(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を強酸性カチオン交換樹脂層、強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水して純水を得る純水製造方法において、塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に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それぞれの再生膨潤分だけの隙間を残して二層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、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再生工程とを有することを特徴とする純水製造方法。
【請求項２】
第２イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂の充填層高を６００ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の純水製造方法。
【請求項３】
第２イオン交換塔の再生工程は、先に強酸性カチオン交換樹脂層を再生し、後に強塩基性アニオン交換樹脂層を再生することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の純水製造方法。
【請求項４】
第２イオン交換塔は上層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に強酸性カチオン交換樹脂層が形成され、通水を下降流で行い、再生を上昇流で行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の純水製造方法。
【請求項５】
第２イオン交換塔は、上層に強酸性カチオン交換樹脂層、下層に強塩基性アニオン交換樹脂層が形成され、通水を上昇流で行い、再生を下降流で行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載された純水製造方法。
【請求項６】
被処理水を強酸性カチオン交換樹脂層、弱塩基性アニオン交換樹脂層、強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水して純水を得る純水製造方法において、塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に弱塩基性アニオン交換樹脂、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それぞれの通水膨潤分及び再生膨潤分だけの隙間を残して三層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の弱塩基性アニオン交換樹脂層、強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、上記被処理水の通水方向と逆の方向にそれぞれの再生剤を通液する再生工程とを有することを特徴とする純水製造方法。
【請求項７】
第２イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂の充填層高を６００ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項６に記載の純水製造方法。
【請求項８】
第２イオン交換塔の再生工程は、先に強酸性カチオン交換樹脂層を再生し、後に強塩基性アニオン交換樹脂層及び弱塩基性アニオン交換樹脂を再生することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の純水製造方法。
【請求項９】
第２イオン交換塔は、上層に弱塩基性アニオン交換樹脂層、中層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に強酸性カチオン交換樹脂層が形成され、通水を下降流で行い、再生を上昇流で行うことを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか一つに記載の純水製造方法。
【請求項１０】
第２イオン交換塔は、上層に強酸性カチオン交換樹脂層、中層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に弱塩基性アニオン交換樹脂層が形成され、通水を上昇流で行い、再生を下降流で行うことを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか一つに記載の純水製造方法。
【請求項１１】
塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に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それぞれの再生膨潤分だけの隙間を残して二層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、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再生工程とを有する純水製造方法に用いられる第２イオン交換塔であって、当該第２イオン交換塔は、上層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に強酸性カチオン交換樹脂層が形成され、通水を下降流で行い、再生を上昇流で行うものであり、上記第２イオン交換塔内の上記強塩基性アニオン交換樹脂層と上記強酸性カチオン交換樹脂層を、被処理水の通水を許すが、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、あるいは仕切板で仕切ることなく、更に上記仕切板の下方近傍または上記両イオン交換樹脂層の分離境界面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１２】
塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に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それぞれの再生膨潤分だけの隙間を残して二層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、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再生工程とを有する純水製造方法に用いられる第２イオン交換塔であって、当該第２イオン交換塔は上層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に強酸性カチオン交換樹脂層が形成され、通水を下降流で行い、再生を上昇流で行うものであり、上記第２イオン交換塔内の上記強酸性カチオン交換樹脂層と、上記強塩基性アニオン交換樹脂層の間にイナート樹脂層が形成され、このイナート樹脂層の中央部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１３】
塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に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それぞれの再生膨潤分だけの隙間を残して二層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、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再生工程とを有する純水製造方法に用いられる第２イオン交換塔であって、当該第２イオン交換塔は、上層に強酸性カチオン交換樹脂層、下層に強塩基性アニオン交換樹脂層が形成され、通水を上昇流で行い、再生を下降流で行うものであり、上記第２イオン交換塔内の上記強酸性カチオン交換樹脂層と上記強塩基性アニオン交換樹脂層を、被処理水の流通は許すが、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、更に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１４】
塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に弱塩基性アニオン交換樹脂、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それぞれの通水膨潤分及び再生膨潤分だけの隙間を残して三層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の弱塩基性アニオン交換樹脂層、強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、上記被処理水の通水方向と逆の方向にそれぞれの再生剤を通液する再生工程とを有する純水製造方法に用いられる第２イオン交換塔であって、当該第２イオン交換塔は上層に強酸性カチオン交換樹脂層、中層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に弱塩基性アニオン交換樹脂層が形成され、通水を上昇流で行い、再生を下降流で行うものであり、上記第２イオン交換塔内の上記強酸性カチオン交換樹脂層、上記強塩基性アニオン交換樹脂層、上記弱塩基性アニオン交換樹脂層それぞれの層間を、被処理水の流通は許すが、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、更に強酸性カチオン交換樹脂層の下層部内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１５】
