(57)【要約】【課題】限られた小スペースにおいて酸化チタン溶液中の酸化チタンの回収を連続的且つ効率的に実施できること。【解決手段】原子力プラントにおける原子炉構造材の表面に酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンを付着させるべく原子力プラントの系統内に注入された酸化チタン溶液中の酸化チタンを回収する酸化チタン回収処理装置１０であって、酸化チタン溶液を導入して、この酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンを凝集させる凝集槽１１と、この凝集槽１１内で凝集される酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンの凝集状態を定量的に測定して監視する監視センサ１３と、この監視センサからの測定データに基づき、酸化チタンが分離に適切な凝集状態になった酸化チタン溶液Ａを凝集槽１１から導き、遠心力を利用して酸化チタン溶液Ａから酸化チタンを分離し回収する酸化チタン遠心分離機１４と、を有するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力プラントにおける原子炉構造材の表面に酸化チタン溶液中の酸化チタンを付着させるべく前記原子力プラントの系統内に注入された前記酸化チタン溶液中の前記酸化チタンを回収する際に、
前記酸化チタン溶液中の前記酸化チタンを凝集処理して分離に適切な凝集状態とし、
その後、この凝集状態の酸化チタンを含む酸化チタン溶液から遠心力を利用して前記酸化チタンを分離させ回収することを特徴する酸化チタン回収処理方法。
【請求項２】
前記酸化チタン溶液中の前記酸化チタンの凝集処理は、前記酸化チタン溶液のｐＨを調整すること、または前記酸化チタン溶液に凝集剤を投入することにより実施することを特徴する請求項１に記載の酸化チタン回収処理方法。
【請求項３】
前記凝集状態の酸化チタンを含む酸化チタン溶液から遠心力を利用して酸化チタンを分離させ回収する処理とは別に、前記酸化チタン溶液から遠心力を利用して放射性物質を分離させ回収する処理を実施することを特徴とする請求項１に記載の酸化チタン回収処理方法。
【請求項４】
前記酸化チタン溶液がアルカリ分散型酸化チタン溶液である場合には、この酸化チタン溶液を酸性側にｐＨ調整し、また、前記酸化チタン溶液が酸分散型酸化チタン溶液である場合には、この酸化チタン溶液をアルカリ側にｐＨ調整することを特徴とする請求項２に記載の酸化チタン回収処理方法。
【請求項５】
前記酸化チタン溶液を酸性側にｐＨ調整するｐＨ調整材が炭酸ガスであり、また、前記酸化チタン溶液をアルカリ側にｐＨ調整するｐＨ調整材がアンモニアガスであることを特徴とする請求項４に記載の酸化チタン回収処理方法。
【請求項６】
前記凝集剤は、無機系凝集剤と有機系凝集剤との少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載の酸化チタン回収処理方法。
【請求項７】
前記酸化チタン回収後の酸化チタン溶液の処理液に置換ガスを注入し、前記酸化チタン溶液のｐＨを調整したｐＨ調整材を前記置換ガスと置換させて前記処理液中から除去することを特徴とする請求項２に記載の酸化チタン回収処理方法。
【請求項８】
前記置換ガスが、窒素ガスまたは空気であることを特徴とする請求項７に記載の酸化チタン回収処理方法。
【請求項９】
原子力プラントにおける原子炉構造材の表面に酸化チタン溶液中の酸化チタンを付着させるべく前記原子力プラントの系統内に注入された前記酸化チタン溶液中の前記酸化チタンを回収する酸化チタン回収処理装置であって、
前記酸化チタン溶液を導入して、この酸化チタン溶液中の酸化チタンを凝集させる凝集槽と、
この凝集槽内で凝集される前記酸化チタン溶液中の前記酸化チタンの凝集状態を定量的に測定して監視する監視測定手段と、
この監視測定手段からの測定データに基づき、前記酸化チタンが分離に適切な凝集状態になった前記酸化チタン溶液を前記凝集槽から導き、遠心力を利用して前記酸化チタン溶液から前記酸化チタンを分離し回収する遠心分離手段と、を有することを特徴とする酸化チタン回収処理装置。
【請求項１０】
前記凝集槽内の酸化チタン溶液中の酸化チタンを凝集させるために、前記酸化チタン溶液のｐＨを調整するｐＨ調整材を注入するｐＨ調整材注入手段、または前記酸化チタン溶液に凝集剤を投入する凝集剤投入手段を有することを特徴とする請求項９に記載の酸化チタン回収処理装置。
【請求項１１】
前記遠心力を利用して酸化チタン溶液から酸化チタンを分離し回収する遠心分離手段の他に、遠心力を利用して前記酸化チタン溶液から放射性物質を含む粒子を分離し回収する他の遠心分離手段を有することを特徴とする請求項９に記載の酸化チタン回収処理装置。
【請求項１２】
前記遠心分離手段は、酸化チタン溶液を導き複数の穴が設けられた回転体と、この回転体に回転一体に取り付けられ、前記回転体の回転により前記穴から飛散した酸化チタンの粒子または放射性物質を含む粒子を受け止めて分離する複数枚の分離板と、を有することを特徴とする請求項９または１１に記載の酸化チタン回収処理装置。
【請求項１３】
