(57)【要約】【課題】二次廃棄物の発生量を低減させることができる使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置を提供する。【解決手段】鉄クラッドを粗分離する粗分離工程Ｓ１００と、鉄クラッドを液相中に溶解させる溶解工程Ｓ２００と、前記液相に過酸化水素及びオゾンを添加してイオン交換基を脱離させるイオン交換基脱離工程Ｓ３００と、液相のｐＨを上昇させて沈殿物１５を生成させる沈殿工程Ｓ４００と、液相を、沈殿物１５を含む固形分と固形分の除去された液相に分離する固液分離工程Ｓ５００と、を備える使用済みイオン交換樹脂の処理方法。【選択図】図１
2017020892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄クラッドが混在するとともに、放射性核種又は重金属元素がイオン交換基に吸着された使用済みイオン交換樹脂を処理する、使用済みイオン交換樹脂の処理方法であって、
前記鉄クラッドを前記使用済みイオン交換樹脂から粗分離する粗分離工程と、
前記粗分離工程で前記鉄クラッドの粗分離された前記使用済みイオン交換樹脂を、酸性の液相中に浸漬させ、前記粗分離工程において残存した前記鉄クラッドを前記液相中に溶解させる溶解工程と、
前記溶解工程で得られた前記液相に過酸化水素及びオゾンを添加して前記使用済みイオン交換樹脂から前記イオン交換基を脱離させるイオン交換基脱離工程と、
前記イオン交換基脱離工程で得られた前記液相のｐＨを上昇させて沈殿物を生成させる沈殿工程と、
前記沈殿工程後の前記液相を、前記沈殿物を含む固形分と前記固形分の除去された前記液相に分離する固液分離工程と、
を備え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】
前記粗分離工程において、前記使用済みイオン交換樹脂の表面に付着した前記鉄クラッドを、遠心分離法、超音波振動法又は重液分離法によって分離することを特徴とする請求項１記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
【請求項３】
前記溶解工程における前記使用済みイオン交換樹脂の浸漬された前記液相のｐＨは２以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
【請求項４】
前記沈殿工程において、前記液相のｐＨを３以上に調製することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
【請求項５】
前記固液分離工程は、沈降分離方法、遠心分離法又はフィルタ分離法によって行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の使用済みイオン交換樹脂の処理方法。
【請求項６】
鉄クラッドが混在するとともに、放射性核種又は重金属元素がイオン交換基に吸着された使用済みイオン交換樹脂を処理する、使用済みイオン交換樹脂の処理装置であって、
前記鉄クラッドを前記使用済みイオン交換樹脂から粗分離する粗分離装置と、
内部で、前記鉄クラッドの粗分離された使用済みイオン交換樹脂を酸性の液相中に浸漬させ、前記粗分離によって残存した前記鉄クラッドを前記液相中に溶解させる溶解槽と、
前記溶解槽に、前記液相のｐＨを酸性に調製する第１のｐＨ調整剤を供給する第１のｐＨ調整剤供給装置と、
内部で、前記ｐＨの調製された前記液相と、過酸化水素とオゾンとを混合して前記使用済みイオン交換樹脂から前記イオン交換基を脱離させる反応槽と、
前記反応槽に前記過酸化水素を供給する過酸化水素供給装置と、
前記反応槽に前記オゾンを供給するオゾン供給装置と、
内部で、前記イオン交換基の脱離された前記液相のｐＨを上昇させて沈殿物を生成させるｐＨ調整槽と、
前記ｐＨ調整槽に、前記液相ｐＨを上昇させる第２のｐＨ調整剤を供給する第２のｐＨ調整剤供給装置と、
前記ｐＨ調整槽内の前記液相を、前記沈殿物を含む固形分と前記固形分の除去された前記液相に分離する固液分離装置と
