(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径６５０μｍに対して粒径分布が±５０μｍである均一粒径分布を有するカチオン交換樹脂と、前記カチオン交換樹脂の均一粒径分布の粒径分布より幅の広い粒径分布を有するアニオン交換樹脂とからなることを特徴とする混床式イオン交換樹脂塔。
【請求項２】
請求項１に記載の混床式イオン交換樹脂塔において、前記均一粒径分布の粒径分布より幅の広い粒径分布が、ガウス分布であることを特徴とする混床式イオン交換樹脂塔。
【請求項３】
（ａ）平均粒径６５０μｍに対して粒径分布が±５０μｍである均一粒径分布を有するカチオン交換樹脂と、
（ｂ）平均粒径５５０μｍに対して粒径分布が±５０μｍである均一粒径分布を有するアニオン交換樹脂と、
（ｃ）前記カチオン交換樹脂の平均粒径よりも小さな平均粒径で且つ前記均一粒径分布の粒径分布より幅の広い粒径分布を有するカチオン交換樹脂、および前記アニオン交換樹脂の平均粒径よりも大きな平均粒径で且つ前記均一粒径分布の粒径分布より幅の広い粒径分布を有するアニオン交換樹脂の少なくとも何れか一方とを、
前記（ｃ）が全体量に対して２〜５％となるように混合して混床式イオン交換樹脂塔の混床を形成することを特徴とする混床式イオン交換樹脂塔の混床の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混床式イオン交換樹脂塔及びその混床の形成方法に関し、さらに詳しくは、イオン交換樹脂の再生分離時にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを効率よく分離できる混床式イオン交換樹脂塔及びその混床の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
混床式イオン交換樹脂塔は、例えば、純水装置、発電所の復水脱塩装置、軟水装置、食品−薬品プロセスなどにおいて、水中もしくは溶媒中の不純物を除去または分離することを目的として使用される。従来、このような混床式イオン交換樹脂塔では、樹脂粒径として幅の広いガウス分布（正規分布）を有するカチオン交換樹脂またはアニオン交換樹脂を用いていたが、樹脂の再生後のリンス性能の改善や微粒子除去能の向上のために、分布幅の狭い均一な粒径の樹脂が使用されるようになってきた。このように用いられるイオン交換樹脂は、一定の期間使用した後には、薬剤による再生を行わなければならない。
【０００３】
従来、混合床の再生には、通常運転を中断後、まず、空気その他のガスによる曝気を行い、樹脂の絡みつきをほぐし、樹脂が分離しやすくした後に、水逆洗により、樹脂の有する粒径および比重による沈降速度差を利用して、カチオン交換樹脂を下部へ、アニオン交換樹脂を上部へ移動させて、カチオン交換樹脂層およびアニオン交換樹脂層を形成させ、それぞれを分離再生するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、均一粒径を有するカチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂からなる混床層を、沈降速度差を利用した水逆洗により分離しようとすると、その粒径の均一さのため、従来のガウス分布を有する樹脂（以下、従来樹脂という）と比較して、カチオン、アニオン各々の層が激しく流動してそれぞれの層に相手層の樹脂の引き込みが起こり、引き込まれた樹脂が相手側の樹脂と共に樹脂層を大きく流動するという現象が生じる。このように一度引き込まれた樹脂は、この流動により再分離されにくく、再び樹脂界面から元の層に戻るには長い時間を要する。
【０００５】
また、新品のイオン交換樹脂を用いる場合は、特に、使いはじめにカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の絡みつきが起こりやすく、したがって、上述したような引き込み現象が顕著に発生しやすい。
【０００６】
さらに、逆洗水の流量の僅かな変動によっても大きく影響されて、この流動に大きな乱れが生じ、分離層の破壊や樹脂の激しい引き込みが起こる。このため、均一粒径樹脂の扱いには慎重な操作と、従来より長い分離時間とを必要とする。
【０００７】
また、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との中間比重のイオン交換能を有さない樹脂を添加して分離性を向上させる方法も行われている。しかしながら、中間比重のイオン交換能を有さない樹脂を添加するため、充填層の均一性を乱すことになり、イオン交換能や微粒子除去能といった装置性能を低下させることになり好ましくない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、均一粒径分布をもつカチオン交換樹脂及び／又はアニオン交換樹脂からなる混床式イオン交換樹脂塔において、分離性を改善したイオン交換樹脂塔及びその混床の形成方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第１の態様は、平均粒径６５０μｍに対して粒径分布が±５０μｍである均一粒径分布を有するカチオン交換樹脂と、前記カチオン交換樹脂の均一粒径分布の粒径分布より幅の広い粒径分布を有するアニオン交換樹脂とからなることを特徴とする混床式イオン交換樹脂塔にある。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の混床式イオン交換樹脂塔において、前記均一粒径分布の粒径分布より幅の広い粒径分布が、ガウス分布であることを特徴とする混床式イオン交換樹脂塔にある。
