(57)【要約】【課題】ＢＷＲ原子力発電プラントの復水脱塩装置で使用しているイオン交換樹脂の、高純度な処理水質を得ることが可能な再生方法及び装置を提供する。【解決手段】混床で使用したイオン交換樹脂を通薬再生する方法において、該使用したイオン交換樹脂をカチオン樹脂再生塔２にて逆洗分離して、カチオン樹脂とアニオン樹脂との分離界面を形成させ、該分離した樹脂の分離界面がアニオン樹脂の抜出口より低いレベルになるように、下層にあるカチオン樹脂の一部を抜出３した後、該分離界面より上のレベルに存在するアニオン樹脂を前記アニオン樹脂抜出口よりアニオン樹脂再生塔６に移送５し、カチオン樹脂及びアニオン樹脂をそれぞれ再生塔で通薬再生することとしたものであり、前記抜出したカチオン樹脂は、アニオン樹脂を移送した後に、再びカチオン樹脂再生塔２に返送することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混床で使用したイオン交換樹脂を再生する方法において、該使用したイオン交換樹脂をカチオン樹脂再生塔にて逆洗分離して、カチオン樹脂とアニオン樹脂との分離界面を形成させ、該分離した樹脂の分離界面がアニオン樹脂の抜出口より低いレベルになるように、下層にあるカチオン樹脂の一部を抜出した後、該分離界面より上のレベルに存在するアニオン樹脂を前記アニオン樹脂抜出口よりアニオン樹脂再生塔に移送し、カチオン樹脂及びアニオン樹脂をそれぞれの再生塔で通薬再生を行うことを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。
【請求項２】
前記カチオン樹脂再生塔の下層から一部抜出したカチオン樹脂は、アニオン樹脂をアニオン樹脂再生塔に移送した後に、再び前記カチオン樹脂再生塔に返送することを特徴とする請求項１記載のイオン交換樹脂の再生方法。
【請求項３】
混床で使用したイオン交換樹脂を通薬再生する再生装置において、前記使用したイオン交換樹脂をカチオン樹脂とアニオン樹脂に逆洗分離するカチオン樹脂再生塔と、アニオン樹脂再生塔と樹脂貯槽とを備え、該カチオン樹脂再生塔には、前記使用したイオン交換樹脂及び逆洗分離するための逆洗水の導入口と、塔下部に前記樹脂貯槽に接続する逆洗分離したカチオン樹脂の一部を抜出す抜出口と、塔中間部に前記アニオン樹脂再生塔に接続するアニオン樹脂の抜出口とを備えると共に、逆洗分離による樹脂の分離界面がアニオン樹脂抜出口より低いレベルになるように、カチオン樹脂の一部を前記樹脂貯槽に抜出す界面調節手段を有し、それぞれの樹脂再生塔には薬液再生手段を備えたことを特徴とするイオン交換樹脂の再生装置。
【請求項４】
前記樹脂貯槽には、抜出されたカチオン樹脂を前記カチオン樹脂再生塔に返送する手段を有することを特徴とする請求項３記載のイオン交換樹脂の再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン交換樹脂の再生に係り、特に、ＢＷＲ原子力発電プラントの復水脱塩装置で使用した混床状態のカチオン樹脂とアニオン樹脂の再生方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特許第１７１２３０８号公報
ＢＷＲ原子力発電プラントでは、原子炉にて発生した蒸気で発電した後に海水にて蒸気を冷却し、その復水をイオン交換樹脂を用いた復水脱塩装置にて処理し、原子炉に給水している。イオン交換樹脂は、系統内に極微量流入した海水成分や系統内で発生した懸濁性腐食生成物などを捕捉し、残留交換容量が徐々に減少するため、定期的に薬品による再生操作を行う必要がある。
ＢＷＲ原子力発電プラントの復水脱塩装置では、カチオン樹脂とアニオン樹脂を混床にて使用しているため、再生操作を行う際には、比重差を利用して逆洗による分離操作を行い、カチオン樹脂は硫酸などの酸にて、アニオン樹脂は水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリにて再生操作を行っている。
【０００３】
通常使用されているカチオン樹脂とアニオン樹脂の比重は、それぞれ１．２と１．１であるため、逆洗操作による両者の樹脂分離は可能であるが、イオン交換樹脂の粒径には幅があるため、小粒径のカチオン樹脂と大粒径のアニオン樹脂を、完全に分離することは不可能であり、カチオン樹脂中には微量のアニオン樹脂が、またアニオン樹脂中には微量のカチオン樹脂が存在する。
この状態で、薬品による再生操作を実施すると、イオン交換樹脂は逆再生を受けることとなり、通常の場合、水酸化ナトリウムに起因するＮａ型カチオン樹脂と、硫酸に起因するＳＯ４型アニオン樹脂が存在することとなる。
