JP2013158708A - 水処理装置および水処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】陰イオン交換樹脂を充填し陰イオン交換樹脂に酸化性物質を含む被処理水を通水することで、被処理水を処理する陰イオン交換手段33等のイオン交換手段を備え、イオン交換手段で使用する陰イオン交換樹脂は、酸性荷電基を有する高分子電解質を付加したものであることを特徴とする水処理装置1。
【選択図】図1
Description
特許文献2には、(a)強塩基性第四級アンモニウムアニオン交換樹脂であって、アニオン交換樹脂は所定分子量の水溶性高分子電解質で前処理されており;及び(b)強酸性スルホン化カチオン交換樹脂であって、カチオン交換樹脂は所定分子量の水溶性カチオン高分子電解質で前処理されている;を含む非アグロメレーション性の、容易に分離可能な混床イオン交換系が開示されている。
即ち、本発明の目的は、被処理水中に酸化性物質が存在する場合でも、陰イオン交換樹脂の性状が変化しにくく、処理水の水質悪化等が生じにくい水処理装置等を提供することである。
図1は、本実施の形態の水処理装置について説明した図である。
図1に示す水処理装置1は、原水から不純物を除去し純水とする一次処理ユニット10と、純水からさらに不純物を除去して超純水とする二次処理ユニット20と、ユースポイントで使用するために超純水の最終的なポリッシングを行なう三次処理ユニット30とからなる。
本実施の形態では、陽イオン交換樹脂塔13、脱炭酸塔14、陰イオン交換樹脂塔15は、例えばこれらの塔から構成される2床3塔式純水製造装置(2B3T)である(2B:2Bed=陽イオン交換樹脂塔+陰イオン交換樹脂塔、3T:3Tower=2B+脱炭酸塔)。ただし陽イオン交換樹脂が充填された陽イオン樹脂交換塔、陰イオン交換樹脂が充填された陰イオン交換樹脂塔から構成される2床2塔式純水製造装置(2B2T)を代わりに使用してもよい。
なお本実施の形態において、UV酸化装置22の前段にオゾン(O3)や過酸化水素(H2O2)等の酸化助剤を添加してもよい。この場合、オゾンや過酸化水素に波長254nmの紫外線を照射することにより生成するヒドロキシルラジカル(OH・)により純水中の有機物を酸化分解することができる。そのためUV酸化装置22における有機物の分解をより促進することができる。そして酸化助剤を添加する場合、この工程は、紫外線照射工程の前に被処理水に酸化助剤を添加する酸化助剤添加工程として捉えることができる。
このように二次処理ユニット20において純水はさらに精製され、超純水を製造することができる。
そのため本実施の形態では、陰イオン交換樹脂に酸化劣化防止処理を施したものを使用する。そして酸化劣化防止処理として具体的には、陰イオン交換樹脂に、酸性荷電基を有する高分子電解質を付加する。これにより別途付帯設備を設ける必要がなく、被処理水中に含まれる酸化性物質により生じる陰イオン交換樹脂の酸化を抑制することができる。その結果、陰イオン交換樹脂の性能劣化を抑制することができる。
即ち、高分子電解質の重量平均分子量が、1,000より小さいと、高分子電解質が陰イオン交換樹脂の表面に留まりにくく、内部に拡散しやすくなる。この場合、高分子電解質を陰イオン交換樹脂の表面に適量吸着させるために付加量を多くすると、陰イオン交換樹脂の内部に拡散する高分子電解質がより多くなる。そのためイオン交換反応が阻害されやすくなる。
一方、高分子電解質の重量平均分子量が、500,000より大きいと、高分子電解質が必要以上に陰イオン交換樹脂の表面を覆い、そのため陰イオンが陰イオン交換樹脂の内部に拡散しにくくなる。そのためやはりイオン交換反応が阻害されやすくなる。
なお本実施の形態では、高分子電解質としてポリスチレンスルホン酸を使用した場合に、重量平均分子量が50,000程度のものを使用する。
高分子電解質の陰イオン交換樹脂への吸着量が、0.001mmol/L−Rより少ないと、陰イオン交換樹脂の酸化を抑制する作用が小さくなりすぎ、十分な酸化抑制効果が得られない。一方、陰イオン交換樹脂への吸着量が、0.2mmol/L−Rより多いと、陰イオン交換樹脂の脱塩性を損なうおそれがある。
図2は、陰イオン交換樹脂塔33の構造について説明した図である。
陰イオン交換樹脂塔33は、塔本体331と、被処理水を通水する際の入口配管である通水入口配管332と、被処理水を通水する際の出口配管である通水出口配管333と、通水出口配管333から分岐し後述する圧空を導入するための圧空入口配管334と、通水入口配管332から分岐し圧空を排出するための圧空出口配管335と、ポリスチレンスルホン酸を添加したり塔本体331内部の点検を行うためのマンホール336とを備える。そして更に陰イオン交換樹脂塔33は、通水入口配管332と圧空出口配管335とを切り替えるためのバルブ332a,335aと、通水出口配管333と圧空入口配管334とを切り替えるためのバルブ333a,334aとを備える。
図3は、陰イオン交換樹脂にポリスチレンスルホン酸を付加する手順の一例について説明したフローチャートである。
まず被処理水の通水を中止し、陰イオン交換樹脂が水中に浸漬する範囲内で水抜きを行って塔本体311に残留している被処理水Wの水面を下げる(ステップ101)。
(実施例1)
陰イオン交換樹脂として三菱化学株式会社製PA312LTを使用し、これに重量平均分子量50,000のポリスチレンスルホン酸(PSS)の付加を行った。具体的には、濃度0.005mmol/Lのポリスチレンスルホン酸水溶液に陰イオン交換樹脂を1h程度浸漬した後、上澄み液のポリスチレンスルホン酸濃度を測定して陰イオン交換樹脂のポリスチレンスルホン酸の吸着量を算出し、吸着量が0.04mmol/L−Rになるまでこの操作を繰返した。その後水洗を行った。
