JPH10128128A - イオン交換樹脂の分離、再生方法 - Google Patents

イオン交換樹脂の分離、再生方法

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JPH10128128A
JPH10128128A JP8285495A JP28549596A JPH10128128A JP H10128128 A JPH10128128 A JP H10128128A JP 8285495 A JP8285495 A JP 8285495A JP 28549596 A JP28549596 A JP 28549596A JP H10128128 A JPH10128128 A JP H10128128A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価な材料を用いて簡単な操作により樹脂の
凝集を破壊することができ、これによりアニオン交換樹
脂とカチオン交換樹脂の分離精度を改善するとともに、
再生効率を高くして、再生剤の使用量を少なくし、良好
な処理水質を得ることが可能なイオン交換樹脂の分離、
再生方法を得る。 【解決手段】 混床を形成しているイオン交換樹脂を分
離して再生する方法において、混合状態のイオン交換樹
脂をアンモニアと接触させて、逆洗によりカチオン交換
樹脂とアニオン交換樹脂層に分離し、それぞれの樹脂層
を再生剤と接触させて再生することを特徴とするイオン
交換樹脂の分離再生方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は混床を形成している
イオン交換樹脂を分離して再生する方法、特に復水脱塩
装置に用いられる混床式イオン交換装置の分離、再生に
適したイオン交換樹脂の分離、再生方法に関する。
【0002】
【従来の技術】発電プラントにおいては、復水中の不純
物による系統材質の腐食やタービンスケールの防止の点
から、給水の水質をより高度に維持する必要がある。こ
のため復水を給水として循環使用するための復水脱塩装
置として、高い処理水質が得られる混床式イオン交換脱
塩装置が用いられている。
【0003】混床式イオン交換脱塩装置の処理水質はイ
オン交換樹脂の再生状態により決定されるが、樹脂の再
生状態をより高度にするためには、逆再生をできるだけ
生じさせない必要がある。逆再生とは、アニオン交換樹
脂の混入したカチオン交換樹脂を塩酸や硫酸など酸溶液
で再生する際、アニオン交換樹脂がCl形やSO4形な
どに再生され、またカチオン交換樹脂の混入したアニオ
ン交換樹脂を水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液で再
生する際、カチオン交換樹脂がNa形などに再生される
ことである。
【0004】従って、逆再生を生じさせないためには、
混床を形成しているイオン交換樹脂を再生するとき、カ
チオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とをできるだけ完全
に近い状態に分離し、カチオン交換樹脂中へのアニオン
交換樹脂の混入、およびアニオン交換樹脂中へのカチオ
ン交換樹脂の混入を極力減少させる必要がある。
【0005】復水脱塩装置(混床式イオン交換脱塩装
置)は、復水中にイオン交換樹脂の再生剤である酸また
はアルカリが混入しないように、脱塩塔と分離、再生塔
とは完全に分離されており、再生が必要になったとき
は、その脱塩塔を主系統から切離し、脱塩塔内の樹脂を
加圧水と加圧空気により分離、再生塔に移送して再生し
ている。
【0006】混床を形成するイオン交換樹脂の分離は、
一般に逆洗と呼ばれる上向流通水により樹脂層を展開
し、比重差および粒径差によってカチオン交換樹脂とア
ニオン交換樹脂を分離している。このことは復水脱塩装
置に限らず、他の目的で使用される一般の混床式イオン
交換装置の場合も同様である。
【0007】ところで従来よく知られているように、新
