(57)【要約】【課題】ホウ酸含有廃液中のホウ酸の気相中へのキャリーオーバーを抑制した状態で、ホウ酸含有廃液を減容した際に得られる濃縮廃液の粘度及び流動性制御を容易に行うことができ、当該濃縮廃液をセメント固化に供することができるような方法及び装置を提供する。 【解決手段】ホウ酸含有廃液の処理装置１０は、ホウ酸含有廃液及び有機カルシウム塩を投入して反応させ、ホウ酸カルシウム塩を生成するための反応槽１３と、前記ホウ酸カルシウム塩を含む廃液を濃縮して減容し、前記ホウ酸カルシウム塩のスラッジを含む濃縮廃液を生成するためのホウ酸カルシウム塩含有廃液濃縮手段１５と、前記濃縮廃液をセメント固化するセメント固化手段とを具えることを特徴とする。【選択図】図１
2013213743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント固化するホウ酸含有廃液を処理する方法であって、
反応槽内にホウ酸含有廃液及び有機カルシウム塩を投入して反応させ、ホウ酸カルシウム塩を生成するステップと、
前記ホウ酸カルシウム塩を含む廃液を濃縮して減容し、前記ホウ酸カルシウム塩のスラッジを含む濃縮廃液を生成するステップと、
前記濃縮廃液をセメント固化するステップと、
を具えることを特徴とする、ホウ酸含有廃液の処理方法。
【請求項２】
前記濃縮廃液を得た後であって、前記濃縮廃液をセメント固化する以前において、前記濃縮廃液中に含まれる酸を分解するステップを具えることを特徴とする、請求項１に記載のホウ酸含有廃液の処理方法。
【請求項３】
前記有機カルシウム塩は、酢酸カルシウム、ギ酸カルシウム及び乳酸カルシウム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１又は２に記載のホウ酸含有廃液の処理方法。
【請求項４】
ホウ酸含有廃液及び有機カルシウム塩を投入して反応させ、ホウ酸カルシウム塩を生成するための反応槽と、
前記ホウ酸カルシウム塩を含む廃液を濃縮して減容し、前記ホウ酸カルシウム塩のスラッジを含む濃縮廃液を生成するためのホウ酸カルシウム塩含有廃液濃縮手段と、
前記濃縮廃液をセメント固化するセメント固化手段と
を具えることを特徴とする、ホウ酸含有廃液の処理装置。
【請求項５】
前記ホウ酸カルシウム塩含有廃液濃縮手段と、前記セメント固化手段との間において、前記濃縮廃液中に含まれる酸を分解するための分解槽を具えることを特徴とする、請求項４に記載のホウ酸含有廃液の処理装置。
【請求項６】
前記ホウ酸カルシウム塩廃液濃縮手段は、前記ホウ酸カルシウム塩を含む廃液を貯留するための気密容器、この気密容器の外周に配設されたヒータ、及び減圧手段を含むことを特徴とする、請求項５に記載のホウ酸含有廃液の処理装置。
【請求項７】
前記有機カルシウム塩は、酢酸カルシウム、ギ酸カルシウム及び乳酸カルシウム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４〜６のいずれか一に記載のホウ酸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、ホウ酸含有廃液の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力施設、特に加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の主要な廃棄物に、ホウ素含有廃液がある。ホウ素は、原子炉内での中性子吸収剤として用いられるため、炉水に一定濃度で含有されているが、このうち反応に寄与するホウ素は、ホウ素全体の約２０％（質量数１０のホウ素（１０Ｂ））でしかなく、反応に寄与しない約８０％のホウ素（１１Ｂ）はホウ酸含有廃液として処理されることになる。
【０００３】
