WO2012144384A1 - 放射性ハロゲン含有水の浄化方法、透過水の製造方法および放射性ハロゲン含有水の浄化装置 - Google Patents

放射性ハロゲン含有水の浄化方法、透過水の製造方法および放射性ハロゲン含有水の浄化装置 Download PDF

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谷口雅英
前田智宏
佐々木崇夫
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/006—Radioactive compounds

Definitions

  • the present invention relates to a method for purifying seawater, river water, groundwater, wastewater treated water containing radioactive halogen, particularly radioactive iodine, and a device for purifying radioactive halogen-containing water.
  • Patent Document 1 As a method of separating and removing radioactive substances in water, a method of adsorbing on activated carbon, ion exchange resin, zeolite, etc. is the most popular, and is exemplified in Non-Patent Document 1 and Patent Documents 1 and 2, for example. Furthermore, recently, as shown in Non-Patent Document 2, various membrane separation applications have been attempted. Further, Patent Document 3 gives an example in which a reducing agent is added to wastewater and then removed with a reverse osmosis membrane capable of removing low molecules.
  • adsorbents are not preferred, especially when the salinity of the raw wastewater is high because the ability to adsorb halogens such as iodine is inhibited by the salinity.
  • adsorbents are not preferred, especially when the salinity of the raw wastewater is high because the ability to adsorb halogens such as iodine is inhibited by the salinity.
  • radioactive materials are concentrated in the adsorbent itself, and the risk of the treatment facility increases.
  • the method of removing with a reverse osmosis membrane after adding a reducing agent is easy to achieve a stable state in which iodine is easily removed, but the wastewater is mixed with natural water such as river water or rainwater, or the wastewater itself is natural.
  • the effect of the reducing agent such as the need to add a large amount of reducing agent in order to form a complex equilibrium state, such as halogen is taken into various impurities to form a complex May not be fully demonstrated.
  • An object of the present invention is to efficiently remove halogens, in particular iodine, from seawater, river water, groundwater, wastewater treated water, etc. containing radioactive halogens.
  • the present invention has the following configuration.
  • a solid-liquid separation unit that obtains pretreatment water by solid-liquid separation of radioactive halogen-containing water, a first oxidation-reduction potentiometer that measures the oxidation-reduction potential before treatment of the solid-liquid separation unit, and pretreatment water
  • a reducing agent addition unit for adding a reducing agent; a semipermeable membrane unit for separating pretreated water to which the reducing agent is added into concentrated wastewater and permeated water; and a second for measuring a redox potential before the semipermeable membrane unit treatment.
  • Purification equipment for radioactive halogen-containing water equipped with a redox potentiometer.
  • halogen particularly iodine
  • seawater river water, groundwater, wastewater treated water, etc. containing radioactive halogen
  • FIG. 1 An example of the purification apparatus for radioactive halogen-containing water of the present invention is shown in FIG.
  • the purification apparatus for radioactive halogen-containing water shown in FIG. 1 raw wastewater 1 is temporarily stored in a wastewater tank 2, then processed by a pretreatment unit 4 by a supply pump 3, and sent to a pretreatment water tank 5.
  • the pretreatment unit 4 is intended to remove suspended substances, and includes sedimentation separation, flotation separation, sand filtration, and membrane filtration.
  • the flocculant is used. Therefore, it is preferable not to add a flocculant and to apply membrane filtration that can reliably remove suspended components.
  • the oxidation-reduction potential is 800 mV or less, preferably 500 mV or less, and 200 mV or more.
  • wastewater that stays in an anaerobic state in the basement or in the tank may have a redox potential lower than 200 mV in advance. In such a case, there is a problem with supplying it to the pretreatment as it is. Absent. However, since suspended organic matter contained in wastewater is incorporated to some extent by complexing or adsorbing halogen, the oxidation-reduction potential of the wastewater is oxidized by the supply water to the semipermeable membrane unit.
  • the halogen incorporated in the suspension is ionized and solid-liquid separation cannot be performed, and then the redox potential rises and tends to be difficult to remove with a semipermeable membrane unit. It is preferable to lower the oxidation-reduction potential of the pretreatment water supplied to the first semipermeable membrane unit 8 as compared with the oxidation-reduction potential of the wastewater supplied to the unit 4. In addition, it is not deny that the oxidizing agent is added intermittently (for example, several minutes to several tens of minutes / day) for the purpose of cleaning the piping, but it is necessary to pay attention to fluctuations in treated water during that time. Moreover, it is also possible to add a flocculant and an adsorbent only during that time.
  • the reducing agent is added in the reducing agent injection unit 6 so that the pretreatment water has an oxidation-reduction potential below the halogen reduction potential, specifically 500 mV or less, preferably 200 mV or less, more preferably 100 mV or less. Then, it is sent to the first semipermeable membrane unit 8 by the first booster pump 7 and separated (first embodiment of the present invention). As described above, even when the oxidation-reduction potential of the waste water is less than 200 mV, the oxidation-reduction potential may rise before being supplied to the first semi-permeable membrane unit 8, so the first semi-permeable membrane unit.
  • the oxidation-reduction potential before being supplied to 8 is measured, and preferably the reducing agent is sufficiently added so that the oxidation-reduction potential of the pretreated water supplied to the first semipermeable membrane unit 8 is 200 mV or less, more preferably Is preferably maintained at 100 mV or less.
  • the measurement position of the oxidation / reduction potential of the wastewater is preferably in front of the pretreatment unit 4, particularly in the vicinity of the water intake, but even if it is behind the pretreatment unit 4, the object of the present invention is substantially achieved. It is possible to achieve. That is, when a high oxidation-reduction potential is shown at the outlet of the pretreatment unit 4, it is possible to take measures such as adding a reducing agent in front of the pretreatment unit 4. Of course, there is no problem in monitoring the oxidation-reduction potential both before and after the pretreatment unit 4.
