に移送される(図1の破線矢印a)。
The tritium separation process is started by first taking the tritium-containing
第1の処理部3における吸着処理は、処理対象であるトリチウム含有水2のpH値に対応して予め設定された時間で終了されてもよい。ここでトリチウム吸着材12に含まれるスピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンは、例えば特許文献1に記載されているように、トリチウム含有水2に接触することにより吸着反応が開始した後、所定期間は良好な吸着効果を示すが、その後、一度吸着したトリチウムを放出する性質を有しており、当該所定時間はトリチウム含有水2のpH値に依存することが知られている。第1の処理部3では、このようなトリチウム吸着材12の性質に鑑み、トリチウム含有水2のpH値から所定時間を予め算出しておき、当該所定時間で吸着処理を終了させてもよい。これにより、トリチウム吸着材12に吸着されたトリチウムが処理水6に再び放出されることを防ぐことができる。
The adsorption process in the
尚、システム1に取り込まれるトリチウム含有水2は、事前にpH値が調整されることにより、第1の処理部3におけるトリチウム吸着処理の終了時間を意図的に調整するようにしてもよい。また、このようにトリチウムの吸着反応の経過時間に基づいて吸着処理の終了タイミングを判定する他に、トリチウム含有水2のトリチウム濃度の変化を連続的に監視することにより、吸着処理の終了タイミングを判定するようにしてもよい。この場合、トリチウム濃度の連続的な監視には、後述するトリチウム濃度計測装置136が適している。
The tritium-containing
続いて、第1の処理部3から移送されたトリチウム吸着材12は、第2の処理部4において、トリチウム回収水8に接触されることにより、回収処理が実施される(ステップS3)。ここで、トリチウム吸着材12に吸着されたトリチウムは、上述したように、吸着反応の開始から所定期間が経過した後に放出される性質を有する。このようなトリチウム放出は、濃度差に基づく平衡的な反応とは異なり、濃度差に関わらず時間経過によって必然的に生じる非平衡的な反応である。ステップS3では、このようなスピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンが有する特有な性質を利用することにより、トリチウム吸着材12から放出されたトリチウムが、トリチウム回収水8に濃縮化される。トリチウム回収水8は、トリチウム含有水2を用いてもよいし、トリチウム含有水2のトリチウム濃度より低いもの、または高いものを用いてもよい。
Subsequently, the
その後、濃縮化されたトリチウム回収水8は、濃縮水タンク9に送られるとともに、トリチウムが放出された後のトリチウム吸着材12は、次の第3の処理部5に移送される(図1の破線矢印b)。
After that, the concentrated tritium recovered
第3の処理部5では、第2の処理部4から移送されたトリチウム吸着材12に対して再生処理が実施される(ステップS4)。この再生処理は、トリチウム吸着材12に含まれるスピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンのトリチウム吸着性能を回復させるための再生液10をトリチウム吸着材12に接触させることによって行われる。再生液10は酸性溶液であり、特許文献1にも記載されているように、例えば、pH1〜2程度の希酸を好適に用いることができる。再生液10は再生液タンク11から第3の処理部5に供給され、再生処理の終了後廃棄する場合には、廃液として処理水タンク7に送られる。
In the
第3の処理部5では、このような再生処理を実施することで、トリチウム吸着材12の吸着性能を回復させる。これにより、トリチウム吸着材12が本来有する吸着性能を維持しながら、トリチウム吸着材12を本システム1で繰り返し使用することが可能となる(図1の破線矢印c)。
In the
尚、上述のステップS1乃至S4は、処理対象であるトリチウム含有水2のトリチウム濃度が目標値以下となるまで繰り返し実施されてもよい。また、トリチウム含有水2の容量が多い場合には、システム1で処理可能な容量に分けて繰り返し実施されてもよい。
Note that the above-described steps S1 to S4 may be repeatedly performed until the tritium concentration of the tritium-containing
尚、第3の処理部5は任意であってもよい。第3の処理部5は、トリチウム吸着材12繰り返し使用するために再生処理を実施するものであるため、例えば使用済のトリチウム吸着材12を廃棄する場合には、第3の処理部5は省略されてもよい。また、第2の処理部4で再生処理を兼ねてもよい。
The
以上説明したように、本システム1では、トリチウム含有水2からトリチウムを好適に分離できるとともに、当該分離されたトリチウムをトリチウム回収水8として濃縮できる。これによりトリチウム濃度が低い大量のトリチウム含有水2をトリチウム濃度が高い少量のトリチウム回収水8として大幅に減容できる。また、このような分離プロセスは、蒸留法のような従来プロセスに比べてエネルギー消費が非常に少なく済み、システム設備の規模やコストを大幅に抑制できる。
As described above, in the
上述の例では、システム1にトリチウム含有水2が取り込まれる度に、一連のステップが繰り返し実施されるようにしてもよい。このように複数回に亘って処理が実施される場合、特に、第2の処理部4では同一のトリチウム回収水8が繰り返し使用されることで、より高濃度なトリチウム回収水8を得ることができる。これは、大容量のトリチウム含有水2を減容化して、小容量で高濃度のトリチウム回収水8に濃縮できることを意味する。
尚、一連のステップが繰り返し実施されない場合(すなわち、各処理が1回で完結する場合)には、トリチウム回収水8が繰り返し使用されなくてもよいし、また、一連のステップが繰り返される場合であっても途中でトリチウム回収水8を交換してもよいことは言うまでもない。
In the above example, a series of steps may be repeatedly performed each time the tritium-containing
In addition, when a series of steps are not repeatedly performed (that is, when each treatment is completed once), the tritium recovered
続いて上記基本原理を利用した具体的な構成例について説明していく。
尚、以下の説明では、基本原理の説明で言及した構成に対応する構成に対して共通の符号を付すこととし、基本原理の対応構成と同等、又は、基本原理の対応構成の下位概念に相当するとして述べることとする。
Next, a specific configuration example using the basic principle will be described.
In the following description, components corresponding to the components mentioned in the description of the basic principle are denoted by common reference numerals, and are equivalent to the corresponding components of the basic principle, or correspond to subordinate concepts of the corresponding components of the basic principle. Let's say that you do.
