JP2016522411A - 水からの放射性核種の除去方法及びその除去システム - Google Patents

Abstract

本発明は、放射性核種を吸着する効果を有する少なくとも１つの吸着添加剤（１５）と、吸着添加剤（１５）及び該吸着添加剤（１５）に吸着された放射性核種に対して不浸透性の少なくとも１つのフィルタ装置（７，８）とを用いた、水からの放射性核種の除去方法に関する。当該フィルタ装置（７，８）の流入側表面（１９）の上に、吸着添加剤（１５）により吸着層（２０）が生成されて、少ない装置経費で、向上した除去率を達成できる。

Description

本発明は、請求項１における包括部分に記載された特徴を有する水からの放射性核種の除去方法に関する。また、本発明は、請求項１２における包括部分の特徴を有する水からの放射性核種の除去システムに関する。

水は、多くの国々で貴重な必需品であり、例えば、多数のアフリカ及びアラブ諸国においては、必要な飲用水及び工程用水を満たすために高価な手段を講じなければならない。ある国においては、大量の水が深い井戸からくみ上げられ、又は海水脱塩プラントによって生成されている。しかしながら、これに関する問題は、深い井戸からくみ上げられた水は、しばしば、極めて高濃度の放射性核種並びに鉄塩及びマンガン塩のような金属塩に汚染されている。特に、深い井戸からくみ上げられた水は、同位体である^２２６Ｒａ、^２２８Ｒａに加え、^２２８Ｔｈをも含む。^２２８Ｔｈは、同一の崩壊系列の一部であり、ここで、Ｒａはラジウムを示し、Ｔｈはトリウムを示す。これらの放射性核種は、特にウランに生じる自然崩壊によって形成される。深い地下水には放射性核種が、通常、溶解したイオンの形で、また、小さい浮遊ミネラルに付着した形で存在する。さらに、放射性核種を含む水は、以下のように放射能汚染水とも呼ばれ得る。従って、大部分の放射性核種が除去される上記の方法又はシステムによって生成された生成水は、放射能除去水とも呼ばれ得る。これにより、生成水は、飲用水又は工程用水として利用でき、さらには、飲用水又は工程用水に処理され得る。

通常、深い地下水は、逆浸透圧法によって浄化され得る。逆浸透圧法は、除去する対象の水に大量の負荷（汚染物質）を含ませ得る。この方法に用いられる逆浸透膜が過負荷とならないように、逆浸透圧法による浄化は、通常、複数回の前浄化工程を行う。例えば、複数回の前浄化工程は、放射性核種を付着するだけでなく、水に含まれる上記の浮遊粒子及び沈殿した重金属化合物を除去する濾過工程であり得る。

例えば、砂濾過器が、そのような濾過作業に用いられ得る。このような砂濾過器は、種々の欠点を有している。数ヶ月後には、砂濾過器に蓄積した放射性核種の量が非常に多いため、該砂濾過器を交換しなければならない。砂濾過器の再生は、実現不可能である。該砂濾過器の廃棄は、唯一、膨大な量の汚染された砂を含む点で問題が多い。

その上、ラジウムイオン又はトリウムイオンのような、深い地下水に含まれる放射性核種は、単独の砂濾過器では十分に除去することができない。このため、深い地下水が砂濾過器に入る前に、化学的手段によって放射性核種を沈殿させることが試みられている。従って、結果として生じた放射性沈殿物は、砂濾過器に保持され得る。例えば、塩化バリウムのような水溶性バリウム塩は、放射性核種の沈殿を引き起こすのに用いられ得る。しかしながら、塩化バリウムは、比較的に毒性が高く、且つ高価な化学物質である。

