JP3632331B2 - Ion exchange method and ion exchange column used in this ion exchange method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン交換方法及びこのイオン交換方法に用いられるイオン交換塔に関し、更に詳しくは、例えばボイラ給水や電子部品等の洗浄用水等に使用される純水を製造する際に好適に用いられるイオン交換方法及びこのイオン交換方法に用いられるイオン交換塔に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のイオン交換方法及びイオン交換塔として代表的なものとして例えば2床3塔式イオン交換装置や混床式イオン交換装置等がある。2床3塔式イオン交換装置は、例えば強酸性カチオン交換樹脂が充填されたカチオン交換塔と、強塩基性アニオン交換樹脂が充填されたアニオン交換塔と、これら両者の間に配置された脱炭酸塔とを備え、例えば原水の下降流通水によりカチオン交換塔において原水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等のカチオンを強酸性カチオン交換樹脂の水素イオンとイオン交換した後、脱炭酸塔内において酸性下で炭酸イオンを炭酸ガスとして脱炭酸し、次いでアニオン交換塔における下降流通水により原水中の硫酸イオン、塩素イオン等のアニオンやシリカを強塩基性アニオン交換樹脂の水酸化物イオンとイオン交換して純水を製造するようにしている。そして、上記各イオン交換樹脂の再生を行う場合には、例えば各イオン交換塔にそれぞれの再生剤を下降流で通液して並流再生を行い、あるいはそれぞれの再生剤を上昇流で通液して向流再生を行うようにしている。
【0003】
一方、混床式イオン交換装置は、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とが混合された混合イオン交換樹脂層からなる充填層を有するイオン交換塔を備え、例えば原水の下降流通水によりイオン交換塔において原水中のカチオン及びアニオンを高効率で同時にイオン交換して純度の高い純水を製造するようにしている。そして、各イオン交換樹脂の再生を行う時には同一塔内で、混合イオン交換樹脂層を逆洗分離し、各イオン交換樹脂の比重差により上層に強塩基性アニオン交換樹脂層を、下層に強酸性カチオン交換樹脂層を形成した後、各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を通液して両イオン交換樹脂を個別に再生するようにしている。この再生操作は同一塔内で行われることもあるし、各イオン交換樹脂を別の塔に個別に抜き出し、それぞれの塔内で個別に再生を行うこともある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の2床3塔式イオン交換装置の場合には、塔構成がカチオン塔、脱炭酸塔及びアニオン塔の3塔構成であるため、装置としては大型化して設置面積が大きくなり、コスト的にも高くなるという課題があった。一方、混床式イオン交換装置の場合には、イオン交換塔としては一塔で済み装置自体としては小型化することができるが、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とが混合しているため、両イオン交換樹脂が互いに付着して混合樹脂塊を作る、いわゆるクランピング現象が発生することがある。この混合樹脂塊は再生時の逆洗分離操作では完全に分離させることが難しく、逆洗分離操作による分離後の強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の双方に混合樹脂塊が混じるため、再生操作を行っても各層に存在する混合樹脂塊が再生不良となり、あるいは混合樹脂塊がそれぞれの層内で逆再生を受ける。この状態のまま混合操作を行うと、例えばナトリウム形に逆再生された強酸性カチオン交換樹脂はナトリウムを、塩素イオン形に逆再生された強塩基性アニオン交換樹脂は塩化物イオン形をそれぞれ放出するが、塔出口付近で放出されたこれらの不純物は除去されず、処理水の純度を低下させてしまう。また、このようなクランピング現象がない場合であっても、再生通液時における出口側に位置するイオン交換樹脂層は僅かながら不純物イオンが残留する傾向となり、この不純物イオン形のイオン交換樹脂は、通水前の混合操作によって層内に均一に分布することになるので、通水時に不純物イオンを放出し、処理水の純度を低下させてしまう。例えば、シリカは再生後樹脂粒内に残留し易い不純物であり、通水前に混合操作を行う混床式の装置では1〜5ppb程度のシリカリークが避けられなかった。また、混床式の場合には再生工程で逆洗分離操作をイオン交換塔内で行うため、塔高として充填層の高さの2倍程度の塔高が必要となり、装置的に必ずしも小型化することができないという課題があった。まして、再生操作を別塔で行う場合には再生塔が別途必要となり、装置の大型化を免れない。
【0005】
混合イオン交換樹脂のクランピングを防止したイオン交換装置として、例えば強酸性カチオン交換樹脂層上に強塩基性アニオン交換樹脂層を積層し、下降流通水を行う複層式イオン交換装置もあるが、この装置の場合には例えば上層の強塩基性アニオン交換樹脂層を下降流通液により再生し、下層の強酸性カチオン交換樹脂層を上昇流通液により再生するため、上層の流出側(強塩基性アニオン交換樹脂の下層部)にシリカ等の不純物イオンが残り、あるいは両イオン交換樹脂層の界面近傍で相互の再生剤による逆再生部分を生じ、十分な純度が得られないという課題があった。更に、この複層式イオン交換装置の場合には原水がまず強塩基性アニオン交換樹脂層と接触するため、硬度成分の多い原水に適用すると、通水時に強塩基性アニオン交換樹脂層において水酸化マグネシウム等の難溶性物質を生成するため、前段に軟水器を設置しなくてはならず、装置的に大型化するという課題があった。
【0006】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、イオン交換装置をコンパクト化することができ、またクランピングによる再生不良がなく、ひいてはシリカリーク等の不純物イオンのリークがなく、高純度の水を製造することができるイオン交換方法及びこのイオン交換方法に用いられるイオン交換塔を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に記載のイオン交換方法は、同一塔内に形成された強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の各層に被処理水を通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程では両イオン交換樹脂の積層状態を維持したまま被処理水を両イオン交換樹脂層の一方のイオン交換樹脂層に通水した後、他方のイオン交換樹脂層に通水し、上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、上記各イオン交換樹脂層に上記被処理水の通水方向とは逆の方向にそれぞれの再生剤を通液すると共に上記両イオン交換樹脂に被処理水を通水する順序と逆の順序で上記両イオン交換樹脂を再生することを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明の請求項2に記載のイオン交換方法は、同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液することを特徴とするものである。
【0010】
また、本発明の請求項3に記載のイオン交換方法は、同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液することを特徴とするものである。
【0011】
また、本発明の請求項4に記載のイオン交換方法は、同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強塩基性アニオン交換樹脂層にその再生剤を通液することを特徴とするものである。
【0012】
また、本発明の請求項5に記載のイオン交換方法は、同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各両イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行うイオン交換方法であって、上記通水工程終了後の上記再生工程では、両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液することを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の請求項6に記載のイオン交換方法は、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の発明において、上記被処理水として予め逆浸透膜装置により処理した透過水を用いることを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明の請求項7に記載のイオン交換塔は、同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液する下降流通水、上昇流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強酸性カチオン交換樹脂層と下層の強塩基性アニオン交換樹脂層を仕切る仕切板を塔内に横方向に設けると共に上記仕切板の下方近傍に再生剤の出入管を設け、且つ、上記仕切板は被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止するように構成されたことを特徴とするものである。
【0015】
また、本発明の請求項8に記載のイオン交換塔は、同一塔内で上層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層と下層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液する、上昇流通水、下降流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強酸性カチオン交換樹脂層と下層の強塩基性アニオン交換樹脂層を仕切る仕切板を塔内に横方向に設けると共に上記仕切板の上方近傍に再生剤の出入管を設け、且つ、上記仕切板は被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止するように構成されたことを特徴とするものである。
【0016】
また、本発明の請求項9に記載のイオン交換塔は、同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を上層から下層へ下降流で通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を上昇流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に上層の強塩基性アニオン交換樹脂層にその再生剤を通液する下降流通水、上昇流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強塩基性アニオン交換樹脂層と下層の強酸性カチオン交換樹脂層を被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止する仕切板により仕切り、あるいは仕切板により仕切ることなく、更に上記両イオン交換樹脂層の分離境界面または上記仕切板の下方近傍に再生剤の出入管を設けたことを特徴とするものである。
【0017】
また、本発明の請求項10に記載のイオン交換塔は、同一塔内で上層として形成された強塩基性アニオン交換樹脂層と下層として形成された強酸性カチオン交換樹脂層に被処理水を下層から上層へ上昇流で通水する通水工程と、上記各両イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を下降流で通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程終了後の上記再生工程では、両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、先に上層の強塩基性アニオン交換樹脂にその再生剤を通液し、その後に下層の強酸性カチオン交換樹脂にその再生剤を通液する上昇流通水、下降流再生によるイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、上層の強塩基性アニオン交換樹脂層と下層の強酸性カチオン交換樹脂層を被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止する仕切板により仕切り、あるいは仕切板により仕切ることなく、更に上記両イオン交換樹脂層の分離境界面または上記仕切板の上方近傍に再生剤の出入管を設けたことを特徴とするものである。
