JP3162615B2 - 向流式イオン交換塔の再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水は通すがイオン
交換樹脂は通さない中間隔壁を塔中間部付近に設け、塔
を弱型イオン交換樹脂を充填した上部室と強型イオン交
換樹脂を充填した下部室の２室に分けた、下降流通水・
上昇流通薬を行う向流式イオン交換塔の再生方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】最近のイオン交換装置は再生剤が節約で
き、且つ良好な処理水質が得られることから向流式が採
用されることが多い。純水装置の場合、原水水質によっ
ては、強酸性カチオン交換樹脂（以下強型カチオン樹脂
と称す）と弱酸性カチオン交換樹脂（以下弱型カチオン
樹脂と称す）、又同様に強塩基性アニオン交換樹脂（以
下強型アニオン樹脂と称す）と弱塩基性アニオン交換樹
脂（以下弱型アニオン樹脂と称す）とをたくみに組合
せ、通水を弱型から強型へと行い、再生を強型から弱型
に行うことによって、単一の樹脂を用いる場合に比べ、
更に再生剤が節約できる。

【０００３】向流式には下降流通水・上昇流通薬を行う
ものと、上昇流通水・下降流通薬を行うものにわけられ
る。何れの方式においても向流式の特長を発揮するには
上昇流の工程中、即ち下降流通水・上昇流通薬方式にお
いては通薬時に、上昇流通水・下降流通薬方式において
は通水時に、イオン交換樹脂を固定層に維持する必要が
ある。上昇流通水・下降流通薬方式は、通水の中断によ
り固定層が、すなわちイオン交換帯が乱れ、処理水質が
悪化し易い。また、通水中にイオン交換樹脂に蓄積した
懸濁物質の排出に、逆洗のための樹脂の移送工程等に特
別の操作が必要である。一方、下降流通水・上昇流通薬
方式では通水の中断による水質悪化は生じないため、採
水時にＯＮ−ＯＦＦ運転が自由にできるメリットがあ
る。また、弱型イオン交換樹脂、及び強型イオン交換樹
脂を使用した複層床では、弱型イオン交換樹脂の方が比
重が小さく、上昇流通水・下降流再生方式では樹脂塔内
部を物理的に仕切らないと複層床を適用できないのに対
し、下降流通水・上昇流通薬では物理的な仕切（中間隔
壁）が無くても、比重差により２層に分離できる特徴が
ある。

【０００４】しかし、下降流通水、上昇流通薬方式を物
理的仕切（中間隔壁）無しで、実施する場合、下記の問
題点がある。 （１）カチオン塔は、〔弱型カチオン樹脂＋強型カチオ
ン樹脂〕、アニオン塔は、〔弱型アニオン樹脂＋強型ア
ニオン樹脂〕の組合せで使用することになる。弱型と強
型の比重の差は再生形ではかなりあるため再生形での分
離は可能である。 ＜各樹脂の比重例＞ 弱型カチオン樹脂 ： １．１３〜１．１８ 強型カチオン樹脂 ： １．２５〜１．３０ 弱型アニオン樹脂 ： １．０４ 強型アニオン樹脂 ： １．０８〜１．１０

【０００５】しかし、塩形、あるいは弱型アニオン樹脂
が有機物を吸着すると比重差がほとんどなくなり、弱型
と強型の混合が進み、ついには処理水質不良、採水量が
とれない等の問題が生じる。この対策として、下記の方
法が提案されている。 従来の粒径分布の広い樹脂にかわって粒径分布のせ
まい樹脂（均一粒径が好ましい）を用い、かつ強型イオ
ン樹脂は粒径が大きく、弱型イオン樹脂は粒径が小さい
ものを採用し、分離を良くする。 再生は一般的には図２の如く、弱型イオン交換樹脂
８の上部に中間集水管２６を配して、中間集水管下部の
樹脂を塔上部から弁２７を開として、加圧水又は加圧空
気を導入して固定層とし、上昇流で通薬していく。そし
て、再生廃液排出弁２５を開として再生廃液を排出して
いく。

【０００６】（２）イオン交換樹脂は再生剤に接触する
と収縮する傾向が有り、特に上昇流通薬時に弱型イオン
交換樹脂では著しい。この収縮現象は主に弱型イオン交
換樹脂が再生されやすいため、イオン形が塩形から再生
形（Ｒ−Ｈ、Ｒ−ＯＨ）に、急激に変換するためであ
る。塩形と再生形の体積変化の例を表１に示す。

【表１】

【０００７】強型イオン交換樹脂は塩形では小さく、再
生形では体積を増す。反対に弱型イオン交換樹脂では再
生形で小さく塩形になると体積を増す。すなわち再生
時、強型イオン交換樹脂では再生液による若干の収縮、
又、再生されにくい性質を加味しても一般的に再生後は
再生前の４〜１０％程度は膨潤する方向にある。しか
し、弱型イオン交換樹脂では、再生されやすいため、塩
形から再生形へほぼ１００％近く変換するため通水する
原水のイオン構成によっても異なるが、その体積は一般
に再生後は再生前の約２０〜３０％体積が減少してしま
う。

【０００８】一方、採水時は弱型イオン交換樹脂は再生
形から塩形へ変換していくため、その体積は膨潤してい
き、樹脂層の圧密化が生じやすい。強型イオン交換樹脂
は反対に体積収縮方向となるため、圧密化は生じにくい
と言ってよい。以上に述べた如く、弱型イオン交換樹脂
のイオン形の変化が再生時に大きく、かつ急激に生ずる
ため、弱型と強型の分離界面付近では空隙ができやすく
なり、樹脂の一部が流動化し、再生剤の不均一分散（チ
ャネリング）の危険が増してくる。そして処理水質の悪
化を招くことが多い。

