JP2005329275A - イオン交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、強電解質イオン交換樹脂を移送させることなく、強電解質イオン交換樹脂の全体を容易且つ確実に逆洗することができるイオン交換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明のイオン交換装置は、樹脂充填塔内に充填形成された弱電解質イオン交換樹脂層と、遮蔽板を介して該弱電解質イオン交換樹脂層の下層に設けた強電解質イオン交換樹脂層と、被処理水を樹脂充填塔上部より下向流で流入させて樹脂充填塔下部に流出せしめる被処理水給排手段と、再生剤を樹脂充填塔下部より上向流で流入させて樹脂充填塔上部に流出せしめる再生剤給排手段と、強電解質イオン交換樹脂層の上方に形成された浮上粒子充填部に充填される、水に対して浮上する浮上粒子と、浮上粒子を一時的に貯留する貯留部と、浮上粒子充填部に充填された浮上粒子を貯留部に移送し、且つ、浮上粒子を貯留部から浮上粒子充填部に返送する移送手段とからなることにより、強電解質イオン交換樹脂の全体を容易且つ確実に逆洗することができる。
【選択図】 図１。

Description

本発明は、強電解質イオン交換樹脂層を備えた下向流通水上向流再生方式のイオン交換装置に関する。

強電解質イオン交換樹脂層を備えたイオン交換装置には、被処理水を下向流で通水する下向流通水方式のものと、被処理水を上向流で通水する上向流通水方式のものとがある。上向流通水方式のイオン交換装置の場合には、被処理水の通水時に強電解質イオン交換樹脂層を押し上げて浮上したイオン交換樹脂層を形成するため、採水を中断すると強電解質イオン交換樹脂層が下降する際に充填層が流動化し、その後の処理水の純度が低下するという課題があるため、下向流通水方式のイオン交換装置が好適に用いられている。

さらに下向流通水方式のイオン交換装置には、被処理水の通水方向と逆向きに再生剤を通液してイオン交換樹脂の再生を行うように構成する向流再生方式のものと、通水方向と同じ向きに再生剤を通液して強電解質イオン交換樹脂の再生を行うように構成する並流再生方式のものとがある。向流再生方式のイオン交換装置には、並流再生方式のものに比べて再生効率の点で優れているという大きな利点があるため、向流再生方式のイオン交換装置が好適に用いられている。

下向流通水方式かつ向流再生方式のイオン交換装置は、被処理水を下向流で通水し再生剤を上向流で通液するようになっているが（以下、下向流通水上向流再生方式という。）、このようなイオン交換装置に通水する被処理水としては、河川水や工業用水を凝集濾過装置等によって前処理した程度のものが汎用されるが、このような被処理水中には、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等のイオンのほか微量ながらも懸濁物質が含まれている。

下向流通水上向流再生方式のイオン交換装置において、強電解質イオン交換樹脂層に上記したような被処理水の通水がなされると、通水の終了時点において、イオン交換樹脂のイオン形が強電解質イオン交換樹脂層の上層部から下層部に向かって順にカルシウム・マグネシウム形、ナトリウム形、水素形となるように分布したイオン分布状態が、強電解質イオン交換樹脂層に形成される。
このイオン交換装置は、再生剤の上向流での通液によって強電解質イオン交換樹脂層が流動して上記したイオン分布状態に乱れが生じると、強電解質イオン交換樹脂の再生効率の低下を招くため、遮蔽板等を用いて強電解質イオン交換樹脂層を固定するように構成している。

ここで、このような下向流通水上向流再生方式のイオン交換装置では、上記したように、被処理水に微量ながらも懸濁物質が含まれていることにより、イオン交換装置の使用を続けているうちに、懸濁物質が強電解質イオン交換樹脂層中に蓄積し、それにより圧力損失が増大する。
したがって、イオン交換装置は、通常、１ヶ月乃至２４ヶ月に１度程度の頻度で、強電解質イオン交換樹脂層に逆洗水を通水し、強電解質イオン交換樹脂を流動させて逆洗を行うことにより、強電解質イオン交換樹脂層中に蓄積した懸濁物質を取り除く必要がある。

しかしながら、下向流通水上向流再生方式のイオン交換装置は、既述したように強電解質イオン交換樹脂層が流動しないように構成しているため、結果として、逆洗することができず、懸濁物質を取り除くことができなかった。