しいイオン交換樹脂はその表面に強い電荷を持つ。この
ため新しいカチオン樹脂とアニオン樹脂を再生して、R
−H形およびR−OH形の状態で混合すると、電荷の強
い吸引力によりイオン交換樹脂の凝集が発生する。この
ように樹脂が凝集することは、カチオン樹脂とアニオン
樹脂が均一によく混合されるため、脱塩のためには好ま
しいことである。
【0008】しかし脱塩装置の再生時には、凝集が両樹
脂の分離を阻害することとなり、好ましくない。特に新
設の脱塩装置では、新しいイオン交換樹脂を使用してい
るため、その強い表面電荷により樹脂同士が強く凝集す
る。またその使用の初期には、交換能力を完全に使いき
らない内に再生するため、R−H形,R−OH形の交換
基が残存しており、強い凝集が起こる。
【0009】このような凝集が起った状態で逆洗を行っ
ても両樹脂を完全に分離することは困難である。この凝
集の強さは、イオン交換樹脂のイオン形、樹脂のタイプ
(ゲル型、ポーラス型)などにより変化するが、完全に
凝集を破壊して逆洗による樹脂分離を完全に行い、逆再
生の発生を防止することは、脱塩装置の処理水質を良好
に保つために必要である。
【0010】再生すべき樹脂が凝集状態の場合、樹脂の
凝集を破壊するためには、その表面電荷を中和すること
が効果的である。従って復水中のクラッドが適量流入し
た樹脂は、クラッドが樹脂表面に付着し凝集状態が緩和
される。しかし、最近の発電プラントでは、水質管理と
材質の改良でクラッドの発生量が少なくなっており、ク
ラッドによる樹脂の凝集状態の破壊は期待できない。
【0011】樹脂の凝集を破壊するために、樹脂自身の
電荷をイオンの負荷により中和する方法がある。通常、
塩酸や水酸化ナトリウムが凝集状態を破壊し、樹脂を分
離するために用いられる。しかし、加えたイオンはイオ
ン交換樹脂に吸着され、これらのイオンは吸着力が大き
いので、これらを脱着するためには、非常に大量の再生
剤が必要になる。
【0012】例えば塩酸を使用すれば、アニオン交換樹
脂が塩化物イオン形に転換し、これを脱塩に使用するた
めのR−OH形に再生するには、多量の再生剤を必要と
し不経済である。また水酸化ナトリウムを添加すれば、
カチオン交換樹脂がR−Na型となり、このナトリウム
は樹脂からリークしやすいため水質悪化の原因となり易
く、ボイラ水質を良好に保つためには、Naイオン形の
除去のために大量の再生剤を使用し、完全に再生する必
要がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題点を解決するため、安価な材料を用いて簡単な操
作により樹脂の凝集を破壊することができ、これにより
アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の分離精度を改善
するとともに、再生効率を高くして、再生剤の使用量を
少なくし、良好な処理水質を得ることが可能なイオン交
換樹脂の分離、再生方法を提案することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、混床を形成し
ているイオン交換樹脂を分離して再生する方法におい
て、混合状態のイオン交換樹脂層をアンモニアと接触さ
せて、逆洗によりカチオン交換樹脂層とアニオン交換樹
脂層に分離し、それぞれの樹脂層を再生剤と接触させて
再生することを特徴とするイオン交換樹脂の分離、再生
方法である。
【0015】本発明の方法は、アニオン交換樹脂とカチ
オン交換樹脂とが混合されて混床を形成しているイオン
交換樹脂の再生であれば、どのようなイオン交換樹脂の
分離再生にも適用でき、例えば2床3塔混床型の最終段
の混床式イオン交換装置などにも適用でき、特に復水脱
塩装置に使用されているイオン交換樹脂の分離、再生に
適用するのが好ましい。
【0016】復水脱塩装置では塔外再生する場合が多
く、他の混床式イオン交換装置ではイオン交換塔内で再
生される場合が多いが、本発明の方法はそのいずれの方
