(57)【要約】      （修正有）【課題】再生工程を改善して、再生工程で使用する純水の量を少なくし、これにより再生用の純水を貯留するための純水槽、および再生用の純水を送るための再生用ポンプの容量を低下させて純水の製造コストを低くし、効率よく純水を製造することができる純水製造方法および装置の提供。【解決手段】イオン交換工程では、原水はカチオン交換塔１でカチオン成分が除去され、脱炭酸塔２で炭酸が除去され、アニオン交換塔３でアニオン成分が除去されて純水が製造され、再生工程では、脱炭酸水貯留槽２ｂから脱炭酸水がカチオン交換塔１に供給される過程で酸液槽６から酸液を吸引混合して溶解し、酸再生剤が調製され、カチオン交換樹脂層１ａが再生される。また純水槽５から純水がアニオン交換塔３に供給される過程でアルカリ液槽７からアルカリ液を吸引混合して溶解し、アルカリ再生剤が調製され、アニオン交換樹脂層３ａが再生される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水をカチオン交換樹脂層と接触させて脱カチオン水を生成するカチオン交換工程と、
このカチオン交換工程より得られる脱カチオン水から炭酸を除去して脱炭酸水を生成する脱炭酸工程と、
この脱炭酸工程より得られる脱炭酸水をアニオン交換樹脂層と接触させて純水を生成するアニオン交換工程と、
酸再生剤によりカチオン交換樹脂層を再生するカチオン交換樹脂再生工程と、
アルカリ再生剤によりアニオン交換樹脂層を再生するアニオン交換樹脂再生工程とを含み、
前記カチオン交換樹脂再生工程は再生用水として脱炭酸水を使用し、
前記アニオン交換樹脂再生工程は再生用水として純水を使用することを特徴とする純水製造方法。
【請求項２】
カチオン交換樹脂再生工程およびアニオン交換樹脂再生工程は、それぞれ逆洗工程、通薬工程、押出工程および洗浄工程を含み、それぞれの工程において再生用水として脱炭酸水または純水を使用するようにした請求項１記載の方法。
【請求項３】
カチオン交換樹脂再生工程では通薬工程において、再生用水としての脱炭酸水に酸を溶解して調製した酸再生剤によりカチオン交換樹脂層を再生し、アニオン交換樹脂再生工程では通薬工程において、再生用水としての純水にアルカリを溶解して調製したアルカリ再生剤によりアニオン交換樹脂層を再生するようにした請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
カチオン交換樹脂再生工程に先立って、カチオン交換樹脂層の再生に必要な量の脱炭酸水を脱炭酸水槽に貯留し、アニオン交換樹脂再生工程に先立って、アニオン交換樹脂層の再生に必要な量の純水を純水槽に貯留するようにした請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
カチオン交換樹脂再生工程では、再生に必要な量の脱炭酸水を脱炭酸水槽からポンプでカチオン交換樹脂層に送り、アニオン交換樹脂再生工程では、再生に必要な量の純水を純水槽からポンプでアニオン交換樹脂層に送るようにした請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
原水を接触させて脱カチオン水を生成するカチオン交換樹脂層を備えたカチオン交換塔と、
このカチオン交換塔より出る脱カチオン水から炭酸を除去して脱炭酸水を生成する脱炭酸塔と、
この脱炭酸塔の脱炭酸水を貯留する脱炭酸水貯留槽と、
この脱炭酸水貯留槽より出る脱炭酸水を接触させて純水を生成するアニオン交換樹脂層を備えたアニオン交換塔と、
アニオン交換塔から出る純水を貯留する純水槽と、
酸再生剤によりカチオン交換樹脂層を再生するカチオン交換樹脂再生部と、
アルカリ再生剤によりアニオン交換樹脂層を再生するアニオン交換樹脂再生部と、
前記脱炭酸塔からカチオン交換樹脂再生部に脱炭酸水を供給する経路と、
前記純水槽からアニオン交換樹脂再生部に純水を供給する経路と
を含むことを特徴とする純水製造装置。
【請求項７】
カチオン交換樹脂再生部は、脱炭酸水貯留槽から供給される脱炭酸水に酸を溶解して酸再生剤を調製し、この酸再生液をカチオン交換塔に供給してカチオン交換樹脂層を再生するように構成され、
アニオン交換樹脂再生部は、純水槽から供給される純水にアルカリを溶解してアルカリ再生剤を調製し、このアルカリ再生液をアニオン交換塔に供給してアニオン交換樹脂層を再生するように構成された請求項６記載の装置。
【請求項８】
カチオン交換樹脂再生部は、脱炭酸水を供給する経路に酸液槽から酸液を吸引混合して酸再生剤を調製するように構成され、