前記凝集槽内の酸化チタン溶液をｐＨ調整材によりｐＨ調整して酸化チタンを凝集させた場合には、遠心分離手段にて酸化チタンが分離され回収された後の酸化チタン溶液の処理液中に置換ガスを注入し、前記ｐＨ調整材を前記置換ガスと置換させて前記処理液中から除去するｐＨ調整材除去手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の酸化チタン回収処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力プラントにおける原子炉構造材の表面に酸化チタン溶液中の酸化チタンを付着させるべく原子力プラントの系統内に注入された酸化チタン溶液中の酸化チタンを回収する酸化チタン回収処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力発電プラントの原子炉構造材（一次系構造材）の接液部表面に一定密度以上の酸化チタン微粒子を付着させると、原子炉構造材の表面に生成される腐食皮膜中に取り込まれる放射能量を低減できるとした研究結果が報告されている。また、上記腐食皮膜の生成量が酸化チタンの付着により低減する結果も示されており、この腐食皮膜の生成抑制が一因として、酸化チタンの付着による放射能量の低減に寄与していることが示唆されている。
【０００３】
この酸化チタン微粒子の付着技術は、新規建設の原子力発電プラントの放射能量低減技術として有望であるばかりでなく、既設の原子力発電プラントにおいても、化学除染後の再汚染抑制技術として適用が可能であると考えられている。そのため、プラントの定期点検時等に化学除染処理と組み合わせ、この化学除染後の後処理として実施することも想定される。
【０００４】
上述の酸化チタンを用いた放射能量低減効果に関して、加圧水型原子力発電プラントの構造材料を対象とした従来例は現状見あたらない。但し、酸化チタンによる放射能量低減のメカニズムの一因が原子炉構造材料の接液部の腐食抑制効果にあることを勘案すると、その効果の大小に違いがあるものの、沸騰水型原子力発電プラントと同様に、水を冷却材として用いる加圧水型原子力発電プラントを含む軽水炉全般においても、同様な効果を期待できることが推察される。
【０００５】
ここで、上述の化学除染後の再汚染現象とは、化学除染によって原子炉構造材の接液部表面の放射能を除去したにもかかわらず、供用再開後、短いサイクルで再び放射能が蓄積し、原子炉構造材表面の線量率が急激に上昇することを指している。
【０００６】
即ち、ステンレス鋼などの金属材料では、新規建設の原子力発電プラントの運転開始直後や既設の原子力発電プラントの化学除染後など、表面に腐食皮膜が存在しないいわゆる新生面が露出している場合には、高温水との接触に伴って生成する腐食皮膜の成長速度が著しく速い。これは、初期腐食現象の特徴として広く認知されている。また、既設の原子力発電プラントの化学除染後における一次冷却材中の放射能濃度は、新規建設の原子力発電プラントの運転開始時とは異なり、急激に高い濃度に達し、この高濃度の放射能を含む一次冷却材と化学除染後の新生面とが接液することになる。放射性物質の付着速度が腐食皮膜生成速度と放射能濃度との積に比例することから、新規建設の原子力発電プラントの運転開始時と比較して、既設の原子力発電プラントの化学除染後において放射能の蓄積が急速に進むことがある。
【０００７】
化学除染処理によって原子力構造材表面の線量率が急激に減少し、機器の点検や交換作業が低線量下で実施可能になるメリットはあるものの、運転再開に伴い線量率が急激に上昇する可能性があり、その対策が急務となっている。
【０００８】
ところで、沸騰水型原子力発電プラントの原子炉構造材の接液面に一定密度以上の酸化チタン微粒子を付着させて原子炉構造材（一次系構造材）の腐食を抑制する方法として、特許文献１の他に多数例示されている。これらは、希薄な酸化チタン溶液を原子力発電プラントの一次系に注入し、酸化チタン粒子を構造材表面に付着させるものである。
【０００９】
また、特許文献２においては、光触媒微粒子の除去方法が開示されている。これは、酸化チタン等の光触媒粒子に光を照射することで粒子表面にＯＨ−などの親水基を生成させて凝集させ、フィルタ等で分離するという方法である。
【００１０】
また、酸化チタン回収法としては、特許文献３、４及び５などに例示されるように、酸化チタンとその他の含有成分を燃焼または炭化させ、これらを酸溶解などにより溶液化し、固体成分である酸化チタンを分離するという手法がある。これらは元々酸化チタンが微粒子の状態ではない場合もあるが、微粒子であった場合でも、燃焼等の加熱操作により酸化チタンが必然的に凝集した状態となるため、溶液化した際に容易に分離できるものと考えられる。
【００１１】
更に、特許文献６には、酸化チタンを含む溶液（混合ゾル）をｐＨ調整して、酸化チタン（チタニア）を凝集させ、他のコロイド粒子と分離する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−１３９８９１号公報
【特許文献２】特開２００７−２０９８５６号公報
【特許文献３】特開２００６−１６９０７１号公報
【特許文献４】特開２００６−４４９８８号公報
【特許文献５】特開２００１−２５３７１３号公報
【特許文献６】特開２００５−３１４１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１等においては酸化チタンの付着方法について詳細に検討しているものの、付着処理後の酸化チタン溶液中に存在する余剰の酸化チタンの除去・回収については具体案が示されていない。
