JP6415095B2 - 除染廃液の処理システム及びその処理方法 - Google Patents
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Description
本発明による実施例に係る廃液処理システムを、原子力発電プラントに適用した場合について、図面を参照して説明する。原子力発電プラントの原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、一次系全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って二次冷却材と熱交換させることにより蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉(PWR:Pressurized Water Reactor)である。なお、本実施例は、PWRに限らず、これを改良した改良型加圧水型原子炉(APWR:Advanced Pressurized Water Reactor)または沸騰水型原子炉(BWR:Boiling Water Rector)に適用することができる。また、放射線取扱い施設にも適用可能である。
なお、以下の実施例でも同様の除染対象物であるので、これらの説明は省略する。
図1は、本発明の実施例1に係る除染廃液の処理システムを示す概略図である。図2に示すように、第1の除染廃液の処理システム10Aは、原子炉設備の除染対象物11を除染するためのものである。本実施例に係る除染廃液の処理システム10Aは、原子炉設備の除染対象物11に薬剤12を循環させる除染廃液循環ラインL11と、除染廃液循環ラインL11に、薬剤12(12A、12B)を供給する薬剤供給部(第1薬剤(酸化剤)供給部13A、第2薬剤(除染剤)供給部13B)13と、除染廃液循環ラインL11から除染対象物11で用いた薬剤12から生じた除染廃液14を抜き出し、除染廃液循環ラインL11に再度戻す除染廃液処理ラインL21と、除染廃液処理ラインL21に設けられ、除染廃液14を電析処理する複数の副電極21を有する電解槽22と、除染廃液処理ラインL21の電解槽22の後流側に設けられ、除染廃液14に含まれる有機酸を少なくとも吸着するアニオン樹脂23aを有するアニオン樹脂槽23と、を備えるものである。
廃液処理システムは、除染廃液処理ラインL21と、この除染廃液処理ラインL21に配置されるフィルタ(分離部)31と、副電極21を有する電解槽22と、アニオン樹脂23aを有するアニオン樹脂槽23と、電解槽22とアニオン樹脂槽23との間で除染廃液14を抜出し、アニオン樹脂槽23をバイパスするバイパスラインL22と、を備える。
図2は、副電極を有する電解槽の構成図である。
図2に示すように、電解槽22は、一対のアノード22Aおよびカソード22Bを有する主電極と、電解槽本体22a内に充填された複数の活性炭の副電極21とからなり、主電極22A、22B間に電位をかけると、複数の活性炭の副電極21の粒ごとに分極し、正負の帯電が生じる。
そして、副電極21の陰極部分にプラスの金属イオンが析出する。この結果、電解槽本体22aに導入された除染廃液14中の金属イオンが金属析出物32として回収される。また、個々の副電極21の粒子が多数集合されたものであるので、金属析出の表面積が大きいものとなり、回収率が向上する。
副電極21は、その直径が数mm程度で、その形状は球体、直方体、立方体、円柱体などである。
主電極陽極(アノード)22Aの材料としては、例えば白金、炭素、グラファイト、炭素複合材、白金めっきチタンなどを挙げることができる。また、主電極陰極(カソード)22Bの材料としては、例えば白金、炭素、グラファイト、ステンレス、ニッケル、ハステロイ(登録商標)などを挙げることができる。
これにより、従来はアニオン樹脂およびカチオン樹脂で全て処理していた除染廃液14中の金属イオンと有機酸の含有量が低下するので、後流側に設置する樹脂の使用量の低下を図ることができる。
