JP2017170419A5

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Publication number: JP2017170419A5
Application number: JP2016126861A
Authority: JP
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2036-03-18

Description

また本発明の装置は、集配水部材の遮水性の平板における設置バリエーションとして、平板の中心部から一定間隔離れた複数の同心円上に一定間隔毎に設置、平板上に縦横に一定間隔となるように設置することができる。また、集配水部材が円錐形状を有するときは平板のイオン交換樹脂層の側へ円錐形状にて突き出すように設置し、集配水部材が円筒形状を有するときは平板の表裏両面から突き出すように設置することができる。さらに集配水部材が円筒形状を有するときは、平板とイオン交換樹脂層の間に、粒状の不活性樹脂が充填されており、アニオン交換槽上部の集配水部材及びカチオン交換槽上部の集配水部材がそれぞれ不活性樹脂中に埋設された層を有する。

従来技術である、一つの塔に陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを仕切板を介して積層させた１塔式のイオン交換装置を示す概略的な断面図である。本発明の、塔上方にアニオン交換槽、下方にカチオン交換槽を備えたイオン交換装置を示す概略的な断面図であり、図２ａは集配水部材（ストレーナー）の形状が円錐形状による例、図２ｂは円筒形状による例である。本発明の、塔上方にカチオン交換槽、下方にアニオン交換槽を備えたイオン交換装置を示す概略的な断面図であり、図３ａは集配水部材（ストレーナー）の形状が円錐形状による例、図３ｂは円筒形状による例である。本発明のイオン交換装置を使用した原水（被処理水）のイオン交換処理時（図４ａ、図４ｃ）及び樹脂の再生時（図４ｂ、図４ｄ）の概略的な装置断面図であり、図４ａ及び図４ｂは集配水部材（ストレーナー）の形状が円錐形状による例、図４ｃ及び図４ｄは円筒形状による例である。円錐型集配水部材を平板に設置する組立前（図５ａ、５ｂ、ｃ−１、ｃ−２）と組立後（図５ｄ）を示す概略的な断面図であり、図５ｃ−１は図５ａの部材７ａの側面図を上方からみた図であり、図５ｃ−２は図５ａの部材７ａの拡大図である。円柱型集配水部材が平板に設置された状態の断面拡大図（図６ａ）であり、さらに上下の平板で囲まれた側の円柱型集配水部材が突出した部分を、イナート樹脂（不活性樹脂）で充填した状態の断面拡大図（図６ｂ）である。平板に集配水部材が設置された状態の概略図であって、集配水部材の設置位置のバリエーション（図７ａ〜ｃ）を示す概略図である。実施例１に係る本発明のイオン交換装置による純水の製造の結果を示す図であり、図中、黒ひし形（◆）は新品樹脂の結果を示し、横軸（Ｘ軸）は通水時間（分）、縦軸（Ｙ軸）はＴＯＣ濃度（単位はｐｐｂａｓＣ）を示す。実施例１に係る本発明のイオン交換装置に組み込んだストレーナー設置の影響を検討した結果を示す図であり、図示するように、従来のストレーナーと不活性（イナート）樹脂を組み合わせたもの（従来ストレーナー＋イナート樹脂と表示）、新規ストレーナーの結果を示し、横軸（Ｘ軸）は通水時間（時間）、縦軸（Ｙ軸）は比抵抗値（単位はＭΩ・ｃｍ）を示す。

また、上記態様ではアニオン交換槽（２）を上方に、カチオン交換槽（３）を下方に配置したイオン交換装置について説明しているが、図３には、本発明の装置の一例として、上方にカチオン交換樹脂を充填したカチオン交換槽（３）、下方にアニオン交換樹脂を充填したカチオン交換槽（２）を備えたイオン交換装置（１）の概略図を示す。図２の装置とはイオン交換槽の配置が異なっているものの、配管その他の態様は図２の装置に準じて理解することができる。
＜集配水部材＞
上記したように、集配水部材（７）を円錐形状のものを使用することで不活性樹脂（４）は不要とでき、アニオン交換槽（２）中の樹脂層の高さをカチオン交換槽（３）中の樹脂層の高さの１．５〜２．５倍程度、好ましくは２倍程度とするとよい。ただし、本発明において、集排水部材（７）として円錐形状のものを使用した場合であっても、不活性樹脂を用いた場合を排除するものではなく、下記の通り、必要に応じて不活性（イナート）樹脂を充填して使用すればよい。

