WO2011040278A1 - イオン交換装置及びその塔体、並びに水処理装置 - Google Patents

イオン交換装置及びその塔体、並びに水処理装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2011040278A1
WO2011040278A1 PCT/JP2010/066225 JP2010066225W WO2011040278A1 WO 2011040278 A1 WO2011040278 A1 WO 2011040278A1 JP 2010066225 W JP2010066225 W JP 2010066225W WO 2011040278 A1 WO2011040278 A1 WO 2011040278A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exchange resin
water
ion exchange
chamber
resin
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/066225
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
守 岩▲崎▼
石塚　諭
一 竹山
洋一 宮▲崎▼
長雄 福井
北見　勝信
Original Assignee
栗田工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2009227453A external-priority patent/JP5672687B2/ja
Priority claimed from JP2010059390A external-priority patent/JP5609181B2/ja
Application filed by 栗田工業株式会社 filed Critical 栗田工業株式会社
Priority to CN201080042085XA priority Critical patent/CN102548906A/zh
Publication of WO2011040278A1 publication Critical patent/WO2011040278A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J47/00—Ion-exchange processes in general; Apparatus therefor
    • B01J47/02—Column or bed processes
    • B01J47/026—Column or bed processes using columns or beds of different ion exchange materials in series
    • B01J47/028—Column or bed processes using columns or beds of different ion exchange materials in series with alternately arranged cationic and anionic exchangers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J49/00—Regeneration or reactivation of ion-exchangers; Apparatus therefor
    • B01J49/05—Regeneration or reactivation of ion-exchangers; Apparatus therefor of fixed beds
    • B01J49/08—Regeneration or reactivation of ion-exchangers; Apparatus therefor of fixed beds containing cationic and anionic exchangers in separate beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • C02F2001/422—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange using anionic exchangers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • C02F2001/425—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange using cation exchangers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/16—Regeneration of sorbents, filters

