廃炉・汚染水対策事業費補助金(固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発)
2019年度及び2020年度事業成果概要
2021年 12月

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目次
1. 研究の背景・目的
2. 本研究の実施項目
3. 実施スケジュール
4. 実施体制
5. CCIMの運転概要
6. 実施内容
6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）（対象：炭酸塩スラリー，鉄共沈スラリー，フェロシアン化物スラッジ，ケイチタン酸塩，樹脂系廃棄物，活性炭）

6-2.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物混合）（対象：ゼオライト＋炭酸塩スラリー混合，ゼオライト＋フェロシアン化物スラッジ混合）

6-3. ガラス組成検討 添加材（ガラス原料）の共通化
6-4. 廃棄物性状を踏まえた廃棄物供給系及び廃ガス処理系の検討
6-5. 廃棄体化条件の検討
7. まとめCopyright © 2021 IHI Corporation All Rights Reserved.

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1. 研究の背景・目的
 事業目的 ガラス固化技術（溶融ガラス化技術）を福島第一原子力発電所の固体廃棄物の処理方法に適用することを目的とする。
 同時に，溶融ガラス化を行う溶融炉として，多種多様な廃棄物への適用性が高く，減容性及び安定性が高い
廃棄体を作製可能なコールドクルーシブル誘導加熱炉（Cold Crucible Induction Melter：以下CCIM）を用いることとする
 本技術が固体廃棄物の処理に適用できる見通しを得るため，工学的規模のCCIM試験装置等を用いて，適用性評価に必要なデータの取得及びその評価を合理的に行うとともに，廃ガス処理等のプロセスの成立性も併せて検討する 本事業により，汚染水処理等により発生する固体廃棄物を安全かつ合理的に保管・管理できる廃棄体とすることで，福島第一原子力発電所の廃炉・汚染水対策を円滑に進める
 国内外の研究機関の英知を結集し当該廃棄物処理に取り組むことにより，我が国の科学技術の水準の向上に資する
本事業は，以下を開発のポイントとして，検討を実施
Ⅰ. ガラス組成開発：
・廃棄物成分の未溶融物がなく，CCIMの運転に必要な基準値を満たすガラス組成を設定
・その上で，安定性（低い浸出率），減容性（高い廃棄物充填率）を満足するガラス組成を選定
Ⅱ. Cs揮発対策：
・ガラス組成（溶融温度の低温化）及びCCIM運転方法（バブリング条件等）検討によるCsの揮発抑制対策
・廃ガス処理設備における回収処理による建屋からの放出抑制について検討
Ⅲ. CCIM適用性確認：
・炉内温度，核種移行：Cs等の廃ガスへの移行率，ガラス固化体の品質，運転制御性を評価
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1. 研究の背景・目的
原子力発電所における低レベル廃棄物

福島第一原子力発電所の固体廃棄物【要求事項】①廃棄物処理の目的は，減容化と固定化であり，廃棄体自身のバリア機能は期待しないこと②（廃棄物組成変動が大きいため）組成変動に対する柔軟性が高いこと※セメント固化が一般的，焼却灰等には技術課題あり③（処分コストに見合う）処理コストであること※焼却，圧縮，セメント固化が一般的な処理【要求事項】④ゼオライトなど，ガラス形成成分を含有する廃棄物があり，溶融ガラス化の適用が可能であること⑤Cs含有廃棄物が多い（揮発抑制対策が必要）⑥多種多様な廃棄物が存在し，高線量の廃棄物も含まれる【将来考慮される可能性のある要求事項】⑦インベントリ評価（均一性，代表サンプリング）⑧廃棄体のバリア機能（化学的安定性，均一性）

提案技術
ガラス固化（溶融ガラス化）の採用
廃棄物自体に含まれる成分（例えば，SiO2）などをガラス形成成分とすることで，添加物を最小限に抑えて，ガラス固化する方法

・廃棄物同士を組合せる等による減容性を期待【①，④】・ガラス物性（粘性，電気伝導度等）の制御で，操業性を確保【②】・溶融温度を下げることにより，Cs揮発を抑制【⑤】・廃棄体の化学的安定性も調整可能【⑥，⑧】韓国KHNP
試験装置

CCIM炉の採用
コールドクルーシブル誘導加熱炉（CCIM：Cold Crucible Induction melter)
本事業では韓国KHNP社*1が保有する技術を採用

・スカル層の耐腐食性により，広範囲なガラス組成に対応可能【④】・バブリングにより，ガラスの均一性を向上【⑥，⑦，⑧】・流下方式の採用により，高充填可能，また高い処理速度
また，安価な容器を使用可能【③】・流下サンプルの採取により，将来インベントリ評価が可能【⑦】Copyright © 2021 IHI Corporation All Rights Reserved.

CCIM炉の概念図と外観写真*1: 韓国水力・原子力発電（Korea Hydro & Nuclear Power)4

1. 研究の背景・目的
 IHIの福島第一原子力発電所の廃棄物処理に向けたこれまでの取り組み
 2011年の震災から、福島事故廃棄物処理に関する調査を開始 [社内研究]⇒福島事故廃棄物に対する溶融ガラス化の適用を検討

 2012年度より、低レベル廃棄物の処理実績を有する韓国KHNPと協定を結び、福島事故廃棄物のCCIM適用性検討を開始 [社内研究]⇒2013～2017年までに実規模CCIMを用いたコールド実証試験を実施し、ＣＣＩＭの適用性が高いことを確認
・2013年度：ゼオライト＋焼却灰の実証試験
・2014年度：AREVA社スラッジ(鉄リン酸ガラスをガラスマトリクスとして使用) の実証試験
・2015年度：ALPSスラリー(炭酸塩スラリー) の実証試験
・2016～2017年度：Na含有量が高い液体廃棄物の実証試験

 2014～2018年度に、日本原燃殿/JAEA殿/電中研殿と共同で次世代再処理ガラス固化技術基盤研究事業を受託 [資源エネルギー庁委託事業]⇒原子力発電所・再処理工場で発生する低レベル廃棄物に対するガラス組成開発等を実施
 2018年度に、廃炉・汚染水対策事業費補助金（固体廃棄物の処理・処分に関する研究開発（先行的処理手法及び分析手法に関する研究開発））の事業に参画し、適用性データ取得を実施。
・2018年度：ALPSスラリー(炭酸塩スラリー) の実証試験※1※1：最新の分析結果を踏まえ、2015年度に比べより実廃棄物組成に近い模擬廃棄物を使用）

 低レベル廃棄物処理において、実績※2を有する韓国のCCIMを導入することで、開発に関わるコスト及び期間の合理化を図る※2：1994年から本格的に研究開発し、1996年パイロットプラント試験開始、2002年ハヌル発電所ガラス固化施設建設開始、2009年商用運転開始

 実用規模炉による試験結果を基にしたガラス組成開発及びCCIM運転性確認、さらに、ガラス固化システ
ム構築（廃棄物特有の廃ガス処理等の周辺機器の設計、実用化に向けた国内規制への対応等）に注力する計画。
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2. 本研究の実施項目：開発全体の流れ
対象廃棄物の選定
廃棄物組成の調査

廃棄物性状の調査
線量調査

ガラス組成の検討

プロセス検討 添加材検討
 シミュレーションによる物性評価 るつぼ規模試験
Cs揮発抑制の開発ポイント（組成面）
・溶融温度の低温化（運転面）
・バブリング流量最適化
・仮焼層維持による揮発抑制

ゼオライトスラリー搬送試験
運転に適した物性 管状炉試験

実用規模運転確認
 CCIM試験

廃棄体化の検討

廃棄物処理プラント
全体設備の検討

供給条件等

連続運転確認（実験室規模）

廃ガス処理
系の検討

廃棄物・添加材
供給系の検討 供給試験

運転データ
設備情報
Ｅ

汚染水処理設備

CCIM

廃ガ ス洗浄器

排気筒

貯槽に回収

凝縮器

ミ ストフィルタ

HEPA

2 次燃焼器

脱硫・脱塩器

HEPA

排風機

プロセス検討（例）

ガラス固化の適用性評価
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処理計画・経済性等評価
6

2. 本研究の実施項目：対象廃棄物（１）
多核種除去設備（ALPS）由来
項目

炭酸塩
スラリー

鉄共沈
スラリー

・廃棄物組成の変動幅が大きい
・保管量が多い
廃棄物の特徴CaCO3
Mg(OH)2
NaCO3
主要構成元素 SiO2Ti(OH)2

主要核種

Sr

第二セシウム吸着装置（SARRY）由来
ゼオライト

ケイチタン酸塩

・Csが高濃度吸着の ・Csが高濃度吸着のた
ため，Cs揮発抑制
め，Cs揮発抑制の考の考慮が必要
慮が必要
・ガラス成分であるSi ・ガラス成分であるTiがが主成分
主成分
・他に比べて特に放射能濃度が高いFeO(OH)・
H2O
SiO2
Al2O3
Co(OH)2
Ti(OH)2
Zn(OH)2SiO2
Al2O3
Na2O,K2O,CaO混
合

TiO2
NbO
ZrO，SiO2，Na2O混合

Sr／Cs

Cs

Cs／Sr

*1：青字元素：主成分となる元素
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2. 本研究の実施項目：対象廃棄物（２）項目

廃棄物の特徴フェロシアン化物スラッジ

樹脂系廃棄物

活性炭

・シアン化物の分解が必要・ホウケイ酸ガラスによるガラス化が困難な硫黄を高濃度含有・有機物の高分子であり，
難燃性
・Csに加え，Ruの揮発抑制が必要

・炭素にAg（I）を添着しており，難燃性
・AgIの分解と低い溶
解度に対する分相抑制考慮が必要BaSO4
K2NiZnFe(CN)6
主要構成元素FeO(OH)・H2O
SiO2

主要核種

多核種除去設備（ALPS）由来

除染装置由来Sr／Cs

有機物に酸化鉄等が吸着 C,Ag

Ru等

I／ｺﾛｲﾄﾞ*1：青字元素：主成分となる元素

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2. 本研究の実施項目：ガラス組成の検討
溶融ガラス化対象

ガラス固化対象*1【特徴】
 廃棄物に所定の添加材（ガラス原料）を添加し，固化する方法
 ガラス組成を比較的一定に揃えることが可能
 樹脂系廃棄物，活性炭は， 炭素成分を燃焼させ，残留物を固化することにより減容
炭酸塩スラリー

