專利名稱：：放射性廢液的處理方法及處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及放射性廢液的處理方法以及處理裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及對從核動(dòng)力設(shè)施，特別是對再處理設(shè)施中排出的以碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈉為主成分的放射性廢液進(jìn)行電滲析，并通過有選擇地將鈉除去，從而分離、回收放射性物質(zhì)的放射性廢液的處理方法以及處理裝置。本申請基于2007年12月5日在日本提出申請的特愿2007-315152號要求其優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容引用在本申請中。
背景技術(shù)：
：在核動(dòng)力設(shè)施，特別是在使用完的核燃料的再處理設(shè)施中，會(huì)產(chǎn)生含有大量無機(jī)鹽硝酸鈉(NaN03)的放射性廢液。目前正在開發(fā)從該廢液中的硝酸鈉中分離鈉的分離除去技術(shù)。例如，美國能源部(UnitedStatesD印artmentofEnergy,DOE)對使用Na離子導(dǎo)體膜(電導(dǎo)體膜)(NASICON膜，NaSuperIonicConductor)或有機(jī)陽離子交換膜，從以硝酸鈉為主成分的放射性廢液中分離鈉離子(Na+)的方法進(jìn)行了研究，并且證實(shí)了鈉離子導(dǎo)體膜或有機(jī)陽離子交換膜能夠以氫氧化鈉(Na0H)的形式回收鈉離子。作為從硝酸鈉中分離出放射性廢液中所包含的放射性核素的技術(shù)，可以使用如下方法通過向廢液中添加多種試劑，使得每種主要的核素共沉淀后，利用超濾膜等對固體成分進(jìn)行分離。在該方法中，由于添加了多種試劑從而導(dǎo)致廢液量的增加。除此之外，涉及特定的核素時(shí)，表示放射性核素除去程度的去污系數(shù)(DF)為IOO左右時(shí)即為極限，因此放射性廢液中的放射性核素的除去效率較低。另一方面，作為謀求減少放射性廢液(低水平濃縮廢液)量的技術(shù)，可以列舉出使用鈉選擇性透過膜的電滲析法，該放射性廢液以由再處理步驟中產(chǎn)生的硝酸鈉為主成分。就該技術(shù)而言，由于僅從放射性廢液中分離、回收鈉，因此具有能夠使放射性廢液減量化的可能性。為此，使用有機(jī)膜(Nafion(注冊商標(biāo))等)、無機(jī)膜(NASIC0N膜)等進(jìn)行了廢液的處理試驗(yàn)。利用使用鈉選擇性透過膜的電滲析法，從含有放射性物質(zhì)的廢液和/或不含放射性物質(zhì)的廢液中回收鈉的技術(shù)，已在非專利文獻(xiàn)15等論文中公開，并已成為公知技術(shù)。在非專利文獻(xiàn)15中公開了如下技術(shù)利用采用了NASIC0N膜的電滲析法，從含有硝酸鈉的放射性廢液(低水平放射性濃縮廢液)、或含由紙漿工廠等產(chǎn)生的含有鈉的廢液中回收鈉。在該技術(shù)中，向陽極室供給作為對象的廢液，向陰極室填充氫氧化鈉水溶液，使用NASICON膜作為電解槽的陽極室和陰極室的隔膜，通過進(jìn)行電滲析，使得鈉離子從陽極室向陰極室移動(dòng)。此外，在非專利文獻(xiàn)14中報(bào)道了如下技術(shù)能夠從含有多種放射性核素的放射性廢液中僅分離、回收鈉，而不含與鈉同族的銫137(Cs-137)。此外，作為謀求減少放射性廢液量的技術(shù)，公開了如下所述的技術(shù)。例如，公開有為了從含有高濃度鈉鹽的放射性廢液中回收鈉以及酸，從而使該廢液減量化，并且對鈉和酸進(jìn)行再利用的技術(shù)(例如，參考專利文獻(xiàn)l)。在該技術(shù)中，在陽極和陰極之間設(shè)置二張雙極膜，在該雙極膜之間的陽極一側(cè)設(shè)置陰離子交換膜、在陰極一側(cè)設(shè)置鈉離子選擇性透過膜，并進(jìn)行電滲析。由此，可以將鈉離子以氫氧化鈉的形式從含有鈉鹽的放射性廢液中分離、回收，并且同時(shí)可以將陰離子以酸的形式從含有鈉鹽的放射性廢液中分離、回收。此外，公開了如下技術(shù)在不產(chǎn)生給廢氣體系造成負(fù)擔(dān)的NOx的情況下，大幅度減少由再處理設(shè)施產(chǎn)生的低水平放射性濃縮廢液的主成分硝酸鈉，并同時(shí)對分解生成物進(jìn)行再利用，從而使放射性處理體系閉合化的技術(shù)(例如，參考專利文獻(xiàn)2)。在該技術(shù)中，向具有陽離子交換膜以及陰離子交換膜的電解池中供給由使用完的核燃料再處理設(shè)施產(chǎn)生的低水平放射性濃縮廢液。由此，可以在陰極一側(cè)生成氫氧化鈉，并從放射性濃縮廢液中分離、回收，并且同時(shí)可以在陽極一側(cè)生成硝酸，并從放射性濃縮廢液中分離、回收。