JP3594492B2

JP3594492B2 - 復水脱塩装置

Info

Publication number: JP3594492B2
Application number: JP22519598A
Authority: JP
Inventors: 正弘萩原; 丈志出水
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2018-07-27
Also published as: JP2000046992A; TW574148B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、復水脱塩装置に係り、特に、ＢＷＲ型原子力発電プラントに用い、高純度な処理水質を得ることができる復水脱塩装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＢＷＲ型原子力発電プラントでは、原子炉の内部を常に清浄に維持しなければならないので、その浄化設備として、イオン交換樹脂を使用している復水脱塩装置が設置されている。そのイオン交換樹脂としては、従来、８から１０％の架橋度を有するゲル型イオン交換樹脂、もしくはこれらのゲル型イオン交換樹脂と交換容量が等価のポーラス型イオン交換樹脂が使用されていた。またそのイオン交換樹脂の粒径は、平均で７００〜８００μｍ、分布は概ね３５０〜１１８０μｍのガウス分布を有するものであった。
【０００３】
最近のＢＷＲ型原子力発電プラントは、プラント構成機器が改良され、復水脱塩装置へのイオン性不純物の負荷が低減していること、及び、放射性廃液低減の観点から、イオン交換樹脂は非通薬再生にて運用され、通薬再生を実施せずに数年間使用後、廃棄されている。従って、交換容量の大きいイオン交換樹脂の適用が望まれている。
また、復水脱塩装置は、イオン交換樹脂、特にカチオン樹脂から溶出する有機性不純物が、処理水質を低下させる要因となっていた。従って、有機性不純物の溶出の少ないカチオン樹脂の適用、及び、カチオン樹脂から溶出した有機性不純物の捕獲能力の高いアニオン樹脂の適用が望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、より長い非再生運用を可能とし、且つ処理水質を高度化することができるＢＷＲ型原子力発電プラントに用いる復水脱塩装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、イオン交換樹脂を使用するＢＷＲ型原子力発電プラントの復水脱塩装置において、前記イオン交換樹脂として、架橋度が１２％から１６％の平均粒径が５５０〜７５０μｍで、平均粒径の±１００μｍの範囲に９５％以上が存在する粒状強酸性カチオン樹脂と、平均粒径が５００〜７００μｍで、平均粒径の±１００μｍの範囲に９５％以上が存在する粒状強塩基性アニオン樹脂とを用い、これらを混床で使用することを特徴とする復水脱塩装置としたものである。
前記復水脱塩装置において、用いるイオン交換樹脂は、架橋度が１４％の粒状強酸性カチオン樹脂で、平均粒径が６５０μｍのものと、粒状強塩基性アニオン樹脂で、平均粒径が６００μｍのものが良い。
また、前記イオン交換樹脂の混床は、入口側に前置フィルタを有することができ、該前置フィルタは、中空糸膜フィルタ、プリコート型ろ過器又はプリーツフィルタを用いることができる。
【０００６】
さらに、該装置に用いるイオン交換樹脂は、（ａ）重合し僅かに架橋したスチレン性のシード粒子を、シード粒子中へのモノマーの吸収を妨げる量のポリマー状保護コロイドを存在させずに、攪拌懸濁水溶液とすること；（ｂ）前記の懸濁したシード粒子に重合条件下で、▲１▼少なくとも１種類のモノエチレン型不飽和スチレン性モノマー０〜９８重量％と、▲２▼少なくとも１種類のポリエチレン型不飽和スチレン性架橋モノマー２〜１００重量％とからなるモノマー又はモノマー混合物を供給し、この際、懸濁条件、供給速度、攪拌及び重合速度を、シード粒子がモノマー又はモノマー混合物を吸収して所望の大きさに膨潤するまで、粒子の凝集を回避し、最終的にイオン交換コポリマーが生成するよう調整すること；（ｃ）前記のイオン交換コポリマーが生成するまで、膨潤したシード粒子の重合を継続すること；（ｄ）懸濁水媒体から前記のイオン交換コポリマー粒子を分離すること；により、粉砕することなく膨潤圧に耐えうる架橋した官能性を付与できるイオン交換コポリマー粒子を製造し、該コポリマー粒子にイオン交換官能基により官能性を付与することによって製造することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明では、粒径範囲が狭く、且つ従来より架橋度の高いイオン交換樹脂を使用することにより、より長い非再生運用を可能とし、且つ処理水質を高度化したものである。即ち、樹脂の架橋度と交換容量には一定の相関があり、架橋度の高い樹脂ほど大きい交換容量を有しており、架橋度の高い樹脂を使用することにより、通薬再生の頻度を低減することが可能となる。ここで言う架橋度とは、一般にイオン交換樹脂の母体はスチレンとジビニルベンゼンの共重量体を用いており、このジビニルベンゼンの含率を言う。
