JP3610388B2 - 復水脱塩装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、火力発電所や原子力発電所の復水を脱塩処理する復水脱塩装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所、原子力発電所で発電する場合には、火力、原子力を利用してボイラ、蒸気発生器等内において高純度水を加熱して蒸気を作り、この蒸気によって発電タービンを駆動し、発電するようにしている。そして、発電時には、発電後の蒸気を復水器において冷却して復水として回収し、この復水を再び加熱して蒸気を作るというサイクルを繰り返している。この循環サイクルでは、系内を循環する復水が各種の不純物イオンや金属酸化物等からなる懸濁物質（以下、「クラッド」と称す）で汚染されるため、これらの汚染物を復水中から除去する必要がある。
【０００３】
そこで、上述した火力発電所や原子力発電所の復水系統では、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂が充填された脱塩塔を複数備えた復水脱塩装置を用いて復水中の不純物イオンやクラッドを除去している。また、カチオン交換樹脂は水素イオン形とし、アニオン交換樹脂は水酸基形として用いるＨ−ＯＨ形の復水脱塩装置と、カチオン交換樹脂はアンモニア形とし、アニオン交換樹脂は水酸基形として用いるアンモニア形の復水脱塩装置とがある。Ｈ−ＯＨ形の復水脱塩装置の場合には、仮に僅かの海水が復水器から復水中に混入することがあっても海水に起因するナトリウムイオンや塩化物イオンは復水脱塩装置により除去されるのは勿論のこと、海水が混入しない通常時にも復水に存在するクラッドや他の微量の重金属、更には腐食抑制剤として添加されているアンモニウムイオン等を復水脱塩装置により除去し、電気伝導率が一般に０．１μＳ／ｃｍ以下になるように復水を精製し、この精製水を発電用水として使用している。一方、アンモニア形の復水脱塩装置の場合には、カチオン交換樹脂をアンモニア形にすることによって復水中のアンモニウムイオン以外の全ての不純物イオンと懸濁物質を除去するように工夫されている。
【０００４】
しかし、いずれのタイプの復水脱塩装置であっても一定量の復水を精製するとイオン交換樹脂がブレークするが、その時にはイオン交換樹脂の再生を行う。この再生を行う場合には、まずイオン交換樹脂を復水脱塩装置の脱塩塔から再生設備の再生塔へ移送する。そして、再生塔内で空気攪拌（エアスクラビング）と逆洗を行うことによりイオン交換樹脂の表面に付着したクラッドを除去した後、この再生塔内で比重差を利用して逆洗によりカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂に分離する。イオン交換樹脂を分離した後、アニオン交換樹脂には水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ再生剤を通薬し、カチオン交換樹脂には硫酸水溶液または塩酸水溶液等の酸再生剤を通薬し、両イオン交換樹脂に付着した不純物イオンを脱着して両イオン交換樹脂を再生している。
【０００５】
上述の再生方式には一塔再生方式と二塔再生方式とがある。一塔再生方式の場合には、再生塔内で両イオン交換樹脂を比重差により分離して下側にカチオン交換樹脂層を、上側にアニオン交換樹脂層を形成させ、この分離層を保持したまま下層のカチオン交換樹脂には酸再生剤を、上層のアニオン交換脂にはアルカリ再生剤を通薬し、一塔内で両イオン交換樹脂を再生する方式である。また、二塔再生方式の場合には、一つの塔（カチオン再生塔）内で両イオン交換樹脂を分離した後、上層のアニオン交換樹脂を別の再生塔（アニオン再生塔）へ移送し、両イオン交換樹脂をそれぞれ別々の再生塔内で再生する方式である。
【０００６】
両イオン交換樹脂の再生が終了すると、次の脱塩塔が通水終点に達するまでの間、再生後の両イオン交換樹脂を貯蔵タンクに貯蔵して待機させておく。そして、通水終点に達したらその脱塩塔のイオン交換樹脂を脱塩塔から取り出して再生塔へ移送する。その後、空になった脱塩塔へ貯蔵タンクで待機中の両イオン交換樹脂を移送し、その脱塩塔内でカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を十分に混合した後、復水の脱塩処理に使用する。
【０００７】
ところで、復水脱塩装置の処理水に要求される水質は、ボイラ、蒸気発生器、原子炉等の腐食防止やスケール付着防止の観点から最近益々高純度化する傾向にある。例えばＮａイオン、Ｃｌイオン、ＳＯ４イオンの場合には、それぞれの濃度が０．０１ｐｐｂ以下の純度を目標としている。そのため、復水脱塩装置においてはこのような高純度の処理水を得るために種々の改善がなされており、その結果、現在では上述した目標の純度は達成できる段階にある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の復水脱塩装置の場合には、ボイラ、蒸気発生器、原子炉等の腐食防止やスケール付着防止の観点から処理水の水質が益々高純度化するに伴ってＮａイオンやＣｌイオン等の無機イオンは目標とする純度を達成しているが、再生後のイオン交換樹脂を脱塩塔に充填し、通水を開始すると、その開始初期において極微量の有機物が処理水中に漏出し、この極微量の有機物が高純度化傾向に伴って新たな課題となっている。特に、再生して繰り返し使用したカチオン交換樹脂は使用の間に徐々に酸化劣化して上述の有機物がカチオン交換樹脂から処理水中に漏出し易くなり、処理水の水質が悪化するという課題があった。
【０００９】
ところで、最近の研究によれば、有機物の中にはスチレンスルホン酸のオリゴマーや低分子ポリマーが含まれており、これらの有機物は復水脱塩装置に通常使用されている、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体をスルホン化した強酸性カチオン交換樹脂から溶出するものであることが判明している。また、復水脱塩装置の処理水は前述のようにボイラ、蒸気発生器、原子炉等の蒸気発生装置へ供給されるが、蒸気発生装置の内部は高温、高圧になっているため、前述の有機物が処理水中に含まれていると、これらの有機物は蒸気発生装置内で高温、高圧の作用により分解されてＳＯ４イオン等を生成し、ＳＯ４イオン等が蒸気発生装置等を腐食し、蒸気発生装置等に悪影響を及ぼす虞がある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、復水脱塩装置のカチオン交換樹脂から処理水中へ漏出する有機物を低減して処理水の水質を向上させることができ、ひいては有機物に起因した火力発電所のボイラ、沸騰水型原子力発電所の原子炉、加圧水型原子力発電所の蒸気発生器等の高温高圧系を構成する部材の腐食を防止することができる復水脱塩装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、有機物の処理水中への漏出防止対策について種々検討した結果、従来の復水脱塩装置の場合には、再生設備からの再生済みのカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との混合イオン交換樹脂を脱塩塔に移送して充填した後、更に脱塩塔内でカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を空気により混合して混合イオン交換樹脂層を形成する操作を行い、次いで、脱塩処理を行うようにしているが、カチオン交換樹脂はアニオン交換樹脂より比重が大きく、上記脱塩塔での再混合を実施してもカチオン交換樹脂が混合イオン交換樹脂層の下部に遍在し易いため、復水が塔上部から下部に通水されると、下部層のカチオン交換樹脂から溶出する有機物はアニオン交換樹脂と接触する確率が低くなり、アニオン交換樹脂で捕捉されずに直接処理水中に漏出することを知見した。
【００１２】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、請求項１に記載の復水脱塩装置は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を用いて復水の脱塩処理を行う脱塩塔を備えた復水脱塩装置において、上記脱塩塔は上下で異なるイオン交換樹脂層を有し、上側のイオン交換樹脂層はカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合した混合イオン交換樹脂で形成され、下側のイオン交換樹脂層はアニオン交換樹脂単独で形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項２に記載の復水脱塩装置は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を用いて復水の脱塩処理を行う複数の脱塩塔と、いずれかの脱塩塔内の使用済みのカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を再生する再生設備とを備えた復水脱塩装置において、上記脱塩塔は上下で異なるイオン交換樹脂層を有し、上側のイオン交換樹脂層はカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合した混合イオン交換樹脂として形成され、下側のイオン交換樹脂層はアニオン交換樹脂単独で形成されてなり、また、上記各脱塩塔と上記再生設備は再生後のアニオン交換樹脂を単独で移送する樹脂移送配管により連結されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項３に記載の復水脱塩装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記アニオン交換樹脂層は脱塩塔下部の脱塩処理水の流出点から少なくとも２００ｍｍの層高を有することを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図７及び表１〜表３に示す実施例に基づいて本発明を説明する。尚、図１は本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の一実施形態を示す構成図、図２の（ａ）は図１に示す脱塩塔の下部の構成を示す構成図、同図の（ｂ）は他の脱塩塔の下部の構成を示す構成図、図３〜図６はそれぞれ本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の他の実施形態の再生設備を示す構成図、図７は本実施例におけるＮａイオンの漏出を示すグラフであり、また、表１は本発明の復水脱塩装置の性能をベンチスケールで実験した時の実験条件を示す表、表２はベンチスケールで実験した時の有機物等の漏出結果を示す表、表３は実施例におけるＮａイオンの漏出結果を示す表である。
【００２４】
まず、本発明の復水脱塩装置の一実施形態について説明する。本実施形態の復水脱塩装置１０は、図１に示すように、複数の脱塩塔１１（図１では２塔のみ図示してある）と、これらの脱塩塔１１内のイオン交換樹脂を再生する再生設備２０とを備えて構成されている。各脱塩塔１１の上部には復水器（図示せず）から前置濾過装置（図示せず）を経由して流れて来る復水が流入する流入配管１２が接続され、それぞれの下部には脱塩処理後の処理水が流出する流出配管１３が接続されている。そして、流入配管１２から各脱塩塔１１内へ流入した復水はそれぞれのイオン交換樹脂層１４を下降流で通水され、通水の間にイオン交換樹脂により脱塩処理され、処理水が流出配管１３から流出するようにしてある。また、各脱塩塔１１の流入配管１２及び流出配管１３にはバルブ１２Ａ、１３Ａが取り付けられ、通水終点に達した脱塩塔１１内のイオン交換樹脂を再生する時にその脱塩塔１１のバルブ１２Ａ、１３Ａを閉じ、他の脱塩塔１１から切り離すようにしてある。尚、各脱塩塔１１は略等しい時間間隔で順に通水終点に達するようにしてある。