非專利文獻(xiàn)1:S.Balagopal，etal.，SelectivesodiumremovalfromaqueouswastestreamswithNaSICONceramics,SeparationandPurificationTechnology15(1999)231-237。非專禾U文獻(xiàn)2:D.E.Kurath，etal.，Causticrecyclefromhigh-salt皿clearwastesusingaceramic—membranesalt—splittingprocess,SeparationandPurificationTechnology11(1997)185-198。非專禾U文獻(xiàn)3:D.T.Hobbs，RadioactiveDemonstrationofCausticRecoveryfromLow—LevelAlkalineNuclearWastebyanElectrochemicalS印arationProcess，WSRC-TR-97-00363(1998)。非專禾U文獻(xiàn)4-ProceedingofEfficientSeparationsandProcessingCrosscuttingProgram,1995，1996，1997。非專利文獻(xiàn)5:Cer咖atec，Inc.，EnergyEfficientProcessforRecyclingSodi咖SulfateUtilizingCeramicSolidElectrolyte,DOEcontactNo.DE-FC02-95CE41158(1999)。專利文獻(xiàn)1:日本特開2000-321395號公報(bào)。專利文獻(xiàn)2:日本特開平4-283700號公報(bào)。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的問題如上所述，采用電滲析法從以硝酸鈉為主成分的放射性廢液(低水平放射性濃縮廢液)中分離、回收鈉時(shí)，在陰極室中，生成不含放射性核素的氫氧化鈉，可以在一定程度上使低水平放射性濃縮廢液減量。但是，由于在陽極室中生成了含有放射性核素的硝酸，因此從減量化的角度來看，必須要進(jìn)一步對硝酸進(jìn)行處理。此外，該方法還具有下述這樣的問題由于在厚度為數(shù)mm的非常薄的鈉離子選擇性透過膜的兩側(cè)存在強(qiáng)堿和強(qiáng)酸溶液，因此當(dāng)透過膜破損時(shí)的化學(xué)危險(xiǎn)性非常高。此外，在采用使用NASICON膜的電滲析法，從低水平放射性濃縮廢液中分離、回收鈉離子時(shí)，發(fā)現(xiàn)如下現(xiàn)象隨著時(shí)間的增加，鈉離子的移動(dòng)效率降低，并且槽電壓升高。在采用電滲析法對低水平放射性濃縮廢液進(jìn)行減量時(shí)，上述這些現(xiàn)象由于會(huì)導(dǎo)致成本增加、并且增加器材的負(fù)擔(dān)，因此是較為不利的。此外，采用這樣的電滲析法，可以從低水平放射性濃縮廢液中分離、回收不含放射性核素的氫氧化鈉，但是另一方面，由于生成含有放射性核素的硝酸，因此不能實(shí)現(xiàn)僅對放射性核素進(jìn)行濃縮、從而高效地進(jìn)行減量化。此外，使用陽離子交換膜作為電解槽的隔膜時(shí)，不僅是鈉離子，放射性核素也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。此外，為了從通過分離、回收鈉而生成的含有放射性核素的酸中回收酸，使用了雙極膜、陰離子交換膜。但即使在這樣的情況下，與使用陽離子交換膜的情況相同，不僅是陰離子，放射性核素也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移，因此不能僅回收不含放射性核素的酸。另外，由于雙極膜和陰離子交換膜是有機(jī)膜，與NASICON膜那樣的無機(jī)膜不同，其耐放射線性能不充分。鑒于上述事實(shí)，本發(fā)明的目的在于提供一種放射性廢液的處理方法以及處理裝置，該處理方法及處理裝置可以在不生成含有放射性核素的硝酸的情況下，從以硝酸鈉為主成分的放射性廢液中分離、回收鈉離子，安全且高效地對放射性廢液進(jìn)行減量化。解決問題的方法本發(fā)明的放射性廢液的處理方法為向電解槽的陽極室供給含有氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種的放射性廢液，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行該放射性廢液的電滲析，所述電解槽在選擇性透過鈉離子的透過膜的兩側(cè)設(shè)置了陽極、陰極；在所述陰極室中，將透過所述透過膜的鈉離子以氫氧化鈉的形式從所述放射性廢液中分離；將所述陽極室中殘留的放射性物質(zhì)，以放射性物質(zhì)濃縮溶液的形式從所述放射性廢液中分離；分別回收分離后的所述氫氧化鈉以及所述放射性物質(zhì)濃縮溶液。