(57)【要約】【課題】イオン交換樹脂を分離塔内で分離する際、アニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層との分離界面を所望の位置に迅速に位置付けることができるイオン交換樹脂の界面調整方法を提供する。【解決手段】分離塔に供給する逆洗水の流量を調整する流量調整弁の開度を予め定めた開度に固定して該分離塔に逆洗水を供給する第１の給水工程と、前記流量調整弁の開度を調節して所定の位置に前記界面を位置付ける第２の給水工程とを備える。【選択図】　　　図１
2004122015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを含むイオン交換樹脂を充填した分離塔に逆洗水を供給して、アニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層とに分離した界面を界面検出器で検出すると共に、該分離塔に供給する逆洗水の水量を流量調整弁で調整して、前記界面を所定の高さに位置付けるイオン交換樹脂の界面調整方法であって、
予め定めた開度に前記流量調整弁の開度を固定して前記分離塔に逆洗水を供給する第１の給水工程と、
前記流量調整弁の開度を調節して所定の位置に前記界面を位置付ける第２の給水工程と
を備えることを特徴とするイオン交換樹脂の界面調整方法。
【請求項２】
前記第１の給水工程は、前回の界面調整時の最終弁開度に前記流量調整弁の開度を調節するものである請求項１に記載のイオン交換樹脂の界面調整方法。
【請求項３】
前記第１の給水工程で前記分離塔に予め定めた時間だけ逆洗水を供給した後、前記第２の給水工程に切換えるものである請求項１に記載のイオン交換樹脂の界面調整方法。
【請求項４】
前記第１の給水工程で前記分離塔に逆洗水を供給すると共に、前記界面検出器で検出されたイオン交換樹脂の界面が予め定めた所定の位置に到達した後、前記第２の給水工程に切換えるものである請求項１に記載のイオン交換樹脂の界面調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分離塔に充填されたイオン交換樹脂をアニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層とに分離した界面の位置を調整するに適したイオン交換樹脂の界面調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
復水を回収して再利用する場合、復水中に含まれる懸濁物質または溶解性物質を除去する必要がある。このような復水処理には、例えばカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合樹脂（イオン交換樹脂）が充填された脱塩塔がよく用いられている。この脱塩塔に充填されたイオン交換樹脂は、上述した懸濁物質または溶解性物質を除去するが、やがてその除去能力が低下していくため、数日から１週間程度を周期とした再生処理が必要である。
【０００３】
上述した脱塩塔に充填されたイオン交換樹脂を再生処理するには、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とに分離する必要がある。この場合、混合樹脂を分離塔に移送した後、この分離塔の下部から逆洗水を注入する。そしてアニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層との比重差を利用して上下二層に分離させる。
このとき二層に分離したアニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層との界面を界面検出器で検出しながら、逆洗水の流量を調整して樹脂移送管の位置に界面を位置付ける（例えば、特許文献１を参照）。そして、この樹脂移送管から上層のアニオン交換樹脂だけを取り出す。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２６２１５７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した分離塔内部におけるイオン交換樹脂層の界面位置は、逆洗水の流量変化に対して、その位置変化の追従が遅いという特徴がある。一方、上述したイオン交換樹脂の界面検出方法に用いられる界面検出器は、専ら分離塔の壁面の樹脂移送管を視野する位置に設けられた観測窓に取付られているに過ぎない。このため、界面の検出範囲（視野範囲）を広くとることができず、逆洗水を適切に制御できないという問題があった。
