JP2021181046A - イオン交換装置 - Google Patents
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- Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
Abstract
Description
またイオン交換装置は、工業用水を処理して純水を製造するのみならず、例えば、糖液の脱色や脱塩、塩水の精製など種々の分野において利用されている。
しかしながら、セラミックビーズは、イオン交換手段の再生後に洗浄を行う際に、洗浄性が良いとは言えない。また、セラミックビーズは、一般に高価であり、イオン交換装置の運転費用がより高額になりやすい。
本発明の目的は、セラミックビーズを使用しなくても、イオン交換樹脂を再生する際に、再生液の液流れが悪くなりにくいイオン交換装置を提供することである。
また、複数の案内部は、被処理液を通液する方向から見たときにハニカム構造をなすように配されるようにすることができる。この場合、処理液や再生液をより円滑に導くことができるとともに、案内部の製造がより容易になる。
さらに、充填部の内壁から内壁に隣接する案内部に、イオン交換手段に通液した被処理液を導く第2の案内部をさらに備えるようにすることができる。この場合、処理液や再生液をさらに円滑に導くことができる。
そして、固液分離部を配するための開口部が設けられるとともに、案内部を配するための板部をさらに備えるようにすることができる。この場合、分離した処理液を板部の下方で集液し、さらに外部に排出することができる。
また、固液分離部は、板部に配された状態で、案内部の底部となる位置に配されるようにすることができる。この場合、案内部により導かれた処理液を、より効率よく固液分離部に取り込むことができる。
さらに、固液分離部の底部からの高さは、案内部の底部からの高さより低いようにすることができる。この場合、案内部により導かれた処理液を、より効率よく固液分離部に取り込むことができる。
そして、一の案内部の底部となる位置に、一の固液分離部が配されるようにすることができる。この場合、処理液や再生液をさらに円滑に導くことができる。
ここで、再生液は、イオン交換手段に上向流にて通液するようにすることができる。この場合、イオン交換手段の再生処理の効率がより向上する。
図1は、本実施の形態のイオン交換装置1について説明した断面図である。
図1に示したイオン交換装置1は、全体としては、略円筒形状のカラムである。
イオン交換装置1は、イオン交換樹脂Iを充填する充填部10と、被処理液を導入するディストリビュータ20と、被処理液をイオン交換樹脂Iから分離するストレーナ30と、ストレーナに被処理液を集液するガイド部40と、ストレーナ30およびガイド部40を取り付ける目皿板50とを備える。また、図1では、本実施の形態のイオン交換装置1を構成するものではないが、イオン交換手段の一例としてイオン交換樹脂Iを併せて図示している。また、被処理液を通液する方向である通液方向を図示している。図示するように、本実施の形態では、被処理液は、下向流にて通液する。
上部鏡部11は、図示するように、下部が直胴部12の内部に通じる開口を有するとともに、上部に弧状に湾曲する膨らみを有し、充填部10の上部を塞ぐ。上部鏡部11は、被処理液を導入するための配管H1が挿入される。なお、図1では、配管H1は、上部から挿入されているが、側部から挿入するようにしてもよい。
直胴部12は、円筒形をなす部材である。イオン交換樹脂Iは、主に直胴部12の内部に充填される。
下部鏡部13は、図示するように、上部が直胴部12の内部に通じる開口を有するとともに、下部に弧状に湾曲する膨らみを有し、充填部10の下部を塞ぐ。イオン交換樹脂Iを通液後の処理液は、下部鏡部13の内壁を伝って下方向に移動する。そして下部鏡部13の下部に設けられた出口部13aに集められる。そして、処理液は、出口部13aから、配管H2によりイオン交換装置1の外部に排出することができる。
図2は、ストレーナ30の構造について示した断面図である。
ストレーナ30は、イオン交換樹脂Iと処理液とを分離する機能を有する上部頭部31と、処理液を排出する下部頭部33と、上部頭部31と下部頭部33とを接続する取り付け部32とからなる。
以上のような構造のストレーナ30を使用することで、直胴部12内で精製された処理液をイオン交換樹脂から分離して取り出すとともに、処理液を下部鏡部13の側に排出する処理を連続的に行うことができる。
ストレーナ30は、例えば、熱可塑性を有する樹脂等の材料からなり、射出成形等により製造することができる。またストレーナ30は、イオン交換樹脂Iと処理液とを均一かつより高速に分離できるという観点から、複数個取り付けられる。
図3は、ガイド部40の構造について示した斜視図である。また、図4(a)は、図3のIVa方向から見たときの図である。さらに、図4(b)は、図4(a)のIVb−IVb断面図であり、イオン交換樹脂Iに通液後の被処理液の液流れの状態について示した図である。
図4(b)に示すように、第1ガイド部41は、イオン交換樹脂Iに対し被処理液を通液する方向に行くに従い流路が狭くなる。そしてこれにより、液は、第1ガイド部41に沿って矢印方向に流れ、ストレーナ30に達する。つまり、第1ガイド部41は、ストレーナ30に向け、イオン交換樹脂Iに通液した被処理液を導く案内部として機能する。
そして、ストレーナ30の底部からの高さh1は、第1ガイド部41の底部からの高さh2より低い。これにより、第1ガイド部41により導かれた処理液を、より効率よくストレーナ30に取り込むことができる。
このうち、図5(a)〜(b)は、複数の第1ガイド部41が、平面充填となる場合を示し、図5(c)は、複数の第1ガイド部41が、平面充填とならない場合を示している。
