日本原子力学会 水化学部会「第21回定例研究会」
福島第一原子力発電所における廃炉措置等に向けた取り組み状況について

汚染水浄化設備への取り組み
2014年3月6日
日立GEニュークリア・エナジー(株)原子力サービス部川嵜 透© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

目 次

１．汚染水浄化への取り組み状況

２．放射性核種除去技術の開発
３．サブドレン浄化設備
４．高性能多核種除去設備
５．まとめ© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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目 次

１．汚染水浄化への取り組み状況

２．放射性核種除去技術の開発
３．サブドレン浄化設備
４．高性能多核種除去設備
５．まとめ© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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１．汚染水浄化への取り組み状況
地下水バイパスサンプルタンク

サブドレン水浄化設備

サンプルタンク

建屋内循環収集タンク

原子炉建屋（ループ縮小）注水 : 約400ｍ3/日
タービン建屋Cs･Sr吸着塔

約800ｍ3/日
地下水揚水井大･中循環

セシウム除去装置

屋外エリア
淡水化装置

（SARRY）

地下水流入 : 約400ｍ3/日
サブドレン

約400ｍ3/日

多核種除去設備 (ALPS)

中低レベルタンク〔課題〕腐食、ｽﾗﾘｰ廃棄物

貯水タンク

高性能多核種除去設備
政府補助事業 ※東電殿, 東芝殿, 日立GEによる共同実施

SARRY : Simplified Active water Retrieve and Recovery System, ALPS : Advance Liquid Processing System※資源エネルギー庁補助事業：汚染水処理対策事業（高性能多核種除去設備整備実証事業）© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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目 次

１．汚染水浄化への取り組み状況

２．放射性核種除去技術の開発
３．サブドレン浄化設備
４．高性能多核種除去設備
５．まとめ© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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2 放射性核種除去技術の開発（１）高性能Cs/Sr吸着剤
Cs及びSrに対する高い吸着性能を両立した吸着剤を開発
廃棄物発生量の低減が可能
海水条件（Cl：18000ppm）

ストロンチウムの分配係数（L/kg）
Kd for Sr (L/kg)

10000

分配係数 Kd
ある物質が、接触する2つの相（この場合液体と固体）にどのような比で存在するかを表す係数。
Kdの値が大きいほど、少ない吸着剤の量で多くの目的物質を効率よく吸着できる。

本開発品

人工ゼオライト
1000

100

フェロシアン化物

Kd＝(C0-Ct)/Ct×（V/m）

10CST
天然ゼオライト
1
1

10100

1000

10000

1000001000000

C0：浸漬前の液相濃度
Ct：浸漬後の液相濃度
V：溶液体積m：吸着剤重量

セシウムの分配係数（L/kg）
Kd for Cs (L/kg)© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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2 放射性核種除去技術の開発
海水中に含まれるCa、非放射性Srの存在により、一般的に海水を含む廃液ではSr吸着剤の交換周期は短いが、本開発品では海水存在下でも高い性能を発揮

1F汚染水処理に広く適用可能
1F: 福島第一原子力発電所

出口Sr濃度/入口Sr濃度(-)

1.0

試験溶液
・Cl濃度270ppm
・Ca濃度100ppm
・Sr濃度0.06ppm

0.8

本開発品
交換周期
＞15000BV（＞40日）

0.6
安価吸着剤
交換周期
～800BV
（約2日）

0.4
0.2

既存の高性能Sr吸着剤
ALPSのSr吸着材
交換周期
交換周期
～8000BV～8000BV(約20日)（約20日）

0.0
02000

4000
6000
通液量/BV

8000

10000

12000

BV: 吸着剤充填体積(Bed Volume)© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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2 放射性核種除去技術の開発（２）核種吸着繊維
吸着繊維とは• ポリエチレン等の繊維にCs等の核種を吸着する物質を重合させたもの• Cs吸着繊維は、海水中で吸着剤と同等の性能を発揮• モール状など様々な形に加工可能• 重合させる物質を変えることで、Srのほか様々な核種に適用可能

Kd (L/kg)

1.0E+06

海水相当

1.0E+05

1.0E+04
Cs繊維(1)
Cs繊維(2)
CsTreat (*)
1.0E+03
0.01

0.1[NaCl] (M)1Cs吸着繊維の分配係数(塩濃度依存性)

