JP2013002971A - 放射性廃液の処理方法および処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】放射性廃液を大量かつ迅速に処理できるようにする。
【解決手段】放射性物質を含む廃液の処理装置として、ストレーナ、スクリーン、沈降分離装置を含む前処理装置から選択される前処理装置と、ポリテトラフルオロエチレンを含むフッ素系樹脂製多孔質膜からなる中空糸膜または平膜を備えた膜分離装置と、逆浸透膜装置とを、順次配管を介して連結配置している。
【選択図】図１
【解決手段】放射性物質を含む廃液の処理装置として、ストレーナ、スクリーン、沈降分離装置を含む前処理装置から選択される前処理装置と、ポリテトラフルオロエチレンを含むフッ素系樹脂製多孔質膜からなる中空糸膜または平膜を備えた膜分離装置と、逆浸透膜装置とを、順次配管を介して連結配置している。
【選択図】図１
Description
本発明は放射性廃液の処理方法及び処理装置に関し、天災等で原子力施設が損傷を受けて放射性物質を含む廃液が大量に発生した場合に、該廃液から効率的に放射性物質を除去する処理方法および処理装置に関する。
従来より放射性物質を含む廃液の処理方法が種々提案されている。
例えば、特開平６−１３０１９０号公報に開示されている放射性廃液の処理方法では、第１の処理工程でマイクロ波加熱法により熱分解処理した後、第２処理工程で熱分解後の残渣物に水を加えて溶液化し、第３処理工程で凝集沈殿分別処理し、第４処理工程で膜分離処理し、最終の第５処理工程で放射性成分を含む沈殿濃縮液および分離膜の逆洗液をマイクロ波加熱法により加熱して蒸発、溶融、固化処理している。
また、特開平１１−１０９０９２号公報に、図８に示すように、放射性物質を含んだ廃液を洗浄排水タンク１０１に一旦受け入れた後に、廃液移送用高圧ポンプ１０２により逆浸透膜（ＲＯ膜）１００へ供給して放射性物質を除去分離して排水処理を行い、かつ、逆浸透膜１００を通過する前後の廃液中のＮａ濃度を測定し、測定値から算出されるＮａ透過率により逆浸透膜の劣化状況を評価している。
例えば、特開平６−１３０１９０号公報に開示されている放射性廃液の処理方法では、第１の処理工程でマイクロ波加熱法により熱分解処理した後、第２処理工程で熱分解後の残渣物に水を加えて溶液化し、第３処理工程で凝集沈殿分別処理し、第４処理工程で膜分離処理し、最終の第５処理工程で放射性成分を含む沈殿濃縮液および分離膜の逆洗液をマイクロ波加熱法により加熱して蒸発、溶融、固化処理している。
また、特開平１１−１０９０９２号公報に、図８に示すように、放射性物質を含んだ廃液を洗浄排水タンク１０１に一旦受け入れた後に、廃液移送用高圧ポンプ１０２により逆浸透膜（ＲＯ膜）１００へ供給して放射性物質を除去分離して排水処理を行い、かつ、逆浸透膜１００を通過する前後の廃液中のＮａ濃度を測定し、測定値から算出されるＮａ透過率により逆浸透膜の劣化状況を評価している。
前記特許文献１の処理方法では第１処理工程〜第５処理工程と多数の工程を必要とし、かつ、第１処理工程および第５処理工程ではマイクロ波加熱する必要があり、トン単位の大量の高濃度の放射性廃液を迅速に処理する場合には不適である。
また、特許文献２の逆浸透膜を用いると、廃液から放射性物質を分離除去できるが、特許文献２にも記載されているように、逆浸透膜は劣化状態をチェックしながら使用する必要があり、かつ、濁質が入り込むと直ぐに目詰まりが発生しやすいが、逆浸透膜の素材は耐薬品性が低いため、洗浄が困難であり、頻繁に逆浸透膜の取り替えが必要になる。よって、大量の高濃度の放射性物質を廃液から除去する方法としては改善の余地がある。
また、特許文献２の逆浸透膜を用いると、廃液から放射性物質を分離除去できるが、特許文献２にも記載されているように、逆浸透膜は劣化状態をチェックしながら使用する必要があり、かつ、濁質が入り込むと直ぐに目詰まりが発生しやすいが、逆浸透膜の素材は耐薬品性が低いため、洗浄が困難であり、頻繁に逆浸透膜の取り替えが必要になる。よって、大量の高濃度の放射性物質を廃液から除去する方法としては改善の余地がある。
