(57)【要約】【課題】  タンクごと／廃液採取ごとに硫酸ナトリウム濃度が変わっても、最適な薬剤添加量を迅速・正確に決定できる放射性廃液の固化処理方法を提供する。【解決手段】  センサ１０２で液面レベルを管理し、タンク１００の廃液を固化容器１０１に定容積だけ注入し、測定器１０３で重量を測定する。この重量と注入容積とにより、廃液の密度を算出する。所定のグラフを参照し、算出密度に対応する硫酸ナトリウムの濃度を推定する。推定した硫酸濃度に対応する量の水酸化バリウムをタンク１０４からタンク１００に添加し、硫酸を不溶化させる。  不溶化処理工程においては、水酸化バリウムを投入し、６０℃以上に保って廃液を混練する。  不溶化処理後の溶液は高ｐＨとなっているので、タンク１０５からシリカフューム中の主成分であるケイ酸を添加して反応させ、固化材であるケイ酸ナトリウム(水ガラス)を合成させる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸ナトリウムを含有する放射性廃液の密度を測定し、
放射性廃液の密度と硫酸ナトリウムの濃度との関係に基づいて硫酸ナトリウムの濃度を推定し、
推定された濃度の硫酸ナトリウムと反応させるために必要な固化剤の量を計算し、
硫酸の不溶化や固化に必要な薬剤の投入量を決定することを特徴とする放射性廃液の固化処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の放射性廃液の固化処理方法において、
硫酸を不溶化する工程が、放射性廃液に含まれている硫酸に対応した量のバリウムを含む水酸化バリウムを添加し混練する工程であることを特徴とする放射性廃液の固化処理方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放射性廃液の固化処理方法において、
不溶化した放射性廃液を固化する工程が、放射性廃液中のナトリウム，バリウムの余剰アルカリに対応した量のシリカフュームおよび高炉スラグを添加し混練する工程であることを特徴とする放射性廃液の固化処理方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の放射性廃液の固化処理方法において、
放射性廃液の密度を求める工程が、放射性廃液を固化容器に定容積注入し、
放射性廃液の重量を測定し、
(放射性廃液の重量)÷(定容積)＝(放射性廃液の密度)
として密度を計算する工程であることを特徴とする放射性廃液の固化処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の放射性廃液の固化処理方法において、
同一形状の固化容器における液面レベル管理により放射性廃液の定容積注入を判断することを特徴とする放射性廃液の固化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃液の固化処理方法に係り、特に、原子力発電施設から発生する放射性廃液中の有害物質を固定化する際に、硫酸ナトリウムの量を迅速かつ正確に推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射性廃液を地下に埋設処分する際に、廃棄体中の硫酸成分が地下水に溶出すると、周囲に人工バリア材として配置されるセメント中のアルミン酸カルシウム(3CaO・Al2O3)および水酸化カルシウム(Ca(OH)2)と反応し、エトリンガイト(3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O)と呼ばれるセメント水和物を生成する。このエトリンガイトは、体積膨張を生じ、セメントの劣化を促すことが知られている。
【０００３】
また、廃棄体からの溶出液が高ｐＨである場合も、人工バリア材の劣化が予想され、処分場の有害物質閉じ込め性能の低下が懸念される。
【０００４】
このような硫酸の溶出を抑制し高ｐＨ溶出液の放出を防止するために、高濃度の硫酸ナトリウムを含有する放射性廃液の固化方法として、水酸化バリウムや酸化ケイ素などを添加する方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００５】
特許文献１の方法では、廃液に水酸化バリウムなどの可溶性のバリウム化合物を添加し、硫酸ナトリウムを硫酸バリウムとして析出させ不溶化する。不溶化反応完了後、シリカフュームを添加すると、不溶化工程で生成した水酸化ナトリウムとシリカフュームの主成分であるケイ酸とが反応し、ケイ酸ナトリウム(水ガラス)が生成する。
