JP2012157790A - イオン交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再生及び押出プロセスの実行中に、水頭圧差及び通液抵抗の変動を同時に抑制するイオン交換装置を提供する。
【解決手段】圧力タンク２と、再生液Ｗ４及び／又は水Ｗ１を貯留する液タンク４（６）と、圧力タンク２と液タンク４（６）とを接続する液供給ラインＬ４（Ｌ１）と、液面制御手段７５（７４）と、圧力タンク２に接続され液タンク４（６）から圧力タンク２へ供給された再生液及び／又は水を開放末端部から排水する排水ラインＬ５とを備え、液タンク４（６）における液面＞排水ラインＬ５の開放末端部、となる高さ関係に設定され、液タンク４（６）の液面と排水ラインＬ５の開放末端部との水頭圧差で液タンク４（６）から圧力タンク２へ再生液及び／又は水を供給し、再生液及び／又は水を圧力タンク２から排水ラインＬ５へ排出する構成を備え、圧力タンク２のイオン交換樹脂床２１１は、架橋度１０〜１２％のイオン交換樹脂ビーズからなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、硬水軟化装置等のイオン交換装置に関する。

従来より、水道水や地下水等の原水に含まれる硬度成分（カルシウムイオン及びマグネシウムイオン）や硝酸性窒素（硝酸イオン及び亜硝酸イオン）等をイオン交換樹脂により吸着して除去するイオン交換装置が知られている。これらのイオン交換装置のうち、陽イオン交換樹脂を使用して原水中の硬度成分をナトリウムイオンやカリウムイオンへ置換するものは、通常、硬水軟化装置と呼ばれる。一方、イオン交換装置のうち、陰イオン交換樹脂を使用して原水中の硝酸性窒素を塩化物イオンへ置換するものは、通常、硝酸性窒素除去装置と呼ばれる。

硬水軟化装置において、イオン交換樹脂床は、所定の採水量に達すると、イオン交換基が硬度成分でほぼ飽和状態になり、イオン交換能力を失う状態、すなわち破過状態になる。そこで、硬水軟化装置では、イオン交換樹脂床が破過状態になる前に、イオン交換樹脂床が収容される圧力タンクへ再生液として塩水を供給してイオン交換能力を回復させる再生プロセス及び押出プロセスが行われている。

硬水軟化装置においては、塩水タンクに貯留された塩水を圧力タンクへ供給すると共に、供給された塩水を圧力タンクから系外へ排出させるための駆動力を得る構成として、水頭圧差を利用した構成がある。水頭圧差を利用した構成を有する硬水軟化装置としては、例えば、圧力タンクよりも上方に原水タンク及び塩水タンクを配置し、再生プロセス時には塩水タンクから塩水を圧力タンク内へ下降流として流入させ、また押出プロセス時には原水タンクから原水を圧力タンク内へ下降流として流入させる硬水軟化装置が知られている（特許文献１参照）。

特開平１０−２１６５３７号公報

再生液の供給及び排出に水頭圧差を利用する構成においては、イオン交換樹脂床の再生率を安定化させるために、再生プロセス及び押出プロセスを通じて、水頭圧差の変動及び通液抵抗の変動を最小限に抑制することが肝要となる。なぜなら、イオン交換樹脂床の再生率が不安定であると、所期の採水量と水質を恒常的に確保できなくなるからである。水頭圧差の変動は、主として装置の構造設計や施工状態に起因する一方で、通液抵抗の変動は、主としてイオン交換樹脂ビーズの物理化学的性質に起因する。しかしながら、従来の構成のイオン交換装置では、これら二つの要因について十分な注意が払われておらず、イオン交換樹脂床の再生率が不安定になりやすかった。

従って、本発明は、再生プロセス及び押出プロセスの実行中に、水頭圧差及び通液抵抗の変動を同時に抑制することができるイオン交換装置を提供することにある。

本発明は、イオン交換樹脂床が収容される圧力タンクと、前記イオン交換樹脂床を再生する再生液及び／又は水が貯留される液タンクと、前記圧力タンクと前記液タンクとを接続する液供給ラインと、前記液タンクにおける液面を所定範囲に制御する液面制御手段と、接続端部及び大気に開放された開放末端部を有する排水ラインであって、前記接続端部において前記圧力タンクに接続され、前記液タンクから前記圧力タンクへ供給された再生液及び／又は水を前記開放末端部から排水として排出する排水ラインと、を備え、前記液タンクにおける液面と前記排水ラインにおける前記開放末端部との高さ関係が、前記液タンクにおける液面 ＞ 前記開放末端部の関係になるように設定されており、前記液タンクにおける液面と前記排水ラインにおける前記開放末端部との間の水頭圧差により、前記液タンクから前記圧力タンクへ再生液及び／又は水を供給すると共に、再生液及び／又は水を前記圧力タンクから前記排水ラインへ排出するように構成され、前記イオン交換樹脂床は、架橋度が１０〜１２％のイオン交換樹脂ビーズからなるイオン交換装置に関する。

また、前記イオン交換装置の前記イオン交換樹脂ビーズの粒径の均一係数は、１．２以下であることが好ましい。

また、前記イオン交換装置は、前記イオン交換樹脂床の頂部に設けられる頂部配液部と、前記イオン交換樹脂床の底部に設けられる底部配液部と、前記イオン交換樹脂床の頂部に設けられる頂部集液部と、前記イオン交換樹脂床の底部に設けられる底部集液部と、原水を前記底部配液部へ配液しながら、前記頂部集液部で集液することにより原水の上昇流を生成して、処理水を製造する水処理プロセスの水の流れ；及び、再生液を前記頂部配液部へ配液しながら、前記底部集液部で集液することにより再生液の下降流を生成して、前記イオン交換樹脂床を再生させる再生プロセスの再生液の流れを切り換え可能なバルブ手段と、前記水処理プロセス及び前記再生プロセスを順に切り換えるように、前記バルブ手段を制御するバルブ制御手段と、を更に備えることが好ましい。

また、前記イオン交換装置は、前記イオン交換樹脂床の頂部に設けられる頂部配液部と、前記イオン交換樹脂床の底部に設けられる底部配液部と、前記イオン交換樹脂床の頂部に設けられる頂部集液部と、前記イオン交換樹脂床の底部に設けられる底部集液部と、原水を前記頂部配液部へ配液しながら、前記底部集液部で集液することにより原水の下降流を生成して、処理水を製造する水処理プロセスの水の流れ；及び、再生液を前記底部配液部へ配液しながら、前記頂部集液部で集液することにより再生液の上昇流を生成して、前記イオン交換樹脂床を再生させる再生プロセスの再生液の流れを切り換え可能なバルブ手段と、前記水処理プロセス及び前記再生プロセスを順に切り換えるように、前記バルブ手段を制御するバルブ制御手段と、を更に備えることが好ましい。

本発明によれば、再生プロセス及び押出プロセスの実行中に、水頭圧差及び通液抵抗の変動を同時に抑制することができるイオン交換装置を提供することができる。

本発明のイオン交換装置の第１実施形態としての硬水軟化装置１の全体構成図である。 第１実施形態のプロセス制御バルブ３により実行されるプロセスを示すフローチャートである。 第１実施形態の各プロセスにおけるプロセス制御バルブ３の開閉状態を示す説明図である。 本発明のイオン交換装置の第２実施形態としての硬水軟化装置１Ａの全体構成図である。 第２実施形態の各プロセスにおけるプロセス制御バルブ３Ａの開閉状態を示す説明図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明のイオン交換装置の第１実施形態としての硬水軟化装置１について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のイオン交換装置の第１実施形態としての硬水軟化装置１の全体構成図である。図２は、第１実施形態のプロセス制御バルブ３により実行されるプロセスを示すフローチャートである。図３は、第１実施形態の各プロセスにおけるプロセス制御バルブ３の開閉状態を示す説明図である。

第１実施形態の硬水軟化装置１は、水道水、地下水、工業用水等の原水中に含まれる硬度成分をナトリウムイオン（又はカリウムイオン）へ置換して軟水を生成する。硬水軟化装置１は、軟水を各種の用水として需要箇所へ供給する目的で使用される。硬水軟化装置１は、家屋やマンション等の居住建物、ホテルや大衆浴場等の集客施設、ボイラやクーリングタワー等の冷熱機器、食品加工装置や洗浄装置等の水使用機器等に接続される。

また、本実施形態の硬水軟化装置１は、原水Ｗ１をイオン交換樹脂床２１１（後述）で軟水化して得られた処理水（軟水）Ｗ２を浴室等の需要箇所（不図示）に供給する水処理プロセスＳＴ１と、排水ラインＬ５の内部に滞留しているエアを排出する（エア抜きする）呼び水プロセスＳＴ２と、塩水Ｗ４を供給してイオン交換樹脂床２１１を再生させる再生プロセスＳＴ３と、イオン交換樹脂床２１１に供給された塩水Ｗ４を押し出す押出プロセスＳＴ４と、イオン交換樹脂床２１１に残留した塩水Ｗ４を洗浄するリンス・プロセスＳＴ５と、を実行可能な構成を備える。