(実施例1)
図3は実施例1に係るトリチウム分離システム1Aの全体構成を示す模式図である。実施例1では、第1の処理部3、第2の処理部4及び第3の処理部5は、それぞれ物理的に異なる処理槽である吸着槽13、回収槽14及び再生槽15として構成されている。
Example 1
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of the
システム1Aでは、処理対象であるトリチウム含有水2は、まず吸着槽13にてトリチウム吸着材12と接触させられることにより吸着処理が実施される。吸着処理は、トリチウム吸着材12が良好な吸着効果を発揮可能な所定期間継続される。吸着処理が完了すると、トリチウム濃度が低減したトリチウム含有水2は、処理水6として排出ライン16を介して処理水タンク7に送られる。排出ライン16には、処理水6を圧送するためのポンプ17と、処理水6のpH値を調整するためのpH調整液を注入可能に構成されたpH調整液注入部18と、処理水6をサンプルとして採取可能に構成されたサンプル採取部19と、が設けられている。一方、トリチウムを吸着したトリチウム吸着材12は、吸着槽13から、回収槽14に移送される(図3の破線矢印a)。
In the
回収槽14では、吸着槽13から移送されたトリチウム吸着材12に対して、トリチウム回収水8を接触させることにより回収処理が実施される。回収処理では、トリチウム吸着材12に吸着されたトリチウムがトリチウム回収水8に放出されることにより、トリチウム回収水8が濃縮化される。その後、トリチウム回収水8は排出ライン20を介して濃縮水タンク9に移される。排出ライン20には、トリチウム回収水8を圧送するためのポンプ21と、トリチウム回収水8のpH値を調整するためのpH調整液を注入可能に構成されたpH調整液注入部22と、トリチウム回収水8をサンプルとして採取可能に構成されたサンプル採取部23と、が設けられている。
一方、トリチウム放出後のトリチウム吸着材12は再生槽15に移送される(図3の破線矢印b)。
In the
On the other hand, the
再生槽15では、回収槽14から移送されたトリチウム吸着材12に再生液10が接触させられることにより、再生処理が実施される。再生処理が完了すると、トリチウム吸着材13は再び吸着槽12に戻され、再利用される(図3の破線矢印c)。一方、再生液10は排出ライン24を介して処理タンク7に排出される。排出ライン24には、使用済の再生液10を圧送するためのポンプ25と、再生液10のpH値を調整するためのpH調整液を注入可能に構成されたpH調整液注入部26と、再生液10をサンプルとして採取可能に構成されたサンプル採取部27と、が設けられている。
In the
尚、再生槽15で使用される再生液10には、トリチウム吸着材12を介してトリチウムが少なからず蓄積されることがある。再生液10のトリチウム濃度が高くなると、再生液10の機能が低下するおそれがあるため、再生液10を繰り返し使用する場合には、再生液10のトリチウム濃度を監視し、許容値を超えた場合に、中和処理を施した後、吸着槽13または処理水タンク7に送られるようにしてもよい。
尚、このような再生液10におけるトリチウム濃度の監視に関しても、後述するトリチウム濃度計測装置136を用いることができる。
Note that tritium may be accumulated in the regenerating
Note that the tritium
以上説明したように実施例1によれば、吸着処理、回収処理及び再生処理が、それぞれ物理的に異なる吸着槽13、回収槽14及び再生槽15で実施される。すなわち、第1の処理部3、第2の処理部4及び第3の処理部5を異なる処理槽で実現することにより、各処理段階で使用される処理液等を明確に分離し、良好な処理効率が得られる。例えば上述したように、第1の処理部3でトリチウム吸着材12にトリチウムを吸着した後、時間が経過すると、トリチウム吸着材12からトリチウムが放出されるが、所定時間経過後にトリチウム吸着材12を別の処理槽に移送することで、一度吸着されたトリチウムが元のトリチウム含有水2に放出されることによりトリチウム分離性能が悪化してしまうことを防止できる。
As described above, according to the first embodiment, the adsorption process, the recovery process, and the regeneration process are performed in the physically
(実施例2)
図4は実施例2に係るトリチウム分離システム1Bの全体構成を示す模式図である。本実施例では、第1の処理部3、第2の処理部4及び第3の処理部5は、単一の処理槽28として構成されている。処理槽28の内側にはトリチウム吸着材12が予め配置されている。
(Example 2)
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a
システム1Bでは、まず処理槽28に対して、処理対象であるトリチウム含有水2が供給されることにより、トリチウム吸着材12に接触させられ、吸着処理が実施される。このとき、処理槽28は第1の処理部3として機能する。その後、トリチウム濃度が低減された処理水6は、処理水タンク7に送られる。この吸着処理は、処理水6を処理水タンク7と処理槽28の間で循環させながら行うことができるようにしてもよい。
In the
続いて、トリチウムが吸着されたトリチウム吸着材12を処理槽28に残した状態で、濃縮水タンク9からトリチウム回収水8を供給する。これにより、トリチウム吸着材12に吸着しているトリチウムがトリチウム回収水8に放出され、トリチウム回収水8が濃縮化される。このとき処理槽28は第2の処理部4として機能する。その後、濃縮化されたトリチウム回収水8は、濃縮水タンク9に送られる。
Subsequently, the
続いて、トリチウム放出後のトリチウム吸着材12を処理槽28に残した状態で、再生液タンク11から再生液10を供給する。これにより、トリチウム吸着材12の再生処理が実施される。その結果、トリチウム吸着材12の吸着性能が回復し、上述の一連の処理を繰り返し実施することが可能となる。このとき処理槽28は第3の処理部5として機能する。その後、再生液10は再生液タンク11に送られ、システム1Bは初期状態に戻る。再生液10に中和処理を施した後、処理水タンク7に送ってもよい。
Subsequently, the regenerated
以上説明したように、実施例2では第1の処理部3、第2の処理部4及び第3の処理部5を単一の処理槽28として構成するとともに、各処理に応じたプロセス流体を切り換えることで、一連のトリチウム分離プロセスを実施できる。そのため、システム構造を小規模にすることができる。
As described above, in the second embodiment, the
(実施例3)
図5は実施例3に係るトリチウム分離システム1Cの全体構成を示す模式図である。本システム1Cでは、図1に比べて第2の処理部4に水分低減部29が設けられていることに特徴がある。水分低減部29は第2の処理部4においてトリチウム吸着材12の水分を低減させる。水分低減部29としては、例えば、加熱によってトリチウム吸着材12の水分を低減するヒータや、乾燥によってトリチウム吸着材12の水分を低減するブロア等が使用可能である。
(Example 3)
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a
ここで、トリチウム吸着材12に含まれるスピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンは、その吸着性能を維持するために湿潤保管が好ましい物質である。このような性質に鑑み、水分低減部29はトリチウム吸着材12の水分を低減させることにより、その吸着性能を意図的に低下させることで、回収処理におけるトリチウム吸着材12からのトリチウム放出を促進することができる。
Here, hydrogen or lithium-containing manganese oxide having a spinel crystal structure contained in the
尚、このように水分低減部19によってトリチウム放出を行う場合には、トリチウム吸着材12の酸化マンガン結晶内に存在する水素およびトリチウムイオンが、水として結晶外に蒸散する反応が進むことにより、吸着材内にイオン状で残存するトリチウムも回収できる点でも有利である。また、少量の水にトリチウム放出を行うことで高い濃縮度のトリチウム回収水が得られる利点もある。
When tritium is released by the
尚、水分低減部29によって放出されたトリチウムは、典型的には水分と混在している状態であるため、凝縮器30によって凝縮された後、濃縮水タンク9に回収されてもよい。またトリチウム吸着材12から放出される水分には、水素ガスの形で分離されるトリチウムも存在すると考えられるため、凝縮器30に加えて、再結合するためのリコンバイナを併せて備え、水の形態として蒸散した水と同様に濃縮水タンク9に回収してもよいし、水素ガスの形で分離されるトリチウムは気体廃棄物として処理してもよい。
