JP6400505B2 - 使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置に関する。

原子力発電所において、冷却水の浄化や廃液処理にイオン交換樹脂が使用されている。原子力発電所の冷却水や廃液中には放射性物質が含まれており、これらの放射性物質を吸着した使用済みのイオン交換樹脂は、比較的放射能が高い。このため、放射性物質を吸着した使用済みイオン交換樹脂から放射性物質を分離することにより放射能を低減し、放射性廃棄物の容量を低減することが求められている。

また、重金属元素を含む産業排水を無害化処理するために、イオン交換樹脂が使用されている。産業排水中には様々な重金属元素が含まれており、これらの重金属元素を吸着した使用済みイオン交換樹脂を産業廃棄物として処理する際に、重金属元素を分離することにより廃棄物量を低減することが求められている。

これまで、使用済みイオン交換樹脂の処理方法として、超臨界水分解法などを用いて樹脂を無機化する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。しかしながら、使用済みイオン交換樹脂を無機化するためには大規模な装置が必要である、あるいは高温高圧条件が必要であるという課題があった。また、使用済みイオン交換樹脂に吸着された金属イオンを、シュウ酸水溶液を用いて部分的に分離する方法が提案されている(例えば、特許文献４参照。)。しかしながら、金属イオンを部分的に分離する方法では、発生する二次廃棄物の処理が必要であるという課題があった。

特開平１０−３２４７６８号公報 特開２００６−８４２３６号公報 特開平１１−６４５９０号公報 特開２０１３−４４５８８号公報

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、処理工程や処理装置を簡素化し、二次廃棄物の発生量を低減させることのできる使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

本発明の使用済みイオン交換樹脂の処理方法の一態様は、放射性核種又は重金属元素をイオン交換基に吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理方法であって、反応槽内において、前記使用済みイオン交換樹脂を、過酸化水素、鉄化合物及びオゾンを含む反応液と接触させて、前記イオン交換基を脱離させるイオン交換基脱離工程と、再生槽内において、前記イオン交換基を脱離させた前記反応液を再生する再生工程とを備えることを特徴とする。そして、本発明の使用済みイオン交換樹脂の処理方法の一態様は、前記再生工程において、前記反応槽内の前記反応液中の前記放射性核種又は重金属元素の濃度を測定し、当該測定された濃度に応じて前記反応槽内の前記反応液を前記再生槽に送液する。または、前記反応槽内の気相中に存在する前記オゾンを回収するオゾン回収工程を備える。

本発明の使用済みイオン交換樹脂の処理装置の一態様は、放射性核種又は重金属元素をイオン交換基に吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理装置であって、前記使用済みイオン交換樹脂と、鉄化合物、過酸化水素及びオゾンを含む反応液とを内部に収容して、前記イオン交換基を脱離させる反応槽と、前記反応槽に前記鉄化合物を供給する鉄化合物供給装置と、前記反応槽に前記過酸化水素を供給する過酸化水素供給装置と、前記反応槽に前記オゾンを供給するオゾン供給装置と、前記イオン交換基を脱離させた反応液を収容し、再生する再生槽とを備えることを特徴とする。そして、本発明の使用済みイオン交換樹脂の処理装置の一態様は、前記反応槽内の前記反応液中の前記放射性核種又は重金属元素の濃度を測定する溶存元素濃度測定器と、当該測定された濃度に応じて前記反応槽内の前記反応液を前記再生槽に送液する送液配管を備える。または、前記反応槽内の気相中に存在する前記オゾンを回収するオゾン回収配管を備える。

本発明の使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置によれば、処理工程や処理装置を簡素化し、二次廃棄物の発生量を低減させることができる。

第１の実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法を概略的に示すフロー図。 第１の実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法に用いられる装置を概略的に示すブロック図。 コバルト脱離試験における、浸漬時間（反応時間）と、コバルト脱離率の関係を示すグラフ。 コバルト脱離試験における、反応時間と液相中のＴＯＣ濃度の関係を示すグラフ。 第２の実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法を概略的に示すフロー図。 第２の実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法に用いられる装置を概略的に示すブロック図。

