特許 5883675 放射性廃液の処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5883675

(24)【登録日】2016年2月12日

(45)【発行日】2016年3月15日

(54)【発明の名称】放射性廃液の処理方法

(51)【国際特許分類】

   G21F 9/12 20060101AFI20160301BHJP

   G21F 9/06 20060101ALI20160301BHJP

【ＦＩ】

   G21F9/12 501J

   G21F9/06 G

   G21F9/06 551Z

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-35803(P2012-35803)

(22)【出願日】2012年2月22日

(65)【公開番号】特開2013-170959(P2013-170959A)

(43)【公開日】2013年9月2日

【審査請求日】2014年8月8日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】日野 祐子

(72)【発明者】

【氏名】浅野 隆

(72)【発明者】

【氏名】武士 紀昭

【審査官】 後藤 孝平

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５７−２０５３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−２３１４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０１１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２３３１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６４７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２１４２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５３２４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１５６７３５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ２１Ｆ ９／１２

Ｇ２１Ｆ ９／０６

Ｃ０２Ｆ １／２８

Ｃ０２Ｆ １／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ルテニウム、テクネチウム、ニオブ、セシウム、ストロンチウム、セリウム、アンチモン、テルル、ヨウ素、炭素、ホウ素のいずれか一つ以上の放射性核種を含み、かつ、塩を含む放射性廃液から放射性核種を分離除去する方法において、
前記放射性廃液に、過酸化水素、過マンガン酸およびその塩の水溶液、次亜塩素酸およびその塩の水溶液のいずれか一つ以上からなる酸化剤を添加すると共に、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、炭酸水素ナトリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液のいずれか一つ以上からなるｐＨ調整剤を添加し、ｐＨが酸性の前記放射性廃液に、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスのいずれか一つ以上からなる不活性気体を通液し、その後、吸着材を充填した吸着塔に前記放射性廃液を通水して放射性核種を吸着除去することを特徴とする放射性廃液の処理方法。

【請求項2】

請求項１に記載の放射性廃液の処理方法において、
前記酸化剤を添加した前記放射性廃液に、当該放射性廃液に含まれる放射性核種と同じ元素の非放射性核種からなるキャリアを添加することを特徴とする放射性廃液の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は放射性廃液の処理方法に係り、特に、放射性核種を含む廃液から放射性核種を分離除去するものに好適な放射性廃液の処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

原子力施設において発生する放射性核種を含む放射性廃液の処理方法の一つとして、イオン交換樹脂等を用いた吸着処理方法がある。一方、放射性廃液が高濃度の塩を含む場合、放射性核種の吸着を塩が妨害する場合がある。

【0003】

これに対し、特許文献１では、放射性核種とキレート形成反応を行うことで放射性核種を吸着する粉状あるいは粒状の物質を放射性廃液に添加し、放射性核種を吸着した物質をその後ろ過により分離する方法が述べられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６１−４０５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に記載の方法によれば、塩の妨害の影響を低減しつつ放射性廃液から放射性核種を分離することが可能である。一方、放射性核種とキレート形成反応を行うことを前提としているため、キレート形成反応を行わない種類の放射性核種に対しては効果の程度が限定される。

【0006】

放射性廃液に含まれる放射性核種は、種類により単一の化学形態のものもあるが、複数の化学形態で存在しているものもある。特に塩を含む放射性廃液に含まれる放射性核種は、複数の化学形態で存在する傾向がある。複数の化学形態を取るものは、形態の違いにより電荷が異なる。即ち、プラスであったりマイナスであったり、あるいは中性であったりする場合がある。このような場合、ある一種の放射性核種を分離除去するために、吸着材を複数種類用意する必要が生じる。

【0007】

また、放射性廃液に含まれる不純物と放射性核種が化学結合することで吸着処理では分離できない化合物として存在しているものもある。例えば、放射性廃液中に放射性核種としてヨウ素が含まれ、かつ有機物が不純物として存在していると、ヨウ素はヨウ化メチルなどの有機ヨウ素となり、通常の吸着処理とは異なる放射性核種の分離方法を適用する必要が生じる。

【0008】

一般に、放射性廃液に含まれる放射性核種の濃度は極微量であるため、事前に化学分析等で放射性核種の化学形態を測定するのは難しい。このため、放射性核種の分離で使用する吸着材の選定も容易ではないし、不純物と化学結合した吸着処理が難しい化合物として存在しているか否かを事前に確かめることも容易ではない。

