放射性物質除染方法および化学除染装置
【課題】 形状が複雑な除染対象物に付着した放射性物質についても、また、油汚染、塗膜汚染、塵埃汚染、酸化皮膜汚染等の汚染形態の異なる放射性廃棄物に対しても十分な除染効果を得ることができ、しかも二次廃棄物の問題も解決した除染方法およびこれに用いる除染装置を提供すること。
【解決手段】 原子力施設から発生する除染対象物を、アルカリ除染剤を用いるアルカリ除染工程と、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いる酸除染工程とを組み合わせた除染処理に付すことを特徴とする放射性物質の除去方法並びにアルカリ除染剤を用いて除染を行うアルカリ除染槽、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いて除染を行う酸除染槽、除染対象物を前記アルカリ除染槽と前記酸除染槽の間で移動させるための手段並びに使用後の前記アルカリ除染剤および酸除染剤を処理する廃液処理装置を具備する原子力施設から発生する除染対象物の化学除染装置。
【解決手段】 原子力施設から発生する除染対象物を、アルカリ除染剤を用いるアルカリ除染工程と、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いる酸除染工程とを組み合わせた除染処理に付すことを特徴とする放射性物質の除去方法並びにアルカリ除染剤を用いて除染を行うアルカリ除染槽、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いて除染を行う酸除染槽、除染対象物を前記アルカリ除染槽と前記酸除染槽の間で移動させるための手段並びに使用後の前記アルカリ除染剤および酸除染剤を処理する廃液処理装置を具備する原子力施設から発生する除染対象物の化学除染装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力施設から発生する、放射性物質が付着した除染対象物の化学除染方法に関し、更に詳細には、原子力発電所等の原子力施設の、特に定期検査時に発生する放射性金属廃棄物からの放射性物質を除去するための化学除染方法およびこの方法に用いられる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力施設（原子力発電所、燃料再処理工場、燃料製造工場、ウラン転換および濃縮工場、研究所等）などで発生する放射性金属廃棄物（除染対象物）からの放射性物質の除染処理は、当該放射性金属廃棄物の汚染程度を所定の搬出基準以下まで下げることが必須であり、また、単純に放射性物質の除去のみならず、これに伴って発生する二次廃棄物の量を如何に少なくするかについても考慮を払う必要があるため、その処理手法の選択は極めて重要である。
【０００３】
従来、放射性金属廃棄物は、油汚染、塗膜汚染、塵埃汚染、酸化皮膜汚染等の汚染形態が組み合わされたものであることが知られており、上記した各汚染形態の程度に応じ、放射性物質を所定の搬出基準以下まで下げるために下記のような方法が採用されていた。
【０００４】
（１）油汚染：
有機溶剤除染、フレオン除染、ドライアイスブラスト除染
（２）塗膜汚染：
有機溶剤除染、ドライアイスブラスト除染、ドライブラスト除染、
高圧水ジェット除染
（３）塵埃汚染：
ドライアイスブラスト除染、ドライブラスト除染、高圧水ジェット除染
（４）酸化皮膜汚染：
強力化学除染、電解研磨除染、レドックス除染、超高圧ジェット除染、
ドライブラスト除染、
【０００５】
上記各除染方法のうち、例えば、ドライアイスブラスト除染法やドライブラスト除染法等の機械的方法では、種々の汚染を一度に除去できるので、採用されることが多かった。しかし、ブラスト除染法は、除染対象面にブラスト材を激しく照射し、これによる衝撃で放射性物質を除染するものであるから、複雑な構造を持つ対象物を除染する場合には、除染対象面にブラスト材が照射可能になる様な状態まで解体分解する必要がある。例えば、簡単なパイプ類の除染でも、これを半割にし、除染対象面にブラスト材が照射出来る様にしてから除染する必要がある。更に複雑な構造物になれば、これを切断分解して、同様に内部を露出させてから除染を行う必要が有るという問題があった。また、形状の複雑な構造物は、除染が不可能であるという問題があった。
【０００６】
一方、油や塗膜を除去するために、有機溶剤やフレオンを利用した除染方法も知られているが、前者は、安全上の問題（火災等）で原子力発電所では使用が厳しく制限されており、また、後者のフレオンは、オゾンホール等の問題で世界的に使用禁止となっているため、現在では採用困難な方法である。
【０００７】
更に、酸化皮膜に対する除染方法である、強力化学除染、電解研磨除染、レドックス除染等は、作業性の面で問題があると共に、二次廃棄物量が増えてしまうという問題もあった。
【０００８】
このように、従来の除染方法は、特に原子力発電所等の原子力施設から発生する放射性廃棄物の除染方法として十分に満足の行くものでなく、より優れた除染方法の開発が待たれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って本発明は、形状が複雑な除染対象物に付着した放射性物質についても、また、油汚染、塗膜汚染、塵埃汚染、酸化皮膜汚染等の汚染形態の異なる放射性廃棄物に対しても十分な除染効果を得ることができ、しかも二次廃棄物の問題も解決した除染方法およびこれに用いる除染装置の提供をその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行っていたところ、アルカリ除染剤と、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤とを用い、更にこれら除染剤中で振動撹拌ないし超音波撹拌を行うことにより、複雑な形状の除染対象物中の放射性物質や、有機性汚れと金属酸化物汚れが混じった放射性廃棄物中の放射性物質であっても除染可能であり、また二次廃棄物量も簡単に減容しうることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
