(57)【要約】【課題】放射性汚染水をイオン交換して放射性核種を含むイオン性汚染物質を効率よく除去すると共に、イオン交換樹脂の廃棄量を大幅に低減する。【構成】イオン交換樹脂２を収容する処理槽３の上部にイオン交換樹脂の追加投入手段４を設け、処理槽３に放射性汚染水５を循環させる循環系統６を設け、その循環系統６における処理槽３の入口側７と出口側８に放射性核種の濃度を直接的または間接的に測定可能な入口側水質測定手段９と出口側水質測定手段１０を設け、更に循環水の流量を測定する流量測定手段１１を設ける。【選択図】        図１
2004233307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性汚染水をイオン交換樹脂で処理する装置において、イオン交換樹脂２を収容する処理槽３と、処理槽３の上部に設けたイオン交換樹脂２の追加投入手段４と、処理槽３に放射性汚染水５を循環させる循環系統６と、循環系統６における処理槽３の入口側７と出口側８に設けた放射性核種の濃度を直接的にまたは間接的に測定可能な入口側水質測定手段９および出口側水質測定手段１０と、循環水の流量を測定する流量測定手段１１を備えていることを特徴とする放射性汚染水の処理装置。
【請求項２】
請求項１において、前記入口側水質測定手段９の測定値（ＳＩ）と出口側水質測定手段１０の測定値（ＳＯ）との差に流量測定手段１１の流量測定値（Ｑ）を乗算した［（ＳＩ−ＳＯ）×Ｑ］の積算値をイオン交換樹脂２の交換容量から差し引くことにより、イオン交換樹脂２の交換残量Ｚを演算する演算手段１２を設けたことを特徴とする放射性汚染水の処理装置。
【請求項３】
請求項２において、前記演算手段１２により演算されたイオン交換樹脂２の交換残量Ｚが予め設定された下限値に達したとき、前記追加投入手段４にイオン交換樹脂２の追加投入の制御信号を出力する制御手段１３を設けたことを特徴とする放射性汚染水の処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記入口側水質測定手段９および出口側水質測定手段１０は、同種の電気化学的性状を測定するか又は同種の光学的性状を測定することを特徴とする放射性汚染水の処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記追加投入手段４はイオン交換樹脂２を収容するホッパ１７と、ホッパ１７の底部に連結した開閉手段１８と、ホッパ１７の底部におけるイオン交換樹脂２のブリッジを防止するブリッジ防止手段１９と、ホッパ１７の内側に付着したイオン交換樹脂２を洗浄する洗浄手段２０を設けたことを特徴とする放射性汚染水の処理装置。
【請求項６】
放射性汚染水５をイオン交換樹脂２で処理する方法において、イオン交換樹脂２を収容した処理槽３に放射性汚染水５を循環し、放射性汚染水５の放射性核種の濃度を直接的にまたは間接的に測定可能な水質を処理槽３の入口側７と出口側８においてそれぞれ測定すると共に、循環する放射性汚染水の流量を測定し、前記入口側水質の測定値（ＳＩ）と出口側水質の測定値（ＳＯ）との差に流量の測定値（Ｑ）を乗算した［（ＳＩ−ＳＯ）×Ｑ］の積算値をイオン交換樹脂２の交換容量から差し引くことにより、イオン交換樹脂２の交換残量Ｚを演算し、その交換残量Ｚが予め設定された下限値に達したとき、前記処理槽３にイオン交換樹脂２を追加投入することを特徴とする放射性汚染水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン交換樹脂による放射性汚染水の処理装置および処理方法に関し、特に処理により発生する放射線に汚染されたイオン交換樹脂の廃棄量を大幅に低減できる処理装置および処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上水道、工業用水または排水等の浄化にイオン交換樹脂が広く用いられている。一般的な浄化方法はイオン交換樹脂を処理槽に充填し、そこを流通する排水等に含まれるイオン性の汚染物質をイオン交換により吸着する方法である。しかしイオン交換樹脂で長時間浄化処理をすると、吸着したイオン性の汚染物質が次第に増大してイオン交換能力が低下していく。そして最終的にはイオン交換能力が無くなる現象、すなわち破過現象を起こし、処理すべき排水を浄化せずにそのまま排出するようになる。この破過に達する点を破過点（ｂｒｅａｋ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｐｏｉｎｔ  ）といい、一般には出口側濃度が入口側濃度５％ないし１０％程度に達した点を破過点とする場合が多い。
【０００３】
そこでイオン交換樹脂のイオン交換能力があるレベルまで低下した時点で浄化処理を一次中断し、処理槽のイオン交換樹脂に再生液を流して再生し、イオン交換能力を回復させてから再び浄化処理を開始する。しかし一般的には処理槽を２基設けてそれらを運転工程と再生工程に交互に切り換えて連続的な運転を行うことが多い。
【０００４】
一方、原子力発電所等の放射性物質を取り扱う施設では、放射性核種やその他の汚染物質をイオン状態で含む汚染水、すなわち「放射性汚染水」が排出される。特に定期的または随時に行われる各設備、機器類、配管類などの洗浄等に際しては、かなりの水量の放射性汚染水が排出される。このような放射性汚染水は動植物や環境に悪影響を及ぼすので、処理装置で安全レベルまで十分に浄化して外部排出する必要がある。
