JP6121198B2 - 両性イオン交換樹脂の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、両性イオン交換樹脂の制御方法に関し、特に、カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液をカルシウムイオン濃度の高い溶液と、カルシウムイオン濃度の低い溶液とに分離する両性イオン交換樹脂の制御方法に関する。
従来、最終処分場の浸出水を処理するにあたって、最終処分場の浸出水を、両性イオン交換樹脂を用い、Ｃａ2+濃度が低く、Ｎａ+濃度及びＳＯ4 2-濃度が高い第１の溶液と、Ｃａ2+濃度が高く、Ｎａ+濃度及びＳＯ4 2-濃度が低い第２の溶液とに分離し、該第１及び第２の溶液を別々に処理する最終処分場の浸出水の処理方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかし、上述のような目的で使用される両性イオン交換樹脂では、樹脂内に液の偏流が生じることなどが原因でカルシウムイオンの分離性能が低下する虞があった。
そこで、本発明は、上記従来の両性イオン交換樹脂における問題点に鑑みてなされたものであって、安定した分離性能を継続して発揮させることのできる両性イオン交換樹脂の制御方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、両性イオン交換樹脂の制御方法であって、カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液と、両性イオン交換樹脂を再生させる再生水とを交互に両性イオン交換樹脂に供給すると共に、該両性イオン交換樹脂から時間の経過と共に徐々に連続的に排出される排出溶液を、塩素イオン濃度が高くカルシウムイオン濃度が低い第１の溶液及び塩素イオン濃度が低くカルシウムイオン濃度が高い第２の溶液として交互に回収することで、前記カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液を前記第１の溶液と第２の溶液とに分離するにあたり、前記第１の溶液として回収していた排出溶液の塩素濃度が低下して所定の値となった時に、前記排出溶液の回収を前記第２の溶液としての回収へと切り換える両性イオン交換樹脂の制御方法であって、前記塩素イオン濃度が所定の値である排出溶液のカルシウムイオン濃度が所定の値以上であったときに、直前の前記カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液の供給量に比較して、次の前記カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液の供給量を減少させることを特徴とする。
本発明によれば、両性イオン交換樹脂から排出される溶液の塩素イオン濃度が所定の値となった際のカルシウムイオン濃度に応じて、両性イオン交換樹脂に供給する次のバッチの溶液の供給量を調整するため、両性イオン交換樹脂の分離性能に応じて溶液の供給量を調整することができ、安定した分離性能を継続して発揮させることができる。
また、前記塩素イオン濃度が所定の値である排出溶液のカルシウムイオン濃度が所定の値以下であったときに、直前の前記カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液の供給量に比較して、次の前記カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液の供給量を増加させることができる。
さらに、前記塩素イオン濃度が所定の値である排出溶液のカルシウムイオン濃度が所定の値以上であったとき、又は前記塩素イオン濃度が所定の値である排出溶液のカルシウムイオン濃度が所定の値以下であったときに警報を発することができ、両性イオン交換樹脂への溶液の供給量を手動で調整している場合に注意を促すことができる。
また、前記両性イオン交換樹脂から排出される溶液の塩素イオン濃度が所定の値となったことを、該溶液の電気伝導度を測定して判断することができる。
以上のように、本発明に係る両性イオン交換樹脂の制御方法によれば、両性イオン交換樹脂に安定した分離性能を継続して発揮させることができる。
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、本発明に係る制御方法を最終処分場に設置した両性イオン交換樹脂に適用した場合を例示する。
