JPS61187698A

JPS61187698A - 放射性イオン交換樹脂の処理方法及び装置

Info

Publication number: JPS61187698A
Application number: JP2761085A
Authority: JP
Inventors: 森　和秀; 弘行土屋; 菊池　恂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-02-15
Filing date: 1985-02-15
Publication date: 1986-08-21

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、原子力発電所などから発生する使用済の放射
性イオン交換樹脂の処理方法及び装置に係り、さらに詳
しくは、熱分解等により廃樹脂の量を減少させると共に
安定な化合物に処理する方法、及び装置に関する。

〔発明の背景〕

原子力発電所などの運転に伴ない種々の放射性物質を含
む廃液が発生するが、これらの廃液はイオン交換樹脂を
用いて処理されることが多い。これに伴い発生する使用
済の放射性廃樹脂（以下廃樹脂と称す）の処理が原子力
発電所の運転上の課題とされている。例えば、沸騰水屋
原子力発電所においては、発生する放射性廃棄物量のが
なりの部分が廃樹脂で占められている。この廃樹脂はセ
メン）６るいはアスファルト等の固化剤と混合してドラ
ム缶中に固化され施設内に貯蔵保管されている。しかし
ながら、これらの放射性廃棄物の量は、年々増加する傾
向にあシ、その保管場所の確保および保管中の安全性の
確保が重要な問題となりている。さらに、廃樹脂は有機
物のため、長期間保管するとこれが、分解・腐敗する可
能性もある。このため、廃樹脂を同化処理する際には、
°容積を可能な限シ小さくすると共に、これを安定な化
合物とすることに大きな関心が払われてきている。

廃樹脂の減容安定化処理法は、大別すると、酸分解に代
表される湿式法と焼却に代表される乾式法がある。

ここで、一般的な廃樹脂の分解システムを熱分解を一例
として第２図に示す。廃樹脂貯蔵タンク１に貯蔵した廃
樹脂を分解装置２にて熱分解し、残渣５を固化容器７に
移し、固化する。熱分解により発生する排ガスは、アル
カリスクラバ３により処理されＮａ２ＳＯ４等の放射性
二次廃棄物４となシ１残渣５と同様固化される。このシ
ステムは、乾式法によるプロセスであるが、湿式法でも
ほぼ同様なプロセスである。

前記処理法のうち、ＨＥＤＬ法（ハンフォード・エンジ
ニアリング・デベロップメント・うがシトリ−法）　（
Ｈａｎｆｏｒｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｖｅｌ
ｏｐｍｅｎｔ　Ｌａｂｏ−ｒａｔｏｒｙ法）及び、特開
昭５３−８８５００号公報に示された方法に代表される
酸分解法（湿式法）では、酸による容器の腐食という問
題があるが、特開昭５７−１２４００号公報に示される
ように廃樹脂を流動床を用いて燃焼する方法に代表され
る乾式法を用いれば、この問題は解決される。

しかし、乾式法を用いた場合には、残渣や放射性物質の
飛散量が多いという問題がある。これは、流動気体下（
もしくはそれに近い状態下）で廃樹脂を分散・燃焼させ
る之め残渣や放射性物質が排ガス中へ随伴・飛散するた
めである。また他の問題として１廃樹脂が（１）及び（
２）式に示すような分解機構をとるため、分解生成ガス
としてＮＯｘ、ｓｏｘ等の有害ガスを発生すると込う問
題がある。

これらの有害がスについては、環境基準等により全量規
制または、濃度規制（５ｐｐｍ　）が実施されているの
で、このため、これら放射性物質や有害ガスを除去する
ための排ガス処理設備が必要となる。

一般的な排ガス処理設備を第３図に示す。反応器系より
発生した排ガスはまずコンデンサー８を通り、水分を凝
縮された後アルカリスクラバー９に導かれ、苛性ソーダ
と気液接触を行い、有害ガスであるＮＯｘ　、　Ｓｏ工
をナトリウム塩の形で除去される。これらの塩はスクラ
バーより水溶液として発生するため、乾燥粉末処理設備
が付属設備として必要となる。さら圧排ガスは、放射性
物質等を除去するためフィルター１０を介した後、許容
濃度以下を確認して大気中に放出されている。以上のよ
うに、排ガス処理設備は非常に大規模なものとなシ、残
渣以外ＫＮ＆２ｓｏ４やＮａＮ０　ｓが放射性の二次廃
棄物として発生するという問題点がある。