所述氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種也可以是通過對放射性廢液中含有的硝酸鈉進(jìn)行鹽轉(zhuǎn)換(塩転換)而生成的。所述鹽轉(zhuǎn)換可以通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法和/或使用電解。所述通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法可以在催化劑的存在下和/或在高溫高壓的條件下進(jìn)行處理。本發(fā)明的放射性廢液的處理裝置具有將硝酸鈉鹽轉(zhuǎn)換成氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種的鹽轉(zhuǎn)換裝置；以及具有選擇性地透過鈉離子的透過膜、設(shè)置在所述透過膜兩側(cè)的陽極室和陰極室、以及分別設(shè)置在所述透過膜的兩側(cè)的陽極和陰極的電滲析裝置。發(fā)明的效果本發(fā)明的放射性廢液的處理方法是含有鈉鹽的放射性廢液的處理方法，在該方法中，向電解槽的陽極室中供給含有氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種的放射性廢液，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行該放射性廢液的電滲析，所述電解槽在選擇性地透過鈉離子的透過膜的兩側(cè)設(shè)置了陽極、陰極。并且，在所述陰極室中，以氫氧化鈉的形式對透過所述透過膜的鈉離子進(jìn)行分離，在所述陽極室中，以放射性物質(zhì)濃縮溶液的形式對殘留的放射性物質(zhì)進(jìn)行分離，并分別回收分離得到的氫氧化鈉以及放射性物質(zhì)濃縮溶液。由此，可以從放射性廢液中以氫氧化鈉的形式分離、回收不含放射性核素的鈉離子，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)從放射性廢液中僅分離、濃縮放射性核素。因此，可以減少廢棄物的種類和總數(shù)，并且使對于分離得到的鈉進(jìn)行的處理變得容易。另外，由于在體系內(nèi)不存在硝酸根離子，因此可以消除由硝酸根離子引起的環(huán)境負(fù)荷。此外，由于在陽極室中不會(huì)生成含有放射性核素的硝酸，在厚度為數(shù)mm的非常薄的鈉離子選擇性透過膜的兩側(cè)不存在強(qiáng)堿和強(qiáng)酸溶液，因此可以降低當(dāng)透過膜發(fā)生破損時(shí)的化學(xué)危險(xiǎn)。另外，與以往的使用電滲析法的放射性廢液的處理方法相比，本發(fā)明可以使減量率更高、使鈉的移動(dòng)效率更高、并且使電解槽中設(shè)置的透過膜的壽命變長，從而可以大幅度削減處理費(fèi)用以及最終處理用地。本發(fā)明的放射性廢液的處理裝置是含有鈉鹽的放射性廢液的處理裝置，其具有將硝酸鈉鹽轉(zhuǎn)換成氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種的鹽轉(zhuǎn)換裝置；以及具有選擇性地透過鈉離子的透過膜、設(shè)置在所述透過膜兩側(cè)的陽極室和陰極室、以及分別設(shè)置在所述透過膜兩側(cè)的陽極和陰極的電滲析裝置，因此，采用該裝置，可以從放射性廢液中以氫氧化鈉的形式分離、回收不含放射性核素的鈉離子。此外，與此同時(shí)，可以從放射性廢液中僅分離、濃縮放射性核素。因此，可以提高放射性廢液的減量率。此外，由于在放射性廢液中含有的經(jīng)濃縮后的放射性核素的濃度與高水平放射性廢棄物中含有的放射性核素的濃度相同，因此可以使放射性廢液雙極化(二極化)。另外，與以往的使用電滲析法的放射性廢液的處理方法相比，本發(fā)明可以使減量率更高、使鈉的移動(dòng)效率更高、并且使電解槽中設(shè)置的透過膜的壽命變長，從而可以大幅度削減處理費(fèi)用以及最終處理用地。圖1是示出本發(fā)明的放射性廢液處理裝置的一個(gè)實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)圖。符號說明10放射性廢液處理裝置ll鹽轉(zhuǎn)換裝置12電滲析裝置13透過膜14陽極室15陰極室16電解槽17放射性廢液貯存槽18陽極液接受槽19蒸發(fā)裝置20冷凝裝置21冷凝水貯存槽22第一氣體處理裝置23第二氣體處理裝置24陰極液接受槽具體實(shí)施例方式下面，對本發(fā)明的放射性廢液處理方法以及處理裝置的實(shí)施方式進(jìn)行說明。需要說明的是，該實(shí)施方式是為了更好地理解發(fā)明的主旨而進(jìn)行的具體的說明，只要沒有特別指定，本發(fā)明并不限定于以下的說明。