強酸性カチオン交換樹脂層の下層部にイナート樹脂を充填し、このイナート樹脂層内に再生剤の出入管を設けたことを特徴とする請求項１４に記載のイオン交換塔。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、純水製造方法及び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高純度純水を得る純水製造方法及びイオン交換塔に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の純水製造方法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がある。このイオン交換装置は、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。また、原水中に炭酸イオンがあまり含まれていない場合には脱炭酸塔を省略した２床２塔式イオン交換装置が用いられる。
【０００３】
ところで、従来のこの種のイオン交換装置のアニオン交換塔に用いられるアニオン交換樹脂は、再生時に再生剤であるアルカリ水溶液（例えば水酸化ナトリウム水溶液）と接触するが、その後、アルカリ成分（ナトリウムイオン）を完全に洗い流すには長時間を要すると共に多量の洗浄水を必要とし、しかも、例えば１μＳ／ｃｍ程度までしか洗浄することができず、採水工程に入ってもアニオン交換樹脂に吸着されたアルカリ成分が僅かずつではあるが処理水中に徐々に溶出し、処理水が一定の純度に立ち上がるまでに相当の時間が掛かり、処理水の到達純度も５〜１０ＭΩ・ｃｍ程度であった。
【０００４】
更に、処理水が一定の純度に達するまでに時間が掛かるその他の要因としては次のことが挙げられる。即ち、被処理水である原水中には一般に有機酸が含まれており、有機酸の多くは複数の弱酸基を持った複雑な構造を有し、しかも比較的分子量の高い有機酸も含まれている。比較的分子量の高い有機酸が処理中にアニオン交換樹脂に対して物理吸着すると、再生剤である水酸化ナトリウム水溶液では有機酸を完全に溶離できず、水酸化ナトリウムとアニオン交換樹脂に吸着された有機酸とが反応して、この有機酸がナトリウム塩となってアニオン交換樹脂層内に残存することがある。このような有機酸のナトリウム塩がアニオン交換樹脂層内に残存していると、通水中に、この有機酸の弱酸基からナトリウムイオンが加水分解によって徐々に離脱し、処理水の純度を低下させる。
【０００５】
そこで、現実的な対策としては１７ＭΩ・ｃｍ以上の高純度の純水を得るためには、上述した従来の２床３塔式イオン交換装置（または２床２塔式イオン交換装置）の後段に再生型混床式イオン交換装置を設置し、アルカリ成分を除去すると共にシリカや他の不純物を除去するのが一般的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今日ではイオン交換装置には処理水の高純度化及び小型化の要求が益々高まっていることから、従来のイオン交換装置を用いて高純度（１７ＭΩ・ｃｍ以上）の純水を得ようとすると、上述したようにイオン交換装置の後段に再生型混床イオン交換装置を設置する必要があり、装置が大型化して装置の小型化の要求を満たすことができず、逆に再生型混床式イオン交換装置を設置しないと、上述のように高純度の純水を得ることができないという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、イオン交換装置の小型を実現できると共に高純度の処理水を得ることができ、しかも、アニオン交換樹脂層の洗浄時間を格段に短縮することができる共に洗浄水を格段に節約することができる純水製造方法及びイオン交換塔を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の純水製造方法は、被処理水を強酸性カチオン交換樹脂層、強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水して純水を得る純水製造方法において、塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に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それぞれの再生膨潤分だけの隙間を残して二層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、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再生工程とを有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に記載の純水製造方法は、請求項１に記載の発明において、第２イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂の充填層高を６００ｍｍ以下と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に記載の純水製造方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、第２イオン交換塔の再生工程は、先に強酸性カチオン交換樹脂層を再生し、後に強塩基性アニオン交換樹脂層を再生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に記載の純水製造方法は、請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の発明において、第２イオン交換塔は上層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に強酸性カチオン交換樹脂層が形成され、通水を下降流で行い、再生を上昇流で行うことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項５に記載の純水製造方法は、請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の発明において、第２イオン交換塔は、上層に強酸性カチオン交換樹脂層、下層に強塩基性アニオン交換樹脂層が形成され、通水を上昇流で行い、再生を下降流で行うことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項６に記載の純水製造方法は、被処理水を強酸性カチオン交換樹脂層、弱塩基性アニオン交換樹脂層、強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水して純水を得る純水製造方法において、塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に弱塩基性アニオン交換樹脂、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それぞれの通水膨潤分及び再生膨潤分だけの隙間を残して三層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の弱塩基性アニオン交換樹脂層、強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、上記被処理水の通水方向と逆の方向にそれぞれの再生剤を通液する再生工程とを有す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に記載の純水製造方法は、請求項６に記載の発明において、第２イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂の充填層高を６００ｍｍ以下とすることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項８に記載の純水製造方法は、請求項６または請求項７に記載の発明において、第２イオン交換塔の再生工程は、先に強酸性カチオン交換樹脂層を再生し、後に強塩基性アニオン交換樹脂層及び弱塩基性アニオン交換樹脂を再生することを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項９に記載の純水製造方法は、請求項６〜請求項８のいずれか一つに記載の発明において、第２イオン交換塔は、上層に弱塩基性アニオン交換樹脂層、中層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に強酸性カチオン交換樹脂層が形成され、通水を下降流で行い、再生を上昇流で行うことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項１０に記載の純水製造方法は、請求項６〜請求項８のいずれか一つに記載の発明において、第２イオン交換塔は、上層に強酸性カチオン交換樹脂層、中層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に弱塩基性アニオン交換樹脂層が形成され、通水を上昇流で行い、再生を下降流で行う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、塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に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それぞれの再生膨潤分だけの隙間を残して二層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、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再生工程とを有する純水製造方法に用いられる第２イオン交換塔であって、当該第２イオン交換塔は、上層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に強酸性カチオン交換樹脂層が形成され、通水を下降流で行い、再生を上昇流で行うものであり、上記第２イオン交換塔内の上記強塩基性アニオン交換樹脂層と上記強酸性カチオン交換樹脂層を、被処理水の通水を許すが、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、あるいは仕切板で仕切ることなく、更に上記仕切板の下方近傍または上記両イオン交換樹脂層の分離境界面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。
