JP2965806B2 - 復水脱塩装置の再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は火力発電所あるいは原子
力発電所の復水処理に使用する復水脱塩装置の混合イオ
ン交換樹脂の再生方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】火力発電所あるいは原子力発電所では、発
電タービンを駆動させた後の蒸気を冷却して復水とし、
当該復水を加熱して再び蒸気とし、この蒸気で再び発電
タービンを駆動させるというサイクルを繰り返してい
る。そしてこの系内を循環する復水は各種の不純物イオ
ンやクラッドで汚染されるので、これらの不純物イオン
等を定常的に除去する目的で、あるいは復水の冷却水と
して一般に使用されることが多い海水がこの復水中に比
較的多量に漏洩するいわゆる海水リークに備えて、復水
循環系内には、通常、混床式復水脱塩装置が設けられて
いる。

【０００３】そしてこの混床式復水脱塩装置の一般的な
構成は、再生済みの陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹
脂の混合イオン交換樹脂が充填された状態で上記の定常
的な復水の通水系内に設置される通水塔（通常は複数並
列）と、この通水塔で復水処理を所定の時間行って再生
時期に至った混合イオン交換樹脂を再生するために設け
られた再生処理系統とからなっている。

【０００４】通水塔は、復水中の不純物イオンをイオン
交換樹脂のイオン交換作用により除去し、また復水中の
クラッドをろ過作用あるいは吸着作用により除去するも
のであるが、クラッドの蓄積により圧力損失が増加した
り、あるいは定体積処理に達した時点で、通水塔内の混
合イオン交換樹脂を上記再生系統に送って再生を行い、
再生した混合イオン交換樹脂を通水塔に戻して通水を再
開するように運転される。

【０００５】なお再生系統での再生手順は、例えば混合
イオン交換樹脂を十分バブリングしてクラッドを逆洗に
より除去した後、逆洗沈整して陽イオン交換樹脂層と陰
イオン交換樹脂層に分離し、陽イオン交換樹脂層には酸
再生剤を通薬し、陰イオン交換樹脂にはアルカリ再生剤
を通薬して夫々の不純物イオンを脱離させて行う。尚こ
の場合、再生系統の種類によっては両イオン交換樹脂を
分離して下層に陽イオン交換樹脂、上層に陰イオン交換
樹脂を形成して当該分離層を保ったまま陽イオン交換樹
脂層には酸再生剤を、陰イオン交換樹脂にはアルカリ再
生剤を通薬するいわゆる１塔再生を行う場合と、両イオ
ン交換樹脂を分離した後、両イオン交換樹脂を別々の再
生塔に分離してそれぞれの再生塔で再生するいわゆる２
塔再生とがある。

【０００６】ところで、混合イオン交換樹脂を再生する
にあたり、水流により逆洗して両イオン交換樹脂の比重
差により陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を分離す
るが、両イオン交換樹脂の比重が比較的接近しているた
めにその分離境界面は両イオン交換樹脂の混合層が生じ
やすく、従って、上記１塔再生あるいは２塔再生とも酸
再生剤が一部の陰イオン交換樹脂に接触し、またアルカ
リ再生剤が一部の陽イオン交換樹脂に接触し易く、その
ために、再生後においてＣｌ形あるいはＳＯ₄形の陰イ
オン交換樹脂、およびＮａ形の陽イオン交換樹脂などの
少量の不純物イオン形のイオン交換樹脂の混入を完全に
避けることは難しい。

【０００７】なお、処理水に漏出する障害イオンである
ナトリウムイオンおよび塩化物イオンを決定する要因
は、それぞれ再生後の陽イオン交換樹脂におけるＮａ形
分率（Ｒ−Ｎａ／（Ｒ−Ｈ＋Ｒ−Ｎａ））及び再生後の
陰イオン交換樹脂におけるＣｌ形分率（Ｒ−Ｃｌ／（Ｒ
−ＯＨ＋Ｒ−Ｃｌ））にあり、例えば加圧水型原子力発
電所においてはナトリウムイオンの漏出量を０．０２ｐ
ｐｂ以下にするためにはＮａ形分率を０．００５以下と
する必要があり、また、塩化物イオンの漏出量を０．０
５ｐｐｂ以下にするためにはＣｌ形分率を０．１以下と
する必要がある。これらの数値に見られるようにＣｌ形
分率より、特にＮａ形分率をかなり低い値とする必要性
がある。

