高効率イオン交換装置｢スーパーフロー+HSUPER

FLOW‖

Effic盲enl.

High

Ion

Exchonger
環境装置事業部製品開発室

黍司

敏

Tosbihiko

Akasbi

広岡Takasbi

Ahighlyion

efficientfeaturingFLOWu

demineralizer,

process

exchangeanddownward

flow

FLOWN

demineralizer

include

has

been

Any

advantagesof thecals

and

Water

use

of non‑treatedconsistently
COnS11皿ption,
for diluting regenerants
waterandThisbackwashingin thed^es,

paper
and隆

志

Eirooka

SUPER

the

serviceflow

upward彦

regeneration

investigated.

rinslngpresents
test

run

SUPER

flow

columlldiagrams,

resultsof ouran

Vitbout
columnsuperlOr

chemi‑

effluent

andfor rinsmg

quality･
the bedadditional

backwasbtank･

construction･

pilot plant

lowasaswellaregeneration
full‑scale

sche‑field plar)t･t

上向流通水,下向流再生による高効率イオン交換装置｢スーパ‑フロ‑+に関する開発を行ったo
スーパ‑フロ‑脱塩装置は,再生薬品必要量および洗浄水量が少ない,処理水質が良く,しかも安定している,育￠巾d
RegC爪era山

生薬品の希釈水および洗浄水に原水を使用できる,同一塔内で逆洗でき,特別に逆洗水槽を設ける必要はない,など
ごミ

多くの特長を有している｡

u･ater

今回はパイロッ†装置および実装置に関するフロ‑シ‑AT,塔構造,再生行程,運転結果などについて報告するoま1.

えがOut(etTTealedTopLayerrz‑neeき

イオン交換装置に向流接触技術が応用されてから,十数ePerfo･raledploleI)raining

年が経過した｡この間に,向流再生を実現するため,多くsystemのアイデアや技術が生まれ,実用化されているoAcEILLLe

向流再生方式には,下向流通水で上向流再生と,上向流通水で下向流再生の2方式があり,当社では,前者F‑ついSlraT‑nersrtytSC

叫ateY

layero≠tleL￠≠dて,既に商品化を行ない販売してきた｡今回,新しく開発したイオン交換装置スーパーフローは,後者の方式を採用iしており,特に,再生薬品費の低減を計り,イニS'ヤルコ
スト,ランニングコスTl両面で優れた装置として,商品化を行なった｡
以下VLス‑パーフローの概要,およびパイロッ†装置,第1囲Fig.

スーパーフローの構造
1Columnstracture

実装置による運転の結果を紹介する｡

2.
2.

スーパーフローの概要

用いる｡これに対し,多孔板下部のイオン交換樹脂層を,1スーパーフローの構造

活性層と呼び,通水時に,イオン交換負荷のかかるところ

第1図に,ス‑パーフローの構造を示すoイオン交換塔である｡リγス層上部の空間は,イオン交換樹脂を逆洗時の内部には, 2枚の仕切板があり,下部の仕切板には,ストレ‑ナを取り付けている｡このストレ‑ナは,イオン交中央の換樹脂は通さず,水のみを通す構造となっているo展開させるためのスペースである.
再生は下向流で行なう｡再生薬品,および洗浄水はイオ

仕切板は,イオン交換樹脂と水が自由に出入りできる孔

ン交換塔頂部より流入し,下部のノズルから流出するo
逆洗を行なう時は,イオン交換塔下部より環部へと水をを,一定の間隔で配置した多孔板であるo

流し,この水流によりイオン交換樹脂を塔内上部空間に展多孔板のすぐ下には,集水コレクタを一定の間隔で配置しており,処理水を均等に集水できるようになっているo
イオン交換樹脂は,通常,この多孔板の上部,200‑300mmまで充填される｡多孔板上部のイオン交換樹脂層を,リンス層と呼び,再生時の洗浄水を塔内で製造するために36開させて行う｡
2.

