JP5489124B2

JP5489124B2 - 原子力発電所の廃樹脂処理方法及び処理システム

Info

Publication number: JP5489124B2
Application number: JP2011181256A
Authority: JP
Inventors: 守鴨志田; 位長山; 健司野下
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2031-08-23
Also published as: JP2013044588A

Description

本発明は、原子力発電所の冷却水浄化系から発生する放射性廃棄物のうち、使用済みイオン交換樹脂やセルロース系ろ過助剤等のフィルタスラッジを含む廃樹脂処置方法及び処理システムに関する。

原子力発電所の原子炉冷却水浄化系や燃料プール冷却水浄化系に用いられている粉末イオン交換樹脂等のイオン交換樹脂やセルロース系ろ過助剤等のフィルタスラッジ類は、使用後に放射性廃棄物として貯蔵タンクに長期間保管されている。これら使用済みのイオン交換樹脂とフィルタスラッジ類を廃樹脂と称しているが、廃樹脂は原子力発電所の運転に伴って定常的に発生する廃棄物であり、従って廃棄物の保管スペースを確保するためには、現在貯蔵中の廃樹脂の体積を効率的に減らす減容処理技術が必要である。

イオン交換樹脂は、スチレン−ジビニルベンゼンを基材としており、化学的に安定である。また、セルロース系フィルタスラッジも同様に安定な物質である。これらは、化学的に安定であるので長期間の貯蔵が可能である。一方で、その安定性のために分解処理が難く、減容する場合には、通常、高温での熱分解処理が必要である。

廃樹脂の減容処理技術として、特許文献１がある。特許文献１には、イオン交換樹脂をプラズマにより熱分解して減容処理する方法が記載されている。また、特許文献２には、マイクロ波を用いてイオン交換樹脂を乾燥及び加熱焼却して減容するとともに、熱分解中に発生する排ガス中の未燃成分もマイクロ波で熱分解する処理方法が記載されている。

また、特許文献３には使用後のイオン交換樹脂やろ過助剤等フィルタからなる放射性廃スラッジの処理手段において、放射性廃スラッジ中の放射性核種を硫酸、硝酸、シュウ酸等を用いて溶離させる方法が開示されている。また、特許文献４には、放射性イオン交換樹脂の処理方法において、硫酸等の無機酸、シュウ酸等の有機酸を用いて放射性物質を溶離する構成が開示されている。また、特許文献５には、原子炉の復水浄化系イオン交換樹脂の再生方法において、シュウ酸と水酸化テトラメチルアンモニウムを用いる構成が開示されている。

特開２００１−３０５２８７号公報特開昭５９−４６８９９号公報特開平４−１３６８００号公報特開昭６１−２５４８９９号公報特開平７−１６４７７号公報

上記の特許文献１、２に記載の熱分解処理は、廃樹脂を高い比率で減容できるが、廃樹脂の放射線量が高いために、減圧や雰囲気制御等の操作を遠隔で行う必要があることや、高度な排ガス処理システムが必要になり、処理システム全体が複雑になる可能性がある。

また、特許文献３、４、５に記載の処理方法は、シュウ酸の使用について言及しているものの、その最適濃度等については言及されていない。

また、廃樹脂の放射線量を低減するには、イオン交換樹脂に吸着した放射性金属イオンを溶離することと、樹脂表面に付着したクラッドに取り込まれている放射性核種をクラッドごと溶解除去することの２つのプロセスが必要になる。その方法として硫酸による浸漬処理が考えられるが、硫酸では樹脂を処理した後に残る廃液を廃棄物にするには、電気透析等の方法によって硫酸を廃液から除去する必要がある。しかも完全に硫酸成分を取り除くことは困難である。

本発明の目的は、使用済みイオン交換樹脂の放射性廃棄物を簡易なシステムで効率的に減容する処理方法及び処理システムを提供することにある。

本発明は、原子力発電所の冷却水浄化系で発生する使用済みイオン交換樹脂を含む廃樹脂処理方法において、廃樹脂を約１０ｇ／Ｌ程度のシュウ酸水溶液に浸漬して廃樹脂表面の金属クラッドをシュウ酸水溶液に溶解し、廃樹脂に吸着された金属イオンをシュウ酸水溶液に溶離することを特徴とする。

