JPH09187765A - イオン交換装置 - Google Patents

イオン交換装置

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JPH09187765A
JPH09187765A JP8001442A JP144296A JPH09187765A JP H09187765 A JPH09187765 A JP H09187765A JP 8001442 A JP8001442 A JP 8001442A JP 144296 A JP144296 A JP 144296A JP H09187765 A JPH09187765 A JP H09187765A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Cl- ,SO4 2- 等の腐食性イオンを高度に
除去すると共に、Ca2+,Mg2+等のカチオンについて
は、原水の水質に応じて所望の濃度となるように、適度
に除去することができる装置であって、しかも、高速通
水処理が可能なイオン交換装置を提供する。 【解決手段】 原水配管に、流量調整可能な弁V1 ,V
2 を介してカチオン交換塔1及びアニオン交換塔2を接
続する。カチオン交換塔1の流出水をアニオン交換塔2
に導入する。カチオン交換樹脂1A及びアニオン交換樹
脂2Aとして、ほぼ均一粒径のものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はイオン交換装置に係
り、特に、冷却水系の金属の腐食抑制及びスケール防止
のための水処理に好適なイオン交換装置に関する。
【0002】
【従来の技術】開放、密閉循環冷却水系、蓄熱水系、密
閉冷温水系などの淡水系で使用される各種機器や配管等
の基材として、炭素綱、ステンレス鋼、銅、銅合金等が
使用されている。淡水中に浸漬使用されているこれらの
基材は、補給水から持ち込まれる塩化物イオン(Cl
- )、硫酸イオン(SO4 2- )等により腐食され、孔食
を発生させる。そこで、このような淡水系と接する金属
材の腐食を防食剤を用いることなくできる方法として、
従来、水系の水を防食性アニオンを担持したアニオン交
換体に接触させると共に、低分子量ポリマーを添加する
方法が提案されている(特開平6−158364号公
報)。
【0003】この方法では、Cl- ,SO4 2- 等の水中
の腐食性イオンをOH- ,HCO3 -等の防食性アニオン
を担持したアニオン交換体と接触させてイオン交換する
ことにより、水中の腐食性イオン濃度が低減し、水系の
腐食性が緩和される。また、イオン交換で溶出したHC
3 -等と水系由来のCa2+,Mg2+,シリカ等とが金属
表面に防食皮膜を形成するが、この防食皮膜の形成が低
分子量ポリマーにより促進され、金属の腐食はより一層
確実に抑制される。
【0004】しかし、水系の水質によってはCa2+,M
2+が過剰に存在すると、それらがスケール成分とな
り、スケール障害をもたらすことになる。従って、Ca
2+やシリカ濃度については、防食皮膜の形成を損なわな
い範囲で所定濃度以下とし、また、Cl- やSO4 2-
ついては、なるべく低濃度となるように水処理を行う必
要がある。例えば、冷却水系においては、冷却水系に補
給する補給水の水質や、冷却水系の濃縮倍数などにも影
響されるが、通常、補給水の水質を、Ca硬度やシリカ
濃度が5〜25mg/L、通常20mg/L程度、Cl
- 、SO4 2- が1mg/L以下となるように制御するこ
とが好ましい。
【0005】従って、防食剤を用いることなく、水系の
金属の腐食を抑制すると共に、スケール障害を防止する
ためには、アニオン交換とカチオン交換とを併用し、ア
ニオン交換でCl- ,SO4 2- 等の腐食性イオンを高度
に除去すると共に、カチオン交換でCa2+,Mg2+等を
適度に除去することが必要となる。
【0006】また、冷却水系等の水系の金属の防食を図
るためには、当該水系の循環水や補給水を大量に処理す
る必要があるため、処理装置としては、高速通水処理が
可能なものであることが望まれる。
【0007】従来、カチオン交換及びアニオン交換を行
えるイオン交換装置としては、図2に示す如く、カチオ
ン交換樹脂1Aを充填したカチオン交換塔1と、アニオ
ン交換樹脂2Aを充填したアニオン交換塔2とを直列に
連結したものが提供されている(ヨーロッパ特許出願N
