JP4943376B2 - 復水脱塩方法及び復水脱塩装置 - Google Patents
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Description
従って、原子炉水質を高純度にするためには、イオン交換樹脂が充填されている脱塩塔から溶出するTOCのリーク量を少なくする必要がある。
また、アニオン交換樹脂をイオン交換樹脂床下層部に配する方法では、カチオン交換樹脂から溶出する低分子量のTOCは低減できるが、高分子量のTOCの除去能力は充分ではない。
また、ポーラス型アニオン交換樹脂はマクロポアを有するため、TOCの吸着能力はある程度あるが、通常の混床式脱塩塔ではカチオン交換樹脂に比べアニオン交換樹脂の比重が小さいことから、混床形成の際に上層部にアニオン交換樹脂が存在してしまい、下層部には少なくなるため、TOCの除去が理想的に行われない。
また、粒径を調整した均一粒径ゲル型カチオン交換樹脂とガウス分布ゲル型アニオン交換樹脂の組み合わせでは、ガウス分布のアニオン交換樹脂のTOC除去能力が低いため、良好な水質を得ることはできない。
(a)平均粒径値が450〜600μmの範囲であり、平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上ある強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂からなる上層部と、
(b)平均粒径値が450〜600μmの範囲であり、平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上ある強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂と、ガウス分布アニオン交換樹脂とが均一に混合された混床からなり、前記混床は、前記アニオン交換樹脂の存在比が混床全域にわたって設計基準値±5%以内となるように均一に混合された下層部と、を有するイオン交換樹脂床に復水を接触させて復水の脱塩処理を行うことを特徴とする復水脱塩方法を提供する。
(a)平均粒径値が450〜600μmの範囲であり、平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上ある強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂からなる上層部と、
(b)平均粒径値が450〜600μmの範囲であり、平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上ある強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂と、ガウス分布アニオン交換樹脂とが均一に混合された混床からなり、前記混床は、前記アニオン交換樹脂の存在比が混床全域にわたって設計基準値±5%以内となるように均一に混合された下層部と、を有するイオン交換樹脂床を有し、該イオン交換樹脂床に復水を接触させて復水の脱塩処理を行うことを特徴とする復水脱塩装置を提供する。
(a)強酸性ゲル型カチオン交換樹脂からなる上層部と、
(b)平均粒径値が450〜600μmの範囲であり、平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上ある強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂と、ガウス分布アニオン交換樹脂とが均一に混合された混床からなり、前記混床は、前記アニオン交換樹脂の存在比が混床全域にわたって設計基準値±5%以内となるように均一に混合された下層部と、を有するイオン交換樹脂床を用い、このイオン交換樹脂床に復水を接触させて復水の脱塩処理を行う構成なので、下層部の混床は両方のイオン交換樹脂が分離し難くなり、理想的な混床状態を維持することができるので、カチオン交換樹脂から溶出するTOCに由来する硫酸イオン濃度の低い、高純度な処理水質を長期間に渡り安定的に得ることができる。
図1は、BWR原子力発電プラントの一例を示す概略フロー構成図である。図1中、符号1は原子炉、2及び3はタービン、4は湿分分離器、5は復水器、6は復水ろ過装置、7は復水脱塩装置、8は原子炉浄化系を表している。
(a)強酸性ゲル型カチオン交換樹脂からなる上層部14と、
(b)平均粒径値が450〜600μmの範囲であり平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上ある強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂と、ガウス分布アニオン交換樹脂とが均一に混合された混床からなり、前記混床は、前記アニオン交換樹脂の存在比が混床全域にわたって設計基準値±5%以内となるように均一に混合された下層部15と、を有するイオン交換樹脂床11を有することを特徴としている。