【０００６】
具体的には、界面検出器で検出した界面の位置情報に基づいて流量調整弁の開度を除々に開き、分離塔に供給する逆洗水の水量を除々に増加させると、アニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層との二層に分離した界面が上述したように時間遅れを伴って除々に上昇していく。このとき、界面検出器の視野範囲に界面が検出されないので更に流量調整弁の開度を開いて逆洗水の流量を増すように制御される。このため、界面検出器の視野範囲まで界面が上昇したときには、逆洗水の流量を調整する流量調整弁の開度が過剰（ほぼ全開）になるという問題があった。
【０００７】
この過剰な逆洗水が分離塔に流れ込むことにより、イオン交換樹脂層の界面の位置が樹脂移送管よりも高い位置まで上昇することになる。このため逆洗水の水量を絞るとイオン交換樹脂層の界面が徐々に下がってくるが、樹脂の沈降速度が遅いため今度は逆に流量調整弁の開度を絞り過ぎることになる。そうするとイオン交換樹脂層の界面が樹脂移送管よりも低い位置まで下降することになる。
【０００８】
このようにイオン交換樹脂層の界面の上昇、下降を繰り返す、いわゆる減衰振動を繰り返しながら最終的に界面が目標とする位置（樹脂移送管のある位置）に界面が到達するため、この界面が安定するまで時間がかかるという問題があった。
もちろん、このような界面の振動現象を避けるためＰＩＤコントローラによって適切な流量になるように制御することも考えられるが、上述したように樹脂の分離界面が界面検出器の視野範囲に入るまでは、計測値が零なので流量調整弁の弁開度が開きすぎることを回避できないと言う問題がある。
【０００９】
このため逆洗水の流量調整弁の開度が全開にならないように弁開度を予め制限する方法も考えられるが、イオン交換樹脂層の界面が界面検出器の視野範囲まで到達するのに時間がかかりすぎるという問題もある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、イオン交換樹脂を分離塔内で分離する際、アニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層との分離界面を所望の位置に迅速に位置付けることができるイオン交換樹脂の界面調整方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明に係るイオン交換樹脂の界面調整方法は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを含むイオン交換樹脂を充填した分離塔に逆洗水を供給して、アニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層とに分離した界面を界面検出器で検出すると共に、該分離塔に供給する逆洗水の水量を流量調整弁で調整して、前記界面を所定の高さに位置付けるイオン交換樹脂の界面調整方法であって、予め定めた開度に前記流量調整弁の開度を固定して前記分離塔に逆洗水を供給する第１の給水工程と、前記流量調整弁の開度を調節して所定の位置に前記界面を位置付ける第２の給水工程とを備えることを特徴としている。
【００１１】
この第１の給水工程は、前回の界面調整時の最終弁開度に前記流量調整弁の開度を調節するものである。そして、この第１の給水工程で前記分離塔に予め定めた時間だけ逆洗水を供給した後、第２の給水工程に切換えるものとして構成される。
或いは、前記第１の給水工程で前記分離塔に逆洗水を供給すると共に、前記界面検出器で検出されたイオン交換樹脂の界面が予め定めた所定の位置に到達した後、第２の給水工程に切換えるよう構成してもよい。
【００１２】
