JP2020201160A - 汚染水処理設備及び汚染水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで組立及び解体が容易な遮蔽体によって処理塔内からの放射線の漏洩が低減される汚染水処理設備及び汚染水処理方法を提供する。【解決手段】汚染水処理設備は、放射性物質を含有する汚染水が通水される処理塔２０と、処理塔２０の長手方向に沿って積層されて処理塔２０を覆う複数の遮蔽体３０とを備え、遮蔽体３０は、処理塔２０の周囲を囲むように配置される容器部３１と、容器部３１に収容された放射線の遮蔽材３３とを有する。汚染水処理方法は、処理塔２０の周囲を囲むように配置される容器部３１と、容器部３１に収容された放射線の遮蔽材３３とを有する複数の遮蔽体３０を、処理塔２０の長手方向に沿って積層して処理塔２０を覆う工程と、遮蔽体３０で覆われた処理塔２０に汚染水を通水して処理する工程とを含む。【選択図】図７

Description

本発明は、放射性物質を含有する汚染水を浄化処理する汚染水処理設備及び汚染水処理方法に関する。

原子炉の事故処理時等には、放射性物質を含有する汚染水を浄化処理するために、汚染水処理設備が稼働される。一般的な汚染水処理設備は、上流側に前処理装置を備えており、下流側に吸着塔を備えている。前処理装置では、主として、汚染水中の浮遊懸濁物質、油分、阻害イオン等が除去される。吸着塔では、汚染水中の放射性核種が吸着によって除去される。

汚染水処理設備は、セシウム、ストロンチウム等の各種の放射性核種を除去するために、種々の吸着材を充填した複数段の吸着塔を備えている。吸着塔としては、吸着材が充填される円筒状等の内側容器に、入口配管、出口配管等が接続された装置が一般的である。内側容器は、容器内から外部への放射線の漏洩を防止するために、遮蔽材で形成された外側容器に格納されて用いられている。

特許文献１には、汚染水が通水される吸着塔（吸着槽）の一例が記載されている。特許文献１において、放射性物質を除去するための吸着材は、吸着塔内に直接充填されて流動床を形成している。

一般に、無機イオン交換体、ゼオライト、イオン交換樹脂等の吸着材は、物質をある程度吸着すると、吸着能力が低くなる性質を有している。そのため、汚染水の吸着処理を継続的に行う間には、吸着材の定期的な交換が必要となる。

特許文献１のように、吸着材を吸着塔に直接充填する方式では、使用後の吸着材が放射性物質で汚染されるため、吸着材の取り出しが困難になることが知られている。吸着材の吸着能力が低下した場合、汚染されている吸着材を吸着塔ごと廃棄する対応が必要となる。吸着材を吸着塔ごと廃棄すると、吸着塔自体の交換も必要になるため、ランニングコストの増大が懸念されている。

また、吸着塔の入口側に充填されている吸着材は、高濃度の汚染水に接触するため、吸着能力の低下が速く、汚染が進行し易いのに対し、出口側に充填されている吸着材は、吸着能力の低下が遅く、汚染が進行し難いことが知られている。吸着材を吸着塔に直接充填する方式では、入口側の吸着材の吸着能力が低下したとき、出口側の吸着材が使用可能であったとしても、全吸着材を吸着塔ごと廃棄する対応を採らざるを得ないため、ランニングコストの増大が問題となる。

また、吸着塔の上流には、汚染水のｐＨを調整するための緩衝塔が設置されることがある。緩衝塔には、通水によってｐＨ調整成分を溶出する緩衝材が充填されることがある。この種の緩衝材は、ｐＨ調整成分をある程度溶出すると、ｐＨを調整する能力が低くなると共に硬化する場合がある。そのため、汚染水の吸着処理を継続的に行う間には、このような緩衝材についても定期的な交換が必要となる。

緩衝材を緩衝塔に直接充填する方式では、この種の緩衝材が緩衝塔内で硬化するため、緩衝材の取り出しが困難になることが知られている。緩衝材の効力が低下した場合、汚染されている緩衝材を緩衝塔ごと廃棄する対応が必要となる。緩衝材を緩衝塔ごと廃棄すると、緩衝塔自体の交換も必要になるため、ランニングコストが増大することになる。

このような状況下、吸着塔、緩衝塔等の処理塔において、吸着材、緩衝材等の充填材をカートリッジ化して用いる技術が開発されている。特許文献２には、通水可能な容器状のカートリッジに充填材を収容し、そのカートリッジを積層して備える処理塔が記載されている。この技術では、充填材の交換が必要なとき、その充填材を収容しているカートリッジのみの交換が可能とされている。

特開２０１６−１３１９５２号公報 特開２０１９−０６０７３１号公報

汚染水処理設備に備えられる吸着塔、緩衝塔等の処理塔は、塔内から放出される放射線を遮蔽するために、放射線の遮蔽体で覆われた構造に設けられる。従来の遮蔽体は、全体にわたって材質・バルク構造が一様な容器状であり、鉛製の鋳物等で形成されるのが一般的である。しかし、鉛製品は、高価であり、重量も大きいため、遮蔽体が高コストになったり、遮蔽体の組立時や解体時に多大な揚重作業等がかかったりしている。

処理塔の入口側に充填されている充填材は、放射性物質による汚染が進行し易いのに対し、出口側に充填されている充填材は、汚染が進行し難い傾向がある。遮蔽体として従来の鉛製の鋳物等を用いると、このような処理塔の全体が、材質・バルク構造が一様な鉛製品で一律に覆われることになる。汚染が進行し難い処理塔の出口側についても、過剰な厚さの遮蔽材で覆われるため、無駄な材料コストや揚重作業等をかけることになる。

特に、充填材がカートリッジ化された処理塔を用いる場合、遮蔽体として従来の鉛製の鋳物等を用いると、積層されている多数のカートリッジが、材質・バルク構造が一様な鉛製品で一律に覆われることになる。多数のカートリッジは、そのカートリッジに収容されている充填材の汚染の状態や、そのカートリッジの交換の時期にかかわらず、常に、過剰な厚さの遮蔽材で覆われることになるため、遮蔽体の材料コストや、遮蔽体の組立時や解体時の作業に無駄が生じることになる。

