(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素イオンを含有する放射性廃液を蒸発凝縮させる蒸発濃縮部と、
該蒸発濃縮部によって濃縮された高濃度放射性廃液に対して、水素ガスと次亜塩素酸イオンが発生するように電解処理を施す電解処理部と、
前記電解処理後の高濃度放射性廃液を酸を添加した状態で収容し、該高濃度放射性廃液から塩素ガスを放散させる塩素ガス放散部と、
を備え、
前記蒸発濃縮部、前記電解処理部、及び前記塩素ガス放散部のうち、前記塩素ガス放散部以外は、中性で運転されることを特徴とする放射性廃液処理装置。
【請求項２】
前記塩素ガス放散部には、空気曝気機構とオフガスの排出口とを有する放散塔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の放射性廃液処理装置。
【請求項３】
前記放散塔は、ｐＨ２で運転されることを特徴とする請求項２に記載の放射性廃液処理装置。
【請求項４】
前記高濃度放射性廃液の塩化物イオン濃度を５０００〜６０００ｍｇ／Ｌに調整するＣｌ濃度調整部を電解処理する電解槽の前段部に備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の放射性廃液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高レベルの放射性物質を含む廃液処理全体に適用できる放射性廃液処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子力発電所において発生する高レベルの放射性物質が溶解した汚染水（放射性廃液）を、緊急処理することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、放射性物質を吸着や沈殿によって除去することで、廃液中の線量を減らし、その後、脱塩処理によって更に浄化する方法である。この場合、浄化した処理水は，燃料の冷却水に再利用することで、高レベル廃液の総量の増加を抑制することを可能としている。
【０００３】
ところで、一般的な放射性廃液の一般的な処理フローとして、先ず放射性廃液を油分離装置に送り込み、油分を取り除いた後、セシウム吸着装置でゼオライト等の吸着材を使用してセシウムを吸着させるとともに、除染装置においてセシウム以外の核種を吸着、凝集沈殿させている。また、放射性廃液に海水が混じる場合には、その塩素を淡水化装置の逆浸透膜（ＲＯ）処理でイオン分を取り除き、処理水受けタンクを介して冷却水として再利用し、除去した塩素は蒸発濃縮して減量させることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−１８９７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の廃液処理方式では、以下のような問題があった。
すなわち、上述した各処理段階において、放射能に汚染された二次廃棄物が大量に発生する。具体的には，セシウム吸着装置における放射性物質を吸着した廃吸着剤（ゼオライト等）、沈殿処理によって濃縮されたスラッジ、脱塩処理で分離された濃縮水等が発生している。そして、これら二次廃棄物は、更に適宜な処理が行われて最終処分場へ移動されることになるが、その最終処分方法が決定されるまでの間、長期的に所定の仮置き場に保管を必要とする場合がある。
【０００６】
一方で、緊急処理の際には、冷却水として海水を使用する場合がある。このような場合には、放射性廃液から生じる二次廃棄物にも濃縮された高濃度塩素が含まれることとなる。そのため、長期的に二次廃棄物を保管する貯蔵設備が塩素によって腐食することから、塩素をできるだけ多く除去することが求められており、その点で改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、蒸発濃縮された廃液中の高濃度塩素を低減することで、二次廃棄物の周辺設備の腐食を防止し、二次廃棄物の長期保存を可能とした放射性廃液処理装置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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る放射性廃液処理装置では、塩素イオンを含有する放射性廃液を蒸発凝縮させる蒸発濃縮部と、該蒸発濃縮部によって濃縮された高濃度放射性廃液に対して、水素ガスと次亜塩素酸イオンが発生するように電解処理を施す電解処理部と、前記電解処理後の高濃度放射性廃液を酸を添加した状態で収容し、該高濃度放射性廃液から塩素ガスを放散させる塩素ガス放散部と、を備え、前記蒸発濃縮部、及び前記電解処理部は、中性で運転されることを特徴としている。
