KR100947139B1 - 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탈염탑내에 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 혼합수지 A를 포함하는 상측 이온 교환수지층과, 음이온 교환수지 단독 또는 상기 혼합수지 A보다도 음이온 교환수지의 비율이 높은 혼합수지 B를 포함하는 하측 이온 교환수지층의 상호 상이한 상하 2층의 이온 교환수지층을 형성할 때에, 음이온 교환수지 또는 혼합수지 B를 이송수와 함께 충전하여 하측 이온 교환수지층을 형성한 후, 탈염탑내의 물을 빼고, 이어서 혼합수지 A를 이송수와 함께 충전하여 상측 이온 교환수지층을 형성하는 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법에 관한 것이다. 하측 이온 교환수지층을 목적한 형태로 형성하면서 상측 이온 교환수지를 충전할 수 있고, 탈염탑내에 확실하게 목표로 하는 2층 형태의 이온 교환수지층을 형성할 수 있다.

이온 교환수지층, 탈염탑, 복수 탈염 장치, 혼합수지

Description

복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법 {Process for Charging Ion Exchange Resin into a Condensed Water-Demineralization Apparatus}

도 1은 본 발명 방법이 적용 가능한 탈염탑의 일례를 나타내는 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명 방법이 적용 가능한 탈염탑의 별도의 예를 나타내는 개략적인 구성도이다.

도 3은 본 발명에 관한 제1 방법에 의한 효과를 확인하기 위해 행한 시험(실시예 1)의 결과를 나타내는 시험 장치의 개략적인 구성도이다.

도 4는 종래 방법과의 비교를 위해 행한 시험(비교예 1)의 결과를 나타내는 시험 장치의 개략적인 구성도이다.

도 5는 본 발명에 관한 제2 방법의 한 실시 형태에 있어서의 한 단계를 나타내는 탈염탑의 개략적인 종단면도이다.

도 6은 도 5의 다음 단계를 나타내는 탈염탑의 개략적인 종단면도이다.

도 7은 도 6의 다음 단계를 나타내는 탈염탑의 개략적인 종단면도이다.

도 8은 도 7의 다음 단계를 나타내는 탈염탑의 개략적인 종단면도이다.

도 9는 도 8의 다음 단계를 나타내는 탈염탑의 개략적인 종단면도이다.

도 10은 종래 방법에 있어서의 문제점을 설명하기 위한 탈염탑의 개략적인 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 11 탈염탑 2, 12 물 입구관

3 디스트리뷰터 4 집수 콜렉터

5, 16 물 출구관 6, 17 설계 수지면

7, 18 수지 입구관 8, 20 수지 출구관

13 배플(baffle) 플레이트 14 정류판

15 스크린 19 배플 플레이트

21 탈염탑 22 수지 이송관

23 배플 플레이트

24 띠판(batten plate)

25 하측 이온 교환수지층으로서의 음이온 교환수지층

25a 상부 음이온 교환수지층 26 출구관

27 상측 이온 교환수지층으로서의 혼합 이온 교환수지층

28 탑내 수위 31 탈염탑

32 하측 이온 교환수지 슬러리 33 수지 이송관

34 벤트관

35 하측 이온 교환수지 36 띠판

37 하측 이온 교환수지층 38 드레인관

39 보급수

40 상측 이온 교환수지 슬러리

41 상측 이온 교환수지

42 상측 이온 교환수지층

43, 44, 45 보급수 H 수심

R 하강류

본 발명은 원자력 또는 화력 발전 플랜트의 복수(復水) 배관 계통에 설치할 수 있는 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지의 충전 방법에 관한 것이다.

복수 탈염 장치의 처리수에는 다수종의 유기성 불순물이 포함되어 있는 것이 알려져 있다. 이들은 주로 탈염탑에 충전되어 있는 이온 교환수지로부터 용출된 불순물로서 이온 교환수지가 용존 산소 및 산화제에 의해 산화 분해됨으로써 발생된다. 이 중 양이온 교환수지로부터 용출하는 유기성 불순물은 주로 폴리스티렌술폰산(이하, PSS라고 약칭함)이고, 원자로나 증기 발생기로 분해되어 황산 이온이 발생하기 때문에 최근 문제가 되고 있다. 즉, 황산은 구조재의 부식이나 스케일 발생의 원인이 되기 때문에, 극력 저감하는 것이 바람직하고, 황산 이온의 발생을 저감하는 방법이 몇가지 제안되고 있다.

저감 방법 중 하나로서 탈염탑내에 형성되는 이온 교환수지층을 상하로 분리하고 상층을 양이온 교환수지와 음이온 교환수지를 혼합한 혼합 이온 교환수지, 또 는 양이온 교환수지 단독층으로 하고, 하층을 음이온 교환수지 단독층으로 하는 방법이 제안되어 있다 (일본 특허 공개 (평)9-276862호 공보). 이 방법에서는 탈염탑내 하부의 음이온 교환수지가 상층에서 용출되어 온 PSS를 흡착하기 때문에 처리수 중의 PSS 농도를 저감할 수 있다.

