(57)【要約】【課題】海水を含む放射性汚染水からナトリウムを容易に低減させることが可能な放射性汚染水処理装置を提供する。また、このような放射性汚染水処理装置を有する放射性汚染水処理システムを提供する。【解決手段】海水を含む放射性汚染水を処理する放射性汚染水処理装置であって、放射性汚染水を貯留する空間を有する貯留部と、貯留部に配置されナトリウムイオンを透過させる陽イオン交換膜と、貯留部に配置され塩素イオンを透過させる陰イオン交換膜と、貯留部に配置された陽極と、貯留部に配置された陰極と、を有し、空間は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜と貯留部の内壁とで囲まれた第１領域と、陽イオン交換膜と貯留部の内壁とで囲まれた第２領域と、陰イオン交換膜と貯留部の内壁とで囲まれた第３領域と、に分割され、陰極は、第２領域に配置され、陽極は、マンガン系酸化物電極であり、第３領域に配置されている放射性汚染水処理装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海水を含む放射性汚染水を処理する放射性汚染水処理装置であって、
前記放射性汚染水を貯留する空間を有する貯留部と、
前記貯留部に配置されナトリウムイオンを選択的に透過させる陽イオン交換膜と、
前記貯留部に配置され塩素イオンを透過させる陰イオン交換膜と、
前記貯留部に配置された陽極と、
前記貯留部に配置された陰極と、を有し、
前記空間は、前記陽イオン交換膜と前記陰イオン交換膜と前記貯留部の内壁とで囲まれた第１領域と、
前記陽イオン交換膜と前記貯留部の内壁とで囲まれた第２領域と、
前記陰イオン交換膜と前記貯留部の内壁とで囲まれた第３領域と、に分割され、
前記陰極は、前記第２領域に配置され、
前記陽極は、前記第３領域に配置されている放射性汚染水処理装置。
【請求項２】
前記陽極は、マンガン系酸化物電極である請求項１に記載の放射性汚染水処理装置。
【請求項３】
前記陰イオン交換膜は、塩素イオンを透過させる第１膜と、
前記第１膜に対して前記第１領域側に設けられ、ヨウ素酸イオンを吸着すると共に塩素イオンを透過させる第２膜と、を有する積層体である請求項１または２に記載の放射性汚染水処理装置。
【請求項４】
前記陰イオン交換膜は、塩素イオンを透過させる第１膜と、
ヨウ素イオンを吸着すると共に塩素イオンを透過させる第３膜と、を有する積層体である請求項１から３のいずれか１項に記載の放射性汚染水処理装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の放射性汚染水処理装置と、
前記第１領域に海水を含む放射性汚染水を供給する供給ラインと、
前記放射性汚染水からナトリウムイオンおよび塩素イオンを低減させた第１処理水を、前記第１領域から排出する第１排出ラインと、
前記第２領域に貯留される塩基性の第２処理水を、前記第２領域から排出する第２排出ラインと、
前記第３領域に貯留される酸性の第３処理水を、前記第３領域から排出する第３排出ラインと、を有する放射性汚染水処理システム。
【請求項６】
前記放射性汚染水処理装置を複数有し、
上流側に配置された第１の前記放射性汚染水処理装置から排出される前記第１処理水を、下流側に配置された第２の前記放射性汚染水処理装置の前記供給ラインから前記第１領域に供給する請求項５に記載の放射性汚染水処理システム。
【請求項７】
前記第２処理水と前記第３処理水とを混合する混合部を有する請求項５または６に記載の放射性汚染水処理システム。
【請求項８】
前記放射性汚染水処理装置を複数有し、
上流側に配置された第１の前記放射性汚染水処理装置の前記混合部で混合された混合水を、下流側に配置された第２の前記放射性汚染水処理装置の前記供給ラインから前記第１領域に供給する請求項７に記載の放射性汚染水処理システム。
【請求項９】
最下流の前記放射性汚染水処理装置が有する前記混合部に接続され、前記混合部で混合された混合水から放射性物質を除去する除去装置を有する請求項７または８に記載の放射性汚染水処理システム。
【請求項１０】
最下流の前記放射性汚染水処理装置が有する前記第２排出ラインに接続され、排出される前記第２処理水から放射性物質を除去する除去装置を有する請求項５から９のいずれか１項に記載の放射性汚染水処理システム。
【請求項１１】
最下流の前記放射性汚染水処理装置が有する前記第３排出ラインに接続され、排出される前記第３処理水から放射性物質を除去する除去装置を有する請求項５から１０のいずれか１項に記載の放射性汚染水処理システム。
【請求項１２】
最下流の前記放射性汚染水処理装置が有する前記第１排出ラインに接続され、排出される前記第１処理水から放射性物質を除去する除去装置を有する請求項５から１１のいずれか１項に記載の放射性汚染水処理システム。
【請求項１３】
大気から取り込まれた空気を送気する第１送気ラインと、
前記第２領域で発生する水素ガスを送気する第２送気ラインと、を有し、
前記第２送気ラインは、前記第１送気ラインに接続され、前記水素ガスを前記空気で希釈して前記放射性汚染水処理装置の外に排出する請求項５から１２のいずれか１項に記載の放射性汚染水処理システム。
【請求項１４】
前記陽極として、マンガン系酸化物電極を用い、
前記第２領域で発生する水素ガスを送気する第２送気ラインと、
前記第３領域で発生する酸素ガスを送気する第３送気ラインと、
