JPH03232521A - 電解質溶液のイオン成分除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、電解質溶液が浸蝕性で、かつ高温でも透析す
ることができ、かつ再処理しても寿命の長い電解質溶液
のイオン成分除去方法に関する。

（従来の技術） 原子カプラントで発生する種々の放射性廃液は、放射能
を帯びたクラッド（原子カプラントに設置される機器を
構成する鉄の酸化物、Ｆｅ　Ｏα−Ｆｅ２０３等（粒径
はサブミク３　４ゝ ロンないし数μｍ）を主に含む）の他に、ｃａ２＋Ｍｇ
２＋、Ｃ１などのイオン成分を含む。すなわち、このよ
うな放射性廃液は一種の電解質溶液である。そして、こ
の放射性廃液を再使用する場合は、これらクラッドやイ
オン成分を第３図に示す放射性廃棄物処理システムで除
去する。

すなわち、原子カプラント１の原子力発電所２は、原子
炉系３とタービン系４から構成され、原子炉系３の原子
炉格納容器５に収められた原子炉圧力容器６からは、冷
却材が加熱されて生じた蒸気７が排出される。蒸気７は
タービン系４にあるタービン８に導かれ、タービン８で
仕事をして隣接する発電機９を稼働させる。蒸気７は、
その後冷却水１０を通した主復水器１１で復水され、低
圧復水ポンプ１２で送り出されて復水濾過装置１３、次
いで復水脱塩装置１４を通過し、濾過・脱塩される。濾
過・脱塩を終えて清浄になった復水は、高圧復水ポンプ
１５、その後給水ポンプ１６を経て原子炉圧力容器６へ
還流される。

また、原子炉格納容器５内には再循環ポンプ１７が設置
され、原子炉圧力容器６内に流入した冷却材を一旦取り
出して再度原子炉圧力容器６内へ強制的に再循環させる
が、この再循環ポンプ１７で取り出された冷却材は、一
部原子炉冷却材浄化装置１８を経由して、濾過・脱塩さ
れる。

さらに、原子炉系２には、使用済み燃料を一時貯蔵して
おく燃料プール１９が設けられるが、この燃料プール１
９の貯水は燃料プール浄化装置２０に送られて浄化され
、その後再び燃料プール１９に還流される。

このような原子炉系２においては、主に復水脱塩装置１
４から化学廃液２１が取り出される。また、設置された
種々の機器からは機器ドレン２２、これらの機器を納め
る原子力発電所１建屋の床からは床ドレン２３が回収さ
れる。さらに、復水濾過袋ｒ１１３、復水脱塩袋！１ｌ
１４、原子炉冷却材浄化装置１８および燃料プール浄化
装置２０からは、それぞれ濾過・脱塩等の浄化に用いら
れた使用済の樹脂類２４が回収される。そして、これら
の化学廃液２１、機器ドレン２２、床ドレン２３および
樹脂類２４は原子炉圧力容器５で使用される冷却材また
は燃料集合体に接して放射能を帯びているため、放射性
廃液として放射性廃棄物処理施設２５に送られ、廃棄ま
たは再使用のための処理が行われる。

放射性廃棄物処理施設２５は、低電導度廃液系２６、高
電導度廃液系２７、廃スラツジ系２８、減容固化系２９
およびその他の系統３０からなる。

低電導度廃液系２６は、放射能濃度は比較的高いが、電
導度が低い廃液を浄化する系統である。これに対して、
高電導度廃液系２７は、放射能濃度は比較的低いが、電
導度が高い廃液を浄化する系統である。また廃スラツジ
系２８は、使用済樹脂類２４を液体骨と固体分に分離す
る系統である。

なお、樹脂類２４は、廃スラツジ系２８において、沈降
分離槽３１によって沈降成分３２と上澄液３３に分離さ
れ、上澄液３３は機器ドレン２２とまとめて取り扱われ
る。この場合、上澄液３３には、主にＮ　ａ　２　Ｓ　
Ｏ４が含まれる。

ここで、機器ドレン２２は放射能濃度は比較的高いが、
電導度が低い廃液である。そこで、この機器ドレン２２
は低電導度廃液系２６において、収集タンク３４、濾過
器３５、タンク３６、脱塩器３７およびサンプルタンク
３８の順に通過して浄化される。機器ドレン２２は、脱
塩器３７を通す前に中空糸膜フィルタやクラッドセパレ
ータを配した濾過器３５でクラッドを濾過・分離され、
脱塩器３７における脱塩効率の低下を防ぐ。

他方、化学廃液２１と床ドレン２３は、放射能濃度は比
較的高いが、電導度が低い廃液である。

そこで、これら化学廃液２１と床ドレン２３は、高電導
度廃液系２７において、まず収集タンク３９および蒸発
濃縮器４０を経て、主にクラッドを含む残留分と蒸留分
に分離される。残留分は、次いで濃縮廃液貯蔵タンク４
１に送られるが、蒸留分はその後、復水器４２、タンク
４３、脱塩器４４およびサンプルタンク４５の順に通過
する。したがって、蒸留分にイオン成分が含まれていて
も、それは脱塩器４４において除去される。

