(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、ホウ酸含有廃液をセメント固化に供することができるように減容する方法及び装置を提供する。【解決手段】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、濃縮装置内において前記ホウ酸含有廃液を減圧下に置き、前記ホウ酸含有廃液中の水分を減圧沸騰させることにより、前記ホウ酸含有廃液を減容する。【選択図】図１
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【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、
濃縮装置内において前記ホウ酸含有廃液を減圧下に置き、前記ホウ酸含有廃液中の水分を減圧沸騰させることにより、前記ホウ酸含有廃液を減容するステップ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】
前記ホウ酸含有廃液は、５５０ｍｍＨｇ〜６５０ｍｍＨｇの減圧下に置くことを特徴とする、請求項１に記載のホウ酸含有廃液の処理方法。
【請求項３】
前記ホウ酸含有廃液の温度を９０℃以下の沸騰する温度に加熱するステップを具え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】
前記ホウ酸含有廃液を減圧下に置く以前に、前記ホウ酸含有廃液にアルカリ金属を添加し、前記ホウ酸含有廃液を中和するステップを具えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載のホウ酸含有廃液の処理方法。
【請求項５】
ホウ酸含有廃液を収容する気密容器、及び前記気密容器内を減圧にする減圧ポンプを有するホウ酸含有廃液濃縮装置と、
前記ホウ酸含有廃液濃縮手段で濃縮された濃縮ホウ酸含有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６】
前記ホウ酸含有廃液濃縮装置は、その外周にヒータを具えることを特徴とする、請求項５に記載のホウ酸含有廃液の処理装置。
【請求項７】
前記気密容器に収容されるホウ酸含有廃液をアルカリ添加により中和する中和槽を具えることを特徴とする、請求項５又は６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】
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）等において発生するホウ酸含有廃液は、放射性核種を含むホウ酸が含まれているため、最終的にはセメントなどで固化する必要がある。しかしながら、ホウ酸はセメントの固化を妨害するため、セメント中へ添加できるホウ酸量には限界がある。このため、ホウ酸含有廃液中に予め水酸化カルシウム等のカルシウム化合物を添加してホウ酸を不溶化し、ホウ酸カルシウムなどのホウ酸塩を析出させる前処理を行い、得られた析出物（ホウ酸塩）を乾燥させて粉体化し、セメント固化することにより、ホウ酸によるセメント固化の妨害作用を回避する方法が知られている。
【０００３】
しかしながら、上記の方法では、ホウ酸含有廃液の粘度が上昇し、配管内の滞留部などにホウ酸カルシウムが沈降、堆積して配管が閉塞してしまうという課題があった。また、乾燥機の内壁にも析出したホウ酸カルシウムが堆積して後の洗浄操作を困難にしてしまうという課題があった。
【０００４】
このため、８０℃に加熱したホウ酸含有廃液に、ＮａＯＨのようなアルカリ金属元素化合物とＣａ（ＯＨ）２のようなアルカリ土類金属化合物とを添加し、この廃液を析出温度以上に保ちつつ配管内を通流させて乾燥機に供給し、乾燥処理することによって、配管内の滞留部への沈降等を抑制する方法が提案されている。しかしながら、この方法では、アルカリ金属元素化合物及びアルカリ土類金属化合物の濃度調整などの煩雑な操作が必要となり、ホウ酸含有廃液の処理が煩雑化するという課題があった。
【０００５】
また、ホウ酸含有廃液のｐＨを１３以上として廃液中の飽和ホウ素濃度を増大させた後、ホウ酸含有廃液をヒータで加熱して濃縮し、この濃縮したホウ酸含有廃液をセメント固化する方法も提案されている。さらに、ホウ酸含有廃液にアルカリ金属水酸化物を添加してホウ酸塩溶液を作製した後、この溶液を加熱濃縮してセメント固化に供する方法も提案されている。
【０００６】
しかしながら、これらの方法は、ホウ酸含有廃液を加熱によって濃縮しているため、ホウ酸含有廃液中からのホウ酸の気相中へのキャリーオーバー率が高くなってしまい、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課題があった。
【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】特開平１１−１１８９９０号
【特許文献３】特開２０１０−１５１４８７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した状態で、ホウ酸含有廃液をセメント固化に供することができるように減容する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、
濃縮装置内において前記ホウ酸含有廃液を減圧下に置き、前記ホウ酸含有廃液中の水分を減圧沸騰させることにより、前記ホウ酸含有廃液を減容するステップ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、ホウ酸含有廃液を収容する気密容器、及び前記気密容器内を減圧にする減圧ポンプを有するホウ酸含有廃液濃縮装置と、前記ホウ酸含有廃液濃縮手段で濃縮された濃縮ホウ酸含有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した状態で、ホウ酸含有廃液をセメント固化に供することができるように減容する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】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。
【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】
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、アルカリ金属を含む化合物、具体的にはアルカリ金属水酸化物の溶液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内のアルカリ金属水酸化物溶液とを混合するための混合槽１３が設けられている。なお、混合槽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、混合槽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、装置内に導入したホウ酸含有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及び減圧ポンプ１９は、ホウ酸含有廃液に対する濃縮装置を構成する。
【００１６】
