JPH058059B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は塔外再生型の混床式イオン交換脱塩装
置とりわけ復水脱塩装置における混合イオン交換
樹脂の再生方法に関するものである。

〔従来技術〕

火力発電所或は原子力発電所においては多量の
高純度の純水を循環再利用している。タービンを
通過した蒸気は復水器と呼ばれる冷却器で水（以
下復水と称する。）に戻される。この復水中には
系内の不純物が含まれるため循環再利用するため
には、復水脱塩装置で不純物を除去する必要があ
る。復水脱塩装置はカチオン交換樹脂とアニオン
交換樹脂を混合したいわゆる混床式イオン交換脱
塩装置であり、復水をこの混合イオン交換樹脂層
に通水することによつてナトリウムイオン
（Na⁺）や塩素イオン（Cl^-）等のイオンの他、酸
化鉄などの金属酸化物を主体とする懸濁物質（通
常クラツドと称される。）等を除去することがで
きる。

このように混床式イオン交換脱塩装置は優れた
性能を有しているが、カチオン交換樹脂とアニオ
ン交換樹脂とを混合して被処理水を処理するた
め、脱塩能力を失つた両イオン交換樹脂を再生す
るためには混合イオン交換樹脂をカチオン交換樹
脂とアニオン交換樹脂とに分離しなければならな
い。この分離方法は通常混合イオン交換樹脂下部
より逆洗を行ない、両イオン交換樹脂が比重差に
よつて二層に成層することで成される。即ち従来
の塔外再生型の混床式イオン交換脱塩装置は基本
的に以下の工程から構成されている。

移送工程（） 脱塩工程を終了した脱塩塔内の混合イオン交換
樹脂をカチオン交換樹脂再生塔（以下カチオン再
生塔と称する。）に移送する。

逆洗分離工程 カチオン再生塔において混合イオン交換樹脂を
逆洗し、比重差により上層のアニオン交換樹脂と
下層のカチオン交換樹脂に分離し成層する。

移送工程（） アニオン交換樹脂をカチオン再生塔からアニオ
ン交換樹脂再生塔（以下アニオン再生塔と称す
る。）に移送する。

再生工程 カチオン再生塔には鉱酸を通薬し、アニオン再
生塔にはアルカリを通薬して両イオン交換樹脂を
再生し続いて水洗を行なう。

移送工程（） 両再生塔より再生済みの両イオン交換樹脂をそ
れぞれ樹脂混合塔に移送する。

混合工程 通常樹脂混合塔底部から空気を導入することに
より両イオン交換樹脂を混合する。

移送工程（） 必要に応じて樹脂混合塔から脱塩塔に移送し充
填する。

以上の一連の工程により脱塩−再生を繰返えす
訳である。

ところで、復水の水質を例に挙げても近年増す
ます水質が厳しく要求されるに至つており、特に
原子力発電所における加圧水型軽水炉（PWR）
の二次系或は沸騰水型軽水炉（BWR）の炉水系
においては、不純物イオン濃度が0.1μｇ／
（ppb）以下のレベルが大きな問題となつている。
このためしばしば復水脱塩装置の処理水水質が純
度不良になるという問題が生じ、安定して不純物
イオン濃度を0.1μｇ／以下に制御することがな
かなか困難であつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記純度不良を引き起す主な原因はアニオン交
換樹脂とカチオン交換樹脂とを充分に分離するこ
とができないからである。即ち脱塩塔出口水の水
質を支配する因子は再生工程で再生されなかつた
樹脂、更に正確に言えば再生工程で生じてしまつ
た塩形のイオン交換樹脂例えばナトリウムイオン
形（以下Na⁺形と称する。）カチオン交換樹脂と
塩化物イオン形（以下Cl^-形と称する。）アニオン
交換樹脂の混入率である。

これらNa⁺形カチオン交換樹脂とCl^-形アニオ
ン交換樹脂が再生工程で生成する主な原因は、逆
洗分離工程と移送工程における両樹脂の分離が
不充分なため、カチオン再生塔にはアニオン交換
樹脂が残留し、アニオン再生塔にはカチオン交換
樹脂が持ち込まれてしまうことにある。このため
カチオン再生塔では再生剤には塩酸を用いれば残
留したアニオン交換樹脂は全てCl^-形となり、ま
たアニオン再生塔に持ち込まれたカチオン交換樹
脂は苛性ソーダの通薬によつて全てNa⁺形となつ
てしまう。