そこで、本発明は、低コストで組立及び解体が容易な遮蔽体によって処理塔内からの放射線の漏洩が低減される汚染水処理設備及び汚染水処理方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明に係る汚染水処理設備は、放射性物質を含有する汚染水が通水される処理塔と、前記処理塔の長手方向に沿って積層されて前記処理塔を覆う複数の遮蔽体と、を備え、前記遮蔽体は、前記処理塔の周囲を囲むように配置される容器部と、前記容器部に収容された放射線の遮蔽材と、を有する。

また、本発明に係る汚染水処理方法は、汚染水処理設備を用いた汚染水処理方法であって、前記汚染水処理設備は、放射性物質を含有する汚染水が通水される処理塔を備えており、前記処理塔の周囲を囲むように配置される容器部と、前記容器部に収容された放射線の遮蔽材と、を有する複数の遮蔽体を、前記処理塔の長手方向に沿って積層して前記処理塔を覆う工程と、前記遮蔽体で覆われた前記処理塔に前記汚染水を通水して前記汚染水を処理する工程と、を含む。

本発明によると、低コストで組立及び解体が容易な遮蔽体によって処理塔内からの放射線の漏洩が低減される汚染水処理設備及び汚染水処理方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る汚染水処理設備の一例を模式的に示す図である。 充填物がカートリッジ化された処理塔の一例を模式的に示す図である。 積層容器型の遮蔽体の一例を示す斜視図である。 積層容器型の遮蔽体の一例を示す縦断面図である。 積層容器型の遮蔽体を積層した状態を示す断面図である。 処理塔を従来の遮蔽容器で遮蔽した状態を示す断面図である。 処理塔を積層容器型の遮蔽体で遮蔽した状態を示す断面図である。 変形例に係る積層容器型の遮蔽体の一例を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る汚染水処理設備及び汚染水処理方法について、図を参照しながら説明する。なお、以下の各図において、共通する構成については同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る汚染水処理設備の一例を模式的に示す図である。
図１には、汚染水を浄化処理する汚染水処理設備１００の一般的な構成を例示している。図１に示すように、汚染水処理設備１００は、汚染水タンク１、前処理装置２、緩衝塔３、吸着塔４、配管１０〜１５等を備えている。

図１に示す汚染水処理設備１００は、放射性物質を含有する汚染水が通水され、その汚染水に所定の処理を施す処理塔として、緩衝塔３や吸着塔４を備えている。本実施形態に係る汚染水処理設備１００は、これらの処理塔のうちの一以上が、塔内から外部に向けて放出される放射線を遮蔽するために、後記する積層容器型の遮蔽体（図３、図４、図５参照）で覆われるものである。

なお、図１において、汚染水処理設備１００は、前処理装置２として、一段の装置を備えている。また、汚染水処理設備１００は、吸着塔４として、第１吸着塔４Ａと第２吸着塔４Ｂの二段の装置を備えている。また、汚染水処理設備１００は、前処理装置２、緩衝塔３、第１吸着塔４Ａ及び第２吸着塔４Ｂを直列状に接続した配管系統を備えている。

しかしながら、積層容器型の遮蔽体を用いる汚染水処理設備１００は、積層容器型の遮蔽体で覆われる一以上の処理塔を備える限り、適宜の構成に設けることができる。例えば、前処理装置２、緩衝塔３、吸着塔４等を、一段以上の任意の段数で備えることができる。また、適宜の箇所にポンプやバルブを備えた適宜の配管系統を備えることができる。前処理装置２や緩衝塔３は、浄化処理の対象や目的に応じて、設置が省略されてもよい。

汚染水処理設備１００は、放射性物質を含有する汚染水を浄化処理する設備であり、例えば、原子力発電プラント、その他の原子力施設等に付随して設置される。汚染水処理設備１００では、汚染水源から供給される汚染水が吸着処理等によって浄化される。汚染水が吸着処理されると、放射性物質の濃度が低減した処理済水が生成される。

浄化処理の対象となる汚染水としては、例えば、原子力発電プラントから排出される排水、逆浸透処理装置から排出される放射性物質で汚染された濃縮水、サブドレンや地下水ドレンから揚水される放射性物質で汚染されたドレン水、放射能汚染物や放射性廃棄物の洗浄に使用された洗浄水等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

なお、サブドレンは、原子力発電プラントへの地下水の侵入を防止するための井戸であり、原子炉の事故処理時等に原子力発電プラントの周辺に設けられる。地下水ドレンは、原子力発電プラントから海洋等への地下水の漏洩を防止するための井戸であり、原子炉の事故処理時等に原子力発電プラントの周辺に設けられる。

汚染水タンク１は、汚染水源から集水された汚染水を一時的に貯留するタンクである。汚染水タンク１の入口は、配管１０を介して汚染水源と接続される。汚染水源と汚染水タンク１の入口を接続する配管１０には、例えば、汚染水を移送するためのポンプや、汚染水の流量を制御するための調整バルブが備えられる。

汚染水タンク１の出口は、配管１１を介して前処理装置２と接続されている。汚染水タンク１の出口と前処理装置２を接続する配管１１には、例えば、汚染水の流量を制御するための調整バルブが備えられる。なお、汚染水タンク１は、浄化処理の対象や目的に応じて、設置が省略されてもよい。

前処理装置２は、放射性物質を含有する汚染水を前処理するための装置である。前処理としては、例えば、浮遊懸濁物質を除去するフィルタ処理、油分を分離するフィルタ処理、油分を分離する重力分離処理、重金属等を除去する共沈処理、阻害イオンを除去する沈殿処理等が挙げられる。前処理装置２では、通常、浄化処理の対象や目的に応じて、いずれかの前処理が行われるが、複数の前処理が行われてもよい。

前処理装置２の出口は、配管１２を介して緩衝塔３と接続されている。前処理装置２の出口と緩衝塔３を接続する配管１２には、例えば、汚染水の流量を制御するための調整バルブが備えられる。前処理装置２の出口と緩衝塔３を接続する配管１２には、汚染水を移送するためのポンプが備えられてもよい。