前記第２送気ラインおよび前記第３送気ラインが接続される触媒部と、を有し、
前記触媒部は、前記水素ガスと前記酸素ガスとから、燃焼させることなく水を生じさせる反応を触媒する請求項５から１３のいずれか１項に記載の放射性汚染水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性汚染水処理装置、放射性汚染水処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放射性物質は、自然環境への放出について厳しい規制がある。例えば、原子力発電所においては、放射性物質を含む排水が生じることがある。「放射性物質を含む排水」のことを、以下、「放射性汚染水」と称することがある。通常、このような排水は、各種のフィルタにより放射性物質を除去する処理が行われた後、得られた処理水の放射線量を測定し、基準以下の放射性物質を含有する処理水について海洋放出処理を行っている。
【０００３】
このような排水処理においては、排水にイオンの状態で含まれる各種の放射性物質を、イオン交換膜を用いて除去方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、陽イオン交換膜として、種々のものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８６９７号公報
【特許文献２】米国特許第５５８０４３０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
原子力発電所は、原子炉の冷却水の水源として海水を利用すべく、海沿いに建設されることが多い。そのため、原子力発電所においては、放射性汚染水に、海水が含まれることがある。海水を含む放射性汚染水の例としては、福島第一原子力発電所に貯留されている放射性汚染水が挙げられる。
【０００６】
福島第一原子力発電所においては、放射性物質の除去装置（多核種除去設備）を用いて放射性汚染水から放射性物質を除去している。この除去装置においては、内蔵する吸着剤において、６２種の放射性物質の除去が可能であるとされている。例えば、この除去装置においては、セシウム（Ｃｓ）イオンやストロンチウム（Ｓｒ）イオン等の陽イオンとナトリウム（Ｎａ）イオンとを交換し、除去している。
【０００７】
しかし、放射性汚染水が海水を含むと、放射性汚染水中のＮａ濃度が高くなる。そのため、除去装置において海水を含む放射性汚染水を処理する場合、除去対象であるＣｓイオンやＳｒイオン等の陽イオンの吸着効率が低下し、処理が進みにくいという問題がある。
【０００８】
また、海水を含む放射性汚染水について、上述の除去装置と同じ原理で放射性物質である陽イオンを除去する際には、放射性汚染水中のＮａ濃度が高いことに起因して、同様の課題が生じうる。
【０００９】
したがって、海水を含む放射性汚染水からＮａ濃度を容易に低減させることが可能な技術が求められていた。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、海水を含む放射性汚染水からナトリウムを容易に低減させることが可能な放射性汚染水処理装置を提供することを目的とする。また、このような放射性汚染水処理装置を有する放射性汚染水処理システムを提供することを併せて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一般に、Ｎａイオンを含む排水からＮａを分離する方法としては、電気透析法が知られている。しかし、海水を含む放射性汚染水に通常知られた電気透析法を適用すると、陽極か腐食性が高い塩素ガスが発生してしまう。塩素ガスを原子力設備で発生させることは、安全上望ましくないと考えられる。
【００１２】
また、上記特許文献２には、高効率でＮａを分離可能な陽イオン交換膜が記載されている。そのため、電気透析法において上記特許文献２に記載の陽イオン交換膜を用いると、海水を含む放射性汚染水からＮａイオンを分離すること自体は可能であると考えられる。
【００１３】
しかし、上記特許文献２記載の陽イオン交換膜を用い、海水を含む放射性汚染水からＮａイオンを分離すると、Ｎａを分離した後の汚染水の液性が酸性に変化する。ここで、放射性汚染水が酸性となると、配管腐食の懸念が生じることから、中和の必要が生じうる。すると、このような中和作業により、減量すべき放射性汚染水の総量が、逆に増加してしまう懸念がある。
【００１４】
発明者らは、鋭意検討した結果、電気透析法において陽イオン交換膜のみならず、陰イオン交換膜も併用し、海水を含む放射性汚染水からＮａイオンと塩素（Ｃｌ）イオンとを同時に低減させることで、課題が解決できるとの着想に至り、発明を完成させた。
【００１５】
すなわち、上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、海水を含む放射性汚染水を処理する放射性汚染水処理装置であって、前記放射性汚染水を貯留する空間を有する貯留部と、前記貯留部に配置されナトリウムイオンを選択的に透過させる陽イオン交換膜と、前記貯留部に配置され塩素イオンを透過させる陰イオン交換膜と、前記貯留部に配置された陽極と、前記貯留部に配置された陰極と、を有し、前記空間は、前記陽イオン交換膜と前記陰イオン交換膜と前記貯留部の内壁とで囲まれた第１領域と、前記陽イオン交換膜と前記貯留部の内壁とで囲まれた第２領域と、前記陰イオン交換膜と前記貯留部の内壁とで囲まれた第３領域と、に分割され、前記陰極は、前記第２領域に配置され、前記陽極は、前記第３領域に配置されている放射性汚染水処理装置を提供する。
