(57)【要約】【課題】投入した粉末薬剤を起源とする固形分が、タンクの内壁面に付着し蓄積することが抑制されるホウ酸廃液の処理方法を提供する。【解決手段】ホウ酸廃液の処理装置２０は、ホウ酸廃液を保持する廃液槽１１と、このホウ酸廃液に混合させる粉末薬剤を保持する薬剤槽１４と、ホウ酸廃液を注入し撹拌しながら所定温度に設定するタンク１０と、このタンク１０で撹拌されているホウ酸廃液の液面レベル１２ａよりも下側に粉末薬剤を案内するシュータ１５Ａと、タンク内において撹拌されるホウ酸廃液１２及び粉末薬剤の混合体が反応して生成したスラリーを外部に排出する排出部１７と、を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ酸廃液を保持する廃液槽と、
前記ホウ酸廃液に混合させる粉末薬剤を保持する薬剤槽と、
前記ホウ酸廃液を注入し撹拌しながら所定温度に設定するタンクと、
前記タンクで撹拌されている前記ホウ酸廃液の液面レベルよりも下側に前記粉末薬剤を案内するシュータと、
前記タンク内において撹拌される前記ホウ酸廃液及び前記粉末薬剤の混合体が反応して生成したスラリーを外部に排出する排出部と、を備えることを特徴とするホウ酸廃液の処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のホウ酸廃液の処理装置において、
前記シュータの開口部の直下で回転する回転翼をさらに備えることを特徴とするホウ酸廃液の処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のホウ酸廃液の処理装置において、
前記シュータは、上下方向に伸縮することを特徴とするホウ酸廃液の処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のホウ酸廃液の処理装置において、
前記シュータは、前記撹拌により生成する渦流の中心方向に傾斜していることを特徴とするホウ酸廃液の処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のホウ酸廃液の処理装置において、
前記粉末薬剤は、前記ホウ酸廃液の一部と予め混合させた状態で、前記シュータにより、前記タンクで撹拌されている前記ホウ酸廃液に案内されることを特徴とするホウ酸廃液の処理装置。
【請求項６】
ホウ酸廃液を保持するステップと、
前記ホウ酸廃液に混合させる粉末薬剤を保持するステップと、
前記ホウ酸廃液をタンクに注入し撹拌しながら所定温度に設定するステップと、
前記タンクで撹拌されている前記ホウ酸廃液の液面レベルよりも下側に前記粉末薬剤を案内するステップと、
前記タンク内において撹拌される前記ホウ酸廃液及び前記粉末薬剤の混合体が反応して生成したスラリーを外部に排出するステップと、を含むことを特徴とするホウ酸廃液の処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載のホウ酸廃液の処理方法において、
前記ホウ酸廃液は、原子力設備から排出されたものをアルカリ金属元素化合物で中和したものであり、
前記粉末薬剤は、アルカリ土類金属化合物であることを特徴とするホウ酸廃液の処理方法。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載のホウ酸廃液の処理方法において、
前記ホウ酸廃液の前記タンクへの注入は、分割して実施され、分割の合間に前記粉末薬剤が前記液面レベルよりも下側に案内されることを特徴とするホウ酸廃液の処理方法。
【請求項９】
請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のホウ酸廃液の処理方法において、
前記注入されたホウ酸廃液の液面レベルの高さに応じて撹拌速度が調整されることを特徴とするホウ酸廃液の処理方法。
【請求項１０】
請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のホウ酸廃液の処理方法において、
前記タンクの内部の気相は不活性ガスで置換されていることを特徴とするホウ酸廃液の処理方法。
【請求項１１】
請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載のホウ酸廃液の処理方法において、
前記スラリーを排出するステップの後に、前記タンクにホウ酸溶液を充填し撹拌して内壁面の付着物を除去するステップをさらに含むことを特徴とするホウ酸廃液の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末薬剤を処理タンクに投入する工程を含むホウ酸廃液の処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）では出力調整等に使用したホウ酸溶液が廃液として多く排出される。このホウ酸含有廃液は、放射性核種を含むために、最終的にはセメントなどで固化したうえで廃棄処分される。