他方、イオン交換樹脂によるイオン交換反応は可逆反応であるため、吸着処理中において、吸着したイオンは、通水時に復水中に極微量存在する水素イオンや水酸イオンとイオン交換して、下流側にリークする。この量は、逆再生率との相関関係が高く、逆再生率が高いほどリーク量は多くなる。
逆再生率とは、総交換容量に対する再生薬品に起因するイオン負荷容量の比率を意味し、カチオン樹脂は硫酸や塩酸で再生し、アニオン樹脂は水酸化ナトリウム水溶液で再生するため、それぞれの樹脂が逆の薬品と接触するとカチオン樹脂にはナトリウムイオンが、アニオン樹脂には硫酸イオンや塩素イオンが負荷することになり、従って、カチオン樹脂の場合は総交換容量に対するナトリウム吸着容量の比率が、アニオン樹脂の場合は総交換容量に対する硫酸イオン若しくは塩素イオン吸着容量の比率が逆再生率となる。
【０００４】
イオン交換樹脂からのイオンリークは、イオン交換樹脂の各種イオンに対する選択性により決まるものであり、ＯＨ型アニオン樹脂の硫酸イオンなどの陰イオンに対する選択性に比べ、Ｈ型カチオン樹脂のナトリウムイオンなどの陽イオンに対する選択性の方が低く、従って、同じ程度の逆再生率の条件下で比較した場合、カチオン樹脂の逆再生により吸着したイオンの方が、リーク量は多くなる。従って、この逆再生に起因する現象としては原子炉水中のイオン濃度を見ると、硫酸イオン濃度に比べナトリウムイオン濃度の方が圧倒的に高くなることが分っている。
最近のＢＷＲ原子力発電プラントにおいては、原子炉構成材料の健全性を長期間に渡り維持することが求められており、材料腐食の原因となる不純物イオン濃度は、極力低くすることが求められており、イオン交換樹脂の逆再生率を低減させることが１つの解決策となることから、特許第１７１２００８号の様に中間樹脂を使用した樹脂分離方法などの装置改善方法が提案されてきている。これはカチオン樹脂とアニオン樹脂を分離する際に余剰分の樹脂を加えることで分離界面近傍にある樹脂を再生に使用せず、逆再生を回避する方法である。しかし、現行設備にてこの改善方法を実施する場合、アニオン樹脂の抜き出し管を新たに設置する必要があり、装置改造に多大の費用が発生する。更に、再生塔の容量に余裕がない場台は余剰樹脂を加えることは不可能であり、再生塔を交換する必要がある。加えて、余剰樹脂を使用するため、その分の費用が必要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ＢＷＲ原子力発電プラントのイオン交換樹脂の、経済的で且つ高純度な処理水質を得ることができる再生方法及び装置を提供することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、混床で使用したイオン交換樹脂を再生する方法において、該使用したイオン交換樹脂をカチオン樹脂再生塔にて逆洗分離して、カチオン樹脂とアニオン樹脂との分離界面を形成させ、該分離した樹脂の分離界面がアニオン樹脂の抜出口より低いレベルになるように、下層にあるカチオン樹脂の一部を抜出した後、該分離界面より上のレベルに存在するアニオン樹脂を前記アニオン樹脂抜出口よりアニオン樹脂再生塔に移送し、カチオン樹脂及びアニオン樹脂をそれぞれの再生塔で通薬再生を行うことを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法としたものである。
前記再生方法において、カチオン樹脂再生塔から一部抜出したカチオン樹脂は、アニオン樹脂をアニオン樹脂再生塔に移送した後に、再び前記カチオン樹脂再生塔に返送することができる。
【０００７】
また、本発明では、混床で使用したイオン交換樹脂を通薬再生する再生装置において、前記使用したイオン交換樹脂をカチオン樹脂とアニオン樹脂に逆洗分離するカチオン樹脂再生塔と、アニオン樹脂再生塔と樹脂貯槽とを備え、該カチオン樹脂再生塔には、前記使用したイオン交換樹脂及び逆洗分離するための逆洗水の導入口と、塔下部に前記樹脂貯槽に接続する逆洗分離したカチオン樹脂の一部を抜出す抜出口と、塔中間部に前記アニオン樹脂再生塔に接続するアニオン樹脂の抜出口とを備えると共に、逆洗分離による樹脂の分離界面がアニオン樹脂抜出口より低いレベルになるように、カチオン樹脂の一部を前記樹脂貯槽に抜出す界面調節手段を有し、それぞれの樹脂再生塔には薬液再生手段を備えたことを特徴とするイオン交換樹脂の再生装置としたものである。
