JPH05212300A - イオン交換樹脂の再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 再生剤の片流れを防止し、少ない再生剤の使
用量で短時間に再生を行い得る再生方法を提供する。 【構成】 コレクター１４周りにイオン交換樹脂のブロ
ッキングを形成させてイオン交換樹脂１２，１３を再生
する方法において、（ａ）再生剤の流入を中断するとと
もに再生廃液の排出先をコレクター１４からイオン交換
塔下部に設けた排液管２３へ切り替えて下降流で通水す
る工程と、（ｂ）再生中の通水量より多量の水を供給す
るとともに排液をコレクターに切り替えてコレクター１
４周りにイオン交換樹脂のブロックを形成する工程と、
（ｃ）再生中の通水量より多量の水を供給しつつイオン
交換塔の下部から再生剤を流入させる工程と、（ｄ）イ
オン交換塔の下部から再生剤を流入させつつイオン交換
塔の上部からの水の供給量を通常の再生時の水の供給量
に減量する工程とを、１回または数回繰り返すことより
成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオン交換塔内にイオ
ン交換樹脂を充填し、下降流でイオン交換処理を行な
い、上昇流で酸、アルカリなどの再生剤を用いて当該イ
オン交換層を再生する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、イオン交換装置の操作方法と
して、並流再生方法と向流再生方法が知られている。

【０００３】これら両方法を比較した場合、一般的に向
流再生の方が処理水の比抵抗が高くなり、さらに再生剤
の使用量も少なくてすみ経済的であることから、最近多
く使用される傾向にある。

【０００４】また、向流再生方法には、下降流採水−上
昇流再生法（以下、上昇流再生法という。）と、下降流
再生−上昇流採水法（以下、下降流再生法という。）の
２方法があり、前者は後者に比較して、イニシャルコス
トが安く、イオン交換樹脂層の逆洗が短時間で容易にで
きるという利点があるため、半導体用超純水製造装置の
前処理として広く使用されている。

【０００５】近年、半導体もその製造コストをできるだ
け下げることに努力が傾注されてきており、半導体の製
造に用いられる超純水に対してもそのランニングコスト
を下げることが要求されている。

【０００６】超純水の処理コストを低減させるには、使
用する再生剤の量を少なくすることが最も効果的であ
り、このため上層を弱電解質イオン交換樹脂、下層を強
電解質イオン交換樹脂として、下層の強電解質イオン交
換樹脂の再生廃液で上層の弱電解質イオン交換樹脂も再
生して再生剤の使用量を少なくした複層床のイオン交換
塔が多く用いられている。

【０００７】図３は、従来から用いられている複層床の
上昇流再生方法における再生工程を説明するための模式
図である。

【０００８】この方法に用いられるイオン交換塔１内に
は、強電解質イオン交換樹脂を下層に弱電解質イオン交
換樹脂を上層に充填したイオン交換樹脂層２が形成さ
れ、弱電解質イオン交換樹脂層の上層部には再生廃液排
出用のコレクタ３が内設され、塔下部には再生剤用ディ
ストリビュータ４が内設されている。

【０００９】コレクタ３は、上昇流でイオン交換樹脂層
２を通過した再生剤とこの再生剤によりイオン交換樹脂
が流動化するのを防ぐため下降流で塔内に供給される水
（押し水）とからなる再生排液を排出するための機構で
ある。このようなレクタ３は、例えば周面に多数の穴を
穿設した複数の枝管を所定の間隔で平面的に配置して主
管に接続するとともに、各管の外周にイオン交換樹脂の
流入を妨げる網を巻き付けたもので構成することができ
る。

【００１０】なお、図示を省略したが、塔上部には原水
を流入させる水流入管や押し水を流入させる水流入管
が、塔底部には処理された水を排出させる処理水排液管
が取り付けられている。