アニオン交換樹脂再生部は、純水を供給する経路にアルカリ液槽からアルカリ液を吸引混合してアルカリ再生剤を調製するように構成された請求項６または７記載の装置。
【請求項９】
脱炭酸塔からカチオン交換樹脂再生部に脱炭酸水を供給する経路は、カチオン交換樹脂層の再生に必要な量の脱炭酸水を供給するポンプを有し、
純水槽からアニオン交換樹脂再生部に純水を供給する経路は、アニオン交換樹脂層の再生に必要な量の純水を供給するポンプを有する請求項６ないし８のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカチオン交換、脱炭酸およびアニオン交換により純水を製造する純水製造方法および装置に関し、特に再生工程の改善により効率よく純水を製造する純水製造方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イオン交換による純水製造方法および装置としては、カチオン交換、脱炭酸およびアニオン交換により純水を製造する方法および装置がある。このような方法および装置は、カチオン交換樹脂層を有するカチオン交換塔によりカチオン交換を行い、過飽和に溶解している炭酸ガスを大気放散する脱炭酸塔により脱炭酸を行い、アニオン交換樹脂層を有するアニオン交換塔によりアニオン交換を行い、純水を製造する方法および装置である。具体的にはカチオン交換塔、脱炭酸塔およびアニオン交換塔がそれぞれ１塔の２床３塔式純水製造装置による純水製造が一般的である。
【０００３】
図４は従来の２床３塔式純水製造装置のフロー図、図５はそのイオン交換工程のフロー図、図６は再生工程のフロー図である。図４ないし図６において、１はカチオン交換塔で、Ｈ形に再生されるカチオン交換樹脂層１ａを備えている。２は脱炭酸塔であって、脱カチオン水と空気を接触させて炭酸イオンを除去する充填層２ａおよび脱炭酸水貯留槽２ｂを備えている。３はアニオン交換塔であって、ＯＨ形に再生されるアニオン交換樹脂層３ａを備えている。４は原水槽、５は純水槽、６は酸液槽、７はアルカリ液槽、８、９は吸引混合器、１１は排水路、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はポンプ、Ｆは送風器、Ｖ１、Ｖ２・・・は弁、Ｌ１、Ｌ２・・・は流路である。
【０００４】
図４の従来の２床３塔式純水製造装置による純水製造は、イオン交換工程として、弁Ｖ１、Ｖ７、Ｖ８、Ｖ１３を開、他の弁を閉とし、ポンプＰ１、Ｐ２、送風器Ｆを駆動（ポンプＰ３は停止）してイオン交換による純水製造を行う。このときの液の流れは図５に太い破線による通水ラインとして図示されている。まず原水槽４から原水がポンプＰ１により流路Ｌ１、Ｌ２を通ってカチオン交換塔１に供給され、Ｈ形に再生されたカチオン交換樹脂層１ａを通過する過程でカチオン交換によりＣａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｎａ＋等のカチオン成分が吸着、除去される。脱カチオン水は流路Ｌ３、Ｌ４を通って脱炭酸塔２に供給され、充填層２ａを通過する過程で脱カチオン水は、送風器Ｆにより送られる空気と接触して気液接触により炭酸イオンが除去され、脱炭酸水として脱炭酸水貯留槽２ｂに貯留される。脱炭酸水貯留槽２ｂに貯留された脱炭酸水は、ポンプＰ２により流路Ｌ５、Ｌ６を通ってアニオン交換塔３に供給され、ＯＨ形に再生されたアニオン交換樹脂層３ａを通過する過程でアニオン交換により、Ｃｌ−、ＳＯ４２−等のアニオン成分が吸着、除去され、これらの不純物イオンを除去した処理水、すなわち純水が生成し、流路Ｌ７、Ｌ８を通って純水槽５に貯留され、純水製造が行われる。
【０００５】
純水製造を継続しカチオン交換樹脂層１ａ、アニオン交換樹脂層３ａのイオン交換能力が低下して純水の純度が低下した場合、あるいは予め定めた処理量（定体積処理量）に達した場合など、いわゆる通水終点に達した場合には、これらの樹脂層の再生が行われる。再生工程は、逆洗工程、通薬工程、押出工程、洗浄工程の各工程からなる。これらの各工程では原水を用いると樹脂層が汚染されるので、一般に再生用水として純水が用いられている。逆洗工程は上向流により塔内のイオン交換樹脂を展開洗浄する工程であり、弁Ｖ２、Ｖ９、Ｖ１５、Ｖ１７を開、他の弁を閉とし、ポンプＰ３を駆動（ポンプＰ１、Ｐ２、送風器Ｆは停止）して、純水槽５からポンプＰ３により純水を送って行う。カチオン交換樹脂層１ａの逆洗は、流路Ｌ９、Ｌ３から純水がカチオン交換塔１に供給され、カチオン交換樹脂層１ａを展開させて洗浄し、洗浄排水は流路Ｌ２、Ｌ１０から流路Ｌ１１に入って排水路１１へ排出される。アニオン交換樹脂層３ａの逆洗は、流路Ｌ１２、Ｌ７から純水がアニオン交換塔３に供給され、アニオン交換樹脂層３ａを展開させて洗浄し、洗浄排水は流路Ｌ６、Ｌ１３から流路Ｌ１１に入って排水路１１へ排出される。逆洗工程はポンプＰ３を停止することにより終了する。
