JPS62204855A - 混合イオン交換樹脂の再生方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は塔外再生型の混床式イオン交換脱塩装置と９わ
け復水脱塩装置における混合イオン交換樹脂の再生方法
に関するものである。

〔従来技術〕

火力発電所或は原子力発電所においては多量の高純度の
純水を循環再利用している。タービンを通過した蒸気は
復水器と呼ばれる冷却器で水（以下復水と称する。）に
戻される。この復水中には系内の不純物が含まれるため
循環再利用するためには、復水脱塩装置で不純物金除去
する必要がある。復水脱塩装置はカチオン交換樹脂とア
ニオン交換樹脂を混合したいわゆる混床式イオン交換脱
塩装置であり、復水をこの混合イオン交換樹脂層に通水
することによってナトリウムイオン（Ｎａ”　）や塩素
イオン（ｃを）等のイオンの他、酸化鉄などの金属酸化
物を主体とする懸濁物質（通常クラッドと称される。）
等を除去することができる。

このように混床式イオン交換脱塩装置は優れ九性能を有
しているが、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを
混合して被処理水を処理するため、脱塩能力を失った両
イオン交換樹脂を再生するためには混合イオン交換樹脂
をカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂上に分離しなけ
ればならない。この分離方法は通常混合イオン交換樹脂
下部より逆洗を行ない、両イオン交換樹脂が比重差によ
って二層に成層することで成される。即ち従来の塔外再
生型の混床式イオン交換脱塩装には基本的に以下の工程
から構成されている。

１）移送工程（１） 脱塩工程を終了した脱塩塔内の混合イオン交換樹脂をカ
チオン交換樹脂再生塔（以下カチオン再生塔と称する。

）に移送する。

ＩＩ）　　逆洗分離工程 カチオン再生塔において混合イオン交換樹脂管逆洗し、
比重差により上層のアニオン交換樹脂と下層のカチオン
交換樹脂に分離し成層する。

０１１）　　！送工程（ｎ） アニオン交換樹脂をカチオン再生塔からアニオン交換樹
脂再主塔（以下アニオン再生塔と称する。）に移送する
。

（Ｖ　再生工程 カチオン再生塔には鉱酸を通楽し、アニオン再生塔には
アルカリを通薬して両イオン交換樹脂を再生し続いて水
洗を行なう。

（Ｘ／）　　移送工程（Ｉｌ） 両再生塔より再生済みの両イオン交換側脂をそれぞれ樹
脂混合塔に移送する。

６／−混合工程 通常樹脂混合塔底部から空気を導入することにより両イ
オン交換樹脂を混合する。

（Ｖｉｌ）　　移送工程ＱＶ） 必要に応じて樹脂混合塔から脱塩塔に移送し充填する。

以上の一遵の工程により脱塩−再主を繰返えす訳である
。

ところで、復水の水實を例に挙げても近年増す１す水質
が敞しく散求されるに至っており、特に原子力発電所に
おける加圧水型軽水炉（ＰｉｖＲ）の二次糸或はＳ騰水
型軽水炉（ＢＷＲ）の炉水系においては、不純物イオン
濃度が［Ｌｉμｆ／１（ｐｐｂ）以下のレベルが大きな
問題となっている。このためしばしば復水脱塩装置の処
理水水質が線間不良になるという問題が生じ、安定して
不純物イオン濃度をα１μｆ／を以下に制御することが
なかなか困難であった。

〔発明が解決し↓つとする問題点〕

上記純度不良を引き起す主な原因はアニオン交換樹脂と
カチオン交換樹脂とを充分に分離することができないか
らである。即ち脱塩塔出口水の水ｆｘ′を支配する因子
は再生工程で再生されなかったａｆ脂、更に正確に言え
ば再生工程で生じてしまった塩形のイオン交換樹脂例え
ばナトリウムイオン形（以下Ｎａ＋形と称する。）カチ
オン３２：換樹脂と塩化物イオン形（以下ａを形と称す
る。）アニオン交換樹脂の混入率である。