【００１１】この方法において、処理工程から停止工程
に移行するには、まず、塔上部からの原水の供給と塔底
部からの処理水の排出とを停止する。停止後逆洗し、再
び塔上部から塔下部への通水を短時間行ってイオン交換
樹脂層２を圧縮する。しかる後、塔下部の廃液管を閉じ
てコレクタ３に接続された再生廃液管の弁を開放し、押
し水を下降流で、再生剤を上昇流で同時に流すと、図３
（ａ）に示すように、コレクタ３の周囲にイオン交換樹
脂のブロック（凝集して密着状態となったもの）Ａが十
分に形成されないため、樹脂層が上部に樹脂層の下部に
は空隙Ｂが形成される。

【００１２】この状態で塔下部の再生用ディストリビュ
ータ４から再生剤を上昇流で連続供給すると、イオン交
換樹脂層の下部から樹脂層の流動化が始まり上層へ広が
って再生剤の片流れが生じ、全体の樹脂を十分に再生で
きなくなり、このため採水時に処理水の水質及び収量の
悪化を起こす原因となる。

【００１３】さらに、このような従来の方法では、イオ
ン交換樹脂に再生剤と接するとその容積が収縮するとい
う性質がある上に、弱電解質イオン交換樹脂の場合では
フリー型と塩型間で変わる際、体積の膨脹収縮が顕著に
生ずるという性質があるため、コレクタを用いて樹脂層
をブロッキングして樹脂層を保持するようにしても、再
生につれてブロックの内部で収縮が起ると樹脂層は流動
してしまい、その結果、再生が不十分となり、かつ再生
剤の使用量も多くなってしまうという問題があった。

【００１４】このような問題を解消するため、上昇流再
生中に 1回ないし数回、短時間押し水と再生剤の流入と
を同時に中断して、コレクタの周りのイオン交換樹脂の
ブロッキングを解除して、イオン交換樹脂を自重により
下部に落下移動させた後、再び上昇流再生を行い、樹脂
層の流動化を防止する方法が採られている。

【００１５】しかしながら、この方法では押し水と再生
剤の流入とを同時にスタートさせ、コレクターまわりに
ブロッキングを形成させ樹脂層の流動化を防止している
がブロックを形成するまでに吸う分の時間がかかり、こ
の間に樹脂層が移動し、上記のように樹脂層の流動化の
原因となり、上昇流再生が不完全になる問題があった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、上昇流
再生法には、下層の強電解質イオン交換樹脂の再生廃液
で上層の弱電解質イオン交換樹脂の再生を行うことがで
きるため、再生剤量が少量で済むという利点がある半
面、特にイオン交換樹脂層を複層床で用いる場合には、
再生時に容積の大きい変動が生じ、このためコレクタを
用いて樹脂層をブロッキングして樹脂層をキープして
も、再生につれてブロックの内部で収縮が生じ樹脂層は
流動して再生剤の片流れが生じ十分な再生ができなくな
るという問題があった。

【００１７】本発明は、このような従来の問題を解決す
べくなされたもので、イオン交換樹脂の再生剤との接触
による収縮、弱電解質イオン交換樹脂のフリー型と塩型
間の体積の膨脹収縮による樹脂層の流動を抑制して再生
剤の片流れを防止し、これによって少ない再生剤の使用
量で十分で安定した再生を行い得る短時間で行うことの
可能なイオン交換樹脂の再生方法を提供することを目的
としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明のイオン交換樹脂
の再生方法は、イオン交換塔に収容されたイオン交換樹
脂層の上層にコレクターを内設して、該イオン交換塔の
下部より再生剤を流入させつつ該イオン交換塔の上部よ
り通水するとともに、再生廃液を前記コレクターから排
出することにより、前記コレクター周りにイオン交換樹
脂のブロッキングを形成させて前記イオン交換塔内のイ
オン交換樹脂を再生する方法において、（ａ）当該再生
中に前記再生剤の流入を一時的に中断するとともに再生
廃液の排出先を前記コレクターからイオン交換塔下部に
設けた排液管へ切り替えることにより前記イオン交換樹
脂層へ下降流で通水する工程と、（ｂ）該イオン交換塔
の上部から再生中の通水量より多量の水を供給するとと
もに排液先を前記イオン交換塔下部の排液管から前記コ
レクターに切り替えてコレクター周りにイオン交換樹脂
のブロックを形成する工程と、（ｃ）前記イオン交換塔
の上部から再生中の通水量より多量の水を供給しつつ前
記イオン交換塔の下部から再生剤を流入させる工程と、
（ｄ）前記イオン交換塔の下部から再生剤を流入させつ
つ前記イオン交換塔の上部からの水の供給量を通常の再
生時の水の供給量に減量する工程とを、１回または数回
繰り返すことを特徴としている。