以下、本発明の使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法を概略的に示すフロー図である。図１に示す使用済みイオン交換樹脂の処理方法は、使用済みイオン交換樹脂１００を、鉄化合物、過酸化水素及びオゾンを含む反応液１に接触させて、使用済みイオン交換樹脂１００からイオン交換基を脱離させるイオン交換基脱離工程Ｓ１００と、イオン交換基を脱離させた反応液１を再生する再生工程Ｓ２００を備えている。

図２は、第１の実施形態に用いられる使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０を概略的に示すブロック図である。図２に示す使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０は、処理対象である使用済みイオン交換樹脂１００を収容する反応槽１１と、反応槽１１内に鉄化合物を供給する鉄化合物供給装置１２と、反応槽１１内に過酸化水素水を供給する過酸化水素供給装置１３と、オゾンを発生させ、発生させたオゾンを反応槽１１内に供給するオゾン供給装置１４とを備えている。鉄化合物供給装置１２、過酸化水素供給装置１３、オゾン供給装置１４は、それぞれ反応槽１１に接続されている。また、反応槽１１には、反応槽１１内に凝集剤を添加する凝集剤添加装置２０が接続されている。凝集剤添加装置２０は必須ではなく、必要に応じて設置される。

また、使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０は、反応槽１１内でイオン交換基を脱離させた反応液１を収容し、再生するための再生槽１５を備えている。再生槽１５には、再生槽１５内に収容された反応液１を再生するための再生装置２４が付設されている。

反応槽１１の下部には、反応槽１１内の反応液１を加熱する加熱器１９が設置されている。反応槽１１の上部は気密に封止されている。反応槽１１の上部には、反応槽１１内の反応液１を再生槽１５に送液する送液配管１７と、再生槽１５内で再生された反応液１を反応槽１１に循環させる循環配管１８とが接続されている。送液配管１７には、固液分離装置１６が介設されている。

反応槽１１及び再生槽１５の内部には、それぞれ、反応槽１１、再生槽１５内の反応液１中の全有機炭素濃度（以下「ＴＯＣ濃度」という。）を測定するＴＯＣ濃度計２１、２２が設置されている。反応槽１１はＴＯＣ濃度計２１に代えて、又はＴＯＣ濃度計２１に加えてさらに、溶存元素濃度測定器を備えていてもよい。

使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０を用いた使用済みイオン交換樹脂の処理方法は次のように行う。

図１に示すイオン交換基脱離工程Ｓ１００で、図２に示す反応槽１１内に使用済みイオン交換樹脂１００を収容する。この使用済みイオン交換樹脂１００は例えば、原子力発電所で冷却水の浄化や廃液処理、あるいは産業排水の処理に使用された、使用済みのイオン交換樹脂である。使用済みイオン交換樹脂１００には、例えば、Ｃｏ−６０などの放射性物質（放射性核種）、又はクロム（Ｃｒ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）等の重金属元素が吸着されている。イオン交換樹脂としては、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、これらの混床のいずれであってもよい。

次いで、使用済みイオン交換樹脂１００を収容した反応槽１１内に、鉄化合物供給装置１２によって鉄化合物を供給する。また、反応槽１１内に、過酸化水素供給装置１３によって過酸化水素水を、オゾン供給装置１４によってオゾンを、それぞれを供給する。これにより、反応槽１１内で、使用済みイオン交換樹脂が、過酸化水素、鉄化合物及びオゾンを含む反応液１に浸漬される。

このように、使用済みイオン交換樹脂１００を反応液１に浸漬させ、接触させることで、使用済みイオン交換樹脂１００の、放射性物質(放射性核種)又は重金属元素の吸着部位であるイオン交換基をイオン交換樹脂の骨格から脱離させる。以下、本実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法について、使用済みイオン交換樹脂に放射性物質(放射性核種)(以下「放射性核種」という。)が吸着された場合を例に説明するが、重金属元素が吸着された場合についても同様である。

