JPH049583B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はイオン交換装置に係り、特にイオン交
換塔に原液を下向流で通して処理液を得、再生剤
を上向流で通じて再生するイオン交換装置であつ
て、逆洗及び再生効率向上のために、構造が改良
されたイオン交換装置に関する。

〔従来装置〕

従来、広く用いられているイオン交換装置とし
ては、単床向流再生式イオン交換装置が挙げられ
るが、これは第１図に示す如く、イオン交換塔１
内に、通液可能な支持板３が横断方向に設置さ
れ、イオン交換樹脂２がこの支持板３に支持され
て充填され樹脂床を形成してなるものである。イ
オン交換処理に際しては、塔頂よりイオン交換す
べき原液を下向流で通して、塔底部より処理液を
得る。逆流は、通常４ａから逆洗水を導入し、塔
頂又は塔上部から排出して集水管４から上の樹脂
のみを展開させて行なう。また再生に際しては、
塔頂部よりバランス水を導入するとともに、塔底
部より再生薬液を導入して樹脂床を再生し、再生
排液は集水管４を経て、排出管４ａより排出され
る。再生にあたつて、バランス水を導入するの
は、再生薬液を上向流で通液すると樹脂２が流動
し、再生効率が低下するので、これを防止するた
めである。

この装置では、樹脂層上部に集水管４を設ける
必要があり、内部構造が複雑となる。また再生薬
液の上向流通液により、樹脂が動いたり、樹脂床
が膨張して再生効率が低下したりすることを防止
するためと、原液中のSS（懸濁固形物・
Suspended Solid）を捕捉するため、集水管４の
上部に樹脂を積む（即ち、樹脂層中に集水管が埋
没するようにする）ようにしているが、集水管４
よりも上方の部分の樹脂は再生がなされず、SS
の捕捉を行うのみである。さらに塔頂部からバラ
ンス水を導入することを要するために、必要とさ
れる再生薬液量も増大し、また操作も煩雑となる
等の欠点を有している。

また第２図に示す如きイオン交換装置も使用さ
れている。

この装置では、再生効率を高め、高純度の処理
液を得るために、上向流通液・下向流再生の処理
が行なわれている。即ちこの装置では、イオン交
換塔が通液可能な仕切板５で上下に仕切られ、上
室及び下室にイオン交換樹脂２ａ及び２ｂが各々
充填され、さらに上室では、イオン交換樹脂層２
ａの上側に不活性樹脂６が充填されている。この
不活性樹脂６は、破砕したイオン交換樹脂による
上部ストレーナ７の目詰りを防止するためのもの
である。（なお、８は下部ストレーナである。） この装置において、イオン交換処理のための通
液は、塔底部から上向流で行ない、再生は塔頂部
から下向流で行なう。通液中は、塔の下部に充填
された樹脂２ｂは、液流のため、下方部分は流動
床を形成するが、上方部分は圧密されて固定床を
形成する。このため、流入した原液中のSSは、
大部分が下部の流動床で捕捉される。従つて、逆
洗は、通常、塔全体について行なうことなく、塔
下室内の樹脂層２ｄについてのみ行なうので十分
である。（第３図は下室の樹脂２ｂを逆洗してい
る状態を示すものであり、逆洗水は塔底部より導
入され、下室上方部に設けられた排出管４ｂより
排出されている。） このため、このような装置は再生形樹脂（負荷
されなかつた樹脂）の分散が起こらず（上部の樹
脂層２ａは逆洗しないため）、再生剤の使用量が
少なくてよいという長所を有する。

しかしながら、上向流通液方式であるので、流
速はある程度の高流速を要することから、通液す
る原液流速に制限がある。また通液、再生を繰り
返すと、樹脂２ａ，２ｂは膨張、収縮を繰り返
し、樹脂の一部は破砕するところから（即ち、一
般に強酸性又は強塩基性イオン交換樹脂は、再生
形（Ｈ形、OH形）では膨張し、負荷形（Na形、
Cl形等の塩形）では収縮する。また弱酸性又は弱
塩基性イオン交換樹脂は、これと逆の現象を示
す。）、上向流通液を行なうと、負荷形の破砕樹脂
は、上部ストレーナに詰り易く、更に詰つた所に
下向流で再生剤を薬注すると、破砕樹脂は膨張
し、ますます目詰りが進行してしまう。

このため、このような装置においては、上部ス
トレーナ７と樹脂層２ａとの間に瀘材の役目をす
る不活性樹脂６（イオン交換樹脂よりも比重の軽
いもの）を充填する必要があり、装置が複雑にな
るという欠点を有する。

〔発明の目的〕

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は集水管や不活性樹脂が不要で、構
成が簡単になると共に、逆洗が容易で、再生効率
も高いイオン交換装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

この目的を達成するために、本発明のイオン交
換装置は、イオン交換塔を液透過性の仕切板で上
下２室に区画し、下室には固定床を形成するよう
に充填されたイオン交換樹脂層を有し、上室には
上向流により流動床を形成するように充填された
イオン交換樹脂層を有し、かつ上室下部と下室上
部とを塔外において弁を介して連絡する樹脂移送
管および下室上部横に下室の逆洗水排出管を具備
するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下に本発明を、図面に示す実施例を参照しな
がらさらに詳細に説明する。

