JPH0687985B2 - 有機物汚染のイオン交換樹脂の超音波洗浄回生法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、有機物により汚染されたイオン交換樹脂の超
音波洗浄回生法に係り、特に火力発電所の復水脱塩装置
などで広範囲に使用されているイオン交換樹脂を低コス
トで、効率的に洗浄回生することができる有機物汚染の
イオン交換樹脂の超音波洗浄回生法に関する。

〔従来の技術〕

火力発電所の貫流ボイラは、腐食防止のため、非常に高
純度の給水が要求されることから、イオン交換樹脂を使
用した復水脱塩装置を設置して、海水漏洩による汚染物
質および腐食生成物などの不純物を除去している。

この復水脱塩装置のイオン交換樹脂は、発電プラントの
運転中に系統水に微量に含まれている有機物などによっ
てアニオン樹脂が汚染を受け、いわゆるアニオン樹脂有
機物汚染となる。

これらの汚染物質の有機物を除去するために、温食塩水
や苛性ソーダ水による洗浄を試みた例もあるが、非常に
除去しずらい性質を有しているため、いずれも洗浄効果
はなく、現在では有効な洗浄技術は確立されていない。

また、特公昭57−136949号、特公昭60−177300号、およ
び特公平１−107850号の各公報には、イオン交換樹脂樹
脂表面に付着する酸化鉄を超音波洗浄器による洗浄除去
する装置が開示されているが、いずれも有機物に汚染さ
れたイオン交換樹脂の洗浄除去を試みた例はない。とこ
ろで現在、超音波を利用した産業用洗浄の分野では、主
に機械部品、電子部品およびガラス類などである。

このため、有機物などによって汚染を受けて使用不可能
になったイオン交換樹脂は廃棄処分を行い、新品樹脂に
よる交換あるいは補給を行なって、性能維持をはかって
いるのが現状である。

次に、現状における汚染イオン交換樹脂の汚染メカニズ
ムと具体的対策を説明する。

火力発電所の系統水は、微量ではあるが微細な有機物お
よび鉄などの汚染物質が含まれている。

この汚染物質である有機物がアニオン樹脂に吸着し、樹
脂の細孔までコーティングする結果、イオン交換樹脂が
本来持っているイオン交換性能を著しく低下させるた
め、塩素イオン、硫酸イオンなどの陰イオンが水酸イオ
ンと交換できず正常な水質が得ることができなくなる現
象が発生する。

アニオン樹脂有機物汚染の発生頻度は、系統水の水質に
よって一概にはいえないが、新品樹脂に交換後、早いも
ので３〜４ケ月、遅いもので９〜10ケ月でイオン交換性
能が消失する例もある。

以上の事由のため、火力発電所の復水脱塩装置を運転し
ていて汚染を受けたイオン交換樹脂は、アニオン樹脂の
場合で半年〜１年で全量交換あるいは補給（30〜50％）
し、性能維持をはかっているが現状である。

〔発明が解決しようとする課題〕

系統水に含まれている有機物などによって汚染を受けた
アニオン交換樹脂は、上記のように有効な洗浄技術は開
発されていないため、廃棄処分とし新品樹脂の交換・補
給を実施している。

このため、汚染樹脂は産業廃棄物として処理しなければ
ならず、かつ、コストの高い新品樹脂の購入など経済的
損失が著しく増大している。

本発明は上記従来の問題点を解決し、苛性ソーダ水や食
塩水などの薬品を用いることなく、また、安全、かつ、
低コストで処理効率の高い有機物汚染イオン交換樹脂の
超音波洗浄回生法を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の有機物汚染のイオ
ン交換樹脂の超音波洗浄回生法は、水槽中に設置された
耐食性管からなる循環配管中を通して有機物汚染のイオ
ン交換樹脂を脱塩水とともに循環させ、該イオン交換樹
脂に超音波を照射して、有機物の汚染物質をイオン交換
樹脂から除去して洗浄することを特徴としている。そし
て水槽の水として温水を用いるのがよい。

〔実施例〕

以下に本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の有機物汚染イオン交換樹脂の超音波洗
浄回生法を実施するための超音波洗浄装置の構成図であ
る。

この超音波洗浄装置におい、まず有機物汚染イオン交換
樹脂の洗浄に使用する超音波発振器１を水槽２内に配置
し、その超音波発振器１上方の水中に有機物で汚染され
た粒状のイオン交換樹脂を循環させるためのステンレス
配管３を設置する。

