(57)【要約】【課題】種々の汚染水の処理に際して、放射性物質以外の共存物質の影響を抑え、放射性核種の吸着除去を促進する。【解決手段】汚染水を弱アルカリ性とするｐＨ緩衝工程と、ｐＨ緩衝工程の後、汚染水に含まれる放射性核種を吸着除去する放射性核種吸着工程と、を含む汚染水処理方法であって、放射性核種吸着工程の前に、汚染水に含まれるナトリウムがカルシウムに対して過剰となるように、汚染水の水質の制御をする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染水を弱アルカリ性とするｐＨ緩衝工程と、
前記ｐＨ緩衝工程の後、前記汚染水に含まれる放射性核種を吸着除去する放射性核種吸着工程と、を含み、
前記放射性核種吸着工程の前に、前記汚染水に含まれるナトリウムがカルシウムに対して過剰となるように、前記汚染水の水質の制御をする、汚染水処理方法。
【請求項２】
前記制御は、前記ｐＨ緩衝工程又は前記放射性核種吸着工程の前に、前記汚染水にナトリウム化合物を添加することにより行う、請求項１記載の汚染水処理方法。
【請求項３】
前記汚染水のモル数基準によるカルシウムとナトリウムとの濃度比は、前記制御により、０．５以下とする、請求項１又は２に記載の汚染水処理方法。
【請求項４】
前記放射性核種は、少なくともストロンチウムを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の汚染水処理方法。
【請求項５】
前記制御は、前記ｐＨ緩衝工程又は前記放射性核種吸着工程の前に、水質の異なる２種類以上の汚染水を混合することにより行う、請求項１記載の汚染水処理方法。
【請求項６】
前記２種類以上の汚染水は、汚染水貯留槽、海水、淡水、地下水、及び原子力施設の滞留水からなる群から選ばれた２種類以上の組み合わせである、請求項５記載の汚染水処理方法。
【請求項７】
汚染水を弱アルカリ性とするｐＨ緩衝装置と、
前記ｐＨ緩衝装置を通過した前記汚染水に含まれる放射性核種を吸着除去する放射性核種吸着装置と、を含み、
前記放射性核種吸着装置に流入する前記汚染水に含まれるナトリウムがカルシウムに対して過剰となるように、前記汚染水の水質の制御をする、汚染水処理システム。
【請求項８】
前記ｐＨ緩衝装置又は前記放射性核種吸着装置より上流側には、前記汚染水にナトリウム化合物を添加するナトリウム化合物添加装置が設けられている、請求項７記載の汚染水処理システム。
【請求項９】
前記汚染水のモル数基準によるカルシウムとナトリウムとの濃度比は、前記制御により、０．５以下とする、請求項７又は８に記載の汚染水処理システム。
【請求項１０】
前記放射性核種は、少なくともストロンチウムを含む、請求項７〜９のいずれか一項に記載の汚染水処理システム。
【請求項１１】
前記制御は、前記ｐＨ緩衝装置又は前記放射性核種吸着装置より上流側で、水質の異なる２種類以上の汚染水を混合することにより行う、請求項７記載の汚染水処理システム。
【請求項１２】
前記２種類以上の汚染水は、汚染水貯留槽、海水、淡水、地下水、及び原子力施設の滞留水からなる群から選ばれた２種類以上の組み合わせである、請求項１１記載の汚染水処理システム。
【請求項１３】
汚染水を弱アルカリ性とするｐＨ緩衝装置と、前記ｐＨ緩衝装置を通過した前記汚染水に含まれる放射性核種を吸着除去する放射性核種吸着装置と、を含む汚染水処理システムに用いられる装置であって、
前記ｐＨ緩衝装置又は前記放射性核種吸着装置より上流側に設置され、
前記放射性核種吸着装置に流入する前記汚染水に含まれるナトリウムがカルシウムに対して過剰となるように、前記汚染水にナトリウム化合物を添加する、ナトリウム化合物添加装置。
【請求項１４】
前記汚染水のモル数基準によるカルシウムとナトリウムとの濃度比が０．５以下となるように、前記ナトリウム化合物を添加する、請求項１３記載のナトリウム化合物添加装置。
【請求項１５】