これら塩形イオン交換樹脂の混入率が増加すれ
ば、処理水中の不純物リーク量も比例して増加す
る。例えば復水中のNa⁺イオンを0.02μｇ／
（Naとして）、Cl^-イオンを0.05μｇ／（Clとし
て）以下にするためには第２図及び第３図に示し
たNa⁺形カチオン交換樹脂の混入率と脱塩塔出口
のNa⁺イオン濃度との関係、及びCl^-形アニオン
交換樹脂の混入率と脱塩塔出口水のCl^-イオン濃
度の関係から、Na⁺形カチオン交換樹脂の混入率
を約0.65％以下、Cl^-形アニオン交換樹脂の混入
率を約９％以下とする必要がある。

しかし従来法においてはカチオン再生塔が樹脂
分離塔をも兼ねているためカチオン再生塔に残留
するアニオン交換樹脂量を極力少量に抑えること
が不可欠である。しかしながらアニオン交換樹脂
とカチオン交換樹脂とをほぼ完全に分離するため
には以下の条件が大前提となる。

１ カチオン再生塔においてアニオン交換樹脂と
カチオン交換樹脂の分離界面が常に一定である
こと ２ 上記分離界面が明確でありかつ水平に保たれ
ていること ３ アニオン交換樹脂をカチオン再生塔からアニ
オン再生塔に移送する際に上記分離界面が常に
均一かつ水平に保たれていること しかし実際には以下に示すようにこれらの条件
を全て満足することはほとんど不可能に近い。即
ちまず脱塩塔は通常１塔のみではなく３〜４塔あ
り必らずしも脱塩塔内の混合イオン交換樹脂を完
全にカチオン再生塔に移送できるとは限らない。
従つて各脱塩塔の混合イオン交換樹脂量が全て同
一である保証はない。実際、長期間脱塩−再生を
繰返えした場合、各脱塩塔の樹脂量は全て異なつ
ていることは多くの調査結果から明らかになつて
いる。従つてカチオン再生塔において分離界面が
常に一定の高さであることはむしろないと考える
のが自然である。

次に、従来のカチオン再生塔において、混合樹
脂を逆洗した場合の両樹脂の分離状態を第７図及
び第８図に示す。第７図において、符号３は従来
のカチオン再生塔を示し、３′はカチオン交換樹
脂とアニオン交換樹脂の分離界面を示す。混合樹
脂を逆洗して分離した場合、両樹脂の比重差から
理論的には両樹脂は第７図に示すように明確に分
離されると考えられるが、実際には第８図のアニ
オン交換樹脂の存在率及びカチオン交換樹脂の存
在率を示す図からわかるように、分離界面付近の
樹脂組成を見るとアニオン交換樹脂とカチオン交
換樹脂は相互に混入した混合層が形成されてお
り、分離界面が明確に存在しえないことは周知の
事実である。更にカチオン再生塔からアニオン再
生塔に移送する場合界面付近の樹脂は流動状態に
あり分離界面が仮に明確に存在したとしても分離
界面を均一かつ水平に維持することはなかなか困
難である。

以上の説明から明らかな様に従来のカチオン再
生塔でアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を分
離する場合、両イオン交換樹脂をほぼ完全に分離
することはできない。このため再生工程で生じた
Na⁺形カチオン交換樹脂及びCl^-形アニオン交換
樹脂の混入率を低減することはなかなか困難であ
り、従つて脱塩塔出口水の水質を常に安定して高
純度に保つことができないという問題点があつ
た。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は上記の問題点を解決すべく、運転管
理が容易で高純度の処理水を安定に供給し得る混
合イオン交換樹脂の再生方法を検討した結果、従
来法とは逆にアニオン再生塔において混合イオン
交換樹脂を分離することで容易に目的を達成しう
ることを知見するに至つた。即ち従来法の技術的
限界は根本的には再生システムにおける塔構成に
問題があることを見出だした。