【００２５】
而して、上記イオン交換樹脂層１４は図１に示すように上下の２層から構成されている。上層１４Ａは強酸性カチオン交換樹脂（以下、単に「カチオン交換樹脂」と称す）Ｃと強塩基性アニオン交換樹脂（以下、単に「アニオン交換樹脂」と称す）Ａを混合した混合イオン交換樹脂ＣＡで形成されている。下層１４Ｂはアニオン交換樹脂Ａ単独で形成されている。そして、通水終点に達したイオン交換樹脂層１４のカチオン交換樹脂Ｃ及びアニオン交換樹脂Ａは再生設備２０に移送して再生し、繰り返し使用するようにしている。
【００２６】
ここで、上記カチオン交換樹脂Ｃについて概説すると、復水脱塩装置に使用されているカチオン交換樹脂は通常スチレンとジビニルベンゼンを共重合して共重合体を製造し、この共重合体をスルホン化することにより得られる。しかしながら、これらの合成段階で極僅かではあるが未反応のモノマーや、所期の重合度に達しないオリゴマーや低分子ポリマーの生成は避けられない。そのため、その後の精製処理によりカチオン交換樹脂の残留不純物を低減した後使用するが、スチレンスルホン酸のオリゴマーや低分子のポリマーは僅かではあるが残留し、この残留物が通水中に溶出してくることは避けられない。また、イオン交換樹脂は経年使用する間に酸化劣化を受け、カチオン交換樹脂の場合には酸化劣化によりスチレンスルホン酸のオリゴマーや低分子のポリマーが溶出し易くなる。ところが、スチレンスルホン酸は、アニオン成分であるため、アニオン交換樹脂Ａとのイオン交換反応により、またはアニオン交換樹脂Ａへの物理吸着によりアニオン交換樹脂Ａに捕捉される性質がある。
【００２７】
カチオン交換樹脂Ｃからは上述のように復水の通水中に僅かではあるが有機物が溶出するが、本実施形態では、カチオン交換樹脂Ｃから溶出する有機物がそのまま処理水中に漏出するのを防止するために、上記イオン交換樹脂層１４は、上述のように上下２層で構成され、上層１４Ａはカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａの混合イオン交換樹脂ＣＡで形成され、下層１４Ｂがアニオン交換樹脂Ａにより形成されている。従って、アニオン交換樹脂Ａとの比重差によりカチオン交換樹脂Ｃが下層部に偏在しカチオンリッチになって通水時にカチオン交換樹脂Ｃから溶出する有機物が上層１４Ａの混合イオン交換樹脂ＣＡから漏出しても、下層１４Ｂがアニオン交換樹脂Ａにより形成されているため、上層１４Ａから漏出する有機物は下層１４Ｂのアニオン交換樹脂Ａにより殆ど捕捉され、処理水中へ殆ど漏出することがなく、処理水質の悪化を防止することができる。
【００２８】
上記アニオン交換樹脂Ａからなる下層１４Ｂは上層１４Ａのカチオン交換樹脂Ｃから漏出する有機物を確実に捕捉できる層高ｈに形成しておけば良く、その層高ｈとしては例えば脱塩塔下部の脱塩処理水の流出点から少なくとも２００ｍｍあれば良い。層高ｈの採り方は脱塩塔１１の塔構成によって異なる。例えば図２の（ａ）で示すように処理水が上下複数段に渡って配置された環状の集水管１５を介して流出するように構成されている場合には、その層高ｈは、最も上段の集水管１５の流出点を基準点とし、この基準点から下層１４Ｂの上面までの高さであり、この高さが少なくとも２００ｍｍあれば良いことになる。また、図２の（ｂ）で示すように処理水が支持板１６の流出部１６Ａを介して流出するように構成されている場合には、その層高ｈは、支持板１６の流出部１６Ａを基準点とし、この基準点から下層１４Ｂの上面までの高さである。
【００２９】
従って、上層１４Ａが混合イオン交換樹脂ＣＡからなる本実施形態の復水脱塩装置１０の脱塩塔１１を用いて復水を処理する場合には、復水が流入配管１２から各脱塩塔１１内へ並行して流入すると、各脱塩塔１１内では復水が上層１４Ａを通過する間に復水中のＮａイオン、Ｃｌイオン、金属イオン等の不純物イオンは上層１４Ａの混合イオン交換樹脂ＣＡにより除去される。そして、上層１４Ａのカチオン交換樹脂から漏出するスチレンスルホン酸のオリゴマー等の有機物は上層１４Ａでの処理水が下層１４Ｂを通過する間にアニオン交換樹脂Ａにより捕捉され、各脱塩塔１１から流出する処理水中の漏出有機物は従来より格段に低減する。従って、この処理水が復水脱塩装置１０の下流側にあるボイラ、蒸気発生器等において高温、高圧の作用を受けてもＳＯ４イオンを生成することなく、これらの構成機器の腐食を防止することができる。そして、いずれかの脱塩塔１１が通水終点に達した時にはそのバルブ１２Ａ、１３Ａを閉じて他の脱塩塔１１から切り離し、通水終点に達した脱塩塔１１内のイオン交換樹脂を再生設備２０において再生し、再生後のイオン交換樹脂をその脱塩塔１１へ充填する。
【００３０】
次に、本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を実施する場合に好適に用いられる再生設備２０について図１を参照しながら説明する。尚、本実施形態ではイオン交換樹脂の移送を中心に説明するため、以下の説明では配管として樹脂移送配管のみを図示し、その他の給排水管及び空気等を供給するガス配管等の付帯機器は図面から省略してある。図１に示す再生設備２０は二塔再生方式の再生設備である。この再生設備２０は、同図に示すように、１つの脱塩塔１１内の全てのイオン交換樹脂を受け取ってカチオン交換樹脂Ｃを再生する第１再生塔（以下、「カチオン再生塔」と称す）２１と、このカチオン再生塔２１からアニオン交換樹脂Ａを受け取ってそれを再生する第２再生塔（以下、「アニオン再生塔」と称す）２２と、両再生塔２１、２２において再生された各イオン交換樹脂を受け取って次の脱塩塔１１が通水終点に達するまでの間両イオン交換樹脂を貯蔵する貯蔵タンク２３とを備えて構成されている。
【００３１】
上記カチオン再生塔２１は上記各脱塩塔１１と第１樹脂移送配管２４を介して接続されている。第１樹脂移送配管２４は一方が各脱塩塔１１の下部に接続され、その他方はカチオン再生塔２１の上部に接続されている。そして、脱塩塔１１からカチオン再生塔２１へイオン交換樹脂を移送する場合には、第１樹脂移送配管２４のバルブ２４Ａを開き、各脱塩塔１１内に供給される脱塩水等の水及び空気等のガスにより第１樹脂移送配管２４を介してイオン交換樹脂をカチオン再生塔２１内へ移送するようにしてある。また、カチオン再生塔２１内には塩酸や硫酸等の酸再生剤を供給するディストリビュータ２１Ａが配設されている。従って、このカチオン再生塔２１においてカチオン交換樹脂Ｃを再生する場合には以下のようにして行う。即ち、カチオン再生塔２１内では脱塩塔１１から移送されたイオン交換樹脂をエアスクラビング操作によりイオン交換樹脂からクラッド等を剥離した後、逆洗操作により剥離したクラッド等を排出し、引き続きこの操作によりカチオン交換樹脂Ｃを下層にアニオン交換樹脂Ａを上層に分離する。その後、アニオン交換樹脂Ａを後述のようにアニオン再生塔２２へ移送した後、ディストリビュータ２１Ａから酸再生剤を供給すると共に再生廃水を塔下部の排水管（図示せず）から排出し、カチオン交換樹脂Ｃを再生する。再生後のカチオン交換樹脂Ｃは脱塩水等を用いて水洗して酸再生剤を洗い落とす。
【００３２】
上記アニオン再生塔２２はカチオン再生塔２１と第２樹脂移送配管２５を介して接続されている。第２樹脂移送配管２５は一方がカチオン再生塔２１のほぼ中間部（分離後のアニオン交換樹脂Ａのみを移送できる位置）に接続され、その他方はアニオン再生塔２２の上部に接続されている。そして、カチオン再生塔２１からアニオン再生塔２２へアニオン交換樹脂Ａを移送する場合には、第２樹脂移送配管２５のバルブ２５Ａを開き、カチオン再生塔２１内に供給される脱塩水等の水及び空気等のガスにより第２樹脂移送配管２５を介してアニオン交換樹脂Ａをアニオン再生塔２２内へ移送するようにしてある。また、アニオン再生塔２２内には水酸化ナトリウム等のアルカリ再生剤（本実施形態及び以下の実施形態では水酸化ナトリウムを使用することとする）を供給するディストリビュータ２２Ａが配設されている。従って、このアニオン再生塔２２においてアニオン交換樹脂Ａを再生する場合には、ディストリビュータ２２Ａからアルカリ再生剤を供給すると共に廃水を塔下部の排水管（図示せず）から排出し、アニオン交換樹脂Ａを再生し、その後アニオン交換樹脂Ａを脱塩水等を用いて水洗して水酸化ナトリウムを洗い落とす。
【００３３】
上記貯蔵タンク２３はカチオン再生塔２１及びアニオン再生塔２２と第３樹脂移送配管２６を介してそれぞれ接続されている。第３樹脂移送配管２６は一方がカチオン再生塔２１とアニオン再生塔２２に達するように分岐し、各分岐端が両再生塔２１、２２の下部にそれぞれ接続され、他方が貯蔵タンク２３に接続されている。そして、カチオン再生塔２１及びアニオン再生塔２２から貯蔵タンク２３へカチオン交換樹脂Ｃ及びアニオン交換樹脂Ａをそれぞれ移送する場合には、第３樹脂移送配管２６のバルブ２６Ａ、２６Ｂをそれぞれ開き、各再生塔２１、２２内に供給される脱塩水等の水及び空気等のガスによりカチオン交換樹脂Ｃ及びアニオン交換樹脂Ａを第３樹脂移送配管２６を介して貯蔵タンク２３へそれぞれ移送するようにしてある。また、貯蔵タンク２３は各脱塩塔１１と第４樹脂移送配管２７を介して接続されている。第４樹脂移送配管２７は一方が貯蔵タンク２３の下部に接続され、他方側が各脱塩塔１１に達するように分岐し、各分岐端が各脱塩塔１１の上部にそれぞれ接続されている。また、貯蔵タンク２３内ではカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａを混合して混合イオン交換樹脂ＣＡを調整するようにしてある。貯蔵タンク２３内の混合イオン交換樹脂ＣＡはその内部に供給される脱塩水等の水及び空気等のガスを用いて第４樹脂移送配管２７を介して空の脱塩塔１１へ移送するようにしてある。
【００３４】
更に、本実施形態ではアニオン再生塔２２と各脱塩塔１１が第５樹脂移送配管（アニオン交換樹脂用樹脂移送管）２８を介してそれぞれ接続されている。第５樹脂移送配管２８は、一方が第３樹脂移送配管２６のバルブ２６Ｂの上流側に接続され、他方が第４樹脂移送配管２７に接続されて各脱塩塔１１と連結され、第５樹脂移送配管２８を介してアニオン再生塔２２内のアニオン交換樹脂Ａを単独で各脱塩塔１１へ直接移送できるようにしてある。従って、第５樹脂移送配管２８を介してアニオン再生塔２２内のアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔１１内へ移送し、脱塩塔１１内にアニオン交換樹脂Ａからなるイオン交換樹脂層１４の下層１４Ｂを形成することができるようにしてある。
【００３５】
次に、上記再生設備２０を用いて通水終点に達した脱塩塔１１内のイオン交換樹脂を再生し、再生後のイオン交換樹脂を脱塩塔１１内へ充填する方法の一実施態様について図１を参照しながら説明する。例えば図１の右側に示す脱塩塔１１が通水終点に達した時には、そのイオン交換樹脂を再生する。それにはまず、バルブ２４Ａを開き、第１樹脂移送配管２４を介して脱塩塔１１内の全てのイオン交換樹脂をカチオン再生塔２１へ移送する。尚、イオン交換樹脂の移送が終了し、空になった上記脱塩塔１１には、後述のような方法で予め再生されて貯留されているアニオン再生塔２２内のアニオン交換樹脂Ａと貯蔵タンク２３内の混合イオン交換樹脂ＣＡとを後述のようにして移送して充填し、再び復水の通水を行う。イオン交換樹脂を脱塩塔１１から移送した後、カチオン再生塔２１内ではエアスクラビング洗浄を行い、イオン交換樹脂の付着物を除去した後、逆洗によりアニオン交換樹脂Ａを上層に、カチオン交換樹脂Ｃを下層に分離する。次いで、バルブ２５Ａを開き、分離後のアニオン交換樹脂Ａを第２樹脂移送配管２５を介してアニオン再生塔２２へ移送する。