緩衝塔３は、放射性物質を含有する汚染水をｐＨ調整処理するための装置である。緩衝塔３は、汚染水が通水される容器を備えている。緩衝塔３の容器には、汚染水のｐＨを調整するための緩衝材が収容される。緩衝塔３の容器には、汚染水が流入する入口と、ｐＨが調整された汚染水が流出する出口とが設けられる。緩衝塔３に汚染水が通水されると、緩衝材が溶出して汚染水のｐＨが調整される。汚染水のｐＨをアルカリ性側に調整しておくと、陽イオン交換基等を有する吸着材を用いる場合に、その吸着能力が高められる。

緩衝塔３の出口は、配管１３を介して吸着塔４と接続されている。緩衝塔３の出口と吸着塔４を接続する配管１３には、例えば、汚染水を移送するためのポンプや、汚染水の流量を制御するための調整バルブが備えられる。なお、緩衝塔３は、ｐＨ調整処理が必要ない場合には、設置が省略されてもよい。

吸着塔４は、放射性物質を含有する汚染水を吸着処理するための装置である。吸着塔４は、汚染水が通水される容器を備えている。吸着塔４の容器には、放射性物質を吸着する吸着材が収容される。吸着塔４の容器には、汚染水が流入する入口と、吸着処理によって放射性物質の濃度が低減した処理済水が流出する出口とが設けられる。吸着塔４に汚染水が通水されると、汚染水中の所定の放射性核種が吸着材に吸着して除去される。

吸着塔４には、浄化処理の対象や目的に応じて、適宜の吸着材が備えられる。吸着材の具体例としては、天然ゼオライト、合成ゼオライト、活性炭、酸化チタン、酸化マグネシウム、シリカ、チタネート、シリコチタネート、結晶化シリコチタネート、表面処理した結晶化シリコチタネート、水酸化鉄、プルシアンブルー、不溶性フェロシアン化物、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、キレート樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

吸着処理の対象となる放射性核種の具体例としては、セシウム１３４、セシウム１３７等のセシウム同位体や、ストロンチウム８９、ストロンチウム９０等のストロンチウム同位体や、ヨウ素１２９、ヨウ素１３１等のヨウ素同位体や、コバルト６０等のコバルト同位体や、アンチモン１２５等のアンチモン同位体や、ルテニウム１０６等のルテニウム同位体や、トリチウムや、その他の重金属同位体や、その他の非金属元素同位体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

第１吸着塔４Ａの出口は、配管１４を介して第２吸着塔４Ｂの出口と接続されている。第２吸着塔４Ｂの出口は、配管１５を介して汚染水処理設備１００の外部と接続されている。吸着塔４の出口側に接続する配管１４，１５には、汚染水や処理済水の流量を制御するための調整バルブが備えられる。吸着塔４において放射性物質の濃度が低減した処理済水は、例えば、サンプルタンク、貯蔵タンク等に移送される。

後記する積層容器型の遮蔽体（図３、図４、図５参照）を用いる汚染水処理設備１００において、緩衝塔３、吸着塔４等の処理塔としては、緩衝材、吸着材等の充填材がカートリッジ化された処理塔２０（図２参照）を用いてもよい。充填材がカートリッジ化された処理塔２０は、緩衝塔３、吸着塔４等の処理塔のうち、いずれの処理塔として設けてもよいが、少なくとも吸着塔４として設けることが好ましい。前処理装置２でフィルタ処理を行う場合は、前処理装置２の充填材をカートリッジ化してもよい。

図２は、充填材がカートリッジ化された処理塔の一例を模式的に示す図である。
図２に示すように、充填材がカートリッジ化された処理塔２０は、処理塔２０の長手方向に沿って積層されて配置される複数のカートリッジ２１（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ）と、カートリッジ２１に収容された充填材２２（２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ）と、カートリッジ２１を格納する格納容器２３と、を備える。

なお、図２において、充填材がカートリッジ化された処理塔２０は、４個のカートリッジ２１Ａ〜Ｄと、カートリッジ２１毎に収容された充填材２２Ａ〜Ｄと、を備えている。しかしながら、充填材がカートリッジ化された処理塔２０は、二以上の任意の個数のカートリッジ２１を備えることができる。充填材２２としては、カートリッジ２１毎に任意の種類を備えることができる。

カートリッジ２１は、充填材２２を収容するための容器であり、格納容器２３内に対して出し入れ可能に設けられる。カートリッジ２１は、充填材２２を収容しつつ被処理水の通水を可能とするために、コランダ状、ストレーナ状等のような、上下両側に開口を有する容器として設けることができる。カートリッジ２１は、炭素鋼、ステンレス鋼等の各種の材料で形成することができる。

カートリッジ２１は、例えば、上部を開口構造、底部を網目構造、側部をシールド構造等とすることができる。カートリッジ２１の上下の開口や、底部の網目構造には、カートリッジ２１に収容されている充填材２２の漏出を防止するために、半透膜、フィルタ等を備えることができる。

充填材２２は、処理塔２０の用途に応じた種類や組み合わせで、カートリッジ２１毎に収容される。充填材２２の材料形態は、被処理水の通水や接触が確保される限り、特に制限されるものではない。充填材２２は、例えば、ビーズ状、ペレット状、フレーク状、粒状、塊状等の各種の材料形態で用いることができる。充填材２２は、単体であってもよいし、充填材２２を担持させるための担体等と複合化された形態であってもよい。

格納容器２３は、処理塔２０の本体を構成しており、カートリッジ２１を収容可能な内空を有している。図に示す格納容器２３は、略柱状に設けられている。格納容器２３は、カートリッジ２１を出し入れ可能とするために、例えば、上部が開閉自在に設けられる。格納容器２３は、炭素鋼、ステンレス鋼等の各種の材料で形成することができる。

図に示す格納容器２３は、上部に開口を有する中空構造であり、長手方向に沿って延びる略柱状の内空を有している。格納容器２３の内空には、複数のカートリッジ２１が、上下両側の開口が互いに連通する向きで、長手方向に沿って積層されて格納されている。