集配水部材（７）が平板に設置される具体的態様としては、図５ｄに示すように円錐型集配水部材が平板に設置された状態（断面拡大図）に配置することを挙げることができる。
円錐型集配水部材は図５ａに示すように雄ネジ様の凸部を有した円錐形状の集配水部品と図５ｃに示すような凸部に嵌合できる雌ネジ様の凹部を有し、図５ｂのように平板の両側から両者を固定することができる。ここで、図５ａに示す雄ネジ様の凸部では、その内部が中空を有し、当該中空部分を原水あるいはNaOH、HClといった再生液が通過できる構造とするのがよい。

円錐型集配水部材を使用することで、（ｉ）原水の給排水時や再生液による再生時に大流量での処理が可能であり、（ｉｉ）再生液による樹脂再生後の再生廃液を速やかにイオン交換部より排水でき、（ｉｉｉ）複数の集配水部材を使用した場合でも、集配水部材間での原水や再生液の流速のバラツキは少なくなると考えられる。
（ｉ）の理由として、実際に原水あるいは再生液を集配水するのは、円錐形状の内の傾斜部分（傘形状部分）であるところ、比較的円錐形状の頂点と平板との距離が小さく、すなわち円錐形状の高さが低いため、頂点部分のみならず傾斜部分全体から集配水されることとなる。従って、集配水に関与する部分の面積が比較的大きくなるため、原水の通液や再生水の押出による圧力損失も比較的少なくてすむこととなる。このため、原水処理時や再生時の大流量であっても円滑に通液でき、大量処理、速やかな再生に適している。

（ｉｉ）の理由として、再生処理後に再生廃液が残存すればイオン交換樹脂が適正に働かなくなるため、速やかに再生廃液を輩出する必要がある。円錐形状の集配水部材の場合、比較的に円錐形状の頂点と平板との距離が小さく、すなわち円錐形状の高さが低いため、頂点部分のみならず傾斜部分全体から再生廃液が排水されることとなる。また円錐の裾野部分は平板に対し、概ね平面的に繋がっていることから、再生廃液が溜まるような構造となっていない。このため、再生廃液は速やかに排出され、短時間での再生が可能となり、効率的にイオン交換装置を稼働することが可能となる。

（ｉｉｉ）の理由として、上記（ｉ）に記載したように、円錐形状の集配水部材では原水の通液や再生水の押出による圧力損失も比較的少なくてすむため、円滑に通液でき、流速のバラツキは少なくなる。
集配水部材の平板への固定方法については特に制限はなく、上記の尾ネジと雌ネジによる固定のみならず、接着剤を使って固定してもよい。さらに、金属製などの材質によってはハンダ、溶接によって固定することもできる。固定化されたものが図５ｄに示す状態である。

また、図６ａに示すように円柱型集配水部材が平板に設置された状態（断面拡大図）に配置してもよい。この円柱型集配水部材を平板へ固定する方法は、上記の円錐型集配水部材の場合と同様である。この場合、図６ｂに示すように上下の平板で囲まれた側の円柱型集配水部材が突出した部分を、イナート樹脂（不活性樹脂）で充填した状態（断面拡大図）として配置するとよい。

具体的には、図７ｂに示すように遮水性の平板中心点を含み縦横に均等配置したり、図７ｃに示すように平板中心点を含み各列ごとにずらして斜め方向に均等配置したり、図７ｄに示すように平板中心点より一定の間隔を有した同心円上均等配置する、などの態様を例示することができる。
また集配水部材の形状にもよるが、平板のイオン交換樹脂層の側へ円錐形状にて突き出すように設置したり、集配水部材が円筒形状を有する場合には、平板の表裏両面から突き出すように設置するとよい。

