(57)【要約】【課題】脱塩塔内下部に形成した樹脂層からのアニオン交換樹脂の舞い上がりを抑え、塔内に確実に目標とする二層形態のイオン交換樹脂層を形成して、所望の処理水中のＰＳＳ濃度低減効果を得ることが可能な、復水脱塩装置の脱塩塔へのイオン交換樹脂充填方法を提供する。【解決手段】脱塩塔内に、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合樹脂からなる上側イオン交換樹脂層と、アニオン交換樹脂からなる下側イオン交換樹脂層との、互いに異なる上下二層のイオン交換樹脂層を形成するに際し、脱塩塔内に、アニオン交換樹脂を移送水とともに充填して下側イオン交換樹脂層を形成した後、脱塩塔内の水を抜き、次いで混合樹脂を移送水とともに充填して下側イオン交換樹脂層上に上側イオン交換樹脂層を形成することを特徴とする、復水脱塩装置へのイオン交換樹脂充填方法。【選択図】　図３
2004081927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱塩塔内に、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合樹脂Ａからなる上側イオン交換樹脂層と、アニオン交換樹脂単独または前記混合樹脂Ａよりもアニオン交換樹脂の比率が高い混合樹脂Ｂからなる下側イオン交換樹脂層との、互いに異なる上下二層のイオン交換樹脂層を形成するに際し、脱塩塔内に、アニオン交換樹脂または混合樹脂Ｂを移送水とともに充填して下側イオン交換樹脂層を形成した後、脱塩塔内の水を抜き、次いで混合樹脂Ａを移送水とともに充填して前記下側イオン交換樹脂層上に上側イオン交換樹脂層を形成することを特徴とする、復水脱塩装置へのイオン交換樹脂充填方法。
【請求項２】
前記上側イオン交換樹脂層を形成した後、脱塩塔内を満水にし、脱塩塔内を加圧することを特徴とする、請求項１の復水脱塩装置へのイオン交換樹脂充填方法。
【請求項３】
前記上側イオン交換樹脂層を形成した後、脱塩塔内の水を脱気水に置換することを特徴とする、請求項１の復水脱塩装置へのイオン交換樹脂充填方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子力あるいは火力発電プラントの復水配管系統に設けられる復水脱塩装置へのイオン交換樹脂充填方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
復水脱塩装置の処理水には数種の有機性不純物が含まれていることが知られている。これらは主として脱塩塔に充填されているイオン交換樹脂から溶出した不純物であり、イオン交換樹脂が溶存酸素や酸化剤による酸化分解を受けることにより発生する。このうちカチオン交換樹脂から溶出する有機性不純物は、主としてポリスチレンスルホン酸（以下、ＰＳＳと略称することもある。）であり、原子炉や蒸気発生器で分解されて硫酸イオンを生じるため近年問題となっている。すなわち、硫酸は構造材の腐食やスケール発生の原因となるため、極力低減することが望ましく、硫酸イオンの発生を低減する方法がいくつか提案されている。
【０００３】
低減方法の一つとして、脱塩塔内に形成されるイオン交換樹脂層を上下に分け、上層をカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合した混合イオン交換樹脂、またはカチオン交換樹脂単独の層とし、下層をアニオン交換樹脂単独の層とする方法が提案されている（特開平９−２７６８６２号公報）。この方法では、脱塩塔内下部のアニオン交換樹脂が上層から溶出してきたＰＳＳを吸着するため、処理水中のＰＳＳ濃度を低減することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように脱塩塔内に所望の上下二層のイオン交換樹脂層を形成しようとする場合、以下のような問題がある。すなわち、アニオン交換樹脂の比重は一般にカチオン交換樹脂よりも小さいので、脱塩塔内にイオン交換樹脂を充填するに際し、先にアニオン交換樹脂を受け入れて脱塩塔内下部にアニオン交換樹脂層を形成しても、その上に混合イオン交換樹脂を受け入れる際に、脱塩塔内の樹脂層が流動状態になり、アニオン交換樹脂が舞い上がって混合イオン交換樹脂層上部にまで移動してしまい、脱塩塔内下部のアニオン交換樹脂量が減少するという問題が生じる。脱塩塔内下部のアニオン交換樹脂量が減少すると、ＰＳＳが捕捉されにくくなり、処理水中のＰＳＳ濃度が増加し、二層に分けたことによる目標とする処理水中のＰＳＳ濃度低減効果が得られない。
