陰型樹脂イオン交換器

一、設備の概要

イオン交換は水処理技術において常用されるものであり、イオン交換器は陰陽イオン交換樹脂の選択性及び平衡反応原理を利用して水中の電解質イオンを除去する水処理設備であり、水処理の応用面で広く、特に高純水製造の設備である。

イオン交換はイオン交換樹脂を通じて電解質溶液中で行われ、水中の各種陰、陽イオンを除去することができ、現在の高純水製造プロセスにおいて代替できない手段である。

イオン交換器は陽イオン交換器、陰イオン交換器などに分けられる。

原水がイオン交換カラムを通過すると、水中の陽イオンと水中の陰イオン（HCO−プラズマ）が交換カラム中の陽樹脂のH＋イオンと陰樹脂のOH−イオンと交換され、脱塩の目的を達成する。陽、陰混柱の異なる組み合わせは水質をより高い要求に達することができる。

二、動作原理

陽イオン交換後の酸性を帯びた水は、OH型陰イオン交換樹脂を備えた陰イオン交換器に入り、次のような反応を起こした：

H2SO4+2ROH-→R2SO4+2H2Oを含む

H2CO3+2ROH-→R2CO3 + 2H2Oを含む

HCI+ROH-→RCI+H2O

H2SiO3+ROH→RHSiO3+H2Oを含む

このことから、陽−陰イオン交換処理後、水中の各種イオンはほとんど除去され、一般的に水中の塩含有量を99%以上除去することができる。

三、構造の簡単な説明

（1）給水装置

交換器上部には、水エネルギーを均一に分布させるための給水装置が設けられている。

（2）中排装置

中排装置は陽（陰）樹脂と圧脂層の境界面に設置され、再生時の酸（アルカリ）廃液の排泄と小逆洗水のために使用され、型式はDN 500〜600型中排は双母管式：DN 800〜DN 3200型は支管母管式で、管には小孔が開き、管外はプラスチック窓糸及び60メッシュナイロン網の各層を被覆する。材料はすべて1 Cr 18 Ni 9 Tiである。

（3）排水装置

DN 1200及び以下の設備は多孔質板に宝塔式ABS型濾水キャップを設置し、DN 1500及び以上の設備は多孔質板に濾過キャップとサンドマットの2種類の形式があり、多孔質板材は設備規格によって異なり、DN 500〜DN 600型は硬質ポリ塩化ビニルで製作し、DN 800〜DN 3200型は鋼ライニングゴムを採用した。また、交換器下部の排水キャップが出て、樹脂面と大逆洗膨張高さにミラーを1つずつ設置し、体内の動作状況を観察する。筒体上部に樹脂入力口を設け、筒体下部の多孔質板に樹脂排出口を設ける。樹脂の入力と取り外しはいずれも水力輸送を採用することができる。

四、使用方法

（1）樹脂処理

樹脂は交換器に入れない前に、まずスクリーニングを行い、8〜10%のNaCI溶液を20時間浸漬し、食塩水を流し、水で樹脂を洗い流し、水が黄色にならないまで洗浄しなければならない。または5%HCI溶液に2〜4時間浸漬し、酸液を放出した後、樹脂を水洗して排水が中性に近づくまで洗浄する。樹脂を所定の高さまで設備に入れ、樹脂をセットした後、1回逆洗浄を行う。

（2）運転

設備内には一定の高さの水ガスケットを保持し、樹脂層上の脂肪押え層に直接水が入るのを防止しなければならない。運転を開始する前に、正洗を行い、進水弁（D 1）と排気弁を開き、水が満タンになったら排気弁を閉じ、正洗排水弁（D 5）を開き、水質合格まで運転を再開する、すなわち正洗排水弁（D 5）を閉じ、出水弁（D 2）を開く。

（3）再生

出水の水質が指標を超えたり、一定体積の脱塩水が発生したりした場合、イオン交換器は再生する必要があり、再生の手順は以下の通り：

（a）小逆洗：再生前に中間排液管上面の脂肪押え層に対して小逆洗を行い、運転時に脂肪押え層と中間排液装置に蓄積された汚物を洗浄する、すなわち小逆洗進水弁（D 7）と逆洗排水弁（D 4）を開き、逆洗流速は一般的に5〜10メートル／時、時間は約15分である。小逆洗が終了したら、小逆洗進水弁（D 7）及び逆洗排水弁（D 4）を閉じる。

（b）再生液の注入：再生液バルブ（D 6）及び中間排液バルブ（D 8）を開き、再生液は低部から入り、廃液は中排出口から排出する。再生効果を保証するために、一定の再生液濃度と再生流速を制御しなければならない。

（c）小正洗：再生液を注入する過程で、一部の廃酸（アルカリ）が圧脂層に浸透し、正洗の消費水量を節約し、正洗時間を短縮するために、正洗する前に、小正洗の方法でこの廃液を洗浄する。小正洗時、進水弁（D 1）を開き、その後中間排液弁（D 8）を開き、中排取付から水を排出し、流速を10〜15メートル／時に制御し、時間は約5〜10分である。

（4）クリーニング

小正洗が終了した後、中間排液弁（D 8）を閉じ、正洗排水弁（D 5）を開いて正洗を行い、流速は運転流速と同じで、出水の水質が要求に合致すると排水弁（D 5）を閉じ、出水弁（D 2）を開いて運転に投入する。

（5）大逆洗

交換剤が圧密され、汚染されるなどは正常な動作に影響を与えるため、いくつかの周期を運転した後に1回の大逆洗を行う必要があり、大逆洗の間隔周期は本工場の進水濁度、出水品質、運転圧差と交換容量などの状況によって決めることができ、一般的に10〜20周期を運転して1回行い、大逆洗後に交換剤層が乱され、正常な交換容量を回復するために、大逆洗後の1回の再生時に、再生剤は正常時より0.5〜1.0倍増加する。大逆洗の場合は、大逆洗進水弁（D 3）を開き、弁は小から大にしなければならない。（D 4）逆洗を行う。逆洗時間は約10〜15分である。

五.デバイス仕様

（1）設計圧力：0.59 MPa試験圧力：0.88 MPa

（2）運転流速：固定床：15～25 m/hフロート床：40～50 m/h陰、陽混合床：40～120 m/h

（3）動作温度：5〜50℃

（4）出水品質：軟化水設備：硬度≦0.03 ml/L 1級純水設備：電気伝導率<10-3 s/m

（5）進水濁度：≦5 mg/L