JPH06281790A - 放射性廃液の処理方法およびそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 吸着剤５を充填した吸着手段４で放射性廃液
２から放射性陽イオンおよび陰イオンを吸着除去し、ま
た、陰電極９を配置した陰極室７、陽イオン交換膜４０
を介して原液中間室６ａ、陰イオン交換膜３０を介して
希薄液中間室６ｂ、陽イオン交換膜４０を介して陽電極
１０を配置した陽極室８を順に配した電気透析手段６０
で、吸着手段４でほとんどの放射性核種イオン類を除去
された廃液を原液中間室６ａに通し、廃液中の塩に対応
する酸を希薄中間室６ｂに通して、電気透析を行い、廃
液中の塩を酸およびアルカリに分離回収する放射性廃液
の処理方法および該方法を実施するための装置。 【効果】 放射性核種イオンを完全に除去でき、除去後
の液を酸とアルカリに分離回収することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は放射性廃液を減容するに
当り、放射性廃液から放射性イオンを分離するととも
に、対応する酸・アルカリを分離回収する方法、および
該方法を実施するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】核燃料の再処理工場、原子力発電所等の
いわゆる原子力施設から発生する放射性低レベル廃液と
しては、再処理施設から発生する２００〜４００ｇ／ｌ
の硝酸ナトリウム廃液、沸騰水型軽水炉から発生する約
２５％の硫酸ナトリウム廃液、および加圧水型軽水炉か
ら発生する約１２％のホウ酸ナトリウム廃液等があり、
これらにはＳｒ，Ｃｓ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｉ等の放射
性核種イオンが含まれている。通常、これらの廃液は直
接加熱濃縮され、その容積を減少させた後、そのままセ
メント固化され、原子力貯蔵施設に貯蔵されていた。し
かしながら、原子力貯蔵施設にも限界があり、セメント
固化された廃棄物の地中処分等が検討されている。

【０００３】一方、上記直接加熱濃縮される前および加
熱濃縮後の硝酸ナトリウム廃液を、従来の電気透析法に
より放射性核種イオンを濃縮分離する方法が試みられて
いるが、電気透析膜の目詰まりによる性能低下および電
極の劣化などの問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の加熱濃縮法、電
気透析法による放射性低レベル廃液の減容技術には以下
に記述する、なお改善すべき課題を有している。

【０００５】直接加熱濃縮法においては、 １）直接、放射性低レベル廃液を加熱濃縮するには、多
大のエネルギーを消費する。 ２）硝酸ナトリウム廃液、硫酸ナトリウム廃液およびホ
ウ酸ナトリウム廃液等をセメント固化すると、これらの
放射性低レベル廃液の構成成分である硝酸ナトリウム、
硫酸ナトリウム、ホウ酸ナトリウムはそのままセメント
固化体中に残るため、飛躍的な減容が期待できない。

【０００６】電気透析法においては、これらの放射性低
レベル廃液をそのまま電気透析すると、透析膜の目詰ま
りによる性能劣化、および電極の劣化等の問題がある。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するために、放
射性低レベル廃液から放射性核種イオンのみを分離し、
分離された放射性核種イオンは従来通りセメント固化処
理に供して減容し、同時に廃液中に含まれる対応する陰
イオンを酸として、ナトリウムイオンを水酸化ナトリウ
ムとして分離回収する方法および該方法を実施するため
の装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、電気透析膜
の目詰まりによる性能低下が、上記のＳｒ，Ｃｓ，Ｍ
ｎ，Ｃｏ，Ｆｅ等の放射性陽イオンが陰電極に引き寄せ
される際に、電気透析膜を透過する前、あるいは透過後
のいずれかで不溶性の水酸化物を形成し、この微小な水
酸化物の粒子が電気透析膜の目詰まりの原因の一つであ
ることを発見し、鋭意検討の結果、本発明に至った。

