CN108779004A - 离子交换装置及其使用方法 - Google Patents

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CN108779004A CN201780018206.9A CN201780018206A CN108779004A CN 108779004 A CN108779004 A CN 108779004A CN 201780018206 A CN201780018206 A CN 201780018206A CN 108779004 A CN108779004 A CN 108779004A
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宫崎洋
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饭野秀章
深泽直树
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Abstract

使用一种离子交换装置，该离子交换装置具有阴离子交换槽、阳离子交换槽以及塔体侧部，通过在阴离子交换槽和阳离子交换槽的外部绕回的连通机构将阴离子交换槽和阳离子交换槽连通，所述离子交换装置具有用于向阴离子交换槽的上部和下部供给液体或从阴离子交换槽的上部和下部排出液体的供排配管、以及用于向所述阳离子交换槽的上部和下部供给液体或从所述阳离子交换槽的上部和下部排出液体的供排配管，平板配置有让水通过而阻止离子交换树脂通过的集配水部件，上部供排配管、第一连通配管、第二连通配管以及下部供排配管的末端分别与该集配水部件连接。

Description

离子交换装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种在使工业用水等原水通过离子交换树脂的填充层来制造纯水的技术领域中、具有阴离子交换树脂以及阳离子交换树脂的二床一塔再生型纯水制造装置。
背景技术
为了由工业用水等原水制造纯水，例如，采用使原水通过具有填充有离子交换树脂的塔的装置并除去原水所含的各种成分的操作。作为用于这种纯水制造的具有填充有离子交换树脂的塔的装置，除了将阳离子交换树脂和阴离子交换树脂混合并填充在一个塔中的混床塔以外，还有分别将阳离子交换树脂和阴离子交换树脂填充在各塔中的多床塔等。
例如，有在同一塔中使阳离子交换树脂和阴离子交换树脂通过隔板层叠的单塔式(参照图1)。由于单塔式的装置构成简单，因此以往采用图1所示的单塔式的装置(例如，参照专利文献1)。
如此地，使原水通过由阳离子交换树脂和阴离子交换树脂构成的纯水制造装置时，通过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的作用来除去原水中的离子，得到纯水。
但是，例如在制造半导体等电子材料的工厂中，需要大容量且高纯度的纯水，根据制造工厂的地理条件，还需要紧凑的纯水制造装置。
此外，为了对该纯水制造装置进行保养管理(维护)，还期望其是具有保养人员等能够进入装置并且能够从装置外确认装置中的树脂填充状况等的结构的装置。
对于专利文献1中记载的离子交换装置而言，在内部填充有离子交换树脂的离子交换装置用塔体中，通过在内部设置遮水性的以凸状弯曲的隔板来划分成上室和下室，并且具有用于向上室和下室供给液体或从上室和下室排出液体的供排配管、用于供排液体的连通机构、以及连通配管的开闭机构。此外，在上室的上部、上室的下部、下室的上部以及下室的下部分别配置有让水通过而阻止离子交换树脂通过的集配水部件(集配水管)，上室下部的集配水部件和下室上部的集配水部件具有沿着隔板的形状，具有在上室上部和下室上部填充有粒状的非活性树脂的结构。
然而，该装置具有以下问题。
1)集配水部件为沿着隔板从中心向周边部以放射状扩展的像伞骨那样的形状。在这种情况下，与中心部相比，在周边部集配水管之间的间隔变宽，容易产生滞留部。在将装置大型化的情况下该倾向显著，因而处理能力有限。
2)出于提高离子交换树脂的再生效率等的目的，设置了填充于上室上部和下室上部的非活性树脂，但是，由于填充了非活性树脂，因此需要根据其容积提高离子交换装置的高度。
另外，将阴离子交换树脂和阳离子交换树脂分别填充在各塔中的二塔式装置具有以下问题。
1)需要分别单独地设置填充有阴离子交换树脂的塔和填充有阳离子交换树脂的塔，通常将这些塔横向排列设置。因此，需要确保设置这些塔所需的位置，在有限的处理设施内设置装置时，难以确保充分广阔的位置。
2)当通过配管使塔之间连通时，在将塔横向排列的构成中配管的长度变长，而且其结构也复杂，可能难以对设施进行管理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第5672687号公报(权利要求书，图1)。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明是鉴于上述情况完成的，其目的在于，提供一种虽然安装面积小、尺寸紧凑但容易维护的装置。另一目的在于，提供一种原水处理能力大的装置。再一目的在于，提供一种能够高效地进行离子交换树脂的再生的装置。
解决问题的技术手段
本发明人等为了解决以往的问题进行了专心研究，结果发现：提供一种填充有阴离子交换树脂的槽(以下，称为“阴离子交换槽”)和填充有阳离子交换树脂的槽(以下，称为“阳离子交换槽”)的二床一塔式装置，通过将阳离子交换槽和阴离子交换槽中的任意一个设置在上方，将另一个设置在下方，并且具有在保持空间的状态下将阴离子交换槽和阳离子交换槽保持为上下方向的保持部件，从而能够减少离子交换装置所占的面积，而且能够以阴离子交换槽和阳离子交换槽一体化而成的一个塔的形式在工厂中高效地运行，而且容易维护。