  • the redox potential in front of the first semipermeable membrane unit 8 In order to suppress the redox potential in front of the first semipermeable membrane unit 8, it is common to monitor the redox potential in front of the semipermeable membrane unit. Monitoring the redox potential, or both. In particular, it is also preferable to prepare for both in consideration of a case where an increase in the redox potential in the semipermeable membrane unit occurs by monitoring both. Furthermore, monitoring the oxidation-reduction potential before and after the reducing agent injection unit 6 makes it easy to control the amount of reducing agent injection, and to easily detect more than injection, which is one of the preferred embodiments.
  • the redox potential can be measured online or offline using a commercially available ORP meter (redox potential meter). However, when measuring offline, the effects of dissolution of the outside air and temperature changes can be observed. In order to receive, it is preferable to measure online, but it is not particularly limited.
  • ORP meter suitable for this application include PH202 (or OR100) / OR8EFG and PH72 / OR72SN manufactured by Yokogawa Electric Corporation.
  • the separation treatment by the semipermeable membrane has a first purpose of removing iodine.
  • the first semipermeable membrane is obtained by reducing the supply water of the first semipermeable membrane unit 8.
  • the removal rate of iodine in the unit 8 can be improved, further, as a second object, other halogens and the like that become inhibitors when being adsorbed in the adsorption unit 12 at the subsequent stage can be removed.
  • the permeated water of the first semipermeable membrane unit 8 can be discharged or reused as purified water 13 as it is, but subsequently treated by the adsorption unit 12 to reduce the iodine concentration. It is preferable to reduce (the third embodiment of the present invention).
  • the applicable adsorption unit 12 is not particularly limited as long as it can adsorb iodine such as activated carbon or ion exchange resin, but it has high adsorption efficiency and can be desorbed / regenerated.
  • An anion exchange resin is optimal (fourth embodiment of the present invention).
  • FIG. 1 illustrates the case where the semipermeable membrane unit has one stage, but as shown in FIG. 2, the semipermeable membrane may have a plurality of stages.
  • the intermediate water tank 9 and the second booster pump 10 it is possible to provide the intermediate water tank 9 and the second booster pump 10, or directly connect the transmission side of the first semipermeable membrane unit 8 and the supply side of the second semipermeable membrane unit 11, It is possible to omit the intermediate water tank 9 or omit the second booster pump 10.
  • a reducing agent for the purpose of enhancing the removal performance of the second semipermeable membrane unit 11, it is possible to add a reducing agent again, but the reducing agent is added in front of the first semipermeable membrane unit 8.
  • the pH be 8 or more, preferably 9 or more, and then supplied to the second semipermeable membrane unit 11 (fifth embodiment of the present invention). That is, depending on the charge characteristics of the semipermeable membrane, when the reducing agent is acidic or neutral, the permeated water of the first semipermeable membrane unit 8 is often shifted to acidic. To increase the pH. In FIG. 2, the concentrated water of the second semipermeable membrane unit 11 is preferably returned to the upstream side of the first semipermeable membrane unit 8 because the iodine concentration is increased.
  • the suspended substance can be reliably treated without the addition of a flocculant in order to reduce the load on the subsequent semipermeable membrane unit.
  • fine particles of 0.45 ⁇ m or more can be removed by 95% or more, more preferably 99% or more, and furthermore, 0.01 ⁇ m or more of fine particles can be removed by 80% or more, and further 90% or more.
  • it can be done (second embodiment of the invention).
  • the removal performance of the fine particles of the membrane is 0.45 ⁇ m
  • polystyrene latex fine particles K045, manufactured by Iwai Chemicals Co., Ltd.
  • concentration of the filtrate after membrane filtration is measured. Can be obtained.
  • liquids containing 1000 ppm of dextran having different molecular weights for example, molecular weights of 70 kDa, 100 kDa, 200 kDa, and 500 kDa
  • an approximated curve can be created by the Gompertz function, 150 kDa is regarded as 0.01 ⁇ m, and the blocking performance at 150 kDa is estimated.
  • a stirring type ultra folder (UHP-43K, capacity 70 mL) having a membrane area of 11.64 cm 2 is used, and the dispersion is stirred while being stirred at a pressure of 10 kPa.
  • a mini-module having an effective length of about 20 cm ⁇ 2 pieces is produced, and the apparent membrane surface linear velocity is 1 to 1.5 m.
  • the filtered water obtained by the solid-liquid separation unit 17 can be returned to the waste water tank 2 as illustrated in FIG. 4 or can be returned to the front of the pretreatment unit 4.
  • some raw wastewater may contain volatile iodine, it can be volatile by degassing it by aeration with a gas that does not contain radioactive materials or contain low concentrations in advance. It is also possible to remove iodine (eighth embodiment of the present invention). Volatile iodine may be difficult to remove with a semipermeable membrane unit depending on the pH or temperature of the wastewater, and this is a preferred embodiment because the amount of added chemicals can be reduced in view of the case of pH adjustment at a later stage.
  • FIG. 3 illustrates a case where the concentrated wastewater of the first semipermeable membrane unit 8 is processed by the third semipermeable membrane unit 25.
  • the permeated water 26 of the third semipermeable membrane unit which has a lower quality than the permeated water of the first semipermeable membrane unit 8, may be generated. There is no problem if it can be properly used depending on the situation, and it is also possible to return to the upstream side of the first semipermeable membrane unit 8.
  • the reducing agent may react with the reducing agent to generate an oxidizing agent, and the reducing power of the concentrated water that has passed through the first semipermeable membrane unit 8. It is also a preferable aspect that a reducing agent is added again to the concentrated waste water of the first semipermeable membrane unit 8 since the oxidation-reduction potential may increase.
  • a reducing agent is added again to the concentrated waste water of the first semipermeable membrane unit 8 since the oxidation-reduction potential may increase.