また、アルカリスクラバーの代用として活性炭等の乾式
フィルターを使用することも可能であるが、しかし、こ
の場合、設備の小規模化はある程度図れるが、吸着材が
放射性二次廃棄物として発生することに変わシはない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、排ガス処理設備の小型化及び放射性二
次廃棄物発生量の低減を図った、放射性イオン交換樹脂
の処理方法及び装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明者らは、放射性廃棄物として処理する廃樹脂が炭
素を基体とした化合物であシ、かつ網目状の構造を持っ
ていることに着目し、廃樹脂を炭化することによってこ
れを排ガス用吸着材とじて利用し、上記目的を達成した
ものである。

すなわち、本発明の要旨は、原子カプラントで発生する
使用済の放射性イオン交換樹脂を分解処理する方法にお
いて、炭化工程を経たイオン交換樹脂を、別系統にて行
われるイオン交換樹脂分解時に発生する排ガスの吸着材
として使用することを特徴とする放射性イオン交換樹脂
の処理方法にある。

吸着材の吸着性能を高めるためには、炭化工程に引き続
き賦活工程を経たイオン交換樹脂を吸着材として使用す
ることが好ましい。炭化工程は廃樹脂の減容安定化及び
細孔の形成のために行うものであり、賦活工程は炭化後
の廃樹脂、すなわち残渣からタール成分、未炭化物を除
去して残渣の活性化を完全にするために行うものである
。炭化工程は不活性雰囲気下での熱分解が好ましく、熱
分解のための加熱方法としては誘導加熱炉、レーデ−、
マイクロ波等を利用する方法がある。賦活工程は水蒸気
下での加熱処理が好ましい。塩化亜鉛を用いて青なわれ
る薬品賦活法を用いても同等の効果が期待できるが、但
しこの方法は溶液を使用する為、水蒸気による賦活法゛
に比べ、ハード上不利な点を有する。炭化工程、賦活工
程は、減容効果等のため、４００℃以上で行われること
が好ましい。

炭化及び賦活された後の樹脂は、同一容器内または、専
用セルに移送後必要により破砕等の工程を経て吸着材と
して利用される。

本発明放射性イオン交換樹脂の処理方法を具現するため
の装置としては、二つの反応容器を並置し、これに交互
に使用済放射性イオン交換樹脂を導入し、各反応容器に
は夫々加熱装置を設け、選択的に一方の反応容器に不活
性ガスを流し、該反応容器から出て来るガスを他方の反
応容器を経て排気するよう管路を設け、更に反応容器内
の残渣を交互に排出する手段を設けたものとすることが
できる。

〔発明の実施例〕

次に本発明の実施例を図面を引用して詳細に説明する。

イオン交換樹脂は一般にスチレンとソビニルベンゼン（
Ｄ、Ｖ、Ｂ　）の共重合体を基材とし、これにイオン交
換基として、陽イオン交換樹脂の場合にはスルホン酸基
を、また陰イオン交換樹脂の場合には４級アン七ニウム
基を結合させた構造を有する芳香族系有機高分子化合物
である。

ここで述べる実施例では、このようなイオン交換樹脂を
炭化状態へ減容安定化する工程として不活性雰囲気によ
る熱分解で行ない、引き続き賦活工程を水蒸気添加によ
り行なった実施例について説明する。

廃樹脂を最終的に賦活し、吸着材として利用できたとし
ても、賦活した段階で初期の廃樹脂に比べ減容、安定化
されていないのでは、処理したとは言いがたい。廃樹脂
を不活性雰囲気下で熱分解した場合の分解特性を第４図
に示す。不活性雰囲気（窒素雰囲気）中で４００〜６０
０℃付近で熱分解を行なうことにより、相対重量が約１
／２に減少することがわかる。この時点での減容比は１
１５程度であることも同時に確認している。

