(57)【要約】【課題】硬度成分を含む被処理水の通水方向を変えるのみで、通水容積を大きく採れたり、通水流量は小さくして通水時間を長く採れたりでき、また、再生工程では、電気的再生で、且つ再生剤の使用量を著しく低減できる軟化装置及び軟化装置の運転方法を提供すること。【解決手段】陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通水室とし、直流電流を印加しない状態で、硬度成分を含む被処理水を一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第１通水室及び一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する第２通水室に通水して軟水を得る採水工程と、直流電流を印加した状態で、一価カチオンを含む再生水を該第１通水室及び第２通水室にこの順序に直列に通水して該カチオン交換体の再生を行う再生工程を交互に繰り返す軟化装置の運転方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通水室とし、一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第１通水室及び一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する第２通水室には、水の導入経路と排出経路をそれぞれ配し、該陽極室及び該陰極室にはそれぞれ水の導入経路と排出経路をそれぞれ配し、硬度成分を含む被処理水を該第１通水室及び該第２通水室の両方に並行して通水して軟水を得る軟水採水経路を配し、一価カチオンを含む再生水を該第１通水室から第２通水室に直列に通水して該カチオン交換体の再生を行う再生経路を配することを特徴とする軟化装置。
【請求項２】
陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通水室とし、一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第１通水室及び一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する第２通水室には、水の導入経路と排出経路をそれぞれ配し、該陽極室及び該陰極室にはそれぞれ水の導入経路と排出経路をそれぞれ配し、硬度成分を含む被処理水を該第２通水室から該第１通水室に直列に通水して軟水を得る軟水採水経路を配し、一価カチオンを含む再生水を該第１通水室から第２通水室に直列に通水して該カチオン交換体の再生を行う再生経路を配することを特徴とする軟化装置。
【請求項３】
前記陰極室の導入経路には、前記再生経路における第２通水室の排出経路が接続され、前記陽極室の導入経路には、前記陰極室の排出経路が接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の軟化装置。
【請求項４】
前記陽極室の導入経路には、前記再生経路における第２通水室の排出経路が接続され、前記陰極室の導入経路には、前記陽極室の排出経路が接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の軟化装置。
【請求項５】
陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通水室とし、直流電流を印加しない状態で、硬度成分を含む被処理水を一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第１通水室及び一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する第２通水室に通水して軟水を得る採水工程と、直流電流を印加した状態で、一価カチオンを含む再生水を該第１通水室から第２通水室に直列に通水して該カチオン交換体の再生を行う再生工程を交互に繰り返すことを特徴とする軟化装置の運転方法。
【請求項６】
前記採水工程時、硬度成分を含む被処理水を該第１通水室と該第２通水室の両方に並列して通水することを特徴とする請求項５記載の軟化装置の運転方法。
【請求項７】
