JPH0653273B2 - 復水の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンなどの蒸気原動機プラントの復
水を混床式脱塩塔を用いて処理する方法に関するもので
ある。

〔発明の背景〕

混床式脱塩塔内の負荷したイオン交換樹脂を塔外再生す
る方法として、例えば特開昭５８−２１６７４３号公開
に示されるように、分離再生塔においてアニオン交換樹
脂のみの上層、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂と
が混合している中層、カチオン交換樹脂のみの下層の三
層に成層分離し、上層のアニオン交換樹脂をアルカリ、
下層のカチオン交換樹脂を酸でそれぞれ再生した後、前
記非再生の中層と共に混床式脱塩塔に移送して脱塩に供
する方法が知られている。

この方法は、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂の逆
再生が防止できるものではあるが、復水処理時非再生樹
脂からの負荷イオンのリークが避け難いという技術的問
題が有つた。

更に、沸騰水形原子力発電所（ＢＷＲプラント）の復水
に関しては鉄クラツドの除去が強く要求されているが、
従来の復水処理技術においては鉄クラツドの除去を完全
に行うことが困難であつた。

次に、再生樹脂から負荷イオンのリークを生じる原因に
ついて説明する。

火力発電所や原子力発電における発電用水は高純度のも
のが要求されるため、復水はアニオン交換樹脂およびカ
チオン交換樹脂からなる混床式脱塩塔で脱塩処理されて
いる。ＢＷＲプラントでの脱塩塔ではアニオン交換樹脂
はＯＨ型で、カチオン交換樹脂はＨ型で使用され、イオ
ン負荷により脱塩性能の低下が生じるとイオン交換樹脂
はアルカリ、酸によりそれぞれ再生される。

混床式脱塩塔の再生に先立つてアニオン交換樹脂とカチ
オン交換樹脂の分離が必要であるが、この分離が不完全
であると、アニオン交換樹脂に酸が作用したり、カチオ
ン交換樹脂にアルカリが作用したりすることになり、再
生後に脱塩に供されたとき、不純物イオンのリーク量が
多くなり種々の害を及ぼす。例えばアニオン交換樹脂中
にカチオン交換樹脂が混入すると、水酸化ナトリウム等
のアルカリによる再生操作により、混入したカチオン交
換樹脂がＮａ型となり、この樹脂を復水の脱塩に供する
とナトリウムイオンのリークが生じ、タービン等に腐食
障害を引き起こす。一方、カチオン交換樹脂中にアニオ
ン交換樹脂が混入すると、硫酸等の酸による再生によ
り、混入したアニオン交換樹脂がＳＯ_４型となり、この
樹脂を復水の脱塩に供すると硫酸イオンのリークが生じ
腐食障害やスケール障害を引き起こす。

従来、この混床を塔外再生するにあたり、被分離再生樹
脂を分離再生塔に移送し、塔下部から上向流通水して樹
脂層を展開することにより、アニオン交換樹脂とカチオ
ン交換樹脂との比重の差を利用して分離していた。しか
し両樹脂の境界附近では分離が不完全であるため、カチ
オン交換樹脂中へのアニオン交換樹脂の混入、アニオン
交換樹脂中へのカチオン交換樹脂の混入は避け難かつ
た。

第２図は従来の方法の説明図である。

復水脱塩塔１内のイオン交換樹脂を分離再生塔２に移送
し、アニオン交換樹脂のみの上層３と、カチオン交換樹
脂のみの下層５と、両者の混合した中層４とに成層分離
し、上層（アニオン樹脂）３をアニオン再生塔６に移送
した後、中層（混合）４を混合塔７に移送し、下層（カ
チオン樹脂）５を分離再生塔２に残留させる。

以上のように各層を各塔に分離し、アニオン再生塔６に
はアルカリ性の、分離再生塔２には酸性の、それぞれの
再生液を通液し、再生を終えた上層（アニオン樹脂）３
と下層（カチオン樹脂）５とをそれぞれ混合塔７に移送
する。

