(57)【要約】  本発明は、イオン交換器（１０）が再生段階中に再生剤溶液（１４）によって再生される、特に水処理におけるイオン交換器（１０）の衛生的な操作のための方法及びそのために適切な設備に関する。同時に消毒作用を達成するために、再生剤溶液（１４）内で、二酸化塩素が本来の位置で発生されかつイオン交換器（１０）を通して導かれる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換器（１０）が再生段階中に再生剤溶液（１４）によって再生される、特に水処理における前記イオン交換器（１０）の衛生的な操作のための方法において、前記再生剤溶液（１４）内で、二酸化塩素が本来の位置で発生されかつ前記イオン交換器（１０）を通して導かれることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記再生剤溶液（１４）に、亜塩素酸塩成分（１８）、特にアルカリ土類又はアルカリ性亜塩素酸塩が配量されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
食塩水によって形成された前記再生剤溶液（１４）に、亜塩素酸ナトリウム溶液（１８）が加えられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
塩水内に１〜５ｇ／リットルの亜塩素酸ナトリウム濃度が得られるように、前記塩水（１４）に亜塩素酸ナトリウム溶液（１８）が配量されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記再生剤溶液（１４）が、前記イオン交換器（１０）と接続可能なリザーバ（１２）に、好ましくは規則的な時間間隔で、亜塩素酸塩成分（１８）、特に亜塩素酸ナトリウムと混合されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記亜塩素酸塩成分（１８）が、水溶液として、好ましくは再生剤管路（２２）のＴ型コネクタ（４６）を介して前記再生剤溶液（１４）に導入されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
亜塩素酸塩含有再生剤溶液（１４）が、前記イオン交換器（１０）を通過する前に、二酸化塩素を発生しつつ電気分解されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
亜塩素酸塩含有再生剤溶液（１４）が、直流電圧下で２つの電極（５０）の間の通流セル（２０）で電気分解されること、および前記直流電圧が、所定の間隔で、好ましくは連続する再生段階で極性変更されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記イオン交換器（１０）から誘導される前記再生剤溶液（１４）に、還元剤、特に亜硫酸ナトリウムが配量されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記再生剤溶液（１４）が、前記イオン交換器（１０）の後ろに配設され、好ましくは亜硫酸カルシウムによって形成された固体物質堆積層（５４）を介して、導かれることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記再生段階の終わりに、再生剤を排除するための水が前記イオン交換器（１０）を通して導かれること、および前記排除水に還元剤、特に亜硫酸ナトリウムが配量されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
軟水を得るために未処理水が貫流可能なイオン交換器（１０）と、再生段階中に再生剤を供給するために管路（２２）を介して前記イオン交換器（１０）と接続可能なリザーバ（１２）とを有するイオン交換設備において、前記リザーバ（１２）又は前記管路（２２）に、貯蔵部（１６）から亜塩素酸塩成分（１８）が加えられることを特徴とするイオン交換設備。
【請求項１３】
前記亜塩素酸塩成分（１８）がアルカリ土類又はアルカリ性亜塩素酸塩であることを特徴とする、請求項１２に記載のイオン交換設備。
【請求項１４】
水溶液中の前記亜塩素酸塩成分（１８）が、好ましくは亜塩素酸ナトリウム溶液として、ポンプ（４４）を介して前記管路（２２）又は前記リザーバ（１２）内に配量可能であることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のイオン交換設備。