【００３６】
その後、カチオン再生塔２１ではディストリビュータ２１Ａからカチオン再生塔２１内に酸再生剤を供給し、カチオン交換樹脂Ｃを再生し、再生後のカチオン交換樹脂Ｃを洗浄して酸再生剤を洗い落とす。また、アニオン再生塔２２ではディストリビュータ２２Ａからアニオン再生塔２２内にアルカリ再生剤を供給し、アニオン交換樹脂Ａを再生し、再生後のアニオン交換樹脂Ａを洗浄してアルカリ再生剤を洗い落とす。これらの操作を終えた後、カチオン再生塔２１内のカチオン交換樹脂Ｃを第３樹脂移送配管２６を介して貯蔵タンク２３へ、また、アニオン再生塔２２内のアニオン交換樹脂Ａも第３樹脂移送配管２６を介して貯蔵タンク２３へ移送する。この時、アニオン再生塔２２内にはアニオン交換樹脂Ａの一部を残し、必要ならばアニオン再生塔２２内で残留させたアニオン交換樹脂Ａを十分に洗浄する。貯蔵タンク２３内では移送後のカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａを混合して混合イオン交換樹脂ＣＡとして調整し、次の脱塩塔１１（例えば図１の左側の脱塩塔）へ移送するまで貯蔵タンク２３内で混合イオン交換樹脂ＣＡを貯蔵する。この間、適宜の間隔で混合イオン交換樹脂ＣＡを洗浄すると良い。
【００３７】
次の脱塩塔１１が通水終点に達し、その脱塩塔１１へ上述のようにして再生した再生済みのイオン交換樹脂を充填する場合には、その脱塩塔１１内の使用済みのイオン交換樹脂を上述したように脱塩塔１１からカチオン再生塔２１へ取り出した後、まず、第４樹脂移送配管２７のバルブ２７Ｂ及び第５樹脂移送配管２８のバルブ２８Ａを開き、アニオン再生塔２２内に残留させておいたアニオン交換樹脂Ａの全てを第５樹脂移送配管２８及び第４樹脂移送配管２７を介して脱塩塔１１へ移送して充填し、予め脱塩塔１１の下部にアニオン交換樹脂Ａからなる下層１４Ｂを形成しておく。引き続き、上記バルブ２８Ａを閉じ、第４樹脂移送配管２７の貯蔵タンク２３側のバルブ２７Ａを開いて貯蔵タンク２３内の全ての混合イオン交換樹脂ＣＡを第４樹脂移送配管２７を介して脱塩塔１１へ移送し、混合イオン交換樹脂ＣＡを先に充填したアニオン交換樹脂Ａ上に積層する。この結果、脱塩塔１１のイオン交換樹脂層１４は、上層１４Ａが混合イオン交換樹脂ＣＡにより形成され、下層１４Ｂがアニオン交換樹脂Ａにより形成され、本実施形態の復水脱塩装置１０の脱塩塔１１が構成されることになる。
【００３８】
また、図３は二塔再生方式の他の実施形態の再生設備２０Ａを示す図である。この再生設備２０Ａは、同図に示すように、アニオン再生塔２２内の再生済みのアニオン交換樹脂Ａを直接脱塩塔１１へ移送する樹脂移送配管（図１における第５樹脂移送配管２８）が付設されておらず、アニオン再生塔２２内のアニオン交換樹脂Ａの全てを第３樹脂移送配管２６を介して一旦貯蔵タンク２３内に移送するように構成されていると共に、貯蔵タンク２３のほぼ中間部（分離後のアニオン交換樹脂Ａのみを移送できる位置）にバルブ５０Ａを備えた第６樹脂移送配管５０（アニオン交換樹脂用樹脂移送配管）が接続されており、更にこの第６樹脂移送配管５０の一方が第４樹脂移送配管２７に接続されている以外は上記再生設備２０と同様に構成されている。このように第６樹脂移送配管５０を貯蔵タンク２３に接続したのは、後述するように再生後のアニオン交換樹脂Ａに残留する再生剤（ＮａＯＨ）由来のＮａイオンを、貯蔵タンク２３内でカチオン交換樹脂Ｃと混合することによりカチオン交換樹脂Ｃによって奪い取り、残留Ｎａイオンが低減されたアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔１１へ移送するためである。このような残留Ｎａイオンの低減されたアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔１１の下層１４Ａとして用いることにより通水時における下層１４Ｂのアニオン交換樹脂Ａからの処理水へのナトリウムリークを防止することができる。
【００３９】
図３に示す再生設備２０Ａを用いてイオン交換樹脂を充填する方法について説明する。この方法の場合には、再生するまでの操作は上記再生設備２０における操作と共通するため再生後の充填操作についてのみ説明する。この実施態様では、カチオン再生塔２１内で再生された再生後のカチオン交換樹脂Ｃをバルブ２６Ａ、第３樹脂移送配管２６を介してカチオン再生塔２１から貯蔵タンク２３へ移送すると共に、アニオン再生塔２２内で再生された再生後のアニオン交換樹脂Ａの全てをバルブ２６Ｂ、第３樹脂移送配管２６を介してアニオン再生塔２２から貯蔵タンク２３へ移送し、貯蔵タンク２３内に両イオン交換樹脂Ｃ、Ａを充填する。次いで、貯蔵タンク２３内でカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａを例えば空気吹込みによる攪拌によって混合し、この混合操作によりアニオン交換樹脂Ａに残留する再生剤由来のＮａイオンをカチオン交換樹脂Ｃによって奪い取り、アニオン交換樹脂Ａに残留するＮａイオンを低減させる。Ｎａイオンが低減されたアニオン交換樹脂Ａを後述のようにイオン交換樹脂層１４の下層１４Ｂとして使用することにより、処理水中へのナトリウムリークをより確実に防止することができる。この混合操作の後、貯蔵タンク２３内で逆洗により再度カチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａに分離する。
【００４０】
即ち、貯蔵タンク２３内でイオン交換樹脂を分離した後、まず、アニオン交換樹脂Ａの一部をバルブ５０Ａ、第６樹脂移送配管５０及び第４樹脂移送配管２７を介して貯蔵タンク２３から脱塩塔１１へ移送して充填し、予め脱塩塔１１の下部にアニオン交換樹脂Ａからなる下層１４Ｂを形成しておく。次いで、バルブ５０Ａを閉じ、貯蔵タンク２３内で分離後のカチオン交換樹脂Ｃと分離後の残余のアニオン交換樹脂Ａを混合して混合イオン交換樹脂ＣＡを調整した後、バルブ２７Ａを開き、この混合イオン交換樹脂ＣＡをバルブ２７Ａ及び第４樹脂移送配管２７を介して貯蔵タンク２３から脱塩塔１１へ移送して既に充填されているアニオン交換樹脂Ａからなる下層１４Ｂ上に積層し、混合イオン交換樹脂ＣＡからなる上層１４Ａを形成する。
【００４２】
また、図４、図５はそれぞれ更に他の再生設備を示す図で、これらの再生設備１２０、１２０Ａは、同図に示すように、図１〜図３に示す再生設備２０、２０Ａと同様に二塔再生方式であるが、図１〜図３に示す再生設備と異なって貯蔵タンクを有しないタイプである。
【００４３】
図４に示す再生設備１２０は、貯蔵タンクを有しない二塔再生方式の再生設備を示す図で、カチオン再生塔１２１とアニオン再生塔１２２とを備え構成されている。カチオン再生塔１２１と脱塩塔は第１樹脂移送配管１２３によって接続され、第１樹脂移送配管１２３を介して通水終点に達したイオン交換樹脂を脱塩塔からカチオン再生塔１２１へ移送するようにしてある。また、カチオン再生塔１２１とアニオン再生塔１２２は第２樹脂移送配管１２４によって接続され、第２樹脂移送配管１２４を介してカチオン再生塔１２１において洗浄、分離されたアニオン交換樹脂Ａをカチオン再生塔１２１からアニオン再生塔１２２へ移送するようにしてある。第１、第２樹脂移送配管１２３、１２４の接続形態は前述した再生設備と同様の接続形態になっている。
【００４４】
また、上記アニオン再生塔１２２とカチオン再生塔１２１は第３樹脂移送配管１２５によって接続されている。第３樹脂移送配管１２５は、一方がアニオン再生塔１２２の下部に接続され、他方がカチオン再生塔１２１の上部に接続されており、第３樹脂移送配管１２５を介して再生後のアニオン交換樹脂Ａをカチオン再生塔１２１へ移送するようにしてある。カチオン再生塔１２１及びアニオン再生塔１２２は各脱塩塔と第４樹脂移送配管１２６を介してそれぞれ接続されている。第４樹脂移送配管１２６は一方がカチオン再生塔１２１とアニオン再生塔１２２に達するように分岐し、各分岐端が両再生塔１２１、１２２の下部にそれぞれ接続され、また、他方が図１の場合と同様に各脱塩塔に達するように分岐し、各分岐端が各脱塩塔の上部にそれぞれ接続されている。尚、１２１Ａ、１２２Ａはディストリビュータであり、１２４Ａ、１２５Ａ、１２６Ａ、１２６Ｂはバルブである。
【００４５】
次に、上記再生設備１２０を用いて再生後のイオン交換樹脂を脱塩塔に充填する方法について説明する。再生設備１２０の各再生塔１２１、１２２内でカチオン交換樹脂Ｃ及びアニオン交換樹脂Ａの再生が終了した後、バルブ１２５Ａを開き、第３樹脂移送配管１２５を介して再生後のアニオン交換樹脂Ａをその一部を残してアニオン再生塔１２２からカチオン再生塔１２1 へ移送する。カチオン再生塔１２１ではアニオン交換樹脂Ａが移送された後、エアスクラビング操作等を行ってカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａを混合し、混合イオン交換樹脂ＣＡを調整する。混合イオン交換樹脂ＣＡを調整する間、バルブ１２６Ｂを開き、第４樹脂移送配管１２６を介してアニオン再生塔１２２内に残留するアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔へ移送して充填し、予め脱塩塔の下部にアニオン交換樹脂Ａからなる下層１４Ｂを形成しておく（図１の脱塩塔参照）。次いで、バルブ１２６Ｂを閉じ、バルブ１２６Ａを開いてカチオン再生塔１２１内で調整された混合イオン交換樹脂ＣＡを第４樹脂移送配管１２６を介して脱塩塔へ移送し、混合イオン交換樹脂ＣＡを先に充填したアニオン交換樹脂Ａ上に積層する。
【００４６】
また、図５は図４と同様に貯蔵タンクを有しない二塔再生方式の他の再生設備を示す図で、図４と同一部分または相当部分には同一符号を附して説明する。図５に示す再生設備１２０Ａの場合には、カチオン再生塔１２１が前記第２樹脂移送配管１２４から分岐した第５樹脂移送配管（アニオン交換樹脂用樹脂移送配管）１２７により、第４樹脂移送配管１２６を介して各脱塩塔に接続されている。これによって後述のようにカチオン再生塔１２１から脱塩塔へ再生後のアニオン交換樹脂Ａを直接移送できるようにしてある。
【００４７】
次に、上記再生設備１２０Ａを用いて再生後のイオン交換樹脂を脱塩塔に充填する方法について説明する。再生設備１２０Ａの各再生塔１２１、１２２内でカチオン交換樹脂Ｃ及びアニオン交換樹脂Ａの再生が終了した後、バルブ１２５Ａを開き、第３樹脂移送配管１２５を介して全てのアニオン交換樹脂Ａをアニオン再生塔１２２からカチオン再生塔１２1 へ移送する。カチオン再生塔１２１では前述した場合と同様にしてエアスクラビング操作等により混合イオン交換樹脂ＣＡを調整する。混合イオン交換樹脂ＣＡを調整した後、このカチオン再生塔１２１では再度逆洗操作により混合イオン交換樹脂ＣＡをカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａに分離する。次いで、第５樹脂移送配管１２７のバルブ１２７Ａを開き、分離後のアニオン交換樹脂Ａの一部を第５樹脂移送配管１２７を介して脱塩塔へ移送して充填し、アニオン交換樹脂Ａからなる下層を形成しておく。
【００４８】
