JP2012037270A

JP2012037270A - 放射性廃液処理装置

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Publication number: JP2012037270A
Application number: JP2010175373A
Authority: JP
Inventors: Takeaki Muto; 武明武藤; Atsushi Yukita; 篤雪田
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2030-08-04
Also published as: JP5340237B2

Abstract

【課題】ＬＣＷろ過装置へのクラッド負荷を低減するとともに、デカント水の放射能濃度上昇の低減を行い、濃縮廃液ひいては固化体の線量率上昇を低減できる放射性廃液処理装置を提供することにある。
【解決手段】沈降分離槽８は、ＣＵＷろ過脱塩装置５からの不溶解性成分を沈降分離により液体と分離する。逆洗水受タンク５０は、沈降分離槽８とは別体に設けられ、復水ろ過装置３の逆洗水を受け入れ、難沈降性の懸濁固形分を沈降分離する。ろ過装置５２は、逆洗水受タンク５０内の液体をろ過分離し、加熱器５３により廃液を加熱し、ろ過水をＬＣＷ収集タンクに戻し、濃縮液を前記ろ過装置に戻す。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉の運転に伴って発生する放射性液体廃棄物処理装置に係り、特に、プロセスライン上のＬＣＷろ過装置へのクラッドによる負荷を低減すると共にクラッドをＨＣＷ濃縮処理することなく難沈降性不溶解性成分を処理するのに好適な放射性廃液処理装置に関する。

従来の原子力発電所における沈降分離槽廻り処理では、復水ろ過装置の逆洗水はＣＵＷ沈降分離槽へ移送され、沈降分離により固形分を沈降させた後、そのデカント水をＬＣＷ収集槽へ移送し、ＬＣＷ廃液処理系で処理される。沈降分離槽にて沈降分離させたクラッド，使用済樹脂は放射能を十分に減衰させた後、沈降分離槽内で上澄み液と均一に混合した後約１０ｗｔ％スラリー状態で固化系へ移送される。

ここで、沈降分離槽内の懸濁固形分は、復水ろ過装置の逆洗水中に含まれる発電所の復水系統の機器および配管を構成する鋼材が、復水と接して腐食することにより発生した鉄錆成分が主体であり、その化学形態はＦｅ_３Ｏ_４およびＦｅ_２Ｏ_３の鉄酸化物、ならびにＦｅＯＯＨの鉄水酸化物である。原子力発電所の復水は不純物が少なく、その水質は純水に近いものである。従って沈降分離槽の上澄み水も純水に近い水質であり、その導電率は１μＳ／ｃｍと低く、また、ｐＨ値も６付近となる。このような条件では鉄水酸化物であるＦｅＯＯＨが液中にコロイド状態で分散して重力による沈降が起こりにくくなる。従って、デカント水の鉄濃度は時間をおいても下がらず、デカント水に相当量の微細クラッドが混入する。デカント水はプロセスライン上のＬＣＷ収集槽に移送され、後段のＬＣＷろ過装置でろ過されるため、ＬＣＷろ過装置がクラッドにより目詰まりを起こし、差圧上昇が早くなる。現状、デカント水中のクラッド濃度は最大５００ｐｐｍ程度であり、ＬＣＷ系での受入処理の目安である２０ｐｐｍを大幅に上回っており、ＬＣＷろ過装置の差圧上昇の主な原因となっている。このため処理能力回復のための逆洗頻度が多くなりＬＣＷ系の運転が成り立たなくなっている。

それに対して、沈降分離槽内のｐＨを調整することによりクラッドの沈降を促進し、ＬＣＷ系へのクラッド流入量を低減するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１記載の方法では、ｐＨ調整により沈降したクラッドは沈降嵩密度が非常に小さく沈降クラッド体積が大きくなるため、沈降分離槽に貯蔵可能な最大スラッジ層高に設計貯蔵年数以前に到達してしまう恐れがあった。そのためスラッジ貯蔵能力確保のためには沈降分離槽を増容量する必要があった。

それに対して、沈降分離槽にろ過器を設け、ろ過器にてろ過したデカント水をプロセスライン上のＬＣＷ収集槽に移送するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６２−１６１０９６号公報特開平１１−１５３６９６号公報

しかしながら、特許文献２記載のものでは、沈降分離槽には、復水ろ過装置の逆洗水の他に、ＣＵＷろ過脱塩装置の使用済樹脂も移送される。使用済樹脂の放射線量率は高いため、デカント水の放射能濃度も高くなり、放射能を十分に減衰させた後、固化する必要がある。