前記採水工程時、硬度成分を含む被処理水を該第２通水室から該第１通水室の順序に直列に通水することを特徴とする請求項５記載の軟化装置の運転方法。
【請求項８】
前記再生工程時、前記第２通水室から排出される出口水の全部または一部を、陰極室に通水し、さらに陰極室出口水を陽極室に通水することを特徴とした請求項５〜７のいずれか１項記載の軟化装置の運転方法。
【請求項９】
前記再生工程時、前記第２通水室から排出される出口水の全部または一部を、陽極室に通水し、さらに陽極室出口水を陰極室に通水することを特徴とした請求項５〜７のいずれか１項記載の軟化装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生剤の使用量を削減できる軟化装置及び軟水装置の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの二価カチオン（硬度成分）を多く含む水は硬水と呼ばれ、ボイラ給水や冷却水などに用いるのに不適である。このため、二価カチオンを除去するため硬水軟化処理が行われる。二価カチオンを除去して硬水軟化処理を行うための方法として、Ｎａ型強酸性カチオン交換樹脂の充填層に硬水を通して軟水とする食塩軟化法や逆浸透膜に硬水を通して軟水とする逆浸透膜法などがある。
【０００３】
Ｎａ型強酸性カチオン交換樹脂を用いる食塩軟化法は、イオン交換した硬度成分の量がカチオン交換樹脂の交換容量を超えると、処理水中に硬度成分が漏れてくるため、食塩水を通水する再生工程が必要となる。この再生工程は、通常、５〜１０％程度の食塩溶液をＳＶ５〜１５で２０分間以上で供給するため、多量の食塩が必要となり、食塩水の補給頻度も高いという不都合があった。また、従来、食塩軟化法による採水工程と電気的な再生工程を行う軟化装置はほとんど知られておらず、また、硬度成分を含む被処理水の通水方向を変えるのみで、通水容積を大きく採れたり、通水容量は小さくして通水時間を長く採れたりできるものはなく、ましてや再生剤の使用量を著しく低減できる軟化装置は全く知られていなかった。従って、再生薬剤を節減できると共に、多様な運転形態をとれる軟化装置の開発が望まれていた。
【非特許文献１】「最新イオン交換」；垣花秀武他、廣川書店発行、昭和３５年７月５日発行、第３８５頁〜第３８６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、硬度成分を含む被処理水の通水方向を変えるのみで、通水容積を大きく採れたり、通水流量は小さくして通水時間を長く採れたりでき、また、電気的再生工程において再生剤の使用量を著しく低減できる軟化装置及び軟化装置の運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通水室とし、直流電流を印加しない状態で、硬度成分を含む被処理水を一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第１通水室及び一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する第２通水室に通水して軟水を得る採水工程と、直流電流を印加した状態で、一価カチオンを含む再生水を該第１通水室及び第２通水室にこの順序に直列に通水して該カチオン交換体の再生を行う再生工程を交互に繰り返す軟化装置の運転方法によれば、硬度成分を含む被処理水の通水方向を変えるのみで、通水容積を大きく採れたり、通水容量は小さくして通水時間を長く採れたりでき、また、電気的再生工程において、再生剤の使用量を著しく低減できることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明は、陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通水室とし、一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第１通水室及び一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する第２通水室には、水の導入経路と排出経路をそれぞれ配し、該陽極室及び該陰極室にはそれぞれ水の導入経路と排出経路をそれぞれ配し、硬度成分を含む被処理水を該第１通水室及び該第２通水室の両方に並行して通水して軟水を得る軟水採水経路を配し、一価カチオンを含む再生水を該第１通水室から第２通水室に直列に通水して該カチオン交換体の再生を行う再生経路を配することを特徴とする軟化装置を提供するものである。
