JPS61251798A - 放射性粒子含有スラリーの脱水法及びその装置 - Google Patents

Abstract

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め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は永久貯蔵用湿潤放射性廃棄物の処理に関し、
特に放射性イオン交換、樹脂、フィルタ媒体、その他の
粒子状廃棄物の脱水に関する。

［従来の技術］ 原子力産業は一定量の湿潤放射性廃棄物をつくり、これ
ら廃棄物中で顕著なものは、イオン交換樹脂やフィルタ
媒体で、原子炉冷却水からの放射性同位元素を洗浄する
ために使用されるものである。この結果の放射性イオン
交換樹脂と、ある場合のフィルタ媒体の懸濁液またはス
ラリーは安全に出荷し処分するために脱水しなければな
らない。

脱水とはここでは廃棄物粒体から水を除去し、残存する
遊離水がもはや廃棄物量の１．０％以上とならないよう
にすることである。これは１０Ｃ，Ｆ。

Ｒ２第６１部で規定されている。遊離水（ｆｒｅｅ　ｓ
ｔａｎｄｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　＞とは粒子床から自由に
重力で排水される排水自在の間隙水（１ｎｔｅｒｓｔｉ
ｔｉａｌ　ｗａｔｅｒ）のことである。

ビード型および粉体型イオン交換樹脂は脱水しなければ
ならない大部分の廃棄物質を構成する。

かかるイオン交換樹脂は、営利発電所当り毎年平均約３
８００立方フイートに達し、公益事業がつくりだす湿潤
廃棄物全体の殆ど半分に達する。放射性廃棄物処理装置
からの活性化炭素や無機ゼオライト粒体も量はこれより
少ないが、処分前にまた脱水しなければならない。

１９８１年以前、最初の大規模な脱水容器が使用された
時、上記の型の湿潤廃棄物は例えば使い捨ての鋼ドラム
内で乾燥したセメント粉と混合して大部分固化された。

しかし、かかる固化方法は、完全な構造の達成、腐食の
恐れのある容器内の固化ブロック上方の空間、十分に封
入されない廃棄部分、糊状または不同化物質を含む未解
決の問題を抱えている。廃棄媒体の形状、大きさ、化学
反応、全面的な熱効果と廃棄媒体構造間の適切な関係は
貯蔵管理の三百年設計寿命にわたり、容器内の放射性廃
棄物の固化の場合には未解決のままである。

最近の廃棄物脱水の背後の推進要素は経済である。地上
の処分場所を利用することは、政治上の不確実性に脅か
され、少ない利用可能の処分場所への輸送コストは毎回
新しい規定で増大することが予想される。この結果、更
に効率的な廃棄物量処分または現場貯蔵の方法が必要と
され、この点で、脱水処理が極めて人目を引いている。

脱水済の廃棄物は、固化技術が必要とする体積膨張を起
さない。固体物質を添加して容器内で物理的か化学的に
水を閉込めるかまたは水に反応させる代りに、水は容器
から除去される。更に、脱水処理は工場の床面積、資本
投下が少なくて済み、埃っぽい腐食性または危険な化学
薬品を必要としない。

過去における廃棄物脱水に対する主要な緩和事情は、容
器内に放置される残留遊離水の度合と量に関する規制と
操作上の不確実性を変えて来た。かような遊離水は、容
器が輸送、貯蔵または埋蔵中に落下またはバンクする場
合、同位元素浸出の潜在媒介物となる。

１９８０年南カロライナ州により規定された遊離水判定
基準以前、脱水容器は底部にいくつかの力一トリッジ・
フィルタを非科学的に置いた薄ゲージの炭素鋼ライナに
過ぎなかった。この１９８０年の遊離水基準は容器、脱
水テストおよび手順が急速に変ったため、脱水機構の理
解不足を急速に示すことになった。ビード樹脂容器が円
錐底部と低点ドレンまたは吸込形態で設計された。膜ポ
ンプが遊離水を除去するために代表的に使用された。粉
化樹脂容器がい（つかのカートリッジ・フィルタのレベ
ルで設計された。

樹脂脱水の使用が多数の理由により増加することが予想
される。多くの工場はその深いベッド凝縮物研磨樹脂を
再生しない方がコスト上より有効であることを認めてお
り、この代りに一回の使用後樹脂を直接処分する。工場
当りのビード樹脂量はこの結果、顕著に増大する。ビー
ド樹脂量もまた、蒸発器の代りに、可搬脱鉱化剤の使用
により増大している。粉化樹脂の使用は発電所の水化学
への関心が深まるため増大している。粉化イオン交換樹
脂は原子炉冷却水内への樹脂浸入の軽減を助成するため
繊維性フィルタ材と混合されることが多くなっている。

従来のテストと証明手順は代表的な廃棄物媒体に基づき
、現場で起る廃棄物形式の範囲も考慮しなかったし永久
貯蔵状態も考慮しなかった。従来の脱水方法は定あられ
た最終目標を達成しなかった。吸上げサイクルの継続時
間は主観的な経験上の最終目標、例えばパンクした代表
的な容器からの見かけの漏洩が認められなくなるまで簡
単に延長された。輸送、貯蔵または埋蔵中の容器内の凝
縮サイクルのような熱力学的考慮は以前なされなかった
し、化学的な形式の効果も考慮されなかった。一定の結
果の生成をもたらす脱水機構についての理解は層間また
は達成されなかった。１回以上の場合において、遊離水
対排水時間の外挿法が特定のテス゛ト結果を使用して行
われた。この方法は数学的に不完全であったし、廃棄物
形式の実際変化を表わさなかった。その結果、現場テス
ト中と埋蔵現場においてバンクしたいくつかのライナー
は容認できない量の遊離水をもって発見された。

更に廃棄物特性と内部容器配管との相互関係は理解され
なかった。結局、イオン交換樹脂とフィルタ媒体の場合
の前記のＩＯＣ，Ｆ、Ｒ，第６１部の遊離水条件は従来
技術の脱水装置では満足されない。

［発明の要約］ この発明の方法により、放射性粒子を含む溶液またはス
ラリーは、永久貯蔵を満足する状態まで脱水される。遊
離水はスラリーから除去され、それから十分な量の水が
粒子から取出されるので永久貯蔵温度で粒子は吸着され
た水で飽和されなくなる。簡単にいえば、十分な量の吸
着された水は粒子床から取除かれ、埋蔵状態中に生ずる
一切の凝縮水を後で取込めるようにする。従って脱水さ
れた放射性粒子は、永久貯蔵管理の進行中それ自体の乾
燥剤として作用する。吸着された水は実質的にすべての
間隙水が取除かれた後蒸発により取除かれるのが好まし
く、粒子床を通って十分な速度で均等に低湿度の空気が
流れるようにして取除かれるのが極めて好ましい。

この発明の脱水方法は循環空気装置を組込むのが好まし
い。低湿度空気は放射性粒体のスラリー床を均等に通過
させられる。この空気はその通過の時に湿潤され間隙水
と吸着された水を粒子床から除去する。粒子床を通過し
た空気の相対湿度は好適実施例において監視され、その
後、該空気は乾燥され、粒子床に再循環される前に脱湿
される。

廃棄粒子床を通過した空気の相対湿度が所定値に下がる
まで空気は上記のように循環させられる。

永久貯蔵温度で、廃棄゛粒子が吸着された水で飽和され
なくなり、それにより凝縮により遊離水の形成を排除す
るように所定の相対湿度値が特定的に選択される。他の
実施例においては処理の最終目標はすべての間隙水が実
質的に粒子床から除去された後で除去される湿気の量の
ような関連物理的パラメータで監視される。

頂部領域と底部領域をもつ使い捨て容器は、スラリーを
容器の底部領域に導入する廃棄物流入口と、容器の頂部
領域に空気を導入する空気流入口とを備える。蒸気収集
マニホルドは容器底部領域内に選択的に配置され、スラ
リー床を容器頂部領域から通過した湿潤空気を受入れる
。蒸気収集マニホルドに連結される蒸気出口は容器から
湿潤空気を除去するために設けられる。

［実施例］ 第１図についていえば、本発明の脱水工程は循環空気装
置を組込むものが好ましい。使い捨て容器１０は放射性
粒子のスラリーを永久貯蔵状態まで脱水するために設け
られている。空気は送風機１４から放射性粒子を格納す
る容器１０に至り、それを通って水分離器１６に至り、
さらに送風機１４に戻る環内で連続的に循環されている
。

送風機１４は容器１０内の放射性粒子の乾燥を容易にす
るために選ばれる温度で空気を供給する。送風機１４は
循環空気への熱入力源である。送風機に伝達された熱は
当然容器１０への吸引とそれからの空気圧縮の仕事から
生ずる。空気に伝達される圧縮熱は送風機１４に入る空
気が水で飽和され水分離器１６内で露点まで冷却されて
いるので有利に使用される。送Ｊｌ１１４は空気流を加
熱し、それにより脱湿しその水担持能力を高める。送風
機１４は図示しない温度計を装備するので、高温では自
′動的に停止する。この自動停止は、容器１０内に使用
される重合体が高温で、例えばポリエチレンの場合は７
７℃（１７０″Ｆ）以上でその完全性を失うことにより
行われる。

加熱され脱湿された空気は送風機１４から導管１８を通
ってフィルタ２０に排出され、それからもう一つの導管
１８を通り、容器１０内に入る。フィルタ２０は図示さ
れぬ一連の油分離器を含み、該分離器は送風機１４によ
り脱湿空気流に噴射された一切の油を除去する。フィル
タ２０は油が容器１０内に使用されるポリエチレンその
他の重合体と相いれないので設けられている。

容器１０は、空気流がスラリーを均等に通過するように
する、後述の装置を含む。空気はスラリーを通過しそれ
から水を除去する時に加湿される。

加湿空気は容器１０から排出され導管２２を介して相対
湿度計２４を通り水分離器１６に循環する。水分離器１
６に関連する水冷機２６は加湿空気流が水分離器１Ｇを
通過する時に該空気流を冷却する。冷却°空気から凝縮
する水２８は導管２９を介して脱水ポンプ３０により水
分離器１６から除去される。水分離器１６を去る乾燥空
気は導管３１を通って送風機１４内に引込まれ、加熱さ
れ、それにより脱湿され、ビード・樹脂容器１０を通っ
て再循環する。容器１０を離れる空気流の相対湿度が予
め選択された値まで下がったこと、またはもう一つの計
量可能の処理最終目標が後述の如く達成されたことを相
対湿度計２４が示す場合に、送風機１４と水冷機２６は
停止される。

それから容器１０は輸送と永久処分のため密封される。

今度は第２図についていえば、適当な使い捨て容器１０
は任意の適当な材料で造られる。外殻３２をもつ使い捨
てドラムでよい。廃棄物流入口３４は湿潤放射性粒子を
容器１０内に導入するために設けられる。偏倚板３８は
分配を行う。空気流入口３６は、空気をこの図では示さ
れない送風Ｗ１１４から容器１０の頂部に導入するため
に設けられる。スラリー床の頂部をわたる均一な空気流
は空気流入口３６の分配端部に偏倚板（図示せず）を設
けることにより容易に分配される。蒸気収集マニホルド
４０は容器１０の平底部４１上に選択的に配置される。

蒸気収集マニホルド４０はダクト４２により蒸気出口４
４に接続される。廃棄物流入口３４、空気流入口３６お
よび蒸気出口４４は脱水充填ヘッド４６にまとめられる
のが好ましい。該ヘッド４６は容器１０の頂部に置換自
在に挿入され、一時的に容器を密封し、それにより脱水
工程中、放射性粒体の格納を容易にする。脱水充填ヘッ
ド４６は取外°されダクト４２は脱水完了後、分離され
る。それから容器１０は永久に密封される。

第３図についていえば、放射性樹脂スラリー４８は十分
な量で廃棄物流入口３４を通して矢印５０で示す如く導
入され、容器１０の底部で蒸気収集マニホルド４０を包
囲し被覆する。容器１０の底部領域は殆ど完全にスラリ
ー４８で充填され、容器１０の頂部領域内で、空気流入
口３６上の偏倚板３８が、スラリー床４８の上面５６上
に加圧空気を均等に配分するに足る空気空間５４のみを
残す。それから脱水ポンプ３０が起動され、大部分の遊
離水は、蒸気収集マニホルド４０、ダクト４２、蒸気出
口４４を通り、それから第１図に示す脱水ポンプ３０に
吸込まれる。その後、　　粒子床４８は本発明により空
気で乾燥される。

第４図および第５図についていえば、粒子床４８を通る
空気の循環は容器１０の全横断面にわたって均等である
必要がある。送風機１４（第１図参照）からの脱湿空気
は空気流入口３６を通って空気空間５４内に吐出される
。空気流入口３６の配分端部上の偏倚板３８は矢印５８
で示す流入空気を半径方向で廃棄物媒体床４８の上面５
６上に分配する作用をなす。

分配空気は空気中１１１５４から粒子床４８を通り、矢
印６０で総体的に示す通路に沿い、それから蒸気収集マ
ニホルド４０に入る。浸透空気６０は、スラリー４８が
その間隙吸着水を比較的乾燥した空気６０に渡す時に加
湿される。今や加湿された空気は矢印６２で示される如
く、蒸気収集マニホルド４０により収集され、ダクト４
２を介し蒸気出口４４を通して排出される。蒸気収集マ
ニホルド４０は以下述べる如く多数の導管６４を有し、
該導管６４は容器１０の床面４１を直径方向に渡るヘッ
ダー６６から平面状に放射状に延びている。空気６０は
廃棄物媒体床４８から導管６４の長手方向に沿って隔置
される多数のオリフィス６８を通り蒸気収集マニホルド
４０に流入する。遊離水と水蒸気はオリフィス６８を通
して導管６４の通路７０、ヘッダー６６に引込まれ、垂
直ダクト４２を通り、それから蒸気出口４４を通過する
。蒸気収集マニホルド４０は後述する如く、廃棄物媒体
床４８が完全に遊離水から解放される場合に床４８を通
る空気６０の流れが容器１０の全横断面を均等に流れる
ように設計される。空気流６０が均等でない場合、間隙
水のポケットが空気流６０を受けない樹脂床４８の一切
の領域に潜在する。均等な空気流６０はまた間隙水を容
器床面４１に移動させるに足る駆動力をもたなければな
らない。

今、第６図についていえば、−環状リングの如き流通阻
止部材７２が容器１０の内側壁７４をほぼ中間まで下が
った位置に取付けられ、側壁７４に沿って流下しがちの
一切の空気流を媒体床に偏倚させるのが好ましい。かか
る環状リング７２が備えられない場合、空気流は樹脂床
４８の全横断面を均等に流通しないようになり、第１２
図に示す如く、間隙水９６の中央ポケットが乾燥空気流
を受けなくなることがある。