まず、図１を参照して、本実施形態の硬水軟化装置１の全体構成について説明する。以下の説明において「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。

図１に示すように、本実施形態の硬水軟化装置１は、圧力タンク２と、バルブ手段としてのプロセス制御バルブ３と、液タンクとしての塩水タンク４と、バルブ制御手段としての制御部５と、液タンクとしての原水タンク６と、を備える。

圧力タンク２は、圧力タンク本体２１を主体として構成される。圧力タンク本体２１は、上部に開口部を有する有底の筒状体であり、開口部を蓋部材で密閉している。圧力タンク本体２１の内部には、陽イオン交換樹脂ビーズからなるイオン交換樹脂床２１１、及び濾過砂利からなる支持床２１２が収容されている。

イオン交換樹脂床２１１は、原水Ｗ１を軟水化する処理材として機能する。イオン交換樹脂床２１１は、圧力タンク本体２１の内部において、支持床２１２の上部に積層されている。

本実施形態におけるイオン交換樹脂床２１１は、架橋度が１０〜１２％の陽イオン交換樹脂ビーズ、より好ましくは、架橋度が１０〜１２％且つ粒径の均一係数が１．２以下の陽イオン交換樹脂ビーズにより構成される。なお、陽イオン交換樹脂ビーズは、ナトリウム型の調和平均径が０．５〜０．８ｍｍであることが望ましく、カルシウム型からナトリウム型に変化したときの体積変化率が１０％以下であることがより望ましい。

架橋度が１０〜１２％の条件を満たす陽イオン交換樹脂ビーズとしては、例えば、三菱化学社製：製品名「ＤＩＡＩＯＮ ＳＫ１１０」，「ＤＩＡＩＯＮ ＳＫ１１２」、ダウ・ケミカル社製：製品名「ＡＭＢＥＲＬＩＴＥ ＩＲ１２２」，「ＡＭＢＥＲＬＩＴＥ ＩＲ１２４」、ピュロライト社製：製品名「ＰＵＲＯＬＩＴＥ Ｃ１００ｘ１０」，「ＰＵＲＯＬＩＴＥ Ｃ１００ｘ１２」等が挙げられる。

また、架橋度が１０〜１２％且つ粒径の均一係数が１．２以下の条件を満たす陽イオン交換樹脂ビーズとしては、例えば、三菱化学社製：製品名「ＤＩＡＩＯＮ ＵＢＫ１０」，「ＤＩＡＩＯＮ ＵＢＫ１２」、ダウ・ケミカル社製：製品名「ＩＭＡＣ ＨＰ１２２０」，「ＡＭＢＥＲＪＥＴ １２２０」、ピュロライト社製：製品名「ＰＵＲＯＦＩＮＥ ＰＦＣ１００ｘ１０」等が挙げられる。

支持床２１２は、イオン交換樹脂床２１１に対する流体の整流部材として機能する。支持床２１２は、圧力タンク本体２１の底部側に収容されている。
圧力タンク２の詳細については後述する。

プロセス制御バルブ３は、少なくとも、原水Ｗ１を圧力タンク２の底部スクリーン（底部配液部）２４２へ配液しながら、頂部スクリーン（頂部集液部）２４１で集液することにより原水Ｗ１の上昇流を生成して、処理水である軟水Ｗ２を製造する水処理プロセスＳＴ１の水（原水Ｗ１、軟水Ｗ２）の流れ；及び、再生液である塩水Ｗ４を頂部スクリーン（頂部配液部）２４１へ配液しながら、底部スクリーン（底部集液部）２４２で集液することにより塩水Ｗ４の下降流を生成して、イオン交換樹脂床２１１を再生させる再生プロセスＳＴ３の塩水Ｗ４の流れを切り換え可能なバルブである。プロセス制御バルブ３の詳細については後述する。

塩水タンク４は、イオン交換樹脂床２１１を再生する再生液としての塩水Ｗ４を貯留する液タンクである。塩水Ｗ４は、陽イオン交換樹脂ビーズを用いる硬水軟化装置においては、塩化ナトリウム、塩化カリウムの各水溶液等を利用することができる。

塩水タンク４は、圧力タンク２よりも重力方向における上方に配置されている。塩水タンク４は、重力方向と直交する方向に、原水タンク６と略並列な位置に配置されている。塩水タンク４の液面（後述するタンク領域４１の液面）と、排水ラインＬ５の開放末端部（後述）との高さ関係は、塩水タンク４の液面 ＞ 排水ラインＬ５の開放末端部の関係となるように設定されている。そして、本実施形態の硬水軟化装置１は、塩水タンク４における液面と排水ラインＬ５の開放末端部との間の水頭圧差により、塩水タンク４から圧力タンク２へ塩水Ｗ４が流下するように構成されている。塩水タンク４の詳細については後述する。

制御部５は、ＣＰＵ及びメモリ含むマイクロプロセッサ（不図示）により構成される。制御部５は、フロースイッチ３２１（後述）から入力された検出信号等に基づいて、プロセス制御バルブ３の動作を制御する。メモリには、本実施形態の硬水軟化装置１の運転を実施する制御プログラムが予め記憶されている。この制御プログラムは、例えば、硬水軟化装置１における水処理プロセスＳＴ１の流路と再生プロセスＳＴ３の流路とを切り換えるように、プロセス制御バルブ３を制御するプログラムである。ＣＰＵは、制御プログラムに従って、水処理プロセスＳＴ１〜リンス・プロセスＳＴ５を順に切り換えるように、プロセス制御バルブ３を制御する。

原水タンク６は、原水ラインＬ１から第１補水ラインＬ７を経て供給された原水Ｗ１を貯留する液タンクである。原水Ｗ１としては、水道水、地下水、工業用水等を利用することができる。

原水タンク６は、圧力タンク２よりも重力方向における上方に配置されている。原水タンク６の液面と、排水ラインＬ５の開放末端部との高さ関係は、原水タンク６の液面 ＞ 排水ラインＬ５の開放末端部の関係となるように設定されている。そして、本実施形態の硬水軟化装置１は、原水タンク６における液面と排水ラインＬ５の開放末端部との間の水頭圧差により、原水タンク６から圧力タンク２へ原水Ｗ１が流下するように構成されている。原水タンク６の詳細については後述する。

次に、上述した圧力タンク２、プロセス制御バルブ３、塩水タンク４、及び原水タンク６の構成について詳細に説明する。

圧力タンク２において、圧力タンク本体２１の底部には、原水ラインＬ１の他方の端部が配置されている。圧力タンク本体２１内に配置される原水ラインＬ１は、合成樹脂製パイプ等を用いた集配液管２３１となっており、この集配液管２３１がイオン交換樹脂床２１１を貫通して支持床２１２の下部に到達するように設けられている。

水処理プロセスＳＴ１において、原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１は、圧力タンク本体２１の底部から圧力タンク２の内部に供給される。一方、圧力タンク本体２１の頂部には、軟水ラインＬ２の一方の端部が配置されている。すなわち、水処理プロセスＳＴ１において、圧力タンク２の内部でイオン交換樹脂床２１１により処理されて得られた軟水Ｗ２は、圧力タンク２の上部から軟水ラインＬ２を流通する。

圧力タンク２に配置された、原水ラインＬ１（集配液管２３１）の他方の端部には、樹脂ビーズの流出を防止する底部スクリーン２４２が設けられている。底部スクリーン２４２は、樹脂ビーズよりも小さな多数の開孔を有する（後述する頂部スクリーン２４１も同様）。底部スクリーン２４２は、原水ラインＬ１の他方の端部と連通する。底部スクリーン２４２による配液位置及び集液位置は、支持床２１２の下部に設定される。底部スクリーン２４２は、水処理プロセスＳＴ１において、イオン交換樹脂床２１１の底部から原水Ｗ１を配液する底部配液部、及び再生プロセスＳＴ３において、イオン交換樹脂床２１１の底部から塩水Ｗ４を集液する底部集液部として機能する。

また、圧力タンク２に配置された、軟水ラインＬ２の一方の端部には、樹脂ビーズの流出を防止する頂部スクリーン２４１が設けられている。頂部スクリーン２４１は、軟水ラインＬ２の一方の端部と連通する。頂部スクリーン２４１による配液位置及び集液位置は、イオン交換樹脂床２１１の頂部付近に設定される。頂部スクリーン２４１は、再生プロセスＳＴ３において、イオン交換樹脂床２１１の頂部から塩水Ｗ４を配液する頂部配液部、及び水処理プロセスＳＴ１において、イオン交換樹脂床２１１の頂部から原水Ｗ１を集液する頂部集液部として機能する。

