JPS59162990A

JPS59162990A - 混床式「ろ」過脱塩方法

Info

Publication number: JPS59162990A
Application number: JP3661783A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hagiwara; 正弘萩原; Yasushi Isayama; 諌山　保志; Yukio Ikeda; 幸雄池田; Takao Ino; 隆夫猪野
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1983-03-08
Filing date: 1983-03-08
Publication date: 1984-09-13
Also published as: JPH0230314B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は混床式濾過脱塩方法に関し、特に異なる粒径の
陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とを混合してなる
混床式ｒ過脱塩方法に関する。

ＢＷＲ型原子力発電所では反応炉の内部を常に清浄な状
態に維持しなければならないので、復水器から炉心へ流
入する復水を復水脱塩塔によって浄化処理し、高度に浄
化したのち炉心への冷却水として利用している。

この復水脱塩塔は陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂
とが混合して充填された所謂混床式脱塩塔であって復水
中のイオン成分と懸濁固形成分（クラッドと通称される
。）とをイオン交換及び吸着によって分離し復水を浄化
するものである。

そして陰イオン交換体と陽イオン交換体とを混合して混
床を形成する方法としては、■陰イオン交換体及び陽イ
オン交換体ともにビーズ状のイオン交換樹脂（粒径７０
０μｍ以−ヒ）を用いる方法、■陰イオン交換体及び陽
イオン交換体ともに微細な粉末状のイオン交換樹脂（粒
径２００〜４００メツシユ）を用いる方法、■陰イオン
交換体及び陽イオン交換体のいずれか一方を微細なイオ
ン交換繊維とし他方を粉末状のイオン交換体とする方法
等が提案されていた。

復水からイオン成分及びクラッドの分離効果の点からみ
れば後二者の粉末イオン交換樹脂同士或いは粉末イオン
交換樹脂と微細なイオン交換繊維との組合せによる混床
の方が小さ々設備で高度に浄化できる利点がある。然し
乍ら、この後二者の方法ではクラッドの蓄積によって通
液抵抗が著しく高くなったり或いはイオン交換体の交換
能力が低下した場合におけるイオン交換体の再生方法が
ないことから、その全量を廃棄しなければならず必ずし
も全ての面において有利な方法とは云えないものであっ
た。

他方前者の粒状イオン交換樹脂を用いる方法にあっては
従来からその再生方法は確立されてはいるが、原子力発
電所の冷却水に要求される水質があまりにも高純度であ
るが故にそのイオン交換反応の速度はイオン交換樹脂面
における境膜拡散に支配されることとなり、又、クラッ
ドの分離能はイオン交換樹脂層の表面沢過或いはイオン
交換樹脂の吸着によって支配されることがら粒径が大き
く単位容積当りの表面積が小さい分だけそのイオン交換
能力及びクラッド分離能力は粉末イオン交換樹脂或いは
微細なイオン交換繊維を用いる方法に比べて低くならざ
るを得なかった。

さらに、従来の混床法におけるイオン交換樹脂の再生に
ついて述べれば、混床の下方から上方に向って水を供給
し、イオン交換樹脂層全体を流動化せしめ流動層のもつ
比重差分離作用に基づいて同一粒径の陰・陽イオン交換
樹脂の相互の比重差を利用して比重が小さい方のイオン
交換樹脂を上方に、そして他方のイオン交換樹脂を下方
にと分離し、その後陰・陽イオン交換樹脂を別のタンク
に移送し陰イオン交換樹脂に対してはＮａＯＨ水溶液で
再生処理し、陽イオン交換樹脂に対しては希硫酸で再生
処理しその後適宜水洗してから、相互に混合すると云う
ものであったが、この再生処理を可能とならしめるには
混床中の陰イオン交換体と陽イオン交換体とを相互に分
離する経済的な分離手段が存在することが必須の条件で
あった。

即ち、混合樹脂を陰・陽イオン交換樹脂の真比重の中間
的な比重をも、食塩水溶液で相互に比重差分離するよう
な合理的でない手段によらずに分離する手段である。

例えば一般的なビーズ状のイオン交換樹脂からなる混床
法における陰・陽イオン交換樹脂の分離についてみると
、先ず、その普遍的な粒度分布は第１図に示されるよう
なものであって、これを対数正規確率紙上にプロットす
ると第２図のものとなる。この第２図のたて軸はふるい
上の残留分累計であって、横軸は粒径の対数目盛である
。