このようにして、混合塔７内に既に収容されている中層
（混合樹脂）４と、再生された上層３，下層５とを混合
して、脱塩塔１に充填して脱塩に供していた。

このようにして、再生されていない中層（混合樹脂）４
が再生済みの上層（アニオン樹脂）３や下層（カチオン
樹脂）５の中に混じりこむので、ある程度の負荷イオン
のリークが避けられなかつた。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、従来の復
水処理設備を用いて、増設，改造の必要が無く、かつ、
再生樹脂から負荷イオンのリークを生じる虞れが無く、
しかも鉄クラツドを高率で除去し得る復水処理方法を提
供しようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明者らは、（ｉ）アニオン交換樹脂とカチオン交換
樹脂とを通水分離した際の中層を非再生とすることによ
つて樹脂の過度の汚染を防止することはできるものの、
この非再生樹脂からの不純物イオンのリークが脱塩性能
を低下させること、及び（ii）イオン交換樹脂の鉄クラ
ツド除去能は、アニオン交換樹脂よりもカチオン交換樹
脂の方が高いことを実験的に確認した。

更に、本発明者らが行なつた復水脱塩塔での鉄クラツド
除去に関する研究結果より、鉄クラツド除去はイオン交
換樹脂層での過現象とイオン交換樹脂表面への付着現
象であり、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とでは
両者の表面電荷の相違により、陽イオン交換樹脂の方が
鉄クラツド付着能は格段に優れていることが判明した。
更に、鉄クラツドが付着したイオン交換樹脂では十分な
再生が行われにくく、イオン交換反応が阻害されること
により脱塩性能が低下することが判明した。

本発明者らは、上記の実験結果に基づいて、前記の目的
を達成するため、再生処理の完了状態において脱塩塔内
に再生済みのカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが
混合充填され、更にその上流側に非再生樹脂が充填され
た状態となるような処理方法を創作したものである。

本発明方法では、まず常法に従い混床式脱塩塔で使用し
たアニオン交換樹脂およびカチオン交換樹脂の混合物を
分離再生塔に移送し、塔下部から上向流通水して樹脂層
を展開させ、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との
比重差を利用して、アニオン交換樹脂のみの上層、アニ
オン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混合している中層
およびカチオン交換樹脂のみの下層の三層に成層分離す
る。

その後に、上層をアニオン再生塔に移送しアルカリで再
生した後、その全量を混合塔に移送してアニオン再生塔
を空にしておき、続いて中層を、上記の空いているアニ
オン再生塔に移送し、分離再生塔内に残留した下層を酸
により再生した後混合塔に移送し、前記アニオン交換樹
脂と混合して脱塩塔に充填した後、アニオン再生塔内の
中層を脱塩塔に充填して、元来脱塩塔に収納されていた
イオン交換樹脂に再生処理を施した後、その全量を脱塩
塔に返送して復元し、復水の処理に供する。前記のイオ
ン交換樹脂の再生は常法に従つて行い、上層であるアニ
オン交換樹脂を収容したアニオン再生塔には２〜１０％
程度の水酸化ナトリウム溶液等のアルカリを通液し、下
層であるカチオン交換樹脂を収容した分離再生塔には２
〜１０％程度の硫酸等の酸を通液して行い、その後押出
し、水洗を行う。

本発明では、再生されない中層を再生済みイオン交換樹
脂の上流側に充填しており、従来法の様に再生されない
中層のイオン交換樹脂が脱塩塔内で中層や下層に混入さ
れることは絶対にない。このため、従来法では脱塩塔内
の中層や下層に存在する非再生樹脂から、ある程度の負
荷イオンのリークは避けられなかつた。これに対し、本
発明では非再生樹脂は再生済み樹脂層の上流側に充填さ
れており、非再生樹脂からリークした負荷イオンは中，
下層の再生済み樹脂により確実に除去される。ここで、
非再生の中層は全体のせいぜい５〜１０％程度であり、
残り９０〜９５％の再生済み樹脂へのイオン負荷は極め
て少ない。

