JPH055998Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案はアンモニウム形復水脱塩装置の通水塔
に関するものであり、復水の通水中に通水塔に充
填されている混合イオン交換樹脂層内から試料水
をサンプリングし、当該試料水中のナトリウムイ
オンを測定することにより、水素形復水脱塩装置
からアンモニウム形復水脱塩装置へ移行する可否
を迅速に判断できる通水塔に関するものである。

＜従来の技術＞ 従来から火力発電所等の復水の処理において
は、NH₄形強酸性陽イオン交換樹脂とOH形強塩
基性陰イオン交換樹脂の混合樹脂で複数を処理す
る、いわゆるアンモニウム形復水脱塩装置が用い
られている。

当該アンモニウム形復水脱塩装置は復水中に存
在する多量のアンモニウムイオンを除去すること
なく、復水中の他の不純物を除去するので、アン
モニウムイオンを含む他の不純物を除去するＨ形
強酸性陽イオン交換樹脂とOH形強塩基性陰イオ
ン交換樹脂の混合樹脂を用いる、いわゆる水素形
復水脱塩装置よりケミカルコストが廉価である。

当該アンモニウム形復水脱塩装置は、復水を処
理するための複数塔の通水塔と、通水塔において
使用済の前記混合樹脂を再生し、また再生後の混
合混合樹脂を貯蔵する再生設備と、通水塔および
再生設備に混合樹脂を出し入れする樹脂移送配管
とからなる。

また従来から実施されているアンモニウム形復
水脱塩装置は、再生設備において使用済混合樹脂
を強酸性陽イオン交換樹脂（以下陽イオン交換樹
脂という）についてはＨ形に再生し、また強塩基
性陰イオン交換樹脂（以下陰イオン交換樹脂とい
う）についてはOH形に再生し、Ｈ形とOH形の
両イオン交換樹脂の混合樹脂を通水塔に充填し、
Ｈ形陽イオン交換樹脂をNH₄形に変換するのは、
復水に含まれている水酸化アンモニウムを用い、
復水を通水しながら行うのが普通である。

したがつてアンモニウム形復水脱塩装置と言え
ども、通水の初期においては水素形復水脱塩装置
として運転することとなり、前記通水中にＨ形陽
イオン交換樹脂がNH₄形陽イオン交換樹脂に変
換された時点以降の通水からアンモニウム形復水
脱塩装置として運転されるのである。古くから実
施されていた水素形復水脱塩装置は通水塔処理水
の導電率が規定値より上昇した時点、換言すれば
処理水にアンモニウムイオンがリークした時点が
通水の終点であつた。

しかしながらアンモニウム形復水脱塩装置は通
水塔の処理水にアンモニウムイオンがリークし、
しかもこのアンモニウムイオンが処理原水である
復水中のそれと同じ量となつてもまだ通水を続行
して、復水中のナトリウムイオンや他の不純物を
除去するのであるから、特に陽イオン交換樹脂の
再生は厳密に行われる。

すなわちアンモニウム形復水脱塩装置の陽イオ
ン交換機能について言えば、NH₄形陽イオン交
換樹脂で、アンモニウムイオンが多量に存在する
復水中の微量のナトリウムイオンをイオン交換す
るのであるから、再生後の陽イオン交換樹脂中に
規定量以上のNa形陽イオン交換樹脂が含まれて
いると、通水塔の処理水にアンモニウムイオンが
リークするとほぼ同時にナトリウムイオンもリー
クし、当該リーク量が認容値を越えてしまう。し
たがつてこのような状態にならずにアンモニウム
形復水脱塩装置として問題なく運転するには前記
規定値として、再生後の陽イオン交換樹脂のナト
リウム分率（全交換基に対するNa形交換基のモ
ル分率）を0.003以下としなければならないとさ
れている。

再生後の混合樹脂にNa形陽イオン交換樹脂が
混入する要因を考えると、使用済の陽イオン交換
樹脂をＨ形にするために要する酸の使用量が必要
量を満たしている条件下では以下の点しかない。

