JP7282661B2 - 浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、浄化装置に関する。

原子力発電プラント、火力発電プラントなどの発電プラントでは、蒸気タービンを駆動する水蒸気を発生させるために使用される水に、たとえば、硫酸イオンなどの陰イオンが不純物として混在する場合がある。不純物の除去のために、イオン交換樹脂を使用した浄化装置が用いられている。

しかし、被処理水の温度が高い場合、イオン交換樹脂の交換基が外れて、イオン交換性能が低下する場合がある。このため、浄化装置に被処理液を導入する前に被処理水を冷却すること等が行われている。この場合、被処理水を冷却するために多量のエネルギーが必要になる。また、再加熱を実行するために多量のエネルギーが必要になる。

被処理水の冷却等を行うことなく、高温の被処理水について浄化を行うために、さまざまな技術が提案されている（たとえば、特許文献１から３参照）。

特許第３７１６０５６号 特開平２－１２８８７２号公報 特開２０１２－６１４０７号公報

しかしながら、従来においては、高温の被処理水について効率的に浄化処理を行うことが困難であった。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、高温の被処理水について効率的に浄化処理を行うことを容易に実現可能な浄化装置を提供することである。

実施形態の浄化装置は、陰イオン吸着剤充填部と加熱部とを備え、被処理水を浄化する。陰イオン吸着剤充填部は、被処理水に不純物として含有する陰イオンを陰イオン吸着剤で吸着することによって、被処理水について浄化処理を行う。加熱部は、陰イオン吸着剤充填部に充填された陰イオン吸着剤を加熱する。陰イオン吸着剤は、ＢｉＯ（ＯＨ）で表されるビスマス化合物である。陰イオン吸着剤充填部において浄化処理が実行される際には、陰イオン吸着剤は、加熱部によって２００℃以上３５０℃以下の温度範囲になるように加熱される。

本発明によれば、高温の被処理水について効率的に浄化を行うことを容易に実現可能な浄化装置を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る発電プラントの概要を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る浄化装置１０を模式的に示す図である。 図３は、第１実施形態の変形例に係る発電プラントの概要を示す図である。 図４は、第１実施形態の変形例に係る発電プラントの概要を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る浄化装置１０を模式的に示す図である。 図６は、第３実施形態に係る浄化装置１０を模式的に示す図である。

＜第１実施形態＞
［１］発電プラント
図１は、第１実施形態に係る発電プラントの概要を示す図である。図１では、発電プラント１として、原子力発電プラントの一部を模式的に示している。

図１に示すように、発電プラント１は、圧力容器２の炉水を浄化するために浄化装置１０が設けられている。

［２］浄化装置１０
図２は、第１実施形態に係る浄化装置１０を模式的に示す図である。

図２に示すように、本実施形態の浄化装置１０は、陰イオン吸着剤充填部２０と加熱部４０とを備える。浄化装置１０は、圧力容器２（図１参照）の炉水が被処理水として配管Ｌ１１を介して供給され、その供給された被処理水について浄化処理が施された処理済水が配管Ｌ１２を介して圧力容器２（図１参照）に戻るように構成されている。浄化装置１０を構成する各部について順次説明する。

［２－１］陰イオン吸着剤充填部２０
浄化装置１０において、陰イオン吸着剤充填部２０は、容器２１を含み、容器２１の入口に配管Ｌ１１が連結されていると共に、容器２１の出口に配管Ｌ１２が連結されている。

そして、陰イオン吸着剤充填部２０においては、被処理水に不純物として含有する陰イオン（硫酸イオンなど）を吸着する陰イオン吸着剤２３として、下記式（Ａ）で表されるビスマス化合物が容器２１の内部に充填されている。

ＢｉＯ（ＯＨ） ・・・式（Ａ）

陰イオン吸着剤２３は、粉末体、成形体などの種々の形態で容器２１に充填可能であるが、成型体であることが好ましい。成型体である陰イオン吸着剤２３の形状は、任意であるが、たとえば、球状体であることが好ましい。陰イオン吸着剤２３の成型体は、たとえば、式（Ａ）で表されるビスマス化合物の粉末を型に充填し圧縮することによって形成される。この他に、陰イオン吸着剤２３の成型体は、式（Ａ）で表されるビスマス化合物の粉末と水との混練物から転動造粒によって形成してもよく、押出成型によって形成してもよい。また、成型体の強度を向上するために、コロイダルシリカや、チタニア、ジルコニアなどの微粒子をバインダーとして用いてもよい。

