水処理方法及び水処理装置
【課題】高温下で不純物イオンのみを選択的に除去できる脱塩処理装置を用いることにより、不純物イオン脱塩浄化負荷を軽減し、ブローダウン水の冷却操作に伴う熱損失の軽減を図るとともに、アンモニア等の薬剤消費を抑制する。
【解決手段】アンモニアを含有する被処理水１２を、一対の隔膜１４と前記一対の隔膜１４の外側に対向配置される電極１７に直流電圧を印加する脱塩装置１１により処理する水処理方法において、前記被処理水１２を１００℃以上で処理することにより、不純物イオン成分が除去されたアンモニアが濃縮された処理水を得る。
【解決手段】アンモニアを含有する被処理水１２を、一対の隔膜１４と前記一対の隔膜１４の外側に対向配置される電極１７に直流電圧を印加する脱塩装置１１により処理する水処理方法において、前記被処理水１２を１００℃以上で処理することにより、不純物イオン成分が除去されたアンモニアが濃縮された処理水を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアを冷却水中に含有する原子力発電プラントや火力発電プラントにおける水処理技術に係り、特に加圧水型原子力発電所の２次系や火力発電所の系統水における水処理方法及び水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に加圧水型発電所では、蒸気発生器で加圧水型原子炉１次系とその２次系とに分かれており、原子炉１次系の原子炉で発生した高温高圧水を蒸気発生器で熱交換し原子炉２次系で蒸気を発生させている。加圧水型原子炉２次系では蒸気発生器で発生した蒸気を蒸気タービンに送り、この蒸気タービンをタービン駆動させて発電をしている。
【０００３】
蒸気タービンを駆動して膨張した蒸気は続いて復水器に導入され、復水器内で冷却されて凝縮し復水となる。この復水は、必要に応じて復水脱塩器でイオン交換樹脂等によるイオン除去の脱塩処理を行なっており、その後、発電プラント系統のヒータで加熱されて蒸気発生器に供給される。
【０００４】
蒸気発生器に供給される水は発電プラント系統の原子炉２次系系統内の構造材（配管や機器）の腐食抑制の観点から薬剤注入物質が注入される。このうち、ｐＨ調整剤としてアンモニアやアミン化合物、脱酸素剤としてヒドラジンなどが用いられる。
【０００５】
一方、蒸気発生器では、発電プラント系統である原子炉２次系系統内に持ち込まれたイオン等の不純物や腐食生成物が濃縮されるため、蒸気発生器内の伝熱管の腐食や伝熱性低下を起こす要因となっている。このため、蒸気発生器内の水の一部を排出（ブローダウン）する操作が行なわれている。
【０００６】
蒸気発生器からのブローダウン水は、復水脱塩器又はブローダウン水排出経路に設けられたブローダウン水処理装置等の既設の水質浄化設備に導かれて浄化される。ブローダウン水に含まれる薬剤注入物質であるｐＨ調整剤は、復水脱塩器の脱塩処理で除去された後、別途新しい薬剤注入物質が注入される。しかしながら、復水脱塩器でｐＨ調整剤を除去し、別途新しい薬剤を注入することは、復水脱塩器でのイオン除去負荷を増大させ、薬剤注入コストを増加させる要因となっている。
【０００７】
そのため、蒸気発生器のブローダウン水から、ｐＨ調整剤の除去を抑制し、注入薬剤コストを軽減する方法として、必要に応じてブローダウン水を復水脱塩器（復水脱塩塔）からバイパスさせる手段が提案されている（特許文献１〜３）。
【０００８】
一方、ブローダウン水を復水脱塩器又はブローダウン水排出経路に設けられたブローダウン水処理装置で処理する場合、蒸気発生器からのブローダウン水は高温であるため、既設の復水脱塩器又はブローダウン水処理装置では、熱に弱いイオン効果樹脂が用いられることから、ブローダウン水を冷却し常温で処理している。このように、既存の水質浄化設備では処理前にブローダウン水を冷却操作しており、この冷却操作技術を用いないと、復水脱塩器は脱塩機能を充分に維持させることができない構造となっていた（特許文献１、４）。
【特許文献１】特開２０００−１７１５８５号公報
【特許文献２】特開２０００−２５８５８９号公報
【特許文献３】特開２００５−３２９３１４号公報
【特許文献４】特開２００６−２２６６９７号公報
【特許文献５】特開平１１−４７５６０号公報
【特許文献６】特開２００７−９０２９９号公報
【特許文献７】特開２００６−４３５８０号公報、
【特許文献８】特開２００６−８８００４号公報、
【特許文献９】特開２００６−１３６８４６号公報
【非特許文献１】Y.Asakura他「In-Line Monitor for Electrical Conductivity of High-Temperature, Aqueous Environments」J.Electrochem.Soc.,第１３６巻 第１１号 3309-3313頁（１９８９年））
【非特許文献２】竹林良弘著「超臨界水・メタノール中での酸塩基平衡の分光測定」高圧力の科学と技術 第１６巻 第２号” 105−112頁（２００６年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
加圧水型原子力発電所の２次系のブローダウン水排出経路に電気式脱塩装置等のブローダウン水処理装置を設けた従来の水処理技術においては、ブローダウン水中の不純物イオンの他、ｐＨ調整剤であるアンモニアも同時に除去されるために、復水脱塩器の負荷軽減を図ることができる一方、注入するアンモニアのコスト軽減を図ることが困難である。
【００１０】
このため、脱塩装置で除去したアンモニアを再利用する技術が提案されているが（特許文献５）、このリサイクル技術においては、除去されたアンモニアとともに濃縮された不純物イオンを分離精製する必要があり、装置が複雑化しコスト増につながる可能性があった。
【００１１】
また、耐熱性の陰イオン材を用いる電気再生式脱塩装置により、陰イオン不純物のみを高温で除去し、薬剤注入物質である陽イオン物質を透過リサイクルする技術も提案されているが（特許文献６）、この方法では薬剤陽イオンと共に不純物陽イオンも再注入してしまうおそれがあった。
【００１２】
一方、蒸気発生器から高温で排出されるブローダウン水は、イオン交換樹脂を用いる既設の脱塩技術や、イオン交換樹脂とイオン交換膜を用いる従来の電気再生式脱イオン装置では、高温に弱いイオン交換樹脂の耐熱性の観点から、イオン交換機能を維持するために、常温まで冷却されることが要求され、熱交換器等を用いた冷却設備等の余分な設備が必要となり、熱効率が悪くまたコスト上も課題があった。
【００１３】
また、高温、高圧下で稼働することができる脱塩装置も存在するが（特許文献７〜９）、ブローダウン水から不純物イオンのみを選択的に除去できる構造とはなっていなかった。
【００１４】
このため、高温のブローダウン水から不純物イオンのみを選択的に除去でき、不純物イオンに比べ高濃度に注入調整されるアンモニアを残存させる脱塩技術を確立させることができれば、復水脱塩器におけるイオン除去負荷を軽減させることができ、かつ、アンモニアの薬剤注入コストの軽減も図ることができ、メリットがある。