【００１４】
また、特許文献２に記載のような、光触媒粒子（酸化チタン）に光を照射して親水基を生成させ、これにより酸化チタンを凝集させる技術では、実際の光照射による凝集効果が緩慢であり、凝集加速するためには加熱や凝集剤添加などの付加手段が必要である。
【００１５】
また、特許文献３、４、５に記載のように、酸化チタンとその他の含有成分を燃焼等させ、酸溶解することで酸化チタンを分離する技術では、処理対象の溶液量が多くなると燃焼に近い様な高温の加熱処理を行うには多大なエネルギーを要し、大規模な原子力発電プラントにおいて実施は困難である。
【００１６】
更に、特許文献６では、酸化チタンを含む混合ゾルをｐＨ調整して酸化チタンを凝集させ分離させることについて開示されているが、この凝集・分離は、自動車用エンジンの排ガス浄化触媒についての記載であり、大規模な原子力発電プラントに関し如何に適用し、分離した酸化チタンを回収するかについては記載されていない。
【００１７】
ところで、実際の原子力発電プラントにおける酸化チタン付着処理では、付着処理の対象領域にもよるが、使用済みの酸化チタン溶液、即ち酸化チタン廃液が数１０トンから最大で数１００トン程度発生することが予測される。このような大量の酸化チタン廃液を処理するには、高効率且つ高速度の廃液処理が必要になる。
【００１８】
また、酸化チタン粒子を効率的に分離・回収するためには、その凝集度を高める必要がある。回収を目的としてコロイド溶液等の凝集を加速させるために、一般産業界では無機凝集剤などの添加が一般的である。この無機凝集剤としては鉄またはアルミニウムの塩類などが用いられる。但し、これら凝集剤を添加して凝集を促進させる沈降分離法では、大量の酸化チタン廃液を処理する場合に大容量の沈降タンク（凝集槽）が必要になる。沈降タンクが小容量である場合には複数回のバッチ処理で回収処理を行う必要があり、処理時間が長期化する課題がある。
【００１９】
更に、原子力発電プラントにおいては各構成機器の配置は高度に効率化され、コンパクトに配置されるべく設計されており、余剰のスペースは本来少ない。化学除染を行うにあたっては仮設の設備が一時的に持ち込まれて作業が行われるが、利用可能なスペースは極めて狭隘である。そして、この化学除染処理終了後にはこれら機器を速やかに撤去しなければならない。従って、酸化チタンの付着処理及び酸化チタン溶液の廃液処理に費やせる装置スペースは非常に狭く、また時間的な制約も付加される。そのため、一般的な沈降分離を主要なメカニズムとする手法では対処が困難である。
【００２０】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、限られた小スペースにおいて酸化チタン溶液中の酸化チタンの回収を連続的且つ効率的に実施できる酸化チタン回収処理方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る酸化チタン回収処理方法は、原子力プラントにおける原子炉構造材の表面に酸化チタン溶液中の酸化チタンを付着させるべく前記原子力プラントの系統内に注入された前記酸化チタン溶液中の前記酸化チタンを回収する際に、前記酸化チタン溶液中の前記酸化チタンを凝集処理して分離に適切な凝集状態とし、その後、この凝集状態の酸化チタンを含む酸化チタン溶液から遠心力を利用して前記酸化チタンを分離させ回収することを特徴するものである。
【００２２】
また、本発明に係る酸化チタン回収処理装置は、原子力プラントにおける原子炉構造材の表面に酸化チタン溶液中の酸化チタンを付着させるべく前記原子力プラントの系統内に注入された前記酸化チタン溶液中の前記酸化チタンを回収する酸化チタン回収処理装置であって、前記酸化チタン溶液を導入して、この酸化チタン溶液中の酸化チタンを凝集させる凝集槽と、この凝集槽内で凝集される前記酸化チタン溶液中の前記酸化チタンの凝集状態を定量的に測定して監視する監視測定手段と、この監視測定手段からの測定データに基づき、前記酸化チタンが分離に適切な凝集状態になった前記酸化チタン溶液を前記凝集槽から導き、遠心力を利用して前記酸化チタン溶液から前記酸化チタンを分離し回収する遠心分離手段と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る酸化チタン回収処理方法及び装置によれば、酸化チタン溶液中の酸化チタンを、遠心力を利用した手段を用いて分離し回収するので、限られた小スペースにおいても、酸化チタン溶液を連続的に処理して酸化チタンを回収できる。更に、酸化チタン溶液中の酸化チタンを分離に適切な凝集状態とし、この凝集状態の酸化チタンを含む酸化チタン溶液から遠心力を利用して酸化チタンを分離し回収するので、酸化チタンの回収効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る酸化チタン回収処理装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】酸化チタンの凝集特性試験の結果を示すグラフ。
【図３】酸化チタンが完全な分散状態と完全な凝集状態にある場合におけるそれぞれの酸化チタン溶液の屈折率の測定結果を示すグラフ。
【図４】本発明に係る酸化チタン回収処理装置の第２の実施の形態を示す構成図
