JPH0871552A - イオン交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオン交換層を乱すことなく濾過層を独立し
て逆洗することができ、このため逆洗の都度のイオン交
換層の再生を行うことなく引続いてイオン交換を行うこ
とができ、これによりイオン交換層の再生剤利用効率を
高くして、長期にわたってイオン交換を行うことが可能
なイオン交換装置を得ることである。 【構成】 イオン交換塔１を通液可能な仕切部材２によ
って上下に区画して、それぞれに濾過層５およびイオン
交換層７を形成し、水／空気導入管１７、１８により濾
過層５を独立して逆洗できるようにするとともに、イオ
ン交換層７の再生排液を濾過層５に通液して濾過層５を
洗浄して濾過能力を回復するようにした濾過部一体型の
イオン交換装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は濾過部とイオン交換部が
一体となったイオン交換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン交換装置では被処理液中のＳＳ成
分によるイオン交換層の閉塞と汚染を防止するために、
濾過装置が前置されているが、装置が複雑になり、大き
い敷地面積が必要になるほか、操作も繁雑になる。この
ような点を解決するために、濾過器とイオン交換塔を一
体化した装置として、比重の小さい不活性粒状物をイオ
ン交換層の上部に積層した装置が提案されている（特公
昭５５−２６９０１号）。この装置は比重差を利用して
軽い不活性樹脂を上層に積層し、濾過層として利用する
ものであり、これによりＳＳ分を除去してイオン交換の
閉塞と汚染が防止される。

【０００３】しかしながら、このような装置では、濾過
層が閉塞して差圧が上昇したときでも、濾過層のみを逆
洗することができない。この場合イオン交換部から水お
よび／または空気を導入して逆洗を行うと、イオン交換
層が乱れて再生形の樹脂と非再生形の樹脂とが混合する
ため、その状態でイオン交換を再開すると、イオン交換
処理水質が低下して採水不可となり、再生剤利用効率が
低下する。特にＳＳ濃度の高い被処理液の場合は、差圧
上昇による逆洗頻度が高いため、この傾向が強くなる。
また逆洗の都度イオン交換樹脂を再生すると、再生剤の
利用効率が悪くなるなどの問題点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような問題点を解決するため、イオン交換層を乱すこ
となく濾過層を独立して逆洗することができ、このため
逆洗の都度のイオン交換層の再生を行うことなく引続い
てイオン交換を行うことができ、これによりイオン交換
層の再生剤利用効率を高くして、長期にわたってイオン
交換を行うことが可能なイオン交換装置を得ることであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、通液可能な仕
切部材によって上下に区画された濾過部およびイオン交
換部を有するイオン交換塔と、前記濾過部に粒状濾材を
充填して形成された濾過層と、前記イオン交換部に粒状
イオン交換樹脂を充填して形成されたイオン交換層と、
前記イオン交換塔の上部に連絡する上部給排液路、およ
び下部に連絡する下部給排液路と、前記濾過層を独立し
て逆洗するように濾過部に設けられた濾過層逆洗装置と
を備えていることを特徴とするイオン交換装置である。

【０００６】濾過部において濾過層を形成するための粒
状濾材としては、砂、アンスラサイト、不活性樹脂な
ど、任意の濾材が使用できるが、使用済の廃イオン交換
樹脂を用いるのが好ましい。濾材として使用される廃イ
オン交換樹脂は、イオン交換用として使用され、使用済
となったイオン交換樹脂であり、イオン交換能が低下し
たものが一般的であるが、イオン交換能が低下しないも
のであってもよい。このようなイオン交換樹脂としては
カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂のいずれでもよ
く、両者を混合して用いてもよいが、いずれか一方の樹
脂を用いるのが好ましく、被処理水に無機凝集剤を添加
して凝集濾過を行う場合は、カチオン交換樹脂、特に強
酸性のカチオン交換樹脂が好ましい。濾材となる廃イオ
ン交換樹脂の粒径は、０．３〜１ｍｍφのものが好まし
い。

【０００７】イオン交換部においてイオン交換層を形成
するためのイオン交換樹脂としては、強もしくは弱酸性
カチオン交換樹脂、強もしくは弱塩基性アニオン交換樹
脂など、一般に使用されている樹脂を選択することがで
きる。これらは単床式、複床式、混床式など、任意の充
填形式とすることができる。また一部のイオン交換樹脂
を上記イオン交換部に充填し、残部を別のイオン交換塔
に充填して組合せて使用することもできる。

