JP4771994B2 - フェライト皮膜形成後における溶液の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、フェライト皮膜形成後における溶液の処理方法に係り、特に、原子力発電プラントの構成部材にフィライト皮膜を形成する際に用いた溶液を処理するのに好適なフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法に関する。

例えば、沸騰水型原子力発電プラント（以下、ＢＷＲプラントと略記する。）は、原子炉圧力容器（ＲＰＶと称する）内に炉心を内蔵した原子炉を有する。再循環ポンプ（またはインターナルポンプ）によって炉心に供給された冷却水は、炉心内に装荷された燃料集合体内の各燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気は、原子炉からタービンに導かれ、タービンを回転させる。タービンから排出された蒸気は、復水器で凝縮され、水になる。この水は、給水として原子炉に供給される。給水は、原子炉内での放射性腐食生成物の発生を抑制するため、給水配管に設けられたろ過脱塩装置で主として金属不純物が除去される。

また、放射性腐食生成物の元となる腐食生成物は、ＲＰＶ及び再循環系配管等の接水部からも発生することから、主要な一次系の構成部材には腐食の少ないステンレス鋼、ニッケル基合金などの不銹鋼が使用されている。また、低合金鋼製のＲＰＶは内面にステンレス鋼の肉盛りが施され、低合金鋼が、直接、炉水と接触することを防いでいる。炉水とは、原子炉内に存在する冷却水である。さらには、炉水の一部を原子炉浄化系のろ過脱塩装置によって浄化し、炉水中に僅かに存在する金属不純物を積極的に除去している。

しかし、上述のような腐食対策を講じても、炉水中における極僅かな金属不純物の存在は避けられないため、一部の金属不純物が、金属酸化物として、燃料集合体に含まれる燃料棒の表面に付着する。燃料棒表面に付着した金属不純物（例えば、金属元素）は、燃料棒内の核燃料から放出される中性子の照射により原子核反応を起こし、コバルト６０、コバルト５８、クロム５１、マンガン５４等の放射性核種になる。これらの放射性核種は、大部分が酸化物の形態で燃料棒表面に付着したままであるが、一部の放射性核種は、取り込まれている酸化物の溶解度に応じて炉水中に溶出し、又はクラッドと呼ばれる不溶性固体として炉水中に再放出される。炉水中の放射性物質は、原子炉浄化系によって取り除かれる。しかしながら、除去されなかった放射性物質は炉水とともに再循環系などを循環している間に、構成部材の炉水と接触する表面に蓄積される。その結果、構成部材表面から放射線が放射され、定検作業時の従事者の放射線被曝の原因となる。その従業者の被曝線量は、各人毎に規定値を超えないように管理されている。近年この規定値が引き下げられ、各人の被曝線量を経済的に可能な限り低くする必要が生じている。

そこで、配管への放射性核種の付着を低減する方法、及び炉水中の放射性核種の濃度を低減する方法が様々検討されている。例えば、亜鉛などの金属イオンを炉水に注入して、炉水と接触する再循環系配管内面に亜鉛を含む緻密な酸化皮膜を形成させることにより、酸化皮膜中へのコバルト６０及びコバルト５８等の放射性核種の取り込みを抑制する方法が提案されている（特許文献１）。

冷却水中に放射性核種が溶出ないし放出される状態になる前に、再循環系配管及び原子炉浄化系の浄化系配管の内面に、予め定められた条件で酸化皮膜を形成させることが提案されている（特許文献２）。

しかし、特許文献１における亜鉛などの金属イオンを炉水に注入する方法は、亜鉛自体の放射化を避けるため、高価な同位体分離した亜鉛イオンを運転中に連続注入する必要がある。特許文献２における酸化皮膜を形成させる方法では、例えばＢＷＲの運転温度域（２５０〜３００℃）において酸化皮膜を形成させる必要がある。このような高温雰囲気で酸化皮膜を、例えば、ステンレス鋼の構成部材の表面に形成したとする。形成されたその酸化皮膜は、クロム成分が多い内層、及び内層の外側に位置する、鉄成分の多い外層を含んでいる。外層は結晶の膜構造が必ずしも緻密でないため、炉水中のコバルトなどの放射性核種が外層を通過して内層に取り込まれ易くなるので、構成部材への放射性核種の付着抑制効果が小さくなる。

そこで、より効果的に放射性核種の付着を抑制できる方法として、鉄（II）イオン、過酸化水素及びヒドラジンを含む溶液を１００℃以下の低温で構成部材の表面に接触させ、その表面にフェライトの緻密な皮膜を形成させる方法が提案されている（特許文献３）。鉄（II）イオンはギ酸に溶解させて使用するので、その溶液はギ酸を含んでいる。この方法によれば、構成部材の表面に放射性核種の取り込みが少ないフェライト皮膜を形成できるため、放射性核種の付着を抑制することができる。

特開昭５８−７９１９６号公報 特開昭６２−９５４９８号公報 特開２００６−３８４８３号公報

ところで、特許文献３に記載の方法を用いて、原子力発電プラントの配管等の構成部材の、炉水と接触する表面にフェライト皮膜を形成した後、このフェライト皮膜の形成に用いられた上記溶液（以下、廃液という。）を浄化して排水する必要がある。すなわち、廃液中には、フェライト皮膜の形成時に生成された粒状物（例えば、鉄酸化物）などに加えて、フェライト皮膜の原料となる鉄（II）イオンなどが含まれている。排水する前にはこれらの粒状物及びイオンを除去する必要がある。粒状物の除去にはフィルタを用いれば良いが、イオン成分を全てイオン交換樹脂で除去すると二次廃棄物が多くなる。このため、廃液に含まれる有機酸及びｐＨ調整剤を分解する。しかし、有機酸及びｐＨ調整剤の分解のしやすさに差があるため、分解プロセスの途中でｐＨが低下し、形成されたフェライト皮膜を溶解させてしまう可能性がある。

