TWI707714B - 離子交換裝置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明使用離子交換裝置，所述離子交換裝置包括陰離子交換槽、陽離子交換槽、及塔體側部，藉由在陰離子交換槽及陽離子交換槽之外引繞的連通單元而陰離子交換槽與陽離子交換槽連通，具備用以對陰離子交換槽的上部及下部供給或排出液體的供給排出配管及用以對所述陽離子交換槽的上部及下部供給或排出液體的供給排出配管，在平板配置著供水透過而阻止離子交換樹脂的通過的水收集輸送構件，上部供給排出配管、第1連通配管、第2連通配管及下部供給排出配管的末端分別連接於所述水收集輸送構件。

Description

離子交換裝置及其使用方法
本發明是有關於一種在使工業用水等原水透過離子交換樹脂的填充層而製造純水的技術領域中，具備陰離子交換樹脂及陽離子交換樹脂的雙床單塔再生型純水製造裝置。
由工業用水等原水製造純水基於如下操作，即，例如在具備填充了離子交換樹脂的塔的裝置中使原水透過，從而將原水所含的各種成分去除。關於此種純水製造中使用的具備填充有離子交換樹脂的塔的裝置，除將陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂混合而填充於一個塔的混床塔之外，亦有將陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂分別填充於不同的塔的多床塔等。
例如有在同一個塔中，將陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂經由隔板而積層的單塔式（參照圖1的（a）、（b））。就單塔式而言，因裝置構成簡單，故以前便採用圖1的（a）、（b）所示的單塔式的裝置（例如參照專利文獻1）。 如此，若使原水透過包含陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂的純水製造裝置，則原水中的離子會因陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂的作用而被去除，從而獲得純水。
且說，在例如製造半導體等電子材料的工廠中，需要大容量且高純度的純水，進而根據製造工廠的布局條件，需要精簡的純水製造裝置。 進而，就該純水製造裝置的保養管理（維護）而言，亦期望為具有如下構造的裝置，即，可供保養人員等進入至裝置，並且可自裝置外確認內部的樹脂填充狀況等。
專利文獻1記載的離子交換裝置是在內部填充有離子交換樹脂的離子交換裝置用塔體中，藉由在內部設置防水性的呈凸狀彎曲的隔板而劃分形成為上室與下室，且具備用以對上室及下室供給或排出液體的供給排出配管、用以供給排出液體的連通單元、連通配管的開閉單元。進而，具有如下構成，即，分別在上室的上部、上室的下部、下室的上部及下室的下部配置著供水透過而阻止離子交換樹脂的通過的水收集輸送構件（水收集輸送管），上室下部的水收集輸送構件及下室上部的水收集輸送構件具有沿著隔板的形狀，且上室上部及下室上部中填充有粒狀的惰性樹脂。
然而，該裝置具有下述課題。 1）水收集輸送構件有形成為沿著隔板自中心向周邊部呈放射狀擴大的如傘骨般的形狀者。此種情況下，較之中心部，而周邊部的水收集輸送管彼此的間隔更大，更容易產生滯留部。該傾向因在使裝置大型化的情況下變得顯著，故處理能力存在極限。 2）填充於上室上部及下室上部的惰性樹脂是出於離子交換樹脂的再生的效率化等目的而設置，但需要相應於填充惰性樹脂的量，使離子交換裝置的高度根據其容積而增高。
而且，在將陰離子交換樹脂與陽離子交換樹脂分別填充於不同的塔中的雙塔式裝置中，具有如下課題。 1）需要將填充有陰離子交換樹脂的塔與填充有陽離子交換樹脂的塔分開設置，通常是將該些塔橫向排列而設置。因此，需要確保設置該些塔所需的場所，從而當在有限的處理設施內設置裝置時難以確保充分寬的場所。 2）在使塔間藉由配管而連通的情況下，將塔橫向排列的構成中配管的長度變長，並且其構造亦變得複雜而設施的管理可能變得困難。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5672687號公報（申請專利範圍、圖1）
[發明所欲解決之課題] 本發明鑒於所述情況而完成，其目的在於提供一種儘管為設置面積少即可的精簡尺寸，維護亦容易的裝置。另一目的在於提供一種原水處理能力大的裝置。又一目的在於提供一種可有效率地進行離子交換樹脂的再生的裝置。 [解決課題之手段]
本發明者等人為了解決現有的課題而進行了積極研究後發現，可提供如下裝置，該裝置為填充有陰離子交換樹脂的槽（以下稱作「陰離子交換槽」）與填充有陽離子交換樹脂的槽（以下稱作「陽離子交換槽」）的雙床單塔式的裝置，包括保持構件，所述保持構件將陽離子交換槽與陰離子交換槽中的其中一者設置於上方，將另一者設置於下方，並且將陰離子交換槽與陽離子交換槽在確保空間的狀態下於上下方向上加以保持，由此，可減少離子交換裝置所佔據的面積，且形成將陰離子交換槽與陽離子交換槽一體化的一個塔，可在工廠有效率地運轉，進而維護容易。