格納容器２３には、被処理水を流入させる入口配管と、処理水を流出させる出口配管とが接続される。入口配管及び出口配管の接続位置は、特に制限されるものではない。例えば、格納容器２３には、入口配管を内空の上部、出口配管を内空の下部に開口するように接続して、被処理水の下降流を通水させることができる。或いは、入口配管を内空の下部、出口配管を内空の上部に開口するように接続して、被処理水の上昇流を通水させることもできる。

図２に示すような、充填材がカートリッジ化された処理塔２０によると、格納容器２３に格納されているカートリッジ２１に収容されている充填材２２を、充填材２２の劣化、消耗等に応じて、カートリッジ２１ごと個別に交換・廃棄することができる。

例えば、汚染水処理設備１００における浄化処理の開始時には、所定の充填材２２Ａ〜Ｄを入れたカートリッジ２１Ａ〜Ｄをそれぞれ用意することができる。格納容器２３を開き、充填材２２Ａ〜Ｄを収容しているカートリッジ２１Ａ〜Ｄをワイヤ等で吊り上げ、格納容器２３内に順に積み上げて、格納容器２３を閉じる。積層されているカートリッジ２１Ａ〜Ｄに対して被処理水の通水を開始して、各充填材２２Ａ〜Ｄによる処理を連続的且つ一体的に行うことができる。

その後、いずれかの充填材２２Ａ〜Ｄが劣化、消耗等したときには、格納容器２３を開き、カートリッジ２１Ａ〜Ｄをワイヤ等で吊り上げ、格納容器２３内から取り出す。交換が必要な充填材２２については、放射性物質によって汚染されているカートリッジ２１ごと廃棄処理することができる。交換用の充填材２２については、新しいカートリッジ２１に入れて用意することができる。新しいカートリッジ２１を、継続使用可能なカートリッジ２１と共に格納容器２３内に入れて、被処理水の通水を再開することができる。

このように、充填材がカートリッジ化された処理塔２０によると、格納容器２３に格納されているカートリッジ２１に収容されている充填材２２を個別に交換・廃棄することができるため、一部のカートリッジ２１に収容されている充填材２２のみが劣化、消耗等したとき、そのカートリッジ２１のみを交換し、その他の充填材２２やカートリッジ２１については使用を続けることができる。そのため、充填材２２の交換毎に、格納容器２３や、継続使用可能な充填材２２や、継続使用可能な充填材２２を収容しているカートリッジ２１を廃棄しなくて済む。

例えば、処理能力の低下が速く、放射性物質による汚染も進行し易い入口側の充填材２２の交換頻度を多くし、処理能力の低下が遅く、放射性物質による汚染が進行し難い出口側の充填材２２の交換頻度を少なくする運用も可能である。或いは、汚染が進行している充填材２２を廃棄し、汚染が進行していない充填材２２を入口側に移し替える運用や、汚染が進行していない充填材２２を他の処理塔に移し替えて再使用する運用等も可能である。継続使用可能な充填材２２やカートリッジ２１や格納容器２３を有効利用できるため、設備のランニングコストを削減することができる。

また、図２に示すような、充填材がカートリッジ化された処理塔２０によると、複数のカートリッジ２１に、互いに異なる種類の充填材２２を用意することができる。充填材２２の種類は、カートリッジ２１毎に異なってもよいし、カートリッジ２１の一部又は全部について同一であってもよい。また、一つの処理塔２０において、吸着材又は緩衝材を収容したカートリッジ２１のみを用いてもよいし、吸着材を収容したカートリッジ２１と緩衝材を収容したカートリッジ２１とを併用してもよい。

例えば、汚染水処理設備１００に備えられる処理塔は、吸着材を収容した一以上のカートリッジ２１と、その吸着材とは異なる種類の吸着材を収容した一以上のカートリッジ２１と、を備える形態とすることができる。このような形態によると、一つの処理塔で、多段式の吸着処理を行うことができる。複数段の吸着塔４が一つの処理塔として設けられるため、設備コストや、設備廃止時に発生する放射性物質汚染廃棄物の量を削減することができる。

一方、汚染水処理設備１００に備えられる処理塔は、緩衝材を収容した一以上のカートリッジ２１と、吸着材を収容した一以上のカートリッジ２１と、を通水順に備える形態とすることもできる。このような形態によると、一つの処理塔で、ｐＨ調整処理と吸着処理を行うことができる。緩衝塔３と吸着塔４とが一つの処理塔として設けられるため、設備コストや、設備廃止時に発生する放射性物質汚染廃棄物の量を削減することができる。

なお、図２において、充填材がカートリッジ化された処理塔２０は、一室のみを有するカートリッジ２１Ａ〜Ｄを備えている。しかしながら、カートリッジ２１は、水平方向に複数に区画された複数室を有する構造に設けることもできる。カートリッジ２１をこのような構造に設ける場合、格納容器２３は、入口配管を、内空の上部の一方の室側と、内空の下部の同じ側との両方に接続し、出口配管を、内空の下部の他方の室側と、内空の上部の同じ側との両方に接続することができる。

このような接続によると、格納容器２３内に積層されている複数室を有するカートリッジ２１に対して、一方の室側に下降流を通水し、他方の室側に上昇流を通水させることができる。汚染水と接触する充填材２２は、上流側であるほど放射性物質による汚染が進行し易いところ、格納容器２３内に積層されている複数室を有するカートリッジ２１に対して、汚染水を上下両側から通水させることができるため、通水量を高く保ちつつ、カートリッジ２１毎の汚染の進行を平準化させることができる。

充填材がカートリッジ化された処理塔２０には、カートリッジ２１における圧力損失を計測する圧力計を設置することができる。また、充填材がカートリッジ化された処理塔２０には、出口配管等に、汚染水に含まれる放射性物質の濃度を計測する濃度計を設置することができる。このような圧力計や濃度計を設置すると、カートリッジ２１の交換時期を判断することができる。

