JPH0515875A

JPH0515875A - イオン交換樹脂による混床式ろ過脱塩方法

Info

Publication number: JPH0515875A
Application number: JP3319645A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hagiwara; 正弘萩原; Hideo Kawazu; 秀雄河津; Takeshi Izumi; 丈志出水
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1991-11-08
Publication date: 1993-01-26
Also published as: UA24011A; RU2040475C1

Abstract

(57)【要約】【目的】イオン交換樹脂を用いる懸濁性不純物の除去
において、脱塩器の逆洗再生、通薬再生等の処理条件を
確立する。【構成】表層構造が顆粒状結合構造を有する粒状陽イ
オン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂で混床を形成した脱
塩器により、懸濁不純物を除去するろ過脱塩方法におい
て、脱塩器の逆洗再生を樹脂層の懸濁不純物捕捉による
通水差圧上昇値が０．２〜０．８ｋｇ／ｃｍ²の範囲と
なった時点で行い、脱塩器出口の懸濁不純物濃度が１．
５ｐｐｂ以上になった時点で通薬再生を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン交換樹脂による
混床式ろ過脱塩方法に係り、特に、特殊なイオン交換樹
脂を用いて、懸濁不純物を除去する混床式ろ過脱塩方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】汽力発電設備ではボイラーの内部を常に
清浄な状態に保つ必要上、タービン復水器からボイラー
内へ還流する復水を復水脱塩器にて浄化処理し、高度に
浄化した後、ボイラー内への冷却水として給水してい
る。この復水脱塩器は、陽イオン交換樹脂と陰イオン交
換樹脂とが混合充填された、いわゆる混床式脱塩器であ
って、復水中の不純物であるイオン成分と懸濁固形成分
（主に金属酸化物微粒子）とをイオン交換及び吸着・ろ
過により分離除去し、復水を浄化するものである。この
点で、イオン交換樹脂はまた、有機性高分子吸着剤の範
疇にはいる。そして、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換
樹脂とを混合して混床を形成する方法としては、ゲル型
樹脂を使用する方法そして／またはポーラス型樹脂を使
用する方法が提案されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の粒状イオン交換
樹脂を用いる方法に於いては、イオン交換樹脂にイオン
交換吸着又は捕捉されたイオン成分や金属酸化物は、定
期的に化学的薬品再生や物理的逆洗再生を施すことによ
って、イオン交換樹脂から不純物を除去し、常に、復水
脱塩器の清浄度の維持に努めている。一方、汽力発電設
備のうち、沸騰水型原子力発電設備にあっては、最近、
復水からのイオン成分及び金属酸化物の除去効果のう
ち、金属酸化物の分離効果を強化することにより、冷却
水から原子炉へ持ち込まれる金属酸化物を低減し、プラ
ント定期点検時の作業員被曝線量を減らす動きが生じて
きた。このように、原子力発電所の冷却水に金属酸化物
の除去効果への要求が高度化されると、従来の粒状イオ
ン交換樹脂を用いる方法では、次の問題があり対応出来
ないことが判った。