法にも適用できる。また分離性を上げるために、中間比
重の樹脂を混入する方法、または分離界面付近の中間樹
脂を再生工程から除外して次回の再生時に同時に再生し
たり、あるいは中間樹脂を再生することなく再生後の樹
脂と混合して脱塩工程に移る方法などが再用される場合
があるが、本発明の方法はこれらの場合にも適用でき
る。
【0017】本発明では、上記のようなカチオン交換樹
脂とアニオン交換樹脂を使用する混床式イオン交換装置
の樹脂の凝集状態を改善し、樹脂の分離性を高め、逆再
生の少ない良好な再生状態を実現することができる。特
に、新しい樹脂投入後、あるいは樹脂補給後の最初ない
し10回目の樹脂の分離、再生に対して効果的である
が、その後の分離、再生に対しても適用可能である。
【0018】本発明では、混床式のイオン交換樹脂を用
いた脱塩後の逆洗分離に際して、混合状態のイオン交換
樹脂をアンモニアと接触させるが、逆洗分離に先立ち、
または逆洗中にアンモニア水を注入して接触させるのが
好ましい。ここで使用するアンモニア水としては、アン
モニア濃度が0.01〜5重量%、好ましくは0.1〜
1重量%のものを使用するのが好適である。
【0019】混床式イオン交換樹脂の再生時の樹脂の逆
洗分離には、単に水のみを上向流で流す水逆洗のほか
に、水逆洗に先立って、または水逆洗とともに空気を導
入して、樹脂層を攪乱させる空気逆洗が行われる場合が
あるが、本発明ではこのような空気逆洗の代りに、アン
モニアを導入してイオン交換樹脂と接触させることもで
きる。
【0020】ここで注入されたアンモニアは水に溶解し
解離してアンモニウムイオンとして存在する。再生塔内
にはイオン交換能力を多量に持つカチオン交換樹脂が多
量に存在するため、これらのアンモニウムイオンの一部
は交換吸着されてNH4形となる。この式を次に示す。
【化1】 NH4OH + R−H → R−NH4 + H2O 〔I〕
【0021】水中でアンモニアが解離することによりイ
オンが増加し、塔内に存在する水のpHを変化させる。
pHの変化は凝集作用に大きく影響し、樹脂の凝集が破
壊される。またカチオン交換樹脂に吸着したアンモニウ
ムイオンはカチオン樹脂の表面電荷を中和する作用があ
ると考えられ、同様に樹脂の凝集が破壊される。
【0022】従って混合樹脂層の逆洗分離に先立ち、あ
るいは水逆洗とともに、樹脂にアンモニアを注入する
と、上述のような作用により樹脂の凝集を破壊し、樹脂
粒子を分離する。このときのアンモニアの注入量は任意
であるが、1重量%アンモニア水をカチオン樹脂量の
0.5〜3倍容積、または0.1重量%アンモニア水を
カチオン樹脂量の1〜30倍容積とするのが好ましい。
【0023】上記のアンモニアの注入により凝集破壊を
行った後、アンモニアの注入を停止し、水逆洗のみを行
うと、再生すべきイオン交換樹脂が比重差により分離
し、比重の重いカチオン交換樹脂は下に、比重の軽いア
ニオン交換樹脂は上に成層される。
【0024】両樹脂を別の塔で再生する場合は、上記の
状態でアニオン交換樹脂をアニオン再生塔に移送し、カ
チオン交換樹脂はそのまま沈降させる。両樹脂を同一塔
内で再生する場合は、そのままの状態で水逆洗を終了し
て樹脂を沈降させる。
【0025】このようにアンモニアにより凝集破壊する
場合でも、樹脂界面における両樹脂のより完全な分離の
ため、前述のように中間比重の不活性樹脂を用いたり、
あるいは界面付近の樹脂を再生工程から除外することも
できる。
【0026】このような操作を選ばない場合は、カチオ
ン交換樹脂中へのアニオン交換樹脂の混入による弊害と
アニオン交換樹脂中へのカチオン交換樹脂の混入による
弊害とを、はかりにかけて弊害の少ない前者を選び、分
離再生塔にはカチオン交換樹脂層上部に若干のアニオン
交換樹脂を残留させ、カチオン交換樹脂のほとんど混入
していないアニオン交換樹脂をアニオン再生塔に移送し
て再生することができる。
【0027】再生は一般のイオン交換樹脂の再生と同様
