イオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法
【課題】小粒径化したイオン交換樹脂の混入が抑制された純水等のイオン交換処理水を効率良く製造でき、イオン交換樹脂の再利用効率にも優れたイオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法の提供。
【解決手段】水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記イオン交換樹脂粒子を再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、前記移送循環部が、前記イオン交換樹脂粒子を移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたイオン交換処理水製造装置。
【解決手段】水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記イオン交換樹脂粒子を再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、前記移送循環部が、前記イオン交換樹脂粒子を移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたイオン交換処理水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水のイオン交換処理を連続的に行って純水等のイオン交換処理水を製造するイオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、純水の製造装置としては、陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂がそれぞれ別のイオン交換樹脂塔に固定されている固定床式のものや、陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂を混合状態で１つのイオン交換樹脂塔に充填した混床式のものが用いられている。これらのうち、混床式は、イオン交換樹脂（単にイオン交換樹脂という場合は陰イオン交換樹脂または陽イオン交換樹脂を示す。）がイオン交換樹脂塔に固定されておらず、イオン交換が進行して飽和吸着したイオン交換樹脂を別の塔に移送し、連続的に再生し、イオン交換樹脂塔に返送して再利用することができるため、連続的なイオン交換が可能である（非特許文献１）。混床式連続純水製造装置は、合成樹脂や合成繊維産業分野などにおいて原料又は洗浄用純水の製造装置として使用されている。また、同様の構成の装置が、発電所の復水脱塩装置としても使用されている（特許文献１）。
【０００３】
従来の混床式連続純水製造装置の構成例を図１２に示す。本例の混床式連続純水製造装置１００は、陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂が混合状態で充填された通水塔５６と、分離塔６０と、陽イオン交換樹脂再生塔６１と、陰イオン交換樹脂再生塔６２と、を備える。通水塔５６の頂部には、陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂の貯留と通水塔５６への充填を行う通水塔ホッパー５７が設置され、通水塔ホッパー５７の上方には、通水塔ホッパー５７に陰イオン交換樹脂を補給する計量ホッパー５８と、通水塔ホッパー５７に陽イオン交換樹脂を補給する計量ホッパー５９が設置されている。
混床式連続純水製造装置１００を用いた純水の製造は、以下のようにして行われる。
原水を、原水タンク５２からポンプ５４により送液ラインＬ１を通じて通水塔５６に移送し、通水塔５６下部の原水入口５６ａから流入させる。これにより、通水塔５６内に充填されている陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂が通水塔５６内の上部に押し付けられてイオン交換樹脂層が形成され、イオン交換が行われる。通水塔５６への通水時、イオン交換樹脂層では、下側のイオン交換樹脂から原水中のイオンを吸着していき、イオン交換が行われるイオン交換帯は次第に上方へ移動していく。
イオン交換樹脂層を通過した処理水（純水）は、塔上部の処理水出口５６ｂから排出され、ストレーナ５５が設置された送液ラインＬ２を通じて純水タンク５１に送られる。得られた処理水は、純水タンク５１から図示しない他の部署、たとえば合成樹脂や合成繊維を製造する部署に移送されて原料や洗浄用純水として使用され、一部はポンプ５３により送液ラインＬ３を通じて各再生塔６１、６２に移送されて薬品の溶解や各イオン交換樹脂の洗浄に使用される。
【０００４】
通水塔５６に一定時間通水した後、すなわち通水塔５６のイオン交換帯の上端が処理水出口まで到達した時、通水を一時停止して水抜きを行い、通水塔５６内のイオン交換樹脂層を水とともに下方に落下させる。このとき同時に、通水塔ホッパー５７に貯められている陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂が混合状態で、または混合されながら通水塔５６に充填される。また、通水塔ホッパー５７には、その上側に設置された計量ホッパー５８から陰イオン交換樹脂、計量ホッパー５９から陽イオン交換樹脂がそれぞれ補給される。
水抜きにより落下したイオン交換樹脂層（陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂の混合物）は、塔内圧によって水と共にスラリー状態で分離塔６０に移送される。分離塔６０に移送された各イオン交換樹脂の混合物は、逆洗によって陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂に分離される。陽イオン交換樹脂の方が陰イオン交換樹脂よりも比重が大きいため、陽イオン交換樹脂の方が下になる。
分離した陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂はそれぞれ、水頭差（ヘッド差）によって、陽イオン交換樹脂再生塔６１、陰イオン交換樹脂再生塔６２それぞれの頂部上に設けられたホッパーに移送され、各再生塔６１、６２に充填される。各再生塔６１、６２では薬品を通液し、各イオン交換樹脂に接触させることで各イオン交換樹脂を再生する。薬品としては、陽イオン交換樹脂再生塔６１では塩酸等の酸が用いられ、陰イオン交換樹脂再生塔６２では水酸化ナトリウム等の塩基が用いられる。再生された各イオン交換樹脂は各再生塔６１、６２にて洗浄される。
再生・洗浄済みの陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂はそれぞれ、通水塔５６の水抜きと同時、つまり通水塔ホッパー５７からの陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子の充填、ならび通水塔ホッパー５７への陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子の補給と同時に、各再生塔６１、６２の底部からそれぞれの塔内圧によって水とともに抜き出され、スラリー状態で計量ホッパー５９、５８に移送される。また、各再生塔６１、６２の頂部のホッパーから陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂が充填される。
【０００５】
上記のように、混床式連続純水製造装置においては、純水の製造とイオン交換樹脂の再生がいずれも通水（通液）とイオン交換樹脂層を下方に移動させるための水抜き（液抜き）の二動作だけで行われる。この水抜き（液抜き）のために停止する時間は３０〜６０秒間程度のわずかな時間であるため、通水（通液）は殆ど連続に近い状態で行われる。そのため殆ど連続に純水製造が出来る。また、イオン交換樹脂の利用効率が高く、固定床式に比べ、イオン交換樹脂の使用量が極めて少ない。さらに、固定床式に比べ、装置が立体的になるので設置面積を節減できる。また、固定床式並流再生形の純水製造装置に比べて、再生塔が小型であるため、再生に用いる薬品の利用効率が高く、薬品の使用量を大幅に低減できる。
しかし、混床式連続純水製造装置においては、イオン交換樹脂を通水塔５６〜分離塔６０〜各再生塔６１、６２〜各イオン交換樹脂計量ホッパー５８、５９〜通水塔ホッパー５７〜通水塔５６と移送、循環させるため、物理的な破砕によって正規の粒径よりも小さくなる問題がある。物理的な破砕の主な原因は、吸着と再生の繰返しに伴うイオン交換樹脂粒子の膨潤・収縮による粒子母体の疲労、逆洗、混合、移送などによる樹脂粒子の相互の摩擦による粉体化などである。
小粒径化したイオン交換樹脂は、純水製造能力の低下や、純水製造装置内での圧力損失の増大、詰り等の工程の異常を起こす原因となる。それだけでなく、製造された純水を使用する部署に悪影響を及ぼしてしまう。たとえば合成樹脂や合成繊維の原料や洗浄用純水の中に小粒径化したイオン交換樹脂が含まれると、得られる製品の品質が低下する。再生塔での洗浄操作、たとえば塔下部から空気と水を注入し、スクラビング効果により小粒径化したイオン交換樹脂を除去することである程度の除去効果は得られるものの、その効果は不充分である。
このような問題に対し、現在は、破砕した樹脂による使用部署での影響を低減或いは防止するために、製造した純水の送液ライン中に前記ストレーナ５５等の精密ろ過装置を設置したり、純水製造装置中のイオン交換樹脂を抜き出して、篩いに掛けて分級し小さい粒を除去した後に純水製造装置中に戻すことが行われている。しかし、精密ろ過装置を設置した場合、精密ろ過装置を洗浄するために定期的に純水製造装置の運転を停止する必要があり、生産効率が低下する。イオン交換樹脂を抜き出す場合も同様である。また、洗浄や分級作業は運転員の負担にもなっている。
原子力発電所などでは、別途、振動式樹脂洗浄装置を設け、復水脱塩装置から移送した廃液中の破砕樹脂を除去することも行われている。しかし、振動式樹脂洗浄装置は、振動ふるいを利用するため、樹脂にダメージを与え、破砕樹脂が増えてしまうため、イオン交換樹脂の再利用効率が低下する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「イオン交換樹脂・膜の最新応用技術」、１９８２年１２月２１日、桧垣虎雄編、株式会社シーエムシー発行、２２〜２３頁
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−９９６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が抑制された純水等のイオン交換処理水を効率良く製造でき、イオン交換樹脂の再利用効率にも優れたイオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、以下の態様を有する。
［１］ 水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記イオン交換樹脂粒子を再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、
前記移送循環部が、前記イオン交換樹脂粒子を移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたイオン交換処理水製造装置。
［２］ 水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、
陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子を含む複数種のイオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記複数種のイオン交換樹脂粒子を比重差により分離し、それぞれ再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、
前記移送循環部が、分離された前記複数種のイオン交換樹脂粒子をそれぞれ単独で移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたイオン交換処理水製造装置。
［３］ 前記粒子の分級が、上昇水流中における粒子の沈降速度差を利用したものである、［１］または［２］に記載のイオン交換処理水製造装置。
［４］ 前記イオン交換処理水が純水である、［１］〜［３］のいずれか一項に記載のイオン交換処理水製造装置。
［５］ 水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する方法であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔への通水と、前記通水によりイオン交換が進行して飽和吸着したイオン交換樹脂粒子を前記通水塔から排出し、再生して前記通水塔に戻す移送循環操作とを連続的に行う工程を有し、
前記移送循環操作の際、前記イオン交換樹脂粒子について、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理を行うイオン交換処理水製造方法。
［６］ 水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する方法であって、
陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子を含む複数種のイオン交換樹脂粒子が充填された通水塔への通水と、前記通水によりイオン交換が進行して飽和吸着した前記複数種のイオン交換樹脂粒子を前記通水塔から排出し、比重差により分離し、それぞれ再生して前記通水塔に戻す移送循環操作とを連続的に行う工程を有し、
前記移送循環操作の際、前記複数種のイオン交換樹脂粒子を分離した後、再度混合状態とする前に、各イオン交換樹脂粒子について、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理を行うイオン交換処理水製造方法。
［７］ 前記粒子の分級が、上昇水流中における粒子の沈降速度差を利用したものである、［５］または［６］に記載のイオン交換処理水製造方法。