そして、低電導度廃液系２６のサンプルタンク３８と高
電導度廃液系２７のサンプルタンク４５に集められた復
水は、復水貯蔵タンク４６を経て主復水器１１に戻され
再使用される。

一方、高電導度廃液系２７の濃縮廃液貯蔵タンク４１に
集められた濃縮廃液は、廃スラツジ系２８の沈降分離槽
２９に堆積した沈降成分３２とともに、減容固化系２９
へ送られ、減容・固化された後、その他の系統３ｏから
の廃棄物とともにドラム缶貯蔵庫４７に貯蔵される。

ところで、上述の低電導度廃液系２６と高電導度廃液系
２７において、廃液のイオン成分は脱塩器３７と４４で
除去するが、これらの脱塩器３７゜４４には、イオン交
換樹脂、イオン交換膜、逆浸透膜、限外濾過膜等さまざ
まな有機高分子でできたイオン分離手段が用いられる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、脱塩器への導入前に廃液が加熱しであると、
上述の有機高分子を用いるイオン分離手段は、例えば１
５０℃以上で分離効率が著しく低下する。このため、濃
縮のため加熱した廃液は、脱塩器への導入前にイオン分
離に適する温度に冷却しなければならない。したがって
、脱塩に係る時間が長引き、かつ−旦加熱した廃液を冷
却するというエネルギー効率の悪い処理プロセスとなっ
ていた。

また、この有機高分子によるイオン分離手段は、バクテ
リアなどの微生物や薬品類に対する耐性も劣るため、こ
れらに晒される環境下では用いることができない。さら
にこれらのイオン分離手段は、洗浄処理をすれば再使用
が可能となるものの、耐用期間が短い。耐用期間が過ぎ
たイオン分離手段は廃棄されるが、このような放射性物
質に汚染される廃棄物は極力少ないことが望ましい。し
たがって、放射性廃棄物の減容という観点からも耐用年
限の長いイオン分離手段が求められている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電解質溶液
が浸蝕性で、かつ高温でも透析することができ、かつ再
処理しても寿命の長い電解質溶液のイオン成分除去方法
を提供することを目的とする。

ｒ発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、導電性セラミック
スで多孔質のフィルタを製造し、この導電性セラミック
ス製のフィルタで電解質溶液を電気透析する電解質溶液
のイオン成分除去方法を提供する。

（作用） 本発明による電解質溶液のイオン成分除去方法において
は、電解質溶液を導電性セラミックスフィルタで電気透
析する。すなわち、フィルタの素材となるセラミックス
は、これまでフィールタの材料となっていた有機高分子
に比べ、耐熱性、耐薬品性、耐バクテリア性に優れ、洗
浄・再使用する場合でも耐用年限が長いという特長を有
する。

このため、−旦加熱した廃液でも冷却せずに透析・脱塩
することができ、脱塩に係る手間・時間が省かれる。そ
して本実施例の方法は電気透析であるため、通常の透析
よりも格段に速くイオンの分離ができる。また浸蝕性の
環境下でも透析・脱塩を行うことができ、使用範囲が拡
がる。さらに、耐用年限が長いため、使用できなくなっ
て廃棄物として処理される場合も、その量を極めて少量
にとどめることができる。

（実施例） 以下第１図および第２図を参照して本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の方法の実施に用いる装置を模式的に示
した図である。すなわち、容器５１は、導電性のセラミ
ックスでできた２枚のフィルタ５２ａ、５２ｂで仕切ら
れる。そして両フィルタ５２ａ、５２ｂで仕切られた箇
所にイオン成分を含む電解質溶液５０を導入する。一方
、フィルタ５２ａ、５２ｂの外側には、電解質溶液５０
の溶媒と同種類の液体４９を充填する。フィルタ５２ａ
。

５２ｂは、素材がセラミックスであるため、多孔質であ
る。また、フィルタ５２ａ、５２ｂは、それぞれ直流電
源５３のｅ極とｅ極に接続される。

したがって、フィルタ５２ａはｅに、またフィルタ５２
ｂはｅに帯電する。そして、容器５１において、フィル
タ５２ａの外側には■電極５４ａが、またフィルタ５２
ｂの外側にはｅ電極５４ｂがそれぞれ電解質５０に浸漬
される。この装置構成は、フィルタ５２ａ、５２ｂが導
電性のセラミックス製である点を除いて、電気透析の通
常の装置構成である。

