(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済みイオン交換樹脂と水分からなるスラリーに、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇのいずれか１つ以上を含む易水溶性の酢酸塩を添加してイオン交換させた後に、熱分解又は焼却することを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
【請求項２】
使用済みイオン交換樹脂と水分からなるスラリーに、CaO を添加し、ＣａＯをＣａ（ＯＨ）2へ消化するとともに、イオン交換させた後に、熱分解又は焼却することを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力発電所等から排出される使用済みイオン交換樹脂の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所等からは、微量の放射性核種を含む使用済みイオン交換樹脂が大量に発生する。このイオン交換樹脂としては、交換基としてスルホン基(-SO3H) を持ったカチオン交換樹脂が広く用いられており、減容化を図るために焼却あるいは熱分解処理されている。しかしその際に交換基中のSO3 がSOx となって排ガス中に揮散するので、次のような方法で処理されている。
【０００３】
第１の方法は、図４に示すように使用済みイオン交換樹脂を単独であるいは他の可燃物と一緒に焼却炉１で焼却し、その際に発生するSOx を希釈して大気中に放出したり、湿式スクラバー２で吸収して硫酸ソーダ廃液とする方法である。しかし希釈放出する方法は白煙を生ずるうえ、環境面から自ずとSOx の放出量に制限がある。一方、湿式吸収する方法は排ガス処理設備が複雑となるうえ、二次廃液が発生するという欠点がある。また、排ガス系の各所でSOx が液化して露点腐食のトラブルが発生しやすく、その対策に費用がかかるという問題がある。更に、使用済みイオン交換樹脂や他の可燃物中に含まれるCo-60 やZn-65 等の放射性核種や、Zn、Pbその他の非放射性元素が排ガス処理系でSOx と反応してダスト化し、セラミックフィルタ３や高性能フィルタ４の閉塞の原因となりやすいという欠点がある。
【０００４】
第２の方法は、使用済みイオン交換樹脂を焼却する際に、焼却炉内やフィルタの前段に石灰(CaCO3) や消石灰(Ca(OH)2) を噴霧することによりSOx をCaSO4 として回収し、第１の方法の欠点を回避する方法である。ところが石灰はS との反応率が悪いため、S に対するモル当量の３〜４倍のCaを添加しなければならず、大量の二次廃棄物量が発生するという欠点がある。
【０００５】
第３の方法は、熱分解法として知られた方法であり、図５に示すようにイオン交換樹脂スラリーに消石灰を混ぜてセラミックボール型の熱分解炉５に送り、窒素雰囲気中で攪拌しながら熱分解する方法である。この方法ではセラミックボールの表面でCaとS との反応が行われるため、上記した第２の方法よりは反応性が向上するがなお十分ではなく、やはり二次廃棄物量の増大を招くことが避けられない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来技術の問題点を解決し、使用済みイオン交換樹脂を、環境へのSOx の放出量及び二次廃棄物量を抑制しつつ処理することができ、しかも複雑な排ガス処理設備が不要であり、排ガス系内での露点腐食等のトラブルを招くおそれもない使用済みイオン交換樹脂の処理方法を提供するためになされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた第１の発明は、使用済みイオン交換樹脂と水分からなるスラリーに、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇのいずれか１つ以上を含む易水溶性の酢酸塩を添加してイオン交換させた後に、熱分解又は焼却することを特徴とするものである。また同一の課題を解決するためになされた第２の発明は、使用済みイオン交換樹脂と水分からなるスラリーに、CaO を添加し、ＣａＯをＣａ（ＯＨ）2へ消化するとともに、イオン交換させた後に、熱分解又は焼却することを特徴とするものである。
【０００８】
第１の発明によれば、Ca、Ba、Mgのいずれか１つ以上を含む易水溶性の酢酸塩を使用済みイオン交換樹脂スラリーに添加し、イオン交換させることによりイオン交換樹脂中のSO３  をCa、Ba、Mgのいずれかの硫酸塩もしくは硫化物として固定したうえ熱分解又は焼却する。また第２の発明によれば、使用済みイオン交換樹脂スラリーにCaO を添加することにより、イオン交換樹脂中のSO３  をCaSO４  として固定したうえ熱分解又は焼却する。このため排ガス中にはSOｘ  が放出されず、排ガス系内で露点腐食が発生するおそれがなく、また有害排ガス処理のための設備も不要となる。第１の発明においては、脱硫剤であるCa、Ba、Mgの酢酸塩はイオン交換樹脂中の交換基であるSO３  とイオン交換により効率よく結合するため、また、第２の発明では、CaO が消化してS との反応性が向上し、効率よくイオン交換するため、多量に添加する必要がなく、二次廃棄物量を抑制することができる。以下に本発明の好ましい実施の形態を示す。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の工程を示すブロック図である。
第１の本発明では、使用済みイオン交換樹脂スラリー（粒状の使用済みイオン交換樹脂と水との混合物）を必要に応じて脱水して水分調整を行ったうえ、脱硫剤としてCa、Ba、Mgのいずれか１つ以上を含む易水溶性の化合物を添加し、イオン交換させる。実際には、使用済みイオン交換樹脂中に捕獲されているナトリウム等のカチオンは少量であり、使用済みイオン交換樹脂には十分なカチオン吸着能力が残っているので、この能力を利用してイオン交換を行わせる。
