(57)【要約】【課題】不溶性の鉄リークを少なくするためのイオン交換樹脂の充填方法を得ることである。【解決手段】イオン交換樹脂を再生塔にて再生して脱塩塔に再充填する場合において、カチオン樹脂の一部とアニオン樹脂とを混合したイオン交換樹脂層を脱塩塔に返送し、残りのカチオン樹脂を脱塩塔内のイオン交換樹脂層の上部に返送し、カチオン樹脂をイオン交換樹脂層の上部に配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱塩装置の脱塩塔にカチオン樹脂とアニオン樹脂とを混床で充填し、その上部に、カチオン樹脂を充填することを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【請求項２】
イオン交換樹脂を再生塔にて再生して脱塩装置の脱塩塔に再充填する場合において、カチオン樹脂の一部とアニオン樹脂とを混合した混合樹脂層を脱塩塔に返送し、残りのカチオン樹脂を脱塩塔内の混合樹脂層の上部に返送して、イオン交換樹脂を充填することを特徴とするイオン交換樹脂の充填方法。
【請求項３】
請求項１および請求項２に記載の方法によってイオン交換樹脂を充填した脱塩塔と、該脱塩塔のイオン交換樹脂の充填部分の上部に配置した復水の流入口配管と、該脱塩塔の底部に復水の流出口配管とを有することを特徴とする復水脱塩装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混床式の復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の充填方法と、その充填方法を用いてイオン交換樹脂が充填された復水脱塩装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所や原子力発電所における発電用水は、ボイラ、タービンなどのスケール生成防止や腐食防止の観点から、水質を高純度に維持する必要がある。そのため、例えば、ＯＨ型イオン交換樹脂（以下、「アニオン樹脂」という。）、Ｈ型イオン交換樹脂（以下、「カチオン樹脂」という。）に復水を通水することで、復水中に含まれたイオン性不純物（Ｎａ，Ｃｌ，Ｆｅ  など）の除去を行っている。復水脱塩装置は、それぞれのイオン交換樹脂を別々の容器に充填した二床式脱塩塔を有するものと、それぞれのイオン交換樹脂を混合状態で充填した混床式脱塩塔を有するものとが存在する。一般に、混床式脱塩塔の方が、高純度の水質が容易に確保できる方法とされている。理由は、二床式脱塩塔が２段、３段と多数段になればなるほど純水の純度が高くなるのと同様に考えられている。混床式脱塩塔の場合、脱塩塔内にアニオン樹脂粒とカチオン樹脂粒との無数の組合せが存在し、いわば、脱塩塔内に小さい無数の二床式脱塩塔が上下に多数段繋がっているようなものである。よって、塔上部から流入する原水が塔内で繰り返し脱塩塔を通過することと同じ状態となり、電解質がよく除去されて処理水は非常に純度が高くなるのである。したがって、混床式脱塩塔内のイオン交換樹脂は、なるべく均一に充填されることが望ましいとされている。
【０００３】
混床式脱塩塔を採用している復水脱塩装置において、イオン交換樹脂の性能を確保するため、定期的にイオン交換樹脂を逆洗し、不純物を取り除いて再生する操作を行う。再生の操作は、脱塩塔外に設けられた再生処理装置にある再生塔へ移送し、そこで再生する塔外再生方式が採用されている。
【０００４】
イオン交換樹脂の再生では、混合されているイオン交換樹脂を、アニオン樹脂、カチオン樹脂に分離して、それぞれを浄化する。そして、浄化が終了した後、当該アニオン樹脂とカチオン樹脂とを混合した後、脱塩塔に充填したり、分離したままおのおの脱塩塔へ移送した後、脱塩塔で混合する（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