还发现了：通过将平板分别设置在阴离子交换槽和阳离子交换槽的各个上部和下部来划分为交换槽的上室、树脂填充室和下室，并且在该平板的规定位置设置让水通过而阻止离子交换树脂通过的集配水部件(集配水管)，从而能够实现原水的大量处理，还能够缩短从树脂再生开始到再运行为止的时间，从而完成了本发明。
下面，详细地说明本发明。
本发明的离子交换装置是以下装置：
所述离子交换装置在上方具有填充有阴离子交换树脂的阴离子交换槽，并且在下方具有填充有阳离子交换树脂的阳离子交换槽，
对于所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽而言，它们各自独立，所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽各自的外壳由在上部和下部具备的外侧为凸状的镜板、以及离子交换槽侧部的支撑体构成，而且，所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽各自具有被上下两个平板划分而成的上室、树脂填充室以及下室，
所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽在所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽的外侧通过连通机构连通，
所述离子交换装置具有用于向所述阴离子交换槽的上部供给液体或从所述阴离子交换槽的上部排出液体的供排配管、以及用于向所述阳离子交换槽的下部供给液体或从所述阳离子交换槽的下部排出液体的供排配管，
所述连通机构具有：
第一连通配管，用于向所述阴离子交换槽的下部供给液体或从所述阴离子交换槽的下部排出液体；
第二连通配管，用于向所述阳离子交换槽的上部供给液体或从所述阳离子交换槽的上部排出液体；
第三连通配管，连通所述第一连通配管和所述第二连通配管；
所述第三连通配管的开闭机构；以及
再生液的供排机构，分别设置于所述第一连通配管和所述第二连通配管，
所述平板配置有让水通过而阻止离子交换树脂通过的集配水部件，
所述阴离子交换槽上部的供排配管、所述第一连通配管、所述第二连通配管以及所述阳离子交换槽下部的供排配管的末端与在所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽各自的上部和下部设置的镜板连通。
另外，本发明是一种在上方具有填充有阳离子交换树脂的阳离子交换槽且在下方具有填充有阴离子交换树脂的阴离子交换槽的离子交换装置，
对于所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽而言，它们各自独立，所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽各自的外壳由在上部和下部具备的外侧为凸状的镜板、以及离子交换槽侧部的支撑体构成，而且，所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽各自具有被上下两个平板划分而成的上室、树脂填充室以及下室，
所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽在所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽的外侧通过连通机构连通，
所述离子交换装置具有用于向所述阳离子交换槽的上部供给液体或从所述阳离子交换槽的上部排出液体的供排配管、以及用于向所述阴离子交换槽的下部供给液体或从所述阴离子交换槽的下部排出液体的供排配管，
所述连通机构具有：
第一连通配管，用于向所述阳离子交换槽的下部供给液体或从所述阳离子交换槽的下部排出液体；
第二连通配管，用于向所述阴离子交换槽的上部供给液体或从所述阴离子交换槽的上部排出液体；
第三连通配管，连通所述第一连通配管和所述第二连通配管；
所述第三连通配管的开闭机构；以及
再生液的供排机构，分别设置于所述第一连通配管和所述第二连通配管，
所述平板配置有让水通过而阻止离子交换树脂通过的集配水部件，
所述阳离子交换槽上部的供排配管、所述第一连通配管、所述第二连通配管以及所述阴离子交换槽下部的供排配管的末端与设置于所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽各自的上部和下部的镜板连通。
另外，对于本发明的装置，作为集配水部件的遮水性的平板的设置变形，能够在距离平板的中心部规定间隔的多个同心圆上以规定间隔设置，能够以在横竖方向形成规定间隔的方式设置在平板上。另外，当集配水部件具有圆锥形状时，能够以向平板的离子交换树脂层的一侧以圆锥形状突出的方式设置；当集配水部件具有圆筒形状时，能够以从平板的表里两面突出的方式设置。此外，当集配水部件具有圆筒形状时，在平板与离子交换树脂层之间填充有粒状的非活性树脂，阴离子交换槽上部的集配水部件和阳离子交换槽上部的集配水部件分别具有埋设在非活性树脂中的层。
