(57)【要約】【課題】放射性核種を選択的に除去することができる原子力発電プラントの液体処理方法と装置を提供する。【解決手段】放射性核種を含有する液体の処理方法において、該液体を、液体中に含まれる放射性核種を吸着しうる１種以上の吸着剤に通水処理する液体処理方法としたものであり、前記通水処理は、複数の吸着剤を使用して混床又は複床を形成して行うことができ、前記通水剤としては、無機イオン交換体及び／又はキレート樹脂、又は、これらと強酸性カチオン樹脂及び／又は強塩基性アニオン樹脂を併用して使用でき、無機イオン交換体としてはチタン酸塩及び／又はフェロシアン化物、キレート樹脂としては、母体である高分子化合物に配位基が導入されたイミノジ酢酸型、ポリアミン型又は、ポリリン酸が使用できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性核種を含有する液体の処理方法において、該液体を、液体中に含まれる放射性核種を吸着し得る１種以上の吸着剤に通水処理することを特徴とする液体処理方法。
【請求項２】
前記通水処理は、複数の吸着剤を使用した混床又は複床に通水して行うことを特徴とする請求項１記載の液体処理方法。
【請求項３】
放射性核種を含有する液体の処理装置において、該液体を処理する流路に、液体中に含まれる放射性核種を吸着し得る１種以上の吸着剤を充填した充填層を設けたことを特徴とする液体処理装置。
【請求項４】
前記吸着剤は、無機イオン交換体及び／又はキレート樹脂、又は、これらと強酸性カチオン樹脂及び／又は強塩基性アニオン樹脂を併用したものであることを特徴とする請求項３記載の液体処理装置。
【請求項５】
前記吸着剤は、無機イオン交換体としては、チタン酸塩及び／又はフェロシアン化物を、またキレート樹脂としては、母体である高分子化合物に放射性核種とキレートを形成しうる配位基が導入されたイミノジ酢酸型、ポリアミン型又はポリリン酸型であることを特徴とする請求項４記載の液体処理装置。
【請求項６】
前記充填層は、イオン交換樹脂を充填した充填層を前段に配置し、無機イオン交換体及び／又はキレート樹脂を充填した充填層を後段に配置することを特徴とする請求項４記載の液体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体の処理に係り、特に、原子力発電プラントにおいて発生する放射性核種を含有する液体の処理方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−１６８９１７号公報
【特許文献２】特開平６−３４３８５６号公報
【特許文献３】特開平１０−１７０６９６号公報
原子力発電プラントでは、発生した廃液を浄化して再利用するため、その浄化設備として、イオン交換樹脂を使用している廃液脱塩装置や、中空糸膜フィルタなどのろ過装置及び濃縮器が通常設置されている。
原子力発電プラント内で発生した廃液には、放射性核種やイオン性の不純物、懸濁性腐食生成物などが含まれており、全ての廃液がタンクに回収されて浄化処理が行われている。
タンクに回収される廃液は、原子炉水や回転機器シール水などの機器ドレン水、床清掃廃液などの床ドレン水、イオン交換樹脂の逆洗や通薬にて発生する再生廃液など、様々な性状の廃液がある。それらの廃液の性状により処理方法が異なっており、懸濁性物質が多い廃液ではろ過処理が、またイオン濃度の高い廃液では濃縮処理が行われ、最終的には、廃液脱塩装置で処理されて回収、再利用されている。
最近の原子力発電プラントでは、プラント全体をクリーンにすることが求められており、放射性廃液の浄化については、放射能が検出されないようにすることが求められている。これは、放射性核種が存在すると、プラントの定期点検において作業員の線量当量増加の原因となるためである。
【０００３】
しかし、現状の廃液処理設備は、設計時において、廃液中に極微量存在する放射性核種を検出限界以下にまで除去することは想定しておらず、Ｎａ＋やＣｌ−などを含むイオン性不純物や金属酸化物を想定しているのみである。浄化する設備の１つである廃液脱塩装置ではイオン交換樹脂が使用されているが、極微量存在する放射性核種の除去率は十分とは言えない。そのため、現状では、放射性核種濃度が破過傾向を示すと、薬品による通薬再生を実施し、除去能力を回復させているため、再生薬品が二次的な廃液として発生し、処理が必要となるため効果的ではない。また、再生を実施せずに樹脂交換を実施した場合には、それが放射性固体廃棄物となるため、この処分が問題となってしまう。一方、濃縮器は、放射性核種の除去能力は高いが、処理能力が低く、プラント内で発生する廃液の処理能力としては十分ではない。
放射性核種であるコバルトやマンガンなどの重金属類は、廃液中に存在する硫酸イオンや有機物などとキレートを形成し易いため、通常使用されているイオン交換樹脂では除去しにくい特性を有している。
また、活性炭若しくは繊維状活性炭を使用した放射性核種除去吸着剤が提案されているが、キレート樹脂や無機系吸着剤に比べ物理的な特性が劣り、特に物理的な強度が低いため、通水により破砕する可能性があり、廃液処理設備として妥当ではない。また繊維状吸着剤の場合は通水時の圧力損失が大きく、処理容量を大きくすることはできず、処理設備が大きくなってしまうという問題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、放射性核種を選択的に除去することができ、イオン交換樹脂への負荷を低減して樹脂寿命を延ばすことができる放射性核種を含有する液体処理方法と装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、放射性核種を含有する液体の処理方法において、該液体を、液体中に含まれる放射性核種を吸着し得る１種以上の吸着剤に通水処理する液体処理方法としたものである。
