本發(fā)明涉及含有氚水的原料水的處理方法，所述方法通過堿水電解將含有氚水的原料水氣體化，從而相對(duì)于原料水中的氚濃度，將氚的濃度稀釋至1244分之1，并且將含有氚水的原料水減容。

本發(fā)明還涉及以氚的排放基準(zhǔn)的20分之1的形式釋放至大氣中并導(dǎo)向與生物隔絕的上空的方法。

本發(fā)明還涉及使含氚氫氣與水蒸汽反應(yīng)，以濃縮了氚的含氚水的水的形式回收的方法。

本發(fā)明還涉及：使用基本不含有氯化物離子等雜質(zhì)的原料水作為前述含有氚水的原料水，將其連續(xù)電解，進(jìn)行氣體化，從而將氚濃度稀釋，并且在將含有氚水的原料水減容的含有氚水的原料水的處理方法；以及在進(jìn)行了該連續(xù)電解后，邊回收電解中使用的堿成分，邊對(duì)經(jīng)分離的含氚水的水進(jìn)一步進(jìn)行堿水電解的含有氚水的原料水的處理方法。

本發(fā)明還涉及：使用含有大量氯化物離子等雜質(zhì)的原料水作為前述含有氚水的原料水，將該雜質(zhì)去除后進(jìn)行連續(xù)電解，將氚濃度稀釋，并且將含有氚水的原料水減容的含氚水的水的處理方法；以及在進(jìn)行了該連續(xù)電解后，邊回收電解中使用的堿成分，邊進(jìn)一步進(jìn)行電解，將含氚水的水進(jìn)一步減容的含有氚水的原料水的處理方法。

背景技術(shù)：

存在于地上的氚基本以屬于氧化物的超重氫水、氚(tritium)水的形式存在。認(rèn)為進(jìn)行大氣循環(huán)的氚水濃度，包括動(dòng)植物在內(nèi)，古今中外大致為恒定的值，由水中濃度的降低量能夠檢測(cè)出脫離大氣循環(huán)的使其，能夠測(cè)定地下水的年代。在土木、農(nóng)業(yè)方面的地下水流動(dòng)的實(shí)證調(diào)査中能夠發(fā)揮作用。氚以與氧結(jié)合而成的氚水的形式混合存在于水中，在水圈中以氣相、液相、固相廣泛擴(kuò)散分布于蒸汽·降水·地下水·河川水·湖沼水·海水·飲用水·生物中。

天然的氚是通過宇宙射線與大氣的反應(yīng)而生成的，由于生成概率低，因此其量非常少。另一方面，通過1950年代的核實(shí)驗(yàn)、原子爐及核燃料再處理產(chǎn)生的氚被大量排放到環(huán)境中而存在(放射性塵埃氚)。另外，在原子爐相關(guān)施設(shè)內(nèi)，會(huì)在爐的運(yùn)轉(zhuǎn)·維護(hù)、核燃料再處理時(shí)產(chǎn)生，與外界相比高水平的氚蓄積而局部存在，但是由于化學(xué)性質(zhì)與氫比基本沒變這種理由而被計(jì)劃性地排放至大氣圈、海洋。

在日本國(guó)內(nèi)測(cè)定的最高值為于發(fā)生了核電站事故的福島第一核電站用地內(nèi)的專用港在2013年6月21日檢測(cè)出的1100Bq/L。由于氚難以與氫進(jìn)行化學(xué)分離，因此嘗試了進(jìn)行物理分離的方法，但目前依然是實(shí)驗(yàn)水平，還沒有達(dá)到實(shí)用化。因此對(duì)于由因核電站事故等排放到環(huán)境中的氚帶來的放射性能量，以現(xiàn)在的技術(shù)還不能清除污染。認(rèn)為含有在福島第一核電站中產(chǎn)生的氚的污染水今后將會(huì)達(dá)到80萬m³規(guī)模，期待早期確立其有效處理方法。

然而，由于氚濃度為極低水平，因此對(duì)其濃度進(jìn)行測(cè)定時(shí)，為了提高測(cè)定精度，通常進(jìn)行電解濃縮。此處，迄今為止，對(duì)于重水的電解濃縮已知有制作使電解質(zhì)溶解而得到的試樣溶液、使板狀的平板相對(duì)而進(jìn)行電解的方法。電解液中所含有的水除了H₂O以外，還有HDO、HTO，它們通過通常的水電解而分解為氫氣和氧氣，由于同位素效應(yīng)，H₂O的分解相對(duì)于HDO、HTO的分解優(yōu)先，電解液中的氘、氚的濃度上升、進(jìn)行濃縮。作為該電解濃縮中使用的陽極使用鎳，另外，作為陰極使用鋼、鐵及鎳等。然后，清洗這些電極，將以稀苛性鈉作為支持鹽添加至含有重水的水的溶液而制備的試樣水放入玻璃容器，通電進(jìn)行電解。此時(shí)，將電流密度設(shè)為1～10A/dm²左右，為了防止由發(fā)熱導(dǎo)致的水的蒸發(fā)，將液溫維持在5℃以下，并且通常繼續(xù)電解直至液體量變?yōu)?0分之1以下而進(jìn)行重氫的濃縮。

即，氚的電解濃縮與上述重氫的情況同樣，利用了氚水比輕氫水不易電解的性質(zhì)。關(guān)于向堿水溶液中插入金屬電極進(jìn)行電解的方法，已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，作為標(biāo)準(zhǔn)的方法已經(jīng)被官方標(biāo)準(zhǔn)化。在該方法中，以1階段將氚濃度濃縮。但是，若在實(shí)際情況的方面，以往的電解濃縮法存在一些問題。它們是：實(shí)驗(yàn)操作繁雜、氚濃縮倍率受電解質(zhì)濃度的上限限制、存在產(chǎn)生氫和氧的混合氣體發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性、電解需要時(shí)間、不適于大容量的處理。

由于從以1階段進(jìn)行稀薄含有物的分離捕獲的觀點(diǎn)考慮技術(shù)，因此以上的問題的成因主要源自用于處理堿水電解質(zhì)水溶液的麻煩程度、難以將在兩極產(chǎn)生的氣體分離、在金屬表面產(chǎn)生氣泡而難以使電解電流增大等以往的堿水溶液電解法的利用上。

與此相對(duì)，近年來，作為被關(guān)注的水的電解法，有利用固體高分子型電解質(zhì)、Solid Polymer Electrolyte(以下稱為“SPE”)的水電解方法(以下稱為“SPE水電解”。)。對(duì)于該SPE水電解，最初是美國(guó)General Electric公司在1970年代初期應(yīng)用了燃料電池的技術(shù)，電解部的結(jié)構(gòu)為用多孔質(zhì)的金屬電極夾持SPE膜的兩面，將其浸漬于純水，僅通過使電流流通來進(jìn)行電解，分解氣體從多孔質(zhì)電極釋放出。SPE為陽離子交換樹脂的一種，具有將用于擔(dān)當(dāng)離子傳導(dǎo)的磺酸基等化學(xué)鍵合于高分子鏈上而成的結(jié)構(gòu)。在兩極間使電流流通時(shí)，水會(huì)被分解，在陽極產(chǎn)生氧氣并生成氫離子。該氫離子在SPE中的磺酸基間移動(dòng)并到達(dá)陰極、接收電子而形成氫氣。在外觀上，SPE自身不發(fā)生變化而保持為固體狀。

認(rèn)為將該SPE利用到氚的電解濃縮中時(shí)，與以往方法相比，可以期待如下優(yōu)點(diǎn)。

1)能夠使蒸餾水直接分解。即，不需要堿水溶液電解法中不可缺少的電解質(zhì)的溶解、中和及電解質(zhì)的去除，試樣水的減容率在原理上沒有限制。

2)電極表面不會(huì)被氣泡覆蓋，因此能夠以大電流進(jìn)行電解、能夠縮短電解時(shí)間。

3)氫氣與氧氣在SPE膜的兩側(cè)分離地產(chǎn)生，因此氣體的處理容易。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)比處理爆炸性混合氣體的以往的方法安全。

另外，關(guān)于基于SPE水電解的重水的電解濃縮方法，有由本申請(qǐng)人提出的專利文獻(xiàn)1及2以及非專利文獻(xiàn)1。

但是，在使用所述專利文獻(xiàn)1及2以及非專利文獻(xiàn)1的情況下，即使能夠適用于分析儀器、小規(guī)模濃縮處理，也由于下述理由而不適于大規(guī)模處理。由于利用的電解液為純水，因此為了使電流在電解液中不流通，需要將構(gòu)成要素的固體高分子膜以相當(dāng)于20-30Kg/cm²的表面壓力緊固在陽極、陰極。因此，要求電解槽的各構(gòu)件為高強(qiáng)度，考慮經(jīng)濟(jì)性、操作性時(shí)，確保1m²以上的大型反應(yīng)面積是不現(xiàn)實(shí)的，對(duì)于大容量的含有重水的原料水的電解濃縮、截留而言，設(shè)備費(fèi)也會(huì)上漲，是不適合的。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平8-26703號(hào)公報(bào)(日本特許第3406390號(hào)公報(bào))

專利文獻(xiàn)2：日本特開平8-323154號(hào)公報(bào)(日本特許第3977446號(hào)公報(bào))

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：使用固體高分子電解質(zhì)的氚電解濃縮(RADIOISOTOPES，Vol.45，No.5May 1996)(社團(tuán)法人日本放射性同位素協(xié)會(huì)出版)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

本發(fā)明的目的在于，解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供利用了電解法的適于大規(guī)模處理的含有氚水的原料水的處理方法。更具體而言，本發(fā)明的目的在于提供如下方法：邊連續(xù)供給含有氚水的原料水邊連續(xù)進(jìn)行堿水電解，從而氣體化，轉(zhuǎn)化為含氚氫氣和氧氣，顯著減小氚對(duì)生物的影響程度，形成將氚的濃度稀釋至1244分之1的狀態(tài)的方法；以氚的排放基準(zhǔn)的20分之1以下的形式釋放至大氣中并導(dǎo)向與生物隔絕的上空的方法；使氣體化的前述含氚氫氣與水蒸汽反應(yīng)，以濃縮了氚的含氚水的水的形式回收的方法。另外，提供如下方法：在使用基本不含氯化物離子等雜質(zhì)的原料水作為前述含有氚水的原料水的情況下，能夠進(jìn)行連續(xù)電解，實(shí)現(xiàn)氚濃度的稀釋，將含有氚水的原料水減容的方法；將含有氚水的原料水連續(xù)電解后，邊回收電解中使用的堿成分，邊進(jìn)一步進(jìn)行基于批量供給的堿水電解，實(shí)現(xiàn)氚濃度的稀釋，將含氚水的水進(jìn)一步減容的含有氚水的原料水的處理方法。另外，提供如下方法：在使用含有大量氯化物離子的雜質(zhì)的原料水作為前述含有氚水的原料水的情況下，通過前工序?qū)⒃撾s質(zhì)去除，然后進(jìn)行上述的連續(xù)電解，實(shí)現(xiàn)氚濃度的稀釋，將含有氚水的原料水減容的方法；進(jìn)而，在這些方法中，將含有氚水的原料水連續(xù)電解后，邊回收電解中使用的堿成分，邊進(jìn)一步進(jìn)行基于批量供給的堿水電解，實(shí)現(xiàn)氚濃度的稀釋，將含氚水的水進(jìn)一步減容的含有氚水的原料水的處理方法。

