JPH0427487A - 復水の処理方法 - 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〉 本発明は火力発電所あるいは原子力発電所の復水を、粉
末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン交換樹脂とを少
なくとも混合してなる濾過助剤をプレコートした濾過脱
塩装置で処理する方法の改良に関するものである。

〈従来の技術〉 従来から火力発電所あるいは原子力発電所の復水中の酸
化鉄等からなるクラ・７ドの除去および不純物イオンの
除去を目的として、塔内に立設した濾過エレメントの表
面に粉末状イオン交換樹脂を濾過助剤としてプレコート
してなる濾過脱塩装置が用いられている。

かかる濾過脱塩装置に用いられる濾過助剤は、６０〜４
００メツシユ（２５０〜３７μｍ）の粉末状強酸性陽イ
オン交換樹脂と粉末状強塩基性陰イオン交換樹脂との混
合物であって、当該混合物をスラリー状にして濾過エレ
メントに通し、濾過エレメントの表面に約５〜１０鶴前
後の厚さでプレコートし、当該プレコート層に復水を通
過させて処理するもので、このような操作により、復水
中の懸濁物質をプレコート層で濾過するとともに、復水
中の不純物イオンをイオン交換により除去するものであ
る。

前記濾過助剤は通常、充填層方式のイオン交換装置に広
く用いられている、粒径が０．２〜０．６ｆｉ程度の粒
状の強酸性陽イオン交換樹脂あるいは強塩基性陰イオン
交換樹脂を前記した６０〜４００メツシュ程度の微細樹
脂に粉砕して製造されるがその原料樹脂としては、充填
層方式のイオン交換装置である混床式復水脱塩塔に従来
から用いられているのと同じイオン交換樹脂、すなわち
ジビニルベンゼン架橋度が８％以上のものが使用されて
いる。

プレコート層を形成させるに際して前述のごとく陰、陽
画イオン交換樹脂が使用されるのは、復水中に陽イオン
と陰イオンの両方が存在し、これらの両イオンを除去す
る必要があるということ、およびこれらの両イオン交換
樹脂の混合物から形成されるプレコート層は、両イオン
交換樹脂が相互に付着し合って凝集体を形成する現象（
一般にクランピング現象と呼ばれている）により、当該
混合物の容積が混合前の各イオン交換樹脂の容積より著
しく大となるために空隙率の比較的大きいプレコート層
となり、したがって濾過時の差圧が大きくならないとい
う利点を有するからである。

このようなプレコート型濾過脱塩装置においては、濾過
エレメントの表面に形成されるプレコート層の状態が濾
過性能に大きく影響する。−船釣には空隙率の大きなプ
レコート層はど体積濾過を行うことができ、濾過時間を
長くすることができるので好ましい。しかし、プレコー
ト層の空隙率を大きくした場合はクラッドがリークし易
くなるとともに、圧縮（差圧）に対する強度、すなわち
耐圧縮性が弱くなり易く、そのため復水の濾過を続行す
るうちにプレコート層が圧密化されて空隙率が小さくな
ってしまうという問題もある。

また、空隙率の小さなプレコート層の場合は、クラッド
のリーク量が少なくて良好な処理水が得られるが、表面
濾過となるので差圧の上昇が速く、濾過時間が短いとい
う問題がある。

そのため、空隙率が大きくかつ耐圧縮性およびクラッド
捕捉性能（除鉄率）に優れたプレコート層を形成させる
べく、従来より例えばプレコート層を形成させる際のイ
オン交換樹脂のスラリー濃度を調整したり、あるいは陰
、陽画イオン交換樹脂の混合比を調整する等の方法が試
みられているが、必ずしも満足し得る結果は得られてい
ない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 プレコート型濾過脱塩装置における濾過時間の延長は、
使用済となった濾過助剤の廃棄量を減少させることにつ
ながるので重要であり、特に当該濾過脱塩装置をＢＷＲ
型原子力発電所の復水処理に適用する場合は、使用済の
濾過助剤が放射性を帯びたクランドを多量に含んでいる
ため、当該使用済濾過助剤が放射性廃棄物の対象となり
、より一層重要である。

