JPS602103B2 - 複層式イオン交換塔の再生法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複層式イオン交換塔の再生法、更に詳しくは、
弱電解質イオン交ｆ製樹脂（以下弱型樹脂と記す。

）を上部に、強電解質イオン交換樹脂（以下強型樹脂と
託す。）を下部に積層してなる穣層式イオン交換塔にお
いて、被処理水を穣型樹脂から強型樹脂の順に通水して
処理水を得ることによりイオン交換機能が減退した該イ
オン交換樹脂の再生法の改良に関するものである。複層
式イオン交換方法は強型樹脂と弱型樹脂の二種類の樹脂
を同一イオン交換塔に充填し、かつ二層に頚層したイオ
ン交換樹脂層で、強・弱両樹脂の比重差、イオンに対す
る選択吸着性の差及び再生効率の違い等の特性の差をた
くみに利用してイオン交換を行う方法であり、榎層式イ
オン交換方法は強型樹脂のみを充填した単層式イオン交
換方法と比較して、同一の再生剤を用いた場合に再生剤
利用効率、すなわち交換されるイオンの量に対する再生
剤使用量の当量塩量比が向上し、再生剤が少なくてすむ
ので近年益々採用されている。

従来、榎層式イオン交換方法を行う複層式イオン交手勢
塔には比重の小さい弱型樹脂を上部に比重の大きい強型
樹脂を下部に積層させ、被処理水を塔上部から塔底部へ
、即ち弱型樹脂から強型樹脂の順に下向流で通水してイ
オン交換させる速水工程により処理水を得る。そして通
水工程後、イオン交換機能の減退したイオン交予期樹脂
の再生を行う再生工程は、再生剤液は分割して、その一
部を塔底部から上向流で通薬して強型樹脂を再生し、同
時に分割した残部の再生剤液を塔上部から下向流で通薬
して弱型樹脂を再生し、流出する再生廃液は強型樹脂と
弱型樹脂の境界面付近に埋設されている中間コレクター
から塔外に排出して行い、強型樹脂は通液と再生とが反
対方向であるいわゆる向流再生方式がとられている。こ
のような再生方式による複層式向流再生イオン交芋亀塔
においては、通水工程中に被処理水に同伴してイオン交
換塔内に持ち込れた懸濁物のイオン交換樹脂層への蓄積
が原因で彼処理水の通水量が減少し、そのため処理水の
孫水量が減少する欠点があった。すなわち、複層式向流
再生イオン交芋鼻塔では通水工程後のイオン交換塔の処
理水出口側付近に残存するイオン交換していないイオン
交予算機能を有する再生形の強型樹脂層を再生工程の際
に乱すと次回の通水工程での処理水質の低下の原因とな
る。そのため、通水工程中に懸濁物により汚染されたイ
オン交ｆ製樹脂層を洗浄するために、洗浄水を塔底部か
ら塔内に上向流で流入して、懸濁物を洗浄水と共に塔外
に排出するいわゆる逆洗操作は再生形の強型樹脂層を乱
すことになり、極力少なくするようにしなければならな
かった。従って、再生工程の際にイオン交換樹脂層から
懸濁物を完全に除去せずに通水工程と再生工程を交互に
くり返すうちに、懸濁物は徐々に蓄積し、イオン交換樹
脂層内部の空隙を減少させ、ついにはイオン交灘樹脂粒
を緊密化させ塊状にする、いわゆるイオン交換樹脂のブ
ロッキングを生じさせ、通水工程時のイオン交換樹脂層
の圧力損失を増加させ、被処理水の通水量を減少させ、
そのため処理水の裸水量も減少させる。さらに、複層式
イオン交換方法においては、弱型樹脂と強型樹脂とが完
全に二層に層分離された状態で彼処理水を通水し、かつ
再生剤液を通薬することが安定した高純度の処理水を得
かつ再生剤利用効率の高い運転を行うための必須の要件
である。

ところが弱型樹脂には再生工程時に収縮し通水工程時は
膨潤する体積変化が生じ、一方強型樹脂には再生工程時
に膨潤し通水工程時は収縮するというお互いに相反する
体積変化により強弱両樹脂層の充填密度に差が生じる。