另外，对于本发明的装置，阴离子交换槽和阳离子交换槽的截面形状为大致的圆形状，优选阴离子交换槽与阳离子交换槽的截面直径为相同的长度，其截面具有规定的直径。对截面的直径没有特别的限定，根据被处理水的处理量与线速度(LV)的关系，截面的直径优选为500mm以上且优选为3000mm以下，另外，对于本发明的装置，优选阴离子交换树脂层的层高和阳离子交换树脂层的层高具有规定的高度。
另外，对于本发明的装置，优选的是，阴离子交换槽下端与阳离子交换槽上端的距离、或阳离子交换槽下端与阴离子交换槽上端的距离具有规定的距离。
作为本发明的具有阴离子交换槽以及阳离子交换槽的离子交换装置的使用方法，为了对阳离子交换槽供给原水以及使离子交换树脂上浮并对原水进行处理，优选在线速度(LV)为50m/hr(小时)以上的条件下通水。
发明效果
本发明的离子交换装置具有以下效果。
1)由于安装面积小且尺寸紧凑，能够为工厂内的生产部分分配大量空间，能够实现设施的有效利用。
2)由于原水处理能力大，因此，也能够适用于像半导体制造工厂那样的大量使用高纯度的纯水的情况。
3)由于能够高效地进行离子交换树脂的再生，因此，再生处理后的纯水制造的启动快，能够高效地运转。
附图说明
图1是表示作为现有技术的、在一个塔中通过隔板层叠阳离子交换树脂和阴离子交换树脂而成的一塔式离子交换装置的概略截面图。
图2是表示本发明的在塔上方具有阴离子交换槽且在下方具有阳离子交换槽的离子交换装置的概略截面图，图2a是集配水部件(粗滤器)的形状为圆锥形状的例子、图2b是集配水部件为圆筒形状的例子。
图3是表示本发明的在塔上方具有阳离子交换槽且在下方具有阴离子交换槽的离子交换装置的概略截面图，图3a是集配水部件(粗滤器)的形状为圆锥形状的例子、图3b是集配水部件为圆筒形状的例子。
图4是使用本发明的离子交换装置进行原水(被处理水)的离子交换处理时(图4a、图4c)以及树脂的再生时(图4b、图4d)的概略的装置截面图，图4a和图4b是集配水部件(粗滤器)的形状为圆锥形状的例子，图4c和图4d是集配水部件为圆筒形状的例子。
图5是表示将圆锥型集配水部件设置于平板的组装前(图5a、5b、c-1、c-2)和组装后(图5d)的概略截面图，图5c-1是从上方观察图5a的部件7a的侧视图而得到的图，图5c-2是图5a的部件7a的放大图。
图6是将圆柱型集配水部件设置于平板的状态的截面放大图(图6a)、以及用惰性树脂(非活性树脂)填充由上下的平板围绕的一侧的圆柱型集配水部件突出的部分的状态的截面放大图(图6b)。
图7是平板设置有集配水部件的状态的概略图，其是表示集配水部件的设置位置的变形(图7a～d)的概略图。
图8是表示实施例1的利用本发明的离子交换装置来制造纯水的结果的图，图中，黑菱形(◆)表示新树脂的结果，横轴(X轴)表示通水时间(分钟)，纵轴(Y轴)表示TOC浓度(单位为ppb，作为C)。
图9是表示对组入实施例1的本发明的离子交换装置的粗滤器设置的影响进行研究的结果的图，如图所示，示出了以往的粗滤器和非活性(惰性)树脂的组合(表示为以往粗滤器+惰性树脂)、新粗滤器的结果，横轴(X轴)表示通水时间(小时)，纵轴(Y轴)表示电阻率值(单位为MΩ·cm)。
具体实施方式
下面，按照附图说明本发明的实施方式。
＜离子交换装置＞
在图2中示出了作为本发明的装置的一个例子的、在上方具有填充有阴离子交换树脂的阴离子交换槽(2)且在下方具有填充有阳离子交换树脂的阳离子交换槽(3)的离子交换装置(1)的概略图。
构成本发明的离子交换装置(1)的一部分的阴离子交换槽(2)的外壳由以筒轴心方向为铅直方向的阴离子交换槽的侧部的主体(2b)、顶部的镜板(5a)以及底部的镜板(5b)构成。
另外，构成本发明的离子交换装置(1)的一部分的阳离子交换槽(3)的外壳由以筒轴心方向为铅直方向的阳离子交换槽的侧部的主体(3b)、顶部的镜板(5c)以及底部的镜板(5d)构成。上述镜板(5a)和镜板(5c)向上弯曲成凸状，镜板(5b)和镜板(5d)向下弯曲成凸状。
阴离子交换槽(2)由上方的遮水性的平板(6a)和下方的平板(6b)划分为上室(13a)、阴离子交换树脂填充室(2a)和下室(13b)三个室。另外，阳离子交换槽(3)由上方的遮水性的平板(6c)和下方的平板(6d)划分为上室(13c)、阳离子交换树脂填充室(3a)和下室(13d)三个室。
平板6(6a～6d)为完全不让水通过的金属或合成树脂制的平板，其为平面结构。
在划分阴离子交换槽(2)的上室(13a)和阴离子交换树脂填充室(2a)的平板(6a)，第一集配水部件(7a)以通过上室(13a)侧的集配水部件(7a1)和阴离子交换树脂填充室(2a)侧的集配水部件(7a2)贯穿平板(6a)的方式设置，该第一集配水部件(7a)的上室(13a)侧的集配水部件(7a1)通过上室(13a)与上部供排配管(10a)连通，所述上部供排配管的末端与镜板(5a)连接。
在划分阴离子交换槽(2)的下室(13b)和阴离子交换树脂填充室(2a)的平板(6b)，第二集配水部件(7b)以通过下室(13b)侧的集配水部件(7b1)和阴离子交换树脂填充室(2a)侧的集配水部件(7b2)贯穿平板(6b)的方式设置，该第二集配水部件(7b)的下室(13b)侧的集配水部件(7b1)通过下室(13b)与第一连通配管(9a)连通，所述第一连通配管的末端与镜板(5b)连接。
阳离子交换槽(3)也与阴离子交换槽(2)相同，下面进行说明。
在划分阳离子交换槽(3)的上室(13c)和阳离子交换树脂填充室(3a)的平板(6c)，第三集配水部件(7c)以通过上室(13c)侧的集配水部件(7c1)和阴离子交换树脂填充室(3a)侧的集配水部件(7c2)贯穿平板(6c)的方式设置，该第三集配水部件(7c)的上室(13c)侧的集配水部件(7c1)通过上室(13c)与第二连通配管(9b)连通，所述第二连通配管的末端与镜板(5c)连接。
