(57)【要約】【課題】  純水生成装置や軟水生成装置などに使用されているイオン交換樹脂の再生に薬剤や塩を使わず、かつ再生のための水の使用量や電力の使用量を低減し、イオン交換樹脂の再生に要するコストを大幅に低減できるイオン交換樹脂の再生方法を提供する。【解決手段】  カチオン交換膜とアニオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜により水または塩水を電気分解することで生成したＨ+ イオンまたはＯＨ- イオンによってカチオン交換樹脂またはアニオン交換樹脂を再生する。  上記イオン交換樹脂の再生にあたっては、バイポーラ膜のカチオン交換膜側にカチオン交換樹脂を配置し、アニオン交換膜側にアニオン交換樹脂を配置することが好ましい。【選択図】  図１
2005219011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カチオン交換膜とアニオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜により水または塩水を電気分解することで生成したＨ+ イオンまたはＯＨ- イオンによってカチオン交換樹脂またはアニオン交換樹脂を再生することを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。
【請求項２】
カチオン交換膜とアニオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜のカチオン交換膜側にカチオン交換樹脂を配置し、アニオン交換膜側にアニオン交換樹脂を配置して水または塩水をバイポーラ膜で電気分解することで生成したＨ+ イオンまたはＯＨ- イオンによってカチオン交換樹脂またはアニオン交換樹脂を再生することを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換樹脂の再生方法に関し、さらに詳しくは、軟水生成装置や純水生成装置などに使用されているイオン交換樹脂をバイポーラ膜による水や塩水の電気分解によって生成するＨ+ イオンまたはＯＨ- イオンで再生する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軟水生成装置や純水生成装置ではイオン交換樹脂を用いたものが数多く提案されている。例えば、軟水生成装置ではカチオン交換樹脂が用いられており、カチオン交換樹脂によって原水中に含まれる硬度成分であるＣａ2+イオンやＭｇ2+イオンをＮａ+ イオンやＨ+ イオンなどに置換（イオン交換）して軟水にしている。
【０００３】
しかしながら、カチオン交換樹脂の交換基であるＮａ+ イオンやＨ+ イオンなどがすべてＣａ2+イオンやＭｇ2+イオンで置換されてしまうと、それ以上のイオン交換が不可能になるため、そのイオン交換能の回復のためにイオン交換樹脂の再生が必要となる。つまり、イオン交換樹脂を使用するこの種の軟水生成装置や純水生成装置では、原水中のイオン交換とイオン交換樹脂のイオン交換能の回復のための再生とを交互に行う必要がある。
【０００４】
このイオン交換樹脂のイオン交換能の回復のための再生には、酸やアルカリなどの薬剤や、塩などが用いられているが、これらの薬剤や塩は再生を行うたびに大量に必要であり、そのコストや手間が問題となっていた。
【０００５】
そこで、薬剤や塩を用いないイオン交換樹脂の再生方法として、例えば、カチオン交換樹脂では、電気分解で生成された酸性水でカチオン交換樹脂を再生する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平７−６８２５６号公報
【０００６】
しかしながら、通常の電気分解で生成される酸性水はＨ+ イオンの濃度が低いために、塩を使用しなくなっても水を多量に必要とする問題があった。
【０００７】
また、イオン交換樹脂を再生する方法として、電極表面で水の電気分解により生成するＨ+ イオンとＯＨ- イオンとによってカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを同時に再生する方法も提案されている。
【特許文献２】特開２００１−３４０８６３号公報
【０００８】
しかしながら、これら電極表面での水の電気分解では、次式に示すように、Ｈ2 ガスおよびＯ2 ガスの発生を伴うため、
２Ｈ2 Ｏ→Ｈ2 ＋Ｏ2 
効率的にＨ+ イオンおよびＯＨ- イオンを生成できない上に、イオン交換樹脂の再生効率が悪いという問題があった。
【０００９】