本発明は、カチオン再生塔が樹脂分離塔を兼ね
るのではなく、アニオン再生塔で混合イオン交換
樹脂の分離を行ない、分離されたカチオン交換樹
脂をアニオン再生塔からカチオン再生塔へ移送す
ることにより、カチオン再生塔の塔径をできる限
り小さくし、カチオン再生塔にアニオン交換樹脂
を極力残留させないようにすることにより、不純
物リークのきわめて少ないかつ運転管理が容易な
混合イオン交換樹脂の再生方法を提供することを
目的とするものである。

本発明の特徴は、 (a) 脱塩工程を終了した脱塩塔の混合イオン交換
樹脂を、あらかじめ別途に用意した混合イオン
交換樹脂を底部に装入したアニオン交換樹脂再
生塔に移送する工程 (b) 該アニオン再生塔内で逆洗を行ない下層がカ
チオン交換樹脂、上層がアニオン交換樹脂層と
なるように混合イオン交換樹脂を上下二層に分
離成層させる工程 (c) 該アニオン再生塔底部よりカチオン交換樹脂
を引き抜いてカチオン再生塔に移送する工程 (d) 該カチオン再生塔においてカチオン交換樹脂
を逆洗し、該カチオン交換樹脂層中に位置する
カチオン交換樹脂引き抜き口から、該カチオン
交換樹脂引き抜き口より上層の樹脂を引き抜い
てアニオン再生塔に移送する工程 (e) カチオン再生塔には塩酸もしくは硫酸等の鉱
酸を通薬し、続いて洗浄を行ない、またアニオ
ン再生塔においては再度逆洗を行ない上層がア
ニオン交換樹脂、下層がカチオン交換樹脂の上
下二層となるように分離成層したのち、水酸化
ナトリウム等のアルカリ溶液を通薬しアニオン
交換樹脂層中に位置する排水管よりアルカリ廃
液を塔外に排出し続いて洗浄を行なう工程 (f) カチオン再生塔内のカチオン交換樹脂を樹脂
混合塔に移送し、またアニオン再生塔において
は、前記排水塔より上側でかつアニオン交換樹
脂層中に位置するアニオン交換樹脂引き抜き口
から、該アニオン交換樹脂を引き抜いて前記樹
脂混合塔に移送し、続いて樹脂混合塔内の樹脂
を混合する工程 (g) 該樹脂混合塔内で混合された樹脂を続いて前
記脱塩塔に移送する工程 以上の一連の工程によつて構成することにあ
る。

ここでカチオン交換樹脂をアニオン再生塔から
カチオン再生塔へ移送する際の制御方法に関して
更に詳しく説明すれば、前記工程(c)において、カ
チオン交換樹脂の移送時間をあらかじめ設定して
おくことにより、カチオン交換樹脂の引き抜き量
を容易に制御することができる。

更に、厳密に該カチオン交換樹脂の引き抜き量
を制御する場合には、前記分離界面位置を検知す
る手段を持ち、カチオン交換樹脂の移送工程の進
行に伴つて下降する該分離界面の位置が所定位置
に達した時点をもつて移送を終了することができ
る。

〔作用〕

本発明をその一実施態様を示す第１図、第４
図、第５図及び第６図に基いて説明する。

第１図は、本発明のイオン交換樹脂の再生工程
を説明するための図面であつて、符号１はアニオ
ン再生塔、２はカチオン再生塔、３は樹脂混合
塔、４は混合樹脂移送管、５はカチオン交換樹脂
移送管、６はカチオン交換樹脂引き抜き口、７は
カチオン交換樹脂移送管、８は排水管、９はアニ
オン交換樹脂引き抜き口、１０はアニオン交換樹
脂移送管、１１はカチオン交換樹脂移送管、１２
は検出器を示す。また、第４図は再生塔の直径と
塔断面積の関係を示す図であり、第５図及び第６
図は検知器を用いて二層に分離したカチオン交換
樹脂とアニオン交換樹脂の界面を検知する状態を
示すもので、第５図はアニオン再生塔において両
樹脂を二層に分離した状態を示す図、第６図はカ
チオン交換樹脂をカチオン交換樹脂移送管から抜
き出し、両樹脂の界面が検知器１２の位置に達し
た状態（この時点でカチオン交換樹脂の抜き出し
を停止する）を示す図であつて、第５図及び第６
図に付した符号は第１図に関し説明した符号と同
一のものは同じ意味を有し、第５図において３′
は両樹脂の界面を示す。なお、第１図、第５図お
よび第６図において〓は混合イオン交換樹脂を、
〓はアニオン交換樹脂を〓はカチオン交換樹脂を
示す。

