JP6408361B2 - 軟水化装置及びイオン交換樹脂の再生方法 - Google Patents
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Description
そして、この水素イオンが陽イオン交換樹脂に吸着されたカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分と交換されることより、陽イオン交換樹脂が再生されることになる。
また、強塩基性陰イオン交換樹脂は、水中の塩化物イオン等の陰イオンを吸着しやすい一方、一度これらの陰イオンを吸着すると、水の分解により生じた水酸化物イオンとこれらの陰イオンとを交換しにくい性質を有しているからである。
なお、ここでいう軟水化とは、水に含まれている硬度成分を減少させることをいう。
何故ならば、弱酸性陽イオン交換樹脂及び弱塩基性陰イオン交換樹脂が以下の性質を有しているからである。
弱酸性陽イオン交換樹脂は、強酸性陽イオン交換樹脂と比べて吸着した硬度成分と水の分解により生じた水素イオンとを交換しやすい性質を有している。また、弱塩基性陰イオン交換樹脂は、強塩基性陰イオン交換樹脂と比べて吸着した水中の陰イオンと水の分解により生じた水酸化物イオンを吸着しやすい性質を有している。
したがって、本発明に係る軟水化装置は、従来の強酸性陽イオン交換樹脂や強塩基性陰イオン交換樹脂を使用した軟水化装置に比べて、イオン交換樹脂の再生に使用する水素イオン及び水酸化物イオンの量を減らすことができ、これにより、イオン交換樹脂の再生時間の短縮や省電力化が可能になる。
なお、ここで言う粒径とは、粒子状をなす弱酸性陽イオン交換樹脂及び弱塩基性陰イオン交換樹脂の外縁における一点から別の点までの最大長さを言う。
上述した理由により、より好ましくは、前記弱酸性陽イオン交換樹脂のイオン交換容量が、前記弱塩基性陰イオン交換樹脂のイオン交換容量に対して3倍以上9倍以下であり、最適なのは3倍以上6倍以下である。
さらに前記導電部材は、非イオン透過性かつ非透水性であることが好ましい。
そして前記樹脂室は、前記電極のうち陽極側に設けられる陰イオン交換樹脂膜と陰極側に設けられる陽イオン交換樹脂膜とにより仕切られることで形成され、前記樹脂室から前記陽極または前記導電部材と前記陰イオン交換樹脂膜との間の空間である陽極室に流れる流路と、当該陽極室から当該導電部材または前記陰極と前記陽イオン交換樹脂膜との間の空間である陰極室に流れる流路とが設けられることが好ましい。
なお、本実施形態では、これらの電極に印加される電圧を変更することにより、樹脂室13内に流れる電流の大きさを自由に変更できるように構成されている。
これにより、水は、当該水に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分が弱酸性陽イオン交換樹脂41に吸着されて減少し、軟水化される。
これにより、弱酸性陽イオン交換樹脂41と弱塩基性陰イオン交換樹脂42との界面で水の分解により水素イオンと水酸化物イオンが生じる。そして水素イオンによって弱酸性陽イオン交換樹脂41に吸着しているカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分が交換され、水酸化物イオンによって弱塩基性陰イオン交換樹脂42に吸着されている硫酸イオンや炭酸イオン等の陰イオン成分が交換されることによりイオン交換樹脂40が再生される。
なお脱離した硬度成分や陰イオン成分がイオン交換樹脂40に再吸着するのを抑制するため、樹脂室13内の流路長はより短い方が好ましい。
図4は、軟水化装置100の他の形態について示した図である。