【００１６】
本発明の一態様においては、前記陽極は、マンガン系酸化物電極である構成としてもよい。
【００１７】
本発明の一態様においては、前記陰イオン交換膜は、塩素イオンを透過させる第１膜と、前記第１膜に対して前記第１領域側に設けられ、ヨウ素酸イオンを吸着すると共に塩素イオンを透過させる第２膜と、を有する積層体である構成としてもよい。
【００１８】
本発明の一態様においては、前記陰イオン交換膜は、塩素イオンを透過させる第１膜と、ヨウ素イオンを吸着すると共に塩素イオンを透過させる第３膜と、を有する積層体である構成としてもよい。
【００１９】
本発明の一態様においては、上記の放射性汚染水処理装置と、前記第１領域に海水を含む放射性汚染水を供給する供給ラインと、前記放射性汚染水からナトリウムイオンおよび塩素イオンを低減させた第１処理水を、前記第１領域から排出する第１排出ラインと、前記第２領域に貯留される塩基性の第２処理水を、前記第２領域から排出する第２排出ラインと、前記第３領域に貯留される酸性の第３処理水を、前記第３領域から排出する第３排出ラインと、を有する放射性汚染水処理システムを提供する。
【００２０】
本発明の一態様においては、前記放射性汚染水処理装置を複数有し、上流側に配置された第１の前記放射性汚染水処理装置から排出される前記第１処理水を、下流側に配置された第２の前記放射性汚染水処理装置の前記供給ラインから前記第１領域に供給する構成としてもよい。
【００２１】
本発明の一態様においては、前記第２処理水と前記第３処理水とを混合する混合部を有する構成としてもよい。
【００２２】
本発明の一態様においては、前記放射性汚染水処理装置を複数有し、上流側に配置された第１の前記放射性汚染水処理装置の前記混合部で混合された混合水を、下流側に配置された第２の前記放射性汚染水処理装置の前記供給ラインから前記第１領域に供給する構成としてもよい。
【００２３】
本発明の一態様においては、最下流の前記放射性汚染水処理装置が有する前記混合部に接続され、前記混合部で混合された混合水から放射性物質を除去する除去装置を有する構成としてもよい。
【００２４】
本発明の一態様においては、最下流の前記放射性汚染水処理装置が有する前記第２排出ラインに接続され、排出される前記第２処理水から放射性物質を除去する除去装置を有する構成としてもよい。
【００２５】
本発明の一態様においては、最下流の前記放射性汚染水処理装置が有する前記第３排出ラインに接続され、排出される前記第３処理水から放射性物質を除去する除去装置を有する構成としてもよい。
【００２６】
本発明の一態様においては、最下流の前記放射性汚染水処理装置が有する前記第１排出ラインに接続され、排出される前記第１処理水から放射性物質を除去する除去装置を有する構成としてもよい。
【００２７】
本発明の一態様においては、大気から取り込まれた空気を送気する第１送気ラインと、前記第２領域で発生する水素ガスを送気する第２送気ラインと、を有し、前記第２送気ラインは、前記第１送気ラインに接続され、前記水素ガスを前記空気で希釈して前記放射性汚染水処理装置の外に排出する構成としてもよい。
【００２８】
本発明の一態様においては、前記陽極として、マンガン系酸化物電極を用い、前記第２領域で発生する水素ガスを送気する第２送気ラインと、前記第３領域で発生する酸素ガスを送気する第３送気ラインと、前記第２送気ラインおよび前記第３送気ラインが接続される触媒部と、を有し、前記触媒部は、前記水素ガスと前記酸素ガスとから、燃焼させることなく水を生じさせる反応を触媒する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、海水を含む放射性汚染水からナトリウムを容易に低減させることが可能な放射性汚染水処理装置を提供することができる。また、このような放射性汚染水処理装置を有する放射性汚染水処理システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態の放射性汚染水処理装置を示す模式図。
【図２】第２実施形態の放射性汚染水処理システムを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
［第１実施形態］
以下、図１を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る放射性汚染水処理装置について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００３２】
図１は、本実施形態の放射性汚染水処理装置１０を示す模式図である。以下の説明において、放射性汚染水処理装置１０を「処理装置１０」と称することがある。
【００３３】
処理対象である放射性汚染水Ｗは、海水を含んでいる。そのため放射性汚染水Ｗは、イオンとしてナトリウムイオンＣ１と、塩素イオンＡ１とを多く含んでいる。また、放射性汚染水Ｗは、放射性物質として、放射性の核種を含むＣｓイオンやＳｒイオン等のナトリウムイオンＣ１以外の陽イオンＣ２を含む。また、放射性汚染水Ｗは、放射性物質として、放射性のヨウ素を含む。放射性のヨウ素は、ヨウ素酸イオンＡ２やヨウ素イオンＡ３の形態で放射性汚染水Ｗに溶解している。