【００１５】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、系統水に薬剤注入を必要とする加圧水型原子炉２次系や火力発電プラントの発電システム系統の水処理方法及び水処理装置において、高温下で不純物イオンのみを選択的に除去できる脱塩処理装置を用いることにより、不純物イオン脱塩浄化負荷を軽減し、ブローダウン水の冷却操作に伴う熱損失の軽減を図るとともに、アンモニア等の薬剤消費を抑制することができる水処理技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る水処理方法は、上述した課題を解決するために、アンモニアを含有する被処理水を、一対の隔膜と前記一対の隔膜の外側に対向配置される電極に直流電圧を印加する脱塩装置により処理する水処理方法において、前記被処理水を１００℃以上で処理することにより、不純物イオン成分が除去されたアンモニアが濃縮された処理水を得ることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る水処理装置は、アンモニアを含有する蒸気発生器ブローダウン水からなる被処理水を、一対の隔膜と前記一対の隔膜の外側に対向配置される電極に直流電圧を印加する脱塩装置により処理し、蒸気発生器の給水源に再利用する水処理装置において、前記被処理水を１００℃以上で処理することにより、不純物イオン成分が除去されたアンモニアが凝縮された処理水を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る水処理方法及び水処理装置によれば、高温下で不純物イオンのみを選択的に除去できる脱塩処理装置を用いることにより、不純物イオン脱塩浄化負荷を軽減し、ブローダウン水の冷却操作に伴う熱損失の軽減を図るとともに、アンモニア等の薬剤消費を抑制することができる水処理技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る水処理方法及び水処理装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態は、本発明に係る水処理装置に用いられる電気脱塩装置１１に関する。
電気脱塩装置１１は、図１に示すように被処理水１２の導入経路と、不純物脱塩処理水１３の排出経路を有し、電気脱塩装置１１筐体に、１対の等間隔に配置される隔膜１４と、隔膜外側に配される直流印加のための電極１７と、隔膜間に形成された脱塩部１５と、各隔膜と各電極間に形成された濃縮部１６と、から構成され、アンモニアが濃縮された被処理水１２は脱塩部１５に導入され、脱塩処理水１３として排出し、濃縮部１６からは不純物濃縮排水１９として除去不純物の濃縮水が排出される。
【００２０】
電気脱塩装置１１は、図１に示すように、電極１７に直流印加を行なうことで脱塩処理が行なわれる。その際、電気脱塩装置１１の筐体と電極１７や、電気脱塩装置１１の筐体と隔膜１４、電極１７と隔膜１４、及び対をなす隔膜１４同士はそれぞれ互いに電気的に絶縁することが望ましい。
【００２１】
また、電気脱塩装置１１内の脱塩部１５及び濃縮部１６に満たされる液は、電気脱塩装置１１の内部において、隔膜１６以外の場所から液体が混ざり合わないことが望ましい。電極１７は、脱塩時に不純物脱塩処理水１３に電極１７の構成成分が溶出しにくい材質で構成され、電気脱塩装置１１の運用温度、電流安定域で安定に使用できる材料が選定される。
【００２２】
電気脱塩装置１１内の脱塩部１５と濃縮部１６とを仕切る隔膜１４は、対を成して対向配置され、互いに等間隔に、電極１７と平行に配置される。隔膜１４は、金属、合金、セラミックス、あるいは耐熱性樹脂系等の素材で構成され、その構成成分が、蒸気発生器ブローダウン水である高温の被処理水であっても、脱塩処理運用環境で溶出、腐食しにくい材料が選定されて利用される。隔膜１４は、例えば、平板（プレート）状の平行配置や、同心円筒状（楕円筒状、角筒状）の平行配置構成が採用される。
【００２３】
電気脱塩装置１１において、被処理液１２が脱塩部１５に導入され、導入された被処理水１２に含まれるイオン成分は、電気脱塩装置１１の内部で電極１７によって印加される電位勾配によって、脱塩部１５と接する隔膜１４を透過して脱塩部１５の外へ電気泳動により移動する。結果として脱塩部１５から不純物脱塩処理水１３として電気脱塩装置１１によりイオン除去された処理水が排出される。
【００２４】
電気脱塩装置１１で脱塩部１５での電位勾配によって脱塩部１５及び隔膜１４の外に配置される濃縮室１６へ移動したイオン成分は、不純物濃縮排水１９として電気脱塩装置１１外に排出される。
【００２５】
ここで、図１に示した電気脱塩装置１１を用いた、アンモニア及び不純物イオンの除去性能試験結果を以下に示す。
［評価試験条件］
電気脱塩セル
電極面積 ７９ｃｍ2
脱塩部体積 ４７ｃｍ3
脱塩部幅 ０．６ｃｍ
被処理水給水量 ６６００ｇ／ｈ
印加電圧 ６０Ｖ
不純物濃縮排水量 極微量（ほぼ０ｇ／ｈ）
処理時間 ６０分
【００２６】
［評価試験結果］
２５℃下での水素イオン濃度ｐＨ９及びｐＨ１０に調整したアンモニア水にナトリウムイオン、硫酸イオンを２０〜３０μｇ／Ｌ添加し、脱塩処理した結果を図２に示す。
図２に示すように、ｐＨ９及びｐＨ１０環境下では、１００℃以上の高温下では、アンモニア除去率が１０％以下となった。つまり、処理水中にアンモニアが９０％以上残存した処理水を得ることができた。
【００２７】
上記評価試験結果における、ナトリウムイオンと硫酸イオン除去率の、アンモニア除去率に対する除去選択の割合、すなわち対アンモニア除去効率比を図３に示す。
常温下と比べ、１００℃以上の高温下では、アンモニアに対するナトリウムイオンと硫酸イオン除去選択率が高くなる結果を得た。
【００２８】
以上の評価試験結果から、１００℃以上、ｐＨ９以上では、アンモニア回収率が９０％以上となり、また、アンモニア除去に対する不純物イオンの除去選択比は１０以上となった。このことから、１００度以上、更にｐＨ９以上において、アンモニアと不純物イオンの選択除去比４倍以上となる。
【００２９】
本除去性能評価試験におけるアンモニアのイオン化平衡は式１で表される。
ＮＨ3＋Ｈ2Ｏ＝ＮＨ4+＋ＯＨ- （式１）
式１において、高温になるほど水（Ｈ2Ｏ）の密度が低下し、アンモニウムイオン割合が小さくなること（非特許文献２）、及びｐＨ上昇に伴い、高温効果同様に、アンモニウムイオン割合が小さくなり、被処理水中では大部分がアンモニアとして存在するため、電気的に除去されるアンモニウムイオン割合が小さくなり、結果としてアンモニア除去を抑制することができる。
【００３０】
式１で表されるアンモニアのイオン化平衡におけるイオン割合を図４に示す。
図４から、高温・高濃度になるほど、アンモニウムイオン割合は低下することと、図２に示したｐＨ９におけるアンモニア除去率低下傾向は同様の傾向を示すことがわかる。
【００３１】
特に、アンモニア濃度１ｍｇ／Ｌ以上となると、アンモニアのイオン化割合は５０％以下となり、高温化により、このイオン化は更に抑制されるため、本発明におけるアンモニア除去抑制効果が高まる。
【００３２】
一方、高温水中のイオン導電率は、高温になるほど増加することが知られているが（非特許文献１）、これは高温化によって電場中におけるイオン移動が促進することによる。これはアンモニアのイオン化割合低下と、不純物イオン移動促進の相乗効果によるもので、高温下ではアンモニアと不純物イオンの選択分離性が高まる。
