JPH0466855A - イオン交換樹脂の性能評価方法 - 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〕 本発明はイオン交換法による脱塩装置に用いられている
高純度水製造用のイオン交換樹脂の反応速度を評価する
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

以下に、高純度の処理水か要求される発電所の復水脱塩
装置を例として説明する。

発電所では蒸気によってタービンを駆動して発電を行う
。タービン駆動後の蒸気は海水等で冷却され復水となり
、復水は再度加熱され蒸気となる。

このようにボイラの水は循環使用され、その水質も良好
に維持するために復水脱塩装置か復水中のクラッドや不
純物イオンを除去し、冷却水である海水か復水中に漏洩
する海水リーク時にも、高純度の水を供給することによ
り、プラントを腐食等から守り、プラントを安全に維持
していくことが可能となる。

このような復水脱塩装置にはアニオン交換樹脂とカチオ
ン交換樹脂か混合状態で用いられる。その処理水質は、
例えば導電率０．　１μＳ／ｃｍ以下のような極めて高
純度のものか要求される。しかし、イオン交換樹脂、特
に、アニオン交換樹脂か劣化や汚染すると再生後の洗浄
性か悪化し、０１μＳ／ｃｍ以下になるまで長時間装し
たり、微量の海水リーク時に０１μＳ／ｃｍの水質を維
持できなくなる等のトラブルか発生する。

これらのトラブルはアニオン交換樹脂の劣化か主な原因
であるか、これらを事前に予測するのは極めて困難であ
る。これらを事前に予測するだめの方法として、劣化の
影響か出やすいようにアニオン交換樹脂として大粒径の
ものを選別し、カチオン交換樹脂の混合床としたり（特
開昭６２−４４４８号公報）、実機に比へ層高の低いア
ニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合床としたりし
て、その混合床に塩類含有水を通水し、その処理水の導
電率あるいはイオン濃度を測定する試験方法がある。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、上記方法では以下のような問題かある。

即ち、復水脱塩装置で生じる洗浄時間の超過や処理水質
の不良等のトラブルは用いられているアニオン交換樹脂
の反応速度か汚染等による劣化で低下することか主原因
と考えられている。反応速度か低下すると塩類含有原水
を通水した場合の処理水質は反応速度低下に応じて悪く
なる。

この処理水質の評価か容易なのは導電率を測定すること
であるか、イオン交換樹脂の反応速度低下か比較的小さ
い場合には導電率では処理水質の悪化か十分に検出てき
す、ｐｐｔオーダーのイオンの定量分析か必要となる。

しかし、ｐｐｔオーダーの極低濃度イオンの分析には高
価な分析機器か必要であり、サンプル水の汚染等の問題
も生ずる可能性があり、手間のかかる割りに十分に信頼
できるデータを得ることは困難であるという問題がある
。

又、反応速度低下が比較的小さい樹脂でも樹脂層高を低
くすることで、導電率でも処理水質悪化が検出可能とな
る。一般にこのような通水試験を行う場合にはアニオン
交換樹脂とカチオン交換樹脂と混合して試験カラムに充
填する。しかし、樹脂層高を低くすることにより、処理
水質に影響を及はすようにした条件で反応速度低下を評
価する方法では、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂
の混合状態も処理水質に影響を及はすようになり、反応
速度低下を正確に評価できないという問題かある。

又、復水脱塩装置のイオン交換樹脂は定期的な補充を行
うか、この時、逆洗分離後の上層部の細かい樹脂をかき
取るため、樹脂の平均粒径か大きくなり、大粒径の樹脂
程古くなる傾向かあり、粒子径の大きい樹脂を選別して
試験を行うことは新品樹脂補充の効果を含めた全体の性
能を把握し難いことになる。次に、アニオン交換樹脂と
カチオン交換樹脂を樹脂層高を低くした混合床とする場
合、試験毎に混合状態を全く同一にするのは困難であり
、混合床の部分的な分離等が生じる。処理水質は混合状
態の影響を受けて変化するので、この方法では極めて再
現性か乏しく、正確な評価ができない。