また、不活性雰囲気における熱分解の処理時間と炭化率
の関係な第５図に示す。尚、炭化率は次式にて定義した
。

本図より、８時間熱分解処理を行なうことにより、９０
％以上の炭化率が得られることがわかる。

従って発明者らは、廃樹脂の炭化状態への減容安定化工
程を、不活性雰囲気（窒素雰囲気）下温度６００℃、８
時間処理で行なうこととした。

次に賦活工程であるが、これは熱分解後の残渣を同一容
器内に保ち、６００℃で水蒸気、炭酸ガス、酸素を混入
して賦活することとした。賦活した後の残渣の比表面積
測定結果を第１表に示す。

比表面積の測定は、細孔に吸着されるガス量を測定する
ことにより行なった。この結果、賦活した後の残渣の比
表面積は、一般の活性炭とほぼ同値であることが確認さ
れ、同程度の吸着性能が期待できることがわかった。

第１表第６図（イ）にイオン交換樹脂の構造、（ロ）に賦活後
の残渣の構造、（ハ）に活性炭の構造を示す。賦活後の
残渣は活性炭と同様に空隙の多いことがわかる。

次に、この賦活残渣の排ガス中の有害ガス吸着性能を調
べた。本試験装！！を第７図に示す。熱分解中に第１反
応檜兼吸着セル（以下第１反応セルと称す）２３より発
生した排ガスをコンデンサー２６にて水分を凝縮させ除
去した後、第２反応セル２７にあらかじめ準備しておい
た賦活残渣中を通すことにより、有害ガスを除去した。

反応セルは、その上部と下部にＳＵＳ製の焼結板２２を
配置し、ガスの流通をスムースに行なえるよう配慮した
。

第２の反応セル２７を通過したガスは、ガスクロマトグ
ラフィー２４によプ定量分析し、有害ガスの吸着性能を
評価した。賦活残渣の層を３０副、窒素（Ｎ２）の流速
を１０　ｃｍ／ｓ程度とした場合、ＮＯｘ及びＳＯＸの
捕集率（吸着率）は９０％以上となシ、放出基準以下の
濃度に抑えられることが確認された。

さらに本発明の有効性を検討するため、以下に示すよう
な実施例を試みた。第８図は、本実施例において加圧水
型原子炉の炉水浄化系から発生する廃樹脂を熱分解によ
り減容安定化した後、賦活し排ガス吸着材として利用す
るシステムの系統図であり、第１図はそのうちの反応セ
ル部分の詳細図である。

第８図において廃樹脂は、復水脱塩器がら逆洗操作で廃
棄されるのでスラリー状となっている。

この廃樹脂スラリーはスラリー輸送管２８がら廃樹脂受
タンク２９に供給される。この廃樹脂は、陽イオン交換
樹脂２、陰イオン交換樹脂ｌの割合のものであった。廃
樹脂受タンク２９内の廃樹脂を、パルプ３０を介して所
定量（乾燥重量で３０ｋｇ）だげ脱水器３１に供給し、
遠心脱水した後、反応セル部３２に供給した。反応セル
部について第１図を用いて説明する。

第１図中のバルブ３４及び３５Ｙ介し第１反応セル４７
に廃樹脂を供給した。反応セルは第１反応セル４７と第
２反応セル４８の２つから成シ、一方で熱分解、他方で
ガス吸着の機能を同時に果たせるような構造としである
。本実施例では、第一反応セル４７にて熱分解を第２反
応セルにてガス吸着を行なった。

第１反応セル４７に供給された廃樹脂４３は、不活性ガ
スである窒素を１副／３で供給しつつ、６００℃に加熱
され、熱分解された。反応容器の加熱手段としては、−
次コイル４６上に交流電圧を流し、第１反応セル４７の
表面に励起電流を誘起して加熱する誘導加熱方式を採用
した０また、熱が均一に反応セル内に分布するよう攪拌
機３７を設置した。窒素供給はバルブ５ｏ及び４０ｇ介
して行なわれた。この間パル２４４及び４１は閉とした
。

熱分解の結果、廃樹脂は、体積で約１１５減少し、炭化
も９０％以上進行していることがＮ認された。

またこの間有害ガスである硫黄化合物（ＳＯｘ　、　Ｈ
２Ｓ等）と窒素化合物（ＮＯｘ　、？’Ｊ１（３等）が
約２．５ｍ’発生した。これらの排ガスは、コンデンサ
ー４９を介した後、パルプ４５を通り、あらかじめ本工
程及び続いて行なわれる賦活工程を経て賦活された残渣
４３′中に供給される。第２反応セル４８において、有
害ガスであるＳＯｘ　、　ＮＯｘ等を吸着、除去３６は
閉とした。また、攪拌機３７′は停止状態とした。

