JP6170797B2 - 放射性樹脂廃棄物の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Description

本明細書に開示する技術は、放射性樹脂廃棄物を処理するための技術に関する。

原子力発電所や放射性物質を取り扱う施設においては、設備の腐食防止のために系統水の浄化や系統に注入される水の浄化が行われる。このような水の浄化に使用された放射性樹脂廃棄物は、放射能レベルによって分別される。放射能レベルが低いものは焼却処理され、放射能レベルが高いものは水とともにタンクに貯留されて保存される。このため、放射能レベルが高い放射性樹脂廃棄物についても、無機化・安定化して処分することが好ましい。そこで、放射性樹脂廃棄物を乾留処理または過熱水蒸気によるガス化処理により熱分解して処理する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２等）。

特開昭６３−１７１４００号公報 特開２０１２−１１６９９７号公報

放射性樹脂廃棄物を乾留処理またはガス化処理等により熱分解する方法では、焼却処理とは異なり耐火物を不要とでき、また、焼却処理と比較して低温で処理するため、セシウム（Ｃｓ）の飛散も抑制することができる。しかしながら、放射性廃棄物を熱分解処理すると残渣が発生し、その残渣についても安定化する必要が生じる。残渣を安定化するためには溶融固化することが好ましいが、残渣の主成分は高融点の酸化鉄（水を浄化する際に付着したもの）である。このため、熱分解処理後の残渣を溶融するためには、高温で処理しなければならず、溶融処理が難しい。本明細書は、放射性樹脂廃棄物を適切に処理することができる技術を開示する。

本明細書が開示する放射性樹脂廃棄物を減容処理する方法は、放射性樹脂廃棄物を熱分解する熱分解工程と、放射性樹脂廃棄物を熱分解することで排出される残渣にリン酸を含有する添加物を添加して溶融固化する溶融固化工程と、を有している。

上記の処理方法では、まず、放射性樹脂廃棄物を熱分解し、熱分解処理により発生した残渣にリン酸を含有する添加物を添加して溶融固化する。リン酸によって残渣（酸化鉄を含有）の融点が低下するため、残渣に添加物を添加しない場合と比較して、残渣を低温で溶融固化することができる。これによって、放射性樹脂廃棄物を適切に処理することができる。なお、放射性廃棄物を熱分解する方法としては、種々の方法を用いることができる。例えば、窒素雰囲気で加熱する乾留処理や、水蒸気を利用して熱分解・ガス化する処理等を用いることができる。熱分解工程に乾留処理を用いると、放射性樹脂廃棄物に含まれる水素成分がガス化されるため、溶融処理を好適に行うことができる。一方、熱分解工程に水蒸気を利用した熱分解・ガス化処理を用いると、放射性樹脂廃棄物に含まれる水素成分と炭素成分までガス化され、処理後の残渣がより少なくなるため、溶融処理をさらに好適に行うことができる。

また、本明細書は、上記の減容処理方法を好適に実施することができる処理装置を開示する。すなわち、本明細書に開示する処理装置は、放射性樹脂廃棄物を熱分解する熱分解部と、熱分解部の下方に配置され、放射性樹脂廃棄物を熱分解することで排出される残渣を溶融固化する溶融固化部を有している。そして、熱分解部から排出される残渣は、その自重により溶融固化部に落下するようになっている。

この処理装置では、放射性樹脂廃棄物は熱分解部に投入され、熱分解部で熱分解されて残渣となる。熱分解後の残渣は、その自重により溶融固化部に落下し、溶融固化部において溶融固化される。このため、熱分解部から溶融固化部まで搬送する機器を設ける必要がなく、放射性樹脂廃棄物を好適に処理することができる。すなわち、熱分解後の残渣は、熱分解前の放射性樹脂廃棄物より放射能レベルが高くなる。このため、熱分解後の残渣を熱分解部から溶融固化部まで機器を用いて搬送することとすると、そのハンドリングが難しく、また、機器のメンテナンスも必要となる。この減容処理装置では、熱分解後の残渣が自重で溶融固化部に投入されるため、減容処理装置を簡易な構成とすることができる。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び、実施例にて詳しく説明する。

本実施例に係る減容処理システムの全体構成図。 本実施例に係るボール型反応炉を説明するための図。 本実施例に係る高周波溶融装置の概略図。 変形例に係る減容処理装置の全体構成図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１） 本明細書が開示する放射性樹脂廃棄物の処理方法は、リン酸溶液を含有する電解液を使用して放射性金属廃棄物を電解研磨する電解研磨処理によって排出されるリン酸を含有する廃液を前記残渣に添加して溶融固化してもよい。このような構成によると、放射性金属廃棄物の表面を除染するための電解研磨により排出される廃液（リン酸を含有）を残渣に添加する。したがって、残渣の融点を低下させるためだけに添加物を用意する必要は無く、残渣を効率的に溶融することができる。

（特徴２） 本明細書が開示する放射性樹脂廃棄物の処理装置は、熱分解部の下方で、かつ、溶融固化部の上方に配置され、熱分解部から排出される残渣を貯留可能な残渣貯留部をさらに有していてもよい。このような構成によると、熱分解部から排出される残渣に含まれる未分解分を残渣貯留部においてさらに分解することができる。このため、溶融固化部に投入される残渣に含まれる未分解分をより少なくすることができ、溶融固化処理を好適に行うことができる。

