(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水が流通するカチオン交換部及びアニオン交換部と、
該カチオン交換部からカチオン交換樹脂が連続的に導入され、強酸液によりこのカチオン交換樹脂を再生し、再び該カチオン交換部に戻すカチオン樹脂再生部と、
該アニオン交換部からアニオン交換樹脂が連続的に導入され、強アルカリ液によりこのアニオン交換樹脂を再生し、再び該アニオン交換部に戻すアニオン樹脂再生部と、
を備えた連続式複床型のイオン交換装置において、
該カチオン交換部は原水流通方向の上流側から下流側に向って配列されたｍ床（ｍ≧２）のカチオン交換床よりなり、該アニオン交換部は原水流通方向の上流側から下流側に向って配列されたｎ床（ｎ≧２）のアニオン交換床よりなり、これらの交換床は、原水がカチオン交換床とアニオン交換床とを交互に流れるように配列され、最下流のイオン交換床が第ｍ床のカチオン交換床となっており、
第ｍ床のカチオン交換床には、前記カチオン樹脂再生部で再生された後、第（ｍ−１）床のカチオン交換床に導入されたカチオン交換樹脂が該第（ｍ−１）床から導入されることを特徴とするイオン交換装置。
【請求項２】
被処理水が流通するカチオン交換部及びアニオン交換部と、
該カチオン交換部からカチオン交換樹脂が連続的に導入され、強酸液によりこのカチオン交換樹脂を再生し、再び該カチオン交換部に戻すカチオン樹脂再生部と、
該アニオン交換部からアニオン交換樹脂が連続的に導入され、強アルカリ液によりこのアニオン交換樹脂を再生し、再び該アニオン交換部に戻すアニオン樹脂再生部と、
を備えた連続式複床型のイオン交換装置において、
該カチオン交換部は原水流通方向の上流側から下流側に向って配列されたｍ床（ｍ≧２）のカチオン交換床よりなり、該アニオン交換部は原水流通方向の上流側から下流側に向って配列されたｎ床（ｎ≧２）のアニオン交換床よりなり、これらの交換床は、原水がカチオン交換床とアニオン交換床とを交互に流れるように配列され、最下流のイオン交換床が第ｎ床のアニオン交換床となっており、
第ｎ床のアニオン交換床には、前記アニオン樹脂再生部で再生された後、第（ｎ−１）床のアニオン交換床に導入されたアニオン交換樹脂が該第（ｎ−１）床から導入されることを特徴とするイオン交換装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記カチオン樹脂再生部には、第１ないし第（ｍ−１）の（ｍ−１）個のカチオン再生床が設けられ、再生用強酸液は第（ｍ−１）カチオン再生床から順次に第１カチオン再生床に流通され、第１ないし第（ｍ−１）のカチオン再生床にはそれぞれ第１ないし第ｍのカチオン交換床からのカチオン交換樹脂が導入される（ただし、第（ｍ−１）のカチオン再生床には第ｍのカチオン交換床からのカチオン交換樹脂が導入される）ことを特徴とするイオン交換装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記アニオン樹脂再生部には、第１ないし第（ｎ−１）の（ｎ−１）個のアニオン再生床が設けられ、再生用強アルカリ液は第（ｎ−１）アニオン再生床から順次に第１アニオン再生床に流通され、第１ないし第（ｎ−１）のアニオン再生床にはそれぞれ第１ないし第ｎのアニオン交換床からのアニオン交換樹脂が導入される（ただし、第（ｎ−１）のアニオン再生床には第ｎのアニオン交換床からのアニオン交換樹脂が導入される）ことを特徴とするイオン交換装置。
【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装置に係り、特に移動床式（連続式）の複床型のイオン交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、移動床式のイオン交換装置は、イオン交換塔に通水中に該イオン交換塔からイオン交換樹脂を連続的に再生塔に送って再生し再びイオン交換塔へ戻すものである。複床型のイオン交換装置は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂をそれぞれ個別に分離して塔内に挿填され、両交換樹脂が混じり合うことはない。
