(57)【要約】【課題】トリチウムを含む放射能汚染水を極めて簡易かつ迅速、しかも安全に処理することができる放射能汚染水の処理方法および装置を提供する。【解決手段】トリチウムを少なくとも含む放射能汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気を気化させて、被加熱残渣から分離する加熱工程と、この加熱工程により分離された被加熱残渣をさらに加熱し、被加熱残渣を固形物として乾燥させると共に、さらに廃蒸気を気化させる乾燥工程と、加熱工程および乾燥工程により気化した廃蒸気をまとめて再び加熱し、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウム含む排ガスを生成する再加熱工程と、この再加熱工程により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する無害化工程と、を有し、無害化工程における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低レベル放射性廃棄物としてトリチウムを少なくとも含む放射能汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する方法であって、
前記放射能汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気を気化させて、被加熱残渣から分離する加熱工程と、
前記加熱工程により分離された被加熱残渣をさらに加熱し、被加熱残渣を固形物として乾燥させると共に、さらに廃蒸気を気化させる乾燥工程と、
前記加熱工程および前記乾燥工程により気化した廃蒸気をまとめて再び加熱し、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウムを含む排ガスを生成する再加熱工程と、
前記再加熱工程により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する無害化工程と、を有し、
前記無害化工程における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定したことを特徴とする放射能汚染水の処理方法。
【請求項２】
低レベル放射性廃棄物としてトリチウムのみを含む放射能汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する方法であって、
前記放射能汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気として全て気化させる加熱工程と、
前記加熱工程により気化した廃蒸気を再び加熱し、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウムを含む排ガスを生成する再加熱工程と、
前記再加熱工程により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する無害化工程と、を有し、
前記無害化工程における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定したことを特徴とする放射能汚染水の処理方法。
【請求項３】
前記再加熱工程は、廃蒸気に含まれる臭気成分を酸化分解する脱臭工程も兼ねることを特徴とする請求項１または２に記載の放射能汚染水の処理方法。
【請求項４】
前記無害化工程における所定の基準値は、関連法規で定められた濃度限度に準ずることを特徴とする請求項１，２または３に記載の放射能汚染水の処理方法。
【請求項５】
低レベル放射性廃棄物としてトリチウムを少なくとも含む放射能汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する装置であって、
前記放射能汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気を気化させて、被加熱残渣から分離する濃縮機と、
前記濃縮機により分離された被加熱残渣をさらに加熱し、被加熱残渣を固形物として乾燥させると共に、さらに廃蒸気を気化させる乾燥機と、
前記濃縮機および前記乾燥機により気化した廃蒸気をまとめて再び加熱して臭気成分を酸化分解すると共に、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウム含む排ガスを生成する脱臭機と、
前記脱臭機により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する放出口と、を有し、
前記放出口における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定したことを特徴とする放射能汚染水の処理装置。
【請求項６】
低レベル放射性廃棄物としてトリチウムのみを含む放射能汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する装置であって、
前記放射能汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気として全て気化させる濃縮機と、
前記濃縮機により気化した廃蒸気を再び加熱して臭気成分を酸化分解すると共に、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウムを含む排ガスを生成する脱臭機と、
前記脱臭機により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する放出口と、を有し、
前記放出口における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定したことを特徴とする放射能汚染水の処理装置。
【請求項７】
低レベル放射性廃棄物としてトリチウムのみを含む放射能汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する装置であって、
