JPH0626348Y2 - イオン交換塔 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案はイオン交換繊維を用いたイオン交換塔に関し、
更に詳しくはイオン交換処理と同時に、極めて良好な濾
過処理を行うことのできる新規なイオン交換塔に関す
る。

〈従来の技術〉 従来から、原液中の不純物イオンを除去したり、あるい
は原液中の微量有価物イオンを濃縮、精製したりするこ
とを目的として、粒状のイオン交換樹脂を充填してなる
イオン交換塔が幅広く用いられている。当該イオン交換
塔においては、イオン交換処理は勿論であるが、それと
同時にイオン交換樹脂層での濾過作用により懸濁物（Ｓ
Ｓ）の除去も可能である。しかし、イオン交換樹脂は粒
子径が一般に0.2〜0.6mm程度と非常に小さいため、ＳＳ
を含む原液を直接イオン交換樹脂層に通液するとイオン
交換樹脂層が頻繁に目詰まりする。そのため、その都度
イオン交換塔の下部から洗浄水や洗浄用空気を塔内に導
入して、イオン交換樹脂層の逆洗洗浄を行い、目詰まり
を解消させなければ通液を続行することができない。

しかしながら、通液の途中でイオン交換樹脂層を逆洗す
ると、当該逆洗後に通液を再開した場合において得られ
る処理液の液質が、逆洗前のそれに比べて著しく悪化す
るという不具合が生ずる。というのは、イオン交換塔へ
の通液を途中で停止した場合、塔内には原液中の除去す
べき目的イオン、例えば不純物イオンを吸着して既にイ
オン交換能力の失われた、つまり活性を有しないイオン
交換樹脂の層と、まだ不純物イオンを吸着していない、
換言すれば活性を有するイオン交換樹脂の層とが存在
し、イオン交換塔の原液流入側に活性を有しないイオン
交換樹脂の層が、またイオン交換塔の処理液流出側に活
性を有するイオン交換樹脂の層が位置するが、当該イオ
ン交換樹脂層を逆洗すると活性を有しないイオン交換樹
脂と活性を有するイオン交換樹脂とが完全に混合されて
イオン交換塔の処理液流出側にも活性を有しないイオン
交換樹脂が存在するようになり、そのため逆洗後通液を
再開した場合に当該活性を有しないイオン交換樹脂に吸
着されていた不純物イオンが脱着されて処理液中に漏出
し、処理液の液質が悪化するのである。

更に、イオン交換樹脂はその比重が極めて軽いので、洗
浄水の流速をあまり高くすると洗浄時に塔内からイオン
交換樹脂が流出してしまうという不具合もある。従っ
て、洗浄が不充分になるという欠点がある。

上述の如く、イオン交換樹脂層の有する濾過能力は比較
的小さいものであり、またイオン交換処理の途中で逆洗
を行うのは一般的に好ましくないので、ＳＳを含む原液
を処理する場合はイオン交換塔の前段に各種の濾過装置
を設置し、原液中のＳＳを当該濾過装置で予め除去した
後にイオン交換塔で処理するという方式が一般的に採用
されている。

〈考案が解決しようとする問題点〉 しかしながら、イオン交換塔において充分な濾過が行
え、かつたとえ通液の途中で逆洗を行うようなことがあ
ってもその後何ら問題なく再通液を行うことが可能であ
れば、イオン交換塔の前段に濾過装置を設置する必要が
なくなり、従って設備的に極めて安価となるとともに、
処理システムとしても簡単となる。

本考案はこのような背景のもとになされたものであり、
イオン交換の機能と濾過の機能とを併せ持ち、しかも極
めて良好な濾過処理を行うことのできるイオン交換塔を
提供することを目的とするものである。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するためになされた本考案のイオン交換
塔は、塔の内部に支持体を付設し、当該支持体の上部に
イオン交換繊維である長繊維の下端を固定するととも
に、上端を自由端として塔内全体に多数本のイオン交換
長繊維を立設し、当該イオン交換長繊維の上端から下端
に向かって下降流で原液を通液するように構成したこと
を特徴とする。

以下に本考案を図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本考案の実施態様の一例を示す模式断面図であ
って、塔１内の下方部に多孔板からなる支持体２を横設
し、当該支持体２にイオン交換繊維である長繊維３の下
端を固定するとともに、当該イオン交換長繊維３の上端
を自由端とし、塔１内全体にイオン交換長繊維３を多数
本立設する。また、塔１の上部に原液流入管４を連通す
とともに、当該原液流入管４に逆洗水流出管５を分岐し
て接続する。

