TWI648224B - Operation method of regenerative ion exchange device - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種再生型離子交換裝置的運行方法，其係進行：中斷使原水朝上流通地通水之運行，然後再重新開始運行之運行方式之再生型離子交換裝置的運行方法，該方法不須於再生型離子交換裝置設置特殊手段，且操作容易，不耗費時間且具經濟性。將離子交換樹脂(4)容納於容器(1)內之再生型離子交換裝置的運行方法，係具有：使原水往該再生型離子交換裝置朝上流通地通水之原水通水步驟、以及停止原水往該再生型離子交換裝置通水之通水停止步驟之再生型離子交換裝置的運行方法，其係於該原水通水步驟結束之後，通水停止步驟之前，具有：使於該容器中用以將離子交換樹脂(4)往下方按壓而移動之推壓水朝下流通地通水之推壓水通水步驟。

Description

再生型離子交換裝置的運行方法

本發明係關於在容器內容納離子交換樹脂而成之再生型離子交換裝置的運行方法，尤其關於在採水時使原水朝上流通地通水之再生型離子交換裝置的運行方法。詳細而言，本發明係關於停止該再生型離子交換裝置的採水時之步驟的改良。

使原水通水於在容器內容納有離子交換樹脂之再生型離子交換裝置而得到處理水之再生型離子交換裝置的運行方法，係有使原水朝上流通地通水之朝上流通通水方式。

第2圖a係顯示該再生型離子交換裝置的構成之概略縱向剖面圖，圓筒狀的容器1係以筒軸心方向為上下方向(尤其為垂直方向)而設置。於該容器1內的上部及下部分別設置有多孔板狀的濾膜2、3，於該濾膜2、3間容納有離子交換樹脂4。離子交換樹脂4，由於因該使用使樹脂本身膨脹而使其體積增加，故通常會預估該體積的增加，以於前述容器1內的上部殘留既定高度h的空 間(逆洗空間部F)之狀態容納於容器1內。

從該離子交換樹脂的原水供給口5使原水朝上流通地通水時，離子交換樹脂4由於該水壓被往上推，如第2圖b所示，成為被按壓至上側的濾膜2之固定床狀態，並在此狀態下進行採水。處理水從容器頂部的流出口6流出。當停止原水往容器1內的通水時，將離子交換樹脂4上推之力消失，形成前述固定床之離子交換樹脂4於容器1內往下側濾膜3側沉降落下，而回復至通水前的容納狀態，亦即第2圖a的狀態。

如此，當離子交換樹脂4於容器1內沉降落下時，如第2圖c所示，形成離子交換樹脂的崩落部4a。該崩落部4a緩慢地往上方移動，最後到達最上部的離子交換樹脂4並結束離子交換樹脂4的落下，而回復至第2圖a的狀態。於該離子交換樹脂的崩落部4a，離子交換樹脂粒子一邊混合一邊落下。因此，在位於離子交換樹脂4之充填層的下位側之離子交換樹脂破裂(破碎)，但位於上位側之離子交換樹脂仍未破裂之運行途中的狀態下停止原水通水而停止採水時，下位側之破碎的樹脂與上位側之未破碎的樹脂混合，於下一次重新開始採水運行時，有時會導致處理水質的惡化。

因此，朝上流通採水、朝下流通再生(方向流通再生方式)之再生型離子交換裝置，當藉由朝上流通通水而開始採水時，至採水結束(下一次再生)為止必須連續通水。

因此，在純水及超純水的用量降低等情形之暫時停止再生型離子交換裝置者較佳時，由於需進行循環運行而連續地運行，或是進行藥品再生，所以會耗費許多時間及成本。

如日本特開昭51-77583號公報的第2頁右上欄所記載，作為於朝上流通地通液時抑制離子交換樹脂的流動化之手段，為人所知者有在朝上流通地通水的同時，從樹脂床上方導入壓力水(平衡水、朝下流通)以防止樹脂床揚起之方法。然而，此方法中，由於在朝上流通地通水的同時，從樹脂床上方導入壓力水，而使各流量或壓力的調整變得複雜。並且此方法並非用來抑制因停止通水時的自然沉降所造成之樹脂層的紊亂。

於日本特開2003-220387號公報的0034、0035段落中，係記載有藉由設置移動調整手段，降低結束通水時的離子交換樹脂朝前述樹脂筒的下部落下之速度而藉此對應上述課題之內容。然而，設置該移動調整手段之型態者，需另外製備並設置該手段，於大型裝置中，尤其使塔內部構造變得複雜，而成為成本上升之因素

