JPS6260931B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、たとえばろ過脱塩装置内の粉末状イ
オン交換樹脂のプリコート状態を評価する方法に
関する。 従来、水中の微量のイオン、懸濁物質等を除去
するためには、プリコート（precoat）形精密ろ
過器と粒状イオン交換樹脂を充填した混床式脱塩
器との組み合わせが使用されていたが、近年原子
力発電等種々の分野において、より高純度の水質
が要求されるようになり、これらに替わる処理装
置として、精密ろ過とイオン交換を同時に行なう
ろ過脱塩装置が採用されている。 このろ過脱塩装置は、非常に細かい粉末状（約
60〜400メツシユ）の特別に再生されたカチオン
交換樹脂とアニオン交換樹脂を水中で混合し、こ
の混合樹脂をろ過エレメントの外周面にプリコー
トして使用している。従つて ●イオン交換と精密ろ過を同時に行なうことがで
きるため、装置が簡略化できる。 ●樹脂が微粒子のためイオン交換速度が早く、樹
脂の交換容量も最大限に利用できる。 ●樹脂が非再生式であるため、経年変化および放
射線による影響がほとんどない。 さらに、化学再生廃液が出ない等の効果を有し
ている。 このろ過脱塩装置は、ろ過脱塩塔、逆洗プリコ
ート設備およびそれらの制御設備により構成され
ている。 ろ過脱塩塔１は、第１図に示すように胴３の内
部に多数のろ過エレメント２が設置されており
（第１図ではその１本だけを示す。）、ろ過エレメ
ント２外周面に樹脂をプリコートし、ろ過脱塩操
作を行なう。また、ろ過脱塩塔１はろ過エレメン
ト２の逆洗およびプリコートが可能な構造となつ
ている。すなわち、胴３の上部は頂板３ａがフラ
ンジ止めされ、頂板３ａにはベント用ノズル４が
接続され、胴３の底板３ｂには出口ノズル５が設
けられている。胴３の内部は隔壁７により上下に
隔てられ、下部室８と上部室９に分離されてい
る。隔壁７には底板３ｂを貫通して復水入口ノズ
ル６が接続されている。ろ過エレメント２は隔壁
７に下部が水密支持されており、下端は下部室８
に開口し、上端はリフテイングプレート１０によ
り支持されている。下部室８の側壁には逆洗空気
入口ノズル１１が、上部室９の側壁にはサイドド
レンノズル１２が設けられている。出口ノズル５
及び入口ノズル６の開口端を覆うようにして整流
板１３，１４が設けられている。 ろ過エレメント２は、たとえばステンレス鋼ま
たはナイロン製の円筒体で側面にメツシユ状の穴
が多数個設けられている。そして、高温度あるい
は高放射能系にはステンレス鋼製エレメントが使
用される。 ろ過エレメント２の外周面にプリコートされる
イオン交換樹脂はたとえばカチオン交換樹脂は約
120℃、アニオン交換樹脂は約60℃まで安定であ
る。しかし、アニオン樹脂の場合、約80℃で２〜
３週間運転すると、新品の20〜30％イオン交換容
量低下を起こし、90℃以上では急激な容量低下を
起こす。従つて、粒状イオン交換樹脂の温度に対
する制限は、アニオン交換樹脂の耐熱性により、
ほとんどが40℃前後で運転されている。粉末状イ
オン交換樹脂（商品名；パウデツクス樹脂）は表
に示す様な特性を有している。

【表】 上記イオン交換樹脂は前述のごとく粒径が60〜
400メツシユと微細であるため、一種類の樹脂だ
けをろ過エレメント２にプリコートした場合に
は、少量でもその圧力損失は非常に大きくなる。
しかし、カチオン樹脂とアニオン樹脂とを混合す
ると静電気的に凝集し、空隙率が増大するため、
圧力損失はきわめて小さくなる。凝集状態は、カ
チオン樹脂とアニオン樹脂との比によつて変化す
るが、通常、高度に凝集しているため、そのまま
ではろ過エレメント２に均一にプリコートするこ
とができない。このため、ろ過エレメント２の外
周面に、かつ適度の空隙率でプリコートが可能な
ように、混合スラリにポリ電解質溶液を加え、凝
集状態を調整している。 しかしながら、ろ過エレメント２の外周面に均
一にプリコートされているかどうかの判断、すな
わちプリコート状態の評価方法としては、ろ過脱
塩塔１の出口水質を測定し、超純水が得られてい
る事を唯一の判定基準としていた。 ところが、ろ過脱塩装置の出口水中の不純物濃
度は一般に極めて低く、通常の化学分析法の検出
限度値以下となつてしまい、定量的評価は不可能
であつた。このためろ過脱塩塔の出口水の導電率
を測定し、純水に相当する導電率を示すことを確
認して粉末状イオン交換樹脂（以下、単に樹脂と
称す）のプリコート状態を評価している。 この様な方法でもろ過脱塩塔への樹脂のプリコ
ート状態を確認したのち、実際に原子炉水を通水