本実施形態の軟水化装置100は、図1に示した軟水化装置100と比較して、樹脂室13を挟んで配置された一対の電極である陽極21と陰極22とを具備する点で同様である。また本実施形態の軟水化装置100は、陽極21と隣接する樹脂室13との間に陽極室11を有し、陰極22と隣接する樹脂室13との間に陰極室12を有する点でも図1に示した軟水化装置100と同様である。ただし説明の便宜上、ここではこれらをそれぞれ陽極室11a、陰極室12bとして図示している。
本実施形態の軟水化装置100についても、軟水化処理の際は、図1で説明した軟水化装置100と同様に陽極21及び陰極22には電圧を印加させない。
本実施形態では、軟水化の対象となる硬水である被処理水は2分割され、一方は、樹脂室13aの下部に設けられた導入ポート101aから樹脂室13a内に導入される。また他方は、樹脂室13bの下部に設けられた導入ポート101bから樹脂室13b内に導入される。そしてそれぞれ樹脂室13aおよび樹脂室13b内を下部から上部に向けて通水し、イオン交換樹脂40により硬度成分が除去されて軟水化される。さらに軟水化された水は、それぞれ樹脂室13aの上部に設けられた排出ポート102a、および樹脂室13bの上部に設けられた排出ポート102bから生成水として導出される。
これにより上述した場合と同様に、水の分解により水素イオンと水酸化物イオンが生じ、水素イオンによって弱酸性陽イオン交換樹脂41に吸着している硬度成分が交換される。さらに水酸化物イオンによって弱塩基性陰イオン交換樹脂42に吸着されている陰イオン成分が交換される。そしてイオン交換樹脂40が再生される。
図5は、図4に示した軟水化装置100における水の流通経路について説明した図である。
まず導入ポート101aから樹脂室13a内に導入し、排出ポート102aから導出した水は、次に陽極室11aの下部に導入する。そして陽極室11aの上部から導出し、さらに陰極室12aの下部に導入する。そして陰極室12aの上部から導出する。
また導入ポート101bから樹脂室13b内に導入し、排出ポート102bから導出した水は、次に陽極室11bの上部に導入する。そして陽極室11bの下部から導出し、さらに陰極室12bの下部に導入する。そして陰極室12bの上部から導出する。
さらに本実施形態では、樹脂室13bから導電部材50と第1隔膜31bとの間の空間である陽極室11bに流れる流路と、陽極室11bから陰極22と第2隔膜32bとの間の空間である陰極室12bに流れる流路とが設けられる。そして樹脂室13bに通水してイオン交換樹脂を再生した後は、この流路により通水を行なう。
そしてこれにより電極である陽極21、陰極22および導電部材50による仕切られた単位(ブロック)毎にイオン交換樹脂の再生を行なう。
また、前記実施形態では、上述した水の流れ方向が、樹脂室内を流れる電流の向きと略垂直な方向であったが、必ずしも垂直である必要はなく、平行であっても良いし、所定の角度で傾いた方向であっても良い。
さらに、陽極と陰極は同じものであっても、別のものであっても良い。
図1に示した軟水化装置100を使用した。
含水状態での粒径が300μm〜425μmに調整された弱酸性陽イオン交換樹脂と弱塩基性陰イオン交換樹脂をそれぞれのイオン交換容量(meq/ml)で3:1となるように均一に混合してイオン交換樹脂40とした。陽極21および陰極22として、基材であるチタンに白金を被覆したメッシュ状電極であり、電極サイズとして5cm×10cmであるものを準備した。第1隔膜31として厚み100μmの強塩基性陰イオン交換樹脂膜を準備した。また第2隔膜32として、厚み100μmの強酸性陽イオン交換樹脂膜を準備した。
図4に示した軟水化装置100を使用した。
含水状態での粒径が300μm〜425μmに調整された弱酸性陽イオン交換樹脂と弱塩基性陰イオン交換樹脂をそれぞれのイオン交換容量(meq/ml)で3:1となるように均一に混合してイオン交換樹脂40とした。陽極21、陰極22、および導電部材50として、基材であるチタンに白金を被覆したメッシュ状電極であり、電極サイズとして5cm×10cmであるものを準備した。第1隔膜31a、31bとして厚み100μmの強塩基性陰イオン交換樹脂膜を準備した。また第2隔膜32a、32bとして、厚み100μmの強酸性陽イオン交換樹脂膜を準備した。