また、上記電極表面の電気分解では、反応を起こすのに、少なくとも水の電解電位である１．２３Ｖの電圧が必要であり、それに応じた電力が必要になり、この面でもコストを高める原因になっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような従来のイオン交換樹脂の再生方法の問題点を解決し、イオン交換樹脂の再生に大量の薬剤や塩を使用せず、かつ再生のための水の使用量や電力の使用量を低減し、イオン交換樹脂の再生に要するコストを大幅に低減できるイオン交換樹脂の再生方法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】
【００１１】
本発明は、イオン交換樹脂の再生にあたり、カチオン交換膜とアニオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜を用い、そのバイポーラ膜により水または塩水を電気分解することによって生成したＨ+ イオンまたはＯＨ- イオンでカチオン交換樹脂またはアニオン交換樹脂を再生することによって、前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のイオン交換樹脂の再生方法によれば、イオン交換樹脂の再生に大量の薬剤や塩を使用せず、かつ再生のための水の使用量や電力の使用量を低減し、イオン交換樹脂の再生に要するコストを大幅に低減することができる。
【００１３】
すなわち、本発明のイオン交換樹脂の再生方法では、バイポーラ膜（カチオン交換膜とアニオン交換膜とを貼り合わせた膜）による水の電気分解（以下、「電気分解」を簡略化して「電解」という場合がある）によってＨ+ イオンとＯＨ- イオンを生成させ、それらのイオンによってイオン交換樹脂を再生するので、イオン交換樹脂の再生にあたって大量の薬剤や塩を使用する必要がない。
【００１４】
また、バイポーラ膜による水の電解では、次式のように、
Ｈ2 Ｏ→Ｈ+ ＋ＯＨ- 
ガス発生を伴うことなく、Ｈ+ イオンとＯＨ- イオンを生成させることができ、従来の電極表面での水の電解による場合のようなガスの発生に伴うＨ+ イオンとＯＨ- イオンの消費がないので、効率よく再生に使用するイオンを生成させることができる。
【００１５】
ちなみに、従来提案された電極表面での水の電解反応では、通常、次式のように、ガス発生を伴う反応となる。
２Ｈ2 Ｏ→２Ｈ2 ＋Ｏ2 
【００１６】
そのため、前記のように、生成したＨ+ イオンやＯＨ- イオンを消費してしまうほか、爆発性のある水素ガスと燃焼を促進する酸素ガスを同時に多量に発生するという危険があった。
【００１７】
しかも、従来の電極表面での水の電解では、反応を起こすのに、少なくとも水の電解電位である１．２３Ｖの電圧が必要であるが、バイポーラ膜による電解では、０．８３Ｖの電解電圧でＨ+ イオンとＯＨ- イオンを生成させることができるので、イオンの生成に要する電力量を低減することができる。
【００１８】
また、カチオン交換膜とアニオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜のカチオン交換膜側にカチオン交換樹脂を配置し、アニオン交換膜側にアニオン交換樹脂を配置して、水または塩水をバイポーラ膜で電気分解することで生成したＨ+ イオンまたはＯＨ- イオンによってカチオン交換樹脂またはアニオン交換樹脂を再生することにより、連続的にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂にＨ+ イオンとＯＨ- イオンを供給できるので、効率よくイオン交換樹脂を再生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
つぎに、本発明のイオン交換樹脂の再生方法について、その実施の形態を図を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明のイオン交換樹脂の再生方法を実施するための純水生成装置の概略を示す図である。この図１に示す純水生成装置では、電気分解を行うための正極１と負極２とからなる一対の電極と、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜３によって仕切られたアニオン交換樹脂室１０とカチオン交換樹脂室１１を有し、アニオン交換樹脂室１０にはアニオン交換樹脂６が充填され、このアニオン交換樹脂室１０は陽極１側に配置され、カチオン交換樹脂室１１にはカチオン交換樹脂７が充填され、このカチオン交換樹脂室１１が陰極２側に配置されている。そして、上記バイポーラ膜３はアニオン交換膜が陽極１側に配置され、カチオン交換膜が陰極２側に配置されている。
【００２１】
また、アニオン交換樹脂室１０の外側には隔膜４で仕切られた陽極室８が設けられ、陽極室８の他方の面は陽極１で仕切られてる。つまり、陽極室８は隔膜４と陽極１とで仕切られている。また、カチオン交換樹脂室１１の外側には隔膜５で仕切られた陰極室９が設けられ、この陰極室９の他方の面には陰極２で仕切られている。つまり、陰極室９は隔膜５と陽極１とで仕切られている