在划分阳离子交换槽(3)的下室(13d)和阳离子交换树脂填充室(3a)的平板(6d)，第四集配水部件(7d)以通过下室(13d)侧的集配水部件(7d1)和阴离子交换树脂填充室(3a)侧的集配水部件(7d2)贯穿平板(6d)的方式设置，该第四集配水部件(7d)的下室(13d)侧的集配水部件(7d1)通过下室(13d)与下部供排配管(10b)连通，所述下部供排配管的末端与镜板(5d)连接。
此外，在本发明的构成在塔上方具有阴离子交换槽且在下方具有阳离子交换槽的离子交换装置(1)的一部分的阴离子交换槽(2)的下方的平板(6b)与阳离子交换槽(3)的上方的平板(6c)之间，设置有以筒轴心方向为铅直方向的塔体主体(8a)，在阳离子交换槽(3)的下方的平板(6d)的下方设置有以筒轴心方向为铅直方向的塔体主体(8b)。
塔体主体(8a)和塔体主体(8b)能够支撑本发明的离子交换装置(1)的阴离子交换槽(2)和阳离子交换槽(3)，并且能够连接并支撑上述所示的配管。
具体而言，第一连通配管(9a)通过下室(13b)与第二集配水部件(7b)的下室(13b)侧的集配水部件(7b1)连通，该第一连通配管(9a)在塔体主体(8a)的规定位置被支撑，其用于通过阳离子交换槽(3)的原水的导入以及作为阴离子交换树脂的再生液的氢氧化钠(NaOH)水溶液的排出。
另外，第二连通配管(9b)通过上室(13c)与第三集配水部件(7c)的上室(13c)侧的集配水部件(7c1)连通，该第二连通配管(9b)在塔体主体(8a)的规定位置被支撑，其用于通过阳离子交换槽(3)的原水的排出以及作为阳离子交换树脂的再生液的盐酸(HCl)水溶液的导入。
此外，配管(10b)通过下室(13d)与第四集配水部件(7d)的下室(13d)侧的集配水部件(7d1)连通，该配管(10b)在塔体主体(8a)的规定位置被支撑，用于原水的导入以及作为阳离子交换树脂的再生液的盐酸(HCl)水溶液的排出。
＜连通配管的切换＞
在阴离子交换槽(2)的下方的平板(6b)，设置有第二集配水部件(7b)，该第二集配水部件(7b)的下室(13b)侧的集配水部件(7b1)通过下室(13b)与第一连通配管(9a)连接。另外，在阳离子交换槽(3)的上方的平板(6c)，设置有第三集配水部件(7c)，该第三集配水部件(7c)的上室(13c)侧的集配水部件(7c1)通过上室(13c)与第二连通配管(9b)连接。此外，第一连通配管(9a)和第二连通配管(9b)在离子交换装置(1)的塔体的外部通过第三连通配管(9c)连接(图2中未示出，参照图3)。在该连通配管(9c)中设置有阀(11a)。
另外，在第一连通配管(9a)和第二连通配管(9b)的末端部设置有作为再生液的供排机构的阀(11b)和阀(11c)。
而且，在处理原水时，在打开阀(11a)且关闭阀(11b)和阀(11c)的状态下进行处理。在将树脂再生时，在关闭阀(11a)且打开阀(11b)和阀(11c)的状态下进行树脂再生处理。
需要说明的是，作为本发明的装置的变形，支撑阴离子交换槽(2)、阳离子交换槽(3)的部件可以是除塔体主体(8a)以外的部件，例如，阴离子交换槽(2)、阳离子交换槽(3)可以仅由骨料(骨架)支撑，也可以组装角钢(angle steel)来支撑，作为装置整体还可以具有保持部件，该保持部件能够稳定地保持阴离子交换槽(2)和/或阳离子交换槽(3)。
另外，在上述方式中对在上方配置阴离子交换槽(2)且在下方配置阳离子交换槽(3)的离子交换装置进行了说明，在图3中，作为本发明的装置的一个例子，示出了在上方具有填充有阳离子交换树脂的阳离子交换槽(3)且在下方具有填充有阴离子交换树脂的阳离子交换槽(2)的离子交换装置(1)的概略图。离子交换槽的配置与图2的装置不同，配管及其他方式能够根据图2的装置来理解。
在塔的上方配置阴离子交换槽(2)还是阳离子交换槽(3)因与该离子交换装置并用的水处理装置、待处理的被处理水的水质等的不同而不同，但是，从得到的处理水的水质的方面出发，通常，阴离子交换槽(2)配置在上方，阳离子交换槽(3)配置在下方。
＜离子交换流程＞
将使用本发明的离子交换装置生产去离子水(采水)时的流程示于图4a。当在第一连通配管(9a)和第二连通配管(9b)的末端部设置有作为再生液的供排机构的阀(11b)和阀(11c)时，打开阀(11a)，关闭阀(11b)和阀(11c)，由阳离子交换槽(3)下部的供排配管(10b)供给原水(被处理水)。该原水以阳离子交换槽(3)的下室(13d)、集配水部件(7d)、阳离子交换树脂填充室(3a)、(当使用圆柱型集配水部件时，为非活性树脂(4b))、集配水部件(7c)、上室(13c)、第二连通配管(9b)、第三连通配管(9c)、第一连通配管(9a)、阴离子交换槽(2)的下室(13b)、集配水部件(7b)、阴离子交换树脂填充室(2a)、(当使用圆柱型集配水部件时，为非活性树脂(4a))、集配水部件(7a)、阴离子交换槽(2)的上室(13a)、阴离子交换槽(3)上部的供排配管(10a)的顺序流通，作为处理水(去离子水)被取出。
将在阴离子交换树脂填充室(2a)中填充的使用后的阴离子交换树脂以及在阳离子交换树脂填充室(3a)中填充的使用后的阳离子交换树脂的再生时的流程示于图3b。当在第一连通配管(9a)和第二连通配管(9b)的末端部设置有作为再生液的供排机构的阀(11b)和阀(11c)时，关闭阀(11a)，打开阀(11b)和阀(11c)，由阴离子交换槽(3)上部的供排配管(10a)供给NaOH等碱溶液，并且由配管(9e)供给HCl等酸溶液。
