JP6315611B2 - 混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法、混床式樹脂充填塔、及び水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法、混床式樹脂充填塔、及び水処理装置に関する。

従来、原水のイオン交換処理には、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を混合充填した混床式樹脂充填塔（以下、充填塔と呼ぶ）で処理する方法がある。混床式樹脂充填塔の運転は、被処理水を脱塩（イオン交換処理）して脱塩水を製造する脱塩処理工程、充填塔内の混合樹脂をアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とに分離する分離工程、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を再生する再生工程、再生後の各樹脂を混合する混合工程等を１サイクルとして繰り返される。分離工程では、混合樹脂の下端から逆洗を行うことによって、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とに分離するのが一般的である。充填塔内における沈静状態の樹脂層の高さをａ、樹脂層全体が流動する展開率をｘとしたとき、充填塔の高さはａｘ以上とされる。

分離工程において、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との分離性を高くするには、展開率ｘを高く設定すればよいが、その場合、充填塔が大型化してしまうので、設備コストが増加するという問題点があった。そこで、混合樹脂が流動し、混合樹脂が充填塔の塔頂部に達しない線流速（ＬＶ）で逆洗を行う逆洗工程Ａと、混合樹脂が充填塔の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）で逆洗を行う逆洗工程Ｂとを組み合わせて、カチオン交換樹脂層とアニオン交換樹脂層に分離する充填塔の混合樹脂の分離方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−８６１２３号公報

特許文献１に記載の混合樹脂の分離方法では、逆洗工程Ａにおいて、混合樹脂が充填塔の塔頂部に達しない線流速（ＬＶ）で、少なくともアニオン樹脂が上層部に移動するまで逆洗する必要があるので、分離工程に時間がかかるという問題点があった。

本発明の目的は、混床式樹脂充填塔の高さを低減しつつ、混合樹脂の分離を速やかに且つ確実に行うことができる混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法、混床式樹脂充填塔、及び水処理装置を提供することである。

請求項１に係る混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法は、比重が互いに異なる複数種類の樹脂が混合充填された混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法であって、前記混床式樹脂充填塔の下部よりも上方の所定位置から通水し、当該所定位置よりも上方に位置する前記混合樹脂の上層部を逆洗する上層逆洗工程と、前記上層逆洗工程後に、前記下部から通水し、前記混合樹脂の全層を逆洗する全層逆洗工程とを備えたことを特徴とする。上層逆洗工程では、混合樹脂の下端から逆洗を行うのではなく、下端よりも上方の所定位置から混合樹脂の上層部の逆洗を行う。これにより、上層部を先に分離させる。その後、全層逆洗工程によって、塔底部から混合樹脂の逆洗を行う。このとき、混合樹脂上部に流動が停止する樹脂層が生じても、該樹脂層は既に分離が完了しているので、該樹脂層より下部にある残りの樹脂層が流動することによって、結果的に、混合樹脂の全層を分離させることができる。

請求項２に係る混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記上層逆洗工程前に、前記下部から通水し、前記混合樹脂の全層を逆洗する事前全層逆洗工程を備えたことを特徴とする。上層逆洗工程前に、事前全層逆洗工程を行うことで、混合樹脂のうち少なくとも下層部側において樹脂の分離を進めることができる。これにより、上層逆洗工程後に行う全層逆洗工程において、上層逆洗工程で分離できない下層部を良好且つ速やかに分離させることができる。

請求項３に係る混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法は、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記混床式樹脂充填塔内における沈静状態の前記混合樹脂の高さをａ、前記所定位置における前記下部からの高さをｂ、前記混合樹脂の高さａに対して前記混合樹脂の全体が流動する逆洗展開率をｘ、前記上層逆洗工程完了後、沈静状態としたときの前記混合樹脂のうち上部に形成される分離が完了した部分の幅をｃとした場合、前記混床式樹脂充填塔の高さは、（ａ−ｂ）ｘ＋ｂ以上、且つｂ≦ｃであることを特徴とする。従来の混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法では、混合樹脂の下端からの逆洗のみ行われていたので、沈静状態の混合樹脂の高さａに対して、混合樹脂の全体が流動する逆洗展開率ｘを設定した場合、混床式樹脂充填塔の高さはａｘ以上とされていた。本発明の分離方法を用いた場合、混床式樹脂充填塔の高さは、（ａ−ｂ）ｘ＋ｂ以上であればよいので、従来に比して混床式樹脂充填塔の高さを低減しつつも、混合樹脂の分離を確実に行うことができる。また、全層逆洗工程では、上部付近の樹脂は、混床式樹脂充填塔の高さ以上には展開できないので流動が停止する。この部分を流動停止部とした場合、該流動停止部は、従来の分離方法で展開率ｘで展開していた部分が沈静の状態に戻ると考えられる。その場合、流動停止部の幅はｂであり、樹脂の分離が正常に完了するときの流動停止部はｃ以下である必要がある。よって、ｂ≦ｃとすることによって、逆洗分離を正常に完了させることができる。

