专利名称：高新离子交换装置及其塔体以及水处理装置技术
技术领域：
本发明涉及ー种再生型离子交換装置及供其所用的塔体，其包括阴离子交換树脂与阳离子交換树脂。本发明还涉及ー种包括该离子交換装置的水处理装置。
背景技术：
在电子产业等中的纯水或超纯水制造设备等中，广泛使用离子交換装置。作为该离子交換装置之一，已公知有混床式离子交換装置。混床式离子交換装置，包括离子交換塔，该离子交換塔具有混合有强酸性阳离子交換树脂与强碱性阴离子交換树脂的混合离子交換树脂层，例如，通过原水的下降流通水在离子交換塔中使原水中的阳离子与阴离子同时进行离子交換而制造纯度高的纯水。接着，在进行各离子交換树脂的再生时在同一塔内，逆洗分离混合离子交換树脂层，通过各离子交換树脂的比重差而在上层形成强碱性阴离子交換树脂层，在下层形成强酸性阳离子交换树脂层后，在各离子交換树脂层流通各自的再生剂而各自再生两种离子交換树脂。该再生操作也有在同一塔内进行的，也有使各离子交換树脂各自取出至分別的塔，而在分別的塔内各自进行再生。在以往的混床式离子交換装置中，会有被称为“逆再生”的由于阳离子与阴离子交换树脂的分离不完全而导致的不良情形的发生。也即，阳离子交換树脂是以H的方式被使用，其再生通过流通酸溶液来进行。另ー 方面，阴离子交換树脂是以OH的方式被使用，其再生通过流通碱溶液来进行。如前所述，在混床式脱盐塔的离子交換树脂的再生之前，首先，在混床上施加往上的通水，使阴离子交換树脂与阳离子交換树脂借着比重差来分离，然后，使酸例如HCl水溶液由塔下部导入进行阳离子交換树脂的再生，另外，使碱例如NaOH水溶液由塔上部导入而进行阴离子交換树脂的再生。各个的再生废液，由设在阴离子交換树脂床与阳离子交換树脂床的界面部分的排出配管来排出。然后，使氮气由塔底部导入使阴离子交換树脂与离子交換树脂混合为混床， 再行通水。在这样的再生型混床式离子交換塔中，在根据酸或碱进行的各离子交換树脂的再生之前，有必要充分分离阳离子交換树脂与阴离子交換树脂。该分离无法完全进行，例如在阴离子交換树脂中混入阳离子交換树脂时，则因根据碱(主要使用氢氧化钠)的再生(逆再生)而使阳离子交換树脂成为Na方式，使用该树脂进行脱离子处理，则会放出钠离子。另外，在阳离子交換树脂中混入阴离子交換树脂时，则因根据酸(主要使用硫酸或盐酸)的再生(逆再生)而使阴离子交換树脂成为SO4的方式或Cl的方式，在脱离子处理时会放出硫酸离子或氯离子。作为防止这样的逆再生的离子交換装置，在日本特开平10-137751号公报(专利文献1)中，记载了一种离子交換装置，其以通水性的隔板将塔内区隔为上下两室，在一室填充阳离子交換树脂，在另一室填充阴离子交換树脂。特别是，在专利文献1的图5、11中， 记载了一种离子交換装置，其以通水性的隔板将塔内区隔为上下两室，在下室填充阳离子交換树脂，在上室填充阴离子交換树脂，使原水由上室通水往下室，依照阴离子交換树脂ヰ 阳离子交換树脂的順序通水。该隔板，容许水的流通，但是阻止离子交換树脂的流通，防止阴离子交換树脂与阳离子交換树脂的混合。该专利文献1的塔体，为ー塔式(单塔式)，装置面积较小。在专利文献1的离子交換装置用塔体中，在使原水依照阳离子交換树脂ヰ阴离子交換树脂的順序通水的情形下，有可能会由下游侧的阴离子交換树脂溶出许多来自阴离子交換树脂再生用的NaOH等的Na等金属离子成分，招致处理水质降低。在使原水依照阴离子交換树脂ヰ阳离子交換树脂的順序通水的情形下，由阴离子交換树脂溶出的Na等金属成分会被阳离子交換树脂捕捉，因此，处理水质变得到良好。