すなわち本発明は、原子力施設から発生する除染対象物を、アルカリ除染剤を用いるアルカリ除染工程と、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いる酸除染工程とを組み合わせた除染処理に付すことを特徴とする放射性物質の除去方法である。
【００１２】
また本発明は、アルカリ除染剤を用いて除染を行うアルカリ除染槽、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いて除染を行う酸除染槽、除染対象物を前記アルカリ除染槽と前記酸除染槽の間で移動させるための手段並びに使用後の前記アルカリ除染剤および酸除染剤を処理する廃液処理装置を具備することを特徴とする原子力施設から発生する除染対象物の化学除染装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の放射性物質の除去方法は、アルカリ除染剤と酸除染剤の二種類の除染剤を組合せ、使用することで、より除染効果を向上させるとともに除染対象範囲の拡大を可能とすることができる。また、除染により発生する二次廃棄物も、簡単に減容させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明方法において用いられるアルカリ除染剤は、アルカリ性の除染性のあるものであれば特に制約はないが、そのｐＨが１２.５〜１３程度のものが好ましい。具体的なアルカリ除染剤の例としては、オルソケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、セスキケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム液（珪酸ナトリウム１号から４号）等のケイ酸塩、リン酸三ナトリウム等のリン酸塩、過炭酸ナトリウム等の過炭酸塩、セスキ炭酸ナトリウム等の炭酸塩の少なくとも１種を含有するアルカリ溶液が挙げられ、この中には適当な界面活性剤、例えば、ポリオキシエチレンオクチルエーテル等を適当量加えても良い。
【００１５】
このアルカリ除染剤は、放射性金属廃棄物からの油脂分の除去や塗装材の除去には有効であり、特に塗装剤の基材を溶解することで、その強度を弱め、超音波などの機械的な補助を受けることによりこれらを金属表面部から除去出来るものである。アルカリ除染剤中に脱離したこれら物質はそれぞれの性質を利用し、吸着、ろ過などの手段によりアルカリ除染液中から除去することができる。このように、アルカリ除染液を清浄に保つことで、より一層の除染効果を得ることが可能となる。
【００１６】
一方、本発明方法で使用する酸除染剤は、有機酸と無機酸との混合体であり、有機酸としては、例えば、クエン酸、グリコール酸、マロン酸、シュウ酸等が利用され、また無機酸としては、例えば、硝酸、フッ酸、硫酸等が利用される。この酸除染剤中の有機酸の濃度としては０.１〜０.３％程度が好ましく、また無機酸の濃度としては０.５〜１.５％程度が好ましい。更に、この有機酸と無機酸を含む酸除染液のｐＨは、０.６５〜０.８程度が好ましい。
【００１７】
前記酸除染液において、有機酸はクラッドに強力に作用してこれを溶解する働きを、また無機酸は金属材料の溶解と溶解金属イオンの溶解を維持する作用を持ち、混合液としてお互いの長所を利用する。また、除染の効果向上を平均化するためには、この酸除染液を振動撹拌機のような手段を用いて撹拌し、除染対象物への接液流動性を高めることが好ましい。
【００１８】
本発明の放射性物質の除去方法では、アルカリ除染工程を行った後、酸除染工程を行うことが一般的であるが、放射性物質が落ちにくい時などは、この工程を繰り返しても良い。本発明におけるアルカリ除染工程は、除染対象物に付着した放射性物質の性質や量あるいはアルカリ除染剤の種類等によっても異なるが、最大１.５時間程度行うことが好ましい。また酸除染工程も、除染対象物に付着した放射性物質の性質や量あるいはアルカリ除染剤の種類等によっても異なるが、最大３時間程度行うことが好ましい。
【００１９】
次に、本発明の放射性物質の除去方法を有利に実施するための装置について、図面と共に説明する。図１は、本発明化学除染装置のユニット構成の一実施態様を示した図面であり、１はアルカリ除染ユニット、２は酸除染ユニット、３は水洗ユニット、４は廃液処理ユニットを示す。
【００２０】
図２は、アルカリ除染ユニット１の構成を示す図面であり、図中５はクレーン、６はフック、７はクレーン用レールを示し、１０はアルカリ除染槽、１１は電気ヒーター、１２は超音波振動子、１３は超振動撹拌機、１４はオイル吸着塔、１５は逆洗型フィルター、１６は逆洗用バッファ槽、１７は移送ポンプをそれぞれ示す。
【００２１】
図２のアルカリ除染ユニット１において、アルカリ除染槽１０には、超音波振動子１２および超振動攪拌機１３が設置され、この中にアルカリ除染剤Ａが入れられている。アルカリ除染液Ａは、移送ポンプ１７により、アルカリ除染槽１０から、配管を介してオイル吸着塔１４、逆洗型フィルター１５および電気ヒーター１１と連通、循環される。更に、逆洗型フィルター１５には、逆染用バッファ槽１６が取り付けられている。
【００２２】
上記アルカリ除染ユニット１では、上部に設けられたクレーン５のフック６に、処理液が流通可能な、例えばカゴ状の除染用容器（図示せず）を取り付け、この容器中に除染対象物を入れた後、クレーン５の移動とフック６の上下により、アルカリ除染槽１０中に浸漬し、アルカリ除染を行う。
【００２３】
また、図３は、酸除染ユニット２の構成を示す図面であり、図中、５ないし７は図２と同じものを、２０は酸除染槽、２１は電気ヒーター、２２は超振動撹拌機、２３はカチオン樹脂塔、２４は酸除染剤分解塔、２５は交換型フィルター、２６および２７配送ポンプ、２８は再生廃液処理槽をそれぞれ示す。
【００２４】
上記酸除染ユニット２においては、酸除染槽２０には、超振動攪拌機２２が取り付けられ、この中に酸除染液Ｂが入れられている。この酸除染液Ｂは、移送ポンプ２６により、酸除染槽２０から、配管を介して交換型フィルター２５、カチオン樹脂塔２３、電気ヒーター２１と連通、循環される。また、この配管には、酸除染剤分解塔２４も取り付けられており、必要に応じて、酸除染剤中の有機酸を分解することが可能である。
