JP5873302B2 - 原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法に係り、更に詳しくは、原子力発電設備、核燃料再処理工場等の原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法に関する。

沸騰水型原子力発電設備等の各種原子力設備においては、タービン駆動用の蒸気を発生させるための核燃料を含む炉心を原子炉圧力容器内に備えている。原子炉圧力容器は格納容器に包囲され、さらに格納容器は原子炉建屋に収容されている。

原子力設備において、原子炉格納容器や圧力容器から排出される廃水には、放射性ヨウ素イオン及び放射性ヨウ素化合物（ヨウ素酸イオン）が含まれ得るため、そのまま原子力設備外に排出することはできない。原子力設備外に廃水を排出するには、廃水の放射性核種を規制値以下まで除去する必要がある。

このため、例えば、放射性ヨウ素化合物を含有する廃水を２０℃以上８０℃以下に保ち、その廃水１００重量部に対して還元剤０．１〜３重量部と適量の硝酸銀とを添加し、０．５時間以上７２時間以内の間、混合攪拌して沈殿を生成させる放射性ヨウ素化合物の沈殿分離方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１２６９９５号公報

上述した特許文献１の放射性ヨウ素化合物の沈殿分離方法は、廃水を反応容器に入れ、還元剤（例えば亜硫酸ナトリウム：Ｎａ_２ＳＯ_３）と硝酸銀（ＡｇＮＯ_３）とを加える。還元剤を添加することにより、従来の凝集沈殿法では沈殿し難かったヨウ素酸イオン（ＩＯ_３ ⁻）はヨウ素イオン（Ｉ⁻）に還元され、これが硝酸銀と反応してヨウ化銀（ＡｇＩ）が生成され沈殿する。この結果、従来技術では難しかったヨウ素酸類の沈殿が可能となり、放射性ヨウ素の環境への放出量を大幅に低減できる効果がある。

しかしながら、この放射性ヨウ素化合物の沈殿分離方法には、以下のような課題がある。
（１）廃水中に還元剤を添加するためには、還元剤添加装置を設ける必要があると共に、廃水中のヨウ素酸イオンの濃度を例えば分析して見積もった後、そのヨウ素酸イオンの濃度に応じた還元剤をその都度供給する必要がある。したがって、廃水処理を連続して実行することはできず、処理時間がかかるという問題がある。
（２）同様に、廃水中に添加する硝酸銀の量も、廃水中の放射性ヨウ素分子のモル濃度に対して定めているので、分析して見積もる必要があるので、（１）と同様な問題がある。
（３）還元剤である亜硫酸ナトリウムが廃水中に残留した場合、廃水処理装置を構成する金属反応管などの腐食の発生が懸念され、廃水処理装置の健全性が損なわれる虞がある。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、原子炉建屋から排出される廃水中の放射性ヨウ素イオン及び放射性ヨウ素化合物（ヨウ素酸イオン）等を、還元剤の添加無しに除去し、周辺環境への汚染拡散を回避すると共に、廃水処理装置の健全性を両立することができる原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、原子力設備からの放射性ヨウ素イオンと放射性ヨウ素酸イオンとを含む廃水から放射性ヨウ素イオンと放射性ヨウ素酸イオンとを除去する原子力設備の廃水処理装置であって、第１の水槽と、前記第１の水槽内の底部に充填配置されたヨウ素イオン捕捉材と、前記廃水を前記ヨウ素イオン捕捉材に導入する第１の導入手段と、前記第１の水槽の側部に設けられ、前記ヨウ素イオン捕捉材を通過した後の廃水を排出する第１の排出口とを有する第１の廃水処理装置と、第２の水槽と、前記第２の水槽内の底部に充填配置されたヨウ素酸イオン捕捉材と、前記第１の廃水処理装置の前記第１の排出口から排出された廃水を前記ヨウ素酸イオン捕捉材に導入する第２の導入手段と、前記第２の水槽の側部に設けられ、前記ヨウ素酸イオン捕捉材を通過した後の廃水を排出する第２の排出口とを有する第２の廃水処理装置とを備えたものとする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記ヨウ素酸イオン捕捉材は、貴金属であるＰｄ，Ｐｔ，Ｒｈの内少なくとも一つの貴金属を含む多孔質無機酸化物であることを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１の発明において、前記ヨウ素イオン捕捉材は、Ａｇを含む多孔質無機酸化物であることを特徴とする。