また、クラッドの捕捉性能を良くし、そのリーク量を少
なくすることは、復水浄化系から原子炉内に持ち込まれ
るクラッド量を低減させ、プラント定検時における作業
員の放射線被爆量を減らすことにつながるので重要なこ
とである。

しかし、プレコート型濾過脱塩装置においては前述した
ごとく濾過時間の延長とクラッド捕捉性能（除鉄率）の
増大とは一般に相反する要求と考えられ、したがって両
方の要求を同時に満足するプレコート層の形成は困難と
されていた。

本発明はこのような背景のもとになされたものであり、
差圧の上昇が少ないことにより長時間の濾過が可能であ
り、しかもクラフト（鉄）リーク量の少ない処理水を得
ることのできる復水の処理方法を提供することを目的と
するものである。

〈課題を解決するための手段〉 本発明者等は上記目的を達成するために鋭意研究を重ね
た結果、驚くべきことに、プレコートに使用する粉末状
強酸性陽イオン交換樹脂のジビニルベンゼン（以下ＤＶ
Ｂという）架橋度が、形成されるプレコート層の濾過性
能（濾過時間および除鉄率）に大きく影響し、陽イオン
交換樹脂として、従来復水の濾過脱塩に使用されていた
粉末状強酸性陽イオン交換樹脂（ＤＶＢ架橋度８％以上
）よりもＤＶＢ架橋度の低いものを使用することによっ
て、従来相反すると考えられていた濾過時間の延長とク
ラッド捕捉性能との両方の要求を同時に満たすことがで
きることを見出した。

本発明は当該知見に基づいてなされたものであリ、その
特徴とするところは、濾過エレメントの表面に粉末状強
酸性陽イオン交換樹脂と粉末状強塩基性陰イオン交換樹
脂とを少なくとも混合した濾過助剤からなるプレコート
層を形成させ、当該プレコート層に復水を通過させて当
該復水中の懸濁物質および不純物イオンを除去する方法
において、前記強酸性陽イオン交換樹脂としてＤＶＢ架
橋度が２〜７％の範囲のものを使用する点にある。

く作用〉 以下に本発明の詳細な説明する。

粉末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン交換樹脂とを
水中で混合すると、両イオン交換樹脂が相互に付着し合
って凝集体を形成するクランピング現象が生じ、そのた
めに空隙率の比較的大きなプレコート層を得ることがで
きることは既に述べたごとくである。このようなりラン
ピング現象がなぜ生じるかは、現在までのところ理論的
に十分解明されているとは言えないが、−船釣には陽イ
オン交換樹脂が負、陰イオン交換樹脂が正の電気的ポテ
ンシャルを有することに起因する電気的な結合力によっ
てクランピング現象が生じるのであろうと推定されてい
る。

しかしながら、かかるクランピング現象によって生じる
従来の凝集体で形成されるプレコート層は、凝集体自体
の耐圧縮性がそれ程強くないために復水の濾過に伴って
プレコート層が差圧によって圧密化され、その結果プレ
コート層の空隙率が小となって１サイクルあたりの濾過
時間が予想より短いという問題があった。更に、このよ
うに圧密化が進行した時点では除鉄率も高くなるが、比
較的大きな空隙率が維持されている通水初期の時点にお
いては、クラッドリーク量が非常に多いという問題があ
った。

そこで、本発明者等はより耐圧縮性に優れた凝集体、換
言すれば耐圧縮性に優れたプレコート層を形成させるべ
く鋭意研究を重ねた結果、以外にも従来使用されていた
粉末状強酸性陽イオン交換樹脂（ＤＶＢ架橋度８％以上
）よりも低架橋度の強酸性陽イオン交換樹脂、すなわち
ＤＶＢ架橋度が２〜７．５％の範囲のものを使用するこ
とによって上記目的を達成することができ、しかもこの
ような低架橋度の強酸性陽イオン交換樹脂を使用して形
成したプレコート層によって復水を処理した場合は、通
水初期におけるクラッドリーク量が従来より大幅に低減
されることを見出した。