前記ナトリウム化合物は、ＮａＣｌ又はＮａＨＣＯ３である、請求項１３又は１４に記載のナトリウム化合物添加装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染水処理方法、並びに汚染水処理システム及びこれに用いるナトリウム化合物添加装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力関連施設、例えば原子力プラントにおいて発生する放射性物質を含む水（汚染水）から放射性物質を除去する方法としては、イオン交換樹脂を用いる方法、無機系または有機系の吸着材により放射性物質を吸着して除去する処理等が知られている。ここで、放射性物質には、燃料に由来する物質（Ｕ、Ｐｕなどのアクチニド）、放射化により生成した物質（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等）、および核分裂生成物（Ｃｓ、Ｓｒ、Ｉ等）が含まれる。
【０００３】
供用中のプラントでは、燃料破損が生じた場合でも、核分裂生成物や燃料に由来する物質の濃度は低く、放射化により生成した物質を含めて十分に管理されている。一方、事故時のように燃料が大きく損傷する場合、再処理施設あるいは廃棄物処理施設では、核分裂生成物や燃料に由来する物質の割合が多く、汚染水中のこれらの放射性物質濃度が高い。
【０００４】
原子力関連施設において発生する汚染水には、種々の性状（含有成分、ｐＨなど）が想定される。例えば、酸性及びアルカリ性の汚染水が考えられる。また、吸着材によっては吸着性能を発揮するために適切なｐＨ領域があり、そのような吸着材を選択する場合には、吸着材に応じて汚染水のｐＨを酸性あるいはアルカリ性に調整し、その後、汚染水に含まれる放射性核種を吸着材に吸着させる場合もある。
【０００５】
放射性廃液から放射性核種を吸着除去する処理方法及び処理装置については、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に記載されている。
【０００６】
特許文献１〜３には、総じて、放射性廃液に含まれる粒子状物質を除去するろ過装置と、コロイド状物質を除去するコロイド除去装置と、放射性核種を吸着除去する吸着塔と、を備えた汚染水処理装置であって、吸着塔には、オキシン添着活性炭を充填することが望ましいことが記載されている。
【０００７】
特許文献４には、ストロンチウム等の除去効率を向上するために、塩分を含む放射性廃液のｐＨを弱アルカリ性に調整するｐＨ調整槽と、ｐＨ調整後の廃液から放射性核種を吸着する吸着塔と、を備えた、放射性廃液の処理システムが記載されている。
【０００８】
特許文献５には、チタンケイ酸塩化合物である結晶化シリコチタネート（ＣＳＴ）に苛性処理を施すことにより、セシウム及びストロンチウムのそれぞれの吸着性能が向上した吸着材を得る方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１５−４０８２６号公報
【特許文献２】特開２０１５−５９８５２号公報
【特許文献３】特開２０１５−５９８７０号公報
【特許文献４】特開２０１３−１０８８１８号公報
【特許文献５】特開２０１４−１２２８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
原子力関連施設で生じる汚染水は、性質が様々であり、特に、海水、河川からの淡水、地下水、建造物に用いられるコンクリートに接した水等が含まれる場合がある。そのため、除去しようとする放射性物質以外にも、吸着材に吸着される物質が共存することになる。よって、汚染水は、海水や地下水などに由来する塩分（カルシウムやマグネシウム等）を含む場合がある。
【００１１】
このような場合には、特許文献４に記載の放射性廃液の処理システムを用いても、共存物質の影響により、放射性物質を十分に吸着除去することが困難となるおそれがある。
【００１２】
本発明の目的は、種々の汚染水の処理に際して、放射性物質以外の共存物質の影響を抑え、放射性核種の吸着除去を促進することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の汚染水処理方法は、汚染水を弱アルカリ性とするｐＨ緩衝工程と、ｐＨ緩衝工程の後、汚染水に含まれる放射性核種を吸着除去する放射性核種吸着工程と、を含み、放射性核種吸着工程の前に、汚染水に含まれるナトリウムがカルシウムに対して過剰となるように、汚染水の水質の制御をする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、種々の汚染水の処理に際して、放射性物質以外の共存物質の影響を抑え、放射性核種の吸着除去を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の汚染水処理システムを示す模式構成図である。