陰イオン吸着剤２３として球状の成型体を用いる場合には、直径が０．２５ｍｍ以上であって５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上であって２ｍｍ以下であることが更に好ましい。

この他に、陰イオン吸着剤２３としては、セルロース繊維などの繊維に担持させた状態のものを使用してもよい。

［２－２］加熱部４０
加熱部４０は、ヒータを含み、陰イオン吸着剤充填部２０の外部に設置されている。加熱部４０は、陰イオン吸着剤充填部２０に充填された陰イオン吸着剤２３を加熱するために設置されている。

［３］動作
上記の浄化装置１０を用いて浄化処理を行う際の動作に関して説明する。

浄化処理を行う際には、被処理水が配管Ｌ１１を介して容器２１の内部に供給される。ここでは、被処理水は、たとえば、１００℃以上の温度で容器２１に流入する。

被処理水は、液体の状態で浄化装置１０を通水する。つまり、通水時の非処理水は、飽和蒸気圧以上に加圧された液体である。ここでは、容器２１の内部においては、その流入した被処理水に不純物として含有する陰イオン（硫酸イオンなど）を、陰イオン吸着剤２３が吸着することによって、被処理水の浄化処理が行われる。被処理水に不純物として含有する陰イオンは、陰イオン吸着剤充填部２０を構成する容器２１の内部に滞留している間に、陰イオン吸着剤２３と反応する。これにより、陰イオン（硫酸イオンなど）が陰イオン吸着剤２３に吸着し、被処理水から除去される。ここでは、陰イオン吸着剤２３を用いた浄化処理が容器２１の内部において、たとえば、１００℃以上の温度条件で行われる。

また、浄化処理の際には、加熱部４０を用いて、陰イオン吸着剤充填部２０の内部に充填された陰イオン吸着剤２３を加熱することが好ましい。陰イオン吸着剤２３は、３５０℃以下であって、好ましくは、２００℃以上３５０℃以下の温度範囲、さらに好ましくは、２５０℃以上３５０℃以下の温度範囲になるように加熱される。式（Ａ）で表されるビスマス化合物の陰イオン吸着剤２３による陰イオン吸着反応は、上記温度範囲において、最も効果を発揮する。

上記のように、浄化処理が実行された被処理水は、処理済水として、容器２１の出口に連結された配管Ｌ１２を介して容器２１から流出する。処理済水は、温度が高い状態で容器２１から排出される。

［４］まとめ
以上のように、本実施形態では、陰イオン吸着剤２３は、ＢｉＯ（ＯＨ）（式（Ａ）参照）で表されるビスマス化合物であり、１００℃以上の温度条件で陰イオン吸着剤充填部２０において浄化処理が行われる。このため、本実施形態では、被処理水の温度を低下させずに、被処理水に不純物として含有する陰イオンを効率的に被処理水から除去することができる。

陰イオンの吸着容量について表１を用いて説明する。

例１は、表１に示すように、上記実施形態の場合と異なり、市販されているイオン交換樹脂（ＰＡＯ（Ｐｏｗｄｅｘ社製））を陰イオン吸着剤２３として用いた場合を示している。例１では、被処理水の温度が６０℃の条件で浄化処理の試験を行った。

例２は、上記実施形態の場合と異なり、ＢｉＯ（ＯＨ）（式（Ａ）参照）で表されるビスマス化合物を陰イオン吸着剤２３として用いた場合を示している。例２では、例１よりも被処理水の温度が高い、２８０℃の条件で浄化処理の試験を行った。

上記ビスマス化合物の吸着容量は、以下の手順によって求めた。０．４８ｇの上記ビスマス化合物の陰イオン吸着剤２３を３ｍＬの硫酸ナトリウム溶液（濃度０．１ｍｏｌ／Ｌ）に添加した後に、その溶液を密閉加圧容器に封入した。そして、その密閉加圧容器を２８０℃、１８時間の条件下で保持した。その後、その密閉加圧容器を急冷し、溶液を吸引ろ過によって、陰イオン吸着剤２３と濾液とに分離した。 濾液中の硫酸イオン濃度をイオンクロマトグラフ（ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＩＣＳ１１００）により分析した。そして、下記式（Ｂ）に基づいて、陰イオン吸着剤２３の量Ｘ、濾液中の硫酸イオン濃度Ｃ１、および、吸着前の溶液中の硫酸イオン濃度Ｃ０から、吸着容量Ａ［ｍｅｑ／ｍＬ］を求めた。上記ビスマス化合物の陰イオン吸着剤２３に関する「みかけ密度」は、２．５０ｇ／ｍｌとした。