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本特開昭51-77583號公報

專利文獻2：日本特開2003-220387號公報

如上述般，朝上流通地通水而採水之再生型離子交換裝置，當在採水中途暫時停止時，於固定床落下時會導致離子交換樹脂層的紊亂，於再次開始採水時不見得可維持停水前的水質。因此，朝上流通地通水而採水之再生型離子交換裝置，即使在採水中途暫時停止時，亦須持續運轉。

本發明之目的在於提供一種使原水朝上流通地通水而採水之方法，且進行：中斷採水運行，然後再重新開始採水運行之運行方式之再生型離子交換裝置的運行方法，其係不須於再生型離子交換裝置設置特殊手段，且操作容易，不耗費時間且具經濟性之再生型離子交換裝置的運行方法。

本發明之將離子交換樹脂容納於容器內之再生型離子交換裝置的運行方法，具有：使原水往該再生型離子交換裝置朝上流通地通水之原水通水步驟、以及停止原水往該再生型離子交換裝置通水之通水停止步驟、於該原水通水步驟結束之後，通水停止步驟之前，使於該容器中用以將離子交換樹脂層往下方按壓而移動之推壓水朝下流通地通水之推壓水通水步驟。

推壓水較佳係使用由該再生型離子交換裝置 所得之去離子水。

前述再生型離子交換裝置之逆洗空間部(Freeboard)的高度h，較佳為10~200mm。

前述推壓水之通水時的線性速度(Linear Velocity)，較佳為20~150m/h。且較佳使推壓水通水10~60sec。

本發明，於藉由朝上流通地運行而進行採水之再生型離子交換裝置中，於採水中途停止採水時或採水結束時停止原水通水等之情形時，在停止通水不久後，使用以將離子交換樹脂層往下方按壓之推壓水朝下流通地通水。如此，藉由使推壓水通水，可在不會導致裝置內部的離子交換樹脂層產生紊亂下，於容器內往下方移動，而使離子交換樹脂能夠維持固定床。因此，即使於再次採水(重新啟動)後，亦可確保與停止前為同等之品質，而能夠穩定地運行。即使於進行離子交換樹脂的藥品再生，亦可高效率地進行再生，而削減藥品量。

1‧‧‧容器

2、3‧‧‧濾膜

4‧‧‧離子交換樹脂

4a‧‧‧崩落部

5‧‧‧原水供給口

6‧‧‧流出口

20‧‧‧上方室

21‧‧‧陰離子(Anion)交換樹脂

22、32‧‧‧非活性樹脂

30‧‧‧下方室

31‧‧‧陽離子(Cation)交換樹脂

40‧‧‧再生型離子交換裝置

41‧‧‧塔體

41a‧‧‧圓筒部

41b、41c‧‧‧鏡板部

42‧‧‧隔板

43‧‧‧上部供排配管

44‧‧‧第1集配水構件

45‧‧‧第1連通配管

46‧‧‧第2集配水構件

47、50、52‧‧‧閥

48‧‧‧第2連通配管

49‧‧‧第3集配水構件

51‧‧‧第3連通配管

53‧‧‧下部供排配管

54‧‧‧第4集配水構件

F‧‧‧逆洗空間部

h‧‧‧逆洗空間部的高度

第1圖a、第1圖b、第1圖c為本發明方法之說明圖。

第2圖a、第2圖b、第2圖c為先前例之說明圖。

第3圖為單塔多床式再生型離子交換裝置之剖面圖。

第4圖為單塔多床式再生型離子交換裝置之剖面圖。

第5圖為單塔多床式再生型離子交換裝置之剖面圖。

以下係參考第1圖a~第1圖c來更詳細地說明本發明。本發明，在將離子交換樹脂4容納於容器1內的濾膜2、3間之再生型離子交換裝置中，如第1圖a所示，係使原水朝上流通地通水而採水。當停止原水的朝上流通通水時，於停止該朝上流通通水的不久後，如第1圖b所示，使推壓水於容器1內朝下流通地通水，並以離子交換樹脂4的層(呈固定床狀態)為整體一體地往下方移動，如第1圖c所示，在將離子交換樹脂4的層維持為固定床狀態下底接於下側的濾膜3。在該離子交換樹脂4的層往下方移動之間，於離子交換樹脂4的層並未形成如前述第2圖b般的崩落部4a，不會產生離子交換樹脂粒子的混合。因此，於重新開始原水往再生型離子交換裝置朝上流通地通水時，重新開始不久後，處理水質即變得良好。

本發明中，如第1圖c所示，可在離子交換樹脂4的層結束往下方移動後，進行離子交換樹脂的再生，若於離子交換樹脂殘留充分的離子交換容量，則不需進行再生，重新開始原水通水即可。