【0018】
また、本発明の請求項11に記載のイオン交換塔は、同一塔内に形成された強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の各層に被処理水を通水する通水工程と、上記各イオン交換樹脂層にそれぞれの再生剤を通液する操作を含む再生工程とを有し、上記通水工程と上記再生工程を交互に行う際に、上記通水工程では両イオン交換樹脂の積層状態を維持したまま被処理水を両イオン交換樹脂層の一方のイオン交換樹脂層に通水した後、他方のイオン交換樹脂層に通水し、上記再生工程では、上記両イオン交換樹脂の逆洗操作を行うことなく、上記各イオン交換樹脂層に上記被処理水の通水方向とは逆の方向にそれぞれの再生剤を通液すると共に上記両イオン交換樹脂に被処理水を通水する順序と逆の順序で上記両イオン交換樹脂を再生するイオン交換方法に用いられるイオン交換塔であって、強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層とを仕切る上下2段の仕切板を空間を介して塔内に横方向にそれぞれ設けると共に上記両仕切板間の空間に上記各再生剤の出入管を設け、これら両仕切板は被処理水の流通を許すが、上記各イオン交換樹脂の流通を阻止するように構成されたことを特徴とするものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図11に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、各図中、図1〜図10はぞれぞれ本発明のイオン交換方法に用いられるイオン交換塔の実施形態を示す概念図で、図11は図1に示すイオン交換塔を適用した純水製造装置の要部を示すフロー図である。
【0020】
図1に示すイオン交換塔10は、塔本体11と、この塔本体11内に強酸性カチオン交換樹脂により形成された上層12と、上記塔本体11内に強塩基性アニオン交換樹脂により形成された下層13と、これらの上下層12、13を塔本体11の高さ方向の中程で横方向に仕切るように塔本体11内に設けられた仕切板14と、この仕切板14の下方近傍にこれと平行に設けられた出入管15とを備え、下降流通水、上昇流再生を行うように構成されている。そして、上層12の強酸性カチオン交換樹脂は仕切板14によって支持され、下層13の強塩基性アニオン交換樹脂は塔本体11内の下部に仕切板14と平行に設けられた第2仕切板16によって支持されている。従って、上層12の強酸性カチオン交換樹脂は仕切板14によって下層13から区画されているため、上層12の強酸性カチオン交換樹脂が下層13の強塩基性アニオン交換樹脂と混合することはない。また、下層13の強塩基性アニオン交換樹脂の上面と仕切板14との間には再生時に膨潤する量に見合う僅かな隙間が形成され、この隙間に出入管15が配置されている。また、塔本体11内の上部には第3仕切板17が仕切板14と平行に設けられ、第3仕切板17と強酸性カチオン交換樹脂層12の上面に強塩基性アニオン交換樹脂の場合と同様に再生時に膨潤する量に見合う僅かな隙間が形成されている。本発明において各仕切板の下方に形成する隙間は、上述のように再生時に膨潤する量に見合った僅かな隙間のことであり、後述する各実施形態における隙間の意味も同様である。
【0021】
また、上記各仕切板14、16、17はいずれも上下の空間を連通する多数の連通手段が全面に均等に分散して形成され、これらの連通手段は被処理水や再生剤が流通し、各イオン交換樹脂が流通できないように構成されている。そして、上記塔本体11の塔頂には被処理水としての原水が流入する流入管11Aが接続され、塔底には処理水が流出する流出管11Bが接続され、流入管11Aから塔本体11内へ流入する原水は上層12の強酸性カチオン交換樹脂層、下層13の強塩基性アニオン交換樹脂層を順次通水する間にイオン交換され、不純物イオンが除去された処理水として流出管11Bから流出するようにしてある。尚、図1では原水及び処理水に関連する配管及び原水及び処理水の流れは実線で示してある。後述する他の実施形態のイオン交換塔を示す図2〜図10においても同様である。
【0022】
また、上記塔本体11の塔頂の流入管11Aには上層12の強酸性カチオン交換樹脂の酸再生廃液が流出する第2流出管11Cが接続されており、塔底の流出管11Bにはアルカリ再生剤が流入する第2流入管11Dが接続している。更に、塔本体11内の出入管15には外部配管15Aが接続され、この外部配管15Aから酸再生剤が流入し、出入管15を介して上層12の強酸性カチオン交換樹脂層12全体に分散供給され、また、この出入管15を介して下層の強塩基性アニオン交換樹脂層13からのアルカリ再生廃液が外部配管15Aから排出するようにしてある。尚、図1では再生剤に関連する配管及び再生剤の流れは一点鎖線で示してある。後述する他の実施形態のイオン交換塔を示す図2〜図10においても同様である。
【0023】
従って、再生時には、アルカリ再生剤は塔底の第2流入管11Dから塔本体11の底部空間に流入し、第2仕切板16を介して下層13の強塩基性アニオン交換樹脂の下面全体に分散されて下層13を上昇流で通液し、アルカリ再生廃液が出入管15を経由して外部配管15Aから排出される。また、酸再生剤は外部配管15Aから供給され、出入管15を介して下層13と仕切板14間の隙間に流入し、仕切板14を介して上層12の強酸性カチオン交換樹脂の下面全体に分散されて上層12を上昇流で通液し、酸再生廃液が第3仕切板17を経由して第2流出管11Cから排出される。つまり、各イオン交換樹脂の再生時にはそれぞれの再生剤を原水の通水方向とは逆向きに通液し、向流再生方式により各イオン交換樹脂を再生する。この際、一方のイオン交換樹脂層を再生する時には他方のイオン交換樹脂層に純水をバランス水として連続的に通水し、一方の再生剤が他方のイオン交換樹脂層に流入しないようにしている。バランス水を供給する時には例えば原水の流入管11A及び流出管11Bを利用することができる。
【0024】
再生順序としては、通水出口側に位置する下層13の強塩基性アニオン交換樹脂を先に再生し、後で通水入口側に位置する上層12の強酸性カチオン交換樹脂を再生するようにしてある。このように通水出口側である下層13の強塩基性アニオン交換樹脂を先に向流再生することにより、高純度の処理水を得ることができる。例えば、先に上層12の強酸性カチオン交換樹脂を再生し、後に下層13の強塩基性アニオン交換樹脂再生すると、折角、上昇流再生によって高度に再生された強酸性カチオン交換樹脂層の下層部に、後に再生する強塩基性アニオン交換樹脂の再生剤である水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ再生剤が接触し、処理水の導電率に最も影響を与える強酸性カチオン交換樹脂層の下層部が塩形となってしまい処理水の純度を低下させてしまう。一方、下層13の強塩基性アニオン交換樹脂を再生し、後に上層12の強酸性カチオン交換樹脂を再生した場合には、上述したような現象が生ずることなく、高純度の処理水を得ることができる。尚、先に下層13を再生し、後に上層12を再生すると、再生済みの強塩基性アニオン交換樹脂層の上層部に、上層12の再生剤である塩酸等の酸再生剤が接触して塩形となるが、この場合は被処理水(酸性軟水)が最初に接触する部分であるから処理水の純度低下に対して影響を与えることがない。即ち、下層13を形成する強塩基性アニオン交換樹脂層は、図1においては上昇流で再生するため、処理水の塩化物イオンやシリカリークに最も影響を与える最下層部は理想的に再生されていることによる。
【0025】
尚、図1において、出入管15を仕切板14の下方近傍に設置するのは次の理由による。前述のように図1に示した実施形態では上層(強酸性カチオン交換樹脂層)12を再生する際、その再生後において上層12に塩形の強酸性カチオン交換樹脂が残留していると、処理水の純度が低下する。よって、仕切板14の下方に出入管15を設置し、ここから再生剤を流入させることにより仕切板14の上方に位置する強酸性カチオン交換樹脂の全てに均等に再生剤を接触させ、未再生の部分を極力なくすることができる。例えば、出入管15を仕切板14の上方に設置した場合には、再生剤に接触しない部分が生じ、処理水の純度を低下させる原因になる。後述する他の実施形態においても、出入管の設置位置に関しては上述したように処理水の純度に影響を与える未再生のイオン交換樹脂が生じないような位置に設置するように配慮されている。
【0026】
次に、上記イオン交換塔10を用いた本発明のイオン交換方法について説明する。通水工程で原水を処理する時には、原水が流入管11Aから塔本体11内へ流入し、第3仕切板17を介して強酸性カチオン交換樹脂からなる上層12の上面全面に分散する。この原水は上層12全体を下降流により通水し、この間に原水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等のカチオンが強酸性カチオン交換樹脂により除去される。その後、原水は仕切板14を介して強塩基性アニオン交換樹脂からなる下層13上面全面に分散し、下層13を通水する間に、原水中の硫酸イオンや塩素イオン等のアニオンやシリカが強塩基性アニオン交換樹脂により除去され、アニオン及びカチオンが除去された高純度の処理水として第2仕切板16を経由し、流出管11Bから流出し、次工程へ供給される。
【0027】
原水の処理により各イオン交換樹脂が貫流点に達したら再生工程で各イオン交換樹脂を再生する。それには各イオン交換樹脂層を逆洗することなく、まず、通水出口側に位置する下層13の強塩基性アニオン交換樹脂を向流再生する。即ち、アルカリ再生剤として例えば水酸化ナトリウム水溶液を塔底の第2流入管11Dから上昇流で供給すると共に、バランス水を塔頂部から下降流で塔本体11内へ供給する。これによりアルカリ再生剤は塔底の空間に流入し、第2仕切板16を介して下層13全体へ上昇流で通液される。この時、下層13はアルカリ再生剤の供給圧によりイオン交換樹脂層全体がピストン移動して仕切板14に押し付けられ、この状態で通液し続けると、強塩基性アニオン交換樹脂はアルカリ再生剤により効率良く再生され、この時のアルカリ再生廃液は上記バランス水と共に出入管15を経由して外部配管15Aから排出される。下層13の強塩基性アニオン交換樹脂の向流再生を行った後、アルカリ再生剤に代えて純水を塔底から供給し、塔本体11の塔頂、塔底の双方から通水して下層13の強塩基性アニオン交換樹脂の再生剤の押出し及び洗浄操作を行い、洗浄廃液は出入管15、外部配管15Aを介して排出される。
【0028】
下層の洗浄操作の後、通水入口側に位置する上層12の強酸性カチオン交換樹脂を向流再生する。即ち、下層13にバランス水を供給すると共に、外部配管15Aから酸再生剤を供給する。これにより酸再生剤は出入管15を介して仕切板14の下側の隙間に流入し、ここでバランス水と合流し、仕切板14を介して強酸性カチオン交換樹脂からなる上層12全体へ上昇流で通液される。この通液に伴って上層12はイオン交換樹脂層全体がピストン移動して第3仕切板17に押し付けられる。この状態で酸再生剤を通液し続けると、強酸性カチオン交換樹脂は酸再生剤により効率良く再生され、この時の酸再生廃液は第2流出管11Cから排出される。上層12の強酸性カチオン交換樹脂の向流再生後、酸再生剤の供給を停止し、塔底のみから純水を上昇流通水して上層12の強酸性カチオン交換樹脂の再生剤の押出し及び洗浄操作を行い、洗浄廃液は塔頂から排出される。後は、通水工程と再生工程とを逆洗操作を行うことなく繰り返してイオン交換反応により原水を処理して純水を製造する。
【0029】
本発明では通水終了後の両イオン交換樹脂層の逆洗操作を行うことなく、両イオン交換樹脂層に被処理水を通水する方向とは逆方向にそれぞれの再生剤を通液する、いわゆる向流再生を行うため、通水終了時にイオン交換樹脂層で形成されたイオン形の配列を乱すことなく、そのまま再生することができ、通水終了時に残留している最下層の再生形のイオン交換樹脂を有効に活用することができると共に再生効率を最大限とすることができる。例えば、図1において上層12の強酸性カチオン交換樹脂の場合について更に説明すると、通水時のこの樹脂層の配列は、上からカルシウム形、ナトリウム形、水素形になっているが、この樹脂層を逆洗することなく、このままの状態で酸再生剤として塩酸を樹脂層の下側から通液すると、塩酸は下層部の水素形の樹脂を素通りしてまずナトリウム形の樹脂を溶離してこれを水素形とし、その廃液である塩化ナトリウムが更に上層のカルシウム形の樹脂を溶離してこれをナトリウム形とし、更にまたそのナトリウム形の樹脂が塩酸と接触してこれを水素形とするというように、溶離が順々に行われ、元来水素イオンでは溶離し難いカルシウム形の樹脂を水素イオンより溶離性に優れているナトリウムイオンを介在させることによって効果的に溶離することができると共に、通水終了時に残留する水素形の樹脂をイオン交換樹脂層の下部にそのまま保持しておくことができるため、再生という操作においては最も理想的な状態で再生することができ、再生によって生成される水素形の樹脂を最大とすることができる。本発明は通水の方向が下降流、上昇流に拘らず、両イオン交換樹脂共に通水終了後に逆洗を実施することなく、向流再生を行うため、後述する本発明の全ての実施形態において上述したように最も理想的な状態で両イオン交換樹脂共に再生することができる。
