JP5402034B2

JP5402034B2 - 純水の製造方法

Info

Publication number: JP5402034B2
Application number: JP2009023542A
Authority: JP
Inventors: 泰明橋本; 千穂眞田
Original assignee: 日本錬水株式会社
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-02-04
Also published as: JP2010179218A

Description

本発明は純水の製造方法に関する。

純水製造装置は、強塩基性陰イオン交換樹脂が充填された陰イオン交換塔または強塩基性陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂が充填された混床塔を少なくとも含み、その形式としては、複層床式、多塔式、混床式などが知られている。純水製造装置に通水する原水としては、河川水などの表流水、地下水またはそれらの混合水が使用される。そして、イオン交換能力が低下するとイオン交換樹脂の再生を行う。また、イオン交換樹脂を長期間使用すると、樹脂の酸化、交換基の分解、樹脂母体の汚染などによってイオン交換樹脂の性能劣化を生じる。

従って、純水製造装置への通水においては、イオン交換樹脂の性能評価を行う必要があり、その方法の１つとして、単位樹脂量当たりの製造能力を示す指標である中性塩分解容量を利用する方法が知られている（特許文献１）。ここで、中性塩分解容量は、強塩基性陰イオン交換樹脂または強酸性陽イオン交換樹脂を完全再生した後、大過剰の食塩水を流して遊離してくる塩酸または苛性ソーダを定量することにより、求められる。

特開平７−２１３９２３号公報

ところで、イオン交換樹脂の性能評価法として中性塩分解容量を利用した場合は、塔内のイオン交換樹脂が現実に発揮している性能を正しく評価できないという問題がある。斯かる問題は、イオン交換樹脂を長期間使用した際に惹起され、特に強塩基性陰イオン交換樹脂において顕著である。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、その目的は、強塩基性陰イオン交換樹脂が充填された陰イオン交換塔または強塩基性陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂が充填された混床塔を少なくとも含む純水製造装置を使用する純水の製造方法であって、塔内の強塩基性陰イオン交換樹脂が現実に発揮している性能を正しく評価し得るように改良された純水の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、次のような意外な知見を得た。すなわち、原水中には有機不純物として高分子量のフミン酸やフルボ酸が含まれているが、これらの有機不純物は強塩基性陰イオン交換樹脂の表面に付着して次第に被膜を形成する（以下「有機不純物被膜汚染」ということがある）。その結果、強塩基性陰イオン交換樹脂の内部に存在する交換基は次第に活用されなくなり、イオン交換容量が低下する。ところが、中性塩分解容量の測定においては、強塩基性陰イオン交換樹脂の内部に存在する交換基も中性塩の分解に寄与するため、塔内の強塩基性陰イオン交換樹脂が現実に発揮している性能が正しく反映されない。

本発明は、上記の知見を基に更に検討を重ねて完成されたものであり、その要旨は、強塩基性陰イオン交換樹脂が充填された陰イオン交換塔または強塩基性陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂が充填された混床塔を少なくとも含む純水製造装置に原水を通水して純水を製造するに際し、強塩基性陰イオン交換樹脂の性能評価方法として、塔内からサンプリングした樹脂試料を再生した後、珪酸塩水溶液中で攪拌してケイ酸イオンを吸着させてケイ酸イオン吸着率を測定し、得られたケイ酸イオン吸着率の変化を指標とする方法を用いることを特徴とする純水の製造方法に存する。

本発明によれば、塔内の強塩基性陰イオン交換樹脂が現実に発揮している性能を正しく評価することが出来るため、強塩基性陰イオン交換樹脂の交換のタイミングを誤ることなく、品質良好な純水を確実に製造することが出来る。

以下、本発明を詳細に説明する。純水製造装置としては、前述した各種の型式のものを採用し得るが、最も簡単な型式のものは強塩基性陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂が充填された混床塔から成るものである。

強塩基性陰イオン交換樹脂としては、例えば、三菱化学社製のダイヤイオン（登録商標：以下同様）ＳＡ１０Ａ、ＳＡ１１Ａ、ＰＡ３０６、ＰＡ３０８（以上「Ｉ型」）、ＳＡ２０Ａ、ＰＡ４０８、ＰＡ４１２、ＰＡ４１８（以上「II型」）等が挙げられる。また、強酸性陽イオン交換樹脂としては、例えば、三菱化学社製のダイヤイオンＳＫ１Ｂ、ＳＫ１０２、ＰＫ２０８、ＰＫ２１２、ＰＫ２１８等が挙げられる。これらの中では、ポーラス型（ＰＡシリーズ又はＰＫシリーズ）より、ゲル型（ＳＡシリーズ又はＳＫシリーズ）の方が安価であり好ましい。

本発明に係る純水の製造方法は、基本的には、従来の方法と同じであり、イオン交換能力が低下すると、通水を停止して再生を行う。そして、本発明の特徴は、強塩基性陰イオン交換樹脂の性能評価として、樹脂試料を再生した後、珪酸塩水溶液中で攪拌してケイ酸イオンを吸着させてケイ酸イオン吸着率を測定し、得られたケイ酸イオン吸着率の変化を指標とする方法を用いる点にある。