(1)平均粒径値が450〜600μmであり平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上となるような強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂とガウス分布アニオン交換樹脂にて混床を形成すること。
カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の分離・混合特性は、樹脂粒の終末速度により決まる。従って、この観点からも定義することとする。ここで、終末速度とはイオン交換樹脂粒が水中で沈降する際、時間が経過するとその速度は一定となり、水の粘度や粘性係数、イオン交換樹脂の粒径や比重で決まる値であり、これが異なるほど分離しやすく、近い値ほど分離しにくくなる。
(2)カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の終末速度の差が0.005m/s以下であること。
また、用いるカチオン交換樹脂についても、標準的に用いられている8から10%の架橋度の強酸性ゲル型カチオン交換樹脂に加え、次の方法が考えられる。
(2)(1)の方法において、上層部14には架橋度が12〜16%の範囲であり、平均粒径値が600〜700μmであり、平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上ある強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂を用いてイオン交換樹脂床11を形成して復水を処理する復水脱塩方法。
(3)カチオン交換樹脂として、上層部14には架橋度が4〜7%の範囲の強酸性ゲル型カチオン交換樹脂を用い、下層部15には架橋度が12〜16%の範囲の強酸性ゲル型カチオン交換樹脂を用いてイオン交換樹脂床11を形成して復水を処理する復水脱塩方法。
架橋度は、イオン交換樹脂の特性を大きく支配する因子であり、一般に高架橋度樹脂は交換容量が大きいものの、再生効率が悪く、低架橋度樹脂はその逆の特性を有しているため、メリット・デメリットを考慮して通常は標準的な架橋度である8%もしくは10%の強酸性ゲル型カチオン交換樹脂が用いられている。しかし、BWR原子力発電プラントでは通薬再生を実施せずに運用する非再生運用となっており、再生特性はデメリットとならないため、耐酸化性に優れる高架橋度カチオン交換樹脂が復水脱塩装置で用いられている。
また、上層部14に架橋度が4〜7%の範囲の低架橋度カチオン交換樹脂を用いることで、鉄酸化物を主体とするクラッドの除去能力を高めることができ、この低架橋度カチオン交換樹脂からTOCを下層部の混床中のアニオン交換樹脂によって効率的に除去することができるので、高純度な処理水質を得ることができる。
更に、原子炉構成材料健全性維持のために、原子炉水質を更に高純度にすることが近年求められている。そのために種々の対策が検討されているが、本発明はこの観点で非常に有効な方法である。
均一粒径樹脂とガウス分布樹脂を用い、次の3つの組み合わせにて樹脂の混合試験を行い、従来技術と本発明の比較試験を行った。尚、使用したイオン交換樹脂は、いずれもダウケミカル日本株式会社より販売されているものである。均一粒径ゲル型カチオン交換樹脂Monosphere545Cは、平均粒径が約545μmの均一粒径樹脂であり、HCR-W2とSBR-Cはガウス分布の粒径分布である。Monosphere550Aは平均粒径が約590μmの均一粒径樹脂である。
均一粒径ゲル型カチオン交換樹脂Monosphere545C+ガウス分布ゲル型アニオン交換樹脂SBR-Cの混床。
均一粒径ゲル型カチオン交換樹脂Monosphere545C+均一粒径ゲル型アニオン交換樹脂Monosphere550Aの混床。
ガウス分布ゲル型カチオン交換樹脂HCR-W2+ガウス分布ゲル型アニオン交換樹脂SBR-Cの混床。
原子力発電プラントの復水脱塩装置で広く使用されているイオン交換樹脂(ダウケミカル日本社製)である架橋度8%の強酸性ゲル型カチオン交換樹脂HCR−W2−H、本発明に相当する均一粒径ゲル型カチオン交換樹脂Monosphere545C、架橋度14%の均一粒径ゲル型カチオン交換樹脂Monosphere650HXC、架橋度6%の均一粒径ゲル型カチオン交換樹脂ETR-C3に酸化処理を施した。酸化処理法は、まずカチオン樹脂を硫酸第二鉄水溶液中に浸漬し、鉄イオンを15g/L程度負荷し、これを0.5%過酸化水素水溶液中にて40℃で6時間浸漬し、その後充分に水洗した。これとガウス分布ゲル型アニオン交換樹脂であるSBR-C、架橋度1.5%のポーラス型アニオン交換樹脂TAN1、架橋度8%のポーラス型アニオン交換樹脂MSAと組み合わせて、次に示すケース4〜ケース9の各イオン交換樹脂床を形成し、溶出するTOC濃度を測定した。
従来技術であるHCR-W2とSBR-Cの混床からなるイオン交換樹脂床。脱塩塔内での樹脂分布は実施例1のケース3相当とした。
Monosphere545Cを用い、カチオン交換樹脂の半量は上層部に配し、残りの半量はSBR-Cとの理想的な混床として下層部に配したイオン交換樹脂床。
Monosphere650HXCを用い、カチオン交換樹脂の半量は上層部に配し、残りの半量はSBR-Cとの理想的な混床として下層部に配したイオン交換樹脂床。
