JPH0653275B2 - 混床式イオン交換塔 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、改良された混床式イオン交換塔に関する。特
に十分な均一混合性を有し，且つ，高い混合速度を有す
る混床式イオン交換塔に関する。

［従来の技術］ 従来から、ＩＣなどの製造用洗浄用水，発電用ボイラー
用水などでは，特に入念に精製された純水が要求されて
いる。このため純水製造過程において、陽イオン交換樹
脂と陰イオン交換樹脂を混合した再生型混床式イオン交
換装置を用いる。この混床式イオン交換装置は，脱塩運
転を始める前，即ち，イオン交換樹脂の再生処理の後に
陰陽イオン交換樹脂を均一に混合するほど高い精製度の
塩水を得ることができる。

例えば，特開昭５７−５０５８８号公報に記載されてい
るように，陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を一つ
の塔の中に充填した混床式イオン交換塔では，脱塩処理
（純水製造など）の前に樹脂をそれより高い水位に保っ
た水中で底部より空気を流通させ樹脂の流動，混合を行
なう。かかるイオン交換塔における樹脂の混合に際し，
樹脂流動完了後，塔内の水を抜水することによって混合
性は向上するが，抜水量に過不足ががあると，それぞれ
樹脂層への空気の混入，樹脂の再分離の不具合が生じ
る。

［発明が解決しょうとする問題点］ 抜水され降下する塔内水位を検知する液面計を備え、抜
水操作の完了を検出して抜水弁を閉じる従来技術では，
液面の高速降下，液面振動のため精進な抜水後水位を設
定し難いこれから，樹脂層への空気の混入をきらい静置
樹脂層より相当上部で抜水を完了させていた。本発明は
流動完了後の抜水法を改善することによって，樹脂の高
い均一混合性を発揮し，且つ抜水量の精確な計量を可能
とし，更に樹脂の逆洗分離工程での分離効果を高めよう
とするものである。それにより，簡単な方法で均一混合
性を高め，経済的な混床式固定床イオン交換装置を提供
することができる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、水の脱塩処理を行なう陽イオン交換樹脂と陰
イオン交換樹脂とを、イオン交換塔中に充填した混床式
固定床を有し；脱塩処理の前に、静置イオン交換樹脂層
界面より高い水位の水中に浸漬したイオン交換樹脂層に
塔底部より空気を一定時間通過させ、イオン交換樹脂を
流動混合させて、均一化する方式の混床式イオン交換塔
において、イオン交換樹脂層下の塔底部に通気配管と、
抜水弁を有する抜水配管を設け；抜水配管は、水位検知
器を備える計量槽と結合しており；該通気配管は圧力逃
がし弁を有する排気配管を付随し、その排気配管は、流
動混合の終了後の排気時にイオン交換塔内の水が漏出し
ないように、イオン交換塔内の静置イオン交換樹脂の高
さより高い位置に設けられ；イオン交換樹脂層の流動の
ための通気は、該排気配管の圧力逃がし弁の開放によ
り、停止され；そして、通気配管のための通気口は、充
填されたイオン交換樹脂層の下の位置、そして、処理さ
れた水を排出する排水口より上の位置で、該抜水配管の
ための抜水口よりも上部に残留水の水位を確保すること
ができる位置に設けられ、イオン交換樹脂層の流動中、
イオン交換樹脂層の下の塔底部内の水を所定量抜くこと
ができ、即ち、該抜水口から該通気口までの間に、抜水
すべきイオン交換樹脂層中の水量より、大きい空間を有
することを特徴とする混床式固定床イオン交換塔であ
る。

流動化したイオン交換樹脂層からの抜水を所定量で停止
できるようされており、抜水量を精確に制御できるもの
である。さらに，通気を停止，樹脂層に掛かる空気圧力
を急速に除き，樹脂層内からの水の急速落下を可能にし
たものである。

それによって高い均一混合性を得ることが出来る混床式
イオン交換塔を提供することができた。

［作用］ 本発明は，通気により流動化したイオン交換樹脂層を静
置させるに際して，イオン交換樹脂の流動化を行なって
いる最中に塔底部より計量槽へ所定量の水抜きを行なっ
ておくことにより，通気停止と同時に抜水に速やかに移
行することができ，イオン交換樹脂層の水を塔底部へ，
急速に且つ精確な抜水量で抜水することを可能にするも
のである。ところで，イオン交換樹脂を流動混合するに
当っては，静置時のイオン交換樹脂の高さの１０％程度
に相当する高さまで水を貯留し（イオン交換樹脂の上に
ある残留水位），イオン交換樹脂の流動化を維持するこ
とが出来る。イオン交換樹脂の流動完了後には，この残
留水位に相当する塔内水を高速で精確に抜水することに
よって樹脂の均一混合を達成するものである。

