JPS5815016B2 - イオン交換樹脂の洗浄方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオン交換樹脂の洗浄方法に関し、詳しくは復
水の脱塩処理により汚染されたイオン交換樹脂からクラ
ッドを効果的に離脱しつるイオン交換樹脂の洗浄方法に
関する。

原子力発電所及び火力発電所等の運転を円滑に行なうた
めには、各種の装置に用いる機材として信頼性の高いも
のを採用すること、いかなる変動が起っても安全性を維
持するに足る制御機構を組み入れること及びこれらの諸
設備が常に正常に作動するように保守管理することが肝
要である。

原子力発電が実用化されてから既に久しい年月を経てい
る今日では、各種装置の信頼性は極めて高いものになっ
ており、又、その制御機構においても二重、三重の安全
装置が施されている。

又−面、原子炉の運転に伴い発生する放射性物質の処理
についても多角的に検討されている。

原子炉の冷却水系統には核分裂生成物及び冷却水管路壁
の腐食生成物（クラッド）等の異物が混入しており、こ
れらの異物の濃度が上ると、冷却水系統の配管及び核燃
料棒の表面にクラッドの被膜が形成さ札更にその表面に
放射性の核分裂生成物が吸蔵される現象が生じる。

そしてその結果冷却水系統の管路内がいつまでも放射性
物質に汚染されていることになり、この冷却水系統の管
路及び核４１棒の表面を点検する際に大きな障害となる
。

文、クラッドが核燃料棒の表面に付着すると、場合によ
っては核燃料棒と冷却水間の伝熱が阻害されて局部加熱
が生じるために核熱相棒の損傷を速めることにもなる。

したがって、既存の原子力発電所においては、原子炉の
冷却水を常に高純度に維持する努力が払われている。

現在、原子力の冷却水の浄化には、（１）復水脱塩装置
及び（２）原子炉クリーンアップ装置が使用されている
が、処理水量の点から、（１）の復水脱塩装置による方
法が主体となっている。

復水脱塩装置の主要部は、陰、陽イオン交換樹脂よりな
る混床式の脱塩塔で、これに復水を通すことにより復水
中のイオン成分及びクラッド（主として不溶解性鉄化合
物）をイオン交換樹脂層でイオン交換及び沢過して復水
を浄化する。

イオン交換樹脂に捕捉されたイオン成分及びクラッドは
、復水脱塩装置の再生塔で酸及びアルカリによるイオン
交換樹脂の化学的再生及び逆流によるイオン交換樹脂の
物理的洗浄操作により、イオン交換樹脂から離脱して系
外に排出される。

前者の化学的再生操作は、イオン交換樹脂にイオン交換
により吸着されているイオン成分を酸又はアルカリによ
り水素イオン又は水酸イオンと置換脱離する操作である
が、このイオン交換反応は非常に速やかに進行するため
汚染されたイオン交換樹脂のイオン交換能力は速やかに
再生される。

しかし、後者の物理的洗浄操作は、空気と水とにより強
力にイオン交換樹脂を撹拌するにもかかわらず、イオン
交換樹脂の微細な孔に侵入したクラッドを十分に除去す
るには至らず、単にイオン交換樹脂の表面に付着してい
るクラッドを剥離するだけにとどまり、したがって、イ
オン交換樹脂のクラッドの除去能力は徐々に低下し、こ
れに伴ない冷却水中のクラッドの濃度も徐々に上昇する
ことになる。

一般に、冷却水系統の水質の監視は、冷却水の比抵抗を
連続的に測定すること及び微細孔を有するフィルターに
より冷却水を濾過してクラッドを捕捉することにより行
なわれている。

前者の測定手段は非常に簡便であり、常時イオン成分を
監視できるが、後者の沢過による冷却水中のクラッドの
測定は測定結果が断続的にしか得られず、入測定のたび
に高濃度の放射性物質を捕捉しているフィルターを取り
扱わねばならないので非常に危険な操作となる。

又−面イオン交換樹脂のクラッドを可溶化して除去する
ために１０多塩酸により処理することが提案されている
が、か＼る濃度の塩酸の使用は廃液処理系統の機器を腐
食するので望ましくない。

本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、
その目的は、復水の脱塩処理により汚染されたイオン交
換樹脂からのクラッド分の除却能力を常に高い水準に維
持しうるイオン交換樹脂の洗浄方法を提供することであ
る。

本発明につき概説すれば、本発明のイオン交換樹脂の洗
浄方法は、復水の脱塩処理により汚染されたイオン交換
樹脂を洗浄する方法において、少なくとも陽イオン交換
樹脂を陽イオン交換樹脂再生時に排出される廃硫酸水溶
液中に浸漬しこれに攪拌用気体を供給して物理的洗浄を
行なうことを特徴とするものである。