圖1是示出本發(fā)明的放射性廢液處理裝置的一個(gè)實(shí)施方式的概略結(jié)構(gòu)圖。該實(shí)施方式的放射性廢液的處理裝置(以下，稱為"放射性廢液處理裝置")IO的基本上由下述裝置構(gòu)成鹽轉(zhuǎn)換裝置11、電滲析裝置12、放射性廢液貯存槽17、陽極液接受槽18、蒸發(fā)裝置19、冷凝裝置20、冷凝水貯存槽21、第一氣體處理裝置22、第二氣體處理裝置23、以及陰極液接受槽24。此夕卜，電滲析裝置12具備電解槽16、將該電解槽16分割成陽極室14以及陰極室15的透過膜13、設(shè)置在陽極室14內(nèi)的陽極(圖中省略)、設(shè)置在陰極室15內(nèi)的陰電極(圖中省略)。即，陽極和陰極分別設(shè)置在透過膜13的兩側(cè)。鹽轉(zhuǎn)換裝置11是使由放射性廢液貯存槽17供給的放射性廢液中所含有的硝酸鈉(NaN03)進(jìn)行鹽轉(zhuǎn)換，從而形成氫氧化鈉(NaOH)、碳酸氫鈉(NaHC03)和碳酸鈉(Na2C03)中的至少l種的裝置。作為該鹽轉(zhuǎn)換裝置ll，可以列舉出使用下述處理方法的裝置通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法、和/或使用電解的處理方法。就采用通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法的裝置而言，可以是使用在催化劑存在下和/或在高溫高壓條件下的處理方法的裝置。作為采用通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法的裝置，例如可以列舉出，向含有硝酸鈉的放射性廢液中投入福爾馬林、肼和甲酸中的至少1種作為還原劑來進(jìn)行還原反應(yīng)的裝置。另外，作為采用在催化劑存在下通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法的裝置，例如可以列舉出在共存有銅催化劑的情況下向含有硝酸鈉的廢液中投入還原劑，從而使硝酸根離子還原成氮或氨的裝置。此外，作為采用在高溫高壓條件下通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法的裝置，例如可以列舉出向含有硝酸鈉的廢液中添加還原劑，并使溶液高溫、高壓，從而對硝酸根離子進(jìn)行分解的裝置。此外，作為使用電解處理方法的裝置，例如可以列舉出將氯化鈉溶解到含有硝酸根離子的廢液中，并可以利用由電解生成的次氯酸鈉將硝酸根離子還原成氮(氨)的裝置。作為電滲析裝置12的透過膜13，可以使用選擇性地透過鈉離子的由陶瓷等制成的膜，例如，可以列舉出鈉離子導(dǎo)體膜(NASICON膜、NaSuperIonicConductor)、由P-氧化鋁等制成的鈉離子選擇性透過膜等。作為電滲析裝置12的陽極，可以使用尺寸穩(wěn)定電極(DimensionallyStableElectrode、DSE)、鍍有鉑的鈦電極等。作為電滲析裝置12的陰極，可以使用鍍有鉑的鈦電極等。電滲析裝置12通過流路與第一氣體處理裝置22相連接。該第一氣體處理裝置22將電滲析裝置12中通過放射性廢液的電滲析而在陽極室中產(chǎn)生的氧或二氧化碳吸附在吸附材料上以進(jìn)行回收，或者在安全的狀態(tài)下將其排出到外部。此外，第一氣體處理裝置22還對伴隨著電滲析中陽極室14內(nèi)的放射性廢液的pH值變化而放出的放射性氣體進(jìn)行分離、回收。就第二氣體處理裝置23而言，其向電滲析裝置12中通過放射性廢液的電滲析而在陰極室中產(chǎn)生的氫氣中加入一定的空氣，并在催化劑存在下將其氧化成水并排出到外部。接下來，對該放射性廢液處理裝置10的作用進(jìn)行說明，同時(shí)對該實(shí)施方式的放射性廢液的處理方法也進(jìn)行說明。首先，在鹽轉(zhuǎn)換裝置11中，對放射性廢液進(jìn)行鹽轉(zhuǎn)換處理，該放射性廢液是在放射性廢液貯存槽17中暫時(shí)貯存的、由使用完的核燃料再處理設(shè)施等核動(dòng)力設(shè)施所產(chǎn)生的放射性廢液。該放射性廢液是以硝酸鈉為主成分、并含有放射性核素的溶液。在鹽轉(zhuǎn)換處理中，將該放射性廢液中含有的硝酸鈉處理成氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種。鹽轉(zhuǎn)換處理是通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法和/或使用電解的處理方法。另外，通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法，可以是在催化劑存在下和/或在高溫高壓條件下進(jìn)行處理的方法。