JP2013242235A

JP2013242235A - 汚染水処理ユニット

Info

Publication number: JP2013242235A
Application number: JP2012116030A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tsukahara; 裕一塚原; Noboru Semizu; 昇瀬水; Hiroshi Tsuchiya; 浩土屋
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Nichias Corp; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Nichias Corp; Shimizu Corp
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2013-12-05

Abstract

【課題】放射性セシウムイオンを含む汚染水から放射性セシウムイオンを除去する。
【解決手段】放射性セシウムイオンを含む汚染水から放射性セシウムイオンを除去する汚染水処理ユニット２であって、複数の粒状ゼオライト１１Ｄを保持する保持部材を備え、保持部材は、複数の粒状ゼオライト１１Ｄを、汚染水と接触し、かつ保持部材からの流出を阻止する状態に保持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、汚染水処理ユニットに関する。

原子力発電所のような放射性物質を扱う原子力施設では、事故により施設から大量の放射性物質が漏洩する恐れがある。

原子力施設から放射性物質が漏洩すると、施設周辺にある建物等の工作物や土壌が放射性物質に汚染される。漏洩する放射性物質には、さまざまな放射性核種が含まれている。それら放射性核種の中で特に重視されるのは、セシウム１３４（^１３４Ｃｓ）及びセシウム１３７（^１３７Ｃｓ）である。

セシウム１３４の半減期は約２年であり、セシウム１３７の半減期は約３０年である。そのため、これら放射性セシウムに汚染された工作物や土壌は、そのまま放置していると汚染された状態が長期間続く。したがって、長期にわたる大量被ばくの恐れから、汚染された地域の住民がその地域で生活を続けることは困難になる。そこで、放射性セシウムに汚染された地域では、生活環境を早急に回復するために、工作物や土壌の除染を行って放射性セシウムを除去することが求められる。

一般的な除染方法は、汚染された工作物や土壌を水で洗浄する方法である。ところが、この方法では、洗浄により生じる除染廃液に放射性セシウムが含まれている。そのため、除染廃液を回収し、除染廃液から放射性セシウムを除去する処理を行う必要がある。

除染廃液は、通常、砂などの微細粒子が水中に分散した懸濁液である。除染廃液に含まれる放射性セシウムは、その大部分が微細粒子に付着又は吸着している。そのため、回収した除染廃液から微細粒子を取り除くことで、除染廃液に含まれる放射性セシウムの大部分を除去することができる。

除染廃液から微細粒子を取り除く方法の１つとして、凝集沈殿法がある。この方法では、凝集剤を用いて除染廃液中の微細粒子を凝集させ、その凝集体を沈殿させる。これにより除染廃液は微細粒子と水とに分離する。そのため、除染廃液から微細粒子を容易に取り除くことができる（たとえば、非特許文献１を参照。）。

「セシウム除染水分離剤〜放射性物質を含む除染水の懸濁成分を高速に凝集沈殿〜」、［online］、株式会社フジテックス、［平成２４年５月１１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.saigai-kiki.com/coagulation-settling/item-734.html＞

しかしながら、放射性セシウムはわずかに水に溶解する。そのため、微細粒子を取り除いた後の水は、放射性セシウムイオンを含んでいる。したがって、除染廃液から微小粒子を取り除いた水は、汚染水として扱う必要がある。すなわち、放射性セシウムイオンを除去する処理を行う必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放射性セシウムイオンを含む汚染水から放射性セシウムイオンを除去することが可能な汚染水処理ユニットを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る汚染水処理ユニットは、放射性セシウムイオンを含む汚染水から放射性セシウムイオンを除去する汚染水処理ユニットであって、複数の粒状ゼオライトを保持する保持部材を備え、保持部材は、複数の粒状ゼオライトを、汚染水と接触し、かつ保持部材からの流出を阻止する状態に保持することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る汚染水処理ユニットは、上記請求項１に係る汚染水処理ユニットにおいて、保持部材は、複数の粒状ゼオライトを充填可能な内部空間を有する容器状を成し、汚染水を内部空間に透水する第１の透水部と、粒状ゼオライト間を通過した水を保持部材の外部に透水する第２の透水部とを備えることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る汚染水処理ユニットは、上記請求項１に係る汚染水処理ユニットにおいて、保持部材は、繊維状物質で形成された透水性を有する部材であり、繊維状物質の隙間に粒状ゼオライトを定着させて保持することを特徴とする。

