JPH0679656B2 - 脱塩機能を有する中空糸膜フィルタ - Google Patents

脱塩機能を有する中空糸膜フィルタ

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JPH0679656B2
JPH0679656B2 JP1191559A JP19155989A JPH0679656B2 JP H0679656 B2 JPH0679656 B2 JP H0679656B2 JP 1191559 A JP1191559 A JP 1191559A JP 19155989 A JP19155989 A JP 19155989A JP H0679656 B2 JPH0679656 B2 JP H0679656B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば原子力発電プラントや、火力発電プラ
ントの冷却水浄化のために用いられる中空糸膜フィルタ
に関する。
〔従来の技術〕
原子力発電プラントでは原子炉周辺の放射線量を抑制す
ることを目的に、復水中の不純物であるクラッドと称す
る鉄酸化物成分と溶存成分を予め除去する必要があり、
除去装置として濾過脱塩器、脱塩器等が設置されてい
る。濾過脱塩器は棒状のエレメントに粉末状のイオン交
換樹脂をプリコートし、プリコート層内で捕捉するもの
である。本方式でクラッドを除去することはできるが、
プリコート操作等の運用面が面倒であったり、逆洗頻度
が短いなどの課題があるとともに、廃イオン交換樹脂が
多量に発生する問題がある。
一方、プリコート助剤を必要としない方式として中空糸
膜フィルタがある。このフィルタは、ポリエチレンのよ
うな高分子素材でできている直径1mm程度の中空糸状の
膜を数千本束にしたモジュールで構成されており、膜の
表面には、0.01〜0.1μmの細孔をもつ精密濾膜の層を
形成したものと、これよりさらに小さい細孔の限外濾過
膜の層を形成したものがある。この中空糸膜フィルタは
クラッドのような微細な固形分を分離し、溶存成分は細
孔を通るようになっている。したがって、このフィルタ
では溶存成分の除去はできない。
ところで、上記の中空糸膜フィルタを改良し、原子力発
電プラントの復水中の溶存成分をこの中空糸膜フィルタ
で除去する試みがなされている。この方式にあっては、
中空糸膜自体にイオン交換基を付与するものであり、す
でにスルホン基(SO3H)、カルボン酸基(COOH)等の官
能基を付与する膜がある(例えば特公昭56-57836号、62
-83006号)。このような膜で脱塩すなわち溶存イオン成
分をイオン交換反応で除去することはできるが、膜の厚
さが薄いために膜内での滞留時間が短く十分なイオン交
換ができない。また、膜への官能基の十分な付与は強度
低下の点からできないので十分なイオン交換をすること
ができない。
一方、中空糸膜に多孔質のイオン交換樹脂膜の層を重合
し、復水中の非溶融性の不純物は中空糸濾過膜部の表面
で除去し、溶融不純物はイオン交換樹脂膜部を通過する
ときにイオン交換によって浄化する浄化装置がある。
(特開昭62-129109号、63-65910号、63-296803号)。こ
れら浄化装置のうち、特開昭62-129109号と63-296803号
では前に述べた特公昭56-57836号、62-83006号と同様中
空糸膜に形成するイオン交換樹脂膜の層は強度等の面か
ら薄く形成されるため膜内での滞留時間が短く十分なイ
オン交換ができない。また特開昭63-65910号では中空糸
膜フィルタの上部にイオン交換樹脂層を設けており、フ
ィルタ容器内でイオン交換材の十分な充填高さがとれな
いため上記と同様被処理液の接触時間が短く除去率が小
さい。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のように従来の中空糸膜フィルタは溶存成分とイオ
ン交換材との接触時間が短いため溶存成分の除去効率が
よくなかった。本発明の目的は、中空糸膜フィルタに固
形分分離機能と溶存成分除去機能をもたせ、しかも溶存
成分とイオン交換材との接触時間を長くすることがで
き、それにより脱塩機能の優れた中空糸膜フィルタを提
供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明は、粒子状固形分と溶
