CN102325728A - 离子交换装置的运转方法以及离子交换装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够解决分流再生的问题点并获得更多采水量的离子交换装置的运转方法。本发明的运转方法中的再生工序包含第1再生工序以及在第1再生工序结束后进行的第2再生工序。第1再生工序中，通过将再生剂(5)向离子交换树脂床的顶部(8)进行配液并在离子交换树脂床的底部(9)进行集液来生成再生剂(5)的下降流，使离子交换树脂床(2)的整体再生。第2再生工序中，通过将再生剂(5)向离子交换树脂床的底部(10)进行配液并在离子交换树脂床的中间部(11)进行集液来生成再生剂(5)的上升流，使离子交换树脂床(2)的一部分再生。第2再生工序中进行集液的中间部(11)的位置是以离子交换树脂床(2)的底部为基点，被设定为至少100mm的深度。

Description

离子交换装置的运转方法以及离子交换装置

技术领域

本发明涉及离子交换装置的运转方法以及离子交换装置。

背景技术

作为一般的离子交换装置的硬水软化装置，出于构造简单的原因，大多是采用顺流再生。但是，由于顺流再生在水处理工序(水软化工序)中的硬度泄漏级别相对较高，易于在使用处理水的锅炉(boiler)等设备中产生水垢这种缺陷。由此，为了得到高纯度的处理水，需要较高地设定再生级别(每升离子交换树脂的再生剂使用量)。

较之于顺流再生，对流再生由于硬度泄漏级别较低，所以，能够解决处理水的纯度低下的课题。但是，由于再生工序中，以不流动的方式来保持离子交换树脂床，因此，需采用各种复杂的技术。

与此相对，专利文献1、2中所揭示的分流再生能够同时解决顺流再生以及对流再生的课题。也就是说，即使将再生级别抑制地较低，也具有在实用采水量的范围内能够获得高纯度的处理水这样的优点。

专利文献1：WO 07/23796号公报

专利文献2：JP特开2008-55392号公报

发明内容

为了解决顺流再生以及对流再生的课题，本发明者们对分流再生型的硬水软化装置进行了开发。而且，在开发过程中，发现了分流再生的新课题。

新课题是随着硬水软化装置的大型化，在将树脂储存槽的内径增大的情况下而发生的。也就是说，在不断减小离子交换树脂床的深度D1相对于直径Z的比率时，将观察到不能获得所期望的采水量的现象。该现象随着比率D1/Z的减小而逐渐变得显著。

本发明者们通过探讨其原因，结果得到了以下见解。分流再生中的再生剂形成为图22的箭头所示的流动。其结果，位于离子交换树脂床50的中间集液部51的高度附近且在从中间集液部51朝径向远离的部分中，存在再生进行不够充分的再生不良部分52。换而言之，该再生不良部分52是导致采水量低下的原因(第1见解)。

现有的再生方法(顺流再生、对流再生以及分流再生)是基于通过1次过程来进行离子交换树脂床整体的再生这样的技术常识的方法。本发明者们基于第1见解进一步研究的结果，打破现有的技术常识，并继承分流再生的优点，从而完成得到了解决所述新课题并增加采水量的新颖且实用的再生工序。也就是说，新颖的再生工序按照顺流再生以及部分对流再生的顺序来进行切换，通过2次过程来进行再生。部分对流再生中，从离子交换树脂床的中间部向下方的部分通过对流进行再生。

本发明者们，关于新颖的再生工序，基于部分对流再生的目的，即基于水处理工序中防止硬度泄漏的观点出发，进行了更进一步研究。其结果查明了：需要充分进行再生的是所限定的离子交换树脂床的区域(以下，称之为“硬度泄漏防止床”)。而且，基于到目前为止的经验以及追加的实验，弄清了只要硬度泄漏防止床的深度是100mm即可，至少以规定的再生级别来再生该限定的区域即可防止硬度泄漏(第2见解)。

进一步，基于第2见解还清楚地得知：通过对部分对流再生中所利用的再生剂量的比例进行限制，并且增大在顺流再生中所利用的再生剂量的比例，则采水量得以增加(第3见解)。除了利用强酸性阳离子交换树脂颗粒的硬水软化装置以外，以上的见解还可以适用于其他离子交换装置。

本发明的目的在于同时达成下述3个要求的项目。

(1)获得与对流再生以及分流再生同等的处理水的纯度。

(2)一面抑制再生级别，一面获得比分流再生更多的采水量。

(3)即使减小离子交换树脂床的深度相对于直径的比率也可获得实用的采水量。

为达成上述目的的第1发明是一种离子交换装置的运转方法，其包括：水处理工序，使原水以下降流通过具有深度D1的离子交换树脂床来制造处理水；以及再生工序，使再生剂通过离子交换树脂床，其中，离子交换树脂床由相同种类的离子交换树脂颗粒构成；再生工序包含第1再生工序以及在该第1再生工序结束后进行的第2再生工序，第1再生工序是通过将再生剂向离子交换树脂床的顶部进行配液并且在离子交换树脂床的底部进行集液来生成再生剂的下降流，使离子交换树脂床的整体进行再生的工序，第2再生工序是通过将再生剂向离子交换树脂床的底部进行配液并且在离子交换树脂床的中间部进行集液来生成再生剂的上升流，使离子交换树脂床的一部分进行再生的工序。

根据第1发明，能够获得与对流再生以及分流再生同等的处理水的纯度。同时，能够抑制再生级别，并获得比分流再生更多的采水量。而且，即使减小离子交换树脂床的深度相对于直径的比率也可获得实用的采水量。

第2发明是第1发明的基础上的离子交换装置的运转方法，在第2再生工序中，通过将再生剂向离子交换树脂床的底部进行配液并且在离子交换树脂床的中间部进行集液来生成再生剂的上升流，使离子交换树脂床的一部分进行再生；并且，通过将再生剂向离子交换树脂床的顶部进行配液并且在离子交换树脂床的中间部进行集液来生成再生剂的下降流，使离子交换树脂床的其他部分进行再生。

根据第2发明，在第1发明的效果的基础上，能够直接利用分流再生的技术。

第3发明是第1发明或第2发明的基础上的离子交换装置的运转方法，其中，离子交换装置是硬水软化装置；离子交换树脂床由强酸性阳离子交换树脂颗粒构成；对于深度D1为300～1500mm的离子交换树脂床，以底部为基点，设定深度D2为100mm的硬度泄漏防止床；第2再生工序是使针对硬度泄漏防止床的再生级别R2成为1.0～6.0eq/L-R的再生剂量U2通过硬度泄漏防止床的工序；再生级别R2是在第2再生工序后的水处理工序中，通过硬度泄漏防止床，能够制造硬度泄漏量Y为1mgCaCO3/L以下的软水的级别。

根据第3发明，在第1发明或第2发明的效果的基础上，能够抑制在硬度泄漏防止床中消耗所需以上的再生剂。

第4发明是第3发明的基础上的离子交换装置的运转方法，其中，第2再生工序中的集液位置的深度D3以离子交换树脂床的底部为基点，被设定为D2～0.8×D1。

根据第4发明，在第3发明的效果的基础上，在第1再生工序的再生完成的离子交换树脂床中，能够减小在第2再生工序中从硬度泄漏防止床脱离的硬度成分进行再吸附而产生的污染量。

第5发明是第1发明或第2发明的基础上的离子交换装置的运转方法，其中，离子交换装置是硬水软化装置；离子交换树脂床由强酸性阳离子交换树脂颗粒构成；在第1再生工序之后，进行第1挤出工序，即，通过将原水向离子交换树脂床的顶部进行配液并且在离子交换树脂床的底部进行集液来生成原水的下降流，将已导入的再生剂挤出；在第2再生工序之后，进行第2挤出工序，即，通过将原水向离子交换树脂床的底部进行配液并且在离子交换树脂床的中间部进行集液来生成原水的上升流，将已导入的再生剂挤出。

根据第5发明，在第1发明或第2发明的效果的基础上，挤出工序中使用原水，因此，除了不需要处理水的贮留槽以及送水泵，还能使进行硬水软化装置的流路切换的工序控制阀的构造变得简单化。另外，挤出工序是在第1再生工序后以及第2再生工序之后分别进行，能确实地将第1再生工序时从离子交换树脂床脱离的硬度成分向系统外排出。更进一步，通过使在第1再生工序中所配液的再生剂通过离子交换树脂床的末端，可提高再生的效率。

第6发明是第5发明的基础上的离子交换装置的运转方法，其中，第2挤出工序使用电导率K为1500μS/cm以下且总硬度H为500mgCaCO3/L以下的原水；对于硬度泄漏防止床，将挤出量N设定为0.4～2.5BV(Bed Volume，床体积)并且将挤出线速度V2设定为0.7～2m/h。