そのため、当初は完全に二層に分離していた弱型樹脂と
強型樹脂も通水工程と再生工程を繰返すうちに両樹脂の
境界付近から両樹脂の混合が生じてくる。さらに、複層
式向流再生イオン交換塔では前述のように再生工程時に
逆洗操作を行うことを極力少なくしていることから、逆
洗煉作により弱型樹脂と強型樹脂の混合を防止できない
ため、この弱型樹脂と強型樹脂の混合が進行して、処理
水質が低下し、そのため処理水の深水量が減少する欠点
も有していた。複層式向流再生イオン交換塔に於ける上
述のような欠点を解決する方法として、通水工程と再生
工程とをくり返す操作を２０〜４０回行うごとに、再生
工程中に逆洗操作を付加して懸濁物を除去し、かつ弱型
樹脂と強型樹脂とを二層に分離した後、多量の再生剤液
を用いてイオン交換樹脂の再生を行うことにより懸濁物
の蓄積を防止して処理水の孫水量の減少を防止する方法
、あるいはイオン交換樹脂の粒度を調整して下部の強型
樹脂には比較的粒子の大きなものを用い、上部の弱型樹
脂には比較的粒子の小さなものを用いて強弱両樹脂の比
重差を大きくしたイオン交換樹脂層を形成させ、強弱両
樹脂の混合を防止することにより、処理水質の低下を防
止し処理水の孫水量の減少を防止する方法が提案されて
いるが、通常の再生工程に特別の操作を付加することに
より再生工程が煩雑になること、あるいはイオン交宅期
間脂の有効利用でできない等、いずれも十分な解決方法
とはいえなかつた。そこで本発明者は複層式向流再生イ
オン交換塔の再生法において、これらの欠点を解決する
方法について鋭意検討した結果、本発明に到達した。

即ち、本発明は弱電鱗質イオン交換樹脂を上部に、強電
解質イオン交換樹脂を下部に積層してなる複層式イオン
交換塔において、被処理水を弱電解質イオン交芋剣樹脂
から強電解質イオン交モ鰯樹脂の順に通水することによ
り処理水を得、該イオン交宅製樹脂のイオン交換機能が
減退したときの該イオン交換樹脂の再生処理に際し、弱
電解質イオン交換樹脂の再生に要する量の再生剤液を該
イオン交換樹脂が流動するような流速で、強電解質イオ
ン交換樹脂の下部から弱電解質イオン交換樹脂の上部へ
通薬させる第１工程と、第１工程と同じ流速で上記処理
水を強電解質イオン交宅剣樹脂の下部から流入させる第
２工程と、該処理水の流入を停止してイオン交換樹脂を
沈静させる第３工程と、搭内に残留する再生廃液を強電
解質イオン交換樹脂と弱電解質イオン交換樹脂の境界付
近から排出させる第４工程と、次いで強電解質イオン交
換樹脂の再生に要する量の再生剤液を強電解質イオン交
換樹脂の下部から通薬するとともに、弱電解貿イオン交
換樹脂の上部から上記処理水または非活性気体を流入さ
せ、流出する再生廃液または再生廃液と非活性気体とを
強電解質イオン交換樹脂と弱電解質イオン交換樹脂の境
界付近から排出させる第５工程とからなる再生を行うこ
とを特徴とする複層式イオン交≠鼻塔の再生法を要旨と
するものである。以下、本発明を第１図に基づいて従来
法と比較して説明する。

第１図は本発明を実施するための複層式向流再生イオン
交換塔の断面略図を示し、１はイオン交換塔で塔内には
二種類のイオン交換樹脂、すなわち弱型樹脂１３が上部
に、強型樹脂１４が下部に積層されている。まず、従来
法における通水工程では、被処理水は管５から弁２１、
分散管２を経て※内に入る。

塔内に流入した彼処理水は顔型樹脂１３から強型樹脂１
４の順に接続してイオン交換され、堵底部の下部コレク
ター４から弁２５、管８を経て処理水として繁外にとり
出される。この通水工程は処理水純度が所定の値まで低
下した時、あるいは彼処理水を所定量通水した時に通水
を停止して終了する。通水工程によりイオン交換機能が
減退したイオン交ｆ製樹脂の再生を行う再生工程では、
まず再生剤液を強型樹脂の再生に要する再生剤液と弱型
樹脂の再生に要する再生剤液とに分割し、前者を管９か
ら弁２７、下部コレクター４を経て塔底部から通薬する
とともに後者を管６から弁２３、分散管２を経て繋上部
から通薬する。流出する再生廃液は強型樹脂１４と弱型
樹脂１３の境界付近に埋設されている中間コレクター３
を経て弁２４、管１１より排出させることにより再生工
程を終了する。再生工程に続いては、処理水を前記再生
工程と同じ手順で塔内に流入して、塔内に残留する再生
廃液を塔外に押出す押出し工程が行なわれる。次いで水
洗水として彼処理水等を管５、弁２１及び分散管２を経
て塔内に流入させ、塔内を下向流で流通してイオン交換
樹脂を水洗する水洗工程を行い、流出する水洗廃水は下
部コレクター４、弁２６及び管１０を経て排出し、管付
近での水洗廃水の純度が所定の純度に達すると水洗工程
を終了し、再び通水工程に入る。このような従来法にお
いては、再生工程の前後に被処理水に同伴して塔内もち
こまれた懸濁物を塔外に排出する操作がないので、通液
、再生、押出及び水洗の各工程を長期にわたりくりかえ
すうちに、特に弱型樹脂１３の上部ではこれらの懸濁物
により弱型樹脂層の空隙が減少して通水工程時の圧力損
失が増加する。

