JP2016203053A - イオン交換樹脂の再生方法および再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再生液の使用量を低減することができるイオン交換樹脂の再生方法および再生装置を提供する。
【解決手段】２価アニオン形のアニオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔７を用いて２価アニオンおよび１価アニオンを含む溶液から１価アニオンを吸着して精製する精製工程で用いたアニオン交換樹脂を再生するイオン交換樹脂の再生方法であって、２価アニオンを含む再生液を用いてアニオン交換樹脂を再生した際に生じる再生排液をナノろ過装置８に通液して、２価アニオンが濃縮された濃縮液を得る濃縮処理工程と、濃縮液の２価アニオンの濃度を濃度調整槽５で調整して濃度調整液を得る濃度調整工程と、濃度調整液を再生液として用いてイオン交換樹脂塔７のアニオン交換樹脂を再生する再生工程と、を含むイオン交換樹脂の再生方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオン交換樹脂の再生方法および再生装置に関する。

２価アニオンおよび１価アニオンを含む溶液から１価アニオンを除去して低減する方法として、イオン形が２価アニオンである強塩基性アニオン交換樹脂等のアニオン交換樹脂を用いる方法がある。この１価アニオンの除去に用いたイオン交換樹脂の再生には、通常、２価アニオンを主成分として含む再生液が用いられる。

この方法では、再生液の使用量が多くなり、再生液のコストが増大するという問題がある。また、再生液は塩濃度が高いため、高塩濃度の排液の量が多くなり、環境負荷や排水処理コストの増大につながる。

一方、２価アニオンおよび１価アニオンを含む溶液についてナノろ過膜（ＮＦ膜）により２価アニオンを濃縮し、１価アニオンを選択的に除去する方法が開示されている（非特許文献１参照）。

また、特許文献１には、電気透析の濃縮液を用いてイオン交換樹脂を再生する方法が記載されている。

特許文献２には、ナノろ過膜の透過水をアニオン交換樹脂の再生水として用いることが記載されている。

特許文献１のような電気透析装置は、負極、正極、複数のアニオン交換膜、複数のカチオン交換膜を備えるため、装置が複雑な構成となり、また、電気の使用量が大きくなる傾向にある。さらに、特許文献１の再生方法は、１価イオンの濃縮にのみ言及されており、２価イオンと１価イオンの分離性には言及されていない。さらに、ナノろ過膜濃縮液中に２価イオンが存在すると、イオン交換樹脂の再生効率が低下する懸念がある。

特許文献２の方法では、ナノろ過膜透過水中に幾分か残存する２価アニオンがアニオン交換樹脂に流入することにより再生効率が低下する問題がある。

特開平９−５１２７４３号公報 特開２０００−３０１００５号公報

Reverse osmosis of single and mixed electrolytes with charged membranes: Experiment and analysis, Journal of chemical engineering of JAPAN, Vol.24, No.4, 1991, pp.518-524

本発明の目的は、再生液の使用量を低減することができるイオン交換樹脂の再生方法および再生装置を提供することにある。

本発明は、２価アニオン形のアニオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔を用いて２価アニオンおよび１価アニオンを含む溶液から１価アニオンを吸着して精製する精製工程で用いたアニオン交換樹脂を再生するイオン交換樹脂の再生方法であって、２価アニオンを含む再生液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生した際に生じる再生排液をナノろ過膜に通液して、２価アニオンが濃縮された濃縮液を得る濃縮処理工程と、前記濃縮液の２価アニオンの濃度を調整して濃度調整液を得る濃度調整工程と、前記濃度調整液を再生液として用いて前記アニオン交換樹脂を再生する再生工程と、を含むイオン交換樹脂の再生方法である。

前記イオン交換樹脂の再生方法における前記再生工程において、前記濃度調整液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生した後、２価アニオンを含む新再生液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生することが好ましい。

前記イオン交換樹脂の再生方法において、前記新再生液を用いる再生における前記新再生液の通液量が、前記濃度調整液を用いる再生において脱着した１価アニオンに対する当量比で１．０〜２．０倍の範囲であることが好ましい。

前記イオン交換樹脂の再生方法において、前記新再生液の２価アニオンの濃度が、０．１〜１．０Ｎの範囲であり、前記新再生液のｐＨが、２〜１１の範囲であることが好ましい。

本発明は、２価アニオンおよび１価アニオンを含む溶液から１価アニオンを吸着して精製する精製工程で用いたアニオン交換樹脂を再生するイオン交換樹脂の再生装置であって、２価アニオン形の前記アニオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔と、２価アニオンを含む再生液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生した際に生じる再生排液をナノろ過膜に通液して、２価アニオンが濃縮された濃縮液を得る濃縮処理手段と、前記濃縮液の２価アニオンの濃度を調整して濃度調整液を得る濃度調整手段と、前記濃度調整液を再生液として用いて前記アニオン交換樹脂を再生する再生手段と、を備えるイオン交換樹脂の再生装置である。