【０００６】
通薬工程はカチオン交換樹脂層１ａおよびアニオン交換樹脂層３ａにそれぞれ再生剤を通薬することにより、それぞれをＨ形、ＯＨ形に再生する工程であり、逆洗工程における弁の開閉状態を維持した状態で、さらに弁Ｖ１４、Ｖ１６を開としてポンプＰ３を駆動し、逆洗工程におけるよりも低流速で純水を送る。このときの純水の流れは図６に太い破線による通水ラインとして、再生剤の流れは点線による再生薬液ラインとして図示されている。カチオン交換樹脂層１ａの通薬は、流路Ｌ９から送られる純水が吸引混合器８を通過する際、酸液槽６から酸液を吸引混合し溶解して酸再生剤が調製され、流路Ｌ３からカチオン交換塔１に供給され、カチオン交換樹脂層１ａを通過する過程でカチオン交換によりＨ形に再生する。再生排液は流路Ｌ２、Ｌ１０から流路Ｌ１１に入って排水路１１へ排出される。アニオン交換樹脂層３ａの通薬は、流路Ｌ１２から送られる純水が吸引混合器９を通過する際、アルカリ液槽７からアルカリ液を吸引混合し溶解してアルカリ再生剤が調製され、流路Ｌ７からアニオン交換塔３に供給され、アニオン交換樹脂層３ａを通過する過程でアニオン交換によりＯＨ形に再生する。再生排液は流路Ｌ６、Ｌ１３から流路Ｌ１１に入って排水路１１へ排出される。
【０００７】
押出工程はカチオン交換樹脂層１ａおよびアニオン交換樹脂層３ａ内に残留する再生剤を押し出す工程であり、それぞれの層への通薬の終了後、弁Ｖ１４、Ｖ１６を閉じて、純水のみを通薬工程と同流速でそれぞれの層へ送り、カチオン交換樹脂層１ａおよびアニオン交換樹脂層３ａ内に残留する再生剤を押し出す。
洗浄工程は押出工程後、各イオン交換樹脂層内に残留している少量の再生剤を洗い流す工程であり、押出工程と同じ液の流れで流速を高くして行われる。このような再生工程における洗浄工程の後に、イオン交換時と同じ液の流れ（ただし弁Ｖ１１、Ｖ１２は開、弁Ｖ１３は閉）で全体の洗浄を行い、洗浄廃水を流路Ｌ１１から排水路１１へ排出し、処理水の純度が高くなった時点で弁Ｖ１１、Ｖ１２を開、弁Ｖ１３を閉としてイオン交換工程に移り、純水製造を再開する。
【０００８】
このような従来の純水製造方法および装置では、カチオン交換樹脂層１ａおよびアニオン交換樹脂層３ａの再生には純水を使用するので、大量の再生用の純水を貯留するための純水槽、および大量の再生用の純水を送るための再生用ポンプが必要になる。純水槽および再生用ポンプは材質として耐食性の高価な材料が必要であるため、これらが純水の製造コストを高くするという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、上記のような従来の問題点を解決するため、再生工程を改善して、再生工程で使用する純水の量を少なくし、これにより再生用の純水を貯留するための純水槽、および再生用の純水を送るための再生用ポンプの容量を低下させて純水の製造コストを低くし、効率よく純水を製造することができる純水製造方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は次の純水製造方法および装置である。
（１）  原水をカチオン交換樹脂層と接触させて脱カチオン水を生成するカチオン交換工程と、
このカチオン交換工程より得られる脱カチオン水から炭酸を除去して脱炭酸水を生成する脱炭酸工程と、
この脱炭酸工程より得られる脱炭酸水をアニオン交換樹脂層と接触させて純水を生成するアニオン交換工程と、
酸再生剤によりカチオン交換樹脂層を再生するカチオン交換樹脂再生工程と、
アルカリ再生剤によりアニオン交換樹脂層を再生するアニオン交換樹脂再生工程とを含み、
前記カチオン交換樹脂再生工程は再生用水として脱炭酸水を使用し、
前記アニオン交換樹脂再生工程は再生用水として純水を使用することを特徴とする純水製造方法。
（２）  カチオン交換樹脂再生工程およびアニオン交換樹脂再生工程は、それぞれ逆洗工程、通薬工程、押出工程および洗浄工程を含み、それぞれの工程において再生用水として脱炭酸水または純水を使用するようにした上記（１）記載の方法。
（３）  カチオン交換樹脂再生工程では通薬工程において、再生用水としての脱炭酸水に酸を溶解して調製した酸再生剤によりカチオン交換樹脂層を再生し、アニオン交換樹脂再生工程では通薬工程において、再生用水としての純水にアルカリを溶解して調製したアルカリ再生剤によりアニオン交換樹脂層を再生するようにした上記（１）または（２）記載の方法。