［８］ 前記イオン交換処理水が純水である、［５］〜［７］のいずれか一項に記載のイオン交換処理水製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が抑制された純水等のイオン交換処理水を効率良く製造でき、イオン交換樹脂の再利用効率にも優れたイオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】分級処理に用いられる分級筒の分級特性例を示すグラフである。
【図２】上昇水流中における沈降速度差を利用してイオン交換樹脂粒子を分級する場合の、分級筒内に供給する水の流量の変化による粒子径と上昇／沈降の変化の関係を示すグラフである。
【図３】静止状態の水中における沈降速度差を利用してイオン交換樹脂粒子を分級する場合の、粒子径と分級筒内における上昇／沈降の変化の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第一の実施形態の混床式連続純水製造装置の構成を示す概略図である。
【図５】第一の実施形態の混床式連続純水製造装置の計量ホッパー５９および分級筒３２の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。
【図６】計量ホッパー５９および分級筒３２の動作タイムチャート例である。
【図７】第二の実施形態で用いられる分級筒３２’の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。
【図８】計量ホッパー５９および分級筒３２’の動作タイムチャート例である。
【図９】第二の実施形態で用いられる計量ホッパー３３の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。
【図１０】計量ホッパー３３の動作タイムチャート例である。
【図１１】第三の実施形態で用いられる計量ホッパー３４の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。
【図１２】従来の混床式連続純水製造装置の構成例を示す概略図である。
【図１３】本発明を適用した復水脱塩装置の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のイオン交換処理水製造装置は、水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記イオン交換樹脂粒子を再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、
前記移送循環部が、前記イオン交換樹脂粒子を移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたものである。
また、本発明のイオン交換処理水製造方法は、水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する方法であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔への通水と、前記通水によりイオン交換が進行して飽和吸着したイオン交換樹脂粒子を前記通水塔から排出し、再生して前記通水塔に戻す移送循環操作とを連続的に行う工程を有し、
前記移送循環操作の際、前記イオン交換樹脂粒子について、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理を行う方法である。
【００１３】
本発明において、前記通水塔から排出されたイオン交換樹脂粒子は、スラリー状態で移送循環部内を移送される。このスラリーに対して、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理が行われる。
該分級処理における粒子の分級は、水中での粒子の沈降速度差を利用することから、湿式分級のうちの重力分級に分類される。該重力分級は、静止状態の水中、水平流中、垂直流中のいずれで行うものであってもよい。これらのなかでも、垂直流、特に上昇水流中における沈降速度差を利用した重力分級（上昇流型重力分級）が、分級する粒子径の境界点を容易に調節できることから好ましい。
【００１４】
粒子の沈降速度差を利用した粒子の分級について、上昇流型を例に挙げて説明する。
分級液および粒子の比重が一定である場合、静止状態の液体中における粒子の沈降速度Ｕｍは、その粒径に依存する。液体が一定の流速Ｕで垂直方向上向きに流れている上昇流中において、粒子は（Ｕ−Ｕｍ）の速度で流れ方向に移動する。つまりＵ＞Ｕｍであれば上昇流中を上昇し、Ｕ＝Ｕｍであれば上昇流中で静止し、Ｕ＜Ｕｍであれば上昇流中を沈降する。
したがって、上昇流の流速Ｕを、粒径が所定値に満たない粒子（小粒径化したイオン交換樹脂粒子）が上昇し、それよりも粒径の大きい粒子（再利用可能な粒径のイオン交換樹脂粒子）が沈降する流速に設定することで、粒径が所定値に満たない粒子を分離し、除去することができる。
たとえば垂直に設置された分級筒内に、材質が同じ（比重が同じ）イオン交換樹脂粒子をスラリーの状態で導入するとともに、該分級筒の下部から水を連続的に供給し、再利用可能な粒径のイオン交換樹脂粒子が沈降し且つ小粒径化したイオン交換樹脂粒子が上昇する上昇流を形成し、上昇した粒子を該分級筒から取り出すことで、小粒径化したイオン交換樹脂粒子が除去されたイオン交換樹脂粒子が得られる。このイオン交換樹脂粒子は、そのまま当該イオン交換処理水製造装置内を下流方向に移送される。そのため、イオン交換処理水製造装置の運転を停止させることなく、小粒径化したイオン交換樹脂粒子を除去することができ、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が抑制されたイオン交換処理水を効率良く製造できる。
また、湿式分級のため、分級によるイオン交換樹脂粒子にダメージを与えにくく、破砕が生じにくい。そのため、イオン交換樹脂の再利用効率も向上する。
【００１５】
分級手段としては、通常、垂直に設置された分級筒が用いられる。分級筒の下部から水などの分級液を連続的に供給することで分級筒内に上昇流が形成される。
図１に、分級処理に用いられる分級筒の分級特性例を示す。図１中、Ｉの線は、比重１．２６のイオン交換樹脂（以下、単に樹脂ということがある。）粒子の粒子径［ｍｍ］と、静止状態の水中での沈降速度［ｃｍ／ｓ］との関係を示す。ＩＩの線は、内径１００ｍｍの円筒状の分級筒内に供給する水の流量［ｍ３／ｈ］と、該分級筒内における上昇水流の上昇速度［ｃｍ／ｓ］との関係を示す。
たとえば粒径０．３ｍｍの樹脂粒子の静止状態の水中での沈降速度は１．２ｃｍ／ｓ（Ｉの線の（２）の点）である。一方、上昇水流の上昇速度が１．２ｃｍ／ｓとなる水の流量は、０．３５ｍ３／ｈである（ＩＩの線の（１）の点）。
したがって、粒径０．３ｍｍの樹脂粒子は、静止状態の水中での沈降速度と上昇水流の上昇速度が同じため、分級筒内を上昇も沈降もせず静止し、粒径０．３ｍｍ超の樹脂粒子は、静止状態の水中での沈降速度が上昇水流の上昇速度よりも大きいため、分級筒内を沈降し、粒径０．３ｍｍ未満の樹脂粒子は、静止状態の水中での沈降速度が上昇水流の上昇速度よりも小さいため、分級筒内を上昇することになる。
したがって、水量を変化させることにより、分級する粒径の境界を制御することができる。たとえば、流量を０．１７ｍ３／ｈとすれば、上昇水流の上昇速度は０．７ｃｍ／ｓ（ＩＩの線の（１’）の点）となる。０．７ｃｍ／ｓの上昇流中で静止する粒子の粒径は０．２ｍｍ（Ｉの線の（２’）の点）であるから、それよりも粒径が大きい樹脂粒子は沈降し、小さい樹脂粒子は上昇することになる。
図２に、分級筒内に供給する水の流量の変化による粒子径と上昇／沈降の変化の関係を示す。グラフの縦軸の「上昇／沈降速度」は、（上昇水流の上昇速度−静止状態の水中での粒子の沈降速度）を示し、正の値であれば粒子が上昇し、負の値であれば粒子が沈降する。図２は、分級筒内に供給する水の流量を変えることで、上昇／沈降する粒径の境界を変えることができることを示している。
分級筒の分級性能は、長さ（高さ）を長くして整流領域を長くすることにより向上させることができる。
【００１６】
粒子の沈降速度差を利用した粒子の分級は、上記の上昇流型には限定されない。たとえば静止水中でも可能である。
静止水中における粒子径と上昇／沈降の変化の関係は、前記流速Ｕが０の場合として考えることができる。図３に、水を貯めた分級筒内（静止状態の水中）における比重１．２６のイオン交換樹脂の粒径と上昇／沈降の変化の関係を示す。グラフの縦軸の「上昇／沈降速度」は、（−静止状態の水中での粒子の沈降速度）を示し、正の値であれば粒子が上昇し、負の値であれば粒子が沈降する。図３に示すように、該イオン交換樹脂は、静止状態の水中では必ず沈降するが、その沈降速度は粒径に比例している。したがって、垂直に設置された分級筒内に水を貯め、その状態で分級筒の上部から材質が同じ（比重が一定）イオン交換樹脂粒子をスラリーの状態で投入すると、大きな粒径の粒子は速く沈降し、小さな粒径の粒子はゆっくり沈降する。そのため、分級筒を水で満たし、スラリーを投入し、スラリーを投入してから所定時間経過した時点で分級筒上部の水を抜くと、該水とともに小さな粒径の粒子を除去することができる。これら一連の操作を一サイクルとして繰り返すことで、イオン交換処理水製造装置の運転を停止させることなく、小粒径化したイオン交換樹脂粒子を除去することができる。
【００１７】
本発明において、前記通水塔に充填されるイオン交換樹脂粒子は、１種でも２種以上でもよい。ただし、粒子の沈降速度差を利用した分級処理を行うためには、分級処理を行うスラリー中に含まれる粒子の比重が同じである必要がある。
そのため、イオン交換処理水製造装置が、通水塔内に複数種の樹脂粒子が充填されたものである場合、たとえば陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子の両方が混合状態で充填された混床式のイオン交換処理水製造装置である場合、分級処理を行う前に、通水塔から排出されたスラリーに含まれる複数種の樹脂粒子を比重差により分離する。該分離は、分離塔など、公知の分離手段により実施できる。
【００１８】
以下、本発明のイオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法について、実施形態例を示して説明する。ただし本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
［第一の実施形態］
図４に本実施形態の混床式連続純水製造装置（イオン交換処理水製造装置）１１０の概略構成を示す。
混床式連続純水製造装置１１０は、陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子が混合状態で充填された通水塔５６と、分離塔６０と、陽イオン交換樹脂再生塔６１と、陰イオン交換樹脂再生塔６２と、を備える。
通水塔５６と分離塔６０とは配管４１で接続され、分離塔６０と各再生塔６１、６２とは配管４２、４３で接続されている。
通水塔５６の頂部には、陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子の貯留と通水塔５６への充填を行う通水塔ホッパー５７が設置され、通水塔ホッパー５７の上方には、通水塔ホッパー５７に陰イオン交換樹脂粒子を補給する計量ホッパー５８と、通水塔ホッパー５７に陽イオン交換樹脂粒子を補給する計量ホッパー５９が設置されている。
計量ホッパー５８には分級筒３１が接続され、陰イオン交換樹脂再生塔６２から配管４４を通じて計量ホッパー５８に移送された陰イオン交換樹脂粒子の一部を移送して分級処理を行い、小粒径化した粒子を除去した陰イオン交換樹脂粒子を通水塔ホッパー５７に移送できるようになっている。同様に、計量ホッパー５９には分級筒３２が接続され、陽イオン交換樹脂再生塔６１から配管７５を通じて計量ホッパー５９に移送された陽イオン交換樹脂粒子の一部を移送して分級処理を行い、小粒径化した粒子を除去した陽イオン交換樹脂粒子を通水塔ホッパー５７に移送できるようになっている。
混床式連続純水製造装置１１０においては、配管４１から通水塔ホッパー５７までが、通水塔５６から混合状態で排出される陰イオン交換樹脂粒子と陽イオン交換樹脂粒子とを比重差により分離し、それぞれ再生して通水塔５６に戻す移送循環部として機能する。
【００２０】
混床式連続純水製造装置１１０は、図１２に示した従来の混床式連続純水製造装置１００において、計量ホッパー５８、５９それぞれに分級筒３１、３２を接続した構成であり、通水塔５６、通水塔ホッパー５７、分離塔、各再生塔６１、６２としてはそれぞれ公知のものが利用できる。
陰イオン交換樹脂粒子としては通常、強塩基性陰イオン交換樹脂粒子が用いられ、陽イオン交換樹脂粒子としては通常、強酸性陽イオン交換樹脂粒子が用いられる。
また、混床式連続純水製造装置１１０を用いた純水の製造は、再生塔６１、６２から各計量ホッパー５９、５８に移送されたスラリーの一部を別置の分級筒３２、３１に移送して該スラリーに含まれるイオン交換樹脂粒子を連続的に分級する方式で分級処理を行う以外は、従来と同様にして実施できる。つまり、陽イオン交換樹脂再生塔６１から計量ホッパー５９に移送された陽イオン交換樹脂粒子は、従来は全てそのまま通水塔ホッパー５７に移送されていたが、本実施形態においては、一部が分級筒３２に移送され、分級処理された後、通水塔ホッパー２２に移送される。同様に、陰イオン交換樹脂再生塔６２から計量ホッパー５８に移送された陰イオン交換樹脂粒子は、従来は全てそのまま通水塔ホッパー５７に移送されていたが、本実施形態においては、一部が分級筒３１に移送され、分級処理された後、通水塔ホッパー２２に移送される。
【００２１】
図５および図６により、計量ホッパー５９および分級筒３２の構成ならびに分級処理の動作を説明する。図５は、計量ホッパー５９および分級筒３２の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。図６は、計量ホッパー５９および分級筒３２の動作タイムチャート例である。
計量ホッパー５９は、円筒状の直筒部とその下端側に連続して設けられた逆円錐状の底部とから構成され、頂部にはベント管７が接続されている。
直筒部の下部には樹脂入口３が設けられ、配管４５により陽イオン交換樹脂再生塔６１と接続されている。樹脂入口より上側には、直筒部内を上下に区画するようにサランネット（メッシュ状スクリーン）８が設けられている。直筒部の上部にはオーバーフロー配管６が接続され、サランネット８を通過する微細な陽イオン交換樹脂粒子を除去できるようになっている。直筒部の下端付近には、内部の陽イオン交換樹脂粒子の状態を確認するための覗き窓２１が設けられている。
