JP2009233556A - イオン交換樹脂の再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薬品を使用することなく、またスケールの析出を防止し、電場強度を高めてイオン交換樹脂を効率よく再生することができると共に、排水量を少なくすることができるイオン交換樹脂の再生方法を提供する。
【解決手段】イオン交換能の低下したイオン交換樹脂１に通水しながら電圧を印加することによってイオン交換樹脂１を再生させる方法に関する。水流方向と電場方向とを平行にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業用純水装置や家庭用軟水器等に用いられるイオン交換樹脂の再生方法に関するものである。

純水器や軟水器は、工業用としては、部品・基板・半導体洗浄や、清涼飲料水・アルコール飲料用水・染色用水等の製造に利用され、一方、家庭用としては、風呂、トイレ、流し台、洗面台、ボイラー等において、配管スケールを防止したり、燃料電池用水を製造したりするのに利用されている。

従来、軟水器としては、例えば、特許文献１に記載されているように、一般家庭の浴室内に設置される軟水器であって、原水を軟水化するイオン交換樹脂を充填した樹脂筒と、この樹脂筒内へ原水を供給する原水ラインと、前記樹脂筒内で軟水化された軟水を使用場所へ供給する軟水ラインと、前記イオン交換樹脂を再生する塩水の供給ラインと、さらに前記樹脂筒内の水を排水する排水ラインとを備え、前記樹脂筒内へ原水を流入させて軟水を流出させる通水作動と、前記樹脂筒内へ前記塩水を流入させて前記イオン交換樹脂を再生させる再生作動と、前記浴室内の床面等に残留する塩化物を洗い流す外部洗浄作動とを切り換えて行うように構成したものが知られている。

また、図３に示すように、純水生成装置又は軟水生成装置としては、例えば、特許文献２に記載されているように、陽極２１と陰極２２との間に電圧を印加することによってバイポーラ膜２３で水又は塩水を電気分解し、生成したＯＨ⁻イオン又はＨ^＋イオンでアニオン交換樹脂室２４内のアニオン交換樹脂２５又はカチオン交換樹脂室２６内のカチオン交換樹脂２７を再生し、再生によってイオン交換されたイオンを陽極室２８又は陰極室２９に電圧の力によって排出する機構、及びタンク（図示省略）に貯蔵した酸性水をイオン交換樹脂再生の際に陽極室２８及び陰極室２９に供給する機構を有するものが知られている。なお、図３中、２３ａはアニオン交換膜、２３ｂはカチオン交換膜、３０，３１は隔膜を示し、破線矢印は、水処理時の被処理水及び処理水（純水又は軟水）の流れ、並びにイオン交換樹脂再生時の、アニオン交換樹脂室２４内の水の入れ替えの際の水の流れを示し、実線矢印は、イオン交換樹脂再生時のタンク内の貯蔵水の流れを示す。

また、図４に示すように、電気式脱塩モジュールとしては、例えば、特許文献３に記載されているように、電極３２，３３間に配置する少なくとも一つの脱塩室３４と少なくとも一つの濃縮室３５とを区画する少なくとも一つのイオン交換膜３６を備え、各脱塩室３４及び各濃縮室３５にはイオン交換体３７が設けられる電気式脱塩モジュールであって、ある脱塩室３４又は濃縮室３５に存在するイオン交換体３７は、イオン交換樹脂ビーズ、又は、イオン交換繊維からなる少なくとも一つの不織布若しくは織布のいずれかから構成され、前記イオン交換樹脂ビーズ及び前記不織布若しくは織布の両方が該ＥＤＩモジュールに存在するものが知られている。なお、図４中、破線矢印は、被処理水及び処理水の流れを示し、実線矢印は、濃縮水の流れを示す。
特開２００７−２８９９５９号公報 特開２００６−４３５４９号公報 特表２００７−５１６０５６号公報

しかし、特許文献１に記載の軟水器にあっては、イオン交換樹脂を再生させるのに薬品として塩水を使用する必要があるが、このような薬品の使用は環境破壊の原因となる。

また、特許文献２に記載の純水生成装置等にあっては、図３に示すように、Ｈ^＋イオンとＯＨ⁻イオンとがそれぞれ違う領域に生成するため、ＯＨ⁻イオン側が強アルカリとなり、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）等のスケールが析出するものである。これを防止するためには電場強度を下げざるを得ないが、逆にこのような制約によってイオン交換樹脂の再生効率が悪化すると共に、排水量も多くなるものであった。