令弟６図および第７図についていえば、ビード型樹脂を
乾燥する適当、な蒸気収集マニホルド４０は、平面状に
配列され容器１０の床面上に安置される多数の横に片寄
せられた導管６４付きの中央ヘッダー〇〇をもつことが
できる。適当な導管６４は４分の３インチのプラスチッ
ク管でつくることができ、導管は各導管６４の両側に沿
い後述の如く適当な間隔で適当な大きさのオリフィス６
８を設けるように通し孔を穿孔されている。容器側壁７
４に隣接する各導管６４の末端部は端部キャップまたは
栓７６で密封される。各導管６４の他端部は十字または
Ｔ字形取付具７８を介してヘッダー６６と連通し、該ヘ
ッダー６６は適宜３インチのプラスチック管でつくるこ
とができる。ヘッダー６６の一端部６７は密封され、他
端部はエルボ８０を介してダクト４２に連通し、該ダク
ト４２は蒸気出口４４に通ずる可撓プラスチック管にす
ることができる。

蒸気収集マニホルド４０は、そのオリフィス６８がピー
ド樹脂容器１０の床面４１に渡り均等に隔置分布される
ような形態にする必要がある。オリフィス６８は、それ
自体と管内流体の流量と圧力降下とで、流量と圧力降下
が特定の関係をもつように適宜大きさを定めなければな
らない。各蒸気収集マニホルド４０の設計は、後述の如
く、特定の型の廃棄物媒体の場合の特定最大および最小
流速に対応する独特な最大および最小分布特性をもって
いる。脱水工程の最初の段階中で蒸気収集マニホルド４
０は従来の技術の水だめポンプと類似の方法で作用し、
遊離水をスラリー床４８から除去する。その後、蒸　　
　′気収集マニホルド４０は樹脂床４８の全横断面に渡
り均等に動力空気６０を引込む作用をなし、残存する未
吸着の間隙水を一切除去する。好適実施例において、脱
水工程は、その後十分な量の吸着水が廃棄物媒体から除
去され媒体床が永久貯蔵温度で乾燥剤として作用するよ
うになるまで乾燥空気で継続される。

今度は第８図についていえば、導管６４内のオリフィス
６８は遮断されないように遮蔽される必要がある。スク
リーン部材、例えば１００メッシュスクリーンの微細ス
クリーン部材８４を囲む粗スクリーン部材８２を同心状
に配置して導管６４の周囲に巻き、樹脂ビードその他の
廃棄物粒子によるオリフィス６８の閉塞を防止するのが
好ましい。

今、第９図についていえば、粉化樹脂とフィルタ媒体を
脱水する容器１０は、その底部領域全体にわたり相互に
水平に隔置された一連の段々式蒸気収集マニホルド４０
′を備えなければならない。後述する如く垂直に隔置さ
れた蒸気収集マニホルド４０′　の数は廃棄物媒体を通
して所要の流体を吸引する距離に依存する。収集マニホ
ルド４０′上方のスラリー床の深さが増すにつれ、スラ
リー床に渡る全差圧もまた増大する。殆ど完全に真空吸
引を行うような限界状態では他の収集マニホルド４０′
が必要となる。数段の蒸気収集マニホルド４０′　は垂
直支持部材８６により相互に連結され容器１０内で、自
立蒸気収集器組立体８８を形成する。垂直支持体８６は
４分の３インチまたは１１／２インチのプラスチック管
でつくり、導管に底キャップ９０が嵌められ、容器床面
４１を傷つけないようにする。粉化媒体容器１０の形状
と外殻３２の構造は本質的には上記の通りにすることが
できる。多数の蒸気出口４４は、いくつかの蒸気収集マ
ニホルド４０′に１つづつあって脱水充填ヘッド４６に
設けられる。この実施例においては、４つの蒸気収集マ
ニホルド４０′は容器１０内で段階状に水平に配置され
、容器床面４１に近く１つのマニホルド４０′　と、残
りの３つのマニホルド４０′が容器底部領域内でほぼ等
間隔の水平レベルで配置される。各蒸気収集マニホルド
４０′　は多数の横に片寄せられた導管６４′付きの中
央ヘッダー６６′を有する独立ダクト装置である。

各導管６４′の末端部は、垂直支持部材８６に装着され
るところで栓９２により密封される。各ヘッダー６６′
の一端部は同様に密封される。他端部は蒸気出口４４の
一方に通ずるダクト４２と連通する。導管８４′　とま
たヘッダー６６′　とは図示されない多数の隔置オリフ
ィスをもつ。導管６４′　とヘッダー６６′とは濾過部
材９４（第１１図に示す）で包まれ、該部材９４は微細
廃棄物粒子によりオリフィスが閉塞されないようにする
。加湿空気は濾過部材９４とオリフィスを通して吸引さ
れ導管６４′　とヘッダー６６′を流通し、ダクト４２
を通りそこから蒸気出口４４に流通する。

令弟９図および第１０図についていえば、いくつかの蒸
気収集マニホルド４０′のヘッダー６６′　と横管６４
′の整合は蒸気収集器組立体８８の交互の列で９０°だ
けずらすのが好ましい。従ってこの実施例において頂部
から底部に数えて最初の各蒸気収集マニホルド４０′の
ヘッダー６６′　と第３の蒸気収集マニホルド４０′　
により画定される対角線は、第２および第４の蒸気収集
マニホルド４０′　との対角線とは蒸気収集器組立体８
８内で直交するように配置される。容器底部領域内の連
続段の蒸気収集マニホルド４０’　を階段式に整列させ
ると粉化媒体床内の亀裂を最小にして均等な脱水が容易
に行われるようになる。

作動の場合、容器底部領域は廃棄物流入口３４を通して
粉化媒体スラリーで充填され、蒸気収集器組立体８８が
スラリーで包囲され被覆されるようにする。高い水のレ
ベルが最初容器１０内に維持される。粉化媒体スラリー
が容器１０内に導入されるのにつれて過剰水は農頂部の
収集マニホルド４０′に脱水ポンプ３０により加えられ
る吸引作用により除去される。容器１０が見掛は上固体
で一杯にされた時にスラリーの供給は停止される。大部
分の水は容器１０内の蒸気収集マニホルド４０′　を全
部利用する脱水ポンプ３０を使用して吸出される。この
装置の吸引作用が所定点まで降下する時に最頂部の収集
器４０’　は遮断され吸引作用は残りの収集器４０’上
に継続される。次の下方の収集器４０’もまた所定圧力
で遮断され、底部収集器４０′　だけが残って機能する
まで、この作動が続けられる。除水の始めに粉化媒体は
、除水に連れて収縮するようになり、少量のスラリーが
量を埋合わすために付加されることもある。大部分の水
が除去され最下収集器４０′上の吸引圧力が所定レベル
に降下した後、すべての収集器４０′が開放され送風機
が始動される。それ以上の間隙水が急速に除去され乾燥
工程が始まる。殆どすべての間隙水が除去されると、粉
化媒体は亀裂を起し始め、容器の側壁７４と蒸気収集器
組立体８８から脱落し始めることになる。これらの亀裂
を通過する空気は隣接媒体から水を除去する。全体の工
程は所定最終目標が達せられる時に停止する。

第１１図についていえば導管６４′　とまたヘッダー６
６′　とは適当な間隔で穿孔され交互に並列し頂部から
底部に抜けるオリフィス６８をつくるのが好ましい。導
管６４′　とヘッダー６６′　とは１ミクロン濾過部材
９４で包まれ、粉化媒体粒体がオリフィス６８を閉塞し
たり通過しないようにする。

この脱水装置は放射性イオン交換樹脂の出荷と処分のた
めの遊離水についてのあらゆる制定判定基準を満足する
かまたはそれを越えることになる。

更に詳細にいえば、この脱水装置は、イオン交換樹脂と
フィルタ媒体のためのＩＯＣ，Ｆ、Ｒ，第６１部の遊離
水条件を一貫して満足するように設計されテストされて
いる。イオン交換樹脂その他の処理媒体で可能な広範囲
の廃棄物特性にわたりこの装置を使用して予想できる性
能成果が得られる。

現在の他の脱水装置はこれらの条件を一貫して満足しな
い。

この発明は、深ベッド凝縮物装置、放射性廃棄物処理、
ホウ酸塩で処理された水の制御、原子炉水清掃および燃
料プール清掃などの源からのビード型イオン交換樹脂を
含む多数の型の粒状廃棄物形式の脱水方法と装置を提供
する。粉化イオン交換樹脂、例えば、“ボウデツクス（
Ｐｏｗｄｅｘ）″もまた“セライト（ｃｅｌｉｔｅ　）
　”と“フィブラ・セ／Ｌ／　（Ｆ　１ｂｒａ−Ｃｅ１
）　”　（いずれも商標名）などの試料を濾過できるこ
の装置で脱水できる。更に活性化炭素粒体、無機ゼオラ
イト、フィルタ砂、無煙炭粒子、および−回現場仕事か
ら発生し得るイオン交換樹脂の変形などの他の液体処理
媒体はこの方法と装置を使用して脱水することができる
。

更に、イオン交換樹脂、活性化炭素粒子およびフィルタ
材、例えば凝縮物研磨機や放射性廃棄物処理装置からの
“エビフロック（Ｅ　Ｅｌｉｆｌｏｃ）″、゛エンピロ
ソープ（Ｅ　ｎｖｉｒｏｓｏｒｂ　）”および″“エコ
デツクス（Ｅ　ｃｏｄｅＸ　＞″（いずれも商標名）の
粉化混合物がこの開示により水だめまたはプールの底部
、デコンスケールおよび研磨剤清掃機からのスラッジの
ように脱水することができる。スラッジとは受容タンク
、水だめその他低速度流れ領域に沈澱する異質粒子混合
物を意味する。前記液体処理媒体は勿論後述する計算モ
デルとテストデータについて説明するパラメータを満足
する物理的特性をもつ他の粒子はすべて本発明の方法と
装置を使用して脱水することができる。

本脱水方法の理解のためにはいくつか定義することが必
要である。

間隙水とは、粒子床の間隙空間で粒子をとりまく水のこ
とを言う。

遊離水とは、粒子床から重力によって流れ出る間隙水の
ことを言う。

吸着水とは、弱い電荷相互作用によってイオン交換樹脂
、無機ゼオライト、その他化学反応表面を持った媒体な
どの表面と結合した水である。これを説明するために、
吸着水という用語は、細孔拡散によって活性炭粒子など
の粒子の微細孔内に保持されている水もさす。

水蒸気とは水の気体相である。

本発明の方法では、二部法を微粒子放射性廃棄物の脱水
に適用する。脱水方法の作動パラメータおよび終点の決
定には、流体力学と熱力学による分析を応用する。流体
力学方法は液状および気体の水と空気のいずれか、また
は両方に用いる。流体力学は、吸着水が熱力学的に粒子
から分離（蒸発）されるまでは吸着水に用いない。流体
力学は、以下のように様々なタイプの水に適用できる。

遊離水は粒子から容易に流れ落ちるのでポンプで簡単に
汲み出すことができる。間隙水は粒子内で徐々に脱水さ
れるか、または付着したままであるが、均一に流れてい
る空気の示差圧力を十分加えれば、脱水される。この時
点で、空気と水は二相（気体および液体）の流れとなる
。一度間隙水を実質的に除去してしまえば、吸着水は加
熱（乾燥）気流中に蒸発し始める。加熱された空気は、
本発明の流体力学方法論に従って粒子床を通って均一に
分配される。

熱力学は、吸着水と水蒸気にのみ適用できる。

上記のすべてのタイプの水に適切な成果をもたらすには
、まず然るべき熱力学が必要である。熱力学の応用は、
二つの部分で考えられる。まず第一に、空気に関係する
機械システムとそのシステムの各部を通る水蒸気の運搬
容量を、基本的な物理熱投入、熱移動、水蒸気学に関し
て考慮しなければならない。その後、埋蔵環境の遊離水
基準に合せるのに必要な粒子の乾燥度合を決定するため
に、吸着水を各種イオン交換樹脂やその他の媒体に適用
した場合の吸着水の化学的熱力学やそれらの様々な化学
を考慮しなければならない。言い換えれば、乾燥終点を
見い出すことである。二つの部分は、気流の湿度が樹脂
の吸着水と平衡になる所で相互作用する。ある種の樹脂
を通って流れる空気湿度を測定するには、その樹脂の水
取込容量を直接測ればよい。

廃棄処理媒体を適切に脱水するためには、廃棄媒体の実
際の物理的性質を説明する必要がある。

現在原子炉から発生している湿った廃棄物の圧倒的な２
割合はビードと粉末イオン交換樹脂である。

これらの樹脂種類は、各々新しいうちは比較的均一であ
る。新しい樹脂には次のような特性がある。

表　　１ く：」Ｌ欠ゴニ乙　　紅玉」」＝Ｌ 粒径インチ　０゜０１〜０．０４　０．００１３〜０．
００１８平均粒径インチ　　０．０２　　　　　０．０
０１５平均的形状　　　はぼ球形　　　　　裂片水分含
有量　　　４２〜５５％　　　　４２〜５５％しかし、
これらの樹脂種類は、特定の発電所のシステム設計と操
業によって、使用中に重大な物理的変化を引きおこす力
を受ける。例えば、原子炉冷却液洗浄システムからのイ
オン交換樹脂は、凝縮液研磨器からの同種の趣旨よりは
るかに様々な状態になりうる。また、ある種の廃棄物が
別の全く異った種類のもの、例えば、ビード樹脂と粉末
樹脂の組合せ、と混合して、そのため排出される廃棄物
粒子の効果的な平均サイズや形状が徹底的に変わってし
まうこともある。もう１つの例として、廃棄媒体を高い
流体剪断ポンプや長いパイプあるいは細い部品を通して
運ぶと、粒子が破壊されて、効果的な粒子サイズや形状
がかなり低下する。また、廃棄物ホールドアツプタンク
あるいは汚水溜めやプールの開閉部での変化も廃棄物の
特性を変えうる。廃棄物停滞タンクの開閉部を側面から
底部へ移すと、より微細な沈澱粒子が排水装置へ流れ込
み、そのため廃棄物の排水特性が決定的に変化してしま
う。また、排水特性は廃棄媒体への化学的影響によって
も妨害されうる。例えば、再生の繰り返しや酸化脱汚染
溶液との接触で架橋結合がひどく低下した粉末あるいは
ビード型のイオン交換樹脂は構造的性質が著しく低下し
てしまう。かかる脱架橋結合の後のビード樹脂の強度は
、人間の重さに耐えることができていたのに指でたやす
く砕けてしまう程度にまで悪化しうる。

樹脂粒子の構造強度のかかる低下は、６フイートの深さ
の固体床の重量を受けて砕けた樹脂が遊離水の蒸気収集
マニホルドへの通路を効果的に塞ぐために生じると考え
ねばならない。

前述したプラント操業の結果生じる可能性のある損害効
果を考慮すると、廃棄媒体の現場での状態は、表１に示
した理想的値とは決定的に違っている。新しい樹脂の標
準的粒子の知識を通常の操業、および悪化させる可能性
のある操業からの微粒子発生率の推定と組合わせると、
表２に示すような最悪の場合の概要を描き出すことがで
きる。

