JPS62250923A - ろ過方法 - 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〕 本発明は液体のろ過方法に係り、特に原子炉の復水のろ
過に好適なろ過方法に関する。

〔従来の技術〕

原子力発電所では、復水などを浄化するためにろ過説塩
器が設置されている。ここではナイロン製やステンレス
製などのエレメント上に、微細な粉末状イオン交換樹脂
をブリコートシ、ここで、水中のクラッドを除去する。

前記粉末状イオン交換樹脂には、スルホン酸基を持つ陽
イオン交換樹脂と、４級アンモニウム基を持つ陰イオン
交換樹脂を一定の比率で混合して用いる４、このような
粉末状イオン交換樹脂は極めて高いろ過性能を示す。

しかし、このような粉末状イオン交換樹脂は、使い捨て
タイプのため、原子力発電所では、これが低レベル放射
性廃棄物となる。

前記放射性廃棄物の処理技術として、焼却法や熱分解法
等の開発が進められているが、イオン交換樹脂、とりわ
けスルホン酸基を持つ強酸性の陽イオン交換樹脂（以下
、スルホン酸系樹脂と略す）に難分解性のため、処理が
難しい。

この問題全解決するために、従来のスルホン酸系樹脂に
かえカルボキシル基を持つ弱酸性の陽イオン交換樹脂（
以下、カルボン酸系樹脂と略す）などを用いることが検
討されている。すなわち、メタクリル系カルボン酸系樹
脂やアクリル系カルボン酸系樹脂などの弱酸性陽イオン
交換樹脂は分解処理が極めて容易であることに注目し、
これら弱酸性陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を一
定の比率で混合して、これをろ過脱塩器用のブリコート
材として用いることが検討されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ろ過脱塩器で要求される性能は以下の２点である７、第
１点は、ろ過寿命が長いことである。すなわち、ろ適時
間が長くなると、プリコート層でクラッドが吸着除去さ
れる計が増加するために、プリコート層で目詰まりが起
こりろ過差圧が上昇する。この差圧が一定値（通常Ｉｄ
　１．７５　ｋｇ／ｃｒｎ”　）に達すると、プリコー
ト材である粉末状イオン交換樹脂を逆洗・廃棄し、新し
いプリコート材と取り換える。したがって、コスト低減
及び廃棄物発生量低減のためには、差圧の上昇が遅いこ
と、すなわちろ過寿命が長いことが望ましい。＠２の要
求性能は被処理水からのクラッド除去率が高いことであ
り、通常は、除去率９０憾以上が必要とされている。

基礎実験の結果、弱酸性の陽イオン交換樹脂を用いた場
合にはろ過寿命は従来の弱酸性のスルホン酸系樹脂より
長くなり望ましい結果となるが、ろ過の過程でプリコー
ト層にクラックを発生し、クラッド除去率が６０〜９０
係と低くなり、そのままではろ過脱塩器に使用するのが
不適当であるとの問題のあることがわかった。

本発明の目的は、プリコート層でのクランク発生を防止
し、クラッド除去率が９０壬以上となるようなろ過方法
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、弱酸性陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹
脂金混合して用いる粉末状イオン交換樹脂において、そ
の割合が１０ｗｔ％以上、４０ｗｔ４以下となるように
繊維を添加することにより達成されるが、上記混合物の
プリコート量はろ過ニレメン）１ｍ”　当り１ｋｇ以上
、３ｋｇ以下とすることが最も望ましい。

〔作用〕

粉末状のカルボン酸系樹脂に繊維を１９ｗｔ１以上添加
することによりクラックの発生を防止でき、クラッド除
去率を向上することができる。また繊維割合が増加しプ
リコート層中のカルボン酸系樹脂の割合が極端に小さく
なると、クラッド除去率が再び低下することから、繊維
割合け４０ｗｔ４以下が望ましい。またカルボン酸系樹
脂は弱酸性のため、高いクラッド除去率を得るにはプリ
コート層を厚くすることが必要で、具体的にはプリコー
ト層ｋ１ｋｇ／ｍ”以上とすることが望ましい。しかし
、プリコート層厚さが厚くなるに従いろ過寿命は短くな
るため、プリコート量は３ｋｇ／ｍ２以下が望ましい。

〔実施例〕

弱酸性陽イオン交換樹脂には、カルボン酸系樹脂、キレ
ート性樹脂などがあるが、まずカルボン酸系樹脂を用い
た場合について説明する。

カルボン酸系樹脂としては、第２図に示すような分子構
造を持つメタクリル系カルボン酸系樹脂、アクリル系カ
ルボン酸系樹脂などが知られているが、これらをプリコ
ート材として用いた場合の性能は同等であるため、以下
では一括してカルボン酸系樹脂と呼ぶ。また、カルボン
酸系樹脂は、粒径が５００μｍ程度のいわゆる粒状樹脂
が知られている。しかしこのような粒状樹脂では粒子径
が大きいためにプリコートに適さないばかりか、ろ過効
果は不充分であり、かつそのイオン交換反応の効率が低
いため実用的でない。