底部の高さ方向中央付近には樹脂抜出口が設けられ、樹脂抜出自動弁１５を備える樹脂抜出配管１６が接続されている。底部の下端には樹脂出口が設けられ、樹脂出口自動弁４を備える樹脂出口配管５が接続されている。
計量ホッパー５８の構成も上記と同様である。
【００２２】
分級筒３２は、円筒状の直筒部とその下端側に連続して設けられた逆円錐状の底部とから構成され、頂部にはベント管２０が接続されている。
直筒部の高さ方向中央付近で樹脂抜出配管１６の接続位置よりも上側の位置にはオーバーフロー自動弁１８を備えるオーバーフロー配管１７が接続され、直筒部の上端にはオーバーフロー配管１９が接続されており、当該位置まで上昇した陽イオン交換樹脂粒子を水と共に抜き出すことができるようになっている。
直筒部の下端、オーバーフロー配管１７、１９の接続位置付近にはそれぞれ、内部の状況が確認できるように覗き窓２２、２３、２４が設けられている。なお、ここでは３箇所に覗き窓２２、２３、２４を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。覗き窓は必須ではなく、たとえば分級筒３２を透明な材料（透明樹脂等）で構成する場合は、覗き窓を設けなくてもよい。また、覗き窓を設ける場合、その数は少なくとも１個あればよい。また、設ける位置は上記には限定されず、分級筒３２の底部などに設けてもよい。
底部の高さ方向中央付近には分級水入口が設けられ、分級水量調整弁１０および分級水流量計１１を備える分級水供給配管１２が接続されている。底部の下端には、沈降した陽イオン交換樹脂粒子（分級処理された陽イオン交換樹脂粒子）を排出するための樹脂出口が設けられ、分級樹脂出口自動弁１３を備える樹脂出口配管１４により通水塔ホッパー５７と接続されている。
分級筒３２の形状は、処理粒子径に応じストークスの法則が成立する領域となる内径、および分級水量による筒内滞在時間が１分程度にすることが好ましい。分級筒３２の場合、筒径５０〜１５０ｍｍ、筒長８００〜１２００ｍｍが好ましい。
分級水供給配管１２は、可能な限り底部に近くで水平方向に流し、抜出樹脂配管１６は、分級筒３２底部より容積２〜４リットル程度となる高さに設置し、オーバーフロー自動弁１８は、抜出樹脂配管１６の上部で分級筒３２底部より容積３〜５リットル程度となる高さに設置することが好ましい。
分級筒３１の構成も上記と同様である。ただし、分級筒３１の場合、陽イオン交換樹脂粒子よりも比重が小さい陰イオン交換樹脂粒子の分級処理を行うため、その形状は、筒径１００〜２００ｍｍ、筒長５００〜１０００ｍｍが好ましい。
【００２３】
計量ホッパー５９および分級筒３２を用いた分級処理について、まず、計量ホッパー５９には、陽イオン交換樹脂再生塔６１から再生された陽イオン交換樹脂粒子（以下、単に粒子ということがある。）が水と一緒になってスラリー状で移送される。このスラリー中には、新品と同等の粒径のものから破砕により小粒径化したものまで様々な粒径の粒子が含まれている。
樹脂出口自動弁４は、陽イオン交換樹脂再生塔６１での液抜きと同時に開となり、液抜きが終了する時点（３０秒後）に閉となり、閉の状態を一定時間（１５５秒間）維持する動作を１サイクルとして繰り返すように設定されている。樹脂出口自動弁４が開の間、計量ホッパー５９の底部から粒子が抜き出される。
樹脂出口自動弁４が閉となった直後（１０秒後）の一定時間（１０秒間）、樹脂抜出自動弁１５が開となり、上記スラリーが計量ホッパー５９から樹脂抜出配管１６を経由して分級筒３２に一定量移送される。
分級筒３２では、分級水量調整弁１０および分級水流量計１１により一定量の分級用の水が供給され続けている。そのため分級筒３２内では、徐々に水面が上昇しながら、移送されたスラリー中の粒子の分級が行われ、所定の粒径を満たす粒子（正常粒子）は沈降して底部に堆積し、所定の粒径に満たない粒子（小粒径化粒子）は上昇する。このとき分級する粒子径の境界点は、分級水量調整弁１０と分級水流量計１１で分級筒３２に流入させる分級用の水の流量を調節することにより容易に調節できる。
小粒径化粒子の上昇速度は、粒径の小さいものほど速い。分級筒３２内の上端まで達した小粒径化粒子はオーバーフロー管１９より水とともに排出され、図示しない樹脂回収ピットに収納されるが、粒径によっては、１サイクルの終了までに上端まで到達しない。そのため、１サイクルが終了に近づいた時点でオーバーフロー自動弁１８を一定時間（３５秒間）開ける。これにより、オーバーフロー管１７の接続位置付近よりも上方に在る小粒径化粒子が水とともに排出され、樹脂回収ピットに収納される。
その後、次のサイクルの冒頭で樹脂出口自動弁４および分級樹脂出口自動弁１３が一定時間（それぞれ３０秒間、２０秒間）開となっている時に、計量ホッパー５９、分級筒３２それぞれの底部に堆積した正常粒子が通水塔ホッパー５７に落とされ、貯留される。
分級筒３２に供給する樹脂粒子の量は、分級筒３２内での粒子相互の干渉沈降を避けるためには少ないことが好ましいが、少ないほど分級頻度が少なくなるので、双方から適する量にする必要があり、分級筒３２内の粒子濃度で１〜５％程度にすることが好ましい。
計量ホッパー５８および分級筒３１を用いた分級処理の動作も上記と同様である。
【００２４】
上記のように、計量ホッパー５９および分級筒３２、ならびに計量ホッパー５８および分級筒３１にて上記の操作を数分間隔で繰り返すことにより分級処理が連続的に行われ、再生処理および分級処理が行われた陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子が通水塔ホッパー５７に補給され、更に通水塔５６に移送されて再利用される。そのため、通水塔５６内では、再生済みでかつ正常な粒径の陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子の混床が形成され、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が少ない純水を連続的に製造できる。
【００２５】
［第二の実施形態］
次に、本発明の第二の実施形態の混床式純水製造装置および純水製造方法について説明する。なお、以下に記載する実施形態において、第一実施形態に対応する構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施形態の混床式純水製造装置は、分級筒３２の代わりに図７に示す構成の分級筒３２’を設け、分級筒３１の代わりに分級筒３２’と同様の構成の分級筒３１’を設けた以外は、第一の実施形態の混床式純水製造装置１１０と同様の構成である。
本実施形態は、分級筒３１’、３２’の上部にスラリーを投入し、静止状態の水中で粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級する方式で行われる。
【００２６】
分級筒３２’は、円筒状の直筒部とその下端側に連続して設けられた逆円錐状の底部とから構成され、頂部は大気開放されている。
直筒部の上端には、オーバーフロー弁２８を備えたオーバーフロー配管５０が接続されており、オーバーフロー配管５０の、オーバーフロー弁２８よりも下流の位置に、樹脂抜出配管１６が接続されている。
直筒部の高さ方向中央付近で樹脂抜出配管１６の接続位置よりも上側の位置にはオーバーフロー自動弁２９およびボールコック４９を備えるオーバーフロー配管１７が接続されており、当該位置からオーバーフロー配管５０の接続位置までの間の陽イオン交換樹脂粒子を水と共に抜き出すことができるようになっている。
底部の高さ方向中央付近には分級水入口が設けられ、分級水弁２７およびボールコック４７を備える分級水供給配管１２が接続されている。底部の下端には、沈降した陽イオン交換樹脂粒子（分級処理された陽イオン交換樹脂粒子）を排出するための樹脂出口が設けられ、分級樹脂出口自動弁１３を備える樹脂出口配管１４により通水塔ホッパー５７と接続されている。
分級筒３２’の形状は、処理粒子径に応じストークスの法則が成立する領域となる内径、および分級水量による筒内滞在時間が１分程度にすることが好ましい。分級筒３２’の場合、筒径５０〜１５０ｍｍ、筒長８００〜１２００ｍｍが好ましい。
分級水供給配管１２は、可能な限り底部に近くで水平方向に流し、オーバーフロー自動弁１８は、抜出樹脂配管１６の上部で分級筒３２’底部より容積３〜５リットル程度となる高さに設置し、オーバーフロー配管５０（樹脂抜出配管１６）は、分級筒３２’底部より容積１０〜２０リットル程度となる高さに設置することが好ましい。
分級筒３１’の構成も上記と同様である。ただし、分級筒３１’の場合、陽イオン交換樹脂粒子よりも比重が小さい陰イオン交換樹脂粒子の分級処理を行うため、その形状は、筒径１００〜２００ｍｍ、筒長５００〜１０００ｍｍが好ましい。
【００２７】
図８に、計量ホッパー５９および分級筒３２’の動作タイムチャート例を示す。
この例においては、まず、計量ホッパー５９に、陽イオン交換樹脂再生塔６１から再生された陽イオン交換樹脂粒子（以下、単に粒子ということがある。）が水と一緒になってスラリー状で移送される。このスラリー中には、新品と同等の粒径のものから破砕により小粒径化したものまで様々な粒径の粒子が含まれている。
樹脂出口自動弁４は、陽イオン交換樹脂再生塔６１での液抜きと同時に開となり、液抜きが終了する時点（３０秒後）に閉となり、閉の状態を一定時間（１５５秒間）維持する動作を１サイクルとして繰り返すように設定されている。樹脂出口自動弁４が開の間、計量ホッパー５９の底部から粒子が抜き出される。
樹脂出口自動弁４が閉となった直後（１０秒後）の一定時間（１０秒間）、分級水弁２７が開となり、分級筒３２’への分級用の水の供給が行われ、分級水弁２７が閉となった直後の一定時間（４秒間）、樹脂抜出自動弁４が開となって、上記スラリーが計量ホッパー５９から樹脂抜出配管１６を経由して分級筒３２’に一定量移送され、分級筒３２’上部に投入される。樹脂抜出自動弁４が閉となってから所定時間後（１分後）、分級水抜弁２９が一定時間（３５秒間）開となる。
分級筒３２’では、投入されたスラリー中の粒子の分級が行われ、粒径の大きいものほど速く沈降する。そのため、スラリー投入から所定時間後に分級水抜弁２９を開けたときに、オーバーフロー配管１７の接続位置よりも上側にある粒子はオーバーフロー配管１７から水と共に抜き出され、該接続位置よりも下側まで沈降している粒子はそのまま分級筒３２を沈降し、底部に堆積する。
その後、次のサイクルの冒頭で樹脂出口自動弁４および分級樹脂出口自動弁１３が一定時間（それぞれ３０秒間）開となっている時に、計量ホッパー５９、分級筒３２’それぞれの底部に堆積した正常粒子が通水塔ホッパー５７に落とされ、貯留される。
計量ホッパー５８および分級筒３１’を用いた分級処理の動作も上記と同様である。
【００２８】
上記のように、計量ホッパー５９および分級筒３２’、ならびに計量ホッパー５８および分級筒３１’にて上記の操作を数分間隔で繰り返すことにより分級処理が連続的に行われ、再生処理および分級処理が行われた陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子が通水塔ホッパー５７に補給され、更に通水塔５６に移送されて再利用される。そのため、通水塔５６内では、再生済みでかつ正常な粒径の陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子の混床が形成され、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が少ない純水を連続的に製造できる。
【００２９】
［第三の実施形態］
次に、本発明の第三の実施形態の混床式純水製造装置および純水製造方法について説明する。
本実施形態の混床式純水製造装置は、別置の分級筒３１、３２を設けず、計量ホッパー５８、５９の代わりに分級筒としての機能を有する計量ホッパーを備える以外は、第一の実施形態の混床式純水製造装置１１０と同様の構成である。
本実施形態での分級処理は、各計量ホッパーに再生塔６１、６２からスラリーを移送する際に、初期に移送されるスラリーに含まれるイオン交換樹脂粒子を連続的に分級する方式で行われる。
【００３０】
図９および図１０により、本実施形態で計量ホッパー５９の代わりに用いられる計量ホッパー３３の構成および分級処理の動作を説明する。図９は、計量ホッパー３３の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。図１０は、計量ホッパー３３の動作タイムチャート例である。
計量ホッパー３３は、計量ホッパー５９の直筒部の下端からサランネット８までの長さを長くすることにより整流領域を設け、底部の高さ方向中央付近に、分級水用自動弁９、分級水量調整弁１０および分級水流量計１１を備える分級水供給配管１２を接続することにより分級水を供給できるようにして分級性能を持たせたものである。
計量ホッパー３３の直筒部のサランネット８の下側の位置にはオーバーフロー自動弁１８を備えるオーバーフロー配管１７が接続されており、当該位置まで上昇した陽イオン交換樹脂粒子を水と共に抜き出すことができるようになっている。オーバーフロー配管１７の接続位置付近には、内部の陽イオン交換樹脂粒子を確認するための覗き窓２５が設けられている。覗き窓２５には光電スイッチ２６が設置されている。
【００３１】
分級処理について、まず、計量ホッパー３３には、陽イオン交換樹脂再生塔６１から再生された陽イオン交換樹脂粒子（以下、単に粒子ということがある。）が水と一緒になってスラリー状で移送される。このスラリー中には、新品と同等の粒径のものから破砕により小粒径化したものまで様々な粒径の粒子が含まれている。
樹脂出口自動弁４は、陽イオン交換樹脂再生塔６１での液抜きと同時に開となり、液抜きが終了する時点（３０秒後）に閉となり、閉の状態を一定時間（１５５秒間）維持する動作を１サイクルとして繰り返すように設定されている。樹脂出口自動弁４が開の間、計量ホッパー３３の底部から粒子が抜き出される。
計量ホッパー３３へのスラリーの移送開始後、樹脂出口自動弁４が閉となった直後に分級水用自動弁９とオーバーフロー自動弁１８を開け、分級水量調整弁１０と分級水流量計１１で一定量の分級用の水を供給する。そのため計量ホッパー３３内では、徐々に水面が上昇しながら、この時点で移送されているスラリー中の粒子の分級が行われ、所定の粒径を満たす粒子（正常粒子）は沈降して底部に堆積し、所定の粒径に満たない粒子（小粒径化粒子）は上昇する。小粒径化粒子の上昇速度は、粒径の小さいものほど速い。サランネット８を通過するような小粒径化粒子はやがてオーバーフロー管１７から水と共に排出され、樹脂回収ピットに収納される。