【０００５】
洗浄に際して排出される放射性汚染水は、配管等内部に付着した酸化物を主成分としたスラッジに含まれている放射性核種を化学洗浄などによって除去する方法を用いる事で溶解し、スラッジの主成分である鉄と同様にイオン化されて排出される。そこでイオン交換してイオン性の汚染物質を吸着除去することにより、放射性汚染水を浄化している。
【０００６】
放射性汚染水の浄化を続けると、前記のようにイオン交換樹脂のイオン交換能力は次第に低下してくる。イオン交換能力が所定レベルより低下すると、放射性核種を十分に除去していない排水が外部に漏出する恐れがあるので、一般には処理槽に過剰気味のイオン交換樹脂を充填して放射性核種の漏出を防止している。
【０００７】
放射性核種を吸着したイオン交換樹脂は、それ自体が放射線に汚染された状態になっているので、一般の排水浄化のように再生処理や放射線遮蔽物なしでの保管はできない。そのため放射性汚染水の処理の都度、使用したイオン交換樹脂を廃棄処分している。一般的に放射性汚染が程度の低いものは一度焼却して減容処理し、放射性汚染の程度が高いものは密閉容器にそのまま密閉し、最終的には使用したイオン交換樹脂の全量を放射性廃棄物として処分している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、従来の放射性汚染水の処理方法においては、放射性核種の外部漏出を防止するため、安全サイドとして処理槽にイオン交換樹脂を過剰気味に充填し、浄化処理が終わるごとに大量のイオン交換樹脂を廃棄処分にしている。この廃棄処分は、例えば青森県六ヶ所村などに計画されている廃棄物処分場等に保管する形態で行われるものであるが、将来的にそれらの保管容量には限りがあり、廃棄処分量を出来るだけ抑制することが社会的責務といえる。
【０００９】
そこで本発明は、前記従来の放射性汚染水の処理における問題を解決することを課題とし、放射性核種の漏出防止と使用済みのイオン交換樹脂の廃棄処分量の減少という相反する２つの要求を満たす新しい処理装置および処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明に係る放射性汚染水の処理装置は、イオン交換樹脂を収容する処理槽と、処理槽の上部に設けたイオン交換樹脂の追加投入手段と、処理槽に放射性汚染水を循環させる循環系統と、循環系統における処理槽の入口側と出口側に設けた放射性核種の濃度を直接的にまたは間接的に測定可能な入口側水質測定手段および出口側水質測定手段と、循環流量を測定する流量測定手段を備えていることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
上記処理装置において、前記入口側水質測定手段の測定値（ＳＩ）と出口側水質測定手段の測定値（ＳＯ）との差に流量測定手段の測定値（Ｑ）を乗算した［（ＳＩ−ＳＯ）×Ｑ］を時間的に積算した値をイオン交換樹脂の交換容量から差し引くことにより、イオン交換樹脂の交換残量を演算する演算手段を設けることができる（請求項２）。
【００１２】
上記演算手段を設けた処理装置において、前記演算手段により演算されたイオン交換樹脂の交換残量が予め設定された下限値に達したとき、前記追加投入手段にイオン交換樹脂の追加投入の制御信号を出力する制御手段を設けることができる（請求項３）。
【００１３】
上記いずれかの処理装置において、前記入口側水質測定手段および出口側水質測定手段は、同種の電気化学的性状を測定するか又は同種の光学的性状を測定することができる（請求項４）。
【００１４】
さらに上記いずれかの処理装置において、前記追加投入手段にはイオン交換樹脂を収容するホッパと、ホッパの底部に連結した開閉手段と、ホッパの底部におけるイオン交換樹脂のブリッジを防止するブリッジ防止手段と、ホッパの内側に付着したイオン交換樹脂を洗浄する洗浄手段とを設けることができる（請求項５）。
【００１５】
また、前記課題を解決するための本発明に係る放射性汚染水の処理方法は、イオン交換樹脂を収容した処理槽に放射性汚染水を循環し、放射性汚染水の放射性核種の濃度を直接的にまたは間接的に測定可能な水質を処理槽の入口側と出口側においてそれぞれ測定すると共に、循環する放射性汚染水の流量を測定し、前記入口側水質の測定値（ＳＩ）と出口側水質の測定値（ＳＯ）との差に流量の測定値（Ｑ）を乗算した［（ＳＩ−ＳＯ）×Ｑ］の積算値をイオン交換樹脂の交換容量から差し引くことにより、イオン交換樹脂の交換残量を演算し、その交換残量が予め設定された下限値に達したとき、前記処理槽にイオン交換樹脂を追加投入することを特徴とする（請求項６）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は本発明に係る放射性汚染水の処理装置のプロセスフロー図である。処理装置１はイオン交換樹脂２を収容する処理槽３と、処理槽３の上部に設けたイオン交換樹脂２の追加投入手段４と、処理槽３に放射性汚染水５を循環させる循環系統６と、循環系統６における処理槽３の入口側７と出口側８に設けた放射性核種の濃度を直接的にまたは間接的に測定可能な入口側水質測定手段９および出口側水質測定手段１０と、放射性汚染水５の循環流量を測定する流量測定手段１１と、演算手段１２と、制御手段１３を備えている。
