JP2008178826A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脱塩装置で被処理水の薬剤注入物質（ｐＨ調整剤のアンモニア）を除去することなく、被処理水の他の不純物イオンのみを除去し、薬剤注入物質の負荷と冷却負荷を軽減させた水処理装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る水処理装置は、発電システム系統１２，１９にその系統水を浄化する脱塩器２０を備え、前記発電システム系統水に含まれるイオン種の少なくとも１種が薬剤注入物質に由来するイオン種である被処理水ｃを水処理するものである。この水処理装置は、一対の隔膜４３と対向配置される電極４１に直流電圧を印加し、前記被処理水に含まれる薬剤注入物質に由来するイオン種以外の不純物を電離度が小さい条件で脱塩操作を行ない、隔膜４３間に導入する被処理水ｃのイオンを電気泳動によって除去する電気脱塩装置３４と、この電気脱塩装置３４の隔膜４３，４３間に通過する脱塩処理水ｄを前記発電システム系統１２，１９の脱塩器２０下流側に返送する前記薬剤注入物質のリサイクル手段４６とを備えたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子力発電プラントや火力発電プラントにおける水処理技術に係り、特に加圧水型原子力発電所の２次系や火力発電所の系統水における水処理装置に関する。

一般に加圧水型発電所では、蒸気発生器で加圧水型原子炉１次系とその2次系とに分かれており、原子炉１次系の原子炉で発生した高温高圧水を蒸気発生器で熱交換し原子炉２次系に蒸気を発生させている。加圧水型原子炉２次系では蒸気発生器で発生した蒸気を蒸気タービンに送り、この蒸気タービンをタービン駆動させて仕事をしている。

蒸気タービンを駆動して膨張した蒸気は続いて復水器に案内され、復水器内で冷却されて凝縮し、復水となる。この復水は、必要に応じて復水脱塩器でイオン交換樹脂等によるイオン除去の脱塩処理を行なっており、その後、発電プラント系統のヒータで加熱されて蒸気発生器に供給される。

蒸気発生器に供給される水は発電プラント系統の原子炉２次系系統内の構造材（配管や機器）の腐食抑制の観点から薬剤注入物質が注入される。このうち、ｐＨ調整剤としてアンモニア、脱酸素剤としてヒドラジンを用いるＡＴＶ（Ａｌｌ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理を行なう薬剤があり、加圧水型原子力発電所では原子炉２次系系統内の復水脱塩処理後に薬剤注入物質が注入される。

一方、蒸気発生器では、発電プラント系統である原子炉２次系系統内に持ち込まれたイオン等の不純物や腐食生成物が濃縮されるため、蒸気発生器内の伝熱管の腐食や伝熱性低下を起こす要因となっている。このため、蒸気発生器内から給水の一部を排出（ブローダウン）する操作が行なわれている。

蒸気発生器からのブローダウン水は、復水脱塩器等の既設の水質浄化設備に導かれて浄化される。ブローダウン水に含まれる薬剤注入物質であるｐＨ調整剤のアンモニアは、復水脱塩器の脱塩処理で除去された後、別途新しい薬剤注入物質が注入される。復水脱塩器でｐＨ調整剤のアンモニアを除去し、別途新しい薬剤を注入することは、復水脱塩器でのイオン除去負荷を増大させ、薬剤注入コストを増加させる要因となっている。

蒸気発生器のブローダウン水から、復水脱塩器でのブローダウン水のイオン除去を軽減し、注入薬剤コストを軽減する方法として、復水脱塩器（復水脱塩塔）をバイパスする手段が、特許文献１〜特許文献３に開示されている。

蒸気発生器からのブローダウン水は高温であるが、既設の水質浄化設備では、復水脱塩器に熱に弱いイオン効果樹脂が用いられる関係から、ブローダウン水を冷却し、常温で処理している。このため、既存の水質浄化設備では処理前にブローダウン水を冷却操作しており、特許文献４に開示されている冷却操作技術を用いないと、復水脱塩器は脱塩機能を充分に維持させることができない。

既設の水質浄化設備におけるブローダウン水の脱塩操作は、ブローダウン水中の不純物イオンの除去が本来の目的である。しかしながら、加圧水型原子炉２次系の系統水中に含まれる不純物のイオン種のうち、高濃度に存在する薬剤注入物質はｐＨ調整剤として注入されているアンモニアである。

復水脱塩器でのイオン除去負荷を軽減するために、復水脱塩器をバイパスする技術や、ブローダウン水をイオン交換樹脂とイオン交換膜とを使用する電気式脱イオン装置にてイオンを除去する技術がある。