を備えることを特徴とする使用済みイオン交換樹脂の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所において、冷却水の浄化や廃液処理にイオン交換樹脂が使用されている。原子力発電所の冷却水や廃液中には放射性物質が含まれており、これらの放射性物質を吸着した使用済みのイオン交換樹脂は、比較的放射能が高い。このため、放射性物質を吸着した使用済みイオン交換樹脂から放射性物質を分離することにより放射能を低減し、放射性廃棄物の容量を低減することが求められている。
【０００３】
また、重金属元素を含む産業排水を無害化処理するために、イオン交換樹脂が使用されている。産業排水中には様々な重金属元素が含まれており、これらの重金属元素を吸着した使用済みイオン交換樹脂を産業廃棄物として処理する際に、重金属元素を分離することにより廃棄物量を低減することが求められている。
【０００４】
使用済みイオン交換樹脂の処理方法として、超臨界水分解法などを用いて樹脂を無機化する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。しかしながら、使用済みイオン交換樹脂を無機化するためには大規模な装置が必要である、あるいは高温高圧条件が必要であるという課題があった。
【０００５】
また、使用済みイオン交換樹脂に吸着された金属イオンを、シュウ酸水溶液を用いて脱離させる方法が提案されている(例えば、特許文献３参照。)。
【０００６】
このようななか、二次廃棄物の発生量をより低減することのできる使用済みイオン交換樹脂の処理方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３２４７６８号公報
【特許文献２】特開２００６−８４２３６号公報
【特許文献３】特開２０１３−４４５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、二次廃棄物の発生量を低減することのできる使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理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】
本発明の使用済みイオン交換樹脂の処理方法の一態様は、鉄クラッドが混在するとともに、放射性核種又は重金属元素がイオン交換基に吸着された使用済みイオン交換樹脂を処理する、使用済みイオン交換樹脂の処理方法であって、前記鉄クラッドを前記使用済みイオン交換樹脂から粗分離する粗分離工程と、前記粗分離工程で前記鉄クラッドの粗分離された前記使用済みイオン交換樹脂を、酸性の液相中に浸漬させ、前記粗分離工程において残存した前記鉄クラッドを前記液相中に溶解させる溶解工程と、前記溶解工程で得られた前記液相に過酸化水素及びオゾンを添加して前記使用済みイオン交換樹脂から前記イオン交換基を脱離させるイオン交換基脱離工程と、前記イオン交換基脱離工程で得られた前記液相のｐＨを上昇させて沈殿物を生成させる沈殿工程と、前記沈殿工程後の前記液相を、前記沈殿物を含む固形分と前記固形分の除去された前記液相に分離する固液分離工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の使用済みイオン交換樹脂の処理装置の一態様は、鉄クラッドが混在するとともに、放射性核種又は重金属元素がイオン交換基に吸着された使用済みイオン交換樹脂を処理する、使用済みイオン交換樹脂の処理装置であって、前記鉄クラッドを前記使用済みイオン交換樹脂から粗分離する粗分離装置と、内部で、前記鉄クラッドの粗分離された使用済みイオン交換樹脂を酸性の液相中に浸漬させ、前記鉄クラッドを前記液相中に溶解させる溶解槽と、前記溶解槽に、前記液相のｐＨを酸性に調製する第１のｐＨ調整剤を供給する第１のｐＨ調整剤供給装置と、内部で、前記ｐＨの調製された前記液相と、過酸化水素とオゾンとを混合して前記使用済みイオン交換樹脂から前記イオン交換基を脱離させる反応槽と、前記反応槽に前記過酸化水素を供給する過酸化水素供給装置と、前記反応槽に前記オゾンを供給するオゾン供給装置と、内部で、前記イオン交換基の脱離された前記液相のｐＨを上昇させて沈殿物を生成させるｐＨ調整槽と、前記ｐＨ調整槽に、前記液相ｐＨを上昇させる第２のｐＨ調整剤を供給する第２のｐＨ調整剤供給装置と、前記ｐＨ調整槽内の前記液相を、前記沈殿物を含む固形分と前記固形分の除去された前記液相に分離する固液分離装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置によれば、二次廃棄物の発生量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法を概略的に示すフロー図。