本発明に係る汚染水処理ユニットは、複数の粒状ゼオライトを、汚染水と接触し、かつ保持部材からの流出を阻止する状態に保持している。ゼオライトは、ナトリウムイオンなどの陽イオンを結晶構造中に取り込むことで、電気的に中性の状態を保っている。また、ゼオライトには陽イオン交換能があり、セシウムイオンはゼオライトにおける陽イオン交換の優先順位が高い。そのため、放射性セシウムイオンを含む汚染水がゼオライトに接すると、その界面において、汚染水中の放射性セシウムイオンと、ゼオライトに取り込まれている陽イオンとのイオン交換が起こる。すなわち、汚染水中の放射性セシウムイオンは、イオン交換によりゼオライトに吸着する。その結果、汚染水に含まれる放射性セシウムイオンの量が低減する。したがって、本発明に係る汚染水処理ユニットは、汚染水から放射性セシウムイオンを除去することができる。

図１は、本発明に係る汚染水処理ユニットを適用した除染廃液処理システムの概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１である汚染水処理ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。図３は、実施の形態１の汚染水処理ユニットの内部構成を示す断面図である。図４は、本発明の実施の形態２である汚染水処理ユニットの内部構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る汚染水処理ユニットの実施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

（除染廃液処理システムの構成例）
図１は、本発明に係る汚染水処理ユニットを適用した除染廃液処理システムの概略構成を示す図である。

本発明に係る汚染水処理ユニットは、水洗浄による除染で生じた除染廃液から放射性物質を除去する除染廃液処理システムに適用される。この除染廃液処理システムは、図１に示すように、凝集沈殿処理タンク１と、汚染水処理ユニット２と、貯水タンク３と、４本のパイプ４１、４２、４３、４４とを備える。除染で生じる除染廃液は、図示しない回収手段により回収し、パイプ４１を通して凝集沈殿処理タンク１に貯める。

凝集沈殿処理タンク１は、回収した除染廃液を微細粒子５と汚染水６１とに分離する容器である。回収した除染廃液は、通常、砂などの微細粒子５が汚染水６１中に分散した懸濁液である。そのため、回収した除染廃液は、凝集剤を用いて微細粒子５を凝集させ、その凝集体を沈殿させる。除染廃液に含まれる放射性物質は、その大部分が微細粒子５に付着又は吸着している。そのため、回収した除染廃液から微細粒子５を取り除くことで、除染廃液に含まれる放射性物質の大部分を除去することができる。

汚染水６１は、微細粒子５を取り除く前の除染廃液に比べれば、放射性物質の量が非常に少なくなっている。しかしながら、この汚染水６１には、水中にイオン状態で存在している放射性物質が残っている。汚染水６１に残っている放射性物質の１つとして、放射性セシウムイオンがある。本発明に係る汚染水処理ユニット２は、汚染水６１から放射性セシウムイオンを除去するものである。汚染水６１は、パイプ４２を通して汚染水処理ユニット２に送られる。汚染水処理ユニット２の構成及び作用は後述する。

汚染水処理ユニット２を通過した処理水６２は、パイプ４３を通して貯水タンク３に貯める。貯水タンク３に貯まった処理水６２は、放射能濃度を測定して問題が無いことを確認した後、パイプ４４を通して下水道や川などに放流する。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１である汚染水処理ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。図３は、実施の形態１の汚染水処理ユニットの内部構成を示す断面図である。

本実施の形態の汚染水処理ユニット２は、図２及び図３に示すように、ケース部１０と、フィルタ部１１と、一対の押さえ金物１２Ａ、１２Ｂとを備える。

ケース部１０は、フィルタ部１１を収容するケースであり、円筒状のフィルタ収容部１０Ａの両端にフランジ１０Ｂ、１０Ｃが形成されている。このケース部１０は、塩化ビニル樹脂を成形したものである。フィルタ収容部１０Ａは、その内径をパイプ４２、４３の内径と一致させている。ケース部１０のフランジ１０Ｂは、その寸法をパイプ４２の端に形成されたフランジ４２Ａと一致させている。同様に、ケース部１０のフランジ１０Ｃは、その寸法をパイプ４３の端に形成されたフランジ４３Ａと一致させている。ケース部１０とパイプ４２とは、フランジ１０Ｂ及びフランジ４２Ａのそれぞれに形成された貫通孔を介してボルトとナットとで締結する。同様に、ケース部１０とパイプ４３とは、フランジ１０Ｃ及びフランジ４３Ａのそれぞれに形成された貫通孔を介してボルトとナットとで締結する。