本発明者等は、従来の空気と水による物理的洗浄方法に
よってはイオン交換樹脂の微細な孔に侵入したクラッド
を十分に除去することができないこと及び陰、陽イオン
交換樹脂よりなる混床式脱塩塔におけるイオン交換樹脂
のクラッドの捕捉性能が、両イオン交換樹脂を比較した
場合、陽イオン交換樹脂の方がはるかに犬で長期間の脱
塩操作により特に陽イオン交換樹脂にクラッドが多く著
積されることに着目して検討を加えた結果、クラ１ツド
を吸蔵した陽イオン交換樹脂を陽イオン交換樹脂再生時
に排出される廃硫酸（以下単に回収硫酸という）水溶液
中に浸漬してクラッドの表面を酸に溶解してクラッド粒
子の粒径を小さくシ、同時に気体を供給して強力な振動
を与えて撹拌混合することにより、陽イオン交換樹脂の
微細な孔に侵入したクラッドを水溶液中へ離脱させ効果
的に除去することができることを見出して本発明に到達
したものである。

本発明における回収硫酸の使用濃度は２重量係以上、望
ましくは５〜１０重量係とすることにより効果が発揮さ
れる。

そして回収硫酸による物理的洗浄は常法の水による物理
的洗浄又は廃液処理系統の材質の選択を許容するならば
塩酸による物理的洗浄と組合せてもよい。

本寧明者等は、塩酸及び回収硫酸を使用し、それらめ濃
度とクラッドの主成分である鉄分の除去量との関係を実
験により確認したのでその結果を実験例として示す。

実験例 陽イオン交換樹脂１’ｌ及び陰イオン交換樹脂１ｔから
なる汚染イオン交換樹脂（以下汚染樹脂という）を使用
し、純水と空気による汚染樹脂の物理的洗浄（対照）及
びそれぞれ２．５及び１０重量％の濃度の塩酸水溶液及
び回収硫酸水溶液と空気による汚染樹脂の物理的洗浄（
本発明）を行なった。

直径３０ｃ鶴高さ７０ｃｍの円筒型再生塔に汚染樹脂２
０ｔを充填し、汚染樹脂層の上面より１０ｃｍ上方まで
純水を注入して汚染樹脂を浸漬し、再生塔下部より空気
を供給して汚染樹脂を強力に撹拌した。

空気流量速度は２ Ｎｍ３／時、通気時間は３０分とし
た。

次いで、再生塔下部の空気供給口から純水を供給し、水
中に移行したクラッドを含んだ排水をフリーボード部か
ら抜き出した。

排水中の鉄分を０．４５μミリポアフイルタによる重量
法で分析した結果汚染樹脂１を当り０．４〜１．０１の
鉄分〔Ｆｅ（ＯＨ）ｓとして〕が除去されたことがわか
った。

この樹脂を試供品として本発明による物理的洗浄を行な
った。

再生塔内の水を抜いて、上記塩酸及び回収硫酸水溶液の
それぞれを別個に樹脂層の上面より１０ｃｒｎ上方まで
注入して樹脂を浸漬し。

再生塔下部より空気を供給して強力に撹拌した。

通気条件は対照の場合と同一にした。

対照の場合と同様にクラッドを含んだ排水を抜き出して
水酸化ナトリウムで中和した後鉄分を分析した。

得られた結果を第１図に示す。

第１図は酸の濃度と樹脂からの鉄分の除去量との関係を
示したグラフであり、Ａは塩酸、Ｂは回収硫酸の場合を
示す。

第１図のグラフから明らかなように、対照の純水の場合
には汚染樹脂１を当り僅か０，４〜１．０１程度の鉄分
しか除去できなかったのに比べて、更に約４，０〜４０
． Ｏｆすなわち約１０〜４０倍量の鉄分が除去されて
いる。

又、洗浄に供する酸の濃度は、イオン交換樹脂中に含ま
れているカチオンの量にもよるが、約５重量慢以上であ
れば十分な洗浄効果が期待でき、酸としては塩酸の方が
効果があることがわかる。

しかしながら、本発明によれば、陽イオン交換樹脂中に
吸蔵されているクラッドの全量を酸に溶解する必要はな
く、上記の濃度の回収硫酸水溶液を用い同時に強力な振
動を与えることにより特に塩酸を使用しなくともクラッ
ドを脱離除去することができる。

そして前記したように塩酸は、クラッド除去効果の点で
は優れているが、原子力発電所におけるその後の放射性
廃液の処理に際し各種装置の腐食性が大きいという問題
がある。