碱溶液由供排配管(10a)以阴离子交换槽(2)的上室(13a)、集配水部件(7a)、(当使用圆柱型集配水部件时，为非活性树脂(4a))、阴离子交换树脂填充室(2a)、集配水部件(7b)、阴离子交换槽(2)的下室(13b)、第一连通配管(9a)、配管9d的顺序流通，作为再生废水(碱)流出，由此，将阴离子交换树脂填充室(2a)内的阴离子交换树脂再生。
酸溶液由配管9e经由第二连通配管9b以阳离子交换槽(3)的上室(13c)、集配水部件(7c)、(当使用圆柱型集配水部件时，为非活性树脂(4b))、阳离子交换树脂填充室(3a)、集配水部件(7d)、阳离子交换槽(3)的下室(13d)、阳离子交换槽(3)下部的供排配管(10b)的顺序流通，作为再生废水(酸)流出，由此，将阳离子交换树脂填充室(3a)内的阳离子交换树脂再生。
再生结束后，代替图3b所示的HCl溶液、NaOH溶液，分别使纯水流通，将残留在各通路和树脂的再生液挤出后，根据需要一边用纯水分别清洗阴离子交换槽(2)和阳离子交换槽(3)一边排出清洗排水，然后，使纯水在阴离子交换槽(2)与阳离子交换槽(3)之间循环规定时间，然后，复归至采水工序。在进行该再生时，平板(6)和集配水部件(7)阻止阴离子交换树脂和阳离子交换树脂移动，不会彼此混合。另外，不会出现再生用的酸溶液流入阴离子交换槽(2)、或者碱溶液混入阳离子交换槽(3)的情况。此外，能够同时将阳离子交换树脂和阴离子交换树脂再生，因而能够缩短再生时间。
对于本发明的离子交换装置而言，在阴离子交换槽(2)和阳离子交换槽(3)各自独立的情况下，阴离子交换槽(2)配置在上方，阳离子交换槽(3)配置在下方、或者阳离子交换槽(3)配置在上方，阴离子交换槽(2)配置在下方。为了设为这种配置，通过塔体主体(8a)、骨架等保持体支撑阴离子交换槽(2)和/或阳离子交换槽(3)。通过设为这种构成，与分别将阴离子交换槽(2)和阳离子交换槽(3)横向放置的情况相比更能缩小设置空间。另外，也能缩短连通阴离子交换槽(2)和阳离子交换槽(3)的配管。此外，通过对使用的集配水部件(7)的形状等进行改善、以及考虑阴离子交换槽(2)和阳离子交换槽(3)中的树脂的离子交换效率并对这些树脂层的高度进行改善，能够极力降低塔体的高度。此外，由于在上下配置离子交换槽，因此也能够高效地对离子交换装置进行保持管理(维护)。
另外，在上述方式中，说明了阴离子交换槽(2)配置在上方且阳离子交换槽(3)配置在下方的离子交换装置，在图3中示出了作为本发明的装置的一个例子的、在上方具有填充有阳离子交换树脂的阳离子交换槽(3)以及在下方具有填充有阴离子交换树脂的阳离子交换槽(2)的离子交换装置(1)的概略图。离子交换槽的配置与图2的装置不同，配管及其他方式能够根据图2的装置来理解。
＜集配水部件＞
如上所述，通过使用圆锥形状的集配水部件(7)，能够省略非活性树脂(4)，优选将阴离子交换槽(2)中的树脂层的高度设为阳离子交换槽(3)中的树脂层的高度的1.5～2.5倍左右、优选为2倍左右。但是，在本发明中，即使在使用圆锥形状的集排水部件(7)的情况下，也不排除使用非活性树脂的情况，如下所述，只要根据需要填充非活性(惰性)树脂来使用即可。
当使用圆筒形状的集配水部件(7)时，在阴离子交换树脂填充室(2a)和阳离子交换树脂填充室(3a)的上部，分别填充非活性树脂(4a)和(4b)，防止阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的流通，使得在采水时和再生时液体与阳离子交换树脂和阴离子交换树脂均等地接触，能得到高水质的去离子水，并且能充分进行再生。
在上述实施方式中，阴离子交换槽(2)的底部的镜板(5b)与阳离子交换槽(3)的顶部的镜板(5c)通过配管(连通机构)连通，但只要连通机构处于离子交换装置的各离子交换树脂槽的外部即可。例如，在具有塔体主体(8)的塔体的情况下，连通机构可以处于塔体的外部，只要空间允许，也可以配置在塔体内的离子交换槽的下侧。另外，在该实施方式中，使用三个阀(11a)、(11b)、(11c)，也可以使用两个三向阀来进行流路切换。
作为将集配水部件(7)设置于平板的具体方式，能够举例像图5d所示地将圆锥型集配水部件设置于平板的方式(截面放大图)。
圆锥型集配水部件具有像图5a所示那样有着外螺纹状的凸部的圆锥形状的集配水构件、以及像图5c所示那样的能够与凸部嵌合的内螺纹状的凹部，能够像图5b那样从平板的两侧将二者固定。此处，在图5a所示的外螺纹状的凸部，优选设为凸部的内部具有中空、且原水或NaOH、HCl这样的再生液能够通过该中空部分的结构。
认为通过使用圆锥型集配水部件，(i)在原水的供给和排出时、使用再生液进行再生时，能够以大流量进行处理；(ii)能够将使用再生液进行树脂再生后的再生废液快速地从离子交换部排水；(iii)即使在使用多个集配水部件的情况下，集配水部件之间的原水、再生液的流速的偏差也减小。
作为(i)的理由，实际上对原水或再生液进行集配水的是圆锥形状内的倾斜部分(伞形状部分)，由于圆锥形状的顶点与平板的距离小，即圆锥形状的高度低，因而不仅从顶点部分进行集配水，而且也从整个倾斜部分进行集配水。因此，参与集配水的部分的面积较大，因此，由原水的流通、再生水的挤出造成的压力损失也较少。因此，即使在原水的处理、再生时的大流量的情况下也能顺利地使液体通过，适于大量处理、快速的再生。
