JP2836912B2

JP2836912B2 - 復水の処理方法

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Publication number: JP2836912B2
Application number: JP2130173A
Authority: JP
Inventors: 智章伊藤; 保弘一ノ瀬; 一美大槻
Original assignee: ORUGANO KK
Current assignee: ORUGANO KK
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 1998-12-14
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JPH0427487A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は火力発電所あるいは原子力発電所の復水を、
粉末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン交換樹脂とを
少なくとも混合してなる濾過助剤をプレコートした濾過
脱塩装置で処理する方法の改良に関するものである。

＜従来の技術＞従来から火力発電所あるいは原子力発電所の復水中の
酸化鉄等からなるクラッドの除去および不純物イオンの
除去を目的として、塔内に立設した濾過エレメントの表
面に粉末状イオン交換樹脂を濾過助剤としてプレコート
してなる濾過脱塩装置が用いられている。

かかる濾過脱塩装置に用いられる濾過助剤は、60〜40
0メッシュ（250〜37μｍ）の粉末状強酸性陽イオン交換
樹脂と粉末状強塩基性陰イオン交換樹脂との混合物であ
って、当該混合物をスラリー状にして濾過エレメントに
通し、濾過エレメントの表面に約５〜10mm前後の厚さで
プレコートし、当該プレコート層に復水を通過させて処
理するもので、このような操作により、復水中の懸濁物
質をプレコート層で濾過するとともに、復水中の不純物
イオンをイオン交換により除去するものである。

前記濾過助剤は通常、充填層方式のイオン交換装置に
広く用いられている、粒径が0.2〜0.6mm程度の粒状の強
酸性陽イオン交換樹脂あるいは強塩基性陰イオン交換樹
脂を前記した60〜400メッシュ程度の微細樹脂に粉砕し
て製造されるがその原料樹脂としては、充填層方式のイ
オン交換装置である混床式復水脱塩塔に従来から用いら
れているのと同じイオン交換樹脂、すなわちジビニルベ
ンゼン架橋度が８％以上のものが使用されている。

プレコート層を形成させるに際して前述のごとく陰、
陽両イオン交換樹脂が使用されるのは、復水中に陽イオ
ンと陰イオンの両方が存在し、これらの両イオンを除去
する必要があるということ、およびこれらの両イオン交
換樹脂の混合物から形成されるプレコート層は、両イオ
ン交換樹脂が相互に付着し合って凝集体を形成する現象
（一般にクランピング現象と呼ばれている）により、当
該混合物の容積が混合前の各イオン交換樹脂の容積より
著しく大となるために空隙率の比較的大きいプレコート
層となり、したがって濾過時の差圧が大きくならないと
いう利点を有するからである。

このようなプレコート型濾過脱塩装置においては、濾
過エレメントの表面に形成されるプレコート層の状態が
濾過性能に大きく影響する。一般的には空隙率の大きな
プレコート層ほど体積濾過を行うことができ、濾過時間
を長くすることができるので好ましい。しかし、プレコ
ート層の空隙率を大きくした場合はクラッドがリークし
易くなるとともに、圧縮（差圧）に対する強度、すなわ
ち耐圧縮性が弱くなり易く、そのため復水の濾過を続行
するうちにプレコート層が圧密化されて空隙率が小さく
なってしまうという問題もある。

また、空隙率の小さなプレコート層の場合は、クラッ
ドのリーク量が少なくて良好な処理水が得られるが、表
面濾過となるので差圧の上昇が速く、濾過時間が短いと
いう問題がある。

そのため、空隙率が大きくかつ耐圧縮性およびクラッ
ド捕捉性能（除鉄率）に優れたプレコート層を形成させ
るべく、従来より例えばプレコート層を形成させる際の
イオン交換樹脂のスラリー濃度を調整したり、あるいは
陰、陽両イオン交換樹脂の混合比を調整する等の方法が
試みられているが、必ずしも満足し得る結果は得られて
いない。

＜発明が解決しようとする問題点＞プレコート型濾過脱塩装置における濾過時間の延長
は、使用済となった濾過助剤の廃棄量を減少させること
につながるので重要であり、特に当該濾過脱塩装置をBW
R型原子力発電所の復水処理に適用する場合は、使用済
の濾過助剤が放射性を帯びたクラッドを多量に含んでい
るため、当該使用済濾過助剤が放射性廃棄物の対象とな
り、より一層重要である。

また、クラッドの捕捉性能を良くし、そのリーク量を
少なくすることは、復水浄化系から原子炉内に持ち込ま
れるクラッド量を低減させ、プラント定検時における作
業員の放射線被爆量を減らすことにつながるので重要な
ことである。