【００１７】
処理槽３は密閉型容器からなり、その下部側壁に循環系統６の入口側７が連通し、上部側壁に循環系統６の出口側８が連通する。循環系統６の入口側７の配管１４は処理槽３の内部に延長し、その延長部分に多数のノズル穴を有する直線状、蛇腹状または円環状の噴出部１５が設けられる。なお後述するように、これと逆に処理槽３の上部側壁に循環系統６の入口側７を連通し、下部側壁に循環系統６の出口側８を連通することもできる。一方、処理槽３の上部（頂部）には投入口１６が設けられ、その投入口１６に追加投入手段４が連結される。
【００１８】
追加投入部４はホッパ１７と、ボール弁またはスライド弁等の遠隔操作可能な開閉手段１８を備えている。ホッパ１７は筒状の上部と円錐状の下部を有し、底部に開閉手段１８が連結される。そして開閉弁１８の出口側が処理槽３の投入口１６に連結する。細かい粒状のイオン交換樹脂２はホッパ４内で湿った状態で収容されるので、ホッパ４の底部でブリッジを形成することが多く、またホッパの周壁に付着することもある。そのため本実施形態ではホッパ４の底部にブリッジ防止手段１９を設け、ホッパ４の周壁部分に洗浄手段２０を設けており、それぞれを必要に応じて所定の時間だけ作動させる。
【００１９】
ブリッジ防止手段１９はホッパ４の底部における周壁に沿って設けたリング状のノズル管により構成され、そのノズル管の周方向に沿って所定間隔で設けた多数のノズル孔から加圧水を噴出してイオン交換樹脂のブリッジを破壊するようになっている。配管２１から供給される清浄水（好ましくは純水）はポンプ２２で加圧され、その加圧水は開閉弁２３を開けることにより前記ノズル管に供給される。また、原子力発電所などにおいては、純水を１ＭＰａ（１０Ｋｇ／ｃｍ２  ）弱で供給可能なラインが張り巡らされているので、その純水の一部をそのラインから配管２１ａを介して配管２１に供給することもできる。
【００２０】
加圧水は連続的に噴出させてもよいが、加圧水をパルス状に噴出させることによりブリッジ破壊効果をより高めることができる。但しパルス状に噴出させる場合には開閉弁２３を遠隔操作可能なものとし、例えばタイマー装置等で開閉弁２３をパルス状に開閉作動させるように構成する。
【００２１】
洗浄手段２０はホッパ４の中間部における周壁に沿って設けたリング状のノズル管により構成され、そのノズル管の軸方向に所定間隔で設けた多数のノズル孔から加圧水を噴出して周壁に付着したイオン交換樹脂を洗浄するようになっている。
【００２２】
このような洗浄手段２０を設けることにより、ホッパ１７の内側の洗浄に加えて、処理槽３からホッパ１７内に侵入した放射性汚染水を洗い流し、本発明における追加投入装置自体、及び収容したイオン交換樹脂の放射線汚染を防止することもできる。なお洗浄手段２０への加圧水は前記配管２１ａまたはポンプ２２から供給される純水等を配管２１および開閉弁２４を経て供給される。
【００２３】
上記のようにブリッジ防止手段１９または洗浄手段２０を作動させることによってホッパ１７内に噴射された水は開閉手段１８を開けた際に処理槽３に流出するが、開閉手段１８が閉じた状態で噴出した水はホッパ１７内に一時的に残留する。しかしその残留水も次の開閉手段１８をあけたときに処理槽３内に流出するので問題はない。しかし最後のイオン交換樹脂投入終了後の洗浄水等はそのままホッパ１７内に残留するので、それを任意の時に外部に排出することが必要な場合には、例えばホッパ１７の底部付近にフィルタ付きのドレン弁を設ける必要がある。
【００２４】
循環系統６は図示のような放射性汚染水５を貯留する貯留槽２５と、処理槽３の入口側７と貯留槽２５を接続する配管１４と、配管１４に設けたポンプ２６と、処理槽３の出口側と貯留槽２５を接続する配管１４ａを備えている。そして貯留槽２５に放射性汚染水５を導入するための開閉弁２７を有する配管２８と、浄化した水を排出するための開閉弁２９を有する配管３０を設けている。
例えば原子力発電所などにおいては、上記のようにオフラインで貯留槽２５を設けて循環系統６を構成するのではなく、原子炉系本設配管に部分的に直接通水して循環系統６を構成するほうが望ましい。その場合には一点差線で示す原子炉系本設配管から来る配管１４ｂと戻り用の配管１４ｃを配管１４と配管１４ａにそれぞれ接続する。
【００２５】
入口側水質測定手段９と出口側水質測定手段１０によって放射性核種の濃度を間接的に測定する場合には、これら測定手段で例えば同種の電気化学的性状を測定するか又は同種の光学的性状を測定する。電気化学的性状としては、電気導電率、イオン濃度などがあり、光学的性状としては、分光光度、ＵＶ（紫外線）透過率、色相、比色、発色反応などがある。
【００２６】
先ず電気的性状である電気導電率について説明すると、循環水中に存在している各種イオンの放射性核種の濃度は電解質濃度に比例し、その電解質濃度は電気導電率と相関関係にある。そこで電気導電率を測定し、それを検量線で換算することによりイオン化している放射性核種の濃度を間接的に測定できる。なお検量線データは循環水に溶解しているイオンの種類や複数のイオンの混合割合等により変動するので、実験により確認する必要がある。また電気導電率は市販されている一般的な電気導電率計（ＥＣ計）で容易に測定できる。