また、アニオン交換槽（２）やカチオン交換槽（３）の側壁に、イオン交換装置（１）の保守管理のために、装置の外から装置内部の樹脂充填状況、運転状況などを観察できるように、透明な樹脂、ガラス等の透明材料を備えた窓や、内部に充填されている樹脂を交換するためのイオン交換樹脂の供給口および排出口を設置することが好ましい。窓、イオン交換樹脂の供給口および排出口の大きさ、形状および設置位置は適宜設計し適用すればよく、窓の透明材質も運転時、再生時等に支障がない強度を有しておればよい。さらに、イオン交換装置（１）の保守管理のために、アニオン交換槽（２）やカチオン交換槽（３）の側壁やこれらの交換部の間の塔体胴（８）およびアニオン交換槽（２）やカチオン交換槽（３）それぞれの上下にもうけた鏡板部にマンホールなどの人が出入りできる設備を設置することが好ましい。
＜イオン交換装置の使用方法＞
本発明のイオン交換装置（１）の運転において、原水（被処理水）をカチオン交換槽（３）に、線速度（LV）で５５ｍ／ｈｒ（時間）以上、通常は５５〜７５ｍ／ｈｒ（時間）で通水するとよい。このような大流量の原水を流しても、本発明のイオン交換装置では十分に処理できる。また同様に再生液を導入する場合にも、流速を早めることで再生時間を短縮し、原水処理の作業効率を向上させることができる。

その結果、下記図８に示すように、新品樹脂を使用した場合、本発明のイオン交換装置においては３０分以内にＴＯＣが３μｇ／Ｌ未満となった。
実施例２ストレーナー設置の影響
図２ａに示す装置に、図５で示される円錐形状の集配水部材または、図６で示される円筒形状の集配水部材を用い、実施例１と同じ条件でイオン交換樹脂に上記通水条件にて回収水を給水し、被処理水の比抵抗値を測定した。なお円筒形状の集配水部材を用いた場合は、図６ｂで示されるように、不活性樹脂層を設置した場合と設置しなかった場合の両方を実施した。

その結果、図９に示すように、円錐形状の集配水部材を設置した場合は、円筒形状の集配水部材（不活性樹脂層あり）よりも若干、比抵抗値の低下が遅くなり、すなわちイオン交換の処理容量が大きいことが分かる。一方、円筒形状の集配水部材（不活性樹脂層なし）の場合は、比抵抗値は早く低下した。このことは、イオン交換能力がある樹脂が円筒形状の集配水部材では有効に被処理水（回収水）と接触できず、みかけ上イオン交換能力を低下させてしまっていることと考えられる。