【０００４】（１）イオン交換樹脂による金属酸化物の
除去効果を持続させるためには、頻繁な逆洗再生、通薬
再生が必要となり放射性廃棄物の発生量が増大する可能
性がある。（２）従来のイオン交換樹脂による金属酸化物の除去効
果は、樹脂の長期間使用による樹脂表面のある種の変化
による除去効果の向上（エージング効果）に期待する以
外になく、新品における除去効果は、あまり期待できな
い。（３）従来のイオン交換樹脂による金属酸化物の除去効
果は、プラント側が要求しているレベルに比較して、低
いものであり十分ではない。本発明者らは、このような
現状に鑑み、先に金属酸化物分離除去能力の大きいイオ
ン交換樹脂を用いる懸濁性不純物除去用吸着剤を開発し
ているが、本発明は、該イオン交換樹脂を用いる脱塩器
の逆洗再生、通薬再生等の処理条件を確立し、安全にし
かも経済的に操作できる混床式ろ過脱塩方法を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、表層構造が顆粒状結合構造を有する粒
状陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂で混床を形成
した脱塩器により、懸濁不純物を除去するろ過脱塩方法
において、脱塩器の逆洗再生を樹脂層の懸濁不純物捕捉
による通水差圧上昇値が０．２〜０．８ｋｇ／ｃｍ²の
範囲となった時点で行うことを特徴とする混床式ろ過脱
塩方法としたものであり、また上記において、逆洗再生
によっても出口水質が向上せず、脱塩器出口の懸濁不純
物濃度が１．５ｐｐｂ以上になった時点では、脱塩器の
通薬再生を行うこととしたものである。また、本発明で
は、表層構造が顆粒状結合構造を有する粒状陽イオン交
換樹脂及び陰イオン交換樹脂で、混床を形成した脱塩器
により、懸濁不純物を除去するろ過脱塩方法において、
イオン交換樹脂に捕捉されたクラッド鉄量が、粒間鉄量
１ｇ／リットル−Ｒ以上となったとき逆洗再生し、ま
た、粒内鉄塩９ｇ／リットル−Ｒ以上となったとき通薬
再生することを特徴とする混床式ろ過脱塩方法としたも
のである。

【０００６】そして、上記の混床式ろ過脱塩方法におい
て、再生時期を検知するために、脱塩器の通水に平行
し、脱塩器の通水条件と同一の条件のモニターカラムを
設置し通水することとして、モニターカラムを測定する
ことにより逆洗再生及び通薬再生の時期を検知したもの
であり、さらに、モニターカラムの樹脂に捕捉された粒
内鉄量が１５ｇ／リットル−Ｒ以上又はモニターカラム
出口の全有機炭素濃度が増分として１０ｐｐｂ以上にな
った時点で脱塩器の樹脂を交換することとしたものであ
る。また本発明では、表層構造が顆粒状結合構造を有す
る粒状陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂で混床を
形成した脱塩器により、懸濁不純物を除去するろ過脱塩
方法において、脱塩器に被処理水を通水する前に、まず
脱塩器内の滞留水を排出し、純水で満水にした後、通水
することを特徴とする混床式ろ過脱塩方法としたもので
ある。

【０００７】上記において、粒間鉄量とは、イオン交換
樹脂に捕捉した懸濁不純物を、エアスクラビングとオー
バーフロー逆洗をくり返してはく離させ、はく離した不
純物量を測定したものをいう。そして、該粒間鉄を測定
した後の樹脂を、超音波洗浄器で徹底洗浄して樹脂粒表
面に吸着した不純物をはく離させ、その不純物を表面鉄
といい、その量を測定したものが表面鉄量である。さら
に、表面鉄を測定した後の樹脂を、温塩酸で処理して、
樹脂粒内に吸着した不純物を溶出させ、その量を測定し
たものが粒内鉄量である。次に、本発明の混床式ろ過脱
塩方法に使用する表層構造が顆粒状結合構造を有する粒
状陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂について説明
する。

【０００８】本発明で用いるイオン交換樹脂は、樹脂の
表層構造が走査型電子顕微鏡で５０倍〜２０万倍の視野
で顆粒状結合構造を有するものである。そして、上記の
樹脂は、単位顆粒寸法が、０．１〜１．０μm で、その
集合結合体である樹脂の直径が、０．２〜１．２mmであ
る真球状粒子構造であり、本真球状粒子の粒径は必ずし
も連続的な、いわゆるガウシアン分布を持つものとは限
らず、単一もしくは均一粒径のものも含まれる。上記真
球状粒子の樹脂は、表面構造が、亀甲状及び／又は鱗状
を呈し、且、溝を有する表面構造を持ち、また、単位亀
甲状及び／又は鱗状は、１〜５０μｍ²の単位面積を持
ち、不定形に集合した表面構造を呈し、且、それぞれの
単位亀甲状及び／又は鱗状は、幅０．１〜５μm 、深さ
０．１〜５μm の溝を介して隣接する表面状態を呈し、
この溝は、その単位面積当たりの溝の全長が、１００〜
１０００mm／mm²である表面構造を呈する樹脂である。

