JPH07323280A - 純水供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】純水貯蔵タンクへのシリカ濃度を低減して貯蔵
水を高純度化する。 【構成】純水製造装置２の下流側にシリカ除去装置６を
接続し、このシリカ除去装置６の下流側に純水貯蔵タン
ク３を接続する。シリカ除去装置６には中空糸膜モジュ
ールが組み込まれ、中空糸膜の表面には0.1μｍから10
μｍの鉄酸化物のケーキ層がプリコートされている。中
空糸膜とケーキ層により純水製造装置２から流入する液
体中のシリカを除去し、純水貯蔵タンク３内の貯蔵水の
シリカ濃度を低減する。その結果、原子力発電所内で使
用される水中のシリカ濃度を低減させ、炉水の高純度化
につながる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子力発電プラントに設
置されている原子炉圧力容器等の純水貯蔵タンクへシリ
カ濃度が低減した純水を供給し得るように構成した純水
供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば沸騰水型原子力発電プラント（以
下、ＢＷＲプラントと記す）においては図12に示したよ
うに原水タンク１からの原水をイオン交換樹脂などが充
填された純水製造装置２に流入して脱イオン化し、その
純水を例えば原子炉圧力容器等の純水貯蔵タンク３へ供
給する給水供給装置が知られている。

【０００３】純水貯蔵タンク３内の純水はポンプ４によ
り多量の純水を必要とする各装置５に送られる。原水は
海水や河川水から汲み上げて原水タンク１に貯留し不溶
解性物質を沈降して除去するが、ＢＷＲプラントではタ
ービン復水器からの復水が適用される。

【０００４】ＢＷＲプラントにおいて、純水中のシリカ
（ＳｉＯ₂ ）は材料腐食には殆ど影響がないと考えられ
ており、炉水シリカの管理目標値1000ppb はキャリオー
バーによるタービンブレードへの沈積抑制を目的に決め
られてきた。

【０００５】その管理値を満足させるためには復水脱塩
装置のアニオン交換樹脂でシリカを捕捉し、復水脱塩装
置は通薬再生で再生して廃棄物を高電導度液体廃棄物処
理系で濃縮処理するか、または原子炉冷却系の濾過脱塩
装置でシリカを捕捉し、使用済みのイオン交換樹脂を使
用済み樹脂沈降分離させて処理している。しかし、従来
の純水浄化装置ではシリカ濃度について管理されていな
かったため、シリカの濃度は高い値を示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、1991年に、
ＢＷＲ水質条件でシリカが 500ppb 存在する場合、シリ
カを含まない条件に比較して応力腐食割れ（以下ＳＣＣ
と略す）進展速度が５倍大きいとの研究報告が出され、
通常の炉水濃度でもシリカがＳＣＣに影響する可能性が
示された。

【０００７】従来の純水製造装置で炉水シリカ濃度を低
減させるためには、シリカに対するイオン交換樹脂の捕
獲容量が小さいため、短い時間でシリカブレークに至
る。したがって、炉水シリカ濃度を低く維持し、炉水を
高純度化するためには、イオン交換樹脂の再生頻度を増
加する必要があり、再生頻度が多くなればそれだけ廃棄
物の量も増加の一途をたどる。特に復水脱塩装置（Ｃ
Ｄ）の非再生運用を実施するプラントにおいては、シリ
カの炉内への持ち込みを防止しなければならない課題が
ある。

【０００８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、純水製造装置から下流側へ流出する純水中の
シリカ濃度を低減して純水貯蔵タンク内の貯蔵水を高純
度化できる純水供給装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は純水製造装置の
下流側に高分子状中空糸膜フィルタを組み込んだシリカ
除去装置を接続し、前記中空糸膜の表面に 0.1μｍから
10μｍの鉄酸化物のケーキ層をプリコートしてなること
を特徴とする。

【００１０】

【作用】シリカ除去装置を純水製造装置の下流側に設置
した場合、純水製造装置から流出した水中のシリカは中
空糸膜によって捕捉され、長期にわたり安定したシリカ
の除去が可能となる。その結果、純水貯蔵タンクへ流入
するシリカの持ち込みを低減することができ、純水貯蔵
タンクの貯蔵水の水質を高純度化し、例えば原子炉圧力
容器内への炉水を高純度に維持できる。

【００１１】

【実施例】本発明に係る純水供給装置の第１の実施例の
構成を図１に、第２の実施例の構成を図２によりブロッ
ク図で示し、第１および第２の実施例の作用効果を図３
から図９により一括して説明する。本実施例が従来例と
異なる部分は純水製造装置２と純水貯蔵タンク３との間
にシリカ除去装置６を接続したことにある。