上記のタイプの水から放射性核種を除去する方法及びシステムは、国際公開第２０１３／０３４４４２号に知られている。通常の方法では、放射性核種を吸収する効果を有する吸着添加剤と、吸着添加剤、及び該吸着添加剤に吸着された放射性核種に対して本質的に不浸透性のフィルタ装置との双方が用いられる。知られた方法では、最も一般的に使用される吸着添加剤は、二酸化マンガンである。公知のシステムは、水が流通可能なフィルタタンク内に少なくとも１つのフィルタ装置を含む少なくとも１つの濾過ステーションを備えている。公知のシステムは、また、水流に吸着添加剤を添加する少なくとも１つの添加装置を備えている。公知のシステムにおいて、水流への吸着添加剤の添加は、濾過ステーションから上流であって、混合ステーションの下流混合タンクにおける混合器の内部で行われる。混合タンクの内部において、その水流は比較的に長い滞留時間を有しており、該滞留時間には、水流への吸着添加剤の均一な分散が要求される。水流への吸着添加剤の均一な分散は、水流内に含まれる放射性核種の吸着を促進する。公知のシステム又は公知の方法において、水からの放射性核種の除去は、放射性核種が混合タンク内で、すなわち、当該フィルタ装置から上流で吸着添加剤に蓄積されるように実行される。この目的のため、吸着添加剤は、混合ステーション内における水流に連続的に添加されなければならない。例えば、この吸着添加剤の添加は、その最大濃度が１０ｐｐｍで行われる。混合ステーション内における長い滞留時間は、吸着添加剤に水に含まれる放射性核種の吸着率の高いパーセンテージを可能にする。次の濾過ステーションにおいて、吸着添加剤は、該吸着添加剤に吸着された放射性核種と共に濾過される。この場合、いわゆるフィルタケーキ（ケーキ層）が、当該フィルタ装置の流入側表面に、濾過プロセスの全般を通して均一に且つゆっくりと生じ得る。このフィルタケーキは、蓄積され且つ除去された不純物、すなわち水に含まれ得る、大部分が吸着された放射性核種を含む吸着添加剤及び他の粒子状不純物である。従って、公知の方法において、吸着添加剤における放射性核種の吸着は、混合ステーションで、従って、濾過ステーションから上流で行われる。

このタイプの従来のシステム又は従来の方法を用いると、単一ステージのプロセスでは、現状、水から放射性核種を除去する除去率は最大で８０％とすることができる。従って、飲用水の質に対してさらなる方策が必要である。特にこの方法は、所望の高い濾過を実現するために、複数回のステージ、すなわち複数回が実行され得る。

さらに、公知の方法及びシステムは、放射性核種を吸着添加剤により吸着する前処理に用いられる全水流に対する処理を、均一に行わせる起点に採る。プロセス全体としての結果は、唯一、同一の水質レベルを実現することができる。従来の方法又はシステムを用いると、要求により当該放射性核種に対する異なった除去率を得るための部分水流処理は、不可能であるか、又は高額の技術的な出費でのみ可能となる。

放射性核種の混合と吸着とを最適に実現するために、当該混合タンクに約３０分間の滞留期間が要求される。これは、混合タンクが、浄化する対象の水流の量に応じて大きい寸法を持たなければならないことを意味する。これは、このタイプのシステムを実現する経費に、それ相応の増加をもたらす。

本発明は、上記のタイプの方法又はシステムにおける改善された実施形態を提供するという課題に関し、特に、高分離効率及び／又は簡単化された実現性を特徴とする。

この課題は、独立請求項に係る主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に係る主題によって解決される。

本発明は、当該フィルタ装置の吸着添加剤に核種を直接に吸着させるという普遍的なアイデアに基づいており、吸着層が、当該フィルタ装置における流入側表面の吸着添加剤から生成される。この場合、吸着層は、フィルタケーキの形成時に生成され得る。このとき、吸着添加剤は、当該フィルタ装置から上流の当該フィルタ装置を通して流れる水流に添加される。当該システムの稼働中に又は方法の実行中に、汚染水は、まず、吸着層を流通し、次に、フィルタ装置を流通する。水流が吸着層を流れる際に、水流中に含まれる放射性核種は吸着層に吸着される。一方、当該フィルタ装置は、吸着層内に蓄積された放射性核種と共に吸着添加剤を保持する。

この方法において、吸着層は、少なくとも濾過プロセスの濾過フェーズの開始時に、大部分が、すなわち少なくとも５０％、好ましくは７５％、特に好ましくは少なくとも９０％の吸着添加剤から構成される。吸着層の他の構成要素は、水流内にも含まれ得る浮遊粒子からなり得る。この場合の吸着添加剤は、単一の化学物質又は少なくとも２つの異なる化学物質の混合物である。当該化学物質は当該放射性核種に対して吸着効果を有する。例えば、考えられる選択肢は、異なる放射性核種に対して吸着効果を有する化学物質の混合物である。この場合、多層吸着層は、特に有利となる。例えば、第１層は、干渉放射性核種に対して吸着効果を有する当該吸着添加剤を構成する流入側表面に設けられ得る。一方、第２層は第１層に設けられ得る。第２層は、放射性核種の吸着に干渉する効果を有し得る物質のような、水に含まれる他の物質を吸着することができる他の化学物質により構成される。

