(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水配管と、該原水配管に流量調整可能な弁を介して連結されたカチオン交換塔と、該原水配管に流量調整可能な弁を介して連結されたアニオン交換塔と、前記カチオン交換塔からの流出水を該アニオン交換塔に導入する連絡配管と、該アニオン交換塔の流出水を処理水として取り出す配管とを備えてなり、
該カチオン交換塔にはほぼ均一な粒径を有するカチオン交換樹脂が充填され、かつ、該アニオン交換塔にはほぼ均一な粒径を有するアニオン交換樹脂が充填されていることを特徴とするイオン交換装置。
【請求項２】
請求項１において、該カチオン交換樹脂は、平均粒径ＲC が４００〜５００μｍであると共に、平均粒径ＲC に対して０．９〜１．１倍の粒径範囲の粒分が全体の８５％以上であり、該アニオン交換樹脂は、平均粒径ＲA が４５０〜６５０μｍであると共に、平均粒径ＲA に対して０．９〜１．１倍の粒径範囲の粒分が全体の８５％以上であることを特徴とするイオン交換装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、該カチオン交換樹脂は、Ｈ+ 形又はＮａ+ 形カチオン交換樹脂であり、該アニオン交換樹脂は、ＨＣＯ3-形アニオン交換樹脂であることを特徴とするイオン交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン交換装置に係り、特に、冷却水系の金属の腐食抑制及びスケール防止のための水処理に好適なイオン交換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
開放、密閉循環冷却水系、蓄熱水系、密閉冷温水系などの淡水系で使用される各種機器や配管等の基材として、炭素綱、ステンレス鋼、銅、銅合金等が使用されている。淡水中に浸漬使用されているこれらの基材は、補給水から持ち込まれる塩化物イオン（Ｃｌ- ）、硫酸イオン（ＳＯ42- ）等により腐食され、孔食を発生させる。そこで、このような淡水系と接する金属材の腐食を防食剤を用いることなくできる方法として、従来、水系の水を防食性アニオンを担持したアニオン交換体に接触させると共に、低分子量ポリマーを添加する方法が提案されている（特開平６−１５８３６４号公報）。
【０００３】
この方法では、Ｃｌ- ，ＳＯ42- 等の水中の腐食性イオンをＯＨ- ，ＨＣＯ3-等の防食性アニオンを担持したアニオン交換体と接触させてイオン交換することにより、水中の腐食性イオン濃度が低減し、水系の腐食性が緩和される。また、イオン交換で溶出したＨＣＯ3-等と水系由来のＣａ2+，Ｍｇ2+，シリカ等とが金属表面に防食皮膜を形成するが、この防食皮膜の形成が低分子量ポリマーにより促進され、金属の腐食はより一層確実に抑制される。
【０００４】
しかし、水系の水質によってはＣａ2+，Ｍｇ2+が過剰に存在すると、それらがスケール成分となり、スケール障害をもたらすことになる。従って、Ｃａ2+やシリカ濃度については、防食皮膜の形成を損なわない範囲で所定濃度以下とし、また、Ｃｌ- やＳＯ42- については、なるべく低濃度となるように水処理を行う必要がある。例えば、冷却水系においては、冷却水系に補給する補給水の水質や、冷却水系の濃縮倍数などにも影響されるが、通常、補給水の水質を、Ｃａ硬度やシリカ濃度が５〜２５ｍｇ／Ｌ、通常２０ｍｇ／Ｌ程度、Ｃｌ- 、ＳＯ42- が１ｍｇ／Ｌ以下となるように制御することが好ましい。
【０００５】
従って、防食剤を用いることなく、水系の金属の腐食を抑制すると共に、スケール障害を防止するためには、アニオン交換とカチオン交換とを併用し、アニオン交換でＣｌ- ，ＳＯ42- 等の腐食性イオンを高度に除去すると共に、カチオン交換でＣａ2+，Ｍｇ2+等を適度に除去することが必要となる。
【０００６】
また、冷却水系等の水系の金属の防食を図るためには、当該水系の循環水や補給水を大量に処理する必要があるため、処理装置としては、高速通水処理が可能なものであることが望まれる。
【０００７】
従来、カチオン交換及びアニオン交換を行えるイオン交換装置としては、図２に示す如く、カチオン交換樹脂１Ａを充填したカチオン交換塔１と、アニオン交換樹脂２Ａを充填したアニオン交換塔２とを直列に連結したものが提供されている（ヨーロッパ特許出願Ｎｏ．０４９７  ６３２−Ａ１）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のイオン交換装置では、原水の全量がカチオン交換塔１でカチオン交換された後、アニオン交換塔２でアニオン交換されるため、腐食性イオンも防食皮膜の形成に有効なカチオンも、共に高度に除去されてしまうという欠点がある。
【０００９】