Definitions

  • the present invention relates to a regenerative ion exchange apparatus comprising an anion exchange resin and a cation exchange resin, and a tower for the same.
  • the present invention also relates to a water treatment apparatus provided with this ion exchange device.
  • Ion exchange devices are widely used in pure water and ultrapure water production facilities in the electronics industry. As one of the ion exchange devices, a mixed bed type ion exchange device is well known.
  • the mixed bed type ion exchange apparatus includes an ion exchange tower having a mixed ion exchange resin layer in which a strongly acidic cation exchange resin and a strongly basic anion exchange resin are mixed. High-purity pure water is produced by simultaneously exchanging cations and anions in water. When each ion exchange resin is regenerated, the mixed ion exchange resin layer is backwashed and separated in the same column. Due to the specific gravity difference of each ion exchange resin, a strong basic anion exchange resin layer is formed in the upper layer and a strong acidity is formed in the lower layer. After forming the cation exchange resin layer, the respective regenerants are passed through each ion exchange resin layer to regenerate both ion exchange resins individually. This regeneration operation may be performed in the same column, or each ion exchange resin may be individually extracted in another column and may be individually regenerated in each column.
  • reverse regeneration In the conventional mixed bed type ion exchange apparatus, there may be a problem due to incomplete separation of the cation / anion exchange resin called “reverse regeneration”.
  • the cation exchange resin is used in the H form, and its regeneration is performed by passing an acid solution.
  • the anion exchange resin is used in the OH form, and its regeneration is performed by passing an alkaline solution.
  • the mixed bed is subjected to upward flowing water, and the anion exchange resin and the cation exchange resin are separated by a specific gravity difference, and then the acid, For example, an aqueous HCl solution is introduced from the bottom of the tower to regenerate the cation exchange resin, and an alkali, for example, an aqueous NaOH solution is introduced from the top of the tower to regenerate the anion exchange resin.
  • Each regeneration waste liquid is discharged from a discharge pipe provided at the interface between the anion exchange resin bed and the cation exchange resin bed. Thereafter, N 2 gas is introduced from the bottom of the tower, the anion exchange resin and the ion exchange resin are mixed to form a mixed bed, and water flow is resumed.
  • Patent Document 1 divides the inside of a tower into two upper and lower chambers with a water-based partition plate, and cation exchange is performed in one chamber. A resin is filled and the other chamber is filled with an anion exchange resin.
  • FIGS. 5 and 11 of Patent Document 1 the inside of the tower is partitioned into two upper and lower chambers with a water-based partition plate, the lower chamber is filled with a cation exchange resin, the upper chamber is filled with an anion exchange resin, Is passed from the upper chamber to the lower chamber, and water is passed in the order of anion exchange resin ⁇ cation exchange resin.
  • this partition plate permits the flow of water, the flow of the ion exchange resin is blocked, and mixing of the anion exchange resin and the cation exchange resin is prevented.
  • the tower body of this patent document 1 is a single tower type, and an apparatus area is small.
  • the partition plate that partitions the anion exchange resin layer and the cation exchange resin layer is water-permeable, so that during regeneration, the acid solution for cation exchange resin regeneration passes through the partition plate. In reverse contact with the anion exchange resin occurs. Further, reverse regeneration occurs when the alkaline solution for anion exchange resin regeneration passes through the partition plate and comes into contact with the cation exchange resin.
  • paragraphs 0023, 0027, and 0028 of Patent Document 1 it is described that pure water is passed as balance water so that one regenerant does not flow into the other ion exchange resin layer during regeneration. Insufficient to completely prevent the contamination of the material, it causes reverse regeneration.
  • the present invention provides an ion exchange apparatus capable of reliably preventing reverse regeneration of an anion exchange resin and a cation exchange resin inside a tower and producing high-quality deionized water even immediately after the regeneration, and a tower body therefor. With the goal.
  • the present invention also prevents the precipitation of scale on the anion exchange resin inside the tower, and reliably prevents reverse regeneration of the anion exchange resin and the cation exchange resin, and stably produces high-quality deionized water. It aims at providing the water treatment apparatus which can do.
  • the ion exchange apparatus tower of the first aspect is an ion exchange apparatus tower filled with an ion exchange resin.
  • an upper chamber and a lower chamber are partitioned by a water shielding partition plate.
  • the upper chamber and the lower chamber are communicated with each other by a communication means routed outside the tower body.
  • the ion exchange apparatus includes the tower for the ion exchange apparatus according to the first aspect, a cation exchange resin accommodated in one of the upper chamber and the lower chamber of the tower body, and an anion exchange resin accommodated in the other. Is provided.
  • the ion exchange apparatus is the same as the ion exchange apparatus according to the second aspect, wherein an upper supply / discharge pipe for supplying or discharging liquid to the upper part of the upper chamber and a lower supply for supplying or discharging liquid to the lower part of the lower chamber.
  • the communication means includes a first communication pipe for supplying and discharging liquid to the lower part of the upper chamber and a second communication for supplying and discharging liquid to the upper part of the lower chamber.
  • a replenisher supplying / discharging means provided respectively.
  • the ion exchange apparatus is the ion exchange apparatus according to the third aspect, wherein water is allowed to pass through the upper portion of the upper chamber, the lower portion of the upper chamber, the upper portion of the lower chamber, and the lower portion of the lower chamber, but the passage of the ion exchange resin is prevented.
  • a water distribution member is disposed, and ends of the upper supply / discharge pipe, the first communication pipe, the second communication pipe, and the lower supply / discharge pipe are respectively connected to the water collection / distribution member. is there.
  • the ion exchange device is the ion exchange apparatus according to the fourth aspect, wherein the upper part of the upper chamber and the upper part of the lower chamber are filled with granular inert resin, respectively. Each of the water distribution members is embedded in the inert resin.
  • the water treatment apparatus includes the ion exchange apparatus according to any one of the second to fifth aspects, and a hardness component removing unit provided in the preceding stage of the ion exchange apparatus.
  • the water treatment device is the sixth aspect, wherein the ion exchange device is configured such that the water to be treated first comes into contact with the anion exchange resin and then comes into contact with the cation exchange resin. Is.
  • the upper chamber and the lower chamber are partitioned by a water shielding partition plate, the cation exchange resin is accommodated in one chamber, and the anion exchange resin is accommodated in the other chamber. Yes.
  • the treated water (raw water) is supplied to one chamber, flows into the other chamber through the communication means, and is taken out from the other chamber.
  • the tower body of the present invention is divided into upper and lower two chambers by a partition plate, and requires less installation space and less pipe length than those in which an anion exchange tower and a cation exchange tower are separately installed.
  • the ion exchange resin chambers filled with the ion exchange resin are separated by a single partition plate, the height of the ion exchange device can be reduced. Moreover, it can be manufactured at low cost.
  • acid or alkali can be easily passed through the upper chamber and the lower chamber through the first communication pipe and the second communication pipe, respectively, and the regeneration can be performed efficiently. At this time, the mixture of acid and alkali is completely prevented by closing the third communication pipe. And the ion exchange resin of an upper chamber and a lower chamber can be reproduced
  • the ion exchange device of the fourth aspect local retention of water does not occur in the upper chamber and the lower chamber, and it is possible to efficiently produce treated water (deionized water) and regenerate the ion exchange resin. it can.
  • the upper chamber and the lower chamber are filled with an inert resin, and the flow of the ion exchange resin is suppressed.
  • the ion exchange resin flows, there is a possibility that the water quality is deteriorated because the liquid is not uniformly contacted with the ion exchange resin at the time of water sampling or regeneration. Treated water with quality can be obtained.
  • the flow direction of the water to be treated and the regenerant at the time of sampling and regeneration is not particularly limited, but it is possible to obtain treated water with higher water quality when sampling water is flowing upward and regeneration is flowing downward. This is desirable.
  • this ion exchange device when water is passed in the order of anion exchange resin ⁇ cation exchange resin, generation of scale components in the anion exchange resin of the ion exchange device is prevented. In addition, since the water to be treated first comes into contact with the anion exchange resin in the ion exchange device, metal components such as Na flowing out from the anion exchange resin are captured by the cation exchange resin.
  • the pH of the water to be treated becomes high, and the water to be treated having a high pH comes into contact with the cation exchange resin.
  • the anion exchange resin and the cation exchange resin are sequentially passed through the ion exchange apparatus, thereby improving the quality of the treated water and substantial ion exchange of the cation exchange resin.
  • Increases capacity By adjusting the resin volume ratio to the exchange capacity ratio, both the cation exchange resin and the anion exchange resin can be used up at the time of regeneration, and the economy can be improved.
  • the volume ratio of the cation exchange resin and the anion exchange resin is changed according to the substantial exchange capacity of these elements, thereby further improving the economic efficiency. Improvements can be made.
  • FIGS. 1a and 1b an embodiment of an ion exchange tower and an ion exchange apparatus according to the present invention will be described.
  • the tower body 1 has an outer shell composed of a cylindrical portion 1a whose vertical direction is the cylinder axis direction, a top end plate portion 1b, and a bottom end plate portion 1c.
  • the end plate portion 1b is convexly curved upward
  • the end plate portion 1c is convexly curved downward.
  • the inside of the tower body 1 is divided into two chambers, an upper chamber 20 and a lower chamber 30, by a water shielding partition plate 2.
  • the partition plate 2 is made of metal or synthetic resin that does not allow water to pass through at all, and is curved downward and convex like the end plate portion 1c.
  • the peripheral edge of the partition plate 2 is watertightly coupled to the inner peripheral surface of the cylindrical portion 1a by welding or the like.
  • the first water collection / distribution member 4 is disposed in the upper part of the upper chamber 20, and the upper water supply / discharge pipe 3 is connected to the first water collection / distribution member 4.
  • a second water collection / distribution member 6 is installed in the lower part of the upper chamber 20, and the first communication pipe 5 is connected to the water collection / distribution member 6.