【０００９】さらに、上記真球状粒子の樹脂は、クリプ
トン及び／又はクリプトンと同等の気体吸着量から測定
される有効比表面積が、０．０２〜１．００ｍ²／ｇ−
乾燥吸着剤、である樹脂であり、これらの樹脂は、表面
から０．１〜１０μm 以上のスキン層を有する二重構造
を有している。また、前記の真球状粒子の樹脂を粉体化
すると粉末状樹脂が得られる。これらの樹脂を用いて充
填層及び／又はろ過層を形成すると、超純水や復水中の
懸濁性不純物除去能力の強化・向上を特徴とする懸濁性
不純物除去用の脱塩器が得られる。本発明においては、
従来の混床式脱塩器に使用しているイオン交換樹脂に比
較して、使用する樹脂の表面及び／又は表層構造が、金
属酸化物を選択的に吸着除去する構造となっているた
め、金属酸化物との親和性が高く、金属酸化物の分離除
去効果が大きいことにより、脱塩操作に際し、より金属
酸化物濃度の低い高純度の処理水を提供出来る。

【００１０】上記のような本発明で使用するイオン交換
樹脂は、例えば、特開昭５９−１８７０５号公報、特開
昭５９−９８１１７号公報に記載の方法によって製造で
きる。また、本発明のろ過脱塩方法に用いる混床式ろ過
脱塩装置は、懸濁不純物除去機能を有する粒状イオン交
換樹脂により層高５００mm〜１５００mmの範囲、望まし
くは、９００mm〜１１００mmの範囲で混床を形成した脱
塩器の上部より冷却水を導入し、通水線流速２０ｍ／ｈ
〜１３０ｍ／ｈ（脱塩器断面積基準）の範囲、望ましく
は線流速７０ｍ／ｈ〜１２０ｍ／ｈの範囲で、通水し、
脱塩器の側部又は下部より冷却水を抜き出し、懸濁不純
物及びイオン性不純物を除去する混床式ろ過脱塩装置と
するのがよい。本発明の混床式ろ過脱塩方法は、原子力
発電プラント特に沸騰水型原子力発電プラントの一次冷
却水の処理に有効であるが、これらに限定されるもので
はなく、例えば、タービン復水器からボイラー内へ還流
する復水の処理あるいは純水製造設置等の脱塩器の処理
等懸濁不純物を除去して高純度の水を得る施設の処理に
も好適に使用できる。

【００１１】

【作用】上記のような混床式ろ過脱塩装置を用いる脱塩
方法において、脱塩器の逆洗再生の時期を、樹脂層の懸
濁不純物捕捉による通水差圧の上昇値０．２〜０．８kg
／cm²の範囲、望ましくは０．５kg／cm²で管理運用す
ることにより廃棄物発生量の低減を図ることができる。
従来脱塩器の逆洗再生は、懸濁不純物の脱塩器下流への
リークをなくし、良好な水質を維持するため、一塔あた
り約２５日の定ピッチで行なっており、運転員の負荷増
大、廃棄物発生量の増大等の問題があり、解決の手段が
なかった。また、従来プラントでは懸濁不純物捕捉能力
が劣るため、通水時の差圧上昇は顕著には現われず、本
発明のような管理は難かしい。また、本発明のろ過脱塩
方法において、脱塩器の通薬再生の時期を脱塩器の処理
水質の悪化、即ち逆洗再生によっても出口水質が向上せ
ず、脱塩器出口の懸濁不純物濃度が１〜３ｐｐｂ以上、
望ましくは１．５ｐｐｂ以上で管理運用することにより
廃棄物発生量の低減を図ることができる。