【０００９】即ち、本発明は、放射性核種イオンを吸着
する１又は２以上の組合せからなる吸着剤を充填した吸
着手段において、塩類を含む放射性廃液から放射性陽イ
オンおよび陰イオンを吸着除去し、吸着された放射性核
種イオンは別途吸着剤から溶離して回収し、また、１対
の陰陽電極間に両側が陽イオン交換膜からなる中間室を
設け、該中間室を陰イオン交換膜にて２室に分け、その
陰極側を原液中間室、陽極側を希薄液中間室とした電気
透析手段において、前記吸着手段でほとんどの放射性核
種イオン類を除去された廃液を前記原液中間室に通し、
前記塩に対応する酸を前記希薄中間室に通して、電気透
析を行い、廃液中の塩を酸およびアルカリに分離回収す
ることを特徴とする放射性廃液の処理方法であり、該方
法を実施するための装置である。

【００１０】本発明において、放射性核種イオンを吸着
する吸着剤としては、放射性陽イオン用としては特開平
４−８６５９９号公報に開示されている二酸化マンガ
ン、特開平４−２６１２５７号公報に開示されている粒
状、粉末状アンチモン酸、モリブトリン酸アンモニウム
塩類、アンチモン錫、粉末リン酸ジルコニウム、粒状、
粉末状リン酸チタン、粒状、粉末状不溶性フェロシアン
酸化物、粒状、粉末状ハイドロタルサイト類等が挙げら
れ、放射性陰イオン用としては特開平４−８６６００号
公報に開示されている水酸化ビスマス等が挙げられ、こ
れらは１種又は複数組み合わせて使用することができ
る。

【００１１】吸着剤は吸着塔に充填されずにバッチ法、
あるいは吸着塔に充填されセミバッチ法および連続法で
使用することができる。

【００１２】セミバッチ法および連続法で使用する場合
には、平均相当直径が０．５ミリ以上の粒径にして用い
るのが好ましい。平均相当直径が０．５ミリ未満である
と連続法の代表であるカラム法で用いる場合、差圧がつ
き運転しにくいことがある。また、空塔速度は０．１ｃ
ｍ／ｍｉｎ〜３．０ｃｍ／ｍｉｎが選ばれる。０．１ｃ
ｍ／ｍｉｎ未満では０．１ｃｍ／ｍｉｎと吸着性能があ
まり変わらないにも係わらず、処理量が減少するために
好ましくない。また、空塔速度が３．０ｃｍ／ｍｉｎを
越えると吸着剤の吸着性能を十分に発揮しないで破過に
達することがあり、その結果処理量が減少することがあ
る。空塔速度は、吸着剤の種類、吸着剤の形状、カラム
の形状によって適宜選択できる。

【００１３】吸着された放射性核種イオンが陽イオンの
場合、吸着された陽イオンの脱離は放射性陽イオンを吸
着した吸着剤を酸性ないし中性の水溶液中に浸した後、
溶離液、好ましくは３規定以上の硝酸および０．０１規
定から５．０規定の硝酸アンモニウム水溶液の少なくと
も一つからなる溶離液と接触させ、吸着剤から吸着され
た放射性陽イオンを溶離できる。吸着された放射性核種
イオンが陰イオンの場合は、０．０１規定から５．０規
定の硝酸カリ、０．０１規定から５．０規定の硝酸アン
モニウム、０．１規定から５．０規定の水酸化アンモニ
ウム水溶液の少なくとも一つからなる溶離液と接触さ
せ、吸着剤に吸着された放射性陰イオンを遊離できる。

【００１４】溶離された放射性核種イオンは濃縮され或
いはそのままセメント固化される。

【００１５】吸着手段にて放射性核種イオンが分離され
た廃液は防蝕された電気透析手段にて処理される。この
とき、分離すべき硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、ホ
ウ酸ナトリウムに対応する硝酸、硫酸、ホウ酸を希薄液
中間室に０．１％以上５％以下になるように添加しない
場合には吸着剤で処理された放射性陽イオンの総濃度
は、陰イオン交換膜、陽イオン交換膜の総称である電気
透析膜の目詰まりを避けるため３００ｐｐｂ以下が好ま
しい。電気透析手段にて処理される廃液中に放射性陽イ
オンが３００ｐｐｂ以上含まれると、その濃度が増える
に従って電気透析膜の目詰まりを促進する傾向がある。

