(57)【要約】【課題】金属成分（たとえば、放射性コバルトなどの放射性核種）を除去対象として含有する廃液について、金属成分の除去を効率的に実行可能な、廃液処理方法等を提供する。【解決手段】実施形態に係る廃液処理方法では、金属成分を除去対象として含有する廃液を処理することによって除去対象を除去する。廃液処理方法は、正塩添加工程（ＳＴ４０）と陽イオン交換工程（ＳＴ１０）とを有する。正塩添加工程（ＳＴ４０）では、廃液に正塩を添加する。陽イオン交換工程（ＳＴ１０）では、正塩添加工程において正塩が添加された廃液を陽イオン交換樹脂に通過させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属成分を除去対象として含有する廃液を処理することによって前記除去対象を除去する廃液処理方法であって、
前記廃液に正塩を添加する正塩添加工程と、
前記正塩添加工程において前記正塩が添加された廃液を陽イオン交換樹脂に通過させる陽イオン交換工程と
を有する、
廃液処理方法。
【請求項２】
前記廃液に含まれる金属成分の濃度を測定する濃度測定工程
を有し、
前記濃度測定工程で測定した金属成分の濃度が、予め定めた上限値を超えた場合、前記正塩添加工程と前記陽イオン交換工程とを実行する、
請求項１に記載の廃液処理方法。
【請求項３】
前記正塩は、塩化物、硫酸塩の少なくとも１つである、
請求項１または２に記載の廃液処理方法。
【請求項４】
前記正塩添加工程の実行前に、前記廃液を陽イオン交換樹脂に通過させる、
請求項１から３のいずれかに記載の廃液処理方法。
【請求項５】
前記廃液は、前記金属成分として放射性コバルトを含有する、
請求項１から４のいずれかに記載の廃液処理方法。
【請求項６】
金属成分を除去対象として含有する廃液を処理することによって前記除去対象を除去する廃液処理装置１であって、
前記廃液を収容する廃液タンクと、
前記廃液タンクに収容された廃液に添加する正塩を収容する正塩タンクと、
前記正塩タンクから前記廃液タンクに正塩が添加された廃液が陽イオン交換樹脂を通過する陽イオン交換樹脂塔と
を有する、
廃液処理装置。
【請求項７】
前記陽イオン交換樹脂を通過した廃液に含まれる金属成分の濃度を測定する濃度測定器
を有し、
前記濃度測定器で測定した金属成分の濃度が予め定めた上限値を超えた場合、前記廃液に正塩を更に添加した後、前記正塩が添加された廃液を更に陽イオン交換樹脂に通過させる、
請求項６に記載の廃液処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃液処理方法、および、廃液処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃液から除去対象を除去する処理を行うために廃液処理装置が用いられている。たとえば、原子力発電所においては、廃液（機器ドレン廃液など）から除去対象である放射性核種を除去するために、放射性廃棄物処理設備が用いられている。
【０００３】
放射性廃棄物処理設備では、放射性核種を除去するために、濾過脱塩処理が行われる。しかし、放射性核種を十分に除去することが困難な場合がある。その場合、集中環境施設において濃縮装置を用いて廃液の処理を行う。その後、濃縮された廃液を、たとえば、セメントを用いて固化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１９５４００号公報
【特許文献２】特開昭６３−１８８７９６号公報
【特許文献３】特開昭６０−１９７２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
廃液の処理においては、放射性核種などの金属成分である除去対象を効率的に除去することが困難な場合がある。特に、放射性核種である放射性コバルトを含む廃液を処理する場合、その廃液の性状によっては、放射性コバルトの除去が容易でない場合がある。
