JPS59139944A - 懸濁固形物付着イオン交換樹脂の洗浄方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、懸濁固形物付着イオン交換樹脂の洗浄方法に
関するものである。

〔従来技術〕

原子炉、特に沸騰水型原子炉（略称ＢＷＲ，）プラント
においては、一般に、−次系機器ヤ配管の腐食により発
生した腐食生成物（鉄酸化物微粒子。

以下クラッドと呼ぶ、や重金属イオン）が、原子炉内で
の放射化を経て機器や配管内に付着することによりプラ
ント線量率が上昇することが問題となるので、これを防
止するため復水浄化系で復水中の腐食生成物を極力除去
してそれらが原子炉内に持込まれる量、即ち炉内持込量
を極力゛低減することが重要である。

理解を容易にするため沸騰水型原子炉プラントの系統概
要を第１図によシ説明すると、原子炉圧力容器１から出
た蒸気は高圧タービン２及び低圧タービン３を経て復水
器４で凝縮水、即ち、復水となる。この復水は復水浄化
系をなす復水脱塩装置５で脱塩され給水ヒータ６を通っ
て原子炉内に戻シ循環される。タービン３から抽気系７
によシ導かれた蒸気は給水ヒータ６で給水を加熱して凝
′縮水となシ、復水器４に合流せしめられる。復水器４
．給水ヒータ６、抽気系７等で発生した腐食生成物は復
水中の不純物となシ復水脱塩装置５で脱塩される。復水
脱塩装置はＨ型陽イオン交換樹脂とＯＨ型陰イオン交換
樹脂とを器内に混合充填した混床式のものが複数基設置
されている。

ところで、上記復水脱塩装置５では、復水中の腐食生成
物のうち不純物イオンはイオン交換樹脂のＨ＋やＯＨ−
との交換反応によシ効果的に除去されるが、鉄酸化合物
微粒子であるクラッドをイオン交換樹脂で効果的に除去
することは簡単ではない。このため従来の復水脱塩装置
のクラッド除去率は５５〜６５％程度の低さであって、
復水脱塩装置入口のクランド濃度３０〜５０ｐｐｂに対
し出口のグランド濃度は５〜１ｓｐｐｂもあシ、原子炉
内へ持込まれるり２ンドの量は１０００Ｍｗｅ級原子炉
プラントでは年間２５０〜６９０　Ｋｙにも達する。し
かるに最近、原子炉内持込クランドを低減させることに
よシブラント線量率の上昇を低減できることが明らかと
カシ、持込クランド濃度の目標を１ｐｐｂ以下とするよ
うになっている。

このため復水脱塩装置でのクラッド除去性能の一層の向
上が強く要求されている。

混床式脱塩塔では、脱塩性能の低下した樹脂は再生塔に
移送し必要に応じ陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂
に分離した後、逆洗もしくは薬品再生を行い再び脱塩塔
に陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を混合次項し、
復水の脱塩に供している。ところで沸騰水型原子炉プラ
ントでは、復水中の不純物としては通常クランドの方が
イオンよりも１桁以上も多く、脱塩性能の低下した樹脂
の再生は樹脂表面に付着したクラッドを効果的に脱離さ
せなければ樹脂の脱塩性能は回復しない。

イオン交換樹脂のクランド除去は、樹脂表面へのクラン
ドの付着現象であることよシ、イオン交換樹脂からクラ
ッドの脱離はイオン交換反応による薬再生よシも樹脂表
面からクラッドを機械的に剥離する方が適切であシ、一
般的には第２図に示す空気スクラビング洗浄法、即ち再
生塔内に空気を吹込み樹脂を流動化させた後、逆洗水で
洗浄する方法が採用されている。しかし、この方法での
再生では樹脂表面からクランドの剥離が不十分であシ、
樹脂のクラッド除去能が低下し脱塩処理水のクランド濃
度を１ｐｐｂ以下とするという要求には十分答えること
ができず、最近では空気メクラピンク法に加え、超音波
洗浄再生法が採用されている。しかし、超音波洗浄法で
付着クラッドの十分な脱離を行うには２０〜４０ＫＨｚ
の高周波で数１０分間の洗浄が必要であり、長期間の繰
返し超音波洗浄によシイオン交換樹脂粒の機械的強度が
著しく低下し樹脂の寿命が短くなる。すなわち、機械的
強度やイオン交換容量が低下するという欠点が生じてい
る。

