特許 7438902 汚染水処理方法

(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】

(24)【登録日】2024-02-16

(45)【発行日】2024-02-27

(54)【発明の名称】汚染水処理方法

(51)【国際特許分類】

   G21F 9/12 20060101AFI20240219BHJP

   G21F 9/00 20060101ALI20240219BHJP

【ＦＩ】

G21F9/12 501J

G21F9/00 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020154735

(22)【出願日】2020-09-15

(65)【公開番号】P2022048741

(43)【公開日】2022-03-28

【審査請求日】2023-02-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大村 恒雄

(72)【発明者】

【氏名】田嶋 直樹

(72)【発明者】

【氏名】三澤 玲菜

(72)【発明者】

【氏名】澤田 紘子

(72)【発明者】

【氏名】宮澤 直希

【審査官】鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２０３６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－００１４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４０８２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｆ ９／１２

Ｇ２１Ｆ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射性核種のイオンを吸着する吸着材が充填された既設吸着塔を複数有し、前記複数の既設吸着塔が直列に配列されている汚染水処理システムにおいて、放射性核種のイオンを含む汚染水を前記複数の既設吸着塔に順次通水することによって、前記汚染水から前記放射性核種のイオンを除去する汚染水処理方法であって、
前記汚染水処理システムに流入する前記汚染水の放射性核種濃度が変化する場合に、前記放射性核種のイオンを吸着した使用済吸着材が充填された使用済吸着塔を、前記汚染水処理システムに配置して使用する、使用済吸着塔配置工程
を有し、
前記汚染水処理システムに流入する前記汚染水の放射性核種濃度が増加する場合、前記使用済吸着塔配置工程では、下記式（Ａ１）および式（Ａ２）に示す関係を満たす前記使用済吸着塔を、前記複数の既設吸着塔のうち最上流に位置する既設吸着塔よりも上流に位置するように配置して使用する、
汚染水処理方法。
Ｘ３１＜Ｍ３１ ・・・（Ａ１）
Ｘ２１＜Ｘ３１ ・・・（Ａ２）
（式（Ａ１）および式（Ａ２）において、
Ｘ３１は、前記使用済吸着塔配置工程の実施前に前記使用済吸着塔が放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量であり、
Ｘ２１は、前記汚染水処理システムに流入する汚染水の放射性核種濃度が増加する前に、複数の既設吸着塔のうち最上流に位置する既設吸着塔が放射性核種のイオンを吸着した吸着量であり、
Ｍ３１は、前記汚染水処理システムに流入する前記汚染水の放射性核種濃度が増加したときに、前記使用済吸着塔が前記放射性核種のイオンを吸着可能な飽和吸着量である。）

【請求項2】

前記汚染水処理システムに流入する前記汚染水の放射性核種濃度が増加した場合、前記使用済吸着塔を通過した前記汚染水を、少なくとも前記複数の既設吸着塔のうち最下流に位置する既設吸着塔に通水させない、
請求項１に記載の汚染水処理方法。

【請求項3】

前記汚染水処理システムに流入する前記汚染水の放射性核種濃度が増加した場合において、前記使用済吸着塔を通過した前記汚染水の放射性核種濃度が目標値以下である場合には、前記使用済吸着塔を通過した前記汚染水を、前記複数の既設吸着塔に通水させない、
請求項１に記載の汚染水処理方法。

【請求項4】

前記汚染水処理システムに流入する前記汚染水の放射性核種濃度が増加した場合において、前記使用済吸着塔を通過した前記汚染水の放射性核種濃度が目標値を超える場合には、前記複数の既設吸着塔のうち、放射性核種濃度の増加前に流入していた前記汚染水の放射性核種濃度が前記使用済吸着塔を通過した前記汚染水の放射性核種濃度よりも高い既設吸着塔に、前記使用済吸着塔を通過した前記汚染水を通水させない、
請求項１に記載の汚染水処理方法。

【請求項5】

前記汚染水処理システムに流入する前記汚染水の放射性核種濃度が減少する場合、前記使用済吸着塔配置工程では、下記式（Ｂ１）に示す関係を満たす前記使用済吸着塔を、前記複数の既設吸着塔のうち最下流に位置する既設吸着塔よりも下流に位置するように配置して使用すると共に、
前記複数の既設吸着塔のうち、前記汚染水の放射性核種濃度の減少前に前記放射性核種のイオンを吸着した吸着量が、前記汚染水の放射性核種濃度の減少後に前記放射性核種のイオンを吸着可能な飽和吸着量よりも大きい既設吸着塔には、前記汚染水を通水させない、
請求項１から４のいずれかに記載の汚染水処理方法。
Ｘ３１＜Ｘ２３ ・・・（Ｂ１）
（式（Ｂ１）において、
Ｘ２３は、前記汚染水処理システムに流入する前記汚染水の放射性核種濃度が減少する前に、前記複数の既設吸着塔のうち最下流に位置する既設吸着塔が前記放射性核種のイオンを吸着した吸着量である。）