前記イオン交換樹脂の再生装置において、前記再生手段は、前記濃度調整液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生した後、２価アニオンを含む新再生液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生するものであることが好ましい。

前記イオン交換樹脂の再生装置において、前記新再生液を用いる再生における前記新再生液の通液量が、前記濃度調整液を用いる再生において脱着した１価アニオンに対する当量比で１．０〜２．０倍の範囲であることが好ましい。

前記イオン交換樹脂の再生装置において、前記新再生液の２価アニオンの濃度が、０．１〜１．０Ｎの範囲であり、前記新再生液のｐＨが、２〜１１の範囲であることが好ましい。

本発明のイオン交換樹脂の再生方法および再生装置では、再生液の使用量を低減することができる。

本発明の実施形態に係るイオン交換樹脂の再生装置を有するイオン交換処理装置の一例を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係るイオン交換樹脂の再生装置を有するイオン交換処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。イオン交換処理装置１００は、精製手段としてイオン交換樹脂塔７と、濃縮処理手段としてナノろ過装置８とを備える。イオン交換樹脂塔７には、１価アニオンを吸着する２価アニオン形のアニオン交換樹脂が充填されている。ナノろ過装置８は、アニオン交換樹脂に吸着された１価アニオンを２価アニオンを含む再生液で再生したときの再生排液を回収し、２価アニオンを濃縮するためのナノろ過膜を備える装置である。

イオン交換処理装置１００は、さらに、原水槽１と、ポンプ９と、処理水槽６とを備える。原水槽１は、２価アニオンおよび１価アニオンを含む溶液を原水として貯留する槽である。ポンプ９は、原水槽１の原水をバルブ１４を介してイオン交換樹脂塔７の上部入口に送液するポンプである。処理水槽６は、イオン交換樹脂塔７で処理された処理水をバルブ１５，１６を介して回収して貯留する槽である。

イオン交換処理装置１００は、さらに、脱塩水貯槽３と、ポンプ１１と、再生新液貯槽４と、ポンプ１２と、再生排液貯槽２と、ポンプ１０と、濃度調整槽５と、ポンプ４１と、ポンプ１３とを備える。脱塩水貯槽３は、イオン交換樹脂塔７中の原水の押出処理および再生後の押出処理に使用する脱塩水を貯留する槽である。ポンプ１１は、脱塩水貯槽３内の脱塩水をバルブ１８を介してイオン交換樹脂塔７の上部入口に送液するポンプである。再生新液貯槽４は、イオン交換樹脂を再生する再生処理に使用する再生新液を貯留する槽である。ポンプ１２は、再生新液貯槽４内の再生新液をバルブ２１，１５を介してイオン交換樹脂塔７の下部入口に送液するポンプである。再生排液貯槽２は、再生処理にて発生した再生排液をバルブ１７を介して貯留する槽である。ポンプ１０は、再生排液貯槽２内の再生排液をナノろ過装置８の入口に送液するポンプである。濃度調整槽５は、ナノろ過装置８で濃縮された２価アニオンを含む濃縮液を貯留し、濃度調整するための槽である。ポンプ４１は、濃縮液を濃度調整槽５に送液するポンプである。ポンプ１３は、濃度調整槽５中の濃度調整液をバルブ２２，１５を介してイオン交換樹脂塔７の下部入口に送液するポンプである。

ポンプ１１は、脱塩水貯槽３内の脱塩水をバルブ１９，１５を介してイオン交換樹脂塔７の下部入口に送液するポンプ、濃縮液を濃度調整して２価アニオン濃度を調整するための脱塩水貯槽３内の脱塩水をバルブ２０を介して濃度調整槽５に送液するポンプとしても機能する。

イオン交換処理装置１００において、原水槽１の入口には、配管２３が接続され、原水槽１の出口とイオン交換樹脂塔７の上部入口とは、ポンプ９、バルブ１４を介して配管２４により接続されている。イオン交換樹脂塔７の処理水出口（下部出口）と処理水槽６の入口とは、バルブ１５，１６を介して配管２５により接続され、処理水槽６の出口には、配管３５が接続されている。

