JPS6020060B2 - 複層式イオン交換塔の再生方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複層式イオン交換搭の再生方法に関するもの
であり、更に詳しくは、弱電解質イオン交換樹脂（以下
弱型樹脂と記す。

）を上部に、強電解質イオン交換樹脂′（以下強型樹脂
と記す。）を下部に頭層してなる穣層式イオン交換塔の
再生方法に関するものである。複層式イオン交換方法は
、強型樹脂に比較して比重が小さく、かつ、再生剤の使
用量も少ない弱型樹脂と強型樹脂とを同一イオン交換塔
に充填し、かつ積層させたイオン交予期樹脂層で両樹脂
のそれぞれの特性を利用してイオン交換を行う方法であ
る。

複層式イオン交換方法は、強型樹脂単独による単層式イ
オン交換方法にくらべて、同一の再生剤を用いた場合の
再生剤利用効率が高いので、複層式イオン交換方法は、
近年益々採用されている。従釆からおこなわれているか
かる複層式イオン交換方法の処理操作を説明すれば次の
とおりである。弱型樹脂を上部に、強型樹脂を下部に積
層してなる複層式イオン交換塔には、被処理水を弱型樹
脂から強型樹脂の順に下向流で通液してイオン交換する
ことにより処理水を得、イオン交換樹脂を再生する再生
工程では、搭底部から再生剤液を上向流で通薬して強型
樹脂から穣型樹脂の願に再生し、同時に搭上部より水あ
るいは空気を導入し各樹脂を上方より押えて再生剤液の
通薬によるイオン交予期樹脂の流動を防止し、再生廃液
や再生廃液と空気とを穣型樹脂の上層部に埋設されてい
る築液管から搭外に排出する。このような複層式イオン
交換塔を使用すると、被処理液の通液終了時にはイオン
交換搭の底部付近にいまだイオン交換していない未負荷
のイオン交灘樹脂層が残存しているが、この樹脂層を次
工程の再生工程の時に乱すと、次回の速水工程での処理
水質の低下の原因となる。通液工程中に彼処理水に同伴
されイオン交キ奥脇脂層に捕捉された懸濁物質は、洗浄
水を繋底部から上向流で搭内に導入して、該懸濁物を搭
外に排出するいわゆる逆洗工程に付されるが、この工程
は、上記未負荷の再生型イオン交換樹脂層を乱すことに
なり、極力該樹脂層の乱を少なくするような洗浄方法を
採用しなければならない。従って、再生工程の際にイオ
ン交≠灘樹脂層から懸濁物が完全に除去されずに通液−
再生−通液工程のサイクルが繰返されることとなり、そ
の結果懸濁物質が徐々に畜積しイオン交換樹脂層内部の
空隙率が低下し、ついにはイオン交換樹脂粒が緊密化し
て塊状になるいわゆるイオン交換樹脂のブロッキングが
生じ、通液工程時にイオン交≠剣樹脂層の圧力損失が増
加して通液不能になるという欠点があった。さらに、複
層式イオン交換方法においては、通液工程及び再生工程
で上部の弱型樹脂と下部の強型樹脂とを完全に二層に層
分離しておくことが安定した処理水を得、かつ再生剤利
用効率の高い運転を行うための必須の要件である。

ところが弱型樹脂には再生工程時は収縮し通液工程時は
膨潤する体積変化が生じ、一方強型樹脂には再生工程時
は膨潤し通液工程時は収縮するという体積変化が生じる
。そのため通液工程−再生工程のサイクルの初期には層
分離していた弱型樹脂と強型樹脂は前記サイクルを重ね
るうちに弱型樹脂と強型樹脂との境界面付近では両樹脂
の混合が生じてくる。ところが下向流で通液し、上同流
で再生する方式では、前述のように再生工程時にイオン
交換搭底部付近の禾負荷の樹脂層の乱を少なくするため
逆洗工程は極めて少なくしており、そのため弱型樹脂と
強型樹脂とが成層分離される機会が減少し弱型樹脂と強
型樹脂の混合が進行して安定した運転が困難になる欠点
を有していた。上述のような下向流通液−上向流再生方
式の複層式イオン交換搭の欠点を解決する方法として、
通液工程後に弱型樹脂層に埋設されている集水管より逆
洗水を導入し上向流で通液して、集水管より上部にある
弱型樹脂層のみと洗浄し、懸濁物を逆洗水と共に搭上部
より排出した後再生工程を行うことにより懸濁物の畜積
を防止する方法、あるいはイオン交≠剣樹脂の粒度を調
整して上部の弱型樹脂は比較的粒子の小さいものを用い
、下部の強型樹脂は比較的粒子の大きなものを用いて両
樹脂の比重差を大きくしたイオン交モ製樹脂層を形成さ
せ、両樹脂の混合を防止する方法等が提案されているが
、いずれも十分な解決方法とはいえない。