【００１９】
また、本発明の請求項１２に記載のイオン交換塔は、塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に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それぞれの再生膨潤分だけの隙間を残して二層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、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再生工程とを有する純水製造方法に用いられる第２イオン交換塔であって、当該第２イオン交換塔は上層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に強酸性カチオン交換樹脂層が形成され、通水を下降流で行い、再生を上昇流で行うものであり、上記第２イオン交換塔内の上記強酸性カチオン交換樹脂層と、上記強塩基性アニオン交換樹脂層の間にイナート樹脂層が形成され、このイナート樹脂層の中央部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。
【００２０】
また、本発明の請求項１３に記載のイオン交換塔は、塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に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それぞれの再生膨潤分だけの隙間を残して二層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、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再生工程とを有する純水製造方法に用いられる第２イオン交換塔であって、当該第２イオン交換塔は、上層に強酸性カチオン交換樹脂層、下層に強塩基性アニオン交換樹脂層が形成され、通水を上昇流で行い、再生を下降流で行うものであり、上記第２イオン交換塔内の上記強酸性カチオン交換樹脂層と上記強塩基性アニオン交換樹脂層を、被処理水の流通は許すが、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、更に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。
【００２１】
また、本発明の請求項１４に記載のイオン交換塔は、塔内に強酸性カチオン交換樹脂をその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔と、塔内に弱塩基性アニオン交換樹脂、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それぞれの通水膨潤分及び再生膨潤分だけの隙間を残して三層状に充填した第２イオン交換塔を用い、被処理水を第１イオン交換塔の強酸性カチオン交換樹脂層、第２イオン交換塔の弱塩基性アニオン交換樹脂層、強塩基性アニオン交換樹脂層、強酸性カチオン交換樹脂層の順に通水する通水工程と、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、上記被処理水の通水方向と逆の方向にそれぞれの再生剤を通液する再生工程とを有する純水製造方法に用いられる第２イオン交換塔であって、当該第２イオン交換塔は上層に強酸性カチオン交換樹脂層、中層に強塩基性アニオン交換樹脂層、下層に弱塩基性アニオン交換樹脂層が形成され、通水を上昇流で行い、再生を下降流で行うものであり、上記第２イオン交換塔内の上記強酸性カチオン交換樹脂層、上記強塩基性アニオン交換樹脂層、上記弱塩基性アニオン交換樹脂層それぞれの層間を、被処理水の流通は許すが、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、更に強酸性カチオン交換樹脂層の下層部内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。
【００２２】
また、本発明の請求項１５に記載のイオン交換塔は、請求項１４に記載の発明において、強酸性カチオン交換樹脂層の下層部にイナート樹脂を充填し、このイナート樹脂層内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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図９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及び図４は本発明の純水製造方法の一実施形態に用いられる２床３塔式イオン交換装置を示す構成図、図２、図３及び図５〜図９はそれぞれ本発明の純水製造方法の他の実施形態に用いられる第２イオン交換塔の構造を示す構成図である。
【００２４】
まず、本発明の純水製造方法の一実施形態に用いられる２床３塔式イオン交換装置（以下、単に「イオン交換装置」と称す。）について図１を参照しながら説明する。このイオン交換装置１０は、図１に示すように、塔本体１１Ａ内に強酸性カチオン交換樹脂（以下、必要に応じて「強酸性カチオン交換樹脂層」と称す。）１１Ｂが充填された第１イオン交換塔１１と、塔本体１２Ａ内に強塩基性アニオン交換樹脂（以下、必要に応じて「強塩基性アニオン交換樹脂層」と称す。）１２Ｂ及び強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃがそれぞれ上層及び下層として二層状に充填された第２イオン交換塔１２と、これら両者１１、１２間に配置された脱炭酸塔１３とを備えている。また、第１イオン交換塔１１の塔頂には原水が流入する流入管１４が接続され、また、第１イオン交換塔１１の塔底と脱炭酸塔１３及び脱炭酸塔１３と第２イオン交換塔１２の塔頂はそれぞれ接続管１５、１６によって接続され、第２イオン交換塔１２の塔底には処理水の流出管１７が接続されている。尚、１８は脱炭酸塔１３から流出した二次処理水を第２イオン交換塔１２へ給送するポンプである。
【００２５】
そして、被処理水である原水が流入管１４から第１イオン交換塔１１へ流入し、実線の矢印で示すように下降流で強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂを通水して一次処理水を得、この一次処理水は接続管１５を介して脱炭酸塔１３において脱炭酸が行われた後、二次処理水が接続管１６を介して第２イオン交換塔１２の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ、強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの順に下降流で通水して純水を処理水として得るようにしてある。このように第２イオン交換塔１２内で強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの処理水を強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃで更に処理することには以下の利点がある。
【００２６】
即ち、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを再生した後、洗浄操作を行ってもアルカリ再生剤を完全に洗い流すことが難しく、再生後の採水工程で強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂから微量ではあるがナトリウムイオン等のアルカリ成分が不純物として漏出する。ところが、同一塔内で強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの下層として配置したことにより、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂから漏出する僅かなアルカリ成分をその下層の強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃにより確実に除去し、あるいは強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂに吸着された有機酸のナトリウム塩の加水分解に起因するアルカリ成分を除去し、従来よりも短時間で処理水を所定純度まで立ち上げることができると共に従来よりも高純度の純水を得ることができる。従って、再生後の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの洗浄時間を短縮でき、洗浄用水を格段に節約することができる。
【００２７】
上記強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの層高は、第２イオン交換塔１２の直径によっても異なるが、その直径が例えば１０００ｍｍ以下であれば、層高が３００ｍｍ程度あれば強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂからの漏出する僅かなナトリウムイオン等のアルカリ成分を除去することができる。その直径が例えば２０００ｍｍ程度になると６００ｍｍ程度の層高が必要になるが、通常、第２イオン交換塔１２の直径が２０００ｍｍを超えることは少なく、強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの層高としては一般的には６００ｍｍ以下であれば、強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの機能を十分に発揮する。水酸化ナトリウムを除去するためであれば、強酸性カチオン交換樹脂に代えて弱酸性カチオン交換樹脂を用いることもできるが、この樹脂は再生形と塩形の膨潤、収縮が大きいため、塔内に充填し難く、処理水の純度の点で強酸性カチオン交換樹脂に劣るため、本発明では強酸性カチオン交換樹脂を用いる。