〔発明の目的〕

よって本発明の目的は、復水の高度浄化を達成するため
クラッドを付着したイオン交換樹脂の効果的な再生を可
能にしたイオン交換樹脂の洗浄方法を提供することにあ
る。

し発明の概要〕 本発明の特徴とするところは、クラッドを付着への局所
的な空気声込みによシ、イオン交換樹脂の一部を選択的
に流動化させつつ樹脂層を常時移動層とし循環させるこ
とにより樹脂の洗浄を行うことにある。

本発明は、クラッドを付着したイオン交換樹脂の洗浄に
おいて、樹脂の一部を流動化させつつ樹脂層を移動層と
することによシ、樹脂粒の機械的強度を失うことなく付
着クラッドが樹脂表面よシ効果的に剥離され、クラッド
付着樹脂の洗浄再、生が十分性なえることを実験で確認
したことに基づいている。以下、これについて説明する
。

復水脱塩塔でのクランド除去機構は、脱塩器が粒径６０
０μｍ程度の樹脂を層高１ｍ近くに充填した深層である
ことよシ、樹脂層のろ過作用によシフランド除去が行わ
れる。一方、クランドは粒径数μｍの鉄酸化物微粒子で
あって、水中ではクラッドの表面は水利反応によシ帯電
しており、中性附近では通常正に帯電している。これに
対しイオン交換樹脂の表面電位は陽イオン交換樹脂では
負、陰イオン交換樹脂では正に帯電している。このため
特に陽イオン交換樹脂ではクラッドとの間に静電気的引
力が働くため、上記のろ過作用の外に付着作用によシフ
ラッド除去が行われる。この様なろ過機構と付着機構に
よシフラッドを捕捉したイオン交換樹脂を再生、すなわ
ち空気スクラビング法など通常の方法により洗浄すると
樹脂にルーズに付着しているクラッドは剥離できるが、
比較的強固に付着しているクランド買付に、陽イオン交
換樹脂においで著しい）は容易には剥離できず十分な再
生はできない、この様に樹脂再生時にクラッドを付着し
た樹脂の洗浄が不十分であると、復水の処理に供した時
、樹脂層のろ過能力の低下や樹脂表面電荷の中和が起る
ためクラッド除去能力が低下し好ましくない。

樹脂に比較的強固に付着したクラッドは剥離しにくいが
、イオン交換樹脂の細孔が高々ｏ、　ｏ　ｉμｍ程度で
あるのに対し、クラツド径が数μｍであることを考慮す
ると、このクランドは樹脂細孔内までは入っておらず単
に樹脂表面に付着してお９、この付着力以上の力を逆方
向に与えてやればクランドは樹脂表面より剥離し十分な
洗浄が可能になると考えられる。

クラッドを付着した樹脂の洗浄には前記した空気スクラ
ビング法が通常行われている。しかし、この方法では樹
脂からクラッドの剥離能力が十分でなく、空気量の増大
によシ樹脂の流動をよ）激しくする方法等がとられてい
るが満足すべき樹脂の洗浄再生が出来ないため、例えば
、更に超音波洗′浄を行う方法等が採用されている。し
かし、樹脂表面に比較的強固に付着した鉄クラツドを超
音波洗浄により十分剥離するには高周波での洗浄が必要
であシ、この超音波洗浄の繰返しによシスチレンとジビ
ニルベンゼンの重合体である樹脂母体は徐々に破壊され
、樹脂粒の機械的強度が低下し破砕が起シ、復水脱塩塔
の後段に設けられている樹脂スクリーンを通過し原子炉
に持込まれ放射化されるとか、交換基の脱落によりイオ
ン交換能力が低下するなどの問題が新たに生じている。