作为(ii)的理由，只要在再生处理后残留再生废液，离子交换树脂就不会适当地发挥作用，因而需要使再生废液快速地涌出。在圆锥形状的集配水部件的情况下，圆锥形状的顶点与平板的距离较小，即圆锥形状的高度低，因此，不仅从顶点部分进行排水，而且也从整个倾斜部分进行排水。另外，由于圆锥的基座部分与平板在大致平面上连接，因此不会形成使再生废液积聚那样的结构。因此，将再生废液快速地排出，能够在短时间内再生，能够使离子交换装置高效地运行。
作为(iii)的理由，像上述(i)记载的那样，由于在圆锥形状的集配水部件中由原水的流通、再生水的挤出造成的压力损失也较少，因此能够顺利地使液体通过，流速的偏差减小。
对将集配水部件固定于平板的方法没有特别的限定，不仅可以使用上述的外螺纹和内螺纹进行固定，也可以使用粘合剂来固定。另外，根据金属制等材质，也能够通过焊接、熔接来固定。固定化的状态为图5d所示的状态。
另外，也可以像图6a所示地将圆柱型集配水部件设置于平板(截面放大图)。将该圆柱型集配水部件固定于平板的方法与上述圆锥型集配水部件的情况相同。在该情况下，优选像图6b所示的那样将由上下的平板围绕的一侧的圆柱型集配水部件突出的部分配置为用惰性树脂(非活性树脂)填充的状态(截面放大图)。
如上所述，对于在平板设置集配水部件而言，能够考虑集配水部件的尺寸、形状、离子交换装置、平板的尺寸、所需的原水处理量等各种主要因素来适当确定集配水部件的设置个数、设置模式。
其中，对于本发明的离子交换装置而言，为了提高原水处理能力，以规定间隔将集配水部件设置于平板。因此，对于在平板设置集配水部件而言，优选像图7a所示地在距离平板的中心部规定间隔的多个同心圆上以规定间隔设置、或者以在横竖方向形成规定间隔的方式设置在平板上。
具体而言，能够举例以下方式：像图7b所示地，包括遮水性的平板中心点在内在横竖方向均等配置；像图7c所示地，包括平板中心点在内以各列错开的方式在对角线方向均等配置；像图7d所示地，在与平板中心点具有规定间隔的同心圆上均等配置等。
另外，虽然集配水部件的配置方式取决于集配水部件的形状，但是，也可以向平板的离子交换树脂层的一侧以圆锥形状突出的方式设置、或者在集配水部件具有圆筒形状的情况下，以从平板的表里两面突出的方式设置。
此外，还可以在平板与离子交换树脂层之间填充粒状的非活性树脂，在该情况下，能够采取阴离子交换槽上部的集配水部件和阳离子交换槽上部的集配水部件分别具有埋设在非活性树脂中的层的方式。
在设置圆筒形状的集配水部件的情况下，在平板与离子交换树脂层之间出现集配水部件的突出部分。在该情况下，将阴离子交换树脂或阳离子交换树脂以埋设集配水部件的该突出部分的方式填充时，在处理原水时原水从集配水部件的入口附近(例如，图4b的阴离子交换槽和阳离子交换槽的各上方的集配水部件的下端附近)进入集配水部件，比集配水部件的下端更靠上方的阴离子交换树脂或阳离子交换树脂实质上不能参与离子交换，有可能浪费。
即，如图6a所示，在使用圆筒形状的集配水部件的情况下，在平板与离子交换树脂层之间出现集配水部件的突出部分。此处，无论集配水部件在哪都具有让水通过而阻止离子交换树脂通过的结构，这是因为，通入原水时原水流最初与集配水部件的下端接触，原水以集中在集配水部件的下端部分的方式流通。因此，如图6b所示，在比集配水部件的下端更靠上方的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂处填充作为不具有离子交换作用的仿制树脂(dummy resin)的非活性树脂，从而具有能够有效地使用高价的离子交换树脂的优点。
作为非活性树脂，使用比重比离子交换树脂更小的聚乙烯系或聚丙烯系树脂等。优选非活性树脂的粒径比离子交换树脂更大。
＜装置构成的详细情况＞
在本发明的离子交换装置中，在阴离子交换槽(2)和阳离子交换槽(3)的截面为大致圆形状的情况下，优选将其直径设为500mm～3000mm。通过设为具有这样大的直径的阴离子交换槽(2)和阳离子交换槽(3)，使原水处理量变得极大，也适用于例如半导体等电子材料的制造。
另外，通过将阴离子交换槽(2)和阳离子交换槽(3)的截面直径设为相同的长度，以覆盖阴离子交换槽(2)的下部和阳离子交换槽(3)的上部的方式设置离子交换装置的塔体主体(8)，从而使离子交换装置(1)具有坚固性。
在本发明中，适宜将阴离子交换树脂层的层高设为500mm～2000mm、更优选为750mm～1500mm，而且，适宜将阳离子交换树脂层的层高设为400mm～800mm、更优选为500mm～750mm。进一步地，适宜将阴离子交换树脂层的层高设为阳离子交换树脂层的层高的1.5倍～2.5倍、更优选为大致2倍。
对于本发明的离子交换装置而言，在阳离子交换槽的上方设置阴离子交换槽(2)，而且具有覆盖阴离子交换槽(2)下部和阳离子交换槽(3)上部的塔体主体(8)。进一步地，优选将阴离子交换槽(2)下端与阳离子交换槽(3)上端的距离设为500mm～1000mm。通过设为这种结构，保养人员等能进入装置来对装置进行保养管理，使对装置的适当管理更方便，而且，能够将原水或再生液的导入、处理水、再生废液的排出所需要的配管类设置在阴离子交换槽(2)下部与阳离子交换槽(3)上部的空间，能够实现装置的紧凑化。