【００１９】本発明においては、イオン交換樹脂層を、
下層に強電解質イオン交換樹脂層、上層に弱イオン交換
樹脂層を充填した複層床とすることが望ましい。

【００２０】

【作用】上昇流再生法におけるイオン交換樹脂層の支持
方法として、コレクターの周りにイオン交換樹脂による
ブロッキングを行う方法がある。

【００２１】この方法では、イオン交換樹脂層の上部に
内設したコレクタに、イオン交換塔の上部から流入され
る押し水とイオン交換塔の下部から上昇してくる再生廃
液とが同時に流入するため、コレクタの技管の周囲のイ
オン交換樹脂がコレクタの技管に押しつけられて、コレ
クタの技管の周囲にイオン交換樹脂のブロックが形成さ
れる。このブロックはイオン交換樹脂が再生剤の上昇流
により上向きに動こうとするのを抑制する作用をする。
このようなコレクタのブロック形成機能は、コレクタか
ら再生排液が排出されて初めて形成されるので、流動状
態のイオン交換樹脂が完全なブロックになるまでには多
少の時間を必要とする。

【００２２】従って、上昇流再生中に 1回ないし数回、
短時間押し水と再生剤の流入とを同時に中断した後、再
生操作を再開してブロックを再度形成させることによ
り、イオン交換樹脂の体積の膨脹収縮による樹脂層の流
動を防ぐ従来の方法では、コレクタの枝管にイオン交換
樹脂のブロックが形成されるまでの間イオン交換樹脂層
は上向きに移動してしまい、移動した位置にブロックが
形成されるため、イオン交換樹脂層がルーズになってし
まうという欠点があった。

【００２３】本願発明においては、再生中に前記再生剤
の流入を一時的に中断するとともに再生廃液の排出先を
前記コレクターからイオン交換塔下部に設けた排液管へ
切り替えることによりイオン交換樹脂層へ下降流で通水
し、次いでイオン交換塔の上部から再生中の通水量より
多量の水（例えば押し水と原水）を供給するとともに排
液先をコレクターに切り替えて流入させ、しかる後、イ
オン交換塔の上部からの水の供給量を通常の再生時の水
の供給量まで減量するようにしたので、通薬回始時にお
けるイオン交換樹脂層の移動を完全に防止することがで
きる。

【００２４】本発明の方法によれば、従来の押水と再生
剤の同時停止だけの操作に比較して、コレクターの周り
にブロックを完全に形成した後、再生剤を上昇流で通液
するためイオン交換樹脂層の上部への移動がなく、さら
に樹脂層を通水ブローする操作を加えているのでイオン
交換樹脂層が短時間でコンパクトとなり、イオン交換樹
脂層がルーズになることが防止される。

【００２５】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は、本発明に用いた複層床のフロー
を示す図であり、図２は本発明の一実施例を説明するた
めの図である。

【００２６】図１において、イオン交換塔１１内には強
電解質イオン交換樹脂１２が下層に、強電解質イオン交
換樹脂１３が上層に充填されている。弱電解質イオン交
換樹脂１３の上層部には再生廃液排出用のコレクタ１４
が内設され、このコレクタ１４には再生廃液流出用技管
１５が接続されている。技管１５は多数の穴のあいたス
テンレススチール管などを助骨状に配置接続し、管の外
周面にサラン布などの網体を巻き付けて構成されてい
る。