表　　２ くニヱ」−仁乙　　ａ玉９に’乙 粒径インチ　０．００１〜０，０４　０．０００３〜０
．００１８平均粒径インチ　　０．０１　　　　　０．
００１平均的形状　　　一部球形　　　　　裂片水分含
有量　　　４８〜６５％　　　　４２〜５５％廃棄媒体
の実際の物理的性質は後述の計算部分に説明しであるが
、その中で表１および２に詳細した廃棄物の特性づけは
、廃棄処理媒体を適切に脱水するための処理パラメータ
や終点の他、適切な蒸気収集マニホルドや組立て配置を
決定するための電算機による方法に関連している。

ある示差圧力、重力影響および流体分布のもとでの流体
流れの原理は流れをバイブに通させる場合に固体床に適
用できるようなものであるので、最初のテストと設計仮
定は、はぼ純粋な流体力学的研究方法に基づいて行った
。化学的な表面現象や吸着／脱離効果は最初は無視ある
いは存在しないものと考えた。なぜならば、（１）イオ
ン交換樹脂の表面化学構造（はとんどポリスチレン）は
疎水性であり、■十分に酸化していないイオン交換樹脂
は物理的に非常に安定であり、（３）イオン交換樹脂中
の吸着水は、樹脂の外側に影響を与えない固定された内
部の正または負の電荷を伴った化学溶液効果によって存
在しており、（４）その他の水和作用効果があるならば
、吸着されていない遊離水および間隙水のすべてが除去
されることによって正体を現わさなければテスト中にそ
の効果が明らかになることはない、という理由からであ
った。この最初の仮定は、上記４項に関して有益である
とわかった。いくつかのテストと装置の修正を繰り返し
行った結果、すべての遊離水が流体力学方法で除かれる
という結果が得られた。その後、熱力学と樹脂水／水蒸
気収着現象の組合せが明らかになった。その時点で、脱
水されたイオン交換樹脂は吸着水を含んでおり、その吸
着水が一度除去されれば樹脂は乾燥剤のような役割を果
たすという前提に立って、この工学的方法を物質乾燥方
法に変えた。

流体力学に関して、純粋な流体力学方法の使用は、樹脂
中の二相（液体および気体）の流れと、遊離水と間隙水
のポケットを引き離すことの必要性を導く。流体力学に
よる仮定のもとでは、遊離水のすべては、樹脂を横切る
十分な均一示差圧力を受けた場合に引き離される。これ
は基本的には処理の物理的部分である。樹脂表面の疎水
性と吸着水の化学溶液効果を前提とすれば、脱水処理の
物理的脱水部分であるという決定的結論になるはずであ
る。その他の脱水は、蒸発、化学的増進、溶媒抽出など
の非物理的方法でなければならない。

後述の熱力学の考察を参照されたい。

脱水の流体力学仮定をその結論とすれば、二相流れに基
づいた設計が導かれる。不幸にも、固体床、特に、被媒
体処理粒子の粒径範囲での二相流れは経験に十分基づい
たものではない。従って、テストデータを確認すること
が必要である。実際に殆どの単一相流れは、より大きな
粒径の固体やより高い流ｌではるかに十分な経験に基づ
いている。先行技術では、工学的仮定を使用しておらず
、その代りに、すべての実地条件に適用される結論のた
めの単一点テストに頼っている。この方法は十分機能し
ない。一方、すべての可能性のある廃棄物タイプと形状
をテストすることは現実的でない。そのため、後述の計
算部分に記載の全環境分析モデルを開発して、単一点テ
ストでこれを立証した。

固体床を通しての流体の流れおよびその後残った遊離水
は、以下の樹脂特性の相互作用に基づくものである：樹
脂の効果的直径、樹脂の形状、樹脂の充填または効果的
間隙容積、および１４１１床の深さ。これら要因の各々
の相対的重要性については計算の部分で述べる。収集マ
ニホルドや汲み上げシステムの水力的性状をよく理解し
なければ、樹脂の様々な特性を包含することはできない
。考慮すべき水力的要因は次の通りである：固体床を通
じての均一な最小速度；蒸気収集マニホルドには、均一
収集を通じて均一速度を達成するための設計制限がある
；ポンプおよび容器外部へのパイプシステムにおける損
失：送風器の性能曲線；および流路に与える容器設計効
果。樹脂特性および水力的要因について上記した要因は
、遊離水および間隙水に示差圧力をかけている原動流体
の状態とも組合わさっていなければならない。従って、
次のことも考慮しなければならない：固体床を通って動
（流体の温度：流体の速度；流体の分子量：および流体
の圧縮率。

このように、流体力学の仮定に影響を及ぼす主な要因は
合計１３あり、これらすべての要因間の関係は、実地条
件に適するように添付の計算部分で定義しである。モデ
ルを確かめるために実物大のテストデータを使用した。

流体力学等の仮定は実地テスト条件下で実質的に正しい
ことが証明された。

熱力学に関しては、イオン交換樹脂は、間隙水を含んで
いない時でも、かなりの量の吸着水、はぼ３５〜６５重
量％を含んでいる。吸着水は、溶液中の正または負の電
荷イオンの１つだけが自由に動き、その他の電荷イオン
はプラスチックビードに固定されているため、独特の化
学溶液特性を持っている。プラスチック樹脂はそれ自体
疎水性で、吸着水は化学溶液効果によって存在する。そ
のため、吸着水は廃棄物の吸着水の化学形状に特有の蒸
発特性を有している。廃棄物が処理中に実質的な温度変
化を受けると予期されるので、樹脂から除かれる吸着水
の能力を説明しなければならない。

熱力学および空気／水蒸気混合物の流れは知られている
。また、イオン交換樹脂の水取込容量または乾燥効果も
知られている。熱力学の仮定にはいくつかの問題がある
：熱力学と流体力学は、吸着水のいくらかを除くための
乾燥空気の均一分布に関してのみ関係している。遊離水
を除くには、蒸発（熱力学）によるより、物理的方法（
流体流れ）による方がはるかに効果的である。所望の乾
燥終点を知らせる空気／水蒸気と樹脂保持水の平衡点が
ある。樹脂の乾燥は埋立て環境条件での遊離水の発生に
相応すべきではない。

物質の属性として断定できる乾燥は乾燥している流体の
状態および乾燥すべき流体の状態による。

廃棄媒体スラリー中の溶液の状態と比較して、乾燥空気
の状態は非常にわかりやすい。乾湿計図および基本的熱
移動関係を使って空気からの予想される遊離水の発生と
廃棄媒体を通して流れる空気の乾燥容量を予測すること
ができる。そのデータから、様々な樹脂の乾燥を行うた
めの次のような要因が見い出された：樹脂の湿気含有量
；保持水の化学：樹脂上に残っている機能的交換部位の
容量または数：および樹脂のポリマー構造の架橋結合度
。上に挙げた要因の組合せは極めて多い。テストにおい
て、脱水システムの熱力学的様相は、発電所での複雑な
樹脂分析が実施できないような最悪の場合の概要に適応
させるべきだということが早く確認できた。

２−Ｌ 本発明の脱水システムを限定するために、ビード媒体お
よび粉末媒体についての１０Ｃ，Ｆ、Ｒ。

６１の遊離水要件に対して広範にわたるテストを実施し
た。完全な形の容器中の遊離水についての規制限度を１
０Ｃ，Ｆ、Ｒ，６１により廃棄物体積の１０％とし、ま
た、それにより、ＡＮＳＩ（アメリカ規格協会）　５５
．１に含まれるテスト方法を遊離水の検出に使用しなけ
ればならない。本発明の方法および装置は、これらの制
限内で、特に廃棄処理の予想される化学的、物理的範囲
にわたる遊離水の不在に関して、十分機能した。テスト
計画、装置設計およびこのシステムの作動パラメータに
おいて、樹脂の性質のこの範囲を考慮した。

テスト計画に使用したビード樹脂は、現場で遭遇ずるこ
とが予期される樹脂性質内にあるように選択した。装置
設計とこの装置のために設定した作動パラメータは、通
常の廃棄物質での遊離水の存在を除外し、脱水前に異常
または最悪の場合の物質を検出するように選択した。さ
らに、現場で遭遇する廃棄物の流れの変化を伴った規制
限度に確実に従わせるために、最初の容認基準を０．１
％遊離水として品質テストを行った。テストが進むにつ
れ、様々な流体の溶解や熱力学的現象がおこり、実際の
結果では比較的冷たい埋立て温度で遊離水がゼロとなっ
た。

テスト計画に使用じたビード樹脂は、二種類で、使用済
み陰イオン樹脂と新しい特定していない陽イオン樹脂で
あった。陰イオン樹脂は、何度も再生されて大きな有機
分子で汚れたビード樹脂を代表するものであった。これ
らは、はるかに少ない架橋結合と酸化する傾向にあり、
その平均粒径はより小さい。一方、陽イオン樹脂は再生
されないビード樹脂を代表しており、はぼ球状で、粒径
と形状については目盛りの上端に位置するものである。

従って、陽イオン樹脂は、現地で遭遇するビード樹脂を
さらに代表するものである。深いベッド凝縮液研磨樹脂
が除外される可能性があるので、原子力発電所ではほと
んどの樹脂の再生が行なわれない。このため、そして、
陽イオン樹脂の物理的・化学的特性がよく知られている
ため、この樹脂をシステム設計と作動パラメータの確立
に広範に使用した。陰イオン樹脂は最悪の場合の条件で
その後溶解した。

テスト計画に使用した粉末樹脂は使用済みのもので、′
エコデックス”または“エビフロック”型のものであっ
た。これらの物質中に存在する濾過助剤は、樹脂よりも
容易に水を保持し、それらの樹脂を最も脱水が困難な粉
末樹脂に変える傾向がある。“ボウデックス”、“エコ
デツクス“および“エビフロック”などの粉末媒体の粒
子径は、ビード型樹脂の約０．０２インチに比して平均
０．００１５インチである。粉末媒体床を通る流れは繊
維物質の存在によって影響を受ける。繊維はプレコート
の濾過性を強化させるためのものである。脱水の結果、
堅い固体床は吸収性がある圧縮性の床へ変化する。粉末
媒体に関しては、研究方法は脱水中の収縮により、はが
れや不揃いのひび割れが生じるということを認識して、
間隙水を除く最も実行可能な作業を行うことが必要であ
った。媒体がむやみにはがれるのを償うために、空気乾
燥技術を使って水の除去を強化した。この方法を使った
結果、従来法よりも短時間でより完全な脱水を行うこと
ができた。

テスト計画の中で行った物理的測定は、計算部分に示し
たように、分析方法に対して良好な相関関係を示す。適
性化テスト計画では粉末樹脂は良好に脱水された。ビー
ド樹脂の脱水も良好であった。陽イオン樹脂は脱水され
、８時間の脱水循環の後、遊離水の排出はなかった。再
生陰イオンビード樹脂ビードの脱水はわずかに１６時間
で済んだ。

［計　算］ −Ｌ 本発明の方法は、放射性粒子を永久貯蔵に適した状態に
まで脱水する二部法を用いる。かがる脱水システムの作
動要件を決定するために流体力学的および熱力学的工学
分析を共に考慮しなけばならない。流体力学分析は放射
性粒子床からの吸着されない遊離水と間隙水を完全に除
去させるため。

およびその後の粒子を均一に空気乾燥させるために使用
する。熱力学分析は、輸送、貯蔵および廃棄の間の温度
変化によって生ずる凝縮循環の結果、後になって遊離水
が生じることのないよう保証するために使用する。

Ｌ２ＬＬ 流体力学の問題を解決するには三つの主な分析がある＝
（１）樹脂を通じての性能、■蒸気収集マニホルドの性
能、および（３）機械装置の性能。

バイブ、導管および固体床における単−相（気体または
液体）のために標準的流体流れの関係を開発した。不運
にも、固体床における二相（気体および液体）流れにつ
いては同じ関係は展開されなかった。それにも拘わらず
、テストを通じて引き出され証明された基本的な原則が
ある。第一の目的は、間隙水を引き出すのに充分な速さ
の粒子床のすべてを通るプラグ流れを達成することであ
る。そのためには二つの事項を確立しなければならない
：（１）均一流れの規準、および■間隙水を移動させる
のに必要な最小限の流れ。流体処理媒体粒子のすべての
形を考慮しなければならない。

固体床の流体の流れは、固体の特性に依存している。固
体床を通って流れる圧縮性流体の圧力低下は、方程式１
に示すように表わすことができる。

方程式１： ％式％） 式中 Ｐ＝入口および出口の圧力 ２＝圧縮率係数 Ｒ＝気体定数 Ｇ＝気体速度 ■＝湿温 度Ｃ＝重力定数 Ｍ−分子量 ｆｍ−修正摩擦係数 Ｌ＝固体の深さ ｅ＝空隙率 Ｓ−固体形状係数 Ｄｐ−固体の等価半径（平均） Ｒ，Ｈ，べり−およびＣ，Ｈ。チルトン、ム３−２Ｌル
エゝぐニ　　ハン゛　ツ　、５版、マグロウヒルブック
カンパニー、５−５２頁〜５−５４頁（１９７３年）［
Ｒ，Ｈ，Ｐｅｒｒｙ　　＆　　Ｃ，Ｈ，Ｃｈｉｌｔｏｎ
、　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｅｎｅｅｒ　ｓ　Ｈａｎ
ｄｂｏｏｋ　、　５　ｔｈＥｄ、、　ＭＯ（Ｊｒａｗ　
Ｈｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏ、ｐｐ、　］　。

方程式１は、イオン交換樹脂媒体、ゼオライト、および
活性炭粒子に類似した固体床に対しては非常に正確であ
ることがわかった。テストは、方程式１に対して良好な
相関関係を示し、その誤差は１％未満であった。方程式
１における媒体の物理特性の重要性に注目することは重
要である。粒子の形状の変化は、球形、空隙率、効果的
半径、および修正摩擦係数の項に影響を与える。これら
の項の１つに小さな相違があれば、圧力低下の変化割合
は平方関数を越えてしまう。

修正摩擦係数ｆｌは、予期される廃棄媒体形状のすべて
について層流域にあると定めた。バイブ中の画体流れの
場合、修正摩擦係数は、固体床での流れについて修正し
なければならない場合を除いてレイノルズ数の関数であ
る。修正レイノルズ数は、方程式２を使って計算できる
。

方程式２　：　　Ｎ’ｇ、−ｏｐ　Ｇ／ｕ式中　Ｎ’［
、−修正レイノルズ数 Ｕ−粘度 Ｒ，Ｈ，ぺり−およびＣ，Ｈ，チルトン、ＬＬＬルエン
ジニアズハンドブック、第５版、マグロウヒルブックカ
ンパニー、５−５２頁（１９７３年）。

