JPH06105242B2 - イオン交換樹脂の性能試験装置 - Google Patents

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樹脂の処理性能を自動的に試験する
装置に関するものである。

（従来技術） イオン交換樹脂を内蔵した水処理装置は、長期間使用し
ていると、水中の各種不純物によつてイオン交換樹脂が
汚染され、所期の性能が得られなくなる。従つて定期的
にイオン交換樹脂の性能を測定し、性能が低下している
場合は、イオン交換樹脂を新品と交換しなければならな
い。

このため実際の水処理装置（以下実装置という）からサ
ンプリングしたイオン交換樹脂の性能を試験することが
従来行われているが、中でも実装置内での状態に近い試
験結果を得る方法として実装置からサンプリングしたイ
オン交換樹脂を実装置と同様な樹脂層高を持つた小型実
験カラムに充填し、これに試験水を通水して、その処理
水の水質から性能を試験する方向がある。その従来例を
第３図（イ）（ロ）に示す。（イ）は混床式、（ロ）は
二床式である。混床式ではサンプルの陽イオン交換樹脂
と陰イオン交換樹脂を混合してカラム１に充填する。二
床式では陽イオン交換樹脂をカラム１に、陰イオン交換
樹脂をカラム２に充填する。そして試験条件に合わせて
試験水を調整してタンクに準備し、ポンプＰを運転して
試験水を流量計FIと弁で流量調節を行つてカラムに通水
し、カラム入口、出口における導電率を計器CIで測定
し、記録形Ｒに記録する。

（発明が解決しようとする問題点） イオン交換樹脂の性能を調べる場合、大別して次の三つ
の試験が行われている。

（１） 試験水の流量及び水質の変化による処理水の水
質変化の試験、 （２） 薬品再生後の洗浄状態の試験、 （３） 貫流容量の試験。

これらの試験においてはカラムに流す試験水の流量や水
質を変える操作、記録データの所要のグラフ化を行う操
作などが必要であるが、従来技術ではこれら操作を全て
人手で行うようになつているため、かなりの労力と長い
時間がかかる欠点があつた。このことは、特に沸騰水型
（BWR）原子力発電所に用いられている復水脱塩装置か
らサンプリングされたイオン交換樹脂の試験の場合には
測定者の放射線被曝量が多くなるという問題も招く。

また従来技術は、カラムに流れる試験水の流量や水質を
精密に変化させること、これを迅速に行うことにおいて
満足し得るものとはいえなかつた。

本発明は、このような問題点を解決するイオン交換樹脂
の性能試験装置を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明によるイオン交換樹脂の性能試験装置は、高純度
水タンク、薬液タンク、混合室、高純度水を高純度水タ
ンクから混合室に送入するパルスポンプ、薬液タンクか
ら薬液を混合室に送入するパルスポンプ、被試験イオン
交換樹脂を充填可能なカラム、混合室から出る液の濃度
を検出する濃度検出器、該濃度検出器を経た液のブロー
および該カラムへの送入のいずれかに切換可能な弁、該
カラムを通過した液の濃度を検出する濃度検出器、上記
各パルスポンプの入力周波数を試験の工程および設定条
件に従ってそれぞれ独立に制御でき、かつ上記弁の切換
を試験の工程および設定条件に従って制御する制御装
置、混合室から出る液の単位時間当りの流量および濃度
並びにカラムを通過した液の濃度を上記パルスポンプの
入力周波数および上記濃度検出器の出力から表示・記録
する装置、を備えてなるものである。

（作用） 上記構成において、混合室で薬液が高純度水で希釈混合
されることによつて、カラムに流すべき所定濃度の試験
水が混合室から得られる。試験水の濃度および流量は前
記各パルスポンプの入力周波数を調節することによる混
合室への高純度水と薬液の流量の調節によつて、自由に
制御することができ、試験水の濃度および単位時間当り
の流量を変化させることが、実装置の運転管理の確保の
ために必要なイオン交換樹脂の性能試験において、濃度
および流量をそれぞれ独立に或は同時に制御することを
容易な操作で実現できる。このようにして試験水を種々
の設定濃度、設定流量でカラムに流し、その入口側、出
口側濃度を前記濃度検出器で測定し、表示・記録するこ
とによりイオン交換樹脂の性能を試験する。高純度水の
みを混合室へ、ひいてはカラムへ流せば、洗浄を行うこ
ともできる。

