(社)日本原子力学会 水化学部会 第１５回定例研究会

ＲＯ膜による放射性廃液の処理技術
2012年3月7日

日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社
クリア ナ株式会社
浅野 隆© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

1. 発表内容(1) 滞留水の塩分除去
・設備全体像，配置，工事体制
設備全体像 配置 工事体制
・設備の概要
・処理実績
処理実績
・まとめ
(2) 燃料プール水の塩分除去・目的，検討内容，選定したプロセス
・処理実績
・まとめ

© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

12. 滞留水の処理設備の全体概要〔目的〕 ①新たな滞留水の発生を抑制②機器の腐食を抑制→ 炉注水に再利用(循環)→ 塩分の除去

原子炉建屋
タービン建屋
集中ＲＷ建屋

油分分離装置『放射性物質の除去』

セシウム吸着装置
第二ｾｼｳﾑ吸着装置
淡水『塩分の除去』

・逆浸透膜(ＲＯ)・蒸発濃縮(ＲＯ)濃縮塩水
濃縮廃液除染装置
日立ＧＥ 東芝殿取り纏め 取り纏め
廃スラッジ
使用済ベッセル

出典：東京電力殿 発表資料

© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

2

3. 滞留水の処理設備の配置
サプレッションサージタンクから炉注水ポンプまで約４ｋｍの配管を敷設
第第二セシウム吸着装置
ウ 吸着装置出典：東京電力殿 発表資料

© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

3

4. 工事体制と日立の取組み■ピーク時設計者100名以上にて対応■短納期、過酷環境のため可能な限りの従事者を投入

アドバイザ
大学の先生

東京電力殿

電中研殿
ＪＮＦＬ殿

評価検討工事，運転ＪＡＥＡ殿

アレバ（仏）
凝集沈殿

機器類：逆浸透膜処理装置、蒸発濃縮装置、制御室コンテナ、電気品室プレハブ、脱塩器、冷却水供給装置、ボイラ装置、空気圧縮機、大型テント、テント換気装置、ほか：１２７基（１２７基（ ３５m３５ 3 ～ １１０m１１０ 3 ）

ＴＥＥ殿

角型タンク
ポンプ

ＡＴＯＸ殿

ホース/配管
ケーブル
ケブル盤類

キュリオン（米）

東芝殿

Cs
C
吸着塔

放射能除去纏め
濃縮装置供給：５８台（ ２０m3 /h ～ ７０m3 /h）：約 ２２ｋｍ（１００A耐圧ホース、ほか）：約 １７０ｋｍ（制御、動力、光ファイバ
１７０ｋｍ（制御 動力 光ファイバー））：８０面（制御盤、電源盤、分電盤、ほか）

清水建設殿

日立ＧＥ
淡水化
纏め

日揮殿

日立ﾌﾟﾗﾝﾄ
日立ﾌﾗﾝﾄ設置工事

設置工事，RO装置供給

大成
建設殿

エリア整備，エリア整備
タンク設置工事© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

4

5. 設備概要(塩分除去装置の一覧)
表１ ＲＯ装置一覧

表２ 蒸発濃縮装置一覧

動力：電気、淡水：塩分濃度＜１００ｐｐｍ

動力：電気＋蒸気、淡水：塩分濃度＜５ｐｐｍ

処理量[m3/d]

淡水化率[%]

メーカー

機器名

処理量
[m3/d]

淡水化率[%]

メーカー

ＲＯ-１Ａ

２７０

約４０

水処理
エース

蒸発濃縮 １Ａ
蒸発濃縮-１Ａ

１２ ７
１２.７

約３０

アレバ

ＲＯ-１Ｂ

３００

約４０
約

水処理エ スエース

蒸発濃縮-１Ｂ

２７

約３０

アレバ

蒸発濃縮-１Ｃ

５２

約３０

アレバ

蒸発濃縮-２Ａ

８０

約３０

東芝

蒸発濃縮-２Ｂ

８０

約３０

東芝

蒸発濃縮 ３Ａ
蒸発濃縮-３Ａ

２５０

約７０

東芝

ＲＯ-２

１２００

約４０

日立

ＲＯ-３

１２００

約４０

日立

改良型ＲＯ

処理開始６～８月

機器名

高淡水化率
蒸発濃縮器

蒸発濃縮-３Ｂ

２５０

約７０

東芝

蒸発濃縮-３Ｃ

２５０

約７０

東芝

© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

月～

105

6. 設備概要(ＲＯ装置)①４基のＲＯによる信頼性確保(処理量２７０～１,８００m3/日)②当初は、海水の淡水化用ＲＯ装置を納期最優先で手配・設置③改良型ＲＯは、処理水の水質が悪い場合に備え、ろ過装置を改良
装【当初ＲＯの例】
廃液受槽