【0030】
以上説明したように本実施形態によれば、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とを一塔内に納めたため、従来の2床3塔式イオン交換装置と比較して装置をコンパクト化することができる。
【0031】
また、本実施形態では、同一塔内で互いに独立した強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層をそれぞれ向流再生するため、上下の各イオン交換樹脂の通水出口側を常に新鮮な再生剤により再生することができ、処理水への不純物イオンのリークを格段に低減することができる。しかも、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂とは仕切板14によって上下の各層12、13として仕切られ、それぞれ単独のイオン交換樹脂層として形成されているため、従来の混床式イオン交換装置のようにクランピングによる再生不良や逆再生部分が各層12、13内に残留することがなく、ひいてはシリカリーク等の不純物イオンのリークがなく、純度の高い処理水を製造することができる。例えばシリカリークについてみると、2床3塔式イオン交換装置の並流再生方式では数ppbのシリカリークがあり、混床式イオン交換装置では1〜5ppbのシリカリークがあったのに対し、本実施形態ではシリカリークを0.2ppb以下に抑制することができた。
【0032】
また、本実施形態によれば、原水は下降流で強酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂の順で通水し、原水が強塩基性アニオン交換樹脂と直接接触することがないため、原水中にマグネシウムイオン等の硬度成分が多量に含まれている原水を処理する場合にはこれらの硬度成分は上層12の強酸性カチオン交換樹脂により除去され、下層13の強塩基性アニオン交換樹脂において水酸化マグネシウム等の難溶性の水酸化物を生成することがない。また、本実施形態によれば、下降流通水を行うため、各イオン交換樹脂層12、13が常に固定された固定層になっているため、通水の停止、再開の繰り返し運転が容易である。
【0034】
図2に示すイオン交換塔10Aは、図1に示すイオン交換塔10における塔本体11の縦方向中央近傍の仕切板14の下方に空間を介して第4仕切板18が設けられていると共に両仕切板14、18間の空間に出入管15が配置され、第4仕切板18と下層13の強塩基性アニオン交換樹脂との間に隙間がある以外は図1に示すイオン交換塔10と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔10Aにおいても図1に示すイオン交換塔10と同様に下降流通水、上昇流再生でイオン交換が行われる。
【0035】
本実施形態によれば、出入管15が両仕切板14、18間の空間に配置され、上下のイオン交換樹脂層12、13から隔離されているため、再生工程において後で向流再生する酸再生剤によって下層13の強塩基性アニオン交換樹脂の上層部が逆再生されることを防止することができ、逆再生部分を生じない分だけ下層13の強塩基性アニオン交換樹脂のイオン交換容量が増大する。また、その他に、本実施形態においても図1に示すイオン交換塔10に準じた作用効果を期することができる。
【0036】
図3に示すイオン交換塔20は、上昇流通水、下降流再生に用いるイオン交換塔である。従って、塔本体の塔頂、塔底に配置された原水及び各再生剤の流出入配管が逆になっている。本実施形態ではイオン交換塔20の各構成部材で図1に示すイオン交換塔10の各構成部材と同一または相当する部材には10番台の符号に代えて20番台の符号を附して説明する。
【0037】
即ち、上記イオン交換塔20は、図3に示すように、塔本体21と、この塔本体21内に強酸性カチオン交換樹脂により形成された上層22と、上記塔本体21内に強塩基性アニオン交換樹脂により形成された下層23と、これら上下各層22、23を横方向に仕切る仕切板24と、この仕切板24の上方近傍にこれと平行に設けられた出入管25とを備えている。
【0038】
そして、原水が流入する流入管21Aは塔本体21の塔底に接続され、その処理水の流出管21Bは塔頂に接続され、原水は流入管21Aから塔本体21内へ上昇流で流入し、上昇流通水の間に下層23の強塩基性アニオン交換樹脂、上層22の強酸性カチオン交換樹脂の順でイオン交換され、不純物イオンが除去された処理水が流出管21Bから流出するようにしてある。
【0039】
また、上記塔本体21の塔底の流入管21Aには下層23の強塩基性アニオン交換樹脂の再生廃液が流出する第2流出管21Cが接続され、塔頂の流出管21Bには酸再生剤が流入する第2流入管21Dが接続されている。更に、塔本体21内の出入管25には外部配管25Aが接続され、この外部配管25Aからアルカリ再生剤が流入して出入管25を介して下層23の強塩基性アニオン交換樹脂全体に分散供給され、また、この出入管25を介して上層22の強酸性カチオン交換樹脂からの酸再生廃液が外部配管25Aから排出するようにしてある。
【0040】
従って、再生時には、酸再生剤は第2流入管21Dから供給され、塔本体21の頂部空間に流入し、第3仕切板27を介して上層22の強酸性カチオン交換樹脂の上面全体に分散されて上層22を下降流で通液し、出入管25を経由して外部配管25Aから排出される。また、アルカリ再生剤は出入管25を介して上層22の最下部に流入し、仕切板24を介して下層23の強塩基性アニオン交換樹脂の上面全体に分散されて下層23を下降流で通液し、アルカリ再生廃液が第2仕切板26を経由して第2流出管21Cから排出される。
【0041】
再生順序としては、先に通水出口側に位置する上層22の強酸性カチオン交換樹脂を再生し、後で通水入口側に位置する下層23の強塩基性アニオン交換樹脂を再生するようにしてある。このように通水出口側である上層22の強酸性カチオン交換樹脂を先に向流再生することにより、処理水の塩化物イオン等の不純物アニオン量を小さくすることができる。例えば、下層23である強塩基性アニオン交換樹脂を先に再生すると、後に再生する上層22である強酸性カチオン交換樹脂の再生剤が処理水の純度に最も影響を与える強塩基性アニオン交換樹脂層の上層部に接触し、再生剤が塩酸である場合には、そのイオン形が一部塩化物イオン形としてしまう。従って、この塩化物イオンが通水中に徐々に脱離することにより、処理水の不純物アニオン量を増加させてしまう。しかしながら、先に上層22を再生し、後に下層23を再生する場合には上述のような現象は起こらない。尚、先に上層22を再生し、後に下層23を再生する場合には、折角、再生した上層22の強酸性カチオン交換樹脂に下層23の再生剤である水酸化ナトリウムが接触し、そのイオン形が一部ナトリウム形となってしまうが、このナトリウム形の樹脂は、強酸性カチン交換樹脂の下層部(通水上流側)に位置することになり、処理水の導電率を低下させる原因とはならない。この関係は前述した図1における全く逆の現象として理解できる。
【0042】
次に、上記イオン交換塔20を用いた本発明のイオン交換方法について説明する。通水工程で原水を処理する時には、原水が塔底の流入管21Aから塔本体21内へ上昇流で流入し、第2仕切板26を介して強塩基性アニオン交換樹脂からなる下層23下面全面に分散する。下層23は原水の給水圧によりピストン移動して仕切板24と接触して固定層を形成し、この状態で原水が通水する間に原水中の硫酸イオン、塩素イオン等のアニオンが強塩基性アニオン交換樹脂により除去される。その後、原水は仕切板24を介して強酸性カチオン交換樹脂からなる上層22下面全面に分散し、下層23と同様に上層22がピストン移動して第3仕切板27と接触して固定層を形成し、この状態でアニオン除去後の処理水が通水する間にそのカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等のカチオンが強酸性カチオン交換樹脂により除去される。この処理水は第3仕切板27を経由し、流出管21Bから高純度の純水として流出し、次工程へ供給される。
【0043】
原水の処理により各イオン交換樹脂が貫流点に達したら再生工程で各イオン交換樹脂を再生する。それには各イオン交換樹脂層を逆洗することなく、まず、通水出口側に位置する上層22の強酸性カチオン交換樹脂を向流再生する。即ち、酸再生剤として例えば塩酸水溶液を塔頂の第2流入管21Dから下降流で供給すると共に、バランス水を塔底部から上昇流で塔本体21内へ供給する。これにより酸再生剤は第2仕切板27を介して上層22全体に分散し、酸再生剤が上層22全体を下降流で通液し、この通液の間に強酸性カチオン交換樹脂が再生される。この間、塔底部からバランス水が上昇流で通水されているため、バランス水により酸再生剤の下層23への侵入を防止する。そして、酸再生廃液はバランス水と出入管25において合流し、外部配管25Aから排出される。上層22の強酸性カチオン交換樹脂の向流再生後、酸再生剤に代えて純水を塔頂から供給し、塔本体11の塔頂、塔底の双方から通水して上層22の強酸性カチオン交換樹脂の押出し、洗浄操作を行い、洗浄廃液は出入管25、外部配管25Aから排出される。
【0044】
上層の洗浄操作の後、通水入口側に位置する下層23の強塩基性アニオン交換樹脂を向流再生する。即ち、アルカリ再生剤として例えば水酸化ナトリウム溶液を直胴部の外部配管25Aから下降流で供給すると共に、バランス水を塔頂部の第2流入管21Dから塔本体21内へ下降流で供給する。これによりアルカリ再生剤は出入管25から上層22の最下部に流入し、バランス水と合流して仕切板25を介して下層23の強塩基性アニオン交換樹脂全体へ下降流で通液される。アルカリ再生剤が下層23を通液する間に強塩基性アニオン交換樹脂はアルカリ再生剤により効率良く再生される。強塩基性アニオン交換樹脂の向流再生操作が終了したら、引き続き、塔頂のみから純水を下降流通水し、下層23の強塩基性アニオン交換樹脂を洗浄し、再生操作を終了する。後は、通水工程と再生工程とを逆洗操作を行うことなく繰り返してイオン交換反応により原水を処理して純水を製造する。
【0045】
従って、本実施形態によれば、原水は上昇流でまず強塩基性アニオン交換樹脂と接触し、ややアルカリ性雰囲気でイオン交換されるため、コロイドシリカのような非イオン状のシリカがアルカリによって溶解してイオン状となって効率良く除去することができる。また、本実施形態では上昇流通水であるため、通水終了時には上下の各層22、23はそれぞれ通水時の圧密状態が徐々に解除されながら仕切板24、26まで下降する。また、再生工程においてはそれぞれの仕切板24、26で支持された状態で再生され、通水工程と再生工程を繰り返しても各イオン交換樹脂層が圧密状態のまま各仕切板24、26に固着するということがなく、通水時及び通液時における圧力損失の増大を防止することができる。更に、本実施形態によれば、図1に示すイオン交換樹脂交換塔10のイオン交換樹脂の層構成に基づく作用効果と同様の作用効果を期することができる。
【0046】
尚、図3に示した実施形態では、後述する図11のフローのように、原水を逆浸透膜処理して原水中のカルシウムやマグネシウム等の硬度成分の大部分を予め除去した被処理水や原水を公知のイオン交換装置で処理して得た軟化水や脱塩水を被処理水として処理する場合などに適している。以下に後述する被処理水が最初に強塩基性アニオン交換樹脂層に通水される実施形態についてはいずれも上述したようなことが云える。
【0047】
図4に示すイオン交換塔20Aは、図3に示すイオン交換塔20における塔本体21の縦方向中央近傍の仕切板24の下方に空間を介して第4仕切板28が設けられていると共に両仕切板24、28間の空間に出入管25が配置され、第4仕切板28と下層23の強塩基性アニオン交換樹脂との間に隙間がある以外は図3に示すイオン交換塔20と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔20Aにおいても図4に示すイオン交換塔20と同様に上昇流通水、下降流再生でイオン交換が行われる。
【0048】
従って、本実施形態によれば、出入管25が両仕切板24、28間の空間に配置され、上下のイオン交換樹脂層22、23から隔離されているため、再生工程において後で向流再生するアルカリ再生剤によって上層22の強酸性カチオン交換樹脂が逆再生されることがなく、逆再生部分を生じない分だけ上層22の強酸性カチオン交換樹脂のイオン交換容量を増大することができる。また、その他、本実施形態においても図3に示すイオン交換塔20と同様の作用効果を期することができる。