【００１２】すなわち、第１の実施例は図１に示したよ
うに原水タンク１の下流側に純水製造装置２，シリカ除
去装置６，純水貯蔵タンク３，ポンプ４および各装置５
が順次直列接続されて構成されている。

【００１３】一方、第２の実施例は図２に示したように
第１の実施例において純水貯蔵タンク３に内部水循環配
管７を接続し、この内部水循環配管７を循環ポンプ８を
介してシリカ除去装置６の流入口側に接続している。

【００１４】つぎに、本発明の第１および第２の実施例
で使用するシリカ除去装置６の構成を図３から図５によ
り説明する。シリカ除去装置６は図３に示したように本
体胴９内に多数本の中空糸膜モジュール10が管板11に取
着され、本体胴９の上部開口と管板11の上方は上蓋12で
閉塞されている。

【００１５】本体胴９には側面に液体入口管13と逆洗水
入口管14とが接続され、下部に逆洗水出口管15が接続さ
れている。また、本体胴９の下部側面を貫通して逆洗水
バブル配管16が接続され、上蓋12にはろ液出口管17が接
続されている。

【００１６】中空糸膜モジュール10の中空糸膜18の表面
には図４に示したように中空糸膜18の小孔よりも大きく
かつ高シリカ捕捉率を持たせるために緻密で均一な 0.1
μｍから10μｍの鉄酸化物のケーキ層19がプリコートさ
れている。中空糸膜18は図５に拡大して示したように上
端ａが閉塞され内部ｂが中空で、側面には内部ｂに連通
する多数の小孔ｃが設けられたものからなっている。

【００１７】被処理水ｄは中空糸膜18の小孔ｃから内部
ｂへ流入し、内部ｂを通り上端ａからろ過水ｅとなって
流出する。ｆはクラッドで例えばシリカ、ｇはイオン
で、被処理液ｄ中のクラッドｆは小孔ｃの直径よりも大
きい場合には小孔ｃを通過せず小孔ｃより小さいイオン
ｇのみが通過してクラッドｆが除去される。すなわち、
図４に示したようにクラッドｆのシリカ20はケーキ層19
に捕獲される。

【００１８】図６は中空糸膜８の表面にプリコートされ
た鉄酸化物ケーキ層19の鉄の粒径分布を示している。図
７は図４における鉄酸化物の表面電位を示している。図
８は中空糸膜18に鉄酸化物のケーキ層19をプリコートし
た場合のケーキ層の緻密さによるシリカの捕捉率を示し
ている。

【００１９】シリカ捕捉量は鉄酸化物のケーキ層19が小
さいほど大きな値を示しているが、中空糸膜18の小孔ｃ
の孔径が 0.1μｍであるため、それより細い酸化物のケ
ーキ層10を形成することができない。そこで、シリカの
捕捉量を考慮してケーキ層19の緻密さを 0.1μｍから10
μｍに選択する。

【００２０】図９はシリカ濃度と実効全出力時間（ＥＦ
ＰＨ）との関係を示している。図９中、曲線ａはシリカ
除去装置の入口シリカ濃度を、（ｂ）は同じく出口シリ
カ濃度を示している。

【００２１】しかして、上記第１から第２の実施例にお
いて、海水や河川から汲み上げた原水を原水タンク１へ
送るか、またはタービン復水器からの復水を直接純水製
造装置２に供給して浄化したのち、この浄化水をシリカ
除去装置６へ流入する。

【００２２】浄化水はシリカ除去装置６の液体入口管13
から中空糸膜モジュール10の中空糸膜18内を通流し浄化
水中のシリカを小孔ｃにより除去して、高純度の純水と
なって純水貯蔵タンク３へとろ液出口管17から流出して
いく。

【００２３】前述したように中空糸膜18の表面には無数
の約 0.1μｍの小孔ｃを有する。処理された純水は中空
糸膜の表面から小孔ｃを通り抜けて侵入し内部ｂの中空
を流入して処理されることになる。

【００２４】純水の処理原理としては、浄化水が中空糸
膜18の表面を通り抜ける時に、浄化水中の不溶解性不純
物５つまりシリカは、中空糸膜表面の微細小孔ｃを通過
することができずに、中空糸膜18の表面に捕捉されるこ
とになる。

【００２５】原子力プラントの復水系における不溶解性
不純物の主成分は鉄酸化物（鉄クラッド）であり、ほぼ
100％に近い捕集効率で捕捉できる。この時、鉄酸化物
を種とした不純物のケーキ層が中空糸膜18の表面に生成
されることになる。