【００３４】
処理装置１０は、海水を含む放射性汚染水Ｗから、ナトリウムイオンＣ１と塩素イオンＡ１とを除去し、放射性汚染水Ｗが含むイオン濃度を低減させる装置である。
【００３５】
処理装置１０は、貯留部１１、陽イオン交換膜１２、陰イオン交換膜１３、陰極１４、陽極１５を有している。陰極１４および陽極１５は、外部電源１９に接続されている。
【００３６】
貯留部１１は、放射性汚染水Ｗを貯留する空間ＡＲを有する容器である。貯留部１１は、放射線を透過させない材料を形成材料とすることが好ましい。貯留部１１の形成材料としては、ＳＵＳ３１６等のステンレス、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等が好ましい。図では、貯留部１１は上方が解放されていることとして示したが、これに限らない。貯留部１１は、上方が蓋をされ閉じられた構成であってもよい。
【００３７】
陽イオン交換膜１２は、放射性汚染水Ｗに含まれるナトリウムイオンＣ１を透過させ、その他の陽イオンＣ２を遮断する。このような陽イオン交換膜１２としては、例えばＮＡＳＩＣＯＮ型の結晶構造を有するカチオン伝導性のセラミック膜（以下、「ＮＡＳＩＣＯＮ型セラミック膜」と略称することがある）を挙げることが出来る。
【００３８】
このようなＮＡＳＩＣＯＮ型セラミック膜としては、リン酸系のものやシリカ系のものが知られている。カチオン伝導性を有するならば、いずれを用いてもよい。また、結晶構造内にＮｄやＧｄ等の希土類を入れ、Ｎａの選択性を向上させてもよい。シリカ系のＮＡＳＩＣＯＮ型セラミック膜であって、結晶構造内に希土類を入れたものとしては、例えばセラマテック社の陽イオン交換膜を用いることができる。
【００３９】
その他、陽イオン交換膜１２としては、Ｎａｆｉｏｎ  Ａ  Ｔｙｐｅ３２４やＮａｆｉｏｎ  Ａ  Ｔｙｐｅ３５０（デュポン社製）、セレミオンＣＳＯ（ＡＧＣエンジニアリング株式会社製）、ネオセプタＣＩＭＳ（株式会社アストム製）などを用いることができる。
【００４０】
陰イオン交換膜１３は、放射性汚染水Ｗに含まれる塩素イオンＡ１を透過させる。本実施形態の陰イオン交換膜１３は、第１膜１３１と、第２膜１３２と、第３膜１３３との積層体となっている。
【００４１】
第１膜１３１は、放射性汚染水Ｗに含まれる塩素イオンＡ１を透過させる。このような第１膜１３１としては、例えばセレミオンＡＳＶ（ＡＧＣエンジニアリング株式会社製）、ネオセプタＡＣＳ（株式会社アストム製）などを用いることが出来る。
【００４２】
第２膜１３２は、第１膜１３１に対して陽イオン交換膜１２側に設けられている。第２膜１３２は、ヨウ素酸イオンＡ２を吸着して遮断すると共に、塩素イオンＡ１を透過させる。このような第２膜１３２としては、例えばＲＥＡＤ−Ｓｂ（株式会社日本海水製）を用いることが出来る。
【００４３】
第３膜１３３は、第１膜１３１に対して陽イオン交換膜１２とは反対側に設けられている。第３膜１３３は、ヨウ素イオンＡ３を吸着して遮断すると共に、塩素イオンＡ１を透過させる。このような第３膜１３３としては、例えばＤＯＷＥＸタイプＩ強塩基性アニオン交換樹脂（DOW  Chemical  company製）、銀ゼオライトなどを用いることが出来る。
【００４４】
貯留部１１の空間ＡＲは、陽イオン交換膜１２と陰イオン交換膜１３と貯留部１１の内壁１１Ｗとで囲まれた第１領域ＡＲ１と、陽イオン交換膜１２と貯留部１１の内壁１１Ｗとで囲まれた第２領域ＡＲ２と、陰イオン交換膜１３と貯留部１１の内壁１１Ｗとで囲まれた第３領域ＡＲ３と、に分割されている。
【００４５】
陰極１４は、第２領域ＡＲ２に配置されている。陰極１４の形成材料としては、例えばニッケル電極、ステンレス電極を用いることが出来る。ニッケル系材料を形成材料とするニッケル電極は、海水に浸漬した際の耐食性が高い点において好ましい。また、ステンレス系材料を形成材料とするステンレス電極は、ニッケル電極よりも安価である点において好ましい。
【００４６】
陽極１５は、第３領域ＡＲ３に配置されている。陽極１５は、電気透析に使用可能であれば通常知られたものを使用することができる。なかでも、陽極１５としては、マンガン酸系酸化物電極を用いることが好ましい。陽極１５にマンガン系酸化物電極を採用すると、電極表面で塩素イオンが還元されて塩素ガスが発生する反応を抑制し、陽極１５の表面から酸素を発生させることができる。そのため、塩素ガスによる装置の腐食を抑制することができる。
【００４７】
このようなマンガン酸系酸化物電極を採用する陽極１５としては、例えば、チタン電極表面にインジウム等の貴金属層を介してマンガン酸化物層が積層された複合電極を用いることができる。
本実施形態においては、陽極１５としてマンガン酸系酸化物電極を用いることとする。
【００４８】
陰極１４と陽極１５とは、それぞれ外部電源１９に接続されている。
【００４９】
このような処理装置１０は、次のように動作する。
まず、貯留部１１の第１領域ＡＲ１に放射性汚染水Ｗを貯留する。また、第２領域ＡＲ２、第３領域ＡＲ３には、放射性物質を含まない水を貯留する。使用当初は、第２領域ＡＲ２、第３領域ＡＲ３に、放射性汚染水ＷよりもＮａＣｌ含有量の少ない水を貯留する。使用当初に第２領域ＡＲ２、第３領域ＡＲ３に貯留する水としては、地下水や濾過水を用いることができる。また、放射性汚染水Ｗから放射性物質を除去した結果として得られるＮａＣｌ含有量の少ない廃液を使用してもよい。