【０００８】本発明のイオン交換装置においては、濾過
部とイオン交換部を区画する仕切部材上に粒状濾材を充
填して濾過層を形成し、仕切部材の下側に粒状イオン交
換樹脂を充填してイオン交換層を形成する。この場合、
イオン交換層はイオン交換塔下部に設けられた通液可能
な支持板上に形成される。イオン交換部は再生時にイオ
ン交換樹脂が前記仕切部材に押付けられて固定床を形成
するように、上部空間を小さくし、逆に濾過部は展開状
態を維持するように上部空間を大きくするのが好まし
い。

【０００９】濾過部に設けられる濾過層逆洗装置は濾過
層に水および／または空気を導入して水逆洗および／ま
たは空気逆洗を行う装置であり、濾過層の表層部のみを
逆洗するものと、全層を逆洗するものを設けるのが好ま
しい。上記給排液路は被処理液の給液路と逆洗排液路と
して利用される。下部給排液路は処理液取出路と全体に
対する逆洗および再生剤給液路として利用される。

【００１０】

【作用】本発明のイオン交換装置においては、上部給排
液路からイオン交換塔の上部に被処理液を供給すると、
被処理液は濾過部で濾過層を通過して濾過され、ＳＳ成
分が濾過層に捕捉される。濾過液は仕切部材を通してイ
オン交換部に移行し、イオン交換層を通過してイオン交
換される。イオン交換処理液は下部給排液路から取出さ
れる。こうして被処理液は一つのイオン交換装置におい
て濾過およびイオン交換され、イオン交換層の閉塞、汚
染が防止される。

【００１１】濾過層が閉塞して差圧が上昇すると、通液
を停止して、濾過層逆洗装置により水および／または空
気を濾過部に導入して、濾過層の逆洗を行う。このとき
表層のみが閉塞している場合は、表層のみの逆洗を行う
ことができ、その繰返しにより全層が閉塞している場合
は、全層の逆洗を行う。このような逆洗は数回繰返す
と、逆洗により剥離しないで残留するＳＳ分が蓄積する
ので、イオン交換樹脂の再生の際、再生廃液を利用して
濾過層の洗浄を行う。

【００１２】イオン交換樹脂の再生は、下部給排液路か
ら逆洗水を送液してイオン交換層と濾過層をともに逆洗
した後、イオン交換層に再生剤を上向流で通液してイオ
ン交換樹脂を再生し、再生液はそのまま濾過層に通して
濾過層を洗浄する。再生剤はカチオン交換樹脂に対して
は１〜１０重量％の酸水溶液、アニオン交換樹脂に対し
ては１〜１０重量％のアルカリ水溶液が用いられるが、
その一方または両方の再生排液を濾過層に通して洗浄が
行われる。どちらの再生排液の場合も、濾過層を通過す
る際濾材に付着したＳＳ分を剥離、除去し、濾過性能を
回復する。特に濾材として廃イオン交換樹脂を用いる場
合は、再生排液による洗浄によって残留交換基を再生
し、濾材としての活性を付与することができる。

【００１３】本発明では、濾材として廃イオン交換樹脂
を用いることにより、ＳＳ成分等の捕捉力を大きくして
高流速で濾過を行うことができ、しかも酸、アルカリを
用いて逆洗を行うことができ、これにより短時間で効率
よく濾材の洗浄を行って濾過能力をほぼ完全に回復でき
るほか、樹脂に残留するイオン交換能力を利用すること
も可能になる。濾材として廃イオン交換樹脂を用いるこ
とにより高流速で濾過が行えるのは、濾材に残留するイ
オン交換基により、イオン交換その他の電気化学的な作
用が、物理化学的な濾過作用に加味されることにより、
ＳＳ捕捉力が大きくなり、これによりＳＳがリークしな
いためであると推測されるが、詳細は不明である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１は実施例のイオン交換装置を示す断面図であ
る。図１において、１はイオン交換塔であり、通液可能
な仕切板２により上部に濾過部３および下部にイオン交
換部４が区画されている。濾過部３には仕切板２上に粒
状濾材を充填して濾過層５が形成されている。イオン交
換部４には通液可能な他の仕切板６上に粒状のイオン交
換樹脂を充填して、イオン交換層７が形成されている。
イオン交換部４の上部空間４ａは再生時にイオン交換層
７が仕切板２に押付けられて固定床を形成するように小
さいスペースとされ、逆に濾過部３の上部空間３ａは全
層が展開するように大きいスペースとされている。