【図５】本発明に係る酸化チタン回収処理装置の第３の実施の形態を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２６】
［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図３）
図１に示す酸化チタン回収処理装置１０は、原子力プラント、特に原子力発電プラントにおける原子炉構造材の表面に酸化チタン溶液中の酸化チタンを付着させるべく原子力発電プラントの系統内に注入された酸化チタン溶液中の酸化チタンを回収するものである。なお、原子炉構造材の表面に酸化チタンを付着させることで、原子炉構造材の表面に生成される腐食皮膜に取り込まれる放射能量を低減させることが可能になる。
【００２７】
前記酸化チタン回収処理装置１０は、凝集槽１１と、ｐＨ調整材注入手段としてのガス注入ライン１２と、監視測定手段としての監視センサ１３と、遠心分離手段としての酸化チタン遠心分離機１４と、ｐＨ調整材除去手段としての脱気槽１５と、を有して構成される。
【００２８】
凝集槽１１は、処理対象となる酸化チタン溶液Ａを貯留し、この酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンを凝集させるものである。この凝集槽１１には、天部に酸化チタン溶液導入ライン１６が、底部に酸化チタン溶液排出ライン１７がそれぞれ接続される。更に凝集槽１１には、外部から凝集槽１１の底部へ至るガス注入ライン１２が延設されると共に、凝集槽１１の天部にガス排出ライン１８が接続されている。また、凝集槽１１には、この凝集槽１１内の酸化チタン溶液Ａの液面を検出する液位センサ１９が設けられると共に、凝集槽１１の底部付近に監視センサ１３が配置されている。
【００２９】
酸化チタン溶液導入ライン１６は、原子力発電プラントの系統と接続され、この系統から酸化チタン付着処理を行った後の使用済みの酸化チタン溶液Ａを凝集槽１１に導入する。この酸化チタン溶液導入ライン１６の凝集槽１１側の先端には、酸化チタン溶液Ａを水滴状として凝集槽１１内へ流入させるためのスパージャノズル２０が具備される。更に、酸化チタン溶液導入ライン１６には調節弁２１が配設されている。この調節弁２１は、液位センサ１９により検出された凝集槽１１内の酸化チタン溶液Ａの液位に基づき開閉操作されて、凝集槽１１内の酸化チタン溶液Ａを略一定量になるように調節する。
【００３０】
ガス注入ライン１２は、凝集槽１１内の酸化チタン溶液Ａ中にｐＨ調整材（例えば炭酸ガスまたはアンモニアガス）を注入してこの酸化チタン溶液ＡのｐＨを調整し、この酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンを凝集させる。このガス注入ライン１２の下流端はバブラー構造２２に構成され、ガス注入ライン１２からのｐＨ調整材が微細な気泡となって凝集槽１１内の酸化チタン溶液Ａ中に通気される。
【００３１】
酸化チタン溶液Ａがアルカリ分散型酸化チタン溶液である場合には、この酸化チタン溶液Ａを酸性にｐＨ調整すべく、ｐＨ調整材として炭酸ガスがガス注入ライン１２から凝集槽１１内へ注入される。また、酸化チタン溶液Ａが有機酸分散型酸化チタン溶液である場合には、この酸化チタン溶液Ａをアルカリ性にｐＨ調整すべく、ｐＨ調整材としてアンモニアガスがガス注入ライン１２から凝集槽１１内へ注入される。酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタン１４は、上述のｐＨ調整材の注入により分散状態が維持できなくなって凝集する。このｐＨの調整による酸化チタンの凝集作用については後に詳説する。
【００３２】
ガス排出ライン１８は、凝集槽１１内の余剰ガス、例えば炭酸ガスやアンモニアガスを凝集槽１１外へ排出するものであり、シールポット２３に接続される。このシールポット２３には水が満たされており、凝集槽１１内の余剰ガスはシールポット２３により水封され、大部分が水に溶解される。残留した余剰ガスがシールポット２３から、このシールポット２３に接続されたガス放出ライン２４を経て系外へ放出される。
【００３３】
監視センサ１３は、凝集槽１１内で凝集される酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンの凝集状態を定量的に測定して監視するものである。この監視センサ１３は具体的には、屈折計、粒度計、粘度計、濁度計のいずれか一つ、またはこれらを組み合わせた計器である。例えば、監視センサ１３が屈折計である場合には、この監視センサ１３によって凝集槽１１内の酸化チタン溶液Ａの屈折率を測定し、この測定値から酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンの凝集状態を判定する。この酸化チタン溶液Ａの屈折率と酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンの凝集状態との関係については後に詳説する。尚、監視センサ１３は、酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンが完全に分散状態である場合に０を出力し、酸化チタン溶液中の酸化チタンが完全に凝集状態にある場合に１００を出力し、この０から１００までの数値が出力されるように校正されている。
【００３４】