然而，在使原水依照阴离子交換树脂ヰ阳离子交換树脂的順序通水的离子交換装置中，原水与阴离子交換树脂接触吋，通过阴离子交換树脂使硫酸离子或氯离子等阴离子成分与OH离子置換，使得到pH(酸碱值)变成碱性。在原水中含有硬度成分的情形下，会发生这些硬度成分的水垢(例如氢氧化镁或碳酸钙等)。在专利文献1中，在离子交換装置的前级设置逆滲透膜装置，除去硬度成分(參照专利文献1的第0066段)。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平10-137751号公报
发明内容
发明要解决的课题前述日本特开平10-137751的离子交換装置，区隔阴离子交換树脂层与阳离子交换树脂层的隔板是通水性的，因此，在再生吋，阳离子交換树脂再生用的酸溶液会通过隔板与阴离子交換树脂接触，由此，产生逆再生。另外，阴离子交換树脂再生用的碱溶液通过隔板会与阳离子交換树脂接触，由此，产生逆再生。在专利文献1的0023、0027、00观段中，记载了把纯水当作平衡水来通水以使在再生时ー者的再生剂不流入另ー者的离子交換树脂层，但是，要完全防止再生剂的混入仍然是不充分的，会产生逆再生。本发明的目的在于提供一种离子交換装置与供其所用的塔体，其确实防止在塔内部的阴离子交換树脂与阳离子交換树脂的逆再生，即使在再生之后立即进行也可以生产高品质的脱离子水。本发明另一目的在于提供ー种水处理装置，其防止水垢往塔内部的阴离子交換树脂析出，并且确实防止阴离子交換树脂与阳离子交換树脂的逆再生，可以稳定地生产高品质的脱离子水。解决课题的方法第一技术方案的离子交換装置用塔体，其在内部填充有离子交換树脂，其特征在干，通过遮水性的隔板在该塔体内区隔形成上室与下室，通过绕拉在该塔体外的连通设备连通该上室与下室。第二技术方案的离子交換装置，其特征在干，包括第一技术方案的离子交換装置用塔体；被收容在该塔体的上室及下室中的一者中的阳离子交換树脂；以及被收容在另ー 者中的阴离子交換树脂。
第三技术方案的离子交換装置，其特征在干，在第二技术方案中，包括用于对所述上室的上部供给或者排出液体的上部给排配管、用于对所述下室的下部供给或者排出液体的下部给排配管，并且，所述连通设备包括用于对所述上室的下部给排液体的第一连通配管、用于对所述下室的上部给排液体的第二连通配管、连通该第一连通配管与第二连通配管的第三连通配管、该第三连通配管的开闭设备、以及分別设在该第一连通配管及第ニ 连通配管的再生液的给排设备。第四技术方案的离子交換装置，其特征在干，在第三技术方案中，分別在所述上室的上部、上室的下部、下室的上部以及下室的下部配置容许水通过但阻止离子交換树脂通过的集配水构件，并且，所述上部给排配管、第一连通配管、第二连通配管以及下部给排配管的末端分别连接在该集配水构件。第五技术方案的离子交換装置，其特征在干，在第四技术方案中，在所述上室的上部及下室的上部分别填充粒状的非活性树脂，并且上室上部的集配水构件及下室下部的集配水构件分别埋设在该非活性树脂中。第六技术方案的水处理装置，其特征在干，包括第二至第五技术方案中的任一技术方案的离子交換装置、以及设在该离子交換装置的前级的硬度成分除去设备。第七技术方案的水处理装置，其特征在干，在第六技术方案中，所述离子交換装置构成为使被处理水先与阴离子交換树脂接触，然后与阳离子交換树脂接触。发明的效果在本发明的塔体及离子交換装置中，通过遮水性的隔板区隔上室与下室，在一室中收容阳离子交換树脂，在另一室中收容阴离子交換树脂。