（特徴３） 本明細書が開示する放射性樹脂廃棄物の処理装置では、熱分解部は、放射性樹脂廃棄物を熱分解することで排出される残渣及び排ガスを残渣貯留部に排出してもよい。この場合、放射性樹脂廃棄物の処理装置は、残渣貯留部に接続され、熱分解部から残渣貯留部に排出される排ガスと、溶融固化部で残渣を溶融固化するときに発生する排ガスの両者を処理可能なフィルタ部をさらに有していてもよい。このような構成によると、放射性樹脂廃棄物を熱分解することにより発生する排ガスと、残渣を溶融固化することにより発生する排ガスを、１つのフィルタ部で処理することができる。このため、排ガス処理設備を簡易な構成とすることができる。

（特徴４） 本明細書が開示する放射性樹脂廃棄物の処理装置は、残渣貯留部と溶融固化部の間に配置された開閉装置をさらに有していてもよい。開閉装置は、残渣貯留部と溶融固化部とを連通状態として残渣及び排ガスの両者間の移動を可能とする第１状態と、残渣貯留部と溶融固化部とを非連通状態として残渣及び排ガスの両者間の移動を不能とする第２状態に切り替え可能となっていてもよい。この場合に、熱分解部で放射性樹脂廃棄物を熱分解するときは、溶融固化部による溶融固化処理が停止されると共に、開閉装置が第２状態とされてもよい。また、溶融固化部で残渣を溶融固化処理するときは、熱分解部による熱分解処理が停止されると共に、開閉装置が第１状態とされてもよい。このような構成によると、排ガス処理のためのフィルタ部を共用しながら、熱分解処理と溶融固化処理を好適に行うことができる。

（特徴５） 本明細書が開示する放射性樹脂廃棄物の処理装置では、残渣貯留部の上面には、熱分解部とフィルタ部が配置されていてもよい。この場合に、熱分解部の下端とフィルタ部の下端が残渣貯留部の内部空間と接続されていてもよい。このような構成によると、フィルタ部を逆洗すると、フィルタ部で除去した一部排ガスに同伴した残渣や異物が残渣貯留部の下部に落下し、残渣貯留部の下部から溶融固化部に投入される。したがって、放射性物質を処理装置内に閉じ込めつつ、フィルタ部で除去した一部排ガスに同伴した残渣や異物まで減容固化を行うことができる。

以下、本実施例に係る減容処理システムについて説明する。本実施例の減容処理システムは、原子力発電所で発生する使用済のイオン交換樹脂（放射性樹脂廃棄物の一例）を減容処理するシステムである。図１に示すように、減容処理システムは、樹脂受入タンク１と、過熱水蒸気供給装置４と、ボール型反応炉３と、排ガス処理装置５と、制御装置２と、固化設備３０を備えている。

樹脂受入タンク１は、原子力発電所で発生した使用済のイオン交換樹脂を５〜１５％スラリー（樹脂５〜１５％、水分８５〜９５％）として貯留する。樹脂受入タンク１の樹脂供給口には供給ポンプ６が接続されている。供給ポンプ６が作動すると、樹脂受入タンク１内のスラリーが供給路を通ってボール型反応炉３に供給されるようになっている。

過熱水蒸気供給装置４は、水タンク７と、供給ポンプ８と、蒸気発生器９と、蒸気過熱器１０を備えている。水タンク７の供給口には供給ポンプ８が接続されている。供給ポンプ８が作動すると、水タンク７内の水が蒸気発生器９に供給される。蒸気発生器９は、水タンク７から供給される水を水蒸気とする。蒸気発生器９には蒸気過熱器１０が接続されており、蒸気発生器９で発生した水蒸気は蒸気過熱器１０に供給される。蒸気過熱器１０は、蒸気発生器９から供給される水蒸気を過熱して過熱水蒸気とする。蒸気過熱器１０で生成された過熱水蒸気は、ボール型反応炉３に供給される。

ボール型反応炉３は、樹脂受入タンク１内に貯留される高水分率のイオン交換樹脂のスラリーと、過熱水蒸気供給装置４から供給される過熱水蒸気とを接触させ、イオン交換樹脂を熱分解する。熱分解により生じたガスは排ガス処理装置５に送られ、また、イオン交換樹脂の熱分解後の残渣は固化設備３０に送られる。ボール型反応炉３及び固化設備３０の詳細な構成については、後で詳述する。

排ガス処理装置５は、ボール型反応炉３から排出される排気ガスを処理し、無害化して大気に排気する。排ガス処理装置５は、ボール型反応炉３から供給される排気ガス中の可燃分を燃焼させる二次燃焼器と、二次燃焼器から排気される排気ガス中の微粒子を除去する複数のＨＥＰＡフィルタを有している。ＨＥＰＡフィルタを通過後のガスを大気に排出することで、排ガス中に含まれる微粒子が大気中に拡散することを防止する。

制御装置２は、減容処理システムを構成する各装置を制御する制御装置である。制御装置２は、例えば、ボール型反応炉３に供給されるイオン交換樹脂の供給量（時間当たりの供給量）と、ボール型反応炉３に供給される過熱水蒸気の供給量（時間当たりの供給量）と、ボール型反応炉３内の雰囲気温度を制御する。すなわち、制御装置２は、供給ポンプ６を制御することでイオン交換樹脂の供給量を制御し、過熱水蒸気供給装置４を制御することで過熱水蒸気の供給量を制御し、ボール型反応炉３のヒータ出力を制御することで雰囲気温度を制御する。