フィルタ部１１は、環状部材１１Ａ、第１の透水部材１１Ｂ、第２の透水部材１１Ｃ、顆粒状ゼオライト１１Ｄ、及び不織布フィルタ１１Ｅを備える。

環状部材１１Ａ、第１の透水部材（第１の透水部）１１Ｂ、及び第２の透水部材（第２の透水部）１１Ｃは、顆粒状ゼオライト１１Ｄを充填する容器を構成する部材である。

環状部材１１Ａは、ロックウールなどの繊維状物質を環状に成形したものであり、不透水性を持たせるための撥水処理が施されている。第１の透水部材１１Ｂ及び第２の透水部材１１Ｃは、ロックウールなどの繊維状物質を円板状に成形した部材であり、透水性を有する。第１の透水部材１１Ｂ及び第２の透水部材１１Ｃで環状部材１１Ａの開口端を塞ぐことにより、顆粒状ゼオライト１１Ｄを充填可能な内部空間を有する容器となる。環状部材１１Ａ、第１の透水層１１Ｂ、及び第２の透水層１１Ｃは、いずれもフィルタ収容部１０Ａに嵌合可能な寸法に成形する。

また、環状部材１１Ａ、第１の透水部材１１Ｂ、及び第２の透水部材１１Ｃは、いずれも顆粒状ゼオライト１１Ｄの流出を阻止することが可能な密度になるよう成形する。顆粒状ゼオライト１１Ｄは、粉末状のゼオライトに微量のモンモリロナイトを添加し、粒径が数ｍｍ程度になるよう成形したものである。したがって、環状部材１１Ａ、第１の透水部材１１Ｂ、及び第２の透水部材１１Ｃは、透水性を有し、かつ粒径が数ｍｍ程度以上の粒状固体は透過しないように成形する。なお、環状部材１１Ａについては、成形時又は成形後に上記のように撥水処理を施す。これにより、環状部材１１Ａ、第１の透水部材１１Ｂ、及び第２の透水部材１１Ｃで構成される容器は、顆粒状ゼオライト１１Ｄを、汚染水６１と接触し、かつ容器からの流出を阻止する状態に保持する保持部材として機能する。さらに、第１の透水部材１１Ｂ及び第２の透水部材１１Ｃは、汚染水６１中に存在する微小粒子などの異物を除去するフィルターとしても機能する。

不織布フィルタ１１Ｅは、第１の透水部材１１Ｂ及び第２の透水部材１１Ｃで除去しきれなかった微細粒子を除去するためのフィルタである。

押さえ金物１２Ａ、１２Ｂは、ケース部１０のフィルタ収容部１０Ａに収容したフィルタ部１１の位置を固定するものである。この押さえ金物１２Ａ、１２Ｂは、金属板に複数の孔を形成したパンチングメタルである。押さえ金物１２Ａ、１２Ｂの直径は、いずれもフィルタ収容部１０Ａの内径よりもわずかに大きくしておく。すなわち、押さえ金物１２Ａ、１２Ｂをフィルタ収容部１０Ａに圧入することで、フィルタ収容部１０Ａ内におけるフィルタ部１１の位置を固定する。

パイプ４２を通り汚染水処理ユニット２に流入した汚染水６１は、押さえ金物１２Ａ、第１の透水部材１１Ｂを通過した後、顆粒状ゼオライト１１Ｄの層を通過する。ゼオライトはアルミノケイ酸塩の一種であり、結晶構造中にナトリウムイオンなどの陽イオンを取り込んでいる。また、ゼオライトには陽イオン交換能があり、特にセシウムイオンのイオン交換能優先順位が高い。そのため、汚染水６１が顆粒状ゼオライト１１Ｄの層を通過する際に、汚染水６１に含まれる放射性セシウムイオンが顆粒状ゼオライト１１Ｄに吸着する。したがって、汚染水処理ユニット２を通過してパイプ４３に流出する処理水６２は、汚染水６１よりも放射性セシウムイオンの量が少なくなる。