【０００６】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、金属成分（たとえば、放射性コバルトなどの放射性核種）を除去対象として含有する廃液について、金属成分の除去を効率的に実行可能な、廃液処理方法、および、廃液処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る廃液処理方法では、金属成分を除去対象として含有する廃液を処理することによって除去対象を除去する。廃液処理方法は、正塩添加工程と陽イオン交換工程とを有する。正塩添加工程では、廃液に正塩を添加する。陽イオン交換工程では、正塩添加工程において正塩が添加された廃液を陽イオン交換樹脂に通過させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属成分（たとえば、放射性コバルトなどの放射性核種）を除去対象として含有する廃液について、金属成分の除去を効率的に実行可能な、廃液処理方法、および、廃液処理装置を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態において、廃液処理方法を示すフロー図である。
【図２】図２は、実施形態に係る廃液処理装置を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［Ａ］処理方法
図１は、実施形態において、廃液処理方法を示すフロー図である。
【００１１】
本実施形態においては、図１に示すように、陽イオン交換を行う（陽イオン交換工程ＳＴ１０）。
【００１２】
ここでは、放射性コバルトなどの金属成分を除去対象として有する廃液を陽イオン交換樹脂に通過させる。廃液においては、下記の共存物質が水中に共存するため、下記に示す形態で放射性コバルトを含む除去対象が水中に存在する。
【００１３】
・共存物質：
Ｃｌ−，ＳＯ４２−，ＯＨ−
【００１４】
・放射性コバルトを含む除去対象の形態：
（陽イオンの形態）…Ｃｏ２＋，Ｃｏ３＋，ＣｏＣｌ＋，Ｃｏ４（ＯＨ）４４＋，
（非イオンの形態）…ＣｏＳＯ４，Ｃｏ（ＯＨ）２，Ｃｏ（ＯＨ）３，ＣｏＨＳ，ＣｏＳ２Ｏ３，Ｃｏ（ＨＳ）２
（陰イオンの形態）…ＨＣｏＯ２−，Ｃｏ（ＯＨ）４２−
【００１５】
そして、放射性コバルトを含む除去対象が上記形態で存在する廃液を陽イオン交換樹脂に通過させる。これにより、廃液において陽イオンの形態で存在する除去対象が陽イオン交換樹脂で除去される。
【００１６】
なお、廃液は、温度が１℃以上９０℃以下である状態で陽イオン交換樹脂を通過することが好ましい。これにより、陽イオン交換が高い効率で実行される。
【００１７】
つぎに、陽イオン交換樹脂を通過した廃液に関してコバルト濃度（除去対象の濃度）の測定を行う（ＳＴ２０）。コバルト濃度の測定は、たとえば、誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ）を用いて実行される。
【００１８】
つぎに、測定したコバルト濃度が予め定めた上限値を超えているか否かの判断を行う（ＳＴ３０）。
【００１９】
廃液のコバルト濃度が上限値を超えていない場合（Ｎｏ）には、廃液の処理を完了する。
【００２０】
これに対して、廃液のコバルト濃度が上限値を超えている場合（Ｙｅｓ）には、廃液に正塩を添加する（正塩添加工程ＳＴ４０）。
【００２１】
ここでは、正塩として、塩化物と硫酸塩の少なくとも１つを使用する。たとえば、塩化物としては、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化コバルトの少なくとも１つを用いることが好適である。また、硫酸塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸コバルトの少なくとも１つを用いることが好適である。正塩として、水に対して溶解性が高い塩化物を用いることによって、正塩の電離で生じたカチオンと除去対象であるコバルトの交換反応を容易に実施することができる。また、硫酸塩を用いる場合には、硫酸塩も水に対して溶解性が高いので、正塩の電離で生じたカチオンと除去対象であるコバルトの交換反応を容易に実施することができる。
【００２２】