それは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、この接触のためにNa形となつた陽イオン交
換樹脂がそのまま再生後の混合樹脂に混入するこ
とであり、この混入系路は以下の２点がある。

そのひとつは、両イオン交換樹脂を逆洗で分離
し、たとえば２層に分離した上層の陰イオン交換
樹脂、下層の陽イオン交換樹脂をそのままの状態
で再生する場合（１塔再生）、分離境界面からコ
レクタで陰イオン交換樹脂の再生廃液を取り出す
際、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。また両イオ
ン交換樹脂を分離した後、上層の陰イオン交換樹
脂を他の塔に移送し、両イオン交換樹脂を別個の
塔で再生する場合（２塔再生）、移送した陰イオ
ン交換樹脂中に、分離境界面に存在する小量のカ
チ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。

また他のひとつは水流により逆洗分離不可能な
微細な陽イオン交換樹脂が陰イオン交換樹脂中に
混入し、当該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。

これらの要因に基づいて従来から種々の方法が
実施されている。たとえば１塔再生においては、
前記コレクタの設置位置を分離境界面より上方の
陰イオン交換樹脂層内とすることにより、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止し、また２塔
再生においては逆洗分離した後、上層の陰イオン
交換樹脂を他の塔に移送する際に、分離境界面の
上方に小量の陰イオン交換樹脂を残留させて移送
することにより、他の塔内に当該境界面付近の陽
イオン交換樹脂が混合するのを防止している。な
お２塔再生においては分離境界面上層の小量の陰
イオン交換樹脂と分離境界面下方の小量の陰イオ
ン交換樹脂とをさらに別塔に移送し、この移送し
た混合樹脂は再生せずに貯蔵し、次回に送られて
来る混合樹脂と合わせて、以降は前述と同様にし
て常に再生しない樹脂として別塔に移送するとい
う手法も近年採用されることが多い。この手法を
採用することにより、陽イオン交換樹脂の再生剤
が陰イオン交換樹脂に接触することも併せて防止
し得る。

また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NH₄形に変換する
方法や、混合樹脂を分離する場合、水流による逆
洗分離に変えて、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
する方法が採用されている。

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、排水の窒素規制が厳しくなつ
ている今日においてはあまり歓迎されない方法と
なりつつあり、また比重分離を行う方法はイニシ
ヤルコストの増大とともに、比重分離の際に、多
量の陽イオン交換樹脂が完全にNa形となり、こ
れをＨ形に再生する場合、酸の使用量を従来より
かなり多量とせねばならず、ランニングコストの
増加をもたらし、やはりあまり歓迎されない方法
である。

したがつて最近のアンモニウム形復水脱塩装置
においては、当該装置に初期に充填するイオン交
換樹脂、特にイオン交換樹脂については、微細な
陽イオン交換樹脂を可及的に除いたものとし、再
生設備としては前述した２塔再生が採用されてい
る。

すなわち分離境界面の陽イオン交換樹脂に陰イ
オン交換樹脂の再生剤である水酸化ナトリウム溶
液を接触させないために、逆洗分離した上層の陰
イオン交換樹脂を別塔に移送し、かつ移送の際に
分離境界面の上方に小量の陰イオン交換樹脂を在
留させ、別塔に移送した陰イオン交換樹脂を再生
し、また逆洗分離によつて上層に位置する陰イオ
ン交換樹脂内に微細な陰イオン交換樹脂を存在さ
せないために、あらかじめ当該陽イオン交換樹脂
を除いておくものである。

＜考案が解決しようとする問題点＞ しかしながらかかるアンモニウム形復水脱塩装
置にも以下のような問題点がある。

すなわちアンモニウム形復水脱塩装置に初期に
充填する陽イオン交換樹脂として、微細な陽イオ
ン交換樹脂を可及的に除いたものを使用したとし
ても、通水塔における復水の通水流速がかなり速
く、その圧力損失が大きいためあるいは通水、移
送、再生、移送を繰り返すため、運転の続行にし
たがい陽イオン交換樹脂が破砕し、微細な陽イオ
ン交換樹脂が増大してくる。