本発明のイオン交換装置は、第４図に示す如
く、イオン交換塔に原液を下向流で通して処理液
を得、再生剤を上向流で通して再生するイオン交
換装置であつて、イオン交換塔内は、液透過性の
仕切板（中間仕切板１１）により上下２室即ち上
室１１ａ、下室１１ｂに区画されている。下室１
１ｂにはイオン交換樹脂層１２ｂが固定床を形成
するように充填されており、上室１１ａにはイオ
ン交換樹脂層１２ａが上向流により流動床を形成
するように充填されている。しかして、塔外に
は、上室１１ａ下部と下室１１ｂ上部とを弁１４
を介して連絡する樹脂移送管１３が設けられてい
る。１５，１６は各々上部仕切板、下部仕切板で
ある。

このような本発明のイオン交換装置において、
充填するイオン交換樹脂については、特に制限は
なく、通常はスチレンとジビニルベンゼンを共重
合体である母体に交換基を導入したものを用い
る。

即ち、カチオン交換のためには、スルホン基
（−SO₃ ^-）を有する強酸性カチオン交換樹脂又は
カルボキシル基（−COO^-）を有する弱酸性カチ
オン交換樹脂を充填して使用することができる。
また、アニオン交換のためには、第四級アンモニ
ウム塩基（−NR₃ ⁺）を有する強塩基性アニオン
交換樹脂又は第一〜三級のアミノ基（−NH₂、−
NHR、−NR₂）を有する弱塩基性アニオン交換
樹脂を充填して使用することができる。

また樹脂の充填量は、上室の流動床形成側は約
10〜20vol.％、下室の固定床形成側は約80〜
80vol.％、とするのが好ましい。

次に本発明のイオン交換装置の運転方法につい
て説明する。

(1) 通液 本装置においてイオン交換処理のための通液
は第５図に示す如く、下向流通液とする。この
ため上室１１ａに充填されたイオン交換樹脂１
２ａも下室１１ｂ内の樹脂１２ｂと同様に固定
床を形成する。処理液は塔底部から排出され
る。

(2) 上室逆洗 通液より流入したSSは、主に上室１１ａ内
のイオン交換樹脂層１２ａで捕捉されるので、
所定の通液量に至らないうちに差圧が上つた場
合には、上室１１ａのみ逆洗を行なう。また、
再生剤の通液に先立つて毎回この逆洗を行な
う。逆洗は第６図に示す如く、塔底部から上向
流で逆洗水を導入して行なう。逆洗水を導入す
ると、下室１１ｂのイオン交換樹脂層１２ｂは
固定状態を維持するが、上室１１ａのイオン交
換樹脂層１２ａは展開される。SSを捕捉した
逆洗水は、上室１１ａ上部横に設けられている
逆洗水排出管１７からスクリーン１８を経て排
出される。

(3) 薬注（再生） イオン交換樹脂の再生は、第７図の如く、再
生剤を塔底部から上向流で導入し、塔頂部から
排出させて行なう。上室１ａ内のイオン交換樹
脂層１２ａは若干展開して流動する（弱展開）
が、再生剤と接触するので、第１図の従来装置
におけるよりも効率良く再生される。再生剤の
押出も同様に押出水を上向流で導入して行な
う。

(4) 洗浄１（上向流洗浄） 上向流による洗浄は第８図の如く、再生水を
塔底部から導入し塔頂部から排出させて行な
う。これにより、上室１１ａ内のイオン交換樹
脂層１２ａは展開流動し、上室空間部の薬品も
押出される。

(5) 洗浄２（下向流洗浄） 上向流による洗浄の後、下向流による洗浄を
行なう。下向流による洗浄は第９図の如く、原
水を塔頂部から導入し、塔底部より排出させて
行なう。

通常は、前記(1)〜(5)（(1)〜(5)の工程を１サイ
クルとし、この間、弁１４は閉とされている。）
を繰り返して運転するが、長い運転サイクルの
間には上室の逆洗だけでは差圧が低下しなくな
ことがある。即ち下室１１ｂ内の樹脂１２ｂも
SSを捕捉している場合である。このような場
合には、以下の(6)〜(8)のような操作で下室１１
ｂの逆洗を行なう。

(6) 下室逆洗１（樹脂の移送） 第１０図の如く弁１４を開とし、塔底部から
移送水を高速上向流で導入し、下室１１ｂの樹
脂１２ｂの一部を移送管１３を経て上室１１ａ
に送り込む。

(7) 下室逆洗２（樹脂逆洗） (6)の操作により下室１１ｂに間隙ができ、下
室１１ｂの樹脂１２ｂを展開して流動させるこ
とができるようになつた後（従つて、上室１１
ａ内には上室のイオン交換樹脂１２ａと下室か
ら一部移送されてきたイオン交換樹脂とからな
るイオン交換樹脂層１２ｃが形成されてい
る。）、弁１４を閉とし、逆洗水を塔底部から導
入して下室の樹脂１２ｂを展開させる。SSを
捕捉した逆洗水は下室１１ｂ上部横に設けられ
た逆洗水排出管１９からスクリーン１８を経て
排出させる。この場合、第１１図の如く、移送
管１３の途中に排出管１９を接続し、弁２０を
介設しても良い。

