JP3078565B2 - 懸濁液のイオン交換処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、懸濁液のイオン交換処理を効果的に実施で
きる装置に関し、さらに詳しくは、懸濁液をイオン交換
処理できて、脱イオンされた懸濁媒体が確実に採取で
き、しかも懸濁質を有用な酸性微粒子ないしは塩基性微
粒子として、分離・採取できる装置に関する。

〔従来の技術〕

イオン交換塔に充填された粒状のイオン交換樹脂の固
定層は、懸濁質（懸濁粒子）を補足するので、懸濁液の
イオン交換処理は困難である。懸濁液は、予め限外濾過
処理し、懸濁質を除去して後、イオン交換処理を行なう
のが常法である。ところが、この方法では、限外濾過処
理可能な処理液のpH値が限られるため、限外濾過の前に
酸性物質または塩基性物質の添加によりpHを調整せざる
をえない。そうすると、濾過液中の電解質イオン濃度が
増える。

第３図に、懸濁液から懸濁質を除去して脱イオン水な
どの精製された懸濁媒体を得ることを目的とする従来の
脱イオン純水装置の回路を示す。イオン交換処理塔Ａ
（アニオン交換樹脂塔）およびＣ（カチオン交換樹脂
塔）の前後に、限外濾過装置をはじめ各種フィルターＦ
を使用する。各種フィルターは、懸濁質の化学特性（例
えば、酸または塩基性）を無視して補足するので、懸濁
質をその化学特性に分別して分離回収することができ
ず、通常、補足された懸濁質は濾過材と共に廃棄され
る。

第４図に、懸濁液から懸濁質を採取する従来の排水処
理のフローを示す。懸濁液（排水）に凝集剤（電解質）
を添加し、沈降分離槽42で凝集・沈降した懸濁質を分離
し、上澄液をオーバーフロー槽43を通じて回収する。凝
集剤を添加しているため、精製された懸濁媒体および懸
濁質を得ることはできない。また、懸濁質をその化学的
特性により分別することもできない。

脱イオンの水準を高めるためには、アニオンおよびカ
チオン交換樹脂の両者を混合した複床式を用いるか、特
殊な循環回路の設定が不可欠である（特公昭61−59793
号公報）。従来のイオン交換処理法によれば、高度の脱
イオン純水の製造は可能ではあるが、懸濁液中に含まれ
る懸濁質の有効利用はできない。

懸濁液のイオン交換処理を目詰まりなく実施する方法
として、樹脂層が集積しない上向きの通液方法が提案さ
れているが（特開昭59−92028号）、イオン交換樹脂が
静置する下向きの通液に比べて、イオン交換樹脂を浮遊
流動させるために大きな空間と余分のエネルギーを必要
とし、しかも必ずしも目詰まりを防止し得ないので、こ
の方法を工業的規模で採用することは困難である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、従来困難であった懸濁液のイオン交換処理
が、効率的かつ高度にでき、かつ、化学的に同じ特性の
懸濁質を分離・回収できる装置を提供することにある。

イオン交換処理を高度に実施するには、充填樹脂量に
対する通液速度（空間速度）が小さい程よいが、懸濁液
中の懸濁粒子がイオン交換処理塔内で沈降して目詰まり
原因になりやすい。イオン交換処理塔内には、通常、直
径数mmの粒状のイオン交換樹脂の固定層が形成されてお
り、処理液は多数のイオン交換樹脂粒子の間隙を通過す
る。そこで、目詰まりしないようにするには通液速度が
大きい程よいが、イオン交換処理反応が不充分になる。

本発明者は、鋭意研究した結果、イオン交換処理塔の
目詰まり原因となる懸濁液中の粗大粒子を予め分離・除
去する大一分離手段を設け、粗大粒子を分離・除去した
後、懸濁液を単一極性の粒状イオン交換樹脂を収容した
イオン交換処理塔に通液してイオン交換処理を行ない、
しかもこの際、イオン交換処理塔におけるイオン交換樹
脂当たりの処理流量を大きくして目詰まりを避け、次い
で、イオン交換処理を行なった懸濁液から懸濁質を分離
するための第二分離手段に処理液を送り込むとともに、
第二分離手段の処理液の少なくとも一部を第一分離手段
に戻す循環回路を設置し、高速処理操作のためイオン交
換処理が不充分になった場合、繰り返しイオン交換処理
を行なうように構成することにより、前記目的を達成で
きることを見出した。

