JP4691857B2 - 向流再生式イオン交換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は向流再生式イオン交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、イオン交換装置としては、良好な処理水質が得られ、再生剤の節約が可能であることから、通水が下降流で行われ且つ再生が上昇流で行われる向流再生式イオン交換装置が広く利用されている。斯かる向流再生式イオン交換装置においては、上昇流再生時におけるイオン交換樹脂の充填層の乱れを防止するため、イオン交換樹脂層を固定床に維持することが重要である。
【０００３】
イオン交換樹脂層を固定床に維持する方式の１つとして、イオン交換樹脂の充填層の上部に当該樹脂の再生時の体積膨張に相当する空間部を設け、再生剤の供給前に上昇流で圧密用水を供給してイオン交換樹脂を前記空間部に移動させて固定する方式が知られている。この方式によれば、再生剤の供給速度より大きな流速（ＬＶ）の圧密用水の供給により、イオン交換樹脂層は上部に移動して容易に固定床を維持する。そして、上記の空間部はイオン交換樹脂層の下部に移動する。なお、斯かる状態は、その後、圧密用水の供給速度より小さい流速の再生剤が供給されても維持される。
【０００４】
ところで、各種の純水の製造においては、強塩基性アニオン交換樹脂に吸着したシリカの脱着が重要課題となっている。斯かるシリカの効率的な脱着の１つの手段として、イオン交換塔に供給される再生剤および再生用水の加温手段を設けることが考えられる。例えば４０〜５５℃に加温された再生剤によりシリカは効率良く脱着され、また、同温度に加温された再生用水（再生剤押出用水）によりシリカ成分を残存させることなく再生剤を押し出すことが出来る。
【０００５】
ところが、圧密用水の供給によりイオン交換樹脂層の固定床の維持を図る前記の方式のイオン交換装置に再生剤および再生用水の加温手段を設けた場合は次の様な問題があることが見出された。すなわち、再生剤および再生用水に溶存していた気体（通常は空気）が加温によって気泡化しイオン交換塔内に流入する。そして、イオン交換塔内のイオン交換樹脂層の下部に存在している空間部において、微細な気泡同士が集められ、合体して大きな気泡となってイオン交換樹脂層内を上昇する。その結果、イオン交換の樹脂充填層の一部に乱れが生じ、また、偏流が生じて再生剤とイオン交換樹脂との接触が阻害され、ひいては、処理水質の悪化や採水量の減少を招く。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、良好な処理水質が得られ、再生剤の節約が可能であり、比較的簡単な構造であって、特にシリカの脱着を効率的に行うことが出来る、向流再生式イオン交換装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、少なくとも強塩基性アニオン交換樹脂が充填されたイオン交換塔のイオン交換樹脂の充填層の上部に当該樹脂の再生時の体積膨張に相当する空間部が設けられ、そして、通水が下降流で行われ且つ再生が上昇流で行われ、しかも、再生剤の供給前に上昇流で圧密用水を供給してイオン交換樹脂を前記空間部に移動させる方式の向流再生式イオン交換装置において、前記のイオン交換塔に供給される再生剤および再生用水の加温手段を設け、更に、加温前または加温後の再生剤および再生用水の脱気手段を設けたことを特徴とする向流再生式イオン交換装置に存する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の向流再生式イオン交換装置の一例の説明図である。
【０００９】
本発明のイオン交換装置は、少なくとも強塩基性アニオン交換樹脂が充填されたイオン交換塔（１）を含む。上記のイオン交換樹脂の充填層（２）の上部には当該樹脂の再生時の体積膨張に相当する空間部（３）が設けられている。
【００１０】
図１に例示するイオン交換装置は、強塩基性アニオン交換樹脂の単床式であるが、強塩基性アニオン交換樹脂の充填層（２）の上に弱塩基性アニオン交換樹脂を充填した複層床式であってもよい。この場合、前者の充填層の上に後者の充填層を積層してもよいが、混合防止のため、両樹脂の間に、水を通すが樹脂は通さない遮蔽板を配置するのが好ましい。
【００１１】
そして、前記の空間部（３）は、上記の遮蔽板を配置した場合は、当該遮蔽板の下部（強塩基性アニオン交換樹脂の充填部の上部）に設けられ、遮蔽板を配置せずに複層床式とした場合は、前記の空間部（３）は弱塩基性アニオン交換樹脂の充填層の上部に設けられる。
【００１２】