進而發現：在陰離子交換槽及陽離子交換槽的各自的上部及下部設置平板，劃分為交換槽的上室、樹脂填充室及下室，並且在該平板的規定位置設置供水透過而阻止離子交換樹脂的通過的水收集輸送構件（水收集輸送管），由此可實現原水的大量處理，進而可縮短自樹脂再生至再運轉的時間，從而完成了本發明。
以下，對本發明進行詳細說明。 本發明的離子交換裝置為如下裝置，即，包括上方填充有陰離子交換樹脂的陰離子交換槽，以及下方填充有陽離子交換樹脂的陽離子交換槽， 所述陰離子交換槽及所述陽離子交換槽各自獨立，由設置於上部與下部的向外側凸出狀的鏡板及離子交換槽側部的支持體構成外殼，且，包括由上下兩塊平板劃分的上室、樹脂填充室及下室， 所述陰離子交換槽與所述陽離子交換槽在該些離子交換槽的外側藉由連通單元而連通， 包括用以對所述陰離子交換槽的上部供給或排出液體的供給排出配管、及用以對所述陽離子交換槽的下部供給或排出液體的供給排出配管， 所述連通單元包括： 第1連通配管，用以對所述陰離子交換槽的下部供給排出液體； 第2連通配管，用以對所述陽離子交換槽的上部供給排出液體； 第3連通配管，將所述第1連通配管與所述第2連通配管連通； 所述第3連通配管的開閉單元；以及 再生液的供給排出單元，分別設置於所述第1連通配管及所述第2連通配管， 在所述平板配置著供水透過而阻止離子交換樹脂的通過的水收集輸送構件， 所述陰離子交換槽上部的供給排出配管、所述第1連通配管、所述第2連通配管及所述陽離子交換槽下部的供給排出配管，即，該些配管的末端連通至設置於所述陰離子交換槽及所述陽離子交換槽的各自的上部及下部的鏡板。
而且，本發明為如下的離子交換裝置，即，包括上方填充有陽離子交換樹脂的陽離子交換槽、以及下方填充有陰離子交換樹脂的陰離子交換槽， 所述陽離子交換槽及所述陰離子交換槽各自獨立，由設置於上部與下部的向外側凸出狀的鏡板及離子交換槽側部的支持體構成外殼，且，包括由上下兩塊平板劃分的上室、樹脂填充室及下室， 所述陽離子交換槽與所述陰離子交換槽在該些離子交換槽之外藉由連通單元而連通， 包括用以對所述陽離子交換槽的上部供給或排出液體的供給排出配管、及用以對所述陰離子交換槽的下部供給或排出液體的供給排出配管， 所述連通單元包括： 第1連通配管，用以對所述陽離子交換槽的下部供給排出液體； 第2連通配管，用以對所述陰離子交換槽的上部供給排出液體； 第3連通配管，將所述第1連通配管與所述第2連通配管連通； 所述第3連通配管的開閉單元；以及 再生液的供給排出單元，分別設置於所述第1連通配管及所述第2連通配管， 在所述平板配置著供水透過而阻止離子交換樹脂的通過的水收集輸送構件， 所述陽離子交換槽上部的供給排出配管、所述第1連通配管、所述第2連通配管及所述陰離子交換槽下部的供給排出配管，即，該些配管的末端連通至設置於所述陽離子交換槽及所述陰離子交換槽的各自的上部與下部的鏡板。
而且，本發明的裝置中，關於水收集輸送構件在防水性的平板中的設置變化，可在與平板的中心部隔開固定間隔的多個同心圓上每隔固定間隔而設置，且可以縱橫為固定間隔的方式設置於平板上。而且，當水收集輸送構件具有圓錐形狀時，可以向平板的離子交換樹脂層側呈圓錐形狀突出的方式設置，當水收集輸送構件具有圓筒形狀時，可以自平板的表背兩面突出的方式設置。進而，當水收集輸送構件具有圓筒形狀時，在平板與離子交換樹脂層之間填充有粒狀的惰性樹脂，陰離子交換槽上部的水收集輸送構件及陽離子交換槽上部的水收集輸送構件分別具有埋設於惰性樹脂中的層。
而且，本發明的裝置中，宜為陰離子交換槽及陽離子交換槽的剖面形狀為大致圓形狀，較佳為陰離子交換槽與陽離子交換槽的剖面直徑為相同長度，其剖面具有規定的直徑。剖面的直徑雖不作特別限定，但根據被處理水的處理量與線速度（linear velocity，LV）的關係，較佳為500 mm以上，而且較佳為3000 mm以下。而且，本發明的裝置宜為陰離子交換樹脂層的層高及陽離子交換樹脂層的層高具有規定的高度。
而且，本發明的裝置宜為陰離子交換槽下端與陽離子交換槽上端的距離、或者陽離子交換槽下端與陰離子交換槽上端的距離具有規定的距離。 關於本發明的具有陰離子交換槽及陽離子交換槽的離子交換裝置的使用方法，較佳為將原水在陽離子交換槽中以使離子交換樹脂懸浮而進行處理的方式，以線速度（LV）50 m/hr（小時）以上進行透水。 [發明的效果]
本發明的離子交換裝置實現如下效果。 1）為設置面積少即可的精簡的尺寸，因而可更多地分配於工場內的生產部分，可實現設施的有效利用。 2）原水處理能力大，因而亦可適應於如半導體製造工場般的大量使用高純度的純水的情況。 3）可有效率地進行離子交換樹脂的再生，因而再生處理後的純水製造的起動快，能夠進行有效率的運轉。
以下，按照圖式對本發明的實施形態進行說明。 ＜離子交換裝置＞ 圖2的a、b中表示作為本發明的裝置的一例，具備上方填充有陰離子交換樹脂的陰離子交換槽（2）、下方填充有陽離子交換樹脂的陽離子交換槽（3）的離子交換裝置（1）的概略圖。
構成本發明的離子交換裝置（1）的一部分的陰離子交換槽（2）中，由將筒軸心方向設為鉛垂方向的陰離子交換槽的側部的主體（2b）、頂部的鏡板（5a）、及底部的鏡板（5b）構成外殼。 而且，構成本發明的離子交換裝置（1）的一部分的陽離子交換槽（3）中，由將筒軸心方向設為鉛垂方向的陽離子交換槽的側部的主體（3b）、頂部的鏡板（5c）、及底部的鏡板（5d）構成外殼。所述鏡板（5a）與鏡板（5c）向上凸出而彎曲，鏡板（5b）與鏡板（5d）向下凸出而彎曲。