酸化チタン溶液排出ライン１７には送液ポンプ２５が配設されている。この送液ポンプ２５が、監視センサ１３からの測定データ、即ち凝集槽１１内における酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンの凝集状態の数値に基づいて運転が行われ、酸化チタンが分離に適切な凝集状態になった酸化チタン溶液Ａを凝集槽１１から酸化チタン遠心分離機１４へ送液する。酸化チタンが分離に適切な凝集状態とは、酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンが完全に凝集状態に至った場合に限らず、実際の運用上の時間的制約から、酸化チタン溶液中の酸化チタンの凝集状態が分離に適切な所定の設定値以上に至った場合を含む。
【００３５】
酸化チタン遠心分離機１４は、送液ポンプ２５の運転により導かれた、分離に適切な凝集状態になった酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンを、遠心力を利用して分離し回収するものであり、ケーシング２６、回転体２７及び分離板２８を有して構成される。
【００３６】
ケーシング２６は、回転体２７及び分離板２８を収容する。回転体２７は、内部に酸化チタン溶液Ａが導入可能に設けられると共に、略全域に亘って複数の孔２９が設けられ、モータなどにより回転駆動される。また、分離板２８は、回転体２７の周囲に傘状に装着されると共に、この回転体２７の軸方向に沿って複数設けられる。これらの分離板２８は、回転体２７の回転により、この回転体２７の孔２９から飛散した酸化チタンの粒子３０を、ケーシング２６の側壁に至る前に受け止めて分離する。
【００３７】
酸化チタン遠心分離機１４にて分離された酸化チタンの粒子３０は、スラリー状態となって酸化チタン粒子排出ライン３１から排出される。この酸化チタン粒子排出ライン３１から排出された酸化チタンの粒子３０は、例えばスラリー状態で放射性廃棄物用のドラム缶などに投入されて保管処理される。また、酸化チタン遠心分離機１４により酸化チタンの粒子３０が分離されて除去された酸化チタン溶液Ａは、清澄水となって清澄水排出ライン３２から排出される。この清澄水排出ライン３２から排出された清澄水は、イオン交換樹脂（不図示）に通水されてイオン性の放射性物質が除去された後、原子力発電プラントに戻され、または原子力発電プラントの系外へ放出される。
【００３８】
但し、ガス注入ライン１２によるｐＨ調整材の投入によって清澄水中に炭酸イオンまたはアンモニウムイオンなどのイオン種が残留している場合には、この清澄水を、前記イオン交換樹脂の上流側または下流側に配置された脱気槽１５に導く。
【００３９】
この脱気槽１５は置換ガス注入ライン３３とガス放出ライン３４を備える。清澄水排出ライン３２を流れて脱気槽１５内に流入した清澄水中に、置換ガス注入ライン３３から置換ガスとして窒素ガスや空気（ガス状態の空気）が注入されることで、清澄水中に存在する炭酸イオンまたはアンモニウムイオンが置換ガスと置換され、二酸化炭素またはアンモニアガスとなって清澄水から除去される。これにより、清澄水のｐＨが中性領域に戻される。
【００４０】
次に、前述した酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンの凝集特性と酸化チタン溶液ＡのｐＨとの関係について詳説する。
【００４１】
酸化チタンの凝集特性に与える酸化チタン溶液ＡのｐＨの作用を評価する試験を実施した。つまり、市販の酸化チタンゾルを希釈して、５００ｐｐｍの酸化チタン溶液を調整した。この製品はアルカリ分散型酸化チタン溶液である。この溶液を１００ｍｌメスシリンダに加え、シュウ酸溶液を添加してｐＨを３．５〜５．０の０．５刻みに調整し、撹拌した後に静置した。尚、シュウ酸は、近年の原子力発電プラントの化学除染処理で汎用的に用いられる薬剤であり、また凝集剤としても利用可能である。酸化チタン溶液はシュウ酸を添加してｐＨを調整すると凝集現象を生じ、上部に上澄み液層、その下に粒子（フロック）状の沈殿層を生成した。
【００４２】
図２は、酸化チタンが凝集し、生成した上澄み液と沈澱層との境界水位の時間変化をプロットしたものである。境界水位は、凝集現象が進むに従って低下し２０％程度で飽和した。また、図２より明らかなように、アルカリ分散型酸化チタンゾルは、ｐＨが酸性側になるほど速やかな凝集傾向を示した。
【００４３】
アルカリ分散型酸化チタンゾルは、酸化チタンの微粒子にアルカリイオンが配位して分散しているものであるが、滴下したシュウ酸がアルカリイオンを中和し、その結果、粒子間の引力がアルカリイオンの表面荷電による反発力を上回るようになって凝集が生ずると考えられる。更に、アルカリ分散型酸化チタンゾルのｐＨが酸性になるほど中和効果が大きく、凝集速度が速まると推定される。図２はその現象に対応しており、ｐＨが酸性になるほど凝集速度が速いデータが得られた。
【００４４】
また、同様の操作を、炭酸ガスを通気させた酸化チタン５００ｐｐｍ溶液で行った。手順は以下の通りである。まず、純水を満たしたメスシリンダの上部をシール用のシートでラッピングし、約３ｍｍの細い配管を、シートを貫通させてシリンダー下部まで挿入し、約５０ｍｌ／分の速度で１０分間炭酸ガスをバブリングさせた。この操作で、メスシリンダ中の純水は炭酸ガス飽和状態に至ったものと推定される。この状態で希釈すると５００ｐｐｍになるように酸化チタン溶液の濃縮液を投入し、素早く攪拌して静置した。その結果、約１０分間で境界水位が２０％まで低下し、その後一定となり、シュウ酸を添加してｐＨを３．５に調整した溶液とほぼ同様な結果が得られた。