【請求項１５】
前記管路（２２）内に、亜塩素酸塩含有再生剤溶液（１４）用の通流電気分解セル（２０）が配置されることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のイオン交換設備。
【請求項１６】
前記通流電気分解セル（２０）が、環流される２つの電極ピン（５０）、好ましくはプラチナめっきされたチタンピンを有することを特徴とする、請求項１２に記載のイオン交換設備。
【請求項１７】
前記管路（２２）内に、前記イオン交換器（１０）に対し遮断するための遮断弁（３６）が配置されることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか１項に記載のイオン交換設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換器が再生段階中に再生剤溶液によって再生される、特に水処理におけるイオン交換器の衛生的な操作のための方法に関する。さらに、本発明は、この方法を実施するための設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン交換設備は、飲料水を軟水化するための住居及びオフィス内のカチオン交換器として大量に使用されている。しかし、交換能力は有限であるので、規則的間隔で再生を行わなければならない。このため、たいていの場合、塩化ナトリウム又は塩化カリウム、部分的に、塩化マグネシウムも使用される。イオン交換器の１つの問題は、その発芽する傾向であり、この場合、設備は２つの側面に向かって開放し、すなわち、未処理水の入口側に向かってまた再生剤入口に向かって開放している。発芽の原因は、入口側で飲料水を介してイオン交換器に運ばれ、この交換器で繁殖して、処理された水に再び放出されるバクテリアである。それとならんで、バクテリアの侵入が再生剤又はその貯蔵部を介して行われる。消毒のため、実際に、電気分解による塩素発生が使用される。しかし、消毒剤としての塩素には重大な欠点がある。消毒作用は、ｐＨ値に関係し、ｐＨ＝８を超えるアルカリ範囲で著しく増大する。さらに、塩素は、水の内容物又はイオン交換器によって放出される有機物質と共に臭気及び味覚物質を形成し、これらの物質は、軟水化された水の品質に悪影響を及ぼす。同様に、不都合なことは、塩素が場合によってはシステム内に形成されたバイオフィルムによって食い尽くされ、既存のバイオフィルムを十分に分解できないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のことから、本発明の課題は、従来技術に生じた問題を回避し、また簡単に取り扱い可能なシステムにより、イオン交換器の操作による消毒作用を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題を解決するために、請求項１又は１２に示した特徴の組み合わせが提案される。本発明の有利な実施形態及び発展形態が、従属請求項から得られる。
【０００５】
本発明は、再生剤を介して殺生物質としての二酸化塩素を用意する構想を出発点としている。それに応じて、方法上の観点において、再生剤溶液内で、二酸化塩素が本来の位置で発生されかつイオン交換器を通して導かれることが提案される。これによって、別個の処理段階は不必要であり、消毒と、いずれにしろ必要な再生とを組み合わせることができる。同時に、これにより、再生剤を介した可能な細菌の侵入が阻止される。二酸化塩素の消毒作用は、ほとんどｐＨ値と無関係である。二酸化塩素は、有機内容物とあまり反応せず、また臭気及び味覚物質を形成する反応は知られていない。さらに二酸化塩素によりバイオフィルムも分解される。にもかかわらず、イオン交換樹脂の酸化的損傷は生じない。
【０００６】
再生剤溶液に、亜塩素酸塩成分、特にアルカリ土類又はアルカリ性亜塩素酸塩が配量されることが有利である。亜塩素酸塩成分は、二酸化塩素を生成する次の電気分解反応のための出発材料である。特に、食塩水によって形成された再生剤溶液に、亜塩素酸ナトリウム溶液が加えられる場合、有利である。食塩水内に１〜５ｇ／リットルの亜塩素酸ナトリウム濃度が得られるように、再生剤として食塩水に亜塩素酸ナトリウム溶液が配量されることが、特に好ましい。
【０００７】
別の有利な形態では、再生剤溶液が、イオン交換器と結合可能なリザーバに、好ましくは規則的な時間間隔で、亜塩素酸塩成分、特に亜塩素酸ナトリウムと混合されることが意図される。この二成分システムのみで得られる二酸化塩素形成によって、リザーバの発芽も防止できる。