これらＮａ＋形カデカチオン交換樹脂を形アニオン交換
樹脂が再生工程で生成する主な原因は、逆洗分離工程と
移送工程■における両衛脂の分離が不充分なため、カチ
オン再生塔にはアニオン交換樹脂が残留し、アニオン再
生塔にはカチオン交換樹脂が持ち込１れてしまうことに
ある０このためカチオン再生塔では再生剤に塩酸を用い
れば残留したアニオン交換樹脂は全てＣを形となり、ま
たアニオン再生塔に持ち込まれたカチオン交換樹脂は苛
性ソーダの通薬によって全てＮａ　形となってしまう。

これら塩形イオン交換樹脂の混入率が増加すれば、処理
水中の不純物リーク蓋も比例して増加する。例えば復水
中のＮａ＋イオンｔα０２μｙ／ｚ（Ｎａとして）、ｃ
をイオンを１０５　Ａｔ／１（ｃｌとして）以下にする
ためには＠２図及び第３図に示したＮａ＋形カチオン交
換交換樹脂入率と脱塩塔出口のＮａ＋イオンｍ［の関係
、及びＣを形アニオン交換１ｍ１１ｆｒの混入率と脱塩
塔出口＋＋ 水のＣをイオン禎度の関係から、Ｎａ　形カチオン５１
：換樹脂の混入率をＦＪα６５チ以下、Ｃを形アニオン
交換樹脂の混入率を約９％以下とする必要がある。

しかし従来法においてはカチオン再生塔が樹脂分離塔を
も兼ねているためカチオン再生塔に残留するアニオン交
換樹脂景を極力少量に抑えることが不可欠である。しか
しながらアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とをほぼ
完全に分離するためには以下の条件が大前提となる。

１）カチオン再生塔においてアニオン交換樹脂とカチオ
ン交換樹脂の分離界面が常に一足でろること ２）上記分離界面が明偽でありかつ水平に保たれている
こと ５）アニオン交換樹脂をカチオン再生塔からアニオン再
生塔に移送する際に上記分離界面が常に均一かつ水平に
保たれていること しかし実際には以下に示すようにＣれらの条件を全て満
足することはほとんど不可能に近い。

即ち１ず脱塩塔は通常１塔のみではなく５〜４塔あり必
らずしも脱塩基円の混合イオン交換有脂を完全にカチオ
ン再生塔に移送できるとは限ら、ない。従って各脱塩塔
の混合イオン交換樹脂蓋が全て同一である保証はない。

実際、長期間脱塩−再生全繰返えした場合、各脱塩塔の
樹脂蓋は全て異なっていることは多くの調査結果から明
らかになっている。従ってカチオン再生塔において分離
界面が常に一定の高さであることはむしろないと考える
のが自然である０次に、従来のカチオン再生塔において
、混合樹脂を逆洗しｆｃｊａ合の両樹脂の分離状態を第
７図及び第８図に示す。第７図において、符号３は従来
のカチオン再生塔を示し、３′はカチオン交換樹脂とア
ニオン交換樹脂の分離界面を示す。

混合有脂を逆洗して分離した場合、両樹脂の比重差から
理論的には両樹脂は第７図に示すように明確に分離され
ると考えられるが°、実際には第８図のアニオン交換樹
脂の存在率及びカチオン交換樹脂の存在率を示す図から
れかるように、分離界面付近の樹脂組成を見るとアニオ
ン交換樹脂とカチオン交換樹脂は相互に混入した混合層
が形成されており、分離界面が明確に存在しえないこと
は周知の事実である。更にカチオン再生塔から７ニオン
再生塔に移送する場合界面付近の樹脂は流動状態にあり
分離界面が仮に明確に存在したとしても分離界面位置−
かつ水平に維持することはなかなか困難である。

以上の説明から明らかな様に従来のカチオン再生塔でア
ニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を分離する場合、両
イオン交換樹脂をほぼ完全に分離することはできない。

このため再生工程で庄じたＮａ＋形カチオン交換交換及
びＣを形アニオン交換樹脂の混入″ｌを低減することは
なかなか困難であり、従って脱塩塔出口水の水質を常に
安定して高純度に保つことかでｔｚいという問題点があ
った。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は上記の問題点′ｊｋ解決すべく、運転管理が
容易で高純度の処理水を安定に供給し得る混合イオン交
換樹脂の再生方法を検討した結果、従来法とは逆にアニ
オン再生塔において混合イオン交換樹脂全分離すること
で容易に目的を達成しうろことを知見するに至った。即
ち従来法の技術的限界は根本的には再生システムにおけ
る塔構成に問題があることを見比だした。