作為使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)，例如可以列舉出通過向含有硝酸鈉的廢液中投入福爾馬林、肼和甲酸中的至少1種作為還原劑而進(jìn)行的還原反應(yīng)。另外，在通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法中，作為在催化劑存在下進(jìn)行處理的方法，例如可以列舉出在共存有銅催化劑的情況下向含有硝酸鈉的廢液中投入還原劑，從而使硝酸根離子還原成氮或氨的反應(yīng)；在通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法中，作為使用在高溫高壓條件下進(jìn)行的處理方法，例如可以列舉出向含有硝酸鈉的廢液中添加還原劑，并使溶液高溫、高壓，從而對硝酸根離子進(jìn)行分解的反應(yīng)。此外，作為使用電解的處理方法，例如可以列舉出使氯化鈉溶解到含有硝酸根離子的廢液中，并利用由電解生成的次氯酸鈉將硝酸根離子還原成氮(氨)的反應(yīng)。接下來，將放射性廢液輸送到陽極液接受槽18中，該放射性廢液為實(shí)施了鹽轉(zhuǎn)換處理且含有高濃度的由硝酸鈉轉(zhuǎn)化成的氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種鈉鹽的放射性廢液。這里所說的含有高濃度鈉鹽的放射性廢液，具體地是指含有l(wèi)mol/L以上的鈉鹽、優(yōu)選含有l(wèi)mol/L35mol/L鈉鹽的溶液。接下來，當(dāng)陽極液接受槽18內(nèi)的放射性廢液達(dá)到規(guī)定量時(shí)，將放射性廢液送入到電滲析裝置12的陽極室14中。另一方面，在電滲析裝置12的陰極室15中，預(yù)先供給低濃度的氫氧化鈉水溶液。預(yù)先向陰極室15中供給的氫氧化鈉水溶液的濃度為高效進(jìn)行電滲析的濃度范圍，優(yōu)選為0.lmol/L5mol/L。接下來，在電滲析裝置12中，對含有氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種鈉鹽的放射性廢液進(jìn)行電滲析。在進(jìn)行電滲析時(shí)，電滲析裝置12的電解槽16(陽極室14和陰極室15)的溫度可以根據(jù)放射性廢液中含有的鈉鹽的種類、濃度適當(dāng)設(shè)定，可以為室溫(2(TC)以上、10(TC以下。利用該放射性廢液的電滲析，僅使來源于上述鈉鹽的離子(鈉離子(Na+)、氫氧根離子(0H—)、碳酸氫根離子(HC03—)、碳酸根離子(C03—))中的鈉離子(Na+)選擇性地透過透過膜13，從陽極室14轉(zhuǎn)移到陰極室15的氫氧化鈉水溶液中。另一方面，在陽極室14中，在電滲析過程中，伴隨著放射性廢液中含有的氫氧化鈉的鈉離子分離、回收的進(jìn)行，其氫氧根離子(0H—)以水的形式被回收。此時(shí)，在陽極室14中進(jìn)行如下式(1)所示的涉及氫氧根離子的化學(xué)反應(yīng)。40H——2H20+02個(gè)+4e—(1)此外，在陽極室14中，在電滲析過程中，伴隨著碳酸氫鈉和/或碳酸鈉中鈉離子分離、回收的進(jìn)行，陽極室14內(nèi)的放射性廢液的pH值降低。由此，其碳酸氫根離子(HC03—)和/或碳酸根離子(C03—)以二氧化碳的形式從陽極室14中排出，結(jié)果以水的形式被回收。此時(shí)，在陽極室14中，進(jìn)行如下式(2)所示的涉及碳酸氫根離子的化學(xué)反應(yīng)。2HC03—+20H——2H20+2C02t+02t+4e—(2)此外，在陽極室14中，進(jìn)行如下式(3)、(4)所示的涉及碳酸根離子的化學(xué)反應(yīng)。C03—+H20—HC03—+0H—(3)2HC03—+20H——2H20+2C02t+02t+4e—(4)需要說明的是，電滲析裝置12中通過放射性廢液的電滲析而產(chǎn)生的氧氣、二氧化碳被送往第一氣體處理裝置22中，并通過吸附材料使其吸附回收，或者在安全的狀態(tài)下排出到外部。接下來，通過透過透過膜13、從陽極室14轉(zhuǎn)移到陰極室15中的鈉離子，將陰極室15中的氫氧化鈉水溶液的濃度逐漸升高。并且，當(dāng)該濃度達(dá)到規(guī)定濃度時(shí)，將氫氧化鈉水溶液送入到陰極液接受槽24中。接下來，在陰極液接受槽24中回收部分氫氧化鈉水溶液。殘留在陰極液接受槽24中的氫氧化鈉水溶液被稀釋到指定濃度，并再次送入到陰極室15中，用于在電滲析裝置12中的放射性廢液的電滲析。此外，進(jìn)行在電滲析裝置12中的放射性廢液的電滲析，使陽極室14中的鈉濃度減少到規(guī)定濃度之后，將含有該放射性核素的溶液(放射性核素濃度在電滲析前后沒有變化(濃縮前))經(jīng)由陽極液接受槽18送入到蒸發(fā)裝置19中。接下來，在蒸發(fā)裝置19中，對從陽極室14送來的溶液進(jìn)行蒸餾，并從該溶液中分離、回收放射性核素。