また、この循環回路の途中に、限外濾過手段および／
または主回路に用いたイオン交換樹脂と反応極性の粒状
イオン交換樹脂を収容したイオン交換処理塔を設けるこ
とにより、高度に脱イオンされた懸濁媒体と、精製・分
級された酸性微粒子または塩基性微粒子を得ることがで
きる。さらに、主回路中に、アニオン交換処理塔とカチ
オン交換処理塔とを直列に設置することによっても、高
度に脱イオンされた懸濁媒体と、精製・分級された酸性
微粒子または塩基性微粒子を得ることができる。

さらに、主回路中に、分離手段および単一極性の粒状
イオン交換樹脂を収容したイオン交換処理塔の組合わせ
を多数配置することにより、イオン交換処理能力を増大
させることができる。

本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至った
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

かくして、本発明によれば、原懸濁液を投入し、懸濁
質中のストークス径10μｍ超過の粗大粒子を分離するた
めの沈降分離槽からなる第一分離手段（ａ）、単一極性
の粒状イオン交換樹脂を収容したイオン交換処理塔
（ｂ）、イオン交換処理を行なった懸濁液から懸濁質を
分離するための沈降分離槽からなる第二分離手段
（ｃ）、および前記各手段（ａ）、（ｂ）、（ｃ）間を
直列に連通する流路手段を含む主回路を構成するととも
に、第二分離手段（ｃ）の処理液の少なくとも一部を第
一分離手段（ａ）に戻す循環回路を設置してなり、イオ
ン交換処理塔（ｂ）にＨ型カチオン交換樹脂またはOH型
アニオン交換樹脂を収容し、Ｈ型カチオン交換樹脂で処
理した場合に沈降する懸濁質中の酸性微粒子、あるいは
OH型アニオン交換樹脂で処理した場合に沈降する懸濁質
中の塩基性微粒子を第二分離手段（ｃ）から採取するよ
うに構成した懸濁液のイオン交換処理装置が提供され
る。

また、本発明の一実施形態によれば、原懸濁液を投入
し、懸濁質中の粗大粒子を分離するための第一分離手段
（Ａ）、単一極性の粒状イオン交換樹脂を収容した第一
のイオン交換処理塔（Ｂ）、該イオン交換処理塔（Ｂ）
でイオン交換処理を行なった懸濁液から懸濁質を分離す
るための第二分離手段（Ｃ）、前記イオン交換樹脂と反
応極性の粒状イオン交換樹脂を収容した第二のイオン交
換処理塔（Ｄ）、該イオン交換処理塔（Ｄ）でイオン交
換処理を行なった懸濁液から懸濁質を分離するための第
三分離手段（Ｅ）、および各手段（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）間を直列に連通する流路手段を
含む主回路を構成するとともに、第三分離手段（Ｅ）の
処理液の少なくとも一部を第一分離手段（Ａ）に戻す循
環回路を設置してなる懸濁液のイオン交換処理装置が提
供される。

以下、本発明について詳述する。

（懸濁液） 処理する懸濁液（原懸濁液）とは、懸濁質の大きさが
主として数ミクロンの粒子が分散した液で、濁りが認め
られるものをいう。濁りの程度は、肉眼に限らず、光学
的解析で識別できる程度のものを含む。したがって、白
濁液、乳濁液、コロイド溶液、エマルジョン等で呼ばれ
るものを含む。懸濁媒体の主成分は水であるが、アルコ
ール等の親水性溶剤を含有してもよい。懸濁質の内容
は、有機物、無機物、天然物、合成物を問わない。

本発明で用いる原懸濁液は、自然環境および各種産業
における各種懸濁液であり、これらをより価値の高い懸
濁液に改良し、価値の高い懸濁質および懸濁媒体を回収
する目的で処理する。

具体的には、例えば、 （１）懸濁した自然河水から浄水の採取、懸濁質の回
収、 （２）鉱山排水、土木工事排水、砂利洗浄排水、等から
有用な懸濁質の回収、 （３）サンドプラスト、鋳物型材に用いたケイ砂の洗浄
排水から有用な懸濁質の回収、 （４）酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マンガン、
酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛等の金属酸化物微粒子顔料、
各種微粒子顔料の製造における洗浄工程、 （５）各種産業のコロイド液、乳濁液、エマルジョンと
呼ばれる高分子の水分散液、ゲル化した高分子の微粒子
分散液、例えば、希釈した水性塗料である電着塗装液を
現場で精製可能ならしめて、良好な電着塗装ができる装
置および精製塗料の製造装置、 などを挙げることができる。

