JPH01228509A - 膜性能評価装置を備えた媒体浄化設備並びに膜性能評価装置及び膜性能評価方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、火力、原子力発電所等において、復水及び廃
水等の浄化に使用する高分子膜等のフィルタの膜性能評
価装置を備えた媒体浄化設備並びに膜性能評価装置及び
膜性能評価方法に関する。

〔従来の技術〕

最近の原子力発電所における復水浄化設備は、その復水
処理系のなかに高分子膜からなる中空糸膜型フィルタと
、ベツド型脱塩器とを配設するのが主流となりつつある
。このような復水処理設備の一例を第１０図に示す。な
お、この種の装置として関連するものには例えば特開昭
６０−６１０８９号、特開昭６０−１７９１０４号又は
特開昭６０−２０６４０５号公報等が挙げられる。

第１０図において、原子炉で発生した蒸気２は蒸気ター
ビン３を駆動し、発電機４で発電を行なった後、復水器
５に入り、海水６により冷却され復水７となる。この復
水７中には配管等の腐食による固形状やイオン状の不純
物（鉄の酸化物が主体である。）が微量含まれており、
発電所の安全性、信頼性の一層の向上のためにはこれら
の不純物を除去することが必要である。そこで、復水器
５から復水ポンプ８を介して原子炉１に至る流路中に中
空糸膜フィルタ９及びベツド型脱塩器１０を設置し復水
処理系を構成する。

中空糸膜フィルタ９は、第１１図に示すようにポリエチ
レン等の高分子材料からなる外径１ｍｍ程度の中空状の
糸膜１２を数千水束にして充填した中空糸膜モジュール
１３を約１００本はど濾過塔１４に装着したものである
。中空糸膜１２の外表面には内表面に連通した約０．１
μｍの微細な孔が無数においており、復水を水入口１５
から水出口１６の方向へ流して膜外表面で復水中の固形
状の不純物を除去するようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように中空糸膜フィルタは極めて微細な孔で直接固
形物を捕捉するため、除去性能が非常に高い。更に、プ
リコート材を介して固形物を捕捉するプリコートフィル
タのようにプリコート材が廃棄物として生成する問題が
無い。しかしながら、中空糸膜の素材であるポリエチレ
ン等の高分子材料は一般に電気的に絶縁性であるため、
原子力発電所の復水のように極めて導電率の低い（＜０
．１μｓ／］）水中で使用すると、中空糸膜と水との相
対運動によって、いわゆる流動帯電することがわかって
いる（参考文献：静電気ハンドブック、静電気学会等）
。膜が帯電すると液中の固形状、イオン状の不純物は静
電的に膜に付着するため、それが蓄積すると膜の孔を閉
塞する等の膜汚染が進行し、膜の透水性が低下し膜洗浄
又は膜交換が必要となってくる。原子力発電所の場合、
約６５００　ｍ　／　ｈの多量の復水を中空糸膜で浄化
するため、使用する中空糸膜の量は極めて多い。従って
。

汚染した膜を洗浄すると洗浄に使用した薬剤が大量の廃
棄物として生成され、又、新品の膜に交換すると膜が高
価なため、莫大なランニングコストの上昇につながるこ
とが問題となった。そこで。

流動帯電による膜汚染を極力防止し、膜寿命をできるだ
け延長し、低コストで廃棄物量の生成の少ない中空糸膜
等のフィルタを使用した媒体浄化システムの開発が望ま
れていた。

本発明の目的は、膜の帯電状況を検出する方法及び装置
を提供すると共に、その装置を利用することにより膜の
選定、膜の運用条件の最適化及び膜交換時期の決定等を
正しい判断で行なえる媒体浄化設備を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明に係る媒体浄化設備は
、膜性能評価装置を備えたものである。