本発明は、カチオン再生塔が樹脂分離塔を束ねるのでは
なく、アニオン再生塔で混合イオン交換樹脂の分離を行
ない、分離されたカチオン交換樹脂をアニオン再生塔か
らカチオン再生塔へ移送することに工９、カチオン再生
塔の塔径上できる限り小さくシ、カチオン再生塔にアニ
オン交換樹脂を極力残留させないようにすることにより
、不純物リークのきわめて少ないかつ運転管理が容易な
混合１、！ン交換樹脂のＴ％主方法を提供することを目
的とするものである。

本発明の特徴は、 （ａ）脱塩工程を終了した脱塩塔の混合イオン交換樹脂
ｔＳあらかじめ別途に用意した混合イオン交換樹脂を底
部に装入したアニオン交換復側再生塔に移送する工程 争）　該アニオン再生塔内で逆洗を行ない下層がカチオ
ン交換樹脂、上層がアニオン交換樹脂層となるように混
合イオン交換樹脂を上下二層に分離成層させる工程 （ｃ）該アニオン再生塔底部よりカチオン交換樹指金引
き抜いてカチオン再生塔に移送する工程 （ｄ）　　該カチオン再生塔においてカチオン交換樹脂
を逆洗し、該カチオン交換樹脂層中に位置するカチオン
交換樹脂引き抜き口から、該カチオン交換樹脂引き抜き
口より上層の樹脂を引き抜いてアニオン再生塔に移送す
る工程＜８）　　カチオン再生塔には塩酸もしくは硫酸
等の鉱酸を通薬し、続いて洗浄を行ない、またアニオン
再生塔においては再度逆洗を行ない上層がアニオン交換
賀脂、下層がカチオン交換樹脂の上下二層となるように
分離成層したのち、水酸化ナトリウム等のアルカリ溶ｇ
、全通系しアニオン交換樹脂層中に位置する排水管゛　
　　よりアルカリ廃液を塔外に排出し続いて伴物廿会※
洗浄を行なう工程 （ｆ）　　カチオン再生塔内のカチオン交換樹脂を樹脂
混合塔に移送し、またアニオン再生塔においては、前記
排水塔より上側でかつアニオン交換樹脂層中に位置する
アニオン交換樹脂引き抜き口から、該アニオン交換樹脂
を引き抜いて前記樹脂混合塔に移送し、続いて樹脂混合
塔内の樹脂を混合する工程 ＠　該樹脂混合塔内で混合された樹脂を続いて前記脱塩
塔に移送する工程 以上の一連の工程によって構成することにある０ ここでカチオン交換樹脂金アニオン再生塔からカチオン
再生塔へ移送する際の制御方法に関して更に詳しく説明
すれば、前記工程（ｃ）において、カチオン交換樹脂の
移送時間をあらかじめ設定しておくことにより、カチオ
ン交換ｍ脂の引き抜き量を容易に制御することができる
。

更に、厳密に該カチオン交換Ｗ脂の引き抜１１に全制御
する場合には、前記分離界面位置を検知する手段を持ち
、カチオン交換樹脂の移送工程の進行に伴って下降する
該分離界面の位置が所定位置に達した時点をもって移送
全終了することができる。