Ａ＝２（Ｃ０－Ｃ１）／Ｘ ・・・（Ｂ）

表１に示すように、ＢｉＯ（ＯＨ）（式（Ａ）参照）で表されるビスマス化合物を陰イオン吸着剤２３として用いた例２は、例１よりも温度が高い高温条件（２８０℃）で浄化処理の試験を行っているが、例２の吸着容量は、例１の吸着容量と同等以上であった。このように、例２では、被処理水の温度を低下させずに、被処理水に不純物として含有する陰イオンを例１と同等以上の効率で被処理水から除去することができた。

［５］変形例
上記の実施形態では、図１に示したように、圧力容器２から炉水が被処理水として浄化装置１０に流入する場合について説明したが、これに限らない。

図３および図４は、第１実施形態の変形例に係る発電プラントの概要を示す図である。

図３に示すように、発電プラント１は、浄化装置１０で浄化処理される前の被処理水について濾過処理を行う濾過器３を備えていてもよい。

また、図４に示すように、発電プラント１は、浄化装置１０の他に、蒸気発生器４と高圧タービン５（蒸気タービン）と低圧タービン６（蒸気タービン）と復水器７と濾過器８とを備えていてもよい。この場合、蒸気発生器４で発生した蒸気が作動媒体として高圧タービン５と低圧タービン６とにおいて順次供給される。そして、低圧タービン６から排出された蒸気が復水器７において凝縮され、復水器７から復水が濾過器８で濾過処理される。濾過器８で濾過処理された復水は、被処理水として浄化装置１０において浄化処理が施される。このように、浄化装置１０については、炉水浄化系の他に、復水浄化系に用いてもよい。

＜第２実施形態＞
［１］浄化装置１０
図５は、第２実施形態に係る浄化装置１０を模式的に示す図である。

図５に示すように、本実施形態の浄化装置１０は、陰イオン吸着剤充填部２０と加熱部４０との他に、第１実施形態の場合と異なり、陽イオン吸着剤充填部３０と加熱部５０とを備える。この点、および、これに関連する事項を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である、このため、重複する内容に関しては、適宜、説明を省略する。

［１－１］陽イオン吸着剤充填部３０
浄化装置１０において、陽イオン吸着剤充填部３０は、容器３１を含み、容器３１の入口に配管Ｌ１０が連結されていると共に、容器３１の出口に配管Ｌ１１が連結されている。

そして、陽イオン吸着剤充填部３０においては、被処理水に不純物として含有する陽イオンを吸着する陽イオン吸着剤３３が容器３１の内部に充填されている。陽イオン吸着剤３３は、たとえば、ニオブ酸であって、高温な被処理水に対して浄化処理が可能な無機イオン交換体を用いることができる。

［１－２］加熱部５０
加熱部５０は、ヒータを含み、陽イオン吸着剤充填部３０の外部に設置されている。加熱部５０は、陽イオン吸着剤充填部３０に充填された陽イオン吸着剤３３を加熱するために設置されている。

［２］動作
上記の浄化装置１０を用いて浄化処理を行う際の動作に関して説明する。

浄化処理を行う際には、被処理水が配管Ｌ１０を介して陽イオン吸着剤充填部３０の容器３１の内部に供給される。ここでは、被処理水は、たとえば、８０℃以上の温度で容器３１に流入する。

そして、容器３１の内部においては、その流入した被処理水に不純物として含有する陽イオンを陽イオン吸着剤３３が吸着することによって、被処理水の浄化処理が行われる。被処理水に不純物として含有する陽イオンは、陽イオン吸着剤充填部３０を構成する容器３１の内部に滞留している間に、陽イオン吸着剤３３に吸着し、被処理水から除去される。

