JPS61212381A - 多管式濾過脱塩器 - 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】 〔発明の利用分計〕 本発明は、火力発電所や原子力発電所において復水を浄
化するのに使用する多管式濾過脱塩器に関する。

〔発明の背景〕

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ，ｌを用いた原子力発電所の復
水浄化システムは、第３図のようになっている。

原子炉１０において発生した主蒸気１之ｌＪ、蒸気ター
ビン１４を回転させて発電を行ったのち、復水器１６に
おいて復水する。復水中には、機器の腐食や海水リーク
による固形状、またはイオン状の不純物が含まれてオリ
、これら不純物が原子炉１０に入ると放射化されて放射
性核種となる。したがって、復水中の不純物は、発電所
の安全性や信頼性の向上を図るために、原子炉１０に入
る前にできるだけ除去し、原子炉１０への持ち込み量を
最小限におさえる必要がある。そこで、第３図に示すよ
うに１復水器１６中の復水を復水ポンプ１８により吸引
し、濾過脱塩器２０および脱塩器２２において不純物を
除去したのち、原子炉１０に戻している。このうち、濾
過脱塩器２０は、詳細を後述するごとく、濾過助剤をプ
リコートした円筒状の濾過ニレメン）ｆ有しており、特
に固形状の不純物を濾過分離することを目的としている
。

また、脱塩器２２は、粒状のイオン交換樹脂ｒ混床型）
を濾過塔内に充填したものであって、イオン状の不純物
の除去を主目的としている。これら濾過脱塩器２０と脱
塩器２２とからなる復水浄化与している。

濾過脱塩器２０は、第４図に示すように、濾過槽２４内
に設けた下部管板２６と格子状の上部管板２８とにより
濾過室３０が形成してあり、との濾過室３０に複数の濾
過エレメント３２が立設しである。濾過エレメント３２
は、多孔質であって直径が５０Ｗ１長さが１５００〜１
８００ｍの円筒状をなしており、濾過室３０に２００〜
３００本配設される。濾過エレメント３２は、繊維また
はステンレススチールによって形成され、表面に濾過助
剤である粉状のイオン交換樹脂Ｃ陽イオン交換樹脂およ
び陰イオン交換樹脂を混合したもの）がプリコートしで
ある。そして、矢印３４をもって示した復水け、原水人
口３６を介して濾過室３０に導かれ、濾過エレメント３
２の表面から濾過エレメント３２内に入り、濾過室３０
の下方に流下したのち、浄水出口３８から浄水として取
り出される。

一方、濾過エレメント３２に濾過助剤である粉状イオン
交換樹脂をプリコートする場合には、復水３４と同様に
、原水人口３６から濾過室３０内にイオン交換樹脂を含
んだプリコート液を導き、プリコート液中の水１ｋ濾過
エレメント３２を介して濾過室３０の下方に導き、浄水
出口３８から外部に排出する。そして、プリコート液中
の粉状イオン交換樹脂は、濾過エレメント３２の表面に
プリコートされ、助剤濾過層を形成する。この粉状イオ
ン交換樹脂のプリコート方法としては、特公昭５８−３
６６１４号公報にプリコート液の濃度を２憾以下で行う
と、一様な助剤濾過層を得ることができる旨を開示して
いる。

ところで、濾過脱塩器２０に使用する粉状イオン交換樹
脂は、再生がむずかしいため、現状では１回使用すると
廃棄している。１サイクルの期間は、濾過差圧の上限値
で決まり、クラッドＣ配管の腐食生成物）と呼ばれる不
純物の捕捉に伴う濾過差圧の上昇速度が大きいと、粉状
イオン交換樹脂の交換を頻繁に行うことになる。実プラ
ントの実績では、１サイクル１０日前後である。濾過脱
塩器２０は、約１０基の濾過塔を並列運転しているため
、１日１塔の割合で廃樹脂Ｃ乾燥重量にして５０〜１０
０ｋｇ）が発生する。廃樹脂は、放射性廃棄物であるた
め、その処理、処分がむずかしく、現状ではドラムカン
に詰めて貯蔵施設に保管している。したがって、その数
は、増加の一途をたどっており、廃棄物量の低減が早急
の課題となっている。

〔発明の目的〕

本発明は、廃樹脂量を低減することができる多管式濾過
脱塩器を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