前記放射能汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気として全て気化させる蒸発部と、
前記蒸発部により気化した廃蒸気を再び加熱し、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウム含む排ガスを生成する再加熱部と、
前記再加熱部により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する放出口と、を少なくとも有するように一体に構成され、
前記放出口における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定したことを特徴とする放射能汚染水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低レベル放射性廃棄物としてトリチウムを少なくとも含む放射能汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先の東北地方太平洋沖地震（東日本大震災）を原因とする東京電力福島第一原発の事故において、大量の放射性物質が放出される事態に至り、未だに発生し続けている様々な放射性廃棄物の処理が大きな社会問題となっている。現状では、放射性物質が液体状の場合、濾過や脱塩、濃縮処理する等して低減し、処理後の水は発電所内で再利用することで、自然界に放出する量を極力少なくしていた。また、気体状の場合は、活性炭やフィルターでできる限り取り除いた後で、放射性物質の濃度や量を測定し、安全を十分に確認して放出していた。しかしながら、何れも十分な処理とは言えないのが実情であった。
【０００３】
特に最近では、福島第一原発における放射能汚染水の漏出が、非常に重大な問題となっている。照射済み核燃料は、間断なく冷やし続けなければならないが、その結果生じる放射能汚染水を持続的に処理するための工程ないし施設については、未だに十分な対策が施されていなかった。すなわち、原子炉に水を再循環させる前に、セシウムを除去しながら、地下に溜まった水を排出する水のリサイクルシステムを稼動させているが、このとき発生する多量の汚染水を貯蔵するタンクの増設にも限界があった。
【０００４】
この種の汚染水に含まれる放射性核種を除去する技術としては、例えば特許文献１に記載の技術が既に知られている。かかる技術は、原子力プラントの原子炉内の冷却水を浄化する第１浄化装置から排出された廃スラッジを含む放射性廃液を第１沈降分離槽に供給し、原子力プラントの給水配管に設けられた給水を浄化する第２浄化装置から排出された逆洗水を第２沈降分離槽に供給し、第２沈降分離槽内の上澄み水を加熱して濾過装置に供給し、この濾過装置において供給された上澄み水の一部を回収し、加熱により生成された上澄み水を濾過装置から第２沈降分離槽に戻すものである。
【０００５】
また、最近では「アルプス」(ALPS:Advanced Liquid Processing System)と呼ばれる多核種除去設備の稼働が期待されている。かかる設備は、汚染水から重金属やカルシウム等を除去する前処理設備と、活性炭や樹脂等の特殊な吸着材で放射性物質を取り除く吸着塔で構成されており、汚染水に含まれる６２種類の放射性物質を大幅に減らすことができると称されている。ところが、除去した放射性物質を保管する容器が、落下すると衝撃で壊れることが判明して以来、試運転は大幅に遅れていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−３２１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の放射能汚染水の処理方法および装置では、各種の放射性物質のうち、特にトリチウムに関しては十分に除去することが困難であり、増え続ける汚染水を処理する決め手とは成り得ないものであった。すなわち、トリチウムは放射性の水素であり、これが酸素原子と結合した場合、放射能を帯びた水分子が生成されるため、従来の濾過ではトリチウムを汚染水から除去することは容易ではなかった。
【０００８】
特に、前記アルプスに関しては、その公表されている基礎試験結果より、トリチウムの除去性能に関しては問題視されている。従って、実際のアルプスの稼働に際しても、トリチウムに関しては法的な安全基準を満たさない虞がある他、漁協関係者らの了解を得ることも難しいとされている厳しい現状であった。さらに、使用済みの吸着材は新たな放射性廃棄物となり、この処理に関しても新たな問題となる。
【０００９】
本発明は、前述したような従来の技術が有する問題点に着目してなされたものであり、トリチウムを含む放射能汚染水を極めて簡易かつ迅速、しかも安全に処理することができ、日々増え続ける放射能汚染水の処理問題を最も現実的に解消することができる放射能汚染水の処理方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本件発明者らは、トリチウムを含む放射能汚染水に関する様々な処理方法について鋭意検討した結果、極めて簡易かつ迅速、しかも安全に処理する方法および装置について明らかにした。
かかる結論に鑑みて、前述した目的を達成するための本発明の要旨とするところは、以下の各項に存する。
【００１１】
［１］低レベル放射性廃棄物としてトリチウムを少なくとも含む放射能汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する方法であって、
前記放射能汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気を気化させて、被加熱残渣から分離する加熱工程と、
前記加熱工程により分離された被加熱残渣をさらに加熱し、被加熱残渣を固形物として乾燥させると共に、さらに廃蒸気を気化させる乾燥工程と、
前記加熱工程および前記乾燥工程により気化した廃蒸気をまとめて再び加熱し、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウムを含む排ガスを生成する再加熱工程と、