【０００５】
このような現象は、たとえば図５に示すように発生する。図５に示すように、脱塩塔１０１内にイオン交換樹脂を充填する際には、先ず、アニオン交換樹脂と水とのスラリーを樹脂移送管１０２から脱塩塔１０１内に供給し、塔内底部にアニオン交換樹脂層１０３を形成する。このとき、アニオン交換樹脂とともに移送された移送水も塔内に溜まるから、アニオン交換樹脂移送終了後の樹脂層１０３の上部には、図示の如く水の層１０４が形成される。次に、樹脂移送管１０２から脱塩塔１０１内にカチオン、アニオン交換樹脂の混合樹脂と水とのスラリーを供給してアニオン交換樹脂層１０３の上部に混合樹脂層を形成させるが、このとき、塔上部から導入されるスラリーの水流が上記水の層１０４に当たるため、アニオン交換樹脂層１０３が流動化してしまい、アニオン交換樹脂の一部が舞い上がって、形成されつつある混合樹脂層中あるいは混合樹脂層の上部にまで移動してしまう。その結果、塔内下部のアニオン交換樹脂量が減少し、たとえば後述の図４に示すような状態となる。塔内下部のアニオン交換樹脂量が減少すると、上述の如く目標とする処理水中のＰＳＳ濃度低減効果が得られない。
【０００６】
上記のようなアニオン交換樹脂の移動を抑制するために、樹脂の粒径調整、すなわち粒径の大きいアニオン交換樹脂や粒径の小さいカチオン交換樹脂を用いる方法も考えられるが、そうすると、樹脂再生の際に、比重の大きいカチオン交換樹脂を下側へ比重の小さいアニオン交換樹脂を上側へと分離する、再生設備における分離操作が困難になる。樹脂が分離できないと、薬品再生が行えなくなる他、定検時に脱塩塔から樹脂を抜き出した後の再充填も困難になる等の問題が生じる。したがって、このような樹脂の粒径調整は、現実的には採用し得ない。
【０００７】
本発明の課題は、脱塩塔内下部に形成した樹脂層からのアニオン交換樹脂の舞い上がりを抑え、塔内に確実に目標とする二層形態のイオン交換樹脂層を形成して、所望の処理水中のＰＳＳ濃度低減効果を得ることが可能な、復水脱塩装置の脱塩塔へのイオン交換樹脂充填方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る復水脱塩装置へのイオン交換樹脂充填方法は、脱塩塔内に、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合樹脂Ａからなる上側イオン交換樹脂層と、アニオン交換樹脂単独または前記混合樹脂Ａよりもアニオン交換樹脂の比率が高い混合樹脂Ｂからなる下側イオン交換樹脂層との、互いに異なる上下二層のイオン交換樹脂層を形成するに際し、脱塩塔内に、アニオン交換樹脂または混合樹脂Ｂを移送水とともに充填して下側イオン交換樹脂層を形成した後、脱塩塔内の水を抜き、次いで混合樹脂Ａを移送水とともに充填して前記下側イオン交換樹脂層上に上側イオン交換樹脂層を形成することを特徴とする方法からなる。
【０００９】
この方法においては、さらに、上側イオン交換樹脂層を形成した後、脱塩塔内を満水にし、脱塩塔内を加圧することができる。加圧は満水にする際に加圧水を供給し、満水後もそのまま加圧水の供給弁を開状態に保つ方法、塔内を満水にしてから加圧水を供給して加圧する方法のいずれによってもよい。加圧圧力としては発電所の補給水や復水の圧力程度であればよく、例えば０．３〜０．８ＭＰａが適当である。脱塩塔内を一定時間加圧状態に保持することにより、塔内に形成させたイオン交換樹脂層内に気泡が存在している場合にもその気泡を水中に溶解させることが可能となる。また、一定時間加圧後に塔内の水を新たな水と置換し、再度加圧することにより、塔内の気泡を効果的に除去することができる。なお、このとき、脱塩塔内にイオン交換樹脂を移送するための水や移送後に脱塩塔内を満水にするための水としては、気体を溶解する力が強いという点で後述のような脱気水を用いることが望ましく、例えば脱気純水や復水を用いることができる。