従来、復水用濾過脱塩器は、処理水量一定、すなわち定
速濾過で運転されており、クラッドがｐｅであって、濾
過脱塩器の入口クラッド濃度が３０　ｐｐｂの場合、濾
過差圧の上昇特性は第５図に示すようになる。すなわち
、通水初期は、濾過差圧の上昇速度が小さい。しかし、
濾過差圧は、ある時期から急激に大きくなる特性を有す
る。濾過差圧上昇速度が小さい領域は、体積濾過領域と
考えられ、復水中のクラッドは主として樹脂層内部で捕
捉される。これに対して、濾過差圧上昇速度が大きい領
域は、表面濾過領域と考えられ、クラッドは主として樹
脂層表面で捕捉される。

樹脂層がクラッドを捕捉するモデルを第６図に示す。こ
のモデルによる濾過機構は、通水初期においては体積濾
過が主体であるが、次第に表面濾過に移行する。そして
、このモデルは、第７図に示す樹脂層厚さの経時変化、
および第８図に示すＸＭＡ　（Ｘａマイクロアナライザ
）観察結果から導き出されたものである。第７図は、ク
ラッドが１’ｅであって、濾過脱塩器の入口クラッド濃
度が３０　ｐＩ）ｂの場合、また第８図は、クラッドが
Ｆｅであって、入口クラッド濃度が５Ｐｓ通水速度が８
　ｍ　／　ｈの場合である。なお、第８図のＸ線強度Ｋ
ＣＰＳは、鉄濃度の指標である。

第７図、第８図に示されるように、通水初期は、樹脂層
が粗になっているために、クラッドが樹脂層内部に捕捉
され、通水時間が長くなると次第に樹脂層が密になシ、
樹脂層表面におけるクラッド捕捉量の増加するのが認め
られ、表面濾過が主体的になってゆくのがわかる。

放射性廃棄物量を低減する一つの方法として、濾過寿命
の延長があげられる。−過寿命は、前記したように濾過
差圧に左右され、濾過差圧上昇は、濾過機構と密接な関
係がある。そして、体積濾過は、表面濾過に比べて濾過
差圧上昇が小さいことから、濾過機構をできるだけ体積
濾過にすれば濾過寿命が延長できると推測される。一方
、濾過差圧の上昇は、第５図から明らかなように、大部
分が表面濾過領域に依存している。

そこで、本発明者らは、次に示す表面濾過式・Ｃ定速濾
過）を用いてデータを解析したところ、第９図に示すよ
うに表面濾過領域において通水日数と濾過差圧との間に
直線関係があり、表面濾過式が濾過特性の評価に使用で
きることがわかった。

（ΔＰ−Δｐ、）１１−”　　＝　ａ　ＸＱここに、ａ
け定数、ｎけクラッド圧縮性指数、ΔＰけ濾過差圧、Δ
Ｐｏは初期差圧、０け通水日数である。、まな、第９図
の結果はクラッドがＦｅであって、濾過脱塩器入ｑＫお
ける濃度け３０ｐＩ）ｂである。

この直線の傾きは、クラッド圧縮性指数ｎｌｃ関係し、
クラッドの物性が主たる支配因子であって、クラッドが
Ｆｅの場合、１／　（１ｎ　ｌとなる。そして、復水の
水質が一定の場合には、直線の傾きがほぼ同じ値を示す
。また、表面濾過に移行するまでの助走区間は体積濾過
領域であり、表面濾過式の使用により体積−過と表面濾
過とを区別できる効果がある。そして、第９図に示され
るように、濾過寿命を延長するためには、体積濾過時間
または表面濾過時間を延ばせばよいことがわかる。表面
濾過時間を支配しているクラッド圧縮性指数ｎは、復水
の水質によシはぼ決まる。このため、クラッド圧縮性指
数ｎの値を小さくするためには、復水水質の改善を図る
必要がある。しかし、復水水質の改善を図ることは、現
実的にかなシむずかしい問題であわ、クラッド圧縮性指
数ｎｔ−小さくすることは困難である。そこで、濾過寿
命を延長するためには、体積濾過時間を延長する必要が
ある。そして、極めて重要なことは、第６図に示した通
水日数は対数目盛となっており、体積濾過時間のわずか
な延長が濾過寿命を２〜３倍長くすることができる効果
を有していることである。

表 上表は、体積濾過時間に影響を与える代表的な因子を示
したものである。体積濾過時間に影響を与える主な因子
は、クラッド負荷量と樹脂利用率であって、クラッド負
荷ｉ−は、復水水質Ｃクラッド濃度９粒径）と−過流速
とに関係し、樹脂利用率は、樹脂物性とプリコート条件
に関係している。

