JP6840650B2 - 放射性コンクリートスラッジを含む排水の浄化方法及び浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射性コンクリートスラッジを含む排水の浄化方法及び浄化装置に関する。

一般的な建設現場等におけるコンクリート構造物の解体・切断時には、ダスト発生防止のために水散布が行われる。この際、コンクリートや金属粉を含む切削排水が発生する。一般的な建設現場等で発生する切削排水は、沈降分離によって上澄み液と沈降物に分離され、上澄み液は排水され、沈降物は開放系で輸送可能な状態まで脱水・乾燥処理される。また、上記沈降分離において、固形分を沈降しやすくするために、有機系高分子剤を添加することも行われる。

コンクリート構造物が原子力施設である場合、廃炉工事などによる、その解体・切断時には、放射性の切削排水が大量に発生することが予想される。このような放射性切削排水の処理においては、切削排水が放射性物質を含むため、安全上、一般建設現場等で行われるような開放系での処理ができない。また、固形分を沈降しやすくするために、有機系高分子剤を添加した場合、固形分中に混在する有機系高分子剤が分解することが考えられ、長期の安全性を担保できないおそれがある。

このような放射性切削排水の浄化方法として、放射性コンクリートスラッジを含む廃液を脱水処理し、その後中和処理して放流する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−３３３４９６号公報

切削排水には、コンクリートのスラッジが含まれているため、固形分濃度が高い（例えば、１０ｇ／Ｌ程度）ことや、ｐＨが高いという特徴がある。このような、コンクリートスラッジを含む排水を脱水処理する場合、液中に溶解された、コンクリート由来のカルシウムが浮遊物質となるため、ろ過性が悪いという課題があった。一方、放射性物質を含む排水に中和処理を施して、カルシウムを固形化し、その後、ろ過しようとすると、中和によって排水のｐＨが下がり、固形分中に含有された放射性物質が溶解して液中に溶出するという課題があった。

本発明は、放射性のコンクリートスラッジを含む排水の処理に際して、排水のろ過性を向上させるとともに、放射性物質を固形分中に固定化することのできる放射性コンクリートスラッジを含む排水の浄化方法及び浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の排水浄化方法の一態様は、放射性コンクリートスラッジを含む排水の浄化方法であって、前記排水に凝集剤及び吸着剤を添加する添加工程と、前記凝集剤及び吸着剤の添加された排水を固液分離する固液分離工程とを具備する。さらに、前記添加工程において、前記排水にろ過助剤を添加する。

本発明の排水浄化装置の一態様は、放射性コンクリートスラッジを含む排水を処理する排水浄化装置であって、前記排水を収容する収容槽と、前記収容槽内の排水に凝集剤を添加する凝集剤添加装置と、前記収容槽内の排水に吸着剤を添加する吸着剤添加装置と、前記収容槽内の排水にろ過助剤を添加するろ過助剤添加装置と、前記凝集剤、前記吸着剤、及び、前記ろ過助剤の添加された排水を固液分離する固液分離装置とを具備する。

本発明によれば、放射性のコンクリートスラッジを含む排水の処理に際して、排水のろ過性を向上させるとともに、放射性物質を固形分中に固定化することのできる放射性コンクリートスラッジを含む排水の浄化方法及び浄化装置を提供できる。

実施形態に係る排水浄化方法を概略的に示すフロー図である。 実施形態に係る排水浄化装置を概略的に示すブロック図である。 変形例に係る排水浄化装置を概略的に示すブロック図である。 排水に、凝集剤、吸着剤を添加した際のろ過比抵抗の変化を表すグラフである。 排水に、凝集剤、吸着剤、ろ過助剤を添加した際のろ過比抵抗の変化を表すグラフである。 ろ過助剤の種類と、ろ過比抵抗の関係を表すグラフである。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る排水浄化方法を概略的に示すフロー図である。図１に示すように、本実施形態に係る排水浄化方法は、放射性コンクリートスラッジを含む排水（以下、単に「排水」という。）１に、凝集剤と吸着剤を添加する添加工程Ｓ１０と、凝集剤と吸着剤の添加された排水１を固液分離して排水１中の固形分２を分離する固液分離工程Ｓ２０とを有している。

また、図２は、本実施形態に係る排水浄化装置１０を概略的に示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る排水浄化装置１０は、排水１を収容する収容槽１１と、収容槽１１内の排水１に凝集剤４を添加する凝集剤添加装置１４と、収容槽１１内の排水１に吸着剤５を添加する吸着剤添加装置１５と、凝集剤４及び吸着剤５の添加された排水１を固液分離する固液分離装置１３を備えている。

