JP4322735B2

JP4322735B2 - 放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置

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Publication number: JP4322735B2
Application number: JP2004157318A
Authority: JP
Inventors: 龍明佐藤; 真哉宮本; 通孝三倉; 秀夫畠山; 克美保坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: JP2005337897A

Description

本発明は、放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置に係り、特に、有機物を含有し吸水性を有する放射性廃棄物を固化材で固化する放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置に関する。

原子力発電所等の放射性物質取扱施設では、種々の放射性廃棄物が発生するため、放射性廃棄物の減容や安定化のための各種処理が行われている。

これらの廃棄物の中で、溶媒抽出等に用いられるn-ドデカン等の有機物の内一部は、多孔質で吸収性の高いシリカゲルに吸収して保管されている。また、液体廃棄物や施設内で使用する水の浄化には有機物であるイオン交換樹脂が使用されている。このイオン交換樹脂は、最終的には廃棄物として廃棄される。

これらの廃棄物は、最終的にはセメント等の固化材によって固化体として処分する必要があるが、有機物はその長期的安定性やセメントへの放射性核種保持性の観点からそのままセメント固化するのは好ましくない。また、前記した廃棄物はいずれも水を吸収して膨張する性質があるため、そのままセメントで固化すると、この混練水を吸収して固化体自体が膨張し、亀裂や割れを生じる。

このため、従来は使用済みのイオン交換樹脂をセメント固化する場合は、樹脂のスラリーにＮａＯＨを加えて、セメント分の少ない高炉セメントを用いて固定化されている（非特許文献１参照）。また、この際の樹脂膨潤抑制のため、セメント中に引張り圧縮強度が高い物質として例えば炭素繊維を入れる方法（特許文献1）、アルカリ土類金属の水酸化物飽和溶液に吸水させること（特許文献２）やセメント成分の飽和溶液を併用して吸水させる方法（特許文献３）等が提案されている。

これらの方法は、イオン交換樹脂の膨張抑制の対処方法もしくは焼却灰中のＡｌとセメントの反応で生成する水素ガスによる膨張抑制の対処方法であり、有機物を含有し吸水性を有する放射性廃棄物の固化処理方法としては提案されていない。
特開平４−１９４７９４号公報特開昭６１−８６６９２号公報特開平９−１０１３９８号公報東邦夫著、天沼▲りょう▼、坂田貞弘監修、「放射性廃棄物処理処分に関する研究開発」、（株）産業技術出版、１９８３年２月５日、第６８〜６９頁

しかしながら、上述の従来の技術では、有機物を含有し吸水性を有する廃棄物についてセメントで固化処理する際に、セメントの混練水を吸収して廃棄物が膨張することによる固化体の健全性に影響するという解決すべき課題があった。また、有機物自体はセメントでの固定化が困難であり、処分時の長期的な安定性や、セメントの核種閉じこめ性低下等の懸念があった。さらに、廃棄物がセメント固化時の混練水を吸水するため、この配合条件が不安定となるという解決すべき課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、有機物を含有した吸水する性質を持つ放射性廃棄物について、健全でしかも長期的に安定した固化材で固化できる放射性廃棄物の固化処理方法及び固化処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、流体浄化に使用される有機物を含有し吸水性を有するイオン交換樹脂である放射性廃棄物を固化材で固化する放射性廃棄物の固化処理方法において、前記放射性廃棄物であるイオン交換樹脂中に含有する有機物を乾式加熱分解により分解残渣を生成し又は湿式分解によりスラリーを生成する処理工程で分離分解処理する分離分解工程と、この有機物を分離又は分解処理した放射性廃棄物に水を吸水させて吸水処理する吸水工程と、この吸水処理した放射性廃棄物及び固化材を混練する混練工程と、この固化材を混練した放射性廃棄物を固化する固化工程と、を有することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するために、本発明は、流体浄化に使用される有機物を含有し吸水性を有するイオン交換樹脂である放射性廃棄物を固化材で固化する放射性廃棄物の固化処理装置において、前記放射性廃棄物であるイオン交換樹脂に含有する有機物を乾式加熱分解により分解残渣を生成し又は湿式分解によりスラリーを生成する処理工程で分離分解処理する分離分解手段と、この有機物を分離又は分解処理した放射性廃棄物に水を吸水させる吸水手段と、この吸水処理した放射性廃棄物及び固化材を混練する混練手段と、この固化材を混練した放射性廃棄物を固化させる固化手段と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、有機物を含有し吸水性を有するイオン交換樹脂である放射性廃棄物について、有機物の分離又は分解並びに吸水処理することにより、健全でしかも長期的に安定した固化材で固定化することができる。