（実施例） 本発明の実施例を以下説明する。

第１図において、DMはイオン交換樹脂混床を内蔵した前
段脱塩塔、C-1は該脱塩塔DMからの処理水の塩濃度をそ
の導電率として検出する導電率計セル、AV-1は電磁弁、
T-1は脱塩水タンク、P-1は脱塩水タンクT-1内の水を前
記の脱塩塔DMに送り込む脱塩水パルスポンプ、A-1およ
びBPV-1はパルスポンプP-1の吐出水の脉動を平滑化する
為のアキユムレータおよび背圧弁である。

以上の諸機器は、タンクT-1から上記の順路でパルスポ
ンプP-1により水を循環させることによつて高純度の脱
塩水をタンクT-1中に用意し、これをパルスポンプP-1に
より脱塩塔DMを経て逆止弁CHVから後述の洗浄用および
薬液希釈用として送出する為の脱塩水供給装置を構成し
ている。

T-2は試験用の薬液を貯蔵した薬液タンク、P-2はタンク
T-2内の薬液を混合室MXに送る薬液パルスポンプ、A-2お
よびBPV-2はパルスポンプP-2の吐出液の脉動を平滑する
ためのアキユムレータおよび背圧弁、MXは薬液タンクT-
2から送られた薬液を前記脱塩水供給装置から逆止弁CHV
を経て送られた脱塩水と混合希釈して所定濃度の試験水
を作るための混合室、C-2は混合室MXの出口水の濃度を
検出する導電率計セル、AV-2は電磁弁である。

Ｋは実装置からサンプリングされ再生処理された被試験
イオン交換樹脂を充填するカラム、C-3は該カラムＫの
出口水の濃度を検出する導電率計セル、BPV-3は逆止
弁、AV-3はカラムＫの出口水が高純度の水であるときは
これを前記の脱塩水タンクT-1に回収するように切替ら
れる切換電磁弁である。

薬液タンクT-2中には、カラムＫに通水すべき試験水の
濃度より50〜100倍ほど濃い薬液（水溶液）が用意して
ある。薬液としては、実装置に流れる塩成分に対応させ
て、NaCl、Na₂SO₄又はその両者の水溶液を用意する。

前記パルスポンプP-1、P-2は、電気パルス入力を１ケ受
ける毎に、一定体積の液を吐出する一種の定容積型ポン
プであり、入力パルス周波数を変えればその流量を変え
ることができる。そのストローク、従つて１パルス当り
の吐出量は、特に必要がない限り、通常一定値に設定さ
れているものである。本実施例では脱塩水パルスポンプ
P-1としては最大吐出量が6000パルス当り50のものを
用い、薬液パルスポンプP-2としては最大吐出量が7000
パルス当り５のものを用いた。

なお、第１図中、Ｄはそこから液をブローする（捨て
る）ための排出口、ＷはカラムＫ内のイオン交換樹脂の
詰め替え用の圧力水供給口である。またV-1〜V-11は手
動弁を示すもので、常時使用するものでなく、省略して
もよい。

次に、第１図示した上述の装置による試験の工程につい
て、表１および表２を参照しつつ説明する。なお、後述
するように、これら工程の制御・統括および記録または
表示は第２図に示す制御・統括系によつて行われるよう
になつている。また表１および表２において、電磁弁AV
-1、AV-2のうち開いているもの、導電率計セルC-1、C-
2、C-3のうち検出作動中のもの、およびパルスポンプP-
1、P-2のうち動作中のものは○印で示し、無印は閉じて
いるもの、非検出作動中のもの、非動作中のものを示
す。また表において、切替電磁弁AV-3については、点線
丸印は脱塩水タンクT-1側に切替る場合のあることを示
し、無印はブロー側へ切替つていることを示す。

（１） 脱塩水の用意 これは表１中の前段循環１および前段循環IIの工程によ
り行われる。先ず、前段循環Ｉの工程として、脱塩水パ
ルスポンプP-1を起動し、電磁弁AV-1を開き、前段脱塩
塔DMおよび脱塩水タンクT-1の間で前述の順路に従つ
て、所定流量（20/h）で水を一定時間（10分間）循環
させる。次に、前段循環IIの工程においては、上記の前
段循環Ｉの終りに導電率セルC-1で検出する処理水の導
電率が高純度を示す所定値（0.1μS/cm）以下であれ
ば、１分後に次の配管洗浄工程に進むが、セルC-1で検
出する該導電率が上記所定値以上であつた場合は、更に
上記循環を続行し、上記所定導電率以下となつた時に配
管洗浄工程に進む。前段循環IIの工程で循環を所定時間
（10分間）続行してもセルC-1の検出する導電率が上記
所定値以下にならない場合には、次の配管洗浄工程に進
むのは止め、警報を表示する。

