JPS63100346A - 逆浸透膜法による水溶液中の微量成分の濃縮制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、原子力プラント、火力プラントなどにおけ
る原子炉水やボイラ水の微量成分を濃縮するシステムに
関し、さらに詳細には実験室だけでなく特にオンライン
にて効果を発揮しうる、水溶液中の微量成分を安定した
状態で濃縮する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

原子力プラントや火力プラントにおける原子炉水やボイ
ラ水などの水溶液を処理してその微量成分を濃縮するに
は、従来煮沸濃縮法或いはイオン交換樹脂吸着濃縮法な
どの方式が採用されていた。

煮沸濃縮法は、フラスコ内の水溶液をバーナやヒータな
どで加熱煮沸させて母液を蒸発させることにより、濃度
を数倍乃至数１０倍に濃縮する方式である。しかしなが
ら、この方式はフラスコの容量により１回当りの濃縮量
（濃縮倍率）が変化し、溶液条件や目標微量成分に応じ
て温度・圧力条件が変化すると共に前処理を必要とし、
さらに手作業に頼らねばならないなどの欠点を有する。

他方、イオン交換樹脂吸着法は、溶液をイオン交換樹脂
塔に通液して目標成分を樹脂に吸着させた後、吸着した
成分を溶離液によって樹脂塔から肌着溶出させ、次いで
脱着後の樹脂を再生液で再生させた後、樹脂を反復再使
用する方式である。この方式は、複数のイオン交換樹脂
塔を並列使用して行ないうるが、目標成分に対する吸着
容量やイオン交換容量に限界があり、アニオン成分やカ
チオン成分によって樹脂の種類を変えたり或いはアニオ
ン型イオン交換樹脂とカチオン型交換樹脂との両者を必
要とし、吸着成分の溶離には特殊薬品および成分に応じ
た特殊技術を必要とし、また吸着時には樹脂に対するス
リップが生じて濃縮度の不安定性（バックグランドの不
安定性）をもたらすという諸欠点を有し、この方式も主
として手作業に近い技術である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記従来技術に伴う諸欠点を解消すると共に
、水溶液中の微量成分を安定した状態で濃縮でき、さら
に薬品による前処理、溶離、再生など煩雑かつ面倒な処
理を必要としない、特にオンラインにて効果を発揮しう
る濃縮システムを提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するため、本発明によれば、原子力プラ
ント、火力プラントなどにおける水溶液中の微量成分を
濃縮する装置において、前記水溶液中の濃縮すべき成分
より大きいメツシュ寸法のフィルタと、所定濃度の較正
用標準液および前記水溶液を定期的に切換える電磁弁と
、循環タンクと、循環系および濃縮液回収系を適宜切換
える電磁弁とを順次に接続してなり、前記循環系には逆
浸透膜の所要圧力まで水溶液もしくは標準液を昇圧する
昇圧ポンプと、水溶液もしくは標準液の温度を所要温度
まで冷却制御するクーラーと、逆浸透膜ユニットとを順
次に直列配置すると共に逆浸透膜ユニットの濃縮液側を
一定圧力式定流量化調整弁を介して前記循環タンクと連
通する一方、前記濃縮液回収系には定量ポンプと濃度検
出器と流量計とを順次に直列配置してなり、前記循環系
と前記濃縮液回収系とを前記電磁弁により適宜バッチ式
に切換えて所定濃度の濃縮液を回収するよう構成したこ
とを特徴とする水溶液中の微量成分の濃縮装置が提供さ
れる。

本発明によるこの濃縮装置においては、好ましくは前記
水溶液と較正用標準液とを切換える前記電磁弁と前記循
環タンクとの間に瞬時積算流量計と制御弁とを直列配置
すると共に、前記循環タンクにはレベル検知器を設けて
前記瞬時積算流量計および前記制御弁と連携させる一方
、前記レベル検知器を前記循環系における昇圧ポンプに
連携させてなり、前記水溶液を前記循環タンクへ前記瞬
時積算流量計とレベル制御との連携により１バッチ毎に
一定量供給して循環濃縮することができる。

上記のように構成した本発明において、システム中に使
用する個々の部材および計器、たとえばフィルタ、電磁
弁、昇圧ポンプ、クーラー、流量計、逆浸透膜ユニット
、定流量化調整弁、濃度検出器などは、それぞれ当業者
に周知されたまたは公知のものを本発明の目的に合せて
使用することができる。

本発明のシステムにおいて特徴的なことは、濃縮液の循
環系と回収系とを設けて、所定濃度に達するまで循環系
にて濃縮を循環反復し、所定濃度に到った濃縮液を電磁
弁を介する両系統の切換えによって適宜バッチ式に回収
しうろことである。

