(57)【要約】【課題】吸着材の後処理の簡便化を図るとともに、吸着塔の使用効率を向上させた汚染水処理システム及び汚染水処理方法を提供する。【解決手段】放射性核種を含む汚染水４を吸着塔２へ通水することにより前記放射性核種を除去する汚染水処理システム１０において、前記吸着塔２は前記放射性核種を吸着する吸着材１と、前記放射性核種を殆ど吸着しない粒状の非吸着材３が充填されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性核種を含む汚染水を吸着塔へ通水することにより前記放射性核種を除去する汚染水処理システムにおいて、
前記吸着塔は前記放射性核種を吸着する吸着材と、前記放射性核種を殆ど吸着しない粒状の非吸着材が充填されている汚染水処理システム。
【請求項２】
前記非吸着材を前記吸着塔内に略均等に分散配置した請求項１記載の汚染水処理システム。
【請求項３】
前記非吸着材を前記吸着塔内の出口側よりも入口側の方により多く配置した請求項１記載の汚染水処理システム。
【請求項４】
前記吸着材及び非吸着材の形状及び／又は重量が異なる請求項１乃至３のいずれかに記載の汚染水処理システム。
【請求項５】
前記放射性核種は放射性セシウム又は放射性ストロンチウムである請求項１乃至４のいずれかに記載の汚染水処理システム。
【請求項６】
前記非吸着材は鉛である請求項１乃至５のいずれかに記載の汚染水処理システム。
【請求項７】
前記非吸着材は前記吸着材から分離回収され、再利用される請求項１乃至６のいずれかに記載の汚染水処理システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の汚染水処理システムを用いて、汚染水に含まれる放射性核種を除去する汚染水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、海水や地下水などに由来した成分と放射性核種を含む汚染水から、放射性核種を除去する汚染水処理システム及び汚染水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、放射性核種を含む汚染水から放射性核種を除去する方法、システム及び吸着材について、多数提案がなされている。
放射性核種を含む汚染水から放射性核種を除去する方法としては、除去対象となる放射性核種を選択的に吸着する吸着材を充填させた吸着塔を使用し、汚染水を通水させることにより、放射性核種を除去する固定層吸着方法が一般的である。
【０００３】
この固定層吸着方法では、吸着塔の入口側から汚染水中の放射性核種の吸着が起こり、出口に向けて汚染水中の放射性核種濃度が低くなる。したがって、吸着塔の入口側にある吸着材ほど放射性核種の吸着量は高くなる。そのため、吸着塔の入口側の放射性核種濃度が規定の値に達すると、吸着塔の出口側の放射性核種濃度が規定の値に達する前であっても吸着塔を新品に交換することになる。また、吸着塔の表面線量率や吸着塔の上部から上方へ出た放射線の一部は、空気で散乱されることにより、再び地上付近に降り注ぐこととなり、スカイシャイン線と呼ばれる。吸着塔の上部から上方へ出る放射線量が多くなり、スカイシャイン線量が許容範囲を超えてしまった場合にも、出口側の放射性核種濃度が規定の値に達する前であっても吸着塔を新品に交換することになる。
【０００４】
ここで、放射性核種の吸着量は、吸着材の種類、汚染水の性状により異なり、これらの因子によって定まる放射性核種ごとの核種分配係数で表すことが多い。固定層吸着方法では、核種分配係数は、出口放射性核種濃度／入口放射性核種濃度＝１における放射性核種吸着量（最大放射性核種吸着量と記す）と入口放射性核種濃度により式（１）で表される。
【０００５】
核種分配係数（Ｌ／Ｋｇ）＝最大放射性核種吸着量（Ｂｑ[核種]／Ｋｇ［吸着材重量］）／入口放射性核種濃度（Ｂｑ［核種］／Ｌ［汚染水通過量］）・・・（１）
なお、式（１）において、Ｂｑ（ベクレル）は放射能の量を表す単位である。
【０００６】
また、出口放射性核種濃度と入口放射性核種濃度により式（２）で表される出口／入口放射性核種濃度比が０．０５〜０．９５、好ましくは０．０５〜０．１０の間に到達したところで吸着塔を交換するのが一般的である。
【０００７】
出口／入口放射性核種濃度比＝出口放射性核種濃度（Ｂｑ［核種］／Ｌ［汚染水通過量］）／入口放射性核種濃度（Ｂｑ［核種］／Ｌ［汚染水通過量］）・・・（２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−６４２５１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２００８５６号公報