ブローダウン水中の不純物イオンを除去する従来の技術では、不純物イオンの他、アンモニアも同時に除去することができるために、復水脱塩器の負荷軽減の可能性が大きい一方で、注入するアンモニアのコスト軽減を図ることが困難である。

さらに、特許文献５には、電気式脱塩装置で除去したアンモニアをリサイクルする技術が開示されているが、このリサイクル技術においては、除去されるアンモニアと同時に濃縮される不純物イオンを分離精製する技術を必要とし、コスト増につながる虞があった。
特開２０００−１７１５８５号公報 特開２０００−２５８５８９号公報 特開２００５−３２９３１４号公報 特開２００６−２２６６９７号公報 特開平１１−４７５６０号公報

加圧水型原子力発電所の２次系に適用される従来の水処理装置においては、ブローダウン水中の不純物イオンの他、アンモニアも同時に除去されるために、復水脱塩器の負荷軽減を図ることができるが、注入するアンモニアのコスト軽減を図ることが困難である。また、電気式脱塩装置で除去したアンモニアをリサイクルする技術においては、アンモニアと同時に除去濃縮される不純物イオンの分離精製が必要となり、面倒であった。

ブローダウン水から不純物イオンのみを選択的に除去でき、薬剤注入によって不純物イオンに較べ高濃度に注入調整されるアンモニアを残存させる脱塩技術を確立させることができれば、復水脱塩器におけるイオン除去負荷を軽減させることができ、かつ、アンモニアの薬剤注入コストの軽減も図ることができ、メリットがある。

また、蒸気発生器から高温で排出されるブローダウン水は、イオン交換樹脂を用いる既設の脱塩技術や、イオン交換樹脂とイオン交換膜を用いる従来の電気式脱イオン装置では、高温に弱いイオン交換樹脂の耐熱性の観点から、イオン交換機能を維持するために、常温まで冷却されることが要求され、大掛りな復水器等の冷却設備が必要となる。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、脱塩装置による脱塩浄化を高温で行なうことができ、ブローダウン水の冷却操作に伴なう熱損失の軽減を図ることができる水処理装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、加圧水型原子炉２次系や火力発電プラントの系統水に薬剤注入を必要とする発電システム系統水に、不純物イオン脱塩浄化負荷が小さく、アンモニウム等の薬剤消費や熱損失の少ない水処理を実施することができる水処理装置を提供するにある。

本発明に係る水処理装置は、上述した課題を解決するために、発電システム系統にその系統水を浄化する脱塩器を備え、前記発電システム系統水に含まれるイオン種の少なくとも１種が薬剤注入物質に由来するイオン種である被処理水を水処理する水処理装置において、一対の隔膜と対向配置される電極に直流電圧を印加し、前記被処理水に含まれる薬剤注入物質に由来するイオン種以外の不純物を電離度が小さい条件で脱塩操作を行ない、隔膜間に導入する被処理水のイオンを電気泳動によって除去する脱塩装置と、この脱塩装置の隔膜間に通過する脱塩処理水を前記発電システム系統の脱塩器下流側に返送する前記薬剤注入物質のリサイクル手段とを備えたものである。

本発明に係る水処理装置においては、被処理水の不純物は脱塩装置からリサイクル手段を利用して薬剤注入物質を有する処理水を再利用でき、薬剤注入物質の負荷と冷却負荷とを軽減することができる。

また、この水処理装置は、薬剤注入物質を有する処理水は、リサイクル手段により発電システム系統の給水系に高温高圧のまま返送されるので、薬剤注入物質の再注入量と給水再加熱負荷を軽減することができる。

本発明に係る水処理装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本発明に係る水処理装置は、加圧水型原子力発電所の加圧水型原子炉２次系（ＰＷＲ２次系）や火力発電所の系統水に適用される。図１は加圧水型原子炉２次系１０の発電システム系統を示す構成図である。

加圧水型原子力発電所では、中間熱交換器としての蒸気発生器１１が発電システム系統に設けられ、この蒸気発生器１１により加圧水型原子炉１次系とその２次系１０とに分けられる。加圧水型原子炉１次系では図示しない原子炉で発生した高温高圧水が蒸気発生器１１に送られ、ここで蒸気発生器１１に供給される給水と熱交換される。蒸気発生器１１で発生した蒸気は加圧水型原子炉２次系（ＰＷＲ２次系）１０を構成する（主）蒸気系１２を通って高圧タービン１３に供給され、この高圧タービン１３をタービン駆動させて仕事をする。ＰＷＲ２次系１０は発電システム系統を構成している。発電システム系統には（主）蒸気系１２と復水給水系１９が備えられる。