【0049】
図5に示すイオン交換塔30は、図1に示すイオン交換塔10の場合とは強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の上下関係が逆になっていると共に各イオン交換樹脂の再生剤の給排位置を変えて下降流通水、上昇流再生により向流再生を行うように構成されている。これらの点以外は図1に示すイオン交換塔10に準じて構成されている。従って、各構成部材は図1に示すイオン交換塔10の各構成部材と同一または相当する部材には30番台の符号を附し、その説明を省略する。
【0050】
次に、上記イオン交換塔30を用いた本発明にイオン交換方法について説明する。通水工程で原水を処理する時には、塔頂の流入管31Aから塔本体31内へ原水が下降流で流入し、第3仕切板37を介して強塩基性アニオン交換樹脂からなる上層32を下降流で通水される間に原水中の硫酸イオン、塩素イオン等のアニオンやシリカが強塩基性アニオン交換樹脂により除去される。その後、アニオンが除去された処理水は仕切板34を介して強酸性カチオン交換樹脂からなる下層33を下降流で通水する間にカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等のカチオンが強酸性カチオン交換樹脂により除去される。この処理水は第2仕切板36を経由し、流出管31Bから高純度の純水として流出し、次工程へ供給される。
【0051】
原水の処理により各イオン交換樹脂が貫流点に達したら再生工程で各イオン交換樹脂を再生する。それには各イオン交換樹脂層を逆洗することなく、まず、通水出口側に位置する下層33の強酸性カチオン交換樹脂を向流再生する。即ち、酸再生剤として例えば塩酸水溶液を塔底の第2流入管31Dから上昇流で供給すると共に、バランス水を塔頂部から下降流で塔本体31内へ供給する。これにより酸再生剤は塔底の空間に流入し、第2仕切板36を介して下層33全体へ上昇流で通液される。この時、下層33は酸再生剤の供給圧により上昇し仕切板34と接触し、この状態で通液し続けると、強酸性カチオン交換樹脂が酸再生剤により効率良く再生され、この時の酸再生廃液は出入管35を経由して外部配管35Aから排出される。下層33の強酸性カチオン交換樹脂の向流再生を行った後、酸再生剤に代えて純水を塔底から供給し、塔本体31の塔頂、塔底の双方から通水して下層33の強酸性カチオン交換樹脂の洗浄操作を行い、洗浄廃液は出入管35、外部配管35Aから排出される。
【0052】
下層の洗浄操作の後、通水入口側に位置する上層32の強塩基性アニオン交換樹脂を向流再生する。即ち、下層33の洗浄水はバランス水として供給すると共に、外部配管35Aからアルカリ再生剤として例えば水酸化ナトリウム水溶液を上昇流で塔本体31内へ供給する。これによりアルカリ再生剤は出入管35を介して仕切板34の下側の隙間に流入し、ここでバランス水と合流し、仕切板34を介して強塩基性アニオン交換樹脂からなる上層32全体へ上昇流で通液される。この通液に伴って上層32は上昇して第3仕切板37と接触する。この状態でアルカリ再生剤を通液し続けると、アルカリ再生剤により強塩基性アニオン交換樹脂は効率良く再生され、この時のアルカリ再生廃液は第2流出管31Cから排出される。強塩基性アニオン交換樹脂の向流再生後、アルカリ再生剤の供給を停止し、塔底のみから純水を上昇流通水して上層32の強塩基性アニオン交換樹脂の洗浄操作を行う。後は、通水工程と再生工程とを逆洗操作を行うことなく繰り返してイオン交換反応により原水を処理して純水を製造する。
【0053】
従って、本実施形態によれば、図1に示すイオン交換塔10の下降流通水、上昇流再生による効果、及び図3に示すイオン交換塔20の両イオン交換樹脂層の通水順序による効果を期することができる。
【0054】
図6に示すイオン交換塔30Aは、図5に示すイオン交換塔30における塔本体31の縦方向中央近傍の仕切板34の下方に空間を介して第4仕切板38が設けられていると共に両仕切板34、38間の空間に出入管35が配置され、第4仕切板38と下層33の強酸性カチオン交換樹脂の間に隙間がある以外は図5に示すイオン交換塔30と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔30Aにおいても図5に示すイオン交換塔30と同様に下降流通水、上昇流再生でイオン交換が行われる。
【0055】
従って、本実施形態によれば、出入管35が両仕切板34、38間の空間に配置され、上下のイオン交換樹脂層32、33から隔離されているため、再生工程において後で向流再生するアルカリ再生剤によって下層33の強酸性カチオン交換樹脂が逆再生されることがなく、逆再生部分を生じない分だけ下層33の強酸性カチオン交換樹脂のイオン交換容量が増大する。また、その他に、本実施形態においても図5に示すイオン交換塔30に準じた作用効果を期することができる。
【0056】
図7に示すイオン交換塔30Bは、図5に示すイオン交換塔30における塔本体31の縦方向中央近傍の仕切板34が省略されて上層32と下層33とが直接積層され、下層33の強酸性カチオン交換樹脂の上部に出入管35が埋設されている以外は図5に示すイオン交換塔30と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔30Bにおいても図5に示すイオン交換塔30と同様に下降流通水、上昇流再生でイオン交換が行われる。従って、本実施形態によれば、上層32の強塩基性アニオン交換樹脂と下層33の強酸性カチオン交換樹脂とが比重差により区画されているだけのため、両イオン交換樹脂層の界面で両者が僅かに混合し、後で行われる強塩基性アニオン交換樹脂の再生時に下層33の強酸性カチオン交換樹脂の出入管35より上の部分がアルカリ再生剤により逆再生されるが、この部分は通水時には上流側に位置するため、強酸性カチオン交換樹脂のイオン交換容量は低下するが、処理水の水質には影響しない。また、本実施形態においても図5に示すイオン交換塔30に準じた作用効果を期することができる。
【0057】
本発明においては、強酸性カチオン交換樹脂を上層あるいは下層に、また、強塩基性アニオン交換樹脂を上層あるいは下層に積層充填し、この積層を維持したまま通水及び再生を行うことを基本操作とするが、強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂を仕切板で分割する場合と、仕切板で分割することなく、直接両イオン交換樹脂を積層する場合とがある。但し、強酸性カチオン交換樹脂を上層に、強塩基性アニオン交換樹脂を下層にして充填する場合には、強酸性カチオン交換樹脂の比重が強塩基性アニオン交換樹脂の比重より大きいため、逆洗は実施しないものの、相互にその流れ方向と逆方向の通水と再生を繰り返すことにより次第に強酸性カチオン交換樹脂粒子が強塩基性アニオン交換樹脂層に侵入し、処理水の純度を低下させる傾向となる。従って、このような積層充填の場合には両イオン交換樹脂を仕切板で分割することが好ましい。一方、図7等に示したように強塩基性アニオン交換樹脂を上層にして積層する場合には通水と再生を繰り返しても上層の強塩基性アニオン交換樹脂粒子が下層の強酸性カチオン交換樹脂層に侵入し難いため、仕切板の設置を省略することができる。
【0058】
図8に示すイオン交換塔40は、図3に示すイオン交換塔20の場合とは強酸性カチオン交換樹脂層と強塩基性アニオン交換樹脂層の上下関係が逆になっていると共に各イオン交換樹脂の再生剤の給排位置を変えて上昇流通水、下降流再生の向流再生を行うように構成されている。これらの点以外は図3に示すイオン交換塔20に準じて構成されている。従って、各構成部材は図3に示すイオン交換塔20の各構成部材と同一または相当する部材には40番台の符号を附し、その説明を省略する。
【0059】
次に、上記イオン交換塔40を用いた本発明にイオン交換方法について説明する。通水工程で原水を処理する時には、原水が塔底の流入管41Aから塔本体41内へ上昇流で流入し、第2仕切板46を介して強酸性カチオン交換樹脂からなる下層43下面全面に分散する。下層43は原水の給水圧によりピストン移動して仕切板44と接触して固定層を形成し、この状態で原水が通水する間に原水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン等のカチオンが強酸性カチオン交換樹脂により除去される。その後、原水は仕切板44を介して強塩基性アニオン交換樹脂からなる上層42下面全面に分散し、下層43と同様に上層42がピストン移動して第3仕切板47と接触して固定層を形成し、この状態でアニオン除去後の処理水が通水する間にその硫酸イオン、塩素イオン等のアニオンやシリカが強塩基性アニオン交換樹脂により除去される。この処理水は第3仕切板47を経由し、流出管41Bから高純度の純水として流出し、次工程へ供給される。
【0060】
原水の処理により各イオン交換樹脂が貫流点に達したら再生工程で各イオン交換樹脂を再生する。それには各イオン交換樹脂層を逆洗することなく、まず、通水出口側に位置する上層42の強塩基性アニオン交換樹脂を向流再生する。即ち、アルカリ再生剤として例えば水酸化ナトリウム水溶液を塔頂の第2流入管41Dから下降流供給すると共に、バランス水を塔底部から塔本体42内へ上昇流で供給する。これによりアルカリ再生剤は第2仕切板47を介して上層42全体に分散し、アルカリ再生剤が上層42全体を下降流で通液し、この通液の間に強塩基性アニオン交換樹脂が再生される。この間、塔底部からバランス水が上昇流で通水されているため、バランス水によりアルカリ再生剤の下層43への侵入を防止する。そして、アルカリ再生廃液は出入管45においてバランス水と合流し、外部配管45Aから排出される。上層42の強塩基性アニオン交換樹脂の向流再生後、アルカリ再生剤に代えて純水を塔頂から供給し、塔本体41の塔頂、塔底の双方から通水して上層42の強塩基性アニオン交換樹脂の洗浄操作を行い、洗浄廃液は出入管45、外部配管45Aから排出される。
【0061】
上層の洗浄操作の後、通水入口側に位置する下層43の強酸性カチオン交換樹脂を向流再生する。即ち、酸再生剤として例えば塩酸水溶液を直胴部の外部配管45Aから下降流で供給すると共にバランス水を塔頂部から下降流で供給する。これにより酸再生剤は出入管45から上層42の最下部に流入し、バランス水と合流して仕切板44を介して下層43の強酸性カチオン交換樹脂全体へ下降流で通液される。酸再生剤が下層43を通液する間に強酸性カチオン交換樹脂は効率良く再生される。強酸性カチオン交換樹脂の向流再生操作が終了したら、引き続き、塔頂のみから純水を下降流通水し、下層43の強酸性カチオン交換樹脂を洗浄し、再生操作を終了する。後は、通水工程と再生工程とを逆洗操作を行うことなく繰り返してイオン交換反応により原水を処理して純水を製造する。
【0062】
従って、本実施形態によれば、図3に示すイオン交換塔20の上昇流通水、下降流再生による効果、及び図1に示すイオン交換塔10の両イオン交換樹脂層の通水順序による効果を期することができる。
【0063】
図9に示すイオン交換塔40Aは、図8に示すイオン交換塔40における塔本体41の縦方向中央近傍の仕切板44の下方に空間を介して第4仕切板48が設けられていると共に両仕切板44、48間の空間に出入管45が配置され、第4仕切板48と下層43の強酸性カチオン交換樹脂との間に隙間がある以外は図8に示すイオン交換塔40と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔40Aにおいても図8に示すイオン交換塔40と同様に上昇流通水、下降流再生でイオン交換が行われる。
【0064】
従って、本実施形態によれば、出入管45が両仕切板44、48間の空間に配置され、上下のイオン交換樹脂層42、43から隔離されているため、再生工程において後で向流再生する酸再生剤によって上層42の強塩基性アニオン交換樹脂が逆再生されることがなく、逆再生部分を生じない分だけ上層42の強塩基性アニオン交換樹脂のイオン交換容量が増大する。また、その他に、本実施形態においても図8に示すイオン交換塔40に準じた作用効果を期することができる。
【0065】
図10に示すイオン交換塔40Bは、図8に示すイオン交換塔40における塔本体の縦方向中央近傍の仕切板が省略されて上層42と下層43とが直接積層されている以外は図8に示すイオン交換塔40と同様に構成されている。そして、このイオン交換塔40Bにおいても図8に示すイオン交換塔40と同様に上昇流通水、下降流再生でイオン交換が行われる。従って、本実施形態によれば、上層42の強塩基性アニオン交換樹脂と下層43の強酸性カチオン交換樹脂とが比重差により区画されているだけのため、両イオン交換樹脂層の界面で両者が僅かに混合し、後で行われる強酸性カチオン交換樹脂の再生時に上層42の強塩基性アニオン交換樹脂の出入管45より下の部分が酸再生剤により逆再生されるが、この部分は通水時には上流側に位置するため、強塩基性アニオン交換樹脂のイオン交換容量は低下するが、処理水の水質には影響しない。また、本実施形態においても図8に示すイオン交換塔40に準じた作用効果を期することができる。