次にポリスチレンスルホン酸の付加を行った陰イオン交換樹脂を強制的に酸化させる酸化処理を行った。具体的には、1wt%の次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)溶液を2L(リットル)用意した。そしてこれを80℃に保持したまま、上述したポリスチレンスルホン酸の付加を行った陰イオン交換樹脂100mlを20h浸漬させた。
そしてこの酸化処理が終了した陰イオン交換樹脂をOH型にコンディショニングするため、20mmφのカラムに詰め、4wt%−NaOH溶液250mlをSV(空間速度)=3h−1で通液した。そしてその後、純水をSV=30h−1で30分間通液させて水洗を行った。さらに1.2wt%−NaOH溶液400mlをSV=3h−1で通液した後、純水100mlをSV=3h−1で通液してNaOHの押し出しを行った。
また20mmφカラムに充填した新品の陽イオン交換樹脂(三菱化学株式会社製UBKN1Uを使用)100mlに2.5wt%−HCl溶液を200mlをSV=3h−1で通液した後、純水100mlをSV=3h−1で通液してHClの押し出しを行った。
その後、これら陽イオン交換樹脂を充填したカラムと陰イオン交換樹脂を充填したカラムをこの順で直列に接続してSV=30h−1で純水水洗した。そして陰イオン交換樹脂を充填した樹脂カラム出口で抵抗率を測定した。
この試験により陰イオン交換樹脂を充填したカラムに投入したNaOHの水洗性、及び陽イオン交換樹脂を充填したカラムから陰イオン交換樹脂を充填したカラムに流入するClイオンの陰イオン交換樹脂における除去性能が確認出来る。陰イオン交換樹脂が酸化劣化を受けている場合、これらの水洗性や除去性能が悪化して、抵抗率の立ち上がりが悪化する。
実施例1に対して、陰イオン交換樹脂にポリスチレンスルホン酸の付加を行わなかったこと以外は、同様にして試験を行った。
実施例1と同様にして陰イオン交換樹脂にポリスチレンスルホン酸の付加と次亜塩素酸ナトリウムによる酸化処理を行った。そして陰イオン交換樹脂をOH型にコンディショニングした後、20mmφのカラムに詰めた。そして10μS/cmのNaCl溶液をSV=70h−1で、まず陽イオン交換装置に通液し、そして次に酸化処理を行った陰イオン交換樹脂を充填させたカラムに通液させた。つまりこれにより陽イオンであるNa+イオンがまず除去され、次に陰イオンであるCl−イオンが除去される。その後、陰イオン交換樹脂を詰めたカラム出口での処理水の抵抗率を測定した。なお本実施の形態では、陽イオン交換装置としては、陽イオン交換樹脂として三菱化学株式会社製UBKN1U100mlを20mmφのカラムに詰めたものを使用した。
この試験により陰イオン交換樹脂による陰イオンの除去性能を見ることができる。つまり酸化処理により陰イオン交換樹脂が劣化しているとCl−イオンが処理水中に残存し、抵抗率の値がより低くなる。
実施例2に対して、陰イオン交換樹脂にポリスチレンスルホン酸の付加を行わなかったこと以外は、同様にして試験を行った。
実施例1と比較例1を比較すると実施例1の方が抵抗率は高くなっている。また実施例2と比較例2を比較すると実施例2の方が抵抗率は高くなっている。つまりこれによりポリスチレンスルホン酸の付加を行った陰イオン交換樹脂の方が、付加を行わなかったものに対して酸化が生じにくく、陰イオン交換樹脂の性能劣化がより生じにくくなることがわかる。
Claims (8)
- 陰イオン交換樹脂を充填し当該陰イオン交換樹脂に酸化性物質を含む被処理水を通水することで、当該被処理水を処理するイオン交換手段を備え、
前記イオン交換手段で使用する前記陰イオン交換樹脂は、酸性荷電基を有する高分子電解質を付加したものであることを特徴とする水処理装置。 - 前記イオン交換手段の前段に前記被処理水に紫外線を照射することにより当該被処理水を処理する紫外線照射手段をさらに備え、
前記酸化性物質は、前記紫外線照射手段により発生する過酸化水素であることを特徴とする請求項1に記載の水処理装置。 - 前記高分子電解質は、ポリスチレンスルホン酸であることを特徴とする請求項1または2に記載の水処理装置。
- 前記イオン交換手段は、前記陰イオン交換樹脂を充填する単床式イオン交換装置であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の水処理装置。
- 被処理水に紫外線を照射することにより当該被処理水を処理する紫外線照射工程と、
前記紫外線照射工程により処理された前記被処理水を陰イオン交換樹脂に通水することで処理するイオン交換工程と、
を含み、
前記イオン交換工程で使用する前記陰イオン交換樹脂は、酸性荷電基を有する高分子電解質を付加したものであることを特徴とする水処理方法。 - 前記高分子電解質を付加する高分子電解質付加工程をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の水処理方法。
- 前記紫外線照射工程の前段に前記被処理水に酸化助剤を添加する酸化助剤添加工程を含むことを特徴とする請求項5または6に記載の水処理方法。
- 前記高分子電解質は、ポリスチレンスルホン酸であることを特徴とする請求項5乃至7の何れか1項に記載の水処理方法。
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