【０００３】
第４図は従来の連続式複床型純水装置の系統図であり、原水はカチオン（陽イオン）交換塔８１にてカチオン交換処理された後、アニオン（陰イオン）交換塔８２に導入されてアニオン交換処理されて処理水とされる。
【０００４】
カチオン交換塔８１内のカチオン交換樹脂は、連続的にカチオン交換樹脂再生塔８３に送られ、強酸（ＨＣｌ）液にて再生され、カチオン交換樹脂水洗塔８４にて水洗された後、カチオン交換塔８１に戻される。
【０００５】
アニオン交換塔８２内のアニオン交換樹脂は、連続的にアニオン交換樹脂再生塔８５に送られ、強アルカリ（ＮａＯＨ）液にて再生され、アニオン交換樹脂水洗塔８６にて水洗された後、アニオン交換塔８２に戻される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼  上記従来の連続式複床型純水装置においては、アニオン交換塔からの処理水（純水）に再生用ＮａＯＨが微かながら混入し易いという問題がある。
【０００７】
即ち、アニオン交換樹脂再生塔で強ＮａＯＨ液と接触したアニオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂水洗塔８６で十分水洗されるが、ごく微量のＮａＯＨがアニオン交換樹脂と共にアニオン交換塔に流入し、処理水に混入する。（同様の理由で、カチオン交換塔８１からも微量のＨＣｌが流出するが、このＣｌ−  はアニオン交換塔８２で捕捉されるため、処理水中へはリークしない。）
▲２▼  上記従来の連続式複床型純水装置においては、アニオン交換樹脂へのシリカ（ＳｉＯ２  ）負荷が大きいと、シリカが処理水中へリークし易くなるという問題もあった。
【０００８】
即ち、シリカ負荷が高いためにアニオン交換樹脂へのシリカの吸着量がある程度以上になると、このアニオン交換樹脂を強ＮａＯＨと接触させてもシリカが溶離しにくくなり、この結果アニオン交換塔８２全体のシリカ吸着能が徐々に低下し、やがてシリカが処理水中にリークしてしまうのである。
【０００９】
▲３▼  なお、第４図の設備を直列に多段に設置すれば、シリカリークの問題は解消される。しかしながら、この場合でも、最終段のアニオン交換塔からの若干量のＮａＯＨリークという問題は解決されない。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、高水質の純水を得ることができるイオン交換装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１，２の発明は、連続式複床型のイオン交換装置において、カチオン交換部及びアニオン交換部を多床式とし、原水がカチオン交換床とアニオン交換床とを交互に流れるようにしたものであって、最終段の交換床にそれと同種の１段前の交換床（請求項１のように最終段が第ｍカチオン交換床ならば第（ｍ−１）カチオン交換床。請求項２のように最終段が第ｎアニオン交換床ならば第（ｎ−１）アニオン交換床）で被処理水に晒された樹脂を導入するようにしたものである。
【００１２】
即ち、請求項１のイオン交換装置は、被処理水が流通するカチオン交換部及びアニオン交換部と、該カチオン交換部からカチオン交換樹脂が連続的に導入され、強酸液によりこのカチオン交換樹脂を再生し、再び該カチオン交換部に戻すカチオン樹脂再生部と、該アニオン交換部からアニオン交換樹脂が連続的に導入され、強アルカリ液によりこのアニオン交換樹脂を再生し、再び該アニオン交換部に戻すアニオン樹脂再生部と、を備えた連続式複床型のイオン交換装置において、該カチオン交換部は原水流通方向の上流側から下流側に向って配列されたｍ床（ｍ≧２）のカチオン交換床よりなり、該アニオン交換部は原水流通方向の上流側から下流側に向って配列されたｎ床（ｎ≧２）のアニオン交換床よりなり、これらの交換床は、原水がカチオン交換床とアニオン交換床とを交互に流れるように配列され、最下流のイオン交換床が第ｍ床のカチオン交換床となっており、