イオン交換樹脂の再生の際のアニオン樹脂とカチオン樹脂との分離は、両者の比重の違いから生じる水中での沈降の終末速度の違いによって行う。すなわち、比重の重いカチオン樹脂は底部にたまり、比重の軽いアニオン樹脂は上部にたまる性質を利用する。なお、両者の層の間には、カチオン樹脂とアニオン樹脂が分離されていない混合の層（以下「中間層」という）が生じることが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００６】
イオン交換樹脂の再生を行うに当たっては、アニオン樹脂をアニオン再生塔へ移送した後、アニオン樹脂とカチオン樹脂との混合層を、中間樹脂貯槽や分離用の移送管内などにとどめるなどしてカチオン樹脂と分離し、アニオン樹脂とカチオン樹脂のそれぞれを再生する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
その他に、特に中間樹脂貯槽などを特別に設けることなく、アニオン樹脂の再生後、中間層をアニオン再生塔に移送し、その後、カチオン樹脂を再生するという方法もある（例えば、特許文献１参照）。また、特に中間樹脂貯槽などを特別に設けることなく、アニオン樹脂の移送後、中間層を脱塩塔に返送してカチオン樹脂と分離するという方法もある（例えば、特許文献３参照）。  
いずれの方法においても、再生の処理後、アニオン樹脂とカチオン樹脂からなるイオン交換樹脂の全量は、ほぼ均一に混合された状態となるようにして脱塩塔に充填される。
【０００８】
これらの従来技術において、イオン交換樹脂の移送は、水と空気を使用して実施される。そのため、例えば、アニオン樹脂とカチオン樹脂とを混合して脱塩塔に送り込む場合であっても、また、脱塩塔で２種類の樹脂を混合する場合であっても、カチオン樹脂とアニオン樹脂との比重の差による終末速度の違いによって、脱塩塔の底部にはイオン交換樹脂において比重の大きいカチオン樹脂が、また、上部には比重の小さいアニオン樹脂がやや集中する傾向があった。
【０００９】
復水においては、復水器や配管内面から発生する金属不純物が存在する。そして、通常は不溶解性の鉄が支配的である。また、復水器細管が破損した場合には、海水に含まれる不純物が含まれる。したがって、脱塩塔では、海水を除去する機能と、不溶解性の鉄を除去する機能とを強化する必要がある。
【特許文献１】特開平５−１６８９５３号公報（［０００９］、図１、２、３）
【特許文献２】特開平８−１１７６１５号公報（［０００８］、図１）
【特許文献３】特開２００５−２９６７４９号公報（［０００６］、［００１１］、図１、２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来技術のように、カチオン樹脂及びアニオン樹脂を混合した状態で充填すると、海水を除去する機能は十分に有しているものの、不溶解性の鉄を効率的に除去できない場合があった。そして、その結果として、脱塩塔の復水出口への不溶解性の鉄リークが多くなるという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、不溶性の鉄リークを少なくすることができるイオン交換樹脂の充填方法及び復水脱塩装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明では、脱塩装置の脱塩塔において、該脱塩塔にカチオン樹脂とアニオン樹脂を混床で充填し、その上部に、カチオン樹脂を充填するイオン交換樹脂の充填方法としたものである。
【００１３】
また、本発明では、イオン交換樹脂を再生塔にて再生して脱塩塔に再充填する場合において、カチオン樹脂の一部とアニオン樹脂とを混合した混合樹脂層を返送し、残りのカチオン樹脂を脱塩塔内の混合樹脂層の上部に返送するイオン交換樹脂の充填方法としたものである。
