JPS6221099A - 放射性液体廃棄物処理装置 - 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】 〔発明の技術分野） 本発明は金属イオンを含有する放射性液体廃棄物の処理
方法に関し、特に放飼１生廃棄物を酸化分解する一連の
処理方法に適した金属イオンを除去するための上記処理
方法に関する。

（発明の技術的背景とその問題点） 原子力発電所等の放射性物質取扱い施設においては、種
々の固体または液体の放射性有機廃棄物か発生するが、
現在のところその多くは最終処分方法か未だ確立せず流
動的であるため、例えば固体廃棄物である使用済みイオ
ン交換樹脂やフィルタースラッジなどはそのままタンク
等に貯蔵１呆管されてあり、放射性廃棄物の減容化は緊
急かつ重要な課題とされている。固体廃棄物の中でも特
に使用済みイオン交換樹脂のような放射性有機廃棄物は
大量に発生するため、これを減容することは廃棄物棺の
減少に大きく貢献する。

ところで放射性有機廃棄物は有機高分子物質でおり、化
学＋ｒｊ造的に分解することが可能なため、これらの減
容化方法としでは従来から乾式焼却法、湿式焼却法、熱
分解法、化学分解法等の検討がなされているが、次のよ
うな種々の問題がある。

まず、乾式焼却法は廃棄物をそのまま焼却炉で焼却する
方法で必って、多くの方式の検討おるいは開発か行なわ
れているが、熱量のコントロールが必要でありかつ前処
理が必要であるので操作や設備が複雑となる難点がある
。また焼却炉からの焼却灰の飛散や有害ガス（ＳＯｘ　
、　ＮＯｘ等）の発生の問題があり、これらへの対応が
放削能対策や装置材料対策を含めて必要であり、ざらに
放射性物質が高温で処理されるために核種の移行という
問題もあって多くの困難をともなう。

湿式焼却法は廃棄物を水溶液中または硫酸銅水溶液中で
２０〜１００気圧、２００〜３００°Ｃの高温高圧下で
酸素また）ユ空気を送り込んで燃焼させる方法でおるが
、減容率か前述の乾式焼却法に比較して数段劣るという
難点かおる。

熱分解法は廃棄物を酸素の供給を遮断して加熱分解させ
る方法であって、不活ｉ生カス雰囲気の条件下に高温で
放射性有機廃棄物を熱分解するため乾式焼却法に比較し
て発生する煤塵の覆が少ないという利点を有する。しか
しこの方法では分解ガスの燃焼工程かさらに必要て必る
上に、乾式焼却法の場合と同様に放射性核種の移行の問
題かおる。

化学的分解法は薬剤との化学反応により廃棄樹脂を酸化
分解させるもので、次のような方法が検討されている。

■　熱濃硫酸（１３０〜３００’Ｃ）で放飼性有機物を
炭化させた後、硝酸または過酸化水素で酸化分解する方
法。

■　主として鉄イオン、ｊ同イオンまたはクロム酸イオ
ンあるいは重クロム酸イオンの存在する溶液中で有機物
を過酸化水素と接触させて酸化分解する方法。

■　■の方法で分解した酸化分解液中に存在する金属イ
オンを、電解反応により金属を析出分離させ、それによ
り処理液のその後の取扱いを容易にする方法。

■　■の方法で使用済みイオン交換樹脂を対象として酸
化分解工程で触媒塩として銅イオンを用い、酸化分解液
中に存在Ｊ−る金属イオンを電解反応により金属を析出
分離させた後、処理液を′ａ縮して再び金属銅（愼板上
の銅でよい）と高温で接触させて処理液中の硫酸成分を
分解する方法。

しかしながら、■の方法では強力な酸および酸化剤を高
温で取扱うために、装置材料の選定が非常に厳しいとい
う難点がある上、金属イオンはそのまま残留するという
欠点がある。

■の方法では存在する金属イオンにより分解可能な放射
性廃棄物の種類が限定される場合がおり、ざらに添加し
た金属塩により減容効果がｗｃ役されるという難点があ
る。

■の方法では金属イオンは回収されるものの、回収した
金属イオンは金属廃棄物として残り、また処理液中には
金属塩の陰イオンが酸として残留するため減容性はあま
り改善されないという難点がある。