高圧タービン１３を駆動した蒸気は、続いて湿分分離器１４に送られ、ここで湿分が除去され、乾き蒸気にされる。この乾き蒸気は低圧タービン１５に送られてタービン駆動し、仕事をする。低圧タービン１５で仕事をした蒸気は膨張して復水器１６に案内され、この復水器１６で冷却され、凝縮して復水となる。復水器１６で冷却された復水は復水ポンプ１８により発電システム系統の復水給水系１９に送られる。

復水給水系１９では、復水脱塩塔などの復水脱塩器２１に備えられ、この復水脱塩器２０でイオン交換樹脂により浄化され、脱塩処理される。また、復水脱塩器２０には、海水リーク等の緊急時や事故時に脱塩器２０を保護する脱塩器バイパス回路２１が設けられる。復水脱塩器２０で脱塩処理された復水は、続いて復水ブースタポンプ２２により１段または多段構造の低圧給水加熱器（低圧ヒータ）２３に送られ、加熱作用を受ける。低圧給水加熱器２３には低圧タービン１５からのタービン抽気ａが供給され、このタービン抽気ａを加熱源として復水が加熱される。

一方、低圧給水加熱器２３で復水と熱交換し冷却されたドレン水は、ドレンポンプ２４により復水給水系１９の復水に供給され、腹水脱塩器２０からの復水を混合せしめられる。

また、復水給水系１９の低圧給水加熱器２３で加熱された復水は、脱気器２７に送られ、この脱気器２７で脱気された後、給水ポンプ２８を経て高圧給水加熱器（高圧ヒータ）２９に送られる。高圧給水加熱器２９では高圧タービン１４からのタービン抽気ｂと熱交換して加熱作用を受ける。加熱作用を受けて温度上昇した給水は、高温となって蒸気発生器１１に供給される。高圧給水ポンプ２９で温度上昇した給水は、加圧水型原子炉からの高温高圧水と蒸気発生器１１で熱交換される。この熱交換により蒸気発生器１１で発生した蒸気は、（主）蒸気系１２を通って蒸気タービン１３，１５に供給されてタービン駆動されるようになっている。

一方、高圧給水加熱器２９で給水を加熱したタービン抽気ｂは給水と熱交換してドレン水となり、ドレンポンプ３０により脱気器２７に送られる。この脱気器２７で低圧給水加熱器２３から送られてくる復水に混入し、合流せしめられる。復水ポンプ１９や復水ブースタポンプ２２および給水ポンプ２８は例えば３台ずつ並設され、１台は予備機として用いられる。

また、蒸気発生器１１には、蒸気発生器１１内の伝熱管の腐食や伝熱性能低下を防止するために、蒸気発生器１１の給水の一部を排出する蒸気発生器ブローダウン水排出経路３３が配置される。このブローダウン水排出経路３３は復水器１６側に延び、復水給水系１９に復水器１６から復水脱塩器２０上流側の所要箇所に接続される。

ブローダウン水排出経路３３の途中には、電気脱塩装置３４および必要に応じて熱回収装置３５が順次設けられる。電気脱塩装置３４は、図２に模式図で示すように構成され、高温で脱塩操作が行なわれるようになっている。電気脱塩装置３４には蒸気発生器ブローダウン水がバイパスされるバイパス回路３６が設けられ、このバイパス回路３６に常開のバイパス弁３７がこの電気脱塩装置３４の故障時や起動時などに、開放するように設けられる。

（電気）電気脱塩装置３４は、図２に示すように脱塩器筐体としてのボックス状本体ケーシング４０と、この本体ケーシング４０内で直流印加が行なわれる対の電極４１と、これらの電極４１間と平行に配設される一対の隔膜４３と、これらの隔膜４３間に構成される被処理水ｃの脱塩部４４と、この脱塩部４４に蒸気発生器ブローダウン水を被処理水ｃとして供給する導入経路３５と、脱塩部４４から排出される不純物脱塩処理水ｄの排出経路４６と、前記隔膜４３と電極間のチャンバに配置される濃縮部４７と、この濃縮部４７から排出される不純物濃縮排水ｅの排出経路４８とを有する。濃縮部４７と排出経路４８により濃縮排水の排出手段が構成される。排出経路４８は、復水脱塩器２０の上流側、例えば復水ポンプ１８の入口側に接続される。