陰離子交換槽（2）利用上方的防水性的平板（6a）及下方的平板（6b）而劃分為上室（13a）、陰離子交換樹脂填充室（2a）、及下室（13b）這3室。而且，陽離子交換槽（3）利用上方的防水性的平板（6c）及下方的平板（6d）而劃分為上室（13c）、陽離子交換樹脂填充室（3a）、及下室（13d）這3室。
平板6（6a～6d）為完全不會使水透過的金屬或合成樹脂製，且為平面構造。 在對陰離子交換槽（2）的上室（13a）與陰離子交換樹脂填充室（2a）進行劃分的平板（6a），第1水收集輸送構件（7a）以利用上室（13a）側的水收集輸送構件（7a1）與陰離子交換樹脂填充室（2a）側的水收集輸送構件（7a2）貫通平板（6a）的方式配置，該第1水收集輸送構件（7a）的上室（13a）側的水收集輸送構件（7a1）經由上室（13a），而與末端連接於鏡板（5a）的上部供給排出配管（10a）連通。
在對陰離子交換槽（2）的下室（13b）與陰離子交換樹脂填充室（2a）進行劃分的平板（6b），第2水收集輸送構件（7b）以利用下室（13b）側的水收集輸送構件（7b1）與陰離子交換樹脂填充室（2a）側的水收集輸送構件（7b2）貫通平板（6b）的方式配置，該第2水收集輸送構件（7b）的下室（13b）側的水收集輸送構件（7b1）經由下室（13b），與末端連接於鏡板（5b）的第1連通配管（9a）連通。
關於陽離子交換槽（3），亦與陰離子交換槽（2）相同，以下進行說明。 在對陽離子交換槽（3）的上室（13c）與陽離子交換樹脂填充室（3a）進行劃分的平板（6c），第3水收集輸送構件（7c）以利用上室（13c）側的水收集輸送構件（7c1）與陰離子交換樹脂填充室（3a）側的水收集輸送構件（7c2）貫通平板（6c）的方式配置，該第3水收集輸送構件（7c）的上室（13c）側的水收集輸送構件（7c1）經由上室（13c），與末端連接於鏡板（5c）的第2連通配管（9b）連通。
在對陽離子交換槽（3）的下室（13d）與陽離子交換樹脂填充室（3a）進行劃分的平板（6d），第4水收集輸送構件（7d）以利用下室（13d）側的水收集輸送構件（7d1）與陰離子交換樹脂填充室（3a）側的水收集輸送構件（7d2）貫通平板（6d）的方式配置，該第4水收集輸送構件（7d）的下室（13d）側的水收集輸送構件（7d1）經由下室（13d），與末端連接於鏡板（5d）的下部供給排出配管（10b）連通。
進而，在構成本發明的塔上方具備陰離子交換槽、下方具備陽離子交換槽的離子交換裝置（1）的一部分的陰離子交換槽（2）的下方的平板（6b）與陽離子交換槽（3）的上方的平板（6c）之間，設置著將筒軸心方向設為鉛垂方向的塔體主體（8a），且自陽離子交換槽（3）的下方的平板（6d）起朝向下方，設置著將筒軸心方向設為鉛垂方向的塔體主體（8b）。
塔體主體（8a）及塔體主體（8b）可支持本發明的離子交換裝置（1）的陰離子交換槽（2）與陽離子交換槽（3），並且可連接且支持以上所示的配管。 具體而言，第1連通配管（9a）經由下室（13b）連通至第2水收集輸送構件（7b）的下室（13b）側的水收集輸送構件（7b1），該第1連通配管（9a）支持於塔體主體（8a）的規定位置，被用於已透過陽離子交換槽（3）的原水的導入、及陰離子交換樹脂的再生液即氫氧化鈉（NaOH）水溶液的排出。
而且，第2連通配管（9b）經由上室（13c）而連通至第3水收集輸送構件（7c）的上室（13c）側的水收集輸送構件（7c1），該第2連通配管（9b）支持於塔體主體（8a）的規定位置，被用於已透過陽離子交換槽（3）的原水的排出、及陽離子交換樹脂的再生液即鹽酸（HCl）水溶液的導入。 進而，配管（10b）經由下室（13d）而連通至第4水收集輸送構件（7d）的下室（13d）側的水收集輸送構件（7d1），該配管（10b）支持於塔體主體（8a）的規定位置，被用於原水的導入、及陽離子交換樹脂的再生液即鹽酸（HCl）水溶液的排出。 ＜連通配管的切換＞ 在陰離子交換槽（2）的下方的平板（6b）設置著第2水收集輸送構件（7b），該第2水收集輸送構件（7b）的下室（13b）側的水收集輸送構件（7b1）經由下室（13b）與第1連通配管（9a）連接。而且，在陽離子交換槽（3）的上方的平板（6c）設置著第3水收集輸送構件（7c），該第3水收集輸送構件（7c）的上室（13c）側的水收集輸送構件（7c1）經由上室（13c）與第2連通配管（9b）連接。進而，第1連通配管（9a）與第2連通配管（9b）在離子交換裝置（1）的塔體的外部，經由第3連通配管（9c）而連接（圖2的a、b中未表示，參照圖3的a、b）。在該連通配管（9c）上設置著閥（11a）。
而且，在第1連通配管（9a）與第2連通配管（9b）的末端部，設置著作為再生液的供給排出單元的閥（11b）及閥（11c）。 而且，原水處理時，在將閥（11a）打開且將閥（11b）及閥（11c）關閉的狀態下進行處理。樹脂再生時，在將閥（11a）關閉且將閥（11b）及閥（11c）打開的狀態下進行樹脂再生處理。