このような問題点を解決するために、例えば、図９に示すようなイオン交換装置３１が提案されている（特許文献１を参照）。
このイオン交換装置３１は、弱電解質イオン交換樹脂層３２と、遮蔽板４８を介在させて弱電解質イオン交換樹脂層３２の下層に設けた強電解質イオン交換樹脂層３４と、強電解質イオン交換樹脂層３４の下層端に支持板４９とを有し、該装置３１内における弱電解質イオン交換樹脂層３２上方位置には、ディストリビューター３６が設けられ、該ディストリビューター３６には被処理水流入管４５及び再生廃液流出管４４が連結されており、さらに、強電解質イオン交換樹脂層３４内の下部位置には、コレクター３５が設置され、該コレクター３５には処理水流出管４２及び再生剤流入管兼逆洗水流入管４３が連結されている。
また、このイオン交換装置３１には、弱電解質イオン交換樹脂層３２の上面と該装置３１内上部との間に、逆洗時における弱電解質イオン交換樹脂の流動を可能にするために適度な大きさの空間４６が設けられていると共に、強電解質イオン交換樹脂の上面と遮蔽板４８との間に、再生時における強電解質イオン交換樹脂の膨潤に伴う体積増加を吸収するための僅かな大きさの空間４７とが設けられている。

このイオン交換装置３１は、支持板４９下面と該装置３１内下部との間に強電解質イオン交換樹脂充填部５０とは隔離され独立した空間としての樹脂移送室４１を設けて、強電解質イオン交換樹脂の逆洗時において強電解質イオン交換樹脂の一部を樹脂移送室４１に運び、逆洗終了後には樹脂移送室４１内の強電解質イオン交換樹脂を、強電解質イオン交換樹脂充填部５０に戻すことができるように構成している。
イオン交換装置３１は、樹脂移送管３８の一端が強電解質イオン交換樹脂充填部５０に連結され、他端は樹脂移送室４１に連結されており、強電解質イオン交換樹脂がイオン交換装置３１内の水と共に重力で流下して移送されるように構成している。
また、樹脂移送管３８の経路と平行して、バイパス路状の返送管３９が連結され、該返送管３９にはエジェクター３７が連結され、さらに該エジェクター３７には移送水導管４０が連結されている。イオン交換装置３１は、移送水導管４０に移送水を高い流速で流し、エジェクター３７に吸引力を発生せしめ、その吸引作用により樹脂移送室４１内の強電解質イオン交換樹脂を返送管３９を経由して強電解質イオン交換樹脂充填部５０に移送するように構成している。なお、移送水は、イオン交換装置３１内を通って上部の再生廃液流出管４４より流出する。

このイオン交換装置３１は、強電解質イオン交換樹脂層３４の下方に樹脂移送室４１を設けて強電解質イオン交換樹脂の一部を樹脂移転室４１に移送できるように構成したので、強電解質イオン交換樹脂を強電解質イオン交換樹脂充填部５０に略隙間なく充填しても強電解質イオン交換樹脂の一部を移送することによって強電解質イオン交換樹脂を逆洗することが可能となる。
また、このイオン交換装置３１によれば、強電解質イオン交換樹脂を強電解質イオン交換樹脂充填部５０に略隙間なく充填することができるから、再生剤の上向流による強電解質イオン交換樹脂の流動化を殆ど生じさせずにイオン分布状態を乱すことなく再生することができる。

特許第３２１２４６３号公報

しかしながら、図９に示すような従来のイオン交換装置では、強電解質イオン交換樹脂充填部の逆洗が可能となるものの、逆洗にあたり強電解質イオン交換樹脂の一部が樹脂移送室に移送されるため、移送された強電解質イオン交換樹脂については逆洗できず、したがって強電解質イオン交換樹脂の全部を洗浄することができないという問題がある。
そして、このイオン交換装置では、樹脂移送室に移送された強電解質イオン交換樹脂を強電解質イオン交換樹脂充填部に戻す再充填操作が必要となるが、このときに強電解質イオン交換樹脂充填部に完全には戻しきれず樹脂移送室内に僅か程度でも強電解質イオン交換樹脂が残ってしまう虞がある。
また、このイオン交換装置では、通水や再生時に強電解質イオン交換樹脂の流動化を防止するために密に再充填することが必要であるが、このような再充填操作は容易なものではなく、複雑な樹脂充填機構や操作が必要となる。
さらに、このイオン交換装置では、強電解質イオン交換樹脂の移送の際、強電解質イオン交換樹脂が磨耗する虞があるため、イオン交換装置の使用コストが上昇してしまうという問題もある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、強電解質イオン交換樹脂を移送させることなく、強電解質イオン交換樹脂の全体を容易且つ確実に逆洗することができるイオン交換装置を提供することを目的とする。