また、図１に例示するイオン交換塔（１）の塔頂は、鏡構造となされているが、前記の様な遮蔽板が配置された平板構造であってもよい。また、鏡構造の空間部には不活性樹脂の充填層（４）が形成されているが、省略してもよい。
【００１３】
イオン交換塔（１）の塔頂には上部デイストリビューター（５）が配置され、底部には下部デイストリビューター（６）が配置されている。そして、上部デイストリビューター（５）に接続された３方向配管の一方には原水供給バルブ（７）が設けられ、他方には再生廃液排出バルブ（８）が設けられている。下部デイストリビューター（６）に接続された３方向配管の一方には処理水（純水）排出バルブ（９）が設けられ、他方は更に分岐されて、それぞれに、圧密用水供給バルブ（１０）、再生剤供給バルブ（１１）、再生用水供給バルブ（１２）等が設けられている。
【００１４】
そして、本発明のイオン交換装置においては、通水が下降流で行われ且つ再生が上昇流で行われ、しかも、再生剤の供給前に上昇流で圧密用水を供給して強塩基性アニオン交換樹脂を前記空間部に移動させる。すなわち、各操作は次の様に行われる。
【００１５】
先ず、通水操作として、原水供給バルブ（７）と処理水排出バルブ（９）とを開放する。斯かるバルブ操作により、例えば、カチオン交換塔および脱炭酸塔による処理水などの原水は、原水供給バルブ（７）を介して供給され、上部デイストリビューター（５）を経由し、強塩基性アニオン交換樹脂の充填層（２）を下降し、アニオン成分が除去された純水として、処理水排出バルブ（９）を介して排出される。因みに、原水の供給速度は、原水の水質に依存するが、通常１０〜６０ｍ／ｈの範囲から適宜選択される。
【００１６】
次いで、再生前操作として、圧密用水供給バルブ（１０）と再生廃液排出バルブ（８）とを開放すると共に、原水供給バルブ（７）と処理水排出バルブ（９）とを閉止する。斯かるバルブ操作により、圧密用水は、圧密用水供給バルブ（１０）を介して供給され、下部デイストリビューター（６）を経由し、強塩基性アニオン交換樹脂の充填層（２）を上昇する。この際、強塩基性アニオン交換樹脂は、再生剤の供給速度より大きな流速の圧密用水の上昇流により一気に空間部（３）に移動させられ、不活性樹脂の充填層（４）に圧密される。そして、上昇した圧密用水は、不活性樹脂の充填層（４）と上部デイストリビューター（５）を経由し、再生廃液排出バルブ（８）を介して排出される。因みに、圧密用水の供給速度は、後述する再生剤の供給速度より高い流速とされ、通常１５〜３０ｍ／ｈの範囲である。
【００１７】
次いで、再生操作として、再生剤供給バルブ（１１）及び再生用水供給バルブ（１２）を開放すると共に、圧密用水供給バルブ（１０）を閉止する。斯かるバルブ操作により、再生剤供給バルブ（１１）を介して供給される高濃度の再生剤は、再生用水供給バルブ（１２）を介して供給される水によってライン混合・希釈され、適当な濃度の再生剤として、下部デイストリビューター（６）を経由し、強塩基性アニオン交換樹脂の充填層（２）を上昇する。その後、再生剤押出操作として、再生剤供給バルブ（１１）を閉止する。再生剤および再生用水は、圧密用水と同様の要領で再生廃液排出バルブ（８）を介して排出される。因みに、再生剤および再生用水の供給速度は、通常５〜１５ｍ／ｈの範囲である。
【００１８】
上記の様な方式のイオン交換装置はそれ自体公知であるが、本発明のイオン交換装置においては、前記のイオン交換塔（１）に供給される再生剤および再生用水の加温手段を設け、更に、加温前または加温後の再生剤および再生用水の脱気手段を設ける。
【００１９】
図１に例示するイオン交換装置の場合、再生剤および再生用水の加温手段として、再生剤供給バルブ（１１）及び再生用水供給バルブ（１２）が設けられた配管に蒸気供給バルブ（１３）が設けられた配管を接続し、再生剤および再生用水に水蒸気を供給してこれらを加温する手段が採用されている。他の加温手段としては、水蒸気による間接加温手段などが挙げられる。再生剤および再生用水は、例えば４０〜５５℃に加温される。これにより、シリカの脱着を含むイオン交換樹脂の再生が効率的に行われる。
【００２０】
また、脱気手段（１４）は、加温後の液に対する脱気手段として設けられているが、加温前の液に対する脱気手段として設けてもよい。更に、脱気手段（１４）は、再生剤および再生用水の供給配管に設けられているが、必要ならば、各別に設けてもよい。脱気手段（１４）としては、気液分離装置または膜脱気装置が好適に使用される。
【００２１】
気液分離装置としては、セパレーター構造の装置、例えば、下降流で通水して重力で気泡を除去する構造の装置、旋回流で通水して求心力で気泡を除去する構造の装置などを使用することが出来る。