前記再加熱工程により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する無害化工程と、を有し、
前記無害化工程における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定したことを特徴とする放射能汚染水の処理方法。
【００１２】
［２］低レベル放射性廃棄物としてトリチウムのみを含む放射能汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する方法であって、
前記放射能汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気として全て気化させる加熱工程と、
前記加熱工程により気化した廃蒸気を再び加熱し、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウムを含む排ガスを生成する再加熱工程と、
前記再加熱工程により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する無害化工程と、を有し、
前記無害化工程における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定したことを特徴とする放射能汚染水の処理方法。
【００１３】
［３］前記再加熱工程は、廃蒸気に含まれる臭気成分を酸化分解する脱臭工程も兼ねることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の放射能汚染水の処理方法。
【００１４】
［４］前記無害化工程における所定の基準値は、関連法規で定められた濃度限度に準ずることを特徴とする前記［１］，［２］または［３］に記載の放射能汚染水の処理方法。
【００１５】
［５］低レベル放射性廃棄物としてトリチウムを少なくとも含む放射能汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する装置（１，１Ｃ）であって、
前記放射能汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気を気化させて、被加熱残渣から分離する濃縮機（１０，１０Ａ）と、
前記濃縮機（１０，１０Ａ）により分離された被加熱残渣をさらに加熱し、被加熱残渣を固形物として乾燥させると共に、さらに廃蒸気を気化させる乾燥機（２０，２０Ａ）と、
前記濃縮機（１０，１０Ａ）および前記乾燥機（２０，２０Ａ）により気化した廃蒸気をまとめて再び加熱して臭気成分を酸化分解すると共に、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウム含む排ガスを生成する脱臭機（３０）と、
前記脱臭機（３０）により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する放出口（４０）と、を有し、
前記放出口（４０）における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定したことを特徴とする放射能汚染水の処理装置（１，１Ｃ）。
【００１６】
［６］低レベル放射性廃棄物としてトリチウムのみを含む放射能汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する装置（１Ａ）であって、
前記放射能汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気として全て気化させる濃縮機（１０）と、
前記濃縮機（１０）により気化した廃蒸気を再び加熱して臭気成分を酸化分解すると共に、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウムを含む排ガスを生成する脱臭機（３０）と、
前記脱臭機（３０）により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する放出口（４０）と、を有し、
前記放出口（４０）における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定したことを特徴とする放射能汚染水の処理装置（１Ａ）。
【００１７】
［７］低レベル放射性廃棄物としてトリチウムのみを含む放射能汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する装置（１Ｂ）であって、
前記放射能汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気として全て気化させる蒸発部（６１）と、
前記蒸発部（６１）により気化した廃蒸気を再び加熱し、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウム含む排ガスを生成する再加熱部（６２）と、
前記再加熱部（６２）により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する放出口（６３）と、を少なくとも有するように一体に構成され、
前記放出口（６３）における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定したことを特徴とする放射能汚染水の処理装置（１Ｂ）。
【００１８】
次に、前述した解決手段に基づく作用を説明する。
原子力発電所から放出される放射性物質については、法令により年間の線量限度が定められており、国の指針では、この線量限度を下回るように、放出される放射性液体・気体廃棄物に関する放出管理「目標値」を定めて管理している。ただし、トリチウムに関しては、生体に対する影響がさほど大きくはないことから、放出管理「目標値」を定めておらず、代わりに放出量の目安として、放出管理「基準値」を定めて管理している。
【００１９】
ここでトリチウムの基準値としては、その化学形態によって異なるが、例えば水の形態の場合には、排気中又は空気中濃度限度（水、Bq/cm3）5×10-3として定められていた。