第１図ａに示すようにアニオン再生塔１の塔底
にあらかじめ別途に用意した混合イオン交換樹脂
を装入しておく。脱塩工程を終了した脱塩塔より
混合イオン交換樹脂を混合樹脂移送管４にてアニ
オン再生塔１に移送し充填したのち、逆洗を行な
い上層がアニオン交換樹脂層、下層がカチオン交
換樹脂層の上下二層に分離成層する（第１図ｂ）。
次にアニオン再生塔１底部よりカチオン交換樹脂
移送管５を介してカチオン再生塔２へ移送し、カ
チオン再生塔２内の樹脂を逆洗分離する（第１図
ｃ）。アニオン再生塔１からカチオン再生塔２へ
カチオン交換樹脂を移送する際、アニオン交換樹
脂がカチオン再生塔２に多少持ち込まれたとして
も構わない。即ち第４図に示したように再生塔の
直径が例えば２ｍである場合塔断面積は3.14m²で
あるが、該再生塔の直径が1.4ｍとなれば塔断面
積は1.54m²となり半減する。仮にカチオン再生塔
に残留するアニオン交換樹脂の層高が、カチオン
再生塔直径２ｍの場合と1.4ｍの場合で同じであ
るとしたならば、そのアニオン交換樹脂残留量は
後者の方が前者の約1/2となることは明白である。

しかしながら、従来カチオン再生塔でアニオン
交換樹脂とカチオン交換樹脂を逆洗分離するた
め、カチオン再生塔にはアニオン交換樹脂とカチ
オン交換樹脂を充填し得る容積が必要となり、塔
直径を小さくすることは塔高の制限からして実質
的に困難である。

そこで本発明のごとくアニオン再生塔でアニオ
ン交換樹脂とカチオン交換樹脂を分離するなら
ば、カチオン再生塔はカチオン交換樹脂とわずか
に持ち込まれるアニオン交換樹脂を充填し得る容
積があれば良く、かつカチオン交換樹脂はアニオ
ン交換樹脂よりも比重が大きいため逆洗時に必要
な塔高も小さくなる利点がある。

このようにカチオン再生塔の直径を小さくする
ことによりカチオン再生塔に残留するアニオン交
換樹脂を従来の1/2以下に容易に抑えることがで
きる。更にカチオン再生塔２に持ち込まれるアニ
オン交換樹脂を低減するためにアニオン再生塔１
からカチオン再生塔２へ移送する際に、アニオン
再生塔１内のカチオン交換樹脂層とアニオン交換
樹脂層の分離界面近傍のカチオン交換樹脂が引き
抜かれ始める前にカチオン交換樹脂の移送を停止
する。この理由は第８図に示したように分離界面
近傍の樹脂層は、両イオン交換樹脂が相互に混入
した混合層となつているからである。このカチオ
ン交換樹脂の引き抜き量を制御するには、あらか
じめカチオン交換樹脂の移送時間をタイマ等にて
設定しておくことにより容易に行なうことができ
る。

更に、厳密にカチオン交換樹脂の引き抜き量を
制御する必要がある場合には第５図及び第６図に
示すように、分離界面位置を検知する手段１２例
えば導電率検出器、色調または輝度を検出する光
学的検出器等を用いれば良い。これらの手段はす
でに公知のものであり、検出器の取付け位置をカ
チオン交換樹脂引き抜き口より上部でかつ排水管
８より下部に設定することで容易に目的が達成す
ることができる。