【請求項6】

放射性核種のイオンを吸着する吸着材が充填された既設吸着塔を複数有し、前記複数の既設吸着塔が直列に配列されている汚染水処理システムにおいて、放射性核種のイオンを含む汚染水を前記複数の既設吸着塔に順次通水することによって、前記汚染水から前記放射性核種のイオンを除去する汚染水処理方法であって、
前記汚染水処理システムに流入する前記汚染水の放射性核種濃度が変化する場合に、前記放射性核種のイオンを吸着した使用済吸着材が充填された使用済吸着塔を、前記汚染水処理システムに配置して使用する、使用済吸着塔配置工程
を有し、
前記汚染水処理システムに流入する前記汚染水の放射性核種濃度が減少する場合、前記使用済吸着塔配置工程では、下記式（Ｂ１）に示す関係を満たす前記使用済吸着塔を、前記複数の既設吸着塔のうち最下流に位置する既設吸着塔よりも下流に位置するように配置して使用すると共に、
前記複数の既設吸着塔のうち、前記汚染水の放射性核種濃度の減少前に前記放射性核種のイオンを吸着した吸着量が、前記汚染水の放射性核種濃度の減少後に前記放射性核種のイオンを吸着可能な飽和吸着量よりも大きい既設吸着塔には、前記汚染水を通水させない、
汚染水処理方法。
Ｘ３１＜Ｘ２３ ・・・（Ｂ１）
（式（Ｂ１）において、
Ｘ３１は、前記使用済吸着塔配置工程の実施前に前記使用済吸着塔が放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量であり、
Ｘ２３は、前記汚染水処理システムに流入する前記汚染水の放射性核種濃度が減少する前に、前記複数の既設吸着塔のうち最下流に位置する既設吸着塔が前記放射性核種のイオンを吸着した吸着量である。）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、汚染水処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

放射性核種のイオンを含む汚染水から放射性核種のイオンを除去する際には、一般に、固定層吸着方法が用いられている。固定層吸着方法では、たとえば、放射性核種のイオンを選択的に吸着する吸着材が充填された吸着塔に汚染水を通過させることで、汚染水から放射性核種のイオンを除去している。

【0003】

汚染水の通水を開始したときには、吸着塔の入口側において多くの放射性核種が吸着するので、入口から出口へ向けて、汚染水の放射性核種濃度が低下する。そして、汚染水の通水を更に進めるに伴って、吸着塔の出口における放射性核種濃度が高まる。その結果で、汚染水の放射性核種濃度は、入口と出口との間において差が小さくなり、吸着塔における放射性核種の吸着量が飽和吸着量に近づく。つまり、吸着塔において放射性核種の吸着ができない状態に近づく。このため、吸着塔の吸着量が飽和吸着量に近い状態になったときには、その吸着塔を未使用な新品の吸着塔に交換している。

【0004】

下記の式（１）では、核種分配係数Ｋｄ（Ｌ／ｋｇ－吸着材質量）と、飽和吸着量Ｍｍ（Ｂｑ／ｋｇ－吸着材質量）と、吸着塔の入口における汚染水の入口放射性核種濃度Ｃｉｎ（Ｂｑ／Ｌ）との関係を示している。飽和吸着量Ｍｍは、特定の入口放射性核種濃度Ｃｉｎ（Ｂｑ／Ｌ）である汚染水が通水されたときに、その汚染水に含まれる放射性核種を最大に吸着することが可能な量である。ここでは、放射性核種が一つの化学種であって、汚染水の入口放射性核種濃度Ｃｉｎと汚染水の出口放射性核種濃度Ｃｏｕｔとが同じ場合（つまり、Ｃｏｕｔ／Ｃｉｎ＝１）の関係を示している。

【0005】

Ｋｄ＝Ｍｍ／Ｃｉｎ …式（１）

【0006】

下記の式（２）では、汚染水の放射性核種濃度Ｃ（Ｂｑ／Ｌ）と放射性核種吸着量Ｍ（Ｂｑ／ｋｇ－吸着材質量）との関係を示している。式（２）に示すように、汚染水の放射性核種濃度Ｃと放射性核種吸着量Ｍとの間は、通常、Ｈｅｎｒｙ則が成立し、放射性核種吸着量Ｍは、汚染水の放射性核種濃度Ｃとヘンリー定数Ｈ（Ｌ／ｋｇ－吸着材質量）との積に相当する。

【0007】

Ｍ＝Ｈ・Ｃ …式（２）

【0008】

汚染水の放射性核種濃度Ｃに関して、入口放射性核種濃度Ｃｉｎと出口放射性核種濃度Ｃｏｕｔとが同じ場合（つまり、Ｃｏｕｔ／Ｃｉｎ＝１）には、式（２）の各因子は、下記の式（３）～式（５）に示す関係になる。このため、式（２）～式（５）から判るように、上記した式（１）が成立する。

【0009】

Ｍ＝Ｍｍ …式（３）
Ｃ＝Ｃｉｎ …式（４）
Ｈ＝Ｋｄ …式（５）

【0010】

ヘンリー定数Ｈは、一定であるので、Ｈｅｎｒｙ則が成立する範囲では、核種分配係数Ｋｄも一定である。それゆえ、式（１）に示すように、入口放射性核種濃度Ｃｉｎに応じて、飽和吸着量Ｍｍが決定される。つまり、汚染水の入口放射性核種濃度Ｃｉｎの増加に伴って飽和吸着量Ｍｍが増加し、汚染水の入口放射性核種濃度Ｃｉｎの減少に伴って飽和吸着量Ｍｍが減少する。

【0011】

吸着塔における放射性核種吸着量Ｍの経時変化は、一般に、汚染水の水質や、汚染水を処理した後の処理水の放射性核種濃度から推定される。また、吸着破過曲線によって、放射性核種吸着量Ｍを予測することができる。

【0012】

吸着塔の入口に流入する汚染水の入口放射性核種濃度Ｃｉｎが減少した場合、その入口放射性核種濃度Ｃｉｎの減少に伴って、吸着塔の飽和吸着量Ｍｍが低下する。このため、吸着塔では、入口放射性核種濃度Ｃｉｎの減少前に吸着された放射性核種が、入口放射性核種濃度Ｃｉｎの減少に伴って、脱離する場合がある。したがって、汚染水の入口放射性核種濃度Ｃｉｎが減少した場合には、通常、その吸着塔を未使用な新品の吸着塔に交換している。

【0013】

この他に、複数の吸着塔が直列に並ぶように配列している場合には、たとえば、放射性核種の脱離が生ずる最上流の吸着塔の使用を停止し、放射性核種の脱離が生じない新品の吸着塔を最下流に配置して使用すること等が行われている。

