[发明专利]化学除污装置以及化学除污方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用臭氧的化学除污技术。具体而言，本发明涉及 一种化学除污装置，其通过化学溶解除污对象表面上粘附或形成的氧化 物膜来实施除污，除污对象例如反应堆主系统如反应堆设备、管路等之 中的反应堆构造材料，而且还涉及一种化学除污方法。

背景技术

许多涉及使用臭氧的化学除污技术的专利申请已提出。化学除污技 术正被用于实际反应堆的化学除污操作中。

专利文献1(日本未审查专利申请公开号2000-81498)描述了一种化学 除污技术，其中臭氧水的pH被控制在5或更低，以便提高溶解的臭氧浓 度。专利文献2(日本未审查专利申请公开号2002-250794)描述了一种化 学除污技术，其通过向臭氧水中添加至少一种氧化助剂(辅助剂)来抑制反 应堆构造材料的腐蚀，该氧化助剂选自碳酸、碳酸盐、硼酸、硼酸盐、 硫酸、硫酸盐、磷酸和磷酸盐。专利文献3(日本未审查专利申请公开号 2002-228796)描述了一种使用臭氧的化学除污技术，其中臭氧气体通过多 管中空纤维膜混合器提供，以便有效地将臭氧气体溶解在水中。

专利文献1中描述的化学除污技术包括将硝酸加入水中，形成pH为 5或更低的臭氧水，在所得pH的水溶液中进行氧化处理以溶解氧化物膜， 并进行化学除污。然而，由于加入水中的氧化助剂是硝酸，臭氧水溶液 的氧化力变弱，而且不能抑制臭氧水对反应堆构造材料的腐蚀，这是有 问题的。

专利文献2描述了一种将磷酸作为氧化助剂来添加以抑制反应堆构 造材料的腐蚀的技术。然而，由于磷酸接近于弱酸，所以磷酸作为氧化 助剂加入仅产生小的氧化能力，而且不能高效及有效地抑制反应堆构造 材料的腐蚀。

为通过添加作为氧化助剂的磷酸来产生大的氧化能力，必须加入大 量的磷酸。结果是，在除污后产生了大量的二次废物，由此产生了新的 问题，因为二次废物的处理需要更多的劳动和成本。

专利文献3中描述的使用多管中空纤维膜混合器的化学除污技术有 缺陷。即，由于多管中空纤维膜混合器由树脂制成，它容易损坏。

在核发电厂中，反应堆设备和各种管路由钢材制成，如不锈钢、碳 钢等。当反应堆设备和管路内表面接触高温水时会经受腐蚀，并在其上 形成氧化物膜。反应堆水中的放射性(radioactivity)被暴露于高温水的反应 堆设备和管路内表面润湿部分上粘附的氧化物膜俘获，从而使氧化物膜 变为暴露的放射源。

反应堆设备和各种管路内表面润湿部分上形成的氧化物膜可通过化 学除污技术化学溶解并去除。该化学除污技术是一种包括化学溶解氧化 物膜的放射性去除技术，其适于具有复杂形状和组件而难以拆卸、以及 在除污后重复使用的除污对象的化学除污。近年来已经有许多应用化学 除污的技术报道。

在化学除污中，溶解氧化铁的除污剂与溶解氧化铬的氧化剂一起被 用来增强除污效果。作为氧化剂，使用高锰酸、高锰酸钾溶液、臭氧水 等。在臭氧水的情况下，由于臭氧的高自-分解性，臭氧水必须连续供给。

在除污对象具有较大尺度的情况下，如在反应堆主系统内部除污的 情况下，臭氧的自-分解性可导致臭氧浓度在循环期间降低以及不够好的 除污效果。已报道除污所需的臭氧浓度为1ppm或更高。

为了对反应堆相关设备的除污对象的金属表面进行除污，一种高效 注入臭氧的方法的实例公开在例如专利文献4(日本未审查专利申请公开 号2003-98294)中，其中臭氧被注入反应堆再循环系统的再循环泵的入口。 一种高效地将气体混入水中的方法的实例公开在例如专利文献5(日本未 审查专利申请公开号2005-34760)中，其中使用喷射器(ejector)将气体吸入 该喷射器中，然后混合。一种在下降流中注入臭氧，以便使臭氧溶解在 水中的技术公开在例如专利文献6(日本未审查专利申请公开号8-192176) 中。

一种在用于反应堆构造物的化学除污装置内使用离子交换树脂，以 便从反应堆构造物除去放射性污染物的技术公开在例如专利文献7(日本 未审查专利申请公开号2001-91692)中。

在核发电厂中，除污对象如反应堆设备和各种管路中循环的水的温 度较高。而除污温度通常为70℃或更高。由于除污水是水和臭氧的气- 液混合流，将臭氧注入反应堆再循环泵的泵上游一侧可能在再循环泵的 泵单元中导致泵气蚀，由此可能损坏该泵。