次いで、外部電源１９から陰極１４および陽極１５に電圧を印加して電気透析する。
【００５０】
すると、第１領域ＡＲ１の放射性汚染水Ｗに含まれるナトリウムイオンＣ１は、陽イオン交換膜１２を透過して第２領域ＡＲ２に達する。一方で、その他の陽イオンＣ２は、陽イオン交換膜１２を透過することなく第１領域ＡＲ１に留まる。
【００５１】
一方、第１領域ＡＲ１の放射性汚染水Ｗに含まれる塩素イオンＡ１は、陰イオン交換膜１３を透過して第３領域ＡＲ３に達する。一方で、ヨウ素酸イオンＡ２は、陰イオン交換膜１３が有する第２膜１３２に吸着されることで遮断される。また、ヨウ素イオンＡ３は、陰イオン交換膜１３が有する第３膜１３３に吸着されることで遮断される。
【００５２】
このようにして、放射性汚染水Ｗを電気透析することで、第１領域ＡＲ１の放射性汚染水Ｗは、ナトリウムイオンＣ１と塩素イオンＡ１の濃度が低下した第１処理水Ｗ１と変化する。
【００５３】
また、第２領域ＡＲ２に貯留された水は、ナトリウムイオンＣ１濃度が増加した第２処理水Ｗ２と変化する。ナトリウムイオンＣ１の濃度が増加した第２処理水Ｗ２は、液性が塩基性となる。
【００５４】
また、第３領域ＡＲ３に貯留された水は、塩素イオンＡ１の濃度が増加した第３処理水Ｗ３と変化する。塩素イオンＡ１の濃度が増加した第３処理水Ｗ３は、液性が酸性となる。
【００５５】
その際、陽極１５はマンガン系酸化物電極を用いているため、陽極１５において塩素ガスが生じず、酸素ガスが生じる。これにより、処理装置１０が腐食性の塩素ガスで腐食することなく、長期間安定的に使用することが出来る。
【００５６】
得られた第１処理水Ｗ１は、ナトリウムイオンＣ１の濃度が低減している。そのため、放射性物質の除去装置（多核種除去設備）等を用いて適切に放射性物質の除去が可能となる。
【００５７】
また、第１処理水Ｗ１は放射性汚染水Ｗから、ナトリウムイオンＣ１のみならず塩素イオンＡ１も低減させているため、第１処理水Ｗ１は、液性が過度に酸性や塩基性に偏ることがなく、中性近傍となる。そのため、第１処理水Ｗ１から更に放射性物質を除去する際に、液性調整のための処理が不要となり、処理水の体積が増加するおそれも生じない。
【００５８】
また、得られた第２処理水Ｗ２にはナトリウムイオンＣ１が選択的に含まれ、他の陽イオン（水素イオンを除く）は原理的には含まれない。ナトリウムは、放射能を有さない２３Ｎａのみが安定同位体であり、放射性同位体の存在比が極めて小さい。そのため、陽イオンとしてナトリウムイオンＣ１（水素イオンを除く）のみを含む第２処理水Ｗ２は、原理的には放射能を有さないこととなる。
【００５９】
同様に、得られた第３処理水Ｗ３には塩素イオンＡ１が選択的に含まれ、他の陰イオン（水酸化物イオンを除く）は原理的には含まれない。塩素は、放射能を有さない３５Ｃｌのみが安定同位体であり、放射性同位体の存在比が極めて小さい。そのため、陰イオンとして塩素イオンＡ１（水酸化物イオンを除く）のみを含む第３処理水Ｗ３は、原理的には放射能を有さないこととなる。
【００６０】
このような第２処理水Ｗ２および第３処理水Ｗ３は、液性を中性に調製し、放射線量を適切に測定した後、基準値以下であれば海洋放出処理等により廃棄することが出来る。中和の際には、第２処理水Ｗ２と第３処理水Ｗ３とを互いに混合することにより中和してもよい。
【００６１】
以上のような構成の放射性汚染水処理装置１０によれば、海水を含む放射性汚染水からナトリウムを容易に低減させることが可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態においては、陰イオン交換膜１３として、第１膜１３１、第２膜１３２、第３膜１３３との積層体を用いることとしたが、第２膜１３２および第３膜１３３のいずれか一方または両方を用いないこととしてもよい。
第２膜１３２および第３膜１３３のいずれか一方または両方を用いない場合であっても、第１膜１３１のみからなる陰イオン交換膜１３の存在により、第１処理水Ｗ１の液性は過度に酸性や塩基性に偏ることがなく、中性近傍となる。
【００６３】
［第２実施形態］
以下、図２を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る放射性汚染水処理システムについて説明する。本実施形態の放射性汚染水処理システムは、第１実施形態の放射性汚染水処理装置と一部共通している。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６４】
図２は、本実施形態の放射性汚染水処理システム１００を示す模式図である。以下の説明において、放射性汚染水処理システム１００を「処理システム１００」と称することがある。
【００６５】
処理システム１００は、２つの処理装置１０を有している。処理システム１００は、貯留タンク１０１に貯留された海水を含む放射性汚染水Ｗを、第１処理装置１０Ａ、第２処理装置１０Ｂ、放射性物質の除去装置１２１を用いて順次処理することで、放射性汚染水Ｗから放射性物質を除去する。本実施形態においても、第１処理装置１０Ａおよび第２処理装置１０Ｂがそれぞれ有する陽極１５として、マンガン酸系酸化物電極を用いることとする。
【００６６】
