(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性廃液に沈殿生成剤を添加する第一の薬剤添加部と、
吸着塔と、
前記放射性廃液に前記沈殿生成剤を添加することにより生成した沈殿を溶解する薬剤を添加する第二の薬剤添加部と、を備え、
前記吸着塔には、前記沈殿及び上澄み液のうち前記上澄み液を先に送り、その後、前記沈殿を溶解して得られた溶液を送るようにした構成を有する、放射性廃液の処理装置。
【請求項２】
前記沈殿生成剤は、アルカリ剤、又は前記放射性廃液に含まれる２価イオンの一部若しくは全部と錯体を形成する有機薬剤である、請求項１記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項３】
前記アルカリ剤は、金属水酸化物又は金属炭酸塩である、請求項２記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項４】
前記有機薬剤は、シュウ酸、クエン酸、酒石酸、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、イミノ二酢酸、エチレンジアミン四酢酸又はロジゾン酸二ナトリウムである、請求項２記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項５】
前記第二の薬剤添加部の薬剤は、酸である、請求項１記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項６】
前記酸は、塩酸、硝酸又は硫酸である、請求項５記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項７】
前記吸着塔に内蔵されている吸着剤は、結晶化シリコチタネート、チタン酸、チタン酸塩又は人工ゼオライトである、請求項１記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項８】
放射性廃液に沈殿生成剤を添加する第一の工程と、
前記第一の工程で得られた上澄み液の吸着処理をする第二の工程と、
前記第一の工程で生成した沈殿を溶解する薬剤を添加する第三の工程と、
前記第三の工程で前記沈殿を溶解して得られた溶液の吸着処理をする第四の工程と、を備え、
前記第二の工程は、前記第四の工程よりも前に行う、放射性廃液の処理方法。
【請求項９】
前記第一の工程から前記第四の工程までを繰り返す、請求項８記載の放射性廃液の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃液の処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力施設において発生する放射性核種を含む放射性廃液のうち、ある種の放射性廃液には、放射性ストロンチウムと放射性セシウムの他に、非放射性ストロンチウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウムといった硬度成分が含まれる。
【０００３】
このような放射性廃液からセシウム及びストロンチウムのそれぞれの吸着性能をさらに向上するため、結晶化シリコチタネート（ＣＳＴ）等のチタンケイ酸塩化合物を所定濃度の水酸化ナトリウム水溶液に接触させる方法が特許文献１に開示されている。
【０００４】
また、海水由来の硬度成分を含む放射性廃液は、通常、ストロンチウムに比べ高い濃度でカルシウム及びマグネシウムを含み、これらのイオンが吸着サイトを消費する。特許文献２には、前段でカルシウム及びマグネシウムを除去し、後段でストロンチウムを除去する二段構成の放射性ストロンチウム含有排水の処理装置が開示されている。
【０００５】
また、対象は放射性廃液に限定されないが、硬度成分を含む排水について、特許文献３には、アルカリ剤を添加して、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属の沈殿を生じさせ、沈殿を除去する高硬度排水の処理装置及び処理方法が開示されている。
【０００６】
非特許文献１には、塩化ナトリウム濃度が増加するとイオン交換のストロンチウム等の分配係数が減少すること、及び、２価イオンであるストロンチウムの分配係数がナトリウム濃度の２乗に逆比例して増加することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５２８５１８３号公報
【特許文献２】特開２０１４−１４５６８７号公報