用于解決問題的方案

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第1解決方案提供一種含有氚水的原料水的處理方法，其特征在于，通過第1堿水電解工序?qū)须八脑纤M(jìn)行處理，所述第1堿水電解工序由如下工序構(gòu)成：

(1)將含有氚水的原料水的一部分和堿水供給至循環(huán)罐，

(2)將在該循環(huán)罐內(nèi)混合原料水和堿水而調(diào)整至期望堿濃度的電解液供給至堿水電解裝置，進(jìn)行電解處理，并且

(3)將與經(jīng)該電解處理而消失的原料水相當(dāng)?shù)牧康脑纤B續(xù)供給至前述循環(huán)罐從而將前述堿濃度維持為經(jīng)調(diào)整的初期濃度，邊使前述電解液循環(huán)邊繼續(xù)電解，連續(xù)進(jìn)行堿水電解處理，

(4)將前述原料水轉(zhuǎn)化為含氚氫氣和氧氣而進(jìn)行氣體化，從而相對(duì)于前述原料水中的氚濃度，將氚的濃度稀釋至1244分之1，并且，

(5)將前述原料水減容。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第2解決方案提供一種含有氚水的原料水的處理方法，其特征在于，將通過前述第1堿水電解工序產(chǎn)生的前述含氚氫氣釋放至大氣中。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第3解決方案提供一種含有氚水的原料水的處理方法，其特征在于，將通過前述第1堿水電解工序產(chǎn)生的前述含氚氫氣送至催化塔，在該催化塔中，使前述含氚氫氣在填充于該催化塔內(nèi)的催化劑上與水蒸汽反應(yīng)，以濃縮了氚的含氚水的水的形式回收。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第4解決方案提供一種含有氚水的原料水的處理方法，其特征在于，具有如下工序：

前述第1堿水電解工序，邊連續(xù)供給原料水，邊進(jìn)行堿水電解處理；

第2蒸餾工序，在該第1堿水電解工序結(jié)束后，將該第1堿水電解工序內(nèi)殘留的前述電解液的總量供給至蒸發(fā)器，將該電解液中的前述堿成分以堿鹽漿料的形式回收，并且將通過該蒸發(fā)器蒸餾的含氚水的水取出；

第2堿水電解工序，將通過該第2蒸餾工序取出的含氚水的水和新的堿水供給至循環(huán)罐，對(duì)于在該罐中混合前述含氚水的水和前述新的堿水而調(diào)整至期望的堿濃度的電解液，將堿水電解裝置的電解容量調(diào)整至與該電解液的處理量相當(dāng)?shù)娜萘?，進(jìn)行堿水電解處理并進(jìn)行間歇處理(batch treatment)，將前述含氚水的水氣體化，轉(zhuǎn)化為含氚氫氣和氧氣，從而相對(duì)于前述含氚水的水中的氚濃度，將氚的濃度稀釋至1244分之1，并且將前述原料水減容，

進(jìn)而，直到前述間歇處理結(jié)束為止，根據(jù)需要設(shè)置多次重復(fù)前述第2蒸餾工序和前述第2堿水電解工序的工序，并且在進(jìn)行多次重復(fù)時(shí)，邊逐漸減小前述第2堿水電解工序中使用的前述堿水電解裝置的容量，邊重復(fù)處理。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第5解決方案提供一種含有氚水的原料水的處理方法，其特征在于，在前述第1解決方案中，在使用含有包含大量氯化物離子的雜質(zhì)的原料水作為前述含有氚水的原料水的情況下，作為前述第1堿水電解工序的前工序，設(shè)置有用于去除前述雜質(zhì)的第1蒸餾工序，在該第1蒸餾工序中，將含有包含前述氯化物離子的雜質(zhì)的原料水供給至蒸發(fā)器，將前述雜質(zhì)以鹽漿料的形式去除，并且將去除前述雜質(zhì)后的含有氚水的原料水取出并將其連續(xù)供給，通過前述第1堿水電解工序進(jìn)行處理。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第6解決方案提供一種含有氚水的原料水的處理方法，其特征在于，在前述第4解決方案中，在使用含有包含大量氯化物離子的雜質(zhì)的原料水作為前述含有氚水的原料水的情況下，作為前述第1堿水電解工序的前工序，設(shè)置有用于去除前述雜質(zhì)的第1蒸餾工序，在該第1蒸餾工序中，將含有包含前述氯化物離子的雜質(zhì)的原料水供給至蒸發(fā)器，將前述雜質(zhì)以鹽漿料的形式去除，并且將去除前述雜質(zhì)后的含有氚水的原料水取出并將其連續(xù)供給，通過前述第1堿水電解工序進(jìn)行處理。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第7解決方案提供一種原料水的處理方法，所述原料水的特征在于含有氚水，所述處理方法的特征在于，在前述第5解決方案或第6解決方案中，在前述第1蒸餾工序中，將前述鹽漿料濃縮，以固體物質(zhì)的形式進(jìn)行分離回收。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第8解決方案提供一種原料水的處理方法，所述原料水的特征在于含有氚水，所述處理方法的特征在于，在前述第4解決方案中，在前述第2蒸餾工序中，將前述堿鹽漿料濃縮，以固體物質(zhì)的形式進(jìn)行分離回收。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第9解決方案提供一種原料水的處理方法，所述原料水的特征在于含有氚水，所述處理方法的特征在于，在前述第4解決方案中，在前述第1堿水電解工序中，使用較高濃度的堿水作為前述堿水，以較高的電流密度進(jìn)行電解處理，在前述第2堿水電解工序中，使用較低濃度的堿水作為前述堿水，以較低的電流密度進(jìn)行電解處理。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第10解決方案提供一種原料水的處理方法，所述原料水的特征在于含有氚水，所述處理方法的特征在于，在前述第1解決方案中，在前述第1堿水電解工序中，使用15質(zhì)量％以上的堿水作為前述堿水，以15A/dm²以上的電流密度進(jìn)行電解處理。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第11解決方案提供一種原料水的處理方法，所述原料水的特征在于含有氚水，所述處理方法的特征在于，在前述第4解決方案中，在前述第2堿水電解工序中，使用2～10質(zhì)量％的堿水作為前述堿水，以5～20A/dm²電流密度進(jìn)行電解處理。

發(fā)明的效果

(1)根據(jù)本發(fā)明，通過將含有氚水的原料水氣體化，轉(zhuǎn)化為含氚氫氣和氧氣，從而能夠?qū)㈦暗臐舛认♂屩?244分之1，能夠顯著減小氚對(duì)生物的影響程度。

需要說明的是，含有氚水的原料水優(yōu)選通過堿水電解對(duì)其全部量進(jìn)行處理，但在其量為大量時(shí)、或者有經(jīng)濟(jì)上或其它情況時(shí)，可以分多次進(jìn)行堿水電解。

(2)根據(jù)本發(fā)明，通過將含有氚水的原料水氣體化，能夠形成將氚的濃度稀釋至1244分之1的狀態(tài)，因此能夠以氚的排放基準(zhǔn)的20分之1以下的形式釋放至大氣中并導(dǎo)向與生物隔絕的上空。

(3)根據(jù)本發(fā)明，在通過第1堿水電解工序連續(xù)對(duì)含有氚水的原料水進(jìn)行堿水電解處理的方法中，使經(jīng)氣體化的含氚氣的氫氣與水蒸汽反應(yīng)，從而能夠?qū)⑻幚砦镆詽饪s了的含氚水的水的形式回收。

(4)根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于含有大量氯化物離子等雜質(zhì)的含有氚水的原料水，通過作為前工序設(shè)置連續(xù)向蒸餾器供給的第1蒸餾工序，將前述雜質(zhì)以鹽漿料的形式去除，也能夠?qū)崿F(xiàn)可獲得前述中舉出的效果的處理。以下，將基于第1堿水電解工序的處理或由作為前工序的第1蒸餾工序和第1堿水電解工序構(gòu)成的處理稱為“堿水電解系統(tǒng)(I)”。

(5)根據(jù)本發(fā)明的第4解決方案，在前述堿水電解系統(tǒng)(I)中的第1堿水電解工序中的連續(xù)電解結(jié)束后，通過由第2蒸餾工序和設(shè)置于第2蒸餾工序結(jié)束后的第2堿水電解工序構(gòu)成的間歇方式對(duì)在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液(堿水)進(jìn)行處理，從而在第2蒸餾工序中能夠?qū)A成分以堿鹽漿料的形式回收，并且能夠?qū)⒔?jīng)蒸餾的含氚水的水取出。

(6)根據(jù)本發(fā)明的第4解決方案，在前述堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序中的連續(xù)電解結(jié)束后，對(duì)在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液(堿水)，將在第2蒸餾工序結(jié)束后取出的含氚水的水作為電解液，在間歇方式的第2堿水電解工序中，邊將堿水電解裝置的電解容量調(diào)整至與電解液的處理量相當(dāng)?shù)娜萘?，邊將電解液供給至該堿水電解裝置，進(jìn)行電解處理，從而將在前述堿水電解系統(tǒng)(I)的處理中殘留的含氚水的水稀釋至氚的排放基準(zhǔn)值以下而去除，并且能夠?qū)⒑须八脑纤M(jìn)一步減容。

(7)根據(jù)本發(fā)明的第4解決方案，為了充分進(jìn)行間歇處理，進(jìn)一步設(shè)置將前述第2蒸餾工序和前述第2堿水電解工序以第3、第4··的方式重復(fù)的工序，從而能夠邊逐漸減小前述堿水電解裝置的容量(邊減小設(shè)備)，邊將含氚水的水減容至幾乎變?yōu)榱?。以下，將由?蒸餾工序(第3蒸餾工序及其以后的蒸餾工序中也使用)和第2堿水電解工序(第3堿水電解工序及其以后的堿水電解工序中也使用)構(gòu)成的處理稱為“堿水電解系統(tǒng)(II)”。

(8)根據(jù)本發(fā)明的第5或第6解決方案，在使用含有包含大量氯化物離子的雜質(zhì)的原料水作為含有氚水的原料水的情況下，通過設(shè)置第1蒸餾工序作為用于實(shí)施堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序的前工序，前述雜質(zhì)以鹽漿料的形式被去除，因此通過前述第1堿水電解工序，雜質(zhì)不會(huì)蓄積在電解液中，能夠長(zhǎng)時(shí)間以穩(wěn)定的狀態(tài)順利地進(jìn)行連續(xù)的堿水電解。