また、特許文献３に記載の電気式脱塩モジュール等にあっては、図４に示すように、脱イオン処理とイオン交換樹脂の再生処理を同時に行うようにしているので連続して脱イオン処理が可能であるというメリットがあるが、通電状態を維持するためのエネルギーコストがかかり、また分離したイオンを含む排水の量が多くなるため環境にも優しくない。さらにこの方式もＨ^＋イオンとＯＨ⁻イオンとを違う領域に移動させるため、強アルカリ領域が発生することがある。そのため、電場強度を下げてスケールの析出を防止すると、逆にイオン交換樹脂の再生効率が悪化するものであった。

このように、特許文献２、３に記載のものでは、Ｈ^＋イオンとＯＨ⁻イオンが再結合して水に戻る機会が少なく、水のｐＨが強酸及び強アルカリになる領域が発生し、特にアルカリ領域では炭酸カルシウム等のスケールが析出してイオン交換膜の寿命が短くなるものである。そのため、上記のように電場強度を下げる必要があるが、これではイオン交換樹脂の再生効率が悪化するものである。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、薬品を使用することなく、またスケールの析出を防止し、電場強度を高めてイオン交換樹脂を効率よく再生することができると共に、排水量を少なくすることができるイオン交換樹脂の再生方法を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係るイオン交換樹脂の再生方法は、イオン交換能の低下したイオン交換樹脂１に通水しながら電圧を印加することによってイオン交換樹脂１を再生させる方法であって、水流方向と電場方向とを平行にすることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係るイオン交換樹脂の再生方法によれば、塩酸、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム等の薬品を使用することなく、またスケールの析出を防止し、電場強度を高めてイオン交換樹脂を効率よく再生することができると共に、排水量を少なくすることができるものである。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、筒状の容器２内にイオン交換樹脂１が収納されて、水処理装置（純水器又は軟水器）が形成されている。容器２内には一組の電極３，４が設けてあり、これらの電極３，４によって容器２内が流入部５、イオン交換樹脂収納部６、排出部７からなる三つの空間に仕切られている。このうちイオン交換樹脂収納部６は電極３，４間に位置して形成されるものであり、ここにイオン交換樹脂１が収納されている。イオン交換樹脂１としては、強酸性陽イオン交換樹脂、強塩基性陰イオン交換樹脂、弱酸性陽イオン交換樹脂、弱塩基性陰イオン交換樹脂を用いることができる。また各電極３，４には多数の孔８，９が設けてあり、これらの孔８，９によって流入部５とイオン交換樹脂収納部６との間、イオン交換樹脂収納部６と排出部７との間がそれぞれ連通されている。また容器２の一方の側面には流入口１０、他方の側面には排出口１１が設けてあり、流入口１０によって容器２の外部（系外）と流入部５との間が連通されており、排出口１１によって排出部７と容器２の外部との間が連通されている。また容器２の両端面には多数の孔１２，１３が設けてあり、一方の端面の孔１２は、原水流入口１４を設けて形成される流入側蓋部１５によって閉塞され、他方の端面の孔１３は、処理水排出口１６を設けて形成される排出側蓋部１７によって閉塞されている。流入側蓋部１５内には原水流入部１８が形成され、原水流入口１４によって容器２の外部と原水流入部１８との間が連通されており、容器２の一方の端面に設けられた孔１２によって原水流入部１８とイオン交換樹脂収納部６との間が連通されている。また排出側蓋部１７内には処理水排出部１９が形成され、処理水排出口１６によって処理水排出部１９と容器２の外部との間が連通されており、容器２の他方の端面に設けられた孔１３によってイオン交換樹脂収納部６と処理水排出部１９との間が連通されている。

このように形成された水処理装置において、水が流れるルートは２系統ある。すなわち、１つ目は、原水流入口１４から入り、原水流入部１８、イオン交換樹脂収納部６、処理水排出部１９を経て処理水排出口１６から出るルート（図１の実線の白抜き矢印）であり、２つ目は、流入口１０から入り、流入部５、イオン交換樹脂収納部６、排出部７を経て排出口１１から出るルート（図１の破線の白抜き矢印）である。この２つ目のルートによれば、通水しながら電極３，４間に電圧を印加した場合、水流方向と電場方向とが平行になる。

上記のように形成された水処理装置を用いて処理水（純水又は軟水）を生成するにあたっては、まず流入口１０及び排出口１１を閉じ、原水流入口１４及び処理水排出口１６は開けておく。そして電極３，４間に電圧を印加しないで、原水流入口１４から水道水等の原水を注入する。その後、原水は、原水流入部１８から孔１２を通ってイオン交換樹脂収納部６に入り、ここのイオン交換樹脂１によって脱イオン化される。そしてＣａ^２＋イオン等がイオン交換により除去された処理水は、孔１３を通って処理水排出部１９に入り、さらに処理水排出口１６を通って容器２の外部に排出されるものである。