図１に示すように、最終処分場１では、調整槽２に貯留された浸出水Ｗからカルシウムや、有害な重金属を除去するために薬液反応槽３で炭酸ナトリウム等の薬剤を添加し、シックナー４でこれらを沈殿除去し、その後、ＣＯＤ処理装置５、懸濁物質除去装置６を経て、両性イオン交換樹脂７でＣａ2+濃度が低く、Ｃｌ-濃度が高いカルシウム除去水Ｌ１と、Ｃａ2+濃度が高く、Ｃｌ-濃度が低いカルシウム含有水Ｌ２とに分離し、カルシウム除去水Ｌ１を電気透析装置８に供給して脱塩を行い、カルシウム含有水Ｌ２を放流する。
電気透析装置８では、浸出水Ｗの水量１Ｑに対して１．１〜１．４Ｑの水量の脱塩水Ｄ、及び水量０．１Ｑの濃縮水Ｃが得られ、脱塩水Ｄを放流し、濃縮水Ｃを蒸発させて塩を回収する。また、両性イオン交換樹脂７の再生に、浸出水Ｗの水量１Ｑに対して３Ｑの工業用水ＩＷを用いる。
上記両性イオン交換樹脂７は、母体を架橋ポリスチレン等とし、同一官能基鎖中に四級アンモニウム基とカルボン酸基等を持たせて、陽イオン陰イオンの両方とイオン交換をさせる機能を持たせた樹脂である。例えば、三菱化学株式会社製の両性イオン交換樹脂、ダイヤイオン（登録商標）、ＡＭＰ０３を用いることができる。この両性イオン交換樹脂７は、水溶液中の電解質と非電解質の分離を行うことができると共に、電解質の相互分離を行うこともできる。
両性イオン交換樹脂７は、バッチ処理を連続的に行うものであって、図２に示すように、予め水を充填し（図２（ａ））、その後、図１に示した懸濁物質除去装置６より両性イオン交換樹脂７に浸出水Ｗを導入し、次に両性イオン交換樹脂７の再生を行うための再生水（工水）ＩＷを導入する（図２（ｂ））。すると、図２（ｃ）に示すように、まずカルシウム除去水Ｌ１が排出され、その後、カルシウム含有水Ｌ２が時間経過と共にこの順序で排出される。この浸出水Ｗと工水ＩＷの導入を繰り返すことで、カルシウム除去水Ｌ１とカルシウム含有水Ｌ２の排出が繰り返される。
次に、本発明に係る両性イオン交換樹脂の制御方法を上記両性イオン交換樹脂７に適用した場合について説明する。
両性イオン交換樹脂７として、上述の三菱化学株式会社製のダイヤイオンＡＭＰ０３を用い、最終処分場１の浸出水Ｗ、工水ＩＷを、一バッチあたりの投入量をＲとして、
バッチＡ：浸出水（Ｒ＝１．５）＋工水（Ｒ＝３．７５）
バッチＢ：浸出水（Ｒ＝１．２）＋工水（Ｒ＝３．０）
バッチＣ：浸出水（Ｒ＝１．０）＋工水（Ｒ＝２．５）
のバッチＡ、バッチＢ、バッチＣの順に両性イオン交換樹脂７を通過させた。すなわち、一バッチあたりの浸出水Ｗの投入量を徐々に低下させた。
バッチＡ：浸出水（Ｒ＝１．５）＋工水（Ｒ＝３．７５）
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のバッチＡ、バッチＢ、バッチＣの順に両性イオン交換樹脂７を通過させた。すなわち、一バッチあたりの浸出水Ｗの投入量を徐々に低下させた。
図３において、グラフの上方欄外に記載した各バッチ（浸出水＋工水）の名称の下方のグラフが、両性イオン交換樹脂７に投入した当該バッチに対応する両性イオン交換樹脂７の処理水の関係を示している。例えば、バッチＢと記載された領域の直下のグラフが、両性イオン交換樹脂７に投入したバッチＢが処理された後の処理水の各成分の濃度を示している。
また、図３において破線で示すように、両性イオン交換樹脂７から排出された処理水のＣｌ-濃度が４０００ｍｇ／ｌとなった時、すなわち処理水の電気伝導度（ＥＣ）が１１．４ｍＳ／ｃｍとなった時点の前後でカルシウム除去水Ｌ１と、カルシウム含有水Ｌ２とに分離し、各々のＣａ2+濃度及びＣｌ-濃度を測定した。その結果を表１に示す。同表中の「−」はデータが存在しないことを示す。
図３においてバッチＡでは、Ｃｌ-濃度が４０００ｍｇ／ｌとなった時（以下「切換時」という。）には、Ｃａ2+が８８０ｍｇ／ｌであり、バッチＢの切換時には、Ｃａ2+が５０７ｍｇ／ｌであり、バッチＣの切換時には、Ｃａ2+が１６７ｍｇ／ｌと、一バッチあたりの浸出水Ｗの投入量を低下させるに従って切換時のＣａ2+濃度が低下している。
また、表１に示すように、バッチＡでのカルシウム除去水Ｌ１の濃度データは存在しないが、図３のグラフからはカルシウム除去水Ｌ１にある程度の量のＣａ2+が含まれていることが判り、当初の浸出水ＷのＣａ2+濃度が７２０ｍｇ／ｌであったのが、バッチＢでは、カルシウム除去水Ｌ１のＣａ2+濃度が２０ｍｇ／ｌであり、バッチＣでは８ｍｇ／ｌと大幅に低下している。
このように、一バッチあたりの浸出水Ｗの投入量を低下させるに従って両性イオン交換樹脂７のカルシウム分離性能が向上していることが判る。
