(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一塔内に形成された強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の各層に被処理水を通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程では両イオン交換樹脂の積層状態を維持したまま被処理水を両イオン交換樹脂層の一方のイオン交換樹脂層に通水した後、他方のイオン交換樹脂層に通水し、上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、上記各イオン交換樹脂層に上記被処理水の通水方向とは逆の方向にそれぞれの再生剤を通液すると共に上記両イオン交換樹脂に被処理水を通水する順序と逆の順序で上記両イオン交換樹脂を再生することを特徴とするイオン交換方法。
【請求項２】
同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液することを特徴とするイオン交換方法。
【請求項３】
同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液することを特徴とするイオン交換方法。
【請求項４】
同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強塩基性アニオン交換樹脂層にその再生剤を通液することを特徴とするイオン交換方法。
【請求項５】
同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各両イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液することを特徴とするイオン交換方法。
【請求項６】
上記被処理水として予め逆浸透膜装置により処理した透過水を用いることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のイオン交換方法。
【請求項７】
同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液する下降流通水、上昇流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強酸性カチオン交換樹脂層と下層の強塩基性アニオン交換樹脂層を仕切る仕切板を塔内に横方向に設けると共に上記仕切板の下方近傍に再生剤の出入管を設け、且つ、上記仕切板は被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止するように構成されたことを特徴とするイオン交換塔。
【請求項８】
同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液する上昇流通水、下降流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強酸性カチオン交換樹脂層と下層の強塩基性アニオン交換樹脂層を仕切る仕切板を塔内に横方向に設けると共に上記仕切板の上方近傍に再生剤の出入管を設け、且つ、上記仕切板は被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止するように構成されたことを特徴とするイオン交換塔。
【請求項９】
同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強塩基性アニオン交換樹脂層にその再生剤を通液する下降流通水、上昇流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強塩基性アニオン交換樹脂層と下層の強酸性カチオン交換樹脂層を被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止する仕切板により仕切り、あるいは仕切板により仕切ることなく、更に上記両イオン交換樹脂層の分離境界面または上記仕切板の下方近傍に再生剤の出入管を設けたことを特徴とするイオン交換塔。
【請求項１０】
同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各両イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液する上昇流通水、下降流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強塩基性アニオン交換樹脂層と下層の強酸性カチオン交換樹脂層を被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止する仕切板により仕切り、あるいは仕切板により仕切ることなく、更に上記両イオン交換樹脂層の分離境界面または上記仕切板の上方近傍に再生剤の出入管を設けたことを特徴とするイオン交換塔。
【請求項１１】
同一塔内に形成された強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の各層に被処理水を通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程では両イオン交換樹脂の積層状態を維持したまま被処理水を両イオン交換樹脂層の一方のイオン交換樹脂層に通水した後、他方のイオン交換樹脂層に通水し、上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、上記各イオン交換樹脂層に上記被処理水の通水方向とは逆の方向にそれぞれの再生剤を通液すると共に上記両イオン交換樹脂に被処理水を通水する順序と逆の順序で上記両イオン交換樹脂を再生するイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層とを仕切る上下２段の仕切板を空間を介して塔内に横方向にそれぞれ設けると共に上記両仕切板間の空間に上記各再生剤の出入管を設け、これら両仕切板は被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止するように構成されたことを特徴とするイオン交換塔。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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に関し、更に詳しくは、例えばボイラ給水や電子部品等の洗浄用水等に使用される純水を製造する際に好適に用いられる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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のイオン交換方法及びイオン交換塔として代表的なものとして例えば２床３塔式イオン交換装置や混床式イオン交換装置等がある。２床３塔式イオン交換装置は、例えば強酸性カチオン交換樹脂が充填されたカチオン交換塔と、強塩基性アニオン交換樹脂が充填されたアニオン交換塔と、これら両者の間に配置された脱炭酸塔とを備え、例えば原水の下降流通水によりカチオン交換塔において原水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等のカチオンを強酸性カチオン交換樹脂の水素イオンとイオン交換した後、脱炭酸塔内において酸性下で炭酸イオンを炭酸ガスとして脱炭酸し、次いでアニオン交換塔における下降流通水により原水中の硫酸イオン、塩素イオン等のアニオンやシリカを強塩基性アニオン交換樹脂の水酸化物イオンとイオン交換して純水を製造するようにしている。そして、上記各イオン交換樹脂の再生を行う場合には、例えば各イオン交換塔にそれぞれの再生剤を下降流で通液して並流再生を行い、あるいはそれぞれの再生剤を上昇流で通液して向流再生を行うようにしている。
【０００３】