鉄共沈スラリー（最適化組成）：20wt%*2（最適化組成）：35wt%*2

開発目標

フェロシアン化
物スラッジ（最適化組成）：6wt%*2,*3

樹脂系
廃棄物

【特徴】
 廃棄物自体に含まれる成分（Si等）をガラス形成成分として用いて固化する方法
 廃棄物充填率を高めることが可能

活性炭

ゼオライト
（IE-96）（最適化組成）:65wt%*2

ケイチタン酸塩（IE-911）（最適化組成）:40wt%*2

添加材（ガラス原料）の共通化

組合せ処理による
減容化

単独での
高充填化

運用コスト：低，運転：共通化

減容性：高

減容性：高

 多種類の廃棄物の添加材を共通化し，運転管理の共通化を図る。また，これにより，全体の運用コストの低減を図る
 但し，個々の廃棄物でガラス組成を最適化した場合に比べ，廃棄物充填率を下げる必要あり

 単独では廃棄物充填率が低い廃棄物に対して，ガラス形成成分の一部をゼオライトで代用とすること
で，減容性の向上を図る

 溶融ガラス化が適用できる廃棄物は単独で固化し，大幅な減容性の向上を図る*1：廃棄物自体の成分をガラス形成成分として一部用いるものも含まれるが， 添加材の寄与が大きい廃棄物を「ガラス固化対象」として分類*2: 個々の廃棄物でガラス組成を設定した場合の廃棄物充填率を示す。炭酸塩スラリー，鉄共沈スラリーについては本充填率より更なる高充填化の検討も実施*3：ホウケイ酸ガラスへの単独充填の場合
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2. 本研究の実施項目： 溶融ガラス化（ガラス固化） 適用性検討
項目

炭酸塩
スラリー

鉄共沈
スラリー

フェロシアン
樹脂系廃
ケイチタン
化物
活性炭 ゼオライト
棄物
酸塩
スラッジ
単独での高充填化

ガラス
組成検討（るつぼ規模数十～数百ｇ
規模）

充填率
6wt%
充填率
充填率
20wt%
35wt%
（ホウケイ酸）38wt%（変動確認） （変動確認）(鉄リン酸)
更なる充填率向上〇〇
高充填化 高充填化(組成変動) (組成変動)

連続運転確認（実験室規模数十kg規模）

－

－

高温粘度
の改良確認

組合せ処理

添加材共通化

物性が課題〇〇
組成検討 組成検討

充填率
65wt%

〇
物性評価

－

ゼオライト ゼオライト 炭酸塩スラリー＋+鉄共沈スラリー＋
炭酸塩 フェロシアン +フェロシアン化
スラリー 化物スラッジ 物スラッジ

充填率，
充填率
高温粘度の
72wt%
改良確認

充填率
67wt%

〇
組成検討

〇
運転適用
（Cs揮発）

－

〇
物性評価

〇
〇
運転適用
運転適用 運転適用 （Cs揮発）〇
運転適用（Cs揮発）－※Cs吸着の多い廃棄物は特に揮発抑制に主眼

CCIM
運転性確認
実用規模試験
（実用規模
数百kg規模）
※

間欠運転
連続運転
（保持無）
揮発抑制
流下停止
機構追加

〇
連続運転
(最適化)
※運転の定義はp17に記載
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間欠運転

〇
連続運転
（保持有）

－

：～2019年度実施内容

☆

☆

－

－

－

〇
間欠運転
連続運転
（保持無）

－

※フェロシアン
化物スラッジ
は充填率が
見込める組
合せで試験

：2020年度実施内容☆

：2021年度以降実施（必要に応じて）10

2. 本研究の実施項目： 実施項目（プロセス検討）
廃棄物の性状①固体状②スラリー（液状）排ガス処理フロー
放射性核種の約99.97％を99.97wt%を
放射性核種の約系統内に閉じ込める
回収処理する

放射性核種の放射性核種の約0.03wt%がHEPAに移行
約0.03％がHEPAに移行

廃棄物供給

放出は，Csは10-19％（10-14Bq/cm3）以下※
2019年度ゼオライト/スラリー搬送試験

二次廃棄物

Ｅ

排気筒

※
浄化水

二次排水処理設備※二次排水の処理，CCIMへの循環
ラインは今後の検討課題。

貯槽に回収

CCIM
CCIM

廃ガス洗浄器供給試験項目固体搬送

空気輸送，コンベア

凝縮器

ミストフィルタ

HEPA

2次燃焼器

排風機

炭酸塩スラリーゼオライト（IE-96）☆

〇搬送性試験
プロセス検討利点：二次排水無し，熱負荷低スラリー搬送HEPA

停止後再起動性の改善

ポンプ

利点：汚染拡散防止性，均質性：～2019年度実施内容〇搬送性試験
プロセス検討：2020年度実施内容

搬送性試験：流量大で搬送可
プロセス検討☆

： 2021年度以降実施（必要に応じて）

 供給系の搬送試験を行い，全体プロセスを検討し，配置および物量評価を実施
 廃棄物を溶融したガラスを流下する廃棄体容器について線量計算結果を基に検討
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11

3. 実施スケジュール： 2019年度
大分類

小分類①-1廃棄物組成変動を考慮したガラス組成の検討①-2多種類の廃棄物に対する 溶融ガラス化技
術の適用性検討

手段
基礎試験

ＩＨＩ/千葉大/
愛媛大

4

5

6

7

2020

2019年度
8 9 10 11 12試験計画，試験準備

1

2

3

基礎試験

調査，試験計画，試験準備

基礎試験

ＩＨＩ

実験室規模
試験

ＩＨＩ

揮発抑制 基礎試験
に向けた
実験室規模
検討

①ガラス組成の検討 ①-3核種の及び CCIM の運転性 揮発抑制及
び廃棄物組
確認
試験
合せによる減容効果の検廃棄物組 基礎試験
討
合せによ
実用規模試
る検討
験

①-4CCIMによる溶融ガ
ラス化条件の最適化検
討

担当

基礎試験

試験計画，試験準備
基礎試験

ＩＨＩ/東北大試験計画，試験準備

実験室規模試験

ＩＨＩ
試験計画，試験準備

ＩＨＩ/九州大基礎試験

ＩＨＩ/KHNP

基礎試験

ＩＨＩ/ＫＨＮＰ

実用規模試
験ＩＨＩ/ＫＨＮＰ

要素試験

ＩＨＩ

試験計画，試験準備

実用規模試験

試験計画，装置検討・準備②-1廃棄物性状を踏まえた供給系及び廃ガス②供給系及び廃ガ
プロセス
処理系の検討ス処理系の検討，日検討
本の規制への適合
廃棄体化の
性検討
検討
② -2 廃棄体化条件の検
経済性評価
討
データ取得

③評価・まとめ
評価・成果まとめ④委員会
有識者による協議，評価(事業者主催)⑤成果報告
進捗，成果報告
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All Rights Reserved.
(事務局主催)Copyright © 2021 IHI Corporation All Rights Reserved.

要素試験及び評価
既存技術の調査

ＩＨＩ

適用性の検討ＩＨＩ
条件設定及び線量評価

ＩＨＩ

―

ＩＨＩ

―

ＩＨＩ

―

ＩＨＩ

セル内設置等の検討

中間報告

12

3. 実施スケジュール： 2020年度
大分類

小分類①-1廃棄物組成変動を考慮したガラス組成の検
討

手段
基礎試験

基礎試験
①-2多種類の廃棄物に対する 溶融ガラス化技 実験室規模試験
術の適用性検討

揮発抑
基礎試験
制に向
① ガ ラ ス 組 成の 検 ①-3核種の揮 けた検実験室規模
討 及 び CCIM の 運 発抑制及び廃 討
試験
棄物組合せに転性確認
基礎試験よる減容効果 廃棄物の検討
組合せによる検 実用規模試
験討①-4CCIMによる溶融ガ
ラス化条件の最適化検
討

基礎試験

ＩＨＩ/千葉大/
愛媛大

データ取得

4

5

6

2020年度
8 9 10 11 12 17試験計画，試験準備

2

3

基礎試験

ＩＨＩ
試験計画，試験準備
実験室規模試験

ＩＨＩ
ＩＨＩ/東北大試験計画，試験準備
基礎試験
試験計画，試験準備

実験室規模試験

ＩＨＩ
ＩＨＩ/九州大試験計画，試験準備

実用規模試験

ＩＨＩ/KHNP

ＩＨＩ/ＫＨＮＰ
ＩＨＩ/ＫＨＮＰ

実用規模試験

試験計画，試験準備
要素試験及び評価

ＩＨＩ
基本プロセスの検討

ＩＨＩ
廃棄体化の検討

ＩＨＩ
設備等の概念検討

ＩＨＩ

評価・成果まとめ―ＩＨＩ

有識者による協議，評価―

ＩＨＩ

進捗，成果報告―ＩＨＩ

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2019

試験計画，試験準備

実用規模試
験

要素試験
②-1廃棄物性状を踏まえた供給系及び廃ガス②供給系及び廃ガ
プロセス
処理系の検討ス 処 理系 の 検 討 ，検討
日本の規制への適
廃棄体化の
合性検討
検討
② -2 廃棄体化条件の検
経済性評価
討③評価・まとめ④委員会(事業者主催)⑤成果報告(事務局主催)担当

13

4. 実施体制
委託先の体制及び内容
株式会社IHI

溶融炉の運転や供給系及び廃ガス処理系における高レベル廃液の処理等での知見を活用

韓国水力・原子力発電（KHNP）中央研究所：実用規模試験の実施及びデータ取得
韓国の原子力発電所の運転時に発生する低レベル放射性廃棄物の処理等の経験を有し，CCIM技術及びCCIMの実用規模試験装置を保有。対象廃棄物に対する実用規模のCCIM試験装置での試験の実施が可能

東北大学：ガラス組成の検討・評価
ガラス等の高温融体の界面反応，物性，構造等の研究実績を有し，放射性廃棄物に対するガラスマトリックスの検討，ガラス構造の観点からの評価等の研究実績を有する。本事業では，ガラス組成の検討，高温物性の評価等を実施。

千葉大学：ガラス固化体の評価
ガラスやセラミックス等の材料に対する構造評価等に関する研究実績を多く有し，放射性廃棄物のガラス固化体の処分時のガラス挙動の評価等の研究実績を有する。本事業では，ガラス組成の検討，ガラス構造等の観点か
らガラス固化体の状態評価等を実施。

愛媛大学：ガラス組成の検討・評価
放射性廃棄物固化ガラスに関するガラスマトリックス及びガラスの構造評価等の実績を有し，福島第一原子力発電所の固体廃棄物の内，汚染水処理で発生する放射性スラッジの固化方法の研究実績を有する。
本事業では，対象廃棄物への混入成分の影響も踏まえたガラス組成の検討・評価を実施。

