JPS6059013B2 - 混合イオン交換樹脂の再生方法 - Google Patents

混合イオン交換樹脂の再生方法

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JPS6059013B2
JPS6059013B2 JP53101750A JP10175078A JPS6059013B2 JP S6059013 B2 JPS6059013 B2 JP S6059013B2 JP 53101750 A JP53101750 A JP 53101750A JP 10175078 A JP10175078 A JP 10175078A JP S6059013 B2 JPS6059013 B2 JP S6059013B2
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  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂との混
合イオン交換樹脂の再生方法に関するもの であり、特
に超高圧貫流ボイラおよび原子力発電ボイラの復水の精
製において使用する混床式イオン交換装置の混合イオン
交換樹脂の再生方法に関するものである。
上記の復水の処理に際しては微量(lppb以下)の
不純物イオンの除去まて必要とされているが、混床式イ
オン交換装置による処理て上記の成果を得るためには、
陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂を酸およびア
ルカリて再生する前に゜一方の再生剤によつて他方のイ
オン交換樹脂が汚染されないように両イオン交換樹脂を
完全に分離することが必要である。
たとえば陽イオン交換樹脂中に陰イオン交換樹脂が混入
すると陽イオン交換樹脂の再生剤である硫酸あるいは塩
酸により陰イオン交換樹脂が500形あるいはCl形と
なり、また陰イオン交換樹脂中に陽イオン交換樹脂が混
入すると陰イオン交換樹脂の再生剤である力性ソーダに
より陽イオン交換樹脂がNa形となる。 このような理
由により両イオン交換樹脂を完全に分離することが必要
であるが、しかし従来の混床式イオン交換装置の再生の
一工程である水による逆流分離では両イオン交換樹脂の
完全分離は不可能であつた。水による逆流分離は両イオ
ン交換樹脂の密度の差から生じる沈降速度の差を利用す
るものであるが、陽イオン交換樹脂の密度がたとえ陰イ
オン交換樹脂の密度より大てあつても沈降速度に関与す
る他の因子である粒径が作用し、たとえば粒径の小さい
陽イオン交換樹脂と粒径の大きい陰イオン交換樹脂の沈
降速度は近似し、また微細な陽イオン交換樹脂の沈降速
度は逆に比較的粒径の大きい陰イオン交換樹脂の沈降速
度より小さくなるためである。このように従来の混床式
イオン交換装置の再生方法においては両イオン交換樹脂
を完全に分離して再生することができないため、再生後
の状態ではNaの陽イオン交換樹脂およびSO4形ある
いはC1形の陰イオン交換樹脂などの未再生のイオン交
換樹脂がどうしても若干残留するので、前述した超高圧
貫流ボイラあるいは原子力発電ホイラの復水の精製にお
いては満足のいく処理水が得られないという欠点を有し
ていた。本発明はこれらの欠点を解決するものであり、
脱塩処理に使用した陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹
脂の混合イオン交換樹脂と分離塔にて水て逆洗分離し、
上層に微細な陽イオン交換樹脂を含む陰イオン交換樹脂
、中層にに陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合
イオン交換樹脂、下層に陽イオン交換樹脂の各層を形成
させる第1工程、上層の当該陰イオン交換樹脂と中層の
当該混合イオン交換樹脂と下層の陽イオン交換樹脂の一
部分を別塔に移送し、下層の陽イオン交換樹脂の大部分
を分離塔に残留させる第2工程、別塔に陽イオン交換樹
脂と陰イオン交換樹脂の中間の密度を有する力性ソーダ
溶液を加え、陰イオン交換樹脂のみを浮上させることに