〔作　川〕

本発明をその一実施態様を示す第１図、第４図、第５図
及び第６図に基いて説明する。

第１図は、本発明のイオン交換樹脂の再生工程を説明す
るための図面であって、符号１はアニオン再生塔、２は
カチオン再生塔、５は樹脂混合塔、４は混合樹脂移送管
、５はカチオン交換樹脂移送管、６はカチオン交換樹脂
引き抜き口、７はカチオン交換樹脂移送管、８は排水管
、９はアニオン交換樹脂引き抜き口、１０はアニオン３
２：換樹脂移送管、１１はカチオン交換樹脂移送管、１
２は検出器１示す。また、第４図は再生塔の直径と塔断
面槓の関係を示す図であり、第５図及び第６図は検知器
を用いて二層に分離したカチオン交換′ｍ脂とアニオン
交換樹脂の界面を検知する状態１示すもので、第５図は
アニオン再生塔において両樹脂を二層に分離した状態を
示す図、第６図はカチオン交換樹脂會カチオン交換衝脂
移送管から抜き出し、両樹脂の界面が検知器１２の位置
に達した状態（この時点でカチオン交換樹脂の抜き出し
を停止する）全示す図であって、第５図及び第６図に付
した符号は第１図に関し説明した符号と同一のものは同
じ量体を有し、第５図において３′は両樹脂の界面を示
す。なお、第１図、第５図および第６図において区※は
混合イオン交換樹脂を、口はアニオン交換樹脂１口はカ
チオン 交換樹脂を示す。

第１図（ＩＬ）に示すようにアニオン再生塔１の塔底に
あらかじめ別途に用意した混合イオン交換樹脂を装入し
ておく。脱塩工程を終了した脱塩塔工９混合イオン交換
樹脂を混合樹脂移送管４にてアニオン再生塔１に移送し
充填したのち、逆洗上行ない上層がアニオン交換樹脂層
、下層がカチオン交換樹脂層の上下二層に分離成１−す
る（第１図（ｂ））、次にアニオン再生塔１底部よりカ
チオン交換樹脂移送管５を介してカチオン再生塔２へ移
送し、カチオン再生塔２内の樹脂を逆洗分離する（第１
図（ｃ））。アニオン再生塔１からカチオン再生塔２ヘ
カチオン交換樹脂を移送する際、アニオン交換樹脂がカ
チオン再生塔２に多少持ち込１れたとしても構わない。

即ち第４図に示したように再生塔の直径が例えば２ｍ″
Ｔ：ある場合塔断面積は＆１４−であるが、該再生塔の
直径が１．４ｍとなれば塔断面積は１、５４　ｍ”とな
り半減する。仮にカチオン再生塔に残留するアニオン交
換樹脂の層高が、カチオン再生塔直径２ｍの場合と１．
４　ｍの場合で同じであるとしたならば、そのアニオン
交換樹脂残留量は後者の万が前者の約１７２となること
は明白である。

しかしながら、従来カチオン再生塔でアニオン交換樹脂
とカチオン交換樹脂を逆洗分離するため、カチオン再生
塔にはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を充填し得
る容積が必要となり、塔直径を小さくすることは塔高の
制限からして実質的に困難である。

そこで本発明のごとくアニオン再生塔でアニオン交換樹
脂とカチオン交換樹脂を分離するならば、カチオン再生
塔はカチオン交換樹脂とわずかに持ち込まれるアニオン
交換樹脂を充填し得る容積があれば良く、かつカチオン
交換樹脂はアニオン交換樹脂よりも比重が大きいため逆
洗時に必要な塔高も小さくなる利点がある。

このようにカチオン再生塔の直径を小さくすることによ
りカチオン再生塔に残留するアニオン交換樹脂を従来の
１／２以下に容易に抑えることができる。更にカチオン
再生塔２に持ち込まれるアニオン交換樹脂全低減するた
めにアニオン再生塔１からカチオン再生塔２へ移送する
際に、アニオン再生塔１内のカチオン交換樹脂層とアニ
オン交換樹脂層の分離界面近傍のカチオン交換樹脂が引
き抜かれ始める前にカチオン交換樹脂の移送を停止する
。この理由は第８図に示したよりに分離界面近傍の樹脂
層は、両イオン交換樹脂が相互に混入した混合層となっ
ているからである。このカチオン交換樹脂の引き抜′ｆ
！ｔ’ｉ制御するには、あらかじめカチオン交換樹脂の
移送時間音タイマ等にて設定しておくことにより容易に
行なうことができる。

更に、厳密にカチオン交換樹脂の引き抜＠量を制御する
必要がある場合には第５図及び第６図に示すように、分
離界面位置を検知する手段１２例えば導電率検出器、色
勇ま九は輝度を検出する光字的検出器等を用いれば良い
。これらの手段はすでに公知のものであり、検出器の取
付は位＠１−カチオン交換樹脂引き抜き口より上部でか
つ排水管８より下部に設定することで容易に目的が達成
することができる。