根据第6发明，在第5发明的效果的基础上，即使从离子交换树脂床的底部利用原水进行挤出，由于能抑制硬度泄漏防止床的污染，可制造纯度高的处理水。

第7发明是一种离子交换装置，具备：离子交换树脂床，其由相同种类的离子交换树脂颗粒构成且具有深度D1；第1配液部，其设置在离子交换树脂床的顶部；第2配液部，其设置在离子交换树脂床的底部；第1集液部，其设置在离子交换树脂床的底部；第2集液部，其设置在离子交换树脂床的中间部；阀单元，其能够对水处理工序的水的流动、第1再生工序的再生剂的流动以及第2再生工序的再生剂的流动进行切换，其中，水处理工序是通过将原水向第1配液部进行配液并且在第1集液部进行集液来生成原水的下降流，制造处理水的工序，第1再生工序是通过将再生剂向第1配液部进行配液并且在第1集液部进行集液来生成再生剂的下降流，对离子交换树脂床的整体进行再生的工序，第2再生工序是通过将再生剂向第2配液部进行配液并且在第2集液部进行集液来生成再生剂的上升流，对离子交换树脂床的一部分进行再生的工序；和控制单元，其通过对阀单元进行控制，按照水处理工序、第1再生工序以及第2再生工序的顺序进行切换。

根据第7发明，能够获得与对流再生以及分流再生同等的处理水的纯度。同时，能够抑制再生级别，并且能够获得比分流再生更多的采水量。而且，即使减小离子交换树脂床的深度相对于直径的比率也可获得实用的采水量。

第8发明是第7发明的基础上的离子交换装置，其中，第2再生工序的再生剂的流动如下，即：通过将再生剂向第2配液部进行配液并且在第2集液部进行集液来生成再生剂的上升流，使离子交换树脂床的一部分进行再生；并且通过将再生剂向第1配液部进行配液并且在第2集液部进行集液来生成再生剂的下降流，使离子交换树脂床的其他部分进行再生。

根据第8发明，在第7发明的效果的基础上，能够直接利用分流再生的技术。

更进一步，第9发明是第7发明或第8发明的基础上的离子交换装置，其中，离子交换装置是硬水软化装置；离子交换树脂床由强酸性阳离子交换树脂颗粒构成；对于深度D1为300～1500mm的离子交换树脂床，以底部为基点，设定有深度D2为100mm的硬度泄漏防止床；第2再生工序是使针对硬度泄漏防止床的再生级别R2成为1.0～6.0eq/L-R的再生剂量U2通过硬度泄漏防止床的工序；再生级别R2是在第2再生工序后的水处理工序中，通过硬度泄漏防止床，能够制造硬度泄漏量Y为1mgCaCO3/L以下的软水的级别。

根据第9发明，在第7发明或第8发明的效果的基础上，能够抑制在硬度泄漏防止床中消耗所需以上的再生剂。

(发明效果)

根据本发明，能够获得与对流再生以及分流再生同等的处理水的纯度。同时，能够抑制再生级别，并获得比分流再生更多的采水量。而且，即使减小离子交换树脂床的深度相对于直径的比率也可获得实用的采水量。

附图说明

图1是表示本发明的运转方法中的基本工序。

图2是表示再生工序相异的离子交换树脂床的再生状态。

图3是表示离子交换树脂床的深度D1、硬度泄漏防止床的深度D2以及中间集液位置的深度D3之间的关系。

图4是表示第2挤出工序中的再生线速度V1以及挤出量N的恰当范围。

图5是表示其他的实施方式中的基本工序。

图6是表示实施例1所涉及的硬水软化装置的整体构成。

图7是表示实施例1所涉及的树脂储存槽的纵剖面的构成。

图8是表示控制单元所执行的过程的流程图。

图9是表示再生工序以及挤出工序的详细流程图。

图10是表示各工序中的阀单元的开闭状态。

图11是表示各工序中的流体的流动。

图12是表示再生工序中的再生剂的分配。

图13是表示再生工序中的再生剂的分配比率。

图14是表示实验例1中的硬水软化装置的穿透曲线。

图15是表示实验例1中的硬水软化装置的贯流交换容量以及平均硬度泄漏量。

图16是表示实验例2中的硬水软化装置的穿透曲线。

图17是表示实验例2中的硬水软化装置的贯流交换容量以及平均硬度泄漏量。

图18是表示实施例2所涉及的树脂储存槽的纵剖面的构成。

图19是表示各工序中流体的流动。

图20是表示实验例3中的硬水软化装置的穿透曲线。

图21是表示实验例3中的硬水软化装置的贯流交换容量以及平均硬度泄漏量。

图22是表示现有的分流再生工序的再生剂的流动。

(符号说明)

1    离子交换装置(硬水软化装置)

2    离子交换树脂床

3    原水

4    处理水(软水)

5    再生剂

6    硬度泄漏防止床

8    第1配液部

9    第1集液部

10   第2配液部

11   第2集液部

D1   离子交换树脂床的深度

D2   硬度泄漏防止床的深度

D3   集液位置的深度(下侧部分树脂床的深度)

H    原水的总硬度

K    原水的电导率

N    第2挤出工序的挤出量

R2   针对第2再生工序的硬度泄漏防止床的再生级别

U2   第2再生工序的再生剂量

V2   第2挤出工序的挤出线速度

X    硬度除去容量

Y    硬度泄漏量

具体实施方式

(离子交换装置的运转方法的实施方式1)

对实施方式1所涉及的离子交换装置1的运转方法进行详述。图1是表示本运转方法中的基本工序。基本工序包含：针对具有规定深度的离子交换树脂床2，通过下降流的方式使原水3通过并制造处理水4的水处理工序，以及针对离子交换树脂床2，使再生剂5通过的再生工序。在水处理工序中，通过一边将原水3向离子交换树脂床2的顶部所设置的第1配液部8进行配液一边将处理水4通过离子交换树脂床2的底部所设置的第1集液部9进行集液。

离子交换树脂床2是由相同种类离子交换树脂颗粒构成。相同种类是指各个树脂颗粒的母体组成以及功能基团相同。离子交换树脂颗粒能从阳离子交换树脂颗粒以及阴离子交换树脂颗粒之中选择其中一种。

再生工序包含第1再生工序以及在第1再生工序结束后进行的第2再生工序。第1再生工序是使离子交换树脂床2的整体进行再生的“顺流再生工序”。第1再生工序中，通过一边将再生剂5向离子交换树脂床2的顶部所设置的第1配液部8进行配液一边通过离子交换树脂床2的底部所设置的第1集液部9进行集液来生成再生剂5的下降流。另一方面，第2再生工序是使离子交换树脂床2的一部分进行再生的“部分对流再生工序”。在第2再生工序中，通过一边将再生剂5向离子交换树脂床2的底部所设置的第2配液部10进行配液一边在离子交换树脂床2的中间部所设置的第2集液部11进行集液来生成再生剂5的上升流。

根据本运转方法，在第1再生工序(顺流再生工序)中，离子交换树脂床2的整体被进行再生。另一方面，在第2再生工序(部分对流再生工序)中，对于从中间集液位置到下方的离子交换树脂床(以下，称之为“下侧部分树脂床”)进行再生。中间集液位置被定义为：在第2集液部11所形成的流出孔之中的最下侧的孔的下端。

虽然顺流再生工序以及部分对流再生工序中的任意单独一种为公知，但本运转方法是以这些工序连续执行为特征。换而言之，将顺流再生工序作为第1再生工序来执行，在第1再生工序结束后，将部分对流再生工序作为第2再生工序来执行。换而言之，本运转方法是将现有所进行的一阶段的再生工序改良为二阶段的再生工序。图1对其进行表示。

如前所述，公知的顺流再生、对流再生以及分流再生基本上是以通过1次再生工序使离子交换树脂床2的整体进行再生的技术常识(或构思)为基础。从现有的再生方法向别的再生方法进行的转换，由于可预想到再生工序所需要的时间较长，或者流路切换的阀机构复杂化，所以，通常没有被考虑。而且，由于分流再生解决了顺流再生以及对流再生的课题，因此，可以说要打破技术常识的动机到目前为止没有出现。但是，如前所述，本发明者们，在分流再生中发现了新的课题。而且，该新的课题是，基于上述第1见解，打破技术常识，以作为本运转方法的特征的二阶段再生工序来进行解決。

关于一阶段以及二阶段的再生工序相异处，基于图2说明如下。图2是定性且示意性地表示硬水软化装置中的离子交换树脂床2的再生状态。纸面的上方为离子交换树脂床2的顶部侧，纸面的下方为离子交换树脂床2的底部侧。在图2中，描绘有阴影的区域是表示未再生的Ca型阳离子交换树脂颗粒的分布。另一方面，未描绘有阴影的区域是表示再生完成的Na型阳离子交换树脂颗粒的分布。现有的顺流再生以及分流再生中，Ca型阳离子交换树脂颗粒的分布分别以图2(a)以及(b)表示。尤其是在分流再生中，由于如图22所示的再生不良部分52的存在，Ca型阳离子交换树脂颗粒的占有面积为较多。