另外，關於本發明的裝置的變化，亦可將支持陰離子交換槽（2）或陽離子交換槽（3）的構件僅利用塔體主體（8a）以外的例如骨材（骨架）進行支撐，或形成角而加以支持，宜為具備保持構件，該保持構件可穩定地保持作為裝置整體的陰離子交換槽（2）及/或陽離子交換槽（3）。 而且，所述形態中，對將陰離子交換槽（2）配置於上方、將陽離子交換槽（3）配置於下方的離子交換裝置進行了說明，圖3的a、b中表示，作為本發明的裝置的一例，具備上方填充有陽離子交換樹脂的陽離子交換槽（3）、下方填充有陰離子交換樹脂的陽離子交換槽（2）的離子交換裝置（1）的概略圖。離子交換槽的配置雖與圖2的a、b的裝置不同，但配管等的形態可依據圖2的a、b的裝置而理解。
將陰離子交換槽（2）與陽離子交換槽（3）中的哪個槽配置於塔的上方，根據與該離子交換裝置併用而使用的水處理裝置或要處理的被處理水的水質等而不同，自所獲得的處理水的水質方面考慮，通常，陰離子交換槽（2）配置於上方，陽離子交換槽（3）配置於下方。 ＜離子交換流程＞ 將使用了本發明的離子交換裝置的去離子水的生產（采水）時的流程表示於圖4的a。於在第1連通配管（9a）與第2連通配管（9b）的末端部，設置著作為再生液的供給排出單元的閥（11b）及閥（11c）的情況下，將閥（11a）打開，將閥（11b）及閥（11c）關閉，自陽離子交換槽（3）下部的供給排出配管（10b）供給原水（被處理水）。該原水按照陽離子交換槽（3）的下室（13d）、水收集輸送構件（7d）、陽離子交換樹脂填充室（3a）、（在使用圓柱型水收集輸送構件的情況下為惰性樹脂（4b））、水收集輸送構件（7c）、上室（13c）、第2連通配管（9b）、第3連通配管（9c）、第1連通配管（9a）、陰離子交換槽（2）的下室（13b）、水收集輸送構件（7b）、陰離子交換樹脂填充室（2a）、（在使用圓柱型水收集輸送構件的情況下為惰性樹脂（4a））、水收集輸送構件（7a）、陰離子交換槽（2）的上室（13a）、陰離子交換槽（3）上部的供給排出配管（10a）的順序流動，作為處理水（去離子水）被取出。
將填充於陰離子交換樹脂填充室（2a）的使用過的陰離子交換樹脂及填充於陽離子交換樹脂填充室（3a）的使用過的陽離子交換樹脂的再生時的流程表示於圖3的b。於在第1連通配管（9a）與第2連通配管（9b）的末端部設置著作為再生液的供給排出單元的閥（11b）及閥（11c）的情況下，將閥（11a）關閉，將閥（11b）及閥（11c）打開，自陰離子交換槽（3）上部的供給排出配管（10a）供給NaOH等鹼性溶液，並且自配管（9e）供給HCl等酸溶液。
鹼性溶液自供給排出配管（10a），按照陰離子交換槽（2）的上室（13a）、水收集輸送構件（7a）、（在使用圓柱型水收集輸送構件的情況下為惰性樹脂（4a））、陰離子交換樹脂填充室（2a）、水收集輸送構件（7b）、陰離子交換槽（2）的下室（13b）、第1連通配管（9a）、配管9d的順序流動，作為再生廢水（鹼性）而流出，藉此，使陰離子交換樹脂填充室（2a）內的陰離子交換樹脂再生。
酸溶液自配管9e經由第2連通配管9b，按照陽離子交換槽（3）的上室（13c）、水收集輸送構件（7c）、（在使用圓柱型水收集輸送構件的情況下為惰性樹脂（4b））、陽離子交換樹脂填充室（3a）、水收集輸送構件（7d）、陽離子交換槽（3）的下室（13d）、陽離子交換槽（3）下部的供給排出配管（10b）的順序流動，作為再生廢水（酸）而流出，由此，使陽離子交換樹脂填充室（3a）內的陽離子交換樹脂再生。
再生結束後，代替圖3的b中表示的HCl溶液、NaOH溶液，而分別使純水透過，擠出殘留於各路徑及樹脂的再生液後，視需要一邊利用純水將陰離子交換槽（2）及陽離子交換槽（3）各別地清洗一邊排出清洗水，然後，使純水在陰離子交換槽（2）與陽離子交換槽（3）之間循環規定時間，然後，重回至采水步驟中。該再生時，陰離子交換樹脂及陽離子交換樹脂因平板（6）與水收集輸送構件（7）而被阻止移動，不會相互混合。而且，再生用的酸溶液不會流入至陰離子交換槽（2），或者鹼性溶液不會混入至陽離子交換槽（3）。此外，可使陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂同時並行地再生，因而可縮短再生時間。
本發明的離子交換裝置保持使陰離子交換槽（2）與陽離子交換槽（3）分別獨立的狀態，將陰離子交換槽（2）配置於上方，陽離子交換槽（3）配置於下方，或者將陽離子交換槽（3）配置於上方，陰離子交換槽（2）配置於下方。為了設為此種配置，由塔體主體（8a）或骨架等保持體支持陰離子交換槽（2）及/或陽離子交換槽（3）。藉由設為此種構成，與將陰離子交換槽（2）與陽離子交換槽（3）分別橫向放置相比，設置空間小即可。而且，將陰離子交換槽（2）與陽離子交換槽（3）連通的配管亦短即可。進而，對所使用的水收集輸送構件（7）的形狀等進行努力研究及考慮陰離子交換槽（2）及陽離子交換槽（3）中的樹脂的離子交換效率後對該些樹脂層的高度進行努力研究，由此可極力地降低塔體的高度。進而，因上下配置著離子交換槽，故離子交換裝置的維持管理（維護）亦可有效率地進行。