【０００９】
本発明では、蒸発濃縮部において濃縮水（高放射性、高塩濃度）と凝縮水（低放射性，低塩濃度）に分離することができ、その凝縮水を放流可能な水として外部に導出するとともに、蒸発濃縮部から生じる高濃度放射性廃液に対して電解処理により水素ガスと次亜塩素酸イオンを発生させた後、塩素ガス放散部で電解処理後の高濃度放射性廃液を酸を添加した状態で収容し、高濃度放射性廃液から塩素ガスを放散させることで、塩素イオンを塩素ガスとして系外に排出することができる。これにより、濃縮廃液（二次廃棄物）中の塩素イオン濃度を低下することができると共に、塩素ガス放散部以外は中性付近で運転することが可能となるため、二次廃棄物の周囲に設けられる機器において腐食による材料の耐久性を高めることができるとともに、機器に使用する高価な材料（金属）を少なくすることが可能となるので、二次廃棄物の長期的な保存が可能となり、総合的な処理コストの低減を図ることができる。
【００１０】
また、本発明に係る放射性廃液処理装置では、塩素ガス放散部には、空気曝気機構とオフガスの排出口とを有する放散塔が設けられていても良い。さらに、放散塔は、ｐＨ２で運転されても良い。
【００１１】
この場合、放散塔のｐＨを２前後に調整し、このｐＨ調整により発生した塩素ガスは塔内に共存する空気中の塩素濃度と平衡になるように液中の塩素が気相中に移動する。空気中の塩素濃度が０であるため、平衡状態になるまで塩素ガスが積極的に気相中に移動するので、放散が促進される。このように放散塔を空気曝気することで、放散塔のｐＨを２前後で運転することができ、運転ｐＨが上昇すると酸の添加量が減ることから、上述したようにｐＨを１前後に調整する場合に比べて放散塔に加える酸の量を削減することができる。
また、放散塔を曝気することで塩素ガスの放散速度が上昇することから、反応時間が短くなり、装置の簡略化、小型化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明に係る放射性廃液処理装置では、高濃度放射性廃液の塩化物イオン濃度を５０００〜６０００ｍｇ／Ｌに調整するＣｌ濃度調整部を電解処理する電解槽の前段部に備えていることが好ましい。
【００１３】
この場合、原水中の塩化物イオン（Ｃｌ−）濃度のほぼ全量を次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）に変換して放散できるため、塩化物イオンの除去率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の放射性廃液処理装置によれば、蒸発濃縮された廃液中の高濃度塩素を低減することで、二次廃棄物の周辺設備の腐食を防止することができる。そのため、二次廃棄物を長期的に保存することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態による放射性廃液処理装置の処理工程を模式的に示すフロー図である。
【図２】脱塩素装置の処理工程を模式的に示すフロー図である。
【図３】塩素のｐＨ依存性を示す図である。
【図４】第２の実施の形態による脱塩素装置の処理工程を模式的に示すフロー図である。
【図５】塩素放散試験結果を示す図である。
【図６】第３の実施の形態による脱塩素装置の処理工程を模式的に示すフロー図である。
【図７】電解処理における塩化物イオン濃度と残留塩素濃度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態による放射性廃液処理装置について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本実施の形態による放射性廃液処理装置１は、セシウムなどの放射性物質を含有する廃液やセシウムなどの放射性物質を含有する汚染土壌を洗浄して発生した洗浄液などから放射性物質を分離、除去する方法に関するものである。
【００１８】
すなわち、放射性廃液処理装置１は、放射性廃液Ｗを順次、蒸発凝縮させる複数段（ここでは２段）の蒸発濃縮装置２（２Ａ、２Ｂ）（蒸発濃縮部）を備えており、放射性廃液Ｗが濃縮廃液Ｗ２になる過程において、上流側より下流側に向けて油分除去設備３、ろ過設備４、上記第１蒸発濃縮装置２Ａ、第２蒸発濃縮装置２Ｂがその順で連結されて配置された構成となっている。そして、放射性廃液処理装置１には、最前段の第１蒸発濃縮装置２Ａから生じる第１凝縮水Ｇ１を放射性廃液処理装置１の外部に導く凝縮水導出路２１と、後段の第２蒸発濃縮装置２Ｂ（最前段の第１蒸発濃縮装置２Ａ以外の蒸発濃縮装置）から生じる第２凝縮水Ｇ２を第１蒸発濃縮装置２Ａに導入する凝縮水還流路２２と、を備えている。また、第１蒸発濃縮装置２Ａと第２蒸発濃縮装置２Ｂとの間には、濃縮廃液中の塩化物イオン濃度を低下させるための脱塩素装置６（脱塩素部）が設けられている。