o.0497 632−A1)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のイオン交換
装置では、原水の全量がカチオン交換塔1でカチオン交
換された後、アニオン交換塔2でアニオン交換されるた
め、腐食性イオンも防食皮膜の形成に有効なカチオン
も、共に高度に除去されてしまうという欠点がある。
【0009】本発明は上記従来の問題点を解決し、Cl
- ,SO4 2- 等の腐食性イオンを高度に除去すると共
に、Ca2+,Mg2+等のカチオンについては、原水の水
質に応じて所望の濃度となるように、適度に除去するこ
とができる装置であって、しかも、高速通水処理が可能
なイオン交換装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のイオン交換装置
は、原水配管と、該原水配管に流量調整可能な弁を介し
て連結されたカチオン交換塔と、該原水配管に流量調整
可能な弁を介して連結されたアニオン交換塔と、前記カ
チオン交換塔からの流出水を該アニオン交換塔に導入す
る連絡配管と、該アニオン交換塔の流出水を処理水とし
て取り出す配管とを備えてなり、該カチオン交換塔には
ほぼ均一な粒径を有するカチオン交換樹脂が充填され、
かつ、該アニオン交換塔にはほぼ均一な粒径を有するア
ニオン交換樹脂が充填されていることを特徴とする。
【0011】本発明のイオン交換装置では、原水の一部
のみが、カチオン交換塔及びアニオン交換塔を経て、カ
チオン交換及びアニオン交換処理され、残部は、アニオ
ン交換塔のみを流通してアニオン交換処理され、この流
分についてはカチオン交換処理されない。即ち、原水
は、すべてアニオン交換処理されるが、カチオン交換処
理は、原水の一部について施される。
【0012】従って、流量調整弁を調節して、カチオン
交換及びアニオン交換処理される原水流分と、アニオン
交換処理のみなされる原水流分とを制御することで、ア
ニオン交換処理で原水中のCl- ,SO4 2- 等の腐食性
イオンを高度に除去すると共に、原水の一部についての
みカチオン交換処理を行って、原水中のCa2+等の防食
性アニオンを所望の適度な濃度となるように除去するこ
とができる。
【0013】しかも、本発明のイオン交換装置では、カ
チオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂として、ほぼ均一
な粒径を有するものを用いるため、高流速で通水処理す
ることができる。
【0014】即ち、粒径分布の広い樹脂を使用すると、
細かい(粒径の小さい)樹脂が粗い(粒径の大きい)樹
脂間にブロックされて通水時の圧力損失が増大し、高流
速での通水が困難になる。また、大きい粒径の樹脂はイ
オン交換効率を低下させるので、高流速の通水ではイオ
ン交換機能が不十分となる。これに対して、ほぼ均一な
粒径の樹脂を使用することにより、高流速通水処理が可
能となり、処理効率の向上、装置の小型化を図ることが
できる。
【0015】本発明においては、カチオン交換樹脂とし
ては、平均粒径RC が400〜500μmであると共
に、この平均粒径RC に対して、0.9〜1.1倍の粒
径範囲の粒分が全体の85%以上であるものを用い、ア
ニオン交換樹脂としては、平均粒径RA が450〜65
0μmであると共に、この平均粒径RA に対して0.9
〜1.1倍の粒径範囲の粒分が全体の85%以上である
ものを用いるのが好ましく、このような樹脂を用いるこ
とで、SV=40〜100hr-1の高流速通水処理を行
うことが可能となる。
【0016】本発明において、カチオン交換樹脂として
は、H+ 形又はNa+ 形カチオン交換樹脂が好適であ
る。一方、アニオン交換樹脂としては、HCO3 -形アニ
オン交換樹脂が好適である。アニオン交換樹脂としてO
- 形のものを用いると、Mg2+,Ca2+のスケールが
生成し、アニオン交換塔の閉塞をまねくおそれがある。
CO3 2- 形のものでは、Cl- ,SO4 2- のイオン交換
効率が悪く、これらの腐食性イオンを高度に除去するこ
とができない。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のイ
オン交換装置の実施の形態について詳細に説明する。
【0018】図1は本発明のイオン交換装置の実施の形
態を示す系統図である。
【0019】このイオン交換装置では、原水導入配管1
1に対してカチオン交換塔1及びアニオン交換塔2が、
