JP2002001328A - 混床式イオン交換樹脂塔における樹脂の充填方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を均一
な分散状態で樹脂塔に充填できる、混床式イオン交換樹
脂塔における樹脂の充填方法および装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも水を含む移送用流体を用い
て、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合状態で
樹脂塔に移送、充填するに際し、樹脂塔下部より水抜き
を行いつつ樹脂を樹脂塔に充填することを特徴とする、
混床式イオン交換樹脂塔における樹脂の充填方法および
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、混床式イオン交換
樹脂塔における樹脂の充填方法および装置に関し、とく
に、復水脱塩装置等において、樹脂塔にカチオン交換樹
脂とアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂を移送、充
填するに際し、樹脂塔内に両イオン交換樹脂を均一に分
散した状態で充填できるようにした樹脂の充填方法およ
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】復水脱塩装置等に用いられている混床式
イオン交換樹脂塔においては、再生処理等の前処理を施
したカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合し、そ
の混合イオン交換樹脂を、通常、水とともに気体（空気
や、窒素ガス等の不活性ガス）を含む移送用流体を用い
て、樹脂塔の上部に移送し、樹脂塔上部から樹脂塔内に
充填している。

【０００３】たとえば図４に示すように、樹脂塔１０１
の上部に接続された樹脂移送管１０２を介して、移送水
と空気からなる移送用流体を用いて混合イオン交換樹脂
を樹脂塔１０１内に移送、充填する。移送されてきたカ
チオン交換樹脂１０３とアニオン交換樹脂１０４は、樹
脂塔１０１内の下部側から、たとえば目板１０５上に、
順次充填されていき、このとき移送水１０６も樹脂塔１
０１内に順次充満される。目板１０５を設けずに、樹脂
塔内下部に集水管等を設け、移送されてきた樹脂を塔内
の底面の位置から順次充填していくタイプの樹脂塔もあ
る（図示略）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来の樹脂の充填方法では、カチオン交換樹脂１０３
とアニオン交換樹脂１０４との間に、比重差や粒径差に
起因する沈降速度差があるため、樹脂塔１０１内でカチ
オン交換樹脂１０３とアニオン交換樹脂１０４の分離が
発生し、図４に示すように、沈降速度の速いカチオン交
換樹脂１０３が塔内下部側により多く充填されてしま
う。すなわち、カチオン交換樹脂１０３とアニオン交換
樹脂１０４が、樹脂移送管１０２中を均一な混合状態で
移送されてきたとしても、樹脂塔１０１内で分離して均
一な混合状態が崩れ、樹脂塔１０１内下部側ではカチオ
ン交換樹脂１０３の充填密度がより高くなり、上部側で
はアニオン交換樹脂１０４の充填密度がより高くなって
しまう。

【０００５】このような不均一な充填状態になると、次
のような問題を生じるおそれがある。充填される樹脂に
前処理として再生処理が施されている場合、カチオン交
換樹脂には再生剤としてたとえば塩酸が用いられるが、
再生処理後に完全には洗浄し切れていない場合が多いの
で、再生されたカチオン交換樹脂は多かれ少なかれ塩化
物イオンを保有している。この塩化物イオンは、樹脂塔
内に被処理水が通水されると、カチオン交換樹脂から離
脱して下流側へと流出し、その一部はアニオン交換樹脂
に吸着され、残りは樹脂塔外に漏洩する。そして、通水
時間の経過とともに、塩化物イオンの漏洩量は低レベル
まで低減する。このような再生剤の漏洩は、樹脂塔内下
部（つまり、処理水の流出側）においてカチオン交換樹
脂とアニオン交換樹脂が均一に混合されていると、アニ
オン交換樹脂による吸着によって迅速に低レベルまで低
減されるが、上述の如く樹脂塔内下部においてカチオン
交換樹脂の割合が多い不均一な充填状態では、アニオン
交換樹脂による吸着量が少ないため、漏洩量が多くなる
とともに、低レベルに到達するまでの時間が長くなり、
それだけ処理水水質の低下を来たすことになる。

【０００６】また、カチオン交換樹脂は、通常、ポリス
チレンスルホン酸を母体として構成されているが、この
高分子の鎖が切れて溶出物として流出することがあり、
とくに再生回数が多くなると樹脂劣化に伴い溶出物が多
くなることがある。この溶出物も、一部はアニオン交換
樹脂に吸着され、残りは樹脂塔外に漏洩する。したがっ
て、上述の再生剤の漏洩に関する問題と同様に、樹脂塔
内下部においてカチオン交換樹脂の割合が多い不均一な
充填状態では、カチオン交換樹脂から溶出物のアニオン
交換樹脂による吸着量が少ないため、溶出物の漏洩量が
多くなるとともに、低レベルに到達するまでの時間が長
くなり、それだけ処理水水質の低下を来たすことにな
る。

