JP3715570B2

JP3715570B2 - 水中ラジウムの除去方法

Info

Publication number: JP3715570B2
Application number: JP2001389244A
Authority: JP
Inventors: 政喜長沼; 富弘瀧
Original assignee: 核燃料サイクル開発機構
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: JP2003185791A; CA2374861C; CA2374861A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中に含まれているラジウムを除去する方法に関し、更に詳しく述べると、酸化マンガンを用いてラジウムを選択的に吸着させるようにした水中ラジウムの除去方法に関するものである。この技術によれば、廃水中のラジウムを簡便に除去処理できるため、環境負荷の低減に有効である。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ウラン鉱滓の処理、ラジウムを含むウラン廃棄物の処理、ラジウムを含む汚染土壌の処理、あるいはラジウムを含むウラン廃棄物の処置などにおいては、処理水や排水の中に必然的にあるいは意に反してラジウムが含まれる状態が生じうる。廃水中のラジウム濃度の排出基準は、現在、原子炉等規制法などにより３．０Ｂｑ／Ｌに規制されている。しかし地域によっては、地元自治体との上乗せ基準によって更に厳しい排出基準（例えば、０．０３７Ｂｑ／Ｌ以下）に規制されている事業所もある。
【０００３】
従来、ラジウムを含む廃水の処理方法としては、廃水に塩化バリウムと硫酸又は硫酸塩を添加し、発生する硫酸バリウムにより共沈除去する方法がある。しかし、この共沈法は、沈澱池、濾過設備などに広いスペースを必要とする上、発生するラジウム含有固形廃棄物量が多いなどの問題がある。
【０００４】
他の処理方法としては、イオン交換樹脂を用いてラジウムを選択的に吸着除去する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、吸着材として用いるイオン交換樹脂は高価である。そこで、コスト低減化を図るために、吸着材（イオン交換樹脂）を再生して繰り返し使用するのが一般的である。ところが、ラジウムは資源としての利用価値が低いことから、再生工程で発生するラジウム溶離液は、硫酸バリウムによる共沈法などで処理され廃棄物として処置されることになる。従って、そのための処理設備が別途必要となり、十分満足しうる問題解決法とはなっていない。
【０００６】
本発明の目的は、水中に含まれているラジウムを、厳しい規制値以下まで、安価に、簡便に、且つ安定に除去処理できる方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、マンガンを含む中性付近の廃水に、酸化目的で次亜塩素酸ナトリウム溶液を加え、濾過砂により濾過作業を続けている間に、砂粒子の表面に不溶性の酸化マンガン（黒色）が付着すること、更にそのような酸化マンガンが付着した濾過材を用いて引き続き濾過処理を続けるとラジウムが除去できること、を見出し、本発明を完成させるに至ったものである。
【０００８】
本発明に係る水中ラジウムの除去方法は、砂粒子の表面に酸化マンガンが付着した濾過材、あるいは酸化マンガンβ型結晶粒子からなる濾過材に、ラジウムを含む水を接触させることにより、前記濾過材にラジウムを選択的に吸着させることを前提としている。
【０００９】
砂粒子としては、急速濾過あるいは緩速濾過設備で使用されている石英質の多い硬質で粒径の揃った砂が好適である。濾過材としては、マンガンを含む廃水に酸化剤を加え濾過砂で濾過している間に酸化したマンガンが砂粒子の表面に付着した濾過材（以下、「生成砂」という）がある。また他の濾過材としては、主に水中のマンガン除去用に市販されているマンガン砂と呼ばれる特殊濾過材などでもよい。なお、マンガン砂は、砂粒子の表面に接触酸化性のある被膜（二酸化マンガン）を人工的に付着させ安定化させた濾過材である。また酸化マンガンβ型結晶粒子は、長時間かけて徐々に結晶化させた単一結晶体である。
【００１１】
ここで本発明の特徴は、粒子表面に酸化マンガンが付着している濾過材に、酸化条件下で、ラジウム及びマンガンを含む水を接触させることにより、前記濾過材表面に酸化マンガンを継続的に付着させつつ、ラジウムを選択的に吸着させる点である。この方法は、粒子表面に酸化マンガンが付着し続けるため、長期間にわたって効率よくラジウムを吸着除去することができる利点がある。
