JPH01159096A - イオン交換濾過法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液中に介在する懸濁性物質およびイオン状物質
を除去する方法に係り、特に原子力発電所の復水処理、
液体状廃棄物処理に好適なイオン交換濾過法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来からこのような目的のための濾過助材としては様々
なものが用いられており、濾過性能向上のため種々の改
良がなされている。

例えば従来、セルロース繊維系の濾過助材がこのような
用途で用いられているが、このものはイオン交換性を有
していないためイオン性の溶解性不純物の除去が不可能
であることはもとより、形成される濾過層が比較的密で
あるため、懸濁性物質を除去する際の濾過層の差圧上昇
が速く、この結果、単位処理回数当りの採水量、固形分
除去量が少なくなるという問題があった。これらの問題
に対応するため、粒径１０〜４００μｍに粉砕された粉
末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン交換樹脂を水中
で混合し、スラリー状にしたものをプレコート層、この
操作によって形成された濾過層に被処理液を通水するこ
とによって、当該被処理液中の′Ｍ！濁性物性物質びイ
オン状物質を除去する方法が実用化されているが、濾過
の過程において濾過層の差圧が上昇するにつれ、当該濾
過層の圧密化が進みやすく、当該濾過層に亀裂が発生す
ることにより、不純物の除去効率の低下や濾材エレメン
トの汚れ等の問題が有った。この問題を改善するため、
前記粉末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン交換樹脂
との混合物にアクリロニトリル等の合成繊維（長さ５０
〜６００μｍ程度）を添加し、これを濾材エレメントに
スラリー状で供給することによりプレコート層を形成し
、被処理液を通水する方法が実用化されている。この方
法は濾過助材に混入させている合成繊維の物理的なから
み付き効果により、プレコート層の強度を向上させるこ
とから前記の粉末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン
交換樹脂のみを濾過助材とじて用いた場合に比べ、被処
理液を通水中に濾過層に亀裂が発生する等の問題点が解
決されている。本発明に関連するものとしては、特開昭
５５−４４３８６号、特開昭５５−５１４７８、．５１
４７９　、５１４８０号等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この様に合成繊維を濾過助材の一成分と
して含有する濾過助材は、使用済となった廃棄物である
フィルタスラッジを下流側設備で処理しようとする場合
、公知の遠心薄膜型の乾燥機のように外部より加熱して
廃棄物中の水分を蒸発させると共に、廃棄物を乾燥粉体
化する様な装置において、濾過助材中の一成分として含
有する前記合成繊維が熱軟化する性質を有しているため
、例えば１５０℃から１８０℃程度の処理温度条件下に
おいて、自らが熱軟化することにより濾過助材が処理過
程において例えばフィルム状に成長し、乾燥粉体化が十
分に達成されないという問題が有った。

本発明の目的は使用時の濾過性能に優れ、かつ使用後に
公知の遠心薄膜型の乾燥機を用いて乾燥粉体化処理する
ようなプロセスに対して好適な濾過助材と、その濾過助
材を用いたイオン交換濾過法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、粉末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン
交換樹脂の混合物にさらに陽イオン交換繊維を添加する
ことにより達成される。この濾過助材は、使用時の濾過
性能に優れ、かつ使用後の処理においては公知の遠心薄
膜式の、乾燥機で良好に取扱い可能な濾過助材である。

〔作用〕

先述の通り、粉末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン
交換樹脂の混合物に繊維状の物質を添加することにより
濾過層の物理的な強度を向上させ１回当りの採水量を増
加させる等の濾過性能向上効果が得られる場合がある。

この様な濾過性能向上を計るために添加する繊維を選定
するに当っては以下の項目を考慮することが必要である
。

（１）粉末状陽イオン交換樹脂、粉末状陰イオン交換樹
脂及び添加する繊維の混合比。

（２）上記繊維の種類（天然繊維９合成繊維、イオン交
換繊維等） （３）上記繊維の形状（長さ、断面形状等）（４）上記
繊維の物性（耐熱性、安定性等）アクリロニトリル等の
合成繊維は形状の選択に幅が有るが、概して耐熱性が低
く先述の様にこの種の繊維を含有する濾過助材を使用し
た場合、これが廃棄された状態の廃スラツジとして公知
の遠心薄膜型の乾燥機で処理しようとする場合、処理過
程において繊維が熱軟化することにより所期の性能が得
られないという問題が確認された。