そのため、被処理水の通水量が減少して処理水の採水量
も減少する。さらに、通水工程と再生工程の際に生じる
強型樹脂と弱型樹脂の相反する体積変化に起因する弱型
樹脂１３と強型樹脂１４の境界付近で生じる強・弱両樹
脂の混合に対しては、逆洗操作による成層分離操作が特
に行なわれないので強・弱両樹脂の混合が次第に進行し
て、再生剤液の利用効率の低下及び処理水質が低下して
、処理水の深水量の減少を招く。一方、本発明において
は通水工程は従来法と同様にして行なわれ、処理水を得
る。

被処理水の通水が終了した後の再生工程では、まず、従
来法と同機に再生に必要な再生剤液を弱型樹脂を再生す
る再生剤液と強型樹脂を再生する再生剤液に分割する。
そして弱型樹脂を再生する再生剤液を管９、弁２７及び
下部コレクター４を経て塔底部からイオン交ｆ剣樹脂全
体が流動するような流速の上向流で通薬して、再生廃液
は塔上部の分散管２、弁２２及び管７より排出する第１
工程が行なわれる。次いで、前記処理水を管１０、弁２
６、及び下部コレクター４を経て前記第１工程の再生剤
液と同じ流速で塔内に流入させ、再生廃液は塔上部の分
散管２、弁２２及び管７より排出する第２工程を行う。
この第２工程は下部の強型樹脂に残留する再生剤液を上
部の弱型樹脂に接触させるために行い、流入させる処理
水量として下部の強型樹脂の量に相当する量が用いられ
る。この第１工程及び第２工程では主として上部の再生
効率の良い弱型樹脂１３が再生され、同時に通水工程中
にイオン交換樹脂層に掩促された懸濁物を再生廃液と共
に塔外に排出し、あわせて比重の小さい弱型樹脂を上部
に、比重の大きい強型樹脂を下部に成層分離させる。弱
型樹脂１３と強型樹脂１４の成層分離を完全に行うため
には再生剤液通薬流速は４〜１５肌′ｈｒ通薬時間は２
０〜３０分とし、その時のイオン交宅剣樹脂層の膨張率
は５０〜１００％で行うと良い。

第２工程の後は処理水の流入を停止して流動したイオン
交換樹脂を沈静させ安定させる第３工程を行い、弱型樹
脂と強型樹脂との成層分離を完成させる。この第３工程
は１０〜２０分間行なえばよい。次に、塔内に残留する
再生廃液を繁外に排出する第４工程を行う。

管６、弁２３及び分散管２を経て塔内に処理水または空
気のような非活性気体を導入して、努内に残留する再生
廃液を強型樹脂１４と弱型樹脂１３との境界付近に内設
してある中間コレクター３を経て、弁２４管１１より排
出する。排出速度は３〜８の／ｈｒで行うと良い。再生
廃液の排出が完了すると、強型樹脂１４を再生すると第
５工程を行う。すなわち強型樹脂を再生する再生剤液を
管９、弁２７及び下部コレクター４を経て塔底部に流入
しイオン交換樹脂層を上向流で通薬し、同時に管６、弁
２３及び分散管２より処理水あるいは非活性気体を下向
流で流入させ、流出する再生廃液あるいは再生廃液と不
活性気体は中間コレクター３を経て弁２４、管１１から
排出して強型樹脂１４の再生を行う。この第５工程での
再生剤液通薬流速は４〜１０の／ｈｒ、通薬時間は２０
〜４び分で行うとよい。イオン交モ製樹脂の機能が減退
したイオン交ま剣樹一脂の再生を上述のような手順で行
なった再生工程に続いては、押出し工程及び水洗工程を
行うが、これらは処理水を用いて従来法と同様の操作手
順により行なった後、再び速水工程に入る。

