(57)【要約】【課題】塔体頂部のスペースが小さい場合であっても、被処理水をイオン交換体層に均等に分散供給することができるイオン交換塔を提供する。【解決手段】塔体２内に給水口５から被処理水が供給され、散水ケース８、整流板７、イオン交換樹脂層３、集水板４を通過し、被処理水が取出口６から取り出される。散水ケース８の側周壁面８ａ及び底面８ｂに多数の開口９が設けられている。底面８ｂの通水抵抗は側周壁面８ａの通水抵抗の１．５〜８倍である。【選択図】図１
2018118198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔体と、
該塔体内に設けられたイオン交換体層と、
該塔体の頂部に設けられた被処理水の供給部と、
該イオン交換体層の上側かつ該供給部の下側に設けられた整流板と、
該塔体の下部に設けられた処理水の取出部と
を有するイオン交換塔において、
前記供給部に、側周壁面及び底面を有すると共に、該側周壁面及び底面に開口が設けられた散水ケースが設置されており、
該底面の通水抵抗が該側周壁面の通水抵抗の１．５〜８倍であることを特徴とするイオン交換塔。
【請求項２】
請求項１において、前記散水ケースの底面の開口の開口径２〜２０ｍｍであり、前記側周壁面の開口の開口径２〜４０ｍｍであって、前記底面の開口面積が前記側周壁面の開口面積の１．５〜８倍であることを特徴とするイオン交換塔。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記給水部からの流入水量が２００〜１５００ｍ３／ｈであり、
前記散水ケースの底面の開口は、開口面積５０〜２５０ｃｍ２、開口率５〜３０％、開口密度５〜２０個／１００ｃｍ２であり、
前記側周壁面の開口は、開口面積２００〜１０００ｃｍ２、開口率１０〜６０％、開口密度５〜８０個／１００ｃｍ２であることを特徴とするイオン交換塔。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、前記整流板は多孔板であり、塔体の内周面に水密的に接合されていることを特徴とするイオン交換塔。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、前記給水部は、前記塔体の塔頂部に設けられた給水口を有しており、
前記散水ケースの上端縁が、該給水口の周囲の塔体の内面に当接しており、
前記整流板から該給水口までの高さが３００〜１０００ｍｍであることを特徴とするイオン交換塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン交換塔に係り、特に塔体内にイオン交換体層を有し、被処理水が下向流通水されるイオン交換塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
塔体内にイオン交換樹脂層が形成され、被処理水が下向流通水されるイオン交換塔にあっては、塔体上部に供給された被処理水が満遍なくイオン交換樹脂層に分散供給されることが望ましい。
【０００３】
被処理水をイオン交換樹脂層に分散供給するために、上部の給水部から整流板を介して下方に供給する構造や、ディストリビュータから原水を散布する構造が知られているが、いずれも給水が十分に整流しない。被処理水の流速が部分的に大きいと、その位置の樹脂上面が乱れて優先的に原水が通過したり、その周辺の樹脂層は盛り上がり、樹脂の利用率が低下する。
【０００４】
特許文献１には、塔体頂部に挿設された流入管の下端に整流ケースを設け、整流ケース内に電磁フィルタ（繊維状強磁性体）を充填した構造が記載されている。整流ケース底面には多数の小孔が設けられている。整流ケースの下側に、塔体を横断するように整流板が設けられ、該整流板の下側にイオン交換樹脂層が形成されている。
【０００５】
このような整流ケースを設置すると、被処理水のイオン交換樹脂層への供給は均一化されると推察される。
【０００６】
しかしながら、塔体頂部の内部スペースの容積（特に高さ）はそれ程大きくないことが多く、特許文献１のような整流ケースを配置できないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−４９４９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、塔体頂部のスペースが小さい場合であっても、被処理水をイオン交換体層に均等に分散供給することができるイオン交換塔を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のイオン交換塔は、塔体と、該塔体内に設けられたイオン交換体層と、該塔体の頂部に設けられた被処理水の供給部と、該イオン交換体層の上側かつ該供給部の下側に設けられた整流板と、該塔体の下部に設けられた処理水の取出部とを有するイオン交換塔において、前記供給部に、側周壁面及び底面を有すると共に、該側周壁面及び底面に開口が設けられた散水ケースが設置されており、該底面の通水抵抗が該側周壁面の通水抵抗の１．５〜８倍であることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の一態様では、前記散水ケースの底面の開口の開口径２〜２０ｍｍであり、前記側周壁面の開口の開口径２〜４０ｍｍであって、前記底面の開口面積が前記側周壁面の開口面積の１．５〜８倍である。
