JPH06201898A - 化学除染廃液の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クリティカルパスタイムを長くすることな
く、迅速に除染廃液を浄化でき、かつ最終廃液、または
固体廃棄物にキレート剤などの有機酸を含まない化学除
染廃液の処理方法を提供する。 【構成】 放射性廃棄物の処理保管上好ましくないキレ
ート剤などの有機酸を吸着した陰イオン交換樹脂３１よ
り、前記有機酸を分離濃縮する方法であって、電気分離
装置４０の陰極４２１で生成された水酸基イオンを前記
陰イオン交換樹脂３１に吸着された有機酸とイオン交換
し、放出された有機酸を電気分離装置４０の陽極４４１
に分離濃縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉発電設備におい
て放射能の除去に用いられるキレート剤などの有機酸を
含有する除染液の廃液である化学除染廃液の処理方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】軽水炉原子力発電において、放射性腐食
生成物の沈着により一次冷却系配管などの空間線量率が
増加し、結果として定期検査時における作業員の被爆量
を増大させている。この対策として、原子炉冷却水の水
化学管理や低コバルト材への交換などの手段がとられ、
好ましい成果が得られている。しかしながら、より効果
的に作業員の被爆量を低減させる方法として、化学除染
液により放射性腐食生成物を溶解除去する方法が開発さ
れ、米国ではそれを実施して良好な効果が実証されてお
り、日本においても化学除染に対する関心を集めてい
る。

【０００３】一般的に、化学除染液はキレート剤が用ら
れていて、除染液自身に含まれる金属または溶解により
生成された金属イオンを液中に安定化させているが、こ
のような成分を有する除染廃液は、イオン交換樹脂によ
る浄化によって浄化後の除染廃液を発電所内設備の廃液
処理設備で容易に処理できるものとしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、固体廃棄物
とされる使用後のイオン交換樹脂は、通常、セメント固
化体として保管するが、キレート剤の混入によりセメン
ト固化体の安定性が悪くなり、長期間の保管に耐えられ
なくなる。このため、除染廃液をイオン交換樹脂により
浄化することなく、除染廃液中の有機酸、特にキレート
剤を過酸化水素により分解するなどの方法が考えられて
いるが、このような方法では、分解反応が遅いので浄化
時間が非常に長くなり、除染を行うための原子炉停止期
間（クリティカルパスタイム）が長くなるなどの問題点
が生じる。そこで、これを回避するのに除染廃液を一旦
タンクに貯溜し、除染を終了させたのちに、除染廃液を
分解処理する方法も考えられるが、この場合、原子炉建
屋内に設置するには不可能なほど大きなタンクを必要と
するなどの欠点があった。

【０００５】本発明は、このような従来技術を背景にな
されたもので、原子炉作業員の被爆低減対策として関心
を集めている化学除染において、クリティカルパスタイ
ムを長くすることなく、迅速に除染廃液を浄化でき、か
つ最終廃液、または固体廃棄物にキレート剤などの有機
酸を含まない化学除染廃液の処理方法を提供することを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の化学除
染廃液の処理方法は、放射性廃棄物の処理保管上好まし
くないキレート剤などの有機酸を吸着した陰イオン交換
樹脂より、前記有機酸を分離濃縮する方法であって、電
気分離装置の陰極で生成された水酸基イオンを前記陰イ
オン交換樹脂に吸着された有機酸とイオン交換し、放出
された有機酸を電気分離装置の陽極に分離濃縮すること
により、陰イオン交換樹脂を再生させることを特徴とす
る化学除染廃液の処理方法を提供するものである。

【０００７】また、請求項２に記載の化学除染廃液の処
理方法は、請求項１に記載の処理方法に、前記陽極で分
離濃縮された有機酸、特にキレート剤を超臨界水中で分
解するものである。

【０００８】さらに、請求項３に記載の化学除染廃液の
処理方法は、請求項１の処理方法と請求項２の処理方法
とをシステム的に組み合わせて、陰イオン交換樹脂から
有機酸を分離濃縮・分解して化学除染廃液を処理するも
のである。

【０００９】前記陰イオン交換樹脂に付着している有機
酸としては、ピコリン酸、ＥＤＴＡなどのキレート剤の
ほかに、シュウ酸、クエン酸、アスコルビン酸などが挙
げられる。

【００１０】前記電気分離装置は、有機酸が付着した陰
イオン交換樹脂が収納され、この陰イオン交換樹脂から
電解により生成した水酸基イオンとの交換により有機酸
を分離する電気分離槽と、電気分離槽の陰極室に接続さ
れる陰極液循環系と、電気分離槽の陽極室に接続される
陽極液循環系とを備えている。

