JP2009022901A

JP2009022901A - 軟水器再生廃液の再生方法および再生装置

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Publication number: JP2009022901A
Application number: JP2007189820A
Authority: JP
Inventors: Shinji Matsutomo; 伸司松友
Original assignee: Miura Co Ltd; Miura Protec Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd; Miura Protec Co Ltd
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】軟水器における硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を、容易に陽イオン交換樹脂の再生に用いる再生液として再生するとともに、前記再生廃液に含まれる物質を再利用可能な資源として回収する軟水器再生廃液の再生方法および再生装置を得る。
【解決手段】軟水器２に接続され、硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を収容する再生廃液収容タンク３と、再生廃液収容タンク３内に収容されている再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加するアルカリ金属水酸化物添加手段４とを備え、陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を再生廃液収容タンク３に回収し、この再生廃液にアルカリ金属水酸化物添加手段４によりアルカリ金属の水酸化物を添加する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ボイラ給水や一般家庭における生活用水の水処理に用いられる軟水器における陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液の再生方法および再生装置に関する。詳しくは、陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を回収し、この再生廃液を陽イオン交換樹脂の再生に再利用可能な再生液とする方法および再生装置に関する。

従来、ボイラ等への給水においては、熱効率の低下や水管の膨張，破裂等の原因となる缶体内におけるスケール付着を防止するために、原水中の硬度成分を除去し、軟水として供給することが行われている。このような軟水化処理は、通常Ｎａ⁺型陽イオン交換樹脂を充填した軟水器によって、原水中に含まれる硬度成分，すなわちカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）とマグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）とをナトリウムイオン（Ｎａ⁺）に置換して軟水としている。

ところで、この軟水器を長時間にわたって使用すると、イオン交換樹脂が順次Ｎａ型からＣａ型あるいはＭｇ型に変換され、ついには大部分のイオン交換樹脂がＣａ型あるいはＭｇ型に変換される。こうなると、原水中に含まれる硬度成分を除去できなくなるので、硬度成分が交換吸着されたイオン交換樹脂をまたＮａ型に戻す必要がある。そこで、交換能力のなくなった樹脂を再活性化させるために、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を水に溶かした塩水を再生液として用いる再生操作が行われている。

ここで、イオン交換樹脂の再生においては、イオン交換樹脂１リットル当たりの再生塩消費量（以下、「再生レベル」と云う。）が多くなるほど、Ｃａ型あるいはＭｇ型に変換されたイオン交換樹脂がより多くＮａ型に再生される。その結果、硬度成分の漏洩が減少し、高い純度の軟水が供給可能となる。しかし一方で、再生効率は次第に低下していき、高い純度の軟水を供給しようとすればするほど、Ｎａ型への再生に利用されない、すなわちＮａ⁺濃度の高い再生廃液が発生することになる。

従来、再生時に使用する再生液は、イオン交換樹脂を通過させた後、系外へ廃棄しており、前記Ｎａ⁺濃度の高い再生廃液も系外へ廃棄されていた。近年、環境問題への注目が高まっているところ、環境へ排出する廃棄物は出来る限り低減すべきであり、再生により排出される再生廃液の十分な有効利用が求められている。

そこで、前記Ｎａ⁺濃度の高い再生廃液を有効に利用するものとして、再生工程開始後における初期の再生廃液を予め設定した所定時間に達するまで排出し、それ以降のＣａ²⁺やＭｇ²⁺の濃度が低く、かつＮａ⁺濃度の高い再生廃液を再度再生に使用する方法（特許文献１参照）や、陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を電気透析装置の作用により再生塩水と脱塩水とに分離して、前記再生塩水を回収してイオン交換樹脂の再生液として使用できるようにした再生廃液回収方法（特許文献２参照）が提案されている。
特開平１１−１２８７５５号公報特開平１０−２７２３７２号公報

しかし、特許文献１に開示されている再生廃液を再度再生に使用する方法では、再生開始後におけるＮａ⁺濃度が低く、かつＣａ²⁺やＭｇ²⁺の濃度が高い初期の再生廃液は、依然としてそのまま系外へ廃棄されてしまう。また、特許文献２に開示されている再生廃液回収方法にあっては、前記電気透析装置の設置により、再生機構が複雑化、大型化するとともに、コストアップになるといった問題があった。さらに、Ｃａ²⁺やＭｇ²⁺を含む脱塩水は、廃液として系外へ廃棄されてしまう。