【特許文献３】特開平４−８６５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の汚染水処理システムでは、吸着材がまだ吸着性能を有している場合でも、表面線量率やスカイシャイン線量が上限値を超えると吸着塔を交換しなければならないため、吸着塔の使用効率が悪化するという課題があった。
【００１０】
本件発明の実施形態は、上記課題を解決するためになされたもので、吸着塔の使用効率を向上させた汚染水処理システム及び汚染水処理方法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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る汚染水処理システムは、放射性核種を含む汚染水を吸着塔へ通水することにより前記放射性核種を除去する汚染水処理システムにおいて、前記吸着塔は前記放射性核種を吸着する吸着材と、前記放射性核種を殆ど吸着しない粒状の非吸着材が充填されている。
【００１２】
また、本発明の実施形態に係る汚染水処理方法は、本発明の実施形態に係る汚染水処理システムを用いて、汚染水に含まれる放射性核種を除去する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態に係る汚染水処理システム及び汚染水処理方法によれば、吸着塔の使用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は第１の実施形態に係る汚染水処理システムの構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】第２の実施形態に係る汚染水処理システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の汚染水処理システム及び汚染水処理方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る汚染水処理システム及び汚染水処理方法を、図１（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。
なお、以下の説明では、処理対象の放射性核種がセシウムの例について説明するが、ストロンチウム等、他の放射性核種についても適用できることはもちろんである。
【００１７】
（構成）
第１の実施形態に係る汚染水処理システム１０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、吸着塔２と、吸着塔２内に充填された放射性セシウムを選択的に吸着する吸着材１と、放射性セシウムを吸着しにくい物質３（以下、「非吸着材」という。）と、吸着塔２の上部に接続され、イオン形態の放射性セシウムを含有する汚染水４が導入される供給配管６と、吸着塔２の下部に接続され、吸着塔２内で処理された処理水５を排出する排出配管７と、から構成される。
【００１８】
吸着塔２は、放射性セシウムからの放射線を遮蔽することができる厚み、材質を有する円筒体からなるが、円筒体の厚みを小さくし、円筒体の周囲に放射線遮蔽材を設けてもよい。また、吸着塔２の形状は、円筒体に限定されず、楕円筒体、角筒体等を種々の形状のものを用いることができる。
【００１９】
さらに、本実施形態では、円筒状の吸着塔２を縦置きし、上部を汚染水の入口側、下部を出口側としているが、汚染水４を吸着塔２の下部から供給し、処理水５を上部から排出するようにしてもよく、また、吸着塔２を横置きとしてもよい。
【００２０】
放射性セシウムの吸着材として、ケイチタン酸塩、クリノプチロライト、チャバサイト、モルデナイト、及びフェロシアン化物、プルシアンブルー型金属錯体、等が用いられる。
【００２１】
また、非吸着材３として、鉛、砂、セメント、等が用いられるが、これに限定されず、放射性セシウムを殆ど吸着しない機能を有すれば他の物質でもよく、あるいは放射性セシウムの吸着材１に比べて放射性セシウムの吸着性能が小さい物質でもよい。
【００２２】
本第１の実施形態では、非吸着材３として、粒状の鉛玉が用いられ、吸着塔２の内部に略均等に分散配置されている。
また、本第１の実施形態では、吸着塔２の内容積に対し非吸着材３の合計容積が占める割合（占有率）を約５０％としているが、この占有率は非吸着材３の材質、求められる吸着性能、許容放射線量等によって適宜変更可能である。
【００２３】
例えば、非吸着材３の占有率を２０％とすれば、吸着材１の充填量が２０％低減することになるので、放射性セシウムの最大吸着量も２０％低減する。
なお、粒状の非吸着材３の形状は、球状、楕円球状、矩形状、塊状等、種々の形状のものが用いられる。
また吸着塔２内に装填される非吸着材３の、サイズ（形状）、重量及び個数は、吸着塔２の内容積、求められる吸着性能、許容放射線量等によって適宜変更可能である。
【００２４】