樹脂試料の塔内からのサンプリングは、通水を一旦停止した後に行うことも出来るし、塔の適宜の箇所に設けたサンプリング管を利用して通水を停止することなく行うことも出来る。樹脂試料のサンプリングの時期は、過去の通水実績などを考慮して適宜に決定すればよい。一般的には樹脂を新品に交換してから数ヶ月経過後に行う。また、サンプリングの頻度は、１回でも複数回でもよい。例えば１〜２ヶ月の間隔で複数回行ってもよい。そして、強塩基性陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂が充填された混床塔から樹脂試料のサンプリングを行った場合は、比重差により、両樹脂を分離し、強塩基性陰イオン交換樹脂を回収する。

珪酸塩水溶液の調製に使用する珪酸塩としては、メタケイ酸ナトリウム等のポリケイ酸塩、ケイ酸ナトリウム等のケイ酸塩などが挙げられ、水溶液中のケイ酸塩の濃度は、通常１０〜１００ｍｇ／Ｌである。

ケイ酸イオン吸着率の測定は、次のように行う。

先ず、樹脂試料（強塩基性陰イオン交換樹脂）を常法に従って苛性ソーダ水溶液により完全再生する。この操作は、次に使用する珪酸塩水溶液中のケイ酸イオン：ＳｉＯ_２ ^２-（一般にシリカ成分ともいう）が強塩基性陰イオン交換樹脂によって吸着されるため、樹脂試料毎に異なるイオン交換容量を統一して有機不純物被膜汚染の差異のみを相対的に評価し得るようにするために行う。

次いで、ビーカーに所定量（例えば５０〜５００ｍＬの範囲の一定量）の珪酸塩水溶液と所定量（例えば１〜５０ｍＬの範囲の一定量）の樹脂試料を入れ、恒温槽（例えば２５〜６０℃の範囲の一定温度）内にセットして所定時間（例えば５〜６０分の範囲の一定時間）攪拌を行う。攪拌には例えばマグネットスターラーが好適に使用される。

次いで、ビーカー内の珪酸塩水溶液中の珪酸塩の濃度を測定し、その減少量から樹脂試料に吸着された珪酸塩の量を算出し、更に、ケイ酸イオン吸着率（重量％）を算出する。

上記のようにして求められるケイ酸イオン吸着率の変化（減少）により、塔内の強塩基性陰イオン交換樹脂が現実に発揮している性能を正しく評価できる理由は、次のように考えられる。すなわち、前述の様に、有機不純物被膜汚染により、強塩基性陰イオン交換樹脂の内部に存在する交換基は次第に活用されなくなるが、斯かる有機不純物被膜汚染の状態は、上記の完全再生の操作によっても損なわれずに維持される。そして、ケイ酸イオン吸着率の測定の際、ケイ酸イオン（ＳｉＯ_２ ^２-）はイオン径が大きいために樹脂表面の有機不純物被膜により遮断されて樹脂内部に侵入することが出来ない。つまり、樹脂の内部に存在する交換基はケイ酸イオン吸着に寄与することが出来ない。その結果、ケイ酸イオン吸着率の変化（減少）は、塔内の強塩基性陰イオン交換樹脂が現実に発揮している性能を正しく反映していると考えられる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１：
純水製造装置として、強塩基性陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂が２：１容量比で充填された混床塔（塔高２４００ｍｍ、樹脂充填量６００Ｌ）から成るものを使用した。強塩基性陰イオン交換樹脂としては三菱化学社製の「ダイヤイオンＳＡ２０Ａ」を使用した。陽イオン交換樹脂としては三菱化学社製の「ダイヤイオンＳＫ１Ｂ」を使用した。原水としては河川水を濾過した水を使用した。通水量は１０ｍ^３／ｈの割合で行った。

新品樹脂充填から６ヶ月後および１２ヶ月後に、樹脂試料をサンプリングし、比重差を利用して強塩基性陰イオン交換樹脂（「ダイヤイオンＳＡ２０Ａ」）を回収し、中性塩分解容量とケイ酸イオン吸着率を測定した。結果を表１に示す。

なお、上記のケイ酸イオン吸着率（％）を次のようにして測定した。ただし、樹脂との接触時間３０分後にサンプル濃度を測定し、原液のケイ酸イオン濃度を１００％としたときの値を意味する。

Claims

強塩基性陰イオン交換樹脂が充填された陰イオン交換塔または強塩基性陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂が充填された混床塔を少なくとも含む純水製造装置に原水を通水して純水を製造するに際し、強塩基性陰イオン交換樹脂の性能評価方法として、塔内からサンプリングした樹脂試料を再生した後、珪酸塩水溶液中で攪拌してケイ酸イオンを吸着させてケイ酸イオン吸着率を測定し、得られたケイ酸イオン吸着率の変化を指標とする方法を用いることを特徴とする純水の製造方法。