被处理水(原水)供给至一室， 通过连通设备流入另一室，由该另一室取出。在该离子交換装置中，在离子交換树脂的再生吋，在各室中分别供给酸或碱。因此，完全不会发生阳离子交換树脂与阴离子交換树脂混合的情況，而且，区隔两室的隔板为遮水性，完全不会发生供给至一室的酸或碱通过隔板而流入另一室的情況，防止逆再生的发生。本发明的塔体，通过隔板把内部区隔为上下两室，与分别设置阴离子交換塔与阳离子交換塔相比设置空间较少，配管的长度也是较少即可，进而，通过以1枚隔板分离填充离子交換树脂的离子交換树脂空间，可以减低离子交換装置的高度。另外，可以廉价地制作。在第三技术方案的离子交換装置中，通过第一连通配管及第ニ连通配管可以容易地分别对上室及下室流通酸或碱而效率高地进行再生。此时，通过关闭第三连通配管，完全防止酸、碱的混合。接着，可以同时再生上室及下室的离子交換树脂，可以大幅縮短再生时间。根据第四技术方案的离子交換装置，不会在上室及下室产生水的局部滞留，可以效率高地进行处理水(脱离子水)的生产及离子交換树脂的再生。第五技术方案的离子交換装置，在上室及下室的上部填充非活性树脂，抑制离子交換树脂的流动。如果离子交換树脂流动，则采水时或是再生时液体不能均等地与离子交换树脂接触，有可能产生水质的降低，但根据第五技术方案，可以防止相关的水质降低，得到高水质的处理水。另外，采水时与再生时的被处理水与再生剂的通水方向没有特別限定，但是从能够得到高水质的处理水方面考虑，优选采水时朝上流且再生时朝下流的方式。这是考虑到下述原因由于非活性树脂的填充，使充分再生的离子交換树脂固定在各离子交换树脂的上部，使在采水时该离子交換树脂位于被处理水的出ロ侧。在本发明的水处理装置中，原水首先通过硬度成分除去设备除去硬度成分之后再通过水处理装置，因此，防止水垢在离子交換装置内析出。特別是，在该离子交換装置中，依照阴离子交換树脂ヰ阳离子交換树脂的順序通水，可防止在离子交換装置的阴离子交換树脂产生水垢成分。此外，在离子交換装置中，被处理水先接触阴离子交換树脂，因此，由阴离子交換树脂流出的Na等金属成分会被阳离子交換树脂捕捉。进而，在离子交換装置内被处理水先与阴离子交換树脂接触的情形下，被处理水的PH变高，通过该pH高的被处理水与阳离子交換树脂接触，阳离子交換树脂的离子交換容量大幅増加。也即，通过被处理水与阴离子交換树脂接触成为H+离子浓度低的状态而进入阳离子交換树脂层，促进在阳离子交換树脂层内进行的下列平衡反应往右进行。又[H+]_R表示阳离子交換树脂。 -R+ [Na+] ο [Na+] -R+ [H+]其結果，可以跨长期间稳定地生产水质良好的离子交換处理水。在本发明的水处理装置中，预先除去硬度成分，然后，在离子交換装置中通过依照阴离子交換树脂、阳离子交換树脂的順序来通水，可得到处理水水质的提高以及阳离子交换树脂的实质的离子交換容量的提升。通过使树脂体积比率配合交換容量比，可以在再生时使阳离子交換树脂、阴离子交換树脂都达到用完交換容量的方式，可以提高经济性。在有必要除去硼或ニ氧化硅等弱碱成分的情形，通过配合这些元素的实质上的交換容量而改变阳离子交換树脂与阴离子交換树脂的体积比，可以谋求经济性的更进ー步提高。
图Ia是表示实施方式的离子交換装置的排水时的状态的概要剖面图。 图Ib是表示实施方式的离子交換装置的再生时的状态的概要剖面图。 图2是表示实施方式的水处理装置的流程图。 图3是表示实施例及比较例的结果的图。 附图标记的说明