  • the pH of the water supplied to the third semipermeable membrane unit 25 is preferably 7 or less.
  • the concentrated water line of the first semipermeable membrane unit 8 and the supply water line to the third semipermeable membrane unit 25 are directly connected to increase the pressure by the intermediate booster pump 28.
  • the concentrated water of one semipermeable membrane unit 8 is temporarily stored in an intermediate tank or the like and then supplied again to the third semipermeable membrane unit 25 by a booster pump.
  • the pressure energy of the concentrated water in the first semipermeable membrane unit 8 is recovered, energy loss is inevitable, but the chemical addition can be performed at an open or low pressure.
  • FIG. 4 shows an example of the case where the second semipermeable membrane unit 11 and the third semipermeable membrane unit 25 are used together.
  • the first semipermeable membrane unit 8 and It is possible to control the recovery rate ( permeate / feed water) of the second semipermeable membrane unit 11 so that the water quality of the purified water 13 is satisfied at a certain level.
  • the fluctuation that is, the amount of water sent to the concentrated water storage tank 24
  • the third semipermeable membrane unit 25 can be controlled by the third semipermeable membrane unit 25.
  • FIG. 5 shows an example in which the concentration separation unit 18 is applied instead of the third semipermeable membrane unit 25 and FIG. 6 shows the separation of the permeated water 26 of the third semipermeable membrane unit 25 by the concentration separation unit 18. Then, an example in which the concentrated water 19 is refluxed upstream of the first semipermeable membrane unit 8 is shown.
  • the semipermeable membrane unit applicable to the present invention is not particularly limited, but for easy handling, a hollow fiber membrane-like or flat membrane-like semipermeable membrane is housed in a casing to form a fluid separation element (element). It is preferable to use what was loaded in a pressure vessel.
  • the fluid separation element is formed of a flat membrane, for example, generally a semipermeable membrane is wound in a cylindrical shape together with a flow path material (net) around a cylindrical central pipe having a large number of holes.
  • TM700 series and TM800 series manufactured by Toray Industries, Inc. can be mentioned. It is also preferable to configure the semipermeable membrane unit by connecting one or more fluid separation elements in series or in parallel.
  • the membrane structure has a dense layer on at least one side of the membrane, and on the asymmetric membrane having fine pores gradually increasing from the dense layer to the inside of the membrane or the other side, or on the dense layer of the asymmetric membrane.
  • a composite film having a very thin functional layer formed of another material may be used.
  • the feed water is concentrated. Therefore, scale inhibitors, acids and alkalis are added to the feed water of each semipermeable membrane unit to prevent scale precipitation due to concentration and to adjust pH. It is possible to In addition, it is preferable to implement scale inhibitor addition upstream from pH adjustment so that the addition cost can be exhibited. It is also preferable to prevent an abrupt concentration or pH change in the vicinity of the addition port by providing an in-line mixer immediately after the addition of the chemical, or by directly contacting the addition port with the flow of the supply water. .
  • the scale inhibitor is a substance that forms a complex with a metal, a metal ion, or the like in a solution and solubilizes the metal or metal salt, and an organic or inorganic ionic polymer or monomer can be used.
  • organic polymers synthetic polymers such as polyacrylic acid, sulfonated polystyrene, polyacrylamide, and polyallylamine, and natural polymers such as carboxymethylcellulose, chitosan, and alginic acid can be used, and ethylenediaminetetraacetic acid can be used as a monomer.
  • polyphosphate etc. can be used as an inorganic type scale inhibitor.
  • polyphosphate and ethylenediaminetetraacetic acid are particularly preferably used from the viewpoints of availability, ease of operation such as solubility, and cost.
  • the polyphosphate refers to a polymerized inorganic phosphate material having two or more phosphorus atoms in a molecule typified by sodium hexametaphosphate and bonded with an alkali metal, an alkaline earth metal and a phosphate atom.
  • Typical polyphosphates include tetrasodium pyrophosphate, disodium pyrophosphate, sodium tripolyphosphate, sodium tetrapolyphosphate, sodium heptapolyphosphate, sodium decapolyphosphate, sodium metaphosphate, sodium hexametaphosphate, and potassium salts thereof. Etc.
  • sulfuric acid, sodium hydroxide, and calcium hydroxide are generally used as the acid and alkali, but hydrochloric acid, oxalic acid, potassium hydroxide, sodium bicarbonate, ammonium hydroxide, and the like can also be used. However, it is better not to use calcium or magnesium in order to prevent an increase in scale components in seawater.
  • sand filtration when sand filtration is used for pretreatment, it is possible to apply gravity-type filtration that naturally flows down, or it is possible to apply pressurized filtration in which a pressure tank is filled with sand. .
  • sand to be filled single-component sand can be applied.
  • anthracite, silica sand, garnet, pumice, and the like can be combined to increase filtration efficiency.
  • the microfiltration membrane and the ultrafiltration membrane are not particularly limited, and a flat membrane, a hollow fiber membrane, a tubular membrane, a pleat type, or any other shape can be used as appropriate.
  • the material of the membrane is also particularly limited, and inorganic materials such as polyacrylonitrile, polyphenylene sulfone, polyphenylene sulfide sulfone, polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, polysulfone, polyvinyl alcohol, cellulose acetate, and ceramics can be used.
  • inorganic materials such as polyacrylonitrile, polyphenylene sulfone, polyphenylene sulfide sulfone, polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, polysulfone, polyvinyl alcohol, cellulose acetate, and ceramics can be used.
  • inorganic materials such as polyacrylonitrile, polyphenylene sulfone, polyphenylene sulfide sulfone, polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, polysulfone, polyvinyl alcohol, cellulose acetate, and ceramics can be used
  • the feed water contains a large amount of soluble organic matter
  • a chelating agent such as an organic polymer electrolyte or sodium hexametaphosphate may be added, or exchanged with soluble ions using an ion exchange resin or the like.