したがつてこの増大が進むと、前述したナトリ
ウム分率を0.003以下にすることができなくなり、
再生設備から移送されるＨ形陽イオン交換樹脂と
OH形陰イオン交換樹脂との混合樹脂を通水塔に
充填し、通水の当初は水素形復水脱塩装置として
用い、Ｈ形陽イオン交換樹脂がNH₄形陽イオン
交換樹脂に変換した時点以降をアンモニウム形復
水脱塩装置として用いようとした場合、処理水に
アンモニウムイオンがリークすると同時にナトリ
ウムイオンのリーク量も増加し、当該ナトリウム
イオンのリーク量が認容値を越え、アンモニウム
形復水脱塩装置として運転することができなくな
る。

さらに問題となるのはこのような状態となるこ
とを事前に検出する機構がないため、通水塔の処
理水のナトリウムイオンを測定して始めて認識で
きるのであるから、対応が遅れ認容値以上のナト
リウムイオンを含む処理水がボイラに供給されて
しまうという現象が起こり得る。

また処理水のナトリウムリークが増大する他の
原因として、たとえば事前に認識し得ない何らか
のアクシヨンにより再生そのものが正常に行われ
なかつたことによるものもあり、さらに再生する
前の混合樹脂の陽イオン交換樹脂にNaイオンが
多量に吸着されている場合等も正常な再生を行つ
たとしても処理水のナトリウムが増大する原因と
なる。

本考案は従来のアンモニウム形復水脱塩装置の
かかる問題に鑑みてなされたもので、水素形復水
脱塩装置からアンモニウム形復水脱塩装置に以降
する際の処理水のナトリウムリークを事前に検出
し、アンモニウム形復水脱塩装置への移行の可否
を判断できる通水塔を提供することを目的とす
る。

＜問題点を解決するための手段＞ かかる目的を達成するためになされた本考案よ
りなる通水等は、充填混合イオン交換樹脂層内
に、試料水の抜き出し管を設備し、当該抜き出し
管にナトリウムメータを連通したことを基本的技
術手段とするものである。

＜作用＞ 第２図は再生設備で再生したＨ形陽イオン交換
樹脂とOH形陽イオン交換樹脂の混合樹脂を通水
塔に充填し、火力発電所の復水と同様な合成水を
通水した場合の処理時間と処理水水質を示したグ
ラフであり、横軸に通水時間、縦軸に電気伝導
率、ナトリウムイオンを示す。第２図の実線で示
したごとく、通水塔出口の処理水電気伝導率は
150時間ぐらいから上昇し、この時点でアンモニ
ウムイオンがリークしはじめることを示してお
り、また220時間の点で通水塔入口の電気伝導率
と同じとなつており、この時点で通水塔出口水の
アンモニウムイオン量と通水塔入口水のアンモニ
ウムイオンとが同じとなつていることを示してい
る。すなわち220時間以降からアンモニウム形復
水脱塩装置として運転されていることを示してい
る。

また通水塔出口水のナトリウムイオンは、通水
の当初は0.005μg／ｌであるが、150時間前後から
そのリーク量が上昇し、アンモニウム形復水脱塩
装置として運転される220時間以降は0.9μg／ｌと
一定となる。

火力発電所のボイラ給水のナトリウムイオンの
認容量は、火力発電所によつてある程度差がある
が、約2μg／ｌから約5μg／ｌである。したがつ
て第２図に示した通水塔の処理水は当該認容値以
下である。

本考案者は当該通水塔において通水塔出口の水
質を前述のごとく測定するとともに、充填混合樹
脂層の途中から試料水を採取し、当該試料水の電
気伝導率とナトリウムイオンも測定した結果、第
２図の点線に示すように両者の曲線の形状が通水
塔出口の処理水のそれとほとんど近似しているこ
とを知見した。

