(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が混合充填された混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法であって、
前記混合樹脂が流動し、前記混合樹脂が前記混床式樹脂充填塔の塔頂部に達しない線流速（ＬＶ）で逆洗を行う逆洗工程Ａと、前記混合樹脂が前記混床式樹脂充填塔の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）で逆洗を行う逆洗工程Ｂと、を有し、前記逆洗工程Ａを行った後、前記逆洗工程Ｂを行い、カチオン交換樹脂層とアニオン交換樹脂層に分離することを特徴とする混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法。
【請求項２】
請求項１記載の混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法であって、前記混床式樹脂充填塔の有効塔高は、前記混合樹脂の層高に対して１．２〜１．５倍の範囲であることを特徴とする混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が混合充填された混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理水のイオン交換処理には、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を混合充填した混床式樹脂充填塔で処理する混床法がある。混床式樹脂充填塔の運転は、被処理水を脱塩（イオン交換処理）して脱塩水を製造する脱塩処理工程、充填塔内の混合樹脂（アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂）を分離する分離工程、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂を再生する再生工程、再生後の各樹脂を混合する混合工程を１サイクルとして繰り返される。
【０００３】
再生工程では、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂を別々に再生する必要があるため、再生工程前等に、混床式樹脂充填塔の混合樹脂を分離する分離工程が必要となる。分離工程では、一般的に、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の比重差を利用して、逆洗を行うことにより混合樹脂の分離を行う。但し、逆洗の際の線流速は混合樹脂の分離が充分に可能な展開率が確保できる値以上で実施される必要がある。展開率は以下のように求められる。展開率（％）＝（逆洗時の混合樹脂の層高−静置時の混合樹脂の層高）／静置時の混合樹脂の層高
【０００４】
一般的に、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との分離性を高くしようとすると、充填塔の有効塔高を静置時の混合樹脂の層高と混合樹脂の分離が充分に可能な展開率分の高さとの和以上にする必要があるため、充填塔が大型化し、設備コストが増大する。逆に、設備コストを下げるために、充填塔の有効塔高を静置時の混合樹脂の層高と混合樹脂の分離が充分に可能な展開率分の高さとの和未満にすると、逆洗時に上層の混合樹脂が、充填塔の塔頂部でパックされるため、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との分離性が低下する。有効塔高とは、逆洗時に樹脂が流動する充填塔内空間の高さであり、実質的には充填された樹脂の底部から充填塔の塔頂部までの高さである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−７６８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との分離性を向上させることができる混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が混合充填された混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法であって、前記混合樹脂が流動し、前記混合樹脂が前記混床式充填塔の塔頂部に達しない線流速（ＬＶ）で逆洗を行う逆洗工程Ａと、前記混合樹脂が前記混床式樹脂充填塔の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）で逆洗を行う逆洗工程Ｂと、を組み合わせて、カチオン交換樹脂層とアニオン交換樹脂層に分離する。