Since the tritium released by the
また水分低減部29を使用する場合、トリチウム吸着材12の水分が極端に低下すると、トリチウム吸着材12に含まれるスピネル結晶構造がラムダ型結晶構造に変化してしまい、再生による吸着性能の回復が困難になってしまう。そのため、使用後のトリチウム吸着材12を廃棄する場合には問題ないが、再生処理により繰り返し使用する場合には、トリチウム吸着材12が再生可能な範囲で水分の低減を行うとよい。
Also, when the
尚、実施例2のように第1の処理部3、第2の処理部4及び第3の処理部5を単一の処理槽28として構成する場合には、処理槽28に水分低減部29を設け、トリチウム吸着材12に吸着されたトリチウムをトリチウム回収水8に放出するタイミングで動作させるとよい。
In addition, when the
(実施例4)
続いてトリチウム分離システムを加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)を備える原子力プラント100に適用する場合を例に説明する。図6は実施例4に係るトリチウム分離システム1Dを備える原子力プラント100の全体構成を示す模式図である。原子力プラント100は、炉心102を冷却する一次冷却材を取り扱う一次冷却系統104を有しており、一次冷却材の化学体積制御を実施するための化学体積制御設備106と、原子力プラント100で生じる各種廃棄用液体を処理する液体廃棄物処理設備108と、実施例4に係るトリチウム分離システム1Dと、を備える。
Example 4
Next, a case where the tritium separation system is applied to a
化学体積制御設備106は、一次冷却系統104における一次冷却材の体積制御を実施する体積制御部110と、体積制御によって生じる一次冷却材の余剰水を貯留する第2のタンク(冷却材貯蔵タンク)112と、余剰水に含まれるホウ酸を回収するホウ酸回収部114と、を備える。ホウ酸が回収された余剰水である再利用水(純水)は第1のタンク(純水タンク)116に貯留される。また化学体積制御設備106の余剰水のうち廃棄するものは、ホウ酸回収部114から処理水タンク7に送られ、適正な基準を満たすことを確認した後、環境放出をしてもよい。
尚、液体廃棄物処理設備108からの液体廃棄物もまた、処理水タンク7に送られた後、適正な基準を満たすことを確認した後、環境放出をしてもよい。
The chemical
It should be noted that the liquid waste from the liquid
一般的にPWRでは、炉心102で生成されたトリチウムは、主に水(HTO)の状態で一次冷却材中に蓄積される。一次冷却材に蓄積されたトリチウムは、一次冷却系統104からさまざまな系統設備へ移行し、その系統水中に分布している。このような系統水は、化学体積制御による余剰水として取り出された際に、化学体積制御設備106や液体廃棄物処理設備108によって放射性物質の除去処理が実施されたのち、再利用されるか、または環境放出される。PWRプラントでは、余剰水の浄化処理は、このような化学体積制御設備106や液体廃棄物処理設備108による放射性物質除去プロセスで対処するが、トリチウムに関しては分離が困難であった。このような問題点は、本実施例に係るシステム1Dを導入することにより好適に解決できる。
In general, in PWR, tritium generated in the
図6に示されるように、システム1Dは、ホウ酸回収部114に接続されたライン118を介して、ホウ酸回収部114でホウ酸が回収された余剰水を処理対象として供給される。ライン118は、化学体積制御設備106の第1のタンク112又はホウ酸回収部114の下流側に設けられている。このような構成によって、例えば、以下のメリットが得られる。
As shown in FIG. 6, the
第1に、一次冷却系統104から化学体積制御設備106に抽出される一次冷却材は、炉心102内と同等のトリチウム水であり、プラント系内でトリチウムがもっとも高い濃度の状態で存在する。この構成によれば、高濃度のトリチウムを含む一次冷却材を、他の廃液と混合する前にトリチウム分離システム1Dで処理することができるため処理効率がよい。
第2に、一次冷却材系統104内の高温高圧の一次冷却材は、化学体積制御設備106において第2のタンク112に排出される段階で、減温、減圧されており、取扱いやすい状態で処理できる。
第3に、化学体積制御設備106の浄化系統では他の放射性物質が低減されており、トリチウム分離システム1Dへの不必要な放射性物質の混入を低減できる。特に化学体積制御設備106にホウ酸回収部114が設けられている場合には、他の不純物がほぼ除去された再利用水を処理対象とできる。
First, the primary coolant extracted from the
Second, the high-temperature and high-pressure primary coolant in the
Third, other radioactive substances are reduced in the purification system of the chemical
システム1Dに取り込まれた余剰水は、まず吸着槽13でトリチウム吸着材12と接触されることにより、吸着処理が実施される。そして所定時間が経過した後、トリチウム吸着材12は回収槽14に移送され(図6の破線矢印a)、一方、トリチウムが分離された余剰水は処理水6として処理水タンク7に送られる。処理水タンク7には線量計などによって放射性物質のモニタリングが行われるようになっていてもよく、適正な基準を満たすことを確認した後、環境放出をしてもよい。
尚、処理水6は、不純物除去や脱気を行った後、一次冷却材として求められる水質基準を満すことを条件に再利用するようにしてもよい。
The surplus water taken into the
The treated
続いて、回収槽14に移送されたトリチウム吸着材12は、トリチウム回収水8に接触されられることにより、回収処理が実施される。これにより、トリチウム吸着材12からトリチウム回収水にトリチウムが放出され、トリチウム回収水8のトリチウムの濃度は高くなる。その後、濃縮化されたトリチウム回収水8は、濃縮水タンク9に送られる。
尚、濃縮水タンク9に貯留されるトリチウム回収水8は、長期保管による減衰、もしくは固化による安定化などの処理が行われてもよい。
Subsequently, the
The tritium recovered
続いて、トリチウムを放出したトリチウム吸着材12は再生槽15に移送され(図6の破線矢印b)、再生液タンク11から供給される再生液10に接触されることにより、再生処理が実施される。再生処理によって吸着性能が回復されたトリチウム吸着材12は、再度、上記プロセスで繰り返し使用される(図6の破線矢印c)。
Subsequently, the
尚、トリチウム吸着材12は繰り返し使用されると劣化が進行し、再生処理によっても吸着性能が十分に回復できなくなることがある。このような場合、トリチウム吸着材12を廃棄処分することとなるが、その際にはトリチウム吸着材12に対して乾燥処理を行い、意図的に吸着能力を低下させることで、付着しているトリチウムを十分に分離しておくとよい。これにより、トリチウム吸着材12に含まれるトリチウムを十分に低減した状態で廃棄できる。
In addition, the
尚、上述したようにシステム1Dは、主にホウ酸回収部114から処理対象となるトリチウム含有水2が供給されるように構成されているが、これに加えて図6の例では、第1のタンク116からもライン120を介して処理対象となるトリチウム含有水2が供給可能に構成されている。第1のタンク116に貯留される再利用水は、基本的に体積制御部110に戻されることにより一次冷却材として再利用されるが、一次冷却材の水質基準を満足しないものであっても、環境放出基準を満足したものであれば、環境放出をしてもよい。このような場合、第1のタンク116に貯留されている再利用水を、ライン120を介してシステム1Dに導入することにより、トリチウムを分離したのち、処理水タンク7に排出して、環境放出することができるようになっている。
As described above, the
続いて図7乃至図9を参照して、実施例4の変形例について説明する。図7乃至図9は、それぞれ図6の変形例を示す模式図である。 Subsequently, a modification of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 9 are schematic views showing modifications of FIG.