砂ろ過器

ＲＯ膜

砂ろ過器
逆洗水

処理水槽

濃縮水

逆洗水

【改良型ＲＯ】
廃液受槽

ろ過水槽

ろ過水槽

ＵＦ

ＵＦ水槽

逆洗水

ＲＯ膜

処理水槽

濃縮水

ＵＦバイパスライン

出典：東京電力殿 発表資料

© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

6

7. 設備概要(蒸発濃縮)①８基の蒸発濃縮器による信頼性確保(処理量１２.７～７５０m3/日)②当初は、納期最優先でアレバ、東芝殿が手配③高淡水化率(淡水化率７０％)の蒸発濃縮器は１０月に設置完了

出典：東京電力殿 発表資料
© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

78. これまでの処理実績(1)Cl濃度(ppm) )CCl濃濃度(ppm)

30,000生成した淡水を炉注水に利用した結果、滞留水のCl濃度が低減
1/21時点の滞留水Cl濃度2,100ppm(当初16,000ppm)

25,00020,000濃縮塩水のCl濃度

15,000③2 100ppm@1/21③2,100ppm@1/21

10 00010,0005,000

Cl濃度(ppCpm)
Cl濃度(ppmm)

120100

滞留水(処理前)のCl濃度

140 000
140,000
120,000①2/21時点の淡水生成量は累積で約12万m3②淡水のCl濃度は50ppm以下

100,000

80
60

80,000

淡水のCl濃度

淡水の累積生成量60,0004040,000

2020,00000

出典：東京電力殿 TEPCOニュース プレスリリース『福島第一原子力発電所における高濃度の放射性物質を含むたまり水の貯蔵及び処理の状況について（第1報）～（第35報）』© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

3)
淡水生成量((m3)
累積
積淡水生成成量(m014089. これまでの処理実績(2)①東電殿にて、炉注水量、滞留水水位および貯蔵タンク容量から処理量を決定①び②2/21時点の濃縮塩水の貯蔵量は約10万m3に到達〔短期〕現状設備の延命および再循環による濃縮塩水発生量の抑制〔中期〕設備改善方法・時期の検討と高信頼性・高回収率ＲＯの導入
処理開始(2011/6月)

回収率向上(約40→約50%)

再循環ライン追設(次紙参照)(最大回収率75%)

140,000
120,000

濃縮塩水 貯蔵上限

容量量(m水量(m3)3)

100,000
80,000濃縮塩水 貯蔵量

60,00040,00020,000

濃縮廃液 貯蔵上限

濃縮廃液 貯蔵量0出典：東京電力ホームページ TEPCOニュース プレスリリース『福島第一原子力発電所における高濃度の放射性物質を含むたまり水の貯蔵及び処理の状況について』© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

910. 再循環ライン追設による淡水化率向上①ＲＯ-２，３で処理したＲＯ濃縮水をＲＯ-１と貯槽に分配するラインを追設②ＲＯ濃縮水をＲＯ-１で再度処理できるように移送ラインを追設

出典：東京電力殿 発表資料

© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

1011. 信頼性向上のための設備改善(1) 漏えい対策
タンクエリアへの堰設置
・タンクエリアへの堰設置
・ホース継ぎ手の材質変更(アルミ→ＳＵＳ)(2) 凍結防止対策
・ホース：保温材の敷設
・ポンプ：小屋またはテントの設置
ポンプ：小屋またはテントの設置
・ＲＯ膜 ：ハウス，コンテナ内の暖房(3) ＲＯ装置の継続使用
・定期点検，保守内容の検討
・運用改善の検討© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