【０００８】
（２）本発明は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂が混合充填された混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法であって、前記混合樹脂が前記混床式樹脂充填塔の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）で逆洗を行う逆洗工程を間欠的に行い、前記カチオン交換樹脂層とアニオン交換樹脂層に分離する。
【０００９】
（３）上記（１）又は（２）記載の混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法において、前記混床式樹脂充填塔の有効塔高は、前記混合樹脂の層高に対して１．２〜１．５倍の範囲であることが好ましい。
【００１０】
（４）上記（１）記載の混床式樹脂充填塔の混合樹脂の分離方法において、前記逆洗工程Ａを行った後、前記逆洗工程Ｂを行い、カチオン交換樹脂層とアニオン交換樹脂層に分離することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との分離性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る混床式樹脂充填塔を含む脱塩処理装置の構成の一例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る混床式樹脂充填塔を含む脱塩処理装置の構成の一例を示す模式断面図である。図１に示す脱塩処理装置１は、混床式樹脂充填塔１０（以下、単に充填塔と呼ぶ場合がある）、原水槽１２、水酸化ナトリウム貯槽１４、塩酸貯槽１６、処理水槽１８、各種ポンプ及び配管を備える。
【００１５】
混床式樹脂充填塔１０と原水槽１２との間は配管２０ａにより接続され、処理水槽１８と混床式樹脂充填塔１０との間は配管２０ｂにより接続され、水酸化ナトリウム貯槽１４と配管２０ａとの間は配管２０ｃにより接続され、塩酸貯槽１６と配管２０ｂとの間は配管２０ｄにより接続され、処理水槽１８と配管２０ｂとの間は配管２０ｅにより接続され、配管２０ｆは配管２０ｂに接続されている。また、混床式樹脂充填塔１０には配管２０ｇが接続されている。また、混床式樹脂充填塔１０内にはコレクタ２４が設置され、コレクタ２４には配管２０ｈが接続されている。また、混床式樹脂充填塔１０には吸気用の配管２０ｉが接続され、配管２０ｂにはドレーン用の配管２０ｊが接続されている。各配管（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ，２０ｉ，２０ｊ）にはバルブが設置され、配管（２０ａ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ）にはポンプ（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）が設置されている。混床式樹脂充填塔１０内には、アニオン交換樹脂２６及びカチオン交換樹脂２８の混合樹脂３０が充填されている。
【００１６】
混床式樹脂充填塔１０内には、アニオン交換樹脂２６及びカチオン交換樹脂２８を含む混合樹脂３０が充填されている。本実施形態で用いられるアニオン交換樹脂２６は、強塩基性、弱塩基性等特に制限されるものではなく、また、本実施形態で用いられるカチオン交換樹脂２８は、強酸性、弱酸性等特に制限されるものではないが、純水、超純水等の脱塩処理（イオン交換処理）を目的とする場合には、強塩基性アニオン交換樹脂及び強酸性カチオン交換樹脂を選択することが望ましい。
【００１７】
以下に、本実施形態の脱塩処理装置１の動作について説明する。
【００１８】
本実施形態の混床式樹脂充填塔１０の運転は、原水を脱塩（イオン交換処理）して脱塩水を製造する脱塩処理工程、混床式樹脂充填塔１０内の混合樹脂３０（アニオン交換樹脂２６、カチオン交換樹脂２８）を分離する分離工程、アニオン交換樹脂２６、カチオン交換樹脂２８を再生する再生工程、再生後の各樹脂を混合する混合工程を１サイクルとして繰り返される。
【００１９】
＜脱塩処理工程＞
ポンプ２２ａを稼働させ、配管２０ａのバルブ及び配管２０ｂのバルブを開いて、原水槽１２内の原水を配管２０ａから混床式樹脂充填塔１０内へ送液する。原水は、混床式樹脂充填塔１０内のアニオン交換樹脂２６及びカチオン交換樹脂２８により脱塩処理（イオン交換処理）される。脱塩処理された処理水は、配管２０ｂを通り処理水槽１８に貯留される。
【００２０】
＜分離工程＞