【００２２】
膜脱気装置としては、例えば、多孔性の疎水性膜で気相と液相に分離され、気相側に減圧配管が接続された構造のものを使用することが出来る。
【００２３】
次に、本発明のイオン交換装置の試験例について説明する。図１に示すのと同様の構造であって、脱気手段（１４）として気液分離装置を備えたイオン交換装置について、再生剤および再生用水を５０℃に加温し、約５０分間の再生操作を行った。再生操作の間、覗き窓からイオン交換塔（１）内部の強塩基性アニオン交換樹脂を観察したが、樹脂の固定床は完全に維持され、樹脂の流動や再生剤の偏流は生じなかった。比較のため、脱気手段（１４）を取り外して、上記と同様の再生操作を行ったところ。イオン交換樹脂層の下部の空間部において、微細な気泡同士が集められ、合体して大きな気泡となってイオン交換樹脂層を崩しながら上昇する現象が観察された。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、良好な処理水質が得られ、再生剤の節約が可能であり、比較的簡単な構造であって、特にシリカの脱着を効率的に行うことが出来る、向流再生式イオン交換装置が提供され、本発明の工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の向流再生式イオン交換装置の一例の説明図
【符号の説明】
１：イオン交換塔
２：イオン交換樹脂の充填層
３：空間部
４：不活性樹脂の充填層
５：上部デイストリビューター
６：下部デイストリビューター
７：原水供給バルブ
８：再生廃液排出バルブ
９：処理水排出バルブ
１０：圧密用水供給バルブ
１１：再生剤供給バルブ
１２：再生用水供給バルブ
１３：蒸気供給バルブ
１４：脱気手段
【発明の属する技術分野】
本発明は向流再生式イオン交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、イオン交換装置としては、良好な処理水質が得られ、再生剤の節約が可能であることから、通水が下降流で行われ且つ再生が上昇流で行われる向流再生式イオン交換装置が広く利用されている。斯かる向流再生式イオン交換装置においては、上昇流再生時におけるイオン交換樹脂の充填層の乱れを防止するため、イオン交換樹脂層を固定床に維持することが重要である。
【０００３】
イオン交換樹脂層を固定床に維持する方式の１つとして、イオン交換樹脂の充填層の上部に当該樹脂の再生時の体積膨張に相当する空間部を設け、再生剤の供給前に上昇流で圧密用水を供給してイオン交換樹脂を前記空間部に移動させて固定する方式が知られている。この方式によれば、再生剤の供給速度より大きな流速（ＬＶ）の圧密用水の供給により、イオン交換樹脂層は上部に移動して容易に固定床を維持する。そして、上記の空間部はイオン交換樹脂層の下部に移動する。なお、斯かる状態は、その後、圧密用水の供給速度より小さい流速の再生剤が供給されても維持される。
【０００４】
ところで、各種の純水の製造においては、強塩基性アニオン交換樹脂に吸着したシリカの脱着が重要課題となっている。斯かるシリカの効率的な脱着の１つの手段として、イオン交換塔に供給される再生剤および再生用水の加温手段を設けることが考えられる。例えば４０〜５５℃に加温された再生剤によりシリカは効率良く脱着され、また、同温度に加温された再生用水（再生剤押出用水）によりシリカ成分を残存させることなく再生剤を押し出すことが出来る。
【０００５】
ところが、圧密用水の供給によりイオン交換樹脂層の固定床の維持を図る前記の方式のイオン交換装置に再生剤および再生用水の加温手段を設けた場合は次の様な問題があることが見出された。すなわち、再生剤および再生用水に溶存していた気体（通常は空気）が加温によって気泡化しイオン交換塔内に流入する。そして、イオン交換塔内のイオン交換樹脂層の下部に存在している空間部において、微細な気泡同士が集められ、合体して大きな気泡となってイオン交換樹脂層内を上昇する。その結果、イオン交換の樹脂充填層の一部に乱れが生じ、また、偏流が生じて再生剤とイオン交換樹脂との接触が阻害され、ひいては、処理水質の悪化や採水量の減少を招く。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、良好な処理水質が得られ、再生剤の節約が可能であり、比較的簡単な構造であって、特にシリカの脱着を効率的に行うことが出来る、向流再生式イオン交換装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、少なくとも強塩基性アニオン交換樹脂が充填されたイオン交換塔のイオン交換樹脂の充填層の上部に当該樹脂の再生時の体積膨張に相当する空間部が設けられ、そして、通水が下降流で行われ且つ再生が上昇流で行われ、しかも、再生剤の供給前に上昇流で圧密用水を供給してイオン交換樹脂を前記空間部に移動させる方式の向流再生式イオン交換装置において、前記のイオン交換塔に供給される再生剤および再生用水の加温手段を設け、更に、加温前または加温後の再生剤および再生用水の脱気手段を設けたことを特徴とする向流再生式イオン交換装置に存する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の向流再生式イオン交換装置の一例の説明図である。