第ｍ床のカチオン交換床には、前記カチオン樹脂再生部で再生された後、第（ｍ−１）床のカチオン交換床に導入されたカチオン交換樹脂が該第（ｍ−１）床から導入されることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項２のイオン交換装置は、被処理水が流通するカチオン交換部及びアニオン交換部と、該カチオン交換部からカチオン交換樹脂が連続的に導入され、強酸液によりこのカチオン交換樹脂を再生し、再び該カチオン交換部に戻すカチオン樹脂再生部と、該アニオン交換部からアニオン交換樹脂が連続的に導入され、強アルカリ液によりこのアニオン交換樹脂を再生し、再び該アニオン交換部に戻すアニオン樹脂再生部と、を備えた連続式複床型のイオン交換装置において、該カチオン交換部は原水流通方向の上流側から下流側に向って配列されたｍ床（ｍ≧２）のカチオン交換床よりなり、該アニオン交換部は原水流通方向の上流側から下流側に向って配列されたｎ床（ｎ≧２）のアニオン交換床よりなり、これらの交換床は、原水がカチオン交換床とアニオン交換床とを交互に流れるように配列され、最下流のイオン交換床が第ｎ床のアニオン交換床となっており、第ｎ床のアニオン交換床には、前記アニオン樹脂再生部で再生された後、第（ｎ−１）床のアニオン交換床に導入されたアニオン交換樹脂が該第（ｎ−１）床から導入されることを特徴とするものである。
【００１４】
かかる請求項１，２の発明のイオン交換装置においては、最終の交換床のイオン交換樹脂がそれよりも１段上流側の床において被処理水に接触し、付着した微量のＨＣｌ又はＮａＯＨ等が洗い流されたものとなっている。（なお、このＨＣｌ又はＮａＯＨ等は、最終段の直上の床の樹脂によって吸着されるため、処理水中にはリークしない。）
従って、最終段の交換樹脂床からはＨＣｌ，ＮａＯＨ等は実質的に全くリークしない。
【００１５】
また、多段に配置された交換樹脂床に対するイオン負荷及びシリカ負荷は、それぞれ処理水側にいくほど小さくなっているため、処理水の純度がきわめて高いものになる。
【００１６】
請求項３，４の発明のイオン交換装置は、請求項１，２のイオン交換装置において、各交換床からのカチオン又はアニオン交換樹脂をそれぞれ他の床のものと混ぜることなく再生し、そのまま元の交換床に（ただし、最終段の交換床からの樹脂については、最終段よりも１段前の交換床に）戻すようにし、且つ、この再生に際しては、再生液の流通方向を原水の流通方向とは逆となるように（即ち、原水流通方向下流側の樹脂ほど再生液流通方向上流側となるように）したものである。
【００１７】
即ち、請求項３のイオン交換装置は、請求項１において、前記カチオン樹脂再生部には、第１ないし第（ｍ−１）の（ｍ−１）個のカチオン再生床が設けられ、再生用強酸液は第（ｍ−１）カチオン再生床から順次に第１カチオン再生床に流通され、第１ないし第（ｍ−１）のカチオン再生床にはそれぞれ第１ないし第ｍのカチオン交換床からのカチオン交換樹脂が導入される（ただし、第（ｍ−１）のカチオン再生床には第ｍのカチオン交換床からのカチオン交換樹脂が導入される）ことを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項４のイオン交換装置は、請求項２において、前記アニオン樹脂再生部には、第１ないし第（ｎ−１）の（ｎ−１）個のアニオン再生床が設けられ、再生用強アルカリ液は第（ｎ−１）アニオン再生床から順次に第１アニオン再生床に流通され、第１ないし第（ｎ−１）のアニオン再生床にはそれぞれ第１ないし第ｎのアニオン交換床からのアニオン交換樹脂が導入される（ただし、第（ｎ−１）のアニオン再生床には第ｎのアニオン交換床からのアニオン交換樹脂が導入される）ことを特徴とするものである。
【００１９】
かかるイオン交換装置においては、イオン負荷、シリカ負荷が小さかった樹脂ほど先に再生液と接するようになるため、再生効率が良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
第１図は第１の実施の形態に係るイオン交換装置の系統図であり、原水はイオン交換部としてのイオン交換塔１内に導入され、カチオン交換樹脂が収容された６床のカチオン交換床Ｃ１  ，Ｃ２  ，…Ｃ６  と、アニオン交換樹脂が収容された５床のアニオン交換床Ａ１  ，Ａ２  ，…Ａ５  とをカチオン交換床，アニオン交換床が交互に接するように流通されて処理水（純水）となる。この場合の通水の順序は、図示の通り、Ｃ１  →Ａ１  →Ｃ２  →Ａ２  →Ｃ３  →Ａ３  →Ｃ４  →Ａ４  →Ｃ５  →Ａ５  →Ｃ６  である。