【０００８】以上のように、再生後の混合樹脂にＮａ形
陽イオン交換樹脂が混合する原因は、コンデンサーから
海水がリークすることがほとんどない状況においては上
述した通り陰イオン交換樹脂を再生する際に用いる水酸
化ナトリウム溶液が陽イオン交換樹脂に接触し、Ｎａ形
になった陽イオン交換樹脂がそのまま再生後の混合樹脂
に混入するためである。すなわち、上述した１塔再生に
おいては、分離境界面からコレクターで陰イオン交換樹
脂の再生廃液を取り出す際に、多量の水酸化ナトリウム
を含む再生廃液が陽イオン交換樹脂に接触する点にあ
る。また２塔再生では、移送したイオン交換樹脂中に、
分離境界面に存在する少量の陽イオン交換樹脂が混入
し、これに再生剤である水酸化ナトリウム溶液が接触す
る点にある。また水流により逆洗分離不可能な陰イオン
交換樹脂中に存在する微細な陽イオン交換樹脂に水酸化
ナトリウム溶液が接触する点にある。

【０００９】これらの原因を除くために従来から種々の
工夫された方法が提案されている。例えば、上述したＮ
ａ形分率を低下させるために、１塔再生においては、上
記コレクターの設置位置を分離境界面より上側の陰イオ
ン交換樹脂層内に設けることで分離境界面付近の陽イオ
ン交換樹脂に水酸化ナトリウムを含む再生廃液が接触す
るのを防ぐことが考えられ、また２塔再生法において
は、逆洗分離した後、上層の陰イオン交換樹脂を他の再
生塔に移送する際に、分離境界面の上側に少量の陰イオ
ン交換樹脂を残留させて移送し、再生塔に移送した陰イ
オン交換樹脂中の陽イオン交換樹脂の混入を防止する方
法がある。またこの２塔再生法では、Ｎａ形分率とＣｌ
形分率の両者を低下させるために、分離境界面近傍の上
側と下側の領域の両イオン交換樹脂を別塔に移送して再
生しない方法も考えられている。

【００１０】また、上述のように陰イオン交換樹脂中に
微細な陽イオン交換樹脂が存在することに原因する問題
に対する対策としては、陰イオン交換樹脂を再生した後
に、水酸化アンモニウム溶液を通薬し、陰イオン交換樹
脂中に存在する微細な陽イオン交換樹脂をＮａ形からＮ
Ｈ₄ 形に変換する方法、混合樹脂を分離する場合に、水
流による逆洗に代えて、両イオン交換樹脂の中間の比重
を有する濃厚な水酸化ナトリウム溶液で比重分離する方
法も考えられている。

【００１１】しかしながら、水酸化アンモニウム溶液を
用いる方法は、系外に余分なアンモニウムイオンが再生
廃液として排出されるため、排水の窒素規制が厳しくな
っている今日においては余り歓迎されなくなりつつあ
り、また濃厚な水酸化ナトリウム溶液で比重分離する方
法は、イニシャルコストの増大と、比重分離の際に陽イ
オン交換樹脂が完全にＮａ形となるため、これをＨ形に
再生するための酸の使用量が多くなる問題があると共
に、陰イオン交換樹脂は濃厚な水酸化ナトリウムと接触
するために樹脂が壊れ易くなり、やはりあまり歓迎され
ない方法である。これらの方法とは別に、復水脱塩装置
に使用するイオン交換樹脂、特に陽イオン交換樹脂につ
いては、陰イオン交換樹脂との分離性を改善するために
微細な粒径の樹脂を取り除いた陽イオン交換樹脂を使用
する方法も採用されている。

【００１２】以上述べたように、復水脱塩装置において
は、定収量あるいは圧力損失が規定値に達すると再生を
行なうという起動（再生）から次ぎの再生までの一サイ
クルを基準にして考えると、再生後の初期に、陽イオン
交換樹脂のＮａ形分率がこの再生処理に原因して増加す
る問題があるため、再生後の陽イオン交換樹脂のＮａ形
分率を０．００５以下にするために、従来から種々の対
策、例えば水酸化ナトリウムと陽イオン交換樹脂の接触
をいかに防止するかの観点から再生処理法や装置上の工
夫がされてきていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように種々工夫された方法、装置を採用したとしても、
更に困難な以下のような問題点がある。すなわち、復水
脱塩装置に初期充填する陽イオン交換樹脂として、微細
な陽イオン交換樹脂をできるだけ取り除いたものを使用
しても、通水塔における通水流速がかなり速く、その圧
力が大きいため、あるいは通水、移送、再生、移送の繰
り返しのために、運転の続行に従って陽イオン交換樹脂
が破砕し、微細な陽イオン交換樹脂が増えてくることは
避け難い。したがって、この微細な陽イオン交換樹脂が
増えてくれば、再生系統に取り出した混合樹脂を逆洗し
た時に、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の分離性
が低下し、また微細な陽イオン交換樹脂が陰イオン交換
樹脂層内に混入するという問題がやはり起こり、陰イオ
ン交換樹脂の再生時に再生剤である水酸化ナトリウム溶
液が陽イオン交換樹脂に接触してＮａ形とするため、上
述したナトリウム分率を０．００５以下にすることがで
きなくなり、再生後のＨ形陽イオン交換樹脂とＯＨ形陰
イオン交換樹脂の混合樹脂を通水塔に充填して通水した
場合に、処理水のナトリウムイオンリーク量が許容値を
越え、復水脱塩装置としての適当な運転ができなくなっ
てしまう。