この発明は、軟水器における硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を、容易に陽イオン交換樹脂の再生に用いる再生液として再生するとともに、前記再生廃液に含まれる物質を再利用可能な資源として回収することを目的とする、軟水器再生廃液の再生方法および再生装置を提供することにある。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の軟水器再生廃液の再生方法は、硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を回収し、この再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加することを特徴とする。

さらに、請求項２に記載の軟水器再生廃液の再生装置は、軟水器に接続され、硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を収容する再生廃液収容タンクと、再生廃液収容タンク内に収容されている再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加するアルカリ金属水酸化物添加手段とを備えたことを特徴とする。

この発明よれば、軟水器における硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加するようにしたので、前記再生廃液中に含まれているカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）やマグネシウムイオン（Ｍｇ²⁺）が水酸化物イオン（ＯＨ⁻）と結合し、水酸化カルシウム（Ｃａ(ＯＨ）_２）や水酸化マグネシウム（Ｍｇ(ＯＨ）_２）が析出して、固液分離することが可能になる。この固液分離後の分離液は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）などのアルカリ金属塩を主成分とする塩水となり、前記硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生に用いる再生液として再利用することができる。他方、固形分は、資源として回収することにより、再利用可能な資源として有効活用するこができるとともに、環境へ排出する廃棄物が激減されることになる。

以下、この発明の実施の形態について説明する。
先ず、この発明に係る軟水器再生廃液の再生方法の実施の形態について説明する。
この発明は、ボイラ給水や一般家庭における生活用水の水処理に用いられる軟水器の陽イオン交換樹脂の再生に好適に実施できる。

この発明に係る軟水器再生廃液の再生方法は、原水を軟水化処理する過程において硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を回収し、この再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加して、前記再生廃液を再び陽イオン交換樹脂の再生に用いる再生液とするものである。

硬水、すなわちＣａ²⁺及びＭｇ²⁺の硬度成分を含んだ原水を軟水化するための陽イオン交換樹脂は、原水を通水する前の交換基（Ｒ−ＳＯ_３ ⁻、Ｒはイオン樹脂の母体を示す。）にアルカリ金属イオンであるＮａ⁺（またはＫ^＋）が結合している。そして、この陽イオン交換樹脂に硬度成分を含んだ原水を通水すると、イオン交換が始まり、硬度成分が樹脂に吸着され、その代わりにＮａ⁺（またはＫ^＋）を放出する。このようにして、硬度成分を含んだ原水は、硬度成分がＮａ⁺（またはＫ^＋）に置き換えられることで軟水化する。

やがて、陽イオン交換樹脂は、Ｎａ⁺と置換した硬度成分で飽和状態になり、硬度成分の除去能力を失う状態、すなわち破過状態となる。そこで、この破過状態となる前に吸着した硬度成分をＮａ⁺（またはＫ^＋）と置換させて、陽イオン交換樹脂の能力を再生させることが行われる。陽イオン交換樹脂の能力を再生させるものとしては、ＮａＣｌやＫＣｌを水に溶かした塩水が再生液として用いられる。

この再生液を硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂に通液すると、Ｎａ⁺（またはＫ^＋）が交換基と結合するとともに硬度成分が脱着され、硬度成分は、塩化物イオン（Ｃｌ⁻）とともに排出される。こうして、陽イオン交換樹脂は、原水が通水される前の状態に復元される。

排出される硬度成分のうち、Ｃａ²⁺は、Ｃｌ⁻と結合して塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）となり、また、Ｍｇ²⁺は、Ｃｌ⁻と結合して塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）となる。生成されるＣａＣｌ_２やＭｇＣｌ_２は、水への溶解度が極めて高い物質である。したがって、硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液には、ＣａＣｌ_２やＭｇＣｌ_２が溶解していることになる。

この排出された再生廃液を回収し、この再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加する。再生廃液に添加されたアルカリ金属の水酸化物は、再生廃液中に溶解し、再生廃液全体に速やかに拡散する。

前記アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）など、供給される水酸化物イオン（ＯＨ⁻）と硬度成分とが化学反応し、以下に説明する難溶性のＣａ(ＯＨ）_２やＭｇ(ＯＨ）_２を生成するものであれば特に限定されないが、再生剤としてＮａＣｌを使用する場合にはＮａＯＨが、ＫＣｌを使用する場合にはＫＯＨが好適である。

