JPS5953099B2 - イオン交換処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は下降流で原水をイオン交換樹脂に通水してイオ
ン交換（以下通水と称する）を行ない、上昇流で酸、ア
ルカリなどの再生剤を用いてイオン交換樹脂の再生（以
下再生と称する）を行なうイオン交換処理方法に関する
ものである。

従来、イオン交換装置の操作法のうちでは下降流通水、
下降流再生法（以下下降流再生法と称する）および下降
流通水、上昇流再生法（以下上昇流再生法と称する）の
画法が最も一般的であるが、これら両者を比較するとそ
れぞれ同一の再生剤を用いて再生した場合、上昇流再生
法の方が下降流再生法よりも一般的に高純度の処理水を
うろことができる。

換言すれば所定の純度の処理水をうるために要する再生
剤の使用量は上昇流再生法の方が下降流再生法よりも少
なくてよいので、故に処理水単位量あたりの再生剤経費
が安価である。

上昇流再生法は下降流再生法に比較してかかる利益があ
るので近年ますます採用されつつある。

上昇流再生法は再生剤を樹脂塔下部より上昇流で流入さ
せるので再生剤の上昇流によってイオン交換樹脂層が押
し上げられ流動することを防ぐための手段が必要である
が、この手段として種々の方法が提案されている。

たをえば逆洗のための空間部をその上部に有するイオン
交換塔においてはイオン交換樹脂層の上面よりやや下に
再生廃液排出用のコレクタを埋没せしめ、再生剤を樹脂
塔下部から上昇流で流入させる際に、柑脂塔上部より水
または空気などを流入せしめて再生廃液排出用のコレク
タから再生廃液と共に排出して、当該水または空気など
の流入圧力により樹脂層を保持せしめつつ再生する方法
がある。

また他の方法として、イオン交換塔の空間に隙間なくイ
オン交換樹脂を充填して上昇流で再生しようとするもの
がある。

たとえばイオン交換塔の空間部に隙間なくイオン交換樹
脂が充填されていれば再生剤を上昇流で流入してもイオ
ン交換樹脂層が流動することはない。

本発明は上昇流再生法のうち後者の手段によってイオン
交換樹脂の再生を行なった後に原水を下降流で通水する
イオン交換処理方法の改良に関するものである（この上
昇流再生法をここで密閉充填式上昇流再生法と称する）
。

従来の密閉充填式上昇流再生法においては前述した通り
イオン交換塔の空間部に隙間なくイオン交換樹脂を充填
しようとするものであるから、逆洗のための空間部がな
いので、通水によってイオン交換樹脂層内に蓄積した濁
質を除去する場合、以下のような方法が採用されている
。

すなわちイオン交換塔の上方に逆洗において必要とする
容積をもった逆洗ホッパーを設置し、この逆洗ホッパー
の下部とイオン交換塔の上部とを弁を有する連通管で連
通し、逆洗する際においては連通管の弁を開口すること
によって連通管を介して上方の逆洗ホッパーとイオン交
換塔を連結し、イオン交換塔の下部から逆洗水を流入さ
せて、イオン交換樹脂層をイオン交換塔と逆洗ホッパー
の両方に膨張させることによってイオン交換樹脂層に蓄
積した濁質を水流により逆洗ホッパーの上部から排出す
るものである。

しかしこのような従来の密閉充填式上昇流再生法におい
ては以下に述べるような欠点を有している。

ひとつには通水が終了したイオン交換樹脂層の各イオン
形の配列を逆洗という工程によって混合してしまうので
再生効率を低下させており、またひとつには逆洗時に逆
洗ホッパーに移動したイオン交換樹脂をイオン交換塔に
戻す場合、その全量を戻すことができず、そのためにイ
オン交換塔の空間部に隙間なくイオン交換樹脂を充填す
るという所期の目的を達せず、上昇流で再生する際に若
干イオン交換樹脂層が流動する。