【００２７】
次に電気的性状であるイオン濃度について説明すると、放射性核種の濃度はイオン濃度と通常比例関係にある。すなわち前記のように洗浄等により排出される放射性汚染水に溶解するイオン性の放射性核種の大部分は、洗浄により配管等から遊離する金属イオンや有機物イオンと結びついた状態のイオン性汚染物として存在することが多い。そこでこれらイオン性汚染物の濃度を測定することにより放射性核種の濃度を間接的に測定できる。
【００２８】
イオン濃度は検出部に選択イオン電極や水素イオン電極（ｐＨ電極）を使用した測定器で使用し、標準電極との電位差を測定することで間接的に測定できる。使用する選択イオンの種類は放射性汚染水に溶解している金属イオンの種類によって選択し、例えば循環水の基準電極は白金標準電極（ＯＰＲ電極）、鉄イオンは鉄電極、クロムイオンはクロム電極、ニッケルイオンはニッケル電極等を選択し、各々の電位を測定する。
【００２９】
一方、イオン交換樹脂が破過した場合には、イオン交換樹脂に吸着した成分が放射性汚染水に溶解してそのｐＨ値や電気導電率が変動する。そこで、例えばｐＨ電極を使用した測定器で放射性汚染水のｐＨを測定することにより、イオン交換樹脂の破過を知ることができる。従ってｐＨ測定はイオン交換樹脂の破過を検知してイオン交換樹脂の追加投入を行う管理方式を採用する場合に有効である。また放射性汚染水に化学除染に用いるシュウ酸等の有機物がイオン状態で溶解している場合には、その有機物イオンによってｐＨが変化する。そのような場合には、ｐＨ測定は化学除染工程の進行を判断するなどに用いることが出来る。
【００３０】
次に光学的性状である分光光度について説明すると、前記のように放射性核種の濃度は金属イオン濃度と比例関係にあるので、金属イオン濃度を分光度で測定することにより放射性核種の濃度を知ることができる。例えば配管等から鉄イオンが放射性汚染水中に溶解している場合には、その鉄イオン濃度に比例して特定波長の光透過率が変化する。従ってその光透過率を分光光度計で測定することによって放射性核種の濃度を間接的に測定できる。
【００３１】
次に光学的性状であるＵＶ（紫外線）透過率について説明すると、前記のように放射性汚染水に化学除染に用いるシュウ酸等の有機物がイオン状態で溶解している場合には、その有機物イオンによってＵＶ透過率が変化する。そこでＵＶ透過率計でＵＶ透過率を測定することにより、放射性核種の濃度を間接的に測定できる。
【００３２】
次に光学的性状である色相について説明すると、放射性汚染水のイオン濃度変化によりその色相に変化を生じる場合がある。また化学除染に使用したシュウ酸等の有機物が浮遊物して存在すると色相が変化する。従って放射性汚染水の色相を測定することにより放射性核種の濃度を間接的に測定できる。色相は系統中に設けられたサイトホールから行う肉眼による判断や、例えばデジタルカメラ等による静止画像撮影機構を有する画像処理装置によって測定することができる。
【００３３】
また前記のように放射性汚染水にイオン交換樹脂に吸着した成分が溶け出した場合があるので、その変化を測定することにイオン交換樹脂の破過を知ることができる。従ってそのような場合には、色相測定によりイオン交換樹脂の破過を検知し、イオン交換樹脂の追加投入を行う場合に有効である。
【００３４】
次に光学的性状である比色について説明すると、放射性汚染水の三価の鉄イオン濃度が変化した場合等においては、チオシアン酸イオンなどの発色剤と接触させると、三価の鉄イオンと発色剤が反応して特定の色相になる呈色反応がみられる。そこで発色方式と前記のような分光光度測定、色相測定手段を組み合わせて反応による発色を測定することにより放射性核種の濃度を間接的に測定できる。
【００３５】
上記説明では、同種の電気化学的性状を測定するか又は同種の光学的性状を測定することによって放射性核種の濃度を間接的に測定しているが、場合によっては放射性核種の濃度を直接的に測定することもできる。そのような測定方法としては、例えば電離箱による放射線線量測定による測定方法、ＧＭ計数管、Ｎａｌ（ＴＩ）シンチレーション検出器その他による核種分析による測定方法が利用できる。そしてこれらの測定方法を利用した入口側水質測定手段９と出口側水質測定手段１０の検出端を循環系統に設けることによって放射性核種の濃度を直接的に測定することができる。
【００３６】
次に処理槽３に収容したイオン交換樹脂の交換残量の演算について説明する。入口側水質測定手段９により測定された水質値Ｓ（Ｉ）と出口側水質測定手段１０により測定された水質値Ｓ（Ｏ）はそれぞれ演算手段１２に入力される。なお正常な状態ではＳ（Ｉ）＞Ｓ（Ｏ）の関係にある。
演算手段１２は例えばパソコン等のコンピュータ装置により構成され、代表的なコンピュータ装置はＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭまたは磁気ディスク装置等の記憶部、キーボードやマウス等の入力部、液晶等のディスプレーからなる表示部を備えている。
【００３７】