また、原子力発電所の廃樹脂処置方法において、廃樹脂表面の金属クラッドをシュウ酸水溶液に溶解し、廃樹脂に吸着された金属イオンをに溶離した後、シュウ酸水溶液から取り出したイオン交換樹脂を焼却するとともに、シュウ酸水溶液中のシュウ酸をオゾンで分解することを特徴とする。

また、原子力発電所の廃樹脂処置方法において、廃樹脂を約１０ｇ／Ｌ程度のシュウ酸水溶液に浸漬して１２〜２４時間撹拌して廃樹脂表面の金属クラッドをシュウ酸水溶液に溶解し、廃樹脂に吸着された金属イオンをシュウ酸水溶液に溶離することを特徴とする。

また、原子力発電所の廃樹脂処置方法において、シュウ酸水溶液中のシュウ酸をオゾンで分解した後に水溶液中に残存する金属イオンの水酸化物を固化処理することを特徴とする。

さらに、原子力発電所の冷却水浄化系で発生する使用済みイオン交換樹脂を含む廃樹脂処理システムにおいて、使用済みイオン交換樹脂の貯蔵槽から一定量の廃樹脂を取り出す廃樹脂供給装置と、廃樹脂供給装置により取り出した一定量の廃樹脂をシュウ酸に浸漬するシュウ酸浸漬槽と、シュウ酸浸漬槽でシュウ酸に浸漬した後の廃樹脂を焼却炉に給送する搬送装置と、浸漬槽で発生したシュウ酸水溶液をオゾンで分解するオゾン分解処理装置を備えたことを特徴とする。

さらに、原子力発電所の廃樹脂の処理システムにおいて、廃樹脂供給装置は廃樹脂を一定量収納する定量容器を有することを特徴とする。

さらに、原子力発電所の廃樹脂の処理システムにおいて、廃樹脂供給装置は廃樹脂を一定量供給する定量ポンプを有することを特徴とする。

本発明の処理システムでは、常温常圧での化学処理によって使用済みイオン交換樹脂等の放射線量を低減した後に廃樹脂を熱分解する。廃樹脂の放射線量を下げることにより、新たな分解処理システムを導入することなく原子力発電所に備えられている既設の焼却炉で処理して減容することが可能になる。

本発明では、さらに分解処理が容易なシュウ酸を用いた化学処理を提案する。シュウ酸は鉄酸化物を主成分とするクラッドを溶解することができる。シュウ酸自体は原子力プラントの配管等の化学除染で公知であるが、発明者らは使用済みイオン交換樹脂等の放射線量を低減する観点から、クラッドの溶解処理条件をさらに検討した。

化学除染で用いられるシュウ酸は通常２０００ｐｐｍ程度であるが、その条件ではクラッドの溶解度は１ｇ／Ｌにも満たない。すなわち、樹脂廃棄物に付着したクラッドを全量溶解するためには多量のシュウ酸水溶液が必要になり、廃棄物処理システムの機器容量が大きくなる。一方、シュウ酸濃度を高くすると、鉄イオンのシュウ酸イオンの溶解度積によって鉄の溶解量が制限されることが懸念された。

そのため、本発明に先立ってクラッドの主成分であるヘマタイト（酸化鉄）の溶解度のシュウ酸濃度依存性を確認した。その結果、シュウ酸濃度とともにクラッドの溶解度は増加し、１０ｇ／Ｌ程度の濃厚シュウ酸水溶液を用いれば鉄クラッドの溶解度は約１０ｇ／Ｌ程度となり、少ないシュウ酸水溶液量で効率よくクラッドを溶解できることを確認した。

次に、イオン交換樹脂に吸着しているコバルト等の放射性金属イオンをシュウ酸で溶離することが可能かについて確認した。発電所で使用されるイオン交換樹脂は、強酸性あるいは強塩基性のイオン交換樹脂であるので、シュウ酸のような弱酸とそれらのイオン交換樹脂の間での金属イオンの分配係数は系統的に調べられていない。そこで発明者が自ら実験を行い分配特性を調べた結果、上記の約１０ｇ／Ｌ程度のシュウ酸水溶液を用いれば、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂のいずれからも金属イオンの分配係数は小さいことが分かった。このことから、イオン交換樹脂を約１０ｇ／Ｌ程度のシュウ酸水溶液に浸漬することにより、吸着している金属イオンを溶離できることが確認できた。