また実用上、この樹脂の粒度を表わす手法としては、残
留分の多い順の三つの目開き、即ち第２図中の７１０μ
ｍ、５９０μｍ及び８４０μｍの３点から最小二乗法に
よって得られる直線りを決定する手法が一般的であり、
この手法によれば第１図及び第２図に示される樹脂の幾
何標準偏差（σ）は直線りが、第２図のたて軸目盛で１
５．９％の値と交差する点Ｐ！の粒径Ｄｓが９００μｍ
であり、同じく中央値である５０％の値と交差する点Ｐ
２の粒径が７２０μｍであることから、となる。

このような粒度分布をもつ陰・陽イオン交換樹脂の混合
物に対し下方から水を通し、陰イオン交換樹脂の密度（
一般には１．０７　ｆ／ｌ：ｄｉ　）と陽イオン交換樹
脂の密度（一般には１．２８　ｒ／ｉ）との差に由来す
る両者の水中での終末速度の差によって、だとえ同一粒
径であっても密度の小なる陰イオン交換樹脂を上方へ、
又、密度の大なる陽イオン交換樹脂を下方へと相互に分
離するものである。

ちなみに、樹脂の粒径を７００μｍとした場合の３０℃
の水中における陰イオン交換樹脂の終末速度は１６〜優
であり、陽イオン交換樹脂の終末速度は３．９　ｃｍ／
ｓｅｃとなる。

然しなから、従来の粒状イオン交換樹脂による混床法で
は単に陰・陽イオン交換樹脂の比重差だけに起因する終
末速度の差だけを利用するものであって、陰・陽イオン
交換樹脂の粒径が小さくなった場合は陽イオン交換樹脂
層の上部と陰イオン交換樹脂層の下部とにおいて双方の
イオン交換樹脂の混合層が形成され、この混合層は長時
間の通水を行っても絶対に消失せしめることができない
ものであった。

本発明者はとのような現状に鑑み鋭意研究を重ね、本発
明に想到したものであって、本発明は復水の脱塩操作に
おいてイオン交換速度が大きく、しかもクラッドの分離
能力が大きい混床式沢過脱塩方法を提供することを目的
とし、さらにはイオン交換体を再生利用することが可能
な混床式沢逸脱塩方法を提供するものであり、加うるに
復水の濾過脱塩装置をより小さくすることができる沢過
脱塩方法を提供せんとするものである。

本発明の温床弐沢過脱塩方法は、粒状の陰イオン交換樹
脂及び陽イオン交換樹脂からなる混床によって沢過脱塩
する方法において、陰イオン交換樹脂の粒兜分布の中央値を４２０〜６００
μｍの範囲とし、且陽イオン交換樹脂の粒度分布の中央
値を５００〜７００μｍの範囲とし、さらに前者の前記
中央値を後者よりも小ならしめる第１の手段、陰・陽イオン交換樹脂を各々個別に、ふるいの目開きが
１１９０μｍ、１．０００μｍ　、　８４０μｍ、７１
０μｍ。

５９０μｍ、５００μｍ、４２０μｍ、３５０μｍ及び
２９７μｍのふるいによって順次篩分し、その残留分累
計を対数正規確率紙にプロットし、さらに、残留分の多
い三つの目開きに対応するプロットから最小二乗法によ
って得られる直線の幾何標準偏差を、１，３以下　７− となす第２の手段、陰・陽イオン交換樹脂のそれぞれについて、所定の粒径
範囲の樹脂を除去する第３の手段、のうち任意の一つの
手段若しくは任意の二つ以上の手段の組合せによって、
混床を逆洗分離した際の陰・陽イオン交換樹脂の分離面
の上方及び下方にそれぞれ混入している微量樹脂の割合
が全イオン交換樹脂量に対し５チ（体積）以下となるべ
く混床を形成することを特徴とする再生可能な混床式ｒ
過脱塩方法である。

即ち第３図において分離面Ｂを境として陽イオン交換樹
脂側に混入している陰イオン交換樹脂量及び陰イオン交
換樹脂側に混入している陽イオン交換樹脂量の和を全樹
脂量に対して所定の割合以下とする。