（４）  カチオン交換樹脂再生工程に先立って、カチオン交換樹脂層の再生に必要な量の脱炭酸水を脱炭酸水槽に貯留し、アニオン交換樹脂再生工程に先立って、アニオン交換樹脂層の再生に必要な量の純水を純水槽に貯留するようにした上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の方法。
（５）  カチオン交換樹脂再生工程では、再生に必要な量の脱炭酸水を脱炭酸水槽からポンプでカチオン交換樹脂層に送り、アニオン交換樹脂再生工程では、再生に必要な量の純水を純水槽からポンプでアニオン交換樹脂層に送るようにした上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の方法。
（６）  原水を接触させて脱カチオン水を生成するカチオン交換樹脂層を備えたカチオン交換塔と、
このカチオン交換塔より出る脱カチオン水から炭酸を除去して脱炭酸水を生成する脱炭酸塔と、
この脱炭酸塔の脱炭酸水を貯留する脱炭酸水貯留槽と、
この脱炭酸水貯留槽より出る脱炭酸水を接触させて純水を生成するアニオン交換樹脂層を備えたアニオン交換塔と、
アニオン交換塔から出る純水を貯留する純水槽と、
酸再生剤によりカチオン交換樹脂層を再生するカチオン交換樹脂再生部と、
アルカリ再生剤によりアニオン交換樹脂層を再生するアニオン交換樹脂再生部と、
前記脱炭酸塔からカチオン交換樹脂再生部に脱炭酸水を供給する経路と、
前記純水槽からアニオン交換樹脂再生部に純水を供給する経路と
を含むことを特徴とする純水製造装置。
（７）  カチオン交換樹脂再生部は、脱炭酸水貯留槽から供給される脱炭酸水に酸を溶解して酸再生剤を調製し、この酸再生液をカチオン交換塔に供給してカチオン交換樹脂層を再生するように構成され、
アニオン交換樹脂再生部は、純水槽から供給される純水にアルカリを溶解してアルカリ再生剤を調製し、このアルカリ再生液をアニオン交換塔に供給してアニオン交換樹脂層を再生するように構成された上記（６）記載の装置。
（８）  カチオン交換樹脂再生部は、脱炭酸水を供給する経路に酸液槽から酸液を吸引混合して酸再生剤を調製するように構成され、
アニオン交換樹脂再生部は、純水を供給する経路にアルカリ液槽からアルカリ液を吸引混合してアルカリ再生剤を調製するように構成された上記（６）または（７）記載の装置。
（９）  脱炭酸塔からカチオン交換樹脂再生部に脱炭酸水を供給する経路は、カチオン交換樹脂層の再生に必要な量の脱炭酸水を供給するポンプを有し、
純水槽からアニオン交換樹脂再生部に純水を供給する経路は、アニオン交換樹脂層の再生に必要な量の純水を供給するポンプを有する上記（６）ないし（８）のいずれかに記載の装置。
【００１１】
本発明はイオン交換による純水製造方法および装置であり、カチオン交換、脱炭酸およびアニオン交換により純水を製造する方法および装置である。カチオン交換工程は、原水をカチオン交換塔のカチオン交換樹脂層と接触させて脱カチオンし、脱カチオン水を生成するように構成される。脱炭酸工程は、カチオン交換工程より得られる脱カチオン水を、脱炭酸塔において炭酸除去して脱炭酸水を生成するように構成される。アニオン交換工程は、脱炭酸工程より得られる脱炭酸水をアニオン交換塔のアニオン交換樹脂層と接触させて純水を生成するように構成される。このような本発明の純水製造方法および装置のイオン交換工程は従来のものと同様に行われるので、イオン交換工程に関しては、従来の方法および装置がそのまま採用できる。具体的にはカチオン交換塔、脱炭酸塔およびアニオン交換塔がそれぞれ１塔の２床３塔式純水製造装置による純水製造が一般的であるが、さらにカチオン交換塔およびアニオン交換塔をそれぞれ１塔追加した４床５塔式純水製造装置なども採用できる。
【００１２】
本発明ではこのような従来のカチオン交換、脱炭酸およびアニオン交換により純水を製造する方法および装置において、再生工程の改善により効率よく純水を製造できるようにされている。本発明でもアニオン交換樹脂再生工程は再生用水として純水を使用し、この純水にアルカリを溶解して調製したアルカリ再生剤によりアニオン交換樹脂層を再生するように構成されているが、カチオン交換樹脂再生工程では再生用水として脱炭酸水を使用し、この脱炭酸水に酸を溶解して調製した酸再生剤によりカチオン交換樹脂層を再生するように構成されている。これにより再生用水として使用する純水の量を少なくし、効率よく純水を製造できるようにされている。
【００１３】