【0066】
図11は前述したように例えば図3に示すイオン交換塔20を純水製造装置に適用した図を示す。この純水製造装置の場合には、イオン交換塔20が逆浸透膜装置50の下流側に配置され、逆浸透膜装置50により原水中の微粒子が除去されると共に、硬度成分の大部分が除去された透過水がイオン交換塔20に流入するように構成されている。このようにイオン交換塔20を逆浸透膜装置50の下流側に配置することにより、イオン交換樹脂層が微粒子の蓄積により、その圧力損失が増大することがなく、更に、強塩基性アニオン交換樹脂層に水酸化マグネシウム等が発生することがなく、長期間に渡って安定した運転を行うことができる。
【0067】
尚、図示してないが、炭酸水素カルシウムや炭酸水素マグネシウムを含む被処理水を処理するに当たり、弱酸性カチオン交換樹脂と脱炭酸塔を組み合わせた脱アルカリ軟化装置でまず被処理水を処理した後、本発明の各イオン交換塔で処理することもできる。H形弱酸性カチオン交換樹脂に上記被処理水を通水すると、炭酸水素イオンに対応するカルシウムイオン、マグネシウムイオンはイオン交換され、炭酸水素イオンは遊離炭酸となる。従って、これを脱炭酸塔で処理することにより、遊離炭酸の大部分を除去することができる。このような処理方法を採用すれば、炭酸水素イオンは本発明のイオン交換塔のイオン負荷から除くことができ、より低コストで純水を得ることができる。また、弱酸性カチオン交換樹脂は再生効率は良いため、その再生に当たっては本発明のイオン交換塔における強酸性カチオン交換樹脂を再生した再生廃液を利用することができる。
【0068】
また、本発明に用いるイオン交換塔を例えば2基設置した場合には、メリーゴーランド方式により運転することにより各イオン交換樹脂の利用効率を高め、連続的に効率良く純水を製造することができる。
【0069】
尚、図11ではイオン交換塔20を逆浸透膜装置50の下流側に配置したものについて説明したが、その他の図2〜図10に示したイオン交換塔も同様に図11に示す純水製造装置に適用することができる。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項1〜請求項11に記載の発明によれば、次のような種々の効果を達成することができる。
(1)強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性カチオン交換樹脂を一塔内に充填したため、塔数を最小にすることができ、イオン交換装置をコンパクト化することができ、設置コスト及び設置面積を大幅に削減することができる。
(2)一塔内に両イオン交換樹脂を充填するとは云え、従来のように両イオン交換樹脂を混合することなく、両イオン交換樹脂の積層状態を維持したまま通水及び再生を行うため、従来の混床式イオン交換装置で発生したような両イオン交換樹脂によるクランピング現象による再生不良を生じることなく、しかも、向流再生を行うため、処理水中のシリカに関しては混床式イオン交換装置よりむしろ優れている。即ち、混床式イオン交換装置においては、再生後にイオン交換樹脂を混合するため、再生によって残留したシリカ形の強塩基性アニオン交換樹脂が全樹脂層に分散して平均化してしまい、処理水のシリカリークは、この平均化したシリカ形の分率によって決定されるが、本発明は向流再生であるため、処理水流出側は完全に再生されており、シリカリークが極めて少ない。
(3)積層させた強酸性カチオン交換樹脂と強塩基性アニオン交換樹脂を再生するに当たり、通水後に逆洗を実施することなく向流再生を行うため、再生操作そのものを理想的な状態で行うことができ、再生剤の使用量当たりの再生後に生成させるH形強酸性カチオン交換樹脂あるいはOH形強塩基性アニオン交換樹脂の量を最大にすることができ、処理容量を大きくすることができる。
(4)積層させた両イオン交換樹脂を再生するに当たり、強酸性カチオン交換樹脂から強塩基性アニオン交換樹脂へ通水する場合には強塩基性アニオン交換樹脂を再生した後強酸性カチオン交換樹脂を再生し、強塩基性アニオン交換樹脂から強酸性カチオン交換樹脂へ通水する場合には強酸性カチオン交換樹脂を再生した後強塩基性アニオン交換樹脂を再生するというように、両イオン交換樹脂に被処理水を通水する順序と逆の順序で再生することにより、後から再生する一方のイオン交換樹脂の再生剤が先に再生した他方のイオン交換樹脂と接触して塩形となってもこの塩形が最上流部に位置するため、処理水の純度に全く影響を与えないようにすることができる。
(5)両イオン交換樹脂を仕切板によって仕切ることにより通水と再生を繰り返し行っても両イオン交換樹脂が混合することなく、安定したイオン交換操作を実施することができる。
(6)逆浸透膜装置を設置し、被処理水を逆浸透膜装置により処理し、その透過水を本発明に用いるイオン交換塔で処理するフローにより微粒子の蓄積によるイオン交換樹脂層の圧力損失の増大等の障害を防止することができ、更に、強塩基性アニオン交換樹脂を先に接触させる場合であっても強塩基性アニオン交換樹脂層に水酸化マグネシウム等の沈澱物を発生させることがなく、高純度の処理水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の一実施形態を示す構成図である。
【図2】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の他の実施形態を示す構成図である。
【図3】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図4】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図5】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図6】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図7】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図8】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図9】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図10】本発明のイオン交換方法に好適に用いられるイオン交換塔の更に他の実施形態を示す構成図である。
【図11】図1に示すイオン交換塔を適用した純水製造装置の要部を示すフロー図である。
【符号の説明】
10、20、30、40 イオン交換塔
10A、20A、30A、40A イオン交換塔
11、21、31、41 塔本体
12、22、32、42 上層(イオン交換樹脂層)
13、23、33、43 下層(イオン交換樹脂層)
14、24、34、44 仕切板
15、25、35、45 出入管
18、28、38、48 第3仕切板
30B、40B イオン交換塔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion exchange method and an ion exchange tower used in the ion exchange method, and more specifically, for example, suitably used when producing pure water used for cleaning water for boiler feed water or electronic parts. The present invention relates to an ion exchange method and an ion exchange column used in the ion exchange method.
[0002]
[Prior art]
Typical examples of conventional ion exchange methods and ion exchange columns include a two-bed three-column ion exchange device and a mixed bed ion exchange device. The two-bed / three-column ion exchange apparatus includes, for example, a cation exchange column filled with a strongly acidic cation exchange resin, an anion exchange column filled with a strongly basic anion exchange resin, and a decarboxylation disposed between the two. For example, after ion exchange of calcium ions, magnesium ions, sodium ions, etc. in the raw water with hydrogen ions of the strongly acidic cation exchange resin in the cation exchange tower by the downward flowing water of the raw water, Carbonate ions are decarboxylated under acidic conditions, and then ion exchange of sulfate ions, chloride ions, and other anions and silica in the raw water with hydroxide ions of strongly basic anion exchange resin is performed by descending circulating water in the anion exchange tower. And pure water is produced. When regenerating each of the ion exchange resins, for example, the regenerant is passed through each ion exchange tower in a downward flow to perform cocurrent regeneration, or each regenerant is passed in an up flow. And countercurrent regeneration is performed.
[0003]
On the other hand, the mixed bed type ion exchange apparatus includes an ion exchange tower having a packed bed composed of a mixed ion exchange resin layer in which a strongly acidic cation exchange resin and a strongly basic anion exchange resin are mixed. Thus, pure water with high purity is produced by simultaneously exchanging cations and anions in the raw water with high efficiency in the ion exchange tower. When each ion exchange resin is regenerated, the mixed ion exchange resin layer is backwashed and separated in the same column. Due to the specific gravity difference of each ion exchange resin, a strong basic anion exchange resin layer is formed in the upper layer and a strong acidity is formed in the lower layer. After forming the cation exchange resin layer, the respective regenerants are passed through each ion exchange resin layer to regenerate both ion exchange resins individually. This regeneration operation may be performed in the same column, or each ion exchange resin may be individually extracted in another column and may be individually regenerated in each column.