【００２８】
而して、第１イオン交換塔１１の塔本体１１Ａ内の塔底及び塔頂近傍には第１、第２仕切板１１Ｃ、１１Ｄが水平に設けられ、第１仕切板１１Ｃで強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂを支持している。強酸性カチオン交換樹脂は再生時、特に、酸再生剤の通液後の水による押し出し時に約７％前後膨潤するため、基準形（ナトリウム形）の強酸性カチオン交換樹脂を塔本体１１Ａ内に充填する時には強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂの上面と第２仕切板１１Ｄの間には再生膨潤分だけのスペースに見合った隙間を残して強酸性カチオン交換樹脂をほぼ満杯に充填する。この隙間は再生時に強酸性カチオン交換樹脂１１Ｂの膨潤により詰まるようになっている。また、第１、第２仕切板１１Ｃ、１１Ｄはいずれも上下の空間を連通する多数の連通手段を有する、例えばストレーナーが各仕切板の全面に多数個分散して形成され、これらの連通手段は被処理水や再生剤等の液体が流通し、各イオン交換樹脂は流通できないようになっている。更に、流入管１４には強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂの再生廃液が流出する再生剤流出管１４Ａが接続され、接続管１５には酸再生剤が流入する再生剤流入管１５Ａが接続されている。尚、以下で説明する仕切板の構造も第１、第２仕切板１１Ｃ、１１Ｄと同様に構成されている。また、図１を含む各図では再生膨潤分に見合った隙間は図示してない。
【００２９】
従って、第１イオン交換塔１１の強酸性カチオン交換樹脂１１Ｂを再生する時には、塩酸水溶液等の酸再生剤を再生剤流入管１５Ａから通水方向とは逆方向の上昇流で通液すると、酸再生剤が強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂを一点鎖線で示すように上昇流で通液してこの樹脂を再生した後、酸再生廃液が再生剤流出管１４Ａから流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９においても同様である。
【００３０】
一方、第２イオン交換塔１２の塔本体１２Ａ内の塔底及び塔頂近傍には第１、第２仕切板１２Ｄ、１２Ｅが水平に設けられ、第１仕切板１２Ｄで強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ及び強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを二層状に積層した状態で支持している。また、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はそれぞれ再生時に膨潤するため、これらのイオン交換樹脂１２Ｂ、１２Ｃを塔本体１２Ａ内に充填する時には強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを充填し、その上面に第２仕切板１２Ｅの間でそれぞれの樹脂の再生膨潤分だけのスペースに見合った隙間を残して強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを塔本体１２Ａ内にほぼ満杯に充填する。これらの隙間は再生時に各イオン交換樹脂の膨潤により詰まるようになっている。更に、接続管１６には上層である強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの再生廃液が流出する再生剤流出管１６Ａが接続され、流出管１７には下層である強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの酸再生剤が流入する再生剤流入管１７Ａが接続されている。そして、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂと強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの境界面やや下方には再生時に用いられる再生剤の出入管１２Ｆが水平に配置され、この出入管１２Ｆは水酸化ナトリウム等のアルカリ再生剤のディストリビュータとしての機能及び酸再生剤の廃液のコレクタとしての機能を有している。
【００３１】
従って、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを再生する時には、アルカリ再生剤を出入管１２Ｆから供給すると共に塔本体１２Ａの塔底から純水をバランス水として上昇流で供給すると、アルカリ再生剤がバランス水に随伴して一点鎖線で示すように上昇流で通液して強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを再生し、アルカリ再生廃液が再生剤流出管１６Ａから流出する。また、強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを再生する時には、酸再生剤を再生剤流入管１７Ａから供給すると共に塔頂からバランス水を供給すると、酸再生剤が強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを一点鎖線で示すように上昇流で通液して再生すると共にバランス水が下降流で通水し、これら両者が出入管１２Ｆで合流し、酸再生廃液が出入管１２Ｆから流出する。
【００３２】
第２イオン交換塔１２の各イオン交換樹脂の再生順序としては、先に通水出口側の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを再生した後、通水入口側の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを再生する。このように通水出口側である強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃ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、先に強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを再生し、後に強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃ再生すると、折角、上昇流によって高度に再生された強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの下層部に後に再生する酸再生剤が接触し、その下層部が処理水の導電率に最も影響を与える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、先に通水出口側である下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを再生し、後に通水入口側である上層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを再生した場合には、上述したような現象が生じることなく、高純度の処理水を得ることができる。このように先に下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを再生し、後に上層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを再生すると、再生済みの強酸性カチオン交換樹脂層１２ＢＣの上層部が強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの再生剤である水酸化ナトリウム等のアルカリ再生剤が接触して塩形となるが、この場合には被処理水が下降流で通水されるため、被処理水は強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの塩形部分（上層部）に最初に接触し処理水の純度低下に対して影響を与えることがなく、最下層部は理想的に再生されている。
【００３３】
次に、上記イオン交換装置１０を用いた本発明の純水製造方法について説明する。本実施形態の純水製造方法では、通水工程で原水を処理する時には、原水が流入管１４から塔本体１１内の塔頂空間へ流入し、第２仕切板１１Ｄを介して強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂの上面全面に分散する。この原水は強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂ全体を下降流で通水し、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１１Ｂにより除去され、第１仕切板１１Ｃを経由して接続管１５から一次処理水として流出する。そして、脱炭酸塔１３において一次処理水中に残留する炭酸イオンが炭酸ガスとして除去された二次処理水が接続管１６を経由して第２イオン交換塔１２の塔本体１２Ａ内の塔頂空間に流入する。
【００３４】