本発明の目的は、ＬＣＷろ過装置へのクラッド負荷を低減するとともに、デカント水の放射能濃度上昇の低減を行い、濃縮廃液ひいては固化体の線量率上昇を低減できる放射性廃液処理装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、ＣＵＷろ過脱塩装置からの不溶解性成分を沈降分離により液体と分離する沈降分離槽と、該沈降分離槽とは別体に設けられ、復水ろ過装置の逆洗水を受け入れ、難沈降性の懸濁固形分を沈降分離する逆洗水受濃縮タンクと、前記逆洗水受濃縮タンク内の液体をろ過分離するろ過装置とを備え、前記沈降分離槽の上澄み液及び前記ろ過装置のろ過水をＬＣＷ収集タンクに戻し、前記ろ過装置の濃縮液を前記逆洗水受濃縮タンクに戻すように構成すると共に、さらに、前記逆洗水受濃縮タンク内の液体を加熱する加熱器を備えるようにしたものである。

かかる構成により、ＬＣＷろ過装置へのクラッド負荷を低減するとともに、デカント水の放射能濃度上昇の低減を行い、濃縮廃液ひいては固化体の線量率上昇を低減できるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記ろ過装置として、クロスフロー方式のろ過装置を用いるようにしたものである。

（３）上記（１）において、前記加熱器は、前記逆洗水受濃縮タンクから前記ろ過装置を経て前記逆洗水受濃縮タンクに廃液を戻す循環ラインに、若しくは、前記逆洗水受濃縮タンクの内部、若しくは、前記逆洗水受濃縮タンクの上流側に設置するようにしたものである。

本発明によれば、ＬＣＷろ過装置へのクラッド負荷を低減するとともに、デカント水の放射能濃度上昇の低減を行い、濃縮廃液ひいては固化体の線量率上昇を低減できるものとなる。

本発明の一実施形態による原子力発電所における放射性廃液処理装置の構成を示すシステムフロー図である。本発明の一実施形態による原子力発電所における放射性廃液処理装置による沈降速度の説明図である。

以下、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態による放射性廃液処理装置の構成及び動作について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による原子力発電所における放射性廃液処理装置の構成を示すシステムフロー図である。図２は、本発明の一実施形態による原子力発電所における放射性廃液処理装置による沈降速度の説明図である。

原子炉１で発生した蒸気は、主復水器２により復水される。復水された水は、復水ろ過装置３によりろ過され、復水脱塩装置４により脱塩処理された後、原子炉１に戻される。また、原子炉冷却材ろ過脱塩装置５により、原子炉冷却材のろ過及び脱塩が行われる。

一方、原子炉系統及びタービン系統等にて発生したＬＣＷ系統廃液１１は、ＬＣＷ収集槽１２に収集され、ＬＣＷ収集ポンプ１３により、ＬＣＷろ過装置（中空糸膜フィルター）１４に移送され、ＬＣＷろ過装置１４にて固形分をろ過分離される。ＬＣＷろ過装置１４の差圧は、差圧計ＤＰにより測定される。差圧が規定値に達すると、ろ過装置１４の内部の中空糸膜面の逆洗を行い、逆洗水は原子炉冷却材浄化系（ＣＵＷ）沈降分離槽８へ送られる。ＬＣＷろ過装置１４にて固形分を分離された廃液は、ＬＣＷ脱塩装置１５にてイオン性不純物を除去され、ＬＣＷサンプル槽１６においてサンプリングした後、ＬＣＷサンプルポンプ１７により復水貯蔵槽１８に移送され、復水移送ポンプ１９により移送され、プラント水として再使用される。

また、ＣＵＷろ過脱塩装置５の使用済樹脂７は、ＣＵＷ沈降分離槽８へ移送され、沈降分離により固形分を沈降させた後、その沈降分離槽上澄み水（デカント水）９をデカントポンプ２１によりＬＣＷ収集槽１２へ移送し、ＬＣＷ廃液処理系で処理される。沈降分離槽８にて沈降分離させた使用済樹脂は放射能を十分に減衰させた後、沈降分離槽８内で上澄み液と均一に混合した後、沈降スラッジ２２はスラッジ抜き出しポンプ２３により、約１０ｗｔ％スラリー状態で固化系へ移送される。