本発明は、上記結果に基づいてなされたものであって、Ｃａ2+及びＣｌ-を含む溶液を、Ｃａ2+濃度の高い溶液と、Ｃａ2+濃度の低い溶液とに分離するにあたり、両性イオン交換樹脂から排出される溶液のＣｌ-濃度が所定の値となった際（以下「切換時」という。）のＣａ2+濃度が所定の値以上となった際に、両性イオン交換樹脂に供給する次のバッチの溶液の供給量を減少させることを特徴とする。
ここで、切換時のＣａ2+濃度が所定の値以下となった際に、両性イオン交換樹脂に供給する次のバッチの溶液の供給量を増加させてもよい。
上記次のバッチの溶液の供給量の調整は、処理水の電気伝導度（ＥＣ）及びＣａ2+濃度等を測定して自動で行ってもよく、これらの測定値を用いて手動で行ってもよい。手動で行う場合を考慮して、切換時のＣａ2+濃度が所定の値以上又は以下となった際に警報を発するようにしてもよい。
また、次のバッチの溶液の供給量の調整を自動で行う場合には、切換時のＣａ2+濃度が所定の値以上となった際に、次のバッチの溶液の供給量を自動で設定した値の量だけ低下させたり、所定の割合で低下させたり種々の調整方法を採用することができる。切換時のＣａ2+濃度が所定の値以下となった場合には、逆に、次のバッチの溶液の供給量を自動で設定した値の量だけ増加させたり、所定の割合で上昇させることができる。
１ 最終処分場
２ 調整槽
３ 薬液反応槽
４ シックナー
５ ＣＯＤ処理装置
６ 懸濁物質除去装置
７ 両性イオン交換樹脂
８ 電気透析装置
２ 調整槽
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５ ＣＯＤ処理装置
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７ 両性イオン交換樹脂
８ 電気透析装置
Claims (4)
- カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液と、両性イオン交換樹脂を再生させる再生水とを交互に両性イオン交換樹脂に供給すると共に、該両性イオン交換樹脂から時間の経過と共に徐々に連続的に排出される排出溶液を、塩素イオン濃度が高くカルシウムイオン濃度が低い第１の溶液及び塩素イオン濃度が低くカルシウムイオン濃度が高い第２の溶液として交互に回収することで、前記カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液を前記第１の溶液と第２の溶液とに分離するにあたり、前記第１の溶液として回収していた排出溶液の塩素濃度が低下して所定の値となった時に、前記排出溶液の回収を前記第２の溶液としての回収へと切り換える両性イオン交換樹脂の制御方法であって、 前記塩素イオン濃度が所定の値である排出溶液のカルシウムイオン濃度が所定の値以上であったときに、直前の前記カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液の供給量に比較して、次の前記カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液の供給量を減少させることを特徴とする両性イオン交換樹脂の制御方法。
- 前記塩素イオン濃度が所定の値である排出溶液のカルシウムイオン濃度が所定の値以下であったときに、直前の前記カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液の供給量に比較して、次の前記カルシウムイオン及び塩素イオンを含む溶液の供給量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の両性イオン交換樹脂の制御方法。
- 前記塩素イオン濃度が所定の値である排出溶液のカルシウムイオン濃度が所定の値以上であったとき、又は前記塩素イオン濃度が所定の値である排出溶液のカルシウムイオン濃度が所定の値以下であったときに警報を発することを特徴とする請求項１又は２に記載の両性イオン交換樹脂の制御方法。
- 前記両性イオン交換樹脂から排出される溶液の塩素イオン濃度が所定の値となったことを、該溶液の電気伝導度を測定して判断することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の両性イオン交換樹脂の制御方法。
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