【００３３】
第１の実施形態に示された水処理装置によれば、温度やｐＨ、アンモニア濃度などの運用環境を適切に選定することにより、不純物イオンに対し高濃度で存在する薬剤注入物質のアンモニアの大部分を保持しつつ被処理水１２から不純物イオンの除去を行うことができる。
【００３４】
［第２の実施形態］
本発明に係る水処理装置の第２の実施形態を図５を用いて説明する。
この実施形態の水処理装置を説明するにあたり、図１〜図４に示される第の１実施形態に係る水処理装置と同じ構成及び作用には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。
図５は第１の実施形態における、硫酸イオン成分の除去特性を示す図である。なお、図５中に示したｐＨは、２５℃下での水素イオン濃度である。
【００３５】
図２、図３に示したように、１００℃以上での脱塩処理によりアンモニアを保持したイオン除去が可能となるが、図５に示した硫酸イオン成分については、２００℃を超えると、除去率が低下する傾向がある。これは、式２、式３で示される硫酸成分のイオン化が、高温下では抑制される傾向にあること（非特許文献１）、式２、式３に示される硫酸のイオン化が水素イオン（Ｈ+）濃度、即ちｐＨに依存することに起因する。
Ｈ2ＳＯ4＝Ｈ+＋ＨＳＯ4- （式２）
ＨＳＯ4-＝Ｈ+＋ＳＯ42- （式３）
このため、例えば、脱塩処理時の温度範囲を、ｐＨ９下では１００℃以上２００℃以下、ｐＨ１０以下では１００℃以上２５０℃以下の範囲で運用することが望ましい。
【００３６】
図５の場合、例えば硫酸イオン除去５０％以上となる上限温度として、被処理水ｐＨ値を一般的な熱力学的温度依存性を表す式である式５〜７に適用し、式４で求められる温度T(K)の高温度側の解を適用する。ただし、これは、本実施例における電気脱塩装置１１の脱塩条件によって求めたものである。
Ａ／Ｔ2＋Ｂ／Ｔ＋Ｃ＝０ ; Ｔ:温度（Ｋ） （式４）
Ａ＝９１４１６３１４×ｐＨ−１１１７３４０３１８ （式５）
Ｂ＝−５１４８５８×ｐＨ＋６０８０９７３ （式６）
Ｃ＝６９８．３８×ｐＨ−８０２１．１ （式７）
【００３７】
このように、第２の実施形態によれば、被処理水ｐＨに応じて、処理上限温度を設定することにより、温度やｐＨ、アンモニア濃度などの運用環境を適切に選定し、不純物イオンに対し高濃度で存在する薬剤注入物質のアンモニアの大部分を保持しつつ被処理水１２から不純物イオンを除去できる。
【００３８】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る水処理装置を図６を用いて説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態に係る水処理装置の構成図である。
この実施形態の水処理装置を説明するに当り、図１〜図５に示される水処理方法及び装置と同じ構成及び作用には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。
【００３９】
本第３の実施形態に係る水処理装置は、加圧水型原子力発電所に適用するもので、蒸気発生器１が発電システム系統に設けられ、系統はこの蒸気発生器１により加圧水型原子炉１次系と２次系に分けられる。
【００４０】
原子炉（図示せず）で発生した高温高圧水は蒸気発生器１に送られ、ここで蒸気発生器１に供給される給水と熱交換される。蒸気発生器１で発生した蒸気は高圧タービン２、湿分分離器３を経由して低圧タービン４に供給され、高圧タービン２及び低圧タービン４をタービン駆動させて発電をする。
【００４１】
高圧タービン２へ供給された蒸気の一部は、高圧抽気２−１として、高圧給水加熱器９の熱源に用いたのち、蒸気発生器１の給水系統へ供給され、湿分分離器３にて蒸気から除去された水分は、蒸気発生器１の給水系統へ供給される。また、低圧タービン４から抽気された低圧抽気４−１は、低圧給水加熱器７の熱源に用いられた後に、蒸気発生器１の給水系統へ供給され、低圧タービン４から排出される主蒸気は復水器５で水になり、復水ポンプ５−１を介して、蒸気発生器１の給水系統へ導入される。
【００４２】
前記給水系統では、復水ポンプ５−１から復水脱塩器６にて水質浄化し、薬剤２０を注入することにより水質調整し、低圧給水加熱器７での温度調節、脱気器８での気液分離、高圧給水加熱器９での温度調節を経て、蒸気発生器１へ給水される。
【００４３】
また、蒸気発生器１には、蒸気発生器１内の伝熱管の腐食や伝熱性能低下を防止するために、蒸気発生器１の水の一部を排出する蒸気発生器ブローダウン水排出経路１０が配置される。このブローダウン水排出経路１０は復水器５側に延び、復水器５の下流かつ復水脱塩器６上流側に接続される。ブローダウン水排出経路１０の途中には、第１の実施形態で説明した電気脱塩装置１１が設けられる。
【００４４】
なお、電気脱塩装置１１には蒸気発生器１のブローダウン水がバイパスされるバイパス経路１０−１が設けられる。蒸気発生器１から排出されるブローダウン水は、蒸気発生器ブローダウン水排出経路１０を経て、被処理水１２として電気脱塩装置１１に導入され、脱塩処理水１３は蒸気発生器１の給水系統へと送られる。
【００４５】
この蒸気発生器ブローダウン水排出経路１０の経路上には、フラッシュタンクや熱交換器といった構成機器を、必要に応じて配置してもよく（図示せず）、この機器構成等については、既存の技術を用いればよい。しかし、電気脱塩装置１１へ送られるブローダウン水の水量や温度の変動が少なくなるような構成・運用にすることが望ましい。
【００４６】
ところで、蒸気発生器ブローダウン水排出経路１０に設けられた電気脱塩装置１１は、高温での不純物イオン脱塩操作が可能なため、従来の水処理装置において必要であった、蒸気発生器ブローダウン水処理時の冷却操作が不要となり、常温にするまでの冷却操作量を低減させることができる。高温高圧下で運用する脱塩装置の形態としては、図２に示すものに限定されず、種々の脱塩装置、例えば特許文献７乃至９に開示されているような脱塩装置を採用することができる。
【００４７】
電気脱塩装置１１では、電気脱塩装置１１内の脱塩部１５で蒸気発生器ブローダウン水中の不純物が除去され、ｐＨ調整剤であるアンモニアの多くを保持した不純物脱塩処理水１３が被処理水１２が持つ熱量を保有したまま排出される。
【００４８】
この不純物脱塩処理水１３は、給水系の例えば脱気器８下流側に戻され、蒸気発生器１に還流される。還流された処理水１３は蒸気発生器１で原子炉からの高温高圧水と熱交換されて蒸気化され、高圧タービン２、低圧タービン４に供給される。
【００４９】
その際、電気脱塩装置１１で処理された不純物脱塩処理水１３の供給箇所は、電気脱塩装置１１に供給される被処理水温度に応じて選定すればよいが、不純物脱塩処理水１３が、特に、高温で脱塩処理した処理水である場合は、高温での運用可能な箇所を選定することが望ましい。不純物脱塩処理水１３の給水系への供給には、供給先の温度圧力等を考慮し、任意にポンプ等の機器を設置して接続される。
【００５０】
また、高圧タービン２からのタービン抽気（高圧蒸気）を熱源として用いる高圧給水加熱器９のドレン水をＰＷＲ２次系へ供給するドレン系統が配置されている場合、このドレン系統へ不純物脱塩処理水１３を供給してもよい。
