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    本發明提供一種離子交換裝置，其可確實止塔內部之陰離子交換樹脂及陽離子交換樹脂的逆再生，即使剛再生後也能生產高水質的去離子水。該離子交換裝置在再生時，關閉閥(12)，打開閥(7)、(10)，從上部供排配管(3)供給鹼溶液，並從第三連通配管(8)供給酸溶液。鹼溶液依集配水構件(4)、惰性樹脂(22)、陰離子交換樹脂(21)、玻璃珠(23)、集配水構件(6)、連通配管(5)、閥(7)之順序流動，使陰離子交換樹脂(21)再生。酸溶液依集配水構件(9)、惰性樹脂(32)、鹼交換樹脂(31)、集配水構件(14)、玻璃珠(33)、下部供排配管(13)之順序流動，使陽離子交換樹脂(31)再生。
    公开号:TW201300326A
    申请号:TW101110381
    申请日:2012-03-26
    公开日:2013-01-01
    发明作者:Takeo Fukui；Satoru Ishizuka；Yoichi Miyazaki
    申请人:Kurita Water Ind Ltd；
    IPC主号:B01D15-00
    专利说明:
    離子交換裝置
    本發明關於一種具備陰離子交換樹脂及陽離子交換樹脂的再生型離子交換裝置。
    在電子產業等中的純水或超純水製造設備等中，已廣泛使用離子交換裝置。作為該離子交換裝置之一，公知有混床式離子交換裝置。
    混床式離子交換裝置具備離子交換塔，該離子交換塔具有強酸性陽離子交換樹脂與強鹼性陰離子交換樹脂混合後的混合離子交換樹脂層，混床式離子交換裝置係以例如藉由原水的下降流通水在離子交換塔中同時使原水中的陽離子及陰離子進行離子交換而製造純度高的純水。進而，在進行各離子交換樹脂的再生時，在同一塔內逆洗分離混合離子交換樹脂層，藉由各離子交換樹脂的比重差而在上層形成強鹼性陰離子交換樹脂層，並在下層形成強酸性陽離子交換樹脂層後，對各離子交換樹脂層流通各自的再生劑而分別再生兩離子交換樹脂。該再生操作有時在同一塔內進行，有時將各離子交換樹脂分別取出至另外的塔，並在各自的塔內分別進行再生。
    在以往的混床式離子交換裝置中，會有被稱為“逆再生”的由於陽離子與陰離子交換樹脂的分離不完全而導致的不良情形的發生。
    亦即，陽離子交換樹脂是以H形式使用，其再生係藉由流通酸溶液而進行。另一方面，陰離子交換樹脂是以OH形式使用，其再生係藉由流通鹼溶液來進行。如前所述，在混床式脫鹽塔的離子交換樹脂的再生之前，首先，在混床上施加往上的通水，使陰離子交換樹脂與陽離子交換樹脂藉由比重差予以分離，然後，使例如HCl由塔下部導入進行陽離子交換樹脂的再生，且，使NaOH由塔上部導入而進行陰離子交換樹脂的再生。各再生廢液，由設在陰離子交換樹脂床與陽離子交換樹脂床的界面部分的排出配管排出。然後，使氮氣由塔底部導入使陰離子交換樹脂與陽離子交換樹脂混合為混床，再行通水。
    在此種再生型混床式離子交換塔中，在利用HCl、NaOH進行各離子交換樹脂的再生之前，有必要充分分離陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂。該分離未完全進行，例如在陰離子交換樹脂中混入陽離子交換樹脂時，則因利用鹼(主要使用氫氧化鈉)的再生(逆再生)而使陽離子交換樹脂成為Na形式，使用該樹脂進行去離子處理時，會放出鈉離子。另外，在陽離子交換樹脂中混入陰離子交換樹脂時，則因利用酸(主要使用硫酸或鹽酸)的再生(逆再生)而使陰離子交換樹脂成為SO4形式或Cl形式，在去離子時會放出硫酸離子或氯離子。
