(57)【要約】【課題】放射性廃液を乾燥粉体化処理した後にペレット化するという作業を円滑に行うことができるように、放射性廃液から簡易にアンモニア（アンモニウムイオン）を除去することが可能な新規な方法を提供する。【解決手段】放射性アンモニア含有廃液と鉄又は鉄化合物とを接触させる。次いで、前記鉄と接触させた後の前記放射性アンモニア含有廃液を乾燥及び粉体化する。次いで、得られた粉体をペレット化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性アンモニア含有廃液と鉄又は鉄化合物とを接触させるステップと、
前記鉄と接触させた後の前記放射性アンモニア含有廃液を乾燥及び粉体化するステップと、
を具えることを特徴とする、放射性アンモニア含有廃液の処理方法。
【請求項２】
前記放射性アンモニア含有廃液を乾燥及び粉体化するステップで得られた粉体をペレット化するステップを有することを特徴とする、請求項１に記載の放射性アンモニア含有廃液の処理方法。
【請求項３】
前記ペレット化するステップは、セメントまたはガラス、プラスチックを混合させるステップであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射性アンモニア含有廃液の処理方法
【請求項４】
前記放射性アンモニア含有廃液に対する前記鉄又は鉄化合物の濃度が、Ｆｅとして１００ｐｐｍ〜３００ｐｐｍであ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アンモニア含有廃液の処理方法。
【請求項５】
前記放射性アンモニア含有廃液を乾燥及び粉体化する前に、前記廃液をその溶媒の沸点以上の温度に加熱する工程を具え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アンモニア含有廃液の処理方法。
【請求項６】
前記放射性アンモニア含有廃液を乾燥及び粉体化する前に、前記廃液のｐＨ値を１０〜１２の範囲に調整する工程を具えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の放射性アンモニア含有廃液の処理方法。
【請求項７】
前記放射性アンモニア含有廃液中のアンモニウムイオンの濃度が、前記廃液に対して５０ｐｐｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の放射性アンモニア含有廃液の処理方法。
【請求項８】
前記セメントを混合させるステップに使用するセメントは、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３〜６のいずれか一に記載の放射性アンモニア含有廃液の処理方法。
【請求項９】
放射性アンモニア含有溶液を貯留するための貯留槽と、
前記貯留槽中に放射性アンモニア含有溶液に対して鉄又は鉄化合物を接触させるための鉄供給手段と、
前記鉄を接触させた後の前記放射性アンモニア含有廃液を乾燥及び粉体化するための乾燥機と、
を具えることを特徴とする、放射性アンモニア含有廃液の処理装置。
【請求項１０】
前記乾燥機で得られた粉体をペレット化するための固化体作製装置を具えることを特徴とする、請求項９に記載の放射性アンモニア含有廃液の処理装置
【請求項１１】
前記放射性アンモニア含有廃液を、その溶媒の沸点以上の温度に加熱するための加熱手段を具えることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の放射性アンモニア含有廃液の処理装置。
【請求項１２】
前記放射性アンモニア含有廃液のｐＨ値を調整するためのｐＨ調整手段を具えることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一に記載の放射性アンモニア含有廃液の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性のアンモニア含有廃液の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所等から発生する炉水浄化系の使用済みイオン交換樹脂廃棄物は、６０Ｃｏ等の放射能濃度が高く、余裕深度処分対象の廃棄物とされている。処分する廃棄体を減容する観点から、樹脂の分解処理等が各々の発電所で検討されている。一例としては、使用済み樹脂に硫酸を通液し、６０Ｃｏ等の核種を樹脂から溶離し、放射能レベルを低下することで余裕深度処分対象となる廃棄物を減容する処理方法が実施されている。この処理からは、硫酸を主成分とする廃液が発生する。また、銅触媒、高温高圧の酸化反応による樹脂の分解処理が検討されている。この処理でも、硫酸塩を主成分とする廃液が発生する。
【０００３】
一方、これらの樹脂分解液および樹脂溶離廃液には、副生成物としてのアンモニアが含まれるようになる。廃液中において、アンモニアはアンモニウムイオンの状態で存在し、同じく廃液中に含まれる硫酸、硝酸あるいは塩化物等と反応してアンモニウム塩（硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム及び塩化アンモニウム）として存在するようになる。