ＰＷＲから発生する廃棄物のうち、ホウ酸含有廃液の占める割合は非常に高い。現在、ホウ素含有廃液の処理方法として、セメントなどの水硬性材料で硬化し、安定化させる方法が採用されているが、この際、このホウ素含有廃液をそのまま処理することは、廃棄物発生量を増加させ、さらには、廃棄物処分費用の増大をまねくという問題点がある。
【０００４】
このため、ホウ酸イオン溶液の処理・処分に当たって、減容を目的とした前処理技術の開発が行われている。これらの一例として、たとえば、ホウ酸イオンをカルシウムで中和し、ホウ酸カルシウムのスラッジ形態として、乾燥機でこれを乾燥させて粉体化することで減容する方法、ホウ酸イオンをナトリウムで中和し、これを濃縮機で濃縮して減容する方法などがある。
【０００５】
しかしながら、カルシウムで中和し、乾燥粉体化させる方法では、乾燥粉体化させる以前に、スラッジ化したホウ酸カルシウム（沈殿物）を含む廃液の粘度が上昇し、流動性が低下して配管等を詰まらせてしまう場合があることから、上記廃液の特性制御（低粘度、高流動性を担保するための液性制御）を行わなければならず、操作が煩雑になるという問題があった。
【０００６】
また、ナトリウムで中和し、ホウ酸ナトリウム形態として濃縮する方法では、濃縮のための加熱処理を行う際、気相へのホウ素のキャリーオーバー率が高く、ホウ酸含有廃液中のホウ酸、すなわち放射性物質が気相中に拡散して処理装置周辺の環境を汚染してしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２８４０９２号
【特許文献２】特開２０００−２７５３９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、ホウ酸含有廃液中のホウ酸の気相中へのキャリーオーバーを抑制するとともに、ホウ酸含有廃液の粘度及び流動性制御を容易に行うことができる状態で、当該廃液をセメント固化に供することができるような方法及び装置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、セメント固化するホウ酸含有廃液を処理する方法であって、反応槽内にホウ酸含有廃液及び有機カルシウム塩を投入して反応させ、ホウ酸カルシウム塩を生成するステップと、前記ホウ酸カルシウム塩を含む廃液を濃縮して減容し、前記ホウ酸カルシウム塩のスラッジを含む濃縮廃液を生成するステップと、前記濃縮廃液をセメント固化するステップと、を具えることを特徴とする、ホウ酸含有廃液の処理方法に関する。
【００１０】
また、本発明の一態様は、ホウ酸含有廃液及び有機カルシウム塩を投入して反応させ、ホウ酸カルシウム塩を生成するための反応槽と、前記ホウ酸カルシウム塩を含む廃液を濃縮して減容し、前記ホウ酸カルシウム塩のスラッジを含む濃縮廃液を生成するためのホウ酸カルシウム塩含有廃液濃縮手段と、前記濃縮廃液をセメント固化するセメント固化手段とを具えることを特徴とする、ホウ酸含有廃液の処理装置に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ホウ酸含有廃液中のホウ酸の気相中へのキャリーオーバーを抑制するとともに、ホウ酸含有廃液の粘度及び流動性制御を容易に行うことができる状態で、当該廃液をセメント固化に供することができるような方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態におけるホウ酸含有廃液の処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態におけるホウ酸含有廃液の処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態におけるホウ酸含有廃液の処理装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の処理装置１０は、ホウ酸含有廃液を貯留するための貯留槽１１と、有機カルシウム塩を貯留するための薬液貯留槽１２とを含んでいる。また、貯留槽１１及び薬液貯留槽１２の下方には、貯留槽１１内のホウ酸含有廃液と薬液貯留槽１２内の有機カルシウム塩とを混合して反応させるための反応槽１３が設けられている。なお、反応槽１３には、内部に保持されたホウ酸含有廃液のｐＨを計測するためのｐＨ測定器１４が配設されている。
