(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒドラジンと、少なくともギ酸、グリコール酸及びマロン酸のうち何れか一つとの混合液を溶離液として収容する溶離液タンクと、
前記溶離液を、金属イオン又は放射性核種が捕捉された陽イオン交換樹脂塔に通水し、前記金属イオン又は放射性核種を含む溶離液を、陽イオン交換膜により隔離された陰極室へ導入すると共に、陽極室へ電解液を導入し、陽極及び陰極に通電することで、前記金属イオン又は放射性核種を前記陰極表面に析出させ回収する電析回収装置と、を備えることを特徴とする二次廃棄物の溶離回収装置。
【請求項２】
請求項１に記載の二次廃棄物の溶離回収装置において、
前記溶離液は、ギ酸ヒドラジン混合溶液であって、ギ酸濃度が１ｍｏｌ／Ｌ以上２ｍｏｌ／Ｌ以下であることを特徴とする二次廃棄物の溶離回収装置。
【請求項３】
請求項２に記載の二次廃棄物の溶離回収装置において、
前記ギ酸ヒドラジン混合溶液のｐＨは、４以上５以下であることを特徴とする二次廃棄物の溶離回収装置。
【請求項４】
請求項３に記載の二次廃棄物の溶離回収装置において、
前記陽極室へ導入される電解液は、１ｍｏｌ／Ｌ以上２ｍｏｌ／Ｌ以下のギ酸であることを特徴とする二次廃棄物の溶離回収装置。
【請求項５】
請求項２に記載の二次廃棄物の溶離回収装置において、
前記電析回収装置により回収される金属イオンは、Ｆｅイオン、Ｃｒイオン、Ｃｏイオン及びＮｉイオンのうちの何れかであることを特徴とする二次廃棄物の溶離回収装置。
【請求項６】
化学除染対象となる配管あるいは機器に化学除染剤を含む系統水を通水する工程と、
前記化学除染対象へ通水後の前記系統水を陽イオン交換樹脂塔へ通水する工程と、
前記陽イオン交換樹脂塔へ、ヒドラジンと、少なくともギ酸、グリコール酸及びマロン酸のうち何れか一つとの混合液を通水し、前記陽イオン交換樹脂塔に捕捉された金属イオン又は放射性核種を溶離する工程と、
前記溶離された金属イオン又は放射性核種を含む前記混合液を、陽イオン交換膜により電解槽内が隔離され陰極が配された陰極室に導入すると共に、陽極が配された陽極室に電解液を導入する工程と、
前記陰極及び陽極に通電し、前記金属イオン又は放射性核種を前記陰極表面に析出させる回収工程と、を有することを特徴とする化学除染の二次廃棄物低減方法。
【請求項７】
請求項６に記載の化学除染の二次廃棄物低減方法において、
前記陽イオン交換樹脂塔へ通水する混合液は、ギ酸ヒドラジン混合溶液であって、ギ酸濃度が１ｍｏｌ／Ｌ以上２ｍｏｌ／Ｌ以下であることを特徴とする化学除染の二次廃棄物低減方法。
【請求項８】
請求項７に記載の化学除染の二次廃棄物低減方法において、
前記ギ酸ヒドラジン混合溶液のｐＨは、４以上５以下であることを特徴とする化学除染の二次廃棄物低減方法。
【請求項９】
請求項７に記載の化学除染の二次廃棄物低減方法において、
前記化学除染の対象となる配管あるいは機器は、ステンレス鋼製又はニッケル基合金製であって、
前記系統水に含まれる化学除染剤は、シュウ酸とヒドラジンの混合溶液であって、シュウ酸濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以上３０００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする化学除染の二次廃棄物低減方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の化学除染の二次廃棄物低減方法において、
前記化学除染の対象となる配管あるいは機器は、炭素鋼製又は低合金鋼製であって、
前記系統水に含まれる化学除染剤は、マロン酸とシュウ酸の混合溶液であって、マロン酸濃度が、２０００ｍｇ／Ｌ以上６０００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする化学除染の二次廃棄物低減方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の化学除染の二次廃棄物低減方法において、
前記回収工程後に、前記ギ酸ヒドラジン混合溶液に過酸化水素を添加し、ギ酸を二酸化炭素と水に分解する工程を有することを特徴とする化学除染の二次廃棄物低減方法。
【請求項１２】
化学除染対象となる配管あるいは機器に化学除染剤を含む系統水を通水し、通水後の系統水に含まれる金属イオン又は放射性核種を捕捉する陽イオン交換樹脂塔を有する化学除染装置と、
ヒドラジンと、少なくともギ酸、グリコール酸及びマロン酸のうち何れか一つとの混合液を溶離液として収容する溶離液タンクと、陽イオン交換膜により、陰極が配される陰極室と陽極が配される陽極室とに隔離される電解槽を有する電析回収装置と、前記溶離液を前記金属イオン又は放射性核種を捕捉した陽イオン交換樹脂塔へ通水し、当該陽イオン交換樹脂塔より流出する前記金属イオン又は放射性核種を含む溶離液を回収する溶離液回収タンクを有する溶離回収装置と、を備え、
前記溶離回収装置は、前記溶離液回収タンク内の溶離液を前記陰極室へ導入すると共に、前記陽極室へ電解液を導入し、前記陽極及び陰極に通電し、前記陰極表面に前記金属イオン又は放射性核種を析出させることを特徴とする化学除染システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の化学除染システムにおいて、
前記溶離液タンクに収容される溶離液は、ギ酸ヒドラジン混合溶液であって、ギ酸濃度が１ｍｏｌ／Ｌ以上２ｍｏｌ／Ｌ以下であることを特徴とする化学除染システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の化学除染システムにおいて、
前記ギ酸ヒドラジン混合溶液のｐＨは、４以上５以下であることを特徴とする化学除染システム。
【請求項１５】
請求項１３に記載の化学除染システムにおいて、
前記化学除染装置は、前記化学除染対象となる配管又は機器を収容する化学除染タンクを有し、前記化学除染タンクに前記化学除染剤を含む系統水を通水し、前記化学除染タンク通流後の前記系統水を前記陽イオン交換樹脂塔へ通水し、
前記陽イオン交換樹脂塔の一端が第１の配管を介して前記溶離液タンクと接続され、前記陽イオン交換樹脂塔の他端が第２の配管を介して前記溶離液回収タンクと接続されることを特徴とする化学除染システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力プラント等、放射性核種に汚染された機器、配管およびこれらを含む系統の金属部材表面から化学薬品により放射性核種を除去する場合に発生する二次廃棄物量を低減する方法、二次廃棄物を溶離し回収する装置並びに化学除染システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントにおいては、定期検査作業時や廃止措置におけるプラント解体時の作業者の被ばく線量を低減、廃止措置におけるプラント解体により発生する放射性廃棄物の量を低減するため、放射性核種に汚染された機器、配管およびこれらを含む系統の金属部材表面から化学薬品により放射性核種を除去する作業（以下、化学除染と呼ぶ）が行われる。
【０００３】
このような化学除染に関し特許文献１が知られている。特許文献１では、シュウ酸とヒドラジンの混合溶液を還元除染剤、過マンガン酸カリウム溶液を酸化除染剤として使用し、還元除染剤を使用する除染（以下、還元除染と呼ぶ）と酸化除染剤を使用する除染（以下、酸化除染と呼ぶ）を交互に複数回繰り返し、放射性核種が含まれる金属の酸化皮膜を溶解させる。溶解させた金属イオンや放射性核種は、還元除染中に陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン交換樹脂塔を通水して、陽イオン交換樹脂に吸着させて除去する。酸化除染に使用した過マンガン酸カリウムは、酸化除染後に還元剤に含まれるシュウ酸と混合してマンガンイオンとカリウムイオンに分解し、陽イオン交換樹脂塔に通水して除去する。更に、シュウ酸とヒドラジンは過酸化水素と触媒を使って反応させて二酸化炭素、水、窒素に分解する。以上の操作により生じる陽イオン交換樹脂が化学除染の二次廃棄物として発生する。
