[发明专利]高压型电去离子装置及其系统和高纯度水制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及适于高纯度水制造的电去离子系统，特别涉及例如在原子能设施等设备需要满足法规或规格所规定的严格的基准的领域内，用于用水和排水的处理的高压型电去离子系统。

背景技术

一直以来，在原子能发电厂等、使用放射性物质的设施的用水和排水处理设备中，作为除去不纯物的离子成分的装置，使用有采用粒子状离子交换树脂的离子交换装置。它是通过将被处理水通入到填充离子交换树脂的离子交换塔内来除去不纯物离子的。

然而，离子交换树脂的交换容量是有限度的，需要将发生漏过的离子交换树脂更换成新品，或者在漏过之前用碱或酸等的再生液再生离子交换树脂。由于作为原子能设施的用水/排水处理的对象的被处理水含有放射性物质，因此使用后的离子交换树脂或离子交换树脂再生废液成为放射性废弃物，为此需要额外通过放射性废弃物处理设备进行处理，而进行最终处分。另外，在离子交换树脂的定期的更换过程中，不得不消耗大量的昂贵的离子交换树脂。

如上所述，原子能设施中产生的放射性液体废弃物，在厂内的处理设备中净化，并将放射性物质浓度及其它不纯物浓度降至基准值以下后，在厂内回收再使用，或释放到海洋中，但是对于从液体分离出来的含有放射性物质的不纯物，在厂内进行浓缩等处理后，最终在圆罐内通过水泥等固化，保管于设施内后最终送往处分场。该废弃物处理处分所需要的费用极大，各原子能设施中产生的废弃物量的降低化、减容化成为运行上的课题之一。特别是使用后的离子交换树脂是不易燃的，很难通过焚烧实现减容，因此在设施内被原封不动地存储的箱体几乎到处存在，而近来也产生存储能力的富余出现问题的箱体。

因此，最近，针对高纯度水制造等不纯物离子的除去处理，取代以往的离子交换树脂，而使用无需离子交换树脂的药液再生或频繁更换等的电去离子装置。电去离子装置是一种如下的装置，即：在两端部的阳极室和阴极室之间配置有由一张以上的交换膜所划分的一个以上的去离子室和浓缩室，并在两极室间施加电压，由此使被处理水中的不纯物离子利用其极性穿过离子交换膜移向阳极或阴极方向，在浓缩室中浓缩不纯物离子而获得浓缩液，在去离子室中除去不纯物离子而获得高纯度化后的处理水。电去离子装置，由于利用电的极性使离子移动到阳极室侧和阴极室侧而进行分离，所以从被处理水中除去不纯物离子时，原则上只需要电力，而无需离子交换树脂再生或离子交换树脂的定期更换，因此也能够降低需要二次处理的放射性废弃物的产生。

然而，以往的电去离子装置，由于具有膜堆的形态，即以将装入到合成树脂制的框架内的离子交换无纺布和离子交换膜进行层叠压缩的压滤方式而组装的形态，因此耐压性能通常在0.3～0.5MPa的程度，当在该压力以上的情况下，会有出现从密封部等泄漏的问题，无法满足为在处理放射性物质的原子能设施等中使用所需要的耐压性。例如，在沸水型原子能发电厂中，通过在原子炉中产生的蒸汽来使蜗轮旋转进行发电，之后蒸汽通过主凝汽器在负压的条件下冷却而成为冷凝水。之后，冷凝水在低压凝泵中压力上升到约1.5MPa，在冷凝水净化装置中除去不纯物，经由高压凝泵、供水加热器、原子炉供水泵，以约6.5MPa的高压作为冷却剂被提供给原子炉。这里，原子炉是使用处，主凝汽器的保温水箱是被处理水源。

另外，为了防止电去离子装置的内部泄漏，通常需要将去离子室内的压力和浓缩室内的压力间的压差控制在0.05MPa以下，因此很难直接处理中高压的被处理水。为此，如图1所示，在将高压的被处理水导入到电去离子装置之前，导入到接收罐并在解除压力之后，通过低压泵导入到电去离子装置。另外，当将来自电去离子装置的处理水作为高压设施内的用水进行再利用时，导入到接收罐，并通过高压泵施以压力之后，向高压设施内送水。因此，在将电去离子装置装入到高压设施内的高纯度水制造系统中时，系统规模变大，因此出现设备投资上涨成巨额，且处理操作也变得繁琐的问题。特别是，对于原子能设施等，即便欲要以电去离子装置代替已设的离子交换树脂塔，也受机器设置面积的限制，事实上也不可能实施。另外，在使用接收罐用以使来自高压设施的排水得到压力释放的情况下，大气中的氧气或二氧化碳溶解于被处理水中，而存在不纯物浓度增加，相对于处理能力的负荷增大这样的缺陷。

总而言之，作为高压的水利用设施，如果以原有压力将用水/排水注入到电去离子装置中，则不仅会产生从去离子室的外部泄漏，且在未恰当地控制浓缩室内的压力以与去离子室的压力平衡的情况下，还会产生内部泄漏，导致水质恶化。

发明内容