以上の懸濁液の処理に共通する課題は、懸濁液のイオ
ン濃度を増加させずにpH調整することと、懸濁質の化学
的（酸、塩基）、物理的（形状など）区分である。懸濁
液中の懸濁質の凝集あるいは解膠などのためのpH調整
を、従来のように酸性物質や塩基性物質を添加して行な
うのではなく、イオン交換処理により、懸濁液中に含ま
れるアニオンをOH^-イオンに交換してpHを高め、カチオ
ンをH⁺イオンに交換してpHを下げる方法が効果的であ
り、それを確実に実行できる装置が求められている。

（イオン交換処理装置） 本発明のイオン交換処理装置について、図面を参照し
ながら説明する。

第１図は、主回路に単一極性の粒状イオン交換樹脂を
収容したイオン交換処理塔を１つ用いた場合の１実施態
様を示すフロー図である。

タンク１は、原懸濁液を投入し、粗大粒子を分離する
ための沈降分離槽であり、連続遠心分離機D1が併設され
ている。連続遠心分離機D1は、沈降分離槽の底から採取
した懸濁液を遠心分離処理し、軽液をタンク１に戻し、
重液は取出口101より一旦排出し、機械的に粉砕して元
に戻すか、廃棄する。また、タンク１には、緩衝タンク
３が併設されている。これらは、第一分離手段を構成す
る。タンク１には、原懸濁液が自動的に補給され、満水
時に自動停止するようにし、処理液が取出された量だけ
補給される。

第一分離手段における分離の目安は、イオン交換処理
塔の目詰まり原因となるストークス径10μｍ超過、好ま
しくは６μｍ超過に相当する懸濁質を取出口101から分
離・除去する方法が適する。この値は、イオン交換樹脂
粒子の大きさが数mm程度の場合の値であり、イオン交換
樹脂の粒径が大きければ、それに応じて大きな懸濁質の
処理が可能となる。

タンク１からのオーバーフロー懸濁液は、緩衝タンク
３からポンプP₁により、イオン交換処理塔に送液され
る。通常、柔らかい素材で構成されるマグネットポンプ
を用い、柔軟構造の耐圧ホースでイオン交換処理塔、さ
らに沈降分離手段に導く。ポンプP₁は、緩衝タンクが空
になれば自動的に停止するようにし、通常操業では停止
しないように充分な大きさの緩衝タンクを設ける。

イオン交換処理塔には、例えば、Ｈ型カチオン交換樹
脂またはOH型アニオン交換樹脂などの単一極性の粒状イ
オン交換樹脂を収容してある。本発明では、イオン交換
処理塔におけるイオン交換樹脂当たりの懸濁液の処理流
量（空間速度）を大きくし、粒状のイオン交換樹脂層に
より懸濁質（懸濁粒子）が補足されて、目詰まりするの
を防ぐ。イオン交換樹脂としては、粒径の大きなものが
好ましい。

イオン交換処置された懸濁液は、タンク２に導かれ
る。タンク２は、連続遠心分離機D2および緩衝タンク４
を併設した沈降分離槽である。イオン交換処理によるpH
変化の結果、懸濁質がその化学的性質に応じて凝集して
沈降する。例えば、Ｈ型カチオン交換樹脂を用いたイオ
ン交換処理によりpHが６以下に低下すると、懸濁液中の
酸性粒子が凝集し、一方、OH型アニオン交換樹脂を用い
たイオン交換処理によりpHが８以上に上昇すると、塩基
性粒子が凝集する。

タンク２では、充分な滞留時間を与えて静置し、上記
凝集した懸濁質を沈降させる。また、上澄み液（103）
を自然流下で緩衝タンク３に戻すための戻り回路を設
け、イオン交換処理を繰り返し実施して、イオン交換処
理を進行せしめる。連続遠心分離機D2では、タンク２の
底から採取した懸濁液を遠心分離処理して、軽液をタン
ク２に戻し、重液を取出口102から採取する。これら
は、第二分離手段を構成する。