循環系統６を循環する放射性汚染水の流量は流量測定手段１１によって測定される。流量測定手段１１は一般に使用されている測定値を電気信号として出力できるフローメータ等の流量計を使用することができるが、超音波式流量計なども使用できる。
【００３８】
演算装置１２の記憶部には予め演算プログラムが格納され、その演算プログラムにより、入力された入口側水質測定手段９による測定値Ｓ（Ｉ）と出口側水質測定手段１０による測定値Ｓ（Ｏ）、および流量測定手段１１による流量測定値Ｑから［Ｓ（Ｉ）−Ｓ（Ｏ）×Ｑ］を例えば１／１００秒ごとに演算し、その演算値をカウンタ等で積算する。そしてその積算値を時々刻々処理槽３に初期投入したイオン交換樹脂の交換容量Ｍから差し引くことにより、処理槽３に収容したイオン交換樹脂２の交換残量Ｚがオンラインで瞬時に演算される。
【００３９】
演算手段１２は前記のようにコンピュータ装置で構成することができるが、そのコンピュータ装置は制御手段１３を兼用させることができる。制御手段１３の記憶部には制御プログラムが格納され、前記演算手段１２で演算されたイオン交換樹脂２の交換残量Ｚが予め設定された下限値に達したとき、イオン交換樹脂２の追加投入手段４を構成する開閉手段１８に追加投入の制御信号を出力し、開閉手段１８を所定時間開けてイオン交換樹脂２を処理槽３に投入する制御を行う。
【００４０】
次に図１の処理装置１を用いて放射性汚染水の浄化処理を行う方法について説明する。例えば原子力発電所においては、原子炉系本設配管から配管１４ｂにより排出する放射性汚染水が処理槽１の入口側７に供給され、処理済みの水は戻り用の配管１４ｃを経て原子炉系本設配管に戻るように循環させることができる。
また設備や配管類などを定期的に洗浄した際には、短時間にかなりの量の放射性汚染水がバッチ的に排出されるので、そのような場合には、その放射性汚染水を配管２８の開閉弁２７を開けることにより貯水槽２５に導入する。なお貯留槽２５の容量は予想される最大の１バッチ排出量を貯留できるように設計される。
【００４１】
本実施形態では入口側水質手段９および出口側水質手段１０として電気導電率計を使用し、制御手段１３で制御する開閉手段１８は遠隔操作可能な電動駆動式とする。そして放射性汚染水の循環に先立って、追加投入部４かを利用して処理槽３の内部にイオン交換樹脂２を投入しておく。イオン交換樹脂２の投入量は貯留槽２５に貯留した放射性汚染水全ての処理に必要な量より若干少なく設定される。その設定の正確性を高めるには、例えば事前調査などにより予め処理量を把握しておくことが必要である。
【００４２】
貯留槽２５に１バッチの放射性汚染水が貯留されたら、ポンプ２６を運転して循環系統６に放射性汚染水を循環させる。放射性汚染水は入口側７から噴出部１５を経て処理槽３内部に噴出し、内部に収容したイオン交換樹脂２とイオン交換して出口側８から貯留槽２５に戻るように循環する。
【００４３】
図２は処理時間に対する入口側７と出口側８の電気導電率変化と処理槽３へのイオン交換樹脂２の投入累積の関係を示すものである。時間ｔ０においてポンプ２６を運転して放射性汚染水の循環を開始すると、イオン性の汚染物質はイオン交換により徐々に減少するので、入口側７の電気導電率Ｓ（Ｉ）はそれに応じて低下していく。一方、出口側の電気導電率Ｓ（Ｏ）は時間ｔ０から急激に低下していく。
【００４４】
しかし処理槽３に初期投入したイオン交換樹脂２の量は、前記のように貯留槽２５に貯留された１バッチ分の放射性汚染水の量を十分に処理するために必要とする量より少な目にしているので、イオン交換樹脂２のイオン交換能力は徐々に低下する。そのため入口側７から流入した放射性汚染水のイオン交換効率が初期より低下し、破過点に達すると出口側８の電気導電率Ｓ（Ｏ）が徐々に上昇していく。
【００４５】
そして場合によっては図示のように時間ｔ１において出口側８の電気導電率Ｓ（Ｏ）が入口側７の電気導電率Ｓ（Ｉ）より上昇するという逆転現象が起こる。この逆転現象はイオン交換樹脂が「破過」現象を起こし、入口側７より流入した放射性汚染水がイオン交換されず、そのまま出口側８に時間遅れで流出したことにより発生するものである
前記のように、演算手段１２はイオン交換樹脂２の交換残量Ｚを演算し、制御手段１３はその交換残量Ｚが予め設定された下限値に達したときに、追加投入手段４の開閉手段１８を所定時間開け制御信号を出力するようになっている。
【００４６】
従って、例えば制御手段１３に設定された下限値がイオン交換樹脂の破過が起こるレベルであるとすると、図示のように時間ｔ１において開閉手段１８を所定時間だけ開ける制御が行われる。イオン交換樹脂の追加投入量は開閉手段１８を開ける時間に比例するので、制御手段１３には予め実験等により決定した追加投入量に相当する開時間をプログラムしておく。
【００４７】
イオン交換樹脂２を所定量だけ追加投入すると、その投入量に応じて処理槽３では新たなイオン交換容量が発生し、それによって出口側８の電気導電率Ｓ（Ｏ）は再び低下していく。以降、出口側の電気導電率Ｓ（Ｏ）が上昇するごとに同様な操作でイオン交換樹脂を追加投入しながら運転（図２には省略されている）すると、放射性汚染水のイオン性汚染物質が次第に除去され、時間ｔ２の時点では電気導電率が低下しきって平衡状態に達するので、そこでポンプ２６を停止して処理操作を終了する。