即ち本発明は、（１）樹脂充填塔内に充填形成された弱電解質イオン交換樹脂層と、遮蔽板を介して該弱電解質イオン交換樹脂層の下層に設けた強電解質イオン交換樹脂層と、被処理水を樹脂充填塔上部より下向流で流入させて樹脂充填塔下部に流出せしめる被処理水給排手段と、再生剤を樹脂充填塔下部より上向流で流入させて樹脂充填塔上部に流出せしめる再生剤給排手段と、強電解質イオン交換樹脂層の上方に形成された浮上粒子充填部に充填される、水に対して浮上する浮上粒子と、浮上粒子を一時的に貯留する貯留部と、浮上粒子充填部に充填された浮上粒子を貯留部に移送し、且つ、浮上粒子を貯留部から浮上粒子充填部に返送する移送手段とからなることを特徴とするイオン交換装置、（２）樹脂充填塔内に充填形成された強電解質イオン交換樹脂層と、被処理水を樹脂充填塔上部より下向流で流入させて樹脂充填塔下部に流出せしめる被処理水給排手段と、再生剤を樹脂充填塔下部より上向流で流入させて樹脂充填塔上部に流出せしめる再生剤給排手段と、強電解質イオン交換樹脂層の上方に形成された浮上粒子充填部に充填される、水に対して浮上する浮上粒子と、浮上粒子を一時的に貯留する貯留部と、浮上粒子充填部に充填された浮上粒子を貯留部に移送し、且つ、浮上粒子を貯留部から浮上粒子充填部に返送する移送手段とからなることを特徴とするイオン交換装置、（３）浮上粒子は、合成樹脂からなる粒子である上記（１）又は（２）記載のイオン交換装置、（４）浮上粒子充填部に浮上粒子を充填して形成される浮上粒子充填層の充填高さは、強電解質イオン交換樹脂層の充填高さの０．２倍〜１．０倍である上記（１）又は（２）記載のイオン交換装置、（５）貯留部は、樹脂充填塔に連結された貯留タンク内に設けられている上記（１）又は（２）記載のイオン交換装置、（６）貯留部は、樹脂充填塔内の上部空間に設けられている上記（１）又は（２）記載のイオン交換装置、（７）移送手段は、浮上粒子充填部と貯留タンクとの間に移送管を備え、移送水を樹脂充填塔上部より供給することにより、浮上粒子充填部に充填された浮上粒子を移送管を通して貯留タンクへ移送し、且つ、返送水を貯留タンク下部より供給することにより、浮上粒子を貯留タンクから移送管を通して浮上粒子充填部に返送するように構成した上記（５）記載のイオン交換装置、（８）移送手段は、浮上粒子充填部と貯留部との間にエジェクタを備えた移送管を有し、移送水をエジェクタを通して移送管に供給することにより、浮上粒子充填部に充填された浮上粒子を移送管を通して貯留部へ移送し、且つ、返送水を樹脂充填塔上部より供給することにより、浮上粒子を貯留部から移送管を通して浮上粒子充填部に返送するように構成した上記（６）記載のイオン交換装置、を要旨とするものである。

本発明によれば、樹脂充填塔内に充填形成された強電解質イオン交換樹脂層の上方に水に対して浮上する浮上粒子を充填する浮上粒子充填部と、浮上粒子を一時的に貯留する貯留部と、浮上粒子充填部に充填された浮上粒子を貯留部に移送し、且つ、浮上粒子を貯留部から浮上粒子充填部に返送する移送手段を設けたから、浮上粒子充填部に充填された浮上粒子を貯留部に移送させた状態で、強電解質イオン交換樹脂を逆洗を行うことができる。その結果、強電解質イオン交換樹脂の逆洗を行うにあたり、該強電解質イオン交換樹脂を別の場所に移送させる必要がなく、強電解質イオン交換樹脂の全量を容易に逆洗することができる。
そして、本発明によれば、逆洗後に強電解質イオン交換樹脂を樹脂充填塔内に戻す操作が必要でないから、移送場所における強電解質イオン交換樹脂の一部残留という問題もなく、さらに通水や再生時に強電解質イオン交換樹脂が流動しない程度に密に再充填するための複雑な樹脂充填機構や操作を不要とすることができる。
また、本発明によれば、逆洗の際、強電解質イオン交換樹脂の移送に伴なう該強電解質イオン交換樹脂の磨耗の問題もないから、イオン交換装置の使用コストが上昇してしまう問題もない。

本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明イオン交換装置の第１実施態様を示す縦断面略図である。
本発明のイオン交換装置１は、図１に示すように、樹脂充填塔２内に、上層に弱電解質イオン交換樹脂を、下層に強電解質イオン交換樹脂をそれぞれ充填して弱電解質イオン交換樹脂層４及び強電解質イオン交換樹脂層３を形成し、両イオン交換樹脂層４、３の間に遮蔽板７を介在させ、強電解質イオン交換樹脂層３の上面と遮蔽板７との間に浮上粒子充填部６を形成してなる。浮上粒子充填部６には、多数の浮上粒子５が充填されている。弱電解質イオン交換樹脂層４は遮蔽板７上に、強電解質イオン交換樹脂層３は樹脂充填塔２の底部に設けた支持板８上にそれぞれ形成されている。

弱電解質イオン交換樹脂層４の上面と樹脂充填塔２内上部との間には逆洗時における弱電解質イオン交換樹脂の流動を可能にするために適度な大きさの空間１１が設けられ、また、該浮上粒子充填部６の下面と強電解質イオン交換樹脂層３上面との間には、再生による強電解質イオン交換樹脂の膨潤に伴う体積増加を吸収するためのわずかな空間１２が形成されている。