与此相对，通过本运转方法的二阶段再生后的Ca型阳离子交换树脂颗粒的分布如图2(c)所示。相对于离子交换树脂床2整体的Ca型阳离子交换树脂颗粒的占有面积的比率为较小，这意味着在再生工序后的水处理工序中，处理水(软水)的采水量得到增加。另外，在离子交换树脂床2的底部，Ca型阳离子交换树脂颗粒的占有面积的比率为较小，这意味着在水处理工序中的硬度泄漏级别较低，处理水的纯度较高。

通过以上说明可知：根据本运转方法，再生不良部分52得到了减少，因此，较分流再生可获得较多的量的采水量，比顺流再生可获得略少的量的采水量。同时，根据本运转方法，能够确保与分流再生同等的处理水的纯度。更进一步，根据本运转方法，由于能直接利用公知的顺流再生以及部分对流再生的技术，因此能够获得降低离子交换装置的开发成本这样的附带效果。该附带效果不是本质性的，毋庸置疑也可以将公知的顺流再生以及部分对流再生的技术进行变形。

(离子交换装置的运转方法的适当示例1)

实施方式1所涉及的运转方法包含适当示例1～4。在适当示例1中，将离子交换装置1作为硬水软化装置的同时，以强酸性阳离子交换树脂颗粒构成离子交换树脂床2。而且，如图3所示，基于所述第2见解，相对于深度D1为300～1500mm的离子交换树脂床2，以底部为基点，设定深度D2为100mm的硬度泄漏防止床6。

在第2再生工序中，使得针对硬度泄漏防止床6的再生级别R2为1.0～6.0eq/L-R的再生剂量U2通过硬度泄漏防止床6。再生级别R2是在第2再生工序后的水处理工序(水软化工序)中，通过硬度泄漏防止床6可制造硬度泄漏量Y为1mgCaCO₃/L以下的软水的级别。作为再生剂而使用氯化钠(分子量：58.5)的情况下，再生级别R2的范围相当于59～351gNaCl/L-R。

硬度泄漏防止床6位于具有深度D3的下侧部分树脂床7的底部。下侧部分树脂床7中，硬度泄漏防止床6和其之外的部分是在视觉上不能识别的部分，而是设想的部分。硬度泄漏防止床6具有确保所需软水的纯度的功能。

将离子交换树脂床2的深度D1设为300～1500mm的理由如下。首先，对下限值进行说明。离子交换树脂床2的深度D1为非常低的情况下，易于发生再生剂的偏流或短路(short pass)，因此，导致再生效率低下。另外，离子交换反应发生的区域(离子交换带)的长度延伸时，可有效地利用的离子交换树脂床2变少，所以，离子交换容量(贯流交换容量)变少。因此，在将离子交换树脂床2的容量设计为超过20L的硬水软化装置中，通常推荐800mm以上的深度。但是，尤其是小容量的硬水软化装置，只要能确保300mm以上的深度则可实用。由此，将300mm设为下限值。以下对上限值进行说明。本来无需上限值，但是，离子交换树脂床2的深度D1如果过高，则通水时的压力损失上升以及装置的高度变高将导致发生输送上的问题。由于这些事由，制造离子交换树脂床2的深度为超过1500mm的硬水软化装置的可能性较低。由此，将1500mm设为上限值。

关于将硬度泄漏防止床6的深度D2设为100mm的理由，其是基于所述第2见解而得到的，如下所述。首先，硬水软化装置是以下述为前提，即：将离子交换树脂床2的深度D1设为300～1500mm；使第2再生工序中的相对于硬度泄漏防止床6的再生级别R2为1.0～6.0eq/L-R的再生剂量U2通过硬度泄漏防止床6；以及将再生级别R2设为在第2再生工序后的水处理工序中，通过硬度泄漏防止床6而可制造硬度泄漏量Y为1mgCaCO₃/L以下的软水的级别。在该前提下，通过除硬度泄漏防止床6以外的离子交换树脂床2除去原水中所含的硬度成分的大约99％，并且为了利用硬度泄漏防止床6除去余下的1％，而至少需确保100mm的深度D2。

将再生级别R2设为1.0～6.0eq/L-R的理由如下。以再生级别(eq/L-R)为横轴，以再生率(％)为纵轴的再生级别-再生率特性中，在下限值的1.0eq/L-R以下时，再生剂量较少，再生不稳定。另外，上限值的6.0eq/L-R是根据实用性和经济性的观点所确定的值。对于再生级别R2，更为优选的是2.6～5.1eq/L-R。该范围是通过实验所确认的范围。更为优选的再生级别R2是如通过后述的实施例1进行说明的那样，将下侧部分树脂床7的深度D3设为250mm，换算成相对于该下侧部分树脂床7的再生级别R21时，相当于1.0～2.1eq/L-R。

在适当示例1中，通过硬水软化装置的再生工序，使总再生级别R成为1.0～4.1eq/L-R的总再生剂量U通过离子交换树脂床2。具体而言，在第1再生工序中，使从总再生剂量U中减去所述再生剂量U2(基于再生级别R2所求取的再生剂量)后的余下的再生剂量U1通过离子交换树脂床2的整体。另一方面，在第2再生工序中，使再生剂量U2通过硬度泄漏防止床6。换而言之，总再生级别R是作为通过第1再生工序以及第2再生工序的总括性的再生级别而定义的。

(离子交换装置的运转方法的适当示例2)

在所述的适当示例1中，下述的构成为优选。在适当示例2中，将第2再生工序中的集液位置的深度D3，以离子交换树脂床2的底部为基点，设定为D2～0.8×D1，更为优选的是设定为D2～0.5×D1。

在中间集液位置不为硬度泄漏防止床6的深度D2以上时，则硬度泄漏防止床6的再生将不能充分地进行，所以，将深度D3的下限值设为与深度D2相同的值。基于防止离子交换树脂床2的污染和流动的观点，将深度D3的上限值设定为0.8×D1。从底部起的集液位置的深度D3变高时，含有在第2再生工序所发生的高浓度的Ca离子的再生排出液将容易造成对离子交换树脂床2的污染。也就是说，硬度成分再吸附于由第1再生工序再生后的离子交换树脂床2，从而有可能造成采水量低下。另外，从底部起的集液位置的深度D3变高时，在第2再生工序中，由于再生剂的流动而导致下侧部分树脂床7易于流动。也就是说，上侧部分树脂床相对于下侧部分树脂床7的比率减小，在朝下方的挤压力较小的情况下，由于树脂颗粒上浮，可能导致与再生剂之间的接触时间变短。由此，在确保实用的采水量的范围内，将深度D3的上限值设定为0.8×D1。更进一步，为了确实防止离子交换树脂床2的污染和流动并提高采水量，更为优选的是将深度D3的上限值设定为0.5×D1。另外，深度D3的上限值的例示并不是具有临界之意，而是可以变更的。

(离子交换装置的运转方法的适当示例3)

在所述的适当示例1以及适当示例2中，优选进行下述的操作。在适当示例3中，在第1再生工序后，通过一边将原水3向离子交换树脂床2的顶部进行配液一边从离子交换树脂床2的底部进行集液来生成原水3的下降流，进行对导入的再生剂5进行挤出的第1挤出工序。而且，在第2再生工序后，通过一边将原水3向离子交换树脂床2的底部进行配液一边在离子交换树脂床2的中间部进行集液来生成原水3的上升流，进行将导入的再生剂5进行挤出的第2挤出工序。

在适当示例3中，通过进行第1挤出工序，在第1再生工序中使得所使用的再生剂量U1不浪费地直至通过离子交换树脂床2的末端，且防止从树脂颗粒脱离的硬度成分进行再吸附。由此，能够提高第1再生工序的再生效率。另外，在进行第2再生工序前，将在第1再生工序中所脱离的硬度成分从硬度泄漏防止床6向系统外排出，由此，能够提高第2再生工序的再生效率。

更进一步，在第1以及第2挤出工序中，不使用处理水(软水)作为挤出水。由此，较之于在挤出工序中使用处理水的现有硬水软化装置，无需处理水的贮留槽以及送水泵。除此之外，还具有使得对硬水软化装置的流路进行切换的工序控制阀的构造可实现简单化的优点。

(离子交换装置的运转方法的适当示例4)

在所述的适当示例3中，即使是在利用原水进行挤出工序的情况下，为了得到较高纯度的软水，优选进行下述操作。在适当示例4中，第2挤出工序利用电导率K为1500μS/cm以下且总硬度H为500mgCaCO₃/L以下的原水。更进一步，相对于硬度泄漏防止床6，将挤出量N设定为0.4～2.5BV(Bed Volume，床体积)且挤出线速度V2设定为0.7～2m/h。适当示例4是将针对硬度泄漏防止床6的第2挤出工序的条件(以下，简单称为“挤出条件”)进行特定的示例。以下，对挤出条件进行详细说明。

