JP2018126687A - イオン交換樹脂再生装置および再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アニオン交換樹脂再生塔にカチオン交換樹脂が混入することを防止することにより、カチオン交換樹脂の逆再生を防ぎ、イオン交換樹脂の利用効率を向上させるイオン交換樹脂再生装置および再生方法を提供する。
【解決手段】復水脱塩塔１と、カチオン交換樹脂再生塔３と、アニオン交換樹脂再生塔５と、樹脂貯槽８とが配管２，４，６，７，９により樹脂移送可能に接続された復水脱塩用イオン交換樹脂再生装置において、カチオン交換樹脂再生塔３とアニオン交換樹脂再生塔５とを接続する樹脂移送配管４に開閉弁１５が設けられ、樹脂移送配管４のうち開閉弁１５より上流側に、樹脂移送配管４に混入したイオン交換樹脂をカチオン交換樹脂再生塔３に戻すための戻し水供給配管１４が接続されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、復水脱塩装置のイオン交換樹脂再生装置に係り、特に火力発電所、原子力発電所等における復水脱塩装置用のイオン交換樹脂再生装置に関する。また、本発明は、このイオン交換装置を用いたイオン交換方法に関する。

通常、復水脱塩は、イオン交換樹脂再生のためにカチオン交換樹脂再生塔、アニオン交換樹脂再生塔および樹脂貯槽が設置されており、薬液再生は硫酸および苛性ソーダで行なわれる（例えば特許文献１）。

特許文献１に記載のイオン交換再生装置及び再生方法について図２を参照して説明する。この再生装置は、復水脱塩塔１、カチオン交換樹脂再生塔３、アニオン交換樹脂再生塔５、樹脂貯槽８及びこれらを接続して樹脂移送を可能にする配管２，４，６，７，９を有する塔外再生方式を用いた復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂再生装置である。復水脱塩塔１には、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合状態で充填されている。

通常運転時には、配管２，４，６，７，９は、各配管に設けられた弁（図示略）が閉とされることにより通液停止している。配管１０ａ、１０ｂのみを介して復水脱塩塔１に復水を通水することにより、脱塩処理を行う。この再生装置によるイオン交換樹脂再生は次の樹脂抜き・分離工程、逆洗再生工程及び樹脂混合・返送工程によって行われる。
＜樹脂抜き・分離工程＞
(i) 配管１０ａ、１０ｂの通液を停止し、復水脱塩塔１を主系統から切り離す。
(ii) 復水脱塩塔１内のイオン交換樹脂を、配管２を通じてカチオン交換樹脂再生塔３に移送する。
(iii) カチオン交換樹脂再生塔３内でイオン交換樹脂を水に浸漬した状態で下部より空気を吹き込み（エアスクラビング）、樹脂に付着した腐食生成物（クラッド等）を脱離する。
(iv) カチオン交換樹脂再生塔３に逆洗水を上向流にて通水することにより、混合状態のイオン交換樹脂を比重差でアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の上下２層に分離する。
(v) 配管４を通じてアニオン交換樹脂を選択的に引き抜き、アニオン交換樹脂再生塔５に移送する。
＜逆洗再生工程＞
(vi) カチオン交換樹脂はカチオン交換樹脂再生塔３、アニオン交換樹脂はアニオン交換樹脂再生塔５において、それぞれ酸、アルカリを注入して薬液再生を行う。
＜樹脂混合・返送工程＞
(vii) 薬液再生が終了した後、再生したカチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂を、それぞれ配管６と配管７を通じて樹脂貯槽８に移送する。
(viii) 樹脂貯槽８において洗浄および混合操作を行う。
(ix) 樹脂貯槽８内のイオン交換樹脂を混合状態のまま配管９を通じて復水脱塩塔１に返送する。
(x) 配管９を通液停止し、復水脱塩塔１を予備塔として待機状態とする。