  • a third water collection / distribution member 9 is installed in the upper part of the lower chamber 30, and the second communication pipe 8 is connected to the water collection / distribution member 9.
  • the communication pipes 5 and 8 are connected by a third communication pipe 11, and a valve 12 is installed in the communication pipe 11.
  • Valves 7 and 10 are provided at the end portions of the communication pipes 5 and 8 as supply and discharge means for the regenerated liquid, respectively.
  • a fourth water collection / distribution member 14 is installed in the lower part of the lower chamber 30, and a lower water supply / discharge pipe 13 is installed in the water collection / distribution member 14.
  • Most of the inside of the upper chamber 20 is filled with a cation exchange resin 21, and a granular inert resin 22 is filled above the cation exchange resin 21.
  • the first water collection / distribution member 4 is embedded in the inert resin 22.
  • the inert resin a polyacrylonitrile resin having a specific gravity smaller than that of the ion exchange resin is used.
  • the particle size of the inert resin is preferably about the same as that of the ion exchange resin.
  • a water collecting plate used in a conventional ion exchange device a strainer provided with a large number of slits in a radially extending pipe, or the like can be used.
  • a strainer having a slit width of about 0.2 mm.
  • the water collecting and distributing members 4 and 14 have shapes along the end plate portion 1b and the end plate portion 1c, respectively, and the dead space along the end plate portion 1b and the end plate portion 1c is small. Further, the water collecting and distributing members 6 and 9 have a shape along the partition plate 2, and a dead space along the partition plate 2 is small.
  • Fig. 1a shows the flow during production (collection) of deionized water using this ion exchange device.
  • the valve 12 is opened, the valves 7 and 10 are closed, and raw water (treated water) is supplied from the lower supply / discharge pipe 13.
  • the raw water is collected and distributed 14, anion exchange resin 31, inert resin 32, collection and distribution member 9, communication pipes 8, 11 and 5, collection and distribution member 6, cation exchange resin 21, inert resin 22, collection and distribution member 4. Then, it flows in the order of the upper supply / discharge pipe 3 and is taken out as treated water (deionized water).
  • the valve 12 is closed and the valves 7 and 10 are opened as shown in FIG. 1b, and an acid solution such as HCl or H 2 SO 4 is supplied from the upper supply / discharge pipe 3.
  • an alkaline solution such as NaOH is supplied from the second communication pipe 8.
  • the acid solution flows in the order of the water collection / distribution member 4, the inert resin 22, the cation exchange resin 21, the water collection / distribution member 6, the communication pipe 5, and the valve 7, and flows out as recycled wastewater (acid). Played.
  • the alkaline solution flows in the order of the water collection / distribution member 9, the inert resin 32, the anion exchange resin 31, the water collection / distribution member 14, and the lower supply / discharge pipe 13, and flows out as recycled wastewater (alkali). Played.
  • This ion-exchange apparatus is one in which one tower body 1 is partitioned into two upper and lower chambers by one partition plate 2, and the height of the tower body is low and the installation space is also small. Also, the pipes 5, 11, and 8 communicating the upper chamber 20 and the lower chamber 30 can be shortened.
  • the water collecting and distributing members 4, 6, 9, and 14 are provided along the end plate portion 1b, the partition plate 2, and the end plate portion 1c, so that local retention of water is prevented.
  • the upper chamber 20 and the lower chamber 30 are filled with inert resins 22 and 32 to prevent the cation exchange resin 21 and the anion exchange resin 31 from flowing. Are uniformly contacted with the cation exchange resin 21 and the anion exchange resin 31, so that high-quality deionized water can be obtained and sufficient regeneration can be performed.
  • the cation exchange resin is accommodated in the upper chamber 20 and the anion exchange resin is accommodated in the lower chamber 30, but the reverse is also possible.
  • the upper chamber 20 and the lower chamber 30 are connected via the piping 5,11,8, as long as the exterior of the tower body 1 is drawn around, it is not limited to this.
  • the three valves 7, 10, 12 are used, but the flow path may be switched using two three-way valves.
  • FIG. 2 is a flowchart of the water treatment apparatus according to the embodiment.
  • the raw water is passed through the ion exchange device 42 after the hardness component is removed by the hardness component removing means 41.
  • This ion exchange device 42 is configured as shown in FIGS. 1a and 1b.
  • the tower body 1 is partitioned into two upper and lower chambers by a partition plate 2, the lower chamber is filled with an anion exchange resin 31, and the upper chamber is a cation.
  • the exchange resin 21 is filled.
  • the raw water from which the hardness component has been removed first comes into contact with the anion exchange resin 31 to remove the anions, and then comes into contact with the cation exchange resin 21 to remove cations and become treated water.
  • a hardness component removal means a reverse osmosis apparatus (RO apparatus), an ion exchange apparatus, etc. are mentioned. These hardness component removing means may be used only in one stage, or may be two or more stages connected in series, or two or more kinds of hardness component removing means may be connected in series. Examples of the structure of the water treatment apparatus of the present invention including the hardness component removing means are as follows (a) to (j).
  • RO—ion exchange apparatus (b) RO-RO—ion exchange apparatus according to the present invention (c) RO—degassing apparatus—ion exchange apparatus according to the present invention (d) degassing apparatus—RO -Ion exchange device according to the present invention (e) Deaeration device-RO-RO-Ion exchange device according to the present invention (f) RO-Deaeration device-RO-Ion exchange device according to the present invention (g) RO-RO -Deaeration device-Ion exchange device according to the invention (h) Ion exchange device-Ion exchange device according to the invention (i) Ion exchange device-Deaeration device-Ion exchange device according to the invention (j) Ion exchange device -Deaeration device-Ion exchange device-Ion exchange device according to the present invention
  • the valve 12 is opened and the valves 7 and 10 are opened.
  • the raw water from the lower supply / discharge pipe 13 is closed, and the water collection / distribution member 14, the anion exchange resin 31, the inert resin 32, the water collection / distribution member 9, the communication pipes 8, 12, 5, the water collection / distribution member 6, the cation exchange resin 21, Even if metal ions such as Na are eluted from the anion exchange resin 31 by flowing the inert resin 22, the water collecting / distributing member 4, and the upper supply / discharge pipe 3 in this order, the metal ions are captured by the cation exchange resin 21. Does not leak into the treated water.
  • the ion exchange resin usually has a different total exchange capacity between the cation exchange resin and the anion exchange resin.
  • the amount of the anion exchange resin should be larger than the volume of the cation exchange resin.
  • the volume of the anion exchange resin is preferably 1.5 to 5 times the volume of the cation exchange resin.
  • the volume resin ratio should be matched to the actual exchange capacity of these weak bases, as well as the total exchange capacity as shown below. It is preferable to use a volume resin ratio.
  • Example 1 Comparative Example 1
  • the ion exchange apparatus shown in FIGS. 1a and 1b was used.
  • the specifications are as follows.
  • Comparative Example 1 a commercially available mixed-bed ion exchange apparatus was used. The specifications are as follows. Tower diameter: 450mm Tower height: 4000 mm Volume: 640L Filling amount of cation exchange resin: 150L Anion exchange resin filling amount: 200L
  • Example 1 and Comparative Example 1 the following were used as the anion exchange resin and cation exchange resin.
  • Anion exchange resin Strongly basic anion exchange resin “Dow 550A”
  • Cation exchange resin Strongly acidic cation exchange resin “Dow 650C”
  • RO treated water (conductivity: 5 ⁇ S / cm, metal Na: 1 ppm, chloride ion: 1 ppm, SiO 2 : 1 ppm) was passed through each ion exchange device for a certain period of time, and then the following acid solution and alkali solution were used. At the same time, it was regenerated and the quality of the treated water was confirmed.
  • Operating conditions RO treated water flow rate: 15 m 3 / h
  • Regeneration conditions Acid solution HCl concentration: 5% by weight Water flow rate: 0.75 m 3 / h, 30 minutes
  • Table 2 shows changes over time in the specific resistance value of the treated water when the RO treatment water was passed under the same conditions in the ion exchange apparatus regenerated in Example 1 and Comparative Example 1 to start the water sampling process. Show.
  • Table 3 shows the quality of the treated water after 1 hour has passed since the start of water collection after regeneration.
  • the water quality rise time can be shortened (Table 2) and purified (Table 3) by reverse regeneration, compared to the conventional mixed bed ion exchange column.
  • the anion exchange resin and the cation exchange resin can be regenerated at the same time, the regenerating time can be halved, and the apparatus cost and installation area are equal or less.
  • Example 2 Simulated raw water, which will be described later, was passed through an RO device as a hardness component removing means and then passed through an ion exchange device shown in FIGS. 1a and 1b.
  • the main conditions of this ion exchange apparatus are as follows.
  • Regeneration conditions The regeneration solution is as follows. HCl aqueous solution: HCl concentration 5% by weight, water flow rate: 1 L / h, 30 minutes NaOH aqueous solution: NaOH concentration 5% by weight, water flow rate: 2 L / h, heating 40 ° C., 30 minutes Regeneration solution is as follows: The liquid was passed through. 30 minutes (chemical flow time) ⁇ 30 minutes ultrapure water flow (chemical extrusion time) ⁇ 15 minutes raw water flow (operation switching time)
  • RO membrane ES-20-D (Nitto Denko Corporation)
  • RO operating conditions 75% recovery
  • RO treated water Mg concentration: 1 mg / L Na concentration: 1 mg / L
  • Simulated raw water is prepared by dissolving 60 mg / L-asCa of MgCl 2 and 50 mg / L-asNa of NaCl in ultrapure water and degassing by membrane degassing.
  • the deaeration membrane used was Liqui-Cel DX-50 (Celgard).
  • Example 2 The simulated raw water was treated in the same manner as in Example 2 except that the simulated raw water was directly passed through the ion exchange device without passing through the RO device.
  • magnesium hydroxide scale was generated in the anion exchange resin layer immediately after the start of water flow, making it difficult to continue water flow.
  • Example 2 the simulated raw water was passed through the RO device, then first passed through the cation exchange resin, and then passed through the anion exchange resin. That is, the water flow order of the anion exchange resin and the cation exchange resin was reversed from that in Example 2. Except this, water was passed in the same manner as in Example 2. As a result, as shown in Table 4, it was confirmed that the Na concentration in the treated water 1 Hr after passing through after regeneration was 3 ppt, which was several times higher than that in Example 2. The Na concentration of treated water for 360 hours from the start of water flow is shown in FIG.
  • Example 3 The anion exchange resin and the cation exchange resin used in Example 2 were used in the same amount as in Example 2, mixed to form a mixed bed, and the water flow during regeneration was as follows: Except for the above, water was passed under the same conditions as in Example 2. As a result, as shown in Table 4, the Na concentration in the treated water after 1 Hr of water after regeneration was 52 ppt. The Na concentration of treated water for 360 hours from the start of water flow is shown in FIG.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)