    作為防止如此逆再生的離子交換裝置，於日本特開平10-137751號公報(專利文獻1)中，記載一種離子交換裝置，其以通水性的隔板將塔內區隔為上下兩室，在一室填充陽離子交換樹脂，在另一室填充陰離子交換樹脂。該隔板可容許水的流通，但是阻止離子交換樹脂的流通，而防止陰離子交換樹脂與陽離子交換樹脂的混合。該專利文獻1的塔體，為單塔式，裝置面積較小。 [先前技術文獻] [專利文獻]
    專利文獻1：日本特開平10-137751
    前述日本特開平10-137751的離子交換裝置，由於區隔陰離子交換樹脂層與陽離子交換樹脂層的隔板為通水性，因此，在再生時，陽離子交換樹脂再生用的酸溶液會通過隔板與陰離子交換樹脂接觸，由此，產生逆再生。另外，陰離子交換樹脂再生用的鹼溶液會通過隔板與陽離子交換樹脂接觸，由此，產生逆再生。在專利文獻1的0023、0027、0028段中，記載了將純水當作平衡水進行通水以使在再生時一者的再生劑不流入另一者的離子交換樹脂層，但是，要完全防止再生劑的混入並不充分，仍會產生逆再生。
    本發明的目的在於提供一種離子交換裝置，其能夠確實防止在塔內部的陰離子交換樹脂與陽離子交換樹脂的逆再生，即使剛再生後也能夠生產高水質的去離子水。
    本發明的離子交換裝置，其在塔體內部填充有離子交換樹脂，其特徵在於，藉由遮水性的隔板在該塔體內區隔形成上室與下室，並且，通過在該塔體外圍繞的連通機構連通該上室與下室，其包括：收容在該塔體的上室及下室中的一者中的陽離子交換樹脂；收容在該塔體的上室及下室中的另一者中的陰離子交換樹脂；用於對該上室的上部供給或排出液體的上部給排配管；及用於對該下室的下部供給或排出液體的下部給排配管，前述連通機構包括：用於對該上室的下部給排液體的第一連通配管；用於對該下室的上部給排液體的第二連通配管；連通該第一連通配管與第二連通配管的第三連通配管；該第三連通配管的開閉機構；分別設在該第一連通配管及第二連通配管的再生液的給排機構；及分別在前述上室的上部、上室的下部、下室的上部及下室的下部配置的容許水通過但阻止離子交換樹脂通過的集配水構件，並且，前述上部給排配管、第一連通配管、第二連通配管以及下部給排配管的末端分別連接在該集配水構件，在前述上室的上部及下室的上部分別填充有粒狀的惰性樹脂，並且上室上部的集配水構件及下室上部的集配水構件分別埋設在該惰性樹脂中，在該上室的下部及下室的下部分別填充有比重比該室的離子交換樹脂的比重高的高比重粒子，該上室下部的集配水構件及下室下部的集配水構件分別埋設在該高比重粒子中。
    申請專利範圍第2項的離子交換裝置，其特徵在於，在申請專利範圍第1項離子交換裝置中，該高比重粒子為惰性樹脂粒子或玻璃珠。


    本發明之離子交換裝置中，上室及下室係由遮水性的隔板而劃分，在一室中收容陽離子交換樹脂，在另一室中收容陰離子交換樹脂。被處理水(原水)供給至一室，並經由連通機構流入另一室，且從該另一室取出。
    在該離子交換裝置中，在離子交換樹脂的再生時，在各室中分別供給酸或鹼。因此，完全不會發生陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂混合的情況，而且，區隔兩室的隔板為遮水性，完全不會發生供給至一室的酸或鹼通過隔板而流入另一室的情況，逆再生受到防止。
    本發明之離子交換裝置，由隔板將內部區隔為上下兩室，與分別設置陰離子交換塔與陽離子交換塔相比設置空間較少，配管的長度亦較短即可，進而，藉由以1片隔板分離填充離子交換樹脂的離子交換樹脂空間，可以減低離子交換裝置的高度。另外，可以廉價地製作。