次に、図２を参照してボール型反応炉３の詳細な構成について説明する。図２に示すように、ボール型反応炉３は、ボール充填部である金属製の密閉式反応容器１１と、反応容器１１の内部を容器外から加熱する外部ヒータ１４（図１に図示）と、反応容器１１の内部に充填されたセラミック製または金属製のボール１２と、ボール１２を機械的に撹拌できる撹拌翼１３と、反応容器１１の上部からボール１２上へイオン交換樹脂を供給するイオン交換樹脂供給ノズル１６と、反応容器１１の上部からボール１２上へ過熱水蒸気を供給する過熱水蒸気供給ノズル１５から構成されている。

なお、過熱水蒸気供給ノズル１５から過熱水蒸気を供給するか否かは任意であり、イオン交換樹脂供給ノズル１６から供給されるイオン交換樹脂の水分率に応じて適宜決定することができる。例えば、イオン交換樹脂の水分率が高い場合は、過熱水蒸気供給ノズル１５からの過熱水蒸気の供給を停止してもよく、一方、イオン交換樹脂の水分率が低い場合は、過熱水蒸気供給ノズル１５から過熱水蒸気を供給してもよい。

密閉式反応容器１１は、金属製の円筒体により構成され、反応容器１１内の圧力を制御する圧力制御機構と、反応容器１１の内部を所望の温度に制御するための外部電気式ヒータ１４を備えている。なお、反応容器１１の長さは、処理するイオン交換樹脂の種類等に応じて適宜決定することができる。なお、高水分率のイオン交換樹脂のスラリーを反応容器１１内に直接投入する場合、イオン交換樹脂の温度が上昇し難いため、反応容器１１の長さを長めに設定することが好ましい。反応容器１１の長さを長くすることで、反応時間を充分に長くすることができ、投入されたイオン交換樹脂を好適に熱分解することができる。

反応容器１１の軸心部には、反応容器１１の上部に設置された駆動モータによって低速で回転される回転軸が設けられている。この回転軸の周部には、外縁が反応容器１１の内周面に近接配置し、かつ、内縁が回転軸との間に空間を形成する螺旋翼である撹拌翼１３が取付けられている。

反応容器１１内のボール１２は、耐蝕性のあるセラミックボールあるいは、高ニッケル系合金であるハステロイ又はインコネル製のボールである。ボール１２は、撹拌翼１３により撹拌されながら反応容器１１内の周縁部を上昇し、これに伴って形成される空間部に、反応容器１１内の上部に位置しているボールが順次下降していく。

反応容器１１の下端には、ボール１２を反応容器１１内に保持するための保持板２３が配置されている（図１に図示）。保持板２３は、ボール１２の通過を禁止する一方、ガス及びイオン交換樹脂の残渣の通過を許容する。これにより、反応容器１１内に充填されたボール１２が粉体貯留部１９に落下することが防止される一方、反応容器１１内で熱分解されなかった残渣及び熱分解により発生したガスが粉体貯留部１９に移動することができる。

なお、保持板２３の下面の略中央には温度センサ２２（図１に図示）が配置されている。温度センサ２２は、反応容器１１の下端（すなわち、反応部の下端）の温度を検出する。温度センサ２２は、制御装置２に接続されている。温度センサ２２で検出された温度は制御装置２に入力される。

反応容器１１の下方には粉体貯留部１９が設けられている。粉体貯留部１９は、反応容器１１から排出されるガスから固体（イオン交換樹脂の残渣等の粉体）を分離し、分離した粉体を貯留する。粉体貯留部１９の下端には、過熱水蒸気供給ノズル２１が設けられている。過熱水蒸気供給ノズル２１には、過熱水蒸気供給装置４から過熱水蒸気が供給される。過熱水蒸気供給ノズル２１から粉体貯留部１９内に供給される過熱水蒸気は、イオン交換樹脂の残渣に含まれる可燃分を分解するために用いられる。また、粉体貯留部１９内に供給された過熱水蒸気の一部は、反応容器１１内に流れ、反応容器１１内でイオン交換樹脂と接触してイオン交換樹脂の熱分解に用いられる。過熱水蒸気供給ノズル２１から供給される過熱水蒸気の温度は、５００〜７００℃、好ましくは５５０℃以下に調整される。過熱水蒸気の温度を５００℃以上とすることで、イオン交換樹脂の熱分解を促進することができる。また、過熱水蒸気の温度を７００℃以下とすることで、ボール型反応炉３の外郭を構成する金属製ハウジングの耐久性を向上することができる。

また、粉体貯留部１９の壁面には、外部電気式ヒータ２０が設けられている。ヒータ２０によって、粉体貯留部１９内の雰囲気温度がイオン交換樹脂の残渣が熱分解可能な温度に制御される。

粉体貯留部１９の上面には、焼結金属フィルタ１７が配置されている。粉体貯留部１９内のガスは、焼結金属フィルタ１７によって濾過される。焼結金属フィルタ１７によって濾過された排ガスが排ガス出口１８より排ガス処理装置５に送られる。

