JPH0743365B2 - 水処理装置の性能診断装置 - Google Patents

水処理装置の性能診断装置

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JPH0743365B2
JPH0743365B2 JP1075969A JP7596989A JPH0743365B2 JP H0743365 B2 JPH0743365 B2 JP H0743365B2 JP 1075969 A JP1075969 A JP 1075969A JP 7596989 A JP7596989 A JP 7596989A JP H0743365 B2 JPH0743365 B2 JP H0743365B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子力発電等の火力発電プラントの復水浄化
系に用いられるイオン交換型水処理装置に係り、特に処
理水質の把握と、再生または交換時期の把握に好適な、
水処理装置性能診断装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、イオン交換媒体として一般化しているイオン交換
樹脂を用いた水処理装置の処理能力を測定する方法とし
て、実機を模擬した樹脂充填高さを有するカラムに、適
当な濃度のイオン負荷を連続的に与え、出口水質を導電
率でモニターし、処理水質が悪化するまでの時間と、そ
れまでの積算イオン負荷から処理能力を求める方法が取
られて来た。しかし、単位量当りの性能から、全体の処
理能力を推定する公知例は、見あたらない。
〔発明が解決しようとする課題) 上記従来技術は、過渡的な、すなわち実機のイオン負荷
が比較的短い時間で変化する場合、濃度変化に対応でき
る等の性能評価に対する配慮がされておらず、したがっ
て処理能力を使い切った場合における出口水の性状につ
いて予測できないという問題かあった。従来技術におい
ては、設計負荷量に対し、充分に余裕を持って再生処理
するという対策を取っていたため、特に過渡的な性能を
把握する実運用上の必要性は生じなかったが、反面必要
以上に再生を繰り返すため、廃棄物処理費、再生薬品購
入費、再生操作のための人件費等、経済的な面で負担が
大きくなっていた。
本発明の目的は、適切な時期にイオン交換媒体の再生ま
たは交換実施の判断が可能となるような、水処理装置の
性能診断装置を提供することにより、水処理装置の性能
評価の高度化と、運転コストの低減を図ることにある。
〔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は、イオン交換樹脂を
イオン交換媒体に用いた混床式の水処理装置の性能診断
装置において、前記イオン交換媒体から試料として陽イ
オン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを分離採取し、これ
ら採取した陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂の
それぞれの試料について、入口と出口のイオン濃度の差
に基づいて、これら2種類の試料の単位厚さ当たりのイ
オン交換能力を分析して前記イオン交換媒体のイオン交
換能力を測定する自動分析手段と、該測定データに基づ
いて実機に用いる前記イオン交換媒体の全体の量におけ
る水処理性能を解析するデータ処理手段とを具備したこ
とを特徴とするものである。
また、前記自動分析手段は、塩化ナトリウム濃度1ppmな
いし1000ppmの範囲の適当な濃度のイオンを含む水を通
水することによる前記試料のイオン濃度変化に基づい
て、前記イオン交換媒体のイオン交換能力を測定するも
のである。また、前記自動分析手段は、供試塩化ナトリ
ウム溶液の温度を任意に設定保持し、該溶液の流量を任
意に設定可能なものである。
また、前記データ処理手段は、前記自動分析手段による
測定データからイオン交換樹脂の一定量あたりの性能の
温度依存性および通水流速依存性を求め、前記温度依存
性および通水流速依存性に基づいて、前記水処理装置の
使用条件における装置全体の性能を推定することによ
り、該水処理装置の処理水質及び運転可能時間を予測す
るものである。また、前記データ処理手段は、前記水処
理装置のイオン負荷が比較的短時間で変化する場合のイ
オン負荷上昇に対する処理水質及び運転可能時間を予測
するものである。
〔作用〕
上記構成によれば、陽イオン交換樹脂および陰イオン交
換樹脂を分離採取することにより、性能の異なる樹脂各
々の単位厚さ当たりの温度依存性、流速依存性等の条件
毎の性能を測定することができ、実際の使用条件が変化
した場合の性能評価が可能となり、使用中のイオン交換
媒体の水処理性能を短時間に診断可能となる。
また、塩化ナトリウムによるイオン負荷を与えることに
よって、導電率変化あるいはイオン濃度変化からイオン
交換能力を自動分析することができ、供試溶液の温度、
流量を任意に設定できるのできわめて容易に分析するこ
とができる。これに実際の使用条件のデータを加えるこ
とによって、特に実機のイオン負荷が比較的短時間に変
化する急激なイオン濃度上昇の変化に対応して処理水質
及び運転可能時間を予測できるので、実機に使用中のイ
オン交換媒体の再生又は交換頻度を最適化することがで
きる。さらに、従来実施していたような長時間の試験を
必要とせず、しかも、任意の条件における水処理装置の
処理性能及び連続運転可能時間を迅速に求めることがで
きる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。本装