図6(a)は、実施例1および実施例2について、処理流量と硬度成分除去率との関係を示している。ここで横軸は、処理流量の積算値を表し、縦軸は、硬度成分除去率を表す。図6(a)では、実施例1および実施例2について軟水化−電気再生を1回行なう毎に、処理流量と硬度成分除去率との関係をプロットしている。また図6(b)は、実施例1および実施例2の硬度成分除去率を、図1の結果より算出した平均値で示している。さらに図6(b)では、イオン交換樹脂40に流れた電流を単位体積当たりで示している。
図1に示した軟水化装置100を使用した。
軟水化装置100の装置構成は、実施例1と同様のものとした。
図1に示した軟水化装置100を使用した。
軟水化装置100の装置構成は、イオン交換樹脂40を、弱酸性陽イオン交換樹脂および弱塩基性陰イオン交換樹脂から強酸性陽イオン交換樹脂および強塩基性陰イオン交換樹脂に変更したこと以外は、実施例3と同様のものとした。
そして実施例3と同様にして被処理水の処理を行なった。
図7は、実施例3および比較例1について、処理流量と硬度成分除去率との関係を示している。ここで横軸は、処理流量の積算値を表し、縦軸は、硬度成分除去率を表す。図7では、実施例3および比較例1について軟水化−電気再生を1回行なう毎に、処理流量と硬度成分除去率との関係をプロットしている。
図示するように実施例3では、軟水化−電気再生の工程を10回繰り返したときの硬度成分除去率は、約66%程度で安定した。対して比較例1では、硬度成分除去率は約50%となり、さらに低下する傾向を示した。これにより弱酸性陽イオン交換樹脂および弱塩基性陰イオン交換樹脂を使用した方が、強酸性陽イオン交換樹脂および強塩基性陰イオン交換樹脂を使用した場合よりイオン交換樹脂40を再生しやすく、イオン交換樹脂40の交換頻度が少なくなることがわかる。
13、13a、13b ・・・樹脂室
21 ・・・陽極
22 ・・・陰極
31、31a、31b ・・・第1隔膜
32、32a、32b ・・・第2隔膜
40 ・・・イオン交換樹脂
41 ・・・弱酸性陽イオン交換樹脂
42 ・・・弱塩基性陰イオン交換樹脂
50 ・・・導電部材
Claims (10)
- イオン交換樹脂を有し、当該イオン交換樹脂を通過する水を軟水化する樹脂室と、前記樹脂室を挟んで配置され、前記樹脂室に電圧を印加して前記水を軟水化した後の前記イオン交換樹脂を再生する電極と、を具備する軟水化装置であって、
前記樹脂室は、前記電極のうち陽極側に設けられる陰イオン交換樹脂膜と陰極側に設けられる陽イオン交換樹脂膜とにより仕切られることで形成され、
前記イオン交換樹脂は、少なくとも弱酸性陽イオン交換樹脂及び弱塩基性陰イオン交換樹脂とがそれぞれ粒子状をなして混在し、
前記イオン交換樹脂を再生する際に前記電極に電圧を印加した状態で、前記イオン交換樹脂と、陰イオン交換樹脂膜および陽イオン交換樹脂膜と、の少なくとも一方は、電荷を帯びることを特徴とする軟水化装置。 - 前記イオン交換樹脂を再生する際に、前記陽極と前記陰イオン交換樹脂膜との間の空間である陽極室に通水することで酸性水となり、前記陰極と前記陽イオン交換樹脂膜との間の空間である陰極室に通水することでアルカリ性水になることを特徴とする請求項1に記載の軟水化装置。
- 前記弱酸性陽イオン交換樹脂及び前記弱塩基性陰イオン交換樹脂の粒径が、それぞれ100μm以上500μm以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の軟水化装置。