Abstract

【課題】塔内部におけるアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の逆再生が確実に防止され、再生直後でも高水質の脱イオン水を生産することができるイオン交換装置とそのための塔体を提供する。 【解決手段】再生時には、弁１２を閉、弁７，１０を開とし、上部給排配管３からＨＣｌなどの酸溶液を供給すると共に、第３の連通配管８からＮａＯＨなどのアルカリ溶液を供給する。酸溶液は、集配水部材４、不活性樹脂２２、カチオン交換樹脂２１、集配水部材６、連通配管５、弁７の順に流れ、カチオン交換樹脂２１が再生される。アルカリ溶液は、集配水部材９、不活性樹脂３２、アルカリ交換樹脂３１、集配水部材１４、下部給排配管１３の順に流れ、アニオン交換樹脂３１が再生される。

Description

イオン交換装置及びその塔体、並びに水処理装置
　本発明は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを備えた再生型のイオン交換装置と、そのための塔体に関する。本発明はまた、このイオン交換装置を備える水処理装置に関する。
　電子産業等における純水や超純水製造設備などにおいて、イオン交換装置が広く用いられている。このイオン交換装置の１つとして、混床式イオン交換装置が周知である。
　混床式イオン交換装置は、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とが混合された混合イオン交換樹脂層を有するイオン交換塔を備え、例えば原水の下降流通水によりイオン交換塔において原水中のカチオン及びアニオンを同時にイオン交換して純度の高い純水を製造するようにしている。そして、各イオン交換樹脂の再生を行う時には同一塔内で、混合イオン交換樹脂層を逆洗分離し、各イオン交換樹脂の比重差により上層に強塩基性アニオン交換樹脂層を、下層に強酸性カチオン交換樹脂層を形成した後、各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を通液して両イオン交換樹脂を個別に再生するようにしている。この再生操作は同一塔内で行われることもあるし、各イオン交換樹脂を別の塔に個別に抜き出し、それぞれの塔内で個別に再生を行うこともある。
　従来の混床式イオン交換装置にあっては、「逆再生」と呼ばれるカチオン・アニオン交換樹脂の分離不完全による不具合が生じることがある。
　即ち、カチオン交換樹脂はＨ形で使用され、その再生は酸溶液を通液することにより行われる。一方、アニオン交換樹脂はＯＨ形で使用され、その再生はアルカリ溶液を通液することにより行われる。前述の通り、混床式脱塩塔のイオン交換樹脂の再生に先立って、先ず混床に上向流通水を施して、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを比重差で分離した後、酸、例えば、ＨＣｌ水溶液を塔下部から導入してカチオン交換樹脂の再生を行い、またアルカリ、例えばＮａＯＨ水溶液を塔上部から導入してアニオン交換樹脂の再生を行う。各々の再生廃液は、アニオン交換樹脂床とカチオン交換樹脂床との界面部分に設けた排出配管より排出する。その後、Ｎ２ガスを塔底部から導入してアニオン交換樹脂とイオン交換樹脂を混合して混床とし、通水を再開する。
　このような再生型混床式イオン交換塔においては、酸又はアルカリによる各イオン交換樹脂の再生に先立って、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを十分に分離する必要がある。この分離が完全に行われず、例えば、アニオン交換樹脂中にカチオン交換樹脂が混入すると、アルカリ（主として水酸化ナトリウムが使用される。）による再生（逆再生）でカチオン交換樹脂がＮａ形となり、この樹脂を使って脱イオン処理を行うとナトリウムイオンが放出される。また、カチオン交換樹脂中にアニオン交換樹脂が混入すると、酸（主として硫酸又は塩酸が使用される。）による再生（逆再生）でアニオン交換樹脂がＳＯ４形又はＣｌ形となり、脱イオン処理に際して硫酸イオン又は塩素イオンが放出される。
　このような逆再生を防止しようとしたイオン交換装置として、特開平１０－１３７７５１（特許文献１）には、塔内を通水性の仕切板で上下２室に区画し、一方の室にカチオン交換樹脂を充填し、他方の室にアニオン交換樹脂を充填したものが記載されている。特に、特許文献１の図５，１１には、塔内を通水性の仕切板で上下２室に区画し、下室にカチオン交換樹脂を充填し、上室にアニオン交換樹脂を充填し、原水を上室から下室へ通水し、アニオン交換樹脂→カチオン交換樹脂の順に通水するものが記載されている。この仕切板は、水の流通を許容するが、イオン交換樹脂の流通は、阻止するものであり、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合が防止される。この特許文献１の塔体は一塔式であり、装置面積が小さい。
　特許文献１のイオン交換装置用塔体において、原水をカチオン交換樹脂→アニオン交換樹脂の順に通水した場合、後流側のアニオン交換樹脂からアニオン交換樹脂再生用のＮａＯＨ等に由来するＮａ等の金属イオン成分が多く溶出し、処理水質が低下するおそれがある。原水をアニオン交換樹脂→カチオン交換樹脂の順に通水した場合には、アニオン交換樹脂から溶出したＮａ等の金属成分はカチオン交換樹脂で捕捉されるので、処理水質は良好となる。
　ところで、原水をアニオン交換樹脂→カチオン交換樹脂の順に通水するイオン交換装置にあっては、原水がアニオン交換樹脂と接触したときに、アニオン交換樹脂によって硫酸イオンや塩素イオンなどのアニオン成分がＯＨイオンと置換し、ｐＨがアルカリ性となる。そして、原水に硬度成分が含まれている場合には、これら硬度成分のスケール（例えば水酸化マグネシウムや炭酸カルシウムなど）が発生する。特許文献１では、イオン交換装置の前段に逆浸透膜装置を設置し、硬度成分を除去している（特許文献１の第００６６段落）。
特開平１０－１３７７５１
　上記特開平１０－１３７７５１のイオン交換装置は、アニオン交換樹脂層とカチオン交換樹層とを仕切る仕切板が通水性であるため、再生時には、カチオン交換樹脂再生用の酸溶液が仕切板を通過してアニオン交換樹脂と接触することにより、逆再生が生じる。また、アニオン交換樹脂再生用のアルカリ溶液が仕切板を通過してカチオン交換樹脂と接触することにより、逆再生が生じる。特許文献１の００２３，００２７，００２８段落には、再生時に一方の再生剤が他方のイオン交換樹脂層に流入しないように純水をバランス水として通水することが記載されているが、再生剤の混入を完全に防止するには不十分であり、逆再生が生じてしまう。
　本発明は、塔内部におけるアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の逆再生が確実に防止され、再生直後でも高水質の脱イオン水を生産することができるイオン交換装置とそのための塔体を提供することを目的とする。
　本発明はまた、塔内部のアニオン交換樹脂へのスケール析出が防止されると共に、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の逆再生が確実に防止され、高水質の脱イオン水を安定して生産することができる水処理装置を提供することを目的とする。
　第１態様のイオン交換装置用塔体は、内部にイオン交換樹脂が充填されるイオン交換装置用塔体において、該塔体内に遮水性の仕切板によって上室と下室とが区画形成されており、該塔体外を引き回された連通手段によって該上室と下室とが連通されていることを特徴とするものである。