【００１９】
油分除去設備３は、供給された放射性廃液Ｗに対して油分やゴミ（浮遊性懸濁物）を分離し、これを回収して除去する一般的な構成のものである。以下、分離された油分等を単に「油分Ｋ」という。つまり、浮上した油分Ｋを除去するとともに、槽底部から水（油分Ｋが取り除かれた放射性廃液Ｗ）を抜き出してろ過設備４に向けて送出する。なお、ここで分離されて回収された油分Ｋは、放射性物質が含有された二次廃棄物となる。
なお、油分除去設備３の具体例として、ＣＩＰセパレータや加圧浮上分離装置がある。
【００２０】
ろ過設備４は、例えば膜分離式、あるいは砂ろ過式のものを採用することができ、砂やゴミ（油分除去設備３で除去できないゴミ）を分離し除去し、その水（ろ過後の放射性廃液Ｗ）を第１蒸発濃縮装置２Ａに向けて送出する。なお、ろ過して回収された固形物Ｍ（砂やゴミ等）は、放射性物質が含有された二次廃棄物となる。
【００２１】
蒸発濃縮装置２（２Ａ、２Ｂ）は、例えば真空蒸気圧縮型を採用することができ、放射性廃液Ｗを濃縮し、濃縮水Ｎ（高放射性、高塩濃度）と凝縮水Ｇ（低放射性，低塩濃度）とに分離する。
前段に配置される第１蒸発濃縮装置２Ａは、第１濃縮水Ｎ１が第２蒸発濃縮装置２Ｂへ送られ、第１凝縮水Ｇ１が凝縮水導出路２１を通過して冷却水として使用され、或いは放流されるようになっている。一方、後段に配置される第２蒸発濃縮装置２Ｂは、第２濃縮水Ｎ２が濃縮廃水として抽出され、第２凝縮水Ｇ２が上述したように凝縮水還流路２２を通過して第１蒸発濃縮装置２Ａ内に戻される。この第１蒸発濃縮装置２Ａに戻された第２凝縮水Ｇ２は、濃縮前の放射性廃液Ｗと混合され、再び第１蒸発濃縮装置２Ａで濃縮工程にさらされる。
【００２２】
第１蒸発濃縮装置２Ａによって生じた第１凝縮水Ｇ１を導出する凝縮水導出路２１は、冷却水として再利用される第１導水路２３と、余剰分として放流される第２導水路２４と、に分岐されている。第２導水路２４には、第１凝縮水Ｇ１に含まれる放射性物質を吸着して放射線量を設定されている放流基準値以下（略０．０１〜０．００１以下など）に下げるための吸着設備５が設けられている。
【００２３】
吸着設備５は、セシウムやストロンチウムを吸着するゼオライトや、残存したセシウムやストロンチウムおよび他の核種を吸着し、放射能を低減させる無機イオン交換体や、全イオンを吸着し、二次廃棄物の発生量を低減するイオン交換樹脂などを用い、最小限の二次廃棄物の発生量で第１凝縮水Ｇ１中の塩濃度、放射線量を放流水レベルまで低減することができる。
【００２４】
脱塩素装置６は、図２に示すように、塩素イオンを含有する放射性廃液Ｗを蒸発凝縮させる第１蒸発濃縮部２Ａによって濃縮された高濃度放射性廃液Ｗ２から塩素イオンを除去する。脱塩素装置６は、第１蒸発濃縮装置２Ａによって濃縮された高濃度放射性廃液に対して、水素ガスと次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）が発生するように電解処理を施す電解処理部６１と、電解処理後の高濃度放射性廃液をｐＨ調整剤（酸）を添加した状態で収容し、高濃度放射性廃液から塩素ガスを放散させる塩素ガス放散部６２と、塩化銀の沈殿を生成させて固相として除去する沈殿処理部６３と、を備えて概略構成されている。
【００２５】
電解処理部６１には、電解槽６４が設けられている。そして、塩素ガス放散部６２には、電解槽６４によって電解処理された廃液が供給されるとともに、ｐＨ調整剤（酸）が添加される放散塔６５と、放散塔６５で放散された塩素ガスを回収する塩素回収装置６６（塩素回収部）と、が設けられている。
【００２６】
電解処理部６１では、電解槽６４は原水の液性（ほぼ中性）のままで運転し、電解反応により液中の塩化物イオン（Ｃｌ−）を次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）に変換する。このとき、ＣｌＯ−は液中に蓄積するので、電解槽６４では水素ガスのみが発生する。電解槽６４で発生した水素は、空気を混合することで爆発限界以下の濃度に希釈してから大気中に放散する。
【００２７】
塩素ガス放散部６２では、電解後の液を放散塔６５に導入し、ｐＨ調整剤（酸、硫酸や硝酸）を加えてｐＨを下げることで、ＣｌＯ−をＣｌ２に変換し、気相中に放散させる。なお、塩素ガスの除去率を高めるためには、図３に示すように液ｐＨを１前後に調整することが好ましい。
