再生型离子交换装置的运转方法与流程

本发明涉及一种在容器内容纳离子交换树脂而成的再生型离子交换装置的运转方法，特别地，涉及一种在采水时使原水以向上流的方式通水的再生型离子交换装置的运转方法。具体而言，本发明涉及停止该再生型离子交换装置的采水时的工序的改良。

背景技术：

作为使原水在容器内容纳有离子交换树脂的再生型离子交换装置中通水，得到处理水的再生型离子交换装置的运转方法，存在使原水以向上流的方式通水的向上流通水方式。

图2a是表示该再生型离子交换装置的构成的示意性纵剖面图，圆筒状的容器1是以筒轴心方向为上下方向(特别是铅直方向)而设置。在该容器1内的上部和下部分别设置有多孔板状的滤膜2、3，在该滤膜2、3间容纳有离子交换树脂4。对于离子交换树脂4而言，由于使用离子交换树脂4，树脂本身膨胀，其体积增加，因此，通常预估该体积的增加，以在所述容器1内的上部残留规定高度h的空间(自由空间部F)的状态下容纳于容器1内。

从该离子交换树脂的原水供给口5使原水以向上流的方式通水时，离子交换树脂4由于该水压被上推，如图2b所示，成为被按压至上侧的滤膜2的固定床状态，并在此状态下进行采水。处理水从容器顶部的流出口6流出。当停止使原水向容器1内通水时，将离子交换树脂4上推的力消失，因此，形成所述固定床的离子交换树脂4在容器1内向下侧滤膜3侧沉淀落下，恢复至通水前的容纳状态，即图2a的状态。

如此地，当离子交换树脂4在容器1内沉淀落下时，如图2c所示，形成离子交换树脂的崩落部4a。该崩落部4a缓慢地向上方移动，最后到达最上部的离子交换树脂4，结束离子交换树脂4的落下，恢复至图2a的状态。在该离子交换树脂的崩落部4a中，离子交换树脂粒子一边混合一边落下。因此，位于离子交换树脂4的充填层的下位侧的离子交换树脂破裂(break)，但在位于上位侧的离子交换树脂仍未破裂的运转中途状态下，停止原水通水，停止采水时，下位侧的破碎的树脂与上位侧的未破碎的树脂混合，下次再次开始采水运转时，有时处理水质会恶化。

因此，对于以向上流采水、向下流再生的方式(逆流再生方式)运转的再生型离子交换装置而言，当通过向上流水开始采水时，至采水结束(下次的再生)为止必须连续通水。

因此，在纯水和超纯水的用量降低的情况等最好暂时停止再生型离子交换装置的情况下，由于需要进行循环运转而连续地运转，或需要进行药品再生，所以会耗费许多时间和成本。

如日本特开昭51-77583号公报的第二页右上栏所记载，作为以向上流的方式通液时抑制离子交换树脂的流动化的机构，已知在以向上流的方式通水的同时，从树脂床上方导入施力水(平衡水、向下流)，防止树脂床扬起的方法。然而，此方法中，由于在以向上流的方式通水的同时，从树脂床上方导入施力水，所以各流量、压力的调整变得复杂。此方法不抑制因停止通水时的自然沉淀所造成的树脂层的紊乱。

在日本特开2003-220387号公报的0034、0035段落中，记载了通过设置移动调整机构，降低结束通水时的离子交换树脂向所述树脂筒的下部落下的速度，从而应对上述课题。然而，设置这种移动调整机构的方式需要另外准备、设置该机构，在大型装置中，尤其是塔内部结构复杂化，成为成本上升的主要原因。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭51-77583号公报；

专利文献2：日本特开2003-220387号公报。

技术实现要素：

发明所要解决的问题

如上所述，对于以向上流的方式通水而采水的再生型离子交换装置而言，当在采水中途暂时停止时，在固定床落下时，离子交换树脂层紊乱，再次开始采水时，不一定能够维持停水前的水质。因此，以向上流的方式通水而采水的再生型离子交换装置即使在采水中途暂时停止时，也必须持续运转。

本发明的目的在于，提供一种使原水以向上流的方式通水而采水的方法，所述方法是进行中断采水运转，然后再次开始采水运转的运转方式的再生型离子交换装置的运转方法，所述方法不需要在再生型离子交换装置中设置特殊的机构，操作容易，不耗费时间，是经济的再生型离子交换装置的运转方法。

解决问题的技术方案

本发明的将离子交换树脂容纳在容器内的再生型离子交换装置的运转方法，具有：原水通水工序，使原水在该再生型离子交换装置中以向上流的方式通水；通水停止工序，停止使原水向该再生型离子交换装置通水；以及，施力水通水工序，在该原水通水工序结束后，通水停止工序前，使在该容器中用于将离子交换树脂层向下方按压并使所述离子交换树脂层移动的施力水以向下流的方式通水。