これは通水中における通水塔内の混合樹脂に交
換帯が形成され、当該交換帯の経過時間とともに
形を崩さずに下方に移行するためと考えられる
が、いずれにしても混合樹脂層の途中から試料水
を採取し、当該試料水のナトリウムイオンを測定
することにより、アンモニウム形復水脱塩装置と
して運転が開始される時点の処理水のナトリウム
イオン量を事前に検出できるのであり、また当該
検出によつて、当該通水塔をアンモニウム形復水
脱塩装置として移行させてよいか否かを事前に判
断することができるのである。

第１図は本考案のひとつの実施例を示す説明図
であり、通水塔１内に図示していない再生設備で
再生されたＨ形陽イオン交換樹脂とOH形陰イオ
ン交換樹脂との混合樹脂２を充填する。通水塔１
の上部には復水の流入管３を連通し、その下部の
通水塔１内にバツフル板４が付設される。また通
水塔の上方に樹脂供給移送管５の一端を連通し、
その他端を再生設備に連通する。

一方通水塔１の再下部に使用済の混合樹脂２を
再生設備へ移送するための樹脂排出移送管６の一
端を連通し、その他端を再生設備に連通する。ま
た通水塔１の下方にリング状のコレクタ７を設備
し、第１図においては上方の外輪、下方に内輪か
らなるコレクタ７を設置した状態を示している。
なお当該コレクタ７に処理水流出管８を連通す
る。

一方混合樹脂２の充填層内に、混合樹脂を流入
させず、当該樹脂層内の水を通過させ得るストレ
ーナ９を設置し、当該ストレーナ９に抜き出し管
１０を接続するとともに、抜き出し管１０にナト
リウムメータ１１を連通する。

本考案の通水塔で復水を処理する場合には、以
下のようにして行う。

まず再生設備で再生された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、樹脂
供給移送管５を用いて、通水塔１内に第１図に示
したごとく充填し、充填作業が完了した後、当該
通水塔１を通水に切り換え、流入管３から復水を
流入し、コレクタ７を介して処理水流出管８から
処理水を得る。

当該通水により前述したごとく復水中のアンモ
ニウムイオンによりＨ形陽イオン交換樹脂の
NH₄形化が開始され、この交換帯が混合樹脂２
の充填層の上方に形成され、時間の経過とともに
交換帯が下方に移動する。一方通水の開始と同時
に、あるいは通水開始からやや時間が経過した時
点で、ストレーナ９を介して混合樹脂２の充填層
内の水を試料水として抜き出し管１０から採取
し、当該試料水のナトリウムイオンをナトリウム
メータ１１で計測する。

当該計測により初期の試料水のナトリウムイオ
ンは第２図の点線で示したごとく0.005μg／ｌの
極微量の値となり、そして試料水を抜き出してい
る位置の混合樹脂２中の陽イオン交換樹脂がＨ形
からKH₄形に変換されるに応じて、ナトリウム
イオンの量はしだいに増加する。そして試料水の
抜き出し位置の陽イオン交換樹脂が完全にNH₄
形化した時点で試料水中のナトリウムイオンは一
定の値となるが、当該値は、前述したごとく再生
後の陽イオン交換樹脂のナトリウム分率の大小に
よつて決定され、当該ナトリウム分率が0.003以
下の値であれば、第２図に示したごとくそのナト
リウムイオン量は1μg／ｌ前後の値を示す。

前述したごとく当該値そのものが、アンモニウ
ム形復水脱塩装置として運転が開始される時点の
通水塔処理水のナトリウムイオン量を示すもので
あるから、当該通水塔をアンモニウム形復水脱塩
装置として運転が可能な否かを判断することがで
きる。

なお試料水のナトリウムイオンの量が一定値を
示した時の当該値が、ボイラ供給水のナトリウム
イオン量の認容値を越えている場合は、いずれ通
水塔の処理水のナトリウムイオンも当該値を示す
ものとして、事前に認識することができ、その対
応策を事前に計ることができる。