【００２７】イオン交換塔１１の上部には配水用ディス
トリビュータ１６が内設され、この配水用ディストリビ
ュータ１６には配水管１７が連通され、また配水管１７
には逆洗配水管１８がを分岐して接続されている。ま
た、イオン交換塔の上部には押え水流入管１９が接続さ
れている。

【００２８】一方、イオン交換塔１１の下部にはイオン
交換樹脂を支持するための目板２０が配設され、この目
板２０には採水や逆洗工程時に水の分散が十分に行われ
るようにストレーナーが設置されている。なお、目板や
ストレーナーだけでは流入させる流量の少ない通薬工程
時には薬品の分散が悪いため、分散を良くするために、
目板２０の下部に通薬用ディストリビュータ２１を内設
している。通薬用ディストリビュータ２１には希釈再生
剤流入管２２が接続されている。またイオン交換塔１１
の下部には処理水流出管２３が連通され、この処理水流
出管２３には逆洗水流入管２４および洗浄配水管２５が
分岐して接続されている。

【００２９】希釈再生剤流入管２２には再生剤薬注ポン
プ２６からの再生剤流入管２７が接続され、ここから再
生剤が流入する。この再生剤を希釈するために、再生水
ポンプ２８から純水等が再生水流入管２９を通して希釈
再生剤流入管２２に送水されるようになっている。な
お、再生水流入管２９の途中にはリタン希釈再生剤受槽
３０が設けられ、この受槽３０には再生水ブロー配管３
１が接続されている。

【００３０】イオン交換塔１１に通水する場合には、弁
３２、３３を開け、原水を配水管１７から流入させ、処
理水を処理水流出管２３から流出させる。通水により原
水中のイオン等がイオン交換樹脂層で吸着され、処理水
としてイオン等のほとんど除去された純水が得られる。
このような通水を行うと時間とともにイオン交換樹脂は
イオン交換能力を喪失するので以下に説明する再生工程
を行なう。

【００３１】まづ、通水中に流入した濁質を除去し、イ
オン交換樹脂層をほぐすため弁３３，３４を開けて逆洗
工程を行なう。

【００３２】この逆洗工程が終了した後、弁３２および
弁３４を開放し、配水管１７から高流速の原水を短時間
流入、流出する圧縮工程を行なう（図２（Ａ））。この
圧縮工程は通薬前にできるだけイオン交換樹脂層をコン
パクトにするために行うものである。

【００３３】次に上昇流通薬を行うにあたり、弁３１、
３５、３６を開放しコレクタ１４の再生廃液流出技管１
５にイオン交換樹脂のブロックを形成させる（図２
（Ｂ））。この時間は約１分程度で十分である。

【００３４】次に再生剤薬注ポンプ２６及び再生水ポン
プ２８を起動させ、希釈再生剤入口弁１７を開放し、希
釈再生剤を上昇流でイオン交換樹脂層へ通薬する（図２
Ｃ））。通薬を開始したところで原水入口弁３５を閉と
する（図２（Ｄ））。通薬が進むとイオン交換樹脂の収
縮が生じるので次の行う。すなわち、まず、再生剤薬注
ポンプ２６と再生水ポンプ２８を停止し、同時に弁３６
を閉とし、弁３８を開とし、弁３５を開とし、押し水流
入管１９から押し水を流し、弁３８を開放して一部再生
水ブローすることにより、部分的に収縮したイオン交換
樹脂層をコンパクトにする（図２（Ａ））。約30秒のこ
の操作を行った後に前述と同じ操作（図２（Ｂ）〜
（Ｄ））で上昇流通薬を行う。この操作が上昇流再生を
完全に行わせるための最も重要な操作である。リタン希
釈再生剤受槽３０は樹脂層をコンパクトにする際に一部
希釈再生剤がリタンするためこれを受け再びイオン交換
樹脂層へ流入させるための受槽であり、通薬が終了する
と再生剤薬注ポンプ２６が停止し、押し出し工程に入
る、さらに弁３３、弁３７、弁３５が開放されて上昇流
洗浄が行われ、最後に弁３２、弁３４が開放されて下降
流洗浄が行われて再生工程が終了する。