なお、使用済の吸着塔２を処理する際に、吸着材１と非吸着材３とを容易に分離回収できるように、吸着材１と非吸着材３のサイズ及び／又は重量をそれぞれ異なるようにすることが望ましい。
【００２５】
さらに、非吸着材３として鉛等の放射線遮蔽機能を有する材料を用いる場合は、吸着された放射性セシウムからの放射線を遮蔽する機能も有するため、吸着塔２の表面線量率やスカイシャイン線量を低減させる作用効果も奏する。
【００２６】
また、吸着塔２の入口及び出口には、放射性セシウムの濃度を測定するための放射線モニター（放射線検出器）が設置される（図示せず）。さらに、吸着塔２の表面線量率及びスカイシャイン線量を測定するための放射線モニターが吸着塔２の周囲に適宜設置される（図示せず）。
これらの放射線モニターは、吸着塔２内の吸着状況や吸着量を把握するためにも用いられる。
【００２７】
さらに、吸着材１に放射性セシウムが吸着すると、吸着された放射性セシウムが発生する熱により処理水５の温度が上昇することから、吸着塔２の出口等に温度計を設置し、処理水の温度を監視することで、放射性セシウムの吸着量を予測するようにしてもよい。
【００２８】
（作用）
上記のように構成された汚染水処理システム１０において、イオン形態の放射性セシウムを含む汚染水４が供給配管６から吸着塔２に導入されると、吸着塔２の上部から放射性セシウムが吸着材１に吸着されていく。
【００２９】
そして、吸着塔２の全体にわたって吸着材１による吸着が進み、出口／入口放射性核種濃度比が所定の値に達するか、あるいは吸着塔２の表面線量率又はスカイシャイン線量が上限値を超えると、汚染水処理を中止し、吸着塔２を新規なものに交換する。
使用済みの吸着塔２は、処理施設に移され、そこで吸着材１と非吸着材３が分離され、非吸着材３は再利用される。
【００３０】
（実施例１）
図１に示すように、鉛直縦置きの円筒状の吸着塔２に放射性セシウムイオン吸着性能を有するケイチタン酸塩からなる吸着材１を１０３Ｋｇ充填するとともに、吸着塔２の内容積に対し、占有率が約５０％となるように、多数の鉛玉からなる非吸着材３を略均一に分散配置した。
【００３１】
この吸着塔２に、全てがイオン形態で存在する放射性セシウム１３７濃度５×１０７Ｂｑ／Ｌの汚染水４を、吸着塔２の上部から供給配管６を通して通水し、下部から排出配管７を通して処理水５として排出した。
【００３２】
吸着材１のセシウム分配係数は汚染水の性状、ケイチタン酸塩の種類により異なるが、仮に１０５Ｌ／Ｋｇとすると、式（１）に従いセシウム１３７の最大吸着濃度は、５×１０１２Ｂｑ／Ｋｇ（＝５×１０７Ｂｑ／Ｌ×１０５Ｌ／Ｋｇ）となる。
【００３３】
入口側の放射性セシウム１３７濃度と出口側の放射性セシウム１３７濃度が等しくなる場合では、放射性セシウム１３７の吸着量は最大となり、５×１０１５Ｂｑ（＝５×１０１２Ｂｑ／Ｋｇ×１０３Ｋｇ）となる。
【００３４】
本実施形態では、出口／入口放射性核種濃度比が０．０５〜０．１０となった時点で汚染水の注入を停止し、吸着塔２を交換した。また、使用済の吸着塔２は、処理施設で吸着材１と非吸着材３を分離回収し、非吸着材３を再利用した。
【００３５】
なお、吸着塔２では上流にある吸着材１から放射性セシウムを吸着していくため、放射性セシウムの吸着が進むにつれて、吸着塔２の表面線量率やスカイシャイン線量が上昇していくが、非吸着材３を吸着塔２内に分散配置しているため、表面線量率やスカイシャイン線量が上限値を超えることはないが、仮に、表面線量率やスカイシャイン線量が許容値を超えた場合には、その時点で汚染水４の注入を停止する。
【００３６】
（効果）
本実施形態によれば、再利用可能な非吸着材３を用い、かつ、吸着塔２内に装填される非吸着材３の量（占有率）を適宜調整することで、吸着材１に吸着される放射性セシウムの量を所望の値に調整することが可能となるとともに、吸着塔２の表面線量率又はスカイシャイン線量も許容値を超えないように調整することが可能となる。
これにより、汚染水処理システム１０の安全性及び運転効率を向上させることができるとともに、作業員の放射線被曝や環境放射能を低減することができる。
【００３７】
また、本実施形態の構成により、スカイシャイン線量を低減させるための重装な遮蔽材を用いる必要がなくなり、吸着塔２の小型化及び簡素化を図ることができる。そのため、放射性セシウムの吸着時に発生する熱が吸着塔２内に滞留するのを抑制することができる。また、汚染水処理システム１０の省スペース化により、製造コストの低減化を図ることができる。
【００３８】
また、吸着材１とは重量、サイズ等が異なる非吸着材３を用いているため、非吸着材３を吸着材１から分離回収しやすく、非吸着材３の再利用が容易となる。これにより、使用済みの吸着塔２の処理が簡便化するとともに、資源の有効活用を図ることができる。