スラリーの移送開始後、時間経過と共に樹脂面も上昇してくる。樹脂面が覗き窓２５の位置に達すると、覗き窓２５に設置している光電スイッチ２６が動作して、分級水用自動弁９とオーバーフロー自動弁１８が閉となる。これにより分級水の供給が停止するので、その後はサランネット８を経由して水だけがオーバーフロー管６より排出されることになる。最終的にはサランネット８の下部が全て樹脂で充満されて、スラリーの移送が終了する。
これらの操作を数分間隔で繰り返すことで分級処理がほぼ連続的に行われ、再生処理および分級処理が行われた陽イオン交換樹脂粒子が通水塔ホッパー５７に補給され、更に通水塔５６に移送されて再利用される。
計量ホッパー５８の代わりに用いられる計量ホッパーの構成および動作も計量ホッパー３３と同様である。
そのため、通水塔５６内では、再生済みでかつ正常な粒径の陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子の混床が形成され、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が少ない純水を連続的に製造できる。
【００３２】
［第四の実施形態］
次に、本発明の第四の実施形態の混床式純水製造装置および純水製造方法について説明する。
本実施形態の混床式純水製造装置は、別置の分級筒３１、３２を設けず、計量ホッパー５８、５９の代わりに分級筒としての機能を有する計量ホッパーを備える以外は、第一の実施形態の混床式純水製造装置１１０と同様の構成である。
本実施形態での分級処理は、各計量ホッパーに再生塔６１、６２からスラリーを移送する際に、移送されたスラリーに含まれるイオン交換樹脂粒子全量を連続的に分級する方式で行われる。
【００３３】
図１１により、本実施形態で計量ホッパー５９の代わりに用いられる計量ホッパー３４の構成および分級処理の動作を説明する。図１１は、計量ホッパー３４の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。
計量ホッパー３４は、計量ホッパー５９の直筒部の下端からサランネット８までの長さを長くすることにより整流領域を設け、底部の高さ方向中央付近に、分級水量調整弁１０および分級水流量計１１を備える分級水供給配管１２を接続することにより分級水を供給できるようにして分級性能を持たせたものである。
【００３４】
分級処理について、まず、計量ホッパー３４には、陽イオン交換樹脂再生塔６１から再生された陽イオン交換樹脂粒子（以下、単に粒子ということがある。）が水と一緒になってスラリー状で移送される。このスラリー中には、新品と同等の粒径のものから破砕により小粒径化したものまで様々な粒径の粒子が含まれている。
樹脂出口自動弁４は、陽イオン交換樹脂再生塔６１の液抜きと同時に開となり、液抜きが終了する時点に閉となり、閉の状態を一定時間維持する動作を１サイクルとして繰り返すように設定されている。樹脂出口自動弁４が開の間、計量ホッパー３４の底部から粒子が抜き出される。
計量ホッパー３４へのスラリーの移送開始後、分級水量調整弁１０と分級水流量計１１で一定量の分級用の水を供給すると、徐々に水面が上昇しながら、移送されたスラリー中の粒子の分級が行われ、所定の粒径を満たす粒子（正常粒子）は沈降して底部に堆積し、所定の粒径に満たない粒子（小粒径化粒子）は上昇する。小粒径化粒子やがてサランネット８を通過して、オーバーフロー管６から水と共に排出され、樹脂回収ピットに収納される。最終的にはサランネット８の下部が全て大粒の樹脂で充満されて、スラリーの移送が終了する。
これらの操作を数分間隔で繰り返すことで分級処理がほぼ連続的に行われ、再生処理および分級処理が行われた陽イオン交換樹脂粒子が通水塔ホッパー５７に補給され、更に通水塔５６に移送されて再利用される。
計量ホッパー５８の代わりに用いられる計量ホッパーの構成および動作も計量ホッパー３４と同様である。
そのため、通水塔５６内では、再生済みでかつ正常な粒径の陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子の混床が形成され、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が少ない純水を連続的に製造できる。
【００３５】
以上、第一〜第四の実施形態を説明したが本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
たとえば分級手段として、陰イオン交換樹脂粒子、陽イオン交換樹脂粒子をそれぞれ貯留する計量ホッパーに別置の分級筒を接続した例、計量ホッパーとして分級筒の機能を有する物を用いた例を示したが、分級手段を設ける場所は、陰イオン交換樹脂粒子、陽イオン交換樹脂粒子がそれぞれ単独で存在している場所であればよく、計量ホッパー部分には限定されない。
分級手段の構造は、上記分級筒３１、３１’、計量ホッパー３３、３４には限定されず、粒子の沈降速度差による分級と、小粒径化粒子の除去ができるものであればよい。分級する粒子径の境界点を容易に調節できる点では、図１、図２に示すような、流量の調節によって分級する粒子径の境界点を調節できる分級特性を有するものが好ましい。
第一〜第二の実施形態では、再生塔６１、６２から計量ホッパー５９、５８に移送したスラリーの一部を計量ホッパー５９、５８から抜き出して分級筒３２、３１に移送した例を示したが、配管４４、４５をそれぞれ分岐させて樹脂抜出自動弁１５及び樹脂抜出配管１６に接続して、スラリーを再生塔６１、６２から直接分級筒３１、３２に移送してもよい。
通水塔５６に充填されるイオン交換樹脂粒子は１種でもよい。また、複数種のイオン交換樹脂粒子が充填される場合、その組み合わせは、陰イオン交換樹脂粒子と陽イオン交換樹脂粒子に限定されず、比重差により分離可能であれば、複数種の陰イオン交換樹脂粒子を組み合わせてもよく、複数種の陽イオン交換樹脂粒子を組み合わせてもよい。
【００３６】
以上説明したように、混床式連続純水製造装置など、通水塔に充填したイオン交換樹脂粒子を通水塔から抜き出し、再生して再利用するタイプのイオン交換処理水製造装置（以下、単に製造装置という。）を連続運転する場合、イオン交換樹脂が移送時の衝撃等によって破砕して小粒径化することが繰り返されるが、本発明によれば、複数種のイオン交換樹脂を分離した後、再度混合状態とするまでの移送過程において、小粒径化したイオン交換樹脂を連続的に除去することができる。
たとえば陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子の粒径は、未使用の新品で０．４５ｍｍ〜０．６５ｍｍ程度であり、０．３５ｍｍ程度までであれば充分に性能が確保されるとされている。従来用いられているストレーナ等のろ過装置は、除去できる粒子の大きさに限界があり、通常、微細な粒子はろ過装置を通過してしまう。これに対し、本発明においては、従来のろ過装置を通過する微細な粒子径のイオン交換樹脂を除去することができる。また、分級水量を調節するだけの簡単な方法で、分級する粒子径の境界点を調節できる。
また、短時間に繰り返し自動的に分級処理することができるので、１年間では、純水製造装置内に充填・循環しているイオン交換樹脂全量相当量の１０倍〜１００倍のイオン交換樹脂を分級処理できることになる。
したがって、小粒径化したイオン交換樹脂を継続的に系外に排出することが可能になるため、運転中に小粒径化したイオン交換樹脂が製造装置内に残らず、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が抑制された純水を効率良く製造できる。
また、製造装置の運転に同調して自動的に分級処理を出来るので、分級に係わる運転員の作業は皆無になる。従来のように、製造装置中のイオン交換樹脂を抜き出して、篩いに掛けて分級し小さい粒を除去した後に製造装置中に戻す作業を無くすことができる。また、ろ過装置を通過する微細な粒子径の樹脂も除去することが可能になり、微粒子の少ない純水を使用部署に供給することができ、合成樹脂や合成繊維の品質影響を軽減できると共に、ろ過装置の詰りの頻度も減少し、運転員の作業軽減になる。
本発明における分級処理は原理が簡単で、製造装置の移送循環ライン上で、イオン交換樹脂粒子と水が混在したスラリー状で行われるので、安価に、しかも遠心式など機械的外力を加えることによるイオン交換樹脂粒子の破砕などを起こすこともなく分級が可能になる。
【００３７】
本発明は、通水塔を備え、イオン交換樹脂を再生して再利用する方式の各種イオン交換処理装置に適用できる。たとえば純水製造装置以外の混床式のイオン交換処理装置の例として、原子力発電所などで使用されている復水脱塩装置などが挙げられる。
図１２に、本発明を適用した復水脱塩装置の一例を示す。本例の復水脱塩装置２００は、混床式の脱塩塔（通水塔）７１、ろ過装置７２、樹脂分離兼陽イオン交換樹脂再生塔７３、陰イオン交換樹脂再生塔７４、混合樹脂取出槽７５、樹脂貯槽７６を備える従来の復水脱塩装置において、樹脂分離兼陽イオン交換樹脂再生塔７３、陰イオン交換樹脂再生塔７４それぞれの下流に分級筒７７、７８を配置した構成である。
復水脱塩装置２００においては、復水のイオン交換が脱塩塔７１で行われる。使用済みの陽イオン交換樹脂（水素イオン型やアンモニウムイオン型など）および陰イオン交換樹脂の混合物は、脱塩塔７１から樹脂分離兼陽イオン交換樹脂再生塔７３に移送され、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂に分離される。
上層の陰イオン交換樹脂は陰イオン交換樹脂再生塔７４に移送され再生される。陰イオン交換樹脂再生塔７４で再生された陰イオン交換樹脂は、分級筒７８にて分級処理が行われた後、樹脂貯槽７６に移送される。
上層と下層との境界付近の樹脂は混合樹脂取出槽７５に送られる。
下層の陽イオン交換樹脂はそのまま樹脂分離兼陽イオン交換樹脂再生塔７３で再生される。樹脂分離兼陽イオン交換樹脂再生塔７３で再生された陽イオン交換樹脂は、分級筒７７にて分級処理が行われた後、樹脂貯槽７６に移送される。
樹脂貯槽７６に移送された陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂は、更に脱塩塔７１に移送されて再利用される。
【符号の説明】
【００３８】
３…樹脂入口、４…樹脂出口自動弁、５…樹脂出口配管、６…オーバーフロー配管、７…ベント管、８…サランネット、９…分級水用自動弁、１０…分級水量調整弁、１１…分級水流量計、１２…分級水供給配管、１３…分級樹脂出口自動弁、１４…樹脂出口配管、１５…樹脂抜出自動弁、１６…樹脂抜出配管、１７…オーバーフロー配管、１８…オーバーフロー自動弁、１９…オーバーフロー配管、２０…ベント管、２１〜２５…覗き窓、２６…光電スイッチ、２７…分級水弁、２８…オーバーフロー弁、２９…オーバーフロー自動弁、３１…分級筒、３２…分級筒、３２’…分級筒、３３…計量ホッパー、３４…計量ホッパー、４１〜４５…配管、４７…ボールコック、４９…ボールコック、５０…オーバーフロー配管、５１…純水タンク、５２…原水タンク、５３…ポンプ、５４…ポンプ、５５…ストレーナ、５６…通水塔、５７…通水塔ホッパー、５８…計量ホッパー、５９…計量ホッパー、６０…分離塔、６１…陽イオン交換樹脂再生塔、６２…陰イオン交換樹脂再生塔、１００…混床式連続純水製造装置、１１０…混床式連続純水製造装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水のイオン交換処理を連続的に行って純水等のイオン交換処理水を製造するイオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、純水の製造装置としては、陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂がそれぞれ別のイオン交換樹脂塔に固定されている固定床式のものや、陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂を混合状態で１つのイオン交換樹脂塔に充填した混床式のものが用いられている。これらのうち、混床式は、イオン交換樹脂（単にイオン交換樹脂という場合は陰イオン交換樹脂または陽イオン交換樹脂を示す。）がイオン交換樹脂塔に固定されておらず、イオン交換が進行して飽和吸着したイオン交換樹脂を別の塔に移送し、連続的に再生し、イオン交換樹脂塔に返送して再利用することができるため、連続的なイオン交換が可能である（非特許文献１）。混床式連続純水製造装置は、合成樹脂や合成繊維産業分野などにおいて原料又は洗浄用純水の製造装置として使用されている。また、同様の構成の装置が、発電所の復水脱塩装置としても使用されている（特許文献１）。
【０００３】
従来の混床式連続純水製造装置の構成例を図１２に示す。本例の混床式連続純水製造装置１００は、陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂が混合状態で充填された通水塔５６と、分離塔６０と、陽イオン交換樹脂再生塔６１と、陰イオン交換樹脂再生塔６２と、を備える。通水塔５６の頂部には、陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂の貯留と通水塔５６への充填を行う通水塔ホッパー５７が設置され、通水塔ホッパー５７の上方には、通水塔ホッパー５７に陰イオン交換樹脂を補給する計量ホッパー５８と、通水塔ホッパー５７に陽イオン交換樹脂を補給する計量ホッパー５９が設置されている。
混床式連続純水製造装置１００を用いた純水の製造は、以下のようにして行われる。
原水を、原水タンク５２からポンプ５４により送液ラインＬ１を通じて通水塔５６に移送し、通水塔５６下部の原水入口５６ａから流入させる。これにより、通水塔５６内に充填されている陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂が通水塔５６内の上部に押し付けられてイオン交換樹脂層が形成され、イオン交換が行われる。通水塔５６への通水時、イオン交換樹脂層では、下側のイオン交換樹脂から原水中のイオンを吸着していき、イオン交換が行われるイオン交換帯は次第に上方へ移動していく。