一方、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からなる充填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高効率で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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の２床３塔式イオン交換装置の場合には、塔構成がカチオン塔、脱炭酸塔及びアニオン塔の３塔構成であるため、装置としては大型化して設置面積が大きくなり、コスト的にも高くなるという課題があった。一方、混床式イオン交換装置の場合には、イオン交換塔としては一塔で済み装置自体としては小型化することができるが、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しているため、両イオン交換樹脂が互いに付着して混合樹脂塊を作る、いわゆるクランピング現象が発生することがある。この混合樹脂塊は再生時の逆洗分離操作では完全に分離させることが難しく、逆洗分離操作による分離後の強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の双方に混合樹脂塊が混じるため、再生操作を行っても各層に存在する混合樹脂塊が再生不良となり、あるいは混合樹脂塊がそれぞれの層内で逆再生を受ける。この状態のまま混合操作を行うと、例えばナトリウム形に逆再生された強酸性カチオン交換樹脂はナトリウムを、塩素イオン形に逆再生された強塩基性アニオン交換樹脂は塩化物イオン形をそれぞれ放出するが、塔出口付近で放出されたこれらの不純物は除去されず、処理水の純度を低下させてしまう。また、このようなクランピング現象がない場合であっても、再生通液時における出口側に位置するイオン交換樹脂層は僅かながら不純物イオンが残留する傾向となり、この不純物イオン形のイオン交換樹脂は、通水前の混合操作によって層内に均一に分布することになるので、通水時に不純物イオンを放出し、処理水の純度を低下させてしまう。例えば、シリカは再生後樹脂粒内に残留し易い不純物であり、通水前に混合操作を行う混床式の装置では１〜５ｐｐｂ程度のシリカリークが避けられなかった。また、混床式の場合には再生工程で逆洗分離操作をイオン交換塔内で行うため、塔高として充填層の高さの２倍程度の塔高が必要となり、装置的に必ずしも小型化することができないという課題があった。まして、再生操作を別塔で行う場合には再生塔が別途必要となり、装置の大型化を免れない。
【０００５】
混合イオン交換樹脂のクランピングを防止したイオン交換装置として、例えば強酸性カチオン交換樹脂層上に強塩基性アニオン交換樹脂層を積層し、下降流通水を行う複層式イオン交換装置もあるが、この装置の場合には例えば上層の強塩基性アニオン交換樹脂層を下降流通液により再生し、下層の強酸性カチオン交換樹脂層を上昇流通液により再生するため、上層の流出側（強塩基性アニオン交換樹脂の下層部）にシリカ等の不純物イオンが残り、あるいは両イオン交換樹脂層の界面近傍で相互の再生剤による逆再生部分を生じ、十分な純度が得られないという課題があった。更に、この複層式イオン交換装置の場合には原水がまず強塩基性アニオン交換樹脂層と接触するため、硬度成分の多い原水に適用すると、通水時に強塩基性アニオン交換樹脂層において水酸化マグネシウム等の難溶性物質を生成するため、前段に軟水器を設置しなくてはならず、装置的に大型化するという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、イオン交換装置をコンパクト化することができ、またクランピングによる再生不良がなく、ひいてはシリカリーク等の不純物イオンのリークがなく、高純度の水を製造することができる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を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のイオン交換方法は、同一塔内に形成された強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の各層に被処理水を通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程では両イオン交換樹脂の積層状態を維持したまま被処理水を両イオン交換樹脂層の一方のイオン交換樹脂層に通水した後、他方のイオン交換樹脂層に通水し、上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、上記各イオン交換樹脂層に上記被処理水の通水方向とは逆の方向にそれぞれの再生剤を通液すると共に上記両イオン交換樹脂に被処理水を通水する順序と逆の順序で上記両イオン交換樹脂を再生することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載のイオン交換方法は、同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載のイオン交換方法は、同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４に記載のイオン交換方法は、同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強塩基性アニオン交換樹脂層にその再生剤を通液することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項５に記載のイオン交換方法は、同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各両イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項６に記載のイオン交換方法は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記被処理水として予め逆浸透膜装置により処理した透過水を用いることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項７に記載のイオン交換塔は、同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液する下降流通水、上昇流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強酸性カチオン交換樹脂層と下層の強塩基性アニオン交換樹脂層を仕切る仕切板を塔内に横方向に設けると共に上記仕切板の下方近傍に再生剤の出入管を設け、且つ、上記仕切板は被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止するように構成されたことを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項８に記載のイオン交換塔は、同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液する、上昇流通水、下降流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強酸性カチオン交換樹脂層と下層の強塩基性アニオン交換樹脂層を仕切る仕切板を塔内に横方向に設けると共に上記仕切板の上方近傍に再生剤の出入管を設け、且つ、上記仕切板は被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止するように構成されたことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項９に記載のイオン交換塔は、同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強塩基性アニオン交換樹脂層にその再生剤を通液する下降流通水、上昇流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強塩基性アニオン交換樹脂層と下層の強酸性カチオン交換樹脂層を被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止する仕切板により仕切り、あるいは仕切板により仕切ることなく、更に上記両イオン交換樹脂層の分離境界面または上記仕切板の下方近傍に再生剤の出入管を