このイオン交換装置１は、１つの充填塔内に強電解質イオン交換樹脂と弱電解質イオン交換樹脂を層状に充填してなる複層床式イオン交換装置と、１つの充填塔内に強電解質イオン交換樹脂のみを層状に充填してなる単層床式イオン交換装置のいずれにも適用可能である。この場合、複層床式イオン交換装置や単層床式イオン交換装置は、陽イオン交換装置と陰イオン交換装置のいずれであってもよい。したがって、イオン交換樹脂１において、強電解質イオン交換樹脂は、陽イオン交換装置の場合には強酸性陽イオン交換樹脂を、陰イオン交換装置の場合には強塩基性陰イオン交換樹脂をそれぞれ意味し、また弱電解質イオン交換樹脂は、陽イオン交換装置の場合には弱酸性陽イオン交換樹脂を、陰イオン交換装置の場合には弱塩基性陰イオン交換樹脂をそれぞれ意味する。
なお、強電解質イオン交換樹脂或いは弱電解質イオン交換樹脂としては、従来公知のものを適宜使用できる。

浮上粒子５としては、水に対して浮かぶものであればよく、例えば水よりも比重の小さいポリエチレンやポリプロピレンなどの合成樹脂からなるものが好ましく用いられる。ただし、浮上粒子５としては、中空状にする等によって水に対して浮かぶように構成することにより、水よりも比重の大きい材質のものからなるものであっても使用可能である。したがって、浮上粒子５の材料としては、前述したような合成樹脂以外に、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエステル、ビニリデン等を用いることができる。
また、浮上粒子５の形状としては、球形状の粒子の他、楕円球形状、円柱形状、円筒形状、錐体形状、多面体形状のものなどが適宜用いられる。
浮上粒子５の粒径は、通水時に強電解質イオン交換樹脂同士の隙間に浮上粒子５が入り込む虞がない程度であって、浮上粒子５が貯留部９に移送される時に移送しやすく、浮上粒子５が浮上粒子充填部６に充填されて層状形成される浮上粒子充填層を保持できる程度であるような粒径が好ましく、具体的には直径０．３ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。

浮上粒子充填部６の容積は、浮上粒子充填部６に充填される浮上粒子５が後述する貯留部９に移送されることによって、強電解質イオン交換樹脂層３の上方に該強電解質イオン交換樹脂の逆洗が可能となる程度の空間を生じるような大きさであることが必要である。具体的には、浮上粒子充填部６の容積は、浮上粒子５を浮上粒子充填部６に充填して形成される浮上粒子充填層の充填高さが強電解質イオン交換樹脂層３の充填高さの０．２倍〜１．０倍となるような容積であることが好ましい。

遮蔽板７は、処理水、再生剤等の液体を通過させることができるが、浮上粒子５及びイオン交換樹脂を通過させないような構造のものであれば特に限定されず、例えば、多数の取付穴を設けた板状体の該取付穴に、スリットを穿設した部材（図示せず）を嵌着してなるものが用いられる。この他、遮蔽板７としては、多数の小孔を穿設した目板の上面をサラン等の透水性の合成樹脂製布で被覆してなるものであってもよい。

樹脂充填塔２内上方位置即ち弱電解質イオン交換樹脂層４の上方位置にはディストリビュータ１３が設けられ、該ディストリビュータ１３には被処理水流入管１６及び再生廃液流出管１７が連結されている。ディストリビュータ１３としては、例えば周囲に多数の小孔を穿設してなる管状体を透水性の合成樹脂製布で被覆してなるものが用いられるが、もとよりこれに限定されない。

強電解質イオン交換樹脂層３内の下部位置にはディストリビュータ１４が設置されており、該ディストリビュータ１４には処理水流出管１８及び再生剤流入管兼逆洗水流入管１９が連結されている。尚、本実施形態においては再生剤流入管兼逆洗水流入管１９を設けているが、再生剤の流入管と逆洗水の流入管とが夫々別個に設けられてもよい。
ディストリビュータ１４としては、ディストリビュータ１３と同一構造のものを用いることができる。

なお、後述するように、ディストリビュータ１３は、再生時には再生廃液を集めるコレクタとしての機能を有し、ディストリビュータ１４は、通水時には、被処理水をイオン交換してなる処理水を集水するためのコレクタとしての機能を有するものである。

イオン交換装置１の樹脂充填塔２の外部には、浮上粒子５を一時的に貯留するための貯留部９が貯留タンク２４内に設けられており、貯留タンク２４の下部位置には、移送水流出管２１及び返送水流入管２２が連結されており、また貯留タンク２４と樹脂充填塔２とが、樹脂充填塔２の浮上粒子充填部６の上端寄りの位置に設けられた移送管２０を介して連結されている。イオン交換装置１は、樹脂充填塔２に移送水を供給して、浮上粒子充填部６に充填された浮上粒子５を貯留タンク２４内の貯留部９に移送し、また、貯留タンク２４に返送水を供給して、貯留タンク２４内の浮上粒子５を浮上粒子充填部６に返送することができるように構成した移送手段を有する。
なお、貯留タンク２４は、樹脂充填塔２に対して固定的に設けられている場合に限定されず、着脱自在に設けられても良い。後者の場合、通常は貯留タンク２４は設置されず、強電解質イオン交換樹脂の逆洗のときに貯留タンク２４を樹脂充填塔２に連結すればよいことになる。
図中、２５は、移送管２０に連結された弁である。