그런데, 상기한 바와 같이 탈염탑내에 목적으로 하는 상하 2층의 이온 교환수지층을 형성하려고 하는 경우에 이하와 같은 문제가 있다. 즉, 음이온 교환수지의 비중은 일반적으로 양이온 교환수지보다도 작기 때문에 탈염탑내에 이온 교환수지를 충전할 때에 먼저 음이온 교환수지를 도입시키고 탈염탑내 하부에 음이온 교환수지층을 형성해도, 그 위에 혼합 이온 교환수지를 도입시킬 때에 탈염탑내의 수지층이 유동 상태가 되어 음이온 교환수지가 상승하고 혼합 이온 교환수지층 상부에까지 이동하게 되어 탈염탑내 하부의 음이온 교환수지량이 감소하는 문제가 생긴다. 탈염탑내 하부의 음이온 교환수지량이 감소하면 PSS를 포착하기 어렵게 되고, 처리수 중의 PSS 농도가 증가하여, 2층으로 분리하는 것에 의한 목표로 하는 처리수 중의 PSS 농도 저감 효과를 얻을 수 없다. 또한, 혼합 이온 교환수지의 슬러리를 충전할 때에 탈염탑내 하부에 형성되어 있던 음이온 교환수지층의 상면이 흐트러지게 되어 음이온 교환수지층의 두께가 불균일해지고 두께가 얇은 부분에서 PSS의 제거성이 악화될 가능성도 있다.

이러한 현상은 예를 들면 도 10에 나타낸 바와 같이 발생한다. 도 10에 나타낸 바와 같이 탈염탑 (101) 내에 이온 교환수지를 충전할 때는 우선, 음이온 교환수지와 물의 슬러리를 수지 이송관 (102)으로부터 탈염탑 (101) 내에 공급하여, 탑내 바닥부에 음이온 교환수지층 (103)을 형성한다. 이 때, 음이온 교환수지와 함께 이송된 이송수도 탑내에 저장되기 때문에 음이온 교환수지 이송 종료 후의 수지층 (103) 상부에는 도시한 바와 같이 물의 층 (104)이 형성된다. 다음으로 수지 이송관 (102)으로부터 탈염탑 (101) 내에 양이온, 음이온 교환수지의 혼합수지와 물의 슬러리를 공급하여 음이온 교환수지층 (103)의 상부에 혼합수지층을 형성시키지만, 이 때, 탑 상부로부터 도입되는 슬러리의 수류가 상기 물의 층 (104)에 해당되기 때문에, 음이온 교환수지층 (103)이 유동화되어 음이온 교환수지의 일부가 상승하고, 형성되어 있는 혼합수지층 중 또는 혼합수지층의 상부에까지 이동하게 된다. 그 결과, 탑내 하부의 음이온 교환수지량이 감소하여, 예를 들면 후술하는 도 4에 나타낸 바와 같은 상태가 된다. 탑내 하부의 음이온 교환수지량이 감소하면 상술한 바와 같이 목표로 하는 처리수 중의 PSS 농도 저감 효과를 얻을 수 없다.

상기한 것과 같은 음이온 교환수지의 이동을 억제하기 위해 수지의 입경 조정 즉, 입경이 큰 음이온 교환수지나 입경이 작은 양이온 교환수지를 사용하는 방법도 생각할 수 있지만, 그렇게 하면, 수지 재생 시에 비중이 큰 양이온 교환수지를 하측으로, 비중이 작은 음이온 교환수지를 상측으로 분리해야해서 재생 설비에 있어서의 분리 조작이 곤란해진다. 수지를 분리할 수 없으면 약품 재생을 할 수 없게 되는 것 외에 정검(定檢)시에 탈염탑에서 수지를 추출한 후의 재충전도 곤란하게 되는 등의 문제가 발생한다. 따라서, 이러한 수지의 입경 조정은 현실적으로는 채용할 수 없다.

또한, 상술한 문제에 대하여 탈염탑내 하부에 수직 하강벽을 설치하여 음이 온 교환수지층의 유동을 억제하도록 한 구조가 제안되어 있다 (일본 특허 공개 2000-167551호 공보). 그러나, 이러한 수직 하강벽을 설치하는 방법은 신설 플랜트에서는 비교적 문제없이 실시할 수 있지만, 기설 플랜트의 개조에서 특히, BWR 플랜트(비등수형 원자력 발전소)에서의 방사선 관리 구역내에서의 용접 작업이나 라이닝 보수 등을 수반하는 개조에서는 현실적으로 실시하는 것이 상당히 곤란하다.

또한, 상하 2층의 이온 교환수지층을 형성하는 경우에 대해서는 아니지만, 충전하여야 할 혼합수지를 양이온 교환수지와 음이온 교환수지로의 분리를 억제하면서 탈염탑내에 충전하는 방법으로 탈염탑내에 물의 하강류를 만들면서 혼합수지를 충전하는 방법도 제안되어 있다 (일본 특허 공개 2002-1328호 공보). 그러나, 이 제안은 탈염탑내에 일종의 혼합수지층만을 형성하는 경우에 대해 기재한 것이므로 상호 상이한 상하 2층의 이온 교환수지층을 형성하는 것을 전제로 하는 경우에는 그대로 적용할 수 없다.

그래서, 본 발명의 목적은 탈염탑내 하부에 형성한 수지층으로부터의 음이온 교환수지의 상승을 억제하고, 탑내에 확실하게 목표로 하는 2층 형태의 이온 교환수지층을 형성하여 목적으로 하는 처리수 중의 PSS 농도 저감 효과를 얻는 것이 가능한 복수 탈염 장치의 탈염탑으로의 이온 교환수지 충전 방법을 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 탈염탑내에 상호 상이한 상하 2층의 이온 교환수지 층을 형성하는 경우에 있어서, 특히 하측 이온 교환수지층을 목적한 형태로 형성하면서, 상측 이온 교환수지를 충전할 수 있도록 하고, 탑내에 확실하게 목표로 하는 2층 형태의 이온 교환수지층을 형성하고, 목적한 처리수 중의 PSS 농도 저감 효과를 얻는 것이 가능한 복수 탈염 장치의 탈염탑으로의 이온 교환수지 충전 방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관한 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법은 탈염탑내에 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 혼합수지 A를 포함하는 상측 이온 교환수지층과, 음이온 교환수지 단독 또는 상기 혼합수지 A보다도 음이온 교환수지의 비율이 높은 혼합수지 B를 포함하는 하측 이온 교환수지층의 상호 상이한 상하 2층의 이온 교환수지층을 형성할 때에 탈염탑 내에 음이온 교환수지 또는 혼합수지 B를 이송수와 함께 충전하여 하측 이온 교환수지층을 형성한 후, 탈염탑내의 물을 빼고, 이어서 혼합수지 A를 이송수와 함께 충전하여 상기 하측 이온 교환수지층 상에 상측 이온 교환수지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다 (본 발명에 관한 제1 방법).