【００２５】
この酸除染ユニット２では、アルカリ除染ユニット１と同様、上部に設けられたクレーン５の移動とフック６の上下により、例えば、アルカリ除染後、必要により水洗を行った
除染対象物を、酸除染槽２０中に浸漬し、酸除染を行う。
【００２６】
更に、図４は、水洗ユニット３の構成を示す図面であり、図中、５ないし７は前記のものを示し、３０は水洗槽、３１は混床樹脂塔、３２は交換型フィルター、３３は移送ポンプを示す。
【００２７】
この水洗ユニット３は、洗浄水Ｃを入れた水洗槽３０と、配管を介してこの水洗槽３０に連通された混床樹脂塔３１および交換型フィルター３２で構成される。洗浄水Ｃは、水洗槽３０から、混床樹脂塔３１および交換型フィルター３２を循環し、混床樹脂塔３１で各種のイオン性成分が、交換型フィルター３２で固形不純物が除去される。
【００２８】
図４の水洗ユニット３は、アルカリ除染後の除染対象物や酸除染後の除染対象物を浸漬することにより、各除染液からのアルカリ成分および酸成分や、除染により生じた固形不純物等を除去するものである。そして、上記のように洗浄水Ｃが循環浄化されるため、長時間にわたって、水洗機能が維持できる。なお、水洗に当たって、除染対象物を上部に設けられたクレーン５の移動とフック６の上下により移動し、水洗槽３０中に浸漬させることはアルカリ除染ユニット１や酸除染ユニット２と同様である。
【００２９】
更にまた、図５は廃液処理ユニット４の構成を示す図面であり、図中、４０は廃液処理槽、４１は移送ポンプを示す。このユニットでは、アルカリ除染ユニット１、酸除染ユニット２および水洗処理ユニット３から出るアルカリ廃液および酸廃液を受け入れ、中和処理する。
【００３０】
ところで化学除染法では、アルカリ除染液、酸除染液とも温度を上げることは常套的な手法であり、本発明装置でもそれぞれの液を加温するためのヒーター１１および２１がアルカリ除染槽１０および酸除染槽２０中に設けられている。これらによる加温は、５０〜７５℃が好ましい。ヒーターとしては、電気ヒーターが一般的で操作性も良く取り扱い易い点であるが、所定の温度を大略維持できるものであれば、水蒸気を用いたヒーターやそれ以外のものであってもかまわない。水蒸気を利用する場合には直接加熱よりも間接加熱方式の方が、廃液発生量削減の観点からは好ましい。
【００３１】
また、除染対象金属材に付着した放射性物質や、これに付着した油脂分ないしは塗装材の除去には、除染液による処理に加え、機械的な振動を与えることが有効である。そのため、本発明装置では、アルカリ除染槽１０内に超音波振動子１２および超振動攪拌機１３、また酸除染槽２０内に超振動攪拌機２２が設けられている。
【００３２】
このうち、超振動撹拌機１３ないし２２としては、例えば、α型振動撹拌機（日本テクノ社製；市販品）等を使用することができ、除染対象面に除染剤の接液流動を高めることにより除染効果を向上させることができる。このα型の振動撹拌は、振動が対象物の背面や隙間部位にも入り込み構造物内にくまなく行き渡り除染効果を飛躍的に高め、更に液の流動を生み出すので十分な撹拌効果を発揮するものである。
【００３３】
また、超音波振動子１２による超音波照射は、その強い剥離作用を伴うために表面部からの付着物を破壊除去し、更に除染液の浸透を助長することにより除染効率を向上させる。この超音波照射についてはその性質上照射点からの距離が大きくなればその効果は減衰する。照射面の背面に対しては、その効果もまた非常に小さいものになる。そしてこの装置を従来のように固定式で用いる場合には、除染効果に斑が生じて、よく除染できる部分とそうでない部分とが発生してしまうことがあった。この欠点を解消するためには、超音波振動子を固定せずに装置内で移動可能とすることが好ましく、このようにすることで、槽内での作用を均一化できるようになり、従来４、５基程度の設置が必要であったものを１〜２基で十分な効果を得ることができる。
【００３４】
本発明装置においては、除染処理により除去される放射性物質や、油脂分ないしは塗装材は、アルカリ除染槽１０や酸除染槽２０に配管を介して連通された装置により除去される。すなわち、除染対象金属材から除去された油脂分や塗装分は、アルカリ洗浄ユニット１中のオイル吸着塔１３で、また、放射性物質を含む塵埃などの固形物はアルカリ洗浄ユニット１中の逆洗型フィルター１４や酸洗浄ユニット２中の交換型フィルター２５で除去される。また、主に酸除染により化学的に溶解された放射性金属イオン類は、酸洗浄ユニット２中のカチオン樹脂塔２３により除去される。そして、これらの装置により、各除染液を清浄に保つことができ、二次的な汚染を防止できるので、除染剤のライフの伸延や、二次廃棄物発生量の低減化を可能とすることができる。
【００３５】
また、本発明装置において使用された各除染剤は、次のように廃棄処理される。まず、酸除染剤Ｂは、最終処理として、これに含まれる有機酸を酸洗浄ユニット２の除染剤分解塔２４において酸化処理し（過酸化水素、オゾン、酸素ガスなどの酸素性酸化剤）、水と炭酸ガスにまで分解する。そして残部の無機酸は、移送ポンプ２７を介して再生廃液処理槽２８に貯蔵され、最終的に単独で、あるいは後記のアルカリ除染剤と共に中和処理を行った後に原子力発電プラント内の、例えば既設放射性廃棄物処理設備で処理される。一方、アルカリ除染剤Ａの最終処理は、廃液処理ユニット４の廃液処理槽４０に送られ、例えば、有機酸を除去した後の酸除染液と共に、あるいは単独で中和処理し、更に酸除染剤と同様に原子力発電プラント内既設放射性廃棄物処理設備で処理される。
【００３６】
以上説明した本発明では、油脂分や塗装面などに取り込まれた汚染はアルカリ除染剤処理で除去し、また酸化皮膜中に取り込まれた放射性クラッドは酸除染剤による溶解で除去すると言う、その組合せによりそれぞれが単独では達成できなかった対象物を効果的に除染処理することを可能にしたものである。特に本発明方法は、従来放射性物質の除去が難しいとされていたパイプ状の被除染物から放射性物質を除染する場合などに大きな効果を発揮する。もちろんいずれか単独で良い場合にはそれぞれの手法を適用させることも出来る。