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項１０に記載のイオン交換塔は、同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各両イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液する上昇流通水、下降流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強塩基性アニオン交換樹脂層と下層の強酸性カチオン交換樹脂層を被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止する仕切板により仕切り、あるいは仕切板により仕切ることなく、更に上記両イオン交換樹脂層の分離境界面または上記仕切板の上方近傍に再生剤の出入管を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項１１に記載のイオン交換塔は、同一塔内に形成された強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の各層に被処理水を通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程では両イオン交換樹脂の積層状態を維持したまま被処理水を両イオン交換樹脂層の一方のイオン交換樹脂層に通水した後、他方のイオン交換樹脂層に通水し、上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、上記各イオン交換樹脂層に上記被処理水の通水方向とは逆の方向にそれぞれの再生剤を通液すると共に上記両イオン交換樹脂に被処理水を通水する順序と逆の順序で上記両イオン交換樹脂を再生するイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層とを仕切る上下２段の仕切板を空間を介して塔内に横方向にそれぞれ設けると共に上記両仕切板間の空間に上記各再生剤の出入管を設け、これら両仕切板は被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止するように構成されたことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１１に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図１〜図１０はぞれぞれ本発明のイオン交換方法に用いられるイオン交換塔の実施形態を示す概念図で、図１１は図１に示すイオン交換塔を適用した純水製造装置の要部を示すフロー図である。
【００２０】
図１に示すイオン交換塔１０は、塔本体１１と、この塔本体１１内に強酸性カチオン交換樹脂により形成された上層１２と、上記塔本体１１内に強塩基性アニオン交換樹脂により形成された下層１３と、これらの上下層１２、１３を塔本体１１の高さ方向の中程で横方向に仕切るように塔本体１１内に設けられた仕切板１４と、この仕切板１４の下方近傍にこれと平行に設けられた出入管１５とを備え、下降流通水、上昇流再生を行うように構成されている。そして、上層１２の強酸性カチオン交換樹脂は仕切板１４によって支持され、下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂は塔本体１１内の下部に仕切板１４と平行に設けられた第２仕切板１６によって支持されている。従って、上層１２の強酸性カチオン交換樹脂は仕切板１４によって下層１３から区画されているため、上層１２の強酸性カチオン交換樹脂が下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂と混合することはない。また、下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂の上面と仕切板１４との間には再生時に膨潤する量に見合う僅かな隙間が形成され、この隙間に出入管１５が配置されている。また、塔本体１１内の上部には第３仕切板１７が仕切板１４と平行に設けられ、第３仕切板１７と強酸性カチオン交換樹脂層１２の上面に強塩基性アニオン交換樹脂の場合と同様に再生時に膨潤する量に見合う僅かな隙間が形成されている。本発明において各仕切板の下方に形成する隙間は、上述のように再生時に膨潤する量に見合った僅かな隙間のことであり、後述する各実施形態における隙間の意味も同様である。
【００２１】
また、上記各仕切板１４、１６、１７はいずれも上下の空間を連通する多数の連通手段が全面に均等に分散して形成され、これらの連通手段は被処理水や再生剤が流通し、各イオン交換樹脂が流通できないように構成されている。そして、上記塔本体１１の塔頂には被処理水としての原水が流入する流入管１１Ａが接続され、塔底には処理水が流出する流出管１１Ｂが接続され、流入管１１Ａから塔本体１１内へ流入する原水は上層１２の強酸性カチオン交換樹脂層、下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂層を順次通水する間にイオン交換され、不純物イオンが除去された処理水として流出管１１Ｂから流出するようにしてある。尚、図１では原水及び処理水に関連する配管及び原水及び処理水の流れは実線で示してある。後述する他の実施形態のイオン交換塔を示す図２〜図１０においても同様である。
【００２２】
また、上記塔本体１１の塔頂の流入管１１Ａには上層１２の強酸性カチオン交換樹脂の酸再生廃液が流出する第２流出管１１Ｃが接続されており、塔底の流出管１１Ｂにはアルカリ再生剤が流入する第２流入管１１Ｄが接続している。更に、塔本体１１内の出入管１５には外部配管１５Ａが接続され、この外部配管１５Ａから酸再生剤が流入し、出入管１５を介して上層１２の強酸性カチオン交換樹脂層１２全体に分散供給され、また、この出入管１５を介して下層の強塩基性アニオン交換樹脂層１３からのアルカリ再生廃液が外部配管１５Ａから排出するようにしてある。尚、図１では再生剤に関連する配管及び再生剤の流れは一点鎖線で示してある。後述する他の実施形態のイオン交換塔を示す図２〜図１０においても同様である。
【００２３】
従って、再生時には、アルカリ再生剤は塔底の第２流入管１１Ｄから塔本体１１の底部空間に流入し、第２仕切板１６を介して下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂の下面全体に分散されて下層１３を上昇流で通液し、アルカリ再生廃液が出入管１５を経由して外部配管１５Ａから排出される。また、酸再生剤は外部配管１５Ａから供給され、出入管１５を介して下層１３と仕切板１４間の隙間に流入し、仕切板１４を介して上層１２の強酸性カチオン交換樹脂の下面全体に分散されて上層１２を上昇流で通液し、酸再生廃液が第３仕切板１７を経由して第２流出管１１Ｃから排出される。つまり、各イオン交換樹脂の再生時にはそれぞれの再生剤を原水の通水方向とは逆向きに通液し、向流再生方式により各イオン交換樹脂を再生する。この際、一方のイオン交換樹脂層を再生する時には他方のイオン交換樹脂層に純水をバランス水として連続的に通水し、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している。バランス水を供給する時には例えば原水の流入管１１Ａ及び流出管１１Ｂを利用することができる。
【００２４】