【特許文献３】特開２０１５−１１２５９３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Teresia Moller et al.: "Ion exchange of 85Sr, 134Cs and 57Co in sodium titanosilicate and the effect of crystallinity on selectivity", Separation and Purification Technology 28 (2002) 13-23
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載の二段構成の装置では、前段で吸着除去されるカルシウム及びマグネシウムには、これらと同じイオン価数２を有するストロンチウムが含まれるため、放射性廃棄物が増加する点で改善の余地がある。
【００１０】
また、特許文献３に記載の方法および装置では、ストロンチウムを含む沈殿が放射性廃棄物となるが、これは含水率の高いスラッジであり、取り扱いが難しい。
【００１１】
本発明の目的は、取り扱いが難しい放射性廃棄物の発生量を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の放射性廃液の処理装置は、放射性廃液に沈殿生成剤を添加する第一の薬剤添加部と、吸着塔と、放射性廃液に沈殿生成剤を添加することにより生成した沈殿を溶解する薬剤を添加する第二の薬剤添加部と、を備え、吸着塔には、沈殿及び上澄み液のうち上澄み液を先に送り、その後、沈殿を溶解して得られた溶液を送るようにした構成を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、カルシウム及びマグネシウムによる吸着サイトの消費を防ぎ、ストロンチウムの吸着を増やすことにより、吸着剤を有効に利用することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、放射性廃液から効率的に放射性ストロンチウムを除去できるため、得られた溶液を自然界に放出可能なものとすることができ、放射性廃棄物の発生量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１の放射性廃液の処理装置を示す概略構成図である。
【図２】実施例２の放射性廃液の処理装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の放射性廃液の処理方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、放射性廃液の処理装置及び処理方法に関し、特に、放射性ストロンチウムを含む放射性廃液から放射性ストロンチウムを吸着除去するのに好適な処理装置及び処理方法に関する。
【００１７】
本発明においては、吸着塔の前段で大部分のストロンチウムを含む２価イオンを沈殿させ、ナトリウムイオン及び低濃度のストロンチウムを含む上澄み液と沈殿とを分離し、上澄み液を吸着塔に通水してストロンチウムの吸着除去を行った後、２価イオンを含む沈殿を再び溶解し、この溶液を吸着塔に通水してストロンチウムの吸着処理を行う。
【００１８】
非特許文献１に記載のように、２価のイオンであるストロンチウムの分配係数は、１価のイオンであるナトリウム濃度の２乗に逆比例し、２価イオン濃度の１乗に逆比例する。ナトリウムと２価イオン（カルシウム、マグネシウム等）とが共存する中でストロンチウムを吸着しようとすると、ナトリウム及び２価イオンの双方が吸着妨害イオンとなり、ストロンチウムの吸着の効率が低下する。
【００１９】
そこで、ナトリウムと２価イオンとを沈殿操作により分離し、ナトリウムイオンリッチの溶液及び２価イオンリッチの溶液を別々に処理することで、ストロンチウムの吸着の妨害作用を低減する。
【００２０】
特に、特許文献１に開示されたナトリウムを添加した吸着剤を用いる場合、ナトリウムイオンリッチの溶液を先に処理した後で、２価イオンリッチの溶液を処理することが望ましい。ナトリウムを添加した吸着剤の組成が概ね保たれるためである。
【００２１】
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】
【００２２】
図１は、本発明の放射性廃液の処理装置を示す概略構成図である。
【００２３】
本図において、放射性廃液の処理装置１００は、廃液タンク１と、貯留タンク２、３、４と、吸着塔５と、アルカリ供給部６（第一の薬剤添加部）と、酸供給部７（第二の薬剤添加部）と、配管１１、１２、１３と、を備えている。