上述の移送操作後、カチオン再生塔１２１内で残余のアニオン交換樹脂Ａとカチオン交換樹脂Ｃをエアスクラビング操作等により混合し、混合イオン交換樹脂ＣＡを再び調整する。次いで、バルブ１２６Ａを開き、第４樹脂移送配管１２６を介して混合イオン交換樹脂ＣＡをカチオン再生塔１２１から脱塩塔へ移送して先に充填したアニオン交換樹脂Ａ上に積層し、混合イオン交換樹脂ＣＡからなる上層を形成してイオン交換樹脂層とする。再生後のアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔へ充填する前に、再生後のアニオン交換樹脂Ａと再生後のカチオン交換樹脂Ｃの混合操作を行い、アニオン交換樹脂Ａの残留Ｎａイオンがカチオン交換樹脂Ｃによって奪い取られるため、脱塩処理時における下層のアニオン交換樹脂Ａからの処理水へのナトリウムリークを防止することができる。尚、図４、図５の場合のように再生設備内に貯蔵タンクを有しない復水脱塩装置の場合は、通水終点に達した脱塩塔から使用済みのイオン交換樹脂を再生設備に移送して再生を行い、再生後のイオン交換樹脂を再び同一の脱塩塔に戻すようにし、再生操作を行っている間はこの脱塩塔の運転を停止させておく等の運転方法を採用することができる。
【００４９】
また、図６は一塔再生方式の再生設備であって、この再生設備内に再生後のイオン交換樹脂の貯蔵タンクを有しない再生設備２２０を示す図である。この再生設備２２０は、同図に示すように、一塔の再生塔２２１を備えて構成されている。従って、再生塔２２１内にはイオン交換樹脂層の上部にアルカリ再生剤を供給するディストリビュータ２２１Ａとカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａの分離境界面付近に再生廃液を排出するコレクタ２２５が配設されており、更に再生塔２２１の下部には酸再生剤を供給する酸再生剤供給配管２２６が配設されている。また、再生塔２２１と脱塩塔は第１樹脂移送配管２２２によって接続され、第１樹脂移送配管２２２を介して通水終点に達したイオン交換樹脂を脱塩塔から再生塔２２１へ移送するようにしてある。また、再生塔２２１の下部と各脱塩塔の上部は第２樹脂移送配管２２３によって接続され、第２樹脂移送配管２２３を介して再生塔２２１において再生されたイオン交換樹脂を再生塔２２１から各脱塩塔へ移送するようにしてある。また、再生塔２２１のほぼ中間部（カチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａの分離境界面付近）と各脱塩塔の上部は第３樹脂移送配管（アニオン交換樹脂用樹脂移送配管）２２４を介して接続されている。尚、２２３Ａ、２２４Ａはバルブである。
【００５０】
次に、上記再生設備２２０を用いて再生後のイオン交換樹脂を脱塩塔に充填する方法について説明する。尚、脱塩塔から再生塔２２１へ移送されたイオン交換樹脂を再生する方法は従来と同様であるためその説明を省略する。イオン交換樹脂を脱塩塔に充填するにはまず、バルブ２２４Ａを開き、再生操作により分離した再生塔２２１内の上層のアニオン交換樹脂Ａの一部を第３樹脂移送配管２２４を介して再生塔２２１から脱塩塔へ移送して充填し、予め脱塩塔の下部にアニオン交換樹脂Ａからなる下層を形成しておく。そして、再生塔２２１内でカチオン交換樹脂Ｃと残余のアニオン交換樹脂Ａを混合し、次いで、バルブ２２３Ａを開き、この混合イオン交換樹脂ＣＡを第２樹脂移送配管２２３を介して再生塔２２１から脱塩塔へ移送してアニオン交換樹脂Ａ上に積層し、混合イオン交換樹脂ＣＡからなる上層を形成してイオン交換樹脂層とする。
【００５１】
また、図６に示す再生設備２２０を用いた他の充填方法について説明する。上述した方法では、まず再生塔２２１内の分離した再生後のアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔へ移送したが、これから説明する方法の場合には、まず再生塔２２１内の分離した再生後のカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａをエアスクラビング操作等により混合し、この混合操作を行った後、再び、カチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａに分離する。この操作により再生後のアニオン交換樹脂Ａの残留Ｎａイオンをカチオン交換樹脂Ｃにより奪い取り、よってこのような操作を施したアニオン交換樹脂Ａにより脱塩塔の下層を形成させた時に、通水時におけるアニオン交換樹脂Ａからの処理水中へのナトリウムリークを防止することができる。その後の操作は上述した場合と同様である。尚、上述の例では再生設備内に貯蔵タンクを有しない場合の一塔再生方式の装置について説明したが、貯蔵タンクを有する一塔再生方式の場合は、再生塔で再生された両イオン交換樹脂を一旦貯蔵タンクに移送した後、この貯蔵タンク内で両イオン交換樹脂を分離し、しかる後に上述したように再生塔から脱塩塔へ樹脂を移送する場合と同様にして再生済みのイオン交換樹脂を貯蔵タンクから脱塩塔に移送すれば良い。
【００５２】
また、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、要はカチオン交換樹脂からの溶出物を低減するため、脱塩塔の下層部にアニオン交換樹脂単独の層を確実に形成することができる装置であれば、本発明に包含される。
【００５３】
【実施例】
次に、本発明の復水脱塩装置を用いた場合に、カチオン交換樹脂からの有機物の漏出を防止あるいは抑制することができ、また、Ｎａイオンのリークを防止できることを実験により実証した。以下でその説明を行う。
【００５４】
実施例１
本実施例では、発電所の復水脱塩装置で約２年間使用したカチオン交換樹脂（アンバーライト（登録商標、以下同様）２００ＣＰ：ローム＆ハース社製）とアニオン交換樹脂（アンバーライトＩＲＡ−９００ＣＰ）を表１に示した条件で各々のイオン交換樹脂を再生した後、内径３２ｍｍ、長さ１５００ｍｍのアクリル製カラムに、まずアニオン交換樹脂を１７０ｍＬ（樹脂層高約２００ｍｍ）充填し、その上部にカチオン交換樹脂を６６０ｍＬとアニオン交換樹脂を１７０ｍＬを混合した混合イオン交換樹脂を充填した。
【００５５】
次いで、上記カラムにアンモニア濃度が５００ｐｐｂで、ヒドラジン濃度が２００ｐｐｂの復水を線速度（ＬＶ）８０ｍ／時で通水した。通水開始後、１時間、３時間後に処理水をサンプリングし、各サンプリング水の導電率、ＴＯＣ（全有機物濃度）を測定した。更に、各サンプル水を紫外線照射し、各サンプル水中に含まれている有機物を分解し、分解液中の硫酸イオンの濃度を測定した。それぞれの測定結果を表２に示した。
【００５６】
参考例１
本参考例では、実施例１で用いたものと同一のイオン交換樹脂を同一の条件で再生した後、実施例１で用いたものと同一のカラムにアニオン交換樹脂を３４０ｍＬ（樹脂層高約４００ｍｍ）充填し、その上部にカチオン交換樹脂を６６０ｍＬ充填し、実施例１と同一条件で通水試験を行った。そして、通水の間に、実施例１と同一の条件でサンプリング水を採取し、各サンプリング水について実施例１と同様の測定を行い、その結果を表２に示した。
【００５７】
比較例
本比較例では、実施例１で用いたものと同一のイオン交換樹脂を同一の条件で再生した後、３４０ｍＬのアニオン交換樹脂と６６０ｍＬのカチオン交換樹脂とを混合して混合イオン交換樹脂を調整した。次いで、実施例１で用いたものと同一のカラムに混合イオン交換樹脂を充填した後、実施例１と同一条件で通水試験を行い、その結果を表２に示した。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
表２に示した結果によれば、カラム下部にアニオン交換樹脂を充填した実施例１及び参考例１の場合には処理水中のＴＯＣ濃度及び紫外線照射分解後の硫酸イオンの濃度が比較例の場合と比較して低減していることが判った。
【００６１】
参考例２
本参考例では、実施例１で用いたものと同一のイオン交換樹脂を同一の条件で再生した後、内径４８．５ｍｍ、長さ１０００ｍｍのアクリル製カラムに充填し、下部から５分間空気を入れ、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合した。混合終了後、そのままの状態で約１時間待機させ、しかる後にカラムの下部から約３０分間純水を通水し、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を逆洗分離した。その後、実施例１で用いたものと同一のカラムにまず分離したアニオン交換樹脂３４０ｍｍを充填し、その上部に分離したカチオン交換樹脂６６０ｍｍを充填し、実施例１と同一の条件で通水試験を行った。そして、通水時のカラムの出口のサンプリング水中のＮａイオンの測定を行い、その結果を表３及び図７に示した。また、比較のために実施例１と参考例１についても同様にカラム出口のサンプリング水中のＮａイオンの測定を行い、その結果を表３及び図７に示した。
【００６２】
【表３】
【００６３】
表３及び図７に示した結果によれば、再生後のカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を一旦混合した後、再度両イオン交換樹脂を分離してからカラムに充填することにより、通水時におけるＮａイオンのリーク量が低減することが判った。
【００６４】
以上説明したように、本発明の請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、復水脱塩装置のカチオン交換樹脂から処理水中へ漏出する有機物を低減し、処理水の水質を向上させることができ、ひいては火力発電所のボイラ、沸騰水型原子力発電所の原子炉、加圧水型原子力発電所の蒸気発生器等の高温高圧系を構成する部材の腐食を防止でき、特に、カチオン交換樹脂が劣化を受けている場合に高温高圧系の構成部材の腐食を効果的に防止できる復水脱塩装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】（ａ）は図１に示す脱塩塔の下部の構成を示す構成図、同図（ｂ）は他の脱塩塔の下部を構成を示す構成図である。
【図３】本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の他の実施形態の再生設備を示す構成図である。
【図４】本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の更に他の実施形態の再生設備を示す構成図である。
【図５】本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の更に他の実施形態の再生設備を示す構成図である。
【図６】本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の更に他の実施形態の再生設備を示す構成図である。
【図７】実施例３におけるＮａイオンの漏出結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 復水脱塩装置
１１ 脱塩塔
１４ イオン交換樹脂層
１４Ａ 上層（上側のイオン交換樹脂層）
１４Ｂ 下層（下側のイオン交換樹脂層）
２０、２０Ａ、１２０、１２０Ａ、２２０ 再生設備
２８、５０、１２６、１２７、２２４ アニオン交換樹脂用樹脂移送配管
本発明は、火力発電所や原子力発電所の復水を脱塩処理する復水脱塩装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電所、原子力発電所で発電する場合には、火力、原子力を利用してボイラ、蒸気発生器等内において高純度水を加熱して蒸気を作り、この蒸気によって発電タービンを駆動し、発電するようにしている。そして、発電時には、発電後の蒸気を復水器において冷却して復水として回収し、この復水を再び加熱して蒸気を作るというサイクルを繰り返している。この循環サイクルでは、系内を循環する復水が各種の不純物イオンや金属酸化物等からなる懸濁物質（以下、「クラッド」と称す）で汚染されるため、これらの汚染物を復水中から除去する必要がある。