本発明で用いられる再生剤としては従来から用いられて
いる塩酸および硫酸のごとき鉱酸、あるいは水酸化ナト
リウムおよび水酸化カリウムのごときアルカリが使用さ
れるが、その濃度については特に限定するものではない
。

以上詳細に説明したように本発明により従来の複層式向
流再生イオン交換塔におけるイオン交換樹脂層内の懸濁
物の蓄積が防止され、かつ弱型樹脂と強型樹脂の混合が
防止されるため、一定量の処理水を安定して得ることが
できる。

次に本発明を実施例及び比較例により説明する。

実施例 第１図に示すような複層式同流再生イオン交換塔におい
て、下記の装置寸法、使用樹脂、使用再生剤、被処理水
組成、通水条件等の条件下で純水の製造を行なった。

‘１１ 装置寸法 腸イオン交換塔 １６０仇収？×４５０物舷日脱
炭酸塔 ９５仇仰ぐ×４５０仇舷日陰イ
オン交換塔 １６０仇収め×４００比舷Ｈ■ 使
用樹脂｛ィ｝ 弱酸性陽イオン交モ剣樹脂 ダイアイオンＷＫ２０１５００そ ｛ｏ｝ 強酸性腸イオン交換樹脂 ダイヤイオンＳＫＩ１２２７００そ げ 弱塩基性陰イオン交換樹脂 ダイヤイオンＷＡ３０２２００そ げ 強塩基性陰イオン交換樹脂 ダイヤイオンＳＡＩＯＡ２２００そ （ダイヤイオンは三菱化成工業株式会社 の登録商標である。

）（３）使用再生剤 ィ）陽イオン交換樹脂 。

）陰イオン交換樹脂（４）被処理水組成 イ）陽イオン ロ）陰イオン ハ）燭度 ３度 ‘５｝ 通水条件 通水量４５で／ｈｒ、通液流速２２．５仇′ｈｒ通水終
点は陽イオン交換塔で電気伝導度５山Ｓ／伽破過あるし
、は陰イオン交換塔でシリカ０．１ｐｐｍ（Ｓｉ０２換
算）リークとした。

通水終了後の各イオン交予製塔の再生は次のようにして
行なった。

まず、腸イオン交換塔ではイオン交宅剣樹脂が流動する
ように繁底部から１．０％塩酸を通薬流速１５仇／ｈｒ
の上向流で１０分間通薬し、再生廃液は塔上部から排出
して第１工程を行なった。

続いて、第２工程として処理水を通水流速１５仇′ｈｒ
の上向流で３分間導入した。その後処理水の通水を停止
して、第３工程を５分間行なった。第１工程、第２工程
及び第３工程により通水工程中に被処理水と共に塔内に
もちこまれ、イオン交換樹脂層に捕促された懸濁物は再
生廃液と共に塔外に排出され、弱酸性陽イオン交予剣樹
脂が上部に、強酸性腸イオン交モ奥脇脂が下部に完全に
成層分離された。第３工程の後は雄上部より処理水を流
入させ塔内に残留する再生廃液を排出する第４工程を行
なつた。この工程では塔上部より処理水を通液流速５肌
′ｈｒで３０分間流入させ再生廃液は中間コレクターよ
り排出した。

次に第５工程として３％塩酸を通薬流速５の／ｈｒで繁
下部より上向流で導入し、同時に塔上部から処理水を通
水流速２肌′ｈてで流入して、流出する再生廃液は中間
コレクタ−より排出した。

この工程は１５分間行なった。上述のような再生工程に
続く押出し工程として１５分間、塔底部より処理水を５
ｍ／ｈｒで、同時に搭上部からも処理水を２の／ｈｒで
流入して塔内に残留する再生剤液を押出した。

押出し工程の後は水洗工程として塔上部より被処理水を
４５で／ｈｒの下向流で１０分間通水してイオン交妾灘
樹脂を水洗し、水洗廃水は塔底部より排出した後再び通
水工程に入った。