作为施力水，优选使用从该再生型离子交换装置得到的去离子水。

所述再生型离子交换装置的自由空间(Freeboard)部的高度h优选为10～200mm。

所述施力水的通水时的LV(线性速度，Linear Velocity)优选为20～150m/h。优选使施力水通水10～60秒。

发明效果

本发明在通过以向上流的方式运转进行采水的再生型离子交换装置中，在采水中途停止采水的情况、采水结束时等停止原水通水的情况下，在停止通水后立即使用于将离子交换树脂层向下方按压的施力水以向下流的方式通水。如此，通过使施力水通水，从而使装置内部的离子交换树脂层不紊乱，而在容器内向下方移动，离子交换树脂能够维持固定床。因此，即使再次采水(再次启动)后，也能够确保与停止前同等的水质，能够稳定地运转。即使在进行离子交换树脂的药品再生的情况下，也能够高效率地进行再生，能够削减药品量。

附图说明

图1a、图1b、图1c是本发明方法的说明图。

图2a、图2b、图2c是现有实例的说明图。

图3是单塔多床式再生型离子交换装置的剖面图。

图4是单塔多床式再生型离子交换装置的剖面图。

图5是单塔多床式再生型离子交换装置的剖面图。

具体实施方式

以下，参考图1a～图1c更详细地说明本发明。本发明在将离子交换树脂4容纳于容器1内的滤膜2、3间的再生型离子交换装置中，如图1a所示，使原水以向上流的方式通水而进行采水。当停止原水的向上流通水时，如图1b所示，在停止该向上流通水后立即使施力水在容器1内以向下流的方式通水，以离子交换树脂4的层(成为固定床状态)为整体一体地向下方移动，如图1c所示，在将离子交换树脂4的层维持为固定床状态下底接于下侧的滤膜3。在该离子交换树脂4的层向下方移动的时候，在离子交换树脂4的层不形成如所述图2b那样的崩落部4a，不产生离子交换树脂粒子的混合。因此，原水再次开始向再生型离子交换装置以向上流的方式通水时，再次开始后处理水质立即变得良好。

另外，在本发明中，如图1c所示，可在离子交换树脂4的层结束向下方移动后，进行离子交换树脂的再生，如果离子交换树脂中残留充分的离子交换容量，则不进行再生而再次开始原水通水即可。

如图2a所示，当自由空间部F的高度h过大时，离子交换树脂层变得容易紊乱。离子交换树脂的沉淀性因比重而有所不同，因此，优选考虑比重来设定自由空间部F的高度h。阴离子交换树脂的比重通常为1.0～1.2，阳离子交换树脂的比重通常为1.2～1.7。自由空间部的高度h优选为10～200mm，更优选为10～100mm，特别优选为10～50mm。由于阳离子交换树脂比阴离子交换树脂重，容易沉淀，所以过宽地采取自由空间部时，沉淀时变得容易混合。因此，与充填阴离子交换树脂的情况相比，充填阳离子交换树脂的情况更优选降低自由空间部的高度。

决定自由空间部的高度h时，更优选考虑离子交换树脂层的高度。离子交换树脂层的高度通常为500～2000mm的范围，自由空间部的高度h与离子交换树脂层的高度H之比h/H优选为1/50～1/2.5，更优选为1/20～1/10。

使施力水以向下流的方式通水时的LV(线性速度，Linear Velocity)过小时，无法使离子交换树脂层一体地移动，因此，优选为20m/h以上。如果该LV过大，则离子交换树脂层的上面附近的离子交换树脂紊乱，因此，LV优选为150m/h以下。因此，LV优选为20～150m/h，特别优选为30～60m/h。

对于施力水的向下流通水而言，优选在停止原水的向上流通水后，立即开始通水，具体而言，优选为在停止原水的向上流通水后立即，特别是在1秒以内开始施力水的向下流通水。施力水的通水持续时间，优选为10～60秒左右。

再生型离子交换装置可以是单塔多床式、多塔多床式、多塔单床式、单床式等中的任意装置。如果是单塔多床式，则可使用具有如图3～图5所示的结构的装置。

图3～图5是单塔双床式再生型离子交换装置的纵剖面图，图3表示采水时，图4表示再生时，图5表示施力水通水时。在该再生型离子交换装置40的塔体41内的上室20充填有阴离子(Anion)交换树脂21，在下室30充填有阳离子(Cation)交换树脂31，在塔体41内形成双床。

再生型离子交换装置40的塔体41的外壳由以筒轴心方向为铅直方向的圆筒部41a、顶部的镜板部41b和底部的镜板部41c构成。镜板部41b向上弯曲成凸状，镜板部41c向下弯曲成凸状。