本発明は以上のような従来の密閉充填式上昇流再生を行
なった後に下降流通水を行なうイオン交換処理方法の欠
点を解決するものであり、通水が終了したイオン交換樹
脂層を逆洗するにあたりイオン交換塔のほぼ仲間部また
は中間部より上方に設けた開口部より、本間口部の上方
に位置するイオン交換樹脂のみをスラリー状として逆洗
済に移送し、本逆洗塔で逆洗を行ない、次いで逆洗済み
のイオン交換樹脂をイオン交換塔の上部に設けた排水機
構から同伴水を上昇流で排出しつつスラリー状としてイ
オン交換塔の空間部に再び充填し１、しかる後に上昇流
で再生し、その後に下降流で通水を行なうイオン交換処
理方法である。

以下、本発明を実施態様の一例である純水製造装置にお
ける強酸性陽イオン交換樹脂（以下陽イオン交換樹脂と
いう）が充填されているに塔を例にとって説明する。

第１図は密閉充填式上昇流再生装置のに塔と逆洗済のフ
ロ（３）−を示す説明図であり、イオン交換塔１の空間
部に陽イオン交換樹脂を隙間なく充填して陽イオン交換
樹脂層２を形成し、これに原水を下降流で通水し、再生
剤を上昇流で通液して再生するものである。

本装置において被処理水である原水を通水する場合、イ
オン交換塔１の上部より、原水３を陽イオン交換樹脂層
２に下降流で通水することにより処理水４が得られる。

原水３としては一般に工業用水などが用いられ、原水中
にはカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウ
ムイオンなどのイオンと共に濁質を若干含んでいるのが
通常であるが、このような原水を陽イオン交換樹脂層２
に通水した場合、通水の終点における陽イオン交換樹脂
層２のイオン形の配列は第２図に示した通り、上層部か
ら下層部へ向ってカルシウム、マグネシウム形（以下カ
ルシウム形という）、ナトリウム形、水素形の順となる
。

また濁質は主に陽イオン交換樹脂層２の上部に分布する
。

換言すれば濁質は主にカルシウム形の陽イオン交換樹脂
層２中に蓄積する。

本発明においてはかかる陽イオン交換樹脂層２を逆洗す
るにあたり、イオン交換塔１のほぼ中間部または中間部
より５の上方に位置する陽イオン交換樹脂のみをスラリ
ー状として連通管６を介して逆洗済７に移送し、本逆洗
塔７において移送された陽イオン交換樹脂のみを逆洗す
るものである。

開口部５の上方に位置する陽イオン交換樹脂を逆洗済７
に移送するには連通管６に付設している弁８を開口し、
イオン交換塔１の上部から水を流入させればよいが、こ
の時、イオン交換塔１の開口部５と対面するような位置
に付設したノズル９から開口部５に向って水を噴射する
ことにより効果的の開口部５の上部に位置する陽イオン
交換樹脂のみを逆洗済７に移送することができる。

なお弁８はイオン交換塔１の付近に設置することが望ま
しい。

本発明においては以上のような手段によって通水が終了
した陽イオン交換樹脂層２の上層部に位置する濁質が蓄
積されている主にカルシウム形の陽イオン交換樹脂層を
逆洗済７に移送して逆洗し、その他のイオン形の陽イオ
ン交換樹脂層、すなわちナトリウム形、水素形の陽イオ
ン交換樹脂層は通水終了時イオン交換塔１内にそのまま
の状態に保持することにある。

したがってイオン交換塔１の開口部５は以上のようなイ
オン交換樹脂の移送に適するような位置に取りつける必
要があり、陽イオン交換樹脂層２の樹脂層高、原水のイ
オン組成によって適宜決定するが、はとんどの場合、イ
オン交換塔１のほぼ中間部からその上方の任意の点に開
口部５を付設することにより、前述した濁質が蓄積され
ているカルシウム形の陽イオン交換樹脂を取り出すこと
ができる。

ただしカルシウムイオン、マグネシウムイオンの存在比
が小さい原水を処理する場合にはイオン交換塔１におい
ては濁質がカルシウム形の陽イオン交換樹脂層とその下
に位置するナトリウム形の陽イオン交換樹脂層の一部に
まで分布するが、このような場合はカルシウム形の陽イ
オン交換樹脂と共に一部のナトリウム形の陽イオン交換
樹脂も逆洗基７に移送することとなる。