再生新液貯槽４の出口と、配管２５におけるバルブ１５とバルブ１６との間とは、ポンプ１２、バルブ２１を介して配管２６により接続されている。濃度調整槽５の出口と、配管２５における配管２６の接続点とバルブ１６との間とは、ポンプ１３、バルブ２２を介して配管３４により接続されている。配管２４におけるバルブ１４とイオン交換樹脂塔７の上部入口との間と、再生排液貯槽２の再生排液入口とは、バルブ１７を介して配管３０により接続されている。再生排液貯槽２の一方の出口とナノろ過装置８の入口とは、ポンプ１０、バルブ４３を介して、配管３１により接続されている。再生排液貯槽２の他方の出口と濃度調整槽５の濃縮液入口とは、ポンプ４１、バルブ４２を介して配管３３により接続されている。ナノろ過装置８の透過液出口には、配管３２が接続され、濃縮液出口と再生排液貯槽２の濃縮液入口とは、配管３６により接続されている。脱塩水貯槽３の出口と、配管２４におけるバルブ１４とイオン交換樹脂塔７の上部入口との間とは、ポンプ１１、バルブ１８を介して配管２７により接続されている。配管２７におけるポンプ１１とバルブ１８との間と、配管２６におけるポンプ１２と配管２５の接続点との間とは、バルブ１９を介して配管２８により接続されている。配管２７におけるポンプ１１と配管２８の接続点との間と、濃度調整槽５の脱塩水入口とは、バルブ２０を介して配管２９により接続されている。配管３０におけるバルブ１７と配管２４の接続点との間には、バルブ３８を介して配管３９が接続されている。配管２５におけるバルブ１６と配管３４の接続点との間には、バルブ３７を介して配管４０が接続されている。

まず、イオン交換処理装置１００における、イオン交換樹脂塔７による、２価アニオンおよび１価アニオンを含む原水の精製処理を説明する。

［精製工程］
２価アニオンおよび１価アニオンを含む原水は、配管２３を通して原水槽１に送液され、貯留される。バルブ１４，１５，１６が開状態とされ、ポンプ９が起動されて、精製工程が開始される。原水槽１中の原水が、配管２４を通してイオン交換樹脂塔７に例えば下向流で通液され、イオン交換樹脂塔７において原水中の１価アニオンが２価アニオン形のアニオン交換樹脂により吸着されて、原水から１価アニオンが除去、低減される。処理対象の原水中の２価アニオン以外のイオン濃度等に応じて処理量を決定し、規定量の処理が完了次第、開状態の全てのバルブ１４，１５，１６が閉状態とされ、ポンプ９が停止されて、精製工程が終了される。

本実施形態における処理方法では、２価アニオン、１価アニオンおよびそれらの対イオン（カチオン）を含む溶液を処理対象の原水とし、２価アニオン形のアニオン交換樹脂を用いたイオン交換処理によって、２価アニオン以外の塩類を除去、低減する。

２価アニオンとしては、例えば、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）等が挙げられる。１価アニオンとしては、塩化物イオン（Ｃｌ⁻）、硝酸イオン（ＮＯ_３ ⁻）、亜硝酸イオン（ＮＯ_２ ⁻）、炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）、臭化物イオン（Ｂｒ⁻）、ヨウ化物イオン（Ｉ⁻）、シアンイオン（ＣＮ⁻）等が挙げられる。１価アニオンとして塩化物イオンを含み、２価イオンとして硫酸イオンを含む場合に、本実施形態の処理方法（精製方法）および再生方法が特に好適に適用可能である。対イオンとしては、ナトリウムイオン、アンモニウムイオン、金属イオン等が挙げられる。

精製処理対象の２価アニオンおよび１価アニオンを含む原水は、例えば、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム、硫酸銅等の硫酸塩を主成分とし、上記１価アニオンを不純物として含む水溶液である。

原水中の除去対象とする１価アニオンの濃度は、２価アニオンの濃度（ｅｑ／Ｌ）に対して１０％以下の濃度（ｅｑ／Ｌ）であることが１価アニオンの低減効果が高いため好ましく、３％以下の濃度（ｅｑ／Ｌ）であることがより好ましい。

本実施形態において、原水中の２価アニオンの濃度は０．８Ｎ以上の濃度であることが好ましく、２．４Ｎ以上であることがより好ましい。

イオン交換樹脂は、硫酸形（ＳＯ_４ ^２−）等の２価アニオン形のアニオン交換樹脂であればよく、弱塩基性アニオン交換樹脂でも可能であるが、強塩基性アニオン交換樹脂が好ましい。この２価アニオン形のアニオン交換樹脂は、１価アニオンを選択的に吸着することができる。ここで用いられる強塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、ＡＭＢＥＲＪＥＴ ４４００Ｃｌ（ダウ・ケミカル社製）等が例示され、弱塩基性アニオン交換樹脂としては、ＡＭＢＥＲＬＩＴＥ ＩＲＡ９６ＳＢ（ダウ・ケミカル社製）等が例示されるが、これらの樹脂に限定されるものではない。アニオン交換樹脂の官能基は、硫酸や、硫酸ナトリウム等の硫酸塩の水溶液等を用いて硫酸形（ＳＯ_４ ^２−）等に変換すればよい。