【０００７】
また、本発明は、陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通水室とし、一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第１通水室及び一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する第２通水室には、水の導入経路と排出経路をそれぞれ配し、該陽極室及び該陰極室にはそれぞれ水の導入経路と排出経路をそれぞれ配し、硬度成分を含む被処理水を該第２通水室から該第１通水室に直列に通水して軟水を得る軟水採水経路を配し、一価カチオンを含む再生水を該第１通水室から第２通水室に直列に通水して該カチオン交換体の再生を行う再生経路を配することを特徴とする軟化装置を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通水室とし、直流電流を印加しない状態で、硬度成分を含む被処理水を一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第１通水室及び一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する第２通水室に通水して軟水を得る採水工程と、直流電流を印加した状態で、一価カチオンを含む再生水を該第１通水室から第２通水室に直列に通水して該カチオン交換体の再生を行う再生工程を交互に繰り返すことを特徴とする軟化装置の運転方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の軟化装置における採水工程では、硬度成分を含む被処理水の通水方向を変えるのみで、通水容積を大きく採れたり、通水流量は小さくして通水時間を長く採れたりすることができる。また、再生工程では、下流にあたる第２通水室から上流にあたる第１通水室へ一価カチオンを戻すため、系内の一価カチオン濃度を高く保つことができ、添加する一価カチオン塩を顕著に節約できる。また、複数の軟化装置を並列に接続して採水工程と再生工程を装置間で交互に行うように運転すれば、実質的に連続して軟水を採水することができる。また、再生工程で得られる陽極出口水はカチオンが減少してｐＨが低下し、また、陽極反応によって次亜塩素酸が発生し、酸化力や殺菌力を有するため、酸性機能水として利用することができる。また、再生工程で得られる陰極出口水は、カチオンが増加してｐＨが上昇し、陰極反応によって水素ガスが発生するため、還元力を有するアルカリ性機能水として利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第１の実施の形態における軟化装置を図１、図２及び図７を参照して説明する。図１及び図２は本例の軟化装置の模式図であって、図１は採水工程を実施するフロー図を、図２は再生工程を実施するフロー図を、図７は再生工程におけるカチオンの移動を説明する図である。軟化装置１０は、陽極１６に隣接する陽極室６と陰極１５に隣接する陰極室５の間に一価カチオン選択透過膜４とカチオン交換膜３を交互に配置してその間をカチオン交換樹脂１９が充填された通水室とし、一価カチオン選択透過膜４の陰極１５側に位置する第１通水室１及び一価カチオン選択透過膜４の陽極１６側に位置する第２通水室２には、水の導入配管と排出配管をそれぞれ配し、陽極室６及び陰極室５にはそれぞれ水の導入配管１７、１３と排出配管１２、１４をそれぞれ配し、硬度成分を含む被処理水を第１通水室１及び第２通水室２の両方に並行して通水して軟水を得る軟水採水配管系統Ｘを配し、一価カチオンを含む再生剤を第１通水室１及び第２通水室２にこの順序に直列に通水してカチオン交換樹脂１９の再生を行う再生配管系統Ｙを配し、軟水採水配管系統Ｘと再生配管系統Ｙを区画する弁類を配する。なお、陽極室６に隣接するイオン交換膜は、本例のように、一価カチオン選択透過膜４とすることが、再生時、陽極室６を流れる水から硬度成分が電気軟化装置内に入ることを防止できる点で好ましい。また、本発明において、カチオン交換体としては、特に制限されず、カチオン交換樹脂、カチオン交換繊維及び有機多孔質カチオン交換体などが挙げられる。