イオン交換樹脂層を通過した処理水（純水）は、塔上部の処理水出口５６ｂから排出され、ストレーナ５５が設置された送液ラインＬ２を通じて純水タンク５１に送られる。得られた処理水は、純水タンク５１から図示しない他の部署、たとえば合成樹脂や合成繊維を製造する部署に移送されて原料や洗浄用純水として使用され、一部はポンプ５３により送液ラインＬ３を通じて各再生塔６１、６２に移送されて薬品の溶解や各イオン交換樹脂の洗浄に使用される。
【０００４】
通水塔５６に一定時間通水した後、すなわち通水塔５６のイオン交換帯の上端が処理水出口まで到達した時、通水を一時停止して水抜きを行い、通水塔５６内のイオン交換樹脂層を水とともに下方に落下させる。このとき同時に、通水塔ホッパー５７に貯められている陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂が混合状態で、または混合されながら通水塔５６に充填される。また、通水塔ホッパー５７には、その上側に設置された計量ホッパー５８から陰イオン交換樹脂、計量ホッパー５９から陽イオン交換樹脂がそれぞれ補給される。
水抜きにより落下したイオン交換樹脂層（陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂の混合物）は、塔内圧によって水と共にスラリー状態で分離塔６０に移送される。分離塔６０に移送された各イオン交換樹脂の混合物は、逆洗によって陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂に分離される。陽イオン交換樹脂の方が陰イオン交換樹脂よりも比重が大きいため、陽イオン交換樹脂の方が下になる。
分離した陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂はそれぞれ、水頭差（ヘッド差）によって、陽イオン交換樹脂再生塔６１、陰イオン交換樹脂再生塔６２それぞれの頂部上に設けられたホッパーに移送され、各再生塔６１、６２に充填される。各再生塔６１、６２では薬品を通液し、各イオン交換樹脂に接触させることで各イオン交換樹脂を再生する。薬品としては、陽イオン交換樹脂再生塔６１では塩酸等の酸が用いられ、陰イオン交換樹脂再生塔６２では水酸化ナトリウム等の塩基が用いられる。再生された各イオン交換樹脂は各再生塔６１、６２にて洗浄される。
再生・洗浄済みの陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂はそれぞれ、通水塔５６の水抜きと同時、つまり通水塔ホッパー５７からの陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子の充填、ならび通水塔ホッパー５７への陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子の補給と同時に、各再生塔６１、６２の底部からそれぞれの塔内圧によって水とともに抜き出され、スラリー状態で計量ホッパー５９、５８に移送される。また、各再生塔６１、６２の頂部のホッパーから陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂が充填される。
【０００５】
上記のように、混床式連続純水製造装置においては、純水の製造とイオン交換樹脂の再生がいずれも通水（通液）とイオン交換樹脂層を下方に移動させるための水抜き（液抜き）の二動作だけで行われる。この水抜き（液抜き）のために停止する時間は３０〜６０秒間程度のわずかな時間であるため、通水（通液）は殆ど連続に近い状態で行われる。そのため殆ど連続に純水製造が出来る。また、イオン交換樹脂の利用効率が高く、固定床式に比べ、イオン交換樹脂の使用量が極めて少ない。さらに、固定床式に比べ、装置が立体的になるので設置面積を節減できる。また、固定床式並流再生形の純水製造装置に比べて、再生塔が小型であるため、再生に用いる薬品の利用効率が高く、薬品の使用量を大幅に低減できる。
しかし、混床式連続純水製造装置においては、イオン交換樹脂を通水塔５６〜分離塔６０〜各再生塔６１、６２〜各イオン交換樹脂計量ホッパー５８、５９〜通水塔ホッパー５７〜通水塔５６と移送、循環させるため、物理的な破砕によって正規の粒径よりも小さくなる問題がある。物理的な破砕の主な原因は、吸着と再生の繰返しに伴うイオン交換樹脂粒子の膨潤・収縮による粒子母体の疲労、逆洗、混合、移送などによる樹脂粒子の相互の摩擦による粉体化などである。
小粒径化したイオン交換樹脂は、純水製造能力の低下や、純水製造装置内での圧力損失の増大、詰り等の工程の異常を起こす原因となる。それだけでなく、製造された純水を使用する部署に悪影響を及ぼしてしまう。たとえば合成樹脂や合成繊維の原料や洗浄用純水の中に小粒径化したイオン交換樹脂が含まれると、得られる製品の品質が低下する。再生塔での洗浄操作、たとえば塔下部から空気と水を注入し、スクラビング効果により小粒径化したイオン交換樹脂を除去することである程度の除去効果は得られるものの、その効果は不充分である。
このような問題に対し、現在は、破砕した樹脂による使用部署での影響を低減或いは防止するために、製造した純水の送液ライン中に前記ストレーナ５５等の精密ろ過装置を設置したり、純水製造装置中のイオン交換樹脂を抜き出して、篩いに掛けて分級し小さい粒を除去した後に純水製造装置中に戻すことが行われている。しかし、精密ろ過装置を設置した場合、精密ろ過装置を洗浄するために定期的に純水製造装置の運転を停止する必要があり、生産効率が低下する。イオン交換樹脂を抜き出す場合も同様である。また、洗浄や分級作業は運転員の負担にもなっている。
原子力発電所などでは、別途、振動式樹脂洗浄装置を設け、復水脱塩装置から移送した廃液中の破砕樹脂を除去することも行われている。しかし、振動式樹脂洗浄装置は、振動ふるいを利用するため、樹脂にダメージを与え、破砕樹脂が増えてしまうため、イオン交換樹脂の再利用効率が低下する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「イオン交換樹脂・膜の最新応用技術」、１９８２年１２月２１日、桧垣虎雄編、株式会社シーエムシー発行、２２〜２３頁
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−９９６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が抑制された純水等のイオン交換処理水を効率良く製造でき、イオン交換樹脂の再利用効率にも優れたイオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、以下の態様を有する。
［１］ 水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記イオン交換樹脂粒子を再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、
前記移送循環部が、前記イオン交換樹脂粒子を移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたイオン交換処理水製造装置。
［２］ 水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、
陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子を含む複数種のイオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記複数種のイオン交換樹脂粒子を比重差により分離し、それぞれ再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、
前記移送循環部が、分離された前記複数種のイオン交換樹脂粒子をそれぞれ単独で移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたイオン交換処理水製造装置。
［３］ 前記粒子の分級が、上昇水流中における粒子の沈降速度差を利用したものである、［１］または［２］に記載のイオン交換処理水製造装置。
［４］ 前記イオン交換処理水が純水である、［１］〜［３］のいずれか一項に記載のイオン交換処理水製造装置。
［５］ 水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する方法であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔への通水と、前記通水によりイオン交換が進行して飽和吸着したイオン交換樹脂粒子を前記通水塔から排出し、再生して前記通水塔に戻す移送循環操作とを連続的に行う工程を有し、
前記移送循環操作の際、前記イオン交換樹脂粒子について、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理を行うイオン交換処理水製造方法。
［６］ 水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する方法であって、
陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子を含む複数種のイオン交換樹脂粒子が充填された通水塔への通水と、前記通水によりイオン交換が進行して飽和吸着した前記複数種のイオン交換樹脂粒子を前記通水塔から排出し、比重差により分離し、それぞれ再生して前記通水塔に戻す移送循環操作とを連続的に行う工程を有し、
前記移送循環操作の際、前記複数種のイオン交換樹脂粒子を分離した後、再度混合状態とする前に、各イオン交換樹脂粒子について、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理を行うイオン交換処理水製造方法。
［７］ 前記粒子の分級が、上昇水流中における粒子の沈降速度差を利用したものである、［５］または［６］に記載のイオン交換処理水製造方法。
［８］ 前記イオン交換処理水が純水である、［５］〜［７］のいずれか一項に記載のイオン交換処理水製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が抑制された純水等のイオン交換処理水を効率良く製造でき、イオン交換樹脂の再利用効率にも優れたイオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】分級処理に用いられる分級筒の分級特性例を示すグラフである。
【図２】上昇水流中における沈降速度差を利用してイオン交換樹脂粒子を分級する場合の、分級筒内に供給する水の流量の変化による粒子径と上昇／沈降の変化の関係を示すグラフである。
【図３】静止状態の水中における沈降速度差を利用してイオン交換樹脂粒子を分級する場合の、粒子径と分級筒内における上昇／沈降の変化の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第一の実施形態の混床式連続純水製造装置の構成を示す概略図である。
【図５】第一の実施形態の混床式連続純水製造装置の計量ホッパー５９および分級筒３２の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。
【図６】計量ホッパー５９および分級筒３２の動作タイムチャート例である。
【図７】第二の実施形態で用いられる分級筒３２’の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。
【図８】計量ホッパー５９および分級筒３２’の動作タイムチャート例である。
【図９】第二の実施形態で用いられる計量ホッパー３３の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。
【図１０】計量ホッパー３３の動作タイムチャート例である。
【図１１】第三の実施形態で用いられる計量ホッパー３４の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。
【図１２】従来の混床式連続純水製造装置の構成例を示す概略図である。
【図１３】本発明を適用した復水脱塩装置の構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のイオン交換処理水製造装置は、水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記イオン交換樹脂粒子を再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、
前記移送循環部が、前記イオン交換樹脂粒子を移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたものである。
また、本発明のイオン交換処理水製造方法は、水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する方法であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔への通水と、前記通水によりイオン交換が進行して飽和吸着したイオン交換樹脂粒子を前記通水塔から排出し、再生して前記通水塔に戻す移送循環操作とを連続的に行う工程を有し、
前記移送循環操作の際、前記イオン交換樹脂粒子について、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理を行う方法である。
【００１３】
本発明において、前記通水塔から排出されたイオン交換樹脂粒子は、スラリー状態で移送循環部内を移送される。このスラリーに対して、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理が行われる。
該分級処理における粒子の分級は、水中での粒子の沈降速度差を利用することから、湿式分級のうちの重力分級に分類される。該重力分級は、静止状態の水中、水平流中、垂直流中のいずれで行うものであってもよい。これらのなかでも、垂直流、特に上昇水流中における沈降速度差を利用した重力分級（上昇流型重力分級）が、分級する粒子径の境界点を容易に調節できることから好ましい。
【００１４】
粒子の沈降速度差を利用した粒子の分級について、上昇流型を例に挙げて説明する。