精製処理により、処理水中の１価アニオンの濃度は、例えば、０．００６Ｎ以下にまで低減される。

次に、イオン交換処理装置１００における、イオン交換樹脂塔７のアニオン交換樹脂の再生処理を説明する。

［純水置換工程］
精製工程の実施後、バルブ１８，１５，３７が開状態とされ、ポンプ１１が起動されて、純水置換工程が開始される。脱塩水貯槽３から純水として脱塩水が、配管２７を通してイオン交換樹脂塔７に例えば下向流で通液され、配管２５，３７を通して排出される。これにより、イオン交換樹脂塔７内が脱塩水により置換される。規定量の処理が完了次第、開状態の全てのバルブ１８，１５，３７が閉状態とされ、ポンプ１１が停止されて、純水置換工程が終了される。純水置換工程は、原水中の２価アニオンと他の１価アニオンの濃度によっては実施せずに次の再生工程を行うことも可能である。

［再生工程］
純水置換工程の実施後、または精製工程の実施後、バルブ２２，１５，１７が開状態とされ、ポンプ１３が起動されて、再生工程が開始される。濃度調整槽５には、後述する濃度調整工程により濃度調整された２価アニオンを含む再生液が貯留されている。濃度調整槽５から２価アニオンを含む再生液が、配管３４，２５を通してイオン交換樹脂塔７に例えば上向流で通液され、イオン交換樹脂塔７のイオン交換樹脂が再生される。再生排液は、配管３０を通して再生排液貯槽２に貯留される。規定量の処理が完了次第、バルブ２２，１５，１７が閉状態とされ、ポンプ１３が停止されて、再生工程が終了される。再生排液中の２価アニオン濃度が希薄な場合は、バルブ１７が閉状態、バルブ３８が開状態とされて、配管３９を通して、再生排液が排出されてもよい。なお、再生工程において、濃度調整槽５、ポンプ１３等が再生手段として機能する。

再生工程において、アニオン交換樹脂を精製工程で使用可能な状態にするために使用する再生剤としては、硫酸の他に、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム等の硫酸塩等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。再生液は、それらの再生剤の水溶液等である。

［押出工程］
再生工程の実施後、バルブ１９，１５，１７が開状態とされ、ポンプ１１が起動されて、押出工程が開始される。脱塩水貯槽３から脱塩水が、配管２７，２８，２６，２５を通して、イオン交換樹脂塔７に例えば上向流で通液され、イオン交換樹脂塔７内の原水が脱塩水で押し出され、再生排液貯槽２に送液される。規定量の処理が完了次第、バルブ１９，１５，１７が閉状態とされ、ポンプ１１が停止されて、押出工程が終了される。押出液中の２価アニオン濃度が希薄な場合は、バルブ１７が閉状態、バルブ３８が開状態とされて、配管３９を通して、押出液が排出されてもよい。

［洗浄工程］
押出工程の実施後、バルブ１９，１５，３８が開状態とされ、ポンプ１１が起動されて、洗浄工程が開始される。脱塩水貯槽３から脱塩水が、配管２７，２８，２６，２５を通して、イオン交換樹脂塔７に例えば上向流で通液され、イオン交換樹脂塔７内が脱塩水で洗浄され、洗浄排液は、配管２４，３９を通して排出される。規定量の処理が完了次第、バルブ１９，１５，３８が閉状態とされ、ポンプ１１が停止されて、洗浄工程が終了される。なお、洗浄工程は、原水中の２価アニオンと他の１価アニオンの濃度によっては実施せずに次の精製工程を行うことも可能である。

［濃縮処理工程］
再生排液貯槽２に規定量の再生排液が貯留された時点で、バルブ４３が開状態とされ、ポンプ１０が起動されて、濃縮処理工程が開始される。再生排液貯槽２の再生排液が、配管３１を通してナノろ過装置８に送液され、ナノろ過装置８において、ナノろ過膜により２価アニオンが濃縮され、濃縮液が得られる。濃縮液が配管３６を通して再生排液貯槽２に戻されながら、透過液が配管３２を通して排出される。規定量の処理が完了次第、バルブ４３が閉状態とされ、ポンプ１０が停止されて、濃縮処理工程が終了される。その後、バルブ４２が開状態とされ、ポンプ４１が起動されて、再生排液貯槽２中の濃縮液が配管３３を通して濃度調整槽５に送液される。

［濃度調整工程］
濃度調整槽５に規定量の濃縮液が貯留された時点で、バルブ２０が開状態とされ、ポンプ１１が起動されて、濃度調整工程が開始される。脱塩水貯槽３の脱塩水が、配管２７，２９を通して、濃度調整槽５に送液される。濃度調整槽５において、濃縮液に脱塩水および図示しない２価アニオン添加手段により２価アニオンが添加されて、２価アニオン濃度が規定の濃度に調整される。規定量の処理が完了次第、バルブ２０が閉状態とされ、ポンプ１１が停止されて、濃度調整工程が終了される。濃度調整された濃度調整液は、次回以降の再生工程において、２価アニオンを含む再生液として使用される。なお、濃度調整工程において、濃度調整槽５、脱塩水貯槽３、ポンプ１１、図示しない２価アニオン添加手段等が濃度調整手段として機能する。

