JPS6238247A - イオン交換樹脂の再生方法 - Google Patents

イオン交換樹脂の再生方法

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JPS6238247A
JPS6238247A JP60175876A JP17587685A JPS6238247A JP S6238247 A JPS6238247 A JP S6238247A JP 60175876 A JP60175876 A JP 60175876A JP 17587685 A JP17587685 A JP 17587685A JP S6238247 A JPS6238247 A JP S6238247A
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JP
Japan
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exchange resin
ion exchange
regenerating
regeneration
amount
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JP60175876A
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Katsumi Osumi
大角 克巳
Fumio Mizuniwa
水庭 文雄
Kiichi Shindo
新藤 紀一
Kazuhiko Akamine
和彦 赤嶺
Motohiro Aizawa
元浩 会沢
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Hitachi Kyowa Engineering Co Ltd
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Hitachi Kyowa Kogyo Ltd
Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子力発電所の復水脱塩器に使用す
るイオン交換樹脂の再生方法に係り、特に、吸着した鉄
イオンの除去効率を高め、発生する薬品廃液の発生量を
低減するに好適なイオン交換樹脂の再生方法に関する。
〔発明の背景〕
従来の沸騰水型原子力発電所復水脱塩器のイオン交換樹
脂の再生方法は、特開昭50−146570号に記載に
ように、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂に分離し
たのち、陽イオン交換樹脂は硫酸で再生され、再生レベ
ルは樹脂IQ当り100gH2S04で濃度は5%が通
常使用されている。この量は陽イオン交換樹脂へのイオ
ン負荷量にかかわらず使用されること及び、上記の硫酸
濃度では鉄の再生効率が低く除去されにくいと言う問題
があった。沸騰水型原子力発電所の復水脱塩器で使用済
みの陽イオン交換樹脂への陽イオン負荷を分析した結果
、第5図に示したように鉄イオン負荷が大部分である。
したがって、陽イオン交換樹脂の再生は鉄イオンを除去
することが最大の目的となる。この吸着鉄は前述の硫r
I1.a度及び量では25%程度の再生率であり、樹脂
内に残留する量が多い。したがって、くり返えし使用し
た陽イオン交換樹脂には年々鉄イオンが、第5図に示し
たように蓄積される。この結果、残留する有効なイオン
交換容量が減少し、復水器からの海水リークに対処する
能力を失うため、数年で廃棄しなければならない欠点が
あった。
また、陽イオン交換樹脂の再生に用いた硫酸溶液は、陰
イオン交換樹脂の再生に用いた水酸化ナトリウム溶液で
中和して硫酸ナトリウム溶液とし、廃液濃縮器で濃縮し
廃棄物として貯蔵する。廃液の濃縮の系統を第6図に示
す。第6図において、中和槽11で中和された廃液12
は廃液濃縮器13に送入され加熱器14で加熱濃縮され
るが、硫酸す1−リウムはNa25o4・10H20の
大量の水を含んだ沈殿を生成するので濃縮する濃度に限
界があり、その濃度は20%以下で、この濃度を守らな
ければ、沈殿の析出による配管15閉塞などのトラブル
が起る原因となった。
なお、この種の方法に関連するものには特開昭51−0
94035 、特開昭45−17781 、特開昭37
−7605等が挙げられる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、沸騰水型原子力発電所の復水脱塩器の
イオン交換樹脂の薬品再生で使用する薬品の量を著しく
低減するとともに、イオン交換樹脂の寿命を長くし放射
性廃棄物の発生量を低減する方法を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明は以下の検討結果によってなされたものである。
陽イオン交換樹脂のイオン交換反応は、金属イオンをM
″+、イオン交換樹脂をR−で表わし、イオン交換樹脂
に水素イオン(H+)を付加しておけば M”+nH”R−=M” (R−)、+nH” −(1
)で表わすことができる。