【0014】

既に放射性核種の吸着で使用された使用済吸着塔に充填されている使用済吸着材は、通常、放射性廃棄物として処分される。ここでは、放射性廃棄物の量を低減させるために、放射性核種が付着した使用済みの吸着材から放射性核種を脱離させ、その放射性核種が脱離された吸着材を再利用することなどが行われている。たとえば、酸処理によって、放射性核種を脱離させる処理が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【文献】特許第６２０４０９６号

【非特許文献】

【0016】

【文献】Ｊ．Ｂ． Ｒｏｓｅｎ， Ｊ． ｏｆ Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ． ｖｏｌ．２０－３．（１９５２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

上記のように、使用していた既設の吸着塔を新品の吸着塔に交換して使用する場合には、その交換後の吸着塔に充填された吸着材を放射性廃棄物として処分する必要があるので、放射性廃棄物量が増加する。

【0018】

また、吸着材から放射性核種を脱離させるために酸処理などを行う場合には、その脱離された放射性核種を含む汚染水が発生するので、汚染水について処理することが必要になる。その他、酸処理のための機器や薬品が必要になる。このため、コストが増加する場合がある。

【0019】

上記のような事情により、汚染水から放射性核種を除去する処理を効率的に実施することが困難な場合がある。

【0020】

したがって、本発明が解決しようとする課題は、放射性廃棄物の削減やコストの低減等が可能であって、汚染水から放射性核種を除去する処理を効率的に実施可能な汚染水処理方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0021】

実施形態の汚染水処理方法は、放射性核種のイオンを吸着する吸着材が充填された既設吸着塔を複数有し、複数の既設吸着塔が直列に配列されている汚染水処理システムにおいて、放射性核種のイオンを含む汚染水を複数の既設吸着塔に順次通水することによって、汚染水から放射性核種のイオンを除去する。実施形態の汚染水処理方法は、汚染水処理システムに流入する汚染水の放射性核種濃度が変化する場合に、放射性核種のイオンを吸着した使用済吸着材が充填された使用済吸着塔を、汚染水処理システムに配置して使用する、使用済吸着塔配置工程を有する。汚染水処理システムに流入する汚染水の放射性核種濃度が増加する場合、使用済吸着塔配置工程では、下記式（Ａ１）および式（Ａ２）に示す関係を満たす使用済吸着塔を、複数の既設吸着塔のうち最上流に位置する既設吸着塔よりも上流に位置するように配置して使用する。
Ｘ３１＜Ｍ３１ ・・・（Ａ１）
Ｘ２１＜Ｘ３１ ・・・（Ａ２）
（式（Ａ１）および式（Ａ２）において、Ｘ３１は、使用済吸着塔配置工程の実施前に使用済吸着塔が放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量であり、Ｘ２１は、汚染水処理システムに流入する汚染水の放射性核種濃度が増加する前に、複数の既設吸着塔のうち最上流に位置する既設吸着塔が放射性核種のイオンを吸着した吸着量であり、Ｍ３１は、汚染水処理システムに流入する汚染水の放射性核種濃度が増加したときに、使用済吸着塔が放射性核種のイオンを吸着可能な飽和吸着量である。）

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、第１実施形態の汚染水処理方法で使用する汚染水処理システム１を模式的に示している。

【図2】図２は、第１実施形態の汚染水処理方法で使用する汚染水処理システム１を模式的に示している。

【図3】図３は、第１実施形態の変形例の汚染水処理方法で使用する汚染水処理システム１を模式的に示している。

【図4】図４は、第１実施形態の変形例の汚染水処理方法で使用する汚染水処理システム１を模式的に示している。

【図5】図５は、第２実施形態の汚染水処理方法で使用する汚染水処理システム１を模式的に示している。

【図6】図６は、第２実施形態の汚染水処理方法で使用する汚染水処理システム１を模式的に示している。

【図7】図７は、第２実施形態の汚染水処理方法で使用する汚染水処理システム１を模式的に示している。

【発明を実施するための形態】

【0023】

＜第１実施形態＞
［Ａ］汚染水処理方法
第１実施形態では、汚染水処理システム１に流入する汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が増加する場合に関して説明する。

【0024】

図１および図２は、第１実施形態の汚染水処理方法で使用する汚染水処理システム１を模式的に示している。

【0025】

図１では、放射性核種濃度が増加する前の汚染水Ｌ１を処理する状態を示している。そして、図２では、放射性核種濃度が増加した後の汚染水Ｌ１を処理する状態を示している。つまり、図１においては、第１の放射性核種濃度Ｃ１である汚染水Ｌ１を処理する状態を例示しており、図２においては、第１の放射性核種濃度Ｃ１よりも高い第２の放射性核種濃度Ｃ２である汚染水Ｌ１を処理する状態を例示している。図２において、汚染水Ｌ１の処理で使用しない吸着塔については破線で示している。

【0026】

［Ａ－１］放射性核種濃度の増加前
まず、放射性核種濃度が増加する前の汚染水Ｌ１（第１の放射性核種濃度Ｃ１）を処理する状態に関して、図１を用いて説明する。

【0027】

図１に示すように、第１の放射性核種濃度Ｃ１である汚染水Ｌ１の処理を行う際には、汚染水処理システム１を使用する。ここでは、汚染水処理システム１は、たとえば、第１の既設吸着塔２１と第２の既設吸着塔２２と第３の既設吸着塔２３とを有する。

【0028】

第１の既設吸着塔２１、第２の既設吸着塔２２、および、第３の既設吸着塔２３のそれぞれは、放射性核種のイオンを吸着する吸着材が充填されている。また、第１の既設吸着塔２１、第２の既設吸着塔２２、および、第３の既設吸着塔２３は、直列に配列されており、放射性核種のイオンを含む汚染水Ｌ１が、順次、各部を通過する。