モール状のＣｓ吸着繊維(*) 日本原子力学会有志による測定データ(出典：http://www.nuce-aesj.org/index.php?id=projects:clwt:start)© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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2 放射性核種除去技術の開発
適用例～核種除去フィルタ• 繊維を1μmろ過兼用のフィルタに加工し、核種除去装置の前処理フィルタとして使用。
• 実液試験にてイオン及びコロイド除去能力があることを確認。
Csフィルタ（1μmろ過兼用）

Srフィルタ（1μmろ過兼用）

25cm

25cm

処理後の状況

使用
前

0.2 0.2μmフィルタろ過水μm
フ
ィ
ル
タ
ろ過水

使用
後

コ
ロ
イ
ド
除去
水

コロイドの着色が喪失

重金属(Cu，Mn，Co，Ni etc.)の吸着による着色を確認© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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１．汚染水浄化への取り組み状況

２．放射性核種除去技術の開発
３．サブドレン浄化設備
４．高性能多核種除去設備
５．まとめ© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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3 サブドレン浄化設備
サブドレンピットからの地下水くみ上げ
サブドレンピットとはポンプにより地下水をくみ上げ、建屋周辺水位を下げるための井戸
建屋周辺の地下水位を下げることで、建屋への地下水の流入と護岸への地下水流出を抑制

出典：東京電力殿 発表資料

© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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3 サブドレン浄化設備
サブドレンには放射性核種が含まれるため、浄化が必要

出典：東京電力殿 発表資料

© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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3 サブドレン浄化設備
サブドレン浄化設備は、集水設備、浄化設備、移送設備から構成される。

日立GE所掌範囲

供給タンク

出典：東京電力殿 発表資料

© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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3 サブドレン浄化設備
サブドレン浄化設備の主要仕様、系統構成
項目仕様

処理量1200m3/日（1系統当たり）

処理対象水

サブドレン水、海側遮水壁地下水ドレン水

浄化設備の除染係数(DF)Cs-137： DF＞104 Sr-90： DF＞103⇒サブドレン
地下水ドレン

⇒

⇒
ポンプ

ポンプ
前処理フィルタ⇒Cs
フィルタ

Srフィルタ

ポンプ

Ｃｓ，Ｓｒ
吸着塔

多核種吸着塔

サン
プル
タン
ク
へ⇒

集水タンク

⇒
供給タンク

前処理フィルタ(SS、Cs/Sr粗取り）

核種吸着装置© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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3 サブドレン浄化設備
設置面積の小さいコンパクトな構成
フィルタ、吸着塔をスキッド化し、据付工程を短縮

 水処理量1,200m3/日
 24時間常時運転可能© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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3 サブドレン浄化設備

約100実液試験による性能確認結果

1500mmサブドレンピット上でのフィルタ通水試験

ホットラボでの吸着剤通水試験

通水前後の主な核種濃度
核種

単位：Bq/cm3

通水前

フィルタ
通水後

吸着剤
通水後

Cs-134

2.82E-01<5.40E-03<1.04E-04

Cs-137

6.75E-01<7.54E-03<9.98E-05

全β1.33E+00

1.43E-02<9.17E-04

Sr-90

2.3E-01－<1.13E-04

Sb-125－－<3.31E-04© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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目 次

１．汚染水浄化への取り組み状況

２．放射性核種除去技術の開発
３．サブドレン浄化設備
４．高性能多核種除去設備
５．まとめ© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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4 高性能多核種除去設備【処理対象水の水質条件(設計ベース)】
主な核種濃度(Bq/cm 3)

項目

単位値

Sr-90

1E+06

塩化物イオン濃度ppm

6000

Cs-137

1E+02

マグネシウムイオン濃度ppm

400

Cs-134

1E+02

カルシウムイオン濃度ppm

300

Sb-1255E+02

水素濃度イオン指数(pH)-7.5

Ru-1062E+02

浮遊物質濃度(SS)mg/L5※塩化物イオン濃度に比例して、上記以外の海水由来微量成分を含む【適用技術と効果】
・高性能Cs/Sr吸着剤の適用→海水成分(Ca、Mg、Sr)共存下における放射性Srの除去が可能
・コロイドフィルタ(核種吸着繊維使用)の併用→コロイド状の放射性核種の除去が可能© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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4 高性能多核種除去設備【既存設備概要】

