JP2978542B2

JP2978542B2 - 溶解・固体放射性物質の濃縮方法及び装置

Info

Publication number: JP2978542B2
Application number: JP2210553A
Authority: JP
Inventors: ロバート・デイビッド・ビュラック; ウイリアム・ジョゼフ・ステンジャー; クリントン・レイ・ウォルフ
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1999-11-15
Anticipated expiration: 2014-11-15
Also published as: US5122268A; EP0412815B1; EP0412815A2; ES2072985T3; EP0412815A3; JPH0387699A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景発明の分野本発明は、廃棄水処理方法及び装置に関し、特に、危
険な有毒放射性廃棄物の処理及びその安全な廃棄もしく
は処分に関するものである。

関連技術の説明原子力蒸気発生器の二次側のような原子力設備に対す
る化学的清浄過程中に、時として、高濃度のEDTA（エチ
レンジアミン四酢酸）のようなキレート化剤を含有する
汚染した放射性廃棄溶液が発生する。このような廃棄溶
液を取り扱うのに種々の処理技術が知られている。

このような処理方法の内の１つによれば、危険な成分
を危険でない成分から分離し、廃棄水を蒸発して固体を
回収し、次いで、危険な成分及び固体を廃棄物処理場所
に埋めることができる。しかし、現行の廃棄物処理規制
では、この方法は、危険な固体廃棄物が、EDTA、NTA
（ニトリロ三酢酸）、クエン酸又は他のキレート化剤を
含有しているという主たる理由から許容し得ないとされ
ている。キレート化剤が、化学的に結合された放射性そ
の他の危険な核種を同伴しながら処理場所から漏洩し、
土壌中を移動して地下水と混合する可能性があるからで
ある。この理由から、危険な廃棄物処理場所では、埋め
ることが許容される廃棄物中に存在が許容されるキレー
ト化剤の量に厳しい制限が課せられている。即ち、大き
な濃度のキレート化剤は、放射性廃棄物と同時に処分す
ることは許されない。

別の処理方法によれば、キレート化剤を、比較的危険
のない成分に酸化又は熱分解するキレート（chelant）
破壊方法が採用されており、放射性核種は埋設場所で処
分される。どの方法を採用すべきかの選択は、当該方法
の有効性、費用及び問題の解決に要する時間によって決
定される。例えば、蒸発方法による未処理廃棄物の容積
減少が有効である。しかし、設備投資費用及び操業費用
並びに廃棄物処分場所の使用料金を含め、この方法に要
する費用の観点から、この容積減少方法は魅力的ではな
い。更に、キレートの最終濃度が処分場所の制限もしく
は限界濃度を越えることがあり、そのためこの方法は、
効果的に利用することはできない。また、種々の関連の
容積減少技術の複雑性も、この方法に対し否定的に加担
している。

分離方法においては、主に（鉄及び銅の）金属イオン
及び典型的に該金属イオンに付き従う放射性核種がキレ
ートから分離される。この場合、前者には放射性廃棄物
としての処分が要求され、他方、後者は非放射性の危険
な廃棄物として処理される。イオン交換過、膜過及
び磁気過方法もしくは技術も、場合により、濃度を希
釈する上で所望の結果を達成することが可能であろう。
しかし、これ等の方法は、実施容易性及び費用有効性の
面で未だ実証されていない。

キレート破壊技術では、キレートは危険でない核種に
変性される。続いて次の処理では、放射性廃棄物の容積
の減少が行われる。熱分解も効果的ではあるが、未だ認
可されてはいない。電気分解によるキレート分解は比較
的に低速である。種々の酸化方法も有用であると思われ
るが、それぞれに欠陥がある。キレートのオゾン処理に
は高価な設備が必要とされ、しかも処理速度は緩慢であ
るが、廃棄物容積は顕著には増加しない。しかし、この
オゾン処理は効果的ではないと判明している。過酸化物
処理は費用有用性が高いが、廃棄物の容積が増加する。

発明の概要本発明によれば、原子力設備の清浄に用いられた危険
なキレート化剤を含有する廃棄水溶液中に同伴される溶
解及び固体放射性物質を濃縮するための方法及び装置が
提供される。酸化剤の存在下で、放射性物質及び危険な
キレート化剤を含有する廃棄水を受け入れる酸化ステッ
プで、キレート化剤は、酸化によりガス及び水を含む危
険でない成分に変換される。上記酸化ステップもしくは
酸化室に接続されている分離装置が、沈殿物を含む廃棄
水溶液を受け入れて、該廃棄水溶液から放射性固体を分
離する。イオン交換樹脂を含むイオン交換室が、分離装
置で放射性固体が分離された廃棄水溶液を受け入れ、該
廃棄水溶液から溶解放射性物質を、樹脂とのイオン交換
により除去する。乾燥装置が、分離装置から放射性固体
物質を受け入れて、該固体物質から水和水を除去する。
キャニスター部で、乾燥固体物質及び除去された溶解放
射性物質を含有している使用済みイオン交換樹脂を受け
て、それ等を、処理もしくは処分するために、固体形態
で包装する。