本発明は、原子力発電所、特にＢＷＲプラントの一次冷
却水系における復水処理に有効である。この系では復水
の処理水純度は直接炉水水質に影響を与える。すなわ
ち、復水中のイオンは原子炉内で濃縮され炉水の導電率
上昇を来たし腐食を促進する。前述の従来法では復水脱
塩塔からのリークイオンが炉内で濃縮され炉水導電率の
上昇を来たすが、本発明によれば復水脱塩塔からのイオ
ンリークがなく炉水導電率は低く保て、炉内構造物等の
腐食を抑制できる。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の一実施例について、添付の図面を参照し
つつ詳しく説明する。第１図は本発明の一実施例の説明
図であつて、従来技術における第２図に対応する図であ
る。復水の処理により脱塩性能の低下した脱塩塔１内の
カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂は分離再生塔２に
移送し、塔下部から上向流通水して樹脂層を展開するこ
とによりアニオン交換樹脂のみの上層３と、アニオン交
換樹脂とカチオン交換樹脂とが混合している中層４と、
カチオン交換樹脂のみの下層５とに分離する。上層３を
アニオン再生塔６に移送しアルカリで再生した後、その
全量を混合塔７に移動する。これにより、アニオン再生
塔６は一旦、空になる。続いて中層４を、上記の空いて
いるアニオン再生塔６に移送し、分離再生塔内の下層５
を酸により再生した後、混合塔７に移送し、アニオン交
換樹脂と十分に混合した後、脱塩塔１に充填し、続いて
アニオン再生塔６内の中層樹脂を脱塩塔１に充填する。
このようにして、元来脱塩塔１に収納されていたイオン
交換樹脂の全量を該脱塩塔１に返送して復元し、復水８
の処理に供する。

本発明方法説明した第１図と、従来技術を説明した第２
図とを対比して明らかなように、本発明方法は従来例の
装置に増設や改造を施することなく、同一の装置を用い
て実施することができる。

前述の、通水によるアニオン交換樹脂とカチオン交換樹
脂との分離は、沈降速度の差を利用して行なう。

沈降速度はストークス等の法則によればイオン交換樹脂
の粒径と密度の関数であり、両樹脂の関係は第３図の通
りである。脱塩塔に充填されるイオン交換樹脂の粒径は
一般に２００〜１２００μｍの分布を持つている。この
ため、樹脂層の展開後は密度差により沈降速度の大きい
カチオン交換樹脂が下層、沈降速度の小さいアニオン交
換樹脂が上層となるが、両樹脂の境界付近では小粒径カ
チオン交換樹脂と大粒径アニオン交換樹脂との沈降速度
が接近しており、両者の分離が不完全となり、カチオン
交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合した中層の形成は
避けられないことが分かる。

第４図はカチオン交換樹脂におけるＨ^＋とＮａ^＋との交
換平衡定数より脱塩塔底部におけるＮａ型カチオン樹脂
の割合とリークＮａ^＋濃度の関係を求めたものである。
Ｎａ型カチオン樹脂の割合が増すとリークＮａ^＋濃度は
対数的に増加する。Ｃｌ型アニオン樹脂の割合も同様の
傾向を示す。これより脱塩塔底部のＮａ型カチオン樹
脂、Ｃｌ型アニオン樹脂の割合は極力低く抑えることが
好ましいことが分かる。本発明における分離再生塔内の
中層は非再生樹脂であることより負荷型イオン交換樹
脂、例えばＮａ型カチオン樹脂、Ｃｌ型アニオン樹脂に
なつているが、この非再生樹脂は、常に脱塩塔内におい
て再生済みのＨ型カチオン樹脂、ＯＨ型アニオン樹脂の
混床の上部（上流側）に充填されるため非再生樹脂かか
らリークするＮａ^＋やＣｌ⁻は下層で確実に除去される
ため、これらの不純物イオンが処理水中にリークするこ
とは決してない。

第５図は、脱塩塔に復水を２ケ月程度通水した後の脱塩
塔内樹脂層深さ方向における鉄クラツド捕捉量を示した
ものである。脱塩塔における鉄クラツドの捕捉は極く表
層で主に起ることが分る。これは、鉄クラツド除去が
過現象によつているためである。本発明においては脱塩
塔内の表層樹脂は非再生樹脂を充填しており、この非再
生樹脂での鉄クラツドの捕捉が主に起る。このため下層
のＨ型カチオン、ＯＨ型アニオン樹脂におけるクラツド
付着に伴うイオン交換能の低下は防止される。

第６図は、脱塩塔における樹脂粒径と鉄クラツド除去率
の関係を示したものである。樹脂粒径の低下に伴い除去
率は向上する。これは、樹脂小粒径化による鉄クラツド
除去における過効果の増加と、樹脂外表面積の増加に
伴う鉄クラツド付着面の増加による付着効率の向上によ
るものである。

第７図は脱塩塔におけるカチオン交換樹脂とアニオン交
換樹脂の充填割合と、鉄クラツド除去率との関係を示し
たものである。カチオン交換樹脂の充填割合の増加に伴
い除去率は向上する。これよりアニオン交換樹脂に比べ
カチオン交換樹脂の方が鉄クラツド除去能が高いことが
分る。これは、両樹脂の表面電荷の相違に基づくものと
考えられる。