【００１５】仕切板６はイオン交換層７の下方に集液部
８を形成している。仕切板２、６はそれぞれ多孔板（目
皿板）にスクリーンが一体化され、通液は可能である
が、濾材およびイオン交換樹脂は移動できないようにな
っている。イオン交換塔１の頂部には空気抜口１１が設
けられている。またイオン交換塔１の上部、すなわち濾
過部３の上部空間３ａには被処理水導入路および逆洗排
水路を兼ねる上部給排液管１２が設けられて、濾過層５
の上方に開口している。上部給排液管１２の開口部には
上向に拡開するロート状部１３が形成され、その下側の
周辺部には下向に傾斜する笠状のガイド部１４が形成さ
れ、その接合部に逆Ｊ字状の空気抜管１５が設けられて
いる。

【００１６】イオン交換塔１の下部の集液部８には処理
水取出路および再生剤導入路を兼ねる下部給排液管１６
が設けられて、イオン交換層７の下方の集液部８に開口
している。濾過層５の上部および下方には逆洗用の水お
よび／または空気を導入する水／空気導入管１７、１８
が設けられ、それぞれ交差方向に枝管１７ａ、１８ａを
有し、給水／空気管１７ｂ、１８ｂに連絡している。水
／空気導入管１７および枝管１７ａには両側に斜上向に
開口する開口部が形成され、水／空気導入管１８および
枝管１８ａには両側に斜下向に開口する開口部が形成さ
れている（図示省略）。イオン交換塔１の側壁の濾過層
５上面より若干上の部分には、水抜口１９および洗浄排
液口２０が設けられている。Ｖ₁、Ｖ₂は弁である。他の
管にも弁が設けられているが、図示は省略されている。

【００１７】上記のイオン交換装置においては、図２
（Ａ）に示すように、濾過部３において濾過を行い、イ
オン交換部４においてイオン交換が行われる。まず濾過
部３では、弁Ｖ₁は閉、弁Ｖ₂は開で、被処理液を上部給
排液管１２から導入して濾過層５を通過させることによ
り濾過が行われる。このとき濾材として廃イオン交換樹
脂を用いると、残留交換基の作用により、ＳＳ捕捉力が
大きくなって、高流速で濾過が行われ、被処理水に無機
凝集剤を添加して凝集濾過を行う場合でも効率よく濾過
を行うことができる。濾過水は仕切板２を通してイオン
交換部４に入り、イオン交換層７を通過する間にイオン
交換が行われる。イオン交換処理液は仕切板６を通して
集液部８に集められ、下部給排液管１６から取出され
る。

【００１８】濾過層５の差圧が上昇したときは、図２
（Ｂ）に示すように、弁Ｖ₂を閉じ、イオン交換部４へ
の通水を停止したまま、濾過層５の逆洗を行う。濾過層
５の逆洗は、濾過層５の表層部のみが目詰まりしている
場合は、水／空気導入管１７から水および／または空気
を導入して表層部のみを展開し、また濾過層５の全層が
目詰まりしている場合は、水／空気導入管１８から水お
よび／または空気を導入して全層を展開して逆洗する。
この段階では通常ＬＶ３０〜４０ｍ／ｈｒで１０〜２０
分間水逆洗のみが行われるが、空気逆洗を行ってもよ
い。

【００１９】空気逆洗を行う場合は、弁Ｖ₁を開とし、
水抜口１９から水抜きして、液面を濾過層５の上面より
若干上の位置まで下降させて空気を吹込むと、濾過層５
はほぐされてＳＳが剥離する。水逆洗の場合は、この状
態から水／空気導入管１７または１８から水を導入する
ことにより濾過層５は展開され、剥離ＳＳを含む逆洗排
液は上部給排液管１２から排出される。このとき上昇す
る濾材は上部給排液管１２のロート状部１３の下側から
ガイド部１４に沿って循環し、ＳＳを含む水がオーバー
フロー式にロート状部１３から集水されて排出される。
空気抜管１５はロート状部１３とガイド部１４の下にた
まる空気を抜出し、濾材の循環流を維持する。逆洗終了
後は弁Ｖ₁を閉、弁Ｖ₂を開とし、前記と同様に図２
（Ａ）に従って濾過工程およびイオン交換工程を再開す
る。

【００２０】このような濾過−逆洗の操作を繰返し、濾
過層５の全層が目詰まりし、表層部のみの逆洗により差
圧が回復しない場合には、全層の逆洗を行う。そして全
層の逆洗によっても、付着ＳＳ分が蓄積されるので、イ
オン交換層７の再生に合せて、再生排液により濾過層５
の洗浄を行う。この場合濾過層５およびイオン交換層７
とも全層の逆洗を行うが、濾過層５は空気逆洗および水
逆洗を組合せて行う。