好適な実施例の説明本発明は、汚染放射性廃棄物を処理もしくは処分する
のに適しており、特に、蒸気発生器の二次側の化学的清
浄から生ずる廃棄物を処理するのに適している。しか
し、同様の性質を有する廃棄物源からのものであれば、
その種類を問わず、当該廃棄物源からの廃棄物を本発明
に従って処理することが可能である。

ここに開示する廃棄物処理方法によれば、例えば、ED
TA及び酸化鉄（錆）を含有する化学適清浄廃棄物は、過
酸化水素溶液を用いて酸化される。溶液中のEDTAは、過
酸化物、そして主に鉄金属、即ち鉄により破壊され、他
の金属が溶液から沈降する。沈殿物は濃縮され、処分場
所において、固体廃棄物として埋められる。水は、処理
され、試験され、そして非放射性物質として処分される
か又はプラントでリサイクルすることもできる。

本発明に従い、廃棄物処理を行うためのシステム（濃
縮装置）が第１図に示されている。この廃棄物処理シス
テム10には、汚染放射性廃棄水である供給原料12が処理
のために供給される。廃棄水12は最初に、入口管16を介
して反応タンク（酸化室手段）14内にポンプ送りされ
る。過酸化水素溶液18が、供給源22（例えば、タンカ
ー）から入口管20を介して反応タンク14に供給される。
過酸化水素溶液18及び廃棄水12中のキレート（EDTA）
は、有機物質であるキレートの大部分（例えば、99％）
が酸化されて幾つかの無害な又は危険でない副生成物と
なるように反応する。廃棄水12中の金属イオンは（主に
鉄及び銅イオン）が溶液から沈殿して、不溶性の水酸化
物スラッジ（廃棄物）24としてタンク14内で沈殿する。
所望ならば、別の沈殿タンク（図示せず）を設けること
もできる。反応タンク14内の溶解鉄は、キレートを酸化
するための触媒としての働きをすると共に、他の金属種
の綿状沈澱を促進するための凝集剤としての作用をす
る。反応タンク14には撹拌器26並びに温度及び圧力イン
ジケータ、過圧保護／通気管路が設けられており、上記
温度及び圧力インジケータ並びに過圧保護／通気通路は
図示されてはいないが、当該技術分野の専門家には良く
理解されているところである。

蒸気及びガス、即ち酸化により生成された無害な副生
成物は、デミスター28及び高効率微粒子空気フィルタ
（HEPAフィルタ）30を介し出口管32から大気中に放出さ
れる。従って、廃棄溶液の容積の一部分は、反応ステッ
プ中に、蒸気及びガス化により減少される。フィルタ30
が飽和した場合には、過物質（図示せず）を、後述の
ように処理する。

キレート化剤の大部分が反応タンク14内で酸化された
後にスラッジ24を、直列のポンプ38を備えている管路36
を介して１つ又は２つ以上の遠心分離装置（分離器手
段）34に導く。これ等の分離装置34は、比重の差に基づ
き濃縮沈澱物と、上澄み液とを分離する。比重及び所望
の分離度に依存して幾段かの遠心分離装置34が必要とさ
れる場合がある。

本発明によれば、溶解金属イオン及び充分には酸化さ
ていないキレート又は芳香族として知られるキレート副
生成物を含有する上澄み液体は、活性化木炭フィルタ39
を介し、液体管路42を経て１つ又は２つ以上のイオン交
換柱（イオン交換手段）40に導かれる。フィルタ39は、
芳香族を除去し、飽和した場合には、木炭もしくは炭素
を後述のように処分する。可溶性の金属イオン（例え
ば、セシウム）を除去するためのイオン交換後、上澄み
液体は、管路48を経て、図示のように排出部50に達する
前の段階で保持し試験するための１つ又は２つ以上の保
持タンクに送られる。イオン交換過程が完了すると、イ
オン交換柱40内の使用済みイオン交換樹脂は、管路54を
介してキャニスター部（包装手段）52にポンプ送りされ
る。イオン交換樹脂は、処理場所で埋設するためにコン
クリート母材に固化される。同様に、HEPAフィルタ30及
び木炭フィルタ39から生ずる飽和した材料も包装及び処
分のためにキャニスター部52に転送される。