排水１は、放射性コンクリートスラッジを含む排水である。排水１は、例えば、原子力施設等、放射性のコンクリート構造物を切断する際に発生し、コンクリートスラッジと水とを含む。また、コンクリートスラッジには放射性物質が含まれている。このような放射性物質としては、例えば、放射性の鉄（Ｆｅ）、セシウム（Ｃｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、マンガン（Ｍｎ）、ユーロピウム（Ｅｕ）等である。

本実施形態に係る排水浄化方法では、図２に示す収容槽１１内に排水１が収容され、凝集剤添加装置１４によって、収容槽１１内の排水１に凝集剤４が添加される。また、吸着剤添加装置１５によって、収容槽１１内の排水１に吸着剤５が添加される（添加工程Ｓ１０）。

添加工程Ｓ１０における凝集剤４と吸着剤５の添加順序は、収容槽１１内で排水１、凝集剤４及び吸着剤５が混合されれば、いずれが先であっても、又は、同時であってもよい。

凝集剤４は排水１中に溶解された、コンクリート由来のカルシウムを主成分とする浮遊物質を凝集させる。凝集剤４は例えば、無機系凝集剤であり、ＣａＯ、ＳＯ_３を主成分としてＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３を含む無機系凝集剤を使用することができる。凝集剤４としては、浮遊物質の凝集性能が高い点で、ＣａＯを４０〜５０質量％、ＳＯ_３を２５〜４０質量％、ＳｉＯ_２を０〜２０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３を０〜１５質量％の割合で含む無機系の凝集剤が好ましい。凝集剤４としては、浮遊物質の凝集性能が高く、廃水１のろ過性を向上させる点で、ＣａＯを４４質量％とＳＯ_３を２７質量％とＳｉＯ_２を１６質量％含む凝集剤、ＣａＯを４２質量％とＳＯ_３を４０質量％とＳｉＯ_２を８質量％含む凝集剤、ＣａＯを４２質量％とＳＯ_３を３５質量％とＡｌ_２Ｏ_３を９％含む凝集剤が特に好ましい。

排水１に添加する凝集剤４の量は、排水１中の浮遊物質の量にもよるが、たとえば、凝集剤４と排水１の液固比（排水１／凝集剤４（ｍＬ／ｇ））で２００（ｍＬ／ｇ）程度である。

吸着剤５は、排水１中の放射性物質を吸着する。また、吸着剤５によって、ろ過比抵抗を低減する効果も得られる。吸着剤５としては、ゼオライト系の吸着剤、チタン酸塩あるいはケイチタン酸塩を使用することができる。ゼオライト系の吸着剤としては、例えば、モルデナイト、チャバサイト、Ａ型ゼオライトが挙げられる。

上述した中でも、ゼオライト系の吸着剤は、Ｃｓ、Ｃｏに対する吸着性能が高い。また、ケイチタン酸系の吸着剤は、Ｃｓに対する吸着性能が高く、チタン酸系の吸着剤は、Ｆｅ、Ｃｏに対する吸着性能が高い。そのため、ゼオライト系の吸着剤、ケイチタン酸塩又はチタン酸塩が好適に使用される。

吸着剤５の形状は、粒状（ペレット状）、粉末状、不定形状などであり、特に限定されない。吸着剤５は粉末状であると、放射性物質に対する吸着性能が高いため好ましい。また、粉末状の吸着剤５を用いることで、排水１中の放射性物質に対する吸着性能を向上させることができる。粉末状の吸着剤５の平均粒子径Ｄ５０は、例えば、２０μｍ以下であることが好ましく０．５〜０．６μｍ程度がより好ましい。ここでの吸着剤の平均粒子径は個数基準による平均粒子径（Ｄ５０）であり、レーザ回折式粒子径分布測定装置によって測定することができる。

排水１に添加する吸着剤５の量は、排水１中の放射性物質の量にもよるが、例えば、吸着剤５と排水１の液固比（排水１／吸着剤５（ｍＬ／ｇ））で２００（ｍＬ／ｇ）程度である。

次いで、図２に示す固液分離装置１３によって、凝集剤４と吸着剤５を含む排水１が固液分離される。これにより、排水１は、固形分２と、固形分２の除去された上澄み液３に分離される（固液分離工程Ｓ２０）。固液分離装置１３としては、フィルタープレス装置等が用いられる。この際、添加工程Ｓ１０において、排水１中の浮遊物質が凝集剤４により凝集されて固形化されることによって、液中の浮遊物質が低減されているため、凝集剤４を添加せずに固液分離を行う場合に比べてろ過性が向上される。また、コンクリートスラッジに含有されて排液１中に溶出した放射性物質は、吸着剤５に吸着されて固形化される。