【００１１】前記電気分離槽は、陰イオン交換樹脂が収
納される電気分離室の両側に、前記陰極室と陽極室が対
峙状態で配置されており、電気分離室と陰極室の間およ
び電気分離室と陽極室の間には陰イオン交換膜が配置さ
れている。

【００１２】この陰極室に供給される陰極液としては、
例えば水酸化ナトリウム水溶液などを挙げることがで
き、前記陰極循環系により循環される。その濃度は、５
０ｍＭ〜５Ｍ、特に０．１ｍＭ〜２Ｍが好ましい。一
方、陽極室に供給される陽極液としては、例えばギ酸溶
液や硫酸溶液などを挙げることができ、前記陽極循環系
により循環される。その濃度は、５０ｍＭ〜５Ｍ、特に
０．１ｍＭ〜２Ｍが好ましい。ただし、電気分解の観点
から考えると、液抵抗上濃度は大きい方が好ましいもの
の、廃棄処理の観点から見ると、濃度は小さい方が好ま
しい。陰極液は、硫酸により中和処理して再利用が可能
であり、また陽極液は、ギ酸の場合、キレート剤ととも
に分解でき、また硫酸の場合、キレート剤分解後に陰極
液と混合して中和できる。

【００１３】また、電極材料としては、効率の観点から
水素過電圧、酸素過電圧の小さいものが良好であり、例
えばグラファイト、フェルト状カーボンなど、特にチタ
ンメッシュ白金コーティングが好ましい。

【００１４】陰極と電極と間の電圧および電流は、電気
分離槽の構造、処理時間などに依存する。

【００１５】この電気分離槽においての有機酸の分離反
応を以下に示す。

【００１６】（陰極室における反応） NaOH 溶液 ２Ｎａ⁺ ＋２Ｈ₂ Ｏ＋２ｅ^- → ２ＮａＯＨ＋Ｈ₂

【００１７】（電気分離室における反応） Ｒ⁺ −ｐｉｃｏ^- 、Ｒ⁺ −ＨＣＯＯ^- ＋２ＯＨ^-→２Ｒ
⁺ −ＯＨ^- ＋ｐｉｃｏ^- 、ＨＣＯＯ^-

【００１８】（陽極室における反応） ｐｉｃｏ^- 、ＨＣＯＯ^- ＋Ｈ₂ Ｏ→ ｐｉｃｏＨ、ＨＣ
ＯＯＨ、＋２Ｈ⁺ ＋１／２Ｏ₂ ＋２ｅ^- であり、上記反応により電気分離装置において、陰イオ
ン交換樹脂から有機酸が分離濃縮される。

【００１９】この電気分離装置により分離濃縮された有
機酸の濃縮の濃度は、２５重量％以下が好ましい。

【００２０】前記陽極で分離濃縮された有機酸、特にキ
レート剤を超臨界水中で分解する方法は、超臨界水を有
機酸の酸化反応の媒体として用い、例えばキレート剤中
に含まれるピコリン酸などの有害物を分解処理する方法
である。従って、有毒、有害な有機酸を、超臨界水を媒
体として酸化すると、廃液は分解生成ガスのみを含む水
または硫酸溶液になる。分解槽内において、酸化物質、
水、および酸素の反応混合物を、２２０気圧以上、３７
７度以上の温度で単一の均一液相にて反応させ、この酸
化物質を酸化し、もって水および酸化生成物の温度を上
昇させる。

【００２１】有機酸の分解槽内での滞留時間は、好まし
くは３０分以下、さらに好ましくは５分以下である。

【００２２】なお、キレート剤などの有機酸の分解方法
としては、この超臨界水による分解以外にも、例えば過
酸化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）などの化学的酸化分解方法や、電
解による分解方法などが挙げられる。

【００２３】この有機酸の分解は、前述した有機酸の濃
縮分離と平行して行うと、電解により発生する酸化剤で
ある酸素が供給されて、高い分解効率が実現できる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の化学除染廃液の処理方法を図
面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
態様の化学除染廃液の処理方法に使用される化学除染廃
液の処理設備の概略図である。

【００２５】除染装置１０の下流には、順次、陽イオン
交換塔２０と陰イオン交換塔３０が接続されている。陽
イオン交換塔２０内には、化学除染廃液中の鉄やコバル
トなどの金属イオンを吸着して取り除く陽イオン交換樹
脂２１を収納しており、陰イオン交換塔３０内には、コ
バルトイオンなどが取り除かれた化学除染廃液中から、
ピコリン酸などのキレート剤やカルボキシル基などを含
む有機酸を吸着して除去する陰イオン交換樹脂３１が収
納されている。陰イオン交換塔３０の下部と除染装置１
０は、陰イオン交換塔３０で浄化された水を除染装置１
０に戻せるように接続されている。