【0009】

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、放射性核種を含む放射性廃液、特に、塩を含む放射性廃液で含有される放射性核種の濃度が低い放射性廃液から、放射性核種を効率よく分離除去することのできる放射性廃液の処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の放射性廃液の処理方法は、上記目的を達成するために、ルテニウム、テクネチウム、ニオブ、セシウム、ストロンチウム、セリウム、アンチモン、テルル、ヨウ素、炭素、ホウ素のいずれか一つ以上の放射性核種を含み、かつ、塩を含む放射性廃液から放射性核種を分離除去する方法において、前記放射性廃液に、過酸化水素、過マンガン酸およびその塩の水溶液、次亜塩素酸およびその塩の水溶液のいずれか一つ以上からなる酸化剤を添加すると共に、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、炭酸水素ナトリウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液のいずれか一つ以上からなるｐＨ調整剤を添加し、ｐＨが酸性の前記放射性廃液に、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスのいずれか一つ以上からなる不活性気体を通液し、その後、吸着材を充填した吸着塔に前記放射性廃液を通水して放射性核種を吸着除去することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、放射性核種を含む放射性廃液、特に、塩を含む放射性廃液で含有される放射性核種の濃度が低い放射性廃液から、放射性核種を効率よく分離除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の放射性廃液の処理方法に用いられる放射性廃液処理装置の実施例１を示す構成図である。

【図2】本発明の放射性廃液の処理方法に用いられる放射性廃液処理装置の実施例２を示す構成図である。

【図3】本発明の放射性廃液の処理方法に用いられる放射性廃液処理装置の実施例３を示す構成図である。

【図4】本発明の放射性廃液の処理方法に用いられる放射性廃液処理装置の実施例４を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図示した実施例に基づき、本発明の好適な実施例である放射性廃液の処理方法を説明する。

【実施例1】

【0018】

図１に、本発明の放射性廃液の処理方法に用いられる放射性廃液の処理装置の実施例１を示す。

【0019】

該図に示す如く、放射性核種を含む放射性廃液は、配管１０を通じて調整タンク２に導入される。調整タンク２には、酸化剤供給装置４とｐＨ調整剤供給装置７が設置されている。酸化剤供給装置４は、酸化剤タンク５と、酸化剤供給配管６と、酸化剤供給配管６に設置された開閉バルブ（図示なし）からなる。ｐＨ調整剤供給装置７は、ｐＨ調整剤タンク８と、ｐＨ調整剤供給配管９と、ｐＨ調整剤供給配管９に設置された開閉バルブ（図示せず）からなる。調整タンク２に導入された放射性廃液に、酸化剤供給装置４から酸化剤が、酸化剤供給配管６を通じて酸化剤タンク５より供給される。また、ｐＨ調整剤供給装置７からｐＨ調整剤が、ｐＨ調整剤供給配管９を通じてｐＨ調整剤タンク８より供給される。調整タンク２には、放射性廃液と酸化剤とｐＨ調整剤を混合する撹拌装置（図示せず）が備えられており、調整タンク２に供給された放射性廃液と、酸化剤と、ｐＨ調整剤が混合される。

【0020】

放射性廃液に含まれる放射性核種は、例えばルテニウム、テクネチウム、ニオブなどの遷移金属、セシウムなどのアルカリ金属、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属、セリウムなどの希土類といった金属元素、アンチモン、テルル、ヨウ素などのハロゲン、炭素、ホウ素といった非金属元素のうちの一つあるいはそれ以上の複数核種からなる。

【0021】

酸化剤供給装置４から供給される酸化剤としては、例えば過酸化水素、オゾン、過マンガン酸及びその塩の水溶液、次亜塩素酸及びその塩の水溶液が使用される。ｐＨ調整剤供給装置７から供給されるｐＨ調整剤としては、例えば塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等の酸溶液、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ溶液が使用される。

【0022】

ｐＨ調整剤は、必要に応じて添加してもよいし、添加しなくてもよい。

【0023】

また、ここで放射性廃液に含まれる放射性核種と同じ元素からなる非放射性核種を、キャリアとして添加してもよい。この場合、図示されていないキャリア供給装置から調整タンク２に非放射性核種が添加される。

