JP4684197B2 - イオン交換装置の再生方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、イオン交換装置の再生方法および装置に関し、とくに、弱酸性陽イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂を複層床式で充填した脱塩塔の再生方法および装置に関する。

陽イオン交換樹脂を充填した脱塩塔については、上層に弱酸性陽イオン交換樹脂、下層に強酸性陽イオン交換樹脂を充填した複層床式の構成が知られており、この脱塩塔に充填されたイオン交換樹脂を再生するに際しては、再生剤を上向流で導入して再生する方法が主流になっている（例えば、特許文献１）。しかし、既存の装置では、並流再生、すなわち下向流再生のものもある。元々下向流再生用に構成された装置を上向流再生可能な構成とするには、塔内にコレクターやその付帯設備を設置するなど、様々な改造が必要になり、コストがかかる。また、このようなコレクターやその付帯設備を塔内に設置するため、塔の強度の問題等、その装置ごとに検討する必要があり、煩雑である。

弱酸性陽イオン交換樹脂、強酸性陽イオン交換樹脂を充填した複層床式脱塩塔を下向流再生するに際しては、従来、逆洗後に再生剤を下向流にて通薬することとしているが、弱酸性陽イオン交換樹脂、強酸性陽イオン交換樹脂の比重差が大きいため、逆洗を行えばその通水後においても、必ず弱酸性陽イオン交換樹脂が上部に、強酸性陽イオン交換樹脂が下部に位置することになり、この状態で下向流にて再生剤を通薬すると、再生剤の大部分が上部の弱酸性陽イオン交換樹脂で消費されので、下部の強酸性陽イオン交換樹脂の再生レベルが低下し、規定純度に達しないことがる。このような事態を回避するためには、再生剤の通薬量を大幅に増加する必要があり、再生コスト的に極めて不利な条件を強いられることになる。
特公昭６０−２１０２号公報

そこで本発明の課題は、とくに下向流再生仕様で設計された既存の装置に対し、上向流再生にしなくても下向流再生のままで、再生剤の通薬量を大幅に増加させることなく安価に、塔内樹脂を容易に望ましいレベルまで再生可能なイオン交換装置の再生方法および装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るイオン交換装置の再生方法は、被処理水を下向流で採水し、上層に弱酸性陽イオン交換樹脂、下層に強酸性陽イオン交換樹脂を充填した複層床式脱塩塔を有するイオン交換装置の再生方法であって、
塔内に残留する水の一部を塔外へ排出する水抜きブロー工程、
塔下部から塔内に気体を導入し、塔内の弱酸性陽イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂を混合する樹脂混合工程、
塔下部から塔内水をブローしつつ塔上部から塔内に水を導入することにより塔内を満水にする満水ブロー工程、
塔上部から塔内に再生剤を導入し混合状態にある塔内樹脂を再生する樹脂再生工程、
塔下部から塔内に水を導入し塔上部から導入水を排出して逆洗を行い、該逆洗により、混合状態にある塔内樹脂を、弱酸性陽イオン交換樹脂が上層に、強酸性陽イオン交換樹脂が下層に位置するように分離する逆洗分離工程、
をこの順に行うことを特徴とする方法からなる。

このような本発明に係るイオン交換装置の再生方法においては、気体を導入する樹脂混合工程において、上下層に分離状態にあった弱酸性陽イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂が混合され、その混合状態にて、樹脂再生工程において下向流で再生剤が導入されて混合状態にある塔内樹脂が再生される。そのため、従来の下向流再生のように再生剤の大部分が上部の弱酸性陽イオン交換樹脂で消費されることがなくなり、少なくとも、弱酸性陽イオン交換樹脂だけで消費される分は従来の半分近くに減量され、その分、強酸性陽イオン交換樹脂の再生に使用される再生剤が増加することと同じ状態となる。したがって、下向流再生方式のままで、再生剤の総量（通薬量）を大幅に増加させることなく、強酸性陽イオン交換樹脂も十分に良好なレベルまで再生されることになる。また、満水ブロー工程では、ブローを行いながら満水にすることにより、混合された塔内樹脂がこの段階で分離されてしまうことを回避されて満水状態とされ、円滑に次の樹脂再生工程を実施できる。

この本発明に係るイオン交換装置の再生方法においては、上記逆洗分離工程後に、塔上部から塔内に水を導入し塔下部から導入水を排出して塔内樹脂を洗浄する洗浄工程を行うことが好ましい。この洗浄工程を設けておくことにより、洗浄工程後に、所定の被処理水の採水を開始することができる。つまり、樹脂再生後に逆洗分離工程により塔内樹脂が再び上下２層に分離され、洗浄された後に、上層に弱酸性陽イオン交換樹脂、下層に強酸性陽イオン交換樹脂が位置する複層床の状態にて、上層側から下向流で被処理水の採水が開始される。