【０００３】
そこで、上述した火力発電所や原子力発電所の復水系統では、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂が充填された脱塩塔を複数備えた復水脱塩装置を用いて復水中の不純物イオンやクラッドを除去している。また、カチオン交換樹脂は水素イオン形とし、アニオン交換樹脂は水酸基形として用いるＨ−ＯＨ形の復水脱塩装置と、カチオン交換樹脂はアンモニア形とし、アニオン交換樹脂は水酸基形として用いるアンモニア形の復水脱塩装置とがある。Ｈ−ＯＨ形の復水脱塩装置の場合には、仮に僅かの海水が復水器から復水中に混入することがあっても海水に起因するナトリウムイオンや塩化物イオンは復水脱塩装置により除去されるのは勿論のこと、海水が混入しない通常時にも復水に存在するクラッドや他の微量の重金属、更には腐食抑制剤として添加されているアンモニウムイオン等を復水脱塩装置により除去し、電気伝導率が一般に０．１μＳ／ｃｍ以下になるように復水を精製し、この精製水を発電用水として使用している。一方、アンモニア形の復水脱塩装置の場合には、カチオン交換樹脂をアンモニア形にすることによって復水中のアンモニウムイオン以外の全ての不純物イオンと懸濁物質を除去するように工夫されている。
【０００４】
しかし、いずれのタイプの復水脱塩装置であっても一定量の復水を精製するとイオン交換樹脂がブレークするが、その時にはイオン交換樹脂の再生を行う。この再生を行う場合には、まずイオン交換樹脂を復水脱塩装置の脱塩塔から再生設備の再生塔へ移送する。そして、再生塔内で空気攪拌（エアスクラビング）と逆洗を行うことによりイオン交換樹脂の表面に付着したクラッドを除去した後、この再生塔内で比重差を利用して逆洗によりカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂に分離する。イオン交換樹脂を分離した後、アニオン交換樹脂には水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ再生剤を通薬し、カチオン交換樹脂には硫酸水溶液または塩酸水溶液等の酸再生剤を通薬し、両イオン交換樹脂に付着した不純物イオンを脱着して両イオン交換樹脂を再生している。
【０００５】
上述の再生方式には一塔再生方式と二塔再生方式とがある。一塔再生方式の場合には、再生塔内で両イオン交換樹脂を比重差により分離して下側にカチオン交換樹脂層を、上側にアニオン交換樹脂層を形成させ、この分離層を保持したまま下層のカチオン交換樹脂には酸再生剤を、上層のアニオン交換脂にはアルカリ再生剤を通薬し、一塔内で両イオン交換樹脂を再生する方式である。また、二塔再生方式の場合には、一つの塔（カチオン再生塔）内で両イオン交換樹脂を分離した後、上層のアニオン交換樹脂を別の再生塔（アニオン再生塔）へ移送し、両イオン交換樹脂をそれぞれ別々の再生塔内で再生する方式である。
【０００６】
両イオン交換樹脂の再生が終了すると、次の脱塩塔が通水終点に達するまでの間、再生後の両イオン交換樹脂を貯蔵タンクに貯蔵して待機させておく。そして、通水終点に達したらその脱塩塔のイオン交換樹脂を脱塩塔から取り出して再生塔へ移送する。その後、空になった脱塩塔へ貯蔵タンクで待機中の両イオン交換樹脂を移送し、その脱塩塔内でカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を十分に混合した後、復水の脱塩処理に使用する。
【０００７】
ところで、復水脱塩装置の処理水に要求される水質は、ボイラ、蒸気発生器、原子炉等の腐食防止やスケール付着防止の観点から最近益々高純度化する傾向にある。例えばＮａイオン、Ｃｌイオン、ＳＯ４イオンの場合には、それぞれの濃度が０．０１ｐｐｂ以下の純度を目標としている。そのため、復水脱塩装置においてはこのような高純度の処理水を得るために種々の改善がなされており、その結果、現在では上述した目標の純度は達成できる段階にある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の復水脱塩装置の場合には、ボイラ、蒸気発生器、原子炉等の腐食防止やスケール付着防止の観点から処理水の水質が益々高純度化するに伴ってＮａイオンやＣｌイオン等の無機イオンは目標とする純度を達成しているが、再生後のイオン交換樹脂を脱塩塔に充填し、通水を開始すると、その開始初期において極微量の有機物が処理水中に漏出し、この極微量の有機物が高純度化傾向に伴って新たな課題となっている。特に、再生して繰り返し使用したカチオン交換樹脂は使用の間に徐々に酸化劣化して上述の有機物がカチオン交換樹脂から処理水中に漏出し易くなり、処理水の水質が悪化するという課題があった。
【０００９】
ところで、最近の研究によれば、有機物の中にはスチレンスルホン酸のオリゴマーや低分子ポリマーが含まれており、これらの有機物は復水脱塩装置に通常使用されている、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体をスルホン化した強酸性カチオン交換樹脂から溶出するものであることが判明している。また、復水脱塩装置の処理水は前述のようにボイラ、蒸気発生器、原子炉等の蒸気発生装置へ供給されるが、蒸気発生装置の内部は高温、高圧になっているため、前述の有機物が処理水中に含まれていると、これらの有機物は蒸気発生装置内で高温、高圧の作用により分解されてＳＯ４イオン等を生成し、ＳＯ４イオン等が蒸気発生装置等を腐食し、蒸気発生装置等に悪影響を及ぼす虞がある。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、復水脱塩装置のカチオン交換樹脂から処理水中へ漏出する有機物を低減して処理水の水質を向上させることができ、ひいては有機物に起因した火力発電所のボイラ、沸騰水型原子力発電所の原子炉、加圧水型原子力発電所の蒸気発生器等の高温高圧系を構成する部材の腐食を防止することができる復水脱塩装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、有機物の処理水中への漏出防止対策について種々検討した結果、従来の復水脱塩装置の場合には、再生設備からの再生済みのカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との混合イオン交換樹脂を脱塩塔に移送して充填した後、更に脱塩塔内でカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を空気により混合して混合イオン交換樹脂層を形成する操作を行い、次いで、脱塩処理を行うようにしているが、カチオン交換樹脂はアニオン交換樹脂より比重が大きく、上記脱塩塔での再混合を実施してもカチオン交換樹脂が混合イオン交換樹脂層の下部に遍在し易いため、復水が塔上部から下部に通水されると、下部層のカチオン交換樹脂から溶出する有機物はアニオン交換樹脂と接触する確率が低くなり、アニオン交換樹脂で捕捉されずに直接処理水中に漏出することを知見した。
【００１２】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、請求項１に記載の復水脱塩装置は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を用いて復水の脱塩処理を行う脱塩塔を備えた復水脱塩装置において、上記脱塩塔は上下で異なるイオン交換樹脂層を有し、上側のイオン交換樹脂層はカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合した混合イオン交換樹脂で形成され、下側のイオン交換樹脂層はアニオン交換樹脂単独で形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項２に記載の復水脱塩装置は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を用いて復水の脱塩処理を行う複数の脱塩塔と、いずれかの脱塩塔内の使用済みのカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を再生する再生設備とを備えた復水脱塩装置において、上記脱塩塔は上下で異なるイオン交換樹脂層を有し、上側のイオン交換樹脂層はカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合した混合イオン交換樹脂として形成され、下側のイオン交換樹脂層はアニオン交換樹脂単独で形成されてなり、また、上記各脱塩塔と上記再生設備は再生後のアニオン交換樹脂を単独で移送する樹脂移送配管により連結されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項３に記載の復水脱塩装置は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記アニオン交換樹脂層は脱塩塔下部の脱塩処理水の流出点から少なくとも２００ｍｍの層高を有することを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図７及び表１〜表３に示す実施例に基づいて本発明を説明する。尚、図１は本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の一実施形態を示す構成図、図２の（ａ）は図１に示す脱塩塔の下部の構成を示す構成図、同図の（ｂ）は他の脱塩塔の下部の構成を示す構成図、図３〜図６はそれぞれ本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の他の実施形態の再生設備を示す構成図、図７は本実施例におけるＮａイオンの漏出を示すグラフであり、また、表１は本発明の復水脱塩装置の性能をベンチスケールで実験した時の実験条件を示す表、表２はベンチスケールで実験した時の有機物等の漏出結果を示す表、表３は実施例におけるＮａイオンの漏出結果を示す表である。
【００２４】
まず、本発明の復水脱塩装置の一実施形態について説明する。本実施形態の復水脱塩装置１０は、図１に示すように、複数の脱塩塔１１（図１では２塔のみ図示してある）と、これらの脱塩塔１１内のイオン交換樹脂を再生する再生設備２０とを備えて構成されている。各脱塩塔１１の上部には復水器（図示せず）から前置濾過装置（図示せず）を経由して流れて来る復水が流入する流入配管１２が接続され、それぞれの下部には脱塩処理後の処理水が流出する流出配管１３が接続されている。そして、流入配管１２から各脱塩塔１１内へ流入した復水はそれぞれのイオン交換樹脂層１４を下降流で通水され、通水の間にイオン交換樹脂により脱塩処理され、処理水が流出配管１３から流出するようにしてある。また、各脱塩塔１１の流入配管１２及び流出配管１３にはバルブ１２Ａ、１３Ａが取り付けられ、通水終点に達した脱塩塔１１内のイオン交換樹脂を再生する時にその脱塩塔１１のバルブ１２Ａ、１３Ａを閉じ、他の脱塩塔１１から切り離すようにしてある。尚、各脱塩塔１１は略等しい時間間隔で順に通水終点に達するようにしてある。
【００２５】
而して、上記イオン交換樹脂層１４は図１に示すように上下の２層から構成されている。上層１４Ａは強酸性カチオン交換樹脂（以下、単に「カチオン交換樹脂」と称す）Ｃと強塩基性アニオン交換樹脂（以下、単に「アニオン交換樹脂」と称す）Ａを混合した混合イオン交換樹脂ＣＡで形成されている。下層１４Ｂはアニオン交換樹脂Ａ単独で形成されている。そして、通水終点に達したイオン交換樹脂層１４のカチオン交換樹脂Ｃ及びアニオン交換樹脂Ａは再生設備２０に移送して再生し、繰り返し使用するようにしている。
【００２６】