2

スーパーフローの特長

向流再生方式FLよるイオン交換装置の特長は,従来の並流再生方式と比べ1.再生薬品の利用効率(再生効率)が高いo

神鋼ファウドラ‑技報

Vol.

28

No.

1(1984/2)

第1表

2.洗浄水量が少ない｡

パイロット装置の仕様

Table

3.原:火のイオン漬度,および組成の影響を受けにく
く,安定した高度な処理水が得られる｡

Raw

Itankwater等が掲げられる｡
Raw

ス‑メ‑フローは,これらの向流再生方式の特長に加water

1.0301I

0.9m3

FC:

pump(Centrifugal type)1.33m3/minx23
Cation4.被処理水で洗浄が行なえる｡
5.上向流通水のため逆洗の額度が少なくてすむが,特別に逆洗槽を設ける必要がなく,同一塔内で逆洗が可

colu皿:

中500×1,638E

Ion
Degasified

blower2等の特長をもつ,ユニークなイオン交換装置である｡

DecationizedAnion

1パイロット装置の概要

water2m3SUS:

pumpx

50 mAqx:

SOS

304

5.5

Ion exchange
ChemicalPVC

resin Lewatit

MEClへ流入する｡中間槽では,ブロワー(BL)で空気ばっ気を行い,カチオン塔処理水中の炭酸ガス(CO2ガス)を追い出Pipir)g:
ValvesPVC:

220e/min×pumpControuer(mainsize

Pneumaticいる｡

FC

CRT

Serialprinter

displayunit

PanelsSolenoid

valvesと接触させ,塔下部から流出させるoつぎに,原水を同様

lnvertorfor decationized

また,アニオン交換塔の再生は,再生薬品(NaOH)をNaOH計量槽から苛性ポンプ(NP)により,アニオン交換

J831色ら月87日

14Ji48令42帝?

NPIIL＋J4l18

神鍋フ4>

エ

第2国Fig･Vol.

228

由1皇岳in)in)耳9

HSP8‑白･･‑ⅠNo.

1(1984/2)

pump:

第1表に,パイロット装置の仕様を示すoカチオン交換塔,アニオン交換塔はともに￠500×1,638ⅠⅠの寸法で,活性層160e,T)ンス層40eのイオン交換樹脂を充頃している｡
イオン交換樹脂は,カチオン交換塔にLEWATIT
WS,アニオン交換塔にLEWATIT
M600WSを,それSIOOぞれ使用した｡
なお,パイロット装置の制御には,パーソナルコンピュ･8孟要
一Ⅱータを利用し操作性の向上を計っている｡
写真1に,カチオン,アニオン交換塔,および配管類を,
写真2に,パーソナルコンピュータ,周辺機器,および電気盤を示す｡
3. 2

ーパイロット装置のフローシート(画面コピー)
sheet of pilot plant (CRTcopy)

Flow

斗
5

ァ ウドラ

waterl12

停止

5:聖HさH出誌7

OH呼J.

千.一色upanelに塔頂部より下向流で流入させ,リンス層で脱アニオンし活性層を洗浄する｡

HCI】Rpanel

接触させ塔下部から流出させる｡そして,脱炭酸水を同様塔演部より下向流で流入させ,リンス層,および活性層と1l,;

supply200Vx5.5kWに塔頂部より下向流で流入させ,リンス層で脱カチオンし活性層を洗浄する｡

nlil(R.L)

computer

Color

Power

停止

kW

operatedValve

をHCl計量槽から塩酸ポンプ(HP)により,カチオン交換塔頂部より下向流で流入させ,リンス層,および,活性層

過0.75 kW

xball valve
and ConsoI

lnterface

カチオン交換塔(E塔)の再生は,まず,再生薬品(HCl)l甘4

9 mAqxO.15kW
10 mAq40A)

airtype

Persollalを通って純水槽へ流れる｡純水は,一部原水槽へ戻し再利用するとともに,薬品の注入によりイオン深度を調整して

冒

200e

PVCへ流入し,脱アニオンされた後集水コレクタから流出し,積算流量計(FQ),シ1)カ計(SIRA),電気伝導度計(CIRA)