【００１２】
なお、ラジウムを含む水と濾過材を接触させる方法としては、バッチ法でもよいし、カラム法でもよい。
【００１３】
また、水中に鉄分が含まれている場合には、上記の水中ラジウムの除去方法の前処理として、水中の鉄分を酸化処理することで鉄分を除去しておくことが望ましい。ラジウムを除去する前段で鉄を空気酸化法あるいは凝集沈澱法などにより除去することで、濾過材を充填したカラムへの通水時の圧力損失の増加がなく、安定且つ確実に除去できる処理プロセスを構築できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る水中ラジウムの除去方法の好ましい実施形態の例を図１に示す。被処理水である廃水は、ラジウムの他、少なくとも鉄分とマンガンを含んでいるものとする。まず、前処理として鉄分を除去する。この鉄分除去は、空気酸化あるいは酸化剤添加により酸化することで行う。除去した鉄分（酸化鉄）は、必要な処理を施した後に処置することになる。
【００１５】
次に、鉄分が除去されラジウムとマンガンを含んでいる廃水は、濾過装置１０（濾過材を充填したカラム）へ導かれる。廃水中の鉄分が除去されているため、カラムへの通水時の圧力損失の増加を防止でき、効率よく濾過処理することが可能となる。カラムには、上記廃水と共に酸化剤として例えば次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）を供給する。ここで使用した濾過材は、砂粒子の表面に酸化マンガンが付着した生成砂である。廃水中のラジウムは生成砂に吸着し、廃水から除去される。また廃水中のマンガンは、酸化剤によって酸化されて酸化マンガンとなり、生成砂の表面に付着する。このようにして、新たに生成される酸化マンガンにラジウムが吸着され続けるため、長期間にわたってラジウムを効率よく除去し続けることが可能となる。
【００１６】
従って、安定したラジウム除去を行うためにも、鉄分除去操作では鉄分のみを除去し、マンガンは水中に溶存したままとしておくことが望ましい。
【００１７】
生成砂は、ラジウムに対して高い選択吸着能を有しているので、通常のイオン交換樹脂と同様に、ラジウムを含む廃水と接触させることにより、ラジウムを厳しい排出規制値（例えば０．０３７Ｂｑ／Ｌ）以下まで容易に除去することができる。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
濾過材４０ｍＬを内径が２０mmφのガラス製カラムに充填して濾過装置を構成した。使用した濾過材は、生成砂、マンガン砂、及び酸化マンガンβ結晶粒子の３種類である。各カラムに通水するラジウム含有水は、次亜塩素酸ナトリウム溶液又は空気酸化により前もって鉄分を除去した廃水である。この廃水は、ラジウム濃度：０．２３Ｂｑ／Ｌ、鉄濃度：０．１ｍｇ／Ｌ以下、マンガン濃度：３．４ｍｇ／Ｌ、カルシウム濃度：２８ｍｇ／Ｌ、マグネシウム濃度：７．５ｍｇ／Ｌ、ｐＨ：７．６であった。この廃水を、室温で空間速度（ＳＶ）５ｈ^-1の通水条件のもとに下降流で１００時間通水し、その間、処理水を２５時間毎に採取して、処理水中のラジウム濃度（Ｂｑ／Ｌ）をエマネーション法（ラジウムから生成する放射性ガス（エマネーション）を測定してラジウムを定量する方法）で測定した。
【００１９】
その結果を表１及び表２に示す。表１は次亜塩素酸ナトリウム溶液を加えて鉄分を除去した場合、表２は空気を供給して鉄分を除去した場合のラジウム濃度である。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
表１及び表２より、次亜塩素酸ナトリウム溶液又は空気酸化で鉄分を除去した廃水を、空間速度（ＳＶ）５ｈ^-1の通水条件下で処理しても、生成砂、マンガン砂、酸化マンガンβ型結晶粒子、いずれの濾過材でも１００時間までの処理水中のラジウム濃度は、０．００９Ｂｑ／Ｌ以下であった。また、廃水中のマンガンは、ラジウムと同様に除去され、１００時間まで通水しても処理水中のマンガン濃度は０．１ｍｇ／Ｌ以下であった。なお、廃水中に含まれているカルシウム及びマグネシウムは、通水初期段階から殆ど除去されずにカラムを通過した。
【００２３】
（実施例２）
生成砂４０ｍＬを内径が２０mmφのガラス製カラムに充填し、次亜塩素酸ナトリウム溶液により前もって鉄分を除去した廃水（ラジウム濃度：０．３１Ｂｑ／Ｌ、鉄濃度：０．１ｍｇ／Ｌ以下、マンガン濃度：１．４ｍｇ／Ｌ、カルシウム濃度：２３ｍｇ／Ｌ、マグネシウム濃度：７．４ｍｇ／Ｌ、ｐＨ：６．９）を、室温で空間速度（ＳＶ）を変えてラジウム吸着性能を測定した。その結果を表３に示す。
【００２４】
【表３】