本発明は、大きな固形物を含む大量の異物が混入されている大量の放射性廃液から放射性物質を分離除去できるとともに、他の異物も同時に分離除去できる放射性廃液の処理方法および処理装置を提供することを課題としている。
前記課題を解決するため、本発明は、
放射性物質を含む廃液の処理装置として、
ストレーナ、スクリーン、沈降分離装置を含む前処理装置から選択される前処理装置と、
ポリテトラフルオロエチレンを含むフッ素系樹脂製多孔質膜からなる中空糸膜または平膜を備えた膜分離装置と、
逆浸透膜装置とを、
順次配管を介して連結配置していることを特徴とする放射性廃液の処理装置を提供している。
放射性物質を含む廃液の処理装置として、
ストレーナ、スクリーン、沈降分離装置を含む前処理装置から選択される前処理装置と、
ポリテトラフルオロエチレンを含むフッ素系樹脂製多孔質膜からなる中空糸膜または平膜を備えた膜分離装置と、
逆浸透膜装置とを、
順次配管を介して連結配置していることを特徴とする放射性廃液の処理装置を提供している。
前記膜分離装置の中空糸膜または平膜はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜からなり、最小０．１〜１μｍの細菌等の懸濁物質および超微粒子を分離除去する精密濾過膜（ＭＦ膜）としていることが好ましい。
前記のように、最終工程の逆浸透膜装置で放射性物質を分離除去する前に、膜分離装置でＰＴＦＥ多孔質膜からなるＭＦ膜を用い、最小０．１〜１μｍの異物を前以て除去できるため、逆浸透膜の目詰まりを低減でき、放射性物質に含まれる１ｎｍ以下のイオンの分離除去率を高めることができる。かつ、ＭＦ膜として用いるＰＴＦＥ多孔質膜は耐薬品性が良いため、逆洗浄を頻繁に行っても劣化せず、大量かつ迅速な放射性廃液の処理に適している。
前記中空糸として延伸ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）多孔質素材を用いることが好ましい。ＰＴＦＥは、酸、アルカリ、溶剤に対して安定性があるため、耐薬品性に優れ、洗浄剤による洗浄が繰り返し行えるため交換頻度を低減でき、かつ、素材の有する優れた非粘着性のため異物からなる懸濁成分を付着しにくくすることができる。さらに、柔軟性および強度も優れているため、下方から気体を加圧噴射してバブリングを発生させ、該バブリングで中空糸を振動させて異物をより付着させにくくできる。よって、大量の廃液処理を迅速に行うことができる。
前記膜分離装置の前工程で用いる前処理装置は、少なくとも１０μｍ以上、好ましくは、１μｍを越える異物を分離除去できる装置であればよく、分離除去する異物の大きさに応じて複数種類の前処理装置を設置することが好ましい。
また、前記膜分離装置の前段、前記膜分離装置と逆浸透膜装置との間、または逆浸透膜装置の濃縮水の後段に、有害なイオン成分を含む放射性のヨウ素、セシウム、ストロンチウム、バリウム、イットリウム、ラジウム、それらの化合物にを吸着するゼオライト、または有機、無機イオン交換体を収容した吸着装置を介設してもよい。
さらに、前記ＭＦ膜を備えた膜分離装置と逆浸透膜装置との間に限外濾過膜（ＵＦ膜）装置、ナノ濾過膜（ＮＦ膜）装置を介設してもよい。
しかしながら、大量の放射性廃液を迅速に処理するには、多段に膜分離装置を設置すると処理速度が遅れるため、前記ＰＴＦＥ多孔質膜からなる膜分離装置の後に逆浸透膜装置を配置することが好ましい。
しかしながら、大量の放射性廃液を迅速に処理するには、多段に膜分離装置を設置すると処理速度が遅れるため、前記ＰＴＦＥ多孔質膜からなる膜分離装置の後に逆浸透膜装置を配置することが好ましい。
さらに、本発明は前記処理装置で放射性物質を分離除去すると共に放射性物質を濃縮減容する放射性廃液の処理方法を提供している。
さらに、前記処理方法において、減容した濃縮水からゼオライト等により放射性物質を吸着固体化することが好ましい。