该塔体41内由遮水性的隔板42区分为上室20与下室30两室。在该实施形态中，隔板42是完全不让水通过的金属或合成树脂制的物质，与镜板部41c同样地向下弯曲成凸状。隔板42的周缘部是通过熔接等水密地结合于圆筒部41a的内周面。

在上室20内的上部配置有第一集配水部件44，上部供排配管43与该第一集配水部件44连接。在上室20内的下部设置有第二集配水部件46，第一连通配管45与该集配水部件46连接。在下室30内的上部设置有第三集配水部件49，第二连通配管48与该集配水部件49连接。连通配管45、48通过第三连通配管51连接，在该连通配管51设置有阀52。

在连通配管45、48的末端部设置有作为再生液的供排机构的阀47、50。在下室30的下部设置有第四集配水部件54，下部供排配管53设置于该集配水部件54。

在上室20内的大部分充填有阴离子交换树脂21，在该阴离子交换树脂21的上侧充填有粒状的非活性树脂22。第一集配水部件44埋设于该非活性树脂22内。

在下室30内的大部分充填有阳离子交换树脂31，在该阳离子交换树脂31的上侧充填有粒状的非活性树脂32。第三集配水部件49埋设于该非活性树脂32内。作为非活性树脂，使用比重小于离子交换树脂等的聚丙烯腈系树脂等。非活性树脂的粒径优选为与离子交换树脂同等程度。

作为集配水部件44、46、49、54，能够使用现有的离子交换装置中所使用的集水板、延伸成放射状的配管中设置多个狭缝的粗滤器等。例如，当离子交换树脂的大小为约0.4mm左右时，作为粗滤器优选使用狭缝宽度为约0.2mm的粗滤器。集配水部件44、46、49、54具有沿着镜板部41b、隔板42、镜板部41c的形状，使沿着镜板部41b、隔板42、镜板部41c的无效空间(dead space)变得较小。

将使用该离子交换装置的去离子水的生产(采水)时的流程表示于图3。在这种情况下，打开阀52，关闭阀47、50，从下部供排配管53供给原水(被处理水)。该原水以集配水部件54、阳离子交换树脂31、非活性树脂32、集配水部件49、连通配管48、52、45、集配水部件46、阴离子交换树脂21、非活性树脂22、集配水部件44、上部供排配管43的顺序流通，作为处理水(去离子水)被取出。

通过使原水从集配水部件54、46以向上流的方式流动，从而使阳离子交换树脂31和阴离子交换树脂21上浮，分别被按压至非活性树脂32、22的层的下面。停止该采水时，如图5所示，在停止原水通水后立即关闭阀52，打开阀47、50，使施力水从各集配水部件49、44以向下流的方式通水，并从集配水部件54、46排出施力排水，使阳离子交换树脂31和阴离子交换树脂21的层(成为固定床状态)分别作为整体一体地向下方移动，阳离子交换树脂31着底于镜板部41c，阴离子交换树脂21着底于隔板42。由此，在阳离子交换树脂31与非活性树脂32之间以及阴离子交换树脂21与非活性树脂22之间分别形成自由空间。

在阳离子交换树脂31和阴离子交换树脂21向下方移动的时候，在各阳离子交换树脂31的层和阴离子交换树脂21的层不形成如所述图2b那样的崩落部。也可以通过打开阀52，关闭阀47、50，使施力水从集配水部件44以向下流的方式通水，从下部供排配管53排出的方式，使施力水一过地在上室和下室通水。

在对阳离子交换树脂31和阴离子交换树脂21进行再生时，如图4所示，关闭阀52，打开阀47、50，从上部供排配管43供给NaOH等碱溶液，并且从第三连通配管48供给HCl、H₂SO₄等酸溶液。碱溶液以集配水部件44、非活性树脂22、阴离子交换树脂21、集配水部件46、连通配管45、阀47的顺序流动，作为再生废水(碱)流出，由此将阴离子交换树脂21再生。酸溶液以集配水部件49、非活性树脂32、阳离子交换树脂31、集配水部件54、下部供排配管53的顺序流动，作为再生废水(酸)流出，由此，将阳离子交换树脂31再生。

再生结束后，分别使纯水通水来代替图4的HCl溶液、NaOH溶液，在冲洗各路径和树脂后，根据需要一边用纯水将上室及下室以向下流的方式单独洗净，一边排出洗净排水，然后在上室20和下室30之间使纯水循环规定时间，接着返回至采水工序。在进行该再生时，阴离子交换树脂21和阳离子交换树脂31完全不混合。再生用的碱溶液流入下室30、酸溶液混入上室20的情况完全不会发生，完全防止逆再生。能够同时进行阴离子交换树脂21和阳离子交换树脂31的再生，显著缩短再生时间。