然し乍ら，抜水量に過不足があると，夫れ夫れイオン交
換樹脂層への空気の混入や，イオン交換樹脂の再分離な
どの問題が生じる。高速抜水と精確な抜水機能を混床式
イオン交換塔に持たせるために，本発明では，イオン交
換樹脂層の下の塔底部に排気配管を有する通気配管を設
ける。抜水配管は，抜水量を計量する計量槽へ導入され
ている。

塔底部に導入されている通気配管に付随する排気配管
は，混床式イオン交換塔内の静置イオン交換樹脂の高さ
より高い位置に設置し，流動終了後の排気時に塔内水
が、漏出しないものとする。亦，通気口は，抜水口より
も上部に残留水位以上の水位を確保しうる位置する。更
に，処理水排出口を通気口より下部に設置することを特
徴としたものである。

流動完了後の抜水法を改善することによって，イオン交
換樹脂の高い均一混合性を確保し，更に，イオン交換樹
脂の逆洗浄分離工程での分離効果を高めた混床式イオン
交換塔である。

［実施例］ 次に，本発明の混床式イオン交換装置について，第１図
及び第２図ａ〜ｅの具体例を参照して説明する。

なお具体的に説明するが，本発明は，その要旨を変えな
い限り次の実施例に限定されるものではない。

図において，本発明の混床式イオン交換塔１は，水の脱
塩処理を行なう陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を
充填した混床式固定床２を有し，処理すべき原水は，原
水供給配管１３により混床式イオン交換塔１の頂部より
供給され，脱塩処理された純水は，混床式イオン交換塔
１の底近くの処理水排出口１７から，処理水排出弁３を
通り処理水排出管４より排出される。

混床式イオン交換塔１の底部には，抜水弁５を有する抜
水管６を備え，抜水管６は，水位検知器７を備えた計量
槽８に導入されており，計量槽８はドレン抜き管９を有
する。

脱塩処理に先立ち，静置イオン交換樹脂層界面より高い
水位となる水中に浸漬したイオン交換樹脂層に塔底部２
０より空気を，圧逃がし弁１０，排気配管１１を備えた
通気管１２より吹き込む。

通気処理時に混床式イオン交換塔の底近くの通気口１６
より，吹き込まれた空気は，混床式イオン交換塔１の頂
部にある排気弁１４を備える排気管１５より排気され
る。混床式イオン交換塔の底部には，抜水口１８があ
る。なお，１９は，イオン交換塔内の残留水位設定配管
である。

空気を一定時間通過させイオン交換樹脂を流動混合させ
て，陽陰イオン交換樹脂を均一化する。イオン交換樹脂
層下の塔底部に通気配管１２，１６と，抜水弁を有する
抜水配管６を設け； 且つ，抜水配管６は，水位検知器７を付帯する計量槽８
へ，導入されており； 通気配管１２は付帯する排気配管１１を有し；該排気配
管１１は，イオン交換塔内の静置イオン交換樹脂高さよ
り高い位置に設けられている。抜水開口１８から通気口
１６の間に，抜水すべきイオン交換樹脂層中の水量より
大きいスペースを有し；通気口１６と樹脂層底板２０と
の間に，イオン交換樹脂容積の５％程度以上のスペース
を有している。

処理水排出口１７は通気口１６より，下部に設け，通気
によるイオン交換樹脂流動中，イオン交換樹脂層２の下
の塔底部内の水を所定量抜いておき，通気停止を排気配
管１１の圧力逃がし弁１０の開放により行なう。

次に，第２図ａ〜ｅを基に本発明を説明する。分離，再
生の済んだイオン交換樹脂を混床式イオン交換塔内に充
填した後に，塔内でイオン交換樹脂が十分展開できるよ
うに，充填樹脂層よりも上部まで水を張り，残留水位設
定管１９を用いて，一定の高さの残留水位を確保する。
イオン交換樹脂の充填された塔内の樹脂層に対して，通
気配管１２より，通気口１６を通して空気を供給する
（第２図ａ）。通気量は，時間当り樹脂容量の５０〜１
００倍の量が適する。通気時間は１５分程度である。通
気を行なっている間に，抜水弁５を開き，樹脂層の下の
塔底部（樹脂層底板２０の下部）の水を抜く（第２図
ｂ）。抜かれた水は計量槽８に貯留され，所定水位に達
した時点で，水位検知器７により検知され，その信号に
より抜水弁５が閉じられる（第２図ｃ）。この時，通気
が抜水配管６を経て漏洩しないように，塔底部水位が抜
水口１８より高く維持されるように，塔底部のスペース
を定める。