固形分２中には、コンクリートスラッジのほか、排水１中に溶解していて、吸着剤５に吸着された放射性物質が含まれる。固形分２は、安定化処理（Ｓ３０）された後、保管ないし貯蔵される。

上澄み液３は、さらに、必要に応じて、吸着剤等によって上澄み液３中に残留する放射性物質が吸着除去され、さらに、ろ過処理（Ｓ４０）されるなどの後処理が施されて環境排水基準を満たした後、保管または放出される。

以上説明した本実施形態の排水の浄化方法及び浄化装置によれば、放射性のコンクリートスラッジを含む排水の処理に際して、排水に凝集剤及び吸着剤を添加した後に固液分離をすることで、排水のろ過性を向上させるとともに、放射性物質を固形分中に固定化することができる。

次に、図１及び図３を参照して、第１の実施形態に係る排水浄化方法の変形例について説明する。本変形例の排水浄化方法は、添加工程Ｓ１０において、排水１に、凝集剤４と吸着剤５と、さらに、ろ過助剤６を添加する点で第１の実施形態に係る排水浄化方法と異なるが、その他の工程は第１の実施形態に係る排水浄化方法と同様である。図３は、本変形例の排水浄化方法に用いられる排水浄化装置２０を概略的に表す図である。図３に示す排水浄化装置２０は、図１に示す排水浄化装置１０にさらに、排水１にろ過助剤６を添加するろ過助剤添加装置１６を有する点で、排水浄化装置１０と異なっているが、その他の構成は排水浄化装置１０と同様である。そのため、第１の実施形態と共通する工程及び構成については重複する説明を省略する。

本変形例の排水浄化方法は、添加工程Ｓ１０において、排水１に、凝集剤４と吸着剤５と、さらに、ろ過助剤６を添加する。ろ過助剤６を添加することで、凝集剤４と吸着剤５を添加した排水１のろ過性をより向上させることが可能である。

ろ過助剤６は、例えば、排水１のろ過性を向上させ、また、フィルタープレス等のろ材表面に堆積される浮遊物質層内に排水１の流路を形成することで、ろ過速度を向上させることができる。ろ過助剤６としては、珪藻土やパーライトなどＳｉＯ_２を主成分とする鉱物、セルロース等を使用することができる。珪藻土としては、珪藻土に少量の炭酸ナトリウムを添加して焼成して得られる融剤焼成珪藻土や、珪藻土に含まれる有機物を分解除去するために珪藻土を焼成して得られる焼成珪藻土であってもよい。

珪藻土は、例えば、ＳｉＯ_２の含有割合が８５質量％程度で、これ以外にＡｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯなどを含んでいる。また、パーライトは、ＳｉＯ_２の含有割合が７５質量％程度、Ａｌ_２Ｏ_３が１４質量％程度で、その他、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、ＭｇＯ等を含んでいる。セルロースは、例えば、木材を高度に精製し微細化して得られる。

上述した中でも、ろ過助剤としては、排水１のろ過比抵抗を下げてろ過性を向上させる点で、焼成珪藻土又は融剤焼成珪藻土が好ましく、融剤焼成珪藻土が特に好ましい。

排水１に添加するろ過助剤６の量は、排水１中の浮遊物質の量にもよるが、例えば、ろ過助剤６と排水１の液固比（排水１／ろ過助剤６（ｍＬ／ｇ））で１３０（ｍＬ／ｇ）程度である。

凝集剤４、吸着剤５及びろ過助剤６の添加された排水１は、第１の実施形態と同様に、図２に示す固液分離装置１３によって固液分離される。これにより、排水１は、固形分２と、固形分２の除去された上澄み液３に分離される（固液分離工程Ｓ２０）。

固形分２は、安定化処理（Ｓ３０）された後、保管ないし貯蔵される。上澄み液３は、さらに、必要に応じて、吸着剤等によって上澄み液３中に残留する放射性物質が吸着除去され、さらに、ろ過処理（Ｓ４０）されるなどの後処理が施されて環境排水基準を満たした後、放出される。

以上説明した本実施形態の排水の浄化方法及び浄化装置の変形例によれば、放射性のコンクリートスラッジを含む排水の処理に際して、排水に凝集剤４、吸着剤５及びろ過助剤６を添加した後に固液分離をすることで、排水のろ過性をより向上させるとともに、放射性物質を固形分中に固定化することができる。