本発明の第３の態様は、（ａ）平均粒径６５０μｍに対して粒径分布が±５０μｍである均一粒径分布を有するカチオン交換樹脂と、（ｂ）平均粒径５５０μｍに対して粒径分布が±５０μｍである均一粒径分布を有するアニオン交換樹脂と、（ｃ）前記カチオン交換樹脂の平均粒径よりも小さな平均粒径で且つ前記均一粒径分布の粒径分布より幅の広い粒径分布を有するカチオン交換樹脂、および前記アニオン交換樹脂の平均粒径よりも大きな平均粒径で且つ前記均一粒径分布の粒径分布より幅の広い粒径分布を有するアニオン交換樹脂の少なくとも何れか一方とを、前記（ｃ）が全体量に対して２〜５％となるように混合して混床式イオン交換樹脂塔の混床を形成することを特徴とする混床式イオン交換樹脂塔の混床の形成方法にある。
【００１１】
ここで、ガウス分布を有する従来の樹脂とは、樹脂の粒径分布が幅の広い樹脂であり、一方、均一粒径樹脂とは、粒径分布の幅が従来樹脂より狭い樹脂である。従来樹脂の例としては、例えば、粒径分布の範囲が２００〜１１８０μｍの樹脂であって粒径がガウス分布をなすイオン交換樹脂を挙げることができる。均一粒径樹脂としては、平均粒径に対し、粒径分布が±１００μｍ、好ましくは±５０μｍに制御された交換樹脂を挙げることができる。
【００１２】
本発明で、均一粒径樹脂の混合床に、カチオン交換樹脂の小粒径従来樹脂、またはアニオン交換樹脂の大粒径従来樹脂を添加する割合は、全体量に対して、１０％以下、好ましくは２〜５％である。全体量に対して１０％以上従来樹脂を添加すると、均一粒径樹脂を使用する効果が低減し好ましくない。
【００１３】
また、均一粒径樹脂と従来樹脂とを混合して用いる場合には、従来の混合床を形成するカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との混合割合にすればよい。
【００１４】
均一粒径樹脂のカチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂からなる混合床に対して、水逆洗を施すと、全ての樹脂が各樹脂層で均一に流動する。またその流動範囲も大きく、各樹脂層下部より上部まで流動する。これに対し、従来樹脂は逆洗時間にしたがって、粒径の大きいものは下部へ、粒径の小さいものは上部へと移動し、樹脂流動層中で流動的に整列する。したがって、樹脂の流動はその局部での流動に限り、均一粒径樹脂のような全ての樹脂に渡る流動は発生しにくい。
【００１５】
本発明においては、均一粒径樹脂のカチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂に、カチオン交換樹脂の小粒径従来樹脂、またはアニオン交換樹脂の大粒径従来樹脂を添加、または均一粒径樹脂と従来樹脂とを混合して用いることにより、界面において局所的に流動の小さい層を形成することができ、したがって、均一粒径の樹脂の引き込みを防ぐことができ、分離性を改善することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１７】
（実施例１〜４、比較例）
内径５０ｍｍ、高さ２０００ｍｍのカラムに、下記の各樹脂をそれぞれ混合充填したイオン交換樹脂層を形成した。
【００１８】
実施例１：
カチオン交換樹脂                                    １．５リットル
均一粒径樹脂                              （９５％）
：ゲル型カチオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ６５０Ｃ（ダウケミカル社製）
：粒径：６５０μｍ±５０μｍ
従来樹脂                                    （５％）
：ゲル型カチオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ５０Ｗ−Ｘ８（ダウケミカル社製）
：粒径：３００μｍ〜５００μｍ（粒径調整品）
アニオン交換樹脂                                    ０．７リットル
均一粒径樹脂                            （１００％）
：ゲル型アニオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ５５０Ａ（ダウケミカル社製）
：粒径：５５０μｍ±５０μｍ
【００１９】
実施例２：
カチオン交換樹脂                                    １．５リットル
均一粒径樹脂                            （１００％）
：ゲル型カチオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ６５０Ｃ
：粒径：６５０μｍ±５０μｍ