本発明は上記の点を考慮し、イオン交換樹脂の動的性能
低下、即ち、イオン交換基の交換反応性低下を原因とす
る復水脱塩装置のトラブルを未然に防止するため、実機
使用中の樹脂の全体的な動的性能を再現性良くかつ高感
度で評価するに好適な試験方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、下記（１）〜（４）記載のものであり、これ
により上記目的を達成した。

（１）アニオン交換樹脂およびカチオン交換樹脂を複数
等分した後、カラムにアニオン交換樹脂とカチオン交換
樹脂を交互に層状に充填して充填層を形成してなるアニ
オン交換樹脂および／またはカチオン交換樹脂の性能を
評価する試験カラムに塩類含有原水を通水し、その処理
水質を測定することを特徴とするイオン交換樹脂の性能
評価方法。

（２）前記充填層の最上部の層がアニオン交換樹脂、最
下部の層がカチオン交換樹脂であることを特徴とする上
記（１）記載のイオン交換樹脂の性能評価方法。

（３）前記試験カラムと同様に新品のアニオン交換樹脂
と新品のカチオン交換樹脂を充填したコントロールカラ
ムにも同一条件で通水し、両者の処理水質を比較するこ
とを特徴とする上記（１）または（２）記載のイオン交
換樹脂の性能評価方法。

（４）前記試験カラムの該樹脂量を、新品のアニオン交
換樹脂と新品のカチオン交換樹脂を試験カラムと同一に
充填したコントロールカラムにおける処理水の導電率か
００７μＳ／ｃｍ以下となる量とすることを特徴とする
上記（１）または（２）または（３）記載のイオン交換
樹脂の性能評価方法。

以下に本発明の試験方法について更に詳細に説明する。

本発明は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合
床を用いた系に適用したその使用中のイオン交換樹脂、
もしくはこれに適用しようとするイオン交換樹脂に対し
、その動的性能、即ち、イオン交換反応の反応速度を評
価する試験方法を提供するものである。

評価すべきアニオン交換樹脂および／またはカチオン交
換樹脂（以下、Ａ−Ｃ交換樹脂と略記する。また、アニ
オン交換樹脂およびカチオン交換樹脂の両者をさすとき
は単に樹脂と言う。）の種類は特に限定されず、使用、
未使用のものを問わない。また、コントロールカラムを
使用する場合は、比較基準となるコントロールとしての
Ａ−Ｃ交換樹脂（以下、コントロール樹脂と言う）は、
新品樹脂である必要かある。ここで、新品樹脂とは未使
用、もしくは使用中でも未使用のものと実質的に同一の
性能を有すると認められる樹脂を意味する。

本発明において、評価すべきＡ−Ｃ交換樹脂の充填の方
法は、アニオン交換樹脂およびカチオン交換樹脂を各々
複数等分に分割し、それらを交互に試験カラム内に充填
さえされれは、特に、使用中、未使用の限定、アニオン
交換樹脂とカチオン交換樹脂の充填順序の限定等はなく
任意であり、そして、該コントロール樹脂は、試験カラ
ムへの上記Ａ−Ｃ交換樹脂の配置と同一にコントロール
カラムに配置される。

このように配置された樹脂を充填された試験カラム（評
価すべき樹脂か充填されたカラム）に塩類含育水を通水
し、流出したイオン交換処理水の水質、即ち、処理水質
を測定する。コントロールカラム（コントロール樹脂か
充填されたカラム）を使用する場合には、試験カラムの
ものとコントロールカラムのものの処理水質を比較する
。