また、上記満水ブロー工程において、塔内への導入水が塔内からオーバーフローするまで塔内を満水にすることが好ましい。これにより、より確実に塔内を満水にすることができ、次の樹脂再生工程をより確実に実施できるようになる。

本発明に係るイオン交換装置の再生装置は、被処理水を下向流で採水し、上層に弱酸性陽イオン交換樹脂、下層に強酸性陽イオン交換樹脂を充填した複層床式脱塩塔を有するイオン交換装置に組み込まれた再生装置であって、少なくとも、
塔内に残留する水の一部を塔外へ排出する水抜きブローライン、
塔内の弱酸性陽イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂を混合すべく塔下部から塔内に気体を導入する気体導入ライン、
塔下部から塔内水をブローしつつ塔上部から塔内に水を導入することにより塔内を満水にする満水ブローライン、
塔上部から塔内に再生剤を導入する再生剤導入ライン、
塔下部から塔内に水を導入し塔上部から導入水を排出して逆洗を行う逆洗ライン、
を有し、これらのラインがこの順に作動可能に組み込まれていることを特徴とする装置からなる。

この本発明に係るイオン交換装置の再生装置においては、上記逆洗後に塔上部から塔内に水を導入し塔下部から導入水を排出して塔内樹脂を洗浄する洗浄ラインも組み込まれていることが好ましい。この洗浄ラインを用いた洗浄工程後に、所定の被処理水の採水を開始することができる。

また、本発明に係るイオン交換装置の再生装置には、上記気体導入ラインから塔内に導入された気体を塔上部から排出する気体排出ラインも組み込まれていることが好ましい。これによって、気体導入ラインからの導入気体による塔内の弱酸性陽イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂の混合がより円滑に行われる。

また、上記満水ブローラインは、塔内への導入水の塔内からのオーバーフローを許容するオーバーフロー水排出ラインを備えていることが好ましく、これによって満水の確認が容易になる。なお、上記気体排出ラインは、この満水ブローラインにおけるオーバーフロー水排出ラインを兼ねた構成とすることもできる。

本発明に係るイオン交換装置の再生方法および装置によれば、分離状態にあった弱酸性陽イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂が一旦混合された状態にて、下向流再生が行われるので、再生剤の通薬量を大幅に増加させることなく、弱酸性陽イオン交換樹脂、強酸性陽イオン交換樹脂がともに十分に良好なレベルまで再生される。すなわち、大幅な設備改造を実施することなく、安価に、塔内樹脂の全てを十分に良好なレベルまで再生できるようになる。その結果、続いて行われる被処理水の採水によって得られる処理水の水質が大幅に向上される。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るイオン交換装置の再生方法および装置を実施するために用いるイオン交換装置の陽イオン交換樹脂塔（脱塩塔）周りの機器系統図を示しており、とくに、太線表示にて、被処理水としての原水１を採水し処理している通常の処理状態を示している。被処理水としての原水１は、ポンプ２により、流量計３を介して脱塩塔４内に導入、採水される。脱塩塔４内には、上層に弱酸性陽イオン交換樹脂５、下層に強酸性陽イオン交換樹脂６が、複層床として充填されており、この複層床式脱塩塔４への通水により、陽イオン交換樹脂による脱塩処理が行われれ、処理水７として排出されるか、あるいは次の工程（例えば、陰イオン交換樹脂による脱塩処理）へと送られる。

このイオン交換装置における塔内樹脂の再生処理のために、酸またはアルカリからなる再生剤８（本実施態様では、塩酸）が収容された再生剤タンク９が設けられており、エゼクタ１０を介して再生剤８を脱塩塔４内に下向流にて導入できるようになっている。これら再生剤タンク９から脱塩塔４内までのラインは、本発明で言う再生剤導入ラインを構成している。また、本発明における樹脂混合のために、塔下部から塔内に気体（本実施態様ではエア１１）を導入するための気体導入ライン１２が設けられている。本実施態様では、気体導入ライン１２は、そのラインの一部が処理水７の排出ラインの一部と兼用されているが、完全に別個独立のラインとして設けられていてもよい。さらに、塔上部には、塔内に導入された気体を塔上部から排出する気体排出ライン１３が接続されている。本実施態様では、この気体排出ライン１３は、本発明における、塔下部から塔内水をブローしつつ塔上部から塔内に水を導入することにより塔内を満水にする満水ブロー工程におけるオーバーフロー水排出ラインも兼ねている。ただし、このオーバーフロー水排出ラインは気体排出ライン１３とは兼用しないで別に設けることも可能である。図１における符号１４〜２３は弁を示しており、各弁が、順次実施される次のような各工程に応じてそれぞれ開閉制御される。