【００４８】
なお処理操作の終了時点までの処理槽３に投入した全イオン交換樹脂量Ｖは、初期投入量をＶ０、１回目の追加投入量をＶ１、２回目の追加投入量をＶ２・・・とすると、Ｖ＝Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２＋・・・となり、それに対応するイオン交換容量Ｃは、Ｃ＝Ｃ０＋Ｃ１＋Ｃ２＋・・・となってイオン交換を完了している。本実施形態ではｎ回目の追加投入されたイオン交換樹脂はその交換能力を完全に消費できない場合もあり得るが、少なくともｎ−１回目までは完全に消費されるので、未消費のまま廃棄する量は極めて僅かに抑えることが出来る。また、過去のイオン交換樹脂投入量の結果や水質データ等を参考にして１回あたりのイオン交換樹脂の投入量を最適値に設定することもできる。
【００４９】
上記の説明では制御手段１３に設定する下限値をイオン交換樹脂の破過が起こるレベルとしたが、破過に達する前、例えば時間ｔ３の余裕のある状態を下限値として設定することもできる。また演算手段１２で演算した交換残量Ｚをその表示部に表示し、その表示値を基にイオン交換樹脂２の追加投入時期および量を判断して開閉手段１８を手動で操作することもできる。なおその場合には制御手段１３を省略してもよい。
【００５０】
図１５は本発明に係る放射性汚染水の処理装置における他のプロセスフロー図である。この実施形態が図１の例と異なる部分は処理槽３の入口側７と出口側８は図１の例と上下逆になっている点にあり、その他は同様に構成される。したがって同じ部分同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５１】
原子炉系本設配管からの配管１４ｂまたはポンプ２１から供給される循環水は図１５の上側に示す配管１４から処理槽３の入口側に流入し、処理槽３の出口側８から流出する循環水は配管１４ａから原子炉系本設配管への戻り用の配管１４ｃまたは貯留槽２５に戻る。
【００５２】
図１の実施形態は循環水が処理槽３の下から上に流れるアップフローになっているが、この方式は単一タイプのイオン交換樹脂を使用する場合に適している。一方、図１５の実施形態は循環水が上から下に流れるダウンフローになっており、この方式は混合タイプのイオン交換樹脂を使用する場合に適している。
【００５３】
周知のように、イオン交換樹脂には陽イオンを吸着する陰イオン交換樹脂と、陰イオンを吸着する陽イオン交換樹脂の２種存在する。そして通常金属イオンなどの陽イオンは陰イオン交換樹脂で吸着するが、完全に水質を浄化するには循環水に存在する陰イオンと陽イオンの両方を吸着する必要がある。その場合には陰イオン交換樹脂だけの単一タイプではなく、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂を混合した混合タイプを使用する。
【００５４】
しかし一般に陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂は互いに比重が異なるので、アッパーフローにすると比重さにより陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂が分離して水質浄化効率が低下する。そこで図１５のようなダウンフローを採用することにより分離を防止して水質浄化効率の低下を防止する。
【００５５】
次にイオン交換樹脂の追加投入手段４に設けられるブリッジ防止手段１９の各実施形態を説明する。図３は追加投入手段４を構成するホッパ１７の底部に設けたブリッジ防止手段１９の１例を示す縦断面図であり、図４はその平面図である。これらの図において、ブリッジ防止手段１９はホッパ１７の底部外側に設けられたリング状のノズル管３１を備えており、ノズル管３１には周方向に沿って所定間隔で多数のノズル孔３２が設けられる。開閉弁２３を開けると配管２１から加圧水がノズル管３１に供給され、各ノズル孔３２から矢印のように斜め上方に向かって噴出し、イオン交換樹脂２のブリッジを下方から破壊する。
【００５６】
図５はブリッジ防止手段１９の他の例を示す平面図である。このブリッジ防止手段１９もホッパ１７の底部の外側に設けられるリング状のノズル管３１を備え、ノズル管３１の周方向には所定間隔で４本のノズル部３３が設けられる。開閉弁２３を開けると配管２１から加圧水がノズル管３１に供給され、その加圧水は各ノズル部３３から矢印のように４方向に向かって噴出し、それによって加圧水の旋回流が発生してイオン交換樹脂２のブリッジを破壊する。
【００５７】
図６はブリッジ防止手段１９のさらに他の例を示す縦断面図であり、図７はそのＡ−Ａ断面図である。このブリッジ防止手段１９はホッパ４の底部付近に設けた４本の貫通孔にそれぞれ挿入したノズル部３３により構成される。そして開閉弁２３を開けると配管２１から加圧水が各ノズル部３３に供給され、その加圧水は各ノズル部３３から４方向から矢印のように斜め上方に向かって噴出し、それによってイオン交換樹脂２のブリッジを下方から破壊する。
【００５８】
次にイオン交換樹脂の追加投入手段４に設けられる洗浄手段２０の実施形態を具体的に説明する。