【００１１】
軟水採水配管系統Ｘにおいては、第１通水室１には被処理水導入配管７から分岐する分岐配管７１、７２、７３、軟水排出配管８の一部をなす第２接続配管８ｂに接続する分岐配管８１、８２、８３を配し、第２通水室２には被処理水導入配管７の第１分岐配管７ａから分岐する第２分岐配管７４、７５を配し、第１接続配管８ａに接続する第２分岐配管８４、８５を配する。なお、第１接続配管８ａと第２接続配管８ｂは接続配管８ｃにより並列接続されている。接続再生配管系統Ｙにおいては、被処理水導入配管７の一部を共用する再生剤導入配管９を配し、分岐配管７１、７２、７３を再生剤導入配管９の分岐配管として共用し、分岐配管８１、８２、８３を中間再生剤排出配管として共用し、分岐配管８４、８５を中間再生剤導入配管の分岐配管として共用し、第２分岐配管７４、７５を再生剤排出配管１１に接続する分岐配管として共用する。また、軟水採水配管系統Ｘと再生配管系統Ｙを区画するため、被処理水導入配管７には弁ａを、被処理水導入配管７における弁ａの上流側から分岐する第１分岐配管７ａの上流側には弁ｂを、再生剤排出配管１１の下流側には弁ｅを、軟水排出配管８の第１接続配管８ａの合流点より下流側には弁ｃを、再生剤導入配管９の上流側には弁ｄをそれぞれ配している。また、再生剤排出配管１１と陽極室導入配管１７が接続され、陰極室導入配管１３と陽極室排出配管１２が接続されている。
【００１２】
軟化装置１０の再生剤導入配管９には、一価カチオン塩供給手段が接続されていてもよい（不図示）。これにより置換水中の一価のカチオン濃度を任意の量に適宜調整することができる。一価カチオン塩供給手段としては、例えば一価カチオン塩貯留槽、一価カチオン塩供給ポンプ及び配管、弁類などから構成される装置が挙げられる。
【００１３】
一価カチオン選択透過膜４としては、特に制限されないが、ポリカチオンの薄層を膜面上に完全に固定したカチオン交換膜を使用することができる。膜表面に存在する陽電荷バリヤーであるポリカチオンと透過しようとするイオンとの間の静電的反発が、２価のカチオンの方が一価のカチオンに比べて大きいため、２価のカチオンの膜透過が妨げられる。このような一価カチオン選択透過膜は市販のものが使用できる。
【００１４】
軟化装置１０において、軟水採水配管系統Ｘと再生配管系統Ｙは、一部に共通する配管を使用するが、これに限定されず、軟水採水配管系統Ｘと再生配管系統Ｙを全く別途の配管系統としてもよく、また図１に示す配管系統とは異なる一部に共通する配管を使用する形態であってもよい。
【００１５】
次ぎに、軟化装置１０を用いて軟水を製造し、カチオン交換樹脂を再生する方法を説明する。採水工程は、直流電流を印加しない状態で、硬度成分を含む被処理水を一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第１通水室及び一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する第２通水室に通水して軟水を得る工程である。本例では、硬度成分を含む被処理水を第１通水室１と第２通水室２の両方に並列で通水する。すなわち、図１における採水工程において、弁ａ〜ｃを開、弁ｄ、ｅを閉とする。次いで、被処理水を被処理水導入配管７、分岐配管７１〜７３、第１分岐配管７ａ及び分岐配管７４、７５を通して第１通水室１と第２通水室２に流入させ、分岐配管８１〜８５、第１接続配管８ａ、接続配管８ｃ、第２接続配管８ｂ及び軟水排出配管８を通して軟水を得る。第１通水室１と第２通水室２においては、Ｎａ形カチオン交換樹脂塔を用いたいわゆる食塩軟化と同様の置換反応によって軟化するので、連続通電による電気軟化と比較して、置換効率が高くより低硬度の処理水を得ることができる。また、被処理水を第１通水室１及び第２通水室２に並列で通水するため、採水時の通水室容積が大きくなり、採水流量を増加させることができる。採水工程の終了は、被処理水の硬度と被処理水の流量、装置内の充填カチオン交換容量から算出される一定の時間ないしは一定の採水量で決定するか、又は処理水出口の硬度測定値が一定値を越えたときで決定される。