而且，所述形態中，對將陰離子交換槽（2）配置於上方、陽離子交換槽（3）配置於下方的離子交換裝置進行了說明，而圖3的a、b中表示了作為本發明的裝置的一例，具備上方填充有陽離子交換樹脂的陽離子交換槽（3）、下方填充有陰離子交換樹脂的陽離子交換槽（2）的離子交換裝置（1）的概略圖。雖然離子交換槽的配置與圖2的a、b的裝置不同，但配管等的形態可基於圖2的a、b的裝置而理解。 ＜水收集輸送構件＞ 如所述般，藉由使用圓錐形狀的水收集輸送構件（7），可不需要惰性樹脂（4），宜將陰離子交換槽（2）中的樹脂層的高度設為陽離子交換槽（3）中的樹脂層的高度的1.5倍～2.5倍左右，較佳為設為2倍左右。然而，本發明中，在使用圓錐形狀者作為集排水構件（7）的情況下，亦不排除使用惰性樹脂的情況，如下述般，視需要填充惰性（inert）樹脂而使用即可。
在使用圓筒形狀的水收集輸送構件（7）的情況下，在陰離子交換樹脂填充室（2a）及陽離子交換樹脂填充室（3a）的上部，分別填充有惰性樹脂（4a）及惰性樹脂（4b），防止陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂的流動，且采水時及再生時使液體均等地與陽離子交換樹脂及陰離子交換樹脂接觸，從而獲得高水質的去離子水，並且充分地進行再生。
所述實施形態中，陰離子交換槽（2）的底部的鏡板（5b）與陽離子交換槽（3）的頂部的鏡板（5c）經由配管（連通單元）而連通，但連通單元位於離子交換裝置的離子交換樹脂槽的各自之外即可。例如，在具備塔體主體（8）的塔體的情況下，亦可位於塔體之外，只要空間容許，則亦可配置於塔體內的離子交換槽的下側。而且，該實施形態中，使用3個閥（11a）、閥（11b）、閥（11c），亦可使用2個三通閥進行流路切換。
作為水收集輸送構件（7）設置於平板的具體形態，如圖5的d所示，可列舉圓錐型水收集輸送構件配置成設置於平板的狀態（剖面放大圖）。 圓錐型水收集輸送構件包括如圖5的a所示具有公螺紋樣的凸部的圓錐形狀的水收集輸送零件、及圖5的c-1、圖5的c-2所示的可嵌合於凸部的母螺紋樣的凹部，如圖5的b般可自平板的兩側將兩者固定。此處，對於圖5的a所示的公螺紋樣的凸部而言，宜設為如下構造，即，其內部具有中空，該中空部分可供原水或者NaOH、HCl等再生液通過。
認為藉由使用圓錐型水收集輸送構件，（i）在原水的供給排出時或再生液的再生時能夠進行大流量的處理，（ii）可迅速地將利用再生液進行樹脂再生後的再生廢液自離子交換部排出，（iii）即便在使用了多個水收集輸送構件的情況下，水收集輸送構件間的原水或再生液的流速的不均亦減少。 關於（i）的理由，實際將原水或者再生液收集輸送之處為圓錐形狀之內的傾斜部分（傘形狀部分），因圓錐形狀的頂點與平板的距離相對小，即圓錐形狀的高度低，故不僅自頂點部分，亦自傾斜部分整體進行收集輸送。因此，參與收集輸送的部分的面積相對增大，因而由原水的透過或再生水的擠出所引起的壓力損失亦相對少。因此，即便為原水處理時或再生時的大流量，亦可順利地透過，從而適合於大量處理、迅速再生。
關於（ii）的理由，若再生處理後殘存再生廢液，則離子交換樹脂無法適宜地發揮作用，因而需要迅速地排出再生廢液。在為圓錐形狀的水收集輸送構件的情況下，因圓錐形狀的頂點與平板的距離相對小，即圓錐形狀的高度低，故不僅自頂點部分，亦自傾斜部分整體排出再生廢液。而且，圓錐的平面部分與平板大致平面地相連，因而並非積存再生廢液的構造。因此，再生廢液被迅速地排出，能夠短時間內再生，從而能夠有效率地運轉離子交換裝置。
關於（iii）的理由，如所述（i）記載般，圓錐形狀的水收集輸送構件中由原水的透過或再生水的擠出所引起的壓力損失亦相對少，因而可順利地透過，且流速的不均減少。 水收集輸送構件向平板的固定方法並無特別限制，不僅可使用所述公螺紋及母螺紋進行固定，亦可使用黏接劑進行固定。進而，亦可根據金屬製等材質而利用焊料、焊接進行固定。經固定化者為圖5的d所示的狀態。
而且，如圖6的a所示，圓柱型水收集輸送構件亦可配置成設置於平板的狀態（剖面放大圖）。將該圓柱型水收集輸送構件固定於平板的方法與所述圓錐型水收集輸送構件的情況相同。該情況下，如圖6的b所示，宜將由上下的平板包圍側的圓柱型水收集輸送構件突出的部分，配置成由惰性樹脂（inert resin）填充的狀態（剖面放大圖）。
如所述般，關於水收集輸送構件向平板的設置，可考慮水收集輸送構件的大小、形狀、離子交換裝置、平板的大小、所需的原水處理量等各種因素，而適當決定水收集輸送構件的設置數量或設置圖案。 其中，本發明的離子交換裝置為了提高原水處理能力，將水收集輸送構件以規定間隔設置於平板。因此，水收集輸送構件向平板的設置宜為如圖7的a所示，在與平板的中心部隔開固定間隔的多個同心圓上每隔固定間隔而設置，或以縱橫為固定間隔的方式設置於平板上。
具體而言，可例示如下形態等，即，如圖7的b所示，包含防水性的平板中心點而縱橫均等配置，或如圖7的c所示，包含平板中心點而針對各行錯開且在斜方向上均等配置，或如圖7的d所示，在與平板中心點具有固定間隔的同心圓上均等配置。 而且，雖依據水收集輸送構件的形狀，但宜為以向平板的離子交換樹脂層側呈圓錐形狀突出的方式設置，或在水收集輸送構件具有圓筒形狀的情況下，宜為以自平板的表背兩面突出的方式設置。