前記液体処理方法において、通水処理は、複数の吸着剤を使用した混床又は複床に通水して行うことができる。
また、本発明では、放射性核種を含有する液体の処理装置において、該液体を処理する流路に、液体中に含まれる放射性核種を吸着し得る１種以上の吸着剤を充填した充填層を設けたことを特徴とする液体処理装置としたものである。
【０００６】
前記液体処理装置において、吸着剤は、無機イオン交換体及び／又はキレート樹脂、又は、これらと強酸性カチオン樹脂及び／又は強塩基性アニオン樹脂を併用したものであり、前記無機イオン交換体としてはチタン酸塩及び／又はフェロシアン化物を、またキレート樹脂としては母体である高分子化合物に放射性核種とキレートを形成しうる配位基が導入されたイミノジ酢酸型、ポリアミン型又はポリリン酸型が使用でき、前記充填層は、イオン交換樹脂を充填した充填層を前段に配置し、無機イオン交換体及び／又はキレート樹脂を充填した充填層を後段に配置することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明では、放射性核種などの重金属を除去するための吸着剤を使用する。キレート樹脂や無機イオン交換体単独では放射性核種を、選択的に除去できるがキレート形成した重金属の吸着能力は低く、イオン交換樹脂を併用することで、重金属以外の不純物を除去して重金属の除去率を向上させることができる。また、これにより放射性核種を選択的に除去できるため、イオン交換樹脂への負荷を減らし薬品による再生頻度を減らすことができ、ひいては樹脂寿命を延ばすことができる。また、濃縮器による処理量を減らすことができ、運転コストを低減することができる。
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明の液体処理方法では、放射性核種を除去する吸着剤として、無機イオン交換体やキレート樹脂と、強酸性カチオン樹脂及び／又は強塩基性アニオン樹脂とを混床若しくは複床にて使用する。従来使用されているイオン交換樹脂は、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂であり、水中に存在するイオンを吸着する能力を有しているが、特定のイオンのみを吸着するという選択性には乏しい。本発明で使用する無機イオン交換体やキレート樹脂は、イオン交換樹脂に比べ吸着するイオン種の選択性が高く、特定の物質だけを吸着する能力を有している。特に、重金属に対して高い選択性を有するものが開発されている。
【０００９】
しかし、液体中に極微量存在する放射性重金属は、その他に存在する硫酸イオンやアンモニウムイオン、有磯物などとキレートを形成するため、キレート樹脂や無機イオン交換体単独では、重金属に対する除去率が必ずしも十分ではない。そこで、イオン交換樹脂を併用することにより、重金属以外の不純物を除去し、重金属をキレート樹脂や無機イオン交換体で除去されやすい形態に変えることで、除去効率を高めることができる。
このような吸着剤を使用することにより、液体中に含まれる放射性核種を効率的に除去することができると共に、従来使用しているイオン交換樹脂は、その本来の目的であるＮａやＣｌイオンなどのイオン性不純物の除去として使用するため、頻繁な通薬再生や樹脂交換の実施が不必要となり、経済的である。
【００１０】
使用する吸着剤は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｓなどの放射線核種の内の少なくとも１種を選択的に吸着し得るものであれば、無機系吸着剤又は有機系吸着剤のいずれであってもよい。無機系吸着剤である無機イオン交換体としては、チタン酸塩及びフェロシアン化物のうち、少なくとも１種が使用される。有機系吸着剤としては、重金属とキレートを形成する配位基としてイミノジ酢酸などのアミノカルボン酸類やポリアミン類又はポリリン酸などを導入したキレート樹脂のうち、少なくとも１種が使用される。
無機イオン交換体は、イオン交換樹脂が柔軟な構造を持つのに対して、概して強固な構造を持ち、高架橋度の交換体とみなせるため、膨潤や収縮が非常に少ない（格子定数の変化に対して１〜５％程度）ことが多い。有機イオン交換樹脂では、放射線による解重合分解が著しいが、無機イオン交換体は、放射線に耐えることができる。
【００１１】
無機イオン交換体では、強固な骨格構造をもっているほか、狭い空間に電荷密度の高い交換基があるために、強い静電場が形成されている。そのために、高い選択性が期待できる。Ｈ＋形の無機イオン交換体に含まれる水は、イオン交換樹脂よりも少ないと見積られ、極めて高い〔Ｈ＋〕になっている。そのため種々の選択特異性が認められる。また、無機イオン交換体は、選択性の濃度依存性が大きい。
また、使用する吸着剤の粒径は、０．３ｍｍ〜１．２ｍｍが好ましく、さらに好ましくは０．５ｍｍ〜０．８ｍｍである。これは、充填層に廃液を通水することを考慮したものである。また、通水流速は、吸着剤の容積に対して５〜１００倍までの容積比で通水することが望ましい。