本発明の目的は、形成されたフェライト皮膜の溶解を抑制すると共に廃液処理に要する時間を短縮することができるフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、プラントの運転が停止されて、プラントを構成する配管系に循環配管の両端が接続されており、その配管系の内面へのフェライト皮膜の形成に用いられて鉄（II）イオン、ギ酸、及びヒドラジンを含んでいる溶液が配管系及び循環配管内を流れている状態で、その溶液を、フェライト皮膜形成後に処理するとき、ヒドラジンを用いてその溶液のｐＨを４以上１０以下に調整し、その溶液に含まれている鉄（II）イオンのカチオン交換樹脂での除去と並行して、その溶液に含まれるギ酸を分解することにある。

フェライト皮膜の形成に用いた溶液のｐＨを４以上１０以下にして、この溶液に含まれている第１の薬剤に含まれているギ酸を分解するため、配管系の内面に形成されたフェライト皮膜の溶解を抑制することができる。また、溶液に含まれている鉄（II）イオンの除去と並行して、その溶液に含まれるギ酸を分解するので、その溶液の処理時間を短縮することができる。

本発明によれば、フェライト皮膜の成膜後の廃液処理時に形成されたフェライト皮膜の溶解を抑制することができる。

本発明の発明者らは、フェライト皮膜の形成処理後の廃液中に溶解して存在する有機酸を分解除去プロセスとして、化学除染で使用する有機酸の分解と同じ装置の適用を検討した。この結果、発明者らは、廃液に含まれる有機酸及びｐＨ調整剤を分解するプロセス中において、皮膜形成処理によって形成されたフェライト皮膜が溶解するという新たな知見を見出した。

発明者らは、この原因について検討を行った。分解装置の中では過酸化水素の添加と触媒の存在により、ギ酸は（１）式、ヒドラジンは（２）式にしたがって分解される。

ＨＣＯＯＨ＋Ｈ_２Ｏ_２ → ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ ……（１）
Ｎ_２Ｈ₄＋２Ｈ_２Ｏ_２ → Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ ……（２）
ギ酸及びヒドラジンの分解率は図２に示すように異なっており、ｐＨ調整剤として使用されているヒドラジンの分解率がギ酸の分解率より高くなっている。したがって、分解装置の出口では廃液に含まれるギ酸の比率がその入口よりも大きくなる。すなわち、分解装置から排出された廃液のｐＨが酸性側にシフトしていることを、発明者らは新たに見出した。そして、発明者らは、廃液のｐＨが酸性側にシフトすることが、原子力プラントの構造部材の表面に形成されたフェライト皮膜の溶解をもたらしていることを突き止めたのである。

上記の検討から得た新たな知見によれば、フェライト皮膜の溶解を防止するためには廃液のｐＨの低下を抑制することが望ましい。平衡論的には、図３の電位とｐＨの関係に基づけば、廃液のｐＨを、形成された皮膜のマグネタイトが電位にかかわらず安定な６．５以上とすればフェライト皮膜の溶解は生じ得ない。しかし、分解中の溶液のｐＨを６．５以上に保持しようとすれば、ｐＨ調整剤（例えば、ヒドラジン）を廃液に多量に注入する必要が生じる。原子力プラントにおいては、有限の分解時間の間に生じる、形成されたフェライト皮膜の溶解は無視できるほど小さければ良いので、廃液のｐＨをできるだけ低い値に制御できれば注入するヒドラジンの量が減り、無駄な薬剤を使用することがなくなる。そこで、発明者らは、廃液に含まれたギ酸及びヒドラジンの分解中におけるｐＨの下限値を変化させ、この下限値と形成されたフェライト皮膜の溶解との関係を調べる実験を行った。この実験により図４に示す結果を得た。この結果に基づいて、廃液に含まれているギ酸及びヒドラジンの分解処理を行っている間、フェライト皮膜を形成した、原子力プラントの配管系内を、ｐＨを４以上に保持することによって、その配管系の内面に形成されたフェライト皮膜の溶解が無視できることが新たに分かった。廃液に含まれる薬剤である有機酸（例えばギ酸）及びｐＨ調整剤（例えばヒドラジン）の分解処理を行う際には、廃液のｐＨは４以上１０以下にすることが望ましい。薬剤の分解によって発生する固体放射性廃棄物（使用済のカチオン交換樹脂）の量を低減するために、薬剤分解時における廃液のｐＨは４〜７の範囲にすることが望ましい。これによって、薬剤分解時に廃液に注入されるｐＨ調整剤の量も低減できる。

有機酸は、鉄を溶解して緻密なフェライト皮膜の形成に必要な鉄（II）イオンを生成するために用いられ、ギ酸以外にマロン酸、ジグリゴール酸及びシュウ酸などが存在する。

以上の検討結果から、発明者らは、原子力プラントの構造部材の表面にフェライト皮膜を形成する際に用いられた溶液（廃液）を処理するときにおいて、その表面に形成されたフェライト皮膜の溶解を抑制するためには、廃液のｐＨが４未満にならないようにｐＨ調整剤を廃液内に供給しながら、廃液に含まれる有機酸を分解すればよいという新たな発想に至った。ｐＨ調整剤の廃液への供給量は、フェライト皮膜の形成対象箇所に供給される廃液のｐＨ指示値に基づいて調節すればよい。

廃液の処理に使用するｐＨ調整剤としては、皮膜形成時に用いる第３の薬剤を使用するとよい。これにより、フェライト皮膜形成に用いる薬剤と廃液処理に用いる薬剤を共通化できるため、薬剤の供給設備をコンパクト化することができる。ここで、第３の薬剤としては、例えば、ヒドラジンを用いることができる。

廃液中の有機酸の分解に先立って、廃液中に含まれるフェライト皮膜形成中に溶液中に生成したマグネタイトの粒子などの粒状物をフィルタで除去することによって、有機酸の分解効率を高く維持できるために分解処理時間を短縮することができる。