【0029】

具体的には、第１の放射性核種濃度Ｃ１の汚染水Ｌ１は、第１の既設吸着塔２１において上方に設けられた入口から導入され、下方に設けられた出口から処理水Ｌ２１として排出される。つぎに、第１の既設吸着塔２１から排出された処理水Ｌ２１は、第２の既設吸着塔２２において上方に設けられた入口から導入され、下方に設けられた出口から処理水Ｌ２２として排出される。つぎに、第２の既設吸着塔２２から排出された処理水Ｌ２２は、第３の既設吸着塔２３において上方に設けられた入口から導入され、下方に設けられた出口から処理水Ｌ２３として排出される。

【0030】

これにより、第１の既設吸着塔２１、第２の既設吸着塔２２、および、第３の既設吸着塔２３のそれぞれにおいて、汚染水に含まれる放射性核種のイオンが吸着され、汚染水から放射性核種のイオンが除去される。放射性核種濃度は、汚染水Ｌ１、第１の既設吸着塔２１から排出された処理水Ｌ２１、第２の既設吸着塔２２から排出された処理水Ｌ２２、第３の既設吸着塔２３から排出された処理水Ｌ２３の順で低下する。

【0031】

そして、第１の既設吸着塔２１で放射性核種が吸着された放射性核種吸着量Ｍ２１、第２の既設吸着塔２２で放射性核種が吸着された放射性核種吸着量Ｍ２２、および、第３の既設吸着塔２３で放射性核種が吸着された放射性核種吸着量Ｍ２３は、下記式（ｂ）に示す関係になる。すなわち、第１の既設吸着塔２１、第２の既設吸着塔２２、および、第３の既設吸着塔２３のそれぞれにおける放射性核種吸着量は、汚染水Ｌ１の流れ方向において、順次、低下する。

【0032】

Ｍ２１＞Ｍ２２＞Ｍ２３ …式（ｂ）

【0033】

上記の放射性核種吸着量は、汚染水Ｌ１の放射性核種濃度の経時変化、既設吸着塔２１～２３の各出口から排出される処理水Ｌ２１～Ｌ２３の放射性核種濃度の経時変化、および、汚染水Ｌ１の量の経時変化に基づいて求めることができる。また、放射性核種吸着量は、たとえば、既設吸着塔２１～２３のそれぞれにおいて外表面に設置された放射能測定装置を用いて推定されてもよい。この他に、解析プログラムによって予測された吸着破過曲線から放射性核種吸着量を推定してもよい。

【0034】

［Ａ－２］放射性核種濃度の増加後
つぎに、放射性核種濃度が増加した後の汚染水Ｌ１（第２の放射性核種濃度Ｃ２；Ｃ２＞Ｃ１）を処理する状態に関して、図２を用いて説明する。

【0035】

汚染水Ｌ１が第１の放射性核種濃度Ｃ１から第２の放射性核種濃度Ｃ２に増加する場合には、図２に示すように、使用済吸着塔３１を汚染水処理システム１に配置して使用する。

【0036】

使用済吸着塔３１は、放射性核種のイオンを吸着した使用済吸着材が内部に充填されている。本実施形態では、使用済吸着塔３１は、複数の既設吸着塔２１～２３のうち最上流に位置する第１の既設吸着塔２１よりも上流に配列される。

【0037】

このとき、本実施形態では、使用済吸着塔３１を通過した汚染水を、複数の既設吸着塔２１～２３のうち最下流に位置する第３の既設吸着塔２３に通水させない。本実施形態では、たとえば、第３の既設吸着塔２３を撤去し、その第３の既設吸着塔２３が撤去された領域に、使用済吸着塔３１を設置する。

【0038】

本実施形態において、第１の放射性核種濃度Ｃ１から第２の放射性核種濃度Ｃ２に増加した汚染水Ｌ１は、使用済吸着塔３１において上方に設けられた入口から導入され、下方に設けられた出口から処理水Ｌ３１として排出される。つぎに、使用済吸着塔３１から排出された処理水Ｌ３１は、第１の既設吸着塔２１において上方に設けられた入口から導入され、下方に設けられた出口から処理水Ｌ２１として排出される。つぎに、第１の既設吸着塔２１から排出された処理水Ｌ２１は、第２の既設吸着塔２２において上方に設けられた入口から導入され、下方に設けられた出口から処理水Ｌ２２として排出される。

【0039】

本実施形態では、使用済吸着塔３１は、下記の式（Ａ１）および式（Ａ２）を満たすものが用いられる。

【0040】

Ｘ３１＜Ｍ３１ ・・・式（Ａ１）
Ｘ２１＜Ｘ３１ ・・・式（Ａ２）

【0041】

式（Ａ１）および式（Ａ２）において、Ｘ３１は、使用済吸着塔３１が汚染水処理システム１に配置される前に、使用済吸着塔３１が放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量である。

【0042】

Ｘ２１は、汚染水処理システム１に流入する汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が増加する前に、複数の既設吸着塔２１～２３のうち最上流に位置する第１の既設吸着塔２１が放射性核種のイオンを吸着した吸着量である。つまり、Ｘ２１は、第１の放射性核種濃度Ｃ１から第２の放射性核種濃度Ｃ２へ変化する前の汚染水Ｌ１に含まれる放射性核種のイオンを、第１の既設吸着塔２１が吸着した吸着量である。

【0043】

Ｍ３１は、汚染水処理システム１に流入する汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が増加したときに、使用済吸着塔３１が放射性核種のイオンを吸着可能な飽和吸着量である。つまり、Ｍ３１は、第１の放射性核種濃度Ｃ１から第２の放射性核種濃度Ｃ２へ変化した後の汚染水Ｌ１に含まれる放射性核種のイオンを、使用済吸着塔３１が吸着可能な飽和吸着量である。