（２） 配管洗浄 この工程においては、上記（１）で得られた高純度の脱
塩水を、電磁弁AV-1を閉じ電磁弁AV-2を開くことによ
り、所定流量で逆止弁CHV、混合室MX、導電率計セルC-2
からなる流路に流し、電磁弁AV-2からブローする。これ
は導電率計セルC-2の検出する導電率が所定値（0.1μS/
cm）以下になるまで続けられる。これにより前記の脱塩
水供給装置からカラムＫの入口までの配管および機器が
洗浄化される。

上記（１）および（２）の工程中、流量、時間、セルC-
1、C-2の検出する導電率の表示が行われる。なおこの
（１）および（２）の工程は下記の（３）、（４）又は
（５）のいずれの試験の場合でも、それに先立つて実施
されるものである。

（３） カラムに流す試験水の流量および濃度の変化に
よるカラム出口水の濃度変化の試験 これは以下の（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）の工程よ
りなる。

（イ） カラム中の樹脂の洗浄 この工程は表１中に樹脂洗浄Ｉ、IIとして示されてお
り、前記（２）の配管洗浄工程の後、電磁弁AV-1、AV-2
を閉じ、逆止弁CHVから上記流路を経て前記の高純度の
脱塩水を被試験イオン交換樹脂の充填されたカラムＫに
所定流量で流し、該樹脂を洗浄する工程である。この工
程では導電率計セルC-3により検出するカラム出口水の
導電率が所定値（0.2μS/cm）以下になるまではカラム
出口水を電磁弁AV-3からブローし、該所定導電率以下に
なると、電磁弁AV-3を切替えてカラム出口水を脱塩水タ
ンクT-1に回収する。この工程中は流量、時間、セルC-
2、C-3の検出する導電率の表示および記録がなされる。

（ロ） 試験水の調整 上記（イ）と工程の終了後、電磁弁AV-2を開き、脱塩水
パルスポンピプP-1の他に薬液パルスポンプP-2も作動さ
せ、且つこれらパルスポンプの入力パルス周波数を調節
することによつて、混合室MXに入る薬液およびそれを希
釈する脱塩水の流量を調節し、その結果として混合室か
ら所定の設定濃度の試験水が出て来るようにする。な
お、この工程中、混合室から出る試験水は電磁弁AV-2か
らブローされ、また、混合室MXに入る薬液および脱塩水
の流量の変化にかかわらず、混合室MXから出る試験水は
一定の設定流量になるように各パルスポンプP-1、P-2の
入力パルス周波数を制御するものとする。

上記の設定濃度の試験水を得るには、まず、薬液タンク
T-2内の薬液の濃度、試験水の設定濃度および設定流量
の値から、試験水のこの設定濃度および設定流量を得る
なめに必要なパルスポンプP-1、P-2の夫夫の入力パルス
周波数を算出し、これを夫夫パルスポンプP-1、P-2に入
力する。そして、このとき混合室MXから実際に出て来る
試験水の濃度、従つてセルC-2の検出する導電率、が上
記設定値からずれていれば、そのずれを無くするように
各パルスポンプP-1、P-2の入力パルス周波数のフイード
バツク制御を行う（このフイードバツク制御はPID動作
型のものが好ましい）。なお、この濃度のフイードバツ
ク制御は次の（ハ）の工程中も継続される。

（ハ） 試験水の通水 上記（ロ）の工程で混合室MXから設定濃度（設定導電
率）の試験水が得られるようになつたら、電磁弁AV-2を
閉じ、所定の設定時間だけカラムＫに該試験水を上記設
定流量で流し、その時間の間、カラムＫから出て来る処
理水の濃度（導電率）をセルC-3で検出し、これを記録
する。この間、該処理水の導電率が所定値（0.2μS/c
m）以上であればこれをブローし、如何であれば電磁弁A
V-3の切替によつて、これを脱塩水タンクT-1に回収す
る。この試験水通水中は前記（ロ）で述べた試験水濃度
のフイードバツク制御は継続される。