図3は、本実施例に係る除染廃液の処理方法を適用した除染方法の手順の一例を示すフローチャートであり、図4−1は、酸化剤を添加している酸化剤供給工程における状態を示す説明図であり、図4−2は、酸化剤を含む除染廃液の浄化工程における状態を示す説明図であり、図4−3は、還元工程における状態を示す説明図であり、図4−4は、浄化工程における状態を示す説明図である。なお、図4−1〜図4−4中の太線は、各工程における除染廃液14(14A、14B)の流れの状態を示す。
アニオン樹脂槽23を通過後の除染廃液14Bは、除染廃液処理ラインL21を通って除染廃液循環ラインL11に戻される。
なお、最終除染後処理後の廃液は、図示しない排出ラインを介して除染廃液処理ラインL21の一部より、外部へ排出される。
図9に示すように、電解槽22での電析時間(Hr)の経過により、第1薬剤12Aの酸化剤由来の金属イオン(Mn)の濃度が低下すると共に、クラッド由来の金属イオン(Fe、Ni、Cr)の濃度が低下しており、これに伴いカチオン除去率が時間と共に上昇している。ここで、電析時間とは、除染廃液処理ラインL21に設けた電解槽22を循環して通過する時間である。
図5−1、図5−2は、本発明の実施例2に係る除染廃液の処理システムを示す概略図である。図5−1、図5−2に示すように、第2の除染廃液の処理システム10Bは、実施例1と同様に原子炉設備の除染対象物11を除染するためのものであり、実施例1において、さらに電解槽22の後流側にカチオン樹脂槽24を配置している。
そして、バルブV26を閉じ、電解槽22で電析処理した後の除染廃液14Aを第2バイパスラインL23に送り、この第2バイパスラインL23に設置したカチオン樹脂24aを有するカチオン樹脂槽24を通過させることで、残存する金属イオンをさらに吸着処理するようにしている。
これは、除染廃液14中に金属イオンが極微量存在する場合には、電解槽22での電析処理効率が悪い場合がある。このような場合、例えば除染廃液14中の電気伝導度を計測し、この電気伝導度の値が所定の閾値以下の場合には、極微量の金属イオンとなっていると判断して、電解槽22での電析を停止する。
その代わり、電解槽22の前流側のバルブV28を閉じ、除染廃液14Aを第3バイパスラインL24に送り、この第3バイパスラインL24と連通する第2バイパスラインL23に設けたカチオン樹脂槽24を通過させ、残存する極微量の金属イオンを吸着処理するようにしている。
この結果、無駄に電解槽22に通電することが無くなるので、電気代が省略でき、除染廃液の処理コストの低廉化を図ることができる。
そして第2薬剤12Bの除染廃液14Bを処理する場合、残存する金属イオンの電析処理と共に有機酸も分解処理することとなるので、除染廃液14B中の有機酸の濃度も低下することとなり、アニオン樹脂槽23でのアニオン樹脂23aの使用量の低減を図ることができる。
この結果、従来における全て樹脂を用いた処理の場合と較べて、保管する汚染樹脂量を大幅に低減させることができる。
図6は、本発明の実施例3に係る除染廃液の処理システムを示す概略図である。図6に示すように、第3の除染廃液の処理システム10Cは、実施例2と同様に原子炉設備の除染対象物11を除染するためのものであり、実施例2において、さらにアニオン樹脂槽23の後流側に、カチオン樹脂とアニオン樹脂とを混床した混床樹脂槽25を配置している。図6中、符号V29はバルブを図示する。
ここで、混床樹脂槽25を構成するカチオン樹脂とアニオン樹脂との混合比率は除染廃液の性状に応じて適宜設定される。
この混床樹脂槽25の設置により、アニオン樹脂槽23で吸着処理された後の除染廃液14B中に残存する金属イオンおよび有機酸などをさらに吸着処理することができる。