(9)根據(jù)本發(fā)明，在通過堿水電解系統(tǒng)(II)對(duì)用于實(shí)施堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序結(jié)束后的殘留的電解液進(jìn)行處理的情況下，在第2堿水電解工序及根據(jù)需要在其以后多次重復(fù)堿水電解工序時(shí)，殘留的堿每次都與第2蒸餾工序同樣，需要在第3、第4···的蒸餾工序中以堿鹽的形式進(jìn)行回收，但第2蒸餾工序及第3以后的蒸餾工序的設(shè)備可以直接組合使用用于去除含有氚水的原料水中的大量氯化物離子等雜質(zhì)的前工序中的第1蒸餾工序的設(shè)備，因此能夠大幅減少設(shè)備。

附圖說明

圖1為示出在含有氚水的原料水的處理中，在對(duì)僅含少量氯化物離子等雜質(zhì)的原料水進(jìn)行處理的情況下進(jìn)行的第1堿水電解工序中使用的本發(fā)明的堿水電解系統(tǒng)(I)的第1實(shí)施方式(相當(dāng)于前述第1解決方案)的流程圖，所述第1堿水電解工序邊將電解液的堿濃度保持為恒定并使其循環(huán)邊連續(xù)進(jìn)行堿水電解。

圖2為示出堿水電解系統(tǒng)(II)中使用的本發(fā)明的堿水電解系統(tǒng)的第4實(shí)施方式(在前述第4解決方案中使用)的流程圖，所述堿水電解系統(tǒng)(II)由以下工序構(gòu)成：用于將在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的堿成分取出、回收并以間歇方式進(jìn)行處理的第2蒸餾工序；以及，邊將堿水電解裝置的電解容量調(diào)整為與在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的處理量相當(dāng)?shù)娜萘?，邊進(jìn)行電解處理的第2堿水電解工序構(gòu)成。

圖3為示出在使用圖2中示出的堿水電解系統(tǒng)(II)對(duì)含有氚水的原料水進(jìn)行處理的處理方法中，對(duì)在堿水電解系統(tǒng)(I)中的第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液進(jìn)行處理時(shí)進(jìn)行的第4實(shí)施方式的工序圖，所述第4實(shí)施方式為以下構(gòu)成：將殘留的電解液進(jìn)一步通過第2蒸餾工序進(jìn)行處理，通過蒸餾器將堿成分以堿鹽漿料的形式回收，另一方面將蒸餾而得到的含氚水的水供給至循環(huán)罐，通過第2堿水電解工序進(jìn)行處理，然后，直到充分進(jìn)行間歇處理為止，重復(fù)上述回收和電解。

圖4為示出使用含有大量氯化物離子等雜質(zhì)的原料水作為含有氚水的原料水進(jìn)行處理的情況下進(jìn)行的、具有堿水電解系統(tǒng)(II)的本發(fā)明的堿水電解系統(tǒng)的第6實(shí)施方式(在前述第5、第6解決方案中使用)的流程圖，所述堿水電解系統(tǒng)第6實(shí)施方式由如下工序構(gòu)成：用于將該雜質(zhì)以鹽漿料的形式去除的作為前工序的第1蒸餾工序；邊將堿水電解系統(tǒng)(I)中的電解液的堿濃度保持為恒定并使其循環(huán)，邊連續(xù)進(jìn)行堿水電解的第1堿水電解工序；將在該第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的堿成分以堿鹽漿料的形式回收的第2蒸餾工序；邊將堿水電解裝置的電解容量調(diào)整至與在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的處理量相當(dāng)?shù)娜萘?，邊進(jìn)行電解處理的第2堿水電解工序。

圖5為示出使用圖4中示出的堿水電解系統(tǒng)對(duì)作為含有氚水的原料水的含有大量氯化物離子等雜質(zhì)的原料水進(jìn)行處理時(shí)的處理方法的第6實(shí)施方式的工序圖。

具體實(shí)施方式

含有福島第一核電站中產(chǎn)生的氚的污染水是大量的，可以說其貯存量今后會(huì)達(dá)到80萬m³規(guī)模。本發(fā)明為了對(duì)該貯存的氚污染水、80萬m³規(guī)模的污染水以400m³/天的處理能力進(jìn)行氚分離處理，將氚污染水減容至1m³以下，最終直到變?yōu)榱?，并且也使其設(shè)備用地面積、建設(shè)成本、運(yùn)行成本具體化，以驗(yàn)證其技術(shù)作為目的。其1個(gè)實(shí)施方式將含氚的水中的氚水通過連續(xù)電解法轉(zhuǎn)化為氚氣，使其無害，釋放至大氣中并導(dǎo)向與生物隔絕的上空。

本發(fā)明如以下記載所述將氚水(HTO)氣體化，轉(zhuǎn)化為氚氣(HT)，為排出限制基準(zhǔn)值的20分之1以下的低濃度，并且確保每年1mSv規(guī)定值以下，分離系數(shù)根據(jù)以下的計(jì)算式達(dá)到了1244。

電解反應(yīng)如下。

H₂O(L)→H₂(g)+1/2O₂(g)

HTO(L)→HT(g)+1/2O₂(g)

即，因?yàn)?摩爾的分子氣體體積在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為22.4L，若通過電解將1L(約1000g)的原水分解氣體化，則原水1L中的氚含量在氣體化后被稀釋至(1000/18)×22.4＝1244倍。

該分離系數(shù)值為在氚水形態(tài)的范圍內(nèi)確立的數(shù)值。表1中示出氚的按化學(xué)形式分類及按年齡分類的劑量系數(shù)。根據(jù)表1可知，對(duì)于可直接看到對(duì)人體、環(huán)境的影響的有效劑量系數(shù)而言，氚氣(HT)與氚水(HTO)的情況相比，其影響程度為10000分之1。

表1

表1氚的按化學(xué)形式分類及按年齡分類的劑量系數(shù)

(注)*1對(duì)于顆粒狀氚化合物的吸入攝取的劑量系數(shù)記載于ICRP Publ.72，p.44，Table A2。

*2OBT：Organically Bound Tritium，有機(jī)鍵合型氚。

*3不包含來自通過皮膚吸收的HTO的劑量。

*4不包含基于來自肺中的HT氣體的照射的劑量，估計(jì)如果將其加上，則增加約20％。

[出處]ICRP：ICRP Publication 72，Pergamon Press.Oxford，(1995)

[出處]武田洋等，氚的影響和安全管理(トリチゥムの影響と安全管理)，日本原子力學(xué)會(huì)志，39(11)，p.923(1997).

因此，通過轉(zhuǎn)化為氚氣，氚對(duì)生物的影響程度進(jìn)一步變?yōu)?0000分之1。即，可以認(rèn)為考慮了有效劑量系數(shù)時(shí)的分離系數(shù)＝12440000。

作為本發(fā)明的含有氚水的原料水的處理方法，包含多種實(shí)施方式，作為其一個(gè)實(shí)施方式包括如下方式：重復(fù)如下工序：將處理水中所含有的鹽、Ca、Mg等雜質(zhì)分離去除的蒸餾工序；從氚水中以氚氣的形式以排放基準(zhǔn)值的20分之1以下、以及世界上蓄積的氚量的0.047％以下/年釋放至大氣中并導(dǎo)向與生物隔絕的上空的堿水電解工序；循環(huán)工序；和堿水電解工序，在最終階段使貯存“處理水”為零，首先，對(duì)該實(shí)施方式進(jìn)行說明。

含有福島第一核電站中產(chǎn)生的氚的污染水含有大量氯化物離子等雜質(zhì)。在通過堿水電解進(jìn)行氣體化、稀釋的情況下，若對(duì)這樣的原料水直接進(jìn)行堿水電解，則雜質(zhì)中的氯化物離子蓄積，進(jìn)而，若氯化物離子在苛性堿中達(dá)到溶解度以上，則會(huì)以氯化物的形式析出，有無法繼續(xù)電解的擔(dān)心。因此，在本發(fā)明中，在對(duì)上述污染水進(jìn)行處理的情況下，在堿水電解前通過作為前工序的蒸餾工序?qū)⑶笆鲭s質(zhì)以鹽漿料的形式去除，對(duì)去除后的原料水連續(xù)進(jìn)行堿水電解。

但是，在要處理的含有氚水的原料水僅含有少量氯化物離子等雜質(zhì)的情況下，即使連續(xù)進(jìn)行堿水電解，氯化物離子等雜質(zhì)也不會(huì)濃縮至以堿金屬的形式析出，因此不需要用于在堿水電解前將其去除的前述蒸餾工序。因此，在這種情況下，將含有氚水的原料水以直接導(dǎo)入至用于將原料水供給至堿水電解裝置的循環(huán)罐的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。

在本發(fā)明中，“作為含有氚水的原料水，僅含有少量氯化物離子等雜質(zhì)的情況”是指在含有氚水的原料水中基本不含氯化物離子等雜質(zhì)的情況、以及僅含有即使連續(xù)進(jìn)行堿水電解雜質(zhì)中的氯化物離子也不會(huì)以氯化物的形式析出使電解不能繼續(xù)的程度的量的情況。需要說明的是，氯化物離子等雜質(zhì)以氯化物的形式析出時(shí)，在堿水電解的途中可以通過循環(huán)管將一部分移出來去除。

在本發(fā)明中，在堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序中，作為含有氚水的原料水，使用僅含有少量的氯化物離子等雜質(zhì)的原料水、或?qū)⒋罅亢械碾s質(zhì)通過第1蒸餾工序去除后的原料水，將與經(jīng)堿水電解處理而消失的原料水相當(dāng)?shù)牧康脑纤畯馁A存罐內(nèi)連續(xù)供給至設(shè)置于第1堿水電解工序內(nèi)的循環(huán)罐，進(jìn)行處理。具體而言，在循環(huán)罐內(nèi)，制成將堿濃度調(diào)整至期望的初期濃度的電解液，邊維持堿濃度，邊使該電解液循環(huán)并繼續(xù)進(jìn)行電解。這樣，通過對(duì)貯存于前述貯存罐的原料水的全部量進(jìn)行電解處理，前述原料水中的含有氚水的原料水被氣體化、轉(zhuǎn)化為含氚氫氣和氧氣。其結(jié)果，與為氣體化前的氚水的情況相比，變?yōu)殡暗臐舛缺幌♂屩?244分之1的狀態(tài)。進(jìn)而，在進(jìn)行了上述處理后，進(jìn)行包括第2堿水電解工序的堿水電解系統(tǒng)(II)也是有效的，其會(huì)在后面進(jìn)行敘述，所述堿水電解系統(tǒng)(II)將在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液取出、進(jìn)行間歇處理，將堿以漿料的形式回收，進(jìn)而，邊將堿水電解裝置的電解容量調(diào)整至與殘留的電解液的處理量相當(dāng)?shù)娜萘浚呥M(jìn)行電解處理。

在上述第1堿水電解工序中的處理之后得到的、將含有氚水的原料水氣體化而成的含氚氣的氫氣可以直接排放到大氣中，或者也可以將含氚氣的氫氣送至催化塔，使其在填充于該催化塔等內(nèi)的催化劑上與水蒸汽反應(yīng)，以濃縮了的含氚水(HTO)的水的形式回收。此時(shí)的反應(yīng)式如下。