隨后，將該分離、回收的放射性核素送入到玻璃固化設(shè)備或水泥固化設(shè)備中，通過玻璃或者水泥使其固化。此外，由該蒸餾步驟生成的水在冷凝裝置20中進(jìn)一步冷凝，并將在此生成的冷凝水貯存在冷凝水貯存槽21中。另外，將蒸餾后的部分溶液經(jīng)由陽極液接受槽18，再次送入到陽極室14中，用于在電滲析裝置12中的放射性廢液的電滲析。根據(jù)該實(shí)施方式的放射性廢液處理裝置10以及使用該裝置的放射性廢液的處理方法，在放射性廢液中含有的硝酸鈉經(jīng)過鹽轉(zhuǎn)換處理，轉(zhuǎn)變成氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種鈉鹽，然后使用選擇性地透過鈉離子的透過膜，進(jìn)行含有該鈉鹽的放射性廢9液的電滲析。由此，可以從放射性廢液中以氫氧化鈉的形式分離、回收不含放射性核素的鈉離子，同時(shí)可以從放射性廢液中僅分離、濃縮放射性核素。其結(jié)果可以提高放射性廢液的減量率。具體來說，可以使放射性廢液減量到處理前原液的1/10001/100左右以下。通過進(jìn)行減量化，使得降低廢棄物的種類和總數(shù)成為可能。另外，使得對經(jīng)分離的鈉的處理變得容易。此外，由于與以往的使用電滲析法的放射性廢液的處理方法相比，本實(shí)施方式的減量率更高，鈉的移動(dòng)效率更高，并且，在電解槽中設(shè)置的透過膜的壽命更長，因此可以大幅度削減處理費(fèi)用以及最終處理用地。此外，通過對放射性廢液中含有的硝酸鈉進(jìn)行鹽轉(zhuǎn)換處理而生成鈉鹽，并進(jìn)行含有該鈉鹽的放射性廢液的電滲析，因此不會(huì)產(chǎn)生含有放射性核素的酸(硝酸)等。由此，可以簡化對濃縮后的放射性廢液的處理。另外，通過對硝酸鈉進(jìn)行鹽轉(zhuǎn)換處理而生成鈉鹽，可以消除由硝酸根離子所產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷。需要說明的是，在該實(shí)施方式中列舉了下面的情況對放射性廢液中含有的硝酸鈉進(jìn)行鹽轉(zhuǎn)換處理，將其轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種鈉鹽，然后使用選擇性地透過鈉離子的透過膜，進(jìn)行含有該鈉鹽的放射性廢液的電滲析。但是，本發(fā)明并不僅限定于該實(shí)施方式，也可以進(jìn)行含有氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種鈉鹽的放射性廢液的電滲析。在該情況下也可以獲得與上述的實(shí)施方式相同的效果。實(shí)施例下面，通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更為具體的說明，但本發(fā)明不僅限于以下的實(shí)施例。使用圖1所示的放射性廢液處理裝置，對于鹽轉(zhuǎn)換處理和電滲析分別進(jìn)行了試驗(yàn)。(實(shí)施例l:鹽轉(zhuǎn)換處理)為了確認(rèn)在催化劑的存在下，通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的硝酸根離子的鹽轉(zhuǎn)換處理的反應(yīng)性，進(jìn)行了以下的試驗(yàn)。向O.5L硝酸根離子(N03—)濃度為80000mg/mL的硝酸鈉(NaN03)溶液中添加鉑-銅(Pd-Cu)系催化劑并進(jìn)行攪拌，再添加作為還原劑的指定量的肼或甲醛。從反應(yīng)開始后每間隔指定的時(shí)間，對該溶液的液相進(jìn)行取樣，對該液相進(jìn)行化學(xué)分析，并同時(shí)進(jìn)行生成氣體的組成分析，由此對氧化還原反應(yīng)中的化學(xué)種進(jìn)行定量。對于催化劑添加量、還原劑添加量、溫度以及反應(yīng)溶液(在此為硝酸鈉溶液)的pH值對氧化還原反應(yīng)的影響進(jìn)行了研究，找出在還原劑添加結(jié)束后、反應(yīng)迅速到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)的適合條件。涉及硝酸鈉的主要的氧化還原反應(yīng)如下述式(5)、(6)所示。在該實(shí)施例中，已知硝酸根離子的90%以上成為氮(N2)，以及生成微量的銨離子(NH/)、氨(Mg、一氧化二氮(N20)等，硝酸鈉被鹽轉(zhuǎn)換成為氫氧化鈉或碳酸鈉。4NaN03+5N2H4—7N2+4NaOH+8H20(5)4NaN03+5HCHO+6NaOH—2N2+5Na2C03+8H20(6)作為一個(gè)實(shí)例，就肼和硝酸鈉之間的比例與分解率(硝酸+亞硝酸)之間的關(guān)系而言，通過把還原劑的添加量調(diào)整到反應(yīng)當(dāng)量(N2H4/NaN03=1.25(mol/mol))的附近，使得硝酸根離子和還原劑的殘留濃度變?yōu)樽钚?