【００２１】このときの逆洗、再生、洗浄の操作は次の
ようにして行われる。まず図２（Ｃ）に示すように、弁
Ｖ₁を開、弁Ｖ₂を閉とし、水抜口１９から水抜を行い、
前述のように液面を濾過層５の若干上の位置に下降させ
る。この状態で図２（Ｄ）に示すように、水／空気導入
管１８から空気を導入して空気逆洗を行い、濾材をほぐ
すとともに、付着したＳＳ分を剥離させる。このとき液
面２１は上部給排液管１２の開口部より相当低くなって
いるので、濾材が飛び上がっても排出されることはな
い。

【００２２】その後図３（Ａ）に示すように、水／空気
導入管１８からの空気の導入を停止し、弁Ｖ₂を開とし
て、下部給排液管１６から逆洗水を導入して、イオン交
換層７および濾過層５の全層を同時に逆洗し、逆洗排水
は上部給排液管１２から排出する。これによりイオン交
換層７および濾過層５はそれぞれ上向に展開され、剥離
したＳＳ分が逆洗排水とともに排出される。このときイ
オン交換部４の上部空間４ａは小さいため、逆洗水の流
速をＬＶ３０〜４０ｍ／ｈｒ、好ましくは約３５ｍ／ｈ
ｒとすることにより、イオン交換部４のイオン交換樹脂
は仕切板２に押付けられて固定床を形成する。これに対
して濾過部３の上部空間３ａは大きくなっているため、
濾過層５は全層が展開状態を維持し、逆洗が行われる。

【００２３】この状態で図３（Ｂ）に示すように、下部
給排液路管１６からの通液を再生剤の通液に切換える
と、再生剤の流速を約１０ｍ／ｈｒ程度に低くしてもイ
オン交換層７は仕切板２に支持されて固定床を維持し、
イオン交換樹脂の再生が行われる。このように上向に固
定床を形成した状態で上向流で再生すると、向流再生と
なるため、再生効率は高くなる。

【００２４】一方濾過層５は流速の低下により仕切板２
上に堆積して固定床を形成し、仕切板２を通過して上昇
する再生排液により洗浄され、洗浄排液は洗浄排液口２
０から排出される。これにより濾材に付着していた金属
化合物その他の不純物が除去され、ＳＳ成分が剥離して
濾過能力を回復する。濾材として廃イオン交換樹脂を用
いるときは、再生液中の再生剤成分により残留交換基が
再生され、前述のように濾材のＳＳ捕捉力を増大させ
る。

【００２５】再生剤を通液したのち、同様の通路で純水
を通液して押出工程および洗浄工程を行う。そして図３
（Ｃ）に示すように、水／空気導入管１８から純水を導
入すると、イオン交換層７はそのまま下に移動して、仕
切板上に固定床を形成する。この状態で図３（Ｄ）に示
すように、弁Ｖ₂を閉じ、上部給排液管１２から被処理
水を導入すると、上部空間３ａの空気が弁Ｖ₁から追出
され、イオン交換塔１内は満水状態になる。この状態で
図２（Ａ）に示すように弁Ｖ₁を閉、弁Ｖ₂を開として、
上部給排液路１２から被処理液を導入して濾過およびイ
オン工程を再開する。

【００２６】試験例 図１のイオン交換装置の濾過部３に粒径０．３〜１ｍｍ
の廃イオン交換樹脂（カチオン交換樹脂ダイヤイオンＳ
ＫＩＢまたはアニオン交換樹脂ＳＡ１００）を１ｍの高
さに充填して濾過層５を形成し、イオン交換部４には新
しいイオン交換樹脂（カチオン交換樹脂ダイヤイオンＳ
ＫＩＢまたはアニオン交換樹脂ＳＡ１００）を１ｍの高
さに充填してイオン交換層７を形成した。水道水にカオ
リンを添加して濁度５〜６度に調整した被処理水にポリ
塩化アルミニウムをAlとして０．５ｍｇ／ｌ添加し、硫
酸でｐＨ６．５に調整して凝集処理を行い、図２（Ａ）
に示すように通液してＬＶ３５ｍ／ｈｒの流速で濾過お
よびイオン交換を行った。

【００２７】濾過部３における差圧は当初０．２５ｋｇ
ｆ／ｃｍ²であったが次第に上昇し、８時間後に１〜
１．５ｋｇｆ／ｃｍ²になったので、図２（Ｂ）に示す
ように濾過層５下部の水／空気導入管１８より水を導入
してＬＶ３５ｍ／ｈｒで１５分間逆洗し、終了後通水を
再開した。さらに８時間後に同様に水で逆洗した。２４
時間後にイオン交換装置の再生が必要になったので、イ
オン交換樹脂層の再生と濾床の洗浄を行った。