另外，为了对离子交换装置(1)进行保养管理，优选的是，在阴离子交换槽(2)、阳离子交换槽(3)的侧壁设置具有透明的树脂、玻璃等透明材料的窗、用于更换内部填充的树脂的离子交换树脂的供给口以及排出口，以能够从装置的外部观察装置内部的树脂填充情况、运转情况等。对于窗、离子交换树脂的供给口和排出口的尺寸、形状以及设置位置，只要适当设计并应用即可，对于窗的透明材质而言，只要具有在运转、再生时等没有障碍的强度即可。进一步地，为了对离子交换装置(1)进行保养管理，优选的是，在阴离子交换槽(2)、阳离子交换槽(3)的侧壁、这些交换部之间的塔体主体(8)以及在各阴离子交换槽(2)、阳离子交换槽(3)的上下设有的镜板部设置人孔(manhole)等人能够出入的设备。
＜离子交换装置的使用方法＞
在本发明的离子交换装置(1)的运转中，可以在线速度(LV)为55m/hr(小时)以上、通常为55～75m/hr(小时)的条件下将原水(被处理水)通入阳离子交换槽(3)。即使上述的大流量的原水流过，也能够通过本发明的离子交换装置进行充分的处理。而且，同样地，在导入再生液的情况下，通过加快流速也能够缩短再生时间，能够提高原水处理的作业效率。
例如，作为相对于离子交换装置的塔径的通水量，可以将以下作为基准。
表1
塔径Φ(mm) 截面面积(m2) 通水量(m3/hr)
700 0.38 21～29
850 0.57 31～43
1000 0.79 43～59
1500 1.77 97～132
1750 2.40 132～180
2000 3.14 172～236
2500 4.91 269～368
3000 7.07 388～530
实施例
通过以下实施例具体地说明本发明，但本发明并不仅限定于这些实施例。
在以下的实施例中，CaCO3、二氧化硅(SiO2)、硼(B)的量通过以下来分析。
分析装置：安捷伦科技公司(アジレント·テクノロジー株式会社)制，ICP-MSAgilent7500；
分析方法按照JIS K-0133进行。
TOC(总有机碳)浓度使用通用电气公司(GE社)制的装置(型号Chivas500RLe)进行测定。
电阻率值使用日本东亚电波公司(東亜DKK社)制的装置(型号MX-4)进行测定。
实施例1使用本发明的离子交换装置进行纯水的制造
使用图2a所示的装置在以下条件下制造纯水。
原水(被处理水)的水质；
硼：80ng/L
IC：1mg/L，以CaCO3计
SiO2：20μg/L
Na：1mg/L，以CaCO3计
Cl：0.4mg/L，以CaCO3计
硼BTC：B≤1ng/L＝0.43mg-B/L-R
TOC：10ppb
离子交换树脂；
阳离子交换树脂：陶氏化学公司(ダウ·ケミカル社)制MONOSPHERE650C UPW(H)；阴离子交换树脂：陶氏化学公司(ダウ·ケミカル社)制MONOSPHERE 550A UPW(OH)
非活性树脂：陶氏化学公司(ダウ·ケミカル社)制IF-62
通水条件：
阳离子交换槽：SV＝150/h(小时)
阴离子交换槽：SV＝75/h(小时)
再生条件(再生液的浓度)；
NaOH：4.0质量％
HCl：4.0质量％
装置的尺寸
阴离子交换槽的直径；700mm
阴离子交换树脂层的高度；1000mm
阳离子交换槽的直径；700mm
阳离子交换树脂层的高度；500mm
在上述通水条件下向新树脂供给原水后，利用上述再生液对使用的离子交换树脂进行再生30分钟，通过超纯水挤出30分钟。然后，使用原水实施15分钟的清洗后，继续通入原水，测定每个以清洗结束后为起点的通水时间的TOC浓度。
其结果是，如下述图8所示，在使用新树脂的情况下，在本发明的离子交换装置中，在30分钟以内TOC小于3μg/L。
实施例2粗滤器设置的影响
在图2a所示的装置中，在与实施例1相同的条件下，使用图5所示的圆锥形状的集配水部件或图6所示的圆筒形状的集配水部件，以上述通水条件向离子交换树脂供给回收水，测定被处理水的电阻率值。此外，在使用圆筒形状的集配水部件的情况下，如图6b所示，实施设置有非活性树脂层的情况以及不设置非活性树脂层的情况。
结果可知，如图9所示，在设置有圆锥形状的集配水部件的情况下，电阻率值的降低比设置圆筒形状的集配水部件(具有非活性树脂层)的情况慢一些，即离子交换的处理容量大。另一方面，在圆筒形状的集配水部件(无非活性树脂层)的情况下，电阻率值降低得快。认为这是因为，在圆筒形状的集配水部件，具有离子交换能力的树脂不能与被处理水(回收水)有效地接触，使表观的离子交换能力降低。
附图标记说明
1 离子交换装置
2 阴离子交换槽
2a 阴离子交换树脂填充室
2b 阴离子交换槽圆筒部
3 阳离子交换槽
3a 阳离子交换树脂填充室
3b 阳离子交换槽圆筒部
4a、4b 非活性树脂
5a、5b、5c、5d 镜板
6a、6b、6c、6d 平板
7a、7b、7c、7d 集配水部件
8 离子交换装置塔体主体
8a 离子交换装置上侧主体
8b 离子交换装置下侧主体
9a 第一连通配管
9b 第二连通配管
9c 第三连通配管
9d、9e 配管
10a 阴离子交换槽上部配管
10b 阳离子交换槽下部配管
11a、11b、11c阀(valve)
12 集配水部件设置用孔
13a 阴离子交换槽上室
13b 阴离子交换槽下室
13c 阳离子交换槽上室
13d 阳离子交换槽下室

Claims (12)

1.一种离子交换装置，其是在上方具有填充有阴离子交换树脂的阴离子交换槽且在下方具有填充有阳离子交换树脂的阳离子交换槽的离子交换装置，其中，
所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽各自独立，所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽各自的外壳由在上部和下部具备的外侧为凸状的镜板、以及离子交换槽侧部的支撑体构成，而且所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽各自具有被上下两个平板划分而成的上室、树脂填充室以及下室，