イオン大漁装置 フ⊂】‑シート

WS

140cc/minx2plungerxO.1

pumpSanders

により,アニオン交換塔(OH塔)下部より上向流で塔内4e/minx

pumpMineral

す｡炭酸ガスが除去された脱炭酸水は,中間ポンプ(DP)600

injection pumps
NaOH

U(Centrifugal type)

kW
304,

columnし,脱カチオンされた後集水コレクタから流出し,中間槽

H瑠

200e

中500×1,638tI

は,原水槽から原水ポンプ(WP)によりポンプアップされ,カチオン交換塔(H塔)下部より上向流で塔内へ流入

HP

WS

Nm3minx5.5mAqx5.5kW

exchange

第2図に,パイロット装置のフローシートを示す｡原水

H4SIOOFC:

50β/min

3.パイロット装置による運転結果

304

tank : PVC

中1,380×1,510ⅠⅠ

向に固定され,薬品と十分な反応が行なわれる｡

3.

SUS

resin Lewatit

exchangewater

Rootstype

kW

mAqx7.5exchange

能である｡
6.下向流再生のため薬液注入時イオン交換樹脂層は下iof pilot plant

PVC:

ロ940×

フこ

もSpecification

パイロット装置の運転第2表に,パイロット装置のシーケンス表を示す｡逆洗は,カチオン交換塔で3か月に1度,アニオン交換塔で6(ただし原水水質により変化する｡)か月に1度行なう｡

神鋼ファウドラ‑技報

37

写真1

カチオン(中央),アニオン(右側)交換塔,および配管類(パイロット装置)

写実

Photo.1

CationPhoto.2

Controller,

パイロット装置のシーケンス表(画面コピー)

第3表

合成原水のイオン組成例

Sequence

Table

第2表

Table

2

anion

and

table

exchangers

and

pipe

of pilot plant)fTIME
今春

垂水

●●●●

藍洗

12●●●

再生

12345呂呂岩呂呂呂三三DcN
12345678PPP

TIME
令廿!!.I.＋

3088

●●●
●●●

8828
8888

8828
8888

●●●

4888
2880
8838
35ee
8886

●●●
●●●
●●●
●●●
●●●

3

Synthetic

consolraw

andwaterpanels(mg CaCO3/e)analysis4719:115

45

44;15i14848

5/11!49

oH呼

HHHHHHHHBH
1234567PLP

パーソナルコンビュ‑メ,周辺機器,および電気盤(パイロット装置)

ca;MgjTC4'申,8rCl;so4lco23'L㌔'写実宗岳詔72EiDateiNa5'

イオン大枚装置シーケンス

12lines2

48￠82888
8838
4888
88e6

●●●
●●●
●●●
●●●
●●●

5/12i8942…22i120l

笠二[笠l60

5/17!5660l￣￣￣

互1互巨

5/1850盲｢㌻[‑‑･,:ニ50lll

5/195352

43i16jl1260110

ll

5460102390105/20;5642j16苧114
5/23!2170L22r互
l68;18巨111
÷l‑一二∴ll】

4>

神鍋フ

ァ ウド

ラ

26

5/24125ー‑l‑‑
5/25!25

逆洗を行う場合は逆洗(第2表逆洗1参照)後,押水工程(第2表逆洗2参照)に入り,その後,再生を行なうが,この場合,通常の1.5ノ‑2倍の薬品を使用する｡
通常の再生(逆洗を行なわない場合)は,まず,薬荘工

27

68■19;112‑‑‑‑‑‑･‑‑‑‑‑l‑‑‑‑‑‑
l5/26i80

24j6lllO 互̲■=ioj二重二￣r￣￣lIl

5/27848430110

5/30!8183!2510

l一己ーー￣￣￣l̲,̲̲̲̲̲.,....I..,̲............̲..,l̲̲

程(第2表再生1参照)から入るが,再生薬品の琵入時間をカチオン交換塔15分,アニオン交換塔20分に設定している｡

2780llO

5/31!77ーlー￣￣￣￣l￣

2019!7･5jlO9･7
一斗Ll11)13
MTij二吏二二l二
23貞79･2:7･5tlO
l

6/8181.3
Note1)