【０００９】（３）（２）で述べた問題点を解決するた
め、従来いろいろの工夫がされてきた。イオン交換樹脂
の収縮による流動化を防止し、再生剤の均一分散を達成
するため、 通薬途中で通薬を中断し、収縮したイオ
ン交換樹脂を沈静させてから通薬を再開することを何回
か繰り返す方法、 低濃度の再生剤を低流速で通薬す
ることにより、収縮の影響を軽減する方法、 上部か
ら導入する加圧水、又は空気量を増す方法が提案されて
いる。これらの方法によって、イオン交換樹脂層の流動
化は一応防止できている。しかし、再生操作の複雑化に
よる再生時間の延長、再生廃液量の増加、装置そのもの
の複雑化、再生コストの増加、等の不利益が生じてい
る。

【００１０】（４）図２に示すように、中間集水管２６
を設置したものでは、中間集水管２６上部の非有効樹脂
２８は毎回逆洗しており、中間集水管２６下部の樹脂は
通常の再生時は逆洗しない。しかし、この状態で運転を
つづけると懸濁物質の蓄積、及び樹脂粒子の圧密化が生
じるので通常〔再生−採水〕７〜２０回に１回程度の割
合で下部からイオン交換樹脂全層を逆洗している。全層
を逆洗した場合にはイオン交換帯が乱れるため、通常再
生の２〜２．５倍の再生剤量が必要となる。そして、弱
型イオン交換樹脂を大部分再生した条件で逆洗分離し、
初期の弱型と強型が十分に分離した条件に戻す必要があ
る。

【００１１】（５）しかし前述の如く、（再生−採水）
の工程が進むにつれて、特に塔径が大きい程、弱型と強
型の混合が進み、通薬時のチャンネリング、処理水質の
悪化、採水量の不足を生じることが多い。これを避ける
ため、設計当初から混合することを考慮して必要量の２
０〜３０％増しの樹脂を充填しておくことも多い。すな
わち、このような方式は塔径が大きくなる程不適となり
採用できないのが実状である。 （６）中間集水管２６が樹脂層内にあるため、採水時の
圧力損失等による繰り返し荷重によって破損事故の生ず
ることもある。

【００１２】（７）塔内に中間隔壁を設ける方法は、上
昇流通水・下降流通薬を行う向流式イオン交換塔におい
て実用化されている。この方式において、図３に示す如
く、基本的に塔は中間隔壁２を２つ設けて、塔を３室に
分割する。下部室２１は弱型イオン交換樹脂８が充填さ
れ、中間室２９、及び上部室２２は強型イオン交換樹脂
５が充填されている。そして、３室とも不活性樹脂３０
を有している。下部室２１の弱型イオン交換樹脂８は、
ある程度流動層条件で利用され、懸濁物質の蓄積は少な
い。中間室２９もある程度の流動層条件で通水するた
め、フリーボード３３を有している。上部室２２は、強
型イオン交換樹脂５が充満充填されて固定層となってい
る。上部室２２を逆洗しようとする時は、同一の樹脂が
入っている中間室２９のフリーボード３３に樹脂を移送
し、逆洗用のフリーボードを確保して逆洗する。

【００１３】そして、逆洗終了後再び樹脂を中間室２９
から上部室２２へ再移送し、充満状態とする。このよう
な塔の設計条件、運転条件では下記のデメリットが生じ
ている。 ａ）塔内構造が複雑である。 ｂ）塔高が高くなる。 ｃ）上部室と中間室を樹脂が移送、再移送されるため再
生にその分、時間を要する。この方式の逆洗時の再生時
間は通常５〜６時間である。又、樹脂移送に伴う配管、
弁も必要であり、樹脂の摩耗も生じやすい。 ｄ）中間隔壁として用いる、０．２〜０．５ｍｍスリッ
ト付ノズルが懸濁物質等によってつまり易い。以上、述
べた如く、上昇流通水、下降流通薬方式は再生効率はよ
いが装置が複雑で、かつ維持管理上のデメリットが多
い。一方、下降流通水、上昇流通薬方式において、中間
隔壁なしで弱型と強型のイオン交換樹脂を同一塔内で使
用することは、現状では塔径が大きくなる程安定した運
転を達成することは、かなり困難であることが明白にな
ってきた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、下降流通水
・上昇流通薬方式を改良し、前記の問題点、即ち再生時
間の延長、再生廃液量の増加、弱型と強型イオン交換樹
脂の混合、通薬時の諸問題、及び装置・再生操作の複雑
化等を解決し、シンプルでコンパクトなイオン交換塔を
用いて短時間に再生でき、かつ安定した運転のできる向
流式イオン交換塔の再生方法を提供することを目的す
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、イオン交換塔を、中間部付近に水は通
すがイオン交換樹脂は通さない中間隔壁を設けて下部室
と上部室の２室に分け、下部室には強型イオン交換樹
脂、上部室には弱型イオン交換樹脂を充填し、下部室の
フリーボードを２〜１５％、上部室のフリーボードを１
０〜３０％で下部室より大きくし、更に各々のフリーボ
ードの上部に比重１．０以下の不活性樹脂を充填した、
下降流通水、上昇流通薬の向流式イオン交換塔の再生方
法において、下記（ａ）〜（ｅ）の工程を順次行い樹脂
を再生することとしたものである。 （ａ）塔下部に設けた下部集水装置からの高流速逆洗に
よりイオン交換樹脂の大部分を不活性樹脂に押しつけ、
通水時に蓄積した懸濁物質を不活性樹脂を経由して塔上
部に設けた上部集水装置から排出すると共に、イオン交
換樹脂の固定層を形成する高流速逆洗工程、（ｂ）高流
速逆洗工程より低速で且つ、（ａ）で形成された固定層
を維持するに必要な流速で再生剤を下部集水装置から上
昇流で通薬する通薬工程、（ｃ）大部分の前記固定層を
維持できる流速で下部集水装置から処理水を上昇流で通
水し、残留する再生剤を有効に利用する押出工程、
（ｄ）中間隔壁の下から原水又は処理水を低流速で導入
し、上部室のみを逆洗する低流速逆洗工程、（ｅ）上部
集水装置から下降流で通水して、洗浄する洗浄工程。