遠心分離装置34からの濃縮沈澱物は、管路58を介して
乾燥装置（乾燥器手段）56にポンプ送りされ、そこで水
和水が金属水酸化物から除去される。過剰水の除去方法
には、スクレープド皮膜蒸発法、真空過法、ドラム・
フレーキング法その他の乾燥技術が挙げられる。水和水
の除去により、固体廃棄物の容積の大きな部分が減少さ
れる。脱水され沈澱物は、管路58を介してキャニスター
部52にポンプ送りされ、そこでやはりコンクリート又は
他の類似の材料と混合されて凝固され廃棄物処理場所に
埋められる。所望ならば、デミスター28及びフィルタ30
の入口に乾燥機通気口60を接続したり或は環境上適した
自己閉込め型浄化装置を設けて、それを介し、蒸発した
水和水を大気中に放出することもできる。

種々の制御機能は、制御部もしくは制御端末60で手動
或は自動により管理することが可能である。プログラマ
ブルな数値コントローラ、CPU或は手動制御装置を所望
に応じ利用することができよう。このような制御装置は
当該技術分野で知られている。

本発明によれば、廃棄溶液中のEDTAを酸化するために
過酸化水素を使用することによって、危険なキレート化
剤はガス、蒸気及び水に変換される。ガス及び蒸気は、
デミスター及びフィルタで処理されて大気中に排出され
る。次いで水は、炭素質フィルタ及びイオン交換柱で処
理され、しかる後に廃棄処分或は再使用され、一方、沈
澱物は廃棄溶液から分離され、乾燥され、埋設場所で処
分される。このように、本方法によれば、廃棄物の容積
は迅速且つ安全に、理論的に可能な最小の容積に減少さ
れて処分される。

第２図のバッチプロセスのブロック図には、本発明の
処理フローが示してある。ブロックは各種機能ステップ
を表し、矢印は、プロセス全体を通してステップからス
テップに搬送される材料の処理の流れを表す。第２図の
配列において、反応タンクもしくは容器14は、EDTA、金
属イオン、有機物質及び他の放射性核種を含む供給原料
12を受け入れる。また、反応容器14は、図示のように過
酸化水素18をも受け入れる。EDTAキレート化剤及び供給
原料12の分解で、二酸化炭素、酸素及び水のような反応
生成物及び水酸化物スラッジが生ずる。スラッジ中の固
体物質は、分離装置34の作用により除去され、他方、溶
解している放射性核種は液体と共にデカンテーションさ
れる。芳香族及び溶解放射性核種を含んでいる液体は、
活性化木炭フィルタ39に送られて、それにより、芳香族
が除去され、しかる後に溶解放射性核種を除去するため
にイオン交換柱40に送られる。固体物質は次いで、乾燥
装置56に送られる。イオン交換後、上澄み水は、池や、
流れ、或は再使用のための水貯蔵タンクに排出する前
に、試験の目的で貯水タンクに排出される。乾燥した固
体、使用済み樹脂及び過材料は、固化或は包装するた
めにキャニスター部52に送られる。所望ならば、使い捨
て可能なイオン交換反応器を使用することができ、その
場合には、この種の容器は密封して廃棄場所に埋設す
る。

実施例過酸化水素は、キレートを酸化する上で有効であるこ
とが判明している強酸化剤である。本発明の開発中NT
A、クエン酸及びシュウ酸を、低pHレベル（pH＝2.3）で
過酸化水素により酸化した。これ等の反応は、溶解鉄が
溶媒として作用し、僅かに高い温度（40〜60℃）におけ
る過酸化物の２〜５倍の化学量論的過剰量で反応速度が
促進されることを示している。pH＝2.3のEDTA含有除染
溶液を用いた類似の試験で、90℃においてEDTAが90〜95
％破壊した。40〜60℃及びpH＝4.5でのクエン酸の酸化
に関する追加実験で、同様の化学量論的過剰用件及びイ
オン用件が結果として得られた。EDTAは安定性が小さ
く、従って、NTL或はクエン酸のいずれよりも高い反応
性を示す。従って、上に述べた実験条件は控え目な上限
帯を表すと考えられる。

実際の化学的廃棄物を模擬するために開発した人造化
学的廃棄物溶液で行った試験の結果、鉄の99％を沈澱す
るのに過酸化物の２倍の化学量論的過剰量で充分である
ことが示された。EDTAの酸化並びに沈澱物の形成及び沈
澱は迅速に生じた。

プロセス開発で用いた化学的清浄廃棄物溶液の例が表
Ｉに示してある。実際の現場での使用においては、広範
囲に亙る金属イオン及びキレート濃度が予想される。金
属イオンの量は、鉄を溶液中に保持するキレートの能力
により制限される。処理中に添加される過酸化物の量
は、キレート濃度に基づき、所望の化学量論的関係を得
るように調節される。