プロセス制御バルブ３は、その内部に、各種のライン、弁等を備える。具体的には、プロセス制御バルブ３は、ラインとして、原水ラインＬ１と、軟水ラインＬ２と、希釈水ラインＬ３と、塩水ラインＬ４と、排水ラインＬ５と、バイパスラインＬ６と、を備える。後述するように、原水ラインＬ１の一部は、排水ラインＬ５としても機能する。軟水ラインＬ２の一部は、塩水ラインＬ４としても機能する。

また、プロセス制御バルブ３は、弁として、原水通水弁３１１と、バイパス弁３１２と、軟水通水弁３１３と、塩水弁３１４と、再生排水弁３１５と、を備える。また、プロセス制御バルブ３は、フロースイッチ３２１を備える。

本実施形態の硬水軟化装置１は、プロセス制御バルブ３の外部に、各種のライン等を備える。
具体的には、原水ラインＬ１は、プロセス制御バルブ３の外部（原水供給源）から内部に導入され、再度外部に向けて延びている。軟水ラインＬ２は、プロセス制御バルブ３の外部（圧力タンク２）から内部に導入され、再度外部に向けて延びている。希釈水ラインＬ３は、プロセス制御バルブ３の外部（原水タンク６）から内部に導入されるように延びている。塩水ラインＬ４は、プロセス制御バルブ３の外部（塩水タンク４）から内部に導入され、再度外部（圧力タンク２）へ向けて延びている。排水ラインＬ５は、プロセス制御バルブ３の外部（圧力タンク２）から内部に導入され、再度外部に向けて延びている。第１補水ラインＬ７は、原水ラインＬ１の接続部Ｊ１１（後述）と原水タンク６に設けられた第１フロート弁７４（後述）とを接続する。第２補水ラインＬ８は、原水ラインＬ１の接続部Ｊ１４（後述）と塩水タンク４内に配置された第２フロート弁７５（後述）とを接続する。

原水ラインＬ１は、上流側において、外部の原水供給源（不図示）に接続され、下流側において、圧力タンク２の底部と連通している。原水ラインＬ１は、原水Ｗ１を圧力タンク本体２１及び原水タンク６に供給する供給路を構成する。原水ラインＬ１には、原水供給源から原水Ｗ１が圧送される（例えば、原水Ｗ１が水道水であれば、水道圧により圧送される）。原水ラインＬ１には、原水供給源から圧力タンク２に向けて順に、接続部Ｊ１１、減圧弁７３、フロースイッチ３２１、接続部Ｊ１２、原水通水弁３１１、接続部Ｊ１３、及び接続部Ｊ１４が設けられている。

原水ラインＬ１の接続部Ｊ１１には、第１補水ラインＬ７の上流側が接続されている。原水ラインＬ１の接続部Ｊ１２には、バイパスラインＬ６の上流側の端部が接続されている。原水ラインＬ１の接続部Ｊ１３には、排水ラインＬ５の上流側の端部が接続されている。後述するように、原水ラインＬ１において、接続部Ｊ１３よりも下流側は、排水ラインＬ５としても機能する。原水ラインＬ１の接続部Ｊ１４には、第２補水ラインＬ８の上流側の端部が接続されている。

減圧弁７３は、原水Ｗ１を所定の水圧まで減圧する弁である。減圧弁７３は、原水ラインＬ１の接続部Ｊ１１の下流側に設けられている。

フロースイッチ３２１は、原水ラインＬ１における減圧弁７３と接続部Ｊ１２との間に設けられている。フロースイッチ３２１は、制御部５と電気的に接続されている。フロースイッチ３２１は、原水ラインＬ１において所定の水流を検知すると、検出信号を制御部５に出力する。すなわち、フロースイッチ３２１は、原水ラインＬ１を所定流量の原水Ｗ１が流通したことを検知すると、検出信号を制御部５に出力する。

原水通水弁３１１は、原水ラインＬ１において、接続部Ｊ１２と接続部Ｊ１３との間に設けられている。原水通水弁３１１は、原水ラインＬ１における原水Ｗ１の流通を制御する。原水通水弁３１１は、弁体の駆動部が制御部５と電気的に接続されている。原水通水弁３１１における弁の開閉は、制御部５により制御される。

第１補水ラインＬ７は、上流側において、原水ラインＬ１の接続部Ｊ１１に接続され、下流側において原水タンク６に接続されている。第１補水ラインＬ７は、原水ラインＬ１を流通する原水Ｗ１の一部を原水タンク６に供給する供給路を構成する。

軟水ラインＬ２は、一方の端部において、圧力タンク２の頂部と連通し、他方の端部において、需要箇所（図示せず）に接続されている。軟水ラインＬ２は、イオン交換樹脂床２１１により処理されて得られた軟水Ｗ２を需要箇所に供給するための供給路を主として構成する。軟水ラインＬ２には、圧力タンク２から需要箇所に向けて順に、接続部Ｊ２１、軟水通水弁３１３、及び接続部Ｊ２２が設けられている。軟水ラインＬ２の接続部Ｊ２１には、塩水ラインＬ４の下流側の端部が接続されている。軟水ラインＬ２において、接続部Ｊ２１よりも圧力タンク２側は、塩水ラインＬ４としても機能する。また、軟水ラインＬ２の接続部Ｊ２２には、バイパスラインＬ６の下流側の端部が接続されている。

軟水通水弁３１３は、軟水ラインＬ２において、接続部Ｊ２１と接続部Ｊ２２との間に設けられている。軟水通水弁３１３は、軟水ラインＬ２における軟水の流通を制御する。軟水通水弁３１３は、弁体の駆動部が制御部５と電気的に接続されている。軟水通水弁３１３における弁の開閉は、制御部５により制御される。

塩水ラインＬ４は、上流側において、塩水タンク４のタンク領域４１（後述）に接続され、下流側において軟水ラインＬ２の接続部Ｊ２１に接続されている。塩水ラインＬ４は、イオン交換樹脂床２１１を再生させるための塩水Ｗ４を圧力タンク２に供給するための供給路を構成する。

塩水ラインＬ４には、塩水タンク４から軟水ラインＬ２の接続部Ｊ２１に向けて順に、第２逆止弁７２、塩水弁３１４と、接続部Ｊ４と、が設けられている。第２逆止弁７２は、塩水Ｗ４の流れを、塩水タンク４から圧力タンク本体２１へ流下させる方向へのみ規制する。塩水弁３１４は、塩水ラインＬ４における塩水Ｗ４の流通を制御する。塩水弁３１４は、弁体の駆動部が制御部５と電気的に接続されている。塩水弁３１４における弁の開閉は、制御部５により制御される。

希釈水ラインＬ３は、上流側において、原水タンク６の底部に接続され、下流側において、塩水ラインＬ４の接続部Ｊ４に接続されている。希釈水ラインＬ３は、主として、再生プロセスＳＴ３において塩水Ｗ４を希釈するための原水Ｗを塩水ラインＬ４に供給するため、及び、押出プロセスＳＴ４においてイオン交換樹脂床２１１内の塩水Ｗ４を押し出す原水Ｗ１を、圧力タンク２に供給するための供給路を構成する。希釈水ラインＬ３には、第１逆止弁７１が設けられている。第１逆止弁７１は、原水Ｗ１の流れを、原水タンク６から圧力タンク本体２１へ流下させる方向へのみ規制する。

排水ラインＬ５の一方の端部は、大気に開放されており、開放末端部を構成する。また、排水ラインＬ５の他方の端部は、原水ラインＬ１の接続部Ｊ１３に接続されている。排水ラインＬ５は、各種の排水Ｗ５を系外に排水するための排水路を構成する。

原水ラインＬ１の下流側は、圧力タンク２の底部と連通している。前述したように、原水ラインＬ１において、接続部Ｊ１３よりも下流側は、排水ラインＬ５としても機能する。従って、排水ラインＬ５の他方の端部は、原水ラインＬ１を介して圧力タンク２に接続されており、接続端部を構成する。

再生排水弁３１５は、排水ラインＬ５における接続部Ｊ１３よりも下流側に設けられている。再生排水弁３１５は、排水ラインＬ５における排水Ｗ５又は塩水Ｗ４の流通を制御する。再生排水弁３１５は、弁体の駆動部が制御部５と電気的に接続されている。再生排水弁３１５における弁の開閉は、制御部５により制御される。

バイパスラインＬ６は、上流側において、原水ラインＬ１の接続部Ｊ１２に接続され、下流側において、軟水ラインＬ２の接続部Ｊ２２に接続されている。バイパスラインＬ６は、再生プロセスＳＴ３等において、圧力タンク２を介さずに需要箇所に原水Ｗ１を供給するための供給路を構成する。