ここで、膜性能評価装置は、媒体中の不純物を除去する
多孔質膜からなるフィルタの膜上流側と膜下流側とに設
置される電極と、この電極と接続されて該電極間の電気
抵抗等の電気的物理量を測定する測定器とから成るもの
である。測定器は電気的物理量に対応して定まるが、電
位計、電流計、交流抵抗計又は静電気モニタ等が挙げら
れる。

また、膜性能評価方法としては、前記フィルタの膜上流
側と膜下流側との間の電気的物理量を測定することによ
り膜の性能を評価する方法がある。

前記媒体浄化設備のフィルタの種類としては原子力発電
所の復水浄化用の中空糸膜フィルタや気化透化法で用い
られる疎水性多孔質膜よりなるものがある。

媒体浄化設備は、フィルタによる濾過流速を調節可能に
するか、又は復水中に炭酸ガスを吹き込んで復水の導電
率を可変にしておくのがよい。

また、媒体浄化設備は、フィルタ本体への復水流路を分
岐させ、その分岐させた流路に前記フィルタと同一仕様
の小型フィルタを設け、この小型フィルタに対して前記
膜性能評価装置を設けるのが望ましい。

〔作用〕

本発明に係る媒体浄化設備は、膜性能評価装置を備えて
いることにより、例えば膜の流動帯電状況を検知するこ
とができ、膜汚染を極力防止するための制御が可能とな
る。特に濾過流速を変えたり、炭酸ガスを吹き込む等に
より、前記制御が容易となる１分岐させた復水流路に同
一仕様の小型フィルタを設けると、プラントを稼動させ
ながら各種評価を行なえる。

膜性能評価装置は、電極をフィルタの所定位置に設置す
るだけで、その膜に対する電気的物理斌の測定が行なえ
る。

〔実施例〕

膜の性能評価について先ず説明する。膜透過前後の液の
電位差及び膜前後の交流インピーダンス周波数応答を測
定することにより容易に評価し得る。第６図は第７図に
示した装置で膜透過前後の液の電位差を測定した結果で
、中空糸膜の上流側、下流側の液中に白金からなる電極
を挿入し、電極間に発生する電位を電圧計で測定した結
果である。

ポリエチレンを素材とする中空糸膜に導電率が０．１μ
Ｓ／ｃｍ以下（理論純水は０．０５５　μＳ／］）の水
を透過させたところ、透過させる流速に応じて膜前後の
電極間に電位が発生し、流動帯電を検知することができ
た。確認のため膜に導電化処理を施こした流動帯電の起
りにくい膜では電極間にほとんど電位が発生せず、本方
法が流動帯電の検知に有効であることがわかった。

次に、第８図に第９図に示した装置で膜前後の交流イン
ピーダンス局波数応答を測定した結果を示す。これは膜
の前後に挿入した白金電極間に一定電圧の交流を印加し
、交流の周波数を変えることにより、交流抵抗（インピ
ーダンス）の周波数依存性を調べるものである。その結
果、帯電し易い膜、即ち表面処理を施こしていない膜の
インピーダンスは、特に低周波数で高くなることがわか
った。導電化処理を施こした膜はインピーダンスが全周
波数域で／Ｊ％さく、膜の交流インピーダンス周数数応
答が膜帯型の指標として有効であることがわかった。

以上の如く、膜の流動帯電を把握する手段として、具体
的には膜前後の液の電位差及び膜前後の交流インピーダ
ンス周波数応答を測定する方法が挙げられる。膜前後の
液の電位差の測定は流動帯電のオンライン計測に利用で
き、又、膜前後の交流インピーダンス周波数応答の測定
は膜の経年劣化を知ることができ、膜汚染の予知、膜寿
命の延長が可能となる。従って、膜汚染の進行に対する
適切な対応や膜交換時期の把握が行なえるため。

