JP2003190950A - イオン交換槽の切換方法および水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各イオン交換槽をイオン交換容量いっぱいま
で有効に活用して溶解固形物を除去する。 【解決手段】 イオン交換樹脂が充填された複数のイオ
ン交換槽（12a,12b,12c）と、該イオン交換槽下流側の
精製水の精製水硬度を測定する硬度リークセンサ（14）
と、イオン交換槽上流側の給水の原水硬度を測定する原
水硬度計（16）および注水量を測定する流量計（18a,18
b,18c）と、前記各イオン交換槽への注水・止水を制御
する切替弁（22a,22b,22c）と、精製水硬度、原水硬度
および注水量を監視し、精製水硬度が設定硬度を上回っ
た場合または原水硬度および注水量との積算値が前記イ
オン交換槽のイオン交換容量に達した場合に前記切換弁
の開閉を行いイオン交換槽を順々に切り換える制御装置
（24）と、からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、給水や半導体の洗
浄水等に使用される軟水や純水（精製水）を製造するイ
オン交換槽の切換方法および水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地下水、河川水または水道水等のいわゆ
る原水は、比較的粒径の大きい塵埃、泥、微生物等の懸
濁固形物の他、採水地の地質や配管からの遊離等に起因
する溶解固形物（溶存イオン物質：カルシウムイオンや
マグネシウムイオンの金属イオン等）からなる不純物を
含んでいる。この原水を給水や半導体基板の洗浄水に直
接使用すると、装置の配管に詰まりや汚れを生じたり、
ボイラ内にスケール、スラッジ、腐食を生成し、また半
導体基板を汚染する。そのためこれをそのまま使用する
ことはできず、ボイラ給水等として用いるためには原水
からこれらの不純物を除去する前処理が必要となる。

【０００３】この不純物のうち懸濁固形物はろ過や凝集
剤を用いた共沈により除去される。一方、溶解固形物を
除去する一般的な方法としてはイオン交換法が広く知ら
れている。

【０００４】図３に精製水を製造するための水処理装置
の従来例を示す。この水処理装置は、懸濁固形物を除去
した原水からイオン交換法により溶解固形物を除去する
ものである。図に示す従来の水処理装置は、並列につな
がれイオン交換樹脂が充填された３つのイオン交換槽
（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）と、各イオン交換槽へ懸濁
固形物を除去した後の原水を供給可能な給水管（５３）
と、イオン交換槽で溶解固形物を除去した精製水を取り
出し図示しないタンクへ導く取出管（５５）と、各イオ
ン交換槽への原水の注水・止水を制御する３つの切換弁
（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ）と、から構成されている。
また、各イオン交換槽の上流側の分岐した給水管には各
イオン交換槽への注水量を計測する３つの流量計（５８
ａ，５８ｂ，５８ｃ）が、各イオン交換槽の下流側の取
出管が収束した位置には精製水の硬度を測定する硬度リ
ークセンサ（５４）が備えられている。流量計および硬
度リークセンサは電気的に制御装置（６４）につながれ
ており、制御装置は流量計および硬度リークセンサから
の信号を監視して切換弁の開閉を行う。

【０００５】この水処理装置では、まずイオン交換槽
（５２ａ）の下流側に位置する切換弁（６２ａ）を解放
するともに他のイオン交換槽（５２ｂ，５２ｃ）の下流
側に位置する切換弁（６２ｂ，６２ｃ）を閉鎖した上
で、給水管から懸濁固形物を除去した原水をイオン交換
槽（５２ａ）へ送り込み原水から溶解固形物を除去す
る。

【０００６】イオン交換槽（５２ａ）の上流側の流量計
（５８ａ）により計測した注水量と予め設定しておいた
原水の平均硬度との積算値がイオン交換槽（５２ａ）の
イオン交換容量、すなわち一のイオン交換槽でイオン交
換を行うことができる最大イオン交換量となった場合に
は、制御装置はイオン交換槽（５２ａ）の下流側に位置
する切換弁（６２ａ）を閉鎖するともにイオン交換槽
（５２ｂ）の下流側に位置する切換弁（６２ｂ）を解放
し、イオン交換槽（５２ｂ）に注水する。このようにし
て使用するイオン交換槽を順々に切り換えて原水の精製
を行う。

【０００７】なお、何らかの理由により前記積算値がイ
オン交換容量に達する前にイオン交換槽中のイオン交換
樹脂のイオン交換能力が低くなり除去すべきイオンがも
れてくること等も考えられるため、イオン交換槽の下流
側に硬度リークセンサ（５４）を設けこれにより精製水
の硬度を検出し、その値が設定硬度を上回った場合には
上記に優先してイオン交換槽の切換を行う。すなわち硬
度リークセンサは、精製水の硬度を一定値以下に保証す
る安全装置としての役割を有する。

【０００８】なお、使用後のイオン交換槽はイオン交換
樹脂を薬剤で処理して交換能力を復活する操作、すなわ
ち再生が行われる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の水処理装置では流量計により計測した注水量と予め設
定しておいた原水の平均硬度との積算値を主に基礎とし
てイオン交換槽の切り換え操作を行っていた。ここで原
水の平均硬度とは、その地域の地下水、河川水等の年間
を通した硬度の平均値をいう。