再生順序としては、通水出口側に位置する下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂を先に再生し、後で通水入口側に位置する上層１２の強酸性カチオン交換樹脂を再生するようにしてある。このように通水出口側である下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂を先に向流再生することにより、高純度の処理水を得ることができる。例えば、先に上層１２の強酸性カチオン交換樹脂を再生し、後に下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂再生すると、折角、上昇流再生によって高度に再生された強酸性カチオン交換樹脂層の下層部に、後に再生する強塩基性アニオン交換樹脂の再生剤である水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ再生剤が接触し、処理水の導電率に最も影響を与える強酸性カチオン交換樹脂層の下層部が塩形となってしまい処理水の純度を低下させてしまう。一方、下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂を再生し、後に上層１２の強酸性カチオン交換樹脂を再生した場合には、上述したような現象が生ずることなく、高純度の処理水を得ることができる。尚、先に下層１３を再生し、後に上層１２を再生すると、再生済みの強塩基性アニオン交換樹脂層の上層部に、上層１２の再生剤である塩酸等の酸再生剤が接触して塩形となるが、この場合は被処理水（酸性軟水）が最初に接触する部分であるから処理水の純度低下に対して影響を与えることがない。即ち、下層１３を形成する強塩基性アニオン交換樹脂層は、図１においては上昇流で再生するため、処理水の塩化物イオンやシリカリークに最も影響を与える最下層部は理想的に再生されていることによる。
【００２５】
尚、図１において、出入管１５を仕切板１４の下方近傍に設置するのは次の理由による。前述のように図１に示した実施形態では上層（強酸性カチオン交換樹脂層）１２を再生する際、その再生後において上層１２に塩形の強酸性カチオン交換樹脂が残留していると、処理水の純度が低下する。よって、仕切板１４の下方に出入管１５を設置し、ここから再生剤を流入させることにより仕切板１４の上方に位置する強酸性カチオン交換樹脂の全てに均等に再生剤を接触させ、未再生の部分を極力なくすることができる。例えば、出入管１５を仕切板１４の上方に設置した場合には、再生剤に接触しない部分が生じ、処理水の純度を低下させる原因になる。後述する他の実施形態においても、出入管の設置位置に関しては上述したように処理水の純度に影響を与える未再生のイオン交換樹脂が生じないような位置に設置するように配慮されている。
【００２６】
次に、上記イオン交換塔１０を用いた本発明のイオン交換方法について説明する。通水工程で原水を処理する時には、原水が流入管１１Ａから塔本体１１内へ流入し、第３仕切板１７を介して強酸性カチオン交換樹脂からなる上層１２の上面全面に分散する。この原水は上層１２全体を下降流により通水し、この間に原水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等のカチオンが強酸性カチオン交換樹脂により除去される。その後、原水は仕切板１４を介して強塩基性アニオン交換樹脂からなる下層１３上面全面に分散し、下層１３を通水する間に、原水中の硫酸イオンや塩素イオン等のアニオンやシリカが強塩基性アニオン交換樹脂により除去され、アニオン及びカチオンが除去された高純度の処理水として第２仕切板１６を経由し、流出管１１Ｂから流出し、次工程へ供給される。
【００２７】
原水の処理により各イオン交換樹脂が貫流点に達したら再生工程で各イオン交換樹脂を再生する。それには各イオン交換樹脂層を逆洗することなく、まず、通水出口側に位置する下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂を向流再生する。即ち、アルカリ再生剤として例えば水酸化ナトリウム水溶液を塔底の第２流入管１１Ｄから上昇流で供給すると共に、バランス水を塔頂部から下降流で塔本体１１内へ供給する。これによりアルカリ再生剤は塔底の空間に流入し、第２仕切板１６を介して下層１３全体へ上昇流で通液される。この時、下層１３はアルカリ再生剤の供給圧によりイオン交換樹脂層全体がピストン移動して仕切板１４に押し付けられ、この状態で通液し続けると、強塩基性アニオン交換樹脂はアルカリ再生剤により効率良く再生され、この時のアルカリ再生廃液は上記バランス水と共に出入管１５を経由して外部配管１５Ａから排出される。下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂の向流再生を行った後、アルカリ再生剤に代えて純水を塔底から供給し、塔本体１１の塔頂、塔底の双方から通水して下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂の再生剤の押出し及び洗浄操作を行い、洗浄廃液は出入管１５、外部配管１５Ａを介して排出される。
【００２８】
下層の洗浄操作の後、通水入口側に位置する上層１２の強酸性カチオン交換樹脂を向流再生する。即ち、下層１３にバランス水を供給すると共に、外部配管１５Ａから酸再生剤を供給する。これにより酸再生剤は出入管１５を介して仕切板１４の下側の隙間に流入し、ここでバランス水と合流し、仕切板１４を介して強酸性カチオン交換樹脂からなる上層１２全体へ上昇流で通液される。この通液に伴って上層１２はイオン交換樹脂層全体がピストン移動して第３仕切板１７に押し付けられる。この状態で酸再生剤を通液し続けると、強酸性カチオン交換樹脂は酸再生剤により効率良く再生され、この時の酸再生廃液は第２流出管１１Ｃから排出される。上層１２の強酸性カチオン交換樹脂の向流再生後、酸再生剤の供給を停止し、塔底のみから純水を上昇流通水して上層１２の強酸性カチオン交換樹脂の再生剤の押出し及び洗浄操作を行い、洗浄廃液は塔頂から排出される。後は、通水工程と再生工程とを逆洗操作を行うことなく繰り返してイオン交換反応により原水を処理して純水を製造する。
【００２９】
本発明では通水終了後の両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、両イオン交換樹脂層に被処理水を通水する方向とは逆方向にそれぞれの再生剤を通液する、いわゆる向流再生を行うため、通水終了時にイオン交換樹脂層で形成されたイオン形の配列を乱すことなく、そのまま再生することができ、通水終了時に残留している最下層の再生形のイオン交換樹脂を有効に活用することができると共に再生効率を最大限とすることができる。例えば、図１において上層１２の強酸性カチオン交換樹脂の場合について更に説明すると、通水時のこの樹脂層の配列は、上からカルシウム形、ナトリウム形、水素形になっているが、この樹脂層を逆洗することなく、このままの状態で酸再生剤として塩酸を樹脂層の下側から通液すると、塩酸は下層部の水素形の樹脂を素通りしてまずナトリウム形の樹脂を溶離してこれを水素形とし、その廃液である塩化ナトリウムが更に上層のカルシウム形の樹脂を溶離してこれをナトリウム形とし、更にまたそのナトリウム形の樹脂が塩酸と接触してこれを水素形とするというように、溶離が順々に行われ、元来水素イオンでは溶離し難いカルシウム形の樹脂を水素イオンより溶離性に優れているナトリウムイオンを介在させることによって効果的に溶離することができると共に、通水終了時に残留する水素形の樹脂をイオン交換樹脂層の下部にそのまま保持しておくことができるため、再生という操作においては最も理想的な状態で再生することができ、再生によって生成される水素形の樹脂を最大とすることができる。本発明は通水の方向が下降流、上昇流に拘らず、両イオン交換樹脂共に通水終了後に逆洗を実施することなく、向流再生を行うため、後述する本発明の全ての実施形態において上述したように最も理想的な状態で両イオン交換樹脂共に再生することができる。
【００３０】
以上説明したように本実施形態によれば、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一塔内に納めたため、従来の２床３塔式イオン交換装置と比較して装置をコンパクト化することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、同一塔内で互いに独立した強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層をそれぞれ向流再生するため、上下の各イオン交換樹脂の通水出口側を常に新鮮な再生剤により再生することができ、処理水への不純物イオンのリークを格段に低減することができる。しかも、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は仕切板１４によって上下の各層１２、１３として仕切られ、それぞれ単独のイオン交換樹脂層として形成されているため、従来の混床式イオン交換装置のようにクランピングによる再生不良や逆再生部分が各層１２、１３内に残留することがなく、ひいてはシリカリーク等の不純物イオンのリークがなく、純度の高い処理水を製造することができる。例えばシリカリークについてみると、２床３塔式イオン交換装置の並流再生方式では数ｐｐｂのシリカリークがあり、混床式イオン交換装置では１〜５ｐｐｂのシリカリークがあったのに対し、本実施形態ではシリカリークを０.２ｐｐｂ以下に抑制することができた。