【図２】実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法に用いられる装置を概略的に示すブロック図。
【図３】コバルト脱離試験における、液相のｐＨと、コバルト脱離率の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法を概略的に示すフロー図である。図１に示す使用済みイオン交換樹脂の処理方法は、鉄クラッドの混在した使用済みイオン交換樹脂１００から鉄クラッドを粗分離する粗分離工程Ｓ１００と、粗分離工程Ｓ１００で鉄クラッドの粗分離された使用済みイオン交換樹脂１００を水Ｗ中に浸漬し、水Ｗに第１のｐＨ調整剤１１を添加して水Ｗの液性を酸性に調製して、使用済みイオン交換樹脂１００に混在した鉄クラッドを水Ｗ中に溶解させる溶解工程Ｓ２００と、溶解工程Ｓ２００で得られた、使用済みイオン交換樹脂１００を含む水Ｗに過酸化水素１２及びオゾン１３を添加して使用済みイオン交換樹脂１００からイオン交換基を脱離させるイオン交換基脱離工程Ｓ３００と、イオン交換基脱離工程Ｓ３００で得られた水Ｗに第２のｐＨ調整剤１４を添加してｐＨを上昇させて、沈殿物を生成させる沈殿工程Ｓ４００と、沈殿工程Ｓ４００後の水Ｗを、沈殿物１５を含む固形分と水Ｗに分離する固液分離工程Ｓ５００とを備えている。固液分離工程Ｓ５００で固形分の分離された水Ｗは、粗分離工程Ｓ１００に供給することで、再度使用される。
【００１５】
図２は、第１の実施形態に用いられる使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０を概略的に示すブロック図である。図２に示す使用済みイオン交換樹脂の処理装置１０は、処理対象である、鉄クラッドの混在した使用済みイオン交換樹脂１００を貯留する貯留槽２１と、貯留槽２１中の使用済みイオン交換樹脂１００に混合する水Ｗを貯留する貯水槽２２と、粗分離装置２３と、を備えている。
【００１６】
粗分離装置２３には、粗分離された鉄クラッドを貯留する粗分離鉄クラッド貯蔵槽２４と、鉄クラッドの粗分離された使用済みイオン交換樹脂１００を収容して、使用済みイオン交換樹脂１００に混在した鉄クラッドを溶解させる溶解槽２５が接続されている。溶解槽２５には、第１のｐＨ調整剤供給装置２６が接続されている。また、溶解槽２５には、溶解槽２５内で鉄クラッドが溶解されて除去された使用済みイオン交換樹脂１００を収容し、イオン交換基脱離工程Ｓ３００を行う反応槽２８が接続されている。
【００１７】
反応槽２８には、反応槽２８内に過酸化水素を供給する過酸化水素供給装置２９と、オゾンを発生させ、発生させたオゾンを反応槽２８内に供給するオゾン供給装置３０が接続されている。反応槽２８の下部には、反応槽２８内の液相を加熱する加熱器３６が設置されている。反応槽２８の上部は気密に封止されている。また、反応槽２８には、反応槽２８内に凝集剤を添加する凝集剤添加装置が接続されていてもよい。
【００１８】
さらに、反応槽２８には、反応槽２８においてイオン交換基を脱離させた水ＷのｐＨを上昇させるｐＨ調整槽３１が接続されている。ｐＨ調整槽３１には、ｐＨ調整槽３１に第２のｐＨ調整剤１４を供給する第２のｐＨ調整剤供給装置３２と、イオン交換基を脱離させた処理済みのイオン交換樹脂１００を貯蔵するイオン交換樹脂貯蔵槽３３が接続されている。また、ｐＨ調整槽３１には、ｐＨ調整槽３１内の水Ｗと、ｐＨ調整槽３１で生じる沈殿物１５を分離する固液分離装置３４が接続されている。固液分離装置３４には、分離された沈殿物１５を収容する鉄クラッド貯蔵槽３５が接続されている。
【００１９】
