JP2005201725A

JP2005201725A - 使用済みイオン交換樹脂処理溶離液の無機化処理方法

Info

Publication number: JP2005201725A
Application number: JP2004006822A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sagawa; 佐川　　寛; Akira Kakimoto; 朗柿本; Akira Sakashita; 章坂下
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】使用済みイオン交換樹脂処理溶離液中に含まれる有機形態のC-14oを効率よく低コストで無機化することができる使用済みイオン交換樹脂処理溶離液の無機化処理方法を提供する。
【解決手段】使用済みイオン交換樹脂に含まれる放射性物質を酸液により溶離し分離して溶離液とし、この溶離液を分解槽に導入して流動させ、該分解槽内を流動する間に溶離液に紫外線を照射するとともにオゾンを吹込み、溶離液の酸化を促進させ、該溶離液中に含まれる有機形態のC-14oを無機形態のC-14iに変える。
【選択図】図２

Description

本発明は、原子力発電所等の施設に貯蔵されている放射性イオン交換樹脂を無機安定化処理する使用済みイオン交換樹脂処理溶離液の無機化処理方法に関する。

使用済燃料の再処理工場等の核燃料サイクル施設では、放射性廃棄物として使用済みイオン交換樹脂が発生する。使用済みイオン交換樹脂は、例えば特許第２９３０３９４号公報に記載されているように、溶離処理装置において硫酸で放射性物質を溶離して、放射性物質を含む廃液と、放射性物質を除去した樹脂とに分離する。

前者の溶離廃液はセメント固化して比較的浅い地層中の最終処分坑に処分される計画であるが、これには放射性核種であるC-14で構成される有機物が含まれている。最終処分する廃棄物中に有機形態のC-14oが含まれていると、無機形態のC-14iに比べて処分場での被曝危険性が増大する。

図５は横軸に経過時間（年）をとり、縦軸に線量当量（μＳｖ／年）をとって、各種放射性物質の減衰を示す特性線図である。図中にて特性線Ａはヨウ素１２９（I-129）、特性線Ｂはテクネチウム９９（Tc-99）、特性線Ｃは無機形態カーボン１４（C-14i）、特性線Ｄは汚染物起源の有機形態カーボン１４（C-14o）、特性線Ｅは放射化物起源の有機形態カーボン１４（C-14oa）、特性線Ｆは塩素３６（Cl-36）、特性線Ｇはニッケル５９（Ni-59）、特性線Ｈは特性線Ａ〜Ｇを合成した総量をそれぞれ示した。図から明らかなように、無機形態のC-14i（特性線Ｃ）に比べて有機形態のC-14oおよびC-14oa（特性線Ｄ，Ｅ）による線量当量値が高い。

このような有機形態のC-14oを最終処分廃棄物が含む場合は、被曝危険性が増大するので、最終処分場を遮蔽する人工バリアを強固にする必要がある。しかし、人工バリアは砂とベントナイトとを混合したベントナイト混合土からなるものであり、この厚みを厚くすることは建設コストの増大を招くことになる。

そこで、最終処分場の負担軽減を目的として、最終処分する廃棄物中の有機形態のC-14oを無機化する無機化処理方法が特許文献１および特許文献２にそれぞれ提案されている。
特開平１１−６４５９０号公報特公平６−７２９５７号公報

しかしながら、前者の無機化処理方法においては、溶離液を高温高圧下で熱分解するために、複雑かつ高度な構造の装置が必要になり、装置コストおよび運転コストがともに増大する。

一方、後者の無機化処理方法においては、多段の拡散透析槽に溶離液を繰り返し通過させて処理するために、処理に時間がかかり、少量の処理には適しているが、大量の液を効率よく処理するには適していない。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、使用済みイオン交換樹脂処理溶離液中に含まれる有機形態のC-14oを効率よく低コストで無機化することができる使用済みイオン交換樹脂処理溶離液の無機化処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係る使用済みイオン交換樹脂処理溶離液の無機化処理方法は、使用済みイオン交換樹脂に含まれる放射性物質を酸液により溶離し分離して溶離液とし、この溶離液を分解槽に導入して流動させ、該分解槽内を流動する間に溶離液に紫外線を照射するとともにオゾンを吹込み、溶離液の酸化を促進させ、該溶離液中に含まれる有機形態のC-14oを無機形態のC-14iに変えることを特徴とする。

本発明によれば、廃樹脂溶離液中に含まれる有機形態のC-14oを効率よく無機化できるので、処理コストを大幅に低減することができる。これにより最終処分場の人工バリア層の厚みを当初計画の半分程度の厚さに抑えることができる。

上記の分解槽内に複数の紫外線ランプを多段に配置し、分解槽内を流動する溶離液に紫外線を照射すると、有機物の酸化分解反応が促進され、有機形態のC-14oを無機形態のC-14iに効率よく変えることができる。また、これと組み合せて、複数の配管を介して分解槽の下部からオゾンを吹込むと、有機物の酸化分解反応がさらに促進される。