■の方法は添加する触媒としての金属塩（硫酸銅）の再
使用が可能になり、かつ樹脂中にスルホン基が存在する
ことによる酸の発生をさらに分解できることで大幅に減
容性は改善される。しかしながら、この方法では金属イ
オンは平板上の電極の上に層状に析出されるために、電
解漕容積中の電極面積に限度かめること、またその析出
層の厚みにはパラつきか生じ易く、厚みのコントロール
が難しいなどの難点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記情況に鑑みてなされたもので、放射性有機
廃棄物を酸化分解した金属イオンを含有する放射は廃液
から高い回収率て効率よく金属イオンを回収すること８
目的とし、ざらに、上記金属イオンを放射性有機廃棄物
の酸化分解に再利用しやすい形態で回収することを目的
とするものである。

〔発明の概要〕

すなわら本発明は、金属イオンを含有する１５′ｌ射性
液体廃史物を導電性の粉末を陰極とする電解溝において
電気分解することにより前記金属＠前記導電ｊ生粉末上
に析出させて分離回収することを特徴とする放射ｊ生液
体麿乗物の道理方法に関する。

本発明の対象となる金属イオンを含有する放射１生液体
廃棄物は、例えば放射性廃棄物を触媒としての金属塩の
存在下に過酸化水素と反応させて酸化分解したものでお
り、その代表的なものは原子力発電所で放射性廃液の処
理に使用されるカチオンまたはアニオン交換樹脂を酸化
分解させたものである。上記触媒としては、例えば硫酸
第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄、硫酸銅
などを代表例とする鉄、銅、コバルト、ニッケル、鉛、
マンガン、クロム、セリウム等の金属の塩が挙げられる
。

上記の酸化分解反応ではイオン交換樹脂中の炭素成分お
よび水素成分は酸化されて主として二酸化炭素および水
蒸気となって除去され、残りの酸化分解液は含−ｒオウ
成分か分解した硫酸イオン、触媒の金属塩またはイオン
交換により吸着された金属イオン等を含む透明な液体で
ある。なお過濱化水素による酸化分解の代りに加熱加圧
下（約２００〜３００’Ｃ，２０〜ｉｏｏ気圧）て放棄
含有ガスを圧入する方法も可能であり、この酸化分解液
も本発明による処理の対象となる。

また、本発明で使用される導電：生の粉末はカーホン粒
子が好ましいか、陰極とへりうる導電性の粉末てあれば
いすでもよく、例えば銅、白金等の粉末が用いられる。

（発明の実施例〕 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を説明するための電解（伯の
説明図である。第１図に示すように、電解槽は下方に液
整流部１、上方に電解槽部２を有して構成され、液整流
部１と電解槽部２との間には多孔板などの分散板３が設
置されている。液整流部１の底部には被処理液導入口４
が設置されており、一方電解槽部２は陰電極の集電体と
して作用する容器壁５、中央部に設置された陽楊６、陽
橿６の周囲に間隔をおいて設置された導電性粉末を通さ
ない膜７、電慢の固定を兼ねた蓋８から構成され、蓋８
と容器壁５の間に電圧がかけられ、両者の間には氾縁を
兼ねたパツキン９が挿入されている。電解槽部２の内部
には導電性粉末１０か浮遊状態で存在しく図面には一部
のみ記載）、上部にはオーバーフロー管１１、下部には
排出ノズル１２が設置されている。

上記電解槽で、液体放射性有機廃棄物を電解処理する場
合は、まず被処理液導入口４より廃液を入れ、分散板３
を通して電解槽部２゛に導入する。

電解槽部２内の導電性粉末（本実施例ではカーボン粒子
）１０は導入された廃液中に浮遊し、電源に接続された
容器壁５に接触して陰極となり、陰極となったカーボン
粒子と中心部の陽極６との間で電解が行なわれる。電解
を終った廃液はオーバーフロー管１１より排出され、一
方力−ボン粒子は表面に金属が析出して比重が増加し、
電解槽部２の底部に移行して排出ノズル１２により取り
出される。

金属イオンのカーボン粒子への析出反応の例は次のとあ
りである。

Ｆｅ２＋＋２ｅ−→Ｆｅ Ｆｅ３＋＋３ｅ−→Ｆｅ Ｃｕ２　＋＋２６”−＋Ｃｕ かかる反応により廃液中の金属イオンはほぼ１００％陰
電極に析出させて分離回収することができる。金属イオ
ンの中にはイオン交換樹脂により吸着されたものもあり
、これらは放射化されているので、このように金属イオ
ンを分離することにより廃液の放射能濃度も低下させる
ことができる。