中空糸膜フィルタを低コストで、かつ、安定した性能で
運用することが可能となる。

以下、第１図乃至第４図に基づいて本発明の一実施例に
ついて詳細に説明する。

第４図に示した如く、原子炉１で発生した蒸気２は蒸気
タービン３を駆動して発電機４で発電を行なった後、復
水器５に入り、海水６により冷却され復水７となる。復
水７は復水ポンプ８により復水浄化系を構成する中空糸
膜フィルタ９とベツド型説塩器１０に供給され、浄化さ
せた後給水１１として原子炉１に給水される。

中空糸膜フィルタ９からは電気的物理斌である流動電位
又は交流インピーダンスの信号を送るリード線１７が出
ており、電圧、又はインピーダンスを測る測定器１８に
つながっている。詳細を第１図乃至第３図で説明する。

中空糸膜フィルタ９の濾過塔１４内に装置された中空糸
膜モジユール１３内に充填されている中空糸膜１２の膜
前後に電極１９が対向（第３図）するように、中空糸膜
モジユール１３上部端面から中空糸膜１２内と中空糸膜
１２間に電極１９を挿入し、この電極１９から液と絶縁
されたリード線１７を取り出し、濾過塔１４のターミナ
ル部２０を経て、更にリード線１７で測定器１８に結線
するものである。電極１９としては例えば電気化学的に
不活性な白金線があげられる。又、電極１９を挿入する
場所は１ケ所で良いが、複数ケ所や複数の中空糸膜モジ
ュール１３で検出するようにすると、より測定の信頼性
が向上する。

中空糸膜１２の内径や中空糸膜モジユール１３構造の制
約から、電極１９の挿入が困難な場合には、中空糸膜１
２の上流側、下流側に電極１９を配置して総括的な流動
電位、インピーダンスを測定することも可能である。

このように中空糸膜前後の流動電位、インピーダンスの
信号をオンラインで得ることができるので、膜の帯電の
モニタや膜汚染の予測が可能となった。即ち、流動電位
が高いと中空糸膜が帯電していることを示し、液中の不
純物が静電的に付着し、膜汚染が進行する可能性のある
ことがわかる。

又、膜インピーダンスが経時的に増大する場合、将来、
膜の帯電が増大する可能性のあることを示唆しているた
め、中空糸膜フィルタの運用に十分注意を払い、対策を
講じる必要があるとの警告となり得る。尚、前記モニタ
として、測定する電気的物理量により定まるが、電位計
、交流抵抗計のほか電流計又は静電気モニタも測定器と
して用いることができる。

中空糸膜前後の流動電位、インピーダンスを検出し、そ
の信号により中空糸膜フィルタの運用を自動制御し、最
適化する手段として以下のものが挙げられる。流動電位
が高く膜帯型が大きい時、膜汚染の進行を防止するため
、中空糸膜フィルタで処理する水量を一時的に減少させ
て対応する。

すなわち、濾過流速を調節可能にする。具体的には、中
空糸膜（導電化、絶縁性膜）において、流動電位が０，
５Ｖ　（濾過流速０．３ｍ／ｈ、水温２０℃、導電率０
．１μＳ　／　ａｓ、電位計内部抵抗１０１３ＭΩ）以
下になるように制御するのが望ましい。又、炭酸ガスを
液中に吹き込んで、液の導電率を上げる操作を信号と連
動させ、膜の帯電を防止する。

次に第５図により他の実施例について説明する中空糸膜
フイルタ９本体とは別に同一の中空糸膜仕様からなる小
型の中空糸膜モジュール２１を設置し、並列に水を流し
、小型の中空糸膜モジュール２１に取り付けた電極によ
り、流動電位、インピーダンスの信号を得るものである
。

本実施例は中空糸膜の種類を種々変えて、流動電位、イ
ンピーダンスの測定値を比較できるので、最適な膜の選
定が容易に行なえる効果がある。

又、十分に模擬された復水が得られる前提のもとでは中
空糸膜の製造設備や研究設備において、中空糸膜の性能
評価手段として小型モジュールを使用した流動電位、イ
ンピーダンス測定法が利用できる。