乱流範囲では、摩擦係数は与えられた物質に対し一定で
ある。そのため、圧力低下は固体床を通る空気の流量に
比例する。層流範囲では、摩擦係数は、レイノルズ数に
対する対数関係に反比例する。そのため、この場合、固
体の圧力低下は、気体流層と気体速度にさらに大幅に依
存する。気体速度は温度に依存しているため、実際の場
合は周囲空気温度を考慮する必要がある。修正摩擦係数
ｆｍは図１５に示すようにＮ′３２対ｆＩｌｌの実験に
よって決定したプロットを読み取ったものである。Ｒ１
Ｈ３ぺり−およびＣ，Ｈ，チルトン、　”１１）ｂＸン
ジニアズハン°ブック、第５版、マグロウヒルブックカ
ンパニー、５−５２頁（１９７３年）。

固体の物理的特性のパラメータは十分根拠がある。空隙
率および形状係数は、はぼ完全な球形から薄片や不揃い
の塑性形状まで変わる形状について表で示されるか、ま
たはグラフに表わされる。

有孔バイブ分配器は、水処理および化学製造装置に使用
される。経験から、入手可能な経験的設計方法が非常に
正確であることがわかっている。

実物大テストで読みとった圧力示度はこれらの方法の正
確さを確認した。固体ベッドを通る最小速度を達成する
のに必要な資本装置と容器に必要な使い捨て分配器の程
度との闇には経済的かね合いがある。

分配器の設計には標準オリフィスとパイプ流れ計算が必
要であった。しかし、重要な事は、固体床中およびバイ
ブ分配器の周辺で生じうる潜在的悪分布問題を避けるた
めに均一分布のための規準を決定することである。固体
床自体、流体を分配する手段となることに注目すべきで
ある。従って、固体床と分配器は相関関係にある。過去
に使用されてきた容器には悪分布問題があった。遊離水
が先行技術の容器の底に移動するのに数日かかつてしま
う。

本発明の脱水容器に使用している蒸気収集マニホルドは
、本発明では側面に孔をあけるかスクリーンで囲ったヘ
ッダーおよび横管と称している。

ヘッダーが中央の背骨であり、横管がそこから外に出て
いる。横管は、樹脂が上部に負荷されて流体がそこへ流
れる場合にスクリーンがオリフィスを遮蔽したり阻害し
たりしないように設計する。

分配器の入口圧力は固体床の底部圧力であるので、固体
床を通る計算された流れを分配器設計の計算に組入れる
ことができる。オリフィスの方程式を、方程式３に要約
する。

方程式３： 式中 Ｗ　−流量 Ｃ−流出係数 Ｙ　−膨張係数 Ａ２−オリフィス断面積 ９Ｃ−重力定数 Ｐ　−上昇流および下降流圧力 ρｌ−上昇流密度 Ｂ　−オリフィスとバイブ半径との比 Ｒ，Ｈ，べり−およびＣ，Ｈ，チルトン、ＬＬＬルエ゛
りニ　　ハ゛　゛、第５版、マグロウヒルブックカンパ
ニー、５−１１頁（１９７３年）。

流出係数Ｃはオリフィスレイノルズ数とオリフィスとバ
イブ半径との比に依存している。

流出係数は、ある半径比以下、あるレイノルズ数以上で
本質的には一定である。膨張係数Ｙは上昇流および下降
流圧力の比と空気の特異的加熱比との関数である。予想
される作動条件ではＹは１に等しい。

分配器でおおわれた１平方フイートを横切る流れの均一
性の規準を経験によって任意に５％悪分布と設定した。

分配度合は、横管における空気運動エネルギーと摩擦損
失（空気流れによる）のオリフィス圧力低下に対する割
合から決定した。実際の悪分布の割合は方程式６で計算
できる。

方程式４：に、Ｅ。−ａｖｉ　２　／　２ｆｆｃ方程式
５：ｈｐ− ［＜４ｆＬ／　３Ｄ）−１］　（Ｖｉ　２　／　２３Ｃ
）式中 に、Ｅ、−運動エネルギー ｖｉ−横管入口の速度 ａ　−平均速度補正係数 ｈｐ　　−横管での圧力損失 ｆ　−バイブ側面の摩擦係数 Ｄ　−横管半径 ｈ　ｏ＋−第１オリフイスでの圧力損失Ｒ，Ｈ，べり−
およびＣ，Ｈ，チルトン、ム”ＪＬノエ゛りニ　　ハゝ
　°鯖、第５版、マグロウヒルブックカンパニー、５−
４７〜５−４８頁（１９７３年）。

平均速度補正係数ａは、長い直線バイブでは１．１に等
しい。摩擦係数ｆはＰＶＣバイブで使用する標準値であ
る。方程式６は、オリフィス流出係数Ｃが一定の時のみ
、それが上記の制限内にあるため有効である。

横雪間の距離とオリフィス間の距離は、経済的考察に基
づいて設定した。さらにオリフィスや横管を加えること
に対して制限的見返りがある。空気流れによる圧力低下
の増大はさらに費用効果的となる。ジオメトリ−の決定
は経験に基づいて行うのが最も質的である。実際の分配
効果は、オリフィス配置と固体床分配効果が組合わさっ
たものである。この問題を以下に説明する。

１【１１ ある分配器設計について最大および最小の効果的流量が
ある。流れがあまり低いと、流体は、最も抵抗の少ない
点、ヘッダーおよび垂直立上り管の中央の収集点で分配
管に入る。流れが高すぎると、ヘッダーへの入口の側面
での空気速度が太きすぎて流れは横管の中央に入らなく
なり、横管の外側周辺に入るのを好むだろう。

脱水処置のほとんどは二相、気体および液体の流れの効
果のもとで起こる。分配器と固体の組合せの分配規準は
、脱水処理の最後が完全に気相であるため、単一相流れ
相関関係で達成することができる。最初に、蒸気収集マ
ニホルドのジオメトリ−を最大の大きさのビードイオン
交換樹脂を通る気体流れについて決定した。二相流れ分
配問題が、分配器側面上に直接生じた。しかし、空気流
量を増加させて樹脂を横切る最小必要圧力低下を単に増
加させることでこの問題は解決した。その方法は成功で
あった。先行技術は水流に基づいていた。

第４図および第５図は、容器の全断面を横切る乾燥空気
の望ましい均一プラグ流れを説明するものである。対照
として、第１３図および第１４図は、分配器近くの固体
床を横切る不十分な分配または圧力低下の影響を説明し
ている。圧力低下が不十分な場合に空白部分９８が横管
６４の上にできる。この空白域９８の間隙水は、効果的
固体半径を増加させ、効果的空隙率を低下させて形状係
数を変える傾向にある。これらの値のすべてが互いに関
連して変化すると、固体床を横切る圧力低下は大きく上
昇することが方程式１かられかる。気流６０は、固体４
８における空気流れ６０に対する抵抗と横管６４の上の
空白ポケット９８の間隙水による流れに対する抵抗との
間が平衡状態になるように、分配器４０の上の空白部分
９８の周囲に優先的に流れる。テスト中にこの現象が観
察された。

横管６４の上の二相ポケット９８を除くのに必要な最小
圧力低下を見い出す唯一の方法は実験によって行うこと
である。良好なテストから実験によって測定した最小の
圧力低下は速度水頭の概念によってその他の固体半径、
に経験的に拡大させることができる。速度水頭は方程式
７で定義される。

方程式７：速度水頭−ｈｖ−Ｖ２　／２ＩＣ式中　■−
媒体流体速度 ９Ｃ−重力定数 Ｒ，Ｈ，べり−およびＣ，Ｈ，チルトン、ＬＬＬルエン
ン゛ニアズハン゛ブック、第５版、マグロウヒルブック
カンパニー、５−２２および５−４９頁（１９７３年）
。

同様の適用で、単一流体相で固体床を横切る均一分配を
達成するには少なくとも１０速度水頭が必要であること
がわかった。また、横管上の二相ポケットを除くには１
０速度水頭以上が必要なこともわかった。速度水頭の数
を、様々な固体サイズおよび特性にも拡大した。粒状媒
体に適用するような場合、速度水頭の最小作動パラメー
タは、テストの結果から控え目にみて２６に設定する。

ＬＵＬ 粉末媒体のための脱水容器の属性は水流に基づいている
。粉末媒体の水流の計算は、粒状媒体を通る空気流れに
ついての方程式１で使用したものと同様である。方程式
８は、固体床を通る非圧縮性流体の流れについて使用し
た公式である。

方程式８： ％式％） ］ 式中、ρ−密度 その他のパラメーターは方程式１に 同じ。

Ｒ，Ｈ，べり−およびＣ，Ｈ，チルトン、ＬＬＬルエゝ
ぐ°ニ　　ハ゛　°　ψ　、第５版、マグロウヒルブッ
クカンパニー、５−５２〜５−５３頁（１９７３年）。

気体の性質を表わす要因を省いた。温度の項も省いたが
、これはレイノルズ数と相当する摩擦係数ｆｔｇを決め
るのに使用する速度の項を補正する上で重要な役割をま
だ果している。第１５図に示したような同様の摩擦係数
プロットを液体に使用する。

イオン交換樹脂を通って流れる水の圧力低下には十分根
拠があり、方程式８はそのデータと誤差１％未満で相関
関係にある。

粉末媒体の形状係数と空隙率はピード型樹脂のものとは
かなり異なっている。粉末媒体はざらに裂片形である。

そのため形状係数は低下し、粉砕ガラスやある種の砂を
擬態するであろう。バッキング効率が球形はどよくない
ため、空隙率は減少するだろう。

濾過堆積の増加とフィルター間の空間を確立するために
方程式８を使用すれば、水除去効率が著しく上がる。水
がフィルターへ移動することのできる最大距離は圧力低
下に基づいて決定することができ、完全な真空がその理
想的上限である。圧力低下がフィルター間の距離よりも
小さな距離のところで消えれば、水ポケットが存在する
可能性がでてくる。適切に設計した分配器と組合せたこ
の概念は先行技術に改良を加えるものである。

粉末媒体脱水は、はとんど熱効果から生じる遊離水の残
部を除くための空気乾燥に依存している。

同じ脱水システムは粒状媒体に使用されるので、それも
また空気乾燥の恩恵を受ける。蒸発効果は、後述の熱力
学検討で計算される。

１１１１立１１ 前述の流体計算は１つのソフトウェア−パッケージに統
合することができる。流体は実際のシステムを通って流
れ、また計算は上記のように指定されているため、理論
的な計算列も同じ道をたどることになる。

脱水システムの作動範囲を決定するための計算を使って
、４つの曲線で制限された作動領域を作ることができる
＝（１）送風機作動曲線、２分配器の外への最大可能流
れ、（３）速度水頭概念で決定した最小流れ曲線、およ
び（４）分配規準で決定したはるかに低い分配器性能曲
線。そうした作動領域は、その他すべての要因が一定に
保たれていることを仮定している。現実には、互いに関
連して変化している要因もあるだろう。しかし、最も重
要な関係は、間隙と形状係数との間のもので、一方が変
化すれば、他方がそれを補う傾向にある。

独特の成果として、容器と処理システム流体流れの作動
パラメータを定義する領域があるがそれはその領域が廃
棄物特性に直接関係しているからである。前述の計算で
予想したこの作動領域を現行の生産システムに関する第
１６図に要約する。この作動領域は、収集器分配規準曲
線１０２，１０４、送ｔｉｌ１作動曲線１０Ｇ、および
最小速度水頭流１曲線１０８で制限されており、これら
のすべては上記の計算から導かれたもので、第１６図の
点Ａ、Ｂ、ＣおよびＤで交差している。第１６図の平均
粒子径曲線１１０は方程式１および２から導いた。上記
の計算を使っていない唯一の曲線は送風機性能曲線１０
Ｇである。送風機曲線１０６は、装置供給データから選
択して、粉末およびビード樹脂が同じ機械的システムで
任意に処理されるようにその他の曲線をおおうことがで
きる。

その他の構成においても同様の曲線を示すことができる
。例えば、曲線を粒子床の深さ１フィート当りの流量対
圧力低下に標準化させることができる。その適用も同様
である。以下の要約から、遊離水規制を適切に満たさな
ければならない市販の廃棄媒体の作動領域（第１６図の
Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ点で定義される）を決定するために集め
た多くの概念に注目することは重要である。

第１６因に示す分配器作動曲線１１２は、方程式１およ
び３の分配器および粒子計算の組合せによって予想され
るような水平志向の放物線である。計算の組合せは、粒
子床底部の圧力が収集器への入口圧力であるという事実
からきている。分配器作動曲線１１２は、流れと収集器
内部の圧力との関係を示すものである。曲線１１２の上
半分は、粒子床が収集器入口の圧力の低下に影響を与え
ない点まで粒子の大きさが大きくなることを示している
。

収集器内部が完全に真空になるオリフィス圧力低下によ
って最大流れ容量が達成される。放物線１１２の下半分
は、粒子床の底部あるいは収集器入口の結果として生ず
る圧力が真空になるにつれての粒子サイズの減少を示す
。

適切な流体分配を維持するのに必要な流れ制限°　を定
義する曲線が第１６図に３つある。２本の収集器分配規
準曲線１０２，１０４　（方程式４．５および６から導
いた第１６図上の点線で表わされる）は収集器に属する
流れ分配とだけ関連している。最小流量曲線１０８は、
２相流れ規制を克服するのに必要な粒子床を通る流れの
均一性と最小速度にのみ関連している。最上にある収集
器分配規準曲線１０２は、分配規準を超えるまで許容さ
れる最大収集器流れを示している。流体の運動量と摩擦
は、収集器の中央部であまりに高すぎて、オリフィスに
均一な流体が入ることができない。最下の収集器分配規
準曲線１０４は収集器分配規準を満たすのに必要な最小
収集器流れを示している。流れがあまり低いと、オリフ
ィス圧力低下は、側面摩擦損失に関連して低くなりすぎ
る。流体は、容器中央部に向けて優先的にオリフィスに
入る。最小流量曲線１０８は二相ポケットによる悪分布
を克服するための最小圧力低下を提供するために実験に
よって決める。方程式７に関して述べたような速度水頭
概念は、テスト結果および流れ相関関係が流体速度の平
方に直接関係しているという事実から実証される。

第１６図上のすべての曲線は実際のテストデータで確認
され、誤差１％未満で正確であることがわかった。代表
的なテスト点１１４を第１７図に示し、その相応するテ
ストデータをそこに明らかにしであるが、それについて
は実験例１で後述する。この方法の独特な性能は実際の
原子力発電所の応用で支持されている。多（の発電所は
、先行技術のシステムで脱水前にイオン交換樹脂混合物
を適切に分離することができないため、現在はその混合
物を凝固させている。本発明の計算方法は、樹脂混合物
の特性が前述の作動領域に当てはまるかどうかの決定を
考慮に入れている。適当な流体収集器設計と収集器レベ
ルの数を、現在ある機械装置に適合し、遊離水について
の規制制限を確実に満たし続けるように設計することが
できる。従って、実際の適用で見られるような現存する
液体処理媒体混合物は容積減少による経済面と本発明の
簡易さから恩恵を受けることができる。