より両イオン交換樹脂を分離する第3工程、浮上させた
陰イオン交換樹脂を別塔より取り出した後、酸再生剤を
分離塔から別塔の順に通して、それぞれの塔内の陽イオ
ン交換樹脂を再生するか、または別塔の陽イオン交換樹
脂を補助塔に移送した後、酸再生剤を分離塔から補助塔
の順に通してそれぞれの塔内の陽イオン交換樹脂を再生
する第4工程、第4工程において再生した別塔または補
助塔の陽イオン交換樹脂を次回以降の第1工程の脱塩処
理に使用した混合イオン交換樹脂に添加する第5工程か
らなる混合イオン交換樹脂に添加する第5工程からなる
混合イオン交換樹脂の再生方法に関するものである。以
下本発明を実施態様てある復水脱塩装置を例にして再生
における各工程にしたがつて図面を用いて説明する。復
水脱塩装置の通水塔(図示せず)において使用済みの陽
イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合イオン交換樹
脂を第1図の分離塔1に水流によつて移送し、分離塔1
の下部より逆洗水2を流入させ常法によつて逆洗分離を
行う。
本逆洗分離を行なうと前述したごとく陽イオン交換樹脂
と陰イオン交換樹脂の密度と粒径の大小によりイオン交
換樹脂の沈降速度に差が生じ、第1図に示したごとく分
離塔1の下層部に陽イオン交換樹脂3、中層部に陽イオ
ン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂4
、上層部に微細な陽イオン交換樹脂Kをその内部に混入
している陰イオン交”換樹脂5が形成される(本発明の
第1工程)。次に上層の微細な陽イオン交換樹脂Kを含
む陰イオン交換樹脂5と中層の混合イオン交換樹脂4と
下層の陽イオン交換樹脂3の一部分3″を水流によつて
第2図に示した別塔6に移送する。本操作により分離塔
1に陰イオン交換樹脂5をまつたく含有していない大部
分の陽イオン交換樹脂3を残留させることができる(本
発明の第2工程)。したがつて、この陽イオン交換樹脂
3を酸再生剤て再生しても、この再生剤によつて陰イオ
ン交換樹脂が汚染されることがない。分離塔1に残留さ
せた大部分の陽イオン交換樹脂3の酸による再生につい
ては後て説明する。
次に本発明の第3工程について説明する。第3工程は別
塔6において陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の中
間の密度を有する力性ソータ溶液を用いて粒径の大小に
関係なく真密度の差を利用して、両イオン交換樹脂を分
離する工程である。この中間の密度を有する力性ソータ
溶液を用いて両イオン交換樹脂を分離する方法は従来か
ら行なわれているものであるが、注意深く行なわないと
、浮上させようとする陰イオン交換樹脂がまつたく流動
性のない密なるイオン交換樹脂層を形成し、そのためこ
の密なる陰イオン交換樹脂層内に微細な陽イオン交換樹
脂Kを包含したまま陰イオン交換樹脂が浮上するという
現象が生じ、陽イオン交換樹脂の分離が不完全となるこ
とがある。したがつて第3工程としてはたとえば以下の
よな方法にて行なうとよい。ます、本発明の第2工程に
よつて別塔6に移送された両イオン交換樹脂を第2図に
示したように別塔6の下部より逆洗水2を流入させ再度
常法により逆洗分離を行なう。
本逆洗を行なうと、第2図に示したごとく別塔6の下部
に陽イオン交換樹脂3″、その上部に混合イオン交換樹
脂4、その上部に微細な陽イオン交換樹脂Kを含む陰イ
オン交換樹脂5が形成される。次に陰イオン交換樹脂5
の密度より小さい密度の力性ソーダ溶液7を第3図に示
したようにLVO.5ないし4Tr1.IHの流速で別
塔6の下部より流入させる。
この陰イオン交換樹脂の密度より小さい密度の力性ソー
ダとては通常2ないし8%のものを使用し、好ましくは
3ないし6%の範囲で選定するとよい。本操作を行なう
ことにより、陰イオン交換樹脂5が密なるイオン交換樹
脂層を形成することなく流動性のある状態となるので、
微細な陽イオン交換樹脂Kが徐々に別塔6の下部に沈降
し、また同時に混合イオン交換樹脂4内の陰イオン交換
樹脂が別塔6の上部に移動し、最終的に第3図に示した