すなわち、フィルタ５２ａ、５２ｂで仕切られた内部に
おいてのイオンとｅイオンに電解した電解質５０は、ク
ーロン力によってのイオンはフィルタ５２ｂに、またｅ
イオンはフィルタ５２ａに引き寄せられる。そして、■
イオンとθイオンは、それぞれフィルタ５２ｂと５２ａ
の孔を通過してフィルタ５２ｂ、５２ａの外側に抜は出
し、イオン成分の分離が達成される。

この後、■とｅのイオン成分は、クーロン力によって、
それぞれｅ電極５４ｂとの電極５４ａに引き寄せられる
。したがって、この装置によれば、イオン成分を■イオ
ンとｅイオンに分けて処理することもできる。

ここで、フィルタ５２に素材に用いられるセラミックス
は、導電性であれば特に制限はなく、例えばアルミナ、
Ｚ　ｒ　Ｂ　２、Ｓ　Ｉ　Ｃ１Ｓ　ｔ　ａ　Ｎ　４など
を用いることができる。そして、孔の径は４０〜２００
０人がよい。このような孔径をもつセラミックス製フィ
ルタは公知の技術で製造することができ、例えばアルミ
ナ膜については、ＡＩＣＨＥＳｙｍｐ、　Ｓｅｒ、　３
４　（２６１）、　１９−２７．１９８８；膜（Ｍｅｍ
ｂｒａｎｅ）　　１０２９７、１９８５＋Ｃｈｅｍ、　
Ｅｎｇ、　、　ｊａｎ、　２０．１８．１９８６：化学
工学。

４８、６８２．１９８４；７．　Ｃｈｅ＋ｎ、　ＥＢ、
　Ｊａｐａｎ、　１７．５１４．１９８４等に記載され
た方法で製造することができる。

またＺ　ｒ　Ｂ　２を素材とする場合は、Ｚ　ｒ　Ｂ　
２単独で用いると５ｉＣ１Ｓｉ３Ｎ４等と比べ焼結温度
が高く製造に手間を要する上、大気中で酸化して分解し
やすくなるため、１０〜２０重量％のＳｉＣを加えた複
合焼結体とするのが好ましい。さらに、Ｚ　ｒ　Ｂ　２
の耐熱衝撃性を改善する場合は、六方晶ＢＮ（ｈＢＮ）
と複合焼結体を形成するとよい。ただしこの場合は強度
、硬度が若干失われる。逆に硬度や耐磨耗性を向上する
場合には、Ｂ４Ｃと複合焼結体を形成すればよい。こう
すると、Ｚ　ｒ　Ｂ　２単独の場合のビッカース硬度１
３００〜１６００ｋｇ／順２はほぼ倍増する。

第２図は、前述のＺ　ｒ　Ｂ　２単独で製造したフィル
タと、ＺｒＢ２とＢ４Ｃとの複合焼結体について温度と
比抵抗の関係を示したグラフ図である。

両フィルタは、１８００〜２２００℃・３５０ｋｇ／ａ
ｎ２の温度・圧力条件下で製造した。各フィルタにおけ
る膜電位は、印加電圧、膜圧およびＺｒＢ２の含有割合
を変えることによって変化させることができる。この実
施例によれば、１５００℃までの温度範囲内で、比抵抗
的４．０ｘｌＯ’以下の実用に耐えるレベルの電気透析
用フィルタを得ることができた。そこでＺｒＢ２−Ｂ４
Ｃの複合焼結体のフィルタ（平均孔径１０００人）を用
い、第１図に示した装置構成で３００℃の放射性廃液を
処理したところ、このＺｒＢ２−Ｂ４Ｃフィルタで仕切
られた箇所にある放射性廃液からは＋２＋２　　　、 Ｎａ　　、Ｍｇ　　、ＳＯ４なとのイオンが速やかに除
去されたことが確認された。これらのフィルタはセラミ
ックス製として、耐薬品性・耐バクテリア性に優れ、再
使用を繰り返しても寿命が長かったことはいうまでもな
い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、電解質溶液のイ
オン成分除去において電気透析を利用し、かつその際使
用するフィルタを導電性セラミックス製のものにする。

したがって、本発明の方法は、高温の廃液にも適用する
ことができ、廃液の冷却に係る手間・時間が省かれる。

また浸蝕性の環境下でも透析・脱塩を行うことができる
。さらに本発明の方法は、使用後いずれ廃棄物として処
理されるフィルタも、耐用年限が長いためその量を極め
て少量にとどめることができ、環境汚染のおそれもほと
んどない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する電気透析装置の一例を
示す模式図、第２図は本発明の方法で使用する導電性セ
ラミックスフィルタの温度と比抵抗の関係を示すグラフ
図、第３図は原子カプラントにおける放射性廃棄物処理
システムの模式図である。 ３１・・・沈降分離槽、３７．４４・・・脱塩器、４０
・・・蒸発濃縮器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 導電性セラミックスで多孔質のフィルタを製造し、この
   導電性セラミックス製のフィルタで電解質溶液を電気透
   析する電解質溶液のイオン成分除去方法。