該処理水質の測定方法は、特に制限はなく任意であるか
、好ましくは、導電率の測定により評価することか、経
済性、操作性等の点から望ましい。

また、評価判断は装置設計仕様、装置運転経験等により
適宜設定すれはよい。

即ち、本発明者らはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹
脂をそれぞれ２等分以上に分け、これらを交互に充填す
ることにより混合状態に近い状態を作り、しかも再現性
の良い結果を得ることか可能な試験方法を発明するに至
った。

本発明の試験方法は高純度の処理水を得るための混床塔
一般に適用できるアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂
を評価するものであり、測定条件を一部かえることによ
りアニオン交換樹脂のみならず、カチオン交換樹脂の動
的性能も評価てきる。

例えは、アニオン交換樹脂を評価するためには、試験カ
ラムに評価すべきアニオン交換樹脂と新品又はＮａイオ
ンかリークしない量のカチオン交換樹脂を使用して充填
する方法、カチオン交換樹脂を評価するには、試験カラ
ムに評価すべきカチオン交換樹脂と新品またはＣＩイオ
ンかリークしない量のアニオン交換樹脂を使用して充填
する方法等が挙げられる。

本発明の試験に用いるＡ−Ｃ交換樹脂は、実機で再生後
の混合樹脂を用いることかてきる。採取した樹脂は、逆
洗してアニオン交換樹脂とカチ才ン交換樹脂に分離して
試験に供する。

実機再生後の樹脂による試験結果か悪い場合、実機での
樹脂再生状態に問題がある（何らかの原因により十分に
再生されていない）可能性も考えられるので、この場合
には逆洗分離した樹脂を再度再生した樹脂についても試
験し、水質悪化の原因か再生不良によるものか反応速度
低下によるものかを確認する。

試験カラムへの充填樹脂量は、特に限定されるものでは
ないか、好ましくは、コントロール樹脂を充填したカラ
ムによる処理水質が、導電率て０゜０７μＳ／ｃｍ以下
であるようにするために必要な新品樹脂最小量に相当す
る樹脂量を使用することが望ましい。

この場合、カラムに通水する原水の塩類濃度は、１〜１
０■／βの範囲か挙げられ、通水ＬＶＩＯ〜１００ｍ／
ｈの場合、全樹脂高は３００〜５００ｍｍ程度となり、
これらの各条件を適宜選定することにより、試験カラム
とコントロールカラムの各処理水質の変化か検知でき、
この結果、樹脂の性能の評価をすることかできる。

樹脂の分割は、２等分以上であるか、樹脂計量の手間を
考えると２等分にすれは試験としては充分である。最下
部の層をアニオン交換樹脂とすると処理水質か安定せず
、洗浄に時間かかかり、評価か不正確となることかある
ので、最上部をアニオン交換樹脂、最下部をカチオン交
換樹脂とすることか好ましい。この場合の充填状態とし
ては、カラム上部からアニオン交換樹脂、カチオン交換
樹脂、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂と層状に充
填されることになる。

塩類含有原水としては、ＮａＣ１，Ｎａ２ＳＯ４等を溶
解したものを使用し、復水脱塩装置樹脂を評価する場合
にはアンモニアを加えても良い。

本発明において、原水塩類濃度を上げたり、通水ＬＶを
上げてやることにより、処理水導電率か悪化するよって
あれは反応速度か低下していることになる。その悪化の
程度によって性能の低下を判断てきることになる。

本発明に適用される樹脂としては、マクロポーラス型で
もゲル型でもよく、具体的には、カチオン交換樹脂とし
ては、スルフォン酸基等を有する強酸性カチオン交換樹
脂等、アニオン交換樹脂としてはトリメチルアミン基等
を有する強塩基性アニオン交換樹脂等か挙げられる。