本実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、鉄化合物は、炉水中で生じるスラッジ等、イオン交換樹脂の使用される環境下に豊富に存在するため、入手し易い。そのため、使用済みイオン交換樹脂１００の処理効率を向上させることができる。鉄化合物としては、過酸化水素と反応してラジカルを発生させる化合物であれば特に限定されない。鉄化合物としては、ラジカルを発生させやすいことから、例えば塩化鉄（ＩＩ）を用いることが好ましい。鉄化合物の供給量についても特に限定されず、例えば反応液１に対して、鉄換算で８．９×１０^−４ｍｏｌ／Ｌ程度となる量である。

過酸化水素の濃度は、イオン交換基を脱離させることのできる濃度であれば特に限定されない。過酸化水素の濃度は、例えば、鉄化合物として塩化鉄（ＩＩ）を用いる場合、反応液１の全体に対して０．６４ｍｏｌ／Ｌ程度とする。オゾンの供給量は、反応液１中にオゾンを十分に溶解させて、イオン交換基を脱離させることのできる量であれば特に限定されない。オゾンは、例えば４５ｍｍｏｌ／ｈ程度で反応槽１１に供給されればよい。

使用済みイオン交換樹脂１００と反応液１との混合比は、廃液量を低減させる観点から、反応液１（ｍＬ）／使用済みイオン交換樹脂１００（ｇ）で示される液固比で１０／１（ｍＬ／ｇ）以下であることが好ましい。

イオン交換基脱離工程Ｓ１００では、ラジカルの発生を促進する点から、反応液１を加熱器１９によって加熱してもよい。加熱温度（処理温度）は、常温（２５℃）以上９０℃以下であることが好ましく、６０℃以上９０℃以下であることがより好ましく、略８０℃であることが特に好ましい。また、このときの、浸漬時間（処理時間）は、処理される使用済みイオン交換樹脂の量や、吸着された放射性核種の量にもよるが、１時間以上程度とする。

イオン交換基脱離工程Ｓ１００において、過酸化水素とオゾンが溶解した液相に少量の鉄化合物が共存することで、ヒドロキシラジカル等のラジカルを生成する。そして、生成したラジカルによって、結合エネルギーの小さいイオン交換樹脂とイオン交換基の結合が切断されて、放射性核種の吸着したイオン交換基を脱離させる。本実施形態の、使用済みイオン交換樹脂の処理方法では、イオン交換基脱離工程Ｓ１００において、鉄化合物、過酸化水素及びオゾンを含んだ反応液１を用いることで、加圧や減圧を行うことなく、イオン交換基脱離性能を向上させることができる。また、反応液のｐＨを調整するｐＨ調整剤としての酸又は塩基を添加することなく、優れたイオン交換基脱離性能を得ることができる。そのため、使用済みイオン交換樹脂１００の処理工程や処理装置を簡素化することが可能である。

このようにして、イオン交換基脱離工程Ｓ１００において、使用済みイオン交換樹脂１００から放射性核種を吸着したイオン交換基を脱離させることで、使用済みイオン交換樹脂１００を低放射性のイオン交換樹脂（処理済みイオン交換樹脂１００）に変換することができる。処理済みイオン交換樹脂１００は、放射性核種がイオン交換基ごとイオン交換基骨格から離脱した状態となる。

次いで、再生工程Ｓ２００において、イオン交換基脱離工程Ｓ１００でイオン交換基を脱離させた反応液１を再生する。イオン交換基脱離工程Ｓ１００では、イオン交換基の脱離だけでなく、イオン交換樹脂の骨格の一部の分子鎖も切断されて分解される。イオン交換樹脂の骨格部分の分解によって、ギ酸や酢酸、イソ酪酸などの有機物成分が、分解生成物として発生する。これらの有機物成分は、例えば反応液１に溶存するＴＯＣ濃度として測定することができる。

反応液１から生成したラジカルは酸化ポテンシャルが高い(ヒドロキシラジカルの酸化ポテンシャル：２．８５Ｖ)ため、ラジカルによって、上記有機物成分がさらに分解される。このため、イオン交換基脱離工程Ｓ１００において、反応液１中の有機物成分の濃度が上昇すると、有機物成分の分解反応とイオン交換基の脱離反応がラジカルを巡って競合し、イオン交換基の脱離反応が起こりにくくなる。そのため、再生工程Ｓ２００で、イオン交換基を脱離させた反応液１を、図２に示す再生槽１５内に収容し、反応液１中の有機物成分の濃度を低下させることで、再生する。