請求項４に係る混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法は、請求項１から３の何れか一つに記載の発明の構成に加え、前記混床式樹脂充填塔は、前記全層逆洗工程による前記樹脂の分離後に形成される樹脂分離面に位置し、前記全層逆洗工程後に行われる前記樹脂の再生工程時に外部に排出する再生排水の出口部を備え、前記出口部は前記所定位置に設けられ、前記上層逆洗工程では、前記出口部から通水し、前記混合樹脂の上層部を逆洗することを特徴とする。上層逆洗工程において、出口部から通水することで、混合樹脂の上層部を逆洗できる。上層部の逆洗に、再生排水を外部に排出する為の出口部を利用することで、新たな配管を設けることなく、上層逆洗工程を行うことができる。

請求項５に係る混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法は、請求項１から４の何れか一つに記載の発明の構成に加え、前記複数種類の樹脂とは、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂であることを特徴とする。本発明の分離方法は、例えば、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を混床式樹脂充填塔内に充填する水処理装置に用いることができる。本発明は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を良好に分離できるので、樹脂の再生を良好に行うことができる。

請求項６に係る混床式樹脂充填塔は、比重が互いに異なるカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が混合充填される混床式樹脂充填塔であって、前記混床式樹脂充填塔の下部に設けられ、混合充填された混合樹脂を逆洗する為の逆洗水を流入させる逆洗水流入口と、前記下部よりも上方の所定位置に設けられ、前記所定位置よりも上方に位置する前記混合樹脂の上層部を逆洗する為の逆洗水を流入させる上層逆洗水流入口と、前記混床式樹脂充填塔の上部に設けられ、前記混合樹脂を通過した逆洗排水を外部に排出させる排水出口とを備え、前記所定位置は、前記混床式樹脂充填塔内において、前記混合樹脂を前記カチオン交換樹脂と前記アニオン交換樹脂とに分離した後に形成される前記カチオン交換樹脂と前記アニオン交換樹脂の樹脂分離面と同一の高さ位置であって、前記上層逆洗水流入口は、前記カチオン交換樹脂と前記アニオン交換樹脂を再生する再生工程時において、前記混合樹脂を前記カチオン交換樹脂と前記アニオン交換樹脂とに分離した状態で、前記逆洗水流入口と前記排水出口から前記再生水を流入させたときに生成される再生排水の出口としても機能することを特徴とする。本発明の混床式樹脂充填塔には、上層逆洗水流入口が設けられているので、再生工程前の混合樹脂の分離工程において、例えば、全層を逆洗する前に、上層逆洗水流入口から逆洗水を流入させることによって、混合樹脂のうち上層部を逆洗して先に分離させることができる。その後、下部に設けられた逆洗水流入口から逆洗水を流入させることによって、混合樹脂全体の逆洗を行う。このとき、混合樹脂上部に流動が停止する樹脂層が生じても、該樹脂層は既に分離が完了しているので、該樹脂層より下部にある残りの樹脂層が流動することによって、結果的に、混合樹脂の全層を分離させることができる。更に、混合樹脂を異なる高さから順番に逆洗を行うことによって、逆洗にかかる時間を短縮できる。これにより、本発明は、混床式樹脂充填塔の高さを低減しつつ、混合樹脂の分離を確実に行うことができる。

本発明の混床式樹脂充填塔は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を充填する水処理装置に用いることができる。カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を綺麗に分離できるので、樹脂の再生を良好に行うことができる。

請求項７に係る水処理装置は、請求項６に記載の混床式樹脂充填塔を備え、原水を該混床式樹脂充填塔に通水させることによって、前記原水の脱塩処理を行うことを特徴とする。本発明の水処理装置は、請求項６に記載の混床式樹脂充填塔を備えているので、混床式樹脂充填塔の高さを従来に比して低くすることができる。これにより、水処理装置全体をコンパクトにできるので、工場等の空間が制限された狭い場所にも設置できる。

純水製造装置１のフロー図である。 充填塔３の構造を示す図である。 充填塔に必要な上限高さの説明図である。 純水製造装置１の純水製造時のフロー図である。 分離工程中における樹脂の状態を示す図である。 純水製造装置１の上層逆洗工程時のフロー図である。 純水製造装置１の第一、第二全層逆洗工程時のフロー図である。 第二全層逆洗工程時における流動停止部の説明図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。なお、参照する図面は本発明が採用し得る技術的特徴を説明する為に用いられるものである。図面に記載した各処理工程、及び装置構成等はそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例である。

図１を参照し、純水製造装置１の構成を説明する。純水製造装置１は、原水槽２、混床式樹脂充填塔３（以下、充填塔３と呼ぶ）、処理水槽４、水酸化ナトリウム槽５、塩酸槽６、ブロワ７、ポンプ４１、各種配管、電動弁等を備える。

原水槽２には、イオン交換原水（以下、原水と呼ぶ）が貯留される。充填塔３には、アニオン交換樹脂１０１及びカチオン交換樹脂１０２を含む混合樹脂１００が充填される。処理水槽４には、充填塔３を通過して脱塩処理された処理水（純水）が貯留される。水酸化ナトリウム槽５には、再生剤としての水酸化ナトリウム溶液（以下、水酸化ナトリウムと呼ぶ）が貯留される。塩酸槽６には、再生剤としての塩酸が貯留される。ブロワ７は、圧縮空気を供給する。