【０００６】
次にまたは同時に、固化材である高炉スラグを添加し、重合反応により固化させる。硫酸イオンは、得られた固化体中では、極めて反応性の低い硫酸バリウムの形態でのみ存在するので、埋設処分後に人工バリアに与える影響を極めて小さくすることが可能となる。
【０００７】
また、混練装置への供給量と混練物を受ける装置への注入量とを検知して演算し、注入後の混練装置における混練物の残量および次回の供給量を決定し、残量と次回供給量との和を一定とする放射性廃棄物の固化処理装置も提案されている(例えば、特許文献２参照)。
【０００８】
しかし、実際の硫酸ナトリウム含有廃液では、硫酸ナトリウム濃度が変動することが考えられ、薬剤添加量の決定方法が問題となる。
【０００９】
【特許文献１】特公平０６−０３１８５０号公報  (第４頁  図２)
【特許文献２】特開平０４−１２８６９８号公報  (第２頁  図１)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように、硫酸の溶出抑制や高ｐＨ放出の防止のため、高濃度硫酸ナトリウム含有放射性廃液の固化方法として、水酸化バリウム，シリカフュームなどを添加する方法が提案されている。
【００１１】
しかし、実際の硫酸ナトリウム含有廃液では、廃液の保管タンクごとにまたは廃液の採取ごとに硫酸ナトリウム濃度が変動することが考えられる。そのような場合は、不溶化や固化に最適な薬剤添加量が不正確になるおそれがある。
【００１２】
本発明の課題は、放射性廃液の固化システムにおいて、廃液の保管タンクごとにまたは廃液の採取ごとに硫酸ナトリウム濃度が変動しても、最適な薬剤添加量を迅速かつ正確に決定できる放射性廃液の固化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】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、硫酸ナトリウムを含有する放射性廃液の密度を測定し、放射性廃液の密度と硫酸ナトリウムの濃度との関係に基づいて硫酸ナトリウムの濃度を推定し、推定された濃度の硫酸ナトリウムと反応させるために必要な固化剤の量を計算し、硫酸の不溶化や固化に必要な薬剤の投入量を決定する放射性廃液の固化処理方法を提案する。
【発明の効果】
【００１４】
高濃度の硫酸ナトリウムを含む放射性廃液に水酸化バリウムなどを添加し、硫酸成分を不溶化する放射性廃液の固化処理方法において、密度計測により、放射性廃液の不溶化や固化に必要な薬剤の投入量を迅速かつ正確に決定できる。
【００１５】
本発明によれば、硫酸ナトリウム濃度を直接分析する方法と比べて、密度測定だけで済むので、比重計や流量計などの装置や手間を削減して、有利な放射性廃液の固化システムを構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の硫酸ナトリウムを含有する放射性廃液の密度を測定し、放射性廃液の密度と硫酸ナトリウムの濃度との関係に基づいて硫酸ナトリウムの濃度を推定し、推定された濃度の硫酸ナトリウムと反応させるために必要な固化剤の量を計算し、硫酸の不溶化や固化に必要な薬剤の投入量を決定する放射性廃液の固化処理方法において、硫酸を不溶化する工程は、放射性廃液に含まれている硫酸に対応した量のバリウムを含む水酸化バリウムを添加し混練する工程とする。
【００１７】
不溶化した放射性廃液を固化する工程は、放射性廃液中のナトリウム，バリウムの余剰アルカリに対応した量のシリカフュームおよび高炉スラグを添加し混練する工程とする。
【００１８】
いずれの放射性廃液の固化処理方法においても、放射性廃液の密度を求める工程は、放射性廃液を固化容器に定容積注入し、放射性廃液の重量を測定し、
(放射性廃液の重量)÷(定容積)＝(放射性廃液の密度)
として密度を計算する工程とする。
【００１９】
定容積が注入されたことは、同一形状の固化容器における液面レベルの管理により判断する。
【００２０】
図１は、放射性廃液すなわち硫酸ナトリウム水溶液中の硫酸ナトリウム密度と硫酸ナトリウム濃度との関係を示す図である。
【００２１】
放射性廃液中の硫酸ナトリウム密度が上昇するに従い、硫酸ナトリウム濃度も単調に上昇する。したがって、濃度が不明の硫酸ナトリウム溶液であっても、硫酸ナトリウム密度が分かれば、硫酸ナトリウム濃度を一意に推定できる。
【００２２】
そこで、固化処理対象となる放射性廃液の硫酸ナトリウム濃度に変動がある場合、放射性溶液の密度を測定して硫酸ナトリウム濃度を推定し、その濃度の硫酸ナトリウムと反応させるために必要な薬剤の量を計算すると、不溶化や固化に必要な薬剤の投入量を迅速かつ正確に決定できる。