上記したように、有機物成分は、ギ酸や酢酸、イソ酪酸などであるため、再生工程Ｓ２００は、これらの有機物成分を分解可能な方法で行う。有機物成分を分解する方法としては、反応液１に、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、ＬＥＤランプ等を用いて紫外線を照射する方法、再生装置２４によって、反応液１に有機物を分解可能な酸化剤や、ラジカルを発生させる化合物を添加して、反応液１中の有機物成分を酸化剤又はラジカルと反応させて分解する方法が挙げられる。

有機物成分とラジカルを反応させる方法では、再生槽１５内の反応液１に、鉄化合物、過酸化水素水及びオゾンを供給してラジカルを発生させて、発生したラジカルによって有機物成分を分解することができる。この際の、鉄化合物、過酸化水素水及びオゾンの供給量、処理温度については、イオン交換基脱離工程Ｓ１００と同様にすることができる。

再生工程Ｓ２００における反応液１の処理時間は特に限定されないが、例えば、ＴＯＣ濃度計２２によって再生槽１５内の反応液１中のＴＯＣ濃度を測定し、反応液１中のＴＯＣ濃度が所望の値、例えば８００ｍｍｏｌ／Ｌ以下に減少するまで行うことができる。

再生工程Ｓ２００において、反応液１を再生槽１５に送液する方法としては、例えば次のように行う。先ず、反応液１を、固形分である処理済みイオン交換樹脂１００と分離する。その後、分離した反応液１を再生槽１５に送液する。

反応槽１１内で、イオン交換基脱離工程Ｓ１００を経た反応液１を静置して、反応液１中の処理済みイオン交換樹脂１００を沈降させる。これにより、使用済みイオン交換樹脂１００から離脱した放射性核種を含む反応液１と、放射性核種の脱離後の処理済みイオン交換樹脂１００とを分離する。

この際、処理済みイオン交換樹脂１００の沈降を促進するために、凝集剤添加装置２０によって、反応槽１１内の反応液１に凝集剤を添加してもよい。凝集剤としては、反応液１中の処理済みイオン交換樹脂１００を凝集、沈降させるものであれば特に限定されない。凝集剤として例えば、硫酸アルミニウム系の凝集剤、ポリ塩化アルミニウム系の凝集剤等を用いることができる。凝集剤の添加量についても特に限定されず、例えば、反応液１の全量に対して０．５質量％以下程度とする。なお、添加された凝集剤は、イオン交換樹脂の分解生成物とともに再生工程Ｓ２００で分解される。

このように、反応槽１１内で反応液１中の処理済みイオン交換樹脂１００を沈降させた後、使用済みイオン交換樹脂１００から離脱した放射性核種を含む反応液１の上澄み液を、反応槽１１から取り出し、再生槽１５へ送液する。この際、フィルタ等を用いた固液分離装置１６によって、反応槽１１から取り出した反応液１中に残留する処理済みイオン交換樹脂１００の微細な固形分を取り除いた上で、反応液１を再生槽１５に供給することが好ましい。

（コバルト脱離試験）
図３は、コバルトを吸着した使用済みイオン交換樹脂１００を、鉄化合物、過酸化水素及びオゾンを含む反応液１に浸漬させて、コバルト脱離試験を行ったときの、浸漬時間（反応時間）と、コバルト脱離率の関係を、浸漬時間（反応時間（分））を横軸、コバルト脱離率（％）を縦軸として示すグラフである。

コバルト脱離試験は、次のように行った。試験用樹脂として、一般的に使用されている強酸性陽イオン交換樹脂を使用した。まず、試験用樹脂を硫酸コバルト溶液に浸漬し、コバルトを吸着させた。浸漬前後の液相中のコバルト濃度を測定することで試験用樹脂へのコバルト吸着量を算出した。