配管構造を説明する。原水槽２と充填塔３の原水入口３１との間には、配管１１が接続されている。配管１１には、原水の流れる方向に沿って、連結部５１〜５３が設けられている。充填塔３の後述する処理水出口３２と処理水槽４との間には、配管１２が接続されている。配管１２には、処理水の流れる方向に沿って、連結部５４〜５６が設けられている。配管１１の連結部５２と充填塔３の後述する中間口３４との間には、配管１３が接続されている。配管１３には、連結部５７が設けられている。ブロワ７と配管１２の連結部５６との間には、配管１４が接続されている。充填塔３の下流側には、配管１５が設けられている。配管１５は、充填塔３から流れる再生排水、逆洗排水の排出、及び排気等を行うものである。配管１５の出口とは反対側の端部には、チャッキ弁２５が設けられている。配管１５には、連結部５８〜６０が設けられている。

配管１１の連結部５１と、配管１５の連結部６０との間には、配管１６が接続されている。配管１６は、連結部５５において配管１２と連結している。配管１６には、連結部６１が設けられている。配管１６の連結部６１と、配管１２の連結部５４との間には、配管１７が接続されている。配管１７には、連結部６２とエゼクター９６が設けられている。エゼクター９６は、連結部６２の下流側に設けられている。配管１７の連結部６２と、配管１１の連結部５３との間には、配管１８が接続されている。配管１８には、エゼクター９５が設けられている。充填塔３の逆洗排水出口３３と、配管１５の連結部５８との間には、配管１９が接続されている。配管１３の連結部５７と、配管１５の連結部５９との間には、配管２０が接続されている。

ポンプ、各種弁、及び各種機器の位置を説明する。配管１１の入り口側には、ポンプ４１が設けられている。そのポンプ４１の下流側には、流量指示積算計４２が設けられている。配管１１において、連結部５２と５３の間には、原水の流れる方向に沿って順に、手動弁であるボール弁８５、電動弁７１が設けられている。配管１２において、連結部５４と５５の間には、処理水導電率計４３が設けられている。連結部５６の下流側には、電動弁７２が設けられている。配管１３において、連結部５２と３３の間には、原水の流れる方向に沿って順に、ボール弁８６、電動弁７３が設けられている。配管１４には、電動弁７４が設けられている。配管１６において、連結部６１と５５の間には、原水が流れる方向に沿って順に、ボール弁８７、電動弁７５が設けられ、連結部５５と６０の間には、原水が流れる方向に沿って順に、電動弁７６、ボール弁８８が設けられている。

配管１７において、連結部６２とエゼクター９６との間には、ボール弁８９が設けられ、エゼクター９６と連結部５４との間には、電動弁７７が設けられている。配管１８において、連結部６２とエゼクター９５との間には、ボール弁９０が設けられ、エゼクター９５と連結部５３との間には、電動弁７８が設けられている。配管１９には、電動弁７９が設けられている。配管２０には、電動弁８０が設けられている。配管２１には、水酸化ナトリウムの流れる方向に沿って順に、電動弁８１、ボール弁９２が設けられている。配管２２には、塩酸の流れる方向に沿って順に、電動弁８２、ボール弁９４が設けられている。

図２を参照し、充填塔３の構造を説明する。充填塔３は、胴部３Ａ、塔頂部３Ｂ、塔底部３Ｃを備える。胴部３Ａは、上下方向に延びる略円筒形状に形成されている。塔頂部３Ｂは、胴部３Ａの上部に設けられている。なお、図２に示す塔頂部３Ｂは、上方に膨出する略半球状に形成されているが、形状はこれ以外の形状でもよく、例えば、略水平に延びる平板であってもよい。塔底部３Ｃは、胴部３Ａの下部に設けられている。なお、図２に示す塔底部３Ｃは、下方に膨出する略半球状に形成されているが、形状はこれ以外の形状でもよく、例えば、略水平に延びる平板であってもよい。胴部３Ａの上部には、原水入口３１が設けられている。塔底部３Ｃの最下部には、処理水出口３２が設けられている。塔頂部３Ｂには、逆洗排水出口３３が設けられている。胴部３Ａの高さ方向中段位置よりも下側には、中間口３４が設けられている。なお、中間口３４の位置は、後述する第二全層逆洗工程による混合樹脂１００の分離後に形成されるアニオン交換樹脂１０１とカチオン交換樹脂１０２の樹脂分離面１０５と同一の高さ位置に調整されている（図５参照）。中間口３４は、後述する分離工程後に行われる樹脂の再生工程時に排出される再生排水の出口として機能すると共に、後述する分離工程中の上層逆洗工程時に原水を流入させて混合樹脂１００の上層部を逆洗する入口としても機能する。

さらに、充填塔３の内側において、上方から下方に向かって順に、コレクタ３６、供給部３７、コレクタ３８が設けられている。コレクタ３６は、逆洗排水出口３３に配管を介して接続され、供給部３７は、原水入口３１に配管を介して接続され、コレクタ３８は、中間口３４に配管を介して接続されている。上記の通り、充填塔３の内側には、混合樹脂１００が充填される。