カチオン交換樹脂再生工程は、酸再生剤によりカチオン交換樹脂層を再生する点は従来と同様であるが、再生用水として脱炭酸水を使用して再生するように構成される。またアニオン交換樹脂再生工程は、アルカリ再生剤によりアニオン交換樹脂層を再生するが、再生用水として純水を使用する点は従来と同様である。カチオン交換樹脂再生工程およびアニオン交換樹脂再生工程は、それぞれ逆洗工程、通薬工程、押出工程および洗浄工程を含み、それぞれの工程において再生用水として脱炭酸水または純水を使用するように構成される。カチオン交換樹脂再生工程では通薬工程において、再生用水としての脱炭酸水に酸を溶解して調製した酸再生剤によりカチオン交換樹脂層を再生する。アニオン交換樹脂再生工程では通薬工程において、再生用水としての純水にアルカリを溶解して調製したアルカリ再生剤によりカチオン交換樹脂層を再生する。逆洗工程、押出工程および洗浄工程は、それぞれ従来と同様に行われるが、カチオン交換樹脂再生工程では再生用水として脱炭酸水が用いられる。
【００１４】
このような純水製造に供される本発明の純水製造装置は、原水を接触させて脱カチオン水を生成するカチオン交換樹脂層を備えたカチオン交換塔と、このカチオン交換塔より出る脱カチオン水から炭酸を除去して脱炭酸水を生成する脱炭酸塔と、この脱炭酸塔の脱炭酸水を貯留する脱炭酸水貯留槽と、この脱炭酸水貯留槽より出る脱炭酸水を接触させて純水を生成するアニオン交換樹脂層を備えたアニオン交換塔と、アニオン交換塔から出る純水を貯留する純水槽と、酸再生剤によりカチオン交換樹脂層を再生するカチオン交換樹脂再生部と、アルカリ再生剤によりアニオン交換樹脂層を再生するアニオン交換樹脂再生部と、前記脱炭酸塔からカチオン交換樹脂再生部に脱炭酸水を供給する経路と、前記純水槽からアニオン交換樹脂再生部に純水を供給する経路とを含むように構成される。
【００１５】
カチオン交換樹脂再生部は、脱炭酸水貯留槽から供給される脱炭酸水に酸を溶解して酸再生剤を調製し、この酸再生液をカチオン交換塔に供給してカチオン交換樹脂層を再生するように構成される。脱炭酸塔からカチオン交換樹脂再生部に脱炭酸水を供給する経路は、カチオン交換樹脂層の再生に必要な量の脱炭酸水を供給するポンプを有するように構成される。カチオン交換樹脂再生部としては、脱炭酸水を供給する経路に酸液槽から酸液を吸引混合して酸再生剤を調製するように構成されるのが好ましい。またアニオン交換樹脂再生部は、純水槽から供給される脱炭酸水にアルカリを溶解してアルカリ再生剤を調製し、このアルカリ再生液をアニオン交換塔に供給してアニオン交換樹脂層を再生するように構成される。純水槽からアニオン交換樹脂再生部に純水を供給する経路は、アニオン交換樹脂層の再生に必要な量の純水を供給するポンプを有するように構成される。アニオン交換樹脂再生部としては、純水を供給する経路にアルカリ液槽からアルカリ液を吸引混合してアルカリ再生剤を調製するように構成されるのが好ましい。
【００１６】
カチオン交換樹脂再生工程に先立って、カチオン交換樹脂層の再生に必要な量の脱炭酸水を脱炭酸水槽に貯留しておき、この脱炭酸水を用いてカチオン交換樹脂再生工程における逆洗工程、通薬工程、押出工程および洗浄工程を行うのが好ましい。またアニオン交換樹脂再生工程に先立って、アニオン交換樹脂層の再生に必要な量の純水を純水槽に貯留しておき、この純水を用いてアニオン交換樹脂再生工程における逆洗工程、通薬工程、押出工程および洗浄工程を行うのが好ましい。純水槽は、再生によるイオン交換工程の中断期間にユースポイントへ送水するのに必要な量の純水のほかに、アニオン交換樹脂層の再生に必要な量の純水を貯留できる容量が要求されるが、従来のものに比べてカチオン交換樹脂層の再生に必要な量の純水を貯留できる容量分小さくすることができる。純水槽は純水を貯留するためのものであるから高価な内面塗装やライニング等を施したり、あるいは槽自体をステンレス鋼等の高価な材質のもので製作したりしなければならず、従って純水槽を大きくすることもまた装置コストの増大を招くが、上記のように純水槽を小型化できるので、設備および運転費用を削減できる。
【００１７】
カチオン交換樹脂再生工程では、再生に必要な量の脱炭酸水を脱炭酸水槽からポンプでカチオン交換樹脂層に送るように構成されるが、このポンプとしてはイオン交換工程において脱炭酸水をアニオン交換塔へ送るポンプが共用できる。アニオン交換樹脂再生工程では、再生に必要な量の純水を純水槽からポンプでアニオン交換樹脂層に送るように構成されるが、このポンプは、純水槽からユースポイントへ送水するポンプとは別に設けられる。このための従来のポンプは、カチオン交換樹脂再生部とアニオン交換樹脂再生部の両方へ送水するのに必要な大形のポンプが必要であったが、本発明ではアニオン交換樹脂再生部のみに送ればよいので、カチオン交換樹脂再生部に送る分容量を小さくすることができる。このような再生用のポンプとしては、原水ポンプとは別に再生専用の、通常ステンレス鋼製等の高価な再生用水ポンプを設けなければならないが、上記のようにポンプを小型化できるので、設備および運転費用を削減できる。