本実施形態では、脱塩処理を所定時間実施した後、配管２０ａのバルブ及び配管２０ｂのバルブを閉じ、ポンプ２２ｄを稼働させ、配管２０ｅのバルブ及び配管２０ｇのバルブを開いて、脱塩処理した処理水を逆洗水として配管２０ｅから混床式樹脂充填塔１０内へ送液し、上向流で混床式樹脂充填塔１０内の混合樹脂３０を逆洗し、逆洗水を配管２０ｇから系外へ排出する。このような逆洗によって、混床式樹脂充填塔１０内の混合樹脂３０は所定の高さまで立ち上がりながら流動し、両樹脂の比重差（アニオン交換樹脂２６の比重＜カチオン交換樹脂２８の比重）によって分離し、静置すると混合樹脂３０は上層のアニオン交換樹脂層と下層のカチオン交換樹脂層に分離する。
【００２１】
混床式樹脂充填塔１０内の混合樹脂３０を充填塔の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）に設定し、逆洗を行うと、混合樹脂３０の一部が塔頂部で、逆洗時の水圧により混合樹脂３０の状態でパックされてしまうため、その分だけアニオン交換樹脂２６とカチオン交換樹脂２８の分離性が低下する。また、混床式樹脂充填塔１０内の混合樹脂３０を充填塔の塔頂部に達しない線流速（ＬＶ）に設定し、逆洗を行うと、混合樹脂３０が充分に流動せず、アニオン交換樹脂２６とカチオン交換樹脂２８の分離が充分に行われない。
【００２２】
そこで、本実施形態では、混合樹脂３０が流動し、混合樹脂３０が充填塔の塔頂部に達しない線流速（ＬＶ）で逆洗を行う逆洗工程Ａと、混合樹脂３０が充填塔の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）で逆洗を行う逆洗工程Ｂと、を組み合わせて、カチオン交換樹脂層とアニオン交換樹脂層に分離する。この組み合わせは、逆洗工程Ａを行った後、逆洗工程Ｂを行った場合、逆洗工程Ｂを行った後、逆洗工程Ａを行った場合、これらを複数回行った場合等である。さらに、逆洗工程Ａから逆洗工程Ｂの移行時、又は逆洗工程Ｂから逆洗工程Ａの移行時には、逆洗を止めて所定時間混合樹脂３０を静置する時間を設ける場合も含まれる。さらに、本実施形態の他の例では、混合樹脂３０が充填塔の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）で逆洗を行う逆洗工程を間欠的に行い、カチオン交換樹脂層とアニオン交換樹脂層に分離する。この間欠的とは、上記逆洗及び一定時間逆洗の停止を１サイクルとして、これを複数サイクル（少なくとも２サイクル）行うことである。
【００２３】
＜逆洗工程Ａを行った後、逆洗工程Ｂを行った場合＞
まず、混合樹脂３０が混床式樹脂充填塔１０の塔頂部に達しない線流速（ＬＶ）で逆洗を行うことにより（逆洗工程Ａ）、アニオン交換樹脂２６とカチオン交換樹脂２８とは完全に分離しないものの、比重の小さいアニオン交換樹脂２６は、逆洗により流動する樹脂層の上部に移動する。次に、混合樹脂３０が充填塔の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）で逆洗を行うことにより（逆洗工程Ｂ）、樹脂の一部が塔頂部で、逆洗時の水圧によりパックされるが、パックされる樹脂は、逆洗工程Ａにより樹脂の上部に移動したアニオン交換樹脂２６であり、両樹脂が混合した状態でパックされることが抑制される。また、逆洗工程Ｂで、アニオン交換樹脂２６とカチオン交換樹脂２８とが充分に分離される。したがって、本実施形態では、充填塔の上部にアニオン交換樹脂層、充填塔の下部にカチオン交換樹脂層に分離させることができる。
【００２４】
＜逆洗工程Ｂを行った後、逆洗工程Ａを行った場合＞
まず、混合樹脂３０が混床式樹脂充填塔１０の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）で逆洗を行う（逆洗工程Ｂ）。ここでは、アニオン交換樹脂２６とカチオン交換樹脂２８との分離は進むが、その一方で、混合樹脂３０の一部が塔頂部で、逆洗時の水圧により混合樹脂３０の状態でパックされる。次に、混合樹脂３０が充填塔の塔頂部に達しない線流速（ＬＶ）で逆洗を行うことにより、パックされた混合樹脂３０が流動し、比重の大きいカチオン交換樹脂２８が、逆洗により流動する樹脂層の下部に沈降する。したがって、本実施形態では、充填塔の上部にアニオン交換樹脂層、充填塔の下部にカチオン交換樹脂層に分離させることができる。
【００２５】
アニオン交換樹脂２６とカチオン交換樹脂２８との分離性の点で、逆洗工程Ｂを行った後に逆洗工程Ａを行って混合樹脂３０を分離させた場合より、逆洗工程Ａを行った後に逆洗工程Ｂを行って混合樹脂３０を分離させた方が好ましい。
【００２６】
＜逆洗を間欠的に行った場合＞