（ニ） 試験水の再調整・再通水 上記（ハ）の設定時間の終了後、前記（ロ）と同様の仕
方で試験水の設定流量および／または設定濃度を変更し
た上で、更に上記（ハ）と同じ工程を行う。以下、同様
に設定条件を変更して、これを繰返すことにより、一連
の試験を完了する。

上記（ロ）、（ハ）、（ニ）の工程中は、セルC-2、C-3
の検出する導電率、時間、薬液・脱塩水・試験水各流量
の表示および記録がなされる。

（４） 楽品再生後のイオン交換樹脂の洗浄状態の試験 高純度水の通水により洗浄状態を試験する場合は、前述
した脱塩水の用意および配管洗浄を行なつた後、前記
（３）の（イ）の工程のみを設定流量を変化させて行
う。試験水の通水により洗浄状態を試験する場合は、
（３）の（イ）の工程を行わず、直ちに（ロ）の工程に
入る。

（５） 貫流容量の試験 試験水の濃度および流量を一定に保ち、カラム出口水が
規定の濃度に増加するまで試験水のカラム通水を行うこ
と以外は、前記（３）と同様である。これを第２に示
す。この場合、 データ記録の時間間隔は長くとる。

次に第２図について説明する。ここでは第１図に示した
装置がｎケ（ｎ系列）並設されている例を示しており、
各系列には各１ケの制御ボツクスが属し、各制御ボツク
スは通信モジユール、制御コンピユータ、アナログ入力
モジユール、デジタル出力モジユール、導電率計セルの
セレクター、導電率計から構成されている。他方、全系
列に共通に統括コンピユータ（これは所謂パーソナルコ
ンピユータであつてよい）、プリンタ、X-Yプロツタ、
その切換バツフア、デイスプレー（CRT表示器）、フロ
ツピーデイスクが設けられている。

統括コンピユータにはプログラムに従つて下記の項目が
入力されている。

試験対象系列番号；試験の種別；カラムＫに充填した被
試験イオン交換樹脂の名称および体積；薬タンクT-2内
の薬液の種類および濃度（導電率）；前述の工程（１）
の所定流量、、到達すべき所定導電率、所定循環時間、
工程（２）の所定流量、到達すべき所定導電率、試験
（３）の工程（イ）の所定流量、到達すべき所定導電
率、工程（ロ）、（ハ）の試験水の設定導電率、設定流
量、回収のための所定導電率、工程（ニ）の逐次の試験
水の設定導電率、設定流量、試験（４）の各設定値、試
験（５）の設定濃度、設定流量、規定の濃度など、試験
のための各設定条件。

統括コンピユータに入力された各設定条件は、制御コン
ピユータのパラメータ定数に変換され、各工程の都度、
通信モジユールを介して制御コンピユータに与えられ
る。制御コンピユータはこの入力された設定条件、およ
びアナログ入力モジユールを介して入力される選択され
た導電率計の測定値に基づき演算を行い、前述した各工
程における操作・制御を行うように各電磁弁へ開閉もし
くは切替信号および各パルスポンプへ所要周波数のパル
ス信号をデジタル出力モジユールを介して与える。各工
程が終ると制御コンピユータは統括コンピユータから次
工程の設定条件をパラメータ定数として受け取り、同様
にして当該次工程を実行する。各工程中に得られた前述
の測定データおよび運転データは通信モジユールを介し
て統括コンピユータに返送され、前述した所に従い、デ
イスプレイ上に表示され、又はフロツピーデイスクに記
録される。試験の全工程が終了するとフロツピーデイス
クの記録内容はプリンタ又はX-Yプロツタに表出され
る。

なお、導電率計セルC-1、C-3は同時に検出動作状態に置
かれることはないので第２図の例ではその出力をセレク
タで選択して共用の導電率計（回路）に入力させるよう
にしているが、各セルに専用の導電率計回路を設けても
よい。また、前述の試験水のフイードバツク制御のPID
動作（これも制御コンピユータで演算制御される）の定
数は通常固定であるが、これら定数を統括コンピユータ
から変更することも可能である。

図示の各導電率計はその測定値に応じ、そのレンジを制
御コンピユータから自動的に切換えることができるよう
になつている。

統括コンピユータと制御ボツクスは通信ケーブルで結ば
れているので、ケーブルを長くすれば、遠隔処理が可能
であり、特に放射線被曝の恐れのある原子力プラントか
らサンプリングしたイオン交換樹脂の試験の場合に、こ
れは特に有利である。