在第2挤出工序中，作为挤出水而利用原水(硬水)的情况下，挤出量N过多时，在硬度泄漏防止床6的下端部附近，进行离子交换，且发生硬度成分(Ca离子以及Mg离子)的吸附。这时，在其后的水处理工序中，通过硬水的离子交换而释放至水中的Na离子或K离子将使硬度泄漏防止床6的下端部附近所吸附的硬度成分发生脱离，导致软水的硬度泄漏级别增加。为了解决该问题，在适当示例4中，对利用规定水质的原水的情况下的挤出量N以及挤出线速度V2进行限制。关于挤出量N以及挤出线速度V2的确定是通过下述的3个步骤来进行。

在步骤1中，赋予包含下述各条件的诸条件：硬度泄漏防止床的深度D2、原水的电导率K、原水的总硬度H、总再生级别R、再生剂浓度C、通过水处理工序所需的硬度除去容量X、以及软水的硬度泄漏量Y。关于硬度泄漏防止床6的深度D2，参照所述的适当示例1，对于深度D1为300～1500mm的离子交换树脂床2，至少设定为100mm。关于原水的电导率K，使得包含大陆性水质(例如，中国大陆、北美大陆)的天然水的大多半，将其设定为1500μS/cm以下。关于原水的总硬度H，遵循与电导率相同的宗旨，将其设定为500mgCaCO₃/L以下。关于总再生级别R，参照所述的适当示例1，将其设定为1.0～4.1eq/L-R(60～240gNaCl/L-R)。关于再生剂浓度C，将其设定为标准的硬水软化装置中所采用的5～15wt％。关于硬度除去容量X，基于确保与顺流再生型的硬水软化装置同等的采水量的观点，将其设定为30～60gCaCO3/L-R。该范围是与总再生级别R为1.0～4.1eq/L-R的情况对应。关于硬度泄漏量Y，设想为是将软水向锅炉装置或逆渗透膜装置供给的情形，将其设定为1mgCaCO₃/L以下。

在步骤2中，利用硬度除去容量X与再生级别R以及再生线速度V1有关，将再生线速度V1设定为可得到所希望的硬度除去容量X的速度。再生线速度V1是由先设定的硬度除去容量X所决定。不过，基于下述理由，而确定上限值以及下限值。首先，对上限值进行说明。较之于第1再生工序(顺流再生工序)，第2再生工序(部分对流再生工序)具有离子交换树脂床2与再生剂5的接触时间较短的倾向。由此，需要对再生线速度V1的上限值进行限制，将接触时间延长以促进再生。在此，为了确保与顺流再生型的硬水软化装置同等的硬度除去容量X(例如，43gCaCO₃/L-R)，优选的是将再生线速度V1设定为2m/h以下。该上限值通过图4中的线L1来表示。较线L1为左侧的区域表示硬度除去容量X为要求量以上的再生线速度V1的范围。相反，较线L1为右侧的区域表示硬度除去容量X为要求量不足的再生线速度V1的范围。其次，对下限值进行说明。再生线速度V1低于0.7m/h时，在离子交换树脂床2内容易产生再生剂5的偏流以及短路。在图4中用线L2来表示该下限值。较线L2为左侧的区域中，再生容易成为不够充分，在水处理工序时，有可能离子交换树脂床2在短时间发生穿透。因此，关于再生线速度V1，将其设定为与线L1和线L2之间的区域对应的0.7～2m/h的范围内。

在步骤3，设定使软水的硬度泄漏量Y成为要求量以下的挤出线速度V2以及挤出量N。首先，挤出线速度V2与再生线速度V1具有特定的相关关系，可近似为再生线速度V1。因此，参照在步骤2中所设定的再生线速度V1，将再生线速度V2设定在0.7～2m/h的范围。其次，对再生线速度V1，赋予0.7～2m/h的条件时，能够求取硬度泄漏量Y成为要求量以下的挤出量N的上限值。该上限值通过图4中的线L3来表示，挤出量N的最大值是相当于线L1与线L3的交点的2.5BV。另一方面，挤出量N的下限值是与离子交换树脂床2的空隙率相当的0.4BV。该下限值通过图4中的线L4来表示。较线L4为下侧的区域中，挤出量N非常少，离子交换树脂床2与再生剂5的接触时间不够充分，因此，再生效率低下。另外，由于在离子交换树脂床2内残留再生剂5，因此，水处理工序中，再生剂5向后段的设备流出，有引起腐蚀破损等的缺陷的危险性。因此，关于挤出量N，将其设定为与线L3和线L4之间的区域对应的0.4～2.5BV的范围。

基于以上，挤出线速度V2(与再生线速度V1相当)以及挤出量N的恰当范围如图4所示的那样，成为由线L1～L4所包围的区域A。也就是说，以区域A所规定的范围是适当示例4的挤出条件。根据适当示例4的挤出条件，即使利用电导率K为1500μS/cm以下且总硬度H为500mgCaCO₃/L以下的原水的情况下，也可制造硬度泄漏量Y为1mgCaCO₃/L以下的软水。

(离子交换装置的实施方式1)

本实施方式1是实现上述的运转方法所涉及的实施方式1的离子交换装置。离子交换装置1是对于由相同种类的离子交换树脂颗粒构成的离子交换树脂床2，通过一边将再生剂5进行通液并再生的装置。离子交换装置1具有：离子交换树脂床2、离子交换树脂床2的顶部所设置的第1配液部8、离子交换树脂床2的底部所设置的第2配液部10、离子交换树脂床2的底部所设置的第1集液部9、离子交换树脂床2的中间部所设置的第2集液部11以及阀单元。

阀单元构成为至少可以对下述流动进行切换。

(a)水处理工序的流体的流动：通过一边将原水3向第1配液部8进行配水一边在第1集液部9进行集液来生成原水3的下降流，以制造处理水4；

(b)第1再生工序的流体的流动：通过一边将再生剂5向第1配液部8进行配液一边在第1集液部9进行集液来生成再生剂5的下降流，使离子交换树脂床2的整体进行再生；

(c)第2再生工序的流体的流动：通过一边将再生剂5向第2配液部10进行配液一边在第2集液部11进行集液来生成再生剂5的上升流，使下侧部分树脂床7进行再生。

更进一步，离子交换装置1具有控制单元，其对阀单元进行控制，按照水处理工序、第1再生工序以及第2再生工序的顺序来进行切换。控制单元是在进行了第1再生工序后，切换为第2再生工序，通过二阶段来进行离子交换树脂床2的再生。

(离子交换装置的适当示例1)

实施方式1所涉及的离子交换装置1包含适当示例1～3。适当示例1～3是硬水软化装置。适当示例1中，相对于深度D1为300～1500mm的离子交换树脂床2，以底部作为基点，设定深度D2为100mm的硬度泄漏防止床6。第2再生工序中，使相对于硬度泄漏防止床6的再生级别R2成为1.0～6.0eq/L-R的再生剂量U2通过硬度泄漏防止床6。而且，再生级别R2是在第2再生工序后的水处理工序(水软化工序)中，通过硬度泄漏防止床6可制造硬度泄漏量Y为1mgCaCO₃/L以下的软水的级别。(离子交换装置的适当示例2)

所述适当示例1中，优选构成如下。适当示例2中，通过硬水软化装置的再生工序，使总再生级别R成为1.0～4.1eq/L-R的总再生剂量U通过离子交换树脂床2。具体而言，在第1再生工序中，使从总再生剂量U中减去所述再生剂量U2(基于再生级别R2所求取的再生剂量)后的余下的再生剂量U1通过离子交换树脂床2的整体。另一方面，在第2再生工序中，使再生剂量U2通过硬度泄漏防止床6。

(离子交换装0置的适当示例3)

所述的适当示例2中，优选构成如下。适当示例3中，硬水软化装置优选具有在1.0～4.1eq/L-R的范围内可进行任意选择总再生级别R的选择装置。而且，控制单元与所选择的总再生级别R相对应地，将再生级别R2设定为1.0～6.0eq/L-R，优选将其设定为2.6～5.1eq/L-R的范围。再生级别R2是具有随着总再生级别R的增加而增加的关系的设定值。根据适当示例3，即使选择较高的总再生级别R，在第2再生工序无需使用所需以上的再生剂。因此，能够将在第1再生工序所使用的再生剂的比例增大，所以，能够使采水量得以增加。

(离子交换装置的构成要件)

对实施方式1所涉及的离子交换装置1的构成要件进行说明。离子交换树脂颗粒能够从阳离子交换树脂颗粒以及阴离子交换树脂颗粒之中选择其中一种。另外，再生剂在利用阳离子交换树脂颗粒的硬水软化装置中，可使用氯化钠、氯化钾、氢氧化钠及氢氧化钾等。离子交换树脂床2并不仅限于特定的构成。例如，也可由硅石或非活性树脂构成的支持床上进行层叠而成。离子交换树脂床2被配置于树脂储存槽内。树脂储存槽并不仅限于特定的形状、构造以及材质。