　第２態様のイオン交換装置は、第１態様のイオン交換装置用塔体と、該塔体の上室及び下室のうち一方に収容されたカチオン交換樹脂と、他方に収容されたアニオン交換樹脂とを備えてなるものである。
　第３態様のイオン交換装置は、第２態様において、前記上室の上部に液を供給又は排出するための上部給排配管と、該下室の下部に液を供給又は排出するための下部給排配管とを備えており、前記連通手段は、該上室の下部に液を給排するための第１の連通配管と、該下室の上部に液を給排するための第２の連通配管と、該第１の連通配管と第２の連通配管とを連通する第３の連通配管と、該第３の連通配管の開閉手段と、該第１の連通配管及び第２の連通配管にそれぞれ設けられた再生液の給排手段と、を備えたことを特徴とするものである。
　第４態様のイオン交換装置は、第３態様において、前記上室の上部、上室の下部、下室の上部及び下室の下部にそれぞれ、水は通すがイオン交換樹脂の通過を阻止する集配水部材が配置されており、前記上部給排配管、第１の連通配管、第２の連通配管及び下部給排配管の末端がそれぞれ該集配水部材に接続されていることを特徴とするものである。
　第５態様のイオン交換装置は、第４態様において、前記上室の上部及び下室の上部にそれぞれ粒状の不活性樹脂が充填されており、上室上部の集配水部材及び下室下部の集配水部材がそれぞれ該不活性樹脂中に埋設されていることを特徴とするものである。
　第６態様の水処理装置は、第２ないし５のいずれか１態様のイオン交換装置と、該イオン交換装置の前段に設けられた硬度成分除去手段とを有することを特徴とするものである。
　第７態様の水処理装置は、第６態様において、前記イオン交換装置は、被処理水が先にアニオン交換樹脂と接触し、その後カチオン交換樹脂と接触するよう構成されていることを特徴とするものである。
　本発明の塔体及びイオン交換装置においては、上室と下室とが遮水性の仕切板で区画され、一方の室にカチオン交換樹脂が収容され、他方の室にアニオン交換樹脂が収容されている。被処理水（原水）は、一方の室に供給され、連通手段を介して他方の室に流入し、該他方の室から取り出される。
　このイオン交換装置では、イオン交換樹脂の再生時には、各室に別々に酸又はアルカリが供給される。従って、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合することは全くなく、しかも、両室を区画する仕切板は遮水性であり、一方の室に供給された酸又はアルカリが仕切板を通過して他方の室に流入することは全くなく、逆再生が防止される。
　本発明の塔体は、内部を仕切板で上下２室に区画したものであり、アニオン交換塔とカチオン交換塔とを別々に設置したものと比べて設置スペースが少なくなり、配管の長さも少なくて済み、さらにイオン交換樹脂を充填するイオン交換樹脂室間を１枚の仕切板で分離するようにしたことにより、イオン交換装置の高さを低くできる。また、安価に製作できる。
　第３態様のイオン交換装置では、第１の連通配管及び第２の連通配管を介して上室及び下室にそれぞれ酸又はアルカリを容易に通水して効率よく再生を行うことができる。この際、第３の連通配管を閉とすることにより、酸、アルカリの混合が完全に防止される。そして、上室及び下室のイオン交換樹脂を同時に再生することができ、再生時間を大幅に短縮することができる。
　第４態様のイオン交換装置によれば、上室及び下室に水の局部的な滞留が生じることがなく、効率よく処理水（脱イオン水）の生産及びイオン交換樹脂の再生を行うことができる。
　第５態様のイオン交換装置は、上室及び下室の上部に不活性樹脂を充填しており、イオン交換樹脂の流動が抑制される。イオン交換樹脂が流動すると、採水時又は再生時に液が均等にイオン交換樹脂と接触しないため水質の低下が生じるおそれがあるが、この請求項５によれば、かかる水質低下が防止され、高水質の処理水を得ることができる。また、採水時と再生時の被処理水と再生剤の通水方向は特に限定されないが、採水を上向流、再生を下向流とする方が、高水質の処理水を得ることができるため望ましい。これは不活性樹脂の充填により、十分に再生されたイオン交換樹脂が各イオン交換樹脂の上部に固定され、採水時は被処理水の出口側にこのイオン交換樹脂が位置する為と考えられる。
　本発明の水処理装置においては、原水は、まず硬度成分除去手段で硬度成分が除去されてから水処理装置に通水されるため、イオン交換装置内でのスケール析出が防止される。
　特に、このイオン交換装置おいて、アニオン交換樹脂→カチオン交換樹脂の順に通水すると、イオン交換装置のアニオン交換樹脂にスケール成分が発生することが防止される。また、イオン交換装置において被処理水が先にアニオン交換樹脂と接触するので、アニオン交換樹脂から流出したＮａ等の金属成分がカチオン交換樹脂で捕捉される。
　さらに、イオン交換装置内において被処理水がアニオン交換樹脂と先に接触した場合、被処理水のｐＨが高くなり、このｐＨの高い被処理水がカチオン交換樹脂と接触することにより、カチオン交換樹脂でのイオン交換キャパシティーが大幅に増加する。
　即ち、被処理水がアニオン交換樹脂と接触してＨ＋イオン濃度が低い状態となってカチオン交換樹脂層に入ってくることにより、カチオン交換樹脂層内で進行する下記の平衡反応が右向きに促進される。なお、［Ｈ＋］－Ｒはカチオン交換樹脂を表わす。
　　［Ｈ＋］－Ｒ＋［Ｎａ＋］⇔［Ｎａ＋］－Ｒ＋［Ｈ＋］
　この結果、水質の良好なイオン交換処理水を長期にわたって安定して生産することが可能となる。
　本発明の水処理装置では、予め硬度成分を除去した後、イオン交換装置においてアニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂の順に通水することにより、処理水水質の向上とカチオン交換樹脂の実質的なイオン交換キャパシティーの向上が得られる。樹脂体積比率を交換容量比に合わせることにより、再生時にカチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂ともに交換容量を使い切った形にすることができ、経済性を向上させることができる。ホウ素やシリカといった弱塩基成分の除去性が必要な場合は、それらの元素の実質的な交換キャパシティーに合わせてカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との体積比を変えることにより、経済性の一層の向上を図ることができる。
実施の形態に係るイオン交換装置の排水時の状態を示す概略的な断面図である。 実施の形態に係るイオン交換装置の再生時の状態を示す概略的な断面図である。 実施の形態に係る水処理装置を示すフロー図である。 実施例及び比較例の結果を示すグラフである。
　以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
　まず図１ａ，１ｂを参照して本発明のイオン交換装置用塔体及びイオン交換装置の実施の形態について説明する。
　塔体１は筒軸心方向を鉛直方向とした円筒部１ａと、頂部の鏡板部１ｂと、底部の鏡板部１ｃとによって外殻が構成されている。鏡板部１ｂは上に凸に湾曲し、鏡板部１ｃは下に凸に湾曲している。
　この塔体１内が遮水性の仕切板２によって上室２０と下室３０との２室に区画されている。この実施の形態では、仕切板２は、水を全く通過させない金属又は合成樹脂製のものであり、鏡板部１ｃと同様に下に凸に湾曲している。仕切板２の周縁部は、円筒部１ａの内周面に対し溶接等により水密的に結合されている。
　上室２０内の上部に第１の集配水部材４が配置され、この第１の集配水部材４に上部給排配管３が接続されている。上室２０内の下部に第２の集配水部材６が設置され、この集配水部材６に第１の連通配管５が接続されている。下室３０内の上部に第３の集配水部材９が設置され、この集配水部材９に第２の連通配管８が接続されている。連通配管５，８は、第３の連通配管１１によって接続され、この連通配管１１に弁１２が設置されている。