【0044】

式（Ａ１）に示すように、使用済吸着塔３１が放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量Ｘ３１は、第２の放射性核種濃度Ｃ２の汚染水Ｌ１に含まれる放射性核種のイオンを使用済吸着塔３１が吸着可能な飽和吸着量Ｍ３１よりも少ない。このため、使用済吸着塔３１は、使用済吸着材が内部に充填されているが、第２の放射性核種濃度Ｃ２の汚染水Ｌ１に含まれる放射性核種のイオンを更に吸着可能である。

【0045】

式（Ａ２）に示すように、使用済吸着塔３１が放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量Ｘ３１は、放射性核種濃度の増加前に第１の既設吸着塔２１が既に吸着した吸着量よりも多い。これにより、使用済吸着塔３１から排出された処理水Ｌ３１が第１の既設吸着塔２１に導入されて通過する際に、第１の既設吸着塔２１において吸着している放射性核種のイオンが脱離することを抑制可能である。

【0046】

［Ａ－３］まとめ
以上のように、本実施形態では、汚染水処理システム１に流入する汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が増加する場合に、放射性核種のイオンを吸着した使用済吸着材が充填された使用済吸着塔３１を、複数の既設吸着塔２１～２３のうち最上流に位置する第１の既設吸着塔２１よりも上流に位置するように汚染水処理システム１に配置して使用する。使用済吸着塔３１は、上記した式（Ａ１）および式（Ａ２）に示す関係を満たすものが選択されて使用される。このため、本実施形態では、上記したように、使用済吸着塔３１を用いた場合であっても汚染水Ｌ１の放射性核種が除去可能であって、使用済吸着塔３１の下流で使用する既設吸着塔２１，２２において吸着された放射性核種が脱離することを抑制可能である。したがって、本実施形態においては、使用済吸着塔３１に充填された使用済吸着材を再利用するので、放射性廃棄物の削減やコストの低減等が可能であって、汚染水から放射性核種を除去する処理を効率的に実施可能である。

【0047】

［Ｂ］実施例
上記した第１本実施形態の実施例について具体的に説明する。

【0048】

第１本実施形態の実施例では、放射性核種が放射性セシウム（Ｃｓ－１３４；Ｋｄ＝１．０Ｅ＋０４［Ｌ／ｋｇ］）であって、第１の既設吸着塔２１、第２の既設吸着塔２２、および、第３の既設吸着塔２３のそれぞれに質量ｍが１０００［ｋｇ］である吸着材が充填されている。第１の放射性核種濃度Ｃ１は、１．０Ｅ＋０７［Ｂｑ／Ｌ］である。このとき、第１の既設吸着塔２１、第２の既設吸着塔２２、および、第３の既設吸着塔２３のそれぞれにおいて、放射性核種のイオンを吸着可能な飽和吸着量Ｍｍは、下記式（１Ａ）に示す値になる。

【0049】

Ｍｍ＝Ｋｄ・Ｃ１・ｍ＝１．０Ｅ＋０４［Ｌ／ｋｇ］×１．０Ｅ＋０７［Ｂｑ／Ｌ］×１０００［ｋｇ］＝ １．０Ｅ＋１４［Ｂｑ］ …（１Ａ）

【0050】

そして、第１の放射性核種濃度Ｃ１である汚染水Ｌ１を１００００ｍ^３通水した場合に、それぞれの既設吸着塔２１～２３で放射性核種が吸着された放射性核種吸着量は、下記式（ａ１）から式（ａ３）に示す値になった。式（ａ１）では、第１の既設吸着塔２１で放射性核種が吸着された放射性核種吸着量Ｘ２１を示している。式（ａ２）では、第２の既設吸着塔２２で放射性核種が吸着された放射性核種吸着量Ｘ２２を示している。式（ａ３）では、第３の既設吸着塔２３で放射性核種が吸着された放射性核種吸着量Ｘ２３を示している。

【0051】

Ｘ２１＝８．０Ｅ＋１３［Ｂｑ］ …式（ａ１）
Ｘ２２＝１．９Ｅ＋１３［Ｂｑ］ …式（ａ２）
Ｘ２３＝１．１Ｅ＋１３［Ｂｑ］ …式（ａ３）

【0052】

その後、第１の放射性核種濃度Ｃ１から第２の放射性核種濃度Ｃ２に増加する汚染水Ｌ１について処理するために、使用済吸着塔３１を選択した。

【0053】

本実施例では、使用済吸着塔３１は、第１の既設吸着塔２１、第２の既設吸着塔２２、および、第３の既設吸着塔２３と同様に、質量ｍが１０００［ｋｇ］である吸着材が充填されている。第２の放射性核種濃度Ｃ２は、５．０Ｅ＋０７［Ｂｑ／Ｌ］である。このとき、使用済吸着塔３１において、放射性核種のイオンを吸着可能な飽和吸着量Ｍ３１は、下記式（１Ｂ）に示す値になる。

【0054】

Ｍ３１＝Ｋｄ・Ｃ２・ｍ＝１．０Ｅ＋０４［Ｌ／ｋｇ］×５．０Ｅ＋０７［Ｂｑ／Ｌ］×１０００［ｋｇ］＝５．０Ｅ＋１４［Ｂｑ］ …（１Ｂ）

【0055】

このため、本実施例では、上記した式（Ａ１）および式（Ａ２）を満たすように、吸着量Ｘ３１が１．５Ｅ＋１４［Ｂｑ］である使用済吸着塔３１を選択した。そして、第３の既設吸着塔２３を撤去し、その第３の既設吸着塔２３が撤去された領域に、使用済吸着塔３１を設置した。

【0056】

［Ｃ］変形例
上記した第１実施形態では、第３の既設吸着塔２３を撤去する場合について例示したが、これに限らない。必要に応じて、第３の既設吸着塔２３を撤去せずに用いてもよい。

【0057】

また、上記した第１実施形態では、放射性核種濃度の増加前および増加後のそれぞれにおいて、３つの吸着塔を用いる場合について説明したが、これに限らない。汚染水Ｌ１の処理内容に応じて、使用する吸着塔の数は、適宜、設定可能である。