本実施形態では、復水ろ過装置３の逆洗水６は、一旦、ＣＦ逆洗水受タンク５０にて受入られる。ＣＦ逆洗水ポンプ５１により、ＣＦ逆洗水濃縮タンク５２に移送される。

ＣＦ逆洗水濃縮タンク５２にてＣＦ逆洗水液８中のクラッドの濃縮を行う。逆洗水受濃縮タンク５２には、デカントポンプ１０により、ろ過装置２４を経て逆洗水受濃縮タンクに廃液を戻す循環ライン２５が設けられており、この循環ライン２５に、クロスフロー方式のろ過装置２４及び廃液加熱器５３が設置されている。また、デカントポンプ１０により、ＣＦ逆洗水はろ過装置２４に移送され、デカント水中のクラッドはクロスフローろ過装置２４により濃縮される。デカント水からクラッドを分離した後のろ過液２６はＬＣＷ収集槽１２へ移送され、他のＬＣＷ系統廃液１１と共にＬＣＷ収集ポンプ１３にてＬＣＷろ過装置１４に移送され、懸濁固形分をろ過分離した後、最終的にＬＣＷ脱塩装置１５にてイオン性不純物を除去された後、清浄な水となってプラント再使用水として回収される。

ろ過液２６は、ろ過装置２４によりクラッドを主体とする懸濁固形分が１ｐｐｍ以下にまで除去されていて、また導電率も１μＳ／ｃｍ程度であることからＬＣＷ系統にて容易にかつ安定して処理できる。

一方、ろ過装置２４にてろ過分離されたクラッドを主体とした懸濁固形分は再びＣＦ逆洗水濃縮タンク５２に回収され、濃縮されることになる。

次に、廃液加熱器５３について説明する。廃液加熱器５３は、デカントポンプ１０により、逆洗水受濃縮タンク５２からろ過装置２４に送液される廃液を所定温度まで加熱する。加熱された廃液は循環ライン２５により逆洗水受濃縮タンク５２に戻されるため、結果的に、逆洗水受濃縮タンク５２の内部の廃液が加熱される。

廃液加熱器５３として、ここでは、熱交換器を用いている。熱交換器の熱源としては、原子炉１で発生した蒸気の一部を使用する。熱交換器により高温蒸気と低温の廃液の間で熱交換し、廃液を加熱する。このように、熱源として、原子炉１で発生した蒸気の一部を使用することで、別途熱源を設ける必要が無くなる。本実施形態では、さらに、温度センサＳｔと制御器５４とを備えている。温度センサＳｔは、逆洗水受濃縮タンク５２の内部の温度を測定する。制御器５４は、温度センサＳｔにより検出された逆洗水受濃縮タンク５２の内部の温度が所定温度となるように、廃液加熱器５３による加熱を制御する。上述のように廃液加熱器５３として、熱交換器を用いた場合、制御器５４は、熱交換器に蒸気を供給する配管中に設けられた開度制御弁の開度を制御して、熱交換器に供給する蒸気の量を可変する。逆洗水受濃縮タンク５２からろ過装置２４に送液される廃液の流速は、例えば、２ｍ／ｓ程度であるため、蒸気により十分に加熱することができる。

なお、廃液加熱器５３としては、熱交換器の他に、電気ヒーター等を用いることもできる。

次に、図２を用いて、逆洗水受濃縮タンク５２の内部の廃液を加熱したことによる固形分の沈降速度の変化について説明する。図２において、横軸は沈降時間（ｈｒ）を示し、縦軸は固形分の濃度（ｐｐｍ）を示している。

図２において、測定開始時の原液の固形分濃度は約４００ｐｐｍであった。それに対して、本実施形態の加熱を行わない場合には、図中に一点鎖線で示すように、９６時間後に固形分濃度は３５０ｐｐｍ程度であり、固形分の濃度が徐々に低下する。このとき、逆洗水受濃縮タンク５２の内部の廃液の温度は常温であり、外気温によって変動するが、平均的に２５℃程度であった。

それに対して、破線は逆洗水受濃縮タンク５２の内部の廃液を５０℃に加熱した場合の固形分濃度を示している。加熱開始前に約４００ｐｐｍの濃度であったものが、２４時間後に１７０ｐｐｍ程度まで減少し、さらに、９６時間後には５０ｐｐｍ以下まで減少した。

また、実線は逆洗水受濃縮タンク５２の内部の廃液を８０℃に加熱した場合の固形分濃度を示している。加熱開始前に約４００ｐｐｍの濃度であったものが、２４時間後に２０ｐｐｍ程度まで減少し、さらに、９６時間後には１０ｐｐｍ以下まで減少した。

