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発明の名称 放射性廃液の処理装置及びその処理方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−199022(P2007−199022A)
公開日 平成19年8月9日(2007.8.9)
出願番号 特願2006−20617(P2006−20617)
出願日 平成18年1月30日(2006.1.30)
代理人 【識別番号】100077849
【弁理士】
【氏名又は名称】須山 佐一
発明者 春口 佳子 / 三倉 通孝 / 村田 栄一 / 佐藤 龍明 / 桜井 学 / 赤井 芳恵
要約 課題
非ハロゲン系有機化合物を含む放射性廃液を、安全かつ安価に処理することができる放射性廃液の処理装置及び処理方法を提供する。

解決手段
放射性廃液の処理装置が、非ハロゲン系有機化合物を含有する放射性廃液を超臨界二酸化炭素と接触させて、前記放射性廃液中の前記非ハロゲン系有機化合物を前記超臨界二酸化炭素に溶解抽出させる抽出手段と、前記抽出手段により抽出された前記非ハロゲン系有機化合物を酸化剤の存在下で酸化分解する酸化分解手段と、前記抽出手段により前記非ハロゲン系有機化合物の除去された放射性廃液を水硬性無機固化材と混合して固化する固化手段とを具備する。
特許請求の範囲
【請求項1】
非ハロゲン系有機化合物を含有する放射性廃液を超臨界二酸化炭素と接触させて、前記放射性廃液中の前記非ハロゲン系有機化合物を前記超臨界二酸化炭素に溶解抽出させる抽出手段と、
前記抽出手段により抽出された前記非ハロゲン系有機化合物を酸化剤の存在下で酸化分解する酸化分解手段と、
前記抽出手段により前記非ハロゲン系有機化合物の除去された放射性廃液を水硬性無機固化材と混合して固化する固化手段と、
を具備することを特徴とする放射性廃液の処理装置。
【請求項2】
前記抽出手段は、前記放射性廃液を前記超臨界二酸化炭素と接触させて、前記放射性廃液中の前記非ハロゲン系有機化合物を前記超臨界二酸化炭素に溶解抽出させる抽出槽と、
前記抽出槽に前記超臨界二酸化炭素を供給する超臨界二酸化炭素供給装置と、
を具備することを特徴とする請求項1に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項3】
前記酸化分解手段が、超臨界水酸化分解装置であることを特徴とする請求項1又は2に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項4】
前記抽出槽から排出された非ハロゲン系有機化合物を含む超臨界二酸化炭素が減圧されることなく前記超臨界水酸化分解装置に導入されることを特徴とする請求項3に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項5】
前記抽出手段により溶解抽出された超臨界二酸化炭素中の非ハロゲン系有機化合物を分離回収し、この分離回収した非ハロゲン系有機化合物を前記酸化分解手段に排出する分離回収手段をさらに具備することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項6】
前記分離回収手段は、前記抽出槽から排出された非ハロゲン系有機化合物を含む超臨界二酸化炭素を減圧して前記非ハロゲン系有機化合物と二酸化炭素に分離する減圧器と、
前記減圧器により分離された非ハロゲン系有機化合物を回収する有機化合物回収槽と、
を具備することを特徴とする請求項5に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項7】
前記減圧器により前記非ハロゲン系有機化合物と分離した前記二酸化炭素を、前記有機化合物回収槽から前記超臨界二酸化炭素供給装置の入口に戻すラインをさらに具備することを特徴とする請求項6に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項8】
前記分離回収手段は、前記抽出槽から排出された前記非ハロゲン系有機化合物を含む超臨界二酸化炭素を昇温させて前記非ハロゲン系有機化合物を前記超臨界二酸化炭素から分離する分離回収槽と
前記分離回収槽により分離され排出された前記非ハロゲン系有機化合物と、前記非ハロゲン系有機化合物が残存している超臨界二酸化炭素を減圧して、前記非ハロゲン系有機化合物と二酸化炭素に分離する減圧器と、
前記分離回収槽と前記減圧器により分離された非ハロゲン系有機化合物を回収する有機化合物回収槽と、
を具備することを特徴とする請求項5に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項9】