特に、ＮａＯＨを再生廃液に添加した場合には、ＮａＯＨは廃液中で電解してＮａ^＋とＯＨ⁻になり、以下の化学反応が自動的に進む。
ＣａＣｌ_２＋２ＮａＯＨ→Ｃａ（ＯＨ）_２↓＋２ＮａＣｌ
ＭｇＣｌ_２＋２ＮａＯＨ→Ｍｇ（ＯＨ）_２↓＋２ＮａＣｌ
このように、再生廃液にＮａＯＨを添加すると、再生時において排出される硬度成分は、ＯＨ⁻と結合し、Ｃａ(ＯＨ）_２やＭｇ(ＯＨ）_２が生成される。そして、これらのＣａ(ＯＨ）_２やＭｇ(ＯＨ）_２は、水への溶解度が極めて低い物質であるため、再生廃液中から固形物として析出沈殿する。こうして、ＮａＯＨを添加した再生廃液は、Ｃａ(ＯＨ）_２やＭｇ(ＯＨ）_２の固形物と分離液とに固液分離される。

他方、再生時において排出されるＣｌ⁻は、Ｎａ⁺と結合し、ＮａＣｌが生成される。このＮａＣｌは、再生廃液に溶解される。こうして、固液分離後の分離液は、ＮａＣｌを主成分とする塩水となる。すなわち、再生廃液にＮａＯＨを添加することにより、再生廃液は、固形物であるＣａ(ＯＨ）_２やＭｇ(ＯＨ）_２とＮａＣｌを主成分とする塩水とに固液分離され、分離液は陽イオン交換樹脂の再生に用いる再生液として再生される。

このようにして、陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液は、この再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加するといった簡単な方法により、陽イオン交換樹脂の再生に用いる再生液（すなわち、アルカリ金属塩の水溶液）として再生される。その結果、再生時に使用される再生塩を大幅に低減することができる。また、再生時に排出される再生廃液を系外へ廃棄せず、再生液として再利用することにより、極めて高い再生効率を維持することができるため、イオン交換樹脂の再生レベルが上がる。これにより、極めて高い再生効率を維持したまま、高い純度の軟水を供給することが可能となる。

他方、沈殿したＣａ(ＯＨ）_２やＭｇ(ＯＨ）_２の固形物は、再利用可能な資源として回収することができ、この回収されたＣａ(ＯＨ）_２は、例えば、石灰軟化法における添加剤、酸性化した河川や土壌の中和剤、こんにゃくの凝固剤、土壌の消毒に用いる殺菌剤、グラウンドなどに引く白線のほかに、試薬、食品や化粧品のｐＨ調整剤、内外装用の建材などの有用な資源として利用することができる。また、Ｍｇ(ＯＨ）_２は、医薬分野において、軽度の消化不良による胃痛の応急処置に用いられる胃用制酸剤や、便秘の応急処置剤である緩下剤、更に、電線・ケーブルの絶縁被覆、壁紙等の内装材で用いられる難燃剤などの有用な資源として、また必須ミネラルであるマグネシウムを供給する食品素材として、また、食品加工に使用されるｐＨ調整用のアルカリ若しくは色調安定剤等用途の食品添加物として利用することができる。こうして、これまで廃棄されていた排液に含まれる物質は、再利用可能な資源として回収することができ、これにより、環境へ排出する廃棄物が激減されることになる。

次に、この発明に係る軟水器再生廃液の再生方法を実施する再生装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、この発明に係る軟水器再生廃液の再生装置の実施の第一例を概略的に示す説明図である。

本例の再生装置１では、軟水器２に接続され、硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を収容する再生廃液収容タンク３と、再生廃液収容タンク３内に収容されている再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加するアルカリ金属水酸化物添加手段４を備えている。

軟水器２は、陽イオン交換樹脂を収容した樹脂収容部５と、後に詳述する通水工程、再生工程などの各工程において、内部に形成された流路（図示せず）を切り換えるコントロールバルブ６とで構成されている。