本発明者は、下向流通液−上向流再生方式の榎層式イオ
ン交換搭の再生方法において、これらの欠点を解決する
方法について鋭意検討した結果、本発明に到達した。即
ち、本発明は弱電解質イオン交換樹脂が上層に、強電解
質イオン交灘樹脂が下層に積層してなるイオン交換樹脂
層を形成した複層式イオン交換塔に、被処理水を弱電解
質イオン交換樹脂から強電解質イオン交換樹脂の順に通
液することにより処理水を得、該イオン交換樹脂層のイ
オン交ｆ製機能が減退したときの該イオン交換樹脂層の
再生処理に際し、イオン交換搭の底部より再生剤液を該
イオン交換樹脂層が流動するような流速の上向流で通薬
し、イオン交換塔の上部の分散管より再生廃液を排出さ
せることにより弱電解質イオン交換樹脂を上層に、弱電
鱗質イオン交関樹脂を下層に成層分離する第１工程、再
生剤液の通薬を停止して成層分離した該イオン交換樹脂
層を沈静させる第２工程、次いでイオン交換搭の底部か
ら再生剤液を上向流で通薬し、同時にイオン交換塔の上
部の分散管から上記処理水または非情性気体を注入し、
再生廃液または再生廃液と非活性気体の混合体を弱電解
質イオン交モ剣樹脂の上層部に埋設され前記分散管より
下部に位置した集液管から排出させる第３工程の第１、
第２及び第３工程を順次行う複層式イオン交換塔の再生
方法を要旨とするものである。

以下、本発明を第１図に基づいて従釆法と比較しながら
説明する。

第１図は本発明を実施するための後層式イオン交換塔の
断面略図を示し、１はイオン交換塔で搭内には二種類の
イオン交換樹脂、すなわち弱型樹脂１０が上部に、強型
樹脂１１が下部に積層されているまず、従来法における
通液工程では、被処理液は管５からバルブ１０１、分散
管２を経て搭内に入る。

被処理水は弱型樹脂１０から強型樹脂１ １の順に通液
してイオン交換され、搭底部の集液管３からバルブ１０
４、管８を経て処理水として洛外にとり出される。通液
工程は処理水純度が所定の値まで低下した時、あるいは
被処理水を所定量通液した時に通液に停止して終了する
。続く再生工程はまず再生剤液が管７からバルブ１０３
、集液管３を経て搭底部から通薬され、再生剤液は下部
の強型樹脂１１、次いで上部の弱型樹脂１０の順に上向
流で再生し、再生廃液となり翁型樹脂層内の上部に埋設
した再生廃液集液管４からバルブ１０５、管９を経て搭
外に排出される。この際同時に再生剤液を上向流で通薬
することによるイオン交換樹脂の上昇等の乱れを防止す
るために管５、バルブ１０１及び分散管２を経て搭上部
から水あるいは不活性気体を下向流で流入させ、再生廃
液集液管４から前述の再生廃液と共に袴外に排出する方
法がとられている。再生工程に続く押出し工程は、押出
し水として処理水を搭底部から流入させ前記再生工程と
同様の手順で行われる。次い水洗工程は水洗水として被
処理水等を管５、．バルブ１０１及び分散管２を経て搭
内に流入させ、イオン交ｆ期間脂層を下向流で水洗し集
液管３、バルブ１０４及び管８を経て水洗水を排出する
ことにより行い、管８付近での水洗水の純度が所定の純
度に達したら、水洗工程を終了し、再び通液工程に入る
。このような方法においては、被処理水に同伴して搭内
にもちこまれた懸濁物を搭外に排出する逆洗工程がない
ので、通液−再生−押出一水洗−通液の工程を繰返すう
ちに特に弱型樹脂１０の上層部ではこれらの懸濁物によ
り樹脂層の空隙率が低下してブロッキングを起し通液工
程時の圧力損失が増加し、ついには通液不能の原因とな
る。さらには通液工程と再生工程の際に生じる弱型樹脂
と強型樹脂の相反する体積変化による弱型樹脂１０と強
型樹脂１１の境界面付近から生じる両樹脂の混合に対し
て、逆洗工程による成層分離が行なわれないので両樹脂
の混合が次第に進行して再生剤液の利用効率の低下を招
く。一方、本発明によれば通液工程は従来法と同様にし
て行われる。