前記分離回収槽は、前記抽出槽に比べて温度が20℃以上高いことを特徴とする請求項8に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項10】
前記分離回収槽に前記非ハロゲン系有機化合物を溶解する有機溶剤が投入されていることを特徴とする請求項8又は9に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項11】
前記分離回収槽から排出された前記超臨界二酸化炭素を前記抽出槽の入口に戻すラインと、
前記減圧器により前記非ハロゲン系有機化合物と分離した前記二酸化炭素を、前記有機化合物回収槽から前記超臨界二酸化炭素供給装置の入口に戻すラインと、
をさらに具備すること特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項12】
前記酸化分解手段は、前記分離回収手段により回収された前記非ハロゲン系有機化合物を含む酸化処理溶液を収容する酸化処理容器と、
前記酸化処理容器に前記酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、
前記酸化処理容器中の前記酸化処理溶液を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段によって前記酸化処理容器から揮発した非ハロゲン系有機化合物を冷却し、この冷却温度よりも高い沸点の非ハロゲン系有機化合物を酸化処理容器内に還流する還流手段と、
前記還流手段を通過した非ハロゲン系有機化合物ガスを所定温度に加熱する予熱器と、
前記予熱器によって所定温度にされた非ハロゲン系有機化合物ガスを二酸化炭素と水に変換する酸化触媒と、
前記二酸化炭素を捕捉するスクラバーと、
を具備することを特徴とする請求項5乃至11のいずれか1項に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項13】
前記非ハロゲン系有機化合物が除去された前記酸化処理溶液を、前記酸化処理容器から前記固化手段に供給するラインをさらに有することを特徴とする請求項12に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項14】
前記非ハロゲン系有機化合物は、フタル酸エステル系可塑剤を含有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の放射性廃液の処理装置。
【請求項15】
非ハロゲン系有機化合物を含有する放射性廃液を超臨界二酸化炭素と接触させて、前記放射性廃液中の前記非ハロゲン系有機化合物を前記超臨界二酸化炭素に溶解抽出させる抽出工程と、
前記抽出工程により抽出された前記非ハロゲン系有機化合物を酸化剤の存在下で酸化分解する酸化分解工程と、
前記抽出工程により前記非ハロゲン系有機化合物の除去された放射性廃液を水硬性無機固化材と混合して固化する固化工程と、
を含むことを特徴とする放射性廃液の処理方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、超臨界二酸化炭素を用いた非ハロゲン系有機化合物を含有する放射性廃液の処理装置及びその処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
放射性廃液の中には、塩化ビニル樹脂との接触履歴を持つ廃液が存在する。塩化ビニル樹脂には、フタル酸ジ−2−エチルヘキシル(DOP)に代表されるフタル酸エステル系可塑剤が比較的大量(10〜30重量%程度)に含まれているため、このような可塑剤が微量に放射性廃液中に溶存している場合がある。
最近、いわゆる環境ホルモンに対する関心が高まる中で、このような可塑剤が人体や生態系に影響を与えるとの報告がなされてきている。したがって、このような可塑剤を含む放射性廃液を、セメント等の水硬性無機固化材で固化して埋設処分すると、可塑剤が長年の間に溶出し、周辺環境に悪影響を及ぼすことも想定される。
【0003】
なお、塩化ビニル樹脂には、フタル酸エステル系可塑剤以外にも、直鎖二塩基酸エステル系やリン酸エステル系など、様々な可塑剤が使用されているが、フタル酸エステル系可塑剤が使いやすさや特性のバランスの良さなどから多用されている。
【0004】
一方、超臨界二酸化炭素は有機物とよく混ざり合い有機物をよく溶解する性質があることから、有機物の抽出・分離媒体として開発が進められてきた。主に1970年代に食品・医療分野で開発が進み、例えば西ドイツやアメリカでコーヒーの脱カフェイン、ホップエッセンス抽出などの商業プロセスが稼動している。そして、近年は、廃棄物処理の分野でも、このような超臨界二酸化炭素の性質を利用して有害物質を分離する技術が検討されており、例えば、ポリ塩化ビフェニル(PCB)汚染機器から超臨界二酸化炭素を用いてPCBを分離する方法(例えば、特許文献1参照。)が、提案されている。