上述したように、システム1Dでトリチウム分離がなされた処理水6は、ライン122を介して処理水タンク7に貯留され、適正な基準を満足することを確認した後、環境放出されるが、図7のように、ライン122から分岐するように設けられたライン124を介して、処理水6が第2のタンク116にも供給可能に構成されていてもよい。この場合、第1のタンク116に貯留される余剰水は一次冷却系統104に戻されるものであるため、非常に高度な水質が要求される。そこで、ライン124上に浄化部126を設けるとよい。浄化部126は、例えば処理水6中に含まれる塩、固体やイオン状で存在するマンガンなどの不純物をフィルタ・脱塩・脱気によって処理する機能を有する。このような浄化部126は、既存設備を流用してもよいし、既存設備では機能が不足する場合には適宜増設してもよい。
As described above, the treated
また図8のように、システム1Dの処理水6が流れるライン122から分岐するように設けられたライン128を介して、処理水6が第2のタンク112に導入されるように構成されていてもよい。この構成では、ホウ酸回収部114の上流側に処理水6が戻されるためシステム負荷が少なからず増加することとなるが、既存システムに対して新規に追加する機器類を削減することができるため、実用的な構成である。
Further, as shown in FIG. 8, the treated
またシステム1Dは、図9のように、化学体積制御設備106がホウ酸回収部114を備えていない場合にも適用可能である。この場合、化学体積制御設備106は、体積制御部110と、体積制御の余剰水を貯留する第2のタンク112と、を備えて構成されている。システム1Dは、体積制御部110によって取り込まれた余剰水が貯留される第2のタンク112から、ライン130を介して処理対象となるトリチウム含有水2を供給される。そしてシステム1Dでトリチウム分離された処理水6は、ライン132を介して、再び第2のタンク112に戻される。この例では、第2のタンク112の貯留水を環境放出する前に、システム1Dでトリチウム分離することで、外部へのトリチウム放出を効果的に防止できる。
The
以上説明したように、本実施例によれば、PWRプラントの一次冷却材中に蓄積されるトリチウムを好適に分離できる。 As described above, according to the present embodiment, tritium accumulated in the primary coolant of the PWR plant can be suitably separated.
(実施例5)
図10は実施例5に係るトリチウム分離システム1Eの全体構成を示す模式図である。この実施例では、まず処理対象となるトリチウム含有水2が、原水として原水貯留槽134に貯留される。原水貯留槽134にはトリチウム含有水のトリチウム濃度を計測するためのトリチウム濃度計測装置センサ136が設けられており、貯留されているトリチウム含有水2のトリチウム濃度が計測可能に構成されている。またトリチウム吸着材12は粉末形状を有しており、吸着材保管槽138に保管されている。触媒保管槽138にはトリチウム吸着材12を吸着槽13に供給するためのアクチュエータ(不図示)が備えられており、トリチウム濃度計測装置136の計測値に基づいて推定されるトリチウム含有量に対する適量のトリチウム吸着材12が供給されるようになっている。
(Example 5)
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a
ここで図11乃至図14を参照して、トリチウム濃度計測装置136の構成例について簡潔に説明する。図11はトリチウム濃度計測装置136の一構成例を示す模式図であり、図12は図11のA−A線断面図であり、図13はトリチウム濃度計測装置136の他の構成例を示す模式図であり、図14は図13の本体136b近傍の断面構造を示す模式図である。
Here, a configuration example of the tritium
図11及び図12に示されるトリチウム濃度計測装置136は、処理対象であるトリチウム含有水2についてトリチウム濃度を連続的に監視可能に構成されている。具体的には、図11に示されるように、トリチウム吸着材12と同種(すなわち、スピネル結晶構造を有する水素又はリチウム含有の酸化マンガンを含む)のトリチウム吸着材136aが表面に設けられた本体136bをトリチウム含有水2に浸漬することにより使用される。本実施例では特に、本体136bは例えば金属などの導体を含んで構成された電極であり、その表面にトリチウム吸着材136aが付着して構成されている。
The tritium
本装置にトリチウム含有水2を供給すると、トリチウム吸着材136aにトリチウムが吸着される。ここでトリチウム吸着材136aに吸着されたトリチウムは、トリチウム含有水2のトリチウム濃度に比べて大幅に濃縮された形で捕捉されている(典型的には1000倍程度に濃縮される)。一般的にトリチウムから放出される電子線(主にβ線)は微弱であるため検知が困難であるが、このように濃縮されて存在するトリチウムから電子線を計測することにより、検知が容易になる。特にβ線は到達距離が短いが、トリチウムが吸着されるトリチウム吸着材136aは導体である本体136b上に設けられているため、β線によって本体136bに電子が誘起されられる。
When the tritium-containing
本体136bには接地線136cが接続されているため、本体136bに誘起された電子は、地面との電位差に基づいて流れ、電流Iが生じる。当該電流Iは、接地線136cに設けられた電流検知センサ136dによって検知される。電流検知センサ136dの検知値は、トリチウム吸着材136aの吸着量に対応しており、例えばコンピュータのような電子演算器である算出手段136eに送られ、トリチウム濃度として算出される。
Since the
また図13及び図14に示される実施例では、トリチウム濃度計測装置136は、トリチウム吸着材136aに吸着されたトリチウムから放出される電子線によって発光可能な蛍光体136fを備えてもよい。蛍光体136fは本体136bとトリチウム吸着材136aとの間に設けられているため、トリチウム吸着材136aに吸着されたトリチウムから放出される電子線は、それに接触する蛍光体136fに容易に到達できるように構成されている。その結果、トリチウム吸着材136aに吸着されたトリチウムから放出された電子線によって、蛍光体136fが発光することとなる。