【００４５】
ところで、炭酸ガスは水中で以下のように二段解離して炭酸イオンになる。また、炭酸ガスを通気して得られた水溶液は、１気圧においてｐＨの飽和値が約３．７と算出される。  
［化１］
ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＝Ｈ２ＣＯ３
Ｈ２ＣＯ３＝Ｈ＋＋ＨＣＯ３−
ＨＣＯ３−＝Ｈ＋＋ＣＯ３２−
導電率ｋ＝５７μＳ／ｃｍ、ｐＨ＝３．７
【００４６】
これらのことから、十分な時間を経過して安定状態に至ったアルカリ分散型酸化チタン溶液の凝集特性はｐＨ値によって決定され、炭酸ガスの通気処理、もしくはシュウ酸添加によらず、硝酸や塩酸等の酸でｐＨを同等に調整すれば同様な効果が再現できると判断できる。
【００４７】
また、上述の酸化チタン溶液Ａはアルカリ分散型の例であったが、有機酸分散型酸化チタン溶液の場合には、実験結果は省略するものの、炭酸ガスに代えてアンモニアガスを用いて有機酸分散型酸化チタン溶液のｐＨをアルカリ側に調整することで、その凝集性を容易に制御できることを確認した。
【００４８】
次に、酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンにおける凝集状態の定量的な測定について詳説する。
【００４９】
酸化チタン溶液ＡのｐＨ値は、厳密には酸化チタン溶液Ａ中の水素イオン濃度を示しており、十分に時間が経過し安定状態に至った際の酸化チタンの凝集状態を表す上では有用な情報を与えるが、その瞬間における進行中の凝集状態を直接表すものではない。例えば、酸化チタン溶液ＡのｐＨを一定値に調整し、この酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンの凝集が連続的に進行している場合、このときの酸化チタン溶液のｐＨは当然一定値を示す。このことからも、酸化チタン溶液ＡのｐＨ値は、酸化チタンの凝集状態の進行を監視する指標としては不適切である。
【００５０】
また、酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンにおける凝集状態の判定は従来から目視観察が一般的であり、機器分析を行なう場合にも酸化チタンの二次粒子の粒径分布を測定する程度であった。但し、この方法は測定に時間を要し、時々刻々と変化する酸化チタンの凝集状態を監視するための監視モニタとしては不適切である。
【００５１】
図３は、酸化チタン溶液中の酸化チタンの凝集性を定量的に判定するために、酸化チタン溶液の屈折率の変化に着目して試験を実施した結果を表している。使用した屈折計は、アタゴ社製屈折計ＭＡＳＴＥＲ−Ｔ５３（レンジ０〜５３Ｂｒｉｘ）である。酸化チタン溶液の屈折率を、酸化チタンが完全な分散状態にある酸化チタン溶液と、この酸化チタン溶液と同じ酸化チタン濃度で、炭酸ガスを通気して酸化チタンを完全に凝集させた酸化チタン溶液との２種類の検体について測定した。この結果、２種類の酸化チタン溶液の屈折率の測定値に有意な差が出た。この差を利用することにより、酸化チタン溶液中の酸化チタンの凝集性を判定することが可能となる。
【００５２】
つまり、図３の直線αは、酸化チタン溶液中の酸化チタンが完全な凝集状態にあるときの酸化チタン溶液の屈折率を示し、同図の直線βは、酸化チタン溶液中の酸化チタンが完全な分散状態にあるときの酸化チタン溶液の屈折率を示す。この図３から、凝集状態または分散状態が同一の酸化チタン溶液では、酸化チタン濃度に対し屈折率の値が直線的に変化していることが分かる。従って、酸化チタン溶液の酸化チタン濃度を把握しておけば、酸化チタン溶液の屈折率の測定値からその酸化チタン溶液の凝集状態を判定することが可能になる。
【００５３】
同様に粒度計、粘度計、濁度計を用いて酸化チタン溶液の粒度、粘度、濁度をそれぞれ測定することで、酸化チタン溶液中の酸化チタンの凝集状態を定量的に判定することが原理的に可能である。
【００５４】
次に、酸化チタン回収処理装置１０の作用を説明する。
【００５５】
原子力発電プラントの原子炉構造材の表面（特に接液部の表面）への放射能量低減を目的として、原子力発電プラントの系統内に酸化チタン溶液Ａを注入し、上記原子炉構造材の表面に酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンを付着させる酸化チタン付着処理を実施した後、その使用済みの酸化チタン溶液Ａを酸化チタン溶液導入ライン１６を経て凝集槽１１内へ導入する。
【００５６】
凝集槽１１内に導入された酸化チタン溶液Ａは、ガス注入ライン１２から注入されるｐＨ調整材としての炭酸ガスまたはアンモニアガスによってｐＨが調整され、その結果、酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンが凝集する。この凝集処理の結果、酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンが分離に適切な凝集状態になったことが監視センサ１３により定量的に測定され監視された時点で送液ポンプ２５の運転が開始され、凝集槽１１内の酸化チタン溶液Ａが酸化チタン遠心分離機１４へ送液される。
【００５７】