【００１４】
さらに、本発明では、カチオン樹脂とアニオン樹脂とを混合した状態で形成したイオン交換樹脂層の上部にカチオン樹脂の層を配置して形成したイオン交換樹脂層が充填された脱塩塔と、該脱塩塔のイオン交換樹脂の充填部分の上部に配置した復水の流入口配管と、該脱塩塔の底部に復水の流出口配管とを有することを特徴とする復水脱塩装置としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、比重の大きいカチオン樹脂の一部を分離し、そのほかの樹脂を混合して充填した後、分離しておいたカチオン樹脂を混合した樹脂の上部に配置する。これにより、上部のカチオン樹脂層によって不溶解性の鉄をより選択的に除去できるようになるので、脱塩塔の復水出口からの鉄濃度をより低くすることが可能となる。
【００１６】
また、本発明では比重の重いカチオン層を上部に形成することにより、復水の流通等により樹脂が動く場合でも、上部に配置した比重の重いカチオン樹脂が下部に移動することで、混合がより均一となり、高純度の水質が従来よりもやや長めに確保しやすくなるという効果も持つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態における復水脱塩装置の一例を示す概略構成図である。図１では混床式脱塩塔を示している。図１において、混床式の脱塩塔１１の内部には、カチオン樹脂１２とアニオン樹脂１３とを混合した状態で形成した混合樹脂層１４の上部にカチオン樹脂層１５を配置して形成したイオン交換樹脂層１６が充填されている。
【００１８】
また、脱塩塔１１の上部には復水の流入口配管１７が配置され、入口ヘッダラテラル１８及び散水板１９を介してイオン交換樹脂層１６の上部に復水を流入させる。また、脱塩塔１１の下部には復水の流出口配管２０が配置されイオン交換樹脂１５を通った復水を排出させる。また、脱塩塔の下部にはイオン交換樹脂の再生の際にカチオン樹脂１２及びアニオン樹脂１３を外部へ移送するための樹脂出口管２１を有している。
【００１９】
このように本発明の実施の形態においては、脱塩塔１１にカチオン樹脂１２とアニオン樹脂１３とを混合した状態（混床）で混合樹脂層１４を充填し、その上部に、カチオン樹脂１２を充填する。これにより、脱塩装置の脱塩塔１１内の下部には混合樹脂層１４が配置され、その上部にはカチオン樹脂層１５が配置されたイオン交換樹脂層１６が形成される。なお、このようなイオン交換樹脂層１６の形成は新規充填時にしてもよいし、カチオン樹脂１２及びアニオン樹脂１３のイオン交換樹脂層１６の再生後の再充填時にしてもよい。
【００２０】
図２は、本発明に用いるイオン交換樹脂層１６の再生処理装置の再生塔の一例を示す構成図である。図２では再生塔として樹脂逆洗分離塔２２を示している。図１に示す脱塩塔１１で復水の水質改善を行った後の使用済みのイオン交換樹脂層１６は、脱塩塔１１から樹脂出口管２１を介して図２に示す樹脂逆洗分離塔２２に移送される。
【００２１】
樹脂逆洗分離塔２２では、イオン交換樹脂層１６を、アニオン樹脂１３とカチオン樹脂１２とに分離し、アニオン樹脂層２３とカチオン樹脂層１５とを形成する。樹脂逆洗分離塔２２には、分離したアニオン樹脂層２３のアニオン樹脂１３をアニオン再生塔に送出するためのアニオン樹脂出口配管２４と、カチオン樹脂層１５とアニオン樹脂層２３との中間に存在し両者が混合された状態の相互コンタミ樹脂層２５を樹脂逆洗分離塔２２の外部へ送出するための相互コンタミ樹脂出口配管２６と、樹脂逆洗分離塔２２の底部に位置し樹脂の再生の際に樹脂を排出する樹脂出口管２１とを有し、また、逆洗水を供給するための逆洗弁水入口２７を有する。