【００１５】
また、反応槽１３の下方には、外周面にヒータ１６が配設された気密容器１５が配置されている。気密容器１５には、以下に説明するホウ酸カルシウム塩を含む廃液の温度を計測するための温度計１７、及び気密容器１５内の真空度を計測するための圧力計１８が配設されている。さらに、気密容器１５には、減圧ポンプ１９が接続されている。気密容器１５、ヒータ１６及び減圧ポンプ１９は、ホウ酸カルシウム塩を含む廃液に対する濃縮手段を構成する。
【００１６】
なお、貯留槽１１、薬液貯留槽１２、反応槽１３及び気密容器１５等は、耐熱性、耐腐食性に優れたステンレス鋼等から構成する。
【００１７】
次に、図１に示す処理装置を用いたホウ酸含有廃液の処理方法について説明する。
【００１８】
最初に、貯留槽１１内に貯留されたホウ酸含有廃液を反応槽１３に投入するとともに、薬液貯留槽１２内に貯留された有機カルシウム塩を反応槽１３に投入する。すると、有機カルシウム塩は、常温のホウ酸含有廃液中に速やかに溶解するとともに解離して有機酸イオンとカルシウムイオンとを生成し、このカルシウムイオンがホウ酸含有廃液中のホウ酸イオンと直ちに反応してホウ酸カルシウム塩を生成する。
【００１９】
このようにして得たホウ酸カルシウム塩は、これを含む廃液中に沈殿することなく均一に分散するようになる。したがって、従来のように、沈殿物に起因した廃液の粘度や流動性を確保するために、温度制御やｐＨ制御などの複雑な液性制御を行う必要がない。
【００２０】
なお、有機カルシウム塩は、上述のようにホウ酸含有廃液に速やかに溶解及び解離して、当該廃液中に分散するようなホウ酸カルシウム塩を生成し、水溶性であれば特に限定されるものではない。例えば、酢酸カルシウム、ギ酸カルシウム、乳酸カルシウム、グルコン酸カルシウム、安息香酸カルシウム等を挙げることができる。これらの中でも、特に酢酸カルシウム、ギ酸カルシウム及び乳酸カルシウムは、上述したホウ酸含有廃液中への溶解性が高く、より速やかにホウ酸カルシウム塩を生成することができるので好ましく用いることができる。
【００２１】
ホウ酸含有廃液に対する有機カルシウム塩の量は、上述した作用効果が得られる限りにおいて特に限定されるものではないが、例えば、ホウ酸含有廃液のホウ素（Ｂ）に対する有機カルシウム塩中のカルシウム（Ｃａ）の量が、モル比（Ｃａ／Ｂ比）で、０．３〜１．２となるようにすることが好ましい。このような量比で有機カルシウム塩をホウ酸含有廃液に投入することにより、反応に供しないホウ酸イオン及びカルシウムイオンの割合を減少させることができ、廃液中に残存するホウ酸イオン及びカルシウムイオンの割合を減少させることができる。したがって、廃液中からのホウ酸（ホウ素）の効率的な回収と、有機カルシウム塩の効率的な使用が可能となる。
【００２２】
反応槽１３内での反応は、反応槽１３に配設されたｐＨ測定器１４によってモニタリングする。すなわち、薬液貯留槽１２から有機カルシウム塩を反応槽１３内に投入し、ｐＨ測定器１４による反応槽１３内のホウ酸含有廃液のｐＨ値が一定となった際に反応が完了するので、この段階で薬液貯留槽１２からの有機カルシウム塩の投入を中止する。
【００２３】
なお、反応槽１３内のｐＨ値は、使用する有機カルシウム塩の種類及び量、すなわち当該カルシウム塩から生成される有機酸イオンの種類及び量に依存する。例えば、有機酸イオンが比較的強い酸性を示し、あるいは有機酸イオンの量が比較的多いような場合は、反応槽１３内のｐＨ値は減少し、酸性となる。一方、有機酸イオンが弱い酸性を示し、あるいは有機酸イオンの量が少ないような場合は、反応槽１３内の廃液はほぼ中性となり、ｐＨ値は約７となる。