【００１６】
採水工程後、再生工程を行う。再生工程は、直流電流を印加した状態で、一価カチオンを含む再生水を、第１通水室１から第２通水室２に直列で且つ第１通水室１内と第２通水室２内の流れ方向が向流となるように通水してカチオン交換樹脂１９の再生を行う通電工程と、被処理水を採水工程と同様に直流電流を印加しない状態で通水して、高濃度の再生水を押し出しリンスする工程からなる。すなわち、図２における再生工程の通電工程において、弁ｄ、ｅは開、弁ａ〜ｃは閉とする。次いで、一価カチオン塩を含む再生剤を、再生剤導入配管９、分岐配管７１〜７３、第１通水室１、分岐配管８１〜８３、第１接続配管８ａ、接続配管８ｃ、第２接続配管８ｂ、分岐配管８４、８５、第２通水室２、分岐配管７４、７５及び再生剤排出配管１１にこの順序で通水する。
【００１７】
本発明において、一価カチオン塩としては、食塩が好適であり、再生剤は食塩水溶液として使用するのがよい。再生剤中、一価カチオン濃度は、１００〜１０００ｍｇＣａＣＯ３/ｌである。一価カチオン濃度が薄過ぎると、再生効率が低くなる点で好ましくなく、また濃すぎると再生薬剤の使用量が増えるが効果が上がらない点で好ましくない。
【００１８】
再生工程の通電工程において、第１通水室１から第２通水室２へと直列に通水することにより、第２通水室２においては、硬度成分が残って一価カチオンが減っていく状態にある。しかし、硬度成分は一価カチオンより高荷電であり移動し易いため、再生剤で置換された硬度成分は第１通水室１の流入側に隣接する第２通水室２内の排出側に移動することになる。このため、第２通水室２から速やかに系外へ排出される。従って、第１通水室１と第２通水室２内のカチオン交換樹脂を共に、同じ状態の元のナトリウム型に戻すことができ、採水工程への移行が円滑となる（図７参照）。一方、再生工程の通電工程では、下流にあたる第２通水室から上流にあたる第１通水室へ一価カチオンを戻すため、系内の一価カチオン濃度を高く保つことができ、添加する一価カチオン塩を顕著に節約できる。なお、再生時、第１通水室１及び第２通水室２の流れ方向としては、特に制限されず、互いに向流であっても、並流であってもよい。
【００１９】
再生工程の通電工程における好適な運転条件としては、Ｒ≦１を満たすような運転である。Ｒは（電流値（Ａ）×３６００秒/９６５００クーロン）/（（再生剤の一価のカチオン濃度（ｍｇＣａＣＯ３/ｌ）×再生剤流量（ｌ/ｈ））/第２通水室数））を示す。Ｒが１を超える場合、すなわち、一価カチオンを越える電流を流すと、一価カチオンが足らなくなり水はＨ＋とＯＨ−に乖離する。この場合、Ｈ＋は一価カチオン選択透過膜を透過するものの、ＯＨ−が残るため、ｐＨが高くなり第２通水室の陰極側の膜面にスケールができ易くなる。実用的なＲ値は０．７〜０．９である。Ｒが０．７未満であると再生時間が長くなり、好ましくない。
【００２０】
軟化装置１０においては、第２通水室２から排出される再生剤（再生廃液）出口水を、陽極室６に通水し、さらに陽極室出口水を陰極室５に通水している。これにより、第１通水室１からカチオン交換膜３を透過して第２通水室２に移動した一価カチオンを陽極室６に戻し、再度再生に利用することができるとともに、陽極室６においてカチオンが移動、減少してｐＨが低下した陽極出口水を陰極室５に通水することで、陰極室５における硬度スケール析出のリスクを低減することができる。なお、本例では第２通水室出口水の全部を陽極室６に通水しているが、これに限定されず、第２通水室出口水の一部を陽極室６に通水するものであってもよく、また、陽極室６及び陰極室５の電極水をそれぞれ別途に通水させてもよい。
【００２１】
軟化装置１０において、陰極水排出配管１４から排出される陰極出口水は、カチオンが増加してｐＨが上昇し、陰極反応によって水素ガスが発生するため、還元力を有するアルカリ性機能水として利用することができる。
【００２２】
再生工程の通電工程の終了は、再生剤の一価カチオンの濃度と再生剤の流量、装置内の充填カチオン交換容量から算出される一定の時間ないしは一定の通水量で決定するか、又は再生剤排出配管出口（陰極室出口又は陽極室出口）の硬度測定値が一定値を下回ったときで決定される。再生工程の通電工程後、被処理水を採水工程と同様に直流電流を印加しない状態で、第１通水室１及び第２通水室２に通水して、高濃度の再生剤を押し出しリンスする。再生工程の非通電工程の終了は、経験的に求められる一定の時間、一定の通水量又は処理水出口の導電率により判断する。これにより、再生工程は終了する。