【００１０】
脱硫剤としてCa、Ba、Mgはいずれも使用可能であるが、コスト面からCaが最も実用的である。このCaの化合物には硝酸カルシウム、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、水酸化カルシウム等があるが、水に易溶であり、加熱分解されやすく、加熱しても有害ガスを発生しない点で、酢酸カルシウム等の酢酸塩が望ましい。硝酸カルシウムは排ガス中にNOx を発生させるおそれがあり、水酸化カルシウムは水に溶けにくい。ただし接触時間を十分に取れば、珪酸カルシウムを用いることもできる。なお、Ba、Mgについても同様に酢酸バリウム、酢酸マグネシウム等の酢酸塩が好ましい。
【００１１】
第２の発明では、脱硫剤としてCaO を使用済みイオン交換樹脂に添加する。前記したように消石灰を脱硫剤として炉内に噴霧する従来法では反応性が不十分であったが、CaO はCa(OH)2 へ消化する際にS との反応性が向上し、イオン交換樹脂中のSO3 をCaSO4 として効率よく固定することができる。
【００１２】
何れの発明においても、脱硫剤の添加量は使用済みイオン交換樹脂中のS に対して、モル当量の１〜２倍とすればよい。これは従来の石灰がS に対するモル当量の３〜４倍の添加を要していたのに比較し、本発明の有利な点であり、その分だけ二次廃棄物量を抑制することができる。特に第１の発明において酢酸塩を選択した場合には、モル当量の1.2 倍で十分な効果をあげることができる。
【００１３】
このようにして脱硫剤を添加しイオン交換させた後、使用済みイオン交換樹脂は従来と同様に焼却又は熱分解される。イオン交換樹脂中のSO3 はイオン交換によりCaSO4 等の硫酸塩やCaS 等の硫化物として固定されており、排ガス中のSOx の発生量は抑制されるため、排ガス系内で露点腐食が発生するおそれがなく、また有害排ガス処理のための設備も不要となる。
【００１４】
【実施例】
（実施例１）
図２に示すように、焼却炉１０中で使用済みイオン交換樹脂を燃焼温度800 ℃で燃焼させ、その排ガス中のSOx 濃度をサンプリングポイント１１で測定した。なお排ガスはセラミックフィルタ１２及び高性能フィルタ１３で処理した上で放出される。まず使用済みイオン交換樹脂を単独で焼却した場合には、排ガス中のSOx 濃度は2100ppm であった。次に従来技術に記した消石灰を3 倍のモル比で添加して焼却した場合には、SOx 濃度は1250ppm であった。しかし酢酸カルシウムを1.2 倍のモル比で添加してイオン交換させた後に焼却した場合には、SOx 濃度は僅かに65ppm にまで減少した。
【００１５】
（実施例２）
図３に示すように、熱分解炉１４中で使用済みイオン交換樹脂を650 ℃で熱分解した。熱分解炉１４は窒素ガスにより非酸化性雰囲気に保たれ、発生した熱分解ガスは600 ℃の高温金属フィルタ１５を通過したうえ、燃焼室１６で900 ℃で燃焼された。燃焼室１６と高性能フィルタ１７との間のサンプリングポイント１８で排ガス中のSOx 濃度を測定した。まず使用済みイオン交換樹脂を単独で焼却した場合には、排ガス中のSOx 濃度は5300ppm であった。次に消石灰を２倍のモル比で添加して焼却した場合には、SOx 濃度は265 ppm であった。しかし酢酸カルシウムを1.2 倍のモル比で添加してイオン交換させた後に焼却した場合には、SOx 濃度は53ppm にまで減少した。
【００１６】
なお、熱分解残査量は使用済みイオン交換樹脂100DRYgnに対し、単独焼却の場合には30g であったが、消石灰を２倍のモル比で添加して焼却した場合には110gに増加した。しかし酢酸カルシウムを1.2 倍のモル比で添加して焼却した場合には80g であり、従来法よりも二次廃棄物量が減少することが確認された。この熱分解法は放射性核種を含む残留カーボン量が焼却法よりも少なくなるので、二次廃棄物のハンドリング性に優れる利点がある。
【００１７】
（実施例３）
実施例１の酢酸カルシウムの代わりに、２倍のモル比の生石灰を添加し、使用済みイオン交換樹脂の焼却を行った。実施例１と同様に排ガス中のSOx 濃度をサンプリングポイント１１で測定したところ、153ppmであり、十分な脱硫効果を確認できた。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば使用済みイオン交換樹脂が持つ十分なカチオン吸着能力を利用し、脱硫剤を効率よく使用済みイオン交換樹脂のSO3 と反応させ、CaSO4 等の硫酸塩やCaS 等の硫化物として固定したうえで熱分解又は焼却することができる。このため、排ガス中にSOx が放出されず、排ガス系内で露点腐食が発生するおそれがない。またSOx 処理のための複雑な設備も不要となる。更に従来法よりも二次廃棄物量を抑制することができる等の顕著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工程を示すブロック図である。
【図２】実施例１の工程を示すブロック図である。
【図３】実施例２の工程を示すブロック図である。
【図４】従来例の工程を示すブロック図である。
【図５】他の従来例の工程を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  焼却炉、２  湿式スクラバー、３  セラミックフィルタ、４  高性能フィルタ、５  セラミックボール型の熱分解炉、１０  焼却炉、１１  サンプリングポイント、１２  セラミックフィルタ、１３  高性能フィルタ、１４  熱分解炉、１５  高温金属フィルタ、１６  燃焼室、１７  高性能フィルタ、１８  サンプリングポイント
【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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