バイパス弁３１２は、バイパスラインＬ６に設けられている。バイパス弁３１２は、バイパスラインＬ６における原水Ｗ１の流通を制御する。バイパス弁３１２は、弁体の駆動部が制御部５と電気的に接続されている。バイパス弁３１２における弁の開閉は、制御部５により制御される。

第２補水ラインＬ８は、一方の端部において、原水ラインＬ１の接続部Ｊ１４に接続され、他方の端部において、塩水タンク４と連通している。第２補水ラインＬ８は、リンス・プロセスＳＴ５において、原水ラインＬ１の接続部Ｊ１４から流通する原水Ｗ１を、塩水タンク４に供給する供給路を構成する。

塩水タンク４は、タンク領域４１と、塩載置部４２と、ネット４３と、を備える。タンク領域４１は、塩水タンク４における塩水Ｗ４の貯留部を構成する。塩載置部４２は、タンク領域４１の内部に配置されている。塩載置部４２の底部には、透水性を有するネット４３が設けられている。塩載置部４２には、原水Ｗ１に溶解させる塩（塩化ナトリウム、塩化カリウム等）が載置されている。第２補水ラインＬ８の他方の端部は、塩載置部４２の上部に配置され、塩載置部４２に向けて開放されている。第２補水ラインＬ８から供給された原水Ｗ１は、第２補水ラインＬ８の他方の端部から塩載置部４２に向けて流下する。塩載置部４２に載置された塩は、タンク領域４１に貯留された原水Ｗ１により溶解され、塩水Ｗ４が生成される。

塩水タンク４の底部には、塩水ラインＬ４の上流側の端部が接続されている。再生プロセスＳＴ３において、タンク領域４１の内部に貯留された塩水Ｗ４は、塩水タンク４における液面と排水ラインＬ５の開放末端部との間の水頭圧差により、塩水ラインＬ４を流下する。この塩水Ｗ４は、塩水ラインＬ４の接続部Ｊ４において、希釈水ラインＬ３を流下した原水Ｗ１と混合して希釈される。希釈された塩水Ｗ４は、軟水ラインＬ２の一部を流下して圧力タンク２に供給され、頂部スクリーン２４１からイオン交換樹脂床２１１の頂部に配液される。

更に、塩水タンク４は、液面制御手段としての第２フロート弁７５を備える。フロートバルブ７５は、第２補水ラインＬ８の他方の端部に設けられている。ここで、第２フロート弁７５の構成と動作について簡単に説明する。第２フロート弁７５は、図示しないフロートと、弁体と、原水パイプと、を備える。

フロートは、円筒状の浮力体であり、中心部に原水パイプが貫通している。フロートは、原水パイプに沿って上下方向に移動自在に支持されている。フロートの上部には、磁石が取り付けられている。フロートは、タンク領域４１に貯留された塩水Ｗ４の液面に浮いており、塩水Ｗ４の水位に追従して上下方向に移動する。

弁体は、円柱状の部材であり、原水パイプの内部に形成された擦動空間に収容されている。この擦動空間は、下端部が原水Ｗ１の流入口となる一方で、上端部が原水Ｗ１の流出口となっている。弁体は、擦動空間を上下方向に移動することができ、弁体が流出口に当接することにより、原水Ｗ１の流通が遮断されるようになっている。すなわち、原水Ｗ１の流出口は、弁体に対して弁座として機能する。また、弁体の内部には、磁性体が組み込まれている。

原水パイプは、第２補水ラインＬ８と連通した管路である。原水パイプは、塩水タンク４（タンク領域４１）の内部に略垂直に配置されている。上述したように、原水パイプは、フロートの中心部を貫通している。原水パイプの上部には、逆Ｕ字形の出口管が接続されている。また、出口管の端部は、塩水タンク４の塩載置部４２に向けて開放されている。原水パイプを流通する原水Ｗ１は、塩水タンク４に貯留された塩水Ｗ４と混合せずに、出口管の端部へ導かれる。

上記構成において、塩水タンク４における塩水Ｗ４の液面が所定の水位に達していない場合、第２補水ラインＬ８から供給された原水Ｗ１は、原水パイプから出口管を流通し、塩水タンク４の塩載置部４２に供給される。これにより、塩水タンク４における塩水Ｗ４の液面が上昇する。塩水Ｗ４の液面が上昇すると、液面と共にフロートが上昇する。このとき、フロートの磁石は、弁体の磁性体を吸引するため、原水パイプの擦動空間に収容された弁体も、フロートと共に上昇する。そして、液面が所定の水位まで上昇すると、上昇した弁体が擦動空間の流出口に当接して、管路を閉鎖する。これにより、管路からの原水Ｗ１の供給が停止する。

一方、塩水タンク４における塩水Ｗ４の液面が所定の水位より低くなると、液面と共にフロートが下降する。このとき、フロートの磁石は、弁体の磁性体を吸引するため、原水パイプの擦動空間に収容された弁体も、フロートと共に下降する。そして、液面が所定の水位まで降下すると、下降した弁体が擦動空間の流出口から離反して、管路を開放する。これにより、管路からの原水Ｗ１の供給が開始される。

本実施形態において、塩水タンク４のタンク領域４１に貯留された塩水Ｗ４の液面は、第二フロート弁７５により所定範囲に維持される。このため、塩水タンク４における液面と排水ラインＬ５の開放末端部との間の水頭圧差がほぼ一定となる。従って、後述する再生プロセスＳＴ３において、イオン交換樹脂床２１１を流通する塩水Ｗ４の線速度を一定に維持することができる。
ここで、塩水Ｗ４の線速度とは、塩水Ｗ４の流量をイオン交換樹脂床２１１の横断面積で除したものであり、次式で示される。
線速度［ｍ／ｈ］＝流量［ｍ^３／ｈ］÷横断面積［ｍ^２］ ・・・ （１）

なお、上述した第二フロート弁７５の構成及び動作は、特開平４−１０８５８６号公報での開示に基づくが、一例を示したものであり、この例に限定されない。また、塩水タンク４の上部には、オーバーフロー管（不図示）が取り付けられている。このオーバーフロー管は、第二フロート弁７５の故障等により流路の遮断不良が発生した場合に、溢れた塩水Ｗ４を系外に排出するための設備である。

原水タンク６は、液面制御手段としての第一フロート弁７４を備える。第一フロート弁７４は、第１補水ラインＬ７の下流側の端部に連結されている。第一フロート弁７４は、原水タンク６の内部に貯留された原水Ｗ１の液面が所定範囲に維持されるように、原水タンク６の貯水量を制御する。

第１フロート弁７４は、原水タンク６の液面の上下変動に追従した浮玉６１の変位に応じて流路を開閉する弁であり、ボールタップと呼ばれるものである。本実施形態において、原水タンク６の内部に貯留された原水Ｗ１の液面は、第１フロート弁７４により所定範囲に維持される。このため、原水タンク６における液面と排水ラインＬ５の開放末端部との間の水頭圧差がほぼ一定となる。従って、後述する再生プロセスＳＴ３及び押出プロセスＳＴ４において、イオン交換樹脂床２１１を流通する原水Ｗ１又は塩水Ｗ４の線速度を一定に維持することができる。
ここで、原水Ｗ１又は塩水Ｗ４の線速度とは、原水Ｗ１又は塩水Ｗ４の流量をイオン交換樹脂床２１１の横断面積で除したものであり、上述の（１）式で示される。

なお、上述した第１フロート弁７４の構成及び動作は、一般的なボールタップに基づくが、一例を示したものであり、この例に限定されない。また、原水タンク６の上部には、オーバーフロー管（不図示）が取り付けられている。このオーバーフロー管は、第１フロート弁７４の故障等により流路の遮断不良が発生した場合に、溢れた原水Ｗ１を系外に排出するための設備である。

制御部５は、水処理プロセスＳＴ１〜リンス・プロセスＳＴ５を順に切り換えるように、プロセス制御バルブ３を制御する。制御部５は、図示しないメモリと、演算部としてのＣＰＵと、を備える。

メモリは、後述する水処理プロセスＳＴ１、呼び水プロセスＳＴ２、再生プロセスＳＴ３、押出プロセスＳＴ４、及びリンス・プロセスＳＴ５の各プロセスの処理手順に関するデータ等を記憶する。

ＣＰＵは、フロースイッチ３２１から出力された検出信号（原水ラインＬ１を所定量の原水Ｗ１が流通したことを検知したときに出力される信号）やタイマ等の情報に基づいて、硬水軟化装置１で実行すべき処理を設定する。そして、ＣＰＵは、メモリに記憶された各プロセスの処理手順に関するデータに基づいて、所定の弁開閉信号をプロセス制御バルブ３に出力する。なお、プロセス制御バルブ３を構成する各弁３１１〜３１５の開閉は、弁駆動回路（不図示）により制御される。弁駆動回路は、ＣＰＵにより出力された弁開閉信号に基づいて、原水通水弁３１１、軟水通水弁３１３、バイパス弁３１２、塩水弁３１４、及び再生排水弁３１５における弁の開閉を制御する。以下の説明において、弁を開くことを「開状態」といい、弁を閉じることを「閉状態」という。