ここで、上記カチオン交換樹脂Ｃについて概説すると、復水脱塩装置に使用されているカチオン交換樹脂は通常スチレンとジビニルベンゼンを共重合して共重合体を製造し、この共重合体をスルホン化することにより得られる。しかしながら、これらの合成段階で極僅かではあるが未反応のモノマーや、所期の重合度に達しないオリゴマーや低分子ポリマーの生成は避けられない。そのため、その後の精製処理によりカチオン交換樹脂の残留不純物を低減した後使用するが、スチレンスルホン酸のオリゴマーや低分子のポリマーは僅かではあるが残留し、この残留物が通水中に溶出してくることは避けられない。また、イオン交換樹脂は経年使用する間に酸化劣化を受け、カチオン交換樹脂の場合には酸化劣化によりスチレンスルホン酸のオリゴマーや低分子のポリマーが溶出し易くなる。ところが、スチレンスルホン酸は、アニオン成分であるため、アニオン交換樹脂Ａとのイオン交換反応により、またはアニオン交換樹脂Ａへの物理吸着によりアニオン交換樹脂Ａに捕捉される性質がある。
【００２７】
カチオン交換樹脂Ｃからは上述のように復水の通水中に僅かではあるが有機物が溶出するが、本実施形態では、カチオン交換樹脂Ｃから溶出する有機物がそのまま処理水中に漏出するのを防止するために、上記イオン交換樹脂層１４は、上述のように上下２層で構成され、上層１４Ａはカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａの混合イオン交換樹脂ＣＡで形成され、下層１４Ｂがアニオン交換樹脂Ａにより形成されている。従って、アニオン交換樹脂Ａとの比重差によりカチオン交換樹脂Ｃが下層部に偏在しカチオンリッチになって通水時にカチオン交換樹脂Ｃから溶出する有機物が上層１４Ａの混合イオン交換樹脂ＣＡから漏出しても、下層１４Ｂがアニオン交換樹脂Ａにより形成されているため、上層１４Ａから漏出する有機物は下層１４Ｂのアニオン交換樹脂Ａにより殆ど捕捉され、処理水中へ殆ど漏出することがなく、処理水質の悪化を防止することができる。
【００２８】
上記アニオン交換樹脂Ａからなる下層１４Ｂは上層１４Ａのカチオン交換樹脂Ｃから漏出する有機物を確実に捕捉できる層高ｈに形成しておけば良く、その層高ｈとしては例えば脱塩塔下部の脱塩処理水の流出点から少なくとも２００ｍｍあれば良い。層高ｈの採り方は脱塩塔１１の塔構成によって異なる。例えば図２の（ａ）で示すように処理水が上下複数段に渡って配置された環状の集水管１５を介して流出するように構成されている場合には、その層高ｈは、最も上段の集水管１５の流出点を基準点とし、この基準点から下層１４Ｂの上面までの高さであり、この高さが少なくとも２００ｍｍあれば良いことになる。また、図２の（ｂ）で示すように処理水が支持板１６の流出部１６Ａを介して流出するように構成されている場合には、その層高ｈは、支持板１６の流出部１６Ａを基準点とし、この基準点から下層１４Ｂの上面までの高さである。
【００２９】
従って、上層１４Ａが混合イオン交換樹脂ＣＡからなる本実施形態の復水脱塩装置１０の脱塩塔１１を用いて復水を処理する場合には、復水が流入配管１２から各脱塩塔１１内へ並行して流入すると、各脱塩塔１１内では復水が上層１４Ａを通過する間に復水中のＮａイオン、Ｃｌイオン、金属イオン等の不純物イオンは上層１４Ａの混合イオン交換樹脂ＣＡにより除去される。そして、上層１４Ａのカチオン交換樹脂から漏出するスチレンスルホン酸のオリゴマー等の有機物は上層１４Ａでの処理水が下層１４Ｂを通過する間にアニオン交換樹脂Ａにより捕捉され、各脱塩塔１１から流出する処理水中の漏出有機物は従来より格段に低減する。従って、この処理水が復水脱塩装置１０の下流側にあるボイラ、蒸気発生器等において高温、高圧の作用を受けてもＳＯ４イオンを生成することなく、これらの構成機器の腐食を防止することができる。そして、いずれかの脱塩塔１１が通水終点に達した時にはそのバルブ１２Ａ、１３Ａを閉じて他の脱塩塔１１から切り離し、通水終点に達した脱塩塔１１内のイオン交換樹脂を再生設備２０において再生し、再生後のイオン交換樹脂をその脱塩塔１１へ充填する。
【００３０】
次に、本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を実施する場合に好適に用いられる再生設備２０について図１を参照しながら説明する。尚、本実施形態ではイオン交換樹脂の移送を中心に説明するため、以下の説明では配管として樹脂移送配管のみを図示し、その他の給排水管及び空気等を供給するガス配管等の付帯機器は図面から省略してある。図１に示す再生設備２０は二塔再生方式の再生設備である。この再生設備２０は、同図に示すように、１つの脱塩塔１１内の全てのイオン交換樹脂を受け取ってカチオン交換樹脂Ｃを再生する第１再生塔（以下、「カチオン再生塔」と称す）２１と、このカチオン再生塔２１からアニオン交換樹脂Ａを受け取ってそれを再生する第２再生塔（以下、「アニオン再生塔」と称す）２２と、両再生塔２１、２２において再生された各イオン交換樹脂を受け取って次の脱塩塔１１が通水終点に達するまでの間両イオン交換樹脂を貯蔵する貯蔵タンク２３とを備えて構成されている。
【００３１】
上記カチオン再生塔２１は上記各脱塩塔１１と第１樹脂移送配管２４を介して接続されている。第１樹脂移送配管２４は一方が各脱塩塔１１の下部に接続され、その他方はカチオン再生塔２１の上部に接続されている。そして、脱塩塔１１からカチオン再生塔２１へイオン交換樹脂を移送する場合には、第１樹脂移送配管２４のバルブ２４Ａを開き、各脱塩塔１１内に供給される脱塩水等の水及び空気等のガスにより第１樹脂移送配管２４を介してイオン交換樹脂をカチオン再生塔２１内へ移送するようにしてある。また、カチオン再生塔２１内には塩酸や硫酸等の酸再生剤を供給するディストリビュータ２１Ａが配設されている。従って、このカチオン再生塔２１においてカチオン交換樹脂Ｃを再生する場合には以下のようにして行う。即ち、カチオン再生塔２１内では脱塩塔１１から移送されたイオン交換樹脂をエアスクラビング操作によりイオン交換樹脂からクラッド等を剥離した後、逆洗操作により剥離したクラッド等を排出し、引き続きこの操作によりカチオン交換樹脂Ｃを下層にアニオン交換樹脂Ａを上層に分離する。その後、アニオン交換樹脂Ａを後述のようにアニオン再生塔２２へ移送した後、ディストリビュータ２１Ａから酸再生剤を供給すると共に再生廃水を塔下部の排水管（図示せず）から排出し、カチオン交換樹脂Ｃを再生する。再生後のカチオン交換樹脂Ｃは脱塩水等を用いて水洗して酸再生剤を洗い落とす。
【００３２】
上記アニオン再生塔２２はカチオン再生塔２１と第２樹脂移送配管２５を介して接続されている。第２樹脂移送配管２５は一方がカチオン再生塔２１のほぼ中間部（分離後のアニオン交換樹脂Ａのみを移送できる位置）に接続され、その他方はアニオン再生塔２２の上部に接続されている。そして、カチオン再生塔２１からアニオン再生塔２２へアニオン交換樹脂Ａを移送する場合には、第２樹脂移送配管２５のバルブ２５Ａを開き、カチオン再生塔２１内に供給される脱塩水等の水及び空気等のガスにより第２樹脂移送配管２５を介してアニオン交換樹脂Ａをアニオン再生塔２２内へ移送するようにしてある。また、アニオン再生塔２２内には水酸化ナトリウム等のアルカリ再生剤（本実施形態及び以下の実施形態では水酸化ナトリウムを使用することとする）を供給するディストリビュータ２２Ａが配設されている。従って、このアニオン再生塔２２においてアニオン交換樹脂Ａを再生する場合には、ディストリビュータ２２Ａからアルカリ再生剤を供給すると共に廃水を塔下部の排水管（図示せず）から排出し、アニオン交換樹脂Ａを再生し、その後アニオン交換樹脂Ａを脱塩水等を用いて水洗して水酸化ナトリウムを洗い落とす。
【００３３】
上記貯蔵タンク２３はカチオン再生塔２１及びアニオン再生塔２２と第３樹脂移送配管２６を介してそれぞれ接続されている。第３樹脂移送配管２６は一方がカチオン再生塔２１とアニオン再生塔２２に達するように分岐し、各分岐端が両再生塔２１、２２の下部にそれぞれ接続され、他方が貯蔵タンク２３に接続されている。そして、カチオン再生塔２１及びアニオン再生塔２２から貯蔵タンク２３へカチオン交換樹脂Ｃ及びアニオン交換樹脂Ａをそれぞれ移送する場合には、第３樹脂移送配管２６のバルブ２６Ａ、２６Ｂをそれぞれ開き、各再生塔２１、２２内に供給される脱塩水等の水及び空気等のガスによりカチオン交換樹脂Ｃ及びアニオン交換樹脂Ａを第３樹脂移送配管２６を介して貯蔵タンク２３へそれぞれ移送するようにしてある。また、貯蔵タンク２３は各脱塩塔１１と第４樹脂移送配管２７を介して接続されている。第４樹脂移送配管２７は一方が貯蔵タンク２３の下部に接続され、他方側が各脱塩塔１１に達するように分岐し、各分岐端が各脱塩塔１１の上部にそれぞれ接続されている。また、貯蔵タンク２３内ではカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａを混合して混合イオン交換樹脂ＣＡを調整するようにしてある。貯蔵タンク２３内の混合イオン交換樹脂ＣＡはその内部に供給される脱塩水等の水及び空気等のガスを用いて第４樹脂移送配管２７を介して空の脱塩塔１１へ移送するようにしてある。
【００３４】
更に、本実施形態ではアニオン再生塔２２と各脱塩塔１１が第５樹脂移送配管（アニオン交換樹脂用樹脂移送管）２８を介してそれぞれ接続されている。第５樹脂移送配管２８は、一方が第３樹脂移送配管２６のバルブ２６Ｂの上流側に接続され、他方が第４樹脂移送配管２７に接続されて各脱塩塔１１と連結され、第５樹脂移送配管２８を介してアニオン再生塔２２内のアニオン交換樹脂Ａを単独で各脱塩塔１１へ直接移送できるようにしてある。従って、第５樹脂移送配管２８を介してアニオン再生塔２２内のアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔１１内へ移送し、脱塩塔１１内にアニオン交換樹脂Ａからなるイオン交換樹脂層１４の下層１４Ｂを形成することができるようにしてある。
【００３５】
次に、上記再生設備２０を用いて通水終点に達した脱塩塔１１内のイオン交換樹脂を再生し、再生後のイオン交換樹脂を脱塩塔１１内へ充填する方法の一実施態様について図１を参照しながら説明する。例えば図１の右側に示す脱塩塔１１が通水終点に達した時には、そのイオン交換樹脂を再生する。それにはまず、バルブ２４Ａを開き、第１樹脂移送配管２４を介して脱塩塔１１内の全てのイオン交換樹脂をカチオン再生塔２１へ移送する。尚、イオン交換樹脂の移送が終了し、空になった上記脱塩塔１１には、後述のような方法で予め再生されて貯留されているアニオン再生塔２２内のアニオン交換樹脂Ａと貯蔵タンク２３内の混合イオン交換樹脂ＣＡとを後述のようにして移送して充填し、再び復水の通水を行う。イオン交換樹脂を脱塩塔１１から移送した後、カチオン再生塔２１内ではエアスクラビング洗浄を行い、イオン交換樹脂の付着物を除去した後、逆洗によりアニオン交換樹脂Ａを上層に、カチオン交換樹脂Ｃを下層に分離する。次いで、バルブ２５Ａを開き、分離後のアニオン交換樹脂Ａを第２樹脂移送配管２５を介してアニオン再生塔２２へ移送する。
【００３６】
その後、カチオン再生塔２１ではディストリビュータ２１Ａからカチオン再生塔２１内に酸再生剤を供給し、カチオン交換樹脂Ｃを再生し、再生後のカチオン交換樹脂Ｃを洗浄して酸再生剤を洗い落とす。また、アニオン再生塔２２ではディストリビュータ２２Ａからアニオン再生塔２２内にアルカリ再生剤を供給し、アニオン交換樹脂Ａを再生し、再生後のアニオン交換樹脂Ａを洗浄してアルカリ再生剤を洗い落とす。これらの操作を終えた後、カチオン再生塔２１内のカチオン交換樹脂Ｃを第３樹脂移送配管２６を介して貯蔵タンク２３へ、また、アニオン再生塔２２内のアニオン交換樹脂Ａも第３樹脂移送配管２６を介して貯蔵タンク２３へ移送する。この時、アニオン再生塔２２内にはアニオン交換樹脂Ａの一部を残し、必要ならばアニオン再生塔２２内で残留させたアニオン交換樹脂Ａを十分に洗浄する。貯蔵タンク２３内では移送後のカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａを混合して混合イオン交換樹脂ＣＡとして調整し、次の脱塩塔１１（例えば図１の左側の脱塩塔）へ移送するまで貯蔵タンク２３内で混合イオン交換樹脂ＣＡを貯蔵する。この間、適宜の間隔で混合イオン交換樹脂ＣＡを洗浄すると良い。