【特許文献1】特開2000−61410号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、これまでに報告されている超臨界流体を利用した廃棄物処理技術の多くは、PCBのような有機ハロゲン化合物を含み放射性物質を含有しない廃棄物を対象とした技術であった。非ハロゲン系有機化合物の可塑剤を含む放射性廃液を、超臨界流体を利用し、安全かつ安価に処理する技術は未だ提案されていない。
【0006】
そこで、本発明は、非ハロゲン系有機化合物を含む放射性廃液を、安全かつ安価に処理することができる放射性廃液の処理装置及びその処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明に係る放射性廃液の処理装置は、非ハロゲン系有機化合物を含有する放射性廃液を超臨界二酸化炭素と接触させて、前記放射性廃液中の前記非ハロゲン系有機化合物を前記超臨界二酸化炭素に溶解抽出させる抽出手段と、前記抽出手段により抽出された前記非ハロゲン系有機化合物を酸化剤の存在下で酸化分解する酸化分解手段と、前記抽出手段により前記非ハロゲン系有機化合物の除去された放射性廃液を水硬性無機固化材と混合して固化する固化手段と、を具備することを特徴とする。
【0008】
また、本発明に係る放射性廃液の処理方法は、非ハロゲン系有機化合物を含有する放射性廃液を超臨界二酸化炭素と接触させて、前記放射性廃液中の前記非ハロゲン系有機化合物を前記超臨界二酸化炭素に溶解抽出させる抽出工程と、前記抽出工程により抽出された前記非ハロゲン系有機化合物を酸化剤の存在下で酸化分解する酸化分解工程と、前記抽出工程により前記非ハロゲン系有機化合物の除去された放射性廃液を水硬性無機固化材と混合して固化する固化工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、非ハロゲン系有機化合物を含む放射性廃液を、安全かつ安価に処理することができる放射性廃液の処理装置及びその処理方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。
【0011】
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態に係る放射性廃液の処理装置1の構成および流体の流れを概略的に示す図である。
【0012】
図1に示すように、本実施形態の放射性廃液の処理装置1は、抽出槽10と、超臨界二酸化炭素供給装置11と、予熱器12と、減圧器13と、有機化合物回収槽14と、酸化分解手段15と、固化手段16と、二酸化炭素戻しライン17aと、放射性廃液回収ライン17bと、酸化処理溶液回収ライン17cと、恒温槽18とを備えている。
【0013】
抽出槽10と超臨界二酸化炭素供給装置11と予熱器12と恒温槽18は、抽出手段として機能する。
抽出槽10は、非ハロゲン系有機化合物を含む放射性廃液19を超臨界状態の二酸化炭素(超臨界二酸化炭素)と接触させて、放射性廃液19中に含まれる非ハロゲン系有機化合物を超臨界二酸化炭素中に溶解抽出させるものである。抽出槽10は恒温槽18内に設けられている。
超臨界二酸化炭素供給装置11は、放射性廃液19を収容した抽出槽10内に超臨界二酸化炭素を連続的に供給するものである。
予熱器12は、超臨界二酸化炭素を加熱して抽出槽10に導入することにより、抽出槽10内の温度が一定の温度となるようにコントロールするものである。
恒温槽18は、抽出槽10を収容し、抽出槽10内の温度を一定に保つものである。
【0014】
非ハロゲン系有機化合物を含む放射性廃液19は、予め抽出槽10内に投入される。この抽出槽10内に、超臨界二酸化炭素供給装置11により、超臨界二酸化炭素が連続的に供給される。超臨界二酸化炭素は、予熱器12で加熱され、また、抽出槽10は恒温槽18内に設けられており、抽出槽10内の温度が一定の温度となるようにコントロールされる。抽出槽10内の温度および圧力は、二酸化炭素の超臨界状態を維持するため、二酸化炭素の臨界温度(約31℃)および臨界圧力(約7.3MPa)以上に保たれる。抽出槽10内の温度および圧力は、設備コストやエネルギーコストを低減する観点から、それぞれ二酸化炭素の臨界温度以上80℃以下、臨界圧力以上30MPa以下の範囲とすることが好ましい。抽出槽10において、非ハロゲン系有機化合物を含む放射性廃液19は、超臨界二酸化炭素と接触し、放射性廃液19中に含まれる非ハロゲン系有機化合物が超臨界二酸化炭素中に溶解し抽出される。
【0015】
減圧器13と有機化合物回収槽14は、分離回収手段として機能する。