【0024】

調整タンク２を通過した放射性廃液は、配管１１を通じて吸着装置１に供給される。吸着装置１に供給される放射性廃液には、必要に応じて残存している酸化剤を分解除去する操作を加えてもよい。吸着装置１には、放射性廃液に含まれる放射性核種に応じ、一種類またはそれ以上の種類の吸着材が充填されている。吸着装置１を通過する過程で、放射性廃液に含まれる放射性核種が吸着分離され、放射性核種が除去された水が処理水として得られる。

【0025】

吸着装置１に充填される吸着材としては、例えばイオン交換樹脂、キレート樹脂、活性炭、オキシン添着活性炭、ゼオライト、チタン酸、フェロシアン化物などが使用される。

【0026】

ここで、放射性廃液に酸化剤を添加した際に生じる反応について、ヨウ素を例として説明する。ヨウ素の放射性同位体、例えばＩ−１３１は、ヨウ化物イオン（Ｉ⁻）やヨウ素酸イオン（ＩＯ_３⁻）の化学形態をとることが知られている。Ｉ⁻とＩＯ_３⁻を含む放射性廃液に、酸化剤としてオゾンを添加すると、以下のような反応が進行し、Ｉ⁻がＩＯ_３⁻になる。
Ｉ⁻ ＋ ３Ｏ_３ → ＩＯ_３⁻ ＋ ３Ｏ_２
これにより、Ｉ⁻とＩＯ_３⁻の二種類の化学形態が存在している場合は、それぞれの化学形態に対応する吸着材を用意する必要があったが、化学形態をＩＯ_３⁻に調整することでＩＯ_３⁻に対応する吸着材を用意すればよく、吸着塔数の削減や吸着材コストの低減といった効果が得られる。

【0027】

本実施例では、放射性廃液に酸化剤とｐＨ調整剤を添加する例について述べたが、酸化剤の代わりに還元剤を添加してもよい。その場合、本実施例における酸化剤供給装置は還元剤供給装置と読み替えられる。放射性廃液として、例えば放射性のヨウ素を含む廃液に、還元剤として例えばアスコルビン酸（Ｃ_６Ｈ_８Ｏ_６）を、ｐＨ調整剤として塩酸を添加する場合、以下のような反応が進行する。
ＩＯ_３⁻＋５Ｉ⁻＋６Ｈ^＋→３Ｉ_２＋３Ｈ_２Ｏ
Ｃ_６Ｈ_８Ｏ_６＋Ｉ_２→Ｃ_６Ｈ_６Ｏ_６＋２Ｈ^＋＋２Ｉ⁻
これにより、放射性ヨウ素がＩＯ_３⁻とＩ⁻の二種類の化学形態で存在していた場合、Ｉ⁻の一種類にできる。

【0028】

本実施例によれば、放射性核種を含む放射性廃液、特に塩を含む放射性廃液で含有される放射性核種の濃度が低い放射性廃液から、放射性核種を効率よく分離除去することができる効果がある。

【実施例2】

【0029】

図２に、本発明の放射性廃液の処理方法に用いられる放射性廃液の処理装置の実施例２を示す。

【0030】

該図に示す如く、放射性核種を含む放射性廃液は、配管１０を通じて液性調整部２１に導入される。液性調整部２１には、酸化剤供給装置４ＡとｐＨ調整剤供給装置７Ａが設置されている。酸化剤供給装置４Ａは、酸化剤タンク５Ａと、酸化剤供給配管６Ａと、酸化剤供給配管６Ａに設置された開閉バルブ（図示せず）からなる。ｐＨ調整剤供給装置７Ａは、ｐＨ調整剤タンク８Ａと、ｐＨ調整剤供給配管９Ａと、ｐＨ調整剤供給配管９Ａに設置された開閉バルブ（図示せず）からなる。液性調整部２１に導入された放射性廃液に、酸化剤供給装置４Ａから酸化剤が、酸化剤供給配管６Ａを通じて酸化剤タンク５Ａより供給される。また、ｐＨ調整剤供給装置７ＡからｐＨ調整剤が、ｐＨ調整剤供給配管９Ａを通じてｐＨ調整剤タンク８Ａより供給される。液性調整部２１内で、液性調整部２１に供給された放射性廃液と、酸化剤と、ｐＨ調整剤が混合される。液性調整部２１は、例えばスタティックミキサーなど、液性調整部２１を通水する過程で酸化剤とｐＨ調整剤が放射性廃液と混合できる構造となっている。