【０００９】
本発明のイオン交換装置は、少なくとも強塩基性アニオン交換樹脂が充填されたイオン交換塔（１）を含む。上記のイオン交換樹脂の充填層（２）の上部には当該樹脂の再生時の体積膨張に相当する空間部（３）が設けられている。
【００１０】
図１に例示するイオン交換装置は、強塩基性アニオン交換樹脂の単床式であるが、強塩基性アニオン交換樹脂の充填層（２）の上に弱塩基性アニオン交換樹脂を充填した複層床式であってもよい。この場合、前者の充填層の上に後者の充填層を積層してもよいが、混合防止のため、両樹脂の間に、水を通すが樹脂は通さない遮蔽板を配置するのが好ましい。
【００１１】
そして、前記の空間部（３）は、上記の遮蔽板を配置した場合は、当該遮蔽板の下部（強塩基性アニオン交換樹脂の充填部の上部）に設けられ、遮蔽板を配置せずに複層床式とした場合は、前記の空間部（３）は弱塩基性アニオン交換樹脂の充填層の上部に設けられる。
【００１２】
また、図１に例示するイオン交換塔（１）の塔頂は、鏡構造となされているが、前記の様な遮蔽板が配置された平板構造であってもよい。また、鏡構造の空間部には不活性樹脂の充填層（４）が形成されているが、省略してもよい。
【００１３】
イオン交換塔（１）の塔頂には上部デイストリビューター（５）が配置され、底部には下部デイストリビューター（６）が配置されている。そして、上部デイストリビューター（５）に接続された３方向配管の一方には原水供給バルブ（７）が設けられ、他方には再生廃液排出バルブ（８）が設けられている。下部デイストリビューター（６）に接続された３方向配管の一方には処理水（純水）排出バルブ（９）が設けられ、他方は更に分岐されて、それぞれに、圧密用水供給バルブ（１０）、再生剤供給バルブ（１１）、再生用水供給バルブ（１２）等が設けられている。
【００１４】
そして、本発明のイオン交換装置においては、通水が下降流で行われ且つ再生が上昇流で行われ、しかも、再生剤の供給前に上昇流で圧密用水を供給して強塩基性アニオン交換樹脂を前記空間部に移動させる。すなわち、各操作は次の様に行われる。
【００１５】
先ず、通水操作として、原水供給バルブ（７）と処理水排出バルブ（９）とを開放する。斯かるバルブ操作により、例えば、カチオン交換塔および脱炭酸塔による処理水などの原水は、原水供給バルブ（７）を介して供給され、上部デイストリビューター（５）を経由し、強塩基性アニオン交換樹脂の充填層（２）を下降し、アニオン成分が除去された純水として、処理水排出バルブ（９）を介して排出される。因みに、原水の供給速度は、原水の水質に依存するが、通常１０〜６０ｍ／ｈの範囲から適宜選択される。
【００１６】
次いで、再生前操作として、圧密用水供給バルブ（１０）と再生廃液排出バルブ（８）とを開放すると共に、原水供給バルブ（７）と処理水排出バルブ（９）とを閉止する。斯かるバルブ操作により、圧密用水は、圧密用水供給バルブ（１０）を介して供給され、下部デイストリビューター（６）を経由し、強塩基性アニオン交換樹脂の充填層（２）を上昇する。この際、強塩基性アニオン交換樹脂は、再生剤の供給速度より大きな流速の圧密用水の上昇流により一気に空間部（３）に移動させられ、不活性樹脂の充填層（４）に圧密される。そして、上昇した圧密用水は、不活性樹脂の充填層（４）と上部デイストリビューター（５）を経由し、再生廃液排出バルブ（８）を介して排出される。因みに、圧密用水の供給速度は、後述する再生剤の供給速度より高い流速とされ、通常１５〜３０ｍ／ｈの範囲である。
【００１７】
次いで、再生操作として、再生剤供給バルブ（１１）及び再生用水供給バルブ（１２）を開放すると共に、圧密用水供給バルブ（１０）を閉止する。斯かるバルブ操作により、再生剤供給バルブ（１１）を介して供給される高濃度の再生剤は、再生用水供給バルブ（１２）を介して供給される水によってライン混合・希釈され、適当な濃度の再生剤として、下部デイストリビューター（６）を経由し、強塩基性アニオン交換樹脂の充填層（２）を上昇する。その後、再生剤押出操作として、再生剤供給バルブ（１１）を閉止する。再生剤および再生用水は、圧密用水と同様の要領で再生廃液排出バルブ（８）を介して排出される。因みに、再生剤および再生用水の供給速度は、通常５〜１５ｍ／ｈの範囲である。