【００２２】
上記隔膜４、５は、微細な孔が開いていてイオンと水の両方を透過させることができるように、不織布が用いられており、バイポーラ膜による水の電解では若干量の水が消費されるため、アニオン交換樹脂室１０とカチオン交換樹脂室１１に水が満たされている。
【００２３】
そして、この純水生成装置は、上記のように構成されていることから、陽極１と陰極２との間に電圧を印可することによってバイポーラ膜３で水または塩水を電気分解し、生成したＨ+ イオンまたはＯＨ- イオンでイオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたイオンを隔膜で仕切られた電極室へ電圧の力によって排出することができる。
【００２４】
これを詳しく説明すると、バイポーラ膜３による水または塩水の電解によって生成したＨ+ イオンはカチオン交換樹脂室１１に供給され、そこに充填されているカチオン交換樹脂７中のＣａ2+イオンやＭｇ2+イオンとイオン交換（置換）してカチオン交換樹脂７を再生し、そのカチオン交換樹脂７の再生によって生じたＣａ2+イオンやＭｇ2+イオンなどのカチオンは電位によって陰極２側に引き寄せられ、カチオン交換樹脂室１１から陰極室９に排出される。また、バイポーラ膜３による水または塩水の電解によって生成したＯＨ- イオンはアニオン交換樹脂室１１に供給され、そこに充填されているアニオン交換樹脂６中のＣｌ- イオンやＣＯ32- イオンとイオン交換（置換）してアニオン交換樹脂を再生し、再生によって生じたＣｌ- イオンやＣＯ32- イオンなどのアニオンは電位によって陽極１側に引き寄せられ、アニオン交換樹脂室１０から陽極室８に排出される。
【００２５】
図２は本発明のイオン交換樹脂の再生方法を実施するための軟水生成装置の概略を示す図である。この図２に示す軟水生成装置では、電気分解を行うための陽極１および陰極２からなる一対の電極と、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜３と隔膜５とで仕切られたカチオン交換樹脂室１１を有し、かつ上記カチオン交換樹脂室１１の外にバイポーラ膜３と陽極１とで仕切られた陽極室８と、隔膜５と陰極２とで仕切られた陰極室９を有している。この図２に示す軟水生成装置でも、バイポーラ膜３はそのアニオン交換膜が陽極１側に配置され、カチオン交換膜が陰極２側に配置されていて、隔膜５には前記同様に不織布などが用いられ、カチオン交換樹脂室１１には水が満たされている。
【００２６】
そして、この図２に示す軟水生成装置では、その陽極１と陰極２との間に電圧が印可することによってバイポーラ膜で水または塩水を電気分解すると、生成したＨ+ イオンはカチオン交換樹脂室１１に供給され、そこに充填されているカチオン交換樹脂７中のＣａ2+イオンやＭｇ2+イオンとイオン交換してカチオン交換樹脂７を再生し、そのカチオン交換樹脂７の再生によって生じたＣａ2+イオンやＭｇ2+イオンなどのカチオンは電位によって陰極２側に引き寄せられ、カチオン交換樹脂室１１から陰極室９に排出される。
【実施例】
【００２７】
つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２８】
実施例１
この実施例１では、前記の図１に示す構成の純水生成装置を用いて、カチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂の再生を行った。上記純水生成装置では、陽極１には白金をコートしたチタン板を用い、陰極２にはステンレス鋼板を用い、アニオン交換樹脂室１０、カチオン交換樹脂１１の幅（図１では水平方向の距離）をそれぞれ１５ｍｍにし、陽極室８と陰極室９の幅をそれぞれ２ｍｍとして、電極間距離（陽極１と陰極２との間の距離）を合計３４ｍｍとした。また、電極面積は、陽極１、陰極２とも、１８０ｍｍ×１００ｍｍであった。バイポーラ膜３はトクヤマ社製のバイポーラＢＰ−１Ａ（商品名）を用い、カチオン交換樹脂は三菱化学社製のダイヤイオンＳＫ１Ｂ（商品名）を用い、アニオン交換樹脂は三菱化学社製のダイヤイオンＳＡ１０Ａ（商品名）を用いた。また、隔膜４、５にはジャパンゴアテックス社製の親水性ＰＴＦＥ不織布を用いた。
【００２９】
そして、この純水生成装置では、被処理水をアニオン交換樹脂室１０を通過させた後にカチオン交換樹脂室１１に通過させるように処理用水路を設置し、両樹脂室の通過によって純水が得られるようにした。また、再生によって各電極室に排出されたイオンを装置外に排出するため、水道水を陽極室８に通過した後に陰極室９に通過させるように排水用水路を設置し、その後で装置外に排水する機構とした。イオン交換樹脂については、Ｈ+ 型のカチオン交換樹脂５００ｍｌをカチオン交換樹脂室１１に充填し、ＯＨ- 型のアニオン交換樹脂５００ｍｌをアニオン交換樹脂室１０に充填した。