また、循環タンクへの供給試料水溶液は瞬時積算流量計
とレベル制御との連携により１バッチ毎に一定量だけ供
給されかつ循環濃縮され、約７０％もしくはそれ以上の
効率にて濃縮が可能であることが判明した。なお、濃縮
倍率は次式で示すことができる。： 謬稲浅の成型　　　　１００ 上記式から判るように、本発明のシステムにおいては、
濃縮後の液量を一定としかつ供給水溶液量を多くする程
６ス縮倍率が大きくなるので高倍率の濃縮に特に適して
いる。この循環濃縮サイクルに際し、昇圧ポンプによる
設定圧力およびクーラーによる制御温度は水溶液中の微
量成分の種類および濃度、並びに所望？！Ｊ縮度などの
因子に応じて最適値に設定することができ、これは本シ
ステムにより簡単な予備試験で決定することができる。

また、較正用標準液を電磁弁の切換えにより経路中へ流
して、逆浸透膜ユニットにおける濃縮程度或いは最終濃
縮液の濃度を適当に管理制御することもできる。

〔作用〕

本発明は、濃縮液の循環系と回収系とを電磁弁で切換え
るべく構成することにより、逆浸透膜による水溶液中の
微量成分の濃縮を循環反復した後、所定高濃縮率に達し
た濃縮液を電磁弁の切換えで濃縮液回収系から回収する
ことができる。か（して、バッチ式ではあるが、微量成
分の高倍率の濃縮が安定して可能となる。

さらに、逆浸透膜を使用するので、従来のイオン交換樹
脂吸着法に伴う薬品による前処理、溶離、再生などの煩
雑な操作が不要となり、保守管理の点で有利である。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施例につきさらに
説明する。

本発明においては、海水淡水化装置や純水装置に従来使
用されている逆浸透膜をその逆利用としてＮａＣ１より
大きい分子の濃縮に使用すること、を特徴とし、個々の
濃縮すべき成分（イオン）についてはフィルタ（限外濾
過膜）や逆浸透膜の機能を選択使用することにより、原
子力プラントや火力プラントに個々に適合させ、微量分
析のみならず微量成分回収法や高濃度液中の微量採取（
希釈）など通常の逆浸透膜の使用分野とは異なる範囲で
使用することができる。

第１図において、参照符号１０は原子炉水やボイラ水な
どの水溶液中に含まれる濃縮すべき成分より大きいメツ
シュ寸法を有するフィルタであり、これを電磁弁Ｍ１を
介して瞬時積算流量計ＦＱＩに接続する。この電磁弁Ｍ
１には、較正用標準液を流す経路をも接続する。瞬時流
量梼算計ＦＱＩは、必要に応じ制御弁１２を介して、循
環タンク１４に接続される。循環タンク１４にはレベル
センサＬＣを設けて、瞬時積算流量計ＦＱＩおよび制御
弁１２と連携させ、循環タンク１４への供給水溶液の供
給量を制御する。循環タンク１４の出口流路を電磁弁Ｍ
２を介して分岐させ、一方を循環系に構成すると共に他
方を濃縮液回収系として構成する。

循環系においては、昇圧ポンプＰを通常の制御可能なり
−ラー１６に接続すると共に、この昇圧ポンプＰを前記
レベルセンサＬＣ（すなわちレベル制御系）と連携接続
して循環タンク１４内の液面と昇圧ポンプＰによる水溶
液の昇圧とを所定の関係に維持することができる。

ポンプＰは逆浸透膜に所要の圧力まで水溶液もしくは標
準液を昇圧する一方、クーラー１６は逆浸透膜の効率に
最適の温度に水溶液もしくは標準液を制御する。

次いで、クーラー１６を流量計Ｆを介して逆浸透膜ユニ
ット２０に接続し、次いでその透過水側を流量計２２を
介して回収経路に接続する一方、濃縮液側は一定圧力式
定流量化調整弁２４を介して循環タンク１４に連通ずる
。他方、濃縮液回収系においては、定量ポンプ２６と濃
度検出器Ｅと流量計２８とを順次に直列配置した後、：
１ｌｉｉ縮液回収路に接続する。

本発明においては、逆浸透膜の一定温度、一定圧力の条
件下で透過水量が安定している特徴を利用して、総連水
量と透過水量との比により濃縮度を調整することができ
る。この濃縮度の較正は所定濃度の標準液を上記経路に
定期的に通液して行われ、標準液を正として濃縮液出口
側濃度を一定にするよう前記定流量化調整弁２４により
自動補正することができる。

以下、上記のように構成した装置の操作につき説明する
。

先ず、最初に原子炉水やボイラ水などの水溶液をそこに
含有されている微量成分より大きいメツシュ寸法のフィ
ルタ１０に通して忠濁物を除去しく逆浸透膜の目詰まり
防止）、次いで電磁弁Ｍ、を介し瞬時積算流量計ＦＱＩ
に流過させて供給水の精算総量を記録した後、制御弁１
２を介して循環タンク１４　（試料水供給タンクとして
も作用する）に流入させる。