【実施例】
【００３７】
以下実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明する。
【００３８】
実 施 例 １
（１）図６に概要を示す、除染槽（６０リットル）中に振動撹拌機（４００Ｗ、４０Ｈｚ）と超音波振動子（９００Ｗ、２６ＫＨｚ）を設けた試験装置を用い、種々の金属表面に付着した放射性物質が本発明方法で除去出来たかどうかを調査した。被験試料としては、放射性物質でその表面が１０,０００ｃｐｍ程度にまで汚染された炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅の板等を、Ｌ３００×Ｗ３００×Ｈ１００（ｍｍ）の大きさの除染槽に入るサイズに切断したものを用いた。また、この試験で用いたアルカリ除染液および酸除染液は、次の通りである。
【００３９】
アルカリ除染液：
ケイ酸ナトリウム ０.３％
ポリオキシエチレンオクチルエーテル ０.０１％
酸 除 染 液：
シュウ酸 ０.３％
硫 酸 １％
【００４０】
（２）アルカリ除染試験は、前記試験装置を用い、放射性物質が付着した被験試料を、上記アルカリ除染液６０リットルを入れた除染槽中、５０℃の除染液温度で９０分間除染した後、ＧＭ管式サーベイメーターにより表面汚染密度を測定することにより行った。
【００４１】
この結果、アルカリ除染によって、全試験対象物１,４６８ｋｇのうちの１,０９０ｋｇ（約７５％）について放射線管理区域からの搬出基準値を満足するまで除染できた。
【００４２】
（３）更に、アルカリ除染で放射性物質が取れなかった被験試料について、酸除染試験を行った。酸除染試験は、前記試験装置の除染槽に６０リットルの上記酸除染液を入れ、この中で放射性物質が付着した試験片を、７５℃の除染液温度で１８０分間除染した後、ＧＭ管式サーベイメーターにより表面汚染密度を測定することにより行った。
【００４３】
アルカリ除染で除染できなかった試験片３７８ｋｇのうち２６８ｋｇについて酸除染を行った結果、放射線管理区域からの搬出基準値を満足するまで除染出来たものは、１９０ｋｇ（約７０％）であった。
【００４４】
以上の結果からアルカリ除染で７５％が、アルカリ除染で除染できなかった残りの２５％についても酸除染で約７０％が放射線管理区域からの搬出基準値を満足するまで除染できた。つまり、本試験では、アルカリ除染方法と酸除染方法を組み合わせることで、除染の対象となる放射性物質による汚染金属材の約９０％が搬出基準値を満足するまで除染できた。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明方法によれば、複雑な形状の除染対象物の放射性金属廃棄物や、有機性汚れと金属酸化物汚れ等の組合わさった放射性廃棄物についても、簡単に除染することができ、原子力発電プラントの特に定期検査時に発生する放射性金属廃棄物の化学除染を有利に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明化学除染装置のユニット構成を示した図面。
【図２】本発明化学除染装置のアルカリ除染ユニットの構成を示した図面。
【図３】本発明化学除染装置の酸除染ユニットの構成を示した図面。
【図４】本発明化学除染装置の水洗ユニットの構成を示した図面。
【図５】本発明化学除染装置の廃液処理ユニットの構成を示した図面。
【図６】実施例で使用した試験装置を模式的に示した図面。
【符号の説明】
【００４７】
１……アルカリ除染ユニット
２……酸除染ユニット
３……水洗ユニット
４……廃液処理ユニット
５……クレーン
６……フック
７……クレーン用レール
１０……アルカリ除染槽
１１……電気ヒーター
１２……超音波振動子
１３……超振動撹拌機
１４……逆洗型フィルター
１５……逆洗用バッファ槽
１６……移送ポンプ
２０……酸除染槽
２１……電気ヒーター
２２……超振動撹拌子
２３……カチオン樹脂塔
２４……酸除染剤分解塔
２５……交換型フィルター
２６、２７……移送ポンプ
２８……再生廃液処理槽
３０……水洗槽
３１……混床樹脂塔
３２……交換型フィルター
３３……移送ポンプ
４０……廃液処理槽
４１……移送ポンプ
５１……除染槽
５２……除染カゴ
５３……電気ヒーター
５４……交換型ヒーター
５５……イオン交換樹脂塔
５６……超音波振動子
５７……振動攪拌機
５８……循環ポンプ
５９……三方弁
Ａ……アルカリ除染剤
Ｂ……酸除染剤
Ｃ……洗浄水
以 上
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力施設から発生する、放射性物質が付着した除染対象物の化学除染方法に関し、更に詳細には、原子力発電所等の原子力施設の、特に定期検査時に発生する放射性金属廃棄物からの放射性物質を除去するための化学除染方法およびこの方法に用いられる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力施設（原子力発電所、燃料再処理工場、燃料製造工場、ウラン転換および濃縮工場、研究所等）などで発生する放射性金属廃棄物（除染対象物）からの放射性物質の除染処理は、当該放射性金属廃棄物の汚染程度を所定の搬出基準以下まで下げることが必須であり、また、単純に放射性物質の除去のみならず、これに伴って発生する二次廃棄物の量を如何に少なくするかについても考慮を払う必要があるため、その処理手法の選択は極めて重要である。
【０００３】
従来、放射性金属廃棄物は、油汚染、塗膜汚染、塵埃汚染、酸化皮膜汚染等の汚染形態が組み合わされたものであることが知られており、上記した各汚染形態の程度に応じ、放射性物質を所定の搬出基準以下まで下げるために下記のような方法が採用されていた。
【０００４】
（１）油汚染：
有機溶剤除染、フレオン除染、ドライアイスブラスト除染
（２）塗膜汚染：
有機溶剤除染、ドライアイスブラスト除染、ドライブラスト除染、
高圧水ジェット除染
（３）塵埃汚染：
ドライアイスブラスト除染、ドライブラスト除染、高圧水ジェット除染
（４）酸化皮膜汚染：
強力化学除染、電解研磨除染、レドックス除染、超高圧ジェット除染、