また逆にカルシウムイオン、マグネシウムイオンの存在
比が大きい原水を処理する場合にはイオン交換塔１にお
いては濁質の分布している陽イオン交換樹脂層の下部に
もカルシウム形の陽イオン交換樹脂が存在するが、この
ような場合には濁質が蓄積されているカルシウム形の陽
イオン交換樹脂を逆洗基７に移送する際、一部のカルシ
ウム形のイオン交換樹脂をイオン交換塔１内に残留させ
ることとなる。

このように本発明は通水が終了したイオン交換塔１の陽
イオン交換樹脂層２の上層部に位置する濁質が蓄積され
ている主にカルシウム形の陽イオン交換樹脂層を逆洗基
７に移送して弁８を閉じる。

次いで本逆洗塔７において十分に陽イオン交換樹脂を常
法によって逆洗する。

その後逆洗が終了した陽イオン交換樹脂を再びイオン交
換塔１に戻すが、この場合本発明においては以下のよう
な操作で行なう。

すなわち、連通管６の弁８を開いて逆洗基７内の陽イオ
ン交換樹脂をスラリー状として連通管６を介して、開口
部５よりイオン交換塔１内の空間部に流入させ、イオン
交換塔１に流入した陽イオン交換樹脂の同伴水を排水機
構１０より排水管１７を経て上昇流で塔外に流出させて
陽イオン交換樹脂のみを塔内に残留させて充填する。

従来の密閉充填式上昇流再生装置においては前述した通
り、通水が終了したイオン交換樹脂層を逆洗するにあた
りイオン交換塔の上部に逆洗ホッパーを設置し、この逆
洗ホッパーとイオン交換塔の上部とを連通管で連通し、
イオン交換塔の下部から逆洗水を流入させて、イオン交
換相脂層をイオン交換塔と逆洗ホッパーの両方に膨張さ
せて逆洗し、次いで逆洗が終了した時点で逆洗水の流入
を停止し、イオン交換塔の下部から水を抜くことによっ
て、逆洗基に移動したイオン交換樹脂をイオン交換塔に
戻すことが行なわれていたが、この従来の方法ではイオ
ン交換塔上部の周辺部分にどうしてもイオン交換樹脂を
充填することができず、未充填部すなわち空間部を生じ
せしめていた。

またこのことが上昇流で再生する際にイオン交換樹脂層
を流動させる原因となっていた。

このような従来の密閉充填式上昇流再生装置に対して本
発明はイオン交換塔１の最上部に排水機構１０を設け、
ここから陽イオン交換樹脂の同伴水をイオン交換塔１に
対して上向きに水を抜くことによって陽イオン交換樹脂
を順々にこの水流によって排水機構１０に向って押しつ
けながら充填するのでイオン交換塔１の隅々まで確実に
充填することが可能となる。

なお排水機構１０としては水を通すがイオン交換崩脂を
通過させないものであればどんなものでもよく、たとえ
ばサラン布、金網などを第１図に示したようにイオン交
換塔１の直線部の最上部に付設してもよいし、あるいは
第３図に示すようにイオン交換塔１の鏡板１６の上部に
穴１１を開口し、一端が蓋１２で閉塞された長さ５ない
し１０ｃｍの円筒状のウニシワイヤースクリーン等で構
成されたストレーナ１３の他端を穴１１がストレーナ１
３の内側に位置するようにボルト１４およびナツト１５
でイオン交換塔１の鏡板１６の内側に固定したもので゛
もよい。

なおストレーナ１３の目の開きは水は通すがイオン交換
樹脂は通過させない程度のものとすることはいうまでも
ない。

このように構成されたストレーナ１３を必要に応じて１
個ないし数個鏡板１６の内側に取りつけるとよい。

以上説明した本発明の方法により逆洗基７に移送した陽
イオン交換樹脂をイオン交換塔１内の空間部に隙間なく
充填することが可能となり、したがって以後に行なう上
昇流再生の際にイオン交換樹脂層２が流動することがな
くなる。