1112. 滞留水の塩分除去のまとめ(1) 短納期、過酷な作業環境のなか、ほぼ計画通りに設備運開
6月17日 ＲＯ処理装置稼動
ＲＯ処理装置稼動～淡水化処理開始
淡水化処理開始
6月28日 循環注水冷却開始
7月20日 ＲＯ処理装置追設
ＲＯ処理装置追設～100％予備化
100％予備化
8月 7日 蒸発濃縮装置稼動(2) 当初の稼働率は計画を下回っていたが、予備機の活用により設計値を上回る処理量を達成(3) 2/21時点で累積約12万m3の淡水を生成でき炉冷却に利用(当初16 000ppmのＣｌ濃度が2 100ppmに低下)(当初16,000ppmのＣｌ濃度が2,100ppmに低下)((4)) 長期間に亘る使用を視野に入れた設備改善方法・時期の検討と高信頼性・高回収率ＲＯの導入のご提案© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

1213. 燃料プール水の塩分除去
海水注入した燃料プールの中期的な腐食進展・破損を抑制
東京電力殿のご要望事項①短納期②車載システム・限られた作業スペース限られた作業ス
ス
・処理対象の変更時に容易に移動③廃棄物の最小化
・滞留水の処理ではＲＯ濃縮水の貯蔵タンクを増設途上・短納期のＲＯを利用・システムをユニット化
・ユニット毎にトラックへ車載
ＲＯ＋電気透析(ＥＤ)を採用(財)塩事業センター 海水総合研究所(財)塩事業センタ
長谷川 正巳 所長ご提案のプロセス

１号機から４号機の燃料プール状況
１号機から４号機の燃料プ
ル状況
１号機

２号機

３号機

４号機

地震発生時状況

運転中

運転中

運転中

定検中

海水注入

実施せず

実施

実施

実施

プール水のCl濃度 (ppm)

3

1,600

1,800

2,700

原子炉建屋破損状況

大

軽微

大中

Cs-137濃度 (Bq/cm3)

1.8E+04

1.1E+05

7.4E+04

5.5E+01© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

1314. 東京電力殿プレスリリース

出典：東京電力殿 発表資料

© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

1415. 検討内容(1) 濃縮廃液の発生量低減
・ＲＯ濃縮水の循環による濃縮倍率増加
・ＲＯ濃縮水を電気透析(ＥＤ)によりさらに濃縮→ＥＤにより海水相当の塩水をＴＤＳ*２０％まで濃縮可能*ＴＤＳ:全溶解塩量(2) スケール発生防止・濃縮倍率増加に伴いＣａ Ｍｇスケール発生の恐れ
・濃縮倍率増加に伴いＣａ、Ｍｇスケール発生の恐れ→スケール除去装置を検討→車載型は困難
車載困難→ＥＤの濃縮倍率をＴＤＳ８％までに制限する処理運用(3) 放射性物質の除去
・ＲＯ、ＥＤメンテナンス時の被ばく低減
100Bq/cm3オ
オーダーであれば被ばく量は問題とならない
ダ であれば被ばく量は問題とならない→100Bq/cm→２号機、３号機は事前に放射能除去(東芝殿にて実施)© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

1516. 検討結果の処理プロセス

3.0m3/h

2.4m3/h
TDS:0.5%

2.4m
24m3/h3.0m3/h

TDS:1%
TDS:8%

0.6m3/h

TDS<4%

TDS>4%

6.0m3/h

0.6m3/h■ユニット毎にトラックに積載。
■8/20から塩分除去装置■8/20から塩分除去装置。
■ＲＯ濃縮液の導電率により循環と排出を切替。
■EDユニットは9/17から運転開始。
© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

1617. 設計条件
No.

項目

設計条件

1

処理流量
処流量

2.4～3.0 m3//h

2

最高使用圧力1MPa (RO高圧部を除く)

3

最高使用温度

66℃

4

運転温度

45℃以下(RO膜、ED装置の許容制限値)

5

処理対象プール水量

1,300m3

6

処理対象プ ル水塩濃度
処理対象プール水塩濃度

2 700ppm (as Cl)
2,700ppm

7

目標Ｃｌ濃度

100ppm程度

8

目標廃液発生量150m3 以下

© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

1718. ４号機における処理実績
ほぼシミュレーション通りにプール水の塩分除去を達成
ＲＯのみ

ＲＯ＋ＥＤ

700

2400
8/20運転開始

導電率(当初計画)

2100

600

導電率(計算)1800

500

Cl-濃度(分析値)

1500

400

1200

300

・ED原水ﾎED原水ﾎﾟﾝﾌﾟ停止
ﾝﾌ 停止
・RO膜交換実施

200
1000

前処理ユニット
差圧上昇

020

Ｃｌ濃度の出典：東京電力殿 発表資料

900
600
300

4060

経過時間(日)80プ
プール水水Cl-濃度(ppmm)