【００１１】
本発明の一態様では、前記給水部からの流入水量が２００〜１５００ｍ３／ｈであり、前記散水ケースの底面の開口は、開口面積５０〜２５０ｃｍ２、開口率５〜３０％、開口密度５〜２０個／１００ｃｍ２であり、前記側周壁面の開口は、開口面積２００〜１０００ｃｍ２、開口率１０〜６０％、開口密度５〜８０個／１００ｃｍ２である。
【００１２】
本発明の一態様では、前記整流板は多孔板であり、塔体の内周面に水密的に接合されている。
【００１３】
本発明の一態様では、前記給水部は、前記塔体の塔頂部に設けられた給水口を有しており、前記散水ケースの上端縁が、該給水口の周囲の塔体の内面に当接しており、前記整流板から該給水口までの高さが３００〜１０００ｍｍである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のイオン交換塔では、イオン交換塔の上部に散水ケースを設けたことにより、下方のイオン交換体に均一に給水することが可能となり、イオン交換体の利用率が高まる。本発明では、散水ケースの底部の通水抵抗を側周壁面の通水抵抗よりも大きくしているので、整流板に達する水量を均等化することができ、イオン交換体に被処理水を均等に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係るイオン交換塔の縦断面図である。
【図２】散水ケースの斜視図である。
【図３】散水ケースの別例を示す縦断面図である。
【図４】実施例におけるイオン交換樹脂の採取位置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
【００１７】
図１の通り、イオン交換塔１は、塔体２と、該塔体２内に形成されたイオン交換体（この実施の形態ではイオン交換樹脂）層３とを有する。塔体２内の下部には、水を透過させるがイオン交換樹脂は通過させない構造を有した集水板４が設置され、該集水板４の上側にイオン交換樹脂層３が形成されている。
【００１８】
塔体２の頂部に、被処理水の給水口５が設けられ、底部にイオン交換処理水の取出口６が設けられている。
【００１９】
塔体２内の上部には、パンチングメタル等の多孔板よりなる整流板７が設けられている。
【００２０】
この実施の形態では、塔体２は、頂部側及び底部側の鏡部を除いて円筒状の直胴部であり、整流板７も円板形である。図示は省略するが、塔体２内の上部には、格子状の梁状部材が設置されており、整流板７は該梁状部材上に載置されている。整流板７の外周縁は、塔体２の内周面に溶接等により水密的に固着されている。
【００２１】
給水口５を下側から覆うように散水ケース８が設置されている。この実施の形態では、散水ケース８は、円筒形の側周壁面８ａと、底面８ｂとを有した、上開有底円筒形である。側周壁面８ａ及び底面８ｂには多数の開口９が設けられている。
【００２２】
散水ケース８は、側周壁面８ａの上端縁が、給水口５の周囲の塔体２の天井面に当接するように設置されている。
【００２３】
この実施の形態では、塔体２の直径１０００〜４０００ｍｍ、散水ケース８の直径２００〜８００ｍｍ、散水ケース８の高さ１００〜３００ｍｍ、散水ケース８を構成する金属板の厚み２〜８ｍｍであり、給水の流量は２００〜１５００ｍ３／ｈであり、この条件で給水を均一に整流してイオン交換樹脂層３に供給する必要がある。
【００２４】
そのために、散水ケース８は底面８ｂの通水抵抗を側周壁面８ａの通水抵抗の１．５〜８倍好ましくは２〜６倍とする。この通水抵抗比は、底面８ｂの開口９の直径を２〜２０ｍｍとし、側周壁面８ａの開口９の直径を２〜４０ｍｍ（特に４〜４０ｍｍ）とし、前記底面の開口面積の前記側周壁面の開口面積に対する比（開口面積比）を１．５〜８倍好ましくは２〜６倍とすることにより達成される。なお、開口面積比は、底面８ｂ及び側周壁面８ａそれぞれの開口面積、開口率、開口の設置密度を下記の条件の範囲内で適宜調整することによって決められる。
【００２５】
底面８ｂの開口面積：５０〜２５０ｃｍ２
底面８ｂの開口率：５〜３０％
底面８ｂの開口９の設置密度：５〜２０個／１００ｃｍ２
側周壁面８ａの開口面積：２００〜１０００ｃｍ２
側周壁面８ａの開口率：１０〜６０％
側周壁面８ａの開口９の設置密度：５〜８０個／１００ｃｍ２
【００２６】