이 제1 방법에서는 또한, 상측 이온 교환수지층을 형성한 후, 탈염탑내를 만수로 하고, 탈염탑내를 가압할 수 있다. 가압은 만수로 할 때에 가압수를 공급하고 만수 후에도 그대로 가압수의 공급 밸브를 개방 상태로 유지하는 방법, 탑내를 만수로 하고 나서 가압수를 공급하여 가압하는 방법 중 어느 하나일 수 있다. 가압 압력으로는 발전소의 보급수나 복수의 압력 정도이면 양호하고, 예를 들면 0.3 내지 0.8 MPa가 적당하다. 탈염탑내를 일정 시간 동안 가압 상태로 유지함으로써, 탑내에 형성시킨 이온 교환수지층내에 기포가 존재하고 있는 경우에도 그 기포를 수중에 용해시키는 것이 가능해진다. 또한, 일정 시간 동안 가압 후에 탑내의 물을 새로운 물로 치환하고 재차 가압함으로써 탑내의 기포를 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 이 때, 탈염탑내에 이온 교환수지를 이송하기 위한 물이나 이송 후에 탈염탑내를 만수로 하기 위한 물로는 기체를 용해하는 힘이 강하다는 점에서 후술하는 탈기수를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 탈기된 순수(純水)나 복수(復水)를 사용할 수 있다.

또한, 상기 제1 방법에서는 상측 이온 교환수지층을 형성한 후, 탈염탑내에 미리 용존 산소나 용존 질소 등의 용존 가스가 제거된 탈기수를 연속적으로 공급하는데, 바꾸어 말하면 탈염탑내에 탈기수를 통수하고 탈염탑내의 기포를 제거할 수 있다. 탈기수는 가압수 또는 비가압수 중 어느 하나일 수 있다. 탈기수의 치환에 의해 이온 교환수지층내에 기포가 존재하고 있는 경우에도 그 기포를 수중에 용해시키는 것이 가능하게 되고, 탈염 처리 개시에 구비할 수 있다.

하측 이온 교환수지층을 형성한 후 탈염탑내의 물을 빼기 위해서는 (드레인함), 단순히 고저차를 이용하여 드레인하는 방법일 수도 있지만, 탈염탑 상부로부터 공기 또는 질소 가스 등을 도입하여 강제적으로 드레인할 수도 있다. 강제적으로 드레인하면 탑내의 물을 보다 신속하게 뺄 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법은 탈염탑내에 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 혼합수지 A를 포함하는 상측 이온 교 환수지층과, 음이온 교환수지 단독 또는 상기 혼합수지 A보다도 음이온 교환수지의 비율이 높은 혼합수지 B를 포함하는 하측 이온 교환수지층의 상호 상이한 상하 2층의 이온 교환수지층을 형성할 때에 탈염탑내에 음이온 교환수지 또는 혼합수지 B를 이송수와 함께 충전하여 하측 이온 교환수지층을 형성한 후, 탈염탑내에 물을 보급하여 탈염탑내의 수위를 상승시켜 상기 하측 이온 교환수지층의 상면에 대하여 수심을 갖게 한 후, 탈염탑내에서 물을 뺌으로써 탈염탑내에 하강류를 형성하면서 상기 혼합수지 A를 이송수와 함께 충전하여 상기 하측 이온 교환수지층 상에 상측 이온 교환수지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법을 포함한다(본 발명에 관한 제2 방법). 상기 수심은 하측 이온 교환수지층의 상면으로부터 적어도 200 ㎜, 바람직하게는 300 ㎜ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 관한 제2 방법에서는 상기한 바와 같이 하측 이온 교환수지층의 상면에 대하여 수심을 갖게 한 결과, 임시로 탈염탑내가 만수 상태가 되어도 아무런 지장이 없고, 이러한 형태도 본 발명의 범주에 포함된다.

이 제2 방법에서는 상기 물의 보급은 탈염탑의 하부측에서 행할 수도 있고, 탈염탑의 상부측에서 행할 수도 있다. 하부측에서 물을 보급하는 경우에는, 이미 형성되어 있는 하측 이온 교환수지층을 약간 유동 상태로 하여 상면(입자면)을 평탄하게 하는 효과를 기대할 수 있다. 이 보급 형태는 특히 하측 이온 교환수지층이 음이온 교환수지 단독으로 형성되는 경우에 바람직하고, 이 경우에는, 하측 이온 교환수지층이 다소 유동 상태로 되더라도 층 내부에서의 분리는 발생하지 않는다. 한편, 상부측에서의 물의 보급은 특히 하측 이온 교환수지층이 음이온 교환수 지가 풍부한 혼합수지 B에서 형성되는 경우에 바람직하고, 이 경우에는 상측으로부터의 보급이기 때문에 하측 이온 교환수지층은 기본적으로 유동 상태는 되지 않으며 내부에서 양이온, 음이온 교환수지의 분리는 억제된다. 다만 이 경우에는, 이미 형성되어 있는 하측 이온 교환수지층의 상면을 크게 흐트러지지 않도록 물 보급을 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 물을 보급한 후에는 하측 이온 교환수지층에 순간적인 유동을 제공하여 이 하측 이온 교환수지층의 상면을 평탄하게 하고, 탈염탑의 하부측에서 단시간의 물 보급(순간적인 물 보급)을 행하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 혼합수지 A를 도입시키기 전에 하측 이온 교환수지층의 상면을 극력 평탄한 면으로 해 두는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 혼합수지 A의 충전 후에도 상측 이온 교환수지층에 순간적인 유동을 제공하여 이 상측 이온 교환수지층의 상면을 평탄하게 하고 탈염탑의 하부측에서 단시간의 물 보급을 행할 수 있다. 이것에 의해서, 최종적으로 탈염탑내에 충전된 이온 교환수지층 전체의 상면을 극력 평탄한 면으로 하는 것이 가능하게 된다.