ドライブラスト除染、
【０００５】
上記各除染方法のうち、例えば、ドライアイスブラスト除染法やドライブラスト除染法等の機械的方法では、種々の汚染を一度に除去できるので、採用されることが多かった。しかし、ブラスト除染法は、除染対象面にブラスト材を激しく照射し、これによる衝撃で放射性物質を除染するものであるから、複雑な構造を持つ対象物を除染する場合には、除染対象面にブラスト材が照射可能になる様な状態まで解体分解する必要がある。例えば、簡単なパイプ類の除染でも、これを半割にし、除染対象面にブラスト材が照射出来る様にしてから除染する必要がある。更に複雑な構造物になれば、これを切断分解して、同様に内部を露出させてから除染を行う必要が有るという問題があった。また、形状の複雑な構造物は、除染が不可能であるという問題があった。
【０００６】
一方、油や塗膜を除去するために、有機溶剤やフレオンを利用した除染方法も知られているが、前者は、安全上の問題（火災等）で原子力発電所では使用が厳しく制限されており、また、後者のフレオンは、オゾンホール等の問題で世界的に使用禁止となっているため、現在では採用困難な方法である。
【０００７】
更に、酸化皮膜に対する除染方法である、強力化学除染、電解研磨除染、レドックス除染等は、作業性の面で問題があると共に、二次廃棄物量が増えてしまうという問題もあった。
【０００８】
このように、従来の除染方法は、特に原子力発電所等の原子力施設から発生する放射性廃棄物の除染方法として十分に満足の行くものでなく、より優れた除染方法の開発が待たれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って本発明は、形状が複雑な除染対象物に付着した放射性物質についても、また、油汚染、塗膜汚染、塵埃汚染、酸化皮膜汚染等の汚染形態の異なる放射性廃棄物に対しても十分な除染効果を得ることができ、しかも二次廃棄物の問題も解決した除染方法およびこれに用いる除染装置の提供をその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行っていたところ、アルカリ除染剤と、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤とを用い、更にこれら除染剤中で振動撹拌ないし超音波撹拌を行うことにより、複雑な形状の除染対象物中の放射性物質や、有機性汚れと金属酸化物汚れが混じった放射性廃棄物中の放射性物質であっても除染可能であり、また二次廃棄物量も簡単に減容しうることを見出し、本発明を完成した。
【００１１】
すなわち本発明は、原子力施設から発生する除染対象物を、アルカリ除染剤を用いるアルカリ除染工程と、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いる酸除染工程とを組み合わせた除染処理に付すことを特徴とする放射性物質の除去方法である。
【００１２】
また本発明は、アルカリ除染剤を用いて除染を行うアルカリ除染槽、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いて除染を行う酸除染槽、除染対象物を前記アルカリ除染槽と前記酸除染槽の間で移動させるための手段並びに使用後の前記アルカリ除染剤および酸除染剤を処理する廃液処理装置を具備することを特徴とする原子力施設から発生する除染対象物の化学除染装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の放射性物質の除去方法は、アルカリ除染剤と酸除染剤の二種類の除染剤を組合せ、使用することで、より除染効果を向上させるとともに除染対象範囲の拡大を可能とすることができる。また、除染により発生する二次廃棄物も、簡単に減容させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明方法において用いられるアルカリ除染剤は、アルカリ性の除染性のあるものであれば特に制約はないが、そのｐＨが１２.５〜１３程度のものが好ましい。具体的なアルカリ除染剤の例としては、オルソケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、セスキケイ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム液（珪酸ナトリウム１号から４号）等のケイ酸塩、リン酸三ナトリウム等のリン酸塩、過炭酸ナトリウム等の過炭酸塩、セスキ炭酸ナトリウム等の炭酸塩の少なくとも１種を含有するアルカリ溶液が挙げられ、この中には適当な界面活性剤、例えば、ポリオキシエチレンオクチルエーテル等を適当量加えても良い。
【００１５】
このアルカリ除染剤は、放射性金属廃棄物からの油脂分の除去や塗装材の除去には有効であり、特に塗装剤の基材を溶解することで、その強度を弱め、超音波などの機械的な補助を受けることによりこれらを金属表面部から除去出来るものである。アルカリ除染剤中に脱離したこれら物質はそれぞれの性質を利用し、吸着、ろ過などの手段によりアルカリ除染液中から除去することができる。このように、アルカリ除染液を清浄に保つことで、より一層の除染効果を得ることが可能となる。
【００１６】
一方、本発明方法で使用する酸除染剤は、有機酸と無機酸との混合体であり、有機酸としては、例えば、クエン酸、グリコール酸、マロン酸、シュウ酸等が利用され、また無機酸としては、例えば、硝酸、フッ酸、硫酸等が利用される。この酸除染剤中の有機酸の濃度としては０.１〜０.３％程度が好ましく、また無機酸の濃度としては０.５〜１.５％程度が好ましい。更に、この有機酸と無機酸を含む酸除染液のｐＨは、０.６５〜０.８程度が好ましい。
【００１７】
前記酸除染液において、有機酸はクラッドに強力に作用してこれを溶解する働きを、また無機酸は金属材料の溶解と溶解金属イオンの溶解を維持する作用を持ち、混合液としてお互いの長所を利用する。また、除染の効果向上を平均化するためには、この酸除染液を振動撹拌機のような手段を用いて撹拌し、除染対象物への接液流動性を高めることが好ましい。
【００１８】