コバルトを吸着した試験用樹脂を反応槽に収容し、液固比（過酸化水素水の体積（ｍＬ）／試験用樹脂の質量（ｇ））１０ｍＬ／ｇで、０．６４ｍｍｏl／ｍＬの過酸化水素水、鉄換算で８．９×１０^−４ｍｍｏl／ｍＬの塩化鉄（ＩＩ）を添加した。さらに、反応槽の液相に、４５ｍｍｏl／ｈの流量でオゾンガスを供給して撹拌した。液相ｐＨの調整は行わず、液相の温度を８０℃として、大気圧下で試験を行った。この際の液相中のコバルト濃度を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法によって測定し、上記コバルト吸着量を用い、下記式によってコバルト脱離率を求めた。

コバルト脱離率＝（液相中のコバルト濃度／コバルト吸着量）×１００（％）

図４に、上記コバルト脱離試験を行った際の、反応時間と液相中のＴＯＣ濃度の関係を、浸漬時間（反応時間（分））を横軸、ＴＯＣ濃度（ｍｍｏｌ／Ｌ）を横軸として示すグラフである。図４において、液相中のＴＯＣ濃度の測定は、燃焼触媒酸化方式によって行った。

図４に示すように、反応槽１１内の反応液１中の有機物成分の量が、ＴＯＣ濃度で、１．７ｍｏｌ／ｌ（反応時間５０分）を超えると、反応液１中の有機物成分の量の増加が緩やかになる。これは、反応液１による使用済みイオン交換樹脂の分解速度が緩やかになるためである。そのため、反応液１中のＴＯＣ濃度が１．７ｍｏｌ／Ｌ以上となったときに、反応槽１１内の反応液１を再生槽１５に送液することが好ましい。これにより、反応液１を効率的に再生することができる。ＴＯＣ濃度の測定は、図２に示すＴＯＣ濃度計２１によって行うことができる。

この際、図３に示すように、反応時間５０分で、コバルト脱離率７０％を超えた後に、コバルト脱離率の上昇が緩やかになり始めている。反応槽１１内の反応液１中の放射性核種の濃度の上昇が緩やかになるのは、反応槽１１内での反応液１による使用済みイオン交換樹脂１００の分解速度が緩やかになっていることを示している。これは、図４のＴＯＣ濃度の上昇の傾向と対応している。

このように、反応液１中のＴＯＣ濃度を測定し、その測定値に応じて、反応液１を再生槽１５に送液するタイミングを決定することができる。反応液１を再生槽１５に送液する際の、反応液１中のＴＯＣ濃度の値は、反応槽１１内で発生するラジカルの濃度、反応槽１１へ供給する鉄化合物、過酸化水素、オゾンの量や、反応槽１１への反応液１の供給量、反応槽１１内の反応液１のｐＨなどによって、適宜変更することができる。

また、反応液１中の、放射性核種の濃度を測定し、測定値の上昇が緩やかになり始める際に、反応液１を再生槽１５に送液してもよい。反応槽１１内の放射性核種の濃度は、溶存元素濃度測定器によって測定することができる。

このようにして再生された反応液１は、再生槽１５から循環配管１８を介して再度反応槽１１へ供給することで、使用済みイオン交換樹脂の処理に用いることができる。

以上、本実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置によれば、鉄化合物、過酸化水素及びオゾンを含む反応液を用いて使用済みイオン交換樹脂を分解するため、処理工程や処理装置を簡素化することができる。また、使用済みイオン交換樹脂を分解した後の反応液を再生して再利用することができるため、二次廃棄物の発生量を低減させることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る使用済みイオン交換樹脂の処理方法について説明する。図５は、第２の実施形態に係る使用済みイオン交換樹脂の処理方法を概略的に示すフロー図である。第２の実施形態に係る使用済みイオン交換樹脂の処理方法は、第１の実施形態に係る使用済みイオン交換樹脂の処理方法において、さらに、オゾン回収工程を備える点で、第１の実施形態に係る使用済みイオン交換樹脂の処理方法と異なっている。その他の構成は、第１の実施形態に係る使用済みイオン交換樹脂の処理方法と同様であるため、同様の機能、構成についての重複する説明を省略する。