一方、発明者らは、原子力発電所で濾過脱塩器に関する
インブラントカラム試験を実施し、極めて重要な結果を
得た。すなわち、実機とカラムとを同一条件１表におけ
る復水水質、濾過流速、樹脂物性およびプリコート条件
が同一）の下にカラム試験装置を運転しても、第１０図
に示すように、カラムの方が実機よシ約２倍濾過寿命が
長くなることである。特に注目されるのは、濾過寿命の
差が体積濾過時間の違いに基づいており、表面濾過時間
に関するクラッド圧縮性指数ｎは同一であった。したが
って、体積濾過時間の違いの要因を明らかにし、その対
策を施せば、実機の濾過寿命を約２倍延長できることが
推測された。

そこで、われわれは、表に示す体積濾過時間に影響する
因子を詳細に検討した。その結果、実機は、直径５０ｗ
１長さ１５００　”　１８００　ｍ　（Ｄ　濾過エレメ
ントが濾過塔（濾過槽）に２００〜３０（１内蔵されて
贋るのに対し、カラム試験装置は、直径５０鴫、長さ２
５０ｍのものを１本だけ使用していることから、装置の
違いが塔内プリコート性に大きく影響しているものと推
定された。プリコート性におよぼす影響が大きいものは
、第１１図に示すようにプリコート樹脂量である。すな
わち、プリコート樹脂量が少なくなると、体積濾過時間
も短かくなることがわかる。実機もカラム装置も投入す
る樹脂ｔ（単位ｐ過面積当り１ｋｇ／ｉ）は一定である
ことから、投入された樹脂量のうち、実際にプリコート
された量が、実機とカラム装置と異なることが体積ｐ適
時間の違いの原因であると考えた。実際、カラム装置で
は、プリコート樹脂のすべてが濾過エレメントにプリコ
ートされ九のに対し、直径５０ｍ、長さ１５００ｍの濾
過エレメント３本を内蔵したろ過塔では、濾過エレメン
トを固定する、格子状の孔のあいた上部管板上にプリコ
ート樹脂がとどまっており、プリコートされない樹脂が
存在していることが確認された。また、第１２図に示す
ように、従来の濾過脱塩器は、濾過塔内の上昇流４０の
流速が周縁部において大きく、中心部において小さくな
る不均一を生じやすく、循環流が発生して一部下降流が
生じる場合がある。下降流が生じると、濾過エレメント
下部にプリコート樹脂が一部沈降、堆積することも実験
でＮ認された。

そこで、本発明者らは、濾過塔内に卦けるプリコートさ
れない樹脂量の低減を図ることにより、濾過寿命を延長
できることに着目して本発明をするに至った。

本発明は、円筒状の濾過エレメントの上部を支持してい
る上部管板にフィルタを設けることにより、粉状イオン
交換樹脂の濾過エレメントへのプリコートの際に、循環
流による粉状イオン交換樹脂の沈降を防止するとともに
、上部管板上への粉末イオン交換樹脂のとどまシを防止
し、はとんどの粉状イオン交換樹脂が濾過エレメントに
プリコートされるように構成したものである。

〔発明の実施例〕

本発明に係る多管式濾過脱塩器の好ましい実施例を、添
付図面に従って詳説する。なお、前記従来技術において
説明した部分に対応する部分については、同一の符号を
付し、その説明を省略する。

第１図は、本発明に係る多管式濾過脱塩器の実施例を示
す概略構成図である。

第１図において、濾過脱塩器２０の濾過室３０の中央下
部、すなわち原水入口３６の上方には、分散板４２．４
４が設けてある。濾過室３０内には、従来技術において
説明したような濾過エレメント３２が下部管板２６と上
部管板２８との間に３００本程直立設してあり、上部管
板２８の上面には、フィルタ４６が配設しである。この
フィルタ４６は、金属または非金属をもって構成するこ
とができ、粉状イオン交換樹脂の粒径から判断して、孔
径がｌＯ〜５００μｍ程度のものが好ましい。なお、濾
過槽２４の上部に示した符号４８は、エアベントであり
、濾過槽２４の濾過室３０下方の側部に示した符号５０
は、逆洗用空気導入口である。