したがって、本発明のイオン交換樹脂の界面調整方法によれば、イオン交換樹脂を分離塔内で分離する際、アニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層との分離界面を所望の位置に迅速に位置付けることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係るイオン交換樹脂の界面調整方法について説明する。
図１は、本発明に係るイオン交換樹脂の界面調整方法を適用した発電所用復水脱塩装置の一例を示す概略構成図である。この図に示す復水脱塩装置には、復水に含まれる塩分（海水）を除去するイオン交換樹脂１を充填した脱塩塔１０が設けられている。このイオン交換樹脂１は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合樹脂からなっている。
【００１４】
この脱塩塔１０に充填されたイオン交換樹脂１は、脱塩処理を行うことによって徐々に脱塩能力が低下していくため、再生が必要である。この再生は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とで別々な処理を行う。このため、脱塩塔１０に充填されたイオン交換樹脂１をカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とに分離して再生する分離塔２０が脱塩塔１０に接続されている。
【００１５】
この分離塔２０の下部には、流量調整弁２１を介した給水管２２が接続されている。そして分離塔２０に供給される逆洗水の水量を流量調整弁２１で調整すると、イオン交換樹脂１が比重差によってアニオン交換樹脂層２とカチオン交換樹脂層３との二層に分離される。
具体的には逆洗水の供給によりアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが分離塔２０内を流動し、展開する。そして、比重の小さなアニオン交換樹脂が分離塔２０の上部にアニオン交換樹脂層２として、一方、比重の大きなカチオン交換樹脂が分離塔２０の下部にカチオン交換樹脂層３として分離される。
【００１６】
このようにして二層に分離されたイオン交換樹脂のうち、比重の小さなアニオン交換樹脂を取出してアニオン交換樹脂再生塔４０に移送する樹脂移送管（コレクタ）２３が分離塔２０の略中央部に設けられている。そして、分離されたアニオン交換樹脂がアニオン交換樹脂再生塔４０に移送され、分離塔２０では残留しているカチオン交換樹脂が、アニオン交換樹脂再生塔４０では移送されたアニオン交換樹脂が再生剤によってそれぞれ再生される。
【００１７】
再生された各樹脂を一時的に貯留するため樹脂貯層５０が設けられ、分離塔２０および再生塔４０と樹脂移送路を介し連結されている。樹脂貯層５０は、さらに樹脂移送路を介し脱塩塔１０に連結され、脱塩塔１０に再生樹脂を移送できるようになっている。
本発明において、分離塔２０の側壁面には、前記樹脂移送管（コレクタ）２３が配置されている高さ位置に相応して分離塔２０内の状態を観測する観測窓２４（覗き窓）が設けられている。この観測窓２４は、イオン交換樹脂の分離状態（分離界面）を外部から観測可能とするものである。そして、観測窓２４には、この観測窓２４を介してイオン交換樹脂１の分離状況を観測する界面検出器２５が取り付けられている。
【００１８】
この界面検出器２５は、分離塔２０に配置されたコレクタ２３の周辺部位を撮像範囲として、該撮像範囲の略中央部にコレクタ２３を視野するよう観測窓２４に取り付けられている。この界面検出器２５には、例えばＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳセンサ等が用いられる。そして、界面検出器２５によって撮像されたデータは、ＰＩＤコントローラ３０に送られる。
【００１９】
ＰＩＤコントローラ３０は、この撮像された界面の位置情報に基づき流量調整弁２１を調整してイオン交換樹脂の分離を制御するよう構成される。そして、ＰＩＤコントローラ３０によって流量調整弁２１が調整されてコレクタ２３の位置にイオン交換樹脂層の界面が到達して安定する。このとき、ＰＩＤコントローラ３０が流量調整弁２１に指令した最終弁開度をＰＩＤコントローラ３０から受けて保持する弁開度記憶部３１が設けられている。
【００２０】