第1配液部8的构造优选为：从离子交换树脂床2的顶部尽可能地使再生剂5可相对于整个离子交换树脂床2的横截面，均等地流动。由此，第1配液部8的构造优选为：使再生剂5相对于离子交换树脂床2的横截面进行分散的构造。但是，若在离子交换树脂床2的上部存在干舷(freeboard)，并在该空间中存储再生剂5，则再生剂5可相对于离子交换树脂床2的横截面大致均等地流动。由此，第1配液部8的分散构造并不是必需要件。

第1集液部9的构造优选为：从离子交换树脂床2的底部尽可能地使再生剂5可相对于整个离子交换树脂床2的横截面，均等地进行收集。由此，优选的是：在离子交换树脂床2的下部设置由硅石或非活性树脂构成的支持床，在支持床中配置第1集液部9。另外，在将树脂储存槽设为圆筒形状的情况下，第1集液部9的尺寸(例如，外径)优选为：能通过树脂储存槽的下端部或者上端部所形成的开口进行插入的尺寸。将第1集液部9的尺寸进行小型化，可易于装置的组装。

第2配液部10优选的是与第1集液部9兼用，但并不仅限于此。也就是说，第2配液部10也可以与第1集液部9分别设置。

第2集液部11优选的是：从离子交换树脂床2的中间部通过一边将再生剂5相对于整个离子交换树脂床2的横截面，尽可能均等地进行收集的构造。尽管那样，现实中在离子交换树脂床2的中间部中难以均等地进行收集。当然，形成将第2集液部11在水平方向进行扩大的构造时，可更均等地进行收集。但是，在第2集液部11中，实际上，由于液体流入的孔的位置或数量所限定的关系，难以避免偏流。另外，树脂储存槽为圆筒形状的情况下，第2集液部11的尺寸(例如，外径)优选为可通过树脂储存槽的下端部或者上端部所形成的开口进行插入的尺寸。将第2集液部11的尺寸进行小型化，可易于装置的组装。

阀单元是由恰当个数的阀构成。阀单元只要可对离子交换装置1的各工序中流体的流动进行控制即可，并不限于特定的构成。

(离子交换装置的运转方法以及离子交换装置的实施方式2)

本发明并不仅限于上述的实施方式1，还包含其他的实施方式2。实施方式2是对实施方式1的第2再生工序进行变形后的实施方式。实施方式2的第2再生工序如图5所示，在再生剂5的上升流的基础上，通过一边将再生剂5向离子交换树脂床2的顶部进行配液而具有在中间部进行集液的下降流。

在实施方式2中，除下侧部分树脂床7的部分对流再生外，也从位于第2集液部11上方的上侧部分树脂床的部分同时进行顺流再生。部分对流再生以及部分顺流再生同时进行的第2再生工序是参照现有的分流再生的技术。但是，实施方式2中，在第2再生工序之前，通过第1再生工序进行整体顺流再生的点是与分流再生存在着本质性的区别。

实施方式2中，与实施方式1相同地，离子交换树脂床2是由阳离子交换树脂颗粒构成，可将离子交换装置1作为硬水软化装置。硬水软化装置中，优选的是：相对于深度D1为300～1500mm的离子交换树脂床2，以底部作为基点，设定深度D2为100mm的硬度泄漏防止床6。第2再生工序中，使相对于硬度泄漏防止床6的再生级别R2成为1.0～6.0eq/L-R的再生剂量U2通过硬度泄漏防止床6。而且，再生级别R2是在第2再生工序后的水处理工序(水软化工序)中，通过硬度泄漏防止床6可制造硬度泄漏量Y为1mgCaCO₃/L以下的软水的级别。

另外，在硬水软化装置中，将第2再生工序中的集液位置的深度D3设定为：以离子交换树脂床2的底部为基点的D2～0.8×D1，更为优选设定为D2～0.5×D1。更进一步，部分对流再生以及部分顺流再生的再生剂的分配优选将部分对流再生的再生剂量设定为比部分顺流再生的再生剂量较多。但是，也可以将部分对流再生以及部分顺流再生的再生剂的分配设定为等量。

根据实施方式2，可直接使用适用于分流再生的树脂储存槽以及/或阀单元。

(实施例1)

(硬水软化装置的构成)

图6是表示实施例1所涉及的硬水软化装置的整体构成。硬水软化装置1例如可与住宅或公寓等的居住建筑物；宾馆或公共浴室等的集客设施；锅炉或冷却塔等的冷热设备；食品加工装置或清洗装置等的水使用设备进行连接。硬水软化装置1主要具备：树脂储存槽12；作为阀单元的工序控制阀13(以下，简称为“控制阀”)；用于供给作为再生剂的盐水的盐水供给装置14；以及作为控制单元的控制器16，其输入来自盐水流量计15等的信号并对控制阀13等进行控制。

如图7所示，树脂储存槽12具有一体成形的合成树脂制的容器17。容器17的底部填充有由微小的硅石构成的硅石床18。硅石床18的上部填充有由强酸性阳离子交换树脂颗粒构成的离子交换树脂床2。在离子交换树脂床2的上部形成有干舷。硅石床18用于防止树脂颗粒的流出，且具有在离子交换树脂床2的横截面中使流体的流动均一化的整流部件的功能。

在容器17的上端的第1开口部19，形成有第1通液部20。另一方面，在容器17的下端的第2开口部21，形成有第2通液部22以及第3通液部23。

为了防止树脂颗粒的流出，第1通液部20具有下端封闭的筒状的第1掩蔽物(screen)24。第1掩蔽物24的上端被拧入到固定于第1开口部19的环状的第1固定部件25。在第1固定部件25，第1L型配管26从上方拧入而固定。

第2通液部22具有上端封闭的筒状的第2掩蔽物27。第2掩蔽物24的下端被拧入到被固定于第2开口部21的环状的第2固定部件28。在第2固定部件28，第2L型配管29从下方拧入而固定。

第3通液部23包含第3掩蔽物30和集液管32。第3掩蔽物30被配置在离子交换树脂床2的中间，通过集液管32与第2L型配管29上形成的流出口31连通连接。集液管32以与第2掩蔽物27的上端面贯通的形式进行安装。第3掩蔽物30为防止树脂颗粒的流出而在周面上形成有网状的多个孔(省略标号)。多个孔可为细小的狭缝的集合体。下侧部分树脂床7被定义为从孔的最下端部起至离子交换树脂床2的下端为止的区域。

第1L型配管26以及第2L型配管29为了实现成本降低而由相同的部品来构成。另外，在第1L型配管26中，流出口31由于不使用而堵塞。第1掩蔽物24的外径被设定为比第1开口部19的内径要小。另外，第2掩蔽物27以及第3掩蔽物30的外径被设定为比第2开口部19的内径要小。由此，各掩蔽物24、27、30可从树脂储存槽12的外侧进行插入以实现组装。

在实施例1中，床深度D1～D3设定如下：

离子交换树脂床2的深度D1：921mm；

硬度泄漏防止床6的深度D2：100mm；

下侧部分树脂床7的深度D3：250mm。

控制阀13切换如图8以及图9所示的工序。也就是说，在流路切换时，依次执行下述S1至S8为止的工序：

(S1)水处理工序(水软化工序)，相对于离子交换树脂床2的整体，使原水从上至下进行通过；

(S2)逆洗净工序，相对于离子交换树脂床2的整体，使作为洗净水的原水自下而上进行通过；

(S3)第1再生工序，相对于离子交换树脂床2的整体，使作为再生剂的盐水从上至下进行通过；

(S4)第1挤出工序S4，相对于离子交换树脂床2的整体，使作为挤出水的原水从上至下进行通过；

(S5)第2再生工序，相对于下侧部分树脂床7，使作为再生剂的盐水自下而上进行通过；

(S6)第2挤出工序，相对于下侧部分树脂床7，使作为挤出水的原水自下而上进行通过；

(S7)冲洗工序，相对于离子交换树脂床2整体，使作为洗刷水的原水从上至下进行通过；

(S8)补水过程，将原水提供给盐水供给装置14。

控制阀13构成为包含：通水控制用的第1阀M1以及第2阀M2；旁路(bypass)控制用的第3阀M3逆洗净控制用的第4阀M4；盐水控制用的第5阀M5；喷射器(ejector)控制用的第6阀M6以及第7阀M7；排水控制用的第8阀M8；以及冲洗控制用的第9阀M9。通过控制器16，各阀M1～M9如图10所示，按照每一工序S1～S8进行开闭的控制。其结果，如图11所示，在树脂储存槽12内，按照每一工序S1～S7，生成流体的流动。另外，在水处理工序S1与逆洗净工序S2之间设置有将所有的阀M1～M9关闭的再生待机工序(省略图示)。另外，补水工序S8与水处理工序S1之后，设置有将所有的阀M1～M9关闭的通水待机工序(省略图示)。

生成如图11所示的流体的流动的结果，第1通液部20作为配液部或集液部而发挥作用。也就是说，在水处理工序S1、第1再生工序S3、第1挤出工序S4以及冲洗工序S7中，第1通液部20作为配液部(本发明的第1配液部)而发挥作用。另一方面，在逆洗净工序S2，第1通液部20作为集液部而发挥作用。