【０００４】
また、特許文献２には、陽イオン交換樹脂に吸着させた金属イオンや放射性核種を硫酸溶液と混合し、更に混合物を挟むように電極を設置して通電することで陰極に金属イオンを析出させ回収する方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１０５２９５号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１７８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、化学除染による二次廃棄物である陽イオン交換樹脂は、再生されることなく廃棄される。
【０００７】
また、特許文献２では、陽イオン交換樹脂に吸着させた金属イオンや放射性核種を硫酸溶液と混合し、更に混合物を挟むように電極を設置して通電することで陰極に金属イオンを析出させ回収する。しかしながら、目的対象外の水素イオンの移動に多くの電気が費やされ、本来、陰極へと移動させるべき、ＦｅあるいはＣｏ等の金属イオンの移動が損なわれ、電流利用率が低減するという課題がある。
【０００８】
そこで本発明は、陽イオン交換樹脂に吸着された金属イオン又は放射性核種を高電流利用率にて電析回収可能とする化学除染の二次廃棄物低減方法、二次廃棄物の溶離回収装置及び化学除染システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の二次廃棄物の溶離回収装置は、ヒドラジンと、少なくともギ酸、グリコール酸及びマロン酸のうち何れか一つとの混合液を溶離液として収容する溶離液タンクと、前記溶離液を、金属イオン又は放射性核種が捕捉された陽イオン交換樹脂塔に通水し、前記金属イオン又は放射性核種を含む溶離液を、陽イオン交換膜により隔離された陰極室へ導入すると共に、陽極室へ電解液を導入し、陽極及び陰極に通電することで、前記金属イオン又は放射性核種を前記陰極表面に析出させ回収する電析回収装置と、を備える。
【００１０】
また、本発明の化学除染の二次廃棄物低減方法は、化学除染対象となる配管あるいは機器に化学除染剤を含む系統水を通水する工程と、前記化学除染対象へ通水後の前記系統水を陽イオン交換樹脂塔へ通水する工程と、前記陽イオン交換樹脂塔へ、ヒドラジンと、少なくともギ酸、グリコール酸及びマロン酸のうち何れか一つとの混合液を通水し、前記陽イオン交換樹脂塔に捕捉された金属イオン又は放射性核種を溶離する工程と、前記溶離された金属イオン又は放射性核種を含む前記混合液を、陽イオン交換膜により電解槽内が隔離され陰極が配された陰極室に導入すると共に、陽極が配された陽極室に電解液を導入する工程と、前記陰極及び陽極に通電し、前記金属イオン又は放射性核種を前記陰極表面に析出させる回収工程と、を有する。
【００１１】
更にまた、本発明の化学除染システムは、化学除染対象となる配管あるいは機器に化学除染剤を含む系統水を通水し、通水後の系統水に含まれる金属イオン又は放射性核種を捕捉する陽イオン交換樹脂塔を有する化学除染装置と、ヒドラジンと、少なくともギ酸、グリコール酸及びマロン酸のうち何れか一つとの混合液を溶離液として収容する溶離液タンクと、陽イオン交換膜により、陰極が配される陰極室と陽極が配される陽極室とに隔離される電解槽を有する電析回収装置と、前記溶離液を前記金属イオン又は放射性核種を捕捉した陽イオン交換樹脂塔へ通水し、当該陽イオン交換樹脂塔より流出する前記金属イオン又は放射性核種を含む溶離液を回収する溶離液回収タンクを有する溶離回収装置と、を備え、前記溶離回収装置は、前記溶離液回収タンク内の溶離液を前記陰極室へ導入すると共に、前記陽極室へ電解液を導入し、前記陽極及び陰極に通電し、前記陰極表面に前記金属イオン又は放射性核種を析出させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、陽イオン交換樹脂（陽イオン交換樹脂塔）に吸着された金属イオン又は放射性核種を高電流利用率にて電析回収することが可能となる。
【００１３】
また、金属イオン又は放射性核種を電析回収することにより、陽イオン交換樹脂塔が再生されるため、陽イオン交換樹脂塔を再利用することが可能となる。
【００１４】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る化学除染システムの全体構成図である。
【図２】陽イオン交換樹脂に吸着された鉄イオンをギ酸ヒドラジン混合溶液に溶離する場合のギ酸濃度と鉄イオン溶離率との関係図である。
【図３】図２に示す鉄イオン溶離率を求めるための工程説明図である。
【図４】１ｍｏｌ／Ｌのギ酸にヒドラジンを添加した場合の、ヒドラジン濃度と、陽イオン濃度及びｐＨとの関係図である。
【図５】陽イオン交換樹脂に吸着された鉄イオンをギ酸ヒドラジン混合溶液に溶離する場合の混合液のｐＨと鉄イオン溶離率との関係図である。
【図６】図１に示す溶離回収装置を構成する電析回収装置の概略構成図である。
【図７】図６に示す電析回収装置により回収される溶離液中の鉄イオン濃度の経時変化を示す図である。
【図８】本発明の一実施例に係る実施例１の化学除染システムの動作説明図である。
【図９】本発明の一実施例に係る実施例１の化学除染システムの動作説明図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係る実施例２の化学除染システムの全体構成図である。
【図１１】本発明の他の実施例に係る実施例３の化学除染システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に、本発明の一実施形態に係る化学除染システムの全体構成図を示す。化学除染システム１は、化学除染装置２及び溶離回収装置３より構成される。化学除染装置２は、配管又は配管に接続される弁あるいはポンプ等の機器を含む化学除染対象２０、弁１７、ポンプ４、加熱器２７、冷却器２８、弁１６、サージタンク２４、ポンプ５及び弁１１は、配管４０により接続され、１つの閉ループを形成可能に構成される。配管４０を流れる溶液は、ポンプ４により加熱器２７、冷却器２８、弁１６、サージタンク２４の順で流れ、ポンプ５により、弁１１、化学除染対象２０、弁１７、ポンプ４の順に流れる。
【００１７】
弁１６を挟み、冷却器２８の下流とサージタンク２４の上流を配管４２で接続し、配管４２に弁１４、混合樹脂塔２２、弁１２が設置されている。混合樹脂塔２２には、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を、１：１又は１：２の割合で混合したイオン交換樹脂が充填されている。更に、冷却器２８の下流とサージタンク２４の上流を配管４３で接続し、配管４３に弁１５、陽イオン交換樹脂塔２１、弁１３が設置されている。陽イオン交換樹脂塔２１には、陽イオン交換樹脂が充填されている。すなわち、化学除染対象２０、配管４０、弁１７、加熱器２７、冷却器２８、弁１６、サージタンク２４、ポンプ５及び弁１１にて、形成される１つの閉ループに対し、冷却器２８及びサージタンク２４との間に、陽イオン交換樹脂塔２１及び混合樹脂塔２２が弁１２〜１５を介して並列に接続可能な構成としている。
【００１８】