九州大学：ガラス組成の検討・評価
ガラス固化体の組成とセシウムの揮発，ガラス固化体の処分に関連する研究実績，知見を有する。本事業
では，ゼオライト等を対象として，ガラス固化を行う場合のセシウムの揮発抑制方法，ガラス固化体の処分に関わる特性等を検討。
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14

5. CCIMの運転概要： CCIM運転のポイント
廃棄物 添加材(ガラスフリット等)

ポイント①（炉内状態の安定維持） 目標のガラス温度維持
溶融ガラス温度（試験目標）：1100℃
ゼオライト系廃棄物は1050℃

 ガラス液位増減の影響
ガラス液位：液位増減において運転継続可能炉内観察用カメラ

廃ガス
処理装置へ

冷却水

※4:仮焼層とは，CCIM炉
内溶融ガラス
表面の廃棄
物及び添加
材の混合反
応層のこと

ポイント①（炉内状態）

ポイント②（核種移行の抑制）
スカル層
Cs等の廃ガスへの移行率（目標）Cs:10wt%以下※1，Sr:1wt%以下
ポイント③（ガラス固化体の品質の確保） 均質性
ガラス化※，未溶融物無し

ポイント②（核種移行）

仮焼層※4

高周波コイル※廃棄物がそのままガラスに残らず，ガラス中に一部結晶が存在する程度であれば問題ない

 化学的安定性
周囲バブリング2※2
浸出試験（PCT-A試験）：浸出量2g/m 以下 CCIM炉底部から円周上にバブリン 圧縮強度グ管が設置され1.5MPa以上※3ている※1：99.97wt%以上は回収処理されるため，HEPAフィルタ以降の廃ガス処
理設備への移行は0.03wt%以下となる（Csの放出は10-14Bq/cm3以下）※2：韓国のKHNPや米国のハンフォード廃棄物処理・固定化プラントである
WTPにおける低レベル廃棄物を固化するガラスの浸出量の基準値※3：均質・均一固化体の廃棄体の埋設基準値
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ヒータ
スライドゲート

ガラスサンプリング

ガラス固化体（ガラス受容器）

ポイント③(ガラス固化体の品質）

CCIM炉内イメージ
15

5. CCIMの運転概要：実用規模試験の運転
炭酸塩スラリーを対象とした実用規模試験における運転例
スカル層

敷ガラス充填
200kg程度

CCIM炉内のガラス保有量

運転準備

仮焼層が消失し，
Cs揮発増加する懸念有り

仮焼層にはCs揮発抑制効果となる蓋の役割期待有り

ガ
ラ
ス
上
面

流下

供給

容器

300kg

200kg

立上げ
(2h)

敷ガラスを充填・溶融し目標のガラス温度とする

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全量流下す
る前に，供
給を停止し，
仮焼層を溶かし込む

供給(5h)

1バッチと呼び，実機の運転では1バッチを繰り返し行う

ガ
ラ
ス
上
面

炊き込み
(45min)

流
下

時間

流
下
中
の
容
器

ドレンアウト
全量流下16

5. CCIMの運転概要： CCIMを用いた運転パターン
1バッチのみ 短時間（1日など）運転で，運転毎に立上げ操作が必要
 立上げの度に敷ガラスが必要であり，廃棄体量が大 本開発においては，廃棄物毎に運転時に，電力設定・バブリング流量
設定確認向けに短時間試験として計画的に実施

CCIM炉内のガラス保有量

間欠運転

パターンⅠ
間欠運転

供給

炊き込み

ドレン
アウト
流下

立上げ

パターンⅡ
連続運転
（保持運転有）CCIM炉内のガラス保有量Time

連続運転（保持運転有り）
1バッチ目
保持運転

2バッチ目

・・・
保持運転

保持運転

 流下の際に，炉内に溶融ガラスを残留させた連続運転 保持運転を設定し，廃棄物の溶融時間を
十分確保

炊き込み

ドレンアウトTime

1キャンペーン

運転目標
パターンⅢ
連続運転
(保持運転無)

3バッチ目

4バッチ目

CCIM炉内のガラス保有量連続運転（保持運転無し）
1バッチ目
2バッチ目

・・・
炊き込み

ドレンアウト 本事業で目標とする運転 保持運転を無くし，最低限の時間で処理し，処理速度を増加
 保持運転を無くすことで，Cs等の核種の揮発を抑制する

Time

課題

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 保持運転を無くした（供給を継続した）運転方法の確立
 ガラス固化体品質に問題ないことの確認
17

5. CCIMの運転概要：実運転における廃棄物処理年数【実運転における処理年数】※二次廃棄物（容器解体廃棄物，廃ガス処理設備発生廃棄物など）の処理は含まない 2020年7月2日までに発生した廃棄物の処理年数を算出した。
 運用はCCIMを2機とし，年間300日間稼働することとした。実用規模試験結果を基にガラス製造速度を設定した。実用規模試験で実績のある廃棄物充填率（Case1）では，処理年数は16.9年であり，本事業の成果を基に，スラリー系廃棄物を高充填した場合(Case2)では13.9年となった。 廃棄物量は2020年7月2日時点（東京電力HD，水処理二次廃棄物の管理状況）を基に概算した値
対象廃棄物

炭酸塩
スラリー

鉄共沈
スラリー

フェロシアン化物
スラッジ

ゼオライト

ケイチタン
酸塩

廃棄物量

7212m31206m3

597m3

995m3

511m3

密度

1.1kg/L

1.2kg/L

1.2kg/L

1.0kg/L

1.0kg/L

含水率

80wt%

80wt%

80wt%

0wt%

0wt%

20wt%

35wt%

5wt%

62wt%

40wt%

30wt%

40wt%

5wt%

62wt%

40wt%

Case1(本事業の実用規模試験でガラス固化廃棄物
充填率

可能であることを確認した廃棄物充填率）※

Case2(本事業のガラス組成開発でCCIMに適用できる見通しを確認した廃棄物充填率）※ケイチタン酸塩については実用規模試験を実施していないため，ガラス組成開発でCCIMに適用できる見通しを確認した廃棄物充填率

Case1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17

8.8年

1.2年

Case2

4.6年

2.3年

2.8年 ※１
5.9年

1.1年

4.6年

2.3年

2.8年 ※１－：炭酸塩スラリー－：鉄共沈スラリー

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－：フェロシアン化物スラッジ－：ゼオライト※１：混合廃棄物として処理－：ケイチタン酸塩
185. CCIMの運転概要：実運転における減容率【実運転における減容率】※二次廃棄物（容器解体廃棄物，廃ガス処理設備発生廃棄物など）の処理は含まない 2020年7月2日までに発生した廃棄物をガラス固化体にした場合の減容率を算出した。
ガラス固化体Case1(本事業の実用規模試験でガラス固化可能であることを確認した廃棄物充填率）

Case2(本事業のガラス組成開発でCCIMに適用できる見通しを確認した廃棄物充填率）

炭酸塩スラリー

鉄共沈スラリー

約1/7

約1/9

約1/11

フェロシアン化物スラッジ＋ゼオライトケイチタン酸塩

約1/3

約1/2

約1/10
減容率＝ガラス固化体体積／廃棄物体積（スラリー系，スラッジ廃棄物は含水率80wt%で計算）

算定条件

廃棄物量は2020年7月2日時点（東京電力HD，水処理二次廃棄物の管理状況）を基に概算した値

対象廃棄物

炭酸塩スラリー

鉄共沈スラリーフェロシアン化物
スラッジ

ゼオライト

ケイチタン酸塩※2

廃棄物量7212m31206m3

597m3

995m3

511m3

密度※1

1.1kg/L

1.2kg/L

1.2kg/L

1.0kg/L

1.0kg/L

含水率

80wt%

80wt%

80wt%

0wt%

0wt%

Case1

20wt%

35wt%

5ｗｔ％

62ｗｔ％

40wt%

Case2

30wt%

40wt%

5ｗｔ％

62ｗｔ％

40wt%

Case1

975m3

128m3

530m3※4

255m3

Case2

654m3

117m3

530m3※4255m3

廃棄物充填率ガラス
固化体量※3※1：調査結果に基づく仮定値を用いた，※2：ケイチタン酸塩は実用規模試験を実施していないため，保守的に仮定した値※３：敷ガラスを200kgと想定し，敷ガラス分も含むガラス固化体量，※4：フェロシアン化物スラッジのみを処理したガラス固化体も含む
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19

5. CCIMの運転概要：実運転におけるCsの廃ガスへの移行率【実運転におけるCsの廃ガスへの移行率の概算】

 スラリー系廃棄物を対象とした実用規模試験における廃ガス測定の成果から，実運
転におけるCs移行率を概算した。
Csの廃ガスへの移行率= (単位時間当たりに廃ガスへ移行したCs量)/（単位時間当たりに供給したCs量）
供給中（仮焼層が有る状態）

炊き込み中（仮焼層が無い状態）

CCIM炉内のガラス保有量連続運転（保持運転無し）

炊き込み
(1h)

立上げ

ドレン
アウト

⇒
通常運転
（バッチ繰り返し）

300Time日 実用規模試験結果からスラリー系廃棄物の300日運転全体におけるCsの廃ガスへの移行率は約5wt%と推算。炊き込み中は仮焼層が無いため，供給中に比べCsの廃ガスへの移行率が高くなるが，運転全体における移行率にはほとんど影響しない。
※ゼオライトの処理は，p43に記載の通り，更にCsの廃ガスへの移行率が低くなることを確認。

 過去自社研究結果を基に，目標を10wt%以下と設定し，目標を達成。
→廃ガスへ移行した5wt%のCsは，p11に記載の通り，99.97wt%以上が ミストフィルタまでで回収処理され，HEPAフィルタ以降の廃ガス処理設備への移行は0.03wt%以下。建屋外へはほぼ放出されない（建屋からのCsの放出は10-14Bq/cm3以下（関係法令で定められている周辺管理区域外への放出
放射能の制限値より十分低い）
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20

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討：ガラス組成開発（炭酸塩スラリー）
計画  2018年度の課題として，低温領域（900℃程度）での粘度が高く，実用規模炉の立上げが困難になる事象が発生したことから，低温領域での粘度低減に着目して組成改良を行う。
成果