以上のような汚染水処理設備１００において、緩衝塔３、吸着塔４等の処理塔のうちの一以上は、積層容器型の遮蔽体（図３、図４、図５参照）で覆われた状態に設けられる。積層容器型の遮蔽体は、緩衝塔３、吸着塔４等の処理塔のうち、いずれの処理塔に設置されてもよい。

但し、積層容器型の遮蔽体は、ランニングコスト等を低減する観点からは、少なくとも吸着塔４に設置されることが好ましく、充填材がカートリッジ化された処理塔２０（図２参照）に設置されることがより好ましく、カートリッジ２１に通水される汚染水の放射線物質の濃度が互いに異なる処理塔２０、すなわち、カートリッジ２１に対して下降流又は上昇流が通水される処理塔２０に設置されることが更に好ましい。

図３は、積層容器型の遮蔽体の一例を示す斜視図である。図４は、積層容器型の遮蔽体の一例を示す縦断面図である。図５は、積層容器型の遮蔽体を積層した状態を示す断面図である。
図３及び図４には、積層容器型の遮蔽体の単体であるモジュール３０を示している。図５には、モジュール３０が積層されて構成される遮蔽体のユニット４０を示している。図３は、モジュール３０の内部構造の一部を透視して示している。図４は、図３に示すモジュール３０の側方視の断面を示している。モジュール３０やユニット４０の内側に、緩衝塔３、吸着塔４等の処理塔が配置される。

図３、図４及び図５に示すように、積層容器型の遮蔽体のモジュール３０は、処理塔の周囲を囲むように配置される遮蔽材容器（容器部）３１と、遮蔽材容器３１を密閉可能な容器蓋（蓋部）３２と、遮蔽材容器３１に収容された放射線の遮蔽材３３と、を有している。

遮蔽材容器３１は、処理塔の周囲を囲み込み可能な形状に設けられており、遮蔽材３３を収容可能な内空を有している。遮蔽材容器３１によると、適宜の材料形態の遮蔽材３３を処理塔の周囲を囲むように配置させることが可能になり、塔内から放出される放射線を適切に遮蔽することができる。遮蔽材容器３１は、遮蔽材３３との反応や環境劣化を起こし難い限り、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の金属や、樹脂、ガラス、セラミック等の各種の材料で形成することができる。

図３において、遮蔽材容器３１は、平面視で円環形状を呈しており、略矩形の平面（縦断面）を回転させて得られるリング状の外形に設けられている。この遮蔽材容器３１は、上部に開口を有する中空構造であり、周方向に沿って延びるリング状の内空を有している。遮蔽材容器３１の内空は、例えば、全周にわたる円環状の開口が設けられていてもよいし、周方向の一部に一以上の開口が設けられていてもよい。

容器蓋３２は、遮蔽材容器３１と同様に、処理塔の周囲を囲み込み可能な形状に設けられている。容器蓋３２は、遮蔽材容器３１に対して着脱可能に設けられる。容器蓋３２によると、遮蔽材容器３１内への雨水等の侵入や、遮蔽材容器３１内からの遮蔽材３３、雨水等の漏出を防ぐことができるため、放射化による汚染物質等の漏洩が防止される。容器蓋３２は、遮蔽材３３との反応や環境劣化を起こし難い限り、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の金属や、樹脂、ガラス等の各種の材料で形成することができる。

図３において、容器蓋３２は、平面視で円環形状を呈しており、遮蔽材容器３１と略同径であるリング状の外形に設けられている。この容器蓋３２は、遮蔽材容器３１上に取り付けられて開口を密閉すると共に、他のモジュール３０を積層可能な支持面を形成している。容器蓋３２は、遮蔽材容器３１と略同径の外形に設けられてもよいが、遮蔽材容器３１上の開口付近のみを覆う形状に設けられてもよい。容器蓋３２が開口付近のみを覆う場合、他のモジュール３０は、遮蔽材容器３１上に支持されてもよい。

遮蔽材３３は、放射線量に応じた種類・組み合わせで、遮蔽材容器３１毎に収容される。遮蔽材３３は、遮蔽材容器３１の内空にリング状に充填・配置される。遮蔽材３３の材料形態は、塔内から放出される放射線を適切に遮蔽することができる限り、特に制限されるものではない。遮蔽材３３は、例えば、ビーズ状、ペレット状、フレーク状、粒状、粉末状、板状、シート状、塊状、繊維状、ワイヤ状、スクラップ状等の各種の材料形態で用いることができる。遮蔽材３３は、単体であってもよいし、金属、無機物等と他の材料等とが複合化された形態であってもよい。

遮蔽材３３の材質は、中性子に対する吸収断面積やガンマ線の減弱能がある程度大きい限り、特に限定されるものではない。遮蔽材３３の具体例としては、鉛、鉄、銅、タングステン、カドミウム、ガドリニウム、ビスマス、水素化リチウム、水素化チタン、水素化ジルコニウム、炭化ホウ素、黒鉛、鉛ガラス、パラフィン、ポリエチレン、ホウ素添加ポリエチレン、ホウ素、コンクリート、土、砂、砂利、水等が挙げられる。また、これらの金属、無機物等と、樹脂、ゴム、木材、金属、ガラス、無機物等との複合材や、単体及び複合材のうちの一以上を混合した混合材等が挙げられる。

図５に示すように、遮蔽体のモジュール３０は、個々の遮蔽材容器３１に収容されている遮蔽材３３が内側の空間を囲む向きとなるように、互いに積層されてユニット４０を形成する。各遮蔽体のモジュール３０の遮蔽材容器３１には、互いに異なる材質の遮蔽材３３、又は、互いに異なる充填状態の遮蔽材３３、例えば、充填率や混合率が異なる遮蔽材３３を用意することができる。遮蔽材３３の材質や充填状態は、モジュール３０毎に異なってもよいし、モジュール３０の一部又は全部について同一であってもよい。

なお、図５において、遮蔽体のモジュール３０は、計８個が積層されることによって、筒状のユニット４０を形成している。しかしながら、遮蔽体のモジュール３０は、処理塔の高さ・形状や、モジュール３０自体の厚さ（高さ）に応じて、任意の個数となるように積層することができる。