本発明の電解処理は、前述したように、イオン交換樹脂
等の放射性廃秦物を金属塩触媒の存在下過酸化水素で酸
化分解して得たｔｉＩｌ躬１生廃液に対して適用する場
合に最も効果的となる。すなわら、本発明の電解処理は
単に金属の回収率が高いだけでなく、導電性粉末上に析
出した金属を剥離しないでそのまま次の工程に利用する
ことが可能であり、ざらに金属を消費した後の導電性粉
末は再び電解処理に使用することができるという利点を
有する。これら一連の放射性廃棄物込理工程を第２図に
示し、以下に簡単に説明する。

すなわち第２図において、イオン交換樹脂等の放剣性廃
棄物２１は金属塩触媒の存在下に過酸化水素と接触して
酸化分解され、酸化分解液２２となる。

次にこの酸化分解液２２（金属イオンを含んでいる）を
本発明により電解処理して金属を析出させ、残りは電解
反応残液２３となる。電解反応残液２３は木炭、イオウ
のような還元剤あるいは銅のようなイオン化傾向が水素
より低い金属と接触させながら加熱濃縮することにより
、硫酸イオンが二酸化イオウに１元し除去される。この
反応は例えば以下に示すとおりである。

２Ｈ２Ｓ０４＋Ｃ→２Ｓ０２↑＋ＣＯ２↑＋２Ｈ２０Ｃ
Ｌｌ＋２Ｈ２ＳＯ４→（ＪＩＳＯ４＋ＳＯ２↑＋２　Ｈ
２０この反応式で示されるように、木炭等の還元剤を用
いた場合はｔｉ酸イオンは二酸化イオウとなってほぼ完
全に分解され、銅のような２価金属を用いた場合は理論
上その５０％が分解される。ここで用いる金属銅は先の
電解で導電性籾米（カーホン粒子）に析出させた金属銅
を利用するのが好都合である。この析出金属銅は極めて
比表面積か大きく、反応性がよい。また反応により金属
銅が消費されたカーボン粒子は再度電解槽に戻して電解
反応に使用することが可能である。カーホン粒子はこの
ようにリサイクル使用できるので、二次廃棄物とならな
い。

この脱硫反応おいて発生する二酸化イオウは、前述の酸
化分解反応に伴う炭酸カスや水蒸気と同様に放射能のカ
スへの移行は惨めで小さく、従来の廃カス処理技術で処
理が可能である。

この脱硫反応後の分解残液２４は当初の酸化分解反応に
使用できる。もし反応液中の放射能濃度が許容量を越え
るようでおれば、必要に応じて再度銅の析出を行なった
後、おるいはそのまま廃液２５として廃液処理系で処理
する。あるいは中和および乾燥処理した後、得られた粉
末上の乾燥残漬２６を例えばポリエステル樹脂等の同化
材を混合して同化体２７とする。この方法によれば発生
する固化体の量は従来のイオン交換樹脂をそのままセメ
ント固化する場合の１／１００　、　’Ｈ燥扮粉末後プ
ラスチック固化する場合の１／２０とすることができる
。

次に本発明の実施例をざらに具体的に説明する。

電解処理すべき放射性の液体廃棄物は、粉末状のイオン
交換樹脂（商品名：パウデックス、カヂオン樹脂とアニ
オン樹脂を乾燥重量で１：１に混合したもの）１に！ｊ
をＴａ酸銅水溶液を触媒塩として約５０ｐのガラス製容
器で杓ｉ　ｏ　ｏ　’ｃに加熱し、過酸化水素を連続添
加することにより分解したものである。以上の操作で３
バッチ分の分解液を作成した。

この分解液２０Ｂ　（銅量は約２モル）を第１図に示す
電解槽で電解し、カーボン粒子上にほぼ１００％の回収
率で銅を析出回収した。

比較のため従来の電解槽で上記と同じ酸化分解液を電解
した。使用した電解槽は第３図に示す構造のもので、電
解槽３１にはカーボンの陰極３２と表面に白金浦を貼っ
た陽極３３を吊しである。この電解槽に廃液３４を入れ
て電圧を両電極間にかけて電解した。

上記両電解処理の結果を第４図および第５図に示す。第
４図は胴回収率の経時変化を示すものであり、第５図は
総合電流効率の経時変化を示すものであって、いずれも
実線が本発明の場合、破線が従来法の場合である。これ
らの図かられかるように本発明の方法は従来法とほぼ同
じ回収データを示しているが、電解槽容積は本発明方法
が４ρであるのに対し従来法は４０βであるから、本発
明は非常に小型化された電解槽でほぼ同等の効果を秦し
ているのがわかる。