貯留槽２１に貯留される使用済みイオン交換樹脂１００は例えば、原子力発電所で冷却水の浄化や廃液処理、あるいは産業排水の処理に使用された、使用済みのイオン交換樹脂である。使用済みイオン交換樹脂１００には、例えば、Ｃｏ−６０などの放射性物質（放射性核種）、又はクロム（Ｃｒ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）等の重金属元素が吸着されている。イオン交換樹脂としては、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、これらの混床のいずれであってもよい。使用済みイオン交換樹脂１００には、炉水浄化系や廃液処理系の配管内で発生した鉄さび等、酸化水酸化鉄や酸化鉄などを主成分とする鉄クラッドが混合されている。このような鉄クラッドの比重は、一般的に、３〜４ｇ／ｍＬ程度である。また、イオン交換樹脂の比重は、おおよそ１．２〜１．３ｇ／ｍＬ程度である。
【００２０】
貯留槽２１に貯留された使用済みイオン交換樹脂１００は、貯水槽２２に貯水された水Ｗと混合され、粗分離装置２３に供給される。粗分離装置２３において、使用済みイオン交換樹脂１００と、これに混在した鉄クラッドが粗分離される（粗分離工程Ｓ１００）。粗分離工程Ｓ１００では、例えば、使用済みイオン交換樹脂１００の表面に付着する等して、使用済みイオン交換樹脂１００から分離され易い鉄クラッドが粗分離される。粗分離装置２３としては、使用済みイオン交換樹脂１００に超音波振動を与えて粗分離を行う装置（超音波振動法）、遠心分離法を用いた装置（遠心分離装置）や重液分離法を用いた装置（重液分離装置）を用いることができる。重液分離装置において用いられる重液としては、鉄クラッドと使用済みイオン交換樹脂を分離できるものであって、これらと反応しないものであれば特に限定されない。重液としては、毒性が低いものが好ましく、例えばポリタングステン酸ナトリウム水溶液等を用いることができる。
【００２１】
粗分離装置２３で粗分離された鉄クラッドは、粗分離鉄クラッド貯蔵槽２４に移送されて貯蔵される。鉄クラッドの粗分離された使用済みイオン交換樹脂１００は、水Ｗに混合された状態で溶解槽２５に移送される。
【００２２】
次いで、図１に示す溶解工程Ｓ２００で、水Ｗと使用済みイオン交換樹脂１００の収容された溶解槽２５に、第１のｐＨ調整剤供給装置２６によって第１のｐＨ調整剤１１を供給する。これにより、溶解槽２５内の液相のｐＨを酸性に調節し、使用済みイオン交換樹脂１００に混在した鉄クラッドを水Ｗ中に溶解させる。溶解工程Ｓ２００で溶解される鉄クラッドは、粗分離工程Ｓ１００において、使用済み交換樹脂１００から分離されずに残留した鉄クラッドである。溶解工程Ｓ２００では、続くイオン交換基脱離工程Ｓ３００に先立ち、粗分離工程Ｓ１００で残留した鉄クラッドを、水Ｗに溶解させて使用済みイオン交換樹脂１００から除去する。
【００２３】
第１のｐＨ調整剤１１としては、鉄クラッドの主成分である酸化鉄を溶解させる酸性の化合物、あるいは当該酸性の化合物の水溶液を特に限定なく用いることができる。第１のｐＨ調整剤１１としては、後述するイオン交換基脱離工程Ｓ３００において生成するラジカルとの反応性の低いものが好ましく、例えば、塩酸、硫酸等を用いることが好ましい。第１のｐＨ調整剤１１としては、装置の腐食等を抑制する点からは、硫酸を用いることがより好ましい。
【００２４】
また、溶解槽２５内で、使用済みイオン交換樹脂１００の混合された水ＷのｐＨは、鉄クラッドを溶解させることができれば特に限定されないが、２以下であることが好ましい。ｐＨが２以下であることで、鉄クラッドの主成分である酸化鉄の水Ｗへの溶解性を高め、使用済みイオン交換樹脂１００と鉄クラッドを良好に分離することができる。
【００２５】
溶解工程Ｓ２００で、第１のｐＨ調整剤１１の添加された使用済みイオン交換樹脂１００は液相（鉄クラッドの溶解された水Ｗ）とともに反応槽２８に送られる。次いで、図１に示すイオン交換基脱離工程Ｓ３００において、使用済みイオン交換樹脂１００を収容した反応槽２８内に、過酸化水素供給装置２９によって過酸化水素が、オゾン供給装置３０によってオゾンが、それぞれ供給される。これにより、反応槽２８内で、使用済みイオン交換樹脂１００が、過酸化水素及びオゾンを含む水Ｗに浸漬される。
【００２６】