図６は、処理塔を従来の遮蔽容器で遮蔽した状態を示す断面図である。図７は、処理塔を積層容器型の遮蔽体で遮蔽した状態を示す断面図である。
図６には、充填材がカートリッジ化された処理塔２０の周囲を、従来一般的に用いられている鉛製の鋳物等で形成された遮蔽体３００で覆った状態を示す。図７には、充填材がカートリッジ化された処理塔２０の周囲を、積層容器型の遮蔽体のユニット４０で覆った状態を示す。

図６に示すように、従来の遮蔽体４００は、鉛製の鋳物等で形成されており、全体にわたって材質・バルク構造が一様である。従来の遮蔽体４００は、処理塔２０を格納する容器状等を呈しており、側壁部分が略均一な厚さの鉛製品で形成されることが多い。従来の遮蔽体４００で遮蔽された処理塔２０は、放射性物質による汚染が進行し易い入口側、例えば、カートリッジ２２Ａと、放射性物質による汚染が進行し難い出口側、例えば、カートリッジ２２Ｄとが、同じ材質・バルク構造の遮蔽材によって、同じ厚さで覆われるのが一般的である。

しかし、従来の遮蔽体４００の場合、放射性物質による汚染が進行し難い出口側にも、余計な厚さや重量の遮蔽材が設置されることになる。鉛製品は高価であるため、遮蔽体４００全体の材料コストが高くなる。また、出口側に余計な遮蔽材が設置されるため、無駄な材料コストをかけることになる。また、鉛製品は重量が大きいため、クレーン等の重機や吊り能力が必要になり、鉛板、鉛ブロック等を用いた遮蔽体４００の組立時や解体時に、多大な揚重作業や労力がかかる。

これに対し、図７に示すように、積層容器型の遮蔽体のユニット４０によると、処理塔２０を覆う遮蔽体を、より小さい複数のモジュール３０で構成することができる。遮蔽体のモジュール３０自体は、より小型で軽量になるため、遮蔽体全体の材料コストや、遮蔽体の組立時や解体時の揚重作業等を削減することができる。また、モジュール３０自体が小型で軽量になるため、モジュール３０の加工・製造が行い易くなる。

また、積層容器型の遮蔽体のユニット４０によると、汚染水処理設備１００を用いた汚染水処理を、塔内から放出される放射線の漏洩を防止して安全に行うことができる。汚染水処理設備１００を用いた汚染水処理方法では、浄化処理の開始時に、個別の遮蔽材３３を遮蔽材容器３１に収容した複数のモジュール３０（遮蔽体）を、処理塔２０の長手方向に沿って積層して処理塔２０を覆う工程を行う。その後、遮蔽体のユニット４０（遮蔽体）で覆われた処理塔２０に汚染水を通水して汚染水を処理する工程を行う。

遮蔽体のモジュール３０を積層して処理塔２０を覆うとき、処理塔２０の底部については、放射線を遮蔽する台状遮蔽部材４１で覆うことができる。また、処理塔２０の頂部については、放射線を遮蔽する蓋状遮蔽部材４２で覆うことができる。台状遮蔽部材４１や蓋状遮蔽部材４２は、適宜の遮蔽材で形成することができる。

遮蔽体のモジュール３０は、例えば、下側のモジュール３０上や、台状遮蔽部材４１上に載置してユニット化させることができる。或いは、遮蔽体のモジュール３０は、下側のモジュール３０上や台状遮蔽部材４１上に着脱可能に締結固定させてユニット化させることもできる。或いは、遮蔽体のモジュール３０は、下側のモジュール３０上や台状遮蔽部材４１上に着脱可能に嵌合固定させてユニット化させることもできる。

積層容器型の遮蔽体のユニット４０は、各モジュール３０の遮蔽材容器３１が、互いに材質又は充填状態が異なる遮蔽材３３を収容しているユニット構成として、処理塔２０の遮蔽に用いることができる。各遮蔽材３３の充填状態は、例えば、鉛ビーズ、鉛ペレット等の各種の遮蔽材の充填率、混合率等を調整して変えることができる。

また、積層容器型の遮蔽体のユニット４０は、処理塔の入口側に配置されたモジュール３０（遮蔽体）が、処理塔の出口側に配置されたモジュール３０（遮蔽体）よりも遮蔽材３３による放射線の遮蔽性能が高いユニット構成として、処理塔２０の遮蔽に用いることもできる。例えば、汚染が進行し易い処理塔２０の入口側を、鉛製品等の中性子に対する吸収断面積や原子番号が大きい高密度な遮蔽材で遮蔽し、汚染が進行し難い処理塔２０の出口側を、それよりも軽量ないし安価な遮蔽材３３で遮蔽することができる。

このようなユニット構成によると、処理塔２０の全体を、過剰な遮蔽性能の遮蔽材で覆う必要が無くなり、汚染が少ない処理塔２０の出口側を、適切な厚さや密度の軽量ないし安価な遮蔽材３３で覆うことができるため、無駄な材料コストや、組立時や解体時の揚重作業等を削減することができる。

ユニット構成の具体例としては、入口側から出口側に向けて、遮蔽材３３の材質の密度が低くなっていくユニット構成や、入口側から出口側に向けて、鉛ビーズ、鉛ペレット等の充填率や混合率が低くなり、軽量ないし安価な遮蔽材３３の充填率や混合率が高くなっていくユニット構成等が挙げられる。

汚染水処理設備１００を用いた汚染水処理においては、積層容器型の遮蔽体のユニット４０で覆われた吸着塔４で、放射性物質を吸着する吸着材による汚染水の吸着処理を行うことができる。吸着塔４は、汚染水処理設備１００に複数備えられることが多く、吸着した放射性物質によって汚染され易い処理塔である。積層容器型の遮蔽体を吸着塔４に適用する汚染水処理方法によると、汚染され易く設置数が多くなる吸着塔４内からの放射線の漏洩を、低コストで組立及び解体が容易な遮蔽体によって低減することができる。