In the embodiment shown in FIGS. 13 and 14, the tritium
また本体136bは透過性材料を含んで円筒形状に構成されている。本実施例では特に、本体136bはガラス材料からなり、蛍光体136fから発せられた光が透過可能になっている。その結果、蛍光体136fから発せられた光は本体136bを透過した後、円筒形状の内側を通って、光検出センサ136gが配置された端部に向かって出力される。
The
円筒形状を有する本体136bの端部近傍には、光検知センサ136gが設けられている。光検知センサ136gは、円筒形状の内側を通って伝達される上記光を検知する。光検知センサ136gの検知信号は、光検知器136hに送られ、対応する電気信号に変換された後、算出手段136eに送られる。算出手段136eでは、取得した電気信号に基づいてトリチウム濃度が算出される。
A
再び図10に戻って、吸着槽13には、原水貯留槽134からトリチウム含有水2が供給されるとともに、吸着材保管層138からトリチウム吸着材12が供給され、互いに接触させることによって吸着処理が実施される。トリチウム吸着材12は粉末形状を有しているので、トリチウム含有水2と広い接触面積が得られ、良好な吸着率が得られる。また吸着槽13には、撹拌機構(不図示)が備えられていてもよく、これを駆動することにより、トリチウム含有水2とトリチウム吸着材12とが良好に混合されることでトリチウム吸着が促進されるようにしてもよい。
Returning to FIG. 10 again, the
吸着層13には、原水貯留槽134と同様にトリチウム濃度計測装置136が設けられている。これにより、吸着処理中におけるトリチウム濃度を連続的な監視が可能になり、吸着反応の進行具合を把握しつつ、適切なタイミングで吸着処理を完了させることができる。トリチウム吸着が完了すると、バルブ142を開閉制御することにより、トリチウム含有水2とトリチウム吸着材12とは互いに混合した状態で遠心分離機144に送られる。遠心分離機144は、トリチウム分離後の処理水6と、トリチウムが吸着されたトリチウム吸着材12とに分離する。分離された処理水6は処理水タンク7に送られる一方、トリチウムを含むトリチウム吸着材12は、回収槽14に移送される。
The
尚、本実施例では、遠心分離機144による遠心分離法によってトリチウム含有水2とトリチウム吸着材12とを分離したが、これに代えて或いは加えて、フィルタードプレス法、及び、磁気分離法を用いてもよい。
In this embodiment, the tritium-containing
回収槽14に移送されたトリチウム吸着材12は、濃縮水タンク9から供給されるトリチウム回収水8を接触させられることにより、トリチウム回収水8に対してトリチウムを放出し、トリチウム回収水8を濃縮化する。
The
ここで回収槽14にもまた上述のトリチウム濃度計測装置136が設けられており、トリチウム回収水8のトリチウム濃度を監視しながら、トリチウムの放出プロセスをモニタリング可能に構成されている。そして、トリチウム吸着材12からのトリチウム放出が完了するタイミングで、吐出バルブ148が開閉制御されることにより、トリチウム吸着材12とトリチウム回収水8とが混合された状態で遠心分離機150に移送される。
Here, the above-described tritium
遠心分離器150は、トリチウム濃度が上昇したトリチウム回収水8と、トリチウム放出後のトリチウム吸着材12とに分離する。トリチウム回収水8は、再び濃縮水タンク9に戻され、再利用される。一方、トリチウム吸着材12は、再生槽15に移送される。
The
尚、本実施例では、遠心分離機150による遠心分離法によってトリチウム回収水8とトリチウム吸着材12とを分離したが、これに代えて或いは加えて、フィルタードプレス法、及び、磁気分離法を用いてもよい。
In this embodiment, the tritium recovered
再生槽15では、遠心分離機150から移送されたトリチウム吸着材12に、再生液タンク11から再生液10が取り込まれ、再生処理が実施される。これにより、トリチウム吸着材12の吸着性能が回復する。再生槽11には再生液10のpH値を検出するためのpH値センサ152が設けられており、pH値を監視することにより再生処理の進行具合を把握可能に構成されている。再生処理が完了すると、バルブ154が開閉制御されることにより、トリチウム吸着材12と再生液は互いに混合された状態で遠心分離機156に移送される。
In the
遠心分離機156は、混合状態にあるトリチウム吸着材12と再生液10とに分離する。分離後のトリチウム吸着材12は吸着材保管槽138に戻される一方で、再生液10は再生液タンク11に戻される。
The
尚、本実施例では、遠心分離機156による遠心分離法によって再生液10とトリチウム吸着材12とを分離したが、これに代えて或いは加えて、フィルタードプレス法、及び、磁気分離法を用いてもよい。
In this embodiment, the regenerating
尚、使用済の再生液10は再生液タンク11に戻されて再利用されるようになっているが、再生液10はトリチウム吸着材12との接触を繰り返すに従って、不純物成分が少なからず取り込まれ、次第に変質を生じることがある。そのため、再生液タンク11には再生液10のpH値を検知するためのpH値センサ158が設けられており、当該pH値センサの検知値に応じてバルブ160を調整することによって、pH調整試薬槽162からpH調整試薬を適量供給し、変質を緩和するように構成されている。
The used
(実施例6)
図15は実施例6に係るトリチウム分離システム1Fの全体構成を示す模式図である。本実施例では、実施例5と比較して、遠心分離機144、150に代えて膜分離器164、168を用いている点において特徴がある。
尚、実施例5と同様の構成には共通の符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。
(Example 6)
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a
In addition, suppose that the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to Example 5, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.