処理した場合、時としてプリコートされた樹脂の
もつイオン交換容量を十分に消費せぬ状態のまま
ろ過脱塩塔出口導電率が上昇する、いわゆる導電
率ブレイク状態に達し、今まで使用してきた樹脂
を逆洗廃棄し、新たな樹脂をプリコートする必要
が生じている。 このようにイオン交換容量を十分に消費する事
なく導電率ブレイクを引き起こす原因としては、
樹脂がろ過脱塩塔内のフイルタエレメントに、均
一にプリコートされておらず、プリコート層の薄
い部分（薄層部）が存在する事によりこのプリコ
ート薄層部が早く導電率ブレイクする点であると
考えられている。特に原子力発電設備において放
射性物質を含む冷却水をろ過脱塩する場合には、
余分な二次廃棄物である放射能汚染された樹脂の
発生量を極力低く押える事は重要な課題であり、
ろ過脱塩塔に十分なイオン交換能力をもたせる事
が必要である。 本発明は上記点にかんがみてなされたもので、
放射性物質を含む液体処理において発生する二次
廃棄物量を極力低く抑えることができかつ十分な
水処理性能を発揮させることができる粉末状イオ
ン交換樹脂のプリコート状態を評価する方法を提
供することにある。 すなわち、本発明はろ過脱塩塔１へのイオン交
換樹脂のプリコート状態を評価、確認する方法に
おいて、人為的に調整作成した既知イオン濃度の
溶液（電解質の溶液）を使用してろ過脱塩塔の通
水試験を実施し、ろ過脱塩塔の出口導電率が0.1
μν／cmを超えるまでに消費したイオン交換容量
に相当する貫流交換イオン容量を算出し設計要求
値との比較を行なう事が粉末状樹脂のプリコート
良否を実機にて判定する方法である。 以下、本発明の詳細を図示の実施例を参照し説
明する。 第２図は本発明の一例を説明するために使用す
るろ過脱塩装置を示す流れ線図である。通常運転
中において、ろ過脱塩されるべき水は系統４０か
ら配管２１、弁２２、配管２３、入口ノズル６を
それぞれ順に通過して上部室９に導かれる。上部
室９に導かれたろ過脱塩されるべき水は、ろ過エ
レメント２の外表面にプリコートされた樹脂層２
ａを通過し、下部室８に導かれ、出口ノズル５、
配管２４、弁２５、配管２６を通りしかるべき系
統４１にもどされる。ろ過エレメント２上にプリ
コートされた樹脂層２ａがろ過脱塩塔１の通水処
理によりイオン交換容量を消化し、ブレイク状態
に達したならば上記通常の水処理経路の逆方向か
ら逆洗、再生用の水或るいは空気を流し、今まで
プリコートされていた樹脂を剥離させ廃棄物処理
系２７へ逆洗移送する。ろ過脱塩塔１内のろ過エ
レメント２に樹脂をプリコートする場合には、プ
リコートタンク２８に樹脂を入れ水を加え撹拌機
４２で撹拌し、均一なスラリー状態としたのちプ
リコートポンプ２９をもちいて弁３０、配管２
３、入口ノズル６を順に経由させ上部室９に樹脂
を送り込みろ過エレメント２に通水させる。通水
された水は、下部室８、出口ノズル５、配管２
４、弁３１をそれぞれ順に通りプリコートタンク
２８にもどされる。その結果ろ過エレメント２に
は樹脂層２ａが形成される。 第３図は、樹脂がろ過エレメント２にプリコー
トされた状態を模擬的に図示したものであり、均
一にプリコートされ、設計上要求される性能を出
すためにはイの様にろ過エレメント２上の樹脂層
２ａは一定の厚さに成る必要がある。これに対
し、ロの様にろ過エレメント２下部が厚く、上部
に薄くプリコートされた場合、或るいはハの様に
下部は薄く、上部が厚くプリコートされた場合の
いわゆる不均一なプリコート状態においては、薄
層部はイオン交換容量を消化し、十分なイオン交
換が出来ずろ過脱塩塔１の出口水質は悪化し、い
わゆるイオンブレイク状態に達する。しかし樹脂
が厚くプリコートされている部分は、まだ十分な
イオン交換容量を残している状態と成る。イオン
ブレイク状態に成ると、今までプリコートされて
いた樹脂層２ａはイオン交換容量を完全に消費し
きらない状態のまま廃棄されることに成る。 プリコートされた樹脂のプリコート状態の良否
を判定する本発明の一方法は、人為的に既知イオ
ン濃度の溶液をつくり、これをろ過脱塩塔１に通
水処理し、樹脂層に捕集されたイオン量をもとに
評価する。この評価によりプリコートの完全さを
判断し、プリコートの運転条件（流速、弁開閉の
タイミング等）を決定することにある。 そこで、本発明では炭酸イオンをもちいて樹脂
のプリコート状態を評価する。第２図において炭
酸ガスボンベ３１から弁３２、配管３３を介し炭
酸ガスをプリコートタンク２８に溶解させ、この
溶解液を樹脂層２ａに導き炭酸イオンを連続的に
除去する。ろ過脱塩塔１に送り込まれる炭酸イオ