従来のものより低架橋度の粉末状強酸性陽イオン交換樹
脂を使用することにより、いかなる理由で耐圧縮性に優
れたプレコート層を形成させることができるかについて
は現時点で明らかでないが、恐らく強酸性陽イオン交換
樹脂のＤＶＢ架橋度が当該イオン交換樹脂の電気的ポテ
ンシャル、ひいては前述した電気的結合力の強さと密接
に関係しているのであろうと推定される。

本発明に用いる粉末状強酸性陽イオン交換樹脂としては
、例えばスチレンとＤＶＢの共重合物に交換基としてス
ルホン酸基を付加してなり、粒径が０．２〜０．６ｆｉ
程度の市販の粉末状強酸性陽イオン交換樹脂（例えば東
京有機化学工業■製ＸＴ−１０３０（ＤＶＢ架橋度２％
）　、ＸＴ−１０１６（同４％）、ＩＲ−１１８（同４
．５％）、ＸＴ−１００４（同６％）、あるいはこれら
と同等品）を、粒径６０〜４００メツシユに粉砕したも
のを使用することができる。

なお、ＤＶＢ架橋度が２％未満の粉末状強酸性陽イオン
交換樹脂は、これを粉末状強塩基性陰イオン交換樹脂と
混合した場合に余りに大き過ぎる凝集体を形成し、その
ため濾過エレメント上に均一なプレコート層を形成させ
ることが困難となるので実用上不通である。

本発明においては復水を処理するにあたり、先ず前記濾
過助剤を以下のごと（濾過エレメントの表面にプレコー
トする。

すなわち、予めＨ形あるいはＮ　Ｈａ形としである、Ｄ
ＶＢ架橋度が２〜７．５％で粒径が６０〜４００メツシ
ユ（２５０〜３７μｍ）の粉末状強酸性陽イオン交換樹
脂と、予めＯＨ形としである６０〜４００メツシユの粉
末状強塩基性陰イオン交換樹脂とを水中に投じ、よく攪
拌して両樹脂のスラリーを形成させ、これを濾過エレメ
ントに通過させてプレコート層を形成させる。

当該陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との混合比は
、この順に１：１〜１０：１程度が適当であり、またプ
レコート層の厚みは５〜１０寵前後とする。

プレコート層を形成した後の通水処理は従来の濾過脱塩
と同様であり、前記プレコート層にクラッドを含む復水
を通し、当該クラッドおよび不純物イオンをプレコート
層で除去する。

本発明においては粉末状強酸性陽イオン交換樹脂として
ＤＶＢ架橋度が２〜７．５％と従来のものより低架橋度
の陽イオン交換樹脂を使用するので、前述のごと〈従来
より耐圧縮性に優れたプレコート層を形成することがで
き、よって濾過時間の経過に伴ってプレコート層が圧密
化するという現象を最小限に止めることができて濾過時
間が従来より延長し、更に通水初期におけるクラッドの
リーク量を従来より低減することができるが、これにつ
いては後述の実施例で詳しく述べる。

なお、粉末状強酸性陽イオン交換樹脂と粉末状強塩基性
陰イオン交換樹脂のみのプレコート層でも充分復水処理
が可能であるが、通水中におけるプレコート層のクラン
ク生成の防止の上から、繊維状物質、例えばイオン交換
繊維あるいはイオン交換基を有しないアクリルニトリル
繊維、セルロース繊維等の直径１０〜５０μｍ、長さ１
００〜２．０００μｍのものを前記混合樹脂に更に添加
してプレコート層を形成してもよい。

このような繊維状物質を混合することにより、粉末状イ
オン交換樹脂と繊維状物質が互いに絡み合った、したが
ってクラックの全く生ずることのないプレコート層を形
成することができる。

く効果〉 本発明方法によれば、空隙率が大きくてしかも耐圧縮性
に極めて優れたプレコート層を形成することができるの
で、通水中におけるプレコート層の圧密化現象を最小限
に止めることができ、濾過時間の延長を図ることができ
るとともに、クランドのリーク量、特に通水初期におけ
るクラッドのリーク量を従来より大幅に低減させること
ができ、したがって濾過時間の延長とクラッド捕捉性能
（除鉄率）の増大という、従来相反するものであると考
えられていた二つの要求を同時に満足させることができ
る。