ステンレス管の肉厚は薄いほうが超音波効果が高いた
め、1mm以下とすることが好ましい。

なお、ステンレス管３の他に角形のステンレス箱を循環
装置として用いるいこともできる。いずれの循環装置で
も中に循環する汚染されたイオン交換樹脂の厚みは約20
mmとする。この理由は、循環する該イオン交換樹脂の厚
みが20mm以上あると循環が不十分になるとともに超音波
の強度が弱まり、洗浄効果が低下するためである。

ステンレス配管３は水面下になるように設置し、この時
の水位は等温波発振器表面から約200mmとするが、超音
波のパワーが最大になるように位置調整を行なうことが
好ましい。

なお、洗浄効果を高めるため、水温を約50℃に保持する
が、超音波発振器の寿命を考慮して60℃以下とする。

洗浄に先立ち、循環ポンプで循環させる場合、圧力損失
を出来るだけ少なくするため、洗浄に供される汚染され
たイオン交換樹脂量を、その２〜３倍量の脱塩水を容す
る樹脂貯槽４に入れる。

循環ポンプ５で樹脂貯槽４に入っている該イオン交換樹
脂を入口配管６を介してステンレス配管、に送り込み、
出口配管７から樹脂貯槽４に戻しながら循環させ、超音
波発振器１の最大出力で超音波を発生させて、有機物で
汚染されたイオン交換樹脂の洗浄を行なう。

なお、洗浄時間はイオン交換樹脂の汚染状況によって異
なるので、予め試験を行なって決定しておくのが好まし
い。

また、超音波洗浄によって除去された汚染物質が、再び
洗浄中のイオン交換樹脂に付着しないよのうに脱塩水を
配管８から樹脂貯槽４に入れ配管９から排出させながら
汚染水を除去する。

一方、超音波の周波数と洗浄効果の関係は、一般に周波
数が低いほど吸着物を離脱させるキャビテーション強度
が大きいといわれている。現在市販されている超音波発
振器の周波数は、24KHz,28KHzおよび48KHzの３種類が殆
どであるが、今回の洗浄では周波数の低い24KHzおよび2
8KHzの２条件で検討したが、両者とも洗浄効果は同程度
である。

超音波発振器の設置位置は、前述のように上方向照射と
するのが一般的であるが、その他下方向照射、側方向照
射としても洗浄効果は同じである。

また、超音波のパワーは当然のことながら大きいほうが
洗浄効果が上がる。一般に超音波のパワーは超音波の出
力を発振器表面積で除したパワー密度（W/cm²）で表さ
れるが、現在市販されている超音波発振器は、0.5W/cm²
および1.0W/cm²の２種類が殆どであるが、洗浄ではパワ
ー密度の高い1.0W/cm²の方が好ましい。

本発明の主たる用途は、火力発電所の復水脱塩装置に使
用しているイオン交換樹脂の洗浄であるが、工業用水の
脱塩装置および他プラントの脱塩装置に使用しているイ
オン交換樹脂への応用も可能である。

次に前記超音波洗浄装置を用いて、本発明による有機物
汚染のイオン交換樹脂の超音波洗浄回生法を実施した一
実施例について説明する。なお、以下に実施例を挙げ
て、本発明をより具体的に説明するが、これらにより、
本発明が制約されるものではない。

有機物汚染のイオン交換樹脂の洗浄に使用する超音波発
振器１は、表面積600cm²の投げ込み式（パワー密度:1.0
W/cm²、周波数:28KHz、出力1,200W）の仕様のもので、
それを水槽２に入れて、その上方に該樹脂循環用のステ
ンレス配管３（外径10mm、厚み1mm、長さ7.9m、内表面
積2,000cm²）を設置した。

洗浄に供される有機物汚染イオン交換樹脂６と脱塩水
18を樹脂貯槽４に入れて、循環ポンプ５にてステンレ
ス配管３内を循環させた。

循環は毎分600mlで行ない、超音波は定格まで出力を上
げ、水槽温度を50℃、洗浄時間を60分間の条件で超音波
洗浄を実施した。

この時の水槽内での投げ込み式超音波発振器表面からス
テンレス管上端までの水位は約160mmとした。前述の超
音波の条件及び洗浄条件を第１表にまとめて示す。

以上の洗浄条件で超音波洗浄を実施すると有機物などで
汚染されたアニオン樹脂は、再使用可能な範囲まで性能
を回生し、高純度の水質を得ることができる。

有機汚染のイオン交換樹脂の性能が、再使用可能な範囲
まで回生されたか否かの評価方法を次に示す。

前述のようにアニオン樹脂の有機物汚染は、イオン交換
速度を著しく低下させるため、陰イオンがリークして正
常な水質が得られなくなる現象であり、硫酸ナトリウム
溶液による負荷試験により判定される。