本発明においては従来の再生可能な混床法に比較し、陰
・陽イオン交換樹脂の粒径が小さくなっているのでｐ過
脱塩操作に際し、より高純度の水を得ることができ、さ
らに、より多量のクラッドを吸着分離することができ、
加うるに、従来方法　８− ではとうてい分離できない粒径範囲のイオン交換樹脂で
あっても容易に分離することができるものである。

以下、本発明を従来技術と対比して述べれば、第３図は
陽イオン交換樹脂として、密度が１．２８　Ｓ’肩のも
のを、又、陰イオン交換樹脂として密度を１．０７ｔ／
ｌｔ／ｌのものを用いイオン交換樹脂の粒径分布は全て
対数正規分布をするものと仮定した場合の３０℃の水中
におけるイオン交換樹脂の終末速度の分布を表わしたも
のである。まだ曲線■〜■に対応するイオン交換樹脂の
中央値及び幾何標準偏差は第１表の通りである。

第　　１　　表曲線■及び曲線■は従来の混床法における樹脂の組合せ
であシ、斜線部Ａにおいて陰・陽イオン交換樹脂が相互
に無視できない程度の割合で混合している。しかし、粒
径がある程度大きければ、その密度差だけで相互に分離
することは可能であり、この曲線Ｉ及び■の組合せにお
いてはＢの位置から陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹
脂とを分離していた。

曲線■及び■の組合せは、前記曲線Ｉ及び■をそのまま
、グラフ上で左へ平行移動させたものとなるが、第３図
における横軸の終末速度は対数目盛となっているので陰
イオン交換樹脂■と陽イオン交換樹脂■との分離領域は
より狭いものとなシ、塔内における僅かな流速の乱れに
よって著しく分離能が阻害され実用上陰イオン交換樹脂
と陽イオン交換樹脂とを分離できないものである。他方
、本発明の組合せである曲線■と■との組合せにおいて
は、陰イオン交換樹脂■の粒径の中央値が陽イオン交換
樹脂のそれよりも小であるため陰イオン交換樹脂と陽イ
オン交換樹脂との混合している割合が小さくなり、よっ
て前述の曲線■−■の組合せよりも飛躍的に分離が容易
となり、粒径が小さくなることによって分離能が低下す
る分を補い従来の方法と同等の樹脂の分離を達成できる
こととなる。

両樹脂の中央値の差は５０μｍ以上あることが好ましく
、１００μｍ以上あることが一層好ましい。

前述の第３図から明らかなように陰・陽イオン交換樹脂
の分離は各々の樹脂の粒度分布によっても影響を受ける
ものであって、発明者の実測では、はとんど全ての粒状
イオン交換樹脂の粒度分布は樹脂を湿潤状態のもとて１
１９０μｍ、１０００μｍ、８４０μｍ。

７１０μｍ、５９０μｍ、５００μｍ、４２０μｍ、３
５０μｍ、２９７μｍの目開きのふるいで順次篩分した
場合のふるい上の残留分累計を対数正規確率紙上にプロ
ットするとほぼ直線となる傾向にあり、しかも残留分の
多い順の三つの目開きＫついて、その対応するプロット
から最小二乗法によって得られる直線は母集団である樹
脂の粒度分布をほぼ適確に示すものであって、実用上非
常に有用な手法であった。

そして、その直線から得られる幾何標準偏差（σ）が、
１．３　をこえる値では樹脂の分離が不良と々す、好ま
しくない。

例えば第４図は幾何標準偏差を種々変化させた場合の終
末速度の分布を示したものであり、曲線■〜Ｘは、各々
第２表の■〜Ｘの樹脂に対応するものである。

第　　２　　表第４図は陰・陽イオン交換樹脂の粒径が中央値で全て５
５０μｍであるが、たとえ同一粒径（中央値）であって
も幾何標準偏差が１．２３未満であるならば、陰・陽イ
オン交換樹脂の効果的な分離は可能となる。

勿論、イオン交換樹脂のこの幾何標準偏差（シグマ）が
１．１５未満であるならばより完全な分離が可能となり
、さらに陰・陽イオン交換樹脂の粒径（中央値）に差を
つけることによって陰・陽イオン交換樹脂の分離操作は
容易性を増し且確実なものとなる。

本発明の目的を達成するうえで可能な手段としては前記
の方法以外にイオン交換樹脂を篩分等によってその特定
粒径範囲のものを除外することも可能である。即ち、前
記第３図において斜線部Ａに相当する陰・陽イオン交換
樹脂の水中における終末速度が等しくなる部分の一方式
いは双方のイオン交換樹脂を予め篩分等の手段で分離し
たものを混合して用いることである。