【００２６】陰イオン交換塔３０の下流には、キレート
剤が付着した陰イオン交換樹脂２１からキレート剤を分
離する電気分離装置４０が接続されている。電気分離装
置４０は、陰イオン交換樹脂２１が収納される電気分離
槽４１と、電気分離槽４１の陰極室４２に接続される陰
極液循環系４３と、電気分離槽４１の陽極室４４に接続
される陽極液循環系４５とを備えている。

【００２７】図１〜２に示すように、電気分離槽４１
は、陰イオン交換樹脂２１が収納される電気分離室４６
の両側に、陰極４２１を配置した前記陰極室４２と、陽
極４４１を配置した陽極室４４とが対峙状態で配置され
ている。電気分離室４６と陰極室４２および電気分離室
４６と陽極室４４の間には陰イオン交換膜４７が配置さ
れている。電気分離室４６の下部には、陰イオン交換樹
脂２１を載置する多孔質の支持体４６１を収納してい
る。この電気分離室４６の上部は陰イオン交換塔３０の
上部と接続しており、電気分離室４６の下部は、途中に
陰イオン交換樹脂２１を移送するポンプ４９を介在し
て、陰イオン交換塔３０の下部に接続されている。

【００２８】図１に示すように、前記陰極液循環系４３
は、例えば水酸化ナトリウム溶液などの陰極液を貯溜す
るタンク４３１と陰極液の循環用のポンプ４３２を有し
ている。ポンプ４３２の作動により、タンク４３１内の
陰極液が陰極室４２の下部から室内に流入され、オーバ
ーフローした陰極液が再びタンク４３１内に貯溜される
という循環系になっている。

【００２９】前記陽極液循環系４５は、例えば硫酸溶液
などの陽極液を貯溜するタンク４５１と陽極液の循環用
のポンプ４５２を有している。ポンプ４５２の作動によ
り、タンク４５１内の陽極液が陽極室４４の下部から室
内に流入され、オーバーフローしたキレート剤などの有
機酸から分離濃縮されたピコリン酸やカルボキシル基を
含む陽極液が再びタンク４５１内に貯溜されるという循
環系になっている。

【００３０】また、陽極液循環系４５のタンク４５１と
ポンプ４５２との間には、キレート剤などの有機酸を超
臨界水中で分解する分解槽５０が接続されている。陽極
液循環系４５と分解槽５０との間には、ピコリン酸など
の有機酸を含む陽極液を分解槽５０に供給するポンプ５
１と熱交換器５２が配置されており、分解槽５０には陽
極液を加熱するヒータ５３を取り付けている。分解槽５
０の上部には、分解槽５０内で発生した分離生成ガスや
水蒸気などを熱交換器５２および圧力調整弁５４を介し
て排出する排出系５５が接続されている。陽極液循環系
４５から導出された陽極液は、分解槽５０に導入される
前に、熱交換器５２において、分解槽５０で発生した高
温の気体により予め加熱される。なお、この排出系５５
は、前記陽極液循環系４５のタンク４５１にも接続され
ている。

【００３１】次に、この化学除染廃液の処理設備の動作
を説明する。除染装置１０から排出された化学除染廃液
は、陽イオン交換塔２０の陽イオン交換樹脂２１によ
り、化学除染廃液中の鉄やコバルトイオンなどが取り除
かれる一方、陰イオン交換塔３０では、コバルトイオン
などが取り除かれた化学除染廃液中から、ピコリン酸な
どの有機酸やカルボキシル基などを含む有機酸が、陰イ
オン交換樹脂３１に吸着されて除去される。浄化された
水は、陰イオン交換塔３０の下部から除染装置１０に戻
される。

【００３２】そののち、除染装置１０を図外の原子炉設
備の除染対象部から、また陽イオン交換塔２０を除染装
置１０から切り離す。この時点で原子炉は復旧可能な状
態になり、よってクリティカルパスタイムは特別に長く
なることはない。なお、コバルトイオンなどが付着した
陽イオン交換樹脂３１は、陽イオン交換塔２０から取り
出されたのち、コンクリート固化あるいは乾燥し、保管
される。

【００３３】次いで、ポンプ４９を、陰イオン交換樹脂
３１の電気分離装置４０への移送側に作動させて、陰イ
オン交換塔３０から陰イオン交換塔３０を電気分離室４
６内に移送する。