吸着層13で互いに接触されたトリチウム吸着材12及びトリチウム含有水2は、第1の膜分離器164において分離される。トリチウム吸着材12及びトリチウム含有水2の混合液は、膜分離器164を通過させることにより、トリチウムが吸着されたトリチウム吸着材12のみが残存し、処理後のトリチウム含有水2は処理水6として処理水タンク7に送られる。一方、膜分離器164に残存しているトリチウム吸着材12は、第1の逆洗水タンク166から供給される第1の逆洗水によって洗い流され、第1の逆洗水とともに回収槽14に移送される。
The
回収槽14では、膜分離器164から取り込まれた第1の逆洗水とトリチウム吸着材との混合物において、トリチウム吸着材から第1の逆洗水へのトリチウム放出が行われる。トリチウム放出が完了すると、この混合物は膜分離器168に送られる。膜分離器168では、混合液が通過させることにより、トリチウム放出を終えたトリチウム吸着材12のみが残存し、トリチウムが濃縮された第1の逆洗水は、第1の逆洗水タンク166に戻される。このようにして第1の逆洗水のトリチウム濃度は、サイクルを経る毎に上昇していく。一方、膜分離器168に残存しているトリチウム吸着材12は、第2の逆洗水タンク169から供給される第2の逆洗水によって洗い流され、第2の逆洗水とともに再生槽15に移送される。
In the
再生槽15に移送されたトリチウム吸着材12と第2の逆洗水との混合物は、再生槽15にて再生処理が完了した後、遠心分離機156で分離される。分離された第2の逆洗水は、再生液タンク11を介して第2の逆洗水タンク169に戻される。
The mixture of the
このように本実施例では、混合液からトリチウム吸着材を分離する際に逆洗水を使用する膜分離器164、168を用いている。膜分離器164では、第1の逆洗水で膜分離器164に残存したトリチウム吸着材12を洗い流すとともに、回収槽14では当該第1の逆洗水にトリチウム吸着材12からトリチウムを放出することにより、第1の逆洗水を、上述の実施例におけるトリチウム回収水8として実質的に使用することとなる。これにより、装置構成の複雑化を抑制しながらも、トリチウム吸着材に吸着されたトリチウムを無駄なくトリチウム回収水8に濃縮することができるシステムを構築することができる。また他の溶液を第1の逆洗水として用いると、不純物の混入が問題となるが、上記構成では
、そのような問題も生じない。
As described above, in this embodiment, the
また膜分離器168では、第2の逆洗水で膜分離器168に残存したトリチウム吸着材12を洗い流すとともに、再生槽14では当該第2の逆洗水に再生液10を加え、その後、第2の逆洗水を再生液10とともに取り扱う。すなわち、第2の逆洗水を、上述の実施例における再生液11として実質的に使用することとなる。これにより、装置構成の複雑化を抑制できる。また他の溶液を第2の逆洗水として用いると、不純物の混入が問題となるが、上記構成では、そのような問題も生じない。
Further, in the
(実施例7)
図16は実施例7に係るトリチウム分離システム1Gの全体構成を示す模式図である。本実施例は、第1の処理部3、第2の処理部4及び第3の処理部5を兼ねる処理塔170A、170B、170C及び170Dを備えて構成されている。処理塔170は、長手方向に延在するケーシング内にトリチウム吸着材12が充填されてなり、その両端側から各種処理液が注入出可能に構成されている。
(Example 7)
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a
システム1Gは、同構成を有する複数の処理塔170A、170B、170C及び170Dを備えており、これらは互いに並列に接続されている。複数の処理塔170の一端(入口)側174には、三方弁176A、176B、176C、176D、178A、178B、178C及び178Dを介して、トリチウム含有水2が貯留された原水貯留槽134、再生液10が貯留される再生液タンク11、トリチウム回収水8が貯留される濃縮水タンク9がそれぞれ接続されている。一方、複数の処理塔170の他端(出口)側180には、四方弁182A、182B、182C及び182Dを介して処理水タンク7が接続されている。
The
尚、再生液タンク11には、再生液10のpHを検知するためのpH値センサ158が設けられており、再生液10のpH計測結果に応じてバルブ160の開度を調整することにより、pH調整試薬槽162から供給されるpH調整試薬によって再生液10のpHが調整可能になっている。
The
制御手段184は、例えばコンピュータのような電子演算器によって構成されたコントロールユニットであり、電子信号を送受信することにより各バルブを開閉することで、各処理塔170に対して各種処理液を注入出可能に制御する。
The control means 184 is a control unit composed of an electronic computing unit such as a computer, for example, and opens and closes each valve by transmitting and receiving electronic signals, thereby injecting various processing liquids to and from each
ここで制御手段184による制御例について説明する。まず説明をわかりやすくするために、処理塔170Aのみに着目して説明する。
Here, an example of control by the control means 184 will be described. First, in order to make the explanation easy to understand, only the
まず三方弁176A及び178Aを開閉制御することにより、原水貯留槽134から処理対象であるトリチウム含有水2を処理塔170Aに導入する。処理塔170Aには、トリチウム吸着材12が充填されており、供給されたトリチウム含有水2と接触することにより、吸着処理が実施される。吸着処理が完了すると、制御手段184は四方弁182Aを開閉制御することにより、トリチウムが低減された処理水6を処理水タンク7に移す。一方、トリチウムが吸着されたトリチウム吸着材12は、そのまま処理等170A内に残ったままである。
First, by controlling the opening and closing of the three-
続いて制御手段184は三方弁178Aを開閉制御することにより、濃縮水タンク9からトリチウム回収水8を処理塔170Aに導入し、回収処理が実施される。これにより、トリチウム吸着材12からトリチウムが放出され、トリチウム回収水8が濃縮化される。その後、制御手段184は四方弁182Aを開閉制御することにより、トリチウム回収水8を濃縮水タンク9に戻す。ここでもまた、トリチウムを放出したトリチウム吸着材12は処理等170A内に残ったままである。
Subsequently, the control means 184 controls the opening and closing of the three-
続いて制御手段184は三方弁176A及び178Aを開閉制御することにより、処理塔170Aに再生液タンク11から再生液10を供給する。これにより、再生処理が実施され、トリチウム吸着材12の吸着性能が回復される。処理塔170Aで使用された再生液10は、四方弁182Aを開閉制御することにより、再生液タンク11にも戻せるように構成されている。
また、処理塔170Aで使用された再生液10は、再生処理が完了した後、制御手段184によって四方弁182Aが開閉制御されることにより、処理水6とともに処理水タンク7に送られる。ここでもまた、再生されたトリチウム吸着材12は処理塔170A内に残ったままである。
Subsequently, the control means 184 supplies the regenerated liquid 10 from the regenerated
In addition, after the regeneration process is completed, the
このように処理塔170Aでは、処理塔170Aの内部に充填されたトリチウム吸着材に対して各種処理液を注入出することにより、一連のトリチウム分離プロセスが実施される。以上では、処理塔170Aについて説明したが、他の処理塔170B、170C及び170Dにおいても同様に一連のトリチウム分離プロセスが実施される。
Thus, in the
本実施形態では特に、制御手段184は、互いに並列に接続された4つの処理塔170A、170B、170C及び170Dのいずれかにおいて連続的に吸着処理が継続的に実施されるように、各バルブの開閉制御が行われる。具体的に説明すると、例えば処理塔170Aで吸着処理が実施されている場合には、他の処理塔170B、170C及び170Dで回収処理又は再生処理が実施されるように各バルブの切り換えを行う。そして処理塔170Aでの吸着処理が完了すると、続いて、直前まで再生処理を実施していた処理塔170Bにおいて吸着処理を実施するとともに、他の処理塔170A、170C及び170Dで回収処理又は再生処理が実施されるように各バルブの切り換えを行う。