不純物濃縮排水ｅの排出経路４８は、発電システム系統を構成する復水給水系１９に延びるブローダウン水排出経路３３に接続され、不純物脱塩処理水ｄの排出経路４６は、復水給水系１９の例えば給水ポンプ２８入口側に接続される。低圧給水加熱器２３の出口側から蒸気発生器１１入口側に至る給水系（復水給水系１９）の間の給水に略等しい圧力で返送され、混入される。不純物脱塩処理水ｄの排出経路４６は、薬剤注入物質であるアンモニアのリサイクル手段を構成している。

また、加圧水型原子炉２次系１０の湿分分離器１４からドレン配管５０が延び、このドレン配管５０はドレンポンプ５１を介して、例えば発電システム系統である復水給水系１９の脱気器２７下流側に接続され、脱気器２７で分離された高温の液分が給水に供給され、混合される。

ところで、蒸気発生器ブローダウン水排出経路３３に設けられた電気脱塩装置３４は、図２に示したように電極４１に直流印加を行なうことで脱塩処理が行なわれる。その際、電気脱塩装置３４の本体ケーシング４０と電極４１や、本体ケーシング４０と隔膜４３、電極４１と隔膜４３、および対をなす隔膜４３同士はそれぞれ互いに電気的に絶縁することが望ましい。

また、本体ケーシング４０内の脱塩部４４および濃縮部４７に満たされる液は、電気脱塩装置３４の内部において、隔膜４３以外の場所から液体が混ざり合わないことが望ましい。電極４１は、脱塩時に不純物脱塩処理水ｄに電極４１の構成成分が溶出しにくい材質で構成され、電気脱塩装置３４の運用温度、電流安定域で安定に使用できる材料が選定される。

本体ケーシング４０内を脱塩部（脱塩領域）４４と濃縮部（濃縮領域）４７とを仕切る隔膜４３は、対を成して対向配置され、電極４１と平行に配置される。隔膜４３は、金属、合金、セラミックス、あるいは耐熱性樹脂系等の素材で構成され、その構成成分が、蒸気発生器ブローダウン水である高温の被処理水であっても、脱塩処理運用環境で溶出、腐食、分析したい材料が選定されて利用される。隔膜４３の配置は種々考えられ、平板（プレート）状の平行配置や、同心円筒状（楕円筒状、角筒状）の平行配置になって構成される。

電気脱塩装置３４では、被処理液（蒸気発生器ブローダウン水）ｃが脱塩部４４に導入される。導入された被処理水ｃに含まれるイオン成分は、電気脱塩装置３４の内部で電極４１によって印加される電位勾配によって、脱塩部４４と接する隔膜４３を透過して脱塩部４４の外へ電気泳動により移動する。結果として脱塩部４４から不純物脱塩処理水ｄとして電気脱塩装置３４によりイオン除去された高温の処理水が排出される。

電気脱塩装置３４で脱塩部４４での電位勾配によって脱塩部４４および隔膜４３の外に配置される濃縮室４７へ移動したイオン成分は、不純物濃縮排水として排出経路４８から電気脱塩装置３４外に排出され、復水脱塩器２０等の既設の水質浄化設備に送られて浄化処理される。

加圧水型原子炉２次系（以下、ＰＷＲ２次系という。）１０では、被処理水ｃには薬剤注入物質に由来するｐＨ調整剤としてのアンモニアを添加される。アンモニアを添加したしたアンモニアリッチ水から、ｐｐｂオーダの不純物を除去することが求められる。発電システム系統を構成するＰＷＲ２次系１０をｐＨ９．２〜９．８に調整するためには、アンモニア濃度を約１〜１０ｍｇ／Ｌに調整する必要がある。

一方、蒸気発生器ブローダウン水（ブロー水）は、蒸気発生器１１から排出される高温高圧の液体（被処理水）である。高温高圧下では、アンモニアがアンモニウムイオンに電離（イオン化）する解離定数が、温度、水の密度に依存することが明らかになっている。アンモニアは、高温高圧になると、電離の割合（電離度）が図３に示すように低下する。薬剤注入物質のアンモニアに由来するイオン種である被処理水は、被処理水中に含まれる他の少なくとも１種のイオン種により電解度の小さい条件で脱塩操作される。

図３は、６ＭＰａ下でのアンモニアのイオンに電離する電離依存性を示している。アンモニア濃度範囲ではアンモニウムイオンで存在する割合は常温で５０％以上であるが、０．５ｐｐｍでは点線ｆで、１．０ｐｐｍでは実線ｇで、また、１０ｐｐｍでは鎖線ｈに表わすように、高温になるほどアンモニウムイオンの割合が小さくなる。図２に示される電気脱塩装置３４では、蒸気発生器ブローダウン水（被処理水ｃ）は高温であるため、アンモニアは除去されにくい。高温になるほどこの傾向は顕著になる。