催化劑層H₂O(g)+HT(g)→HTO(g)+H₂(g)

吸收層H₂O(L)+HTO(g)→HTO(L)+H₂O(g)

以下，邊參照附圖，邊對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。

(1)第1實(shí)施方式

圖1為可以適用于不含氯化物離子等雜質(zhì)、或者即使含有也對(duì)電解系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)沒有障礙的含有氚水的原料水的、本發(fā)明的第1實(shí)施方式的堿水電解系統(tǒng)(I)的處理流程圖。在這種情況下，不設(shè)置去除雜質(zhì)的前工序，對(duì)含有氚水的原料水，通過將堿濃度保持為恒定來連續(xù)進(jìn)行堿水電解的第1堿水電解工序進(jìn)行處理。以下，邊參照?qǐng)D1的流程圖邊對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施方式進(jìn)行說明。

圖1中示出的堿水電解系統(tǒng)為使用第1堿水電解工序的堿水電解系統(tǒng)(I)，由原料水貯存罐1、原料水處理槽2、泵7、堿水電解槽8、循環(huán)罐9、電解液循環(huán)管10、11、供給泵12、13、冷卻器14、15構(gòu)成，堿水電解槽8由用于容納陽極的陽極室16、用于容納陰極的陰極室17、以及用于將前述陽極室16和前述陰極室17劃分開的隔膜18構(gòu)成。

在第1實(shí)施方式中，作為含有氚水的原料水，不需要用于將原料水中所含有的氯化物離子等雜質(zhì)去除的后述的蒸餾工序，將含有氚水的原料水直接供給至堿水電解裝置的循環(huán)罐9即可。此時(shí)，如圖1所示，例如可以以從保存用的原料水貯存罐1經(jīng)將該原料水的一部分作為處理對(duì)象而轉(zhuǎn)移的原料水處理槽2供給至循環(huán)罐9的方式來構(gòu)成。

不含氯化物離子等雜質(zhì)的含有氚水的原料水可以通過圖1所示的堿水電解系統(tǒng)(I)中的、連續(xù)進(jìn)行處理的第1堿水電解工序來處理。

需要說明的是，即便在使用含氯化物離子等雜質(zhì)的含有氚水的原料水的情況下，在處理量小、處理時(shí)間短、雜質(zhì)的量少、或者設(shè)計(jì)為在連續(xù)電解的途中去除雜質(zhì)的構(gòu)成時(shí)，也可以通過本第1實(shí)施方式對(duì)含有氚水的原料水進(jìn)行處理。

以下，參照?qǐng)D1對(duì)通過堿水電解系統(tǒng)(I)來處理以80萬m³的僅含有少量的氯化物離子等雜質(zhì)的原料水作為含有氚水的原料水的情況進(jìn)行說明。

(a)在本實(shí)施方式中，將在第1堿水電解工序的處理對(duì)象設(shè)為貯存于原料水貯存罐1內(nèi)的含有氚水的原料水80萬m³。將作為該原料水的一部分的400m³/天的原料水利用泵7從原料水貯存罐1經(jīng)原料水處理槽2供給至第1堿水電解工序內(nèi)的循環(huán)罐9。與此同時(shí)，將堿水供給至循環(huán)罐9(未圖示)。

需要說明的是，對(duì)于原料水貯存罐1內(nèi)的原料水，優(yōu)選的是將其全部量經(jīng)原料水處理槽2送至循環(huán)罐9來進(jìn)行電解處理，但在原料水貯存罐1內(nèi)的原料水為大量的情況下，優(yōu)選以分多次將其送至原料水處理槽2、對(duì)原料水處理槽2內(nèi)的原料水進(jìn)行連續(xù)處理的方式來構(gòu)成。這在以下的實(shí)施方式及實(shí)施例中也是同樣的。

(b)接著，在循環(huán)罐9內(nèi)，將循環(huán)罐9內(nèi)的原料水和堿水混合而調(diào)整至期望的堿濃度的電解液供給至堿水電解槽8，進(jìn)行電解處理。

(c)電解液的堿水的濃度優(yōu)選為高濃度，優(yōu)選設(shè)為15質(zhì)量％、進(jìn)而20質(zhì)量％以上。需要說明的是，作為使用的堿，優(yōu)選KOH或NaOH。

堿水電解槽8內(nèi)的電解液為400m³，循環(huán)罐9及管等內(nèi)的電解液量為400m³，整個(gè)電解處理的容量為800m³。

(d)在循環(huán)罐9內(nèi)混合并控制為期望的堿濃度的電解液借助供給泵12、冷卻器14從循環(huán)管10供給至堿水電解槽8的陽極室16，并且借助供給泵13、冷卻器15從循環(huán)管11供給至堿水電解槽8的陰極室17，進(jìn)行電解。電解液隔著隔膜18被電解。電解的結(jié)果，在陽極室16中生成氧氣，氣液分離為生成的氧氣與電解液，經(jīng)分離的電解液通過電解液循環(huán)管10循環(huán)至循環(huán)罐9。

同時(shí)，在陰極室17內(nèi)生成氫氣，氣液分離為生成的氫氣與電解液，經(jīng)分離的電解液通過電解液循環(huán)管11循環(huán)至循環(huán)罐9。此時(shí)的電流密度設(shè)為高電流密度，由此能夠縮短電解處理所需的時(shí)間。作為運(yùn)轉(zhuǎn)電流密度的范圍，雖然受電解槽的性能、特別是其主要因子的陽極、陰極、隔膜、電解槽的結(jié)構(gòu)等影響，但作為電流密度，優(yōu)選設(shè)為15A/dm²以上且80A/dm²以下。進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)為20A/dm²以上且60A/dm²以下。特別是，如果較小地設(shè)定通過水的電解而進(jìn)行氣體化的量，則當(dāng)然處理量變少，如果期望大容量的分解，則處理量通常也會(huì)增加。

根據(jù)本發(fā)明人等的研究，作為堿水電解，32質(zhì)量％的堿濃度的電解液也是能夠電解的，但設(shè)為其以上的高濃度時(shí)，電解液的粘稠性也會(huì)變高，產(chǎn)生的氣體向體系外的脫離也變得不再迅速，電池電壓變?yōu)楦唠妷?，能量消耗增加，因此不是好的方法?/p>

在上述方法中將電解處理量設(shè)為400m³/天時(shí)，80萬m³的含有氚水的原料水的總量需要用5.5年(800000m³÷400m³/天÷365天＝5.5年)進(jìn)行處理。

由于此時(shí)的電解液的循環(huán)液體量為800m³，因此80萬m³的含氚水的水經(jīng)5.5年減少至800m³。

(e)在上述長(zhǎng)時(shí)間的處理中，將與經(jīng)電解處理而消失的原料水相當(dāng)?shù)牧康脑纤畯那笆鲑A存罐1內(nèi)連續(xù)供給至前述循環(huán)罐9，將電解液的堿濃度維持為初期濃度，邊使電解液循環(huán)邊繼續(xù)電解，對(duì)貯存于前述貯存罐1的大量的原料水的全部量進(jìn)行電解處理。

(f)上述堿水電解系統(tǒng)(I)中的處理的結(jié)果為；含氚水(HTO)的原料水氣體化，轉(zhuǎn)化為含氚氣(HT)的氫氣和氧氣，含氚氣(HT)的氫氣的氚的濃度與氚水的情況相比被稀釋至1244分之1，并且80萬m³的前述原料水被減容至800m³。

在上述連續(xù)電解方式中，將與經(jīng)電解而分解消失的水相當(dāng)?shù)碾八蚬ば蛑羞B續(xù)供給，一直將工序內(nèi)的電解槽內(nèi)液體量、循環(huán)泵的排出量等物理運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境維持為恒定而進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。此時(shí)，供給至工序的氚水與原料水的濃度相當(dāng)。

在連續(xù)供給水的情況下，成為將工序的氚濃度維持為原料水的濃度那樣的運(yùn)轉(zhuǎn)，電解槽內(nèi)的氚不會(huì)變濃。在該連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，通過電解產(chǎn)生的氣體以相當(dāng)于輕水與氚水的濃度比的比率進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

以下，對(duì)原料水中的氚的初期濃度為6.3×10⁶～4.2×10⁶Bq/L，在處理后該濃度變?yōu)?.2×10⁶Bq/L時(shí)的處理進(jìn)行說明。

即，如果忽略輕水、氚水的電解的反應(yīng)選擇性，則輕水與氚的氣體產(chǎn)生狀況為以各自的濃度比產(chǎn)生氣體。“處理水”1L中大致存在55.6摩爾的水分子H₂O，最高含有4.2×10⁶Bq/L的氚水(HTO)。以該比率進(jìn)行氫氣轉(zhuǎn)化。

求得的分離系數(shù)如下。

運(yùn)轉(zhuǎn)開始后，經(jīng)過5.5年，直至原料水變?yōu)閮H為循環(huán)液體量(800m³)的時(shí)刻，分離系數(shù)如下。

分離系數(shù)＝處理前的原料水中所含有的氚濃度/將處理后的原料水氣體化的氣體中所含有的氚濃度＝(4.2×10⁶Bq/L)/(4.2×10⁶/1244Bq/L)＝1244

其中，考慮了作為影響生物的該(HT)氚的影響程度的有效劑量系數(shù)時(shí)的分離系數(shù)＝12440000。

因此，通過上述循環(huán)電解，大容量的含有氚水的原料水中的氚水(HTO)被轉(zhuǎn)化為氚氣(HT)，能夠大幅減少氚對(duì)生物的影響程度。即，氚的濃度相對(duì)于處理前的原料水中的氚濃度被稀釋至1244分之1。由于該濃度為以氚氣計(jì)的排放基準(zhǔn)的20分之1，因此被釋放至大氣中并導(dǎo)向與生物隔絕的上空。

需要說明的是，假設(shè)向氚氣的轉(zhuǎn)化率為40％時(shí)，氫氣中所含的氚氣的產(chǎn)生量會(huì)下降，因此所要求的分離系數(shù)進(jìn)一步變大。

該情況下的分離系數(shù)如下。

分離系數(shù)＝處理前的原料水中所含有的氚濃度/處理后的原料流體中所含有的氚濃度＝4.2×10⁶Bq/L/4.2×10⁶×0.4/1244Bq/L＝3110

考慮了此時(shí)的有效劑量系數(shù)而得到的分離系數(shù)為31100000。

向氚氣的轉(zhuǎn)化率為40％的情況下，在電解工序中基于氚的殘留率(1-轉(zhuǎn)化率)發(fā)生氚濃縮，電解工序內(nèi)的氚濃度是通過無窮級(jí)數(shù)(Σa_n＝A{1/(1-r)})來計(jì)算的，根據(jù)殘留率r＝0.6，不過為“處理水”中的氚濃度的2.5倍濃度。

這使得即使是為了電解處理的維護(hù)等在系統(tǒng)周圍實(shí)施作業(yè)，也會(huì)減小由氚導(dǎo)致的輻射曝露。認(rèn)為該特征不僅使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)變得容易并且對(duì)于電解設(shè)備而言也是優(yōu)異之處。

