JP5909096B2 - 放射性廃液処理装置 - Google Patents
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Description
具体的には、放射性物質を吸着や沈殿によって除去することで、廃液中の線量を減らし、その後、脱塩処理によって更に浄化する方法である。この場合、浄化した処理水は,燃料の冷却水に再利用することで、高レベル廃液の総量の増加を抑制することを可能としている。
すなわち、上述した各処理段階において、放射能に汚染された二次廃棄物が大量に発生する。具体的には,セシウム吸着装置における放射性物質を吸着した廃吸着剤(ゼオライト等)、沈殿処理によって濃縮されたスラッジ、脱塩処理で分離された濃縮水等が発生している。そして、これら二次廃棄物は、更に適宜な処理が行われて最終処分場へ移動されることになるが、その最終処分方法が決定されるまでの間、長期的に所定の仮置き場に保管を必要とする場合がある。つまり、長期的に高レベル廃棄物を貯蔵する必要があり、しかもこれら二次廃棄物が固体、スラリー、液体と多様な形態であり、それぞれの貯蔵方法や管理が難しく、その点で改良の余地があった。
このように、本放射性廃液処理装置では、蒸発濃縮処理において逆浸透膜処理に比べて高塩濃度で高放射線量とする濃縮が可能なため、複数段の蒸発濃縮部によって最終的に生じる高放射性で高塩濃度の濃縮廃液の発生量を少なくすることができ、減容化することが可能となる。
さらに、この場合、凝縮水導出路より導出された凝縮水は吸着設備で放射性物質が除去され、その後、放流水として系外へ放出される。そして、吸着設備においては、凝縮水の放射線量および電気伝導度に応じて好適な吸着処理方式を選択して処理することが可能となるので、使用する吸着剤を必要最小限に管理することができ、二次廃棄物を低減することができる。また、凝縮水の水質条件によっては、例えば安価なイオン交換樹脂を用いて吸着する第3吸着部で積極的に処理することで、処理コストを低減することができる。
なお、仮に第1蒸発濃縮部で生じる凝縮水に放射能が混入していても、その凝縮水は低放射性、低塩濃度であるため、例えば吸着設備で放射性物質を除去した後、放流水として系外へ放出することができ、この際に発生する放水可能なレベルに低減させるための吸着剤の使用量を低減することができる。
また、沈殿処理部へ向けて排出する電解処理液のナトリウムの陽イオン濃度が低下するため、廃液の最終処分量を低減することができる。
図1に示すように、本実施の形態による放射性廃液処理装置1は、セシウムなどの放射性物質を含有する廃液やセシウムなどの放射性物質を含有する汚染土壌を洗浄して発生した洗浄液などから放射性物質を分離、除去する方法に関するものである。
なお、油分除去設備3の具体例として、CIPセパレータや加圧浮上分離装置がある。
前段に配置される第1蒸発濃縮装置2Aは、第1濃縮水N1が第2蒸発濃縮装置2Bへ送られ、第1凝縮水G1が凝縮水導出路21を通過して冷却水として使用され、或いは放流されるようになっている。一方、後段に配置される第2蒸発濃縮装置2Bは、第2濃縮水N2が濃縮廃水として抽出され、第2凝縮水G2が上述したように凝縮水還流路22を通過して第1蒸発濃縮装置2A内に戻される。この第1蒸発濃縮装置2Aに戻された第2凝縮水G2は、濃縮前の放射性廃液Wと混合され、再び第1蒸発濃縮装置2Aで濃縮工程にさらされる。
図2に示すように、吸着設備5は、セシウム吸着塔およびストロンチウム吸着塔を有する第1吸着塔51(第1吸着部)と、無機イオン交換体を用いて吸着する第2吸着塔52(第2吸着部)と、イオン交換樹脂を用いて吸着する第3吸着塔53(第3吸着部)と、第1蒸発濃縮装置2Aで得られる第1凝縮水G1の放射線量と電気伝導度を適宜な頻度で計測する計測部54と、が設けられている。