であり、それぞれの樹脂層を再生剤と接触させる。接触
の方法は、それぞれのイオン交換樹脂層に再生剤溶液を
通液する方法が好ましい。
【0028】再生剤はカチオン交換樹脂の場合は、2〜
10重量%の硫酸、塩酸等の酸水溶液を用い、アニオン
交換樹脂の場合は、2〜10重量%水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム等のアルカリ水溶液を用いる。復水脱塩
装置の場合は、硫酸および水酸化ナトリウムを用い、別
々の塔で塔外再生を行うのが好ましい。それ以外の一般
の混床式イオン交換装置の場合は、塩酸および水酸化ナ
トリウムを用いる場合が多い。再生剤の通液速度、押
出、水洗等の条件は通常の再生の場合と同様である。
【0029】本発明ではアンモニアとの接触により、カ
チオン交換樹脂はNH4形となっており、このNH4形の
樹脂は塩酸、硫酸等の酸により容易に再生される。ここ
で「容易に再生される」とは、カチオン交換樹脂に吸着
されたアンモニウムイオンが酸により容易に脱着されて
再生が容易であることのほかに、Na形から直接水酸化
ナトリウムで再生する場合よりも再生効率がよく、少な
い再生剤使用量での再生が可能であることを意味する。
【0030】凝集破壊のために塩酸、硫酸、水酸化ナト
リウムを用いて全樹脂がCl形、SO4形、Na形等に
なる場合は、これをOH形またはH形にするためには多
量の再生剤を必要とするが、本発明ではNH4形をNa
形に転換するのは容易で、再生効率もよいことから、少
量の再生剤で効率よく再生することができる。
【0031】また、アンモニアは復水処理では一般的に
負荷されるイオンであり、再生前のイオン交換樹脂には
大量のアンモニウムイオンがイオン交換吸着している。
従って分離操作の改善のため、アンモニア水を分離性の
改善のために使用し、イオン交換樹脂が完全にアンモニ
ア形となっても通常の再生を実施すれば再生状態への影
響は殆ど無視できる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、混合状態のイオン交換
樹脂を、アンモニアと接触させて、水逆洗により樹脂を
分離して再生するようにしたので、安価な材料を用いて
簡単な操作により樹脂の凝集を破壊することができ、こ
れによりアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の分離精
度を改善して逆再生樹脂を少なくするとともに、再生効
率を高くして、再生剤の使用量を少なくし、良好な処理
水質を得ることが可能なイオン交換樹脂の分離、再生方
法が得られる。
【0033】
【発明の実施の形態】以下、復水脱塩装置における混床
式イオン交換装置のイオン交換樹脂を塔外再生する例を
中心に発明の実施の形態を説明する。
【0034】図1は復水脱塩装置の混床式イオン交換装
置におけるイオン交換樹脂の再生工程を示す系統図であ
る。図1において、1は脱塩塔、2はこの脱塩塔1に充
填されたイオン交換樹脂、3はカチオン再生塔(樹脂分
離兼用)、3a,3b,3cは集散水用のストレーナ、
3dは薬注用のストレーナ、3eはコレクタ、4はアニ
オン再生塔、4a,4bは集散水用のストレーナ、5は
中間樹脂貯槽、V1〜V22はバルブである。
【0035】上記の構成において、復水脱塩装置におけ
るイオン交換樹脂2の再生は通常次のようにして行われ
る。まず、バルブV1、V2、V8、V13、V14、V15
開(他のバルブは閉、以下同)の状態にして、流路6か
ら空気、および流路7から水を脱塩塔1に導入すること
により、混床を形成しているイオン交換樹脂2を流路8
を通してカチオン再生塔3に移送する。このときカチオ
ン再生塔3に導入される水は、カチオン再生塔3の上部
の流路9,10から排出する。
【0036】移送終了後、水および空気の導入を停止
し、バルブV5を開いて水抜きし、液面11を低下させ
て休止する。その後バルブV8、V12を開き、流路12
からストレーナ3cを通して空気を吹き込み、樹脂層を
