JPS60394A - 放射性廃液の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は放射性廃液の処理法に関する。

（従来技術） 従来放射性廃液の処理法として凝集沈殿法、イオン交換
法、蒸発濃縮法がある。

凝集沈殿法は廃液に凝集剤（アルミニウム塩、鉄塩など
）を添加し、水酸化物などの凝集フロックを形成させる
過程で放射性物質を捕捉し共沈殿させる方法である。こ
の方法は大量の低レベル放射性廃液を低コストで処理す
るのに適しているが、除染係数（処理前の放射能濃度／
処理後の放射能濃度）が１０２以下であるため高レベル
放射性廃液では使用できない。

イオン交換法は廃液中の主な放射性物質が陽イオンとし
て存在するので、これらをイオン交換樹脂によって牧着
除去する方法である。しかしイオン交換樹脂が高価であ
ることと、樹脂の劣化等の問題かめシ、低レベル放射性
廃液で繰シ返し使用することができる場合に限られる。

除染係数は１０２〜１０８程度であるが再生廃液の処理
も大きな問題がある。

蒸発濃縮法は廃液から大量の水を蒸発分ＩＩＩ　ｌ。

放射性物質を廃液中にそのまま残存させる方法である。

この方法は上記二法では除去し件い非イオン性核種も水
から分離できるため除染係数が１０３〜１０７　と高く
、最も優れており、少量の高レベル放射性廃液の除染に
適するが処理コストが最も高くつくため、原子力発電所
などから大量に発生する低レベル−中レベル放射性廃液
の処理としては不適である。

（発明の目的） 本発明の目的は、原子力発電所、ラジオアイソトープを
取扱う施設、およびウランを取扱う施設から排出される
大量の低レベル〜中Ｖペル放射性廃液全従来法に較べ安
価な処理コストで処理しうる放射性廃液の処理方法を提
供することにある。

（発明の構成） 本発明の要旨は、放射性廃液に水ガラスおよび固化助剤
を添加したｊ型外濾過膜処理によシ濃縮し該放射性廃液
を処理するところにある。

本発明の更に好ましい構成としては、上記の如く限外漣
過膜処理により得られた濃縮液を■　直ちに濃縮同化（
例えばアスファルト同化、ガラス固化、蒸発乾固など）
するか ■　界面活性剤を添加して限外沖過膜を洗浄し得られた
液を泡沫分離した後に上記■と同様に濃縮固化する方法
がある。

具体例Ｉ　以下図によって説明する。

第１図において１は循環液槽、２は限外涙過装置、３は
泡沫分離装置、４は濃縮固化装置、５は循環液槽１から
限外濾過槽２へ液を供給するポンプ、６は放射性廃液、
７は水ガラス、８は固化助剤、９はｐＨ調整剤、１０は
界面活性剤１１は限外ｐ過装置２よシの透過液、１２は
限外沖過装置２より循環液槽１へ送られる循環液、１３
は循環液槽１より泡沫分〜１［装置６へ送られる濃縮液
、１４は泡沫分離装置３により分離された泡沫（クロス
）であって濃縮固化装置４へ導かれる、１５は泡沫分離
装置５によシ泡沫１４′ｆ！：分離した後の脱離液、１
６ｉ１：泡沫分離装置へ供給される空気５１７は濃縮固
化された同化体、そして１８は濃縮固化装置４より得ら
れる循環液槽１へ戻される復水を示している。

（１）　原子力発電所、ラジオアイソトープを取り扱う
施設などの放射性廃液６全水ガラス７と混合しながら循
環液槽１に入れる。この廃液６には通常非揮発性核種（
５８Ｃｏ、　”Ｃｏ、　Ｓ９Ｆ＠。