如第2圖a所示，當逆洗空間部F的高度h 過大時，離子交換樹脂層容易紊亂。離子交換樹脂的沉降性因比重而有所不同，故較佳係考量到比重來設定逆洗空間部F的高度h。陰離子交換樹脂的比重通常為1.0~1.2，陽離子交換樹脂的比重通常為1.2~1.7。逆洗空間部的高度h較佳為10~200mm，尤佳為10~100mm，特佳為10~50mm。由於陽離子交換樹脂較陰離子交換樹脂更重更易沉降，將逆洗空間部形成更寬廣時，於沉降時容易混合。因此，與充填陰離子交換樹脂者相比，充填陽離子交換樹脂者，可降低逆洗空間部的高度，故較佳。

於決定逆洗空間部的高度h時，尤佳更考量到離子交換樹脂層的高度。離子交換樹脂層的高度通常為500~2000mm的範圍，逆洗空間部的高度h與離子交換樹脂層的高度H之比h/H，較佳為1/50~1/2.5，尤佳為1/20~1/10。

使推壓水朝下流通地通水時之線性速度(LV：Linear Velocity)，過小時，無法使離子交換樹脂層一體地移動，故較佳為20m/h以上。該LV過大時，離子交換樹脂層之上面附近的離子交換樹脂產生紊亂，所以LV較佳為150m/h以下。因此，LV較佳為20~150m/h，尤佳為30~60m/h。

推壓水的朝下流通通水，在停止原水的朝上流通通水後，較佳為立即開始通水，具體而言，在停止原水的朝上流通通水後，較佳為立即，特別是在1sec以內開始推壓水的朝下流通通水。推壓水的通水持續時間，較 佳約為10~60sec。

再生型離子交換裝置，可為單塔多床式、多塔多床式、多塔單床式、單床式等之中的任一種。若為單塔多床式，則可使用如第3圖~第5圖所示之構造者。

第3圖~第5圖為單塔雙床式再生型離子交換裝置之縱向剖面圖，第3圖為採水時，第4圖為再生時，第5圖為推壓水的通水時。於此再生型離子交換裝置40之塔體41內的上方室20充填有陰離子(Anion)交換樹脂21，於下方室30充填有陽離子(Cation)交換樹脂31，而在塔體41內形成雙床。

再生型離子交換裝置40的塔體41，係由以筒軸心方向為垂直方向之圓筒部41a、頂部的鏡板部41b、及底部的鏡板部41c來構成外殼。鏡板部41b往上彎曲為凸狀，鏡板部41c往下彎曲為凸狀。

該塔體41內藉由遮水性的隔板42區隔為上方室20與下方室30的兩室。該實施形態中，隔板42由完全不讓水通過之金屬或合成樹脂製，與鏡板部41c相同往下彎曲為凸狀。隔板42的周緣部，係藉由熔接等水密地結合於圓筒部41a的內周面。

於上方室20內的上部配置有第1集配水構件44，上部供排配管43連接於該第1集配水構件44。於上方室20內的下部設置有第2集配水構件46，第1連通配管45連接於該集配水構件46。於下方室30的上部設置有第3集配水構件49，第2連通配管48連接於該集配水 構件49。連通配管45、48藉由第3連通配管51所連接，於該連通配管51設置有閥52。

於連通配管45、48的末端部，設置有作為再生液的供排手段之閥47、50。於下方室30的下部設置有第4集配水構件54，下部供排配管53設置於該集配水構件54。

於上方室20內的大部分，充填有陰離子交換樹脂21，於該陰離子交換樹脂21的上側充填有粒狀的非活性樹脂22。第1集配水構件44埋設於該非活性樹脂22內。

於下方室30內的大部分，充填有陽離子交換樹脂31，於該陽離子交換樹脂31的上側充填有粒狀的非活性樹脂32。第3集配水構件49埋設於該非活性樹脂32內。非活性樹脂，係使用比重較離子交換樹脂等更小之聚丙烯腈系樹脂等。非活性樹脂的粒徑，較佳係與離子交換樹脂同等程度。

集配水構件44、46、49、54，可使用以往的離子交換裝置中所使用之集水板，或是在輻射狀地延伸存在之配管中設置多數個狹縫之粗濾器等。例如，當離子交換樹脂的大小約0.4mm時，粗濾器較佳係使用狹縫寬度約0.2mm者。集配水構件44、46、49、54，具有沿著鏡板部41b、隔板42、鏡板部41c之形狀，使沿著鏡板部41b、隔板42、鏡板部41c之無效空間變得較小。