ポンプ５の下流と弁１１の上流の配管４０に一端が接続され、弁３３、触媒塔２６、弁１８を介して他端が配管４０に接続される配管４４が敷設されている。触媒塔２６には、過酸化水素と有機酸との化学反応を促進する触媒、例えば０．５％Ｒｕ担持活性炭が充填されている。なお、触媒塔２６に替えて紫外線照射装置を設置する構成としても良い。弁３３の下流且つ触媒塔２６の上流側の配管４４には、ポンプ７、弁１９、過酸化水素タンク２５が設置されている。ポンプ５の下流と弁１１の間の配管４０には、配管４０より分岐する配管４１が敷設され、ポンプ６、弁１０及び化学除染剤タンク２３が配管４１により接続される。化学除染剤タンク２３には、化学除染のために使用する化学薬品が貯蔵される。複数の化学薬品を使用する場合、その都度、これらポンプ６、弁１０及び化学除染剤タンク２３を洗浄して使用する。なお、使用する化学薬品の数に応じて、複数の、配管４１、ポンプ６、弁１０及び化学除染剤タンク２３を、配管４０に並列に接続する構成としても良い。サージタンク２４には給排水管５０が設けられ、給排水管５０に弁３４が設置されている。
【００１９】
溶離回収装置３は、陽イオン交換樹脂塔２１の下流と弁１３の間の配管４３に一端が接続される配管４６により接続される弁３６、ポンプ８、弁３５及び溶離液タンク３２を備える。また、溶離回収装置３は、陽イオン交換樹脂塔２１の上流と弁１５の間の配管４３に一端が接続される配管４５より接続される弁３７及び溶離液回収タンク３１を備える。溶離液回収タンク３１の下流に、ポンプ９及び電析回収装置３０が設置され、電析回収装置３０は、配管４８によりポンプ９を介して溶離液回収タンク３１に接続される。また、電析回収装置３０の下流側は、配管４９により溶離液回収タンク３１に接続される。溶離液回収タンク３１には排水管５１が設けられ、排水管５１に弁３８が設置されている。
【００２０】
次に、溶離回収装置３を構成する溶離液タンク３２より弁３５、ポンプ８、弁３６を介して陽イオン交換樹脂２１に供給される溶離液について説明する。図２は、陽イオン交換樹脂に吸着された鉄イオンをギ酸ヒドラジン混合溶液に溶離する場合のギ酸濃度と鉄イオン溶離率との関係図である。試験条件として、鉄イオンの吸着容量が総吸着容量の約８０％となるように硫酸鉄（ＦｅＳＯ４）水溶液を通水して、鉄イオンを吸着させた陽イオン交換樹脂を使用した。溶離液として、ヒドラジンによりｐＨを４．７に調整したギ酸ヒドラジン混合溶液４００ｍｌを用意し、陽イオン交換樹脂２００ｍｌに４００ｍｌ／ｈで通水し、鉄イオンを溶離した。更に、純水１００ｍｌを通水して、陽イオン交換樹脂中のギ酸ヒドラジン溶液を溶出させた。温度は室温（２５℃±５℃）である。
【００２１】
この時の結果を表１に示す。表１では、ギ酸濃度Ｍ（ｍｏｌ／Ｌ）毎の、Ｆｅイオン吸着量（ｇ），Ｆｅイオン溶離量（ｇ）及びＦｅイオン溶離率（％）を示している。
【００２２】
【表１】
0006393158.tif 000002
【００２３】
ここで、Ｆｅイオン溶離量（ｇ）の測定及びＦｅイオン溶離率（％）の算定について説明する。図３に、図２に示す鉄イオン溶離率を求めるための工程説明図を示す。図３の左図に示すように、先ず、ヒドラジンによりｐＨ４.７に調整したギ酸ヒドラジン混合溶液を溶離液としてＶ１ｍｌ用意し、配管４６を介し陽イオン交換樹脂塔２１へ通水する。陽イオン交換樹脂塔２１に吸着されたＦｅイオンが溶離液中に溶離された溶離液を、配管４５を介して溶離液回収タンク３１に回収する。溶離液回収タンク３１内に回収された溶離液中のＦｅイオン濃度Ｃ１を測定し、溶離液の液量Ｖ１よりＦｅイオン溶離量をＣ１・Ｖ１にて求める。
【００２４】
次に、図３の右図に示すように、水とＨＣｌを１：１で混合したＨＣｌ水溶液（塩酸）をＶ２ｍｌ用意し、配管４６を介し陽イオン交換樹脂塔２１へ通水する。これにより、先に溶離液により溶離されず陽イオン交換樹脂塔２１に残存するＦｅイオンを溶離し、ＨＣｌ水溶液と共に、配管４５を介して溶離液回収タンク３１に回収する。溶離液回収タンク３１内に回収されたＨＣｌ水溶液中のＦｅイオン濃度Ｃ２を測定し、ＨＣｌ水溶液の液量Ｖ２よりＦｅイオンの残存量をＣ２・Ｖ２にて求める。
【００２５】
表１におけるＦｅイオン吸着量は（Ｃ１・Ｖ１＋Ｃ２・Ｖ２）として得られ、Ｆｅイオン溶離量はＣ１・Ｖ１として得られる。また、Ｆｅイオン溶離率（％）は次式（１）にて求められる。
【００２６】
Ｆｅイオン溶離率＝（Ｃ１・Ｖ１）／（Ｃ１・Ｖ１＋Ｃ２・Ｖ２）×１００・・・（１）
図２は、横軸にギ酸ヒドラジン混合溶液中のギ酸濃度（Ｍ：ｍｏｌ／Ｌ）、縦軸に鉄イオン溶離率（％）をとり、表１に示す結果をプロットしたものである。図２より、ギ酸濃度を１ｍｏｌ／Ｌ以上にすると鉄イオンを９０％以上溶離できることが分かった。更に、ギ酸濃度を１ｍｏｌ／Ｌ以上にしても鉄イオンの溶離率は同程度であることが分かった。
【００２７】
ギ酸ヒドラジン混合溶液を使用する場合、鉄イオンはヒドラジンイオン（Ｎ２Ｈ５＋）により溶離される。陽イオン交換樹脂塔２１に吸着された陽イオンは、別の陽イオンと置き換わることにより溶離される。ギ酸（ＨＣＯＯＨ）の解離は次式（２）で生じ、次式（２）の平衡定数が２．８８×１０−４であるため、仮にギ酸１ｍｏｌ／Ｌとしても陽イオンである水素イオン（Ｈ＋）の濃度は０．０２ｍｏｌ／Ｌである。
【００２８】
ＨＣＯＯＨ  ＝  Ｈ+  ＋  ＨＣＯＯ−・・・（２）
一方、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）の解離は次式（３）で生じ、次式（３）の平衡定数が１．０７×１０−６であるため、ヒドラジン１ｍｏｌ／Ｌに対して陽イオンであるヒドラジンイオン（Ｎ２Ｈ５＋）の濃度は０．００１ｍｏｌ／Ｌである。陽イオン濃度を高くするためには、ギ酸、あるいはヒドラジン濃度を高くする必要があるが、濃度を高くすると、無害化のために使用済みの溶離液を過酸化水素と反応させて、窒素、二酸化炭素、水に分解する溶離液分解工程の処理時間がかかる。あるいは、設備規模が大きくなるため好ましくない。
【００２９】
少ないギ酸、ヒドラジン濃度で陽イオン濃度を高めるためには、ギ酸とヒドラジンを混合して化学反応（次式（３））により陽イオンであるヒドラジンイオンの濃度を高くすれば良い。
【００３０】
ＨＣＯＯＨ  ＋  Ｎ２Ｈ４  ＝  Ｎ２Ｈ５+  ＋  ＨＣＯＯ−・・・（３）
図４に、１ｍｏｌ／Ｌのギ酸にヒドラジンを添加した場合の、ヒドラジン濃度と、陽イオン濃度及びｐＨとの関係図を示す。ギ酸濃度１ｍｏｌ／Ｌ一定として、ヒドラジン濃度を０.０から１．５ｍｏｌ／Ｌまで増加させた場合の陽イオン濃度の計算結果を示す。なお、ここでの陽イオン濃度は、水素イオン（Ｈ＋）濃度とヒドラジンイオン（Ｎ２Ｈ５＋）濃度の総和である。図４において、実線は、ヒドラジン濃度と陽イオン濃度との関係を示し、矢印は参照すべき縦軸が陽イオン濃度（ｍｏｌ／Ｌ）であることを示す。また、点線は、ヒドラジン濃度とｐＨとの関係を示し、矢印は参照すべき縦軸がｐＨであることを示す。
【００３１】
例えば、ギ酸が１ｍｏｌ／Ｌ、ヒドラジン濃度が０．９５ｍｏｌ／Ｌ（ｐＨが４．８）となるようにギ酸とヒドラジンを混合すると水素イオンとヒドラジンイオンの総和で０．９５ｍｏｌ／Ｌの陽イオンを生成することができる。すなわち、ギ酸やヒドラジンを各々単独で１ｍｏｌ／Ｌとする場合よりも５０倍以上の陽イオン濃度とすることができる。従って、鉄イオンの溶離に使用されるヒドラジンイオン（Ｎ２Ｈ５＋）濃度を高くするためには、ｐＨを高くする必要がある。よって、ｐＨは４以上とすることが望ましい。本試験ではｐＨ４．７に調整したが、ｐＨは４〜５の範囲に調整することが好適である。水素イオン濃度を低減する観点からｐＨを中性付近にすることが好ましいがｐＨを６より大きくすると溶離した鉄イオンが陽イオン交換樹脂中で鉄酸化物として析出するため、溶離が困難となる。また図４に示されるように、ｐＨが５を超えると少ないヒドラジン濃度でｐＨが大きく変化する（急激に上昇する）ためギ酸ヒドラジン混合溶液のｐＨを調整することが困難である。従って、ｐＨは５以下とすることが望ましい。
【００３２】
図５に、陽イオン交換樹脂に吸着された鉄イオンをギ酸ヒドラジン混合溶液に溶離する場合の混合溶液のｐＨと鉄イオン溶離率との関係図を示す。
【００３３】