これにより、再生が終了するので、配管１０ａ、１０ｂを介して復水通水を再開し、脱塩処理運転に戻る。

この再生方法にあっては、工程(vii)においてカチオン交換樹脂再生塔３が空の状態となり配管４内も水が殆んど抜けている状態になるため、配管４の弁を閉じていても、次ターンの再生工程の工程(ii)において、配管４内にイオン交換樹脂が入り込み易い。すなわち、復水脱塩塔１からカチオン交換樹脂再生塔３にイオン交換樹脂を受け入れた際、配管４の弁が閉まっていても、イオン交換樹脂受入時における水流による樹脂の激しい流動によって、樹脂排出ヘッド部内や移送配管４内にイオン交換樹脂が入り込みやすい。この状態で工程(iv)を行うと、配管４に混入していたイオン交換樹脂中のカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とは分離されない。このため、工程(v)において配管４内のカチオン交換樹脂を含んだイオン交換樹脂がアニオン交換樹脂再生塔５に混入し、該カチオン交換樹脂が工程(vi)において逆再生される。これによりカチオン交換樹脂の利用効率が下がってしまう。

特開昭５５−０５１４４５号公報

本発明は、アニオン交換樹脂再生塔にカチオン交換樹脂が混入することを防止することにより、カチオン交換樹脂の逆再生を防ぎ、イオン交換樹脂の利用効率を向上させる復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂再生装置およびこの再生装置を用いたイオン交換再生方法を提供することを目的とする。

本発明のイオン交換樹脂再生装置は、復水脱塩塔と、カチオン交換樹脂再生塔と、アニオン交換樹脂再生塔と、樹脂貯槽とが配管により樹脂移送可能に接続された復水脱塩用イオン交換樹脂再生装置において、前記カチオン交換樹脂再生塔の上下方向途中に設けられたイオン交換樹脂排出口と前記アニオン交換樹脂再生塔とを接続する樹脂移送配管に開閉弁が設けられ、該樹脂移送配管のうち該開閉弁より上流側に、該樹脂移送配管に混入したイオン交換樹脂をカチオン交換樹脂再生塔に戻すための戻し水供給配管が接続されていることを特徴とする。

本発明のイオン交換樹脂再生方法は、本発明のイオン交換樹脂再生装置を用いたイオン交換樹脂再生方法であって、復水脱塩塔内のイオン交換樹脂を前記カチオン交換樹脂再生塔に移送する工程と、前記カチオン交換樹脂再生塔の下部から逆洗水を供給し、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを比重差によって分離界面が樹脂排出口より下方になるまで両樹脂を分離する第１樹脂分離工程と、該第１樹脂分離工程の後に、前記樹脂移送配管の前記開閉弁よりも上流側に戻し水を流入させて該移送配管内のイオン交換樹脂をカチオン交換樹脂再生塔へ戻す戻し工程と、該戻し工程の後にさらに前記カチオン交換樹脂再生塔の下部から逆洗水を供給してカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを比重差で分離する第２樹脂分離工程と、該第２樹脂分離工程の後に、該カチオン交換樹脂再生塔内からアニオン交換樹脂を樹脂移送配管を通じてアニオン交換樹脂再生塔へ移送するアニオン交換樹脂排出工程と、前記カチオン交換樹脂再生塔でカチオン交換樹脂を再生し、前記アニオン交換樹脂再生塔でアニオン交換樹脂を再生する再生工程と、再生されたカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を前記樹脂貯槽に移送する工程と、を有する。

本発明のイオン交換樹脂再生方法の一態様は、前記第２樹脂分離工程の後に、該カチオン交換樹脂再生塔内のカチオン交換樹脂層の上側に存在するアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混在層を前記樹脂貯槽に移送する混在層移送工程を有する。

本発明では、復水脱塩塔からのカチオン交換樹脂再生塔へのイオン交換樹脂移送及びその後の第１分離工程でアニオン交換樹脂移送配管にイオン交換樹脂が入り込んでおり、このイオン交換樹脂にはカチオン交換樹脂が混入している。そこで、アニオン交換樹脂移送配管内に水を供給してイオン交換樹脂をカチオン交換樹脂再生塔に戻す。その後、第２分離工程を行う。そうすると、アニオン交換樹脂移送配管には実質的にアニオン交換樹脂のみが入り込む。そのため、この後にカチオン交換樹脂再生塔内のアニオン交換樹脂をアニオン交換樹脂再生塔へ移送すると、この移送されるアニオン交換樹脂にはカチオン交換樹脂が殆ど混入しないものとなる。これにより、カチオン交換樹脂がアニオン交換樹脂再生塔へ混入することを防止することができる。

カチオン交換樹脂再生塔からアニオン交換樹脂を移送した後、カチオン交換樹脂再生塔のカチオン交換樹脂層の上側の混在層（カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との混合物層）を樹脂貯槽へ移送することにより、該混在層中のアニオン交換樹脂がカチオン交換樹脂再生塔内で逆再生されることが防止される。