次にカチオン再生塔２においてカチオン交換樹
脂引き抜き口６より表層部の樹脂を引き抜き、カ
チオン交換樹脂移送管７を介してアニオン再生塔
１に移送し再度アニオン再生塔１で逆洗する（第
１図ｄ）。これによりカチオン再生塔２にアニオ
ン交換樹脂が仮にわずかであるが持ち込まれたと
しても逆洗を行なうことでカチオン交換樹脂の表
層部に分離されるため、表層部の樹脂をアニオン
再生塔１に移送することによりアニオン交換樹脂
のカチオン再生塔２での混入率を更に低減するこ
とができる利点がある。

また、第２の利点はカチオン交換樹脂をアニオ
ン再生塔１からカチオン再生塔２に移送するに際
して、移送するカチオン交換樹脂の樹脂量をあま
り厳密に制御する必要がないことである。この移
送に際して注意しなければならない点は、アニオ
ン再生塔１内のカチオン交換樹脂を再生に必要な
カチオン交換樹脂よりも少し過剰にカチオン再生
塔２へ移送すること即ちカチオン交換樹脂引き抜
き口６よりもカチオン交換樹脂層表面が上になる
ようにすることであり、かつアニオン再生塔１に
おける分離界面近傍の樹脂をカチオン再生塔２に
持ち込まないことだけである。これらの注意点は
カチオン交換樹脂量に余裕さえあれば容易に解決
がつくことである。

次にアニオン再生塔１においてアニオン交換樹
脂を再生する際に、苛性ソーダ等のアルカリ溶液
を通薬するがアニオン再生塔１の塔底部より上側
でかつアニオン交換樹脂層中に位置する排水管８
からアルカリ廃液を塔外に排出し、続いて洗浄を
行う。ここで排水管８の位置を更に詳しく説明す
れば、逆洗によつてアニオン再生塔１の底部に分
離されたカチオン交換樹脂よりもできる限り上側
でかつアニオン交換樹脂引き抜き口９より下側に
設置する。この排水管８の位置は厳密に考慮され
る必要はなく、樹脂混合塔３に移送するに必要な
アニオン交換樹脂よりも過剰となるようあらかじ
め別途にアニオン交換樹脂をアニオン再生塔１に
充填しておけば良い、即ち過剰のアニオン交換樹
脂の樹脂量が多い程排水管８の位置を更に上側に
設置することができ、アニオン再生塔１の底部に
あるカチオン交換樹脂との距離を隔離させること
が容易となる。従つて該カチオン交換樹脂がアル
カリと接触することなくアニオン交換樹脂の再生
が行なえるため、Na⁺形等のカチオン交換樹脂が
再生工程で生じることを未然に防止できる。更に
アニオン再生塔１から樹脂混合塔３へアニオン交
換樹脂を移送する際、排水管８より上側でかつア
ニオン交換樹脂層中に位置するアニオン交換樹脂
引き抜き口９より上層のアニオン交換樹脂をアニ
オン交換樹脂移送管１０を介して樹脂混合塔３へ
移送することにより、アニオン再生塔１内のカチ
オン交換樹脂が樹脂混合塔３に持ち込まれること
を極力防止することができる。

また、再生されたカチオン交換樹脂はカチオン
再生塔２よりカチオン交換樹脂移送管１１を介し
て樹脂混合塔３へ移送し、樹脂混合塔３内の樹脂
を通常空気を導入することで均一に混合する。こ
の混合された樹脂は必要に応じて脱塩塔に移送す
るか、もしくは樹脂混合塔３内に保管する。

以上の一連の工程によつて混合イオン交換樹脂
の再生工程を構成することで、何ら特別な装置や
より高度な技術を用いることなく、更に再生シス
テムで塔の数を増加すうことなく、容易に高純度
な純水を得ることができる。