상기한 것과 같은 본 발명에 관한 제1 방법에서는 우선, 음이온 교환수지 또는 음이온 교환수지가 풍부한 혼합수지 B가 이송수와 함께 탈염탑내에 공급, 충전되어 탈염탑내의 하부에 하측 이온 교환수지층이 형성된다. 종래 방법에서는 계속해서 혼합수지 A가 이송수와 함께 탈염탑내에 공급, 충전되어 있지만, 이 제1 방법에서는 이어서 탈염탑내의 물이 빠진다 (드레인된다). 이 탈염탑내의 물을 드레인 한 상태에서는 탈염탑내에 형성된 하측 이온 교환수지층의 음이온 교환수지는 실질적으로 유동 불가의 상태가 된다. 이 상태에서 탈염탑내의 상기 하측 이온 교환수지층의 상부에, 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 혼합수지 A가 이송수와 함께 공급, 충전된다. 따라서, 이 충전시에는 하측 이온 교환수지층이 유동 상태가 되는 것을 방지하고, 음이온 교환수지가 상승하는 것이 방지되고, 음이온 교환수지는 탑내 하부에 머문다. 혼합수지 A가 탑내에 공급될 때에 이송수도 동시에 탑내에 유입되기 때문에 탈염탑내의 수위는 서서히 상승하게 되지만, 수위가 하측 이온 교환수지층의 표층까지 상승된 시점에서는 이미 하측 이온 교환수지층의 상부에 소정의 혼합수지층이 형성된 상태로 할 수 있기 때문에, 하측 이온 교환수지층의 음이온 교환수지가 상승하여 상측으로 이동하는 것이 적절하게 방지된다. 그 결과, 음이온 교환수지 또는 혼합수지 B를 포함하는 하측 이온 교환수지층과 혼합수지 A를 포함하는 상측 이온 교환수지층이 함께 소정 형태의 층에 형성되어 목표로 하는 2층 형태가 확실하게 형성되고, 목표로 하는 처리수 중의 PSS 농도 저감 효과를 확실하게 얻는 것이 가능하게 된다.

이와 같이 이 제1 방법에 의하면 탈염탑내 하부에 형성한 수지층으로부터의 음이온 교환수지가 바람직하지 않은 상측으로의 유동을 억제할 수 있고, 탈염탑내에 확실하게 목표로 하는 높이의 상하 2층 형태의 이온 교환수지층을 형성할 수 있다. 그 결과, 탈염 처리시에 상측 이온 교환수지층의 양이온 교환수지로부터 용출한 PSS를 보다 확실하게 하측 이온 교환수지층의 음이온 교환수지에 흡착시킬 수 있게 되어 목표로 하는 처리수 중의 PSS 농도 저감 효과를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 상기한 것과 같은 본 발명에 관한 제2 방법에서는 음이온 교환수지 또는 혼합수지 B가 이송수와 함께 충전되어 하측 이온 교환수지층이 형성된 후, 탈염탑내에 물이 보급되어 탈염탑내의 수위가 상승되고, 하측 이온 교환수지층의 상면에 대해 소정 깊이 이상의 수심을 갖게 된다. 즉, 탈염탑내에 물을 빼기에 충분한 수량이 확보된다. 이 상태로부터 탈염탑내에서 물이 빠짐으로써 탈염탑내에 하강류가 형성되고, 이 하강류가 형성되면서 즉, 하강류가 형성되어 있는 상태로 혼합수지 A가 이송수와 함께 충전되어, 하측 이온 교환수지층 상에 상측 이온 교환수지층이 형성된다. 하강류가 형성되고, 이 상태가 계속됨으로써 이미 형성되어 있던 하측 이온 교환수지층에는 이 수지층을 하측으로 압박하는 힘이 이어서 작용함으로써 상측에 혼합수지 A가 충전되어 있는 사이에도, 하측 이온 교환수지층이 소정의 형태로 계속 유지된다. 그 결과, 특히 하측 이온 교환수지층의 상면이 크게 흐트러지지 않고 목표로 하는 상하 2층 형태의 이온 교환수지층이 탈염탑내에 형성되게 된다.

또한, 하측 이온 교환수지층의 상면에 대하여 소정 깊이 이상의 수심이 부여됨으로써 혼합수지 A가 이송수와 함께 충전될 때에 하측 이온 교환수지층의 상면상에 존재하는 물의 층이 버퍼층으로서 기능하고, 유입되어 오는 혼합수지 A 또는 그 이송수에 의한 하측 이온 교환수지층의 상면의 흐트러짐의 발생도 매우 작게 억제된다. 이것에 의해 목표로 하는 상하 2층 형태의 이온 교환수지층이 보다 확실하게 형성되게 된다.