進而，亦可在平板與離子交換樹脂層之間填充粒狀的惰性樹脂，該情況下，可採用如下形態，即，陰離子交換槽上部的水收集輸送構件及陽離子交換槽上部的水收集輸送構件分別具有埋設於惰性樹脂中的層。 在設置圓筒形狀的水收集輸送構件的情況下，平板與離子交換樹脂層之間會產生水收集輸送構件的突出部分。該情況下，若將陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂以填埋水收集輸送構件的該突出部分的方式而加以填充，則原水處理時，原水會自水收集輸送構件的入口附近（例如圖4的b的陰離子交換槽及陽離子交換槽的各自的上方的水收集輸送構件的下端附近）進入至水收集輸送構件，從而較水收集輸送構件的下端靠上方的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂無法實質參與離子交換，從而有造成浪費的擔心。
即，如圖6的a所示，在使用圓筒形狀的水收集輸送構件的情況下，在平板與離子交換樹脂層之間產生水收集輸送構件的突出部分。其原因在於，此處，雖然水收集輸送構件具有無論何處均供水透過而阻止離子交換樹脂的通過的構造，但若原水透過則原水的流動最初會與水收集輸送構件的下端接觸，因而原水會集中在水收集輸送構件的下端部分流動。因此，如圖6的b所示，對較水收集輸送構件的下端靠上方的陰離子交換樹脂及陽離子交換樹脂，預先填充不具有離子交換作用的作為虛設（dummy）樹脂的惰性樹脂，由此具有如下優點，即，可有效地使用昂貴的離子交換樹脂。
作為惰性樹脂，使用比重小於離子交換樹脂的聚乙烯系樹脂或聚丙烯系樹脂等。惰性樹脂的粒徑較佳為大於離子交換樹脂。 ＜裝置構成的詳細情況＞ 本發明的離子交換裝置中，在陰離子交換槽（2）及陽離子交換槽（3）的剖面為大致圓形狀的情況下，宜將其直徑設為500 mm～3000 mm。藉由形成具有所述大直徑的陰離子交換槽（2）及陽離子交換槽（3），而原水處理量極為增大，亦適合於例如半導體等電子材料製造。
而且，藉由將陰離子交換槽（2）與陽離子交換槽（3）的剖面直徑設為相同長度，而設置覆蓋陰離子交換槽（2）下部與陽離子交換槽（3）上部的離子交換裝置塔體主體（8），從而離子交換裝置（1）具有牢固性。 本發明中，宜將陰離子交換樹脂層的層高設為500 mm～2000 mm，更佳設為750 mm～1500 mm，而且，宜將陽離子交換樹脂層的層高設為400 mm～800 mm，更佳設為500 mm～750 mm。進而，宜將陰離子交換樹脂層的層高設為陽離子交換樹脂層的層高的1.5倍～2.5倍，更佳設為大致2倍。
關於本發明的離子交換裝置，在陽離子交換槽之上設置陰離子交換槽（2），並且具備覆蓋陰離子交換槽（2）下部與陽離子交換槽（3）上部的塔體主體（8）。進而，陰離子交換槽（2）下端與陽離子交換槽（3）上端的距離宜設為500 mm～1000 mm。藉由設為此種構造，因在裝置的保養管理時可供保養人員等進入裝置，故裝置的適宜管理更為方便，並且可將原水或者再生液的導入或處理水、再生廢液的排出所需的配管類設置於陰離子交換槽（2）下部與陽離子交換槽（3）上部的空間，從而可實現裝置的精簡化。
而且，為了離子交換裝置（1）的保養管理，較佳為在陰離子交換槽（2）或陽離子交換槽（3）的側壁，以可自裝置的外觀察裝置內部的樹脂填充狀況、運轉狀況等的方式，設置具備透明樹脂、玻璃等透明材料的窗、或用以交換內部所填充的樹脂的離子交換樹脂的供給口及排出口。窗、離子交換樹脂的供給口及排出口的大小、形狀及設置位置適當設計而加以應用即可，關於窗的透明材質，亦為具有運轉時、再生時等無障礙的強度即可。進而，為了離子交換裝置（1）的保養管理，較佳為於在陰離子交換槽（2）或陽離子交換槽（3）的側壁、或該些交換部之間的塔體主體（8）及陰離子交換槽（2）或陽離子交換槽（3）各自的上下所設置的鏡板部，設置人孔（manhole）等可供人進出的設備。 ＜離子交換裝置的使用方法＞ 本發明的離子交換裝置（1）的運轉中，宜將原水（被處理水）於陽離子交換槽（3）中，以線速度（LV）計55 m/hr（小時）以上，通常以55 m/hr～75 m/hr（小時）進行透水。即便流過此種大流量的原水，本發明的離子交換裝置亦可充分地進行處理。而且，同樣地在導入再生液的情況下，亦可藉由加快流速而縮短再生時間，從而提高原水處理的作業效率。
例如，作為相對於離子交換裝置的塔徑的透水量，宜將以下作為目標。
[表1]
Figure 106108823-A0304-0001
 [實施例]
以下藉由實施例對本發明進行具體說明，但本發明並非僅限定於該些實施例。 以下的實施例中，CaCO3 、氧化矽（SiO2 ）、硼（B）的量藉由以下而分析。 分析裝置：安捷倫科技股份有限公司（Agilent Technology Inc）製造 ICP-MS Agilent7500 分析方法依據日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）K-0133而進行。 TOC濃度是使用GE公司製造的裝置（型號Sievers 500RLe）而測定。 電阻率值是使用東亞DKK公司製造的裝置（型號MX-4）而測定。