以上の知見にもとづいて、本発明では、シュウ酸による化学処理で使用済みイオン交換樹脂の放射線量を低減する処理方法及び処理システムを提案する。放射線量を低減した使用済みイオン交換樹脂は、既設の焼却設備で焼却し、減容する。また、放射性金属イオンを溶解したシュウ酸廃液はオゾンによりシュウ酸を分解し、金属イオンは沈殿として回収して固化処理する。

本発明によれば、原子力発電所の冷却水浄化系で発生する使用済みイオン交換樹脂を含む廃樹脂処置方法において、廃樹脂を約１０ｇ／Ｌ程度のシュウ酸水溶液に浸漬して廃樹脂表面の金属クラッドをシュウ酸水溶液に効率的に溶解し、廃樹脂に吸着された金属イオンをシュウ酸水溶液に溶離したことにより、原子力発電所で発生する使用済みイオン交換樹脂やフィルタスラッジ等の廃樹脂の放射線量を効率的に低下させ、円滑に減容処理を行うことが可能となる。

本発明の実施例１の廃樹脂処理方法及び処理システムを示すプロセス図。本発明の実施例１の廃樹脂処理方法を示すフローチャート。本発明の実施例２の廃樹脂処理方法及び処理システムを示すプロセス図。

以下に本発明の実施例について図面をもとに説明する。

図１は、廃本発明の廃樹脂処理方法及び処理システムにおいて、廃樹脂をシュウ酸に浸漬して放射線量を低減し、その樹脂を熱分解するプロセス図である。

貯蔵タンク１から廃樹脂６を水スラリ状にして一定量を抜き出した。具体的には、廃樹脂貯蔵タンク１に純水を加えて廃樹脂６をスラリ状にして定量容器２に移送し、樹脂量を定量容器２の容積あるいは重量によって管理する。定量容器２にはメッシュ２ａを設けておき、これにより樹脂に同伴した余剰の自由水を分離した。この場合、フィルタプレス等で余剰水をさらに分離・除去することも可能である。一定量の廃樹脂６を受け入れた定量容器２は、バケットコンベア等の図示しない移送ユニットによってシュウ酸浸漬槽３へ送られる。

シュウ酸浸漬槽３では、廃樹脂６を約１０ｇ／Ｌのシュウ酸濃度を有する濃厚シュウ酸水溶液に浸漬した。これを攪拌しながら約１２時間ないし２４時間浸漬し、廃樹脂６表面に付着した金属クラッドを溶解させ、廃樹脂６に吸着した金属イオンを溶離した。これにより廃樹脂６中の放射性の金属イオンがシュウ酸水溶液中に移行した。

上記の浸漬により、廃樹脂６の放射線量は低減された。シュウ酸浸漬層３から取り出された処理後の廃樹脂９は、搬送装置ＢＣを用いて既設の焼却炉１０において焼却処理した。廃樹脂９の取り出しの際は、圧縮手段等によりシュウ酸水溶液を分離除去することが好ましい。

一方、シュウ酸浸漬層３に残ったシュウ酸水溶液はオゾン分解槽４に送られ、オゾン８を含むガスを供給してシュウ酸を分解した。これに伴い、カウンターイオンであるシュウ酸イオンがなくなった金属イオンは加水分解する。これを沈殿分離器５によって水酸化物の沈殿として回収することができる。この沈殿は既設のセメント固化設備１２で固化処理する。沈殿分離器５に残った水溶液は低レベル廃液処理系１１で更に処理される。

図２は、実施例１の廃樹脂処理方法を示すフローチャートである。ステップＳ１０で廃樹脂の一定量を貯蔵タンクから取り出す。Ｓ２０で取り出した一定量の廃樹脂を濃度約１０ｇ／Ｌのシュウ酸水溶液に浸漬する。次いでＳ３０で廃樹脂を浸漬したシュウ酸水溶液を１２〜２４時間撹拌する。これにより、Ｓ４０で廃樹脂表面の金属クラッドを溶解し、Ｓ５０で廃樹脂に吸着された金属イオンを溶解する。次いで、Ｓ６０で廃樹脂を焼却し、Ｓ７０でシュウ酸をオゾンにより分解する。次いで、金属イオンの水酸化物を固化処理する。上記ステップのうち、Ｓ４０とＳ５０は実際には同時に進行する。

既に述べたように、上記の約１０ｇ／Ｌ程度のシュウ酸水溶液を用いることによって、鉄クラッドの溶解度は約１０ｇ／Ｌ程度となり、少ないシュウ酸水溶液量で効率よくクラッドを溶解できる。