通常復水脱塩装置に使用されているイオン交換樹脂はガウス分布を有しており、粒径は３５０〜１２００μｍの範囲にある。一方、今回発明した粒状イオン交換樹脂は、平均粒径の±１００μｍの範囲に樹脂の９５％以上が存在する（以下、この樹脂を「均一粒径樹脂」という）ものである。ガウス分布の樹脂に比べ均一粒径樹脂は空隙率が大きいため、通水時における差圧が有利なため、平均粒径を小さくして反応速度を有利にすることが可能である。
【０００８】
更に均一粒径樹脂は、ガウス分布を有するイオン交換樹脂に比較し、平均粒径に対して、１００μｍより大きい粒径のものや、小さい粒径のものがほとんどないため、反応速度や有機性不純物の溶出の観点から有効である。即ち、イオン交換樹脂からの有機性不純物の溶出は、粒径の小さい樹脂ほど多くなるため、極端に小さい樹脂がほとんど存在しない均一粒径樹脂は、ガウス分布を有するイオン交換樹脂に比べ、有機性不純物の溶出が少なくなる。
また、カチオン樹脂から溶出する有機性不純物は、負の電荷を有しているため、一般にアニオン樹脂により捕捉されるが、ガウス分布を有するイオン交換樹脂では、粒径の大きいものが多く存在するため、その除去反応が有効に機能しない。従って、ガウス分布を有するイオン交換樹脂の平均粒径より、小さい均一粒径樹脂を使用することにより、有機性不純物の捕捉効率を向上することができる。
【０００９】
架橋度が高いイオン交換樹脂は、一般に溶出する有機性不純物量が少ないと言われており、更に均一粒径樹脂を用いることにより、より少ない溶出となる。即ち、従来のガウス分布を有するイオン交換樹脂は、いわゆるバッチ法により、材料となるスチレンとジビニルベンゼンを水層中にて攪拌しながら共重合させて、樹脂母体を製造する。従って、粒径がガウス分布となるが、そのうち大粒径樹脂は均一に製造することは困難であり、化学的に不安定なものとなってしまう。
一方、近年開発された均一粒径樹脂は、一旦小粒径の均一な共重合体を製造し、それを更に巨大化させる方法で製造される。これは、一般にシード法やコアシェル法と呼ばれている方法である。従って、イオン交換樹脂の化学的特性は均質化しており、ガウス分布を有するイオン交換樹脂より化学的に安定となり、溶出する有機性不純物量は少ないものとなる。よって、この樹脂を復水脱塩装置に使用することにより、処理水質を高純度に維持することが可能となる。
【００１０】
更に、ＢＷＲ型原子力発電プラントにおける不純物は、機器構成材料より発生する金属不純物が主体である。従って、復水脱塩装置の前段に、中空糸膜フィルタ、プリコート型ろ過器又はプリーツフィルタなどの前置ろ過器を設置することにより、カチオン樹脂へのイオン負荷を軽減し、イオン交換容量の消費を小さくすることが可能となると共に、カチオン樹脂からの有機性不純物の溶出反応に対して、酸化触媒として働く金属を減少させることとなるので、溶出は少なくなる。
以上のことから、本発明を適用することにより、ＢＷＲ原子力発電プラントにおける上記の課題を解決することができる。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１
本実施例で用いるイオン交換樹脂は、次のように製造した。
即ち、（ａ）重合し僅かに架橋したスチレン性のシード粒子を、シード粒子中へのモノマーの吸収を妨げる量のポリマー状保護コロイドを存在させずに、攪拌懸濁水溶液とし、（ｂ）前記の懸濁したシード粒子に重合条件下で、▲１▼少なくとも１種類のモノエチレン型不飽和スチレン性モノマー０〜９８重量％と、▲２▼少なくとも１種類のポリエチレン型不飽和スチレン性架橋モノマー２〜１００重量％とからなるモノマー又はモノマー混合物を供給し、この際、懸濁条件、供給速度、攪拌及び重合速度を、シード粒子がモノマー又はモノマー混合物を吸収して所望の大きさに膨潤するまで、粒子の凝集を回避し、最終的にイオン交換コポリマーが生成するよう調整し、（ｃ）前記のイオン交換コポリマーが生成するまで、膨潤したシード粒子の重合を継続し、（ｄ）懸濁水媒体から前記のイオン交換コポリマー粒子を分離することにより、粉砕することなく膨潤圧に耐えうる架橋した官能性を付与できるイオン交換コポリマー粒子を製造し、該コポリマー粒子にイオン交換官能基により官能性を付与することによって製造する。
【００１２】
得られた本発明の均一粒径樹脂と、従来のガウス分布を有する樹脂との粒径分布を比較した。その結果を表１に示す。
【表１】

