(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌翼を有する容器内において、放射性廃棄物とセメントとを前記撹拌翼を所定の回転速度で回転させて混練する際に、前記攪拌翼を駆動する駆動部の駆動電流値をモニタリングするステップと、
前記駆動電流値が一定値より増大するまで前記混練を行い、前記放射性廃棄物及び前記セメントを含むセメント混練物を得るステップと、
前記セメント混練物を固化することによりセメント固化体を得るステップと、
を具え、
前記混練の際に、前記駆動電流値が増大し始めた時に前記セメントの投入速度を低減して前記容器内に投入することを特徴とする、放射性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記混練の際に、前記駆動電流値が一定の時に一定の投入速度で前記セメントを投入することを特徴とする、請求項１に記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記混練の際のセメント投入開始直後は、セメントの供給量を多くして前記容器内に投入することを特徴とする、請求項１または２に記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記回転翼は一定の回転速度で回転させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記セメント混練物の固化は前記容器内で行い、前記セメント固化体はインドラム方式において生成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項６】
前記セメント混練物の固化は追加の容器内で行い、前記セメント固化体はアウトドラム方式において生成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項７】
前記セメントは、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、及びアルミナセメントからなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項８】
放射性廃棄物とセメントとを混練し、前記放射性廃棄物及び前記セメントを含むセメント混練物を得るための撹拌翼を有する容器と、
前記回転翼を所定の回転速度で回転させる駆動部と、
前記回転翼の前記回転速度を保持するために前記駆動部に対して所定の駆動電流を供給するとともに、前記駆動電流の値をモニタリングし、前記混練の際に、前記駆動電流値が増大し始めた時に前記セメントの投入速度を低減して前記容器内に投入するための制御部と、
を具えることを特徴とする、放射性廃棄物の処理装置。
【請求項９】
前記容器は、前記セメント混練物を固化することによりセメント固化体を得、このセメント固化体をインドラム方式で生成するように構成したことを特徴とする、請求項８に記載の放射性廃棄物の処理装置。
【請求項１０】
前記セメント混練物を固化してセメント固化体を得るための追加の容器を具え、前記セメント固化体をアウトドラム方式において生成するように構成したことを特徴とする、請求項８に記載の放射性廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃棄物の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所、原子力施設等では放射性廃液を濃縮した廃液が発生する。この廃液は沸騰水型原子力発電所(BWR)では硫酸ナトリウムと鉄とが主成分で、その濃度は硫酸ナトリウムが５〜２５質量％程度、鉄が０．１〜５質量％程度である。また加圧水型原子力発電所(PWR)ではホウ素が主成分でその濃度は０．５〜５質量％程度である。
【０００３】
これらの廃液は普通ポルトランドセメントや高炉セメントと混合してインドラム方式やアウトドラム方式で混練後、例えば２００Ｌのドラム缶中でセメント固化処理が行なわれている。これらのセメント固化体は地中埋没処分が行われており、２００Ｌドラム缶の発生量が増大し、処分敷地の観点より放射性廃棄物発生量を抑制し、放射性廃棄物を減容することが必要になっている。そのため、近年濃縮を更に進めて乾燥処理を行い、廃液の主成分を粉体化してこの粉体をセメントやプラスチック等で固化して減容固化するシステムが開発されている。
【０００４】