このとき、水Ｗ中には、鉄クラッドが溶解して生じた鉄（ＩＩ）イオンが溶解しているため、使用済みイオン交換樹脂１００は、鉄イオン、過酸化水素及びオゾンの共存する水Ｗに浸漬される。これにより、使用済みイオン交換樹脂１００の、放射性物質(放射性核種)又は重金属元素の吸着部位であるイオン交換基をイオン交換樹脂の骨格から脱離させる。以下、本実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法について、使用済みイオン交換樹脂に放射性物質(放射性核種)(以下単に、「放射性核種」という。)が吸着された場合を例に説明するが、重金属元素が吸着された場合についても同様である。
【００２７】
過酸化水素の量は、イオン交換基を脱離させることのできる量であれば特に限定されない。過酸化水素の量は、例えば、反応槽２８に収容される水Ｗの全体に対して０．６４ｍｏｌ／Ｌ程度とする。オゾンの供給量は、水Ｗ中にオゾンを十分に溶解させて、イオン交換基を脱離させることのできる量であれば特に限定されない。オゾンは、例えば４５ｍｍｏｌ／ｈ程度で反応槽２８に供給されればよい。
【００２８】
反応槽２８における使用済みイオン交換樹脂１００と水Ｗとの混合比は、廃液量を低減させる観点から、水Ｗ（ｍＬ）／使用済みイオン交換樹脂１００（ｇ）で示される液固比で１０／１（ｍＬ／ｇ）以下であることが好ましい。液固比は、例えば反応槽２８に水を供給することで調節可能である。
【００２９】
イオン交換基脱離工程Ｓ３００では、ラジカルの発生を促進する点から、水Ｗを加熱器３６によって加熱してもよい。加熱温度（処理温度）は、常温（２０℃）以上９０℃以下であることが好ましく、６０℃以上９０℃以下であることがより好ましく、７２℃以上８０℃以下であることが特に好ましい。また、このときの、浸漬時間（処理時間）は、処理される使用済みイオン交換樹脂１００の量や、吸着された放射性核種の量にもよるが、１時間以上程度とする。
【００３０】
イオン交換基脱離工程Ｓ３００において、過酸化水素とオゾンが溶解した液相（水Ｗ）に鉄イオンが共存することで、ヒドロキシラジカル等のラジカルを生成する。そして、生成したラジカルによって、結合エネルギーの小さいイオン交換樹脂とイオン交換基の結合が切断されて、放射性核種の吸着したイオン交換基を脱離させる。本実施形態の、使用済みイオン交換樹脂の処理方法では、イオン交換基脱離工程Ｓ３００において、鉄イオンを含む水Ｗに過酸化水素及びオゾンを添加することで、加圧や減圧を行うことなく、イオン交換基脱離性能を向上させることができる。
【００３１】
このようにして、イオン交換基脱離工程Ｓ３００において、使用済みイオン交換樹脂１００から放射性核種を吸着したイオン交換基を脱離させることで、使用済みイオン交換樹脂１００を、放射能の低減されたイオン交換樹脂（処理済みイオン交換樹脂）に変換することができる。処理済みイオン交換樹脂は、放射性核種がイオン交換基ごとイオン交換基骨格から離脱した状態となる。
【００３２】
次いで、イオン交換基脱離工程Ｓ３００を経た水Ｗを静置して、水Ｗ中の処理済みイオン交換樹脂を沈降させる。その後、反応槽２８内の水Ｗの上澄み液を取り出し、ｐＨ調整槽３１へ送液する。この際、フィルタ等によって、水Ｗ中に残留する処理済みイオン交換樹脂の微細な固形分を取り除いた上で、水ＷをｐＨ調整槽３１に供給することが好ましい。沈降された処理済みイオン交換樹脂は、イオン交換樹脂貯蔵槽３３に移送される。
【００３３】
次いで、沈殿工程Ｓ４００が行われる。沈殿工程Ｓ４００では、ｐＨ調整槽３１に、第２のｐＨ調整剤供給装置３２によって、第２のｐＨ調整剤１４を添加する。これにより、ｐＨ調整槽３１内で、処理済みイオン交換樹脂の分離された水ＷのｐＨを上昇させ、沈殿物１５を生成させる。沈殿工程Ｓ４００において、水Ｗに溶解された鉄や放射性核種の水酸化物が沈殿物１５として沈殿する。第２のｐＨ調整剤１４としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を用いることができる。
【００３４】
沈殿工程Ｓ４００において、水ＷのｐＨは、３以上に調製することが好ましい。ｐＨを３以上にすることで、鉄と、イオン交換樹脂から脱離された放射性核種を共沈させることができる。そのため、放射性核種をより高濃度に沈殿物１５中に濃縮することができる。
【００３５】
次いで、固液分離工程Ｓ５００において、図２に示す固液分離装置３４によって、沈殿工程Ｓ４００で生成した、鉄及び放射性核種を含む沈殿物１５と、沈殿物１５の取り除かれた水Ｗに固液分離する。固液分離装置３４としては、特に限定されず、フィルタ装置、遠心分離装置、沈降分離装置等を用いることができる。