ン量はろ過脱塩塔１、配管２３上の導電率計３４
で連続的に監視し、またろ過脱塩塔１で処理され
た水の水質はろ過脱塩塔１の配管２４上の導電率
計３５で同様に連続監視する。この様にろ過脱塩
塔出入口水の導電率を連続的に監視する事によつ
てろ過エレメント２上にプリコートされた樹脂層
２ａにおいて除去された炭酸イオン量を積算する
事が出来る。 第４図は、以上述べた方法で炭酸ガスを溶解し
た水をろ過脱塩塔に連続的に通水処理させた場合
のろ過脱塩塔出入口にある導電率計３４，３５の
指示値（単位μν／cm）の時間変化を一例として
示したものである。 ろ過脱塩塔入口にある導電率計３４の指示はＡ
に示す様に炭酸ガスの飽和導電率を示している。
Ｃ点でろ過脱塩塔通水処理を開始すると、ろ過脱
塩塔出口の導電率計３５の指示は通水時間経過と
ともに特性Ｂの様に変化する。Ｄ点においてろ過
脱塩塔出口の導電率指示が0.1μν／cm以上と成
る。この時点までにろ過エレメント上の樹脂層２
ａにイオン交換捕集された炭酸イオン量は通水処
理を開始したＣ点からろ過脱塩塔出口の導電率が
0.1μν／cmと成つたＤ点までに消費したイオン
交換容量である貫流交換イオン容量として求める
事が出来る。貫流交換イオン容量を算出する為に
は、ろ過脱塩塔出入口導電率の差に処理水量を乗
ずる事で簡単に求める事が出来、第４図における
斜線部の面積に比例する事にある。尚、ろ過脱塩
塔のろ過エレメント２に樹脂が不均一にプリコー
トされている場合には、ろ過脱塩塔１の出口導電
率は特性Ｅに示す様に特性Ｂよりも早く急激に悪
化する現象が一般に見られる事と成る。したがつ
て特性Ｂが得られるプリコートの運転条件をこの
方法によつて判定することが可能である。 かくして、従来のプリコートの不具合すなわ
ち、ろ過エレメント２の樹脂層２ａはプリコート
時の流速、或るいは弁開閉のタイミング、系統配
管の長さ等々で微妙に左右され工場試験で目視に
よつてプリコート状態の均一性を確認しプリコー
ト諸条件を設定しても、実機においては必らずし
も十分なイオン交換性能を発揮出来ない場合が経
験され、さらに実機においては弁、ポンプ等に経
年変化があり、プラントの運転開始初期には均一
の厚さにプリコートされていたが、数年後には均
一にプリコートされない事態になり、十分な水処
理効果を発揮出来ないこともある。しかし前述の
ごとくろ過脱塩塔への樹脂のプリコート状態を正
確に評価し、設計通りのイオン交換能力をもつた
ろ過脱塩塔を水処理に供することにより、余分の
樹脂廃棄物の発生を低減させるとともに、十分な
処理効果を発揮させる事が出来る。 又、本発明方法をもちいて適時樹脂のプリコー
ト状況の妥当性を容易に確認評価出来、常に健全
な状態でろ過脱塩塔を運用する事が可能と成る。 なお、本発明は燃料プール浄化系ろ過脱塩塔、
原子炉冷却材浄化系ろ過脱塩塔、復水フイルタ等
粉末状の樹脂をプリコートするろ過脱塩塔全般に
適用出来、又炭酸ガス以外の任意化学種をもちい
てより、実際の処理水質に近い模擬水質をつく
り、通水処理する事でプリコート状態を評価する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る方法を説明するためのもの
で第１図はろ過脱塩塔の断面図、第２図はろ過脱
塩塔へイオン交換樹脂をろ過エレメントにプリコ
ートするための系統図、第３図はろ過エレメント
へイオン交換樹脂をプリコートした状態を示す概
略断面図で、イは理想状態を、ロおよびハは好ま
しくない状態をそれぞれ示し、第４図はろ過脱塩
塔のプリコート状態の確認例を示す導電率の特性
図である。 １……ろ過脱塩塔、２……ろ過エレメント、２
ａ……樹脂層、５……出口ノズル、６……入口ノ
ズル、２７……廃棄物処理系、２９……プリコー
トポンプ、３１……炭酸ガスボンベ、３４……導
電率計、３５……導電率計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ろ過エレメントに粉末状イオン交換樹脂をプ
   リコートし電解質の飽和溶液を通流して前記ろ過
   エレメントの出入口水の導電率を連続的に監視
   し、この監視された出口水の導電率が増加を開始
   する時間と増加率とでプリコート状態を評価する
   ことを特徴とする粉末状イオン交換樹脂のプリコ
   ート状態を評価する方法。 ２ 電解質の飽和溶液は炭酸ガス溶液からなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の粉末
   状イオン交換樹脂のプリコート状態を評価する方
   法。