また発電所内の復水等の水を浄化する粉末イオン交換樹脂や粒状イオン交換樹脂等の固体廃棄物も発生し、同様にこれらの廃棄物も脱水処理等を行ってセメント固化されている。
【０００５】
セメント固化処理工程では、インドラム方式、アウトドラム方式いずれの場合も、セメントと廃液若しくは固体廃棄物と混練水とを混練するので、廃液や廃棄物の種類に応じて混練物の粘度が異なるようになる。このような観点から、別途特性値を定め、混練物がこの特性値の所定の範囲内となるように、混練物を混練する攪拌翼の回転数を設定する方法が挙げられている。
【０００６】
しかしながら、上記の方法では、混練物の粘度が低い場合は攪拌翼の回転速度が小さくなり、混練物の粘度が高い場合は攪拌翼の回転速度が大きくなるため、特に混練中にセメントを随時添加して上記混練物を生成するような場合は、回転翼の回転速度が廃液や廃棄物とセメントとを十分混練するに足るような回転速度となっていない場合が多い。このため、廃液や廃棄物とセメントとの混練を十分に行うことができず、投入したセメントが混練されずに攪拌翼に付着したりして、目的とする量のセメントを含み、十分な強度を有するセメント固化体を得ることが困難な場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１４９８０３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、所定の容器内で撹拌翼によって放射性廃棄物とセメントとを混練してセメント混練物を得、このセメント混練物を固化することによって放射性廃棄物を処理する際に、上記放射性廃棄物と上記セメントとを十分に混練し、目的とする量のセメントを含む、十分な強度を有するセメント固化体を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、撹拌翼を有する容器内において、放射性廃棄物とセメントとを前記撹拌翼を所定の回転速度で回転させて混練する際に、前記攪拌翼を駆動する駆動部の駆動電流値をモニタリングするステップと、 前記駆動電流値が一定値より増大するまで前記混練を行い、前記放射性廃棄物及び前記セメントを含むセメント混練物を得るステップと、前記セメント混練物を固化することによりセメント固化体を得るステップと、を具え、前記混練の際に、前記駆動電流値が増大し始めた時に前記セメントの投入速度を低減して前記容器内に投入することを特徴とする、放射性廃棄物の処理方法に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、所定の容器内で撹拌翼によって放射性廃棄物とセメントとを混練してセメント混練物を得、このセメント混練物を固化することによって放射性廃棄物を処理する際に、上記放射性廃棄物と上記セメントとを十分に混練し、目的とする量のセメントを含む、十分な強度を有するセメント固化体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の放射性廃棄物の処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態の放射性廃棄物の処理装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における放射性廃棄物の処理装置の概略構成を示す図である。
図１に示す放射性廃棄物の処理装置１０は、セメント混練物を得るための容器１１と、この容器１１内において、モータ１４（駆動部）に取り付けられた回転軸１３の先端部に取り付けられた撹拌翼１２とを有している。容器１１の上方にはバルブ１６が設置された配管２１を介して放射性廃棄物貯留タンク１５が設けられており、また配管２２を介してセメント貯留タンク１７が設けられている。さらに、容器１１には、必要に応じて混練水を供給するための配管２３が接続されている。配管２３は図示しない工業用水タンクに接続されている。
【００１４】
また、図１に示す放射性廃棄物の処理装置１０は、モータ１４に供給する駆動電流を調整するための制御部１９を有している。なお、制御部１９は、セメント貯留タンク１７のセメント供給フィーダ１８にも接続されており、以下に説明するように、モータ１４に供給する駆動電流値の大きさに応じて、セメント貯留タンク１７から容器１１内に供給するセメントの量を調節するように構成されている。
【００１５】