【００３７】
次の脱塩塔１１が通水終点に達し、その脱塩塔１１へ上述のようにして再生した再生済みのイオン交換樹脂を充填する場合には、その脱塩塔１１内の使用済みのイオン交換樹脂を上述したように脱塩塔１１からカチオン再生塔２１へ取り出した後、まず、第４樹脂移送配管２７のバルブ２７Ｂ及び第５樹脂移送配管２８のバルブ２８Ａを開き、アニオン再生塔２２内に残留させておいたアニオン交換樹脂Ａの全てを第５樹脂移送配管２８及び第４樹脂移送配管２７を介して脱塩塔１１へ移送して充填し、予め脱塩塔１１の下部にアニオン交換樹脂Ａからなる下層１４Ｂを形成しておく。引き続き、上記バルブ２８Ａを閉じ、第４樹脂移送配管２７の貯蔵タンク２３側のバルブ２７Ａを開いて貯蔵タンク２３内の全ての混合イオン交換樹脂ＣＡを第４樹脂移送配管２７を介して脱塩塔１１へ移送し、混合イオン交換樹脂ＣＡを先に充填したアニオン交換樹脂Ａ上に積層する。この結果、脱塩塔１１のイオン交換樹脂層１４は、上層１４Ａが混合イオン交換樹脂ＣＡにより形成され、下層１４Ｂがアニオン交換樹脂Ａにより形成され、本実施形態の復水脱塩装置１０の脱塩塔１１が構成されることになる。
【００３８】
また、図３は二塔再生方式の他の実施形態の再生設備２０Ａを示す図である。この再生設備２０Ａは、同図に示すように、アニオン再生塔２２内の再生済みのアニオン交換樹脂Ａを直接脱塩塔１１へ移送する樹脂移送配管（図１における第５樹脂移送配管２８）が付設されておらず、アニオン再生塔２２内のアニオン交換樹脂Ａの全てを第３樹脂移送配管２６を介して一旦貯蔵タンク２３内に移送するように構成されていると共に、貯蔵タンク２３のほぼ中間部（分離後のアニオン交換樹脂Ａのみを移送できる位置）にバルブ５０Ａを備えた第６樹脂移送配管５０（アニオン交換樹脂用樹脂移送配管）が接続されており、更にこの第６樹脂移送配管５０の一方が第４樹脂移送配管２７に接続されている以外は上記再生設備２０と同様に構成されている。このように第６樹脂移送配管５０を貯蔵タンク２３に接続したのは、後述するように再生後のアニオン交換樹脂Ａに残留する再生剤（ＮａＯＨ）由来のＮａイオンを、貯蔵タンク２３内でカチオン交換樹脂Ｃと混合することによりカチオン交換樹脂Ｃによって奪い取り、残留Ｎａイオンが低減されたアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔１１へ移送するためである。このような残留Ｎａイオンの低減されたアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔１１の下層１４Ａとして用いることにより通水時における下層１４Ｂのアニオン交換樹脂Ａからの処理水へのナトリウムリークを防止することができる。
【００３９】
図３に示す再生設備２０Ａを用いてイオン交換樹脂を充填する方法について説明する。この方法の場合には、再生するまでの操作は上記再生設備２０における操作と共通するため再生後の充填操作についてのみ説明する。この実施態様では、カチオン再生塔２１内で再生された再生後のカチオン交換樹脂Ｃをバルブ２６Ａ、第３樹脂移送配管２６を介してカチオン再生塔２１から貯蔵タンク２３へ移送すると共に、アニオン再生塔２２内で再生された再生後のアニオン交換樹脂Ａの全てをバルブ２６Ｂ、第３樹脂移送配管２６を介してアニオン再生塔２２から貯蔵タンク２３へ移送し、貯蔵タンク２３内に両イオン交換樹脂Ｃ、Ａを充填する。次いで、貯蔵タンク２３内でカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａを例えば空気吹込みによる攪拌によって混合し、この混合操作によりアニオン交換樹脂Ａに残留する再生剤由来のＮａイオンをカチオン交換樹脂Ｃによって奪い取り、アニオン交換樹脂Ａに残留するＮａイオンを低減させる。Ｎａイオンが低減されたアニオン交換樹脂Ａを後述のようにイオン交換樹脂層１４の下層１４Ｂとして使用することにより、処理水中へのナトリウムリークをより確実に防止することができる。この混合操作の後、貯蔵タンク２３内で逆洗により再度カチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａに分離する。
【００４０】
即ち、貯蔵タンク２３内でイオン交換樹脂を分離した後、まず、アニオン交換樹脂Ａの一部をバルブ５０Ａ、第６樹脂移送配管５０及び第４樹脂移送配管２７を介して貯蔵タンク２３から脱塩塔１１へ移送して充填し、予め脱塩塔１１の下部にアニオン交換樹脂Ａからなる下層１４Ｂを形成しておく。次いで、バルブ５０Ａを閉じ、貯蔵タンク２３内で分離後のカチオン交換樹脂Ｃと分離後の残余のアニオン交換樹脂Ａを混合して混合イオン交換樹脂ＣＡを調整した後、バルブ２７Ａを開き、この混合イオン交換樹脂ＣＡをバルブ２７Ａ及び第４樹脂移送配管２７を介して貯蔵タンク２３から脱塩塔１１へ移送して既に充填されているアニオン交換樹脂Ａからなる下層１４Ｂ上に積層し、混合イオン交換樹脂ＣＡからなる上層１４Ａを形成する。
【００４２】
また、図４、図５はそれぞれ更に他の再生設備を示す図で、これらの再生設備１２０、１２０Ａは、同図に示すように、図１〜図３に示す再生設備２０、２０Ａと同様に二塔再生方式であるが、図１〜図３に示す再生設備と異なって貯蔵タンクを有しないタイプである。
【００４３】
図４に示す再生設備１２０は、貯蔵タンクを有しない二塔再生方式の再生設備を示す図で、カチオン再生塔１２１とアニオン再生塔１２２とを備え構成されている。カチオン再生塔１２１と脱塩塔は第１樹脂移送配管１２３によって接続され、第１樹脂移送配管１２３を介して通水終点に達したイオン交換樹脂を脱塩塔からカチオン再生塔１２１へ移送するようにしてある。また、カチオン再生塔１２１とアニオン再生塔１２２は第２樹脂移送配管１２４によって接続され、第２樹脂移送配管１２４を介してカチオン再生塔１２１において洗浄、分離されたアニオン交換樹脂Ａをカチオン再生塔１２１からアニオン再生塔１２２へ移送するようにしてある。第１、第２樹脂移送配管１２３、１２４の接続形態は前述した再生設備と同様の接続形態になっている。
【００４４】
また、上記アニオン再生塔１２２とカチオン再生塔１２１は第３樹脂移送配管１２５によって接続されている。第３樹脂移送配管１２５は、一方がアニオン再生塔１２２の下部に接続され、他方がカチオン再生塔１２１の上部に接続されており、第３樹脂移送配管１２５を介して再生後のアニオン交換樹脂Ａをカチオン再生塔１２１へ移送するようにしてある。カチオン再生塔１２１及びアニオン再生塔１２２は各脱塩塔と第４樹脂移送配管１２６を介してそれぞれ接続されている。第４樹脂移送配管１２６は一方がカチオン再生塔１２１とアニオン再生塔１２２に達するように分岐し、各分岐端が両再生塔１２１、１２２の下部にそれぞれ接続され、また、他方が図１の場合と同様に各脱塩塔に達するように分岐し、各分岐端が各脱塩塔の上部にそれぞれ接続されている。尚、１２１Ａ、１２２Ａはディストリビュータであり、１２４Ａ、１２５Ａ、１２６Ａ、１２６Ｂはバルブである。
【００４５】
次に、上記再生設備１２０を用いて再生後のイオン交換樹脂を脱塩塔に充填する方法について説明する。再生設備１２０の各再生塔１２１、１２２内でカチオン交換樹脂Ｃ及びアニオン交換樹脂Ａの再生が終了した後、バルブ１２５Ａを開き、第３樹脂移送配管１２５を介して再生後のアニオン交換樹脂Ａをその一部を残してアニオン再生塔１２２からカチオン再生塔１２1 へ移送する。カチオン再生塔１２１ではアニオン交換樹脂Ａが移送された後、エアスクラビング操作等を行ってカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａを混合し、混合イオン交換樹脂ＣＡを調整する。混合イオン交換樹脂ＣＡを調整する間、バルブ１２６Ｂを開き、第４樹脂移送配管１２６を介してアニオン再生塔１２２内に残留するアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔へ移送して充填し、予め脱塩塔の下部にアニオン交換樹脂Ａからなる下層１４Ｂを形成しておく（図１の脱塩塔参照）。次いで、バルブ１２６Ｂを閉じ、バルブ１２６Ａを開いてカチオン再生塔１２１内で調整された混合イオン交換樹脂ＣＡを第４樹脂移送配管１２６を介して脱塩塔へ移送し、混合イオン交換樹脂ＣＡを先に充填したアニオン交換樹脂Ａ上に積層する。
【００４６】
また、図５は図４と同様に貯蔵タンクを有しない二塔再生方式の他の再生設備を示す図で、図４と同一部分または相当部分には同一符号を附して説明する。図５に示す再生設備１２０Ａの場合には、カチオン再生塔１２１が前記第２樹脂移送配管１２４から分岐した第５樹脂移送配管（アニオン交換樹脂用樹脂移送配管）１２７により、第４樹脂移送配管１２６を介して各脱塩塔に接続されている。これによって後述のようにカチオン再生塔１２１から脱塩塔へ再生後のアニオン交換樹脂Ａを直接移送できるようにしてある。
【００４７】
次に、上記再生設備１２０Ａを用いて再生後のイオン交換樹脂を脱塩塔に充填する方法について説明する。再生設備１２０Ａの各再生塔１２１、１２２内でカチオン交換樹脂Ｃ及びアニオン交換樹脂Ａの再生が終了した後、バルブ１２５Ａを開き、第３樹脂移送配管１２５を介して全てのアニオン交換樹脂Ａをアニオン再生塔１２２からカチオン再生塔１２1 へ移送する。カチオン再生塔１２１では前述した場合と同様にしてエアスクラビング操作等により混合イオン交換樹脂ＣＡを調整する。混合イオン交換樹脂ＣＡを調整した後、このカチオン再生塔１２１では再度逆洗操作により混合イオン交換樹脂ＣＡをカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａに分離する。次いで、第５樹脂移送配管１２７のバルブ１２７Ａを開き、分離後のアニオン交換樹脂Ａの一部を第５樹脂移送配管１２７を介して脱塩塔へ移送して充填し、アニオン交換樹脂Ａからなる下層を形成しておく。
【００４８】
上述の移送操作後、カチオン再生塔１２１内で残余のアニオン交換樹脂Ａとカチオン交換樹脂Ｃをエアスクラビング操作等により混合し、混合イオン交換樹脂ＣＡを再び調整する。次いで、バルブ１２６Ａを開き、第４樹脂移送配管１２６を介して混合イオン交換樹脂ＣＡをカチオン再生塔１２１から脱塩塔へ移送して先に充填したアニオン交換樹脂Ａ上に積層し、混合イオン交換樹脂ＣＡからなる上層を形成してイオン交換樹脂層とする。再生後のアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔へ充填する前に、再生後のアニオン交換樹脂Ａと再生後のカチオン交換樹脂Ｃの混合操作を行い、アニオン交換樹脂Ａの残留Ｎａイオンがカチオン交換樹脂Ｃによって奪い取られるため、脱塩処理時における下層のアニオン交換樹脂Ａからの処理水へのナトリウムリークを防止することができる。尚、図４、図５の場合のように再生設備内に貯蔵タンクを有しない復水脱塩装置の場合は、通水終点に達した脱塩塔から使用済みのイオン交換樹脂を再生設備に移送して再生を行い、再生後のイオン交換樹脂を再び同一の脱塩塔に戻すようにし、再生操作を行っている間はこの脱塩塔の運転を停止させておく等の運転方法を採用することができる。