第２イオン交換塔１２の塔本体１２Ａ内に流入した二次処理水は第２仕切板１２Ｅを介して強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの上面全面に分散する。この二次処理水は強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ全体を下降流で通水し、この間に二次処理水中の塩素イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、シリカ、残留炭酸等のアニオンが強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂにより除去され、引き続き、下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを下降流で通水し、ここで上層から処理水中へ漏出する僅かなナトリウムイオン等のアルカリ成分を捕捉して処理水中から除去し、高純度の純水を第２イオン交換塔１２の流出管１７から流出する。
【００３５】
上述した純水の製造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。それには第１、第２イオン交換塔１１、１２の各イオン交換樹脂層を逆洗操作することなく、第１、第２イオン交換塔１１、１２の各イオン交換樹脂を再生する。例えば、先に第２イオン交換塔１２の再生操作を行い、後に第１イオン交換塔１１の再生操作を行う。
【００３６】
第２イオン交換塔１２の再生操作を行うにはまず、塔本体１２Ａの通水出口側に位置する下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを向流再生する。即ち、酸再生剤を塔底の再生剤流入管１７Ａから塔本体１２Ａ内へ供給すると共に塔頂から純水をバランス水として供給する。これにより酸再生剤は塔底の空間に流入し、第２仕切板１２Ｄを介して下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃ全体へ上昇流で通液し、強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃを効率良く再生する。酸再生廃液が出入管１２Ｆから流出する時点では既にバランス水が下層まで達しており、酸性廃液が上層に侵入することなくバランス水と合流して出入管１２Ｆから酸再生廃液として排出される。
【００３７】
下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃ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１２の塔頂、塔底の双方から純水を通水して洗浄操作を行い、洗浄廃液を出入管１２Ｆから排出する。
【００３８】
下層の洗浄操作の後、通水入口側に位置する上層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを向流再生する。即ち、塔底からバランス水を供給すると共に出入管１２Ｆから例えば水酸化ナトリウム水溶液をアルカリ再生剤として供給する。これによりアルカリ再生剤は出入管１２Ｆを介して強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの最上層に流入し、ここでバランス水と合流し、アルカリ再生剤は強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ全体へ上昇流で通液し、強塩基性アニオン交換樹脂を効率良く再生する。アルカリ再生剤が出入管１２Ｆから流入する時点では既にバランス水が出入管１２Ｆまで達しており、アルカリ再生剤はバランス水と合流し、強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂを再生した後、再生剤流出管１６Ａからアルカリ再生廃液として排出される。上層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ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、洗浄廃液は再生剤流出管１６Ａから排出される。
【００３９】
ところで、上層の強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂと下層の強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃは比重差により区画されているだけであるため、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の強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃの出入管１２Ｆより上の部分がアルカリ再生剤により逆再生されて強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの最下層部に混じるが、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僅かに低下するが、処理水の水質には影響しない。
【００４０】
次いで、第１イオン交換塔１１の再生操作を行う。即ち、酸再生剤を第１イオン交換塔１１の再生剤流入管１５Ａから上昇流で強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂに通液し、再生廃液を再生剤流出管１４Ａから流出する。その後、強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂの押し出し、洗浄操作等を行って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。尚、第１イオン交換塔１１の強酸性カチオン交換樹脂の再生においては、第２イオン交換塔１２の強酸性カチオン交換樹脂と同時に行うこともできる。この場合には前述したように第２イオン交換塔１２の強酸性カチオン交換樹脂の再生の際に出入管１２Ｆから流出する再生廃液の全量を第１イオン交換塔１１の再生剤流入管１５Ａを介して第１イオン交換塔１１に供給する。
【００４１】
以上説明したように本実施形態によれば、塔本体１１Ａ内に強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂをその再生膨潤分だけの隙間を残して充填した第１イオン交換塔１１と、塔本体１２Ａ内に強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂと強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃとをそれぞれの再生膨潤分だけの隙間を残して二層状に上下層として充填した第２イオン交換塔１２を用い、原水を下降流で通水し、各再生剤を上昇流で通液するようにしたため、以下のような作用効果が奏し得られる。
【００４２】
即ち、純水を得る通水工程では、原水を第１イオン交換塔１１の強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂに通水した後、第２イオン交換塔１２の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ、強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの順に下降流で通水するため、特に第２イオン交換塔１２の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの下層に少量の強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃを充填するだけで、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの処理水に僅かなナトリウムイオン等のアルカリ成分が残留していても、下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃにより確実にアルカリ成分を除去し、高純度の純水を得ることができる。また、塔を増設することなく従来のアニオン交換塔内に強酸性カチオン交換樹脂を充填するだけで良いため、再生型混床式イオン交換装置を増設する従来方式と比較して格段にイオン交換装置を小型化することができる。
【００４３】
また、再生工程では、第１イオン交換塔１１及び第２イオン交換塔１２共に逆洗操作を行うことなく、原水の通水方向と逆の方向にそれぞれの再生剤を通液して向流再生を行うので、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。
【００４４】
例えば、第１イオン交換塔１１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。
【００４５】
更に、再生後の洗浄工程では、第２イオン交換塔１２の下層として強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃが配置されているため、上層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂからアルカリ成分が漏出しなくなるまで洗浄する必要がなく、短時間で洗浄操作を打ち切ることができ、洗浄水の使用量を格段に節約することができる。即ち、短時間で洗浄操作を打ち切った場合は通水を開始すると残留するアルカリ成分が漏出することになるが、アルカリ成分が漏出しても下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃによりアルカリ成分を確実に捕捉して除去し、高純度の純水を得ることができる。
【００４６】