【００５１】
さらに、電気脱塩装置１１は、同一形態の装置を複数台配置し、蒸気発生器１のブローダウン水の連続浄化を実施することも可能であり、その際、水質浄化と電気脱塩装置１１内の洗浄操作を切り替えて実施してもよい。このように、電気脱塩装置１１を複数台配置することにより、ＰＷＲ２次系系統水の浄化を常時安定して実施することができる。
【００５２】
本第３の実施形態によれば、電気脱塩装置１１の高温での脱塩操作によって、蒸気発生器ブローダウン水が持つ熱量を保持し、かつ、アンモニア量を低減させることがないので、蒸気発生器１へ供給する熱及びアンモニアのリサイクルと、不純物イオン浄化を可能とするとともに、薬剤量の低減により低コスト化を図ることができる。
【００５３】
このように、高温でアンモニアと不純物イオンの選択分離が可能となるため、不純物処理水１３は、アンモニアを残存した状態で、被処理水１２の給水源へ返送することで、不純物の浄化、アンモニアのリサイクルが可能となる。さらに、高温で処理することにより、蒸気発生器給水系統での熱利用を大幅に改善することができる。
【００５４】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る水処理装置を図７を用いて説明する。
図７は、本発明の第４の実施形態に係る水処理装置の構成図である。
この実施形態の水処理装置を説明するに当り、図１〜図６に示される水処理装置と同じ構成及びその機能には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。
【００５５】
第４の実施形態に示された水処理装置は、第３の実施形態と同様に加圧水型原子力発電所の２次系に適用されるが、第３の実施形態と異なる点は、２次系の蒸気発生器ブローダウン水排出経路１０に設けられた電気脱塩装置１１より排出される不純物濃縮排水１８を、既設の復水浄化設備である復水脱塩器６に供給するものである。
【００５６】
この供給経路１８−１上には、必要に応じて熱交換機器等の熱回収装置３０が配置される。この熱回収装置３０については、既存のものを用いればよく、特にその形態等は限定しないが、熱回収装置３０で回収された熱は、加圧水型原子力発電所の２次系で再利用されることが好ましい。
【００５７】
ここで、復水脱塩器６は、復水脱塩器６の内部に充填されるイオン交換樹脂のメンテナンス等のため、複数台並列配置され、供給経路を切り替えることが可能な形態をとっている。
【００５８】
電気脱塩装置１１から排出される不純物イオンを濃縮した不純物濃縮排水１８は、複数配置する復水脱塩器６のうち、復水を浄化運転中の復水脱塩器以外の脱塩器へ導入し、濃縮した不純物イオンを浄化する。
【００５９】
復水と不純物濃縮排水１８を区別して、復水脱塩器６で浄化することは、復水脱塩器６にて浄化する被処理水の量ならびに質を区別することにより、復水脱塩器６に充填されているイオン交換樹脂の性能や、復水脱塩器６から排出され蒸気発生器１へ供給する原水質を維持するために有効である。また、電気脱塩装置１１から排出される不純物濃縮排水１８中の不純物を浄化し、水の再利用を行うことによって、加圧水型原子力発電所の２次系系統水の補給水量を削減することができる。
【００６０】
本第４の実施形態に係る水処理装置によれば、濃縮不純物排水１８を覆水脱塩器６に供給することにより、蒸気発生器１のブローダウン水中に含まれる不純物イオンの浄化時に電気脱塩装置１１から排出される濃縮不純物排水１８を安定に浄化しつつ給水系の水質維持を可能とする。その結果、不純物イオンに対し高濃度で存在するアンモニアの大部分を保持・リサイクルしつつ不純物の除去を行うことができる。
【００６１】
さらに、高温下での脱塩処理であっても、不純物イオン脱塩浄化負荷やアンモニア消費、及び熱損失が少ない水処理を実現でき、原子力プラントを効率よく適切に運用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る脱塩装置の模式図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアンモニア除去率の温度依存性を示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るアンモニア除去に対する不純物イオン除去の選択比の温度依存性を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るアンモニアイオン化割合の温度依存性を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る硫酸イオン除去率の温度依存性を示す図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る水処理装置の構成図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る水処理装置の構成図。
【符号の説明】
【００６３】
１…蒸気発生器、２…高圧タービン（蒸気タービン）、２−１…高圧抽気、３…湿分分離器、４…低圧タービン（蒸気タービン）、４−１…低圧抽気、５…復水器、５−１…復水ポンプ、６…復水脱塩器、７…低圧給水加熱器（低圧ヒータ）、８…脱気器、９…高圧給水加熱器（高圧ヒータ）、１０…蒸気発生器ブローダウン水排出経路、１０−１…蒸気発生器ブローダウン水バイパス経路、１１…脱塩装置、１２…被処理水、１３…不純物脱塩処理水、１４…隔膜、１５…脱塩部、１６…濃縮部、１７…電極、１８…不純物濃縮排水、１８−１…供給経路、２０…薬剤、３０…熱回収装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアを冷却水中に含有する原子力発電プラントや火力発電プラントにおける水処理技術に係り、特に加圧水型原子力発電所の２次系や火力発電所の系統水における水処理方法及び水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に加圧水型発電所では、蒸気発生器で加圧水型原子炉１次系とその２次系とに分かれており、原子炉１次系の原子炉で発生した高温高圧水を蒸気発生器で熱交換し原子炉２次系で蒸気を発生させている。加圧水型原子炉２次系では蒸気発生器で発生した蒸気を蒸気タービンに送り、この蒸気タービンをタービン駆動させて発電をしている。
【０００３】
蒸気タービンを駆動して膨張した蒸気は続いて復水器に導入され、復水器内で冷却されて凝縮し復水となる。この復水は、必要に応じて復水脱塩器でイオン交換樹脂等によるイオン除去の脱塩処理を行なっており、その後、発電プラント系統のヒータで加熱されて蒸気発生器に供給される。
【０００４】
蒸気発生器に供給される水は発電プラント系統の原子炉２次系系統内の構造材（配管や機器）の腐食抑制の観点から薬剤注入物質が注入される。このうち、ｐＨ調整剤としてアンモニアやアミン化合物、脱酸素剤としてヒドラジンなどが用いられる。
【０００５】
一方、蒸気発生器では、発電プラント系統である原子炉２次系系統内に持ち込まれたイオン等の不純物や腐食生成物が濃縮されるため、蒸気発生器内の伝熱管の腐食や伝熱性低下を起こす要因となっている。このため、蒸気発生器内の水の一部を排出（ブローダウン）する操作が行なわれている。