【００１６】前記再生方法において、（ｄ）の低流速逆
洗工程後に再度、懸濁物質を上部集水装置から排出する
ため、前記（ａ）の高流速逆洗工程を下部集水装置、又
は中間隔壁の直ぐ下から行う。ついで、上部集水装置か
ら水を導入し、下部集水装置の洗浄排水弁を開として、
水の下降流を用いて、形成された固定層を塔下部に移動
させる樹脂移動工程を実施してもよい。また、前記
（ｄ）の低流速逆洗工程において、下部集水装置に接続
する洗浄排水弁を開として短時間、原水又は処理水を強
型イオン交換樹脂に通水して、固定層となっている強型
イオン交換樹脂を塔下部に移動させてもよい。また、本
発明においては、採水終了後、懸濁物質の捕捉、又は圧
密化のため圧力損失の増大した弱型イオン交換樹脂の充
填されている上部室のみを中間隔壁の直ぐ下から原水又
は処理水を導入し、低流速逆洗を行い、弱型イオン交換
樹脂をほぐす工程を行い、次いで前記した再生方法を行
うこともできる。この場合、前記（ｃ）の押出工程後に
高流速逆洗工程を行うが、懸濁物質が少ない場合はこの
高流速逆洗工程を省いてもよい。このように、本発明に
おいては、中間隔壁を設け、弱型イオン交換樹脂を上部
室に、強型イオン交換樹脂を下部室に充填し、両樹脂の
混合する条件を全くなくした塔構造として、本発明の好
適な再生工程を適用することによって従来法の諸問題を
解決している。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施態様例を図
１によって詳細に説明する。本発明ではイオン交換塔の
上下に集水装置３，４を設け、イオン交換塔１の中間部
付近に水は通すがイオン交換樹脂５，８は通さない中間
隔壁２を設け、下部室２１と上部室２２の２室に分け
る。下部室２１には、下部集水装置４の上部に強型イオ
ン交換樹脂５を充填し、その上に若干のフリーボード６
を介して強型イオン交換樹脂５より大粒径で、かつ強型
イオン交換樹脂を保持できる大きさで比重１．０以下の
不活性樹脂７を１００〜４００ｍｍ充填する。上部室２
２も同様に中間隔壁２の上部に弱型イオン交換樹脂８、
若干のフリーボード９を介して不活性樹脂１０を充填す
る。上下の集水装置３，４はノズル付きの多孔板方式で
も、又は多孔管方式でもかまわない。中間隔壁２は０．
５ｍｍ程度のスリットを有するノズル付多孔板、又は材
質としてＳＵＳ３１６等のフラットなスクリーンでもよ
い。

【００１８】上部集水装置３には原水流入弁１１、再生
廃水排出弁１２、下部集水装置４には処理水流出弁１
３、逆洗水流入弁１４、再生剤兼押出水流入弁１５、洗
浄排水弁１６が接続し、又空気抜弁２３も塔頂部に設け
られている。又、イオン交換塔壁には、イオン交換樹脂
量、不活性樹脂量を調整できるように手動ボール弁１
７、弁１８、弁１９、弁２０が設けられている。サイト
グラス、マンホール等は適宜適切なところに設けられ
る。サイトグラスは少なくとも弁１７、弁１８、弁１
９、弁２０で樹脂面を調整できる位置に設ける。又マン
ホールは好ましくは塔頂部、塔最下部、下部室２１、上
部室２２の樹脂面近くに設けるのが好ましい。従来の中
間集水管を持つタイプの向流式は、図２に示すように通
常７５〜１００％の逆洗用フリーボード３３を持つ必要
がある。樹脂を充満充填するタイプの向流式ではフリー
ボードはもたないが、別に逆洗塔を有する必要があるこ
と等、従来の向流式では、装置構成、配管及び運転方式
が複雑となっている。又、塔内の容積はフリーボードが
大きい分、有効に活用されていない。

【００１９】本発明で用いるイオン交換塔においては、
中間隔壁２を要するがフリーボード６，９が従来より、
はるかに小さくでき、不活性樹脂７，１０を加えても塔
内の容積は有効に活用されて、塔高が低くなり、コンパ
クトなものとなっている。本発明の構成において重要な
のは、フリーボード６及び９をいくらにするかである。
本発明において、下部室２１の強型イオン交換樹脂５を
充填するフリーボード６は実験の結果、強型カチオン樹
脂、強型アニオン樹脂ともに、各樹脂の最大膨潤時すな
わち再生形充填時の２〜１５％とする。好ましくは２〜
８％程度と小さくてよい。このフリーボード６を最大膨
潤した時より小さくとってしまうと最も膨潤した時、す
なわち２〜３倍量の再生を行い、再生形が増した時や、
再生形の樹脂を使用し、交換補給する場合に不都合が生
じる２〜１５％の余裕があると維持管理しやすく、かつ
樹脂の膨潤圧が万一にも塔自体にかからないようにし、
塔自体の破壊及び樹脂自体の破砕の危険を避けることが
できるのである。