【００３６】
固液分離工程Ｓ５００で分離された、放射性核種と鉄を含む沈殿物１５は、鉄クラッド貯蔵槽３５に移送されて、貯蔵される。一方、沈殿物１５の除かれた水Ｗは、一旦、貯留槽３７に貯留された後、粗分離工程Ｓ１００又は溶解工程Ｓ２００に供給されて、再度用いることができる。
【００３７】
本実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法においては、イオン交換基脱離工程Ｓ３００で用いられた鉄イオン、過酸化水素及びオゾンを含有させた水Ｗを再生する再生工程を行ってもよい。再生工程は、イオン交換基脱離工程Ｓ３００で使用された水Ｗを例えば再生槽（図示せず）に供給し、再生槽内で後述のように行うことができる。
【００３８】
上記したイオン交換基脱離工程Ｓ３００では、イオン交換基の脱離だけでなく、イオン交換樹脂の骨格の一部の分子鎖も切断されて分解される。イオン交換樹脂の骨格部分の分解によって、ギ酸や酢酸、イソ酪酸などの有機物成分が、分解生成物として発生する。これらの有機物成分は、例えば水Ｗに溶存するＴＯＣ濃度として測定することができる。
【００３９】
鉄イオン、過酸化水素及びオゾンの共存によって水Ｗ中に生成されるラジカルは酸化ポテンシャルが高い（ヒドロキシラジカルの酸化ポテンシャル：２．８５Ｖ）。そのため、生成されるラジカルによって、上記有機物成分がさらに分解される。そして、イオン交換基脱離工程Ｓ３００において、水Ｗ中の有機物成分の濃度が上昇すると、有機物成分の分解反応とイオン交換基の脱離反応がラジカルを巡って競合し、イオン交換基の脱離反応が起こりにくくなる。
【００４０】
イオン交換基の脱離反応が起こりにくくなり、反応槽２８内の使用済みイオン交換樹脂の分解速度が緩やかになると、反応槽２８内の水Ｗ中の有機物成分の量の増加が緩やかになる。これに対応して、水Ｗ中の放射性核種の濃度の上昇も緩やかになる。したがって、反応槽２８内の水Ｗ中の有機物成分の量の増加あるいは水Ｗ中の放射性核種の濃度の上昇が緩やかになった際にイオン交換基脱離工程Ｓ３００を停止して、再生工程を行うことが好ましい。この場合、反応槽２８の内部には、反応槽２８内の水Ｗ中の全有機炭素濃度（以下「ＴＯＣ濃度」という。）を測定するＴＯＣ濃度計あるいは、水Ｗ中で脱離された放射性核種の濃度を測定する溶存元素濃度測定器が備えられることが好ましい。
【００４１】
上記したように、有機物成分は、ギ酸や酢酸、イソ酪酸などであるため、再生工程は、これらの有機物成分を分解可能な方法で行う。有機物成分を分解する方法としては、水Ｗに、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、ＬＥＤランプ等を用いて紫外線を照射する方法、水Ｗに有機物を分解可能な酸化剤や、ラジカルを発生させる化合物を添加して、水Ｗ中の有機物成分を分解する方法が挙げられる。
【００４２】
有機物成分とラジカルを反応させる方法としては、水Ｗに、過酸化水素水及びオゾンを供給する方法等が挙げられる。水Ｗ中には、上記イオン交換基脱離工程Ｓ３００でイオン交換基を脱離させるよりも過剰の鉄イオンが溶解されている。そのため、これに過酸化水素及びオゾンを添加すれば、ラジカルを発生させて、発生したラジカルによって有機物成分を分解することができる。この際の、過酸化水素水及びオゾンの供給量、処理温度の好ましい態様は、イオン交換基脱離工程Ｓ３００と同様である。
【００４３】
このようにして再生された水Ｗは、再生槽から再度反応槽２８へ供給することで、再度、イオン交換基脱離工程Ｓ３００において用いることができる。
【００４４】
さらに、本実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法では、イオン交換基脱離工程Ｓ３００で水Ｗから放出され、反応槽２８の気相中に存在するオゾンを回収するオゾン回収工程を行ってもよい。オゾン回収工程は、イオン交換基脱離工程Ｓ３００の後、あるいは、イオン交換基脱離工程Ｓ３００と同時に行うことができる。
【００４５】