本発明のイオン交換装置１は、浮上粒子５の貯留部９を貯留タンク２４内に設ける態様のものに限られず、図４に示す如き態様のものとして構成してもよい。
図４は、本発明のイオン交換装置１の第２実施態様を示す縦断面略図である。
このイオン交換装置１において、浮上粒子５の貯留部９は、図４に示すように、樹脂充填塔２の上部における空間１１に設けられている。即ち、第２実施態様における樹脂充填塔２においては、弱電解質イオン交換樹脂層４上に形成される空間部を大きく設けており、該空間部に浮上粒子５の貯留部９が形成される。浮上粒子５が水に対して浮くものであるため、貯留部９は、弱電解質イオン交換樹脂層と物理的に完全に隔離されて独立した空間として形成される必要は特にない。

樹脂充填塔２の外部に移送水導管３０、移送管２０、返送管２３からなる配管が施され、移送水導管３０の一端は樹脂充填塔２の上部空間、即ち貯留部９に臨んで配置され、また移送水導管３０にはエジェクタ１５が連結されている。移送管２０は、移送水導管３０から分岐して設けられ、浮上粒子充填部６に連結されている。返送管２３は、移送水導管３０より分岐して設けられ、移送管２０に連結されている。
この実施態様におけるイオン交換装置１は、移送水導管３０よりエジェクタ１５に移送水を高い流速で流すことによって発生するエジェクタ１５の吸引作用を利用して、浮上粒子充填部６に充填された浮上粒子５を貯留部９に移送し、また、樹脂充填塔２に移送水を供給して、貯留部９に移送された浮上粒子５を浮上粒子充填部６に返送することができるように構成した移送手段を有する。
図中、２６、２７は、移送水導管３０に連結された弁、２８は、移送管２０に連結された弁、２９は、返送管２３に連結された弁である。

本発明のイオン交換装置１では、以下のようにして処理水の採水、及び、イオン交換樹脂の再生が行われる。
イオン交換装置１には、処理水の採水に当たり、被処理水が、被処理水流入管１６よりディストリビュータ１３を経て下向流で樹脂充填塔２内に通水される。被処理水は樹脂充填塔２内に形成された弱電解質イオン交換樹脂層４及び強電解質イオン交換樹脂層３内を通ることによってイオン交換されて処理水となり、該処理水はディストリビュータ１４で集水されて処理水流出管１８より流出する。

被処理水としては一般に市水、工業用水等が用いられ、被処理水中には、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等の陽イオン及び塩化物イオン、硫酸イオン等の陰イオンと共に懸濁物質が若干含まれているのが通常である。

イオン交換樹脂の再生処理は以下のように行われる。
まず、浮上水が、再生剤流入管兼逆洗水流入管１９よりディストリビュータ１４を経て上向流で樹脂充填塔２内に通水される。この浮上水によって強電解質イオン交換樹脂は浮上し、浮上粒子５を充填している浮上粒子充填部６の下面に到達し、やがて強電解質イオン交換樹脂層３全体が浮上状態で浮上粒子充填部６の下面に固定されると共に、浮上した該強電解質イオン交換樹脂層３の下部に前記空間１２に相当する容積の下部空間が形成される。なお、浮上水の流速が大きい程固定されるまでの時間が早くなり、この場合の流速は、強電解質イオン交換樹脂の比重や粒径及び粒径分布によって異なる。

次いで、樹脂充填塔２内には、浮上水の通水に代えて、再生剤が、浮上水と同じ流速もしくは浮上水より低い流速で再生剤流入管兼逆洗水流入管１９よりディストリビュータ１４を経て上向流で流入される。再生剤は、強電解質イオン交換樹脂及び弱電解質イオン交換樹脂を再生する。再生剤の流速があまり大きいとイオン交換樹脂と再生剤との接触時間が短くなり、再生効率が低下し、反対に再生剤の流速があまり小さいと前記浮上粒子充填部６の下面に固定された強電解質イオン交換樹脂が多少流動するようになるので好ましくない。

この再生処理において、強電解質イオン交換樹脂層３は前述の如く浮上状態で浮上粒子充填部６の下面に固定されているので、上向流で再生剤が供給されても強電解質イオン交換樹脂はほとんど流動することがない。イオン交換樹脂の流動化を防止する理由は、前述したように、被処理水の通水終了時に形成されたイオン交換樹脂層のイオンの分布状態を乱さないようにして再生効率を高めるためである。特に、強電解質イオン交換樹脂は、弱電解質イオン交換樹脂よりも再生効率が悪いため、流動化の防止が極力要求される。