図7は、本発明の実施例4に係る除染廃液の処理システムを示す概略図である。図7に示すように、第4の除染廃液の処理システム10Dは、実施例3においてアニオン樹脂槽23の後流側に設置した混床樹脂槽25を、除染廃液14Bを外部へ排出するための排出ラインL31に配置するようにしている。なお、混床樹脂槽25の前後にはバルブV31、V32が設けられている。図6中、符号V33はバルブを図示する。
実施例3の第3の除染システムでは、アニオン樹脂槽23の後流側に混床樹脂槽25を設置しているので、常に除染廃液14Bが、除染廃液処理ラインL21を循環する毎に、混床樹脂槽25を通過することとなる。このため、除染廃液14B中の金属イオンと有機酸との割合がアンバランスの場合、例えば第1薬剤として過マンガン酸を用いて金属イオン(Mn)の割合が多い場合には、カチオン樹脂のみが最初に破過することとなる。この一方のカチオン樹脂が破過した結果、まだ混床樹脂槽25中のアニオン樹脂側では吸着能力を有するにもかかわらず、混床樹脂25aを全部交換する必要がある。この結果、交換した廃棄樹脂は保管処理する必要があるので、処理能力を有する混床樹脂の廃棄樹脂の保管量が増大することとなる。
これにより、最終処理後の除染廃液14B中に残存する金属イオンおよび有機酸などを吸着処理することができる。
図8−1〜図8−3は、本発明の実施例5に係る除染廃液の処理システムを示す概略図である。第5の除染廃液の処理システム10Eは、実施例1乃至4のような電解槽22を備えるものではなく、除染廃液を樹脂により処理している。
図8−1に示すように、第5の除染廃液の処理システム10Eは、原子炉設備の除染対象物11に薬剤12(12A、12B)を循環させる除染廃液循環ラインL11と、除染廃液循環ラインL11に、薬剤12(12A、12B)を供給する薬剤供給部(第1薬剤(酸化剤)供給部13A、第2薬剤(除染剤)供給部13B)13と、除染廃液循環ラインL11から除染対象物11で用いた薬剤12(12A、12B)から生じた除染廃液14(14A、14B)を抜き出し、除染廃液循環ラインL11に再度戻す除染廃液処理ラインL21と、除染廃液処理ラインL21に設けられ、除染廃液14に存在する金属イオンを吸着するカチオン樹脂24aを有するカチオン樹脂槽24と、カチオン樹脂槽24の後流側に設けられ、除染廃液14に含まれる有機酸を少なくとも吸着するアニオン樹脂23aを有するアニオン樹脂槽23と、除染廃液処理ラインL21のアニオン樹脂槽23の後流側から系外に処理液を排出する排出ラインL31に設けられ、カチオン樹脂24aとアニオン樹脂24aとを混合した混床樹脂25aを有する混床樹脂槽25と、を備える。なお、混床樹脂槽25の前後にはバルブV31、V32が設けられている。
そして、除染廃液循環ラインL11に第2薬剤12Bを供給して原子炉設備の除染対象物11に除染剤を供給する(除染剤供給工程)。これにより、原子炉設備の除染対象物11に付着した付着物に含まれる鉄(Fe)系酸化物、ニッケル(Ni)系酸化物などは第2薬剤12B中に溶解・除去され、除染廃液14Bは除染廃液循環ラインL11に循環させる。また、この際Cr酸化物と未反応の第1薬剤12Aの過マンガン酸を還元する。
アニオン樹脂槽23を通過後の除染廃液14Bは、除染廃液処理ラインL21を通って除染廃液循環ラインL11に戻される。
これにより、最終処理後の除染廃液14B中に残存する金属イオンおよび有機酸などを吸着処理することができる。
11 原子炉設備の除染対象物
12 薬剤
12A 第1薬剤
12B 第2薬剤
13 薬剤供給部
13A 第1薬剤供給部
13B 第2薬剤供給部
14(14A、14B) 除染廃液
21 副電極
22 電解槽
22a 電解槽本体
22A 主電極(アノード)
22B 主電極(カソード)
23 アニオン樹脂槽
23a アニオン樹脂
24 カチオン樹脂槽
24a カチオン樹脂
25 混床樹脂槽
25a 混床樹脂
31 フィルタ
32 金属析出物
L11 除染廃液循環ライン
L21 除染廃液処理ライン
L22 第1バイパスライン
L23 第2バイパスライン
L24 第3バイパスライン