【0031】

放射性廃液に含まれる放射性核種は、実施例１に示した元素からなる。

【0032】

酸化剤供給装置４Ａから供給される酸化剤、ｐＨ調整剤供給装置７Ａから供給されるｐＨ調整剤としては、実施例１に示した薬剤が使用できる。

【0033】

ｐＨ調整剤は必要に応じて添加してもよいし、添加しなくてもよい。また、必要に応じて、放射性廃液に含まれる放射性核種と同じ元素から成る非放射性核種を、キャリアとして液性調整部２１に供給してもよい。

【0034】

液性調整部２１を通過した放射性廃液は、配管１１Ａを通じて吸着装置１Ａに供給される。吸着装置１Ａに供給される放射性廃液には、必要に応じて残存している酸化剤を分解する操作を加えてもよい。吸着装置１Ａには、放射性廃液に含まれる放射性核種に応じ、一種類またはそれ以上の種類の吸着材が充填されている。吸着装置１Ａを通過する過程で、放射性廃液に含まれる放射性核種が吸着分離され、放射性核種が除去された水が処理水として得られる。

【0035】

本実施例によれば、実施例１と同様な効果を得ることができることは勿論、液性調整部を使用することで、装置の簡素化を図ることができる。

【実施例3】

【0036】

図３に、本発明の放射性廃液の処理方法に用いられる放射性廃液の処理装置の実施例３を示す。

【0037】

該図に示す如く、放射性核種を含む放射性廃液は、配管１０を通じて液性調整部２１Ｂに導入される。液性調整部２１Ｂには、ｐＨ調整剤供給装置７Ｂが設置されている。ｐＨ調整剤供給装置７Ｂは、ｐＨ調整剤タンク８Ｂと、ｐＨ調整剤供給配管９Ｂと、ｐＨ調整剤供給配管９Ｂに設置された開閉バルブ（図示せず）からなる。液性調整部２１Ｂに導入された放射性廃液に、ｐＨ調整剤供給装置７ＢからｐＨ調整剤が、ｐＨ調整剤供給配管９Ｂを通じてｐＨ調整剤タンク８Ｂより供給される。液性調整部２１Ｂ内で、液性調整部２１Ｂに供給された放射性廃液と、ｐＨ調整剤が混合される。液性調整部２１Ｂは、例えばスタティックミキサーなど、液性調整部２１Ｂを通水する過程でｐＨ調整剤が放射性廃液と混合できる構造となっている。

【0038】

放射性廃液に含まれる放射性核種は、実施例１に示した元素からなる。

【0039】

ｐＨ調整剤供給装置７Ｂから供給されるｐＨ調整剤としては、実施例１に示した薬剤が使用できる。また、必要に応じて、放射性廃液に含まれる放射性核種と同じ元素から成る非放射性核種を、キャリアとして液性調整部２１Ｂに供給してもよい。

【0040】

液性調整部２１Ｂを通過した放射性廃液は、配管１１Ｂを通じて吸着装置１Ｂに供給される。吸着装置１Ｂには、放射性廃液に含まれる放射性核種に応じ、一種類またはそれ以上の種類の吸着材が充填されている。吸着装置１Ｂを通過する過程で、放射性廃液に含まれる放射性核種が吸着分離され、放射性核種が除去された水が処理水として得られる。

【0041】

ここで、放射性廃液のｐＨを調整することで生じる効果について、ルテニウムを例として説明する。ルテニウムの放射性同位体、例えばＲｕ−１０６は、放射性廃液の性状により複数の酸化数を取りかつ複数の化学形態をとることが知られている。例えばアルカリ性の放射性廃液中では、水酸化物イオンが結合しコロイド状のルテニウム化合物を形成する。コロイド状のルテニウム化合物は、特に濃度が低い場合、吸着材で除去するのは困難である。そこでルテニウムを含む放射性廃液に酸、例えば塩酸、を添加して、放射性廃液のｐＨを２に調整する。この時、ルテニウムはプラス電荷を持った陽イオンか、塩化物イオンが結合した塩化ルテニウムの形態となる。陽イオンのルテニウムは陽イオン交換樹脂またはキレート樹脂で、塩化ルテニウムはキレート樹脂で容易に吸着除去できる。