そして、図3に示すように、測定部54での検出値に応じて、前記第1吸着塔51、第2吸着塔52、および第3吸着塔53のうち適宜な吸着塔を通過させる複数(7つ)の吸着処理方式(第1吸着系統5A〜第7吸着系統5G)を選択的に切り替え可能な構成となっている。吸着処理方式の切替えは、図2に示すように、第1吸着塔51、第2吸着塔52、および第3吸着塔53を接続する配管に設けられている切替え弁55、56、57の開閉によって行われる。
なお、測定部54で検出した第1凝縮水G1に放射能が混入していない場合には、上記吸着塔51、52、53を通過させずに、直接放流することも可能である。
これら吸着系統5A〜5Gを適宜選定することで、最小限の二次廃棄物の発生量で第1凝縮水G1中の塩濃度、放射線量を放流水レベルまで低減することができる。
第1凝縮水G1においてセシウムやストロンチウムの放射線量が高く、且つ電気伝導度が高い場合には、例えば第1吸着系統5Aを選択し、第1吸着塔51で放射線量の高いセシウムやストロンチウムを吸着し、第1吸着塔51で除去しきれないものを第2吸着塔52の無機イオン交換体で除去し、さらに他の雑多な放射能は第3吸着塔53のイオン交換樹脂で除去する。この場合、高レベル放射性廃棄物に該当する廃イオン交換樹脂の発生量を少なくすることができる。つまり、イオン交換樹脂はイオンの吸着容量が高いため、放射能量の高い第1凝縮水G1を第3吸着塔53に直接投入すると、イオン交換樹脂に蓄積される放射能量が高くなり、処分が困難な上記廃棄物となる。先に第1吸着塔51、第2吸着塔52を通すことによって、第1凝縮水G1中の放射能量を下げることで、イオン交換樹脂に蓄積する放射能量を低く抑えることができる。
さらに、セシウムやストロンチウムの濃度が低いにもかかわらず、放射線量が高い場合には、他の核種が存在していることになるので、第1吸着塔51を通過させない吸着系統、すなわち図3で第4吸着系統5Dや第6吸着系統5Fを選択することができる。
さらにまた、第1凝縮水G1において雑多な放射能が無い場合には、例えば第3吸着系統5Cを選択することができる。
図1に示すように、本実施の形態の放射性廃液処理装置1では、第1蒸発濃縮装置2Aにおいて第1濃縮水N1(高放射性、高塩濃度)と第1凝縮水G1(低放射性,低塩濃度)に分離することができ、第1蒸発濃縮装置2Aから生じる第1凝縮水G1のみを凝縮水導出路21を通過させて放流可能な水として外部に導出するとともに、第1蒸発濃縮装置2Aで蒸発濃縮された低放射性かつ低塩濃度な第1濃縮水N1は第2蒸発濃縮装置2Bへ導入される。そして、第2蒸発濃縮装置2Bにおいて、処理された第2凝縮水G2は外部へ導出せずに凝縮水還流路22を介して第1蒸発濃縮装置2Aに導入されて再び該第1蒸発濃縮装置2Aで処理され、さらに蒸発濃縮された第2濃縮水N2は濃縮廃液(二次廃棄物)として処分することができる。
このように、放射性廃液処理装置1では、蒸発濃縮処理において逆浸透膜処理に比べて高塩濃度で高放射線量とする濃縮が可能なため、複数段(2段)の蒸発濃縮部2A、2Bによって最終的に生じる高放射性で高塩濃度の濃縮廃液(第2濃縮水N2)の発生量を少なくすることができ、減容化することが可能となる。
なお、第1蒸発濃縮装置2Aで生じる第1凝縮水G1に放射能が混入している場合、その第1凝縮水G1は低放射性、低塩濃度であるため、吸着設備3で放射性物質を除去した後、放流水として系外へ放出することができ、この際に発生する放水可能なレベルに低減させるための吸着剤の使用量を低減することができる。