第１処理装置１０Ａおよび第２処理装置１０Ｂは、第１実施形態で示した処理装置１０と同じものを用いることが出来る。第１処理装置１０Ａは、本発明における「第１の放射性汚染水処理装置」に該当する。第２処理装置１０Ｂは、本発明における「第２の放射性汚染水処理装置」に該当する。また、第２処理装置１０Ｂは、本発明における「最下流の放射性汚染水処理装置」に該当する。
【００６７】
貯留タンク１０１は、放射性汚染水Ｗを貯留するタンクである。貯留タンク１０１には、配管１０２が接続されており、配管１０２を介して放射性汚染水Ｗが払い出される。
【００６８】
配管１０２は、貯留タンク１０１と第１処理装置１０Ａとを接続している。配管１０２の経路内には、送液ポンプ１０３が設置されている。送液ポンプ１０３は、配管１０２内における放射性汚染水Ｗの送液に用いられる。配管１０２は、本発明における「供給ライン」に該当する。
【００６９】
配管１０２は、端部が第１処理装置１０Ａの第１領域ＡＲ１に接続されている。配管１０２を介して移動する放射性汚染水Ｗは、第１処理装置１０Ａの第１領域ＡＲ１に供給される。
【００７０】
第１処理装置１０Ａの第１領域ＡＲ１には、配管１０４が接続されている。第１処理装置１０Ａにおいて処理され第１領域ＡＲ１に生成する第１処理水Ｗ１は、配管１０４を介して排出される。配管１０４は、本発明における「第１排出給ライン」に該当する。
【００７１】
第１処理装置１０Ａの第２領域ＡＲ２には、配管１０５が接続されている。第１処理装置１０Ａにおいて処理され第２領域ＡＲ２に生成する塩基性の第２処理水Ｗ２は、配管１０５を介して排出される。配管１０５は、本発明における「第２排出給ライン」に該当する。
【００７２】
第１処理装置１０Ａの第３領域ＡＲ３には、配管１０６が接続されている。第１処理装置１０Ａにおいて処理され第３領域ＡＲ３に生成する酸性の第３処理水Ｗ３は、配管１０５を介して排出される。配管１０６は、本発明における「第３排出給ライン」に該当する。
【００７３】
配管１０５および配管１０６は、三方弁１０７を介して接続されている。三方弁１０７は、開度を適宜調整することにより、配管内での第２処理水Ｗ２と第３処理水Ｗ３との混合比を調整可能である。配管内において第２処理水Ｗ２と第３処理水Ｗ３との混合比を調整しながら混合することで、混合後の処理水の液性を、酸性から塩基性の間で適宜調整可能である。三方弁１０７は、本発明における「混合部」に該当する。
【００７４】
三方弁１０７において第２処理水Ｗ２と第３処理水Ｗ３とが混合された混合水は、必要に応じて第２処理装置１０Ｂや除去装置１２１に送液し、混合水に含まれる放射性物質を除去することとしてもよい。
【００７５】
配管１０４は、端部が下流側に設けられた第２処理装置１０Ｂの第１領域ＡＲ１に接続されている。配管１０４を介して移動する第１処理水Ｗ１は、第２処理装置１０Ｂの第１領域ＡＲ１に供給される。すなわち、配管１０４は、第１処理装置１０Ａの「第１排出ライン」であるとともに、第２処理装置１０Ｂの「供給ライン」に該当する。第１処理装置１０Ａから排出される第１処理水Ｗ１は、第２処理装置１０Ｂにとって「放射性汚染水Ｗ」に該当する。
【００７６】
配管１０４の経路内には、送液ポンプ１０８が設置されている。送液ポンプ１０８は、配管１０４内における第１処理水Ｗ１の送液に用いられる。
【００７７】
第２処理装置１０Ｂの第１領域ＡＲ１には、配管１０９が接続されている。第２処理装置１０Ｂにおいて処理され第１領域ＡＲ１に生成する第１処理水Ｗ１は、配管１０９を介して排出される。配管１０９は、本発明における「第１排出給ライン」に該当する。
【００７８】
第２処理装置１０Ｂの第２領域ＡＲ２には、配管１１０が接続されている。第２処理装置１０Ｂにおいて処理され第２領域ＡＲ２に生成する塩基性の第２処理水Ｗ２は、配管１１０を介して排出される。配管１１０は、本発明における「第２排出給ライン」に該当する。
【００７９】
配管１１０の経路内には、除去装置１２２が配置されている。除去装置１２２では、第２処理水Ｗ２に含まれる放射性物質の除去（トリチウムを除く）を行う。除去装置１２２としては、放射性物質を除去可能であれば、フィルタ、イオン交換膜、吸着膜等の種々の構成を採用することができる。上述のように、第２処理水Ｗ２は塩基性であるため、用いる除去装置１２２としては、第２処理水Ｗ２の液性で変質や劣化を起こしにくいものを用いることが好ましい。
【００８０】
同様の除去装置１２２は、配管１０５の経路内に配置してもよい。
【００８１】
第２処理装置１０Ｂの第３領域ＡＲ３には、配管１１１が接続されている。第２処理装置１０Ｂにおいて処理され第３領域ＡＲ３に生成する酸性の第３処理水Ｗ３は、配管１１１を介して排出される。配管１１１は、本発明における「第３排出給ライン」に該当する。
【００８２】
配管１１１の経路内には、除去装置１２３が配置されている。除去装置１２３では、第３処理水Ｗ３に含まれる放射性物質の除去（トリチウムを除く）を行う。除去装置１２３としては、除去装置１２２と同様に、放射性物質を除去可能であれば、フィルタ、イオン交換膜、吸着膜等の種々の構成を採用することができる。上述のように、第２処理水Ｗ２は酸性であるため、用いる除去装置１２３としては、第３処理水Ｗ３の液性で変質や劣化を起こしにくいものを用いることが好ましい。
【００８３】
同様の除去装置１２３は、配管１０６の経路内に配置してもよい。
【００８４】