【００１８】
本発明において、純水製造のためのイオン交換に供される原水としては、河川水、工業用水、水道水など、従来と同様のものが用いられる。カチオン交換樹脂層の再生に用いられる酸としては、従来と同様に塩酸、硫酸等の鉱酸が用いられ、従来と同様に１〜５質量％程度の濃度の酸再生剤を調製するように脱炭酸水に混合される。アニオン交換樹脂層の再生に用いられるアルカリとしては、従来と同様に水酸化ナトリウム等のアルカリ剤が用いられ、１〜５質量％程度の濃度のアルカリ再生剤を調製するように純水に混合される。再生工程は上向流による向流再生を行うのが好ましいが、下向流による並流再生などでもよい。イオン交換工程、再生工程とも従来とほぼ同様の操作で行われるが、カチオン交換樹脂層の再生に用いられる再生用水として、従来純水が用いられていたのを、脱炭酸水に変更する点で異なっている。このような簡単な構成、操作の変更により、上記のように設備および運転費用を削減でき、これにより純水の製造コストを低くし、効率よく純水を製造することができる。
【００１９】
本発明で用いる装置は従来とほぼ同等の構成を有するので、イオン交換工程において従来と比べて水質が低下する要素はなく、従来装置と同等の到達水質が得られる。そして再生工程においてはカチオン交換樹脂層の再生用水として脱炭酸水を用いるが、この脱炭酸水は純水と比べると不純物が多く、導電率が高い。しかしそのほとんどがアニオンであり、これらはカチオン交換樹脂層に吸着されない。カチオン交換塔に残留する脱炭酸水中のアニオンは次のイオン交換工程においてアニオン交換塔で除去されるため、製造される純水の純度に影響しない。従って本発明で再生用水として脱炭酸水を用いる場合を、純水を用いる場合と比較しても、カチオン交換樹脂層を汚染する成分量に差はなく、同等のカチオン交換塔の再生レベルが得られる。以上より本発明が、イオン交換工程、再生工程の双方において従来装置と同等の運用を行いつつ、純水槽の大きさや再生用水用ポンプの最大流量を約半分まで小さくし、コストを抑えられることがわかる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、カチオン交換樹脂再生工程の再生用水として脱炭酸水を使用することにより、再生工程で使用する純水の量を少なくし、これにより再生用の純水を貯留するための純水槽、および再生用水を送るための再生用ポンプの容量を低下させて純水の製造コストを低くすることができ、しかも次のサイクルで製造される純水の純度に影響を与えることなく、効率よく純水を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態の２床３塔式純水製造装置を示すフロー図である。
【図２】図１のイオン交換工程を示すフロー図である。
【図３】図１の再生工程を示すフロー図である。
【図４】従来の２床３塔式純水製造装置を示すフロー図である。
【図５】図４のイオン交換工程を示すフロー図である。
【図６】図４の再生工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態の純水製造方法および装置を図面により説明する。図１は本発明の実施形態の２床３塔式純水製造装置のフロー図、図２はそのイオン交換工程のフロー図、図３は再生工程のフロー図であり、図４ないし図６と同符号は同一または相当部分を示す。図１ないし図３において、１はカチオン交換塔で、Ｈ形に再生されるカチオン交換樹脂層１ａを備えている。２は脱炭酸塔であって、脱カチオン水と空気を接触させて炭酸イオンを除去する充填層２ａおよび脱炭酸水貯留槽２ｂを備えている。３はアニオン交換塔であって、ＯＨ形に再生されるアニオン交換樹脂層３ａを備えている。４は原水槽、５は純水槽、６は酸液槽、７はアルカリ液槽、８、９は吸引混合器、１１は排水路、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はポンプ、Ｆは送風器、Ｖ１、Ｖ２・・・は弁、Ｌ１、Ｌ２・・・は流路である。図１ないし図３の構成が図４ないし図６と異なる点は、図４ないし図６では流路Ｌ９が流路Ｌ１２から分岐していたのに対し、図１ないし図３では流路Ｌ９が流路Ｌ１２とは遮断され、ポンプＰ２から弁Ｖ１８を介して吸引混合器８に接続している点である。他はほぼ同様に構成されているが、脱炭酸水貯留槽２ｂはカチオン交換樹脂層の再生に必要な量の脱炭酸水を貯留する容量を有し、純水槽５は再生によるイオン交換工程の中断期間にユースポイントへ送水するのに必要な量、およびアニオン交換樹脂層の再生に必要な量の純水を貯留できる容量を有し、ポンプＰ３はアニオン交換樹脂層の再生に必要な量の純水を送水できる容量とされている。