이와 같이 이 제2 방법에 의하면 탈염탑내에서 하측 이온 교환수지층을 바람 직한 형태로 유지하면서 상측 이온 교환수지층을 형성할 수 있게 되어 상하 2층의 이온 교환수지층을 함께 목표로 하는 바람직한 형태로 형성할 수 있다. 이 제2 방법은 기설의 탈염탑에 대해 실질적으로 설비 개조를 수반하지 않고 쉽게 실시할 수 있다. 그리고, 이 제2 방법의 실시에 의해 높은 처리수 중의 PSS 농도 저감 효과를 얻는 것이 가능해진다.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

우선, 본 발명에 관한 제1 방법에 대해서 그 효과를 확인하기 위한 시험으로 행한 실시예와 함께 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

본 발명에 관한 제1 방법은 복수 탈염 장치에 있어서 탈염탑으로의 이온 교환수지 충전 방법에 관한 것이지만, 이 방법을 적용할 수 있는 탈염탑의 형태는 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 도 1 또는 도 2에 나타내는 어느 하나의 형태의 탈염탑에 대해서도 적용할 수 있다. 도 1에 나타내는 탈염탑 (1)에서는 그 상측부에 이온 교환수지를 공급하는 수지 입구관 (7)이 설치된다. 또한, 탈염탑 (1)의 상부에는 물 입구관 (2)이 설치되고, 그 선단에 디스트리뷰터 (3)가 설치되어 있다. 탈염탑 (1) 내 하부에는 집수 콜렉터 (4)가 설치되고, 집수 콜렉터 (4)는 물 출구관 (5)으로 접속되어 있다. 탈염탑 (1) 내에는 수지 입구관 (7)으로부터 이온 교환수지가 이송수와 함께 공급되어, 탑내에 이온 교환수지가 설계 수지면 (6)까지 충전된다. 본 발명에 관한 제1 방법에서는 탈염탑 (1) 내에 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 혼합수지 A를 포함하는 상측 이온 교환수지층과, 음이온 교환수지 단독 또는 상기 혼합수지 A보다도 음이온 교환수지의 비율이 높은 혼합수지 B를 포 함하는 하측 이온 교환수지층의 상호 상이한 상하 2층의 이온 교환수지층이 형성된다. 또한, 도 1에서 부호 (8)는 탈염탑 (1) 내의 이온 교환수지를 도시하지 않는 재생 설비로 이송할 때 등에 사용하는 수지 출구관을 나타내고 있다.

도 2에 나타내는 탈염탑 (11)에서는 그 상부에 이온 교환수지를 공급하는 수지 입구관 (18)이 설치된다. 수지 입구관 (18)은 후술하는 정류판 (14)을 관통하여 정류판 (14)의 하측 위치까지 연장 설치되어 있고, 이 수지 입구관 (18)의 선단부 하측에 배플 플레이트 (19)가 설치된다. 또한, 탈염탑 (11)의 상부에는 물 입구관 (12)이 접속되고, 탑내의 물 입구관 (12)의 하측으로 배플 플레이트 (13)가 설치되고, 그 하측으로 탑내를 횡단하도록 정류판 (14)이 설치된다. 탈염탑 (11) 내 하부에는 스크린 (15)이 설치되고, 탈염탑 (11)의 바닥부에 물 출구관 (16)이 접속되어 있다. 탈염탑 (11) 내에는 수지 입구관 (18)으로부터 이온 교환수지가 이송수와 함께 공급되어 탑내의 스크린 (15)상에 이온 교환수지가 설계 수지면 (17)까지 충전된다. 본 발명에 관한 제1 방법에서는 탈염탑 (11) 내에 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 혼합수지 A를 포함하는 상측 이온 교환수지층과, 음이온 교환수지 단독 또는 상기 혼합수지 A보다도 음이온 교환수지의 비율이 높은 혼합수지 B를 포함하는 하측 이온 교환수지층의 상호 상이한 상하 2층의 이온 교환수지층이 형성된다. 또한, 도 2에서 부호 (20)는 수지 출구관을 나타내고 있다.

그리고, 상기 하측 이온 교환수지층과 상측 이온 교환수지층은 다음과 같이 형성된다. 우선, 수지 입구관 (7), (18)을 통해 탈염탑 (1), (11) 내에 음이온 교환수지 또는 혼합수지 B가 이송수와 함께 공급되어, 수지가 탑내 하부에 충전되어 하측 이온 교환수지층이 형성된다. 하측 이온 교환수지층의 형성 후, 탈염탑 (1), (11) 내에서 탑내에 저장되어 있던 물이 물출구관 (5), (16)을 통해 빠진다 (드레인된다). 이 드레인에 의해 하측 이온 교환수지층은 실질적으로 유동 불가의 상태가 된다. 이어서, 이 상태로 혼합수지 A가 이송수와 함께 수지 입구관 (7), (18)을 통해 탈염탑 (1), (11) 내에 공급되어 탑내에 충전되어 상기 하측 이온 교환수지층 상에 상측 이온 교환수지층이 형성된다. 이 상측 이온 교환수지층 형성시에는 탈염탑 (1), (11) 내에는 혼합수지 A의 이송에 사용된 물이 서서히 저장되고, 그 수위가 서서히 상승하게 되지만, 그 수위가 하측 이온 교환수지층의 표층에 도달된 시점에서는 이미 하측 이온 교환수지층 위에 혼합수지 A의 층이 형성되어 있기 때문에 하측 이온 교환수지층의 유동화, 및 그것에 수반되는 하측 이온 교환수지층 중의 음이온 교환수지의 상승으로 인한 상측으로의 이동이 방지된다.

따라서, 음이온 교환수지 또는 혼합수지 B를 포함하는 하측 이온 교환수지층은 실질적으로 그대로의 층형태인 상태로 남고, 하측 이온 교환수지층 중의 음이온 교환수지의 상측으로의 이동, 특히, 상측 이온 교환수지층의 상부로의 이동이 방지된다. 예를 들면, 하측 이온 교환수지층의 층 형태에 흐트러짐이 발생된다고 해도 하측 이온 교환수지층의 표층 형태(상측 이온 교환수지층의 경계 형태)가 흐트러지는 정도로 억제된다.