また、第４の発明は、原子力設備からの放射性ヨウ素イオンと放射性ヨウ素酸イオンを含む廃水から放射性ヨウ素イオンと放射性ヨウ素酸イオンを除去する原子力設備の廃水処理方法であって、第１の廃水処理装置を構成する第１の水槽内に設けた第１の導入手段によって、前記廃水を前記第１の水槽内に導入し、前記第１の導入手段によって前記第１の水槽内に導入された前記廃水を、前記第１の水槽の底部に充填配置したヨウ素イオン捕捉材に通過させ、前記ヨウ素イオン捕捉材を通過した処理後の廃水を前記第１の水槽の側部から前記第１の水槽外に排出し、第２の廃水処理装置を構成する第２の水槽内に設けた第２の導入手段によって、前記第１の廃水処理装置の前記第１の水槽の側部から排出された前記処理後の廃水を前記第２の水槽内に導入し、前記第２の導入手段によって前記第２の水槽内に導入された前記処理後の廃水を、前記第２の水槽の底部に充填配置したヨウ素酸イオン捕捉材に通過させ、前記ヨウ素酸イオン捕捉材を通過した処理後の廃水を前記第２の水槽の側部から前記第２の水槽外に排出することを特徴とする。

本発明によれば、廃水処理装置にヨウ素酸イオン捕捉材を備えたので、還元剤の添加無しに廃水から放射性ヨウ素イオン及び放射性ヨウ素化合物（ヨウ素酸イオン）を除去し、周辺環境への汚染拡散を回避することができる。

本発明の本発明の原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法の第１の実施の形態を示す断面図である。 本発明の原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法の第２の実施の形態を示す断面図である。

以下に、本発明の原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法の第１の実施の形態を示す断面図である。

図１において、廃水処理装置１は、円筒状の水槽２と、水槽２の底部に充填配設された放射性物質捕捉材３と、水槽２の中心部の放射性物質捕捉材３の中にその先端部（下流側）が埋設するように配置された中空円筒状の隔壁４と、放射性物質捕捉材３の上部に配設され、隔壁４の外周部にその内周面が接合するリング状の邪魔板５と、水槽２から廃水を排出する排出口６とを備えている。邪魔板５の外周面と水槽２の内周面との間には隙間が設けられている。また、側壁４の末端部（上流側）には、例えば、図示しない廃水タンクから廃水を供給する配管が設けられている。

隔壁４は、導入手段として廃水の流れを放射性物質捕捉材３に導く役割を果たすものである。隔壁４の内周通路を介して廃水が供給され、廃水はヨウ素イオンまたは／及びヨウ素酸イオンを捕捉する放射性物質捕捉材３を通って、放射性物質捕捉材３及び邪魔板５の上部に滞留する。滞留した廃水の水位が排出口６の高さ以上になれば、廃水は排出口６から排出される。このとき、供給された廃水は、隔壁４によって水槽２の底部近傍を通り、さらに邪魔板５によって水槽２の内壁近くを通過するので、水槽２に設けられたヨウ素イオンまたは／及びヨウ素酸イオンを捕捉する放射性物質捕捉材３を廃水が通過する距離が確保され、放射性物質捕捉材３の利用効率をより向上させることができる。