【００１２】従来脱塩器の通薬再生は、樹脂に捕捉した
懸濁不純物を除去して、良好な水質を維持するため一塔
あたり、約１００日の定ピッチで行なっており、運転員
の負荷増大、廃棄物発生量の増大等の問題があり解決の
手段がなかった。さらに、本発明のろ過脱塩方法におい
て、脱塩器の逆洗再生の時期、並びに通薬再生の時期を
イオン交換樹脂に捕捉されたクラッド鉄量によって管理
運用し廃棄物発生量の低減を図ることができる。また脱
塩器の通水に平行し、脱塩器の通水条件と同一な条件の
モニターカラムを設置し通水することにより、逆洗再生
の時期並びに通薬再生の時期、樹脂交換の時期をモニタ
ーカラムの差圧、イオン交換樹脂に捕捉されたクラッド
鉄量、全有機炭素量によって、次の通り管理運用し、廃
棄物発生量の低減並びに処理水質の高純度維持を図る。

【００１３】逆洗再生をモニターカラムの差圧の上
昇値０．２〜０．８kg／cm²の範囲、望ましくは０．５
kg／cm²で管理運用することにより、従来に比較して運
転員の負荷、廃棄物発生量を1/3 に低減する。又は、モ
ニターカラムの樹脂に捕捉された粒間鉄量１．０〜１．
５ｇ／リットル−Ｒの範囲望ましくは、１．５ｇ／リッ
トル−Ｒで管理することにより、従来に比較して運転員
の負荷、廃棄物発生量を1/3 に低減する。通薬再生
をモニターカラムの樹脂に捕捉された粒内鉄量６〜９ｇ
／リットル−Ｒの範囲望ましくは、９ｇ／リットル−Ｒ
で管理することにより、従来に比較して運転員の負荷、
廃棄物発生量を３０％に低減する。樹脂の交換時期
をモニターカラムの樹脂に捕捉された粒内鉄量１５〜２
０ｇ／リットル−Ｒ以上又は、モニターカラム出口の全
有機炭素濃度の増分として、１０〜５０ｐｐｂ以上によ
り管理運用し、処理水質の高純度維持を図ることができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれに限定されない。実施例１本実施例の混床樹脂による懸濁不純物除去性能は、図１
の試験装置を使用し、以下の条件により試験を行なっ
た。（ｉ）樹脂：従来及び本発明の強酸性ゲル型陽イオン交
換樹脂と陰イオン交換樹脂を組み合わせて混床状態で使
用。（ii）樹脂量：陽イオン／陰イオン交換樹脂比＝１．６
／１で層高９０cm相当分（約２リットル）を混合して充
填。（iii) 通水線流速：ＬＶ＝１０８ｍ／ｈ図１の試験装置は、カラムユニットとサンプリングユニ
ットからなり、カラムユニットは、上記条件で通水され
る被処理水をカラムに導入する管、弁及び圧力スイッチ
ＰＳ、圧力ゲージＰＩ、温度計ＴＩ、及び上記樹脂が充
填されるカラムから概略構成され、サンプリングユニッ
トは、該樹脂によりろ過脱塩処理された処理水を処理水
出口に導く管、流量計ＦＩ、ろ紙ＭＦ、イオン交換ろ紙
ＩＥＰ、積算流量計ＦＱ、導電率計ＣＥからなり、クラ
ッド鉄濃度を有する被処理水１を上記条件にて処理し、
処理水出口の同濃度を経時的に測定した。

【００１５】本発明品を上記のカラム試験装置により不
純物除去性能を調査した結果を、樹脂層差圧（図３）と
カラム出入口の不純物濃度（図２）として示す。カラム
入口で約１７ｐｐｂの不純物濃度に対し、出口では１ｐ
ｐｂ以下であり約１６ｐｐｂ分は樹脂層にて捕捉してい
る。そして、捕捉に伴ない樹脂層の差圧は上昇し、約７
５日の通水で０．５kg／cm²の上昇が認められた。その
時点で逆洗再生を行なうことにより、差圧は初期のクリ
ーンな状態に戻り、またカラム出口の不純物濃度も低下
・回復した。この期間は、一切逆洗を行なう必要がなく
なり、運転員の負荷、廃棄物発生量の低減を図ることが
可能となる。脱塩塔１塔（８塔プラント）に着目すれば
従来は７５日間で一塔当り３回の逆洗再生を行なってい
るところ、本発明によれば、１回で済むことになり運転
員の負荷、廃棄物発生量とも従来プラントの1/3 に低減
することが可能となる。