【００１４】ところで、復水脱塩装置の一サイクルの運
転途中から終期の間の状態を考えると、復水中に含まれ
るイオンはほとんどアンモニウムイオンのみであり、不
純物イオンは極微量である。すなわち、復水脱塩装置は
復水中の多量のアンモニウムイオンを陽イオン交換樹脂
で吸着するため陽イオン交換樹脂のＨ形がＮＨ₄ 形に変
換されることによりＨ形が消費される。一方、復水中に
は陰イオン成分である塩化物イオン、硫酸イオン等は極
く微量のため陰イオン交換樹脂のＯＨ形の消費はほとん
どなく、処理水中へのリークも非常に少ないと言える。

【００１５】ここで上記のような復水中のイオンの状
態、イオン交換樹脂の状態、再生処理等を総合的に考え
てみると、従来再生時期として捉えられていた定収量に
達した時点では、陰イオン交換樹脂のＯＨ形の消費は後
述するごとくほとんど無いことが分かるが、にもかかわ
らず、従来は陽イオン交換樹脂の再生と同時に陰イオン
交換樹脂の再生も行っていたことになり、むしろこのこ
とが上述した再生時の陽イオン交換樹脂のナトリウム分
率の増加を招く原因となっていたのである。

【００１６】本発明は、以上のような総合的な理解か
ら、混床式の復水脱塩装置における問題点を改善し、処
理水のナトリウムイオンのリーク量を極めて小さくでき
る再生方法を提供することを目的としてなされたもので
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めになされた本発明よりなる復水脱塩装置の再生方法の
特徴は、定常時の復水の通水開始から通水停止までの通
水処理が終了した際に、通水塔内の混合イオン交換樹脂
を再生するにあたり、バブリングによる蓄積クラッドの
除去操作を行なうと共に、陰イオン交換樹脂の薬品再生
操作を行なうことなく、陽イオン交換樹脂にのみ再生薬
品を通薬する薬品再生操作を行ない、これら再生処理を
行なった混合イオン交換樹脂を次ぎの通水処理に供する
ところにある。

【００１８】本発明において、「定常時の復水の通水開
始から通水停止までの通水処理」というのは、いわゆる
海水リーク等で復水系内にナトリウムイオンが異常に高
くなって通水を直ちに停止する必要がある場合を除き、
定収量や圧力損失の規定値到達を条件として再生が行な
われる通常の通水処理をいう。このような通常の通水処
理とは異なり、上記のような異常なナトリウムイオンの
増大した復水を通水した後の再生処理においては、従来
の陽イオン交換樹脂の薬品再生と、陰イオン交換樹脂の
薬品再生をいずれも行なうことで、適切な運用が行え
る。なおこのような再生処理方法の使い分けのために、
適宜の海水リーク検出のための監視装置を復水循環系に
付設しておくことは従来と同様である。

【００１９】本発明方法によれば、混合イオン交換樹脂
を逆洗分離したときの陽イオン交換樹脂と陰イオン交換
樹脂の分離性が低い場合、あるいは微細な陽イオン交換
樹脂が陰イオン交換樹脂層内に混入している場合であっ
ても、陰イオン交換樹脂の薬品再生を行わないため、陰
イオン交換樹脂の再生薬品である水酸化ナトリウム溶液
に陽イオン交換樹脂が接触することが全くなく、陽イオ
ン交換樹脂のＮａ形分率の増加を防止でき、従って処理
水へのナトリウムイオンのリークを低減できる。

