(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用後のカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とからなる混合イオン交換樹脂と循環用混合イオン交換樹脂とを受け入れ、これらの混合イオン交換樹脂をアニオン交換樹脂を上層に、カチオン交換樹脂を下層に分離し、両イオン交換樹脂の分離境界面の上方の大部分のアニオン交換樹脂と、アニオン交換樹脂の残部及び分離境界面の下方の少量のカチオン交換樹脂とをそれぞれ塔外へ取り出し、残留させたカチオン交換樹脂を再生するカチオン交換樹脂再生塔において、上記大部分のアニオン交換樹脂を取り出す上位取出口と、この上位取出口の下方に配置されて上記残部のアニオン交換樹脂と分離境界面の下方の少量のカチオン交換樹脂とを取り出す下位取出口との間に、これら両取出口の間に位置するイオン交換樹脂の一部を取り出す中位取出口を設けたことを特徴とするカチオン交換樹脂再生塔。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とからなる混合イオン交換樹脂を再生する際に用いられるカチオン交換樹脂再生塔（以下、単に「カチオン再生塔」と称す。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から火力発電所や原子力発電所の復水を処理する装置として例えば複数の混床式イオン交換塔を備えたイオン交換装置が用いられている。混床式イオン交換塔内にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが所定の割合で混合された混合イオン交換樹脂が充填されている。混床式イオン交換塔の使用により混合イオン交換樹脂のイオン交換能力が低下したり、あるいは定収量に達した場合にはイオン交換装置に付帯する再生設備を用いて混合イオン交換樹脂を再生する必要がある。混合イオン交換樹脂を再生する場合には通常、再生すべき混床式イオン交換塔を予め再生済みの混合イオン交換樹脂が充填されている予備塔に切り替えるようにしている。
【０００３】
再生設備は、例えば図３に概念的に示すように、使用済みの混合イオン交換樹脂のうちのカチオン交換樹脂Ｋを再生するカチオン再生塔１と、混合イオン交換樹脂のうちのアニオン交換樹脂Ａを再生するアニオン交換樹脂再生塔（以下、単に「アニオン再生塔」と称す。）２と、これらの再生塔１、２において再生された各イオン交換樹脂を次の使用に備えて溜める樹脂貯槽３とを備えている。混床式イオン交換塔（図示せず）とカチオン再生塔１は第１移送ライン４を介して連結され、第１移送ライン４を介して混床式イオン交換塔からカチオン再生塔１内に使用済みの混合イオン交換樹脂を受給し、カチオン再生塔１において混合イオン交換樹脂をカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂として逆洗分離した後、アニオン交換樹脂を後述のようにアニオン再生塔２へ移送してカチオン再生塔１内にカチオン交換樹脂のみを残し、カチオン再生塔１内に酸再生剤を通薬してカチオン交換樹脂を再生する。カチオン再生塔１とアニオン再生塔２は第２移送ライン５を介して連結され、第２移送ライン５を介してカチオン再生塔１からアニオン再生塔２内にアニオン交換樹脂を受給した後、アニオン再生塔２内にアルカリ再生剤を通薬してアニオン交換樹脂を再生する。そして、カチオン再生塔１及びアニオン再生塔２はそれぞれ第３移送ライン６を介して樹脂貯槽３に連結され、第３移送ライン６を介してそれぞれの再生塔１、２から再生後のカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂を樹脂貯槽３へ移送し、樹脂貯槽３において再生後のイオン交換樹脂を次の使用に備えて貯留する。
【０００４】
而して、カチオン再生塔１内で混合イオン交換樹脂を逆洗分離、沈静化すると、比重差によりカチオン交換樹脂Ｋは下層になりアニオン交換樹脂Ａは上層になり、両イオン交換樹脂の境界に分離境界面Ｓが形成される。しかし、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを完全に分離することは難しく、分離境界面Ｓの近傍には両イオン交換樹脂が混合した混合層が存在する。この混合層の混合イオン交換樹脂Ｍはいずれの再生塔１、２に移送してもイオン交換樹脂が逆再生（カチオン交換樹脂がアルカリ再生剤と接触し、アニオン交換樹脂が酸再生剤と接触する現象）を受けるため、この混合イオン交換樹脂に見合った量を予め用意しておいて逆洗分離前にカチオン再生塔１内に補充し、逆洗分離後に混合層の混合イオン交換樹脂をカチオン再生塔１から除去して各再生塔１、２内で再生を行う。この場合、混合イオン交換樹脂を除去しても各再生塔１、２には混床式イオン交換塔に返却すべきイオン交換樹脂が残り、しかも各再生塔１、２内での逆再生を防止できる。即ち、カチオン再生塔１には循環用混合イオン交換樹脂貯槽（以下、単に「循環樹脂貯槽」と称す。）７が第４、第５移送ライン８、９を介して連結され、この循環樹脂貯槽７内で貯留された混合イオン交換樹脂Ｍを再生時に循環使用するようにしてある。