セルロース系の天然繊維について繊維の形状を変更した
場合、以下の現象が確認された。濾過助材中の繊維の混
合比を一定とした場合、繊維平均長を５０μｍから３５
０μｍの範囲でパラメータサーベイした結果、　ＩＩ維
平均長が長い程採水能力は良い方向であることが確認さ
れた。しかしながら、逆にこれが廃棄された状態の廃ス
ラツジとして公知の遠心薄膜型の乾燥機で処理する場合
には、このセルロース系の繊維自体の性質として耐熱性
が優れていることから、先述のアクリロニトリル等の合
成繊維で発生する問題は回避可能であるが、乾燥機の処
理過程において添加している繊維はほとんど物理的に破
壊されず排出されるため、乾燥機排出粉体中のセルロー
ス系天然繊維の平均長は初期に添加した繊維の平均長と
大差なく、この結果乾燥機生成粉体のかさ密度は添加す
る繊維の平均長が長い程、小さくなるすなわちフワフワ
した状態になることが確認された。この様にかさ密度が
低い粉体は例えば公知の熱可塑性プラスチック等のバイ
ンダーを用いて粉体を混合し固定化する設備において処
理に供した場合、前記熱可塑性プラスチックと粉体を混
合する過程において混練性が悪くなり、その結果として
粉体の混合比を低くする必要が生じ下流側処理にとって
不利な方向へと作用する。この様にセルロース系天然繊
維を添加材として使用する場合、繊維の長さは使用時の
濾過助材としての濾過性能と使用後の廃スラツジとして
の処理性能の点で相反する要求が有るため、最適な長さ
を決定することは困難であることが判明した。

発明者らは他にも炭素繊維等についても同様のサーベイ
を行なったが、濾過性能の点で好適な条件を得るに至ら
なかっな。

これらの各種繊維素材の中から本発明で構成要件として
採用した陽イオン交換繊維は、その製造過程で２００℃
以上の熱処理が施されており、化学構造もポリビニルア
ルコールを母材として変性したものを主体としたもので
あるため、耐熱性の点で安定しており、このため公知の
遠心薄膜型の一乾燥機で前記陽イオン交換繊維を含んだ
濾過助材の廃棄物を粉体化処理するような場合でも、ア
クリロニトリル等の合成繊維を含有した濾過助材と異な
り熱軟化し変化するようなことがないことが確認された
。また先述のセルロース系天然繊維が濾過層の強度向上
の目的をより良く達成するためには繊維の平均長を長く
することが必要であるのに対し、イオン交換繊維の場合
はそれ自身が持つ極性が、同時に混合される粉末状陽イ
オン交換樹脂及び粉末状陰イオン交換樹脂が各々有する
極性と相互作用を有するため、セルロース系天然繊維を
使用する場合と異なり、繊維長が比較的短かく、例えば
２５０μｍ程度でも十分に濾過層の強度を保持すること
が可能であった。また陽イオン交換繊維を含有する濾過
助材を公知の遠心薄膜型乾燥機で処理した結果、使用前
の陽イオン交換繊維の平均長に対し、乾燥機排出粉体中
の陽イオン交換繊維の平均長は短かくなっており、公知
の熱可塑性プラスチック等のバインダーを用いて粉体を
混合し固定化する設備に適用する場合、粉体と前記バイ
ンダーの混合性の良好ながさ密度の高い粉体が得られる
ことが確認された。

〔実施例〕

以下５本発明の濾過助材を構成する粉末状陽イオン交換
樹脂、粉末状陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換繊維に
ついて最適な混合比、陽イオン交換繊維長等について確
認されたデータと本発明による濾過助材を利用したイオ
ン交換濾過法の一実施例を説明する。

第１図は濾過助材中の陽イオン交換繊維の平均繊維長の
違いによる通水運転試験での濾過急前後での濾過差圧の
上昇特性を示したものである。

平均繊維長としては２５０μｍ、５００μｍおよび１５
００μｍの３種類の繊維を使用したが。

この内平均長１５００μｍのものについては、濾過助材
を濾材にプリコートする上で、濾層厚さが不均一になる
等の不具合が有ったため、結果より除外している。

この試験の結果、従来実用化されているアクリロニトリ
ル繊維を濾過助材中に５０重量％添加した濾過助材に比
べ、陽イオン交換繊維で平均繊維長が２５０μｍのもの
を濾過助材中に５０重量％添加した場合では、採水能力
が相対的に約７０％となったが、陽イオン交換繊維で平
均繊維長が５００μｍのものを濾過助材中に５０重量％
添加した場合では、採水能力が前記アクリロニトリル繊
維を使用した場合に比べ約１１０％に向上した。

以上より使用する陽イオン交換繊維の繊維長としては平
均５００μｍ程度のものが、プリコート性、採水能力の
点で最適であることが確認された。

次に第２図は濾過助材中に混合せしむる平均繊維長が５
００μｍの陽イオン交換繊維について、その濾過助材中
への添加比を重量％を変化させた場合の通水運転試験で
の濾過層前後での濾過差圧の上昇特性を示したものであ
る。添加比については３０重量％、５０重量％および７
０重量％について行なったが、７０重量％の場合はプリ
コー１へ性が悪く通水運転試験に至らなかったため、結
果より除外している。

この試験の結果、従来実用化されているアクリロニトリ
ル繊維を濾過助材中に５０重量％添加した濾過助゛材に
比べ、陽イオン交換繊維を３０重量％添加した場合では
、採水能力が相対的に約７０％となったが、陽イオン交
換繊維を５０重量％添加した場合では、採水能力が前記
アクリロニトリル繊維を使用した場合に比べ約１１０％
となった。