また、被処理水ｃが一部イオンとして除去濃縮されたアンモニウムイオンは、図３に示すようにアンモニア濃度が高いほど電離度が低下する傾向にあり、電場によるイオン保持が困難となる。このため、電気脱塩装置３４内でアンモニウムイオンがアンモニアとなって濃縮部４７から拡散し、脱塩部４４に戻ることとなる。

したがって、図２に示される電気脱塩装置３４では、不純物イオンとこのイオンに比べ高濃度なアンモニアを含有する被処理水ｃの脱塩が行なわれ、脱塩部４４でアンモニアが残存した処理水が不純物脱塩処理水ｄとして得られる。

電気脱塩装置３４は、図３に示されたアンモニアの電離度特性から（図２に示された電気脱塩装置３４で脱塩する場合）、常温に比べ高温で操作することによって、不純物イオンに比べ、アンモニアの選択的残存が可能となる。電気脱塩装置３４を構成する素材は、この意味から高温下で運用可能な素材であることが望ましい。

また、電気脱塩装置３４は、高温での不純物イオン脱塩操作により、従来の水処理装置において必要であって、蒸気発生器ブローダウン水処理時の冷却操作が不要となり、常温までの冷却操作量を低減させることができる。高温高圧下で運用する脱塩装置の形態としては、図２に示すものに限定されず、種々の脱塩装置、例えば特開２００６−４３５８０号公報、特開２００６−８８００４号公報、特開２００６−１３６８４６号公報開示の装置構成を採用することができる。

図２に示された、電気脱塩装置３４の高温での脱塩操作によって、蒸気発生器ブローダウン水が持つ熱量と、アンモニア量の大きな低減をせずに、蒸気発生器１１へ供給する熱・アンモニアリサイクルと、不純物イオン浄化を獲得することができる。

蒸気発生器１１から排出される蒸気発生器ブロー水は、蒸気発生器ブローダウン水排出経路３３を経て、電気脱塩装置３４へと送られる。

この蒸気発生器ブローダウン水排出経路３３の経路上には、フラッシュタンクや熱交換器といった構成機器を、必要に応じて配置して良く、この機器構成等については、既存の技術を用いればよい。しかし、電気脱塩装置３４へ送られるブローダウン水の水量や温度の変動が少なくなるように構成・運用することが望ましい。

電気脱塩装置３４では、高温の蒸気発生器ブローダウン水を被処理水ｃとして、高温下でイオン成分除去に用いられるため、電気脱塩装置３４に代えて、特開２００６−４３５８０号公報や、特開２００６−８８００４号公報、特開２００６−１３６８４６号公報開示等の脱塩装置を適用してもよい。

電気脱塩装置３４では、本体ケーシング４０内の脱塩部４４で不純物が除去され、蒸気発生器ブローダウン水は被処理水ｃの熱量とｐＨ調整剤としてのアンモニアの多くを保持した不純物脱塩処理水ｄとしてその排水経路４６から排出される。

この不純物脱塩処理水ｄは、復水給水系１９の例えば脱気器２７下流側に排水経路４６を構成するリサイクル手段で戻され、蒸気発生器１１に還流される。還流された処理水ｄは蒸気発生器１１で原子炉からの高温高圧水と熱交換されて蒸気化され、（主）蒸気系１２を経て蒸気タービン１３，１５に供給される。

その際、不純物脱塩処理水ｄの供給箇所は、電気脱塩装置３４に供給される被処理水温度に応じて選定すればよいが、不純物脱塩処理水ｄが、特に、高温で脱塩処理した処理水である場合は、高温での運用可能な箇所を選定することが望ましい。不純物脱塩処理水ｄの供給は、この処理水と比べ低圧となる箇所、例えば低圧ヒータ２３出口、低圧ヒータ２３と高圧ヒータポンプ２８間に配置される脱気器２７、または高圧ヒータポンプ２８入口などに接続される。

また、高圧タービン１３からのタービン抽気（高圧蒸気）を熱源として用いる高圧ヒータのドレン水をＰＷＲ２次系１０へ供給するドレン系統が配置されている場合、このドレン系統へ不純物脱塩処理水ｄを供給してもよい。

また、電気脱塩装置３４にて除去された不純物イオンは、電気脱塩装置３４より不純物濃縮排水ｅとして、既設の蒸気発生器ブローダウン水の脱塩浄化設備に供給される。この供給経路４８上には、必要に応じて熱交換機器等の熱回収装置３５が配置される。熱回収装置３５の運用・形式等については、既存に技術を用いればよく、特にその形態等は限定しない。