    在本發明之離子交換裝置中，透過第一連通配管及第二連通配管可以容易地分別對上室及下室流通酸或鹼而效率高地進行再生。此時，藉由關閉第三連通配管，完全防止酸、鹼的混合。而且，可以同時再生上室及下室的離子交換樹脂，可大幅縮短再生時間。
    根據本發明之離子交換裝置，在上室及下室的上部及下部上均配置集配水構件並在上室內及下室內通水，因此，不會在上室及下室中產生水的局部滯留，可以效率高地進行處理水(去離子水)的生產及離子交換樹脂的再生。
    本發明之離子交換裝置，在上室及下室的上部填充惰性樹脂，抑制離子交換樹脂的流動。如果離子交換樹脂流動，則採水時或再生時液體不能均等地與離子交換樹脂接觸，有產生水質的降低之虞，但根據該申請專利範圍第5項，可防止該水質降低，可得到高水質的處理水。另外，採水時及再生時的被處理水與再生劑的通水方向沒有特別限定，但是使採水時朝上流及再生時朝下流的方式，由於可獲得高水質之處理水，故而較佳。此認為係由於惰性樹脂的填充，使充分再生的離子交換樹脂固定在各離子交換樹脂的上部，使在採水時該離子交換樹脂位於被處理水的出口側之故。
    本發明之離子交換裝置中，分別在上室及下室的下部填充高比重粒子，並將上室下部及下室下部的集配水構件埋設於該高比重粒子中，因此，在從這些集配水構件朝向上流對各室進行通水時，從集配水構件流出的水藉由高比重粒子的填充層而廣泛地均一分散。因此，在各室內均一地通水，使各室內的離子交換樹脂及水有效地接觸，提高離子交換效率。
    以下，參照圖1對實施形態進行說明。
    塔體1是由筒軸心方向為垂直方向的圓筒部1a、頂部的鏡板部1b、底部的鏡板部1c構成外殼。鏡板部1b往上方凸狀彎曲，鏡板部1c往下方凸狀彎曲。
    該塔體1內利用遮水性的隔板2區隔為上室20與下室30的二室。在該實施形態中，隔板2是由完全不使水通過的金屬或合成樹脂製成，與鏡板部1c同樣往下凸狀地彎曲。隔板2的周緣部，相對圓筒部1a的內周面利用焊接等水密地結合。
    在上室20內的上部配置有第一集配水構件4，在該第一集配水構件4連接上部給排配管3。在上室20內的下部配置有第二集配水構件6，在該集配水構件6連接第一連通配管5。在下室30內的上部配置有第三集配水構件9，在該集配水構件9連接第二連通配管8。連通配管5、8藉由第三連通配管11連接，在該連通配管11設置閥12。
    在連通配管5、8的末端部，分別設有作為再生液給排設備的閥7、10。在下室30的下部配置有第四集配水構件14，在該集配水構件14設置下部給排配管13。
    在上室20內的下部及下室30內的下部分別填充有作為高比重粒子的玻璃珠22、33。第二集配水構件6埋設於玻璃珠23的層內，第四集配水構件14埋設於玻璃珠33的層內。另外，也可代替玻璃珠，採用比重比離子交換樹脂的比重高的高比重的高密度聚乙烯、高比重聚丙烯、氟系樹脂等惰性樹脂的粒子。較佳玻璃珠及該惰性樹脂的粒徑與離子交換樹脂相同程度。另外，高比重粒子宜在LV150m/h以上亦不流動。
    上室20內，在該玻璃珠23的上側部分填充有陰離子交換樹脂21，在該陰離子交換樹脂21的上側填充有粒狀的惰性樹脂22。第一集配水構件4埋設於該惰性樹脂22內。
    下室30內，在玻璃珠33的上側部分填充有陽離子交換樹脂31，在該陽離子交換樹脂31的上側填充有粒狀的惰性樹脂32。第三集配水構件9埋設於該惰性樹脂32中。
    作為惰性樹脂22、32，使用比離子交換樹脂比重更小的聚丙烯腈系樹脂。惰性樹脂22、32的粒徑，較佳為與離子交換樹脂相同程度。