【０００４】
上述のような廃液や原子力施設から発生する廃液一般において、例えば廃液中にホウ酸が含まれている場合、この廃液はホウ酸によるセメント固化の妨害を抑制すべく、乾燥粉体化処理し、ペレット化した後にセメント固化等に供する（特許文献１等参照）。しかしながら、上記廃液を乾燥粉体化処理するに際しては、上記廃液を配管等を通じて乾燥機に導入する必要がある。
【０００５】
一方、上記廃液が上述のようなアンモニウム塩を含む場合においては、アンモニウム塩が吸湿性を有していることから、乾燥粉体に水分が残留しやすくなり、その流動性が悪化する。したがって、乾燥機からセメント固化装置に移送する際の配管などを閉塞してしまい、セメント固化等を十分に行うことができないなどの課題があった。
【０００６】
廃液中からアンモニアを除去する手段としては、廃液中にアルカリを添加してその廃液のｐＨを１０以上とした後、加熱下に空気を通気してアンモニアを気相分離させた後、生成したアンモニアガスを触媒で分解するなどの方法がある（特許文献２）。しかしながら、この方法は、廃液を高アルカリの状態にしなければならないので、廃液を貯蔵する容器や配管などが腐食する可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４２０８７６８号
【特許文献２】特開２００７−１４７４５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、放射性廃液を乾燥粉体化処理した後にペレット化するという作業を円滑に行うことができるように、放射性廃液から簡易にアンモニア（アンモニウムイオン）を除去または流動性の良い粉体とすることが可能な新規な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、放射性アンモニア含有廃液と鉄又は鉄化合物とを接触させるステップと、前記鉄又は鉄化合物と接触させた後の前記放射性アンモニア含有廃液を乾燥及び粉体化するステップと、を具えることを特徴とする、放射性アンモニア含有廃液の処理方法に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、放射性廃液を乾燥粉体化処理した後にペレット化するという作業を円滑に行うことができるように、放射性廃液から簡易にアンモニア（アンモニウムイオン）を除去または流動性の良い粉体とすることが可能な新規な方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の放射性アンモニア含有廃液の処理装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態の放射性アンモニア含有廃液の処理装置の概略構成図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態で使用する処理装置１０は、貯留槽１１、乾燥機１２、及び固化体作製装置１３を有している。貯留槽１１には、配管２１，２２及び２３が設けられており、配管２１からは放射性アンモニア含有廃液が供給されて貯留槽１１内に貯留されるようになっている。また、配管２２からは鉄その他の鉄化合物が貯留槽１１に供給されるようになっており、いわゆる鉄供給手段として作用する。さらに、配管２３からは、適宜酸あるいはアルカリが貯留槽１１に供給されるようになっており、いわゆるｐＨ調整手段として作用する。
【００１５】
貯留槽１１の下部には、貯留槽１１内に供給された放射性アンモニア含有廃液、鉄、酸、アルカリを適宜混合するための攪拌機１１Ａが設けられている。また、貯留槽１１の上部は、内容物から発生するガスを外部に放出すべく開放されているか、あるいは図示しない蓋体において排気ベントが設けられている。
【００１６】
また、貯留槽１１の側方には、加熱手段としてのヒータ１５が配置されている。なお、ヒータ１５は、貯留槽１１の下部に配置することもできる。
【００１７】
乾燥機１２には、その内部に図示しないヒータが配置されており、固化体作製装置１３には、所定の物質とセメントとを混練し、セメント固化体を作製するための図示しない混練機が配置されている。
【００１８】
貯留槽１１、乾燥機１２及び固化体作製装置１３は、配管２４及び２５を介して順次に接続されている。
【００１９】
次に、図１に示す処理装置１０を用いた放射性アンモニア含有廃液の処理方法について説明する。
【００２０】
最初に、例えば、原子力発電所等から発生する炉水浄化系の使用済みイオン交換樹脂廃棄物から生じた、放射性の樹脂分解液又は樹脂溶離廃液や原子力施設から発生する一般廃液等の放射性アンモニア含有廃液を、図１に示す処理容器１０の配管２１から貯留槽１１内に投入するとともに、鉄その他鉄化合物を配管２２から貯留槽１１内に投入する。そして、貯留槽１１の下部に設けられた撹拌機１１Ａによって十分に撹拌混合し、放射性アンモニア含有廃液と鉄その他鉄化合物とを十分に接触させる。