上記のごとく構成した実施例の作用は、次のとおシであ
る。

ｐ過エレメント３２への粉状イオン交換樹脂のプリコー
ト工程において、プリコート液は、原水入口３６から濾
過室３０内に導かれ、分散板４２゜４４によフ、濾過室
３０内にできるだけ均一となるように分配され、濾過室
３０内を上昇する。濾過室３０内を上昇流４０となって
上昇するプリコート液は、粉状イオン交換樹脂がｐ過エ
レメント３２の表面にプリコートされるとともに、上部
管板２８上に設けたフィルタ４６の目を塞ぐ。このため
、プリコート液中の粉状イオン交換樹脂は、上部管板２
Ｂの上方に流出してとどまることがなく、またフィルタ
につまった粉状イオン交換樹脂によシ上部管板部におけ
る流動抵抗が増大し、下降流の発生を抑制することがで
きる。このため、プリコート液の上昇流４０はほぼ均一
となり、粉状イオン交換樹脂のほとんどが濾過エレメン
ト３２上にプリコートされる。そして、プリコート液中
の水は、濾過エレメント３２内を下降して濾過室３０の
下方に導かれ、浄水出口３８から外部に放出される。な
お、フィルタ４６は、空気の流通が可能であるため、エ
アベント４８による濾過槽２４内のエア抜きには何らｔ
支障を生じない。

第２図は、前記実施例の効果ｔ−確認するために、直径
５０ｍ、長さ１５００■の濾過エレメント３本を内蔵し
た小型試験装置を用いて行った実験結果を示すものであ
る。濾過エレメントの上部を支持している上部管板２８
の上面に、約７０μｍの孔径を有するステンレス製のフ
ィルタを設置してプリコートを行った。その結果、上部
管板２８の上面にフィルタを設けた場合には、フィルタ
のない場合に比べて、上部管板上の樹脂７０ツクのとど
まシが極めて少なく、極め−て効率よく粉状イオン交換
樹脂をプリコートすることができた。そして、試薬α−
Ｆｅ２ｒｇ　　を模擬クラッドとして模擬復水を作り、
濾過寿命試験を行ったところ、フィルタがある場合には
、ない場合に比べて約２倍の濾過寿命が得られることが
わかった。しかも、粉状イオン交換樹脂が有効に利用さ
れるため、クラッド除去率も向上した。

このように、本実施例によれば、使用する樹脂量が従来
と同一であっても、濾過寿命の延長が図れ、放射性廃棄
物量の増加を極力抑えることができる。このため、原子
力発電所の安全性、信頼性の向上に大きく貢献する効果
？有する。

なお、前記実施例においては、フィルタ４６を上部管板
２８の上面に取り付けた場合について説明したが、上部
管板２８の下面に取シ付けてもよい。

〔発明の効果〕

以上に説明したごとく、本発明によれば、使用する樹脂
量を従来と同一にして、濾過寿命を延長することができ
るため、廃樹脂量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多管式濾過脱塩器の実施例を示す
概略構成図、第２図は前記実施例と従来の多管式濾過脱
塩器の比較特性図、第３図は沸騰水型原子力発電所の復
水浄化システムを示す模式図、第４図は従来の多管式濾
過脱塩器の概略構成図、第５図は従来の多管式濾過脱塩
器における通水日数と濾過差圧との関係を示す特性図、
第６図は多管式濾過脱塩器における樹脂層のクラッド捕
捉モデルの説明図、第７図は多管式濾過脱塩器における
通水日数とプリコート樹脂の厚さの変化との関係を示す
特性図、第８図は樹脂層の深さとＸ線マイクロアナライ
ザによるＸ線強度との関係を示す特性図、第９図は従来
の多管式濾過脱塩器における通水日数と濾過差圧との関
係を表面濾過式によシ解析した結果を示す図、第１θ図
は実機とカラム試験装置との一過寿命の関係を示す図、
第１１図は′プリコート樹脂量と体積濾過時間との関係
を示す特性図、第１２図は従来の多管式濾過脱塩器にお
けるプリコート液の流れの状態を示す説明図である。 ２０・・・Ｆ遇脱塩器、２４・・・濾過槽、２６・・・
下部管板、２８・・・上部管板、３２・・・濾過エレメ
ント、４６・・・フィルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原水入口と浄水出口とが設けてある濾過槽と、この
   濾過槽内の下部管板と上部管板との間に立設した複数の
   円筒状ろ過エレメントと、このろ過エレメントの表面に
   プリコートしたろ過助剤とを有する多管式ろ過脱塩器に
   おいて、前記上部管板にフィルタを設けたことを特徴と
   する多管式濾過脱塩器。 ２、前記フィルタは、孔径が１０〜５００μｍであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の多管式ろ
   過脱塩器。