第１６図は、特定の現存システムの作動領域を表わすも
のであるが、この作動領域は独特の経済的あるいは作動
の要件に適合するように変更することができる。作動領
域の移動、縮少、あるいは拡大のために同様の基本的分
析方法論を使用してもよい。現実的な例としては、例え
ば２００立方フイートの代りに５０立方フイートの小さ
な容器のみを使用しなければならず、および／または短
い処理時間が必要でない場合の適用がある。その場合、
作動領域はより小さな容器のはるかに低い流量域を表わ
すか、または、他の場合には容器で必要な収集器レベル
以上のレベルを使うことによって、下向きの左方向へ移
動する。分析方法と特定の機械装置設計により容器を通
る流体を均一に流れさせることができるということには
、そうした収集器の実地での条件を満たす柔軟性が考慮
されている。

流体計算は、第１７図による例に示す通り、粒子の深さ
、流体温度、粒子形状、および粒子床間隙容積などその
他の廃棄物変数の効果を決定するための廃棄物形状につ
いてのパラメトリックな研究も正確に行うことができる
。この独特な性能は、容器内部の注文設計を考慮に入れ
ている。注文設計された容器では実際に廃棄物の形を機
械処理装置に適合させている。例えば、同様の基本的設
計技術をビード物質にあるような層状の粉末物質内部に
使用するが、その結果は、微細な媒体を真空にする効果
が限られているため、粉末物質のための設計は“連続し
た４つの容器”（層状レベル）となる。そうした混合物
も寒冷気候の暖房してぃない建物で処理する場合には、
温度と共に流体粘度が変化することにより作動領域の位
置が３０％以上変化するため、流体の温度が重要となる
。

本発明の脱水システムは、二つの目的：（１）残ってい
る遊離水の除去を増進すること、および■凝縮物発生に
関して樹脂が乾燥剤のような効果を示すように樹脂をわ
ずかに乾燥させること、のために空気による対流蒸発を
用いている。蒸発効果に関して粒状媒体と粉末媒体との
相違は、遊離水除去の終了に向かう媒体床全体の組成構
造の相違である。粒状媒体は、基本的流体力学およびそ
の後の乾燥を促す硬い構造を保っている。粉末媒体は、
吸着されない水がほぼ完全に媒体の外へ引き出される場
合、やや不揃いの割れ目の入った構造を示す。蒸発によ
る水の除去は、砕かれた粉末媒体のむきだしの面を乾燥
することにより割れ目の不揃いさを償う。乾燥した媒体
は、以下に述べるように粒子床内部から過度の水分を吸
収する。

の 遊離水の除去後ではあるが樹脂が完全に乾燥する前の脱
水システムの熱、露点および水蒸気の作動曲線を表わす
乾湿計による作動曲線を明らかにすることができる。こ
れらの曲線は、水分含有量、乾球温度、および一定エン
タルピーを座標軸にとった標準乾湿計チャートの適用可
能な部分に引くことができる。Ｒ，Ｈ，、べり−および
Ｃ，Ｈ，チルトン、ケミカルエンジニアズハン°ブック
、第５版、マグロウヒルブックカンパニー、１２−４〜
１２−５頁（１９７３年）。

第１８図は遊離水の除去後ではあるが樹脂が完全に乾燥
する前の脱水システムの熱、水および水蒸気の作動曲線
を表わす。標準的乾湿計チャートの適用部分に曲線を引
いである。第１８図の１．２．３の点は送風機への投入
量（または水分離器からの排出）、送風機出口で見られ
る熱上昇、および容器出口での飽和状態をそれぞれ表わ
している。

露点線に沿って点３から点１へもどる動きは、水分離器
での水の凝縮を表わすものである。第１８図の水平線が
点４へ延びているのは、外部源またはヒータから熱が加
えられているためである。水分離器の固定温度は、そこ
から作動する一定の飽和空気参照点を表わす。試作モデ
ルテストでは、水分離器へ出てゆり６０℃の保存性空気
を使用した。

製造システムでは、より低い空気濃度を維持できる水冷
機を使用している。

システムから除去される水量は乾湿計チャートの右側か
ら決定される。１分当り２６０標準立方フイートの流量
を制限する分配器を使用しており、第１８図の２つのチ
ャートで決定される最小および最大の水除去は、８時間
サイクルでそれぞれ９８ｔ（２６ガロン）と１８Ｈ（５
Ｇガロン）である。これは、空気流１８が送風機を出た
後、それをより高度に乾燥させるための補助ヒータを加
えることによってさらに利点を得ることができることを
示すものである。テストおよび以前の経験から、蒸発に
よる乾燥の助けがなくても排される残りの遊離水は３８
〜９５ｆｆｉ（１０〜２５ガロン）の範囲であることが
わかっていることに注目するのは興味深い。しかし、そ
のテストは、廃棄内容物全体が埋蔵状１ｇ温度約１３℃
（５５’Ｆ）に達することを考慮していなかった。埋立
条件下で、媒体を乾燥しない先行技術のシステムでは凝
縮のみから２２７ｆｆｉ　（６０ガロン）以上の水が生
成する可能性がある。

脱水システムは好ましくは、再循環方式で作動するので
、大気に対しては本質的には閉鎖されている。そのため
、第１８図において点１がら点２および４へのびる水分
含有量は一定で、その変化は、空気が送風機（および、
適用できるならばヒータ）を通過する時の熱投入による
のみである。空気が容器を通過している時には、空気と
水蒸気混合物の熱含有量に大きな変化はない。従って、
点２から４への線は、点３の飽和空気線まで一定エンタ
ルピーに従い、その途中で水分を吸収していく。

点３から１まで水分離器は飽和空気線への下向きに移動
してゆくにつれ、空気温度と水分含有量の大部分を低下
させる。

詳細な設計では、容器壁の外側およびフィルターとパイ
プ内での熱損失を考慮に入れた。第１８図に示した曲線
上の熱損失効果は、一定値線からそれらがわずかに外れ
ていることである。樹脂をその飽和点以下で乾燥させる
と、点３は線２−３へ向けて下向きに移動し始め、容器
出口でより低い相対湿度を示すだろう。その他の作動線
は変化しないで同じままであろう。

脱水システムの作動パラメータを特徴づけるために乾湿
計チャートを使用したことが正しいことは、温度、湿度
、および水の除去の測定で立証された。たとえ圧力と熱
損失の偏差を無視しても、結果は良好な設計の実施範囲
内にある。

ＬＬｌＬＬＬＬ イオン交換樹脂は最も悪い熱力学的場合である。

すなわちそれは、遊離水のすべてを除去した後に、３５
〜６５％の結合水を含むからである。結合水は、種々の
程度に樹脂床内で蒸発し、かつ容器が脱水処理中の廃棄
物温度に比較して低い埋立温度にさらされたときには容
器の周囲に凝縮し得る状態にある。ビード型樹脂は凝縮
の最悪の場合となる、すなわちそれらは樹脂床中の空気
および水蒸気を遥かに太き（移動させ得るからである。

先行技術の脱水システムは、作動中の凝縮の問題には触
れていない。

本発明の凝縮問題に関するアプローチは次め段階に従う
：（１）埋蔵条件下で凝縮により存在し得る水の確実な
最悪量を測定する；■埋蔵条件下で発生し得る凝縮水を
すべて再吸収可能となるために達せら−れなければなら
ない樹脂の乾燥度を見出す：（３）脱水プロセスの最終
点を見出す。イオン交換樹脂に特異的な二つのパラメー
タが前記三段階を解決するために重要である。第一に、
ポリエチレン、水、および樹脂を構成する化学物質の熱
容量を測定しなければならない。第二に、樹脂乾燥の関
係を見出さなければならない。

イオン交換樹脂の種々の化学的形の熱害１（ｉｆは十分
には表記されていない。しかしながら、実験結果とよく
一致する物質特性との関係が見出された。方程式９は、
種々の樹脂形の熱容量値を測定するために用いる方法で
ある。

方程式９： Ｃ１１Ｒ−ＸＨ，ＱＣ１１）（，０＋　ＸＣｈｔｔｎＣ
ｌ）ｃｈｅｍ＋　Ｘｐｔ、＋、Ｃｐｐｏｔ７ここで： Ｃｐは、それぞれ樹脂、水、純粋液体−化学物質および
ポリスチレンの熱容量 （Ｂ　ｔｕ／　Ｉｂ−Ｆ） Ｘは、それぞれ水、純粋液体化学物質、ポリスチレンの
モル分率 スミス＆ヴアンネス（Ｊ、　Ｍ、　Ｓｍ１ｔｈ　　＆　
　Ｈ。

Ｃ，Ｖａｎ　　Ｎｅ５ｓ　）の“化学工学的熱力学への
導入（Ｉ　ｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｃｈｅｉｉ
ｃａｌ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴ　ｈｅｒｍｏｄｙｎ
ａｉｉｃｓ　）”第２版１９６）．マクグロウヒルブッ
クカンパニー、１２８−１３０頁。参照文猷は、他の方
法が使えない場合に限り方程式９を使用するべきである
と記している。純粋な成分の熱害ｌは標準化学熱力学の
表から引用した。方程式９の結果を実際の試験温度デー
タおよび後述する方程式１０と同類の方程式から得た数
値と比べてチェックした。計算値と試験値との間の差は
０．１８　ｔｕ／　ｌｂ−丁以下であった。

熱容量は樹脂の型およびその化学的形に依存するから、
方程式９により、最悪の場合、即ち野外条件で遭遇する
最も大きい熱害ｌ値を見出すことができる。化学組成物
の範囲での実際の計算は、水分含量が主要な要因である
ことを示した。なぜ　□ならばその熱容量は他の化合物
のそれよりも数倍も大きく、顕著なモル分率を有するか
らである。

そこで考え得る熱容量値の範囲は絶対値では大きくない
が、大量の樹脂においては大きなインパクトを有する。

樹脂中の純粋化学物質溶液の熱容量データは陽イオンで
は硫酸塩から、陰イオンではナトリウム塩から引き出し
た。

廃棄物媒質の考え得る最高温度は４３℃（１１０″Ｆ）
である。埋立温度は１３℃（５５″Ｆ）である。控え目
に想定して、１３℃（５５″Ｆ）から４３℃（１１０丁
）の間の廃棄物媒質の全熱量のすべてが、樹脂に吸着さ
れた水を蒸発させ、容器壁に凝縮させることができる。

コンデンセートを生成するために用い得る全熱は方程式
１０によって与えられる。

方程式１０：Ｑ　　−Ｖ、　ｏ、、　ＣｐＲ（ＴＲ−Ｔ
ｏｏ）ここで ＱＲは樹脂の全熱量（Ｂｔｕ） ＶＦｔは樹脂量（ｆｔ３） ρ艮は樹脂の密度（Ｉｂｓ　／ｒｔ３　）ＣＰＦＬは樹
脂の熱容量（Ｂ　ｔｕ／　Ｉｂ−丁）ＴＲは廃棄物の温
度（Ｆ） ＴｏＯは容器周辺の温度（′Ｆ） スミス＆ヴアンネスの“化学工学的熱力学への導入”第
２版、１９６）．マクグロウヒルブックカンパニー、５
６−５７頁。

設計の目的で、最大熱容量、量および密度を用いて装置
の大きさを定めることができる。方程式９および１０を
用いて、種々の樹脂の型の間に有意差があるかどうかを
判別することができる。この点では樹脂間に大きな差は
ないが、以下に記載のように所望の乾燥終点に達するた
めに感じ得る熱を樹脂に加えた場合は差がおきる。

方程式１０からひとたび全熱量が得られるならば、凝縮
に由来する最大水量は空気線図から判明する。

温度を１３℃（５５’Ｆ）〜４３℃（１１０丁）と仮定
して、エントロピー変化および水量の変化をチャートか
ら読むことができる。全熱量を空気１ボンドについての
エントロピー変化で割ると、その樹脂を冷やすのに必要
な空気の総ボンド重量が出る。空気総ボンドにその空気
の水分ｌをかけると、その樹脂から凝縮すると期待され
る水の最大総ボンド重量が出る。媒質スラリーを、脱水
処理中、期待される貯蔵温度、例えば１３℃（５５’Ｆ
）に維持することによって（この時、以下に記ずように
ＴＲはＴ閃に近づり）、この計算は省略することができ
る。

このシステムでは、埋蔵条件下で凝縮は決しておこらな
い。なぜならば乾燥した樹脂が水を、それが生成する前
に再吸着してしまうからである。

最悪の場合に、これらの容器中の脱水して乾かした樹脂
が、１２．７℃（５５″Ｆ）、または埋蔵条件に対応す
る飽和水／水蒸気平衡を有する。温度が廃棄物最高温度
４３℃（１１０丁）から１３℃（５５″Ｆ）に低下する
時、乾燥した樹脂は非常に有効な乾燥剤として働き、空
気中の付加的湿気を吸着する。

樹脂が再吸収する最大水分量が明らかになった場合、次
の段階には種々の樹脂の水分とり込み行動を概略示すデ
ータが必要となる。イオン交換樹脂の水分とり込み行動
は、樹脂の三主要特性のために複雑である：（１）樹脂
のキャパシティー、■架橋度、（３）樹脂中の化学溶液
の性質。第１項目と第２項目は、強いカチオンまたはア
ニオンについて発表された最大キャパシティー（それぞ
れ２．１および１．４当量／【）で、そして各樹脂型の
せいぜい１０％（ジビニルベンゼン、ＤＶＢ）の架橋で
、それぞれ控え目に定量化される。第１９図は、樹脂が
水を保持する能力に、樹脂の架橋が与える影響を説明す
る。ヘルフエリツヒ（Ｆ　、　Ｈｅｔｒｅｒ＋ｃｈ）の
“イオン交換（（ｏｎ　　ｔ：　ｘｃｈａｎｇｅ　）　
”　ｖフグロウヒルブックカンパニー、　１９６２．１
０７頁。酸化および反復再生は架橋に影響を及ぼし得る
。

樹脂の水相の性質は、水溶液熱力学の蒸気圧平衡に似て
いる。溶液の濃度が大きくなるにつれて液体の蒸気圧は
減少する。成る点では周囲の気体との平衡がある。そこ
で、予想される中で最も悪いカチオンおよびアニオン樹
脂の場合の、平衡水／蒸気吸収曲線を作ることができる
。ヘルフエリッヒ“イオン交換”、マツフグロウヒルブ
ックカンパニー、　１９６２．１００−９９頁。

第２０図は、予想されるカチオンおよびアニオン樹脂の
場合の平衡曲線を示す。樹脂の化学型に依存しているこ
とに注目されたい。樹脂がひどく汚れているかまたは、
スラリー水中のイオンが、汚染除去溶液中に見られるよ
うな大きな分子である場合には、曲線はほとんど平らに
、縦軸の比較的下方になる傾向がある。そのような曲線
は、相対的湿度終点がずっと低くなければならないこと
を示しているが故に、予想される最悪の場合である。