次に上昇流再生について説明するが、従来の密閉充填式
上昇流再生装置における逆洗は前述したようにイオン交
換塔１の下部より逆洗するために第２図で示した各イオ
ン形の陽イオン交換樹脂層の配列が混合されていたが、
それに対し本発明は水素形およびナトリウム形の陽イオ
ン交換樹脂層の配列は通水の終了時そのままの状態に保
持されており、その上部に存在する濁質が蓄積している
主にカルシウム形の甜脂のみを逆洗済７で逆洗し、そし
て逆洗済みの当該陽イオン交換樹脂を再びイオン交換塔
１内に保持されている前記陽イオン交換樹脂層の上部に
充填するので、上昇流で再生する前の陽イオン交換樹脂
層の各イオン形の配列は通水の終了時とほとんど変化さ
せない状態に再現することが可能となる。

このことは以下に説明するような効果をもたらす。

すなわち下層部から上層部へ向って水素形、ナトリウム
形、カルシウム形の配列となっている陽イオン交換樹脂
層をたとえば再生剤として塩酸の水溶液を上昇流で流入
させた場合、塩酸は水素形の陽イオン交換樹脂を素通り
し、まずナトリウム形の陽イオン交換樹脂を脱着しこれ
を水素形とし、その廃液である塩化ナトリウムがさらに
上層のカルシウム形の陽イオン交換樹脂を脱着し、これ
をナトリウム形とし、さらにまたそのナトリウム形の陽
イオン交換樹脂に塩酸が接触してこれを水素形にすると
いうように、脱着が順々に行なわれ、元来水素イオンで
は脱着しにくいカルシウム形の陽イオン交換樹脂を水素
イオンより脱着に優れているナトリウムイオンを介在さ
せることによって効果的に脱着すると共に、通水の終了
時に存在する水素形の陽イオン交換樹脂をイオン交換樹
脂層の下部にそのまま保持しておくことができるので再
生という単一の操作においては理想的な状態となり、再
生によって生成される水素形の陽イオン交換樹脂をより
大とすることができる。

以上説明したように本発明によれば逆洗塔内に移送した
イオン交換樹脂を再生する前に再びイオン交換塔内に隙
間なく充填することができるので上昇流で再生する際に
イオン交換樹脂層の流動化を防止することができ、また
イオン交換樹脂層の通水終了時の各イオン形の配列を逆
洗によって混合するようなこともないので前述したごと
く再生効率を大とすることが可能となる。

なお本発明を純水製造装置における強酸性陽イオン交換
崩脂が充填されているに塔を例にとって説明したが、本
発明は、強塩基性アニオン交換樹脂が充填されているＡ
塔、あるいは各種のイオン交換装置たとえば糖液の精製
装置などにも適用できる。

以下に本発明の詳細な説明する。

実施例 本発明として第１表に示したような組成の原水を再生済
みの約１００１のアンバーライト （登録商標以下同様
）ＩＲ−１２４が充填されている直径３５７ｍｍ、直線
部１ 、０００ｍｍのイオン交換塔に処理水のすＩ〜リ
ウムの量が２ｐｐｍａＳＣａＣＯ３となるまで通水した
。

この時、通水の終点における圧力損失は１、７ｍＨ２０
７ｍ−樹脂であった。

その後、イオン交換塔の上部に取りつけた第１図に示す
ようなサラン布で形成されている排水機構から下方に向
って５００ｍｍのところに付設した開口部から、本開口
部の上方に位置するイオン交換樹脂をスラリー状として
、逆洗済に移送した。

なおこの移送の際にはイオン交換塔の上部から７ｍ／Ｈ
の水を、また開口部と対面するような位置に付設したノ
ズルから塔断面に対して２ｍ／Ｈの水を流入させた。

次いで逆洗済においてＬＶ１６ｍ／Ｈの流速で約１５分
間逆洗し、その後、逆洗済の陽イオン交換樹脂をスラリ
ー状で開口部よりイオン交換塔内に流入させ、イオン交
換塔の上部に取りつけた排水機構から塔断面に対して１
０ｍ／Ｈの流速で同伴水を排出しつつ逆洗済のイオン交
換樹脂をイオン交換塔に充填した。

この時逆洗済に存在する全量のイオン交換樹脂がイオン
交換塔に充填された。

イオン交換樹脂の充填が終了したのち３３％塩酸２００
ｇ ／ １−４脂の再生剤を５％に希釈し上昇流でＬＶ
ｌ、８ｍ／Ｈで再生したところ第２表に示すような生成
Ｒ−Ｈを得、またその後第１表の原水を下降流で土Ｖ１
２ｍ／Ｈの流速で通水したところ処理水の平均ナトリウ
ムリークと通水の初期における圧力損失は第２表の通り
となった。