減圧器13は、抽出槽10から排出される非ハロゲン系有機化合物を含む超臨界二酸化炭素を減圧して非ハロゲン系有機化合物と二酸化炭素に分離するものである。
有機化合物回収槽14は、減圧器13により分離された二酸化炭素を選択的に排出し、減圧器13により分離された非ハロゲン系有機化合物を回収するものである。
【0016】
非ハロゲン系有機化合物を溶解抽出した超臨界二酸化炭素は、抽出槽10から連続的に排出され、減圧器13で大気圧まで減圧されると、溶解していた非ハロゲン系有機化合物が二酸化炭素から分離される。非ハロゲン系有機化合物は有機化合物回収槽14に送られて回収され、二酸化炭素のみが有機化合物回収槽14から二酸化炭素戻しライン17aによって選択的に排出され、超臨界二酸化炭素供給装置11の入口に導入されて、再利用に供される。
【0017】
図2は、本発明の第1の実施形態に係る酸化分解手段15の構成の一例を示す図である。
図2に示す酸化処理容器50と酸化剤供給手段51と加熱手段52と還流手段53と予熱器54と酸化触媒55とスクラバー56と調整用排気ポンプ57は、酸化分解手段として機能する。
酸化処理容器50は、分離回収手段により回収された非ハロゲン系有機化合物を含む酸化処理溶液58を収容するものである。
酸化剤供給手段51は、酸化処理容器50に酸化剤を供給するものであり、例えば、酸化剤を供給する酸化剤供給ラインが挙げられる。酸化剤としては、例えば、オゾンガスや過酸化水素水等が使用でき、図2では、オゾンガスを供給する場合を示している。
加熱手段52は、酸化処理容器50中の酸化処理溶液58を加熱するものであり、例えば、酸化処理容器50の外周を囲むジャケット状に設けられて温水を通流させる加熱ジャケットが挙げられる。
還流手段53は、加熱手段52によって酸化処理容器50から揮発した非ハロゲン系有機化合物を冷却し、この冷却温度よりも高い沸点の非ハロゲン系有機化合物を酸化処理容器50内に還流するものであり、例えば、冷却器を備えている。
【0018】
予熱器54は、還流手段53を通過した非ハロゲン系有機化合物ガスを所定温度に加熱するものである。
酸化触媒55は、予熱器54によって所定温度にされた非ハロゲン系有機化合物ガスを二酸化炭素と水に変換する触媒である。酸化触媒55としては、例えば、Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、Os、Ag、Au、Re、Cu、Ni、Co、Zn等のいずれか1種類以上の金属を備える触媒が挙げられる。
スクラバー56は、酸化触媒55によって変換された二酸化炭素を捕捉するものである。スクラバーには、中性又はアルカリ性の水溶液、例えば、Na、K、Li、Cs、Mg、Ca、Sr等から選ばれる少なくとも1種を水に溶かしたアルカリ性水溶液59が用いられる。
調整用排気ポンプ57は、出口でのガスの流速が一定となるように調整するものである。
【0019】
有機化合物回収槽14により回収された非ハロゲン系有機化合物を含む酸化処理溶液58は、酸化処理容器50に収容される。酸化剤供給ライン51により酸化処理容器50に酸化剤が供給され、また、加熱手段52により酸化処理容器50中の酸化処理溶液58は加熱される。加熱手段52によって酸化処理容器50から揮発した非ハロゲン系有機化合物は冷却され、この冷却温度よりも高い沸点の非ハロゲン系有機化合物は、酸化処理容器50内に還流される。一方、酸化剤により酸化分解され、加熱手段52によって加熱されて、酸化処理容器50から気化し還流手段53を通過した非ハロゲン系有機化合物ガスは、予熱器54により所定温度に加熱され、酸化触媒55によって水と二酸化炭素に分解される。なお、所定温度は50℃以上であることが好ましい。酸化触媒55によって分解されて生成した二酸化炭素はスクラバー56によって捕捉される。調整用排気ポンプ57により出口でのガスの流速が一定となるように調整して排気される。
【0020】
固化手段16は、抽出手段により非ハロゲン系有機化合物の除去された放射性廃液19を水硬性無機固化材と混合して固化するものである。固化手段16は、例えば、放射性廃液回収ライン17bと、酸化処理溶液回収ライン17cと、水硬性無機固化材供給手段(図示せず)と、水供給手段(図示せず)と、ミキサー(図示せず)とを備えている。
【0021】
放射性廃液回収ライン17bは、抽出手段により非ハロゲン系有機化合物の除去された放射性廃液19をミキサーに供給するラインである。放射性元素は無機物のため超臨界二酸化炭素中への溶解度は低いので、抽出槽10に残った放射性廃液19には放射性元素が含まれている。
酸化処理溶液回収ライン17cは、送液ポンプ60によって、非ハロゲン系有機化合物の除去された酸化処理溶液58をミキサーに供給するラインである。