本発明の放射性物質の除去方法では、アルカリ除染工程を行った後、酸除染工程を行うことが一般的であるが、放射性物質が落ちにくい時などは、この工程を繰り返しても良い。本発明におけるアルカリ除染工程は、除染対象物に付着した放射性物質の性質や量あるいはアルカリ除染剤の種類等によっても異なるが、最大１.５時間程度行うことが好ましい。また酸除染工程も、除染対象物に付着した放射性物質の性質や量あるいはアルカリ除染剤の種類等によっても異なるが、最大３時間程度行うことが好ましい。
【００１９】
次に、本発明の放射性物質の除去方法を有利に実施するための装置について、図面と共に説明する。図１は、本発明化学除染装置のユニット構成の一実施態様を示した図面であり、１はアルカリ除染ユニット、２は酸除染ユニット、３は水洗ユニット、４は廃液処理ユニットを示す。
【００２０】
図２は、アルカリ除染ユニット１の構成を示す図面であり、図中５はクレーン、６はフック、７はクレーン用レールを示し、１０はアルカリ除染槽、１１は電気ヒーター、１２は超音波振動子、１３は超振動撹拌機、１４はオイル吸着塔、１５は逆洗型フィルター、１６は逆洗用バッファ槽、１７は移送ポンプをそれぞれ示す。
【００２１】
図２のアルカリ除染ユニット１において、アルカリ除染槽１０には、超音波振動子１２および超振動攪拌機１３が設置され、この中にアルカリ除染剤Ａが入れられている。アルカリ除染液Ａは、移送ポンプ１７により、アルカリ除染槽１０から、配管を介してオイル吸着塔１４、逆洗型フィルター１５および電気ヒーター１１と連通、循環される。更に、逆洗型フィルター１５には、逆染用バッファ槽１６が取り付けられている。
【００２２】
上記アルカリ除染ユニット１では、上部に設けられたクレーン５のフック６に、処理液が流通可能な、例えばカゴ状の除染用容器（図示せず）を取り付け、この容器中に除染対象物を入れた後、クレーン５の移動とフック６の上下により、アルカリ除染槽１０中に浸漬し、アルカリ除染を行う。
【００２３】
また、図３は、酸除染ユニット２の構成を示す図面であり、図中、５ないし７は図２と同じものを、２０は酸除染槽、２１は電気ヒーター、２２は超振動撹拌機、２３はカチオン樹脂塔、２４は酸除染剤分解塔、２５は交換型フィルター、２６および２７配送ポンプ、２８は再生廃液処理槽をそれぞれ示す。
【００２４】
上記酸除染ユニット２においては、酸除染槽２０には、超振動攪拌機２２が取り付けられ、この中に酸除染液Ｂが入れられている。この酸除染液Ｂは、移送ポンプ２６により、酸除染槽２０から、配管を介して交換型フィルター２５、カチオン樹脂塔２３、電気ヒーター２１と連通、循環される。また、この配管には、酸除染剤分解塔２４も取り付けられており、必要に応じて、酸除染剤中の有機酸を分解することが可能である。
【００２５】
この酸除染ユニット２では、アルカリ除染ユニット１と同様、上部に設けられたクレーン５の移動とフック６の上下により、例えば、アルカリ除染後、必要により水洗を行った
除染対象物を、酸除染槽２０中に浸漬し、酸除染を行う。
【００２６】
更に、図４は、水洗ユニット３の構成を示す図面であり、図中、５ないし７は前記のものを示し、３０は水洗槽、３１は混床樹脂塔、３２は交換型フィルター、３３は移送ポンプを示す。
【００２７】
この水洗ユニット３は、洗浄水Ｃを入れた水洗槽３０と、配管を介してこの水洗槽３０に連通された混床樹脂塔３１および交換型フィルター３２で構成される。洗浄水Ｃは、水洗槽３０から、混床樹脂塔３１および交換型フィルター３２を循環し、混床樹脂塔３１で各種のイオン性成分が、交換型フィルター３２で固形不純物が除去される。
【００２８】
図４の水洗ユニット３は、アルカリ除染後の除染対象物や酸除染後の除染対象物を浸漬することにより、各除染液からのアルカリ成分および酸成分や、除染により生じた固形不純物等を除去するものである。そして、上記のように洗浄水Ｃが循環浄化されるため、長時間にわたって、水洗機能が維持できる。なお、水洗に当たって、除染対象物を上部に設けられたクレーン５の移動とフック６の上下により移動し、水洗槽３０中に浸漬させることはアルカリ除染ユニット１や酸除染ユニット２と同様である。
【００２９】
更にまた、図５は廃液処理ユニット４の構成を示す図面であり、図中、４０は廃液処理槽、４１は移送ポンプを示す。このユニットでは、アルカリ除染ユニット１、酸除染ユニット２および水洗処理ユニット３から出るアルカリ廃液および酸廃液を受け入れ、中和処理する。
【００３０】
ところで化学除染法では、アルカリ除染液、酸除染液とも温度を上げることは常套的な手法であり、本発明装置でもそれぞれの液を加温するためのヒーター１１および２１がアルカリ除染槽１０および酸除染槽２０中に設けられている。これらによる加温は、５０〜７５℃が好ましい。ヒーターとしては、電気ヒーターが一般的で操作性も良く取り扱い易い点であるが、所定の温度を大略維持できるものであれば、水蒸気を用いたヒーターやそれ以外のものであってもかまわない。水蒸気を利用する場合には直接加熱よりも間接加熱方式の方が、廃液発生量削減の観点からは好ましい。
【００３１】
また、除染対象金属材に付着した放射性物質や、これに付着した油脂分ないしは塗装材の除去には、除染液による処理に加え、機械的な振動を与えることが有効である。そのため、本発明装置では、アルカリ除染槽１０内に超音波振動子１２および超振動攪拌機１３、また酸除染槽２０内に超振動攪拌機２２が設けられている。
【００３２】
このうち、超振動撹拌機１３ないし２２としては、例えば、α型振動撹拌機（日本テクノ社製；市販品）等を使用することができ、除染対象面に除染剤の接液流動を高めることにより除染効果を向上させることができる。このα型の振動撹拌は、振動が対象物の背面や隙間部位にも入り込み構造物内にくまなく行き渡り除染効果を飛躍的に高め、更に液の流動を生み出すので十分な撹拌効果を発揮するものである。
【００３３】