【００２１】
放射性アンモニア含有廃液と接触させるべき鉄その他鉄化合物としては、純鉄の他、鋳鉄、フェライト、マグネタイトなどの鉄化合物を挙げることができる。また、鉄化合物としては、硝酸鉄、硫酸鉄、塩化鉄などの鉄塩をも挙げることができる。これらの化合物は、廃液中に投入されることによって解離し、硝酸イオン等を生成するようになるので、廃液のｐＨを酸性側に調整したような場合には便利である。
【００２２】
なお、廃液自体が硝酸塩や硫酸塩等を含む場合は、上述のようにして貯留槽１１内に鉄等を投入した際に、鉄等は廃液中でイオンとして存在するため、上記硝酸塩等を形成している陽イオンとのイオン化傾向の大小等に依存して、鉄イオンが硝酸イオン等と塩を形成し、廃液中において硝酸鉄等の形態で存在する場合がある。
【００２３】
放射性アンモニア含有廃液に接触させるべき鉄又は鉄化合物（以下、説明の便宜上、「鉄又は鉄化合物」を「鉄等」と略称する場合がある。）の濃度は、廃液に対し、Ｆｅとして１００ｐｐｍ〜３００ｐｐｍの範囲であることが好ましい。１００ｐｐｍよりも濃度が低いと以下に説明するような作用効果を得ることができない場合があり、３００ｐｐｍを超えて濃度が高くなると、最早以下に示すような作用効果の向上を図ることができないばかりか、鉄又は鉄化合物が例えば配管内に堆積して配管詰まりを生じるような場合がある。
【００２４】
攪拌機１１Ａの回転速度は、例えば８０ｒｐｍ〜１２０ｒｐｍとすることができる。
【００２５】
次いで、貯留槽１１内において鉄と接触させた後の放射性アンモニア含有廃液を、配管２４を介して乾燥機１２内に導入する。その後、乾燥機７に内蔵されたヒータによって、例えば１７０℃〜１８０℃に加熱し、放射性アンモニア含有廃液を乾燥するとともに粉体化する。
【００２６】
次いで、乾燥機７内で得られた粉体を、配管２５を介して固化体作製装置１３内に導入し、この装置１３内に導入したセメントと共に混練し、ペレットであるセメント固化体を作製する。このセメント固化体は土壌深くに掘られた格納庫に保管するなどの常法に従って処理する。なお、セメント固化体とする以外にもその放射能の強度、粉状体の成分に応じて例えばガラス、プラスチックを混合させてペレットを作製するガラス固化、プラスチック固化等、各種の固化体とすることができる。
【００２７】
さらに、処理量が少ない場合等、固化体作製装置１３内への導入を保留してペレットとせずに粉体の状態で保管することも可能である。
【００２８】
また、固化体作製装置１３内でセメント固化体を作製する際に使用するセメントは、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炭化処理後の残渣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。
【００２９】
本実施形態においては、放射性アンモニア含有廃液を乾燥機１２において乾燥及び粉体化する前に、鉄等と接触させている。この場合、上記廃液を乾燥及び粉体化して得た粉体は、鉄等と接触させることなく得た粉体と比較して安息角が低下する。したがって、粉体の流動性が向上するようになるので、その後の作業、例えば本実施形態においては配管２５を介して固化体作製装置１３に移送する際に、粉体が配管２５を閉塞させてしまうような不都合を生じることがない。
【００３０】
なお、放射性アンモニア含有廃液を鉄等と接触させた後に乾燥及び粉体化して得た粉体の安息角が低下する原因については未だ明確ではないが、粉体中に酸化鉄などが混合状態で存在し、表面状態が変化するという理由が考えられる。
【００３１】
本実施形態においては、図１に示すように、貯留槽１１内に、配管２３を介してｐＨ調整剤を貯留槽１１内に投入し、貯留された放射性アンモニア含有廃液と混合させることができる。この場合、特にｐＨを１０〜１２の範囲に設定することにより、廃液中のアンモニアを低減することができる。これは廃液中のアンモニアが気相分離することによってアンモニアガスとなり、廃液中から系外、すなわち貯留槽１１の外部に放出されるためと考えられる。
【００３２】
したがって、この場合においては、放射性アンモニア含有廃液のアンモニア成分の低減により、乾燥及び粉体化処理後の粉体中のアンモニア成分が減少するとともに、上述した鉄等の接触によって粉体の安息角が減少しているので、これらの相乗効果によって粉体の流動性がさらに増し、その後の作業、例えば本実施形態においては配管２５を介して固化体作製装置１３に移送する際に、粉体が配管２５を閉塞させてしまうような不都合をより効果的に回避することができる。
【００３３】
上記廃液のｐＨを調整するには、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどのアルカリ等を用いることができる。なお、処理中にｐＨが１２を超えてくるような場合においては、適宜硝酸、硫酸、塩酸、ホウ酸などの酸を廃液に対して添加する。