存イオン成分を分離する中空糸膜フィルタの構造におい
て、該フィルタの被処理液の流入側と流出側に集水部を
設け、両集水部に中空糸膜の両端を固定するとともに、
流出側集水部と流入側集水部を連結する通水管内に脱塩
能を有する充填材を充填したことを特徴とする。
上記充填材を充填する通水管は、流入側の集水部に入っ
た被処理液を流出側の集水部に導くために設けられる集
水管であってもよいし、又は集水管とは別に設けた管の
内部に脱塩能を有する充填材を充填してなる脱塩管を設
けてもよい。
上記通水管の材質はプラスチック材、ゴム材等の焼却可
能な材料で形成される。
また、上記脱塩能を有する充填材として、カチオン交換
体又はアニオン交換体とからなるイオン交換樹脂又はイ
オン交換繊維が使用される。
さらに具体的に説明すると、中空糸膜フィルタは次のよ
うに構成することができる。すなわち中空糸膜の両端を
フィルタ容器内の被処理液流入側と流出側に設けた集水
槽に固定し、かつ中空糸膜の端部を両集水槽内に開通
し、両集水槽を連結する集水管の内部に脱塩能を有する
充填材を充填する。また、中空糸膜の流出側集水槽に固
定する糸膜端部は閉塞し、流入側集水槽に固定する端部
のみを該流入側集水槽に開通してもよい。
上記中空糸膜フィルタは原子力発電プラントや火力発電
プラントの冷却水浄化系統に使用することができる。す
なわち、原子炉やボイラで発生した蒸気を発電用タービ
ンに導きこれを駆動させた後、復水器で冷却して液化
し、給水ヒータに導いたうえ再び原子炉やボイラに循環
させる原子力又は火力発電プラントにおいて、上記復水
器と給水ヒータの流路経路に本発明の脱塩機能を有する
中空糸膜フィルタを介装するとよい。
また、本発明の中空糸膜フィルタを超純水製造装置に用
いることができる。超純水製造プロセスは、例えば、原
水→前処理→逆浸透膜(フィルタ)→イオン交換樹脂
(脱塩器)→紫外線照射(有機物分解)→イオン交換樹
脂(脱塩器)→精密膜(フィルタ)の順となる。本発明
の中空糸膜フィルタを上記精製経路の一部に組込んで使
用することができる。例えば、上記最終の2経路に設け
られるイオン交換樹脂脱塩器と精密膜フィルタの組合せ
部に上記中空糸膜フィルタを使用することにより超純水
製造効率のアップと装置の小型化を図ることができる。
〔作用〕
被処理液が中空糸膜の外部からその内部に流入する際液
中の固形分が除去されるとともに、流入側と流出側を連
結する通水管内を通過する際、管内の脱塩能を有する充
填材によって溶融成分が除去される。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
第1図は本発明になる中空糸膜フィルタを原子力発電プ
ラントの復水浄化系に適用した系統を示す。同図におい
て、原子炉1で発生した蒸気は発電気用のタービン2を
駆動した後、復水器5によって冷却された後、給水ヒー
タ4を通り再び原子炉1に循環流入する。この場合、冷
却水中に不純物があると原子炉1内で放射性物質に変換
されたり、配管材の腐食要因となるので極力浄化する必
要がある。浄化装置として、クラッド等の固形分と溶存
イオン成分を同時に分離するための中空糸膜フィルタ3
が給水ヒータ4の前に設置される。
発明に係る中空糸膜フィルタの構造と系統を第2図に示
す。同図において、フィルタ容器19の中に中空糸膜モジ
ュール17が多数装填されている。モジュール17はフィル
タ容器19の上部の固定板6に設置されており、数千本の
中空糸膜7が固定されている。フィルタ容器19の下部に
は逆洗時に用いる分散器8が配設されている。第1図に
示した復水器5からの復水は容器下部の流入口9より流
入し、各モジュール17の中空糸膜7を通って上部の流出
口10より流出する。
次に中空糸膜モジュール17の構造と機能について第3図
によって説明する。モジュール17は、中空糸膜7と、集
水管の内部に脱塩材を充填してなる脱塩カラム11のそれ
ぞれの両端を被処理液(復水)の流入側と流出側の各集
水槽12a,12bに固定する構造になっている。脱塩カラム1
1の上部と下部に充填材を固定するためのネットが設け
てあり、その間にイオン交換樹脂あるいはイオン交換繊
維が充填されている。この充填材の充填量は、脱塩カラ
ム11の直径と充填高さ、カラム本数で調整される。脱塩