 廃棄物充填率20wt%にて，低温領域の粘度低減を目的として，ガラスの粘度低下に寄与すると考えられる成分比率を高めること等により組成改良を実施し，候補組成を設定。
 るつぼ試験で，模擬廃棄物と添加材を1100℃で溶融したサンプルを目視，XRD，SEMEDSで観察し，未溶融物が無く，ガラス化状態が良好であることを確認した。
 900℃以上の高温粘度・電気伝導度を測定し，CCIMへの適用性を評価し，低温領域での粘度低減を達成するとともに，何れの物性もCCIMへ適用するための判断基準を満足することを確認した。

顕著な結晶物の発生などが見られず均質なガラスであることを確認
×50

500μm

SEM観察結果

結晶物のピークなし（顕著な結晶物の発生などが見られず均質なガラスであることを確認）

XRD測定結果
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×50

500μm

SEM観察結果

試験後のガラス状態（るつぼ試験）

21

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討：廃棄物組成変動の影響（炭酸塩スラリー）
計画

改良したガラス組成に対して，廃棄物充填率を20wt%としたときの廃棄物組成変動影響を検討する。（溶融温度1100℃でのガラス化状態を確認）

成果

 外観の目視観察から，廃棄物組成が3σ および 5σで廃棄物組成が変動した場合でも、未溶融物及び結晶が無く、ガラス化状態が良好であることを確認した。
 さらに、5σを超える範囲（5σ領域より，MgO，CaO，SiO2濃度が高い範囲）においても、ガラス化が良好な範囲を確認した。

図中の黄色点線内が廃棄物成分の3σ及び５σ変動範囲を示す。

MgO [wt%]

CaO [wt%]

物性評価
代表値
廃棄物組成
基準値

glass vol%は，作製した試料中のガラスとなった体積の割合を，目視で評価した結果を示す。
図中赤色部（○で示した箇所）は，
100vol％，濃い青色部（×で示した箇所）は0vol％で示している。

SiO2 [wt%]※図中赤色部が良好にガラス化できている範囲，濃い青色部は全体的に結晶化している領域，
一部結晶化している部分を白～薄い青で示す。
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炭酸塩スラリーの廃棄物組成変動におけるガラス化結果

22

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討：高充填化（炭酸塩スラリー）
ガラス組成の改良（高充填化の検討）
計画

 2019年度までに炭酸塩スラリーを20wt%含有できるガラス組成を開発したため，2020年度は廃棄物充填率向上を目的として，廃棄物充填率20～42wt%とするガラス組成の検討を実施する。

成果  1100℃で溶融したサンプルを目視，XRD，SEM-EDSで観察し，30wt％までガラス化状態が良好となり，物性が判定基準を満たすことを確認した。
 42wt%は，結晶は含むが，未溶融物が無いことを確認。
 Cs固定化率と溶融ガラス構造の関係を構造解析により実施した（ポテンシャル場組込み手法開発を実施）。Cs固定化率はCsが溶融ガラス内で配位する構造と関係づけられることを確認した。
充填率
[wt%]

ガラス化状態

20

〇

26

〇

34
B

Cs を含むホウケイ酸
結晶化合物の解析結果
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〇

24

32

O

なし

〇

30

Si

評価

22

30wt%

28

Cs

析出物

36

ガラス化良好（未溶融物なし）〇〇

微量（1割程度）
多く析出
（9～10割程度）

〇
△（※）
△（※）

38

△（※）

40

△（※）

42

42wt%

△（※）

※高温物性に影響が生じる可能性があるため，今後物性計測による確認が必要

23

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討：廃棄物組成変動の影響の確認（炭酸塩スラリー）
計画

 廃棄物充填率を30wt%に高充填化した場合の廃棄物組成変動影響を検討する。
 廃棄物組成変動範囲は以下のとおり• 変動範囲：実廃棄物の分析結果（9試料分）に基づいた標準偏差3σ• 変動成分：CaO，MgO及びNa2O ※廃棄物の主要成分

成果 廃棄物主要元素の組成変動範囲を3σとし，ガラス化試験を実施。
 ガラス中にMgOが15.5wt%以上で結晶化を確認。

MgO [wt%]

CaO [wt%]

図中の緑点線内が廃棄物成分の3σ変動範囲を示す。

廃棄物組成
基準値
3σ領域

glass vol%は，作製した試料中のガラスとなった体積の割合を，目視で評価した結果を示す。
図中赤色部（○で示した箇所）は，
100vol％，濃い青色部（×で示した箇所）は0vol％で示している。

Na2O [wt%]※図中赤色部が良好にガラス化できている範囲，濃い青色部は全体的に結晶化している領域，
一部結晶化している部分を白～薄い青で示す。

ガラス中の廃棄物成分の変動範囲(wt%)及びガラス化範囲

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24

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

連続運転確認：試験条件（炭酸塩スラリー）

ガラス保有量(kg)計画

 開発したガラス組成（廃棄物充填率20wt%）にて，ＣＣＩＭ実用規模試験を実施。
流下ガラス
サンプリング2回連続運転（保持運転無し）
290
190

流下ガラス
サンプリング3回

炊き込み

立上げ

流下

ドレン
アウト

供給

時間

炭酸塩スラリー（含水率80wt%)

試験フロー概要：炭酸塩スラリー（含水率80wt%)

成果【ポイント①（炉内状態】

 溶融ガラス温度を1100℃に維持し運転できることを確認した。
 流下後に炉内ガラス温度が一時的に低下するが，ガラス液位が下がることによる温度低下は想定内であり，また，供給中に1100℃程度まで回復できているため，次の流下へも影響は無く，実機で想定する繰り返し流下が可能であることを確認した。

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25

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

連続運転確認：試験結果（炭酸塩スラリー）
成果【ポイント②（核種移行）】

 試験後に，ガラス固化体，サンプリングガラス，スカル層，冷却配管＋高温フィルタで回収したダスト
中のCs，Sr濃度を測定し，各々の存在比率を確認した。
 Cs及びSrの存在比率は，溶融炉出口の冷却配管＋高温フィルタで2wt%以下と低い結果となった。
冷却配管＋高温フィルタ

スカル層※1

冷却配管(左図)及び高温フィルタ(右図）に付着したダスト

Cs及びSrの存在比率 Cs：1.8wt%，Sr：0.9wt%

スカル層部から採取したガラス外観

ガラス固化体※1:本試験では，オフガス移行率の最大値を評価するため，初期に装荷した敷ガラス自身にもCs，Srを含有させ試験を実施した。そのため，敷ガラスで形成されるスカル層中にもCs，Srが存在したが，それらは廃棄物由来のCs，Srではない。
サンプリングガラス※2

流下直後のガラス受容器の外観

流下中にサンプリングする様子※2ガラスを排出流下するタイミングに，定期的にサンプリングガラスとしてサンプルを採取することで，ガラス固化体を解体・切断等せずに，各サンプルを分析評価すること
でガラス固化体の内部状態を把握することができる。

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Cs及びSrのサンプリング分析箇所のイメージ写真26

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

連続運転確認：試験結果（炭酸塩スラリー）
成果【ポイント③（ガラス固化体品質）均質性，化学的安定性，圧縮強度】

 流下中のサンプリングガラス及びガラス受容器から回収したガラスに対し，XRD及びSEM観察を行い，結晶や未溶融物が無く均質であることを確認した。
 浸出試験（PCT-A試験）から，浸出量は制限値より十分低く，CsやSrも他のガラス構成元
素と同様に浸出量が低いことを確認した。
 圧縮強度は，2回測定し，1回目が112MPa，2回目が129MPaであり，1.5MPa※を十分に上回ることを確認した。
 作製したガラス固化体は高品質であることを確認した。

ガラス固化体から分取したガラス

基準値を大きく下回ることを確認

172MPa138MPa103MPa69MPa
34MPa

サンプルイメージ（Φ50mm×t100ｍｍ)

圧縮強度測定結果
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B

Si

Na

Cs

Sr 基準値※

浸出試験（PCT-A試験）（ガラス粉末，90℃,7day,純水）※p15に記載の基準値
27

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討：ガラス組成開発（鉄共沈スラリー）
計画

成果

 2018年度の課題として，炭酸塩スラリーを用いた場合，低温領域（900℃程度）での粘度が高く，実用規模炉の立上げが困難になる事象が発生したことから，鉄共沈スラリーに関しても，低温領域での粘度低減に着目して組成改良を行う。
 廃棄物充填率35wt%にて，低温領域の粘度低減を目的として，ガラスの粘度低下に寄与すると考えられる成分比率を高めること等により組成改良を実施し，候補組成を設定。
 るつぼ試験で，模擬廃棄物と添加材を1100℃で溶融したサンプルを目視，XRD，SEMEDSで観察し，未溶融物が無く，ガラス化状態が良好であることを確認した。
 900℃以上の高温粘度・電気伝導度を測定し，CCIMへの適用性を評価し，低温領域での粘度低減を達成するとともに，何れの物性もCCIMへ適用するための判断基準を満足することを確認した。

×50

500μm

SEM観察結果

未溶融物などが見られず均質なガラスであることを確認

結晶物のピークなし（顕著な結晶物の発生などが見られず均質なガラスであることを確認）
×50

XRD分析結果
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500μm

SEM観察結果

試験後のガラス状態（るつぼ試験）

28

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討：廃棄物組成変動の影響の確認（鉄共沈スラリー）
計画
成果

 改良したガラス組成に対して，廃棄物充填率を35wt%としたときの廃棄物組成変動影響を検討する。（溶融温度1100℃でのガラス化状態を確認）
 外観の目視観察から，廃棄物組成が3σ および 5σで変動した場合， SiO2濃度が低くなる場合に結晶化する傾向を確認したが，概ね未溶融物及び結晶が無く、ガラス化状態が良好であることを確認した。
0.0

33.8

3.4

27.0

6.8

23.7

10.1

Al2O3[wt%]

廃棄物組成
基準値

30.4

13.5

Fe2O3+CoO+TiO2+ZnO
[wt%]

20.3

16.9

16.9

20.3

13.5

23.7

10.1

27.0

物性評価
代表値

30.4

6.8
3.4

33.8

0.0
0.0

3.4

6.8

10.1

13.5 16.9

20.3 23.7 27.0 30.4

33.8

SiO2 [wt%]

鉄共沈スラリーの廃棄物組成変動におけるガラス化結果Copyright © 2021 IHI Corporation All Rights Reserved.