図８は洗浄手段２０の１例を示す平面図であり、図９はそれをホッパ４に配置した部分拡大断面図である。洗浄手段２０はホッパ１７の中間部周壁に設けたリング状のノズル管３４により構成され、そのノズル管３４には周方向に沿って２列に且つ所定間隔で多数のノズル孔３５，３６が設けられる。
【００５９】
開閉弁２４を開けると配管２１から加圧水がノズル管３４に供給され、その加圧水は各ノズル孔３５、３６から図９に示す矢印のように噴出する。そしてノズル孔３５から噴出する加圧水はホッパ１７の上部周壁を下方から洗浄し、ノズル孔３６から噴出する加圧水はホッパ１７のテーパ状の下部周壁を上方から洗浄する。
【００６０】
図１０は洗浄手段２０の他の例を示す平面図である。洗浄手段２０はホッパ１７の中間部周壁に設けたリング状のノズル管３４により構成され、そのノズル管３４には周方向に沿って複数のノズル部３７が設けられる。開閉弁２４を開けると配管２１から加圧水がノズル管３４に供給され、その加圧水は各ノズル部３７から矢印のように周方向に沿って水平に噴出する。そして各ノズル部３７から噴出する加圧水により旋回流を生成し、その旋回流によってホッパ１７の周壁を洗浄する。
【００６１】
図１１は洗浄手段２０のさらに他の例を示す平面図である。洗浄手段２０はホッパ１７の中間部周壁において対角線上に設けた２つの貫通孔にそれぞれ挿入した２つのノズル部３８により構成される。開閉弁２４を開けると配管２１から加圧水が各ノズル部３８に供給され、その加圧水は各ノズル部３８から矢印のように周方向に沿って水平に噴出して旋回流を生成し、その旋回流によってホッパ１７の周壁を洗浄する。
【００６２】
図１２はイオン交換樹脂の追加投入手段４に設けられるブリッジ防止手段１９と洗浄手段２０を組み合わせた例を示す縦断面図であり、図１３はそのＢ−Ｂ断面図である。この例では洗浄手段２０がホッパ１７の中間部から下部に向かって等間隔に設けた４つの直線状のノズル管３９により構成される。各ノズル管３９には長さ周方向に等間隔で多数のノズル孔４０が設けられ、その先端は開口部４１とされる。
【００６３】
ブリッジ防止手段１９は前記各ノズル管３９とその先端の開口部４１により構成される。従って各ノズル管３９は洗浄手段２０の一部とブリッジ防止手段１９を兼ねている。開閉弁２３を開けると配管２１から加圧水が各ノズル管３９に供給され、その加圧水は多数のノズル孔４０から矢印のように噴出して旋回流（図１３参照）を形成し、ホッパ１７の周壁を洗浄する。さらに加圧水はノズル管３９の先端から矢印のように噴出し、ホッパの下部に形成されるイオン交換樹脂のブリッジを破壊する。
【００６４】
図１４は追加投入手段４の他の例を示す縦断面図である。本実施形態における追加投入手段４は、ホッパ１７と、ホッパ１７の底部に連結した横長のハウジング４２と、ハウジング４２の先端に連結した開閉手段１８と、ハウジング４２の内部を往復移動するピストン４３と、ピストン４３を駆動する駆動部４４を備えている。そしてこの駆動部４４は前記制御手段１３で駆動制御される。
【００６５】
ホッパ１７には図１２（図１３）と同様なブリッジ防止手段１９と洗浄手段２０が設けられる。これらブリッジ防止手段１９と洗浄手段２０を構成する共通のノズル管３９には遠隔操作可能な開閉弁２４ａを有する配管２１が接続される。またハウジング４２には内部を洗浄する洗浄手段４５が設けられる。洗浄手段４５はハウジング４２の上壁を斜めに貫通する貫通孔に挿入したノズル部４６により構成され、そのノズル部４６には遠隔操作可能な開閉弁４７を有する配管２１が接続される。そしてこれら遠隔操作可能な開閉弁２４ａと４７は前記制御手段１３で制御される。
【００６６】
次に図１４の追加投入手段４で処理槽３（図示せ）にイオン交換樹脂を投入する方法を説明すると、先ず開閉手段１８を開け、駆動部４４を駆動してピストン４３を右方に移動し、次に開閉弁２４を開けて洗浄手段２０とブリッジ防止手段１９を作動すると、ホッパ１７に収容されたイオン交換樹脂がハウジング４２内に落下する。
【００６７】
次に駆動部４４を駆動してピストン４３を左方に移動すると、ハウジング４２内に落下したイオン交換樹脂がピストン４３で開閉手段１８側に押し出されて処理槽３に投入される。次に、再び駆動部４４を駆動してピストン４３を右方に移動し、開閉弁４７を開けて洗浄手段４５を作動すると、ハウジン４２の内部が加圧水で洗浄され、その洗浄排水は洗い流された残留イオン交換樹脂と共に処理槽３内に排出される。以上の各操作を繰り返すごとに予め決められた１回分のイオン交換樹脂が処理槽３に投入されるので、その回数を選択することにより、必要量のイオン交換樹脂を投入することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る放射性汚染水の処理装置によれば、イオン交換樹脂を収容する処理槽に放射性汚染水を循環させる循環系統を組み合わせているので、バッチ的に排出される放射性汚染水を繰り返しイオン交換して放射性核種を含むイオン性汚染物質を十分に且つ効率よく水から分離除去することができる。
【００６９】
また循環系統における処理槽の入口側と出口側に設けた放射性核種の濃度を直接的または間接的に測定可能な入口側水質測定手段および出口側水質測定手段と、循環水の流量を測定する流量測定手段を備えているので、処理槽の入口側および出口側の水質、放射性核種の濃度のモニタリング、処理槽に収容したイオン交換樹脂の交換残量や破過等の予測を行うことができる。
