JP6348402B2 - 吸着除去装置および吸着除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、吸着除去装置および吸着除去方法に関する。

海水を含む放射性汚染水からＣｓ、Ｓｒを個別に除去し、その後、海水から塩分除去を行う放射性核種除染システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。当該システムでは、塩分除去装置で生成された淡水を原子炉に戻すように構成されている。

特開２０１４−００１９５２号公報 特許第５２８５１８３号公報

ところで、廃棄される吸着材の低減を図るため、複数の放射性核種を同時除染する吸着材が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。しかし、一般に複数の放射性核種を同時除染するとき、分配係数の小さい多価イオンから破過が開始してしまい、複数の放射性核種を十分に除染することができない。

そこで、本発明の目的は、複数の放射性核種を同時除染する場合に、全ての核種の吸着量を増加させことが可能な技術を提供することである。

上記課題を解決するために、吸着除去装置は、イオン交換型であり海水を含む放射性汚染水から複数種の放射性核種を吸着可能な吸着材を有する吸着塔と、前記吸着塔に前記海水を含む放射性汚染水を供給する供給管と、前記吸着塔を通過した前記海水を含む放射性汚染水から淡水を生成する淡水生成部と、前記供給管に接続され、生成した前記淡水を前記供給管へ流入させ、前記供給管内の前記海水を含む放射性汚染水を希釈する希釈管とを備える。

本発明によれば、複数の放射性核種を同時除染する場合に、全ての核種の吸着量を増加させことが可能な技術を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る吸着除去装置の構成図を示す。 本発明の第２の実施形態に係る吸着除去装置の構成図を示す。 本発明の第３の実施形態に係る吸着除去装置の構成図を示す。

本発明の第１の実施形態に係る吸着除去装置に関し、図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施形態に係る吸着除去装置１の構成図を示す。吸着除去装置１は、送水ポンプ２と、吸着塔３と、高圧ポンプ４と、淡水生成部５と、導入管１０と、供給管１１、排出管１２と、複数の連結管１３、１４と、希釈管１５とを備える。

送水ポンプ２は、導入管１０からの海水を含む汚染水Ｐを吸着塔３へ供給する。

吸着塔３は、放射性核種であるストロンチウム（以下では、Ｓｒと記載する。）およびセシウム（以下ではＣｓと記載する。）を吸着可能な吸着材が充填され、当該充填剤によりＳｒ、Ｃｓを除去する。この吸着塔３ｓが除去された処理水Ｔに変換される。

なお、吸着材は、イオン交換型の吸着材であり、ＣｓとＳｒとを同時吸着できる単一の吸着材が使用される。ＣｓとＳｒとを同時吸着する吸着材としては、例えば、チタンケイ酸塩化合物（例えば、ＣＳＴ）を苛性処理することにより得られた吸着材が挙げられる。

高圧ポンプ４は、吸着塔３からの汚染水Ｐを加圧して逆浸透膜５へ供給する。

淡水生成部５は、逆浸透膜を備え、海水を含む汚染水Ｐから淡水を生成する。逆浸透膜の構造としては、スパイラル型、中空糸型等が挙げられる。また、逆浸透膜５の素材としては、セルロース、ポリアミド等が挙げられる。

次に、吸着除去装置１による海水を含む汚染水ＰからＳｒ、Ｃｓを吸着する処理について説明する。

まず、導入管１０により導入された海水を含む汚染水Ｐが、送水ポンプ２により供給管１１を介して吸着塔３に供給される。吸着塔３を通過した汚染水Ｐは、連結管１３を通過し、高圧ポンプ４により加圧されて連結管１４を介して淡水生成部５へ供給される。淡水生成部５において、海水を含む汚染水Ｐが逆浸透膜を通過することにより淡水Ｆが生成され、生成された淡水Ｆは希釈管１５を介して供給管１１に流入する。

供給管１１に流入した淡水Ｆは、導入管１０から導入された汚染水Ｐと混ざり、汚染水Ｐが希釈される。すなわち、汚染水Ｐの海水濃度が低減される。そして、海水濃度が低減された汚染水が吸着塔３に流入して、吸着材にＳｒ、Ｃｓが吸着される。その後、吸着塔３を通過し核種濃度が低減された汚染水Ｐは、処理水Ｔとして、淡水生成部５に接続された排出管１２から排出される。なお、導入される汚染水Ｐの海水濃度と排出される処理水Ｔの海水濃度とは等しくなる。

以上のように、本実施形態の吸着除去装置１において、吸着塔３は、イオン交換型の吸着材を有し、海水を含む汚染水からセシウムおよびストロンチウムを吸着除去する。淡水生成部５は、吸着塔３を通過した海水を含む汚染水Ｐから淡水Ｆを生成し、生成した淡水Ｆを供給管１１へ流入させ、供給管１１内の海水を含む汚染水Ｐを希釈する。