図５に示す使用済みイオン交換樹脂の処理方法は、イオン交換基脱離工程Ｓ１０１と、イオン交換基を脱離させた反応液１を再生する再生工程Ｓ２０１と、イオン交換基脱離工程Ｓ１０１で反応液１から放出され、反応槽１１の気相２ａ中に存在するオゾンを回収するオゾン回収工程Ｓ３０１とを備えている。

図６は、第２の実施形態に用いられる使用済みイオン交換樹脂の処理装置３０を概略的に示すブロック図である。使用済みイオン交換樹脂の処理装置３０は、第１の実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０において、反応槽１１内の、反応液１の上部の気相に存在するオゾンを回収するための、オゾン回収配管、気水分離器、分岐配管を備える点で、使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０と異なっている。その他の構成は、使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０と同様であるため、同様の機能を奏する構成は、使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０と同一の数字の末尾にアルファベットのａを付した符号で表わし、重複する説明を省略する。

図６に示す使用済みイオン交換樹脂の処理装置３０は、使用済みイオン交換樹脂１００ａを反応液１ａに浸漬してイオン交換基を脱離させる反応槽１１ａと、イオン交換基を脱離させた反応液１ａを再生する再生槽１５ａを備えている。使用済みイオン交換樹脂の処理装置３０は、再生槽１５ａ内で、反応液１ａに鉄化合物、過酸化水素及びオゾンを添加して反応液１ａ中の有機物成分を分解し、反応液１ａを再生する装置である。再生槽１５ａの下部には、再生槽１５ａ内の反応液１ａを加熱する加熱器２３が設置されている。

使用済みイオン交換樹脂の処理装置３０は、反応槽１１ａ内に、鉄化合物を供給する鉄化合物供給装置１２ａと、過酸化水素水を供給する過酸化水素供給装置１３ａと、オゾンを供給するオゾン供給装置１４ａとを備えている。鉄化合物供給装置１２ａ、過酸化水素供給装置１３ａ、オゾン供給装置１４ａは、それぞれ、再生槽１５ａ内にも、鉄化合物、過酸化水素、オゾンを供給する。鉄化合物供給装置１２ａ、過酸化水素供給装置１３ａ、オゾン供給装置１４ａは、反応槽１１ａ及び再生槽１５ａにそれぞれ接続されている。反応槽１１ａの下部には、反応槽１１ａ内の反応液１を加熱する加熱器１９ａが設置されている。また、反応槽１１ａは、反応槽１１ａ内に凝集剤を添加する凝集剤添加装置２０ａを備えている。凝集剤添加装置２０ａは必須ではなく、必要に応じて設置される。

反応槽１１ａの上部は気密に封止され、反応槽１１ａの上部には、反応槽１１ａ内の反応液１ａを再生槽１５ａに送液する送液配管１７ａと、再生槽１５ａ内で再生された反応液１ａを反応槽１１ａに送液する循環配管１８ａとが接続されている。送液配管１７ａには、固液分離装置１６ａが介設されている。

使用済みイオン交換樹脂の処理装置３０において、反応槽１１ａの上部には、反応槽１１ａ内で反応液１ａから放出されたオゾンを回収し、オゾン供給装置１４ａに導入するオゾン回収配管４０が接続されている。オゾン回収配管４０の経路には、気水分離装置４１が介設されている。オゾン回収配管４０の気水分離装置４１よりも下流側には、回収されたオゾンを再生槽１５ａに導入する分岐配管４２が接続されている。

反応槽１１ａ及び再生槽１５ａの内部には、それぞれ、反応槽１１ａ、再生槽１５ａ内の反応液１ａ中のＴＯＣ濃度を測定するＴＯＣ濃度計２１ａ、２２ａが設置されている。また、反応槽１１ａはＴＯＣ濃度計２１ａに代えて、又はＴＯＣ濃度計２１ａに加えてさらに、溶存元素濃度測定器を備えていてもよい。