【００２３】
図１の２床３塔式純水製造装置による純水製造は、イオン交換工程は図４の場合とほぼ同様に行われる。この場合弁Ｖ１、Ｖ７、Ｖ８、Ｖ１３を開、他の弁を閉とし、ポンプＰ１、Ｐ２、送風器Ｆを駆動（ポンプＰ３は停止）してイオン交換による純水製造を行う。このときの液の流れは図２に太い破線による通水ラインとして図示されている。まず原水槽４から原水がポンプＰ１により流路Ｌ１、Ｌ２を通ってカチオン交換塔１に供給され、Ｈ形に再生されたカチオン交換樹脂層１ａを通過する過程でカチオン交換によりＣａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｎａ＋等のカチオン成分が吸着、除去される。脱カチオン水は流路Ｌ３、Ｌ４を通って脱炭酸塔２に供給され、充填層２ａを通過する過程で脱カチオン水は、送風器Ｆにより送られる空気と接触して気液接触により炭酸イオンが除去され、脱炭酸水として脱炭酸水貯留槽２ｂに貯留される。脱炭酸水貯留槽２ｂに貯留された脱炭酸水は、ポンプＰ２により流路Ｌ５、Ｌ６を通ってアニオン交換塔３に供給され、ＯＨ形に再生されたアニオン交換樹脂層３ａを通過する過程でアニオン交換により、Ｃｌ−、ＳＯ４２−等のアニオン成分が吸着、除去され、これらの不純物イオンを除去した処理水、すなわち純水が生成し、流路Ｌ７、Ｌ８を通って純水槽５に貯留され、純水製造が行われる。純水槽５の純水は別のポンプによりユースポイントへ送られるようになっているが、図示は省略されている。
【００２４】
純水製造を継続しカチオン交換樹脂層１ａ、アニオン交換樹脂層３ａのイオン交換能力が低下して純水の純度が低下した場合、あるいは予め定めた処理量（定体積処理量）に達した場合など、いわゆる通水終点に達した場合には、これらの樹脂層の再生が行われる。再生工程は、逆洗工程、通薬工程、押出工程、洗浄工程の各工程からなる。これらの各工程では、カチオン交換樹脂層１ａの再生の場合は再生用水として脱炭酸水が用いられ、アニオン交換樹脂層３ａの再生の場合は再生用水として純水が用いられる。カチオン交換樹脂層１ａの再生において、再生用水として脱炭酸水を用いるためには、脱炭酸水貯留槽２ｂからポンプＰ２により流路Ｌ９を通して脱炭酸水を供給する。アニオン交換樹脂層３ａの再生において、再生用水として純水を用いるためには、純水槽５からポンプＰ３により流路Ｌ１２を通して純水を供給する。
【００２５】
逆洗工程は上向流により塔内のイオン交換樹脂を展開洗浄する工程であり、逆洗工程は弁Ｖ２、Ｖ９、Ｖ１５、Ｖ１７、Ｖ１８を開、他の弁を閉とし、ポンプＰ２、Ｐ３を駆動（ポンプＰ１、送風器Ｆは停止）して行う。このときカチオン交換樹脂層１ａの逆洗は、脱炭酸水貯留槽２ｂからポンプＰ２により流路Ｌ９、Ｌ３を通して脱炭酸水がカチオン交換塔１に供給され、カチオン交換樹脂層１ａを展開させて洗浄し、洗浄排水は流路Ｌ２、Ｌ１０から流路Ｌ１１に入って排水路１１へ排出される。アニオン交換樹脂層３ａの逆洗は、純水槽５からポンプＰ３により流路Ｌ１２、Ｌ７から純水がアニオン交換塔３に供給され、アニオン交換樹脂層３ａを展開させて洗浄し、洗浄排水は流路Ｌ６、Ｌ１３から流路Ｌ１１に入って排水路１１へ排出される。逆洗工程はポンプＰ２、Ｐ３を停止することにより終了する。
【００２６】
通薬工程はカチオン交換樹脂層１ａおよびアニオン交換樹脂層３ａにそれぞれ再生剤を通薬することにより、それぞれをＨ形、ＯＨ形に再生する工程であり、逆洗工程における弁の開閉状態を維持した状態でさらに弁Ｖ１４、Ｖ１６を開としてポンプＰ２、Ｐ３を駆動し、逆洗工程におけるよりも低流速で脱炭酸水または純水を送る。このときの純水の流れは図３に太い破線による通水ラインとして、再生剤の流れは点線による再生薬液ラインとして図示されている。カチオン交換樹脂層１ａの通薬は、流路Ｌ９から送られる脱炭酸水が吸引混合器８を通過する際、酸液槽６から酸液を吸引混合し溶解して酸再生剤が調製され、流路Ｌ３からカチオン交換塔１に供給され、カチオン交換樹脂層１ａを通過する過程でカチオン交換によりＨ形に再生する。再生排液は流路Ｌ２、Ｌ１０から流路Ｌ１１に入って排水路１１へ排出される。アニオン交換樹脂層３ａの通薬は、流路Ｌ１２から送られる純水が吸引混合器９を通過する際、アルカリ液槽７からアルカリ液を吸引混合し溶解してアルカリ再生剤が調製され、流路Ｌ７からアニオン交換塔３に供給され、アニオン交換樹脂層３ａを通過する過程でアニオン交換によりＯＨ形に再生する。再生排液は流路Ｌ６、Ｌ１３から流路Ｌ１１に入って排水路１１へ排出される。