【０００７】さらにこの溶出物の流出に関しては、次の
ような問題を生じるおそれもある。すなわち、カチオン
交換樹脂からの溶出物がアニオン交換樹脂の表面に吸着
されると、アニオン交換樹脂本来のイオン交換性能が阻
害され、その性能低下を来たすと考えられている。溶出
物の吸着量がそれ程多くない場合には、別段大きな問題
にはならないが、吸着量が多くなると、アニオン交換樹
脂の性能低下の度合が大きくなる。したがって、カチオ
ン交換樹脂とアニオン交換樹脂が樹脂塔内に均一に分散
されて充填されている場合には、各部位に存在するアニ
オン交換樹脂へのカチオン交換樹脂からの溶出物の吸着
量はそれ程多くならないが、前述の如く樹脂塔内下部に
おいてカチオン交換樹脂の割合が多くなると（アニオン
交換樹脂の割合が少なくなると）、その部位におけるカ
チオン交換樹脂からの溶出物の濃度が高くなるととも
に、その部位におけるアニオン交換樹脂への溶出物の吸
着量が多くなる。そのため、この部位に存在するアニオ
ン交換樹脂の性能低下や劣化が局部的に早められるおそ
れがあり、処理水水質の維持が難しくなるとともに、樹
脂塔内樹脂全体に対し、樹脂の再生周期や交換周期が短
縮されるおそれがある。

【０００８】本発明の課題は、上記のような樹脂塔内へ
の樹脂の不均一な充填状態に起因する種々の問題点に鑑
み、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を均一な分散
状態で樹脂塔に充填できる、混床式イオン交換樹脂塔に
おける樹脂の充填方法および装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の混床式イオン交換樹脂塔における樹脂の充
填方法は、少なくとも水を含む移送用流体を用いて、カ
チオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合状態で樹脂塔
に移送、充填するに際し、樹脂塔下部より水抜きを行い
つつ樹脂を樹脂塔に充填することを特徴とする方法から
なる。

【００１０】また、本発明の混床式イオン交換樹脂塔に
おける樹脂の充填装置は、カチオン交換樹脂とアニオン
交換樹脂の混合イオン交換樹脂が充填される樹脂塔と、
該樹脂塔に、少なくとも水を含む移送用流体によりカチ
オン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合状態で移送する
樹脂移送管とを備えた装置において、樹脂塔に対し、樹
脂塔下部から水抜き可能な水抜き管を設け、該水抜き管
を、樹脂塔下部または樹脂塔下方の位置から、樹脂塔内
における樹脂を充填すべき規定樹脂面の位置よりも高い
頂部位置まで延設するとともに、該頂部位置から下方の
排水口へと延設し、前記水抜き管の頂部位置にサイホン
ブレーカーを設けたことを特徴とするものからなる。

【００１１】このような本発明に係る方法および装置に
おいては、樹脂塔下部より水抜きが行われることにより
樹脂塔内に下降流が発生され、この下降流が生じている
状態にて樹脂が樹脂塔内に充填される。したがって、混
合状態で移送されてきたカチオン交換樹脂とアニオン交
換樹脂は、樹脂塔内において自然沈降ではなく上記下降
流により強制的に沈降され、両イオン交換樹脂の分離が
防止される。その結果、カチオン交換樹脂とアニオン交
換樹脂は、樹脂塔内下部から上部の規定樹脂面まで、均
一に分散、混合された状態で充填され、不均一な充填状
態に起因する問題が全て解消される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、
本発明の一実施態様に係る混床式イオン交換樹脂塔にお
ける樹脂の充填装置を示しており、本発明を復水脱塩装
置の樹脂塔に適用した例を示している。

【００１３】図１において、１は、混床式イオン交換樹
脂塔としての復水脱塩塔を示している。脱塩塔１内に
は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合イオン
交換樹脂２が充填され、復水入口側ライン３から被処理
水としての復水が供給され、塔内を通水されて脱塩処理
された後、復水出口側ライン４を介して所定の行先へと
送液されるようになっている。