  • iron or manganese is present in a soluble state, it is also preferable to use an aeration oxidation filtration method, a contact oxidation filtration method, or the like.
  • nanofiltration membrane for pretreatment in order to remove specific ions and polymers in advance and operate the purification apparatus for radioactive halogen-containing water of the present invention with high efficiency.
  • the present invention relates to a method and apparatus for purifying radioactive halogen-containing water that removes radioactive halogen, particularly radioactive iodine, from seawater, river water, groundwater, wastewater-treated water, etc. containing radioactive halogen, and is contained in trace amounts in water. Radioactive iodine can be removed efficiently.

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Abstract

　放射性ハロゲン含有水の酸化還元電位を８００ｍＶ以下にして固液分離し、次いで、得られた前処理水の酸化還元電位を５００ｍＶ以下にして半透膜ユニットで処理して濃縮廃水と透過水に分離することで、放射性ハロゲンを含有する海水、河川水、地下水、排水処理水などから放射性ハロゲン、特に放射性ヨウ素を除去する放射性ハロゲン含有水の浄化方法および装置に関するものであり、水中に微量に含まれる放射性ヨウ素を効率的に除去する。

Description

放射性ハロゲン含有水の浄化方法、透過水の製造方法および放射性ハロゲン含有水の浄化装置
　本発明は、放射性ハロゲン、特に放射性ヨウ素を含有する海水、河川水、地下水、排水処理水を浄化する方法および放射性ハロゲン含有水の浄化装置に関するものである。
　近年電力エネルギー製造システムの中核を担っている原子力発電において、使用済み核燃料の処理は非常に重要な課題となっている。使用済みの核燃料からウランやプルトニウムを回収再利用する場合、大量の水を利用し、放射性物質、とくに、放射性ヨウ素を含有するプロセス廃水が生成する。このプロセス廃水から放射性物質を分離除去し、安全な水を回収することが求められている。また、発電所タービンの定期修理や突然の停止などの場合にも設備内に滞留するプロセス水には放射性ヨウ素が含有している場合が多く、さらに、万一の放射能漏れ事故の場合には、自然環境中の水が放射能を帯びることになるため、その濃度が許容範囲を超える場合、分離除去することが非常に重要となる。
　水中の放射性物質を分離除去する方法として、活性炭、イオン交換樹脂、ゼオライトといったものに吸着させる方法が最もポピュラーであり、例えば、非特許文献１や特許文献１，２において例示されている。さらに、最近では、非特許文献２に示されるように、様々な膜分離の適用も試みられている。また、特許文献３には、廃水に還元剤を添加した後に低分子を除去可能な逆浸透膜で除去する例が挙げられている。
　しかしながら、吸着剤では、とくに原廃水の塩分濃度が高い場合は、塩分によってヨウ素などのハロゲンを吸着する能力が阻害されるため、好ましくない。また、直接高濃度の原廃水を処理すると、吸着剤そのものに放射性物質が濃縮され、処理設備の危険性が高まるという問題があった。また、還元剤を添加してから逆浸透膜で除去する方法は、ヨウ素を除去しやすい安定状態にしやすいが、廃水が河川水や雨水など自然水との混合水であったり、廃水そのものが天然由来であったりする場合、ハロゲンが各種不純物に取り込まれて錯体を形成するなどして、複雑な平衡状態を形成するため、還元剤を多量に添加する必要があったりするなど、還元剤の効果が十分に発揮できない場合があった。
特開昭５８－１５６８９８号公報 特開２０００－９８９２号公報 特開昭６１－１１６６９５号公報
独立行政法人 物質・材料研究機構、革新的実用原子力技術開発費補助事業平成１５年度成果報告書概要版、「放射性ヨウ素の処理処分に関する技術」（２００４） ＩＡＥＡ、Application of Membrane Technologies for Liquid Radioactive Waste Processing (2004).
　本発明の目的は、放射性ハロゲンを含有する海水、河川水、地下水、排水処理水などから効率的に、ハロゲン、特にヨウ素を除去することにある。
　前記課題を解決するために、本発明は次の構成をとる。
　（１）放射性ハロゲン含有水の酸化還元電位を８００ｍＶ以下にして固液分離し、次いで、得られた前処理水の酸化還元電位を５００ｍＶ以下にして半透膜ユニットで処理して濃縮廃水と透過水に分離する放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
　（２）固液分離で０．４５μｍ以上の微粒子を９９％以上除去することを特徴とする（１）に記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
　（３）半透膜ユニット処理後の透過水を吸着ユニットで処理することを特徴とする（１）または（２）に記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
　（４）吸着ユニットがアニオン交換体からなることを特徴とする（３）に記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