それぞれ流量調整弁V1 を備える配管12及び流量調整
弁V2 を備える配管13で接続されている。このカチオ
ン交換塔1の流出水は、配管14を経てアニオン交換塔
2に通水され、アニオン交換塔2の流出水が配管15よ
り処理水として系外へ排出される。
【0020】このイオン交換装置においては、原水のう
ち、配管11,12を経てカチオン交換塔1に流入した
流分は、カチオン交換塔1でカチオン交換処理された
後、配管14を経てアニオン交換塔2に流入し、アニオ
ン交換処理される。配管11,13を経て直接アニオン
交換塔2に流入した流分は、アニオン交換塔2でアニオ
ン交換処理のみ施される。
【0021】このため、弁V1 ,V2 で流量調整し、原
水のうち、カチオン交換処理及びアニオン交換処理され
る流分とアニオン交換処理のみされる流分とを調節す
る。これにより、Cl- ,SO4 2- 等の腐食性イオンに
ついては、原水の全量をアニオン交換して低濃度にまで
除去することができる。また、Ca2+等の防食性カチオ
ンについては、原水の一部のみをカチオン交換すること
で、所望の濃度、即ち、スケール障害を引き起こすこと
なく、防食皮膜の形成で良好な腐食抑制効果を得ること
ができるような濃度にまで適度に除去することができ
る。
【0022】カチオン交換塔1に充填するカチオン交換
樹脂1Aとしては、水中のCa2+,Mg2+等の除去能に
優れたH+ 形又はNa+ 形が好ましい。
【0023】アニオン交換塔2に充填するアニオン交換
樹脂2Aとしては、HCO3 -形が好ましい。アニオン交
換樹脂としてOH- 形のものを用いると、原水中の防食
成分であるSiO2 を吸着除去してしまう上に、M
2+,Ca2+スケールによるアニオン交換塔の閉塞のお
それがある。CO3 2- 形のものでは、Cl- ,SO4 2-
の除去効率が悪い。これに対して、HCO3 -形のもので
あれば、SiO2 を除去することなく、また、Mg2+
Ca2+によるスケール生成のおそれもなく、Cl-,S
4 2- を効率的に除去することができる。
【0024】カチオン交換樹脂としては、平均粒径RC
が400〜500μmであると共に、この平均粒径RC
に対して、0.9〜1.1倍の粒径範囲の粒分が全体の
85%以上であるものを用いるのが好ましい。アニオン
交換樹脂としては、平均粒径RA が450〜650μm
であると共に、この平均粒径RA に対して0.9〜1.
1倍の粒径範囲の粒分が全体の85%以上であるものを
用いるのが好ましい。このような粒度の樹脂を用いるこ
とにより、SV=40〜100hr-1の高流速通水処理
を行うことが可能となる。
【0025】本発明のイオン交換装置は、水系の補給水
又は循環水の処理に有効である。このイオン交換装置に
おいて、水中のCl- ,SO4 2- 等の腐食性イオンが1
ppm以下、Ca2+,Mg2+,SiO2 が10〜20p
pm程度となるように処理することにより、防食剤及び
スケール抑制剤を全く用いることなく、或いは、これら
の一方又は双方をごく少量添加するだけで、水系の腐食
及びスケール障害を十分に防止することができる。
【0026】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。
【0027】実施例1 図1に示すイオン交換装置により、表1に示す水質の原
水を700L(リットル)/hrの通水流速で処理し
た。
【0028】装置仕様及び通水条件は下記の通りとし
た。
【0029】なお、カチオン交換樹脂としては、平均粒
径500μmで、450〜550μmの範囲のものが全
体の90%のものを用いた。また、アニオン交換樹脂と
しては、平均粒径500μmで、450〜550μmの
範囲のものが全体の90%のものを用いた。
【0030】カチオン交換塔 樹脂充填量:カチオン交換樹脂 5.7L 再生レベル:30g−HCl/L−樹脂(3.5重量%
HCl水溶液5Lで向流再生(再生SV=25h
-1)) 原水通水流速:350L/hr(SV=61hr-1アニオン交換塔 樹脂充填量:アニオン交換樹脂 8.75L 再生レベル:30g−NaHCO3 /L−樹脂(5重量
%NaHCO3 水溶液5.4Lで向流再生(再生SV=
17hr-1)) 原水通水流速:700L/hr(SV=80hr-1
(カチオン交換塔を通過せずに直接アニオン交換塔に流
入する原水は350L/hr) 得られた処理水の水質を表1に示す。
【0031】比較例1 図2に示すイオン交換装置により、実施例1で処理した