以上より濾過助材中の陽イオン交換繊維の添加量は５０
重量％程度が、プリコート性、採水能力の点て最適であ
ることが確認された。

次に第３図は以上の結果から濾過助材中に添加する陽イ
オン交換繊維について、その平均繊、碓長を５００μｍ
とし、かつ濾過助材中への添加比を５０重量％とじた場
合の濾過助材の他の構成要素である粉末状陽イオン交換
樹脂と粉末状陰イオン交換樹脂について、各々の合計量
については濾過助材中で含有される割合を５０重量％一
定としながら各々の配合比を変化させた場合の通水運転
試験での濾過層前後での濾過差圧の上昇特性を示したも
のである。陽イオン交換繊維は他のセルロース系天然繊
維やアクリロニトリル等の合成繊維と異なり、繊維自体
がイオン交換能力を有しているため、粉末状イオン交換
樹脂との相互作用を考慮する必要があり、粉末状陽イオ
ン交換樹脂と粉末状陰イオン交換樹脂の添加比が採水能
力へ形晋を与える。

第３図から明らかな様に粉末状陽イオン交換樹脂と粉末
状陰イオン交換樹脂の比率を重量％で１：３，１：２，
１：１および２：１と変化させた場合、１：３のケース
では採水能力が前記アクリロニトリル繊維を使用した場
合に比べ劣る傾向が見られたが、ｌ：２，１：１および
２：１の各ケースでは、いずれもアクリロリトリル繊維
を使用した場合に比べ良好な結果が得られた。

以上の結果を総括すると濾過助材として例えば下記の要
件を満たすことが良好な採水能力を得ることが可能とい
える。

（１）粉末状陽イオン交換樹脂、粉末状陰イオン交換樹
脂および陽イオン交換繊維の３成分から成る濾過助材に
おいて、濾過助材中での各々の構成比を重量％で１：１
：２とする。

（２）上記において使用する陽イオン交換繊維について
平均繊維長が５００μｍとする。

第４図は本発明による濾過助材を原子力発電所の復水浄
化設備における復水濾過装置に適用した一実施例を示し
たものである。

本発明における濾過助材は、プリコートタンク８中にお
いて所定量の水と混合調整さ、れ、プリコートポンプ９
により、復水濾過装置！１６に供給される。復水濾過装
置は公知の実用化されているものと同−横進であるため
、詳細な説明は省略する。

また上記のプリコート操作についても、本発明における
濾過助材は、公知のアクリロニトリル等の合成繊維を使
用した濾過助材と同様の方法で実施可能、すなわち互換
性を有していることが確認されており、詳細な説明は省
略する。

プリコートポンプ９により復水濾過装置６に供給された
スラリー状の濾過助材は、復水；連通装置６内の図示さ
れない濾材（エレメント）に均一にプリコートされ、使
用に供される。

原子炉１内で発生した蒸気はタービン２に送られ、ター
ビン２を駆動する仕事をした後、復水器３にて凝縮液化
される。この復水は復水ポンプ４により前記復水濾過装
置６に送られ、先述の方法により復水濾過装置６内の濾
材（エレメント）上に形成された濾過層を通過する過程
において復水中に存在する不溶性不純物およびイオン状
物質が除去される。復水濾過装置６により処理された復
水は、さらに公知の復水脱塩装置７によりさらに浄化さ
れた後、給水ポンプ５により再び原子炉に送られる。

原子炉発電所では他にも液体廃棄物処理系、原子炉冷却
材浄化系および燃料プール水浄化系等においても、本発
明によるイオン交換濾過法は糸巻式エレメントを初め、
ウェッジワイヤ式エレメントや金網式ニレメン１〜にも
適用可能であることから類似の方法により適用すること
が可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、濾過性能において従来のイオン交換濾
過法と同等以上であり、かつ濾過助材の廃棄処分を考慮
した場合、乾燥粉体化および熱可塑性プラスチック等を
バインダーとして利用する固定化方式において効率良く
処理可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は通水試験結果を示す図、第４図は原子
力発電所復水系系統図である。 ６・・・復水濾過装置、８・・・プリコートタンク、９
・・・率１図 檻腎フう・・ト誦Ｔ足ｔ　（ｋｓ　ｌ’＝／實’−５ｒ
ｉ面十翫）第２区 歓フラ／トηｈ毛茎１１（ａ貼Ｆｅ／−ｚ−シ戸諷り面
１）躬３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、粉末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン交換樹脂
   と陽イオン交換繊維を混合調整したスラリーを濾材の被
   処理液流入側表面にプレコートすることにより濾過層を
   形成せしめ、当該濾過層に被処理液を通過させることに
   よつて当該被処理液中の懸濁性物質およびイオン状物質
   を除去することを特徴とするイオン交換濾過法。 ２、特許請求の範囲第１項において混合調整するスラリ
   ー中の成分について下記条件の両者を満たすこととした
   イオン交換濾過法。 （イ）粉末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン交換樹
   脂を乾燥重量比ベースで１対２から２対１の範囲内とす
   る。 （ロ）粉末状陽イオン交換樹脂と粉末状陰イオン交換樹
   脂の合計量に対し、陽イオン交換繊維を乾燥重量比ベー
   スで１対２から２対１の範囲内とする。