【００２０】そして本発明により運用される復水脱塩装
置を備えた復水循環系においては、復水中には陰イオン
成分である塩化物イオン、硫酸イオン等は極く微量のた
め陰イオン交換樹脂のＯＨ形の消費はほとんど無く、処
理水中へのリークも非常に少ない状態が維持されるた
め、下記に示すように陰イオン交換樹脂のＲ−ＯＨの消
費は極僅かであるから、陰イオン交換樹脂の再生を不要
としても弊害はなく、むしろ陰イオン交換樹脂の薬品再
生操作を行なわないので陰イオン交換樹脂の再生薬品で
ある水酸化ナトリウム溶液が接触して陽イオン交換樹脂
をＮａ形とする不具合がなく、再生後初期のナトリウム
イオンの漏出が増加せず極めて少ない状態に維持できる
利点がある。

【００２１】 復水中の陰イオン成分は通常 １μｇ CaCO₃／
ｌ以下 陰イオン交換樹脂に対する通水流量 150 l/l-R・hr(S
V=50) 従って１年間のＲ−ＯＨ消費量（＝吸着イオン量）は以
下の通りである。

【００２２】

【数１】

【００２３】本発明が適用される復水脱塩装置の通水塔
は、通常、通水系として複数並列に設けられることは従
来と同様である。

【００２４】

【実施例】以下本発明を実施例、比較例に基づいて更に
説明する。

【００２５】比較例 加圧水型原子力発電所において、混床式復水脱塩装置を
用いて復水の処理を行った。

【００２６】復水脱塩装置には、陽イオン交換樹脂とし
てアンバーライト（登録商標：以下同じ）２００ＣＰ
と、陰イオン交換樹脂としてアンバーライトＩＲＡ−９
００ＣＰの混合樹脂を用い、各樹脂量及び再生条件を表
１に示した。

【００２７】

【表１】

【００２８】復水脱塩装置で復水の処理を行い、定収量
（１２日間通水）に達したら、イオン交換樹脂を通水系
統から再生系統に取り出し、水流で逆洗を行い陽イオン
交換樹脂を下層に、陰イオン交換樹脂を上層に分離した
後、上層の陰イオン交換樹脂を陰イオン交換樹脂再生塔
に取り出し、両イオン交換樹脂をそれぞれ表１に示した
再生条件で再生を行い、その後、再び両イオン交換樹脂
を通水塔に戻して復水処理に供した。

【００２９】このように通水、再生を繰り返して復水処
理を行い、５サイクル、１０サイクル時の再生後の樹脂
組成、すなわち陽イオン交換樹脂のＲ−Ｎａ分率、陰イ
オン交換樹脂のＲ−Ｃｌ分率、Ｒ−ＯＨ分率と、処理水
質の平均値を測定してその結果を表２に示した。

【００３０】

【表２】

【００３１】実施例１ 比較例において陰イオン交換樹脂の再生を行わないよう
にした以外は、すべて比較例と全く同じ条件で通水、再
生を繰り返して、復水処理を行った。

【００３２】そして比較例と同様に、５サイクル、１０
サイクル時の再生後の樹脂組成、すなわち陽イオン交換
樹脂のＲ−Ｎａ分率、陰イオン交換樹脂のＲ−Ｃｌ分
率、Ｒ−ＯＨ分率と、処理水質の平均値を測定してその
結果を表２に示した。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、復水脱塩装置において、海水
リークがない通常の場合には陽イオン交換樹脂の再生の
みを行い、陰イオン交換樹脂の再生を行わずに運用する
ため、従来再生時に生成していた陽イオン交換樹脂のナ
トリウム分率の増加を防止できて複数サイクルに渡っ
て、ナトリウムイオンの漏出が極めて少なく処理水質の
向上した状態での運転を行なうことができるという効果
がある。

【００３４】また、再生操作の簡略化による再生時間の
短縮、再生薬品及び再生用水の大幅な節約、また再生排
水の大幅な低減が可能という効果があり、これらを総合
した本発明の技術的寄与は大である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 火力発電所あるいは原子力発電所で復水
   を混合イオン交換樹脂に通して処理する復水脱塩装置に
   おいて、定常時の復水の通水開始から通水停止までの通
   水処理が終了した際に、通水塔内の混合イオン交換樹脂
   を再生するにあたり、バブリングによる蓄積クラッドの
   除去操作を行なうと共に、陰イオン交換樹脂の薬品再生
   操作を行なうことなく、陽イオン交換樹脂にのみ再生薬
   品を通薬する薬品再生操作を行なうことを特徴とする復
   水脱塩装置の再生方法。