なお、放散塔６５で発生した塩素イオン（塩素ガス）は、塩素回収装置６６に導入して回収され、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などのアルカリ性の材料に吸収させて無害化される。
また、オフガスは大気中に放散させ、塩素回収装置６６において回収された回収液は放流規制値を満足するための処理を行ったのちに放流される。
【００２８】
次に、放射性廃液処理装置１の作用について図面に基づいて具体的に説明する。
図１に示すように、本実施の形態の放射性廃液処理装置１では、第１蒸発濃縮装置２Ａにおいて第１濃縮水Ｎ１（高放射性、高塩濃度）と第１凝縮水Ｇ１（低放射性，低塩濃度）に分離することができ、第１蒸発濃縮装置２Ａから生じる第１凝縮水Ｇ１のみを凝縮水導出路２１を通過させて放流可能な水として外部に導出するとともに、第１蒸発濃縮装置２Ａで蒸発濃縮された低放射性かつ低塩濃度な第１濃縮水Ｎ１は第２蒸発濃縮装置２Ｂへ導入される。そして、第２蒸発濃縮装置２Ｂにおいて、処理された第２凝縮水Ｇ２は外部へ導出せずに凝縮水還流路２２を介して第１蒸発濃縮装置２Ａに導入されて再び該第１蒸発濃縮装置２Ａで処理され、さらに蒸発濃縮された第２濃縮水Ｎ２は濃縮廃液（二次廃棄物）として処分することができる。
このように、放射性廃液処理装置１では、蒸発濃縮処理において逆浸透膜処理に比べて高塩濃度で高放射線量とする濃縮が可能なため、複数段（２段）の蒸発濃縮部２Ａ、２Ｂによって最終的に生じる高放射性で高塩濃度の濃縮廃液（第２濃縮水Ｎ２）の発生量を少なくすることができ、減容化することが可能となる。
【００２９】
また、２段の蒸発濃縮装置２Ａ、２Ｂを設けることで、第１蒸発濃縮装置２Ａでの蒸発濃縮処理の濃縮率を抑えることができ、この第１蒸発濃縮装置２Ａより導出される第１凝縮水Ｇ１に放射能混じりの不純物が混入するのを抑制することができる。例えば、第１蒸発濃縮装置２Ａによる濃縮率を１０倍程度に抑えることで、蒸発時の飛沫に含まれる不純物濃度が１０倍程度に抑えられるため、飛沫による濃縮水への放射能の移行量は低く抑えることができる。
なお、第１蒸発濃縮装置２Ａで生じる第１凝縮水Ｇ１に放射能が混入している場合、その第１凝縮水Ｇ１は低放射性、低塩濃度であるため、吸着設備３で放射性物質を除去した後、放流水として系外へ放出することができ、この際に発生する放水可能なレベルに低減させるための吸着剤の使用量を低減することができる。
【００３０】
また、第１蒸発濃縮装置２Ａから生じる高濃度放射性廃液に対して脱塩素装置６による電解処理により水素ガスと次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）を発生させた後、塩素ガス放散部６２で電解処理後の高濃度放射性廃液を酸を添加した状態で収容し、高濃度放射性廃液から塩素ガスを放散させることで、塩素イオン（Ｃｌ−）を塩素ガスとして系外に排出することができる。
これにより、濃縮廃液（二次廃棄物）中の塩素イオン濃度を低下することができ、二次廃棄物の周囲に設けられる機器において腐食による材料の耐久性を高めることができるとともに、機器に使用する高価な材料（金属）を少なくすることが可能となるので、二次廃棄物の長期的な保存が可能となり、総合的な処理コストの低減を図ることができる。
【００３１】
また、電解槽６４では水素ガスのみが発生するため、水素、塩素混合ガスに比べて、爆発性を低減することができる。
さらに、放散塔６５で塩素ガスのみを放散させるため、塩素回収装置６６に導入されるガス量が小さくなり、装置の小型化を図ることができる。
【００３２】
上述した本第１の実施の形態による放射性廃液処理装置では、蒸発濃縮された廃液中の高濃度塩素を低減することで、二次廃棄物の周辺設備の腐食を防止することができる。そのため、二次廃棄物を長期的に保存することができる。
【００３３】
次に、本発明の放射性廃液処理装置による他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図４に示すように、第２の実施の形態による放射性廃液処理装置１は、上述した第１の実施の形態の脱塩素装置６において、塩素ガス放散部６２の放散塔６５には、空気曝気混入部６７（空気曝気機構）とオフガスの排出口６８とを有している。この場合、放散塔６５のｐＨを２前後に調整し、このｐＨ調整により発生した塩素ガスは塔内に共存する空気中の塩素濃度と平衡になるように液中の塩素が気相中に移動する。空気中の塩素濃度が０であるため、平衡状態になるまで塩素ガスが積極的に気相中に移動するので、放散が促進される。