本願発明者は、セシウム１３３（^１３３Ｃｓ）の陽イオンを含む水に対するセシウムイオンの除去率から、本実施の形態の汚染水処理ユニット２における放射性セシウムイオンの除去能力を見積もった。その結果、放射能濃度が３０００Ｂｑ／ｋｇ相当の汚染水６１は、本実施の形態の汚染水処理ユニット２を通過することで、放射能濃度が約２００Ｂｑ／ｋｇに低下することが確認された。なお、汚染水処理ユニット２は、フィルタ部１１を直径１０ｃｍ及び厚さ５ｃｍの円柱状にし、約３０ｇの顆粒状ゼオライト１１Ｄを充填したものを用いた。

このように、本実施の形態の汚染水処理ユニット２は、顆粒状ゼオライト１１Ｄを充填したフィルタ部１１を備えることにより、汚染水６１から放射性セシウムイオンを容易に除去することができる。

また、汚染水処理ユニット２で処理する汚染水６１は、凝集沈殿処理タンク１において除染廃液から微細粒子５を取り除いた水である。前述のように、除染廃液に含まれる放射性セシウムは、その大部分が微細粒子５に付着又は吸着している。そのため、汚染水６１の放射能濃度は、除染廃液の放射能濃度の約１／２００になる。したがって、凝集沈殿法と汚染水処理ユニット２とを併用することで、貯水タンク３に回収される処理水６２の放射能濃度を、除染廃液の放射能濃度の約１／３０００にすることができる。

さらに、汚染水処理ユニット２を取り付けるパイプ４２、４３は、通常、ＪＩＳ規格に基づいて形成されている。すなわち、パイプ４２、４３は、管の内径やフランジ４２Ａ、４３Ａの寸法などが規格化されている。そのため、ケース部１０におけるフィルタ収容部１０Ａの内径やフランジ１０Ｂ、１０Ｃの寸法などをパイプ４２、４３の規格に合わせることにより、一般的な水処理設備に汚染水処理ユニット２を容易に取り付けることができる。

なお、本実施の形態では、第１の透水部材１１Ｂと第２の透水部材１１Ｃとの間に環状部材１１Ａを配置し、これらで構成される容器に顆粒状ゼオライト１１Ｄを充填している。しかしながら、汚染水処理ユニット２は、このような構成に限らず、環状部材１１Ａを用いない構成であってもよい。すなわち、第１の透水部材１１Ｂ及び第２の透水部材１１Ｃをケース部１０に所定の間隔で配置し、その間に顆粒状ゼオライト１１Ｄを充填した構成でもよい。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２である汚染水処理ユニットの内部構成を示す断面図である。

本実施の形態の汚染水処理ユニット２は、図４に示すように、ケース部１０と、フィルタ部１１と、一対の押さえ金物１２Ａ、１２Ｂとを備える。このうちケース部１０及び押さえ金物１２Ａ、１２Ｂは、実施の形態１で挙げたものと同じ構成である。そのため、ケース部１０及び押さえ金物１２Ａ、１２Ｂの説明は省略する。

フィルタ部１１は、図４に示すように、第１の透水部材１１Ｂと、第２の透水部材１１Ｃと、ゼオライト含有部材１１Ｆと、不織布フィルタ１１Ｅとを備える。このうち第１の透水部材１１Ｂ、第２の透水部材１１Ｃ、及び不織布フィルタ１１Ｅは、実施の形態１で挙げたものと同じ構成である。そのため、第１の透水部材１１Ｂ、第２の透水部材１１Ｃ、及び不織布フィルタ１１Ｅの説明は省略する。

ゼオライト含有部材１１Ｆは、ロックウールなどの繊維状物質を円板状に成形した基材に、粒状ゼオライトを定着させたものである。ゼオライト含有部材１１Ｆの基材は、第１の透水部材１１Ｂ及び第２の透水部材１１Ｃと同様の透水性を持たせる。なお、粒状ゼオライトは、粉末状のゼオライトに微量のモンモリロナイトを添加し、繊維状物質の隙間に定着させている。これにより、ゼオライト含有部材１１Ｆの基材は、粒状ゼオライトを、汚染水６１と接触し、かつ基材からの流出を阻止する状態に保持する保持部材として機能する。