この酸化チタン遠心分離機１４では、分離に適切な凝集状態の酸化チタンを含む酸化チタン溶液Ａから、遠心力を利用して酸化チタンの粒子３０を分離し回収する。酸化チタン遠心分離機１４にて回収された酸化チタンの粒子３０は、スラリー状態となって酸化チタン粒子排出ライン３１を経て排出される。また、酸化チタン遠心分離機１４にて酸化チタンが回収された酸化チタン溶液Ａは、清澄水となって清澄水排出ライン３２から排出される。
【００５８】
この際、ｐＨ調整材として注入された炭酸ガスまたはアンモニアガスが、炭酸イオンまたはアンモニウムイオンとして清澄水中に溶解している場合には、この清澄水を脱気槽１５へ導く。この脱気槽１５では、清澄水中のイオン種（炭酸イオンまたはアンモニウムイオン）を置換ガスと置換させて清澄水から除去し、清澄水を中性領域に戻す。
【００５９】
この場合、これらのイオン種（炭酸イオンまたはアンモニウムイオン）が清澄水中に少量残留したとしても、原子力発電プラントの起動に伴う温度上昇によってこのイオン種の溶解度が低下するので、このイオン種はガス成分として系外へ排出され、原子力発電プラントの運転や原子炉構造材に対し副次的な影響を及ぼす懸念がない。
【００６０】
以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
【００６１】
（１）酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンを、遠心力を利用した酸化チタン遠心分離機１４を用いて分離し回収するので、大型の沈降分離槽を必要とせず、限られた小スペースにおいても、酸化チタン溶液Ａを連続的に処理して酸化チタンを回収できる。更に、凝集槽１１において酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンを分離に適切な凝集状態としてから、この凝集状態の酸化チタンを含む酸化チタン溶液Ａから酸化チタン遠心分離機１４を用いて酸化チタンを分離し回収するので、酸化チタンの回収効率を向上させることができる。このように、酸化チタン回収処理装置１０によれば、限られた小スペースにおいて酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンの回収を連続的且つ効率的に実施できる。
【００６２】
（２）酸化チタン遠心分離機１４には、回転体２７に回転一体に取り付けられ、この回転体２７の回転により回転体２７の孔２９から飛散した酸化チタンの粒子３０を受け止めて分離する複数枚の分離板２８が設けられている。従って、この分離板２８の存在により、酸化チタンの粒子３０を受け止める面積が増加し、また、飛散した酸化チタンの粒子３０の移動距離が短縮されて、酸化チタン遠心分離機１４による酸化チタンの分離回収効率を向上させることができる。
【００６３】
（３）酸化チタン溶液ＡのｐＨを調整するｐＨ調整材（炭酸ガスまたはアンモニアガス）は、酸化チタンが分離回収された清澄水中にイオン種（炭酸イオンまたはアンモニウムイオン）として残留しても、脱気槽１５を用いて清澄水中に注入される置換ガス（窒素ガスまたは空気）により置換されて除去されるので、原子力発電プラントにおいて放射性廃棄物源にならない。この結果、酸化チタンの回収に際し原子力発電プラントへの副次的な影響を抑制できる。
【００６４】
［Ｂ］第２の実施の形態（図４）
図４は、本発明に係る酸化チタン回収処理装置の第２の実施の形態を示す構成図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００６５】
本実施の形態の酸化チタン回収処理装置４０が前記第１の実施の形態の酸化チタン回収処理装置１０と異なる点は、凝集槽１１内の酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンを凝集剤により凝集させるものであり、酸化チタン回収処理装置１０のガス注入ライン１２、ガス排出ライン１８及びシールポット２３に代えて、凝集剤投入手段としての凝集剤投入装置４１を備える。更に、この酸化チタン回収処理装置４０は、投入口４２、流量計４３及び攪拌機４４を有する。
【００６６】
つまり、凝集槽１１には凝集剤投入装置４１からの凝集剤が、凝集槽１１の上部に設置された投入口４２を経て投入される。この凝集剤の投入量を決定するために、酸化チタン溶液導入ライン１６における調節弁２１の下流側に流量計４３が配設され、凝集槽１１に流入する酸化チタン溶液Ａの流量が測定される。また、凝集槽１１内の酸化チタン溶液Ａを撹拌するために、凝集槽１１には撹拌機４４が取り付けられている。
【００６７】
ここで、凝集剤投入装置４１から投入される凝集剤は、高分子凝集剤、より具体的にはポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、ポリ硫酸第２鉄などの無機系凝集剤とポリアクリルアミド系の有機系凝集剤のいずれか１つ、またはこれらの無機系凝集剤と有機系凝集剤とが混合されたものが好ましい。
【００６８】
従って、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏する。
【００６９】