アニオン交換樹脂                                    ０．７リットル
均一粒径樹脂                              （９５％）
：ゲル型アニオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ５５０Ａ
：粒径：５５０μｍ±５０μｍ
従来樹脂                                    （５％）
：ゲル型アニオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ＳＢＲ（ダウケミカル社製）
：粒径：６５０μｍ〜１０００μｍ（粒径調整品）
【００２０】
実施例３：
カチオン交換樹脂                                    １．５リットル
均一粒径樹脂                            （１００％）
：ゲル型カチオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ６５０Ｃ
：粒径：６５０μｍ±５０μｍ
アニオン交換樹脂                                    ０．７リットル
従来樹脂                                （１００％）
：ゲル型アニオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ＳＢＲ
：粒径：６５０μｍ〜１０００μｍ（粒径調整品）
【００２１】
参考例：
カチオン交換樹脂                                    １．５リットル
従来樹脂                                （１００％）
：ゲル型カチオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ５０Ｗ−Ｘ８
：粒径：３５０μｍ〜１１８０μｍ
アニオン交換樹脂                                    ０．７リットル
均一粒径樹脂                            （１００％）
：ゲル型アニオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ５５０Ａ
：粒径：５５０μｍ±５０μｍ
【００２２】
比較例：
比較のため、以下の通り均一粒径樹脂のみからなるイオン交換樹脂層を形成した。
【００２３】
カチオン交換樹脂                                    １．５リットル
均一粒径樹脂                            （１００％）
：ゲル型カチオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ６５０Ｃ
：粒径：６５０μｍ±５０μｍ
アニオン交換樹脂                                    ０．７リットル
均一粒径樹脂                            （１００％）
：ゲル型アニオン交換樹脂Ｄｏｗｅｘ  ５５０Ａ
：粒径：５５０μｍ±５０μｍ
【００２４】
上述した各イオン交換樹脂層に、カチオン交換樹脂の交換容量の５０％相当のアンモニア水を通水した後、空気曝気５分、水逆洗３０分をそれぞれ実施して樹脂を分離した。
【００２５】
分離終了した樹脂のカチオン−アニオン界面中心に両側それぞれ２．５ｃｍ幅（約１００ｍｌ）を採取した。次いで、採取したアニオン交換樹脂層およびカチオン交換樹脂層を、それぞれ２５％濃度のＮａＯＨ溶液に浸し、別の樹脂層に混入していたカチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂の容積を測定した。
【００２６】
この結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
カチオン交換樹脂側に        アニオン交換樹脂側に
混入していたアニオン        混入していたカチオン
交換樹脂の割合（％）        交換樹脂の割合（％）
実施例１            ０．１                        ０．０１
実施例２            ０．５                        ０．０１
実施例３            ０．７                        ０．０１
参考例              ０．１                        ０．０３
比較例              ３                            ０．２
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、従来樹脂を対象としている装置に大きな改造を加えることなく均一粒径樹脂を採用でき、はじめから均一粒径樹脂を用いることを前提とした装置において、特別な機構を組み込むことなく装置の簡略化を図ることができる。また、均一粒径樹脂を用いても樹脂の引き込みなどを防止でき、処理水の品質の改善が図れる。さらに、樹脂分離にかかる時間が短縮され、汚染及び樹脂劣化などの影響を低減することができる。