ほぐして、付着物を剥離する。
【0037】空気の吹込停止後、バルブV1、V8、V11
を開いて、流路12から水を導入し、LV10〜20m
/hrの上向流で第1の水逆洗を行って樹脂層を展開さ
せ、剥離した汚水を除去した後、LV7〜15m/hr
の第2の水逆洗を行って、カチオン交換樹脂とアニオン
交換樹脂を分離する。このときバルブ23を開いて流路
20からアンモニア水を注入して流路12の水と混合
し、樹脂層と接触させて樹脂の凝集を破壊する。
【0038】バルブ23を閉じて流路20からアンモニ
ア水の注入を停止した状態で、樹脂層を展開、分離して
アニオン交換樹脂層の下部(界面付近の樹脂が混合した
中間樹脂層の上部)をコレクタ3eに合わせた状態でバ
ルブV17、V19を開くと、アニオン交換樹脂は流路13
からアニオン再生塔4に移送される。バルブV17、V19
を閉じ中間樹脂層の下部(カチオン交換樹脂層の上部)
をコレクタ3eに合わせた状態でバルブV16を開くと、
中間樹脂層の混合樹脂が流量14から中間樹脂貯槽5に
移送される。
【0039】カチオン再生塔3およびアニオン再生塔4
の樹脂層を静止させ、バルブV3、V6、V18、V19を開
いて、それぞれ流路15、16から再生剤(酸水溶液ま
たはアルカリ水溶液)を注入して薬注を行い、さらにほ
ぼ同量の水を注入して押出を行ったのち、バルブV7
10を開いて水洗を行い、カチオンおよびアニオン交換
樹脂を再生する。
【0040】再生終了後、バルブV4、V9、V20、V21
を開いて流路17,18から再生済の樹脂を樹脂貯槽
(図示せず)へ移送し、混合した状態で貯留する。貯留
した樹脂は、次の再生のために樹脂を取出して空になっ
た脱塩塔1に移送して脱塩に供される。
【0041】一方、中間樹脂貯槽5に貯留した中間樹脂
はバルブV1、V2、V22を開くことにより、カチオン再
生塔3に移送し、次の再生時に分離、再生される。中間
樹脂貯槽5を省略する場合は、引出された中間樹脂は樹
脂貯槽へ移送され、再生することなく次の脱塩時に再生
済の樹脂とともに脱塩塔1へ移送することができる。
【0042】以上は復水脱塩装置におけるイオン交換樹
脂の再生方法を示す好ましい形態であるが、一般の純水
製造装置等における混床式イオン交換装置の再生の場合
には、塔外再生を行うことなく、脱塩塔1内でカチオン
およびアニオン交換樹脂の分離再生を行う場合がある。
この場合、ストレーナ1aから空気を吹き込んで、樹脂
を解きほぐし、汚れの剥離を行った後、水逆洗を行って
凝集破壊を行うとともに、カチオンおよびアニオン交換
樹脂層を分離する。
【0043】そして樹脂界面付近に設けたストレーナ1
bから排水しながら、塔底からカチオン交換樹脂層に上
向流で通水するとともに、ストレーナ1cから再生剤
(アルカリ水溶液)を薬注してアニオン交換樹脂層の再
生を行い、さらにほぼ同量の水を注入して押出を行う。
その後塔上部からアニオン交換樹脂層に下向流で通水す
るとともに、ストレーナ1aから再生剤(酸水溶液)を
薬注してカチオン交換樹脂の再生を行い、さらにほぼ同
量の水を注入して押出を行う。
【0044】さらに両樹脂層を水洗した後、塔底部から
空気を吹込んで樹脂層を攪拌し、カチオンおよびアニオ
ン交換樹脂を混合して混床を形成し、再生工程を終る。
その後通水を再開してイオン交換工程に移る。
【0045】上記のような1塔内で再樹脂の分離再生を
行う再生を、脱塩塔とは別に設けた再生塔で行う場合も
ある。この場合は脱塩塔から再生塔に樹脂を移送した
後、上記の操作を行い、再生後両樹脂を脱塩塔に戻して
混合する。
【0046】さらに脱塩塔をカチオン再生塔として用
い、アニオン交換樹脂を別の再生塔で再生する場合もあ
る。この場合は脱塩塔で、逆洗分離を行ったのち、アニ
オン交換樹脂を再生塔に移送し、それぞれの樹脂を再生
する。再生後はアニオン交換樹脂を脱塩塔に戻して混合
する。
【0047】そのほか目的に応じて種々の分離再生方法
があるが、いずれの場合も、混合樹脂の逆洗分離の際、