【００７０】
さらに処理槽の上部にイオン交換樹脂の追加投入手段を設けているので、必要最小限のイオン交換樹脂を効率よく投入し処理すべき放射性汚染水の浄化処理を効率よく行うことができ、しかもイオン交換樹脂の使用量を大幅に減少できるので、イオン交換樹脂の廃棄処分量を大幅に低減することができる。
【００７１】
上記処理装置において、前記入口側水質測定手段の測定値（ＳＩ）と出口側水質測定手段の測定値（ＳＯ）との差に流量測定手段の測定値（Ｑ）を乗算した［（ＳＩ−ＳＯ）×Ｑ］を時間的に積算した値をイオン交換樹脂の交換容量から差し引くことにより、イオン交換樹脂の交換残量を演算する演算手段を設けることができる。このような演算手段を設けることにより、処理槽に収容したイオン交換樹脂の交換残量をオンラインで迅速に且つ連続的に知ることができる。
【００７２】
上記演算手段を設けた処理装置において、前記演算手段により演算されたイオン交換樹脂の交換残量が予め設定された下限値に達したとき、前記追加投入手段にイオン交換樹脂の追加投入の制御信号を出力する制御手段を設けることができる。このような制御手段を設けることにより、不足するイオン交換樹脂を自動的に処理槽に追加投入することができる。
【００７３】
上記いずれかの処理装置において、前記入口側水質測定手段および出口側水質測定手段は、同種の電気化学的性状を測定するか又は同種の光学的性状を測定することができる。このような性状を測定することにより、放射性核種の濃度を間接的に且つ容易に測定することができる。
【００７４】
さらに上記いずれかの処理装置において、前記追加投入手段にはイオン交換樹脂を収容するホッパと、ホッパの底部に連結した開閉手段と、ホッパの底部におけるイオン交換樹脂のブリッジを防止するブリッジ防止手段と、ホッパの内側に付着したイオン交換樹脂を洗浄して洗い流す洗浄手段を設けることができる。このように構成すると、追加投入装置の作動を常にスムーズに維持できるので高い信頼性を有する装置を構成できる。またホッパの内側を効率よく洗浄できるので、収容するイオン交換樹脂が処理槽から侵入する放射性汚染水によりホッパの内側を汚染し、その汚染がイオン交換樹脂に伝播することを防止できる。
【００７５】
また、前記課題を解決するための本発明に係る放射性汚染水の処理方法によれば、バッチ的に排出される放射性汚染水を繰り返しイオン交換して放射性核種を含むイオン性汚染物質を十分に且つ効率よく水から分離除去することができる。また不足するイオン交換樹脂を自動的に処理槽に追加投入できるので、処理操作が容易になり且つイオン交換樹脂の使用量を大幅に低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射性汚染水の処理装置のプロセスフロー図。
【図２】図１の処理装置を使用した場合において、その処理時間に対する入口側７と出口側８の電気導電率変化と処理槽３へのイオン交換樹脂２の投入累積の関係を示す図。
【図３】図１における追加投入手段４を構成するホッパ１７の底部に設けたブリッジ防止手段１９の１例を示す縦断面図。
【図４】図３の平面図。
【図５】ブリッジ防止手段１９の他の例を示す平面図。
【図６】ブリッジ防止手段１９のさらに他の例を示す縦断面図。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図。
【図８】図１における洗浄手段２０の１例を示す平面図。
【図９】図８の洗浄手段２０をホッパ１７に配置した部分拡大断面図。
【図１０】洗浄手段２０の他の例を示す平面図。
【図１１】洗浄手段２０のさらに他の例を示す平面図。
【図１２】ブリッジ防止手段１９と洗浄手段２０を組み合わせた例を示す縦断面図。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ断面図。
【図１４】追加投入手段４の他の例を示す縦断面図。
【図１５】本発明に係る放射性汚染水の処理装置における他のプロセスフロー図。
【符号の説明】
１  処理装置
２  イオン交換樹脂
３  処理槽
４  追加投入手段
５  放射性汚染水
６  循環系統
７  入口側
８  出口側
９  入口側水質測定手段
１０  出口側水質測定手段
１１  流量測定手段
１２  演算手段
１３  制御手段
１４〜１４ｃ  配管
１５  噴出部
１６  投入口
１７  ホッパ
１８  開閉手段
１９  ブリッジ防止手段
２０  洗浄手段
２１，２１ａ  配管
２２  ポンプ
２３，２４，２４ａ  開閉弁
２５  貯留槽
２６  ポンプ
２７  開閉弁
２８  配管
２９  開閉弁
３０  配管
３１  ノズル管
３２  ノズル孔
３３  ノズル部
３４  ノズル管
３５，３６  ノズル孔
３７，３８  ノズル部
３９  ノズル管
４０  ノズル孔
４１  開口部
４２  ハウジング
４３  ピストン
４４  駆動部
４５  洗浄手段
４６  ノズル部
４７  開閉弁
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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