図２〜図７は、図１に示したイオン交換装置における塔内樹脂を再生するための一連の工程を動作順に示しており、図２は、まず、再生処理に際し、塔内に残留する水の一部を塔外へ排出する水抜きブロー工程、水抜きブローライン（太線ライン）を示している。弁１６、１９、２３を閉じ、弁２０を開いて脱塩塔４内に残留する水の一部を塔外へ排出するとともに、この水抜きが円滑に行われるよう、弁２２を開き気体排出ライン１３を利用して塔内に水抜きされた水量に相当する量のエアを導入する。このとき、水抜き量を制御するためには、例えば、水抜き時間をタイマー設定により制御する方法を採用できる。

次に、図３の樹脂混合工程に示すように、弁２０を閉じ弁２３を開いて、気体導入ライン１２を介して塔下部から塔内に気体（エア１１）を導入するとともに、導入された気体を気体排出ライン１３を介して外部へ排出し、塔内に複層床の形態で分離充填されていた弱酸性陽イオン交換樹脂６（上層側）と強酸性陽イオン交換樹脂６（下層側）を、上下層への分離を崩して、混合する。この樹脂混合により、塔内樹脂５、６は、混合樹脂の単層形態となる。

次に、図４に示すように、弁２０を開いて塔下部から塔内水をブローしつつ、弁１４、１５を開いて塔上部から塔内に水を導入し（本実施態様では原水１を導入し）、塔内を満水にする満水ブロー工程を実施する。本実施態様では、気体排出ライン１３をオーバーフロー水排出ラインとして利用し、塔内への導入水がオーバーフロー水排出ラインを通して塔内からオーバーフローするまで塔内を満水にする。このように塔下部からブローを行いながら塔内を満水にすることにより、塔内樹脂がこの段階で分離されてしまうことを回避できる。したがって、この満水ブロー工程後には、上述の樹脂混合工程において形成された塔内樹脂５、６の混合状態が実質的にそのまま維持されつつ、塔内が満水とされる。また、オーバーフロー水排出ラインからオーバーフローするまで塔内を満水にするので、満水になったことが容易にかつ確実に確認できる。

次に、図５に示すように、満水にされている脱塩塔４に対し、塔上部から塔内に再生剤を導入し混合状態にある塔内樹脂５、６を再生する樹脂再生工程が実施される。再生剤８は、本実施態様では、弁１７、１８を開き、原水供給に伴うエゼクタ１０の吸引力を利用して塔内に導入され、導入され樹脂再生に使用された再生剤は、塔内水とともに弁２０のラインから排出される。なお、このとき弁２２は閉じられている。

次に、図６の逆洗分離工程に示すように、塔下部から塔内に水を導入し塔上部から導入水を排出して逆洗を行い、該逆洗により、混合状態にあった塔内樹脂を、弱酸性陽イオン交換樹脂５が上層に、強酸性陽イオン交換樹脂６が下層に位置するように再び分離する。本実施態様では、弁１９を開き逆洗用の水として原水１が使用され、逆洗に使用された水は弁２１のラインから排出される。このとき、弁１７、１８、１６、２０は閉じられている。

次に、図７の洗浄工程に示すように、弁１９、２１を閉じて弁１５を開き、塔上部から塔内に水（本実施態様では原水１）が導入され、弁２０を開き、塔内に洗浄用に導入された水を塔下部から排出しながら、塔内樹脂が洗浄される。この洗浄工程では、下向流で洗浄水が通流されるので、前記逆洗分離工程で上下層に分離された樹脂５、６はそのままの複層床形態に保たれる。

所定の洗浄が終了した後に、再び図１に示したラインの形態とされ、被処理水としての原水の採水が開始され、樹脂再生後の通常の脱塩処理に移行される。

このように、下向流再生仕様で設計された既存の装置に対し、上向流再生にしなくても下向流再生のままで、混合樹脂５、６に対して再生を実施することができ、再生剤の通薬量を大幅に増加させないでも、混合状態にある弱酸性陽イオン交換樹脂５と強酸性陽イオン交換樹脂６をともに、望ましいレベルまで再生することが可能になる。上向流再生にしなくてもよいので、脱塩塔４の改造が実質的に不要であり、かつ、少ない再生剤の使用量で所望の再生を行うことができるので、容易にかつ安価に再生を実施できる。そして、弱酸性陽イオン交換樹脂５と強酸性陽イオン交換樹脂６をともに望ましいレベルまで再生することができるので、再生後の被処理水の採水後には、処理水の高い水質が得られることになる。