【図２】シリコチタネートに結合したナトリウムイオンの状態を計算した結果を示すグラフである。
【図３】実施例２の汚染水処理システムを示す模式構成図である。
【図４】実施例３の汚染水処理システムを示す模式構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、放射性核種を含む汚染水の処理方法並びに汚染水処理システム及びこれに用いるナトリウム化合物添加装置に関する。
【００１７】
本発明は、汚染水に含まれるカルシウムに対するナトリウムの比率を所定値以上の過剰な状態に調整することを特徴とする。
【００１８】
汚染水（原水）には、通常、ストロンチウムが０．１〜数ｐｐｍ含まれる。同様に、カルシウム及びマグネシウムが数十ｐｐｍ〜数百ｐｐｍ含まれる。ここで、ストロンチウムの大部分は、海水由来のものであり、非放射性の同位体である。後述の放射性核種吸着装置（放射性核種吸着工程）においては、放射性同位体を含むストロンチウムを吸着除去するが、カルシウム及びマグネシウムについては、ほとんど吸着しない。
【００１９】
以下では、汚染水処理装置に用いられる吸着材が、結晶化シリコチタネート（ＣＳＴ）又はこれに苛性処理を施した場合を例に説明する。なお、吸着特性がＣＳＴに類似する化合物を用いた場合は、同様に考えることができる。
【００２０】
ＣＳＴによる放射性物質の吸着除去は、ＣＳＴの表面のＮａ＋と、汚染水に含まれる放射性物質であるＣｓ＋やＳｒ２＋とが交換される現象を利用するものである。
【００２１】
図２は、ＣＳＴに結合したナトリウムイオンの状態を計算した結果を示すグラフである。横軸にｐＨ、縦軸にＮａ＋及びＨ＋を吸着したＣＳＴの割合（存在比）をとっている。ナトリウムイオンの濃度が２００ｐｐｍの場合を示している。長破線はＨ３ＣＳＴを、一点鎖線はＨ２ＮａＣＳＴを、短破線はＨＮａ２ＣＳＴを、実線はＮａ３ＣＳＴを表している。
【００２２】
本図に示すように、ＣＳＴ一分子の表面には３つまでＮａ＋が結合できる。ここで、化合物の表現としては、ＣＳＴに吸着しているイオンであるＮａ＋及びＨ＋の個数に対応する形式で、Ｎａ３ＣＳＴ（Ｎａ＋が３つ結合したもの）、ＨＮａ２ＣＳＴ（Ｎａ＋が２つと１つのプロトンが結合したもの）、Ｈ２ＮａＣＳＴ（Ｎａ＋が１つと２つのプロトンが結合したもの）、Ｈ３ＣＳＴ（３つのプロトンが結合したもの）と記載している。
【００２３】
これらのＣＳＴの状態は、Ｎａ＋濃度とｐＨにより平衡関係が成立している。そのため、高ｐＨであるほど、水中のＮａ濃度が高いほど、ＣＳＴの表面におけるＮａの存在比が高くなる。
【００２４】
中性付近（ｐＨ４〜８）においては、ＣＳＴ表面は、Ｎａが１つ結びついたＨ２ＮａＣＳＴの存在比が高い。そして、アルカリ性（ｐＨ８以上）にすることによって、ＨＮａ２ＣＳＴ又はＮａ３ＣＳＴの比率が高くなっていく。吸着している２個のＮａ＋が１個のＳｒ２＋と置換されるため、この状態においては、ＣＳＴは、Ｎａ＋との置換により、Ｓｒ２＋等の放射性核種を吸着しやすくなる。したがって、特許文献４のように、液性を弱アルカリ側に制御することによって、吸着性能を向上することができる。
【００２５】
汚染水のｐＨは、おおむね３〜７である。吸着性能を高めるためには、ｐＨ８〜１０とすることが望ましい。ｐＨがこの範囲の場合、ＨＮａ２ＣＳＴとＨ２ＮａＣＳＴとの存在比が拮抗している。なお、ｐＨが１０を超え、アルカリ性が強い状態においては、Ｓｒ２＋等が沈殿しやすくなるため、放射性核種であるＳｒ２＋等を吸着により除去することが困難となる。
【００２６】
種々の水質の条件によって弱アルカリ化の効果について実験的に検討したところ、Ｓｒ吸着量は、ＣａとＮａとの濃度比（Ｃａ／Ｎａ比）の影響が大きいことがわかった。
【００２７】
表１は、弱アルカリ化した状態（ｐＨ８〜１０）におけるＳｒ吸着量がＣａ／Ｎａ比に対してどのように変化するか示したものである。
【００２８】
本表に示すように、水質１のようにＣａ／Ｎａ比が０．３の場合、弱アルカリ化によりＳｒ吸着量が増加する。一方、水質２のようにＣａ／Ｎａ比が１．２の場合、Ｓｒ吸着量は、弱アルカリ化しても変わらない。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
Ｃａイオン及びＮａイオンの電荷はそれぞれ、＋２、＋１である。よって、電荷比で考えると、Ｃａ／Ｎａ比が１．２の場合、Ｃａ電荷はＮａ電荷の２．４倍であり、Ｃａ電荷が過剰である。一方、Ｃａ／Ｎａ比が０．３の場合、Ｃａ電荷はＮａ電荷の０．６倍であり、Ｎａ電荷が過剰である。