一方、汚染水処理設備１００を用いた汚染水処理においては、積層容器型の遮蔽体のユニット４０で覆われた緩衝塔３で、汚染水のｐＨを調整するための緩衝材による汚染水のｐＨ調整処理を行うことができる。緩衝塔３は、放射性物質が付着し得る充填材が用いられており、硬化した場合、より汚染され易くなる。積層容器型の遮蔽体を緩衝塔３に適用する汚染水処理方法によると、放射性物質が蓄積される可能性がある緩衝塔３内からの放射線の漏洩を、低コストで組立及び解体が容易な遮蔽体によって低減することができる。

なお、充填材がカートリッジ化されていない処理塔についても、充填材がカートリッジ化された処理塔２０と同様に、複数のモジュール３０（遮蔽体）を、処理塔の長手方向に沿って積層して処理塔を覆う工程と、遮蔽体のユニット４０（遮蔽体）で覆われた処理塔に汚染水を通水して汚染水を処理する工程とを、この順に行って、汚染水処理を実施することができる。また、充填材がカートリッジ化された処理塔２０と同様に、適宜の遮蔽材で形成した台状遮蔽部材や蓋状遮蔽部材、ユニット構成等を用いることができる。

遮蔽体のユニット４０を構成するモジュール３０は、汚染水を処理する工程を開始した後においても、一以上のモジュール３０を、別のモジュール３０と交換することができる。遮蔽材容器３１に収容されている遮蔽材３３を、充填材２２の状態や、処理塔２０に格納されているカートリッジ２１の構成に応じて、別の遮蔽材３３と個別に交換することが可能である。遮蔽材３３は、遮蔽材容器３１ごと交換してもよい。

例えば、充填材がカートリッジ化されていない処理塔の場合、処理塔の出口側に充填されている充填材２２の汚染が少ない初期には、処理塔の出口側を、軽量ないし安価な遮蔽材３３を収容したモジュール３０で遮蔽することができる。その後、処理塔の出口側に充填されている充填材２２の汚染が進行したときには、処理塔の出口側を、遮蔽性能が高い遮蔽材３３を収容したモジュール３０に交換することができる。

また、充填材がカートリッジ化された処理塔２０の場合、カートリッジ２１の交換と同時期に、そのカートリッジ２１を囲むモジュール３０を、別の遮蔽材３３を収容したモジュール３０に交換することができる。吸着材のカートリッジ２１を、汚染が進行し難い緩衝材のカートリッジ２１に入れ替えるときに、軽量ないし安価な遮蔽材３３を収容したモジュール３０に交換することが可能である。また、緩衝材のカートリッジ２１を、汚染が進行し易い吸着材のカートリッジ２１に入れ替えるときに、遮蔽性能が高い遮蔽材３３を収容したモジュール３０に交換することが可能である。

遮蔽体のユニット４０を構成するモジュール３０を個別に交換する運用によると、必要な遮蔽性能を備える遮蔽材３３を、充填材２２の汚染の度合や、充填材２２の種類に応じて、場所毎に適切に利用することができるため、汚染水処理設備１００のランニングコストを削減することができる。必要な遮蔽性能を備える遮蔽材３３を、緩衝塔３と吸着塔４との間や、吸着塔４同士の間で使い回すこともできるため、汚染水処理設備１００の構成の変更にも低コストで対応できる。

充填材がカートリッジ化された処理塔２０の場合、遮蔽体のモジュール３０は、処理塔２０内に積層されているカートリッジ２１の間隔以下の間隔で互いに積層されることが好ましい。すなわち、遮蔽体のユニット４０を構成するモジュール３０の積層数は、処理塔２０が備えるカートリッジ２１の積層数よりも多いことが好ましい。

このようなユニット構成であると、いずれかのカートリッジ２１を、充填材２２の汚染の度合や、充填材２２の種類に合わせて、一以上のモジュール３０で遮蔽することができる。放射性物質は、各カートリッジ２１内から全方向に放射線を放出するところ、一つのカートリッジ２１に、一以上のモジュール３０が対応していると、そのカートリッジ２１の側方だけでなく、ある程度上方や、ある程度下方についても、適切な遮蔽性能に調整することができる。

図８は、変形例に係る積層容器型の遮蔽体の一例を示す斜視図である。
図８に示すように、積層容器型の遮蔽体のモジュール３０は、単体自体を分割構造とすることもできる。図８に示す分割構造のモジュール３０は、第１遮蔽材容器３１ａ及び第１容器蓋３２ａで構成された平面視で半円環形状を呈した分割構造単位と、第２遮蔽材容器３１ｂ及び第２容器蓋３２ｂで構成された平面視で半円環形状を呈した分割構造単位と、が合わさって形成されている。

第１遮蔽材容器３１ａ及び第２遮蔽材容器３１ｂは、平面視で半円環形状を呈しており、互いに合わさることによって、略矩形の平面（縦断面）を回転させて得られるリング状を形成している。第１遮蔽材容器３１ａ及び第２遮蔽材容器３１ｂは、上部に開口を有する中空構造であり、互いに合わさることによって、周方向に沿って延びる略リング状の内空を形成している。

第１容器蓋３２ａ及び第２容器蓋３２ｂは、第１遮蔽材容器３１ａ及び第２遮蔽材容器３１ｂと同様に、処理塔の周囲を囲み込み可能な形状に設けられている。第１容器蓋３２ａ及び第２容器蓋３２ｂは、第１遮蔽材容器３１ａ及び第２遮蔽材容器３１ｂのそれぞれに対して着脱可能に設けられている。

第１遮蔽材容器３１ａには、第１充填材３３ａが収容されており、第２遮蔽材容器３１ｂには、第２充填材３３ｂが収容されている。第１遮蔽材容器３１ａ及び第２遮蔽材容器３１ｂには、通常、互いに同じ材質、且つ、互いに同等の充填率や混合率の充填材３３が収容される。但し、第１充填材３３ａ及び第２充填材３３ｂは、材質や充填状態が互いに異なっていてもよい。

図８に示すような、分割構造のモジュール３０によると、モジュール３０自体を、より小型で軽量な分割構造単位に分割することができる。そのため、遮蔽体の組立時や解体時の揚重作業等を削減することができる。また、分割構造単位自体が小型で軽量になるため、分割構造単位の加工・製造が行い易くなる。また、遮蔽体の組立時や解体時に、処理塔に対して配置するときの順序の自由度が高くなる。