−循環タンク１４からレベル制御系（瞬時積算流量計Ｆ
ＱＩと制御弁１２とレベルセンサＬＣとで構成される）
の指令により流出する水溶液は、次いで電磁弁Ｍ２を介
して昇圧ポンプＰにより逆浸透膜の所要圧力まで昇圧し
、その後クーラー１６により一定温度に調節した後、流
量計１８を介し逆浸透膜ユニット２０に通して処理する
。逆浸透膜ユニ７ト２０の透過水は流量計２２を介して
回収される一方、逆浸透膜ユニット２０の濃縮液を定流
量化調整弁２４により流量調整して循環タンク１４へ循
環される。

この循環回路を所定時間或いは所定濃度の濃縮液が得ら
れるまで電磁弁Ｍ２によって維持し、濃度が所定値に達
したら直ちに電磁弁Ｍ２を切換えて濃縮液回収系に循環
タンク１４を連通し、定量ポンプ２６と濃度検出器Ｅと
流量計２８とを介し所定濃度の濃縮液を回収する。循環
タンク（試料水溶液供給タンク）　　・１４への水溶液
の供給は、レベル制御系により制御され、積算流量計Ｆ
ＱＩにて１バッチ毎に一定量だけ供給されかつ循環濃縮
され、この供給および濃縮は濃縮液の用途目的に応じて
所望濃縮倍率が得られるよう制御することができる。

以下、本発明の上記循環濃縮システムによる逆浸透膜ユ
ニットを用いた濃縮試験につき説明する。

３段階の濃度の塩素イオン標準液を試料供給タンク（循
環タンク）１４に入れ、タンク内水溶液のレベルが１／
７になるまで循環濃縮を行った結果、濃縮前後の濃度間
には良好な直線関係が得られ、約５倍（濃縮効率１００
％の場合、７倍となる）に濃縮されることが確認された
。

この試験の結果、逆浸透膜を用いることにより１１）Ｉ
）ｂから２ｏｐｐｂまでの塩素イオンを濃縮効率約７０
％もくしはそれ以上で濃縮できることが確認され、また
逆浸透膜によって濃縮を安定して行うには水の回収率を
一定にす゛る機構、すなわち定流量側が必要であること
が判明した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子炉水やボイラ水などの水溶液に含
まれる微量成分を遅滞なくしかも安定した状態で濃縮で
き、薬品などによる前処理、溶離、再生など煩雑かつ面
倒な保守管理・操作を必要としないので、実験室用途の
みならず特にオンラインでの使用に効果を発揮するシス
テムが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例によるシステムの概略
系統図である。 １０・・・フィルタ　　　Ｍ・・・電磁弁１２・・・制
御弁　　　１４・・・循環タンクＦＱＩ・・・瞬間積算
流量計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子力プラント、火力プラントなどにおける水溶
   液中の微量成分を濃縮する装置において、前記水溶液中
   の濃縮すべき成分より大きいメッシュ寸法のフィルタと
   、所定濃度の較正用標準液および前記水溶液を定期的に
   切換える電磁弁と、循環タンクと、循環系および濃縮液
   回収系を適宜切換える電磁弁とを順次に接続してなり、
   前記循環系には逆浸透膜の所要圧力まで水溶液もしくは
   標準液を昇圧する昇圧ポンプと、水溶液もしくは標準液
   の温度を所要温度まで冷却制御するクーラーと、逆浸透
   膜ユニットとを順次に直列配置すると共に逆浸透膜ユニ
   ットの濃縮液側を一定圧力式定流量化調整弁を介して前
   記循環タンクと連通する一方、前記濃縮液回収系には定
   量ポンプと濃度検出器と流量計とを順次に直列配置して
   なり、前記循環系と前記濃縮液回収系とを前記電磁弁に
   より適宜バッチ式に切換えて所定濃度の濃縮液を回収す
   るよう構成したことを特徴とする水溶液中の微量成分の
   濃縮装置。
2. （２）前記水溶液と較正用標準液とを切換える前記電磁
   弁と前記循環タンクとの間に瞬時積算流量計と制御弁と
   を直列配置すると共に、前記循環タンクにはレベル検知
   器を設けて前記瞬時積算流量計および前記制御弁と連携
   させる一方、前記レベル検知器を前記循環系における昇
   圧ポンプに連携させてなり、前記水溶液を前記循環タン
   クへ前記瞬時積算流量計とレベル制御との連携により１
   バッチ毎に一定量供給して循環濃縮するよう構成してな
   る特許請求の範囲第１項記載の濃縮装置。