図３を参照し、充填塔３に必要な塔高さについて説明する。従来、混床式のイオン交換樹脂の逆洗分離は、樹脂層Ａの下端からのみ行われており、沈静状態の樹脂高さａに対して樹脂層Ａ全体が流動する逆洗の展開率ｘを設定した場合、充填塔の高さはａｘ以上とされてきた。この充填塔の高さを低減させる為、本実施形態では、樹脂層Ａについて異なる高さから順番に逆洗を行うことにより、展開率ｘを低下させることなく、樹脂層Ａを良好に分離させることができる。なお、説明中の「高さ」とは、樹脂層Ａの下端からの高さを意味する。

本実施形態の分離工程では、上層逆洗開始高さｂから展開率ｘにて逆洗を行い、樹脂層Ａのうち上層部の樹脂を先に分離させる。これを上層逆洗と呼ぶ。上層逆洗開始高さｂとは、上層逆洗時に逆洗水を通水させる所定位置の高さである。本実施形態は、上層逆洗開始高さｂから逆洗水（１）を通水して上層部における樹脂の分離を先に完了した後で、樹脂層Ａの下端から従来通りの流量で逆洗水（２）を通水する。これにより、結果的に、樹脂層Ａ全体において樹脂の分離を良好に完了させることができる。

このような分離工程を行う充填塔３において、逆洗時の樹脂が展開する高さは（ａ−ｂ）ｘ＋ｂとなり、これを上限高さとする。上限高さには、逆洗水を排出させる為の配管１９（図２参照）があるので、樹脂はこれ以上の高さには展開しない。即ち、本実施形態の充填塔３に必要とされる塔高さは、上限高さである（ａ−ｂ）ｘ＋ｂ以上あればよい。従って、本実施形態の充填塔３は、従来の充填塔に比較して、塔高さを低減しつつも樹脂の分離性を良好に保持できる。なお、分離工程における逆洗分離を正常に完了させる為の条件については後述する。

次に、純水製造装置１の動作を説明する。充填塔３の運転は、脱塩処理工程、分離工程、再生工程、混合工程、水張工程・水洗工程を１サイクルとして繰り返される。脱塩処理工程は、原水を脱塩（イオン交換処理）して脱塩水を製造する工程である。分離工程は、充填塔３内の混合樹脂１００をアニオン交換樹脂１０１とカチオン交換樹脂１０２とに分離する工程である。再生工程は、アニオン交換樹脂１０１及びカチオン交換樹脂１０２を再生する工程である。混合工程は、再生後のアニオン交換樹脂１０１及びカチオン交換樹脂１０２を混合する工程である。水張工程は、混合工程後の充填塔３内に水を張る工程である。なお、本実施形態の脱塩処理工程は、純水を製造する工程である。

＜脱塩処理工程＞
図４に示すように、配管１１の電動弁７１と、配管１２の電動弁７２を開き、それ以外の電動弁を閉じ、ポンプ４１を稼働させることで、原水槽２内の原水を配管１１から、原水入口３１を介して充填塔３内へ送液する（図４中Ｆ１線参照）。原水は、充填塔３内に充填された混合樹脂１００により脱塩処理（イオン交換処理）される。脱塩処理された処理水（純水）は、配管１２を通り、処理水槽４に貯留される（図４中Ｆ２線参照）。

＜分離工程＞
図５に示すように、分離工程は、第一全層逆洗工程、上層逆洗工程、第二全層逆洗工程の３つの工程を備える。以下、各工程の内容を具体的に説明する。

−第一全層逆洗工程−
脱塩処理工程後、充填塔３内の混合樹脂１００は、アニオン交換樹脂１０１及びカチオン交換樹脂１０２が混合した状態である。図６に示すように、第一全層逆洗工程では、配管１６の電動弁７５と、配管１９の電動弁７９を開き、それ以外の電動弁は閉じ、ポンプ４１を稼働させる。すると、原水槽２内の原水は、逆洗水として、配管１１、１６、１２の順に流れ、処理水出口３２を介して充填塔３内に流入する（図６中Ｆ３線参照）。

図５に示すように、逆洗水は、充填塔３内を下端から上方に向けて流れ、混合樹脂１００を通過するので、混合樹脂１００の逆洗が開始される。混合樹脂１００は上側から順番に徐々に流動し始める。混合樹脂１００を通過した逆洗水は、逆洗排水として、コレクタ３６（図２参照）内に入り、逆洗排水出口３３を介して配管１９に流れる。図６に示すように、配管１９を流れた逆洗排水は、連結部５８から配管１５を流れて外部に排出される（図６中Ｆ４線参照）。混合樹脂１００が全体的に流動し始めたところ、又はコレクタ３６に達したところで、ポンプ４１の稼働を停止し、第一全層逆洗工程を終了する。第一全層逆洗工程にかかる時間は、例えば０．５分である。第一全層逆洗工程終了時、混合樹脂１００の全層の分離は不完全であるが、混合樹脂１００の全層においてアニオン交換樹脂１０１及びカチオン交換樹脂１０２の分離が進む。