このホウ酸含有廃液は、酸性であるために中和剤としてアルカリ金属元素化合物（例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））が添加され、ホウ酸ナトリウム廃液等に変換される。
【０００３】
ところで、ホウ酸は、セメントの凝結反応を妨害し硬化遅延や強度低下を生じさせる。
そこで、ホウ酸ナトリウム廃液に、アルカリ土類金属元素化合物（例えば水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ)2））の粉末薬剤を投入し、ホウ酸を不溶化したホウ酸カルシウムとして析出させる前処理が行われる。
【０００４】
なお、このホウ酸カルシウムの析出により生成したスラリーの粘度上昇を抑制するために、中和処理後のホウ酸ナトリウム廃液をタンクに注入して９０℃に設定してから、水酸化カルシウムの粉末薬剤を投入している。
そして、この生成したスラリーは、タンクから排出された後に乾燥され、粉体化したホウ酸カルシウムが、セメント固化される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２０８７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記したタンクにおいて、ホウ酸ナトリウム廃液のバッチ処理を繰り返すうちに、その内壁面等に、投入した水酸化カルシウムを起源とした固形分が付着し蓄積する事態が生じる。
タンク内において固形分の付着量が増大すると、加熱伝熱効率の低下、液位計の制御精度低下、インペラによる撹拌効率低下、及びタンク液位のかさ上げに起因する薬剤の過剰投与などの課題が派生するおそれがある。
【０００７】
このように、タンク内において固形分の付着量が増大すると、ホウ酸ナトリウム廃液処理の運転安定性が損なわれるばかりでなく、メンテナンスの頻繁化に伴う作業員の被ばく量の増加が懸念される。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、投入した粉末薬剤を起源とする固形分が、タンクの内壁面に付着し蓄積することが抑制されるホウ酸廃液の処理技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るホウ酸廃液の処理装置は、ホウ酸廃液を保持する廃液槽と、前記ホウ酸廃液に混合させる粉末薬剤を保持する薬剤槽と、前記ホウ酸廃液を注入し撹拌しながら所定温度に設定するタンクと、前記タンクで撹拌されている前記ホウ酸廃液の液面レベルよりも下側に前記粉末薬剤を案内するシュータと、前記タンク内において撹拌される前記ホウ酸廃液及び前記粉末薬剤の混合体が反応して生成したスラリーを外部に排出する排出部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、投入した粉末薬剤を起源とする固形分が、タンクの内壁面に付着し蓄積することが抑制されるホウ酸廃液の処理技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るホウ酸廃液の処理装置の第１実施形態を示す構成図。
【図２】（Ａ）本発明の第２実施形態に係るホウ酸廃液の処理装置においてシュータが粉末薬剤をホウ酸廃液に投入している状態を示す図、（Ｂ）シュータが鞘部に収容されている状態を示す図。
【図３】本発明に係るホウ酸廃液の処理装置の第３実施形態を示す構成図。
【図４】本発明に係るホウ酸廃液の処理装置の第４実施形態を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態に係るホウ酸廃液の処理装置２０は、ホウ酸廃液を保持する廃液槽１１と、このホウ酸廃液に混合させる粉末薬剤を保持する薬剤槽１４と、ホウ酸廃液を注入し撹拌しながら所定温度に設定するタンク１０と、このタンク１０で撹拌されているホウ酸廃液１２の液面レベル１２ａよりも下側に粉末薬剤を案内するシュータ１５Ａ（１５）と、タンク内において撹拌されるホウ酸廃液１２及び粉末薬剤の混合体が反応して生成したスラリーを外部に排出する排出部１７と、を備えている。
【００１３】
廃液槽１１からタンク内部に注入されるホウ酸廃液１２は、加圧水型原子炉の出力調整等に使用したホウ酸溶液の廃液に、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を混合して中和し、さらに加熱濃縮したホウ酸ナトリウム廃液を想定している。