この点から、回収硫酸を主体とし、陽イオン交換樹脂を
対象とする物理的洗浄を行うことによりその目的を達成
することができ、かつ既設の設備を利用することができ
る。

又、本発明における回収硫酸水溶液には多少の不純物が
混入していても全く洗浄効果に影響を与えないため、一
般に陽イオン交換樹脂の化学的再生操作に用いた回収硫
酸をそのまま適用することができる。

ところで、一般に、高純度の脱塩水を得るためには、陰
、陽イオン交換樹脂を混合して使用するが、前記したよ
うに被処理液中のクラッドの捕捉性能は陽イオン交換樹
脂の方が犬である。

したがって、本発明は陽イオン交換樹脂のみの洗浄に適
用して絶大な効果を得ることができる。

又、本発明によれば、汚染された陽イオン交換樹脂に吸
蔵されているクラッドばかりでなくイオン成分も同時に
除去することができるため、本発明による洗浄操作の次
に所謂化学的再生操作を行なうことにより、該化学的再
生が容易となるばかりでなく、極めて高度の再生が可能
さなる。

本発明における洗浄操作は、回収硫酸水溶液を使用する
以外は従来の物理的洗浄と同じ操作とすることができる
が、イオン交換樹脂の強度の点を考慮し約６０℃以下の
温度で行なうことが望ましい。

次に、本発明を図面により説明する。

第２図は本発明に使用する装置の一具体例を示した断面
概略図であり、１はスクラビング空気弁、２は逆洗水弁
、３は酸大口弁、４はフリーボードドレン弁、５はフリ
ーボードドレン管逆洗用空気弁、６はオーバーフロー弁
、７は洗浄水弁、８は加圧空気弁、９はベント弁、１０
は廃液ドレン弁、１１は再生塔、１２は空気及び水供給
管、１３は酸供給管、１４はフリーボードドレン管、１
５はオーバーフロー管を示す。

水に懸濁した汚染されたイオン交換樹脂（以下樹脂とい
う）スリラーを再生塔１１に導入し、酸供給管１３の下
方のレベルまで樹脂を収容する。

次に、加圧空気弁８及び廃液ドレン弁１０を開き他の弁
は全閉して再生塔１１内の水を抜き取り、酸入口弁３及
びベント弁９を開き他の弁は全閉して樹脂の入った状態
で酸供給管１３より回収硫酸水溶液を供給し樹脂面上１
００〜３００ｒｒａｎの程度にして樹脂を浸漬する。

次いで、スクラビング空気弁１及びベント弁９を開き他
の弁は全閉して、空気及び水供給管１２がら空気を供給
して所定時間スクラビングを行なって樹脂に吸蔵された
クラッドを回収硫酸水溶液中に離脱させた後、加圧空気
弁８及び廃液ドレン弁１０を開き他の弁を全閉してクラ
ッドを含む回収硫酸水溶液すなわち廃液を排出させる。

次に、ベント弁２及び洗浄水弁Ｔを開き他の弁は全閉し
て再生塔１１に水張りを行なった後、洗浄水弁７及び廃
液ドレン弁１０を開き他の弁は全閉して樹脂に付着して
いる酸の洗浄を行なう。

この操作において、樹脂のクラッド汚染が著しい場合に
は、上記回収硫酸水溶液による洗浄を複数回繰り返して
効果を向上させることができる。

なお、第２図に示した装置は、通常行なわれている純水
と空気による物理的洗浄に使用されている装置と同型の
ものであり、本発明はこのような既設の洗浄設備を利用
して極めて簡単に実施できるという利点を有している。

次に、本発明の効果を比較例及び実施例により説明する
が、本発明はこれらによりなんら限定されるものではな
い。

又、評価方法として、洗浄廃液中の鉄分ＣＦｅ （ＯＨ
） ｓとして〕は０．４５μミリポアフイルタによる重
量法で測定し汚染樹脂１を当りの重量として算出し、又
、洗浄後の汚染樹脂の放射線量は、再生塔中の樹脂層上
面の中心点の樹脂４０７ｎｌを採取しサーベイメータに
より１１ｉｆｆｌした。

比較例 １ 前記実験例におけるものと同じ寸法を有する円筒型再生
塔に、陽イオン交換樹脂９２．８容量係及び陰イオン交
換樹脂７．２容量チからなる脱塩塔からの汚染樹脂２（
ｌを充填し、汚染樹脂層の上面より１０ｃｍ上方まで純
水を注入し、再生塔下部より空気を供給して汚染樹脂を
強力に撹拌した。