上記構成のように構成された硬水軟化装置１において、制御部５は、プロセス制御バルブ３の流路を切り換えることにより、図２に示す以下のプロセスＳＴ１〜ＳＴ５を順次実施する。
（ＳＴ１）原水Ｗ１をイオン交換樹脂床２１１に対して下から上へ通過させる水処理プロセス（水軟化プロセス）
（ＳＴ２）原水Ｗ１を排水ラインＬ５から強制排水して、排水ラインＬ５の内部に滞留しているエアを排出する（エア抜きする）と共に、排水ラインＬ５に溜まったゴミ等を除去することにより、再生不良を防止する呼び水プロセス
（ＳＴ３）再生液としての塩水Ｗ４をイオン交換樹脂床２１１に対して上から下へ通過させる再生プロセス
（ＳＴ４）押出水としての原水Ｗ１をイオン交換樹脂床２１１に対して上から下へ通過させる押出プロセス
（ＳＴ５）濯ぎ水としての原水Ｗ１をイオン交換樹脂床２１１に対して上から下へ通過させるリンス・プロセス

プロセス制御バルブ３における各弁３１１〜３１５の開閉は、図３に示すように、プロセスＳＴ１〜ＳＴ５毎に、制御部５により制御される。その結果、圧力タンク２の内部は、プロセスＳＴ１〜ＳＴ５毎に、流体の流れが生成される状態か、或いは、流体の流れが生成されない状態となる。

次に、本実施形態における硬水軟化装置１の運転方法（動作）について詳細に説明する。なお、水処理プロセスＳＴ１を除く各プロセスＳＴ２〜ＳＴ５においては、バイパス弁３１２が開状態となっている。そのため、原水ラインＬ１の接続部Ｊ１１よりも下流側を流通する過剰な原水Ｗ１は、接続部Ｊ１２からバイパスラインＬ６へ流通し、接続部Ｊ２２及び軟水ラインＬ２を介して、軟水Ｗ２の需要箇所へ一時的に供給される。

〔水処理プロセスＳＴ１〕
制御部５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１５は、図３のＳＴ１に示す開閉状態に設定される。その結果、原水ラインＬ１を流れる水道水、地下水、工業用水等の原水Ｗ１は、原水ラインＬ１を介して、圧力タンク本体２１の内部に供給され、底部スクリーン２４２から配水される。底部スクリーン２４２から配水された原水Ｗ１は、イオン交換樹脂床２１１を上昇流で通過する。その過程において、原水Ｗ１の硬度成分は、ナトリウムイオン（又は、カリウムイオン）へ置換され、原水Ｗ１は軟水化される。

イオン交換樹脂床２１１を通過した処理水（軟水Ｗ２）は、圧力タンク２の頂部で頂部スクリーン２４１へ集水される。その後、軟水Ｗ２は、軟水ラインＬ２を介して、軟水Ｗ２の需要箇所へ供給される。そして、所定量の軟水Ｗ２を採取することにより、イオン交換樹脂床２１１が硬度成分を置換できなくなると、制御部５は、呼び水プロセスＳＴ２以降のプロセスを実施する。

〔呼び水プロセスＳＴ２〕
制御部５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１５は、図３のＳＴ２に示す開閉状態に設定される。その結果、原水ラインＬ１を流れる原水Ｗ１は、原水ラインＬ１から接続部Ｊ１２及びＪ１３を経て排水ラインＬ５を流通し、排水Ｗ５として排水ラインＬ５の開放末端部から系外に排出される。

〔再生プロセスＳＴ３〕
制御部５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１５は、図３のＳＴ３に示す開閉状態に設定される。その結果、塩水タンク４の内部に貯留された塩水Ｗ４は、塩水タンク４の液面と排水ラインＬ５の開放末端部との水頭圧差により、塩水ラインＬ４を介して流下する。同時に、原水タンク６の内部に貯留された原水Ｗ１は、原水タンク６の液面と排水ラインＬ５の開放末端部との水頭圧差により、希釈水ラインＬ３を介して流下する。各ラインを流下した塩水Ｗ４と原水Ｗ１とは、塩水ラインＬ４の接続部Ｊ４で混合され、所定濃度（約１０重量％）の塩水Ｗ４となる。この塩水Ｗ４は、塩水ラインＬ４を介して、圧力タンク２の頂部に配置された頂部スクリーン２４１から配液され、圧力タンク本体２１の内部を下降流で通過する。その過程において、塩水Ｗ４は、イオン交換樹脂床２１１を再生する。使用済みの塩水Ｗ４は、圧力タンク２の底部に配置された底部スクリーン２４２で集液され、排水ラインＬ５を介して系外に排水される。この再生プロセスＳＴ３は、所定時間実行され、所定量の塩水Ｗ４を供給することにより完了する。

〔押出プロセスＳＴ４〕
制御部５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１５は、図３のＳＴ４に示す開閉状態に設定される。その結果、塩水Ｗ４が塩水ラインＬ４を介して流下しなくなり、原水タンク６の内部に貯留された原水Ｗ１のみが希釈水ラインＬ３及び塩水ラインＬ４を介して流下する。流下した原水Ｗ１は、圧力タンク２の頂部に配置された頂部スクリーン２４１から配水され、圧力タンク本体２１の内部を下降流で通過する。その過程において、原水Ｗ１は、先行して供給された塩水Ｗ４を押し出しながら、引き続き、イオン交換樹脂床２１１を再生する。使用済みの塩水Ｗ４及び原水Ｗ１は、圧力タンク２の底部に配置された底部スクリーン２４２で集水され、排水ラインＬ５を介して系外に排水される。この押出プロセスＳＴ４は、所定時間実行され、所定量の原水Ｗ１を供給して塩水Ｗ４を押し出すことにより完了する。

〔リンス・プロセスＳＴ５〕
制御部５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１５は、図３のＳＴ５に示す開閉状態に設定される。その結果、軟水通水弁３１３及びバイパス弁３１２が開状態になり、原水ラインＬ１には、原水供給源から原水Ｗ１が圧送される。この原水Ｗ１は、原水ラインＬ１、接続部Ｊ１２、バイパスラインＬ６、接続部Ｊ２２、軟水ラインＬ２を介して、圧力タンク２へ流通する。そして、原水Ｗ１は、圧力タンク２の頂部に配置された頂部スクリーン２４１から配水され、圧力タンク本体２１の内部を下降流で通過する。その過程において、原水Ｗ１は、イオン交換樹脂床２１１の内部に残留する塩水Ｗ４を洗い流しながら、イオン交換樹脂床２１１をリンスする。使用済みの原水Ｗ１は、圧力タンク２の底部に配置された底部スクリーン２４２で集水され、排水ラインＬ５を介して系外に排水される。このリンス・プロセスＳＴ５は、フロースイッチ３２１による水流有りの積算検知時間が所定時間に達するまで実行され、所定量の原水Ｗ４を供給することにより完了する。

また、リンス・プロセスＳＴ５において、原水供給源から圧送された原水Ｗ１の一部は、原水ラインＬ１、接続部Ｊ１４、及び第２補水ラインＬ８を介して、塩水タンク４へ供給される。これにより、次回の再生プロセスＳＴ３で使用する塩水Ｗ４が調製される。

このように、リンス・プロセスＳＴ５においては、外部の原水供給源から圧送された原水Ｗ１が圧力タンク２へ流通する。従って、圧力タンク２への単位時間当たりの原水供給量は、押出プロセスＳＴ４の場合よりも大きくなる。このため、イオン交換樹脂床２１１の内部に残留する塩水Ｗ４は、速やかに洗い流される。制御部５は、リンス・プロセスＳＴ５が終了すると、プロセス制御バルブ３を水処理プロセスＳＴ１の状態に復帰させる。

なお、呼び水プロセスＳＴ２〜リンス・プロセスＳＴ５においては、バイパス弁３１２が開状態となっている。このため、ユーザが軟水Ｗ２の需要箇所で蛇口等を開くと、バイパスラインＬ６を介して原水Ｗ１が供給される。このように、本実施形態の硬水軟化装置１では、一連の再生作動の実行時において、ユーザに原水Ｗ１を供給することができる（原水供給状態）。

上述した第１実施形態の硬水軟化装置１によれば、例えば、以下のような効果が奏される。
本実施形態の硬水軟化装置１において、イオン交換樹脂床２１１は、架橋度が１０〜１２％の陽イオン交換樹脂ビーズにより構成される。