【００２３】
本発明においては、複数の軟化装置１０を並列に接続して、採水工程と再生工程を装置間で交互に行うよう運転すれば、実質的に連続して採水することができる。採水工程と再生工程の切替タイミングは、前述の採水工程及び再生工程の終了時の判断値を基準にすればよい。なお、再生時間が長くとれる場合には、より低い電流値で、例えばＲ＜０．５で再生することもでき、直流電源の容量を小さくすることもできる。
【００２４】
本発明の第２の実施の形態における軟化装置を図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４は本例の軟化装置の模式図であって、図３は採水工程を実施するフロー図を、図４は再生工程を実施するフロー図をそれぞれ示す。図３の軟化装置１０ａにおいて、図１の軟化装置１０と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、軟化装置１０ａにおいて、軟化装置１０と異なる点は、第１通水室１と第２通水室２の流れ方向を同じ方向で且つ上向流とした点である。
【００２５】
すなわち、図３の軟化装置１０ａにおいて、軟水採水配管系統Ｘにおいて、第１通水室１には被処理水導入配管７から分岐する分岐配管７１、７２、７３を配し、第２接続配管８ｂに接続する分岐配管８１、８２、８３を配し、第２通水室２には被処理水導入配管７の第１分岐配管７ａから分岐する第２分岐配管７４、７５を配し、第１接続配管８ａに接続する第２分岐配管８４、８５を配する。なお、第１接続配管８ａは軟水排水配管８の一部であって、第１接続配管８ａと第２接続配管８ｂは、接続配管８ｃにより並列接続されている。再生配管系統Ｙにおいて、第２接続配管８ｂを再生剤導入配管として共用し、被処理水導入配管７の下流端と第１接続配管８ａの上流端を接続して中間再生剤導入配管９ａとし、第２分岐配管８４、８５を中間再生剤導入分岐配管として共用し、第２分岐配管７４、７５を再生剤排出配管１１に接続する分岐配管として共用する。また、軟水採水配管系統Ｘと再生配管系統Ｙを区画するため、被処理水導入配管７には弁ａを、被処理水導入配管７における弁ａの上流側から分岐する第１分岐配管７ａの上流側には弁ｂを、再生廃液排出配管１１の下流側には弁ｅを、軟水排出配管８における接続配管８ｃの下流側には弁ｃを、中間再生剤導入配管９ａには弁ｄを、再生剤導入配管８ｂにおける接続配管８ｃの合流点より上流側には弁ｇをそれぞれ配している。
【００２６】
次ぎに、軟化装置１０ａを用いて軟水を製造し、カチオン交換樹脂を再生する方法を説明する。採水工程は、軟化装置１０と同様に、直流電流を印加しない状態で、硬度成分を含む被処理水を第１通水室１と第２通水室２の両方に並列で通水する工程である。すなわち、図３における採水工程において、弁ａ〜ｃ及びｆを開、弁ｅ、ｄ及びｇを閉とする。次いで、被処理水を被処理水導入配管７、第１分岐配管７ａ及び分岐配管７１〜７５を通して第１通水室１と第２通水室２に流入させ、分岐配管８１〜８５、第２接続配管８ｂ、接続配管８ｃ、第１接続配管８ａ及び軟水排出配管８を通して軟水を得る。なお、軟化装置１０ａにおける採水工程において、第１通水室１と第２通水室２における作用は、軟化装置１０の採水工程の場合と同様である。
【００２７】
再生工程の通電工程においては、図４に示すように、弁ｄ、ｅ及びｇを開、弁ａ〜ｃ及びｆを閉とする。次いで、一価カチオン塩を含む再生剤を、再生剤導入配管９、分岐配管８１〜８３、第１通水室１、分岐配管７１〜７３、被処理水導入配管７及び中間再生剤導入配管９ａ、第１接続配管８ａ、分岐配管８４、８５、第２通水室２、分岐配管７４、７５及び再生剤排出配管１１にこの順序で通水する。
【００２８】
軟化装置１０ａの再生工程によれば、軟化装置１０の再生工程と同様の効果を奏する他、第１通水室１および第２通水室２の流れ方向が、採水工程と再生工程で反対方向としているため、カチオン交換樹脂の置換が効果的に行われる。また、軟化装置１０と比べると、再生時の置換効率はよいものの、中間再生剤排出部／導入部が多少複雑となる。