ものと同水質の原水を、700L/hrの通水流速で処
理した。
【0032】装置仕様及び通水条件は下記の通りとし
た。用いたカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂は、
実施例1で用いたものと同様のものである。
【0033】カチオン交換塔 樹脂充填量:カチオン交換樹脂 5.7L 再生レベル:30g−HCl/L−樹脂(3.5重量%
HCl水溶液5Lで向流再生(再生SV=25h
-1)) 原水通水流速:700L/hr(SV=122hr-1アニオン交換塔 樹脂充填量:アニオン交換樹脂 8.75L 再生レベル:30g−NaHCO3 /L−樹脂(5重量
%NaHCO3 水溶液5.4Lで向流再生(再生SV=
17hr-1)) 原水通水流速:700L/hr(SV=80hr-1) 得られた処理水の水質を表1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】表1より明らかなように、本発明のイオン
交換装置によれば、Cl- ,SO4 2- 等の腐食性イオン
を低濃度に除去すると共に、Ca2+等の防食性カチオン
を適度に除去することができる。これに対して、従来の
イオン交換装置で処理した場合には、防食性カチオンも
低濃度に除去されるため、腐食抑制効果が損なわれる。
【0036】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のイオン交換
装置によれば、原水の水質に応じてカチオン交換量を調
節することができるため、Cl- ,SO4 2- 等の腐食性
イオンを高度に除去すると共に、Ca2+等の防食性アニ
オンを適度に除去することができる。このため、本発明
のイオン交換装置によれば、冷却水系の補給水又は循環
水を処理して、防食剤を用いることなく系内の腐食を効
果的に抑制すると共に、スケール抑制剤を使用すること
なく、或いは、少量のスケール抑制剤の使用でスケール
障害を確実に防止することができる。
【0037】しかも、本発明のイオン交換装置では、カ
チオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂が、ともに均一な
粒径を有するため、高流速処理が可能であることから、
装置の小型化及び処理効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のイオン交換装置の一実施例を示す系統
図である。
【図2】従来例を示す系統図である。
【符号の説明】
1 カチオン交換塔 1A カチオン交換樹脂 2 アニオン交換塔 2A アニオン交換樹脂 V1 ,V2

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原水配管と、該原水配管に流量調整可能
    な弁を介して連結されたカチオン交換塔と、該原水配管
    に流量調整可能な弁を介して連結されたアニオン交換塔
    と、前記カチオン交換塔からの流出水を該アニオン交換
    塔に導入する連絡配管と、該アニオン交換塔の流出水を
    処理水として取り出す配管とを備えてなり、 該カチオン交換塔にはほぼ均一な粒径を有するカチオン
    交換樹脂が充填され、かつ、該アニオン交換塔にはほぼ
    均一な粒径を有するアニオン交換樹脂が充填されている
    ことを特徴とするイオン交換装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、該カチオン交換樹脂
    は、平均粒径RC が400〜500μmであると共に、
    平均粒径RC に対して0.9〜1.1倍の粒径範囲の粒
    分が全体の85%以上であり、該アニオン交換樹脂は、
    平均粒径RAが450〜650μmであると共に、平均
    粒径RA に対して0.9〜1.1倍の粒径範囲の粒分が
    全体の85%以上であることを特徴とするイオン交換装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、該カチオン交
    換樹脂は、H+ 形又はNa+ 形カチオン交換樹脂であ
    り、該アニオン交換樹脂は、HCO3 -形アニオン交換樹
    脂であることを特徴とするイオン交換装置。
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