そこで、カルボン酸系樹脂全粉砕して平均粒径約５０μ
ｍの粉末状カルボン酸系樹脂ヲ製造し、これと粉末状の
アニオン交換樹脂金２対１の割合で混合し、さらに若干
量の高分子凝集剤（ポリアクリル酸アミド等）ｔ−添加
し、プリコート材とした。これを用いて、クラッドを含
む、水のろ過処理を行った。その結果を、カチオン交換
樹脂として従来のスルホン酸系樹脂を用いた場合と比較
して、第３図に示す。これより、ろ適時間と共にろ過差
圧は上昇するが、カルボン酸系樹脂ではスルホン酸系樹
脂よりろ過差圧の上昇がゆるやかで、ろ過寿命が約１．
５倍（但し、ろ過差圧が１．７５ｋｇ／ｃｍ”となる時
点でのろ適時間、またはクラッド捕捉量をろ過寿命と定
義する）になり、好ましい結果の得られることがわかっ
た。

しかし、クラッド除去率はろ適時間と共に低下し、カル
ボン酸系樹脂ではろ過差圧が１．７５ｋｇ／ｃ　ｍ　２
となる時点では、約７５壬となり、一般に必要と考えら
れている９０係以上を確保できない。

この原因は、ろ適時間の経過と共に、プリコート層にク
ラック全発生するためであることがわかった。この詳細
を第４図により説明する。

一般にはろ過エレメント１上に厚さ２〜２０ｍｍのプリ
コート層２を形成した後、被処理水３やろ過が行われる
。このプリコート層は、ろ適時間の経過と共に収縮する
ため、第４図（ｂ）に示すようにクラック４を発生し、
クラッド除去率が低下する。このような現象は、従来の
スルホ／酸系樹脂に対しても知られており、クラック４
の防止策としては、繊維添加が有効であることも知られ
ている！第３図のスルホ／酸系樹脂に対する結果も、繊
維を添加し次ものである）。従来のスルホン酸系樹脂で
は、繊維の添加ｔは３０〜ＱＱｗｔチが適当であり、好
適には５０Ｗｔ４が望ましいことが知られている。そこ
で、カルボン酸系樹脂とアニオン交換樹脂を混合した後
、さらに繊維の割合が５０ｗｔ１となるよう、アクリル
系繊維（太さが約１０μｍ、長さが数１００μｍ）を添
加し、これをプリコート材に用いろ過実験を行った。そ
の結果を、繊維無添加の場合と比較して第５図に示す。

これより、繊維添加によりクラッド除去率を大幅に向上
でき、かつプリコート層でのクラック発生も防止できる
ことがわかった。

しかし、スルホン酸系樹脂で最適と考えられている繊維
割合５０ｗｔ４の時でも、第５図より明らかなように、
一般に必要と考えられているクラッド除去率９０４以上
全常時は達成できないとの問題がある。そこで、発明者
はこの原因を明らかにすると共に対策方法を見出した。

カルボ７ｅｉｌ系樹脂を用いた場合に、プリコート層で
クラックを発生する原因を明らかにするため、まず、従
来のスルホン酸系樹脂でクラックを発生する原因金調べ
た。その結果、クラック発生原因は、プリコート層２の
収縮に起因しており、またプリコート層２が収縮する原
因は、以下の２つの因子の相乗効果であることがわかっ
た。すなわち第一の因子は、イオン交換樹脂は、粒子の
表面は陽イオン交換樹脂ではマイナス、陰イオン交換樹
脂ではプラスに帯電しており、両者を混合して用いてい
るプリコート層では電気的な反発力により、フロック状
と呼ばれる疎な層を形成している。しかし、クラッドを
吸着すると表面電荷が打ち消されるために、電気的反発
力が減少し、プリコート層は収縮すると共に、ち密な層
となる。第二の因子は従来のスルホン酸系樹脂はクラッ
ドを吸着すると樹脂粒子が収縮する収縮性樹脂であるた
め、これによってもプリコート層が収縮し、クラック発
生原因となる。このように、従来のスルホン酸系樹脂で
は、クラッド吸着時の電気的反発力の低下と、樹脂自身
の収縮性により、クラックを発生し、これを防止するた
めの方法として、繊維を添加していることがわかった。