【００１０】
また、上記方法においては、上側イオン交換樹脂層を形成した後、脱塩塔内に予め溶存酸素や溶存窒素などの溶存ガスが除去された脱気水を連続的に供給して、換言すれば脱塩塔内に脱気水を通水して、脱塩塔内の気泡を除去することもできる。脱気水は加圧水、非加圧水のいずれであってもよい。脱気水への置換により、イオン交換樹脂層内に気泡が存在している場合にもその気泡を水中に溶解させることが可能になり、脱塩処理開始に備えることができる。
【００１１】
下側イオン交換樹脂層を形成した後脱塩塔内の水を抜く（ドレンする）には、単に高低差を利用してドレンする方法でもよいが、脱塩塔上部から空気あるいは窒素ガス等を導入して強制的にドレンを行ってもよい。強制ドレンでは、塔内の水をより速く抜くことができる。
【００１２】
上記のような本発明に係る復水脱塩装置へのイオン交換樹脂充填方法においては、先ず、アニオン交換樹脂またはアニオン交換樹脂リッチの混合樹脂Ｂが移送水とともに脱塩塔内に供給、充填され、脱塩塔内の下部に下側イオン交換樹脂層が形成される。従来方法では、続いて混合樹脂Ａが移送水とともに脱塩塔内に供給、充填されていたが、本発明方法では、次いで、脱塩塔内の水が抜かれる（ドレンされる）。この脱塩塔内の水をドレンした状態では、脱塩塔内に形成された下側イオン交換樹脂層のアニオン交換樹脂は、実質的に流動不可の状態となる。この状態にて、脱塩塔内の上記下側イオン交換樹脂層の上部に、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合樹脂Ａが移送水とともに供給、充填される。したがって、この充填時には、下側イオン交換樹脂層が流動状態になることが防止され、アニオン交換樹脂が舞い上がることが防止され、アニオン交換樹脂は塔内下部にとどまる。混合樹脂Ａが塔内に供給される際に移送水も同時に塔内に流入するため脱塩塔内の水位は徐々に上昇することになるが、水位が下側イオン交換樹脂層の表層まで上昇した時点では既に下側イオン交換樹脂層の上部に所定の混合樹脂層が形成された状態とできるので、下側イオン交換樹脂層のアニオン交換樹脂が舞い上がって上側に移動することが適切に防止される。その結果、アニオン交換樹脂または混合樹脂Ｂからなる下側イオン交換樹脂層、混合樹脂Ａからなる上側イオン交換樹脂層がともに所定形態の層に形成され、目標とする二層形態が確実に形成されて、狙いとする処理水中のＰＳＳ濃度低減効果を確実に得ることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明について、その効果確認のための試験として行った実施例とともに、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、復水脱塩装置における脱塩塔へのイオン交換樹脂充填方法に関するものであるが、本発明を適用できる脱塩塔の形態は特に限定されず、たとえば、図１、図２に示すいずれの形態の脱塩塔に対しても適用できる。図１に示す脱塩塔１では、その上側部にイオン交換樹脂を供給する樹脂入口管７が設けられている。また、脱塩塔１の上部には、水入口管２が設けられ、その先端にディストリビュータ３が設けられている。脱塩塔１内下部には、集水コレクター４が設けられ、集水コレクター４は水出口管５へと接続されている。脱塩塔１内には、樹脂入口管７からイオン交換樹脂が移送水とともに供給され、塔内にイオン交換樹脂が設計樹脂面６まで充填される。本発明においては、脱塩塔１内に、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合樹脂Ａからなる上側イオン交換樹脂層と、アニオン交換樹脂単独または上記混合樹脂Ａよりもアニオン交換樹脂の比率が高い混合樹脂Ｂからなる下側イオン交換樹脂層との、互いに異なる上下二層のイオン交換樹脂層が形成される。なお、図１において、符号８は、脱塩塔１内のイオン交換樹脂を図示しない再生設備へ移送する際等に使用する、樹脂出口管を示している。