第3圖係顯示使用該離子交換裝置之去離子 水的生產(採水)時之流程。此時，將閥52開啟並關閉閥47、50，而從下部供排配管53供給原水(被處理水)。該原水依序於集配水構件54、陽離子交換樹脂31、非活性樹脂32、集配水構件49、連通配管48、52、45、集配水構件46、陰離子交換樹脂21、非活性樹脂22、集配水構件44、上部供排配管43中流通，並作為處理水(去離子水)被取出。

原水從集配水構件54、46朝上流通地流動，藉此使陽離子交換樹脂31及陰離子交換樹脂21浮起，而分別被按壓至非活性樹脂32、22之層的下面。停止該採水時，在停止原水通水不久後，如第5圖所示，將閥52關閉並開啟閥47、50，使推壓水從各集配水構件49、44朝下流通地通水，並從集配水構件54、46排出推壓排水，使陽離子交換樹脂31及陰離子交換樹脂21的層(呈固定床狀態)分別為整體一體地往下方移動，陽離子交換樹脂31落底於鏡板部41c，陰離子交換樹脂21落底於隔板42。藉此，分別於陽離子交換樹脂31與非活性樹脂32之間以及陰離子交換樹脂21與非活性樹脂22之間形成逆洗空間。

於陽離子交換樹脂31及陰離子交換樹脂21往下方移動之間，於各陽離子交換樹脂31的層及陰離子交換樹脂21的層並未形成如前述第2圖b般的崩落部。此外，亦可如將閥52開啟並關閉閥47、50，使推壓水從集配水構件44朝下流通地通水，並從下部供排配管53排 出般，使推壓水單向通過於上方室及下方室般地通水。

於陽離子交換樹脂31及陰離子交換樹脂21的再生時，如第4圖所示，將閥52關閉並開啟閥47、50，從上部供排配管43供給NaOH等之鹼溶液，並且從第3連通配管48供給HCl、H₂SO₄等之酸溶液。鹼溶液依序於集配水構件44、非活性樹脂22、陰離子交換樹脂21、集配水構件46、連通配管45、閥47中流通，並作為再生廢水(鹼)流出，藉此將陰離子交換樹脂21再生。酸溶液依序於集配水構件49、非活性樹脂32、陽離子交換樹脂31、集配水構件54、下部供排配管53中流通，並作為再生廢水(酸)流出，藉此將陽離子交換樹脂31再生。

再生結束後，分別使純水通水來取代第4圖的HCl溶液、NaOH溶液，在沖洗各路徑及樹脂後，可因應必要，一邊以純水個別將上方室及下方室朝下流通地洗淨一邊排出洗淨排水，然後於上方室20及下方室30之間使純水循環既定時間，接著回復至採水步驟。於此再生時，陰離子交換樹脂21及陽離子交換樹脂31完全不會混合。再生用的鹼溶液流入於下方室30或是酸溶液混入於上方室20之情形完全不會發生，可完全防止逆再生。可同時進行陰離子交換樹脂21及陽離子交換樹脂31的再生，而顯著縮短再生時間。

該離子交換裝置，係藉由1片隔板42將1個塔體41內區隔為上下兩室，塔體的高度低，設置空間亦 小。且亦可縮短連通上方室20與下方室30之配管45、51、48。

於該離子交換裝置中，集配水構件44、46、49、54係沿著鏡板部41b、隔板42、鏡板部41c而設置，可防止水的局部滯留。

於該離子交換裝置中，於上方室20及下方室30的上部充填有非活性樹脂22、32，可防止陰離子交換樹脂21及陽離子交換樹脂31的流動，於採水時及再生時，液體可均等地接觸於陰離子交換樹脂21及陽離子交換樹脂31，可得到高水質的去離子水，並且充分地進行再生。

第3圖~第5圖中，係於上方室20容納陰離子交換樹脂，於下方室30容納陽離子交換樹脂，但亦可構成為相反。第3圖~第5圖中，上方室20與下方室30介於配管45、51、48而連通，但只要在塔體41的外部迴繞即可，並不限定於此。此外，第3圖~第5圖中，使用3個閥47、50、52，但亦可使用2個三向閥來進行流路切換。

朝下流通的通水所使用之推壓水，可為此再生型離子交換裝置的處理水及後段的處理水之中的任一種，此外，較佳係使用處理水或是具有相當於此的純度之水。

推壓水的朝下流通水，可為個別地同時通水於前段塔、後段塔(並行通水)，或是以序列方式從後段 塔內直接通水至前段塔之方法中的任一方法，但較佳係個別地並行通水於前段塔、後段塔。

實施例 [實施例1]