処理水の生成量が増加すると、それに伴ってイオン交換樹脂１のイオン交換能が低下するので、イオン交換樹脂１を再生させる必要がある。そこで、イオン交換能の低下したイオン交換樹脂１を再生させるにあたっては、まず原水流入口１４及び処理水排出口１６を閉じ、流入口１０及び排出口１１は開けておく。そして流入口１０から水を注入すると同時に電極３，４間に電圧を印加する。この場合、水としては純水を用いるのが望ましいが水道水でもよい。このように、イオン交換樹脂１の再生時には、塩酸、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム等の薬品は使用する必要がないので、環境に優しく、環境を破壊することがないものである。

流入口１０から注入された水は、流入部５から電極３の孔８を通ってイオン交換樹脂収納部６に入る。電極３，４間距離、イオン交換樹脂１の種類、供給される水等により電圧及び電流が変わるが、ある一定の電圧値及び電流値を超えると、電極３，４とイオン交換樹脂１の界面又はイオン交換樹脂１間の界面で水の解離現象が起こる。それにより発生したＨ^＋イオンとＯＨ⁻イオンは、イオン交換樹脂１の固定イオンに吸着しているＣａ^２＋イオンやＣｌ⁻イオンなどの対イオンとイオン交換され、イオン交換樹脂１から対イオンを分離することができる。

分離した対イオンは別のイオン交換樹脂１に再度吸着されるが、この吸着された対イオンは、上記と同様にその箇所でも水の解離現象が発生しているので、再度分離される。分離された対イオンは最終的にはイオン交換樹脂収納部６から電極４の孔９を通って排出部７に入り、さらに排出口１１を通って容器２の外部に排出されるものである。

このように本発明では、イオンの移動方向つまり電場方向と平行になるように水を流しているので、通常電極３，４間が短距離であることによって、イオン交換樹脂１に吸着している対イオンをイオン交換樹脂１から分離して、再吸着を防止し、早急にイオン交換樹脂収納部６から追い出すことができるものである。またイオン交換樹脂１に吸着しているＣａ^２＋イオン等の対イオンの分離に必要なＨ^＋イオンは、この対イオンから近距離にあるイオン交換樹脂１間の界面で水の解離現象により発生する。そしてこのようにして発生したＨ^＋イオンはＣａ^２＋イオンとイオン交換されるが、このイオン交換に不必要な残存Ｈ^＋イオンはＯＨ⁻イオンと反応してＨ_２Ｏに戻り、局所的に強アルカリ領域が形成されるようなことがないので、スケールの析出を防止することができるものである。よって、電場強度を下げざるを得ないという従来の制約がなくなり、また本発明ではイオン交換膜を利用していないので、電場強度を高めることができ、イオン交換樹脂１を効率よく再生することができるものである。そしてこのように再生効率が向上したことによって、排水量を少なくすることができるものである。

図２は本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、このものでは、イオン交換樹脂１としてカチオン交換樹脂２０を用いたものであり、水道水からＣａ^２＋イオンやＭｇ^２＋イオンを除去して軟水を生成することができるようにしたものである。その他の構成は図１と同様である。

カチオン交換樹脂２０に吸着されているＣａ^２＋イオンは、電極３，４間に電圧を印加することによってカチオン交換樹脂２０間の界面で大量に発生したＨ^＋イオンとイオン交換される。このようにカチオン交換樹脂２０から分離したＣａ^２＋イオンは図２の破線の白抜き矢印で示す水流と電場によってイオン交換樹脂収納部６を出るまで再度他のカチオン交換樹脂２０に吸着するが、上記と同様にＨ^＋イオンにより再度カチオン交換樹脂２０から分離される。最終的にはＣａ^２＋イオンは電極４（−電極）に到着した後、水流によりこの電極４に設けられた孔９を通って排出部７に入り、そのまま排出口１１を通って容器２の外部に排出される。水の解離現象によって発生したＨ^＋イオンとＯＨ⁻イオンは即座にＨ_２Ｏに戻るため、局所的に強アルカリ領域が形成されるようなことがないので、スケールの析出を防止することができるものである。よって、電場強度を高めることができ、イオン交換樹脂１を効率よく再生することができるものであり、排水量を少なくすることができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態の他の一例を示す断面図である。 従来の技術の一例を示す概略断面図である。 従来の技術の他の一例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ イオン交換樹脂

Claims (1)

1. イオン交換能の低下したイオン交換樹脂に通水しながら電圧を印加することによってイオン交換樹脂を再生させる方法であって、水流方向と電場方向とを平行にすることを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。

Images