ヨウ素イオンを捕捉する放射性物質捕捉材３としてヨウ素イオン捕捉材３Ａは、Ａｇを含む多孔質無機酸化物を用いる。また、ヨウ素酸イオンを捕捉する放射性物質捕捉材３としてヨウ素酸イオン捕捉材３Ｂは、貴金属（Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ）の内少なくとも一つの選択された貴金属を含む多孔質無機酸化物を用いる。更に、ヨウ素イオンとヨウ素酸イオンを同時に捕捉する放射性物質捕捉材３としてヨウ素イオン及びヨウ素酸イオン捕捉材３Ｃは、貴金属（Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ）の内少なくとも一つの選択された貴金属と、Ａｇとを含む多孔質無機酸化物を用いる。

なお、ヨウ素イオンとヨウ素酸イオンを同時に捕捉する放射性物質捕捉材３としては、ヨウ素イオン捕捉材３Ａとヨウ素酸イオン捕捉材３Ｂの混合物を用いてもよい。
＜実験例＞
上記廃水処理装置１の放射性物質捕捉材３について、以下の試験を行った。
本試験の形態においては、Ｐｄ又はＡｇの少なくとも一方を含む多孔質無機酸化物を用いている。
Ａｇ又はＰｄを含む放射性物質捕捉材３としては、ゼオライト、アルミナ、シリカ、チタニアなどの無機酸化物を担体として、Ａｇ又はＰｄをイオン交換法、浸漬法等で含有させたものを用いた。具体的には、ヨウ素イオン捕捉材３Ａとしてゼオライトを担体としてＡｇを含有させたもの（以下、Ａｇ／ゼオライトという）、ヨウ素酸イオン捕捉材３Ｂとしてアルミナを担体としてＰｄを含有させたもの（以下、Ｐｄ／アルミナという）、及びヨウ素イオン及びヨウ素酸イオン捕捉材３Ｃとしてアルミナを担体としてＰｄとＡｇとを含有させたもの（以下、Ｐｄ-Ａｇ／アルミナという）である。

Ｐｄ／アルミナは、直径５ｍｍ程度のγ-アルミナ粒子にＰｄ溶液を含浸法で担持させたものである。Ｐｄ溶液としては、硝酸Ｐｄ溶液、塩化Ｐｄ溶液などがある。本実施の形態ではアルミナ１００ｇに対して金属換算でＰｄを２ｇ担持させた。

Ｐｄ-Ａｇ／アルミナは、アルミナにＡｇ溶液を用いた含浸法で担持させて得たＡｇ／アルミナに、さらにＰｄ溶液を用いた含浸法で担持させて得た。アルミナ１００ｇに対して金属換算でＰｄを２ｇ、Ａｇを２０ｇ含有させた。

Ａｇ／ゼオライトは、市販のＡｇ／ゼオライトを用いた。

Ｐｄ／アルミナまたはＡｇ／ゼオライトまたはＰｄ-Ａｇ／アルミナのヨウ素イオン（Ｉ⁻）およびヨウ素酸イオン（ＩＯ_３ ⁻）の捕捉性能を調べる方法を以下に記す。

まず、模擬海水として、精製水：９６．６ｗｔ％、ＮａＣｌ：２．６５ｗｔ％、ＭｇＣｌ_２：０．３３ｗｔ％、ＭｇＳＯ_４：０．２１ｗｔ％、ＣａＳＯ_４：０．１４ｗｔ％、ＫＣｌ：０．０７ｗｔ％を混合した溶液を用いる。

次に、模擬海水２０ｍｌ中にＫＩをＩ換算で１．２ｍｇ（０．０６ｍｇ／ｍｌ）、ＫＩＯ_３をＩＯ_３換算で０．５３ｍｇ（０．０２６５ｍｇ／ｍｌ）となるように添加したものを模擬廃水として作成した。そして、この模擬廃水にＰｄ／アルミナまたはＡｇ／ゼオライトまたはＰｄ-Ａｇ／アルミナを０．２ｇそれぞれ添加した模擬廃水を作り、これらの模擬廃水をそれぞれ室温で２４時間撹拌した。