Monosphere650HXCを用い、カチオン交換樹脂の半量は上層部に配し、残りの半量はTAN1との理想的な混床として下層部に配したイオン交換樹脂床。
Monosphere650HXCを用い、カチオン交換樹脂の半量は上層部に配し、残りの半量はMSAとの理想的な混床として下層部に配したイオン交換樹脂床。
上層部にはETR-C3を用いてカチオン交換樹脂半量の樹脂層とし、下層部はMonosphere650HXCとSBR-Cとの理想的な混床としたイオン交換樹脂床。
内径25mmのカラムに、ケース4からケース10の組み合わせで形成した各イオン交換樹脂床に、導電率0.006mS/mで45℃の純水を通水し、処理水中のイオン濃度は、処理水を紫外線照射して含まれるTOCを分解し、生成する硫酸イオン濃度をイオンクロマト法にて分析した。その結果を表1に示す。
Claims (10)
- 沸騰水型原子力発電プラントの復水をイオン交換樹脂で脱塩処理する復水脱塩方法において、
(a)平均粒径値が450〜600μmの範囲であり、平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上ある強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂からなる上層部と、
(b)平均粒径値が450〜600μmの範囲であり、平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上ある強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂と、ガウス分布アニオン交換樹脂とが均一に混合された混床からなり、前記混床は、前記アニオン交換樹脂の存在比が混床全域にわたって設計基準値±5%以内となるように均一に混合された下層部と、を有するイオン交換樹脂床に復水を接触させて復水の脱塩処理を行うことを特徴とする復水脱塩方法。 - 上層部と下層部に使用する強酸性ゲル型カチオン交換樹脂は、架橋度が12%〜16%の範囲の強酸性ゲル型カチオン交換樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の復水脱塩方法。
- 上層部に使用する強酸性ゲル型カチオン交換樹脂は、架橋度が2%〜7%の範囲であり、下層部に使用する強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂は、架橋度が12%〜16%の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の復水脱塩方法。
- 下層部に使用するアニオン交換樹脂が、ガウス分布1型ポーラス型アニオン交換樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の復水脱塩方法。
- 下層部に使用するアニオン交換樹脂は、架橋度が1.5%〜4%の範囲のガウス分布1型ポーラス型アニオン交換樹脂であることを特徴とする請求項4に記載の復水脱塩方法。
- 復水をイオン交換樹脂で脱塩処理する沸騰水型原子力発電プラントの復水脱塩装置において、
(a)平均粒径値が450〜600μmの範囲であり、平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上ある強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂からなる上層部と、
(b)平均粒径値が450〜600μmの範囲であり、平均粒径値±100μmの範囲の樹脂粒存在率が95%以上ある強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂と、ガウス分布アニオン交換樹脂とが均一に混合された混床からなり、前記混床は、前記アニオン交換樹脂の存在比が混床全域にわたって設計基準値±5%以内となるように均一に混合された下層部と、を有するイオン交換樹脂床を有し、該イオン交換樹脂床に復水を接触させて復水の脱塩処理を行うことを特徴とする復水脱塩装置。 - 上層部と下層部に使用する強酸性ゲル型カチオン交換樹脂は、架橋度が12%〜16%の範囲の強酸性ゲル型カチオン交換樹脂であることを特徴とする請求項6に記載の復水脱塩装置。
- 上層部に使用する強酸性ゲル型カチオン交換樹脂は、架橋度が2%〜7%の範囲であり、下層部に使用する強酸性ゲル型均一粒径カチオン交換樹脂は、架橋度が12%〜16%の範囲であることを特徴とする請求項6に記載の復水脱塩装置。
- 下層部に使用するアニオン交換樹脂が、ガウス分布1型ポーラス型アニオン交換樹脂であることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の復水脱塩装置。
- 下層部に使用するアニオン交換樹脂は、架橋度が1.5%〜4%の範囲のガウス分布1型ポーラス型アニオン交換樹脂であることを特徴とする請求項9に記載の復水脱塩装置。
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