更に、塔１の下部に処理液流出管６を連通し、当該処理
液流出管６に逆洗水流入管７と空気流入管８、および再
生剤流入管９を分岐して接続する。なお、１０、１１、
１２、１３、１４、１５はそれぞれ弁を示す。

本考案に用いるイオン交換長繊維３について説明する
と、例えばポリアクリル系、ポリアミド系、ポリスチレ
ン系、ポリビニルアルコール系等の合成繊維の素材にイ
オン交換基を導入した公知のイオン交換繊維であって、
長さが例えば１，０００mm〜５，０００mmの単繊維、も
しくは当該単繊維の束を用いる。また、イオン交換繊維
の種類としては、スルオン酸基、カルボキシル基等のカ
チオン交換基を有する陽イオン交換繊維、１〜３級アミ
ノ基、４級アンモニウム基等のアニオン交換基を有する
陰イオン交換繊維およびアミドキシム基、イミドジオキ
シム基、ジチオカルバミン酸基等のキレート基を有する
キレート繊維を挙げることができる。

また、前記イオン交換繊維の太さとしては、例えば１０
〜６０μの公知のものを用いることができる。

なお、イオン交換長繊維３の充填量は比較的高流速の原
液を下降流で通液しても、当該長繊維３がやや屈曲して
その高さが若干縮みはするが、長繊維３がその液流によ
り水平に折れ曲がらず、塔１内で全体的に直立している
ような充填量とするのが望ましい。このような充填量と
することにより、空隙率の極めて大きな、濾過に適した
充填層を形成することができる。

〈作用〉 本考案のイオン交換塔でＳＳを含む原液を処理する場合
は、塔１内に立設したイオン交換長繊維３を予め所定の
イオン形に再生した後に、以下のような操作を行う。

すなわち、弁１０および弁１４を開口し、原液流入管４
からＳＳを含む原液を下降流で流入する。

当該原液の液流により前述した如くイオン交換長繊維３
はやや屈曲してその高さが若干縮みはするが、当該長繊
維３は全体的に塔１内で直立しており、従って直立する
イオン交換長繊維３の上端から下端に向かって原液が下
降流で通過し、この間に原液中の除去すべき目的イオン
はイオン交換反応によってイオン交換長繊維３に吸着さ
れ、同時に原液中のＳＳが当該長繊維３の空隙部で捕捉
され、目的イオンとＳＳとを除去された処理液が処理液
流出管６から流出する。

また、下降流の流れによりイオン交換長繊維３がやや屈
曲するため、屈曲していない垂直状の長繊維よりやや密
に充填され、その結果原液が長繊維層をショートパスす
ることなく、従ってＳＳを当該長繊維３の充填層で効果
的に捕捉することができる。

当該通液の続行によりイオン交換長繊維３の空隙にＳＳ
が捕捉され、次第に圧力損失が増加して行く。なお、当
該圧力の増加に伴いイオン交換長繊維３の屈曲の度合が
増加し、当該長繊維３の直立している高さが次第に減少
して行く現象が生ずる。

このような通液の続行により、イオン交換長繊維３のイ
オン交換能力がまだ充分に残っているにもかかわらず圧
力損失が規定の値に達したり、あるいは濾過能力が失わ
れて処理液中へのＳＳの漏出が多くなったりした場合に
は、通液を一旦停止して以下のような逆洗を行う。

すなわち、弁１０および弁１４を閉じ、弁１１および弁
１３を開口して空気流入管８から圧縮空気を流入する。

当該圧縮空気の流入により塔１内の液体が攪拌されると
ともにイオン交換長繊維３が振動し、繊維間で形成して
いた空隙が破壊されてＳＳの集合体あるいはＳＳの凝集
物が破壊され、またイオン交換長繊維３に付着していた
ＳＳや前記凝集物が剥離される。

次いで、当該圧縮空気の流入を続行したまま、あるいは
弁１３を閉じて圧縮空気の流入を止め、弁１１は開口し
たまま弁１２を開口して逆洗水流入管７から逆洗水を流
入する。