また、廃液に含まれる鉄（II）イオンの除去として、酸化剤を注入して粒子化した後、前述のフィルタで除去することも可能であるが、分解装置の通水前にカチオン交換樹脂に通水して除去すると良い。これによれば、鉄（II）イオンを粒子化する場合に比べて粒子の成長を待つ必要がなくなり、鉄（II）イオンの除去、及び有機酸及びｐＨ調整剤の分解除去が同時に行われるため、廃液の処理時間を短縮することができる。

また、原子力プラントの構造部材の表面に付着している酸化皮膜を含む汚染物を、過マンガン酸イオンを用いる酸化溶解、及び有機酸（例えば、シュウ酸）を用いる還元溶解を繰り返して化学的に除去した後、その構造部材の冷却水（炉水）と接する表面にフェライト皮膜を形成してもよい。ろ過した廃液に含まれる薬剤成分を分解処理し、この分解処理された廃液をイオン交換樹脂に通して排水するようにしてもよい。

本発明の実施例を、以下に説明する。

本発明の好適な一実施例であるフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法を、図１、図５及び図６を用いて以下に説明する。この処理方法は、ＢＷＲプラントに適用したフェライト皮膜の形成に用いた溶液を廃棄処理する一例である。本実施例における、フェライト皮膜形成後における溶液の処理、すなわち、廃液の処理を説明する前に、上記のＢＷＲプラントの概略構成を図５に基づいて、上記の廃液の処理に使用される皮膜形成装置の概略構成を図６に基づいて、それぞれ説明する。図６に示す皮膜形成装置は、フェライト皮膜の形成時にも使用される。

原子力発電プラントであるＢＷＲプラントは、原子炉１、タービン３、復水器４、再循環系、原子炉浄化系及び給水系等を備えている。原子炉１は、炉心１３を内蔵する原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）１２を有し、ＲＰＶ１２内にジェットポンプ１４を設置している。原子炉１は原子炉格納容器１１内に設置される。炉心１３には多数の燃料集合体（図示せず）が装荷されている。燃料集合体は、核燃料で製造された複数の燃料ペレットが充填された複数の燃料棒を含んでいる。再循環系は再循環ポンプ２１及び再循環系配管２２を有し、再循環ポンプ２１が再循環系配管２２に設置されている。給水系は、復水器４とＲＰＶ１２を連絡する給水配管１０に、復水ポンプ５、復水浄化装置６、給水ポンプ７、低圧給水加熱器８及び高圧給水加熱器９を設置して構成される。原子炉浄化系は、再循環系配管２２と給水配管１０を連絡する浄化系配管２０に、浄化系ポンプ２４、再生熱交換器２５、非再生熱交換器２６及び炉水浄化装置２７を設置して構成される。浄化系配管２０は、再循環ポンプ２１より上流で再循環系配管２２に接続される。

ＲＰＶ１２内の冷却水は、再循環ポンプ２１で昇圧され、再循環系配管２２を通ってジェットポンプ１４内に噴出される。周囲に存在する冷却水も、ジェットポンプ１４内に吸引され、炉心１３に供給される。炉心１３に供給された冷却水は、燃料棒内の核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱され、一部が蒸気になる。この蒸気は、ＲＰＶ１２から主蒸気配管２を通ってタービン３に導かれ、タービン３を回転させる。タービン３に連結された発電機（図示せず）が回転され、電力が発生ずる。タービン３から排出された蒸気は、復水器４で凝縮され、水になる。この水は、給水として、給水配管１０を通りＲＰＶ１２内に供給される。給水配管１０を流れる給水は、復水ポンプ５で昇圧され、復水浄化装置６で不純物が除去され、給水ポンプ７でさらに昇圧され、低圧給水加熱器８及び高圧給水加熱器９で加熱される。抽気配管１５で主蒸気配管２、タービン３から抽気された抽気蒸気が、低圧給水加熱器８及び高圧給水加熱器９にそれぞれ供給され、給水の加熱源となる。

再循環系配管２２内を流れる冷却水の一部は、浄化系ポンプ２４の駆動によって浄化系配管２０内に流入し、炉水浄化装置２７で浄化される。浄化された冷却水は、浄化系配管２０及び給水配管１０を経てＲＰＶ１２内に戻される。

ＢＷＲプラントの運転が停止された後、皮膜形成装置３０の循環配管３５が、再循環系配管２２及び浄化系配管２０に接続される。皮膜形成装置３０は、仮設の設備であり、フェライト皮膜の形成に使用した溶液の処理が終了した後、再循環系配管２２及び浄化系配管２０から取り外される。皮膜形成装置３０は、再循環系配管２２の内面へのフェライト皮膜の形成、及びこの皮膜の形成に使用された溶液（廃液）の処理の両方に用いられる。さらに、皮膜形成装置３０は、再循環系配管２２内の化学除染を行う際にも用いられる。

皮膜形成装置３０の詳細な構成を、図６により説明する。皮膜形成装置３０は、サージタンク３１、循環配管３５、薬液タンク４０，４５，４６，フィルタ５１、分解装置６４及びカチオン交換樹脂塔６０を備えている。上流より、開閉弁４７、循環ポンプ４８、加熱器５３、弁５５，５６，５７、サージタンク３１、循環ポンプ３２、弁４９，３３及び開閉弁３４が、上流よりこの順に循環配管３５に設けられている。加熱器５３及び弁５５をバイパスする配管６６の両端が循環配管３５に接続される。冷却器５８及び弁５９が配管６６に設置される。両端が循環配管３５に接続されて弁５６をバイパスする配管６７に、カチオン交換樹脂塔６０及び弁６１が設置される。両端が循環配管３５に接続されて弁５６をバイパスする配管６８に、混床樹脂塔６２及び弁６３が設置される。弁６５及び分解装置６４が設置される配管６９が、弁５７をバイパスして循環配管３５に接続される。分解装置６４は、内部に、例えば、ルテニウムを活性炭の表面に添着した活性炭触媒を充填している。弁４９をバイパスして、フィルタ５１及び弁５０が設置される配管７１が循環配管３５に接続される。弁３６及びエゼクタ３７が設けられる配管７０が、弁３３と弁４９の間で循環配管３５に接続され、さらに、サージタンク３１に接続される。化学除染の対象となる配管（例えば、再循環系配管２２）の内面の汚染物を酸化溶解するための過マンガン酸、さらには配管内の汚染物を還元溶解するためのシュウ酸をサージタンク３１内に供給するためのホッパ（図示せず）がエゼクタ３７に設けられている。化学除染の対象となる配管は、フェライト皮膜を内面に形成する対象の配管である。