この吸着層は、吸着添加剤の濃度が極めて高い。このため、放射性核種で汚染された水が吸着層を流通する際には、放射性核種は効率的に吸着される。これにより、本発明によると、放射性核種の吸着は、当該フィルタ装置の領域、具体的には当該吸着層の領域に移動する。このように、当該フィルタ装置は、吸着層として機能する。

これにより、本発明に係る方法又は本発明に係るシステムにおいては、混合タンク内で起こる所望の吸着に十分な均質化が得られるように、対応する混合タンク内の水流に比較的に長い滞留時間を付与する上流混合ステーションを一般に不要にすることができる。このような混合ステーションに要求される装置経費は、本発明においては必要でない。具体的には、本発明に係るシステムは、添加装置が、フィルタタンク内、すなわち、当該フィルタ装置から直近の上流で水流に吸着添加剤を添加することを特徴とする。滞留時間は不要である。しかしながら、当該フィルタ装置の全流入側表面に対してできるだけ均等となるように、吸着層を設けることが有効となる。

また、本発明に係る方法は、著しく高い分離効率の実現を可能にすることが分かった。実験によると、分離効率は９０％を超えて実現され、ある場合には９５％以上となった。これは、汚染水が流通する吸着層において、放射性核種の吸着添加剤に至る移動経路が極端に短いという事実によって説明される。ここで、吸着添加剤は、水に含まれる放射性核種をほぼ完全に除去するのに十分である。

従って、本発明に係る方法において、水流の形での汚染水は、当該フィルタ装置に入れられる。この水流は当該フィルタ装置を流通し、その後、水に含まれる放射性核種を、吸着添加剤によって大部分を吸着させる吸着層にも通す必要がある。従って、汚染除去水は、当該フィルタ装置によって排出され得る。

有利な実施形態によると、吸着層は、本質的に放射性核種がない吸着添加剤から生成される。加えて又はこれに代えて、一実施形態は、吸着層が、少なくとも５０％の、好ましくは少なくとも７５％の、特に好ましくは９０％の放射性核種がない吸着添加剤から生成されるように提供し得る。これは、このような場合に、水流中に含まれ得る放射性核種の吸着にとっては十分な時間であって、当該フィルタ装置での蓄積よりも前には本質的に時間が残らないように、吸着添加剤が水流に添加されることを意味する。これとは無関係に、吸着層は、また、浄化された水からなる水流、すなわち放射性核種を含まない又は放射性核種を本質的に含まない水によっても生成できる。このように、水に含まれる放射性核種に対する特に強い吸着効果は、吸着層によって実現される。

他の有利な実施形態によると、本方法は、放射性核種の吸着が、濾過プロセスの濾過フェーズ中に、大部分が又は本質的に吸着層で行われるように実行され得る。加えて又はこれに代えて、一実施形態は、放射性核種の吸着の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％、特に好ましくは９０％が、濾過プロセスの濾過フェーズ中に、吸着層で行われるように供給し得る。好ましくは、放射性核種の吸着は、水が吸着層に到達するか又はこの吸着層に排他的に生じるまでに、濾過フェーズ中には生じないことが好ましい。この方法は、フィルタ装置から上流の水流中における放射性核種の吸着を大部分又は完全に不要にすることができる。この場合に、水が吸着層を流通する際に、吸着はその大部分又は完全に行われる。

他の有利な実施形態によると、吸着層の生成は、濾過プロセスの開始フェーズ中、具体的には、当該フィルタ装置を流通する水への吸着添加剤の添加によって行われ得る。濾過プロセスは、開始フェーズに加え、該開始フェーズに続き且つ該開始フェーズよりも長い濾過フェーズを備えている。好ましくは、濾過フェーズは、少なくとも１０回、より好ましくは開始フェーズよりも長い少なくとも１００回分なされるべきである。その後、濾過フェーズにおいて、汚染水は吸着層を通過し、放射性核種は吸着添加剤によって大部分が吸着される。開始フェーズ中に吸着層を生成するために吸着添加剤が添加される水流は、浄化する対象の汚染水からなり得る。また、この場合、放射性核種を含まない又は本質的に放射性核種を含まない既に浄化された水を用いることも可能である。

有利な改良においては、吸着添加剤は、開始フェーズ中にのみ、大部分が又は必須に水流に添加される。加えて又はこれに代えて、一実施形態は、濾過プロセス中に用いられる吸着添加剤の全量の少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％、特に好ましくは９０％が吸着層に含まれるように供給し得る。これは、濾過フェーズ中には、吸着添加剤が相対的にほとんど水流に添加されないことを意味する。