使用済みイオン交換樹脂の処理装置３０を用いた使用済みイオン交換樹脂の処理方法は次のように行う。

第１の実施形態と同様に、図５に示すイオン交換基脱離工程Ｓ１０１で、図６に示す反応槽１１ａに内に使用済みイオン交換樹脂１００ａを収容する。次いで、反応槽１１ａ内に、鉄化合物供給装置１２ａ、過酸化水素供給装置１３ａ、オゾン供給装置１４ａによってそれぞれ鉄化合物、過酸化水素水、オゾンを供給する。これにより、反応槽１１内で、使用済みイオン交換樹脂１００ａが、過酸化水素、鉄化合物及びオゾンを含む反応液１ａに浸漬され、接触される。

使用済みイオン交換樹脂１００ａが過酸化水素、鉄化合物及びオゾンを含む反応液１ａに浸漬されることで、使用済みイオン交換樹脂１００ａから放射性核種を離脱させ、使用済みイオン交換樹脂１００ａを低放射性のイオン交換樹脂（処理済みイオン交換樹脂１００ａ）に変換することができる。処理済みイオン交換樹脂１００ａは、放射性核種がイオン交換基ごとイオン交換基骨格から離脱した状態となる。

次いで、図５に示す再生工程Ｓ２０１で、図６に示す反応槽１１ａ内で使用済みイオン交換樹脂１００ａの分解に用いられた反応液１ａを、処理済みイオン交換樹脂１００ａと分離し、その後、再生槽１５ａに送液する。次いで、再生槽１５ａ内に、鉄化合物供給装置１２ａ、過酸化水素供給装置１３ａ、オゾン供給装置１４ａを用いてそれぞれ、鉄化合物、過酸化水素水、オゾンを供給する。これにより、再生槽１５ａ内の反応液１ａに含まれる有機物成分が、過酸化水素、鉄化合物及びオゾンを混合することで発生するラジカルにより分解される。

また、イオン交換基脱離工程Ｓ１０１の後に、図５に示すオゾン回収工程Ｓ３０１で、反応槽１１ａ内の反応液１ａの上方の気相２ａ部分に存在する未反応のオゾンを、オゾン回収配管４０を介してオゾン供給装置１４ａに移送する。オゾン回収配管４０により回収されたオゾンは、オゾン供給装置１４ａにおいて発生させたオゾンと混合され、オゾン濃度を調整した上で、反応槽１１ａに供給される。この際、反応槽１１ａから回収されたオゾンは、気水分離装置４１に通気して、オゾンに含まれる水分を除去した後に、オゾン供給装置１４ａに送ることが好ましい。
なお、本実施形態においてオゾン回収工程Ｓ３０１は、イオン交換基脱離工程Ｓ１０１の後に行う態様に限定されず、イオン交換基脱離工程Ｓ１０１と同時に行ってもよい。

また、オゾン回収工程Ｓ３０１において回収したオゾンを、分岐配管４２を介して再生槽１５ａに導入することが好ましい。これにより、イオン交換基脱離工程Ｓ１０１における未反応のオゾンを反応液１ａの再生に使用することができるため、使用済みイオン交換樹脂１００ａの処理効率を向上させることができる。

以上、本実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置によれば、鉄化合物、過酸化水素及びオゾンを含む反応液を用いて使用済みイオン交換樹脂を分解するため、処理工程や処理装置を簡素化することができる。また、使用済みイオン交換樹脂を分解した後の反応液を再生して再利用することができ、また、未反応のオゾンを、使用済みイオン交換樹脂の分解、及び反応液の再生に用いることができるため、二次廃棄物である廃液の発生量を低減し、かつオゾン排気ガス量を低減することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，１ａ…反応液、２ａ…気相、１０，３０…使用済みイオン交換樹脂の処理装置、１１，１１ａ…反応槽、１２，１２ａ…鉄化合物供給装置、１３，１３ａ…過酸化水素供給装置、１４，１４ａ…オゾン供給装置、１５，１５ａ…再生槽、１６，１６ａ…固液分離装置、１７，１７ａ…送液配管、１８，１８ａ…循環配管、１９，１９ａ，２３…加熱器、２０，２０ａ…凝集剤添加装置、２１，２１ａ…全有機炭素濃度計、４０…オゾン回収配管、４１…気水分離装置、４２…分岐配管、１００，１００ａ…使用済みイオン交換樹脂、Ｓ１００，Ｓ１０１…イオン交換基脱離工程、Ｓ２００，Ｓ２０１…再生工程、Ｓ３０１…オゾン回収工程。