【0058】

図３および図４は、第１実施形態の変形例の汚染水処理方法で使用する汚染水処理システム１を模式的に示している。図３および図４では、図２と同様に、第１の放射性核種濃度Ｃ１よりも高い第２の放射性核種濃度Ｃ２である汚染水Ｌ１を処理する状態を例示している。

【0059】

上記した第１実施形態では、第２の放射性核種濃度Ｃ２である汚染水Ｌ１を処理する際に、複数の既設吸着塔２１～２３のうち第１の既設吸着塔２１と第２の既設吸着塔２２とを用いる場合について示したが、これに限らない。

【0060】

図３に示すように、第２の放射性核種濃度Ｃ２である汚染水Ｌ１を処理する際に、複数の既設吸着塔２１～２３の全てを用いなくてもよい。具体的には、汚染水処理システム１に流入する汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が増加した場合において、使用済吸着塔３１を通過した処理水Ｌ３１の放射性核種濃度が目標値以下である場合には、使用済吸着塔３１を通過した処理水Ｌ３１を、複数の既設吸着塔２１～２３に通水させない。

【0061】

また、図４に示すように、第２の放射性核種濃度Ｃ２である汚染水Ｌ１を処理する際に、複数の既設吸着塔２１～２３のうち、第２の既設吸着塔２２のみを用いてもよい。

【0062】

具体的には、汚染水処理システム１に流入する汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が増加した場合において、使用済吸着塔３１を通過した処理水Ｌ３１の放射性核種濃度が目標値を超える場合には、複数の既設吸着塔２１～２３のうち、放射性核種濃度の増加前に流入していた汚染水Ｌ１（処理水Ｌ２１，Ｌ２２）の放射性核種濃度が、使用済吸着塔３１を通過した処理水Ｌ３１の放射性核種濃度よりも高い既設吸着塔（ここでは、第１の既設吸着塔２１）に、使用済吸着塔３１を通過した処理水Ｌ３１を通水させない。

【0063】

放射性核種濃度が下記の式（ｂ１）から式（ｂ４）に示す値である場合について例示する。式（ｂ１）では、汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が増加した場合に使用済吸着塔３１を通過した処理水Ｌ３１の放射性核種濃度Ｃ３１を示している。式（ｂ２）では、汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が増加する前に第１の既設吸着塔２１に流入していた汚染水Ｌ１の放射性核種濃度Ｃ１（つまり、第１の放射性核種濃度）を示している。式（ｂ３）では、汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が増加する前に第２の既設吸着塔２２に流入していた処理水Ｌ２１の放射性核種濃度Ｃ２１を示している。式（ｂ４）では、汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が増加する前に第３の既設吸着塔２３に流入していた処理水Ｌ２２の放射性核種濃度Ｃ２２を示している。

【0064】

Ｃ３１＝２．０Ｅ＋０６［Ｂｑ／Ｌ］ …式（ｂ１）
Ｃ１＝１．０Ｅ＋０７［Ｂｑ／Ｌ］ …式（ｂ２）
Ｃ２１＝１．０Ｅ＋０６［Ｂｑ／Ｌ］ …式（ｂ３）
Ｃ２２＝１．０Ｅ＋０５［Ｂｑ／Ｌ］ …式（ｂ４）

【0065】

この場合には、Ｃ３１＜Ｃ１であるため、使用済吸着塔３１を通過した処理水Ｌ３１を第１の既設吸着塔２１に導入した場合、第１の既設吸着塔２１で吸着された放射性核種のイオンが脱離しやすい。Ｃ３１＞Ｃ２１であるため、使用済吸着塔３１を通過した処理水Ｌ３１を第２の既設吸着塔２２に導入した場合であっても、第２の既設吸着塔２１で吸着された放射性核種のイオンが脱離しにくい。したがって、図４に示すように、使用済吸着塔３１を通過した処理水Ｌ３１は、第１の既設吸着塔２１に導入させずに、第２の既設吸着塔２２に導入することが好ましい。

【0066】

＜第２実施形態＞
［Ａ］汚染水処理方法
本実施形態では、第１実施形態の場合と異なり、汚染水処理システム１に流入する汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が減少する場合に関して説明する。

【0067】

図５、図６、および、図７は、第２実施形態の汚染水処理方法で使用する汚染水処理システム１を模式的に示している。

【0068】

図５、図６、および、図７では、第１の放射性核種濃度Ｃ１よりも低い第３の放射性核種濃度Ｃ３である汚染水Ｌ１を処理する状態を例示している。図５、図６、および、図７において、汚染水Ｌ１の処理で使用しない吸着塔については破線で示している。

【0069】

［Ａ－１］放射性核種濃度の減少前
放射性核種濃度が変動前の第１の放射性核種濃度Ｃ１である汚染水Ｌ１について放射性核種のイオンを除去する処理を実行する際には、第１実施形態において図１を用いて説明したように、第１の既設吸着塔２１と第２の既設吸着塔２２と第３の既設吸着塔２３とに順次通水する。

【0070】

［Ａ－２］放射性核種濃度の減少後
その後、第１の放射性核種濃度Ｃ１よりも低い第３の放射性核種濃度Ｃ３である汚染水Ｌ１について放射性核種のイオンを除去する処理を実行する際には、図５、図６、および、図７に示すように、少なくとも、第１の使用済吸着塔３１を汚染水処理システム１に配置して使用する。

【0071】

第１の使用済吸着塔３１は、放射性核種のイオンを吸着した使用済吸着材が内部に充填されている。ここでは、第１の使用済吸着塔３１は、複数の既設吸着塔２１～２３のうち最下流に位置する第３の既設吸着塔２３よりも下流に配列される。