【００３５】
本第２の実施の形態では、放散塔６５を空気曝気することで、放散塔６５のｐＨを２前後にすることができ、これにより例えば上述した第１の実施の形態でｐＨを１前後に調整する場合に比べて放散塔６５に加える酸の量を削減することができる。これは、ｐＨが１上がると酸の添加量が略１／１０になるためである。
【００３６】
また、図５に示すように、放散塔６５を曝気することで、上記第１の実施の形態と同等の塩素ガスの放散速度が得られる。例えば、図５において、ｐＨが１で曝気なしの第１ケースＲ１と、ｐＨが２で曝気ありの第４ケースＲ４を比較すると、残留塩素濃度（ｍｇ／ｌ）が０になるまでの処理時間（ｍｉｎ）は、第４ケースＲ４で１０分であり、第１ケースＲ１でほぼ６０分である。一方、ｐＨが２で曝気なしの第３ケースＲ３では、処理時間が６０分を経過しても残留塩素濃度が０にはなっていない。このことからＰＨが２の場合であっても曝気することで放散速度が上昇しているのが試験結果からも明らかである。このように曝気することによって反応時間が短くなることから、装置の簡略化、小型化を図ることができる。
【００３７】
（第３の実施の形態）
図６に示す第３の実施の形態は、上述した第１および第２の実施の形態の脱塩素装置６では、原水の塩化物イオン濃度を５０００〜６０００ｍｇ／Ｌに調整した後、電解槽６４に導入する。これは、図７の試験結果に示すように、電解槽６４で生成する次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）濃度は、原水の塩化物イオン（Ｃｌ−）濃度に限らず、残留塩素濃度が５０００〜６０００ｍｇ／Ｌで平衡に達するためである。なお、塩化物イオン濃度の調整は、第１蒸発濃縮装置２Ａで濃縮率を適宜変更することで管理する。
また、本実施の形態では、電解槽６４の前段部にＣｌ濃度調整槽６９（Ｃｌ濃度調整部）を設け、このＣｌ濃度調整槽６９に希釈水を加えて塩化物イオン濃度を調整する構成となっている。
この場合、原水中の塩化物イオン（Ｃｌ−）濃度のほぼ全量を次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ−）に変換して放散できるため、塩化物イオンの除去率を高めることができる。例えば９０%以上の除去率を期待することができる。
【００３８】
以上、本発明による放射性廃液処理装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では蒸発濃縮装置２Ａ、２Ｂの段数を２段としているが、この数量に限定されることはなく、３段以上を設ける構成とすることも可能である。なお、３段以上の蒸発濃縮装置を設ける場合には、２段目以降の蒸発濃縮装置２の凝縮水還流路２２を最前段の第１蒸発濃縮装置２Ａに接続して、それら凝縮水を第１蒸発濃縮装置２Ａに戻すようにしてもよいし、２段目以降の蒸発濃縮装置２の凝縮水還流路２２を１段前の蒸発濃縮装置に戻すようにしてもよい。
【００３９】
また、上述した第２〜４の実施の形態による脱塩素装置６は、１段目と２段目の蒸発濃縮装置２Ａ、２Ｂの間に設けているが、その位置は限定されることはない。例えば、３以上の複数段の蒸発濃縮装置２が設けられている場合には、脱塩素装置６を例えば２段目と３段目の蒸発濃縮装置の間に配置することが可能である。
【００４０】
さらに、蒸発濃縮装置２として、真空蒸気圧縮型に限らず、減圧型、焚き上げ型の濃縮装置であってもかまわない。
【００４１】
本実施の形態では、脱塩素装置６として、沈殿処理部６３を備えているが、この沈殿処理部６３を省略することも可能である。
【００４２】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１  放射性廃液処理装置
２  蒸発濃縮装置（蒸発濃縮部）
２Ａ  第１蒸発濃縮装置（蒸発濃縮部）
２Ｂ  第１蒸発濃縮装置（蒸発濃縮部）
３  油分除去設備
４  ろ過設備
５  吸着設備
５Ａ〜５Ｇ  第１〜７吸着系統
６  脱塩素装置（脱塩素部）
２１  凝縮水導出路
２２  凝縮水還流路
２３  第１導水路
２４  第２導水路
６１  電解処理部
６２  塩素ガス放散部
６３  沈殿処理部
６４  電解槽
６５  放散塔
６６  塩素回収装置
６７  空気曝気混入部（空気曝気機構）
６８  オフガスの排出口
６９  Ｃｌ濃度調整槽（Ｃｌ濃度調整部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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