分級液および粒子の比重が一定である場合、静止状態の液体中における粒子の沈降速度Ｕｍは、その粒径に依存する。液体が一定の流速Ｕで垂直方向上向きに流れている上昇流中において、粒子は（Ｕ−Ｕｍ）の速度で流れ方向に移動する。つまりＵ＞Ｕｍであれば上昇流中を上昇し、Ｕ＝Ｕｍであれば上昇流中で静止し、Ｕ＜Ｕｍであれば上昇流中を沈降する。
したがって、上昇流の流速Ｕを、粒径が所定値に満たない粒子（小粒径化したイオン交換樹脂粒子）が上昇し、それよりも粒径の大きい粒子（再利用可能な粒径のイオン交換樹脂粒子）が沈降する流速に設定することで、粒径が所定値に満たない粒子を分離し、除去することができる。
たとえば垂直に設置された分級筒内に、材質が同じ（比重が同じ）イオン交換樹脂粒子をスラリーの状態で導入するとともに、該分級筒の下部から水を連続的に供給し、再利用可能な粒径のイオン交換樹脂粒子が沈降し且つ小粒径化したイオン交換樹脂粒子が上昇する上昇流を形成し、上昇した粒子を該分級筒から取り出すことで、小粒径化したイオン交換樹脂粒子が除去されたイオン交換樹脂粒子が得られる。このイオン交換樹脂粒子は、そのまま当該イオン交換処理水製造装置内を下流方向に移送される。そのため、イオン交換処理水製造装置の運転を停止させることなく、小粒径化したイオン交換樹脂粒子を除去することができ、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が抑制されたイオン交換処理水を効率良く製造できる。
また、湿式分級のため、分級によるイオン交換樹脂粒子にダメージを与えにくく、破砕が生じにくい。そのため、イオン交換樹脂の再利用効率も向上する。
【００１５】
分級手段としては、通常、垂直に設置された分級筒が用いられる。分級筒の下部から水などの分級液を連続的に供給することで分級筒内に上昇流が形成される。
図１に、分級処理に用いられる分級筒の分級特性例を示す。図１中、Ｉの線は、比重１．２６のイオン交換樹脂（以下、単に樹脂ということがある。）粒子の粒子径［ｍｍ］と、静止状態の水中での沈降速度［ｃｍ／ｓ］との関係を示す。ＩＩの線は、内径１００ｍｍの円筒状の分級筒内に供給する水の流量［ｍ３／ｈ］と、該分級筒内における上昇水流の上昇速度［ｃｍ／ｓ］との関係を示す。
たとえば粒径０．３ｍｍの樹脂粒子の静止状態の水中での沈降速度は１．２ｃｍ／ｓ（Ｉの線の（２）の点）である。一方、上昇水流の上昇速度が１．２ｃｍ／ｓとなる水の流量は、０．３５ｍ３／ｈである（ＩＩの線の（１）の点）。
したがって、粒径０．３ｍｍの樹脂粒子は、静止状態の水中での沈降速度と上昇水流の上昇速度が同じため、分級筒内を上昇も沈降もせず静止し、粒径０．３ｍｍ超の樹脂粒子は、静止状態の水中での沈降速度が上昇水流の上昇速度よりも大きいため、分級筒内を沈降し、粒径０．３ｍｍ未満の樹脂粒子は、静止状態の水中での沈降速度が上昇水流の上昇速度よりも小さいため、分級筒内を上昇することになる。
したがって、水量を変化させることにより、分級する粒径の境界を制御することができる。たとえば、流量を０．１７ｍ３／ｈとすれば、上昇水流の上昇速度は０．７ｃｍ／ｓ（ＩＩの線の（１’）の点）となる。０．７ｃｍ／ｓの上昇流中で静止する粒子の粒径は０．２ｍｍ（Ｉの線の（２’）の点）であるから、それよりも粒径が大きい樹脂粒子は沈降し、小さい樹脂粒子は上昇することになる。
図２に、分級筒内に供給する水の流量の変化による粒子径と上昇／沈降の変化の関係を示す。グラフの縦軸の「上昇／沈降速度」は、（上昇水流の上昇速度−静止状態の水中での粒子の沈降速度）を示し、正の値であれば粒子が上昇し、負の値であれば粒子が沈降する。図２は、分級筒内に供給する水の流量を変えることで、上昇／沈降する粒径の境界を変えることができることを示している。
分級筒の分級性能は、長さ（高さ）を長くして整流領域を長くすることにより向上させることができる。
【００１６】
粒子の沈降速度差を利用した粒子の分級は、上記の上昇流型には限定されない。たとえば静止水中でも可能である。
静止水中における粒子径と上昇／沈降の変化の関係は、前記流速Ｕが０の場合として考えることができる。図３に、水を貯めた分級筒内（静止状態の水中）における比重１．２６のイオン交換樹脂の粒径と上昇／沈降の変化の関係を示す。グラフの縦軸の「上昇／沈降速度」は、（−静止状態の水中での粒子の沈降速度）を示し、正の値であれば粒子が上昇し、負の値であれば粒子が沈降する。図３に示すように、該イオン交換樹脂は、静止状態の水中では必ず沈降するが、その沈降速度は粒径に比例している。したがって、垂直に設置された分級筒内に水を貯め、その状態で分級筒の上部から材質が同じ（比重が一定）イオン交換樹脂粒子をスラリーの状態で投入すると、大きな粒径の粒子は速く沈降し、小さな粒径の粒子はゆっくり沈降する。そのため、分級筒を水で満たし、スラリーを投入し、スラリーを投入してから所定時間経過した時点で分級筒上部の水を抜くと、該水とともに小さな粒径の粒子を除去することができる。これら一連の操作を一サイクルとして繰り返すことで、イオン交換処理水製造装置の運転を停止させることなく、小粒径化したイオン交換樹脂粒子を除去することができる。
【００１７】
本発明において、前記通水塔に充填されるイオン交換樹脂粒子は、１種でも２種以上でもよい。ただし、粒子の沈降速度差を利用した分級処理を行うためには、分級処理を行うスラリー中に含まれる粒子の比重が同じである必要がある。
そのため、イオン交換処理水製造装置が、通水塔内に複数種の樹脂粒子が充填されたものである場合、たとえば陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子の両方が混合状態で充填された混床式のイオン交換処理水製造装置である場合、分級処理を行う前に、通水塔から排出されたスラリーに含まれる複数種の樹脂粒子を比重差により分離する。該分離は、分離塔など、公知の分離手段により実施できる。
【００１８】
以下、本発明のイオン交換処理水製造装置およびイオン交換処理水製造方法について、実施形態例を示して説明する。ただし本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
［第一の実施形態］
図４に本実施形態の混床式連続純水製造装置（イオン交換処理水製造装置）１１０の概略構成を示す。
混床式連続純水製造装置１１０は、陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子が混合状態で充填された通水塔５６と、分離塔６０と、陽イオン交換樹脂再生塔６１と、陰イオン交換樹脂再生塔６２と、を備える。
通水塔５６と分離塔６０とは配管４１で接続され、分離塔６０と各再生塔６１、６２とは配管４２、４３で接続されている。
通水塔５６の頂部には、陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子の貯留と通水塔５６への充填を行う通水塔ホッパー５７が設置され、通水塔ホッパー５７の上方には、通水塔ホッパー５７に陰イオン交換樹脂粒子を補給する計量ホッパー５８と、通水塔ホッパー５７に陽イオン交換樹脂粒子を補給する計量ホッパー５９が設置されている。
計量ホッパー５８には分級筒３１が接続され、陰イオン交換樹脂再生塔６２から配管４４を通じて計量ホッパー５８に移送された陰イオン交換樹脂粒子の一部を移送して分級処理を行い、小粒径化した粒子を除去した陰イオン交換樹脂粒子を通水塔ホッパー５７に移送できるようになっている。同様に、計量ホッパー５９には分級筒３２が接続され、陽イオン交換樹脂再生塔６１から配管７５を通じて計量ホッパー５９に移送された陽イオン交換樹脂粒子の一部を移送して分級処理を行い、小粒径化した粒子を除去した陽イオン交換樹脂粒子を通水塔ホッパー５７に移送できるようになっている。
混床式連続純水製造装置１１０においては、配管４１から通水塔ホッパー５７までが、通水塔５６から混合状態で排出される陰イオン交換樹脂粒子と陽イオン交換樹脂粒子とを比重差により分離し、それぞれ再生して通水塔５６に戻す移送循環部として機能する。
【００２０】
混床式連続純水製造装置１１０は、図１２に示した従来の混床式連続純水製造装置１００において、計量ホッパー５８、５９それぞれに分級筒３１、３２を接続した構成であり、通水塔５６、通水塔ホッパー５７、分離塔、各再生塔６１、６２としてはそれぞれ公知のものが利用できる。
陰イオン交換樹脂粒子としては通常、強塩基性陰イオン交換樹脂粒子が用いられ、陽イオン交換樹脂粒子としては通常、強酸性陽イオン交換樹脂粒子が用いられる。
また、混床式連続純水製造装置１１０を用いた純水の製造は、再生塔６１、６２から各計量ホッパー５９、５８に移送されたスラリーの一部を別置の分級筒３２、３１に移送して該スラリーに含まれるイオン交換樹脂粒子を連続的に分級する方式で分級処理を行う以外は、従来と同様にして実施できる。つまり、陽イオン交換樹脂再生塔６１から計量ホッパー５９に移送された陽イオン交換樹脂粒子は、従来は全てそのまま通水塔ホッパー５７に移送されていたが、本実施形態においては、一部が分級筒３２に移送され、分級処理された後、通水塔ホッパー２２に移送される。同様に、陰イオン交換樹脂再生塔６２から計量ホッパー５８に移送された陰イオン交換樹脂粒子は、従来は全てそのまま通水塔ホッパー５７に移送されていたが、本実施形態においては、一部が分級筒３１に移送され、分級処理された後、通水塔ホッパー２２に移送される。
【００２１】
図５および図６により、計量ホッパー５９および分級筒３２の構成ならびに分級処理の動作を説明する。図５は、計量ホッパー５９および分級筒３２の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。図６は、計量ホッパー５９および分級筒３２の動作タイムチャート例である。
計量ホッパー５９は、円筒状の直筒部とその下端側に連続して設けられた逆円錐状の底部とから構成され、頂部にはベント管７が接続されている。
直筒部の下部には樹脂入口３が設けられ、配管４５により陽イオン交換樹脂再生塔６１と接続されている。樹脂入口より上側には、直筒部内を上下に区画するようにサランネット（メッシュ状スクリーン）８が設けられている。直筒部の上部にはオーバーフロー配管６が接続され、サランネット８を通過する微細な陽イオン交換樹脂粒子を除去できるようになっている。直筒部の下端付近には、内部の陽イオン交換樹脂粒子の状態を確認するための覗き窓２１が設けられている。
底部の高さ方向中央付近には樹脂抜出口が設けられ、樹脂抜出自動弁１５を備える樹脂抜出配管１６が接続されている。底部の下端には樹脂出口が設けられ、樹脂出口自動弁４を備える樹脂出口配管５が接続されている。
計量ホッパー５８の構成も上記と同様である。
【００２２】
分級筒３２は、円筒状の直筒部とその下端側に連続して設けられた逆円錐状の底部とから構成され、頂部にはベント管２０が接続されている。
直筒部の高さ方向中央付近で樹脂抜出配管１６の接続位置よりも上側の位置にはオーバーフロー自動弁１８を備えるオーバーフロー配管１７が接続され、直筒部の上端にはオーバーフロー配管１９が接続されており、当該位置まで上昇した陽イオン交換樹脂粒子を水と共に抜き出すことができるようになっている。
直筒部の下端、オーバーフロー配管１７、１９の接続位置付近にはそれぞれ、内部の状況が確認できるように覗き窓２２、２３、２４が設けられている。なお、ここでは３箇所に覗き窓２２、２３、２４を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。覗き窓は必須ではなく、たとえば分級筒３２を透明な材料（透明樹脂等）で構成する場合は、覗き窓を設けなくてもよい。また、覗き窓を設ける場合、その数は少なくとも１個あればよい。また、設ける位置は上記には限定されず、分級筒３２の底部などに設けてもよい。
底部の高さ方向中央付近には分級水入口が設けられ、分級水量調整弁１０および分級水流量計１１を備える分級水供給配管１２が接続されている。底部の下端には、沈降した陽イオン交換樹脂粒子（分級処理された陽イオン交換樹脂粒子）を排出するための樹脂出口が設けられ、分級樹脂出口自動弁１３を備える樹脂出口配管１４により通水塔ホッパー５７と接続されている。
分級筒３２の形状は、処理粒子径に応じストークスの法則が成立する領域となる内径、および分級水量による筒内滞在時間が１分程度にすることが好ましい。分級筒３２の場合、筒径５０〜１５０ｍｍ、筒長８００〜１２００ｍｍが好ましい。
分級水供給配管１２は、可能な限り底部に近くで水平方向に流し、抜出樹脂配管１６は、分級筒３２底部より容積２〜４リットル程度となる高さに設置し、オーバーフロー自動弁１８は、抜出樹脂配管１６の上部で分級筒３２底部より容積３〜５リットル程度となる高さに設置することが好ましい。
分級筒３１の構成も上記と同様である。ただし、分級筒３１の場合、陽イオン交換樹脂粒子よりも比重が小さい陰イオン交換樹脂粒子の分級処理を行うため、その形状は、筒径１００〜２００ｍｍ、筒長５００〜１０００ｍｍが好ましい。
【００２３】
計量ホッパー５９および分級筒３２を用いた分級処理について、まず、計量ホッパー５９には、陽イオン交換樹脂再生塔６１から再生された陽イオン交換樹脂粒子（以下、単に粒子ということがある。）が水と一緒になってスラリー状で移送される。このスラリー中には、新品と同等の粒径のものから破砕により小粒径化したものまで様々な粒径の粒子が含まれている。
樹脂出口自動弁４は、陽イオン交換樹脂再生塔６１での液抜きと同時に開となり、液抜きが終了する時点（３０秒後）に閉となり、閉の状態を一定時間（１５５秒間）維持する動作を１サイクルとして繰り返すように設定されている。樹脂出口自動弁４が開の間、計量ホッパー５９の底部から粒子が抜き出される。
樹脂出口自動弁４が閉となった直後（１０秒後）の一定時間（１０秒間）、樹脂抜出自動弁１５が開となり、上記スラリーが計量ホッパー５９から樹脂抜出配管１６を経由して分級筒３２に一定量移送される。
分級筒３２では、分級水量調整弁１０および分級水流量計１１により一定量の分級用の水が供給され続けている。そのため分級筒３２内では、徐々に水面が上昇しながら、移送されたスラリー中の粒子の分級が行われ、所定の粒径を満たす粒子（正常粒子）は沈降して底部に堆積し、所定の粒径に満たない粒子（小粒径化粒子）は上昇する。このとき分級する粒子径の境界点は、分級水量調整弁１０と分級水流量計１１で分級筒３２に流入させる分級用の水の流量を調節することにより容易に調節できる。