これからわかるように、均一粒径樹脂の場合、平均粒径と比較して大粒径及び小粒径の樹脂はほとんど存在していないことがわかる。
【００１３】
また、貫流交換容量について評価した結果を、図１に示す。評価は、入口約２０ｐｐｍの食塩水を層高１ｍ（カチオン／アニオン樹脂体積比＝１／１）の混床樹脂に線流速１２０ｍ／ｈにて通水し、出口水導電率が０．１μＳ／ｃｍになるまでの交換容量を測定して行った。図からわかるように、本発明品は最も良好な性能を有していることがわかる。
さらに、有機性不純物の溶出挙動について評価した結果を図２に示す。評価は、ガラスカラムに混床樹脂５０ｍｌ（カチオン／アニオン樹脂体積比＝２／１）を充填し、そこに４０℃の純水を循環通水して、全有機炭素濃度（ＴＯＣ）を定期的に測定することにより行った。図からわかるように、本発明品は最も良好な性能を有していることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、ＢＷＲ型原子力発電プラントの復水脱塩装置において、より長い非再生運用を可能とし、且つ処理水質を高度化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】各種樹脂を用いた場合の貫流交換容量を示すグラフ。
【図２】各種樹脂を用いた場合のＴＯＣ溶出速度を示すグラフ。

Claims

イオン交換樹脂を使用するＢＷＲ型原子力発電プラントの復水脱塩装置において、前記イオン交換樹脂として、架橋度が１２％から１６％の平均粒径が５５０〜７５０μｍで、平均粒径の±１００μｍの範囲に９５％以上が存在する粒状強酸性カチオン樹脂と、平均粒径が５００〜７００μｍで、平均粒径の±１００μｍの範囲に９５％以上が存在する粒状強塩基性アニオン樹脂とを用い、これらを混床で使用することを特徴とする復水脱塩装置。
前記粒状強酸性カチオン樹脂は、平均粒径が６５０μｍであり、前記粒状強塩基性アニオン樹脂は、平均粒径が６００μｍであることを特徴とする請求項１記載の復水脱塩装置。
前記イオン交換樹脂の混床は、入口側に前置フィルタを有することを特徴とする請求項１記載の復水脱塩装置。
前記前置フィルタが、中空糸膜フィルタ、プリコート型ろ過器又はプリーツフィルタであることを特徴とする請求項３記載の復水脱塩装置。
前記イオン交換樹脂が、（ａ）重合し僅かに架橋したスチレン性のシード粒子を、シード粒子中へのモノマーの吸収を妨げる量のポリマー状保護コロイドを存在させずに、攪拌懸濁水溶液とすること；（ｂ）前記の懸濁したシード粒子に重合条件下で、▲１▼少なくとも１種類のモノエチレン型不飽和スチレン性モノマー０〜９８重量％と、▲２▼少なくとも１種類のポリエチレン型不飽和スチレン性架橋モノマー２〜１００重量％とからなるモノマー又はモノマー混合物を供給し、この際、懸濁条件、供給速度、攪拌及び重合速度を、シード粒子がモノマー又はモノマー混合物を吸収して所望の大きさに膨潤するまで、粒子の凝集を回避し、最終的にイオン交換コポリマーが生成するよう調整すること；（ｃ）前記のイオン交換コポリマーが生成するまで、膨潤したシード粒子の重合を継続すること；（ｄ）懸濁水媒体から前記のイオン交換コポリマー粒子を分離すること；により、粉砕することなく膨潤圧に耐えうる架橋した官能性を付与できるイオン交換コポリマー粒子を製造し、該コポリマー粒子にイオン交換官能基により官能性を付与することによって製造されるイオン交換樹脂であることを特徴とする請求項１記載の復水脱塩装置。