　（５）半透膜ユニット処理後の透過水のｐＨを８以上にして、さらに半透膜ユニットで処理することを特徴とする（１）～（４）のいずれかに記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
　（６）固液分離の洗浄排水を別の固液分離装置で処理することを特徴とする（１）～（５）のいずれかに記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
　（７）半透膜ユニット処理後の濃縮廃水をさらに半透膜ユニット、晶析または蒸発処理して浄化水を得ることを特徴とする（１）～（６）のいずれかに記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
　（８）半透膜ユニットで処理する前に脱気を行うことを特徴とする（１）～（７）のいずれかに記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
　（９）（１）～（８）のいずれかに記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法を行うことで透過水を得る透過水の製造方法。
　（１０）放射性ハロゲン含有水を固液分離して前処理水を得る固液分離ユニットと、固液分離ユニット処理前の酸化還元電位を測定する第１の酸化還元電位計と、前処理水に還元剤を添加する還元剤添加ユニットと、還元剤が添加された前処理水を濃縮廃水と透過水に分離する半透膜ユニットと、半透膜ユニット処理前の酸化還元電位を測定する第２の酸化還元電位計を備えた放射性ハロゲン含有水の浄化装置。
　（１１）半透膜ユニットの透過水を処理する吸着ユニットを備えたことを特徴とする（１０）に記載の水の浄化装置。
　本発明によって、放射性ハロゲンを含有する海水、河川水、地下水、排水処理水などから効率的に、ハロゲン、特にヨウ素を除去することができ、放流もしくは再利用可能な、安全な水を製造することが可能となる。
本発明の放射性ハロゲン含有水の浄化方法の一実施態様を示す概略フロー図である。 本発明に係る、透過水をさらに半透膜ユニットで処理する放射性ハロゲン含有水の浄化方法の一実施態様を示す概略フロー図である。 本発明に係る、濃縮水をさらに半透膜ユニットで処理する放射性ハロゲン含有水の浄化方法の一実施態様を示す概略フロー図である。 本発明に係る、透過水と濃縮水をともに、さらに半透膜ユニットで処理する放射性ハロゲン含有水の浄化方法の一実施態様を示す概略フロー図である。 本発明に係る、濃縮水を濃縮分離ユニットで分離処理する放射性ハロゲン含有水の浄化方法の一実施態様を示す概略フロー図である。 本発明にかかる、濃縮水をさらに半透膜ユニットで濃縮した後に濃縮分離ユニット分離する放射性ハロゲン含有水の浄化方法の一実施態様を示す概略フロー図である。
　以下、本発明の望ましい実施の形態を、図面を用いて説明する。ただし、本発明がこれらに限られるものではない。
　本発明の放射性ハロゲン含有水の浄化装置の一例を図１に示す。図１に示す放射性ハロゲン含有水の浄化装置では、原廃水１が廃水タンク２で一旦貯留された後、供給ポンプ３によって前処理ユニット４で処理され、前処理水槽５に送られる。ここで、前処理ユニット４は、懸濁物質除去を目的としており、沈降分離、浮上分離、砂ろ過、膜ろ過が挙げられるが、本発明が目的とする放射性ハロゲン除去という観点からは、凝集剤の添加による廃棄物増加は好ましくないため、凝集剤を添加せず、かつ確実に懸濁成分を除去できる膜ろ過を適用することが好ましい。また、放射性ハロゲンの除去率を上げる目的でアルカリを添加すると、スケールが析出しやすくなるため、濃縮が困難になり好ましくない。さらに、水処理の取水で一般的に適用される次亜塩素酸などの酸化剤を添加すると、原廃水中の有機物が分解し、低分子化するとともに、ハロゲンと反応したり、次亜塩素酸との交換反応が起こったりして成分が複雑化し、前処理効率・除去率が低下するため、本発明においては添加するべきではない。さらに、何らかの成分によって廃水が酸化状態にある場合もそのまま処理すると、配管中や前処理などに付着した汚れや有機物などが分解され、漏出してくる場合があるため、前処理に供する廃水の酸化還元電位が高い場合は、予め、還元剤を添加するなどして、酸化状態にならないようにすることが好ましい。ただし、前処理で還元状態にすると、嫌気化し懸濁物と反応してしまう場合があるため、半透膜ユニットに供給される時点で還元状態を維持するためには、前処理前での還元剤の添加は最小限に抑えることが好ましい。具体的には、酸化還元電位を８００ｍV以下、好ましくは５００ｍＶ以下に抑え、かつ、２００ｍV以上にすると好ましい。もちろん、地下やタンク内の嫌気状態に滞留している廃水などでは、廃水が予め２００ｍVを下回る酸化還元電位である場合があるが、そのような場合は、そのまま前処理に供給することに問題はない。ただし、廃水に含まれる懸濁性有機物などにはある程度ハロゲンが錯体になったり、吸着されたりするなどして取り込まれているため、廃水の酸化還元電位を半透膜ユニットへの供給水の酸化還元電位よりも低くすると、懸濁物に取り込まれているハロゲンがイオン化して固液分離できず、その後に酸化還元電位が上がって、半透膜ユニットで除去しにくい傾向に向かうため、前処理ユニット４に供給する廃水の酸化還元電位に比べて第1の半透膜ユニット８に供給する前処理水の酸化還元電位を低くしておくことが好ましい。なお、配管の洗浄を目的として、間欠的（例えば、数分～数十分／日）に酸化剤を添加することを否定するものではないが、その間の処理水質変動に留意する必要がある。また、その間だけ、凝集剤や吸着剤を添加することも可能である。
　前処理水は、酸化還元電位をハロゲンの還元電位以下、具体的には５００ｍV以下、好ましくは、２００ｍＶ以下、さらに好ましくは１００ｍV以下となるように還元剤注入ユニット６で還元剤が添加された後に、第１の昇圧ポンプ７によって第１の半透膜ユニット８に送られて分離処理される（本発明の第１の実施態様）。前述のように、廃水の酸化還元電位が２００ｍVを下回る場合も、第1の半透膜ユニット８に供給されるまでに、酸化還元電位が上昇する場合があるので、第1の半透膜ユニット８に供給される前の酸化還元電位を測定し、好ましくは還元剤を十分に添加して、第1の半透膜ユニット８に供給される前処理水の酸化還元電位が２００ｍV以下、さらに好ましくは１００ｍV以下に維持することが好ましい。