【００２１】
各交換床Ｃ１  〜Ｃ４  ，Ｃ６  ，Ａ１  〜Ａ３  ，Ａ５  からの交換樹脂は、他の床からの樹脂と混ざることなくカチオン再生塔２又はアニオン再生塔３で再生され、水洗塔４，５で水洗された後、イオン交換塔１の各床Ｃ１  〜Ｃ５  ，Ａ１  〜Ａ４  に戻る。
【００２２】
カチオン再生塔２内は通水性の隔離板によって５つの再生床１１〜１５に区画され、アニオン再生塔３内は通水性の隔離板によって４つの再生床１６〜１９に区画されている。カチオン再生塔２では、再生用のＨＣｌ液が上向流に、即ち床１５から床１１に向って流通される。アニオン再生塔３では、再生用のＮａＯＨ液が上向流に、即ち床１９から床１６に向って流通される。
【００２３】
水洗塔４，５内もそれぞれ通水性の隔離板によって５つの水洗床２１〜２５と４つの水洗床２６〜２９に区画され、それぞれ洗浄水は上向流に流通される。なお、この実施の形態では、水洗塔４，５の洗浄水としてはイオン交換塔１から流出した処理水が分取されて用いられている。
【００２４】
樹脂は各床間をポンプ（好ましくはイオン交換樹脂の粒子を壊しにくいチューブポンプ）Ｐ１  〜Ｐ１１，Ｐ２１〜Ｐ２９，Ｐ３１〜Ｐ３９によって移送される。各床間の樹脂移動は次の通りである。
【００２５】
カチオン交換樹脂
交換床              再生床        水洗床
Ｃ１    →            １１    →    ２１  →    Ｃ１  戻り
Ｃ２    →            １２    →    ２２  →    Ｃ２  戻り
Ｃ３    →            １３    →    ２３  →    Ｃ３  戻り
Ｃ４    →            １４    →    ２４  →    Ｃ４  戻り
Ｃ５    →  Ｃ６    →  １５    →    ２５  →    Ｃ５  戻り
アニオン交換樹脂
交換床              再生床        水洗床
Ａ１    →            １６    →    ２６  →    Ａ１  戻り
Ａ２    →            １７    →    ２７  →    Ａ２  戻り
Ａ３    →            １８    →    ２８  →    Ａ３  戻り
Ａ４    →  Ａ５    →  １９    →    ２９  →    Ａ４  戻り
即ち、交換床Ｃ１  〜Ｃ４  ，Ａ１  〜Ａ３  を出た交換樹脂は、そのまま再生され、水洗され、元の床Ｃ１  〜Ｃ４  ，Ａ１  〜Ａ３  に戻る。ところが、Ｃ５  ，Ａ４  を出た交換床は、それからカチオン最終床Ｃ６  、アニオン最終床Ａ５  に導入され、この最終床Ｃ６  ，Ａ５  から再生床１５，１９に送られ、水洗床２５，２９で水洗された後、最終よりも１床前の床Ｃ５  ，Ａ４  に戻される。
【００２６】
このように構成されたイオン交換装置においては、イオン交換塔１内のイオン負荷は処理水側にいくほど少なく、再生率も高いため、処理水の純度は高くなる。
【００２７】
また、イオン交換塔１内の交換床Ｃ５  ，Ａ４  では上流部分の床Ｃ１  〜Ｃ４  ，Ａ１  〜Ａ３  のイオン交換樹脂により脱塩が進み非常にイオン負荷は少ない。しかし、再生後の樹脂であるため極微量の再生剤が残留し、床Ｃ５  ，Ａ４  からはわずかなイオンが溶出する。ところが、この床Ｃ５  ，Ａ４  よりも下流の床Ｃ６  ，Ａ５  のイオン交換樹脂は床Ｃ５  ，Ａ４  で通水経験を経ており、再生剤の残留は既になくなっており、かつ上記したとおりイオン負荷が少ない。このため、イオン交換塔１からは常に高純度の処理水が得られる。
【００２８】
この実施の形態に係るイオン交換装置では、次のようにして常時低シリカ濃度処理水が得られる。
【００２９】