吸着層を生成するための吸着添加剤の添加が開始フェーズ中に排他的に行われる限りは、本発明に係る方法は、吸着添加剤の添加を不連続に、すなわち開始フェーズ中にのみ行ってもよい。これに対し、濾過ステーションから上流の混合ステーションを含む公知の方法は、吸着添加剤を連続的に添加することが特徴である。本発明に係る方法においては、所定量の水を浄化するのに要求され、開始フェーズ中に不連続に添加される吸着添加剤の全量は、吸着添加剤が濾過プロセス中を通して連続的に添加される従来の方法に要求される吸着添加剤の全量よりも少ないことが分かった。

他の有利な実施形態によると、吸着層を生成する吸着添加剤は、当該フィルタ装置のうちの１つを流通する水に、少なくとも５０ｐｐｍ、有利には少なくとも１００ｐｐｍ、好ましくは少なくとも５００ｐｐｍ、特に好ましくは少なくとも１０００ｐｐｍの濃度で添加してもよい。これとは対照的に、吸着添加剤の連続添加を含む公知の方法においては、吸着添加剤は、１０ｐｐｍの最大濃度で添加されなければならない。言い換えれば、吸着層を生成するために、吸着添加剤は、フィルタ装置から上流で放射性核種の吸着が要求されるよりも高いパーセンテージで水流に添加されなければならない。この高濃度の利用により、吸着層を比較的に速く生成することができる。このため、開始フェーズは、これに対応して短くすることができる。この場合に、上記の高濃度の吸着添加剤の添加は、所定の添加期間に開始フェーズで行われる。なお、開始フェーズである限りは、所定の添加期間は開始フェーズよりも短くすることができる。

好ましい実施形態において、当該フィルタ装置には、少なくとも１つのセラミックフィルタ膜を用いることができる。この実施形態は、他のフィルタ材料、例えばプラスチックフィルタ膜又はサンドフィルタ（砂濾過）が、吸着層の生成のための本発明に係る方法に使用可能な吸着添加剤の高濃度には適合しないという知見に基づいている。

有利な実施形態において、吸着添加剤は、粒状体構造若しくはフレーク状構造の固体でもよく、又は大部分が固体からなっていてもよい。固体は中実又は多孔性であってもよい。吸着添加剤として粒子状固体又は微粒子固体のような固体の使用は、吸着層自体が多孔性構造を持つため、水の流通が容易であり、また、利用可能な吸着面が極めて大きく、急速な吸着に有利である。この場合に、吸着層における平均粒子径は、セラミックフィルタ膜のような、当該フィルタ装置に用いられるフィルタ材料の流入側平均粒子径よりも大きいことが好ましい。

本発明に係るシステムは、当該添加装置がシステムの稼働中に吸着添加剤を添加する。具体的には、開始フェーズ中に、当該フィルタタンク内又は当該フィルタタンクの直近の上流、すなわち、所望の吸着層がフィルタ装置の流入側に形成できるように、当該フィルタ装置から直近の上流の水流に吸着添加剤を添加する。また、吸着添加剤は、例えば、当該フィルタタンクに汚染水を供給する供給ラインを介して添加され得る。システムの稼働中に、汚染水は、当該濾過ステーション又は当該フィルタタンクに加えられる。また、汚染除去水は、当該濾過ステーション又は当該フィルタ装置から排出される。従って、この場合、本システムは、吸着添加剤の添加を、混合器及び混合タンクを有する当該濾過ステーションから上流に設けられる混合ステーションを用いることなく行うことができる。

有利で改善されたシステムにおいて、少なくとも２つの濾過ステーションは、具体的には、少なくとも１つのメインフロー濾過ステーションと、少なくとも１つの２次フロー濾過ステーションとが設けられてもよい。添加装置は、吸着添加剤が独立した添加量で２つの濾過ステーションの当該フィルタタンク内の水流に添加することができるように、具体的には、当該メインフロー濾過ステーションで生じる濾過率が、当該２次フロー濾過ステーションで生じる濾過率と異なるように、都合良く設けることができる。メインフローは、２次フローと異なることによって、通常、２次フローよりも水量が多いことによって特徴付けられる。実現可能な例において、メインフローで生じる除去率は、「ブレンド」と呼ぶプロセスでの混合フロー中で所望の目標除去率を実現するために、メインフローの次に補助フローの混合が可能となるので、２次フローで生じる除去率よりも小さい。メインフローと補助フローとの配分を調整することにより、たとえ原水すなわち汚染水が異なった汚染度を有していても、生成水すなわち汚染除去水に一貫した同一の高い目標濾過率を実現し得る。メインフローと２次フローとの異なった利用も可能である。