彼処理水の通液が終了した後の再生工程ではまず、搭内
に充填された全イオン交換樹脂を再生するに必要な再生
剤液を分割して、その一部を管７、バルブ１０４及び集
液管３を経て搭底部からイオン交予期樹脂全体が流動す
るように上向流で通薬して再生し、再生廃液は搭上部の
分散管２、バルブ１０２及び配管６より排出する第１工
程が行なわれるｉこの第１工程では主として上部の弱型
樹脂が再生され、同時に通液工程中にイオン交換樹脂層
に捕捉された懸濁物を再生廃液と共に搭外に排出し、あ
わせて弱型樹脂１０を上部に、強型樹脂１１を下部に成
層分離させる。またこの第１工程では前述のように主と
して上部の弱型樹脂が再生されるため、使用する再生剤
液量は弱型樹脂を再生するに必要な量でよく全再生剤液
量の２５〜５０％程度が用いられる。弱型樹脂と強型樹
脂の成層分離を完全に行うために再生剤液通薬流速は４
〜１８ｈ／ｈｒ、通薬時間は２０〜３び分でその時のイ
オン交換樹脂層の膨張率は５０〜１００％で行うと良い
。この際塔底部付近に残存している再生形の強型樹脂も
流動するが、この付近のイオン交換樹脂は流動しながら
も絶えず新鮮な再生剤と接触し再生されているので樹脂
層の乱れによる処理水質の低下はほとんど防止すること
ができる。第一工程の後は再生剤液の通薬を停止して流
動したイオン交予期樹脂を沈静して安定させるための第
２工程を行い、弱型樹脂を上部に、強型樹脂を下部に積
層して成層分離を完成させる。

この第２工程は１０〜２０分間で良い。次に、分割した
残部の再生剤液を管７、バルフ１０３及び分散管３を経
て搭底部に流入しイオン交モ期樹脂層中を上向流で通薬
して再生廃液は集液管４からバルブ１０５及び管９から
排出し、同時に管５、バルブ１０１及び分散管２より処
理水あるいは非活性気体を下向流で流入させ集液管４か
らバルブ１０５及び管９から排出して前述の再生廃液と
共に排出して、イオン交≠剣樹脂層を固定化して再生す
る第３工程を行う。

第３工程を行うにあたり前工程の第１工程及び第２工程
により鞠型樹脂１川ま上部に、強型樹脂１１は下部に完
全に成層分離されているため、搭底部から再生剤を上向
流で通薬すると、強型樹脂１１から弱型樹脂１０の順に
再生されることになり第３工程の再生剤液は有効に作用
することになる。第３工程で使用する再生剤液量は下部
の強型樹脂の再生に必要な塁が用いられその際の通薬流
速は４〜１伍ｈ／日で行なわれる。尚、本発明で用いら
れる再生剤としては塩酸および硫酸のごとき鉱酸、ある
いは水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムのごときア
ルカリが使用されるが、その濃度はイオン交予期樹脂処
理に通常使用される再生剤濃度を使用することができ、
得られる効果に応じ濃度を変化させても差支えない。上
充の手順で行なわれた再生工程に引続き、押出し工程及
び水洗工程は処理水を用いて従来法と同様の操作手順に
より行い通水工程に入る。

本発明の再生工程、押世工程、水洗工程で使用する水は
すべて処理水、たとえば無イオン水を用いた方が好まし
い結果が得られるが、従来法のように被処理液たとえば
市水を用いてもその効果は認められる。以上詳細に説明
したように本発明により複層式イオン交換塔におけるイ
オン交≠剣樹脂層内の懸濁物の畜積、及び弱型樹脂と強
型樹脂の混合による再生剤液の利用効率の低下等の欠点
を解決することができる。

次に本発明を実施例により説明する。

実施例 １ 第１図に示す複層式カチオン交換塔として内径４０仇肋
、高さ３５０仇奴のアクリル製のカラムの下部に強酸性
陽イオン交換樹脂ダィャィオンＳＫＩＩな（「ダイヤイ
オン」は三菱化成工業株式会社の登録商標、以下同機）
を１２８、そしてその上部に弱酸性陽イオン交換樹脂ダ
イヤイオンＷＫ２０を１２９充填した。

同様にァニオン交換塔として内径４００肋、高さ３５０
仇奴のアクリル製カラムの下部に強塩基性陰イオン交換
樹脂ダイヤイオンＳＡ２Ｍ止を１０９、その上部に弱塩
基性陰イオン交換樹脂ダイヤイオンＷＡ３０を１０５１
充填した。この際、再生廃液集液管はＷＫ２０層及びＷ
Ａ３０層の上端面より下に３０肌の位置になるようにし
た。次に、カチオン交換塔、ラシッヒリングを充填した
脱炭酸塔、及びァニオン交換塔の順に第１表に示す組成
の被処理水を下向流で通液し処理水を得た。