ように別塔6内の下部が陽イオン交換樹脂3″、その上
部が微細な陽イオン交換樹脂K、ぞの上部が陰イオン交
換樹脂5となつた陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂
の明確なる積層を形成することができる。次に第4図に
示すごとく陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の中間
の密度を有する力性ソーダ溶液8を別塔6の下部より低
流速の上昇流て流入することにより陰イオン交換樹脂5
のみを浮上させ、浮上させた陰イオン交換樹脂5と別塔
6の下部に沈降した陽イオン交換樹脂K,3″の間に当
該力性ソーダ溶液の液層9を形成させる。以上のような
方法により別塔6の両イオン交換樹脂を完全に分離する
ことができるが、第3工程は要は陽イオン交換樹脂と陰
イオン交換樹脂の中間の密度を有する力性ソーダ溶液を
用いて別塔6の上部に陰イオン交換樹脂を浮上させるこ
とによつて両イオン交換樹脂を完全に分離することがで
きればどんな方法でもよく、たとえば別塔6の上部から
当該力性ソーダ溶液8を低流速で流入させると共に別塔
6内に適当な攪拌あるいは振動を得ることによつてもそ
の目的を達することがてきる。
なお、第3工程に用いる陽イオン交換樹脂と陰イオン交
換樹脂の中間の密度を有する力性ソータ溶液の濃度は使
用する陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の密度の差
によつて多少の幅はあるが、通常10ないし20%から
その目的にあつた最適な濃度を選定するとよい。次に本
発明の第4工程を説明する。
第3工程によつて別塔6の上部に浮上した陰イオン交換
樹脂5中には陽イオン交換樹脂がほとんど含まれていな
いので、この陰イオン交換樹脂5を必要とあれば、他の
塔に水流により移送し、さらに力性ソーダで再生し、ま
た第1工程において分離塔1の下部に残留させた大部分
の陽イオン交換樹脂3を酸で再生し、再生済の陰イオン
交換樹脂5と陽イオン交換樹脂3を混合することにより
陰イオン交換樹脂の再生剤である力性ソーダによつて汚
染された陽イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂の再
生剤である硫酸、あるいは塩酸によつて汚染された陰イ
オン交換樹脂をほとんど混入していない混合イオン交換
樹脂を復水脱塩装置の通水塔に供することができ、した
がつて高純度の処理水を得ることができる。
しかしここて問題となるのは第3工程によつて分離する
ことがてきた陽イオン交換樹脂Kl3″の処理てある。
すなわち復水脱塩装置においては通常4基前後の通水塔
からなる通水系列と1組の再生設備からなる再生系列が
あり、それぞれの通水塔に並列に復水を通水し、たとえ
ばある通水塔内の混合イオン交換樹脂が通水の終点に達
したらこの通水塔内の混合イオン交換樹脂を再生系列に
移送して再生し、そして再生が終了した混合イオン交換
樹脂を再びこの通水塔に充填して復水の通水を続行する
ようになつているので、たとえば第3工程によつて別塔
6において分離することがて.きた陽イオン交換樹脂K
,3″を系外に放棄すると陽イオン交換樹脂と陰イオン
交換樹脂のバランスがくずれ、陽イオン交換樹脂K,3
″に見合う量の新しい陽・イオン交換樹脂を追加せねば
ならない。
しかし通水と再生は常に繰り返されるので、いちいち新
しい陽イオン交換樹脂を追加していたのては経済的でな
く、この陽イオン交換樹脂K,3″を系内において再使
用することを考慮せねばならない。従来行なわれている
陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の中間の密度を有
する力性ソータを用いて両イオン交換樹脂を分離する方
法(特開昭46一5212、特開昭48−101380
)においてはこのようにして分離した陽イオン陰イオン
を、たとえば次フの通水塔の脱塩処理に使用した混合イ
オン交換樹脂を再生する際に、、当該混合イオン交換樹
脂にそのまま添加し、そして水て逆洗分離することによ