1塔体 IbUc 镜板
2隔板
3上部给排配管
4、6、9、14集配水构件
5、8、11连通配管 13 下部给排配管 20 上室
30 下室41 硬度成分除去设备42 离子交換装置
具体实施例方式下面，參照
实施方式。首先，參照图la、lb说明本发明的离子交換装置用塔体及离子交換装置的实施方式。塔体1是由使筒轴心方向为铅直方向的圆筒部la、顶部的镜板部lb、底部的镜板部Ic来构成外売。镜板部Ib往上方凸状弯曲，镜板部Ic往下方凸状弯曲。该塔体1内通过遮水性的隔板2区隔为上室20与下室30的ニ室。在该实施方式中，隔板2，是由完全不让水通过的金属或合成树脂制成，与镜板部Ic同样往下凸状地弯曲。隔板2的周缘部，相对圆筒部Ia的内周面通过焊接等水密地结合。在上室20内的上部配置有第一集配水构件4，在该第一集配水构件4连接着上部给排配管3。在上室20内的下部配置有第二集配水构件6，在该集配水构件6连接着第一连通配管5。在下室30内的上部配置有第三集配水构件9，在该集配水构件9连接着第二连通配管8。连通配管5、8通过第三连通配管11连接，在该连通配管11设置阀12。在连通配管5、8的末端部，分别设有作为再生液给排设备的阀7、10。在下室30的下部配置有第四集配水构件14，在该集配水构件14设置着下部给排配管13。上室20内的大部分填充有阳离子交換树脂21，该阳离子交換树脂21的上侧填充有粒状的非活性树脂22。第一集配水构件4埋设在该非活性树脂22内。下室30内的大部分填充有阴离子交換树脂31，该阴离子交換树脂31的上侧填充有粒状的非活性树脂32。第三集配水构件9埋设在该非活性树脂32中。作为非活性树脂，使用比离子交換树脂比重更小的聚丙烯腈系树脂。非活性树脂的粒径，优选为与离子交換树脂同程度。作为集配水构件4、6、9、14，可以使用在从前的离子交換装置中使用的集水板或是在放射状延伸的配管中设有多数縫隙的滤网等。例如，离子交換树脂的大小(粒径)约为 0. 4mm左右的场合，作为滤网，优选使用縫隙的宽度为约0. 2mm的滤网。集配水构件4、14 分別具有沿着镜板部lb、镜板部Ic的形状，使沿着镜板部lb、镜板部Ic的无效空间(dead space)较小。此外，集配水构件6、9具有沿着隔板2的形状，并且，使沿着隔板2的无效空间较小。使用该离子交換装置的脱离子水的生产(采水)时的流程表示在图la。在该场合，使阀12为开，阀7、10关闭，由下部给排配管13供给原水(被处理水)。该原水按顺序流过集配水构件14、阴离子交換树脂31、非活性树脂32、集配水构件9、连通配管8、11、5、集配水构件6、阳离子交換树脂21、非活性树脂22、集配水构件4、上部给排配管3，作为处理水 (脱离子水)而取出。阴离子交換树脂31及阳离子交換树脂21的再生吋，如图Ib所示，关闭阀12，打开阀7、10，由上部给排配管3供给HC1、H2SO4等酸溶液，并且由第二连通配管8供给NaOH等碱溶液。酸溶液，按顺序流过集配水构件4、非活性树脂22、阳离子交換树脂21、集配水构件6、连通配管5、阀7，作为再生废水(酸)而流出，由此，使阳离子交换树脂21再生。碱溶液，按顺序流过集配水构件9、非活性树脂32、阴离子交换树脂31、集配水构件14、下部给排配管13，作为再生废水(碱)而流出，由此，使阴离子交换树脂31再生。再生结束后，替代图Ib的HCl溶液、NaOH溶液，分别流通纯水，冲洗各路径及树脂后，根据需要而以纯水各自地向下洗净上室与下室并且排出洗净排水，然后，使纯水在上室 20与下室30之间循环特定时间，接着，恢复采水步骤。