配管１１０および配管１１１は、三方弁１１２を介して接続されている。三方弁１１２は、三方弁１０７と同様に、開度を適宜調整することにより、配管内での第２処理水Ｗ２と第３処理水Ｗ３との混合比を調整可能である。三方弁１１２は、本発明における「混合部」に該当する。
【００８５】
三方弁１１２において第２処理水Ｗ２と第３処理水Ｗ３とが混合された混合水は、必要に応じて除去装置１２１に送液し、混合水に含まれる放射性物質を除去することとしてもよい。
【００８６】
配管１０９は、端部が下流に配置された除去装置１２１に接続されている。除去装置１２１としては、例えば、多核種除去設備を採用することができる。第２処理装置１０Ｂの第１領域ＡＲ１から排出された第１処理水Ｗ１は、ナトリウムイオンＣ１および塩素イオンＡ１の濃度が十分に下がったものとなっている。そのため、除去装置１２１においては、ナトリウムイオンＣ１や塩素イオンＡ１に機能を阻害されにくく、第１処理水Ｗ１に含まれる放射性物質の除去を好適に行うことができる。
【００８７】
なお、除去装置１２１において、酸性の水溶液や塩基性の水溶液を用いて、内部のフィルタの洗浄や状態調整を行う必要がある場合には、第１処理装置１０Ａおよび第２処理装置１０Ｂにおいて生じる塩基性の第２処理水Ｗ２および酸性の第３処理水Ｗ３を用いることとしてもよい。このように処理水の利用を促進することで、処理水全体の量を増加させることなく、放射性物質の除去ができる。
【００８８】
除去装置１２１において放射性物質の除去が行われた後の処理水については、液性を中性に調製し、放射線量を適切に測定した後、放射線量が基準値以下であれば海洋放出処理等により廃棄することが出来る。
【００８９】
また、処理システム１００においては、第１処理装置１０Ａは第１ガス処理部１５０を備えている。また、第２処理装置１０Ｂは、第２ガス処理部１６０を備えている。第１処理装置１０Ａおよび第２処理装置１０Ｂでは、各電極からそれぞれ生じるガスを次のようにして処理することができる。
【００９０】
まず、第１処理装置１０Ａの第１ガス処理部１５０は、大気から取り込まれた空気Ａｉｒを送気する第１送気ライン１５１と、第２領域ＡＲ２で発生する水素ガスＨ２を送気する第２送気ライン１５２と、第３領域ＡＲ３で発生するガスＧを送気する第３送気ライン１５３とを有している。第２送気ライン１５２および第３送気ライン１５３は、それぞれ第１送気ライン１５１に接続されている。
本実施形態において、第３領域ＡＲ３で発生するガスＧは酸素ガスである。
【００９１】
第１処理装置１０Ａでは、第２領域ＡＲ２および第３領域ＡＲ３で発生する水素ガスおよび酸素ガスを第１送気ライン１５１に供給している。第１送気ライン１５１内では、供給された水素ガスおよび酸素ガスが空気Ａｉｒで希釈される。
【００９２】
第１ガス処理部１５０においては、空気Ａｉｒで希釈された水素ガスの濃度が基準値以下、例えば爆発下限界である４％を下回る濃度となるように管理する。濃度管理は、第１送気ライン１５１内を流動する空気Ａｉｒの供給量や、第２送気ライン１５２から第１送気ライン１５１に供給される水素ガスの量を制御することにより行うとよい。
【００９３】
第１ガス処理部１５０においては、上記処理を行うことにより、第２領域ＡＲ２から発生する水素ガスを安全に大気放出することができる。
【００９４】
また、第２処理装置１０Ｂの第２ガス処理部１６０は、触媒部１６１と、第２領域ＡＲ２で発生する水素ガスＨ２を送気する第２送気ライン１６２と、第３領域ＡＲ３で発生するガスＧを送気する第３送気ライン１６３とを有している。第２送気ライン１６２および第３送気ライン１６３は、それぞれ触媒部１６１に接続されている。また、触媒部１６１と第１領域ＡＲ１とを接続する配管１６４を有している。
本実施形態において、第３領域ＡＲ３で発生するガスＧは酸素ガスである。
【００９５】
触媒部１６１は、水素ガスと酸素ガスとを反応させる触媒を有している。触媒部１６１が有する触媒は、水素ガスと酸素ガスとを燃焼させることなく反応させる反応を促進し、水を生じさせる。以下、触媒部１６１が有する触媒を「水素再結合触媒」と称することがある。
【００９６】
第２処理装置１０Ｂでは、第２領域ＡＲ２および第３領域ＡＲ３で発生する水素ガスおよび酸素ガスを触媒部１６１に供給している。触媒部１６１内では、供給された水素ガスおよび酸素ガスの少なくとも一部が、水素再結合触媒で水に変換される。
【００９７】
触媒部１６１で生じる水は、配管１６４を介して第１領域ＡＲ１に送液される。触媒部１６１で生じた水にトリチウムが含まれない場合、配管１６４を第１領域ＡＲ１に接続することなく、生じた水を廃棄しても構わない。
【００９８】
第２ガス処理部１６０においては、上記処理を行うことにより、第２領域ＡＲ２から発生する水素ガスおよび第３領域ＡＲ３から発生する酸素ガスを、水に戻すことができる。また、第２領域ＡＲ２から発生する水素ガスにトリチウムが含まれている場合でも、トリチウムは第２ガス処理部１６０により水に変換され、第１領域ＡＲ１に送液される。そのため、トリチウムの放出を抑制することができる。
【００９９】
なお、本実施形態においては、第１処理装置１０Ａが第１ガス処理部１５０を備えることとしたが、第２ガス処理部１６０と同じ構成のガス処理部を備えることとしてもよい。
【０１００】
また、本実施形態においては、第２処理装置１０Ｂが第２ガス処理部１６０を備えることとしたが、第１ガス処理部１５０と同じ構成のガス処理部を備えることとしてもよい。