さらに、比重が小さく、分離操作の際に上側に層をなす
陰イオン交換樹脂についてはキャリーオーバーを防止す
る目的から例えば４２０μｍ以下の微粒成分を篩分して
除去するのが望ましい。この分級による予め特定範囲の
粒径のイオン交換樹脂を除去する方法にも種々のものが
あり、第５図は第３表列・■の樹脂をそれぞれ４２０μ
ｍ以下の微粒成分を篩分し除去したものであって陰・陽
イオン交換樹脂がほぼ完全に分離できることが判る。

まだ第６図は第３表Ｗ−Ｗの樹脂のそれぞれ４２０μｍ
以下のものを篩分し除去したものであって、篩分によっ
て除去される樹脂量（図中非斜線部）が第５図のものよ
りも少なくなっている。

第　　３　　表ところで、本発明の前記第１の手段について、さらに述
べれば、異なる粒度分布の陰又は陽イオン交換樹脂同士
を相互に混合して、その中央値が前記の所定の範囲とな
るように調整することもできる。

即ち、比較的粒径が大きいイオン交換樹脂とよ抄微細な
粒度分布をもつイオン交換樹脂とを任意の比率で混合し
、その混合したものの粒度分布の中央値が、陰イオン交
換樹脂にあっては４２０〜６００μｍ１陽イオン交換樹
脂にあっては５００〜７００μｍの範囲となるようにし
、且つ陰・陽イオン交換樹脂を混合した場合の混床を逆
洗分離した際の相互の混入の割合を５チ（体積）以下と
することである。

例えば第７図において、ｔは粒度分布の中央値が７２０
μｍで幾何標準偏差が１．３１で表わされる通常の陰イ
オン交換樹脂を示し、ｍは粒度分布の中央値が５５０μ
ｍで幾何標準偏差が１．２０の細粒化された隘イオン交
換樹脂を示し、さらにｎは、樹脂ｔと樹脂ｍとを１＝３
の比率で混合した場合に得られる樹脂群の粒度分布を示
すものであるが、その中央値は５８０μｍとなり、前記
本発明の第１の手段におけるイオン交換樹脂の調整方法
として用いることができる。この粒度分布の異なる陰又
は陽イオン交換樹脂同士を混合する手段は比較的製造が
容易で安価な大粒径の樹脂をも有効に活用できる点で経
済的に有利となる。

１５− 上述したようにイオン交換樹脂を再生利用する温床式ｒ
過脱塩方法においてイオン交換反応速度を太きくシ、且
つクラッドの吸着量を大きくし、さらに陰・陽イオン交
換樹脂の分離を容易と表す本発明は、次の三つの手段の
いずれか一つによって、好ましくは相互の組合せによっ
て実現されるものである。

先ず、第１の手段としては陰イオン交換樹脂の粒度分布
の中央値を４２０〜６００μｍの範囲とし、かつ陽イオ
ン交換樹脂の粒度分布の中央値を５００〜７００μｍと
し、さらに前者の前記中央値を後者よシも小ならしめる
ことである。この場合両樹脂の中央値の差は５０μｍ以
上あるととが好ましく、１００μｍ以上あることが一層
好ましい。

また、粒度分布が異なる陰または陽イオン交換樹脂同士
を任意の割合で混合して、上述の条件に合致した陰また
は陽イオン交換樹脂を調整することも可能である。

さらに第２の手段は陰・陽イオン交換樹脂の幾何標準偏
差を小さくすることであり、その具体的１６− な手法としては陰・陽イオン交換樹脂を各々個別にふる
いの目開きが１１９０μｍ、　１０００μｍ、　８４０
μｍ、７１０μｍ　、　５９０μｍ、５００μｍ、４２
０μｍ、３５０μｍ及び２９７μｍのふるいによって順
次篩分し、その残留分累計を対数正規確率紙上にプロッ
トし、さらに、残留分の多い三つの目開きに対応するプ
ロットから最小二乗法によって得られる直線の幾何標準
偏差を１．３以下となす仁とである。ここで幾何標準偏
差が１．３をこえる値では分離が不良となり好ましくは
なく、従って好ましくは１．２３以下とするのがよ＜、
１．１３以下であるならば同一の粒度分布をもつ微細な
樹脂同士であっても陰・陽イオン交換樹脂の密度差によ
って逆洗分離が可能となる。