実施の形態に係るイオン交換樹脂再生装置の系統図である。 従来例に係るイオン交換樹脂再生装置の系統図である。 実施の形態におけるカチオン交換樹脂再生塔内の樹脂分離工程の説明図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は、実施の形態に係るイオン交換樹脂再生装置を示すものであり、前記図２のイオン交換樹脂再生装置と共通する部材については同一符号が付されている。

カチオン交換樹脂再生塔３の底部には、弁１１ａを有した逆洗水供給配管１１が接続され、頂部には、弁１２ａを有した逆洗排水の排水配管１２が接続されている。図３に模式的に示す通り、該カチオン交換樹脂再生塔３内の上下方向の途中にアニオン交換樹脂排出口４ａが設置されており、樹脂移送配管４の上流端が該アニオン交換樹脂排出口４ａに接続されている。

樹脂移送配管４の途中には弁１５が設けられている。該樹脂移送配管４の該弁１５よりも上流側（カチオン交換樹脂再生塔３側）に、該配管４内のイオン交換樹脂（カチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂）をカチオン交換樹脂再生塔３に流し出すための戻し水供給配管１４が接続されている。該配管１４に弁１４ａが設けられている。

該樹脂移送配管４のうち水供給配管１４の接続部分と弁１５との間から、樹脂移送配管１７が分岐しており、該樹脂移送配管１７の末端（下流端）は樹脂貯槽８の上部に接続されている。該樹脂移送配管１７に弁１７ａが設けられている。弁１７ａは、配管１７の上流端の直近に位置する。

このアニオン交換樹脂装置のその他の構成は、図３のイオン交換樹脂再生装置と同一である。

このイオン交換樹脂再生装置は、次の樹脂抜き・分離工程、再生工程及び樹脂混合・返送工程によって運転される。

＜樹脂抜き・分離工程＞
（１） 配管１０ａ、１０ｂの通液を停止し、復水脱塩塔１を主系統から切り離す。
（２） 配管２に設けられた弁（図示略）を開とすると共に、復水脱塩塔１内にイオン交換用水を供給し、復水脱塩塔１内のイオン交換樹脂（カチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂）を、配管２を通じてカチオン交換樹脂再生塔３に移送する（図３（ａ））。

（３） 第１分離工程：弁１１ａ，１２ａを開とし、弁１４ａ，１５，１７ａを閉とし、カチオン交換樹脂再生塔３内に逆洗水を好ましくはＬＶ５〜１５ｍ／ｈｒで５分以上上向流通水することにより、該再生塔３内の混合状態のイオン交換樹脂を、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の上下２層に比重差で分離する。この工程は少なくとも樹脂分離界面がアニオン交換樹脂排出口４ａより低くなるまで行う（図３（ｂ））。
なお、この工程（３）において、樹脂分離界面が樹脂排出口４ａより低くなったことを樹脂センサーによって検知してもよいが、通常の樹脂排出口の高さを有するカチオン交換樹脂再生塔であれば、小さめのＬＶ（例えば５〜１５ｍ／ｈｒ）での逆洗通水を５分以上行うことにより樹脂分離界面が樹脂排出口４ａより低くなるので、この通水条件で通水することで検知・判定を省略することも可能である。

（４） 戻し工程：弁１２ａ，１４ａを開とし、弁１５，１７ａを閉とし、配管１４から樹脂移送配管４内に戻し水を供給し、該配管４内やアニオン交換樹脂排出口４ａに入り込んでいたイオン交換樹脂（カチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂）をカチオン交換樹脂再生塔３に戻す。この戻し工程は１０秒以上行うのが好ましい。なお、この戻し工程では、弁１１ａは開、閉のいずれでもよい。

（５） 第２分離工程：弁１１ａ，１２ａを開、弁１４ａ，１５，１７ａを閉とし、カチオン交換樹脂再生塔３内に逆洗水を好ましくはＬＶ５〜１５ｍ／ｈｒで１０分以上上向流通水し、カチオン交換樹脂再生塔３内で再度アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との比重差分離を行う。この第２分離工程の間にアニオン交換樹脂排出口４ａから配管４に入り込む樹脂はアニオン交換樹脂である。この第２分離工程は、樹脂界面がほぼ一定となるまで行う。