（実施例１）
本実施例では、凝集剤と吸着剤の添加による放射性物質の低減効果について調べた。酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）や炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を主成分とするコンクリートをバンドソーで切断した際に発生したコンクリート切削排水を攪拌し、その後、１時間静置して、上澄み液（ｐＨ１２）を採取した。この上澄み液に、硫酸鉄７水和物、硝酸コバルト６水和物、硝酸セシウムをそれぞれ１００ｐｐｍとなるよう添加して、さらにその上澄み部分を１０倍（濃度１００ｐｐｍが１０ｐｐｍになるよう）に、各化合物の添加前の上澄み液で希釈したものを模擬コンクリート切削排水として用意した。この模擬コンクリート切削排水に凝集剤を液固比２００（ｍＬ／ｇ）で添加して強撹拌し、その後、弱撹拌した。その後、吸着剤を液固比２００（ｍＬ／ｇ）で添加して、３分撹拌した。

凝集剤を添加し、攪拌してから３分後と、吸着剤を添加して攪拌してから３分後及び１日後の模擬コンクリート切削排水の上澄み液を採取し、上澄み液に含有される元素濃度を誘導結合プラズマ質量分析機（ＩＣＰ−ＭＳ）によって測定した。また、吸着剤を添加した後の上澄み液のｐＨを測定した。結果を表１に示す。

なお、実施例１、２で用いた凝集剤及び吸着剤は次のものである。吸着剤の平均粒子径は個数基準による平均粒子径（Ｄ５０）であり、レーザ回折式粒子径分布測定装置（ＳＡＬＤ−３１００、島津製作所社製）によって測定した。

凝集剤（ｉ）：ＣａＯ（４４％）−ＳＯ_３（２７％）−ＳｉＯ_２（１６％）
凝集剤（ｉｉ）：ＣａＯ（４２％）−ＳＯ_３（４０％）−ＳｉＯ_２（８％）
凝集剤（ｉｉｉ）：ＣａＯ（４２％）−ＳＯ_３（３５％）−Ａｌ_２Ｏ_３（９％）
吸着剤Ａ：Ａ型ゼオライト（粉末状のＡ型ゼオライトの平均粒子径Ｄ５０：０．６μｍ）
吸着剤Ｂ：チタン酸塩（粉末状のチタン酸塩の平均粒子径Ｄ５０：０．６μｍ）

表１に示す結果から、凝集剤及び吸着剤を添加することで、コンクリート切削排水中のＦｅ濃度、Ｃｏ濃度、Ｃｓ濃度は、同時に低減されたことが分かる。

（実施例２）
本実施例では、凝集剤及び吸着剤を添加した後のろ過比抵抗について調べた。上記実施例１と同様の模擬コンクリート切削排水に、凝集剤と粉末状の吸着剤を順に添加して、凝集剤及び吸着剤を添加する前の模擬コンクリート切削排水、凝集剤のみ添加した後の模擬コンクリート切削排水、凝集剤と吸着剤を添加した後の模擬コンクリート切削排水のそれぞれについて、ろ過比抵抗を測定した。結果を図４に示す。なお、本実施例では、凝集剤は上記凝集剤（ｉｉｉ）、吸着剤はＡ型ゼオライト（粉末状、平均粒子径Ｄ５０：０．６μｍ）を使用した。また、凝集剤及び吸着剤の添加量はいずれも、液固比２００（ｍＬ／ｇ）とした。

図４より、模擬コンクリート切削排水に凝集剤のみを添加した場合にはろ過比抵抗が高いものの、さらに粉末状の吸着剤を添加することでろ過比抵抗が低減されて、９．８×１０^１０［ｍ／ｋｇ］まで低減したことが分かる。ろ過比抵抗が高いと、固液分離における処理流量が少なくなるが、上記結果から、凝集剤と粉末吸着剤を添加することで、処理流量を多くできることが分かる。また、ろ過比抵抗は９．８×１０^１０［ｍ／ｋｇ］と低減したので、十分な処理流量が得られる。

（実施例３）
本実施例では、ろ過助剤を用いた場合のろ過比抵抗について調べた。上記実施例１と同様の模擬コンクリート切削排水に凝集剤（凝集剤（ｉｉｉ））及び吸着剤（ケイチタン酸塩）を添加し、さらに、ろ過助剤を添加した。吸着剤は、粉末状の吸着剤、粒状の吸着剤のそれぞれを使用した。凝集剤、吸着剤の添加量は液固比２００（ｍＬ／ｇ）、ろ過助剤の添加量は液固比１３０（ｍＬ／ｇ）とした。