トリチウムとは、水素の放射性同位体（記号Ｔで表わす）であり、大気中の窒素・酸素と宇宙線の反応で生成し、自然にも存在する。また、原子力発電所の原子炉内では、主として、原子炉の冷却に用いている水に僅かに含まれる重水素が中性子を吸収することによって生じる。なお、トリチウムの半減期は約１２年である。
【００２０】
前述した基準値を下回る濃度であれば、大気中にトリチウムを放出したとしても問題はない。また、独立行政法人；日本原子力研究開発機構の那珂核融合研究所による調査によれば、大気中のトリチウム濃度は湿度に連動して変化することが解明されている。ここで日本で最も湿度の高い夏場では、大気中のトリチウム濃度が３０Bq/m3を越えることが判明している。よって、前述した基準値および実際の大気中の濃度が、トリチウムの放出を検討する上で重要となる。
【００２１】
先ず、前記［１］に記載の放射能汚染水の処理方法によれば、低レベル放射性廃棄物としてトリチウムを少なくとも含む放射能汚染水を加熱する。この加熱工程により、放射能汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気を気化させて、被加熱残渣から分離する。ここで被加熱残渣とは、加熱工程で気化しなかった全ての残滓であり、スラリーであることが多く、また、トリチウム以外の放射性廃棄物として、セシウム等が含まれる場合もある。
【００２２】
次いで乾燥工程により、前記加熱工程により分離された被加熱残渣をさらに加熱し、被加熱残渣を固形物として乾燥させると共に、さらに廃蒸気を気化させる。
続く再加熱工程では、前記加熱工程および前記乾燥工程により気化した廃蒸気をまとめて再び加熱し、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウムを含む排ガスを生成する。
【００２３】
最後の無害化工程により、前記再加熱工程により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する。このように、加熱工程や乾燥工程にて、トリチウムを含む廃蒸気を生成し、それ以外の固形物を濃縮ないし乾燥するが、ここで廃蒸気をそのまま放出すると、放出直後に凝縮して一部が凝縮水となり、大気中への拡散ができない。そこで、再加熱工程により再び加熱することにより、無害化工程で放出する直後の凝縮を防止し、大気中に拡散しやすくする。
【００２４】
そして、前記無害化工程における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定する。ここで、所定の基準値とは、前記［４］に記載したように、関連法規で定められた濃度限度に準ずれば良い。具体的には例えば、前述した放出管理「基準値」である排気中又は空気中濃度限度（水、Bq/cm3）5×10-3以下とすれば、自然界に既に存在するトリチウム濃度との比較においても特に問題はなく、極めて簡易かつ迅速、しかも安全に処理することが可能となる。
【００２５】
前記［２］に記載の放射能汚染水の処理方法では、前記［１］の場合と異なり、予め固形物が取り除かれたトリチウムのみを含む放射能汚染水を処理する。よって、前記［１］における乾燥工程は不要となる。すなわち、最初の加熱工程において、放射能汚染水は加熱されて、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気として全て気化することになる。なお、再加熱工程以下は前記［１］の場合と共通する。
このように、トリチウムのみを含む放射能汚染水を扱う場合には、より簡易に処理することが可能となる。
【００２６】
また、前記［３］に記載したように、前記再加熱工程を、廃蒸気に含まれる臭気成分を酸化分解する脱臭工程も兼ねるようにする。このためには、例えば、再加熱工程における加熱温度を６５０℃とすることで、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）やＣＯＤ（化学的酸素要求量）の原因成分や、臭気成分等を確実に酸化分解することができ、周囲に異臭が漂う事態を防止することができる。
【００２７】
前記［１］ないし［３］に記載の処理方法は、装置（１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）としても具現化される。先ず、前記［５］に記載の装置（１，１Ｃ）では、前記［１］に記載の方法を簡易な構成で容易に実施することができる。すなわち、前記加熱工程は濃縮機（１０，１０Ａ）によって実施され、前記乾燥工程は乾燥機（２０，２０Ａ）によって実施され、前記再加熱工程は脱臭機（３０）によって実施され、また、前記無害化工程は放出口（４０）によって実現される。本装置（１，１Ｃ）では、脱臭機（３０）によって再加熱時には脱臭も基本的に行うことができる。なお、放出口（４０）とは煙突等が該当する。
【００２８】
また、前記［６］に記載の装置（１Ａ）では、前記［２］に記載の方法を簡易な構成で容易に実施することができる。かかる装置（１Ａ）では、トリチウムのみを含む放射能汚染水を処理するため、被加熱残渣が生じることはなく、よって、この被加熱残渣を分離するための乾燥機（２０，２０Ａ）は不要となる。
【００２９】
さらに、前記［７］に記載したように、装置（１Ｂ）全体の構成を簡略化することもできる。すなわち、本装置（１Ｂ）は一体型に構成されており、先ず、蒸発部（６１）によって前述の加熱工程が実施された後、再加熱部（６２）によって前述の再加熱工程が実施され、そして、放出口（６３）より、希釈された濃度のトリチウム含む排ガスがそのまま大気中に放出されることになる。
前記［５］および［６］の装置（１，１Ａ，１Ｃ）は、複数の機器を組み合わせたシステムとして構成されるが、この［６］の装置（１Ｂ）は、一つの機器を成すことになる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る放射能汚染水の処理方法および装置によれば、トリチウムを含む放射能汚染水を極めて簡易かつ迅速、しかも安全に処理することができ、日々増え続ける放射能汚染水の処理問題を最も現実的に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る放射能汚染水の処理装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施の形態に係る放射能汚染水の処理装置を示す系統図である。