試験条件として、ギ酸の濃度２ｍｏｌ／Ｌ一定としヒドラジンに添加したギ酸ヒドラジン混合溶液２４０ｍｌを溶離液として使用した。この溶離液を、陽イオン交換樹脂２０ｍｌに４０ｍｌ／ｈで通水した。陽イオン交換樹脂の交換容量（吸着容量）は、０.４６ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒｅｓｉｎである。ここで、ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒｅｓｉｎとは、陽イオン交換樹脂１ｍＬで何ミリ当量のイオンを交換できるかを示す単位である。温度は室温（２５℃±５℃）である。また、ｐＨを３.７〜７.８まで変化させた。
【００３４】
この時の結果を表２に示す。表２では、ｐＨ毎の、吸着Ｆｅ量（ｍｇ）、溶離Ｆｅ量（ｍｇ）及びＦｅ除去率（％）を示している。
【００３５】
【表２】
0006393158.tif 000003
【００３６】
ここで、吸着Ｆｅ量（ｍｇ）、溶離Ｆｅ量（ｍｇ）及びＦｅ除去量（％）の算定については、上述の図３と同様である。
【００３７】
図５に示すように、ｐＨを３.７〜７.８間で変化させた場合、ｐＨが４〜５の範囲でＦｅイオンの除去率が９５％以上となり溶離に好適であることが実験からも確認された。
【００３８】
続いて、図６に、図１に示す溶離回収装置を構成する電析回収装置の概略構成図を示し、図７に、図６に示す電析回収装置により回収される溶離液中の鉄イオン濃度の経時変化を示す。図６に示すように、溶離した鉄イオンを電極表面に回収するための電析回収装置３０は、電解槽３００が陽イオン交換膜３０１により間仕切り（隔離）され、間仕切り（隔離）された各々の領域、すなわち、陰極室３０４内に陰極３０２が、また、陽極室３０５内に陽極３０３が設置されている。陰極３０２は導線３０８を介して、また、陽極３０３は導線３０９を介して直流電源３１０に接続されている。
【００３９】
陰極３０２が設置された陰極室３０４には配管４９が接続され、配管４９には溶離液回収タンク３１、ポンプ９が接続されている。溶離液回収タンク３１内に、陽イオン交換樹脂塔２１を通水後に回収された溶離液は、ポンプ９により電解槽３００の下部から陰極室３０４に通水され、陰極室３０４の上部から抜き出され、再び溶離液回収タンク３１へと還流する。一方、陽極３０３が設置された陽極室３０５には配管３１２が接続され、配管３１２には電解液タンク３０６、ポンプ３０７が接続されている。電解液タンク３０６内の電解液は、ポンプ３０７により電解槽３００の下部から陽極室３０５に通水され、陽極室３０５の上部から抜き出され、再び電解液タンク３０６へと還流する。溶離液回収タンク３１及び電解液タンク３０６には各々ガス放出口（図示せず）がタンク上部に設置されている。なお、図６では、図１に示す溶離液回収タンク３１に弁３８を介して接続される排水管５１、及び、弁３７を介して溶離液回収タンク３１に接続される配管４５については、図示を省略している。
【００４０】
試験条件として、図６に示す電析回収装置３０の溶離液回収タンク３１に、鉄イオンを溶離した溶離液（Ｆｅイオン濃度：７．３ｇ／Ｌ）を１Ｌ充填し、電解液タンク３０６にギ酸１ｍｏｌ／Ｌを１Ｌ充填した。陰極３０２として、ステンレス製の電極（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を使用し、陽極３０３として、白金を蒸着させたチタン製の電極（１０ｃｍ×１０ｃｍ）を使用した。直流電源３１０により一定電流（９Ａ）を通電し、鉄イオンを溶離した溶離液を適宜採水して、鉄イオンを溶離した溶離液中の鉄イオン濃度の経時変化を分析した。なお、陰極室３０４及び陽極室３０５の体積は２５０ｍｌとし、陰極室３０４に１７０ｍｌ／ｍｉｎの溶離液を通水し、陽極室３０５に１７０ｍｌ／ｍｉｎの電解液を通水した。
【００４１】
この時の結果を表３に示す。表３では、通電時間（ｈ）毎の溶離液中におけるＦｅイオン濃度を液中鉄濃度（ｇ／Ｌ）として示している。通電時間は０.０〜５.９ｈとし、通電時間２.７ｈの時点で、一度、電析回収装置３０を停止し、陰極３０２を別の新たなステンレス製電極に交換した。
【００４２】
【表３】
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【００４３】
表３及び図７に示すように、５.９ｈの通電で、鉄イオン濃度が０．５７ｇ／Ｌまで低下した。すなわち９０％以上の鉄イオンを回収できた。
【００４４】
電流利用率は、回収した鉄量を、電気量が全て鉄回収に利用された場合の鉄量で除した値の百分率で定義する。通電時間５.９ｈでの電流利用率は１２％と計算される。ここで、回収した鉄量は次式（４）により求められ、通電量から計算される鉄量は次式（５）により求められる。
（回収した鉄量：ｍｏｌ）＝｛（初期値：７．３ｇ／Ｌ）−（終了値：０．５７ｇ／Ｌ）｝×（溶離液量：１Ｌ）÷５５．８４７ｇ／ｍｏｌ×１Ｌ  ＝  ０．１２ｍｏｌ・・・（４）
（電気量が全て鉄回収に利用された場合の鉄量：ｍｏｌ）＝（電流値：９Ｃ／ｓ）×（通電時間：６ｈ）×（単位換算：３６００ｓ／ｈ）÷（鉄の価数：２）÷（ファラデー定数：９６５００Ｃ／ｍｏｌ）＝１．０ｍｏｌ・・・（５）
ここで、式（４）における５５.８４７ｇ／ｍｏｌは、Ｆｅの原子量であり、式（５）においては、通電時間５．９ｈを６ｈとして計算した。
【００４５】
鉄イオン濃度が０．９６ｇ／Ｌ以下となる通電時間４．６ｈから５.９ｈまでのデータを用いて電流利用率を計算すると３．１％と計算される。化学除染中の除染液中の鉄イオン濃度は０．０１〜０．１ｇ／Ｌ程度であるので、直接、化学除染中の除染液中から鉄イオンを回収する従来手法に比べ、本実施形態によれば、数倍電流効率を向上させることができる。すなわち、従来手法では、Ｆｅイオン濃度が低いため、通電時間を長くする必要があり、電流利用率は低下する
本実施形態では、図６に示すように、電解槽３００を、陽イオン交換膜３０１により陰極室３０４及び陽極室３０５に隔離する構造とした。比較のため、電解槽３００に陽イオン交換膜３０１を設置することなく、陽極及び陰極を設置し通電した。この場合、鉄イオンを溶離した溶離液は茶褐色、黒色と変化し、鉄イオンの電極での回収が阻害された。この原因は、次式（６）及び（７）に示すように、陽極の表面で２価の鉄イオンが３価に酸化され、２価の鉄イオンとの反応により酸化鉄が生成したためと推定される。
【００４６】
Ｆｅ２＋  ＝  Ｆｅ３＋  ＋  ｅ−・・・（６）
Ｆｅ２＋  ＋  ２Ｆｅ３＋  ＋  ４Ｈ２Ｏ  ＝  Ｆｅ３Ｏ４  ＋  ８Ｈ＋・・・（７）
従って、鉄イオンを溶離した溶離液が、陽極３０３と接触せぬよう陽イオン交換膜３０１を設置することが重要となる。
【００４７】
なお、本実施形態では、溶離液としてギ酸とヒドラジンの混合溶液としたが、これに限らず、グリコール酸とヒドランジンの混合溶液又はマロン酸とヒドラジンとの混合溶液でも良い。また、少なくともギ酸、グリコール酸及びマロン酸のうち何れか１つとヒドラジンとの混合溶液でも良い。すなわち、例えば、ギ酸及びグリコール酸を所定の濃度で混合しヒドラジンを添加し混合溶液としても良く、また、ギ酸及びマロン酸を所定の濃度で混合した後、ヒドラジンを添加し混合溶液としても良い。
【００４８】
また、陽イオン交換樹脂塔２１より溶離する金属イオンとしてＦｅイオンを例に説明したが、これに限られない。例えば、陽イオンとして、Ｃｒ，Ｃｏ，Ｎｉ等としても良い。
【００４９】
本実施形態によれば、上述のとおり、陽イオン交換樹脂（陽イオン交換樹脂塔）に吸着された金属イオン又は放射性核種を高電流利用率にて回収することが可能となる。
【００５０】
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例においても、陽イオン交換樹脂塔２１より溶離する金属イオンとして、Ｆｅイオンを一例とし、また、溶離液としてギ酸とヒドラジンの混合溶液を用いる場合を例に説明する。