置は、供試液容器1、接続配管2、送液ポンプ3、流量
調整弁4、流量計5、導電率計温度計6、供試イオン交
換媒体容器7、データ処理装置8、及び外部データ入力
装置9からなる。
供試液容器1に1ないし1000ppmの塩化ナトリウム溶液
を入れ、接続配管2を通して送液ポンプ3により、流量
調整弁4と流量計5で流量を調整しながら、供試イオン
交換媒体容器7に供試液を送る。
供試イオン交換媒体容器7には、測定しようとするイオ
ン交換媒体を入れておき、その時のイオン交換媒体層高
さを供試イオン交換媒体の単位処理高さとし、その時の
供試イオン交換媒体容器7の入口と出口の導電率及び温
度を導電率計温度計6により測定し、そのデータをデー
タ処理装置7に入力することにより、任意の温度及び流
速における供試イオン交換媒体のイオン交換能力を測定
し、その他必要データを外部データ入出力装置9に入力
することにより、任意の規模の水処理装置の処理水質を
算出する。
ここで、本実施例によるイオン交換媒体のイオン除去に
関する自動分析及びデータ処理の作用原理について詳細
に説明する。
イオン交換媒体の単位処理高さ当りの脱塩率αを とし、これを処理段数当りの脱塩率と定義すると、イオ
ン交換媒体層出口のイオン濃度は下式により推定するこ
とができる。
C=Co・(1−α) ……(1) 但し、C:イオン交換媒体層出口濃度(単位任意) Co:イオン交換媒体層入口濃度(単位任意) したがって、イオン交換媒体の一部を採取し単位処理高
さ当りの脱塩率を求める装置と、このデータを処理する
装置を組み合わせることにより、任意の負荷条件におけ
る処理水質を把握することが可能となる。
また処理可能時間の算出に必要となるイオン交換媒体残
留イオン交換量は、上記のCo及びC=Coに達するまでの
通水量とその間の平均脱塩率により下式により求めるこ
とができる。
Rh=Co・・f/V ……(2) 但し、Rh:イオン交換媒体残留イオン交換容量。
:C=Coに達するまでの平均脱塩率。
f:C=Coに達するまでの積分通水量。
V:供試イオン交換媒体量。
この残留イオン交換量と、(1)式におけるCを、水処
理装置の入口における任意の条件における必要処理水質
と規定して算出される必要処理段数と実処理段数の差か
ら、その条件における動的なイオン交換容量(通常、貫
流イオン交換容量と呼ばれる)が求まる。
この貫流イオン交換容量と、その算出条件である入口水
質条件から、その条件における、その水処理装置の運転
可能時間を算出できる。
イオン交換媒体の単位処理高さ当りの脱塩率は、供試イ
オン交換媒体層入口出口の目的イオン濃度変化率を、そ
の導電率変化率から下式によって求めることができる。
但し、S:イオン交換媒体層出口導電率(μS/cm) So:イオン交換媒体層入口導電率(μS/cm) St:イオン交換媒体試料が陰イオン交換媒体であるとき
は、負荷した陰イオンが全てOH-イオンに置きかわった
場合の理論導電率。陽イオン交換媒体であるときは、全
てH+イオンに置きかわった時の理論導電率。
尚、上記αは、イオン交換媒体のイオン交換速度により
決定されるため、イオン交換媒体試料に負荷する供試液
の通水流速及び温度に影響され、したがって、実際の装
置に合わせて測定する必要があるが、近似的には、第2
図及び第3図に示すような、実験的に求めたイオン交換
媒体の脱塩率の流速依存性のデータ、及び第4図と第5
図に示すような温度依存性データによって補正し、任意
の通水流速及び温度における値を得ることができる。
(3)式において、Stは、下記イオン交換反応により、
供試液中の中性塩が酸、又はアルカリに変化することか
ら、中性塩の構成成分である陽イオン又は陰イオンと、
H+イオン、OH-イオンの当量導電率の差により、入口導
電率より高くなる。また(2)式中のSは、同様に一部
が酸、又はアルカリに変化し、入口導電率より高くなっ
た結果である。
(陰イオン交換媒体の場合の反応) R−OH-+Na+Cl-→R−Cl-+Na+OH-R−OH-:OH-イオンを
有する陰イオン交換媒体。
(陽イオン交換媒体の場合の反応) R−H++Na+Cl-→R−Na++H+Cl-R−H+:H+イオンを有す
る陽イオン交換媒体。
つまり(3)式中のStは、Sの極限値に等しくなること
から、S−SoとSt−Soの比は、イオン交換媒体試料の反
応効率となり、前出の脱塩率の値と等しくなる。
また、このイオン交換媒体の静的な交換容量の値は、S
=Soに達するまでの負荷量から算出することができる。
以上により求めた数値から、以下の手法によって各入口
水質条件における水処理装置の運転可能時間を求めるこ
とができる。
前出(1)式より、 C=Co(1−α) ……(1) C/Co=(1−α) ……(4) ここでCを、水処理装置の必要処理水質(濃度)値とし
て与えれば、(4)式より、必要処理段数は Z=ln(C/Co)/ln(1−α) ……(5) となる。
したがって、水処理装置の設計条件として与えられる全
処理段数をHとすれば、H−Zは、その入口水質条件に
おける余裕量となる。この余裕分の交換容量を全て消費
した時点で、この水処理装置の出口水質は、必要処理水
質に達することになる。この余裕分の容量は、イオン交
換媒体の静的な交換容量の値に等しい。この値をQとす
れば、 Rh:イオン交換媒体の静的な交換容量 V:水処理装置のイオン交換媒体量 となる。
したがって、このQの容量と、水処理装置入口濃度Coと
単位時間当りの処理水量(設計値)fから、水処理装置
の連続運転可能時間Tを下式により求めることができ