【００２６】ＢＷＲプラントの中空糸膜の状態は、既に
復水系の鉄酸化物を主とした不溶解性不純物を捕捉して
いる。実機ＢＷＲプラントにおいて、中空糸膜フィルタ
ーにより捕捉された鉄酸化物の粒径分布を図６に示す。
これにより、中空糸膜の表面に厚さ 0.1μｍ〜10μｍ程
度の鉄酸化物のケーキ層が形成されていたものと推定さ
れる。

【００２７】さらに、鉄酸化物の中空糸膜表面への付着
機構については、電気化学的効果も作用している。すな
わち、通常中性付近のｐＨでは、主な鉄酸化物の表面電
位は正になっている。これを図７に示す。

【００２８】一方、高分子化合物からなる中空糸膜表面
は、水中で負に帯電しており、鉄酸化物の付着を促進す
る方向にある。その後、さらに堆積効果により、鉄酸化
物が膜表面に蓄積していくこととなる。

【００２９】ここで、中空糸膜フィルターを復水系に設
置したある種のＢＷＲプラントにおいて、中空糸膜モジ
ュールの逆洗水中のシリカ濃度が従来プラントの検出シ
リカ濃度よりも高い濃度で検出された。この事象から、
中空糸膜モジュールは復水系のシリカを捕捉できるもの
と考えられる。

【００３０】この理由は以下のように説明される。すな
わち、シリカは、ケイ酸のような化学形態をとれば、水
中では、負に帯電しており、コロイド状のシリカも同様
と考えられる。

【００３１】従って、中空糸膜表面に前述にような正に
帯電した鉄酸化物のケーキ層が生成されていれば、中性
領域では電気化学的な影響により、シリカが鉄酸化物ケ
ーキ層に吸着されることになる。

【００３２】この他に単純にケーキ層によるシリカの遮
り効果のため、ケーキ層に捕捉される効果も相乗する。
従って、あらかじめ中空糸膜表面に、酸化鉄のケーキ層
を生成させておくことにより、中空糸膜モジュールを用
いて、効率よくシリカ除去を行うことが可能となる。

【００３３】図４に示したように鉄酸化物のケーキ層19
によりシリカ20を捕捉させ、シリカ20を捕捉した鉄酸化
物のケーキ層10を逆洗により中空糸膜18の表面から剥離
させ、廃棄物として系外へ放出することができる。

【００３４】逆洗の方法および逆洗後のプリコートの方
法を図10および図11により説明する。なお、図10はシリ
カ除去装置６に逆洗水受タンク21およびプリコートタン
ク22などの配管接続した配管系統図を示している。

【００３５】図10においてはシリカ除去装置６の逆洗水
出口管15を逆洗水受タンク21に接続し、逆洗水入口管
（図示せず）に逆洗水タンク（図示せず）を接続し、液
体入口管13にプリコートタンク22をプリコートポンプ23
および循環配管24を介して接続する。

【００３６】逆洗水出口管17に逆洗用空気入口配管25を
接続し逆洗水出口管15とプリコートタンク22とを戻り配
管26により接続する。液体入口管13と逆洗水出口管17と
の間に差圧計27を接続する。プリコートタンク22には撹
拌機28が設けられている。

【００３７】逆洗の方法を説明したものが図11（ａ），
（ｂ）で、（ａ）は加圧空気を流入した場合で、（ｂ）
はスクラビング空気を流入した場合を示している。
（ａ）に示すように加圧空気29により中空糸膜18の表面
のシリカを捕捉した鉄クラッド層を剥離させる。

【００３８】一方、（ｂ）に示したようにスクラビング
空気30によりクラッド層を外側から振動させて、中空糸
膜18の表面に捕捉されたケーキ層18を振り落とす。ま
た、その時に使用した逆洗水は浄化系沈降分離層へ輸
送、処理する。

【００３９】また、逆洗後のプリコート方法を図10によ
り説明する。まず、プリコートタンク22に水を入れ、撹
拌機28を回し、鉄酸化物の粉末をプリコートタンク22に
入れ、スラリー状になるまで撹拌を続ける。

【００４０】その後、プリコートポンプ23を起動し、中
空糸膜モジュール10に通水させ、プリコートタンク22に
戻る循環ラインを造る。循環配管24により鉄酸化物をプ
リコートし、中空糸膜18の表面に緻密なケーキ層19を再
形成させる。