【００１４】
図２に示す脱塩塔１１においては、その上部にイオン交換樹脂を供給する樹脂入口管１８が設けられている。樹脂入口管１８は、後述の整流板１４を貫通して整流板１４の下方の位置まで延設されており、該樹脂入口管１８の先端部下方にバッフルプレート１９が設けられている。また、脱塩塔１１の上部には、水入口管１２が接続され、塔内の水入口管１２の下方にバッフルプレート１３が、その下方に塔内を横断するように整流板１４が設けられている。脱塩塔１１内下部には、スクリーン１５が設けられ、脱塩塔１１の底部に水出口管１６が接続されている。脱塩塔１１内には、樹脂入口管１８からイオン交換樹脂が移送水とともに供給され、塔内のスクリーン１５上にイオン交換樹脂が設計樹脂面１７まで充填される。本発明においては、脱塩塔１１内に、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合樹脂Ａからなる上側イオン交換樹脂層と、アニオン交換樹脂単独または上記混合樹脂Ａよりもアニオン交換樹脂の比率が高い混合樹脂Ｂからなる下側イオン交換樹脂層との、互いに異なる上下二層のイオン交換樹脂層が形成される。なお、図２において、符号２０は樹脂出口管を示している。
【００１５】
そして、上記下側イオン交換樹脂層と上側イオン交換樹脂層は、次のように形成される。先ず、樹脂入口管７、１８を介して脱塩塔１、１１内に、アニオン交換樹脂または混合樹脂Ｂが移送水とともに供給され、樹脂が塔内下部に充填されて下側イオン交換樹脂層が形成される。下側イオン交換樹脂層の形成後、脱塩塔１、１１内から、塔内に溜まっていた水が水出口管５、１６を介して抜かれる（ドレンされる）。このドレンにより、下側イオン交換樹脂層は実質的に流動不可の状態とされる。次いで、この状態にて、混合樹脂Ａが移送水とともに樹脂入口管７、１８を介して脱塩塔１、１１内に供給され、塔内に充填されて上記下側イオン交換樹脂層上に上側イオン交換樹脂層が形成される。この上側イオン交換樹脂層形成時には、脱塩塔１、１１内には、混合樹脂Ａの移送に使用された水が徐々に溜まり、その水位が徐々に上昇することになるが、水位が下側イオン交換樹脂層の表層に達した時点では、既に下側イオン交換樹脂層の上に混合樹脂Ａの層が形成されているため、下側イオン交換樹脂層の流動化、それに伴う下側イオン交換樹脂層中のアニオン交換樹脂の舞い上がり、上方への移動が防止される。したがって、アニオン交換樹脂または混合樹脂Ｂからなる下側イオン交換樹脂層は実質的にそのままの層形態のまま残り、下側イオン交換樹脂層中のアニオン交換樹脂の、上方への移動、とくに、上側イオン交換樹脂層の上部への移動が防止される。たとえ下側イオン交換樹脂層に層形態の乱れが生じるとしても、高々、下側イオン交換樹脂層の表層形態（上側イオン交換樹脂層との境界形態）が乱れる程度に抑えられる。
【００１６】
その結果、所望高さの下側イオン交換樹脂層、所望高さの上側イオン交換樹脂層がそれぞれ確実に形成され、目標とする塔内二層形態が構成される。この二層形態により、脱塩処理時には、上側イオン交換樹脂層中のカチオン交換樹脂から溶出したＰＳＳが、下側イオン交換樹脂層中のアニオン交換樹脂によって適切に捕捉され、所望の処理水中のＰＳＳ濃度低減効果を得ることが可能となる。
【００１７】
実際の脱塩処理の開始に際しては、前述したように、上側イオン交換樹脂層を形成した後、脱塩塔内を満水にし、脱塩塔内を一定時間加圧するか、上側イオン交換樹脂層を形成した後、脱塩塔内に脱気水を連続的に供給して脱塩塔内を脱気水で連続的に置換して、イオン交換樹脂層内に気泡が存在している場合にもその気泡を水中に溶解させた後、脱塩処理を開始することが好ましい。
【００１８】
本発明による下側イオン交換樹脂層中のアニオン交換樹脂の上方への移動防止効果を確認するために、以下のような試験を実施例として実施した。
試験装置として、脱塩塔を透明材料で構成し、塔内に形成されたイオン交換樹脂層の状態を目視で観測できるようにして、イオン交換樹脂の移送、塔内充填状況を確認した。
【００１９】
試験装置の概要を以下に示す。
・脱塩塔内径：５００ｍｍ