−上層逆洗工程−
図７に示すように、上層逆洗工程では、配管１３の電動弁７３と、配管１９の電動弁７９を開き、それ以外の電動弁を閉じ、ポンプ４１を稼働させる。すると、原水槽２内の原水は、逆洗水として、配管１１、１３の順に流れ、中間口３４を介して充填塔３内に流入する（図７中Ｆ５線参照）。図５に示すように、逆洗水は、充填塔３内のコレクタ３８から上方に向けて流れ、混合樹脂１００の上層部を通過するので、混合樹脂１００の上層部の逆洗が開始される。なお、混合樹脂１００の上層部とは、混合樹脂１００の全層のうち、中間口３４よりも上方にある樹脂層を意味する。

アニオン交換樹脂１０１は、カチオン交換樹脂１０２よりも比重が軽いので、アニオン交換樹脂１０１は上に、カチオン交換樹脂１０２は下に移動する。アニオン交換樹脂１０１が上に移動したところで、ポンプ４１の稼働を停止し、上層逆洗工程を終了する。上層逆洗工程にかかる時間は、例えば２．５分である。上層逆洗工程終了時、混合樹脂１００の全層のうち、上層部のアニオン交換樹脂層においては樹脂の分離が完了し、上層部のカチオン交換樹脂層以下においては樹脂の分離は不完全な状態となっている。

−第二全層逆洗工程−
上層逆洗工程後、再度、二回目の全層逆洗工程を行う。図６に示すように、第二全層逆洗工程でも、上記の第一全層逆洗工程と同様に、配管１６の電動弁７５と、配管１９の電動弁７９を開き、それ以外の電動弁を閉じ、ポンプ４１を稼働させる。すると、原水槽２内の原水は、逆洗水として、配管１１、１６、１２の順に流れ、処理水出口３２を介して充填塔３内に流入する（図６中Ｆ３線参照）。図５に示すように、逆洗水は、充填塔３内を下端から上方に向けて流れ、混合樹脂１００を通過する。しかしながら、混合樹脂１００のうち上部付近の樹脂は、上限高さ以上には展開できないため、流動が停止する。この部分を流動停止部と呼ぶ。ここで、流動停止部は、上層逆洗によって既に分離が完了しているアニオン交換樹脂層の一部である。よって、混合樹脂１００のうち少なくとも分離が完了していない上層部のカチオン交換樹脂層以下の樹脂が流動して分離が進むことによって、結果的に、全層において、アニオン交換樹脂１０１及びカチオン交換樹脂１０２の分離を完了させることができる。なお、流動停止部については後で詳しく述べる。第二逆洗工程にかかる時間は、例えば２．５分である。

＜再生工程＞
分離工程後、アニオン交換樹脂１０１及びカチオン交換樹脂１０２の再生工程を行う。図１に示すように、配管１７の電動弁７７と、配管１８の７８と、配管２０の電動弁８０と、配管２１の電動弁８１とを開き、それ以外の電動弁を閉じ、ポンプ４１を稼働させる。すると、原水槽２内の原水が、配管１１、１６、１７の順に流れ、連結部６２で配管１７と１８に分岐し、原水入口３１と処理水出口３２から充填塔３内に入る。充填塔３内に入った原水は、中間口３４から塔外に出て、配管１３、２０、１５の順に流れ、排水される。他方、配管２１の電動弁８１と、配管２２の電動弁８２とを開くことによって、水酸化ナトリウム槽５内の水酸化ナトリウム、及び塩酸槽６内の塩酸は、エゼクター９５，９６を介して夫々吸い上げられ、原水と混合されて充填塔３内に入る。アニオン交換樹脂１０１は水酸化ナトリウムによって再生処理される。カチオン交換樹脂１０２は塩酸によって再処理される。なお、本実施形態では、アニオン交換樹脂１０１はＯＨ形となり、カチオン交換樹脂１０２はＨ形となる。
なお、水酸化ナトリウム及び塩酸の送液は、別々に行ってもよいし、同時に行ってもよい。また、水酸化ナトリウム及び塩酸等の薬剤の吸い上げが終了しても、そのまま原水を流す（押出工程）ことによって、充填塔３内に入った薬剤は塔外に排出される。

＜混合工程＞
再生工程後、充填塔３の上部の水を抜いた後に、アニオン交換樹脂１０１及びカチオン交換樹脂１０２を混合させる混合工程を行う。図１に示すように、配管１４の電動弁７４、配管１９の電動弁７９を開き、それ以外の電動弁を閉じる。すると、ブロワ７が送出する圧縮空気が配管１４、１２を通して、処理水出口３２から充填塔３内に導入される。充填塔３内に導入された空気により、アニオン交換樹脂１０１及びカチオン交換樹脂１０２が混合され、混合樹脂１００が形成される。

＜水張工程・水洗工程＞
混合工程後、充填塔３の内側において、混合樹脂１００の上端部付近まで水位が下がっているので、水張工程を行う。図１に示すように、配管１１の電動弁７１を開き、配管１９の電動弁７９を開き、それ以外の電動弁を閉じ、ポンプ４１を稼働させる。すると、原水槽２内の原水を配管１１から、原水入口３１を介して充填塔３内へ送液される。充填塔３の内側の空気は、コレクタ３６、逆洗排水出口３３、配管１９、１５を介して排気される。充填塔３に原水が満たされ、逆洗排水出口３３、配管１９、１５を介して排水され始めたら、配管１９の電動弁７９を閉じ、水張工程を終了する。その後、水洗工程において、純水製造する前に処理水を、処理水導電率計４３にて水質を確認する。水洗工程後、再度上記説明した脱塩処理工程が行われる。