L31 排出ライン
Claims (10)
- 原子炉設備の除染対象物に薬剤を循環させる除染廃液循環ラインと、
前記除染廃液循環ラインに、前記薬剤を供給する薬剤供給部と、
前記除染廃液循環ラインから前記除染対象物で用いた薬剤から生じた除染廃液を抜き出し、前記除染廃液循環ラインに再度戻す除染廃液処理ラインと、
前記除染廃液処理ラインに設けられ、前記除染廃液を電析処理するアノードおよびカソードを有する主電極と、粒子状の複数の副電極とを有する電解槽と、
前記除染廃液処理ラインの前記電解槽の後流側に設けられ、前記除染廃液に含まれる有機酸を少なくとも吸着するアニオン樹脂を有するアニオン樹脂槽と、を備えてなり、
前記主電極の前記アノードおよび前記カソード間に電位をかけ、複数の前記副電極の粒子ごとに分極させて正負の帯電を生じさせ、前記副電極の陰極部分にプラスの金属イオンを析出させ、前記電解槽内に導入された前記除染廃液中の金属イオンを金属析出物として回収することを特徴とする除染廃液の処理システム。 - 請求項1において、
前記除染廃液処理ラインの前記電解槽の後流側に設けられ、前記除染廃液に存在する金属イオンを吸着する金属イオン吸着体を有する金属イオン除去槽を備えることを特徴とする除染廃液の処理システム。 - 請求項2において、
前記除染廃液処理ラインの前記電解槽をバイパスし、前記除染廃液を金属イオン除去槽に直接供給する第1バイパスラインを備えることを特徴とする除染廃液の処理システム。 - 請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
前記除染廃液処理ラインの前記アニオン樹脂槽の後流側に、金属イオン吸着体とアニオン樹脂とを混合した混床樹脂を有する混床樹脂槽を備えることを特徴とする除染廃液の処理システム。 - 請求項1乃至4のいずれか一つにおいて、
前記除染廃液処理ラインの前記アニオン樹脂槽の後流側から系外に処理液を排出する排出ラインに、金属イオン吸着体とアニオン樹脂とを混合した混床樹脂を有する混床樹脂槽を備えることを特徴とする除染廃液の処理システム。 - 原子炉設備の除染対象物に薬剤を循環させる薬剤循環工程と、
前記薬剤循環工程において、前記除染対象物で用いた薬剤から生じた除染廃液を抜き出し、前記薬剤循環工程に再度戻す除染廃液処理工程と、
前記除染廃液処理工程において、前記除染廃液を電析処理するアノードおよびカソードを有する主電極と、粒子状の複数の副電極を有する電解槽により電析処理する電析工程と、
前記電析工程の後流側において、前記除染廃液に含まれる有機酸を少なくとも吸着するアニオン樹脂吸着工程と、を有し、
前記主電極の前記アノードおよび前記カソード間に電位をかけ、複数の前記副電極の粒子ごとに分極させて正負の帯電を生じさせ、前記副電極の陰極部分にプラスの金属イオンを析出させ、前記電解槽内に導入された前記除染廃液中の金属イオンを金属析出物として回収することを特徴とする除染廃液の処理方法。 - 請求項6において、
前記電析工程の後流側において、前記除染廃液に存在する金属イオンを吸着する金属イオン吸着体による金属イオン除去工程を有することを特徴とする除染廃液の処理方法。 - 請求項7において、
前記電析工程を行うことなく、前記除染廃液を金属イオン吸着工程で処理することを特徴とする除染廃液の処理方法。 - 請求項6乃至8のいずれか一つにおいて、
前記アニオン樹脂吸着工程の後流側に、金属イオン吸着体とアニオン樹脂とを混合した混床樹脂による吸着工程を有することを特徴とする除染廃液の処理方法。 - 請求項6乃至9のいずれか一つにおいて、
前記除染廃液処理工程の前記アニオン樹脂吸着工程の後流側から系外に処理液を排出する排出工程において、金属イオン吸着体とアニオン樹脂とを混合した混床樹脂による吸着工程を有することを特徴とする除染廃液の処理方法。
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