    作為集配水構件4、6、9、14，可以使用在以往的離子交換裝置中使用的集水板或是在放射狀延伸的配管中設有多數縫隙的濾網等。例如，離子交換樹脂的大小約為0.4mm左右時，作為濾網，較好使用縫隙的寬度為約0.2mm的濾網。集配水構件4、6、9、14分別具有沿著鏡板部1b、隔板2、鏡板部1c的形狀，使沿著鏡板部1b、隔板2、鏡板部1c的無效空間(dead space)較小。
    使用該離子交換裝置之去離子水的生產(採水)時的流程顯示於圖1(a)。在該情況，使閥12打開，使閥7、10關閉，由下部給排配管13供給原水(被處理水)。該原水按順序流過集配水構件14、玻璃珠33、陽離子交換樹脂31、惰性樹脂32、集配水構件9、連通配管8、12、5、集配水構件6、玻璃珠23、陰離子交換樹脂21、惰性樹脂22、集配水構件4、上部給排配管3，並作為處理水(去離子水)而取出。
    陽離子交換樹脂31及陰離子交換樹脂21的再生時，如圖1(b)所示，關閉閥12，打開閥7、10，由上部給排配管3供給NaOH等鹼溶液，並且由第三連通配管8供給HCl、H2SO4等酸溶液。鹼溶液，按順序流過集配水構件4、惰性樹脂22、陰離子交換樹脂21、集配水構件6、玻璃珠23、連通配管5、閥7，並作為再生廢水(鹼)而流出，由此，使陰離子交換樹脂21再生。酸溶液，按順序流過集配水構件9、惰性樹脂32、陽離子交換樹脂31、玻璃珠33、集配水構件14、下部給排配管13，並作為再生廢水(酸)而流出，由此，使陽離子交換樹脂31再生。
    再生結束後，替代圖1(b)的HCl溶液、NaOH溶液，分別流通純水，沖洗各路徑及樹脂後，根據需要而以純水各自地向下流動洗淨上室與下室並且排出洗淨排水，然後，使純水在上室20與下室30之間循環特定時間，接著，回到採水步驟。在該再生時，陰離子交換樹脂21與陽離子交換樹脂31完全不會混合。且，完全不會有再生用的鹼溶液流入下室30，或是酸溶液混入上室20的情形，而完全防止逆再生。而且，可以同時並行再生陰離子交換樹脂21與陽離子交換樹脂31，再生時間顯著縮短。
    該離子交換裝置，藉由1片隔板2將1個塔體1內區隔為上下兩室，塔體的高度較低，設置空間也較小。且，連通上室20與下室30的配管5、11、8也是較短即可。
    在該離子交換裝置中，集配水構件4、6、9、14是沿著鏡板部1b、隔板2、鏡板部1c而設置，可防止水的局部滯留。
    在該離子交換裝置中，在上室20及下室30的上部填充有惰性樹脂22、32，可防止陰離子交換樹脂21及陽離子交換樹脂31的流動。另外，在上室20及下室30的下部填充有玻璃珠23、33，集配水構件6、14埋設於玻璃珠23、33的層內。因此，在採水時及再生時液體變得均等地與陰離子交換樹脂21及陽離子交換樹脂31接觸，可得到高水質的去離子水，並且可充分進行再生。
    在前述實施形態中，在上室20收容陰離子交換樹脂，在下室30收容陽離子交換樹脂，但是相反也可。在前述實施形態中，上室20與下室30是介由配管5、11、8而連通，但只要是在塔體1外部周圍即可，並不以此為限。此外，在該實施形態中，使用3個閥7、10、12，但也可使用2個三向閥進行流路切換。 實施例
    以下，對實施例及比較例進行說明。 <實施例1>
    採用圖1所示的離子交換裝置。各種規格如下。
    塔體直徑：1000mm
    塔體高度：3500mm
    上室容積：1000L
    下室容積：1000L
    陰離子交換樹脂：Dow 550A
    陽離子交換樹脂：Dow 650C
    陰離子交換樹脂的填充量：500L
    陽離子交換樹脂的填充量：500L
    惰性樹脂22的填充量：200L
    惰性樹脂32的填充量：200L
    玻璃珠23、33(平均粒徑3mm，比重2.5)的填充量：各200L <比較例1>