그 결과, 목적한 높이의 하측 이온 교환수지층, 목적한 높이의 상측 이온 교환수지층이 각각 확실하게 형성되고, 목표로 하는 탑내 2층 형태가 구성된다. 이 2층 형태에 의해 탈염 처리시에는 상측 이온 교환수지층 중의 양이온 교환수지로부 터 용출된 PSS가 하측 이온 교환수지층 중의 음이온 교환수지에 의해서 적절히 포착되어 목적한 처리수 중의 PSS 농도 저감 효과를 얻는 것이 가능해진다.

실제 탈염 처리의 개시에 있어서는 상술한 바와 같이 상측 이온 교환수지층을 형성한 후 탈염탑내를 만수로 하고, 탈염탑내를 일정시간 동안 가압하거나, 상측 이온 교환수지층을 형성한 후 탈염탑내에 탈기수를 연속적으로 공급하여 탈염탑내를 탈기수로 연속적으로 치환하여 이온 교환수지층내에 기포가 존재하고 있는 경우에도 그 기포를 수중에 용해시킨 후, 탈염 처리를 개시하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 제1 방법에 의한 하측 이온 교환수지층 중의 음이온 교환수지의 상측으로의 이동 방지 효과를 확인하기 위해 이하와 같은 시험을 실시예 1에서 실시했다.

<실시예 1>

시험 장치로서 탈염탑을 투명 재료로 구성하여, 탑내에 형성된 이온 교환수지층의 상태를 눈으로 확인하여 관측할 수 있도록 하고, 이온 교환수지의 이송, 탑내 충전 상황을 확인했다.

시험 장치의 개요를 이하에 나타낸다.

ㆍ 탈염탑 내부 직경: 500 ㎜

ㆍ 수지 이송관내 직경: 10 ㎜

ㆍ 이송 유량: 40 L/h

ㆍ 하측 이온 교환수지층: 강염기성 음이온 교환수지

"앰버라이트(amberlite)" (등록 상표) IRA 40OT 9L

ㆍ 상측 이온 교환수지층: 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 혼합수지

강산성 양이온 교환수지; "앰버라이트" 200C 7.5 L

강염기성 음이온 교환수지; "앰버라이트" IRA 400T 7.5 L

본 발명에 관한 제1 방법에 기초한 실시예 1의 이송, 충전 상황을 도 3에 나타낸다. 투명 탈염탑 (21) 내에 수지 이송관 (22), 배플 플레이트 (23)를 통해 음이온 교환수지를 이송수와 함께 공급하여, 탑내 하부에 설치한 띠판 (24) 위에 하측 이온 교환수지층으로서 음이온 교환수지층 (25)을 형성한 후, 탑내의 물을 출구관 (26)을 통해서 빼고, 그 후에 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 혼합수지를 이송수와 함께 공급하여, 음이온 교환수지층 (25)상에 상측 이온 교환수지층으로서의 혼합 이온 교환수지층 (27)을 형성했다. 이 때, 도 3에 나타낸 바와 같이, 이송수에 의한 탑내 수위 (28)는 혼합 이온 교환수지층 (27)의 상부까지 도달했지만 탑내 하부의 음이온 교환수지층 (25)은 경계면이 약간 변동되었을 뿐 탑내 하부에 실질적으로 소정 높이대로 유지되었다.

<비교예 1>

비교예 1로서, 도 4에 종래 방법에 의한 이송 상황을 나타낸다. 즉, 음이온 교환수지층 (25)을 형성한 후, 탑내의 물을 추출하지 않고 이어서 혼합수지를 이송수와 함께 공급하여, 음이온 교환수지층 (25)상에 상측 이온 교환수지층으로서의 혼합 이온 교환수지층 (27)을 형성하려고 했다. 이 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이, 탑내 하부에 형성되어 있던 음이온 교환수지층 (25) 중의 음이온 교환수지는, 그 대부분이 상측에 이동하게 되고 그 일부는 혼합 이온 교환수지층 (27)의 상부에까지 이동하여 상부 음이온 교환수지층 (25a)를 형성하게 되었다.

도 3, 도 4에 나타낸 비교 시험으로부터, 본 발명에 관한 제1 방법에 의한 하측 이온 교환수지층 형성 후의 물 추출에 의한 현저한 효과가 확인되었다.

다음으로 본 발명에 관한 제2 방법이 바람직한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 제2 방법의 한 실시 형태에 관한 탈염탑의 이온 교환수지 충전방법을 BWR 플랜트에서 수직형 원통형 탈염탑에 대하여 적용한 경우를 나타내고 있고, 이 방법을 공정순으로 나타내고 있다. 도 5는 음이온 교환수지 또는 혼합수지 B(상측 이온 교환수지층을 형성하는 혼합수지 A보다도 음이온 교환수지의 비율이 높은 혼합수지)를 재생탑 등으로부터 이송수와 함께 탈염탑내에 이송하고, 이 탈염탑내에 충전하여 하측 이온 교환수지층을 형성하는 모습을 나타내고 있다. 탈염탑 (31)의 상부에는 하측 이온 교환수지 슬러리 (L-SL) (32)(하측 이온 교환수지와 이송수의 혼합 형태)를 탈염탑 (31) 내에 도입하는 수지 이송관 (33)과 벤트관 (34)이 설치되어 있다 (벤트: V). 수지 이송관 (33)을 통해서 이송되어 온 하측 이온 교환수지 (35)는 탈염탑 (31) 내에 충전되어 탈염탑 (31) 내의 하부에, 도시예에서는 탈염탑 (31) 내 하부에 설치된 띠판 (36)상에 하측 이온 교환수지층 (37)을 형성한다. 이 때, 필요에 따라서 잉여의 이송수를 탈염탑 (31)의 하부에 설치된 드레인관 (38)을 통해 추출 (드레인)할 수도 있다 (드레인: D). 이 하측 이온 교환수지 슬러리 (32)의 이송이 종료된 시점에서는 통상, 도 5에 나타낸 바와 같이, 하측 이온 교환수지층 (37)의 상면은 평탄하지 않고, 불균일하게 흐트러져 있는 경우가 많다.