図4に示す第2の実施の形態による放射性廃液処理装置1では、上述した第1の実施の形態の第1蒸発濃縮装置2Aと第2蒸発濃縮装置2Bとの間に脱塩素装置6(脱塩素部)を介在させ、濃縮廃液中の塩化物イオン濃度を低下させる構成となっている。脱塩素装置6は、塩素イオンを含有する放射性廃液Wを蒸発凝縮させる第1蒸発濃縮部2Aによって濃縮された高濃度放射性廃液から塩素イオンを除去する。脱塩素装置6は、電解によって塩素を発生させて気相中に除去する電解処理部61と、塩化銀の沈殿を生成させて固相として除去する沈殿処理部62と、を有している。塩素イオンの除去工程は、電解工程と沈殿工程の順で処理される。
沈殿処理部62では、沈殿法によって電解処理部61で塩素イオンを除去した濃縮水に対して硝酸銀や硫酸銀などを供給して反応させることで、塩化銀の沈殿を生成させて固相として除去する。
一般的に、電解法では効果的な電解を行う条件として、塩素濃度で略5000ppm以上が必要とされている。これに対して、本第2の実施の形態では、第1蒸発濃縮装置2Aで蒸発濃縮され、第1濃縮水N1の上記塩素濃度を5000ppm以上に高めることができ、この第1濃縮水N1に対して電解法により効率よく塩素イオンを減らす工程を行うことができる。これにより、濃縮廃液中の塩素イオン濃度を低下することができ、腐食による材料の耐久性を高めることができるとともに、機器に使用する高価な材料(金属)を少なくすることが可能となるので、二次廃棄物の長期的な保存が可能となり、総合的な処理コストの低減を図ることができる。
図6に示すように、第3の実施の形態による放射性廃液処理装置1は、上述した第2の実施の形態の脱塩素装置6において、沈殿処理部62で発生した塩化銀をアンモニア等で再溶解した後、電解処理により銀を回収する銀回収部63を設け、この銀回収部63の電解処理により塩化物イオンを除去する構成としたものである。この銀回収部63で発生した塩素ガスは、塩素回収部60において無毒化する。そして、銀回収部63において、電解により析出した銀は硝酸等に再溶解した後、沈殿工程に送って再利用される。
そして、本脱塩素装置6で発生するものは塩素ガスのみであり、回収後、系外へ放出できるため、新たな二次廃棄物が発生しないという利点がある。
また、銀回収部63で発生する塩素ガスは既設置の塩素回収工程で処理できるため、塩素処理のための追加の設備が不要になるという利点もある。
図7に示す第4の実施の形態は、上述した第3の実施の形態の脱塩素装置6の電解処理部61において、内部に陽イオン交換膜65を取付けた構成となっている。
この場合、陽イオン交換膜65の陽極65a側に第1蒸発濃縮装置2Aから生じた第1濃縮水N1を投入することで、第1濃縮水N1中の塩素イオンは塩素ガスとして除去され、残存するナトリウム(Na+)を主体とする陽イオンは陽イオン交換膜65を通過して陰極65b側へ移動する。このとき、陽極65a側では金属イオンが減少するため、第1濃縮水N1の液pHの上昇が抑制されるため、pH調整剤(酸)の添加量を減らすことができる。そして、陰極65bでは、水が分解して水素が発生し、水酸化物イオン(OH−)が残存する。さらに、陽イオン交換膜65を通過したナトリウム(Na+)と電解で生成した水酸化物イオン(OH−)より、陰極65bでは水酸化ナトリウム(NaOH)水が生成される。
また、沈殿処理部62へ向けて排出する電解処理液のナトリウム(Na+)の陽イオン濃度が低下するため、廃液の最終処分量を低減することができる。
図8に示す第5の実施の形態による放射性廃液処理装置1では、上述した第1の実施の形態の第1蒸発濃縮装置2Aと第2蒸発濃縮装置2Bとの間にセシウム吸着塔7(および/またはストロンチウム吸着塔)を設置した構成となっている。
この場合、第1蒸発濃縮装置2Aから出た第1濃縮水N1に対してセシウム吸着塔7で放射線量を下げた後、さらに第2蒸発濃縮装置2Bによって蒸発濃縮することにより、放射性廃液の放射線量が一定レベル以下のままで塩濃度を濃縮することができる。つまり、第1蒸発濃縮装置2Aを通過した濃縮率の高い第1濃縮水N1は塩化物イオン濃度が上昇することから、上述した第2〜4の実施の形態の脱塩素装置6における塩化物イオンの除去率を向上させることができる。