緩衝タンク４では、タンク２からオーバーフローした
上澄液（103）をポンプP₂により、バルブV₁を経てタン
ク１に循環させ、沈降しなかった懸濁液のイオン交換処
理反応を繰り返し実施することができる。あるいは、取
出口106から排出し、清澄液として利用するもできる。

また、第二分離手段の溢水の一部をバルブV₂を経て第
一分離手段に戻す循環回路の途中に、主回路に用いたイ
オン交換樹脂と反対極性の粒状イオン交換樹脂を収容し
たイオン交換処理塔を設け、主回路でイオン交換したの
と逆の極性のイオンをイオン交換処理するようにすれ
ば、懸濁液の脱イオン反応が進行し、より一層精製され
た懸濁媒体液を得ることができる。これは、タンク５、
ポンプP₅を経て取出口104から採取する。

循環回路中に、限外濾過手段を設け、第二分離手段の
溢水の少なくとも一部をバルブV₃を経て限外濾過し、そ
の濃縮液を第二分離手段に戻し、濾過液からは清澄な懸
濁媒体をタンク６、ポンプP₆を経て採取するようにして
ある。さらに、これをイオン交換処理すれば、一層精製
された懸濁媒体液を取出口104から採取できる。

なお、第１図には、主回路中にイオン交換樹脂塔が１
つの場合を示したが、さらに、分離手段および単一極性
の粒状イオン交換樹脂を収容したイオン交換処理塔の組
合わせを少なくとも１組以上配設し、流路手段により直
列に連通するようにしてもよい。

第２図は、単一極性の粒状イオン交換樹脂を収容した
イオン交換処理塔（例えば、アニオン交換処理塔）と、
このイオン交換樹脂と反対極性の粒状イオン交換樹脂を
収容したイオン交換処理塔（例えば、カチオン交換処理
塔）を直列に設けた構造のイオン交換処理装置を示すフ
ロー図である。

タンク21、22、23、連続遠心分離機D₁、D₂、D₃および
緩衝タンク24、25、26は、それぞれ第２図のように併設
されて第一ないし第三分離手段を構成する。

例えば、OH型アニオン交換樹脂を収容した第一のイオ
ン交換処理塔とＨ型カチオン交換樹脂を収容した第二の
イオン交換処理塔を直列に配置し、かつ、各分離手段の
間に設けた戻り回路が構成する循環回路を利用して、イ
オン交換樹脂当たりの処理流量を大きくして効果的なイ
オン交換処理ができる。OH型のアニオン交換樹脂で処理
した場合に沈降する塩基性の微粒子は、第二分離手段の
取出口202から、また、Ｈ型のカチオン交換樹脂で処理
した場合に沈降する酸性の微粒子は、第三分離手段の取
出口203から、それぞれの極性により区別して得ること
ができる。

第三分離手段から第一分離手段に戻る回路の途中に限
外濾過手段を設け、第三分離手段の溢水の少なくとも一
部を限外濾過し、その濃縮液を第三分離手段に戻し、濾
過液からは清澄な懸濁媒体を取出口204から採取する。
また、第三分離手段の溢水の一部を第一分離手段に戻す
循環回路の途中に、主回路に用いた第二のイオン交換処
置塔のイオン交換樹脂と反対極性の粒状イオン交換樹脂
を収容した副イオン交換処理塔を設けて、イオン交換処
理をさらに効率よく行なうことができ、その処理液を取
出口205より取出すことができる。

なお、第２図には、主回路中に極性の異なるイオン交
換樹脂を収容したイオン交換処理塔を２つ用いた場合に
ついて示したが、さらに、追加の分離手段とイオン交換
処理塔の組合わせを配置してもよい。

〔発明の効果〕

本発明においては、イオン交換処理の前に粗大粒子を
沈降分離で確実に除去し、かつ、懸濁液をできるだけ速
くイオン交換処理塔を通過させることにより、目詰まり
なく大量処理が可能となった。

イオン交換処理において、その前後に沈降分離手段間
に設けた戻り回路で構成する循環回路により、イオン交
換処理手段を通過する液量を大きくし、その結果処理不
足になった場合、処理回数を増やすことができて、イオ
ン交換処理が不完全にならないようにできた。