ここで説明した精製処理および再生処理では、上述の精製工程、純水置換工程、再生工程、濃縮処理工程、濃度調整工程、押出工程、洗浄工程を１サイクルとして運転を行えばよい。原水中の２価アニオンと他の１価アニオンの濃度によっては、純水置換工程や洗浄工程を実施せずに次の再生工程や精製工程を行うことも可能である。イオン交換処理装置１００の運転の初期には、再生液として、再生新液を用いる再生により得られた再生排液を濃度調整した濃度調整液、または、別のイオン交換処理装置によって得られた再生排液を濃度調整した濃度調整液を用いればよく、以降は、上記濃度調整工程により濃度調整された濃度調整液を、再生工程において再生液として使用すればよい。

本発明者らは、ナノろ過膜を用いて再生排水中の２価アニオンを濃縮し、１価アニオンを低減した濃縮液を、２価アニオン濃度を調整した後、再生液として用いることにより、２価アニオンを含む再生新液のみを用いて再生する場合に比べて、再生液の使用量を低減することができることを見出した。

イオン交換樹脂の再生工程において、イオン交換樹脂塔７への再生液の通液方向を精製工程におけるイオン交換樹脂塔７への原水の通液方向に対して向流にすることにより、より再生率が向上し、処理水濃度を低くすることができる。

ナノろ過膜（ＮＦ膜）は、操作圧力０．３〜１．５ＭＰａの評価条件の下で、塩化ナトリウム阻止率が５％以上９３％未満の膜を指す。ナノろ過膜により、再生排液中の２価アニオンを濃縮し、１価アニオンを選択的に除去、低減することができる。ナノろ過膜としては、例えば、ＮＦ−２４５（ダウ・ケミカル社製）スパイラルエレメント（有効膜面積７．６ｍ^２）、ＮＴＲ−７４５０ＨＧ−Ｓ４（Ｎｉｔｔｏ社製、有効膜面積６．５ｍ^２）スパイラルエレメント、ＮＴＲ−７２５０ＨＧ−Ｓ４（Ｎｉｔｔｏ社製、有効膜面積６．５ｍ^２）スパイラルエレメント等が例示されるが、これらの膜種に限定されるものではない。

ナノろ過装置８におけるナノろ過膜の透過流束は０．１〜１．５ｍ／ｄの範囲が好ましく、０．２〜０．５ｍ／ｄの範囲がより好ましい。ナノろ過膜の透過流束が０．１ｍ／ｄ未満では、必要なナノろ過膜の数が多くなり、設備の肥大化につながる場合があり、１．５ｍ／ｄを超えると、１価アニオンと２価アニオンの分離効率が低下し、再生液としての濃度を満たせなくなる場合がある。

再生工程において、濃度調整液を用いてアニオン交換樹脂を再生した後、２価アニオンを含む新再生液を用いてアニオン交換樹脂を再生することが好ましい。例えば、純水置換工程の実施後、または精製工程の実施後、まず１段目の再生として、バルブ２２，１５，１７が開状態とされ、ポンプ１３が起動されて、第１再生工程が開始される。濃度調整槽５から２価アニオンを含む濃度調整液が再生液として、配管３４，２５を通してイオン交換樹脂塔７に例えば上向流で通液され、イオン交換樹脂塔７のイオン交換樹脂が再生される。再生排液は、配管３０を通して再生排液貯槽２に貯留される。規定量の処理が完了次第、バルブ２２，１５，１７が閉状態とされ、ポンプ１３が停止されて、第１再生工程が終了される。次に、次に２段目の再生として、バルブ２１，１５，１７が開状態とされ、ポンプ１２が起動されて、第２再生工程が開始される。再生新液貯槽４から２価アニオンを含む再生新液が、配管２６，２５を通してイオン交換樹脂塔７に例えば上向流で通液され、イオン交換樹脂塔７のイオン交換樹脂が再生される。再生排液は、配管３０を通して再生排液貯槽２に貯留される。規定量の処理が完了次第、バルブ２１，１５，１７が閉状態とされ、ポンプ１２が停止されて、第２再生工程が終了される。第１再生工程または第２再生工程において、再生排液中の２価アニオン濃度が希薄な場合は、バルブ１７が閉状態、バルブ３８が開状態とされて、配管３９を通して、再生排液が排出されてもよい。

本発明者らは、ナノろ過膜を用いて再生排液中の２価アニオンを濃縮し、１価アニオンを低減した液を再生液としてイオン交換樹脂塔に通液して再生した（第１再生工程）のち、２価アニオンを含む再生新液を用いて再生する（第２再生工程）２段の再生により、新たに使用する新再生液の使用量が同一として、濃縮液を濃度調整した濃度調整液のみを再生液として用いた場合よりも、イオン交換樹脂の再生率が上昇することを見出した。