また、超音波振動子１２による超音波照射は、その強い剥離作用を伴うために表面部からの付着物を破壊除去し、更に除染液の浸透を助長することにより除染効率を向上させる。この超音波照射についてはその性質上照射点からの距離が大きくなればその効果は減衰する。照射面の背面に対しては、その効果もまた非常に小さいものになる。そしてこの装置を従来のように固定式で用いる場合には、除染効果に斑が生じて、よく除染できる部分とそうでない部分とが発生してしまうことがあった。この欠点を解消するためには、超音波振動子を固定せずに装置内で移動可能とすることが好ましく、このようにすることで、槽内での作用を均一化できるようになり、従来４、５基程度の設置が必要であったものを１〜２基で十分な効果を得ることができる。
【００３４】
本発明装置においては、除染処理により除去される放射性物質や、油脂分ないしは塗装材は、アルカリ除染槽１０や酸除染槽２０に配管を介して連通された装置により除去される。すなわち、除染対象金属材から除去された油脂分や塗装分は、アルカリ洗浄ユニット１中のオイル吸着塔１３で、また、放射性物質を含む塵埃などの固形物はアルカリ洗浄ユニット１中の逆洗型フィルター１４や酸洗浄ユニット２中の交換型フィルター２５で除去される。また、主に酸除染により化学的に溶解された放射性金属イオン類は、酸洗浄ユニット２中のカチオン樹脂塔２３により除去される。そして、これらの装置により、各除染液を清浄に保つことができ、二次的な汚染を防止できるので、除染剤のライフの伸延や、二次廃棄物発生量の低減化を可能とすることができる。
【００３５】
また、本発明装置において使用された各除染剤は、次のように廃棄処理される。まず、酸除染剤Ｂは、最終処理として、これに含まれる有機酸を酸洗浄ユニット２の除染剤分解塔２４において酸化処理し（過酸化水素、オゾン、酸素ガスなどの酸素性酸化剤）、水と炭酸ガスにまで分解する。そして残部の無機酸は、移送ポンプ２７を介して再生廃液処理槽２８に貯蔵され、最終的に単独で、あるいは後記のアルカリ除染剤と共に中和処理を行った後に原子力発電プラント内の、例えば既設放射性廃棄物処理設備で処理される。一方、アルカリ除染剤Ａの最終処理は、廃液処理ユニット４の廃液処理槽４０に送られ、例えば、有機酸を除去した後の酸除染液と共に、あるいは単独で中和処理し、更に酸除染剤と同様に原子力発電プラント内既設放射性廃棄物処理設備で処理される。
【００３６】
以上説明した本発明では、油脂分や塗装面などに取り込まれた汚染はアルカリ除染剤処理で除去し、また酸化皮膜中に取り込まれた放射性クラッドは酸除染剤による溶解で除去すると言う、その組合せによりそれぞれが単独では達成できなかった対象物を効果的に除染処理することを可能にしたものである。特に本発明方法は、従来放射性物質の除去が難しいとされていたパイプ状の被除染物から放射性物質を除染する場合などに大きな効果を発揮する。もちろんいずれか単独で良い場合にはそれぞれの手法を適用させることも出来る。
【実施例】
【００３７】
以下実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明する。
【００３８】
実 施 例 １
（１）図６に概要を示す、除染槽（６０リットル）中に振動撹拌機（４００Ｗ、４０Ｈｚ）と超音波振動子（９００Ｗ、２６ＫＨｚ）を設けた試験装置を用い、種々の金属表面に付着した放射性物質が本発明方法で除去出来たかどうかを調査した。被験試料としては、放射性物質でその表面が１０,０００ｃｐｍ程度にまで汚染された炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅の板等を、Ｌ３００×Ｗ３００×Ｈ１００（ｍｍ）の大きさの除染槽に入るサイズに切断したものを用いた。また、この試験で用いたアルカリ除染液および酸除染液は、次の通りである。
【００３９】
アルカリ除染液：
ケイ酸ナトリウム ０.３％
ポリオキシエチレンオクチルエーテル ０.０１％
酸 除 染 液：
シュウ酸 ０.３％
硫 酸 １％
【００４０】
（２）アルカリ除染試験は、前記試験装置を用い、放射性物質が付着した被験試料を、上記アルカリ除染液６０リットルを入れた除染槽中、５０℃の除染液温度で９０分間除染した後、ＧＭ管式サーベイメーターにより表面汚染密度を測定することにより行った。
【００４１】
この結果、アルカリ除染によって、全試験対象物１,４６８ｋｇのうちの１,０９０ｋｇ（約７５％）について放射線管理区域からの搬出基準値を満足するまで除染できた。
【００４２】
（３）更に、アルカリ除染で放射性物質が取れなかった被験試料について、酸除染試験を行った。酸除染試験は、前記試験装置の除染槽に６０リットルの上記酸除染液を入れ、この中で放射性物質が付着した試験片を、７５℃の除染液温度で１８０分間除染した後、ＧＭ管式サーベイメーターにより表面汚染密度を測定することにより行った。
【００４３】
アルカリ除染で除染できなかった試験片３７８ｋｇのうち２６８ｋｇについて酸除染を行った結果、放射線管理区域からの搬出基準値を満足するまで除染出来たものは、１９０ｋｇ（約７０％）であった。
【００４４】
以上の結果からアルカリ除染で７５％が、アルカリ除染で除染できなかった残りの２５％についても酸除染で約７０％が放射線管理区域からの搬出基準値を満足するまで除染できた。つまり、本試験では、アルカリ除染方法と酸除染方法を組み合わせることで、除染の対象となる放射性物質による汚染金属材の約９０％が搬出基準値を満足するまで除染できた。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明方法によれば、複雑な形状の除染対象物の放射性金属廃棄物や、有機性汚れと金属酸化物汚れ等の組合わさった放射性廃棄物についても、簡単に除染することができ、原子力発電プラントの特に定期検査時に発生する放射性金属廃棄物の化学除染を有利に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明化学除染装置のユニット構成を示した図面。
【図２】本発明化学除染装置のアルカリ除染ユニットの構成を示した図面。
【図３】本発明化学除染装置の酸除染ユニットの構成を示した図面。
【図４】本発明化学除染装置の水洗ユニットの構成を示した図面。
【図５】本発明化学除染装置の廃液処理ユニットの構成を示した図面。
【図６】実施例で使用した試験装置を模式的に示した図面。
【符号の説明】
【００４７】
１……アルカリ除染ユニット