【０００８】
別の有利な措置によれば、亜塩素酸塩成分は、水溶液として、好ましくは再生剤管路のＴ型コネクタを介して再生剤溶液に導入され、この場合、亜塩素酸塩含有の再生剤溶液は、イオン交換器を通過する前に二酸化塩素を発生しつつ電気分解される。
【０００９】
この場合、亜塩素酸塩含有の再生剤溶液が、直流電圧下の２つの電極の間の通流セル（flow-through cell）で電気分解され、直流電圧が、所定の間隔で、好ましくは連続する再生段階で極性変更される場合、有利である。このようにして、電極における不都合な表面効果を回避することができる。
【００１０】
管路を介してイオン交換器と結合可能な再生剤を供給するためのリザーバを備える本発明による方法を実施するために適切な設備は、リザーバ又は管路に、貯蔵部から亜塩素酸塩成分が加えられることを特徴とする。これによって、別個の消毒段階及び高価な器具の装備が不必要になる。亜塩素酸塩成分は、アルカリ土類又はアルカリ性亜塩素酸塩によって形成されることが好ましい。
【００１１】
別の改良形態は、水溶液内の亜塩素酸塩成分が、好ましくは亜塩素酸ナトリウム溶液として、ポンプを介して管路又はリザーバ内に配量可能であることによって達成される。この場合、リザーバ内の二酸化塩素の発生は、追加の酸化剤又は酸なしに行われ、この結果、特別な潜在的危険性はない。
【００１２】
交換器の再生剤の供給の際の適切な二酸化塩素発生のため、亜塩素酸塩含有の再生剤溶液用の通流電気分解セルが管路内に配置される場合、有利である。この場合、通流電気分解セルが、環流される２つの電極ピン、好ましくはプラチナめっきされたチタンピンを備える場合、特に有利である。
【００１３】
操作工程の有利な制御のため、管路内に、イオン交換器から遮断するための遮断弁が配置される。
【００１４】
以下に、図面に示した実施例を参照して本発明について詳細に説明する。唯一の図面は、二酸化塩素消毒付きのイオン交換設備の単純化した概略設備図を示している。
【００１５】
図示したイオン交換設備は、本質的に、イオン交換器１０、再生剤１４用のリザーバ１２、亜塩素酸ナトリウム溶液１８用の貯蔵部１６、及びリザーバ１２又は貯蔵部１６とイオン交換器１０との間の結合管路２２内の電気分解セル２０から構成される。
【００１６】
イオン交換器１０は、通常運転時、その入口２４で、入口弁２６を介して未処理水入口２８と結合され、またその出口３０で、出口弁３２を介して軟水出口３４と結合されている。再生操作のため、入口２４は、弁３６を介して結合管路２２と結合可能であり、出口３０は、弁３８を介して廃水出口４０と結合可能であり、一方、弁２６、３２はこの段階に閉じられている。
【００１７】
溶液１４、１８の配量は、ポンプ４２、４４によって行われ、ポンプの出口はＴ型コネクタ４６を介して共に結合管路２２に通じている。
【００１８】
電気分解セル２０は、その電圧接続部４８、５０により、極性転換可能な直流電圧源に接続可能である。電極５０は、通流領域で互いに平行に間隔を空けて突出する、プラチナめっきされた円筒状のチタンピンから形成される。
【００１９】
通常運転では、弁２６、３２は開放し、弁３６、３８は閉じている。未処理水は、イオン交換器容器１０の圧力下で上から下方に貫流する。この場合、カチオン交換器の表面で、出口３４で軟水を注ぐことができるために、また後配設された配管施設及び計測器内の石灰沈殿を最小化するために、水に含有されるカルシウム及びマグネシウムカチオンがナトリウムイオンに交換される。
【００２０】
イオン交換器１０の交換能力が消耗すると、弁２６、３２が閉じられまた弁３６、３８が開かれることによって、制御部によって再生が作動される。ポンプ４２は、飽和食塩水（ＮａＣｌ溶液）によって形成された再生剤１４を管路２２内に給送し、一方、ポンプ４４は、３０％の亜塩素酸ナトリウム溶液１８（ＮａＣｌＯ２溶液）を消毒目的でＴ型コネクタ４６を介して混合し、この結果、食塩水内に１〜５ｇ／リットルの亜塩素酸ナトリウム濃度が得られる。次に、この混合溶液は、通流内で電気分解セル２０によって電気分解される。この場合、次の標準酸化電位との次の酸化反応が陽極で可能である。
Ｃｌ−  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＨＣｌＯ＋Ｈ＋  ＋２ｅ−      −１．４９Ｖ
ＣｌＯ２  →  ＣｌＯ２（ａｑ）＋ｅ−                 −０．９５４Ｖ