本発明の上記処理方法で得られた金属銅はカーボン粒子
上に極めて均一な厚さで析出している。

このカーボン粒子上の銅をそのまま使用して銅析出後の
廃液のｆｌｕ’（Ｆｉｌイオン分解を次のように行なっ
た。

１バッチ分の銅回収を終えた廃液をとり出し、約３１の
ガラス製フラスコに少しづつ投入して加熱濃縮し、液温
を１６０°Ｃとした。この時点て３ハツチ分の回収金属
銅をこの液に投入したところ、大量のＳＯ２ガスの発生
が認められた。また残り２バッチ分の銅回収を終えた廃
液を、このフラスコの液温か１６０’Ｃに維持されるよ
うに添加していったところＳＯ２カスの発生が続き、最
終的なＳ０２ガスの発生量は硫酸の分解率にして９０％
を超り゛結果を得た。比較のため、従来の平板電解によ
る電解によって得られた析出銅を使用して同様に硫酸イ
オンの分解を行なった。結果を第６図に示す。同図から
明らかなように、本発明方法により回収した銅によって
分解した場合は分解率か向上していることがわかる。

上記の硫酸分解後の残留廃液に残っているカーボン粒子
を洗浄して洗浄液を残留廃液に加えた。

カーボン粒子には金属鋼の残留は殆んど認められなかっ
た。このカーボン粒子は電解反応に再使用され、一方法
浄液で希釈された廃液は硫酸鋼を主成分とする溶液であ
って、再び廃棄樹脂の分解に触媒塩として使用すること
ができた。また、かかる再使用をしない場合には、この
希釈された廃液はｐＨ調整後乾燥、濃縮し、ざらに粉末
化して、ポリエステル樹脂を同化剤として用いて固化し
た。

これは酸化分解だけで同様に固化した場合に比べて約１
７２に減容することができた。この減容比は銅回収、脱
硫をくり返すことでざらに大きくすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、放射性液体廃棄
物中の金属−ｆオンを従来に比較して極めて小ざな電解
槽で効率よく回収することができ、ざらに放射性廃棄物
処理の一工程として本発明を適用すれば以後の脱硫工程
が容易にかつ効率よく行なうことができ、最終的には廃
臭する同化体を大幅に減容化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実加例を説明するための電ｒｌｆ￥
慣の説明図、第２図は本発明の処理方法を一工程として
含む一連の放射性廃棄物処理の工程図、第３図は従来の
放射性廃液のＮ解に用いられた電解槽の説明図、第４図
は本発明法と従来法の胴回収率の経時変化の比較を示し
た図、第５図は同じく総合電流効率の経時変化の比較を
示した図、第６図は本発明により回収した銅と従来法に
より回収した銅との硫酸分解率の経時変化を比較した図
である。 ２・・・電解槽部、３・・・分散板、４・・・被処理液
導入口、５・・・陰電極の集電体を兼ねた壁、６・・・
陽極、７・・・膜、１０・・・カーホン粒子、１１・・
・オーバーフロー管、１２・・・排出ノズル。 第１図 １１鄭理） 第　　２　　図 第３図 ／、Ｄ　　　２．Ｄ　　　Ｊ、Ｄ　　　４．θ　　、！
；、Ｄ組ゑ端部　（端間） ３１４図 ４．０　　２．Ｄ　　　　Ｊ、Ｄ　　　　４０　　　、
！ｓ、Ｄ齢匝時間　（４聞） 第　　５１！Ｉ 硅を時閉（１４間） 第　６　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属イオンを含有する放射性液体廃棄物を導電性
   の粉末を陰極とする電解槽において電気分解することに
   より前記金属を前記導電性粉末上に析出させて分離回収
   することを特徴とする放射性液体廃棄物の処理方法。
2. （２）導電性粉末が金属粉末または炭素粉末である特許
   請求の範囲第１項記載の放射性廃棄物の処理方法。
3. （３）放射性液体廃棄物が、固体または液体の放射性有
   機廃棄物を金属または金属イオンを触媒として、あるい
   は触媒を使用せずに酸化分解した酸化分解液である特許
   請求の範囲第１項記載の放射性液体廃棄物の処理方法。