【００４９】
また、図６は一塔再生方式の再生設備であって、この再生設備内に再生後のイオン交換樹脂の貯蔵タンクを有しない再生設備２２０を示す図である。この再生設備２２０は、同図に示すように、一塔の再生塔２２１を備えて構成されている。従って、再生塔２２１内にはイオン交換樹脂層の上部にアルカリ再生剤を供給するディストリビュータ２２１Ａとカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａの分離境界面付近に再生廃液を排出するコレクタ２２５が配設されており、更に再生塔２２１の下部には酸再生剤を供給する酸再生剤供給配管２２６が配設されている。また、再生塔２２１と脱塩塔は第１樹脂移送配管２２２によって接続され、第１樹脂移送配管２２２を介して通水終点に達したイオン交換樹脂を脱塩塔から再生塔２２１へ移送するようにしてある。また、再生塔２２１の下部と各脱塩塔の上部は第２樹脂移送配管２２３によって接続され、第２樹脂移送配管２２３を介して再生塔２２１において再生されたイオン交換樹脂を再生塔２２１から各脱塩塔へ移送するようにしてある。また、再生塔２２１のほぼ中間部（カチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａの分離境界面付近）と各脱塩塔の上部は第３樹脂移送配管（アニオン交換樹脂用樹脂移送配管）２２４を介して接続されている。尚、２２３Ａ、２２４Ａはバルブである。
【００５０】
次に、上記再生設備２２０を用いて再生後のイオン交換樹脂を脱塩塔に充填する方法について説明する。尚、脱塩塔から再生塔２２１へ移送されたイオン交換樹脂を再生する方法は従来と同様であるためその説明を省略する。イオン交換樹脂を脱塩塔に充填するにはまず、バルブ２２４Ａを開き、再生操作により分離した再生塔２２１内の上層のアニオン交換樹脂Ａの一部を第３樹脂移送配管２２４を介して再生塔２２１から脱塩塔へ移送して充填し、予め脱塩塔の下部にアニオン交換樹脂Ａからなる下層を形成しておく。そして、再生塔２２１内でカチオン交換樹脂Ｃと残余のアニオン交換樹脂Ａを混合し、次いで、バルブ２２３Ａを開き、この混合イオン交換樹脂ＣＡを第２樹脂移送配管２２３を介して再生塔２２１から脱塩塔へ移送してアニオン交換樹脂Ａ上に積層し、混合イオン交換樹脂ＣＡからなる上層を形成してイオン交換樹脂層とする。
【００５１】
また、図６に示す再生設備２２０を用いた他の充填方法について説明する。上述した方法では、まず再生塔２２１内の分離した再生後のアニオン交換樹脂Ａを脱塩塔へ移送したが、これから説明する方法の場合には、まず再生塔２２１内の分離した再生後のカチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａをエアスクラビング操作等により混合し、この混合操作を行った後、再び、カチオン交換樹脂Ｃとアニオン交換樹脂Ａに分離する。この操作により再生後のアニオン交換樹脂Ａの残留Ｎａイオンをカチオン交換樹脂Ｃにより奪い取り、よってこのような操作を施したアニオン交換樹脂Ａにより脱塩塔の下層を形成させた時に、通水時におけるアニオン交換樹脂Ａからの処理水中へのナトリウムリークを防止することができる。その後の操作は上述した場合と同様である。尚、上述の例では再生設備内に貯蔵タンクを有しない場合の一塔再生方式の装置について説明したが、貯蔵タンクを有する一塔再生方式の場合は、再生塔で再生された両イオン交換樹脂を一旦貯蔵タンクに移送した後、この貯蔵タンク内で両イオン交換樹脂を分離し、しかる後に上述したように再生塔から脱塩塔へ樹脂を移送する場合と同様にして再生済みのイオン交換樹脂を貯蔵タンクから脱塩塔に移送すれば良い。
【００５２】
また、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、要はカチオン交換樹脂からの溶出物を低減するため、脱塩塔の下層部にアニオン交換樹脂単独の層を確実に形成することができる装置であれば、本発明に包含される。
【００５３】
【実施例】
次に、本発明の復水脱塩装置を用いた場合に、カチオン交換樹脂からの有機物の漏出を防止あるいは抑制することができ、また、Ｎａイオンのリークを防止できることを実験により実証した。以下でその説明を行う。
【００５４】
実施例１
本実施例では、発電所の復水脱塩装置で約２年間使用したカチオン交換樹脂（アンバーライト（登録商標、以下同様）２００ＣＰ：ローム＆ハース社製）とアニオン交換樹脂（アンバーライトＩＲＡ−９００ＣＰ）を表１に示した条件で各々のイオン交換樹脂を再生した後、内径３２ｍｍ、長さ１５００ｍｍのアクリル製カラムに、まずアニオン交換樹脂を１７０ｍＬ（樹脂層高約２００ｍｍ）充填し、その上部にカチオン交換樹脂を６６０ｍＬとアニオン交換樹脂を１７０ｍＬを混合した混合イオン交換樹脂を充填した。
【００５５】
次いで、上記カラムにアンモニア濃度が５００ｐｐｂで、ヒドラジン濃度が２００ｐｐｂの復水を線速度（ＬＶ）８０ｍ／時で通水した。通水開始後、１時間、３時間後に処理水をサンプリングし、各サンプリング水の導電率、ＴＯＣ（全有機物濃度）を測定した。更に、各サンプル水を紫外線照射し、各サンプル水中に含まれている有機物を分解し、分解液中の硫酸イオンの濃度を測定した。それぞれの測定結果を表２に示した。
【００５６】
参考例１
本参考例では、実施例１で用いたものと同一のイオン交換樹脂を同一の条件で再生した後、実施例１で用いたものと同一のカラムにアニオン交換樹脂を３４０ｍＬ（樹脂層高約４００ｍｍ）充填し、その上部にカチオン交換樹脂を６６０ｍＬ充填し、実施例１と同一条件で通水試験を行った。そして、通水の間に、実施例１と同一の条件でサンプリング水を採取し、各サンプリング水について実施例１と同様の測定を行い、その結果を表２に示した。
【００５７】
比較例
本比較例では、実施例１で用いたものと同一のイオン交換樹脂を同一の条件で再生した後、３４０ｍＬのアニオン交換樹脂と６６０ｍＬのカチオン交換樹脂とを混合して混合イオン交換樹脂を調整した。次いで、実施例１で用いたものと同一のカラムに混合イオン交換樹脂を充填した後、実施例１と同一条件で通水試験を行い、その結果を表２に示した。
【００５８】
【表１】
【表２】
表２に示した結果によれば、カラム下部にアニオン交換樹脂を充填した実施例１及び参考例１の場合には処理水中のＴＯＣ濃度及び紫外線照射分解後の硫酸イオンの濃度が比較例の場合と比較して低減していることが判った。
【００６１】
参考例２
本参考例では、実施例１で用いたものと同一のイオン交換樹脂を同一の条件で再生した後、内径４８．５ｍｍ、長さ１０００ｍｍのアクリル製カラムに充填し、下部から５分間空気を入れ、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合した。混合終了後、そのままの状態で約１時間待機させ、しかる後にカラムの下部から約３０分間純水を通水し、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を逆洗分離した。その後、実施例１で用いたものと同一のカラムにまず分離したアニオン交換樹脂３４０ｍｍを充填し、その上部に分離したカチオン交換樹脂６６０ｍｍを充填し、実施例１と同一の条件で通水試験を行った。そして、通水時のカラムの出口のサンプリング水中のＮａイオンの測定を行い、その結果を表３及び図７に示した。また、比較のために実施例１と参考例１についても同様にカラム出口のサンプリング水中のＮａイオンの測定を行い、その結果を表３及び図７に示した。
【００６２】
【表３】
表３及び図７に示した結果によれば、再生後のカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を一旦混合した後、再度両イオン交換樹脂を分離してからカラムに充填することにより、通水時におけるＮａイオンのリーク量が低減することが判った。
【００６４】
以上説明したように、本発明の請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、復水脱塩装置のカチオン交換樹脂から処理水中へ漏出する有機物を低減し、処理水の水質を向上させることができ、ひいては火力発電所のボイラ、沸騰水型原子力発電所の原子炉、加圧水型原子力発電所の蒸気発生器等の高温高圧系を構成する部材の腐食を防止でき、特に、カチオン交換樹脂が劣化を受けている場合に高温高圧系の構成部材の腐食を効果的に防止できる復水脱塩装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】（ａ）は図１に示す脱塩塔の下部の構成を示す構成図、同図（ｂ）は他の脱塩塔の下部を構成を示す構成図である。
【図３】本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の他の実施形態の再生設備を示す構成図である。
【図４】本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の更に他の実施形態の再生設備を示す構成図である。
【図５】本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の更に他の実施形態の再生設備を示す構成図である。
【図６】本発明の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法を好適に適用できる復水脱塩装置の更に他の実施形態の再生設備を示す構成図である。
【図７】実施例３におけるＮａイオンの漏出結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 復水脱塩装置
１１ 脱塩塔
１４ イオン交換樹脂層
１４Ａ 上層（上側のイオン交換樹脂層）
１４Ｂ 下層（下側のイオン交換樹脂層）
２０、２０Ａ、１２０、１２０Ａ、２２０ 再生設備
２８、５０、１２６、１２７、２２４ アニオン交換樹脂用樹脂移送配管
Claims (3)
- カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を用いて復水の脱塩処理を行う脱塩塔を備えた復水脱塩装置において、上記脱塩塔は上下で異なるイオン交換樹脂層を有し、上側のイオン交換樹脂層はカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合した混合イオン交換樹脂で形成され、下側のイオン交換樹脂層はアニオン交換樹脂単独で形成されていることを特徴とする復水脱塩装置。
- カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を用いて復水の脱塩処理を行う複数の脱塩塔と、いずれかの脱塩塔内の使用済みのカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を再生する再生設備とを備えた復水脱塩装置において、上記脱塩塔は上下で異なるイオン交換樹脂層を有し、上側のイオン交換樹脂層はカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合した混合イオン交換樹脂として形成され、下側のイオン交換樹脂層はアニオン交換樹脂単独で形成されてなり、また、上記各脱塩塔と上記再生設備は再生後のアニオン交換樹脂を単独で移送する樹脂移送配管により連結されてなることを特徴とする復水脱塩装置。
- 上記アニオン交換樹脂層は脱塩塔下部の脱塩処理水の流出点から少なくとも２００ｍｍの層高を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の復水脱塩装置。
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