【００２２】
樹脂逆洗分離塔２２では、逆洗水入口２７より水を供給し、脱塩装置から樹脂逆洗分離塔２２に移送したイオン交換樹脂層１６を逆洗する。この逆洗によりアニオン樹脂１３とカチオン樹脂１２との比重差を用いてアニオン樹脂層２３とカチオン樹脂層１５との２層に分離する（以下、逆洗スクラビングによる分離という）。これにより、アニオン樹脂層２３とカチオン樹脂層１５との２層に分離されるが、実際は、アニオン樹脂１３からなるアニオン樹脂層２３と、カチオン樹脂１２からなるカチオン樹脂層１５との間に、終末速度が重複あるいは接近したカチオン樹脂１２とアニオン樹脂１３とが混合された状態で構成される相互コンタミ樹脂層２５が存在する。
【００２３】
なお、相互コンタミ樹脂層２５は、カチオン樹脂１２とアニオン樹脂１３との分量から定まる樹脂分離面２８の上下、全層高のおよそ１０％から２０％程度に存在する。
【００２４】
以下に、再充填時の具体的なイオン交換樹脂層１６の形成方法について説明する。  通常、再生処理装置は、イオン交換樹脂層１６をカチオン樹脂１２とアニオン樹脂１２とに分離するための樹脂逆洗分離塔２２と、カチオン樹脂１２を再生処理するためのカチオン再生塔２９と、アニオン樹脂１３を再生処理するためのアニオン再生塔３０と、再生処理をしたカチオン樹脂１２とアニオン樹脂１３とを混合するための混合塔３１とで構成されている。また、分離したカチオン樹脂１２とアニオン樹脂１３との間に形成される両者が混合している相互コンタミ樹脂層２５を一時的に分離しておくための分離塔や分離管などを設ける場合もある。
【００２５】
通常、樹脂逆洗分離塔２２はカチオン再生塔と兼ねている場合が多い。また、混合塔を省略して、アニオン再生塔もしくは脱塩塔にて最終的に混合を行う構成もある。以下の例では、再生処理装置として、樹脂逆洗分離塔２２がカチオン再生塔を兼ねている場合についてイオン交換樹脂層１６の形成方法を説明する。
【００２６】
図３は樹脂逆洗分離塔がカチオン再生塔を兼ねている場合の再生処理装置の構成図である。再生処理装置は、カチオン再生塔２９、アニオン再生塔３０、混合塔３１とから構成されている。図４は再充填時の各手順及び樹脂の混合状態の説明図である。
【００２７】
（Ｓｔｅｐ１）
脱塩塔１１から、カチオン再生塔２９へイオン交換樹脂層１６を移送する。
【００２８】
（Ｓｔｅｐ２）
カチオン再生塔２９の内部で、イオン交換樹脂層１６の逆洗スクラビングによる分離を行う。  
（Ｓｔｅｐ３）
カチオン再生塔２９から、アニオン樹脂出口配管２４を介してアニオン樹脂１３をアニオン再生塔３０へ移送する。そして、アニオン再生塔３０にて、アニオン樹脂１３の再生処理を行う。  
（Ｓｔｅｐ４）
カチオン再生塔２９から、相互コンタミ樹脂層２５を形成する樹脂を混合塔３１へ移送する。  
（Ｓｔｅｐ５）
カチオン再生塔２９において、カチオン樹脂１２の再生処理を行う。  
（Ｓｔｅｐ６）
アニオン再生塔３０から再生処理を行ったアニオン樹脂１３を、カチオン再生塔２９から再生処理を行ったカチオン樹脂１２の一部を、それぞれ混合塔３１へ移送する。混合塔３１では、これらの樹脂を混合する。  
（Ｓｔｅｐ７）
混合塔３１で形成した混合樹脂４１を脱塩塔１１へ移送する。  
（Ｓｔｅｐ８）
カチオン再生塔２９から残りのカチオン樹脂１２を直接、もしくは、混合塔３１を介して脱塩塔１１へ移送する。
【００２９】
このように、Ｓｔｅｐ１〜Ｓｔｅｐ８により、脱塩塔１１では、下部に混合樹脂層１４が充填され、その上部にはカチオン樹脂層１５が充填されたイオン交換樹脂層１６が形成される。
【００３０】