　ここで、廃水の酸化還元電位の測定位置は、前処理ユニット４の前、とくに、取水近傍であることが好ましいが、前処理ユニット４の後ろにあっても、本発明の目的を実質的に達成することが可能である。すなわち、前処理ユニット４の出口で高い酸化還元電位を示した場合に、前処理ユニット４の前で還元剤を添加するなどの対応をとることができる。もちろん、前処理ユニット４の前後両方で酸化還元電位を監視することも全く問題ない。
　また、第1の半透膜ユニット８の前の酸化還元電位を抑えるにあたっても、半透膜ユニットの前で酸化還元電位を監視することが一般的であるが、半透膜ユニットの濃縮水の酸化還元電位を監視すること、さらには、両方でも差し支えない。とくに、両方監視することによって、半透膜ユニット内での酸化還元電位上昇が起こった場合のことを考慮すると、両方に備えることも好ましい。さらに、還元剤注入ユニット６の前後で酸化還元電位を監視すると、還元剤注入量の制御もしやすく、また、注入以上の検知も行いやすいので、好ましい実施態様の一つである。
　酸化還元電位の測定に関しては、市販のＯＲＰ計（酸化還元電位計）を使ってオンラインもしくはオフラインで測定することが可能であるが、オフラインで測定する場合は、外気の溶解や温度変化の影響を受けるため、オンラインで測定することが好ましいが、特に制約されるものではない。本用途に適したＯＲＰ計としては、例えば、横川電機株式会社製のＰＨ２０２（もしくはＯＲ１００）／ＯＲ８ＥＦＧ、ＰＨ７２／ＯＲ７２ＳＮなどを挙げることができる。
　この半透膜による分離処理は、ヨウ素を除去することを第１の目的とし、本発明においては、第１の半透膜ユニット８の供給水を還元状態にすることによって第１の半透膜ユニット８におけるヨウ素の除去率を向上させることができるが、さらに、第２の目的として、後段の吸着ユニット１２において吸着処理される場合に阻害物質となる他のハロゲンなどを除去することができる。
　第１の半透膜ユニット８の透過水は、水質が満足する場合は、そのまま、浄化水１３として放流もしくは再利用に供することが出来るが、引き続いて、吸着ユニット１２で処理され、ヨウ素濃度を低減することが好ましい（本発明の第３の実施態様）。ここで、適用可能な吸着ユニット１２としては、活性炭やイオン交換樹脂など、ヨウ素を吸着できるものであれば、特に制限されるものではないが、吸着効率が高く脱着・再生が可能である点からアニオン交換樹脂が最適である（本発明の第４の実施態様）。ところで、第１の半透膜ユニット８の濃縮廃水は、必要に応じてエネルギー回収ユニット２３で圧力エネルギーを回収した後に、濃縮（減容）水貯留槽２４に蓄えられる。
　図１では、半透膜ユニットが１段の場合を例示しているが、図２に示すように、半透膜を複数段にすることも可能である。この場合、中間水槽９や第２の昇圧ポンプ１０を備えることも可能であるし、第１の半透膜ユニット８の透過側と第２の半透膜ユニット１１の供給側を直結して、中間水槽９を省略したり、第２の昇圧ポンプ１０を省略したりすることも可能である。ここで、第２の半透膜ユニット１１の除去性能を高める目的で、再度還元剤を添加することも可能であるが、第１の半透膜ユニット８の前で還元剤が添加されていることを鑑み、ｐＨを８以上、好ましくは９以上にしてから第２の半透膜ユニット１１に供給することがさらに好ましい（本発明の第５の実施態様）。すなわち、半透膜の荷電特性にもよるが、還元剤が酸性もしくは中性の場合は、第１の半透膜ユニット８の透過水も酸性にシフトしていることが多く、この場合はアルカリを添加して、ｐＨを上げることになる。なお、図２では第２の半透膜ユニット１１の濃縮水は、ヨウ素濃度が高められているため、第１の半透膜ユニット８の上流に還流することも好ましい。
　前処理ユニット４の分離性能に関しては、後段の半透膜ユニットへの負荷を低減するために、凝集剤の添加なしで懸濁物質を確実に処理できることが好ましい。具体的には、０．４５μｍ以上の微粒子を９５％以上、さらに好ましくは、９９％以上除去することができ、さらには、０．０１μｍ以上の微粒子を８０％以上、さらには、９０％以上除去できることが好ましい（本発明の第２の実施態様）。
　ここで、膜の微粒子の除去性能は、０．４５μｍの場合、例えば、ポリスチレンラテックス微粒子（岩井化学薬品株式会社製、Ｋ０４５）もしくは同等品を純水２０ｐｐｍ分散させ、膜ろ過した濾液の濃度を測定することによって得ることができる。また、０．０１μｍの場合は、分子量の異なるデキストラン（例えば、分子量７０ｋＤａ、１００ｋＤａ、２００ｋＤａ、５００ｋＤａ）を１０００ｐｐｍ含む液をそれぞれ調製、ろ過を行い、原水とろ液の濃度から得られた阻止率を元に、ゴンペルツ関数によって近似曲線を作成し、１５０ｋＤａを０．０１μｍと見なし、１５０ｋＤａのときの阻止性能を推算することによって得ることができる。
　なお、濾液を得る方法としては、例えば、平膜の場合は、膜面積１１．６４ｃｍ２の攪拌型ウルトラフォルダー（ＵＨＰ－４３Ｋ、容量７０ｍＬ）を用い、圧力１０ｋＰａで分散液を攪拌させながら、ろ過し、ろ過開始後２５～５０ｍＬまでの２５ｍＬをサンプリングする方法、中空糸膜の場合は、有効長２０ｃｍ×２本程度のミニモジュールを作製して、見かけの膜面線速度が１～１．５ｍ／ｓになるようにして、圧力５ｋＰａで分散液を通水し、中空糸膜の内部の５倍量の水がろ過された時点から、濾液のサンプリングを行う方法が挙げられる。
　ところで、固液分離に用いた前処理ユニット４からは、沈降汚泥や洗浄排水が生じる。とくに、前処理が砂ろ過や膜分離の場合は、定期的な逆洗が必要となるため、処理水の２～１０％程度の量の洗浄排水を生じる。そこで、図４に例示するように、この洗浄排水を他の固液分離ユニット１７でさらに分離処理して、排水を減容することが好ましい（本発明の第６の実施態様）。このような用途に用いられる固液分離ユニット１７としては、やはり、膜分離装置が適しているが、とくに、逆洗排水槽１６に直接固液分離ユニット１７を浸漬するタイプのものが好適である。これによって、前処理ユニット４から生じる放射性物質を減容することができる。また、固液分離ユニット１７で得られたろ過水は、図４に例示するように廃水タンク２に戻すこともできれば、前処理ユニット４の前に戻すことも可能である。さらに、原廃水によっては、揮発性のヨウ素を含有している場合もあるため、あらかじめ放射性物質を含まないもしくは低濃度含有する気体で曝気するなどして、脱気しておくことによって揮発性のヨウ素を除去することも可能である（本発明の第８の実施態様）。揮発性のヨウ素は廃水のｐＨや温度などによっては半透膜ユニットで除去しにくい場合があり、後段でｐＨ調整する場合を鑑みても添加薬品量も減らすことが出来るため、好ましい態様である。