【００２９】
本発明の第３の実施の形態における軟化装置を図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６は本例の軟化装置の模式図であって、図５は採水工程を実施するフロー図を、図６は再生工程を実施するフロー図をそれぞれ示す。図５及び図６の軟化装置１０ａにおいて、図１の軟化装置１０と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について主に説明する。すなわち、軟化装置１０ｂにおいて、軟化装置１０と異なる点は、軟水採水工程における被処理水の流れ方向、すなわち、軟水採水配管系統Ｘである。
【００３０】
軟化装置１０ｂの軟水採水配管系統Ｘにおいて、第２通水室２には被処理水導入配管７から分岐する分岐配管７１、７２、中間軟水排出配管７３、７４を配し、第１通水室１には中間軟水導入配管８１〜８３を配し、軟水排出配管８に接続する分岐配管８４〜８６を配する。中間軟水排出配管７３、７４が接続する第１接続配管８ｂと中間軟水導入配管８１〜８３が接続する第２接続配管８ａとは、接続配管８ｃにより直列接続されている。再生配管系統Ｙにおいては、軟水排出配管８を再生剤導入配管９として共用し、分岐８４〜８６を再生剤導入配管として共用し、分岐配管８１〜８３を中間再生剤排出配管として共用し、分岐配管７３、７４を中間再生剤導入配管として共用し、分岐配管７１、７２を再生剤排出配管として共用する。再生剤排出配管７１、７２は再生剤排出配管１１に接続している。また、軟水採水配管系統Ｘと再生配管系統Ｙを区画するため、被処理水導入配管７の上流側には弁ａを配し、軟水排出配管８の下流側には弁ｂを配し、再生剤導入配管９の上流側には弁ｄを配し、再生剤排出配管１１の下流側には、弁ｃを配している。
【００３１】
次ぎに、軟化装置１０ｂを用いて軟水を製造し、カチオン交換樹脂を再生する方法を説明する。採水工程は、直流電流を印加しない状態で、硬度成分を含む被処理水を一価カチオン選択透過膜４の陽極側１６に位置する第２通水室２から一価カチオン選択透過膜４の陰極１５側に位置する第１通水室１にこの順序で直列に通水して軟水を得る工程である。すなわち、図５における採水工程において、弁ａ及びｂを開、弁ｃ及びｄを閉とする。次いで、被処理水を被処理水導入配管７、分岐配管７１、７２、第２通水室２、中間軟水排出配管７３、７４、第１接続配管８ａ、接続配管８ｃ、第２接続配管８ｂ、分岐配管８１〜８３、第１通水室１、分岐配管８４〜８６及び軟水排出配管８にこの順序で通水する。軟化装置１０ｂの再生工程によれば、軟化装置１０の再生工程と同様の効果を奏する他、採水工程は、並列通水に比べて、通水流量は小さくして通水時間を長くとれる。
【００３２】
軟化装置１０ｂにおいて、再生工程の通電工程は、弁ｄ及びｃを開、弁ａ及びｂを閉とする。次いで、一価カチオン塩を含む再生剤を、再生剤導入配管９、分岐配管８４〜８６、第１通水室１、中間再生剤排出配管８１〜８３、第２接続配管８ｂ、接続配管８ｃ、第１接続配管８ａ、中間再生剤導入配管７３、７４、第２通水室２、分岐配管７１、７２及び再生剤排出配管１１にこの順序で通水する。
【００３３】
軟化装置１０ｂの再生工程によれば、軟化装置１０の再生工程と同様の効果を奏する他、弁類の使用数が少ない装置で行うことができる。また、各通水方向においては、採水時と再生時で流れ方向が反対方向となるため、再生時の置換効率が向上する。
【００３４】
また、軟化装置１０〜１０ｂにおいて、再生剤排水を陰極室５に導入し、次いで陰極室５の排出水を陽極室６に導入するようにしてもよい。これにより、第１通水室１からカチオン交換膜３を透過して移動した一価のカチオンをカチオン移動の最上流の陽極室６に戻し、再度再生に利用することができる。その結果、系内の一価カチオン濃度を高く維持できるため、再生水に添加する一価カチオン塩を節約でき且つ軟化効率を高めることができる。また、再生剤の陽極出口水はカチオンが減少してｐＨが低下し、また陽極反応によって次亜塩素酸が発生し、酸化力や殺菌力を有するため、酸性機能水として利用することができる。
【００３５】
次ぎに、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって本発明を制限するものではない。