【０００６】
蒸気発生器からのブローダウン水は、復水脱塩器又はブローダウン水排出経路に設けられたブローダウン水処理装置等の既設の水質浄化設備に導かれて浄化される。ブローダウン水に含まれる薬剤注入物質であるｐＨ調整剤は、復水脱塩器の脱塩処理で除去された後、別途新しい薬剤注入物質が注入される。しかしながら、復水脱塩器でｐＨ調整剤を除去し、別途新しい薬剤を注入することは、復水脱塩器でのイオン除去負荷を増大させ、薬剤注入コストを増加させる要因となっている。
【０００７】
そのため、蒸気発生器のブローダウン水から、ｐＨ調整剤の除去を抑制し、注入薬剤コストを軽減する方法として、必要に応じてブローダウン水を復水脱塩器（復水脱塩塔）からバイパスさせる手段が提案されている（特許文献１〜３）。
【０００８】
一方、ブローダウン水を復水脱塩器又はブローダウン水排出経路に設けられたブローダウン水処理装置で処理する場合、蒸気発生器からのブローダウン水は高温であるため、既設の復水脱塩器又はブローダウン水処理装置では、熱に弱いイオン効果樹脂が用いられることから、ブローダウン水を冷却し常温で処理している。このように、既存の水質浄化設備では処理前にブローダウン水を冷却操作しており、この冷却操作技術を用いないと、復水脱塩器は脱塩機能を充分に維持させることができない構造となっていた（特許文献１、４）。
【特許文献１】特開２０００−１７１５８５号公報
【特許文献２】特開２０００−２５８５８９号公報
【特許文献３】特開２００５−３２９３１４号公報
【特許文献４】特開２００６−２２６６９７号公報
【特許文献５】特開平１１−４７５６０号公報
【特許文献６】特開２００７−９０２９９号公報
【特許文献７】特開２００６−４３５８０号公報、
【特許文献８】特開２００６−８８００４号公報、
【特許文献９】特開２００６−１３６８４６号公報
【非特許文献１】Y.Asakura他「In-Line Monitor for Electrical Conductivity of High-Temperature, Aqueous Environments」J.Electrochem.Soc.,第１３６巻 第１１号 3309-3313頁（１９８９年））
【非特許文献２】竹林良弘著「超臨界水・メタノール中での酸塩基平衡の分光測定」高圧力の科学と技術 第１６巻 第２号” 105−112頁（２００６年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
加圧水型原子力発電所の２次系のブローダウン水排出経路に電気式脱塩装置等のブローダウン水処理装置を設けた従来の水処理技術においては、ブローダウン水中の不純物イオンの他、ｐＨ調整剤であるアンモニアも同時に除去されるために、復水脱塩器の負荷軽減を図ることができる一方、注入するアンモニアのコスト軽減を図ることが困難である。
【００１０】
このため、脱塩装置で除去したアンモニアを再利用する技術が提案されているが（特許文献５）、このリサイクル技術においては、除去されたアンモニアとともに濃縮された不純物イオンを分離精製する必要があり、装置が複雑化しコスト増につながる可能性があった。
【００１１】
また、耐熱性の陰イオン材を用いる電気再生式脱塩装置により、陰イオン不純物のみを高温で除去し、薬剤注入物質である陽イオン物質を透過リサイクルする技術も提案されているが（特許文献６）、この方法では薬剤陽イオンと共に不純物陽イオンも再注入してしまうおそれがあった。
【００１２】
一方、蒸気発生器から高温で排出されるブローダウン水は、イオン交換樹脂を用いる既設の脱塩技術や、イオン交換樹脂とイオン交換膜を用いる従来の電気再生式脱イオン装置では、高温に弱いイオン交換樹脂の耐熱性の観点から、イオン交換機能を維持するために、常温まで冷却されることが要求され、熱交換器等を用いた冷却設備等の余分な設備が必要となり、熱効率が悪くまたコスト上も課題があった。
【００１３】
また、高温、高圧下で稼働することができる脱塩装置も存在するが（特許文献７〜９）、ブローダウン水から不純物イオンのみを選択的に除去できる構造とはなっていなかった。
【００１４】
このため、高温のブローダウン水から不純物イオンのみを選択的に除去でき、不純物イオンに比べ高濃度に注入調整されるアンモニアを残存させる脱塩技術を確立させることができれば、復水脱塩器におけるイオン除去負荷を軽減させることができ、かつ、アンモニアの薬剤注入コストの軽減も図ることができ、メリットがある。
【００１５】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、系統水に薬剤注入を必要とする加圧水型原子炉２次系や火力発電プラントの発電システム系統の水処理方法及び水処理装置において、高温下で不純物イオンのみを選択的に除去できる脱塩処理装置を用いることにより、不純物イオン脱塩浄化負荷を軽減し、ブローダウン水の冷却操作に伴う熱損失の軽減を図るとともに、アンモニア等の薬剤消費を抑制することができる水処理技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る水処理方法は、上述した課題を解決するために、アンモニアを含有する被処理水を、一対の隔膜と前記一対の隔膜の外側に対向配置される電極に直流電圧を印加する脱塩装置により処理する水処理方法において、前記被処理水を１００℃以上で処理することにより、不純物イオン成分が除去されたアンモニアが濃縮された処理水を得ることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る水処理装置は、アンモニアを含有する蒸気発生器ブローダウン水からなる被処理水を、一対の隔膜と前記一対の隔膜の外側に対向配置される電極に直流電圧を印加する脱塩装置により処理し、蒸気発生器の給水源に再利用する水処理装置において、前記被処理水を１００℃以上で処理することにより、不純物イオン成分が除去されたアンモニアが凝縮された処理水を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る水処理方法及び水処理装置によれば、高温下で不純物イオンのみを選択的に除去できる脱塩処理装置を用いることにより、不純物イオン脱塩浄化負荷を軽減し、ブローダウン水の冷却操作に伴う熱損失の軽減を図るとともに、アンモニア等の薬剤消費を抑制することができる水処理技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る水処理方法及び水処理装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態は、本発明に係る水処理装置に用いられる電気脱塩装置１１に関する。
電気脱塩装置１１は、図１に示すように被処理水１２の導入経路と、不純物脱塩処理水１３の排出経路を有し、電気脱塩装置１１筐体に、１対の等間隔に配置される隔膜１４と、隔膜外側に配される直流印加のための電極１７と、隔膜間に形成された脱塩部１５と、各隔膜と各電極間に形成された濃縮部１６と、から構成され、アンモニアが濃縮された被処理水１２は脱塩部１５に導入され、脱塩処理水１３として排出し、濃縮部１６からは不純物濃縮排水１９として除去不純物の濃縮水が排出される。