　さらに、第１の半透膜ユニット８の濃縮廃水も減容化することが好ましい。減容化の方法については特に制約はないが、再度半透膜を用いる方法、蒸発法、晶析が特に好ましく採用できる（本発明の第７の実施態様）。図３には、第１の半透膜ユニット８の濃縮廃水を第３の半透膜ユニット２５で処理する場合を例示する。この場合、プロセスや運転条件によっては、第１の半透膜ユニット８の透過水よりも水質が悪い第３の半透膜ユニットの透過水２６が生成する場合があるが、再利用の用途に応じて使い分けることができる場合は問題なく、また、第１の半透膜ユニット８の上流に還流することも可能である。
　ここで、原廃水１に銅やコバルト、マンガンなどが存在すると、還元剤と反応して酸化剤を生成する場合があり、第１の半透膜ユニット８を通って来た濃縮水の還元力が低下し、酸化還元電位が上昇することがあるので、第１の半透膜ユニット８の濃縮廃水に再度還元剤を添加することも好ましい態様である。また、還元剤の添加によって、ｐＨが低下すると、半透膜によるヨウ素の除去性能は低下傾向になるが、第３の半透膜ユニット２５でのスケール発生が抑制される条件になる場合は、濃縮を高めることが可能となり、好ましい態様である。具体的には、第３の半透膜ユニット２５への供給水のｐＨを７以下にするとよい。
　なお、図３では、第1の半透膜ユニット８の濃縮水ラインと第３の半透膜ユニット２５への供給水ラインを直結して中間昇圧ポンプ２８で昇圧するようにしているが、第1の半透膜ユニット８の濃縮水を一旦中間タンクなどに貯留した後に改めて昇圧ポンプで第３の半透膜ユニット２５に供給することももちろん問題ない。これによって、第１の半透膜ユニット８の濃縮水の圧力エネルギーを回収したとしてもエネルギーロスは避けられないが、薬液添加を開放もしくは低圧で実施できるようになる。
　図４には、第２の半透膜ユニット１１と第３の半透膜ユニット２５を併用する場合の一例を示すが、このようなシステムにすることによって、第１の半透膜ユニット８と第２の半透膜ユニット１１の回収率（＝透過水／供給水）を調節して、ある程度のレベルで浄化水１３の水質が満足するように制御することが可能であり、さらに、生じる水量変動（すなわち、濃縮水貯留槽２４に送られる水量）を第３の半透膜ユニット２５でコントロールすることが可能となる。
　図５には第３の半透膜ユニット２５の代わりに、濃縮分離ユニット１８を適用した場合の一例、図６は、第３の半透膜ユニット２５の透過水２６を濃縮分離ユニット１８で分離し、濃縮水１９を第１の半透膜ユニット８の上流に還流する一例を示す。
　本発明においては、上記で説明した本発明の実施態様のいずれかで放射性ハロゲン含有水の浄化を行い透過水を得ることも好ましい実施態様である。
　本発明に適用可能な半透膜ユニットとしては、特に制約はないが、取扱いを容易にするため中空糸膜状や平膜状の半透膜を筐体に納めて流体分離素子（エレメント）としたものを耐圧容器に装填したものを用いることが好ましい。流体分離素子は、平膜で形成する場合、例えば、多数の孔を穿設した筒状の中心パイプの周りに、半透膜を流路材（ネット）とともに円筒状に巻回したものが一般的であり、市販製品としては、東レ（株）製逆浸透膜エレメントＴＭ７００シリーズやＴＭ８００シリーズを挙げることができる。これら、流体分離素子は１本でも、また、複数本を直列あるいは並列に接続して半透膜ユニットを構成することも好ましい。
　半透膜素材には酢酸セルロース系ポリマー、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ビニルポリマーなどの高分子素材を使用することができる。またその膜構造は、膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜や、非対称膜の緻密層の上に別の素材で形成された非常に薄い機能層を有する複合膜のどちらでもよい。
　半透膜ユニットにおいては、供給水が濃縮されるため、濃縮によるスケール析出を防止したりｐＨ調整のためにそれぞれの半透膜ユニットの供給水に対してスケール防止剤や酸・アルカリを添加したりすることが可能である。なお、スケール防止剤添加は、その添加高価を発揮できるように、ｐＨ調整よりも上流側で実施することが好ましい。また、薬品添加の直後にはインラインミキサーを設けたり、添加口を供給水の流れに直接接触するようにするなどして添加口近傍での急激な濃度やｐＨ変化を防止したりすることも好ましい。
　スケール防止剤とは、溶液中の金属、金属イオンなどと錯体を形成し、金属あるいは金属塩を可溶化させるもので、有機や無機のイオン性ポリマーあるいはモノマーが使用できる。有機系のポリマーとしてはポリアクリル酸、スルホン化ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリアリルアミンなどの合成ポリマーやカルボキシメチルセルロース、キトサン、アルギン酸などの天然高分子が、モノマーとしてはエチレンジアミン四酢酸などが使用できる。また、無機系のスケール防止剤としてはポリリン酸塩などが使用できる。これらのスケール防止剤の中では入手のしやすさ、溶解性など操作のしやすさ、価格の点から特にポリリン酸塩、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）が好適に用いられる。ポリリン酸塩とはヘキサメタリン酸ナトリウムを代表とする分子内に２個以上のリン原子を有し、アルカリ金属、アルカリ土類金属とリン酸原子などにより結合した重合無機リン酸系物質をいう。代表的なポリリン酸塩としては、ピロリン酸四ナトリウム、ピロリン酸二ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム、ヘプタポリリン酸ナトリウム、デカポリリン酸ナトリウム、メタリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、およびこれらのカリウム塩などがあげられる。