図３、図８を参照し、上層逆洗工程において、混合樹脂１００の上層部の逆洗分離が正常に完了する為の条件について説明する。図３に示すように、上層逆洗後、沈静状態としたとき樹脂層Ａ上部に形成される分離完了部分の幅をｃとする。ｃは樹脂の混合割合により異なった値となる。樹脂層Ａの下端から従来通り逆洗を行う。このとき、上部付近の樹脂は上限高さ以上には展開できないので、流動が停止する。この部分を流動停止部という。流動停止部は、従来方法により展開率ｘで展開していた部分が、沈静時の状態に戻ると考えられることから、図８に示すように表現できる。

図８に示すように、従来方法の上限高さａｘと、本発明方法の上限高さ（ａ−ｂ）ｘ＋ｂとの差は、ｂ（ｘ−１）である。このｂ（ｘ−１）をＡｆ_０層とする。従来方法のＡｆ_０層は、本発明方法では流動停止部の一部となり、以下の式で表されるＡｆ_１層となる。
・Ａｆ_０×（１／ｘ）＝Ａｆ_１
次に、Ａｆ_１層が発生することにより、Ａｆ_０層の下にあるＡｆ_１層と同じ幅の樹脂が流動停止部の一部となり、以下の式で表されるＡｆ_２層となる。
・Ａｆ_１×（１／ｘ）＝Ａｆ_２
以下同様にして、流動停止部が形成されるので、流動停止部はＡｆ_１層からＡｆ_∞層の和となる。

これを式にして解くと、以下のようになる。

以上の結果から、流動停止部の幅はｂであり、樹脂の分離が正常に完了するとき、流動停止部はｃ以下である必要がある。このことから、逆洗分離が正常に完了するための条件はｂ≦ｃとなる。

本実施形態では、上層逆洗工程の前に、第一全層逆洗工程を行うので、上層逆洗開始高さｂ以下の樹脂の一部も流動及び分離し始めている。そのため、上層逆洗後の分離完了幅ｃには中間口３４以下にあったアニオン交換樹脂が含まれる。これにより、ｃを大きくする効果を期待できる。また、コレクタ３８の構造によっては、本来上層逆洗時に流動するべきコレクタ３８付近の樹脂に流動しない部分が生じることがあるが、その場合もｃの減少を防ぐ効果を期待できる。

次に、上層逆洗工程において、中間口３４及びコレクタ３８を逆洗水入口として利用することについて説明する。純水製造装置１において、再生時の樹脂分離面１０５（図５参照）に位置するコレクタ３８及び中間口３４を含む配管構造を中間コレクタという。アニオン交換樹脂１０１とカチオン交換樹脂１０２の２種類の樹脂を用いる場合、再生時にはカチオン交換樹脂１０２が下層、アニオン交換樹脂１０１が上層となり、中間コレクタ高さとカチオン交換樹脂高さは同じとなる。このとき、中間コレクタ高さを１とすると、アニオン交換樹脂高さはａ−１となる。このとき、ｃは以下の式で表される。
・ｃ＝（ａ−１）（ａ−ｂ）／ａ
これをｂ≦ｃに代入すると、
・ｂ≦（ａ−１）（ａ−ｂ）／ａ
となる。

一例として、カチオン交換樹脂１０２とアニオン交換樹脂１０１が１：２の割合で混合されている充填塔を考える。
このとき、以下の関係が成り立つ。
・ｃ＝２（３−ｂ）／３
これを上述の関係式ｂ≦ｃに代入すると、
・ｂ≦２（３−ｂ）／３
となり、これを解くと、ｂ≦１．２となる。

つまり、カチオン交換樹脂高さ＝１に対して上層逆洗開始高さが１．２以下のとき、逆洗分離は正常に完了する。これはカチオン交換樹脂１０２とアニオン交換樹脂１０１の樹脂分離面１０５に配置する中間コレクタの中間口３４を逆洗水入口として利用できることを意味する。

次の例として、カチオン交換樹脂１０２とアニオン交換樹脂１０１が１：３の割合で混合されている充填塔３を想定する。同様に解くと、ｂ≦１．７となる。この場合も上記同様に、中間コレクタの中間口３４を逆洗水入口として利用できる。

次の例として、カチオン交換樹脂１０２とアニオン交換樹脂１０１が１：１の割合で混合されている充填塔３を想定する。同様に解くとｂ≦０．６７となり、中間コレクタは逆洗水入口として利用できない。以上より、本発明方法は、従来方法で用いていた展開率を低下させることなく、充填塔３の高さを低減できる。