さらに、上記の分解槽の内部を仕切り、溶離液を通流させる通路が上部と下部に交互に開口する複数の仕切を用いて、これら複数の仕切に沿って溶離液を前記分解槽内で上昇と下降を繰り返させると、小型の分解槽において効率よく酸化分解反応を促進させることができる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は廃樹脂溶離液処理の流れの概要を示す図である。

ＳＲＳＴにある使用済み樹脂を溶離処理設備に送り（工程Ｓ１）、酸液を添加して溶離し、溶離液を濃縮する（工程Ｓ２）。このうち固形分は焼却炉で焼却し（工程Ｓ３）、液分は濃縮廃液タンク２で濃縮する（工程Ｓ４）。濃縮廃液タンク２は、濃縮器で濃縮された放射能濃度の高い濃縮廃液を長期間貯蔵し、濃縮廃液の放射能を減衰させるものである。

濃縮廃液タンク２から無機化処理設備に廃液を送り、有機形態カーボン１４（C-14o）を無機化処理する（工程Ｓ５）。無機化処理水の一部は濃縮廃液タンク２に返戻され、濃縮廃液タンク２の他の一部は固化処理設備で固化処理する（工程Ｓ６）。最終的には固化処理容器を地層中の最終処分場に搬送し、処分坑のなかに定置し、これをベントナイトブロック等で遮蔽する（工程Ｓ７）。

次に、図２〜図４を参照して無機化処理設備について説明する。

無機化処理設備は、濃縮廃液タンク２を有する溶離処理設備に隣接して設けられ、図２に示すように、ＴＯＣ分解槽１０、薬液タンク３、処理水タンク４、オゾン発生器５、廃オゾン分解セル６、および出力安定器盤８などを備えている。濃縮廃液タンク２にはラインＬ１を通って濃縮器（図示せず）で濃縮された放射能濃度の高い濃縮廃液が導入され、半減期が短い放射性物質を減衰させるために長期間にわたり貯蔵されるようになっている。

ＴＯＣ分解槽の一方側面１０ａの下部には濃縮廃液タンク２に連通する廃液供給ラインＬ２が接続されている。廃液供給ラインＬ２にはポンプＰ２および流量制御弁が取り付けられ、濃縮廃液タンク２からＴＯＣ分解槽１０内に供給される溶離廃液の流量が調整されるようになっている。

廃液供給ラインＬ２の流量制御弁の下流側には薬液ラインＬ３が挿入されている。薬液ラインＬ３にはポンプＰ３および流量制御弁が取り付けられ、ＴＯＣ分解槽１０に導入される直前の溶離廃液に薬液として水酸化ナトリウム溶液が添加されるようになっている。

ＴＯＣ分解槽の他方側面１０ａの下部には処理水タンク４に連通する排水ラインＬ４が接続されている。また、ＴＯＣ分解槽の底面１０ｂにも処理水タンク４に連通する別の複数の排水ラインＬ７が接続されている。前者の排水ラインＬ４は処理水タンク４の上部に連通し、後者の排水ラインＬ７は処理水タンク４の下部にそれぞれ連通している。

ＴＯＣ分解槽の上面１０ｃには雑用水供給源（図示せず）に連通する複数の水洗浄ラインＬ６が接続されている。この水洗浄ラインＬ６はＴＯＣ分解槽１０の内部を経由して上記の排水ラインＬ７に連通している。なお、ＴＯＣ分解槽１０ではラインＬ２，Ｌ４を通る液の流れの方向とラインＬ６，Ｌ７を通る洗浄水の流れの方向とが直交するクロスフロー方式を採用している。また、処理水タンク４のドレインラインＬ５は濃縮廃液タンク２に連通し、ＴＯＣ分解槽１０の内部を洗浄した洗浄排水が濃縮廃液タンク２にポンプＰ５で送られるようになっている。

ＴＯＣ分解槽の底面１０ｂには複数のノズル（図示せず）がほぼ等ピッチ間隔に開口している。これら複数のノズルはオゾン発生器５に連通する複数のオゾン供給ラインＬ８１〜Ｌ８６にそれぞれ接続されている。オゾン供給ラインＬ８１〜Ｌ８６には制御弁Ｖ１〜Ｖ６および流量計Ｆ１〜Ｆ６がそれぞれ取り付けられ、ＴＯＣ分解槽１０内を流れる溶離廃液に所定量のオゾンが吹込まれるようになっている。なお、オゾン発生器５は、０．７ｋＷの電源を備える真空放電型であり、そのオゾン発生能力は２５ｇ／ｈｒ程度である。