以下、本発明に係る放射性廃棄物の固化処理方法の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。ここで、互いに同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。

図1は、本発明の実施の形態の放射性廃棄物の固化処理方法の手順を示す構成図である。図1に示すように、有機物を含有した廃シリカゲルまたは使用済みイオン交換樹脂が放射性廃棄物として発生する。この廃シリカゲルまたは使用済みイオン交換樹脂は、吸水性を有する放射性廃棄物である。

放射性廃棄物の固化処理方法の最初のステップＳ１は、まず、この吸水性を有する放射性廃棄物から有機物を分離又は分解する分離分解工程からなる。

この有機物を分離又は分解した吸水性を有する放射性廃棄物は、ステップＳ２において、水に浸漬して一定時間以上吸水処理する。この前処理である吸水工程（Ｓ２）は、上述のように廃シリカゲル等の吸水性の放射性廃棄物をセメントで固化する際の問題点解決のために成されるものである。すなわち、有機物を含有し吸水性を有する廃棄物についてセメントで固化処理する際に、セメントの混練水を吸収して廃棄物が膨張することによる固化体の健全性に悪影響を及ぼすことを排除するために行われる処理である。

次に、ステップＳ３において、吸水工程（Ｓ２）を経た放射性廃棄物は、水中に浸漬した状態で固化材と混練される。この固化材には、例えば、セメント系固化材が使用される。

この混練工程（Ｓ３）は混練機で行われるため、吸水する性質を持つ放射性廃棄物に吸水するのに用いる水はセメントの混練水を用い、さらにこの前処理である吸水工程（Ｓ２）をミキサ等のセメント混練機内で実施しても差し支えない。

このセメント混練物は、２００Ｌドラム缶等の容器に投入した後、固化工程（Ｓ４）で、固化される。

本実施の形態によれば、分離分解工程（Ｓ１）において有機物を分離又は分解した廃シリカゲル、使用済みイオン交換樹脂等の吸水する性質を持つ放射性廃棄物を、さらに吸水工程（Ｓ２）において吸水処理した後に、混練工程（Ｓ３）においてセメント等の固型化材と一緒に混練することにより、固化工程（Ｓ４）において膨張割れせず良好な固化体が得られる。

図２は、本発明の実施の形態の放射性廃棄物の固化処理方法の実施例及び比較例を示す表である。図２に基づき、実施例および比較例について具体的に説明する。

（実施例１）
有機物としてｎ-ドデカンが付着した粒径１０〜２０メッシュのシリカゲルについて、温度１００℃、１５ｍｍＨｇの条件下で減圧蒸留し、シリカゲルから有機物であるn-ドデカンを分離処理した。このシリカゲルを放冷してから水に入れて６時間静置処理した後、高炉セメントＢ種を投入し混練した。この際の配合は、シリカゲル：水：高炉セメントＢ種＝３５：５５：１００（重量比）として固化体を得た。

この結果、得られた固化体には亀裂等見られず良好であった。固化体の圧縮強度経時変化を測定した結果、養生７日後に１５．５ＭＰａ、養生２８日後に２４．３ＭＰａの特性が得られて処分基準である１．５ＭＰａを十分満足する値であった。

（実施例２）
有機物としてｎ-ドデカンが付着した粒径１０〜２０メッシュのシリカゲルについて、温度１００℃、１５ｍｍＨｇの条件下で減圧蒸留し、シリカゲルから有機物であるn-ドデカンを分離処理した。このシリカゲルを放冷してから水に入れて６時間撹拌処理した後、高炉セメントＢ種を投入し混練した。この際の配合は、シリカゲル：水：高炉セメントＢ種＝３５：５５：１００（重量比）として固化体を得た。