しかし、プレコート型濾過脱塩装置においては前述し
たごとく濾過時間の延長とクラッド捕捉性能（除鉄率）
の増大とは一般に相反する要求と考えられ、したがって
両方の要求を同時に満足するプレコート層の形成は困難
とされていた。

本発明はこのような背景のもとになされたものであ
り、差圧の上昇が少ないことにより長時間の濾過が可能
であり、しかもクラッド（鉄）リーク量の少ない処理水
を得ることのできる復水の処理方法を提供することを目
的とするものである。

＜課題を解決するための手段＞本発明者等は上記目的を達成するために鋭意研究を重
ねた結果、驚くべきことに、プレコートに使用する粉末
状強酸性陽イオン交換樹脂のジビニルベンゼン（以下DV
Bという）架橋度が、形成されるプレコート層の濾過性
能（濾過時間および除鉄率）に大きく影響し、陽イオン
交換樹脂として、従来復水の濾過脱塩に使用されていた
粉末状強酸性陽イオン交換樹脂（DVB架橋度８％以上）
よりもDVB架橋度の低いものを使用することによって、
従来相反すると考えられていた濾過時間の延長とクラッ
ド捕捉性能との両方の要求を同時に満たすことができる
ことを見出した。

本発明は当該知見に基づいてなされたものであり、そ
の特徴とするところは、濾過エレメントの表面に粉末状
強酸性陽イオン交換樹脂と粉末状強塩基性陰イオン交換
樹脂とを少なくとも混合した濾過助剤からなるプレコー
ト層を形成させ、当該プレコート層に復水を通過させて
当該復水中の懸濁物質および不純物イオンを除去する方
法において、前記強酸性陽イオン交換樹脂としてDVB架
橋度が２〜7.5％の範囲のものを使用する点にある。

＜作用＞以下に本発明を詳細に説明する。

粉末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン交換樹脂と
を水中で混合すると、両イオン交換樹脂が相互に付着し
合って凝集体を形成するクランピング現象が生じ、その
ために空隙率の比較的大きなプレコート層を得ることが
できることは既に述べたごとくである。このようなクラ
ンピング現象がなぜ生じるかは、現在までのところ理論
的に十分解明されているとは言えないが、一般的には陽
イオン交換樹脂が負、陰イオン交換樹脂が正の電気的ポ
テンシャルを有することに起因する電気的な結合力によ
ってクランピング現象が生じるのであろうと推定されて
いる。

しかしながら、かかるクランピング現象によって生じ
る従来の凝集体で形成されるプレコート層は、凝集体自
体の耐圧縮性がそれ程強くないために復水の濾過に伴っ
てプレコート層が差圧によって圧密化され、その結果プ
レコート層の空隙率が小となって１サイクルあたりの濾
過時間が予想より短いという問題があった。更に、この
ように圧密化が進行した時点では除鉄率も高くなるが、
比較的大きな空隙率が維持されている通水初期の時点に
おいては、クラッドリーク量が非常に多いという問題が
あった。

そこで、本発明者等はより耐圧縮性に優れた凝集体、
換言すれば耐圧縮性に優れたプレコート層を形成させる
べく鋭意研究を重ねた結果、以外にも従来使用されてい
た粉末状強酸性陽イオン交換樹脂（DVB架橋度８％以
上）よりも低架橋度の強酸性陽イオン交換樹脂、すなわ
ちDVB架橋度が２〜7.5％の範囲のものを使用することに
よって上記目的を達成することができ、しかもこのよう
な低架橋度の強酸性陽イオン交換樹脂を使用して形成し
たプレコート層によって復水を処理した場合は、通水初
期におけるクラッドリーク量が従来より大幅に低減され
ることを見出した。

従来のものより低架橋度の粉末状強酸性陽イオン交換
樹脂を使用することにより、いかなる理由で耐圧縮性に
優れたプレコート層を形成させることができるかについ
ては現時点で明らかでないが、恐らく強酸性陽イオン交
換樹脂のDVB架橋度が当該イオン交換樹脂の電気的ポテ
ンシャル、ひいては前述した電気的結合力の強さと密接
に関係しているのであろうと推定される。

なお本発明においてDVB架橋度が２〜7.5％の範囲の強
酸性陽イオン交換樹脂とは、スチレン等の単量体と共重
合させて三次元構造とするために加えるDVB含量の重量
割合が２〜7.5％の強酸性陽イオン交換樹脂を指し、た
とえばDVB架橋度が２％とはDVB以外のスチレン等の単量
体と共重合させるべきDVBとの総重量に対するDVBの重量
百分率が２％であることを示す。