吸着剤
吸着材3

吸着剤
吸着材6

吸着剤
吸着材5
吸着材7
吸着剤

鉄共沈

汚染水(ＲＯ濃縮塩水)

処理設備

炭酸塩沈殿
処理設備

吸着材8
吸着剤

吸着材1 吸着剤
吸着材4
吸着剤

前処理設備

吸着材2吸着剤

吸着材4 吸着剤
吸着材3
吸着剤

吸着塔(14塔)
スラリー

前処理設備の大幅な簡素化

スラリー使用済吸着材
吸着剤

処理カラム(2塔)

Ｃｓ・Ｓｒ同時吸着剤採用

使用済吸着塔一時保管施設へ輸送し貯蔵

高性能容器(HIC)【提案設備概要】② Ｃｓ・Ｓｒ同時(高性能)吸着剤①凝集沈殿と同等の核種除去能力を有するコロイド除去フィルタ を用い塔数や廃吸着塔を削減

処理水移送フィルタ処理装置

核種吸着装置(溶解性核種除去)
⇒

処理水

加圧ポンプ

ＲＯ
濃縮塩水

⇒
⇒
移送ポンプ

供給ポンプ
ろ過フィルタＣｓ吸着 Ｓｒ吸着
コロイド除去フィルタ※上図はプロセスを模式的に表したフローであり、実機塔数はフィルタ８塔、吸着塔１５塔。

Ｃｓ・Ｓｒ吸着塔

多核種吸着塔© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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4 高性能多核種除去設備
実液を用いたラボ通水試験の概要
サンプリング①②③④⑤ＲＯ濃縮塩水（サブドレン水）

処理水

・・・
・・・
Csﾌｨﾙﾀ Srﾌｨﾙﾀ
コロイド除去フィルタ

Cs･Sｒ吸着剤、多核種吸着剤
吸着除去

250

1μmろ過フィルタ

ホットラボでのフィルタ性能確認試験

ホットラボでの核種除去性能確認試験© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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4 高性能多核種除去設備①②③④⑤⑥RO濃縮水

処理水・・・

1μ mろ過フィルタ
核種CsSｒ吸着剤×3
Sb吸着剤×2
重金属吸着剤×2

Csﾌｨﾙﾀ Srﾌｨﾙﾀ
コロイドフィルタ

Ru吸着剤
単位：Bq/cm3①②③④⑤⑥

目標値

Cs-134

1.28E+00

1.45E+00<2.98E-01<8.05E-02

3.19E-04

1.32E-04

2.8E-04

Cs-137

2.74E+00

2.49E+00<2.26E-01<4.89E-02

2.66E-04

2.46E-04

2.8E-04

全β

1.36E+05

1.37E+05

1.11E+05

2.51E+03

1.14E-01

7.58E-03－Sr-901.72E+05－－－－

6.48E-04

1.5E-04

Sb-125

1.76E+01

1.72E+01

1.72E+01

1.77E+01<6.87E-04<3.06E-04

3.8E-04

I-129

1.99E-02－－－－<8.34E-04

6.9E-04

Ru-106－－－－

1.57E-01

5.76E-03

1.2E-03①原水一般水質分析結果
Clイオン：790ppm、pH：7.0、導電率：3400μ S/cm

目標値に到達しなかった核種と対応
Sr-90 CsSr吸着塔の塔数増加(3塔→5塔)
Ru-106 Ru除去方法を検討中(吸着剤選定)© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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4 高性能多核種除去設備
実液を用いたラボ通水試験からコロイド除去フィルタおよび吸着剤の核種除去性能を評価した。
■核種除去性能の見通し（主要核種抜粋）
フィルタ塔x4(予備４)