正塩の添加によって、放射性コバルトを有する除去対象のうち陰イオンの形態または非イオンの形態で存在する除去対象が陽イオンの形態に変わると考えられる。具体的には、陽イオン交換樹脂で除去されなかった除去対象は、正塩の添加によって、上記に示した陽イオンの形態（Ｃｏ２＋，Ｃｏ３＋，ＣｏＣｌ＋，Ｃｏ４（ＯＨ）４４＋）に変わると推定される。
【００２３】
たとえば、下記式に示す反応機構で、陰イオンの形態または非イオンの形態で存在する除去対象が、陽イオンの形態に変わると考えられる。下記式において、ＣｏＣｌ２は、Ｃｏ２＋と２Ｃｌ−に解離するので、除去対象であるコバルトがイオン交換樹脂で交換される。
【００２４】
Ｃｏ（ＯＨ）２＋＋ＣａＣｌ２→ＣｏＣｌ２＋Ｃａ（ＯＨ）２
【００２５】
正塩の添加を行った後には、陽イオン交換（ＳＴ１０）を再度行う。つまり、正塩が添加された廃液を陽イオン交換樹脂に通過させる。これにより、廃液において非イオンの形態および陰イオンの形態から陽イオンの形態に変わった除去対象が陽イオン交換樹脂で除去されると考えられる。なお、上記したように、廃液の温度が１℃以上９０℃以下である状態で廃液を陽イオン交換樹脂に通過させることが好ましい。
【００２６】
その後、上記の場合と同様に、コバルト濃度の測定（ＳＴ２０）を行い、コバルト濃度の判断（ＳＴ３０）においてコバルト濃度が上限を超えている場合（Ｙｅｓ）には、正塩の添加（ＳＴ４０）を行う。
【００２７】
このように、コバルト濃度が上限以下になるまで、各工程を繰り返し実行する。
【００２８】
［Ｂ］廃液処理装置
上記した廃液処理方法を実行する際に用いる廃液処理装置に関して説明する。
【００２９】
図２は、実施形態に係る廃液処理装置を模式的に示すブロック図である。
【００３０】
図２に示すように、廃液処理装置１は、第１の廃液タンク１０、陽イオン交換樹脂塔２０、第２の廃液タンク３０、正塩タンク４０、および、濃度測定器５０を有しており、放射性コバルト（放射性核種）を除去対象として含有する廃液について処理を行うように構成されている。廃液処理装置１を構成する各部について順次説明する。
【００３１】
第１の廃液タンク１０は、放射性コバルト（放射性核種）を含む廃液を内部に貯蔵する。そして、第１の廃液タンク１０で貯蔵された廃液を陽イオン交換樹脂塔２０に送るように、移送ポンプＰ１０が設けられている。
【００３２】
陽イオン交換樹脂塔２０は、陽イオン交換樹脂が内部に充填されている。陽イオン交換樹脂塔２０は、第１の廃液タンク１０から移送ポンプＰ１０を介して供給された廃液が陽イオン交換樹脂を通過する。そして、陽イオン交換樹脂塔２０において陽イオン交換樹脂を通過した廃液を第２の廃液タンク３０に送るように、移送ポンプＰ２０が設けられている。
【００３３】
第２の廃液タンク３０は、陽イオン交換樹脂塔２０から移送ポンプＰ２０を介して供給された廃液を貯蔵するように構成されている。そして、第２の廃液タンク３０で貯蔵された廃液を陽イオン交換樹脂塔２０に送るように、移送ポンプＰ３０が設けられている。この他に、第２の廃液タンク３０で貯蔵された廃液を外部に排出するように、排水弁Ｖ３０が設けられている。
【００３４】
正塩タンク４０は、正塩を貯蔵するように構成されている。そして、正塩タンク４０で貯蔵された正塩を第２の廃液タンク３０に送るように、移送ポンプＰ４０が設けられている。
【００３５】
濃度測定器５０は、第２の廃液タンク３０で貯蔵された廃液に関してコバルト濃度の測定を行うように構成されている。濃度測定器５０は、たとえば、誘導結合プラズマ質量分析計（ＩＣＰ−ＭＳ）を含む。この他に、濃度測定器５０は、放射能濃度を測定するために、ＮＡＩ（ＴＩ）シンチレーション検出器等を備えていてもよい。
【００３６】
制御装置８０は、たとえば、メモリ装置が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うことによって廃液処理装置１を構成する各部の動作を制御するように構成されている。ここでは、制御装置８０は、濃度測定器５０から濃度データが入力される。そして、制御装置８０は、その入力された濃度データに基づいて、各移送ポンプＰ１０〜Ｐ４０および排水弁Ｖ３０の動作を制御する。
【００３７】
上記の廃液処理装置１の動作に関して具体的に説明する。
【００３８】