Claims

上方にアニオン交換樹脂が充填されたアニオン交換槽と、下方にカチオン交換樹脂が充填されたカチオン交換槽とを備えたイオン交換装置であって、
前記アニオン交換槽および前記カチオン交換槽の断面が略円形状であって、直径５００ｍｍ〜３０００ｍｍであり、
前記アニオン交換樹脂層の層高が５００ｍｍ〜２０００ｍｍ、前記カチオン交換樹脂層の層高が４００ｍｍ〜８００ｍｍ、前記アニオン交換樹脂層の層高はカチオン交換樹脂層の層高の１．５倍〜２．５倍、前記アニオン交換槽下端とカチオン交換槽上端との距離が５００ｍｍ〜１０００ｍｍであり、
前記アニオン交換槽及び前記カチオン交換槽は、各々独立して、上部と下部に備えられた外側に凸状である鏡板とイオン交換槽側部の支持体により外殻が構成され、かつ、上下二枚の平板により区画された上室、樹脂充填室及び下室を備えており、
前記アニオン交換槽及び前記カチオン交換槽の側壁に、透明材料を備えた窓と、イオン交換樹脂の供給口及び排出口とが設置されており、
前記アニオン交換槽及び前記カチオン交換槽の側壁、及び／又は、前記アニオン交換槽と前記カチオン交換槽の上下に設けた鏡板部に、人が出入りできる設備が設置されており、
前記アニオン交換槽と前記カチオン交換槽とは、これらのイオン交換槽の外側で連通手段により連通されており、
前記アニオン交換槽の上部に液を供給又は排出するための給排配管と前記カチオン交換槽の下部に液を供給又は排出するための給排配管とを備えており、
前記連通手段は、
前記アニオン交換槽の下部に液を給排するための第１の連通配管と、
前記カチオン交換槽の上部に液を給排するための第２の連通配管と、
前記第１の連通配管と前記第２の連通配管とを連通する第３の連通配管と、
前記第３の連通配管の開閉手段と、
前記第１の連通配管及び前記第２の連通配管にそれぞれ設けられた再生液の給排手段と、
を備え、
前記平板には、水は通すがイオン交換樹脂の通過を阻止する集配水部材が配置され、
前記アニオン交換槽上部の給排配管、前記第１の連通配管、前記第２の連通配管および前記カチオン交換槽下部の給排配管が、前記アニオン交換槽および前記カチオン交換槽のそれぞれの上部と下部に設けられた鏡板に連通している、
イオン交換装置。
上方にカチオン交換樹脂が充填されたカチオン交換槽と、下方にアニオン交換樹脂が充填されたアニオン交換槽とを備えたイオン交換装置であって、
前記アニオン交換槽および前記カチオン交換槽の断面が略円形状であって、直径５００ｍｍ〜３０００ｍｍであり、
前記アニオン交換樹脂層の層高が５００ｍｍ〜２０００ｍｍ、前記カチオン交換樹脂層の層高が４００ｍｍ〜８００ｍｍ、前記アニオン交換樹脂層の層高はカチオン交換樹脂層の層高の１．５倍〜２．５倍、前記アニオン交換槽下端とカチオン交換槽上端との距離が５００ｍｍ〜１０００ｍｍであり、
前記カチオン交換槽及び前記アニオン交換槽は、各々独立して、上部と下部に備えられた外側に凸状である鏡板とイオン交換槽側部の支持体により外殻が構成され、かつ、上下二枚の平板により区画された上室、樹脂充填室及び下室を備えており、
前記アニオン交換槽及び前記カチオン交換槽の側壁に、透明材料を備えた窓と、イオン交換樹脂の供給口及び排出口とが設置されており、
前記アニオン交換槽及び前記カチオン交換槽の側壁、及び／又は、前記アニオン交換槽と前記カチオン交換槽の上下に設けた鏡板部に、人が出入りできる設備が設置されており、
前記カチオン交換槽と前記アニオン交換槽とは、これらのイオン交換槽の外側で連通手段により連通されており、
前記カチオン交換槽の上部に液を供給又は排出するための給排配管と前記アニオン交換槽の下部に液を供給又は排出するための給排配管とを備えており、
前記連通手段は、
前記カチオン交換槽の下部に液を給排するための第１の連通配管と、
前記アニオン交換槽の上部に液を給排するための第２の連通配管と、
前記第１の連通配管と前記第２の連通配管とを連通する第３の連通配管と、
前記第３の連通配管の開閉手段と、
前記第１の連通配管及び前記第２の連通配管にそれぞれ設けられた再生液の給排手段と、
を備え、
前記平板には、水は通すがイオン交換樹脂の通過を阻止する集配水部材が配置され、
前記カチオン交換槽上部の給排配管、前記第１の連通配管、前記第２の連通配管および前記アニオン交換槽下部の給排配管が、前記カチオン交換槽および前記アニオン交換槽のそれぞれの上部と下部に設けられた鏡板に連通している、
イオン交換装置。
前記アニオン交換槽と前記カチオン交換槽との断面直径が同じ長さである、請求項１または請求項２記載のイオン交換装置。
原水をカチオン交換槽に、イオン交換樹脂を浮上させて処理するように、線速度（LV）５０ｍ／ｈｒ（時間）以上で通水する、請求項１〜３のいずれかに記載のイオン交換装置の使用方法。