【００３１】
上述のとおり、ＣＳＴの表面におけるイオン交換容量は、表面のＮａ＋の存在比で決まるが、Ｃａは、Ｎａよりも選択係数がやや大きいため、Ｃａが共存すると、ＣａがＮａと交換される。その結果、ＳｒとＮａとの交換が減少し、弱アルカリ化によるＳｒ吸着量の増加が顕著に現れなかったと考える。
【００３２】
以上のとおり、汚染水を適度な弱アルカリ性（ｐＨ８〜１０）にするとともに、Ｃａ電荷とＮａ電荷との比が小さくなるようにＮａ＋を添加することにより、ＣＳＴの表面におけるＳｒ２＋等の放射性核種の吸着性能を向上させることができることがわかった。そして、Ｃａ電荷とＮａ電荷との比が１．０以下であるＮａ過剰側、すなわちＣａ／Ｎａ比が０．５以下となるように、Ｎａ＋の濃度を制御することが望ましいことがわかった。
【００３３】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１は、実施例１の汚染水処理システムを示したものである。
【００３５】
本図に示すように、汚染水処理システム１は、汚染水に含まれる粒状物質を除去する濾過装置２と、コロイド状の物質を除去するコロイド除去装置３と、ｐＨ緩衝装置５と、放射性核種を吸着除去する放射性核種吸着装置６と、オキシン添着活性炭による重金属除去装置７と、を備えている。これらの装置は、配管８、９、１０、１１、１２、１３によって接続され、順次、汚染水を通水するように構成されている。ｐＨ緩衝装置５は、容器内に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粒子を充填したものである。ＭｇＯの溶解度は低く、汚染水に含まれる陰イオン（例えばＣＯ３２−等）による緩衝作用を受けるため、汚染水のｐＨを弱アルカリ性の所望の範囲とすることができる。
【００３６】
コロイド除去装置３とｐＨ緩衝装置５との間の配管１０には、ナトリウム化合物添加装置４が接続されている。これにより、汚染水中のモル数基準によるカルシウム（Ｃａ）とナトリウム（Ｎａ）との濃度比（Ｃａ／Ｎａ比）を低下させることができる。言い換えると、汚染水中の金属イオンについて、ナトリウム過剰とすることができる。
【００３７】
本図においては、ｐＨ緩衝装置５の上流側の配管１０にナトリウム化合物添加装置４を接続した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ナトリウム化合物添加装置４は、放射性核種吸着装置６の上流側の配管８、９、１０、１１のいずれに接続してもよい。ナトリウム化合物添加装置４を設置することにより、汚染水をナトリウム過剰の状態とすることができるため、汚染水の水質によらず、弱アルカリ化した状態における放射性核種の吸着量を増加させることができる。
【００３８】
特許文献４では、弱アルカリ化のために水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を添加することが例示されている。しかしながら、ＮａＯＨの場合、弱アルカリ化に必要な量は、数ｐｐｍ以下の濃度レベルである。一方、汚染水に含まれるＣａ量は、海水の場合は４００ｐｐｍ程度であり、コンクリートに接した場合も高濃度で含まれる。このため、弱アルカリ化に必要な量よりも多くのＮａ化合物を添加することが必要な水質も想定される。
【００３９】
ナトリウム化合物がｐＨを大きく変化させると、錯体や沈殿生成等によって汚染水処理システム１全体の性能に影響が及ぶ可能性がある。そこで、添加するナトリウム化合物としては、ｐＨへの影響が少ないＮａＣｌが好ましく、ＮａＨＣＯ３等の弱アルカリ物質なども好適に用いられる。ＮａＨＣＯ３の添加は、汚染水（原水）にＣＯ３２＋が含まれる場合が多いため、通常は緩衝作用が働き、ｐＨにほとんど影響しない。
【００４０】
汚染水処理システム１に供給される水源（貯留槽、汲み上げ水）の水質を事前または直前に分析し、Ｃａ／Ｎａ比が所定値以下（Ｎａ電荷が過剰）になるように、ナトリウム化合物添加装置４からのＮａ化合物供給量を制御する。水質が一定であれば設定値で供給し、水質が変動する場合には、供給量をＮａ濃度の実測値に連動して制御する。なお、制御は、原子力プラント等の集中制御室等に設置した制御装置により行う。また、移動式の制御装置により行ってもよい。
