JPS59162490A - 使用済樹脂分解廃液の乾燥粉末化方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子力発電所等で生ずる廃液の処理方法に関
し、さらに詳しくは、使用済みイオン交換樹脂を酸ある
いは過酸化水素により分解してできる揮発性のアンモニ
ヤ及びアミン分を含む廃液を処理するのに好適な使用済
樹脂類分解廃液の処理方法に関する。

〔従来技術〕

ＢＷＲ（沸騰水型原子炉）やＰＷＲ（加圧水型原子炉）
などの原子力発電所から発生する各種放射性廃棄物の従
来の処理プロセスは、各廃棄物をまず遠心薄膜蒸発機で
乾燥粉末化した後、造粒機によりアーモンド型のベレッ
トに加圧成形することにより、廃棄物の量を大幅に減容
し、更にこれら被しッ上を２００ノのドラム缶に詰入れ
た後、アスファルトやプラスチック等をベレットの間隙
に充填することによって、安定した同化体を製作するも
のである。

このプロセスに関し、第１図に示すように、特に乾燥粉
末化において、次のような技術改良が行われている。ま
ず廃棄物のうち濃縮廃液（ａ）、使用済の粒状イオン交
換樹脂（ｂ）及び粉状イオン交換樹Ｊｌｆ’（ｃ）並び
に濾過助材（ｄ）は混合（ｅ）シてから遠心薄膜蒸発機
で乾燥粉末化（ｆ）する。この混合により二つの利点が
得られる。第１点は、不燃性である濃縮廃液のＮａ　２
　ＳＯ４やＮａ２Ｂ４Ｏ７と可燃性である樹脂類とが混
合されることによって、樹脂単独で粉末化しだときよシ
も火災ポテンシャルを低減できることである。第２点は
濃縮廃液を粉末化するときに問題となる伝熱面上に析出
するスケールを、弾力性のある樹脂類を混合することに
よって、はく離することが容易になることである。他方
、もう１つの廃棄物である洗濯廃液（ｇ）は遠心薄膜蒸
発機の粉末化条件（１気圧、１００℃）では液状である
ので従来では粉末化が難しかったところ、活性炭を混合
（ｈ）することによって洗剤成分を活性炭の多孔質内に
選択的に吸着することができるように々シ、粉末化が可
能と々っだ。得られた粉末は造粒（ｉ）された後に固化
（ｊ）される。

第１図に示した上記プロセス技術が開発された後、更に
廃棄物量の低減を目的として、可燃性の使用済樹脂類を
酸や過酸化水素で酸化分解して無シヅ２化してから粉末
化を行なうシステムの開発が進められているが、この分
解廃液の乾燥粉末化特性についての検討は行なわれてお
らず、該分解廃液を乾燥粉末化して処理する方法はまだ
知られていない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、使用済のイオン交換樹脂類やノクルゾ
、セルローズ等の濾過助材を湿式にて酸化分解した後の
分解廃液を安定した乾燥粉末にする方法を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明は、粉末化過程において如上の分解廃液のＰＨを
常にアルカリ側に保つことにより、粉末化を阻害する主
要因子である有＠酸の生成を抑制して該分解廃液をｐＨ
７の近傍に維持して乾燥粉末化操作の際に生成する粉末
の粘稠化傾向を阻止し、粉末化を安定的に行なうように
したことを特徴とするものである。

〔発明の基礎となった実験〕

本発明は下記の実験の結果に基づいている。すなわち、
第２図に示すような陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換
樹脂を含む使用済イオン交換樹脂スラリーに過酸化水素
を添加し、１００℃で５時間反応させた後、ＮａＯＨで
ＰＨ７に中和し、この廃液中の固形分の分析をしだ。分
析結果を表１に示す。

表１．使用済イオン交換樹脂分解廃液の組成表１におい
て、Ｎａ２ＳＯ４は、第２図に示す陽イオン交換樹脂の
イオン交換基（−５Ｏ３）が廃液中にに残存し、これが
ＮａＯＨで中和されたものである。