【図３】本発明の第１実施の形態に係る放射能汚染水の処理装置を示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施の形態に係る放射能汚染水の処理方法を用いた場合の原発汚染水処理物質収支の一例を示す表である。
【図５】本発明の第１実施の形態に係る放射能汚染水の処理方法を用いた場合の拡散計算の一例を示す表である。
【図６】本発明の第２実施の形態に係る放射能汚染水の処理装置を示す概略図である。
【図７】本発明の第２実施の形態に係る放射能汚染水の処理装置を示す系統図である。
【図８】本発明の第２実施の形態に係る放射能汚染水の処理装置を示す説明図である。
【図９】本発明の第３実施の形態に係る放射能汚染水の処理装置を示す概略図である。
【図１０】本発明の第１実施の形態に係る放射能汚染水の処理装置の変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面に基づき、本発明を代表する各種実施の形態を説明する。
図１〜図５は、本発明の第１実施の形態を示している。
放射能汚染水の処理装置１は、低レベル放射性廃棄物としてトリチウムを少なくとも含む放射能汚染水（以下「汚染水」とする）を、大気中より隔離された条件下で処理する装置である。本装置１で処理する汚染水は、例えば、福島第一原発で用いられた冷却水であり、他の放射性物質としてセシウムの他、油分、海水、汚泥等を含むものである。
【００３３】
図１に示すように、本処理装置１は、濃縮機１０と、乾燥機２０と、脱臭機３０と、放出口である煙突４０と、を有している。
濃縮機１０は、前記汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気を気化させて、被加熱残渣から分離する加熱工程を実施するものである。濃縮機１０の傍らには、所定量の汚染水を貯留する貯蔵タンク２が設置されている。
【００３４】
貯蔵タンク２は密閉構造であり、天板に供給口３、底板付近に排出口４が、それぞれ開閉可能に設けられている。貯蔵タンク２の排出口４は、配管５を介して濃縮機１０の供給口１８に接続されている。この配管５の途中には電動ポンプ６が配設されており、貯蔵タンク２から濃縮機１０に対する汚染水の供給量を任意に調整することができる。なお、図１では、貯蔵タンク２を１つのみ示したが、濃縮機１０の周囲に複数の貯蔵タンク２を設置し、それぞれ濃縮機１０と接続するようにしても良い。
【００３５】
濃縮機１０は、例えば、本件出願人の特許第５２３４８６９号公報に開示されているもので、図１中に概略的に示したように、内壁面を伝熱面とした円筒槽１１と、円筒槽１１の外周を取り囲むジャケット１２と、円筒槽１１の中心軸上に沿って設置された回転軸１３と、この回転軸１３に取り付けられた複数の回転巻上羽根１４と、を有している。円筒槽１１の上端と下端は、それぞれ天板と底板で塞がれており、天板上に設置された電動モータ１５により回転軸１３ないし各回転巻上羽根１４は回転駆動される。
【００３６】
伝熱面を加熱する加熱媒体は、例えば高温の蒸気であり、図示省略したボイラーからジャケット１２内に導入されて伝熱面を加熱する。加熱後の蒸気は、例えば温度が下げられてから集塵機等を経て大気中に放出される。また、伝熱面を加熱する他の例として、蒸気の代わりに熱風をジャケット１２内に送り込んだり、あるいは、ジャケット１２内に収容した熱媒体を電気ヒーターで加熱するように構成しても良い。
【００３７】
この濃縮機１０の最大の特長は、その複数の回転巻上羽根１４にある。これが回転することにより、汚染水は伝熱面に沿って巻上げられると同時に、遠心力の働きによって薄膜状に押付けられる。その際、汚染水が薄膜となって伝熱面に接触することで伝熱面と気化面が限りなく等しくなるため、非常に高い熱効率が得られる。また、濃縮機１０はスラリー等の流動物でも巻上げ、伝熱面に薄膜状に接触させることができる。
【００３８】
また、円筒槽１１は密閉構造であり、天板に廃蒸気の排出口１６、底面付近に被加熱残渣の排出口１７が、それぞれ開閉可能に設けられている。また、天板付近には、前記貯蔵タンク２の排出口４より延びる配管５が接続される供給口１８が開閉可能に設けられている。廃蒸気の排出口１６は、配管５０を介して後述する脱臭機３０の供給口３１ａに接続されている。一方、被加熱残渣の排出口１７は、配管５１を介して後述する乾燥機２０の供給口２８に接続されている。また、供給口１８からは、前記貯蔵タンク２より供給される汚染水を受け入れるようになっている。
【００３９】
ここで配管５１の途中には、中間ホッパー５２が設けられており、濃縮機１０から排出された被加熱残渣である濃縮スラリーは、いったん中間ホッパー５２に貯留された後、順次乾燥機２０に導入できるようになっている。配管５１の上流側である前記排出口１７と中間ホッパー５２との間には、電動ポンプ５３が配設され、また、配管５１の下流側である中間ホッパー５２と乾燥機２０との間にも、同じく電動ポンプ５４が配設されている。
【００４０】
なお、濃縮機１０は、以上のような本件出願人の発明した装置以外に、他の既存の装置を利用してもよい。図１０は、第１実施の形態の変形例を示すものであり、図１０中に示すチューブ式の濃縮機１０Ａを利用しても良い。ここで濃縮機１０Ａの構成は、一般的であるので詳細な説明は省略するが、要するに濃縮機１０は、前述の加熱工程を実現できるものであれば、様々なタイプのものを採用することができる。
【００４１】
次に乾燥機２０は、前記濃縮機１０により分離された被加熱残渣をさらに加熱し、被加熱残渣を固形物として乾燥させると共に、さらに廃蒸気を気化させる乾燥工程を実施するものである。かかる乾燥機２０も、前記濃縮機１０とほぼ同様の構造であり、図１中に概略的に示したように、内壁面を伝熱面とした円筒槽２１と、円筒槽２１の外周を取り囲むジャケット２２と、円筒槽２１の中心軸上に沿って設置された回転軸２３と、この回転軸２３に取り付けられた複数の回転巻上羽根２４と、を有している。円筒槽２１の上端と下端は、それぞれ天板と底板で塞がれており、天板上に設置された電動モータ２５により回転軸２３ないし各回転巻上羽根２４は回転駆動される。