尚、流量調整弁２１は、ＰＩＤコントローラ３０または弁開度記憶部３１の開度指令により制御される。また、ＰＩＤコントローラ３０または弁開度記憶部３１から流量調整弁２１に出される開度指令の値を予め定めた一定時間で切換えるタイマ３２が設けられている。
このように構成されたイオン交換樹脂の分離装置において、本発明が特徴とするところは弁開度記憶部３１に保持された前回の界面調整時の最終弁開度に流量調整弁２１の開度を調整することでイオン交換樹脂層の界面をコレクタ２３の位置に速やかに位置付けることを特徴としている。
【００２１】
これは、イオン交換樹脂の樹脂量や洗浄水の液温などの条件が前回のイオン交換樹脂の分離時とほぼ等しいため、前回の樹脂分離時における流量調整弁２１の最終弁開度が理想開度に近くなることによるものである。
より具体的に本発明に係る復水脱塩装置におけるイオン交換樹脂の分離方法を図２に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００２２】
先ず脱塩塔１０でアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混合され、圧密したイオン交換樹脂層をほぐす逆水洗が行われる（ステップＳ１）。次いで脱塩塔１０内のイオン交換樹脂を分離塔２０に移送する（ステップＳ２）。この分離塔２０に移送されたイオン交換樹脂１を、アニオン交換樹脂層２とカチオン交換樹脂層３とに分離するため、スイッチ３３を弁開度記憶部３１の指令に切換えると共に、弁開度記憶部３１が保持している前回のイオン交換樹脂を分離したときの最終弁開度に流量調整弁２１を調整する（ステップＳ３）。すると逆洗水が分離塔２０に注入されイオン交換樹脂１が展開される。
【００２３】
このとき、イオン交換樹脂１は、アニオン交換樹脂層２とカチオン交換樹脂層３とに分離されながらその界面が除々に上昇していく。そして、一定時間経過（概ね１０〜２０分程度）すると、この界面がほぼコレクタ２３の位置に到達して安定する。
そして、ステップＳ４で一定時間経過後、界面はコレクタ２３の近傍にある。この段階で、スイッチ３３をＰＩＤコントローラ３０側に切換えて流量調整弁２１の弁開度調整をＰＩＤコントローラ３０に行わせる（ステップＳ５）。このＰＩＤコントローラ３０は、界面検出器２５が検出する界面の位置情報を受け、より正確にコレクタ２３の設けられている位置にイオン交換樹脂層の界面が位置するよう流量調整弁２１の開度を微調整する。
【００２４】
このように上述したイオン交換樹脂の界面調整方法は、分離塔２０内で分離したイオン交換樹脂層の界面を調整したときの流量調整弁の最終弁開度の値を保持し、その弁開度値を用いて、次回の界面調整の際、流量調整弁２１の開度としている。
一般的には、アニオン交換樹脂層とカチオン交換樹脂層の界面は、イオン交換樹脂の樹脂量、逆洗水温度などの条件によって界面の位置が変動する。しかし、本発明に係るイオン交換樹脂の界面検出方法は、上述したように前回のイオン交換樹脂層の界面調整時の最終弁開度としているので、これらの各種条件はほぼ同等である。すなわち、前回のイオン交換樹脂層の界面を調整したときの流量調整弁の最終開度が理想開度に近いものとなる。このため最短時間でイオン交換樹脂層の分離界面をコレクタ２３が取り付けられた高さ位置に位置付けることができる。
【００２５】
このようなことから、従来、問題であった流量調整弁の弁開度調整の制御遅れに伴う界面の振動を抑えることができると共に、最短時間でイオン交換樹脂層の界面をコレクタ２３が取り付けられた高さ位置に位置付けることが可能となる。次に本願発明の別の実施形態に係るイオン交換樹脂の界面調整方法について説明する。
【００２６】
この別の実施形態が前述した実施形態と異なるのは、前述した実施形態が一定時間だけ流量調整弁の弁開度を前回の界面調整時の最終弁開度に維持するのに対して、界面検出器２５が検出する所定の位置にイオン交換樹脂層の界面が到達したとき、ＰＩＤコントローラ３０による流量調整弁２１の開度制御に切換える点である。
【００２７】