高速イオン交換処理では、電荷が二価、三価のイオン
に比べて、一価のイオンが選択的に除去される。例え
ば、金属の腐食原因となる一価のアニオン、塩素イオン
や一価のカチオン、ナトリウムイオンを他のイオンより
先に効率よく除去できるという有利な現象が発揮でき
る。

アニオン交換処理後の分離手段から塩基性微粒子、カ
チオン交換処理後の分離手段から酸性微粒子を各々分離
して懸濁質が回収できるため、それらの有効利用が可能
となった。

いずれの分離手段でも沈降分離しない懸濁質は、限外
濾過手段の濃縮比率を可能な限り高めて、その濃縮液取
出口206より取出せる。このものは、酸性微粒子、塩基
性微粒子を除去された中性の微粒子もしくは両性の高分
子からなる微粒子であり、純粋に取出せることに本発明
装置の特徴がある。

懸濁液中のイオン濃度が減少する方向でpH調整が可能
となり、限外濾過の効率が向上し、清澄な濾過液が大量
に安定して採取できる。

アニオン交換処理とカチオン交換処理を直列に配置
し、かつ、循環回路を用いて高速処理することにより、
高速の脱イオン精製ができる。

〔実施例〕

以下に、実施例を示して、本発明についてさらに具体
的に説明する。

［実施例１］ （精製カオリンの製造方法） 第１図に示す本発明装置を用いて、カオリンの懸濁液
（濃度３重量％の水懸濁液）をカチオン交換処理する方
法について説明する。

イオン交換処理塔の前に、原懸濁液中の粗大粒子を除
くために設けた第一分離手段は、直径2.65m、底面積5.5
m²の円形タンクを有し、懸濁液を0.5m³/時間の割合で注
入すると、液面の上昇速度は9cm/時間となった。

タンク深さを選択し、充分な滞留時間を与えれば、沈
降速度9cm/時間の微粒子は、円形タンクから溢れ出な
い。この沈降速度は、カオリンの場合、水温10〜15℃に
おいて、ストークス径が約６μｍに相当し、これを超え
る粒子がこの第一分離手段で除去できる。このタンク
に、上記ストークス径の粒子を沈降せしめる連続遠心分
離機を併用すると、タンクの規模は、単なる遠心分離操
作の緩衝タンクの大きさでよい。

タンク底から採取した懸濁液を連続遠心分離機で処理
し軽液を補助タンク３に戻した。重液は、約60重量％の
ケーキ状の懸濁質の濃縮液となり、これが取り出せた。
６μｍを超える大きな粒子の比率が元のカオリンの５倍
以上であったので、これを機械的に粉砕して、第一分離
手段に戻した。

0.5m³/時間の割合でのイオン交換処理が４時間安定供
給できるように、容積2m³の緩衝タンクを設け、ポンプP
₁に、500／時間、揚程5mのマグネットポンプを用い、
耐圧ホースでＨ型カチオン交換樹脂の粒子（住友化学
（株）製、商品名デュオライトC20）を収容したカチオ
ン交換処理塔に導いた。この工程でカオリン懸濁液中に
含まれるカチオンが除かれる。

イオン交換処理塔の後に設けた第二分離手段は、高さ
2m、断面積1m²の沈降分離槽を有し、連続遠心分離機D2
とともに、0.5m³/時間の割合で次の処理が４時間安定供
給できるように、容積2m³の緩衝タンクが併設されてい
る。

沈降分離槽１の一定高さに懸濁液が自動的に補給さ
れ、緩衝タンク３に、沈降分離槽２の溢水を戻り回路か
ら導き、各緩衝タンクの渇水時はポンプが自動停止する
ようにすると、ポンプP₁、P₂を常時稼動させ得る。タン
ク２の溢水をポンプP₂の回路または自然流下回路でタン
ク１ないし３に戻して循環させ、カチオン交換処理で懸
濁液のpHが低下するにつれ、沈降物が生じタンク２の上
水は透明になる。これを取出口106より取り出すと、原
懸濁液が自動的に補給される。

上水の透明度が不足の場合は、限外濾過し、タンク
６、ポンプP₆を経て取出口105より清澄液を採取でき
た。

なお、原懸濁液が濃い場合、２〜３重量％に希釈する
展開水として、上記上澄液を循環回路中に設けたOH型ア
ニオン交換樹脂の粒子（住友化学（株）製、商品名デュ
オライトA101）を収容したアニオン交換処理塔で処理し
て、カチオン、アニオン両者が除去された高度の脱イオ
ン水をタンク５、ポンプP₅を経て取出口104から取り出
せる。これをタンク１に戻して利用した。この工程で、
カオリンに含まれるアニオンが除去される。希釈倍率を
高めるほどにアニオン除去効果が高まる。