他の改善において、本システムを操作する制御装置は、少なくとも当該添加装置と接続されると共に、本システムの稼働中に本発明に係る上記の方法を実行できるように構成され又はプログラムされ得る。

本発明に係る方法は、放射性核種の吸着が、濾過と直接に結合しているということを出発点とする。この目的のため、上記の吸着層は、濾過の開始時に、すなわち開始フェーズ中に、当該フィルタ装置の流入側表面に完全に生成される。この場合に、当該吸着添加剤（好ましくは、微粒子吸着化学物質、すなわち固体粒子（粒状体）からなる化学物質）に添加又は混合することは、比較的に短い時間だけ行われ、最後の数分間だけ持続し得る。濾過プロセスの全体にわたって均一で且つ連続した添加は、指示されずまた要求されないのが好ましい。短時間で所望の吸着層を形成することができる。これに要求される吸着添加剤の絶対量は、従来の連続的な添加に用いられる絶対量と比較でき、従来と比べて少ないのが好ましい。吸着添加剤は、処理対象の水流中に速まって分配されることがないように添加される。その結果、吸着層の形成期間には、吸着添加剤の吸着表面が当該フィルタエレメントの流入側表面において未だ清浄であり、すなわち放射性核種及び干渉物質がない状態となる。このように、競合物質の望まない吸着によって引き起こされる干渉プロセスを最小限とすることができる。濾過対象の汚染水は、当該フィルタ装置の流入側表面に到達する前に、吸着層の孔を通過しなければならない。吸着層の孔は、当該フィルタ装置の対応する孔よりも大きくてもよい。例えば、吸着層の孔は数マイクロメートルの大きさであり、一方、フィルタ装置の孔は、１０ｎｍから６００ｎｍまでの範囲、好ましくは約２００ｎｍまでの範囲である。吸着層の厚さは、０．１ｍｍから数ミリメートル、好ましくは１０ｍｍ未満である。

吸着添加剤を添加するために、中央添加装置を用いてもよい。該中央添加装置は、特に各濾過フローに対して独立した添加を可能にする。このように、水処理システムにおいて、異なる除去率を単一ステージプロセスで実現することができる。これは、特定の部分フローが、さらなる処理を行うことなく、部分生成フローとして直接に利用できる点で高度に有利となる。例えば、高い除去率を伴うブレンドフローは実現可能である。例えば上流に配置された逆浸透圧装置による、他の有害物質又は他の不純物のさらなる処理及び除去を提供する部分フローは、吸着添加剤がより少ない添加量で添加された当該フィルタタンクに供給することができる。その結果、吸着添加剤の使用が全体により少なくなって、稼働経費を削減することができる。

吸着添加剤として、酸化マンガン及び／若しくは二酸化マンガン、又は水中内で酸化マンガン及び／若しくは二酸化マンガンを生成する化学物質を用いることができる。加えて又はこれに代えて、通常、酸化鉄も用いることができる。好ましい吸着添加剤、すなわち、酸化マンガン及び／又は二酸化マンガン及び／又は酸化鉄は、汚染水に直接に添加することができる。特に有利な実施形態において、当該吸着添加剤は、特に大きい内部表面を有する多孔性の沈殿物の形状である。例えば、具体的な表面積は、ＰＥＴによって定義された３５０ｍ^２／ｇよりも大きくてもよい。二酸化マンガンがプロセス中に経年変化し、多孔性を失った場合には、添加する前に、できるだけ速やかに生成すべきである。

用いられる酸化マンガン及び／又は二酸化マンガンは、ｐＨが４．５から９の間、好ましくは７から９の間に調整された水溶性マンガン塩水溶液を酸化することによって得るのが好ましい。適当なマンガン塩の例は、硫化マンガンである。適当な酸化剤の例は、過マンガン酸カリウム又は次亜塩素酸ナトリウムである。例えば、過マンガン酸カリウムをＮａＯＨで塩基性ｐＨに調整することも可能である。また、塩基性過マンガン酸カリウムを添加して、わずかに酸性のマンガン塩水溶液とすることも可能である。これにより、化学反応の化学量論をより良く制御することが可能となる。

他の実施形態において、汚染水は、例えばバリウム塩を添加することによって化学的に処理することができる。バリウム塩はラジウムの沈殿を促進することができる。この場合、バリウム塩は、フィルタ装置から上流の水流に添加することができる。吸着層の生成中に、該吸着層に相応のパーセンテージで含まれるように、バリウム塩を添加することも可能である。