（６） アニオン交換樹脂抜出工程：弁１１ａ，１５を開とし、弁１２ａ，１４ａ，１７ａを閉とし、カチオン交換樹脂再生塔３内の上層側のアニオン交換樹脂をアニオン交換樹脂排出口４ａ及び樹脂移送配管４を介して引き抜き、アニオン交換樹脂再生塔５に移送する（図３（ｃ））。前記の通り、配管４内には実質的にアニオン交換樹脂のみが残留しているので、このアニオン交換樹脂再生塔５に移送されるアニオン交換樹脂には、カチオン交換樹脂は殆ど混入していない。このため、後の再生工程において、該アニオン交換樹脂再生塔５内でカチオン交換樹脂が逆再生されることが防止される。

（７） 混在層抜出工程：アニオン交換樹脂がアニオン交換樹脂排出口４ａのレベルまで排出・移送されると、図３（ｃ）の通り、アニオン交換樹脂排出口４ａとカチオン交換樹脂層上面との間には、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混在層が残存する。
そこで、弁１１ａ，１２ａを開とし、弁１４ａ，１５，１７ａを閉とし、逆洗水をＬＶを速めて上向流通水する逆洗を行い（例えばＬＶ１０〜２０ｍ／ｈｒ）、混在層とカチオン交換樹脂層との界面を押し上げると共に混在層においてさらなる樹脂分離を促進し（図３（ｄ））、この界面がアニオン交換樹脂排出口４ａ付近まで下がるように弁１１ａの開度を調整し（図３（ｅ））、次いで弁１２ａを閉とし、弁１７ａを開とし、混在層を構成するアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の混合樹脂を、アニオン交換樹脂排出口４ａ、配管４（配管１７の分岐部よりも上流側）及び配管１７を介して樹脂貯槽８に移送する（図３（ｆ））。

これにより、カチオン交換樹脂再生塔３内のカチオン交換樹脂中にアニオン交換樹脂が残留することが防止される。このため、次の再生工程において、該カチオン交換樹脂再生塔３内でアニオン交換樹脂が逆再生されることが防止される。

＜再生工程＞
（８） カチオン交換樹脂再生塔３、アニオン交換樹脂再生塔５のそれぞれにおいて、樹脂を水に浸漬した状態で下部より空気を吹き込み（エアスクラビング）、樹脂に付着した腐食生成物（クラッド等）を脱離する。
（９） カチオン交換樹脂再生塔３に配管１３より酸を注入してカチオン交換樹脂を再生する。また、アニオン交換樹脂再生塔５に配管１６よりアルカリを注入してアニオン交換樹脂を再生する。

＜樹脂混合・返送工程＞
（１０） カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂の再生が終了した後、再生したカチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂を、それぞれ配管６，７を通じて樹脂貯槽８に移送する。
（１１） 樹脂貯槽８において洗浄および混合操作を行う。
（１２） 樹脂貯槽８内のイオン交換樹脂を混合状態のまま配管９を通じて復水脱塩塔１に返送する。
（１３） 配管９を通液停止し、配管１０ａ、１０ｂの復水通水を再開して通常の脱塩処理運転に戻る。

上記説明は本発明の一例であり、本発明は上記以外の形態とされてもよい。例えば、（６）のアニオン交換樹脂抜出工程の後、第３分離工程を行い、次いで必要に応じてアニオン交換樹脂を抜き出し、その後、（７）の混在層抜出工程を行ってもよい。また、エアスクラビングを図２の従来例と同様のタイミングで行ってもよい。

［実施例１］
図１の構成を有するイオン交換樹脂再生装置において、カチオン交換樹脂再生塔（内径１７００ｍｍ、塔高４１００ｍｍ）３内の下部集水板から高さ１６００ｍｍの位置にアニオン交換樹脂排出口４ａを配置した。イオン交換樹脂としては以下のものを用いた。

カチオン交換樹脂：ダイヤイオンＵＢｋ１４ＨＫ
アニオン交換樹脂：ダイヤイオンＰＡ３１２ＬＯＨ

上記カチオン交換樹脂２８００Ｌとアニオン交換樹脂１３００Ｌとを混合状態でカチオン交換樹脂再生塔３内に収容した。その後、上記工程（１）〜（１３）のうち工程（３）〜（７）を次の条件で行った。そして、カチオン交換樹脂再生塔から分離して抜き出したアニオン交換樹脂に混入したカチオン交換樹脂の量をカチオン交換樹脂混入率（体積％）として算出して効果検証を行った。結果を表１に示す。