つて陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂のバランスを
とつていたが、このような操作では以下に説明するよう
な好ましくない現象を起こす。すなわち超高圧貫流ボイ
ラおよび原子力発電ボイラの復水の精製においては被処
理水である復水は不純物イオンの量は少なく、一般にイ
オン交換樹脂がナトリウムイオンなどの不純物イオンに
よつて飽和吸着に達する点が通水終点ではなく、復水中
に存在する重金属などの酸化物からなる懸濁物質がイオ
ン交換樹脂層に堆積することによつて圧力損失がある値
に増加した点あるいは定体積に達した点が通水終点とな
ることが多い。したがつて再生するために通水塔に移送
されてくる陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合
イオン交換樹脂は不純物イオン形となつている割合はす
くなく、たとえば陽イオン交換樹脂についてはNa形と
なつているものの量は非常に少なくそのほとんどが非不
純物のイオン形すなわちH形またはNH4形である。一
方第3工程において分離された陽イオン交換樹脂K,3
゛は前述したごとく陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹
脂の中間の密度を有する力性ソーダ溶液に充分に接触し
ているのでほとんどNa形となつており、当該陽イオン
交換樹脂K,3″を次回以降の通水塔から移送されてる
混合イオン交換樹脂にそのまま添加するとNa形の陽イ
オン交換樹脂の量を増加させることになる。
このよう−なNa形の陽イオン交換樹脂の量を増加させ
ると、当該陽イオン交換樹脂を酸再生剤たとえば硫酸あ
るいは塩酸で再生した場合、残留するナトリウム形の陽
イオン交換樹脂の量が多くなり、その結果、高純度の処
理水を得るという所期の目的を.達成することができな
い。以上説明したごとく従来の陽イオン交換樹脂と陰イ
オン交換樹脂の中間の密度を有する力性ソータて両イオ
ン交換樹脂を分離する方法においてはかかる欠点がある
が本発明の第4工程によりこのj欠点を解決することが
できる。
すなわち第4図において別塔6の陰イオン交換樹脂排出
管10から浮上している陰イオン交換樹脂5を他の塔、
たとえばイオン交換樹脂貯槽(図示せず)に移送した後
、別塔6内の陽イオン交換樹脂K,3″を水で・洗浄し
、次いで第5図に示したように酸再生剤11を分離塔1
に通して陽イオン交換樹脂3を再生し、そ5てその再生
廃液12を別塔6に通して陽イオン交換樹脂K,3″を
再生するか、または第4図において別塔6の陽イオン交
換樹脂排出管13から沈降している陽イオン交換樹脂K
,3″を第6図の補助塔14に移送して、水で洗浄した
後、第6図に示したように酸再生剤11を分離塔1に通
して陽イオン交換樹脂3を再生し、そしてその再生廃液
12を補助塔14に通して陽イオン交換樹脂K,3″を
再生する。一般に復水脱塩装置においては陽イオン交換
樹脂を再生する際に用いられる酸再生剤はイオン交換樹
脂当量の3ない)し4倍量の硫酸または塩酸が用いられ
るので、第5図または第6図において示した再生廃12
中には、かなり多量の酸を含有しており、別塔6内また
は補助塔14内のNa形の陽イオン交換樹脂K,3″を
充分にH形に再生することができる。本発明の第5工程
は第4工程によつてH形に再生した別塔6または補助塔
14の陽イオン交換樹脂K,3″を次回以降の第1工程
の脱塩処理に使用した混合イオン交換樹脂に添加するも
のであり、第4工程によつてH形に再生された陽イオン
交換樹脂が混合イオン交換樹脂に添加されるので、混合
イオン交換樹脂のNa形の陽イオン交換樹脂の割合を増
加させることがない。なお、当該陽イオン交換樹脂K,
3″を混合イオン交換樹脂に添加するには、通水塔から
の混合イオン交換樹脂がまだ移送されていない空となつ
ているため分離塔1に当該陽イオン交換樹脂K,3″を
あらかじめ移送しておくか、または通水塔からの混合イ
オン交換樹脂がすでに移送されている分離塔1に当該陽
イオン交換樹脂K,3″を加えるとか、あるいは通水塔