まず、混合樹脂３０が充填塔の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）で逆洗を行う。これにより、アニオン交換樹脂２６とカチオン交換樹脂２８との分離は進むが、その一方で、混合樹脂３０の一部が塔頂部で、逆洗時の水圧により混合樹脂３０の状態でパックされる。次に、上記逆洗を停止する。そうすると、両樹脂の比重差によって、樹脂が沈降する際に、混合樹脂３０（パックされた混合樹脂３０も含む）のうち、比重の大きいカチオン交換樹脂２８が樹脂層の下部に沈降する。そして、再度、混合樹脂３０が混床式樹脂充填塔１０の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）で逆洗を行う。この時の逆洗では、前段の逆洗の停止の際に、カチオン交換樹脂２８は樹脂層の下部に移動しているため、充填塔の塔頂部でパックされる樹脂は、カチオン交換樹脂２８の比率が小さく、アニオン交換樹脂２６の比率が大きくなっている。したがって、本実施形態では、充填塔の上部にアニオン交換樹脂層、充填塔の下部にカチオン交換樹脂層に分離させることができる。
【００２７】
通常、アニオン交換樹脂２６とカチオン交換樹脂２８とを分離させるためには、混合樹脂３０の分離が充分に可能な展開率を５０％に設定し、充填塔の有効塔高を静置時の混合樹脂３０の層高と混合樹脂３０の分離が充分に可能な展開率分の高さとの和以上にする必要がある。すなわち、通常、充填塔の有効塔高は静置時の混合樹脂３０の層高に対して１．５倍に設定されるが、このような有効塔高を有する充填塔を用いる場合には、設備コストが増大するという問題がある。しかし、本実施形態では、混床式樹脂充填塔１０の有効塔高が静置時の混合樹脂３０の層高に対して１．２〜１．５倍未満の範囲でも、逆洗工程Ａと逆洗工程Ｂとの組み合わせや混合樹脂３０が充填塔の塔頂部に達する線流速（ＬＶ）で逆洗を行う逆洗工程を間欠的に実施することにより、アニオン交換樹脂２６とカチオン交換樹脂２８との分離性を充分に確保することができるため、上記範囲の有効塔高を有する小さい充填塔を用いることが可能となり、設備コストの増大を抑制することができる。
【００２８】
＜再生工程＞
配管２０ｅのバルブ及び配管２０ｇのバルブを閉じ、ポンプ２２ｂを稼働させ、また、配管２０ｃのバルブを開いて、水酸化ナトリウムを配管２０ｃ及び配管２０ａを通して混床式樹脂充填塔１０内へ送液する。水酸化ナトリウムは上層のアニオン交換樹脂２６と接触し、アニオン交換樹脂２６が再生処理され、再生廃液がコレクタ２４から配管２０ｈへ送られ、系外へ排出される。なお、本実施形態では、アニオン交換樹脂２６はＯＨ形となる。また、配管２０ｄのバルブを開いて、ポンプ２２ｃを稼働させ、塩酸を配管２０ｄ及び配管２０ｂを通して混床式樹脂充填塔１０内へ送液する。塩酸は下層のカチオン交換樹脂２８と接触し、カチオン交換樹脂２８が再生され、再生廃液がコレクタ２４から配管２０ｈへ送られ、系外へ排出される。なお、本実施形態では、カチオン交換樹脂２８はＨ形となる。なお、水酸化ナトリウム及び塩酸の送液は、別々に行ってもよいし、同時に行ってもよい。
【００２９】
＜混合工程＞
配管２０ｃのバルブ、配管２０ｄのバルブ及び配管２０ｈのバルブを閉じ、配管２０ｉのバルブ及び配管２０ｊのバルブを開け、混床式樹脂充填塔１０内の水位調整を実施する（例えば樹脂面＋１０ｃｍ）。次に、配管２０ｆのバルブ及び配管２０ｇのバルブを開け、配管２０ｆ及び配管２０ｂを通して混床式樹脂充填塔１０内に空気を導入する。空気の供給は配管２０ｆにエアコンプレッサ等を設置する等して行われる。混床式樹脂充填塔１０内に導入された空気により、アニオン交換樹脂２６及びカチオン交換樹脂２８が混合され（以下、エアスクラビングと呼ぶ場合がある）、混合樹脂３０（混合樹脂層）が形成される。その後、再度上記説明した脱塩処理工程が行われる。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
強酸性カチオン交換樹脂（ダウ・ケミカル社製、アーバンライトＩＲ１２０Ｂ）２１０ｍＬと強塩基性アニオン交換樹脂（ダウ・ケミカル社製、アーバンライトＩＲＡ−４１０）４２０ｍＬを樹脂カラム（サイズ：φ３２．６ｍｍ×１０００ｍｍＨ）に投入し、エアスクラビングを行って、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を混合し、混合樹脂層を形成した。エアスクラビング後の混合樹脂層の層高は、７７ｃｍであった。なお、この混合樹脂の層高及び樹脂カラムのサイズでは、展開率３０％以上の線流速（ＬＶ）で逆洗を行うと、混合樹脂が樹脂カラムの天井に達して、上部の混合樹脂の一部がパックされることを事前の試験で確認した。