第2通液部22作为配液部或集液部而发挥作用。也就是说，在逆洗净工序S2、第2再生工序S5以及第2挤出工序S6中，第2通液部22作为配液部(本发明的第2配液部)而发挥作用。另一方面，在水处理工序S1、第1再生工序S3、第1挤出工序S4以及冲洗工序S7中，第2通液部22作为集液部(本发明的第1集液部)而发挥作用。

第3通液部23仅作为集液部而发挥作用。也就是说，在第2再生工序S5以及第2挤出工序S5中，第3通液部23作为集液部(本发明的第2集液部)而发挥作用。

在图6中，标号33表示过滤器(strainer)。标号34表示节流器(orifice)。标号35是喷射器。标号36表示定流量阀。标号37表示过滤器。树脂储存槽12、盐水供给装置4以及阀M1～M9等的要件通过第1配管38-1、第2配管38-2、……、以及第20配管38-20而连接。这些各配管38是通过以黑圆点表示的分支点(标号省略)来进行划分的配管。

控制器16构成为包含微机以及存储器(省略图示)。控制器16输入来自运转指示器40、盐水流量计15等的信号，对控制阀13等进行控制。在存储器中，预先存储有用于执行本发明的运转方法的控制程序。

运转指示器40受理硬水软化装置1的运转开始以及运转停止的指示。另外，运转指示器40为这样的构成：根据原水硬度，如图12(a)所示，将通过再生工序整体的总再生级别R(gNaCl/L-R)以60、90、120、180、240的5阶段来进行选择并输入的构成。

存储器中所存储的控制程序包含如图8以及图9所示的工序。也就是说，控制程序成为执行由第1再生工序S3、第1挤出工序S4、第2再生工序S5以及第2挤出工序S6构成的二阶段再生。如图11所示，第1再生工序S3中，一边将再生剂5(盐水)通过第1通液部20向离子交换树脂床2的顶部进行配液一边通过第2通液部22在离子交换树脂床2的底部进行集液来生成再生剂5的下降流，对离子交换树脂床2的整体进行再生。另一方面，在第2再生工序S5中，一边将再生剂5(盐水)通过第2通液部22向离子交换树脂床2的底部进行配液一边通过第3通液部23在离子交换树脂床2的中间部进行集液而生成再生剂5的上升流，对下侧部分树脂床7进行再生。

在控制程序中，如图12(a)所示，根据选择的总再生级别R，将再生工序S3、S5的再生剂的分配模式设定为P1～P5。也就是说，总再生级别R在60～240gNaCl/L-R的范围内进行选择时，第2再生工序S5的再生级别R2将自动地设定为150～300gNaCl/L-R的范围。再生级别R2是在水处理工序S1中，通过硬度泄漏防止床6可制造硬度泄漏量Y为1mgCaCO₃/L以下的软水的值。另外，图12(a)是将再生级别以重量表记来表示，在以NaCl的分子量作为58.5，进行当量表记(eq/L-R)时，则如图12(b)所示。

再生级别R2的自动设定中，总再生级别R为规定值(120gNaCl/L-R)以上时，再生级别R2被调整为不超过上限值(300gNaCl/L-R)。换而言之，被限制为：相对于硬度泄漏防止床6不使用所需以上的再生剂。而且，在与总再生级别R对应地设定了再生级别R2之后，第1再生工序S3的再生级别R1如下所述地求取，并自动地设定。

通过再生工序整体所使用的总再生剂量U(gNaCl)是，对总再生级别R乘以离子交换树脂床2的树脂量来求取的。在第2再生工序S5中，相对于硬度泄漏防止床6而供给的再生剂量U2(gNaCl)是，对再生级别R2乘以硬度泄漏防止床6的树脂量来求取。在第1再生工序S3中，对离子交换树脂床2的整体所供给的再生剂量U1(gNaCl)是从总再生剂量U中减去再生剂量U2来求取的。而且，第1再生工序S3的再生级别R1是将总再生剂量U1除以离子交换树脂床2的树脂量来求取的。另外，针对下侧部分树脂床7的再生级别R21是，将再生剂量U2除以下侧部分树脂床7的树脂量来求取的。

图13是表示再生剂的分配比率(U1/U或U2/U)。根据图13可知，在第2再生工序S5中，使用在总再生剂量U之中的14～27％的再生剂。再生剂量U2是为了制造硬度泄漏量为1mgCaCO3/L以下的软水而作为所需量来优先进行确保。另一方面，在第1再生工序S3中，使用总再生剂量U之中的86～73％的再生剂。余下的再生剂量U1用于确保增加采水量。

(硬水软化装置的运转方法)

其次，对实施例1所涉及的硬水软化装置的运转方法进行说明。以下以与本发明具有直接关系的水处理工序S1以及再生工序S3、S5的动作为中心进行说明。

(运转指示)

用户在硬水软化装置1运转前，预先通过运转指示器40选择整体再生级别R。具体而言，在运转指示器40显示有5个模式P1～P5，根据原水硬度来选择其中一个模式。然后，对运转指示器40的运转开始按钮(省略图示)进行操作。如此，在离子交换树脂床2的再生结束的情况下，水处理工序S1便开始进行。

(水处理工序S1)

通过来自控制器16的指令信号，控制阀13(M1～M9)被控制成如图10的S1所示的开闭状态。其结果，原水3按照配管38-1、38-2、38-3、38-4、38-5顺序依次流动，从第1通液部20向树脂储存槽12内进行配水。所配水的原水3是以下降流通过离子交换树脂床2，在该过程中硬度成分被Na离子所置换后，实现软水化。将通过离子交换树脂床2的处理水(软水)4由第2通液部22来进行收集。其后，处理水按照配管38-16、38-13、38-12、38-17的顺序依次流动，并提供给使用点(参照图6以及图11的S1)。而且，通过采取规定量的处理水，离子交换树脂床2成为不能对硬度成分进行置换时，实施再生工序。

(再生工序)

再生工序是为了使离子交换树脂床2的硬度除去容量X得到恢复，而按照工序S2至S8的顺序依次执行(参照图8)。在这些工序之中，逆洗净工序S2、冲洗工序S7以及补水工序S8与本发明无直接关系，如专利文献1、2等所示的那样，众所周知，故省略其说明。

(再生工序：第1再生工序S2)

基于来自控制器16的指令信号，控制阀13(M1～M9)被控制成如图10的S3所示的开闭状态。其结果，原水3作为稀释水而流经配管38-1、38-15，向喷射器35的一次侧进行供给。在喷射器35中，由于原水3的通过而导致在喷嘴部的吐出侧发生负压。其结果，盐水供给装置14内的饱和盐水通过配管38-18吸引至喷射器35。而且，在喷射器35内，饱和盐水被稀释至规定的再生剂浓度C，再生剂5(稀释盐水)被进行调制。该再生剂5通过配管38-6、38-5向第1通液部20进行供给，由此，向树脂储存槽12内进行配水。所配水的再生剂5以下降流通过离子交换树脂床2，对离子交换树脂床2的整体进行再生。通过离子交换树脂床2的再生剂5在第2通液部22进行收集。使用完成的再生剂5经过配管38-16、38-13、38-9、38-19、38-20向系统外排出(参照图6以及图11的S3)。

第1再生工序S3是所谓的顺流再生。在该顺流再生中，如图22所示，不会产生再生不良部分52。第1再生工序S3在再生剂5的供给容量Q1达到了所设定的再生剂量U1相当后而结束，移至第1挤出工序S4(参照图9的S31以及S32)。另外，将再生剂比重设为S，供给容量Q1以及再生剂量U1满足下述的关系。

再生剂量U1＝再生剂浓度C×再生剂比重S×供给容量Q1

(再生工序：第1挤出工序S4)

基于来自控制器16的指令信号，控制阀13(M1～M9)被控制成如图10的S4所示的开闭状态。其结果，原水3作为挤出水，按照配管38-1、38-15、38-6、38-5顺序依次进行流动，从第1通液部20向树脂储存槽12内进行配水。所配水的原水3将先导入的再生剂5挤出的同时，以下降流通过离子交换树脂床2，接着对离子交换树脂床2进行再生。通过离子交换树脂床2的再生剂5以及原水3在第2通液部22进行收集。使用完成的再生剂5与原水3一并经过配管38-16、38-13、38-9、38-19、38-20而向系统外排出(参照图6以及图11的S4)。

(再生工序：第2再生工序S5)

基于来自控制器16的指令信号，控制阀13(M1～M9)被控制成如图10的S5所示的开闭状态。其结果，原水3作为稀释水经过配管38-1、38-15，向喷射器35的一次侧进行供给。盐水供给装置14内的饱和盐水通过配管38-18吸引至喷射器35。而且，在喷射器35内，调制成规定的再生剂浓度C的再生剂5(稀释盐水)。该再生剂5通过配管38-8、38-16向第2通液部22进行供给，由此，向树脂储存槽12内进行配水。所配水的再生剂5以上升流通过下侧部分树脂床7，对下侧部分树脂床7进行再生。通过下侧部分树脂床7的再生剂5在第3通液部23进行收集。使用完成的再生剂5经过集液管32、配管38-10、38-20向系统外排出(参照图6以及图11的S5)。