ここで、使用される中和剤は、水酸化ナトリウムに限定されるものではなく、その他のアルカリ金属元素化合物（例えば、水酸化リチウム、水酸化カリウム、又はこれらの混合物）も好適に用いることができる。
しかし、各実施形態で処理されるホウ酸廃液１２は、中和処理が実施されていない場合も対象に含まれ、さらに廃液中のホウ酸濃度も特に限定されない。
【００１４】
薬剤槽１４からタンク内部のホウ酸廃液１２に投入される粉末薬剤は、水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ)2）であることを想定している。
これは、ホウ酸廃液１２は、最終的にセメント固化処理することを想定しているために、セメントの凝結反応を妨害し硬化遅延や強度低下を生じさせるホウ酸を、ホウ酸カルシウムとして析出させ不溶化するためである。
【００１５】
ここで、廃液中のホウ酸をホウ酸塩として析出させる粉末薬剤は、水酸化ナトリウムに限定されるものではなく、その他のアルカリ土類金属元素化合物（例えば、水酸化マグネシウム）も好適に用いることができる。
また、各実施形態で投入される粉末薬剤は、前記したような廃液中のホウ酸をホウ酸塩として析出させる作用がない場合も対象に含まれる。
【００１６】
ヒータ１３は、タンク１０に注入されたホウ酸廃液１２（ホウ酸ナトリウム廃液）を８５℃より高温（例えば９０℃）に加熱する。
【００１７】
シュータ１５Ａ（１５）は、ガス供給部１８からのガス圧及び重力により、薬剤槽１４から粉末薬剤を、タンク１０の内部に案内する。
さらにこのシュータの開口部１５ａは、ホウ酸廃液の液面レベル１２ａよりも下側に配置されているために、粉末薬剤は、タンク内の気相部に接触することなく、ホウ酸廃液１２に直接案内される。
なお、シュータ１５から粉末薬剤を押し出す力は、ホウ酸廃液１２の水頭圧に勝る必要があるために、シュータ開口部１５ａが液面レベル１２ａに近い位置に水没していることが望まれる。
【００１８】
シュータ開口部１５ａからホウ酸廃液１２に放出された粉末薬剤は、その直下で回転する回転翼１９により、液相に均一に分散される。
この回転翼１９の作用により、粉末薬剤の投入時において、撹拌機１６の回転数を上げる必要はなく、液面界面の波立ちを押えることができる。
なお、ホウ酸廃液１２に放出された粉末薬剤の拡散が、撹拌機１６の撹拌力で充分であれば、特に回転翼１９は必要でない。
【００１９】
このようにして、シュータ１５から粉末薬剤（Ｃａ(ＯＨ)2））を所定量投入した後は、撹拌機１６によりホウ酸廃液１２及び粉末薬剤の混合体を一定時間（３時間以上）撹拌し反応を進行させる。しかる後に、反応により生成したスラリーを冷却装置（図示略）又は自然放冷によって所定温度（７０℃程度）まで降温し、排出部１７から排出する。
このようにホウ酸廃液１２を粉末薬剤で処理したり熱処理したりすることで、廃液性状を安定化させるとともに粘度上昇も抑制させることができる。
【００２０】
なお第１実施形態において述べたホウ酸廃液の処理方法において、次のようなプロセスの変形例を検討した。
すなわち、上述では廃液槽１１からタンク１０へのホウ酸廃液の注入を、バッチ当り一回としていた。プロセス変形例では、このホウ酸廃液の注入を分割して実施することとした。
そして、分割の合間に、シュータ１５から粉末薬剤が液面レベル１２ａよりも下側に案内されることとした。
【００２１】
このプロセス変形例を具体的に説明すると、廃液槽１１から分割前半のホウ酸廃液をタンク１０に注入し、少なくとも撹拌機１６の翼部分を埋没させる。
そして注入した分割前半のホウ酸廃液を撹拌しながら９０℃まで加熱した後に、シュータ１５により粉末薬剤を全量投入する。
【００２２】
その後、６０〜７０℃に設定されたホウ酸廃液の分割後半を廃液槽１１からタンク１０に注入し、液温を９０℃まで加熱した。
反応により生成したスラリーを７０℃まで降温し、排出部１７から排出した後にタンク内壁面１０aを観察した結果、付着物量が抑制されたことを確認した。
【００２３】
さらに検討した別のプロセス変形例では、タンク１０に注入されたホウ酸廃液の液面レベルの高さに応じて撹拌速度を変更することとした。
例えば、公称容量が１ｍ3のタンクにおいて、ホウ酸廃液を７７０Ｌ、５６０Ｌ、４２０Ｌの異なる液量に分けて、３回のバッチ処理で調整する場合を検討する。
この場合、最初に４２０Ｌをバッチ処理して排出後、二回目のバッチ処理で７７０Ｌを受け入れた場合、最初のバッチ処理で生成した界面付近の付着物が起点となり二回目のバッチ処理において７７０Ｌの液中で付着物が大きく成長する現象が観察される。
【００２４】
そこで、液量が増加した二回目のバッチ処理において、撹拌速度を高めたところ、前回のバッチ処理で生成した付着物の成長を抑制するか、もしくはそのような付着物を除去することができた。