【００１４】５は樹脂貯槽を示しており、樹脂貯槽５内
でたとえば再生済のカチオン交換樹脂６とアニオン交換
樹脂７が混合された後、混合状態にて、樹脂移送管８を
介して混合イオン交換樹脂が脱塩塔１内に移送、充填さ
れる。本実施態様では、この移送に、移送用流体として
移送水供給ライン９を介して供給される移送水と移送用
空気供給ライン１０を介して供給される移送用空気との
混合流体が用いられている。移送用流体は少なくとも水
を含んでいるが、移送に用いられる気体としては、空気
の他、イオン交換樹脂、とくにカチオン交換樹脂６の酸
素による酸化劣化を防止するため、窒素ガス等の不活性
ガスを使用することもある。なお、移送用の気体は樹脂
貯槽５内の両イオン交換樹脂を攪拌、混合する役目も有
しており、樹脂貯槽５内の両イオン交換樹脂は該気体に
よって常に混合されながら脱塩塔１に移送される。１１
は、樹脂および移送用流体の移送、供給を制御する弁を
示している。

【００１５】脱塩塔１に対し、その下部から水抜き可能
な水抜き管１２が設けられている。本実施態様では、水
抜き管１２は、脱塩塔１の下方の位置で、かつ、復水出
口側ライン４の開閉弁Ｖ１よりも上位の位置から分岐さ
れている。水抜き管１２は、開閉弁Ｖ２を介して、上記
分岐位置から上方に向けて立ち上がり、脱塩塔１内にお
ける樹脂を充填すべき規定樹脂面の位置Ｒよりも高い頂
部位置Ｌまで延設され、該頂部位置Ｌから下方に向け反
転されて、下方の適当な位置に設けられた排水口１３ま
で延設されている。水抜き管１２の頂部位置には、サイ
ホン現象を防止するため、先端が大気に開放されたサイ
ホンブレーカー１４が設けられている。頂部位置Ｌと規
定樹脂面位置Ｒとの高低差は、２００〜３００ｍｍ程度
が適当であり、この高低差の付与によって脱塩塔１内へ
充填された樹脂は水切れしないようになっている。

【００１６】なお、図１に示した態様では、脱塩塔１内
下部に、充填樹脂混合用の気体噴出手段１５が設けられ
ているが、これは省略することも可能である。

【００１７】上記のように構成された装置において、樹
脂移送管８を介して脱塩塔１内にカチオン交換樹脂６と
アニオン交換樹脂７との混合イオン交換樹脂を移送、充
填するときには、弁Ｖ１が閉じられ、弁Ｖ２が開かれ
る。充填開始時には、樹脂とともに脱塩塔１内に送られ
てきた移送水は、水抜き管１２内へと抜けていくので、
その分、脱塩塔１内に充満しようとしている脱塩塔１内
の収容水中には下降流が生じる。この充填開始時の下降
流に十分に速い流速をもたせるために、水抜き管１２に
は十分に大きな内径の配管を用いることが好ましい。

【００１８】移送される混合イオン交換樹脂量に比べ、
移送水量の方が多いので、樹脂が充填されるよりも速く
充填塔１内の水面が上昇してゆき、やがて水面が、サイ
ホンブレーカー１４が設けられている水抜き管１２の頂
部位置Ｌと同じ高さに達する。これ以降、サイホンブレ
ーカー１４の働きによりサイホン現象を起こすことな
く、水抜き管１２を通して定常的に水が抜かれ、水抜き
管１２を通して抜かれる水量（Ｑｏｕｔ）に相当する下
降流が、脱塩塔１内に定常的に生じることになる。

【００１９】したがって、樹脂の充填開始時から規定量
の樹脂の充填終了時まで、下降流が継続して発生し、該
下降流によって混合イオン交換樹脂が混合状態を維持し
た状態にて強制的に沈降される。その結果、塔内充填樹
脂の分離が防止され、とくにカチオン交換樹脂６が塔内
下部側に片寄って充填されることが防止される。

【００２０】この樹脂充填時の様子を図２に示す。下降
流により、カチオン交換樹脂６とアニオン交換樹脂７が
均一に分散した状態に維持されつつ、塔内の下部側から
順次充填されていくことになる。充填後には、弁Ｖ２が
閉じられ、次いで塔内を満水とした後、弁Ｖ１が開かれ
て被処理水の通水が開始される。

【００２１】なお、上述のような樹脂移送及び充填が終
了した後、必要に応じて脱塩塔１内下部の気体噴出手段
１５から空気等の気体を噴出させ、充填された混合イオ
ン交換樹脂を該気体によって攪拌、混合してもよい。

【００２２】カチオン交換樹脂６とアニオン交換樹脂７
が均一に分散した状態で充填されているので、通水時に
再生剤、とくにカチオン交換樹脂６から流出する再生剤
が良好にアニオン交換樹脂７に吸着されて塔外への漏洩
が抑制され、同様に、カチオン交換樹脂６からの溶出物
の塔外への漏洩も抑制される。しかも、これら再生剤や
溶出物のアニオン交換樹脂７への吸着量が局部的に片寄
ることがないから、結果的にアニオン交換樹脂７の単位
量当たりの吸着量が小さく抑えられることになり、アニ
オン交換樹脂７の局部的な劣化や寿命短縮も防止され
る。