次に、固化設備３０について説明する。本実施例では、固化設備３０として高周波溶融装置を用いている。図３に示すように、高周波溶融装置３０は、炉本体５８と、炉本体５８の上端に取付けられた蓋体６４と、炉本体５８の下方に配置された昇降装置４４を有している。炉本体５８は、炉体５４と、冷却ノズル４２と、炉体５４の外周面に沿って配置された誘導加熱コイル４０を備えている。炉体５４は、上端及び下端が開口した筒状に形成されており、その内部に収容空間５６が設けられている。収容空間５６には、溶融容器３８が収容可能となっている。炉体５４の上端部には投入口６０が設けられ、炉体５４の下端部には開口部５０が設けられている。投入口６０及び開口部５０は、収容空間５６と連通している。開口部５０は、溶融容器３８が通過可能な大きさに形成されている。投入口６０は、開口部５０より小さく形成されており、溶融容器３８が通過不能な大きさに形成されている。冷却ノズル４２は、炉体５４の下部に、炉本体５８の外壁及び炉体５４を貫通するように配置されている。炉本体５８の外壁と炉体５４の間は空洞になっている。誘導加熱コイル４０は、その空洞内で、図示しない保持アームによって保持されている。誘導加熱コイル４０は、炉体５４を介して溶融容器３８の側面を覆うように配置されている。誘導加熱コイル４０は、図示しない高周波電源（５０〜３０００Ｈｚ）に接続されている。

蓋体６４は、炉本体５８の上端に取付けられている。蓋体６４が炉本体５８に取付けられると、炉体５４の上端の投入口６０が閉じられる。蓋体６４には、投入機３２が設置されている。投入機３２は、炉体５４の投入口６０（即ち、収容空間５６）の上方に配置されている。投入機３２には、溶融処理の対象となる固体状の二次廃棄物（例えば、ボール型反応炉３から排出される残渣、リン酸濃縮粉末等）が装填される。投入機３２は、収容空間５６に収容される溶融容器３８内に二次廃棄物を投入する。また、蓋体６４には、ノズル６２が設けられる。ノズル６２は、炉体５４の収容空間５６に連通している。ノズル６２は、溶融処理の対象となる液体状の二次廃棄物（例えば、後述する電界研磨処理で排出されるリン酸濃縮廃液等）を溶融容器３８内に投入する。また、蓋体６４には、排出ガス出口３４が設けられる。排出ガス出口３４は、炉体５４の収容空間５６に連通している。排出ガス出口３４は、溶融処理中に発生するガスを排出する。排出ガス出口３４には、図１に示す排ガス処理装置５（詳細には、複数のＨＥＰＡフィルタ）が接続されている。排出ガス出口３４から排出される排ガスは、排ガス処理装置５で無害化され、大気に排出される。なお、図１に示す排ガス処理装置５に接続する前に例えばセラミックフィルタ（図示省略）に接続してもよい。

昇降装置４４は、平面台４８と、平面台４８を昇降する昇降機構（図示省略）を備えている。平面台４８上に支台５２が載置され、支台５２上に溶融容器３８が載置される。平面台４８が昇降機構によって上端位置（図３の実線で示す位置）まで上昇すると、収容空間５６の下端が閉じられる。平面台４８が昇降機構によって下端位置（図３の二点鎖線で示す位置）まで下降すると、収容空間５６の下端が開かれる。

溶融容器３８は、有底の容器であり、カーボンを含有する導電性のセラミックでできている。誘導加熱コイル４０に高周波電源を印加すると、溶融容器３８内に渦電流が流れ、溶融容器３８を好適に加熱することができる。溶融容器３８の電気抵抗率や厚みなどを調節することで、溶融容器３８の温度を制御することができる。例えば、溶融容器３８は１２００［℃］に加熱することができる。

次に、本実施例に係る減容処理システムによりイオン交換樹脂を減容処理する方法について説明する。本実施例では、まず、ボール型反応炉３によってイオン交換樹脂を熱分解し、ボール型反応炉３から排出される残渣を高周波溶融装置３０によって溶融固化する。まず、ボール型反応炉３によるイオン交換樹脂を熱分解する処理について説明する。

まず、制御装置２は供給ポンプ６を駆動してイオン交換樹脂のスラリーをボール型反応炉３の反応容器１１に供給すると共に、過熱水蒸気供給装置４を駆動して過熱水蒸気をボール型反応炉３の粉体貯留部１９に供給する。この際、反応容器１１に単位時間当り供給するイオン交換樹脂の水分量と、粉体貯留部１９に単位時間当たりに供給する過熱水蒸気の水分量は、ボール型反応炉３内の雰囲気温度がイオン交換樹脂を熱分解するために必要な温度に好適に維持されるように調整される。なお、過熱水蒸気は、過熱水蒸気供給ノズル１５によって反応容器１１の上部からボール１２上に供給するようにしてもよい。過熱水蒸気供給ノズル１５から過熱水蒸気を供給するか否かは、粉体貯留部１９に単位時間当たりに供給する過熱水蒸気の水分量や、イオン交換樹脂供給ノズル１６から供給されるイオン交換樹脂の水分率等に応じて適宜決定することができる。

反応容器１１に供給されたイオン交換樹脂のスラリーは、イオン交換樹脂供給ノズル１６から反応容器１１内に供給される。反応容器１１内に供給されたイオン交換樹脂は、初期には５〜１５％スラリーの含水状態であり、基本的にはボール１３の表面に付着して、炉内を移動する。このため、イオン交換樹脂の反応容器１１内での滞留時間はボールの下降時間と同じとなる。ボールの下降時間は、撹拌翼の寸法、回転数、ボールの寸法、充填層高さで自由に調節可能であるが、ボールの下降時間（すなわち、イオン交換樹脂の反応容器１１内での滞留時間）は減重率向上には長い程好ましい。具体的には、ボールの径を小さくする、回転軸の回転数を小さくする、ボールが充填される充填層の長さを長くする方法を採用することができる。