【実施例１】
【００５１】
図８及び図９に、本発明の一実施例に係る実施例１の化学除染システムの動作説明図を示す。本実施例における、化学除染装置２及び溶離回収装置３よりなる化学除染システム１は、上述の図１に示す構成と同様であり、また、溶離回収装置３を構成する電析回収装置３０は、図６に示す構成と同様であるため、以下では説明を省略する。
【００５２】
以下では、化学除染対象２０である配管や機器が、ステンレス鋼あるいはニッケル基合金である場合における、本実施例の化学除染システム１による化学除染工程を説明する。
【００５３】
図８及び図９において、白抜きで表される弁は開状態を、また、黒く塗りつぶされた弁は閉状態を示している。先ず化学除染システム１を動作可能な状態とする準備工程について説明する。
（１）準備工程
まず、図８の上図に示すように、弁１０、１９、３６及び３７を閉状態とする。その他の弁は全て開状態とする。この状態でサージタンク２４に接続される給排水管５０より、イオン交換水を導入する。必要量のイオン交換水導入後、図８の下図に示すように、給排水管５０に設置された弁３４を閉状態にすると共に、更に弁１２、１３、１４、１５、１８及び３３を閉状態にする。これにより、化学除染対象２０、弁１７、ポンプ４、加熱器２７、冷却器２８、弁１６、サージタンク２４、ポンプ５及び弁１１は、これらを接続する配管４０により１つの閉ループが形成される。
【００５４】
上記閉ループが形成された状態で、ポンプ４及び５を起動し、化学除染装置２及び化学除染対象２０である配管あるいは機器に充填された水（以下、系統水と呼ぶ）を閉ループ内で循環させる。なお、ここで系統水とは、例えば、化学除染剤タンク２３より供給される薬剤が添加された後の水も含め、化学除染装置２内に存在する水をいう。
【００５５】
上記閉ループ内を循環する系統水は、加熱器２７により所定の温度まで昇温され、その後所定温度を維持するよう制御される。ここで、所定温度は、９０±５℃とすることが望ましい。準備工程終了後、酸化除染工程に移行する。
（２）酸化除染工程
酸化除染工程では、図８の下図に示す各弁の開閉状態にて、化学除染剤（酸化除染剤）を化学除染剤タンク２３に充填する。酸化除染剤の充填終了後、弁１０を開状態とし、ポンプ６を起動する。この時の各弁の開閉状態は、図９に示す状態となる。ポンプ６の起動により、化学除染剤タンク２３内に充填された酸化除染剤は、配管４１を介して上記閉ループを形成する配管４０へ注入される。ここで、酸化除染剤として、過マンガン酸カリウムあるいは過マンガン酸が好適である。閉ループ内を循環する系統水中の過マンガン酸イオン濃度が２００〜５００ｍｇ／Ｌとなるよう、ポンプ６を介して化学除染剤タンク２３より過マンガン酸カリウムや過マンガン酸を配管４０へ注入する。
【００５６】
酸化除染剤の注入が完了した後、ポンプ６を停止して弁１０を閉状態とする。この時、各弁の開閉状態は図８の下図に示す状態に戻り、そして、ポンプ４及びポンプ５により、２〜６ｈ（時間）酸化除染剤を化学除染対象２０である配管あるいは機器（例えば、弁あるいはポンプ）に循環させる。次に、酸化除染剤分解工程に移行する。
（３）酸化除染剤分解工程
酸化除染剤分解工程では、図８の下図に示す各弁の開閉状態にて、過マンガン酸イオンをマンガンイオンに還元する化学薬品を化学除染剤タンク２３に充填する。過マンガン酸イオンをマンガンイオンに還元する化学薬品として、例えば、シュウ酸が好適である。シュウ酸と過マンガン酸イオンは、次式（８）に示す反応を生じる。
【００５７】
２ＭｎＯ４−  ＋  ５（ＣＯＯＨ）２ 
＝  ２Ｍｎ２＋  ＋  ６ＯＨ−  ＋  １０ＣＯ２  ＋  ２Ｈ２Ｏ・・・（８）
従って、過マンガン酸イオンの２．５倍モル以上のシュウ酸を準備する。
【００５８】
弁１０を開状態とし、ポンプ６を起動する。この時、各弁の開閉状態は図９に示す状態となる。ポンプ６の起動により、化学除染剤タンク２３内に充填された過マンガン酸イオンをマンガンイオンに還元する化学薬品を、配管４１を介して配管４０へ注入する。
【００５９】
過マンガン酸イオンをマンガンイオンに還元する化学薬品の配管４０への注入が完了した後、ポンプ６を停止すると共に弁１０を閉状態とする。これにより、各弁の開閉状態は、図８の下図に示す状態となる。その後、サージタンク２４内の系統水を作業員による目視にて、過マンガン酸イオンの紫色が透明になったことを確認した後、酸化除染剤分解工程は完了する。酸化除染剤分解工程完了後、次に、還元除染工程へ移行する。
（４）還元除染工程
還元除染工程では、図８の下図に示す各弁の開閉状態から、弁１３及び弁１５を開状態とし、陽イオン交換樹脂塔２１に系統水を循環させる。また、還元除染剤を化学除染剤タンク２３に充填する。還元除染剤の充填完了後、弁１０を開状態とすると共にポンプ６を起動する。ポンプ６の起動により、化学除染剤タンク２３内に充填された還元除染剤は、配管４１を介して配管４０へ注入される。ここで、還元除染剤として、例えば、シュウ酸又はシュウ酸とヒドラジンの混合溶液が好適である。配管４０及び配管４３により化学除染対象２０及び陽イオン交換樹脂塔２１を循環する系統水中のシュウ酸濃度が、２０００〜３０００ｍｇ／Ｌとなるよう、ポンプ６により化学除染剤タンク２３からシュウ酸を配管４０へ注入する。また、同様に、系統水中のヒドラジン濃度が４００〜６００ｍｇ／Ｌとなるよう、ヒドラジンを配管４０へ注入する。
【００６０】
還元除染剤の配管４０への注入が完了した後、ポンプ６を停止すると共に弁１０を閉状態とする。そして、ポンプ４及びポンプ５により、６〜１２ｈ化学除染対象２０である配管あるいは機器に還元除染剤を循環させる。その後、還元除染剤分解工程へ移行する。
（５）還元除染剤分解工程
還元除染剤分解工程では、過酸化水素タンク２５に過酸化水素を充填する。この時、弁１９は閉状態にある。また、弁１８及び弁３３を開状態とし、触媒塔２６に系統水を循環させる。
【００６１】
続いて、弁１９を開状態とすると共にポンプ７を起動する。ポンプ７の起動により、過酸化水素タンク２５内に充填された過酸化水素は、配管４４を介し、開状態にある弁３３を通流し配管４０へ注入される。過酸化水素の注入濃度は、還元除染剤との反応当量の１〜２倍が好適である。還元除染剤がシュウ酸、ヒドラジンの場合は、それぞれ次式（９）、（１０）に示すように過酸化水素と反応する。
【００６２】
（ＣＯＯＨ）２  ＋  Ｈ２Ｏ２  ＝  ２ＣＯ２  ＋  ２Ｈ２Ｏ・・・（９）
Ｎ２Ｈ４  ＋  ２Ｈ２Ｏ２  ＝  Ｎ２  ＋  ４Ｈ２Ｏ・・・（１０）
シュウ酸濃度が３０００ｐｐｍの場合は、過酸化水素の反応当量は１１３３ｐｐｍであり、ヒドラジン濃度が６００ｐｐｍの場合は、過酸化水素の反応当量は１２７５ｐｐｍである。なお、還元除染剤の分解に伴い過酸化水素注入濃度を変えても良いし、還元除染剤の初期濃度で計算した過酸化水素濃度で一定のままとしても良い。
【００６３】
式（９）及び式（１０）の反応により、シュウ酸濃度及びヒドラジン濃度が、検出限界（１０ｍｇ／Ｌ）に到達した時点で、ポンプ７を停止して、弁１０、１８及び３３を閉状態とする。これにより、過酸化水素タンク２５内に充填された過酸化水素の配管４０への注入は終了する。還元除染剤分解工程終了後、次に、追加除染の要否判定工程へ移行する。
（６）追加除染の要否判定工程
追加除染の要否判定工程では、化学除染対象２０である配管あるいは機器の放射線量が目標値以下になっている場合や、経済的または時間的要求により追加除染できない場合は、浄化工程に移行する。上記以外の場合は、弁１３及び弁１５を閉状態とし、すなわち、各弁の開閉状態を図８の下図の状態とし、（２）酸化除染工程へ戻り、以降の工程を繰り返す。
（７）浄化工程