【００２４】
反応槽１３内のｐＨ値、すなわちホウ酸カルシウム塩含有廃液のｐＨ値が減少して酸性を示すようになると、以下に説明するセメント固化が困難になる場合があるので、セメント固化以前に適宜アルカリ等を添加して中和反応を行う。
【００２５】
次いで、上述のように生成されたホウ酸カルシウム塩を含む廃液を反応槽１３から気密容器１５内に導入する。この際、ホウ酸カルシウム塩含有廃液は、気密容器１５内を充填せずに、気密容器１５の上部に空間が形成されるようにして導入する。気密容器１５内を充填するようにしてホウ酸カルシウム塩含有廃液を導入すると、以下に説明する濃縮処理の際に、ホウ酸カルシウム塩含有廃液が直接減圧ポンプ１９あるいは図示しない配管中に入り込んでしまい、ポンプ１９等を破損したり汚染したりしてしまう場合がある。
【００２６】
次いで、気密容器１５に接続された減圧ポンプ１９を駆動させ、気密容器１５内を減圧雰囲気とする。この際、気密容器１５内の圧力は、好ましくは、５５０ｍｍＨｇ〜６５０ｍｍＨｇの減圧下、さらに好ましくは６００ｍｍＨｇ〜６５０ｍｍＨｇとする。これによって、いわゆる室温下においても、気密容器１５内のホウ酸含有廃液を減圧沸騰させることができ、ホウ酸カルシウム塩含有廃液中の水分を蒸発させて、当該ホウ酸カルシウム塩含有廃液を濃縮することができる。
【００２７】
減圧沸騰によってホウ酸カルシウム塩含有廃液から蒸発した水分（水蒸気）は、減圧ポンプ１９の後方から図示しない配管を通じて凝縮水貯留槽へ送られる。
【００２８】
気密容器１５内の圧力が５５０ｍｍＨｇよりも低くなると、減圧沸騰が顕著になって、上述したように、沸騰によって生成する水泡が減圧ポンプ１９等に入り込み、これらを破損あるいは汚染してしまう場合がある。また、気密容器１５内の圧力が６５０ｍｍＨｇを超えると、減圧沸騰が不十分になって、ホウ酸カルシウム塩含有廃液の濃縮を十分に行うことができない場合がある。さらに、気密容器１５内の圧力を上述した範囲とすることにより、減圧ポンプ１９を安価なロータリーエバポレータ等から構成することができ、処理装置１０全体のコストを削減することができる。
【００２９】
なお、気密容器１５内の圧力は、気密容器１５に配設された圧力計１８によってモニタリングする。
【００３０】
また、本実施形態では、気密容器１５の外周面にヒータ１６を配設しているので、このヒータ１６によって気密容器１５内のホウ酸カルシウム塩含有廃液中の水分を加熱蒸発させることができる。したがって、上述した減圧ポンプ１９を用いた減圧沸騰とヒータ１６による加熱蒸発とにより、気密容器１５内のホウ酸カルシウム塩含有廃液の濃縮をより効率的に行うことができる。
【００３１】
本実施形態では、このような濃縮操作の際に廃液中にホウ酸ナトリウムを含まないので、濃縮のための減圧沸騰及び加熱処理を行う際、気相へのホウ素のキャリーオーバー率を抑えることができ、放射性物質が気相中に拡散して処理装置周辺の環境を汚染してしまうという問題を防止することができる。
【００３２】
気密容器１５内におけるホウ酸カルシウム塩含有廃液の温度は、気密容器１５に配設された温度計１７によってモニタリングする。
【００３３】
また、減圧沸騰（及び加熱）により蒸発させる水分量は、ホウ酸カルシウム塩含有廃液中に含まれる水分量や使用するセメント量に依存するが、当該水分量が多いほどホウ酸カルシウム塩含有廃液は濃縮され、セメント固化に供する放射性廃棄物のみが残存するようになるので好ましい。
【００３４】
次いで、上述のようにして濃縮されたホウ酸カルシウム塩のスラッジを含む濃縮廃液は、図示しない固化処理装置へ移送し、当該装置内においてセメントを配合してセメント固化する。これによって、濃縮廃液中に含まれる放射性廃棄物の廃棄処理が完了する。
【００３５】