【００２０】本発明においては押出終了後、上部室の低
流速逆洗時の初期に１〜３分間の短時間、洗浄排水弁１
６を開として不活性樹脂７に押しつけられていた強型イ
オン交換樹脂５の固定層をイオン交換帯の乱れを小さく
するべく、原水又は処理水を用いて、下降流によって、
下部室２１の下方に移動させてしまう。この移動距離が
短い程、すなわちフリーボード６の割合が小さい程、イ
オン交換帯の乱れは小さい。本発明の如く、強型イオン
交換樹脂５を強制的に下方に移動させないで樹脂を自由
沈降させると、フリーボードが大きい程、又、塔径が大
きい程イオン交換帯の乱れは大きく処理水質の悪化、採
水量不足の危険が増して、運転の安定性に欠けることに
なる。このように強制的に強型イオン交換樹脂５を移動
させると通薬工程、押出工程で膨潤した分、樹脂の圧密
化（圧力損失の増大につながる）が解消しない心配があ
る。しかし、実験の結果、実用的な塔径の大きい、５０
０φ以上の場合、充填層高Ｌと塔径Ｄの比Ｌ／Ｄが２〜
３以下であれば、押出工程終了時において、樹脂の膨潤
による圧密化は、全く生じないことがわかった。

【００２１】これは下記の理由によると思われる。本発
明で実施する高流速逆洗工程で形成された固定層を維持
する程度の低流速で通薬工程、押出工程を実施するた
め、この強型イオン交換樹脂の膨潤分の体積は、樹脂が
下方に落下する力も作用することによって、塔の横方向
でなく下方に向かっていくため膨潤圧は開放されていく
ものと考えられる。前述した強型イオン交換樹脂５のフ
リーボード６の好ましい値、２〜８％は実用上、樹脂再
生後の再生形が多く、塩形の少ない条件下においても、
押出工程終了時等において弁の故障等により水が停止
し、樹脂が自由落下し、下部室にゆるやかに充填された
場合でも余裕をもった値であり、故障の点検、強型イオ
ン交換樹脂５、不活性樹脂７等のレベル点検及び交換補
給しやすい条件の値である。本発明の上部室２２には弱
型イオン交換樹脂８が充填される。最も問題となるのは
原水が最初に流入するカチオン塔の弱型イオン交換樹脂
８のフリーボード９をいくらにするかである。

【００２２】弱型カチオン樹脂の体積変化は樹脂の種類
や、負荷イオン形によってかなり異なっている。 ＜イオン形の体積変化例＞ Ｒ−Ｈ → Ｒ−Ｃａ ： ＋ ５〜＋１５％ Ｒ−Ｈ → Ｒ−Ｎａ ： ＋４０〜＋５５％ それ故、原水のイオン構成も考慮して、そのフリーボー
ドをきめる必要がある。弱型カチオン樹脂８は、原水の
硬度（Ｃａ＋Ｍｇ）がＭ−アルカリ度より大きい場合、
採水終了時のイオン形は大部分〔Ｒ−Ｃａ＋Ｒ−Ｍｇ〕
となり、一部にＲ−Ｎａ、及び再生形（Ｒ−Ｈ）がふく
まれる。又、原水の硬度がＭ−アルカリ度より小さい場
合、原水の硬度分はすべてＲ−Ｃａ、Ｒ−Ｍｇになる
が、〔Ｍアルカリ度−硬度〕分に相当するＮａＨＣＯ₃
もイオン交換するため、Ｒ−Ｎａもかなり生成する。こ
の場合、原水のイオン組成及び１サイクルの各々のイオ
ンの負荷量によって、Ｒ−Ｃａ、Ｒ−Ｍｇ、Ｒ−Ｎａ、
未利用のＲ−Ｈの生成量がきまる。

【００２３】それ故、弱型カチオン樹脂８のフリーボー
ド９は１サイクルの採水終了時の圧密をなくした条件で
の原水水質に対応する平均膨潤体積を基準とし、それに
水質変動すなわち採水終了時の負荷イオン形、各イオン
形の生成量を考慮して採水終了後の平均膨潤体積よりも
若干、大きくした値を基準最大膨潤体積とする。このよ
うにして、きめた基準最大膨潤体積の１０〜３０％、好
ましくは１０〜２０％を実際のフリーボード９とする。
そして１サイクルの採水終了時の樹脂レベルをチェック
し、前記の如き１０〜２０％のフリーボード９が確保さ
れていることを定期的に確認することが重要である。そ
して、本発明においては、広い対応力を持つように毎サ
イクル上部室を逆洗し、弱型カチオン樹脂８に捕捉した
懸濁物質、あるいは樹脂自体の圧密化を解消するように
している。例えば濁度として０．５〜３度程度が流入し
たり、２５〜４５ｍ／ｈの高流速採水を行う場合、イオ
ン形は再生形から原水のイオン組成に応じて一定の塩形
に変換するため、膨潤する方向となり、圧密化しやす
い。そのことによって、流入する懸濁物質は表層より４
００〜６００ｍｍ程度まで入り込むが、それ以上に深く
入り込む量は極くわずかであることがわかっている。し
たがって、下部室２１の強型カチオン樹脂５まで入り込
む量は極くわずかである。

【００２４】採水終了後、上部室２２の弱型カチオン樹
脂８を毎サイクル逆洗し、捕捉した懸濁物質を排出し、
圧密化を解消することは、安定した運転を行う上で、必
要不可欠であると言ってもよい。この逆洗を本発明では
通薬、押出工程終了後の弱型カチオン樹脂８を再生形と
し、体積を最も小さくした条件、すなわちフリーボード
９を最も大きくした条件で実施するのである。この時の
フリーボード９の割合は例えば表２の如くである。