オゾン回収工程では、反応槽２８内の水Ｗの上方の気相部分に存在する未反応のオゾンを、オゾン供給装置３０に移送させ、オゾン供給装置３０において発生させたオゾンと混合してオゾン濃度を調整した上で、反応槽２８に供給する。この際、反応槽２８から回収されたオゾンは、気水分離装置に通気して、オゾンに含まれる水分を除去した後に、オゾン供給装置３０に送ることが好ましい。
【００４６】
また、オゾン回収工程において回収されたオゾンを、水Ｗの再生を行う再生槽に導入すれば、イオン交換基脱離工程Ｓ３００における未反応のオゾンを水Ｗの再生に使用することができる。これにより、使用済みイオン交換樹脂１００の処理効率を向上させることができる。
【００４７】
（コバルト脱離試験）
図３は、コバルトを吸着した使用済みイオン交換樹脂を、ｐＨ２以下の条件およびｐＨ３以上の条件で、鉄化合物、過酸化水素及びオゾンを含む水溶液に浸漬させて、コバルト脱離試験を行ったときの、液相のｐＨとコバルト脱離率の関係を、溶解液のｐＨを横軸、コバルト脱離率（％）を縦軸として示すグラフである。
【００４８】
コバルト脱離試験は、次のように行った。試験用樹脂として、一般的に使用されている強酸性陽イオン交換樹脂を使用した。まず、試験用樹脂を硫酸コバルト溶液に浸漬し、コバルトを吸着させた。浸漬前後の液相中のコバルト濃度を測定することで試験用樹脂へのコバルト吸着量を算出した。
【００４９】
コバルトを吸着した試験用樹脂を反応槽に収容し、液固比（過酸化水素水の体積（ｍＬ）／試験用樹脂の質量（ｇ））１０ｍＬ／ｇで水に浸漬し、これに鉄イオン（塩化鉄（ＩＩ））を添加した。鉄イオンは、ｐＨ調整剤により鉄クラッドが溶解した状態を模擬して、鉄換算で、２．０×１０２ｍｇ／Ｌの濃度で溶解させた。さらに、過酸化水素を、０．６４ｍｍｏｌ／ｍＬの濃度となるように添加し、４５ｍｍｏl／ｈの流量でオゾンガスを供給して撹拌した。液相ｐＨの調整は行わず、液相を７２℃に加熱した。この際の液相中のコバルト濃度を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法によって測定し、上記コバルト吸着量を用い、下記式によってコバルト脱離率を求めた。
【００５０】
コバルト脱離率＝（液相中のコバルト濃度／コバルト吸着量）×１００（％）
【００５１】
図３に示されるように、ｐＨ２以下では、７０％以上のコバルト脱離率を得られるのに対し、ｐＨ４では、イオン交換樹脂に吸着されたコバルトがほとんど脱離しないことが分かる。
【００５２】
以上、本実施形態の使用済みイオン交換樹脂の処理方法及び処理装置によれば、鉄化合物、過酸化水素及びオゾンを用いて使用済みイオン交換樹脂を分解するため、処理工程や処理装置を簡素化することができる。また、使用済みイオン交換樹脂を分解した後の溶解液を再生して再利用し、未反応のオゾンを、使用済みイオン交換樹脂の分解、及び溶解液の再生に用いれば、さらに、二次廃棄物である廃液の発生量を低減し、かつオゾン排気ガス量を低減することが可能となる。
【００５３】
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、例として提示したものであり、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す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】
【００５４】
１０…使用済みイオン交換樹脂の処理装置、１１…第１のｐＨ調整剤、１２…過酸化水素、１３…オゾン、１４…第２のｐＨ調整剤、１５…沈殿物、２２…貯水槽、２３…粗分離装置、２４…粗分離鉄クラッド貯蔵槽、２５…溶解槽、２６…第１のｐＨ調整剤供給装置、２８…反応槽、２９…過酸化水素供給装置、３０…オゾン供給装置、３１…ｐＨ調整槽、３２…第２のｐＨ調整剤供給装置、３３…イオン交換樹脂貯蔵槽、３４…固液分離装置、３５…鉄クラッド貯蔵槽、３６…加熱器、３７…貯留槽、１００…使用済みイオン交換樹脂、Ｓ１００…粗分離工程、Ｓ２００…溶解工程、Ｓ３００…イオン交換基脱離工程、Ｓ４００…沈殿工程、Ｓ５００…固液分離工程、Ｗ…水。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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