鉄（II）イオン注入装置が、薬液タンク４５、注入ポンプ４３及び注入配管７２を有する。薬液タンク４５は、注入ポンプ４３及び弁４１を有する注入配管７２によって循環配管３５に接続される。薬液タンク４５は、鉄をギ酸で溶解して調製した２価の鉄（II）イオンを含む薬剤が充填されている。この薬剤はギ酸を含んでいる。なお、鉄を溶解させる薬剤としては、ギ酸に限らず、鉄（II）イオンの対アニオンとなる有機酸又は炭酸を用いることができる。酸化剤注入装置が、薬液タンク４６、注入ポンプ４４及び注入配管７３を有する。薬液タンク４６は、注入ポンプ４４及び弁４２を有する注入配管７３によって循環配管３５に接続される。薬液タンク４６は、酸化剤である過酸化水素が充填されている。ｐＨ調整剤注入装置が、薬液タンク４０、注入ポンプ３９及び注入配管７４を有する。薬液タンク４０は、注入ポンプ３９及び弁３８を有する注入配管７４によって循環配管３５に接続される。薬液タンク４０はｐＨ調整剤であるヒドラジンを充填する。酸化剤注入装置の循環配管３５への第１接続点は、鉄（II）イオン注入装置の循環配管３５への第２接続点よりも下流であって、ｐＨ調整剤注入装置の循環配管３５への第３接続点よりも上流に位置している。第３接続点の位置は、循環配管３５において、化学除染及びフェライト皮膜形成の対象箇所にできるだけ近づけることが好ましい。弁５４を設けた配管７５が配管７３と配管６９を連絡する。サージタンク３１は、処理に用いられる水が充填されている。薬液タンク４５及びサージタンク３１内に、水溶液に含まれる酸素を除去するために、窒素又はアルゴンなどの不活性ガスをバブリングすることが好ましい。

分解装置６４は、鉄（II）イオンの対アニオンとして使用する有機酸（例えば、ギ酸）、及びｐＨ調整剤のヒドラジンを分解できるようになっている。つまり、鉄（II）イオンの対アニオンとしては、廃棄物量の低減化を考慮して水及び二酸化炭素に分解できる有機酸、又は気体として放出可能で廃棄物を増やさない炭酸を用いている。

本実施例におけるフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法を、図１を用いて詳細に説明する。図１に示す手順は、溶液の処理方法だけでなく、化学除染及びフェライト皮膜の形成も含んでいる。まず、皮膜形成装置３０を皮膜形成対象の配管系に接続する（ステップＳ１）。すなわち、ＢＷＲプラントの運転がそのプラントの定期検査（保守点検）のために停止された後、前述したように、循環配管３５が再循環系配管２２及び浄化系配管２０に接続される。皮膜形成対象の配管系は、例えば、再循環系配管２２である。浄化系配管２０には弁２３が設けられている。この弁２３のボンネットを開放して浄化系配管２０の炉水浄化装置２６側を閉鎖する。弁２３のフランジに循環配管３５の一端を接続する。循環配管３５の他端は、再循環ポンプ２１よりも下流で再循環系配管２２、例えば、再循環系配管２２に接続された枝管（ドレン配管または計装配管などを切り離した枝管）に接続する。このようにして、皮膜形成装置３０が再循環系配管２２に接続される。なお、再循環系配管２２内に供給された除染液及び皮膜形成水溶液がＲＰＶ１２内に流入しないように、再循環系配管２２の両端は、プラグ（図示せず）でそれぞれ封鎖される。

皮膜形成対象箇所に対する化学除染を実施する（ステップＳ２）。ＲＰＶ１２内の冷却水（炉水）と接触する、再循環系配管２２の内面は、放射性核種を取り込んだ酸化皮膜（汚染物）が形成されている。ステップＳ２の一例は、化学的な処理により放射性核種を取り込んだ酸化皮膜を、皮膜形成対象箇所である再循環系配管２２の内面から取り除く処理である。皮膜形成対象の配管系へのフェライト皮膜の形成は、その配管系への放射性核種の付着抑制を目的とするものであるが、その形成に際してはその配管系の内面に対して予め化学除染を実施しておくことが好ましい。フェライト皮膜を形成する前に皮膜形成対象の構造部材の金属表面が露出されていればよいので、化学除染の替りに機械的な除染処理を適用することも可能である。

ステップＳ２で適用する化学除染は、特開２００６−３８４８３号公報に記載されたステップＳ２と同様に行われる。この化学除染を簡単に説明する。まず、弁３４，３３，４９，５７，５６，５５及び４７を開き、他の弁を閉じた状態で、循環ポンプ３２、循環ポンプ４８を起動して、除染対象となる再循環系配管２２内にサージタンク３１内の水を循環させる。温度制御装置８０によって制御される加熱器５３により循環する水の温度を約９０℃まで昇温させる。水の温度が設定温度になった後、弁３６を開く。エゼクタ３７に接続されたホッパからの必要量の過マンガン酸カリウムが、配管７０内を流れる水の駆動力を利用してサージタンク３１内に供給される。サージタンク３１内で生成された過マンガン酸カリウム水溶液（酸化除染液）は、循環配管３５を通り、弁３４及び浄化系配管２０を経て再循環系配管２２内に供給される。酸化除染液は、再循環系配管２２の内面に形成されている酸化皮膜などの汚染物を酸化して溶解する。