これに対して、架橋度が１０％に満たない陽イオン交換樹脂ビーズによりイオン交換樹脂床２１１を構成した場合には、水処理プロセスＳＴ１を繰り返すうちに、原水Ｗ１中の残留塩素や溶存酸素等により酸化を受けて樹脂母体が不可逆的に膨潤し、イオン交換樹脂床２１１の通液抵抗が増加する。通液抵抗が増加すると、再生プロセスＳＴ３や押出プロセスＳＴ４において、塩水Ｗ４や原水Ｗ１を規定の線速度で通液できなくなるばかりでなく、偏流やショートパスが生じやすくなり、結果としてイオン交換樹脂床２１１の再生率が低下することになる。また、塩水Ｗ４の供給量をタイマによる時間計測で管理している場合には、塩水Ｗ４の流量が低下することにより、規定時間内に規定量の塩水Ｗ４の供給が完了せずに、再生不良を起こす可能性がある。

更に、樹脂母体が不可逆的に膨潤すると、陽イオン交換樹脂ビーズの強度が低下して、破砕に至ることもある。このため、イオン交換樹脂床２１１の一部が流失し、所期の採水量と水質を確保できなくなるおそれがある。

一方、架橋度が１２％を超える陽イオン交換樹脂ビーズによりイオン交換樹脂床２１１を構成した場合には、樹脂母体の耐酸化性は向上する。しかし、樹脂母体中の架橋剤の割合が多いために、イオン交換容量が相対的に減少する。この結果、所要の採水量を確保するためには、イオン交換樹脂床２１１の容量を増加させなければならないため、圧力タンク２が大型化する。また、架橋度の高い陽イオン交換樹脂ビーズは、一般的に脆くなる傾向がある。このため、水処理プロセスＳＴ１を繰り返すうちに、ビーズ間の摩擦により、陽イオン交換樹脂ビーズが破砕して、生成した軟水Ｗ２中に破砕片が混入するおそれがある。また、陽イオン交換樹脂ビーズが破砕することにより、イオン交換樹脂床２１１の一部が流失し、所期の採水量と水質を確保できなくなるおそれもある。

しかしながら、本実施形態のイオン交換樹脂床２１１は、架橋度が１０〜１２％の陽イオン交換樹脂ビーズにより構成されるため、上述のような不具合の発生を低減することができる。従って、本実施形態の硬水軟化装置１によれば、再生プロセスＳＴ３及び押出プロセスＳＴ４の実行中に、イオン交換樹脂床２１１の通液抵抗の変動を抑制して再生率を安定化させることにより、またイオン交換樹脂床２１１の流失を抑制することにより、所期の採水量と水質を恒常的に確保することができる。

また、本実施形態のイオン交換樹脂床２１１は、架橋度が１０〜１２％であることに加えて、粒径の均一係数が１．２以下である陽イオン交換樹脂ビーズにより構成される。

これに対して、均一係数が１．２を超える陽イオン交換樹脂ビーズによりイオン交換樹脂床２１１を構成した場合には、原水Ｗ１の上昇流による水処理プロセスＳＴ１や、一般的なイオン交換装置で行われている逆洗浄プロセスを実施したときに、沈降速度の違いにより、粒径の小さな陽イオン交換樹脂ビーズがイオン交換樹脂床２１１の上部に集中する一方で、粒径の大きな陽イオン交換樹脂ビーズがイオン交換樹脂床２１１の下部に集中する。

このように、粒径の不均一な陽イオン交換樹脂ビーズを用いると、イオン交換樹脂床２１１の内部において空隙分布が大きくなる。このため、イオン交換樹脂床２１１において、流体の流れやすい部分と流れにくい部分とが同時に発生し、通液抵抗が不安定になる。その結果、再生プロセスＳＴ３や押出プロセスＳＴ４において、塩水Ｗ４や原水Ｗ１を規定の線速度で通液できなくなるばかりでなく、偏流やショートパスが生じやすくなり、結果として、イオン交換樹脂床２１１の再生率が低下することになる。

しかしながら、本実施形態におけるイオン交換樹脂床２１１は、架橋度が１０〜１２％且つ粒径の均一係数が１．２以下の陽イオン交換樹脂ビーズにより構成されるため、上述のような不具合の発生を低減することができる。従って、本実施形態の硬水軟化装置１によれば、再生プロセスＳＴ３及び押出プロセスＳＴ４の実行中に、イオン交換樹脂床２１１の通液抵抗の変動を最小限に止めて所定の再生率を維持し、所期の採水量と水質を恒常的に確保することができる。

また、本実施形態の硬水軟化装置１は、及び塩水タンク４の内部に貯留された塩水Ｗ４の液面を所定範囲に制御する第２フロート弁７５、及び原水タンク６の内部に貯留された原水Ｗ１の液面を所定範囲に制御する第１フロート弁７４を備える。加えて、塩水タンク４及び原水タンク６の液面と、排水ラインＬ５の開放末端部との高さ関係が、塩水タンク４及び原水タンク６の液面 ＞ 排水ラインＬ５の開放末端部の関係となるように設定されている。そして、塩水タンク４及び原水タンク６における液面と排水ラインＬ５の開放末端部との間の水頭圧差により、塩水タンク４から圧力タンク２へ塩水Ｗ４が、また、原水タンク６から圧力タンク２へ原水Ｗ１がそれぞれ流下するように構成されている。

そのため、再生プロセスＳＴ３及び押出プロセスＳＴ４を通じて水頭圧差が所定範囲に保たれ、塩水Ｗ４や原水Ｗ１をイオン交換樹脂床２１１に対して、ほぼ一定の線速度で流下させることができる。従って、本実施形態の硬水軟化装置１によれば、再生プロセスＳＴ３及び押出プロセスＳＴ４の実行中に、通液の駆動力となる水頭圧差の変動を抑制して再生率を安定化させることにより、所期の採水量と水質を恒常的に確保することができる。

以上のように、本実施形態の硬水軟化装置１は、再生プロセス及び押出プロセスの実行中に、水頭圧差の変動だけでなく、通液抵抗の変動をも同時に抑制するように、特定の物理化学的性質を有する陽イオン交換樹脂ビーズを用いてイオン交換樹脂床２１１を構成している。このため、所期の採水量と水質を得るために必要なイオン交換樹脂床２１１の再生率が安定して確保される。

なお、陽イオン交換樹脂ビーズとして、ナトリウム型の調和平均径が０．５〜０．８ｍｍのものを用いた場合には、再生液である塩水Ｗ４との接触効率が向上するため、イオン交換樹脂床２１１の再生率がより安定するという効果を奏する。更には、陽イオン交換樹脂ビーズとして、カルシウム型からナトリウム型に変化したときの体積変化率が１０％以下であるものを用いた場合には、再生プロセスＳＴ３及び押出プロセスＳＴ４を通じての経時的な通液抵抗の変化が抑制されるため、イオン交換樹脂床２１１の再生率が一層安定するという効果を奏する。

＜第２実施形態＞
図４は、本発明のイオン交換装置の第２実施形態としての硬水軟化装置１Ａの全体構成図である。図５は、第２実施形態の各プロセスにおけるプロセス制御バルブ３Ａの開閉状態を示す説明図である。なお、第２実施形態のプロセス制御バルブ３Ａにより実行されるプロセスを示すフローチャートは、第１実施形態（図２）と同じであるため説明を省略する。

第２実施形態の硬水軟化装置１Ａは、第１実施形態の硬水軟化装置１に対して、圧力タンク２Ａ及びプロセス制御バルブ３Ａの構成が異なる。その他の構成は同じであり、同等部分については、第１実施形態と同一符号を付して説明する。

図４に示すように、本実施形態の圧力タンク２Ａにおいて、圧力タンク２Ａに配置された、原水ラインＬ１の他方の端部には、頂部スクリーン２４１Ａが設けられている。頂部スクリーン２４１Ａは、水処理プロセスＳＴ１において、イオン交換樹脂床２１１の頂部から原水Ｗ１を配液する頂部配液部、及び再生プロセスＳＴ３において、イオン交換樹脂床２１１の頂部から塩水Ｗ４を集液する頂部集液部として機能する。

また、圧力タンク２Ａにおいて、圧力タンク２Ａに配置された、軟水ラインＬ２の一方の端部には、底部スクリーン２４２Ａが設けられている。底部スクリーン２４２Ａは、再生プロセスＳＴ３において、イオン交換樹脂床２１１の底部から塩水Ｗ４を配液する底部配液部、及び水処理プロセスＳＴ１において、イオン交換樹脂床２１１の底部から原水Ｗ１を集液する底部集液部として機能する。

なお、圧力タンク本体２１内に配置される軟水ラインＬ２は、合成樹脂製パイプ等を用いた集配液管２３１となっており、この集配液管２３１がイオン交換樹脂床２１１を貫通して支持床２１２の下部に到達するように設けられている。