凝集剤及び吸着剤を添加する前の模擬コンクリート切削排水、凝集剤のみ添加した後の模擬コンクリート切削排水、凝集剤と吸着剤（粉末状又は粒状）を添加した後の模擬コンクリート切削排水、凝集剤、粉末状吸着剤、ろ過助剤を添加した後の模擬コンクリート切削排水のそれぞれについて、ろ過比抵抗を測定した。凝集剤は上記凝集剤（ｉｉ）、吸着剤はケイチタン酸、ろ過助剤は焼成珪藻土を使用した。結果を図５に示す。また、ろ過助剤として融剤焼成系珪藻土を使用した結果を図６に示す。

図５によれば、模擬コンクリート切削排水に凝集剤と粉末状の吸着剤を添加し、さらにろ過助剤を添加することでろ過比抵抗が低減されたことが分かる。これにより、模擬コンクリート切削排水に凝集剤、粉末状の吸着剤、ろ過助剤を添加することで固液分離における処理流量を多くできることが分かる。また、図６によれば、ろ過助剤としては、焼成珪藻土に比べて融剤焼成珪藻土を用いた方が、ろ過比抵抗の低減効果が高いことが分かる。

（実施例４）
本実施例では、吸着剤の形状による放射性物質除去効果について調べた。上記実施例１と同様の模擬コンクリート切削排水に凝集剤（凝集剤（ｉ））及び吸着剤（大きさがＪＩＳ篩による測定で２０〜５０ｍｅｓｈの粒状又は平均粒子径Ｄ５０が０．６μｍの粉末状のケイチタン酸塩）を、液固比２００（ｍＬ／ｇ）で添加して攪拌した。その３分後と１日後に、模擬コンクリート切削排水の上澄み液を採取し、上澄み液に含有されるセシウム濃度を誘導結合プラズマ質量分析機（ＩＣＰ−ＭＳ）によって測定した。結果を表２に示す。

表２によれば、粉末状の吸着剤は粒状の吸着剤と比較して１０倍程度の濃度低減効果があることが分かる。

上記実施例より、実施形態の排水の浄化方法及び浄化装置によれば、放射性のコンクリートスラッジを含む排水の処理に際して、排水に凝集剤及び吸着剤、さらに必要に応じてろ過助剤を添加した後に固液分離をすることで、排水のろ過性を向上させるとともに、放射性物質を固形分中に固定化できることが分かる。

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…排水、２…固形分、３…上澄み液、４…凝集剤、５…吸着剤、６…ろ過助剤、１０，２０…排水浄化装置、１１…収容槽、１３…固液分離装置、１４…凝集剤添加装置、１５…吸着剤添加装置、１６…ろ過助剤添加装置、Ｓ１０…添加工程、Ｓ２０…固液分離工程、Ｓ３０…安定化処理、Ｓ４０…ろ過処理。

Claims (7)

1. 放射性コンクリートスラッジを含む排水の浄化方法であって、
   前記排水に凝集剤及び吸着剤を添加する添加工程と、
   前記凝集剤及び吸着剤の添加された排水を固液分離する固液分離工程と
   を具備し、
   さらに、前記添加工程において、前記排水にろ過助剤を添加することを特徴とする排水浄化方法。
2. 前記ろ過助剤は焼成珪藻土又は融剤焼成珪藻土であることを特徴とする請求項１に記載の排水浄化方法。
3. 前記凝集剤は無機系凝集剤であることを特徴とする 請求項１又は２に記載の排水浄化方法。
4. 前記吸着剤は、ゼオライト、ケイチタン酸塩及びチタン酸塩から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排水浄化方法。
5. 前記吸着剤は、鉄、セシウム、コバルト、マンガン又はユーロピウムを吸着することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の排水浄化方法。
6. 前記吸着剤は平均粒子径（Ｄ５０）が２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の排水浄化方法。
7. 放射性コンクリートスラッジを含む排水を処理する排水浄化装置であって、
   前記排水を収容する収容槽と、
   前記収容槽内の排水に凝集剤を添加する凝集剤添加装置と、
   前記収容槽内の排水に吸着剤を添加する吸着剤添加装置と、
   前記収容槽内の排水にろ過助剤を添加するろ過助剤添加装置と、
   前記凝集剤、前記吸着剤、及び、前記ろ過助剤の添加された排水を固液分離する固液分離装置とを具備することを特徴とする排水浄化装置。

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