在该再生时，阳离子交换树脂21与阴离子交换树脂31完全不会混合。此外，完全不会有再生用的酸溶液流入下室30，或是碱溶液混入上室20的情形，完全防止逆再生。而且，可以同时并行再生阳离子交换树脂21与阴离子交换树脂31，再生时间显著缩短。该离子交换装置，通过1枚隔板2将1个塔体1内区隔为上下两室，塔体的高度较低，设置空间也较小。此外，连通上室20与下室30的配管5、11、8也是较短即可。在该离子交换装置中，集配水构件4、6、9、14是沿着镜板部lb、隔板2、镜板部Ic 而设置的，可防止水的局部滞留。在该离子交换装置中，在上室20及下室30的上部填充有非活性树脂22、32，可防止阳离子交换树脂21及阴离子交换树脂31的流动，在采水时及再生时液体变得均等地与阳离子交换树脂21及阴离子交换树脂31接触，可得到高品质的脱离子水，并且可充分进行再生。在前述实施方式中，是在上室20收容阳离子交换树脂，在下室30收容阴离子交换树脂，但是相反也可。在前述实施方式中，上室20与下室30是介由配管5、11、8而连通，但只要是绕拉在塔体1的外部即可，并不以此为限。此外，在该实施方式中，使用3个阀7、10、 12，但也可使用2个三向阀进行流路切换。接下来，参照图2说明本发明的水处理装置的实施方式。图2是实施方式的水处理装置的流程图。原水，在通过硬度成分除去设备41除去硬度成分后，通水至离子交换装置42。该离子交换装置42，是如图la、lb所示地构成，塔体 1内以隔板2区隔为上下二室，下室填充有阴离子交换树脂31，上室填充有阳离子交换树脂 21。被除去硬度成分的原水，首先与阴离子交换树脂31接触除去阴离子后，与阳离子交换树脂21接触除去阳离子，成为处理水。作为硬度成分除去设备，可以举出逆渗透装置(R0装置)、离子交换装置等。这些硬度成分除去设备可以仅使用1级，也可串联连接2级以上使用，也可串联连接2种以上的硬度成分除去设备。包含硬度成分除去设备的本发明的水处理装置的构成，例示如下列的 (a) (j)。(a) RO-本发明的离子交换装置(b) RO-RO-本发明的离子交换装置(c) RO-脱气装置-本发明的离子交换装置(d)脱气装置-RO-本发明的离子交换装置(e)脱气装置-RO-RO-本发明的离子交换装置(f) RO-脱气装置-RO-本发明的离子交换装置
(g) RO-RO-脱气装置-本发明的离子交换装置
(h)离子交换装置-本发明的离子交换装置
(i)离子交换装置-脱气装置-本发明的离子交换装置(j)离子交换装置-脱气装置-离子交换装置-本发明的离子交换装置在该水处理装置的离子交换装置42中，通过使被处理水依照阴离子交换树脂 31 —阳离子交换树脂21的顺序通水，也即，如图Ia所示使阀12为开，使阀7、10为关，通过使来自下部给排配管13的原水按顺序流过集配水构件14、阴离子交换树脂31、非活性树脂32、集配水构件9、连通配管8、12、5、集配水构件6、阳离子交换树脂21、非活性树脂22、 集配水构件4、上部给排配管3，而使得即使假定由阴离子交换树脂31溶出Na等金属离子， 该金属离子也在阳离子交换树脂21被捕捉，不会泄漏至处理水中。此外，通过使先与阴离子交换树脂31接触而pH变高(H+离子浓度变低)的被处理水与阳离子交换树脂21接触， 大幅增加阳离子交换树脂21的阳离子交换容量。因该，可得到水质良好的处理水。