小粒径化粒子の上昇速度は、粒径の小さいものほど速い。分級筒３２内の上端まで達した小粒径化粒子はオーバーフロー管１９より水とともに排出され、図示しない樹脂回収ピットに収納されるが、粒径によっては、１サイクルの終了までに上端まで到達しない。そのため、１サイクルが終了に近づいた時点でオーバーフロー自動弁１８を一定時間（３５秒間）開ける。これにより、オーバーフロー管１７の接続位置付近よりも上方に在る小粒径化粒子が水とともに排出され、樹脂回収ピットに収納される。
その後、次のサイクルの冒頭で樹脂出口自動弁４および分級樹脂出口自動弁１３が一定時間（それぞれ３０秒間、２０秒間）開となっている時に、計量ホッパー５９、分級筒３２それぞれの底部に堆積した正常粒子が通水塔ホッパー５７に落とされ、貯留される。
分級筒３２に供給する樹脂粒子の量は、分級筒３２内での粒子相互の干渉沈降を避けるためには少ないことが好ましいが、少ないほど分級頻度が少なくなるので、双方から適する量にする必要があり、分級筒３２内の粒子濃度で１〜５％程度にすることが好ましい。
計量ホッパー５８および分級筒３１を用いた分級処理の動作も上記と同様である。
【００２４】
上記のように、計量ホッパー５９および分級筒３２、ならびに計量ホッパー５８および分級筒３１にて上記の操作を数分間隔で繰り返すことにより分級処理が連続的に行われ、再生処理および分級処理が行われた陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子が通水塔ホッパー５７に補給され、更に通水塔５６に移送されて再利用される。そのため、通水塔５６内では、再生済みでかつ正常な粒径の陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子の混床が形成され、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が少ない純水を連続的に製造できる。
【００２５】
［第二の実施形態］
次に、本発明の第二の実施形態の混床式純水製造装置および純水製造方法について説明する。なお、以下に記載する実施形態において、第一実施形態に対応する構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施形態の混床式純水製造装置は、分級筒３２の代わりに図７に示す構成の分級筒３２’を設け、分級筒３１の代わりに分級筒３２’と同様の構成の分級筒３１’を設けた以外は、第一の実施形態の混床式純水製造装置１１０と同様の構成である。
本実施形態は、分級筒３１’、３２’の上部にスラリーを投入し、静止状態の水中で粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級する方式で行われる。
【００２６】
分級筒３２’は、円筒状の直筒部とその下端側に連続して設けられた逆円錐状の底部とから構成され、頂部は大気開放されている。
直筒部の上端には、オーバーフロー弁２８を備えたオーバーフロー配管５０が接続されており、オーバーフロー配管５０の、オーバーフロー弁２８よりも下流の位置に、樹脂抜出配管１６が接続されている。
直筒部の高さ方向中央付近で樹脂抜出配管１６の接続位置よりも上側の位置にはオーバーフロー自動弁２９およびボールコック４９を備えるオーバーフロー配管１７が接続されており、当該位置からオーバーフロー配管５０の接続位置までの間の陽イオン交換樹脂粒子を水と共に抜き出すことができるようになっている。
底部の高さ方向中央付近には分級水入口が設けられ、分級水弁２７およびボールコック４７を備える分級水供給配管１２が接続されている。底部の下端には、沈降した陽イオン交換樹脂粒子（分級処理された陽イオン交換樹脂粒子）を排出するための樹脂出口が設けられ、分級樹脂出口自動弁１３を備える樹脂出口配管１４により通水塔ホッパー５７と接続されている。
分級筒３２’の形状は、処理粒子径に応じストークスの法則が成立する領域となる内径、および分級水量による筒内滞在時間が１分程度にすることが好ましい。分級筒３２’の場合、筒径５０〜１５０ｍｍ、筒長８００〜１２００ｍｍが好ましい。
分級水供給配管１２は、可能な限り底部に近くで水平方向に流し、オーバーフロー自動弁１８は、抜出樹脂配管１６の上部で分級筒３２’底部より容積３〜５リットル程度となる高さに設置し、オーバーフロー配管５０（樹脂抜出配管１６）は、分級筒３２’底部より容積１０〜２０リットル程度となる高さに設置することが好ましい。
分級筒３１’の構成も上記と同様である。ただし、分級筒３１’の場合、陽イオン交換樹脂粒子よりも比重が小さい陰イオン交換樹脂粒子の分級処理を行うため、その形状は、筒径１００〜２００ｍｍ、筒長５００〜１０００ｍｍが好ましい。
【００２７】
図８に、計量ホッパー５９および分級筒３２’の動作タイムチャート例を示す。
この例においては、まず、計量ホッパー５９に、陽イオン交換樹脂再生塔６１から再生された陽イオン交換樹脂粒子（以下、単に粒子ということがある。）が水と一緒になってスラリー状で移送される。このスラリー中には、新品と同等の粒径のものから破砕により小粒径化したものまで様々な粒径の粒子が含まれている。
樹脂出口自動弁４は、陽イオン交換樹脂再生塔６１での液抜きと同時に開となり、液抜きが終了する時点（３０秒後）に閉となり、閉の状態を一定時間（１５５秒間）維持する動作を１サイクルとして繰り返すように設定されている。樹脂出口自動弁４が開の間、計量ホッパー５９の底部から粒子が抜き出される。
樹脂出口自動弁４が閉となった直後（１０秒後）の一定時間（１０秒間）、分級水弁２７が開となり、分級筒３２’への分級用の水の供給が行われ、分級水弁２７が閉となった直後の一定時間（４秒間）、樹脂抜出自動弁４が開となって、上記スラリーが計量ホッパー５９から樹脂抜出配管１６を経由して分級筒３２’に一定量移送され、分級筒３２’上部に投入される。樹脂抜出自動弁４が閉となってから所定時間後（１分後）、分級水抜弁２９が一定時間（３５秒間）開となる。
分級筒３２’では、投入されたスラリー中の粒子の分級が行われ、粒径の大きいものほど速く沈降する。そのため、スラリー投入から所定時間後に分級水抜弁２９を開けたときに、オーバーフロー配管１７の接続位置よりも上側にある粒子はオーバーフロー配管１７から水と共に抜き出され、該接続位置よりも下側まで沈降している粒子はそのまま分級筒３２を沈降し、底部に堆積する。
その後、次のサイクルの冒頭で樹脂出口自動弁４および分級樹脂出口自動弁１３が一定時間（それぞれ３０秒間）開となっている時に、計量ホッパー５９、分級筒３２’それぞれの底部に堆積した正常粒子が通水塔ホッパー５７に落とされ、貯留される。
計量ホッパー５８および分級筒３１’を用いた分級処理の動作も上記と同様である。
【００２８】
上記のように、計量ホッパー５９および分級筒３２’、ならびに計量ホッパー５８および分級筒３１’にて上記の操作を数分間隔で繰り返すことにより分級処理が連続的に行われ、再生処理および分級処理が行われた陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子が通水塔ホッパー５７に補給され、更に通水塔５６に移送されて再利用される。そのため、通水塔５６内では、再生済みでかつ正常な粒径の陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子の混床が形成され、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が少ない純水を連続的に製造できる。
【００２９】
［第三の実施形態］
次に、本発明の第三の実施形態の混床式純水製造装置および純水製造方法について説明する。
本実施形態の混床式純水製造装置は、別置の分級筒３１、３２を設けず、計量ホッパー５８、５９の代わりに分級筒としての機能を有する計量ホッパーを備える以外は、第一の実施形態の混床式純水製造装置１１０と同様の構成である。
本実施形態での分級処理は、各計量ホッパーに再生塔６１、６２からスラリーを移送する際に、初期に移送されるスラリーに含まれるイオン交換樹脂粒子を連続的に分級する方式で行われる。
【００３０】
図９および図１０により、本実施形態で計量ホッパー５９の代わりに用いられる計量ホッパー３３の構成および分級処理の動作を説明する。図９は、計量ホッパー３３の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。図１０は、計量ホッパー３３の動作タイムチャート例である。
計量ホッパー３３は、計量ホッパー５９の直筒部の下端からサランネット８までの長さを長くすることにより整流領域を設け、底部の高さ方向中央付近に、分級水用自動弁９、分級水量調整弁１０および分級水流量計１１を備える分級水供給配管１２を接続することにより分級水を供給できるようにして分級性能を持たせたものである。
計量ホッパー３３の直筒部のサランネット８の下側の位置にはオーバーフロー自動弁１８を備えるオーバーフロー配管１７が接続されており、当該位置まで上昇した陽イオン交換樹脂粒子を水と共に抜き出すことができるようになっている。オーバーフロー配管１７の接続位置付近には、内部の陽イオン交換樹脂粒子を確認するための覗き窓２５が設けられている。覗き窓２５には光電スイッチ２６が設置されている。
【００３１】
分級処理について、まず、計量ホッパー３３には、陽イオン交換樹脂再生塔６１から再生された陽イオン交換樹脂粒子（以下、単に粒子ということがある。）が水と一緒になってスラリー状で移送される。このスラリー中には、新品と同等の粒径のものから破砕により小粒径化したものまで様々な粒径の粒子が含まれている。
樹脂出口自動弁４は、陽イオン交換樹脂再生塔６１での液抜きと同時に開となり、液抜きが終了する時点（３０秒後）に閉となり、閉の状態を一定時間（１５５秒間）維持する動作を１サイクルとして繰り返すように設定されている。樹脂出口自動弁４が開の間、計量ホッパー３３の底部から粒子が抜き出される。
計量ホッパー３３へのスラリーの移送開始後、樹脂出口自動弁４が閉となった直後に分級水用自動弁９とオーバーフロー自動弁１８を開け、分級水量調整弁１０と分級水流量計１１で一定量の分級用の水を供給する。そのため計量ホッパー３３内では、徐々に水面が上昇しながら、この時点で移送されているスラリー中の粒子の分級が行われ、所定の粒径を満たす粒子（正常粒子）は沈降して底部に堆積し、所定の粒径に満たない粒子（小粒径化粒子）は上昇する。小粒径化粒子の上昇速度は、粒径の小さいものほど速い。サランネット８を通過するような小粒径化粒子はやがてオーバーフロー管１７から水と共に排出され、樹脂回収ピットに収納される。
スラリーの移送開始後、時間経過と共に樹脂面も上昇してくる。樹脂面が覗き窓２５の位置に達すると、覗き窓２５に設置している光電スイッチ２６が動作して、分級水用自動弁９とオーバーフロー自動弁１８が閉となる。これにより分級水の供給が停止するので、その後はサランネット８を経由して水だけがオーバーフロー管６より排出されることになる。最終的にはサランネット８の下部が全て樹脂で充満されて、スラリーの移送が終了する。
これらの操作を数分間隔で繰り返すことで分級処理がほぼ連続的に行われ、再生処理および分級処理が行われた陽イオン交換樹脂粒子が通水塔ホッパー５７に補給され、更に通水塔５６に移送されて再利用される。
計量ホッパー５８の代わりに用いられる計量ホッパーの構成および動作も計量ホッパー３３と同様である。
そのため、通水塔５６内では、再生済みでかつ正常な粒径の陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子の混床が形成され、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が少ない純水を連続的に製造できる。
【００３２】
［第四の実施形態］
次に、本発明の第四の実施形態の混床式純水製造装置および純水製造方法について説明する。
本実施形態の混床式純水製造装置は、別置の分級筒３１、３２を設けず、計量ホッパー５８、５９の代わりに分級筒としての機能を有する計量ホッパーを備える以外は、第一の実施形態の混床式純水製造装置１１０と同様の構成である。
本実施形態での分級処理は、各計量ホッパーに再生塔６１、６２からスラリーを移送する際に、移送されたスラリーに含まれるイオン交換樹脂粒子全量を連続的に分級する方式で行われる。
【００３３】
図１１により、本実施形態で計量ホッパー５９の代わりに用いられる計量ホッパー３４の構成および分級処理の動作を説明する。図１１は、計量ホッパー３４の構成および分級処理の動作を説明する概略図である。
計量ホッパー３４は、計量ホッパー５９の直筒部の下端からサランネット８までの長さを長くすることにより整流領域を設け、底部の高さ方向中央付近に、分級水量調整弁１０および分級水流量計１１を備える分級水供給配管１２を接続することにより分級水を供給できるようにして分級性能を持たせたものである。
【００３４】
分級処理について、まず、計量ホッパー３４には、陽イオン交換樹脂再生塔６１から再生された陽イオン交換樹脂粒子（以下、単に粒子ということがある。）が水と一緒になってスラリー状で移送される。このスラリー中には、新品と同等の粒径のものから破砕により小粒径化したものまで様々な粒径の粒子が含まれている。
樹脂出口自動弁４は、陽イオン交換樹脂再生塔６１の液抜きと同時に開となり、液抜きが終了する時点に閉となり、閉の状態を一定時間維持する動作を１サイクルとして繰り返すように設定されている。樹脂出口自動弁４が開の間、計量ホッパー３４の底部から粒子が抜き出される。
計量ホッパー３４へのスラリーの移送開始後、分級水量調整弁１０と分級水流量計１１で一定量の分級用の水を供給すると、徐々に水面が上昇しながら、移送されたスラリー中の粒子の分級が行われ、所定の粒径を満たす粒子（正常粒子）は沈降して底部に堆積し、所定の粒径に満たない粒子（小粒径化粒子）は上昇する。小粒径化粒子やがてサランネット８を通過して、オーバーフロー管６から水と共に排出され、樹脂回収ピットに収納される。最終的にはサランネット８の下部が全て大粒の樹脂で充満されて、スラリーの移送が終了する。
これらの操作を数分間隔で繰り返すことで分級処理がほぼ連続的に行われ、再生処理および分級処理が行われた陽イオン交換樹脂粒子が通水塔ホッパー５７に補給され、更に通水塔５６に移送されて再利用される。
計量ホッパー５８の代わりに用いられる計量ホッパーの構成および動作も計量ホッパー３４と同様である。
そのため、通水塔５６内では、再生済みでかつ正常な粒径の陽イオン交換樹脂粒子および陰イオン交換樹脂粒子の混床が形成され、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が少ない純水を連続的に製造できる。