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the conventional two-bed / three-column ion exchange apparatus, the tower structure is a three-column structure including a cation tower, a decarbonation tower, and an anion tower. There was a problem that it would be expensive. On the other hand, in the case of a mixed bed type ion exchange apparatus, only one ion exchange tower is required and the apparatus itself can be reduced in size, but a strongly acidic cation exchange resin and a strongly basic anion exchange resin are mixed. Therefore, a so-called clamping phenomenon may occur in which both ion exchange resins adhere to each other to form a mixed resin lump. This mixed resin mass is difficult to completely separate by the backwash separation operation during regeneration, and the mixed resin mass is present in both the strongly acidic cation exchange resin layer and the strongly basic anion exchange resin layer after separation by the backwash separation operation. Therefore, even if the regeneration operation is performed, the mixed resin lump existing in each layer becomes defective in regeneration, or the mixed resin lump is reversely regenerated in each layer. When mixing operation is performed in this state, for example, a strongly acidic cation exchange resin reversely regenerated to the sodium form releases sodium, and a strongly basic anion exchange resin regenerated to the chlorine ion form releases the chloride ion form. However, these impurities released near the tower outlet are not removed, and the purity of the treated water is lowered. Even in the absence of such a clamping phenomenon, the ion exchange resin layer located on the outlet side at the time of regeneration flow tends to have a slight amount of impurity ions remaining. The mixing operation prior to passing water results in a uniform distribution in the layer, so that impurity ions are released when the water flows and the purity of the treated water is lowered. For example, silica is an impurity that tends to remain in the resin grains after regeneration, and a silica leak of about 1 to 5 ppb cannot be avoided in a mixed bed type apparatus that performs a mixing operation before passing water. In the case of the mixed bed type, since the backwash separation operation is performed in the ion exchange tower in the regeneration process, the tower height is required to be about twice the height of the packed bed. There was a problem that could not be done. In addition, when the regeneration operation is performed in a separate tower, a separate regeneration tower is required, and an increase in the size of the apparatus cannot be avoided.
[0005]
As an ion exchange device that prevents mixed ion exchange resin clamping, for example, there is also a multilayer ion exchange device in which a strongly basic anion exchange resin layer is laminated on a strongly acidic cation exchange resin layer and descending water flows. In the case of this apparatus, for example, the upper strong base anion exchange resin layer is regenerated by the descending flowing liquid, and the lower strong acid cation exchange resin layer is regenerated by the rising flowing liquid. There is a problem that impurity ions such as silica remain in the lower layer part of the exchange resin, or reverse regeneration parts are generated by the mutual regenerant near the interface between both ion exchange resin layers, and sufficient purity cannot be obtained. Further, in the case of this multi-layer type ion exchange apparatus, since raw water first comes into contact with a strongly basic anion exchange resin layer, when applied to raw water having a high hardness component, hydroxylation is performed in the strongly basic anion exchange resin layer when water is passed. In order to produce a poorly soluble substance such as magnesium, a water softener must be installed in the previous stage, and there is a problem of increasing the size of the apparatus.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The ion exchange apparatus can be made compact, there is no regeneration failure due to clamping, and there is no leakage of impurity ions such as silica leakage, and high purity. Exchange method capable of producing water of the same and ion exchange used in this ion exchange method Tower The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the ion exchange method according to claim 1 of the present invention, a water passing step of passing water to be treated into each of the strongly acidic cation exchange resin layer and the strongly basic anion exchange resin layer formed in the same tower, A regenerating process including an operation of passing each regenerant through each of the ion exchange resin layers, wherein the water passing process and the regenerating process are alternately performed. The treated water is passed through one ion exchange resin layer of both ion exchange resin layers while maintaining the laminated state of the ion exchange resin, and then passed through the other ion exchange resin layer. , Without performing the back washing operation of both the ion exchange resins, the respective regenerants are passed through the respective ion exchange resin layers in the direction opposite to the direction in which the water to be treated is passed. At the same time, the both ion exchange resins are regenerated in the reverse order of passing the water to be treated through the both ion exchange resins. It is characterized by this.