酸化除染液による除染が終了した後、酸化除染液に残留する過マンガン酸イオンは、上記のホッパから供給されるシュウ酸によって分解される。過マンガン酸カリウムの分解後、シュウ酸水溶液である還元除染液を用いて、再循環系配管２２内面に形成されている酸化皮膜等の汚染物の還元溶解を行う。還元除染液は、サージタンク３１内にシュウ酸を供給することによって生成される。薬液タンク４０から供給されたｐＨを調整するヒドラジンを含む還元除染液が、フェライト皮膜を形成する再循環系配管２２の内面を還元除染する。還元除染時に、還元除染液の一部がカチオン交換樹脂塔６０に導かれる。再循環系配管２２の内面から還元除染液中に溶出した金属陽イオンが、カチオン交換樹脂塔６０内のカチオン交換樹脂に吸着され、除去される。

還元除染の終了後、除染液に残存するシュウ酸を分解するため、循環配管３５内を流れる還元除染液の一部を分解装置６４に供給する。このとき薬液タンク４６内の過酸化水素が配管７５を通して分解装置６４に供給される。分解装置６４は、過酸化水素及び活性炭触媒の作用によって還元除染液に含まれるシュウ酸及びヒドラジンを分解する。シュウ酸及びヒドラジンの分解後、除染液の加熱器５３への供給を停止し、除染液を冷却器５８に供給する。混床樹脂塔６２に通水できる温度（例えば、６０℃）に低下した除染液を混床樹脂塔６２に供給する。混床樹脂塔６２は除染液に含まれる不純物を除去する。

昇温から酸化溶解、酸化剤分解、還元溶解、還元剤分解、浄化運転を、例えば２〜３回程度繰り返すことにより、除染対象箇所における構造部材の表面に形成されていた酸化皮膜を含む汚染物を溶解して除去することができる。

このようにして、金属部材の酸化皮膜を含む汚染物を除去した後、フェライト皮膜の形成処理に切り換える。フェライト皮膜の形成方法は、公知であるが（特許文献３参照）、ここでは簡単に説明する。

皮膜形成対象箇所の除染が終了した後、皮膜形成水溶液の温度調整を行う（ステップＳ３）。皮膜形成対象箇所の除染終了後において、皮膜形成装置３０による最後の浄化運転が終了した後、以下の弁操作が行われる。弁５０を開いて弁４９を閉じ、フィルタ５１への通水を開始する。弁５６を開いて弁６３を閉じることにより、混床樹脂塔６２への通水を停止する。さらに、弁５５を開いて加熱器５３によって循環配管３５内の水を所定温度まで加熱する。弁４７，５７，３３，３４は開いており、弁３６，５９，６１，６５，３８，４１，４２，５４は閉じている。フィルタ５１への通水は水中に残留している微細な固形物を除去するためである。この固形物が残留していると、皮膜形成対象箇所でのフェライト皮膜の形成の際に、その固形物の表面にもフェライト皮膜が形成され、薬剤が無駄に使用されることになる。上記の固形物の除去によって、皮膜形成水溶液に含まれる薬剤を有効に使用できる。フィルタ５１への通水を除染中に実施した場合には、溶解した高い放射能の放射性核種を含む固形物によってフィルタ５１の線量率が高くなりすぎる恐れがある。このため、フィルタ５１への通水は除染終了後に行う。上記固形物の除去が終了した時点で、弁４９を開いて弁５０を閉じる。

皮膜形成処理時における皮膜形成水溶液の設定温度は、１００℃程度が好ましいが、これに限られない。要は原子炉の運転時に冷却水に含まれる放射性核種が、皮膜形成対象箇所に生成されるフェライト皮膜に取り込まれない程度に、その皮膜の結晶等の膜構造が緻密に形成できればよいのである。したがって、皮膜形成水溶液の温度は少なくとも２００℃以下が好ましく、下限は常温でもよいが、皮膜の生成速度が実用範囲になる６０℃以上が好ましい。１００℃以上では皮膜形成水溶液の沸騰を抑制するため、加圧しなければならず仮設設備の耐圧性が要求されるようになり設備が大型化するため好ましくない。皮膜形成水溶液の温度の、設定温度である１００℃への調節は、温度制御装置８０によって加熱器５３を制御することによって行われる。

皮膜形成対象箇所にフェライト皮膜を形成する（ステップＳ４）。フェライト皮膜を形成させるためには、鉄（II）イオンが皮膜形成対象箇所の金属部材の表面に吸着される必要がある。しかし、皮膜形成水溶液中の鉄（II）イオンは、溶存酸素によって（３）式に従って鉄（III）イオンに酸化される。鉄（III）イオンは、鉄（II）イオンに比べて溶解度が低いため、（４）式に従って水酸化鉄として析出してしまい、フェライト皮膜の形成に寄与しなくなってしまう。そこで、皮膜形成水溶液中の溶存酸素を除去するため、上記したように、不活性ガスのバブリング又は真空脱気を行うことが好ましい。