核種吸着装置の詳細
Cs･Sr吸着塔
x5

処理

Sb吸着塔
x3

薬注
薬注
重金属吸着塔
Ru吸着塔
x2x5

核種吸着装置での処理水予備塔
x5

Cs・Sr吸着塔

Sb吸着塔

重金属吸着塔

Ru吸着塔

処理後の目標値（NDレベル）

1.0E+05<1.5E-04

同左

同左

同左

<1.5E-04

1.0E+02

1.0E+01<1.5E-08

同左

同左

同左

<2.8E-04

Sb-1255.0E+02

5.0E+02

5.0E+02<5.0E-6

同左

同左<3.8E-04

Co-60

6.6E-01

6.6E-02

6.6E-02

6.6E-02<6.6E-05

同左<1.1E-04

Mn-54

7.7E-01

7.7E-02

7.7E-02

7.7E-02<7.7E-05

同左<1.1E-04

Ru-106

2.0E+02

2.0E+02

2.0E+02

2.0E+02

2.0E+01<1.0E-03<1.2E-03

I-129

9.1E-02

9.1E-02

9.1E-02(9.1E-02)<1.0E-04

同左<6.9E-04

処理前

フィルタ
処理水Sr-90

1.0E+06

Cs-137

RO濃縮塩水核種© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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4 高性能多核種除去設備■吸着塔の交換周期の評価方法① Ｃｓ･Ｓｒ吸着塔の性能を様々な条件でシミュレーション② シミュレーションにもとづく塔構成と交換周期から廃棄物発生量を評価〔Cs･Sr吸着塔の構成〕
様々な条件でシミュレーション

３塔メリーゴーランド

必要に応じてメリーゴーランド（パラメータ：Cl濃度、DF、塔数）･･･

Cl濃度2,000ppm，DF100
Cl濃度2,000ppm，DF100
Cl濃度2,000ppm，DF100
1.E+10Cl濃度2,000ppm，DF1,000
1.E+10
3塔
3塔
3塔
2塔 3塔
2塔
2塔
2塔

４塔システム４塔システム４塔システム４塔システム

通液日数（日）
通液日数（日）

精密除去DF1E7

３塔システム400

1回目の交換350

交換周期（日）除染係数DF
除染係数DF
除染係数DF
除染係数DF

1.E+091.E+10
1.E+09
1.E+081.E+10
1.E+09
1.E+081.E+07
1.E+09
1.E+081.E+07
1.E+06
1.E+081.E+07
1.E+06
1.E+05
1.E+07
1.E+06
1.E+05
1.E+04
1.E+06
1.E+05
1.E+04
1.E+03
1.E+05
1.E+04
1.E+03
1.E+02
1.E+04
1.E+03
1.E+02
1.E+01
1.E+03
150日
367日
583日
1.E+02
1.E+01367日
583日
1.E+00 150日
1.E+02
1.E+01367日
1.E+00 150日
0200
400 583日
600
1.E+01367日
1.E+00 150日
0200
400 583日
600
通液日数（日）1.E+00 0200400
600
通液日数（日）
0200400600

粗取りDF1,000800
800
800800４塔システム
１回目の交換

300
250
200
150

10050〔交換周期〕

３塔以上のシステム

90日以上

２回目以降の交換

30日以上

0
2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

Ｃｌ濃度（ppm）© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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4 高性能多核種除去設備
高性能多核種除去設備の特長• 前処理方式の変更（沈殿処理→フィルタろ過）による廃棄物量の大幅な低減と設備の簡素化• 高性能吸着剤の採用による吸着塔数削減と長寿命化による廃棄物量の更なる低減• 廃棄物は固体（フィルタ、吸着塔）のため、取り扱いが容易• 核種除去性能は目標値まで核種を除去できる見通し• 材料の耐食性の改善（ライニング、二相ステンレスを採用）© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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目 次

１．汚染水浄化への取り組み状況

２．放射性核種除去技術の開発
３．サブドレン浄化設備４．高性能多核種除去設備
５．まとめ© Hitachi-GE Nuclear Energy, Ltd. 2014. All rights reserved.

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5．まとめ震災以降、日立はグループ一丸となって１F汚染水浄化に取り組んできました。
高性能Cs/Sr吸着剤、核種吸着繊維など、1Fの状況に応じた技術開発を進めています。

今後も、サブドレン浄化設備、高性能多核種除去設
備など、汚染水浄化に向けた抜本対策に全力で対処していきます。

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ご静聴ありがとうございました。

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