また再生の際の上昇ＬＶのみをそれぞれ３．０．６．０
ｍ／Ｈと変化させ、他はまたぐ同じ条件で通水と再生を
繰り返したところ生成Ｒ−Ｈ１平均ナトリウムリーク、
通水の初期の圧力損失は第２表のごとくなった。

次に従来の方法として同じように第１表に示したような
組成の原水を同じく再生済みの約１００１のアンバーラ
イ１−ＩＲ−１２４が充填されている直径３５７ｍｍ、
直線部１ 、０００ｍｍイオン交換塔に処理水のナトリ
ウムの量が２ｐｐ［′ｎａＳＣａＣＯ３となるまで通水
した。

この時、通水の終点における圧力損失は１、７ｍＨ２０
７ｍ−樹脂テアッタ。

その後イオン交換塔の上部に取りつけな逆洗ホッパーと
イオン交換塔を連通管で連通し、イオン交換塔の下部か
ら逆洗水をＬＶ１６ｍ／Ｈの流速で流入し、約１５分間
逆洗した。

逆洗が終了したのちイオン交換塔の下部よＩ） ＬＶ１
０ｍ／Ｈの流速で水を抜きなから逆洗ホッパー内のイオ
ン交換樹脂をイオン交換塔に戻した。

この時逆洗ホッパー内に８１のイオン交換樹脂が残留し
た。

次に３３％塩酸２００ｇ／ｌ−樹脂の再生剤を５％に希
釈し、上昇流で土Ｖｌ、８ｍ／Ｈで再生したところ第３
表に示すような生成Ｒ−Ｈを得、その後第１表の原水を
下降流で土Ｖ１２ｍ／Ｈの流速で通水したところ処理水
の平均ナトリウムリークと通水の初期における圧力損失
は第３表の通りとなった。

また再生の際の上昇ＬＶのみをそれぞれ３．０．６．０
ｍ／Ｈと変化させ他はまったく同じ条件で通水と再生を
繰り返したところ生成Ｒ−Ｈ１平均ナトリウムリーク、
通水の初期の圧力損失は第３表のごとくなった。

以上の実施例で明らかな通り、本発明によれば、生成Ｒ
−Ｈを大とすることができ、かつ逆洗によって充分に濁
質をイオン交換樹脂層から除去することができ、さらに
処理水の水質を高めることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様の一例である純水製造装置に
おける強酸性陽イオン交換樹脂がその空間部に隙間なく
充填されているに塔と、逆洗基のフローを示す説明図で
あり、第２図は通水の終点における強酸性陽イオン交換
相脂層の各イオン形の配列状態を示す説明図であり、第
３図は本発明に使用する排水機構の一例の断面図である
。 １・・・・・・イオン交換塔、２・・・・・・陽イオン
交換樹脂層、３・・・・・・原水、４・・・・・・処理
水、５・・・・・・開口部、６・・・・・・連通管、７
・・・・・・逆洗基、計・・・・・弁、９・・・・・・
ノズル、１０・・・・・・排水機構、１１・・・・・・
穴、１２・・・・・・蓋、１３・・・・・・ストレーナ
、１４・・・・・・ボルト、１５・・・・・・ナツト、
１６・・・・・・鏡板、１７・・・・・・排水管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ イオン交換塔の空間部に隙間なくイオン交換樹脂を
   充填して上昇流再生、下降流通水を行なうイオン交換塔
   において、通水が終了したイオン交換樹脂層を逆洗する
   にあたり、イオン交換塔のほぼ中間部または中間部より
   上方に設けた開口部より、本開口部の上方に位置するイ
   オン交換樹脂のみをスラリー状として逆洗基に移送して
   逆洗を行ない、次いで逆洗基の逆洗済みのイオン交換樹
   脂をイオン交換塔内に流入させ、イオン交換塔の上部に
   設けた排水機構から同伴水を上昇流で排出しつつイオン
   交換塔の空間部にイオン交換樹脂を再び充填し、しかる
   後に上昇流で再生剤をイオン交換樹脂に通液して再生し
   、その後に下降流で原水の通水を行なうイオン交換処理
   方法。