　連通配管５，８の末端部には、それぞれ再生液の給排手段としての弁７，１０が設けられている。下室３０の下部には、第４の集配水部材１４が設置され、この集配水部材１４に下部給排配管１３が設置されている。
　上室２０内の大部分にカチオン交換樹脂２１が充填され、このカチオン交換樹脂２１の上側に粒状の不活性樹脂２２が充填されている。第１の集配水部材４はこの不活性樹脂２２内に埋設されている。
　下室３０内の大部分にアニオン交換樹脂３１が充填され、このアニオン交換樹脂３１の上側に粒状の不活性樹脂３２が充填されている。第３の集配水部材９はこの不活性樹脂３２中に埋設されている。
　不活性樹脂としては、イオン交換樹脂よりも比重の小さいポリアクリロニトリル系樹脂などが用いられる。不活性樹脂の粒径は、イオン交換樹脂と同程度が好ましい。
　集配水部材４，６，９，１４としては、従来のイオン交換装置で使用されている集水板や、放射状に延在させた配管に多数のスリットを設けたストレーナーなどを使用することができる。例えば、イオン交換樹脂の大きさ（粒径）が約０．４ｍｍ程度の場合、ストレーナーとしてスリットの幅が約０．２ｍｍのものを使用するのが好ましい。集配水部材４，１４は、それぞれ鏡板部１ｂ、鏡板部１ｃに沿う形状を有しており、鏡板部１ｂ、鏡板部１ｃに沿うデッドスペースが小さいものとなっている。また、集配水部材６，９は、仕切板２に沿う形状を有しており、仕切板２に沿うデッドスペースが小さいものとなっている。
　このイオン交換装置を用いた脱イオン水の生産（採水）時のフローを図１ａに示す。この場合、弁１２を開、弁７，１０を閉とし、下部給排配管１３から原水（被処理水）を供給する。この原水は集配水部材１４、アニオン交換樹脂３１、不活性樹脂３２、集配水部材９、連通配管８，１１，５、集配水部材６、カチオン交換樹脂２１、不活性樹脂２２、集配水部材４、上部給排配管３の順に流れ、処理水（脱イオン水）として取り出される。
　アニオン交換樹脂３１及びカチオン交換樹脂２１の再生時には、図１ｂのように弁１２を閉、弁７，１０を開とし、上部給排配管３からＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４などの酸溶液を供給すると共に、第２の連通配管８からＮａＯＨなどのアルカリ溶液を供給する。酸溶液は、集配水部材４、不活性樹脂２２、カチオン交換樹脂２１、集配水部材６、連通配管５、弁７の順に流れ、再生廃水（酸）として流出し、これによりカチオン交換樹脂２１が再生される。アルカリ溶液は、集配水部材９、不活性樹脂３２、アニオン交換樹脂３１、集配水部材１４、下部給排配管１３の順に流れ、再生廃水（アルカリ）として流出し、これにより、アニオン交換樹脂３１が再生される。
　再生終了後は、図１ｂのＨＣｌ溶液、ＮａＯＨ溶液の代わりに、それぞれ純水を通水し、各経路及び樹脂をリンスした後、必要に応じて純水で上室と下室を個別に下向流洗浄しながら洗浄排水を排出し、その後、純水を上室２０と下室３０との間で所定時間循環させ、次いで、採水工程に復帰する。この再生に際しては、カチオン交換樹脂２１とアニオン交換樹脂３１とが混ざり合うことは全くない。また、再生用の酸溶液が下室３０に流入したり、アルカリ溶液が上室２０に混入することが全くなく、逆再生が完全に防止される。加えて、カチオン交換樹脂２１とアニオン交換樹脂３１とを同時に並行して再生することができ、再生時間が著しく短いものとなる。
　このイオン交換装置は、１つの塔体１内を１枚の仕切板２によって上下２室に区画したものであり、塔体の高さが低く、設置スペースも小さい。また、上室２０と下室３０とを連通する配管５，１１，８が短くてすむ。
　このイオン交換装置では集配水部材４，６，９，１４が鏡板部１ｂ、仕切板２、鏡板部１ｃに沿って設けられており、水の局部的な滞留が防止される。
　このイオン交換装置では、上室２０及び下室３０の上部に不活性樹脂２２，３２を充填しており、カチオン交換樹脂２１及びアニオン交換樹脂３１の流動が防止され、採水時及び再生時に液が均等にカチオン交換樹脂２１及びアニオン交換樹脂３１と接触するようになっており、高水質の脱イオン水が得られると共に、十分に再生が行われるようになる。
　上記実施の形態では、上室２０にカチオン交換樹脂を収容し、下室３０にアニオン交換樹脂を収容しているが、逆としてもよい。上記実施の形態では、上室２０と下室３０とが配管５，１１，８を介して連通されているが、塔体１の外部を引き回されている限り、これに限定されない。また、この実施の形態では、３個の弁７，１０，１２を用いているが、２個の三方弁を用いて流路切り替えを行うようにしてもよい。
　次に、図２を参照して本発明の水処理装置の実施の形態について説明する。
　図２は実施の形態に係る水処理装置のフロー図である。原水は、硬度成分除去手段４１で硬度成分が除去された後、イオン交換装置４２に通水される。このイオン交換装置４２は、図１ａ，１ｂに示す構成とされており、塔体１内が仕切板２で上下２室に区画され、下室にアニオン交換樹脂３１が充填され、上室にカチオン交換樹脂２１が充填されている。硬度成分が除去された原水は、まずアニオン交換樹脂３１と接触してアニオンが除去された後、カチオン交換樹脂２１と接触してカチオンが除去され、処理水となる。
　なお、硬度成分除去手段としては、逆浸透装置（ＲＯ装置）、イオン交換装置などが挙げられる。これらの硬度成分除去手段は１段のみ用いられてもよく、２段以上直列に接続されたものでもよく、２種類以上の硬度成分除去手段を直列に接続してもよい。硬度成分除去手段を含む本発明の水処理装置の構成を例示すると次の（ａ）～（ｊ）の通りである。
（ａ）　ＲＯ－本発明に係るイオン交換装置
（ｂ）　ＲＯ－ＲＯ－本発明に係るイオン交換装置
（ｃ）　ＲＯ－脱気装置－本発明に係るイオン交換装置
（ｄ）　脱気装置－ＲＯ－本発明に係るイオン交換装置
（ｅ）　脱気装置－ＲＯ－ＲＯ－本発明に係るイオン交換装置
（ｆ）　ＲＯ－脱気装置－ＲＯ－本発明に係るイオン交換装置
（ｇ）　ＲＯ－ＲＯ－脱気装置－本発明に係るイオン交換装置
（ｈ）　イオン交換装置－本発明に係るイオン交換装置
（ｉ）　イオン交換装置－脱気装置－本発明に係るイオン交換装置
（ｊ）　イオン交換装置－脱気装置－イオン交換装置－本発明に係るイオン交換装置
　この水処理装置のイオン交換装置４２において、被処理水をアニオン交換樹脂３１→カチオン交換樹脂２１の順に通水することにより、即ち、図１ａに示すように弁１２を開、弁７，１０を閉とし、下部給排配管１３からの原水を集配水部材１４、アニオン交換樹脂３１、不活性樹脂３２、集配水部材９、連通配管８，１２，５、集配水部材６、カチオン交換樹脂２１、不活性樹脂２２、集配水部材４、上部給排配管３の順に流すことにより、仮にアニオン交換樹脂３１からＮａ等の金属イオンが溶出しても、この金属イオンはカチオン交換樹脂２１で捕捉され、処理水中にリークしない。また、先にアニオン交換樹脂３１と接触してｐＨが高くなった（Ｈ＋イオン濃度が低くなった）被処理水がカチオン交換樹脂２１と接触することにより、カチオン交換樹脂２１のカチオン交換容量が大幅に増加する。このため、水質の良好な処理水が得られる。さらに、原水を硬度成分除去手段４１で処理して硬度成分を除去してからイオン交換装置４２に通水するので、アニオン交換樹脂３１にスケール成分が付着することも防止され、長期にわたって安定して通水することができる。
＜必要樹脂体積比＞