如前所述，由于1摩爾的分子氣體體積在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為22.4L，因此若通過電解將1L(約1000g)的原料水分解氣體化，則原料水1L中的氚含量相對(duì)于氣體化后每1L氣體體積被稀釋至大致1/22.4。即使設(shè)想1L液體體積→約最高濃度，0.4×4.2×10⁶Bq/L/(1000/18×22.4L)＝1.350×10³Bq/L，這使得排氣1000/18×22.4L的氣體體積，排放的氣體中的氚分子的濃度低于每1L氣體體積中或空氣中濃度限度7×10⁴Bq/L。

若示出上述中說明的堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序(連續(xù)堿水電解)中的主要的規(guī)格和性能的1例，則如下所示。

[規(guī)格]

1)由氚污染水構(gòu)成的原料水：80萬m³

2)電解處理容量：400m³/天的處理量

3)堿：苛性鈉、堿濃度：20質(zhì)量％

4)排出氚濃度：1.350×10³Bq/L

5)堿水電解槽：48槽(1個(gè)槽有75電極組)

6)電流密度40A/dm²

7)電解處理：循環(huán)式電解工序+原水向電解工序的連續(xù)供給

[性能]

原水中的氚的轉(zhuǎn)化率通常主要依賴于氚的濃度，為1.0～0.6(一直以氚分子氣體的形式分隔時(shí)。)。

在原料水中所含有的氚濃度設(shè)為4.2×10⁶Bq/L的情況下，利用上述電解系統(tǒng)處理后的原料流體中所含有的氚濃度如下述。

4.2×10⁶×0.4/1244Bq/L＝1.350×10³Bq/L

此處，排氣中或空氣中濃度限度：7×10⁴Bq/L以下，氚水排水基準(zhǔn)：6×10⁴Bq/L以下。

(2)第2實(shí)施方式

作為本發(fā)明的第2實(shí)施方式，在陽極室16中生成、與電解液氣液分離而分離的氧氣被排放至大氣中。同時(shí)，對(duì)于在陰極室17內(nèi)中生成、與電解液氣液分離的含氚氣(HT)的氫氣而言，通過轉(zhuǎn)化為氚氣(HT)，從而氚對(duì)生物的影響程度進(jìn)一步變?yōu)?0000分之1。即，可以認(rèn)為考慮了有效劑量系數(shù)而得到的分離系數(shù)＝12440000，作為來自氚水的氚氣，以排放基準(zhǔn)值的20分之1以下、以及世界上蓄積的氚量的0.047％以下/年釋放至大氣中并導(dǎo)向與生物隔絕的上空。

(3)第3實(shí)施方式

作為本發(fā)明的第3實(shí)施方式，經(jīng)氣體化的前述含氚氣的氫氣可以與水蒸汽反應(yīng)、以濃縮了的含有氚水(HTO)的水的形式回收來代替排放至大氣中。反應(yīng)式如下式。

催化劑層H₂O(g)+HT(g)→HTO(g)+H₂(g)

吸收層H₂O(L)+HTO(g)→HTO(L)+H₂O(g)

(4)第4實(shí)施方式

圖2示出第4實(shí)施方式。第4實(shí)施方式為在通過第1實(shí)施方式中說明的堿水電解系統(tǒng)(I)進(jìn)行了連續(xù)堿水電解后，用于對(duì)在該第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液進(jìn)行間歇處理的堿水電解系統(tǒng)(II)。具體而言，在堿水電解系統(tǒng)(II)中進(jìn)行如下工序：第2蒸餾工序，將在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液中的堿成分以堿鹽漿料的形式回收，并且將通過該蒸發(fā)器蒸餾的含有氚水的原料水取出；第2堿水電解工序，邊將堿水電解裝置的電解容量調(diào)整至與取出的原料水的處理量相當(dāng)?shù)娜萘?，邊進(jìn)行電解處理。進(jìn)而，根據(jù)需要，直到間歇處理結(jié)束為止，重復(fù)多次進(jìn)行構(gòu)成該堿水電解系統(tǒng)(II)的前述第2蒸餾工序和前述第2堿水電解工序的工序。

圖2為示出由堿水電解系統(tǒng)(II)構(gòu)成的本發(fā)明的堿水電解系統(tǒng)的第4實(shí)施方式的流程圖，所述堿水電解系統(tǒng)(II)使用如下工序：第2蒸餾工序，用于將在圖1中示出的堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的堿成分回收；第2堿水電解工序，邊將堿水電解裝置的電解容量調(diào)整至與在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的處理量相當(dāng)?shù)娜萘?，邊進(jìn)行電解處理。

在圖2中，在如前所述直至間歇處理結(jié)束為止重復(fù)處理的情況下，第2蒸餾工序成為用于在第3蒸餾工序及其以后的第4···蒸餾工序中使用的蒸餾系統(tǒng)。第2蒸餾工序的蒸餾系統(tǒng)由用于貯存在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的貯存罐19、處理槽20、蒸發(fā)器3、漿料接受槽4、小型蒸發(fā)器5、冷凝器6、泵7構(gòu)成。

另外，在如前所述直到間歇處理結(jié)束為止重復(fù)處理的情況下，堿水電解系統(tǒng)(II)的第2堿水電解工序成為在第3堿水電解工序及其以后的第4···堿水電解工序中使用的堿水電解系統(tǒng)。第2堿水電解工序的堿水電解系統(tǒng)由堿水電解槽8、循環(huán)罐9、電解液循環(huán)管10、11、供給泵12、13、冷卻器14、15構(gòu)成，堿水電解槽8由用于容納陽極的陽極室16、用于容納陰極的陰極室17、及將前述陽極室16與前述陰極室17劃分開的隔膜18構(gòu)成。

圖3為示出堿水電解系統(tǒng)(II)的工序圖，所述堿水電解系統(tǒng)(II)為在作為含有氚水的原料水，將僅含有少量的氯化物離子等雜質(zhì)的原料水通過圖1中示出的堿水電解系統(tǒng)(I)中進(jìn)行連續(xù)電解的第1堿水電解工序處理后進(jìn)行的實(shí)施方式。堿水電解系統(tǒng)(II)用于對(duì)在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液進(jìn)行處理，進(jìn)行圖2中示出的第2蒸餾工序和第2堿水電解工序，進(jìn)而重復(fù)這些處理工序，用于對(duì)在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液進(jìn)行間歇處理。

本實(shí)施方式的含有氚水的原料水的處理方法如圖3所示，

(i)在針對(duì)原料水的堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序(堿水的連續(xù)電解)之后，對(duì)在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液進(jìn)行處理，利用由下述各工序構(gòu)成的堿水電解系統(tǒng)(II)進(jìn)行處理。

(ii)在第1堿水電解工序中殘留的電解液的第2蒸餾工序(第1堿鹽漿料分離回收)、

(iii)在第2蒸餾工序中得到的含氚水的水的第2堿水電解工序、

(iv)在第2堿水電解工序中殘留的電解液的第3蒸餾工序(第2堿鹽漿料分離回收)、

(v)在第3蒸餾工序中得到的含氚水的水的第3堿水電解工序、

(vi)在第3堿水電解工序中殘留的電解液的第4蒸餾工序(第3堿鹽漿料分離回收)、

(vii)在第4蒸餾工序中得到的第4堿水電解工序、

(viii)在第3堿水電解工序中殘留的電解液的第5蒸餾工序(第4堿鹽漿料分離回收)。

在上述各蒸餾工序中，使用由圖2中示出的第2蒸餾工序構(gòu)成的蒸餾系統(tǒng)，另外，在上述各堿水電解工序中，使用由圖2中示出的第2堿水電解工序構(gòu)成的堿水電解系統(tǒng)，但電解容量逐漸減小。

以下，以作為包含僅含有少量氯化物離子等雜質(zhì)的氚水的大容量的原料水、對(duì)80萬m³的含有氚水的原料水進(jìn)行處理作為1例，對(duì)通過圖3中示出的工序圖進(jìn)行處理時(shí)的各工序進(jìn)行詳細(xì)敘述。

(i)第1堿水電解工序

在本實(shí)施方式中，在第1堿水電解工序中，首先，將貯存于原料水貯存罐1內(nèi)的、僅含有少量的氯化物離子等雜質(zhì)的含有氚水的原料水80萬m³通過前述第1實(shí)施方式中記載的方法、圖1中示出的堿水電解系統(tǒng)(I)減量至800m³。

(ii)第2蒸餾工序

接著，在上述堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序結(jié)束后，通過圖2中示出的堿水電解系統(tǒng)(II)將在該第1堿水電解工序內(nèi)殘留的前述電解液的總量800m³如下所述地處理。在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液經(jīng)處理槽20供給至蒸餾系統(tǒng)的蒸發(fā)器3，利用冷凝器6將通過蒸發(fā)器3蒸餾的含氚水的水冷凝并取出，通過泵7供給至堿水電解系統(tǒng)(II)的循環(huán)罐9。與此同時(shí)，將在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液中的堿水從漿料接受槽4中以堿鹽漿料的形式取出。取出的漿料送至小型蒸發(fā)器5，進(jìn)行蒸發(fā)·析晶干燥等，以固體成分的形式分離回收。如下所述，這樣將鹽漿料進(jìn)一步蒸發(fā)·析晶干燥是用于減容的作業(yè)，并且，由于廢棄物固化，廢棄物保存容器的腐蝕損傷的產(chǎn)生概率比液體時(shí)顯著降低。出于上述目的而進(jìn)行固化對(duì)放射性物質(zhì)的廢棄物保存而言極其有意義。

如上所述，堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序結(jié)束后的電解液的殘留液體量為800m³，由于其堿濃度為20質(zhì)量％，因此通過堿水電解系統(tǒng)(II)回收的堿鹽漿料變?yōu)?60m³(約160噸)。將經(jīng)回收的鹽漿料送至小型蒸發(fā)器5，進(jìn)行蒸發(fā)·析晶干燥等進(jìn)行濃縮，以固體物質(zhì)形式分離回收。

(iii)第2堿水電解工序

對(duì)于通過上述第2蒸餾工序取出的、為了在第2堿水電解工序中進(jìn)行處理而連續(xù)供給至循環(huán)罐9的電解液，以堿鹽漿料的形式被回收去除了160m³，變成僅為含氚水的水，其量為640m³。在第2堿水電解工序中，將新的堿水供給至循環(huán)罐9，在循環(huán)罐9中，將前述含氚水的水和新添加的堿水混合而制備電解液約800m³，供給至堿水電解裝置8。

對(duì)于第2堿水電解工序中用于電解的堿水電解裝置8而言，在最初的處理中，在第1堿水電解工序中使用的槽數(shù)例如在上述的例子中直接使用48槽(1槽為75電極組)，進(jìn)行電解處理。作為堿水，首先，以5質(zhì)量％左右的堿水電解液的形式進(jìn)行建浴。作為電流密度，采用20A/dm²。在以下的第3、第4堿水電解工序中也同樣設(shè)定。