【００２４】
廃液タンク１は、配管を通じて貯留タンク２と接続されている。貯留タンク２には、アルカリ供給部６と酸供給部７がそれぞれ配管により接続されている。アルカリ供給部６は、アルカリ溶液タンクとバルブとポンプとを含む。酸供給部７は、酸溶液タンクとバルブとポンプとを含む。また、貯留タンク２には、配管１１及び配管１２が接続され、それぞれ貯留タンク３、４に接続されている。貯留タンク３及び貯留タンク４は、配管１３に接続され、配管１３は、吸着塔５に接続されている。
【００２５】
廃液タンク１に貯蔵された放射性廃液には、ストロンチウム、カルシウム、マグネシウム、ナトリウムなどのイオンが含まれている。この放射性廃液は、廃液タンク１と貯留タンク２に接続された配管を通じて貯留タンク２に一定量供給される。貯留タンク２に供給された放射性廃液には、アルカリ供給部６よりアルカリ溶液が供給される。供給されるアルカリ溶液としては、例えば水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液などの金属水酸化物を溶解した水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液などの金属炭酸塩を溶解した水溶液が用いられる。ここで、アルカリ溶液の代わりに、アルカリ溶液の溶質である金属水酸化物、金属炭酸塩等の粉末を放射性廃液に供給してもよい。よって、ここで放射性廃液に供給される薬剤は、アルカリ剤と総称することができる。
【００２６】
貯留タンク２に供給するアルカリ溶液の量は、貯留タンク２に設置されたｐＨ測定装置（図示せず）で放射性廃液のｐＨを測定することで決めてもよいし、事前に放射性廃液の組成を調べて組成に応じた供給量を決定しておいてもよい。ここで、ｐＨは、水素イオン指数である。
【００２７】
貯留タンク２にアルカリ溶液が供給されると、貯留タンク２内の放射性廃液のｐＨがアルカリ性に変化し、ｐＨに応じてカルシウムやマグネシウム、ストロンチウムの炭酸塩や水酸化物が生成し、沈殿が生じる。沈殿が生じることで、放射性廃液中のカルシウム等の２価イオンの濃度が低下し、貯留タンク２内の放射性廃液はナトリウムイオンリッチの組成となる。ナトリウムイオンリッチとなった放射性廃液（上澄み液）は、配管１１を通じて貯留タンク３に移送される。配管１１と貯留タンク２との間には、沈殿物の同伴を抑制するためのフィルタ（図示せず）を設置してもよい。
【００２８】
ナトリウムイオンリッチの放射性廃液（上澄み液）を移送した後、貯留タンク２には、酸供給部７より酸溶液が供給される。供給される酸溶液としては、例えば塩酸、硫酸、硝酸などを希釈した水溶液が用いられる。貯留タンク２に供給する酸の量は、貯留タンク２内の沈殿が十分に溶解し、かつ、沈殿の溶解液のｐＨが以降の吸着処理に適したｐＨとなるように設定する。
【００２９】
貯留タンク２への酸の供給により沈殿を溶解して生成した廃液（２価イオン溶液）は、配管１２を通じて貯留タンク４に移送される。配管１２と貯留タンク２の間には、酸で溶解しなかった残渣の同伴を抑制するためのフィルタ（図示せず）を設置してもよい。
【００３０】
貯留タンク３および貯留タンク４に移送された放射性廃液は、それぞれ配管１３を通じて吸着塔５に送られる。吸着塔５には、ストロンチウムに対して吸着選択性が高い吸着剤が充填されている。吸着選択性が高い吸着剤としては、結晶化シリコチタネート（ＣＳＴ）、チタン酸若しくはチタン酸塩、人工ゼオライトなどが使用できる。
【００３１】
ここで、吸着塔５への通水は、貯留タンク３内のナトリウムイオンリッチの放射性廃液を先に実施し、貯留タンク３内の放射性廃液の通水が終わった後に貯留タンク４内の２価イオン溶液の放射性廃液の通水を行う。これは、貯留タンク３内の放射性廃液に含まれるストロンチウムの濃度は、貯留タンク４内の放射性廃液に含まれるストロンチウムの濃度より低いことが予想されるためである。吸着塔５内の吸着剤がフレッシュなうちにストロンチウム濃度が低い放射性廃液を処理し、その後、ストロンチウム濃度が高い放射性廃液を処理することにより、ストロンチウムの除去率を高めることができる。
【００３２】
また、吸着剤としてＮａ型のものを使用する場合、はじめにナトリウムリッチの放射性廃液を通水することにより吸着剤のＮａの損失（他イオンとの置換）を抑制し、さらには濃度の高いナトリウムリッチ廃液を通水することにより吸着剤のＮａ吸着量を高めることができ、吸着剤の性能向上が期待できる。
【００３３】