※左図中の1σ～7σの点におけるるつぼ試験での確認結果を示す。
σA～７σAは，試験名称を示す。なお，るつぼ試験は，事前の少量の試料を用いた溶融試験にてガラス化状態が良好であった代表点を選定して実施。
るつぼ上面からの外観観察，SEM-EDS観察，XRDによりガラス化状態（ガラス化or結晶化）を確認

るつぼ試験結果（外観）29

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討：高充填化（鉄共沈スラリー）
計画

成果

 2019年度までに鉄共沈スラリーを35wt%含有できるガラス組成を開発したため，2020年
度は廃棄物充填率向上を目的として，廃棄物充填率35～45wt%とするガラスの検討を実施する。
 るつぼを用いて，模擬廃棄物と添加材を1100℃で溶融したサンプルを目視，XRD，
SEM-EDSで観察し，40wt%においてガラス化状態が良好となり，物性についてもCCIMに適用するための判定基準を満たすことを確認した。
充填率
[wt%]

ガラス化
状態

析出物

評価

なし

〇

35

Fe3O4

〇

40
ガラス化良好（未溶融物 なし）

40wt%

あり
（表面全体）△（※1）

2θ (degree)

4545wt%で析出

XRD測定結果（結晶物の確認）
45wt%
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※1：高温物性に影響が生じる可能性があるため，今後物性計測による確認が必要

30

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討：高充填化及び廃棄物組成変動検討（鉄共沈スラリー）

計画

 廃棄物充填率を40wt%に向上させた場合の廃棄物組成変動影響を検討する。

成果 廃棄物主要元素の組成変動範囲を3σとし，ガラス化試験を実施した。
 ガラス化する組成範囲を確認した。

38.1

拡大

2.45

Al2O3
増加

9

32.0

10

11.5
24.5

ガラス化
確認範囲
38.12
4.54

10

SiO2
増加

1100ºCで一部析出あり

11
3

3

22.1

3σ領域
13.6

38.1

1100ºCでガラス化

ガラス中の廃棄物成分の変動範囲(wt%)及びガラス化範囲
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※その他成分として，CaO+SrO+Cs2Oを約2wt%添加

31

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討:鉄リン酸ガラス組成検討（フェロシアン化物スラッジ）
鉄リン酸ガラス ※ホウケイ酸ガラスでは6wt%程度であり，鉄リン酸ガラスにて単独処理を開発
計画

 廃棄物充填率および溶融温度を調整し，CCIMへ適用するための基準（高温粘度、電気伝導度）を満足するガラス組成の検討を実施する。

成果 1100℃以下で溶融したサンプルを目視，XRD，SEM-EDSで観察し，廃棄物充填率
38wt％程度までは1100℃で析出物なくガラス化可能であることを確認，物性は1100℃で電気伝導度の判定基準を満たし，高温粘度は1100℃では判定基準を僅かに下回ることを確認（約1000℃で満たす）した。
充填率
[wt%]

ガラス化状態析出物

評価

1100℃で析出物なし（1000℃で表面のみ
一部析出物あり）

36.5

38.4

ガラス化良好（未溶融物なし）〇〇
38.4wt%（1100℃）

41.5

1100℃以下で表面に析出物あり

△（※）

46.4

1100℃以下で表面に析出物あり△（※）※高温物性に影響が生じる可能性があるため，今後物性計測による確認が必要
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32

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討・連続運転確認（ケイチタン酸塩）
ガラス組成の検討
計画

成果 2018年度までに開発した候補組成に対して，廃棄物充
填率を向上させるとともに，高温物性（高温粘度、電気伝導度）がCCIMへ適用するための判定基準を満たす組成を検討する。
 廃棄物充填率は40～50wt%にて組成検討を実施。
 るつぼ試験にて，模擬廃棄物と添加材を1050℃で溶融したサンプルを目視で観察し，40wt%においてガラス化
状態が良好となり，高温物性（高温粘度、電気伝導度）
がCCIMへ適用するための判定基準を満たすことを確認した。
 判定基準を満たす選定組成において，実験室規模試験（管状炉試験）を実施し，ケイチタン酸塩は廃棄物充填率
40wt%の条件にて，連続的にガラス化できることを確認した。
 試験後のガラス中のCs固定化率は約98.7wt%であった。
 連続供給運転下にて，良好に溶融ガラス化できる見通しを得た。

ガラス化状態（るつぼ試験）
良好に溶融ガラス化

バブリング管50mm

試験後ガラス断面（実験室規模試験）
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6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討・連続運転確認（樹脂系廃棄物）
計画

樹脂系廃棄物（高分子有機物以外の主成分： FeOOH ，捕集核種：Ru）のCCIMへの適用性を検討するため，以下を実施
1.ガラス組成の検討と物性評価
 シミュレーション等を用いて，物性基準を満足する可能性を有するガラス組成の候補を検討 るつぼ試験にて，ガラス化状態（未溶融物の有無）を評価
 ガラス化状態が良好となる候補組成にて物性評価（高温粘度，電気伝導度）を実施
2.樹脂系廃棄物のFe飽和吸着量把握
 実際の樹脂系廃棄物（吸着材）のFe吸着量が不明のため吸着材のFe飽和吸着量を把握し，吸着材処理時のガラス添加量を算出
3.樹脂系廃棄物の処理速度評価
 実験室規模試験（管状炉試験）により，樹脂系廃棄物の連続供給時の処理速度の把握
成果 FeOOHは20～50wt%，RuO2は1～9wt%の充填率（実際の廃棄物で想定されるRuO2の充填率より高い範囲まで試験実施）でガラス固化を検討し，るつぼを用いたガラス化試験（1100℃溶融）で以下を確認• FeOOH：廃棄物充填率20wt%で良好にガラス化• RuO2 ：廃棄物充填率1～9wt%でRuの結晶生成
 一方で，樹脂系廃棄物のRu-106吸着量は非常に少ないため，ガラス固化体にした際に含まれるRu濃度は極低濃度となると想定されるため，実験室規模でのガラス固化試験ではRuを含めずに実施することとした。
34
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6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討・連続運転確認（樹脂系廃棄物）
成果

 るつぼ試験により，CCIMへ適用するための物性基準（高温粘度，電気伝導度）を満足し，ガラス化状態が良好なFe2O3充填率20wt%となるガラス組成を選定した。
 樹脂系廃棄物に飽和量のFeが吸着した場合の廃棄物に対して，ガラス中のFe2O3充填率を20wt%とした場合，ガラス1kg当たり約1.60kg以上の樹脂系廃棄物を処理可能である（約1/4（※）以下に減容）。
 実験室規模試験（管状炉試験）の結果，安定に溶融でき、ガラス中に析出物もなく，連続的にガラス化可能であることを確認した。また，供給した樹脂系廃棄物中のCのほぼ全量が分解処理された。
 上記より，樹脂系廃棄物はCCIMに適用可能であることを確認した。なお，試験後のガラス中のC濃度は0.011wt%（平均）であり，有機物の残留はほぼ無い状態であることを確認した。
結晶物のピークなし（顕著な結晶物の発生などが見られず均質なガラスであることを確認）

試験後のガラス状態およびXRD結果（るつぼ試験）ガラスの溶融状態（炉上面からの観察）（実験室規模試験）(※)減容率は以下にて算出（ガラス固化体体積）
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（廃棄物体積）＝1/4以下35

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討・連続運転確認（活性炭）計画

活性炭（主成分： C（Ag添着），捕集核種：ヨウ素）のCCIMへの適用性を検討するため，以下を実施，活性炭の保管場所削減を考慮した減容化を目的として，検討を実施した。
1.固化体中のAg許容濃度の把握 るつぼ試験により固化体中に充填可能なAgの許容濃度を把握
 Ag許容濃度から，活性炭処理時のガラス添加量を算出
2.活性炭の処理速度評価
 実験室規模試験（管状炉試験）により，活性炭を連続供給した際のガラス化の可否および活性炭の処理速度の確認
成果

I2の揮発

 活性炭（Ag添着）に吸着したヨウ素の存在形態として以下を想定し，熱分解挙動を確認
活性炭の燃焼• ①I2（物理吸着） ：300℃程度で揮発するためガラスへの取り込みは困難• ②AgI（化学吸着）：1200℃まで揮発しないことを確認
 AgIを1～10wt%の充填率とし，るつぼにて模擬廃棄物と添加材を1100℃で溶融• 充填率5wt%：AgIが分相，結晶化。
熱分解挙動確認結果• 充填率1wt%：均質なガラスを得るも，ガラス中のヨウ素（TG-MS測定）
は0.01wt%未満
 ホウケイ酸ガラスによるヨウ素の取り込みは困難な見込み（Iはガラス化せず，AgIで分散）である
が，ガラス固化による活性炭の減容化へのニーズは存在するため，CCIMによるガラス化の適用可能性について実験室規模試験にて，検討を実施した。
36
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6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討・連続運転確認（活性炭）成果 るつぼ試験の結果，活性炭処理向けのガラスに炭酸塩スラリー（処理物量が多い）の敷ガラ
スを採用し，ガラス中に充填可能なAg濃度は約0.3wt%であった。
 ガラス1kg当たり処理可能なAg添着活性炭の量は約3kgとなる（約1/15以下に減容（※））。
 るつぼ試験により，CCIMへ適用するための物性基準（高温粘度，電気伝導度）を満足し，ガラス化状態が良好なガラス組成を選定した。
 実験室規模試験（管状炉試験）の結果，安定に溶融でき、ガラス中に析出物もなく，連続的にガラス化可能であることを確認した。 供給したCのほぼ全量が分解処理された。
 上記より，活性炭はCCIMに適用可能であることを確認した。なお，ガラス中のC濃度は0.013wt%（平均）であった。
試験後のガラス状態（るつぼ試験）

試験後のガラス状態（実験室規模試験）(※)減容率は以下にて算出（ガラス固化体体積）（廃棄物体積）Copyright © 2021 IHI Corporation All Rights Reserved.