また、ｌサイクルあたりの濾過時間を長くすることがで
き、その分逆洗の回数を減少できるために廃棄スラツジ
の量を低減することができ、濾過助剤の利用効率の向上
、廃棄物の減量化という効果も得られる。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を、従来例とともに説明する。

実施例１　（プレコート層の耐圧縮性試験）ＤＶＢ架橋
度が従来品より低い、第１表に示すような３種類の粉末
状強酸性陽イオン交換樹脂（平均粒径５０〜８０μｍ）
および従来品の粉末状強酸性陽イオン交換樹脂（ＤＶＢ
架橋度８％、平均粒径６０μｍ第１表参照）を、従来品
の粉末状強塩基性陰イオン交換樹脂（パウデックス樹脂
ＰＡＯ、グレーパー社製）と組み合わせて計４種類のプ
レコート層を形成させ、各プレコート層に外部から圧力
を加えた際にプレコート層がどの程度圧密化されるかを
以下のようにして調べた。

すなわち、第１図に示したごとく下部に多孔支持床２を
有するカラム１内に、第１表に示した各陽イオン交換樹
脂と前記陰イオン交換樹脂とを重量比で３：１に混合し
てなる濾過助剤の一定量をスラリー状で充填して多孔支
持床２上に厚さ約８０〜１００ｍ（実際の復水処理で用
いるプレコート層の約１０倍）のプレコート層３を形成
させる。

次いで当該カラム１内にピストン４を挿入して当該ピス
トン４の下端を前記プレコート層３の上面に密着させ、
更に当該ピストン４の上部に受皿５を介して錘り６を乗
せる。このようにしてカラム１内のプレコート層３をピ
ストン４、受皿５および錘り６の総重量（圧力）で押圧
し、その時のプレコート層３の空隙率を求める。

このような空隙率の測定を、受皿５上に乗せる錘り６の
重量を段階的に増加させて数点行い、プレコート層３に
かかる圧力と空隙率との関係を調べた。結果を第２図に
示す。

第１表 第２図に見られるごとく、ＤＶＢ架橋度が８％以下と従
来品より低い陽イオン交換樹脂（Ａ−Ｃ）を用いて形成
したプレコート層の場合は、ＤＶＢ架橋度が８％の従来
品（Ｄ）のそれに比べてすべての圧力条件下において空
隙率が著しく大であり、換言すれば従来より優れた耐圧
縮性を有していることが明らかである。

因みに、復水処理における濾過脱塩装置の通水終点設定
圧力は、通常１．５〜１．８ｋｇ／−程度である。

実施例２（通水試験） 第１表に示した４種類の粉末状強酸性陽イオン交換樹脂
と、実施例１で用いたのと同じ粉末状強塩基性陰イオン
交換樹脂とを用いて、実施例１の場合と同一の混合比で
計４種類の、それぞれ初期の厚みが約１１０ｌ１のプレ
コート層を形成させ、各プレコート層に微粒子状の鉄を
含む模擬復水を通水した。

第３図は当該試験に用いた濾過脱塩装置のフローを示す
図面であり、図中１１はカラム、１２は当該カラム１１
の下部に付設した多孔支持床、１３は当該多孔支持床１
２の上部に形成させたプレコート層を示している。

また、１４は原水貯槽、１５はポンプ、１６はカラム１
１の入口と出口間の差圧を検出するための差圧計である
。

第３図に示したような濾過脱塩装置において、微粒子状
の酸化鉄を１３０ｐｐｂ　　ａＳ　　Ｆｅ含む模擬復水
を原水貯槽１４に入れ、当該復水をポンプ１５によって
流速（ＬＶ）８ｍ／Ｈでカラム１１に通水した。通水結
果を第４図（通水時間と差圧との関係）、第５図（差圧
が０．５ｋｇ／ｃｄ、および１．０ｋｇ／ｃｄに達する
までの通水時間とＤＶＢ架橋度との関係）、および第６
図（通水時間と処理水中の懸濁鉄濃度との関係）に示す
。