【００４２】
乾燥機２０の最大の特長も、前記濃縮機１０と同様に複数の回転巻上羽根２４にあるが、濃縮機１０と重複した説明は省略する。乾燥機２０の円筒槽２１も密閉構造であり、天板に廃蒸気の排出口２６、底面付近に前記濃縮スラリーを乾燥させた乾燥粉の排出口２７が、それぞれ開閉可能に設けられている。また、天板付近には、前記濃縮機１０の排出口１７より延びる配管５１が接続される供給口２８が開閉可能に設けられている。
【００４３】
廃蒸気の排出口２６は、配管５５を介して前記配管５０の途中に接続されており、乾燥機２０から発生した廃蒸気は、前記濃縮機１０から発生したものと一緒になって脱臭機３０に送られる。一方、排出口２７からは、乾燥した塩分や汚泥油分、それらセシウムを含む乾燥粉が外部に排出できるようになっている。また、供給口２８からは、前記濃縮機１０より排出された濃縮スラリーを中間ホッパー５２を経由して受け入れるようになっている。
【００４４】
ただし、乾燥機２０に関しても、このような本件出願人の発明した装置以外に、他の既存の装置を利用してもよい。前述したように図１０は、第１実施の形態の変形例を示すものであり、図１０中に示す横型で間接加熱式の乾燥機２０Ａを利用しても良い。ここで乾燥機２０Ａの構成は、一般的であるので詳細な説明は省略するが、要するに乾燥機２０も、前述の乾燥工程を実現できるものであれば、様々なタイプのものを採用することができる。
【００４５】
次に脱臭機３０は、前記濃縮機１０および前記乾燥機２０により気化した廃蒸気をまとめて再び加熱して臭気成分を酸化分解すると共に、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウム含む排ガスを生成する再加熱工程を実施するものである。かかる脱臭機３０は、いわゆる高温酸化分解式の脱臭機が適している。これは、触媒を用いてＣＯＤ、ＢＯＤ成分や他の臭気成分を、例えば約１５０〜３５０℃の比較的低温下で酸化分解し無臭化する装置である。
【００４６】
このような高温酸化分解式の脱臭機３０は、図１中に概略的に示したように、近接して立設された触媒反応槽３１と加熱器３２を組み合わせて成り、互いに熱交換管３３によって接続されている。触媒反応槽３１は加熱器３２によって、酸化分解に必要な温度まで加熱され、触媒反応槽３１に導入された廃蒸気は、触媒反応槽３１内に充填されているＰｔアルミナ球等の触媒と接触することによって酸化反応が行われ、廃蒸気中の臭気成分が分解脱臭される。また、加熱器３２には、内部上側にあるバーナーを燃焼させるための重油等の燃料が定量的に供給されるようになっている。なお、脱臭機３０のさらなる詳細な構成については、一般的であるので説明は省略する。
【００４７】
触媒反応槽３１の上方は廃熱交換部となっており、かかる部位には、前記乾燥機２０や前記脱臭機３０から供給される廃蒸気を導入する供給口３１ａと、脱臭機３０により浄化された排ガスの排出口３１ｂが、それぞれ開閉可能に設けられている。ここで、廃蒸気の供給口３１ａには、前記濃縮機１０等から延びる配管５０が接続されており、排ガスの排出口３１ｂは、配管３４を介して次述する煙突４０の下端入口側に接続されている。
【００４８】
配管３４の途中には電動ポンプ３５が配設されており、脱臭機３０から煙突４０に対する排ガスの排出量を任意に調整することができる。なお、脱臭機３０に関しては、前述した高温酸化分解式のタイプに限られることなく、要するに、前述の再加熱工程を実現できるものであれば、様々なタイプのものを採用することができる。例えば、濃縮機１０や乾燥機２０で発生する廃蒸気中に臭気成分が含まれないような場合には、脱臭機はいわゆる直接燃焼式の簡易な脱臭機を採用して、加熱だけを目的とするように構成しても良い。
【００４９】
煙突４０は、前記脱臭機３０により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する無害化工程を実施するための放出口を成すものである。かかる煙突４０は、一般に長い筒状の構造であるが、例えば２重管構造にして、外周壁と内周壁の間の空間を減圧して真空ないし真空に近い状態とすれば、高さ寸法が大きくなっても、通過中の排ガスが上昇途中で冷えて凝縮する事態を防ぐことができる。他に例えば、前記濃縮機１０の伝熱面と同様に、煙突４０の内周面を加熱するように構成しても良い。
【００５０】
このような煙突４０は、本装置１を設置した敷地内にて立設されており、その上端にある放出口の地上からの高さや口径、口径断面積等は適宜定めると良い。これらの実高さや寸法等のデータは、後述するが前記排ガスの拡散計算に用いられる。ここで煙突４０における放出時の排ガス中のトリチウム濃度は、後述するが所定の基準値以下に設定されている。
【００５１】
次に、本実施の形態に係る処理装置１を用いた実際の処理方法について説明する。  
トリチウムの他、セシウム、油分、海水、汚泥等を含む汚染水は貯蔵タンク２に貯留されており、この汚染水を処理するには、始めに、濃縮機１０の円筒槽１１内における伝熱面を、ジャケット１２に外部から供給される高温の蒸気によって加熱し、電動モータ１５を駆動して複数の回転巻上羽根１４を回転させる。かかる準備の後、貯蔵タンク２内の汚染水を、電動ポンプ６を駆動し排出口４を介して円筒槽１１内に順次導入させる。
【００５２】
ここで、円筒槽１１に対する汚染水の供給量は、電動ポンプ６の駆動や供給口１８の開閉の制御によって、所定量となるように適宜調整することができる。具体的には例えば、図３に示すように、本処理装置１で１日当たり４００ｔの量の汚染水を処理するとなれば、円筒槽１１に対して１６．７ｔ／時の汚染水が供給される。この量を加熱するには、ジャケット１２には、２２ｔ／時のペースで蒸気を供給することになる。
【００５３】