図２は本発明のイオン交換塔の他の実施形態を示す図で、このイオン交換塔は図１に示す第２イオン交換塔１２に代えて用いられるものである。従って、本実施形態では図１に示す場合と同一または相当する部分には同一符号を附して説明する。この第２イオン交換塔１２１の場合には、図１に示す第２イオン交換塔１２の上層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂと下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの境界に第３仕切板１２Ｇを設け、第３仕切板１２Ｇのやや下方に出入管１２Ｆを設けた以外は図１に示す第２イオン交換塔１２に準じて構成されている。そして、各イオン交換樹脂を充填する時には第２仕切板１２Ｅとの間に強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂの再生膨潤分だけのスペースに見合った隙間を残してこの樹脂をほぼ満杯に充填すると共に、第３仕切板１２Ｇとの間には強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの再生膨潤分だけのスペースに見合った隙間を残してこの樹脂をほぼ満杯に充填する。そして、通水工程では強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ、強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの順で下降流通水を行い、再生工程では強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃ、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの順で上昇流通液を行うようにしてある。
【００４７】
従って、本実施形態によれば、上層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂと下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを第３仕切板１２Ｇによって区画してあるため、通水と再生を繰り返し行っても両イオン交換樹脂１２Ｂ、１２Ｃが混合することなく、高純度の純水を安定的に製造することができる。その他、図１に示すイオン交換装置と同様の作用効果を期することができる。
【００４８】
図３は本発明のイオン交換塔の他の実施形態を示す図で、このイオン交換塔は図１に示す第２イオン交換塔１２に代えて用いられるものである。この第２イオン交換塔１２２の場合には、図１に示す第２イオン交換塔１２の上層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂと下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの間に化学的に不活性なイナート樹脂１２Ｈを配置し、このイナート樹脂１２Ｈの縦方向中央部に出入管１２Ｆを設けた以外は図１に示す第２イオン交換塔１２に準じて構成されている。ここで、イナート樹脂は不活性樹脂とも称し、例えば通常のイオン交換樹脂の母体と同じスチレンとジビニルベンゼンとの共重合体でイオン交換基のないものを指す。
【００４９】
従って、本実施形態によれば、出入管１２Ｆがイナート樹脂１２Ｈ中に設けてあるため、後で行う上層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの再生時にも下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃに逆再生部分を生じることがなく、下層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃのイオン交換容量が低減することがない。その他、図１に示すイオン交換装置と同様の作用効果を期することができる。
【００５０】
図４は本発明の純水製造方法の更に他の実施形態に用いられる２床３塔式イオン交換装置を示す図で、図１に示す場合と同一または相当する部分には同一符号を附してある。本実施形態のイオン交換装置１０Ａは、図４に示すように、塔本体１１Ａ内に強酸性カチオン交換樹脂１１Ｂが充填された第１イオン交換塔１１と、塔本体１２Ａ内に強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂ及び強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃがそれぞれ下層及び上層として二層状に充填された第２イオン交換塔１２３と、これら両者１１、１２３間に配置された脱炭酸塔１３とを備え、通水工程では原水が第１、第２イオン交換塔１１、１２３を上昇流で通水し、再生工程では各イオン交換樹脂の再生剤が第１、第２イオン交換塔１１、１２３を下降流で通液するようにしてある。また、第１イオン交換塔１１の塔底には原水が流入する流入管１４が接続され、第１イオン交換塔１１の塔頂と脱炭酸塔１３及び脱炭酸塔１３と第２イオン交換塔１２３の塔底はそれぞれ接続管１５、１６によって接続され、第２イオン交換塔１２３の塔頂には流出管１７が接続されている。
【００５１】
第２イオン交換塔１２３内には図４に示すように上層の強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃと下層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂとの間に位置させた第３仕切板１２Ｇが設けられ、この第２仕切板１２Ｇのやや上方に出入管１２Ｆが配置されている。そして、第１仕切板１２Ｄと強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの間及び第３仕切板１２Ｇと強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂとの間にはそれぞれの樹脂の再生膨潤分だけの隙間（図示せず）が設けられており、再生時にはこれらの隙間は各イオン交換樹脂の膨潤により詰まるようになっている。このように下層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂと上層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの間に第３仕切板１２Ｇを配置したのは、強塩基性アニオン交換樹脂の比重が強酸性カチオン交換樹脂の比重より小さいため、第２イオン交換塔１２３内で通水及び再生を繰り返す間に両イオン交換樹脂が混合するのを防止するためである。
【００５２】
第２イオン交換塔１２３の各イオン交換樹脂の再生順序としては、先に通水出口側である上層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを再生した後、通水入口側である下層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを再生する。このように通水出口側である強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを先に向流再生し、後に通水出口側の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを向流再生する理由は前述した通りである。
【００５３】
次に、上記イオン交換装置１０Ａを用いた本発明の純水製造方法について説明する。本実施形態の純水製造方法では、通水工程で原水を処理する時には、原水が流入管１４から塔本体１１内の塔底空間へ流入し、第１仕切板１１Ｃを介して強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂの下面全面に分散する。この原水は強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂ全体を上昇流により通水し、この間に原水中のカチオンが強酸性カチオン交換樹脂１１Ｂにより除去され、第２仕切板１１Ｄを経由して接続管１５から二次処理水として流出する。そして、脱炭酸塔１３において二次処理水中に残留する炭酸イオンが炭酸ガスとして除去され二次処理水が得られ、この二次処理水が接続管１６を経由して第２イオン交換塔１２３の塔本体１２Ａ内に塔底側から流入する。
【００５４】
第２イオン交換塔１２３の塔本体１２Ａ内に流入した二次処理水は第１仕切板１２Ｄを介して強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの下面全面に分散する。この二次処理水は強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ全体を上昇流により通水し、この間に二次処理水中の塩素イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、シリカ、残留炭酸等のアニオンが強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂにより除去され、引き続き、上層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを上昇流で通水し、ここで下層から処理水中へ漏出する僅かなナトリウムイオン等のアルカリ成分を捕捉して処理水中から除去し、高純度の純水が第２イオン交換塔１２３の流出管１７から流出する。
【００５５】
上述した純水の製造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。それには第１、第２イオン交換塔１１、１２３の各イオン交換樹脂層を逆洗操作することなく、第１、第２イオン交換塔１１、１２３の各イオン交換樹脂を再生する。例えば、先に第２イオン交換塔１２３の再生操作を行い、後に第１イオン交換塔１１の再生操作を行う。
【００５６】
第２イオン交換塔１２３の再生操作を行うにはまず、塔本体１２Ａの通水出口側に位置する上層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを向流再生する。即ち、酸再生剤を塔頂の再生剤流入管１７Ａから塔本体１２Ａ内へ供給すると共に塔底から純水をバランス水として供給する。これにより酸再生剤は塔頂の空間に流入し、第２仕切板１２Ｅを介して上層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃ全体へ下降流で通液し、強酸性カチオン交換樹脂を効率良く再生する。酸再生廃液はバランス水と合流して出入管１２Ｆから排出される。