【００１６】しかし、このように吸着剤で処理された液
に電気透析手段に供給する前に新たに硝酸、硫酸、ホウ
酸等を対応する塩に応じて０．１％以上５％以下になる
ように添加すると、残存する陽イオン濃度が１０ｐｐｍ
となっても電気透析膜の目詰まりを抑制することができ
る。添加する酸の濃度が０．１％未満であると電気透析
膜の目詰まりを抑制する効果が期待できず、５％を越え
ると添加する酸の種類によっては電気透析膜が長期の使
用に耐えなくなる場合もある。

【００１７】さらに電気透析手段で処理される液中に残
存する各イオン毎にそのイオンによる目詰まりに対する
影響に言及すると、硝酸・硫酸・ホウ酸等の酸が上述の
条件で添加されない場合、電気透析手段に導入される溶
液中に含まれる放射性陽イオンの濃度は、Ｃｓイオンは
５０〜３００ｐｐｂ、好ましくは原子吸光法の検出限界
値である５０ｐｐｂ以下が好ましい。その他の放射性陽
イオンは高周波誘導プラズマ発光分光分析法（以下ＩＣ
Ｐ法と称す）で分析されるが、各イオンとも２０ｐｐｂ
以下、好ましくはＩＣＰ法の検出限界値である１ｐｐｂ
以下がよい。

【００１８】一方、電気透析手段に供給する前に新たに
硝酸、硫酸、ホウ酸等の対応する酸を添加した場合に
は、前述した通り放射性陽イオン濃度は各元素毎に１０
ｐｐｍまで許容されるが、電気透析膜の劣化を防ぐため
には放射性核種イオンの量は少ないほど好ましい。

【００１９】電気透析手段にて処理される溶液で上記放
射性陽イオン濃度が達成されるように吸着手段にて使用
する吸着剤の種類、量は通宜選定される。吸着手段はバ
ッチ法、セミバッチ法、連続法に関わらず１系列でも良
いが、セミバッチ法、連続法においては複数系列で行う
のがよい。

【００２０】本発明で使用される電気透析手段は特願平
４−１３３４８２に提案された電気透析装置が使用でき
る。

【００２１】以下、硝酸ナトリウム廃液を例にとり、図
１を用いて本発明の特徴をさらに説明するが、硝酸ナト
リウムを含む混合廃液の場合も同様である。尚図１で
は、複数の吸着手段の系列を示す１例としてカラム４お
よびカラム４１を記載しているが、これに制限されるこ
と無く、主としてカラム４を用いて説明する。

【００２２】廃液タンク１に廃液２が供給されている。
この廃液２は硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、ホウ酸
ナトリウムの何れの廃液でも良いし、これらの混合廃液
でも良い。硝酸ナトリウムを含まない場合には、電気透
析手段６０を陰陽極間に陽イオン交換膜を設けたあるい
は陰極側に陽イオン交換膜、陽極側に陰イオン交換膜か
らなる中間室を設けた通常の電気透析装置と読みかえれ
ばよい。

【００２３】この廃液２はライン１１およびライン１２
を通りポンプ２で前述の吸着剤５が充填されたカラム４
に供給される。カラム４の入り口ではＳｒ，Ｃｓ，Ｍ
ｎ，Ｃｏ，Ｆｅ等の放射性陽イオン以外に放射性陰イオ
ンであるＩが含まれる。カラム４の出口では別途放射性
陽イオン、陰イオン等の総量が常時監視され原子吸光法
およびＩＣＰ法で分析される。これらの分析は手動で行
っても良いが、オンラインで自動分析を行うのが特に好
ましい。カラム４の出口では放射性陽イオン、陰イオン
等の総量が常時検出限界以下の濃度を保つが、吸着剤５
が破過に達すると、廃液２の総放射性陽イオン、陰イオ
ン濃度にもよるが、徐々にカラム出口でのイオン濃度が
上昇する。手動およびオンラインでの自動分析の何れに
よっても分析値が出てくるのに要する時間があるため、
その上限値が１ｐｐｍ以下になるよう運転され、その上
限値近傍になるとカラム４からカラム４１に手動あるい
は自動的に切り替えられる。