　一方、酸やアルカリとしては、硫酸や水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムが一般的に用いられるが、塩酸、シュウ酸、水酸化カリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化アンモニウムなどを使用することもできる。但し、海水へのスケール成分の増加を防止するためには、カルシウムやマグネシウムは使用しない方がよい。
　ここで、前処理に砂ろ過を用いる場合は、自然に流下する方式の重力式ろ過を適用することもできれば、加圧タンクの中に砂を充填した加圧式ろ過を適用することも可能である。充填する砂も、単一成分の砂を適用することが可能であるが、例えば、アンスラサイト、珪砂、ガーネット、軽石など、を組み合わせて、ろ過効率を高めることが可能である。精密ろ過膜や限外ろ過膜についても、特に制約はなく、平膜、中空糸膜、管状型膜、プリーツ型、その他いかなる形状のものも適宜用いることができる。膜の素材についても、特に限定されるもの、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェニレンスルフィドスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、酢酸セルロースや、セラミック等の無機素材を用いることができるが、原水性状によっては、劣化しやすいものがあるので注意が必要である。また、ろ過方式にしても供給水を加圧してろ過する加圧ろ過方式や透過側を吸引してろ過する吸引ろ過方式のいずれも適用可能である。
　一方、供給水に溶解性の有機物が多く含まれている場合は、加圧浮上や活性炭ろ過を適用するのも好ましい。また、溶解性の無機物が多く含まれている場合は、有機系高分子電解質やヘキサメタ燐酸ソーダなどのキレート剤を添加したり、イオン交換樹脂などを用いて溶解性イオンと交換したりするとよい。また、鉄やマンガンが可溶な状態で存在しているときは、曝気酸化ろ過法や接触酸化ろ過法などを用いることも好ましい。
　あらかじめ特定イオンや高分子などを除去し、本発明の放射性ハロゲン含有水の浄化装置を高効率で運転することを目的として、前処理にナノろ過膜を用いることも可能である。
　本発明は、放射性ハロゲンを含有する海水、河川水、地下水、排水処理水などから放射性ハロゲン、特に放射性ヨウ素を除去する放射性ハロゲン含有水の浄化方法および装置に関するものであり、水中に微量に含まれる放射性ヨウ素を効率的に除去することができる。
１：原廃水
２：廃水タンク
３：供給ポンプ
４：前処理ユニット
５：前処理水槽
６：還元剤注入ユニット
７：第１の昇圧ポンプ
８：第１の半透膜ユニット
９：中間水槽
１０：第２の昇圧ポンプ
１１：第２の半透膜ユニット
１２：吸着ユニット
１３：浄化水
１４：バルブ
１５：逆洗水槽
１６：逆洗排水槽
１７：固液分離ユニット
１８：濃縮分離ユニット
１９：濃縮水
２０：脱気ユニット
２１：凝縮ユニット
２２：回収蒸気
２３：エネルギー回収ユニット
２４：濃縮水貯留槽
２５：第３の半透膜ユニット
２６：第３の半透膜ユニットの透過水
２７：第３の半透膜ユニットの濃縮水
２８：中間昇圧ポンプ
２９：アルカリ添加ユニット

Claims (11)

  1. 放射性ハロゲン含有水の酸化還元電位を８００ｍＶ以下にして固液分離し、次いで、得られた前処理水の酸化還元電位を５００ｍＶ以下にして半透膜ユニットで処理して濃縮廃水と透過水に分離する放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
  2. 固液分離で０．４５μｍ以上の微粒子を９９％以上除去することを特徴とする請求項１に記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
  3. 半透膜ユニット処理後の透過水を吸着ユニットで処理することを特徴とする請求項１または２に記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
  4. 吸着ユニットがアニオン交換体からなることを特徴とする請求項３に記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
  5. 半透膜ユニット処理後の透過水のｐＨを８以上にして、さらに半透膜ユニットで処理することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
  6. 固液分離の洗浄排水を別の固液分離装置で処理することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
  7. 半透膜ユニット処理後の濃縮廃水をさらに半透膜ユニット、晶析または蒸発処理して浄化水を得ることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
  8. 半透膜ユニットで処理する前に脱気を行うことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法。
  9. 請求項１～８のいずれかに記載の放射性ハロゲン含有水の浄化方法を行うことで透過水を得る透過水の製造方法。
  10. 放射性ハロゲン含有水を固液分離して前処理水を得る固液分離ユニットと、固液分離ユニット処理前の酸化還元電位を測定する第１の酸化還元電位計と、前処理水に還元剤を添加する還元剤添加ユニットと、還元剤が添加された前処理水を濃縮廃水と透過水に分離する半透膜ユニットと、半透膜ユニット処理前の酸化還元電位を測定する第２の酸化還元電位計を備えた放射性ハロゲン含有水の浄化装置。
  11. 半透膜ユニットの透過水を処理する吸着ユニットを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の水の浄化装置。
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