【００２５】
（第２実施形態）
次に図２を参照して本発明における第２実施形態について説明する。
第２実施形態に係るホウ酸廃液の処理装置２０において、シュータ１５Ｂは、上下方向に伸縮する。
図２（Ａ）は、シュータ１５Ｂが粉末薬剤をホウ酸廃液に投入している状態を示し、図２（Ｂ）は、粉末薬剤の投入を終了しシュータ１５Ｂがタンク上部の鞘部２１に収容されている状態を示している。
なお、図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００２６】
このようにシュータ１５Ｂが、伸縮可能に設けられることにより、タンク内で長時間かけて撹拌して反応を進行させる工程において、このシュータ１５Ｂをホウ酸廃液１２から引き上げることができる。
これにより、スラリーがよどむことなく撹拌され、このシュータ１５Ｂに固形物が付着、蓄積することもない。
また、液面レベル１２ａの高さに応じて、シュータ開口部１５ａの位置を調整することも可能になる。
【００２７】
（第３実施形態）
次に図３を参照して本発明における第３実施形態について説明する。
第３実施形態に係るホウ酸廃液の処理装置２０においてシュータ１５Ｃは、撹拌により生成する渦流の中心２３に粉末薬剤を案内する。
このシュータ１５Ｃは、薬剤槽１４の取り出し口から鉛直方向下側に延び、途中で予め設計等で想定される渦流中心２３の方向に傾斜している。そして、シュータ開口部１５ａは、液面レベル１２ａよりも下側で、渦流中心２３の上側に位置している。
【００２８】
このようにシュータ１５Ｃが設けられることにより、撹拌されているホウ酸廃液に投入された粉末薬剤は、渦流中心２３の下側に引き込まれて液相に拡散していく。
【００２９】
（第４実施形態）
次に図４を参照して本発明における第４実施形態について説明する。
第４実施形態に係るホウ酸廃液の処理装置２０において粉末薬剤は、分岐配管２２を介してホウ酸廃液の一部を導き、この導かれたホウ酸廃液と予め混合させた状態で、シュータ１５により、タンク１０で撹拌されているホウ酸廃液１２に案内される。
【００３０】
これにより、シュータ開口部１５ａが、ホウ酸廃液の液面レベル１２ａよりも上に露出した場合であっても、粉末薬剤とホウ酸廃液は予め混合させた状態で投入されるため粉末薬剤がタンク１０の気相中に舞うことがない。
【００３１】
次に各実施形態の効果の検証を行う。
一般に、タンク１０の内壁面に粉末薬剤が付着する部分は、（１）液面上部（気相部）、（２）液面界面（気相、液相の境界部）及び（３）液面下部（液相内）の大きく３箇所に分類される。
ここで、比較例として、粉末薬剤がホウ酸廃液の液面レベル１２ａよりも上側から供給される場合を設定する。
【００３２】
比較例の場合、（１）の液面上部における付着は、粉末薬剤を投入する際に気相部に粉末薬剤が多量に舞うことにより、付着が促進される傾向がある。
一方、本実施形態においては、シュータ１５の作用により、比較例のように粉末薬剤が気相部に舞うことはなく、液面上部に付着することがない。
【００３３】
またホウ酸廃液１２は、濃縮すると粘性が高くなる性質を有し、タンク投入後の撹拌作用で内壁面上部に飛散・付着し水分が気化して高粘性化すると、糊作用によりその後投入された粉末薬剤が付着し易くなる。
比較例の場合、投入された粉末薬剤は、ホウ酸廃液の液面に一旦浮くために、これを分散させるためにタンク内の撹拌回転数を増す必要がある。
一方、本実施形態においては、液面レベル１２ａよりも下側に粉末薬剤が投入されるために、タンク内の撹拌回転数を増す必要はなく、ホウ酸廃液が内壁面上部への飛散が防止される。
【００３４】
比較例の場合、（２）の液面界面における粉末薬剤の付着は、ホウ酸廃液１２がタンク内部に注入され撹拌されると、液面の波立ちにより界面に接するタンク内壁面に高粘性化したホウ酸廃液１２の膜が形成され、そこに投入された粉末薬剤が付着することに拠る。
一方、本実施形態においては、液面レベル１２ａよりも下側に粉末薬剤が投入されるために、タンク内の撹拌回転数を増す必要はなく、高粘性化したホウ酸廃液１２の膜が、タンク内壁面に形成されることが防止される。
【００３５】
また、（２）の液面界面における粉末薬剤の付着は、空気中で湿度の高い条件において炭酸カルシウムに変化して不溶化する水酸化カルシウム（粉末薬剤）の性質にも拠る。
この水酸化カルシウムから変化した炭酸カルシウムは、タンク内壁面における付着物の基点となることが推測されている。
このように水酸化カルシウムから炭酸カルシウムに変化することを防止するために、タンク１０の内部の気相を窒素などの不活性ガスで置換することも効果的である。
【００３６】