なお、以下に説明するように、本実施形態では、セメント混練物の生成及びセメント固化体の生成を同じ容器１１内で行うので、上記セメント固化体は、インドラム方式において生成することになる。
【００１６】
容器１１、撹拌翼１２、回転軸１３、放射性廃棄物貯留タンク１５、セメント貯留タンク１７及び配管２１〜２３は、ステンレス等の耐食性の高い材料から構成する。
【００１７】
次に、図１に示す処理装置１０を用いた放射性廃棄物の処理方法について説明する。
最初に、処理装置１０の容器１１内に、放射性廃棄物貯留タンク１７から放射性廃棄物を導入するとともに、配管２３から混練水を導入する。なお、セメントはセメント貯留タンク１７よりセメント供給フィーダ１８を介して供給するが、本実施形態では、混練を開始した後に容器１１内に投入する。この場合、投入開始直後は、セメントの供給量を多くし、なるべく短時間で所定量のセメントを投入できるようにする。但し、上述した放射性廃棄物等と同様に、混練を開始する以前から容器１１内に投入することもできる。しかしながら、この場合においては、本実施形態の特徴を十分に奏することができない場合がある。
【００１８】
放射性廃棄物は、容器１１内に導入する以前に、その種類に応じて適宜所定の前処理を行うことができる。例えば、放射性廃棄物がホウ酸含有廃液やその他の酸性廃液の場合は、アルカリ土類金属を加えて難溶化処理した後、アルカリ金属を加えて沈降させ、得られた沈殿物を乾燥して粉末状とし、得られた粉末を容器１１内に導入するようにすることができる。なお、上述した酸性廃液は、例えば冷却水浄化系の使用済みイオン交換樹脂を洗浄する際に使用されて廃液となるものである。
【００１９】
また、放射性廃棄物が廃イオン交換樹脂の場合は、アルカリ水溶液中に浸漬し、イオン交換樹脂中のアミノ基を分解し、アミンガスやアンモニアガスの発生を抑制した状態で容器１１内に導入するようにすることができる。なお、この場合においても、アミノ基を分解した後の廃イオン交換樹脂を乾燥して減容した後に、容器１１内に導入することができる。
【００２０】
セメントは、例えばアルミナセメント、高炉スラグセメント、フライアッシュセメント及びポルトランドセメントであることが好ましい。これらのセメント材は容易に入手ができるとともに安価であって、かつ海水や化学物質に対して安定であるので、本実施形態のように放射性排液を固化して安定化させるセメント材として適している。特に、アルミナセメントは、アルミニウムの原料であるボーキサイトと石灰石から作られ、酸化アルミニウムを含むセメントであって、混練後すぐに強い強度を発揮するので、イオン閉じ込め性に優れている。
【００２１】
上述のように、容器１１内に放射性廃棄物及び混練水を入れた後は、制御部１９よりモータ１４に駆動電流を供給し、回転軸１３を所定の回転速度、すなわち撹拌翼１２を所定の回転速度で回転させるとともに、セメント貯留タンク１７よりセメント供給フィーダ１８を介してセメントを所定の投入速度で容器１１内に供給する。なお、上述したように、投入開始直後は、セメントの供給量を多くし、なるべく短時間で所定量のセメントを投入できるようにする。
【００２２】
攪拌翼１２の回転速度は、容器１１内に入れた放射性廃棄物と、最終的に投入するセメントとが十分に混練してセメント混練物を生成するような値に設定する。したがって、上記回転速度は、当初より一定の値に保持することができ、これによって、放射性廃棄物とセメントとの混練の操作を単純化できる。例えば、数百ｒｐｍの回転速度とすることができる。このような回転速度は、過去の実験データや、予備的に行った実験のデータを基にして決定することもできるし、試行錯誤的に決定することもできる。
【００２３】
なお、上記回転速度が上記値よりずれると、放射性廃棄物とセメントとの混練が十分に行われず、投入したセメントが混練されずに攪拌翼１２に付着して残留する場合がある。この結果、攪拌翼１２の洗浄工程が別途必要になり、セメント混練物の生成工程が全体的に煩雑化してしまう。
【００２４】
また、回転翼１２の回転速度は、放射性廃棄物とセメントとが十分に混練されれば必ずしも一定の値に保持する必要はなく、適宜変化させることもできる。
【００２５】
放射性廃棄物とセメントとの混練の時間は、これらが十分に混練されてセメント混練物を生成することができれば特に限定されるものではないが、例えば数十分から数時間とすることができる。
【００２６】