円筒槽１１内に導入された汚染水は、各回転巻上羽根１４の回転によって伝熱面に薄膜状に押付けられることで、加熱されて水分を蒸発させ、所定の時間の経過の後、減容された濃縮スラリーとすることができる。ここで生じた濃縮スラリーは、その含水量に対応する分のトリチウムを未だ含む他、セシウム等の固形分を含むものであり、円筒槽１１の排出口１７から配管５１を通して中間ホッパー５２へと順次移送される。
【００５４】
このような加熱工程において、汚染水から気化して濃縮スラリーから分離された廃蒸気は、円筒槽１１の排出口１６から配管５０を通して脱臭機３０の触媒反応槽３１に導かれる。前述の図３に示す例では、１６．７ｔ／時の汚染水が、２．２ｔ／時の濃縮スラリーと、１４．５ｔ／時の廃蒸気に分離される。ここで、廃蒸気にはトリチウムが含まれるが、汚染水と廃蒸気に含まれるトリチウム濃度を比較した場合、図４の原発汚染水処理物質収支表に示す結果によれば、同一体積中におけるトリチウム濃度は、汚染水（図４中のａ）に対して廃蒸気（図４中のｂ）では、約１２４４倍に希釈されている。
【００５５】
次の乾燥工程でも、予め乾燥機２０の円筒槽２１内における伝熱面を、ジャケット２２に外部から供給される高温の蒸気によって加熱し、電動モータ２５を駆動して複数の回転巻上羽根２４を回転させておく。かかる状態にて、中間ホッパー５２にいったん貯留されていた濃縮スラリーを、電動ポンプ５４を駆動し配管５１を介して円筒槽２１内に順次導入させる。図３に示す例では、前述した加熱工程で分離された２．２ｔ／時の濃縮スラリーがそのまま導入される。
【００５６】
円筒槽２１内に導入された濃縮スラリーも、前記濃縮機１０の稼働と同様に、各回転巻上羽根２４の回転によって伝熱面に薄膜状に押付けられることで、加熱されてさらに水分を蒸発させ、所定の時間の経過の後、乾燥粉となるまで十分に乾燥されることになる。ここで生じた乾燥粉は、濃縮スラリー同様にセシウム等の残渣成分を含むものであり、円筒槽２１の排出口２７から随時排出された後、しかるべき方法で適正に処理される。
【００５７】
このような乾燥工程において、濃縮スラリーからさらに気化して乾燥粉から分離された廃蒸気は、円筒槽２１の排出口２６から配管５５を介して前記配管５０に合流し、この配管５０を通して前記濃縮機１０からの廃蒸気と一緒に脱臭機３０の触媒反応槽３１に導かれる。図３に示す例では、前記２．２ｔ／時の濃縮スラリーが、０．４１ｔ／時の乾燥粉と、１．７９ｔ／時の廃蒸気に分離される。
【００５８】
続く再加熱工程では、前記濃縮機１０や前記乾燥機２０により気化した廃蒸気が、それぞれ脱臭機３０の触媒反応槽３１に導かれ、まとめて再び加熱される。ここで廃蒸気は、トリチウムの他、ＣＯＤ、ＢＯＤ成分や他の臭気成分を含むものであり、加熱器３２によって加熱された触媒反応槽３１内を通り触媒と接触することにより、高温酸化反応が促され、廃蒸気中の臭気成分は分解脱臭される。
【００５９】
このように、廃蒸気が再加熱により分解脱臭された排ガスは、配管３４を介して煙突４０へ導かれ、最後の無害化工程として、煙突４０の上端にある放出口より大気中に排出される。このとき、脱臭機３０の加熱器３２内の温度は、６５０〜８００℃に保たれており、その結果、煙突４０から排出される排ガスの温度は、２５０〜６５０℃となる。これにより、煙突４０から放出した直後の排ガスの凝縮を防止し、大気中に拡散しやすくする。すなわち、再加熱工程がなければ、廃蒸気をそのまま放出することになり、放出直後に一部が凝縮して凝縮水となり、大気中へ拡散できないことになる。
【００６０】
図３に示す例では、合計で１６．３ｔ／時の廃蒸気が、再加熱により５３０００ｍ3／時の排ガスとなって放出される。この排ガスにはトリチウムが含まれているが、排ガスと再加熱前の廃蒸気に含まれるトリチウム濃度を比較した場合、図４の原発汚染水処理物質収支表に示す結果によれば、同一体積中におけるトリチウム濃度は、廃蒸気（図４中のｂ）に対して排ガス（図４中のｃ）では、さらに約３倍に希釈されている。
【００６１】
そして、前記無害化工程では、煙突４０から放出する排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定することが重要となる。ここで所定の基準値とは、関連法規で定められた濃度限度に準ずれば良い。例えば、前述した放出管理「基準値」である排気中又は空気中濃度限度（水、Bq/cm3）5×10-3以下とする。より具体的には、原発等の対象事業実施区域の敷地境界線上の濃度限度を、いわゆる拡散計算によって求めることになるが、例えばサットンの拡散式を使った場合のデータを図５に示す。
【００６２】
煙突４０から放出された排ガスは、先ず吐出速度の効果で大気中を上昇し、次に高温ガスの場合には密度差によって生じる浮力の効果で上昇しながら、次第に風に流され拡散していく。このような拡散する排ガス中のトリチウム濃度を推定するには、いわゆる拡散計算の解析解を基礎とした方法が知られている。かかる方法では、煙突４０の有効煙突高の計算と、有効煙突高から排出されたガス濃度の推定、という２つのステップにより、トリチウム濃度を計算することができる。
【００６３】
このような各ステップにおける詳細な計算方法は、一般的であるので詳細は省略するが、図５に基づく各項目データに基づき計算した場合、先ず煙突４０の実高さが５０ｍであれば、補正された高さは６７．１４ｍとなる。この煙突４０の補正高さや、図４の原発廃水処理物質収支表に示す排ガス中のトリチウム濃度（図４中のｃ）、他に必要な各種データないし所定の係数に基づき、例えば、サットンの拡散式を使ってトリチウムの濃度限度を計算することができる。
【００６４】
すなわち、図５の後段に示すように、サットン式による風下×（ｍ）地点地表のトリチウム濃度は、煙突４０から敷地境界線までの距離を２５００ｍと仮定した場合、逓減時（晴れた日中のように上空の方が気温が低く大気は拡散しやすい時）の計算結果は、１．６７Bq/m3となり、逆転時（上空にいわゆる逆転層があるため大気は拡散しにくい時）の計算結果は、０に近い値となり、何れも前述した「基準値」の濃度限度を大幅に下回る値に設定することができる（図４中のｄ参照）。
【００６５】
図６〜図８は、本発明の第２実施の形態を示している。  