浄化工程では、加熱器２７での加熱を停止し、冷却器２８による冷却を開始する。化学除染対象２０、弁１７、ポンプ４、加熱器２７、冷却器２８、弁１６、サージタンク２４、ポンプ５、弁１１、及びこれらを接続する配管４０により形成される閉ループ内を循環する系統水の温度が６０℃以下となった時点で、弁１２及び弁１４を開状態とする。これにより、系統水は、配管４０及び配管４２を介して混合樹脂塔２２へ流入し、その後、化学除染対象２０へと流れ循環する。サージタンク２４で適宜系統水の電気伝導率を測定する。サージタンク２４での系統水の電気伝導率が１ｍＳ／ｍ以下になるまで浄化（系統水の循環）を続ける。サージタンク２４での系統水の電気伝導率が１ｍＳ／ｍ以下となった時点で、ポンプ４及びポンプ５を停止して、弁１８、３３、３４を開状態とし、給排水配管５０から化学除染装置２内の系統水を排水する。これにより、化学除染工程を終了する。
【００６４】
次に、化学除染対象２０である配管あるいは機器が炭素鋼や低合金鋼である場合における、本実施例の化学除染システム１による化学除染工程を説明する。
（１’）準備工程
まず、図８の上図に示すように、弁１０、１９、３６及び３７を閉状態とする。その他の弁は全て開状態とする。この状態でサージタンク２４に接続される給排水管５０より、イオン交換水を導入する。必要量のイオン交換水導入後、図８の下図に示すように、給排水管５０に設置された弁３４を閉状態にすると共に、更に弁１２、１３、１４、１５、１８及び３３を閉状態にする。これにより、化学除染対象２０、弁１７、ポンプ４、加熱器２７、冷却器２８、弁１６、サージタンク２４、ポンプ５及び弁１１は、これらを接続する配管４０により１つの閉ループが形成される。
【００６５】
上記閉ループが形成された状態で、ポンプ４及び５を起動し、化学除染装置２及び化学除染対象２０である配管あるいは機器に充填された系統水を閉ループ内で循環させる。上記閉ループ内を循環する系統水は、加熱器２７により所定の温度まで昇温され、その後所定温度を維持するよう制御される。ここで、所定温度は、９０±５℃とすることが望ましい。準備工程終了後、有機酸除染工程に移行する。
（２’）有機酸除染工程
有機酸除染工程では、図８の下図に示す各弁の開閉状態から、弁１３及び弁１５を開状態とし、陽イオン交換樹脂塔２１に系統水を循環させる。次に、有機酸除染剤を化学除染剤タンク２３に充填する。有機酸除染剤の充填完了後、弁１０を開状態とし、ポンプ６を起動する。ポンプ６の起動により、化学除染剤タンク２３内に充填された有機酸除染剤は、配管４１を介して配管４０へ注入される。ここで、有機酸除染剤として、マロン酸又はマロン酸とシュウ酸の混合溶液が好適である。系統水中のマロン酸濃度が２０００〜６０００ｍｇ／Ｌとなるよう、ポンプ６により化学除染剤タンク２３からマロン酸を配管４０へ注入する。また、同様に、系統水中のシュウ酸濃度が５０〜４００ｍｇ／Ｌとなるよう、シュウ酸を配管４０へ注入する。
【００６６】
有機酸除染剤の配管４０への注入が完了した後、ポンプ６を停止すると共に弁１０を閉状態とする。そして、ポンプ４及びポンプ５により、６〜１２ｈ化学除染対象２０である配管あるいは機器に有機酸除染剤を循環させる。その後、有機酸除染剤分解工程へ移行する。
（３’）有機酸除染剤分解工程
有機酸除染剤分解工程では、過酸化水素タンク２５に過酸化水素を充填する。この時、弁１９は閉状態にある。また、弁１８及び弁３３を開状態とし、触媒塔２６に系統水を循環させる。
【００６７】
続いて、弁１９を開状態とすると共にポンプ７を起動する。ポンプ７の起動により、過酸化水素タンク２５内に充填された過酸化水素は、配管４４を介し、開状態にある弁３３を通流し配管４０へ注入される。過酸化水素の注入濃度は、有機酸除染剤との反応当量の１〜２倍が好適である。有機酸除染剤がシュウ酸、マロン酸の場合は、それぞれ次式（１１）、（１２）に示すように過酸化水素と反応する。
【００６８】
（ＣＯＯＨ）２  ＋  Ｈ２Ｏ２  ＝  ２ＣＯ２  ＋  ２Ｈ２Ｏ・・・（１１）
Ｃ３Ｈ４Ｏ４  ＋  ４Ｈ２Ｏ２  ＝  ３ＣＯ２  ＋  ６Ｈ２Ｏ・・・（１２）
シュウ酸濃度が４００ｐｐｍの場合は、過酸化水素の反応当量は１５１ｐｐｍであり、マロン酸濃度が６０００ｐｐｍの場合は、過酸化水素の反応当量は２７９４ｐｐｍである。有機酸除染剤の分解に伴い過酸化水素注入濃度を変えても良いし、有機酸除染剤の初期濃度で計算した過酸化水素濃度で一定のままとしても良い。
【００６９】
式（１１）及び式（１２）の反応により、シュウ酸濃度及びマロン酸濃度が、検出限界（１０ｍｇ／Ｌ）に到達した時点で、ポンプ１９を停止して、弁１０、１８及び３３を閉状態とする。これにより、過酸化水素タンク２５内に充填された過酸化水素の配管４０への注入は終了する。有機酸除染剤分解工程終了後、次に追加除染の要否判定に移行する。
（４’）追加除染の要否判定工程
追加除染の要否判定工程では、化学除染対象２０である配管あるいは機器の放射線量が目標値以下になっている場合や、経済的または時間的要求により追加除染できない場合は、浄化工程に移行する。上記以外の場合は、（２’）有機酸除染工程へ戻り以降の工程を繰り返す。
（５’）浄化工程
浄化工程では、加熱器２７での加熱を停止し、冷却器２８による冷却を開始する。化学除染対象２０、弁１７、ポンプ４、加熱器２７、冷却器２８、弁１６、サージタンク２４、ポンプ５、弁１１、及びこれらを接続する配管４０内を循環する系統水の温度が６０℃以下となった時点で、弁１２及び弁１４を開状態とする。これにより系統水は、配管４０及び配管４２を介して混合樹脂塔２２に流入し、その後、化学除染対象２０へと流れ循環する。サージタンク２４で適宜系統水の電気伝導率を測定する。サージタンク２４での系統水の電気伝導率が１ｍＳ／ｍ以下になるまで浄化（系統水の循環）を続ける。サージタンク２４での系統水の電気伝導率が１ｍＳ／ｍ以下となった時点で、ポンプ４及びポンプ５を停止し、弁１８、３３及び３４を開状態とする。弁３４が開状態とされることにより給排水配管５０から化学除染装置２内の系統水が排水される。これにより、化学除染工程が終了する。
【００７０】
次に、本実施例の溶離回収装置３を用いて、陽イオン交換樹脂塔２１から金属イオンと放射性核種を溶離し、金属又は金属酸化物として電極表面に析出させ、金属イオンと放射性核種を回収する溶離回収工程について説明する。
（１）金属イオンの溶離工程
金属イオンの溶離工程では、弁３５を閉状態とし、溶離液を溶離液タンク３２に充填する。ここで、本実施例では、溶離液として、ギ酸濃度が１〜２ｍｏｌ／Ｌであり、ヒドラジンによりｐＨを４〜５に調整したギ酸ヒドラジン混合溶液を用いる。なお、溶離液はギ酸ヒドラジン混合溶液に限らず、例えば、グリコール酸ヒドラジン混合溶液、あるいはマロン酸ヒドラジン混合溶液を溶離液として用いても良い。
【００７１】
溶離液タンク３２へ溶離液の充填が完了した後、弁１３、１５、３６及び３７を開状態とし、排水管５１に設置される弁３８を閉状態とする。その後、弁３５を開状態とすると共にポンプ８を起動する。ポンプ８の起動により、溶離液は、配管４６を流れ陽イオン交換樹脂塔２１へ流入する。陽イオン交換樹脂塔２１を通流後の溶離液は、配管４５を流れ溶離液回収タンク３１に流入し回収される。ここで、陽イオン交換樹脂塔２１に充填された陽イオン交換樹脂量と同量の溶離液が０．５〜１時間で通水できるよう、ポンプ８によりＳＶ１〜２［ｌ／ｈ］通水量を調整する。陽イオン交換樹脂量の２倍量の溶離液を、陽イオン交換樹脂塔２１へ通水した後、ポンプ８を停止すると共に弁３５を閉状態とする。
【００７２】
次に、イオン交換水を溶離液タンク３２に充填する。溶離液タンク３２へのイオン交換水の充填が完了した後、再び、弁３５を開状態とすると共にポンプ８を起動する。ポンプ８の起動により、イオン交換水は、配管４６を流れ陽イオン交換樹脂塔２１へ流入する。陽イオン交換樹脂塔２１を通流後のイオン交換水は、配管４５を流れ溶離液回収タンク３１へ流入し回収される。ここで、陽イオン交換樹脂塔２１に充填された陽イオン交換樹脂量と同量のイオン交換水が０．５〜１時間で通水できるよう、ポンプ８によりＳＶ１〜２［ｌ／ｈ］通水量を調整する。陽イオン交換樹脂量０．５〜１倍量のイオン交換水を、陽イオン交換樹脂塔２１へ通水した後、ポンプ８を停止すると共に、弁３５及び弁３７を閉状態とする。これにより金属イオンの溶離工程は終了し、次に、金属イオンの回収工程へ移行する。