からの混合イオン交換樹脂と、当該陽イオン交換樹脂K
,3″を同時に分離塔1に移送するなどがあり、この内
のひとつを選ぶとよい。
以上説明したごとく本発明における第1工程、第2工程
、第3工程、第4工程、第5工程と順に工程を進めるこ
とにより、脱塩処理に使用した陽イオン交換樹脂と陰イ
オン交換樹脂の混合イオン交換樹脂を、陰イオン交換樹
脂をほとんど含まない陽イオン交換樹脂、並びに陽イオ
ン交換樹脂をほとんど含まない陰イオン交換樹脂にそれ
ぞれ分離して再生することができるので高純度の処理水
を供給することが可能となり、さらに陽イオン交換樹脂
と陰イオン交換樹脂の中間の密度を有する力性ソーダ溶
液を用いて両イオン交換樹脂を分離する第3工程におい
て生じるほとんどNa形となつた陽イオン交換樹脂を特
に新たに再生剤を用いることなく経済的にH形とするこ
とができるので、当該陽イオン交換樹脂を系内に再使用
しても処理水の品質を低下させることがなく、低コスト
で高純度の処理水を供給することが可能となる。
なお本発明はH形陽イオン交換樹脂と0H形陰イオン交
換樹脂の組合せよりなる混床式復水脱塩装置あるいはN
H4形陽イオン交換樹脂と0H形陰イオン交換樹脂の組
合せよりなる混床式復水脱塩装置に用いることより効果
的である。以下本発明の実施例を説明する。
実施例 ある火力発電所のH形強酸性陽イオン交換樹脂アンパー
ライト(登録商標、以下同様)200C(密度1.21
)と0H形強塩基性陰イオン交換樹脂アンパーライトI
RA−900(密度1.09)を用いた復水脱塩装置の
通水塔から移送されてきた定体積の運転により通水の終
点に達した両イオン交換樹脂を小量採取し、これを充分
に逆洗して金属酸化物などを除いた後、各イオン形の組
成率を分析したところ以下のような値であつた。
なお陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合容量比
は陽イオン交換樹脂:陰イオン交換樹脂=2:1であつ
た。
次にこの混合イオン交換樹脂を1500mt採取しアク
リル製第1カラム(直径56Tf$t1全長100『)
に充填した。
第1カラムの下部よりLV97TLlHの流速の上昇流
て約2吟間水を流入させ、両イオン交換樹脂を逆洗分離
した。
その結果、第1図に示したように第1カラムの下部に陽
イオン交換樹脂のみの層が1907m1その上部に陽イ
オン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合層が29mm、
さらにその上部に微細な陽イオン交換樹脂を小量含んだ
陰イオン交換樹脂の層が390顛形成された。
次に第1カラムの下部の陽イオン交換樹脂を層として下
から180wnの部分を残留させ、他のイオン交換樹脂
をアクリル製の第2カラム(直径40?、全長100『
)に充填した。
なお第1カラムに残留した陽イオン交換樹脂量は443
m1であり、この陽イオン交換樹脂には陰イオン交換樹
脂がまつたく含まれていなかつた。次に第2カラムの下
部より密度1.054の約5%の力性ソーダ溶液をLV
2m川の流速の上昇流で約3紛間流入した。その結果第
3図に示したように第2カラムの上部に陰イオン交換樹
脂のみの層が800Wr1n1その下部に上から下に向
つて粒径が大となつている陽イオン交換樹脂の層が45
wrmとなつた、明確なる陰イオン交換樹脂と陽イオン
交換樹脂の積層が形成された。次に第2カラムの下部か
ら密度1.131の約12%の力性ソーダ溶液をL■2
TrLIHの上昇流で30分間流入した。その結果、当
該力性ソーダ溶液の流入にともない上層の陰イオン交換
樹脂のみが浮上し、第4図に示したように浮上した陰イ
オン交換樹脂と沈降した陽イオン交換樹脂に間に力性ソ
ーダ溶液の液層が形成された。次に浮上した陰イオン交
換樹脂の全量と共に分液ロードに移し、分液ロードの力
性ソーダ溶液密度を1.16に調製して充分に攪拌して
陰イオン交換樹脂を液上部に浮上させ、その後時間を置
いて浮上させた陰イオン交換樹脂を再度攪拌して静置す
ることを5回繰り返して分液ロードの下部に陽イオン交
換樹脂が沈降してくるか確認した。その結果、分液ロー