図5(a)は、各第1ガイド部41を矩形とすることで、複数の第1ガイド部41同士が平面充填となる場合を示している。また、図5(b)は、各第1ガイド部41を三角形とすることで、複数の第1ガイド部41同士が平面充填となる場合を示している。複数の第1ガイド部41同士が平面充填となることで、各第1ガイド部41の間に隙間が生じない。これにより、処理液の流れによどみが生じるのを抑制しつつ流通させ、ストレーナ30に向け、導くことができる。なお、平面充填となるために使用する図形としては、同じ図形を使用する必要はなく、例えば、矩形と三角形との組み合わせなどであってもよい。ただし、処理液をより円滑に導くことができるとともに、製造の容易さの観点から、上述したハニカム構造とすることが好ましい。
つまり、再生液は、配管H2から出口部13aを経て、充填部10に入る。そして、ストレーナ30を通過し、イオン交換樹脂Iに上向流にて通液する。そして、イオン交換樹脂Iを通液後は、ディストリビュータ20の小孔に入り、配管H1から外部に排出される。
このとき、ストレーナ30は、イオン交換手段の再生を行う際に、イオン交換樹脂Iに再生液を導入する導入部として機能する。そして、ガイド部40は、ストレーナ30からイオン交換樹脂Iに向け、再生液を導く案内部として機能する。
再生液は、イオン交換樹脂が、陽イオン交換樹脂である場合は、例えば、塩酸や硫酸等の酸の水溶液を用いることができる。また、イオン交換樹脂が、陰イオン交換樹脂である場合は、例えば、水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液や水酸化カリウム(KOH)水溶液である。また炭酸ナトリウム(Na2CO3)水溶液やアンモニア(NH3)水溶液を用いる場合もある。
このうち、図6(a)は、本実施の形態のガイド部40を設けた場合の再生液の液流れの状態について示した図である。また、図6(b)は、ガイド部40を設けなかった場合の再生液の液流れの状態について示した図である。
図7(a)〜(b)は、実施例1で使用するイオン交換装置1の大きさおよび流量を説明した図である。また、図8(a)は、実施例1で使用した試験機のイオン交換装置1を示した図である。
このうち、図7(a)は、イオン交換装置1の実機について示した図であり、図7(b)は、実機に運転条件を合わせた試験機について示した図である。
図7(a)に示すように、実機のイオン交換装置1は、φ680mm×H10000mmの大きさを有する。一方、試験機のイオン交換装置1は、これと相似形とし、図7(b)に示すように、φ100mm×H425mmの大きさとした。
図8(b)は、比較例1で使用したイオン交換装置2について示した図である。図8(b)で示すイオン交換装置2は、図8(a)で使用した、実施例1のイオン交換装置1に対し、ガイド部40がないことを除き、他は、同様である。また、水洗時の条件についても実施例1と同様とした。
図8(c)は、比較例2で使用したイオン交換装置3について示した図である。図8(c)で示すイオン交換装置3は、図8(b)で使用した、比較例1のイオン交換装置2と同様である。ただし、イオン交換樹脂Iの下部に、1/8inchセラミックビーズCbを配置した。また、水洗時の条件については、実施例1と同様とした。
そして、水洗の際に、排出される水の電気伝導度が50μS/cmに達したときの通液量を、BV(Bed Volume)で評価した。BVは、イオン交換樹脂の体積の何倍量の水を通液したのかを表し、単位はL/L-Rである。
Claims (10)
- 被処理液をイオン交換処理し処理液とするイオン交換手段を充填する充填部と、
前記イオン交換手段に通液した被処理液と当該イオン交換手段とを分離する固液分離部と、
前記イオン交換手段に対し被処理液を通液する方向に行くに従い流路が狭くなり、前記固液分離部に向け、当該イオン交換手段に通液した被処理液を導く案内部と、
を備えるイオン交換装置。 - 前記案内部は、複数設けられ、
複数の前記案内部同士は、被処理液を通液する方向から見たときに平面充填になるように配されることを特徴とする請求項1に記載のイオン交換装置。 - 複数の前記案内部は、被処理液を通液する方向から見たときにハニカム構造をなすように配されることを特徴とする請求項2に記載のイオン交換装置。
- 前記充填部の内壁から当該内壁に隣接する前記案内部に、前記イオン交換手段に通液した被処理液を導く第2の案内部をさらに備えることを特徴とする請求項2または3に記載のイオン交換装置。
- 前記固液分離部を配するための開口部が設けられるとともに、前記案内部を配するための板部をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載のイオン交換装置。
- 前記固液分離部は、前記板部に配された状態で、前記案内部の底部となる位置に配されることを特徴とする請求項5に記載のイオン交換装置。
- 前記固液分離部の前記底部からの高さは、前記案内部の当該底部からの高さより低いことを特徴とする請求項6に記載のイオン交換装置。
- 一の前記案内部の前記底部となる位置に、一の前記固液分離部が配されることを特徴とする請求項6または7に記載のイオン交換装置。
- 被処理液をイオン交換処理し処理液とするイオン交換手段を充填する充填部と、
前記イオン交換手段の再生を行う際に、当該イオン交換手段に再生液を導入する導入部と、
前記イオン交換手段に再生液を通液する方向に行くに従い流路が広くなり、前記導入部から当該イオン交換手段に向け、再生液を導く案内部と、
を備えるイオン交換装置。 - 再生液は、前記イオン交換手段に上向流にて通液することを特徴とする請求項9に記載のイオン交換装置。
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