この結果、シリカゲルを水に静置処理した場合と有意差は見られず、得られた固化体には亀裂等見られず良好であった。固化体の圧縮強度経時変化を測定した結果、養生7日後に１６．４ＭＰａ、養生２８日後に２０．３ＭＰａの特性が得られて処分基準である１．５ＭＰａを十分満足する値であった。

（実施例３）
有機物としてｎ-ドデカンが付着した粒径１０〜２０メッシュのシリカゲルについて、７００℃の温度条件下で有機物であるn-ドデカンを分解処理した。このシリカゲルを放冷してから水に入れて、６時間静置処理した後、実施例１と同じ配合比でセメントと混練して固化体を得た。

この結果、得られた固化体には亀裂等見られず良好であり、固化体の圧縮強度も養生７日後に１６．０ＭＰａ、養生２８日後に２２．１ＭＰａの特性が得られ基準値を十分上回っていた。

（実施例４）
その基材自体が有機物であるイオン交換樹脂について、７００℃の温度条件下で加熱分解処理し、９０％減重量させた。この分解残渣を放冷してから水に入れて、６時間静置処理した後、高炉セメントＢ種を投入し混練した。この際の配合は、樹脂残渣：水：高炉セメントＢ種＝６５：５５：１００（重量比）として固化体を得た。

この結果、得られた固化体には亀裂等見られず良好であった。固化体の圧縮強度経時変化を測定した結果、養生７日後に１９．０ＭＰａ、養生２８日後に２５．０ＭＰａの特性が得られ処分基準である１．５ＭＰａを十分満足する値であった。

（実施例５）
図３は、本発明の実施の形態の放射性廃棄物を湿式分解する場合の固化処理方法の手順を示す構成図である。図３に示すように、放射性廃棄物として有機物を含有した廃シリカゲル又は使用済みイオン交換樹脂等の吸水性を有する放射性廃棄物から有機物を分解する方法として湿式分解処理を適用する。この場合には、事前に吸水性を有する放射性廃棄物を浸漬して一定時間以上吸水処理する（ステップＳ５）。

この後、吸水処理した放射性廃棄物に含有する有機物を湿式分解処理により分解させる（ステップＳ６）。

この前処理である吸水処理及び湿式分解処理を施した放射性廃棄物は、水中に浸漬した状態でセメント系固化材と混練する（ステップＳ７）。

このセメント混練物は、２００Ｌドラム缶等の容器に投入した後、固化される（ステップＳ８）。

以下、本発明の実施の形態の放射性廃棄物の固化処理方法を実施例５に基づき具体的に説明する。

有機物としてn-ドデカンが付着した粒径１０〜２０メッシュのシリカゲルについて、水に入れて６時間静置処理した後、温度４５０℃、圧力３０ＭＰａの条件下で超臨界水による有機物の湿式分解処理を行った。この処理スラリーについて高炉セメントＢ種を投入し混練した。この際の配合は、シリカゲル：水：高炉セメントＢ種＝３５：５５：１００（重量比）として固化体を得た。

この結果、得られた固化体には亀裂等見られず良好であった。固化体の圧縮強度経時変化を測定した結果、養生７日後に１８．５ＭＰａ、養生２８日後に２４．６ＭＰａの特性が得られて処分基準である１．５ＭＰａを十分満足する値であった。

（実施例６）
図４は、本発明の実施の形態の放射性廃棄物を湿式分解した後に固液分離する場合の固化処理方法の手順を示す構成図である。上述の実施例５では、有機物を含有し吸水性を有する放射性廃棄物を吸水工程（Ｓ５）において水を吸水させる吸水処理し、湿式分解（Ｓ６）において湿式分解させた後に、混練工程（Ｓ７）において直接セメントを投入して混練させ、固化工程（Ｓ８）において固化させているが、本図においては、放射性核種分離等の観点から固液分離して、この固相と液相を各々固化する場合を取上げている。