【００４１】
なお、汚染水処理システム１を構成する各要素はそれぞれ、本発明の汚染水処理方法の各工程とみなすことができる。
【００４２】
したがって、本実施例の汚染水処理方法は、汚染水に含まれる粒状物質を除去する濾過工程と、コロイド状の物質を除去するコロイド除去工程と、ｐＨ緩衝工程と、放射性核種を吸着除去する放射性核種吸着工程と、オキシン添着活性炭による重金属除去工程と、を含む。そして、濾過工程、コロイド除去工程、ｐＨ緩衝工程及び放射性核種吸着工程のうちいずれかの工程の前に、ナトリウム化合物添加工程を行う。
【００４３】
次に示す実施例２及び３は、Ｎａ濃度が異なる水源の切り替えにより、Ｃａ／Ｎａ比が所定値以下になるようにして、放射性核種吸着量への影響を低減する例である。
【実施例２】
【００４４】
図３は、汚染水処理システムにナトリウム化合物添加装置を設けない実施例について示したものである。
【００４５】
本図においては、図１のナトリウム化合物添加装置４がない点、及び配管８の上流側に汚染水貯留槽１５、１６、１７と流量調節装置２１、２２、２３とを設けた点である。
【００４６】
汚染水貯留槽１５、１６、１７は、水質が異なりＮａ濃度が異なる汚染水を貯留している。汚染水貯留槽１５、１６、１７はそれぞれ、配管１８及び流量調節装置２１、配管１９及び流量調節装置２２、配管２０及び流量調節装置２３を介して配管１４に接続されている。配管１４は、配管８に接続され、汚染水処理システム１の濾過装置２に汚染水を送るようになっている。汚染水を汚染水貯留槽１５、１６、１７から汚染水処理システム１に供給する際には、貯留された汚染水がＣａ／Ｎａ比が所定値以下になるように、流量調節装置２１、２２、２３により混合する。
【００４７】
この場合に、あらかじめ測定しておいた汚染水貯留槽１５、１６、１７の水質（Ｎａ濃度及び／又はＣａ濃度）のデータ、又は配管１８、１９、２０に付設した水質センサ（Ｎａ濃度計及び／又はＣａ濃度計）により得られるデータを用いて、汚染水貯留槽１５、１６、１７からの汚染水の供給量を調節する。
【００４８】
ただし、貯留された汚染水を混合してもＣａ／Ｎａ比が所定値以下にならない場合もある。その場合に備えて、実施例１のナトリウム化合物添加装置４を設置しておくことは望ましい。貯留された汚染水の混合のみでＣａ／Ｎａ比が所定値以下となる場合には、ナトリウム化合物添加装置４を停止し、Ｃａ／Ｎａ比が所定値以下とならない場合には、ナトリウム化合物添加装置４を稼働する。
【実施例３】
【００４９】
図４は、本発明の汚染水処理システム他の実施例を示したものである。本図においては、汚染水処理システム１の詳細については、実施例１又は２の場合と同様であるため、割愛した。
【００５０】
本図においては、汚染されている海水、河川や湖沼の淡水（以下単に「淡水」ともいう。）、地下水、あるいは原子力施設の滞留水を汚染水汲み上げ装置２４、２５、２６によって汲み上げる。汚染水汲み上げ装置２４、２５、２６から送られる汚染水は、配管１４で合流し、汚染水処理システム１に送られる。これらの汚染水を汚染水処理システム１に供給する際には、汚染水汲み上げ装置２４、２５、２６によって汚染水の汲み上げ比率を調整することにより、Ｃａ／Ｎａ比が所定値以下になるように混合する。ここで、実施例２と同様に、汚染水の水質データを用いて、混合比率を調節してもよい。
【００５１】
なお、上記の実施例においては、汚染水貯留槽、流量調節装置、汚染水汲み上げ装置等は、汚染水処理システムに含まれない形式で説明しているが、これらの周辺機器が本発明の汚染水処理システムに含まれると解釈してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１：汚染水処理システム、２：濾過装置、３：コロイド除去装置、４：ナトリウム化合物添加装置、５：ｐＨ緩衝装置、６：放射性核種吸着装置、７：重金属除去装置、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１８、１９、２０：配管、１５、１６、１７：汚染水貯留槽、２１、２２、２３：流量調節装置、２４、２５、２６：汚染水汲み上げ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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