粉体貯留部１９内に供給される過熱水蒸気は、過熱水蒸気供給ノズル２１から粉体貯留部１９内に供給される。粉体貯留部１９内に供給された水蒸気の一部は、反応容器１１内に進入し、ボール１３の表面に付着したイオン交換樹脂へ供給される。粉体貯留部１９内に供給される過熱水蒸気の温度は、５００〜７００℃とされる一方、反応容器１１内に供給されるイオン交換樹脂は室温とされる。このため、反応容器１１の上層部は、反応容器１１の下層部の温度より低く、反応容器１１の下端の位置が最も温度が高くなる。したがって、反応容器１１内に投入されたイオン交換樹脂は、上層部から下層部に移動するにつれて徐々に温度が上昇する。

したがって、反応容器１１内に投入されたイオン交換樹脂は、イオン交換樹脂に含まれる水分が蒸発する第１段階（１００℃付近）と、イオン交換基の分離が生じる第２段階（２００〜３００℃）と、脱水素反応による基体の炭化が生じる第３段階（３００〜６００℃）を経ることとなる。ここで、イオン交換基の分離が生じる第２段階（２００〜３００℃）をイオン交換樹脂が付着したボール１３が通過する際に、ボール１３が撹拌されるため、イオン交換樹脂と過熱水蒸気が効率よく接触する。これにより、イオン交換樹脂（より詳細には、陽イオン交換樹脂）のスルホニル架橋が抑制され、イオン交換樹脂の減重率向上が可能となる。

また、本実施例では、制御装置２が、温度センサ２２で検出される温度が所定の温度（例えば、４６０〜７００℃）となるように、反応容器１１に供給されるイオン交換樹脂のスラリーの量と、粉体貯留部１９に供給される過熱水蒸気の量と、各種ヒータ１４，２０の出力を制御する。これによって、５〜１５％スラリーの含水状態でイオン交換樹脂を反応容器１１内に投入しても、反応容器１１の下端の温度をイオン交換樹脂の分解に必要な充分な温度に維持され、反応容器１１内でイオン交換樹脂を充分に熱分解することができる。また、反応容器１１の下端の温度を所定の温度（例えば、４６０〜７００℃）となるように制御することで、結果的に反応容器１１内へのイオン交換樹脂のスラリーの供給量と粉体貯留部１９への過熱水蒸気の供給量が適正化される。これによって、ボール型反応炉３が大型化することが抑制され、また、排ガス処理装置５が大型化することが抑制される。

反応容器１１内での分解によって発生した残渣（主に酸化鉄）は、粉体貯留部１９に排出される。反応容器１１内に残渣が堆積し難くなるため、反応容器１１内の残渣処理に伴う各種問題も効果的に回避することができる。また、本実施例では、粉体貯留部１９の下部に過熱水蒸気を供給し、また、ヒータ２０により粉体貯留部１９を加熱している。これによって、粉体貯留部１６の温度が、ポリスチレンの分解温度以上の４６０℃以上、好ましくは５００℃以上に管理される。したがって、粉体貯留部１９に排出された残渣内の未分解分が分解され、更に、イオン交換樹脂の減重率を向上することができる。

なお、反応容器１１内での分解によって発生した分解ガス（CO、CxHy）及び、硫酸ガス、亜硫酸ガスなどは、焼結金属フィルタ１７を経て排ガス出口１８から排出され、排ガス処理装置５で処理される。なお、焼結金属フィルタ１７をセラミックフィルタとすることも可能である。

上述したボール型反応炉３の熱分解処理によって発生した残渣は、粉体貯留部１９より排出される。粉体貯留部１９から排出された残渣は、高周波溶融装置３０によって溶融固化される。残渣を溶融固化するためには、まず、昇降装置４４を駆動して平面台４８を下端位置（図３の二点鎖線に示す位置）に位置決めする。次いで、平面台４８上に支台５２を載置し、その支台５２上に溶融容器３８を載置する。溶融容器３８には、予めリン酸濃縮粉末及び残渣を装填しておく。次に、昇降装置４４を、平面台４８が炉体５８の下面に当接するまで上昇させる。これによって、支台５２上に配置された溶融容器３８は、炉体５４の収容空間５６に収容される。

次いで、誘導加熱コイル４０に高周波電源を印加する。これによって、溶融容器３８に渦電流が発生し、溶融容器３８が発熱する。溶融容器３８の温度が上昇すると、溶融容器３８の内部に装填された二次廃棄物（即ち、リン酸濃縮粉末及び残渣）が溶融する。これらの二次廃棄物が溶融して減容すると、溶融容器３８の上方にスペースができるため、投入機３２を駆動して、そのスペースに二次廃棄物（即ち、残渣、リン酸濃縮粉末等）を投入する。これによって、溶融容器３８が溶融物で充填される。なお、溶融処理中に発生するガスは、排出ガス出口３４から排出され、排ガス処理装置５において処理される。溶融処理が終了すると、溶融容器３８は高周波溶融装置３０から搬出される。次に、搬出された溶融容器３８は、冷却室４６に移動され、その内部の溶湯が冷却固化される。溶湯を冷却固化した溶融容器３８は、所定の貯蔵施設に廃棄される。本実施例では溶融容器３８ごと廃棄されるが、所定の容器に溶融容器３８ごと装填してから廃棄されてもよい。また、排出ガス出口３４と排ガス処理装置５の間にセラミックフィルタが接続されている場合は、排出ガス出口３４から排出されたガスはセラミックフィルタを通過して排ガス処理装置５において処理されてもよい。