[0009]
Further, the claims of the present invention 2 In the ion exchange method described in 1), water to be treated is passed through the strong acid cation exchange resin layer formed as the upper layer and the strongly basic anion exchange resin layer formed as the lower layer in the same tower in a downward flow from the upper layer to the lower layer. An ion exchange method that includes a water-passing step and a regeneration step including an operation of passing each regenerant in an upward flow through each ion-exchange resin layer, and alternately performing the water-passing step and the regeneration step. In the regeneration step after the completion of the water flow step, the regenerant is first passed through the strong base anion exchange resin in the lower layer without performing the back washing operation of the both ion exchange resins. The regenerant is passed through a strong acidic cation exchange resin in the upper layer.
[0010]
Further, the claims of the present invention 3 In the ion exchange method described in 1), water to be treated is passed through the strong acid cation exchange resin layer formed as the upper layer and the strongly basic anion exchange resin layer formed as the lower layer in the same tower in an upward flow from the lower layer to the upper layer. An ion exchange method that includes a water-passing step and a regeneration step including an operation of passing each regenerant in a downward flow through each of the ion exchange resin layers, and alternately performing the water-passing step and the regeneration step. In the regeneration step after completion of the water flow step, the regenerant is first passed through the strong acidic cation exchange resin of the upper layer without performing the backwash operation of the both ion exchange resins, and then the lower layer. The regenerant is passed through a strongly basic anion exchange resin.
[0011]
Further, the claims of the present invention 4 In the ion exchange method described in 1), water to be treated is passed through the strong base anion exchange resin layer formed as the upper layer and the strong acid cation exchange resin layer formed as the lower layer in the same tower in a downward flow from the upper layer to the lower layer. An ion exchange method that includes a water-passing step and a regeneration step including an operation of passing each regenerant in an upward flow through each ion-exchange resin layer, and alternately performing the water-passing step and the regeneration step. In the regeneration step after the completion of the water flow step, the regenerant is first passed through the strongly acidic cation exchange resin in the lower layer without performing the back washing operation of the both ion exchange resin layers, and then The regenerant is passed through the upper strong base anion exchange resin layer.
[0012]
Further, the claims of the present invention 5 In the ion exchange method described in 1), the water to be treated is passed through the strong base anion exchange resin layer formed as the upper layer and the strong acid cation exchange resin layer formed as the lower layer in the same tower in an upward flow from the lower layer to the upper layer. Ion exchange method comprising: a water-passing step, and a regeneration step including an operation of passing each regenerant in a downward flow through each of the ion exchange resin layers, and alternately performing the water-passing step and the regeneration step. In the regeneration step after completion of the water-passing step, the regenerant is first passed through the strong basic anion exchange resin in the upper layer without performing the backwash operation of both ion-exchange resin layers, and then The regenerant is passed through a strongly acidic cation exchange resin in the lower layer.
[0013]
Further, the claims of the present invention 6 The ion exchange method according to claim 1 is a claim. 5 In the invention according to any one of the above, permeated water previously treated by a reverse osmosis membrane device is used as the water to be treated.
[0014]
Further, the claims of the present invention 7 The ion exchange tower described in A water passing step for passing water to be treated in a downward flow from the upper layer to the lower layer through the strongly acidic cation exchange resin layer formed as the upper layer and the strongly basic anion exchange resin layer formed as the lower layer in the same tower; A regeneration step including an operation of passing each regenerant in an upward flow through the ion exchange resin layer, and the regeneration after completion of the water flow step when the water flow step and the regeneration step are alternately performed. In the process, without performing the back-washing operation of the both ion exchange resins, the regenerant is first passed through the strongly basic anion exchange resin in the lower layer, and then the regenerant is added to the strongly acidic cation exchange resin in the upper layer. Circulate An ion exchange tower used in an ion exchange method by descending circulating water and upward flow regeneration, in which a partition plate for partitioning an upper strong acid cation exchange resin layer and a lower strong base anion exchange resin layer is laterally arranged in the tower. And an inlet / outlet pipe for the regenerant in the vicinity of the lower part of the partition plate, and the partition plate is configured to allow the water to be treated to flow, but to block the flow of the ion exchange resins. It is what.
[0015]
Further, the claims of the present invention 8 The ion exchange tower described in A water passing step of passing water to be treated in an upward flow from the lower layer to the upper layer through the strongly acidic cation exchange resin layer formed as the upper layer and the strongly basic anion exchange resin layer formed as the lower layer in the same tower; A regeneration step including an operation of passing each regenerant in a downward flow through the ion exchange resin layer, and the regeneration after completion of the water flow step when the water flow step and the regeneration step are alternately performed. In the process, without performing the back washing operation of the both ion exchange resins, the regenerant is first passed through the strong acidic cation exchange resin in the upper layer, and then the regenerant is added to the strongly basic anion exchange resin in the lower layer. Let it through, An ion exchange tower used in an ion exchange method by ascending circulation water and downflow regeneration, and a partition plate for partitioning an upper strong acid cation exchange resin layer and a lower strong base anion exchange resin layer in a horizontal direction in the tower And an inlet / outlet pipe for the regenerant in the vicinity of the upper part of the partition plate, and the partition plate is configured to allow the water to be treated to flow, but to block the flow of the ion exchange resins. It is what.
[0016]
Further, the claims of the present invention 9 The ion exchange tower described in A water passing step of passing the water to be treated in a downward flow from the upper layer to the lower layer through a strongly basic anion exchange resin layer formed as an upper layer and a strongly acidic cation exchange resin layer formed as a lower layer in the same tower; A regeneration step including an operation of passing each regenerant in an upward flow through the ion exchange resin layer, and the regeneration after completion of the water flow step when the water flow step and the regeneration step are alternately performed. In the process, the regenerant is first passed through the strongly acidic cation exchange resin in the lower layer without performing the back washing operation of the both ion exchange resin layers, and then the regeneration is performed in the strongly basic anion exchange resin layer in the upper layer. Liquid agent Downstream flow water, an ion exchange tower used in an ion exchange method by upward flow regeneration, which allows the flow of treated water through an upper strong basic anion exchange resin layer and a lower strong acid cation exchange resin layer. A partition plate that prevents the flow of each ion-exchange resin was partitioned, or a partition line for the regenerant was provided near the separation boundary surface of the two ion-exchange resin layers or the lower portion of the partition plate without partitioning by the partition plate. It is characterized by.
[0017]
Further, the claims of the
[0018]
Further, the claims of the present invention 11 The ion exchange tower described in A water passing step for passing water to be treated to each of the strongly acidic cation exchange resin layer and the strongly basic anion exchange resin layer formed in the same tower, and the respective regenerants through each of the ion exchange resin layers. A regenerating step including an operation to perform the water flow step and the regenerating step alternately. In the water passing step, the water to be treated is treated with both ion exchange resins while maintaining the laminated state of both ion exchange resins. After passing through one ion exchange resin layer of the layer, the other ion exchange resin layer is passed through, and in the regeneration step, each of the ion exchange resin layers is performed without performing a backwash operation of the both ion exchange resins. In addition, the respective regenerants are passed in the direction opposite to the direction in which the water to be treated is passed, and the ion exchange resins are regenerated in the reverse order to the order in which the water to be treated is passed through the both ion exchange resins. Do An ion exchange tower used in an ion exchange method, wherein upper and lower two-stage partition plates for partitioning a strongly acidic cation exchange resin layer and a strongly basic anion exchange resin layer are respectively provided in the tower in a lateral direction through a space. An inlet / outlet pipe for each of the regenerants is provided in a space between the partition plates, and the partition plates are configured to allow the water to be treated to flow but prevent the flow of the ion exchange resins. It is what.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiments shown in FIGS. In addition, in each figure, FIGS. 1-10 is a conceptual diagram which shows embodiment of the ion exchange tower used for the ion exchange method of this invention, respectively, FIG. 11 applied the ion exchange tower shown in FIG. It is a flowchart which shows the principal part of a pure water manufacturing apparatus.
[0020]
The
[0021]
In addition, each of the
[0022]
Further, a second outflow pipe 11C through which the acid regeneration waste solution of the strongly acidic cation exchange resin in the
[0023]
Therefore, at the time of regeneration, the alkali regenerant flows into the bottom space of the tower body 11 from the second inflow pipe 11D at the bottom of the tower, and is dispersed throughout the lower surface of the strongly basic anion exchange resin in the
[0024]
As the regeneration order, the strongly basic anion exchange resin of the
[0025]
In FIG. 1, the inlet /
[0026]
Next, the ion exchange method of the present invention using the
[0027]
When each ion exchange resin reaches the flow-through point due to the raw water treatment, each ion exchange resin is regenerated in a regeneration step. For this purpose, first, the strongly basic anion exchange resin of the
[0028]
After the washing operation of the lower layer, the strongly acidic cation exchange resin of the
[0029]
In the present invention, without performing the back washing operation of both ion exchange resin layers after the end of water flow, the respective regenerant is passed in the direction opposite to the direction in which the water to be treated is passed through the both ion exchange resin layers. In order to perform so-called countercurrent regeneration, it can be regenerated as it is without disturbing the arrangement of the ion forms formed in the ion exchange resin layer at the end of water flow, and the regenerated form of the lowest layer remaining at the end of water flow The ion exchange resin can be used effectively and the regeneration efficiency can be maximized. For example, the case of the strongly acidic cation exchange resin of the
[0030]
As described above, according to the present embodiment, the strongly acidic cation exchange resin and the strongly basic anion exchange resin are accommodated in one tower, so that the apparatus is compact compared with the conventional two-bed / three-column ion exchange apparatus. Can be
[0031]
In this embodiment, the strongly acidic cation exchange resin layer and the strongly basic anion exchange resin layer that are independent from each other in the same column are regenerated countercurrently, so that the water outlet side of each of the upper and lower ion exchange resins is always fresh. Can be regenerated with a suitable regenerant, and the leakage of impurity ions to the treated water can be greatly reduced. The Shi Moreover, the strongly acidic cation exchange resin and the strongly basic anion exchange resin are partitioned as upper and
[0032]
Further, according to the present embodiment, the raw water is passed in the order of the strong acid cation exchange resin and the strong basic anion exchange resin in the descending flow, and the raw water does not come into direct contact with the strong basic anion exchange resin. When raw water containing a large amount of hardness components such as magnesium ions is treated in the raw water, these hardness components are removed by the strongly acidic cation exchange resin of the
[0034]
The ion exchange column 10A shown in FIG. 2 includes a
[0035]
According to the present embodiment, since the inlet /
[0036]
The
[0037]
That is, as shown in FIG. 3, the
[0038]
The
[0039]
Further, a
[0040]
Therefore, at the time of regeneration, the acid regenerant is supplied from the
[0041]
As the regeneration order, the strong acid cation exchange resin of the
[0042]
Next, the ion exchange method of the present invention using the
[0043]
When each ion exchange resin reaches the flow-through point due to the raw water treatment, each ion exchange resin is regenerated in a regeneration step. For this purpose, first, the strongly acidic cation exchange resin of the
[0044]
After the washing operation of the upper layer, the strongly basic anion exchange resin of the
[0045]
Therefore, according to the present embodiment, the raw water first comes into contact with the strongly basic anion exchange resin in an upward flow and is ion-exchanged in a slightly alkaline atmosphere. Therefore, nonionic silica such as colloidal silica is dissolved by alkali. And can be efficiently removed in the form of ions. Moreover, since it is rising circulation water in this embodiment, the upper and
[0046]
In the embodiment shown in FIG. 3, as shown in the flow of FIG. 11 to be described later, the water to be treated has been subjected to reverse osmosis membrane treatment to remove most of the hardness components such as calcium and magnesium in the raw water in advance. It is suitable when softened water or demineralized water obtained by treating raw water with a known ion exchange device is treated as water to be treated. It can be said that all of the embodiments in which the water to be treated, which will be described later, is initially passed through the strongly basic anion exchange resin layer, are described above.