Claims (9)

1. 放射性核種又は重金属元素をイオン交換基に吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理方法であって、
   反応槽内において、前記使用済みイオン交換樹脂を、過酸化水素、鉄化合物及びオゾンを含む反応液と接触させて、前記イオン交換基を脱離させるイオン交換基脱離工程と、
   再生槽内において、前記イオン交換基を脱離させた前記反応液を再生する再生工程とを備え、
   前記再生工程において、前記反応槽内の前記反応液中の前記放射性核種又は重金属元素の濃度を測定し、当該測定された濃度に応じて前記反応槽内の前記反応液を前記再生槽に送液することを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
2. 放射性核種又は重金属元素をイオン交換基に吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理方法であって、
   反応槽内において、前記使用済みイオン交換樹脂を、過酸化水素、鉄化合物及びオゾンを含む反応液と接触させて、前記イオン交換基を脱離させるイオン交換基脱離工程と、
   再生槽内において、前記イオン交換基を脱離させた前記反応液を再生する再生工程と、
   前記反応槽内の気相中に存在する前記オゾンを回収するオゾン回収工程と
   を備えることを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
3. 前記再生工程において、前記イオン交換基を脱離させた前記反応液中に含まれる有機物成分を分解することを特徴とする請求項１又は２記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
4. 前記再生工程において、前記反応液に過酸化水素、鉄化合物及びオゾンを添加して前記有機物成分を分解することを特徴とする請求項３記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
5. 前記再生工程において、前記反応槽内の前記反応液中の全有機炭素濃度が１．７ｍｏｌ／Ｌ以下になったときに前記反応槽内の前記反応液を前記再生槽に送液することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
6. 前記反応槽内の前記反応液と前記反応液に含まれる固形成分を固液分離する工程を備え、
   前記固液分離された前記反応液を前記再生槽に送液することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
7. 前記反応槽内の前記反応液に凝集剤を添加して、前記固形成分を凝集させることを特徴とする請求項６記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
8. 放射性核種又は重金属元素をイオン交換基に吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理装置であって、
   前記使用済みイオン交換樹脂と、鉄化合物、過酸化水素及びオゾンを含む反応液とを内部に収容して、前記イオン交換基を脱離させる反応槽と、
   前記反応槽に前記鉄化合物を供給する鉄化合物供給装置と、
   前記反応槽に前記過酸化水素を供給する過酸化水素供給装置と、
   前記反応槽に前記オゾンを供給するオゾン供給装置と、
   前記イオン交換基を脱離させた反応液を収容し、再生する再生槽と、
   前記反応槽内の前記反応液中の前記放射性核種又は重金属元素の濃度を測定する溶存元素濃度測定器と、
   当該測定された濃度に応じて前記反応槽内の前記反応液を前記再生槽に送液する送液配管と
   を備えることを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処理装置。
9. 放射性核種又は重金属元素をイオン交換基に吸着した使用済みイオン交換樹脂を処理する使用済みイオン交換樹脂の処理装置であって、
   前記使用済みイオン交換樹脂と、鉄化合物、過酸化水素及びオゾンを含む反応液とを内部に収容して、前記イオン交換基を脱離させる反応槽と、
   前記反応槽に前記鉄化合物を供給する鉄化合物供給装置と、
   前記反応槽に前記過酸化水素を供給する過酸化水素供給装置と、
   前記反応槽に前記オゾンを供給するオゾン供給装置と、
   前記イオン交換基を脱離させた反応液を収容し、再生する再生槽と、
   前記反応槽内の気相中に存在する前記オゾンを回収するオゾン回収配管と
   を備えることを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処理装置。

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