吸着塔５を通過した放射性廃液は、出口で放射線量を測定し（図示せず）、定められた放射性核種濃度未満であると判定されれば放出する。定められた濃度以上の放射性核種が検出された場合は、吸着塔５を通過した放射性廃液を別のタンクに貯蔵し、追加処理を実施する。
【００３４】
以上、本実施例によれば、吸着剤を有効に利用しながら放射性廃液を処理することができ、また、二次廃棄物の発生を抑制することができる。
【実施例２】
【００３５】
本発明の別の実施例について図２を用いて説明する。実施例１と異なる点は、実施例１のアルカリ供給部６の代わりに、貯留タンク２に薬剤供給部８（第一の薬剤添加部）が接続されていることである。
【００３６】
薬剤供給部８は、薬剤タンクと配管とポンプと開閉弁とを含む。薬剤タンクには、ストロンチウム等の２価イオンと結合して錯体を形成する有機薬剤が充填されている。ここで、錯体を形成する有機薬剤としては、シュウ酸、クエン酸、酒石酸、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、イミノ二酢酸、エチレンジアミン四酢酸、ロジゾン酸二ナトリウムなどがある。
【００３７】
廃液タンク１から貯留タンク２に移送された放射性廃液には、薬剤供給部８から有機薬剤が供給され、貯留タンク２内で放射性廃液と有機薬剤が混合される。放射性廃液に含まれる２価イオン（カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム等）と有機薬剤とは錯体を形成する。
【００３８】
ここで形成される錯体は、水に不溶な性質を持つものであることが望ましい。そのため、薬剤供給部８から供給される有機薬剤としては、２価イオンと不溶解性の錯体を形成するものが選択される。
【００３９】
有機薬剤の供給で錯体の沈殿が生じた後、貯留タンク２内の溶液は、配管１１を通じて貯留タンク３に移送される。このとき、貯留タンク３に移送される放射性廃液は、少量のストロンチウムを含むナトリウムイオンリッチな溶液である。
【００４０】
ここで、薬剤供給部８から供給される有機薬剤の種類や、貯留タンク２内のｐＨを適切に選定することで、貯留タンク２内に生成する錯体の量を調整することができる。また、ストロンチウムとカルシウム及び／又はマグネシウムとの錯形成のしやすさが異なる有機薬剤を選定することで、ストロンチウムとカルシウム及び／又はマグネシウムとの粗分離も可能である。
【００４１】
貯留タンク３への移送が終了した後、貯留タンク２に酸供給部７（第二の薬剤添加部）より酸溶液を供給し、貯留タンク２内の沈殿を溶解する。その後、この溶液は、配管１２を通じて貯留タンク４に移送される。この溶液には、元の放射性廃液に含まれるイオンのうち、錯体として形成された沈殿に含まれていた２価イオンが多く含まれている。
【００４２】
本実施例では、沈殿を形成するために添加する有機薬剤の選定により、ストロンチウムとカルシウム及び／又はマグネシウムとの割合を調整することができ、ストロンチウムの除去効率を向上することができる。
【００４３】
図３は、実施例１及び２における放射性廃液の処理方法をまとめて示したものである。
【００４４】
本図に示すように、まず、放射性廃液に含まれる２価イオンの沈殿分離（Ｓ１０１）を行う。ここで、沈殿を生じさせるために放射性廃液に添加する薬剤は、アルカリ溶液、又は２価イオンの一部若しくは全部と錯体を形成する有機薬剤である。ここで、当該アルカリ溶液及び当該有機薬剤を「沈殿生成剤」と呼ぶことにする。
【００４５】
つぎに、上澄み液の吸着処理（Ｓ１０２）を行う。Ｓ１０１において２価イオンが分離されているため、上澄み液は、１価イオンを多く含む溶液となっている。
【００４６】
つぎに、沈殿を溶解し、１価イオンの濃度が低くかつ２価イオンの濃度が高い溶液を生成する（Ｓ１０３）。
【００４７】
その後、Ｓ１０３で生成した溶液の吸着処理（Ｓ１０４）を行う。
【００４８】
Ｓ１０１〜Ｓ１０４の工程は、吸着処理Ｓ１０２、Ｓ１０４で用いる吸着剤が飽和に近づき二価イオンの吸着が困難となるまで繰り返すことができる。
【００４９】
Ｓ１０２及びＳ１０４で用いる吸着剤としては、ストロンチウムに対して吸着選択性が高いものが望ましい。
【符号の説明】
【００５０】
１：廃液タンク、２、３、４：貯留タンク、５：吸着塔、６：アルカリ供給部、７：酸供給部、８：薬剤供給部、１１、１２、１３：配管、１００：放射性廃液の処理装置。
【図１】
0006587973.tif 000002
【図２】
0006587973.tif 000003
【図３】
0006587973.tif 000004