２……酸除染ユニット
３……水洗ユニット
４……廃液処理ユニット
５……クレーン
６……フック
７……クレーン用レール
１０……アルカリ除染槽
１１……電気ヒーター
１２……超音波振動子
１３……超振動撹拌機
１４……逆洗型フィルター
１５……逆洗用バッファ槽
１６……移送ポンプ
２０……酸除染槽
２１……電気ヒーター
２２……超振動撹拌子
２３……カチオン樹脂塔
２４……酸除染剤分解塔
２５……交換型フィルター
２６、２７……移送ポンプ
２８……再生廃液処理槽
３０……水洗槽
３１……混床樹脂塔
３２……交換型フィルター
３３……移送ポンプ
４０……廃液処理槽
４１……移送ポンプ
５１……除染槽
５２……除染カゴ
５３……電気ヒーター
５４……交換型ヒーター
５５……イオン交換樹脂塔
５６……超音波振動子
５７……振動攪拌機
５８……循環ポンプ
５９……三方弁
Ａ……アルカリ除染剤
Ｂ……酸除染剤
Ｃ……洗浄水
以 上
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力施設から発生する除染対象物を、アルカリ除染剤を用いるアルカリ除染工程と、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いる酸除染工程とを組み合わせた除染処理に付すことを特徴とする放射性物質の除去方法。
【請求項２】
アルカリ除染剤を用いて除染を行うアルカリ除染槽、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いて除染を行う酸除染槽、除染対象物を前記アルカリ除染槽と前記酸除染槽の間で移動させるための手段並びに使用後の前記アルカリ除染剤および酸除染剤を処理する廃液処理装置を具備することを特徴とする原子力施設から発生する除染対象物の化学除染装置。
【請求項３】
アルカリ除染槽が有機性汚染物を吸着するためのオイル吸着塔、固形分を除去するフィルターおよび除染液を加熱するヒータを有するものである請求項２に記載の化学除染装置。
【請求項４】
更に、アルカリ除染槽が振動撹拌機および／または超音波振動子を有するものである請求項２または３記載の化学除染装置。
【請求項５】
アルカリ除染槽中の超音波振動子が、均一な超音波照射を可能とするための移動機能を有するものである請求項４に記載の化学除染装置。
【請求項６】
酸除染槽が、放射能および重金属を除去するカチオン交換樹脂塔、固形分を除去するフィルター、酸除染剤中の有機酸を分解する触媒酸化分解塔および除染液を加熱するヒータを有するものである請求項２記載の化学除染装置。
【請求項７】
更に、酸除染槽が振動撹拌機を有するものである請求項２または６に記載の化学除染装置。
【請求項１】
原子力施設から発生する除染対象物を、アルカリ除染剤を用いるアルカリ除染工程と、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いる酸除染工程とを組み合わせた除染処理に付すことを特徴とする放射性物質の除去方法。
【請求項２】
アルカリ除染剤を用いて除染を行うアルカリ除染槽、有機酸および無機酸を組み合わせた酸除染剤を用いて除染を行う酸除染槽、除染対象物を前記アルカリ除染槽と前記酸除染槽の間で移動させるための手段並びに使用後の前記アルカリ除染剤および酸除染剤を処理する廃液処理装置を具備することを特徴とする原子力施設から発生する除染対象物の化学除染装置。
【請求項３】
アルカリ除染槽が有機性汚染物を吸着するためのオイル吸着塔、固形分を除去するフィルターおよび除染液を加熱するヒータを有するものである請求項２に記載の化学除染装置。
【請求項４】
更に、アルカリ除染槽が振動撹拌機および／または超音波振動子を有するものである請求項２または３記載の化学除染装置。
【請求項５】
アルカリ除染槽中の超音波振動子が、均一な超音波照射を可能とするための移動機能を有するものである請求項４に記載の化学除染装置。
【請求項６】
酸除染槽が、放射能および重金属を除去するカチオン交換樹脂塔、固形分を除去するフィルター、酸除染剤中の有機酸を分解する触媒酸化分解塔および除染液を加熱するヒータを有するものである請求項２記載の化学除染装置。
【請求項７】
更に、酸除染槽が振動撹拌機を有するものである請求項２または６に記載の化学除染装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−７８３３６（Ｐ２００６−７８３３６Ａ）
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６２６００（Ｐ２００４−２６２６００）
【出願日】平成１６年９月９日（２００４．９．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００４年８月５日 社団法人日本原子力学会発行の「日本原子力学会 ２００４年秋の大会 予稿集 第１分冊（総論、放射線工学と加速器・ビーム科学、核融合工学、保健物理と環境科学）」に発表
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（５９１１３０３１９）東電環境エンジニアリング株式会社 (27)
【出願人】（５９１１７２６６３）荏原工業洗浄株式会社 (17)
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月９日（２００４．９．９）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００４年８月５日 社団法人日本原子力学会発行の「日本原子力学会 ２００４年秋の大会 予稿集 第１分冊（総論、放射線工学と加速器・ビーム科学、核融合工学、保健物理と環境科学）」に発表
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（５９１１３０３１９）東電環境エンジニアリング株式会社 (27)
【出願人】（５９１１７２６６３）荏原工業洗浄株式会社 (17)
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