る。
T=Q/Co・f ……(7) 以上の(4)〜(7)式による解析において、Coを任意
の範囲で繰り返すことにより、入口水質条件毎の水処理
装置の連続運転可能時間を求めることができる。
これを沸騰水型原子力プラント(以下BWRという)の重
要水処理装置である復水脱塩装置(以下CDという)に応
用すると、CoはCD入口水質、Cは出口水質と考えられ
る。BWRの運転においては、原子炉水の水質を基準値内
に保つことが必要であるが、原子炉水の水質は、プラン
トの運転状態と上記Cの値で決定される。したがって、
原子炉水水質を基準値に保つために必要なCD出口水質C
は下式により求まる。
但し CR:原子炉水水質基準 FC:原子炉冷却材浄化系流量 Ff:原子炉給水流量 DF:原子炉冷却材浄化系の除去係数 BWRの場合、CD出口水質をC以下に保つことが水質面に
おける運転可能条件であることから、(8)式により求
めたCと、(4)〜(7)式の解析を実施することによ
り、任意の条件におけるBWRプラントの連続運転可能時
間を求めることができる。
このように本実施例によれば、従来実施していたよう
な、長時間の試験を必要とせず、しかも、任意の条件に
おける水処理装置の処理性能及び連続運転可能時間が迅
速に求められる効果がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来の方式では容易に求めることので
きなかったあらゆる運転条件下における水処理装置の運
転性能を、短時間に予測することが可能となるため、水
処理装置に使用しているイオン交換媒体の再生又は交換
の頻度を最適化することができるので、その水処理装置
の運転コストを最低限に抑えることができ、また二次廃
棄物の発生量も最少にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成図、第2図及び第3図
は実験的に求めたデータ解析時に使用するイオン交換媒
体の脱塩率の流速依存性のデータ、第4図及び第5図は
その温度依存性のデータの測定例である。 1……任意の温度に設定可能な温度調整機能を有する供
試液容器。 6……イオン交換媒体試料の性能を測定するために設け
た導電率計及び温度計。 7……イオン交換媒体試料容器。 8……データ処理機能を有するデータ処理装置。 9……データの入出力を行なう外部データ入出力装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大角 克巳 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 水庭 文雄 茨城県日立市弁天町3丁目10番2号 日立 協和工業株式会社内 (72)発明者 木名瀬 敦 茨城県日立市弁天町3丁目10番2号 日立 協和工業株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオン交換樹脂をイオン交換媒体に用いた
    混床式の水処理装置の性能診断装置において、前記イオ
    ン交換媒体から試料として陽イオン交換樹脂と陰イオン
    交換樹脂とを分離採取し、これら採取した陽イオン交換
    樹脂および陰イオン交換樹脂のそれぞれの試料につい
    て、入口と出口のイオン濃度の差に基づいて、これら2
    種類の試料の単位厚さ当たりのイオン交換能力を分析し
    て前記イオン交換媒体のイオン交換能力を測定する自動
    分析手段と、該測定データに基づいて実機に用いる前記
    イオン交換媒体の全体の量における水処理性能を解析す
    るデータ処理手段とを具備したことを特徴とする水処理
    装置の性能診断装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の性能診断装置において、前
    記自動分析手段は、塩化ナトリウム濃度1ppmないし1000
    ppmの範囲の適当な濃度のイオンを含む水を通水するこ
    とによる前記試料のイオン濃度変化に基づいて、前記イ
    オン交換媒体のイオン交換能力を測定するものである水
    処理装置の性能診断装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載の性能診断装置におい
    て、前記自動分析手段は、供試塩化ナトリウム溶液の温
    度を任意に設定保持し、該溶液の流量を任意に設定可能
    なものである水処理装置の性能診断装置。
  4. 【請求項4】請求項1ないし3のうちのいずれかに記載
    の性能診断装置において、前記データ処理手段は、前記
    自動分析手段による測定データからイオン交換樹脂の一
    定量あたりの性能の温度依存性および通水流速依存性を
    求め、前記温度依存性および通水流速依存性に基づい
    て、前記水処理装置の使用条件における装置全体の性能
    を推定することにより、該水処理装置の処理水質及び運
    転可能時間を予測するものである水処理装置の性能診断
    装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載の性能診断装置において、前
    記データ処理手段は、前記水処理装置のイオン負荷が比
    較的短時間で変化する場合のイオン負荷上昇に対する処
    理水質及び運転可能時間を予測するものである水処理装
    置の性能診断装置。
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