導電率(mS/m))
SFP水導800

11/8運転完了
0完了時Cl濃度：100ppm
100完了時導電率：60mS/m
濃縮廃液総発生量：110m3© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

1819. ２号機における処理実績
放射能除去が12/5に完了し、鋭意処理を実施中
ＲＯ＋ＥＤSFP水導電率(mSS/m)800700
導電率(計算)600
500

RO高圧ポンプ
吸込圧力低に
吸込圧力低より装置停止

400
300
200

完了予測（到達60日）
完了時Cl濃度：150ppm
完了時導電率：36mS/m

100
0020

40

60

80

100

経過時間(日)© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

1920. 燃料プール水の塩分除去まとめ
モバイル型のＲＯ＋ＥＤシステムによる塩分除去装置を製作(1) ４号機・ＲＯ＋ＥＤによる処理完了
・中期的な腐食進展や破損の防止に向けた追加処理を検討中(2) ２号機・鋭意、処理を実施中(3) ３号機の処理を検討中・建屋コンクリートの瓦礫がプールに落下しており、Ｃａが多く溶存・ＲＯおよびＥＤでのＣａスケール発生防止策を検討中
お びケ発 防 策を検討中© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

2021. 参考 当初計画
■基本方針：ＲＯ－ＥＤシステムと脱塩塔を最適運用し、二次廃棄物発生量を最小化する
Cl濃度

RO-EDシステムによる処理

6 000
6,000ppm

海水濃度からCl濃度100ppm程度までの幅広い塩濃度の液を海水濃度からCl濃度100程度までの幅広い塩濃度の液を淡水と飽和濃度に近い濃縮水に分離することで濃廃発生量を最小化

純水補給

RO-EDシステム

濃廃輸送車
電気透析(100ppm）

P

Hx

Hx

冷 却塔

燃料プール

冷 却塔

ｻｰｼﾞﾀﾝｸ

逆浸透膜
前処理

脱塩塔による処理
Cl濃度が100ppm程度以下になったら樹脂塔により脱塩ｻｰｼﾞﾀﾝｸ
燃料プール

P

イオン交換樹脂塔50ppm© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

2122. 参考 車載型イオン交換樹脂装置

バッグフィルタ2基(孔径10μm、1μm)←クラッド対策
タ( 径 μ 、 μ )ラ策
樹脂塔6基(樹脂充填量450L)

SFP代替
冷却系よりPIS
CI
FI

イメージを表示できません。メモリ不足のためにイメージを開く こ とができないか、イメージが破損している可能性があります。 コンピュータ を再起動して再度ファイルを開いてください。それでも赤い x が表示される場合は、イメージを削除して挿入してください。

イメージを表示できません。メモリ不足のためにイメージを開く こ とができないか、イメージが破損している可能性があります。 コンピュータ を再起動して再度ファイルを開いてください。それでも赤い x が表示される場合は、イメージを削除して挿入してください。

イメージを表示できません。メモリ不足のためにイメージを開く こ とができないか、イメージが破損している可能性があります。 コンピュータ を再起動して再度ファイルを開いてください。それでも赤い x が表示される場合は、イメージを削除して挿入してください。

イメージを表示できません。メモリ不足のためにイメージを開く こ とができないか、イメージが破損している可能性があります。 コンピュータ を再起動して 再度ファイルを開いてください。それでも赤い x が表示される場合は、イメージを削除して挿入してください。

イメージを表示できません。メモリ不足のためにイメージを開く こ とができないか、イメージが破損している可能性があります。 コンピュータ を再起動して 再度ファイルを開いてください。それでも赤い x が表示される場合は、イメージを削除して挿入してください。

イメージを表示できません。メモリ不足のためにイメージを開く こ とができないか、イメージが破損している可能性があります。 コンピュータ を再起動して再度ファイルを開いてください。それでも赤い x が表示される場合は、イメージを削除して挿入してください。

CIP

全塔ブレークしたら、廃樹脂をドラム缶に受け、新樹脂と交換。
全塔ブレークしたら廃樹脂をドラム缶に受け 新樹脂と交換(線量の低いエリアにトラックを移動し、専用の吸引装置により実施)© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2012. All rights reserved.

22