発生すると予想される最大水分重量を、前に説明したよ
うに、樹脂重量で割る。その結果を第２０図の曲線にあ
てはめると、相当する相対湿度がプロセスの終点となる
。その後、樹脂の温度がプロセス環境から埋蔵条件へと
低下するにつれて、容器中の湿度は上昇し、樹脂は空気
中の湿気をとり込むであろう。水分含量が増加し、かつ
／または相対的湿度の終点が減少するにつれて、その終
点に達するには樹脂が感じる熱が必要となる。

上述の理論的解釈から、最悪の場合の脱水終点曲線を作
成することができ、野外操作に最も適した曲線の縦座標
を知ることができる。例えば廃棄物の開始温度を一つの
縦座標にとるが、他の座標は、湿度、処理時間、乾燥お
よび湿ったパルプ濃度、または乾燥サイクル開始後、容
器から除去される水分量とすることができる。できれば
いくつかの廃棄物特異的終点曲線が必要であるかも知れ
ない。最悪の場合は、一度使ったか、再生した状態のカ
チオンおよびアニオン樹脂に対し、各一つづつであろう
。そのようなアプローチの仕方は、水分保留、化学、キ
ャパシティー、架橋における大きな野外的差を包含する
。廃棄物型のスペクトル全体を通じて、脱水システムの
有効性を明らかにできれば将来非常に有望である。なぜ
ならば分析的平面図法は野外試験から得られる単一の点
に対し良い相関関係を示したからである。

プロセスの終点の　動 終点法または本発明に用いられる方法の目的は、プロセ
スを停止することができ、なお、吸着された十分量の水
を除去して、上記の凝縮サイクルによって遊離水の発生
を阻止することが確実になる一定の点に至ることである
。多くの終点法が上記の熱力学的計算から開発され得る
。しかしそれらの方法は空気の性質か、廃棄物から除去
される吸着水の量かどちらかに適用される。どちらの方
法も、熱力学に関する計算の部に記述したように、それ
ぞれ吸着水および廃棄物媒質の化学的および物理的特性
から発している。乾燥空気の特性に関しては、終点法は
、湿度、湿バルブおよび乾燥バルブ濃度、除去される吸
着水に関係する、流速と湿パルプ温度との関係等を含む
ことができる。但しこれらに限られることはない。除去
される吸着７水に関して言えば、それは水分離器から出
した水の量、時間対水除去速度の関係、容器の重量喪失
等を測ることによって簡単に知ることができる。

我々の野外試験は放射性廃棄物脱水テクノロジーにおけ
る多くの新しい概念を証明した。本発明の分析的−およ
び試験的結果は、遊離水の問題に実際に言及し、容器の
埋蔵条件に関してその問題を解決した最初である。それ
はまた、あらかじめ決めた作動範囲内の１個のデータ点
を確認するために実規模の試験を利用した最初でもある
。先行技術はプロセス終点を決めるために吸い上げた、
または排出された遊離水の測定に頼った。この種の終点
は、せいぜい統計的に処理され、廃棄物のどの性質とも
直接関係づけられていないかまたは埋蔵条件における遊
離水の発生に関係させてもいない。本発明は、（ａ　）
廃棄物の遊離水−生成特性に直接関係し、（ｂ）埋蔵条
件下における遊離水調節に合うように方向づけられた“
プロセス終点”を特徴的に利用するものである。

廃棄物媒質の脱水前の温度の重要性が、既述の熱力学的
計算によって浮かび上った。簡単に述べると、廃棄物媒
質の全熱量は廃棄物から水分を蒸発させるためのエネル
ギーとなる。、水蒸気はその後、埋蔵条件下で、より低
い温度により容器壁に凝縮する。

廃棄物媒質は、放射性廃棄物保存タンクにある時には、
２７℃（８０＠Ｆ）〜３２℃（９０″Ｆ）範囲であるの
が普通である。３２℃（９０’Ｆ）の温度は異常ではな
く、時には４３℃（１１０″Ｆ）まで上ることもある。

その廃棄物を保存タンクから出した後は、その他の要因
は普通はそのバルブ温度を下げるように働く。流し込む
水は廃棄物より低温度のことがよくある。また脱水のた
めに使われる場所は普通は倉庫の運搬エリヤに非常に似
ており、冷たいコンクリート板、高い天井、そして大き
い、絶縁運搬ドアを有する。

流込み水による廃棄物温度変化以外に、廃棄物温度に影
響する唯一の他のものは、周囲条件である。廃棄物媒質
は、容器中にある時には、非常によく隔離された性質を
有する。したがって、（ａ　）周囲条件が、放出された
廃棄物温度と若しくは異なる場合と、（ｂ）廃棄物放出
流速が小さくかつ／または長いバイブを通過する時にの
み、周囲条件により廃棄物温度は下がる。周囲条件は明
らかに極端であることがある。アメリカ北部中西部のＵ
、Ｓ、原子カプラントの放射廃棄物エリヤは零下にまで
下がることがある一方、南東部および南西部の温度は４
３℃＜　　１１０”Ｆ）以上になることもある。埋蔵温
度は一定で、普通は１３℃（５５丁）である。

２種類の全く異なる型のビード樹脂を選び定性試験プロ
グラムおよびプロセス終点決定を行った。

工業的に非常に一般的に用いられる化学型既知の新しい
使用してないカチオン４１脂と、汚れて、再生した状態
の使用したアニオン樹脂である。以下の実施例１および
２を参照されたい。新しいカチオン樹脂は新しい樹脂の
化学的および物理的特性がすべてわかっているが故に、
基礎データ点を提供する。使用したアニオン樹脂は最悪
の熱力学的場合をあられした。それは化学物質で汚され
、何回も化学的再生を受けたものである。２種類の樹脂
の使用は次のような試験的／有効性証明的利点を提供し
た＝（１）分析法について物理的および化学的特性の知
られている媒質で有効性を確認することができた：■分
析的予想およびプロセス装置を未知の廃棄物形について
明らかにすることができた。

発明の方法は、終点のパラメータとして容器排出空気の
湿度および脱水前の廃棄物温度を利用することが好まし
い。廃棄物温度のインパクトは先に、方程式１０と関連
づけて述べ、排出空気の湿度のインパクトは、その後の
蒸気圧平衡の議論において述べた。システムのオペレー
ターは直接湿度を読むメーター２４を用いてプロセスの
終点を知るのが好ましい。湿度を測定するためのその他
の方法も用いることができる。−例は、湿バルブおよび
乾燥バルブ温度測定である。

プロセス終点を知るための排出空気湿度対廃棄物温度曲
線は、樹脂の吸着水溶液の特殊の化学的性質および樹脂
そのものの化学的形に依存する。

この基礎的発見は当業者にとっては重要な進歩である。

第２０図はこの依存関係を示す。これらの曲線は、下記
の時間差以外は同じ物理的構造を有する樹脂において、
同じ有効脱水状態に達するまでにかかる時間の差が認め
られることをあられしている。例えば試験プログラムに
おいて、有機物で汚れたアニオン樹脂を脱水するには１
６時間かかり、水素型カチオン樹脂を脱水するには８時
間以下ですむことがわかった。上述のように、非イオン
交換性廃棄物媒質でも同様な曲線を作成することができ
る。

しかしながら可能なあらゆる樹脂化学形について終点曲
線を作ることは非現実的である。考えられる樹脂化学形
を、第２０ｖＡの水取込み曲線および上に挿入したヘル
フエリツヒ参照文献によって示唆されるように広いカテ
ゴリーに分けて簡単にすることができる。その文献によ
れば、単一元素のイオンでは、曲線の形は、問題の湿度
値範囲（９０−１００％）ではほぼ同一である。多元素
イオンを考える時、それら曲線はずっと平らになり、し
たがって同量の水を除去するためには、はるかに低い湿
度に到達しなければならない。最悪の場合の多元素曲線
を選ぶことができる。

そこで、ビード樹脂の一般的分類は次のようであるニ グループ１；総水分析の９０％が、多元素または単一オ
キシド−イオンとなっているかまたは、そのような水を
処理した未再生のまたは一度使用したことのあるカチオ
ンまたはアニオン樹脂。そのようなイオンの例は、カチ
オンＮａ、Ｃａ、Ｈ。

１３ａ　、　Ｃｕ　、　Ｍｇ　、　Ｃｓ　、　ｌ”ｅお
よびアニオンＣ１、ＯＨ，１３ｒ　、Ｆ、１．ＮＯ３，
８０４、ＨＣＯ２である。

グループ２：反復再生したか、または総水分析の１０％
以上が多元素イオンとなっている水、特に洗剤（デター
ジエント）および汚染除去水、を処理したカチオン樹脂
。

グループ３；反復再生したか、または総水分析の１０％
以上が多元素イオン（前記グループ１に列挙した単一オ
キシドを除く）となっている水、特に洗剤（デタージエ
ント）および汚染除去溶液を処理したアニオン樹脂。

第２１図は、上記のグループ化のために、特に、野外条
件で普通に遭遇する樹脂の１こめに作成されたプロセス
終点曲線をあられす：そのような樹脂は、２．１肖量／
Ｑ以下のカチオン容器、１．４当量／Ｃ以下のアニオン
容量で、すべては１０％以下のＤＶＢ架橋を有する。第
２１図では、脱水終点曲線１１８は上記のグループ１樹
脂に適用され、曲線１２０はグループ２に、曲線１２２
はグループ３樹脂に適用される。再生樹脂は、不完全な
再生効果および長期間′の有機物による汚れのために、
処理工程時間中に大きい分子を蓄積することが予想され
た。

グループ１．２．３のブＯセス終点は、開始時の廃棄物
温度対容器からの排出空気の相対湿度の関数として描か
れる。一般的樹脂型および開始時廃棄物温度を知れば、
適当な曲線から相対湿度終点を簡単に読むことができる
。

特殊のプラント処理にどの樹脂グループを用いるかは主
として経験による。原子力施設は、水全体の分析または
樹脂化学分析のための分析装置をもっていない。一般に
樹脂の化学組成は、正常に作動する特殊のプロセスのパ
ラメータにより、またはバッチに投入されて、液体処理
媒質によって処理される化学物質の知識から決定される
べきである。不確かな場合には、確信をもって最悪の場
合の終点曲線を用いることができる。第２１図はこうし
て、発電所の限られた能力範囲内で考えられる廃棄物特
性をグループ化する手段の例として役立つ。

直接湿度終点に関する前述の議論は、硬質固体のあらゆ
る固定床に直接あてはまる。粉末媒質の場合には粒子は
現在の所必ずしも固定された硬質床ではないが、技術に
おける進歩はそのような状態を作り出すかも知れない。

粉末媒質の場合には、湿度の読みを用いて媒質の飽和点
の終端を示す。

これは、間隙水が、媒質が割れたり脱落したりする前に
除去されるが故に、現実的である。その点に達した後、
媒質から除去された水の量を、水を水分離器から出して
測定することができる。イオン交換樹脂と、廃棄物構造
および廃棄物粒子そのものの孔拡散能力との割合を知れ
ば、粉末媒質の水取込み能力は前述のようにして決める
ことができ、その水容ｌは、乾燥後水分離器からの流出
終点として定まる。

旌−ｍｍ 熱力学的に、脱水システムの典型的作動領域では、予想
される樹脂の大部分は容易に過剰乾燥される。プラント
用樹脂の起源および規準を辿ることにより、そのシステ
ムの熱能力範囲内での操作が確実になる。本発明の方法
は、廃棄物媒質床内の“空気的”状態に言及した。すな
わち、それが遊離水に決定的に貢献することがわかった
からである。先行技術の試験プログラムは、空気要因は
重要でないという間違った結論を出した。効果は液体の
動力学的問題および、樹脂および空気の非常に低い熱伝
導性によってマスクされ易い。

粉末媒質は、顆粒媒質と同様の液体動力学および熱力学
の原理に従う。しかしながら脱水用設計の目的は異なる
。なぜならば、粉末媒質は構造的に顆粒媒質とは異なる
が、特殊の廃棄物型範囲内では、顆粒媒質の場合のよう
に、著しくは異ならないからである。例えば“エコデッ
クス（Ｅ　ｃｏｄｅＸ）”は、コンデンセート・ポリラ
シャ−・ビート樹脂のような打動をおこさない、そして
粉末処理媒質では相対的に、あまり多くの種類がない。

蒸発乾燥段階の前に、最初の水流デザインを用いる。廃
棄物形のコンシスチンシーは、遊離水除去後樹脂がラン
ダムに割れることによって崩される。

最初の水流除去後に存在する残留遊離水、または凝縮に
よって発生する遊離水は、ピード樹脂の場合と同じメカ
ニズムによって成功裡に蒸発され、または再吸収される
。

設計および試験はイオン交換樹脂に基礎を置いている。

すなわちそれが大口需要量であるからである。例えば第
２１図の代表的終点曲線は、上述のように、イオン交換
樹脂のために作成された。しかしながら、こ）に記載の
計算および方法論は、その他の処理媒質、例えば活性炭
素および無機ゼオライトにも適用できる。イオン交換樹
脂に用いた液体動力学的ファクター（例えば流れ、空隙
、固体、大きさ、形を含む）も他の処理媒質に適用でき
る。上記の熱的方法論、および終点決定プロセスは、他
の形の処理媒質にも直接適用できる。

イオン交換樹脂に用いた試験技術は、炭素、ゼオライト
およびスラッジのような他の媒質でそっくり行うことが
できる。

上述の液体処理媒質は、上述の液体動力学的原理並びに
方法論を適用する前に、廃棄物スラリーを予想される埋
蔵温度にまで冷やすことによってうまい具合に脱水する
ことができることは強調されなければならない。例えば
その媒質を上述のように、機械的脱水の前に冷却水また
は冷却コイルと接触させる。この方法で廃棄物をあらか
じめ条件を整えることができ、埋蔵温度にまで低下した
時に凝縮サイクル（最初に定義し、定量化した）を阻止
することができる。

総括して、本発明の方法および装置は、技術を著しく進
歩せしめる多方面の革新に基づいている。

これらの技術革新は以下の項を含む： １、固体床を通る液体法計算の適用。固体の物理的特性
が考慮される。

２、容器中の収集器の数および配置を決定するための第
１項の利用。

３、収集器の入口の条件を定めるための第１項の利用。

４、間隙水の完全除去を実現するための固体床を通る最
小液流の決定。

５、粒子床の断面を通じて一様な流れをおこすような収
集器の設計。オリフィスの正確なサイズおよび圧力低下
、および導管の流れが共にバランスするようになってい
る。

６、容器の壁を下に流れる乾燥気流が優先的にチャンネ
ルを作って下るのを阻止するために、容器壁に流れ阻止
部材を取付ける。

７、廃棄物媒質は、それがあらゆる発生した遊離水を再
吸着するように、水飽和点以下の温度で乾燥される。

８、第７項は、廃棄物媒質の長期埋蔵条件に応じて正確
に達せられる。

９、第７項および第８項のためのプロセス終点は、容器
の排出空気の湿度の直接の読みから決定することができ
る。または乾燥サイクルが始まった後に媒質から除去さ
れる水の量を用いて、プロセス終点を正確に定めること
ができる。