タンク２の沈降層を連続遠心分離処理し、約40重量％
のクリーム状の酸性懸濁質が取出口102から取り出せ
た。６μｍ以下の小さな粒子だけの酸性カオリンが得ら
れた。

［実施例２］ （砂利洗浄排水懸濁液の処理方法） 砂利洗浄排水懸濁液をタンク１に注ぎ、連続遠心分離
機D1の取出口101から粗大な砂成分を、D2の取出口102か
ら微細な粘土成分を回収できた。バルブV₃を開け限外濾
過を使用すれば、取出口104から清澄な水も得られ、さ
らにアニオン交換処理した脱イオン水も取出口104から
得られた。これらの水を砂利洗浄に利用した結果、高度
の脱イオン洗浄した砂が得られるようになった。洗浄対
象が砂に限定されないのはもちろんのことである。

［実施例３］ （酸化鉄顔料の精製方法） 製鉄工場で発生する塩化鉄溶液を、加熱焼成し塩酸を
回収すると酸化鉄微粒子が生成する。

通常、凝集体が多く、このままでは価値がない。純粋
に分散し、溶解水を分析して、数千ppmの塩化物が残留
していることが分かった。塩化物の少ないものを製造す
るには加熱焼成にコストがかさみ、千ppm未満のもの
は、現状ではできないとされている。

塩化物が千ppmの酸化鉄微粒子粉末を、脱イオン水で4
0重量％の懸濁液にして、第１図のイオン交換処理装置
のタンク１に投入した。主イオン交換塔にアニオン交換
樹脂（住友化学（株）製、商品名デュオライトA101）、
副イオン交換塔にカチオン交換樹脂（住友化学（株）
製、商品名デュオライトC20）を充填し、濃度３重量％
に希釈して1m³/時間の流速で展開した。遠心分離機D1の
取出口101から１μｍ超過の粗大物を除去した。連続遠
心分離機D2の取出口102から１μｍ以下の微粒子の40重
量％懸濁液を回収し、これをスプレードライ乾燥し精製
酸化鉄微粒子を得た。この製品の塩化物濃度は43ppmで
あった。即ち、含量の脱イオン洗浄が実施できた。

［実施例４］ （酸化鉄顔料の高度の精製方法） 第２図に示す装置は、第１図に示す装置の主イオン交
換処理塔を２連に直列配置したものである。第一の塔に
カチオン交換樹脂（住友化学（株）製、商品名デュオラ
イトC20）、第二の塔にアニオン交換樹脂（住友化学
（株）製、商品名デュオライトA101）を充填した。循環
回路中に設けた副イオン交換処理塔には、カチオン交換
樹脂（住友化学（株）製、商品名デュオライトC20）を
用いた。

塩化物が千ppmの酸化鉄微粒子を、脱イオン水で40重
量％の懸濁液にして、第２図のイオン交換処理装置のタ
ンク１に注いだ。濃度３重量％に希釈し、1m³/時間の流
速で展開した。連続遠心分離機D1の取出口201から１μ
ｍを越える粗大物を除去した。連続遠心分離機D2の取出
口202から１μｍ以下の酸性微粒子が濃度40重量％のス
ラリーとして回収できたが、ごく僅かであった。

連続遠心分離機D3の取出口203から１μｍ以下の微粒
子の40重量％のスラリーを多量に回収でき、この微粒子
は見掛け上中性で、塩化物濃度は13ppm、ケイ酸イオン
濃度も14ppmと極めて少なかった。アニオン除去の前に
カチオン除去の構成を直列に配して、高度の脱イオンが
実施できた。

なお、主回路中に、さらに、分離手段とカチオン交換
処理塔、分離手段とアニオン交換処理塔の組合わせを所
望の数だけ配置して直列回路を構成すれば、一層高度の
脱イオン処理が可能となる。