プロセス制御バルブ３Ａは、第１実施形態の各ラインＬ１〜Ｌ８に加えて、第２排水ラインＬ９を備える。また、プロセス制御バルブ３Ａは、第１実施形態の各弁３１１〜３１５に加えて、第２排水弁３１６を備える。なお、本実施形態においては、第１実施形態の再生排水弁３１５は、第１排水弁３１５とされている。

第２排水ラインＬ９は、上流側において、軟水ラインＬ２の接続部Ｊ２３に接続され、下流側において、排水ラインＬ５の接続部Ｊ５に接続されている。第２排水弁３１６は、第２排水ラインＬ９に設けられている。第２排水弁３１６は、弁体の駆動部が制御部５と電気的に接続されている。第２排水弁３１６における弁の開閉は、制御部５により制御される。

次に、本実施形態における硬水軟化装置１Ａの運転方法（動作）について説明する。なお、水処理プロセスＳＴ１を除く各プロセスＳＴ２〜ＳＴ５においては、バイパス弁３１２が開状態となっている。そのため、第１実施形態と同じく、原水ラインＬ１の接続部Ｊ１１よりも下流側を流通する過剰な原水Ｗ１は、接続部Ｊ１２からバイパスラインＬ６へ流通し、接続部Ｊ２２及び軟水ラインＬ２を介して、軟水Ｗ２の需要箇所へ一時的に供給される。

〔水処理プロセスＳＴ１〕
制御部５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１６は、図５のＳＴ１に示す開閉状態に設定される。その結果、原水ラインＬ１を流れる水道水、地下水、工業用水等の原水Ｗ１は、原水ラインＬ１を介して、圧力タンク本体２１の内部に供給され、頂部スクリーン２４１Ａから配液される。頂部スクリーン２４１Ａから配液された原水Ｗ１は、イオン交換樹脂床２１１を下降流で通過する。その過程において、原水Ｗ１の硬度成分は、ナトリウムイオン（又は、カリウムイオン）へ置換され、原水Ｗ１は軟水化される。

イオン交換樹脂床２１１を通過した処理水（軟水Ｗ２）は、圧力タンク２Ａの底部で底部スクリーン２４２Ａへ集液される。その後、軟水Ｗ２は、軟水ラインＬ２を介して、軟水Ｗ２の需要箇所へ供給される。そして、所定量の軟水Ｗ２を採取することにより、イオン交換樹脂床２１１が硬度成分を置換できなくなると、制御部５は、呼び水プロセスＳＴ２以降のプロセスを実施する。

〔呼び水プロセスＳＴ２〕
制御部５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１６は、図５のＳＴ２に示す開閉状態に設定される。その結果、原水ラインＬ１を流れる原水Ｗ１は、原水ラインＬ１から接続部Ｊ１２及びＪ１３を経て排水ラインＬ５を流通し、排水Ｗ５として排水ラインＬ５の開放末端部から外部に排出される。

〔再生プロセスＳＴ３〕
制御部５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１６は、図５のＳＴ３に示す開閉状態に設定される。その結果、塩水タンク４の内部に貯留された塩水Ｗ４は、塩水タンク４の液面と排水ラインＬ５の開放末端部との水頭圧差により、塩水ラインＬ４を介して流下する。同時に、原水タンク６の内部に貯留された原水Ｗ１は、原水タンク６の液面と排水ラインＬ５の開放末端部との水頭圧差により、希釈水ラインＬ３を介して流下する。各ラインを流下した塩水Ｗ４と原水Ｗ１とは、塩水ラインＬ４の接続部Ｊ４で混合され、所定濃度の塩水Ｗ４となる。この塩水Ｗ４は、塩水ラインＬ４を介して、圧力タンク２Ａの底部に配置された底部スクリーン２４２Ａから配液され、圧力タンク本体２１の内部を上昇流で通過する。その過程において、塩水Ｗ４は、イオン交換樹脂床２１１を再生する。使用済みの塩水Ｗ４は、圧力タンク２Ａの頂部に配置された頂部スクリーン２４１Ａで集液され、排水ラインＬ５を介して系外に排水される。この再生プロセスＳＴ３は、所定時間実行され、所定量の塩水Ｗ４を供給することにより完了する。

〔押出プロセスＳＴ４〕
制御部５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１６は、図５のＳＴ４に示す開閉状態に設定される。その結果、塩水Ｗ４が塩水ラインＬ４を介して流下しなくなり、原水タンク６の内部に貯留された原水Ｗ１のみが希釈水ラインＬ３及び塩水ラインＬ４を介して流下する。流下した原水Ｗ１は、圧力タンク２Ａの底部に配置された底部スクリーン２４２Ａから配水され、圧力タンク本体２１の内部を上昇流で通過する。その過程において、原水Ｗ１は、先行して供給された塩水Ｗ４を押し出しながら、引き続き、イオン交換樹脂床２１１を再生する。使用済みの塩水Ｗ４及び原水Ｗ１は、圧力タンク２の頂部に配置された頂部スクリーン２４１Ａで集水され、排水ラインＬ５を介して系外に排水される。この押出プロセスＳＴ４は、所定時間実行され、所定量の原水Ｗ１を供給して塩水Ｗ４を押し出すことにより完了する。

〔リンス・プロセスＳＴ５〕
制御部５からの指令信号により、プロセス制御バルブ３の各弁３１１〜３１６は、図５のＳＴ５に示す開閉状態に設定される。その結果、原水通水弁３１１、バイパス弁３１２及び第２排水弁３１６が開状態になる。原水通水弁３１１が開状態になると、原水ラインＬ１には、外部の原水供給源（不図示）から原水Ｗ１が圧送される。この原水Ｗ１は、原水ラインＬ１を介して、圧力タンク２Ａへ流通する。そして、原水Ｗ１は、圧力タンク２Ａの頂部に配置された頂部スクリーン２４１Ａから配水され、圧力タンク本体２１の内部を下降流で通過する。その過程において、原水Ｗ１は、イオン交換樹脂床２１１の内部に残留する塩水Ｗ４を洗い流しながら、イオン交換樹脂床２１１をリンスする。使用済みの原水Ｗ１は、圧力タンク２Ａの底部に配置された底部スクリーン２４２Ａで集水され、軟水ラインＬ２、接続部Ｊ２３、ドレンラインＬ９、接続部Ｊ５、排水ラインＬ５を介して系外に排水される。このリンス・プロセスＳＴ５は、フロースイッチ３２１による水流有りの積算検知時間が所定時間に達するまで実行され、所定量の原水Ｗ１を供給することにより完了する。

また、本実施形態においても、リンス・プロセスＳＴ５において、原水供給源から圧送された原水Ｗ１の一部は、原水ラインＬ１、接続部Ｊ１４、及び第２補水ラインＬ８を介して、塩水タンク４へ供給される。

このように、リンス・プロセスＳＴ５においては、外部の原水供給源から圧送された原水Ｗ１が圧力タンク２Ａへ流通する。従って、圧力タンク２Ａへの単位時間当たりの原水供給量は、押出プロセスＳＴ４の場合よりも大きくなる。このため、イオン交換樹脂床２１１の内部に残留する塩水Ｗ４は、速やかに洗い流される。制御部５は、リンス・プロセスＳＴ５が終了すると、プロセス制御バルブ３を水処理プロセスＳＴ１の状態に復帰させる。

なお、呼び水プロセスＳＴ２〜リンス・プロセスＳＴ５においては、バイパス弁３１２が開状態となっている。このため、ユーザが軟水Ｗ２の需要箇所で蛇口等を開くと、バイパスラインＬ６を介して原水Ｗ１が供給される。このように、第２実施形態の硬水軟化装置１においても、一連の再生作動の実行時において、ユーザに原水Ｗ１を供給することができる（原水供給状態）。

上述した第２実施形態の硬水軟化装置１Ａにおいても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した第１及び第２実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

例えば、第１及び第２実施形態の硬水軟化装置１では、塩水タンク４及び原水タンク６が、いずれも圧力タンク２（２Ａ）より上方に配置されているが、これに限定されない。塩水タンク４及び原水タンク６の液面と、排水ラインＬ５の開放末端部との高さ関係が、塩水タンク４及び原水タンク６の液面 ＞ 排水ラインＬ５の開放末端部の関係となるように設定されていればよく、例えば、塩水タンク４及び／又は原水タンク６を圧力タンク２（２Ａ）の側方に配置してもよい。
なお、第１フロート弁７４及び第２フロート弁７５で制御される両タンクの液面は、必ずしも同じレベルでなくてもよいが、希釈された塩水Ｗ４の濃度を一定に保つことが容易であることから、同一レベルで制御するように構成するのが望ましい。

更に、塩水タンク４及び原水タンク６を個別に備えるのではなく、原水タンク６を塩水タンク４と共用するように構成してもよい。この構成では、再生プロセスＳＴ３で塩水タンク４内に貯留された塩水Ｗ４を消費した後、ネット４３よりも下方で液面を制御しながら原水Ｗ１を貯留し（すなわち、塩と接触しないように塩水タンク４に原水Ｗ１を貯留し）、押出プロセスＳＴ４において、この原水Ｗ１を押出水として圧力タンク２（２Ａ）に供給する。