【００２４】カラム４から吸着処理され流出した廃液
は、原液としてライン１３を通り電気透析装置６０の原
液中間室６ａに供給される。電気透析装置６０は特願平
４−１３３４８２に示したように、原液中間室６ａ、希
薄液中間室６ｂ、陰極９を有する陰極室７、陽極１０を
有する陽極室８、陽イオン交換膜４０および陰イオン交
換膜３０から構成される。原液中間室６ａと陰極室７、
希薄液中間室６ｂと陽極室８はそれぞれ陽イオン交換膜
４０で仕切られ、原液中間室６ａと希薄中間室６ｂとは
陰イオン交換膜で仕切られている。

【００２５】原液中間室６ａに供給された原液はナトリ
ウムイオンと硝酸イオンに分離されナトリウムイオンは
陰極９に引かれ陰極室７へ、また硝酸イオンは陽極１０
に引かれ希薄中間室６ｂへ移行する。希薄中間室６ｂと
陽極室８は陽イオン交換膜４０で仕切られているため、
硝酸イオンは陽極室８へ移行できない。陽極１０は硝酸
に触れないため防蝕できる。

【００２６】また、陰極室７には希薄な水酸化ナトリウ
ム、希薄液中間室６ｂには希薄な硝酸、陽極室８には硫
酸マンガン溶液が電流効率の低下を防ぐためそれぞれラ
イン１５、ライン１７、ライン１９から導入される。

【００２７】さらに、原液中間室６ａにはライン１７か
ら分岐されたライン１２を通り硝酸が適当量導入され
る。

【００２８】ライン１４から流出する液は、この図には
記載していないが廃液タンク１およびまたはライン１３
にリサイクルして使用するのが好ましい。

【００２９】一方、ライン１６およびライン１８で得ら
れる水酸化ナトリウムおよび硝酸は、放射性陽、陰イオ
ンを含まないため別途これらの発生源で再使用すること
ができる。

【００３０】

【実施例】以下に実施例でさらに本発明を詳細に説明す
るが、本発明はこれに制限されることはない。

【００３１】実施例１ 吸着剤５としては、平均相当直径が１ｍｍである粒状ア
ンチモン酸、粒状リン酸ジルコニウム、粒状ハイドロタ
ルサイト、水酸化ビスマスをそれぞれ２０対４０対２０
対２０の割合で充填したカラム４を用意した。カラム４
の形状は、直径２０ｃｍ，高さ０．５ｍのものを用い、
吸着剤５をカラム４の塔頂近傍まで充填した。

【００３２】Ｓｒ，Ｃｓ，Ｍｎ，ＣｏおよびＩをそれぞ
れ１０ｐｐｍ含む２００ｇ／１の濃度の硝酸ナトリウム
廃液２を廃液タンク１に用意した。

【００３３】カラム４の塔底にこの廃液２を空塔速度
０．１ｃｍ／ｍｉｎでポンプ３で供給した。カラム４の
塔底から排出された液はライン１３を通り、ライン１７
およびライン２１を通り、この液の硝酸濃度が０．１％
になるように硝酸が加えられ、防蝕された電気透析手段
６０において、ライン１５、ライン１７、ライン１９に
はそれぞれ０．１％水酸化ナトリウム、２％硝酸、５％
硫酸マンガン水溶液を流通させており、それぞれの平均
流速は１０ｃｍ／秒にほぼ調節した。また、電流密度は
３Ａｄｍ^-2に調節した。

【００３４】上記条件で１年間運転した。尚、吸着剤５
はカラム４をカラム４１に切り替えたとき吸着物を溶離
し、繰り返し用いたが、特に不都合は生じなかった。結
果を表１に示す。

【００３５】実施例２ 実施例１のカラム４の塔頂から排出された液の硝酸濃度
を０．１％から４％に変えた以外は実施例１と同様に実
施した。結果を表１に示す。

【００３６】実施例３ 実施例１の空塔速度を０．１ｃｍ／ｍｉｎから３．０ｃ
ｍ／ｍｉｎに変え、防蝕された電気透析手段６０の処理
容量を３０倍に変えた以外は実施例１と同様に実施し
た。結果を表１に示す。