１０、プロセス・システムは閉鎖サイクルである。

水分離器は、同時に、空気を温度限界内に保ち、水分を
空気から凝縮せしめ、含まれる水分を空気流から除去す
る。

１１゜送風機は空気を循環させ、加熱（除湿）する。除
湿空気は廃棄物粒子を乾かす。ここには、容器頂部から
容器底部分を通過する空気流が記されているが、別法と
して、乾燥空気流をマニホルドを通してスラリーに導入
し、スラリーを通過した湿った空気を容器の頂部から排
出させることもできる。

以下の実施例は本発明の脱水方法および装置を説明し、
これを作り、使用する際の当業者の役に立つためのもの
である。以下の実施例は、その他にはこの開示の範囲お
よびこれに関する特許権により保証される保護の範囲を
制限するものではない。

友−１Ｌ」１ 最初の実規模設計および作動パラメータを定めるために
多数の小規模試験が行われた。そのような試験は、最大
導管間隔、粒子サイズ分布、乾燥効果およびカラム試験
を決めるために行われた。

上に記載の設計および作動パラメータを確立するために
、多くの実規模試験が原型装置を用いて行われた。

廃棄物または試験材料の処理工程の前にいくつかの処理
段階がある。第一の段階はあらかじめ廃棄物を特徴づけ
ることである。大抵の場合これは装置が発電所に到着す
る前に行われ、質問書により行われる。質問書により、
処理すべき廃棄物が、容器のバイブ系と処理工程装置の
作動範囲に入ることが保証される。作動範囲に入らない
場合は、システムを、計算の部に記載したように変更し
、異常な廃棄物条件に適合するようにする。装置が発電
所に到着したならば、損傷、特に容器内部の脱水装置に
損傷がないかどうかを徹底的に調べる。

設備を据えつけてまもなく、作動上問題がないかどうか
を、廃棄物を入れない状態で機能的に試験する。最後の
前処理工程段階は、廃棄物、予想される放射性フィール
ドの性質を確認し、廃棄物運搬法を調整し、あらゆる機
械的および人的安全性およびバルブのセツティングを確
認することである。

！ この実施例では、再生していない単一元素化学のカチオ
ンイオン交換樹脂を処理した。この樹脂は比較的損傷さ
れていないことがわかっており、したがって、平均サイ
ズ０．０６５ｃｍ　（０，０２５６インチ）のほぼ一様
の球で、ナトリウム型、８％の架橋および４５％の水分
含量であった。

粒子床の深さ　１．８３ｍ　（６フイート）、５．６ｍ
　３（２００立方フイート）容量の容器を用いた。スラ
リー床の頂部上には約１５．２ｃｍ　（５インチ）の空
気スペースを残した。水分離器、フィルタ一つき送風機
および調第弁を含む構造的スチール・スキッドが廃棄物
容器の近くに据えつけられた。容器、水分離器および送
風機をつなげるために直径１０ｃｍ（４インチ）のホー
スを用いた。１本のホースは容器の水および排出空気を
水分離器の入口に運ぶために容器の蒸気出口につなげら
れた。もう１本のホースは、乾燥した空気を水分離器出
口から送風機入口に運ぶようにつなげられた。第三のホ
ースは送風機の出口フィルターから容器の空気入口まで
のものであった。

水分離器は直径０．６０９１１　　（２フイート）、高
さ１．５＋ａ（５フイート）のステンレス鋼の容れ物で
、頂部にフランジがついている。水分離器は、空気を冷
やすための圧搾冷媒を蒸発させる熱交換体を含んでいる
。コイル９Ｂが、分離器底の水面下に位置している。廃
棄物容器から排出された空気は冷却された水面下に入る
。冷却された空気はミスト除去バッド１００を通過した
後、分離器の頂部まで上がる。ミスト除去バッド１００
はステンレス鋼ウールであり、同伴飛沫を衝突によって
空気から除去滴下させる。５　ｃｍ　（２インチ）ホー
スが水分離器から過剰の水を近くにある床排水まで７．
６ＣＯ１（３インチ）ダイアフラム脱水ポンプによる吸
引により導く。

１個のスタンド（３０，０００Ｂ、　Ｔ、　Ｌｌ、のオ
ーダーの５トン冷凍ユニツト）が水分離器の近くに置か
れた。入口−出口冷媒ラインが、冷媒を冷凍ユニットか
ら水分離器を通して再循環させた。

送風機は、３０馬力のロータリベーンブロワ−である（
平均２５０８０　Ｆ　Ｍ　）。

廃棄物容器のホース接合は、容器開口にある充填ヘッド
上で行われていた。充填ヘッドはステンレス鋼−板およ
び薄板で作られ、容器や外部と内部のすべての連結を含
んでいる。充填ヘッドには、廃棄物停止バルブ、ＴＶカ
メラ、放射センサーおよび容器の廃棄物レベル計測接続
物も含まれる。

すべてこれらは一般的なものである。

これらビード樹脂を脱水するために用いる平底容器は、
第６図、第７図に示すように、容器底に一面にある蒸気
収集マニホルドを有する。ヘッダーは７．６ｃｇｉ　（
３インチ）プラスチック製バイブで、外側に伸びる導管
は１．９ｃｍ（３／４インチ）のプラスチック製パイプ
で、各外側導管の両側にそって約１０ｃ■（４インチ）
間隔で孔があけられ、０．６Ｃａｔ（１／４インチ）の
オリフィスが作られた。それらオリフィスは、１００メ
ツシユスクリーン（Ｍｃ　Ｍａｓｔｅｒ　−Ｃａｒｒ　
）　　（商標名）を取り巻く粗スクリーン（Ｎａｌｔｅ
ｘ　Ｆｌｅｘ　Ｇｕａｒｄ　　ＩＩＩ）　　（商標名）
で遮蔽された。ヘッダーの各側の導管の長さは、ヘッダ
ーの開いた端から遠方へと列挙すると、４５．０９Ｃ１
１（１７，７５インチ、６０．３ｃｍ　（２３，７５イ
ンチ）、７０．４９ｃｍ　（２７，７５インチ）　、７
６．２ｃｏ＋　（３０，００インチ）　、８０ｃｍ　（
３１，５インチ）　、８１．３ｃｍ　（３２，００イン
チ）　、８０ｃｍ　（３１，５インチ）　、７６．２ｃ
ｍ　（３０，００インチ）　、７０．４９　ａｖａ　（
２７，７５インチ）　、６０．３２ｃｍ　（２３７５イ
ンチ）、４０．６４ｃｍ　　（１６，００インチ）とな
り、導管の間隔は１４．２７ＣＩ　　（５，６２インチ
）である。

この容器には、この場合には２．５４Ｃ１１（１インチ
）および１．７７ｃｍ　（１／２インチ）パイプで作ら
れた環状リングが、内側側壁の大体真中から下のあたり
に固定された。

廃棄物を容器に入れる前に、電源、空気、水及び計測接
続を準備した。これらの接続は水分離器中の水ハイーレ
ベルースイッチ、送風機の温度センサ、カメラケーブル
、廃棄物レベルセンサ系、および送風機と冷凍ユニット
パワーケーブル、および脱水ポンプ空気系を含んでいる
。

コントロールまたはモニター機能を有するケーブルは分
離して立っているコントロールパネルに通じている。コ
ントロールパネルは高放射領域の外側に位置し、それに
よってオペレーターの被曝を減らすのが好ましい。パネ
ルは、送風機および冷凍ユニットのための０Ｎ１０ＦＦ
スイツチを含む。この時オート機能はあってもなくても
よい。

パネルはまた、送風機出口および容器入口温度インジグ
ーターを、高限界スイッチ、緊急停止スイッチ、放射モ
ニター、状況ライト、テレビジョンモニターと共に含む
。予備的チェックを全部終えた後、システムは廃棄物を
受け入れることができる。

オペレーターがイオン交換樹脂を受け入れる準備ができ
たというゴーサインを受けると、充填ヘッドＴＶ、放射
モニター、レベルスイッチ回路、脱水ポンプはオンにさ
れ、それらの作動を二重にチェックする。作業員は、廃
棄物の移動が始まっていることを知らされる。オペレー
ターは遠隔操作で充填ヘッドの廃棄物流入口をあける。

廃棄物は、水と、前記組成のイオン交換樹脂とのスラリ
ーであった。このスラリーは容器に入る時、２６．７’
Ｃ（８０’Ｆ）であった。脱水ポンプは、スラリーの水
を、それが入ってきた時より速い速度で底部蒸気収集マ
ニホルドを通して除去した。積み重なった樹脂は容器の
底に容易に平らになった。樹脂レベルが容器の頂部に向
かって上るにつれて、ハイレベルスイッチがパネル上で
警告を発した。オペレーターはそのレベルをＴＶモニタ
ーによっても知ることができた。この時点で廃棄物流入
口の廃棄物導入バルブは、作業員により開いたり閉じた
りさせられ、廃棄物の最後の部分が容器の底部部分に入
れられる。。オペレーターは、任意に脱水ポンプを逆に
して、水を容器中の樹脂頂部まで上昇させ、樹脂床が容
器の頂部部分の下で平らになるのを助けた。容器が、容
器の頂部に約１５．２ｃｍ　（６インチ）の空気スペー
スを残して可能な限り−ばいになった時、ラインを除去
した後廃棄物流入口をしっかりと閉めた。

廃棄物移動が完了した後、脱水ポンプは作動し続けた。

その後脱水ポンプは大量の間隙水を２５分以内に除去し
た。その後脱水ポンプのホースから出る水は細（なり、
小さいしたたりになった。冷凍ユニットをオンにし、そ
の後まもなく送風機をオンにした。送風機をオンにする
やいなや、脱水ポンプ排水ホースには水が−ばいになっ
た。残留間隙水の突然の引き出しは、急過ぎて、水分離
器のハイ−レベル−スイッチが送風機を作動させてしま
うことがある。５〜１０分の中に、脱水ポンプの排水ホ
ースからの水流は細くなり、したたり落ちるようになる
。この時点で３５分以下が経過した。

そして廃棄物は、先行技術のシステムで処理した場合に
は数日かかる脱水時点に等しい状態になっていた。

約４５分経過した後、樹脂床全体に差があった圧は、樹
脂を通過する全空気流に相応する定常値になった（第１
６図の曲線および第１７図の試験的点１１４を参照し、
上にまとめた分析法により予想して１ｐｓｉの数百分の
１程度）。この点は先行技術の理想的性能に一致する。

樹脂の実際の乾燥（吸着水の除去）が始まった。脱水ポ
ンプ排水ホースから出る水のしたたりは、その後、樹脂
から発する凝縮水になった。開始から１時間経たない中
に、ＴＶモニターで、樹脂床の頂部のイオン交換ビーズ
が著しく小ざく、軽くなり、容器の内部の頂部で渦巻き
状にぐるぐるまわる傾向になるのが認められた。試験プ
ログラムから、頂部の軽い樹脂は１０％以下の相対湿度
の空気と接触する結果であることがわかる。軽い樹脂よ
りたった２、５４ｃ＋ａ　　（１インチ）下にある樹脂
は、この乾燥サイクルの始めにはまだほとんど水で飽和
されていた。

作動条件は１時間点から５〜６時間点までほぼ一定に保
たれた。脱水ポンプ排水ホースからの水のしたたりおよ
び樹脂を横切る空気の差圧はほぼ一定であることがわか
った。湿パルプおよび乾燥バルブ測定値または湿度の直
接の読みは、容器から排出される空気が１００％の相対
湿度であることを示した。６時間の印付近で、相対湿度
の読みが徐々に１００％から下がり始めた。第２１図の
適当なプロセス終点曲線１１８は、前に説明した。よう
に、そのような、単一元素イオンを９０％以上含む未再
生カチオン樹脂では湿度は９９％以下で、温度２６．７
℃（８０丁）で読むべきであることを示した。この終点
は７時間以内に達せられ、システムは８時間の終りに停
止された。

真上にあるクレーンが充填ヘッドを容器からとり外した
。永久蓋が直ちに容器の口にとりつけられ、終点より大
きい相対湿度を有する空気でその樹脂が再び飽和される
可能性を排除した。永久蓋が固定されたならば、その容
器は、許可流の永久貯蔵地に向けて運搬する用意ができ
たわけである。

テストとして、この実施例の脱水樹脂を、中心部の温度
が普通の埋蔵温度１３℃（５５丁）より低くなるまで冷
やした。中心部温度を１３℃（５５丁）にするには必然
的に容器の外部は１３℃（５５”Ｆ）でなければならな
い。中心部温度が７．２℃（４５’Ｆ）に達するまで、
容器から遊離水は発生しなかった。

ａｍ度が予想温度より５．５℃（１０丁）低かったとい
う事実は、樹脂床の頂部の超乾燥樹脂を基にした計算お
よび方程式の控え目の性質による。

ｕｌ この実施例ではアニオンイオン交換樹脂を脱水した。こ
れらの樹脂は再生してあり、軽度の樹脂破損があり、平
均直径０．０６２６ＣＩＩｌ　　（０，０２４６３イン
チ）、約５５％吸着水、その吸着水をよごす大きな有機
分子が目に見える程多量にあった。この樹脂は、遭遇す
る最悪の型の樹脂である。

廃棄物の予備的スクリーニング、設備の組み立て、設備
のチェック、機能的テスト、発電所員との作動前打ち合
わせ、および始動は実施例１に記載の通りである。この
アニオン樹脂を、実施例１のカチオン樹脂と同様に処理
した。カチオン樹脂の場合と同様に、樹脂を通過する圧
力低下は、分析的に誘導された動態曲線によって、ｉ　
　ｐｓｉの数百分の１以内と予想された。樹脂は２６．
７℃（８０″Ｆ）で脱水した。第２１図の適したプロセ
ス終点曲線１２２によって予想される相対的湿度終点は
約９２％であった。このアニオン樹脂の終点に達するた
めの乾燥には約１５時間かかった。湿度終端に達した後
の遊離水の発生は本来、上記のカチオン樹脂に似ていた
。ここでも１０Ｃ，Ｆ、Ｒ，第６１部に定められた規準
に合格した。

１ｉ九１ 粉末媒質を脱水した。この媒質は、複合カチオンおよび
アニオン粉末イオン交換樹脂と、セルローズ−ベースの
濾過助剤との混合物であった。媒質の有効サイズは０，
００５ｃｅ　（０゜００２インチ）であった。全粉末媒
質は未再生で、吸着水中で典型的な単一元素イオンであ
り、しつかりした一様なサイズを有していた。粉末媒質
の狭い、確実な物理的特性は、その適用を簡単にするが
、容器中の媒質床の一様でない構造的性質は、間隙水の
除去後それが割れるため、その適用を複雑にする。