0.5wt%以上では，析出物を確認＝1/15以下
37

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討・連続運転確認（ゼオライト）計画

 2018年度にるつぼ試験にて開発したガラス組成（廃棄物充填率65wt%,溶融温度1050℃
でガラス化状態・ガラス物性評価ともに良好）を用いて実験室規模（数10kg規模）の連続運転試験を行い，Cs揮発やガラス化への影響を確認する。
 また、廃棄物供給形態の違い（①乾燥体供給，②スラリー供給（含水率80wt%））による影響も併せて確認する。
原料供給

評価項目
評価項目

評価方法

ガラス中の結晶物の有無

外観観察，SEM－EDS観察

Cs固定化率*1

ガラス中のCs濃度分析

炉内観察
モニタ

管状炉

実験室規模試験装置（管状炉）*1: Cs固定化率（%）＝

試験後ガラス試料の上部・中部・下部Cs濃度平均値（wt%）
敷ガラスと全製造ガラス分のCs濃度（wt%）

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×100
38

6-1.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物単体）

ガラス組成検討・連続運転確認（ゼオライト）
成果 ゼオライトの供給形態（乾燥供給、スラリー供給）に関わらず，ガラス化状態は良好，かつガラスに結晶物は認められなかった。
 Cs固定化率*1は，乾燥体供給で95%，スラリー供給で91%と，いずれも良好な結果となった。
 Cs固定化率，ガラス化状態の観点から，乾燥体供給，スラリー供給ともに，廃棄物充填率65wt%の条件で，Cs吸着ゼオライトの処理にCCIMを適用できる見通しを得た。
炉内状況（乾燥体供給）

管状炉用SUS容器ガラス断面

Cs固定化率95%
炉内状況（スラリー供給）

ﾊﾞﾌﾞﾘﾝｸﾞ管

温度計

ﾊﾞﾌﾞﾘﾝｸﾞ管

Cs固定化率91%*1: Cs固定化率（%）＝

試験後ガラス試料の上部・中部・下部Cs濃度平均値（wt%）
敷ガラスと全製造ガラス分のCs濃度（wt%）

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×100
39

6-2.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物混合）

ガラス組成検討（ゼオライト＋炭酸塩スラリー混合）【ゼオライト＋炭酸塩スラリー】
計画

 高温物性（高温粘度、電気伝導度）がCCIMへ適用するための判定基準を満足し，Cs固定化率*1を高くできる組成を検討する。

成果 るつぼによるガラス化試験を実施し，950℃および1000℃で溶融したサンプルを目視で観察し，ガラス化状態が良好となることを確認。炭酸塩スラリーをゼオライトと組み合わせることで廃棄物充填率は合計72wt%となり，高い減容効果が期待できた。
 高いCs固定化率（溶融温度950℃で約100％，1000℃で約90％）となることを確認した。
さらに1000℃では，高温物性（高温粘度、電気伝導度）がCCIMへ適用するための判定基準を満たすことを確認した。

※1：（作製したガラス中のCs含有量）／（ガラス作製時に投入したCs量）

105

Cs固定化率 [%]100

溶融温度950℃

溶融温度1000℃

試験後のガラス状態（るつぼ試験）
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95
90
85
80
75
70
925

950

975

1000

1025

溶融温度 [℃]
ガラス試料中のCs濃度（Cs固定化率）（るつぼ試験）40

6-2.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物混合）

ガラス組成検討（ゼオライト＋フェロシアン化物スラッジ混合）【ゼオライト＋フェロシアン化物スラッジ】
計画

 ゼオライトとフェロシアン化物スラッジの混合割合及び溶融温度をパラメータとしガラス化試験を実施する。

成果 以下条件にて，良好にガラス化かつCs固定化率95%以上となることを確認できた。
• 溶融温度：1025-1050℃• フェロシアン化物スラッジ混合割合：5-6wt%（フェロシアン化物スラッジ単独処理と同等）
 フェロシアン化物スラッジ混合割合5wt%のとき，高温粘度，電気伝導度）が判定基準を満たすことを確認した。
 ゼオライトと組み合わせることで廃棄物充填率は合計約67wt%となり，高い減容効果が期待できる。

フェロシアン化物スラッジ 6.1wt%
溶融温度 1050℃

ガラス外観

固定化率95%以上

ゼオライト＋フェロシアン化物スラッジ混合のガラス化試験結果
廃棄物混合割合(wt%)

溶融温度（℃）

添加材
(wt%)

ゼオライト

ﾌｪﾛｼｱﾝ
化物ｽﾗｯｼﾞ

合計

1025

1050

1100

33.3

61.7

5.0

66.7

〇

―

―

32.9

61.0

6.1*1

67.1*1

×

〇

〇

32.2

59.7

8.1

67.8

×

×

〇

31.6

58.5

9.9

68.4

×

×

×

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○：良好にガラス化，×：BaSO4析出， ―：未評価*1: 次頁に示す実用規模試験で選定した条件

Cs固定化率の確認結果

41

6-2.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物混合）

連続運転確認：試験条件（ゼオライト＋フェロシアン化物スラッジ混合） 開発したガラス組成（廃棄物充填率67wt%）にて，ＣＣＩＭ実用規模試験を実施。
ガラス保有量(kg)

計画

流下ガラス
サンプリング2回連続運転（保持運転無し）
283
183

流下ガラス
サンプリング3回

炊き込み

立上げ

流下

廃棄物及び添加材の供給

ドレン
アウト

時間
試験フロー概要：ゼオライト＋フェロシアン化物スラッジ
成果【ポイント①（炉内状態）】
 溶融ガラス温度を1050℃に維持し運転できることを確認した。
 流下後に溶融ガラス温度が一時的に低下したが，供給中に1050℃程度まで回復できており，
繰り返し流下を行うような実運転が可能である見通しを得た。
 バブリング流量を低く調整することにより，廃棄物及び添加材の供給中（流下中も含む）に仮焼層を維持した運転ができた。

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42

6-2.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物混合）

連続運転確認：試験結果（ゼオライト＋フェロシアン化物スラッジ混合）【ポイント②（核種移行）】
試験後に，ガラス固化体，サンプリングガラス，スカル層，冷却配管＋高温フィルタで回収した
ダスト中のCs，Sr濃度を測定し，各々の存在比率を確認した。
Cs及びSrの存在比率は，ガラス固化体，スカル層，サンプリングガラスで99wt%以上となり，冷却配管＋高温フィルタでは非常に低い値となった。
等速吸引廃ガスサンプリング結果からCs及びSrの廃ガスへの移行率を算出した。供給中にCsは0.7wt%程度であり，Srは0.01wt%であり，廃ガスへはほとんど移行しないことを確認した。
運転中に仮焼層を維持し，更にガラス温度を1100℃以下にすることで，Csの廃ガス移行を抑制できたと考える。

成果






冷却配管＋高温フィルタ
Cs及びSrの存在比率：Cs：0.2wt%Sr：0.03wt%
スカル層※1※1:今回は，揮発評価のため，初期に装荷した敷ガラス自身にCs，Srを含めており，スカル層に残存したものは敷ガラス由来であり，廃棄物由来のCs，Srではない。

供給中（仮焼層が有る場合）

サンプリングガラス
ガラス固化体Cs及びSrのサンプリング分析箇所
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炊き込み（仮焼層が無い場合）

Cs

0.71wt%0.32wt%Sr

0.01wt%0.10wt%等速吸引廃ガスサンプリングにより移行率結果
ガラス温度が1100℃以下となっており，炊き込み運転中も供給中と変わらず，廃ガスへの移行率は低い
43

6-2.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物混合）

連続運転確認：試験結果（ゼオライト＋フェロシアン化物スラッジ混合）
成果【ポイント③（ガラス固化体の品質）均質性，化学的安定性，圧縮強度】

 流下中のサンプリングガラス及びガラス受容器から回収したガラスに対し，XRD及びSEM観察を行い，結晶や未溶融物が無く均質であることを確認した。
 浸出試験（PCT-A試験）から，炭酸塩スラリーのガラス固化体と同様に，CsやSrの浸出量が低いことを確認した。
 圧縮強度は，2回測定し，1回目が62MPa，2回目が131MPaであり，1.5MPaを十分に上回ることを確認した。
 上記のとおり，作製したガラス固化体は高品質であった。

ガラス固化体から回収したガラス

基準値を大きく下回ることを確認

83MPa
69MPa
55MPa
41MPa
28MPa
14MPa

サンプルイメージ（Φ50mm×t100ｍｍ)

圧縮強度測定結果
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Sr
Cs
基準値※
浸出試験（PCT-A試験）（90℃,7day,純水）※p15に記載の基準値
446-2.実用規模試験およびガラス組成検討・連続運転確認（廃棄物混合）

ガラス組成検討（化学的耐久性評価）
成果

試験条件

pH

3，5.5，9

温度

90℃

試験期間

5days

※1：ガラス固化体処分時の溶解段階の1つであり，ガラス固化体と地下水が接触し，線形的に溶解する初期段階のガラスの溶解速度とした。
過去データより化学的安定性の高いホウケイ酸系ガラス固化体の浸出量は，初期5～10日程度までが高い減重率の傾向があり，時間と共に低下し一定量に漸近する。そのため，減重量のほとんどが初期変化に依存する点を利用した評価法である。
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酸性

アルカリ性

（※）

Si

化学的耐久性 各廃棄物に対する選定組成において，マイクロチャネル流水溶解試験法によって，化学的耐久性（初期溶
解速度*1）を評価した。
 ガラスマトリクス主要構成元素であるSiの規格化溶解速度NRSiの値から評価した。
低 初期溶解速度の結果より，特にアルカリ側pHにおいて，化学的耐久性が国際標準ガラス（ISG）と同等以上となることを確認した。

試料No.1 炭酸塩スラリーガラス
2020年度実規模試験）(2020年度IH
炭酸塩スラリー（2019年度成果）
炭酸塩スラリー（
20wt%ガラス (2019
試料No.2 炭酸塩スラリー+炭酸塩スラリー（
ゼオライト
年度成果）
試料No.3 炭酸塩スラリー
混合ゼオライ
20wt%2019
ケイチタン酸塩
試料No.4 ケイチタン酸塩ガラス (2020年度IH
フェロシアン化物スラッジ（鉄リン酸ガラス）
試料No.5 フェロシアン化 物スラッジ(鉄リン+フェロシアン化物スラッジ
ゼオライト
試料No.6 フェロシアン化物スラッジ混合ゼオ+炭酸塩スラリー（
2020年度成果）
ゼオライト
Ref.A. 炭酸塩スラリー
20wt%混合ゼオライト
ゼオライト
Ref.B. ゼオライトガラス(IE96 + Na2 B4O 7 30w
Ref.
International Simple Glass)
国際標準ガラス：
Ref.C.ISG(
ISG(International
Simple Glass)高（※）フェロシアン化物スラッジ（鉄リン酸ガラス）のみSiに代わり主要構成成分であるPを評価した

化学的耐久性（初期溶解速度）評価結果

45

6-3.ガラス組成検討 添加材（ガラス原料）の共通化
計画

ガラス処理プロセスの運用コスト低減を目的として，3種類の廃棄物（炭酸塩スラリー，鉄共沈
スラリー，フェロシアン化物スラッジ）のガラス化処理において，共用可能なガラス原料の組成を検討する。
 3種類の廃棄物の単独処理を想定し，別途選定した固化体組成をもとに，各廃棄物の添加材
組成の共通範囲から，原料組成候補を設定
 シミュレーションにより，物性基準を満足する可能性を有する固化体組成候補を探索 るつぼ試験にて，ガラス化状態（未溶融物の有無）を評価
 ガラス化状態が良好となる候補組成にて物性評価（高温粘度，電気伝導度）を実施
各廃棄物の単独処理を想定して別途選定された廃棄物充填率にて，固化体の健全性および物性基準を満足する共通の原料組成を設定できなかった場合，廃棄物充填率を下げることを検討する。

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46

6-3.ガラス組成検討 添加材（ガラス原料）の共通化
成果 るつぼを用いて，模擬廃棄物と添加材とを1100℃で溶融した。
 廃棄物充填率は，炭酸塩スラリーで20wt%，鉄共沈スラリーで25wt%，フェロシアン化物スラッジ
で6wt%となった。
 ガラス表面の目視観察，XRD分析，SEM-EDS分析により，未溶融物がほとんど無く，ガラス化
状態が良好であることを確認した。
 3種の廃棄物のガラスについて，粘度測定および電気伝導度測定を実施し，ともにCCIMに適用するための判定基準を満足することを確認した。
結晶物のピークなし（顕著な結晶物の発生などが見られず均質なガラスであることを確認）

Intensity (a.u.)