【００３２】
また、本実施形態によれば、原水は下降流で強酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂の順で通水し、原水が強塩基性アニオン交換樹脂と直接接触することがないため、原水中にマグネシウムイオン等の硬度成分が多量に含まれている原水を処理する場合にはこれらの硬度成分は上層１２の強酸性カチオン交換樹脂により除去され、下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂において水酸化マグネシウム等の難溶性の水酸化物を生成することがない。また、本実施形態によれば、下降流通水を行うため、各イオン交換樹脂層１２、１３が常に固定された固定層になっているため、通水の停止、再開の繰り返し運転が容易である。
【００３４】
図２に示すイオン交換塔１０Ａは、図１に示すイオン交換塔１０における塔本体１１の縦方向中央近傍の仕切板１４の下方に空間を介して第４仕切板１８が設けられていると共に両仕切板１４、１８間の空間に出入管１５が配置され、第４仕切板１８と下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂との間に隙間がある以外は図１に示すイオン交換塔１０と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔１０Ａにおいても図１に示すイオン交換塔１０と同様に下降流通水、上昇流再生でイオン交換が行われる。
【００３５】
本実施形態によれば、出入管１５が両仕切板１４、１８間の空間に配置され、上下のイオン交換樹脂層１２、１３から隔離されているため、再生工程において後で向流再生する酸再生剤によって下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂の上層部が逆再生されることを防止することができ、逆再生部分を生じない分だけ下層１３の強塩基性アニオン交換樹脂のイオン交換容量が増大する。また、その他に、本実施形態においても図１に示すイオン交換塔１０に準じた作用効果を期することができる。
【００３６】
図３に示すイオン交換塔２０は、上昇流通水、下降流再生に用いるイオン交換塔である。従って、塔本体の塔頂、塔底に配置された原水及び各再生剤の流出入配管が逆になっている。本実施形態ではイオン交換塔２０の各構成部材で図１に示すイオン交換塔１０の各構成部材と同一または相当する部材には１０番台の符号に代えて２０番台の符号を附して説明する。
【００３７】
即ち、上記イオン交換塔２０は、図３に示すように、塔本体２１と、この塔本体２１内に強酸性カチオン交換樹脂により形成された上層２２と、上記塔本体２１内に強塩基性アニオン交換樹脂により形成された下層２３と、これら上下各層２２、２３を横方向に仕切る仕切板２４と、この仕切板２４の上方近傍にこれと平行に設けられた出入管２５とを備えている。
【００３８】
そして、原水が流入する流入管２１Ａは塔本体２１の塔底に接続され、その処理水の流出管２１Ｂは塔頂に接続され、原水は流入管２１Ａから塔本体２１内へ上昇流で流入し、上昇流通水の間に下層２３の強塩基性アニオン交換樹脂、上層２２の強酸性カチオン交換樹脂の順でイオン交換され、不純物イオンが除去された処理水が流出管２１Ｂから流出するようにしてある。
【００３９】
また、上記塔本体２１の塔底の流入管２１Ａには下層２３の強塩基性アニオン交換樹脂の再生廃液が流出する第２流出管２１Ｃが接続され、塔頂の流出管２１Ｂには酸再生剤が流入する第２流入管２１Ｄが接続されている。更に、塔本体２１内の出入管２５には外部配管２５Ａが接続され、この外部配管２５Ａからアルカリ再生剤が流入して出入管２５を介して下層２３の強塩基性アニオン交換樹脂全体に分散供給され、また、この出入管２５を介して上層２２の強酸性カチオン交換樹脂からの酸再生廃液が外部配管２５Ａから排出するようにしてある。
【００４０】
従って、再生時には、酸再生剤は第２流入管２１Ｄから供給され、塔本体２１の頂部空間に流入し、第３仕切板２７を介して上層２２の強酸性カチオン交換樹脂の上面全体に分散されて上層２２を下降流で通液し、出入管２５を経由して外部配管２５Ａから排出される。また、アルカリ再生剤は出入管２５を介して上層２２の最下部に流入し、仕切板２４を介して下層２３の強塩基性アニオン交換樹脂の上面全体に分散されて下層２３を下降流で通液し、アルカリ再生廃液が第２仕切板２６を経由して第２流出管２１Ｃから排出される。
【００４１】
再生順序としては、先に通水出口側に位置する上層２２の強酸性カチオン交換樹脂を再生し、後で通水入口側に位置する下層２３の強塩基性アニオン交換樹脂を再生するようにしてある。このように通水出口側である上層２２の強酸性カチオン交換樹脂を先に向流再生することにより、処理水の塩化物イオン等の不純物アニオン量を小さくすることができる。例えば、下層２３である強塩基性アニオン交換樹脂を先に再生すると、後に再生する上層２２である強酸性カチオン交換樹脂の再生剤が処理水の純度に最も影響を与える強塩基性アニオン交換樹脂層の上層部に接触し、再生剤が塩酸である場合には、そのイオン形が一部塩化物イオン形としてしまう。従って、この塩化物イオンが通水中に徐々に脱離することにより、処理水の不純物アニオン量を増加させてしまう。しかしながら、先に上層２２を再生し、後に下層２３を再生する場合には上述のような現象は起こらない。尚、先に上層２２を再生し、後に下層２３を再生する場合には、折角、再生した上層２２の強酸性カチオン交換樹脂に下層２３の再生剤である水酸化ナトリウムが接触し、そのイオン形が一部ナトリウム形となってしまうが、このナトリウム形の樹脂は、強酸性カチン交換樹脂の下層部（通水上流側）に位置することになり、処理水の導電率を低下させる原因とはならない。この関係は前述した図１における全く逆の現象として理解できる。
【００４２】
次に、上記イオン交換塔２０を用いた本発明のイオン交換方法について説明する。通水工程で原水を処理する時には、原水が塔底の流入管２１Ａから塔本体２１内へ上昇流で流入し、第２仕切板２６を介して強塩基性アニオン交換樹脂からなる下層２３下面全面に分散する。下層２３は原水の給水圧によりピストン移動して仕切板２４と接触して固定層を形成し、この状態で原水が通水する間に原水中の硫酸イオン、塩素イオン等のアニオンが強塩基性アニオン交換樹脂により除去される。その後、原水は仕切板２４を介して強酸性カチオン交換樹脂からなる上層２２下面全面に分散し、下層２３と同様に上層２２がピストン移動して第３仕切板２７と接触して固定層を形成し、この状態でアニオン除去後の処理水が通水する間にそのカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等のカチオンが強酸性カチオン交換樹脂により除去される。この処理水は第３仕切板２７を経由し、流出管２１Ｂから高純度の純水として流出し、次工程へ供給される。
【００４３】
原水の処理により各イオン交換樹脂が貫流点に達したら再生工程で各イオン交換樹脂を再生する。それには各イオン交換樹脂層を逆洗することなく、まず、通水出口側に位置する上層２２の強酸性カチオン交換樹脂を向流再生する。即ち、酸再生剤として例えば塩酸水溶液を塔頂の第２流入管２１Ｄから下降流で供給すると共に、バランス水を塔底部から上昇流で塔本体２１内へ供給する。これにより酸再生剤は第２仕切板２７を介して上層２２全体に分散し、酸再生剤が上層２２全体を下降流で通液し、この通液の間に強酸性カチオン交換樹脂が再生される。この間、塔底部からバランス水が上昇流で通水されているため、バランス水により酸再生剤の下層２３への侵入を防止する。そして、酸再生廃液はバランス水と出入管２５において合流し、外部配管２５Ａから排出される。上層２２の強酸性カチオン交換樹脂の向流再生後、酸再生剤に代えて純水を塔頂から供給し、塔本体１１の塔頂、塔底の双方から通水して上層２２の強酸性カチオン交換樹脂の押出し、洗浄操作を行い、洗浄廃液は出入管２５、外部配管２５Ａから排出される。