【００３９】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る汚染水処理システム及び汚染水処理方法を、図２を用いて説明する。なお、本第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、円筒状の吸着塔２を縦置きし、上部を汚染水の入口側、下部を出口側としている例について説明する。
【００４０】
上述したように、吸着塔２に吸着される放射性セシウム１３７の吸着量は、吸着塔２全体から放射される放射線量（表面線量率）の上限値や、主に吸着塔２の上部の領域に吸着された放射性セシウムから放射される敷地境界線量（スカイシャイン線量）の上限値により制限されている。
【００４１】
したがって、出口／入口放射性核種濃度比が規定値に達する前に、吸着塔２の表面線量率やスカイシャイン線量が上限値を超えると、汚染水４の注入を停止して、吸着塔２を交換しなければならない。
【００４２】
なお、表面線量率及びスカイシャイン線量の上限値は、各施設、環境によって異なるが、スカイシャイン線量の上限値の方がより厳しく設定されている場合がある。
本第２の実施形態では、特に、スカイシャイン線量の上限値が厳しく設定されているケースに着目し、汚染水処理システム１０がスカイシャイン線量によって早期に運転停止にならないように、吸着塔２を構成することを特徴としている。
【００４３】
（構成）
本第２の実施形態に係る吸着塔２では、図２に示すように、吸着塔２の上部（入口側）に充填する非吸着材３の数を多くし、吸着塔２の下部（出口側）に向けて非吸着材３の数を順次減少させている。すなわち、非吸着材３は吸着塔２内の出口側よりも入口側の方により多く配置されている。
【００４４】
（作用）
上記のように構成された吸着塔２において、吸着塔２の上部には放射性セシウムを吸着しない非吸着材３が多く充填されているため、吸着塔２の上部から放射されるスカイシャイン線量を低減化できる。また、吸着塔２の下部では、非吸着材３の充填量が漸減しているため、放射性セシウムの吸着量が漸次増大する。
これにより、放射性セシウムの吸着量を所望の値とすることができるとともに、スカイシャイン線量が増大するのを抑制することができる。
【００４５】
（実施例２）
実施例２では、スカイシャイン線量の上限値が表面線量率よりもより厳しく設定されている場合、例えば、スカイシャイン線量の上限値が２．０×１０１４（２．０Ｅ＋１４）Ｂｑである場合について説明する。
【００４６】
図２に示すように、縦置きの円筒状の吸着塔２に放射性セシウムイオン吸着性能を有するケイチタン酸塩からなる吸着材１を１０３Ｋｇ充填した。また、吸着塔２の上方から下方に向けて、多数の鉛玉からなる非吸着材３を、各領域毎に、表１に示す占有率になるように充填した。
【表１】
2018054403.tif 000003
【００４７】
なお、吸着塔２の内容積に対する非吸着材３全体の占有率は、上記実施例１と同様に約５０％としているが、これに限定されず、要求される吸着量、スカイシャイン線量の上限値等に応じて適宜増減してもよい。
【００４８】
表１に示すように構成された吸着塔２の各領域における放射性セシウムの吸着量を表２に示す。
【表２】
2018054403.tif 000004
【００４９】
表２を参酌すると、吸着塔上部から１０分の１までの放射性セシウムの吸着量はスカイシャイン線量の略上限値である２．０×１０１４（２．０Ｅ＋１４）Ｂｑ、吸着塔２の全体では放射性セシウムの吸着量は２．５×１０１５Ｂｑとなり、吸着塔２の全体にわたって放射性セシウムを効率的に吸着していることがわかる。
本実施例２では、吸着塔２の交換タイミングは、出口／入口放射性核種濃度比、スカイシャイン線量又は表面線量率等に基づいて定められる。
【００５０】
（効果）
本第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態の効果に加えて、スカイシャイン線量の増大を抑制しつつ、放射性セシウムを効率的に吸着することができるので、汚染水処理システム１０の安全性及び運転効率を向上させることができる。
【００５１】
また、吸着塔２内の非吸着材３の配分を適宜調整することで、施設環境によって異なるスカイシャイン線量や表面線量率の上限値を超えないように、汚染水処理システム１０を構成することが可能となる。
【００５２】
以上、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】
【００５３】
１…吸着材、２…吸着塔、３…非吸着材、４…汚染水、５…処理水、６…供給配管、７…排出配管、１０…汚染水処理システム
【図１】
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【図２】
2018054403.tif 000006