【００２０】
電気脱塩装置１１は、図１に示すように、電極１７に直流印加を行なうことで脱塩処理が行なわれる。その際、電気脱塩装置１１の筐体と電極１７や、電気脱塩装置１１の筐体と隔膜１４、電極１７と隔膜１４、及び対をなす隔膜１４同士はそれぞれ互いに電気的に絶縁することが望ましい。
【００２１】
また、電気脱塩装置１１内の脱塩部１５及び濃縮部１６に満たされる液は、電気脱塩装置１１の内部において、隔膜１６以外の場所から液体が混ざり合わないことが望ましい。電極１７は、脱塩時に不純物脱塩処理水１３に電極１７の構成成分が溶出しにくい材質で構成され、電気脱塩装置１１の運用温度、電流安定域で安定に使用できる材料が選定される。
【００２２】
電気脱塩装置１１内の脱塩部１５と濃縮部１６とを仕切る隔膜１４は、対を成して対向配置され、互いに等間隔に、電極１７と平行に配置される。隔膜１４は、金属、合金、セラミックス、あるいは耐熱性樹脂系等の素材で構成され、その構成成分が、蒸気発生器ブローダウン水である高温の被処理水であっても、脱塩処理運用環境で溶出、腐食しにくい材料が選定されて利用される。隔膜１４は、例えば、平板（プレート）状の平行配置や、同心円筒状（楕円筒状、角筒状）の平行配置構成が採用される。
【００２３】
電気脱塩装置１１において、被処理液１２が脱塩部１５に導入され、導入された被処理水１２に含まれるイオン成分は、電気脱塩装置１１の内部で電極１７によって印加される電位勾配によって、脱塩部１５と接する隔膜１４を透過して脱塩部１５の外へ電気泳動により移動する。結果として脱塩部１５から不純物脱塩処理水１３として電気脱塩装置１１によりイオン除去された処理水が排出される。
【００２４】
電気脱塩装置１１で脱塩部１５での電位勾配によって脱塩部１５及び隔膜１４の外に配置される濃縮室１６へ移動したイオン成分は、不純物濃縮排水１９として電気脱塩装置１１外に排出される。
【００２５】
ここで、図１に示した電気脱塩装置１１を用いた、アンモニア及び不純物イオンの除去性能試験結果を以下に示す。
［評価試験条件］
電気脱塩セル
電極面積 ７９ｃｍ2
脱塩部体積 ４７ｃｍ3
脱塩部幅 ０．６ｃｍ
被処理水給水量 ６６００ｇ／ｈ
印加電圧 ６０Ｖ
不純物濃縮排水量 極微量（ほぼ０ｇ／ｈ）
処理時間 ６０分
【００２６】
［評価試験結果］
２５℃下での水素イオン濃度ｐＨ９及びｐＨ１０に調整したアンモニア水にナトリウムイオン、硫酸イオンを２０〜３０μｇ／Ｌ添加し、脱塩処理した結果を図２に示す。
図２に示すように、ｐＨ９及びｐＨ１０環境下では、１００℃以上の高温下では、アンモニア除去率が１０％以下となった。つまり、処理水中にアンモニアが９０％以上残存した処理水を得ることができた。
【００２７】
上記評価試験結果における、ナトリウムイオンと硫酸イオン除去率の、アンモニア除去率に対する除去選択の割合、すなわち対アンモニア除去効率比を図３に示す。
常温下と比べ、１００℃以上の高温下では、アンモニアに対するナトリウムイオンと硫酸イオン除去選択率が高くなる結果を得た。
【００２８】
以上の評価試験結果から、１００℃以上、ｐＨ９以上では、アンモニア回収率が９０％以上となり、また、アンモニア除去に対する不純物イオンの除去選択比は１０以上となった。このことから、１００度以上、更にｐＨ９以上において、アンモニアと不純物イオンの選択除去比４倍以上となる。
【００２９】
本除去性能評価試験におけるアンモニアのイオン化平衡は式１で表される。
ＮＨ3＋Ｈ2Ｏ＝ＮＨ4+＋ＯＨ- （式１）
式１において、高温になるほど水（Ｈ2Ｏ）の密度が低下し、アンモニウムイオン割合が小さくなること（非特許文献２）、及びｐＨ上昇に伴い、高温効果同様に、アンモニウムイオン割合が小さくなり、被処理水中では大部分がアンモニアとして存在するため、電気的に除去されるアンモニウムイオン割合が小さくなり、結果としてアンモニア除去を抑制することができる。
【００３０】
式１で表されるアンモニアのイオン化平衡におけるイオン割合を図４に示す。
図４から、高温・高濃度になるほど、アンモニウムイオン割合は低下することと、図２に示したｐＨ９におけるアンモニア除去率低下傾向は同様の傾向を示すことがわかる。
【００３１】
特に、アンモニア濃度１ｍｇ／Ｌ以上となると、アンモニアのイオン化割合は５０％以下となり、高温化により、このイオン化は更に抑制されるため、本発明におけるアンモニア除去抑制効果が高まる。
【００３２】
一方、高温水中のイオン導電率は、高温になるほど増加することが知られているが（非特許文献１）、これは高温化によって電場中におけるイオン移動が促進することによる。これはアンモニアのイオン化割合低下と、不純物イオン移動促進の相乗効果によるもので、高温下ではアンモニアと不純物イオンの選択分離性が高まる。
【００３３】
第１の実施形態に示された水処理装置によれば、温度やｐＨ、アンモニア濃度などの運用環境を適切に選定することにより、不純物イオンに対し高濃度で存在する薬剤注入物質のアンモニアの大部分を保持しつつ被処理水１２から不純物イオンの除去を行うことができる。
【００３４】
［第２の実施形態］
本発明に係る水処理装置の第２の実施形態を図５を用いて説明する。
この実施形態の水処理装置を説明するにあたり、図１〜図４に示される第の１実施形態に係る水処理装置と同じ構成及び作用には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。
図５は第１の実施形態における、硫酸イオン成分の除去特性を示す図である。なお、図５中に示したｐＨは、２５℃下での水素イオン濃度である。
【００３５】
図２、図３に示したように、１００℃以上での脱塩処理によりアンモニアを保持したイオン除去が可能となるが、図５に示した硫酸イオン成分については、２００℃を超えると、除去率が低下する傾向がある。これは、式２、式３で示される硫酸成分のイオン化が、高温下では抑制される傾向にあること（非特許文献１）、式２、式３に示される硫酸のイオン化が水素イオン（Ｈ+）濃度、即ちｐＨに依存することに起因する。
Ｈ2ＳＯ4＝Ｈ+＋ＨＳＯ4- （式２）
ＨＳＯ4-＝Ｈ+＋ＳＯ42- （式３）
このため、例えば、脱塩処理時の温度範囲を、ｐＨ９下では１００℃以上２００℃以下、ｐＨ１０以下では１００℃以上２５０℃以下の範囲で運用することが望ましい。
【００３６】
図５の場合、例えば硫酸イオン除去５０％以上となる上限温度として、被処理水ｐＨ値を一般的な熱力学的温度依存性を表す式である式５〜７に適用し、式４で求められる温度T(K)の高温度側の解を適用する。ただし、これは、本実施例における電気脱塩装置１１の脱塩条件によって求めたものである。
Ａ／Ｔ2＋Ｂ／Ｔ＋Ｃ＝０ ; Ｔ:温度（Ｋ） （式４）
Ａ＝９１４１６３１４×ｐＨ−１１１７３４０３１８ （式５）
Ｂ＝−５１４８５８×ｐＨ＋６０８０９７３ （式６）
Ｃ＝６９８．３８×ｐＨ−８０２１．１ （式７）
【００３７】
このように、第２の実施形態によれば、被処理水ｐＨに応じて、処理上限温度を設定することにより、温度やｐＨ、アンモニア濃度などの運用環境を適切に選定し、不純物イオンに対し高濃度で存在する薬剤注入物質のアンモニアの大部分を保持しつつ被処理水１２から不純物イオンを除去できる。