第2再生工序S5是所谓的部分对流再生。在该部分对流再生中，对第1再生工序S3中未充分再生的硬度泄漏防止床6最初进行再生。下侧部分树脂床7的余下的部分是利用在硬度泄漏防止床6的再生中未使用的再生剂5来进行再生。另外，在第2再生工序S5中，下侧部分树脂床7的流动被第3通液部上方的树脂床(上侧部分树脂床)所抑制。第2再生工序S5在再生剂5的供给容量Q2达到与所设定的再生剂量U2相当时结束，移至第2挤出工序S6(参照图9的S51以及S52)。另外，将再生剂比重设为S，供给容量Q2以及再生剂量U2满足下述的关系。

再生剂量U2＝再生剂浓度C×再生剂比重S×供给容量Q2

(再生工序：第2挤出工序S6)

基于来自控制器16的指令信号，控制阀13(M1～M9)被控制成如图10的S6所示的开闭状态。其结果，原水3作为挤出水，按照配管38-1、38-15、38-8、38-16顺序依次进行流动，从第2通液部22向树脂储存槽12内进行配水。所配水的原水3将先导入的再生剂5挤出的同时，以上升流通过下侧部分树脂床7，接着对下侧部分树脂床7进行再生。通过下侧部分树脂床7的再生剂5以及原水3在第3通液部23进行收集。使用完成的再生剂5与原水3一并经过集液管32、配管38-10、38-20而向系统外排出(参照图6以及图11的S4)。

在挤出工序S4、S6中，作为挤出水而使用的原水的水质是：电导率K为1500μS/cm以下，且总硬度H为500mgCaCO₃/L以下。而且，尤其是第2挤出工序S6中，相对于硬度泄漏防止床6进行操作使得挤出量N为0.4～2.5BV，且使挤出线速度V2为0.7～2m/h。

(效果)

与现有再生方式的硬水软化装置进行比较，对实施例1所涉及的硬水软化装置1的效果，即对表示软水的采水量的硬度除去容量X以及表示软水的纯度的硬度泄漏量Y进行说明。现有的硬水软化装置通过分流再生或顺流再生来进行的。

(实验例1)

关于二阶段再生型(实施例1)、分流再生型(现有)以及顺流再生型(现有)的硬水软化装置，通过下述条件进行了再生工序以及挤出工序。其后进行水处理工序，再对各自的硬水软化装置的特性进行调查。其结果如图14以及图15所示。

(1)装置条件

离子交换树脂量：800L

离子交换树脂床的深度D1：921mm

下侧部分树脂床的深度D3：250mm

离子交换树脂床的直径Z：1062mm

(2)原水条件

总硬度H：90mgCaCO₃/L

电导率K：300μS/cm

(3)再生工序的操作条件

总再生级别R：60gNaCl/L-R

再生剂分配模式：P5(适用二阶段再生，参照图12)

再生剂浓度C：10wt％

再生线速度V1：1.5m/h

(4)挤出工序的操作条件

挤出量N：1.5BV

挤出线速度V2：1.0m/h

(5)水处理工序的操作条件

给水流量：40m³/h(SV50)

图14是表示硬度泄漏量Y相对于硬度除去容量X的变化，被称为所谓的穿透曲线。也就是说，图14是表示随着采水量增加的硬度泄漏量Y的变化的特性图。图15的X_BTP值是表示在图14中，硬度泄漏量Y达到1mgCaCO₃/L(贯流点)时的硬度除去容量(贯流交换容量)。另外，图15的Y_AVE值表示在图14中，到贯流点为止的平均泄漏硬度。

根据图15的结果，较之于分流再生，二阶段再生的X_BTP值较大。因此，可知二阶段再生比分流再生可获得更多的采水量。另外，二阶段再生的Y_AVE值比分流再生略高一点，为相同程度的正常(工作)状态。因此，二阶段再生可获得与分流再生同等的软水纯度。另外，由于顺流再生从采水开始后，立即出现硬度泄漏量Y超过2mgCaCO₃/L，故不能对X_BTP值以及Y_AVE值进行特定。换而言之，顺流再生不适于在较低的总再生级别R(60gNaCl/L-R)的情况，要获得高纯度的软水这样的用途。

(实验例2)

下面，相对于实验例1，对原水条件以及再生工序的操作条件进行改变的情况下的特性进行说明。实验例2中变更的条件如下所述。

(2′)原水条件

总硬度H：300mgCaCO₃/L

电导率K：1000μS/cm

(3′)再生工序的操作条件

总再生级别R：120gNaCl/L-R

再生剂分配模式：P3(适用于二阶段再生，参照图12)

再生剂浓度C：10wt％

再生线速度V1：1.5m/h

图16以及图17是表示实验例2的结果。根据该结果，二阶段再生比分流再生可获得更多的采水量。更进一步，二阶段再生可获得与分流再生同等的软水的纯度。另外，顺流再生，其与相对于实验例1增加总再生级别R无关，硬度泄漏量Y不能获得1mgCaCO₃/L以下的软水。

【实施例2】

(硬水软化装置的构成)

实施例2所涉及的硬水软化装置与实施例1相同地实施图8以及图9所示的工序S1～S8。另外，第2再生工序S5以及第2挤出工序S6在以下的点上存在不同。

(S5′)第2再生工序，将作为再生剂的盐水相对于下侧部分树脂床7自下而上进行通过的同时，相对于上侧部分树脂床从上至下进行通过

(S6′)第2再生工序，将作为挤出水的原水相对于下侧部分树脂床7自下而上进行通过的同时，相对于上侧部分树脂床从上至下进行通过

树脂储存槽12基本上与专利文献1、2具有相同的构成。但是，如图18所示，在将中间集液部的位置更进一步下降的这一点上不同。树脂储存槽12上端的开口部41，与向容器17的底部附近延伸的第1收集管42相连接。第1收集管42的前端部是为防止树脂颗粒的流出而安装有第4掩蔽物43。另外，开口部41与向深度D3的位置延伸的第2收集管44相连接。第2收集管44的前端部是为了防止树脂颗粒的流出而安装有第5掩蔽物45。两收集管42、44的轴芯被设定成与树脂储存槽12的轴芯同轴。也就是说，两收集管42、44作为二重管构造的连接器而发挥作用。更进一步，在开口部41，以覆盖第2收集管44外侧的方式而安装设置有第6掩蔽物46。

第4掩蔽物43作为第2配液部以及第1集液部而发挥作用。第5掩蔽物45作为第2集液部而发挥作用。第6掩蔽物46作为第1配液部而发挥作用。相对于在第5掩蔽物45的侧面所形成的多个狭缝，在最上端部与最下端部之间的中间位置来设定下侧部分树脂床7的深度D3。对工序S1～S8进行控制的控制阀(省略图示)，例如利用专利文献2所记载的控制阀单元(3)。另外，图18是表示离子交换树脂床的深度D1相对于离子交换树脂床的直径Z的比率(D1/Z)比实施例1要大地所设定的情形。但是，该比率也可以如实施例1减小。

(硬水软化装置的运转方法)

参照图19对实施例2中的水处理工序以及再生工序的动作进行说明。图19的箭头表示流体的流动。

(通水工序S1)

如图19的S1所示，将原水3从第6掩蔽物46向树脂储存槽12内进行配水。在树脂储存槽12内，原水3以下降流通过离子交换树脂床2，通过该工序，硬度成分被置换为Na离子，实现软水化。通过离子交换树脂床2的处理水(软水)4在第4掩蔽物43进行收集后，通过第1收集管42向树脂储存槽12外部流出。

(再生工序：第1再生工序S3)

如图19的S3所示，再生剂5(稀释盐水)从第6掩蔽物46向树脂储存槽12内进行配水。所配水的再生剂5以下降流通过离子交换树脂床2内，对离子交换树脂床2的整体进行再生。通过离子交换树脂床2的再生剂5在第4掩蔽物43进行收集后，通过第1收集管42向树脂储存槽12的外部流出。

(再生工序：第1挤出工序S4)

如图19的S4所示，将原水3从第6掩蔽物46向树脂储存槽12内进行配水。所配水的原水3将先导入的再生剂5挤出的同时，以下降流通过离子交换树脂床2，接着对离子交换树脂床2进行再生。通过离子交换树脂床2的再生剂5以及原水3在第4掩蔽物43进行收集。使用完成的再生剂5与原水3一并通过第1收集管42而向树脂储存槽12的外部流出。

(再生工序：第2再生工序S5′)