水硬性無機固化材供給手段は、水硬性無機固化材をミキサーに供給するものである。
水供給手段は、必要に応じて水をミキサーに供給するものである。
【0022】
ミキサーは、非ハロゲン系有機化合物の除去された放射性廃液19と、非ハロゲン系有機化合物が除去された酸化処理溶液58と、水硬性無機固化材と、必要に応じて水を混合するものである。
水硬性無機固化材は、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント等の各種混合セメント、アルミナセメント等の特殊セメント等の各種セメントを用いることができる。水硬性無機固化材は、必要に応じて骨材、各種混和材(剤)等を含有することができる。
【0023】
放射性廃液回収ライン17bにより供給された非ハロゲン系有機化合物の除去された放射性廃液19と、酸化処理溶液回収ライン17cにより供給された非ハロゲン系有機化合物の除去された酸化処理溶液58と、水硬性無機固化材供給手段により供給された水硬性無機固化材と、必要に応じて水供給手段により供給された水をミキサーで混練する。混練物をドラム缶等の処分容器に流し込み、この処分容器内でそのまま固化体とすれば、そのままの形で固化処理物のユニットとして扱うことができる。
【0024】
本実施形態の放射性廃液の処理装置1は、フタル酸ジ−2−エチルヘキシルなどのフタル酸エステル系可塑剤を含む放射性廃液の処理に好適である。
【0025】
本実施形態の放射性廃液の処理装置1によれば、放射性廃液から有害な非ハロゲン系有機化合物であるフタル酸ジ−2−エチルヘキシルのみを選択的に分離して分解処理し無害化することができ、有害物質を安全に処理できる。また、放射性廃液等からフタル酸ジ−2−エチルヘキシルを除去すると、放射性廃液等をセメント固化し埋設処分することが可能になり、安価に処理することができる。また、この固化体を埋設しても、フタル酸ジ−2−エチルヘキシルが溶出することはなく、安全に処理することができる。また、二酸化炭素戻しライン17aを備えており、二酸化炭素を繰り返し使用できるため、二酸化炭素の使用量を実質的に低減することができる。
【0026】
なお、本実施形態では、回収した非ハロゲン系有機化合物を酸化分解する酸化分解手段15として、図2に示すオゾンガス等の酸化剤及び酸化触媒55を用いたものが使用されているが、これに代えて、超臨界水を利用した酸化分解手段(超臨界水酸化分解装置)を使用してもよい。水は超臨界状態では良好な溶媒となるため、超臨界水と非ハロゲン系有機化合物と酸化剤が均一相を形成して、超臨界水酸化反応が進行し、非ハロゲン系有機化合物は極めて短時間の間に酸化分解される。その場合の反応温度および反応圧力としては、それぞれ水の臨界温度以上500℃以下、水の臨界圧力以上30MPa以下の範囲で調整することが好ましい。また、酸化剤としては、空気や酸素の他、過酸化水素水などが使用される。
【0027】
本実施形態の放射性廃液の処理装置1は、放射性元素の系外への漏洩を防止し、安全な処理を行うため、少なくとも超臨界二酸化炭素供給装置11、抽出槽10、減圧器13および超臨界水酸化分解装置(用いた場合)は、負圧に制御されたフードあるいはグローブボックスなどの箱の中に設置することが好ましく、装置全体を負圧に制御した箱の中に設置することがより好ましい。
【0028】
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る放射性廃液の処理装置2の構成および流体の流れを概略的に示す図であり、図1に共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0029】
図3に示すように、本実施形態の処理装置2は、超臨界水酸化分解装置20と、酸化剤供給ライン21と、水供給ライン22と、減圧器23a,23bと、排出ライン24a,24bとを備えている。他の構成は、図1に示した第1の実施形態と同じである。
【0030】
超臨界水酸化分解装置20と、酸化剤供給ライン21と、水供給ライン22は、酸化分解手段として機能する。
超臨界水酸化分解装置20は、超臨界水と接触させて、超臨界二酸化炭素中に溶解している非ハロゲン系有機化合物を酸化分解するものである。本実施の形態では、抽出槽10から排出される非ハロゲン系有機化合物を溶解している超臨界二酸化炭素を、減圧することなく超臨界水酸化分解装置20に導入している。
酸化剤供給ライン21は、空気などの酸化剤を供給するラインであり、水供給ライン22は、水を供給するラインである。本実施の形態では、抽出槽10から排出される非ハロゲン系有機化合物を溶解している超臨界二酸化炭素に、酸化剤および水をそれぞれ圧入供給している。
【0031】