【表２】

【００２５】このように再生形になった場合はかなり、
フリーボードに余裕があり、水温、樹脂の種類、イオン
形の割合にもよるが、ＬＶ５〜１０ｍ／ｈの低流速逆洗
工程を５〜１５分間行い、圧密化の解消、懸濁物質の排
出を行う。逆洗水は原水又は処理水を用い中間隔壁２の
直ぐ下に設けた逆洗水導入管３４の低流速逆洗弁２４を
開として行う。塔径が小さい場合は逆洗水導入管３４を
設けず、直接塔壁に接続した配管に設けた低流速逆洗弁
２４を開として行ってもよい。そして、すべて弁を閉と
した沈静工程を行った後、原水流入弁１１、洗浄排水弁
１６を開として洗浄工程を行う。この低流速逆洗工程に
よって、充分懸濁物質が排出できない時は、更にその
後、再生廃水排出弁１２、低流速逆洗弁２４を開とし
て、水量を増してＬＶ１６〜２６ｍ／ｈ以上の上部室の
みの高流速逆洗工程を２〜３分間行ってもよい。

【００２６】又は、塔下部の集水装置４から、逆洗水流
入弁１４を開として行ってもよい。この場合は、逆洗水
として処理水を使用する。この塔下部から高流速逆洗工
程を行うことは強型カチオン樹脂５、不活性樹脂７に蓄
積した懸濁物質、あるいはこれら樹脂の破砕したものの
排出に役立つ。再生時間は若干長くなるが、運転は更に
安定したものとなる。こうした上部室２２、下部室２１
ともに高流速逆洗工程を行った時はその後、原水流入弁
１１、洗浄排水弁１６を開として、固定層となった弱
型、強型イオン交換樹脂５、８を水の下降流によって再
度塔下部に固定層を形成させる全樹脂下方移動工程が必
要になる。この工程は０．５〜２分間で終了するため、
塔頂部の空気抜弁２３、洗浄排水弁１６を開として行っ
てもよい。そしてその後洗浄工程を行う。

【００２７】アニオン塔の弱型アニオン樹脂８の場合も
そのフリーボード９は、弱型カチオン樹脂と同様に、原
水のイオン組成とその負荷量によって異なってくる。弱
型アニオン樹脂８は一般に脱炭酸塔後の酸性軟水を原水
として用いられることが多いので、その負荷イオン形は
Ｒ−Ｃｌ、Ｒ−ＳＯ₄ を主体とする。 又、Ｒ−ＨＣＯ₃ 形では弱型カチオン樹脂と同様のかな
り大きい膨潤率を示す樹脂もある。そして、脱炭酸塔を
設けないでＨＣＯ₃ ^- 、ＣＯ₂ を負荷させる装置もあ
る。したがって、弱型カチオン樹脂と同様に圧密をなく
した条件での１サイクルの採水終了後の平均膨潤体積を
基準としてそれに水質変動、すなわち採水終了時の負荷
イオン形、各イオン形の生成量を考慮して採水終了時の
平均膨潤体積よりも若干、大きくした値を基準最大膨潤
体積とするのがよい。

【００２８】このようにしてきめた基準最大膨潤体積の
５〜３０％、好ましくは１０〜２０％を実際のフリーボ
ード９としておく。そして、定期的に１サイクルの採水
終了時の樹脂レベルをチェックし、適正にフリーボード
９が保たれていることを確認することが重要である。そ
して、弱型アニオン樹脂８の場合、弱型カチオン樹脂の
場合と異なり、懸濁物質の流入は極くわずかであるた
め、採水終了後の圧密化の解消が主な目的となる。この
目的のため、弱型カチオン樹脂と同様にＬＶ４〜８ｍ／
ｈで５〜１０分間程度の低流速逆洗工程を行う。そし
て、その後はカチオン塔と同様上部室２２の沈整工程、
つづいて上部室２２、下部室２１の洗浄工程を行えばよ
い。又、必要に応じ、再度の高流速逆洗工程を行う。本
発明においては、更に採水終了後に、上部室２２の弱型
イオン交換樹脂８の圧密化解消を主体に前記低流速逆洗
工程を行い、その後本発明の基本工程を行っても、懸濁
物質の排出とともに充分に高い再生効率が得られる。

【００２９】この場合、弱型カチオン樹脂については、
圧密化解消とともに捕捉した懸濁物質の上方への移行、
排出の目的のため、採水終了後の平均膨潤体積の１０〜
３０％、好ましくは１５〜３０％のフリーボードが得ら
れるように弱型カチオン樹脂８、不活性樹脂１０の量を
調整する。そして、ＬＶ４〜８ｍ／ｈの低流速逆洗５〜
１０分間を行う。ついで、沈整工程を５分程度行う。こ
の場合、フリーボード割合が小さいかめ充分な逆洗流速
がとれなく、圧密化の解消を主体にするが、懸濁物質へ
の上方への移行もなされる。懸濁物質の排出は、主にそ
のあとの工程である高流速逆洗工程を行うことによって
達成される。弱型アニオン樹脂についても弱型カチオン
樹脂と同様のフリーボードとし、ＬＶ３〜６ｍ／ｈの低
流速逆洗を５〜１０分間行い、樹脂の圧密化を解消す
る。そして、カチオン塔と同様に再生していく。更に、
これら上部室２２の低流速逆洗工程を効果的にするた
め、逆洗水に空気を混入させ、充填されている弱型イオ
ン交換樹脂を空気スクラビング状態とさせた後、通常の
低流速逆洗工程を行ってもよい。