【００４１】上述したように本実施例によれば海水や河
川水から汲み上げた原水１を、純水製造装置２により浄
化する。しかし、従来の純水製造装置２では、シリカ濃
度について管理されてはいなかったため、高い値を示し
ていた。

【００４２】そこで、シリカ除去装置６を純水製造装置
２の下流側に設置した場合、長期に渡り、安定したシリ
カ除去が可能で、純水貯蔵タンク３へのシリカの持ち込
みを低減することができ、その結果、炉水シリカ濃度を
低減することができる。

【００４３】また、第２の実施例にように、さらにシリ
カ除去効率を高めるために純水貯蔵タンク３内部水循環
配管７を設置し、純水貯蔵タンク内部水をシリカ除去装
置との間で循環させ、シリカ除去の効率を高める。

【００４４】つぎにシリカ除去装置３によるシリカ濃度
の低減効果の１例を説明する。図９はシリカ除去装置６
を設置後のシリカ除去装置６の入口シリカ濃度ａと、シ
リカ除去装置６の出口シリカ濃度ｂのシリカ濃度の推移
を示したものである。

【００４５】入口シリカ濃度ａが、ほぼ一定の高いシリ
カ濃度を示しているのに対し、出口シリカ濃度ｂは、長
期間に渡り安定した低シリカ濃度を示し、シリカ除去装
置６の安定したシリカ除去性能を示した。また、ＢＷＲ
プラントにおいて、この時点でシリカを除去することに
より、放射化された廃棄物量を低減することが可能であ
る。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、シリカ除去装置を設置
することにより、純水貯蔵タンクへのシリカの持ち込み
を低減させることができる。これにより、炉水水質を高
純度に維持できる。炉水水質を高純度に維持できること
は原子炉圧力容器および炉内構成材に対する腐食抑制に
効果があり、プラントの信頼性向上をもたらすことにな
りその効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る純水供給装置の第１の実施例を示
すブロック図。

【図２】本発明に係る純水供給装置の第２の実施例を示
すブロック図。

【図３】図１および図２におけるシリカ除去装置を示す
縦断面図。

【図４】図３における中空糸膜モジュールを部分的に拡
大して示す縦断面図。

【図５】図３における中空糸膜の作用を説明するための
部分断面図。

【図６】図４において中空糸膜にプリコートされた鉄酸
化物の粒径分布図。

【図７】図４における鉄酸化物の表面電位を示す表図。

【図８】図４において中空糸膜に捕捉されたシリカと鉄
酸化物との関係を示す曲線図。

【図９】図４において、シリカ濃度と実効全出力時間と
の関係を示す曲線図。

【図１０】図３におけるシリカ除去装置の鉄酸化物のブ
リコート方法を説明するための系統図。

【図１１】（ａ）は図４において加圧空気を流入した場
合の概念図、（ｂ）はスクラビング空気を流入した場合
の概念図。

【図１２】従来の純水供給装置を示すブロック図。

【符号の説明】

１…原水タンク、２…純水製造タンク、３…純水貯蔵タ
ンク、４…ポンプ、５…各装置、６…シリカ除去装置、
７…内部水循環配管、８…循環ポンプ、９…本体胴、10
…中空糸膜モジュール、11…管板、12…上蓋、13…液体
入口管、14…逆洗水入口管、15…逆洗水出口管、16…逆
洗水バブル配管、17…ろ液出口管、18…中空糸膜、19…
ケーキ層、20…シリカ、21…逆洗水タンク、22…プリコ
ートタンク、23…プリコートポンプ、24…循環配管、25
…逆洗用空気入口配管、26…戻り配管、27…差圧計、28
…撹拌機、29…加圧空気、30…スクラビング空気。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 規行 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 純水製造装置の下流側にシリカ除去装置
   が接続され、前記シリカ除去装置は多数本の中空糸膜モ
   ジュールが組み込まれ、かつ前記中空糸膜の表面に 0.1
   μｍから10μｍの鉄酸化物のケーキ層がプリコートされ
   てなることを特徴とする純水供給装置。
2. 【請求項２】 前記シリカ除去装置の下流側に純水貯蔵
   タンクが接続されてなることを特徴とする請求項１記載
   の純水供給装置。
3. 【請求項３】 前記純水貯蔵タンクに内部水循環配管を
   接続し、この内部水循環配管を前記シリカ除去装置の流
   入口側に接続してなることを特徴とする請求項１記載の
   純水供給装置。
4. 【請求項４】 前記純水貯蔵タンクは沸騰水型原子炉用
   原子炉圧力容器からなることを特徴とする請求項２ない
   し３記載の純水供給装置。