【実施例１】
【００３６】
被処理水を図１、２に示す軟化装置に表１の運転条件下で通水し、処理水を得た。被処理水は水道水を活性炭ろ過フィルタ（ＰＦ−ＣＢ、オルガノ社製）を通して軟化装置の第１通水室と第２通水室に通水した。その結果を表１に示す。なお、処理水サンプル及び運転データは、採水工程から再生工程に切り替わる５分前に採取した。また、採水工程は、非通電状態で被処理水を、第１通水室及び第２通水室に並列に通水する工程で時間は１２時間とした。再生工程は、再生剤を、第１通水室から第２通水室にこの順で直列に通水しながら通電する工程と、被処理水を採水工程と同様に非通電通水して高濃度である再生水を押し出しリンスする工程で構成され、時間はそれぞれ１０時間と１５分間とした。再生に用いる再生水は被処理水同様、水道水を活性炭ろ過フィルタでろ過し、２５％食塩水を定量ポンプを用いてアルカリ金属濃度が３６０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌとなるよう添加した。
【００３７】
比較例１
被処理水を軟化器（「ＳＡＴ−１０５Ｂ」；オルガノ社製）に表１に記載の条件で通水し、処理水を得た。その結果を表１に示す。なお、被処理水は水道水を活性炭ろ過フィルタを通して軟化器に通水し、処理水サンプル及び運転データは採水工程から再生工程に切り替わる５分前に採取した。採水工程は被処理水をカチオン交換樹脂に通水する工程で時間は１２時間とした。再生工程は表１記載の置換水（再生剤）をカチオン交換樹脂に通水してＮａ形に置換する工程で、使用した軟化器においては、装置内部の機構により自動で表１記載の条件で通薬、リンスがなされるように構成されている。比較例１においても再生工程は自動運転とし、食塩の使用量は、再生に使われる食塩の規定量から計算した。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１から明かなように、実施例１の再生工程では、下流にあたる第２通水室から上流にあたる第１通水室へ一価カチオンを戻すため、系内の一価カチオン濃度を高く保つことができ、添加する一価カチオン塩を、従来の食塩再生軟化器と比べると、再生１回当たり約１/３の量に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における軟化装置の模式図であり、採水工程を実施するフロー図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における軟化装置の模式図であり、再生工程を実施するフロー図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態における軟化装置の模式図であり、採水工程を実施するフロー図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における軟化装置の模式図であり、再生工程を実施するフロー図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態における軟化装置の模式図であり、採水工程を実施するフロー図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における軟化装置の模式図であり、再生工程を実施するフロー図である。
【図７】図１の軟化装置の再生工程におけるカチオンの移動を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    軟化室
２    置換室
３    カチオン交換膜
４    一価カチオン選択透過膜
５    陰極室
６    陽極室
１５  陰極
１６  陽極
１０、１０ａ、１０ｂ    電気軟化装置
Ｘ    軟水採水配管系統
Ｙ    再生配管系統
ａ〜ｊ  弁
【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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【図７】
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