上記の廃液処理装置１では、第１の廃液タンク１０から廃液を陽イオン交換樹脂塔２０に送って廃液が陽イオン交換樹脂塔２０を通過するように、制御装置８０が移送ポンプＰ１０を駆動させる。このとき、その陽イオン交換樹脂塔２０を通過した廃液を第２の廃液タンク３０に送るように、制御装置８０が移送ポンプＰ２０を駆動させる。廃液が陽イオン交換樹脂塔２０を通過することによって、廃液において陽イオンの形態で存在する除去対象が除去される。第２の廃液タンク３０に貯蔵された廃液が予め定めた量に到達したときに、制御装置８０は、移送ポンプＰ１０の駆動および移送ポンプＰ２０の駆動を停止させる。
【００３９】
つぎに、廃液処理装置１では、第２の廃液タンク３０で貯蔵された廃液に関して濃度測定器５０がコバルト濃度の測定を行い、その測定によって得た濃度データを制御装置８０に出力する。そして、第２の廃液タンク３０で貯蔵された廃液のコバルト濃度が予め定めた上限値以下であるのか否かの判断を制御装置８０が行う。
【００４０】
このとき、廃液のコバルト濃度が上限値以下である場合には、制御装置８０は、廃液の処理を完了する。具体的には、第２の廃液タンク３０から廃液を外部に排出するために、制御装置８０が排水弁Ｖ３０を開ける。
【００４１】
これに対して、廃液のコバルト濃度が上限値を超える場合には、廃液の処理を継続する。具体的には、正塩タンク４０で貯蔵された正塩を第２の廃液タンク３０に貯蔵された廃液に送るように、制御装置８０が移送ポンプＰ４０を駆動させる。ここでは、廃液のコバルト濃度に応じて求めた量の正塩を廃液に添加する。上述したように、正塩の添加によって、放射性コバルトを有する除去対象のうち陰イオンの形態または非イオンの形態で存在する除去対象が陽イオンの形態に変わると考えられる。
【００４２】
正塩の添加を行った後には、第２の廃液タンク３０から廃液を陽イオン交換樹脂塔２０に送って廃液が陽イオン交換樹脂塔２０を通過するように、制御装置８０が移送ポンプＰ３０を駆動させる。これにより、廃液において非イオンの形態および陰イオンの形態から陽イオンの形態に変わった除去対象が陽イオン交換樹脂で除去されると考えられる。そして、その陽イオン交換樹脂塔２０を通過した廃液を第２の廃液タンク３０に戻すように、制御装置８０が移送ポンプＰ２０を駆動させる。
【００４３】
その後、上記の場合と同様に、第２の廃液タンク３０に貯蔵された廃液のコバルト濃度を測定し、その測定したコバルト濃度が上限を超えている場合には、正塩の添加を行う。このように、廃液処理装置１では、廃液のコバルト濃度が上限以下になるまで、第２の廃液タンク３０と陽イオン交換樹脂塔２０との間において廃液を繰り返し循環させる。
【００４４】
［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、放射性核種である放射性コバルト（金属成分）を除去対象として含有する廃液を処理することによって、その除去対象を除去する。ここでは、除去対象を含有する廃液に正塩を添加する。そして、その正塩が添加された廃液を陽イオン交換樹脂に通過させる。その結果、本実施形態では、除去対象である放射性コバルトの除去を効率的に実行することができる。なお、上述したように、廃液に正塩を添加することによって、放射性コバルトを有する除去対象のうち陰イオンの形態または非イオンの形態で存在する除去対象が陽イオンの形態に変わるので、その正塩が添加された廃液を陽イオン交換樹脂に通過させることによって、陽イオンの形態で存在する除去対象を除去することができると考えられる。
【００４５】
本実施形態では、廃液に含まれる放射性コバルトの濃度を測定し、その測定した濃度が予め定めた上限値を超えた場合に、廃液に正塩を添加し、その正塩が添加された廃液を陽イオン交換樹脂に通過させる。これにより、廃液処理作業の効率を向上させることができる。
【００４６】
［Ｄ］変形例
上記の実施形態では、最初に廃液を陽イオン交換樹脂に通過させた後に、その廃液に正塩を添加する場合について説明したが、これに限らない。最初に正塩を廃液に添加した後に、その廃液を陽イオン交換樹脂に通過させてもよい。つまり、最初に、正塩の添加（ＳＴ４０）を実施した後に、陽イオン交換工程ＳＴ１０を行なってもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、除去対象として放射性コバルトを含有する廃液の処理について説明したが、これに限らない。除去対象として、クロム、マンガン、鉄、亜鉛などの金属成分を含有する廃液について、上記実施形態と同様に、処理を行ってもよい。また、金属成分は、放射性核種でなくてもよい。