セメント固化に使用するセメントとしては、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放射性排液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。
【００３６】
混練水は通常の市水とすることができる。なお、セメント１ｋｇ当たりに使用する混練水の量は、例えば数百ｍｌのオーダである。
【００３７】
（第２の実施形態）
図２は、本実施形態におけるホウ酸含有廃液の処理装置の概略構成を示す図である。
本実施形態の処理装置２０は、気密容器１５、ヒータ１６及び減圧ポンプ１９からなるホウ酸カルシウム塩廃液濃縮手段と、固化処置装置との間に分解槽２３が配設され、その周囲に追加のヒータ２６が配設されている点で第１の実施形態における処理装置１０と相違し、その他の構成については処理装置１０と同様である。したがって、本実施形態では、第１の実施形態における処理装置１０との相違点について述べる。
【００３８】
なお、図１に示す処理装置１０と類似あるいは同一の構成要素については、同一の参照数字を用いている。
【００３９】
また、分解槽２３は、上述した貯留槽１１等と同様に、耐熱性、耐腐食性に優れたステンレス鋼等から構成する。
【００４０】
最初に、第１の実施形態で述べたように、貯留槽１１内に貯留されたホウ酸含有廃液を反応槽１３に投入するとともに、薬液貯留槽１２内に貯留された有機カルシウム塩を反応槽１３に投入して、ホウ酸カルシウム塩を生成する。次いで、上述のように生成されたホウ酸カルシウム塩を含む廃液を反応槽１３から気密容器１５内に導入して濃縮し、濃縮廃液を得る。
【００４１】
この際、第１の実施形態で述べたように、例えば、反応槽１３内において、有機カルシウム塩から解離した有機酸イオンが比較的強い酸性を示し、あるいは有機酸イオンの量が比較的多いような場合は、反応槽１３内のｐＨ値は減少し、酸性となる。したがって、このような酸性のホウ酸カルシウム塩含有廃液から濃縮廃液を得た場合においても、当該濃縮廃液は酸性のままであるので、セメント固化が困難になる。
【００４２】
しかしながら、本実施形態では、ホウ酸カルシウム塩廃液濃縮手段、具体的には気密容器１５と、固化処置装置との間に、分解槽２３を設け、この分解槽２３内に上記濃縮廃液を導入し、濃縮廃液中に残存する酸化性の有機酸イオンを例えばオゾンやＯＨラジカルによって、二酸化炭素及び水に分解するようにしている。この結果、濃縮廃液中に残存する有機酸イオンの量が低減されるので、濃縮廃液のｐＨ値は中性である７に近づくようになる。
【００４３】
したがって、分解槽２３からは、ほぼ中性の濃縮廃液が図示しない固化処理装置へ移送し、当該装置内においてセメントを配合してセメント固化できるようになる。これによって、濃縮廃液中に含まれる放射性廃棄物の廃棄処理が完了する。
【００４４】
なお、分解槽２３の外周には、上述したオゾンやＯＨラジカルによる分解反応が効率良く生じるように、温度調節器としての追加のヒータ２６が配設され、分解槽２３内の温度を適宜制御できるようになっている。
【００４５】
また、その他の特徴、利点及び作用効果については、第１の実施形態における処理装置１０及びこの処理装置１０を用いた処理方法と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００４６】
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】
【００４７】
１０、２０  ホウ酸含有廃液の処理装置
１１  貯留槽
１２  薬液貯留槽
１３  反応槽
１４  ｐＨ測定器
１５  気密容器
１６  ヒータ
１７  温度計
１８  圧力計
１９  減圧ポンプ
２３  分解槽
２６  追加のヒータ
【図１】
2013213743.tif 000003
【図２】
2013213743.tif 000004