在堿水電解系統(tǒng)(II)的第2堿水電解工序中，與第1堿水電解工序的情況不同，不追加供給原料水，含氚水的水被分解去除，因此電解液的量減少，并且堿水被濃縮。因此，通過程序閥的操作，減少電解槽的運(yùn)轉(zhuǎn)線進(jìn)行運(yùn)行，在電解液濃縮至6倍的時(shí)刻，堿濃度從5質(zhì)量％變?yōu)?0質(zhì)量％，因此將電解槽調(diào)整為8槽(1槽為75電極組)運(yùn)轉(zhuǎn)。

即，在第2堿水電解工序中，進(jìn)行電解直到約電解液800m³被濃縮至6倍左右、堿濃度變?yōu)?0質(zhì)量％、電解槽成為8槽(1槽為75電極組)運(yùn)轉(zhuǎn)。該處理的結(jié)果，作為電解液，800m³的電解液被減容至133m³。需要說明的是，第2堿水電解工序的操作與前述的第1堿水電解工序同樣地進(jìn)行。

[重復(fù)工序]

在重復(fù)工序中，在由構(gòu)成堿水電解系統(tǒng)(II)的前述第2蒸餾工序和前述第2堿水電解工序構(gòu)成的重復(fù)工序中，邊逐漸減小前述堿水電解裝置的容量，邊進(jìn)一步重復(fù)處理，將前述含氚水的水中的氚水(HTO)氣體化，轉(zhuǎn)化為氚氣(HT)，并且進(jìn)一步將含氚水的水減容。以下具體地進(jìn)行說明。

(iv)第3蒸餾工序(第2堿漿料分離回收)

在前述第2堿水電解工序后，通過第3蒸餾工序?qū)A鹽漿料(133m³×30質(zhì)量％＝40m³)回收、分離。進(jìn)而出于減容的目的，將堿鹽漿料送至小型蒸發(fā)器5，進(jìn)行蒸發(fā)·析晶干燥等，由此可以進(jìn)行再利用。

(v)第3堿水電解工序

除了減小堿水電解裝置的容量以外，與第2堿水電解工序同樣地對(duì)第3蒸餾工序中得到的含氚水的水進(jìn)行電解處理。即，通過第3堿水電解工序，使堿水電解槽8從8槽開始電解，直到電解液變?yōu)?倍為止，通過程序閥的操作減少電解槽的運(yùn)轉(zhuǎn)線進(jìn)行運(yùn)行，在電解液被濃縮至4倍的時(shí)刻，堿濃度從5質(zhì)量％變?yōu)?0質(zhì)量％，因此將電解槽調(diào)整至2槽運(yùn)轉(zhuǎn)。該處理的結(jié)果，作為電解液，133m³的電解液被減容至22.17m³。

(vi)第4蒸餾工序和(vii)第4堿水電解工序

接著，與第3的情況同樣地操作，首先，通過第4蒸餾工序?qū)A鹽(22.17m³×20質(zhì)量％＝4.4m³)分離回收。除了減小堿水電解裝置的容量以外，與第2堿水電解工序同樣地對(duì)第4蒸餾工序中得到的含氚水的水進(jìn)行電解處理。即，將堿水電解裝置8從1槽、75電極組改變?yōu)?槽、8電極組來運(yùn)行，進(jìn)行第4堿水電解工序，加入5質(zhì)量％的苛性堿，將電解液調(diào)整至23m³。該處理的結(jié)果，將電解液濃縮(23÷1.2＝19.17)19.17倍，從23m³減容至1.2m³。

(viii)第5蒸餾工序

最后，將得到的大致1.2m³的堿水電解液在第5蒸餾工序中通過蒸發(fā)器3將堿分離去除。其結(jié)果，得到約1m³的含有氚的蒸餾水。對(duì)于第2堿水電解工序以后的操作，即使考慮充分的作業(yè)間隔，也能夠通過1個(gè)月左右的作業(yè)完成。

而且，對(duì)于最終得到的1m³的氚水，如果用更小型的電解裝置重復(fù)同樣的處理，則能夠通過電解大致完全地轉(zhuǎn)化為氚氣。即，氚水的廢液量能夠大致為零。

對(duì)于重復(fù)工序中的重復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將32質(zhì)量％作為實(shí)際設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的上限，運(yùn)轉(zhuǎn)能達(dá)到40～50質(zhì)量％。例如，不對(duì)同時(shí)產(chǎn)生的輕氫和氚氣進(jìn)行特別的區(qū)分操作而是在產(chǎn)生后借助水封系統(tǒng)釋放到系統(tǒng)外，由此，氚氣的轉(zhuǎn)化比率由于電解液的減少和堿濃度的增加的關(guān)系而發(fā)生微妙的變化，但相對(duì)于10倍濃度的變動(dòng)，通過以初期的轉(zhuǎn)化率為基準(zhǔn)并確認(rèn)經(jīng)時(shí)的轉(zhuǎn)化率及在最終濃度下的轉(zhuǎn)化率，從而可求出各狀態(tài)下的氚氣的轉(zhuǎn)化率。下述示出其一例。

例如，對(duì)處理水1L(水55.6摩爾)以批量式進(jìn)行電解直到堿濃縮至10倍為止時(shí)(1L→0.1L)，在陰極側(cè)制造的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積增大至1120倍(55.6×0.9×22.4L)。這是指用陰極產(chǎn)生的氣體對(duì)氚進(jìn)行了稀釋。因此，只要為該稀釋率，則即使原料水中所含的氚為4.2×10⁶Bq/L，也會(huì)變成3.37×10³Bq/L(＝4.2×10⁶Bq/L×0.9/1120)的氚濃度。這是氚氣排放基準(zhǔn)的20分之1以下的濃度。

分離系數(shù)＝處理前的“處理水”中所含有的氚濃度/處理后的“處理氣體”中所含有的氚濃度＝4.2×10⁶Bq/L/4.2×10⁶/1120Bq/L＝1120

但是，從氚水(HTO)的形態(tài)轉(zhuǎn)化為氚氣(HT)的形態(tài)，作為其影響生物的放射性的指標(biāo)的劑量系數(shù)為10000分之1，考慮到有效劑量系數(shù)時(shí)，分離系數(shù)＝11200000。

對(duì)于減容的期間縮短，如果設(shè)定更高電流密度，則可以成比例地縮短期間。但是，若考慮工序的電力消耗量、穩(wěn)定·安全運(yùn)轉(zhuǎn)，則其高電流密度化自然存在限制。在堿水電解中，60A/dm²左右在目前為上限區(qū)域。

(5)第5實(shí)施方式及第6實(shí)施方式

對(duì)于第5實(shí)施方式的含氚水的水，示出了包含含有大量氯化物離子等雜質(zhì)的氚水的大容量的原料水的處理方法，如圖4所示，在前述堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序(堿連續(xù)電解)之前，作為前工序，進(jìn)行第1蒸餾工序(去除鹽漿料)。在圖4中，上段的左側(cè)為第1蒸餾工序中使用的蒸餾系統(tǒng)，上段的右側(cè)示出進(jìn)行第1堿水電解工序的堿水電解系統(tǒng)(I)。如圖4所示，對(duì)于第5實(shí)施方式，作為第1堿水電解工序的前工序，設(shè)置有第1蒸餾工序作為用于將大量雜質(zhì)從原料水去除的前工序，除此以外，與之前說明的第1實(shí)施方式同樣。關(guān)于第1蒸餾工序的詳細(xì)情況，由于與第6實(shí)施方式的情況同樣，因此在后面進(jìn)行敘述。

第6實(shí)施方式與第5實(shí)施方式同樣地，在前述堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序(堿水的連續(xù)電解)之前，作為前工序，進(jìn)行第1蒸餾工序(去除鹽漿料)，在作為前工序(I)的第1堿水電解工序后，重復(fù)進(jìn)行在第4實(shí)施方式中說明的、構(gòu)成圖2中示出的堿水電解系統(tǒng)(II)的第2蒸餾工序和第2堿水電解工序，將在上述第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液進(jìn)行間歇處理。具體而言，如圖5所示，由下述各工序構(gòu)成。

(0)作為前工序的第1蒸餾工序(去除鹽漿料)、

(i)對(duì)去除了雜質(zhì)的原料水進(jìn)行的(I)第1堿水電解工序(堿水的連續(xù)電解)、

(ii)在作為堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序中殘留的電解液的第2蒸餾工序(分離回收第1堿鹽漿料)、

(iii)在第2蒸餾工序中得到的含氚水的水的第2堿水電解工序、

(iv)作為堿水電解系統(tǒng)(II)，在第2堿水電解工序中殘留的電解液的第3蒸餾工序(分離回收第2堿鹽漿料)、

(v)在第3蒸餾工序中得到的含氚水的水的第3堿水電解工序、

(vi)在第3堿水電解工序中殘留的電解液的第4蒸餾工序(分離回收第3堿鹽漿料)、

(vii)在第4蒸餾工序中得到的第4堿水電解工序、

(viii)在第4堿水電解工序中殘留的電解液的第5蒸餾工序(分離回收第4堿鹽漿料)。

以下，作為包含含有大量氯化物離子等雜質(zhì)的氚水的大容量的原料水，將80萬m³的含有氚水的原料水的處理作為1例，對(duì)實(shí)施方式6進(jìn)行說明。圖4為示出本發(fā)明的堿水電解系統(tǒng)的第6實(shí)施方式的流程圖，該實(shí)施方式在使用含大量氯化物離子等雜質(zhì)的原料水作為含有氚水的原料水的情況下，在如下工序中使用作為電解的前工序的為了去除雜質(zhì)而進(jìn)行的第1蒸餾工序；在將堿濃度保持為恒定的狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)行電解的、作為堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序；作為堿水電解系統(tǒng)(II)，將在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的堿成分回收的第2蒸餾工序；以及邊將堿水電解裝置的電解容量調(diào)整至與在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的處理量相當(dāng)?shù)娜萘?，邊進(jìn)行電解處理的第2堿水電解工序。另外，圖5為示出第6實(shí)施方式的工序圖，所述第6實(shí)施方式為對(duì)作為上述含有氚水的原料水的含有大量氯化物離子等雜質(zhì)的原料水進(jìn)行處理的情況下的處理方法。

(0)作為前工序的第1蒸餾工序

對(duì)含有大量氯化物離子等雜質(zhì)的原料水進(jìn)行處理的情況下，如圖4所示，借助原料水處理槽2將包含含有氚水的污染水的大量原料水從原料水貯存罐1供給至第1蒸餾工序。供給至原料水處理槽2的原料水被送至蒸發(fā)器3，將作為原料水中的雜質(zhì)的鹽、鈣、鎂、其他放射性核素等雜質(zhì)一并以鹽漿料的形式貯存于漿料接受槽4。該鹽漿料能夠長(zhǎng)期保存于Ti制罐中。但是，由于Ti材料昂貴，因此也可以用在更廉價(jià)的不銹鋼基材上施加有橡膠襯里的材料進(jìn)行保存。