다음으로 도 6에 나타낸 바와 같이 탈염탑 (31)의 하부에서 예를 들면 드레인관 (38)을 이용하여 보급수(W) (39)을 탈염탑 (31) 내에 공급하여 탈염탑 (31) 내에서의 수위를 상승시켜, 하측 이온 교환수지층 (37)의 상면에 대하여 소정의 수심 H를 갖게 한다. 이 수심 H는 적어도 200 ㎜, 바람직하게는 300 ㎜ 이상 갖는 것이 바람직하다. 또한, 이 탈염탑 (31)의 하부에서 물의 보급에 의해 하측 이온 교환수지층 (37)이 약간 유동 가능한 상태가 되기 때문에, 하측 이온 교환수지층 (37)의 상면이 평탄해지는 효과가 있다. 또한 상면을 평탄화하기 위해서는 예를 들면, 상기 소정의 수심 H가 되도록 물을 보급한 후, 강한 유속으로 순간적으로 물을 공급하여 (단시간의 물 보급을 행하여), 하측 이온 교환수지층 (37)을 순간적으로 유동시켜 상면(입자면)을 갖추도록 할 수도 있다.

또한, 도시하는 것은 생략하지만 상기 수심 H를 갖게 하기 위한 보급수는 탈염탑 (31)의 상부로부터 공급할 수 있다. 상기 탈염탑 (31)의 하부에서의 공급에서는 하측 이온 교환수지층 (37)을 약간 유동 가능 상태로서 그 상면을 평탄하게 하는 효과를 얻을 수 있지만, 이 때 하측 이온 교환수지층 (37)을 형성하고 있는 하측 이온 교환수지 (35)가 혼합수지 B인 경우에는, 양이온 교환수지와 음이온 교환수지가 비중차에 의해 분리, 등급 분류될 우려가 있기 때문에, 이 하부에서의 공급은 분리의 우려가 없는 하측 이온 교환수지층 (37)이 음이온 교환수지 단독 구성으로 되어 있는 경우에 특히 유효하다. 한편, 탈염탑 (31)의 상부로부터의 공급에 서는 하부로부터의 경우와 같은 하측 이온 교환수지층 (37) 내에서의 분리는 실질적으로 생기지 않기 때문에 이 상부에서의 공급은 특히 하측 이온 교환수지층 (37)이 혼합수지 B에서 형성되는 경우에 유효하다.

상술한 바와 같이 하측 이온 교환수지층 (37)을 형성하여 소정의 수심 H를 갖게 한 후, 도 7에 나타낸 바와 같이, 탈염탑 (31) 하부의 드레인관 (38)을 통해 탈염탑 (31) 내의 물을 추출함으로써 탈염탑 (31) 내에 존재하고 있는 물에 하강류 R을 형성하면서, 재생탑 등으로부터 수지 이송관 (33)을 통해 상측 이온 교환수지슬러리(U-SL) (40)(상측 이온 교환수지[혼합수지 A]와 이송수와의 혼합 형태)를 탈염탑 (31) 내에 송급한다. 탈염탑 (31) 내에 이송되어 온 상측 이온 교환수지 (41)(혼합수지 A)는, 탈염탑 (31) 내의 하측 이온 교환수지층 (37)상에 충전되어 상측 이온 교환수지층 (42)을 형성한다. 이 때, 하강류 R이 형성된 상태가 유지되기 때문에 이미 형성되어 있는 하측 이온 교환수지층 (37)에는 그 수지층 (37)을 하측으로 압박하는 힘이 이어서 작용함으로써, 그 상측에 상측 이온 교환수지 (41)가 충전되어 있는 사이에도, 하측 이온 교환수지층 (37)은 소정의 바람직한 형태로 유지된다. 또한, 하측 이온 교환수지층 (37)의 상부의 수심을 갖는 수층이 존재하기 때문에 상측 이온 교환수지 (41)나 그 이송수가 기세좋게 탑내에 낙하되어 오는 경우에도 그 기세를 완충하는 기능을 완수한다. 따라서, 이 면으로부터도 하측 이온 교환수지층 (37)의 상면의 흐트러짐이 억제되고, 하측 이온 교환수지층 (37)은 소정의 바람직한 형태로 유지된다.

또한, 이 하강류 R을 형성하면서 상측 이온 교환수지층 (42)을 형성하여 가 는 과정에서는, 동시에 탈염탑 (31)의 상부측에서 보급수(W) (43)을 예를 들면 벤트관 (34)을 통해 보급할 수도 있다. 이 보급수 (43)의 보급에 의해, 상기 수심 H를 갖게 하였던 탈염탑 (31) 내의 수량이 충분히 확보되어, 하강류 R의 유속을 상승시키더라도 수심이 지나치게 저하되는 것이 방지된다. 따라서, 상기 하측 이온 교환수지층 (37)을 소정의 바람직한 형태로 유지하는 기능이 유지된다. 이 보급수 (43)를 대신하여 또는 보급수 (43)와 함께 가압 공기를 공급하는 것도 가능하다. 가압 공기의 공급에 의해, 하측 이온 교환수지층 (37)을 하측으로 압박하여 그 형태를 유지하는 작용이 보강된다.