即ち、前述の通り、アニオン交換樹脂へのシリカ負荷が高いと、再生しても十分な溶離ができず処理水にシリカがリークすることが知られている。ところが、この実施の形態にあっては、床Ａ１  からＡ５  まで順次イオン負荷、シリカ負荷が少なくなるとともに、各床Ａ１  〜Ａ４  のアニオン交換樹脂が混合されないよう移送ラインが区別され、かつ再生剤は処理水側陰イオン交換樹脂の方から供給されるため、処理水側陰イオン交換樹脂ほど残留シリカが少なくなっており、処理水のシリカ濃度が著しく低くなる。
【００３０】
なお、再生塔２，３及び水洗塔４，５でも、負荷の小さい側の樹脂から順次に再生液、洗浄水が流通されるため、効率良く再生及び水洗できる。
【００３１】
上記第１図の実施の形態では床Ａ５  に床Ａ４  からのアニオン交換樹脂を導入しているが、仮に床Ａ５  から微量のカチオン（Ｎａ＋  ）が流出しても、このＮａ＋  はその下側の床Ｃ６  のカチオン交換樹脂にて捕捉される。従って、本発明では、第２図のように再生床２０と水洗床３０とを増設し、床Ａ４  からのアニオン交換樹脂を再生床１９で再生し、水洗床２９で水洗して床Ａ４  に戻し、床Ａ５  からのアニオン交換樹脂を再生床２０で再生し、水洗床３０で水洗してから床Ａ５  に戻すようにしても良い。
【００３２】
同様に、第３図のようにイオン交換塔１内の最下段の床がアニオン交換床Ａ５  となっている場合には、カチオン側の最下段床Ｃ５  及びその１つ手前のカチオン交換床Ｃ４  からのカチオン交換樹脂を別々に再生床１４，１５で再生し、水洗床２４，２５で水洗し、別々に床Ｃ４  ，Ｃ５  に戻しても良い。この場合、仮に床Ｃ５  から微量のアニオン（Ｃｌ−  ）が流出しても、このＣｌ−  は床Ａ５  のアニオン交換樹脂によって捕捉され、処理水中にリークすることはない。
【００３３】
上記実施の形態の床の数は一例であり、本発明では図示以外の数の床としても良いことは明らかである。また、各樹脂の移動経路の途中に樹脂の一時貯留槽を設けても良い。
【００３４】
【実施例】
図１に示すカチオン交換床Ｃ１  〜Ｃ６  、アニオン交換床Ａ１  〜Ａ５  の各室の仕様を２５０ｍｍ角、１０ｍｍ厚み、イオン交換樹脂充填量を約５００ｍｌとした。
【００３５】
供給原水は神奈川県厚木市の水道水の逆浸透膜処理水（電気伝導率１ｍＳ／ｍ）とし、通水量は２ｍ３  ／ｈｒとした。
【００３６】
陽イオン交換樹脂はダイアイオンＳＫ１Ｂ（三菱化学株式会社製）、陰イオン交換樹脂はダイアイオンＳＡ１０Ａ（同）を十分洗浄して用い、イオン交換樹脂の移送速度は５００ｍｌ／ｈｒ／各室とした。イオン交換樹脂の移送は粒子の粉砕の少ないチューブポンプを使用した。
【００３７】
再生剤は５％塩酸、４％苛性ソーダ水溶液を用い、流量は３５０，７００ｍｌ／ｈｒとした。なお再生剤の使用率はイオン負荷量の約１．２倍であった。
【００３８】
洗浄水量は処理水を用い、流量は１５００ｍｌ／ｈｒとした。
【００３９】
その結果、処理水水質は常時、電気伝導率５．８μＳ／ｍ以下、シリカ濃度１μｇ／Ｌ以下となり、良好な結果が得られた。
【００４０】
【発明の効果】
以上の通り、本発明のイオン交換装置によると、高純度の処理水を安定して連続的に得ることができる。
【００４１】
本発明装置では、連続処理のため原水槽、処理水槽などの水槽を極めて小さくできる。また、再生排水が少量ずつ排出されるため、中和処理等が簡単にできる。
【００４２】
特に、請求項３，４によると著しく高水質の処理水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るイオン交換装置の系統図である。
【図２】別の実施の形態に係るイオン交換装置の系統図である。
【図３】さらに別の実施の形態に係るイオン交換装置の系統図である。
【図４】従来のイオン交換装置の系統図である。
【符号の説明】
１  イオン交換塔
２，３  再生塔
４，５  水洗塔
１１〜１５、１６〜２０  再生床
２１〜２５、２６〜３０  水洗床
Ｃ１  〜Ｃ６    カチオン交換床
Ａ１  〜Ａ５    アニオン交換床
【図１】
0003570066.tif 000002
【図２】
0003570066.tif 000003
【図３】
0003570066.tif 000004
【図４】
0003570066.tif 000005