次にカチオン再ｇ：塔２においてカチオン交換樹脂引き
抜き口６より表層部の樹脂を引き抜き、カチオン交換樹
脂移送管７ｔ″介してアニオン再主塔１に移送し再度ア
ニオン再生塔１で逆洗する（第１図（ｄ）　）。これに
よりカチオン再生塔２にアニオン交換樹脂が仮にわずか
であるが持ち込１れたとしても逆洗を行なうことでカチ
オン交換樹脂の表層ｍに分離されるため、表層部の樹脂
をアニオン再生塔１に移送することによりアニオン交換
樹脂のカチオン再生塔２での混入率を更に低減すること
ができる利点がある。

また、第２の利点はカチオン交換樹脂をアニオン再生塔
１からカチオン再生塔２に移送するに際して、移送する
カチオン交換樹脂の樹脂葉をあまり厳密に制御する必要
がないことである。

この移送に際して注意しなければならない点は、アニオ
ン再生塔１内のカチオン交換樹脂を再生に必要なカチオ
ン交換樹脂よりも少し過剰に汐チオン再生塔２へ移送す
ること即ちカチオン交換樹脂引き抜き口６よりもカチオ
ン交換樹脂層表面が上になる二うにすることであり、か
つアニオン再生塔１における分離界面近傍の樹脂をカチ
オン再生塔２に持ち込′！！ないことだけである。これ
らの注意点はカチオン交換樹脂量に余裕さえあれば容易
に解決がつくことである。

次にアニオン再生塔１においてアニオン交換樹脂を再生
する際に、苛性ソーダ等のアルカリ＃液を通薬するがア
ニオン再生塔１の塔底部工り上側でかつアニオン交換樹
脂層中に位置する排水管８からアルカリ廃液を塔外に排
出し、続いて洗浄を行う。ここで排水管８０位ｍ’を更
に詳しく説明すれば、逆洗によって７ニオン再主塔１の
底部に分離されたカチオン交換樹脂よりもできる限り上
側でかつアニオン交換樹脂引き抜き口？より下側に設置
する。この排水管８の位置は厳密に考慮される必要はな
く、樹脂混合塔３に移送するに必ｌｉ！なアニオン交換
樹脂よりも過剰となる工５あらかじめ別途にアニオン交
換樹脂をアニオン再生塔１に充填しておけば良い、即ち
過剰のアニオン交換樹脂の樹脂輩が多い程排水管８の位
置を更に上側に設置することができ、アニオン再生塔１
の底部にあるカチオン交換樹脂との距＊’を隔離させる
ことが容易となる。従って該カチオン交換樹脂がアルカ
リと接触することなくアニオン交換樹脂の再生が行なえ
るため、Ｎａ＋形等のカチオン交換樹脂が再生工程で住
じることを未然に防止できる。更にアニオン再生塔１か
ら樹脂混合塔３ヘアニオン交換樹脂を移送する際、排水
管８より上側でかつアニオン交換樹脂層中に位置するア
ニオン交換樹脂引き抜き口９より上層のアニオン交換樹
脂をアニオン交換樹脂移送管１０ｔ″介して樹脂混合塔
３へ移送することにより、アニオン再生塔１ＦＦ３のカ
チオン交換樹脂が樹脂混合塔３に持ち込まれることを極
力防止することができる。

また、再生されたカチオン交換樹脂はカチオン再主塔２
エクカテオン交換樹脂移送ｙ１ｉを介して樹脂混合塔３
へ移送し、樹脂混合塔ｓ内の樹脂を通常空気を導入する
ことで均一に混合する。この混合された樹脂は必要に応
じて脱塩塔に移送するか、もしくは樹脂混合塔５内に保
管する。

以上の一連の工程によって混合イオン交換樹脂の再生工
程を構成することで、何ら特別な装置やより高度な技術
を用いることなく、更に再生システムで塔の数′を増加
することなく、容易に高純度な純水を得ることができる
。