本実施の形態の汚染水処理ユニット２を図１に示した汚染水処理システムに適用した場合、実施の形態１と同様の効果が期待できる。パイプ４２を通り汚染水処理ユニット２に流入した汚染水６１は、押さえ金物１２Ａ、第１の透水部材１１Ｂを通過した後、ゼオライト含有部材１１Ｆを通過する。このとき、汚染水６１に含まれる放射性セシウムイオンは、イオン交換によりゼオライトに吸着する。したがって、汚染水処理ユニット２を通過してパイプ４３に流出する処理水６２は、汚染水６１よりも放射性セシウムイオンの量が少なくなる。

本願発明者は、セシウム１３３（^１３３Ｃｓ）の陽イオンを含む水に対するセシウムイオンの除去率から、本実施の形態の汚染水処理ユニット２における放射性セシウムイオンの除去能力を見積もった。その結果、放射能濃度が３０００Ｂｑ／ｋｇ相当の汚染水６１は、本実施の形態の汚染水処理ユニット２を通過することで、放射能濃度が約４０Ｂｑ／ｋｇに低下することが確認された。なお、汚染水処理ユニット２は、フィルタ部１１を直径１０ｃｍ及び厚さ５ｃｍの円柱状にし、約３０ｇの粒状ゼオライトを基材に定着させたゼオライト含有部材１１Ｆを用いた。

このように、本実施の形態の汚染水処理ユニット２は、繊維状物質を成形した基材に粒状ゼオライトを定着させたゼオライト含有部材１１Ｆを備えることにより、汚染水６１から放射性セシウムイオンを除去することができる。

また、汚染水処理ユニット２で処理する汚染水６１は、凝集沈殿処理タンク１において除染廃液から微細粒子５を取り除いた水である。前述のように、汚染水６１の放射能濃度は、除染廃液の放射能濃度の約１／２００である。したがって、凝集沈殿法と本実施の形態の汚染水処理ユニット２とを併用することで、貯水タンク３に回収される処理水６２の放射能濃度を、除染廃液の放射能濃度の約１／１４０００にすることができる。

なお、図４に示したフィルタ部１１は、ゼオライト含有部材１１Ｆの上流側及び下流側に、第１の透水部材１１Ｂ及び第２の透水部材１１Ｃをそれぞれ配置している。しかしながら、フィルタ部１１は、このような構成に限らず、第１の透水部材１１Ｂ及び第２の透水部材１１Ｃにも粒状ゼオライトを定着させてもよい。

以上、本発明に係る汚染水処理ユニット２を、上記実施の形態に基づき具体的に説明した。しかしながら、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

たとえば、本発明に係る汚染水処理ユニット２は、図１に示したような除染廃液処理システムに限らず、放射性セシウムイオンの除去が求められるさまざまな処理システムに適用できる。そのため、フィルタ部１１を収容するケース部１０の構成は、適用する処理システムにあわせて適宜変更可能である。

１凝集沈殿処理タンク
２汚染水処理ユニット
３貯水タンク
４１，４２，４３，４４パイプ
４２Ａ，４３Ａフランジ
５微細粒子
６１汚染水
６２処理水
１０ケース部
１０Ａフィルタ収容部
１０Ｂ，１０Ｃフランジ
１１フィルタ部
１１Ａ環状部材
１１Ｂ第１の透水部材
１１Ｃ第２の透水部材
１１Ｄ顆粒状ゼオライト
１１Ｅ不織布フィルタ
１１Ｆゼオライト含有部材
１２Ａ，１２Ｂ押さえ金物

Claims

放射性セシウムイオンを含む汚染水から前記放射性セシウムイオンを除去する汚染水処理ユニットであって、
複数の粒状ゼオライトを保持する保持部材を備え、
前記保持部材は、前記複数の粒状ゼオライトを、前記汚染水と接触し、かつ前記保持部材からの流出を阻止する状態に保持することを特徴とする汚染水処理ユニット。
前記保持部材は、前記複数の粒状ゼオライトを充填可能な内部空間を有する容器状を成し、
前記汚染水を前記内部空間に透水する第１の透水部と、粒状ゼオライト間を通過した水を前記保持部材の外部に透水する第２の透水部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の汚染水処理ユニット。
前記保持部材は、繊維状物質で形成された透水性を有する部材であり、
繊維状物質の隙間に粒状ゼオライトを定着させて保持することを特徴とする請求項１に記載の汚染水処理ユニット。