【００３０】本発明で使用する不活性樹脂の材質は、比
重１．０以下の例えばポリプロピレン等で、再生剤の残
留性のない、洗浄しやすい、かつイオン交換樹脂の膨潤
圧をある程度吸収できる、弾力性のある材質、形状であ
ればよい。その粒径は、捕捉した懸濁物質が排出しやす
いように、イオン交換樹脂の有効径は通常、０．６５ｍ
ｍ程度であるので、その２〜８倍程度であればよい。す
なわち、不活性樹脂の粒径としては上部室２２、下部室
２１ともに、概略１．０〜５．０ｍｍφのものを、好ま
しくは、２〜４ｍｍφ程度のものとするのがよい。この
粒径が小さすぎると、捕捉した懸濁物質の排出が困難と
なる。又、大きすぎると、上昇流の通薬時、押出時等に
イオン交換樹脂５、８が不活性樹脂７、１０を通り抜
け、上部集水装置３の集水口（スリット）を防ぎ、設定
流量が流れにくくなる。

【００３１】又、不活性樹脂７、１０の層高は、１００
〜４００ｍｍでよいが、塔径が大きい場合、不活性樹脂
層が均一にフラットになるかどうか考慮し、大き目に設
定しておく。しかし、この層高が大きすぎると、高速逆
洗時の懸濁物質の排出がしにくくなるので注意する。不
活性樹脂自体も、破砕することによって目詰まりの原因
となるので、定検時毎に不活性樹脂全量を排出し、塔内
点検し破砕、粉化した不活性樹脂を除去して、再充填す
ることも考慮しておく必要がある。本発明における高流
速逆洗工程時の懸濁物質の排出状況は従来法とは全く異
なる。原水からの懸濁物質は、大部分カチオン塔の負荷
となりアニオン塔の負荷となることは極めて少ないた
め、代表的にカチオン塔での実施例を示す。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を実施例で具体的に説明する。 実施例１ 内径３００φ×２４６０Ｈ（胴長）のイオン交換塔に、
強型カチオン樹脂としてダウエックスＨＣＲ−Ｗ２を下
部室にＲ−Ｈ形で１０６５ｍｍ、中間隔壁を介して弱型
カチオン樹脂としてレバチットＣＮＰ−８０を上部室に
Ｒ−Ｈ形で６７５ｍｍ（Ｒ−Ｃａ形で７４０ｍｍ）充填
した。下部室のフリーボードは６５ｍｍ（Ｒ−Ｈ形に対
して６．１％）、不活性樹脂はポリプロピレン製の２．
５〜３．５ｍｍの粒状のものを層高で１５０ｍｍ充填し
た。

【００３３】上部室のフリーボードは２６０ｍｍとし、
下部室と同一の不活性樹脂を１５０ｍｍ充填した。この
イオン交換塔に粉末イオン樹脂１４ｍｇ／リットル、カ
オリンを１ｍｇ／リットル添加した遊離塩素を消した水
道水を１２００リットル／ｈで２．５時間通水した。そ
して、通水後、ＬＶ２８ｍ／ｈで３分間高速逆洗を行っ
た。この条件での効果例を図４に示す。逆洗廃水量は約
１００リットルであり、高速逆洗２０〜４０秒後には、
懸濁物質の値は最大５０００ｍｇ／リットル以上を示し
た。その後急速に低下し２分後には１０ｍｇ／リットル
以下となった。トータルの懸濁物質の除去率は９０〜９
９％が得られた。

【００３４】比較例１ 実施例１と同一のカラムに中間隔壁なしで強型カチオン
樹脂としてダウエックス、ＨＧＲ−Ｗ２をＲ−Ｈ形で１
０６４ｍｍ、弱型カチオン樹脂としてレバチットＣＮＰ
−８０をＲ−Ｈ形で６７５ｍｍ充填した。そして、この
イオン交換塔上部に３００φ×１０００Ｈの逆洗塔を設
けた。実施例１と同一の条件で懸濁物質を負荷させた
後、ＬＶ１３ｍ／ｈで１５分間の通常の逆洗を行った。
この条件での逆洗排水中の懸濁物濃度の変化を図５に示
す。通常の逆洗によっても懸濁物質はトータルとして９
０〜９７％除去されている。しかし、逆洗排水量は２３
０リットル／ｃと多く、かつ逆洗排水中の懸濁物質濃度
も逆洗２〜３分後に３４０ｍｇ／リットル程度になる
が、実施例１に比べかなり低い。そしてその後の低下も
ゆるやかで１５分後でも６０ｍｇ／リットル前後を示し
た。

【００３５】高流速逆洗法は従来法に比べ短時間で懸濁
物質の排出が可能であることがわかった。逆洗排水量も
約１／２と少なくなった。本発明の再生工程を代表的に
まとめると表３の如くである。表３に示したＢ法におい
て、上部室低流速逆洗工程後、６工程の上部室沈整を省
いて直ちに７工程高流速逆洗を行ってもよい。同様にＣ
法においても２工程の上部室沈整を省いて直ちに高流速
逆洗を行ってよい。これは前の工程の上部室低流速逆洗
によって懸濁物質の上方への移行、又弱型樹脂の整粒化
が進んでおり、わざわざ沈整工程を行う必要性が小さい
からである。

【００３６】

【表３】

【００３７】純水装置においては、カチオン塔の洗浄後
にカチオン塔の処理水（酸性軟水）を用いてアニオン塔
の洗浄を行っている。それ故、トータルとしては表３の
再生時間より１０〜１５分長くなる。それ故、本発明に
よる再生時間はトータルとして概略９０分〜１４０分程
度である。従来の中間集水管を用いる方式が、１５０〜
２００分と長いのに比較してかなり短縮されている。上
昇流通水、下向流通薬方式が通常時、９０〜１５０分、
全逆洗時３００〜３６０分かかるのにくらべても、本発
明方法においては毎サイクル、再生しやすい上部室の弱
型イオン交換樹脂を全逆洗し、下部室の再生しにくい強
型イオン交換樹脂を全逆洗する必要性のない再生工程と
しているため、常に一定の短時間再生となっている。再
生効率は毎サイクル、弱型イオン交換樹脂を全逆洗して
も、弱型イオン交換樹脂は再生し易いことから常に８０
〜９０％以上の値が得られる。