減圧器23a,23bは、超臨界水酸化分解装置20から排出される超臨界二酸化炭素、超臨界水および非ハロゲン系有機化合物の分解生成物(主に二酸化炭素および水であり、超臨界状態では超臨界二酸化炭素および超臨界水として存在する)を減圧して、二酸化炭素又は水としてそれぞれ排出するものである。
排出ライン24aは、減圧器23aが介挿されており、二酸化炭素を超臨界二酸化炭素供給装置20の入口に排出するラインである。
排出ライン24bは、減圧器23bが介挿されており、水を水供給ライン22に排出するラインである。
【0032】
抽出槽10から排出される非ハロゲン系有機化合物を溶解している超臨界二酸化炭素は、減圧されることなく、酸化剤供給ライン21及び水供給ライン22から酸化剤及び水が、圧入供給され、超臨界水酸化分解装置20に導入される。超臨界水酸化分解装置20において超臨界二酸化炭素中に溶解している非ハロゲン系有機化合物は超臨界水と接触し、二酸化炭素および水に酸化分解され、超臨界状態では超臨界二酸化炭素および超臨界水として存在する。減圧器23a,23bにより、超臨界二酸化炭素、超臨界水および非ハロゲン系有機化合物の分解生成物の超臨界二酸化炭素と超臨界水は、それぞれ減圧されて二酸化炭素、水として排出される。排出ライン24aにより排出された二酸化炭素は超臨界二酸化炭素供給装置20の入口に導入され、排出ライン24bにより排出された水は水供給ライン22に導入される。
【0033】
なお、二酸化炭素および水以外の成分が排出される場合には、これらを分離し排出するラインが、排出ライン24a,24bとは別にさらに設けられる。
また、超臨界水酸化分解装置20から排出される二酸化炭素や水は、再利用せずにそのまま分離回収するようにしてもよい。この場合、超臨界水酸化分解装置20から排出される水は、固化手段16に導入され水硬性無機固化材と混合して固化処理することが好ましい。
【0034】
超臨界水酸化分解装置20において非ハロゲン系有機化合物を酸化分解する際の反応条件は、設備コストやエネルギーコストを低減する観点から、それぞれ水の臨界温度以上500℃以下、臨界圧力以上30MPa以下の範囲が好ましい。また、酸化剤供給ライン21から非ハロゲン系有機化合物が溶解している超臨界二酸化炭素に圧入する酸化剤としては、空気の他、酸素や過酸化水素水などが使用される。
【0035】
本実施形態の放射性廃液の処理装置2によれば、放射性廃液から有害な非ハロゲン系有機化合物であるフタル酸ジ−2−エチルヘキシルのみを選択的に分離して分解処理し無害化することができ、有害物質を安全に処理できる。また、放射性廃液からフタル酸ジ−2−エチルヘキシルを除去すると、放射性廃液をセメント固化し埋設処分することが可能になり、安価に処理することができる。また、この固化体を埋設しても、フタル酸ジ−2−エチルヘキシルが溶出することはなく、安全に処理することができる。また、排出ライン24a、24bを備えており、二酸化炭素や水を繰り返し使用できるため、二酸化炭素や水の使用量を実質的に低減することができる。
【0036】
放射性元素の系外への漏洩を防止し、安全な処理を行うため、少なくとも超臨界二酸化炭素供給装置11、抽出槽10および超臨界水分解装置20は、負圧に制御されたフードあるいはグローブボックスなどの箱の中に設置することが好ましく、装置全体を負圧に制御した箱の中に設置することがより好ましい。
【0037】
(第3の実施形態)
図4は、本発明の第3の実施形態に係る放射性廃液の処理装置3の構成および流体の流れを概略的に示す図であり、図1に共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0038】
図4に示すように、本実施形態の放射性廃液の処理装置3は、分離回収槽30と、予熱器31と、第2の恒温槽32と、減圧器33、34と、超臨界二酸化炭素戻しライン35を備えている。他の構成は、図1に示した第1の実施形態と同じである。
【0039】
分離回収槽30と、予熱器31と、第2の恒温槽32と、減圧器33、34と、有機化合物回収槽14は、分離回収手段として機能する。
分離回収槽30は、抽出槽10と減圧器33、34の間に備えられ、抽出槽10から排出された非ハロゲン系有機化合物を溶解している超臨界二酸化炭素を昇温させて、この超臨界二酸化炭素中から非ハロゲン系有機化合物を分離し回収するものである。なお、予め分離回収槽30に有機溶剤を投入しておき、分離回収槽30で分離された非ハロゲン系有機化合物を、この有機溶剤に溶解させるようにしてもよい。
予熱器31は、抽出槽10から排出された超臨界二酸化炭素を加熱して分離回収槽30に導入することにより、分離回収槽30内の温度が一定の温度となるようにコントロールするものである。
【0040】