なお、投入機３２は固体状の二次廃棄物を高周波溶融装置３０に投入するが、高周波溶融装置３０に投入される二次廃棄物の種類はこれに限られない。例えば、リン酸濃縮粉末の代わりに、電解研磨処理によって排出される廃液を投入してもよい。すなわち、原子力発電所などの原子力関連施設においては、設備の廃止や解体、運転に伴い金属廃棄物が生じる。金属廃棄物の放射能レベルが基準値を上回っている場合、このような放射性金属廃棄物を除染して放射能レベルを下げる除染処理が行われる。この放射性金属廃棄物の除染処理として、電解研磨処理がある。電解研磨処理では、リン酸溶液を含有する電解液が用いられ、電解研磨処理後の電解液は廃液として処理される。この廃液にはリン酸が含まれているため、この廃液をリン酸濃縮粉末の代わりに高周波溶融装置３０に投入することができる。具体的には、高周波溶融装置３０のノズル６２から溶融容器３８内に投入する。電解研磨処理によって排出される廃液を利用すると、残渣の融点を低下させるためだけの添加物（即ち、リン酸濃縮粉末）を用意する必要が無くなり、残渣を効率的に溶融することができる。

ここで、五酸化二リン（Ｐ_２Ｏ_５）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３：ボール型反応炉３の熱分解処理によって発生した残渣）とを混合した混合物を溶融処理した実験について簡単に説明しておく。実験では、五酸化二リン（Ｐ_２Ｏ_５）と酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）をモル比４：６で混合し、その混合物を高周波溶融装置３０に投入した。溶融容器３８には、予め６０ｋｇの混合物を投入して溶融を開始し、その後、１００ｋｇの混合物を追加投入した。混合物を投入する速度は４８ｋｇ／ｈとした。混合物の溶融温度は１２００℃とした。溶融容器３８内の溶湯には対流が生じ、溶融状態も良好であった。

本実施例の減容処理システムでは、ボール型反応炉３においてイオン交換樹脂を熱分解する。イオン交換樹脂を比較的に低温で熱分解するため、セシウム（Ｃｓ）の飛散が抑制され、ボール型反応炉３にも耐火物を用いる必要はない（すなわち、ボール型反応炉３の耐久性を向上することができる）。また、ボール型反応炉３から排出される残渣は、リン酸を含有する添加物（溶融助剤）と混合して溶融処理される。このため、残渣の融点が低下し、比較的に低い温度（例えば、１２００℃程度）で溶融固化することができる。これによって、セシウム（Ｃｓ）の飛散を抑制しつつ、セシウム（Ｃｓ）を溶融固化物内に閉じ込めることができる。また、残渣を低い温度で溶融固化できるため、溶融容器３８が割れる可能性を低下させることができる。さらに、残渣に添加する溶融助剤として電解研磨処理によって排出される廃液を用いると、残渣の融点を低下させるためだけの溶融助剤を準備する必要がなく、効率的に残渣を溶融固化することができる。

以上、本明細書に開示する技術の一実施例について詳細に説明したが、これは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上述した実施例では、放射性樹脂廃棄物（イオン交換樹脂）を熱分解するボール型反応炉３と、ボール型反応炉３から排出される残渣を溶融固化する高周波溶融装置３０とを別体としていたが、本明細書に開示の技術は、このような形態に限られない。例えば、図４に示すように、ボール型反応炉３と高周波溶融装置６８（溶融固化部の一例）とを一体化した減容処理装置８０としてもよい。すなわち、減容処理装置８０は、放射性樹脂廃棄物を熱分解するボール型反応炉３と、ボール型反応炉３の下方に配置された高周波溶融装置６８と、ボール型反応炉３と高周波溶融装置６８とを接続する接続管６６を備えている。

ボール型反応炉３は、上述した実施例のボール型反応炉３と同一構成を有しており、密閉式の反応容器１１（熱分解部の一例）と、粉体貯留部１９（残渣貯留部の一例）と、焼結金属フィルタ１７（フィルタ部の一例）を備えている。反応容器１１と焼結金属フィルタ１７は、粉体貯留部１９の上面に配置されている。反応容器１１と粉体貯留部１９と焼結金属フィルタ１７の各構成は、上述した実施例と同一構成であるため、その詳細な説明は省略する。

高周波溶融装置６８は、上述した実施例の高周波溶融装置３０と同様の構成を有しているが、投入機３２を装備しない点と、排出ガス出口３４が設けられない点で相違する。すなわち、減容処理装置８０では、ボール型反応炉３から排出される残渣は、その自重によって高周波溶融装置６８内に投入される。このため、高周波溶融装置６８は、残渣を投入するための投入機３２を装備していない。また、後述するように、高周波溶融装置６８から排出される排ガスは粉体貯留部１９を通って焼結金属フィルタ１７によって処理される。このため、高周波溶融装置６８には、排出ガス出口３４が設けられない。その他の点は上述した実施例と同一であり、高周波溶融装置６８は、炉本体５８と蓋体６４と昇降装置４４を備えている。炉本体５８と蓋体６４と昇降装置４４の各構成は、上述した実施例と同一構成であるため、その詳細な説明は省略する。