これにより、吸着塔３へ供給される汚染水Ｐの海水濃度が低減される。そして、Teresia Moller:"Ion exchange of 85Sr, 134Cs and 57Co in sodium titanosilicate and the effect of crystallinity on selectivity", Separation and Purification Technology 28 (2002) 13‐23に記載のように、放射性核種の分配係数は海水濃度のイオン価数乗に反比例する。よって、例えば、淡水Ｆにより汚染水Ｐを２倍希釈した場合、海水濃度は１／２となり２価イオンであるＳｒの分配係数は４倍となる。汚染水Ｐを２倍希釈したことにより、汚染水Ｐ中のＳｒの濃度は１／２となるが、分配係数が４倍となるので、理論上、Ｓｒの吸着量を２倍にすることができる。このように、吸着塔３へ供給される汚染水Ｐの海水濃度が低減することにより、２価イオン（多価イオン）であるＳｒの吸着材に対する吸着量を増加させることができる。

なお、１価イオンであるＣｓについては、分配係数は増えるが、濃度が減少するため、吸着材に対する吸着量は変化しない。すなわち、汚染水Ｐを２倍希釈したことにより、分配係数が２倍となるのが、汚染水Ｐ中のＣｓの濃度は１／２となるので、吸着量は変化しない。

また、淡水生成部５は、吸着塔３を通過した海水を含む汚染水Ｐから淡水Ｆを生成し、生成した淡水Ｆを供給管１１へ流入させ、供給管１１内の海水を含む汚染水Ｐを希釈する。このように、淡水を外部から注入するのではなく、汚染水Ｐから生成しているので、汚染水Ｐの総量を増加させることなく、海水を含む汚染水Ｐから多価イオン（Ｓｒ）の吸着材に対する吸着量を増加させることができる。

また、ＳｒとＣｓとでは、Ｓｒの方が分配係数が小さく、Ｓｒの方から破過が開始するが、上記のように構成により、Ｓｒの破過開始を遅らせることができる。その結果Ｃｓの吸着量を増加させることができる。よって、汚染水Ｐの総量を増加させることなく、全ての放射性核種（Ｓｒ、Ｃｓ）の除染量を増加させることができる。

吸着塔３に充填された吸着材は、複数種の放射性核種（Ｓｒ、Ｃｓ）を同時吸着可能な吸着材であるので、廃棄される吸着材を低減させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る吸着除去装置１０１に関し、図面を参照して説明する。なお、第１の実施形態に係る吸着除去装置１と同一の構成については同一の参照番号を付して説明を省略し異なる部分についてのみ説明を行う。

図２は、第１の実施形態に係る吸着除去装置１０１の構成図を示す。吸着除去装置１０１は、多塔システムの吸着除去装置１０１であり、送水ポンプ２と、５塔の吸着塔３と、高圧ポンプ４と、淡水生成部５と、導入管１０と、供給管１１、排出管１２と、複数の連結管１３〜１９とを備える。

吸着除去装置１０１では、２段目の吸着塔３から連結管１６を介して、淡水生成部５へ汚染水Ｐが供給されて淡水Ｆが生成され、生成された淡水Ｆは希釈管１５を介して供給管１１に流入する。また、淡水生成部５において、淡水化されない残りの汚染水Ｐは、濃縮されて、導入管１０における汚染水Ｐの海水濃度に戻り、後段の３塔の吸着塔３においてさらに除染される。

本実施形態の吸着除去装置１０１においても、第１の実施形態の吸着除去装置１と同様の効果を奏する。さらに、多塔システムの吸着除去装置１０１であるので、放射性核種（Ｓｒ、Ｃｓ）の吸着量（除染量）を増加させることができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る吸着除去装置２０１に関し、図面を参照して説明する。なお、第２の実施形態に係る吸着除去装置１０１と同一の構成については同一の参照番号を付して説明を省略し異なる部分についてのみ説明を行う。

吸着除去装置２０１では、送水ポンプ２と、高圧ポンプ４と、淡水生成部５と、導入管１０と、供給管１１と、連結管１４、１７と、希釈管１５とが複合モジュール２０として構成されている。そして、吸着除去装置２０１では、メリーゴーランド方式での運用が行われる。図３は、吸着除去装置２０１をメリーゴーランド方式で運用する方法を説明するための図である。なお、図３においては、吸着塔３を円形で表し、１段目となる吸着塔３は、太線で示している。

メリーゴーランド方式とは、複数の吸着塔３を直列に接続して前段の吸着塔３から後段の吸着塔３に向かって順次除染を行い、１段目の吸着塔３で十分に核種の吸着が行われると、１段目の吸着塔３の吸着材を未使用の吸着材に交換すると共に、２段目の吸着塔３を１段目の吸着塔３とし、吸着材を交換した吸着塔３を最後段の吸着塔３として除染を行い、これを順次繰り返し行う方法である。