（３）第１分離工程：ＬＶ１０ｍ／ｈｒ×８分
（４）戻し工程：戻し水量３３５Ｌ／ｍｉｎ×２分（ＬＶ１０ｍ／ｈｒ）
（５）第２分離工程：ＬＶ１０ｍ／ｈｒ×３５分
（６）アニオン交換樹脂抜出工程：ＬＶ１０ｍ／ｈｒ×１０分
（７）混在層抜出工程：ＬＶ１５ｍ／ｈｒ×（逆洗２５分＋抜出２０分）

また、前記（７）の混在層抜出工程により抜き出された混在層の厚みを測定し、表１に示した。

［実施例２，３］
前記工程（７）の混在層抜出工程により抜き出された混在層厚みが１００ｍｍ（実施例２）又は５０ｍｍ（実施例３）となるように混在層抜出工程を行ったこと以外は実施例１と同一の操作を行った。カチオン交換樹脂混入率及び抜き出された混在層厚みの測定結果を表１に示す。

［比較例１］
前記（４）の戻し工程を行わなかったこと以外は実施例１と同一の操作を行った。カチオン交換樹脂混入率及び抜き出された混在層厚みの測定結果を表１に示す。

表１より、アニオン交換樹脂移送配管に入り込んだイオン交換樹脂をカチオン交換樹脂再生塔に戻す戻し工程を行うことにより、比較例１よりカチオン交換樹脂混入率が低い値となることが認められた。

また、実施例１，２の通り、混在層抜出厚みを１００ｍｍ以上とすることにより、実施例３よりカチオン交換樹脂混入率が低い値となることが認められた。

１ 復水脱塩塔
３ カチオン交換樹脂再生塔
４ アニオン交換樹脂移送配管
４ａ アニオン交換樹脂排出口（排出ヘッド）
５ アニオン交換樹脂再生塔
８ 樹脂貯槽
１４ 戻し水供給配管

Claims (3)

1. 復水脱塩塔と、カチオン交換樹脂再生塔と、アニオン交換樹脂再生塔と、樹脂貯槽とが配管により樹脂移送可能に接続された復水脱塩用イオン交換樹脂再生装置において、
   前記カチオン交換樹脂再生塔の上下方向途中に設けられたイオン交換樹脂排出口と前記アニオン交換樹脂再生塔とを接続する樹脂移送配管に開閉弁が設けられ、該樹脂移送配管のうち該開閉弁より上流側に、該樹脂移送配管に混入したイオン交換樹脂をカチオン交換樹脂再生塔に戻すための戻し水供給配管が接続されていることを特徴とするイオン交換樹脂再生装置。
2. 請求項１に記載のイオン交換樹脂再生装置を用いたイオン交換樹脂再生方法であって、
   復水脱塩塔内のイオン交換樹脂を前記カチオン交換樹脂再生塔に移送する工程と、
   前記カチオン交換樹脂再生塔の下部から逆洗水を供給し、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを比重差によって分離界面が樹脂排出口より下方になるまで両樹脂を分離する第１樹脂分離工程と、
   該第１樹脂分離工程の後に、前記樹脂移送配管の前記開閉弁よりも上流側に戻し水を流入させて該移送配管内のイオン交換樹脂をカチオン交換樹脂再生塔へ戻す戻し工程と、
   該戻し工程の後にさらに前記カチオン交換樹脂再生塔の下部から逆洗水を供給してカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを比重差で分離する第２樹脂分離工程と、
   該第２樹脂分離工程の後に、該カチオン交換樹脂再生塔内からアニオン交換樹脂を樹脂移送配管を通じてアニオン交換樹脂再生塔へ移送するアニオン交換樹脂排出工程と、
   前記カチオン交換樹脂再生塔でカチオン交換樹脂を再生し、前記アニオン交換樹脂再生塔でアニオン交換樹脂を再生する再生工程と、
   再生されたカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を前記樹脂貯槽に移送する工程と、
   を有することを特徴とするイオン交換樹脂再生方法。
3. 請求項２において、前記第２樹脂分離工程の後に、該カチオン交換樹脂再生塔内のカチオン交換樹脂層の上側に存在するアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混在層を前記樹脂貯槽に移送する混在層移送工程を有することを特徴とするイオン交換樹脂再生方法。

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