【００３０】
そして、実施にあたっては、まず、イオン交換樹脂のイオン交換能を低下させるために排水用水路を止水した後、塩化カルシウムで硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水し、処理をしても硬度が９０以下にならないまでイオン交換樹脂のイオン交換能を低下させた。
【００３１】
上記のように、イオン交換樹脂のイオン交換能を低下させた後、そのイオン交換樹脂の再生を次に示すように行った。
【００３２】
すなわち、処理用水路を止水し、１．０Ａの電流を電極間に通電し、イオン交換樹脂の再生を行った。イオン交換樹脂の再生時には排水用水路に毎分０．２Ｌ／ｍｉｎで硬度５０の水道水を通水した。再生は６時間行った。再生処理の間、排出された排水は平均硬度１８０であり、カチオン交換樹脂のイオン交換能が再生されていることが確認できた。
【００３３】
再生処理後、排水用水路を止水し、処理用水路に硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水したところ、硬度５未満でｐＨ７の純水が得られた。これによって、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とがそれぞれ再生されていることが確認できた。
【００３４】
実施例２
この実施例２では、図２に示す構成の軟水生成装置でカチオン交換樹脂の再生を行った。
【００３５】
この軟水生成装置では、陽極１には白金をコートしたチタン板を用い、陰極２にはステンレス鋼板を用い、カチオン交換樹脂室１１の幅（図２での水平方向の距離）を１５ｍｍ、陽極室８と陰極室９の幅をそれぞれ２ｍｍとして、電極間距離を合計１９ｍｍとなるように設置した。バイポーラ膜３にはトクヤマ社製のバイポーラＢＰ−１Ｅ（商品名）を用い、カチオン交換樹脂には三菱化学社製のダイヤイオンＳＫ１Ｂ（商品名）を用いた。隔膜にはジャパンゴアテックス社製の親水性ＰＴＦＥ不織布を用いた。
【００３６】
また、この軟水生成装置では、被処理水をカチオン交換樹脂室１１に通過させるように処理用水路を設置し、被処理水がカチオン交換樹脂室１１を通過することによって軟水が得られるようにした。また、再生によって各電極室に排出されたイオンを装置外に排出するため、水道水を陽極室８に通過した後に陰極室９に通過させるように排水用水路を設置し、その後で装置外に排水する機構とした。カチオン交換樹脂としてはＨ+ 型のカチオン交換樹脂を５００ｍｌ使用した。
【００３７】
そして、カチオン交換樹脂の再生にあたっては、まず、カチオン交換樹脂のカチオン交換能を低下させるために、排水用水路を止水した後、塩化カルシウムで硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水し、処理をしても硬度が９０以下にならないまでカチオン交換樹脂のカチオン交換能を低下させた。
【００３８】
上記のように、カチオン交換樹脂のカチオン交換能を低下させた後、カチオン交換樹脂の再生を次に示すように行った。
【００３９】
すなわち、処理用水路を止水し、１．０Ａの電流を電極間に通電し、カチオン交換樹脂の再生を行った。カチオン交換樹脂の再生時には排水用水路に毎分０．２Ｌ／ｍｉｎで硬度５０の水道水を通水した。再生は６時間行った。再生処理の間、排水された排水は平均硬度１７０であり、カチオン交換樹脂が再生されていることが確認できた。
【００４０】
再生処理後、排水用水路を止水し、処理用水路に硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水したところ、硬度５未満の軟水が得られた。これによってカチオン交換樹脂のイオン交換能が再生されていることを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明においてイオン交換樹脂の再生を実施するにあたって用いた純水生成装置の概略を示す図である。
【図２】本発明においてカチオン交換樹脂の再生を実施するにあたって用いた軟水生成装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  陽極
２  陰極
３  バイポーラ膜
４  隔膜
５  隔膜
６  アニオン交換樹脂
７  カチオン交換樹脂
８  陽極室
９  陰極室
１０  アニオン交換樹脂室
１１  カチオン交換樹脂室
【図１】
2005219011.tif 000003
【図２】
2005219011.tif 000004