In the present embodiment, in particular, the control means 184 is configured so that the adsorption process is continuously performed in any one of the four
このようにしてシステム1Gでは、吸着処理が実施される処理塔170を交互に切り換え、且つ、好ましくは常にいずれかの処理塔170で吸着処理が実施されるように、バルブ切換制御がなされる。これにより、トリチウム含有水2の継続的な分離処理が可能となり、特に大容量のトリチウム含有水2を処理する場合に有利である。
In this way, in the
(実施例8)
図17は実施例8に係る可搬式トリチウム分離システム1Hの全体構成を示す模式図である。本実施例では、各種処理液を注入出することにより第1の処理部3、第2の処理部4及び第3の処理部5として使用可能に構成された処理槽28を備える点において、上述の実施例2(図4を参照)と共通しているが、外部にあるトリチウム含有水2を貯留する原水貯蔵タンク186、及び、濃縮されたトリチウム回収水8を取り出して貯蔵する濃縮水貯蔵タンク187を後付けで接続可能に構成されており、可搬式である点に特徴がある。
尚、図17に示されるシステム1Hの内部には各種バルブが配置されているが、この配置は一例に過ぎず、以下の構成が実現されるように適宜配置されていれば足りる。
(Example 8)
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of a portable
Although various valves are arranged inside the
上述したような酸化マンガンを用いたトリチウム分離プロセスは、従来のように蒸留塔のような大掛かりな設備を必要としないため、設備規模を縮小化することが可能であり、このような可搬式システムとして構築することができる
。これは、例えば、福島第一原子力発電所の敷地内の汚染水タンクのように、トリチウム水を貯留するタンクが広範囲に亘って多数存在している場合には、各タンクにシステム1Hを移動してローカル処理を可能とできるため有利である。
The tritium separation process using manganese oxide as described above does not require a large-scale facility such as a distillation tower as in the prior art, so the facility scale can be reduced, and such a portable system. Can be constructed as For example, when there are a large number of tanks that store tritium water over a wide area, such as a contaminated water tank in the premises of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, the
システム1Hは、外部の原水貯蔵タンク186に接続することにより、トリチウム含有水2を供給可能に構成された供給ライン188と、システム1Hでトリチウムが分離された後の処理水6を排出可能に構成された第1の排出ライン190と、濃縮水貯蔵タンク187に接続することにより、システム1Hで濃縮化されたトリチウム回収水8を排出可能に構成された第2の排出ライン192とを備える。
供給ライン188、第1の排出ライン190及び第2の排出ライン192における外部との接続構造については、接続対象と接断可能に構成されていればよく、ここでは具体的な構造については割愛する。
The
The connection structure with the outside in the
システム1Hの具体的な使用プロセスを以下に説明する。まず処理対象であるトリチウム含有水2を貯留している原水貯蔵タンク186の出口ライン及び入口ラインを、供給ライン188及び第1の排出ライン190にそれぞれ接続する。そして、原水貯蔵タンク186及び処理槽28間に設けられたポンプ194を駆動することにより、原水貯蔵タンク186に貯蔵されているトリチウム含有水2を処理槽28に供給し、吸着処理を実施する。
A specific use process of the
処理槽28では、供給されたトリチウム含有水2が、予め処理槽28の内部に配置されたトリチウム吸着材12に接触されることで、吸着処理が実施される。吸着処理では、トリチウム吸着材12による吸着効果が良好に得られる間、あるいは、トリチウム含有水2の濃度が目標値に達するまでの間、ポンプ194を駆動し続けることによって、原水貯蔵タンク186から供給ライン188を介して導入されたトリチウム含有水2からトリチウムを分離し、分離後の処理水6を第1の排出ライン190を介して原水貯蔵タンク186に戻すという循環サイクルを繰り返す。このようにトリチウム含有水2を循環させながらトリチウム分離を行うことによって、比較的容量の少ない処理槽28においても、大容量のトリチウム含有水2の分離処理が可能となる。すなわち、処理槽28の規模を小さく抑えることができるので、可搬性に適しながらも、大容量のトリチウム分離処理が可能なシステムを実現できる。
In the
吸着処理が完了すると、ポンプ194を停止するとともに、排出ライン196を介して処理槽28内の残存水を原水貯蔵タンク186に排出する。続いて、ポンプ198を動作させることにより、濃縮水タンク9から処理槽28にトリチウム回収水8を導入し、回収処理を実施する。これにより、トリチウム吸着材12からトリチウム回収水8にトリチウムが放出され、トリチウム回収水8が濃縮化される。ポンプ198もまた、回収処理が実施されている間、継続して駆動されることで、トリチウム回収水8が処理槽28と濃縮水タンク9との間で循環するようにしてもよい。
When the adsorption process is completed, the
トリチウム回収水8は、基本的には濃縮水タンク9に貯留されているが、濃縮化が進行して濃縮水タンク9のトリチウム濃度が所定基準に達した場合、ポンプ198を動作することにより、外部の濃縮水貯蔵タンク187に排出される。その結果、濃縮水貯蔵タンク187には、大量のトリチウム含有水が減容され、トリチウムが高濃度のトリチウム回収水8が貯蔵されることとなる。濃縮水貯蔵タンク187に回収されたトリチウムは、長期保管による減衰、もしくは固化による安定化などの処理を行うことができる。
The tritium recovered
回収処理が完了すると、ポンプ198を停止するとともに、排出ライン200を介して、処理槽28内のトリチウム回収水8を濃縮水タンク9に送る。続いて、ポンプ202を動作させることにより、再生液タンク11から再生液10を処理槽28に導入され、再生処理が実施されることにより、トリチウム吸着材12の吸着性能が回復される。尚、再生処理の実施中は、ポンプ202の動作を継続することにより、処理槽28と再生液タンク11との間で再生液10を循環させるようにしてもよい。
When the recovery process is completed, the
再生処理が完了すると、ポンプ202によって処理槽28から再生液タンク11に再生液10が回収され、システム1Hは初期状態に戻ることとなる。
When the regeneration process is completed, the
尚、上述のシステム1Hの説明では、単一の処理槽28を備える場合について述べたが、処理槽28を複数備えるように構成してもよい。この場合、例えば実施例7(図16を参照)に倣って、いずれかの処理槽28において吸着処理が実施されるように各種処理液の注入出を制御することにより、トリチウム含有水2の分離処理を継続的に実施できるようにしてもよい。
In the above description of the
尚、システム1Hの各ラインには、サンプルを採取するサンプル取得ラインや、各種処理液のpHを調整するための薬品注入ラインが設けられていてもよい。
Each line of the
以上説明したように、本発明の少なくとも1実施形態によれば、トリチウム含有水2から吸着反応によりトリチウムを好適に分離可能なトリチウム分離システム及びトリチウム分離方法を提供できる。
As described above, according to at least one embodiment of the present invention, a tritium separation system and a tritium separation method capable of suitably separating tritium from the tritium-containing
本開示は、トリチウム含有水からトリチウムを分離するトリチウム分離システム及びトリチウム分離方法に関する。 The present disclosure relates to a tritium separation system and a tritium separation method for separating tritium from tritium-containing water.