ＴＯＣ分解槽の上面１０ｃには廃オゾン分解セル６に連通する複数のベントラインＬ９が接続されている。廃オゾン分解セル６は、廃液の分解反応に寄与しなかった未反応オゾンを分解して無害化するものである。なお、ベントラインＬ９には廃オゾン分解セル６の下流側にオゾンモニタ７が取り付けられ、排気中のオゾン残存量が検出されるようになっている。

ＴＯＣ分解槽１０についてさらに詳しく説明する。

ＴＯＣ分解槽１０は、図３および図４に示すように、基台２０の上に処理水タンク４、廃オゾン分解セル６およびポンプＰ５などとともに設けられている。ＴＯＣ分解槽１０は、連続する複数の分解室１２を備える連続式分解槽であり、その容量は約２０リットルである。廃オゾン分解セル６は、ＴＯＣ分解槽１０からベントラインＬ９を通って出てくる排気中に含まれる未反応のオゾンを分解するものであり、そのサイズは内径約１００ｍｍ×高さ約５００ｍｍである。

ＴＯＣ分解槽１０の内部は複数の仕切１１により仕切られ、複数の縦長の分解室１２が形成されている。ＴＯＣ分解槽１０内で溶離廃液をジグザグに通流させるため、すなわち分解室１２の仕切１１に沿って溶離廃液を上昇または下降を繰り返させるために、仕切１１の上部または下部に交互に連通路が開口している。

各分解室１２内には発光灯１４がそれぞれ挿入されている。発光灯１４はＴＯＣ分解槽の上端部から下端部まで仕切１１とほぼ平行に設けられている。各発光灯１４はＴＯＣ分解槽の上面１０ｃのＵＶランプ１３にそれぞれ接続され、分解室１２内の隅々に至るまで所定波長の紫外線が照射されるようになっている。ＵＶランプ１３は１本当り１２０Ｗであり、６本がＴＯＣ分解槽１０内に設けられている。なお、ＵＶランプ１３の電源はコントロール室の出力安定器盤８により制御されるようになっている。

（実施例）
次に、上記の装置を用いて溶離廃液を実際に処理した実施例を説明する。

処理条件は次の通りである。

１）溶離廃液中の有機形態C-14oの濃度；１０ｐｐｍ
但し、濃縮廃液タンク２からサンプリングして測定した値である。

２）溶離廃液の供給量；２０リットル／時間
３）オゾン吹込み量；０．５ｇ／リットル・時間
４）紫外線の照射量；３６Ｗ／リットル
処理結果は次の通りである。

１）処理水中の有機形態C-14oの濃度；０．１ｐｐｍ以下
但し、処理水タンク４からサンプリングして測定した値である。

本発明は、原子力発電所等の施設に貯蔵されている放射性イオン交換樹脂を無機化して安定化することに利用される。

使用済みイオン交換樹脂処理溶離液の無機化処理の概要を示すフローチャート。本発明の方法に用いる廃樹脂処理装置を示す構成ブロック図。廃樹脂処理装置の正面図。廃樹脂処理装置の平面図。各種放射線物質の線量当量の経時変化を示す減衰曲線。

符号の説明

２…廃樹脂濃縮タンク（使用済み樹脂溶離廃液貯槽）、３…薬液タンク、
４…処理水タンク、５…オゾン発生器、６…廃オゾン分解セル、
７…オゾンモニタ、８…出力安定器盤、
１０…ＴＯＣ分解槽、１０ａ…側面、１０ｂ…底面、１０ｃ…上面、
１１…仕切、１２…分解室、１３…ＵＶランプ、１４…発光灯、
１９…流量調整部、２０…基台、
Ｌ１〜Ｌ９…ライン、
Ｐ２，Ｐ３，Ｐ５…ポンプ、
Ｆ１〜Ｆ６…流量計、
Ｖ１〜Ｖ６…バルブ。

Claims

使用済みイオン交換樹脂に含まれる放射性物質を酸液により溶離し分離して溶離液とし、この溶離液を分解槽に導入して流動させ、該分解槽内を流動する間に溶離液に紫外線を照射するとともにオゾンを吹込み、溶離液の酸化を促進させ、該溶離液中に含まれる有機形態のC-14oを無機形態のC-14iに変えることを特徴とする使用済みイオン交換樹脂処理溶離液の無機化処理方法。
前記分解槽内に多段に設けられた複数の紫外線ランプを用いて、前記分解槽内を流動する溶離液に紫外線を照射することを特徴とする請求項１記載の方法。
前記分解槽の下部に開口する複数の配管を備えたオゾン発生器を用いて、前記分解槽内を流動する溶離液にオゾンを吹込むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記分解槽の内部を仕切り、溶離液を通流させる通路が上部と下部に交互に開口する複数の仕切を用いて、これら複数の仕切に沿って溶離液を前記分解槽内で上昇と下降を繰り返させることを特徴とする請求項１記載の方法。