この場合は、有機物が含有し吸水性を有する放射性廃棄物を湿式分解工程（Ｓ９）によりこの有機物を分解し、この後、固液分離工程（Ｓ１０）において固液分離して固相と液相に分けて回収する。このとき、固相は脱水処理されているため、この後、吸水工程（Ｓ１１）において固相廃棄物を水に浸漬して一定時間以上吸水処理する。この前処理である吸水工程（Ｓ１１）を経由した放射性廃棄物は、混練工程（Ｓ１２）において水中に浸漬した状態でセメント系固化材と混練する。このセメント混練物は、固化工程（Ｓ１３）において２００Ｌドラム缶等の容器に投入した後、固化される。

一方、上述の固液分離工程（Ｓ１０）で回収した液相については、混練工程（Ｓ１４）においてそのままセメント系固化材と混練して、固化工程（Ｓ１５）において２００Ｌドラム缶等の容器に投入した後に固化される。

以下、本発明の実施の形態の放射性廃棄物の固化処理方法を実施例６に基づき具体的に説明する。

有機物としてn-ドデカンが付着した粒径１０〜２０メッシュのシリカゲルについて、水に入れてスラリー状とした後、温度４５０℃、圧力３０ＭＰａの条件下で超臨界水による有機物の湿式分解工程（Ｓ９）において湿式分解を行った。この処理スラリーについて、０．４５μｍのフィルターにより真空濾過を行い、固液分離工程（Ｓ１０）において固液分離した。

この固相部（有機物が除かれたシリカゲル）について、水に浸漬した状態で６時間静置して吸水工程（Ｓ１１）における吸水処理をした後、高炉セメントＢ種を投入し混練工程（Ｓ１２）において混練した。この際の配合は、廃棄物（固相部）：水：高炉セメントＢ種＝３５：５５：１００（重量比）として固化体を得た。この結果、得られた固化体には亀裂等見られず良好であった。固化体の圧縮強度経時変化を測定した結果、養生７日後に１５．２ＭＰａ、養生２８日後に２３．８ＭＰａの特性が得られて処分基準である１．５ＭＰａを十分満足する値を得ることができた。

（実施例７）
一方、前述の実施例６における固液分離後の液相部については、直接高炉セメントＢ種を投入し混練工程（Ｓ１４）で混練した。この際の配合は、廃棄物（液相部）：高炉セメントＢ種＝４８：１００（重量比）として固定化工程（Ｓ１５）で固化体を得た。

この結果、得られた固化体に亀裂等は見られず良好であった。固化体の圧縮強度経時変化を測定した結果、養生７日後に２７．３ＭＰａ、養生２８日後に３４．４ＭＰａの特性が得られて処分基準である１．５ＭＰａを十分満足するものであった。

（比較例１）
有機物としてｎ-ドデカンが付着した粒径１０〜２０メッシュのシリカゲルについて、温度１００℃、１５ｍｍＨｇの条件下で減圧蒸留し、シリカゲルから有機物であるn-ドデカンを分離処理した。このシリカゲルを放冷してから、水に入れて吸水処理をせず、直後に高炉セメントＢ種を投入し混練した。この際の配合は、シリカゲル：水：高炉セメントＢ種＝３５：５５：１００（重量比）とした。

この結果、廃棄物に水を投入した際の吸水による発熱により水が５０℃程度となり、その状態でセメントを投入することとなった。また、得られた固化体には、シリカゲルが吸水膨張した影響によると考えられる膨張が全体に見られ、亀裂が発生していた。

（比較例2）
有機物としてn-ドデカンが付着した粒径10〜20メッシュのシリカゲルについて、温度１００℃、１５ｍｍＨｇの条件下で減圧蒸留し、シリカゲルから有機物であるn-ドデカンを分離処理した。このシリカゲルを放冷してから、水に入れて３時間静置処理した後、高炉セメントＢ種を投入し混練した。この際の配合は、シリカゲル：水：高炉セメントＢ種＝３５：５５：１００（重量比）として固化体を得た。

この結果、廃棄物に水を投入した際の吸水による発熱はほぼ常温の２０℃程度まで低下していたものの、得られた固化体には、シリカゲルが吸水膨張した影響によると考えられる膨張が生じ、亀裂が発生していた。