通液条件は、通液量４．８〆／日、カチオン交換搭に於
ける処理水の貫流点を５ムＳ／仇とした。第１表 通液終了後、各イオン交換樹脂塔の再生を行なつた。

まず、カチオン交換塔ではイオン交予期樹脂が流動する
ように搭底部から１．０％塩酸を通薬流速紅ｈ／日の上
向流で３０分間通薬し、再生廃液は搭上部から排出して
、第１工程を行なった。

そ際、通水中に被処理水と共に裕内にもちこまれイオン
交換樹脂層に捕捉された懸濁物は搭外に排出され、弱酸
性カチオン交換樹脂が上部に、強酸性カチオン交換樹脂
が下部に完全に成層分離された。次いで、通薬を１０分
間停止して、流動したイオン交換樹脂を沈静させ安定化
させる第２工程を行なつた。次に、２％塩酸を搭底部か
ら逸楽流速８ｈ／日の上向流で通薬すると同時に搭上部
から処理水を流入流速４ｍ／日で流入し、再生廃液は弱
酸性カチオン交換層内に埋設した再生廃液集液集液管さ
ら排出させ、イオン交換樹脂を固定して再生する第３工
程を２び分間行い再生を完了した。

再生１程に続く押出し工程として３粉ご間、搭底部より
処理水をａｈ／日で、そして搭上部より処理水を４ｍ／
日で流入して搭内に残留する再生廃液を押出した。

押出し工程の後に、水洗工程として搭上部よに処理水を
４帆／日の下向流で５分間通液してイオン交換樹脂層を
水洗し水洗廃水は袴底部より排出した後再び通液を行な
った。

上述のような方法でカチオン交換塔の再生を行なったが
、使用した全再生剤量は４５ター塩酸／そ一樹脂であっ
た。

一方、アニオン交換塔もカチオン交換塔と同じ操作手順
で再生を行なったが、再生剤液として１．５％水酸化ナ
トリウムを第１工程及び第２工程とも各々ａｈ／日で通
薬した。

使用した水酸化ナトリウムの量は４０夕−水酸化ナトリ
ウム／〆一樹脂であった。上述のようにして薄液−再生
−押出し−水洗−通液の操作を繰返し行い、２０サイク
ル目の処理水を得たときの各イオン交換塔における再生
剤液利用効率と処理水質の結果を第２表に示す。

第２表 比較例 １ 比較のために、従来法としてカチオン交換搭に２．０％
塩酸を通薬流速ａｈ／日で、アニオン交換搭では１．５
％水酸化ナトリウムを通薬流速肌／日の上向流で通薬し
、その時の再生剤液量はカチオン交換塔では４５夕−塩
酸／夕−樹脂、アニオン交換塔では４０夕−水酸化ナト
リウム／夕一樹脂とし、他は上記実施例１と同一の条件
で比較を行った。

その結果を第３表に示す。第３表 以上、実施例及び比較例に示した如く、本発明による再
生方法は従来法に比べて再生剤液利用効率がすぐれてお
り、再生剤が少なくて剤むという複層式イオン交換方法
の特長をさらに進歩させる方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する複層式イオン交換塔の縦
断面略図である。 図中１はイオン交換塔、２は分散管、３は集液管、４は
再生廃液集液管、５は被処理水入口管、６は再生廃液出
口管、７は再生剤液入口管、８は処理水出口管、９は再
生廃液出口管、１０は弱電鱗質イオン交予期樹脂、１
１は強電解質イオン交換樹脂、１０１，１０２，１０３
，１０４及び１０５はバルブを示す。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弱電解質イオン交換樹脂が上層に強電解質イオン交
   換樹脂が下層に積層してなるイオン交換樹脂層を形成し
   た複層式イオン交換搭に、被処理水を強電解質イオン交
   換樹脂から強電解質イオン交換樹脂の順に通液すること
   により処理水を得、該イオン交換樹脂層のイオン交換機
   能が減退したときの該イオン交換樹脂層の再生処理に際
   し、イオン交換搭の底部より再生剤液を該イオン交換樹
   脂層が流動するような流速の上向流で通薬し、イオン交
   換搭の上部の分散管より再生廃液を排出させることによ
   り弱電解質イオン交換樹脂を上層に、強電解質イオン交
   換樹脂を下層に成層分離する第１工程、再生剤液の通薬
   を停止して成層分離した該イオン交換樹脂層を沈静させ
   る第２工程、次いでイオン交換搭の底部から再生剤液を
   上向流で通薬し、同時にイオン交換搭の上部の分散管か
   ら上記処理水または非活性気体を注入し、再生廃液また
   は再生廃液と非活性気体の混合体を弱電解質イオン交換
   樹脂の上層部に埋設され前記分散管より下部に位置した
   集液管より排出させる第３工程の第１、第２及び第３工
   程を順次行うことを特徴とする複層式イオン交換搭の再
   生方法。