【００５７】
上層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの向流再生を行った後、酸再生剤に代えて純水を塔頂から供給し、塔本体１２の塔頂、塔底の双方から純水を通水して強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃの再生剤の押出し及び洗浄操作を行い、洗浄廃液が出入管１２Ｆから排出される。
【００５８】
上層の洗浄操作の後、通水入口側に位置する下層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを向流再生する。即ち、塔頂からバランス水を供給すると共に出入管１２Ｆからアルカリ再生剤を供給する。これによりアルカリ再生剤は出入管１２Ｆを介して強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの最下層に流入し、ここでバランス水と合流し、アルカリ再生剤は強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ全体へ下降流で通液し、強塩基性アニオン交換樹脂を効率良く再生する。アルカリ再生廃液はバランス水と合流して再生剤流出管１６Ａから排出される。下層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの向流再生後、アルカリ再生剤の供給を停止し、塔頂のみから純水を下降流通水して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、洗浄廃液は再生剤流出管１６Ａから排出される。
【００５９】
次いで、第１イオン交換塔１１の再生操作を行う。即ち、酸再生剤を第１イオン交換塔１１の再生剤流入管１５Ａから強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂに下降流で通液し、再生廃液を再生剤流出管１４Ａから排出する。その後、強酸性カチオン交換樹脂層１１Ｂの洗浄操作等を行って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。尚、図１の説明と同じように、第２イオン交換塔１２３の強酸性カチオン交換樹脂と第１イオン交換塔１１の強酸性カチオン交換樹脂に酸再生剤を一貫で通液して両者を同時に再生することもできる。
【００６０】
以上説明したように本実施形態においても、上記各実施形態と同様の作用効果が奏し得られる。即ち、純水を得る通水工程では第２イオン交換塔１２３の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの上層として少量の強酸性カチオン交換樹脂１２Ｂを充填するだけで、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの処理水に僅かなアルカリ成分が残留していても、上層の強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃにより確実にアルカリ成分を除去し、高純度の純水を得ることができると共にイオン交換装置を小型化することができる。
【００６１】
また、再生工程では、第１イオン交換塔及び第２イオン交換塔共に逆洗操作を行うことなく、原水の通水方向と逆の方向にそれぞれの再生剤を通液して向流再生を行うので、上記各実施形態と同様に再生効率を最大限とすることができ、また、下層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂからアルカリ成分が漏出しなくなるまで洗浄する必要がなく、短時間で洗浄操作を打ち切ることができ、洗浄水の使用量を格段に節約することができる。
【００６２】
図５は本発明のイオン交換塔の他の実施形態を示す図で、このイオン交換塔は図１に示す第２イオン交換塔１２に代えて用いられるものである。この第２イオン交換塔１２４の場合には、図５に示すように、塔本体１２Ａ内に弱塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｉ、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ及び強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃがこの順で上層、中層及び下層として積層され、各イオン交換樹脂はそれぞれの樹脂の通水膨潤分及び再生膨潤分だけの隙間を残して塔本体１２Ａ内に三層状にほぼ満杯に充填されている。この第２イオン交換塔１２４は原水中に鉱酸成分（塩化物イオン、硝酸イオン、硫酸イオン等の強酸イオン）が比較的多く含まれている時に好適に用いられる。下降流通水において、このように強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ上に弱塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｉを積層することにより、二次処理水が強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂへ到達する前に予め弱塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｉにより鉱酸成分を除去することができる。また、塔本体１２Ａには図１の場合と同様に第１、第２仕切板１２Ｄ、１２Ｅがそれぞれ塔底及び塔頂近傍に設けられている。
【００６３】
従って、鉱酸成分が比較的多く含まれている原水から純水を製造する場合には、再生効率の良い弱塩基性アニオン交換樹脂を用いることにより、アルカリ再生剤の使用量を減少させることができ、ランニングコストを低減させることができる。尚、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂの処理水に僅かなナトリウムイオン等のアルカリ成分が残留していても、下層の強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃにより確実にアルカリ成分を除去し、高純度の純水を得ることができることは前述の実施形態と同じである。
【００６４】
また、第２イオン交換塔１２４の再生工程では、図１に示した第２イオン交換塔１２の場合と同様に先に通水出口側の強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃを酸再生剤により再生し、後に通水入口側の強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂ及び弱強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｉを一貫して上昇流で再生する。
【００６５】
従って、本実施形態によれば、イオン交換装置の第２イオン交換塔１２４の塔本体１２Ａ内に上層として弱塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｉを、中層として強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂを、下層として強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃをそれぞれの通水膨潤分及び再生膨潤分だけの隙間を残して三層状にほぼ満杯に充填し、下降流通水により純水を製造するようにしたため、原水中に比較的多くの鉱酸成分が含まれていても、高純度の純水を得ることができ、しかもイオン交換装置を小型化することができる。また、再生工程では、弱塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｉは再生効率が良いため、第２イオン交換塔１２４に用いるアニオン交換樹脂として全て強塩基性アニオン交換樹脂を用いる場合と比較して大幅にランニングコストを低減させることができる。
【００６６】
図６は本発明のイオン交換塔の他の実施形態を示す図で、このイオン交換塔は図１に示す第２イオン交換塔１２に代えて用いられるものである。この第２イオン交換塔１２５の場合には、図６に示すように、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂと強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを第３仕切板１２Ｇによって区画した以外は図５に示すイオン交換塔１２４と同様に構成されている。従って、本実施形態の場合には強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂと強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃとの混合を確実に防止することができる点以外は、図５に示す第２イオン交換塔１２４と同様の作用効果を期することができる。
【００６７】