さらに、前記処理方法において、減容した濃縮水からゼオライト等により放射性物質を吸着固体化することが好ましい。
前記のように、放射性物質を分離除去するために逆浸透膜を用いることは有効であるが、逆浸透膜は目詰まりしやすく、かつ、耐薬品性が低いことより頻繁に交換を行う必要がある問題を、本発明は逆浸透膜の前工程に、耐薬品製に優れるため洗浄力を高くできるＰＴＦＥ多孔質膜からなる膜分離装置を配置することにより、該膜分離装置で逆浸透膜へ供給する廃液中の異物を最小０．１〜１μｍとして逆浸透膜の目詰まりの発生を低減し、放射性廃液が大量であっても迅速に処理できるものとしている。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４に第１実施形態の放射性廃液の処理装置を概略的に示す。
原子力発電施設に設けられる放射性廃液の取出口にパイプ１Ａを介して大型の異物（スラッジ、スケール）を取り除くストレーナ３を備えた前処理装置２を配置している。ストレーナ３は図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、容器内部に収容する金網管３Ａ、３Ｂの網目の空隙を大小相違させて多段に配置することが好ましい。該ストレーナを配置した前処理装置２の排水口にパイプ１Ｂを介して膜分離装置４を設置し、該膜分離装置４に接続した濾過済み液の配管１Ｃを逆浸透膜装置５に接続し、該逆浸透膜装置５の排水口を排水貯蔵プールまたは海洋への排出管１Ｄに接続している。
図１乃至図４に第１実施形態の放射性廃液の処理装置を概略的に示す。
原子力発電施設に設けられる放射性廃液の取出口にパイプ１Ａを介して大型の異物（スラッジ、スケール）を取り除くストレーナ３を備えた前処理装置２を配置している。ストレーナ３は図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、容器内部に収容する金網管３Ａ、３Ｂの網目の空隙を大小相違させて多段に配置することが好ましい。該ストレーナを配置した前処理装置２の排水口にパイプ１Ｂを介して膜分離装置４を設置し、該膜分離装置４に接続した濾過済み液の配管１Ｃを逆浸透膜装置５に接続し、該逆浸透膜装置５の排水口を排水貯蔵プールまたは海洋への排出管１Ｄに接続している。
前記膜分離装置４は、図３および図４に示すように、濾過槽６内に複数の中空糸膜モジュール７を浸漬している。各中空糸膜モジュール７は多数本のＰＴＦＥ多孔質膜からなる中空糸１０を隙間をあけて配置し、これらの多数の中空糸１０の上下両端末を樹脂モールドし、該樹脂で成形した固定部材１１、１２で中空糸１０を位置決め保持している。各中空糸１０の下端開口は図４（Ａ）に示すように前記固定部材１２で封止する一方、図４（Ｂ）に示すように中空糸１０の上端開口は集水ヘッダ１３に臨ませ、該集水ヘッダ１３を前記濾過済み液の配管１Ｃに接続している。
膜分離装置４は浸漬型吸引濾過装置とし、前記配管１Ｃに介設したポンプ１５で中空糸１０内を吸引して、濾過槽６内に供給される放射性廃液を中空糸１０に透過させ、濾過済み液を中空糸１０内を通して集水ヘッダ１３から、配管１Ｃへと取り出している。
前記濾過槽６内に配置する中空糸膜モジュール７において、隣接する中空糸１０の間に０．５〜１０ｍｍの間隔をあけている。延伸ＰＴＦＥ多孔質材より形成している中空糸１０は、内径が０．５〜１２ｍｍ、外径が１．５〜１４ｍｍ、膜厚が０．５〜１ｍｍ、長さが約１０００ｍｍ、超微細孔径が５０ｎｍ〜１０００ｎｍ、気孔率が５０〜８０％、抗張力が３ｋｇｆ以上、膜間差圧０．１〜１．０ＭＰａの耐圧性を備えたものとしている。
本実施形態では、中空糸１０として内径１ｍｍ、外径２ｍｍ、長さ１０００ｍｍを用い、これら中空糸１０を４００〜５００本集束し、１つの中空糸膜モジュール７の直径を約１５０ｍｍとしている。
本実施形態では、中空糸１０として内径１ｍｍ、外径２ｍｍ、長さ１０００ｍｍを用い、これら中空糸１０を４００〜５００本集束し、１つの中空糸膜モジュール７の直径を約１５０ｍｍとしている。