（比較例3）
有機物としてn-ドデカンが付着した粒径１０〜２０メッシュのシリカゲルについて、７００℃の温度条件下で有機物であるn-ドデカンを分解処理した。このシリカゲルを放冷してから、水に吸収させる吸水処理をせず、直後に高炉セメントＢ種を投入し混練した。この際の配合は、シリカゲル：水：高炉セメントＢ種＝３５：５５：１００（重量比）とした。

この結果、得られた固化体には、シリカゲルが吸水膨張した影響によると考えられる膨張が全体に見られ、亀裂が発生していた。

（比較例４）
その基材自体が有機物であるイオン交換樹脂について７００℃の温度条件下で分解処理し、９０％減重量させた。この分解残渣を放冷してから、水に吸水させる吸水処理をせず、直後に高炉セメントＢ種を投入し混練した。この際の配合は、樹脂残渣：水：高炉セメントＢ種＝６５：５５：１００（重量比）とした。

この結果、得られた固化体には、樹脂残渣が吸水膨張した影響によると考えられる膨張が全体に顕著に見られ、割れが発生していた。

更に本発明は、上述したような実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の実施の形態の放射性廃棄物の固化処理方法の手順を示すフロー図。本発明の実施の形態の放射性廃棄物の固化処理方法の実施例および比較例を示す表。本発明の実施の形態の放射性廃棄物を湿式分解する場合の固化処理方法の手順を示すフロー図。本発明の実施の形態の放射性廃棄物を湿式分解した後に固液分離する場合の固化処理方法の手順を示すフロー図。

符号の説明

Ｓ１・・・分離又は分解工程、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ１１・・・吸水工程、Ｓ３、Ｓ７、Ｓ１２、Ｓ１４・・・混練工程、Ｓ４、Ｓ８、Ｓ１３、Ｓ１５・・・固化工程、Ｓ６、Ｓ９・・・湿式分解工程、Ｓ１０・・・固液分離工程

Claims

流体浄化に使用される有機物を含有し吸水性を有するイオン交換樹脂である放射性廃棄物を固化材で固化する放射性廃棄物の固化処理方法において、
前記放射性廃棄物であるイオン交換樹脂中に含有する有機物を乾式加熱分解により分解残渣を生成し又は湿式分解によりスラリーを生成する処理工程で分離分解処理する分離分解工程と、
この有機物を分離又は分解処理した放射性廃棄物に水を吸水させて吸水処理する吸水工程と、
この吸水処理した放射性廃棄物及び固化材を混練する混練工程と、
この固化材を混練した放射性廃棄物を固化する固化工程と、
を有することを特徴とする放射性廃棄物の固化処理方法。
前記吸水工程は、前記有機物を分離又は分解処理した放射性廃棄物に６時間以上吸水させるものであること、を特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
前記混練工程は、前記吸水処理を実施したミキサ内で、前記吸水処理した放射性廃棄物及び固化材を混練するものであること、を特徴とする請求項１又は２記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
前記分離分解工程が湿式分解工程である場合、前記放射性廃棄物を吸水処理した後に、含有する有機物を分離又は分解処理するものであること、を特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
前記分離分解工程が湿式分解工程である場合、分解液を固液分離する固液分離工程と、この固液分離して得られる固相及び液相を別々に固型化材と混練する混練工程とを具備する、ことを特徴とする請求項１記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
前記固型化材は、セメントであること、を特徴とする請求項１又は３記載の放射性廃棄物の固化処理方法。
流体浄化に使用される有機物を含有し吸水性を有するイオン交換樹脂である放射性廃棄物を固化材で固化する放射性廃棄物の固化処理装置において、
前記放射性廃棄物であるイオン交換樹脂に含有する有機物を乾式加熱分解により分解残渣を生成し又は湿式分解によりスラリーを生成する処理工程で分離分解処理する分離分解手段と、
この有機物を分離又は分解処理した放射性廃棄物に水を吸水させる吸水手段と、
この吸水処理した放射性廃棄物及び固化材を混練する混練手段と、
この固化材を混練した放射性廃棄物を固化させる固化手段と、
を有することを特徴とする放射性廃棄物の固化処理装置。