さらに、例えば水中に含まれる他の金属及び金属イオンを酸化するために、また、例えば酸化によって鉄イオン分離するために、オゾン又は大気中の酸素のような他の化学物質を添加することも可能である。

当該フィルタ装置に用いるのが好ましいセラミックフィルタ膜は、微小多孔性フィルタ膜として具体的に構成され得る。当該セラミックフィルタ膜は、内部濾過水排出チャネルと流入側表面上の外部多孔性分離層とを有する平坦膜状板とすることが好ましい。このような膜は、独国特許出願公開第１０２００６００８４５３号明細書に詳細に記述されている。現方法において、セラミックフィルタ膜は、少なくとも流入側表面上の孔、特に上記の外部多孔性分離層における孔を、平均径が８０ｎｍと８００ｎｍとの間、好ましくは１００ｎｍと３００ｎｍとの間となるようにして用いるのが好ましい。

国際公開第２０１０／０１５３７４号に記載されているように、板状フィルタ膜はフィルタユニットに結合できることが特に有利である。

セラミックフィルタ膜は、汚染除去生成水が当該セラミックフィルタ膜を通して吸引されるように、１００ｍｂａｒから６００ｍｂａｒまでの負圧で利用できることが好ましい。しかしながら、汚染水がセラミックフィルタ膜を通して圧せられるように、該セラミックフィルタ膜は、正圧で用いることも可能である。

吸着添加剤はそれ自体が微粒子状の固体形状で用いることが特に有利でもある。これは、特に、上記の酸化マンガン及び／又は二酸化マンガン及び／又は酸化鉄に適用する。従って、当該フィルタ装置における流入側表面の吸着層はそれ自体が多孔性であり、放射性核種の吸着がこの多孔性の本質的な遮断を引き起こし得ない。従って、適当に使用された吸着層は、当該フィルタ装置の目詰まりを決して起こさない。むしろ、この吸着層によって、フィルタ装置が目詰まりを起こすことなく、常に一定の水流を実現することができる。

本発明に係る他の重要な特徴及び有利な点は、従属請求項、図面及び該図面を参照する図の記述に示されている。

上記の特徴及び以下に説明されるこれらの特徴は、本発明の範囲から離れることがない、特定の組み合わせだけでなく、他の組み合わせ又は単独で用いることができる。

本発明に係る好ましい実施形態は、図面に示され、以下の記述にさらに詳細に説明される。なお、同一、類似、又は機能的に等価な構成要素の参照符号には、同一の参照符号を付している。

図１は水から放射性核種を除去する除去システムを表す、高度に簡単化された回路図状の模式図である。 図２はフィルタ装置における吸着層の一領域を示す、高度に簡単化された断面図である。

図１に示すように、例えば、飲用水又は工程用水を生成するために、水からラジウム同位体のような放射性核種を除去することが可能なシステム１は、少なくとも１つの濾過ステーション２、３と、少なくとも１つの添加装置４とを備えている。図１の例において、このような共通の添加装置４を有する２つの濾過ステーション２、３は、単に例として示されている。他のシステム１は、１つの濾過ステーション２、３のみでも、又は２つの濾過ステーション２、３より多くても機能し得る。いくつかの添加装置４も配置され得る。

当該濾過ステーション２、３のいずれもが、それぞれ少なくとも１つのフィルタ装置７、８が配されたフィルタタンク５、６を有している。この場合、矢印で示される水流９、１０は、各々当該フィルタ装置７、８を流通することができる。汚染水、すなわち放射性核種を含む水をフィルタタンク５、６に併行して供給するために、水流９、１０は、符号１２で分岐する共通供給ライン１１を介して供給される。フィルタ装置７、８にそれぞれ従う分離ライン１３、１４は、フィルタ装置７、８から浄化水、すなわち汚染除去水又は生成水を放出するのに用いられる。

添加装置４は、フィルタ装置７、８から上流の水流９、１０に図２に示す吸着添加剤１５を添加することができるように構成されている。添加装置４は、当該フィルタタンク５、６の内部の当該水流９、１０に吸着添加剤１５を添加することができる。添加装置４と対応する添加ライン１６は、当該フィルタタンク５、６に直接に取り付けられている。当該フィルタ装置７、８は、透水性で且つ本質的に吸着添加剤１５に対して不浸透性で且つ放射性核種が蓄積されるように、濾過効果又は粒子サイズに関して調整される。