进而， 通过硬度成分除去设备41处理原水而除去硬度成分之后通水至离子交换装置42，因此，也可防止在阴离子交换树脂31附着有水垢成分，可以长期稳定地通水。〈必要树脂体积比〉如下列的表1的例示，通常离子交换树脂在阳离子交换树脂与阴离子交换树脂的总交换容量是不同的。通常情况下，阳离子交换树脂的总交换容量多，给水的离子若是阳离子、阴离子当量的话，优选是使阴离子交换树脂量比阳离子交换树脂在体积上较多。例如， 优选使阴离子交换树脂的体积量为阳离子交换树脂的体积量的1. 5 5倍。此外，在有必要提高硼或二氧化硅等弱碱的除去性的情形，如下列的例示所示，不仅使体积树脂比配合总交换容量，优选还要采用配合这些弱碱的实质交换容量的体积树脂比率。表 权利要求
1.一种离子交換装置用塔体，其在内部填充有离子交換树脂，其特征在干，通过遮水性的隔板在该塔体内区隔形成上室与下室，并且，通过绕拉在该塔体外的连通设备连通该上室与下室。
2.一种离子交換装置，其特征在干，其包括权利要求1所述的离子交換装置用塔体；被收容在该塔体的上室及下室中的一者中的阳离子交換树脂；以及被收容在该塔体的上室及下室中的另ー者中的阴离子交換树脂。
3.如权利要求2所述的离子交換装置，其中，其包括用于对所述上室的上部供给或者排出液体的上部给排配管、以及用于对所述下室的下部供给或者排出液体的下部给排配管，并且，所述连通设备包括用于对所述上室的下部给排液体的第一连通配管、用于对所述下室的上部给排液体的第二连通配管、连通该第一连通配管与第二连通配管的第三连通配管、该第三连通配管的开闭设备、以及分別设在该第一连通配管及第ニ连通配管的再生液的给排设备。
4.如权利要求3所述的离子交換装置，其中，分別在所述上室的上部、上室的下部、下室的上部以及下室的下部配置容许水通过但阻止离子交換树脂通过的集配水构件，并且，所述上部给排配管、第一连通配管、第二连通配管以及下部给排配管的末端分別连接在该集配水构件。
5.如权利要求4所述的离子交換装置，其中，在所述上室的上部及下室的上部分别填充有粒状的非活性树脂，并且上室上部的集配水构件及下室下部的集配水构件分别埋设在该非活性树脂中。
6.ー种水处理装置，其特征在干，其包括权利要求2 5中的任一项所述的离子交換装置、以及设在该离子交換装置的前级的硬度成分除去设备。
7.如权利要求6所述的水处理装置，其中，所述离子交換装置构成为使被处理水先与阴离子交換树脂接触，然后与阳离子交換树脂接触。
全文摘要
本发明的课题在于提供一种离子交换装置与供其所用的塔体，其能够确实防止在塔内部的阴离子交换树脂与阳离子交换树脂的逆再生，在再生之后立即进行也可以生产高品质的脱离子水。本发明的解决方案是，在再生时，关闭阀(12)，打开阀(7、10)，由上部给排配管(3)供给HCl等酸溶液，并且，由第三连通配管(8)供给NaOH等碱溶液。酸溶液，按顺序流过集配水构件(4)、非活性树脂(22)、阳离子交换树脂(21)、集配水构件(6)、连通配管(5)、阀(7)，使阳离子交换树脂(21)再生。碱溶液，按顺序流过集配水构件(9)、非活性树脂(32)、阴离子交换树脂(31)、集配水构件(14)、下部给排配管(13)，使阴离子交换树脂(31)再生。
文档编号C02F1/42GK102548906SQ20108004208
公开日2012年7月4日 申请日期2010年9月17日 优先权日2009年9月30日
发明者北见胜信, 宫崎洋一, 岩崎守, 石塚谕, 福井长雄, 竹山一 申请人:栗田工业株式会社