【００３５】なお、アニオン塔を再生する場合にはシリ
カを除去するために再生水の加熱が行われる。

【００３６】実験例 本発明方法と従来方法に関して、下記の装置、使用樹
脂、再生剤、通水および再生の条件下でカチオン塔、脱
炭酸塔、アニオン塔の順に第１表に示した組成の原水を
通水して純水を製造した。

【００３７】（１）装置 カチオン塔 高さ 2,500mm、内径 340mm アニオン塔 高さ 2,500mm、内径 340mm 脱炭酸塔 脱炭酸部高さ 2,800mm×内径 4
80mm 下部貯槽高さ 1,450mm×内径1450mm 脱炭酸部にテラレットを充填し、脱炭酸塔の下部からブ
ロワを用いて 150Ｎｍ³ ／Ｈの空気を注入した。

【００３８】 （２）使用樹脂 カチオン塔 弱酸性陽イオン交換樹脂 デュオライト C-476 50ｌ 強酸性陽イオン交換樹脂 デュオライト C-20 70ｌ アニオン塔 弱塩基性イオン交換樹脂 デュオライト A-378 100ｌ 強塩基性イオン交換樹脂 デュオライト A-113PLUS 50ｌ （３）再生剤使用量 カチオン塔 35％ＨＣｌ 20ｌ／サイクル アニオン塔 25％ＮａＯＨ 20ｌ／サイクル （４）通水条件 3ｍ³ ／Ｈ （５）再生条件 （本発明方法） (1)カチオン塔 通水終了後ＬＶ 8ｍ／Ｈで15分間逆洗を行ない沈整後Ｌ
Ｖ30ｍ／Ｈで 1分間圧縮工程を行ない、その後 6％に希
釈した塩酸水溶液をＬＶ＝ 4ｍ／Ｈで上昇流で流入する
と共に樹脂層を支えるためバランス水をＬＶ 2ｍ／Ｈで
塔上部から流入する塩酸通薬に当り、最初原水と押し水
をコレクタから排水し、ブロッキングを形成してから、
塩酸を上昇注通薬し、原水を停止した。通薬を開始して
から10分後、20分後、終了時の計 3回、塩酸通薬を停止
し、押し水を塔下部から、リタン希釈再生剤受槽を経由
して排水を約30秒間行い、樹脂層のコンパクト化を行っ
た。その後押し出し、洗浄を行った。

【００３９】(2)アニオン塔 通水終了後ＬＶ 6ｍ／Ｈで15分間逆洗を行い沈整後ＬＶ
20ｍ／Ｈで 1分間圧縮工程を行ないその後前述した再生
剤の半量を 1％の苛性ソーダ溶液に希釈し、残りの半量
を 4％の苛性ソーダ溶液に希釈し 1％、 4％の順にＬＶ
＝ 6ｍ／Ｈで上昇流で流入すると共に、樹脂層を支える
ため、塔上部から押し水をＬＶ 2ｍ／Ｈで流入させた。
通水開始に当り、Ｋ塔再生と同様に樹脂層が上に動かな
いようにコレクターに樹脂のブロッキングを形成させて
から、上昇流通薬を行った。通薬途中15分後、25分後、
終了時に合計３回通薬を停止し、押し水排水による樹脂
のコンパクト操作を行った苛性ソーダの通薬に当っては
苛性ソーダ溶液を60℃に加温した。次に押し出し、洗浄
を行い再生工程を終了した。