具体的に本願発明の別の実施形態に係るイオン交換樹脂の界面調整方法について図３に示すフローチャートに基づき説明する。先ず脱塩塔１０でアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混合され、圧密したイオン交換樹脂をほぐす逆水洗が行われる（ステップＳ１０）。次いで脱塩塔１０内のイオン交換樹脂を分離塔２０に移送する（ステップＳ１１）。
【００２８】
この分離塔２０に移送されたイオン交換樹脂１を、アニオン交換樹脂層２とカチオン交換樹脂層３とに分離するため、スイッチ３３を弁開度記憶部３１側に切換えると共に、この弁開度記憶部３１が保持している前回の樹脂分離時の最終弁開度になるよう流量調整弁２１を調整する（ステップＳ１２）。
すると逆洗水が分離塔２０に供給されてアニオン交換樹脂層２とカチオン交換樹脂層３とに分離されながら、その分離界面が除々に上昇していく。やがて、分離界面が界面検出器２５の視野範囲に到達する（ステップＳ１３）。この段階でスイッチ３３をＰＩＤコントローラ３０側に切換えて流量調整弁２１の弁開度の調整をＰＩＤコントローラ３０が行うようにする（ステップＳ１４）。以後、ＰＩＤコントローラ３０は、界面検出器２５が検出する交換樹脂の分離界面の位置情報を受けて、より正確に界面の位置をコレクタ２３が取り付けられた高さの位置になるよう流量調整弁２１の開度を微調整する。
【００２９】
かくして、上述した本発明の別の実施形態に係るイオン交換樹脂の界面調整方法によれば、分離塔２０内でイオン交換樹脂層に分離して、そのときの界面を調整したときの流量調整弁の最終弁開度の値を保持し、その弁開度値を用いて、次回のイオン交換樹脂の分離時における流量調整弁２１の開度としている。このため、従来、問題であった弁開度調整の制御遅れに伴う界面の振動を抑えることができる。更に、界面検出器２５の界面情報に基づき早めに流量調整弁２１の弁開度を調整するので、イオン交換樹脂の樹脂量の変化や逆洗水温度の変化などの変動要因による界面位置の変動を抑えることができ、より短時間でイオン交換樹脂層の界面をコレクタ２３の高さに位置付けることが可能となる。
【００３０】
このような本発明に係るイオン交換樹脂の界面調整方法について、発明者は評価試験を実施し、その効果を検証した。
まず従来から行われているように、流量調整弁２１を徐々に開き、逆洗水の水量を徐々に増加させる。すると、図４（ａ）の界面位置のグラフに示すように逆洗水の水量の増加に伴って樹脂界面が除々に上昇するが、樹脂界面が上がり始めた頃には図４（ｂ）の弁開度のグラフに示すように流量調整弁２１の開度が過剰に開いてしまっている。そして、コレクタ２３の近傍に界面が到達するころには、流量調整弁２１の開度は、ほぼ全開近くまで開いてしまう。このため、樹脂界面は、コレクタ２３が取り付けられた高さ位置よりも上方まで行き過ぎてオーバシュートする。
【００３１】
ちなみにＰＩＤコントローラ３０のパラメータとしてＰ＝４００、Ｉ＝２０４０、Ｄ＝１として設定した場合、分離界面がコレクタ２３の取り付けられた高さ位置に到達して安定するまでの時間は約４０分であった。
次にＰＩＤコントローラ３０のパラメータを変えずに流量調整弁２１を予め２０％開度として、その後、ＰＩＤコントローラ３０による流量調整弁２１の弁制御を行った。この場合は、前述した従来の例と比較してオーバシュート量が減少し、分離界面がコレクタ２３の取り付けられた高さ位置に到達して安定するまでの時間が１６分と短縮された。
【００３２】
つまり、流量調整弁２１の初期開度を適切に設定することで界面調節にかかる時間を短縮化することができることを意味している。しかしながらこの場合は、イオン交換樹脂の樹脂量や逆洗水の水温の影響を受けて分離界面の位置が変動するので、流量調整弁２１の初期開度をその都度適切に設定する必要がある。
次に本発明に係るイオン交換樹脂層の界面検出方法による場合について検証試験を行った。この方法は、前述したように前回のイオン交換樹脂分離の際におけるイオン交換樹脂層の界面が安定したときの流量調整弁２１の最終弁開度の値を保持し、この最終弁開度の値を用いて流量調整弁２１の開度を調整するものである。この場合、図５（ｂ）の弁開度のグラフに示すように最初に流量調整弁２１を前回の最終弁開度に調整する。すると図５（ａ）の界面位置のグラフに示すようにイオン交換樹脂層の界面が徐々に上昇していく。そして、界面がほぼ目標値（コレクタ２３の高さ位置）に振動することなく到達する。この時点で流量調整弁２１の開度をＰＩＤコントローラ３０の制御に切換えて分離界面の位置を微調整する。