５４Ｍｎ　など）が含まれているが水ガラス７のアルカ
リ作用によって放射性核種は次式（１）〜（３）のよう
に反応して不溶化される。

Ｎａ２Ｏ＋Ｈ２０−＋　２Ｎａ　＋２０Ｈ−（１）６０
０ｏ”−＋２０Ｈ−−＋　６０Ｃｏ（ＯＨ）２↓　−−
−（２）”Ｆｅ”　＋３０Ｈ−→”Ｆｅ（ＯＨ）３↓　
・−（３）水ガラス７けＪ工Ｓクイ酸ナトリウム１〜３
号（Ｎａ２Ｏ−ｎｓｉ０２　・ｍＨ２Ｏ）　として市販
されておシ、こ＼ではケイ酸ゲル（ｎｓｉ０２・ｘＨ２
Ｏ）の生成が速い３号品（５ｔｏ２／　Ｎａ２Ｏ−３，
１５モル比）全使用することが好ましい。水ガラス７の
添加量は廃液６中の懸濁物量に対してＳｉＯ□　として
１〜２０　ｗｔ％添加する。

（２）循環液槽１で水ガラス７と混合された廃液６にさ
らに固化助剤８が添加混合される。固化助剤８として使
用できる薬剤は次のとおシ　゛である。

無機化合物としては亜硫酸（Ｉ（２ｓｏ３）　、硫酸（
Ｈ２ＳＯ４）　ｒ　塩酸（ｍａｔ　）　、硝酸（Ｈ）Ｊ
Ｏ３）＋ホウＮ　（Ｆ１３ＢＯ３）　＋　炭ｅ　（Ｈｚ
ＯＯ３）　、リン′酸（Ｈ３Ｐ０４）　などの無機酸、
亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯｓ　）　ｒ　チオ硫酸ナ
トリウムＣＮ　＆２８２０３　）などの還元性無機酸塩
、硫酸アンモニウム（（ＮＨ４）ｚｓＯ＜　）　、第１
リン酸ナトリウム（ＮａＨ２ＰＯ４）などの無機酸性塩
、−酸化炭素（ｃｏ）、二酸化硫黄（ｓｏ２）、硫化水
素（Ｈ２Ｓ）などの還元性ガス、硫化ナトリウム（Ｎａ
ｍ５）　などの硫化物、塩化カルシウム（ＯａＣ！ｔ２
　）　ｒ硫酸カルシラＡ　（Ｃ！ａｓＯ４）などのアル
カリ土類金属塩、アルミン酸ナトリウＡ　（Ｎａ２Ａ４
０４）　ｒ硫酸アルミニウム（Ａ４（Ｓｏ、）３）など
のアルミニウム塩２重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ２）
　などの炭酸アルカリ、水酸化亜鉛（Ｚｎ（ＯＨ）２　
）などの重金弯が使用できる。

有機化合物としては蟻酸（ＩＴＯＯＯＨ）　、シュウ酸
（（ＯＯＯＨ）２　）　、酢酸（０Ｈ３０００Ｈ）　な
どの有機酸、蟻酸ナトリウム（ＨＯＯＯＮａ　）　、酢
酸ナトリウム（０Ｈ３００ＯＮａ　）などの有機酸塩。

ホルムアルデヒドなどのアルデヒド化合物。

単糖類、還元性少糖類が使用できる。

固化助剤８け水ガラス７のＮ　Ａ２０　と反応当量とな
るように注入し、必要ならばｐＨ旧整剤９で循環液槽１
のｐＨ１５〜９程度に再調整する。水ガラス７と上記放
射性核種の重金属、固化助剤８、ｐＨ調整剤９の複合反
応によシ、水ガラスのケイ酸が遊姉、シ、重合ケイ９　
（ｎ５ｉ０２・ＸＨ２０）　を生成する。この反応機構
は複雑であるため明らかにされていないが、ｐＨ５〜９
で著しく短時間で生じ、上記重金属の一部と重合ケイ酸
が結合することが知られている。

Ｎａ２０−ｎｓｉ０２中ｍＨ２Ｏ−＋ ｎ５１０２・ｘＨ２Ｏ＋ｙＨ２０＋ＺＮａＯＨ＋＋＋（
４）このように混合芒れた液では約１〜５分間で粒状固
形物が形成され液が懸濁する。この粒状固形物には放射
性核種がほぼ１００％含まれており、粒径はおよそ１０
０ｍμ以上である。上記（４）式の重合ケイ酸は廃液中
の懸濁物質（不溶化した放射性核種を含む）同志の結合
剤として作用し、懸濁物質の粒子径を増大させる作用を
もつ。また重合ケイ酸は懸濁物質表面に被膜を形成する
作用をもつ。