- 前記弱酸性陽イオン交換樹脂のイオン交換容量が、前記弱塩基性陰イオン交換樹脂のイオン交換容量に対して1倍以上9倍以下であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の軟水化装置。
- 前記樹脂室は複数設けられるとともに、前記電極は複数の当該樹脂室を挟んで配置され、
複数の前記樹脂室間に導電部材をさらに設け、前記電極および当該導電部材による仕切られた単位毎に前記イオン交換樹脂の再生を行なうことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の軟水化装置。 - 前記導電部材は、非イオン透過性かつ非透水性であることを特徴とする請求項5に記載の軟水化装置。
- イオン交換樹脂を有し、当該イオン交換樹脂を通過する水を軟水化する樹脂室と、前記樹脂室を挟んで配置され、前記樹脂室に電圧を印加して前記水を軟水化した後の前記イオン交換樹脂を再生する電極と、を具備する軟水化装置であって、
前記樹脂室は、前記電極のうち陽極側に設けられる陰イオン交換樹脂膜と陰極側に設けられる陽イオン交換樹脂膜とにより仕切られることで形成され、
前記イオン交換樹脂は、少なくとも弱酸性陽イオン交換樹脂及び弱塩基性陰イオン交換樹脂がそれぞれ粒子状をなして混在し、
前記陽極と前記陰イオン交換樹脂膜との間の空間であり、当該陰イオン交換樹脂膜により前記樹脂室から陰イオン成分を主に透過させる陽極室に、当該樹脂室から流れる流路と、前記陰極と前記陽イオン交換樹脂膜との間の空間であり、当該陽イオン交換樹脂膜により当該樹脂室から陽イオン成分を主に透過させる陰極室に、当該陽極室から流れる流路と、が設けられる軟水化装置。 - イオン交換樹脂を収容する複数の樹脂室および複数の当該樹脂室間に設けられた導電部材を挟んで配置される電極に電圧を印加しつつ当該樹脂室および当該樹脂室間に通水を行ない、当該樹脂室は、当該電極のうち陽極側に設けられる陰イオン交換樹脂膜と陰極側に設けられる陽イオン交換樹脂膜とにより仕切られることで形成され、当該イオン交換樹脂を再生する際に前記電極に電圧を印加した状態で、前記イオン交換樹脂と、陰イオン交換樹脂膜および陽イオン交換樹脂膜と、の少なくとも一方が、電荷を帯びることで、当該イオン交換樹脂を再生し、
前記電極および前記導電部材による仕切られた単位毎に前記イオン交換樹脂の再生を行なうことを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。 - 前記イオン交換樹脂を再生する際に、前記陽極と前記陰イオン交換樹脂膜との間の空間である陽極室に通水することで酸性水にし、前記陰極と前記陽イオン交換樹脂膜との間の空間である陰極室に通水することでアルカリ性水にすることを特徴とする請求項8に記載のイオン交換樹脂の再生方法。
- 少なくとも弱酸性陽イオン交換樹脂及び弱塩基性陰イオン交換樹脂がそれぞれ粒子状をなして混在するイオン交換樹脂を収容する複数の樹脂室および複数の当該樹脂室間に設けられた導電部材を挟んで配置される電極に電圧を印加しつつ当該樹脂室および当該樹脂室間に通水を行なうことで、当該イオン交換樹脂を再生し、
前記樹脂室は、前記電極のうち陽極側に設けられる陰イオン交換樹脂膜と陰極側に設けられる陽イオン交換樹脂膜とにより仕切られることで形成され、
前記陽極または前記導電部材と前記陰イオン交換樹脂膜との間の空間であり、当該陰イオン交換樹脂膜により前記樹脂室から陰イオン成分を主に透過させる陽極室に、当該樹脂室から導出した水を通水し、前記導電部材または前記陰極と前記陽イオン交換樹脂膜との間の空間であり、当該陽イオン交換樹脂膜により当該樹脂室から陽イオン成分を主に透過させる陰極室に、当該陽極室から導出した水を通水することを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。
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