軟水器２には、樹脂収容部５へ原水を供給する原水ライン７と、樹脂収容部５に収容されている陽イオン交換樹脂で処理した軟水を取り出す軟水ライン８と、樹脂収容部５へ硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂を再生する再生液を供給する再生液供給ライン９と、陽イオン交換樹脂を再生処理した再生廃液を排出する再生廃液排出ライン１０とがコントロールバルブ６を介して接続されている。そして、コントロールバルブ６内の流路を切り換えることにより、原水を原水ライン７から軟水器２に供給し、樹脂収容部５に収容されている陽イオン交換樹脂で軟水処理された軟水を軟水ライン８から取り出し蒸気ボイラの給水や一般家庭における生活用水などとして供給する通水工程と、再生液を再生液供給ライン９から軟水器２に供給し、樹脂収容部５に収容されている硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂を再生した再生廃液を、再生廃液排出ライン１０から排出する再生工程とが切り換えられるようになっている。

再生液供給ライン９は再生液収容タンク１１と接続され、ポンプ１２により再生液収容タンク１１内の再生液が軟水器２へ供給されるようになっている。再生液収容タンク１１には、陽イオン交換樹脂の再生に使用する再生剤（アルカリ金属塩）が貯蔵され、この再生剤を水に溶解させた再生液が貯留されている。

再生廃液排出ライン１０は再生廃液収容タンク３と接続され、樹脂収容部５に収容されている硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂を再生した再生廃液が再生廃液収容タンク３内に収容されるようになっている。

この再生廃液収容タンク３内に収容されている再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加するアルカリ金属水酸化物添加手段４は、再生廃液収容タンク３内に収容されている再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加できるものであれば特に限定されるものではない。

アルカリ金属水酸化物添加手段４としては、軟水の供給先が蒸気ボイラである場合、蒸気ボイラ運転時に排出されるブロー水を利用するアルカリ金属水酸化物添加手段４、蒸気ボイラの伝熱管へのスケール付着を防止するとともに、ボイラ水のｐＨを調整する薬品であるｐＨ調整剤を利用するアルカリ金属水酸化物添加手段４、電解生成器によりＮａＣｌやＫＣｌを電気分解等して生成したＮａＯＨやＫＯＨを利用するアルカリ金属水酸化物添加手段４等が、その例として挙げられる。

ブロー水を利用するアルカリ金属水酸化物添加手段４にあっては、蒸気ボイラから排出されるアルカリ性の強いブロー水を濃縮精製してＮａＯＨやＫＯＨを抽出し、この抽出したＮａＯＨやＫＯＨを再生廃液収容タンク３内に収容されている再生廃液に添加するものである。このようにブロー水を利用するアルカリ金属水酸化物添加手段４を用いると、ブロー水に含まれる物質を再利用可能な資源として回収し、環境へ排出する廃棄物を低減することができるため、経費が節減できるとともに、環境への負荷を軽減することもできる。

蒸気ボイラの伝熱管へのスケール付着を防止するとともに、ボイラ水のｐＨを調整する薬品であるｐＨ調整剤を利用するアルカリ金属水酸化物添加手段４にあっては、ＮａＯＨやＫＯＨを成分とするｐＨ調整剤を利用し、このｐＨ調整剤を再生廃液収容タンク３内に収容されている再生廃液に添加するものである。このようにｐＨ調整剤を利用するアルカリ金属水酸化物添加手段４を用いると、アルカリ金属水酸化物添加手段４として新たな構成を必要とせず、その分構成が簡単となり、またコストの低減が図れる。

再生廃液収容タンク３に収容されている再生廃液にアルカリ金属水酸化物添加手段４によりアルカリ金属の水酸化物を添加すると、後述するように再生廃液は固液分離する。そこで、本例では再生廃液収容タンク３の底部に、固液分離した固形物を再生廃液収容タンク３から取り出す固形物取り出しライン１３が接続されている。この固形物取り出しライン１３にはバルブ１４が設けられている。

また、再生廃液収容タンク３には、再生廃液収容タンク３内で固液分離した分離液収容部位と連通する分離液取り出しライン１５が接続され、この分離液取り出しライン１５は再生液収容タンク１１と接続されて、再生廃液収容タンク３内で固液分離した分離液が再生液収容タンク１１内に供給されるようになっている。分離液取り出しライン１５には、再生廃液収容タンク３内の分離液を再生液収容タンク１１内に供給するポンプ１６が設けられている。