〔発明の効果〕 以上述べたことからも明らかなように、本発明
は従来カチオン再生塔で行なわれたアニオン交換
樹脂とカチオン交換樹脂の分離をアニオン再生塔
で行なうことにより、カチオン再生塔の塔直径を
できる限り小さくし、更に各再生塔間で樹脂を移
送する操作を単に繰り返えすことによつて、従来
法とは比較にならない程の両イオン交換樹脂の分
離を可能とし、脱塩塔処理水の水質を飛躍的に向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のイオン交換樹脂の再生工程
を説明するための図、第２図は脱塩塔における
Na⁺形カチオン交換樹脂混入率と脱塩塔出口水の
Na⁺イオン濃度との関係を示す図、第３図は脱塩
塔におけるCl^-形アニオン交換樹脂混入率と脱塩
塔出口水のCl^-イオン濃度との関係を示す図、第
４図は再生塔の直径と塔断面積の関係を示す図、
第５図及び第６図は検知器を用いてカチオン交換
樹脂とアニオン交換樹脂の界面を検知する状態を
説明するための図面、第７図及び第８図は二層に
分離されたカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂
の界面並びに界面における両イオン交換樹脂の混
入状態を説明するための図面である。 １……アニオン再生塔、２……カチオン再生
塔、３……樹脂混合塔、４……混合樹脂移送管、
５……カチオン交換樹脂移送管、６……カチオン
交換樹脂引き抜き口、７……カチオン交換樹脂移
送管、８……排水管、９……アニオン交換樹脂引
き抜き口、１０……アニオン交換樹脂移送管、１
１……カチオン交換樹脂移送管、１２……検出
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 塔外再生型の混床式イオン交換脱塩装置にお
   ける混合イオン交換樹脂の再生方法において、 (a) 脱塩工程を終了した脱塩塔の混合イオン交換
   樹脂を、あらかじめ別途に用意した混合イオン
   交換樹脂を底部に装入したアニオン交換樹脂再
   生塔に移送する工程。 (b) 該アニオン交換樹脂再生塔内で逆洗を行ない
   下層がカチオン交換樹脂、上層がアニオン交換
   樹脂層となるように混合イオン交換樹脂を上下
   二層に分離成層させる工程。 (c) 該アニオン交換樹脂再生塔底部よりカチオン
   交換樹脂を引き抜いてカチオン交換樹脂再生塔
   に移送する工程。 (d) 該カチオン交換樹脂再生塔においてカチオン
   交換樹脂を逆洗し、該カチオン交換樹脂層中に
   位置するカチオン交換樹脂引き抜き口から、該
   カチオン交換樹脂引き抜き口より上層の樹脂を
   引き抜いてアニオン交換樹脂再生塔に移送する
   工程。 (e) カチオン交換樹脂再生塔には塩酸もしくは硫
   酸等の鉱酸を通薬し、続いて洗浄を行ない、ま
   たアニオン交換樹脂再生塔においては再度逆洗
   を行ない上層がアニオン交換樹脂、下層がカチ
   オン交換樹脂の上下二層となるように分離成層
   したのち、水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液
   を通薬しアニオン交換樹脂層中に位置する排水
   管よりアルカリ廃液を塔外に排出し、続いて洗
   浄を行なう工程。 (f) カチオン交換樹脂再生塔内のカチオン交換樹
   脂を樹脂混合塔に移送し、またアニオン交換樹
   脂再生塔においては、前記排水管より上側でか
   つアニオン交換樹脂層中に位置するアニオン交
   換樹脂引き抜き口から、該アニオン交換樹脂を
   引き抜いて前記樹脂混合塔に移送し、続いて樹
   脂混合塔内の樹脂を混合する工程。 (g) 該樹脂混合塔内で混合された樹脂を続いて前
   記脱塩塔に移送する工程。 以上の一連の工程によつて構成することを特徴
   とする混合イオン交換樹脂の再生方法。 ２ 前記工程(c)において、カチオン交換樹脂の移
   送時間をあらかじめ設定しておくことによりカチ
   オン交換樹脂の引き抜き量を制御する特許請求の
   範囲第１項に記載の混合イオン交換樹脂の再生方
   法。 ３ 前記工程(c)において、二層に成層した分離界
   面位置を検知する手段を持ち、カチオン交換樹脂
   の移送工程の進行に伴つて下降する前記分離界面
   の位置が所定位置に達した時点をもつて移送を終
   了することにより、カチオン交換樹脂の引き抜き
   量を制御する特許請求の範囲第１項に記載の混合
   イオン交換樹脂の再生方法。