【００２８】このときの洗浄操作は、まず図２（Ｃ）に
示すようにイオン交換塔１の通水を停止して、濾過層５
の上層より上１０〜２０ｃｍの高さまで水抜を行い、図
２（Ｄ）に示すように濾過層５下部の水／空気導入管１
８より空気を導入して１ｍ³／ｍ²・ｍｉｎの流量、０．
４ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で１５分間空気逆洗を行った
後、図３（Ａ）に示すようにイオン交換層７の下部に水
を導入してＬＶ３５ｍ／ｈｒで１５分間イオン交換層７
および濾過層５について水逆洗を行い、イオン交換層７
を仕切板２に押付ける。その後図３（Ｂ）に示すように
イオン交換層７の再生と濾過層５の洗浄を行った。

【００２９】この場合、濾材として廃カチオン交換樹脂
を用いた場合は、５重量％塩酸水溶液をイオン交換層７
にＬＶ１０ｍ／ｈｒで通液してカチオン交換樹脂を再生
した後、再生排液を酸洗浄液として濾過層５に導入して
濾過層５を洗浄した。濾材が廃アニオン交換樹脂の場合
は、２重量％水酸化ナトリウム水溶液をイオン交換層７
に通液してアニオン交換樹脂を再生した後、再生排液を
アルカリ洗浄液として濾過層５に導入して洗浄した。

【００３０】酸またはアルカリ廃液で洗浄後、イオン交
換層７および濾過層５を２０分間通水洗浄し、図３
（Ｃ）、（Ｄ）の操作を経て濾過およびイオン交換を再
開した。上記の酸またはアルカリ洗浄を行った場合の差
圧の変化を図４（Ａ）に示す。比較例１として上記と同
様に運転し、３回目の洗浄として酸またはアルカリ洗浄
を行わず、空気および水逆洗のみを行った場合の差圧の
変化を図４（Ｂ）に示す。また比較例２として、従来装
置のように中間水逆洗を行わないで運転を継続したとき
の結果を図５に示す。図４（Ａ）から明らかなように、
中間逆洗によって蓄積する濾過層５の汚れは酸またはア
ルカリ洗浄により除去され、初期の差圧が回復するのに
対し、中間逆洗を行わない場合は図５に示すように約８
時間で通水不可となり、中間逆洗を行う場合でも再生排
液による洗浄を行わない場合は、図４（Ｂ）に示すよう
に空気および水逆洗によって差圧が初期値まで回復しな
いことがわかる。

【００３１】

【発明の効果】本発明のイオン交換装置は濾過部とイオ
ン交換部を仕切部材で区画し、濾過部を独立して逆洗す
る手段を設け、イオン交換部の再生排液で濾過部を洗浄
できるようにしたので、イオン交換層を乱すことなく濾
過層を独立して逆洗することができ、このため逆洗の都
度のイオン交換層の再生を行うことなく引続いてイオン
交換を行うことができ、これによりイオン交換層の再生
剤利用効率を高くして、長期にわたってイオン交換を行
うことが可能なイオン交換装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のイオン交換装置を示す断面図である。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ実
施例のイオン交換装置の工程を示す系統図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ実
施例のイオン交換装置の別の工程を示す系統図である。

【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ試験例の結果を示す
グラフである。

【図５】試験例の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ イオン交換塔 ２、６ 仕切板 ３ 濾過部 ４ イオン交換部 ５ 濾過層 ７ イオン交換層 ８ 集液部 １１ 空気抜口 １２ 上部給排液管 １３ ロート状部 １４ ガイド部 １５ 空気抜管 １６ 下部給排液管 １７、１８ 水／空気導入管 １７ａ、１８ａ 枝管 １７ｂ、１８ｂ 給水／空気管 １９ 水抜口 ２０ 洗浄排液口 ２１ 液面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０１Ｄ 29/08 ５４０ Ａ (72)発明者 黒木 勝憲 東京都新宿区西新宿３丁目４番７号 栗田 工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通液可能な仕切部材によって上下に区画
   された濾過部およびイオン交換部を有するイオン交換塔
   と、 前記濾過部に粒状濾材を充填して形成された濾過層と、 前記イオン交換部に粒状イオン交換樹脂を充填して形成
   されたイオン交換層と、 前記イオン交換塔の上部に連絡する上部給排液路、およ
   び下部に連絡する下部給排液路と、 前記濾過層を独立して逆洗するように濾過部に設けられ
   た濾過層逆洗装置とを備えていることを特徴とするイオ
   ン交換装置。