上記実施の形態では、散水ケース８は有底円筒形であるが、有底多角筒形状であってもよい。また、図３に示す散水ケース８’のように、下に凸の半球構造であってもよく、下に凸の多角体構造（図示略）であってもよい。なお、このような場合は底面と側周壁面の定義として、開口部の接面が水平方向に対し４５度となる部分Ｐ以下を底面、該Ｐ部分よりも上側を側周壁面と定義することとする。ただし設計や製作の容易性から円筒形状や多角筒形状が好ましい。
【００２７】
整流板７から給水口５までの高さは３０〜１００ｃｍ程度が好ましい。高さ制限があるので、散水ケース８，８’は横方向に幅を持たせるのが好ましい。このようにすると、散水ケース８，８’の底部の面積は大きくなるが、上記条件とすることで均一に整流することができる。
【００２８】
なお、本発明では、イオン交換体はイオン交換樹脂以外のものであってもよい。
【実施例】
【００２９】
［実施例１］
以下の諸元を有する図１，２に示す構造のイオン交換塔を製作して通水試験を行った。
【００３０】
塔体の直径：２０００ｍｍ
直胴部高さＨ２：２２００ｍｍ
塔底部・上部の鏡部高さＨ１，Ｈ３：５００ｍｍ
集水板４：フラット式集水板
給水口５の口径：２５０ｍｍ
取出口６の口径：２５０ｍｍ
散水ケース８の大きさ：直径４０６ｍｍ、高さ１９０ｍｍ
側周壁面８ａの開口：直径１０ｍｍ、１５１個、開口面積１１８５４ｍｍ２
底面８ｂの開口：直径２０ｍｍ、１５１個、開口面積４７４１４ｍｍ２
側周壁面８ａ及び底面８ｂの板厚み４ｍｍ
（開口面積比：４倍）
【００３１】
塔体２の直胴部上端と鏡部の境界部に整流板（直径２ｍｍの開口をピッチ４ｍｍの千鳥配置にて設けたパンチングメタル円板、厚さ４ｍｍ）７を隙間なく溶接した。
【００３２】
カチオン交換樹脂を２,８００Ｌ,アニオン交換樹脂を１,３００Ｌを均一に混合して塔体内に充填した。充填高さは、１３４０ｍｍであった。カチオン交換樹脂はＨ形９９％以上のもの、アニオン交換樹脂はＯＨ形９５％以上のものを使用した。
【００３３】
ポンプ及び配管を介して給水口５へ４７０ｍ３／ｈｒの速度で常温の純水を供給した（ＬＶ１５０ｍ／Ｈｒ）。このポンプの出口にライン注入で、５％ＮａＯＨ水を供給し、通水塔入口でＮａＯＨ濃度が１０ｍｇ／Ｌになるようにした。この通水条件では、底面８ｂの通水抵抗は側周壁面８ａの通水抵抗の４倍である。
【００３４】
通水を７時間継続し、充填層上部の中心部２箇所（図４のＥ，Ｆ）、及び周辺部４箇所（図４のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）で、直径約２００ｍｍ、深さ約５００ｍｍの領域の樹脂をサンプリングした。サンプリングした混合樹脂からカチオン交換樹脂を分離し、Ｎａ形含有量を測定した。結果を表１に示す。
【００３５】
カチオン交換樹脂のイオン交換容量は２．５当量／Ｌ−Ｒであった。
【００３６】
また、通水中、充填層上方のフリーボード部に設けた覗き窓から樹脂面の乱れなどの状態観察を行った。その結果、樹脂面はほぼ平面を形成し、表面からの樹脂舞い上がりは無かった。
【００３７】
覗き窓からの観察結果およびＮａ形の負荷状況が採取箇所によらずほぼ均一であったことから、通水は通水塔下方に向かって均一に流れていることが確認された。
【００３８】
［比較例１］
実施例１のイオン交換塔において、散水ケース８の代りに、円盤状のパンチングメタル（盤の直径４０６ｍｍ、厚さ４ｍｍ、開口１０ｍｍ×１５１個）を給水口５の周縁部から吊り下げて固定した。周部には高さ２００ｍｍの隙間を設けた。
【００３９】
それ以外は同じ条件として、試験を行った。カチオン交換樹脂のＮａ形含有量の測定結果を表１に示す。
【００４０】
通水中、覗き窓から樹脂面を観察したが、樹脂面の外周部で樹脂が舞い上がり、徐々に外周部の充填高が低下し、中心部の樹脂層の盛り上がりが認められた。
【００４１】
Ｎａ負荷状況から、比較例１では、外周部は中心部に比較して約３倍の速度で通水されていることが確認された。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
以上の実施例及び比較例より、本発明によると、イオン交換体に均一に被処理水が供給されることが認められた。
【符号の説明】
【００４４】
１  イオン交換塔
２  塔体
３  イオン交換樹脂層
４  集水板
５  給水口
６  取出口
７  整流板
８，８’  散水ケース
８ａ  側周壁面
８ｂ  底面
９  開口
【図１】
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【図２】
2018118198.tif 000005
【図３】
2018118198.tif 000006
【図４】
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