強電解質イオン交換樹脂は、再生剤が流入された後に行う押出水の流入時に膨潤して体積を増加し、浮上した強電解質イオン交換樹脂層３の下部に形成された下部空間は、膨潤した強電解質イオン交換樹脂で満たされる。このように、強電解質イオン交換樹脂の膨潤に伴なう体積増加分は、空間１２に相当する大きさを有する下部空間によって吸収されるので、浮上粒子充填部６の下面と支持板８との間で強電解質イオン交換樹脂が押し潰されて破壊してしまう虞れはない。

一方、弱電解質イオン交換樹脂は、その上方に流動が可能な空間を有しているので、再生剤の流速に応じて、弱電解質イオン交換樹脂層４が膨張するのみならず、弱電解質イオン交換樹脂の流動化が生じる。このように再生の際に樹脂の流動化が起これば、樹脂に付着した懸濁物質を取り除くことができ、逆洗と同一の作用が発揮されることとなる。ここで、弱電解質イオン交換樹脂は、強電解質イオン交換樹脂に比べて再生効率が極めて良いものであり、流動化状態であっても十分に再生できるので、強電解質イオン交換樹脂における如き再生効率の問題はない。

再生剤としては、電解質イオン交換樹脂が陽イオン交換樹脂の場合は、塩酸等の酸溶液が用いられ、また、電解質イオン交換樹脂が陰イオン交換樹脂の場合は、カセイソーダ等のアルカリ溶液が用いられる。

樹脂充填塔２内に流入された上記浮上水及び再生剤は、ディストリビュータ１３を経て再生廃液流出管１７より流出する。

再生剤の通液が終了すると、押出水が、再生剤流入管兼逆洗水流入管１９よりディストリビュータ１４を経て上向流で樹脂充填塔２内に流入され、樹脂充填塔２内に残留する再生剤がディストリビュータ１３を経て再生廃液流出管１７より押出排出される。
なお、上記した採水や再生の各工程おいては、図１の弁２５、図４の弁２６、２７、２８、２９は、それぞれ閉じた状態とする。

イオン交換装置１では、上記したような採水と再生とが繰り返されるが、採水が繰り返されることにより、強電解質イオン交換樹脂層３内には懸濁物質が蓄積する。したがって、適当な周期で強電解質イオン交換樹脂層３逆洗処理を行う必要がある。

イオン交換装置１の第１実施態様において、イオン交換樹脂（強電解質イオン交換樹脂）の逆洗方法について説明する。
懸濁物質が蓄積したイオン交換樹脂の逆洗は、採水と再生の間になされるが、浮上粒子５を貯留タンク２４内の貯留部９に移送する工程、イオン交換樹脂の逆洗工程、浮上粒子５を浮上粒子充填部６に返送する工程の順で、夫々以下のようにして行われる。

浮上粒子５を貯留タンク２４に移送する工程では、図１に示すように、弁２５を開けた状態で、移送水が、被処理水流入管１６よりディストリビュータ１３を経て下向流で樹脂充填塔２内に供給される（矢印Ａ１）。この移送水の流入圧力により、浮上粒子充填部６に充填された浮上粒子５は、移送管２０を経由して（矢印Ａ２）、貯留タンク２４内の貯留部９へ移送される（図２）。なお、移送水は、貯留タンク２４下部に連結した移送水流出管２１から排出される（矢印Ａ３）。

この工程における移送水の流量は、浮上粒子５を樹脂充填塔２から貯留タンク２４まで十分に移送できる量とし、また、移送管２０への移送水の流速により、浮上粒子５が貯留タンク２４下部から排出されないような流量とする。なお、この移送水としては被処理水を用いることができる。

次に、イオン交換樹脂の逆洗を行う。この逆洗工程においては、弁２５を閉じた状態で、逆洗水が、イオン交換樹脂を流動させるような流速で、図２に示すように、再生剤流入管兼逆洗水流入管１９よりディストリビュータ１４を経て上向流で樹脂充填塔２内に供給される（矢印Ｂ１）。逆洗水の樹脂充填塔２内への流入に伴なって強電解質イオン交換樹脂は流動膨張を起こし、逆洗される。即ち、浮上粒子５が浮上粒子充填部６から移送されることにより強電解質イオン交換樹脂層３の上方に空間部を生じるため強電解質イオン交換樹脂は、逆洗水の上向流によって流動膨張可能となり、而して強電解質イオン交換樹脂に付着した懸濁物質を除去でき、所望の逆洗処理が行われる。逆洗処理の際、逆洗水は懸濁物質を含んだ逆洗排水となるが、この逆洗排水は、ディストリビュータ１３で集水されて樹脂充填塔２内より再生廃液流出管１７を経て排出される（矢印Ｂ２）。逆洗水としては、再生剤の希釈に用いる純水、即ち処理水を用いても良いし、被処理水を用いても良い。
この逆洗工程においては、強電解質イオン交換樹脂のみならず、弱電解質イオン交換樹脂も同時に逆洗される。