本実施の形態に係る処理装置１Ａは、前述した第１実施の形態に係る処理装置１と基本的な構成は共通するが、乾燥機２０を備えていない点で異なる。本装置１Ａにより実施される処理方法では、別途濃縮処理やフィルター等により予めセシウム等の被加熱残渣が除去されたトリチウムのみを含む汚染水を処理する。よって、前記乾燥機２０による乾燥工程は不要となる。
【００６６】
すなわち、濃縮機１０による最初の加熱工程において、加熱された汚染水は全て気化して廃蒸気となる。このように、トリチウムのみを含む汚染水を扱う場合には、より簡易に処理することが可能となり、装置１Ａの構成も簡略化することができる。なお、第１実施の形態と同種の部位には、それぞれ同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００６７】
本装置１Ａにより実施される処理方法は、以下の通りとなる。すなわち、低レベル放射性廃棄物としてトリチウムのみを含む汚染水を、大気中より隔離された条件下で処理する方法であって、前記汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気として全て気化させる加熱工程と、前記加熱工程により気化した廃蒸気を再び加熱し、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウムを含む排ガスを生成する再加熱工程と、前記再加熱工程により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する無害化工程と、を有し、前記無害化工程における放出時の排ガス中のトリチウム濃度を、所定の基準値以下に設定する。
【００６８】
図９は、本発明の第３実施の形態を示している。  
本実施の形態に係る処理装置１Ｂは、前述した第２実施の形態に係る処理装置１Ａをさらに簡略化したものである。本装置１Ｂにより実施される処理方法でも、別途濃縮処理やフィルター等により予めセシウム等の被加熱残渣が除去されたトリチウムのみを含む汚染水を処理する。
【００６９】
詳しくは図９に示すように、本装置１Ｂは、略円筒状に形成された密閉型の処理槽６０を有し、該処理槽６０内は下方から順に、蒸発部６１と、再加熱部６２と、放出口６３と、に区画されている。蒸発部６１は、外部から供給される汚染水を加熱し、該汚染水と同一体積中に希釈された濃度のトリチウムを含む廃蒸気として全て気化させる部位である。かかる蒸発部６１の上側には、下向きに汚染水を散布するノズルが形成されており、その側方にはバーナー６５を設ける収納部６４が形成されている。
【００７０】
再加熱部６２は、前記蒸発部６１により気化した廃蒸気を再び加熱し、廃蒸気の凝縮を防ぎつつ該蒸気と同一体積中にさらに希釈された濃度のトリチウムを含む排ガスを生成する部位である。かかる再加熱部６２の側方にも、バーナー６７を設ける収納部６６が形成されている。なお、蒸発部６１で生成された廃蒸気は、熱による自然対流により再加熱部６２まで上昇して導かれるようになっている。
【００７１】
放出口６３は、前記再加熱部６２により生成した排ガスを気体状のまま大気中に放出する部位である。かかる放出口６３は、蒸発部６１や再加熱部６２と同軸上に上方に延びる煙突状に形成されている。このように本装置１Ｂは、全ての部位が一体型に構成されており、先ず、蒸発部６１によって前述の加熱工程が実施された後、再加熱部６２によって前述の再加熱工程が実施され、そして、放出口６３より、希釈された濃度のトリチウムを含む排ガスがそのまま大気中に放出される。ここで放出口６３における放出時の排ガス中のトリチウム濃度は、前記各実施の形態の場合と同様に、所定の基準値以下に設定される。
【００７２】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば前述したが、濃縮機１０、乾燥機２０、脱臭機３０は、それぞれ図示した構成に限らず、様々なタイプのものを採用することができる。特に、脱臭機３０に関しては、汚染水に臭気成分が含まれていない場合には、脱臭機能を含まない加熱機によって代用することもできる。
【００７３】
また、前述した濃縮機１０、乾燥機２０のように、本件出願人が独自に開発した特別な装置を使用することにより、実際には放射能汚染水の処理に限らず、スラリー、あるいは汚染水に固形の廃棄物が含まれているものでも、容易に処理することができる。すなわち、本発明で処理する汚染水とは、純粋な液体のみに限らず、混合物であってもかまわない。よって、汚染水に使用済みの濾過膜やフィルター等も混ぜて一緒に処理すれば、最終的には極めて減容された乾燥物としてその後の処理も容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の放射能汚染水の処理方法および装置は、福島第一原発における放射能汚染水の処理だけに限らず、様々なトリチウムに関する処理に対して、直ぐにでも適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…放射能汚染水の処理装置
２…貯蔵タンク
３…供給口
４…排出口
５…配管
６…電動ポンプ
１０…濃縮機
１１…円筒槽
１２…ジャケット
１３…回転軸
１４…回転巻上羽根
１５…電動モータ
１６…排出口
１７…排出口
１８…供給口
２０…乾燥機
２１…円筒槽
２２…ジャケット
２３…回転軸
２４…回転巻上羽根
２５…電動モータ
２６…排出口
２７…排出口
２８…供給口
３０…脱臭機
３１…触媒反応槽
３１ａ…供給口
３１ｂ…排出口
３２…加熱器
３３…熱交換管
３４…配管
３５…電動ポンプ
４０…煙突
５０…配管
５１…配管
５２…中間ホッパー
５３…電動ポンプ
５４…電動ポンプ
５５…配管
６０…処理槽
６１…蒸発部
６２…再加熱部
６３…放出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015004599.tif 000009
【図８】
2015004599.tif 000010
【図９】
2015004599.tif 000011
【図１０】
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