さらに、蒸気発生器ブローダウン水排出経路３３上に、予備系統として電気脱塩装置３４をバイパスするバイパス回路３６を、既設の蒸気発生器ブローダウン水排出経路３３と同様に設置することができる。この場合、電気脱塩装置３４をバイパスした蒸気発生器ブローダウン水を、既設の脱塩浄化系統内、例えば復水給水系１９の復水脱塩器２０に適切に対応できるように、前処理（温度操作等）や脱塩処理容量を確保しておくことが望ましい。

第１実施形態に示された水処理装置によれば、不純物イオンに対し高濃度で存在するアンモニアの大部分を保持し、リサイクルしつつ被処理水ｃから不純物の除去を行い、同時に、高温下での脱塩処理によって、不純物イオン脱塩浄化負荷とアンモニア消費、および熱損失との少ない水処理が実現でき、原子力発電プラントを効率よく適切に運用することができる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明に係る水処理装置の第２実施形態を簡略的に示す構成図である。

この実施形態の水処理装置を説明するに当り、図１〜図３に示される水処理装置の第１実施形態と同じ構成および作用には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。

第２実施形態に示された水処理装置は、ＰＷＲ２次系１０Ａに適用され、ＰＷＲ２次系１０Ａの蒸気発生器ブローダウン水排出経路３３に、複数台の電気脱塩装置３４Ａ，３４Ｂを並列多段に配置し、蒸気発生器ブローダウン水の水処理に適用したものであり、他の脱塩装置の構成は実質的に異ならないので、詳細な説明を省略する。

電気脱塩装置３４Ａ，３４Ｂは、蒸気発生器ブローダウン水排出経路３３に複数台並列に配設され、少なくとも１台以上の電気脱塩装置３４Ａ，３４Ｂをイオン除去に使用し、被処理水ｃの導入経路４５Ａ，４５Ｂを切替可能な構成とすることで、他方の脱塩装置を待機状態とすることができる。脱塩装置の洗浄操作等の実施時に、他方の脱塩装置を用いることで、被処理水ｃのイオン分除去を連続的に実施することができる。

脱塩操作を行なわずに、電気脱塩装置３４Ａ，３４Ｂの洗浄操作を実施する場合、洗浄操作を行なう脱塩装置に配設される対の電極４１，４１の極性を、脱塩操作時の極性と逆に直接印加させることで、洗浄操作が実施される。

電気脱塩装置３４Ａ，３４Ｂの脱塩操作時に、電極４１，４１の極性が逆となるように直流（電圧）印加を行なうことで、脱塩時に電極４１，４１に析出物等が生じても、析出物の溶出洗浄を行なうことができ、脱塩性能や脱塩機能を長期間健全状態に維持できる。

複数の電気脱塩装置３４Ａ，３４Ｂは、洗浄操作と脱塩操作をそれぞれ並行して個別に運用することができるように、洗浄操作のための温度操作等の前処理や脱塩処理容量を確保しておくことが望ましい。

第２実施形態の水処理装置によれば、電気脱塩装置３４Ａ，３４Ｂの運用を安定的かつ弾力的に可能とすることで、不純物イオンに対し高濃度で存在するアンモニアの大部分を保持でき、リサイクルしつつ不純物の除去を行なうことができる。高温下での脱塩処理であっても、不純物イオン脱塩浄化負荷やアンモニア消費、および熱損失が少ない水処理を実現でき、原子力プラントを効率よく適切に運用できる。

［第３の実施形態］
図５は、本発明に係る水処理装置の第３実施形態を簡略的な構成図である。

第３実施形態の水処理装置を説明するに当り、第１実施形態と同じ構成、作用には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。

図５に示された水処理装置の第３実施形態は、蒸気発生器ブローダウン水排出経路３３に設けられる不純物電気脱塩装置３４の上流側にろ過装置５３を設けた構成が実質的に異なり、他の構成は異ならないので、説明を省略する。

不純物電気脱塩装置３４は、蒸気発生器１１に蓄積されたイオン成分の除去を高温状態のまま実施できる一方、不純物の電気脱塩装置３４で脱塩処理された不純物脱塩処理水ｄは、リサイクル手段を介して発電システム系統の復水給水系１９を経て再び蒸気発生器１１に還流される。