將該鹽漿料送至小型蒸發(fā)器5，進(jìn)而出于減容的目的，進(jìn)行蒸發(fā)·析晶干燥等，優(yōu)選進(jìn)行漿料的濃縮·半干燥。另外，此時(shí)，以如下方式構(gòu)成：通過小型蒸發(fā)器5蒸發(fā)的含氚水的水與通過在獲得上述鹽漿料時(shí)使用的蒸發(fā)器3蒸發(fā)的含氚水的水一起在冷凝器6中冷凝，通過泵7供給至循環(huán)罐9。另一方面，關(guān)于含放射性物質(zhì)的漿料，對(duì)于含放射性物質(zhì)的固體鹽的取出和該固體鹽的保存、濃縮設(shè)備·裝置的維護(hù)等，需要盡可能考慮無人操作。例如，將含有放射性物質(zhì)的固體鹽保存在長(zhǎng)期腐蝕耐性方面也沒有障礙的橡膠襯里不銹鋼容器中。如下述所述，通過將鹽半干燥，其腐蝕性顯著降低，并且實(shí)現(xiàn)極大減容的效果大。

例如，在對(duì)作為原料水的80萬m³的含有氚水的污染水進(jìn)行處理來去除雜質(zhì)時(shí)，使用具有400m³/天的處理能力的處理槽作為原料水處理槽2的情況下，通過作為前工序的第1蒸餾工序處理而得到的鹽漿料為40m³的體積，因此通過形成鹽漿料而變?yōu)?0倍蓄積的狀態(tài)。

在第1蒸餾工序中，作為來自400m³/天的雜質(zhì)的廢棄物，能以大致8m³/天的固體鹽的形式形成廢棄物。因此，相對(duì)于含有氚水的污染水80萬m³，作為雜質(zhì)的廢棄物被減量至1.6萬m³的固體鹽廢棄物(50分之1)。這意味著在該固體鹽廢棄物中不存在氚，但如果存在微量的Co等放射性物質(zhì)，則這些放射性物質(zhì)也被濃縮至原來濃度的50倍。

(i)作為堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序(堿連續(xù)電解)

如上所述，在第6實(shí)施方式中(在第5實(shí)施方式中也同樣)，從以400m³/天處理過的原料水中去除的鹽漿料為40m³/天，不包括以該鹽漿料的形式去除的雜質(zhì)等的含有氚水的原料水通過冷凝器5冷凝，以360m³/天、通過泵7供給至在作為下一工序的第1堿水電解工序中使用的堿水電解系統(tǒng)的循環(huán)罐9。如之前所述，在通過小型蒸發(fā)器5將鹽漿料蒸餾·晶析，從鹽漿料中回收蒸餾水和氚水的情況下，借助冷凝器6冷凝的含氚水的水為392m³/天。

在第6實(shí)施方式中(在第5實(shí)施方式中也同樣)，將含氚水的水以360m³/天～392m³/天、通過泵7供給至第1堿水電解工序的循環(huán)罐9，并且供給堿水進(jìn)行混合，400m³/天的電解液被調(diào)整至堿濃度20質(zhì)量％。堿水電解槽8內(nèi)的電解液為400m³，循環(huán)罐9及管等內(nèi)的電解液量為400m³，全部電解處理容量為800m³。

在循環(huán)罐9內(nèi)混合、控制為堿濃度20質(zhì)量％的電解液借助供給泵13、冷卻器14，通過循環(huán)管10供給至堿水電解槽8的陽極室16，并且借助供給泵13、冷卻器15，通過循環(huán)管11供給至堿水電解槽8的陰極室17。

調(diào)整為期望濃度的堿水的電解液以400m³/天被供給至堿水電解槽8內(nèi)并電解。電解液隔著隔膜進(jìn)行電解。在陽極室16中生成氧氣，對(duì)生成的氧氣與電解液進(jìn)行氣液分離，經(jīng)分離的電解液通過電解液循環(huán)管10循環(huán)至循環(huán)罐9。

同時(shí)，在陰極室17內(nèi)生成氫氣，對(duì)生成的氫氣與電解液進(jìn)行氣液分離，經(jīng)分離的電解液通過電解液循環(huán)管11向循環(huán)罐9循環(huán)。通過使此時(shí)的電流密度為高電流密度，能夠縮短電解處理所需的時(shí)間。作為電流密度，優(yōu)選設(shè)為20A/dm³以上且60A/dm³以下。作為電解液的循環(huán)液體量，此次以電解工序整體計(jì)為800m³。該量?jī)H基于工序設(shè)計(jì)，本發(fā)明不限定于此。特別是，如果較小地設(shè)定通過水的電解而氣體化的量，則當(dāng)然處理量變少，如果期望大容量的分解，則處理量通常也會(huì)增加。作為堿水電解，雖然以32質(zhì)量％濃度也能實(shí)現(xiàn)電解，但設(shè)為其以上的高濃度時(shí)，電解液的粘稠性也變高，產(chǎn)生的氣體向體系外的脫離也變得不快，電池電壓變?yōu)楦唠妷?，能量消耗增加，因此不是好的辦法。因此，在該時(shí)刻，暫時(shí)結(jié)束連續(xù)電解，為了進(jìn)行電解液的堿與水的分離，將在作為堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液如之前第4實(shí)施方式所述那樣，移送到作為堿水電解系統(tǒng)(II)的接著的第2蒸餾工序、第2堿水電解工序、最終減容工序。

將電解處理量設(shè)為400m³/天時(shí)，對(duì)于由80萬m³的包含含有氚水的污染水形成的原料水的總量，需要用5.5年(800000m³÷400m³/天÷365日＝5.5年)進(jìn)行處理。另外，此時(shí)的電解液循環(huán)液體量為800m³，80萬m³的含氚水的水通過5.5年減量至800m³。

在第5、第6實(shí)施方式中，通過圖4中示出的方法，將包含含有氯化物離子等雜質(zhì)的包含氚水的大容量的原料水中的雜質(zhì)以鹽漿料的形式去除后，通過第1堿水電解工序進(jìn)行電解，將原水分解為氧和氫，使原水中以水分子形式存在的氚形成氚分子，自原水分離。

在第6實(shí)施方式中，如圖4、圖5所示，在上述第1堿水電解工序結(jié)束后，將該在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的全部量與前述第4實(shí)施方式同樣地供給至蒸餾系統(tǒng)的蒸發(fā)器3，經(jīng)下述工序同樣地進(jìn)行處理。

(ii)作為堿水電解系統(tǒng)(II)以如下工序處理：在第1堿水電解工序中殘留的電解液的第2蒸餾工序(第1堿鹽漿料分離回收)；

(iii)在第2蒸餾工序中得到的含氚水的水的第2堿水電解工序；

(iv)在第2堿水電解工序中殘留的電解液的第3蒸餾工序(第2堿鹽漿料分離回收)；

(v)在第3蒸餾工序中得到的含氚水的水的第3堿水電解工序；

(vi)在第3堿水電解工序中殘留的電解液的第4蒸餾工序(分離回收第3堿鹽漿料)；

(vii)在第4蒸餾工序中得到的第4堿水電解工序；以及，

(viii)在第4堿水電解工序中殘留的電解液的第5蒸餾工序(第4堿鹽漿料分離回收)。

在第4堿水電解工序后殘留的電解液被減容至1.2m³。最后得到的大致1.2m³的堿水電解液在第5蒸餾工序中通過蒸發(fā)器3以堿鹽漿料的形式分離去除回收，并且得到約1m³的含氚的蒸餾水。

對(duì)于第2堿水電解工序以后的操作，即使考慮充分的作業(yè)間隔，也能夠通過1個(gè)月左右的作業(yè)完成。該1m³的氚水如果用小型的電解裝置同樣地重復(fù)處理，則能夠通過電解大致完全地轉(zhuǎn)化為氚氣。即，氚水的廢液體量能夠大致為零。

需要說明的是，在上述第6實(shí)施方式中，對(duì)于前述第2蒸餾工序及第3以后的蒸餾工序中使用的設(shè)備，全部可以將進(jìn)行用于去除含氚水的水中的大量氯化物離子等雜質(zhì)的前工序的第1蒸餾工序中使用的設(shè)備直接組合使用，能夠大幅減少設(shè)備。

實(shí)施例

接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明，但本發(fā)明不受這些限定。

<實(shí)施例1>(第1實(shí)施方式的實(shí)施例)

作為不含雜質(zhì)的含有氚水的原料水的模擬液(以下，稱為模擬液)，使用以下的成分的模擬液。

模擬液：180L

模擬液中的氚的初期濃度：4.2×10⁶Bq/L

如圖1所示，準(zhǔn)備放入有上述模擬液180L的原料水貯存罐1。在本試驗(yàn)中，借助處理槽2從原料水貯存罐1供給至循環(huán)罐9。具體而言，借助處理槽2、通過泵7將模擬液以9.67L/天從原料水貯存罐1供給至循環(huán)罐9。在本試驗(yàn)中，在第1堿水電解工序中，連續(xù)供給由模擬液構(gòu)成的電解液，邊使電解液循環(huán)，邊進(jìn)行連續(xù)電解。

具體而言，將模擬液以9.60L/天通過泵7供給至循環(huán)罐9，并且供給堿水并進(jìn)行混合，形成調(diào)整為堿濃度20質(zhì)量％的9.67L/天的電解液，邊使該電解液循環(huán)，邊進(jìn)行連續(xù)電解。

堿水電解槽8內(nèi)的電解液為30L(15dm²槽(15L)，2個(gè)電池)，循環(huán)罐9及管等內(nèi)的電解液量為12L，全部電解處理容量為42L。將在循環(huán)罐9內(nèi)混合堿而得到的控制為堿濃度20質(zhì)量％的電解液借助供給泵13、冷卻器14，通過循環(huán)管10供給至堿水電解槽8的陽極室16，并且借助供給泵13、冷卻器15，通過循環(huán)管11供給至堿水電解槽8的陰極室17。調(diào)整為濃度20質(zhì)量％的堿水的電解液被電解，電解液隔著隔膜進(jìn)行電解。在陽極室16中生成氧氣，對(duì)生成的氧氣與電解液進(jìn)行氣液分離，經(jīng)分離的電解液通過電解液循環(huán)管10向循環(huán)罐9循環(huán)。同時(shí)，在陰極室17內(nèi)生成氫氣，對(duì)生成的氫氣與電解液進(jìn)行氣液分離，經(jīng)分離的電解液通過電解液循環(huán)管11向循環(huán)罐9循環(huán)。

如上所述，在本實(shí)施例中，通過圖1中示出的方法，將模擬液作為原水，通過堿水電解法進(jìn)行電解，將原水分解為氧和氫，使原水中以水分子形式存在的氚形成氚分子，自原水截留。水通過電解僅分解為氫和氧氣。因此，初期堿濃度的調(diào)整以后，邊將與因電解而減少的水相當(dāng)?shù)牧康脑?模擬液)供給至循環(huán)的電解液，邊進(jìn)行電解。需要說明的是，為了將堿濃度維持為初期濃度，必要情況下，也可以在原水基礎(chǔ)上追加供給蒸餾水或純水。