次に、純水製造装置１を用いて樹脂の再生と通水を３回繰り返し、分離工程後の樹脂の分離面、及び純水製造装置１としての機能に問題が無いか確認試験を行った。

試験方法を説明する。充填塔３（透明ＰＶＣφ２００ｍｍ×１０５０ｍｍＨ、１３５０ｍｍＨに延長可能）は、底部から２５０ｍｍＨに中間コレクタ、９７０ｍｍＨ（配管中央高さとする）に原水入口３１及び逆洗排水出口３３があり、１０００ｍｍＨ（配管中央高さとする）逆洗排水出口３３があり、カチオン交換樹脂高さ２５０ｍｍ、アニオン交換樹脂高さ５００ｍｍとした。この純水製造装置１では展開率ｘは約１．５となる。原水は上水を活性炭で塩素除去して使用した。分離工程は、第一全層逆洗工程、上層逆洗工程、第二全層逆洗工程の順で行い、時間はそれぞれ０．５分、２．５分、２．５分の計５．５分間とした。再生薬品は、カチオン交換樹脂１０２の再生に３５％塩酸、アニオン交換樹脂１０１の再生に２５％苛性ソーダ（ＮａＯＨ）をそれぞれ上水で希釈して使用した。

カチオン交換樹脂１０２は、ローム・アンド・ハース・ジャパン社製Ｃ２０ＬＦ、アニオン交換樹脂１０１は、ローム・アンド・ハース・ジャパン社製Ａ１１６を使用した。使用する樹脂は予め倍量再生と計画量（７．７ｍ^３）の通水を行ってから、従来方法による逆洗分離を十分に行った状態で沈静させ樹脂高さを確認した。また、従来方法による全層逆洗で展開率１．５と全層逆洗流量を確認及び設定した。上記条件にて、再生と通水（７．７ｍ^３）を３回繰り返した。

実験結果を説明する。逆洗工程後の沈静時における樹脂分離面高さは、何れも中間コレクタ高さ±８ｍｍＨ（配管内径）以内となり、通水時のイオン交換処理水（純水）の電気伝導率は常に０．１ｍＳ／ｍ以下となった。この実験結果より、本発明の分離方法の有効性を確認できた。

以上説明において、第一全層逆洗工程は、本発明の「事前全層逆洗工程」の一例であり、第二全層逆洗工程は、本発明の「全層逆洗工程」の一例である。中間口３４は本発明の「出口部」と、本発明の「上層逆洗水流入口」の一例である。処理水出口３２は、本発明の「逆洗水流入口」の一例であり、逆洗排水出口３３は、本発明の「排水出口」の一例である。

以上説明したように、本実施形態の純水製造装置１は、充填塔３を備える。充填塔３は、比重が互いに異なる２種類のイオン交換樹脂（アニオン交換樹脂１０１、カチオン交換樹脂１０２）が混合充填されている。純水製造装置１は、充填塔３内の混合樹脂１００の再生工程前に、分離工程を行う。分離工程は、上層逆洗工程、及び第二全層逆洗工程を含む。上層逆洗工程では、充填塔３の下部よりも上方の所定位置から通水し、当該所定位置よりも上方に位置する混合樹脂１００の上層部を逆洗する。即ち、混合樹脂１００の下端から逆洗を行うのではなく、下端よりも上方の所定位置から混合樹脂の上層部の逆洗を行う。これにより、上層部を先に分離させる。その後、第二全層逆洗工程によって、下部から混合樹脂１００の逆洗を行う。このとき、混合樹脂１００の上部に流動が停止する樹脂層が生じても、これは上層逆洗によって既に分離が完了しているアニオン交換樹脂層の一部であるので、上層部のカチオン交換樹脂層以下の樹脂が流動することによって、結果的に、混合樹脂１００の全層を分離させることができる。更に、本実施形態は、混合樹脂１００を異なる高さから順番に逆洗を行うので、各工程にかかる時間を短縮できる。これにより、本実施形態は、充填塔３の高さを低減しつつ、混合樹脂の分離を確実に行うことができる。

また、上記実施形態は、上層逆洗工程前に、第一全層逆洗工程を行うことで、混合樹脂１００の全層において樹脂の分離を進めることができる。これにより、上層逆洗工程後に行う第二全層逆洗工程において、上層逆洗工程で分離できない下層部を良好且つ速やかに分離させることができる。

また、上記実施形態において、充填塔３の高さは、（ａ−ｂ）ｘ＋ｂ以上であればよいので、従来に比して充填塔の高さを低減しつつも、混合樹脂１００の分離を確実に行うことができる。また、第二全層逆洗工程では、上部付近の樹脂は、充填塔３の高さ以上には展開できないので流動が停止する。この部分を流動停止部とした場合、該流動停止部は、従来の分離方法で展開率ｘで展開していた部分が沈静の状態に戻ると考えられる。その場合、流動停止部の幅はｂであり、樹脂の分離が正常に完了するときの流動停止部はｃ以下である必要がある。よって、ｂ≦ｃとすることによって、逆洗分離を正常に完了させることができる。

また、上記実施形態では、上層逆洗工程において、中間口３４から通水することで、混合樹脂１００の上層部を逆洗できる。上層部の逆洗に、再生排水を外部に排出する為の中間口３４を利用することで、新たな配管を設けることなく、上層逆洗工程を行うことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態の分離工程の第一全層逆洗工程は省略してもよい。