上記実施例では原子力発電所の復水浄化用の中空糸膜フ
ィルタを対象として説明したが、以下の如く、他の膜に
対しても本発明を適用し得る。疎水性の多孔質膜を利用
する気化透化法において、膜汚染に伴う膜の親水化は気
化透化の性能を太きく低下させる。一般に、膜が親水化
されると膜内に液が侵入するため、膜前後のインピーダ
ンスが減少する。従って、疎水性膜において、膜前後の
インピーダンスをモニタすることにより、膜汚染（親水
化）の進行をオンラインで把握できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、膜性能を評価することによって膜の汚
染を極力防止することができ、高価な膜の寿命延長が図
れるため、低コストで安定した運転が可能となる。

また、本発明の膜性能評価装置又は方法は、その電極を
媒体浄化設備の膜前後に設置するだけでよいため、取り
付けが簡単であり、ひいては評価が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る設備の一実施例の一部断面図、第
２図は第１図の■矢視図、第３図は第２図の■−■線断
面図、第４図は本発明に係る設備を備えた原子力発電プ
ラントの概略構成図、第５図は本発明の他の実施例の概
略構成図、第６図は中空糸膜前後の流動電位の測定結果
を説明する図。 第７図は第６図の測定をする装置の構成図、第８図は中
空糸膜前後の交流インピーダンス周波数応答の測定結果
を説明する図、第９図は第８図の測定をする装置の構成
図であり、第１０図は従来の原子力発電所の復水浄化設
備の一例を示す概略構成図、第１１図は同従来例の中空
糸膜フィルタの構造図である。 １・・原子炉、２・・・蒸気、３・・・蒸気タービン、
４・・・発電機、５・・・復水器、７・・・復水、９・
・中空糸膜フィルタ、１０・・・ベツド型説塩器、１」
−・・・給水、１２・・・中空糸膜、１３・・中空糸膜
モジュール、】、４・・・濾過塔、１５・・水入口、１
−６・・・水出口、１７・・・リード線、】８・・・測
定器、１９・・・電極、２０・・・ターミナル部、２１
・・・小型中空糸膜モジュール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、媒体中の不純物を除去する多孔質膜からなるフィル
   タの膜上流側と膜下流側とに設置される電極と、この電
   極と接続されて該電極間の電気的物理量を測定する測定
   器とから成る膜性能評価装置を備えたことを特徴とする
   媒体浄化設備。 ２、フィルタは原子力発電所の復水浄化用の中空糸膜フ
   ィルタである請求項１記載の媒体浄化設備。 ３、フィルタは気化透化法で用いられる疎水性の多孔質
   膜よりなるものである請求項１記載の媒体浄化設備。 ４、膜性能に対応する電気的物理量が、その膜の許容値
   以下となるよう濾過流速を調節可能にした請求項１記載
   の媒体浄化設備。 ５、膜性能に対応する電気的物理量が、その膜の許容値
   以下となるよう復水中に炭酸ガスを吹き込んで、復水の
   導電率を可変にした請求項２記載の媒体浄化設備。 ６、フィルタ本体への復水流路を分岐させ、その分岐さ
   せた流路に前記フィルタと同一仕様の小型フィルタを設
   け、この小型フィルタに対して請求項１記載の膜性能評
   価装置を設けた請求項２記載の媒体浄化設備。 ７、請求項１記載の膜性能評価装置。 ８、電気的物理量は電圧又は電気抵抗である請求項７記
   載の膜性能評価装置。 ９、測定器は電位計、電流計、交流抵抗計又は静電気モ
   ニタである請求項７記載の膜性能評価装置。 １０、媒体中の不純物を除去する条項質膜からなるフィ
   ルタの膜上流側と膜下流側との間の電気的物理量を測定
   することにより膜の性能を評価することを特徴とする膜
   性能評価方法。