【０００５】
以下、図３を参照しながら従来の再生方法について説明する。混床式イオン交換塔内の混合イオン交換樹脂が貫流点に達し、イオン交換能力がなくなるか、あるいは定収量に達した場合には、まず、使用後の混合イオン交換樹脂を第１移送ライン４を介してカチオン再生塔１内へ移送した後、循環樹脂貯槽７から循環用混合イオン交換樹脂Ｍを第４移送ライン８、第１移送ライン４を介してカチオン再生塔１内へ移送する。次いで、図３に示すようにカチオン再生塔１の底部から逆洗用水５０を上昇流で供給すると混合イオン交換樹脂が流動化しそのイオン交換樹脂の容量が２倍程度まで膨張すると共に混合イオン交換樹脂が比重差によって分離する。次いで、逆洗用水の流入を止めるとイオン交換樹脂が沈静することにより、図３に示すように上層がアニオン交換樹脂Ａによって形成され、下層がカチオン交換樹脂Ｋによって形成される。
【０００６】
次いで、分離境界面Ｓの上方に少量のアニオン交換樹脂を残留させて他の大部分のアニオン交換樹脂Ａを第２移送ライン５を介してカチオン再生塔１内からアニオン再生塔２へ移送した後、更に、残留させた少量のアニオン交換樹脂と、分離境界面Ｓより下方の少量のカチオン交換樹脂とを循環用混合イオン交換樹脂Ｍとして第５移送ライン９を介してカチオン再生塔１内から循環樹脂貯槽７へ返送し、次回の再生時に補充する循環用混合イオン交換樹脂として貯留する。その後、常法に従ってカチオン再生塔１では塔内に残ったカチオン交換樹脂Ｋを酸再生剤で再生し、アニオン再生塔２ではアニオン交換樹脂をアルカリ再生剤で再生し、再生後の各イオン交換樹脂を第３移送ライン６を介して樹脂貯槽３へ移送し、次の使用に備える。このように循環用混合イオン交換樹脂Ｍを用いることにより各再生塔１、２内でのイオン交換樹脂の逆再生を防止し、高純度の処理水を得る混合イオン交換樹脂として再生することができる。
【０００７】
ところで、上記カチオン再生塔１には図４に示すように逆洗分離後のアニオン交換樹脂Ａの大部分及び循環用混合イオン交換樹脂Ｍを個別に取り出す際に用いられる上位ノズル１Ａ及び下位ノズル１Ｂが取り付けられている。上位ノズル１Ａは逆洗分離後の分離境界面Ｓの上方でカチオン交換樹脂が殆ど混じっていないアニオン交換樹脂のみを取り出す位置に取り付けられ、また、下位ノズル１Ｂは残留した少量のアニオン交換樹脂と分離境界面Ｓより下方の少量のカチオン交換樹脂とを循環用混合イオン交換樹脂Ｍとして取り出す位置に取り付けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のカチオン再生塔１の場合には、上述のように使用後の混合イオン交換樹脂を再生する際に、その混合イオン交換樹脂に循環用混合イオン交換樹脂Ｍを加えてカチオン再生塔１内で逆洗分離操作を行うようにしているが、カチオン再生塔１内の樹脂量が多いため、逆洗分離を行う際、カチオン交換樹脂Ｋの支持床と塔本体間のコーナ部等では逆洗用水の流速が十分ではなく、この部分の混合イオン交換樹脂が流動化し難く、図４に示すように逆洗分離後にコーナ部等に少量のアニオン交換樹脂Ａ’が残留し、カチオン再生塔１内でカチオン交換樹脂Ｋを再生する時に残留アニオン交換樹脂Ａ’が酸再生剤により逆再生されるという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、カチオン交換樹脂の支持床と塔本体間のコーナ部等でもイオン交換樹脂が十分に流動化し、逆洗分離後にはカチオン交換樹脂内にアニオン交換樹脂が残留せず、その再生時にアニオン交換樹脂の逆再生を殆どなくすことができるカチオン再生塔を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のカチオン再生塔は、使用後のカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とからなる混合イオン交換樹脂と循環用混合イオン交換樹脂