【００３７】実施例４ 実施例３のカラム４の塔頂から排出された液に加える硝
酸を停止した以外は、実施例３と同様に実施した。結果
を表１に示す。

【００３８】比較例１ 実施例１のカラム４に充填剤５を充填しなかった以外
は、実施例１と同様に実施した。結果を表１に示す。

【００３９】比較例２ 実施例１のカラム４に充填剤５を充慎せずに、カラム４
の塔頂から排出された液に加える硝酸を停止した以外は
実施例１と同様に実施した。結果を表１に示す。

【００４０】比較例３ 別途Ｓｒ，Ｃｓ，Ｍｎ，ＣｏおよびＩをそれぞれ０．０
５ｐｐｍ，０．０５ｐｐｍ，０．０５ｐｐｍおよび０．
１ｐｐｍを含む２００ｇ／１の濃度の硝酸ナトリウム廃
液２を用い比較例１で停止していた硝酸を再供給した以
外は比較例１と同様に実施した。結果を表１に示す。

【００４１】実施例５ 実施例３の２００ｇ／１の濃度の硝酸ナトリウム廃液２
に燐酸および硫酸をそれぞれ５％および１０％となるよ
うに加えた混合液を用意した以外は実施例３と同様に実
施した。結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】 注：出口濃度０．０：検出限界以下 Ｃｓは原子吸光法による分析結果、Ｃｓ以外の元素は
Ｉ．Ｃ．Ｐ．法による分析結果による。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、放射性廃
液中の放射性核種イオンを吸着剤によって除去した後の
液を、電気透析手段にかけ、含まれる酸、アルカリを分
離するため以下の効果がある。

【００４４】（１）放射性廃液中の放射性核種イオンを
完全に除去でき、除去後の液を酸とアルカリに分離する
ことが長期間に渡り可能となった。そのため、分離され
た酸およびアルカリは安全に別途再使用することができ
る。

【００４５】（２）吸着剤は幾度も再利用が可能で吸着
剤を廃棄する頻度は少なく、且つ吸着剤から溶離された
元素を最終的に処分すれば良い。

【００４６】（３）放射性元素による電気透析膜の目詰
まりがなくなったことにより、膜の交換頻度が極めて減
少した。また、放射性元素による膜の劣化が抑制でき
た。

【００４７】（４）８０００時間以上運転できるため、
膜交換および電極の交換頻度が極めて少なくなり、作業
員の被爆機会が激減した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施概念図である。

【符号の説明】

１ 廃液タンク ２ 廃液 ３ ポンプ ４、４１ カラム ５ 吸着剤 ６ａ 原液中間室 ６ｂ 希薄液中間室 ７ 陰極室 ８ 陽極室 ９ 陰極 １０ 陽極 １１〜２１、１２０、１３０ ライン ３０ 陰イオン交換膜 ４０ 陽イオン交換膜 ６０ 電気透析手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射性核種イオンを吸着する１又は２以
   上の組合せからなる吸着剤を充填した吸着手段におい
   て、塩類を含む放射性廃液から放射性陽イオンおよび陰
   イオンを吸着除去し、吸着された放射性核種イオンは別
   途吸着剤から溶離して回収し、また、１対の陰陽電極間
   に両側が陽イオン交換膜からなる中間室を設け、該中間
   室を陰イオン交換膜にて２室に分け、その陰極側を原液
   中間室、陽極側を希薄液中間室とした電気透析手段にお
   いて、前記吸着手段でほとんどの放射性核種イオン類を
   除去された廃液を前記原液中間室に通し、前記塩に対応
   する酸を前記希薄中間室に通して、電気透析を行い、廃
   液中の塩を酸およびアルカリに分離回収することを特徴
   とする放射性廃液の処理方法。
2. 【請求項２】 塩類を含む放射性廃液から放射性陽イオ
   ンおよび陰イオンを吸着除去するための放射性核種イオ
   ンを吸着する１又は２以上の組合せからなる吸着剤を充
   填した吸着手段と、その下流に１対の陰陽電極間に両側
   が陽イオン交換膜からなる中間室を設け、該中間室を陰
   イオン交換膜にて２室に分け、その陰極側を原液中間
   室、陽極側を希薄液中間室とした電気透析手段を配置し
   た請求項１の方法を実施するための装置。