一方、樹脂表面に比較的強固に付着したクラッドは樹脂
の表面をお互に連続的にこすシ合うことができれば（い
わゆるＮ米とぎ〃の要領で）樹脂母体を傷めることなく
樹脂表面よシ効果的に剥離できると考えられる。

〔発明の実施例〕

以下に本発明を具体的に実施するに好適な一例を示す。

第３図は効果的な固液の接触や攪拌を行う手段として公
知のドラフトチューブを示すものでアシ、下部にガス吹
き込みノズル８を有する水槽９内に槽径よシも径の小さ
い管状体１０（ドラフトチューブと呼ばれるので、以下
チューフ゛と略称することがある）を設けである。本発
明を実施するためにこの水槽９内に鉄クラツドを付着し
たイオン交換樹脂１１を充填しておき、該チューフ。

内部にガスを吹き込むと、チューブ内部に生じる液体の
上昇流１２によ）、チューブ下部からチューブ内にチュ
ーブ近傍の樹脂のみを選択的に流動化させることが可能
である。チューブ上方に流動化されたイオン交換樹脂１
３は、槽径の方がチューブ径よシも太きいため、上昇流
の線速か低下しチューブ外側を落下する。ここで水槽９
内に充填するイオン交換樹脂量が少ない場合はチューブ
内部へのガス吹き込みによ如イオン交換樹脂は一度に全
て流動化する。これは空気スクラビングと同じであるが
ドラフトチューブの採用により少量の空気量で固液接触
等を効果的に行わせることができる。このドラフトチュ
ーブを用いる固液の接触ｆ攪拌等の操作では操作開始時
の極短時間以外は接触や攪拌効率を高めるため全ての固
体が流動状態を保つように操作される。なぜなら、固液
の接触や攪拌において全ての固体が流動状態を形成して
いなければ固液の接触効率等が低下してしまい、あえて
ドラフトチューブを用いる意味がなくなシ通常の空気ス
クラビングで十分である。一方、ここでイオン交裸樹脂
量が多く、かつドラフトチューブで浮上イオン交換樹脂
量が少ない場合はチューブ下部近傍の一部の樹脂のみが
浮上するため、残シのイオン交換樹脂は流動化せず前記
した様に徐々に下降する移動層を形成する。この状態で
は、通常の固液の接触や攪拌等の操作では効率が悪く好
ましくないが、懸濁固形物を付着したイオン交換樹脂の
洗浄においては後述するように逆に好ましい。この様に
樹脂の一部を流動化させ、残如の樹脂層を移動層とする
には、樹脂混合液の樹脂濃度を数十％程度に保ち、チュ
ーブ内に樹脂の沈降遺　（５ｍ／ｓｅｃ程度）以上の線
流速となるように空気を吹込み、浮上樹脂量が全樹脂量
の約１０％以下となる様にチューブ径と吹込み空気量を
選べば安定して樹脂移動層が得られる。

実施例１ 鉄クラツドを６　ｆｆ／１−Ｒｅｓｉｎ付着させたイオ
ン交換樹脂ｌｔを第３図に示す水槽（槽径５０岨。

チューブ径１６ｍｍ）に入れ、空気をチューブ内に３０
分間吹込みイオン交換樹脂の流動化と樹脂層の移動とに
よシ水槽内を循環させた後、イオン交換樹脂に付着して
いの鉄グランドを分析したところ０、！Ｍ’／１−Ｒｅ
ｓｉｎ以下であシ鉄クラッド剥離率は９０％以上であっ
た。

上記実施例１の様に鉄クランドを付着したイオン交換樹
脂の洗浄において、樹脂層の一部を流動化させつつ、樹
脂層全体を移動させることによシ鉄クラッドがイオン交
換樹脂よシ効果的に剥離できることが分る。これは、ま
ず樹脂の流動化によシ通常のエア・スクラビング洗浄法
と同様に樹脂表面にルーズに付着している鉄クラツドの
剥離が起シ、次に樹脂層の移動に伴ない樹脂粒子どうし
のとすり合いが起シ、いわゆる１米とぎ〃の要領で樹脂
表面に強固に付着している鉄クラツドが剥離されること
によるものである。