この結果、有害ガスの９０％以上が第２反応セル４８内
の賦活残渣４３′に吸着され、環境基準濃度以下に抑え
られたことを確認した。

こうして使用された使用済の賦活残渣は、取出し口５１
から排出され、別系統により処理されるか、あるいは保
管される。

次に、第１反応セル４７内の熱分解残渣の賦活工程を実
施した。第１反応セル４７内温度は６００℃とし、水蒸
気炭酸ガス、及び酸素を吹き込み賦活した。この間発生
した排ガスは、前工程と同様にして処理された。

〔発明の効果〕

本発明によれば、廃樹脂を熱分解処理するに当って、排
ガス処理設備の小型化が図れ、かつ放射性二次廃棄物発
生量を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る反応セル部の詳細図、第
２図は一般的な廃樹脂の分解システムを示す図、第３図
は一般的な排ガス処理設備を示す図、第４図はイオン交
換樹脂の不活性雰囲気下での温度による分解特性を示す
図、第５図は処理時間と炭化率の関係を示す図、第６図
（イ）はイオン交換樹脂の構造、同（ロ）は賦活後の残
渣の構造、同（ハ）は活性炭の構造を夫々示す図、第７
図は有害ガス吸着性能確認試験装置の図、第８図は廃樹
脂分解処理システムの系統図である。１・・・廃樹脂貯蔵タンク　２・・・分解装置３・・・
アルカリスクラバ　４・・・二次廃棄物５・・・残渣　
　　　　　　６・・・固化材タンク７・・・固化容器　
　　　　８・・・コンデンサー９・・・アルカリスクラ
バー　１０・・・フィルター１５・・・イオン交換基°
１６・・・対立イオン１７・・・スチレン基体１８・・
・ソビニルベンゼン架橋１９・・・水和水　　　　　　
２０・・・活性炭２１・・・被吸着物　　　　　２２・
・・焼結板２３・・・第１反応セル　　　　２４・・・
ガスクロマトグラフィー２６・・・コンデンサー　　　
２７・・・第２反応セル２８・・・スラリー輸送管　　
２９・・・廃樹脂受タンク３０　、３４・・・パルプ　
　　３１・・・脱水器３２・・・反応セル部３３・・・
ＨＥＰＡフィルター３５　、３６　、３８　、３９　、
４０　、４１　、４４　、４５　、５０・・・パルプ　
　　　　　３７　、３７’・・・攪拌機４３・・・廃樹
脂　　　　　　４３′・・・賦活残渣４６　、４６’・
・・誘導加熱器　４７・・・第１反応セル４８・・・第
２　反応セル　　　４９・・・コンデンサー５１・・・
排出口。第３図温度（°Ｃ）第５図りｆル理　８雫〒　ｍ（ｈ）第６図（イつ第６図（ハ）

Claims

【特許請求の範囲】１、使用済放射性イオン交換樹脂を熱分解により炭化し
、該炭化工程を経たイオン交換樹脂を、別系統にて行わ
れる使用済放射性イオン交換樹脂の熱分解時に発生する
排ガスの吸着材として使用することを特徴とする使用済
放射性イオン交換樹脂の処理方法。２、炭化工程に引き続き賦活工程を経たイオン交換樹脂
を吸着材として使用する特許請求の範囲第１項記載の使
用済放射性イオン交換樹脂の処理方法。３、炭化工程が不活性雰囲気下での熱分解、賦活工程が
水蒸気下での加熱処理である特許請求の範囲第２項記載
の放射性イオン交換樹脂の処理方法。４、炭化工程及び賦活工程を４００℃以上で行う特許請
求の範囲第３項記載の放射性イオン交換樹脂の処理方法
。５、並置された二つの反応容器、該反応容器の夫々の加
熱手段、該反応容器に交互に使用済放射性イオン交換樹
脂を導入する手段、該反応容器の交互に選択された一方
の反応容器に不活性ガスを導入する手段、上記一方の反
応容器から流出するガスを他方の反応容器を経て排気す
る手段、該反応容器内の残留物を交互に排出する手段か
らなることを特徴とする使用済放射性イオン交換樹脂の
処理装置。