第2の恒温槽32は、分離回収槽30を収容し、分離回収槽30内の温度を一定に保つものである。
減圧器33、34は、分離回収槽30により分離された非ハロゲン系有機化合物と、非ハロゲン系有機化合物が残存している超臨界二酸化炭素を減圧するものである。この非ハロゲン系有機化合物が残存している超臨界二酸化炭素は、減圧されて非ハロゲン系有機化合物と二酸化炭素に分離される。
超臨界二酸化炭素戻しライン35は、非ハロゲン系有機化合物の大部分が分離除去されている超臨界二酸化炭素の一部(大部分であっても、全部であってもよい)を、分離回収槽30から予熱器12の上流に戻すラインである。
【0041】
抽出槽10から排出された非ハロゲン系有機化合物を溶解している超臨界二酸化炭素は、予熱器31で加熱された後、分離回収槽30に導入される。第2の恒温槽32に収容されている分離回収槽30内は、抽出槽10内とほぼ同じ圧力で、抽出槽10より高温に保たれており、この温度差により、非ハロゲン系有機化合物が超臨界二酸化炭素から分離される。
【0042】
ここで、その原理を説明する。超臨界二酸化炭素中の有機化合物の溶解度と超臨界二酸化炭素の密度との関係は、例えば下記(1)式で与えられる。
ln(y2)=aln(ρ)+b …(1)
y2:溶解度(モル分率)
ρ:超臨界二酸化炭素密度[kg/m
a,b:定数
(1)式に示すように、有機化合物の溶解度と超臨界二酸化炭素の密度の両対数プロットを取ると良好な直線関係を示す。そして、超臨界二酸化炭素の密度ρは、表1に示すように、温度と圧力により変化し、圧力が同じ場合、温度が上昇するほど小さくなる。表2は、圧力10MPaで温度が40℃、60℃および80℃のときの溶解度を(1)式(a=4、b=−30として)より算出した結果を示したものである。
【0043】
【表1】


【0044】
【表2】


【0045】
表2から明らかなように、60℃および80℃のときの溶解度は40℃のときのそれぞれ約1/10および約1/25となっている。したがって、圧力を一定とし、温度を上昇させるだけで超臨界二酸化炭素中の有機化合物を分離回収することができる。なお、温度は20℃以上高くすることが好ましく、40℃以上高くすることがより好ましい。
【0046】
分離回収槽30で分離された非ハロゲン系有機化合物は、随時、減圧器33、34で大気圧まで減圧した後、有機化合物回収槽14に回収される。
【0047】
一方、分離回収槽30から排出される超臨界二酸化炭素は、抽出槽10から排出された非ハロゲン系有機化合物を溶解している超臨界二酸化炭素から大部分の非ハロゲン系有機化合物が除去された超臨界二酸化炭素であり、その大部分は超臨界二酸化炭素戻しライン35から予熱器12の上流に戻され、再利用に供される。再利用に供されない残りの超臨界二酸化炭素は非ハロゲン系有機化合物を残存しており、減圧器33、34で大気圧まで減圧されると、二酸化炭素と非ハロゲン系有機化合物とに分離される。この非ハロゲン系有機化合物も有機化合物回収槽14に回収される。二酸化炭素は選択的に二酸化炭素戻しライン17aにより有機化合物回収槽14から超臨界二酸化炭素供給装置14の入口に戻されて再利用に供される。
【0048】
有機化合物回収槽14に回収された非ハロゲン系有機化合物は、図2に示される酸化分解手段15又は超臨界水酸化分解装置等に導入されて酸化剤の存在下で酸化分解され、水と二酸化炭素に分解される。
【0049】
本実施形態の放射性廃液の処理装置3によれば、放射性廃液から有害な非ハロゲン系有機化合物であるフタル酸ジ−2−エチルヘキシルのみを選択的に分離して分解処理し無害化することができ、有害物質を安全に処理できる。また、放射性廃液からフタル酸ジ−2−エチルヘキシルを除去すると、放射性廃液をセメント固化し埋設処分することが可能になり、安価に処理することができる。また、この固化体を埋設しても、フタル酸ジ−2−エチルヘキシルが溶出することはなく、安全に処理することができる。また、減圧器33、34で減圧する前に非ハロゲン系有機化合物を分離回収するため、有機化合物回収槽14にかかる負荷を軽減することができる。さらに、減圧器33、34で減圧する前に非ハロゲン系有機化合物が除去されるため、超臨界二酸化炭素を抽出槽10に導入して再利用することができ、二酸化炭素の使用量を低減することができるとともに、超臨界二酸化炭素供給装置11の負荷を軽減することができる。
【0050】
放射性元素の系外への漏洩を防止し、安全な処理を行うため、少なくとも超臨界二酸化炭素供給装置11、抽出槽10、分離回収槽30、減圧器33,34および超臨界水酸化分解装置(用いた場合)は、負圧に制御されたフードあるいはグローブボックスなどの箱の中に設置することが好ましく、装置全体を負圧に制御した箱の中に設置することがより好ましい。
【実施例】