とを受け入れ、これらの混合イオン交換樹脂をアニオン交換樹脂を上層に、カチオン交換樹脂を下層に分離し、両イオン交換樹脂の分離境界面の上方の大部分のアニオン交換樹脂と、アニオン交換樹脂の残部及び分離境界面の下方の少量のカチオン交換樹脂とをそれぞれ塔外へ取り出し、残留させたカチオン交換樹脂を再生するカチオン交換樹脂再生塔において、上記大部分のアニオン交換樹脂を取り出す上位取出口と、この上位取出口の下方に配置されて上記残部のアニオン交換樹脂と分離境界面の下方の少量のカチオン交換樹脂とを取り出す下位取出口との間に、これら両取出口の間に位置するイオン交換樹脂の一部を取り出す中位取出口を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１、図２に示す実施形態に基づいて従来と同一または相当部分には同一符号を附して本発明を説明する。尚、各図中、図１は本発明の一実施形態のカチオン再生塔が適用された再生設備を用いて使用後の混合イオン交換樹脂を逆洗分離する工程の再生設備の要部の状態を示す概念図、図２は図１に示すカチオン再生塔から循環用混合イオン交換樹脂の一部を取り出す状態を示す図１相当図である。
【００１２】
本実施形態のカチオン再生塔が適用された再生設備は、例えば図１、図２に示すように、カチオン再生塔１、アニオン再生塔２及び循環樹脂貯槽７を備え、カチオン再生塔１の構造を除き、従来のものに準じて構成されている。そして、本実施形態のカチオン再生塔１では二回の逆洗分離操作を行い、カチオン再生塔１内の循環用混合イオン交換樹脂Ｍを二回に分けて取り出すようにしてある。
【００１３】
而して、上記カチオン再生塔１は、図１、図２に示すように、使用後の混合イオン交換樹脂に循環用混合イオン交換樹脂Ｍを追加して逆洗分離した後のアニオン交換樹脂Ａの大部分を取り出す上位取出口である上位ノズル１Ａと、この上位ノズル１Ａの下方に配置されてアニオン交換樹脂Ａの残部と分離境界面Ｓの下方の少量のカチオン交換樹脂Ｋとを循環用混合イオン交換樹脂Ｍとして取り出す下位取出口である下位ノズル１Ｂと、これら両ノズル１Ａ、１Ｂの間に配置されて逆洗分離操作後の混合イオン交換樹脂Ｍの一部を取り出す中位取出口である中位ノズル１Ｃとを備えている。従って、本実施形態では上下位ノズル１Ａ、１Ｂの間に中位ノズル１Ｃを設けた点に特徴がある。また、この中位ノズル１Ｃは第６移送ライン１０を介して第５移送ライン９に連結され、中位ノズル１Ｃから混合イオン交換樹脂Ｍの一部を取り出し第６移送ライン１０及び第５移送ライン９を介して循環樹脂貯槽７へ移送するようにしてある。
【００１４】
上記上位ノズル１Ａは一回目の逆洗分離操作により分離した分離境界面Ｓの上方（例えば分離境界面Ｓの２５０ｍｍ上方）でカチオン交換樹脂が殆ど混じっていないアニオン交換樹脂Ａを取り出す位置に配置してカチオン再生塔１に配設され、下位ノズル１Ｂは残留する少量のアニオン交換樹脂と分離境界面Ｓより下方の少量のカチオン交換樹脂とを循環用混合イオン交換樹脂Ｍとして取り出す位置に配置してカチオン再生塔１に配設されている。また、中位ノズル１Ｃは上述したように分離境界面Ｓの上方の上位ノズル１Ａからアニオン交換樹脂Ａを取り出した後の混合イオン交換樹脂の一部を循環用混合イオン交換樹脂Ｍとして抜き出せる位置に配置してカチオン再生塔１に配設されている。
【００１５】
次に、図１、図２を参照しながら上記カチオン再生塔１を用いた逆洗分離方法について説明する。まず、混床式イオン交換塔（図示せず）から使用後の混合イオン交換樹脂を第１移送ライン４（図３参照）を介してカチオン再生塔１内へ移送し、次いで、循環樹脂貯槽７から循環用混合イオン交換樹脂Ｍを第４移送ライン８を介してカチオン再生塔１内へ移送した後、カチオン再生塔１内へその底部から逆洗用水を供給しながら塔内で混合イオン交換樹脂を流動化させると、その容量が２倍程度まで膨張すると共に混合イオン交換樹脂が比重差により分離し、図１に示すように上層にアニオン交換樹脂が集まり、下層にカチオン交換樹脂が集まる。その後、逆洗用水の流入を止めると、図１に示すように上層がアニオン交換樹脂Ａになり下層がカチオン交換樹脂Ｋとなって沈静化し、両イオン交換樹脂の境界に分離境界面Ｓが形成される。一回目の逆洗分離操作により分離されたカチオン再生塔１内のアニオン交換樹脂Ａの大部分を上位ノズル１Ａから取り出し、第２移送ライン５を介してアニオン再生塔２へ移送すると、分離境界面Ｓの上方近傍のアニオン交換樹脂中に混在するカチオン交換樹脂が取り出されることなくアニオン再生塔２内にカチオン交換樹脂Ｋが殆ど混じっていない略純粋なアニオン交換樹脂Ａのみが図１に示すように充填される。