【００３４】それから、ポンプ４３２、４５２を作動さ
せて、陰陽極液循環系４３、４５の陰極液と陽極液を、
陰陽極室４２、４４にそれぞれ循環させる。この際、陰
陽極室４２、４４に電流を流すと、陰極４２１で生成さ
れた水酸基イオンが陰極室４２より陰イオン交換膜４７
を通過して電気分離室４６内に入り込み、陰イオン交換
樹脂３１に吸着されたピコリン酸などのキレート剤やカ
ルボキシ基を含む有機酸とイオン交換し、放出されたピ
コリン酸などのキレート剤やカルボキシ基を含む有機酸
が陰イオン交換膜４７を通過して陽極室４４の陽極４４
１に分離濃縮することにより、陰イオン交換樹脂３１が
再生され、最終固体廃物量は大幅に減容化される。

【００３５】また、再生された陰イオン交換樹脂３１
は、陰極液循環系４３のポンプ４３２を逆作動させるこ
とにより陰イオン交換塔３０内に戻される。なお、再生
されたイオン交換樹脂３１を用いて、電気分離槽４１を
第２の陰イオン交換塔として使用することもできる。

【００３６】分離濃縮されたピコリン酸などのキレート
剤やカルボキシ基含有の有機酸を含む陽極液は、一旦陽
極液循環系４５のタンク４５１内に貯溜され、そののち
ポンプ５１により一部が分解槽５０側に抜き取られる。
抜き取られた陽極液は、熱交換器５２により予め加熱さ
れて分解槽５０内に貯溜される。分離槽５０では超臨界
水をピコリン酸などのキレート剤を含む有機酸の酸化反
応の媒体として用い、ピコリン酸などの有害物分解する
分解槽５０で発生した分離生成ガスのみの水などは、熱
交換器５２、圧力調整弁５３を経て廃水として外部に排
出される。

【００３７】本発明の処理方法はこのようなものである
ので、原子炉作業員の被爆低減対策として関心を集めて
いる化学除染において、クリティカルパスタイムを長く
することなく、迅速に除染廃液を浄化でき、かつ最終廃
液または固体廃棄物にキレート剤などの有機酸を含まな
い化学除染廃液の処理方法を提供することができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の化学除染廃液
の処理方法は、このように、放射性廃棄物の処理保管上
好ましくないキレート剤などの有機酸を吸着した陰イオ
ン交換樹脂より、前記有機酸を分離濃縮する方法であっ
て、電気分離装置の陰極で生成された水酸基イオンを前
記陰イオン交換樹脂に吸着された有機酸とイオン交換
し、放出された有機酸を電気分離装置の陽極に分離濃縮
するので、陰イオン交換樹脂を再生させることができ、
原子炉作業員の被爆低減対策として関心を集めている化
学除染において、クリティカルパスタイムを長くするこ
となく、迅速に除染廃液を浄化でき、最終固体廃物量を
大幅に減容化できるという効果が得られる。

【００３９】特に、請求項２に記載の化学除染廃液の処
理方法では、陽極で分離濃縮された有機酸、特にキレー
ト剤を超臨界水中で分解するようにしたので、最終廃
液、または固体廃棄物にキレート剤などの有機酸を含ま
ない化学除染廃液の処理方法を提供することができると
いう効果が得られる。

【００４０】また、請求項３に記載の化学除染廃液の処
理方法では、請求項１の処理方法と請求項２の処理方法
とをシステム的に組み合わせて、陰イオン交換樹脂から
有機酸を分離濃縮・分解して化学除染廃液を処理するよ
うにしたので、電解により発生する酸化剤である酸素が
供給されて、高い分解効率が実現できるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様の化学除染廃液の処理方法
に使用される化学除染廃液の処理設備の概略図

【図２】この化学除染廃液の処理設備に使用される電気
分離装置の拡大概略図

【符号の説明】 ３１ 陰イオン交換樹脂 ４０ 電気分離装置 ４２１ 陰極 ４４１ 陽極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射性廃棄物の処理保管上好ましくない
   キレート剤などの有機酸を吸着した陰イオン交換樹脂よ
   り、前記有機酸を分離濃縮する方法であって、電気分離
   装置の陰極で生成された水酸基イオンを前記陰イオン交
   換樹脂に吸着された有機酸とイオン交換し、放出された
   有機酸を電気分離装置の陽極に分離濃縮することによ
   り、陰イオン交換樹脂を再生させることを特徴とする化
   学除染廃液の処理方法。
2. 【請求項２】 前記陽極で分離濃縮された有機酸、特に
   キレート剤を超臨界水中で分解する請求項１記載の化学
   除染廃液の処理方法。
3. 【請求項３】 請求項１の処理方法と請求項２の処理方
   法とをシステム的に組み合わせて、陰イオン交換樹脂か
   ら有機酸を分離濃縮・分解して化学除染廃液を処理する
   ことを特徴とする化学除染廃液の処理方法。