於第3圖所示之再生型離子交換裝置中，以使高度成為1000mm之方式將陰離子交換樹脂充填於內徑600mm之容器的上段，並以使高度成為500mm之方式將陽離子交換樹脂充填於下段，而構成單塔多床式再生型離子交換裝置。逆洗空間部的高度h分別設定為200mm。

強鹼性陰離子交換樹脂：Dow MONOSPHERE 550A(OH)比重1.1

強酸性陽離子交換樹脂：Dow MONOSPHERE 650C(H)比重1.4

以20m³/h使比電阻0.1MΩ‧cm(導電率10μS/cm)的原水往此再生型離子交換裝置(離子交換樹脂塔)朝上流通地通水。從通水開始經過3小時時，停止朝上流通通水，並立即以10m³/h(LV=35m/h)使推壓水朝下流通地通水15sec，然後成為停止通水1小時之狀態。以此作為1循環，重複進行複數次循環。第1表係顯示處理水之比電阻隨時間的變化以及採水量。所謂採水量，為處理水的比電阻成為18MΩ‧cm以下之時點為止的總處理水量。

如第1表所示，實施例1中，從通水開始經過77小時為止，處理水的比電阻成為18.2MΩ‧cm，經過84小時時，為18.0MΩ‧cm。該84小時的總採水量為1440L。

[比較例1]

除了於停止原水通水後不進行推壓水朝下流通通水之外，其他與實施例1相同地進行再生型離子交換裝置的運行。第1表係顯示處理水之比電阻隨時間的變化以及採水量。

如第1表所示，比較例1中，從通水開始經過28小時為止，處理水的比電阻成為18.2MΩ‧cm，但在經過35小時時，處理水的比電阻降低至15.5MΩ‧cm。因此，總採水量為570L。

[比較例2]

除了不停止原水通水而連續地通水之外，其他與實施例1相同地使再生型離子交換裝置運行。第1表係顯示處理水之比電阻隨時間的變化以及採水量。

比較例2中，與實施例1相同，從通水開始經過77小時為止，處理水的比電阻成為18.2MΩ‧cm，經過84小時時，為18.0MΩ‧cm。該84小時的總採水量為1440L。

[比較例3]

除了將逆洗空間部的高度h設定為300mm之外，其他與實施例1相同地使再生型離子交換裝置運行。第1表係顯示處理水之比電阻隨時間的變化以及採水量。

比較例3中，從通水開始至42小時為止，處理水的比電阻成為18.2MΩ‧cm，但在經過49小時時，處理水的比電阻降低至17.5MΩ‧cm。因此，總採水量為680L。

如第1表所示，根據實施例1，即使重複中斷原水的通水，其採水量亦多。實施例1的採水量，與連續運行之比較例2為同量，可觀察到能夠充分利用離子交換樹脂的交換容量。

比較例3，其採水量較實施例1少。比較例1的採水量較此更少。

從以上實施例中可明瞭的是，根據本發明，即使於採水中途重複停止原水的通水，亦可確保與連續通水時為同等之採水量。

以上係使用特定型態來詳細說明本發明，但 對該業者而言可明瞭的是，在不脫離本發明之意圖與範圍內，可進行種種變更。

本申請案係依據2013年4月25日提出申請之日本特許出願2013-092659，在此藉由引用將全體內容援引於此。

Claims (5)

1. 一種再生型離子交換裝置的運行方法，其係在容器內具有離子交換樹脂層之再生型離子交換裝置的運行方法，並且具有：使原水往該再生型離子交換裝置朝上流通地通水之原水通水步驟、以及中斷原水往該再生型離子交換裝置通水之通水停止步驟；在該原水通水步驟成為藉由原水的通水壓將該離子交換樹脂層往上推的狀態之再生型離子交換裝置的運行方法，其特徵為：於該原水通水步驟結束之後，用來使於該原水通水步驟被往上推的離子交換樹脂層全體成為一體而往下方按壓而移動之推壓水，朝下流通地通水。
2. 如請求項1所述之再生型離子交換裝置的運行方法，其中前述推壓水係使用由前述再生型離子交換裝置所得之去離子水，在原水通水步驟結束後，在1sec以內開始推壓水的通水。
3. 如請求項1所述之再生型離子交換裝置的運行方法，其中前述再生型離子交換裝置之逆洗空間部(Freeboard)的高度為10~200mm。
4. 如請求項1所述之再生型離子交換裝置的運行方法，其中前述推壓水之通水時的線性速度(Linear Velocity)為20~150m/h。
5. 如請求項1至4中任一項所述之再生型離子交換裝置的運行方法，其中使前述推壓水通水10~60sec。