イオン交換樹脂の逆洗終了後、貯留タンク２４内の浮上粒子５は樹脂充填塔２内の浮上粒子充填部６に返送される。この返送工程においては、弁２５を開けた状態で、図３に示すように、返送水が、返送水流入管２２を経由して貯留タンク２４下部より供給され（矢印Ｃ１）、その返送水の流入圧力により、浮上粒子５が貯留タンク２４から移送管２０を経て浮上粒子充填部６に戻される（矢印Ｃ２）。返送水は、ディストリビュータ１４で集水されて処理水流出管１８よりブロー弁（図示せず）を介して排出される（矢印Ｃ３）。なお、返送水は、ディストリビュータ１３で集水されて再生廃液流出管１７より排出されても良い。

次に、イオン交換装置１の第２実施態様について、イオン交換樹脂（強電解質イオン交換樹脂）の逆洗方法を説明する。
懸濁物質が蓄積したイオン交換樹脂の逆洗方法は、浮上粒子充填部６に充填された浮上粒子５を貯留部９に移送する工程、イオン交換樹脂の逆洗工程、浮上粒子５を貯留部９から浮上粒子充填部６に返送する工程の順で実施される。

浮上粒子５を浮上粒子充填部６から貯留部９に移送する工程では、図４に示すように、弁２６、２７、２８を開け、弁２９を閉じた状態で、移送水が移送水導管３０に高速で供給される（矢印Ｄ１）。このとき、エジェクタ１５の作用で移送管２０内が減圧され、吸引力が生じる。この吸引力によって、浮上粒子充填部６に充填された浮上粒子５が移送管２０に導かれ（矢印Ｄ２）、更に移送水導管３０を経由して（矢印Ｄ３）、貯留部９に移送される（図５）。なお、移送水は、ディストリビュータ１３で集水されて再生廃液排出管１７より排出される（矢印Ｄ４）。

次に、イオン交換樹脂の逆洗を行う。この逆洗工程においては、弁２６、２７、２８、２９を閉じた状態で、図５に示すように、逆洗水が、再生剤流入管兼逆洗水流入管１９からディストリビュータ１４を経由して上向流で樹脂充填塔２内に供給され（矢印Ｅ１）、上記した第１実施態様の場合と同様にして、強電解質イオン交換樹脂及び弱電解質イオン交換樹脂の逆洗処理が行われる。懸濁物質を含んだ逆洗排水は、ディストリビュータ１３で集水されて再生廃液排出管１７より排出される（矢印Ｅ２）。
なお、逆洗排水は、ディストリビュータ１３から排出される際、貯留部９に移送された浮上粒子５と接触するため、浮上粒子５の粒径を小さくして浮上粒子５同士の隙間を小さくすると、これらの浮上粒子５が懸濁物質を捕捉するフィルターとなって懸濁物質の排出を妨げる虞がある。したがって、このときの浮上粒子５は、逆洗排水中の懸濁物質を捕捉しないように、比較的大粒径のものを用いることが好ましい。

逆洗終了後、浮上粒子５を貯留部９から浮上粒子充填部６に返送する。この返送工程において、弁２７、２９を開け、弁２６、２８を閉じた状態で、図６に示すように、返送水が、被処理水流入管１６よりディストリビュータ１３を経由して樹脂充填塔２内に供給される（矢印Ｆ１）。その返送水の流入圧力によって、浮上粒子５は、貯留部９から移送水導管３０に押出され（矢印Ｆ２）、返送管２３に導かれるとともに（矢印Ｆ３）、移送管２０を経由して浮上粒子充填部６に返送される。返送水は、処理水流出管１８よりブロー弁（図示せず）を介して排出される（矢印Ｆ４）。

本発明は、上記したように単層床式イオン交換装置にも使用できる。
図７、８は、本発明が単層床イオン交換装置である場合の実施態様を示すものである。これらの実施態様においては、樹脂充填塔２内には強電解質イオン交換樹脂層３のみが形成されている。
この単層床式イオン交換装置における採水、再生、逆洗の各工程は、図７に示す実施態様については上記した第１実施態様（図１〜図３）におけると同様の方法で、図８に示す実施態様については上記した第２実施態様（図４〜図６）におけると同様の方法で夫々行われ、逆洗工程における浮上粒子充填部６に充填された浮上粒子５の貯留部９への移送操作及び浮上粒子５の貯留部９から浮上粒子充填部６への返送操作も、上記実施態様におけると同様の方法で夫々行われる。

上記したように、採水の繰り返しによってイオン交換樹脂に懸濁物質が蓄積するが、本発明においては、懸濁物質は、浮上粒子５にも蓄積する。したがって、本発明によれば、懸濁物質によって強電解質イオン交換樹脂の汚染される度合いが軽減される効果もある。
イオン交換樹脂を逆洗するに当り、上記したように浮上粒子充填部６に充填された浮上粒子５は、移送水に導かれて貯留部９に移送されるが、このとき同時に浮上粒子５は移送水によって洗浄される。このように、移送の過程において浮上粒子５が洗浄されるため、浮上粒子５に捕捉された懸濁物質を除去することができる。そして、懸濁物質を含んだ移送水は、移送水流出管２１（図２）或いは再生廃液流出管１７（図５）から排出される。