(8) 下室逆洗３（樹脂の戻し） 下室の逆洗が終了した後、弁１４を開とし、
次いで第１２図の如く塔頂部より下向流で移送
水（原水でもよい）を導入して、上室１１ａ内
の樹脂１２ｃの一部を下室に戻し、下室に固定
床を形成させる。

下室１１ｂへ樹脂を戻した後、上室１１ａに残
つたSSを前記(2)上室逆洗を行なつて除去し、(3)、
(4)、(5)の要領で薬注、押出、洗浄を行なうことに
より、(1)の通液の準備が完了する。

本発明のイオン交換装置の他の実施例を第１３
図に示す。本例においては、上室内をさらに上下
２室に小さく区画する液透過性の仕切板２１を設
ける。このような装置にカチオン交換樹脂を充填
する場合には、上室内の小室のうち上側の小室２
１ａに再生されやすい弱酸性カチオン交換樹脂を
充填して樹脂層２１ｄを形成し、上室内の小室の
うち下側の小室２１ｂ及び下室１１ｂには、強酸
性カチオン交換樹脂を充填して樹脂層１２ｅ及び
１２ｄを形成し、下向流で通液する。

この実施例の装置においては、樹脂の再生は上
向流で行なう。再生に際しては第１４図の如く、
上室内の小室２１ａ及び２１ｂに充填された樹脂
層１２ｄ，１２ｅはそれぞれ若干展開されるが、
小室２１ａ内の弱酸性カチオン交換樹脂１２ｄは
再生されやすいので、小室２１ｂ内の強酸性カチ
オン交換樹脂１２ｅの再生排液で十分に再生可能
である。また、アニオン交換樹脂を充填する場合
には、小室２１ａに弱塩基性アニオン交換樹脂、
小室２１ｂ及び下室１１ｂに強塩基性アニオン交
換樹脂を充填すればよい。

このような本発明のイオン交換装置を純水化処
理工程に適用した場合、第１５図に示すように構
成するのが好ましい。即ち第１５図において３１
及び３３は本発明のイオン交換装置で、３１はカ
チオン塔、３３はアニオン塔であり、３２は脱炭
酸塔である。

被処理水である原水が重炭酸塩硬度が高く鉱酸
を高い比率で含有する場合には、３１及び３３の
塔を各々第１３図に示したような上室をさらに２
分した装置とし、弱酸性カチオン交換樹脂（塔３
１の場合）、又は弱塩基性交換樹脂（塔３３の場
合）を上室の上側の小室に充填することにより再
生効率を大幅に向上させることができ、極めて有
利である。

さらに高純度の処理水を得るために、第１５図
の塔３３にひき続いて強酸性カチオン交換樹脂塔
（図示せず）と強塩基性アニオン交換樹脂塔（図
示せず）に連続して通液することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明のイオン交換装置は
下向流で通液してイオン交換処理を行なうもので
あることから、通液の流速に制限がなく様々な処
理物及び処理工程に適用でき、また仕切板により
区画されるためイオン交換樹脂が満遍なく再生さ
れ、再生効率は極めて高く、しかも上室及び下室
を連絡する移送管による樹脂の移送により逆洗も
容易である。また従来の装置の如く、不活性樹脂
又は集水管を設ける必要がなく、構成が簡便で足
りる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は従来のイオン交換
装置を示す断面図である。第４図は本発明のイオ
ン交換装置の実施例を示す断面図、第５図ないし
第１２図は第４図の装置の運転方法を説明する断
面図、第１３図及び第１４図は本発明のイオン交
換装置の他の実施例を示す断面図である。第１５
図は本発明のイオン交換装置を純水化処理工程に
適用した場合の系統図である。 １……イオン交換塔、２，２ａ，２ｂ……イオ
ン交換樹脂、３……支持板、４……集水管、５…
…仕切板、６……不活性樹脂、１１……仕切板、
１２ａ，１２ｂ……イオン交換樹脂層、１３……
樹脂移送管、１４……弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イオン交換塔に原液を下向流で通して処理液
   を、再生剤を上向流で通して再生するイオン交換
   装置において、イオン交換塔内に、塔を上下２室
   に区画する液透過性の仕切板が設けられており、
   該下室には固定床を形成するように充填されたイ
   オン交換樹脂層を有し、該上室には上向流により
   流動床を形成するように充填されたイオン交換樹
   脂層を有し、かつ上室下部と下室上部とを塔外に
   おいて弁を介して連絡する樹脂移送管および下室
   上部横に下室の逆洗水排出管を具備することを特
   徴とするイオン交換装置。 ２ 上室に、該上室を上下の２小室に区画する液
   透過性の仕切板を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のイオン交換装置。