【0051】
(実施例1)
模擬液としてフタル酸ジ−2−エチルヘキシルが20ppm含まれている水溶液20mlを抽出槽10に投入した後、超臨界二酸化炭素供給装置11から超臨界二酸化炭素を予熱器12により予熱して5ml/minの流量で抽出槽10に連続的に圧入し、温度40℃、圧力30MPaで30分間抽出処理した。
【0052】
この抽出処理が終了した後、水溶液を回収し、水溶液中の全有機炭素濃度を測定したところ検出限界値以下のため、検出することができなかった。このことから、本発明の抽出手段を用いて、放射性廃液中のフタル酸ジ−2−エチルヘキシルをほぼ完全に抽出できることが確認できた。この抽出処理を行うことにより放射性廃液やそのセメント固化体の安全な処理が可能になる。
【0053】
(実施例2)
図2の酸化分解手段15を用いて模擬液の酸化分解処理を行った。酸化処理溶液58として非ハロゲン系有機化合物である10vol%のメタノール水溶液500mlを模擬液に用い、酸化処理容器50に収容した。酸化剤供給ライン(酸化剤供給手段51)によりオゾンガスを1g/hの流量で、散気管を通じてバブリングしながら酸化処理容器50に供給し、加熱ジャケット(加熱手段52)により酸化処理容器50中の酸化処理溶液58を80℃に加熱した。冷却器(還流手段53)を通過した非ハロゲン系有機化合物ガスを、予熱器54により100℃に加熱し、調整用排気ポンプ57によりガスラインの流速を80ml/minとした。酸化触媒55として直径3mmの球状アルミナにPtを添着させたもの100gを、直径38mmのステンレス円筒に10cmの高さとなるように充填した。二酸化炭素を捕捉するスクラバー56には、5重量%の水酸化ナトリウム水溶液50mlを用いた。
【0054】
酸化触媒55の出口と入口のガスをサンプリングし、ガスクロマトグラムにより分析を行ってメタノール濃度を求めたところ、酸化触媒55通過後のガス中のメタノール濃度は入口の2%にまで低減していた。また、酸化分解処理を1時間行い、スクラバー56中の炭酸濃度を測定したところ、酸化触媒55を通過後に発生した二酸化炭素の99%が回収されていることが確認できた。このことから、本発明の図2の酸化分解手段15を用いて、放射性廃液中の非ハロゲン系有機化合物をほぼ完全に無害化して回収できることが確認できた。
また、酸化分解手段15を用いれば、処理温度も100℃程度と従来よりもはるかに低い温度でよく、設備やエネルギーに要するコストを大幅に低減することができる。
【0055】
(実施例3)
実施例2の酸化分解処理後の酸化処理溶液120mlと、普通ポルトランドセメント250gを10分間混練し、円柱状の型枠に混練物を注入し、20℃で飽和水蒸気下において28日間養生した。
養生後、外観の観察により余剰水が発生していないことを確認した。また、この試料の一軸圧縮強度を測定したところ、400kg/cm以上の強度を有しており、評価基準値とされる15kg/cm(1.5MPa)を上回ることが確認された。このことから、本発明によって非ハロゲン系有機化合物の除去された廃液のセメント固化が可能であることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る放射性廃液の処理装置の構成および流体の流れを概略的に示す図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る酸化分解手段の構成の一例を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る放射性廃液の処理装置の構成および流体の流れを概略的に示す図である。
【図4】本発明の第3の実施形態に係る放射性廃液の処理装置の構成および流体の流れを概略的に示す図である。
【符号の説明】
【0057】
1,2,3…放射性廃液の処理装置、10…抽出槽、11…超臨界二酸化炭素供給装置、12…予熱器、13…減圧器、14…有機化合物回収槽、15…酸化分解手段、16…固化手段、17a…二酸化炭素戻しライン、17b…放射性廃液回収ライン、17c…酸化処理溶液回収ライン、18…恒温槽、19…放射性廃液、20…超臨界水酸化分解装置、21…酸化剤供給ライン、22…水供給ライン、23a,23b,33,34…減圧器、24a,24b…排出ライン、30…分離回収槽、31…予熱器、32…第2の恒温槽、35…超臨界二酸化炭素戻しライン、50…酸化処理容器、51…酸化剤供給手段、52…加熱手段、53…還流手段、54…予熱器、55…酸化触媒、56…スクラバー、57…調整用排気ポンプ、58…酸化処理溶液、59…アルカリ水溶液、60…送液ポンプ。




 

 


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