次に、Ｐｄ／アルミナまたはＡｇ／ゼオライトまたはＰｄ-Ａｇ／アルミナを含んだ模擬廃水をそれぞれ０．４５μmフィルターにより濾過し、濾液中のヨウ素イオン（Ｉ⁻）およびヨウ素酸イオン（ＩＯ_３ ⁻）濃度をそれぞれ測定した。

各種捕捉材３Ａ〜３Ｃを用いたときの模擬廃水中のヨウ素イオン及びヨウ素酸イオン濃度を表１に示す。

ヨウ素イオン捕捉材３ＡとしてＡｇ／ゼオライトの場合、模擬廃水中のヨウ素イオン濃度はほぼ０ｍｇ／ｍｌ、ヨウ素酸イオン濃度は０．０２６ｍｇ／ｍｌ程度であった。即ち、Ａｇ／ゼオライトの場合、模擬廃水中のヨウ素イオンの全量（０．０６ｍｇ／ｍｌ）を捕捉するが、ヨウ素酸イオンの捕捉量は０．０１ｍｇ／ｍｌ程度に留まった。

ヨウ素酸イオン捕捉材３ＢとしてＰｄ／アルミナの場合、模擬廃水中のヨウ素イオン濃度は０．０４５ｍｇ/ｍｌ、ヨウ素酸イオン濃度はほぼ０ｍｇ／ｍｌ程度であった。即ち、Ｐｄ／ゼオライトの場合、模擬廃水中のヨウ素イオンは全量の２５％程度（０．０１５ｍｇ/ｍｌ）を捕捉に留まるが、ヨウ素酸イオンはほぼ全量捕捉量した。

ヨウ素イオン及びヨウ素酸イオン捕捉材３ＣとしてＰｄ-Ａｇ／アルミナの場合、模擬廃水中のヨウ素イオンとヨウ素酸イオンのほぼ全量を捕捉することができた。

以上のことから、Ａｇ／ゼオライトはヨウ素イオン捕捉に優れており、Ｐｄ／アルミナはヨウ素酸イオン捕捉に優れている。また、Ｐｄ-Ａｇ／アルミナはヨウ素イオンとヨウ素酸イオンの捕捉性に優れている。

ヨウ素イオン及びヨウ素酸イオン捕捉材３ＣであるＰｄ-Ａｇ／アルミナにおいて、Ｐｄ／Ａｇの重量比は、１／１０〜１０／１が望ましい。１／１０より小さくなると、ヨウ素酸イオンの捕捉性能が低下し、１０／１より大きくなるとヨウ素イオンの捕捉性能が低下するためである。

また、上記試験結果より、Ａｇ／ゼオライトとＰｄ／アルミナを物理的に混合した捕捉材を用いることでヨウ素イオンとヨウ素酸イオンの何れも捕捉することができることは明らかである。Ａｇ／ゼオライトとＰｄ／アルミナの混合比は、任意であるが、Ａｇ／ゼオライト：Ｐｄ／アルミナの重量比で１０：１〜1：１０の場合にヨウ素イオンとヨウ素酸イオンの捕捉性に優れている。１０：１よりＡｇ／ゼオライトの割合が大きくなるとヨウ素酸イオンの捕捉性能が低下し、1：１０よりＰｄ／アルミナの割合が大きくなるとヨウ素イオンの捕捉性能が低下する。

以上の実施の形態から明らかなように、廃水処理装置１において、放射性捕捉手段３としてＰｄ／アルミナ、又はＰｄ-Ａｇ／アルミナを用いることにより、廃水中に還元剤（例えば亜硫酸ナトリウム）を添加することなく、廃水中からヨウ素酸イオンを効果的に除去することができる。