또한, 상기 상측 이온 교환수지층 (42)을 형성하여 가는 과정은 하강류 R이 형성된 상태에서 실시되므로 충전되고 있는 상측 이온 교환수지 (41), 즉 혼합수지 A의 분리(양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 분리)도 억제되고 바람직한 혼합 상태대로 상측 이온 교환수지층 (42)이 형성되어 가게 된다.

이와 같이 상측 이온 교환수지층 (42)을 형성한 후에는 이 상면에 약간의 흐트러짐이 남는 경우도 상정된다. 이 경우에는, 예를 들면 도 8에 나타낸 바와 같이 탈염탑 (31) 하부에서 보급수(W) (44)를 순간적으로 공급하여 (단시간의 물 보급을 행함), 상측 이온 교환수지층 (42)을 순간적으로 유동시켜 그 상면(입자면)을 평탄하게 할 수 있다. 단, 이 조작이 불필요한 경우에는 생략할 수 있다.

상기한 바와 같이 탈염탑 (31) 내에 목표로 하는 바람직한 형태의 하측 이온 교환수지층 (37) 및 상측 이온 교환수지층 (42)을 상하 2층으로 형성한 후, 도 9에 나타낸 바와 같이 탈염탑 (31)의 상부측에서 보급수(W) (45)을 공급하여, 잉여의 물을 벤트관 (34)으로 드레인(D)하여, 탈염탑 (31) 내를 만수로 하고, 통수 준비가 완료된다.

또한, 상기 실시 형태에서는 BWR 플랜트에 있어서 수직형 원통형 탈염탑에 대하여 본 발명에 관한 제2 방법을 적용한 경우를 나타냈지만, 본 발명에 관한 제2 방법은 예를 들면 BWR 플랜트에 있어서의 구형 탈염탑에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있고, 또한, 측면에 수지 입구를 설치한 탈염탑에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 탈염탑의 측면에 수지 입구가 설치되는 경우에는, 탈염탑내에 형성되는 수지층의 입자면이 수지 입구에 가까운 부분에서 높아지는 경향이 있지만, 상술한 하강류나 순간적인 보급수의 공급에 의해, 입자면을 적절히 평탄하게 하는 것이 가능하다.

본 발명의 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법으로 목적한 높이의 하측 이온 교환수지층 및 목적한 높이의 상측 이온 교환수지층을 각각 확실하게 형성할 수 있고, 목표로 하는 탑내 2층 형태를 구성할 수 있다. 또한, 이 2층 형태에 의해 탈염 처리시에는 상측 이온 교환수지층 중의 양이온 교환수지로부터 용출된 PSS가 하측 이온 교환수지층 중의 음이온 교환수지에 의해서 적절히 포착되어 목적한 처리수 중의 PSS 농도 저감 효과를 얻는 것이 가능해진다.

Claims (8)

1. 탈염탑내에 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 혼합수지 A를 포함하는 상측 이온 교환수지층과, 음이온 교환수지 단독 또는 상기 혼합수지 A보다도 음이온 교환수지의 비율이 높은 혼합수지 B를 포함하는 하측 이온 교환수지층의 상호 상이한 상하 2층의 이온 교환수지층을 형성할 때에 탈염탑내에 음이온 교환수지 또는 혼합수지 B를 이송수와 함께 충전하여 하측 이온 교환수지층을 형성한 후, 탈염탑내의 물을 빼고, 이어서 혼합수지 A를 이송수와 함께 충전하여 상기 하측 이온 교환수지층 상에 상측 이온 교환수지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 상측 이온 교환수지층을 형성한 후, 탈염탑내를 만수로 하고, 탈염탑내를 가압하는 것을 특징으로 하는 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 상측 이온 교환수지층을 형성한 후, 탈염탑내의 물을 탈기수로 치환하는 것을 특징으로 하는 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법.
4. 탈염탑내에 양이온 교환수지와 음이온 교환수지의 혼합수지 A를 포함하는 상 측 이온 교환수지층과, 음이온 교환수지 단독 또는 상기 혼합수지 A보다도 음이온 교환수지의 비율이 높은 혼합수지 B를 포함하는 하측 이온 교환수지층의 상호 상이한 상하 2층의 이온 교환수지층을 형성할 때에 탈염탑내에 음이온 교환수지 또는 혼합수지 B를 이송수와 함께 충전하여 하측 이온 교환수지층을 형성한 후, 탈염탑내에 물을 보급하여 탈염탑내의 수위를 상승시켜 상기 하측 이온 교환수지층의 상면에 대하여 수심을 갖게 한 후, 탈염탑내에서 물을 뺌으로써 탈염탑내에 하강류를 형성하면서 상기 혼합수지 A를 이송수와 함께 충전하여, 상기 하측 이온 교환수지층 상에 상측 이온 교환수지층을 형성하는 것을 특징으로 하는 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법.
5. 제4항에 있어서, 탈염탑의 하부측에서 상기 물의 보급을 행하는 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법.
6. 제4항에 있어서, 탈염탑의 상부측에서 상기 물의 보급을 행하는 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 물의 보급 후에 상기 하측 이온 교환수지층에 순간적인 유동을 제공하여 이 하측 이온 교환수지층의 상면을 평탄하게 하고, 탈염탑의 하부측에서 단시간의 물 보급을 행하는 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법.
8. 제4항에 있어서, 상기 혼합수지 A의 충전 후에 상기 상측 이온 교환수지층에 순간적인 유동을 제공하여 이 상측 이온 교환수지층의 상면을 평탄하게 하고 탈염탑의 하부측에서 단시간의 물 보급을 행하는 복수 탈염 장치로의 이온 교환수지 충전 방법.

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