また、第３の手段としては特定範囲の粒径を予め分級し
除去しておくことであり、特に密度の小さい陰イオン交
換樹脂（アニオン）Ｋついては３５０μｍ以下の成分を
予め除去することはキャリーオーバーの防止のためには
重要なことである。

さらに本発明においては以上の第１ないし、第３の手段
の任意の一つの手段又は任意の二つ以上の手段の組合せ
によって、混床を逆洗分離した際の陰・陽イオン交換樹
脂の分離面の上方及び下方にそれぞれ混入している微量
樹脂の割合が全イオン交換樹脂量に対して５チ（体積）
以下となるべく混床を形成することを必須とする。

所定の割合としては５％が好−！ｒしく、２％が一層好
ましい。これにより確実に分離が行なえ、分離作業に要
する時間も短縮できる。

本発明に基づく前記第６図の陰・陽イオン交換樹脂の組
合せと、従来例である第３図の■及び■の陰・陽イオン
交換樹脂の組合せとで各々９００ｍｍの充填層高でクラ
ッドの濃度１０　ｐｐｂの水のｒ過脱塩を行ったところ
、混床出口ておけるクラッドの濃度は後者が２　ｐｐｂ
であるのに対し、前者即ち本発明の実施例においては１
　ｐｐｂとなり極めて高純度の水を得ることができた。

しかも陰・陽イオン交換樹脂の粒径が小さくなることに
よるｆ過抵抗の増加は僅かに３５チであった。さらにこ
の混床を逆洗分離したところ従来例とほぼ等しい時間で
陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂とが分離できた。

本発明は、従来の混床式沢過脱塩方法における陰・陽イ
オン交換樹脂の粒径を、さらに小さくすることができ、
又その分離操作も確実にできるのでよシ高純度の水を得
ることができ、さらにはｒ過脱塩層高をよシ低くできる
ので実用上極めて有利な方法と云える。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なイオン交換樹脂の粒度分布の実測値で
あり、第２図は第１図を対数正規確率紙上にプロットし
たものであり、第３図はさまざま々イオン交換樹脂の終
末速度の分布を表わし、第４図はイオン交換樹脂の粒径
の幾何標準偏差を変化させた場合の終末速度の分布を表
わし、第５図及び第６図はイオン交換樹脂の４２０μｍ
以下の粒径を除去した場合の終末速度の分布を表わし、
第７図は粒度分布の異なる樹脂を混合した場合の本発明
の実施例を示す。特許出願人　株式会社荏原製作所代理人弁理士　　千　１）　　　捻回　　　　　　　　　　　丸　　山　　隆　　夫ト■衰
（ｃｍｌ／／５ｅＣ）椋Ｊ／Ｊｊ（ｃｎ１／５ｅｃ）蓼未ヱ漠獲ｒｌ”）／ＳｅＣ）特開昭５９−１６２９９０（９）

Claims

【特許請求の範囲】粒状の陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂からなる
混床によって沢過脱塩する方法において、陰イオン交換
樹脂の粒度分布の中央値を４２０〜６００μｍの範囲と
し、且陽イオン交換樹脂の粒度分布の中央値を５００〜
７００μｍの範囲とし、さらに前者の前記中央値を後者
よりも小ならしめる第１の手段、陰・陽イオン交換樹脂を各々個別にふるいの目開きが１
１９０μｍ　、　１０００／ｊｍ、　８４０ｆｉｍ、　
７１０／Ａｍ、　５９０μｍ、５００μｍ、４２０μｍ
、３５０μｍ及び２９７μｍのふるいによって順次篩分
し、その残留分累計を対数正規確率紙にプロットし、さ
らに、残留分の多い三つの目開きに対応するプロットか
ら最小二乗法によって得られる直線の幾何標準偏差を、
１，３以下となす第２の手段、陰・陽イオン交換樹脂のそれぞれＫついて、所定の粒径
範囲の樹脂を除去する第３の手段、のうち任意の一つの
手段若しくは任意の二つ以上の手段の組合せによって、
混床を逆洗分離した際の陰・陽イオン交換樹脂の分離面
の上方及び下方にそれぞれ混入している微量樹脂の割合
が全イオン交換樹脂量に対し５％（体積）以下となるべ
く混床を形成することを特徴とする再生可能な混床式ｒ
過脱塩方法。