放射性廃棄物とセメントとが十分に混練されてセメント混練物が生成されてくると、混練中の材料の粘度が増大してくる。したがって、攪拌翼１２、すなわち回転軸１３及びモータ１４を同じ回転速度で回転させようとすると、制御部１９よりモータ１４に供給する駆動電流を増大させる必要がある。一方、制御部１９により、当該駆動電流の値をモニタリングすることにより、前述した駆動電流の増大を検知することができる。駆動電流の増大は、セメント混練物が生成されてきていることを示すものである。
【００２７】
したがって、特にセメント貯留タンク１７からセメント供給フィーダ１８を介した容器１１へのセメントの投入速度が速いような場合は、上述のように、駆動電流の増大が検知され、セメント混練物が生成されてきた後も、引き続き同じような投入速度でセメントを容器１１内に供給すると、セメントが過剰となって放射性廃棄物とセメントとの混練が十分に行われない場合がある。このような場合は、過剰なセメントが混練されずに、攪拌翼１２に付着して残留してしまう。この結果、攪拌翼１２の洗浄工程が別途必要になり、セメント混練物の生成工程が全体的に煩雑化してしまう。
【００２８】
また、セメント混練物中に十分な量のセメントが含有されないので、以下に説明するセメント固化体の強度も劣化することになる。
【００２９】
このため、本実施形態では、上述のように、制御部１９によってモータ１４に供給する駆動電流の増大が確認された後は、制御部１９から制御信号をセメント供給フィーダ１０に供給して、セメント貯留タンク１７から容器１１内に供給するセメントの投入速度を低減する。これによって、容器１１内においてセメントが過剰となるのを抑制でき、過剰なセメントの存在による上記不利益を回避することができる。
【００３０】
なお、セメントの投入速度の低減度合いは、過去の実験データや、予備的に行った実験のデータを基にして決定することもできるし、試行錯誤的に決定することもできる。
【００３１】
セメント混練物は、例えば生成から１０時間程度時間が経過すると、水和反応によって硬化し、セメント固化体となる。したがって、セメント固化体の入った容器１１ごと地中に埋設することにより、上述した放射性廃棄物の廃棄処理が完了することになる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図２は、本実施形態における放射性廃棄物の処理装置の概略構成を示す図である。なお、図２に示す構成要素において、図１に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に対しては同一の符号を用いて表している。
【００３３】
図２に示す放射性廃棄物の処理装置３０は、図１に示す放射性廃棄物の処理装置１０に対して、容器１１の下方に別途追加の容器３１が設けられるとともに、容器１１の下部の中心部において配管３７が設けられ、容器１１でセメント混練物の生成を行い、容器３１でセメント固化体の生成を行うようにしているので、上記セメント固化体は、アウトドラム方式において生成することになる。
【００３４】
したがって、本実施形態におけるセメント混練物の生成は上記第１の実施形態と同様にして行い、セメント固化体の生成のみが上記第１の実施形態と異なる。
【００３５】
セメント混練物の生成は、上述のように、処理装置３０の容器１１内に、放射性廃棄物貯留タンク１７から放射性廃棄物を導入するとともに、配管２３から混練水を導入する。そして、混練を開始した後に、セメント貯留タンク１７よりセメント供給フィーダ１８を介して容器１１内にセメントを供給することによって行う。そして、制御部１９による駆動電流の増大が検知された後は、容器１１内へのセメントの挿入速度を低減する。
【００３６】
この場合においても、セメント混練物は、例えば生成から１０時間程度時間が経過すると、水和反応によって硬化するようになるので、このような硬化が始まる前に、容器１１の下方に設けられた配管３７のバルブ３６を開とし、容器１１内のセメント混練物を容器３１内に移送する。そして、容器３１内で数時間から数十時間放置してセメント混練物を硬化させ、セメント固化体を生成する。その後、セメント固化体の入った容器３１を地中に埋設し、上述した放射性廃棄物の廃棄処理が完了する。
【００３７】
これによって、攪拌翼１２の洗浄工程が別途必要になり、セメント混練物の生成工程が全体的に煩雑化してしまうという問題を回避することができる。また、セメント混練物中に十分な量のセメントが含有されないので、セメント固化体の強度劣化も防止することができる。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