廃棄物の予備的スクリーニング、設備のチェック、機能
的テスト、発電所員との作動前打ち合わせ、始動は、実
施例１および２に記載の通り行った。設備組立てにおけ
る唯一の違いは、第９図に示すような積み重ねた蒸気収
集マニホルド系列を容器底部領域にとりつけたことであ
る。４つの蒸気収集マニホルドを容器の下から、一番下
から一番上まで順々に１５．２ｃｍ　（６，０インチ）
　、６）．１ｃｍ（２３，２５インチ）、１０２．９ｃ
ｍ　（４０，５インチ）および１４６．７ｃ＋ａ　（５
７，７５インチ）の高さに設置した。

また、環状リングはとりつけなかった。導管とヘラグー
には５　ｃｍ　（２インチ）間隔で孔を貫通し、横孔オ
リフィスと縦孔オリフィスを交互に作った。

オリフィスは１ミクロンフィルター（ＨＶｔｒｅｘ　）
く商標名）で遮蔽した。４本の４．３ｃｍ　（１１／　
２インチ）ホースを使い、蒸気収集マニホルドと水分離
器とをつないだ。

廃棄物媒質が容器に流し込まれると、脱水ポンプは過剰
の水を一番上の蒸気収集マニホルドを通じて除去する。

この方法は廃棄物を容器の底に最も緻密に詰めることを
可能とする。媒質床が頂部収集器に達した後、追加的廃
棄物を間欠的に導入し、容器が明らかに完全に充填され
るまでにした。

廃棄物流入口をそれから確実にしめた。

蒸気収集マニホルドに至るバルブは一番上から一番下ま
で開いていて、各マニホルドの真空度は水銀柱約６３．
５ｃｍ　（２５インチ）に達した。この点を脱水ポンプ
の合理的最大真空能力として選んだ。

各マニホルドの真空が水銀柱約１２．７ｃｍ　（５イン
チ）に下がった時、マニホルドのバルブを一番上から一
番下まで次々に閉める。この時点では真空の低下はプラ
トーになることがわかった。このプロセス中に大部分の
間隙水は除去された。ＴＶモニターの観察は、粒子床の
表面が割れ始めたことを示した。この時点では、脱水プ
ロセスが始まってから約４０分が経過していた。

それから送風機をオンにした。瞬時に大量の水が水分離
器に入ってきて、脱水ポンプ排水ホースから出て行った
。３０分以内に水分離器の真空レベルは水銀柱約２７．
９ｃｍ　（１１インチ）で安定した。８時間の試験期間
にわたって水分離器の真空レベルは徐々に、水銀柱２５
．４ｃｍ　（１０インチ）まで低下した。

全試験期間に亘りシステム作動パラメータをモニターし
た。８時間連続作動後、システムを停止した。

容器を封止し、低い点の排水バルブを開け、容器を冷や
した。容器を次の１０日間、埋立条件またはそれ以下に
冷やしながら遊離水の排出をモニターした。

遊離水は発生しなかった。

１ｉＬ 実施例１のカチオン樹脂を用いて、最も良い先行技術の
システムおよび操作法との比較試験を行った。容器は、
円錐底およびハブおよび側面型水収集システムをとりつ
けであることを除けば、実施例１に用いたと同じ種類お
よび同じ構造のものであり、あらゆる面で先行システム
に似ている。

典型的粉末プラント条件と全く同じにするために樹脂床
を約３５℃（９５丁）の温度に加熱した。温度センサを
樹脂床の中心に、樹脂周囲に沿って置いた。

先行技術のシステムのための標準作動方法にしたがい、
容器の水収集システムで、１日８時間、３日間（８時間
の中に容器から吸出される水の量が１９Ｑ（５ガロン）
以下になるまで）吸引を続けた。容器をそれから冷やし
、埋蔵条件と全く同じにするために中心温度が１２．７
℃（５５’Ｆ　）以下になるようにした。全部で４０Ｑ
　（１０，５ガロン）の水が容器から排出した。この水
量は全容器内容量の約０．７５％に相当し、ハンフォー
ド廃棄場所に廃棄するための１ガロン標準を超え、バル
ンウェル廃棄場所における、炭素鋼容器のための要求規
準０．５容量％、遊離水も超え、バルンウェル施設にお
ける高度に完全化された容器のための１．０％標準をも
ほとんど越える。

比較試験は、最も脱水し易い樹脂を用いて行ったことに
注目するべきである。使い古した再生樹脂を用いて試験
を行った場合、１．０％標準をやはり同じように超える
であろう。

この発明を好ましい実施例について説明したが、以上の
明細−を読んだ当業者は、ここに示した方法、工夫およ
び組成物に種々の変更、等価物の代替、その他の改造を
行うことができる。そこで特許権によって保証される保
護は、添付の請求およびその均等物に含まれる限定によ
ってのみ制限されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は再循環空気流を採用する本発明の脱水装置の好
適実施例を示す概略図。 第２図はビード型イオン交換樹脂の脱水に適した脱水装
置の配置を示す平底使い捨て容器の概略垂直断面図。 第３図は容器内への湿潤放射性粒子の流入を示す、第２
図と同様な図。 第４図は空気が容器内に流入し、粒子床を通過し蒸気収
集マニホルドに入り、容器から出る循環を示す第２図と
同様な図。 第５図は第８図の断面線５−５に沿った断面図。 第６図はビード型イオン交換樹脂を脱水するのに適した
蒸気収集マニホルドを嵌合した使い捨て容器を示す、第
２図と同様な一部横断面の詳細立面図。 第７図は第６図の断面線７−７に沿った断面図。 第８図は第７図の断面線８−８に沿った断面図。 第９図は粉体型イオン交換樹脂を脱水するのに適した蒸
気収集器組立体の配置を示す使い捨て容器の一部横断面
の立面図。 第１０図は第９図の断面線１０−１０に沿った断面図。 第１１図は第１０図の断面線１１−　ｉｔに沿った一部
切欠き図。 第１２図は容器の内側壁に下る好ましくない空気流通を
示す第３図と同様な図。 第１３図は蒸気収集マニホルドに近い固体床およびまた
は収集器を渡る不十分な圧力降下から生ずる不均等な空
気循環を示す第４図と同様な図。 第１４図は固体床を渡る不十分な圧力降下がある蒸気収
集マニホルドの上方に発生し易い空白区域を示す第５図
と同様な図。 第１５図は固体床を通過する流体の場合の摩擦係数対レ
イノルズ数のグラフ。 第１６図は蒸気収集マニホルドまたは組立体が特定用途
のため特別に設計される代表的な作動範囲Ａ−Ｂ−Ｃ−
Ｄを示す多元グラフ。 第１７図は特別なテスト結果を示す第１６図と同様なグ
ラフ。 第１８図は本明細書で論議される数値座標と一緒の二つ
の代表的な乾湿計作動曲線を示す。 第１９図は交差結合曲線に対するカチオン樹脂水蒸気／
蒸気吸着を示すグラフ。 第２０図はイオン交換樹脂の吸着された水の色々な構成
成分の場合の追加水／蒸気吸着曲線を示す。 第２１図は本発明の代表的な処理最終目標曲線を示すグ
ラフである。 １０・・・使い捨て容器　１４・・・送ｍ＊　　１６・
・・水分離器２０・・・フィルタ　２４・・・相対湿度
計　２６・・・水冷機３０・・・脱水ポンプ　３４・・
・廃棄物流入口　３６・・・空気流入口　４０・・・蒸
気収集マニホルド　４４・・・蒸気出口４８・・・スラ
リー床　５４・・・空気空間　６４・・・導管（横管）
６８・・・オリフィス　７８・・・流通阻止部材　８２
・・・粗スクリーン部材　・８４・・・微細スクリーン
部材　９４・・・濾過部材 特許出願人　　ニュークリア　バッヶージングインコー
ポレイテッド ａ伊ｌ、　　　　　へ５ ９瞬トロ・ 尻’ｑｚ メ”−ａ乙、　　文に ９り一ノ２ （２ｆ　　　　　　　　　　／、θ ４（−戟４．　！Ｐ′Ｊ竹汝ηｋ　、 ｔゝづ詐 諺躯 ′＠契啼

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射性粒子を含むスラリーを永久貯蔵のための条
   件になるまで脱水する方法であつて、（ａ）スラリーか
   らほとんどすべての間隙水を除去する段階と、 （ｂ）その後、永久貯蔵温度でその粒子が吸着水に関し
   て不飽和となるように、生成した粒子床から或る量の吸
   着水を除去する段階 とから成ることを特徴とする放射性粒子含有スラリーの
   脱水法。
2. （２）低湿度空気を粒子床を通して流すことによつて吸
   着水を除去する特許請求の範囲第（１）項に記載の方法
   。
3. （３）放射性粒子が液体処理媒質を含んで成る特許請求
   の範囲第（１）項に記載の方法。
4. （４）放射性粒子を含むスラリーが、ビード型イオン交
   換樹脂、粉末型イオン交換樹脂またはそれらの組合せか
   ら成る特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。
5. （５）放射性粒子を含むスラリーが、濾過助剤、炭素粒
   子、無機ゼオライト、こし砂、無煙炭粒子、スラッジの
   中の一つ以上から成る特許請求の範囲第（１）項に記載
   の方法。
6. （６）放射性粒子を含むスラリーを脱水する方法であつ
   て、 （ａ）スラリーからほとんどすべての遊離水を除去する
   段階と、 （ｂ）その後生成した粒子床に均一に空気を通過せしめ
   る段階と、 （ｃ）その後その空気から水を分離する段階と、（ｄ）
   段階（ｃ）から得た空気を除湿し、除湿空気を段階（ｂ
   ）および（ｃ）にしたがつて粒子床を通過せしめ、永久
   貯蔵温度で粒子が吸着水に関して不飽和となるようにな
   るまで、吸着水を粒子床から除去する段階 とから成ることを特徴とする放射性粒子含有スラリーの
   脱水法。
7. （７）粒子床から除去される吸着水の量を、段階（ｃ）
   で分離した水を測定することによつてモニターする特許
   請求の範囲第（６）項に記載の方法。
8. （８）粒子床から除去される吸着水の量を、段階（ｂ）
   と（ｃ）の間の空気の相対湿度を測定することによつて
   モニターする特許請求の範囲第（６）項に記載の方法。
9. （９）放射性粒子が液体処理媒質を含んで成る特許請求
   の範囲第（６）項に記載の方法。
10. （１０）放射性粒子がビード型イオン交換樹脂、粉末型
    イオン交換樹脂またはそれらの組合せから成る特許請求
    の範囲第（６）項に記載の方法。
11. （１１）放射性粒子を含むスラリーが、濾過助剤、炭素
    粒子、無機ゼオライト、こし砂、無煙炭粒子、スラッジ
    の中の一つ以上から成る特許請求の範囲第（６）項に記
    載の方法。
12. （１２）放射性粒子を含むスラリーを脱水するための装
    置であつて、 空気を一様にスラリーを通過せしめる手段と、その後湿
    つた空気から水を分離するための手段と、 その後その空気を除湿し、除湿空気を循環させてスラリ
    ーを通過させるための手段 とを含んで成ることを特徴とする放射性粒子含有スラリ
    ーの脱水装置。
13. （１３）さらにスラリーを通過した空気の相対湿度をモ
    ニターするための手段を含んで成る特許請求の範囲第（
    １２）項に記載の装置。
14. （１４）放射性粒子を含むスラリーを脱水する方法であ
    つて、 （ａ）頂部部分と底部部分とを有し、底部部分に選択的
    に置かれた蒸気収集手段を含む使い捨て容器を用意する
    段階と、 （ｂ）その容器に蒸気収集手段をおおう十分量のスラリ
    ーを加える段階と、 （ｃ）空気をスラリーに通過させ、その際その空気は頂
    部部分に入り、スラリーを通過し、蒸気収集手段に入り
    、それから容器から排出される段階と、 （ｄ）永久貯蔵温度でその粒子が吸着水に関して不飽和
    であるようになるまで、空気をスラリーに通過させて、
    或る量の吸着水を粒子から除去するける段階 とから成ることを特徴とする放射性粒子含有スラリーの
    脱水法。
15. （１５）段階（ｄ）の終点が第２１図の脱水終点曲線と
    関係づけられる特許請求の範囲第（１４）項に記載の方
    法。
16. （１６）放射性粒子が液体処理媒質を含んで成る特許請
    求の範囲第（１４）項に記載の方法。
17. （１７）放射性粒子を含むスラリーがビード型イオン交
    換樹脂、粉末型イオン交換樹脂またはそれらの組合せか
    ら成る特許請求の範囲第（１４）項に記載の方法。
18. （１８）放射性粒子を含むスラリーが、濾過助剤、炭素
    粒子、無機ゼオライト、こし砂、無煙炭粒子スラッジの
    中の一つ以上を含んで成る特許請求の範囲第（１４）項
    に記載の方法。
19. （１９）放射性粒子を含むスラリーを脱水するための装
    置であつて、 頂部部分と底部部分とを有する使い捨て容器と、 スラリーを容器の底部部分に導入するための流入口手段
    と、 空気を容器の頂部部分に導入するための空気流入手段と
    、 間隙水と、容器頂部部分からスラリーを通過した湿つた
    空気とを受け取るための、容器底部部分に選択的に置か
    れた蒸気収集手段と、 該蒸気収集手段と連結され、容器から水と湿つた空気と
    を除去するための蒸気取出し手段とから成ることを特徴
    とする放射性粒子含有スラリーの脱水装置。
20. （２０）蒸気収集手段は平面配列の少くとも１個のマニ
    ホルドを含み、そのマニホルドには間隔を置いてオリフ
    ィスが作られ、そのオリフィスは粒子がマニホルドへ入
    るのを阻止する濾過部材によつておおわれる特許請求の
    範囲第（１９）項に記載の装置。
21. （２１）１個のマニホルドが使い捨て容器の床面上に置
    かれる特許請求の範囲第（１９）項に記載の装置。
22. （２２）床面が平らである特許請求の範囲（２１）項に
    記載の装置。
23. （２３）使い捨て容器に流れ阻止部材が取付けられる特
    許請求の範囲第（２０）項に記載の装置。
24. （２４）複数のマニホルドが水平に間隔を置いて段状に
    配置される特許請求の範囲第（２０）項に記載の装置。
25. （２５）蒸気収集手段が第１６図の座標Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ
    によつて境界づけられた作動領域内で作動する特許請求
    の範囲第（１９）項に記載の装置。
26. （２６）放射性粒子を含むスラリーを脱水する方法であ
    つて、 （ａ）スラリー温度を、永久貯蔵温度またはそれ以下に
    する段階と、 （ｂ）その後スラリーからほとんどすべての間隙水を除
    去する段階 とを含んで成ることを特徴とする放射性粒子含有スラリ
    ーの脱水法。