【００４４】
上層の洗浄操作の後、通水入口側に位置する下層２３の強塩基性アニオン交換樹脂を向流再生する。即ち、アルカリ再生剤として例えば水酸化ナトリウム溶液を直胴部の外部配管２５Ａから下降流で供給すると共に、バランス水を塔頂部の第２流入管２１Ｄから塔本体２１内へ下降流で供給する。これによりアルカリ再生剤は出入管２５から上層２２の最下部に流入し、バランス水と合流して仕切板２５を介して下層２３の強塩基性アニオン交換樹脂全体へ下降流で通液される。アルカリ再生剤が下層２３を通液する間に強塩基性アニオン交換樹脂はアルカリ再生剤により効率良く再生される。強塩基性アニオン交換樹脂の向流再生操作が終了したら、引き続き、塔頂のみから純水を下降流通水し、下層２３の強塩基性アニオン交換樹脂を洗浄し、再生操作を終了する。後は、通水工程と再生工程とを逆洗操作を行うことなく繰り返してイオン交換反応により原水を処理して純水を製造する。
【００４５】
従って、本実施形態によれば、原水は上昇流でまず強塩基性アニオン交換樹脂と接触し、ややアルカリ性雰囲気でイオン交換されるため、コロイドシリカのような非イオン状のシリカがアルカリによって溶解してイオン状となって効率良く除去することができる。また、本実施形態では上昇流通水であるため、通水終了時には上下の各層２２、２３はそれぞれ通水時の圧密状態が徐々に解除されながら仕切板２４、２６まで下降する。また、再生工程においてはそれぞれの仕切板２４、２６で支持された状態で再生され、通水工程と再生工程を繰り返しても各イオン交換樹脂層が圧密状態のまま各仕切板２４、２６に固着するということがなく、通水時及び通液時における圧力損失の増大を防止することができる。更に、本実施形態によれば、図１に示すイオン交換樹脂交換塔１０のイオン交換樹脂の層構成に基づく作用効果と同様の作用効果を期することができる。
【００４６】
尚、図３に示した実施形態では、後述する図１１のフローのように、原水を逆浸透膜処理して原水中のカルシウムやマグネシウム等の硬度成分の大部分を予め除去した被処理水や原水を公知のイオン交換装置で処理して得た軟化水や脱塩水を被処理水として処理する場合などに適している。以下に後述する被処理水が最初に強塩基性アニオン交換樹脂層に通水される実施形態についてはいずれも上述したようなことが云える。
【００４７】
図４に示すイオン交換塔２０Ａは、図３に示すイオン交換塔２０における塔本体２１の縦方向中央近傍の仕切板２４の下方に空間を介して第４仕切板２８が設けられていると共に両仕切板２４、２８間の空間に出入管２５が配置され、第４仕切板２８と下層２３の強塩基性アニオン交換樹脂との間に隙間がある以外は図３に示すイオン交換塔２０と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔２０Ａにおいても図４に示すイオン交換塔２０と同様に上昇流通水、下降流再生でイオン交換が行われる。
【００４８】
従って、本実施形態によれば、出入管２５が両仕切板２４、２８間の空間に配置され、上下のイオン交換樹脂層２２、２３から隔離されているため、再生工程において後で向流再生するアルカリ再生剤によって上層２２の強酸性カチオン交換樹脂が逆再生されることがなく、逆再生部分を生じない分だけ上層２２の強酸性カチオン交換樹脂のイオン交換容量を増大することができる。また、その他、本実施形態においても図３に示すイオン交換塔２０と同様の作用効果を期することができる。
【００４９】
図５に示すイオン交換塔３０は、図１に示すイオン交換塔１０の場合とは強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の上下関係が逆になっていると共に各イオン交換樹脂の再生剤の給排位置を変えて下降流通水、上昇流再生により向流再生を行うように構成されている。これらの点以外は図１に示すイオン交換塔１０に準じて構成されている。従って、各構成部材は図１に示すイオン交換塔１０の各構成部材と同一または相当する部材には３０番台の符号を附し、その説明を省略する。
【００５０】
次に、上記イオン交換塔３０を用いた本発明にイオン交換方法について説明する。通水工程で原水を処理する時には、塔頂の流入管３１Ａから塔本体３１内へ原水が下降流で流入し、第３仕切板３７を介して強塩基性アニオン交換樹脂からなる上層３２を下降流で通水される間に原水中の硫酸イオン、塩素イオン等のアニオンやシリカが強塩基性アニオン交換樹脂により除去される。その後、アニオンが除去された処理水は仕切板３４を介して強酸性カチオン交換樹脂からなる下層３３を下降流で通水する間にカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等のカチオンが強酸性カチオン交換樹脂により除去される。この処理水は第２仕切板３６を経由し、流出管３１Ｂから高純度の純水として流出し、次工程へ供給される。
【００５１】
原水の処理により各イオン交換樹脂が貫流点に達したら再生工程で各イオン交換樹脂を再生する。それには各イオン交換樹脂層を逆洗することなく、まず、通水出口側に位置する下層３３の強酸性カチオン交換樹脂を向流再生する。即ち、酸再生剤として例えば塩酸水溶液を塔底の第２流入管３１Ｄから上昇流で供給すると共に、バランス水を塔頂部から下降流で塔本体３１内へ供給する。これにより酸再生剤は塔底の空間に流入し、第２仕切板３６を介して下層３３全体へ上昇流で通液される。この時、下層３３は酸再生剤の供給圧により上昇し仕切板３４と接触し、この状態で通液し続けると、強酸性カチオン交換樹脂が酸再生剤により効率良く再生され、この時の酸再生廃液は出入管３５を経由して外部配管３５Ａから排出される。下層３３の強酸性カチオン交換樹脂の向流再生を行った後、酸再生剤に代えて純水を塔底から供給し、塔本体３１の塔頂、塔底の双方から通水して下層３３の強酸性カチオン交換樹脂の洗浄操作を行い、洗浄廃液は出入管３５、外部配管３５Ａから排出される。
【００５２】
下層の洗浄操作の後、通水入口側に位置する上層３２の強塩基性アニオン交換樹脂を向流再生する。即ち、下層３３の洗浄水はバランス水として供給すると共に、外部配管３５Ａからアルカリ再生剤として例えば水酸化ナトリウム水溶液を上昇流で塔本体３１内へ供給する。これによりアルカリ再生剤は出入管３５を介して仕切板３４の下側の隙間に流入し、ここでバランス水と合流し、仕切板３４を介して強塩基性アニオン交換樹脂からなる上層３２全体へ上昇流で通液される。この通液に伴って上層３２は上昇して第３仕切板３７と接触する。この状態でアルカリ再生剤を通液し続けると、アルカリ再生剤により強塩基性アニオン交換樹脂は効率良く再生され、この時のアルカリ再生廃液は第２流出管３１Ｃから排出される。強塩基性アニオン交換樹脂の向流再生後、アルカリ再生剤の供給を停止し、塔底のみから純水を上昇流通水して上層３２の強塩基性アニオン交換樹脂の洗浄操作を行う。後は、通水工程と再生工程とを逆洗操作を行うことなく繰り返してイオン交換反応により原水を処理して純水を製造する。
【００５３】
従って、本実施形態によれば、図１に示すイオン交換塔１０の下降流通水、上昇流再生による効果、及び図３に示すイオン交換塔２０の両イオン交換樹脂層の通水順序による効果を期することができる。
【００５４】
図６に示すイオン交換塔３０Ａは、図５に示すイオン交換塔３０における塔本体３１の縦方向中央近傍の仕切板３４の下方に空間を介して第４仕切板３８が設けられていると共に両仕切板３４、３８間の空間に出入管３５が配置され、第４仕切板３８と下層３３の強酸性カチオン交換樹脂の間に隙間がある以外は図５に示すイオン交換塔３０と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔３０Ａにおいても図５に示すイオン交換塔３０と同様に下降流通水、上昇流再生でイオン交換が行われる。
【００５５】