これに対し、カルボン酸系樹脂ではクラック発生機構が
異なることが新たにわかった。すなわち、前記した第一
の因子（を気的反発力の低下）は全く同じであるが、第
二の因子が異なる。すなわち、カルボン酸系樹脂はクラ
ッドを吸着しても、樹脂粒子は収縮せず、むしろ膨張す
る膨張性樹脂である。このため、第二の因子はプリコー
ト層の収縮を緩和する方向に働き、カルボン酸系樹脂は
スルホン酸系樹脂よりもプリコート層収縮量が小さいこ
とがわかった。このため、スルホ／酸系樹脂では繊維の
好適な割合が３０〜６０Ｗｔｌであるのに対し、もつと
少ない繊維割合でもカルボ／酸系樹脂ではプリコート層
でのクラック発生を防止できるのではないかと考えた。

そこで、繊維割合を変化してろ過実験を行ったう第６図
は、プリコート層でのろ過差圧が１．７５　ｋｇ／ｃｍ
”になった時の、クラッド除去率を、繊維割合の関数と
して示したものである。スルホン酸系樹脂では繊維割合
が３０ｗｔ４以下ではプリコート層にクラックを生じク
ラッド除去率が急激に低下するのに対し、カルボン酸系
樹脂では予想通り繊維割合が少なくてもクラックを発生
せず、繊維割合ｉ　Ｑｗｔ４でもクラッド除去率が９０
４となることが確認できた。

一方、繊維割合が大きい領域でも、第６図に示すように
クラッド除去率が再び低下する。この原因は、繊維割合
が増加するに従い、高いろ過性能を有するイオン交換樹
脂の割合が低下するためである。またスルホン酸系樹脂
の場合には、繊維割合が６０Ｗｔｅ１２以上でクラッド
除去率が９０１以下となるが、カルボン酸系樹脂では繊
維割合４０Ｗｔ４以上で除去率が９０４を切る。この理
由は、スルホン酸系樹脂は強酸性樹脂であるためにクラ
ッド除去能力が高く、そのため繊維割合が少々大きくな
っても所定の性能を維持できるのに対し、カルボン酸系
樹脂は弱酸性樹脂であるためにクラッド除去能力が若干
低く、そのため繊維割合をあまり大きくできない。

以上水したように、カルボン酸系樹脂とスルホン酸系樹
脂ではその特性が異なるために、最適な繊維の添加量も
異なることがわかった。すなわち、カルボン酸系樹脂で
は、繊維割合が１０〜４０ｗｔ４の範囲にあれば、クラ
ッド除去率９０１以上を確保でき、ろ過脱塩器として極
めて好ましいことがわかった。なお、繊維としては、ア
クリル系繊維、ナイロン繊維、植物繊維、炭素繊維等ど
のようなものでも良く、また繊維の太さは数μｍから数
十μｍの範囲、長さは数十μｍから数ｍｍの範囲であれ
ば良いことは、従来と同じである。

以上により、最適な繊維の添加量は明らかになったが、
すでに記したようにカルボン酸系樹脂は弱酸性のためク
ラッド除去能力が本質的に低いとの欠点がある。すなわ
ち、第６図からもわかるように、カルボ／酸系樹脂では
繊維割合約２０ｗｔ％でり５ツド除去率が最大値９３４
を示すのに対し、スルホン酸系樹脂では最大９７係とな
る。この理由をさらに詳細に調べるため、プリコート層
内に吸着されたクラッドの分布を調べた。

第７図はその結果を示したものであり、縦軸は吸着され
たクラッドの濃度、横軸はプリコート１２０表面からろ
過エレメント１の方向にはかった深さを示す。これより
スルホン酸系樹脂では、これが強酸性樹脂のためクラッ
ド除去能力が高く、プリコート層２の表面近くでクラン
ドの大半が吸着されていることがわかる。これに対し、
弱酸性樹脂であるカルボン酸系樹脂の場合には、クラブ
トはプリコート層の全域で吸着されており、クラッドの
一部はろ過エレメント１にまで達していることがわかっ
た。この新しい知見により、発明者はプリコート層の厚
さを増加することにより、カルボン酸系樹脂のクラッド
除去率を向上できるのでにないかと考えた。