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。
【００１７】
最初に、貯留槽１１内に貯留されたホウ酸含有廃液を混合槽１３に導入するとともに、薬液貯留槽１２内に貯留されたアルカリ金属水酸化物溶液を混合槽１３に導入し、ホウ酸含有廃液を中和する。一般に、ホウ酸含有廃液は酸性であるが、酸性のまま以下の処理を行ってセメント固化に供する場合、セメントの種類にもよるがセメント中のカルシウムやケイ素などがホウ酸含有廃液のホウ酸と反応してしまい、セメント固化が困難となる場合がある。したがって、本実施形態では、セメント固化の前処理として、上述のような中和処理を行う。
【００１８】
但し、上述した中和処理は必須の工程ではなく、セメントを適宜に選択してセメント固化に供することができれば、適宜省略することができる。
【００１９】
なお、上述した中和処理を行う場合、アルカリ金属の、ホウ酸含有廃液中のホウ素に対するモル比が、例えば０．２５〜０．３５、好ましくは０．３となるように設定する。具体的には、アルカリ金属水酸化物としてＮａＯＨを用いた場合、Ｎａ／Ｂ（モル比）＝０．２５〜０．３５、好ましくは０．３であり、ＫＯＨを用いた場合、Ｋ／Ｂ（モル比）＝０．２５〜０．３５、好ましくは０．３とする。また、ＣｓＯＨを用いた場合、Ｃｓ／Ｂ（モル比）＝０．２５〜０．３５である。
【００２０】
混合槽１３内での中和反応は、混合槽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からアルカリ金属水酸化物溶液を添加し、ｐＨ測定器１４による混合槽１３内のホウ酸含有廃液のｐＨ値が約７となった時点で中和反応が完了するので、この段階で薬液貯留槽１２からのアルカリ金属水酸化物溶液の添加を中止する。
【００２１】
次いで、中和されたホウ酸含有廃液を混合槽１３から気密容器１５内に導入する。この際、ホウ酸含有廃液は、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含有廃液を導入すると、以下に説明する減圧沸騰の際に、ホウ酸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。
【００２２】
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、ホウ酸含有廃液中の水分を蒸発させて、当該ホウ酸含有廃液を濃縮することができる。
【００２３】
減圧沸騰によってホウ酸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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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内のホウ酸含有廃液の濃縮をより効率的に行うことができる。
【００２７】
但し、ヒータ１６を用いた加熱蒸発の場合、その温度が高くなると、ホウ酸含有廃液中からのホウ酸の気相（水蒸気）中へのキャリーオーバー率が高くなってしまい、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減圧ポンプ１９や処理装置１０全体を汚染してしまう場合がある。したがって、ヒータ１６による加熱蒸発を利用する場合は、ホウ酸含有廃液の温度が９０℃以下となるようにする。これによって、ホウ酸の気相（水蒸気）中へのキャリーオーバー率を低減することができる。
【００２８】
なお、ヒータ１６を用いて加熱蒸発を行う場合、その作用効果が生じる最低の温度は、当該減圧によって沸騰する温度である。
【００２９】
気密容器１５内におけるホウ酸含有廃液の温度は、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。
【００３０】
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。
【００３１】
次いで、上述のようにして濃縮されたホウ酸含有廃液は、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、ホウ酸含有廃液中に含まれる放射性廃棄物の廃棄処理が完了する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【実施例】
【００３４】
（実施例１）
表１は、イオン交換水にホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を溶解させてホウ素濃度を２１，０００ ｐｐｍに調整したホウ酸溶液に、Ｎａ／Ｂ比＝０．３で水酸化ナトリウムを添加した模擬廃液（ｐＨ＝約８．４）４５０ ｇを、ロータリーエバポレータを用いて濃縮した際の凝縮液の性状の変化を、凝縮液１００ｇごとに示したものである。処理時の温度は８０℃、減圧下の圧力は５６０ ｍｍＨｇ〜６５０ｍｍＨｇとした。
【００３５】
試験の結果、凝縮液量１００ｇまでの濃縮初期には、凝縮液の導電率は１２０μＳ／ｃｍと比較的高い導電率を呈したが、凝縮液量２００ ｇ以降は２５ μＳ／ｃｍ（＝２００ｇ凝縮時）、６〜７μＳ／ｃｍ（＝３００ｇ、４００ｇ凝縮時）と比較的低い値を呈することを確認した。なお、濃縮初期の凝縮液の導電率が高かったのは、減圧時に原液が沸騰して飛沫となり、凝縮液側に移行したためである。
【００３６】
ここで、凝縮液量２００ｇ以降の導電率を用い、初期導電率との比でＤＦ（Decontamination Factor：濃縮前廃液導電率／濃縮後廃液導電率）を評価すると、今回の試験でのＤＦは約１４０であることが判明した。
【００３７】
一方、模擬廃液を、一般的な薄膜乾燥機を用いて乾燥濃縮させた際のＤＦは、約１０であった。これらの結果より、本実施例に記載したような、比較的低温で、減圧環境によって水分子を揮発させる濃縮方法は、高いホウ素ＤＦを担保できる方法であることが確認できた。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
（実施例２）
表２は、上記模擬廃液に対して中和剤として、水酸化ナトリウムと水酸化セシウムとを混合して用い（模擬廃液中の（Ｎａ＋Ｃｓ）／Ｂ＝０．３、Ｎａ及びＣｓは同モル当量を添加）、実施例１と同様、ロータリーエバポレータを用いて減圧濃縮した際の凝縮液の性状の変化を、凝縮液１００ｇごとに示したものである。この際の使用模擬廃液量は９３３ｇ、処理時の温度は８０℃、圧力は５５０ ｍｍＨｇ〜６５０ｍｍＨｇとした。実施例１と同様に、凝縮液中の導電率は初期から低く、充分に高いDFを担保できることが確認できた。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
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】
【００４２】
１１  貯留槽
１２  薬液貯留槽
１３  混合槽
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
【図１】
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