［実施例５］ （電着塗方法） 従来法 第５図に従来の電着塗装液の精製フローを示す。電着
塗装した被塗装物をすすぐ洗浄液を、電着塗装液を限外
濾過して得た濾過液を用いて、洗浄後の液をもとの電着
塗装液に戻すことにより、付着した塗料を系外に出さず
に回収できる。カチオン型電着塗装の場合、塗料のpHが
低いほど限外濾過し易いが塗装性能が低下する。限られ
たpH範囲でしか限外濾過できないので、限定された濾過
膜カートリッジしか使えない。それでも目詰まりが起こ
り、運転圧力が高まり、濾過膜の破損が起こり易い。Na
イオンが蓄積すると、塗装膜の防錆機能が低下するの
で、Naイオンの除去が必要で、従来の電着塗装装置で
は、限外濾過液を徐々に放出している。この放出が定常
化して電着塗装が見掛け上安定操業される。

限外濾過液の排出は、コロイドの精製手段としては画
期的な方法で、電着塗装法の重要な技術であるが、有機
溶媒等の有効成分も放出されるので、この定期的補充が
必要になる。限外濾過液の排出は有機溶媒資源の浪費に
なるばかりではなく、限外濾過液のBOD、COD負荷が高い
ため、そのまま自然環境に放流できない。電着塗装工程
の最終段のすすぎ洗浄液を排出する場合は、希釈されて
通常の設備でBOD、CODを低下できるが、BOD、COD負荷の
高い限外濾過液はそのまま焼却処分されるので、その処
理コストもかさむ。限外濾過液をイオン交換処理するの
が無難ではあるが、イオン交換のために限外濾過設備を
新設し、限外濾過液のすすぎ洗浄液を放流して一般水と
して処理する設備を新設する負担が大きい。即ち、電着
塗装液そのものをイオン交換処理することが好ましい。
顔料を含まないいわゆるクリヤー塗料は、イオン交換処
理が採用できるが、顔料を含む電着塗料に採用しがた
い。

顔料でも酸化チタンのように１μｍ以下の微粒子の場
合は、白色塗料として採用できる。塗膜外観に単純な白
色から、真珠、絹状の光沢ないしはつや剤と呼ばれてい
る微妙な風合いの塗装が望まれるようになってきた場
合、数μｍの形状に特徴のある顔料、例えば、雲母、雲
母状顔料、セリサイト等の利用が試みられる。これらの
一次粒子は、イオン交換処理等の目詰まりを起こさない
が、電着塗装では種々の原因で凝集物が発生し、これを
除去しないとイオン交換処理はできない。従来のフィル
ターでは、その更新コストがかさみ、実用は限られた分
野でしかない。電着塗装で発生する凝集物の原因があま
り解明されていないが、アニオン型電着塗料の場合、被
覆される電極となる陽極ではアノード溶解が起こり、陽
極の金属が鉄、アルミニウムの場合の溶出イオンは二価
アニオンとなる場合が多い。二価アニオンは数10ppm程
度の微量でも効果的に電着塗料の樹脂コロイドを凝集せ
しめる。従ってアニオン除去が必要である。数10ppmと
いう微量のアニオン除去の有効な手段がない。

カチオン型電着塗料でも塩化物イオンが多いと、装置
の陽極材が溶出し、異常が間接的に起こるので、より慎
重な対策が必要となる。

例えばエポキシ樹脂に残留する塩化物イオンを、塗料
に添加した酢酸鉛と反応せしめて、溶けない塩化鉛の微
粒子として、電着塗膜に組み込まれるか、電着塗装装置
各所につけたフィルターで除去される。この方法では、
フィルターの更新コストがかさむし、休日、液温度低下
時に、塩化鉛が10μｍ以上の粗大に析出すると10〜20μ
ｍの厚みの電着塗膜の塗装外観を損なう。こうした粗大
粒子除去も電着塗装にとって重要な技術である。

本発明の装置を用いた電着塗装方法 第１図に示した本発明装置のタンク１に、pH6.5、導
電率985μS/cmの15重量％電着塗装液を注いだ。連続遠
心分離機D1で上記塩化鉛をはじめ、６μｍ超過の各種の
粗大な凝集物を除いた。数ミリのイオン交換樹脂（住友
化学（株）製、商品名デュオライトC20）の間隙を６μ
ｍ以下の微粒子は容易に通過し、詰まることなくカチオ
ン交換処理されてタンク２に導かれた。