【００１６】実施例２図４は、本発明品を実施例１のカラム試験装置により不
純物除去性能を調査した結果で、カラム出入口の不純物
濃度の経時変化を示したものである。本発明品は約３４
０日の通水によりカラム出口の不純物濃度が約１．５ｐ
ｐｂまで上昇したが、その後通薬再生を実施した後に通
水することにより、０．５ｐｐｂまで低下し、良好な水
質が得られることが確認された。この期間は、一切通薬
を行なう必要がなくなり、運転員の負荷、廃棄物発生量
の低減を図ることが可能となる。脱塩塔１塔に着目すれ
ば、従来は１００日定ピッチで通薬再生を行なっている
ところ、本発明によれば、約３４０日で通薬再生を行な
えばよいことになり運転員の負荷、廃棄物発生量とも従
来プラントの３０％に低減させることが可能となる。

【００１７】実施例３図５は、本発明品を実施例１のカラム試験装置に充填・
通水し、逆洗再生を実施する毎に、樹脂により捕捉した
不純物を、粒間・表面・粒内鉄それぞれに分類して経時
的に調査した結果である。粒間鉄は、通水により増加
し、７５〜８０日の通水で約１．５ｇ／リットル−Ｒの
捕捉量となり、これは逆洗再生により、その都度除去さ
れる。また粒内鉄は逆洗では除去できないため、通水に
より増加し、約３４０日の通水により約９ｇ／リットル
−Ｒまでに達し、その時点で通薬再生を行なうことによ
り約６ｇ／リットル−Ｒにまで低減することが確認され
た。上記の粒間鉄・表面鉄・粒内鉄は、次のように測定
する。実施例１の試験装置にて、一定期間通水を行なっ
た混床樹脂を、通水停止後にカラムより抜き出し、次頁
の手順フローにて捕捉した懸濁不純物を分類し定量す
る。

【００１８】手順としては、第一に、カラムより抜き出
した混床樹脂を、別途準備した分析用カラム（１００mm
φ×１２００mmｈ）に充填し、エアスクラビングとオー
バーフロー逆洗をくり返し、捕捉した懸濁不純物をはく
離させ、はく離した不純物量を測定し、これを粒間鉄と
定める。次に、粒間鉄を測定した後の樹脂を、超音波洗
浄器にて徹底洗浄し、樹脂粒表面に吸着した不純物をは
く離させ、この量を測定し、これを表面鉄と定める。さ
らに表面鉄を測定した後の樹脂を、温塩酸にて処理し、
樹脂粒内に吸着した不純物を溶出させ、この量を測定
し、これを粒内鉄と定める。

【００１９】実施例４図６は、横軸に混床樹脂を純水中に浸漬した時間の積算
値を取り、縦軸には、樹脂１ｍ³、１時間当りのＴＯＣ
溶出量を示したものであり、従来樹脂及び本発明品によ
るＴＯＣ溶出特性を比較したものである。ＴＯＣの溶出
速度は時間経過と共に小さくなる傾向にあり、また樹脂
銘柄により差が認められ、本発明品は経年的に増加する
傾向にある。実際に混床樹脂を使用する場合には、初期
に多く溶出するＴＯＣをあらかじめ排出除去し、その後
に通水を行なうような手段を採用し、復水中に持ち込ま
れるＴＯＣを低くする。これよにり、プラント起動時復
水中のＴＯＣ濃度を従来値の1/3 以下に低減することが
可能である。