【0072】

本実施形態では、第１の使用済吸着塔３１は、下記の式（Ｂ１）に示す関係を満たすものが用いられる。

【0073】

Ｘ３１＜Ｘ２３ ・・・（Ｂ１）

【0074】

式（Ｂ１）において、Ｘ３１は、第１の使用済吸着塔３１が汚染水処理システム１に配置される前に、第１の使用済吸着塔３１が放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量である。

【0075】

Ｘ２３は、汚染水処理システム１に流入する汚染水の放射性核種濃度が減少する前に、複数の既設吸着塔２１～２３のうち最下流に位置する第３の既設吸着塔２３が放射性核種のイオンを吸着した吸着量である。

【0076】

式（Ｂ１）に示すように、第１の使用済吸着塔３１が放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量Ｘ３１は、放射性核種濃度の減少前に第３の既設吸着塔２３が既に吸着した吸着量よりも少ない。これにより、第３の既設吸着塔２３から排出された処理水Ｌ２３が第１の使用済吸着塔３１に導入されて通過する際に、第１の使用済吸着塔３１において吸着している放射性核種のイオンが脱離し、処理水Ｌ３１に混入することを抑制可能である。

【0077】

このとき、複数の既設吸着塔２１～２３のうち、汚染水Ｌ１の放射性核種濃度の減少前に放射性核種のイオンを吸着した吸着量Ｘ２１，Ｘ２２，Ｘ２３が、汚染水Ｌ１の放射性核種濃度の減少後に放射性核種のイオンを吸着可能な飽和吸着量Ｍｍよりも大きい既設吸着塔には、汚染水Ｌ１を通水させない。

【0078】

［Ａ－２－１］Ｘ２１＞Ｍｍ＞Ｘ２２の場合
まず、第１の既設吸着塔２１の吸着量Ｘ２１が上記の飽和吸着量Ｍｍよりも大きい場合であって（Ｘ２１＞Ｍｍ）、第２の既設吸着塔２２の吸着量Ｘ２２が上記の飽和吸着量Ｍｍよりも小さい場合（Ｘ２２＜Ｍｍ）について説明する。

【0079】

この場合には、図５に示すように、第１の既設吸着塔２１に汚染水Ｌ１を通水させない。本実施形態では、たとえば、第１の既設吸着塔２１を撤去し、その第１の既設吸着塔２１が撤去された領域に、上記した第１の使用済吸着塔３１を設置する。そして、第２の既設吸着塔２２と第３の既設吸着塔２３と第１の使用済吸着塔３１とに汚染水Ｌ１を、順次、通水させる。

【0080】

［Ａ－２－２］Ｘ２２＞Ｍｍ＞Ｘ２３の場合
つぎに、第２の既設吸着塔２２の吸着量Ｘ２２が上記の飽和吸着量Ｍｍよりも大きい場合であって（Ｘ２２＞Ｍｍ）、第３の既設吸着塔２３の吸着量Ｘ２３が上記の飽和吸着量Ｍｍよりも小さい場合（Ｘ２３＜Ｍｍ）について説明する。

【0081】

この場合には、図６に示すように、第１の既設吸着塔２１および第２の既設吸着塔２２に汚染水Ｌ１を通水させない。本実施形態では、第１の使用済吸着塔３１の設置の他に、たとえば、第２の既設吸着塔２２を撤去し、その第２の既設吸着塔２２が撤去された領域に、第２の使用済吸着塔３２を設置する。そして、第３の既設吸着塔２３と第１の使用済吸着塔３１と第２の使用済吸着塔３２とに汚染水Ｌ１を、順次、通水させる。

【0082】

ここでは、第２の使用済吸着塔３２は、放射性核種のイオンを吸着した使用済吸着材が内部に充填されており、下記の式（Ｂ２）に示す関係を満たすものが用いられる。

【0083】

Ｘ３２＜Ｘ３１ ・・・（Ｂ２）

【0084】

式（Ｂ２）において、Ｘ３２は、第２の使用済吸着塔３２が汚染水処理システム１に配置される前に、第２の使用済吸着塔３２が放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量である。式（Ｂ２）から判るように、第２の使用済吸着塔３２としては、吸着量Ｘ３２が、第１の使用済吸着塔３１の吸着量Ｘ３１よりも小さいものが選択されて用いられる。これにより、第１の使用済吸着塔３１から排出された処理水Ｌ３１が第２の使用済吸着塔３２に導入されて通過する際に、第２の使用済吸着塔３２において吸着している放射性核種のイオンが脱離して、処理水Ｌ３２に混入することを抑制可能である。

【0085】

［Ａ－２－３］Ｘ２３＞Ｍｍの場合
最後に、第３の既設吸着塔２３の吸着量Ｘ２３が上記の飽和吸着量Ｍｍよりも大きい場合（Ｘ２２＞Ｍｍ）について説明する。

【0086】

この場合には、図７に示すように、第１の既設吸着塔２１、第２の既設吸着塔２２、および、第３の既設吸着塔２３に汚染水Ｌ１を通水させない。本実施形態では、第１の使用済吸着塔３１および第２の使用済吸着塔３２の設置の他に、たとえば、第３の既設吸着塔２３を撤去し、その第３の既設吸着塔２３が撤去された領域に、第３の使用済吸着塔３３を設置する。そして、第１の使用済吸着塔３１と第２の使用済吸着塔３２と第３の使用済吸着塔３３とに汚染水Ｌ１を、順次、通水させる。

【0087】

ここでは、第３の使用済吸着塔３３は、放射性核種のイオンを吸着した使用済吸着材が内部に充填されており、下記の式（Ｂ３）に示す関係を満たすものが用いられる。

【0088】

Ｘ３３＜Ｘ３２ ・・・（Ｂ３）

【0089】

式（Ｂ３）において、Ｘ３３は、第３の使用済吸着塔３３が汚染水処理システム１に配置される前に、第３の使用済吸着塔３３が放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量である。式（Ｂ３）から判るように、第３の使用済吸着塔３２としては、吸着量Ｘ３３が、第２の使用済吸着塔３２の吸着量Ｘ３２よりも小さいものが選択されて用いられる。これにより、第２の使用済吸着塔３２から排出された処理水Ｌ３２が第２の使用済吸着塔３３に導入されて通過する際に、第３の使用済吸着塔３３において吸着している放射性核種のイオンが脱離して処理水Ｌ３３に混入することを抑制可能である。