所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽在所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽的外侧通过连通机构连通，
所述离子交换装置具有用于向所述阴离子交换槽的上部供给液体或从所述阴离子交换槽的上部排出液体的供排配管、以及用于向所述阳离子交换槽的下部供给液体或从所述阳离子交换槽的下部排出液体的供排配管，
所述连通机构具有：
第一连通配管，用于向所述阴离子交换槽的下部供给液体或从所述阴离子交换槽的下部排出液体；
第二连通配管，用于向所述阳离子交换槽的上部供给液体或从所述阳离子交换槽的上部排出液体；
第三连通配管，连通所述第一连通配管和所述第二连通配管；
所述第三连通配管的开闭机构；以及
再生液的供排机构，分别设置于所述第一连通配管和所述第二连通配管，
所述平板配置有让水通过而阻止离子交换树脂通过的集配水部件，
所述阴离子交换槽上部的供排配管、所述第一连通配管、所述第二连通配管以及所述阳离子交换槽下部的供排配管与在所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽各自的上部和下部设置的镜板连通。
2.一种离子交换装置，其是在上方具有填充有阳离子交换树脂的阳离子交换槽且在下方具有填充有阴离子交换树脂的阴离子交换槽的离子交换装置，其中，
所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽各自独立，所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽各自的外壳由在上部和下部具备的外侧为凸状的镜板、以及离子交换槽侧部的支撑体构成，而且所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽各自具有被上下两个平板划分而成的上室、树脂填充室以及下室，
所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽在所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽的外侧通过连通机构连通，
所述离子交换装置具有用于向所述阳离子交换槽的上部供给液体或从所述阳离子交换槽的上部排出液体的供排配管、以及用于向所述阴离子交换槽的下部供给液体或从所述阴离子交换槽的下部排出液体的供排配管，
所述连通机构具有：
第一连通配管，用于向所述阳离子交换槽的下部供给液体或从所述阳离子交换槽的下部排出液体；
第二连通配管，用于向所述阴离子交换槽的上部供给液体或从所述阴离子交换槽的上部排出液体；
第三连通配管，连通所述第一连通配管和所述第二连通配管；
所述第三连通配管的开闭机构；以及
再生液的供排机构，分别设置于所述第一连通配管和所述第二连通配管，
所述平板配置有让水通过而阻止离子交换树脂通过的集配水部件，
所述阳离子交换槽上部的供排配管、所述第一连通配管、所述第二连通配管以及所述阴离子交换槽下部的供排配管与在所述阳离子交换槽和所述阴离子交换槽各自的上部和下部设置的镜板连通。
3.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述集配水部件在距离所述平板的中心部规定间隔的多个同心圆上以规定间隔设置。
4.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述集配水部件以在横竖方向形成规定间隔的方式设置在所述平板上。
5.如权利要求1～4中任一项所述的离子交换装置，其中，所述集配水部件以向所述平板的所述离子交换树脂层的一侧以大致圆锥形状突出的方式设置。
6.如权利要求1～4中任一项所述的离子交换装置，其中，所述集配水部件具有大致圆筒形状，以从所述平板的表里两面突出的方式设置。
7.如权利要求5或6所述的离子交换装置，其中，在所述平板与所述离子交换树脂层之间填充有粒状的非活性树脂，阴离子交换槽上部的集配水部件和阳离子交换槽上部的集配水部件分别具有埋设在所述非活性树脂中的层。
8.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述阴离子交换槽和所述阳离子交换槽的截面为大致圆形状，直径为300mm～3000mm。
9.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述阴离子交换槽与所述阳离子交换槽的截面直径为相同的长度。
10.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述阴离子交换树脂层的层高为500mm～2000mm。
11.如权利要求1或2所述的离子交换装置，其中，所述阳离子交换树脂层的层高为500mm～1000mm。
12.一种离子交换装置的使用方法，其是权利要求1～11中任一项所述的离子交换装置的使用方法，其中，将原水以50m/小时以上的线速度通入阳离子交换槽，以使离子交换树脂上浮并对原水进行处理。
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