本発明に用いる粉末状強酸性陽イオン交換樹脂として
は、例えばスチレンとDVBの共重合物に交換基としてス
ルホン酸基を付加してなり、粒径が0.2〜0.6mm程度の市
販の粉末状強酸性陽イオン交換樹脂（例えば東京有機化
学工業（株）製XT−1030（DVB架橋度２％）、XT−1016
（同４％）、IR−118（同4.5％）、XT−1004（同６
％）、あるいはこれらと同等品）を、粒径60〜400メッ
シュに粉砕したものを使用することができる。

なお、DVB架設度が２％未満の粉末状強酸性陽イオン
交換樹脂は、これを粉末状強塩基性陰イオン交換樹脂と
混合した場合に余りに大き過ぎる凝集体を形成し、その
ため濾過エレメント上に均一なプレコート層を形成させ
ることが困難となるので実用上不適である。

本発明においては復水を処理するにあたり、先ず前記
濾過助剤を以下のごとく濾過エレメントの表面にプレコ
ートする。

すなわち、予めＨ形あるいはNH₄形としてある、DVB架
橋度が２〜7.5％で粒径が60〜400メッシュ（250〜37μ
ｍ）の粉末状強酸性陽イオン交換樹脂と、予めOH形とし
てある60〜400メッシュの粉末状強塩基性陰イオン交換
樹脂とを水中に投じ、よく攪拌して両樹脂のスラリーを
形成させ、これを濾過エレメントに通過させてプレコー
ト層を形成させる。

当該陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との混合比
は、この順に1:1〜10:1程度が適当であり、またプレコ
ート層の厚みは５〜10mm前後とする。

プレコート層を形成した後の通水処理は従来の濾過脱
塩と同様であり、前記プレコート層にクラッドを含む復
水を通し、当該クラッドおよび不純物イオンをプレコー
ト層で除去する。

本発明においては粉末状強酸性陽イオン交換樹脂とし
てDVB架橋度が２〜7.5％と従来のものより低架橋度の陽
イオン交換樹脂を使用するので、前述のごとく従来より
耐圧縮性に優れたプレコート層を形成することができ、
よって濾過時間の経過に伴ってプレコート層が圧密化す
るという現象を最小限に止めることができて濾過時間が
従来より延長し、更に通水初期におけるクラッドのリー
ク量を従来より低減することができるが、これについて
は後述の実施例で詳しく述べる。

なお、粉末状強酸性陽イオン交換樹脂と粉末状強塩基
性陰イオン交換樹脂のみのプレコート層でも充分復水処
理が可能であるが、通水中におけるプレコート層のクラ
ック生成の防止の上から、繊維状物質、例えばイオン交
換繊維あるいはイオン交換基を有しないアクリルニトリ
ル繊維、セルロース繊維等の直径10〜50μｍ、長さ100
〜2,000μｍのものを前記混合樹脂に更に添加してプレ
コート層を形成してもよい。

このような繊維状物質を混合することにより、粉末状
イオン交換樹脂と繊維状物質が互いに絡み合った、した
がってクラックの全く生ずることのないプレコート層を
形成することができる。

＜効果＞本発明方法によれば、空隙率が大きくてしかも耐圧縮
性に極めて優れたプレコート層を形成することができる
ので、通水中におけるプレコート層の圧密化現象を最小
限に止めることができ、濾過時間の延長を図ることがで
きるとともに、クラッドのリーク量、特に通水初期にお
けるクラッドのリーク量を従来より大幅に低減させるこ
とができ、したがって濾過時間の延長とクラッド捕捉性
能（除鉄率）の増大という、従来相反するものであると
考えられていた二つの要求を同時に満足させることがで
きる。

また、１サイクルあたりの濾過時間を長くすることが
でき、その分逆洗の回数を減少できるために廃棄スラッ
ジの量を低減することができ、濾過助剤の利用効率の向
上、廃棄物の減量化という効果も得られる。

＜実施例＞以下に本発明の実施例を、従来例とともに説明する。

実施例１（プレコート層の耐圧縮性試験） DVB架橋度が従来品より低い、第１表に示すような３
種類の粉末状強酸性陽イオン交換樹脂（平均粒径50〜80
μｍ）および従来品の粉末状強酸性陽イオン交換樹脂
（DVB架橋度８％、平均粒径60μｍ第１表参照）を、従
来品の粉末状強塩基性陰イオン交換樹脂（パウデックス
樹脂PAO、グレーバー社製）と組み合わせて計４種類の
プレコート層を形成させ、各プレコート層に外部から圧
力を加えた際にプレコート層がどの程度圧密化されるか
を以下のようにして調べた。