・樹脂移送管内径：１０ｍｍ
・移送流量：４０Ｌ／ｈ
・下側イオン交換樹脂層：強塩基性アニオン交換樹脂
「アンバーライト」（登録商標）ＩＲＡ４００Ｔ　９Ｌ
・上側イオン交換樹脂層：カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合樹脂
強酸性カチオン交換樹脂；「アンバーライト」２００Ｃ　　７．５Ｌ
強塩基性アニオン交換樹脂；「アンバーライト」ＩＲＡ４００Ｔ　７．５Ｌ
【００２０】
本発明に基づく実施例の移送、充填状況を図３に示す。透明脱塩塔２１内に、樹脂移送管２２、バッフルプレート２３を介して、アニオン交換樹脂を移送水とともに供給し、塔内下部に設けた目板２４の上に下側イオン交換樹脂層としてのアニオン交換樹脂層２５を形成した後、塔内の水を出口管２６を通して抜き、しかる後に、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合樹脂を移送水とともに供給し、アニオン交換樹脂層２５上に上側イオン交換樹脂層としての混合イオン交換樹脂層２７を形成した。このとき、図３に示すように、移送水による塔内水位２８は混合イオン交換樹脂層２７の上部まで達したが、塔内下部のアニオン交換樹脂層２５は、境界面は若干変動したものの塔内下部に実質的に所定高さのまま保持された。
【００２１】
比較例として、図４に従来の方法による移送状況を示す。すなわち、アニオン交換樹脂層２５を形成した後、塔内の水を抜き出すことなく、続いて混合樹脂を移送水とともに供給し、アニオン交換樹脂層２５上に上側イオン交換樹脂層としての混合イオン交換樹脂層２７を形成しようとした。結果、図４に示すように、塔内下部に形成されていたアニオン交換樹脂層２５中のアニオン交換樹脂は、その大半が上方に移動してしまい、その一部は混合イオン交換樹脂層２７の上部にまで移動して上部アニオン交換樹脂層２５ａを形成してしまった。
【００２２】
図３、図４に示した比較試験から、本発明による、下側イオン交換樹脂層形成後の水抜きによる、顕著な効果が確認された。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る復水脱塩装置へのイオン交換樹脂充填方法によれば、脱塩塔内下部に形成した樹脂層からのアニオン交換樹脂の望ましくない上方への流動を抑えることができ、脱塩塔内に、確実に、目標とする高さの上下二層形態のイオン交換樹脂層を形成することができる。その結果、脱塩処理時に、上側イオン交換樹脂層のカチオン交換樹脂から溶出したＰＳＳをより確実に下側イオン交換樹脂層のアニオン交換樹脂に吸着させることができるようになり、目標とする処理水中のＰＳＳ濃度低減効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法が適用可能な脱塩塔の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明方法が適用可能な脱塩塔の別の例を示す概略構成図である。
【図３】本発明による効果を確認するために行った試験（実施例）の結果を示す、試験装置の概略構成図である。
【図４】従来方法との比較のために行った試験（比較例）の結果を示す、試験装置の概略構成図である。
【図５】従来方法における問題点を説明するための脱塩塔の概略構成図である。
【符号の説明】
１、１１　脱塩塔
２、１２　水入口管
３　ディストリビュータ
４　集水コレクター
５、１６　水出口管
６、１７　設計樹脂面
７、１８　樹脂入口管
８、２０　樹脂出口管
１３　バッフルプレート
１４　整流板
１５　スクリーン
１９　バッフルプレート
２１　脱塩塔
２２　樹脂移送管
２３　バッフルプレート
２４　目板
２５　下側イオン交換樹脂層としてのアニオン交換樹脂層
２５ａ　上部アニオン交換樹脂層
２６　出口管
２７　上側イオン交換樹脂層としての混合イオン交換樹脂層
２８　塔内水位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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