接続管６６は、ボール型反応炉３の下方で、かつ、高周波溶融装置６８の上方に配置されている。すなわち、接続管６６の上端は、ボール型反応炉３の下端（粉体貯留部１９の下端）に接続されている。一方、接続管６６の下端は、高周波溶融装置６８の上端（蓋体６４の開口部６７）に接続されている。接続管６６は、粉体貯留部１９の内部空間と高周波溶融装置６８の収容空間５６とを連通させる。接続管６６は、図示しないダンパ（開閉装置の一例）を備えている。ダンパが接続管６６を開閉することで、粉体貯留部１９の内部空間と高周波溶融装置６８の収容空間５６とが連通する状態と、これらの空間が連通しない状態とに切換える。ダンパの開閉動作は、図示しない制御装置によって制御される。

次に、減容処理装置８０により放射性樹脂廃棄物を減容処理する手順について説明する。放射性樹脂廃棄物を減容処理するためには、まず、ダンパを駆動して接続管６６を閉じた状態とし、ボール型反応炉３によって放射性樹脂廃棄物を熱分解（乾留）する。すなわち、ボール型反応炉３の反応容器１１に放射性樹脂廃棄物を供給すると共に、ボール型反応炉３に過熱水蒸気を供給する。これによって、反応容器１１に供給された放射性樹脂廃棄物が熱分解する。反応容器１１で放射性樹脂廃棄物が熱分解することによって生成する残渣及び排ガスは、粉体貯留部１９に排出される。粉体貯留部１９は、反応容器１１から排出される排ガスから固体（放射性樹脂廃棄物の残渣等の粉体）を分離する。ダンパによって接続管６６が閉じているため、排ガスから分離された固体（残渣）は、粉体貯留部１９の下部に貯留される。粉体貯留部１９の下部には過熱水蒸気が供給されるため、粉体貯留部１９の下部に貯留される残渣内の未分解分はさらに分解する。一方、反応容器１１から粉体貯留部１９に排出された排ガスは、焼結金属フィルタ１７を経て排ガス出口１８から排出され、排ガス処理装置５で処理される。

なお、上述したように、ボール型反応炉３で放射性樹脂廃棄物を熱分解するときは、ダンパにより接続管６６が閉じられている。このため、高周波溶融装置６８による溶融固化処理は行われない。また、焼結金属フィルタ１７の表面に付着する固体（放射性樹脂廃棄物の残渣等）は、焼結金属フィルタ１７を逆洗することで粉体貯留部１９内に落下し、粉体貯留部１９の下部に貯留される。

放射性樹脂廃棄物を熱分解することで粉体貯留部１９に残渣が貯まると、次に、粉体貯留部１９に貯留された残渣を溶融固化する。このためには、まず、ボール型反応炉３への放射性樹脂廃棄物及び過熱水蒸気の供給を停止し、ボール型反応炉３による放射性樹脂廃棄物の熱分解処理を停止する。次いで、高周波溶融装置６８の収容空間５６内に溶融容器３８をセットした状態で、ダンパを駆動して接続管６６を開く。これによって、粉体貯留部１９に貯留されている残渣が、その自重により落下する。すなわち、粉体貯留部１９に貯留されている残渣は、接続管６６を通って高周波溶融装置６８内にセットされた溶融容器３８内に投入される。なお、溶融容器３８内には、予め添加剤（例えば、リン酸濃縮粉末（五酸化二リン（Ｐ_２Ｏ_５））等）を投入しておくことができる。これによって、溶融すべき残渣に添加剤を添加することができる。

次いで、誘導加熱コイル４０に高周波電源を印加して、溶融容器３８に渦電流を発生させ、溶融容器３８を加熱する。これによって、溶融容器３８の内部に投入された残渣と添加剤が溶融する。溶融処理が終了すると、溶融容器３８が高周波溶融装置３０から搬出される。なお、溶融処理中に発生するガスは、接続管６６及び粉体貯留部１９を通って、焼結金属フィルタ１７で処理される。焼結金属フィルタ１７で処理された排ガスは、排ガス出口１８から排出され、排ガス処理装置５でさらに処理される。

以下、ボール型反応炉３による熱分解処理と、高周波溶融装置３０による溶融処理を交互に繰り返すことによって、放射性樹脂廃棄物の減容処理が実施される。

上述した減容処理装置８０では、ボール型反応炉３で熱分解することによって排出される残渣は、粉体貯留部１９で貯留され、その後、自重によって高周波溶融装置６８内の溶融容器３８に投入される。このため、ボール型反応炉３から高周波溶融装置６８まで残渣を搬送するための機器等を備える必要はなく、極めて簡易な構成で溶融容器３８内に残渣を投入することができる。また、放射性樹脂廃棄物から発生する残渣（放射能レベルが高い）は、減容処理装置８０内に閉じ込められた状態で溶融処理まで行われる。このため、放射性物質（セシウム等）の飛散を効果的に防止することができる。