図１に示すように、少なくとも２つの濾過ステーション２、３で構成されている場合には、一の濾過ステーション２がメインフロー濾過ステーション２として働き、他の濾過ステーション３が２次フロー濾過ステーション２として働く。添加装置４は、所望の量の吸着添加剤１５を、分けられた濾過ステーション２、３又は当該フィルタタンク５、６に別々に添加することができる。異なった濾過率を２つの濾過ステーション２、３に設定できるように、２つのフィルタタンク５、６に吸着添加剤１５を独立して添加することが有利である。

操作のために、システム１は制御装置１７が設けられることが好ましい。例えば、該制御装置１７は、添加装置４と制御ライン１８を介して接続される。制御装置１７は、システム１が稼働する間に、上記で詳細に且つ以下で概要を説明する、水から放射性核種を除去する方法を実行できるように設けられるか、又はプログラミングされることが好ましい。

汚染水から放射性核種を除去するために、例えば、飲用若しくは工程用水として用いることができる生成水、又は飲用若しくは工程用水に処理する対象の生成水を生成するために、吸着添加剤１５は、フィルタタンク５、６内に、吸着層２０が図２に示すように当該フィルタ装置７、８の流入側表面１９の上に吸着添加剤１５から形成されるように配される。吸着層２０は、吸着添加剤１５から生成される。ここで、吸着添加剤１５は、濾過プロセスの濾過フェーズ中に、放射性核種の吸着が本質的に吸着層２０に到達した時のみ、好ましくは吸着層２０で排他的に行われるように、本質的に放射性核種は未だ存在しない。

例えば、この種の吸着層２０は、濾過プロセスの開始フェーズ中に、当該フィルタ装置７、８を流通する当該水流９、１０に吸着添加剤１５を添加することによって生成することができる。開始フェーズ中には、当該水流９、１０は汚染除去水すなわち既に浄化された浄化水からは構成され得ない。しかしながら、通常、開始フェーズ中に吸着層２０に充てるために汚染原水を用いることは可能である。当該フィルタ装置７、８を流通する水流９、１０に吸着添加剤１５を添加することによって、吸着層２０は、当該フィルタ装置７、８の流入側表面１９の上に、自動的にフィルタケーキとして生じる。当該水流９、１０又は当該フィルタタンク５、６への吸着添加剤１５の添加は、当該フィルタ装置７、８における流入側表面１９の可能な限りの全面が吸着添加剤１５に対してできるだけ均一となるように実行されることが好ましい。開始フェーズは数分間続く。どのような場合でも、開始フェーズは、それに続く濾過フェーズよりも遙かに短い。濾過フェーズでは、放射性核種が吸着層２０によって汚染水から除去され得る。

水流９、１０への吸着添加剤１５の添加は、特に、濾過フェーズよりもかなり長い期間、吸着添加剤１５を添加しないように、上記の開始フェーズ中に排他的に実行することが好ましい。開始フェーズ又は該開始フェーズ内の添加期間での当該吸着添加剤１５の添加は、比較的に高い濃度で実行される。例えば、この場合の濃度は、少なくとも５０ｐｐｍ、少なくとも１００ｐｐｍ、好ましくは少なくとも５００ｐｐｍ、特に好ましくは少なくとも１０００ｐｐｍである。この場合、吸着添加剤１５の絶対量は、原水の汚染、原水の総流量、及び濾過プロセス中の浄化対象となる原水の絶対量に依存する。濾過プロセスの最後では、吸着層２０が、吸着した放射性核種でほとんど飽和していることが理想である。新しい濾過プロセスのために、当該フィルタ装置７、８は、例えば逆流により、すなわち、使い尽くされた吸着層２０又は使われた吸着層２０がフィルタ装置７、８の流入側表面１９を洗浄されることにより再生する。この後、新しい、未使用の吸着層２０が、新しい開始フェーズに用いられ得る。

特に有利な実施形態において、フィルタ装置７、８には、当該フィルタ装置７、８の流入側表面１９の少なくとも一部を有する少なくとも１つのセラミックフィルタ膜２１が設けられている。図２によると、セラミックフィルタ膜２１は、浄化水流９、１０が流入し且つ該浄化水流９、１０が当該フィルタ装置７、８から排出され得る、少なくとも１つの内部チャネル２２を有している。セラミックフィルタ膜２１は、その粒子径が１桁又は２桁のナノメートルの範囲であることが好ましい。