（２）金属イオンの回収工程
金属イオンの回収工程では、図６に示す電析回収装置３０内の電解液タンク３０６に、１〜２ｍｏｌ／Ｌのギ酸を電解液として充填する。なお、本実施例では、電解液としてギ酸を用いる場合を例に説明するがこれに限られない。電解液として、他の電気伝導性を有する溶液であれば良い。電解液タンク３０６への電解液の充填完了後、ポンプ９及びポンプ３０７を起動する。ポンプ９の起動により、溶離液回収タンク３１内の溶離液は、電解槽３００の下部から陰極室３０４へ配管４９を介して通水される。また、陰極室３０４へ通水された溶離液は、陰極室３０４の上部より抜き出され、再び、配管４９を流れ溶離液回収タンク３１へと還流する。一方、ポンプ３０７の起動により、電解液タンク３０６内に充填された電解液は、電解槽３００の下部から陽極室３０５へ配管３１２を介して通水される。また陽極室３０５へ通水された電解液は、陽極室３０５の上部より抜き出され、再び、配管３１２を流れ電解液タンク３０６へと還流する。
【００７３】
直流電源３１０を起動し、陰極３０２及び陽極３０３に通電する。ここで、通電量は１〜１０Ａ／ｄｍ２とするのが好ましい。陰極３０２及び陽極３０３に通電することにより、Ｆｅイオン等の金属イオン（陽イオン）を、陰極３０２の表面に析出させ回収する。
【００７４】
適宜、溶離液回収タンク３１内の溶離液の放射能濃度、金属イオン濃度を分析し、初期濃度の１／１０以下になるまで通電を継続する。初期濃度の１／１０以下となった時点で、溶離液の再利用工程に移行する。
（３）溶離液の再利用工程
溶離液の再利用工程では、弁３８を開状態とし、排水管５１より溶離液回収タンク３１内の溶離液を排出する。排出された溶離液を、溶離液タンク３２に導入し、ｐＨが４〜５となるようヒドラジンを添加する。これにより金属イオンが回収された後の溶離液を、再度、（１）金属イオンの溶離工程にて使用することが可能となる。
（４）溶離液の分解工程
溶離液の分解工程では、溶離液（ギ酸ヒドラジン混合溶液）を過酸化水素と化学反応させ、次式（１３）に示す反応によりギ酸を分解する。ヒドラジンについても、同様に過酸化水素と化学反応させることにより分解する。
【００７５】
ＨＣＯＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ２  ＝  ＣＯ２  ＋  ２Ｈ２Ｏ・・・（１３）
本実施例によれば、陽イオン交換樹脂（陽イオン交換樹脂塔）に吸着された金属イオン又は放射性核種を高電流利用率にて回収することが可能となる。
【００７６】
また、本実施例によれば、金属イオンや放射性核種を溶離した陽イオン交換樹脂塔２１内に充填された陽イオン交換樹脂を再度化学除染に利用できるため、化学除染による二次廃棄物量を低減できる。
【００７７】
また、本実施例によれば、金属イオンや放射性核種の濃度が高く、且つ、水素イオン濃度が低い溶液から金属イオンや放射性核種を電極表面に回収するため、電流効率良く金属イオンや放射性核種を電極表面に金属又は金属酸化物として回収することができる。
【００７８】
また、溶離に使用したギ酸ヒドラジン混合溶液は、二酸化炭素、窒素、水に分解することで無害化できるため、溶離に硫酸などの無機酸を使用する場合と比較して二次廃棄物を少なくできる。
【実施例２】
【００７９】
図１０に、本発明の他の実施例に係る実施例２の化学除染システムの全体構成を示す。実施例１では、配管あるいは機器等の化学除染対象２０を化学除染装置２内に設置する構成としたのに対し、本実施例では、化学除染タンク６０を化学除染装置２内に設け、化学除染タンク６０内に化学除染対象となる配管あるいは機器（弁あるいはポンプ等）を浸漬させ、化学除染を行う構成とした点が異なる。図１０において、図１、図８及び図９に示す構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付している。
【００８０】
図１０に示すように、本実施例の化学除染システム１ａは、化学除染装置２ａ及び溶離回収装置３より構成される。化学除染装置２ａは、配管又は配管に接続される弁あるいはポンプ等の機器を含む化学除染対象を浸漬する化学除染タンク６０、弁１７、ポンプ４、加熱器２７、冷却器２８、弁１６、及び弁１１は、配管４０により接続され、１つの閉ループを形成可能に構成される。配管４０を流れる溶液は、ポンプ４により加熱器２７、冷却器２８、弁１６、弁１１、化学除染タンク６０の順で流れる。
【００８１】
また、弁１６を挟み、冷却器２８の下流と化学除染タンク６０の上流を配管４２で接続し、配管４２に弁１４、混合樹脂塔２２、弁１２が設置されている。混合樹脂塔２２には、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を、１：１又は１：２の割合で混合したイオン交換樹脂が充填されている。更に、冷却器２８の下流と化学除染タンク６０の上流を配管４３で接続し、配管４３に弁１５、陽イオン交換樹脂塔２１、弁１３が設置されている。陽イオン交換樹脂塔２１には、陽イオン交換樹脂が充填されている。
【００８２】
弁１６の下流と弁１１の上流の配管４０に一端が接続され、弁３３、触媒塔２６、弁１８を介して他端が配管４０に接続される配管４４が敷設されている。触媒塔２６には、過酸化水素と有機酸との化学反応を促進する触媒、例えば０．５％Ｒｕ担持活性炭が充填されている。なお、触媒塔２６に替えて紫外線照射装置を設置する構成としても良い。弁３３の下流且つ触媒塔２６の上流側の配管４４には、ポンプ７、弁１９、過酸化水素タンク２５が設置されている。ポンプ５の下流と弁１１の間の配管４０には、配管４０より分岐する配管４１が敷設され、ポンプ６、弁１０及び化学除染剤タンク２３が配管４１により接続される。化学除染剤タンク２３には、化学除染のために使用する化学薬品が貯蔵される。複数の化学薬品を使用する場合、その都度、これらポンプ６、弁１０及び化学除染剤タンク２３を洗浄して使用する。
【００８３】
溶離回収装置３は、実施例１と同様であるため、ここでは説明を省略する。本実施例の化学除染装置２ａでは、化学除染タンク６０に給排水管６２が接続され、給排水管６２には弁６１が設置される。化学除染の準備工程では、弁１０、１９、３６及び３７を閉状態とし、その他の弁は全て開状態とする。この状態で化学除染タンク６０に接続される給排水管６２より、イオン交換水を導入する。必要量のイオン交換水導入後、弁６１を閉状態とし、更に、弁１２、１３、１４及び１５を閉状態とすると共にポンプ４を起動し、系統水を上記閉ループ内で循環させることにより、化学除染タンク６０内の化学除染対象となる配管あるいは機器を系統水に浸漬させる。以降、実施例１で説明した（２）酸化除染工程〜（７）浄化工程、又は、（２’）有機酸除染工程〜（５’）洗浄工程が実行され、化学除染工程が終了する。化学除染工程終了後、実施例１で説明した（１）金属イオンの溶離工程〜（４）溶離液の分解工程が実行され、溶離回収工程を終了する。
【００８４】
本実施例によれば、実施例１の効果に加え、サージタンク２４及びポンプ５を不要とできることから、化学除染システム１ａを構成する化学除染装置２ａの部品点数を低減することが可能となる。
【実施例３】
【００８５】
図１１に、本発明の他の実施例に係る実施例３の化学除染システムの全体構成を示す。実施例２では、化学除染装置２ａと溶離回収装置３とを、化学除染装置２ａ内に設置された陽イオン交換樹脂塔２１の流入側（上流側）及び流出側（下流側）にそれぞれ一端が接続される配管４５及び配管４６により接続する構成とした。これに対し、本実施例では、化学除染装置２と溶離回収装置３とを配管により接続することなく、それぞれ独立に設置する構成とした点が実施例２と異なる。図１１において、図１、図８、図９及び図１０に示す構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付している。