【００１８】
上記の様な方式のイオン交換装置はそれ自体公知であるが、本発明のイオン交換装置においては、前記のイオン交換塔（１）に供給される再生剤および再生用水の加温手段を設け、更に、加温前または加温後の再生剤および再生用水の脱気手段を設ける。
【００１９】
図１に例示するイオン交換装置の場合、再生剤および再生用水の加温手段として、再生剤供給バルブ（１１）及び再生用水供給バルブ（１２）が設けられた配管に蒸気供給バルブ（１３）が設けられた配管を接続し、再生剤および再生用水に水蒸気を供給してこれらを加温する手段が採用されている。他の加温手段としては、水蒸気による間接加温手段などが挙げられる。再生剤および再生用水は、例えば４０〜５５℃に加温される。これにより、シリカの脱着を含むイオン交換樹脂の再生が効率的に行われる。
【００２０】
また、脱気手段（１４）は、加温後の液に対する脱気手段として設けられているが、加温前の液に対する脱気手段として設けてもよい。更に、脱気手段（１４）は、再生剤および再生用水の供給配管に設けられているが、必要ならば、各別に設けてもよい。脱気手段（１４）としては、気液分離装置または膜脱気装置が好適に使用される。
【００２１】
気液分離装置としては、セパレーター構造の装置、例えば、下降流で通水して重力で気泡を除去する構造の装置、旋回流で通水して求心力で気泡を除去する構造の装置などを使用することが出来る。
【００２２】
膜脱気装置としては、例えば、多孔性の疎水性膜で気相と液相に分離され、気相側に減圧配管が接続された構造のものを使用することが出来る。
【００２３】
次に、本発明のイオン交換装置の試験例について説明する。図１に示すのと同様の構造であって、脱気手段（１４）として気液分離装置を備えたイオン交換装置について、再生剤および再生用水を５０℃に加温し、約５０分間の再生操作を行った。再生操作の間、覗き窓からイオン交換塔（１）内部の強塩基性アニオン交換樹脂を観察したが、樹脂の固定床は完全に維持され、樹脂の流動や再生剤の偏流は生じなかった。比較のため、脱気手段（１４）を取り外して、上記と同様の再生操作を行ったところ。イオン交換樹脂層の下部の空間部において、微細な気泡同士が集められ、合体して大きな気泡となってイオン交換樹脂層を崩しながら上昇する現象が観察された。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、良好な処理水質が得られ、再生剤の節約が可能であり、比較的簡単な構造であって、特にシリカの脱着を効率的に行うことが出来る、向流再生式イオン交換装置が提供され、本発明の工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の向流再生式イオン交換装置の一例の説明図
【符号の説明】
１：イオン交換塔
２：イオン交換樹脂の充填層
３：空間部
４：不活性樹脂の充填層
５：上部デイストリビューター
６：下部デイストリビューター
７：原水供給バルブ
８：再生廃液排出バルブ
９：処理水排出バルブ
１０：圧密用水供給バルブ
１１：再生剤供給バルブ
１２：再生用水供給バルブ
１３：蒸気供給バルブ
１４：脱気手段
Claims (1)
- 少なくとも強塩基性アニオン交換樹脂が充填されたイオン交換塔のイオン交換樹脂の充填層の上部に当該樹脂の再生時の体積膨張に相当する空間部が設けられ、そして、通水が下降流で行われ且つ再生が上昇流で行われ、しかも、再生剤の供給前に上昇流で圧密用水を供給してイオン交換樹脂を前記空間部に移動させる方式の向流再生式イオン交換装置において、前記のイオン交換塔に供給される再生剤および再生用水の加温手段を設け、更に、加温前または加温後の再生剤および再生用水の脱気手段を設けたことを特徴とする向流再生式イオン交換装置。
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| JP2003080086A JP2003080086A (ja) | 2003-03-18 |
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2001
- 2001-09-13 JP JP2001277495A patent/JP4691857B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
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