本発明のイオン交換装置の第１実施態様を示す縦断面略図である。 本発明のイオン交換装置の第１実施態様において、逆洗時の状態を説明するための縦断面略図である。 本発明のイオン交換装置の第１実施態様において、貯留部から樹脂充填部へ浮上粒子を返送する操作を説明するための縦断面略図である。 本発明のイオン交換装置の第２実施態様を示す縦断面略図である。 本発明のイオン交換装置の第２実施態様において、逆洗時の状態を説明するための縦断面略図である。 本発明のイオン交換装置の第２実施態様において、貯留部から樹脂充填部へ浮上粒子を返送する操作を説明するための縦断面略図である。 本発明が単層床イオン交換装置である場合の実施態様を示す縦断面略図である。 本発明が単層床イオン交換装置である場合の実施態様を示す縦断面略図である。 従来装置を示す縦断面略図である。

符号の説明

１ イオン交換装置
２ 樹脂充填塔
３ 強電解質イオン交換樹脂層
４ 弱電解質イオン交換樹脂層
５ 浮上粒子
６ 浮上粒子充填部
７ 遮蔽板
８ 支持板
９ 貯留部
１１ 空間
１２ 空間
１３、１４ ディストリビュータ
１５ エジェクタ
１６ 被処理水流入管
１７ 再生廃液流出管
１８ 処理水流出管
１９ 再生剤流入管兼逆洗水流入管
２０ 移送管
２１ 移送水流出管
２２ 返送水流入管
２３ 返送管
２４ 貯留タンク
２５、２６、２７、２８、２９ 弁
３０ 移送水導管

Claims (8)

1. 樹脂充填塔内に充填形成された弱電解質イオン交換樹脂層と、遮蔽板を介して該弱電解質イオン交換樹脂層の下層に設けた強電解質イオン交換樹脂層と、被処理水を樹脂充填塔上部より下向流で流入させて樹脂充填塔下部に流出せしめる被処理水給排手段と、再生剤を樹脂充填塔下部より上向流で流入させて樹脂充填塔上部に流出せしめる再生剤給排手段と、強電解質イオン交換樹脂層の上方に形成された浮上粒子充填部に充填される、水に対して浮上する浮上粒子と、浮上粒子を一時的に貯留する貯留部と、浮上粒子充填部に充填された浮上粒子を貯留部に移送し、且つ、浮上粒子を貯留部から浮上粒子充填部に返送する移送手段とからなることを特徴とするイオン交換装置。
2. 樹脂充填塔内に充填形成された強電解質イオン交換樹脂層と、被処理水を樹脂充填塔上部より下向流で流入させて樹脂充填塔下部に流出せしめる被処理水給排手段と、再生剤を樹脂充填塔下部より上向流で流入させて樹脂充填塔上部に流出せしめる再生剤給排手段と、強電解質イオン交換樹脂層の上方に形成された浮上粒子充填部に充填される、水に対して浮上する浮上粒子と、浮上粒子を一時的に貯留する貯留部と、浮上粒子充填部に充填された浮上粒子を貯留部に移送し、且つ、浮上粒子を貯留部から浮上粒子充填部に返送する移送手段とからなることを特徴とするイオン交換装置。
3. 浮上粒子は、合成樹脂からなる粒子である請求項１又は２記載のイオン交換装置。
4. 浮上粒子充填部に浮上粒子を充填して形成される浮上粒子充填層の充填高さは、強電解質イオン交換樹脂層の充填高さの０．２倍〜１．０倍である請求項１又は２記載のイオン交換装置。
5. 貯留部は、樹脂充填塔に連結された貯留タンク内に設けられている請求項１又は２記載のイオン交換装置。
6. 貯留部は、樹脂充填塔内の上部空間に設けられている請求項１又は２記載のイオン交換装置。
7. 移送手段は、浮上粒子充填部と貯留タンクとの間に移送管を備え、移送水を樹脂充填塔上部より供給することにより、浮上粒子充填部に充填された浮上粒子を移送管を通して貯留タンクへ移送し、且つ、返送水を貯留タンク下部より供給することにより、浮上粒子を貯留タンクから移送管を通して浮上粒子充填部に返送するように構成した請求項５記載のイオン交換装置。
8. 移送手段は、浮上粒子充填部と貯留部との間にエジェクタを備えた移送管を有し、移送水をエジェクタを通して移送管に供給することにより、浮上粒子充填部に充填された浮上粒子を移送管を通して貯留部へ移送し、且つ、返送水を樹脂充填塔上部より供給することにより、浮上粒子を貯留部から移送管を通して浮上粒子充填部に返送するように構成した請求項６記載のイオン交換装置。
   

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