陰極における反応は陽子の還元である。
Ｈ＋  ＋ｅ−  →  １／２  Ｈ２
【００２１】
亜塩素酸塩アニオンの標準酸化電位は、塩化物アニオンの標準酸化電位よりも低いので、亜塩素酸塩アニオンが最初に酸化され、ほぼもっぱら、食塩水に完全に溶ける二酸化塩素が形成される。水素の形成がガス形成で検知可能である。しかし、方法の操作のため、電極における変換が小さいので、ガス形成に障害はない。
【００２２】
二酸化塩素含有の食塩水は、次の実施例に従って発生することができる。通流電気分解セルを通して、１ｇ／リットルの亜塩素酸ナトリウムを含む８％の食塩水を案内する。次の周辺条件下で、少なくとも２ｍｇ／リットルの二酸化塩素を発生する。
−電気分解セルを通した亜塩素酸ナトリウム含有の食塩水の体積流量：６リットル／分
−電極：５ｍｍ間隔の長さ２０ｍｍの２つの円筒状のプラチナめっきされたチタンピン
−電極における溶液の滞留時間：約０．０３秒
−電気分解電圧：１８Ｖの直流電圧
−電流：５Ａ。
【００２３】
形成された二酸化塩素は、混合溶液内の殺菌剤としてイオン交換材料を介して導かれる。廃棄処理のために、再生剤溶液は廃水出口４０を介して導かれる。電極５０上の沈殿物を回避するために、連続する再生間隔で電圧源を極性変更することができる。
【００２４】
各々の再生段階の終了時、交換器１０の後洗浄及びリザーバ１２内への水の後供給が行われる。このため、バルブ３６、３８の他に入口弁２６も開かれる。未処理水は再生溶液を排除して、イオン交換器１０を洗浄する。同時に、再生の際に消費された容積を補充するために、バイパス５２を介してリザーバ１２内に再び水が導かれる。食塩水は、リザーバ１２内にある食塩錠剤から自動的に形成される。
【００２５】
再生剤１４の発芽も阻止するために、配量ポンプ４４によって、亜塩素酸ナトリウム溶液をリザーバ１４内に配量することができる。これによって、電解反応の加速なしでも、二酸化塩素が消毒剤としてのリザーバ１２内に生じる。
【００２６】
再生廃水内への還元剤（例えば亜硫酸ナトリウム）の配量によって、亜塩素酸塩又は二酸化塩素の放出を回避することができる。このため、亜硫酸カルシウムからなる固体物質堆積層５４を介して再生廃水を導出することも考えられる。この代わりに、排除水に亜硫酸ナトリウムを配量できるので、イオン交換材料内の消毒の終了後にも、余分の亜塩素酸塩又は二酸化塩素が塩化物に還元される。
【００２７】
以下に説明するように、所望の消毒作用を比較試験で証明することができた。
【００２８】
それぞれ４．７リットルの強酸性のカチオン交換器を有する２カラムの家庭用軟水化設備で、１００ミリリットルの１０Ｅ７／ミリリットルのＫＢＥ大腸菌で、両方のカラムを汚染した。２４時間後、第１のカラムは、電気分解で発生された塩素で消毒作用剤として再生された。電気分解セル内の電流は０．６〜０．７Ａであり、この場合、再生廃水内の０．５〜０．６ｍｇ／リットルの遊離塩素が確認された。
【００２９】
第２のカラムは、電気分解で発生された二酸化塩素により消毒作用剤として再生された。電気分解セル内の電流は０．６〜０．７Ａであり、再生廃水内の０．５〜０．６ｍｇ／リットルの遊離塩素が確認された。
【００３０】
大腸菌を有する発芽は、ＫＢＥ／ミリリットル及びＫＢＥ／１００ミリリットルとして、再生直後の規定の時間間隔で水の排出中に算出された。設備を通した水の通流量は、１２０リットル／時間であった。次の表では、「繁殖」とは、２０００ＫＢＥ／１００超を意味する。この結果は、従来使用されている塩素に対し、消毒剤としての二酸化塩素の優越性を示している。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
要約すると、次のことが確認される。すなわち、本発明は、水処理におけるイオン交換器１０の衛生的な操作のための方法及びそのために適切な設備に関し、イオン交換体１０は再生段階中に再生剤溶液１４によって再生される。同時に消毒作用を達成するために、再生剤溶液１４内で、二酸化塩素が本来の位置で発生されかつイオン交換器１０通して導かれる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】二酸化塩素消毒付きのイオン交換設備の単純化した概略設備図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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