アンモニアを注入することにより、凝集破壊を行い、両
樹脂の分離性を改善する。
【0048】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。各
例中、%は重量%である。
【0049】比較例1 図1の復水脱塩装置を模擬した以下の仕様の装置で試験
した。脱塩塔1は、塔径350mmφ、高さ3.1mの
円柱状の塔である。カチオン再生塔は塔径250mm
φ、高さ3.1mの円柱状の塔である。アニオン再生塔
4は塔径150mmφ、高さ3.1mの円柱状の塔であ
る。
【0050】この脱塩塔に再生済の新しいカチオン交換
樹脂を85 liter、再生済の新しいアニオン交換樹脂を
40 liter充填して混合後、1mg/lのNH3を含む
合成復水を10m3/hの流速で7日間通水した後、樹
脂をカチオン再生塔3に移送した。そして空気逆洗によ
り樹脂層をほぐすとともに、汚れを剥離した後、LV1
4m/hrでの第1の水逆洗を15分間行って洗浄し、
さらにLV10m/hrでの第2の水逆洗を15分間行
って再樹脂を分離し、上部のアニオン交換樹脂をアニオ
ン再生塔4に移送した。次いで、中間樹脂として中間樹
脂槽にカチオン再生塔に残った樹脂の上部樹脂6 liter
を移送した。
【0051】カチオン交換樹脂は硫酸で、アニオン交換
樹脂は水酸化ナトリウムで1回目の樹脂再生を行った結
果、再生後のカチオン交換樹脂のカチオン交換基全体に
対するR−Na形の比率は0.8%、再生後のアニオン
交換樹脂のアニオン交換基全体に対するR−Cl形の比
率は8.1%であった。
【0052】実施例1 比較例1と同一の装置において、樹脂を新樹脂に入れ替
え、同一操作を実施した。ただし樹脂を脱塩塔から再生
塔に移送し空気逆洗を行った後、比較例の第1の水逆洗
の代りに1%のアンモニア水を用いてLV13m/hr
で15分間の水逆洗を行い、その後同様に第2の水逆洗
を行って分離操作を実施した。他の操作は比較例1と同
様である。上記の再生を行った結果、再生後のカチオン
交換基全体に対するR−Na形の比率は0.1%以下、
再生後のアニオン交換基全体に対するR−Cl形の比率
は2.1%であった。このように実施例1では、比較例
1の従来法に比較して、優れた樹脂の再生状態を得るこ
とができ、逆再生が防止されることがわかる。
【0053】なお、新樹脂に入れ替え交換する時期は一
般的に、発電プラントの定期点検後の起動時であるが、
この時期は水に溶解している酸素の影響を防止するため
に、特にヒドラジンを多量に注入する。このように多量
のヒドラジンが負荷されたカチオン樹脂は再生効果が悪
く、再生後のH形の樹脂量が低下するのが一般的である
が、本再生法ではヒドラジンをアンモニアが追い出す効
果があり、樹脂再生前にアンモニアを負荷させる結果と
なっているにも関わらず、再生後のカチオン交換樹脂の
H形の樹脂量は90%で、通常時と同等の再生状態が得
られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を復水脱塩装置に適用した実施形態を示
す系統図である。
【符号の説明】
1 脱塩塔 1a,1b,1c ストレーナ 2 イオン交換樹脂 3 カチオン再生塔 3a,3b,3c,3d ストレーナ 3e コレクタ 4 アニオン再生塔 4a,4b ストレーナ 5 中間樹脂貯槽 V1〜V23 バルブ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 混床を形成しているイオン交換樹脂を分
    離して再生する方法において、 混合状態のイオン交換樹脂をアンモニアと接触させて、 逆洗によりカチオン交換樹脂層とアニオン交換樹脂層に
    分離し、 それぞれの樹脂層を再生剤と接触させて再生することを
    特徴とするイオン交換樹脂の分離、再生方法。
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