ここに、〔M〕 :水相の金属イオンM”+の濃度(w
oQ/Q) 、CM)−:樹脂相(71M”(7)濃度
CmoQ/(1−樹脂>  (H):水相の水素イオン
濃度(moQ/Q)[H]、:樹脂相の水iRイオン濃
度(moQ/2−樹脂)Ko :水素イオンと金属イオ
ンM0のイオン交換定数。
したがって、金属イオンの水相と樹脂相への分配係数D
11は で表わされる。(3)式は、分配係数D″が小さいほど
イオン交換樹脂の再生がしやすいことを示している。D
’ を小さくするには(H)を大きくすれば良いが、例
えば、従来のように硫酸を用いればその量が多くなり好
ましくない。そこで、D。
を小さくする方法として、水相中の金属イオン濃度を小
にすることが考えられる。水相の金属イオンCM)と中
性あるいは負電荷を持つ錯体を形成する錯化剤(Y”−
)を水相に添加すれば〔M″”)+ (Y”’−)−)
(mYnM)   ・= (4)となり〔Ma+〕が減
少する。ここで鉄イオンと錯体を作る錯化剤は数多くあ
るが、比較的に廉価な薬品とその錯体の安定度定数を第
1表に示す。
第1表  鉄の錯化剤とその安定度定数ところで、陽イ
オン交換樹脂の再生は酸性で行なう必要があるため、第
1表の錯化剤は酸としての安定度定数が小さいことが望
ましい。第1表の錯化剤の酸安定度定数を第2表に示す
第2表  有機酸の安定度定数 また、沸騰水型原子力発電所の復水脱塩器で使用した陽
イオン交換樹脂に吸着されている鉄イオンを硫酸ナトリ
ウム溶液で溶離し、チオ硫酸アンモニウム−吸光光度法
及び0−フェナントロリン−吸光光度法で分析した結果
、第3表に示したように第1鉄イオンと第2鉄イオンが
あり、第2鉄イオンは全鉄イオンの約70%存在するこ
とがわかった。当該発電所で実際に行なわれる陽イオン
交換樹の再生条件で再生した結果、第1鉄イオンは陽イ
オン交換樹脂からある程度除去できるが。
第2鉄イオンはほとんど除去されないことが明らかとな
り、このことが、実機における再生効率が悪い原因であ
ることが明らかとなった。
第     3     表 この結果及び第1表、第2表とから、陽イオン交換樹脂
から第2鉄を除去するには、第2鉄と安定な錯体を形成
し、酸安定度が比較的小さい修酸で再生するのが有効で
あることがわかる。修酸を溶離液に用いる場合について
以下検討する。
修酸による第2鉄の溶離における反応は2(R=Fe)
+3H,C,○、−+ 6 (R−H)+Fe、Cc2
o4)z−(5) (3)式により ここに、LはC204−t αre(CzO4)はFe
***と修酸が反応する副反応係数(アンデルス・リン
グボン:錯形成反応産業図書(1965) )溶離液に
0.1 N修酸を用いるとすると、第2表の安定度定数
から [H)(L) 解離度αを求めるとα=0.031  となり、PHは
2.5 となる。また、α2.L を求めると。
αy−L= 1 +(L)β1+(L)”β2+(L)
3β1それぞれの安定度定数βは文献値(1)から。
/3.= 10”、 L= 10”−”、 β3= 1
0”’K の値は実験で求めた結果を第4表に示す。
第   4   表 陽イオン交換樹脂のイオン交換容盪を1.8eq/Q−
Resinとし、その10%が第2鉄イオンを吸着して
いるとし、」二連の数値を(6)式に代入すると となり、第2鉄はほとんど溶液中に移ることになり、樹
脂に吸着されない。硫酸(IN)で溶離する場合は となり、大部分が樹脂に吸着されている。第1鉄の場合
は同様に となり、第2鉄より溶液中の濃度が高まる。次に、第7
図に示したように、樹脂カラム16に、第1鉄イオン及
び第2鉄イオンを吸着させた陽イオン交換樹脂17を充
填し、再生液18に硫W15%及び、修酸0.2  N
を用いて再生し、コック19で流量を調整して、流出す
る液20を一定量ずつ容器21に受けて、流出液20の
第1鉄及び第2鉄を分析してその溶出挙動を調べた。結
果を第8図〜第10図に示す。再生液に硫酸を用いた場
合は、第1鉄が溶離するが、完全な再生には再生液の必
要量が多く、第2鉄は溶離できない、再生液18に修酸
を用いた場合は、第8図のように、第1鉄及び第2鉄共
に溶離し、再生液量が少なくてすむ。
第1鉄は修酸と安定な錯体は形成しないが、第2鉄が修
酸と錯体を作る結果、水素イオン濃度が増加して第1鉄
の溶離が促進されたと考えられる。
また、第1鉄を酸化剤を用いて第2鉄とすれば、全鉄イ
オンが効果的に再生液に移ると考えられる。
第10図に再生液に、さらに過酸化水素を添加した場合
の結果を示す。酸化剤の添加は有効であることがわかる
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明す机 陽イオン交換樹脂再生#F1に、第1鉄及び第2鉄イオ
ンを吸着した陽イオン交換樹脂2を入れ。
修酸溶液3を貯蔵したタンク4から修酸溶液3を再生塔
1に送る。修酸溶液3は陽イオン交換樹脂2から鉄イオ
ンを溶離させ廃液処理タンク5に送られる。修酸溶液3
の容積は陽イオン交換樹脂の容積の2倍とし、修酸溶液
3の修酸の量は、陽イオン交換樹脂に吸着している鉄を
第2鉄とし、その1.5倍当量以上含む。