このように構成したので、軟水器２における陽イオン交換樹脂の再生時に、コントロールバルブ６を再生工程の流路に切り換え、ポンプ１２を駆動して再生液収容タンク１１内に収容されている再生液を再生液供給ライン９から軟水器２に供給する。ＮａＣｌやＫＣｌを水に溶かした再生液が硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂を通ると、Ｎａ⁺（またはＫ^＋）が交換基と結合するとともに硬度成分が脱着され、硬度成分は、塩化物イオン（Ｃｌ⁻）とともに排出される。こうして、陽イオン交換樹脂は、原水が通水される前の状態に復元される。排出される硬度成分のうち、Ｃａ²⁺は、Ｃｌ⁻と結合して塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）となり、また、Ｍｇ²⁺は、Ｃｌ⁻と結合して塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）となる。ＣａＣｌ_２やＭｇＣｌ_２が溶解している再生廃液は、再生廃液排出ライン１０から排出されて再生廃液収容タンク３内に収容される。
この再生廃液収容タンク３内に収容されている再生廃液に、アルカリ金属水酸化物添加手段４によりアルカリ金属の水酸化物を添加すると、再生廃液に添加されたアルカリ金属の水酸化物は、再生廃液中に溶解し、再生廃液全体に速やかに拡散する。そして、再生廃液中に溶解している硬度成分は、供給された水酸化物イオン（ＯＨ⁻）と結合し、Ｃａ(ＯＨ）_２やＭｇ(ＯＨ）_２が生成される。これらのＣａ(ＯＨ）_２やＭｇ(ＯＨ）_２は、再生廃液中から固形物として析出沈殿するため、再生廃液はＣａ(ＯＨ）_２やＭｇ(ＯＨ）_２の固形物と分離液とに固液分離される。

他方、再生時において排出されるＣｌ⁻は、Ｎａ⁺（またはＫ^＋）と結合し、ＮａＣｌ（またはＫＣｌ）が生成され、これらのＮａＣｌやＫＣｌは、再生廃液に溶解することから、固液分離後の分離液は、ＮａＣｌやＫＣｌを主成分とする塩水となる。すなわち、再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加することにより、再生廃液は、アルカリ土類金属の水酸化物を主成分とする固形物と、アルカリ金属塩を主成分とする分離液とに固液分離され、分離液は陽イオン交換樹脂の再生に用いる再生液として再生される。

このようにして、再生廃液収容タンク３内で固液分離し再生液として再生した分離液は、分離液取り出しライン１５から再生液収容タンク１１内に供給され、再び硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生液として使用される。

また、再生廃液収容タンク３内で析出沈殿したＣａ(ＯＨ）_２やＭｇ(ＯＨ）_２の固形物は、固形物取り出しライン１３から取り出せる。

こうして、これまで廃棄されていた排液に含まれる物質は、再利用可能な資源として回収することができ、これにより、環境へ排出する廃棄物が激減されることになる。

図２は、この発明に係る軟水器再生廃液の再生装置の実施の第二例を概略的に示す説明図である。

本例の再生装置１は、第一例の再生液収容タンク１１が無く、再生廃液収容タンク３内で固液分離した分離液を取り出す分離液取り出しライン１５が軟水器２のコントロールバルブ６と接続されている。その他の構成は第一例と同様なので、その説明は省略する。

本例によれば、第一例の再生液収容タンク１１が無く、その分装置自体のコンパクト化とコストダウンが図れる。但し、再生廃液収容タンク３内で固液分離した分離液の塩分濃度が陽イオン交換樹脂の再生に必要な濃度（例えば、飽和濃度）とならない場合もあり、従って、再生塩補充手段（図示せず）を備えておくことが好ましい。

この発明に係る軟水器再生廃液の再生装置の実施の第一例を概略的に示す説明図。この発明に係る軟水器再生廃液の再生装置の実施の第二例を概略的に示す説明図。

符号の説明

１再生装置
２軟水器
３再生廃液収容タンク
４アルカリ金属水酸化物添加手段
５樹脂収容部
６コントロールバルブ
７原水ライン
８軟水ライン
９再生液供給ライン
１０再生廃液排出ライン
１１再生液収容タンク
１２ポンプ
１３固形物取り出しライン
１４バルブ
１５分離液取り出しライン
１６ポンプ

Claims

硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を回収し、この再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加することを特徴とする軟水器再生廃液の再生方法。
軟水器に接続され、硬度成分を吸着した陽イオン交換樹脂の再生時に排出される再生廃液を収容する再生廃液収容タンクと、再生廃液収容タンク内に収容されている再生廃液にアルカリ金属の水酸化物を添加するアルカリ金属水酸化物添加手段とを備えたことを特徴とする軟水器再生廃液の再生装置。