陽イオン吸着剤充填部３０での浄化処理の際には、適宜、加熱部５０を用いて、陽イオン吸着剤充填部３０の内部に充填された陽イオン吸着剤３３を加熱する。

そして、陽イオン吸着剤充填部３０において浄化処理が実行された被処理水は、処理済水として、第１実施形態の場合と同様に、陰イオン吸着剤充填部２０において浄化処理が行われる。

［３］まとめ
以上のように、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、被処理水の温度を低下させずに、被処理水に不純物として含有する陽イオンおよび陰イオンを効率的に被処理水から除去することができる。

＜第３実施形態＞
［１］浄化装置１０
図６は、第３実施形態に係る浄化装置１０を模式的に示す図である。

図６に示すように、本実施形態の浄化装置１０は、第２実施形態の場合と異なり、フィルタ部６０を更に備える。この点、および、これに関連する事項を除き、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様である、このため、重複する内容に関しては、適宜、説明を省略する。

フィルタ部６０は、入口に配管Ｌ１２が連結され、出口に配管Ｌ１３が連結されている。フィルタ部６０は、陽イオン吸着剤充填部３０および陰イオン吸着剤充填部２０において浄化処理が施された処理済水について濾過処理を行うように構成されている。具体的には、フィルタ部６０は、平板状、プリーツ状、中空糸状、不織布状、焼結体などの形態を有する膜で構成される。フィルタ部６０を構成する膜は、セラミック、高耐熱性樹脂、金属などで形成された多孔質物質で形成されており、使用上限線量が、１０ｋＧｙ以上であるもの、特に１～１０Ｇｙあるものが望ましい。

［２］まとめ
以上のように、本実施形態では、被処理水は、陽イオン吸着剤充填部３０と陰イオン吸着剤充填部２０とにおいて、順次、浄化処理が施された後に、フィルタ部６０において濾過処理が施される。陽イオン吸着剤充填部３０の陽イオン吸着剤３３および陰イオン吸着剤充填部２０の陰イオン吸着剤２３が、時間の経過に伴って摩耗し、欠損部が生じた場合には、欠損部の欠片が流れる場合がある。しかしながら、本実施形態では、フィルタ部６０の濾過処理によって、その欠片などの固形分を捕捉することができる。したがって、処理済水から欠片などの固形分が除去することができる。

＜その他＞
なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した実施例以外にも様々な形態で実施することができる。本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、追加、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…発電プラント、２…圧力容器、３…濾過器、４…蒸気発生器、５…高圧タービン（蒸気タービン）、６…低圧タービン（蒸気タービン）、７…復水器、８…濾過器、１０…浄化装置、２０…陰イオン吸着剤充填部、２１…容器、２３…陰イオン吸着剤、３０…陽イオン吸着剤充填部、３１…容器、３３…陽イオン吸着剤、４０…加熱部、５０…加熱部、６０…フィルタ部、Ｌ１０…配管、Ｌ１１…配管、Ｌ１２…配管、Ｌ１３…配管

Claims (5)

1. 被処理水を浄化する浄化装置であって、
   前記被処理水に不純物として含有する陰イオンを陰イオン吸着剤で吸着することによって、前記被処理水について浄化処理を行う陰イオン吸着剤充填部と、
   前記陰イオン吸着剤充填部に充填された前記陰イオン吸着剤を加熱する加熱部と
   を備え、
   前記陰イオン吸着剤は、ＢｉＯ（ＯＨ）で表されるビスマス化合物であり、
   前記陰イオン吸着剤充填部において前記浄化処理が実行される際には、前記陰イオン吸着剤は、前記加熱部によって２００℃以上３５０℃以下の温度範囲になるように加熱される、
   浄化装置。
2. 前記被処理水は、蒸気タービンを駆動する水蒸気を発生させるために使用される水である、
   請求項１に記載の浄化装置。
3. 前記被処理水に不純物として含有する陽イオンを陽イオン吸着剤で吸着することによって、前記被処理水について浄化処理を行う陽イオン吸着剤充填部
   を更に備える、
   請求項１または２に記載の浄化装置。
4. 前記被処理水について濾過処理を行うフィルタ部
   を更に備える、
   請求項１から３のいずれかに記載の浄化装置。
5. 前記被処理水は、液体である、
   請求項１から４のいずれかに記載の浄化装置。

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