【００３８】実施例２ 表３のＡ法を用いて実施した。内径１２００φ×２５０
０Ｈ（胴長）のイオン交換塔の下部室に、強型カチオン
樹脂としてＨＣＲ−Ｗ２をＲ−Ｈ形で１０６５ｍｍ、ノ
ズル付中間隔壁を介した上部室に、弱型カチオン樹脂と
してレバチットＣＮＰ８０をＲ−Ｈ形で６７５ｍｍ充填
した。 上下の集水装置：ノズル付多孔板方式 フリーボード ：上部室 ２４％（採水終了時平均膨潤体積の層高７５０ｍｍ に対して） 下部室 ６．１％（再生形に対して） 不活性樹脂 ：ポリプロピレン製２．５〜３．５ｍｍφ 上部室 １９０ｍｍ 下部室 １９０ｍｍ 再生レベル ：７４ｇ／リットル−Ｒ（強型カチオン樹脂Ｒ−Ｎａ）

【００３９】 原 水 ：河川水 凝集ろ過水 処理濃度：０．５度以下 表４に原水イオン組成を示す。

【表４】

【００４０】表５に再生工程（カチオン塔）の処理条件
を示す。

【表５】

【００４１】 〔結 果〕 １）採水時間 ： １８．８時間、採水 ３０ｍ³ ／ｈ ２）採水量 ： ５６４ｍ³ ／ｃ アニオン塔出口 エンドポイント：５μＳ／ｃｍ ３）再生効率 ： ８８．５％ ４）処理水質 ： ０．２〜５．０μＳ／ｃｍ ５）再生時間 ： ８４分 ６）上部室の低流速時フリーボード％ ： 約３５％

【００４２】実施例３ 表３のＢ法を用いて下記の如く実施した。実施例２のイ
オン交換塔を用い、原水に河川底泥の懸濁物質を濁度と
して０．５度〜２度の範囲で注入した。表６に再生工程
（カチオン塔）の処理条件を示す。

【表６】

【００４３】 〔結 果〕 １）採水時間 ： １８．７時間、採水 ３０ｍ³ ／ｈ ２）採水量 ： ５６１ｍ³ 、 アニオン塔出口 エンドポイント：５μＳ／ｃｍ ３）再生効率 ： ８８．１％ ４）処理水質 ： ０．２〜５．０μＳ／ｃｍ ５）再生時間 ： ８７分 ６）上部室の低流速時フリーボード％ ： 約３５％ ７）圧力損失の上昇はサイクルが進んでも見られなかった。

【００４４】実施例４ 実施例３の条件で表３のＣ法を行った。表７に再生工程
（カチオン塔）の処理条件を示す。

【表７】

【００４５】 〔結 果〕 １）採水時間 ： １８．７時間、採水 ３０ｍ³ ／ｈ ２）採水量 ： ５６１ｍ³ 、 アニオン塔出口 エンドポイント：５μＳ／ｃｍ ３）再生効率 ： ８８．１％ ４）処理水質 ： ０．２〜５．０μＳ／ｃｍ ５）再生時間 ： ８３分 ６）上部室の低流速時フリーボード％ ： 約２４％ ７）圧力損失の上昇はサイクルが進んでも見られなかった。

【００４６】実施例５ 実施例４の条件で上部室低流逆洗工程後、上部室沈整工
程を省いて直ちに純水を用いて下部室水装置から高流速
逆洗工程を行った。すなわち表７において２工程目の上
部室沈整を省いて実施した。 〔結 果〕実施例４と同一の結果が得られた。再生時間
は７８分であった。

【００４７】実施例６ 実施例４の処理水を脱炭酸し、原水としてアニオン塔に
通水し、その性能を表３のＣ法について確認した。 塔 ： 内径１３００φ×３５００（胴長） 中間隔壁あり 上下の集水装置 ： ノズル付多孔板方式 上 部 室 ： 弱型アニオン樹脂、ダウエックスＭＷＡ−１ Ｒ−ＯＨ形で１５００リットル充填した。 フリーボード：Ｒ−ＯＨ：３０．６％（３５０ｍｍ） Ｒ−Ｃｌ： ２５ ％（３５０ｍｍ） 不活性樹脂 ： １９０ｍｍ 下 部 室 ： 強型アニオン樹脂、マラソンＡ Ｒ−ＯＨ形で１５００リットル充填した。 フリーボード：約６．１％（７０ｍｍ） 不活性樹脂 ： １９０ｍｍ 再生剤量 ： ７２ｋｇ／Ｃ １００％ＮａＯＨ 再生レベル ： ５６．２ｇ／リットル−Ｒ（強型アニオン樹脂 Ｒ−Ｃｌ） 表８に再生工程（アニオン塔）の処理条件を示す。

【００４８】

【表８】

【００４９】 〔結 果〕 １）採水時間 ： １８．７時間、採水 ３０ｍ³ ／ｈ ２）採水量 ： ５６１ｍ³ 、 アニオン塔出口 エンドポイント：５μＳ／ｃｍ ３）再生効率 ： ８９．７％ ４）処理水質 ： ０．２〜５．０μＳ／ｃｍ、 シリカ ０．０１〜０．０３ｍｇ／リットル ５）再生時間 ： １０２分 ６）上部室の低流速時フリーボード％ ： 約２５％ ７）圧力損失の上昇はサイクルが進んでも見られなかった。 ８）カチン塔でのブレークであり、アニオン塔は更に採水できる状態であった。