参考例１ 鉄クラツドを６　ｔ／１−Ｒｅ　ｓ　ｉ　ｎ付着させた
イオン交換樹脂ｌｔと洗浄水１ｔを第２図に示すエア・
スクラビング洗浄槽（槽径５０霜）に入れ空気を３０分
間吹込み全イオン交換樹脂を一度に流動化させた後、イ
オン交換樹脂に付着している鉄クラツドを分析したとこ
ろ２．８グ／ｌ、−Ｒｅ　Ｓ　ｉ　ｎ　で１鉄クラツド
剥離率は５３％であった。

参考例２ 鉄クラツドを６　？／Ｌ−Ｒｅｓ　ｉｎ付着させたイオ
ン交換樹脂を参考例１と同様にエア・スクラビング洗浄
を行い、続いてイオン交換樹脂の超音波洗浄（周波数４
０Ｋｚ、２０分）を行った後、イオン交換樹脂に付着し
ている鉄クランドを分析したところ１．０　？／１−Ｒ
ｅ　ｓ　ｉ　ｎ　であり鉄クラツド剥離率は８３％であ
った。

上記参考例１の様にエア・スクラビング洗浄法では洗浄
後も樹脂に残留している鉄グランド量が多く、付着鉄ク
ラツド量の約５０％程度しか剥離されない。これは、エ
ア・スクラビング洗浄では付着クランドの剥離力が弱く
、樹脂表面にルーズに付着している鉄クラツドしか剥離
できず、強固に付着している鉄クラツドはほとんど剥離
されず残留しているためである。一方、参考例２の様に
エア・スクラビング洗浄法に加え超音波洗浄を行うと、
超音波洗浄の効果が表われエア・スクラビング洗浄法単
独よシも残留クラッド量は少ない。

しかし、超音波洗浄法は単に樹脂粒子に外部より超音波
による振動を与える方法であム樹脂表面に強固に付着し
た鉄クラツドは十分剥離できないことが分る。

この様に鉄クラツドを付着したイオン交換樹脂の洗浄は
、ルーズに樹脂表面に付着したクラッドはエア・スクラ
ビング洗浄で簡単に剥離できるが、強固に付着したクラ
ッドは機械的なかきむしシカ、すなわち米とぎの要領の
様な力によれば効果的に剥離できることが分る。

実施例２ イオン交換樹脂への鉄クラツドの付着と実施例１の方法
による鉄クラツド付着樹脂の洗浄を２０回繰返した後、
イオン交換樹脂に付着している鉄クラツドを分析したと
ころ０．５　？／ｌ−Ｒ，ｅｓ　ｉｎ以下であった。又
、繰返し洗浄後の樹脂粒の破砕強度は６００　ｒ／粒以
上であった。

参考例３ イオン交換樹脂への鉄クラツドの付着と参考例１の方法
によるエア・スクラビング洗浄、を２０回繰返した後、
イオン交換樹脂に付着している鉄クラツドを分析したと
ころ３．１　？／１−１（、ｅｓ　ｉｎ　であった。又
、繰返し洗浄後の樹脂粒の破砕強度は６００　ｙ／粒以
上であった。

参考例４ イオン交換樹脂への鉄クラツドの付着と参考例２の方法
によるエア・スクラビングと超音波洗浄を２０回繰返し
た後、イオン交換樹脂に付着している鉄クラツドを分析
したところ１．３１／ｌ−Ｒｅｓｉｎであった。又、繰
返し洗浄後の樹脂の破砕強度は３２０　ｒ／粒であった
。