ドの下部に極゛微量の陽イオン交換樹脂が沈降している
のが確認され、この容量を測定したところ0.1m1以
下であつた。一方第2カラムに沈降した陽イオン交換樹
脂を第2カラムの上部から水を下降流で流入して洗浄し
た。
第2カラムに沈降した陽イオン交換樹脂の容量を測定し
たところ57m1であり、そしてそのイオン形はほとん
どNa形となつていた。次に第5図に示したように第1
カラムとNa形の陽イオン交換樹脂57m1を充填した
第2カラムを連結し、第J1カラムの陽イオン交換樹脂
(443TfL1)に対して98%H2SO4l5Oy
leRの硫酸を5%希釈し、この硫酸溶液を第1カラム
の陽イオン交換樹脂に対してSV4の下降流にて第1カ
ラムから第2カラムの順に通薬し、そして同じくSV4
て純水にて押出し後、純水で充分に洗浄し、第2カラム
の陽イオン交換樹脂の各イオン形の組成率を分析したと
ころ以下のような値であつた。H形89% Na形1% Nll.形10% 以上のような実施例で明らかなごとく本発明によつて両
イオン交換樹脂をほとんど完全に分離して再生すること
ができ、さらに陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の
号間の密度の力性ソーダ溶液を用いて両イオン交換樹脂
を分離したときに生するNO.形の陽イオン交換樹脂を
約90%もH形とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第6図はいづれも本発明の実施態様におけ
る各操作ごとの陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の
分離状態および再生フローを表わした説明図である。 1 ・・・分離塔、2・・・逆洗水、3・・・陽イオン
交換樹脂、4 ・・・混合イオン交換樹脂、5・・・陰
イオン交換樹脂、6・・・別塔、7・・・陰イオン交換
樹脂の密度より小さい密度の力性ソーダ溶液、8・・・
陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を中間の密度を有
する力性ソーダ溶液、9・・・液層、10・・・陰イオ
ン交換樹脂排出管、11・・・酸再生剤、12・・・再
生廃液、13・・・陽イオン交換樹脂排出管、14・・
・補助塔、K・・・微細な陽イオン交換樹脂。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 脱塩処理に使用した陽イオン交換樹脂と陰イオン交
    換樹脂の混合イオン交換樹脂を分離塔にて水で逆洗分離
    し、上層に微細な陽イオン交換樹脂を含む陰イオン交換
    樹脂、中層に陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混
    合イオン交換樹脂、下層に陽イオン交換樹脂の各層を形
    成させる第1工程、上層の当該陰イオン交換樹脂と中層
    の当該混合イオン交換樹脂と下層の陽イオン交換樹脂の
    一部分を別塔に移送し、下層の陽イオン交換樹脂の大部
    分を分離塔に残留させる第2工程、別塔に陽イオン交換
    樹脂と陰イオン交換樹脂の中間の密度を有するカ性ソー
    ダ溶液を加え、陰イオン交換樹脂のみを浮上させること
    により両イオン交換樹脂を分離する第3工程、浮上させ
    た陰イオン交換樹脂を別塔より取り出した後、酸再生剤
    を分離塔から別塔の順に通して、それぞれの塔内の陽イ
    オン交換樹脂を再生するか、または別塔の陽イオン交換
    樹脂を補助塔に移送した後、酸再生剤を分離塔から補助
    塔の順に通してそれぞれの塔内の陽イオン交換樹脂を再
    生する第4工程、第4工程において再生した別塔または
    補助塔の陽イオン交換樹脂を、次回以降の第1工程の脱
    塩処理に使用した混合イオン交換樹脂に添加する第5工
    程からなる混合イオン交換樹脂の再生方法。
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