従って、本実施形態によれば、出入管３５が両仕切板３４、３８間の空間に配置され、上下のイオン交換樹脂層３２、３３から隔離されているため、再生工程において後で向流再生するアルカリ再生剤によって下層３３の強酸性カチオン交換樹脂が逆再生されることがなく、逆再生部分を生じない分だけ下層３３の強酸性カチオン交換樹脂のイオン交換容量が増大する。また、その他に、本実施形態においても図５に示すイオン交換塔３０に準じた作用効果を期することができる。
【００５６】
図７に示すイオン交換塔３０Ｂは、図５に示すイオン交換塔３０における塔本体３１の縦方向中央近傍の仕切板３４が省略されて上層３２と下層３３とが直接積層され、下層３３の強酸性カチオン交換樹脂の上部に出入管３５が埋設されている以外は図５に示すイオン交換塔３０と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔３０Ｂにおいても図５に示すイオン交換塔３０と同様に下降流通水、上昇流再生でイオン交換が行われる。従って、本実施形態によれば、上層３２の強塩基性アニオン交換樹脂と下層３３の強酸性カチオン交換樹脂とが比重差により区画されているだけのため、両イオン交換樹脂層の界面で両者が僅かに混合し、後で行われる強塩基性アニオン交換樹脂の再生時に下層３３の強酸性カチオン交換樹脂の出入管３５より上の部分がアルカリ再生剤により逆再生されるが、この部分は通水時には上流側に位置するため、強酸性カチオン交換樹脂のイオン交換容量は低下するが、処理水の水質には影響しない。また、本実施形態においても図５に示すイオン交換塔３０に準じた作用効果を期することができる。
【００５７】
本発明においては、強酸性カチオン交換樹脂を上層あるいは下層に、また、強塩基性アニオン交換樹脂を上層あるいは下層に積層充填し、この積層を維持したまま通水及び再生を行うことを基本操作とするが、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂を仕切板で分割する場合と、仕切板で分割することなく、直接両イオン交換樹脂を積層する場合とがある。但し、強酸性カチオン交換樹脂を上層に、強塩基性アニオン交換樹脂を下層にして充填する場合には、強酸性カチオン交換樹脂の比重が強塩基性アニオン交換樹脂の比重より大きいため、逆洗は実施しないものの、相互にその流れ方向と逆方向の通水と再生を繰り返すことにより次第に強酸性カチオン交換樹脂粒子が強塩基性アニオン交換樹脂層に侵入し、処理水の純度を低下させる傾向となる。従って、このような積層充填の場合には両イオン交換樹脂を仕切板で分割することが好ましい。一方、図７等に示したように強塩基性アニオン交換樹脂を上層にして積層する場合には通水と再生を繰り返しても上層の強塩基性アニオン交換樹脂粒子が下層の強酸性カチオン交換樹脂層に侵入し難いため、仕切板の設置を省略することができる。
【００５８】
図８に示すイオン交換塔４０は、図３に示すイオン交換塔２０の場合とは強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の上下関係が逆になっていると共に各イオン交換樹脂の再生剤の給排位置を変えて上昇流通水、下降流再生の向流再生を行うように構成されている。これらの点以外は図３に示すイオン交換塔２０に準じて構成されている。従って、各構成部材は図３に示すイオン交換塔２０の各構成部材と同一または相当する部材には４０番台の符号を附し、その説明を省略する。
【００５９】
次に、上記イオン交換塔４０を用いた本発明にイオン交換方法について説明する。通水工程で原水を処理する時には、原水が塔底の流入管４１Ａから塔本体４１内へ上昇流で流入し、第２仕切板４６を介して強酸性カチオン交換樹脂からなる下層４３下面全面に分散する。下層４３は原水の給水圧によりピストン移動して仕切板４４と接触して固定層を形成し、この状態で原水が通水する間に原水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等のカチオンが強酸性カチオン交換樹脂により除去される。その後、原水は仕切板４４を介して強塩基性アニオン交換樹脂からなる上層４２下面全面に分散し、下層４３と同様に上層４２がピストン移動して第３仕切板４７と接触して固定層を形成し、この状態でアニオン除去後の処理水が通水する間にその硫酸イオン、塩素イオン等のアニオンやシリカが強塩基性アニオン交換樹脂により除去される。この処理水は第３仕切板４７を経由し、流出管４１Ｂから高純度の純水として流出し、次工程へ供給される。
【００６０】
原水の処理により各イオン交換樹脂が貫流点に達したら再生工程で各イオン交換樹脂を再生する。それには各イオン交換樹脂層を逆洗することなく、まず、通水出口側に位置する上層４２の強塩基性アニオン交換樹脂を向流再生する。即ち、アルカリ再生剤として例えば水酸化ナトリウム水溶液を塔頂の第２流入管４１Ｄから下降流供給すると共に、バランス水を塔底部から塔本体４２内へ上昇流で供給する。これによりアルカリ再生剤は第２仕切板４７を介して上層４２全体に分散し、アルカリ再生剤が上層４２全体を下降流で通液し、この通液の間に強塩基性アニオン交換樹脂が再生される。この間、塔底部からバランス水が上昇流で通水されているため、バランス水によりアルカリ再生剤の下層４３への侵入を防止する。そして、アルカリ再生廃液は出入管４５においてバランス水と合流し、外部配管４５Ａから排出される。上層４２の強塩基性アニオン交換樹脂の向流再生後、アルカリ再生剤に代えて純水を塔頂から供給し、塔本体４１の塔頂、塔底の双方から通水して上層４２の強塩基性アニオン交換樹脂の洗浄操作を行い、洗浄廃液は出入管４５、外部配管４５Ａから排出される。
【００６１】
上層の洗浄操作の後、通水入口側に位置する下層４３の強酸性カチオン交換樹脂を向流再生する。即ち、酸再生剤として例えば塩酸水溶液を直胴部の外部配管４５Ａから下降流で供給すると共にバランス水を塔頂部から下降流で供給する。これにより酸再生剤は出入管４５から上層４２の最下部に流入し、バランス水と合流して仕切板４４を介して下層４３の強酸性カチオン交換樹脂全体へ下降流で通液される。酸再生剤が下層４３を通液する間に強酸性カチオン交換樹脂は効率良く再生される。強酸性カチオン交換樹脂の向流再生操作が終了したら、引き続き、塔頂のみから純水を下降流通水し、下層４３の強酸性カチオン交換樹脂を洗浄し、再生操作を終了する。後は、通水工程と再生工程とを逆洗操作を行うことなく繰り返してイオン交換反応により原水を処理して純水を製造する。
【００６２】
従って、本実施形態によれば、図３に示すイオン交換塔２０の上昇流通水、下降流再生による効果、及び図１に示すイオン交換塔１０の両イオン交換樹脂層の通水順序による効果を期することができる。
【００６３】
図９に示すイオン交換塔４０Ａは、図８に示すイオン交換塔４０における塔本体４１の縦方向中央近傍の仕切板４４の下方に空間を介して第４仕切板４８が設けられていると共に両仕切板４４、４８間の空間に出入管４５が配置され、第４仕切板４８と下層４３の強酸性カチオン交換樹脂との間に隙間がある以外は図８に示すイオン交換塔４０と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔４０Ａにおいても図８に示すイオン交換塔４０と同様に上昇流通水、下降流再生でイオン交換が行われる。
【００６４】
従って、本実施形態によれば、出入管４５が両仕切板４４、４８間の空間に配置され、上下のイオン交換樹脂層４２、４３から隔離されているため、再生工程において後で向流再生する酸再生剤によって上層４２の強塩基性アニオン交換樹脂が逆再生されることがなく、逆再生部分を生じない分だけ上層４２の強塩基性アニオン交換樹脂のイオン交換容量が増大する。また、その他に、本実施形態においても図８に示すイオン交換塔４０に準じた作用効果を期することができる。
【００６５】
図１０に示すイオン交換塔４０Ｂは、図８に示すイオン交換塔４０における塔本体の縦方向中央近傍の仕切板が省略されて上層４２と下層４３とが直接積層されている以外は図８に示すイオン交換塔４０と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔４０Ｂにおいても図８に示すイオン交換塔４０と同様に上昇流通水、下降流再生でイオン交換が行われる。従って、本実施形態によれば、上層４２の強塩基性アニオン交換樹脂と下層４３の強酸性カチオン交換樹脂とが比重差により区画されているだけのため、両イオン交換樹脂層の界面で両者が僅かに混合し、後で行われる強酸性カチオン交換樹脂の再生時に上層４２の強塩基性アニオン交換樹脂の出入管４５より下の部分が酸再生剤により逆再生されるが、この部分は通水時には上流側に位置するため、強塩基性アニオン交換樹脂のイオン交換容量は低下するが、処理水の水質には影響しない。また、本実施形態においても図８に示すイオン交換塔４０に準じた作用効果を期することができる。