４Ｆｅ^２＋＋Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ → ４Ｆｅ^３＋＋４ＯＨ⁻ ……（３）
Ｆｅ^３＋＋３ＯＨ⁻ → Ｆｅ（ＯＨ）_３ ……（４）
循環配管３５内を循環する水の温度が所定温度に達した後、弁４１を開いて注入ポンプ４３を駆動し、鉄をギ酸で溶解して調製した鉄（II）イオンを含む薬剤を、薬液タンク４５から循環配管３５内を流れる皮膜形成水溶液に注入する。薬剤タンク４５からはギ酸も循環配管３５内に供給される。続いて、弁４２を開いて注入ポンプ４４を駆動し、酸化剤の過酸化水素を薬液タンク４６から循環配管３５内を流れる皮膜形成水溶液に注入する。過酸化水素は、皮膜形成対象箇所の金属部材の表面に吸着された鉄（II）イオンをフェライト化させる。最後に、弁３８を開いて注入ポンプ３９を駆動し、ヒドラジンを薬液タンク４０から循環配管３５内を流れる皮膜形成水溶液に注入する。鉄（II）イオンを含む薬剤、過酸化水素及びヒドラジンの注入により、循環配管３５内で皮膜形成水溶液が生成される。この皮膜形成水溶液が循環配管３５を通って再循環系配管２２に供給される。皮膜形成水溶液と接触する再循環系配管２２の内面でフェライト皮膜の生成反応が生じる。ヒドラジンは、皮膜形成水溶液のｐＨを反応開始条件となる５．５乃至９．０に調整するために用いられる。皮膜形成水溶液のｐＨはｐＨ計７９によって計測される。ｐＨ制御装置８１は、ｐＨ計測値に基づいて注入ポンプ３９の回転速度（または弁３８の開度）を制御し、循環配管２２内に注入するヒドラジンの注入速度を調整する。この制御によって、皮膜形成水溶液のｐＨが上記の範囲内に調節される。このようにｐＨが調整された皮膜形成水溶液が再循環系配管２２に供給されることによって、再循環系配管２２の内面に、マグネタイトを主成分とするフェライト皮膜（以下、マグネタイト皮膜という。）が形成される。

皮膜形成水溶液内の酸化剤はその水溶液に含まれている鉄（II）イオンの酸化反応を生じさせる。このため、皮膜形成水溶液内での、鉄（II）イオンと鉄（III）イオンの存在比率がフェライト皮膜の生成反応に適した条件となる。ただし、皮膜形成水溶液が酸性である場合には、フェライト皮膜が形成されない。このため、ｐＨ調整剤（例えば、ヒドラジン）を添加して皮膜形成水溶液のｐＨを５．５乃至９．０に調整することによって、フェライト皮膜の生成反応が開始される。したがって、循環配管３５の内面への無駄なフェライト皮膜の形成を防止するため、ｐＨ調整剤の注入ポイントは皮膜形成対象箇所の近くにするとよい。

薬液の注入を、酸化剤、鉄イオン及びｐＨ調整剤の順番に行った場合には、過酸化水素は温度が高い金属表面で分解し易いので、先に注入される酸化剤の一部が無駄に消費されてしまう。鉄イオン、ｐＨ調整剤及び酸化剤の順に注入した場合には、皮膜形成対象箇所でのフェライト皮膜の形成は認められるものの、フェライト皮膜を形成するマグネタイトの粒子が大きくなる。薬剤を有効活用し、より緻密なフェライト皮膜を形成する観点からも、薬液の注入は鉄（II）イオン、酸化剤及びｐＨ調整剤の順に行うことが望ましい。

再循環系配管２２内面でのフェライト皮膜の形成が完了した後、使用された皮膜形成水溶液（以下、廃液という）の処理（図１に示すステップＳ５〜Ｓ１０の処理）が、皮膜形成装置３０内で実行される。この廃液は液体放射性廃棄物となる。廃液の処理を実行している期間において、廃液は、循環ポンプ３２の駆動によって循環配管３５の一端から再循環系配管２２の一端に供給され、再循環系配管２２内を通って循環配管３５の他端に戻される。弁４７を介して循環配管３５に戻された廃液は、循環ポンプ４８の駆動により、加熱器５３、弁５５，５６，５７を通ってサージタンク３１に戻される。

再循環系配管２２及び皮膜形成装置３０内に残存する皮膜形成水溶液には、例えば、フェライト皮膜の形成に伴い生成されたマグネタイトなどの粒状物、フェライト皮膜の形成に寄与しなかった鉄（II）イオンなどが残留している。廃液処理工程において、まず初めに、フェライト皮膜形成中に生成した廃液内に存在する粒状物を除去する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、残留しているマグネタイト及び水酸化第二鉄などの固形物（粒子）はフィルタ５１で除去される。すなわち、これらの粒子の除去は、弁５０を開けて弁４９を閉じ、フィルタ５１に廃液を流すことによって行われる。フィルタ５１への廃液の供給により、廃液内の粒子濃度は徐々に低下する。

弁４９、５０及びフィルタ５１の皮膜形成装置３０内での設置位置は、廃液内で生成された粒子を除去できれば何処でもかまわない。しかしながら、それらの設置位置は、図６に示すようにサージタンク３１より下流がより好ましい。これは、フェライト皮膜形成対象箇所における粒子濃度を優先して低減させることができるので、その対象箇所内で粒子が沈降することを抑制することができる。

次に、廃液内に存在する鉄（II）イオンを除去する（ステップＳ６）。弁６１を開いて弁５６を閉じ、廃液をカチオン交換樹脂塔６０に供給する。廃液に含まれるカチオン成分である鉄（II）イオンが、カチオン交換樹脂塔６０内のカチオン交換樹脂に吸着されて除去される。カチオン交換樹脂塔６０がヒドラジンをブレークしていない場合には、ヒドラジンもカチオン交換樹脂によって吸着されて除去される。しかしながら、鉄（II）イオンはヒドラジンよりもカチオン交換樹脂に吸着されやすいため、ヒドラジンがカチオン交換樹脂の廃棄物量を増やすことはない。

廃液に含まれる薬剤を分解する（ステップＳ７）。例えばカチオン交換樹脂塔６０への廃液の供給によって、カチオン交換樹脂塔６０の出口の温度が循環配管３５内を流れる廃液の温度になったとき、カチオン交換樹脂塔６０の出口における廃液には鉄（II）イオンが含まれていない。この廃液が分解装置６４に供給される。すなわち、弁６５を開いて弁５７の開度を調整する。カチオン交換樹脂塔６０から排出されたギ酸及びヒドラジンを含む廃液の一部が分解装置６４に供給される。このとき、弁５４を開いて注入ポンプ４４を駆動し、薬液タンク４６内の過酸化水素を、配管７５を通して分解装置６４に導く。分解装置６４は、過酸化水素及び活性炭触媒の作用によって廃液に含まれるギ酸及びヒドラジンを分解する。ヒドラジンは窒素と水に、ギ酸は二酸化炭素と水にそれぞれ分解される。分解されるヒドラジンはカチオン交換樹脂塔６０からブレークされたものである。本実施例では、この薬剤の分解に際して、廃液のｐＨが例えば５に調節される。このｐＨの調節は、ｐＨ制御装置８１がｐＨ計７９のｐＨ計測値に基づいて注入ポンプ３９の回転数を制御することによって行われる。説明の都合上、ステップＳ６の後にステップＳ７を説明したが、本実施例では鉄（II）イオンの除去と薬剤の分解は並行して行われる。