　下記の表１に例を示す通り、通常イオン交換樹脂はカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とで総交換容量が異なる。一般的には、カチオン交換樹脂の方が総交換容量が多く、給水のイオンがカチオン、アニオン当量であるとするならば、アニオン交換樹脂量をカチオン交換樹脂に比べて体積として多めにするのが好ましい。例えばアニオン交換樹脂の体積量をカチオン交換樹脂の体積量の１．５～５倍とするのが好ましい。また、ホウ素やシリカといった弱塩基の除去性をあげる必要があった場合、下に例を示す通り体積樹脂比を総交換容量を合わせるだけでなく、これら弱塩基の実質的な交換キャパシティーに合わせた体積樹脂比率とするのが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　以下、実施例、参考例及び比較例について説明する。
［実施例１，比較例１］
　実施例１では図１ａ，１ｂに示すイオン交換装置を用いた。諸元は次の通りである。
　　　塔体直径　：　４５０ｍｍ
　　塔体の高さ　：　３０００ｍｍ
　　　上室容積　：　１９０Ｌ
　　　下室容積　：　２６０Ｌ
　　　カチオン交換樹脂２１の充填量　：　１５０Ｌ
　　　アニオン交換樹脂３１の充填量　：　２００Ｌ
　　　不活性樹脂２２の充填量　　：　３０Ｌ
　　　不活性樹脂３２の充填量　　：　３０Ｌ
　比較例１では、市販の混床型イオン交換装置を用いた。諸元は次の通りである。
　　　塔体直径　：　４５０ｍｍ
　　塔体の高さ　：　４０００ｍｍ
　　　　　容積　：　６４０Ｌ
　　　カチオン交換樹脂の充填量　：　１５０Ｌ
　　　アニオン交換樹脂の充填量　：　２００Ｌ
　実施例１及び比較例１において、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂としては次のものを用いた。
　アニオン交換樹脂：強塩基性陰イオン交換樹脂「Ｄｏｗ　５５０Ａ」
　カチオン交換樹脂：強酸性陽イオン交換樹脂「Ｄｏｗ　６５０Ｃ」
　各イオン交換装置にＲＯ処理水（導電率：５μＳ／ｃｍ、金属Ｎａ：１ｐｐｍ、塩化物イオン：１ｐｐｍ、ＳｉＯ２：１ｐｐｍ）を一定時間通水した後、下記の酸溶液及びアルカリ溶液を用いて同時に再生し、その後の処理水質を確認した。
（１）　運転条件
　　　　ＲＯ処理水通水流量：１５ｍ３／ｈ
（２）　再生条件
　　　　酸溶液
　　　　　ＨＣｌ濃度：５重量％
　　　　　通水流量：０．７５ｍ３／ｈ、３０分
　　　　アルカリ溶液
　　　　　ＮａＯＨ濃度：５重量％
　　　　　通水流量：１ｍ３／ｈ、加温４０℃、４０分
＜再生時間比較＞
　実施例１のイオン交換装置の再生時間（ｍｉｎ）は、４０(薬品通液時間)＋４０（純水による薬品押出時間）＋５（純水で洗浄しながら排水）＋１５(純水の循環洗浄)＝１００ｍｉｎであった。
　一方、比較例１の従来型混床式イオン交換装置再生時間は、１０(樹脂分離時間)＋３０(カチオン交換樹脂：薬品通液時間)+３０(カチオン交換樹脂：薬品押出時間)＋４０（アニオン交換樹脂：薬品通液時間）＋４０（アニオン交換樹脂：薬品押出時間）＋５（純水で洗浄しながら排水）＋１５(樹脂混合時間)＋３０(循環洗浄)=２００ｍｉｎであった。
　この実施例１及び比較例１で再生されたイオン交換装置で前記ＲＯ処理水を同様の条件で通水して採水工程を開始したときの処理水の比抵抗値の経時変化を表２に示す。また、再生後の採水開始後、１時間経過した時点での処理水の水質を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表２，３から明らかな通り、本発明によれば、従来の混床式イオン交換塔に比べ、逆再生による水質立上り時間の短縮（表２）および高純度化（表３）が可能であり、且つアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を同時に再生できるため、再生時間も半減でき、且つ装置コスト、設置面積は同等以下である。
［実施例２］
　後述の模擬原水を硬度成分除去手段としてのＲＯ装置に通水してから図１ａ，１ｂに示すイオン交換装置に通水した。このイオン交換装置の主な条件は次の通りである。
（１）イオン交換樹脂
　　　カチオン交換樹脂：Ｄｏｗ　６５０Ｃ，充填量　　３００ｍＬ
　　　アニオン交換樹脂：Ｄｏｗ　５５０Ａ，充填量　　６００ｍＬ
（２）通水流量：１Ｌ／ｍｉｎ
（３）再生条件
　再生液は次の通りである。
　　ＨＣｌ水溶液：ＨＣｌ濃度５重量％，通水流量：１Ｌ/ｈ、３０分
　　ＮａＯＨ水溶液：ＮａＯＨ濃度５重量％，通水流量：２Ｌ/ｈ、加温４０℃、３０分
　再生液は、次のように通液した。
　　３０分(薬品通液時間)→３０分超純水通水（薬品押出時間）→１５分原水通水(運転切り換え時間) 
（４）ＲＯ装置
　ＲＯ装置の主な条件は次の通りである。
　　ＲＯ膜　　　　　　　：　ＥＳ－２０－Ｄ（日東電工社）
　　ＲＯ運転条件　　　　：　回収率７５％
　　ＲＯ処理水Ｍｇ濃度　：　１ｍｇ／Ｌ
　　Ｎａ濃度　　　　　　：　１ｍｇ／Ｌ
（５）模擬原水の製造方法
　模擬原水は、超純水にＭｇＣｌ２を６０ｍｇ／Ｌ－ａｓＣａ、ＮａＣｌを５０ｍｇ／Ｌ－ａｓＮａそれぞれ溶解させ、膜脱気により脱気して調製したものである。使用した脱気膜はＬｉｑｕｉ－Ｃｅｌ　ＤＸ－５０（セルガード社）である。
（６）結果
　その結果、表４の通り、再生後通水１Ｈｒ後の処理水中のＮａ濃度は１ｐｐｔ（ｎｇ／Ｌ）以下であった。通水開始から３６０時間の間の処理水のＮａ濃度を図３に示す。
［比較例２］
　模擬原水をＲＯ装置に通水することなく直接にイオン交換装置に通水したこと以外は実施例２と同様にして模擬原水を処理した。
　この場合、通水開始直後にアニオン交換樹脂層に水酸化マグネシウムのスケールが発生し、通水継続が困難となった。
［参考例１］
　実施例２において、模擬原水をＲＯ装置に通水した後、まずカチオン交換樹脂に通水し、次いでアニオン交換樹脂に通水した。即ち、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との通水順序を実施例２と逆にした。これ以外は実施例２と同様にして通水した。その結果、表４の通り、再生後通水時１Ｈｒ後の処理水中のＮａ濃度は３ｐｐｔであり、実施例２の数倍以上の濃度であることが認められた。通水開始から３６０時間の間の処理水のＮａ濃度を図３に示す。
［比較例３］
　実施例２に用いたアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを実施例２と同量ずつ用い、且つこれを混合して混床としたこと、及び再生時の通水フローを下記の通りとしたこと以外は実施例２と同一条件にて通水を行った。その結果、表４の通り、再生後通水１Ｈｒ後の処理水中のＮａ濃度は５２ｐｐｔであった。通水開始から３６０時間の間の処理水のＮａ濃度を図３に示す。
＜比較例３における再生時の通水フロー＞
　２０分超純水を０．３Ｌ／ｍｉｎにて上向流で通水(樹脂分離時間)→(３０分(薬品（ＨＣｌ）通液)→３０分超純水通水(薬品押出))→(３０分(薬品（ＨＣｌ）通液)→３０分超純水通水(薬品押出))→１５分超純水通水(樹脂混合)→３０分(運転切り換え時間)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
［考察］
　表４及び図３の通り、本発明によると高水質の処理水を安定して生産することが可能である。
　本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
　なお、本出願は、２００９年９月３０日付で出願された日本特許出願（特願２００９－２２７４５３）及び２０１０年３月１６日付で出願された日本特許出願（特願２０１０－０５９３９０）に基づいており、その全体が引用により援用される。
　１　塔体
　１ｂ，１ｃ　鏡板
　２　仕切板
　３　上部給排配管
　４，６，９，１４　集配水部材
　５，８，１１　連通配管
　１３　下部給排配管
　２０　上室
　３０　下室
　４１　硬度成分除去手段
　４２　イオン交換装置