【００６６】
図１１は前述したように例えば図３に示すイオン交換塔２０を純水製造装置に適用した図を示す。この純水製造装置の場合には、イオン交換塔２０が逆浸透膜装置５０の下流側に配置され、逆浸透膜装置５０により原水中の微粒子が除去されると共に、硬度成分の大部分が除去された透過水がイオン交換塔２０に流入するように構成されている。このようにイオン交換塔２０を逆浸透膜装置５０の下流側に配置することにより、イオン交換樹脂層が微粒子の蓄積により、その圧力損失が増大することがなく、更に、強塩基性アニオン交換樹脂層に水酸化マグネシウム等が発生することがなく、長期間に渡って安定した運転を行うことができる。
【００６７】
尚、図示してないが、炭酸水素カルシウムや炭酸水素マグネシウムを含む被処理水を処理するに当たり、弱酸性カチオン交換樹脂と脱炭酸塔を組み合わせた脱アルカリ軟化装置でまず被処理水を処理した後、本発明の各イオン交換塔で処理することもできる。Ｈ形弱酸性カチオン交換樹脂に上記被処理水を通水すると、炭酸水素イオンに対応するカルシウムイオン、マグネシウムイオンはイオン交換され、炭酸水素イオンは遊離炭酸となる。従って、これを脱炭酸塔で処理することにより、遊離炭酸の大部分を除去することができる。このような処理方法を採用すれば、炭酸水素イオンは本発明のイオン交換塔のイオン負荷から除くことができ、より低コストで純水を得ることができる。また、弱酸性カチオン交換樹脂は再生効率は良いため、その再生に当たっては本発明のイオン交換塔における強酸性カチオン交換樹脂を再生した再生廃液を利用することができる。
【００６８】
また、本発明に用いるイオン交換塔を例えば２基設置した場合には、メリーゴーランド方式により運転することにより各イオン交換樹脂の利用効率を高め、連続的に効率良く純水を製造することができる。
【００６９】
尚、図１１ではイオン交換塔２０を逆浸透膜装置５０の下流側に配置したものについて説明したが、その他の図２〜図１０に示したイオン交換塔も同様に図１１に示す純水製造装置に適用することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１〜請求項１１に記載の発明によれば、次のような種々の効果を達成することができる。
（１）強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性カチオン交換樹脂を一塔内に充填したため、塔数を最小にすることができ、イオン交換装置をコンパクト化することができ、設置コスト及び設置面積を大幅に削減することができる。
（２）一塔内に両イオン交換樹脂を充填するとは云え、従来のように両イオン交換樹脂を混合することなく、両イオン交換樹脂の積層状態を維持したまま通水及び再生を行うため、従来の混床式イオン交換装置で発生したような両イオン交換樹脂によるクランピング現象による再生不良を生じることなく、しかも、向流再生を行うため、処理水中のシリカに関しては混床式イオン交換装置よりむしろ優れている。即ち、混床式イオン交換装置においては、再生後にイオン交換樹脂を混合するため、再生によって残留したシリカ形の強塩基性アニオン交換樹脂が全樹脂層に分散して平均化してしまい、処理水のシリカリークは、この平均化したシリカ形の分率によって決定されるが、本発明は向流再生であるため、処理水流出側は完全に再生されており、シリカリークが極めて少ない。
（３）積層させた強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂を再生するに当たり、通水後に逆洗を実施することなく向流再生を行うため、再生操作そのものを理想的な状態で行うことができ、再生剤の使用量当たりの再生後に生成させるＨ形強酸性カチオン交換樹脂あるいはＯＨ形強塩基性アニオン交換樹脂の量を最大にすることができ、処理容量を大きくすることができる。
（４）積層させた両イオン交換樹脂を再生するに当たり、強酸性カチオン交換樹脂から強塩基性アニオン交換樹脂へ通水する場合には強塩基性アニオン交換樹脂を再生した後強酸性カチオン交換樹脂を再生し、強塩基性アニオン交換樹脂から強酸性カチオン交換樹脂へ通水する場合には強酸性カチオン交換樹脂を再生した後強塩基性アニオン交換樹脂を再生するというように、両イオン交換樹脂に被処理水を通水する順序と逆の順序で再生することにより、後から再生する一方のイオン交換樹脂の再生剤が先に再生した他方のイオン交換樹脂と接触して塩形となってもこの塩形が最上流部に位置するため、処理水の純度に全く影響を与えないようにすることができる。
（５）両イオン交換樹脂を仕切板によって仕切ることにより通水と再生を繰り返し行っても両イオン交換樹脂が混合することなく、安定したイオン交換操作を実施することができる。
（６）逆浸透膜装置を設置し、被処理水を逆浸透膜装置により処理し、その透過水を本発明に用いるイオン交換塔で処理するフローにより微粒子の蓄積によるイオン交換樹脂層の圧力損失の増大等の障害を防止することができ、更に、強塩基性アニオン交換樹脂を先に接触させる場合であっても強塩基性アニオン交換樹脂層に水酸化マグネシウム等の沈澱物を発生させることがなく、高純度の処理水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の他の実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図４】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図５】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図６】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図７】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図８】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図９】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図１０】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図１１】図１に示すイオン交換塔を適用した純水製造装置の要部を示すフロー図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０          イオン交換塔
１０Ａ、２０Ａ、３０Ａ、４０Ａ  イオン交換塔
１１、２１、３１、４１          塔本体
１２、２２、３２、４２          上層（イオン交換樹脂層）
１３、２３、３３、４３          下層（イオン交換樹脂層）
１４、２４、３４、４４          仕切板
１５、２５、３５、４５          出入管
１８、２８、３８、４８          第３仕切板
３０Ｂ、４０Ｂ                  イオン交換塔
【図１】
0003632331.tif 000002
【図２】
0003632331.tif 000003
【図３】
0003632331.tif 000004
【図４】
0003632331.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003632331.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
0003632331.tif 000010
【図１０】
0003632331.tif 000011
【図１１】
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