この際、イオン交換長繊維３の下端が支持体２に固定さ
れているとともにその上端が自由端となっているので、
流入した逆洗水の上昇流により、イオン交換長繊維３は
第２図に示したように支持体２を固定部とした吹き流し
のようになって伸長するとともに、各繊維が振動する。
従って、イオン交換長繊維３にＳＳがとどまることがで
きず、当該長繊維３からＳＳが離脱し、当該ＳＳを多量
に含む逆洗排水が逆洗水流出管５から流出する。

本考案のイオン交換塔においては、イオン交換長繊維３
の下端が支持体２に固定されているので、高流速の逆洗
水を流入しても当該長繊維３が塔１外に流出することが
ない。従って、イオン交換樹脂を充填してなる従来のイ
オン交換塔と比較してより以上の高流速の逆洗水を流入
することができるとともに、従来より短時間で、かつ効
率的にＳＳを除くことができる。

このような逆洗が終了したら、原液流入管４を介して塔
１内に原液を流入させ、再び原液の処理を行う。この
際、本考案装置においては逆洗前と全く同じ、良質の処
理液を得ることができる。というのは、前述の如くイオ
ン交換長繊維３の下端が固定されている関係から、上記
逆洗を行っても従来のイオン交換樹脂の場合のように逆
洗前の通液によって既に活性の失われたものとまだ活性
を有しているものとが混合されるということはなく、逆
洗後も逆洗前と全く同じイオン分布の充填層が維持され
るからである。

逆洗を介在させての上述のような通液を続行するうち
に、イオン交換長繊維３のイオン交換能力が失われ得ら
れる処理液の液質が悪化した場合は、当該イオン交換長
繊維３を前述のようにして逆洗し、捕捉されたＳＳを除
去した後に常法により再生する。当該再生は、酸やアル
カリ等の再生剤を原液と同じように塔１の上部から流入
させ、イオン交換長繊維３を下降流で再生するいわゆる
下降流再生で行ってもよく、あるいは再生剤を原液とは
逆に塔１の下部から流入させて上昇流で再生するいわゆ
る上昇流再生で行ってもどちらでもよいが、再生効率が
よいことや再生後の通液時に得られる処理液の液質がよ
いこと等から、上昇流再生とするのが望ましい。

第１図は本考案のイオン交換塔を上昇流再生式とした場
合の例を示しており、当該イオン交換塔における再生は
以下のようにして行う。

すなわち、前述のような逆洗を行った後に弁１２および
弁１３を閉じ、弁１５を開口して再生剤流入管９より所
定濃度の再生剤を塔１内に上昇流で流入させる。流入し
た再生剤がイオン交換長繊維３の充填層を上昇する間
に、当該イオン交換長繊維３に吸着されていた目的イオ
ンが再生剤によって脱着され、当該イオン交換長繊維３
の再生が行われる。当該再生剤の通薬工程終了後に、い
わゆる「押し出し工程」および「洗浄工程」を行って再
生操作を終了するが、これらの工程はイオン交換樹脂を
充填してなる従来のイオン交換塔における上昇流再生の
場合と同様であるので詳しい説明は省略する。

なお、イオン交換樹脂を充填してなる従来の上昇流再生
式イオン交換塔の場合は、再生剤の上昇流によって塔内
のイオン交換樹脂層が押し上げられ流動するのを防止す
るために種々の手段が講じられているが、本考案の場合
はイオン交換長繊維３の下端を固定してあるので、特別
な手段を講じなくとも何ら問題なく上昇流再生を行うこ
とができる。

第３図は本考案の他の実施態様を示す模式断面図であっ
て、塔１の断面積が比較的大きい場合の構造を示すもの
である。

すなわち、塔１の断面積が大きくなると、第１図に示し
たように通液中においてイオン交換長繊維３を全体的に
直立させることが困難となり、通液中にイオン交換長繊
維３が水平状に折れ曲がる傾向となる。イオン交換長繊
維３が通液中に水平状に折れ曲がると、当該長繊維３が
密に充填されることとなり、それだけ圧力損失が大とな
るので好ましくない。

従って、第３図に示した如く、塔１内に複数の分割板１
６を立設し、当該分割板１６により塔１内を縦割状に分
割するとよい。

当該分割板１６はイオン交換長繊維３が水平状に折れ曲
がるのを防止する障壁板として作用し、たとえ断面積が
大なるイオン交換塔であってもイオン交換長繊維３が水
平状に折れ曲がることはない。