第２図は有機物汚染されたアニオン樹脂について、超音
波洗浄前後における硫酸ナトリウム溶液による負荷試験
結果を示す。試験方法は、イオン交換樹脂（アニオン樹
脂:100ml、カチオン樹脂:200ml）をイオン交換用カラム
（25φ×800mm）に入れて、硫酸および苛性ソーダで再
生して十分洗浄する。次に電気伝導率が0.5μS/cmの脱
塩水、次いで電気伝導率が５μS/cmの硫酸ナトリウム溶
液、最後に電気伝導率が20μS/cmの硫酸ナトリウム溶液
を通水して負荷をかけて、イオン交換用カラム出口の電
気伝導率を測定してイオン交換性能を測定するものであ
る。

なお、この試験方法の再生および通水の条件は実際の復
水脱塩装置で定格運転条件を模擬したものである。

第２図の負荷試験結果から、有機物汚染イオン交換樹脂
の超音波洗浄前では、５μS/cmおよび20μS/cmの硫酸ナ
トリウム溶液を通水した場合、イオン交換用カラム出口
の電気伝導率は0.17μS/cm、0.87μS/cmまで上昇し、火
力発電所の復水脱塩装置出口の水質基準値である0.15μ
S/cmを越えるため、発電プラントの運転に支障がでる。
ところが、超音波洗浄後では汚染イオン交換樹脂に付着
していた有機物および微細鉄などの汚染物質が洗浄除去
されたことから、５μS/cmおよび20μS/cmの硫酸ナトリ
ウム溶液を通水してもイオン交換用カラム出口の電気電
導率は0.07μS/cm、0.11μS/cmと殆ど上昇せず、硫酸ナ
トリウム溶液中の陰イオンである硫酸イオンは速かに水
素イオンと交換が可能となる。

したがって、復水脱塩装置出口の水質基準値である0.15
μS/cm以下を十分クリアし、有機物汚染アニオン交換樹
脂は運転可能な範囲まで回生できることが判明した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、本発明の有機物汚染のイオン交換樹脂
の超音波洗浄回生法を、水槽中に設置された循環配置中
を通して有機物汚染のイオン交換樹脂を脱塩水とともに
循環させ、超音波を照射して有機物の汚染物質を除去、
洗浄するものとしたので、従来使用不可能とされてきた
有機物汚染のイオン交換樹脂を薬品を使用することなく
安全に回生でき、回生されたイオン交換樹脂により高純
度の水質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の有機物汚染のイオン交換樹脂の超音波
洗浄回生法を実施するための超音波洗浄装置、第２図は
本発明による超音波洗浄前後におけるイオン交換樹脂の
負荷試験結果を比較する図である。 １……超音波発振器、２……水槽、 ３……ステンレス配管、４……樹脂水槽、 ５……循環ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀川 稔 新潟県北蒲原郡聖篭町東港１丁目１番地 155 東北電力株式会社東新潟火力発電所 内 (72)発明者 杉本 岳志 新潟県北蒲原郡聖篭町東港１丁目１番地 155 東北電力株式会社東新潟火力発電所 内 (72)発明者 相馬 東一 新潟県北蒲原郡聖篭町東港１丁目１番地 155 東北電力株式会社東新潟火力発電所 内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】系統水に含有される有機物の汚染物質の吸
   着で汚染された有機物汚染のイオン交換樹脂の洗浄回生
   処理にあたって、水槽中に設置された耐食性管からなる
   循環配管中を通して有機物汚染のイオン交換樹脂を脱塩
   水とともに循環させ、該イオン交換樹脂に超音波を照射
   して、有機物の汚染物質をイオン交換樹脂から除去して
   洗浄することを特徴とする有機物汚染のイオン交換樹脂
   の超音波洗浄回生法。
2. 【請求項２】前記水槽の水として温水を用いることを特
   徴とする請求項１記載の有機物汚染のイオン交換樹脂の
   超音波洗浄回生法。