，由此控制還原劑的添加量，從而確認(rèn)了硝酸根離子的分解效率可以提高到非常高的水平。(實(shí)施例2:電滲析1)在使硝酸鈉進(jìn)行鹽轉(zhuǎn)換而生成碳酸鈉，并進(jìn)行含有該碳酸鈉的溶液的電滲析的情況下，在電滲析中回收鈉離子時(shí)，可以預(yù)測碳酸根離子發(fā)生分解，并生成二氧化碳。為了確認(rèn)這樣的碳酸根離子的分解反應(yīng)，進(jìn)行了以下的試驗(yàn)。向電滲析裝置的陽極室中供給1.8mol/L(換算成鈉為3.6mol/L)的碳酸鈉水溶液，該電滲析裝置使用陽離子交換膜(NafionN-450膜、杜邦(DuPon)公司制造)作為透過膜，使用尺寸穩(wěn)定電極(DSE)作為陽極，使用鍍有鉑的鈦電極作為陰極。另一方面，向該電滲析裝置的陰極室中供給3.6mol/L(換算成鈉為3.6mol/L)的氫氧化鈉水溶液。接下來，在室溫下進(jìn)行碳酸鈉水溶液的電滲析，并取樣電滲析中的水溶液，對該水溶液進(jìn)行化學(xué)分析，同時(shí)進(jìn)行生成氣體的組成分析。結(jié)果確認(rèn)到由于電滲析而使鈉向陰極室移動(dòng)，同時(shí)確認(rèn)到伴隨著陽極室pH值的降低而產(chǎn)生二氧化碳。由此，確認(rèn)了碳酸根離子在利用電滲析分離、回收鈉離子的過程中發(fā)生分解，并生成二氧化碳。另外確認(rèn)了，在陽極室中，即使析出碳酸氫鈉的結(jié)晶，由電滲析引起的鈉離子從陽極室向陰極室的轉(zhuǎn)移仍然繼續(xù)進(jìn)行。(實(shí)施例3:電滲析2)進(jìn)行如下所述的氫氧化鈉水溶液的電滲析試驗(yàn)。向使用NASICON膜作為透過膜、使用鍍鉑的鈦電極作為陽電極和陰電極的電滲析裝置的電解槽(陽極室和陰極室)中供給5mol/L的氫氧化鈉水溶液。接下來，在4(TC下進(jìn)行氫氧化鈉水溶液的電滲析，從反應(yīng)開始后每隔指定的時(shí)間，對電滲析中的水溶液進(jìn)行取樣，對該水溶液進(jìn)行化學(xué)分析，研究鈉濃度的變化。另外，測定從反應(yīng)開始到結(jié)束為止的電解電壓以及電流密度。結(jié)果顯示，可以從陰極室中除去95重量％的鈉。此時(shí)的電流效率高達(dá)95%以上，并且通過使用NASICON膜作為透過膜的電滲析法，可以從氫氧化鈉水溶液中效率良好地除去大量的鈉。(實(shí)施例4:電滲析3)進(jìn)行如下所述的碳酸鈉水溶液的電滲析試驗(yàn)。向使用NASICON膜作為透過膜、使用鍍鉑的鈦電極作為陽電極和陰電極的電滲析裝置的電解槽(陽極室和陰極室)中供給2.5mol/L的碳酸鈉水溶液。接下來，在6(TC下進(jìn)行碳酸鈉水溶液的電滲析，從反應(yīng)開始后每隔指定的時(shí)間，對電滲析中的水溶液進(jìn)行取樣，對該水溶液進(jìn)行化學(xué)分析，研究鈉濃度的變化。另外，測定從反應(yīng)開始到結(jié)束為止的電解電壓以及電流密度。結(jié)果顯示，當(dāng)向陰極室中供給的水溶液中的碳酸鈉濃度為0.5mol/L以下時(shí)，發(fā)現(xiàn)在電阻升高的同時(shí)電解電壓也會(huì)上升，且電流效率降低，但是仍然可以從陰極室中除去95重量％的鈉。此時(shí)的電流效率高達(dá)95%以上，并且通過使用NASIC0N膜作為透過膜的電滲析法，可以從碳酸鈉水溶液中效率良好地除去大量的鈉。此外，確認(rèn)到在電滲析中生成了二氧化碳。(實(shí)施例5:電滲析4)進(jìn)行如下所述的以向氫氧化鈉水溶液中添加放射性核素而得到的溶液作為對象的電滲析試驗(yàn)。將陽極液中的氫氧化鈉濃度調(diào)整為5mol/L，并向其中添加Cs_137、Ce_139、Ru-106、Sr-85、Am_241、Np-237并調(diào)整得到溶液，將該溶液供給到以NASIC0N膜作為隔膜的電解槽中，在4(TC下進(jìn)行電滲析試驗(yàn)。使用的放射性核素的濃度為Cs-137(2000Bq/mL)、Ce-139(1000Bq/mL)、Ru-106(300Bq/mL)、Sr_85(4000Bq/mL)、Am-241(10Bq/mL)、Np-237(lOBq/mL)。陰極液使用4mol/L的氫氧化鈉。30h的電滲析的結(jié)果顯示，從陽極室中回收了大約70X的Na。此時(shí)的陰極液中的放射性濃度除Cs-137之外，均在檢測極限以下。就Cs-137而言，發(fā)現(xiàn)了透過到陰極液中的微量的Cs-137。其結(jié)果，確認(rèn)了通過使用NASICON膜的電滲析試驗(yàn)，可以將放射性核素濃縮到陽極一側(cè)，并進(jìn)行鈉的回收。(實(shí)施例6:電滲析5)進(jìn)行如下所述的以向碳酸鈉水溶液中添加放射性核素而得到的溶液作為對象的電滲析試驗(yàn)。