炭酸塩スラリー
鉄共沈スラリーフェロシアン化物

炭酸塩スラリー

鉄共沈スラリーフェロシアン化物
スラッジ

充填率（単独処理(※)）

20wt%

35wt%

6wt%

充填率
（添加材共通化）

20wt%

25wt%

6wt%

SEM

10.0

30.0

50.0
2θ (deg)

70.0

90.0

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SEM

ガラス写真

XRD測定結果（結晶物の確認）(※)個別の廃棄物ごとに異なる添加材を使用して処理

SEM

SEM

SEM

SEM

SEM像
500µm

未溶融物などが見られず均質なガラスであることを確認

47

6-4.廃棄物性状を踏まえた廃棄物供給系及び廃ガス処理系の検討
計画

 2018年度の検討結果を基に，代表的な固体廃棄物に対する供給系及び廃ガス処理系の成立性を検討した。
【供給系】
 既存の技術，対象廃棄物の移送性に影響すると考えられる性状を調査し，移送方法を選定。
 供給系で想定する構成機器を用いた移送機器単体の要素試験を行い，供給系における課題抽出を行うとともに，得られた課題（搬送性等）に対する対策を検討した。
 要素試験での試験結果を基に，前処理装置の必要性の可否を評価し，供給系の基本プロセスを検討した。
【廃ガス処理系】
 廃棄物の想定組成から，発生する廃ガス成分を検討した。
 廃ガス成分に合わせて，既存の焼却設備や再処理設備の技術を元にして，安全に放出できるように系統構
成（プロセスフロー）を選定した。
 設備機器の概念検討を実施した。
放射性核種の約99.97％を系統内に閉じ込める

放射性核種の約0.03％がHEPAに移行

廃棄物供給

二次廃棄物

Ｅ

浄化水

二次排水処理設備

排気筒

貯槽に回収

CCIM
CCIM
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廃ガス洗浄器

凝縮器

ミストフィルタ

HEPA

2次燃焼器

HEPA

排風機

48

6-4.廃棄物性状を踏まえた廃棄物供給系及び廃ガス処理系の検討
計画

スラリー化脱水処理体（炭酸塩スラリー）の供給要素試験
 使用した模擬炭酸塩スラリー組成は，CCIM実規模試験で使用した模擬炭酸塩スラリーと同組成
 含水率が50wt％，60wt％，70wt％，80wt％ になるようにスラリー化し，試験を実施
成果 定量供給性確認：所定流量で吐出されるスラリーの重量計測により定量供給可否を確認した。
 配管内堆積状況確認：1時間の循環運転における配管内の流動・堆積状況を確認した。
 1時間静置後，再起動性を確認。再度循環運転を行い，配管内の流動・堆積状況及び定量供給性を確認した。

タンク内で模擬物を水と混合しスラリー化
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49

6-4.廃棄物性状を踏まえた廃棄物供給系及び廃ガス処理系の検討
成果

 含水率50～80wt％スラリーの定量供給性は，目標移送速度に対して誤差－1.5%～＋3.5％程度であり，安定的にスラリーを移送・供給できることを確認した。
 全ての含水率において配管内は水分の多い相と固形分の多い相に分離したが，定量供給性に影響を与えることはなく，固形分相の堆積物が増加することも無かった。
 循環運転を停止し1時間静置させた後，再循環しても配管内の流動性，移送性は良好であった。
含水率50wt%における定量供給性確認結果
10分間の平均供給速 [kg/min]
1時間あたりの供給速度 [kg/h]

0.680～0.689
40.80～41.34 （約2.5cm/s）
含水率50wt%の1時間静置・再循環運転後の定量供給性確認結果
10分間の平均供給速 [kg/min]
1時間あたりの供給速度 [kg/h]
0.658

目標移送速度との誤差+2.0～+3.4％
目標移送速度との誤差39.48 （約2.4cm/s）-1.3％
水分の多い層
固形物の多い層

スラリー移送中スラリー移送時の配管内観察（含水率50wt％）

本要素試験の成果と課題は以下のとおり。
【成果】 含水率50～80wt％の模擬炭酸塩スラリーを安定的に移送・供給できることを確認【課題】 移送中や再起動後においても水平配管部に堆積物が確認されたことから，供給系の設備検討にあたっては，配管勾配や堆積物の洗浄等を考慮する必要あり
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50

6-4.廃棄物性状を踏まえた廃棄物供給系及び廃ガス処理系の検討
計画

 砂状固形物（ゼオライト，ケイチタン酸塩）の固体状での移送，供給にあたって，既存技術の調査を行った。
固体状での移送，供給では以下のような要求事項*1があり，それに対して採用可能な技術を選定した。
（放射性廃棄物を取り扱うことから，「汚染拡大防止」「機器への残留」「設置性」「メンテナンス性」などを考慮して，採用可能な技術を選定した。）＊1 IHIにて廃棄物を受け入れた容器からCCIMまで移送，供給する場合の要求事項を設定

要求事項

採用可能技術大量輸送

廃棄物の移送（保管容器からの抜き出時やタンク間の移送においては定量性は必
要ないが，数百kg/ｈ程度の大量輸送が必要となる。）

空気輸送技術（減圧式）

少量定量供給CCIMへの供給（CCIMへの廃棄物供給において，30～50㎏/ｈ程度での定量供給性が必要となる。）

スクリューフィーダ⇒ ゼオライトを用いて，空気輸送技術，スクリューフィーダでの移送試験を実施した。
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6-4.廃棄物性状を踏まえた廃棄物供給系及び廃ガス処理系の検討
計画

固体状 砂状固形物（ゼオライト）の供給要素試験
 「空気輸送（減圧式）」，「無軸スクリューフィーダ」によるゼオライト移送試験を実施した。
・空 気 輸 送 （減圧式）：目標移送速度で所定時間移送するゼオライト（乾燥体）の重量を計測し，ゼオライトの移送の可否を確認
・無軸スクリューフィーダ：目標移送速度で所定時間移送するゼオライト＊（乾燥体）の重量を計測し，定量供給性を確認
 含水率40～50wt％のゼオライト（含水体）でも移送試験を実施
空気輸送（減圧式）

無軸スクリューフィーダ

固気分離機

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6-4.廃棄物性状を踏まえた廃棄物供給系及び廃ガス処理系の検討
成果

空気輸送（減圧式）試験
 空気輸送の結果，輸送圧力は安定し，目標移送速度120kg/hに対して最大誤差は5％程度であった。また，フランジからのリーク，配管の閉塞，バグフィルタの目詰まりは無かった。ただし，ゼオライトは輸送時に配管内面に衝突するなどして破砕し粉状となった。
 含水率40～50wt％の含水ゼオライトについては，空気輸送することは可能であったが，バグフィルタで目詰まりが発生しやすくなるため，ゼオライトの移送の安定性に欠けることが分かった。
ゼオライト（乾燥体） 移送量計測結果

ゼオライト（含水体） 移送量計測結果

1回目

2回目

3回目

1回目

2回目

3回目

移送量
（kg/h）

119.01122.29114.11

移送量（kg/h）

210.3

303.3

380.6

吸引圧力
（kPa）

－26～－27－25～－27－27～－28

吸引圧力
（kPa）

－40～－44－43～－44－30～－40

本要素試験の成果と課題は以下のとおり。
【成果】 固体状（乾燥状態）のゼオライトを安定して移送可能
含水ゼオライトの移送は固気分離機のフィルタ負荷も大きく，供給安定性に欠ける【課題】 含水ゼオライトを移送する場合は，乾燥処理し含水率を下げる等の前処理が必要

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6-4.廃棄物性状を踏まえた廃棄物供給系及び廃ガス処理系の検討
成果

無軸スクリューフィーダ試験
 無軸スクリューフィーダによる移送の結果，目標移送速度40kg/hに対して誤差は3～4％程度であり，フィーダ内に付着や閉塞を生じることなく安定的にゼオライトを移送することができた。
 含水率40～50wt％の含水ゼオライトについては，移送可能であることは確認できたが，スクリュー羽との剪断力によりゼオライトが泥状となり移送量の誤差がでやすくなることがわかった。
ゼオライト（含水体）移送量計測結果

ゼオライト（乾燥体） 移送量計測結果

移送量（kg/h）

1回目

2回目

3回目

36.69

38.36

38.81

移送量（kg/h）

1回目

2回目

88.92

94.20

本要素試験の成果と課題は以下のとおり。
【成果】 乾燥状態の固体状のゼオライトについては安定して移送可能【課題】 含水状態の場合は移送量の誤差がでやすくなる。また，ホッパーにゼオライトを充填したまま移送すると，移送開始直後にホッパー内でブリッジを形成し，自然供給が不可となることから，スクリューフィーダホッパー部に原料供給装置が必要になる
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6-4.廃棄物性状を踏まえた廃棄物供給系及び廃ガス処理系の検討
成果

 CCIMでガラス固化処理を行った際の，廃ガス処理設備の系統構成と放出放射能量の検討を行った。
廃ガス処理設備 概略フロー＆放射能収支 （湿式処理）（炭酸塩スラリー）
①
廃ガス
洗浄器