カラム11は交換可能なパッケージタイプも用いることが
できる。第3図では、中空糸膜7の両端が流入側と流出
側の各集水槽12a,12b内に開通しているが、第4図
(b)に示すように流出側の集水槽12bに固定する糸膜
端部は閉塞してもよい。
復水の流れる方向についての実施例を第4図(a),
(b)に示す。図(a)では中空糸膜7の両端が流入側
と流出側の集水槽12a,12bに開放されており、水は膜外
表面より内部に入り、上下方向に2分され、流入側集水
槽12aに入った水は脱塩カラム11を通って流出側の集水
槽12bに入り上方に排出される。この実施例では、被処
理液の約50%程度しか脱塩カラム11を通らない。なお、
18は充填材である。
一方、第4図(b)では、排出側の集水槽12bに固定す
る中空糸膜7の端部は閉塞されているので、膜内に入っ
た水は全量流入側の集水槽12aに集められ、脱塩カラム1
1を通って上部に流出する。この実施例では被処理液の
全量が脱塩カラム11を通り脱塩されるが、全量が膜内管
を通るので図(a)の分流方式に比べ圧力損失が大きく
なる。
次に本発明を実証した実施例について述べる。
第5図は実験装置の概略を示す。この実験装置は中空糸
膜フィルタ13を中心に原水槽14と2つの液濃度調整槽1
5,16とで構成されている中空糸膜フィルタ13の仕様は、
中空糸膜(1.2φ×300mm細孔径0.1μm)100本であり、
濾過面積は1000cm2である。脱塩カラム11は中空糸膜フ
ィルタ13の中央部に配置した10φ×300mmの円筒管で構
成されており、その内部にカチオン樹脂とアニオン樹脂
をそれぞれ20ml充填している。原水槽14は実験条件に対
応した液を調整できるようになっており、ここでは一方
の濃度調整槽15に収容したNaCl液と、他方の濃度調整槽
16に収容した鉄酸化物粒子含有液を原水槽14に注入でき
るようにしている。本実験装置を用いて中空糸膜フィル
タの脱塩性能と圧力損失特性を求めた。
実験例1 第6図(a),(b)に示した液の流路方向の異なる2
つの中空糸膜フィルタでの脱塩性能をフィルタ出口の導
電率変化を追跡した。原液はNaCl濃度10mg/l、液量60l/
hで通水した。フィルタ出口の導電率の経時変化を第6
図に示す。図中(a)は入口濃度の平均値を示してお
り、(b)は全量集水中空糸膜フィルタ(第4図(b)
の構造)の出口濃度、(c)は両端開放部分集水フィル
タ(第4図(a)の構造)の出口濃度を示している。第
6図から分るとおり、bで示す全量通水方式の方が、部
分通水方式より脱塩率が大きい。脱塩量は逆に部分通水
方向の方が全量通水方式より大きい。これは部分通水の
場合、脱塩カラム11内での流速が小さいので、それだけ
脱塩カラム11内での脱塩率が大きくなり、全体としての
脱塩量が大きくなるためであると考えられる。
実施例II 全量集水フィルタを用いて鉄酸化物粒子とNaClを含む液
での脱塩特性とフィルタの圧力損失変化を求めたので、
その変化特性を第7図に示す。処理条件は、NaCl濃度10
mg/l、鉄酸化物粒子(α-Fe2O3、1μm)濃度2mg/lを
含む液を50l/hで通水した。フィルタ出口導電率は第6
図に示したNaCl単独通水での特性と同じであり、脱塩さ
れていることが分る。一方、圧力損失の変化は鉄酸化物
粒子が膜表面で捕捉されるにしたがい上昇していく。こ
れよりフィルタ構造としては脱塩率、脱塩量を考慮した
脱塩器カラムの大きさ(直径、長さ)と通水条件を選ぶ
ことになる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、中空糸膜フィルタに脱塩機能をもたせ
ることができるので、被処理液中の固形分分離とイオン
除去を同時に行なうことができる。とくに、原子力発電
プラント、火力発電プラントなどの冷却水の浄化系統の
ように固形分分離を主とし、なお脱塩機能も必要とする
場合には、中空糸膜を用いた分離器と脱塩器とを別々に
設けることなく、本発明の中空糸膜フィルタだけで処理
できるので、必要な浄化装置の数を減らすことができ、
スペース的にもコスト的にも有利である。
また、本発明は中空糸膜フィルタの集水部に設けた通水
管を利用してその内部に脱塩能を有する充填材を充填す
るものであるから、充填材の高さを十分とり、被処理液
との接触時間を長くできるから従来の中空糸膜にイオン