將陽極液中的碳酸鈉濃度調(diào)整為1.5mol/L，并向其中添加Cs-137、Ce_139、Ru-106、Sr-85、Am_241、Np-237并調(diào)整得到溶液，將該溶液供給到以NASICON膜作為隔膜的電解槽，在6(TC下進(jìn)行電滲析試驗(yàn)。使用的放射性核素的濃度為Cs-137(2000Bq/mL)、Ce-139(1000Bq/mL)、Ru-106(300Bq/mL)、Sr_85(2000Bq/mL)、Am-241(30Bq/mL)、Np-237(30Bq/mL)。陰極液使用4mol/L的氫氧化鈉。30h的電滲析的結(jié)果顯示，從陽極室中回收了大約70X的Na。此時(shí)的陰極液中的放射性濃度除Cs-137之外，均在檢測極限以下。就Cs-137而言，發(fā)現(xiàn)了透過到陰極液中的微量的Cs-137。其結(jié)果，確認(rèn)了通過使用NASICON膜的電滲析試驗(yàn)，可以將放射性核素濃縮到陽極一側(cè)，并進(jìn)行鈉的回收。由上述(實(shí)施例5:電滲析4)以及(實(shí)施例6:電滲析5)的試驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)到如下結(jié)果通過使用NASICON膜的電滲析法，可以將氫氧化鈉以及碳酸鈉中含有的放射性核素濃縮到陽極液一側(cè)，并在陰極一側(cè)回收鈉。工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明的放射性廢液的處理方法以及處理裝置，可以在不生成含有放射性核素的硝酸的情況下，從以硝酸鈉為主成分的放射性廢液中分離、回收鈉離子，從而可以安全且更有效地進(jìn)行放射性廢液的減量化。權(quán)利要求一種含有鈉鹽的放射性廢液的處理方法，該處理方法包括下述步驟向電解槽的陽極室供給含有氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種的放射性廢液，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行該放射性廢液的電滲析，所述電解槽在選擇性透過鈉離子的透過膜的兩側(cè)設(shè)置有陽極、陰極；在所述陰極室中，將透過所述透過膜的鈉離子以氫氧化鈉的形式從所述放射性廢液中分離；將殘留在所述陽極室中的放射性物質(zhì)以放射性物質(zhì)濃縮溶液的形式從所述放射性廢液中分離；以及對分離后的所述氫氧化鈉和所述放射性物質(zhì)的濃縮溶液分別進(jìn)行回收。2.權(quán)利要求1所述的放射性廢液的處理方法，其中，所述氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種是通過使放射性廢液中含有的硝酸鈉進(jìn)行鹽轉(zhuǎn)換而生成的。3.權(quán)利要求2所述的放射性廢液的處理方法，其中，所述鹽轉(zhuǎn)換是通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法和/或使用電解的處理方法。4.權(quán)利要求3所述的放射性廢液的處理方法，其中，所述通過使用還原劑的化學(xué)反應(yīng)的處理方法在催化劑的存在下和/或在高溫高壓的條件下進(jìn)行處理。5.—種含有鈉鹽的放射性廢液的處理裝置，該處理裝置具有將硝酸鈉鹽轉(zhuǎn)換成氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種的鹽轉(zhuǎn)換裝置；以及電滲析裝置，該電滲析裝置具有選擇性地透過鈉離子的透過膜、設(shè)置在所述透過膜兩側(cè)的陽極室和陰極室、以及分別設(shè)置在所述透過膜兩側(cè)的陽極和陰極。全文摘要本發(fā)明提供一種含有鈉鹽的放射性廢液的處理方法，該處理方法包括下述步驟向電解槽的陽極室供給含有氫氧化鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈉中的至少1種的放射性廢液，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行該放射性廢液的電滲析，所述電解槽在選擇性透過鈉離子的透過膜的兩側(cè)設(shè)置有陽極、陰極；在所述陰極室中，將透過所述透過膜的鈉離子以氫氧化鈉的形式從所述放射性廢液中分離；將殘留在所述陽極室中的放射性物質(zhì)以放射性物質(zhì)濃縮溶液的形式從所述放射性廢液中分離；以及對分離得到的所述氫氧化鈉和所述放射性物質(zhì)的濃縮溶液分別進(jìn)行回收。文檔編號C02F1/469GK101796592SQ20088010669公開日2010年8月4日申請日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日發(fā)明者加藤敬,森本泰臣,沼田守申請人:日揮株式會(huì)社