Raw2)
3)

洗浄が終ると解し工程(第2表再生5参照)に入り,汰

water.
4‑9
approximate

SiO乞WaS
CO芝 Wasassumeddegasif ier

4)
5)

以上で,再生は終了し,通水工程に入る｡したがって,逆洗を行なわない場合,再生所要時間は約2時間である｡
品ポンプ(CP)で注入し,Na%NaECO3を薬(全カチオンに対するNa(全アニオンに対するアルカリ度の比率)の比率), Alk%を変化させた合成水を用いた｡(1部,純水を再利用)第3表に,合成原水のイオン組成例を示す｡
通水流量は,4‑8m3/h,線速度は,転した｡
38

meansofchemical

tomg/einthe

be approximate

tap
5water.

mg/eafter〔TC〕 〔HCO8〕 ＋ 〔Cl〕
＋ 〔SO4〕〔Na〕 〔TC〕 〔Ca〕 〔Mg〕‑‑を緩和する｡

MgSO4,

adjusted bytap,

浄中に圧密された活性層内のイオン交換樹脂にかかる圧力

CaC12,waswater

injection in the

扱ぐ

原水は,神戸市水に,㌔6/1!69‑‑l‑

2. 5
つぎに,洗浄工程に入り,カチオン交換塔の場合,3‑4BVVolume),
7ニオン交換塔の場合,‑3BV(Bedを, SV3‑5b￣1の流量で洗浄する｡
3, 4(第2表再生2,参照)0ーー￣￣￣￣￣￣￣l￣￣‑

3. 3‑‑

運転結果

第4表vL‑,パイロッT･装置の運転結果例を示すo

なお運転はカチオンブレークを先行させて行なったため,アニオA
capacity(イオン交ン交換樹月旨の交換容量operating
換樹脂単位容量当りの交換したイオン量),化学量論係数

stoicbiometriccoefficientA(再生に要する薬品量と実際に交換したイオン量との比率)は,貫流点の値を示して20‑40m/hで運いないので注意頂きたい｡
また,再生レベル(イオン交換樹脂単位容量当りの再生

神鋼ファウドラ‑技報

Vol.

28

No.

1(1984/2)

第4表

パイロット装置の運転結果例

Table

40perating

TreatedBreak嘗rsb&hfilPcTeeiL
lc/A
a%巨AIK%

m3c!65.0

は,1.04/1.3240/42

1.2ノ‑1.4程度の値が得られた｡なお,カチオン交換樹脂の貫流点は,鷲1.54/2.2241.26/42

気伝導度で5FLS/cm,アニオン交換樹

5/13

̲Ll互.

脂の貫流点は,

1.61/2.0741.26/42⊥!74,82

5/17

1.1′‑1.4,アニオン交換樹月削こついて

1.15/1.4640/42
42･6‑39･1I12･5】46･7/32･0￣て159.060･13214:9･154･6/39･9

5/16

これらの運転結果から,化学量論係
数は,カチオン交換樹脂については,(ど/e‑R)

C/A.

l

5/12

むこついて示す.)

ChemicaldosageWA%quantlty

coltnln
5/ll

1

water

Datethr叫由はそれぞれの活性層イオン交換樹脂畳

results of pilot plant

SiO2で0.1mg/e(SiO2として)とした｡

1.36/2.0245/42

竺‑17̲l50･0]4･3i45･3/26･0
̲̲?̲Lー竺ユーJ
4.実装置による運転結果
47.3F46.414.3…48.4/29.8=] 竺ヱ…45･5[LJ[垂C5/18