【００３８】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る水処理装置を図６を用いて説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態に係る水処理装置の構成図である。
この実施形態の水処理装置を説明するに当り、図１〜図５に示される水処理方法及び装置と同じ構成及び作用には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。
【００３９】
本第３の実施形態に係る水処理装置は、加圧水型原子力発電所に適用するもので、蒸気発生器１が発電システム系統に設けられ、系統はこの蒸気発生器１により加圧水型原子炉１次系と２次系に分けられる。
【００４０】
原子炉（図示せず）で発生した高温高圧水は蒸気発生器１に送られ、ここで蒸気発生器１に供給される給水と熱交換される。蒸気発生器１で発生した蒸気は高圧タービン２、湿分分離器３を経由して低圧タービン４に供給され、高圧タービン２及び低圧タービン４をタービン駆動させて発電をする。
【００４１】
高圧タービン２へ供給された蒸気の一部は、高圧抽気２−１として、高圧給水加熱器９の熱源に用いたのち、蒸気発生器１の給水系統へ供給され、湿分分離器３にて蒸気から除去された水分は、蒸気発生器１の給水系統へ供給される。また、低圧タービン４から抽気された低圧抽気４−１は、低圧給水加熱器７の熱源に用いられた後に、蒸気発生器１の給水系統へ供給され、低圧タービン４から排出される主蒸気は復水器５で水になり、復水ポンプ５−１を介して、蒸気発生器１の給水系統へ導入される。
【００４２】
前記給水系統では、復水ポンプ５−１から復水脱塩器６にて水質浄化し、薬剤２０を注入することにより水質調整し、低圧給水加熱器７での温度調節、脱気器８での気液分離、高圧給水加熱器９での温度調節を経て、蒸気発生器１へ給水される。
【００４３】
また、蒸気発生器１には、蒸気発生器１内の伝熱管の腐食や伝熱性能低下を防止するために、蒸気発生器１の水の一部を排出する蒸気発生器ブローダウン水排出経路１０が配置される。このブローダウン水排出経路１０は復水器５側に延び、復水器５の下流かつ復水脱塩器６上流側に接続される。ブローダウン水排出経路１０の途中には、第１の実施形態で説明した電気脱塩装置１１が設けられる。
【００４４】
なお、電気脱塩装置１１には蒸気発生器１のブローダウン水がバイパスされるバイパス経路１０−１が設けられる。蒸気発生器１から排出されるブローダウン水は、蒸気発生器ブローダウン水排出経路１０を経て、被処理水１２として電気脱塩装置１１に導入され、脱塩処理水１３は蒸気発生器１の給水系統へと送られる。
【００４５】
この蒸気発生器ブローダウン水排出経路１０の経路上には、フラッシュタンクや熱交換器といった構成機器を、必要に応じて配置してもよく（図示せず）、この機器構成等については、既存の技術を用いればよい。しかし、電気脱塩装置１１へ送られるブローダウン水の水量や温度の変動が少なくなるような構成・運用にすることが望ましい。
【００４６】
ところで、蒸気発生器ブローダウン水排出経路１０に設けられた電気脱塩装置１１は、高温での不純物イオン脱塩操作が可能なため、従来の水処理装置において必要であった、蒸気発生器ブローダウン水処理時の冷却操作が不要となり、常温にするまでの冷却操作量を低減させることができる。高温高圧下で運用する脱塩装置の形態としては、図２に示すものに限定されず、種々の脱塩装置、例えば特許文献７乃至９に開示されているような脱塩装置を採用することができる。
【００４７】
電気脱塩装置１１では、電気脱塩装置１１内の脱塩部１５で蒸気発生器ブローダウン水中の不純物が除去され、ｐＨ調整剤であるアンモニアの多くを保持した不純物脱塩処理水１３が被処理水１２が持つ熱量を保有したまま排出される。
【００４８】
この不純物脱塩処理水１３は、給水系の例えば脱気器８下流側に戻され、蒸気発生器１に還流される。還流された処理水１３は蒸気発生器１で原子炉からの高温高圧水と熱交換されて蒸気化され、高圧タービン２、低圧タービン４に供給される。
【００４９】
その際、電気脱塩装置１１で処理された不純物脱塩処理水１３の供給箇所は、電気脱塩装置１１に供給される被処理水温度に応じて選定すればよいが、不純物脱塩処理水１３が、特に、高温で脱塩処理した処理水である場合は、高温での運用可能な箇所を選定することが望ましい。不純物脱塩処理水１３の給水系への供給には、供給先の温度圧力等を考慮し、任意にポンプ等の機器を設置して接続される。
【００５０】
また、高圧タービン２からのタービン抽気（高圧蒸気）を熱源として用いる高圧給水加熱器９のドレン水をＰＷＲ２次系へ供給するドレン系統が配置されている場合、このドレン系統へ不純物脱塩処理水１３を供給してもよい。
【００５１】
さらに、電気脱塩装置１１は、同一形態の装置を複数台配置し、蒸気発生器１のブローダウン水の連続浄化を実施することも可能であり、その際、水質浄化と電気脱塩装置１１内の洗浄操作を切り替えて実施してもよい。このように、電気脱塩装置１１を複数台配置することにより、ＰＷＲ２次系系統水の浄化を常時安定して実施することができる。
【００５２】
本第３の実施形態によれば、電気脱塩装置１１の高温での脱塩操作によって、蒸気発生器ブローダウン水が持つ熱量を保持し、かつ、アンモニア量を低減させることがないので、蒸気発生器１へ供給する熱及びアンモニアのリサイクルと、不純物イオン浄化を可能とするとともに、薬剤量の低減により低コスト化を図ることができる。
【００５３】
このように、高温でアンモニアと不純物イオンの選択分離が可能となるため、不純物処理水１３は、アンモニアを残存した状態で、被処理水１２の給水源へ返送することで、不純物の浄化、アンモニアのリサイクルが可能となる。さらに、高温で処理することにより、蒸気発生器給水系統での熱利用を大幅に改善することができる。
【００５４】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る水処理装置を図７を用いて説明する。
図７は、本発明の第４の実施形態に係る水処理装置の構成図である。
この実施形態の水処理装置を説明するに当り、図１〜図６に示される水処理装置と同じ構成及びその機能には、同一符号を付して重複説明を省略あるいは簡素化する。
【００５５】
第４の実施形態に示された水処理装置は、第３の実施形態と同様に加圧水型原子力発電所の２次系に適用されるが、第３の実施形態と異なる点は、２次系の蒸気発生器ブローダウン水排出経路１０に設けられた電気脱塩装置１１より排出される不純物濃縮排水１８を、既設の復水浄化設備である復水脱塩器６に供給するものである。
【００５６】
この供給経路１８−１上には、必要に応じて熱交換機器等の熱回収装置３０が配置される。この熱回収装置３０については、既存のものを用いればよく、特にその形態等は限定しないが、熱回収装置３０で回収された熱は、加圧水型原子力発電所の２次系で再利用されることが好ましい。
【００５７】
ここで、復水脱塩器６は、復水脱塩器６の内部に充填されるイオン交換樹脂のメンテナンス等のため、複数台並列配置され、供給経路を切り替えることが可能な形態をとっている。
【００５８】
電気脱塩装置１１から排出される不純物イオンを濃縮した不純物濃縮排水１８は、複数配置する復水脱塩器６のうち、復水を浄化運転中の復水脱塩器以外の脱塩器へ導入し、濃縮した不純物イオンを浄化する。