（３）該懸濁液は循環液槽１から供給ポンプ５によって
限外濾過装置２に送液される。送液圧は０．５〜４　ｋ
ｇ７ｃｍ２程度である。限外濾過装置２は溶液中の塩類
、溶解した低分子物質を透過させ、懸濁物質、コロイド
および高分子物質は透過させない半透膜による濾過装置
４であって、半透膜の穴の太きでは１〜１０ｍμ程度で
ある。

限外ｐ過膜は廃液中又ｉｄ　（２）に記載のＨＵＢ濁物
質（不溶化した放射性核種ヲ含む）と水を分離する作用
をもつ。

供給液は限外濾過装置２より一部が透過液１１として流
出する。一方供給された液に含まれた懸濁物質５コロイ
ドなどは透過されず循環液１２に含まれる。かくして循
環液槽１、供給ポンプ５、限外濾過膜２および循環液１
２の順に循環が続けられ、循環液槽１内の廃液に含まれ
た懸濁物質（放射性物質を含む）が濃縮される。それに
つれて透過液１１に漏洩する放射性核種は徐々に増加す
るので、この濃縮操作は透過液中の放射能レベルが所定
値を越えない程度迄続けられる。この時の減容比（処理
前の廃液黄／処理後の；）′う数量）は通常５０〜１０
０程度である。

（４）　既に放射性廃液６に洗剤が含まれているような
場合（例えば原子力発電所やＲ工取扱い施設の洗φＭ廃
水のように最初から界面活性剤を含むもの）では、限外
濾過により適当な減容比が得られると、濃縮液１３中に
含まれる界面活性剤が次の泡沫分離装置で必要とする　
１値すなわち１０　ｐｐｍ以上になる場合があるので、
その場合には直ちに濃縮液１３を泡沫分離装置３に送る
。

放射性廃液６に洗剤が含まれていないような場合や、濃
縮液１５中に含まれる界面活性剤が１０　ｐｐｍに達し
ないような場合は界面活性剤１０？循項液槽１に注入し
循ａｔ続行する。界面活性剤１０（たとえばＤＢＳドデ
シルベンゼンスルホン酸ソーダなど）の注入量は濃縮液
１６に対し１０　ｐｐｍ以上となるように添加する。

界面活性剤１０ｉ加えることによ）５限外ヂ過膜而に付
着する懸濁物質を洗浄脱離式せる作用、起泡作用およＯ
・一部の放射性核種の吸着作用をもつ。また生成する重
合ケイ酸は界面活性剤のビルダーとしても作用する（ビ
ルダーとは、それ自身は界ｉ１′７ｊ活性をほとんど示
芒ないが、界面活性剤と併用することにょシその界面活
性力を強めるものをいう）。

（５）その後濃縮液１３を泡沫分離装置６に送る。

泡沫分離装置３は濃縮液１１を起泡させ気泡と液とに分
＾Ｗでせる装置でらり、ＩＦＩＩえＵ濃縮液１３けその
中に含まれる界面活性剤１０と装置３に吹きこまれた空
気１６によって液面に多量の泡沫を発生し、気泡表面に
懸濁物質等を付着させることより、放射性核種分含む懸
濁物質を溶液と分離する。

なお濃縮液１３の界匍活性剤濃度が１０ｐｐｍ以上でな
ければ効果的に泡沫１４は生じない。起泡させる方法と
しては空気吹き込みの他に表面気喘などの方法があり、
いずれの方法も使用できる。その際濃縮液１３に含まれ
る放射性核柚を含む懸濁物質は気泡面に付着し、泡沫１
４が濃縮液１３がら溶液と分離てれる。分離された溶液
は脱離液１５として循環液槽１に戻される。この分離操
作の際濃縮液１３の界面活性剤は、大部分がスカムに移
行し脱離液１３にはほとんど含まれない。

（６）泡沫１４は濃縮固化装置４によって固化され固化
体１７としてドラム缶に充填保管される。その際泡沫１
４の中の水分は復水１８として回収され、再度循環液槽
１に戻して処理する。濃縮固化装置４としてはアスファ
ルト固化、ガラス固化などの公知の手段を使用できる。