〔発明の効果〕

以上述べたことからも明らかなように、本発明は従来カ
チオン再生塔で行なわれたアニオン′５２：換樹脂とカ
チオン交換樹脂の分離をアニオン再生塔で行なうことに
より、カチオン再生塔の塔直径をできる限り小さくシ、
更に各再庄塔間で樹脂を移送する操作を単に繰り返えす
ことによって、従来法とは比較にならない程の両イオン
交換樹脂の分離全可能とし、脱塩塔処理水の水ｉｔ飛隋
的に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のイオン交換樹脂の再庄工程を説明す
るための図、第２図は脱塩塔におけるＮａ＋形カチオン
交換交換混入率と脱塩塔出口水のＮａ＋イオン濃度との
関係を示す図、第３図は脱塩塔におけるＣを形アニオン
交換樹脂混入率と脱塩塔出口水のＣをイオン濃度との関
係を示す図、第４図は再生塔の直径と塔断面積の関係を
示す図、第５図及び第６図は検知器を用いてカチオン交
換樹脂とアニオン交換樹脂の界面音検知する状態を説明
するための図面、第７図及び第８図は二層に分離された
カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の界面釜ひに界面
における両イオン交換樹脂の混入状態全説明するための
図面である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、塔外再生型の混床式イオン交換脱塩装置における混
   合イオン交換樹脂の再生方法において、 （ａ）脱塩工程を終了した脱塩塔の混合イオン交換樹脂
   を、あらかじめ別途に用意した混合イオン交換樹脂を底
   部に装入したアニオン交換樹脂再生塔に移送する工程 （ｂ）該アニオン交換樹脂再生塔内で逆洗を行ない下層
   がカチオン交換樹脂、上層がアニオン交換樹脂層となる
   ように混合イオン交換樹脂を上下二層に分離成層させる
   工程 （ｃ）該アニオン交換樹脂再生塔底部よりカチオン交換
   樹脂を引き抜いてカチオン交換樹脂再生塔に移送する工
   程 （ｄ）該カチオン交換樹脂再生塔においてカチオン交換
   樹脂を逆洗し、該カチオン交換樹脂層中に位置するカチ
   オン交換樹脂引き抜き口から、該カチオン交換樹脂引き
   抜き口より上層の樹脂を引き抜いてアニオン交換樹脂再
   生塔に移送する工程 （ｅ）カチオン交換樹脂再生塔には塩酸もしくは硫酸等
   の鉱酸を通薬し、続いて洗浄を行ない、またアニオン交
   換樹脂再生塔においては再度逆洗を行ない上層がアニオ
   ン交換樹脂、下層がカチオン交換樹脂の上下二層となる
   ように分離成層したのち、水酸化ナトリウム等のアルカ
   リ溶液を通薬しアニオン交換樹脂層中に位置する排水管
   よりアルカリ廃液を塔外に排出し、続いて洗浄を行なう
   工程 （ｆ）カチオン交換樹脂再生塔内のカチオン交換樹脂を
   樹脂混合塔に移送し、またアニオン交換樹脂再生塔にお
   いては、前記排水管より上側でかつアニオン交換樹脂層
   中に位置するアニオン交換樹脂引き抜き口から、該アニ
   オン交換樹脂を引き抜いて前記樹脂混合塔に移送し、続
   いて樹脂混合塔内の樹脂を混合する工程 （ｇ）該樹脂混合塔内で混合された樹脂を続いて前記脱
   塩塔に移送する工程 以上の一連の工程によつて構成することを 特徴とする混合イオン交換樹脂の再生方法。 ２、前記工程（ｃ）において、カチオン交換樹脂の移送
   時間をあらかじめ設定しておくことによりカチオン交換
   樹脂の引き抜き量を制御する特許請求の範囲第１項に記
   載の混合イオン交換樹脂の再生方法。 ３、前記工程（ｃ）において、二層に成層した分離界面
   位置を検知する手段を持ち、カチオン交換樹脂の移送工
   程の進行に伴つて下降する前記分離界面の位置が所定位
   置に達した時点をもつて移送を終了することにより、カ
   チオン交換樹脂の引き抜き量を制御する特許請求の範囲
   第１項に記載の混合イオン交換樹脂の再生方法。