CCIM

ミスト
フィルタ

廃ガス洗浄水受け槽①

Fluid name
炭酸塩スラリー
廃棄物充填率 ：20wt%
ガラス製造速度：60㎏/ｈ相当
全βγ
Cs
Sr

Bq/d
Bq/d
Bq/d

放出放射能濃度
全βγ
Cs
Sr

Bq/cm3
Bq/cm3
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②

④

HEPA
フィルタ

③

放出

汚染水
処理装置へ

廃棄物+添加材

②
廃ガス

③
廃ガス

④
排水

4.93E+12
3.02E+08
4.93E+12

4.93E+08
1.01E+05
4.93E+08

4.93E-01
1.01E-04
4.93E-01

1.47E+11
3.01E+07
1.47E+11

5 .1 3 E- 1 1
1 .0 5 E- 1 4
5 .1 3 E- 1 155

6-5.廃棄体化条件の検討
計画

 CCIMを含む処理設備を日本国内に導入する場合に，容器を含む廃棄体（ガラス固化体）条件，
設備規模を提示することを目的として，廃棄体やシステム全体の概要の検討を行う。
成果【廃棄体化の検討】
 廃棄物のガラス固化を考慮した代表機器（CCIM本体、廃ガス洗浄機等）に対する線量評価を実施した。
 線量評価結果に基づく廃棄体の線量，実用規模試験や要素試験で取得した廃棄体の容器の温度データ等を基に，廃棄体化を考慮した廃棄体の容器及び運用方法を検討した。（放射能濃度に応じて肉厚等の異なる2種類の容器を使用する計画）
 SUS304の板を900℃*1まで加熱するサイクルを1～2回繰り返し，その後，板の引張強度を確認。加熱後の引張強度はガラス重量に十分に耐えることを確認した。
*1: 実用規模試験で取得した容器温度データの上限値

加熱前

加熱後

試験前の引張試験体の状態（加熱前後）【経済性評価データの取得】
 経済性評価に反映するための廃棄物の取り出し，供給系，溶融炉，廃ガス処理，廃棄体取扱設備等を含んだ全体プロセス，機器配置を設定した。
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6-5.廃棄体化条件の検討
成果

設備全体イメージ

スラリー関係処理設備

ゼオライト関係
処理設備

CCIM（ガラス溶融炉）
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7. まとめ
CCIMによるガラス固化技術の適用性について（各種廃棄物に対して）（１／２）
・・・・ALPS由来廃棄物
廃棄物
炭酸塩
スラリー

鉄共沈
スラリー

これまでの成果組
成〇廃棄物充填率20wt%で良好にガラス化でき，物性の判定基準を満たすガラス組成を選定。
〇廃棄物組成変動した場合，広範囲（5σ）で高品質なガラスが製造できることを確認。
〇30wt%以上に高充填化した条件で高品質のガラスを製造できることを確認。
〇廃棄物充填率を向上した条件での廃棄物組成変動範囲を考慮したガラス化範囲を確認。
〇950℃以上で高品質のガラスが得られ，目標温度範囲での温度変動では十分ガラス化できることを確認

運
転性〇開発したガラス組成（廃棄物充填率20wt%）にて，実用規模試験を実施。
・炉内温度：溶融温度1100℃を維持した運転が可能。
・Csの廃ガスへの移行率：5wt%程度（等速吸引廃ガスサンプリング結果）。バブリング流量を低く調整し，移行率を更に抑えることが可能。
・ガラス固化体の品質：均質であり，化学的安定性が高く，圧縮強度も高く高品質であった。
・流下性：繰り返し流下可能。供給中に仮焼層を維持する保持運転無しで運転継続可能。

組
成〇廃棄物充填率35wt%で良好にガラス化でき，物性の判定基準を満たすガラス組成を選定。
〇廃棄物組成変動した場合，SiO2濃度が低くなる場合に結晶化する傾向があるものの，広範囲（5σ）で高品
質なガラスが製造できることを確認。
〇40wt%以上に高充填化した条件で高品質のガラスを製造できることを確認。
〇廃棄物充填率を向上した条件での廃棄物組成変動範囲を考慮したガラス化範囲を確認した。
〇1050℃以上で高品質のガラスが得られ，目標温度範囲での温度変動では十分ガラス化できることを確認。

運
転性〇開発したガラス組成（廃棄物充填率35wt%）にて，実用規模試験を実施。
・炉内温度：溶融温度1100℃を維持した運転が可能。
・Csの廃ガスへの移行率：5wt%程度（等速吸引廃ガスサンプリング結果）。バブリング流量を低く調整し，移行率を更に抑えることが可能。
・ガラス固化体の品質：均質であり，化学的安定性が高く，圧縮強度も高く高品質であった。
・流下性：繰り返し流下可能。

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7.まとめCCIMによるガラス固化技術の適用性について（各種廃棄物に対して）（２／２）
・・・・SARRY/除染装置由来廃棄物
廃棄物

これまでの成果

ケイチタン酸塩（IE-911）組
成〇Csの揮発抑制し，目標とするガラス物性を満足するガラス組成を開発。溶融温度を1050℃に低下。
〇廃棄物充填率40wt%で良好にガラス化でき，物性の判定基準を満たすガラス組成を選定。

運
転性〇実験室規模（ガラス作製量約10kg）試験にて，開発したガラス組成が連続処理可能であることを確認。

フェロシアン化物
スラッジ

組
成〇鉄リン酸ガラスおよびホウケイ酸ガラス組成によるガラス組成を開発。
〇ホウケイ酸ガラス組成に比べ，鉄リン酸ガラス組成では，大幅に廃棄物充填率を向上（38wt%）できる見通しを得た。

樹脂，
活性炭

組
成

〇減容性が高く，高品質にガラス化できるガラス組成を設定。

運
転性〇実験室規模（ガラス作製量約10kg）試験にて，開発したガラス組成が連続処理可能であることを確認。また，廃棄物を大幅に減容可能であることを確認した。

ゼオライト＋炭酸塩スラリー混合組
成〇Csの揮発抑制し，目標とするガラス物性を満足するガラス組成を開発。溶融温度を1000℃に低下〇廃棄物充填率合計72wt%で良好にガラス化でき，物性の判定基準を満たす候補組成を選定。

ゼオライト＋
フェロシアン化物
スラッジ混合組
成〇Csの揮発抑制し，目標とするガラス物性を満足するガラス組成を開発。溶融温度を1050℃に低下。
〇廃棄物充填率合計67wt%で良好にガラス化でき，物性の判定基準を満たすガラス組成を選定。

運
転性〇開発したガラス組成（廃棄物充填率67wt%）にて実用規模試験を実施。
・炉内温度：溶融温度1050℃を維持した運転が可能。
・Csの廃ガスへの移行率：仮焼層を維持した運転（保持運転なし）により，Csの廃ガスへの移行率を1wt%以下に抑制することができた。
・ガラス固化体の品質：外観上均質であり，化学的安定性が高く，圧縮強度も高く高品質であった。
・流下性：繰り返し流下可能。供給中に仮焼層を維持する保持運転なしで運転継続可能。

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59

7.まとめ
供給系，廃ガス処理系への適用性および廃棄体化条件の検討について項目

これまでの成果

供給系〇5種類の廃棄物（スラリー状,固体状）に対して,供給系の移送方法を検討し，それぞれの供給形態を選定。
〇ゼオライト，模擬炭酸塩スラリーでスラリー状での移送・供給試験を実施
・ゼオライトは閉塞の可能性が高く，採用が困難なことを確認。
・模擬炭酸塩スラリーについては配管内への堆積が見られるもの，配管に勾配を持たせるなどの処
置を行えば，採用できることを確認。
〇ゼオライトの固体状での供給とし，廃棄物の移送方法を調査した結果，移送方法として空気搬送・スクリューフィーダを選定。移送・供給試験を実施した結果，乾燥状態では良好な結果を得たが，含水状態では機器や配管内への堆積を確認。
〇上記の結果を反映して，供給系設備の概略系統図を設定。

廃ガス
処理系

〇5種類の廃棄物に対して,廃ガス処理設備（湿式処理,乾式処理）の概略フローの設定及び放出放射能収支を算出。
〇基本プロセスを設定し，概略系統図を設定。

廃棄体化
条件

〇ガラス固化プロセスの代表機器（CCIM,固化体,ミストフィルタ,HEPAフィルタ）に対する線量評価を実施し，ガラス固化体の容器及び運用方法を設定。
〇経済性評価に反映するため，固化体取扱い設備等の基本プロセスを設定し，供給系，廃ガス処
理系等を含んだ全体プロセス，主要設備の機器配置を設定。

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7.まとめ CCIMによるガラス固化技術の適用性について（全廃棄物）
項目

炭酸塩
スラリー

鉄共沈
スラリー

フェロシアン
イオン交
化物
換樹脂
スラッジ

活性炭

ゼオライト ゼオライト 炭酸塩スラリー＋+鉄共沈スラリー
ゼオライ ケイチタン＋
ト酸塩
炭酸塩 フェロシアン +フェロシアン化
スラリー 化物スラッジ 物スラッジ

単独での高充填化
ガラス
組成検討（るつぼ規模数十～数百ｇ規模）

連続運転確認（実験室規模数十kg規模）CCIM
運転性確認
実用規模試験
（実用規模
数百kg規模）

組合せ処理

充填率
6wt%
充填率
充填率
20wt%
35wt%
（ホウケイ酸） Fe2O3充 炭酸塩スラ
物性に課題
38wt%
（変動確認） （変動確認）
填率 リーとの混合(鉄リン酸)
20wt%
充填率
充填率
充填率，
処理
高温粘度の 72wt%
65wt%
更なる充填率
高温粘度
改良確認
向上の改良確認 1/4以上に 1/15以上に
充填率
減容
減容
30wt%以上 40wt%以上 物性評価し40wt%
高充填化 高充填化 運転調整可能(組成変動) (組成変動) 範囲へ改良

－

間欠運転
連続運転
（保持無）

－

－

連続処理
による
連続処理 連続処理に運転適用 運転適用性
による
よる
（Cs揮発
確認
運転適用 運転適用性抑制） 溶融温度を性を確認
を確認
1050℃に
低下

－

充填率
67wt%

炭酸塩スラリー：20wt%
鉄共沈スラリー：
25wt%
フェロシアン化物
スラッジ：6wt%

連続処理
による
運転適用性
確認
溶融温度を
1050℃に低下－※Cs吸着の多い廃棄物は特に揮発抑制に主眼

間欠運転

揮発抑制
流下停止
機構追加

－

☆

☆

－

－

－

：～2019年度実施内容

間欠運転
連続運転
（保持無）

－

※フェロシアン
化物スラッジ
は充填率が
見込める組
合せで試験

連続運転に 連続運転に
よる運転
よる運転
適用性を
適用性を
確認
確認
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添加材共通化：2020年度実施内容☆

： 2021年度以降実施（必要に応じて） 61