【００２７】
押出工程はカチオン交換樹脂層１ａおよびアニオン交換樹脂層３ａ内に残留する再生剤を押し出す工程であり、それぞれの層への通薬の終了後、弁Ｖ１４、Ｖ１６を閉じて、脱炭酸水または純水のみを通薬工程と同流速でそれぞれの層へ送り、カチオン交換樹脂層１ａおよびアニオン交換樹脂層３ａ内に残留する再生剤を押し出す。洗浄工程は押出工程後、各イオン交換樹脂層内に残留している少量の再生剤を洗い流す工程であり、押出工程と同じ液の流れで流速を高くして行われる。このような再生工程における洗浄工程の後に、イオン交換時と同じ液の流れ（ただし弁Ｖ１１、Ｖ１２は開、弁Ｖ１３は閉）で全体の洗浄を行い、洗浄廃水を流路Ｌ１１から排水し、処理水の純度が高くなった時点で弁Ｖ１１、Ｖ１２を開、弁Ｖ１３を閉としてイオン交換工程に移り、純水製造を再開する。上記の説明で言及されなかった弁、流路などは別の目的のために設けられたものであるので、説明は省略する。
【００２８】
上記図１ないし図３の純水製造方法および装置では、図４ないし図６のものがすべての再生用水に純水を使用しているのに比べ、カチオン交換樹脂再生工程の再生用水として脱炭酸水を使用するので、再生工程で使用する純水の量を少なくし、これにより再生用の純水を貯留するための純水槽、および再生用水を送るための再生用ポンプの容量を低下させて純水の製造コストを低くすることができ、しかも次のサイクルで製造される純水の純度に影響を与えることなく、効率よく純水を製造することができる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例について説明する。各例中、％は特に表示しない限り質量％である。
【００３０】
〔実施例１〕：
図１ないし図３の装置において、カチオン交換樹脂ダイヤイオンＳＫ１Ｂ（三菱ケミカル（株）製、商品名）を５００Ｌ、アニオン交換樹脂ダイヤイオンＳＡ１０Ａ（三菱ケミカル（株）製、商品名）を５２０Ｌ充填してカチオン交換樹脂層１ａおよびアニオン交換樹脂層３ａを構成し、水道水を原水としてイオン交換工程にて純水を製造し、再生工程において塩酸を３質量％となるように脱炭酸水に混合して酸再生剤を調製してカチオン交換樹脂層１ａを再生し、水酸化ナトリウムを２質量％となるように純水に混合してアルカリ再生剤を調製してアニオン交換樹脂層３ａを再生し、次のイオン交換工程において電気伝導率２μＳ／ｃｍとなるまで純水を製造した。
【００３１】
〔比較例１〕：
図４ないし図６の装置において、再生工程における再生用水に全部純水を用いるほかは実施例１と同様に行った。
【００３２】
実施例１および比較例１において、再生工程において再生用水として使用した純水量、次回の純水製造のイオン交換工程における採水量、水質などを対比した結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2019171293.tif 000003
【００３４】
表１の結果より次のことが分かる。すなわち実施例１では、次回採水量や再開時の水質を低下させることなく、再生時の純水使用量を比較例１に比べ１／２に低減させることに成功している。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、カチオン交換、脱炭酸およびアニオン交換により純水を製造する純水製造方法および装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１：カチオン交換塔、１ａ：カチオン交換樹脂層、２：脱炭酸塔、２ａ：充填層、２ｂ：脱炭酸水貯留槽、３：アニオン交換塔、３ａ：アニオン交換樹脂層、４：原水槽、５：純水槽、６：酸液槽、７：アルカリ液槽、８、９：吸引混合器、１１：排水路、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３：ポンプ、Ｆ：送風器、Ｖ１、Ｖ２・・・：弁、Ｌ１、Ｌ２・・・：流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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