第４図、第５図はX-Yプロツタに片対数グラフとして得
られたもので、第４図は前記（３）の試験結果の例を示
し、第５図は前記（４）の試験結果の例を示す。実線は
カラム入口水の、また点線はカラム出口水の、導電率を
示す。SVは図示した各時間区間中のカラム通過流量の設
定値を示す（SVとは、単位時間当りカラム中の樹脂体積
の何倍の体積の液が流れるかで表わした流量である。）
第４図は性能の落ちた古いイオン交換樹脂、第５図は性
能のよい新しいイオン交換樹脂の場合の結果を示してい
る。

なお第１図中のカラムＫは第７図の如き二床式のカラム
に置換えてもよい。この場合の前記（４）の試験結果の
例を第６図に示す。

（発明の効果） 本発明によれば、カラムに試験水を流すに際して、高純
度の脱塩水と濃い薬液とをリアルタイムで混合希釈して
所定濃度の試験水を作り出すものであるから、予め所定
濃度の試験水をタンク内に貯蔵してこれをカラムに流す
ものに比べて、設備が簡単になり、且つ試験水の濃度変
更を簡単迅速に行うことができ、試験作業の能率が大幅
に向上する。しかも、液を流すためのポンプとしてパル
スポンプを用いているので、流量の微細な且つ応答性の
よい調節が可能であり、リアルタイムの混合希釈によ
り、試験水の流量調整及び濃度を調整を、同時かつ重複
して行なうことができる。例えばカラムに流す試験水の
流量変化を１→３倍に変化させながらその濃度を１→５
倍に変化させる場合、流量変化はなしとしても、薬液を
混合室に送入するパルスポンプは濃度増大のために流量
を５倍に増加させる必要があるし、更に試験水の流量変
化が３倍に増大するのであれば試薬の流量は結局15倍に
変化させることが必要になる。この場合にパルスポンプ
の周波数制御を行う本発明は、極めて簡単な構成により
これを実現できるという優れた効果がある。

また、前記のような変化途中の試験水の濃度の誤差は性
能試験結果の信頼性に直接影響するが、本発明ではパル
スポンプの駆動を制御する周波数を高くすることによっ
て試験途中の任意の時間における誤差を周波数の大きさ
に反比例する形で低減できるから、高い信頼性を確保で
きる。

しかも該ポンプはパルス入力を受けて働くものであるこ
とから、デイジタルコンピユータによる制御を好適に行
うことができ、コンピユータ制御によるイオン交換樹脂
性能試験の自動化、遠隔化が容易に達成できる。従つ
て、労力及び試験所要時間の節約が可能であり、放射能
を帯びたイオン交換樹脂の試験の場合には放射線被曝の
防止効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における液の流路および機器の
系列を示す図、第２図は同実施例における制御・記録系
統を示す図、第３図（イ）、（ロ）は従来例を示す概略
図、第４図、第５図、第６図は、本発明実施例による試
験結果の例を示すグラフ、第７図は第１図のカラムに置
換可能な二床式カラムを示す図である。 AV-1、AV-2、AV-3……電磁弁 P-1、P-2……パルスポンプ C-1、C-2、C-3……導電率計セル DM……前段脱塩塔、T-1……脱塩水タンク T-2……薬液タンク、MX……混合室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高純度水タンク、薬液タンク、混合室、高
   純度水を高純度水タンクから混合室に送入するパルスポ
   ンプ、薬液タンクから薬液を混合室に送入するパルスポ
   ンプ、被試験イオン交換樹脂を充填可能なカラム、混合
   室から出る液の濃度を検出する濃度検出器、該濃度検出
   器を経た液のブローおよび該カラムへの送入のいずれか
   に切換可能な弁、該カラムを通過した液の濃度を検出す
   る濃度検出器、上記各パルスポンプの入力周波数を試験
   の工程および設定条件に従ってそれぞれ独立に制御で
   き、かつ上記弁の切換を試験の工程および設定条件に従
   って制御する制御装置、混合室から出る液の単位時間当
   りの流量および濃度並びにカラムから出る液の濃度を上
   記パルスポンプの入力周波数および上記濃度検出器の出
   力から表示・記録する装置、を備えて成るイオン交換樹
   脂の性能試験装置。