以上のように、難沈降性クラッド含有水の廃液温度を常温よりも高い温度に加熱することにより沈降速度が従来の１０倍から１００倍に向上することが可能となる。すなわち、本実施形態では、難沈降性クラッド含有水の廃液をクロスフローろ過により濃縮し、更に、廃液を加熱することにより難沈降性クラッドの粒径を大きくし、凝集させるものであり、沈降速度を向上させることができる。

なお、以上の説明では、廃液加熱器５３は、デカントポンプ１０とろ過装置２４の間の循環ライン２５に設けているが、ろ過装置２４と逆洗水受濃縮タンク５２の間の循環ライン２５に設けるようにしてもよいものである。

また、廃液加熱器５３は、逆洗水受濃縮タンク５２の内部に設けることもできる。この場合、廃液加熱器としては、電気ヒーターを用いる。この際、逆洗水受濃縮タンク５２の容量は数ｍ^３程度であり、それほど大容量ではないが内部をできるだけ均一な温度にするためには、逆洗水受濃縮タンク５２の内部の廃液を攪拌する攪拌機構を備えることが好ましいものである。

また、廃液加熱器５３は、逆洗水受濃縮タンク５２の内部の廃液を加熱すればよいものであるため、ＣＦ逆洗水タンク５０と逆洗水受濃縮タンク５２の間の流路中に設けることもできる。この場合には、廃液加熱器として、熱交換器や電気ヒーターを用いることができる。また、ＣＦ逆洗水タンク５０の内部に廃液加熱器を設けることもできる。

ろ過装置２４は、酸化鉄や水酸化鉄等の比較的ろ過性のよい懸濁固形分であれば１〜１０ｗｔ％程度まで濃縮可能であるため、クラッド濃度が最大５００ｐｐｍ程度のデカント水であれば２０〜２００倍程度まで連続的に濃縮できることとなる。沈降分離槽８の上澄み液中の固形分濃度が１〜１０ｗｔ％まで濃縮できるため、沈降分離槽８内の固形分の沈降性は特に考慮する必要無く、沈降分離槽８内で固形物を貯蔵・保管することも可能となる。

これにより、沈降分離槽８への難沈降性のクラッドの持込を防止でき、沈降分離槽８の貯蔵容量の小型化が可能となる。

また、沈降分離槽８の上流側のＣＦ逆洗水受けタンク５０からＣＦ逆洗水濃縮タンク５２にクロスフロー式のろ過装置２４を設けることにより、高線量であるＣＵＷろ過脱塩装置５の使用済樹脂の影響を受ける事がなく、ろ過濃縮処理されクラッドは低線量として取り扱う事ができ、濃縮されたクラッドを直接固化することにより、沈降分離槽８への難沈降性のクラッドの持込を抑制できることから沈降分離槽８のデカント水は清浄であり、効率よくＬＣＷ系の処理を行うことができる。

以上のように、デカント水をＬＣＷ収集槽１２へ移送する前にデカント水中の浮遊クラッドを分離回収しているので、デカント水中のクラッドがＬＣＷ収集槽１２へ移送されないため、ＬＣＷろ過装置１４へのクラッド負荷が低減できる。

また、デカント水の水質は導電率が低く懸濁固形分が鉄錆を主体とするクラッドであることから、デカント水中のクラッドを回収する方式としてろ過方式を採用することができる。

また、デカント水のろ過方式としてクロスフローろ過方式を採用したことにより以下の効果がある。すなわち、廃液中の懸濁固形分のろ過方式としては例えばＬＣＷろ過装置１４として採用しているワンススルーろ過方式の中空糸膜フィルターがあるが、ろ過面における捕捉固形物量に応じて処理能力回復のため逆洗を行う必要があることから、固形分濃度が５０ｐｐｍ以下程度の廃液処理が目安となる。従って、デカント水のように固形物濃度が最大５００ｐｐｍ程度の廃液を処理する場合には頻繁に逆洗を行う必要が生じる。これに比較してクロスフローろ過方式は、固形物濃度が高い場合にも安定した処理が行える。クロスフローろ過方式は、ろ過膜表面に平行に原液を流しつつろ過を行う方式で、懸濁微粒子を除去された清澄なろ液は次工程へ移送され、濃縮液は原液側へ回収される。クロスフローろ過方式では、ろ過膜表面に平行な原液の流れによるせんだん力によってろ過面に堆積するろ過ケークが除去され、ろ過ケークの形成が最小に保たれる。このため、固形分濃度が高い廃液を処理した場合でも、比較的ろ過面の目詰まりが少なく、長期間にわたって高効率のろ過が可能となる。その結果、デカント水中に浮遊クラッドが混入しても、清澄なろ過処理液のみがＬＣＷ収集槽１２へ移送されることとなり、ＬＣＷろ過装置１４へのクラッド負荷はなくなり、ろ過面の逆洗頻度の低減、つまり無用な洗浄排水の発生を防ぐことができる。