また、高周波溶融装置６８に投入される残渣は、粉体貯留部１９で貯留される間にも未分解分が分解され、残渣中の未分解分が極めて少なくなっている。このため、溶融処理時に発生する排ガス量を少なくすることができる。その結果、熱分解時に発生する排ガスを処理する焼結金属フィルタ１７で、溶融処理時に発生する排ガスを処理することができる。焼結金属フィルタ１７を共用することができるため、減容処理装置８０の構成を簡易な構成とすることができる。

なお、上記の減容処理装置８０においても、溶融容器３８内にリン酸濃縮粉末等の添加剤を予め投入しておくことに代えて、ノズル６２から電解研磨処理後の電解液（廃液）を供給するようにしてもよい。また、リン酸を含有する添加物を添加することなく、残渣を溶融固化してもよい。

また、上述した各実施例では、ボール型の反応炉を用いて放射性樹脂廃棄物（イオン交換樹脂等）を熱分解したが、熱分解装置の形式は種々のものを用いることができる。例えば、スクリューフィーダ式の熱分解装置を用い、スクリューフィーダの一端に放射性樹脂廃棄物（イオン交換樹脂）を供給し、スクリューフィーダの他端から分解ガス及び残渣を排出するような構成としてもよい。また、上述した実施例では、過熱水蒸気によって放射性樹脂廃棄物（イオン交換樹脂）をガス化処理したが、放射性樹脂廃棄物（イオン交換樹脂）は窒素雰囲気下で乾留処理してもよい。

また、上述した実施例では、イオン交換樹脂を処理する例について説明したが、本明細書に開示の技術は、その他の放射性樹脂廃棄物（例えば、フィルタスラッジ、ろ過助材等）の減容化処理に用いることができる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１ 樹脂受入タンク
２ 制御装置
３ ボール型反応炉
４ 過熱水蒸気供給装置
５ 排ガス処理手段
６ 供給ポンプ
７ 水タンク
８ 供給ポンプ
９ 蒸気発生器
１０ 蒸気過熱器
１１ 密閉式反応容器
１４ 外部電気式ヒータ
１２ ボール
１３ 撹拌翼
１６ イオン交換樹脂供給ノズル
１５ 過熱水蒸気供給ノズル
１７ 焼結金属フィルタ
１８ 排ガス出口
１９ 粉体貯留部
２０ 外部電気式ヒータ
２１ 過熱水蒸気ノズル
２２ 温度センサ
２３ 保持板
３０ 高周波溶融装置

Claims (7)

1. 放射性樹脂廃棄物を減容処理する方法であり、
   前記放射性樹脂廃棄物を熱分解する熱分解工程と、
   前記放射性樹脂廃棄物を熱分解することで排出される残渣にリン酸を含有する添加物を添加して溶融固化する溶融固化工程と、を有する、放射性樹脂廃棄物の処理方法。
2. 前記溶融固化工程では、リン酸溶液を含有する電解液を使用して放射性金属廃棄物を電解研磨することによって排出されるリン酸を含有する廃液を前記残渣に添加して溶融固化する、請求項１に記載の放射性樹脂廃棄物の処理方法。
3. 放射性樹脂廃棄物を減容処理する装置であり、
   前記放射性樹脂廃棄物を熱分解する熱分解部と、
   前記熱分解部の下方に配置され、前記放射性樹脂廃棄物を熱分解することで排出される残渣にリン酸を含有する添加物を添加して溶融固化する溶融固化部と、を有しており、
   前記熱分解部から排出される残渣は、その自重により溶融固化部に落下することを特徴とする放射性樹脂廃棄物の処理装置。
4. 前記熱分解部の下方で、かつ、前記溶融固化部の上方に配置され、前記熱分解部から排出される残渣を貯留可能な残渣貯留部をさらに有していることを特徴とする請求項３に記載の放射性樹脂廃棄物の処理装置。
5. 前記熱分解部は、前記放射性樹脂廃棄物を熱分解することで排出される残渣及び排ガスを前記残渣貯留部に排出し、
   前記残渣貯留部に接続され、前記熱分解部から前記残渣貯留部に排出される排ガスと、前記溶融固化部で残渣を溶融固化するときに発生する排ガスの両者を処理可能なフィルタ部をさらに有している、請求項４に記載の放射性樹脂廃棄物の処理装置。
6. 前記残渣貯留部と前記溶融固化部の間に配置された開閉装置をさらに有しており、
   前記開閉装置は、前記残渣貯留部と前記溶融固化部とを連通状態として残渣及び排ガスの両者間の移動を可能とする第１状態と、前記残渣貯留部と前記溶融固化部とを非連通状態として残渣及び排ガスの両者間の移動を不能とする第２状態と、に切り替え可能となっており、
   前記熱分解部で前記放射性樹脂廃棄物を熱分解するときは、前記溶融固化部による溶融固化処理が停止されると共に、前記開閉装置が前記第２状態とされ、
   前記溶融固化部で残渣を溶融固化処理するときは、前記熱分解部による熱分解処理が停止されると共に、前記開閉装置が前記第１状態とされる、請求項５に記載の放射性樹脂廃棄物の処理装置。
7. 前記残渣貯留部の上面には、前記熱分解部と前記フィルタ部が配置されており、
   前記熱分解部の下端と前記フィルタ部の下端が前記残渣貯留部の内部空間と接続されている、請求項５又は６に記載の放射性樹脂廃棄物の処理装置。
   
   

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