【００４８】
なお、除去対象として鉄（Ｆｅ）を含有する廃液では、下記の共存物質が水中に共存するため、下記に示す形態で鉄（Ｆｅ）を含む除去対象が水中に存在する。
【００４９】
・共存物質：
Ｃｌ−，ＳＯ４２−，ＯＨ−
【００５０】
・鉄（Ｆｅ）を含む物質の形態：
（陽イオン）…Ｆｅ２＋，Ｆｅ３＋，ＦｅＣｌ＋
（非イオン）…ＦｅＳＯ４，Ｆｅ２（ＯＨ）３，Ｆｅ（ＯＨ）２，ＦｅＯＯＨ
（陰イオン）…ＨＣｏＯ２−，Ｆｅ（ＯＨ）４２−
【実施例】
【００５１】
以下より、実施例などに関して、表１を用いて説明する。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
（実施例１）
実施例１では、表１に示すように、放射性コバルトを含む除去対象を有する廃液（コバルト濃度１０００ｐｐｍ）に正塩として硫酸塩を添加した。ここでは、硫酸塩として硫酸コバルトを添加した。具体的には、廃液において硫酸コバルトの濃度が１０００ｐｐｍになるように、硫酸コバルトの添加を行った。
【００５４】
正塩の添加を行った後には、正塩が添加された廃液を陽イオン交換樹脂に通過させた。ここでは、室温条件の下で、陽イオン交換樹脂の通過を行った。具体的には、下記に示す強酸性陽イオン交換樹脂を用いた。
【００５５】
・母体構造…スチレン系
・分類…強酸性・ゲル型
・官能基…−ＳＯ３Ｍ
・イオン形…Ｈ＋形
・見掛け密度（ｇ／Ｌ−Ｒ）…約８４０
・水分保有能力（％）…４４〜４８
・総交換容量（ｅｑ／Ｌ−Ｒ）…≧２．０
・調和平均径（ｍｍ）…０．６〜０．８
・有効ｐＨ範囲…０〜１４
【００５６】
（実施例２）
実施例２では、表１に示すように、正塩として塩化物を添加した。ここでは、塩化物として塩化コバルトを添加した。具体的には、廃液において塩化コバルトの濃度が１０００ｐｐｍになるように、硫酸コバルトの添加を行った。
【００５７】
（比較例）
比較例では、表１に示すように、正塩の添加を行わなかった。この点を除き、実施例１と同様に、廃液を陽イオン交換樹脂に通過させた。
【００５８】
（除去率）
各例において、廃液から放射性コバルトを含む除去対象が除去された除去率ＤＦを求めた。除去率ＤＦは、陽イオン交換樹脂を通過させる前の廃液のコバルト濃度Ｃ１と、陽イオン交換樹脂を通過させた後の廃液のコバルト濃度Ｃ２とに基づいて、下記に示す数式（Ａ）を用いて算出した。ここでは、ＮＡＩ（ＴＩ）シンチレーション検出器を用いて、放射性コバルトの濃度をコバルト濃度Ｃ１，Ｃ２として測定した。
【００５９】
ＤＦ＝Ｃ１／Ｃ２        ・・・・（Ａ）
【００６０】
表１に示すように、正塩の添加を行った場合（実施例１および実施例２）は、正塩の添加を行わなかった場合（比較例）に比べて、除去率ＤＦが著しく高い。このことから、放射性コバルトが効果的に除去されたことを判る。
【００６１】
なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することができる。本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、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】
【００６２】
１…廃液処理装置、１０…第１の廃液タンク、２０…陽イオン交換樹脂塔、３０…第２の廃液タンク（廃液タンク）、４０…正塩タンク、５０…濃度測定器、８０…制御装置、Ｐ１０…移送ポンプ、Ｐ２０…移送ポンプ、Ｐ３０…移送ポンプ、Ｐ４０…移送ポンプ、Ｖ３０…排水弁
【図１】
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【図２】
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