【００４０】（従来方法）通薬開始時は、押し水と通薬
を同時に流入させ、通薬時に樹脂層の流動化を防止する
ために押し水と通薬を上記と同じ時間に各 3回中断した
以外は本発明方法と同じ条件で再生した。 （原水水質） （ppm asＳｉＯ₂ ） （ppm asＣａＣＯ₃ ） Ｎａ⁺ ＋Ｋ⁺ 50 Ｃｌ^- 40 Ｃａ²⁺＋Ｍｇ²⁺ 50 ＳＯ₄ ^2- 20 全カチオン 100 遊離炭酸 6 シリカ 20 全アニオン86 （通水結果）以上の条件で通水を10サイクル繰り返し 3
サイクル以降の平均値を下記に示した。

【００４１】 従来法 本発明法 純水の採水量（ｍ³ ／サイクル） 89 106 電気伝導度（μＳ／ｃｍ25℃） 最小値 0.5 0.1 平均値 2.3 0.5 シリカ（ppm asＳｉＯ₂ ） 最小値 0.02 0.005 平均値 0.04 0.011 なお、純水の採取は処理水の純度が 2μＳ／ｃｍ（25
℃）を終点とした。

【００４２】以上の実験結果からも明らかなように、本
発明の再生方法によれば純度の高い超純水を得ることが
でき、したがって同一純度の超純水を製造するのに要す
る再生剤の使用量を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のフローを説明するための
図。

【図２】本発明の一実施例の方法の操作を説明するため
の図。

【図３】従来の操作を説明するための図。

【符号の説明】

１１…イオン交換塔、１２…強電解質イオン交換樹脂、
１３…強電解質イオン交換樹脂、１４…コレクタ、１５
…再生廃液流出用技管、１６…配水用ディストリビュー
タ、１７…配水管、１８…逆洗配水管、１９…押え水流
入管、２０…目板、２１…通薬用ディストリビュータ、
２２…希釈再生剤流入管、２３…処理水流出管、２４…
逆洗水流入管、２５…洗浄配水管、２６…再生剤薬注ポ
ンプ、２７…再生剤流入管、２８…再生水ポンプ、２９
…再生水流入管、３０…リタン希釈再生剤受槽、３１…
再生水ブロー配管３１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン交換塔に収容されたイオン交換樹
   脂層の上層にコレクターを内設して、該イオン交換塔の
   下部より再生剤を流入させつつ該イオン交換塔の上部よ
   り通水するとともに、再生廃液を前記コレクターから排
   出することにより、前記コレクター周りにイオン交換樹
   脂のブロッキングを形成させて前記イオン交換塔内のイ
   オン交換樹脂を再生する方法において、（ａ）当該再生
   中に前記再生剤の流入を一時的に中断するとともに再生
   廃液の排出先を前記コレクターからイオン交換塔下部に
   設けた排液管へ切り替えることにより前記イオン交換樹
   脂層へ下降流で通水する工程と、（ｂ）該イオン交換塔
   の上部から再生中の通水量より多量の水を供給するとと
   もに排液先を前記イオン交換塔下部の排液管から前記コ
   レクターに切り替えてコレクター周りにイオン交換樹脂
   のブロックを形成する工程と、（ｃ）前記イオン交換塔
   の上部から再生中の通水量より多量の水を供給しつつ前
   記イオン交換塔の下部から再生剤を流入させる工程と、
   （ｄ）前記イオン交換塔の下部から再生剤を流入させつ
   つ前記イオン交換塔の上部からの水の供給量を通常の再
   生時の水の供給量に減量する工程とを、１回または数回
   繰り返すことを特徴とするイオン交換樹脂の再生方法。
2. 【請求項２】 イオン交換樹脂層が、下層に強電解質
   イオン交換樹脂層、上層に弱イオン交換樹脂層を充填し
   た複層床からなることを特徴とする請求項１記載のイオ
   ン交換樹脂の再生方法。