すなわち、第１図に示したごとく下部に多孔支持床２
を有するカラム１内に、第１表に示した各陽イオン交換
樹脂と前記陰イオン交換樹脂とを重量比で3:1に混合し
てなる濾過助剤の一定量をスラリー状で充填して多孔支
持床２上に厚さ約80〜100mm（実際の復水処理で用いる
プレコート層の約10倍）のプレコート層３を形成させ
る。次いで当該カラム１内にピストン４を挿入して当該
ピストン４の下端を前記プレコート層３の上面に密着さ
せ、更に当該ピストン４の上部に受皿５を介して錘り６
を乗せる。このようにしてカラム１内のプレコート層３
をピストン４、受皿５および錘り６の総重量（圧力）で
押圧し、その時のプレコート層３の空隙率を求める。

このような空隙率の測定を、受皿５上に乗せる錘り６
の重量を段階的に増加させて数点行い、プレコート層３
にかかる圧力と空隙率との関係を調べた。結果を第２図
に示す。

第２図に見られるごとく、DVB架橋度が８％以下と従
来品より低い陽イオン交換樹脂（Ａ〜Ｃ）を用いて形成
したプレコート層の場合は、DVB架橋度が８％の従来品
（Ｄ）のそれに比べてすべての圧力条件下において空隙
率が著しく大であり、換言すれば従来より優れた耐圧縮
性を有していることが明らかである。

因みに、復水処理における濾過脱塩装置の通水終点設
定圧力は、通常1.5〜1.8kg/cm²程度である。

実施例２（通水試験）第１表に示した４種類の粉末状強酸性陽イオン交換樹
脂と、実施例１で用いたのと同じ粉末状強塩基性陰イオ
ン交換樹脂とを用いて、実施例１の場合と同一の混合比
で計４種類の、それぞれ初期の厚みが約10mmのプレコー
ト層を形成させ、各プレコート層に微粒子状の鉄を含む
模擬復水を通水した。

第３図は当該試験に用いた濾過脱塩装置のフローを示
す図面であり、図中11はカラム、12は当該カラム11の下
部に付設した多孔支持床、13は当該多孔支持床12の上部
に形成させたプレコート層を示している。

また、14は原水貯槽、15はポンプ、16はカラム11の入
口と出口間の差圧を検出するための差圧計である。

第３図に示したような濾過脱塩装置において、微粒子
状の酸化鉄を130ppb as Fe含む模擬復水を原水貯槽14に
入れ、当該復水をポンプ15によって流速（LV）8m/Hでカ
ラム11に通水した。通水結果を第４図（通水時間と差圧
との関係）、第５図（差圧が0.5kg/cm²、および1.0kg/c
m²に達するまでの通水時間とDVB架橋度との関係）、お
よび第６図（通水時間と処理水中の懸濁鉄濃度との関
係）に示す。

第４図に見られるごとく、本発明例の場合（Ａ〜Ｃ）
は、いずれも従来例（Ｄ）に比べて所定圧力に達するま
での通水時間が長くなっており、しかもこの傾向は強酸
性陽イオン交換樹脂のDVB架橋度が低くなるほど顕著で
ある。第５図は、この関係を別の角度から示したもので
あり、第４図の結果をもとに、差圧がそれぞれ0.5kg/cm
²、および1.0kg/cm²に達するまでの通水時間とDVB架橋
度との関係を図示したものである。第５図からも、DVB
架橋度を従来より低くすることにより通水時間が延長す
ることが明らかである。なお、この結果は実施例１にお
ける耐圧縮性試験の結果とも一致するものである。

また、処理水中の鉄濃度に関しては、第６図に見られ
るごとく特に通水開始後20時間程度までにおける鉄リー
ク量が、本発明例（Ａ〜Ｃ）の場合、従来例（Ｄ）に比
べて著しく少なくなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１において使用した、プレコート層の耐
圧縮性試験装置の説明図、第２図は当該試験装置を用い
て求めた、プレコート層にかかる圧力とその時の空隙率
との関係を示したグラフである。また、第３図は実施例２において使用した通水試験装置
のフローを示す説明図、第４図ないし第６図は実施例２
における通水結果を示すグラフである。１…カラム、２…多孔支持床３…プレコート層、４…ピストン５…受皿、６…錘り 11…カラム、12…多孔支持床 13…プレコート層、14…原水貯槽 15…ポンプ、16…差圧計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−240953（ＪＰ，Ａ) 特開平１−124380（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C02F 1/42 B01D 37/02 B01J 47/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】濾過エレメントの表面に粉末状強酸性陽イ
オン交換樹脂と粉末状強塩基性陰イオン交換樹脂とを少
なくとも混合した濾過助剤からなるプレコート層を形成
させ、当該プレコート層に復水を通過させて当該復水中
の懸濁物質および不純物イオンを除去する方法におい
て、前記強酸性陽イオン交換樹脂としてジビニルベンゼ
ン架橋度が２〜7.5％の範囲のものを使用することを特
徴とする復水の処理方法。