触媒を用いた分解処理装置６４の替りに紫外線照射装置を用いることも可能である。紫外線照射装置も、酸化剤の存在下でヒドラジン、ギ酸及びシュウ酸を分解することができる。ヒドラジン及びギ酸を分解装置６４において上記のように気体及び水に分解することによって、混床樹脂塔６２によるギ酸の除去を回避できるので、放射性廃棄物となるイオン交換樹脂の廃棄物量を著しく低減できる。

廃液のｐＨが４以上であるかを判定する（ステップＳ８）。カチオン交換樹脂塔６０への廃液の供給と分解装置６４によるヒドラジン及びギ酸の分解が開始されると、廃液に含まれたカチオン成分である鉄（II）イオン及びヒドラジンが、アニオン成分であるギ酸イオンより早く除去される。このため、循環配管３５内を流れる廃液のｐＨが低下し始める。ｐＨ計７９で計測されたｐＨ計測値が、ｐＨ制御装置８１に入力される。ｐＨ制御装置８１は、ｐＨ計測値が、フェライト皮膜が溶解しない４以上となっているかを判定する。ｐＨが４未満となった場合には、ｐＨ調整剤を注入して４以上を維持するように注入量を制御する（ステップＳ９）。ここでも、ｐＨ調整剤としては化学除染及びフェライト皮膜の形成時に用いたヒドラジンを用いる。

ステップＳ９でのヒドラジンの注入は、薬剤の分解を行っている間、弁３８を開けて注入ポンプ３９を駆動することにより行われる。ｐＨ制御装置８１は、入力するｐＨ計測値が、ｐＨ４以上である上記のｐＨ設定値の５になるように注入ポンプ３９の回転数を制御する。この制御により、ヒドラジンは薬液タンク４０から循環配管３５内に注入される。廃液のｐＨは、本実施例のように、５以上になるようにヒドラジンを注入することが望ましい。ｐＨを５以上にする理由を、以下に説明する。薬剤の分解が進んで廃液内の有機酸濃度が低下してヒドラジンの注入量が注入ポンプ３９の最小流量以下となった場合には、注入ポンプ３９はＯＮ、ＯＦＦ制御となり、廃液のｐＨの変動が増大する。廃液のｐＨを５以上にすることによって、上記のようにｐＨの変動が大きくなった場合にも、廃液のｐＨをｐＨ４以上に安定に維持するための裕度を持つことができる。ステップＳ９のヒドラジン注入による廃液のｐＨ調整が行われ、ステップＳ６〜Ｓ８の処理が行われる。

ステップＳ９でのヒドラジンの注入量の調節は、表示装置に表示されるｐＨ計７９の計測値に基づいて、オペレータが弁３８の開度を調節して行ってもよい。

ステップＳ８でｐＨが４以上であると判定された場合には、有機酸の濃度が設定値以下であるかを判定する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の判定を行うために定期的に廃液に含まれる有機酸、すなわち、ギ酸の濃度を測定し、ギ酸濃度が分析下限とみなせる設定値以下となったときにギ酸の分解処理を終了する。ここで、有機酸濃度は、サンプリングバルブ７６を開いて採取した廃液を、例えばイオンクロマトグラフ法を用いて測定することができる。ステップＳ１０でギ酸濃度が設定値より大きいと判定された場合には、ステップＳ６〜Ｓ１０の処理が行われる。廃液内のギ酸濃度が設定値以下になるころには、ヒドラジンの廃液への注入は停止されており、廃液に含まれるヒドラジンの濃度もその分解終了設定値以下になっている。

ただし、ギ酸分解時において廃液のｐＨが許容範囲内で高めに設定されているとき、すなわち、例えば、そのｐＨが１０に近い値であるときには、ギ酸濃度が設定値以下になっても廃液に含まれるヒドラジンの濃度が上記の分解終了設定値を超えている場合がある。このように、ギ酸濃度が設定値以下になっても廃液がヒドラジンを分解終了設定値以上含んでいる場合には、廃液を、循環配管３５を通して循環させる。このヒドラジンは、過酸化水素が供給される分解装置６４で分解される。廃液に含まれるヒドラジンの濃度が分析下限とみなせる設定値以下になったとき、廃液に含まれる薬剤の分解処理が終了し、循環ポンプ３２，４８を停止させる。

廃液に含まれるギ酸濃度が設定値以下になりヒドラジンの分解が開始された後においては、薬剤タンク４０から循環配管３５内へのヒドラジンの注入が停止されている。分解によりヒドラジン濃度が低下するが、廃液のギ酸濃度が設定値以下になっているため、この廃液が再循環系配管２２の内面に形成されているフェライト皮膜と接触してもその皮膜が溶解されることはない。

本実施例は、有機酸の分解中に廃液のｐＨを４以上に維持できるので皮膜形成対象箇所、例えば再循環系配管２２の内面に形成されたフェライト皮膜の溶解を抑制することができる。有機酸の分解中に廃液に含まれる鉄（II）イオンをカチオン交換樹脂で除去するため、全ての鉄（II）イオンが粒子化されてフィルタで除去できるようになることを待つ必要がない。本実施例は、鉄（II）イオンの除去と有機酸の分解除去が一緒にできるため、フェライト皮膜形成後に発生する使用済の皮膜形成水溶液、すなわち、廃液の処理時間を著しく短縮することができる。