尚、凝集剤投入装置４１から投入される凝集剤は、酸化チタンの粒子と共に酸化チタン粒子排出ライン３１から排出されるため、清澄水排出ライン３２を経由して排出される清澄水中には、凝集剤起源のイオン種が存在しない。このため、清澄水を原子力発電プラントの系統に戻す場合にあっても、清澄水中に残留するイオン種を除去する脱気槽１５のような装置は不要である。
【００７０】
［Ｃ］第３の実施の形態（図５）
図５は、本発明に係る酸化チタン回収処理装置の第３の実施の形態を示す構成図である。この第３の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００７１】
本実施の形態の酸化チタン回収処理装置５０が、前記第１の実施の形態の酸化チタン回収処理装置１０と異なる点は、酸化チタン遠心分離機１４のほかに、遠心力を利用して酸化チタン溶液Ａから放射性物質を含む粒子を分離し回収する、他の遠心分離手段としての放射性物質遠心分離機５１が設けられた点である。
【００７２】
つまり、この酸化チタン回収処理装置５０では、遠心力を利用する機器が酸化チタン遠心分離機１４と放射性物質遠心分離機５１の２種類設置され、これらの酸化チタン遠心分離機１４と放射性物質遠心分離機５１とで回転条件を変えることにより、酸化チタン遠心分離機１４において酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンの粒子の分離を、また、放射性物質遠心分離機５１において酸化チタン溶液Ａ中の放射性物質を含む粒子の分離をそれぞれ実施している。
【００７３】
放射性物質遠心分離機５１は、酸化チタン遠心分離機１４の上流側に配置される。即ち、放射性物質遠心分離機５１は酸化チタン溶液排出ライン１７に配設され、凝集槽１１により酸化チタンが分離に適切な凝集状態になった酸化チタン溶液Ａを導いて、この酸化チタン溶液Ａから放射性物質を含む粒子を分離し回収する。この放射性物質遠心分離機５１にて分離され回収された放射性物質を含む粒子は、スラリー状態で放射性物質排出ライン５２から排出される。
【００７４】
また、放射性物質遠心分離機５１にて放射性物質を含む粒子が除去された酸化チタン溶液Ａは、溶液排出ライン５３を経て酸化チタン遠心分離機１４へ導かれ、この酸化チタン遠心分離機１４にて酸化チタン溶液Ａ中の酸化チタンが分離され回収される。この酸化チタン遠心分離機１４にて分離回収された酸化チタンの粒子は、酸化チタン粒子排出ライン３１を経て排出され、また、酸化チタンが分離回収された酸化チタン溶液Ａは、清澄水として清澄水排出ライン３２から排出される。
【００７５】
ところで、酸化チタン溶液Ａに混入する放射性物質は、原子炉構造材の接液部に生成していた腐食皮膜を起源としている。この腐食皮膜の結晶形態は、主にαＦｅ２Ｏ３（ヘマタイト）とＮｉＦｅ２Ｏ４（ニッケルフェライト）であり、比重はそれぞれ５．２４ｇ／ｃｍ３と５．３７ｇ／ｃｍ３である。コバルト６０などの放射性核種は、これらの粒子表面に吸着したり、一部の原子と置換するなどして取り込まれている。
【００７６】
一方、酸化チタンの比重は４．２３ｇ／ｃｍ３であり、前述の放射性物質に対して有意な差が存在する。遠心力を利用して溶液と粒子とを分離する場合には、溶液と対象粒子との比重差が分離効率に影響を与える。本実施の形態にあっては、比重差から、放射性物質の粒子は酸化チタン溶液Ａより低い回転数で分離可能であることを意味している。
【００７７】
そこで、酸化チタンの分離処理を行う前に、これより低い回転数で放射性物質遠心分離機５１を作動させることによって、放射性物質の粒子と酸化チタン溶液Ａとの分離が可能になる。例えば、酸化チタン遠心分離機１４では重力加速度が３０００〜５０００Ｇになるよう回転させるが、この半分程度の回転数で放射性物質遠心分離機５１を運転することにより、放射性物質の粒子を酸化チタン溶液Ａから分離し回収することが可能になる。
【００７８】
この放射性物質遠心分離機５１においても、図示は省略するが、酸化チタン遠心分離機１４と同様な分離板が回転体に取り付けられている。この分離板は、回転体の回転により回転体の孔から飛散した放射性物質を含む粒子を受け止めて分離する。
【００７９】
従って、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。
【００８０】
（４）遠心力を利用して酸化チタン溶液Ａから酸化チタンを分離し回収する酸化チタン遠心分離機１４のほかに、遠心力を利用して酸化チタン溶液Ａから放射性物質を含む粒子を分離し回収する放射性物質遠心分離機５１が設置されている。このため、大型沈降分離槽を必要とせず、限られた小スペースにおいても、酸化チタン溶液Ａから放射性物質を含む粒子を連続的且つ効率的に分離し回収することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１０  酸化チタン回収処理装置
１１  凝集槽
１２  ガス注入ライン（ｐＨ調整材注入手段）
１３  監視センサ
１４  酸化チタン遠心分離機（遠心分離手段）
１５  脱気槽（ｐＨ調整材除去手段）
２７  回転体
２８  分離板
２９  回転体の孔
４０  酸化チタン回収処理装置
４１  凝集剤投入装置
５０  酸化チタン回収処理装置
５１  放射性物質遠心分離機（他の遠心分離手段）
Ａ  酸化チタン溶液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011185877.tif 000006
【図５】
2011185877.tif 000007