【００２３】
その際に、流量などを計測して注入した放射性廃液の量を決定する装置や手間を省くために、同一形状の固化容器に放射性廃液を注入しつつ液面のレベルを管理し、所定液面に達したら固化容器に放射性廃液を定容積だけ注入できたと判断する。固化容器に注入した放射性廃液の重量を測定すると、
(放射性廃液の重量)÷(定容積)＝(放射性廃液の密度)
として、放射性廃液の密度を計算できる。
【００２４】
なお、放射性廃液すなわち硫酸ナトリウム水溶液中にＬｉなどの不純物が混入しても、図１の硫酸ナトリウム濃度を示す曲線の傾きがなだらかになるだけで、放射性廃液の密度を計算する手順は変わらない。
【００２５】
次に、図２を参照して、本発明による放射性廃液の固化処理方法を説明する。図２は、本発明による放射性廃液の固化処理方法における処理手順を示すフローチャートである。
【００２６】
本発明の固化処理方法を適用すべき放射性廃液の固化システムにおいては、廃液タンク１００と、固化容器１０１と、液面レベルセンサ１０２と、重量測定器１０３と、水酸化バリウムタンク１０４と、シリカフューム／高炉スラグタンク１０５とを用いる。
【００２７】
廃液タンク１００から取り出した廃液は、固化容器１０１に充てんされる。その際に、液面レベルセンサ１０２を用いて液面レベルを管理し、いつも定容積が注入されるようにする。
【００２８】
注入が終了したら、重量測定器１０３により重量を測定する。
【００２９】
この重量と注入容積とに基づき、廃液の密度を算出する。
【００３０】
算出された密度に対応する硫酸ナトリウムの濃度を図１のグラフから読み取る。または、密度をＸとし濃度をＹとした関数により図１の関係をフィッティングし、密度Ｘに測定値を代入し硫酸ナトリウムの濃度Ｙを推定する。
【００３１】
放射性廃液の密度から推定された硫酸濃度に対応する量の水酸化バリウムを水酸化バリウムタンク１０４から廃液タンク１００に添加し、硫酸を不溶化させる。
【００３２】
溶液に含まれる硫酸は、反応式(１)のようにバリウムと反応し、不溶性の硫酸バリウムを生成する。
SO42-+Ba2+ → BaSO4                   ……(１)
ここで測定誤差などの要因により、実際の硫酸濃度が推定した硫酸濃度よりも高い場合も確実に不溶化するため、当量よりも多い水酸化バリウムを添加する。
【００３３】
不溶化処理工程においては、硫酸ナトリウム溶液を注入した固化容器を６０℃以上に保温し、水酸化バリウムを投入する。不溶化反応が終了するまでは、固化容器を６０℃以上に保ったまま廃液を混練する。
【００３４】
不溶化処理後の溶液は、ナトリウムなどの余剰アルカリが存在するので、高ｐＨとなっている。そこで、シリカフューム／高炉スラグタンク１０５からシリカフューム中の主成分であるケイ酸を添加して反応させ、固化材であるケイ酸ナトリウム(水ガラス)を合成させる。反応式(２)は、
2Na+＋2OH-＋(SiO2)n → Na2O・nSiO2・H2O ……(２)
水ガラスの合成反応を示しており、ナトリウムとケイ酸とを原料として、水ガラスが生成される。
【００３５】
上記反応が進むと、ナトリウムは水ガラス中に保持されるので、廃棄体が水と接した際の浸出液が高ｐＨになることを防止できる。また、生成した水ガラスは、脱水反応により重合して硬化する。その際に、シリカフューム／高炉スラグタンク１０５から高炉スラグも添加すると、水和反応に伴う脱水反応により、水ガラスは重合固化される。この水ガラス化＋重合固化処理工程においても、廃液は６０℃以上に保温し、混練する。
【００３６】
硫酸イオンは、得られた固化体中では、極めて反応性の低い硫酸バリウムの形態でのみ存在するので、埋設処分後に人工バリアに与える影響を極めて小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】放射性廃液中の硫酸ナトリウム密度と硫酸ナトリウム濃度との関係を示す図である。
【図２】本発明による放射性廃液の固化処理方法における処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１００  廃液タンク
１０１  固化容器
１０２  液面レベルセンサ
１０３  重量測定器
１０４  水酸化バリウムタンク
１０５  シリカフューム／高炉スラグタンク
【図１】
2006258719.tif 000003
【図２】
2006258719.tif 000004