なお、この構成においては、再生プロセスＳＴ３の直前に、ネット４３よりも上方で液面を制御しながら原水Ｗ１を貯留し（すなわち、塩と接触するように塩水タンク４に原水Ｗ１を貯留し）する。そして、イオン交換樹脂床２１１の再生に適した濃度の塩水Ｗ４が調製された時点で、再生プロセスＳＴ３を開始するように操作する。

第１及び第２実施形態において、図１及び図４に示す各ラインやバルブ等の配置や接続は一例を示したものであり、図１及び図４の構成に限定されない。塩水タンク４と原水タンク６との間を、不図示のラインで接続した構成としてもよい。この場合には、原水タンク６から塩水タンク４のタンク領域４１に原水Ｗ１が補水される。

第１及び第２実施形態において、塩水タンク４には、液面制御手段としての第２フロート弁７５を設け、原水タンク６には、液面制御手段としての第１フロート弁７４を設けた例について説明した。液面制御手段は、これに限らず、例えばオーバーフローラインにより構成することもできる。

ここで、液面制御手段として、オーバーフローラインを設けた構成について、塩水タンク４を例に挙げて簡単に説明する（各部は不図示とする）。塩水タンク４のタンク領域４１を仕切り板により第１タンク領域（大室）と第２タンク領域（小室）とに分割する。第１タンク領域は、塩載置部４２の側に位置し、塩水Ｗ４が貯留される領域である。第２タンク領域は、第１タンク領域からオーバーフローした塩水Ｗ４が流れ込む領域である。第２タンク領域の底部に、オーバーフローラインの上流側を接続する。オーバーフローラインの下流側は、例えば、排水ラインＬ５に接続する。上記構成において、第１補水ラインＬ７から原水Ｗ１を補水した際に、第１タンク領域から溢れた塩水Ｗ４は、仕切り板の上部をオーバーフローして第２タンク領域に流れ込む。この塩水Ｗ４は、第２タンク領域の底部に接続されたオーバーフローラインから排水ラインＬ５へ排水される。上記構成によれば、仕切り板の高さを適宜に設定することにより、複雑な機構を設けることなく、塩水タンク４の液面を所定範囲に維持することができる。

原水タンク６の液面制御手段についても同様な構成とすることができる。この場合には、原水タンク６からオーバーフローした原水Ｗ１を、排水ラインＬ５から排水してもよく、或いは、塩水タンク４に補水するように構成してもよい。

また、液面制御手段として、液位検知電極と補水バルブとを組み合わせた構成とすることもできる。
ここで、液面制御手段として、液位検知電極と補水バルブとを組み合わせた構成について、塩水タンク４を例に挙げて簡単に説明する。液位検知電極は、塩水タンク４の所定高さの位置に検知電極を設け、塩水タンク４の底部に接地電極を設けて構成する。液位検知電極は、塩水Ｗ４の液面が検知電極の先端に接液したときに、検知電極〜接地電極間に電流が流れることを検知して、満水の検出信号を出力する。液位検知電極から出力された検出信号は、制御部５に送信される。また、塩水タンク４に対して、外部の原水供給源から原水Ｗ１を供給する補水ラインを設ける。更に、この補水ラインに補水バルブを設ける。補水バルブは、その駆動部が制御部５と電気的に接続され、弁の開閉は制御部５により制御される。

上記構成において、制御部５は、液位検知電極から検出信号を受信しない状態が所定時間継続した場合には、補水バルブを開状態として、塩水タンク４への原水Ｗ１の補水を開始する。一方、制御部５は、液位検知電極から検出信号を受信した場合には、補水バルブを閉状態として、塩水タンク４への原水Ｗ１の補水を停止する。補水バルブを開状態とするまでの所定時間は、再生プロセスＳＴ３中に、塩水Ｗ４の液面が検知電極の先端から所定高さ（例えば、３〜５ｍｍ）降下する時間に相当して設定される。上記のような制御を行なうことにより、塩水タンク４の液面を検知電極の先端近傍の所定範囲に維持することができる。原水タンク６の液面制御手段についても同様な構成とすることができる。

なお、上述した水位検知電極と補水バルブとを組み合わせた構成及び動作は一例を示したものであり、この例に限定されるものではない。

前述の第１及び第２実施形態では、本発明のイオン交換装置を硬水軟化装置に適用した例について説明したが、本発明の適用はこれに制限されない。例えば、硬水軟化装置におけるイオン交換樹脂のイオン交換樹脂を、陽イオン交換樹脂から陰イオン交換樹脂へ置換すれば、硝酸性窒素除去装置として使用することができる。

１，１Ａ 硬水軟化装置（イオン交換装置）
２，２Ａ 圧力タンク
３，３Ａ プロセス制御バルブ（バルブ手段）
４ 塩水タンク（液タンク）
５ 制御部（バルブ制御手段）
６ 原水タンク（液タンク）
２１１ イオン交換樹脂床
２４１，２４１Ａ 頂部スクリーン（頂部配液部、頂部集液部）
２４２，２４２Ａ 底部スクリーン（底部配液部、底部集液部）
７４ 第１フロート弁（液面制御手段）
７５ 第２フロート弁（液面制御手段）
Ｌ１ 原水ライン
Ｌ２ 軟水ライン
Ｌ３ 希釈水ライン（液供給ライン）
Ｌ４ 塩水ライン（液供給ライン）
Ｌ５ 排水ライン
Ｌ６ バイパスライン
Ｌ７ 第１補水ライン
Ｌ８ 第２補水ライン

Claims (4)

1. イオン交換樹脂床が収容される圧力タンクと、
   前記イオン交換樹脂床を再生する再生液及び／又は水が貯留される液タンクと、
   前記圧力タンクと前記液タンクとを接続する液供給ラインと、
   前記液タンクにおける液面を所定範囲に制御する液面制御手段と、
   接続端部及び大気に開放された開放末端部を有する排水ラインであって、前記接続端部において前記圧力タンクに接続され、前記液タンクから前記圧力タンクへ供給された再生液及び／又は水を前記開放末端部から排水として排出する排水ラインと、
   を備え、
   前記液タンクにおける液面と前記排水ラインにおける前記開放末端部との高さ関係が、前記液タンクにおける液面 ＞ 前記開放末端部の関係になるように設定されており、
   前記液タンクにおける液面と前記排水ラインにおける前記開放末端部との間の水頭圧差により、前記液タンクから前記圧力タンクへ再生液及び／又は水を供給すると共に、再生液及び／又は水を前記圧力タンクから前記排水ラインへ排出するように構成され、
   前記イオン交換樹脂床は、架橋度が１０〜１２％のイオン交換樹脂ビーズからなるイオン交換装置。
2. 前記イオン交換樹脂ビーズの粒径の均一係数は１．２以下である請求項１に記載のイオン交換装置。
3. 前記イオン交換樹脂床の頂部に設けられる頂部配液部と、
   前記イオン交換樹脂床の底部に設けられる底部配液部と、
   前記イオン交換樹脂床の頂部に設けられる頂部集液部と、
   前記イオン交換樹脂床の底部に設けられる底部集液部と、
   原水を前記底部配液部へ配液しながら、前記頂部集液部で集液することにより原水の上昇流を生成して、処理水を製造する水処理プロセスの水の流れ；及び、再生液を前記頂部配液部へ配液しながら、前記底部集液部で集液することにより再生液の下降流を生成して、前記イオン交換樹脂床を再生させる再生プロセスの再生液の流れを切り換え可能なバルブ手段と、
   前記水処理プロセス及び前記再生プロセスを順に切り換えるように、前記バルブ手段を制御するバルブ制御手段と、
   を更に備える請求項１又は２に記載のイオン交換装置。
4. 前記イオン交換樹脂床の頂部に設けられる頂部配液部と、
   前記イオン交換樹脂床の底部に設けられる底部配液部と、
   前記イオン交換樹脂床の頂部に設けられる頂部集液部と、
   前記イオン交換樹脂床の底部に設けられる底部集液部と、
   原水を前記頂部配液部へ配液しながら、前記底部集液部で集液することにより原水の下降流を生成して、処理水を製造する水処理プロセスの水の流れ；及び、再生液を前記底部配液部へ配液しながら、前記頂部集液部で集液することにより再生液の上昇流を生成して、前記イオン交換樹脂床を再生させる再生プロセスの再生液の流れを切り換え可能なバルブ手段と、
   前記水処理プロセス及び前記再生プロセスを順に切り換えるように、前記バルブ手段を制御するバルブ制御手段と、
   を更に備える請求項１又は２に記載のイオン交換装置。

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