如图19的S5′所示，再生剂5(稀释盐水)的一部通过第1收集管42从第4掩蔽物43向树脂储存槽12内进行配水。配水的再生剂5以上升流通过下侧部分树脂床7，对下侧部分树脂床7进行再生。通过下侧部分树脂床7的再生剂5在第5掩蔽物45进行收集后，通过第2收集管44向树脂储存槽12的外部流出。流出的流动如点线箭头所示。再生剂5的其他部分从第6掩蔽物46向树脂储存槽12内进行配水。所配水的再生剂5以下降流通过上侧部分树脂床，对上侧部分树脂床进行再生。通过上侧部分树脂床的再生剂5在第5掩蔽物45进行收集后，通过第2收集管44向树脂储存槽12的外部流出。

(再生工序：第2挤出工序S6′)

如图19的S6′所示，原水3的一部通过第1收集管42从第4掩蔽物43向树脂储存槽12内进行配水。所配水的原水3在将先导入的再生剂5挤出的同时，以上升流通过下侧部分树脂床7，接着对下侧部分树脂床7进行再生。通过下侧部分树脂床7的再生剂5以及原水3在第5掩蔽物45进行收集。使用完成的再生剂5与原水3一并通过第2收集管44向树脂储存槽12的外部流出。流出的流动如点线箭头所示。原水3的其他部分从第6掩蔽物46向树脂储存槽12内进行配水。所配水的原水3将先导入的再生剂5挤出的同时，以下降流通过上侧部分树脂床，接着对上侧部分树脂床进行再生。通过上侧部分树脂床的再生剂5以及原水3在第5掩蔽物45进行收集。使用完成的再生剂5与原水3一并通过第2收集管44向树脂储存槽12的外部流出。

(效果)

实施例2所涉及的硬水软化装置的效果通过与实施例1的比较来进行说明。下述的实验例3，为了与实施例1的实验例2进行对比，而将装置条件、原水条件以及操作条件在可能的范围内使其一致。

(实验例3)

关于二阶段再生型(实施例2)的硬水软化装置，以下述的条件来进行再生工序以及挤出工序。其后，进行水处理工序，以此来调查其特性。其结果如图20以及图21所示。

(1″)装置条件

离子交换树脂量：800L

离子交换树脂床的深度D1：921mm

下侧部分树脂床的深度D3：250mm

离子交换树脂床的直径Z：1062mm

(2″)原水条件

总硬度H：300mgCaCO3/L

电导率K：100μS/cm

(3″)再生工序的操作条件

总再生级别R：120gNaCl/L-R

再生级别R1：80gNaCl/L-R

再生级别R2：184gNaCl/L-R(相对于上侧部分树脂床以及下侧部分树脂床，40gNaCl/L-R)

再生剂浓度C：10wt％

再生线速度V1：1.5m/h

(4″)挤出工序的操作条件

挤出量N：1.5BV

挤出线速度V2：1.0m/h

(5″)水处理工序的操作条件

给水流量：40m³/h(SV50)

根据图21的结果可知：实施例2比实施例1使X_BTP值减小了约5％。另外，实施例2的Y_AVE值为与实施例1相同的级别。X_BTP值略减小，所以，实施例2作为实施例1的变形是有用的。

本发明只要没有脱离其精神或主要特征，能够以其他的各种变形来实施。因此，上述实施方式或者实施例从任意视点来说仅仅只是一个例示，不能由此对本发明进行限定解释。本发明的范围是由权利要求所示的范围，不受说明书本文的任何限制。更进一步，所有属于权利要求的均等范围的变形或变更也包含在本发明的范围内。

(产业上的可利用性)

本发明可广泛地应用于与锅炉装置或逆渗透膜装置等要求低硬度给水的设备相连接的硬水软化装置。

Claims (9)

1.一种离子交换装置的运转方法，其包括：

水处理工序，使原水以下降流通过具有深度D1的离子交换树脂床来制造处理水；以及

再生工序，使再生剂通过所述离子交换树脂床，

其中，

所述离子交换树脂床由相同种类的离子交换树脂颗粒构成；

所述再生工序包含第1再生工序以及在该第1再生工序结束后进行的第2再生工序，

所述第1再生工序是通过将再生剂向所述离子交换树脂床的顶部进行配液并且在所述离子交换树脂床的底部进行集液来生成再生剂的下降流，使所述离子交换树脂床的整体进行再生的工序，

所述第2再生工序是通过将再生剂向所述离子交换树脂床的底部进行配液并且在所述离子交换树脂床的中间部进行集液来生成再生剂的上升流，使所述离子交换树脂床的一部分进行再生的工序。

2.根据权利要求1所述的离子交换装置的运转方法，其中，

所述第2再生工序中，通过将再生剂向所述离子交换树脂床的底部进行配液并且在所述离子交换树脂床的中间部进行集液来生成再生剂的上升流，使所述离子交换树脂床的一部分进行再生；并且，通过将再生剂向所述离子交换树脂床的顶部进行配液并且在所述离子交换树脂床的中间部进行集液来生成再生剂的下降流，使所述离子交换树脂床的其他部分进行再生。

3.根据权利要求1或2所述的离子交换装置的运转方法，其中，

所述离子交换装置是硬水软化装置；

所述离子交换树脂床由强酸性阳离子交换树脂颗粒构成；

对于深度D1为300～1500mm的所述离子交换树脂床，以底部为基点，设定深度D2为100mm的硬度泄漏防止床；

所述第2再生工序是使针对所述硬度泄漏防止床的再生级别R2成为1.0～6.0eq/L-R的再生剂量U2通过所述硬度泄漏防止床的工序；

所述再生级别R2是在所述第2再生工序后的所述水处理工序中，通过所述硬度泄漏防止床，能够制造硬度泄漏量Y为1mgCaCO₃/L以下的软水的级别。

4.根据权利要求3所述的离子交换装置的运转方法，其中，

所述第2再生工序中的集液位置的深度D3以所述离子交换树脂床的底部为基点，被设定为D2～0.8×D1。

5.根据权利要求1或2所述的离子交换装置的运转方法，其中，

所述离子交换装置是硬水软化装置；

所述离子交换树脂床由强酸性阳离子交换树脂颗粒构成；

在所述第1再生工序之后，进行第1挤出工序，即，通过将原水向所述离子交换树脂床的顶部进行配液并且在所述离子交换树脂床的底部进行集液来生成原水的下降流，将已导入的再生剂挤出；

在所述第2再生工序之后，进行第2挤出工序，即，通过将原水向所述离子交换树脂床的底部进行配液并且在所述离子交换树脂床的中间部进行集液来生成原水的上升流，将已导入的再生剂挤出。

6.根据权利要求5所述的离子交换装置的运转方法，其中，

所述第2挤出工序使用电导率K为1500μS/cm以下且总硬度H为500mgCaCO₃/L以下的原水；

对于所述硬度泄漏防止床，将挤出量N设定为0.4～2.5BV并且将挤出线速度V2设定为0.7～2m/h。

7.一种离子交换装置，其具备：

离子交换树脂床，其由相同种类的离子交换树脂颗粒构成且具有深度D1；

第1配液部，其设置在所述离子交换树脂床的顶部；

第2配液部，其设置在所述离子交换树脂床的底部；

第1集液部，其设置在所述离子交换树脂床的底部；

第2集液部，其设置在所述离子交换树脂床的中间部；

阀单元，其能够对水处理工序的水的流动、第1再生工序的再生剂的流动以及第2再生工序的再生剂的流动进行切换，其中，所述水处理工序是通过将原水向所述第1配液部进行配液并且在所述第1集液部进行集液来生成原水的下降流，制造处理水的工序，所述第1再生工序是通过将再生剂向所述第1配液部进行配液并且在所述第1集液部进行集液来生成再生剂的下降流，对所述离子交换树脂床的整体进行再生的工序，所述第2再生工序是通过将再生剂向所述第2配液部进行配液并且在所述第2集液部进行集液来生成再生剂的上升流，对所述离子交换树脂床的一部分进行再生的工序；和

控制单元，其通过对所述阀单元进行控制，按照所述水处理工序、所述第1再生工序以及所述第2再生工序的顺序进行切换。

8.根据权利要求7所述的离子交换装置，其中，

所述第2再生工序的再生剂的流动如下，即：通过将再生剂向所述第2配液部进行配液并且在所述第2集液部进行集液来生成再生剂的上升流，使所述离子交换树脂床的一部分进行再生；并且通过将再生剂向所述第1配液部进行配液并且在所述第2集液部进行集液来生成再生剂的下降流，使所述离子交换树脂床的其他部分进行再生。

9.根据权利要求7或8所述的离子交换装置，其中，

所述离子交换装置是硬水软化装置；

所述离子交换树脂床由强酸性阳离子交换树脂颗粒构成；

对于深度D1为300～1500mm的所述离子交换树脂床，以底部为基点，设定有深度D2为100mm的硬度泄漏防止床；

所述第2再生工序是使针对所述硬度泄漏防止床的再生级别R2成为1.0～6.0eq/L-R的再生剂量U2通过所述硬度泄漏防止床的工序；

所述再生级别R2是在所述第2再生工序后的所述水处理工序中，通过所述硬度泄漏防止床，能够制造硬度泄漏量Y为1mgCaCO₃/L以下的软水的级别。

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