混合塔３１が省略されている設備構成においても同様に考えればよい。例えば、脱塩塔１１が混合塔３１を兼ねている場合であれば、前述のＳｔｅｐ４、６における「混合塔３１」が「脱塩塔１１」に置き換わり、Ｓｔｅｐ７が省略され、Ｓｔｅｐ８が「カチオン再生塔２９から残りのカチオン樹脂１２を直接、脱塩塔１１へ移送する。」と変更されることとなる。
【００３１】
例えば、アニオン再生塔３０が混合塔３１を兼ねている場合であれば、前述のＳｔｅｐ４、７、８における「混合塔３１」が「アニオン再生塔３０」に置き換わり、Ｓｔｅｐ６が「カチオン再生塔２９から再生処理を行ったカチオン樹脂１２の一部を、それぞれアニオン再生塔３０へ移送する。アニオン再生塔３０では、これらの樹脂を混合する。」と変更されることとなる。
【００３２】
その他、混合樹脂１４の一つでもある相互コンタミ樹脂層２５を脱塩塔１１に充填されるイオン交換樹脂層１６の最下部に位置させたい場合は、混合塔３１などで一緒に混合させることなく、Ｓｔｅｐ４で脱塩塔１１に移送させておけばよい。
【００３３】
図５に、鉄濃度推移について従来例による場合と本発明による場合との比較結果を示す。図５の△は従来例による鉄濃度測定値のプロット点、○は本発明の実施の形態による鉄濃度測定値のプロット点であり、曲線Ｃ１は従来の特性曲線、曲線Ｃ２は本発明の実施の形態による特性曲線である。
【００３４】
図５から分かるように、本発明の実施の形態によるイオン交換樹脂層１６の形成により、鉄濃度は従来と比べて５日程度まで低いことがわかる。したがって、本発明を用いれば、鉄不溶解性の鉄を一定期間、より選択的に除去でき、脱塩塔の復水出口からの鉄濃度をより低くすることが可能となる。また、充填後、さらに鉄濃度が下がることが観察された。これは、復水を流したときにイオン交換樹脂層１６が一部移動し、比重の重いカチオン樹脂１２が下部へ浸透した結果、全体の混合状態がよくなり性能が一時的に高まったとも考える。
【００３５】
おそらく、従来の手法では、イオン交換樹脂層１６を均一に混合しようとしているが、実際は比重の差から下部にはカチオン樹脂１２がやや多く、上部ではアニオン樹脂１３がやや多いアンバランスな状態となっていたと思われる。本発明においても混合樹脂層では同様な状態となっているとも思われるが、比重の重いカチオン樹脂１２を上部に配したことで、混合がより均一となる部分生じ、高純度の水質が従来よりも確保しやすくなるという効果が現れたと思われる。
【００３６】
保守方法としては、鉄濃度を継続的に低下させるためには、除去性能が向上している期間をインターバルとして洗浄処理をおこなえば、高純度の水質の保持に効果的に寄与すると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態における復水脱塩装置の一例を示す概略構成図。
【図２】本発明に用いる再生処理装置の再生塔の一例を示す構成図。
【図３】本発明で用いる再生処理装置の一例の構成図。
【図４】本発明でのイオン交換樹脂の再充填時の各手順及び樹脂の混合状態の説明図。
【図５】鉄濃度推移の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３８】
１１…脱塩塔、１２…カチオン樹脂、１３…アニオン樹脂、１４…混合樹脂層、１５…カチオン樹脂層、１６…イオン交換樹脂層、１７…流入口配管、１８…入口ヘッダラテラル、１９…散水板、２０…流出口配管、２１…樹脂出口管、２２…樹脂逆洗分離塔、２３…アニオン樹脂層、２４…アニオン樹脂出口配管、２５…相互コンタミ樹脂層、２６…相互コンタミ樹脂出口配管、２７…逆洗弁水入口、２８…樹脂分離面、２９…カチオン再生塔、３０…アニオン再生塔、３１…混合塔
【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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