在本實(shí)施例中，在以下的條件下進(jìn)行第1堿水電解工序中的堿連續(xù)電解。

電解槽：使用2個(gè)15dm²槽(15L)的槽(30L)

運(yùn)轉(zhuǎn)電流密度：40A/dm²

堿濃度：NaOH、20質(zhì)量％

膜：隔膜

陽極/陰極：Ni基材+活性涂層

循環(huán)：外部循環(huán)系統(tǒng)

水封：用于控制氣壓的水封系統(tǒng)

50-100mmH₂O陰極加壓

電解液容量：42L(電解槽：15×2＝30L、循環(huán)管等：12L)

電解電流采用600A(15dm²×40A/dm²)。

對(duì)于連續(xù)電解方式，如上所述，將與因電解而分解消失的水相當(dāng)?shù)牧康脑?模擬液)連續(xù)供給至處理，以使工序內(nèi)的電解槽內(nèi)的液體量、循環(huán)泵的排出量等物理運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境一直維持為恒定的方式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。在連續(xù)供給原水的情況下，為處理內(nèi)的氚濃度維持為模擬液的濃度的運(yùn)轉(zhuǎn)，電解槽內(nèi)的氚未變濃。因此，在該連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，通過電解產(chǎn)生的氣體以相當(dāng)于輕水與氚水的濃度比的比率進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

此時(shí)的電解液循環(huán)液體量為42L，經(jīng)15.2天(365小時(shí))，180L的含氚水的水減量至42L。

運(yùn)轉(zhuǎn)開始后，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)15.2天(365小時(shí))時(shí)的氚的去除如下。

分離系數(shù)＝處理前的原料水中所含有的氚濃度/處理后的原料氣體化中所含有的氚濃度＝(4.2×10⁶Bq/L)/(4.2×10⁶/1244Bq/L)＝1244

但是，考慮到作為影響生物的該(HT)氚的影響程度的有效劑量系數(shù)的分離系數(shù)＝12440000。

因此，大容量的含氚水的水中氚水(HTO)轉(zhuǎn)化為氚氣(HT)，氚的濃度被稀釋至1244分之1，能夠大幅減少氚對(duì)生物的影響程度。

<實(shí)施例2>(第2實(shí)施方式的實(shí)施例)

經(jīng)稀釋的氚氣以排放基準(zhǔn)的20分之1釋放至大氣中并導(dǎo)向與生物隔絕的上空。

<實(shí)施例3>(第3實(shí)施方式的實(shí)施例)

經(jīng)氣體化的前述含氚氣的氫氣可以與水蒸汽反應(yīng)、以含有氚水(HTO)的水的形式回收來代替排放至大氣中。反應(yīng)式如下式。

催化劑層H₂O(g)+HT(g)→HTO(g)+H₂(g)

吸收層H₂O(L)+HTO(g)→HTO(L)+H₂O(g)

<實(shí)施例4>(第4實(shí)施方式的實(shí)施例)

(i)第1堿水電解工序(堿連續(xù)電解)

通過與實(shí)施例1中的記載同樣的方法進(jìn)行連續(xù)電解，經(jīng)15.2天(365小時(shí))，將作為模擬液的180L的含氚水的水減量至42L。

(ii)第2蒸餾工序

在上述第1堿水電解工序結(jié)束后，如圖2、圖3所示，將該在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的全部量供給至蒸餾系統(tǒng)的蒸發(fā)器3，將通過蒸發(fā)器3蒸餾的含氚水的水通過冷凝器6冷凝并取出，通過泵7供給至堿水電解系統(tǒng)的循環(huán)罐9。與此同時(shí)，將該在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液中的堿水從漿料接受槽4以堿苛性鹽漿料的形式回收，進(jìn)而，出于減容的目的，將漿料送至小型蒸發(fā)器5，進(jìn)行蒸發(fā)·析晶干燥等，進(jìn)行漿料的濃縮·半干燥。

如上所述，電解液的液體量為42L，堿濃度為20質(zhì)量％，因此在第2蒸餾工序中回收的堿苛性鹽漿料為8.4L。將經(jīng)回收的苛性鹽漿料濃縮，以固體物質(zhì)的形式分離。需要說明的是，若進(jìn)而出于減容的目的而送至小型蒸發(fā)器5進(jìn)行蒸發(fā)·析晶干燥，則能夠回收與在電解前建浴的堿的量相當(dāng)?shù)?0.5Kg(10.5/(42+10.5)×100＝20質(zhì)量％)約5L(比重2.13)的固化的堿。

(iii)第2堿水電解工序

對(duì)于通過上述第2蒸餾工序取出、供給至循環(huán)罐9的電解液，以堿苛性鹽漿料的形式被回收去除了8.4L，變?yōu)閮H含氚水的水。該含氚水的水的量為42-8.4＝33.6L，將其供給至該循環(huán)罐9，并且將新的堿水供給該循環(huán)罐9，在前述循環(huán)罐9中，調(diào)整該含氚水的水與堿水混合而成的電解液成為42L，將經(jīng)調(diào)整的電解液供給至堿水電解裝置8。

在電解中使用的堿水電解裝置8直接使用最初在第1堿水電解工序中使用的容量，進(jìn)行電解處理。作為堿水，首先，制成5質(zhì)量％左右的堿水電解液進(jìn)行建浴。電流密度為20A/dm²。在以下的第3、第4堿水電解工序中也同樣。

對(duì)于堿水電解系統(tǒng)(II)，在第2堿水電解工序中，在不追加供給原水下，原水(模擬液)中的水被分解去除，因此電解液的量減少，并且堿水被濃縮，因此通過過程閥的操作，減少電解槽的運(yùn)轉(zhuǎn)線進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，在電解液濃縮至5.25倍的時(shí)刻，堿濃度從5質(zhì)量％變?yōu)?6.25質(zhì)量％，作為電解液，42L的電解液被減容至42/5.25＝8L。

第2堿水電解工序的操作與第1堿水電解工序同樣地進(jìn)行。

(iv)第3蒸餾工序、重復(fù)工序

在重復(fù)工序中，邊逐漸減小前述堿水電解裝置的容量，邊重復(fù)前述第2蒸餾工序和前述第2堿水電解工序，將前述原料水中的氚水(HTO)氣體化，轉(zhuǎn)化為氚氣(HT)，并且進(jìn)一步將前述含氚水的水減容。

在前述第2堿水電解工序后，通過第3蒸餾工序?qū)A苛性鹽漿料回收、分離。進(jìn)而出于減容的目的，將堿苛性鹽漿料送至小型蒸發(fā)器5，進(jìn)行蒸發(fā)·析晶干燥等，以固體堿的形式回收。然后，通過第3堿水電解工序，對(duì)堿水電解槽8中的電解液從8L起開始電解，直到電解液濃縮至4倍為止，減少電極組的數(shù)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。堿濃度從5質(zhì)量％變?yōu)?0質(zhì)量％，因此對(duì)電解槽進(jìn)行調(diào)整以使成為2L運(yùn)轉(zhuǎn)。上述處理的結(jié)果，作為電解液，8L的電解液被減容至2L。

對(duì)于第2堿水電解工序以后的操作，即使考慮充分的作業(yè)間隔，盡管運(yùn)轉(zhuǎn)電流密度的影響大，也能夠通過1個(gè)月左右的作業(yè)完成。

<實(shí)施例5>(第5實(shí)施方式的實(shí)施例)

(0)作為前工序的第1蒸餾工序

作為由含有大量雜質(zhì)的、含有含氚水的污染水形成的原料水的模擬液，使用以下成分的模擬液。

模擬液：180L

原料水中的氚的初期濃度：4.2×10⁶Bq/L

雜質(zhì)成分和濃度：

食鹽：10g/L

鈣：2ppm

鎂：5ppm

如圖4的上段所示，將模擬液180L從原料水貯存罐1供給至原料水處理槽20。作為原料水處理槽20，使用具有9.67L/天的處理能力的處理槽。將供給至原料水處理槽20的模擬液送至蒸發(fā)器3，將模擬液中的鹽、鈣、鎂等雜質(zhì)一并以18L的鹽漿料的形式去除。

另一方面，將該鹽漿料18L送至小型蒸發(fā)器5，進(jìn)而出于減容的目的，進(jìn)行蒸發(fā)·析晶干燥等，進(jìn)行漿料的濃縮·半干燥，得到0.9L的固化的鹽。

因此，對(duì)180L的模擬液，作為雜質(zhì)的廢棄物被減量為0.9L的固體鹽廢棄物。

通過原料水小型蒸發(fā)器5蒸發(fā)的含氚水的水通過蒸發(fā)器3蒸發(fā)，與含氚水的水一起在冷凝器6中冷凝，通過泵7供給至循環(huán)罐9。含氚水的水為9.60L/天。

(i)作為堿水電解系統(tǒng)(I)的第1堿水電解工序

上述中處理的含氚水的水為9.60L/天，通過泵7供給至作為下一工序的第1堿水電解工序中使用的堿水電解系統(tǒng)的循環(huán)罐9。在該第1堿水電解工序中，通過實(shí)施例1中記載的方法連續(xù)供給含氚水的水，邊使電解液循環(huán)邊進(jìn)行電解。

<實(shí)施例6>(第6實(shí)施方式的實(shí)施例)

在(i)的第1堿水電解工序的結(jié)束后，如圖4、圖5所示，與實(shí)施例4中記載的方法同樣地，進(jìn)行(ii)第2蒸餾工序、(iii)第2堿水電解工序、進(jìn)行重復(fù)工序。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

根據(jù)本發(fā)明，通過將含氚水的水的氚水(HTO)氣體化，轉(zhuǎn)化為氚氣(HT)和氧氣，將氚的濃度稀釋至1244分之1，從而能夠顯著降低氚對(duì)生物的影響程度，能夠?qū)蚺c生物隔絕的上空，另外，使經(jīng)氣體化的前述含氚氣的氫氣與水蒸汽反應(yīng)，能夠以含有氚水(HTO)的水的形式回收。另外，根據(jù)本發(fā)明，即使為含有大量氯化物離子等雜質(zhì)的含有氚水的原料水，通過預(yù)先將原料水中的雜質(zhì)以鹽漿料的形式去除，也能夠連續(xù)電解，可獲得上述效果。進(jìn)而，由于能夠?qū)⒃纤械碾s質(zhì)以堿鹽漿料的形式回收，因此也能夠使設(shè)備用地面積、建設(shè)成本、運(yùn)行成本具體化，其產(chǎn)業(yè)上的貢獻(xiàn)度極高。

附圖標(biāo)記說明

1：原料水貯存罐

2：原料水處理槽

3：蒸發(fā)器

4：漿料接受槽

5：小型蒸發(fā)器

6：冷凝器

7：泵

8：堿水電解槽

9：循環(huán)罐

10、11：電解液循環(huán)管

12、13：供給泵

14、15：冷卻器

16：用于容納陽極的陽極室

17：用于容納陰極的陰極室

18：用于將陽極室16和陰極室17劃分開的隔膜

19：用于貯存在第1堿水電解工序內(nèi)殘留的電解液的貯存罐

20：處理槽