上述した本発明の原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法の第１の実施の形態によれば、廃水処理装置１に放射性物質捕捉材３としてヨウ素酸イオン捕捉材３Ｂを備えたので、還元剤の添加無しに廃水から放射性ヨウ素イオン及び放射性ヨウ素化合物（ヨウ素酸イオン）を除去し、周辺環境への汚染拡散を回避することができる。

また、上述した本発明の原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法の第１の実施の形態によれば、放射性物質捕捉材３の上部に放射性物質が除去された廃水が存在するので、放射性物質捕捉材３に蓄積された放射性ヨウ素イオンまたは放射性ヨウ素酸イオンの外気への放出を遮蔽する効果がある。

図２は本発明の原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法の第２の実施の形態を示す断面図である。図２において、図１に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、放射性物質捕捉材３としてヨウ素イオン捕捉材３Ａを備えたヨウ素イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ａを上流側に配置し、下流側に放射性物質捕捉材３としてヨウ素酸イオン捕捉材３Ｂを備えたヨウ素酸イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ｂを配置している。ヨウ素イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ａの排出口６には、廃水取り出し配管７の一端側が接続され、廃水取り出し配管７の他端側は、廃水移送ポンプ８の入口側に接続されている。廃水移送ポンプ８の出口側には、廃水供給配管９の一端側が接続され、廃水供給配管９の他端側は、ヨウ素酸イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ｂの隔壁４に接続されている。

ヨウ素イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ａには、Ａｇを含む多孔質無機酸化物からなるヨウ素イオン捕捉材３Ａ（例えば、Ａｇ／ゼオライト）が充填され、ヨウ素酸イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ｂには、（Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ）の内少なくとも一つの選択された貴金属を含む多孔質無機酸化物からなるヨウ素酸イオン捕捉材３Ｂ（例えば、Ｐｄ／アルミナ）が充填されている。

例えば、ヨウ素イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ａの隔壁４に、図示しない廃水タンクから廃水が供給されると、この廃水は、ヨウ素イオン捕捉材３Ａによりヨウ素イオンが除去された廃水となって、ヨウ素イオン捕捉材３Ａ及び邪魔板５の上部に滞留する。

次に、滞留した廃水の水位が排出口６の高さ以上になれば、廃水は排出口６から廃水取り出し配管７を介して廃水移送ポンプ８により排出される。廃水移送ポンプ８は、この排出した廃水を廃水供給配管９を介して、ヨウ素酸イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ｂの隔壁４へ移送する。

ヨウ素酸イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ｂの隔壁４に移送された廃水は、ヨウ素酸イオン捕捉材３Ｂによりヨウ素酸イオンが除去された廃水となって、ヨウ素酸イオン捕捉材３Ｂ及び邪魔板５の上部に滞留する。滞留した廃水の水位が排出口６の高さ以上になれば、廃水は排出口６から排出される。

上述した本発明の原子力設備の廃水処理装置及び廃水処理方法の第２の実施の形態によれば、上述した第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

なお、本実施の形態において、廃水から放射性ヨウ素イオン及び放射性ヨウ素化合物（ヨウ素酸イオン）を除去するために、ヨウ素イオン捕捉材３Ａを備えたヨウ素イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ａを上流側に配置し、下流側にヨウ素酸イオン捕捉材３Ｂを備えたヨウ素酸イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ｂを配置した例を示したが、これに限るものではない。例えば、単独の廃水処理装置１の放射性物質捕捉材３として、貴金属（Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ）の内少なくとも一つの選択された貴金属とＡｇとを含む多孔質無機酸化物からなるヨウ素イオン及びヨウ素酸イオン捕捉材３Ｃ（例えば、Ｐｄ-Ａｇ／アルミナ）を用いても良いし、Ａｇを含む多孔質無機酸化物からなるヨウ素イオン捕捉材３Ａ（例えば、Ａｇ／ゼオライト）と、貴金属（Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ）の内少なくとも一つの選択された貴金属を含む多孔質無機酸化物からなるヨウ素酸イオン捕捉材３Ｂ（例えば、Ｐｄ／アルミナ）とを接合したものを用いても良い。