    在比較例1中，未填充玻璃珠23、33，增多與此相對應的量的離子交換樹脂量，除如下以外與實施例1相同。
    陽離子交換樹脂的填充量：700L
    陰離子交換樹脂的填充量：700L <通水試驗>
    對各離子交換裝置按照通水流量：20m3/h進行RO處理水(導電率：5μS/cm，金屬Na：1ppm，氯化物離子：1ppm，SiO2：1ppm)的通水，直到離子交換裝置處理水的比電阻值達到18MΩ．cm。然後，用下述的酸溶液及鹼溶液同時再生，並反覆進行5次該採水/洗淨循環。 [再生條件]
    HCl：5%(通水流量1m3/h，30分鐘)
    NaOH：5%(通水流量1m3/h，加溫40℃，30分鐘)將各循環中的採水量示於表1中。
    由表1可知，根據實施例1，採水量比比較例1增加約20%。這可認為是利用玻璃珠使塔內的流動均一化所致。
    1‧‧‧塔體
    1b、1c‧‧‧鏡板
    2‧‧‧隔板
    3‧‧‧上部供排配管
    4、6、9、14‧‧‧集配水構件
    5、8、11‧‧‧連通配管
    13‧‧‧下部供排配管
    20‧‧‧上室
    21‧‧‧陰離子交換樹脂
    22、32‧‧‧惰性樹脂
    23、33‧‧‧玻璃珠
    30‧‧‧下室
    31‧‧‧陽離子交換樹脂
    圖1係顯示實施形態之離子交換裝置的概要剖視圖。
    1‧‧‧塔體
    1b、1c‧‧‧鏡板
    2‧‧‧隔板
    3‧‧‧上部供排配管
    4、6、9、14‧‧‧集配水構件
    5、8、11‧‧‧連通配管
    13‧‧‧下部供排配管
    20‧‧‧上室
    21‧‧‧陰離子交換樹脂
    22、32‧‧‧惰性樹脂
    23、33‧‧‧玻璃珠
    30‧‧‧下室
    31‧‧‧陽離子交換樹脂
    权利要求:
    Claims (2)
    [1] 一種離子交換裝置，其係在塔體內部填充有離子交換樹脂之離子交換裝置中，藉由遮水性隔板在該塔體內區隔形成上室與下室，並且藉由在該塔體外圍繞之連通機構連通該上室與下室之離子交換裝置，其特徵為包括：收容在該塔體的上室及下室中的一者中的陽離子交換樹脂；收容在該塔體的上室及下室中的另一者中的陰離子交換樹脂；用於對該上室的上部供給或排出液體的上部給排配管；及用於對該下室的下部供給或排出液體的下部給排配管，前述連通機構包括：用於對該上室的下部給排液體的第一連通配管；用於對該下室的上部給排液體的第二連通配管；連通該第一連通配管與第二連通配管的第三連通配管；該第三連通配管的開閉設備；分別設在該第一連通配管及第二連通配管的再生液的給排機構；及分別在前述上室的上部、上室的下部、下室的上部及下室的下部配置的容許水通過但阻止離子交換樹脂通過的集配水構件，且前述上部給排配管、第一連通配管、第二連通配管及下部給排配管的末端分別連接於該集配水構件，於前述上室的上部及下室的上部分別填充粒狀的惰性樹脂，並且上室上部的集配水構件及下室上部的集配水構件分別埋設在該惰性樹脂中，於該上室的下部及下室的下部分別填充比重比該室的離子交換樹脂的比重高的高比重粒子，該上室下部的集配水構件及下室下部的集配水構件分別埋設在該高比重粒子中。
    [2] 如申請專利範圍第1項之離子交換裝置，其中該高比重粒子為惰性樹脂粒子或玻璃珠。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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