即ちアスファルト固化の場合は泡沫１４を蒸発乾固させ
るか、そのまま直ちに１２０〜１６０℃程度に加熱した
アスファルトと攪拌混合してアスファルト中に固形物を
固定するもので６４７、ガラス固化の場合は泡沫１４を
蒸発乾固した後、ホウ砂（Ｎａ２　Ｂ２Ｏ，・１ｏｎｚ
ｏ、）およびクイ砂（主にＳｉｎ、）　’ｉ加えて９０
０〜１３００℃に融解し徐々に除熱してガラス状の固形
物を得るものである。これらのアスファルト固化物、ガ
ラス固化物は放射性物質の廃棄するために極めて安全性
が高いことが知られている。

具体例■ 第２図において１，２．４〜９，１１〜１３゜および１
７．１８は第１図に示すものと同様である。

１、　ウランを取扱うプラントの旋射性廃液６を水ガラ
ス７と混合しながら、循環液槽１に入れる。この廃液６
には通常ウラン化合物（ＵＯ２Ｆ。

など）や副生成物としてのフッ化物（ＨＦなど）が含ま
れている。次式（５）〜（７）のように水ガラスのアル
カリ作用によってウラン化合物を不溶化し、フッ化水素
（ＨＦ）’ｉ固定する。

Ｎａ２Ｏ＋Ｈ２０−＋　２ＮａＯＨ−（５）２ＵＯ１１
’２　＋６ＮａＯＨ−＋　Ｎａ２Ｕ２０７↓＋４］１ａ
？−１−３Ｈ２０・・・（６） 、ＨＦ十ＮａＯＨ−４ＮａＦ十Ｈ２０・・・（７）水ガ
ラスは具体例Ｉと同様にケイ酸ナトリウム３号品（５ｉ
Ｏ１／　Ｎａｎｏ　−１１５）　ｆ使用することが好ま
しい。水ガラスの添加量は廃液中の懸濁物質生成量に対
して５１０２　として１０〜１００　ｗｔＬｆ）添加す
る。具体例Ｉの場合とは異なシこの廃液中にはＨＦが存
在しているため、ＵＯ□Ｆ２とＨＦとの反応当量以上の
Ｎａ２Ｏを必要とするためである。

循環液槽１で水ガラス７と混合された廃液６にさらに固
化助剤８が添加混合される。固化助剤８として使用でき
る薬品は具体例■で記した化合物が使用できるが、同時
にフッ素（Ｆ−）を固定するためにはアルカリ土類金属
塩、アルミニウム塩全用いるのが好都合である。アルカ
リ土類金属塩はフッ化物と反応し不溶化する。

例えばアルカリ土類金属塩として塩化カルシウム（０ａ
Ｏｔ２）を用いると次式（８）のごとく反応する。

０ａＯ６２＋　２ＮａＦ−４Ｃ！ａＦ２↓＋２ＮａＣ４
ｅ　＋　＠　（８Ｊ固化助剤８の添加量は水ガラス７の
Ｎａ２Ｏと反応当量分とフッ素（Ｆ−）の反応当量分の
合削量とし、必要ならばｐＨ調整剤９で循環液槽１のｐ
Ｈが５〜９程度になるように再調整する。

水ガラスと上記ウラン化合物、固化助剤、ｐＨ調整剤と
の複合反応によシ、水ガラスのケイ酸が遊離し、重合ケ
イ酸（ｎｓ１ｏ２・ＸＨ，Ｏ）を生成する。これらの反
応機構は複雑であるため明らかにされていないが、ｐＨ
５〜９では該重合ケイ酸は著しく短時間のうちに生じ、
廃液中に含まれるｒ金属と重合ケイ酸が結合することが
知られている。

上記重合ケイ酸は廃液中のＩ酢濁物質（重ウラン酸ナト
リウム、フッ化カルシウム）同志の結合剤として作用し
、懸濁物質の粒子径を増大てせる作用をもつ。このよう
に混合された液では粒状の固形物が約１〜５分間で形成
され、液が懸濁する。この粒状固形物には放射性核種だ
けでなくフッ化カルシウム（０ａＦ２　）　が＃’ｚ）
Ｙｌｏ。