水処理装置の第３実施形態では、蒸気発生器ブローダウン水（被処理水）ｃに含まれる不純物の固体成分を除去するために、電気脱塩装置３４の前段にろ過装置５３が配設された例を示した。ろ過装置５３は、ろ過装置５３へ供給される被処理水ｃの温度、水質に併せた材質で構成されるろ過機器を使用すればよく、高温下で運用されるろ過装置では、例えば、特開２００５−１４４２２６号公報や特開２００５−２１４１２３号公報に開示されたろ過装置が用いられる。

ろ過装置５３を複数台並列に接続配置し、ろ過装置とろ過差圧上昇時の逆洗操作工程とを独立して並行させるように構成してもよい。この場合には、複数のろ過装置５３で水処理を連続的に行なうことができ好ましい。ろ過装置５３は不純物の電気脱塩装置３４の後段側に配置してもよい。

図５に示された水処理装置の第３実施形態によれば、ＰＷＲ２次系１０Ｂの蒸気発生器１１に蓄積する不純物の固形分除去と同時に、不純物イオンに対し、高濃度で存在するアンモニアの大部分を保持し、リサイクルしつつ、不純物の除去を行い、同時に、高温下での脱塩運用によって、不純物イオン脱塩浄化負荷と薬剤注入物質であるアンモニア消費や熱損失の少ない水処理を実現することができ、原子力プラントを効率よく適切に運用することができる。

［第４の実施形態］
図６は、本発明に係る水処理装置の第４実施形態を簡略的に示す構成図である。

水処理装置の第４実施形態を説明するに当り、第１実施形態に示された水処理装置と同じ構成および作用には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。

第４実施形態に示された水処理装置は、ＰＷＲ２次系１０Ｃに適用され、ＰＷＲ２次系１０Ｃの蒸気発生器ブローダウン水排出経路３３に、不純物の電気脱塩装置３４を設ける。この電気脱塩装置３４で蒸気発生器ブローダウン水（被処理水）ｃの水処理を高温のままで脱塩処理を行なう一方、電気脱塩装置３４で脱塩処理された不純物脱塩処理水ｄの排出経路４６の途中に流量制御機構としての流量コントローラ５４と水質モニタ機構としての水質モニタ５５を配置したものである。他の構成は水処理装置の第１実施形態の構成と異ならないので、説明を省略する。

図６に示された水処理装置は、不純物電気脱塩装置３４から排出される不純物脱塩処理水ｄのリサイクル手段を構成する排出経路４６の途中に流量コントローラ５４と水質モニタ５５を設置し、流量コントローラ５４で不純物脱塩処理水ｄの流量を計測して調製する一方、水質モニタ５５で不純物脱塩処理水ｄに含まれるアンモニア濃度や不純物イオン濃度、水素イオン濃度を測定している。

流量コントローラ５４は、不純物脱塩処理水ｄの排出経路４６を流れる液体の流量を計測する機器と、その流量を調整する機器から構成され、不純物脱塩処理水ｄの運用水質、流量、温度圧力他の環境に併せた、既存の流量コントローラ５４を選定すればよく、特にその形態は限定されない。また、水質モニタ５５は、不純物脱塩処理水ｄに含まれる、アンモニア濃度や不純物イオン濃度、水素イオン濃度を測定する機器である。水質モニタ５５は不純物脱塩処理水ｄの排出経路４６中にオンライン設置したり、サンプリング計測する手法を採ればよい。水質モニタ５５が選定される機器の使用条件と排出経路４６の温度圧力、水質などを考慮して、既存の水質モニタ５５を用いてもよい。また、不純物濃縮排水ｅの排出経路４６上に、流量コントローラや、水質モニタを設置することも、より望ましい。

図６に示された水処理装置の第４実施形態によれば、不純物の電気脱塩装置３４から排出される不純物脱塩処理水ｄの流量制御や、アンモニア含有量を把握することができるため、薬剤注入が必要なアンモニア量を随時把握することができる。このため、加圧水型原子炉２次系１０ＣのｐＨ水質コントロールを適切に実施することができる。蒸気発生器１１に蓄積する不純物の固形分除去と同時に、不純物イオンに対し高濃度で存在する薬剤注入物質としてのアンモニアの大部分を保持できる。不純物脱塩処理水ｄのリサイクル手段で処理水をリサイクルしつつ不純物の固形分除去を行なうことができ、アンモニアの大部分を保持できるので、高温下での脱塩処理であっても新たな薬剤注入を抑えることができ、不純物イオン脱塩浄化負荷とアンモニア消費や熱損失の少ない水処理を実施でき、原子力発電プラントを効率よく適切に運用することができる。