また、本実施の形態においては、上流側にヨウ素イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ａを配置し、下流側にヨウ素酸イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ｂを配置した例を示したが、これに限らない。例えば、上流側にヨウ素酸イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ｂを配置し、下流側にヨウ素イオン捕捉材充填廃水処理装置１Ａを配置しても良い。

１ 廃水処理装置
２ 水槽
３ 放射性物質捕捉材
３Ａ ヨウ素イオン捕捉材
３Ｂ ヨウ素酸イオン捕捉材
４ 隔壁（導入手段）
５ 邪魔板
６ 排出口
７ 廃水取り出し配管
８ 廃水移送ポンプ
９ 廃水供給配管

Claims (4)

1. 原子力設備からの放射性ヨウ素イオンと放射性ヨウ素酸イオンとを含む廃水から放射性ヨウ素イオンと放射性ヨウ素酸イオンとを除去する原子力設備の廃水処理装置であって、
   第１の水槽と、前記第１の水槽内の底部に充填配置されたヨウ素イオン捕捉材と、前記廃水を前記ヨウ素イオン捕捉材に導入する第１の導入手段と、前記第１の水槽の側部に設けられ、前記ヨウ素イオン捕捉材を通過した後の廃水を排出する第１の排出口とを有する第１の廃水処理装置と、
   第２の水槽と、前記第２の水槽内の底部に充填配置されたヨウ素酸イオン捕捉材と、前記第１の廃水処理装置の前記第１の排出口から排出された廃水を前記ヨウ素酸イオン捕捉材に導入する第２の導入手段と、前記第２の水槽の側部に設けられ、前記ヨウ素酸イオン捕捉材を通過した後の廃水を排出する第２の排出口とを有する第２の廃水処理装置とを備えた
   ことを特徴とする原子力設備の廃水処理装置。
2. 請求項１に記載の原子力設備の廃水処理装置において、
   前記ヨウ素酸イオン捕捉材は、貴金属であるＰｄ，Ｐｔ，Ｒｈの内少なくとも一つの貴金属を含む多孔質無機酸化物である
   ことを特徴とする原子力設備の廃水処理装置。
3. 請求項１に記載の原子力設備の廃水処理装置において、
   前記ヨウ素イオン捕捉材は、Ａｇを含む多孔質無機酸化物である
   ことを特徴とする原子力設備の廃水処理装置。
4. 原子力設備からの放射性ヨウ素イオンと放射性ヨウ素酸イオンを含む廃水から放射性ヨウ素イオンと放射性ヨウ素酸イオンを除去する原子力設備の廃水処理方法であって、
   第１の廃水処理装置を構成する第１の水槽内に設けた第１の導入手段によって、前記廃水を前記第１の水槽内に導入し、
   前記第１の導入手段によって前記第１の水槽内に導入された前記廃水を、前記第１の水槽の底部に充填配置したヨウ素イオン捕捉材に通過させ、
   前記ヨウ素イオン捕捉材を通過した処理後の廃水を前記第１の水槽の側部から前記第１の水槽外に排出し、
   第２の廃水処理装置を構成する第２の水槽内に設けた第２の導入手段によって、前記第１の廃水処理装置の前記第１の水槽の側部から排出された前記処理後の廃水を前記第２の水槽内に導入し、
   前記第２の導入手段によって前記第２の水槽内に導入された前記処理後の廃水を、前記第２の水槽の底部に充填配置したヨウ素酸イオン捕捉材に通過させ、
   前記ヨウ素酸イオン捕捉材を通過した処理後の廃水を前記第２の水槽の側部から前記第２の水槽外に排出する
   ことを特徴とする原子力設備の廃水処理方法。

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