図３に示すように、中空糸膜モジュール７の下方に、バブリング用の散気管２０を配置している。該散気管２０の一端を閉鎖端２０ａとし、他端２０ｂは空気導入用ヘッダー２３に気密保持できるようにパッキン（図示せず）を介して着脱可能に連結している。空気導入用ヘッダー２３は空気導入管を介してブロア２５と接続し、空気導入用ヘッダー２３に１００〜３００ｋＰａの加圧空気を導入している。散気管２０に噴射穴２１を穿設し、該噴射穴２１から加圧気体を噴射し、集束されている中空糸１０の隣接する空隙にバブリングを供給して、中空糸１０に揺れを生じさせている。
前記中空糸１０は最小０．１μｍ〜１μｍの異物を補足できるＭＦ膜としている。よって、膜分離装置４から前記配管１Ｃに取り出される放射性廃液の濾過済み液から０．１μｍ〜１μｍの異物は除去されている。前記配管１Ｃには吸引ポンプ１５の下流に加圧ポンプ２６を介設し、配管１Ｃを流れる濾過済み液を加圧して逆浸透膜装置５へ供給している。
逆浸透膜装置５はポリアミド系複合膜等からなるＲＯ膜２８を備え、０．７５〜１．５ＭＰａ等の浸透圧以上に加圧してＲＯ膜２８を透過させることで、放射性物質が除去された廃液を取り出すことができるものとしている。
前記放射性廃液の処理装置において、逆浸透膜装置５に供給する廃液から少なくとも１μｍ以上の異物を前工程で分離除去しておくと、逆浸透膜装置５でＲＯ膜２８の目詰まり発生を低減でき、大量の放射性廃液を迅速に処理できる。
そのため、逆浸透膜装置５の前工程の膜分離装置４における中空糸１０を集束した中空糸膜モジュール７の機能が非常に重要となる。
そのため、逆浸透膜装置５の前工程の膜分離装置４における中空糸１０を集束した中空糸膜モジュール７の機能が非常に重要となる。
膜分離装置４では、濾過槽６内に導入されて満たされた廃液は、ポンプ１５の駆動により中空糸１０を透過させ、膜濾過で固液分離が行われる。膜濾過の継続により中空糸１０の表面又は膜間に堆積した懸濁成分を剥離除去するため、常時または間欠的に、ブロアを作動させて空気導入管及び空気導入用ヘッダー２３から散気管２０に圧力空気を導入し、噴射穴２１より圧力空気を噴射している。噴射された圧力空気は隣接する中空糸１０の表面に接しながら上昇し、中空糸１０に振動を与えて、懸濁成分を中空糸１０の表面から剥離除去する。
このように、散気管２０から中空糸１０間の隙間に直接的に加圧空気を噴射するため、かなり強い振動を中空糸１０に負荷することができ、中空糸１０の表面に付着堆積する懸濁成分を強力に剥離除去することができる。かつ、従来より強い振動力を中空糸１０に負荷しても、該中空糸として抗張力が３ｋｇｆ以上のＰＴＦＥで形成しているため、振動により中空糸１０が損傷を受けることを防止できる。
さらに、ＰＴＦＥは耐薬品性が強いため、次亜塩素酸ナトリウム溶液、水酸化ナトリウム溶液、これらの混合液を洗浄用薬液として用いた自動洗浄装置を付設し、該自動洗浄装置から逆洗水とクロスフローで前記洗浄用薬液を中空糸１０に供給して定期的に洗浄すると、中空糸１０の表面に付着する難溶解性成分を溶解でき、中空糸１０の表面を滑りやすくして懸濁成分を除去しやすい。
前記のように、中空糸１０に散気管２０からのバブリングを付与することで中空糸１０を揺らして中空糸１０の表面に懸濁成分を付着しにくくすると共に、定期的に強洗浄液を用いて洗浄することで中空糸１０の目詰まり発生を低減できる。これにより、大量の放射性廃液が発生した場合に、膜分離装置４で迅速に濾過処理でき、該膜分離装置で濾過処理後の廃液を逆浸透膜装置５へ加圧供給することで、逆浸透膜装置５の逆浸透膜の目詰まり発生を大幅に低減でき、逆浸透膜装置５での放射性物質のイオン除去を迅速に行うことができる。
膜分離装置４の中空糸膜モジュール７は前記実施形態に限定されず、図５の第１変形例に示すように、本出願人の先願の特願２００６−１７５１２９号で提示した構成、すなわち、中空糸１０をＵ字状に２つ折りして集束してもよい。