交換基を付与するもの等に比べて脱塩性能を高めること
ができる。さらに脱塩機能部に交換可能なカラムで構成
すると、イオン交換体の再生操作をすることなく必要な
処理性能を満足できる利点がある。本発明は超純水製造
装置に用いるときも前記と同様利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の中空糸膜フィルタを用いたBWR型原子
力発電プラント冷却水の浄化系統図、第2図は中空糸膜
フィルタの構造図、第3図は中空糸膜フィルタのモジュ
ールの構造図、第4図(a),(b)はモジュール17構
造の差による液の流れ系統を示す2の実施例図、第5図
は本発明に用いた実験装置の構成図、第6図は中空糸膜
フィルタの処理特性図、第7図はフィルタの処理特性と
圧力損失変化の特性図である。 1……原子炉、2……タービン 3……中空糸膜フィルタ、4……給水ヒータ 5……復水器、7……中空糸膜 11……脱塩カラム 12a,12b……流入側、流出側集水槽 17……中空糸膜モジュール、18……充填材 19……フィルタ容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G21F 9/06 511 G 9216−2G

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粒子状固形分と溶存イオン成分を中空糸膜
    により分離する中空糸膜フィルタの構造において、該フ
    ィルタの被処理液流入側と流出側に集水部を設け、両集
    水部に中空糸膜の両端を固定するとともに、両集水部を
    連結する通水管内に脱塩機能を有する充填材を充填した
    ことを特徴とする脱塩機能を有する中空糸膜フィルタ。
  2. 【請求項2】前記通水管が流入側と流出側集水部を連結
    する集水管であることを特徴とする請求項1記載の脱塩
    機能を有する中空糸膜フィルタ。
  3. 【請求項3】前記通水管が集水管とは別に設けた脱塩管
    であることを特徴とする請求項1記載の脱塩機能を有す
    る中空糸膜フィルタ。
  4. 【請求項4】前記通水管の材質がプラスチック材、ゴム
    材等の焼却可能な材料であることを特徴とする請求項1
    記載の脱塩機能を有する中空糸膜フィルタ。
  5. 【請求項5】前記脱塩機能を有する充填材がカチオン交
    換体とアニオン交換体とからなるイオン交換樹脂又はイ
    オン交換繊維であることを特徴とする請求項1記載の脱
    塩機能を有する中空糸膜フィルタ。
  6. 【請求項6】被処理液は、中空糸膜の外部から膜内を流
    入し、さらにその一部又は全部が通水管を通過すること
    を特徴とする請求項1記載の脱塩機能を有する中空糸膜
    フィルタ。
  7. 【請求項7】容器内に設けた中空糸膜の両端部を被処理
    液の流入側及び流出側集水槽に固定し、かつ前記両端部
    を槽内部に開通して設け、流入側及び流出側集水槽を連
    結する集水管の内部に脱塩機能を有する充填材を充填し
    たことを特徴とする脱塩機能を有する中空糸膜フィル
    タ。
  8. 【請求項8】容器内に設けた中空糸膜の両端部を被処理
    液の流入側及び流出側集水槽に連結し、流出側集水槽に
    固定した中空糸膜の端部を閉塞し、流入側集水槽に固定
    した中空糸膜の端部を該槽内に開通し、流入側と流出側
    の集水槽を連結する集水管の内部に脱塩機能を有する充
    填材を充填したことを特徴とする脱塩機能を有する中空
    糸膜フィルタ。
  9. 【請求項9】原水を通過させるフィルタ、脱塩器及び原
    水に含まれる有機物分解のための紫外線照射装置等の複
    数の構成要素からなる超純水製造装置において、前記精
    製経路の一部に請求項1乃至8のいずれかの項記載の中
    空糸膜フィルタを介装させたことを特徴とする超純水製
    造装置。
JP1191559A 1989-07-26 1989-07-26 脱塩機能を有する中空糸膜フィルタ Expired - Lifetime JPH0679656B2 (ja)

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