本発明の第１実施形態ないし第４実施形態においては、水処理装置をＰＷＲ２次系の水処理に適用した例を示したが、この水処理装置は、蒸気系に薬剤注入が必要な火力発電プラントの系統水に適用することができる。

本発明に係る水処理装置の第１実施形態を加圧水型原子炉２次系に適用した例を示す構成図。 本発明の水処理装置の第１実施形態に用いられる脱塩装置の模式図。 前記脱塩装置を６ＭＰａ下で運用した場合のアンモニア電離度と温度の関係を示すグラフ。 本発明に係る水処理装置の第２実施形態を加圧水型原子炉２次系に適用した例を示す構成図。 本発明に係る水処理装置の第３実施形態を加圧水型原子炉２次系に適用した例を示す構成図。 本発明に係る水処理装置の第４実施形態を加圧水型原子炉２次系に適用した例を示す構成図。

符号の説明

１０，１０Ａ 加圧水型原子炉２次系（ＰＷＲ２次系）
１１ 蒸気発生器
１２ 蒸気系（主蒸気系）
１３ 高圧タービン（蒸気タービン）
１４ 湿分分離器
１５ 低圧タービン（蒸気タービン）
１６ 復水器
１８ 復水ポンプ
１９ 復水給水系
２０ 復水脱塩器
２１ 復水器バイパス回路
２２ 復水ブースタポンプ
２３ 低圧給水加熱器（低圧ヒータ）
２４ ドレンポンプ
２７ 脱気器
２８ 給水ポンプ
２９ 高圧給水加熱器（高圧ヒータ）
３０ ドレンポンプ
３３ 蒸気発生器ブローダウン水排出経路
３４，３４Ａ，３４Ｂ 脱塩装置（不純物脱塩装置）
３５ 熱回収装置
３６ バイパス回路
３７ バイパス弁
４０ 本体ケーシング（脱塩器筐体）
４１ 電極
４３ 隔膜
４４ 被処理水の脱塩部
４５，４５Ａ，４５Ｂ 導入経路
４６ 不純物脱塩処理水の排出経路
４７ 濃縮部
４８ 不純物濃縮排水の排出経路（供給経路）
５０ ドレン配管
５１ ドレンポンプ
５３ ろ過装置
５４ 流量コントローラ（流量制御機構）
５５ 水質モニタ（水質モニタ機構）

Claims (10)

1. 発電システム系統にその系統水を浄化する脱塩器を備え、
   前記発電システム系統水に含まれるイオン種の少なくとも１種が薬剤注入物質に由来するイオン種である被処理水を水処理する水処理装置において、
   一対の隔膜と対向配置される電極に直流電圧を印加し、前記被処理水に含まれる薬剤注入物質に由来するイオン種以外の不純物を電離度が小さい条件で脱塩操作を行ない、隔膜間に導入する被処理水のイオンを電気泳動によって除去する脱塩装置と、
   この脱塩装置の隔膜間に通過する脱塩処理水を前記発電システム系統の脱塩器下流側に返送する前記薬剤注入物質のリサイクル手段とを備えたことを特徴とする水処理装置。
2. 前記リサイクル手段は、薬剤注入物質がアンモニアである請求項１記載の水処理装置。
3. 前記発電システム系統水は、加圧水型原子力発電プラント２次系の系統水である請求項１記載の水処理装置。
4. 前記脱塩装置は、本体ケーシング内の両側に配置される電極と、この電極間に配置される一対の隔膜との間に濃縮排水を排出する手段を有する電気脱塩装置であり、
   前記濃縮排水を発電システム系統の脱塩器上流側に導入する排出経路を有する請求項１記載の水処理装置。
5. 前記発電システム系統に備えられる脱塩器は、復水脱塩器である請求項１記載の水処理装置。
6. 前記脱塩装置は、少なくとも２つ以上が並列配置された請求項１記載の水処理装置。
7. 前記被処理水が脱塩装置に導入される導入経路および前記脱塩処理水を前記発電システム系統に返送する経路の少なくとも一方にろ過器を配置した請求項１記載の水処理装置。
8. 前記脱塩装置から排出される処理水の経路および濃縮排水を排出する手段の少なくとも一方に流量制御機構を備えた請求項１または４記載の水処理装置。
9. 前記脱塩装置から排出される処理水および濃縮排水の排出経路の少なくとも一方に水質をモニタする機構を設けた請求項８記載の水処理装置。
10. 前記発電システム系統に蒸気発生器を備え、この蒸気発生器からのブローダウン水排出経路に少なくとも１台の脱塩装置を設け、前記脱塩装置をバイパスするバイパス回路を設けた請求項１記載の水処理装置。

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