さらに、図６の第２変形例に示すように、ＰＴＦＥ製の平膜を用いた平膜エレメント２８を集束した平膜式分離膜モジュール３０としてもよい。
さらに、図６の第２変形例に示すように、ＰＴＦＥ製の平膜を用いた平膜エレメント２８を集束した平膜式分離膜モジュール３０としてもよい。
図７に第２実施形態を示す。
第２実施形態では、膜分離装置４とストレーナ３を備えた前処理装置２との間にゼオライト３５を充填した容器３６を備えた吸着装置４０を介設している。該吸着装置４０に放射性廃液を通すことで、廃液中の放射性物質を吸着除去することができる。他の構成は第１実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
なお、該吸着装置４０を膜分離装置４と逆浸透膜装置５との間に介設してもよい。
第２実施形態では、膜分離装置４とストレーナ３を備えた前処理装置２との間にゼオライト３５を充填した容器３６を備えた吸着装置４０を介設している。該吸着装置４０に放射性廃液を通すことで、廃液中の放射性物質を吸着除去することができる。他の構成は第１実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
なお、該吸着装置４０を膜分離装置４と逆浸透膜装置５との間に介設してもよい。
本発明は前記第１、第２実施形態に限定されず、ストレーナ３に代えてスクリーン、沈殿分離機を用いても良いし、除去する異物に応じた前処理装置を多段に設けてもよい。
さらに、膜分離装置も膜濾過できる異物の大きさに応じた中空糸膜または平膜を備えた膜分離装置を多段に設けてもよい。
さらにまた、逆浸透膜装置も加圧力を変えた多段の逆浸透膜装置を設けてもよい。
さらに、膜分離装置も膜濾過できる異物の大きさに応じた中空糸膜または平膜を備えた膜分離装置を多段に設けてもよい。
さらにまた、逆浸透膜装置も加圧力を変えた多段の逆浸透膜装置を設けてもよい。
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 配管
２ 前処理装置
４ 膜分離装置
５ 逆浸透膜装置
６ 濾過槽
７ 中空糸膜モジュール
１０ 中空糸
２ 前処理装置
４ 膜分離装置
５ 逆浸透膜装置
６ 濾過槽
７ 中空糸膜モジュール
１０ 中空糸
Claims (5)
- 放射性物質を含む廃液の処理装置として、
ストレーナ、スクリーン、沈降分離装置を含む前処理装置から選択される前処理装置と、
ポリテトラフルオロエチレンを含むフッ素系樹脂製多孔質膜からなる中空糸膜または平膜を備えた膜分離装置と、
逆浸透膜装置とを、
順次配管を介して連結配置していることを特徴とする放射性廃液の処理装置。 - 前記膜分離装置の中空糸膜または平膜はＰＴＦＥ多孔質膜からなり、最小０．１〜１μｍの細菌等の懸濁物質および超微粒子を分離除去する精密濾過膜（ＭＦ膜）としている請求項１に記載の放射性廃液の処理装置。
- 前記膜分離装置の前段、前記膜分離装置と逆浸透膜装置との間、または前記逆浸透膜装置の濃縮水の後段に、有害なイオン成分を含む放射性のヨウ素、セシウム、ストロンチウム、バリウム、イットリウム、ラジウム、それらの化合物を吸着するゼオライト、または有機、無機イオン交換体を収容した吸着装置を介設している請求項１または請求項２に記載の放射性廃液の処理装置。
- 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の処理装置で放射性物質を分離除去すると共に放射性物質を濃縮減容する放射性廃液の処理方法。
- 減容した濃縮水からゼオライト等により放射性物質を吸着固体化する請求項４に記載の放射性廃液の処理方法。
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- 2011-06-16 JP JP2011134612A patent/JP2013002971A/ja active Pending
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