ナノろ過膜を用いて２価アニオンを濃縮し、１価アニオンを低減して、２価アニオン主体となった濃縮液に対して、１価アニオン排除分２価アニオンを再生レベル（ここでは単位樹脂量当りの２価アニオン当量）が合うように追加し、２価アニオン濃度を所定値になるよう濃度調整した濃度透析液のみを再生液として再利用する方法では、濃縮液中に１価アニオンがある量残留するため、その分再生率が低下し、次のサイクルでの１価アニオン除去性能（除去率）が低下すると考えられる。

なお、「新再生液」とは、新たに調製して使用する、２価アニオンを含む再生液のことを意味する。なお、再生工程において、濃度調整槽５、ポンプ１３、再生新液貯槽４、ポンプ１２等が再生手段として機能する。

ナノろ過膜の一般的な耐性および浸透圧、アニオン交換樹脂の再生率等を考慮すれば、２価アニオンの塩を含む新再生液の２価アニオンの濃度は０．１〜１．０Ｎの範囲であることが好ましく、０．１〜０．５Ｎの範囲であることがより好ましい。新再生液のｐＨは、２〜１１の範囲であることが好ましく、４〜７の範囲であることがより好ましい。２価アニオンの濃度が０．１Ｎより小さいと、再生率が低下する場合があり、１．０Ｎより大きいと、ナノろ過膜の浸透圧が高くなり、濃縮効率が低下する場合がある。新再生液のｐＨが２〜１１の範囲外であると、ナノろ過膜の寿命が低下する場合がある。

新再生液の量は、新再生液を用いる再生における新再生液の通液量が、濃度調整液を再生液として用いる再生において脱着した１価アニオンに対する当量比で１．０〜２．０倍の範囲であることが好ましく、１．０〜１．５倍の範囲であることがより好ましい。この通液量が１．０倍未満であると、再生率が低下する場合があり、２．０倍を超えると、薬品コストが増大して、経済性が損なわれる場合がある。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１に示したイオン交換処理装置１００と同様の装置を試験装置として製作し、上記の発明の実施の形態に記載した通りに精製工程、純水置換工程、再生工程、濃縮処理工程、濃度調整工程、押出工程、洗浄工程を１サイクルとして各工程を進行させた。採用した試験条件は以下の通りである。

［試験条件］
（１）強塩基性アニオン交換樹脂
強塩基性アニオン交換樹脂として商品名「アンバージェット４４００Ｃｌ」（ダウ・ケミカル社製、総交換容量１．４ｅｑ／Ｌ−Ｒ（樹脂））を、硫酸ナトリウム水溶液を用いてイオン形を硫酸形（ＳＯ_４ ^２−）にした。硫酸形の樹脂を体積で４００ｍＬ使用し、このアニオン交換樹脂を樹脂性カラムに充填した。樹脂性カラムは円筒形状のものであり、その内直径は２５．３ｍｍ、長さは１０００ｍｍのものを用いた。
（２）原水液質
原水として高濃度硫酸塩溶液を用いた。用いた高濃度硫酸塩溶液の液質は、２価アニオンとして硫酸イオン、１価アニオンとして塩化物イオン、炭酸水素イオンを含み、硫酸イオン濃度を１２５０００ｍｇ／Ｌ、塩化物イオン濃度を３０００ｍｇ／Ｌ、炭酸水素イオンを炭素換算で４００ｍｇＣ／Ｌ、ｐＨを８．３とした。
（３）通水ＳＶ（流量）
精製工程および純水置換工程の流量は、３／ｈｒ（１．２Ｌ／ｈｒ）とした。
（４）精製工程通液量
精製工程は、通液量を４ＢＶ（Ｌ／Ｌ−樹脂）／サイクルと設定して試験を行った。
（５）純水置換工程通水量
純水置換工程は、通水量を１．５ＢＶ／サイクルと設定して実験を行った。
（６）再生条件
再生工程では、１段目の再生液として、予めナノろ過膜（下記参照）を用いて回収し、純水により濃度調整して濃度を調整した０．３Ｎ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）水溶液を使用した。２段目の再生液として新品の０．３Ｎ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）水溶液（ｐＨ６．５）を使用した（新再生液）。再生レベルは、１段目の再生と２段目の再生とを合わせて２４５ｇＮａ_２ＳＯ_４（３．４５ｅｑ）／Ｌ−樹脂とした。再生液の流量、および純水による押出（押出工程）および洗浄（洗浄工程）の流量は、それぞれ５ＢＶ／時間とし、押出時間および洗浄時間を計７５分とした。１段目の再生液に関し、再生排液貯槽には１段目の再生開始後０．０ＢＶ〜押出工程開始後２．０ＢＶまでの液（計１３．５Ｌ／Ｌ−樹脂）を回収した。イオン交換樹脂塔における再生液の通液方向は、精製工程の原水の通液方向に対して向流とした。新再生液の通液量は、濃度調整液を用いる再生において脱着した１価アニオンに対する当量比で１．５倍とした。
（７）濃縮処理工程
濃縮処理工程では、ナノろ過膜（ＮＦ膜）として、ＮＦ−２４５（ダウ・ケミカル社製）スパイラルエレメント（有効膜面積７．６ｍ^２）を用いた。上記再生工程における再生排液を被処理液とし、それをナノろ過膜に通液し、得られた濃縮液を再生排液貯槽内に戻す、バッチ濃縮方式運転を実施した。透過液４５容積％（６．１Ｌ／Ｌ−樹脂）を系外に排出し、再生排液貯槽内に濃縮液５５容積％（７．４Ｌ／Ｌ−Ｒ）を得 た。得られた濃縮液を濃度調整槽に移した。ナノろ過膜の透過流束は、０．２５ｍ／ｄとした。その後、濃度調整槽で硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）濃度として０．３Ｎとなるよう調整し、１段目再生液として使用した。