なお、通液や逆洗、あるいは再生の操作は第１図および
第２図に示したイオン交換塔と同じである。

本考案のイオン交換塔においては、塔内に充填するイオ
ン交換長繊維の充填密度が大なれば大なる程微細なＳＳ
までも除去でき、より清澄な処理液を得ることができる
が、しかし逆に圧力損失は大となる。

また、前記充填密度が小さくなるに従い処理液中へのＳ
Ｓの漏出量が大となり処理液は悪化するが、逆に圧力損
失は小となる。

従って、原液中のＳＳの質、あるいは量によって最も適
した充填密度とするとよいが、通常は単位容積（１m³）
当たり１０〜１００kg（乾燥重量）となるような充填密
度とするとよい。

本考案のイオン交換塔は、充填するイオン交換長繊維の
種類を適宜選択することによって、純水の製造、火力発
電所や原子力発電所における復水処理、糖液の脱塩ある
いは脱色処理、各種有害金属の除去あるいは有用金属の
分離精製等、通常の粒状イオン交換樹脂を用いて行われ
ている分野にすべて適用することができる。

例えば、イオン交換処理として最も一般的な純水製造の
場合は、スルホン酸基を有する陽イオン交換長繊維を充
填してなるカチオン塔と、４級アンモニウム基を有する
陰イオン交換長繊維を充填してなるアニオン交換塔とを
組み合わせることによって純水製造を行うことができ、
あるいは両イオン交換長繊維を予め再生形とした後に同
一の塔内に混在させて立設したイオン交換塔を用いても
よい。なお、両イオン交換長繊維を同一塔内に混在させ
た場合は、当該イオン交換長繊維の能力が失われても塔
内で再生を行うことが困難であるから、この場合はイオ
ン交換長繊維を使い捨てとする。

〈効果〉 以上説明した如く、本考案のイオン交換塔は内部に充填
するイオン交換体としてイオン交換長繊維を用い、当該
イオン交換長繊維の多数本を、通液中においても塔内で
全体的にほぼ直立するように立設して充填し、立設した
長繊維の上端から下端に向かって下降流で原液を通液す
る構成としたので、通液時における圧力損失が小さく、
従って高流速で通液を行うことができ、かつ多数の繊維
間を原液が通過する際に懸濁物が効果的に除去され、清
澄な処理液が得られる。

また、イオン交換長繊維は通常の粒状イオン交換樹脂に
比べて反応速度が極めて大であるから、たとえ原液を高
流速で通液しても充分なイオン交換処理を行うことがで
き、従って従来よりイオン交換塔の断面積を小さくする
ことができ、設置コストおよび設置面積を大幅に低減で
きる。

更に、本考案のイオン交換塔においては、イオン交換長
繊維の下端が支持体で固定されているため、たとえ高流
速の逆洗水を通過させてもイオン交換長繊維が塔から離
脱することがなく、よって高流速の逆洗水で短時間に逆
洗工程を実施することができ、かつ逆洗工程により確実
に懸濁物を塔外に排出させることができる。しかも、逆
洗後の再通液においては、イオン交換樹脂を用いた従来
のイオン交換塔のように処理液の液質が逆洗前に比べて
悪化するといった不具合もなく、逆洗前と変わらない良
質の処理液を得ることができる。

このように、本考案のイオン交換塔を用いればイオン交
換処理と、充分な濾過処理とを一つの塔で行うことがで
き、濾過装置が不要となるので設置コストおよび設備面
積の更なる低減化が図れるとともに、処理システムの簡
略化が図れ、実用的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施態様の一例であるイオン交換塔を
示す模式断面図であり、第２図は第１図で示したイオン
交換塔の逆洗の状態を示す模式断面図である。また、第
３図は本考案の他の実施態様であるイオン交換塔の模式
断面図である。 １……塔、２……支持体 ３……イオン交換長繊維、４……原液流入管 ５……逆洗水流出管、６……処理液流出管 ７……逆洗水流入管、８……空気流入管 ９……再生剤流入管 １０、１１、１２、１３、１４、１５……弁 １６……分割板

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】塔の内部に支持体を付設し、当該支持体の
   上部にイオン交換繊維である長繊維の下端を固定すると
   ともに、その上端を自由端として塔内全体に多数本のイ
   オン交換長繊維を立設し、当該イオン交換長繊維の上端
   から下端に向かって下降流で原液を通液するように構成
   したことを特徴とするイオン交換塔。