實施例1  利用本發明的離子交換裝置進行的純水的製造 使用圖2的a所示的裝置，在以下的條件下製造純水。 原水（被處理水）水質； 硼：80 ng/L IC：1 mg/L as CaCO3 SiO2 ：20 μg/L Na：1 mg/L as CaCO3 Cl：0.4 mg/L as CaCO3 硼BTC：B≦1ng/L＝0.43 mg－B/L－R TOC：10 ppb 離子交換樹脂； 陽離子交換樹脂：陶氏化學（Dow Chemical）公司製造MONOSPHERE 650C UPW(H) 陰離子交換樹脂：陶氏化學公司製造MONOSPHERE 550A UPW(OH) 惰性樹脂：陶氏化學公司製造IF-62 透水條件； 陽離子交換槽：SV＝150/h（小時） 陰離子交換槽：SV＝75/h（小時） 再生條件（再生液濃度）； NaOH：4.0質量% HCl：4.0質量% 裝置的大小 陰離子交換槽的直徑：700 mm 陰離子交換樹脂層的高度：1000 mm 陽離子交換槽的直徑：700 mm 陽離子交換樹脂層的高度：500 mm 在所述透水條件下對新品樹脂供給原水後，對所使用的離子交換樹脂使用所述再生液再生30分鐘，藉由超純水進行30分鐘擠出。然後，使用原水實施15分鐘清洗後，繼而，使原水透過，測定以清洗結束後為起點的透水時間內的TOC濃度。
其結果為，如下述圖8所示，在使用了新品樹脂的情況下，本發明的離子交換裝置中在30分鐘以內TOC小於3 μg/L。 實施例2   濾器設置的影響 在圖2的a所示的裝置中，使用圖5的a～d中所示的圓錐形狀的水收集輸送構件或者圖6的a、b中所示的圓筒形狀的水收集輸送構件，在與實施例1相同的條件下對離子交換樹脂以所述透水條件供給回收水，測定被處理水的電阻率值。另外，在使用圓筒形狀的水收集輸送構件的情況下，如圖6的b所示般，實施設置了惰性樹脂層的情況及未設置的情況。
其結果可知，如圖9所示，在設置了圓錐形狀的水收集輸送構件的情況下，電阻率值的降低較之圓筒形狀的水收集輸送構件（有惰性樹脂層）有一些延遲，即離子交換的處理容量大。另一方面，在圓筒形狀的水收集輸送構件（無惰性樹脂層）的情況下，電阻率值快速降低。認為其原因為，具有離子交換能力的樹脂在圓筒形狀的水收集輸送構件中無法有效地與被處理水（回收水）接觸，從而表觀上使離子交換能力降低。
1‧‧‧離子交換裝置 2‧‧‧陰離子交換槽 2a‧‧‧陰離子交換樹脂填充室 2b‧‧‧陰離子交換槽圓筒部 3‧‧‧陽離子交換槽 3a‧‧‧陽離子交換樹脂填充室 3b‧‧‧陽離子交換槽圓筒部 4a、4b‧‧‧惰性樹脂 5a、5b、5c、5d‧‧‧鏡板 6a、6b、6c、6d‧‧‧平板 7a、7a1、7a2、7b、7b1、7b2、7c、7c1、7c2、7d、7d1、7d2‧‧‧水收集輸送構件 8‧‧‧離子交換裝置塔體主體 8a‧‧‧離子交換裝置上側主體 8b‧‧‧離子交換裝置下側主體 9a‧‧‧第1連通配管 9b‧‧‧第2連通配管 9c‧‧‧第3連通配管 9d、9e‧‧‧配管 10a‧‧‧陰離子交換槽上部配管 10b‧‧‧陽離子交換槽下部配管 11a、11b、11c‧‧‧閥（valve） 12‧‧‧水收集輸送構件設置用孔 13a‧‧‧陰離子交換槽上室 13b‧‧‧陰離子交換槽下室 13c‧‧‧陽離子交換槽上室 13d‧‧‧陽離子交換槽下室
圖1的（a）、（b）是表示作為先前技術的、在一個塔中將陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂經由隔板而積層的單塔式離子交換裝置的概略剖面圖。 圖2的a、b是表示本發明的塔上方具備陰離子交換槽、下方具備陽離子交換槽的離子交換裝置的概略剖面圖，圖2的a是水收集輸送構件（濾器）的形狀為圓錐形狀的示例，圖2的b是圓筒形狀的示例。 圖3的a、b是表示本發明的塔上方具備陽離子交換槽、下方具備陰離子交換槽的離子交換裝置的概略剖面圖，圖3的a是水收集輸送構件（濾器）的形狀為圓錐形狀的示例，圖3的b是圓筒形狀的示例。 圖4的a～d是使用了本發明的離子交換裝置的原水（被處理水）的離子交換處理時（圖4的a、c）及樹脂的再生時（圖4的b、d）的概略裝置剖面圖，圖4的a及b是水收集輸送構件（濾器）的形狀為圓錐形狀的示例，圖4的c及d是圓筒形狀的示例。 圖5的a～d是表示將圓錐型水收集輸送構件設置於平板的組裝前（圖5的a、b、c-1、c-2）與組裝後（圖5的d）的概略剖面圖，圖5的c-1是自上方觀察圖5的a的構件7a的側面圖的圖，圖5的c-2是圖5的a的構件7a的放大圖。 圖6的a、b是圓柱型水收集輸送構件設置於平板的狀態的剖面放大圖（圖6的a），進而為將由上下的平板包圍側的圓柱型水收集輸送構件突出的部分，利用惰性樹脂（inert resin）填充的狀態的剖面放大圖（圖6的b）。 圖7是在平板設置著水收集輸送構件的狀態的概略圖，且是表示水收集輸送構件的設置位置的變化（圖7的a～d）的概略圖。 圖8是表示實施例1的本發明的離子交換裝置的純水的製造結果的圖，圖中黑色菱形（◆）表示新品樹脂的結果，橫軸（X軸）表示透水時間（分鐘），縱軸（Y軸）表示總有機碳量（Total organic carbon，TOC）濃度（單位為ppb as C）。 圖9是表示對裝入至實施例1的本發明的離子交換裝置的濾器設置的影響進行研究所得的結果的圖，如圖示般，示出將現有的濾器與惰性（inert）樹脂組合而成者（表示為現有濾器＋惰性樹脂）的結果、新穎濾器的結果，橫軸（X軸）表示透水時間（小時），縱軸（Y軸）表示電阻率值（單位為MΩ·cm）。
1:離子交換裝置
2:陰離子交換槽
2a:陰離子交換樹脂填充室
2b:陰離子交換槽圓筒部