〔作用〕

本発明においてカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を
交互に層状に充填すると、安定して正確な樹脂の性能評
価か可能な主たる理由としては、イオン交換における反
応速度は中性塩分解反応より中和反応の方か速い。温床
式とした場合カラムの充填状態か一定にならず、その結
果イオン交換に対する中性塩分解反応と中和反応の寄与
か試験毎に異なり、カラム全体での反応速度か充填状態
に影響され一定とならない。これに対し本発明ではカラ
ムの充填状態を常に一定に作成、調整できるため、イオ
ン交換に対する中性塩分解反応と中和反応の寄与か一定
となり、カラム全体での反応速度も一定となる。このた
め原水に対する処理水の対応関係か常に安定して得られ
るため樹脂性能を信頼性高く評価できる。

・カチオン交換樹脂か上の場合 Ｒ−Ｈ＋ＮａＣ１−”　Ｒ−Ｎａ　＋ＨＣＩ（ＣＲ中性
塩分解反応）Ｒ−ＯＨ＋　ＨＣＩ　　−Ｒ−ＣＩ　十Ｈ
２０（ＡＲ・中和反応）・アニオン交換樹脂か上の場合 Ｒ−ＯＨ＋　ＮａＣ１−Ｒ−Ｃ１＋Ｎａ０Ｈ（ＡＲ中性
塩分解反応）Ｒ−Ｈ＋ＮａＯＨ−＋ＲＮａ　＋　８２０
　（ＣＲ：中和反応）〔実施例〕 以下、本発明の具体的実施例を説明するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。

実施例１ 復水脱塩装置で使用中の樹脂を実機で再生後サンプリン
グしたちの２種類サンプリング　　Ｂおよび再生した新
品樹脂のサンプルＣを第１図に示すように内径２５ｍｍ
のアクリルカラムに充填し、サンプルＡ、Ｂの試験カラ
ムとサンプルＣのコントロールカラムを作成した。この
時の一層当たす（７）樹脂量はアニオン交換樹脂（ＡＲ
）３０ｙｄ、カチオン交換樹脂（ＣＲ）６０１ｎＩてあ
り、層高は約４００ｍｍである。

次ぎに原水水質をＮＨ４”　１　ｐｐｍ　、　ＮＨ４”
　１　ｐｐｍ＋ＮａＣｌ　０．７ｐｐｍ　、　ＮＨ４”
　ｌｐｐｍ　　＋ＮａＣ１，２，ｌｐｐｍの３段階で変
化させ、各原水水質で流速２５１！／ｈｒ（Ｌ■５１）
、流速５０１２　／　ｈｒ（ＬＶ１０２）と変化させて
試験カラムに通水し、処理水の導電率を測定した。この
結果を第２図に示す。

第２図中のサンプルＡは実機において洗浄性か悪化し、
処理水質か０，１μＳ／ｃｍ以下を維持出来なくなった
ものであり、サンプルＢは実機において処理水質には現
状問題ないか洗浄性の悪化の問題か出ているものである
。また、サンプルＣは新品樹脂からなるコントロール樹
脂である。

第２図から、新品樹脂のサンプルＣては流速及び原水水
質によって導電率が変化しないか、問題の発生した樹脂
のサンプルＡ、Ｂはその程度により処理水質に差か生じ
ていることかわかる。このように本発明試験方法により
復水脱塩装置に使用されているイオン交換樹脂の反応速
度を明確にてき、例えはサンプルＢは海水リーク時等に
処理水質悪化等の問題か生じる可能性かあることか予測
され、事前に対応策を講じることか可能となる。

サンプルＡ−Ｃについて１０回の試験を繰り返し、原水
水質ＮＨ４”　ｉｐｐｍ　　＋　ＮａＣ１２，ｌｐｐｍ
、流速５０１！　／　ｈｒ（ＬＶ１０２）の場合の処理
水質を導電率（μＳ　／　ｃｍ）で測定した結果を表−
１に示す。本発明の試験法では再現性が良く、サンプル
ＡとサンプルＢで結果か逆転することはなかった。

表−１本発明による試験結果 実施例２ 再生した新品カチオン交換樹脂をふるい分け、表−２に
示す粒径の樹脂を準備した。これと再生した新品アニオ
ン交換樹脂を第３図に示すように内径２５ｍｍのアクリ
ルカラムに充填し、サンプルＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇのカラムを
作成した。