なお，抜水弁５より抜水する速度は，抜水が通気期間中
に完了する限り制約はない。亦、混床式イオン交換塔の
底部の水を抜いても通気が継続する限り樹脂層の水が塔
底部へ落下することはない。計量槽８に備えたドレン抜
き配管９は，流入流量に比べて，１イオンサイクル後ま
でに排出を完了する程度の微小流出速度とする。数分乃
至十数分かけてゆっくり抜かれた水は，計量槽８で精確
に計るために，塔底部の空間は，通気停止後の樹脂層か
らの抜水量を精確に定めることが出来る。即ち，流動操
作の停止に当り，排気配管１１の圧力逃がし弁１０を開
放することにより流動のための通気が停止される。する
と，同時に塔底部にあった空気は通気口１６から排気配
管１１を経て，大気中へ排気されるとともに塔底部へ樹
脂層内の水が高速で落下してくる（第２図ｄ）。急速に
上昇する塔底部の水位が通気口１６に達すると，それま
で排気が続いていた通気配管１２は水封され，通気口１
６より上部の塔底部に空気を残したままイオン交換樹脂
層からの抜水が完了する（第２図ｅ）。

塔底部の抜水完了水位より水封水位までの空間スペース
容積，残留水位相当の水量より若干少なく設定すること
によって，静置時の樹脂界面より若干上に水面がくるよ
うに，イオン交換樹脂の混合操作が完了されることが出
来る。

このとき，塔底部の上部に残留した空気は，次の脱塩処
理工程においての原水供給配管１３から処理水排出管４
への通水処理では外部に漏出しない。従って，この残留
空気は，更に，次の混床式イオン交換樹脂の逆洗浄分離
工程（樹脂の再生処理のための前処理工程）において，
イオン交換樹脂の分離のための上向き水流に伴い，イオ
ン交換樹脂粒子群に強い剪断力を与える効果をも有す
る。

次に本発明によるイオン交換樹脂に充填方法と従来技術
によるものを比較した結果を，第３図ａ〜ｃにより示
す。

陽，陰イオン交換樹脂にDuoliteC-20；強酸性陽イオン
交換樹脂（比重；1.32）及びDuoliteA-101D；強塩基性
陰イオン交換樹脂（比重；1.10）を用い，混合条件とし
て，残留水位１００mm，空気流量５０倍／時間，通気時
間；１５分で流動混合を行なった結果を第３図ａ〜ｃに
示す（流動混合の結果の両イオンの存在率分布により示
す，即ち，陽イオン交換樹脂A101Dと陰イオン交換樹脂C
-20の存在率を打点部分を空部分で示す）。

第３図ａはイオン交換樹脂を流動後静置したのみのもの
（抜水なし）であり，第３図ｂはイオン交換樹脂流動停
止後抜水配管より抜水したもの（特開昭５７−５０５８
８号の方法）であり，第３図ｃは本発明によるもので，
イオン交換樹脂流動中に塔底部の水を抜水しておき，流
動停止後自然抜水したものである。夫れ夫れ縦方向に樹
脂の高さを取り，横に樹脂の存在率を示す。イオン交換
樹脂の各高さに対する存在率は，樹脂層中の水を抜きサ
ンプリングした樹脂を比重液（比重；1.20ＮａＣｌ水溶
液）で分離後，測定した容積比率で表わす。空気流量は
充填されたイオン交換樹脂容積に対する時間当りの倍率
で表わした。これにより，本発明は，第３図ｂの結果と
同等以上の良好な混合状態が得られていることがわか
る。

［発明の効果］ 本発明による混床式イオン交換塔は，次のような技術的
効果があった。

第１に，イオン交換樹脂の流動混合後の混床式イオン交
換塔内の樹脂層の２種のイオン交換樹脂の存在率を見る
と，特開昭５７−５０５８８号のもの（第３図ｂ）及び
本発明による均一混合性（第３図ｃ）は，流動混合後，
抜水を行なわず静置した場合（第３図ａ）に比べ，著し
く向上している。