Ｎａ２ＳＯ４の重量分率が多いのは、Ｓｏ、が陽イオン
交換樹脂の約３０％を占め、かつイオン交換樹脂は通常
は陽イオン交換樹脂２、陰イオン交換樹脂１の割合で使
用されていることによる。他方、（ＮＨ４）２Ｓｏ４の
うちのＮＨ４は、第２図に示す陰イオン交換樹脂から発
生するもので、ＮＨ４が揮発性なので残存量は若干の運
転条件の違いで、大きく変動しやすい。また可溶性有機
物は酸化しきれなかったイオン交換樹脂のうち、低分子
で水に溶けているものである。不溶性有機物は酸化分解
がまだ進んでいなかったイオン交換樹脂に因るものであ
る。また、Ｐａ（Ｏｆ−Ｉ）、は、過酸化水素でイオン
交換樹脂を分解する時如触媒として添加されたＦｅイオ
ンが、廃液を中和した時に水酸化物となって沈殿を生じ
たものである。

当初、廃液中には揮発性のＮＨうけ存在しないと考えて
いた。これは、１００℃条件下で長時間反応させたので
、ＮＨ３は蒸発すると考えたためである。しかし、反応
過程では陽イオン交換樹脂から生成するＳＯ３か−ら硫
酸Ｈ２ＳＯ４ができ、使用済イオン交換樹脂スラリーが
強度の酸性状態になるため、ＮＨ３は液中に残存できる
ことがわかった。

ところで表１に示す廃液を遠心薄膜蒸発機で乾燥粉末化
すると、生成した粉末同士の粘着力が大きく、粉末の流
動性が悪いことが観測された。これは、廃液をＮａＯＨ
で中和してから濃縮するために、粉末化過程でＮＩ（３
と可溶性有機物のうち揮発性のアミン類とが蒸発するこ
とに起因する。

すなわち、揮発性のＮＨ３やアミン類はアルカリ性成分
であり、これらが蒸発すると液の声が７から３または２
まで酸性側に移行する結果、可溶性有機物のうちＮａ塩
であったものは有機酸に、硫酸アンモニウムは硫酸に変
化する。たとえば、有機Ｎａ塩の一つである酢酸ナトリ
ウム（融点３２０℃）は酢酸に変化する。酢酸の融点は
１７℃であるから遠心薄膜蒸発機の中でこの酢酸は液状
で存在し、また硫酸も液状である。したがって、Ｎａ２
ＳＯ４が粉末になっても、酢酸および硫酸は粉末の表面
に液状で残存しているので、粉末同志の粘着力が大きく
なる。これが、粉末の流動性を悪くしてやる原因である
。

本発明は以上の点に鑑み、粉末化過程で蒸発する揮発性
のアル、カリ性成分であるＮＨ３やアミン類に相当する
当量以上の量だけあらかじめＮａ　ＯＨ（これは不揮発
性アルカリである）を廃液中に添加することによって、
粉末化過程で常に液がアルカリ側になるようにし、以て
粉末同志の粘着力の増大ひいては粉末の流動性の悪化を
招く有機酸の生成を防ぐようにしたものである。

本発明の有効性を実証するだめに、第３図にＮａＯＨの
添加量と、遠心薄膜蒸発機で生成された粉末の粘性係数
との関係を、回転式粘度計を用いて測定した結果を示す
。ＮａＯＨの添加量の増加とともに、液状成分の生成の
低下により粉末の粘性係数、従って流動性は改善される
ことがわかる。しかしながら、中和点を過ぎて更にＮａ
ＯＨを増加させると、しだいに粘数係数が、増加してく
る。これは、ＮａＯＨ水溶液は沸点上昇が太きいために
、ＮａＯＨが単独で存在する場合には、遠心薄膜蒸発機
で完全に蒸発させることが暢しく、粉末が若干の水分を
持つためである。

〔発明の実施例〕

本発明の方法を沸騰水型原子力発電所から生ずる使用済
イオン交換樹脂の分解廃液の乾燥粉末化処理に適用した
場合の実施例を第４図によシ詳細に説明する。第４図は
その放射性廃棄物処理装置全体のフロー図である。まず
プロセスの概要を述べる。