チ含まれており５粒子径はおよそ２０ｍμ以上となる。

また重合ケイ酸は懸濁物質表面に扱膜に形成する。

次いで循環液槽１から供給ボンダ５によって限外濾過装
置２に送液して具体例Ｉと同様に、限外濾過膜によって
廃液中の上記懸濁物質と廃液を分離して濃縮し、減容化
を行なう。このときの減容比は通常２００〜１０００程
度である。

水ガラスから遊離した重合ケイ酸は液中の懸濁物質を分
散させる作用があるため、膜表面に懸濁物質の沈着を防
止する作用がある。

適当な減容比が得られると娘縮液１３を濃縮固化装置４
に送る。濃縮固化装置４には具体例Ｉと同様に公知の手
段を使用することができる。

なおウラン化合物を回収したい場合には濃縮液１３を綴
縮固化装置４で単に蒸発乾固させた後、°　公知の手段
即ち硝５２　（ＨＮＯ３）　で溶解させればよい。

実施例 本発明の実施例１として６０　（３ｏを含む廃液につい
て具体例１と同様に処理し、実施例２としてはウラン化
合物を含む廃液について具体例■の方法と同様に処理し
た。処理条件、得られた減容比、除染係数を表１に示す
。さらに比較例としてウラン化合物（ＵＦ）を含む実施
例２と同じ廃液について従来の限外沢過法により処理し
た条件及び結果も表１に示す。

さらに実施例１で得られた処理液について、アスファル
ト固化またはガラス同化を行った。

同化条件および得られた固化物の状態について表２に示
す。

表　１ （注〕　限外濾過供給圧力は２．５　ｋｇ／ｃｒｎ２゜
透過速度　’Ｏ１／ｍ２−Ｈｒ 表　２ （発明の効果） （１）　放射性核種全不溶化して重合ケイＮ２により限
外濾過膜を透過せしめない粒径迄粗大化するため、単な
る限外濾過装置ル１ｔにくらべて限外濾過膜での濃縮分
離が効率良く行なえ除染係数を著しく高められる。

（２）界面活性剤と水ガラスから生じる重合ケイ酸との
相互作用によって限外濾過装置よりはとんどの放射性核
種？脱離させ５重合ケイ酸は懸濁物質に液中に分散させ
て該物質の膜表面沈着を防ぎ、界面活性剤は膜の洗浄及
び該物質の脱離作用をもって膜の寿命を延ばし、さらに
膜の繰シ返し使用を可能ならしめる。

（３）界面活性剤が一部の放射性核種に吸着することに
より除染係数を高められる。

（４）　界面活性剤と水ガラスから生じる重合ケイ酸の
相互作用によって起゛泡力が著しく高められる。そのた
め液中の放射性核種全効率良く泡沫分離することができ
る。

（５）　泡沫分離することによシ液量を著しく減容化で
きる。

（６）　アスファルトによって濃縮固化する場合は重合
ケイ酸に榎れた懸濁物質はアスファルトに容易に固着す
るためアスファルト固化速度が大きい。

（７）　重合ケイ酸は非膨潤ゲルであるため、アスファ
ルト中に固定てれた微量の水分を吸収しても膨潤せず、
固化したアスファルトに亀裂を生ぜしめないため放射性
核種の浸出を防止し、安全性を高める。

（３）　ガラス固化による場合は重合ケイ酸がガラス成
分と同一組成であるためガラス同化が極めて容易で、必
要なケイ砂の添加量が少なくて済む。

（９）　ウラン化合物およびフッ素を不溶化して重合ケ
イ酸により限外濾過膜を透過せしめない粒径迄粗大化す
るため、単なる膜分離にくらべて限外濾過膜での濃縮分
離が効率良く行なえ、除染係数を著しく高められる。

上記のように本発明の方法によれば単に廃液を限外沖過
するのにくらべて、著しく除染係数を高めることができ
かつ処理コストはより安価である。大量の低レベル−中
レベル放射性廃液の処理法として、本発明は蒸発濃縮法
にくらべて経済的で、凝集沈殿法よりも除染係数の高い
方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の方法を示すフローシート
である。 役代理人　内　１）　明 復代理人　萩　原　亮　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 放射性廃液に水ガラスおよび固化助剤を添加し限外濾過
   することを特徴とする放射性廃液の処理法。