第２に，精確な抜水量で行なうために，抜水操作ごとに
生じる混合操作終了後の塔内水位のバラツキを１０mm程
度以下に抑えることが出来た。

第３に，副次的な効果が得られる。即ち，脱塩処理終了
後のイオン交換樹脂の逆洗分離は，一般的に樹脂層の膨
張率が約５０％程度になるように上向き流を通水するこ
とによって行なわれるが，操作の始めのみに，静止樹脂
層を完全に流動化するのに，上記の数倍の高速流を必要
とする。本発明では，樹脂の混合過程で塔底部に残留し
ていた空気が，逆洗分離のための上向き流に伴って樹脂
層に侵入するために，イオン交換樹脂層に強い剪断力を
与え，静止樹脂の流動化を著しく促進することが出来
る。このため，樹脂の逆洗分離操作当初において，高速
の上向き流による静止樹脂に対する流動化を行なう必要
がなく，樹脂層を５０％程度膨張させる上向き流のみで
イオン交換樹脂の逆洗分離洗浄を十分達成することを可
能にした。

なお，イオン交換樹脂の容積の５％程度以上の残留空気
量により，静止樹脂層に対して，有効な剪断力を与える
ことが出来ることが分かった。

【図面の簡単な説明】 第１図は，本発明の混床式イオン交換塔を示す概略断面
の説明図である。 第２図は，本発明によるイオン交換樹脂の均一混合を形
成する方法を示す説明図であり，第２図ａは，本発明に
よる通気による樹脂層の流動化の工程を示し，第２図ｂ
は本発明による樹脂層の下部の塔内よりの抜水工程を示
し，第２図ｃは，抜水が計量槽と検知器により停止され
る工程を示し，第２図ｄは，抜水終了後，通気を停止
し，同時に排気弁を開け，イオン交換樹脂層から急速に
水が落下する工程を示し，第２図ｅは，塔内下部のイオ
ン交換樹脂層の下の空間スペースにおいて水位が急速に
挙がり，通気口に達して停止し，塔内底部，樹脂層の下
に空気が残留したことを示す。第３図ａ〜ｃは，本発明
の混床式イオン交換塔内のイオン交換樹脂の混合操作の
種類による充填層の混合状態の差をイオン交換樹脂の存
在率によって示す。 第３図ａは，イオン交換樹脂を流動後静置したのみのも
の（抜水なし）であり，第３図ｂは，イオン交換樹脂流
動抜水配管より抜水したもの（特開昭５７−５０５８８
号の方法）であり，第３図ｃは，本発明によるものであ
り，イオン交換樹脂流動中に抜水，流動後１８秒で自然
抜水したものである。 ［主要部分の符号の説明］ １……混床式イオン交換塔 ２……イオン交換樹脂 ３……処理水排出弁 ４……処理水排出配管 ５……抜水弁 ６……排気配管 ７……水位検知器 ８……計量槽 ９……ドレン抜き配管 １０……圧逃がし弁 １１……排気配管 １２……通気配管 １３……原水供給配管 １４……排気弁 １５……排気配管 １６……通気口 １７……処理水排出口 １８……抜水口 １９……残留水位設定配管 ２０……イオン交換樹脂層底板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水の脱塩処理を行なう陽イオン交換樹脂と
   陰イオン交換樹脂とを、イオン交換塔中に充填した混床
   式固定床を有し； 脱塩処理の前に、静置イオン交換樹脂層界面より高い水
   位の水中に浸漬したイオン交換樹脂層に塔底部より空気
   を一定時間通過させ、イオン交換樹脂を流動混合させ
   て、均一化する方式の混床式イオン交換塔において、 イオン交換樹脂層下の塔底部に通気配管と、抜水弁を有
   する抜水配管を設け； 該抜水配管は、水位検知器を備える計量槽と結合してお
   り； 該通気配管は圧力逃がし弁を有する排気配管を付随し、
   その排気配管は、流動混合の終了後の排気時にイオン交
   換塔内の水が漏出しないように、イオン交換塔内の静置
   イオン交換樹脂の高さより高い位置に設けられ； イオン交換樹脂層の流動のための通気は、該排気配管の
   該圧力逃がし弁の開放により、停止され； そして、通気配管のための通気口は、充填されたイオン
   交換樹脂層の下の位置、そして、処理された水を排出す
   る排水口より上の位置で、該抜水配管のための抜水口よ
   りも上部に残留水の水位を確保することができる位置に
   設けられ、イオン交換樹脂層の流動中、イオン交換樹脂
   層の下の塔底部内の水を所定量抜くことができ、即ち、
   該抜水口から該通気口までの間に、抜水すべきイオン交
   換樹脂層中の水量より、大きい空間を有することを特徴
   とする混床式固定床イオン交換塔。