これより小さい場合は、充填層中での流れが一部に片寄る可能性がある。また、これにより大きい場合は、接触時間が短くなるため吸着反応が十分に行れない可能性がある。
【００１２】
使用する装置としては、現在設置されているイオン交換樹脂を使用している廃液脱塩装置の後段に該吸着材を充填した放射性核種除去装置を設置してもよいし、もしくは既設の廃液脱塩装置にて混床や複床を形成して使用してもよい。
図１及び図２に、本発明の液体処理装置のフロー構成図を示す。
図１は、現在設置されているイオン交換樹脂を使用している廃液脱塩装置３の後段に、該無機イオン交換体及び／又はキレート樹脂を充填した放射性核種を除去する装置７を設置しており、図２は、既設の廃液脱塩装置３にイオン交換樹脂と放射性核種を除去する無機イオン交換体及び／又はキレート樹脂とを混合して使用している。
図１及び図２において、１は液体収集タンク、４は液体サンプリングタンク、６は復水貯蔵タンク、２、５はポンプである。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１
吸着剤０．１ｇに、ＣｏイオンとＮａイオンをそれぞれ２００ｍｇ／Ｌ及び１００ｍｇ／Ｌ含む硫酸塩溶液を１００ｍＬ加え、２５℃にて２４時間放置し、Ｃｏイオンの除去率を測定した。
吸着剤としては、比較のための強酸性ゲル型カチオン交換樹脂と、本発明のチタン酸塩、フェロシアン化物及びイミノジ酢酸型又はポリアミン型キレート樹脂の５種類を使用した。表１にその結果を示す。表１から明らかなように、チタン酸塩とフェロシアン化物及びキレート樹脂は、従来より使用されている強酸性ゲル型カチオン交換樹脂に比べ除去率が高いことがわかる。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
実施例２
内径２５ｍｍのガラスカラムに吸着剤２０ｍＬを充填し、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅなどの放射性核種を含む、放射能濃度４Ｂｑ／ｍＬの廃液をＳＶ（空間速度）＝２５にて通水し、２時間後における放射性核種の除去率を測定した。吸着剤としては、比較のための強酸性ゲル型カチオン交換樹脂と、本発明のチタン酸塩、フェロシアン化物及びイミノジ酢酸型又はポリアミン型キレート樹脂の５種類を使用した。表２にその結果を示す。表２から明らかなように、チタン酸塩とフェロシアン化物及びキレート樹脂は、従来より使用されている強酸性ゲル型カチオン交換樹脂に比べ除去率が高いことがわかる。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
実施例３
内径２５ｍｍのガラスカラムに吸着剤２０ｍＬを充填し、Ｃｏ，Ｍｎ，Ｆｅ，などの放射性核種を含む放射能濃度４Ｂｑ／ｍＬの廃液をＳＶ（空間速度）＝２５にて通水し、２時間後における放射性核種の除去率を測定した。吸着剤としては次の５種類を使用した。表３にその結果を示す。表３から明らかなように、従来技術に比べいずれの技術についても除去率が高いことがわかる。
（使用吸着剤）
ケース１：従来技術（強酸性カチオン樹脂＋強塩基性アニオン樹脂の混床）
ケース２：強塩基性アニオン樹脂＋チタン酸塩の複床
ケース３：強塩基性アニオン樹脂＋イミノジ酢酸型キレート樹脂の複床
ケース４：チタン酸塩＋強酸性カチ才ン樹脂と強塩基性アニオン樹脂の混床
ケース５：イミノジ酢酸型キレート樹脂＋強酸性カチオン樹脂と強塩基性アニオン樹脂の混床
【００１８】
なお、混床とは、カチオン樹脂、アニオン樹脂が撹拌などによって、完全に均一に混ざっており、混合割合が均一のものをいう。
複床とは、明確に層を２つ以上にわけたもので、アニオン層とカチオン層とを形成している。
例えば、混床の層上に、特定の不純物（Ｆｅイオン等）を除くために、カチオン層を乗せる場合とか、混床の層下に、例えばＴＯＣ（有機不純物）を除くために、アニオン層を設ける場合がある。
【００１９】
【表３】
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【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、原子力発電プラントの液体処理方法において、放射性核種を効率よく除去し、プラント内の放射能レベルを低減できると共に、廃液脱塩装置で使用しているイオン交換樹脂の運転コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体処理装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の液体処理装置の他の例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
１：液体収集タンク、２：液体移送ポンプ、３：廃液処理装置、４：液体サンプルタンク、５：回収水移送ポンプ、６：復水貯蔵タンク、７：放射性核種吸着剤充填塔
【図１】
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【図２】
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