上記運転を３サイクル繰り返したときのアニオン交換樹脂による処理水の塩化物イオン濃度は、２００ｍｇ／Ｌ、再生率（Ｃｌ脱着量／Ｃｌ吸着量）は８５％であった。また、ナノろ過膜の被処理液（再生排液）の塩化物イオン濃度は、８３０ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン濃度は、１１１００ｍｇ／Ｌ、ナトリウムイオン濃度は、５８００ｍｇ／Ｌ、得られた濃縮液の塩化物イオン濃度は、３２０ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン濃度は、２００００ｍｇ／Ｌ、ナトリウムイオン濃度は、９８００ｍｇ／Ｌであった。この濃縮液に純水を添加して、１段目用再生液として、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）濃度として０．３Ｎとなるよう調整したときの塩化物イオン濃度は、２３０ｐｐｍ、再生剤量は、２１９ｇＮａ_２ＳＯ_４（３．０８ｅｑ）／Ｌ−Ｒ（樹脂）となった。したがって、２段目の再生レベルは、２６ｇＮａ_２ＳＯ_４（０．３７ｅｑ）／Ｌ−樹脂となった。これは脱着した塩化物イオン当量（再生排液（ナノろ過膜被処理液）塩化物イオン当量−再生液塩化物イオン当量）＝０．２５ｅｑ／Ｌ−Ｒ）の１．５倍にあたる。

なお、処理水、再生排液、濃縮液、濃度調整液中の硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）、塩化物イオン（Ｃｌ⁻）の濃度は、イオンクロマト装置（メトローム社製、Ｃｏｍｐａｃｔ ＩＣ ７６１型）を用いて、炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）の濃度は、酸標準液による滴定法により測定した。

＜実施例２＞
実施例１における１段目の再生液と２段目の再生液を混合した濃度調製した液（塩化物イオン濃度２０６ｐｐｍ）を再生液として用い、再生工程を１段通液とした以外は実施例１と同様にして高濃度硫酸塩溶液から１価アニオンの除去を実施し、再生を行った。

上記運転を３サイクル繰り返したときのアニオン交換樹脂による処理水の塩化物イオン濃度は、３６０ｍｇ／Ｌ、再生率（Ｃｌ脱着量／Ｃｌ吸着量）は８０％であった。また、ナノろ過膜の被処理液（再生排液）の塩化物イオン濃度は、７８０ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン濃度は、１１２００ｍｇ／Ｌ、ナトリウムイオン濃度は、５８００ｍｇ／Ｌ、得られた濃縮液の塩化物イオン濃度は、３１０ｍｇ／Ｌ、硫酸イオン濃度は、２０１００ｍｇ／Ｌ、ナトリウムイオン濃度は、９８００ｍｇ／Ｌであった。この濃縮液に純水を添加して、１段目用再生液として、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）濃度として０．３Ｎとなるよう調整したときの塩化物イオン濃度は、２２０ｐｐｍ、再生剤量は、２２０ｇＮａ_２ＳＯ_４（３．１０ｅｑ）／Ｌ−Ｒ（樹脂）となった。したがって、２段目の再生レベルは、２５ｇＮａ_２ＳＯ_４（０．３５ｅｑ）／Ｌ−樹脂となった。これは脱着した塩化物イオン当量（再生排液（ナノろ過膜被処理液）塩化物イオン当量−再生液塩化物イオン当量）＝０．２３ｅｑ／Ｌ−Ｒ）の１．５倍にあたる。