また、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂のいずれからも金属イオンの分配係数は小さく、イオン交換樹脂を約１０ｇ／Ｌ程度のシュウ酸水溶液に浸漬することにより、吸着している金属イオンを溶離できる。従って、効率の良い廃樹脂処理方法及び処理システムを実現することができた。

図３は、本発明の実施例２を示すプロセス図である。実施例１の浸漬操作はバッチ処理で行ったが、廃樹脂６を連続的に浸漬槽３に供給しながらオーバーフローを回収する連続処理で行ってもよい。図３において、廃樹脂貯蔵タンク１の廃樹脂６は、定量ポンプＰによって一定量がシュウ酸浸漬槽３に供給され、連続処理が行われる。オーバーフローした廃樹脂は再び廃樹脂貯蔵タンク１に戻される。

この構成を採用することによって、廃樹脂の処理量が大きい場合にも効率的にプロセスを進めることが出来る。その他の構成は、実施例１と同様である。

１：廃樹脂貯蔵タンク
２：定量容器
３：シュウ酸浸漬槽
４：オゾン分解槽
５：沈殿分離器
６：廃樹脂
７：シュウ酸
８：オゾン
９：処理後の廃樹脂
１０：焼却炉
１１：低レベル廃液処理系
１２：セメント固化設備
Ｐ：定量ポンプ

Claims

原子力発電所の冷却水浄化系で発生する使用済みイオン交換樹脂を含む廃樹脂処置方法において、前記廃樹脂を１０ｇ／Ｌのシュウ酸水溶液に浸漬して前記廃樹脂表面の金属クラッドを前記シュウ酸水溶液に溶解し、前記廃樹脂に吸着された金属イオンを前記シュウ酸水溶液に溶離することを特徴とする原子力発電所の廃樹脂処理方法。
請求項１に記載の原子力発電所の廃樹脂処置方法において、前記廃樹脂表面の金属クラッドを前記シュウ酸水溶液に溶解し、前記廃樹脂に吸着された金属イオンを溶離した後、前記シュウ酸水溶液から取り出した前記イオン交換樹脂を焼却するとともに、前記シュウ酸水溶液中のシュウ酸をオゾンで分解することを特徴とする原子力発電所の廃樹脂処理方法。
請求項１又は２に記載の原子力発電所の廃樹脂処置方法において、前記廃樹脂を１０ｇ／Ｌのシュウ酸水溶液に浸漬して１２〜２４時間撹拌して前記廃樹脂表面の金属クラッドを前記シュウ酸水溶液に溶解し、前記廃樹脂に吸着された金属イオンを前記シュウ酸水溶液に溶離することを特徴とする原子力発電所の廃樹脂処置方法。
請求項２又は３に記載の原子力発電所の廃樹脂処置方法において、前記シュウ酸水溶液中のシュウ酸をオゾンで分解した後に水溶液中に残存する金属イオンの水酸化物を固化処理することを特徴とする原子力発電所の廃樹脂処理方法。
原子力発電所の冷却水浄化系で発生する使用済みイオン交換樹脂を含む廃樹脂の処理システムにおいて、
使用済みイオン交換樹脂の貯蔵槽から一定量の廃樹脂を取り出す廃樹脂供給装置と、前記廃樹脂供給装置により取り出した一定量の廃樹脂を１０ｇ／Ｌのシュウ酸水溶液に浸漬して前記廃樹脂表面の金属クラッドを前記シュウ酸水溶液に溶解し、前記廃樹脂に吸着された金属イオンを前記シュウ酸水溶液に溶離するシュウ酸浸漬槽と、前記シュウ酸浸漬槽でシュウ酸水溶液に浸漬した後の廃樹脂を焼却炉に給送する搬送装置と、前記浸漬槽のシュウ酸水溶液をオゾンで分解するオゾン分解処理装置を備えたことを特徴とする原子力発電所の廃樹脂処理システム。
請求項５に記載された原子力発電所の廃樹脂処理システムにおいて、前記廃樹脂供給装置は前記廃樹脂を一定量収納する定量容器を有することを特徴とする原子力発電所の廃樹脂処理システム。
請求項５に記載された原子力発電所の廃樹脂処理システムにおいて、前記廃樹脂供給装置は前記廃樹脂を一定量供給する定量ポンプを有することを特徴とする原子力発電所の廃樹脂処理システム。