对于该离子交换装置而言，通过一片隔板42将一个塔体41内区隔为上下两室，塔体的高度低，设置空间也小。也可以缩短连通上室20与下室30的配管45、51、48。

在该离子交换装置中，沿着镜板部41b、隔板42、镜板部41c设置集配水部件54、46、49、54，防止水的局部滞留。

在该离子交换装置中，在上室20和下室30的上部充填有非活性树脂22、32，防止阴离子交换树脂21和阳离子交换树脂31的流动，在采水时和再生时，液体与阴离子交换树脂21和阳离子交换树脂31均等地接触，得到高水质的去离子水，并且充分地进行再生。

在图3～图5中，在上室20中容纳有阴离子交换树脂，在下室30中容纳有阳离子交换树脂，但也可以相反地设置。在图3～图5中，上室20与下室30通过配管45、51、48连通，但只要在塔体41的外部回绕即可，并不限定于此。此外，在图3～图5中，使用三个阀47、50、52，但也可以使用两个三向阀来进行流路切换。

向下流通水所使用的施力水可以是此再生型离子交换装置的处理水，也可以是后段的处理水中的任一种，此外，优选使用处理水或是具有相当于处理水的纯度的水。

施力水的向下流水可以是分别单独地同时在前段塔、后段塔(并行通水)通水，或者串联地从后段塔内直接通水至前段塔的方法中的任意方法，但优选为个别地在前段塔、后段塔并行通水。

实施例

[实施例1]

在图3所示的再生型离子交换装置中，以使高度成为1000mm的方式将阴离子交换树脂充填于内径600mm的容器的上段，并以使高度成为500mm的方式将阳离子交换树脂充填于下段，构成单塔多床式再生型离子交换装置。自由空间部的高度h分别设定为200mm。

强碱性阴离子交换树脂：Dow MONOSPHERE 550A(OH)比重1.1

强酸性阳离子交换树脂：Dow MONOSPHERE 650C(H)比重1.4

使比电阻0.1MΩ·cm(导电率10μS/cm)的原水以向上流的方式以20m³/h向该再生型离子交换装置(离子交换树脂塔)通水。从通水开始经过3小时时，停止向上流通水，并立即使施力水以向下流的方式以10m³/h(LV＝35m/h)通水15秒，然后成为停止通水1小时的状态。以此作为1循环，重复进行复数次循环。强处理水的比电阻随时间的变化以及采水量表示于表1。另外，采水量是指至处理水的比电阻成为18MΩ·cm以下的时刻为止的总处理水量。

如表1所示，实施例1中，从通水开始经过77小时为止，处理水的比电阻成为18.2MΩ·cm，经过84小时时为18.0MΩ·cm。该84小时的总采水量为1440L。

[比较例1]

除了在停止原水通水后不进行施力水向下流通水之外，与实施例1相同地进行再生型离子交换装置的运转。将处理水的比电阻随时间的变化以及采水量表示于表1。

如表1所示，在比较例1中，从通水开始经过28小时为止，处理水的比电阻成为18.2MΩ·cm，但在经过35小时时，处理水的比电阻降低至15.5MΩ·cm。因此，总采水量为570L。

[比较例2]

除了不停止原水通水而连续通水之外，与实施例1相同地使再生型离子交换装置运转。将处理水的比电阻随时间的变化以及采水量表示于表1。

在比较例2中，与实施例1相同，从通水开始经过77小时为止，处理水的比电阻为18.2MΩ·cm，经过84小时时为18.0MΩ·cm。该84小时的总采水量为1440L。

[比较例3]

除了将自由空间部的高度h设定为300mm之外，与实施例1相同地使再生型离子交换装置运转。将处理水的比电阻随时间的变化以及采水量表示于表1。

在比较例3中，从通水开始至42小时为止，处理水的比电阻成为18.2MΩ·cm，但在经过49小时时，处理水的比电阻降低至17.5MΩ·cm。因此，总采水量为680L。

[表1]

如表1所示，根据实施例1，即使重复中断原水的通水，采水量也多。实施例1的采水量，与连续运转的比较例2相同，发现能够充分利用离子交换树脂的交换容量。

比较例3的采水量比实施例1少。比较例1的采水量进一步比实施例少。

从以上实施例中可明确的是，根据本发明，即使在采水中途重复停止原水的通水，也能够确保与连续通水的情况同等的采水量。

使用特定方式详细地说明了本发明，但对本领域技术人员而言可明确的是，在不脱离本发明的意图与范围的情况下可进行各种变更。

本申请案以2013年4月25日提出申请的日本特许出愿2013-092659为基础，在此将全部内容援引于此。