【００３５】
以上、第一〜第四の実施形態を説明したが本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
たとえば分級手段として、陰イオン交換樹脂粒子、陽イオン交換樹脂粒子をそれぞれ貯留する計量ホッパーに別置の分級筒を接続した例、計量ホッパーとして分級筒の機能を有する物を用いた例を示したが、分級手段を設ける場所は、陰イオン交換樹脂粒子、陽イオン交換樹脂粒子がそれぞれ単独で存在している場所であればよく、計量ホッパー部分には限定されない。
分級手段の構造は、上記分級筒３１、３１’、計量ホッパー３３、３４には限定されず、粒子の沈降速度差による分級と、小粒径化粒子の除去ができるものであればよい。分級する粒子径の境界点を容易に調節できる点では、図１、図２に示すような、流量の調節によって分級する粒子径の境界点を調節できる分級特性を有するものが好ましい。
第一〜第二の実施形態では、再生塔６１、６２から計量ホッパー５９、５８に移送したスラリーの一部を計量ホッパー５９、５８から抜き出して分級筒３２、３１に移送した例を示したが、配管４４、４５をそれぞれ分岐させて樹脂抜出自動弁１５及び樹脂抜出配管１６に接続して、スラリーを再生塔６１、６２から直接分級筒３１、３２に移送してもよい。
通水塔５６に充填されるイオン交換樹脂粒子は１種でもよい。また、複数種のイオン交換樹脂粒子が充填される場合、その組み合わせは、陰イオン交換樹脂粒子と陽イオン交換樹脂粒子に限定されず、比重差により分離可能であれば、複数種の陰イオン交換樹脂粒子を組み合わせてもよく、複数種の陽イオン交換樹脂粒子を組み合わせてもよい。
【００３６】
以上説明したように、混床式連続純水製造装置など、通水塔に充填したイオン交換樹脂粒子を通水塔から抜き出し、再生して再利用するタイプのイオン交換処理水製造装置（以下、単に製造装置という。）を連続運転する場合、イオン交換樹脂が移送時の衝撃等によって破砕して小粒径化することが繰り返されるが、本発明によれば、複数種のイオン交換樹脂を分離した後、再度混合状態とするまでの移送過程において、小粒径化したイオン交換樹脂を連続的に除去することができる。
たとえば陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子の粒径は、未使用の新品で０．４５ｍｍ〜０．６５ｍｍ程度であり、０．３５ｍｍ程度までであれば充分に性能が確保されるとされている。従来用いられているストレーナ等のろ過装置は、除去できる粒子の大きさに限界があり、通常、微細な粒子はろ過装置を通過してしまう。これに対し、本発明においては、従来のろ過装置を通過する微細な粒子径のイオン交換樹脂を除去することができる。また、分級水量を調節するだけの簡単な方法で、分級する粒子径の境界点を調節できる。
また、短時間に繰り返し自動的に分級処理することができるので、１年間では、純水製造装置内に充填・循環しているイオン交換樹脂全量相当量の１０倍〜１００倍のイオン交換樹脂を分級処理できることになる。
したがって、小粒径化したイオン交換樹脂を継続的に系外に排出することが可能になるため、運転中に小粒径化したイオン交換樹脂が製造装置内に残らず、小粒径化したイオン交換樹脂の混入が抑制された純水を効率良く製造できる。
また、製造装置の運転に同調して自動的に分級処理を出来るので、分級に係わる運転員の作業は皆無になる。従来のように、製造装置中のイオン交換樹脂を抜き出して、篩いに掛けて分級し小さい粒を除去した後に製造装置中に戻す作業を無くすことができる。また、ろ過装置を通過する微細な粒子径の樹脂も除去することが可能になり、微粒子の少ない純水を使用部署に供給することができ、合成樹脂や合成繊維の品質影響を軽減できると共に、ろ過装置の詰りの頻度も減少し、運転員の作業軽減になる。
本発明における分級処理は原理が簡単で、製造装置の移送循環ライン上で、イオン交換樹脂粒子と水が混在したスラリー状で行われるので、安価に、しかも遠心式など機械的外力を加えることによるイオン交換樹脂粒子の破砕などを起こすこともなく分級が可能になる。
【００３７】
本発明は、通水塔を備え、イオン交換樹脂を再生して再利用する方式の各種イオン交換処理装置に適用できる。たとえば純水製造装置以外の混床式のイオン交換処理装置の例として、原子力発電所などで使用されている復水脱塩装置などが挙げられる。
図１２に、本発明を適用した復水脱塩装置の一例を示す。本例の復水脱塩装置２００は、混床式の脱塩塔（通水塔）７１、ろ過装置７２、樹脂分離兼陽イオン交換樹脂再生塔７３、陰イオン交換樹脂再生塔７４、混合樹脂取出槽７５、樹脂貯槽７６を備える従来の復水脱塩装置において、樹脂分離兼陽イオン交換樹脂再生塔７３、陰イオン交換樹脂再生塔７４それぞれの下流に分級筒７７、７８を配置した構成である。
復水脱塩装置２００においては、復水のイオン交換が脱塩塔７１で行われる。使用済みの陽イオン交換樹脂（水素イオン型やアンモニウムイオン型など）および陰イオン交換樹脂の混合物は、脱塩塔７１から樹脂分離兼陽イオン交換樹脂再生塔７３に移送され、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂に分離される。
上層の陰イオン交換樹脂は陰イオン交換樹脂再生塔７４に移送され再生される。陰イオン交換樹脂再生塔７４で再生された陰イオン交換樹脂は、分級筒７８にて分級処理が行われた後、樹脂貯槽７６に移送される。
上層と下層との境界付近の樹脂は混合樹脂取出槽７５に送られる。
下層の陽イオン交換樹脂はそのまま樹脂分離兼陽イオン交換樹脂再生塔７３で再生される。樹脂分離兼陽イオン交換樹脂再生塔７３で再生された陽イオン交換樹脂は、分級筒７７にて分級処理が行われた後、樹脂貯槽７６に移送される。
樹脂貯槽７６に移送された陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂は、更に脱塩塔７１に移送されて再利用される。
【符号の説明】
【００３８】
３…樹脂入口、４…樹脂出口自動弁、５…樹脂出口配管、６…オーバーフロー配管、７…ベント管、８…サランネット、９…分級水用自動弁、１０…分級水量調整弁、１１…分級水流量計、１２…分級水供給配管、１３…分級樹脂出口自動弁、１４…樹脂出口配管、１５…樹脂抜出自動弁、１６…樹脂抜出配管、１７…オーバーフロー配管、１８…オーバーフロー自動弁、１９…オーバーフロー配管、２０…ベント管、２１〜２５…覗き窓、２６…光電スイッチ、２７…分級水弁、２８…オーバーフロー弁、２９…オーバーフロー自動弁、３１…分級筒、３２…分級筒、３２’…分級筒、３３…計量ホッパー、３４…計量ホッパー、４１〜４５…配管、４７…ボールコック、４９…ボールコック、５０…オーバーフロー配管、５１…純水タンク、５２…原水タンク、５３…ポンプ、５４…ポンプ、５５…ストレーナ、５６…通水塔、５７…通水塔ホッパー、５８…計量ホッパー、５９…計量ホッパー、６０…分離塔、６１…陽イオン交換樹脂再生塔、６２…陰イオン交換樹脂再生塔、１００…混床式連続純水製造装置、１１０…混床式連続純水製造装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記イオン交換樹脂粒子を再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、
前記移送循環部が、前記イオン交換樹脂粒子を移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたイオン交換処理水製造装置。
【請求項２】
水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、
陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子を含む複数種のイオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記複数種のイオン交換樹脂粒子を比重差により分離し、それぞれ再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、
前記移送循環部が、分離された前記複数種のイオン交換樹脂粒子をそれぞれ単独で移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたイオン交換処理水製造装置。
【請求項３】
前記粒子の分級が、上昇水流中における粒子の沈降速度差を利用したものである、請求項１または２に記載のイオン交換処理水製造装置。
【請求項４】
前記イオン交換処理水が純水である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオン交換処理水製造装置。
【請求項５】
水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する方法であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔への通水と、前記通水によりイオン交換が進行して飽和吸着したイオン交換樹脂粒子を前記通水塔から排出し、再生して前記通水塔に戻す移送循環操作とを連続的に行う工程を有し、
前記移送循環操作の際、前記イオン交換樹脂粒子について、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理を行うイオン交換処理水製造方法。
【請求項６】
水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する方法であって、
陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子を含む複数種のイオン交換樹脂粒子が充填された通水塔への通水と、前記通水によりイオン交換が進行して飽和吸着した前記複数種のイオン交換樹脂粒子を前記通水塔から排出し、比重差により分離し、それぞれ再生して前記通水塔に戻す移送循環操作とを連続的に行う工程を有し、
前記移送循環操作の際、前記複数種のイオン交換樹脂粒子を分離した後、再度混合状態とする前に、各イオン交換樹脂粒子について、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理を行うイオン交換処理水製造方法。
【請求項７】
前記粒子の分級が、上昇水流中における粒子の沈降速度差を利用したものである、請求項５または６に記載のイオン交換処理水製造方法。
【請求項８】
前記イオン交換処理水が純水である、請求項５〜７のいずれか一項に記載のイオン交換処理水製造方法。
【請求項１】
水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記イオン交換樹脂粒子を再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、
前記移送循環部が、前記イオン交換樹脂粒子を移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたイオン交換処理水製造装置。
【請求項２】
水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する装置であって、
陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子を含む複数種のイオン交換樹脂粒子が充填された通水塔と、前記通水塔から排出される前記複数種のイオン交換樹脂粒子を比重差により分離し、それぞれ再生して前記通水塔に戻す移送循環部と、を備え、
前記移送循環部が、分離された前記複数種のイオン交換樹脂粒子をそれぞれ単独で移送する移送経路上に、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級手段を備えたイオン交換処理水製造装置。
【請求項３】
前記粒子の分級が、上昇水流中における粒子の沈降速度差を利用したものである、請求項１または２に記載のイオン交換処理水製造装置。
【請求項４】
前記イオン交換処理水が純水である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオン交換処理水製造装置。
【請求項５】
水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する方法であって、
イオン交換樹脂粒子が充填された通水塔への通水と、前記通水によりイオン交換が進行して飽和吸着したイオン交換樹脂粒子を前記通水塔から排出し、再生して前記通水塔に戻す移送循環操作とを連続的に行う工程を有し、
前記移送循環操作の際、前記イオン交換樹脂粒子について、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理を行うイオン交換処理水製造方法。
【請求項６】
水のイオン交換処理を連続的に行ってイオン交換処理水を製造する方法であって、
陰イオン交換樹脂粒子および陽イオン交換樹脂粒子を含む複数種のイオン交換樹脂粒子が充填された通水塔への通水と、前記通水によりイオン交換が進行して飽和吸着した前記複数種のイオン交換樹脂粒子を前記通水塔から排出し、比重差により分離し、それぞれ再生して前記通水塔に戻す移送循環操作とを連続的に行う工程を有し、
前記移送循環操作の際、前記複数種のイオン交換樹脂粒子を分離した後、再度混合状態とする前に、各イオン交換樹脂粒子について、水中での粒子の沈降速度差を利用して粒子を分級し、小粒径化した粒子を除去する分級処理を行うイオン交換処理水製造方法。
【請求項７】
前記粒子の分級が、上昇水流中における粒子の沈降速度差を利用したものである、請求項５または６に記載のイオン交換処理水製造方法。
【請求項８】
前記イオン交換処理水が純水である、請求項５〜７のいずれか一項に記載のイオン交換処理水製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−８１９０６（Ｐ２０１３−８１９０６Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３８２８（Ｐ２０１１−２２３８２８）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
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