通水中の到達電気伝導度は,/cmであった｡

1.29/1.7545/42

0･5‑2′∠SlC

5/19:5/20

i1.27/1.7645/42

4. 1実装置の概要

68.9

C

1.26/1.7845/42

49･1147･414す盲蒜ー

第3園に,実装置のフロ‑シートを5/23

C

64･718･620･410･0…45･6/39･8̲竺竺̲̲̲L竺竺̲‑̲

5/24

C61･6221523･4110･5i42･7/36･01･44/1･4645/42

カチオン交換塔の原水㌢こは,工業用水を凝集沈殿炉過した処理水を用

5/25

C

62･7i22･3241110･5■34･9/3616;1･40/1･1945/35

いているo
カチオン交換塔処理水は,真空脱気塔で脱炭酸処理され,アニオ

5/26

C69･0721772･7r25.047.4/17.01.30/3.0145/42

示すoン交換塔を通って純水槽へ流れる｡
再生用水は,カチオン交換塔では原lp￣￣ー;)㌃￣｡

水を,アニオン交換塔では純水を用い

176‑59‑.･L=烹軒;;‡…;11ニi:･'…:‑,'={G:=5/30Cている｡

5/31

A

6/1

C

6/8

A･‑‑互軒寧葺芸

カチオン交換塔は,孤,900×3,340E

L吾F76:.111!烹;■吾i烹i'‑l7,1で,活性層4,000β,リンス層800β,アニオン交換塔は, ￠2,250×3,340Ⅱで,活性層6,000e,リンス層800eのイオン

HCl

DemineraLizedwaterpump

LS交換樹脂を充填している｡

NaOH
LS

処理量は,1系列2,000m3/d(91m8/h)で2系列ある.
4. 2
運転結果
第5表に,実装置の運転結果を示す｡再生レベルは,カP
〟c√m

NaOH

eaSurFItTlg

FImeaSurmg

Lank

チオン交換樹月旨(活性層)に対しては,42.9g/e‑R (100%HCl)アニオン交換樹脂(活性層)に対しては,39.3g/e‑R(100% NaOH)を採用している｡

lanh

SLea7TL

原水水質は,全カチオンで38･2‑110･4mg
CaCO3/βと大きく変動したため,採水量にも大きな差が見られる｡しかi

CalEonexc丘a&ge

Jlnionco!uuiなFIVL)Cuum

excha71ge

co[tL7n,l

しながら,処理水水質はほとんど影響を受けず,電気伝導度0･6‑1･O

IuS/cm,維持している｡

FIdeaeralor

SiO20･01‑0.03

mg/e(SiO2として)をこれらの運転結果より,化学量論係数はカチオン交換T∫cFIFIi,CPP
DecaEl'ozLi〜ed
Fzl/traled

第3図Fig･≠･aEerwaterpumppzLmP

実装置のフローシ‑ト
3

Flowdiagramof full scall plant

薬品の量)は,カチオン交換樹脂については,40,および45g/e‑R(100%HCl)アニオン交換樹脂については,35,および,42g/e‑R(100%Vol.

No.

281(1984/2)

NaOH)を採用した.

(再生レべ/レ写真
Photo.3

神鋼ファウドラ‑技報

32,000m3/d純水装置
2,000m8/dDemineralizers9

第5表

実装置の運転結果

T&ble50peratitlgreSultsoffullscaleplant
AIK

columnandserialnumberi

Or&t■n≡:;ea,ted!N｡%BreakthroughRawwateranalysis(mgCaCO3/e)WASoヰ

･‑&eg8C,ltt%%

DatelNaちcaMgTCHCO3CISO40thersTACO21piO2 quantiti3l%
l

38.2

2.6

7.0

8.5

35,8477'2414･2r16･6L7･4■t38･2
12･111218Fo17

37̲2

A

7/2中{47･2ILTo

20.520.024.1
一L‑‑Jー̲
7/3034.124.89.0∃67.9

4.9

56.0

3.4

17.1118.816.7

9.1

3.6

67.9

48.9 30.527.642.967.7/43.8

82.0

4.

5.

1.09/<1.4

50.2 30.023.550.8■i54.4/>33.5

C27■326●2i27.0と1●5‑/1.4

3,242

38.