空気流量速度は２Ｎｒｒ？／時、通気時間は３０分間と
した。

次いで、再生塔下部の空気供給口から純水を供給し再生
塔内の液体が透明になるまで逆洗を行なった。

洗浄廃液量は２０４ ｔ、洗浄廃液中の鉄分は０．１３
６ｆ／ｌであった。

又、樹脂の放射線量は洗浄前１０．５ｍＲ／Ｈ，洗浄後
１０．３ｍＲ／Ｈであった。

次に、更に上記と同様の操作を繰返した結果、洗浄廃液
量は１９８ｔ、洗浄廃液中の鉄分は０．００９９グ／１
１洗浄後の樹脂放射線量は９．０ｍＲ／Ｈであった。

比較例 ２ 比較例１の操作終了後、再生塔内の水を抜き、７重量％
の濃度の塩酸を樹脂層の上面より１０ｃｍ上方まで注入
し、再生塔下部より空気を供給して強力に撹拌した。

通気条件は比較例１と同一にした。

洗浄廃液量は１００ｔであった。洗浄廃液を水酸化ナト
リウムで中和して鉄分を測定したところ３５．０２ ？
／ｌの結果が得られた。

又、洗浄後の樹脂の放射線量は２．１ｍＲ／Ｈであった
。

比較例 ３ 陽イオン交換樹脂８９．６容量％及び陰イオン交？換樹
脂１０．４容量係からなる脱塩塔からの汚染樹脂２０ｔ
を使用した以外は比較例１と同様の操作により洗浄を行
なった。

その結果、第１回目の洗浄終了後の洗浄廃液量は２１９
ｔ、洗浄廃液中の鉄分は０．４４５ ’？／ｌであった
。

又、樹脂の放射１線量は洗浄前６．５ｍＲ／Ｈ１洗浄後
６．０ｍＲ／Ｈであった。

更に、第２回目の洗浄終了後の洗浄廃液量は１７２ｔ、
洗浄廃液中の鉄分は０．３５７Ｖｔ、洗浄後の樹脂の放
射線量は５．６ｍＲ／Ｈであった。

；実施例 比較例３の操作終了後、再生塔内の水を抜き、８重量％
の濃度の回収硫酸を使用した以外は比較例２と同様にし
て洗浄を行なった。

洗浄廃液量は１００ｔであった。

洗浄廃液を水酸化ナトリウムで中和して鉄分を測定した
ところ１０．１３ ｙ／ｌの結果が得られた。

洗浄後の樹脂の放射線量は３．６ｍＲ／Ｈであった。

この操作終了後、更に７重量％の濃度の塩酸を使用し上
記と同様の洗浄を行なった。

洗浄廃液量は１００ｔであった。

洗浄廃液を水酸化ナトリウムで中和して鉄分を測定した
ところ９．０６ ｆ／ｌの結果が得られた。

洗浄後の樹脂の放射線量は２．３ｍＲ／Ｈであった。

以上の結果を纒めて、取出鉄分量を第１表に示し、樹脂
の放射線量を第２表に示す。

第１表及び第２表から明らかなように、陽イオン交換樹
脂量の多い汚染混合樹脂については、従来の純水と空気
による洗浄によっては１１／を以下の鉄分しか除去され
るに過ぎず、又、洗浄された樹脂の放射線量も僅かしか
低下しないのに比し、本発明の回収硫酸水溶液と空気に
よる洗浄によれば、約１０倍以上の鉄分を除去すること
ができ、又、洗浄された樹脂の放射線量も著しく低下さ
せることができる。

放射性物質はクラッドすなわち鉄分中に吸蔵されると考
えられるので、放射線量。

の低下はクラッドが除去されたことを意味し、この結果
から本発明の効果が優れていることが明らかである。

以上説明したように、本発明によれば、復水の脱塩処理
により汚染されたイオン交換樹脂からり、ランドを効果
的に除去することができ、しかも既設の設備を利用し簡
単に洗浄操作を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例における酸の濃度と鉄分の除去量との関
係を示したグラフ、第２図は本発明に使用する装置の一
具体例を示した断面概略図である。 １・・・・・・スクラビング空気弁、２・・・・・・逆
洗水弁、３・・・・・・酸入口弁、４・・・・・・フリ
ーボードドレン弁、５・・・・・・フリーボードドレン
管逆洗用空気弁、６・・・・・・オーバーフロ二升、７
・・・・・・洗浄水弁、８・・・・・・加圧空気弁、９
・・・・・・ベント弁、１０・・・・・・廃液ドレン弁
、１１・・・・・・再生塔、１２・・・・・・空気及び
水供給管、１３・・・・・・酸供給管、１４・・・・・
・フリーボードドレン管、１５・・・・・・オーバーフ
ロー管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 復水の脱塩処理により汚染されたイオン交換樹脂を
   洗浄する方法において、少なくとも陽イオン交換樹脂を
   陽イオン交換樹脂再生時に排出される廃硫酸水溶液中に
   浸漬しこれに撹拌用気体を供給して物理的洗浄を行なう
   ことを特徴とするイオン交換樹脂の洗浄方法。