第６図，第７図の結果より脱塩塔の鉄クラツド除去能の
向上には、除去能の高いカチオン交換樹脂の小粒径化が
過効果の発現と付着面の増加を伴うことより特に好ま
しいことが分る。本発明において、脱塩塔内の表層に充
填される樹脂は分離再生塔において中層に分離されたも
のであり、これは前記したようにアニオン樹脂は大粒
径、カチオン交換樹脂は小粒径である。このため、この
表層の小粒径カチオン交換樹脂で鉄クラツド除去が極め
て効果的に行われることが分る。

次に掲げる第１表は、上述の本実施例における処理水質
と、第２図に示した従来例における処理水質とを対比し
て作表したものである。

この表から、本発明の適用によつて脱塩塔からのＮａ^＋
やＣｌ⁻のリークが低減し、更に、鉄クラツド除去率も
向上することが分る。

本実施例を変形して、非再生の中層樹脂を再生系に別途
備えた専用の樹脂貯槽に貯留しても、脱塩塔への樹脂充
填法が同一であれば同様の効果が得られることは容易に
理解できる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の方法を適用すれば、既設
の復水処理設備を用いて、増設や改造を必要とせず、操
作方法の改良のみによって、再生樹脂から負荷イオンの
リークを生じる虞れが無く、しかも鉄クラツドを高能率
で除去することができるという優れた実用的効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の説明図、第２図は従来技術の説明
図である。第３図は樹脂粒径と沈降速度の関係を示す図
表、第４図はＮａ型樹脂量とリークＮａ^＋濃度の関係を
示す図表、第５図は樹脂層深さと鉄クラツド捕捉量の関
係を示す図表、第６図は樹脂粒径と鉄クラツド除去率の
関係を示す図表、第７図はカチオン樹脂とアニオン樹脂
量比と鉄クラツド除去率の関係を示す図表である。 １……復水脱塩塔、２……分離再生塔、３……アニオン
交換樹脂層、４……カチオン、アニオン交換樹脂混合
層、５……カチオン交換樹脂層、６……アニオン再生
塔、７……混合塔、８……復水。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 裕夫 茨城県日立市幸町３丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 佐藤 善晃 茨城県日立市幸町３丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−17884（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】混床式の復水脱塩塔に収納されているイオ
   ン交換樹脂によって蒸気原動機の復水を処理する方法で
   あって、 復水の処理によって負荷したイオン交換樹脂を、分離再
   生塔とアニオン再生塔とを用いて塔外再生する方法にお
   いて、 （ａ）復水脱塩塔内のイオン交換樹脂を分離再生塔に移
   送しして、 イ．アニオン交換樹脂のみよりなる上層と、 ロ．カチオン交換樹脂のみよりなる下層と、 ハ．アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混合した
   中層と、 に成層分離し、 （ｂ）前記のアニオン交換樹脂のみよりなる上層をアニ
   オン再生塔に移送し、アルカリで再生処理を施した後、
   その全量を混合塔に移送して上記アニオン再生塔を空に
   し、 （ｃ）前記の混合物である中層を、空になっているアニ
   オン再生塔に移送して一時的に保管し、 （ｄ）分離再生塔に残っている、カチオン交換樹脂のみ
   よりなる下層に酸で再生処理を施した後、混合塔に移送
   して、先に（ｂ）項の工程で混合塔に移送されている再
   生処理済のアニオン交換樹脂のみよりなる上層と混合
   し、混合した交換樹脂を前記の復水脱塩塔に返送し、 （ｅ）アニオン再生塔に一時保管してあった混合物であ
   る中層の全量を復水脱塩塔に返送し、先に（ｄ）項の工
   程で該復水脱塩塔に返送されている、再生処理済の上層
   ・下層の混合層の上流側に充填して、 前記（ａ）の工程を開始する時に復水脱塩塔の中に収納
   されているイオン交換樹脂の全量を復水脱塩塔に回収，
   復元し、 前記の復水脱塩塔，分離再生塔、アニオン再生塔および
   混合塔以外の処理塔を一切必要とせず、復水脱塩塔内に
   充填されていたイオン交換樹脂の全量を再利用して、イ
   オン交換能力を回復させ、復水の脱塩処理に繰り返して
   供することを特徴とする、復水の処理方法。