一方、陰イオン交モ製塔も陽イオン交毛奥塔と同じ工程
により再生を行なった。

第１工程では２％苛性ソーダを通薬流速５肌′ｈｒの上
向流で１８分間通薬して行なった。続く第２工程では処
理水を通水流速５の′ｈｒの上向流で６分間導入した。
第３工程は１０分間行なった。第４工程は塔上部より処
理水を速水流速５の／ｈｒで１８分間流入させ再生廃液
を排出した。次の第５工程は１％苛性ソーダを通薬流速
５の／ｈｒで塔下部より上向流で導入し、同時に塔上部
から処理水を通液流速２の／ｈｒで流入し、この工程を
３６分間行なった。

再生工程に続く押出工程及び水洗工程は腸イオン交換塔
の場合と同様の操作条件で行なった後通水工程に入った
。

上述のような条件下で通水−再生−押出し一水洗一遍水
の工程を繰返して純水の製造を行い、これを６の副綾返
した時の純水の孫水量は６９０めであつた。

比較例 比較のために従来法による純水製造を行なった。

実験条件は実施例と全く同様とした。通水工程後の再生
工程は次のようにして行なった。まず腸イオン交換塔で
は塔上部から１％塩酸を通薬流速５の／ｈｒで３０分間
、その後処理水を同じ流速で３ぴ合間下向流で流入して
上部の弱酸性陽イオン交換樹脂を再生し、同時に塔底部
から２％塩酸を通薬流速５の／ｈｒで滋分間、その後処
理水を同じ流速で３５分間上向流で流入して下部の強酸
性腸イオン交換樹脂を再生した。そして流出する再生廃
液は中間コレクターより排出した。上述のような再生工
程の後は被処理水を塔上部より４５〆／ｈｒの下向流で
１０分間通水してイオン交モ製樹脂を水洗した後再び通
水工程に入った。一方陰イオン交換塔においては、塔上
部から２％苛性ソーダを通薬流速５ｗ／ｈｒで２び分間
、その後処理水を同じ流速で３０分間いずれも下向流で
流入して上部の弱塩基性陰イオン交換樹脂を再生し、同
時に塔底部から１．折帯性ソーダを通薬流速５ｍ／ｈｒ
で３５分間、その後処理水を同じ流速で１５分間いずれ
も上向流で流入して下部の強塩基性陰イオン交換樹脂を
再生した。

そして流出する再生廃液は中間コレクターより排出した
。上述のような再生工程後は陽イオン交≠鱒塔と同様の
操作手順とした。上述のような条件下で純水の製造を繰
返して行い、その２０回目の純水の探水量は９５０めで
あり、６０回目は６５０めであり純水の探水量が減少し
た。

以上、実施例及び比較例に示した如く、本発明による再
生方法によれば、処理水の深水量は低下することなく安
定した処理水が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する穣層式同流再生イオン交
換塔の縦断面略図である。 図中１はイオン交換塔、２は分散管、３は中間コレクタ
ー、４は下部コレクター、１３は弱型樹脂、１４は強型
樹脂を示す。 また５，６，７，８，９，１０、及び１１は管を示し、
２１，２２，２３，２４，２５，２６及び２７は弁を示
す。弟ー図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弱電解質イオン交換樹脂を上部に、強電解質イオン
   交換樹脂を下部に積層してなる複層式イオン交換塔にお
   いて、被処理水を弱電解質イオン交換樹脂から強電解質
   イオン交換樹脂の順に通水することにより処理水を得、
   該イオン交換樹脂のイオン交換機能が減退したときの該
   イオン交換樹脂の再生処理に際し、弱電解質イオン交換
   樹脂の再生に要する量の再生剤液を該イオン交換樹脂が
   流動するような流速で、強電解質イオン交換樹脂の下部
   から弱電解質イオン交換樹脂の上部へ通薬させる第１工
   程と、第１工程と同じ流速で上記処理水を強電解質イオ
   ン交換樹脂の下部から流入させる第２工程と、該処理水
   の流入を停止してイオン交換樹脂を沈静させる第３工程
   と、塔内に残留する再生廃液を強電解質イオン交換樹脂
   と弱電解質イオン交換樹脂の境界付近から排出させる第
   ４工程と、次いで強電解質イオン交換樹脂の再生に要す
   る量の再生剤液を強電解質イオン交換樹脂の下部から通
   薬するとともに、弱電解質イオン交換樹脂の上部から上
   記処理水または非活性気体を流入させ流出する再生廃液
   または再生廃液と非活性気体を強電解質イオン交換樹脂
   と弱型電解質イオン交換樹脂の境界付近から排出される
   第５工程とからなる再生を行うことを特徴とする複層式
   イオン交換塔の再生法。