【００２３】なお、上述の実施態様では、脱塩塔１内へ
充填された樹脂の水切れを防止するために、管の一部が
所定高さまで立ち上がった立上り部を有する水抜き管１
２を用いた例について説明したが、水切れを防止する手
段はこれに限定されるものではなく、たとえば脱塩塔内
に供給される移送水の水量（Ｑｉｎ）と、水抜き管を通
して抜かれる水量（Ｑｏｕｔ）とを検知し、Ｑｏｕｔ
を、水切れを生じさせない適切な流量に制御する方法を
採用してもよい。

【００２４】

【実施例】混床式イオン交換樹脂塔として復水脱塩装置
の脱塩塔を使用し、復水脱塩に使用するイオン交換樹脂
として、カチオン交換樹脂量／アニオン交換樹脂量＝２
／１の混合イオン交換樹脂を、図１に示した装置構成に
て脱塩塔に移送、充填した。充填後の塔内における樹脂
混合状態を、水抜きを実施しない従来技術と比較して表
１に示した。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１から明らかなように、本発明により塔
内充填樹脂の混合状態が大幅に改善され、塔内の下部か
ら上部までの全体にわたって、均一な混合状態が得られ
た。

【００２７】また、上記の本発明による改善効果を、再
生剤の漏洩特性についても、従来技術と比較してみた。
比較は、カチオン交換樹脂の再生剤としての塩酸に由来
する塩化物イオンの塔外漏洩量と、通水時間との関係で
表わすことにより行った。結果を図３に示す。

【００２８】図３に示すように、本発明によれば、再生
剤の漏洩量自身を低く抑えることができるとともに、漏
洩量が低レベル域に達するまでの時間を短縮することが
できる。また、到達できるレベルも、より低くすること
ができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る混床
式イオン交換樹脂塔における樹脂の充填方法および装置
によれば、樹脂塔内から水抜きしつつ樹脂塔内へ混合イ
オン交換樹脂を移送、充填するようにしたので、充填さ
れていくカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の分離を
防止することができ、両イオン交換樹脂を均一に混合し
た状態で充填することができる。したがって、両イオン
交換樹脂の不均一な充填状態に起因する、再生剤の漏洩
や溶出物の漏洩等に関する不具合を一挙に解決すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係る混床式イオン交換樹
脂塔における樹脂の充填装置の機器系統図である。

【図２】図１の樹脂塔（脱塩塔）における水抜き作用を
示す、概略部分縦断面図である。

【図３】実施例の結果を示す、塩化物イオン漏洩量と通
水時間との関係図である。

【図４】従来装置における樹脂塔内への樹脂充填の様子
を示す概略縦断面図である。

【符号の説明】

１ 混床式イオン交換樹脂塔としての復水脱塩塔 ２ 混合イオン交換樹脂 ３ 復水入口側ライン ４ 復水出口側ライン ５ 樹脂貯槽 ６ カチオン交換樹脂 ７ アニオン交換樹脂 ８ 樹脂移送管 ９ 移送水供給ライン １０ 移送用空気供給ライン １１ 弁 １２ 水抜き管 １３ 排水口 １４ サイホンブレーカー １５ 気体噴出手段 Ｌ 頂部位置 Ｒ 規定樹脂面 Ｖ１、Ｖ２ 弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D025 AA07 BA08 BA13 BA22 BB04 BB15 BB18 4G070 AA03 AB10 BA08 BB11 CA06 CA07 CA09 CB07 CB21 DA15 DA22

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも水を含む移送用流体を用い
   て、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混合状態で
   樹脂塔に移送、充填するに際し、樹脂塔下部より水抜き
   を行いつつ樹脂を樹脂塔に充填することを特徴とする、
   混床式イオン交換樹脂塔における樹脂の充填方法。
2. 【請求項２】 カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の
   混合イオン交換樹脂が充填される樹脂塔と、該樹脂塔
   に、少なくとも水を含む移送用流体によりカチオン交換
   樹脂とアニオン交換樹脂を混合状態で移送する樹脂移送
   管とを備えた装置において、樹脂塔に対し、樹脂塔下部
   から水抜き可能な水抜き管を設け、該水抜き管を、樹脂
   塔下部または樹脂塔下方の位置から、樹脂塔内における
   樹脂を充填すべき規定樹脂面の位置よりも高い頂部位置
   まで延設するとともに、該頂部位置から下方の排水口へ
   と延設し、前記水抜き管の頂部位置にサイホンブレーカ
   ーを設けたことを特徴とする、混床式イオン交換樹脂塔
   における樹脂の充填装置。