【0042】

本実施例によれば、実施例２と同様な効果を得ることができることは勿論、ｐＨ調整剤のみの添加のため、さらに装置の簡素化を図ることができる。

【実施例4】

【0043】

図４に、本発明の放射性廃液の処理方法に用いられる放射性廃液の処理装置の実施例４を示す。

【0044】

該図に示す如く、放射性核種を含む放射性廃液は、配管１０を通じて調整タンク２２に導入される。調整タンク２２には、酸化剤供給装置４ＣとｐＨ調整剤供給装置７Ｃが設置されている。酸化剤供給装置４Ｃは、酸化剤タンク５Ｃと、酸化剤供給配管６Ｃと、酸化剤供給配管６Ｃに設置された開閉バルブ（図示せず）からなる。ｐＨ調整剤供給装置７Ｃは、ｐＨ調整剤タンク８Ｃと、ｐＨ調整剤供給配管９Ｃと、ｐＨ調整剤供給配管９Ｃに設置された開閉バルブ（図示せず）からなる。調整タンク２２に導入された放射性廃液に、酸化剤供給装置４Ｃから酸化剤が、酸化剤供給配管６Ｃを通じて酸化剤タンク５Ｃより供給される。また、ｐＨ調整剤供給装置７ＣからｐＨ調整剤が、ｐＨ調整剤供給配管９Ｃを通じてｐＨ調整剤タンク８Ｃより供給される。調整タンク２２には放射性廃液と酸化剤とｐＨ調整剤を混合する撹拌装置（図示せず）が備えられており、調整タンク２２に供給された放射性廃液と、酸化剤と、ｐＨ調整剤が混合される。この時、放射性廃液に不純物として有機物が含まれていると、有機物は酸化剤と反応して炭酸イオン（ＣＯ_３^２−）や炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３⁻）になる。放射性廃液のｐＨが酸性の場合、炭酸イオンや炭酸水素イオンはさらに酸化されて二酸化炭素（ＣＯ_２）となり、放射性廃液から揮発する。揮発した二酸化炭素は、配管１２を通って調整タンク２２より放出される。放射性廃液から二酸化炭素の揮発を促進するため、調整タンク２２には不活性ガス、例えば窒素ガスなど、を調整タンク２２内の放射性廃液にバブリングする装置（図示せず）を備えてもよい。

【0045】

放射性廃液に含まれる放射性核種は、実施例１に示した元素からなる。

【0046】

酸化剤供給装置４Ｃ、ｐＨ調整剤供給装置７Ｃから供給される酸化剤、ｐＨ調整剤としては、実施例１に示した薬剤が使用できる。

【0047】

ｐＨ調整剤は、必要に応じて添加してもよいし、添加しなくてもよい。また、ここで放射性廃液に含まれる放射性核種と同じ元素からなる非放射性核種を、キャリアとして添加してもよい。この場合、図示されていないキャリア供給装置から調整タンク２２に非放射性核種が添加される。

【0048】

調整タンク２２を通過した放射性廃液は、配管１１Ｃを通じて吸着装置１Ｃに供給される。吸着装置１Ｃに供給される放射性廃液には、必要に応じて残存している酸化剤を分解除去する操作を加えてもよい。吸着装置１Ｃには、放射性廃液に含まれる放射性核種に応じ、一種類またはそれ以上の種類の吸着材が充填されている。吸着装置１Ｃを通過する過程で、放射性廃液に含まれる放射性核種が吸着分離され、放射性核種が除去された水が処理水として得られる。

【0049】

本実施例によれば、放射性廃液に有機物からなる不純物が含まれている場合にも、実施例１で生じる効果と同様な効果を得ることができる。

【符号の説明】

【0050】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…吸着装置、２、２２…調整タンク、２１、２１Ｂ…液性調整部、４、４Ａ、４Ｃ…酸化剤供給装置、５、５Ａ、５Ｃ…酸化剤タンク、６、６Ａ、６Ｃ…酸化剤供給配管、７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ…ｐＨ調整剤供給装置、８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ…ｐＨ調整剤タンク、９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ…ｐＨ調整剤供給配管、１０、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２…配管。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】