また、充填塔３内に充填されるアニオン交換樹脂１０１は、強塩基性、弱塩基性等特に制限されるものではない。また、カチオン交換樹脂１０２も、強酸性、弱酸性等特に制限されるものではない。但し、純水、超純水等の脱塩処理（イオン交換処理）を目的とする本実施形態の場合、強塩基性アニオン交換樹脂及び強酸性カチオン交換樹脂を選択することが好ましい。

また、充填塔３内に充填される樹脂は、２種類に限らず、複数種類であればよく、３種類以上の樹脂を混合して充填してもよい。

また、上記実施形態の上層逆洗工程は、充填塔３の中間口３４から逆洗水を通水させているが、中間口３４とは別に、充填塔３に上層部の逆洗専用の上層逆洗水入口を新たに設けてもよい。また、上記実施形態の分離工程は、第二全層逆洗工程の前に、一つの上層逆洗工程を設けることで、充填塔３内の混合樹脂１００を２段階で分離させているが、例えば、充填塔３において２つ以上の異なる高さ位置に、逆洗水の流入口を夫々設け、混合樹脂１００を異なる高さから順番に多段階で逆洗を行うようにしてもよい。

また、純水製造装置１の配管構造は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

また、上記実施形態では、カチオン交換樹脂１０２の再生に塩酸を用いているが、その他の酸でもよく、例えば硫酸を用いてもよい。また、アニオン交換樹脂１０１の再生についても、水酸化ナトリウム以外の薬剤を用いてもよい。

また、上記実施形態では、純水の製造と再生を単一の塔で行う方法を用いているが、これらを別々の塔で行う移動床式としてもよい。

１ 純水製造装置
３ 混床式樹脂充填塔
３１ 原水入口
３２ 処理水出口
３３ 逆洗排水出口
３４ 中間口
１００ 混合樹脂
１０１ アニオン交換樹脂
１０２ カチオン交換樹脂
１０５ 樹脂分離面
ａ 樹脂高さ
ｂ 上層逆洗開始高さ
ｃ 分離完了幅
ｘ 展開率

Claims (7)

1. 比重が互いに異なる複数種類の樹脂が混合充填された混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法であって、
   前記混床式樹脂充填塔の下部よりも上方の所定位置から通水し、当該所定位置よりも上方に位置する前記混合樹脂の上層部を逆洗する上層逆洗工程と、
   前記上層逆洗工程後に、前記下部から通水し、前記混合樹脂の全層を逆洗する全層逆洗工程と
   を備えたこと
   を特徴とする混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法。
2. 前記上層逆洗工程前に、前記下部から通水し、前記混合樹脂の全層を逆洗する事前全層逆洗工程を備えたこと
   を特徴とする請求項１に記載の混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法。
3. 前記混床式樹脂充填塔内における沈静状態の前記混合樹脂の高さをａ、前記所定位置における前記下部からの高さをｂ、前記混合樹脂の高さａに対して前記混合樹脂の全体が流動する逆洗展開率をｘ、前記上層逆洗工程完了後、沈静状態としたときの前記混合樹脂のうち上部に形成される分離が完了した部分の幅をｃとした場合、
   前記混床式樹脂充填塔の高さは、（ａ−ｂ）ｘ＋ｂ以上、且つｂ≦ｃであること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法。
4. 前記混床式樹脂充填塔は、前記全層逆洗工程による前記樹脂の分離後に形成される樹脂分離面に位置し、前記全層逆洗工程後に行われる前記樹脂の再生工程時に外部に排出する再生排水の出口部を備え、
   前記出口部は前記所定位置に設けられ、
   前記上層逆洗工程では、前記出口部から通水し、前記混合樹脂の上層部を逆洗すること
   を特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法。
5. 前記複数種類の樹脂とは、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂であること
   を特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法。
6. 比重が互いに異なるカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が混合充填される混床式樹脂充填塔であって、
   前記混床式樹脂充填塔の下部に設けられ、混合充填された混合樹脂を逆洗する為の逆洗水を流入させる逆洗水流入口と、
   前記下部よりも上方の所定位置に設けられ、前記所定位置よりも上方に位置する前記混合樹脂の上層部を逆洗する為の逆洗水を流入させる上層逆洗水流入口と、
   前記混床式樹脂充填塔の上部に設けられ、前記混合樹脂を通過した逆洗排水を外部に排出させる排水出口と
   を備え、
   前記所定位置は、前記混床式樹脂充填塔内において、前記混合樹脂を前記カチオン交換樹脂と前記アニオン交換樹脂とに分離した後に形成される前記カチオン交換樹脂と前記アニオン交換樹脂の樹脂分離面と同一の高さ位置であって、
   前記上層逆洗水流入口は、前記カチオン交換樹脂と前記アニオン交換樹脂を再生する再生工程時において、前記混合樹脂を前記カチオン交換樹脂と前記アニオン交換樹脂とに分離した状態で、前記逆洗水流入口と前記排水出口から前記再生水を流入させたときに生成される再生排水の出口としても機能すること
   を特徴とする混床式樹脂充填塔。
7. 請求項６に記載の混床式樹脂充填塔を備え、原水を該混床式樹脂充填塔に通水させることによって、前記原水の脱塩処理を行うこと
   を特徴とする水処理装置。

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