第４図に見られるごとく、本発明例の場合（Ａ〜Ｃ）は
、いずれも従来例（Ｄ）に比べて所定圧力に達するまで
の通水時間が長くなっており、しかもこの傾向は強酸性
陽イオン交換樹脂のＤＶＢ架橋度が低くなるほど顕著で
ある。第５図は、この関係を別の角度から示したもので
あり、第４図の結果をもとに、差圧がそれぞれ０．５ｋ
ｇ／ｊ、および１．０ｋｇ／−に達するまでの通水時間
とＤＶＢ架橋度との関係を図示したものである。第５図
からも、ＤＶＢ架橋度を従来より低くすることにより通
水時間が延長することが明らかである。なお、この結果
は実施例１における耐圧縮性試験の結果とも一致するも
のである。

また、処理水中の鉄濃度に関しては、第６図に見られる
ごとく特に通水開始後２０時間程度までにおける鉄リー
ク量が、本発明例（Ａ−Ｃ）の場合、従来例（Ｄ）に比
べて著しく少なくなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１において使用した、プレコート層の耐
圧縮性試験装置の説明図、第２図は当該試験装置を用い
て求めた、プレコート層にかかる圧力とその時の空隙率
との関係を示したグラフである。 また、第３図は実施例２において使用した通水試験装置
のフローを示す説明図、第４図ないし第６図は実施例２
における通水結果を示すグラフである。 １・・・カラム　　　　　　２・・・多孔支持床３・・
・プレコート層　　　４・・・ピストン５・・・受皿　
　　　　　　６・・・錘り１１・・・カラム　　　　　
１２・・・多孔支持床１３・・・プレコート層　　１４
・・・原水貯槽１５・・・ポンプ　　　　　１６・・・
差圧計第 図 第３ 図 第５図 ＤＶＢ架橋度（Ｘ） 手 続 補 正 書 （自発） 平成２年６月２０日 特許庁長官　　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 平成２年特許願第１３０１７３号 ２、発明の名称 復水の処理方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 〔連絡先〕 〒１１３ 東京都文京区本郷５丁目５番１６号 オルガノ株式会社　特許情報部 電話番号（８１２）５１５１ 明細書中の下記事項を訂正願います。 １、第７頁８行目に「２〜７％」とあるのを「２〜７．
５％」と訂正する。 以上 手 続 補 正 書 （自発） 平成３年２月２７日 特許庁長官　　植　松　　敏　殿 １、事件の表示 平成２年特許願第１３０１７３号 ２、発明の名称 復水の処理方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 〔連絡先〕 〒１１３ 東京都文京区本郷５丁目５番１６号 オルガノ株式会社　特許情報部 電話番号（３８１２）５１５１ 別紙のとおり −♂− 明細書中の下記事項を訂正願います。 １、第９頁１３行目と１４行目の間に次の文章を挿入す
る。 「なお本発明においてＤＶＢ架橋度が２〜７．５％の範
囲の強酸性陽イオン交換樹脂とは、スチレン等の単量体
と共重合させて三次元構造とするために加えるＤＶＢ含
量の重量割合が２〜７゜５％の強酸性陽イオン交換樹脂
を指し、たとえばＤＶＢ架橋度が２％とはＤＶＢ以外の
スチレン等の単量体と共重合させるべきＤＶＢとの総重
量に対するＤＶＢの重量百分率が２％であることを示す
。」 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 濾過エレメントの表面に粉末状強酸性陽イオン交換樹脂
   と粉末状強塩基性陰イオン交換樹脂とを少なくとも混合
   した濾過助剤からなるプレコート層を形成させ、当該プ
   レコート層に復水を通過させて当該復水中の懸濁物質お
   よび不純物イオンを除去する方法において、前記強酸性
   陽イオン交換樹脂としてジビニルベンゼン架橋度が２〜
   ７．５％の範囲のものを使用することを特徴とする復水
   の処理方法。