本発明に係るイオン交換装置の再生方法および装置は、弱酸性陽イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂を複層床式で充填した脱塩塔を有するあらゆるイオン交換装置の再生に適用できる。

本発明の一実施態様に係るイオン交換装置の再生方法および装置を実施するために用いるイオン交換装置の陽イオン交換樹脂塔周りの機器系統図である。 図１の装置の水抜きブロー工程におけるラインを示す機器系統図である。 図１の装置の樹脂混合工程におけるラインを示す機器系統図である。 図１の装置の満水ブロー工程におけるラインを示す機器系統図である。 図１の装置の樹脂再生工程におけるラインを示す機器系統図である。 図１の装置の逆洗分離工程におけるラインを示す機器系統図である。 図１の装置の洗浄工程におけるラインを示す機器系統図である。

符号の説明

１ 被処理水としての原水
２ ポンプ
３ 流量計
４ 脱塩塔
５ 弱酸性陽イオン交換樹脂
６ 強酸性陽イオン交換樹脂
７ 処理水
８ 再生剤
９ 再生剤タンク
１０ エゼクタ
１１ 樹脂混合のために導入される気体としてのエア
１２ 気体導入ライン
１３ 気体排出ライン
１４〜２３ 弁

Claims (9)

1. 被処理水を下向流で採水し、上層に弱酸性陽イオン交換樹脂、下層に強酸性陽イオン交換樹脂を充填した複層床式脱塩塔を有するイオン交換装置の再生方法であって、
   塔内に残留する水の一部を塔外へ排出する水抜きブロー工程、
   塔下部から塔内に気体を導入し、塔内の弱酸性陽イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂を混合する樹脂混合工程、
   塔下部から塔内水をブローしつつ塔上部から塔内に水を導入することにより塔内を満水にする満水ブロー工程、
   塔上部から塔内に再生剤を導入し混合状態にある塔内樹脂を再生する樹脂再生工程、
   塔下部から塔内に水を導入し塔上部から導入水を排出して逆洗を行い、該逆洗により、混合状態にある塔内樹脂を、弱酸性陽イオン交換樹脂が上層に、強酸性陽イオン交換樹脂が下層に位置するように分離する逆洗分離工程、
   をこの順に行うことを特徴とするイオン交換装置の再生方法。
2. 前記逆洗分離工程後に、塔上部から塔内に水を導入し塔下部から導入水を排出して塔内樹脂を洗浄する洗浄工程を行う、請求項１に記載のイオン交換装置の再生方法。
3. 前記洗浄工程後に、被処理水の採水を開始する、請求項２に記載のイオン交換装置の再生方法。
4. 前記満水ブロー工程において、塔内への導入水が塔内からオーバーフローするまで塔内を満水にする、請求項１〜３のいずれかに記載のイオン交換装置の再生方法。
5. 被処理水を下向流で採水し、上層に弱酸性陽イオン交換樹脂、下層に強酸性陽イオン交換樹脂を充填した複層床式脱塩塔を有するイオン交換装置に組み込まれた再生装置であって、少なくとも、
   塔内に残留する水の一部を塔外へ排出する水抜きブローライン、
   塔内の弱酸性陽イオン交換樹脂と強酸性陽イオン交換樹脂を混合すべく塔下部から塔内に気体を導入する気体導入ライン、
   塔下部から塔内水をブローしつつ塔上部から塔内に水を導入することにより塔内を満水にする満水ブローライン、
   塔上部から塔内に再生剤を導入する再生剤導入ライン、
   塔下部から塔内に水を導入し塔上部から導入水を排出して逆洗を行う逆洗ライン、
   を有し、これらのラインがこの順に作動可能に組み込まれていることを特徴とするイオン交換装置の再生装置。
6. 前記逆洗後に塔上部から塔内に水を導入し塔下部から導入水を排出して塔内樹脂を洗浄する洗浄ラインも組み込まれている、請求項５に記載のイオン交換装置の再生装置。
7. 前記気体導入ラインから塔内に導入された気体を塔上部から排出する気体排出ラインも組み込まれている、請求項５または６に記載のイオン交換装置の再生装置。
8. 前記満水ブローラインが、塔内への導入水の塔内からのオーバーフローを許容するオーバーフロー水排出ラインを備えている、請求項５〜７のいずれかに記載のイオン交換装置の再生装置。
9. 前記気体排出ラインが、前記満水ブローラインにおけるオーバーフロー水排出ラインを兼ねている、請求項８に記載のイオン交換装置の再生装置。

Images