ＩＱｉ物のうち可燃性のものは、それぞれ使用済粒状イ
オン交換樹脂貯蔵タンク１、使用済粉状イオン交換樹脂
貯蔵タンク２、使用済濾過助材貯蔵タンク３に貯蔵され
ている。これら貯蔵タンクより一日あたりの夫々の平均
廃棄物発生量だけ、反応容器４に移送する。次に、触媒
貯蔵タンク５よシ反応容器４内のＦｅイオンがＯ６０４
ｍｏｌ／ｌになるようにＦｅＳＯ４水溶液を移送する。

そして酸化剤タンク６よ５３０ｉ量チのＨ２０□水溶液
を一定速度で５時間にわたり供給し、反応容器４内の可
燃性廃棄物の酸化分解を行なう。所定時間経過した後、
分解廃液は混合容器７に移送され、ここで濃縮廃液貯蔵
タンク８より濃縮廃液を一日あたシのその平均発生量だ
け混合容器７に追加する。その後、Ｎａ　ＯＨ貯蔵タン
ク９よ、！ｌ）　ＮａＯＨ水溶液を添加してＰＨ７の近
傍に調整した後、廃液を混合容器７から遠心薄膜蒸発機
１０に移送して乾燥粉末にする。

この遠心薄膜蒸発機１０内で発生する水蒸気は凝縮器１
，１で水に戻し、水蒸気中の非凝縮性ガスはフィルタ１
２によシ放射性核種を除去した後に煙突１３より大気へ
放出する。このガス中に含まれるＮＨ３を分解するため
に、フィルタ１２の前段にＮ）Ｉ３分解装置１４を設け
る。この分解装置１４では、まずヒータによりガスを３
５０℃まで加熱した後、銅あるいは銀を添着したチタン
層に通し、下記の反応によ、９　ＮＨ３を分解する。

４　ＮＨ３＋　３０□→２Ｎ２＋６Ｈ２〇−万、遠心薄
膜蒸発機１０で生成した乾燥粉末は、ブリケッテングマ
シン１５によシ長径３副のアーモンド型のペレットに加
圧成型する。このペレットをコンクリートで厚さ５ｃｒ
ｎの内張シをした２００１のドラム缶１６内に充填した
後、同化剤貯蔵タンク１７よシ水ガラスをペレット間隙
に注入して安定した固化体に成型する。

上記ゾロセス中混合容器７におけるＮａＯＨの添加は、
本発明に基づき以下詳述するように行われる。

なお、この混合容器７における混合はマイクロコンピュ
ータ１８によシ自動的に制御されるようになっている。

反応容器４からの廃液と濃縮廃液貯蔵タンク８からの濃
縮廃液とを混合容器７へ整送し了え★後、混合容器７内
の廃液量を計測する。これは、混合容器７底部に取シ付
けた圧力発信器１．９を用いて得た圧力の測定値と混合
容器７０所面積とを掛算して求める。次に、バルブ２ｏ
を閉めた状態でバルブ２１を開け、ポンプ２２を運転し
て、混合容器７内の攪拌を行なう。この状態でＮａＯＨ
貯蔵夕、ンク９よシ重力によりＮａＯＨ水溶液を添加す
る。このタンク９からのＮ、ａＯＨ添加のだめの供給ラ
インには、流動抵抗が少ないライン２３と、流量を１／
１ｏに低下させるようにオリ、フィバ２４を設けたライ
ン２５とがある。タンク９から流出するＮａＯＨ水溶液
の重量流量（これは体積流量を電磁流量計２８で測定し
、これに３０重量−の濃度を有する該ＮａＯＨ水溶液の
密度１．３　’３　蝦を掛算して計算する）に注意しつ
つ上記ＮａＯＨ添加を行う。すなわち、当初、混合容器
７内の廃液は強い酸性側になっているので、−（メータ
２９で廃液の−を測定しながら、−３まではバルブ２６
を開けて大きい流量でＮａＯＨ水溶液の添加を行ない、
それ以後はバルブ２６を閉じバルブ２７を開けて小さい
、流量でＮａＯＨ水溶液の添加を行なう◎ 混合容器７内の廃液中の前述した揮発′性のアルカリ性
成分の量を１、−メータ２９とアンモニア電極３０を用
いて、以下の原理によって測定する。