【００５０】

【発明の効果】本発明を水は通すがイオン交換樹脂は通
さない中間隔壁によって、イオン交換塔を２室に分け
て、下部室に強型イオン交換樹脂、上部室に弱型イオン
交換樹脂を充填し、下部室のフリーボードを再生形の２
〜１５％、上部室のフリーボードを採水終了後の基準最
大膨潤体積の１０〜３０％と大きくし、上部室の弱型イ
オン交換樹脂を毎サイクル、再生後、又は再生前に逆洗
する表３に代表される再生工程を下降流通水、上昇流再
生方式の向流式イオン交換塔に適用する。この本発明の
再生方法によって、中間隔壁を有しない、中間集水装置
を有する従来法の欠点である、再生時間の延長、再生廃
液量の増加、弱型、強型イオン交換樹脂の混合、及び装
置・再生操作の複雑化が解消され、短時間再生、再生コ
ストの低減、安定した運転を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様の１例を示すイオン交換塔の
概略構成図。

【図２】中間集水方式を用いた従来法の一例を示す概略
構成図。

【図３】上昇流通水、下降流再生の従来法の一例を示す
概略構成図。

【図４】逆洗排水中の懸濁物質濃度の経時変化を示すグ
ラフ。

【図５】比較例における逆洗排水中の懸濁物質濃度の経
時変化を示すグラフ。

【符号の説明】

１：イオン交換塔、２：中間隔壁、３：上部集水装置、
４：下部集水装置、５：強型イオン交換樹脂、６：下部
室フリーボード、７：下部室不活性樹脂、８：弱型イオ
ン交換樹脂、９：上部室フリーボード、１０：上部室不
活性樹脂、１１：原水流入弁、１２：再生廃水排出弁、
１３：処理水流出弁、１４：逆洗水流入弁、１５：再生
剤兼押出水流入弁、１６：洗浄排水弁、１７：強型イオ
ン交換樹脂量調整弁、１８：下部室不活性樹脂量調整
弁、１９：弱型イオン交換樹脂量調整弁、２０：上部室
不活性樹脂量調整弁、２１：下部室、２２：上部室、２
３：空気抜弁、２４：低流速逆洗弁、２５：再生廃水排
出弁、２６：中間集水装置、２７：加圧水導入弁、２
８：非有効樹脂、２９：逆洗水導入弁、３０：不活性樹
脂、３１：樹脂移送弁、３２：樹脂移送用水弁、３３：
フリーボード、３４：逆洗水導入管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−127047（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−232091（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−56841（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−33941（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 49/00 C02F 1/42

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン交換塔を、中間部付近に水は通す
   がイオン交換樹脂は通さない中間隔壁を設けて下部室と
   上部室の２室に分け、下部室には強型イオン交換樹脂、
   上部室には弱型イオン交換樹脂を充填し、下部室のフリ
   ーボードを２〜１５％、上部室のフリーボードを１０〜
   ３０％で下部室より大きくし、更に各々のフリーボード
   の上部に比重１．０以下の不活性樹脂を充填した、下降
   流通水、上昇流通薬の向流式イオン交換塔の再生方法に
   おいて、下記（ａ）〜（ｅ）の工程を順次行い樹脂を再
   生することを特徴とする向流式イオン交換塔の再生方
   法。 （ａ）塔下部に設けた下部集水装置からの高流速逆洗に
   よりイオン交換樹脂の大部分を不活性樹脂に押しつけ、
   通水時に蓄積した懸濁物質を不活性樹脂を経由して塔上
   部に設けた上部集水装置から排出すると共に、イオン交
   換樹脂の固定層を形成する高流速逆洗工程、（ｂ）高流
   速逆洗工程より低速で且つ、（ａ）で形成された固定層
   を維持するに必要な流速で再生剤を下部集水装置から上
   昇流で通薬する通薬工程、（ｃ）大部分の前記固定層を
   維持できる流速で下部集水装置から処理水を上昇流で通
   水し、残留する再生剤を有効に利用する押出工程、
   （ｄ）中間隔壁の下から原水又は処理水を低流速で導入
   し、上部室のみを逆洗する低流速逆洗工程、（ｅ）上部
   集水装置から下降流で通水して、洗浄する洗浄工程。
2. 【請求項２】 前記（ｄ）の低流速逆洗工程後に再度、
   懸濁物質を上部集水装置から排出するため、前記（ａ）
   の高流速逆洗工程を下部集水装置、又は中間隔壁の直ぐ
   下から行い、ついで、上部集水装置から水を導入し、下
   部集水装置の洗浄排水弁を開として、水の下降流を用い
   て、形成された固定層を塔下部に移動させる樹脂移動工
   程を実施することを特徴とする請求項１記載の向流式イ
   オン交換塔の再生方法。
3. 【請求項３】 前記（ｄ）の低流速逆洗工程において、
   下部集水装置に接続する洗浄排水弁を開として短時間、
   原水又は処理水を強型イオン交換樹脂に通水して、固定
   層となっている強型イオン交換樹脂を塔下部に移動させ
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の向流式イオン
   交換塔の再生方法。
4. 【請求項４】 採水終了後、懸濁物質の捕捉、又は圧密
   化のため圧力損失の増大した弱型イオン交換樹脂の充填
   されている上部室のみを中間隔壁の直ぐ下から原水又は
   処理水を導入し、低流速逆洗を行い、弱型イオン交換樹
   脂をほぐす工程、次いで請求項１、２又は３記載の再生
   方法を行うことを特徴とする向流式イオン交換塔の再生
   方法。