3:陽離子交換槽
3a:陽離子交換樹脂填充室
3b:陽離子交換槽圓筒部
4a:惰性樹脂
5a、5b、5c、5d:鏡板
6a、6b、6c、6d:平板
7a1、7a2、7b1、7b2、7c1、7c2、7d1、7d2:水收集輸送構件
8a:離子交換裝置上側主體
8b:離子交換裝置下側主體
9a:第1連通配管
9b:第2連通配管
10a:陰離子交換槽上部配管
10b:陽離子交換槽下部配管
13a:陰離子交換槽上室
13b:陰離子交換槽下室
13c:陽離子交換槽上室
13d:陽離子交換槽下室

Claims (5)

  1. 一種離子交換裝置，包括上方填充有陰離子交換樹脂的陰離子交換槽，以及下方填充有陽離子交換樹脂的陽離子交換槽，所述陰離子交換槽及所述陽離子交換槽的剖面為大致圓形狀，直徑為500mm~3000mm，所述陰離子交換樹脂層的層高為500mm~2000mm，所述陽離子交換樹脂層的層高為400mm~800mm，所述陰離子交換樹脂層的層高為所述陽離子交換樹脂層的層高的1.5倍~2.5倍，所述陰離子交換槽下端與所述陽離子交換槽上端的距離為500mm~1000mm，所述陰離子交換槽及所述陽離子交換槽各自獨立，由設置於上部與下部的向外側凸出狀的鏡板及離子交換槽側部的支持體構成外殼，且，包括由上下兩塊平板劃分的上室、樹脂填充室及下室，在所述陰離子交換槽以及所述陽離子交換槽的側壁，設置具備透明材料的窗以及離子交換樹脂的供給口及排出口，在所述陰離子交換槽以及所述陽離子交換槽的側壁、以及所述陰離子交換槽與所述陽離子交換槽的上下所設置的鏡板部，設置可供人進出的設備，所述陰離子交換槽與所述陽離子交換槽在所述離子交換槽的外側藉由連通單元而連通， 包括用以對所述陰離子交換槽的上部供給或排出液體的供給排出配管、及用以對所述陽離子交換槽的下部供給或排出液體的供給排出配管，所述連通單元包括：第1連通配管，用以對所述陰離子交換槽的下部供給排出液體；第2連通配管，用以對所述陽離子交換槽的上部供給排出液體；第3連通配管，將所述第1連通配管與所述第2連通配管連通；所述第3連通配管的開閉單元；以及再生液的供給排出單元，分別設置於所述第1連通配管及所述第2連通配管，在所述平板配置著供水透過而阻止離子交換樹脂的通過的水收集輸送構件，所述陰離子交換槽上部的供給排出配管、所述第1連通配管、所述第2連通配管及所述陽離子交換槽下部的供給排出配管連通至設置於所述陰離子交換槽及所述陽離子交換槽的各自的上部及下部的鏡板。
  2. 一種離子交換裝置，包括上方填充有陽離子交換樹脂的陽離子交換槽、以及下方填充有陰離子交換樹脂的陰離子交換槽， 所述陰離子交換槽及所述陽離子交換槽的剖面為大致圓形狀，直徑為500mm~3000mm，所述陰離子交換樹脂層的層高為500mm~2000mm，所述陽離子交換樹脂層的層高為400mm~800mm，所述陰離子交換樹脂層的層高為所述陽離子交換樹脂層的層高的1.5倍~2.5倍，所述陰離子交換槽下端與所述陽離子交換槽上端的距離為500mm~1000mm，所述陽離子交換槽及所述陰離子交換槽各自獨立，由設置於上部與下部的向外側凸出狀的鏡板及離子交換槽側部的支持體構成外殼，且，包括由上下兩塊平板劃分的上室、樹脂填充室及下室，在所述陰離子交換槽以及所述陽離子交換槽的側壁，設置具備透明材料的窗以及離子交換樹脂的供給口及排出口，在所述陰離子交換槽以及所述陽離子交換槽的側壁、以及所述陰離子交換槽與所述陽離子交換槽的上下所設置的鏡板部，設置可供人進出的設備，所述陽離子交換槽與所述陰離子交換槽在所述離子交換槽的外側藉由連通單元而連通，包括用以對所述陽離子交換槽的上部供給或排出液體的供給排出配管、及用以對所述陰離子交換槽的下部供給或排出液體的供給排出配管，所述連通單元包括： 第1連通配管，用以對所述陽離子交換槽的下部供給排出液體；第2連通配管，用以對所述陰離子交換槽的上部供給排出液體；第3連通配管，將所述第1連通配管與所述第2連通配管連通；所述第3連通配管的開閉單元；以及再生液的供給排出單元，分別設置於所述第1連通配管及所述第2連通配管，在所述平板配置著供水透過而阻止離子交換樹脂的通過的水收集輸送構件，所述陽離子交換槽上部的供給排出配管、所述第1連通配管、所述第2連通配管及所述陰離子交換槽下部的供給排出配管連通至設置於所述陽離子交換槽及所述陰離子交換槽的各自的上部與下部的鏡板。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的離子交換裝置，其中所述陰離子交換槽與所述陽離子交換槽的剖面直徑為相同長度。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的離子交換裝置的使用方法，其中將原水在陽離子交換槽中以使離子交換樹脂懸浮而進行處理 的方式，以線速度(LV)50m/hr(小時)以上進行透水。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的離子交換裝置的使用方法，其中將原水在陽離子交換槽中以使離子交換樹脂懸浮而進行處理的方式，以線速度(LV)50m/hr(小時)以上進行透水。
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