タンク２からオーバーフローでタンク１に戻るので、
可能な限り高速で処理できる。カチオン型電着塗料中の
有用な二価の鉛イオンより、不要な一価のNaイオンが選
択的に除去でき、塗装液のpHが6.2と僅かに低下し、カ
チオン型電着塗装液は、より安定な分散状態になるの
で、凝集、目詰まりの心配は全くなくなった。この液を
ポンプP₂、バルブV₃を経て限外濾過すると、本発明処理
しない原液を直接限外濾過するときと比べて、限外濾過
が極めて円滑にできた。従来は、このpH調節を酢酸添加
でしかできなかった。すすぎ液が大量に採取できたた
め、自動車車体の複雑な構造物の隙間も極めて円滑にす
すぎ洗浄ができ、これらの部位に残留した腐食イオンが
原因となって発生する錆発生を著しく軽減できた。

限外濾過液をさらに循環回路に設けたイオン交換処理
塔のアニオン交換樹脂（住友化学（株）製、商品名デュ
オライトA101）で処理しpHが6.9と僅かに上昇したもの
をすすぎ液として利用すると、一層効果的な洗浄が可能
になった。取出口105から取り出した濾液をそのまます
すぎ液に利用すると、pHが低下し過ぎる場合、電着塗膜
の表面が溶解するトラブルが起こることがあったが、取
出口104から取り出した濾液をすすぎ液とした場合は、
このトラブルが全く起こらなかった。いずれにせよ濾液
が元に戻るので、化学的収支は閉鎖系となる。アニオン
交換処理が組み込めたため、電着塗装に不可欠とされる
隔膜がなくても電着塗装液のpHを常に一定に保つことが
でき、極めて良好な電着塗装が実施できた。

電着塗装の基本特許は、pH管理に係わる技術で、フ
ィード法と呼ばれる補給塗料配合技術、隔膜法と呼ば
れる電気透析技術、カチオン交換法と呼ばれるイオン
交換処理技術に大別され、この第三の方法における本発
明により、第一、第二の方法をしのぐ効果が発揮でき
た。

本発明により、電着塗装設備が大幅に縮小でき、隔膜
で降下した電圧に伴う設備コスト、電力コストの低減効
果も大きい。イオン交換樹脂の再生を別途場所で集中的
に実施し、現場にカートリッジで提供すると、高度の維
持管理が極めて容易になり、電着塗装を大型の排水処理
設備を持たずに、誰もが実施できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明のイオン交換処理装置を
示すフロー図である。 第３図は、懸濁液から懸濁媒体を採取する従来の純水装
置を示すフロー図である。第４図は、懸濁液から懸濁質
を採取する従来の排水処理装置を示すフロー図である。
第５図は、従来の電着塗装方法を示すフロー図である。 １、２、21、22、23:沈降分離槽、D1、D2、D3:連続遠心
分離機、３、４、５、６、24、25、26、27、28:ポンプ
運転の緩衝タンク、101、102、201、202、203:主として
懸濁質を採取する取出口、104、105、106、204、205、2
06:主として懸濁媒体を採取する取出口。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原懸濁液を投入し、懸濁質中のストークス
   径10μｍ超過の粗大粒子を分離するための沈降分離槽か
   らなる第一分離手段（ａ）、単一極性の粒状イオン交換
   樹脂を収容したイオン交換処理塔（ｂ）、イオン交換処
   理を行なった懸濁液から懸濁質を分離するための沈降分
   離槽からなる第二分離手段（ｃ）、および前記各手段
   （ａ）、（ｂ）、（ｃ）間を直列に連通する流路手段を
   含む主回路を構成するとともに、第二分離手段（ｃ）の
   処理液の少なくとも一部を第一分離手段（ａ）に戻す循
   環回路を設置してなり、イオン交換処理塔（ｂ）にＨ型
   カチオン交換樹脂またはOH型アニオン交換樹脂を収容
   し、Ｈ型カチオン交換樹脂で処理した場合に沈降する懸
   濁質中の酸性微粒子、あるいはOH型アニオン交換樹脂で
   処理した場合に沈降する懸濁質中の塩基性微粒子を第二
   分離手段（ｃ）から採取するように構成した懸濁液のイ
   オン交換処理装置。
2. 【請求項２】第一分離手段および第二分離手段が遠心分
   離機を併設した沈降分離槽である請求項１記載のイオン
   交換処理装置。