前記再生装置において、樹脂貯槽には、抜出されたカチオン樹脂を前記カチオン樹脂再生塔に返送する手段を有することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明により、通常は３〜２０％程度存在するカチオン樹脂の逆再生率を１％以下に低減することが可能であり、ひいては逆再生に由来する吸着イオンのリーク量を低減することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１に、復水脱塩装置の再生装置のフロー構成図を示す。通水が完了したイオン交換樹脂は、脱塩塔１よりカチオン樹脂とアニオン樹脂の混床をカチオン樹脂再生塔２に移送する。ここで逆洗分離を行い、カチオン樹脂とアニオン樹脂を比重差により分離する。続いて、カチオン樹脂の一部をカチオン樹脂再生塔２の下部よりカチオン樹脂移送ライン３にて樹脂貯槽４に移送する。続いて、カチオン樹脂再生塔１内にあるアニオン樹脂をアニオン樹脂移送ライン５にてアニオン樹脂再生塔６に移送する。
【０００９】
このとき樹脂分離界面は、アニオン樹脂移送ライン５より下にあるため、アニオン樹脂の一部がカチオン樹脂再生塔２に残留することになるが、樹脂抜出口近傍にはアニオン樹脂のみしか存在しないため、カチオン樹脂は、アニオン樹脂再生塔６に移送されることはほとんどない。次に、樹脂貯槽４より樹脂返送ライン７にて、予め移送したカチオン樹脂をカチオン樹脂再生塔２に返送する。その後、カチオン樹脂は、０．５ｍｏｌ／Ｌの濃度の硫酸や塩酸などの酸を用いて、再生レベルとして１００〜３００ｇ／Ｌの量を空塔速度＝１〜５で再生する。また、アニオン樹脂は、０．５〜２ｍｏｌ／Ｌの濃度の水酸化ナトリウム水溶液やアンモニア水溶液などのアルカリを用いて再生レベルとして１００〜４００ｇ／Ｌの量を空塔速度＝１〜５で再生を行う。その後、洗浄水の導電率が２５ｍＳ／ｍ以下になるまで、空塔速度＝２〜２０で、純水で洗浄した後に、カチオン樹脂とアニオン樹脂全量を樹脂貯槽４に移送し、空気にて混合した後、純水で洗浄して脱塩塔１に返送する。樹脂の移送は、例えば、圧縮空気により水と樹脂をスラリー状態で移送する。
この方法により、カチオン樹脂の逆再生率は、１％以下に抑制することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１
下記のケース１〜３に示す逆再生率の異なる樹脂を調整し、樹脂からリークするイオン濃度の測定を行った。
内径２５ｍｍのガラスカラムに、カチオン樹脂とアニオン樹脂を体積比で１．６：１で充填し、十分に脱気された比抵抗値１８ＭΩ・ｃｍで３５℃の純水を１Ｌ／ｍｉｎの流量で通水し、処理水中のイオン濃度をイオンクロマト法にて測定を行った。通水した逆再生率は、次の３ケースである。
ケース１（従来技術）：Ｎａ型率５％カチオン樹脂＋ＳＯ４型率５％アニオン樹脂（率は総交換量に対するそれぞれの容量比率）
ケース２：Ｎａ型率３％カチオン樹脂＋ＳＯ４型率１０％アニオン樹脂
ケース３：Ｎａ型率１％カチオン樹脂＋ＳＯ４型率２０％アニオン樹脂
上記の３ケースは本発明の運転操作方法を実施して得られる逆再生率を模擬した形で実施したものである。即ち、ケース１は従来技術である、カチオン樹脂とアニオン樹脂をカチオン樹脂再生塔２で逆洗分離した後にアニオン樹脂を樹脂抜出口より移送したケースである。ケース２は、逆洗分離後に本発明手順に従って、カチオン樹脂再生塔２下部よりカチオン樹脂移送ライン３にてカチオン樹脂を樹脂貯槽４に樹脂分離界面が１０ｃｍ下がる量を移送したケースである。ケース３はケース２と同様の手順で樹脂分離界面を３０ｃｍ下がる量を移送したケースである。
結果を表１に示す。表１からわかるように、アニオン樹脂のＳＯ４型率は硫酸リーク量には影響がないが、カチオン樹脂のＮａ型率は処理水中のＮａ濃度に影響し、Ｎａ型率の低い方がリーク量が少なくなることが確認された。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＢＷＲ原子力発電プラントの復水脱塩装置で使用しているイオン交換樹脂の再生において、高純度な処理水質を得ることが可能となるイオン交換樹脂の再生方法及び装置を提供するものである。
また、本発明によれば、通常は３〜２０％程度で存在するカチオン樹脂の逆再生率を１％以下に低減することが可能であり、ひいては逆再生に由来する吸着イオンのリーク量を低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン交換樹脂の再生装置のフロー構成図。
【符号の説明】
１：脱塩塔、２：カチオン樹脂再生塔、３：カチオン樹脂移送ライン、４：樹脂貯槽、５：アニオン樹脂移送ライン、６：アニオン樹脂再生塔、７：樹脂返送ライン
【図１】
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