本実施例によれば、陽イオンに吸着した第2鉄イオンを
70%以−ヒ除去することができる。
第2の実施例は、実施例1の構成において、第1図の修
′N!溶液3に、過酸化水素水を添加する。
過酸化水素の添加量は陽イオン交換樹脂に吸着している
第1鉄イオンと同じ当量以トとする。
本実施例によれば、過酸化水素は第1鉄を第2鉄に変え
るので、陽イオン交換樹脂6に吸着した全鉄イオンの7
0%以上除去できる効果がある。
第3の実施例を第2図に示す。沸騰水型原子力発電所の
復水脱塩塔7から陽イオン交換樹脂再生塔1に移送され
、陰イオン交換樹脂と分離された陽イオン交換樹脂2を
再生する場合に、修酸と過酸化水素を含む再生液3を、
貯蔵タンク2から再生塔1に送り、陽イオン交換樹脂2
を通し、送液ポンプ6で循環する。循環する溶離液3の
組成。
濃度は実施例2の場合と同じである。
本実施例によれば、樹脂中の鉄イオン濃度と再生液中の
鉄濃度が平衡になるので95%以上の鉄イオンが陽イオ
ン交換樹脂から除去できる効果がある。
第4の実施例を第3図に示す。第2図では再生液を@環
したが、本実施例では一定量の再生液3を再生塔1に封
入し、陽イオン交換樹脂2の下部から空気8を送入し、
陽イオン交換樹脂2と再生液3を気泡で撹拌する。この
場合の再生液中の修酸と過酸化水素は実施例2と同じで
ある。
本実施例によれば、再生液の量を樹脂の量の1/4にで
きるので、再生液の排出層が実施例1及び実施例2の場
合の1/8に減少できる効果がある。
第5の実施例を第4図に示す。第4の実施例にさらに、
再生液3及び空気8の温度を70℃に保つように、加熱
器[9,10を加えたものである。
この場合の再生液は修酸とし、その量は吸着イオン及び
付着鉄の総量を第2鉄とし、その当量以上を含むものと
する。
本実施例によれば、吸着鉄イオンのほか、付着酸化鉄も
溶解し除去できる効果がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、陽イオン交換樹脂に吸着した第2鉄イ
オン及び第1鉄イオンが90%以上除去でき、再生に用
いる薬品量も低減できるので、沸騰水型原子力発電所か
ら発生する廃棄物量が低減できる効果がある。効果を第
1表に示す。
【図面の簡単な説明】
第】4図は本発明の実施例を示す陽イオン交換樹脂の再
生方法を示す図、第2図〜第4図は本発明の応用例を示
す沸騰型原子力発電所の復水脱塩器再生塔での再生方法
を示す図、第5図はイオン負荷を示す図、第6図は廃液
処理系系統図、第7図はカラム溶離の実験方法を示す図
、第8図〜第10図はカラム溶離法における鉄イオンの
溶離挙動を示す図である。 1・・・陽イオン交換樹脂再生塔、2・・陽イオン交換
樹脂、3・・・再生液、4・・・タンク、5・・廃液受
タンク、6・・・循環ポンプ、7・・・復水脱塩塔、8
・・・空気、9・・・空気加熱器、10・・・再生液加
熱器、11・・・廃液中和タンク、12・・廃液、13
・・・廃液濃縮器。 14・・・廃液加熱器、15・・・配管、16・・・カ
ラム、17・・・イオン交換樹脂、18・・・再生液、
19・・・流、<−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、陽イオン交換樹脂の薬品再生において、イオン交換
    樹脂に吸着した主たる金属イオンと錯体を形成する錯化
    剤を当該金属イオンと当量ないし、やや過剰量を含む再
    生薬品溶液で再生することを特徴とするイオン交換樹脂
    の再生方法。 2、特許請求の範囲第1項において、錯化剤として第二
    鉄を溶出するために修酸を用いることを特徴とするイオ
    ン交換樹脂の再生方法。 3、特許請求の範囲第2項において、再生薬品に過酸化
    水素を添加して第一鉄を第二鉄に酸化して再生効率を高
    めることを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。 4、特許請求の範囲第1項〜第4項において、沸騰水型
    原子力発電の復水脱塩器の陽イオン交換樹脂の再生に適
    用するに際し、再生液に含む錯化剤の量を当該イオン交
    換樹脂が含む金属と中性もしくは負の錯体を作るに必要
    なモル数以上の量とすることを特徴とするイオン交換樹
    脂の再生方法。 5、特許請求の範囲第4項において、再生液の量をイオ
    ン交換樹脂の量の1/4〜2/1の範囲とすることを特
    徴とするイオン交換樹脂の再生方法。 6、特許請求の範囲第4項、第5項において、再生液を
    再生塔内の樹脂を通過して循環することを特徴とするイ
    オン交換樹脂再生方法。 7、特許請求の範囲第4項、第5項において、イオン交
    換樹脂と再生液を空気の気泡で撹拌して再生することを
    特徴とするイオン交換樹脂再生方法。 8、特許請求の範囲第7項において、再生液及び空気の
    温度を70〜50℃に加熱して再生することを特徴とす
    るイオン交換樹脂の再生方法。
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