また、本実施例によれば、皮膜形成対象である構成部材（例えば、再循環系配管２２）の冷却水と接触する面に付着している酸化皮膜を含む汚染物を除去した後に、その面にフェライト皮膜を形成しているため、その面にフェライト皮膜を、直接、形成することができる。したがって、その面への放射性核種の付着を効果的に抑制することができる。また、ギ酸及びヒドラジンの分解処理が完了した後、廃液を、フィルタ５１及び混床樹脂塔６２に通過させて排水している。このため、使用済のイオン交換樹脂であるの廃棄物の量を低減することができる。

本実施例は、還元除染で使用するシュウ酸の分解、フェライト皮膜の形成及び皮膜形成水溶液の廃液の処理において酸化剤を用い、還元除染、フェライト皮膜の形成及び皮膜形成水溶液の廃液の処理においてｐＨ調整剤を用い、還元除染で使用するシュウ酸の分解及び皮膜形成水溶液のギ酸の分解において分解装置６４を用いている。このため、酸化剤タンク、ｐＨ調整剤タンク及び分解装置６４を、化学除染及びフェライト皮膜形成（廃液の処理を含む）で共用することができ、装置構成を単純化することができる。フェライト皮膜の形成及び皮膜形成水溶液の廃液の処理において用いる酸化剤としては、過酸化水素以外に酸素及びオゾンのいずれかを用いてもよい。

ギ酸の替りにマロン酸、ジグリゴール酸及びシュウ酸のいずれか１つを用いた場合にも、ギ酸の場合と同様な効果を得ることができる。

鉄を炭酸で溶解して鉄（II）イオンを作成し、薬剤タンク４５から鉄（II）イオンを含み炭酸が溶解した薬剤を、フェライト皮膜形成時において循環配管３５内を流れる皮膜形成水溶液に注入した場合には、ステップＳ６で廃液に含まれる鉄（II）イオンを除去した段階で、廃液から炭酸を除去する。この炭酸の除去は、例えば、サージタンク３１内で廃液中に窒素をバブリングすることによって行われる。窒素を廃液中にバブリングすることによって、廃液に溶解している炭酸がガス状となるので、炭酸を廃液から容易に分離することができる。廃液に含まれるヒドラジンの分解は、ステップＳ７で行われる。

なお、薬剤タンク４５に充填される薬剤の温度が低い場合、例えば、その薬剤の温度が９０℃と低い場合には、炭酸が薬剤に溶解しないので、この薬剤を注入する皮膜形成水溶液に溶解した炭酸が含まれていることはない。したがって、この場合には、上記した窒素のバブリングによる炭酸の分離を行う必要がなくなる。

以上に述べたフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法の各実施例は、金属部材の、冷却水に接する表面へのフェライト皮膜の形成も含めて、ＢＷＲプラントのみならず、加圧水型原子力発電プラントにも適用することができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１のフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法の手順を示すフローチャートである。 分解装置におけるギ酸とヒドラジンの分解率の関係について説明した図である。 鉄−水系における鉄化合物の形態を電位とｐＨの関係で表した説明図である。 分解時のｐＨ下限値と皮膜の重量変化の関係を示した図である。 図１に示す溶液の処理方法に用いられる皮膜形成装置を接続したＢＷＲプラントの構成図である。 図５に示す皮膜形成装置の詳細な構成図である。

符号の説明

１…原子炉、１２…原子炉圧力容器、２０…浄化系配管、２１…再循環ポンプ、２２…再循環系配管、３０…皮膜形成装置、３１…サージタンク、３２、４８…循環ポンプ、３５…循環配管、３９、４３、４４…注入ポンプ、４０、４５、４６…薬液タンク、５１…フィルタ、５３…加熱器、６０…カチオン交換樹脂塔、６２…混床樹脂塔、６４…分解装置、７９…ｐＨ計、８１…ｐＨ制御装置。

Claims (11)

1. プラントの運転が停止されて、前記プラントを構成する配管系に循環配管の両端が接続されており、前記配管系の内面へのフェライト皮膜の形成に用いられて鉄（II）イオン、ギ酸、及びヒドラジンを含んでいる溶液が前記配管系及び前記循環配管内を流れている状態で、前記溶液を処理する方法であって、
   前記溶液を処理する際に、前記ヒドラジンを用いて前記溶液のｐＨを４以上１０以下に調整し、前記溶液に含まれている前記鉄（II）イオンをカチオン交換樹脂で除去し、この鉄（II）イオンの除去と並行して、前記溶液に含まれているギ酸を分解することを特徴とするフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法。
2. 前記溶液のｐＨを４以上７以下にする請求項１に記載のフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法。
3. 前記ギ酸の分解が、前記溶液に含まれる固形物及び前記鉄（II）イオンを除去した後に行われる請求項１または請求項２に記載のフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法。
4. 前記固形物の除去はフィルタ装置を用いて行われる請求項３に記載のフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法。
5. 前記ヒドラジンが前記カチオン交換樹脂で除去される請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法。
6. 前記ヒドラジンが分解される請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法。
7. 前記分解は、触媒を有し、酸化剤が供給される分解装置で行われる請求項１ないし請求項３及び請求項６のいずれか１項に記載のフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法。
8. 前記フェライト皮膜の形成前における前記金属部材の前記表面の化学除染に使用された除染液に含まれる有機酸の分解に用いられた分解装置を、前記分解装置として用いる請求項７に記載のフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法。
9. 前記酸化剤は前記フェライト皮膜形成時に用いる酸化剤を使用し、前記溶液の処理時にこの溶液のｐＨを調製する前記ｐＨ調整剤は、前記フェライト皮膜形成時に用いる前記ヒドラジンを使用する請求項７に記載のフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法。
10. 前記酸化剤は過酸化水素、酸素及びオゾンのいずれか一つである請求項７または請求項９に記載のフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法。
11. 前記溶液のｐＨを５以上７以下にする請求項１に記載のフェライト皮膜形成後における溶液の処理方法。

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