本発明の好適な実施例においては、廃棄物溶液を第２
図に示したものに類似のバッチプロセスで処理する。廃
棄物溶液は、反応タンク14にバッチ装入し、そこで50％
の過酸化水溶液18を徐々に添加する。過酸化物酸化反応
は発熱反応であり、従って、反応プロセスには熱が加え
られる。しかし、反応温度を監視し、過酸化水素の添加
レート（量）を監視して約40〜60℃の温度を得ることが
可能である。過酸化物の添加は、99％の鉄の沈澱を得る
ために、所望の化学量論的過剰（２倍）になるまで続け
る。過酸化鉄の析出物の沈降を助勢する付加的な凝集剤
の使用は必要とはされないが、所望ならば用いることが
できよう。沈降後、上澄み液を、既述のように過しイ
オン交換し、そして不溶性の水酸化金属（主として鉄及
び銅の水酸化物）からなる沈澱物を、乾燥及びキャニス
ター包装の埋設場所で、埋設する状態にする。

過酸化水素による酸化には、最小限度の処理設備しか
要求されず、最終的には、固体廃棄物の最小埋設容積が
結果的に実現される。

以上、本発明の特定の実施例と関連して本発明を説明
したが、更に他の変更が可能であることは理解に難くな
い。従って、本発明は、一般に、本発明の原理に従う変
更、使用或は適応を包含することを企図するものであ
り、このような当業者に容易に想到し得る変更例は本発
明の均等物の範囲に包含されるものであることを付記す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による装置の構成を略示す
るブロック図、第２図は、本発明の一実施例に従い汚染
放射性廃棄物を取り扱うためのバツチプロセスを略示す
るブロック図である。 10……廃棄物処理システム（濃縮装置） 12……廃棄水 14……反応タンク（酸化室手段） 18……過酸化水素溶液（酸化剤） 24……水酸化物スラッジ（廃棄物） 34……遠心分離装置（分離器手段） 40……イオン交換柱（イオン交換手段） 52……キャニスター部（包装手段） 56……乾燥装置（乾燥器手段）

フロントページの続き (72)発明者クリントン・レイ・ウォルフアメリカ合衆国、サウス・キャロライナ州、エーケン、ベルリーブ・ドライブ 1008 (56)参考文献特開昭60−93999（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G21F 9/06 G21F 9/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原子力設備を清浄するのに使用した危険な
キレート化剤を含む廃棄水溶液中に同伴される溶解・固
体放射性物質の濃縮方法であって、酸化剤の存在下で、放射性物質及び危険なキレート化剤
を含有する廃棄水溶液を酸化し、それにより前記キレー
ト化剤を酸化してガス及び水を含む危険でない物質の流
れにすると共に付加的な固体を前記廃棄水溶液から沈殿
せしめるステップと、沈殿物を含む前記廃棄水溶液から放射性固体を分離する
ステップと、放射性固体が分離された廃棄水溶液をイオン交換樹脂を
用いてイオン交換してこの廃棄水溶液から前記溶解放射
性物質を除去するステップと、前記分離するステップにより得られる前記放射性固体を
乾燥して乾燥固体を生成するステップと、該乾燥固体と前記除去された溶解放射性物質を含有する
使用済みイオン交換樹脂とを固形状に包装するステップ
とを含む溶解・固体放射性物質の濃縮方法。
【請求項２】原子力設備を清浄するのに使用した危険な
キレート化剤を含有する廃棄水溶液中に同伴される溶解
・固体放射性物質の濃縮方法であって、酸化剤の存在下で前記放射性物質及び危険なキレート化
剤を含有する廃棄水溶液を受けて前記キレート化剤を酸
化し、ガス及び水を含む危険でない物質の流れにすると
共に、付加的な固体を前記廃棄水溶液から沈殿せしめる
酸化室手段と、沈殿物を含む廃棄水溶液を受け入れて、該廃棄水溶液か
ら放射性固体を分離するために、前記酸化室手段に接続
された分離器手段と、前記分離手段で放射性固体が分離された廃棄水溶液を受
け入れて、該廃棄水溶液から前記溶解放射性物質を除去
するためのイオン交換樹脂を含むイオン交換手段と、前記分離手段により得られる前記放射性固体を受け入れ
て乾燥固体を生成する乾燥器手段と、前記乾燥固体及び前記除去された溶解放射性物質を含有
する使用済みイオン交換樹脂を受け入れて固状形態に包
装する包装手段とを含む溶解・固体放射性物質の濃縮装置。