【００１６】
次いで、カチオン再生塔１内の混合イオン交換樹脂Ｍの一部を分離境界面Ｓ近傍に配置された中位ノズル１Ｃから取り出し、第６移送ライン１０を介して循環樹脂貯槽７内へ移送し、図２の一点鎖線で示す状態から実線で示す状態までカチオン再生塔１内の混合イオン交換樹脂Ｍの容量を少なくする。次いで、この状態で二回目の逆洗分離操作を行う。即ち、カチオン再生塔１１の底部から逆洗用水５０を供給すると共に圧縮空気等の気体６０を供給して塔内のイオン交換樹脂を逆洗用水中でバブリングさせると、塔内のコーナ部のアニオン交換樹脂も万遍なく流動化する。その後、気体６０の供給を止め、逆洗用水５０のみを供給して逆洗分離を行い、次いで、逆洗用水５０の供給を止めると混合イオン交換樹脂が沈静化し、再び分離されるが、この時支持床と塔本体間のコーナ部に僅かに残留していたアニオン交換樹脂が上層に集まり、下位ノズル１Ｂの上方に位置するようになる。この二回目の逆洗分離操作の場合には、一回目の逆洗分離操作の場合と比較して樹脂量が格段に少なくなっているため、上述のように塔内での混合イオン交換樹脂の流動が促進され、コーナ部のアニオン交換樹脂も確実に流動化し、下層のカチオン交換樹脂Ｋ内でのアニオン交換樹脂の残留量を格段に抑制することができる。引き続き、下位ノズル１Ｂからカチオン再生塔１内の混合イオン交換樹脂Ｍの残部を循環用混合イオン交換樹脂として取り出し、第５移送ライン９を介して循環樹脂貯槽７へ移送し、カチオン再生塔１内に略純粋なカチオン交換樹脂Ｋのみを残す。
【００１７】
その後、常法に従ってカチオン再生塔１ではカチオン交換樹脂Ｋを塩酸、硫酸等の酸再生剤で再生し、アニオン再生塔２ではアニオン交換樹脂Ａを水酸化ナトリウム等のアルカリ再生剤で再生する。カチオン再生塔１内にアニオン交換樹脂は殆ど含まれず、また、アニオン再生塔２内にもカチオン交換樹脂は殆ど含まれていないため、それぞれの再生塔１、２内で逆再生現象が生じることがない。従って、再生後のカチオン交換樹脂Ｋ及びアニオン交換樹脂Ａを樹脂貯槽（図３参照）内で混合した後、混床式イオン交換塔で使用すれば、高純度の処理水を得ることができる。
【００１８】
以上説明したように本実施形態によれば、上位ノズル１Ａと下位ノズル１Ｂの間に循環用混合イオン交換樹脂Ｍの一部を取り出す中位ノズル１Ｃを設けたため、中位ノズル１Ｃの高さまで混合イオン交換樹脂を取り出してアニオン再生塔１内の樹脂量を削減し、塔内のイオン交換樹脂の流動化を促進して塔内のコーナ部等におけるアニオン交換樹脂の残留量を抑制することができ、ひいてはカチオン再生塔１内でのアニオン交換樹脂の逆再生を大幅に抑制することができ、処理水の水質を高めることができる。
【００１９】
尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、要は逆洗分離操作後の混合イオン交換樹脂の一部を取り出す中位ノズルを上位ノズルと下位ノズルの間に取り付けたカチオン再生塔であれば、本発明に包含される。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、カチオン交換樹脂の支持床と塔本体間のコーナ部等でもイオン交換樹脂が十分に流動化し、逆洗分離後にはカチオン交換樹脂内にアニオン交換樹脂が残留せず、その再生時にアニオン交換樹脂の逆再生を殆どなくすことができるカチオン再生塔を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のカチオン再生塔が適用された再生設備を用いて使用後の混合イオン交換樹脂を逆洗分離する工程の再生設備の要部の状態を示す概念図である。
【図２】図１に示すカチオン再生塔から循環用混合イオン交換樹脂の一部を取り出す状態を示す図１相当図である。
【図３】従来の再生設備の要部を示す概念図である。
【図４】図３に示す再生設備を用いて使用後の混合イオン交換樹脂に循環用混合イオン交換樹脂を加えた後、逆洗分離した状態を示すカチオン再生塔の状態を示す概念図である。
【符号の説明】
１    カチオン再生塔
１Ａ  上位ノズル
１Ｂ  下位ノズル
１Ｃ  中位ノズル
２    アニオン再生塔
７    循環樹脂貯槽
Ｋ    カチオン交換樹脂
Ａ    アニオン交換樹脂
Ｍ    循環用混合イオン交換樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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