Claims (7)

  1. 　内部にイオン交換樹脂が充填されるイオン交換装置用塔体において、
    　該塔体内に遮水性の仕切板によって上室と下室とが区画形成されており、
    　該塔体外を引き回された連通手段によって該上室と下室とが連通されていることを特徴とするイオン交換装置用塔体。
  2. 　請求項１のイオン交換装置用塔体と、
    　該塔体の上室及び下室のうち一方に収容されたカチオン交換樹脂と、
    　他方に収容されたアニオン交換樹脂とを備えてなるイオン交換装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記上室の上部に液を供給又は排出するための上部給排配管と、
    　該下室の下部に液を供給又は排出するための下部給排配管と、
    を備えており、前記連通手段は、
    　該上室の下部に液を給排するための第１の連通配管と、
    　該下室の上部に液を給排するための第２の連通配管と、
    　該第１の連通配管と第２の連通配管とを連通する第３の連通配管と、
    　該第３の連通配管の開閉手段と、
    　該第１の連通配管及び第２の連通配管にそれぞれ設けられた再生液の給排手段と
    を備えたことを特徴とするイオン交換装置。
  4. 　請求項３において、前記上室の上部、上室の下部、下室の上部及び下室の下部にそれぞれ、水は通すがイオン交換樹脂の通過を阻止する集配水部材が配置されており、
    　前記上部給排配管、第１の連通配管、第２の連通配管及び下部給排配管の末端がそれぞれ該集配水部材に接続されていることを特徴とするイオン交換装置。
  5. 　請求項４において、前記上室の上部及び下室の上部にそれぞれ粒状の不活性樹脂が充填されており、上室上部の集配水部材及び下室下部の集配水部材がそれぞれ該不活性樹脂中に埋設されていることを特徴とするイオン交換装置。
  6. 　請求項２ないし５のいずれか１項に記載のイオン交換装置と、該イオン交換装置の前段に設けられた硬度成分除去手段とを有することを特徴とする水処理装置。
  7. 　請求項６において、前記イオン交換装置は、被処理水が先にアニオン交換樹脂と接触し、その後カチオン交換樹脂と接触するよう構成されていることを特徴とする水処理装置。
PCT/JP2010/066225 2009-09-30 2010-09-17 イオン交換装置及びその塔体、並びに水処理装置 WO2011040278A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201080042085XA CN102548906A (zh) 2009-09-30 2010-09-17 离子交换装置及其塔体以及水处理装置

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-227453 2009-09-30
JP2009227453A JP5672687B2 (ja) 2009-09-30 2009-09-30 イオン交換装置
JP2010-059390 2010-03-16
JP2010059390A JP5609181B2 (ja) 2010-03-16 2010-03-16 イオン交換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011040278A1 true WO2011040278A1 (ja) 2011-04-07

Family

ID=43826102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/066225 WO2011040278A1 (ja) 2009-09-30 2010-09-17 イオン交換装置及びその塔体、並びに水処理装置

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR20120091014A (ja)
CN (1) CN102548906A (ja)
TW (1) TWI483778B (ja)
WO (1) WO2011040278A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012205994A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Kurita Water Ind Ltd イオン交換装置
JP2012205989A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Kurita Water Ind Ltd 純水製造装置
CN108249519A (zh) * 2018-04-17 2018-07-06 袁龙 软化除碱离子交换器

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013233531A (ja) * 2012-05-11 2013-11-21 Japan Organo Co Ltd 復水脱塩装置および復水脱塩方法
JP5999400B1 (ja) * 2016-03-18 2016-09-28 栗田工業株式会社 イオン交換装置及びその使用方法
JP6337933B2 (ja) * 2016-09-16 2018-06-06 栗田工業株式会社 水質管理システム及び水質管理システムの運転方法
CN115465919B (zh) * 2022-10-25 2023-09-08 江苏源邦环境科技有限公司 一种复合式离子交换装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1094784A (ja) * 1996-09-24 1998-04-14 Kurita Water Ind Ltd 復水処理装置
JPH10137751A (ja) * 1996-11-07 1998-05-26 Japan Organo Co Ltd イオン交換方法及びこのイオン交換方法に用いられるイオン交換塔
JP2001205263A (ja) * 2000-01-27 2001-07-31 Japan Organo Co Ltd 複床式イオン交換装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100572305C (zh) * 2006-08-11 2009-12-23 中国石油化工股份有限公司 丙烯腈急冷工艺废水的处理方法
JP5053940B2 (ja) * 2007-08-21 2012-10-24 旭化成ケミカルズ株式会社 廃水処理方法及び廃水処理装置
CN201141002Y (zh) * 2007-11-19 2008-10-29 湖南利多环保科技发展有限公司 污水循环处理设备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1094784A (ja) * 1996-09-24 1998-04-14 Kurita Water Ind Ltd 復水処理装置
JPH10137751A (ja) * 1996-11-07 1998-05-26 Japan Organo Co Ltd イオン交換方法及びこのイオン交換方法に用いられるイオン交換塔
JP2001205263A (ja) * 2000-01-27 2001-07-31 Japan Organo Co Ltd 複床式イオン交換装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012205994A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Kurita Water Ind Ltd イオン交換装置
JP2012205989A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Kurita Water Ind Ltd 純水製造装置
CN108249519A (zh) * 2018-04-17 2018-07-06 袁龙 软化除碱离子交换器

Also Published As

Publication number Publication date
TWI483778B (zh) 2015-05-11
CN102548906A (zh) 2012-07-04
KR20120091014A (ko) 2012-08-17
TW201130561A (en) 2011-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011040278A1 (ja) イオン交換装置及びその塔体、並びに水処理装置
JP5672687B2 (ja) イオン交換装置
JP5720364B2 (ja) イオン交換装置
JP5849419B2 (ja) 純水製造装置
JP7275536B2 (ja) 電気脱イオン装置及びこれを用いた脱イオン水の製造方法
JP2010201361A (ja) 電気式脱イオン水製造装置及びこれを用いた脱イオン水の製造方法
JP4869881B2 (ja) イオン交換装置及びイオン交換方法
CN102325728A (zh) 离子交换装置的运转方法以及离子交换装置
JP4931178B2 (ja) 復水脱塩方法及び装置
JP5862029B2 (ja) イオン交換装置
JP5609181B2 (ja) イオン交換装置
JP5729062B2 (ja) 水処理方法及び水処理システム
TWI756249B (zh) 再生式離子交換裝置及其運轉方法
JP2009066525A (ja) イオン交換樹脂の充填方法及び復水脱塩装置
JP2012196634A (ja) 水処理方法及び水処理システム
JP5786376B2 (ja) 水処理方法及び水処理システム
JP6015737B2 (ja) 再生型イオン交換装置の運転方法
WO2017159812A1 (ja) イオン交換装置及びその使用方法
JP3480661B2 (ja) 電気式脱イオン水製造装置の通水処理方法
JP3613376B2 (ja) 純水製造装置及び純水製造方法
JP2005296748A (ja) 復水脱塩装置とその再生方法
KR20190046718A (ko) 수질 관리 시스템 및 수질 관리 시스템의 운전 방법
JP2654053B2 (ja) 復水脱塩装置
JP2742975B2 (ja) イオン交換装置の再生方法
JPH0768254A (ja) 純水製造装置、及び同装置の再生方法

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080042085.X

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10820397

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20127007937

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10820397

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1