【００３４】
また、本実施形態においては、放射性アンモニア含有廃液に対し、ヒータ１５によって加熱処理を施し、その主となる溶媒の沸点以上にまで加熱することができる。この場合においても、廃液中の溶媒とともにアンモニアを蒸発させることができるので、放射性アンモニア含有廃液のアンモニア成分の低減により、乾燥及び粉体化処理後の粉体中のアンモニア成分が減少する。したがって、鉄等の接触による粉体の安息角減少との相乗効果によって、粉体の流動性がさらに増し、その後の作業、例えば本実施形態においては配管２５を介して固化体作製装置１３に移送する際に、粉体が配管２５を閉塞させてしまうような不都合をより効果的に回避することができる。
【００３５】
なお、上記廃液中の主たる溶媒は、ほとんどが水であるので、上記加熱処理は１００℃前後で行うことにより、上述した作用効果を奏することができる。
【００３６】
ｐＨ調整による放射性アンモニア含有廃液からのアンモニアの除去、及び加熱処理による放射性アンモニア含有廃液からのアンモニアの除去は、それぞれ単独で用いることもできるが、併合して用いることもできる。但し、放射性アンモニア含有廃液と鉄等との接触は、必須の要件である。
【００３７】
本実施形態における処理装置及び処理方法は、放射性アンモニア含有廃液中のアンモニウムイオンの濃度が、前記廃液に対して５０ｐｐｍ以上であって、好ましくは１５０ｐｐｍ以下である上記廃液に対して好ましく用いることができる。廃液中のアンモニア濃度が上記範囲外の場合は、本実施形態の処理装置及び処理方法を用いた上記操作による作用効果、すなわち、乾燥及び粉体化後の粉体の安息角の低減、及び廃液中のアンモニア濃度の低減などの作用効果を十分に得ることができない場合がある。
【実施例】
【００３８】
本実施例では、放射性アンモニア含有廃液に代わる模擬液を準備し、この模擬液を用いて本発明の作用効果を確認した。
【００３９】
（実施例１及び比較例１）
アンモニウムイオンを１００ｐｐｍ含有する２００ｇ／ｌ硝酸ナトリウム溶液（ｐＨ＝７）に、硝酸鉄を鉄が３００ｐｐｍとなるように添加した後、１７０℃〜１８０℃で乾燥・粉体化し、粉体（Ａ）を得た（実施例１）。一方、同じくアンモニウムイオンを１００ ｐｐｍ含有する２００ｇ／ｌ硝酸ナトリウム溶液を、鉄を接触させることなく、１７０℃〜１８０℃で乾燥・粉体化し、粉体（Ｂ）を得た（比較例１）。
【００４０】
粉体（Ａ）及び粉体（Ｂ）の安息角を安息角測定器（ホソカワミクロン製パウダテスタPT-S）によって測定したところ、粉体（Ａ）の安息角は約４８度であり、粉体（Ｂ）の安息角は約５７度であることが判明した。したがって、本発明に従って得た粉体（Ａ）の方が安息角が低く、流動性に優れることが判明した。
【００４１】
（実施例２及び比較例２）
アンモニウムイオンを１００ｐｐｍ含有する２００ｇ／ｌ硝酸ナトリウム溶液（ｐＨ＝１０）に、硝酸鉄を鉄が３００ｐｐｍとなるように添加した後、１７０℃〜１８０℃で乾燥・粉体化し、粉体（Ｃ）を得た。このようにして得た粉体（Ｃ）のアンモニウムイオンの残留率（実施例２）及び上記粉体（Ｂ）のアンモニウムイオンの残留率（比較例２）を１２０℃オーブン中で加熱して重量変化から測定したところ、粉体（Ｃ）のアンモニウムイオンの残留率は約０．０９％であり、粉体（Ｂ）のアンモニウムイオンの残留率は約０．２６％であることが判明した。
【００４２】
したがって、アンモニウムイオンを含む硝酸ナトリウム溶液に対して鉄を接触させるとともに、そのｐＨを１０まで上げることによって含水率が低下し、得られた粉体（Ｃ）の流動性が向上することが判明した。
【００４３】
（実施例３及び比較例３）
アンモニウムイオンを１００ｐｐｍ含有する２００ｇ／ｌ硝酸ナトリウム溶液（ｐＨ＝７）に、硝酸鉄を鉄が３００ｐｐｍとなるように添加した後、３時間、１００℃で加熱処置を実施し、その後、１７０℃〜１８０℃で乾燥・粉体化し、粉体（Ｄ）を得た（実施例３）。このようにして得た粉体（Ｄ）のアンモニウムイオンの残留率（実施例３）及び粉体（Ｂ）のアンモニウムイオンの残留率（比較例３）を測定したところ、粉体（Ｄ）のアンモニウムイオンの残留率は約５５％であり、粉体（Ｂ）のアンモニウムイオンの残留率は約７１％であることが判明した。
【００４４】
したがって、アンモニウムイオンを含む硝酸ナトリウム溶液に対して鉄を接触させるとともに、廃液に加熱処理を行うことにより、アンモニウムイオン残留率が低下し、結果として得られた粉体（Ｄ）の含水率や流動性が向上することが判明した。
【００４５】
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】
【００４６】
１０  放射性アンモニア含有廃液の処理装置
１１  貯留槽
１２  乾燥機
１３  固化体作製装置
１５  ヒータ
２１，２２，２３，２４，２５  配管
【図１】
2012177644.tif 000003