本発明は上記従来の問題点を解決し、Ｃｌ- ，ＳＯ42- 等の腐食性イオンを高度に除去すると共に、Ｃａ2+，Ｍｇ2+等のカチオンについては、原水の水質に応じて所望の濃度となるように、適度に除去することができる装置であって、しかも、高速通水処理が可能なイオン交換装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のイオン交換装置は、原水配管と、該原水配管に流量調整可能な弁を介して連結されたカチオン交換塔と、該原水配管に流量調整可能な弁を介して連結されたアニオン交換塔と、前記カチオン交換塔からの流出水を該アニオン交換塔に導入する連絡配管と、該アニオン交換塔の流出水を処理水として取り出す配管とを備えてなり、該カチオン交換塔にはほぼ均一な粒径を有するカチオン交換樹脂が充填され、かつ、該アニオン交換塔にはほぼ均一な粒径を有するアニオン交換樹脂が充填されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明のイオン交換装置では、原水の一部のみが、カチオン交換塔及びアニオン交換塔を経て、カチオン交換及びアニオン交換処理され、残部は、アニオン交換塔のみを流通してアニオン交換処理され、この流分についてはカチオン交換処理されない。即ち、原水は、すべてアニオン交換処理されるが、カチオン交換処理は、原水の一部について施される。
【００１２】
従って、流量調整弁を調節して、カチオン交換及びアニオン交換処理される原水流分と、アニオン交換処理のみなされる原水流分とを制御することで、アニオン交換処理で原水中のＣｌ- ，ＳＯ42- 等の腐食性イオンを高度に除去すると共に、原水の一部についてのみカチオン交換処理を行って、原水中のＣａ2+等の防食性アニオンを所望の適度な濃度となるように除去することができる。
【００１３】
しかも、本発明のイオン交換装置では、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂として、ほぼ均一な粒径を有するものを用いるため、高流速で通水処理することができる。
【００１４】
即ち、粒径分布の広い樹脂を使用すると、細かい（粒径の小さい）樹脂が粗い（粒径の大きい）樹脂間にブロックされて通水時の圧力損失が増大し、高流速での通水が困難になる。また、大きい粒径の樹脂はイオン交換効率を低下させるので、高流速の通水ではイオン交換機能が不十分となる。これに対して、ほぼ均一な粒径の樹脂を使用することにより、高流速通水処理が可能となり、処理効率の向上、装置の小型化を図ることができる。
【００１５】
本発明においては、カチオン交換樹脂としては、平均粒径ＲC が４００〜５００μｍであると共に、この平均粒径ＲC に対して、０．９〜１．１倍の粒径範囲の粒分が全体の８５％以上であるものを用い、アニオン交換樹脂としては、平均粒径ＲA が４５０〜６５０μｍであると共に、この平均粒径ＲA に対して０．９〜１．１倍の粒径範囲の粒分が全体の８５％以上であるものを用いるのが好ましく、このような樹脂を用いることで、ＳＶ＝４０〜１００ｈｒ-1の高流速通水処理を行うことが可能となる。
【００１６】
本発明において、カチオン交換樹脂としては、Ｈ+ 形又はＮａ+ 形カチオン交換樹脂が好適である。一方、アニオン交換樹脂としては、ＨＣＯ3-形アニオン交換樹脂が好適である。アニオン交換樹脂としてＯＨ- 形のものを用いると、Ｍｇ2+，Ｃａ2+のスケールが生成し、アニオン交換塔の閉塞をまねくおそれがある。ＣＯ32- 形のものでは、Ｃｌ- ，ＳＯ42- のイオン交換効率が悪く、これらの腐食性イオンを高度に除去することができない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明のイオン交換装置の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明のイオン交換装置の実施の形態を示す系統図である。
【００１９】
このイオン交換装置では、原水導入配管１１に対してカチオン交換塔１及びアニオン交換塔２が、それぞれ流量調整弁Ｖ1 を備える配管１２及び流量調整弁Ｖ2 を備える配管１３で接続されている。このカチオン交換塔１の流出水は、配管１４を経てアニオン交換塔２に通水され、アニオン交換塔２の流出水が配管１５より処理水として系外へ排出される。
【００２０】
このイオン交換装置においては、原水のうち、配管１１，１２を経てカチオン交換塔１に流入した流分は、カチオン交換塔１でカチオン交換処理された後、配管１４を経てアニオン交換塔２に流入し、アニオン交換処理される。配管１１，１３を経て直接アニオン交換塔２に流入した流分は、アニオン交換塔２でアニオン交換処理のみ施される。
【００２１】
このため、弁Ｖ1 ，Ｖ2 で流量調整し、原水のうち、カチオン交換処理及びアニオン交換処理される流分とアニオン交換処理のみされる流分とを調節する。これにより、Ｃｌ- ，ＳＯ42- 等の腐食性イオンについては、原水の全量をアニオン交換して低濃度にまで除去することができる。また、Ｃａ2+等の防食性カチオンについては、原水の一部のみをカチオン交換することで、所望の濃度、即ち、スケール障害を引き起こすことなく、防食皮膜の形成で良好な腐食抑制効果を得ることができるような濃度にまで適度に除去することができる。