【0090】

［Ａ－３］まとめ
以上のように、本実施形態では、汚染水処理システム１に流入する汚染水Ｌ１の放射性核種濃度が減少する場合に、放射性核種のイオンを吸着した使用済吸着材が充填された使用済吸着塔３１１～３１３を、複数の既設吸着塔２１～２３のうち最下流に位置する第３の既設吸着塔２３よりも下流に位置するように汚染水処理システム１に配置して使用する。使用済吸着塔３１１～３１３は、上記した式（Ｂ１）から式（Ｂ３）に示す関係を満たすものが選択されて使用される。このため、本実施形態では、上記したように、使用済吸着塔３１１～３１３を用いた場合であっても汚染水Ｌ１の放射性核種が除去可能であって、各吸着塔で吸着された放射性核種が脱離することを抑制可能である。したがって、本実施形態においては、使用済吸着塔３１１～３１３に充填された使用済吸着材を再利用するので、放射性廃棄物の削減やコストの低減等が可能であって、汚染水から放射性核種を除去する処理を効率的に実施可能である。

【0091】

［Ｂ］実施例
上記した第２本実施形態の実施例について具体的に説明する。

【0092】

第２本実施形態の実施例では、第１実施形態の実施例の場合と同様に、放射性核種が放射性セシウム（Ｃｓ－１３４；Ｋｄ＝１．０Ｅ＋０４［Ｌ／ｋｇ］）であって、既設吸着塔２１～２３のそれぞれには、質量ｍが１０００［ｋｇ］である吸着材が充填されている。

【0093】

そして、第１の放射性核種濃度Ｃ１の汚染水Ｌ１を１００００ｍ^３通水した場合に、それぞれの既設吸着塔２１～２３で放射性核種が吸着された放射性核種吸着量Ｘ２１，Ｘ２２，Ｘ２３は、下記式（ａ１）から式（ａ３）に示す値になった。

【0094】

Ｘ２１＝８．０Ｅ＋１３［Ｂｑ］ …式（ａ１）
Ｘ２２＝１．９Ｅ＋１３［Ｂｑ］ …式（ａ２）
Ｘ２３＝１．１Ｅ＋１３［Ｂｑ］ …式（ａ３）

【0095】

第１の放射性核種濃度Ｃ１から第３の放射性核種濃度Ｃ３に減少する汚染水Ｌ１について処理する際に、既設吸着塔２１～２３のそれぞれにおいて放射性核種のイオンを吸着可能な飽和吸着量Ｍｍは、下記式（１Ｃ）に示す値になる。下記式（１Ｃ）では、減少後の第３の放射性核種濃度Ｃ３が５．０Ｅ＋０６［Ｂｑ／Ｌ］である場合を示している。

【0096】

Ｍｍ＝Ｋｄ・Ｃ３・ｍ＝１．０Ｅ＋０４［Ｌ／ｋｇ］×５．０Ｅ＋０６［Ｂｑ／Ｌ］×１０００［ｋｇ］＝５．０Ｅ＋１３［Ｂｑ］ …（１Ｃ）

【0097】

このため、本実施例では、第３の放射性核種濃度Ｃ３の汚染水Ｌ１を処理する際には、Ｘ２１＜Ｍｍ＜Ｘ２２が成立する。つまり、第１の既設吸着塔２１は、汚染水Ｌ１の放射性核種濃度の減少前に放射性核種のイオンを吸着した放射性核種吸着量Ｘ２１が、汚染水Ｌ１の放射性核種濃度の減少後に放射性核種のイオンを吸着可能な飽和吸着量Ｍｍよりも多い。このため、本実施例では、放射性核種濃度が減少した後の汚染水Ｌ１については、第１の既設吸着塔２１に通水させず、第１の既設吸着塔２１を撤去した（図５参照）。

【0098】

そして、第１の既設吸着塔２１を撤去した領域に、第１の使用済吸着塔３１を設置した。第１の使用済吸着塔３１は、上記の式（Ｂ１）に示す関係を満たすものを用いた。すなわち、第１の使用済吸着塔３１が放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量Ｘ３１が、汚染水Ｌ１の放射性核種濃度の減少前に第３の既設吸着塔２３が既に吸着した吸着量Ｘ２３よりも少ないものを使用した（Ｘ３１＜Ｘ２３）。たとえば、放射性核種のイオンを既に吸着した吸着量Ｘ３１が、５．０Ｅ＋１２［Ｂｑ］である使用済吸着塔を第１の使用済吸着塔３１として選択して用いた。

【0099】

［Ｃ］変形例
上記した第２実施形態では、放射性核種濃度の減少前および減少後のそれぞれにおいて、３つの吸着塔を用いる場合（図５から図７参照）について説明したが、これに限らない。汚染水Ｌ１の処理内容に応じて、使用する吸着塔の数は、適宜、設定可能である。たとえば、図６および図７に示す場合において、第１の使用済吸着塔３１を通過した処理水Ｌ３１の放射性核種濃度が目標値以下である場合には、第１の使用済吸着塔３１を通過した処理水Ｌ３１を、第２の使用済吸着塔３２および第３の使用済吸着塔３３に通水させなくてもよい。

【0100】

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0101】

１：汚染水処理システム、２１～２３：既設吸着塔、３１～３３：使用済吸着塔、Ｌ１：汚染水、Ｌ２１～Ｌ２３：処理水、Ｌ３１～Ｌ３３：処理水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】