上記実施例２．参考例３，４よシ明らかな様に本発明に
よる洗浄法では繰返し洗浄においても、十分な鉄クラン
ドの剥離と、樹脂粒子の機械的強度の低下はない。これ
は、樹脂粒子のこすシ合いによる洗浄法では樹脂表面に
強固に付着した鉄クラツドの剥離が効果的に行われるこ
とと、洗浄法が樹脂粒子どうしのこすり合いであるため
樹脂母体の機械的強度の低下をきたさないことによるも
のである。これに対し、参考例３のエア・スフ２ピング
洗浄法では強固に付着した鉄クランドの剥離が十分でな
く、繰返し洗浄により剥離しきれないクラッドが蓄積さ
れるため残留クランドが増加している。ここで、当然な
がら付着クラッドの剥離力が弱い洗浄法であるため樹脂
母体の機械的な強度低下も起きていない。これに対し、
参考例４のエア・スクラビング＋超音波洗浄法では、繰
返し洗浄による残留クラッドの増加は少なく強固に付着
しているクラッドは比較的効果的に剥離（洗浄）されて
いる。しかし、樹脂粒子の機械的強度は著しく低下して
いる。これは超音波洗浄の繰返（−によシ樹脂の母体構
造が破壊されるため機械的強度が低下したものである。

樹脂表面へ付着した鉄クラツドの剥離が不十分であシ繰
返し使用によりクラッド付着量が蓄積すると樹脂のクラ
ッド除去能が低下するのみならず、特にＨ型陽イオン交
換樹脂では約２Ｎの酸（Ｈ＋量は樹脂の交換容量２　ｅ
　？／１−Ｒｅｓｉ龜度）であることより、樹脂表面に
残留している鉄クラツドの酸による溶解反応が徐々に進
行し鉄クラツドは鉄イオンとなる。生成した鉄イオンは
陽イオンであり陽イオン交換樹脂のＨ＋との交換及芯に
よりＨ型陽イオン交換樹脂はＦ、型陽イオン交換樹脂と
なり脱イオン能が低下する。又、Ｆ、型となったイオン
交換樹脂は、もはや通常の洗浄法では脱イオン能は回復
できず、酸による薬品再生が必要となシ、放射性廃棄物
量の増加を招き好ましくない。

このため鉄クラツドを付着した樹脂の洗浄は、残留鉄ク
ラッドを極力少なくすることが特に重要である。

なお、本発明のイオン交換樹脂の洗浄方法において、通
常の薬再生の様に薬品（酸、アルカリ等）の存在下で行
えば洗浄効果の向上と薬再生が同時に行えることは容易
に理解できる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば、クラッドを付着し
た樹脂よりクラッドの剥離が効果的に出来るので、イオ
ン交換樹脂脱塩装置の脱塩性能向上がはかれ、原子炉内
に持込まれる不純物が着しく低下し、プラントの放射能
を低減させることができる。又、樹脂表面に付着した鉄
クランドの残留が無いので、樹脂の脱イオン性能の低下
が少なくこのため樹脂の薬品再生頻度の低減や、更に、
クラッド付着樹脂の洗浄を繰返しても樹脂母体の機械的
強度の低下やイオン交換容量の低下がないので樹脂性能
の長寿命化がはかれ樹脂再生廃液や脱塩性能の低下した
廃樹脂等の放射性廃棄物の発生も低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＢＷＲ，原子力発電プラントの配管図、第２図
は空気スクラビング洗浄装置の断面図、第３図は本発明
の懸濁固形物付着イオン交換樹脂の洗浄方法を実施する
装置の断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、懸濁固形物を付着した樹脂の空気スクラビングにお
   いて、樹脂混合液中の樹脂層下部への局所的な空気の吹
   込みによシ、空気吹込み口近傍の樹脂のみを順次選択的
   に樹脂層表面よシ上位まで浮上させた後、樹脂層表面に
   落下させる循環サイクルによシ樹脂層全体に下方向への
   移動層を常時連成させることによシ樹脂の洗浄を行うこ
   とを特徴とする懸濁固形物付着イオン交換樹脂の洗浄方
   法。