図７は本発明のイオン交換塔の他の実施形態を示す図で、このイオン交換塔は図１に示す第２イオン交換塔１２に代えて用いられるものである。この第２イオン交換塔１２６の場合には、図７に示すように、塔本体１２Ａ内に弱塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｉ、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ及び強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃをこの順で上層、中層及び下層として積層され、各イオン交換樹脂はそれぞれの樹脂の通水膨潤分及び再生膨潤分だけの隙間を残して塔本体１２Ａ内に三層状にほぼ満杯に充填されいる。そして、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂと強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃに間にイナート樹脂層１２Ｈを配置し、このイナート樹脂層１２Ｈの縦方向中央部に出入管１２Ｆを配置した以外は図５に示すイオン交換塔１２５と同様に構成されている。従って、本実施形態の場合には強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂと強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃとの混合を確実に防止すると共に後で再生するアルカリ再生剤による強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃの部分的な逆再生を防止することができる点以外は、図５に示す第２イオン交換塔１２４と同様の作用効果を奏する。
【００６８】
図８は本発明のイオン交換塔の他の実施形態を示す図で、このイオン交換塔は図４に示す第２イオン交換塔１２３に代えて用いられるものである。この第２イオン交換塔１２７の場合には、図８に示すように、塔本体１２Ａ内に弱塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｉ、強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ及び強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃをこの順で下層、中層及び上層として積層され、それぞれの樹脂の通水膨潤分及び再生膨潤分だけの隙間を残して塔本体１２Ａ内に三層状にほぼ満杯に充填されており、強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂと強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃの間には第３仕切板１２Ｇが設けられ、また、強塩基性アニオン交換樹脂１２Ｂと弱塩基性アニオン交換樹脂１２Ｉの間には第４仕切板１２Ｊが設けられている。そして、通水工程では原水が実線の矢印で示すように第１、第２イオン交換塔１１、１２７を上昇流で通水し、再生工程ではそれぞれの再生剤が第１、第２イオン交換塔１１、１２３の各イオン交換樹脂層を下降流で通液するようにしてある。このように第３、第４仕切板１２Ｇ、１２Ｊを各樹脂間に設けることにより第２イオン交換塔１２７を上昇流で通水する時に比重差でイオン交換樹脂が混合しないようにしてある。尚、比重は弱塩基性アニオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂、強酸性カチオン交換樹脂の順で大きくなる。
【００６９】
また、第２イオン交換塔１２７の各イオン交換樹脂の再生順序としては、先に通水出口側である上層の強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃを下降流で再生した後、通水入口側である中層の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ及び下層の弱塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｉを一貫して下降流で再生する。このように通水出口側である強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃを先に向流再生し、後に通水出口側の強塩基性アニオン交換樹脂層１２Ｂ等を向流再生する理由は前述した通りである。本実施形態においても鉱酸成分が多く含まれている原水を処理する場合でもイオン交換塔を増設することなく小型のイオン交換装置により高純度の純水を得ることができ、また、再生時には洗浄時間の短縮及び洗浄水を格段に節約することができる。
【００７０】
図９は本発明のイオン交換塔の他の実施形態を示す図で、このイオン交換塔は図４に示す第２イオン交換塔１２３に代えて用いられるものである。この第２イオン交換塔１２８の場合には、図９に示すように、塔本体１２Ａ内に上層の強酸性カチオン交換樹脂１２Ｃの下層部にイナート樹脂層１２Ｈを充填し、このイナート樹脂層１２Ｈの縦方向中央部に出入管１２Ｆを配置した以外は図８に示すイオン交換塔１２７と同様に構成されている。従って、本実施形態の場合には後にアニオン交換樹脂層１２Ｂ、１２Ｉを再生する時に、強酸性カチオン交換樹脂層１２Ｃの最下層部で逆再生部分を生じることがなく、強酸性カチオン交換樹脂のイオン交換容量が低下することがなく、処理水の水質には影響しない。しかも、図８に示す第２イオン交換塔１２７と同様に作用効果を期することができる。
【００７１】
尚、上記各実施形態では２床３塔式イオン交換装置及びその第２イオン交換塔について説明したが、本発明は炭酸イオンの含有量が少ない場合には脱炭酸塔を省略した２床２塔式イオン交換装置に適用することができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の各請求項に記載の発明によれば、イオン交換装置の小型を実現できると共に高純度の処理水を得ることができ、しかも、アニオン交換樹脂層の洗浄時間を格段に短縮することができる共に洗浄水を格段に節約することができる純水製造方法及びイオン交換塔を提供することができる。
【００７３】
更に、本発明の請求項６〜請求項１０に記載の発明及び請求項１４〜請求項１５に記載の発明によれば、被処理水中に比較的鉱酸成分が多く含まれていても、再生コストの低減を実現できると共に高純度の処理水を得ることができ、しかも、アニオン交換樹脂層の洗浄時間を格段に短縮することができる共に洗浄水を格段に節約することができる純水製造方法及びイオン交換塔を提供することができる。
【００７４】
また、本発明によればその他に以下のような効果を期することができる。
▲１▼第２イオン交換塔内に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（及び弱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。
▲２▼第２イオン交換塔内に積層させた両イオン交換樹脂を再生するに当たり、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。
▲３▼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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の純水製造方法の一実施形態に用いられる２床３塔式イオン交換装置を示す構成図である。
【図２】本発明の純水製造方法の他の実施形態に用いられる第２イオン交換塔のイオン交換樹脂の層構成を示す図である。
【図３】本発明の純水製造方法の更に他の実施形態に用いられる第２イオン交換塔のイオン交換樹脂の層構成を示す図である。
【図４】本発明の純水製造方法の更に他の実施形態に用いられる２床３塔式イオン交換装置を示す構成図である。
【図５】本発明の純水製造方法の更に他の実施形態に用いられる第２イオン交換塔のイオン交換樹脂の層構成を示す図である。
【図６】本発明の純水製造方法の更に他の実施形態に用いられる第２イオン交換塔のイオン交換樹脂の層構成を示す図である。
【図７】本発明の純水製造方法の更に他の実施形態に用いられる第２イオン交換塔のイオン交換樹脂の層構成を示す図である。
【図８】本発明の純水製造方法の更に他の実施形態に用いられる第２イオン交換塔のイオン交換樹脂の層構成を示す図である。
【図９】本発明の純水製造方法の更に他の実施形態に用いられる第２イオン交換塔のイオン交換樹脂の層構成を示す図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ                            ２床３塔式イオン交換装置
１１                                    第１イオン交換塔
１１Ａ                                  塔本体
１１Ｂ                                  強酸性カチオン交換樹脂層
１２、１２１、１２３、１２４、１２５    第２イオン交換塔
１２６、１２７、１２８、１２９          第２イオン交換塔
１２Ａ                                  塔本体
１２Ｂ                                  強塩基性アニオン交換樹脂層
１２Ｃ                                  強酸性カチオン交換樹脂層
１２Ｆ                                  出入管
１２Ｇ                                  第３仕切板（仕切板）
１２Ｈ                                  イナート樹脂層
１２Ｉ                                  弱塩基性アニオン交換樹脂層
【図１】
0003632343.tif 000002
【図２】
0003632343.tif 000003
【図３】
0003632343.tif 000004
【図４】
0003632343.tif 000005
【図５】
0003632343.tif 000006
【図６】
0003632343.tif 000007
【図７】
0003632343.tif 000008
【図８】
0003632343.tif 000009
【図９】
0003632343.tif 000010