【００３２】
逆洗水（水温：２３℃）を樹脂カラムの下部から上向流で通水し、樹脂カラムの上部から排出して、逆洗による混合樹脂の分離工程を実施した。実施例１における分離工程では、線流速（ＬＶ）５ｍ／ｈ×１０分で逆洗を行った（逆洗工程Ａ）後、線流速（ＬＶ）１２ｍ／ｈ×５分で逆洗を行った（逆洗工程Ｂ）。実施例１での逆洗工程Ａの展開率は２７％であり、逆洗工程Ｂの展開率は７５％である。分離工程後、２分静置及びタッピングを行い、樹脂カラム上部のアニオン交換樹脂層高と樹脂カラム下部のカチオン交換樹脂層高を測定し、その結果を表１にまとめた。
【００３３】
（実施例２）
実施例２は、分離工程が線流速（ＬＶ）１２ｍ／ｈ×５分で逆洗を行った後、２分間逆洗水の通水を停止し、また、線流速（ＬＶ）１２ｍ／ｈ×５分で逆洗を行い、逆洗水の通水を停止したものであり、それ以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。実施例２での逆洗時の展開率は７５％である。分離工程後、２分静置及びタッピングを行い、樹脂カラム上部のアニオン交換樹脂層高と樹脂カラム下部のカチオン交換樹脂層高を測定し、その結果を表１にまとめた。
【００３４】
（比較例１）
比較例１は、分離工程が線流速（ＬＶ）１２ｍ／ｈ×１５分で逆洗を行ったものであり、それ以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。比較例１での逆洗時の展開率は７５％である。分離工程後、２分静置及びタッピングを行い、樹脂カラム上部のアニオン交換樹脂層高と樹脂カラム下部のカチオン交換樹脂層高を測定し、その結果を表１にまとめた。
【００３５】
（比較例２）
比較例２は、分離工程が線流速（ＬＶ）５ｍ／ｈ×２２分で逆洗を行ったものであり、それ以外は、実施例１と同様の条件で試験を行った。比較例２での逆洗時の展開率は２７％である。分離工程後、２分静置及びタッピングを行い、樹脂カラム上部のアニオン交換樹脂層高と樹脂カラム下部のカチオン交換樹脂層高を測定し、その結果を表１にまとめた。
【００３６】
【表１】
0005568434.tif 000002
【００３７】
全樹脂層高が７７ｃｍであり、また、樹脂体積比率が２：１（アニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂）であるから、アニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層とが完全に分離すると、アニオン交換樹脂層高は５１．３ｃｍ、カチオン交換樹脂層高は２５．７ｃｍとなる。実施例１では、アニオン交換樹脂層高とカチオン交換樹脂層高が、それぞれの樹脂体積比率と同じく、ほぼ２：１（アニオン交換樹脂層高：カチオン交換樹脂層高）に分離されていることから、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂が良好に分離されていることがわかった。また、実施例２では、上記のアニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層とが完全に分離した時の各層高と比較すると、若干カチオン交換樹脂がアニオン交換樹脂層側に混入していると判断できるが、その混入率は１％未満であり、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂が良好に分離されたと云える。一方、比較例１及び比較例２では、上記のアニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層とが完全に分離した時の各層高と比較すると、比較例１の場合にはカチオン交換樹脂がアニオン交換樹脂層側にかなり混入していると判断でき、その混入率は１４％以上であった。また、比較例２の場合にはアニオン交換樹脂がカチオン交換樹脂層にかなり混入していると判断でき、その混入率は７％以上であった。このように、比較例１及び２では、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを良好に分離させることが困難であるとわかった。
【符号の説明】
【００３８】
１  脱塩処理装置、１０  混床式樹脂充填塔、１２  原水槽、１４  水酸化ナトリウム貯槽、１６  塩酸貯槽、１８  処理水槽、２０ａ〜２０ｊ  配管、２２ａ〜２２ｄ  ポンプ、２４  コレクタ、２６  アニオン交換樹脂、２８  カチオン交換樹脂、３０  混合樹脂。
【図１】
0005568434.tif 000003