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、５塔の吸着塔３のうち、最も左側に位置する吸着塔３を１段目、最も右側に位置する吸着塔３を最後段とする。１、２段目の２塔の吸着塔３において、複合モジュール２０により、汚染水Ｐを希釈し海水濃度を低減させた汚染水Ｐから放射性核種（Ｃｓ、Ｓｒ）の除染を行う。３〜５段目の吸着塔３では、元の汚染水Ｐの海水濃度に戻された汚染水Ｐの除染が行われる。そして、１段目の吸着塔３において放射性核種の吸着量が所定量となると、通水を中止し、当該吸着塔３の吸着材を未使用のものに交換する。そして、図３（ｂ）に示すように、２段目（左から２番目）であった吸着塔３を１段目の吸着塔３とし、１段目（最も左側）であった吸着塔３を最後段の吸着塔３として、汚染水Ｐの除染を行う。図３（ａ）と同様に、１、２段目の２塔の吸着塔３において、複合モジュール２０により、汚染水Ｐを希釈し海水濃度を低減させた汚染水Ｐから放射性核種（Ｃｓ、Ｓｒ）の除染を行う。３〜５段目の吸着塔３では、元の汚染水Ｐの海水濃度に戻された汚染水Ｐの除染が行われる。

図３（ｂ）において、１段目の吸着塔３で放射性核種の吸着量が所定吸着量になると、当該吸着塔３の吸着材を未使用のものに交換する。そして、図３（ｃ）に示すように、２段目（左から３番目）であった吸着塔３を１段目の吸着塔３とし、１段目（左から２番目）であった吸着塔３を最後段の吸着塔３として、汚染水Ｐの除染を行う。図３（ｂ）と同様に、１、２段目の２塔の吸着塔３において、海水濃度を低減させた汚染水Ｐから放射性核種（Ｃｓ、Ｓｒ）の除染を行い、３〜５段目の吸着塔３において、元の汚染水Ｐの海水濃度に戻された汚染水Ｐの除染を行う。なお、所定吸着量は、１段目の吸着塔３でＳｒの破過を開始するまでに吸着されるＳｒの吸着量であっても良いし、汚染水Ｐの流速および時間に基づいて決定しても良い。

このように、メリーゴーランド方式で汚染水Ｐの除染を行うことにより、効率的に放射性核種を吸着除去することができる。また、処理水Ｔの水質を安定させることができる。また、送水ポンプ２と、高圧ポンプ４と、淡水生成部５と、導入管１０と、供給管１１と、連結管１４、１７、希釈管１５とが複合モジュール２０としてモジュール化されている。よって、メリーゴーランド方式で、接続する吸着塔３を変更する際の作業が容易となる。また、本実施形態の吸着除去装置２０１においても、第２の実施形態の吸着除去装置１０１と同様の効果を奏する。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、第２の実施形態において、海水濃度が低減された汚染水Ｐの処理をする吸着塔３の数は、２塔であったが、１塔であっても良いし、３塔以上であっても良い。また、複数の吸着塔３の数は、５塔であったが、吸着塔３の数はこれに限られない。

また、淡水生成部５は、逆浸透膜を備えてこれにより淡水を生成したが、多段フラッシュにより、海水を含む汚染水Ｐを蒸留して淡水を生成しても良い。また、上記の実施形態では、複数の放射性核種としてＳｒおよびＣｓを吸着する場合について説明したが、他の放射性核種であっても良い。

１、１０１、２０１：吸着除去装置、３：吸着塔、５：淡水生成部、１１：供給管、１５：希釈管

Claims (5)

1. イオン交換型であり海水を含む放射性汚染水から複数種の放射性核種を吸着可能な吸着材を有する吸着塔と、
   前記吸着塔に前記海水を含む放射性汚染水を供給する供給管と、
   前記吸着塔を通過した前記海水を含む放射性汚染水から淡水を生成する淡水生成部と、
   前記供給管に接続され、生成した前記淡水を前記供給管へ流入させ、前記供給管内の前記海水を含む放射性汚染水を希釈する希釈管と、を備える吸着除去装置。
2. 前記放射性核種は、ＳｒおよびＣｓを含み、
   前記吸着材は、ＳｒおよびＣｓを同時に吸着する吸着材である請求項１に記載の吸着除去装置。
3. 前記吸着塔は、直列で接続される複数の吸着塔から構成され、
   前記供給管は、前記複数の吸着塔のうちの１段目の吸着塔に接続され、
   前記淡水生成部は、前記複数の吸着塔のうちの少なくとも前記１段目の吸着塔を通過した海水を含む放射性汚染水から淡水を生成し、生成した前記淡水を前記希釈管を介して前記供給管へ流入させる請求項１または請求項２に記載の吸着除去装置。
4. 請求項３に記載の吸着除去装置において実行される吸着除去方法であって、
   １段目の吸着塔から順に前記放射性汚染水を通水し、前記１段目の吸着塔の放射性核種の吸着量が所定吸着量となった場合、通水を中止し、前記１段目の吸着塔の前記吸着材を未使用の吸着材に交換すると共に、２段目の吸着塔を１段目の吸着塔とし、前記吸着材を交換した吸着塔を最後段の吸着塔として前記放射性汚染水を通水する工程を順次繰り返すメリーゴーランド方式で放射性核種の吸着除去を行う吸着除去方法。
5. 前記供給管と前記淡水生成部と前記希釈管とがモジュール化されている請求項４に記載の吸着除去方法。
   

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