次に抜き出し管１０の設置位置を説明すると、
当該抜き出し管１０を混合樹脂２の充填層のあま
り下方に設置すると、それだけ対応の時間が短く
なつて好ましくない。なお前述したごとく本考案
の通水塔は混合樹脂２の上方から下方に向かつて
移動する交換帯に追随するナトリウムイオンの挙
動を追跡するものであるから、混合樹脂２の充填
層の上面から抜き出し管１０までの距離が、当該
交換帯の長さより短いと、ナトリウムイオンの検
出値が不安定となり、本考案の目的を達すること
ができなくなる。

したがつて、抜き出し管１０の設置位置は、通
水塔内で形成される交換帯より長い距離を持つ
て、混合樹脂層の上面から下方に設置する必要が
ある。

当該交換帯の長さは通水塔の通水流速あるいは
復水のイオン量によつて多少相違するが、通水流
速が80〜120m／Ｈ、復水のアンモニウムイオン
が３，000ppb（CaCO₃換算）前後の通常の火力発
電所における復水脱塩装置の通水塔においては、
200〜300mmなので、このような通水塔の場合は、
混合樹脂充填層の上面から200〜300mmより下方の
位置に抜き出し管を設置することが好ましい。

本考案に用いるナトリウムメータはppbオーダ
ーのナトリウムイオンを測定できるものであれば
いかなるものも用いられ、たとえば原子吸光法に
よるもの、炎光分析法によるもの、あるいはナト
リウム電極によるもの等種々のものがある。なお
本考案に用いるナトリウムメータとしては測定操
作が比較的簡単でかつ微量のナトリウムイオンを
検出することができるナトリウム電極によるもの
を用いることが好ましい。

なお抜き出し管１０にはナトリウムメータの他
に、電気伝導率計を連通し、試料水のナトリウム
イオンと同時に、その電気伝導率を測定しても差
し支えない。

＜効果＞ 以上説明したごとく、本考案の通水塔によれば
通水塔内に充填されている混合樹脂層内の水のナ
トリウムイオンを追跡することにより、水素形復
水脱塩装置からアンモニウム形復水脱塩装置に移
行した場合の処理水のナトリウムリークを事前に
検出でき、換言すれば、アンモニウム形復水脱塩
装置への移行の可否を判断できるので、従来の通
水塔のように対応が遅れ、認容値以上のナトリウ
ムイオンを含む処理水がボイラに供給されること
を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の通水塔の実施例のひとつを示
す説明図であり、第２図は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、火力発電所の復水と同様な合成水を通水
した場合の処理時間と処理水水質を示したグラフ
であり、横軸に通水時間、縦軸に電気伝導率およ
びナトリウムイオンを示し、実線の曲線は通水塔
出口水の電気伝導率とナトリウムイオンの変化を
表し、点線の曲線は抜き出し管からの試料水の電
気伝導率とナトリウムイオンの変化を表す。 １……通水塔、２……混合樹脂、３……復水の
流入管、４……バツフル板、５……樹脂供給移送
管、６……樹脂排出移送管、７……コレクタ、８
……処理水流出管、９……ストレーナ、１０……
抜き出し管、１１……ナトリウムメータ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. Ｈ形強酸性陽イオン交換樹脂とOH形強塩基性
   陰イオン交換樹脂との混合樹脂にアンモニウムイ
   オンを含む復水を通水することにより、通水塔内
   のＨ形強酸性陽イオン交換樹脂をNH₄形強酸性
   陽イオン交換樹脂に変換させ、その後も引き続き
   当該通水塔に前記復水を通水するアンモニウム形
   復水脱塩装置の通水塔において、充填混合イオン
   交換樹脂層内に、試料水の抜き出し管を設置し、
   当該抜き出し管にナトリウムナータを連通したこ
   とを特徴とするアンモニウム形複水脱塩装置の通
   水塔。