【００２５】
表３より、空間速度（ＳＶ）が２ｈ^-1、５ｈ^-1、及び１２ｈ^-1のいずれの場合も、５００Ｌ／Ｌ−砂までカラムに通水しても、処理水中のラジウム濃度は０．００９Ｂｑ／Ｌ以下であり、ラジウムを良好に除去できることが確認できた。また、廃水中に含まれているマンガン、カルシウム、マグネシウムいずれも、実施例１と同様の挙動を示すことが確認できた。なお、処理量の単位「Ｌ／Ｌ−砂」とは、カラムに充填された１Ｌ（リットル）の砂に対する通水量を意味する。従って、例えば５００Ｌ／Ｌ−砂とは、１Ｌの砂に対して未処理水を５００Ｌ通水したことになる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は基本的には上記のように、砂粒子の表面に酸化マンガンが付着した濾過材、あるいは酸化マンガンβ型結晶粒子からなる濾過材に、ラジウムを含む水を単に接触させる方法であるから、簡便且つ容易に水中ラジウムを効率よく除去することができる。酸化マンガンは、ラジウムに対して選択吸着能が高く、その吸着能は空間速度を変えても安定であり、更に処理後の排水中のラジウムは特定の事業所で上乗せ規制されている極めて厳しい規制値（例えば０．０３７Ｂｑ／Ｌ）以下まで水中ラジウムを安定的に除去することができる。更に、原料に砂を使用することができるから、従来のイオン交換樹脂などに比べて、より安価に、工程的にも簡便に処理することができる。
【００２７】
そして本発明は、濾過材に酸化条件下でラジウム及びマンガンを含む水を接触させる方法であるため、前記濾過材表面に酸化マンガンを継続的に付着させることができ、そのため長期間にわたってラジウムを除去し続けることができる。なお、水中に鉄分が含まれている場合には、前処理として水中の鉄分を酸化処理し鉄分を除去しておくと、カラムへの通水時の圧力損失の増加を抑えることができ、安定且つ確実にラジウムを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水中ラジウム除去方法の実施形態の一例を示すフロー図。
【符号の説明】
１０濾過装置

Claims

粒子表面に酸化マンガンが付着している濾過材に、酸化条件下で、ラジウム及びマンガンを含む水を接触させることにより、前記濾過材表面に酸化マンガンを継続的に付着させつつ、ラジウムを選択的に吸着させることを特徴とする水中ラジウムの除去方法。
水中に鉄分が含まれている場合に、請求項１記載の方法の前処理として、水中の鉄分を酸化処理することでマンガンは水中に溶存したまま鉄分のみを除去しておくことを特徴とする水中ラジウムの除去方法。