【００３３】
この場合においては、約７分でイオン交換樹脂の分離界面をコレクタ２３が取り付けられた高さ位置に到達させることができた。これは、イオン交換樹脂量、逆洗水の水温などの諸条件が前回のイオン交換樹脂の分離時とほぼ等しいため、流量調整弁２１の開度が理想開度に近くなるためである。
このように、本発明のイオン交換樹脂の界面検出方法によれば、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混合されたイオン交換樹脂を分離塔で分離するとき、イオン交換樹脂層の界面を速やかにコレクタが取り付けられた高さに位置付けることができるので、イオン交換樹脂の分離時間を大幅に短縮することができる。また、流量調整弁を前回のイオン交換樹脂の分離時における流量調整弁の最終弁開度に調整しているので、逆洗水の水温の影響や季節変動を排除することができ、正確で迅速なイオン交換樹脂の分離が可能となる。
【００３４】
また、本発明は上述した実施形態にとらわれることなく、例えば図６に示すように流量の多い逆洗水を調整する主流量調整弁２６と樹脂の分離界面が所望する位置に到達したときに逆洗水量を微調整する副流量調整弁２７とを備えてもよい。この場合は、まず前回のイオン交換樹脂の分離時の最終弁開度を保持している弁開度記憶部３１の指令により主流量調整弁２６の開度を調整して分離塔２０に逆洗水を供給する。次にイオン交換樹脂の分離界面が所望する位置に到達したときに、ＰＩＤコントローラ３０による副流量調整弁２７の調整により分離界面の位置を微調する。
【００３５】
この場合は、前述した実施形態に示したように流量調整の制御をＰＩＤコントローラ３０あるいは弁開度記憶部３１が行うためにスイッチを切換える必要がなく、ＰＩＤコントローラ３０および弁開度記憶部３１がそれぞれ出力する弁開度の値にそれぞれの流量調整弁２６、２７を調整すればよい。特にＰＩＤコントローラ３０の指令により逆洗水の流量を微調整する副流量調整弁２７は分離工程の初期時に分離塔２０に逆洗水を供給するような大流量の調整を行う必要がないので、小流量で精密な流量調整が可能な調整弁を用いることができるのでより精密に界面の位置が調整できるので好ましい。
このように本発明は上述した実施形態にとらわれることなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係るイオン交換樹脂の界面調整方法によれば、イオン交換樹脂を分離塔で分離するときの分離時間を大幅に短縮することが可能となる。また、イオン交換樹脂量や逆洗水の水温の影響および季節変動を排除することが可能となる他、正確で迅速なイオン交換樹脂の分離が可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るイオン交換樹脂の界面調整方法の概略構成を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係るイオン交換樹脂の界面調整方法を示すフローチャート。
【図３】本発明の別の実施形態に係るイオン交換樹脂の界面調整方法を示すフローチャート。
【図４】従来の界面調整方法による弁開度と界面位置との関係を示す図。
【図５】本発明に係るイオン交換樹脂の界面調整方法による弁開度と界面位置との関係を示す図。
【図６】本発明の別の実施形態に係るイオン交換樹脂の界面調整方法の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１０　　　脱塩塔
２０　　　分離塔
２１　　　流量調整弁
２２　　　給水管
２３　　　コレクタ
２５　　　界面検出器
３０　　　ＰＩＤコントローラ
３１　　　弁開度記憶部
３２　　　タイマ
３３　　　スイッチ
【図１】
2004122015.tif 000003
【図２】
2004122015.tif 000004
【図３】
2004122015.tif 000005
【図４】
2004122015.tif 000006
【図５】
2004122015.tif 000007
【図６】
2004122015.tif 000008