廃液中において次の（１）式のような平衡関係が成シ立
ち、この平衡定数は（２）式で与えられる。

ＮＩ（４←ＮＨ３＋　）Ｉ＋（１） アンモニア電極３０社半透膜を通れるＮＨ５の濃度を測
るものであシ、また−メータ２９でＨイオンの濃度が測
られる。これらの値によシ（２）式からＮＨ４量の濃度
を計算で求め、そしてＮＨ３とＮＨ４の濃度の合計から
前述の揮発性アルカリ性成分の濃度が求まる。（１）式
の平衡関係が示すように、廃液４が酸性側でＨ＋が多い
ほど平衡は左へ進み、廃液中のＮＨ３の量は減る。Ｈ＋
の量が減ｆｉ　ＮＨ，の量が多いほど上記濃度測定の精
度は向上する。従って混合容器７内に−が７近傍になる
までＮａＯＨ水溶液を添加してから上記の濃度の測定及
び算出を行うのがよい、このようにして求めた揮発性ア
ルカリ成分の濃度に混合容器７内の液の量を掛は算する
ことにより該容器７内の廃液中の揮発性アルカリ性成分
の量が求まる。

この求まった量の１．５倍当量のＮａＯＨをＮａＯＨ水
溶液貯蔵タンク９から添加するのである。ここで揮発性
アルカリ成分の量の１倍当量でなくて１．５倍当量とし
た理由は、廃液中の揮発性アルカリ性成分にはＮＨ３の
他にアミン類があり、このアミン姑は条件によってはＮ
Ｈ３量の０．２からＯ−６倍の範囲で変動することを実
験的に知ったからである。

第３図かられかるように、ＮａＯＨが過少であるよシは
過大である方が粘性の上昇がＩＡはど少い。従って揮発
性アルカリ性成分量の１．５倍当量のＮａＯＨを添加す
ることは、アミ・ン類の変動による粘性の最大上昇値を
低くすることができる。

廃液へのＮａＯＨ添加が終了した後、バルブ２１を閉じ
、バルブ２０を開いて混合容器７内の廃液を遠心薄膜蒸
発機１０．へ供給する。

かくして、上記実施例によれば、可燃性廃液物を過酸化
水素によシ分解した廃液を′流動性の良い乾燥粉末にす
ることができる。

なお遠心薄膜蒸発機以外の乾燥器を用いても同様の効果
を期待することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、使用済のイオン交換樹脂や濾過助材等
の樹脂類を酸化分解した分解廃液のりｙ末化過雅におけ
る該廃液中の揮発性アルカ、り性成分の蒸発に起因して
廃液が敵性になることが防止され、これに上り廃液を゛
流動性の良い乾′燥粉末に化することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の放射性廃棄物の処理方法を示すブロック
線図、第２図はイオン交換僧服の構造を示す図、第３図
はＮａＯＨ添加量と生成粉末の粘性係数の関係を示す実
数グラフ、第４図は本発明の方法を実施゛する装置構成
を例示した全体系統図である。 第２図 −ＣＨ−Ｃ）−１２−、Ｃｌ−１−Ｃｌ−１ｚ　　−Ｃ
Ｈ−ＣＨ２−−Ｃ１４−ＣＩ−！２−　　Ｃｌ−１−Ｃ
）１２　−　　ＣＨ−Ｃｌ−１２−第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 使用済樹脂スラリーに過酸化水素、硝酸又は硫酸を加え
   て該樹脂を酸化分解するプロセスから排出される分解廃
   液を乾燥粉末化する方法において、乾燥粉末化過程中に
   蒸発する分′Ｍ廃液中の揮発性アルカリ性成分の量に相
   当する当今以上の不揮発性アルカリ成分を予め分解廃液
   中に添加した後に分解廃液を乾燥粉末化することを特徴
   とする使用済樹脂分解廃液の乾燥粉末化方法。