【０１０１】
さらに、第１処理装置１０Ａと第２処理装置１０Ｂとが、同じ構成のガス処理部を備えることとしてもよい。
【０１０２】
以上のような放射性汚染水処理システム１００によれば、海水を含む放射性汚染水からナトリウムを容易に低減させることが可能となる。
【０１０３】
また、本実施形態の処理システム１００においては、第１処理装置１０Ａと第２処理装置１０Ｂとを有する。そのため、第１処理装置１０ＡにおいてナトリウムイオンＣ１および塩素イオンＡ１の濃度が所望の濃度にまで低減しなかった場合であっても、下流側の第２処理装置１０Ｂにより、ナトリウムイオンＣ１および塩素イオンＡ１の濃度をさらに低減させることが出来る。
【０１０４】
なお、本実施形態においては、第１処理装置１０Ａと第２処理装置１０Ｂとを用いることとしたが、これに限らず、第１処理装置１０Ａのみ用いることとしてもよい。この場合、第１処理装置１０Ａの第１領域ＡＲ１から排出される第１処理水Ｗ１が、下流の除去装置１２１に供給されることとするとよい。この場合には、第１処理装置１０Ａは、本発明における「最下流の放射性汚染水処理装置」に該当する。
【０１０５】
また、各配管が種々の構成を接続する様子を示したが、各配管は、経路内に配管内を流動する各処理水を貯留するタンクを有することとしてもよい。タンクを有する場合、下流側の構成へは、タンクから払い出した各処理水が供給される。
【０１０６】
例えば、配管１０５および配管１０６は、三方弁１０７を介して接続しない構成であってもよい。例えば、三方弁１０７の代わりに、第２処理水Ｗ２と第３処理水Ｗ３とを回収し貯留する回収タンクを設け、当該回収タンクに配管１０５および配管１０６がそれぞれ接続される構成であってもよい。この場合、回収タンク内で第２処理水Ｗ２と第３処理水Ｗ３とが混合され混合水が得られる。そのため、回収タンクは、本発明における「混合部」に該当する。また、回収タンクを配管１０５および配管１０６のそれぞれに設けることとしても構わない。
【０１０７】
また、本実施形態においては、三方弁１０７，１１２の下流側の配管内には、除去装置１２２，１２３と同様の構成の除去装置を設けても構わない。
【０１０８】
また、本実施形態においては、第１処理装置１０Ａおよび第２処理装置１０Ｂがそれぞれ有する陽極１５として、マンガン酸系酸化物電極を用いることとしたが、マンガン酸系酸化物電極を用いない構成とすることもできる。陽極１５として、マンガン酸系酸化物電極を用いない場合、第３領域ＡＲ３からはガスＧとして塩素ガスが生じる。これに対し、第１処理装置１０Ａおよび第２処理装置１０Ｂが有するガス処理部に、次のような変更を加えるとよい。
【０１０９】
まず、第１処理装置１０Ａが有する陽極１５として、マンガン酸系酸化物電極を用いない場合、第１ガス処理部１５０においては、第１送気ライン１５１に第２送気ライン１５２のみ接続することとして、塩素ガスを大気放出しない構成とするとよい。
【０１１０】
この場合、生じる塩素ガスは、塩基性の第２処理水Ｗ２と混合し中和するとよい。その際、第２処理水Ｗ２を貯留するタンクを別途用意すると共に、タンクに第３送気ライン１５３を接続して、当該タンク内で塩素ガスを中和するとよい。
【０１１１】
また、第２処理装置１０Ｂが有する陽極１５として、マンガン酸系酸化物電極を用いない場合、第２ガス処理部１６０においては、触媒部１６１に第２送気ライン１５２のみ接続することとするとよい。この場合、第２ガス処理部１６０に、大気から取り込まれた空気を送気する送気ラインを別途設けて触媒部１６１に接続し、水素再結合触媒において消費する酸素ガスを空気から取り入れることとするとよい。
【０１１２】
生じる塩素ガスは、塩基性の第２処理水Ｗ２と混合し中和するとよい。その際、第１処理部１５０と同様の構成を採用することができる。
【０１１３】
また、本実施形態においては、処理システム１００が第１処理装置１０Ａおよび第２処理装置１０Ｂの２つの処理装置１０を有することとしたが、これに限らず、さらに多くの処理装置を接続することとしてもよい。その際、複数の処理装置の全てを直列に接続してもよい。また、処理対象である放射性汚染水Ｗを２以上に分岐し、同時に２以上の処理装置１０で処理した後、得られる第１処理水Ｗ１を下流にて合わせて処理するように、並列に接続することとしてもよい。
【０１１４】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…放射性汚染水処理装置（処理装置）、１１…貯留部、１１Ｗ…内壁、１２…陽イオン交換膜、１３…陰イオン交換膜、１４…陰極、１５…陽極、１００…処理システム、１００…放射性汚染水処理システム、１２１，１２２，１２３…除去装置、１３１…第１膜、１３２…第２膜、１３３…第３膜、１５１…第１送気ライン、１５２，１６２…第２送気ライン、１５３，１６３…第３送気ライン、１６１…触媒部、Ａ１…塩素イオン、Ａ２…ヨウ素酸イオン、Ａ３…ヨウ素イオン、Ａｉｒ…空気、ＡＲ…空間、ＡＲ１…第１領域、ＡＲ２…第２領域、ＡＲ３…第３領域、Ｃ１…ナトリウムイオン、Ｃ２…陽イオン、Ｇ…ガス、Ｈ２…水素ガス、Ｗ…放射性汚染水、Ｗ１…第１処理水、Ｗ２…第２処理水、Ｗ３…第３処理水
【図１】
2018151256.tif 000003
【図２】
2018151256.tif 000004