1 トリチウム分離システム
2 トリチウム含有水
3 第1の処理部
4 第2の処理部
5 第3の処理部
6 処理水
7 処理水タンク
8 トリチウム回収水
9 濃縮水タンク
10 再生液
11 再生液タンク
13 吸着槽
14 回収槽
15 再生槽
16、20、24 排出ライン
28 処理槽
29 水分低減部
30 凝縮器
100 原子力プラント
102 炉心
104 一次冷却系統
106 化学体積制御設備
108 液体廃棄物処理設備
110 体積制御部
112 第2のタンク
116 第1のタンク
114 ホウ酸回収部
126 浄化部
134 原水貯留槽
136 トリチウム濃度計測装置
138 吸着材保管槽
144、150、156 遠心分離機
164、168 膜分離器
166 第1の逆洗水タンク
169 第2の逆洗水タンク
170 処理塔
176、178、182 バルブ
180 供給ライン
184 制御手段
186 原水貯蔵タンク
187 濃縮水貯蔵タンク
190 第1の排出ライン
192 第2の排出ライン
194,198,202 ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記トリチウム含有水を前記トリチウム吸着材に接触させる第1の処理部と、
前記第1の処理部から取得した前記トリチウム吸着材を、トリチウム回収水に接触させる第2の処理部と、
を備えることを特徴とするトリチウム分離システム。 A tritium separation system for separating tritium from tritium-containing water using a tritium adsorbent,
A first treatment unit for bringing the tritium-containing water into contact with the tritium adsorbent;
A second processing unit for contacting the tritium adsorbent obtained from the first processing unit with tritium recovered water;
A tritium separation system comprising:
前記再生された前記トリチウム吸着材は、前記第1の処理部で再び使用されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のトリチウム分離システム。 A third processing unit for performing a regeneration process on the tritium adsorbent obtained from the second processing unit;
The tritium separation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the regenerated tritium adsorbent is used again in the first processing unit.
前記第1の処理部は、前記ホウ酸回収部を通過した再利用水を前記トリチウム含有水として供給することを特徴とする請求項7に記載のトリチウム分離システム。 The chemical volume control facility includes a boric acid recovery unit that recovers boric acid contained in the surplus water,
The tritium separation system according to claim 7, wherein the first processing unit supplies reused water that has passed through the boric acid recovery unit as the tritium-containing water.
前記第1の処理部では、前記トリチウムが吸着された後のトリチウム吸着材が、磁気分離法、フィルタードプレス法、及び、遠心分離法の少なくとも1つによって前記トリチウム含有水から分離されるように構成されていることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載のトリチウム分離システム。 The tritium adsorbent has a powder shape,
In the first treatment unit, the tritium adsorbent after the tritium is adsorbed is separated from the tritium-containing water by at least one of a magnetic separation method, a filtered press method, and a centrifugal separation method. It is comprised, The tritium separation system of any one of Claim 1 to 12 characterized by the above-mentioned.
前記第3の処理部では、遠心分離法、フィルタードプレス法、及び、磁気分離法の少なくとも1つによって、前記トリチウム吸着材の再生処理に用いられる再生液から前記トリチウム吸着材が分離されるように構成されていることを特徴とする請求項4に記載のトリチウム分離システム。 The tritium adsorbent has a powder shape,
In the third processing unit, the tritium adsorbent is separated from the regenerated liquid used for the regeneration process of the tritium adsorbent by at least one of a centrifugal separation method, a filtered press method, and a magnetic separation method. The tritium separation system according to claim 4, wherein the tritium separation system is configured as follows.
前記第2の処理部は、前記トリチウム回収水を第1の逆洗水として使用する第1の膜分離器によって、前記トリチウム含有水から前記トリチウム吸着材を分離して取得することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載のトリチウム分離システム。 The tritium adsorbent has a powder shape,
The second treatment unit is characterized in that the tritium adsorbent is separated and obtained from the tritium-containing water by a first membrane separator that uses the tritium recovered water as a first backwash water. The tritium separation system according to any one of claims 1 to 12.
前記第3の処理部は、前記トリチウム吸着材の再生処理に用いられる再生液を第2の逆洗水として使用する第2の膜分離器によって、前記再生液から前記トリチウム吸着材を分離して取得することを特徴とする請求項4に記載のトリチウム分離システム。 The tritium adsorbent has a powder shape,
The third processing unit separates the tritium adsorbent from the regenerated liquid by a second membrane separator that uses the regenerated liquid used for the regeneration treatment of the tritium adsorbent as second backwash water. The tritium separation system according to claim 4, wherein the tritium separation system is obtained.
前記少なくとも1のバルブは、前記トリチウム吸着材による前記トリチウムの吸着処理が前記複数の処理塔の各々において交互に実施されるように切り換えられるように構成されていることを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載のトリチウム分離システム。 The first processing unit and the second processing unit are configured as a plurality of processing towers connected in parallel to the tritium-containing water via at least one valve,
The at least one valve is configured to be switched so that the adsorption process of the tritium by the tritium adsorbent is alternately performed in each of the plurality of processing towers. The tritium separation system according to any one of 16.
前記トリチウム含有水を外部から供給可能に構成された供給ラインと、
前記トリチウムが分離された前記トリチウム含有水を排出可能に構成された第1の排出ラインと、
前記トリチウム回収水を排出可能に構成された第2の排出ラインと
を備えることを特徴とするトリチウム分離システム。 A tritium separation system according to any one of claims 1 to 17,
A supply line configured to be able to supply the tritium-containing water from the outside;
A first discharge line configured to discharge the tritium-containing water from which the tritium has been separated;
A tritium separation system comprising: a second discharge line configured to discharge the tritium recovered water.
前記トリチウム含有水を前記トリチウム吸着材に接触させる第1の工程と、
前記第1の工程の後、前記トリチウム吸着材を前記トリチウム含有水よりトリチウム濃度が高いトリチウム回収水に接触させる第2の工程と、
を備えることを特徴とするトリチウム分離方法。
A tritium separation method for separating tritium from tritium-containing water using a tritium adsorbent containing hydrogen or lithium-containing manganese oxide having a spinel crystal structure,
A first step of bringing the tritium-containing water into contact with the tritium adsorbent;
After the first step, the second step of bringing the tritium adsorbent into contact with tritium recovered water having a higher tritium concentration than the tritium-containing water;
A method for separating tritium, comprising:
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