[0047]
The
[0048]
Therefore, according to this embodiment, since the inlet /
[0049]
The
[0050]
Next, an ion exchange method according to the present invention using the
[0051]
When each ion exchange resin reaches the flow-through point due to the raw water treatment, each ion exchange resin is regenerated in a regeneration step. For this purpose, first, the strongly acidic cation exchange resin of the
[0052]
After the lower layer washing operation, the strongly basic anion exchange resin in the
[0053]
Therefore, according to this embodiment, the effect of the downward flowing water and the upward flow regeneration of the
[0054]
The
[0055]
Therefore, according to this embodiment, since the inlet /
[0056]
In the
[0057]
In the present invention, the basic operation is to carry out the water flow and regeneration with the strong acid cation exchange resin laminated in the upper layer or the lower layer and the strong base anion exchange resin in the upper layer or the lower layer and maintaining this lamination. However, there are a case where the strongly acidic cation exchange resin and the strongly basic anion exchange resin are divided by the partition plate, and a case where both the ion exchange resins are directly laminated without being divided by the partition plate. However, when the strong acid cation exchange resin is filled in the upper layer and the strong base anion exchange resin is filled in the lower layer, the specific gravity of the strong acid cation exchange resin is larger than the specific gravity of the strong base anion exchange resin. Although not carried out, strongly acidic cation exchange resin particles gradually invade into the strongly basic anion exchange resin layer by repeating water flow and regeneration in the opposite direction to each other and tend to reduce the purity of the treated water. . Therefore, in the case of such lamination filling, it is preferable to divide both ion exchange resins with a partition plate. On the other hand, as shown in FIG. 7 and the like, when the strong base anion exchange resin is laminated as an upper layer, the upper layer strongly basic anion exchange resin particles are still in the lower layer strongly acidic cation exchange resin even if water flow and regeneration are repeated. Since it is difficult to enter the layer, installation of the partition plate can be omitted.
[0058]
The
[0059]
Next, an ion exchange method according to the present invention using the
[0060]
When each ion exchange resin reaches the flow-through point due to the raw water treatment, each ion exchange resin is regenerated in a regeneration step. For this purpose, first, the strongly basic anion exchange resin of the
[0061]
After the washing operation of the upper layer, the strongly acidic cation exchange resin of the
[0062]
Therefore, according to the present embodiment, the effect of the upward circulation water and the downward flow regeneration of the
[0063]
The
[0064]
Therefore, according to this embodiment, since the inlet /
[0065]
The
[0066]
FIG. 11 shows a diagram in which, for example, the
[0067]
In addition, although not shown in figure, in processing the to-be-processed water containing calcium hydrogen carbonate or magnesium hydrogen carbonate, after processing to-be-processed water first with the dealkalization softening device which combined the weakly acidic cation exchange resin and the decarbonation tower. It can also be processed in each ion exchange column of the present invention. When the water to be treated is passed through an H-type weakly acidic cation exchange resin, calcium ions and magnesium ions corresponding to the bicarbonate ions are ion-exchanged, and the bicarbonate ions become free carbonates. Therefore, most of the free carbonic acid can be removed by treating it with a decarboxylation tower. By adopting such a treatment method, hydrogen carbonate ions can be removed from the ion load of the ion exchange tower of the present invention, and pure water can be obtained at a lower cost. In addition, since the weakly acidic cation exchange resin has a good regeneration efficiency, a regeneration waste solution obtained by regenerating the strongly acidic cation exchange resin in the ion exchange tower of the present invention can be used for the regeneration.
[0068]
Further, when, for example, two ion exchange towers used in the present invention are installed, the use efficiency of each ion exchange resin can be increased by operating by the merry-go-round method, and pure water can be produced continuously and efficiently.
[0069]
In addition, although what demonstrated the ion-
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to eleventh aspects of the present invention, the following various effects can be achieved.
(1) Since a strongly acidic cation exchange resin and a strongly basic cation exchange resin are packed in one tower, the number of towers can be minimized, the ion exchange apparatus can be made compact, and the installation cost and installation area can be reduced. It can be greatly reduced.
(2) Even though both ion exchange resins are packed in one tower, without mixing both ion exchange resins as in the past, in order to perform water flow and regeneration while maintaining the laminated state of both ion exchange resins, In order to perform countercurrent regeneration without causing regeneration failure due to clamping phenomenon due to both ion exchange resins as occurs in conventional mixed bed ion exchangers, mixed bed ion exchangers for silica in treated water Rather better. That is, in the mixed bed type ion exchange apparatus, since the ion exchange resin is mixed after the regeneration, the silica-type strongly basic anion exchange resin remaining by the regeneration is dispersed and averaged in the entire resin layer, and the treated water is Silica leak is determined by this averaged silica-type fraction, but since the present invention is countercurrent regeneration, the outflow side of the treated water is completely regenerated and the silica leak is extremely small.
(3) When the laminated strong acid cation exchange resin and strong base anion exchange resin are regenerated, the regeneration operation itself is performed in an ideal state because countercurrent regeneration is performed without backwashing after passing water. It is possible to maximize the amount of H-type strongly acidic cation exchange resin or OH-type strongly basic anion exchange resin produced after regeneration per the amount of the regenerant used, and to increase the processing capacity.
(4) When regenerating the laminated ion exchange resin, when water is passed from the strongly acidic cation exchange resin to the strongly basic anion exchange resin, the strongly acidic cation exchange resin is regenerated after regenerating the strongly basic anion exchange resin. When the water is regenerated and water is passed from the strongly basic anion exchange resin to the strongly acidic cation exchange resin, both the ion exchange resins are coated such that the strong acid anion exchange resin is regenerated after the strong acid cation exchange resin is regenerated. By regenerating in the reverse order of passing the treated water, the regenerant of one ion exchange resin that is regenerated later is the other ion exchange that has been regenerated first. resin The salt form is located in the most upstream part even if it comes into contact with the salt, so that the purity of the treated water can be prevented from being affected at all.
(5) Even if water passage and regeneration are repeatedly performed by partitioning both ion exchange resins with a partition plate, stable ion exchange operation can be performed without mixing both ion exchange resins.
(6) A pressure loss of the ion exchange resin layer due to accumulation of fine particles by a flow in which a reverse osmosis membrane device is installed, water to be treated is treated by the reverse osmosis membrane device, and the permeate is treated by the ion exchange tower used in the present invention. In addition, it is possible to prevent precipitation such as magnesium hydroxide in the strong basic anion exchange resin layer even when the strong basic anion exchange resin is contacted first. And high-purity treated water can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an ion exchange column suitably used in the ion exchange method of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing another embodiment of an ion exchange column preferably used in the ion exchange method of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing still another embodiment of an ion exchange column suitably used in the ion exchange method of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing still another embodiment of an ion exchange column preferably used in the ion exchange method of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram showing still another embodiment of an ion exchange column preferably used in the ion exchange method of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram showing still another embodiment of an ion exchange column preferably used in the ion exchange method of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram showing still another embodiment of an ion exchange column suitably used in the ion exchange method of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram showing still another embodiment of an ion exchange column suitably used in the ion exchange method of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing still another embodiment of an ion exchange column suitably used in the ion exchange method of the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram showing still another embodiment of an ion exchange column suitably used in the ion exchange method of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart showing the main part of a pure water production apparatus to which the ion exchange tower shown in FIG. 1 is applied.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30, 40 Ion exchange tower
10A, 20A, 30A, 40A ion exchange tower
11, 21, 31, 41 Tower body
12, 22, 32, 42 Upper layer (ion exchange resin layer)
13, 23, 33, 43 Lower layer (ion exchange resin layer)
14, 24, 34, 44 Partition plate
15, 25, 35, 45 Access pipe
18, 28, 38, 48 Third partition plate
30B, 40B ion exchange tower
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-
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105000632A (en) * | 2015-08-05 | 2015-10-28 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | Trace-amount and high-purity water preparation device and method |
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