【００２０】上記のＴＯＣ溶出特性は、以下の手順にて
測定を行なった。（１）カチオン樹脂３０．８mlとアニオン樹脂１９．２
mlを採取し、１００mlビーカに入れる。（２）これに超純水（ＴＯＣ濃度０．１ppm 以下) を５
０ml加え、３分間かくはんし、２７分間静置する。（３）これをろ過し、ろ液中のＴＯＣ濃度を測定する。（４）ろ過した混床樹脂は、再びビーカに入れ超純水を
加え、一定時間放置後、３分間かくはんし、２７分放置
後、（３）の操作を行なう。これを２００時間以上行な
い、ＴＯＣ溶出特性を確認する。

【００２１】

【発明の効果】本発明においては、上記のように混床式
ろ過脱塩方法における再生処理操作を管理することによ
り、従来に比較し、運転員の負荷、廃棄物の発生量を低
減することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】混床式のカラム試験装置の系統図である。

【図２】カラム出入口のクラッド鉄濃度を示すグラフで
ある。

【図３】図２に対応する樹脂層差圧を示すグラフであ
る。

【図４】通薬再生後のカラム出入口のクラッド鉄濃度を
示すグラフである。

【図５】通水日数と再生処理による粒間鉄、粒内鉄、表
面鉄量の変化を示すグラフである。

【図６】積算浸漬時間によるＴＯＣ溶出速度の変化を示
すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表層構造が顆粒状結合構造を有する粒状
陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂で混床を形成し
た脱塩器により、懸濁不純物を除去するろ過脱塩方法に
おいて、脱塩器の逆洗再生を樹脂層の懸濁不純物捕捉に
よる通水差圧上昇値が０．２〜０．８ｋｇ／ｃｍ²の範
囲となった時点で行うことを特徴とする混床式ろ過脱塩
方法。
【請求項２】請求項１記載の混床式ろ過脱塩方法にお
いて、逆洗再生によっても出口水質が向上せず、脱塩器
出口の懸濁不純物濃度が１．５ｐｐｂ以上になった時点
で、脱塩器の通薬再生を行うことを特徴とする混床式ろ
過脱塩方法。
【請求項３】表層構造が顆粒状結合構造を有する粒状
陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂で混床を形成し
た脱塩器により、懸濁不純物を除去するろ過脱塩方法に
おいて、イオン交換樹脂に捕捉されたクラッド鉄量が、
粒間鉄量１ｇ／リットル−Ｒ以上となったとき逆洗再生
し、また、粒内鉄量９ｇ／リットル−Ｒ以上となったと
き通薬再生することを特徴とする混床式ろ過脱塩方法。
【請求項４】請求項１，２又は３記載の混床式ろ過脱
塩方法において、脱塩器の通水に平行し、脱塩器の通水
条件と同一の条件のモニターカラムを設置し通水するこ
とにより、逆洗再生及び通薬再生の時期を該モニターカ
ラムを測定することにより検知することを特徴とする混
床式ろ過脱塩方法。
【請求項５】請求項４記載の混床式ろ過脱塩方法にお
いて、モニターカラムの樹脂に捕捉された粒内鉄量が１
５ｇ／リットル−Ｒ以上又はモニターカラム出口の全有
機炭素濃度が増分として１０ｐｐｂ以上になった時点で
脱塩器の樹脂を交換することを特徴とする混床式ろ過脱
塩方法。
【請求項６】表層構造が顆粒状結合構造を有する粒状
陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂で混床を形成し
た脱塩器により、懸濁不純物を除去するろ過脱塩方法に
おいて、脱塩器に被処理水を通水する前に、まず脱塩器
内の滞留水を排出し、純水で満水にした後、通水するこ
とを特徴とする混床式ろ過脱塩方法。
【請求項７】前記懸濁不純物が発電所の一次冷却水中
の懸濁不純物であることを特徴とする請求項１〜６のい
ずれか１項記載の混床式ろ過脱塩方法。
【請求項８】前記懸濁不純物が原子力発電所の一次冷
却水中の懸濁不純物であることを特徴とする請求項１〜
６のいずれか１項記載の混床式ろ過脱塩方法。