以上、本発明に係る汚染水処理設備及び汚染水処理方法の実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、技術的範囲を逸脱しない限り、様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、或る実施形態の構成の一部を他の構成に置き換えたり、或る実施形態の構成に他の構成を加えたりすることが可能である。また、或る実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、構成の削除、構成の置換をすることも可能である。

前記の汚染水処理設備１００に備えられる遮蔽体のモジュール３０（図３、図４参照）や、分割構造のモジュール３０（図８参照）は、遮蔽材容器３１及び容器蓋３２が、平面視で円環形状を呈するように設けられており、縦断面視で略矩形に設けられている。しかしながら、遮蔽材容器３１や容器蓋３２は、矩形の環状、多角形の環状等、平面視で任意の形状となるように設けることができるし、縦断面視で任意の形状となるように設けることができる。

また、前記の汚染水処理設備１００に備えられる遮蔽体のモジュール３０（図３、図４参照）は、遮蔽材容器３１の内空が、周方向に沿って延びるリング状に設けられている。しかしながら、遮蔽材容器３１の内空は、放射線の遮蔽が確保される限り、遮蔽材容器３１とは異なる分割構造に設けられ、一つの遮蔽材容器３１内で区分けされていてもよい。遮蔽材容器３１の内空が区分けされていると、遮蔽材３３の偏りを低減することができる。

また、前記の汚染水処理設備１００に備えられる分割構造のモジュール３０（図８参照）は、二つ割の分割構造として設けられている。しかしながら、分割構造のモジュール３０は、周方向及び径方向について、任意の分割数で設けることもできる。分割構造のモジュール３０は、分割構造単位の配置が、処理塔の全周を囲む完全な環状であってもよいし、放射線の遮蔽が確保される限り、処理塔の周囲を周方向の一部を欠いて囲む形状であってもよい。このような形状の遮蔽材３３が欠落した部分には、別の遮蔽板等を設置してもよい。分割構造単位は、側面同士で噛み合う形状であってもよいし、遮蔽材３３の材質や充填状態が互いに異なっていてもよい。

１ 汚染水タンク
２ 前処理装置
３ 緩衝塔
４ 吸着塔
１０ 配管
１１ 配管
１２ 配管
１３ 配管
１４ 配管
１５ 配管
２０ 処理塔
２１ カートリッジ
２２ 充填材
２３ 格納容器
３０ モジュール（遮蔽体）
３１ 遮蔽材容器（容器部）
３２ 容器蓋（蓋部）
３３ 遮蔽材
４０ ユニット（遮蔽体）
１００ 汚染水処理設備

Claims (13)

1. 放射性物質を含有する汚染水が通水される処理塔と、
   前記処理塔の長手方向に沿って積層されて前記処理塔を覆う複数の遮蔽体と、を備え、
   前記遮蔽体は、
   前記処理塔の周囲を囲むように配置される容器部と、
   前記容器部に収容された放射線の遮蔽材と、を有する汚染水処理設備。
2. 請求項１に記載の汚染水処理設備であって、
   前記容器部は、互いに材質又は充填状態が異なる前記遮蔽材を収容している汚染水処理設備。
3. 請求項２に記載の汚染水処理設備であって、
   前記処理塔の入口側に配置された前記遮蔽体は、前記処理塔の出口側に配置された前記遮蔽体よりも前記遮蔽材による放射線の遮蔽性能が高い汚染水処理設備。
4. 請求項１に記載の汚染水処理設備であって、
   前記処理塔は、
   前記処理塔の長手方向に沿って積層されて配置される複数のカートリッジと、
   前記カートリッジに収容された充填材と、
   前記カートリッジを格納する格納容器と、を備える汚染水処理設備。
5. 請求項４に記載の汚染水処理設備であって、
   前記カートリッジは、通水される前記汚染水の放射線物質の濃度が互いに異なる汚染水処理設備。
6. 請求項４に記載の汚染水処理設備であって、
   前記充填材は、放射性物質を吸着する吸着材、又は、前記汚染水のｐＨを調整するための緩衝材である汚染水処理設備。
7. 請求項６に記載の汚染水処理設備であって、
   前記処理塔は、
   前記吸着材を収容した一以上の前記カートリッジと、
   前記吸着材とは異なる種類の吸着材を収容した一以上の前記カートリッジと、を備える汚染水処理設備。
8. 請求項６に記載の汚染水処理設備であって、
   前記処理塔は、
   前記緩衝材を収容した一以上の前記カートリッジと、
   前記吸着材を収容した一以上の前記カートリッジと、を備える汚染水処理設備。
9. 請求項４に記載の汚染水処理設備であって、
   前記遮蔽体は、前記カートリッジの間隔以下の間隔で互いに積層されている汚染水処理設備。
10. 請求項１に記載の汚染水処理設備であって、
    前記遮蔽体は、前記容器部を密閉可能な蓋部を有する汚染水処理設備。
11. 汚染水処理設備を用いた汚染水処理方法であって、
    前記汚染水処理設備は、放射性物質を含有する汚染水が通水される処理塔を備えており、
    前記処理塔の周囲を囲むように配置される容器部と、前記容器部に収容された放射線の遮蔽材と、を有する複数の遮蔽体を、前記処理塔の長手方向に沿って積層して前記処理塔を覆う工程と、
    前記遮蔽体で覆われた前記処理塔に前記汚染水を通水して前記汚染水を処理する工程と、を含む汚染水処理方法。
12. 請求項１１に記載の汚染水処理方法であって、
    前記汚染水を処理する工程において、前記放射性物質を吸着する吸着材による前記汚染水の吸着処理、及び、前記汚染水のｐＨを調整するための緩衝材による前記汚染水のｐＨ調整処理のうちの一以上の処理を行う汚染水処理方法。
13. 請求項１１に記載の汚染水処理方法であって、
    前記汚染水を処理する工程を開始した後に、一以上の前記遮蔽材を別の遮蔽材と交換する汚染水処理方法。

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