吸着添加剤１５として、固体は、粒状又は綿状、すなわち粒子の形で使用するのが好ましい。使用される固体は、中実又は多孔性であってもよい。この構成は、吸着層２０に多孔性の構造を与える。吸着層２０の小孔は、その孔径が１桁又は２桁のマイクロメートルの範囲であることが好ましい。また、吸着層２０の小孔の孔径は、通常、セラミックフィルタ膜２１の小孔の孔径よりも小さくすることもできる。

水の浄化又は汚染除去は、水が吸着層２０を流れる間に、少なくとも９０％から９５％の吸着率を効率的に実現できるように、吸着添加剤１５への放射性核種の吸着が生じることによってなされる。

Claims (14)

1. 水からの放射性核種の除去方法であって、
   放射性核種に対して吸着効果を有する少なくとも１つの吸着添加剤（１５）を用い、
   当該吸着添加剤（１５）に対して不浸透性の少なくとも１つのフィルタ装置（７、８）を用い、
   吸着層（２０）は、当該フィルタ装置（７、８）の流入側表面（１９）の上に、前記吸着添加剤（１５）により生成されることを特徴とする放射性核種の除去方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記吸着層（２０）は、本質的に放射性核種がない吸着添加剤（１５）により生成されることを特徴とする放射性核種の除去方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、
   前記吸着層（２０）は、少なくとも５０％の放射性核種がない吸着添加剤（１５）により生成されることを特徴とする放射性核種の除去方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、
   前記放射性核種の吸着は、濾過プロセスにおける濾過フェーズ中に、大部分が又は本質的に前記吸着層（２０）で行われることを特徴とする放射性核種の除去方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、
   前記放射性核種の少なくとも５０％の吸着は、濾過プロセスにおける濾過フェーズ中に、前記吸着層（２０）で行われることを特徴とする放射性核種の除去方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、
   前記吸着層（２０）の生成は、濾過プロセスにおける開始フェーズ中に、当該フィルタ装置（７、８）を流通する水流（９、１０）に前記吸着添加剤（１５）を添加することにより行われることを特徴とする放射性核種の除去方法。
7. 請求項６に記載の方法において、
   前記吸着添加剤（１５）は、前記開始フェーズ中にのみ、大部分が又は必須に前記水流（９、１０）に添加することを特徴とする放射性核種の除去方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法において、
   濾過プロセス中に使用される前記吸着添加剤（１５）の少なくとも５０％は、前記吸着層（２０）に含まれることを特徴とする放射性核種の除去方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法において、
   前記吸着層（２０）を生成するために、前記吸着添加剤（１５）は、少なくとも５０ｐｐｍの濃度で当該フィルタ装置（７、８）のうちの１つを流通する水流（９、１０）に添加することを特徴とする放射性核種の除去方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法において、
    少なくとも１つのセラミックフィルタ膜（２１）は、当該フィルタ装置（７、８）に用いることを特徴とする放射性核種の除去方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法において、
    前記吸着添加剤（１５）は、微粒子状固体であることを特徴とする放射性核種の除去方法。
12. 水からの放射性核種の除去システムであって、
    フィルタタンク（５、６）内に少なくとも１つのフィルタ装置（７、８）を含み、水流（９、１０）が流通可能な少なくとも１つの濾過ステーション（２、３）と、
    前記水流（９、１０）に吸着添加剤（１５）を添加する少なくとも１つの添加装置（４）とを備え、
    当該添加装置（４）は、当該フィルタタンク（５、６）内又は当該フィルタタンク（５、６）の直近の上流で前記水流（９、１０）に前記吸着添加剤（１５）を添加できるように配置又は構成されていることを特徴とする放射性核種の除去システム。
13. 請求項１２に記載のシステムにおいて、
    少なくとも２つの濾過ステーション、具体的には、少なくとも１つのメインフロー濾過ステーション（２）と、少なくとも１つの２次フロー濾過ステーション（３）とが設けられ、
    少なくとも２つの前記濾過ステーション（２、３）における当該フィルタタンク（５、６）内の前記水流（９、１０）に前記吸着添加剤（１５）を添加する前記添加装置（４）は、当該メインフロー濾過ステーション（２）における濾過率が当該２次フロー濾過ステーション（３）における濾過率とは異なるように設けられていることを特徴とする放射性核種の除去システム。
14. 請求項１２又は１３に記載のシステムにおいて、
    当該添加装置（４）と接続されていると共に、システム（１）の稼働中に請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の方法を実行できるように構成され且つ／又はプログラムされた、前記システム（１）を操作する制御装置（１７）を備えていることを特徴とする放射性核種の除去システム。

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