そこで、粉末状のカルボン酸系樹脂と粉末状の陰イオン
交換樹脂を２対１０割合で混合した後、アクリル系繊維
を２０ｗｔ４添加してプリコート材を調整し、このプリ
コート材によるろ過エレメント１上へのプリコート量を
０．４　ｋｇ／ｃｍ”　（−ｉすわちろ過エレメント１
ｍ２当りプリコート材０．４ｋｇ　）から３ｋｇ／ｍ”
の範囲で変化し、この時のろ過性能を調べた。第８図は
、ろ過差圧１．７５ｋｇ／ｃ　ｍ”になった時のクラッ
ド除去率とろ過寿命を、プリコート量の関数と口て示し
たものであり、ろ過寿命は従来のスルホン酸系樹脂全通
常用いられでいる１ｋｇ／ｍ”　プリコートした時の寿
命ｆｒ：１とし規格化したものである。第８図より、グ
リコート量の増加と共にクラッド除去率は向上すること
がわかった。また通常必要とされるクラッド除去率９０
４以上を得るには、プリコート量は１ｋｇ／　ｃ　ｍ２
以上必要なことがわかる。しかし、プリコート量が増加
するに従いプリコート層厚さが増加するためにここでの
圧力損失が増し、ろ過寿命が短くなるうまた、従来のス
ルホン酸系樹脂以上のろ過寿命を得るには、第８図より
プリコート量が３ｋｇ／ｃｍ”以下であることが望まし
い。

以上の説明はカルボン酸系樹脂を例に説明したが、他の
陽イオン交換樹脂であっても、弱酸性かつ膨張性であれ
ば同じ結果となり、そのような例としてはキレート樹脂
などがある。

実施例１ 本実施例は沸騰水型原子炉の復水を浄化するものであり
、第１図は本実施例で用いたシステムを示すものである
。

タービン５を駆動し復水器６により回収された復水は、
ろ過脱塩器７にてろ過処理された後、脱塩器８を介して
原子炉９に循環される。ろ過説塩器７には以下の方法で
粉末状イオン交換樹脂がプリコートされている。すなわ
ち、純水を入れたプリコートタンク１０には平均粒径約
４０μｍのカルボン酸系陽イオン交換樹脂１１とアミン
系陰イオン交換樹脂１２とアクリル系繊維１３が重量比
で２対１対１の割合にて投入される。さらに０．０５〜
１ｗｔ４の高分子凝集剤を添加した後、攪拌機１４にて
均一混合する。その結果、プリコートに適したいわゆる
フロックが形成され、このフロックはパルプ１５を介し
てプリコートポンプ１６によシ、ろ過脱塩器７に送られ
る。ろ過脱塩器７にはナイロン製のろ過エレメントがあ
り、ここに前記フロックがろ過エレメント１ｍｌ当り２
ｋｇの割合でプリコートされた。

その後、本システムにより前記復水のろ過処理を行った
結果、従来のスルホン酸系樹脂に比べ、ろ過寿命が約１
．５倍と長くなり、クラッド除去率も常時９０１以上と
なった。

以上、本実施例によれば、ろ過寿命が長くなることから
、プリコート操作等の運転員の負荷が軽減できる。

実施例２ 前記実施例１により発生した、使用済のプリコート材を
沸騰水型原子力発電所内に備えられている、雑固体用の
焼却炉で焼却した。

焼却炉内は約１０００℃になっており、ここに使用済の
プリコート材（陽イオン交換樹脂１１と陰イオン交換樹
脂１２とアクリル系繊維１３の混合物）を投入した結果
、これは完全に然焼し、排ガスとして、Ｃｏ、、Ｈ，Ｏ
等が発生した。

従来のスルホン酸系樹脂を用いた場合には、これに樹脂
中に硫黄を含むため、焼却時にＨ，Ｓ。

ＳＯ３等の腐食性ガスを発生するため、配管腐食等の問
題を起こす可能性があった。しかし、本発明によるカル
ボン酸系樹脂等は樹脂中に硫黄を含まないため、腐食性
ガスも発生せず、容易に焼却処理できることがわかった
、 〔発明の効果〕 本発明によれば、ろ過説塩器でのろ過寿命が長くなるた
め、発電所における運転員の負荷を軽減でき、かつ廃棄
物処理も容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図はカル
ボン酸系樹脂の分子構造図、第３図は従来法の欠点を示
す線図、第４図はプリコート層の断面図、第５図は本発
明の効果を示す線図、第６図は最適繊維量を示す線図、
第７図はプリコート層でのクラッド分布を示す説明図、
第８図はプリコート量の最適範囲を示す線図である。 １・・・ろ過エレメント、２・・・プリコート層、７・
・・ろ過脱塩器、１０・・・プリコートタンク、１３・
・・アクリル系繊維。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、原子炉の復水を浄化するろ過脱塩器にて用いるプリ
   コート材として、繊維割合が１０ｗｔ％以上４０ｗｔ％
   以下である前記繊維と弱酸性陽イオン交換樹脂と陰イオ
   ン交換樹脂との混合物を用いることを特徴とするろ過方
   法。