【００５９】
復水と不純物濃縮排水１８を区別して、復水脱塩器６で浄化することは、復水脱塩器６にて浄化する被処理水の量ならびに質を区別することにより、復水脱塩器６に充填されているイオン交換樹脂の性能や、復水脱塩器６から排出され蒸気発生器１へ供給する原水質を維持するために有効である。また、電気脱塩装置１１から排出される不純物濃縮排水１８中の不純物を浄化し、水の再利用を行うことによって、加圧水型原子力発電所の２次系系統水の補給水量を削減することができる。
【００６０】
本第４の実施形態に係る水処理装置によれば、濃縮不純物排水１８を覆水脱塩器６に供給することにより、蒸気発生器１のブローダウン水中に含まれる不純物イオンの浄化時に電気脱塩装置１１から排出される濃縮不純物排水１８を安定に浄化しつつ給水系の水質維持を可能とする。その結果、不純物イオンに対し高濃度で存在するアンモニアの大部分を保持・リサイクルしつつ不純物の除去を行うことができる。
【００６１】
さらに、高温下での脱塩処理であっても、不純物イオン脱塩浄化負荷やアンモニア消費、及び熱損失が少ない水処理を実現でき、原子力プラントを効率よく適切に運用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る脱塩装置の模式図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るアンモニア除去率の温度依存性を示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るアンモニア除去に対する不純物イオン除去の選択比の温度依存性を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るアンモニアイオン化割合の温度依存性を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る硫酸イオン除去率の温度依存性を示す図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る水処理装置の構成図。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る水処理装置の構成図。
【符号の説明】
【００６３】
１…蒸気発生器、２…高圧タービン（蒸気タービン）、２−１…高圧抽気、３…湿分分離器、４…低圧タービン（蒸気タービン）、４−１…低圧抽気、５…復水器、５−１…復水ポンプ、６…復水脱塩器、７…低圧給水加熱器（低圧ヒータ）、８…脱気器、９…高圧給水加熱器（高圧ヒータ）、１０…蒸気発生器ブローダウン水排出経路、１０−１…蒸気発生器ブローダウン水バイパス経路、１１…脱塩装置、１２…被処理水、１３…不純物脱塩処理水、１４…隔膜、１５…脱塩部、１６…濃縮部、１７…電極、１８…不純物濃縮排水、１８−１…供給経路、２０…薬剤、３０…熱回収装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアを含有する被処理水を、一対の隔膜と前記一対の隔膜の外側に対向配置される電極に直流電圧を印加する脱塩装置により処理する水処理方法において、前記被処理水を１００℃以上で処理することにより、不純物イオン成分が除去されたアンモニアが濃縮された処理水を得ることを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記被処理水がｐＨ９以上である請求項１記載の水処理方法。
【請求項３】
前記被処理水中のアンモニア濃度が１ｍｇ／Ｌ以上である請求項１記載の水処理方法。
【請求項４】
前記被処理水の処理温度を前記被処理水のｐＨによって決定することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項５】
被処理水が発電システムの蒸気発生器のブローダウン水であることを特徴とする、請求項１乃至４いずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項６】
前記発電システムが、加圧水型原子力発電プラントであることを特徴とする請求項５記載の水処理方法。
【請求項７】
前記脱塩装置から排出された処理水を前記蒸気発生器の給水系統に返送することを特徴とする、請求項５又は６記載の水処理方法。
【請求項８】
アンモニアを含有する蒸気発生器ブローダウン水からなる被処理水を、一対の隔膜と前記一対の隔膜の外側に対向配置される電極に直流電圧を印加する脱塩装置により処理し、蒸気発生器の給水源に再利用する水処理装置において、前記被処理水を１００℃以上で処理することにより、不純物イオン成分が除去されたアンモニアが濃縮された処理水を得ることを特徴とする水処理装置。
【請求項１】
アンモニアを含有する被処理水を、一対の隔膜と前記一対の隔膜の外側に対向配置される電極に直流電圧を印加する脱塩装置により処理する水処理方法において、前記被処理水を１００℃以上で処理することにより、不純物イオン成分が除去されたアンモニアが濃縮された処理水を得ることを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
前記被処理水がｐＨ９以上である請求項１記載の水処理方法。
【請求項３】
前記被処理水中のアンモニア濃度が１ｍｇ／Ｌ以上である請求項１記載の水処理方法。
【請求項４】
前記被処理水の処理温度を前記被処理水のｐＨによって決定することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項５】
被処理水が発電システムの蒸気発生器のブローダウン水であることを特徴とする、請求項１乃至４いずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項６】
前記発電システムが、加圧水型原子力発電プラントであることを特徴とする請求項５記載の水処理方法。
【請求項７】
前記脱塩装置から排出された処理水を前記蒸気発生器の給水系統に返送することを特徴とする、請求項５又は６記載の水処理方法。
【請求項８】
アンモニアを含有する蒸気発生器ブローダウン水からなる被処理水を、一対の隔膜と前記一対の隔膜の外側に対向配置される電極に直流電圧を印加する脱塩装置により処理し、蒸気発生器の給水源に再利用する水処理装置において、前記被処理水を１００℃以上で処理することにより、不純物イオン成分が除去されたアンモニアが濃縮された処理水を得ることを特徴とする水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２６８９９９（Ｐ２００９−２６８９９９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２３５０２（Ｐ２００８−１２３５０２）
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月９日（２００８．５．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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