【００２２】
カチオン交換塔１に充填するカチオン交換樹脂１Ａとしては、水中のＣａ2+，Ｍｇ2+等の除去能に優れたＨ+ 形又はＮａ+ 形が好ましい。
【００２３】
アニオン交換塔２に充填するアニオン交換樹脂２Ａとしては、ＨＣＯ3-形が好ましい。アニオン交換樹脂としてＯＨ- 形のものを用いると、原水中の防食成分であるＳｉＯ2 を吸着除去してしまう上に、Ｍｇ2+，Ｃａ2+スケールによるアニオン交換塔の閉塞のおそれがある。ＣＯ32- 形のものでは、Ｃｌ- ，ＳＯ42- の除去効率が悪い。これに対して、ＨＣＯ3-形のものであれば、ＳｉＯ2 を除去することなく、また、Ｍｇ2+，Ｃａ2+によるスケール生成のおそれもなく、Ｃｌ- ，ＳＯ42- を効率的に除去することができる。
【００２４】
カチオン交換樹脂としては、平均粒径ＲC が４００〜５００μｍであると共に、この平均粒径ＲC に対して、０．９〜１．１倍の粒径範囲の粒分が全体の８５％以上であるものを用いるのが好ましい。アニオン交換樹脂としては、平均粒径ＲA が４５０〜６５０μｍであると共に、この平均粒径ＲA に対して０．９〜１．１倍の粒径範囲の粒分が全体の８５％以上であるものを用いるのが好ましい。このような粒度の樹脂を用いることにより、ＳＶ＝４０〜１００ｈｒ-1の高流速通水処理を行うことが可能となる。
【００２５】
本発明のイオン交換装置は、水系の補給水又は循環水の処理に有効である。このイオン交換装置において、水中のＣｌ- ，ＳＯ42- 等の腐食性イオンが１ｐｐｍ以下、Ｃａ2+，Ｍｇ2+，ＳｉＯ2 が１０〜２０ｐｐｍ程度となるように処理することにより、防食剤及びスケール抑制剤を全く用いることなく、或いは、これらの一方又は双方をごく少量添加するだけで、水系の腐食及びスケール障害を十分に防止することができる。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２７】
実施例１
図１に示すイオン交換装置により、表１に示す水質の原水を７００Ｌ（リットル）／ｈｒの通水流速で処理した。
【００２８】
装置仕様及び通水条件は下記の通りとした。
【００２９】
なお、カチオン交換樹脂としては、平均粒径５００μｍで、４５０〜５５０μｍの範囲のものが全体の９０％のものを用いた。また、アニオン交換樹脂としては、平均粒径５００μｍで、４５０〜５５０μｍの範囲のものが全体の９０％のものを用いた。
【００３０】
0003911713.tif 000002
得られた処理水の水質を表１に示す。
【００３１】
比較例１
図２に示すイオン交換装置により、実施例１で処理したものと同水質の原水を、７００Ｌ／ｈｒの通水流速で処理した。
【００３２】
装置仕様及び通水条件は下記の通りとした。用いたカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂は、実施例１で用いたものと同様のものである。
【００３３】
0003911713.tif 000003
得られた処理水の水質を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0003911713.tif 000004
【００３５】
表１より明らかなように、本発明のイオン交換装置によれば、Ｃｌ- ，ＳＯ42- 等の腐食性イオンを低濃度に除去すると共に、Ｃａ2+等の防食性カチオンを適度に除去することができる。これに対して、従来のイオン交換装置で処理した場合には、防食性カチオンも低濃度に除去されるため、腐食抑制効果が損なわれる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のイオン交換装置によれば、原水の水質に応じてカチオン交換量を調節することができるため、Ｃｌ- ，ＳＯ42- 等の腐食性イオンを高度に除去すると共に、Ｃａ2+等の防食性アニオンを適度に除去することができる。このため、本発明のイオン交換装置によれば、冷却水系の補給水又は循環水を処理して、防食剤を用いることなく系内の腐食を効果的に抑制すると共に、スケール抑制剤を使用することなく、或いは、少量のスケール抑制剤の使用でスケール障害を確実に防止することができる。
【００３７】
しかも、本発明のイオン交換装置では、カチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂が、ともに均一な粒径を有するため、高流速処理が可能であることから、装置の小型化及び処理効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオン交換装置の一実施例を示す系統図である。
【図２】従来例を示す系統図である。
【符号の説明】
１  カチオン交換塔
１Ａ  カチオン交換樹脂
２  アニオン交換塔
２Ａ  アニオン交換樹脂
Ｖ1 ，Ｖ2   弁
【図１】
0003911713.tif 000005
【図２】
0003911713.tif 000006