また、電解処理でより多くの塩化物イオンを除去するため、第2〜4の実施の形態の沈殿処理で使用する銀(硝酸銀など)の量を削減することができる。
例えば、本実施の形態では蒸発濃縮装置2A、2Bの段数を2段としているが、この数量に限定されることはなく、3段以上を設ける構成とすることも可能である。なお、3段以上の蒸発濃縮装置を設ける場合には、2段目以降の蒸発濃縮装置2の凝縮水還流路22を最前段の第1蒸発濃縮装置2Aに接続して、それら凝縮水を第1蒸発濃縮装置2Aに戻すようにしてもよいし、2段目以降の蒸発濃縮装置2の凝縮水還流路22を1段前の蒸発濃縮装置に戻すようにしてもよい。
2 蒸発濃縮装置(蒸発濃縮部)
2A 第1蒸発濃縮装置(蒸発濃縮部)
2B 第1蒸発濃縮装置(蒸発濃縮部)
3 油分除去設備
4 ろ過設備
5 吸着設備
5A〜5G 第1〜7吸着系統
6 脱塩素装置(脱塩素部)
7 セシウム吸着塔
21 凝縮水導出路
22 凝縮水還流路
23 第1導水路
24 第2導水路
51 第1吸着塔(第1吸着部)
52 第2吸着塔(第2吸着部)
53 第3吸着塔(第3吸着部)
54 計測部54
55、56、57 切替え弁
60 塩素回収部
61 電解処理部
62 沈殿処理部
63 銀回収部
65 陽イオン交換膜
Claims (7)
- 放射性廃液を順次、蒸発凝縮させる複数段の蒸発濃縮部を備えた放射性廃液処理装置であって、
最前段の前記蒸発濃縮部から生じる凝縮水を外部に導く凝縮水導出路と、
前記最前段の蒸発濃縮部以外の前記蒸発濃縮部から生じる凝縮水を、該蒸発濃縮部よりも前段側の前記蒸発濃縮部に導入する凝縮水還流路と、
を備え、
前記凝縮水導出路には、セシウムおよびストロンチウムを吸着する第1吸着部と、無機イオン交換体を用いて吸着する第2吸着部と、イオン交換樹脂を用いて吸着する第3吸着部とを有する吸着設備が設けられ、
前記凝縮水の放射線量および電気伝導度に応じて前記第1吸着部、第2吸着部、および第3吸着部のうち適宜な吸着塔を通過させる複数の吸着処理方式を選択的に切り替えることを特徴とする放射性廃液処理装置。 - 前記凝縮水還流路は、1段前の前記蒸発濃縮部に導入することを特徴とする請求項1に記載の放射性廃液処理装置。
- 前記吸着設備の入口には、前記放射線量および電気伝導度を検出する測定部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の放射性廃液処理装置。
- 前記蒸発濃縮部の後段側には放射性物質を吸着する吸着塔が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の放射性廃液処理装置。
- 前記蒸発濃縮部の後段側には、該蒸発濃縮部によって濃縮された高濃度放射性廃液から塩素イオンを除去する脱塩素部が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の放射性廃液処理装置。
- 前記脱塩素部は、
電解によって塩素を発生させて気相中に除去する電解処理部と、
塩化銀の沈殿を生成させて固相として除去する沈殿処理部と、
の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項5に記載の放射性廃液処理装置。 - 前記電解処理部には、陽イオン交換膜またはナトリウム選択透過性のイオン交換膜が設けられていることを特徴とする請求項6に記載の放射性廃液処理装置。
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