Ll<1.06/1.25

31.735.241.01>55.4/39.3

4,895

3
C‑A

3.3

C/AC/A

3

2,455

C

1.18/<1.82

52.

33.317.249.449.7/>27.0

51.

r33.1L2.248.752.8/

l

ら

106.1

35･1136･134･60･3

3.

4.

35.7

kT9

35.3

0.5

110.4

3.

1.

tl】
Note

"C〝

:

2,015

3

C

1‑

3

2,011
53.

C
Cationbreakthrough.

"A: Anion

1.ll/<1.81

1.07/<1.74
弓32･3lll･1152･154･8/>28･2

breakthrough第6表

並流再生方式との経済比較
6TableComparison
coICurrentof chemicalandSystem

betweenconsumptiotl
FLOWSUPERCo･currentl supER

FLOW

system

Total

Raw

water

Capac

ity

analysis109

ton4
写真200m3/d純水装置
Photo.4t lobsera

resin

3,900β

Anion

resin

5,900β

Cbem

ュon

35%
48%

HC1
NaOH

35%
48%

chemical/m3となり,

5.む

39･3

g/e‑R(100NaOH/cycleと38‑44%に節減できているoNaOH)(100%

1,290kg/cycle

1,126kg/cycle

495
492kg/cycle
kg/cycle

HC1
NaOE

6.2

16.1 yen/m8
33.8 yen/m3

21

49.9 yetl/m3:

cost

350/a HC1
NaOIi

yen/m314.8 yen/m8

yer1/m3

25yen/kg
60yen/kg

28.9円/m3の節約となった｡
びす

よび,パイロッ†装置,実装置による運転結果を簡単に述べた｡スーパーフローは,向流再生方式の特長を十分生かぉよび同一塔内での逆洗を可能としたユニ‑クなイオン交換装置である｡

1サイクル当りの薬品使用量についても,並流再生方式
1,126 kg 48% NaOH/cycleにkg 35%HCl/cycle,495kg35%HCl/cycle,39.3g/e‑Resin

しながら,並流再生方式の利点である被処理水による再生の1,290

対し,ス‑パーフローでは,9g/e‑Res in(loo野 ECl)

42.

(100% HCl)
92g/♂‑Resjn(100% NaOH)

高効率イオン交換装置ス‑パーフローについて,概要お第6表に,並流再生方式との経済比較を示すo再生レベHCl)92g/e‑R(100g/e‑R(100%ルは,並流再生方式の116HCl)(fac;iev≡,,ow:≡

がって,純水の製造コス†は,薬品費について言えば,並流再生方式の49.9円/m3に対し,スーパーフローでは21円たが,今回,カチオン交換塔およぴアニオン交換塔を再製作し向流再生方式のスーパーフローに変更したog/e‑R(100%% NaOH)と37‑43%に低減したo2bcost

48%

は,通水,再生ともに下向流で行なう並流再生方式であっ42.9m3/hx22h

1 16g/ど‑Resin

Tota I

本装置は, 1972年VL納入した2床3塔塑純水装置の運転経費節減を目的として,改造したものであるo従来の装置

40water

従来の装置(並流再生方式)との比較% NaOH)に対し,iperlm3としている｡

kg48%

dosages

consumpt

Treatedイロット装置での運転結果とほぼ同じ結果となっているo
なお,カチオン交換樹脂の貫流点は電気伝導度10〃S/cm,0･1mg/e(SiO2として)
7ニオン交換樹脂の貫流点はSiO2
4. 391ical

樹月旨については, 1.05‑1.2,アニオン交換樹月旨について1.25‑1.4程度の値が得られた｡これは,先に述べたパLT二

resinsexchange

CationChemicalは,4bDemineralizer

200m3/a20 h(CaCO3)

109 ppm(CaCO8)looms/hx￣￣亨ii蒜￣￣拓iregencation

ppm

492

した

今後,イオン交換樹脂利用による脱塩分野で,スーパー
フローが広く採用されることを期待して筆をおくo

神鋼ファウドラ‑技報

Vol.

28

No.

1(1984/2)