以下に示す配合で２００Ｌ規模のセメント固化試験を行った。なお、本実施例では、図１に示すインドラム式の処理装置を用いた。また、実験の簡易化のため、特に放射性廃棄物を用いずにセメントの混練のみを実施した。
【００３９】
（１）セメント混練物の作製
最初に、水１１８ｋｇをドラム缶（容器１０）に投入し、セメントミキサ（撹拌翼１２）を回転速度１２０ｒｐｍで回転させ、セメントを混練した。次いで普通ポルトランドセメント２３２ｋｇをセメント貯留タンク１７からセメント供給フィーダ１８を介して容器１０内に１３５０ｋｇ/ｈの一定の投入速度でセメントを投入した。セメント投入終了後も引き続き１２０ｒｐｍで攪拌を続け、セメント投入開始から混練終了までの時間を１時間とした。
【００４０】
（２）セメント混練物の性状変化の確認
上述の混練中に、セメントミキサ（すなわち撹拌翼１２及びモータ１４）に供給する駆動電流をモニタリングしたところ、セメント投入開始から７分経過した時点（セメント投入量約１５５ｋｇ）で電流値が急上昇した。本実施形態では、このように電流値が上昇した後も、上述のように、セメント投入速度を減少させることなく、１３５０ｋｇ/ｈの投入速度で投入し続けたので、混練に供しない約１０ｋｇのセメントが撹拌翼１２に付着していた。その後、セメント混練物を水和反応によって硬化させ、セメント固化体を得た。
【００４１】
（実施例２）
実施例１と同様の配合で２００Ｌ規模のセメント固化試験を行った。
【００４２】
（１）セメント混練物の作製
最初に、水１１８ｋｇをドラム缶（容器１０）に投入し、セメントミキサ（撹拌翼１２）を回転速度１２０ｒｐｍで回転させ、セメントを混練した。次いで普通ポルトランドセメント２３２ｋｇをセメント貯留タンク１７からセメント供給フィーダ１８を介して容器１０内に１３５０ｋｇ/ｈの一定の投入速度でセメントを投入した。約７分経過後、セメントの投入速度を４００ｋｇ／ｈとし、セメント投入終了後も引き続き１２０ｒｐｍで攪拌を続け、セメント投入開始から混練終了までの時間を１時間とした。その後、セメント混練物を水和反応によって硬化させ、セメント固化体を得た。
【００４３】
（２）セメント混練物の性状変化の確認
上述の混練中に、セメントミキサ（すなわち撹拌翼１２及びモータ１４）に供給する駆動電流をモニタリングしたところ、セメント投入開始から約７分経過した時点（セメント投入量約１５５ｋｇ）で電流値が急上昇した。本実施形態では、このように電流値が上昇した後は、上述のように、セメント投入速度を４００ｋｇ／ｈにまで減少させているので、混練に供しないセメントが撹拌翼１２に付着することはなかった。
【００４４】
上記実施例１及び２から明らかなように、セメントミキサ（すなわち撹拌翼１２及びモータ１４）に供給する駆動電流値が上昇する際に、容器１２に供給する投入するセメントの投入速度を減少させると、混練に供しないセメントが残留して攪拌翼１２に付着するようなことがない（実施例２）。一方、セメントミキサ（すなわち撹拌翼１２及びモータ１４）に供給する駆動電流値が上昇する際に、容器１２に供給する投入するセメントの投入速度を減少させない場合は、混練に供しないセメントが残留して攪拌翼１２に付着するようになる（実施例１）。したがって、後者の場合は、攪拌翼１２の洗浄工程が別途必要になり、セメント混練物の生成工程が全体的に煩雑化してしまう。
【００４５】
また、実施例１の場合は、セメント混練物中に十分な量のセメントが含有されないので、セメント固化体の強度が劣化することになる。一方、実施例２の場合は、セメント混練物中に十分な量のセメントが含有されているので、セメント固化体の強度の劣化を抑制することができる。
【００４６】
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掲示したものであり、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】
【００４７】
１０、３０  放射性廃棄物の処理装置
１１  容器
１２  撹拌翼
１３  回転軸
１４  モータ
１５  放射性廃棄物貯留タンク
１６  バルブ
１７  セメント貯留タンク
１８  セメント供給フィーダ
１９  制御部
２１，２２，２３，３７  配管
３１  追加の容器
【図１】
0005684162.tif 000002
【図２】
0005684162.tif 000003