【００８６】
図１１に示すように、本実施例の化学除染システムは、化学除染装置２及び溶離回収装置３より構成され、化学除染装置２及び溶離回収装置３は配管等で接続されることなく、それぞれ独立に離間して設置される。
【００８７】
化学除染装置２は、配管又は配管に接続される弁あるいはポンプ等の機器を含む化学除染対象を浸漬する化学除染タンク６０、弁１７、ポンプ４、加熱器２７、冷却器２８、弁１６及び弁１１は、配管４０により接続され、1つの閉ループを形成可能に構成される。配管４０を流れる溶液は、ポンプ４により、加熱器２７、冷却器２８、弁１６、弁１１、化学除染タンク６０の順で流れる。
【００８８】
また、弁１６を挟み、冷却器２８の下流と化学除染タンク６０の上流を配管４２で接続し、配管４２に弁１４、混合樹脂塔２２、弁１２が設置されている。混合樹脂塔２２には、実施例１また実施例２と同様に、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を、１：１又は２：１の割合で混合したイオン交換樹脂が充填されている。更に、冷却器２８の下流と化学除染タンク６０の上流を配管４３で接続し、配管４３に設置される上流側の弁１５と下流側の弁１３との間に、着脱自在に陽イオン交換樹脂塔２１ａが設置されている。図１１では、陽イオン交換樹脂塔２１ｂが設置された状態を示しているが、これは後述する、金属イオン吸着後の陽イオン交換樹脂塔２１ａを、同様の特性を有する他の新たな陽イオン交換樹脂塔２１ｂに交換した後の状態を示しているためである。これら、陽イオン交換樹脂塔２１ａ及び２１ｂには、陽イオン交換樹脂が充填されている。
【００８９】
また、実施例２と同様に、弁１６の下流と弁１１の上流の配管４０に一端が接続され、弁３３、触媒塔２６、弁１８を介して他端が配管４０に接続される配管４４が敷設されている。触媒塔２６には、過酸化水素と有機酸との化学反応を促進する触媒、例えば０．５％Ｒｕ担持活性炭が充填されている。なお、触媒塔２６に替えて紫外線照射装置を設置する構成としても良い。弁３３の下流且つ触媒塔２６の上流側の配管４４には、ポンプ７、弁１９、過酸化水素タンク２５が設置されている。ポンプ５の下流と弁１１の間の配管４０には、配管４０より分岐する配管４１が敷設され、ポンプ６、弁１０及び化学除染剤タンク２３が配管４１により接続される。化学除染剤タンク２３には、化学除染のために使用する化学薬品が貯蔵される。複数の化学薬品を使用する場合、その都度、これらポンプ６、弁１０及び化学除染剤タンク２３を洗浄して使用する。
【００９０】
溶離液回収装置３は、上記金属イオン吸着後の陽イオン交換樹脂塔２１ａを装着可能に構成されている。この陽イオン交換樹脂塔２１ａには、溶離液の流れの方向を基準に、上流側に弁３６、下流側に弁３７がそれぞれ配管４６、配管４５に設置されている。一端が陽イオン交換樹脂２１ａに接続される配管４６には、溶離液の流れの方向を基準として、弁３６の上流側に、ポンプ８、弁３５、溶離液タンク３２がそれぞれ順に接続される。また、一端が陽イオン交換樹脂塔２１ａに接続される配管４５には、弁３７の下流側に溶離液回収タンク３１が接続され設置されている。溶離液回収タンク３１の下流に、ポンプ９及び電析回収装置３０が設置される。その他、溶離液回収装置３の構成は、実施例１及び実施例２と同様であり、電析回収装置３０の構成は、図６に示す構成と同様である。
【００９１】
本実施例の化学除染装置２では、化学除染タンク６０に給排水管６２が接続され、給排水管６２には弁６１が設置される。初期段階で陽イオン交換樹脂塔２１ａが配管４３に設置される弁１３及び弁１５との間に設置された状態であることを想定する。化学除染の準備工程では、弁１０及び弁１９を閉状態とし、その他の化学除染装置２内に設置される弁は開状態とする。この状態で化学除染タンク６０に接続される給排水管６２よりイオン交換水を導入する。必要量のイオン交換水導入後、弁６１を閉状態とし、更に弁１２、１３、１４及び１５を閉状態とすると共にポンプ４を起動する。これにより、系統水は、ポンプ４、加熱器２７、冷却器２８、弁１６、弁１１、化学除染タンク６０の順に循環する。これにより、化学除染タンク６０内の化学除染対象である配管あるいは機器は系統水に浸漬する。以降、実施例１で説明した（２）酸化除染工程〜（７）浄化工程、又は（２’）有機酸除染工程〜（５’）洗浄工程が実行され、化学除染工程が終了する。
【００９２】
化学除染工程終了後、化学除染装置２内の弁１３及び弁１５を閉状態とし、金属イオンまたは放射性核種を吸着した陽イオン交換樹脂塔２１ａを配管４３との接続を解除することで取り外し、運搬用の台車４００に載置し、化学除染装置２と離間配置される溶離回収装置３へ運搬する。なお、陽イオン交換樹脂塔２１ａ取り外し後、配管４３に新たに陽イオン交換樹脂塔２１ｂを設置する。金属イオンまたは放射性核種を吸着した陽イオン交換樹脂塔２１ａを、溶離回収装置３内の配管４６に設置される弁３６及び配管４５に設置される弁３７との配管接続部に設置する。これにより、溶離液タンク３２内に充填された溶離液を、ポンプ８により陽イオン交換樹脂塔２１ａへ通水可能な状態となる。その後、実施例１で説明した（１）金属イオンの溶離工程〜（４）溶離液の分解工程が実行される。
【００９３】
なお、本実施例では、化学除染工程終了後、すなわち、洗浄工程終了後に、化学除染装置２より金属イオンまたは放射性核種を吸着した陽イオン交換樹脂塔２１ａを取り外す手順を説明したが、必ずしもこれに限られず、化学除染対象である配管や機器が、ステンレス鋼あるいはニッケル基合金である場合では、（４）還元除染工程終了後に、陽イオン交換樹脂塔２１ａを取り外す手順としても良い。
【００９４】
また、化学除染対象である配管あるいは機器が炭素鋼や低合金鋼である場合では、（２’）有機酸除染工程終了後に。陽イオン交換樹脂塔２１ａを取り外す手順としても良い。
【００９５】
本実施例によれば、実施例２の効果に加え、離間配置される化学除染装置２および溶離回収装置３間で、金属イオンまたは放射性核種を吸着した陽イオン交換樹脂塔を化学除染装置２より取り外し、新たな陽イオン交換樹脂塔を装着し、取り外された陽イオン交換樹脂塔を溶離回収装置に装着する構成であることから、化学除染工程と溶離回収工程を並行して実施することが可能となる。これにより、化学除染から溶離回収までの一連の工程を短時間で実行することが可能となる。
【００９６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の実施例の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１，１ａ  化学除染システム
２，２ａ  化学除染装置
３  溶離回収装置
２０  化学除染対象
２１，２１ａ，２１ｂ  陽イオン交換樹脂塔、
２２  混合樹脂塔
２３  化学除染剤タンク
２４  サージタンク
２５  過酸化水素タンク
２６  触媒塔
２７  加熱器
２８  冷却器
３０  電析回収装置
３１  溶離液回収タンク
３２  溶離液タンク、
１０〜１９，３３〜３８，６１  弁
４〜９,６０,３０７ ポンプ
４０〜４６,４８,４９,３１１ 配管
５０，６２ 給排水管
５１ 排水管
６０ 化学除染タンク
３００ 電解槽
３０１ 陽イオン交換膜
３０２ 陰極
３０３ 陽極
３０４ 陰極室
３０５ 陽極室
３０６ 電解液タンク
３０８,３０９ 導線
３１０ 直流電源
４００ 台車
【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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