＜比較例１＞
再生液として新品の０．３Ｎ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）水溶液（ｐＨ６．５）のみを使用した。再生レベルは、１４２ｇＮａ_２ＳＯ_４（２．０ｅｑ）／Ｌ−樹脂とした。その他濃縮処理工程を行わない以外は、実施例２と同様にして高濃度硫酸塩溶液から１価アニオンの除去を実施し、再生を行った。

上記運転を３サイクル繰り返したときのアニオン交換樹脂による処理水の塩化物イオン濃度は、３６０ｍｇ／Ｌ、再生率（Ｃｌ脱着量／Ｃｌ吸着量）は８０％となった。実施例２と同様の性能であったが、２サイクル目以降の新品の硫酸ナトリウム水溶液の使用量が約５．７倍となり、再生液の薬品使用量が多くなった。

アニオン交換樹脂による処理水の塩化物イオン濃度と再生率の結果について、表１にまとめた。

このように、実施例の再生方法により、再生液の使用量を低減することができた。これは、排液水量の低減につながる。再生液の使用量を低減しつつ、高再生率や１価アニオンの高除去率を確保できた。また、実施例１のように濃縮液を再生液としてイオン交換樹脂塔に通液して再生した（第１再生工程）のち、２価アニオンを含む再生新液を用いて再生する（第２再生工程）２段の再生により、新たに使用する新再生液の使用量が同一として、実施例２のように濃縮液を濃度調整した濃度調整液のみを再生液として用いた場合よりも、イオン交換樹脂の再生率が上昇した。

１ 原水槽、２ 再生排液貯槽、３ 脱塩水貯槽、４ 再生新液貯槽、５ 濃度調整槽、６ 処理水槽、７ イオン交換樹脂塔、８ ナノろ過装置、９，１０，１１，１２，１３，４１ ポンプ、１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，３７，３８，４２，４３ バルブ、２３、２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３９，４０ 配管、１００ イオン交換処理装置。

Claims (8)

1. ２価アニオン形のアニオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔を用いて２価アニオンおよび１価アニオンを含む溶液から１価アニオンを吸着して精製する精製工程で用いたアニオン交換樹脂を再生するイオン交換樹脂の再生方法であって、
   ２価アニオンを含む再生液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生した際に生じる再生排液をナノろ過膜に通液して、２価アニオンが濃縮された濃縮液を得る濃縮処理工程と、
   前記濃縮液の２価アニオンの濃度を調整して濃度調整液を得る濃度調整工程と、
   前記濃度調整液を再生液として用いて前記アニオン交換樹脂を再生する再生工程と、
   を含むことを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。
2. 請求項１に記載のイオン交換樹脂の再生方法であって、
   前記再生工程において、前記濃度調整液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生した後、２価アニオンを含む新再生液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生することを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。
3. 請求項２に記載のイオン交換樹脂の再生方法であって、
   前記新再生液を用いる再生における前記新再生液の通液量が、前記濃度調整液を用いる再生において脱着した１価アニオンに対する当量比で１．０〜２．０倍の範囲であることを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。
4. 請求項２または３に記載のイオン交換樹脂の再生方法であって、
   前記新再生液の２価アニオンの濃度が、０．１〜１．０Ｎの範囲であり、前記新再生液のｐＨが、２〜１１の範囲であることを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。
5. ２価アニオンおよび１価アニオンを含む溶液から１価アニオンを吸着して精製する精製工程で用いたアニオン交換樹脂を再生するイオン交換樹脂の再生装置であって、
   ２価アニオン形の前記アニオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔と、
   ２価アニオンを含む再生液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生した際に生じる再生排液をナノろ過膜に通液して、２価アニオンが濃縮された濃縮液を得る濃縮処理手段と、
   前記濃縮液の２価アニオンの濃度を調整して濃度調整液を得る濃度調整手段と、
   前記濃度調整液を再生液として用いて前記アニオン交換樹脂を再生する再生手段と、
   を備えることを特徴とするイオン交換樹脂の再生装置。
6. 請求項５に記載のイオン交換樹脂の再生装置であって、
   前記再生手段は、前記濃度調整液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生した後、２価アニオンを含む新再生液を用いて前記アニオン交換樹脂を再生するものであることを特徴とするイオン交換樹脂の再生装置。
7. 請求項６に記載のイオン交換樹脂の再生装置であって、
   前記新再生液を用いる再生における前記新再生液の通液量が、前記濃度調整液を用いる再生において脱着した１価アニオンに対する当量比で１．０〜２．０倍の範囲であることを特徴とするイオン交換樹脂の再生装置。
8. 請求項６または７に記載のイオン交換樹脂の再生装置であって、
   前記新再生液の２価アニオンの濃度が、０．１〜１．０Ｎの範囲であり、前記新再生液のｐＨが、２〜１１の範囲であることを特徴とするイオン交換樹脂の再生装置。

Images