この時の一層当たりの樹脂量はアニオン交換樹脂３０ｄ
、カチオン交換樹脂４０−であり、層高は約３００ｍｍ
である。

次ぎイこ原水水質をＮＨ４”　１　ｐｐｍ　、　ＮＨ４
”　１　ｐｐｍ＋ＮａＣｌ　０．７ｐｐｍ　、　ＮＨ４
”　ｌｐｐｍ　　＋　ＮａＣ１２，ｌｐｐｍ。

ＮＨ４”　ＩＩ）ｐｍ　　＋　ＮａＣ１３，５ｐｐｍの
４段階で変化させ、各原水水質で流速２５１！　／　ｈ
ｒ　（ＬＶ５１）、流速５０ｆｆ／ｈｒ（ＬＶ１０２）
と変化させて試験カラムに通水し、処理水の導電率を測
定した。この結果を第４図に示す。

反応速度の遅い大粒径カチオン交換樹脂を含むサンプル
Ｇては処理水質の悪化か生じており、本発明の試験方法
によりカチオン交換樹脂の粒径の相違による反応速度の
違いか簡単に評価できることかわかる。

表−２分級した樹脂の平均径（ｍｍ） 比較例 実施例１て使用した樹脂について、アニオン交換樹脂、
カチオン交換樹脂を交互に充填するかわりに全量を混合
して充填し、他は実施例１と同一の条件で１０回の試験
を繰り返し、原水水質ＮＨ４”ｌｐｐｍ　　＋ＮａＣ１
２，ｌｐｐｍ、流速５０１　／　ｈｒ（ＬＶ１０２）の
場合の処理水質を導電率（μＳ／ｃｍ）で測定した結果
を表−３に示す。

温床式のまま樹脂層高のみを低くしても、サンプルａ（
サンプル八に対応）とサンプルｂ（サンプルＢに対応）
で結果か逆転する場合もあり、再現性か悪く、正確な評
価かできなかった。サンプルＣはサンプルＣに対応。

表−３比較例による試験結果 未然に防ぐための対策を講じることか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１における樹脂の充填状態を示す。第
２図は実施例１における通水試験結果を示し、横軸に通
水時間、縦軸に処理水の導電率を示す。第３図は実施例
２における樹脂の充填状態を示す。第４図は実施例２に
おける通水試験結果を示す。 符号の説明 ＡＲ：アニオン交換樹脂 ＣＲ：カチオン交換樹脂 〔発明の効果〕

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）アニオン交換樹脂およびカチオン交換樹脂を複数
   等分した後、カラムにアニオン交換樹脂とカチオン交換
   樹脂を交互に層状に充填して充填層を形成してなるアニ
   オン交換樹脂および／またはカチオン交換樹脂の性能を
   評価する試験カラムに塩類含有原水を通水し、その処理
   水質を測定することを特徴とするイオン交換樹脂の性能
   評価方法。
2. （２）前記充填層の最上部の層がアニオン交換樹脂、最
   下部の層がカチオン交換樹脂であることを特徴とする請
   求項１記載のイオン交換樹脂の性能評価方法。
3. （３）前記試験カラムと同様に新品のアニオン交換樹脂
   と新品のカチオン交換樹脂を充填したコントロールカラ
   ムにも同一条件で通水し、両者の処理水質を比較するこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のイオン交換樹脂
   の性能評価方法。
4. （４）前記試験カラムの該樹脂量を、新品のアニオン交
   換樹脂と新品のカチオン交換樹脂を試験カラムと同一に
   充填したコントロールカラムにおける処理水の導電率か
   ０．０７μＳ／ｃｍ以下となる量とすることを特徴とす
   る請求項１または２または３記載のイオン交換樹脂の性
   能評価方法。