（３）の液面下部における粉末薬剤の付着防止は、タンク１０の排出部１７からスラリーを排出する度に、洗浄液の供給手段（図示略）によりタンク内壁面１０ａを洗い流すことが効果的である。
つまり、一回のバッチ処理毎に、洗浄液でタンク内壁面１０ａを洗い流してから、次のバッチ処理に移り、ホウ酸廃液１２を廃液槽１１からタンク内部に注入する。
【００３７】
さらに、タンク１０におけるホウ酸廃液１２のバッチ処理を繰り返し行った結果蓄積した内壁面１０ａの付着物は、定期検査の際にタンクに近づく作業員の被ばく線量低減の観点から、徹底洗浄する必要がある。
具体的には、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の発電所で定期的に発生するホウ酸溶液の廃棄物を洗浄液としてタンク１０に充填し、撹拌機１６を動作させることにより徹底洗浄を行う。
【００３８】
この付着物の主成分である水酸化カルシウムは、溶解度が非常に低く（０．１７ｇ／１００ｃｍ3（２５℃））、また温度を高くすると溶解度が低下する性質を有するために、溶解させることが困難な物質である。
これは、次の反応（１）が遅いためであり、この反応を加速させるためには、（１）式の右辺の生成物を別の物質に変える等して除去する必要がある。
Ｃａ(ＯＨ)2（付着固形分）＋Ｈ2Ｏ（液体）＝Ｃａ2+（溶解）  ＋２ＯＨ-    （１）
【００３９】
この（１）式の右辺の生成物を別の物質に変える効果は、温水や水酸化ナトリウムではえられないが、弱い酸であるホウ酸は、（２）式に示すように、生成した水酸イオン（ＯＨ-）を引き抜く作用を有する。
このように、ホウ酸溶液を用いることにより、（１）式の平衡反応を常に右側に移動させ、水酸化カルシウムの付着物の溶解反応を進行させることができる。
ＯＨ-  ＋  Ｈ3ＢＯ3（液体）  ＝  Ｂ(ＯＨ)4−              （２）
なおこの徹底洗浄で使用される洗浄剤は、ホウ酸溶液に限定されるものではなく、希硫酸などを用いることができるが、新たな廃棄物の処理対象が発生してしまう難点がある。
【実施例】
【００４０】
（実施例）
ガラス製セパラブルフラスコ（１２０ｍｍφ×３００ｍｍ高さ、内容積３Ｌ）の内面にステンレス板を張り付けて、タンクを模擬した反応容器を作製した。
水（２２４９ｍＬ）、ホウ酸（３０８ｇ）、２５％−ＮａＯＨ水溶液（２４０ｇ）を混合してホウ酸廃液を模擬したホウ酸ナトリウム溶液を調製した。このホウ酸ナトリウム溶液を反応容器に注入し、温度９０℃、撹拌５７０ｒｐｍに設定した。
【００４１】
そして、粉末薬剤Ｃａ(ＯＨ)2（１７１ｇ）を、チューブにより液面レベルよりも下側に７分間かけて投入した。
粉末薬剤Ｃａ(ＯＨ)2の投入後、温度９０±３℃、撹拌５７０ｒｐｍの設定を維持したまま８時間放置し、さらに７４℃に温度設定を変更し約１８時間放置した。
上記処理を３バッチ分連続して実施した。
【００４２】
（比較例）
上記した実施例の条件のうち、粉末薬剤Ｃａ(ＯＨ)2（１７１ｇ）の投入を、実施例のような液面レベル下側でなく、上側から行って比較例とした。その他の条件は上記の実施例と同一とした。
【００４３】
液面レベルより上側から粉末薬剤を投入した比較例では、容器内壁面に、５ｍｍ程度の厚さで幅３ｃｍ程度の付着物が観察された。
一方、液面レベルより下側から粉末薬剤を投入した実施例では、容器内壁面に観察される付着物は明らかに低減した。
【００４４】
以上述べた少なくともひとつの実施形態のホウ酸廃液の処理方法によれば、ホウ酸廃液の液面レベルよりも下側に粉末薬剤を案内することにより、この投入した粉末薬剤を起源とする固形分が、タンクの内壁面に付着し蓄積することが抑制される。
【００４５】
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、組み合わせ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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００４６】
１０…タンク、１０ａ…内壁面、１１…廃液槽、１２…ホウ酸廃液、１２ａ…液面レベル、１３…ヒータ、１４…薬剤槽、１５（１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ）…シュータ、１５ａ…開口部、１６…撹拌機、１７…排出部、１８…ガス供給部、１９…回転翼、２０…処理装置、２１…鞘部、２２…分岐配管、２３…渦流中心。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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