沈降分離槽８に、比較的高線量のＣＵＷろ過脱塩装置５の樹脂８と復水ろ過装置３の比較低線量率で難沈降性クラッドが存在しデカント水が両者の混在した場合、比較的高放射能濃度であり、長期間放射能を減衰させる必要があるが、本実施形態では、復水ろ過装置３の比較低線量率のクラッドを沈降分離槽８に入れることなく、ＣＦ逆洗水タンク５０及びＣＦ逆洗水濃縮タンク５２に設置したクロスフロー式ろ過器２４により除去濃縮することにより、沈降分離槽８には難沈降性クラッドを持ち込むことなく、デカント水の水質維持の確保が可能となり、且つ、濃縮した高濃度のクラッドは、放射線量率が低い事より長期間の放射能減衰の必要が無く、直接固化処理が可能となる。デカント水をＨＣＷ濃縮処理した場合にも微細クラッドが混入されていないことから微細クラッドによるキャリーオーバーの問題も無く、沈降分離槽８を増容量することなくスラッジの貯蔵保管が可能となる。

また、難沈降性クラッド含有水の廃液温度を常温よりも高い温度に加熱することにより沈降速度を向上できるので、難沈降性クラッド含有水の廃液をクロスフローろ過により濃縮し、更に、廃液を加熱することにより難沈降性クラッドの粒径を大きくし、凝集させて、沈降速度を向上させることができる。

１…原子炉
２…主復水器
３…復水ろ過装置
４…復水脱塩装置
５…原子炉冷却材ろ過脱塩装置
６…復水ろ過装置逆洗水
７…使用済樹脂
８…ＣＵＷ沈降分離槽
９…沈降分離槽上澄み水（デカント水）
１０…デカントポンプ
１１…ＬＣＷ系統廃液
１２…ＬＣＷ収集槽
１３…ＬＣＷ収集ポンプ
１４…ＬＣＷろ過装置
１５…ＬＣＷ脱塩装置
１６…ＬＣＷサンプル槽
１７…ＬＣＷサンプルポンプ
１８…復水貯蔵槽
１９…復水移送ポンプ
２０…ＬＣＷろ過装置逆洗水
２１…ポンプ
２２…沈降スラッジ
２３…スラッジ抜出しポンプ
２４…クロスフローろ過装置
２５…濃縮液
２６…ろ過液
５０…ＣＦ逆洗水タンク
５１…ＣＦ逆洗水ポンプ
５２…ＣＦ逆洗水濃縮タンク
５３…廃液加熱器
５４…制御器
Ｓｔ…温度センサ

Claims

ＣＵＷろ過脱塩装置からの不溶解性成分を沈降分離により液体と分離する沈降分離槽と、
該沈降分離槽とは別体に設けられ、復水ろ過装置の逆洗水を受け入れ、難沈降性の懸濁固形分を沈降分離する逆洗水受濃縮タンクと、
前記逆洗水受濃縮タンク内の液体をろ過分離するろ過装置とを備え、
前記沈降分離槽の上澄み液及び前記ろ過装置のろ過水をＬＣＷ収集タンクに戻し、前記ろ過装置の濃縮液を前記逆洗水受濃縮タンクに戻すように構成すると共に、
さらに、前記逆洗水受濃縮タンク内の液体を加熱する加熱器を備えることを特徴とする放射性廃液処理装置。
請求項１記載の放射性廃液処理装置において、
前記ろ過装置として、クロスフロー方式のろ過装置を用いることを特徴とする放射性廃液処理装置。
請求項１記載の放射性廃液処理装置において、
前記加熱器は、前記逆洗水受濃縮タンクから前記ろ過装置を経て前記逆洗水受濃縮タンクに廃液を戻す循環ラインに、若しくは、前記逆洗水受濃縮タンクの内部、若しくは、前記逆洗水受濃縮タンクの上流側に設置されることを特徴とする放射性廃液処理装置。