【００１０】しかしながら原水の硬度は季節その他の時
期的影響を受けるため、時として原水の実際の硬度が平
均硬度を下回ることもある。そのような場合には、原水
の注水量がイオン交換槽のイオン交換容量に達していな
いにも拘わらず次のイオン交換槽への切り換えが行われ
ていた。早期に切り換えが行われると精製水を製造する
ためのコストが上昇するとともに、イオン交換樹脂の再
生も頻繁に行う必要があるため人的・時間的負担も大き
くなっていた。

【００１１】本発明は、これらの事情を考慮してなされ
たものであり、各イオン交換槽をイオン交換容量いっぱ
いまで有効に活用して溶解固形物を除去し、給水や半導
体の洗浄水等に使用される軟水や純水（精製水）の製造
コストを低下させ、またイオン交換樹脂の再生回数を減
らすことによって再生剤および排水負荷を減少させると
ともに人的・時間的負担を軽減可能とするイオン交換槽
の切換方法およびその切換方法を利用した水処理装置を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
本発明は、イオン交換樹脂が充填された複数のイオン交
換槽を切り換えて溶解固形物の除去を行うイオン交換槽
の切換方法であって、イオン交換槽上流側の給水の原水
硬度および注水量との積算値が前記イオン交換槽のイオ
ン交換容量に達した場合にイオン交換槽を切り換える、
ことを特徴とするイオン交換槽の切換方法を提供する。

【００１３】このイオン交換槽の切換方法によれば、原
水の実際の硬度が平均硬度を下回る場合にも、イオン交
換槽の容積およびイオン交換樹脂の交換能力・密度によ
って決まる各イオン交換槽のイオン交換容量と、計測し
た原水硬度および注水量との積算値とが等しくなるまで
イオン交換槽に注水するため、イオン交換槽のイオン交
換容量いっぱいまでイオン交換を行うことができる。

【００１４】ここで、さらにイオン交換槽下流側の精製
水の精製水硬度を測定しその測定値が設定硬度を上回っ
た場合には優先してイオン交換槽の切換を行うことが好
ましい。

【００１５】何らかの理由によりイオン交換樹脂の間を
通過する原水の流れに偏りが生じ原水の拡散が不均一と
なった場合や原水の硬度が急激に変化した場合等、除去
すべきイオンがもれてくることも考えられるため、硬度
リークセンサにより精製水の硬度を測定し、その測定値
が設定硬度を上回った場合には上記に優先してイオン交
換槽の切換を行う。これにより、精製水の硬度を一定値
以下に保証することができる。

【００１６】上記イオン交換槽の切換方法を実施するた
め本発明は、イオン交換樹脂が充填された複数のイオン
交換槽（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）と、該イオン交換槽
下流側の精製水の精製水硬度を測定する硬度リークセン
サ（１４）と、イオン交換槽上流側の給水の原水硬度を
測定する原水硬度計（１６）および注水量を測定する流
量計（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）と、前記各イオン交換
槽への注水・止水を制御する切替弁（２２ａ，２２ｂ，
２２ｃ）と、精製水硬度、原水硬度および注水量を監視
し、精製水硬度が設定硬度を上回った場合または原水硬
度および注水量との積算値が前記イオン交換槽のイオン
交換容量に達した場合に前記切換弁の開閉を行いイオン
交換槽を切り換える制御装置（２４）と、からなる水処
理装置をも提供する。

【００１７】本発明の水処理装置は、懸濁固形物を除去
した原水からイオン交換法により溶解固形物を除去する
もので、硬度リークセンサにより検出した精製水硬度、
原水硬度計により測定した原水硬度および流量計により
測定した注水量を制御装置によって監視し、精製水硬度
が設定硬度を上回った場合または原水硬度および注水量
との積算値がイオン交換槽のイオン交換容量に達した場
合に制御装置からの命令によって切換弁の開閉を行う。
すなわちそれまで使用していたイオン交換槽の注水を制
御する切換弁を閉鎖するとともに、他の一のイオン交換
槽の切換弁を解放しこれに注水してイオン交換を行う。
このようにイオン交換槽を順々に切り換えて原水を精製
する。なお、硬度リークセンサで検出した精製水硬度を
制御装置で監視することで、精製水の硬度を一定値以下
に保証することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図１は本発明の水処理装置の第一の実施形態の構成
を示す概念図である。

【００１９】本実施形態の水処理装置は、従来の水処理
装置と同様にボイラ給水や半導体の洗浄水等に使用され
る軟水や純水（精製水）を製造するため、地下水、河川
水または水道水等のいわゆる原水から溶解固形物を除去
するために使用される。なお原水からは比較的粒径の大
きい懸濁固形物をろ過および凝集剤を用いた共沈等によ
って予め除去しておく。以下本発明の水処理装置をボイ
ラ給水を精製するために使用する場合について説明す
る。

【００２０】本実施形態の水処理装置１０は、並列につ
ながれイオン交換樹脂が充填された３つのイオン交換槽
１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、各イオン交換槽へ懸濁固形
物を除去した後の原水を供給可能な給水管１３と、イオ
ン交換槽で溶解固形物を除去した精製水を取り出し図示
しないタンクへ導く取出管１５と、各イオン交換槽への
原水の注水・止水を制御する３つの切換弁２２ａ，２２
ｂ，２２ｃと、から形成されている。また、各イオン交
換槽の上流側の分岐した給水管には各イオン交換槽への
注水量を計測する３つの流量計１８ａ，１８ｂ，１８ｃ
が、各イオン交換槽の下流側の取出管が収束した位置に
は精製水の硬度を測定する硬度リークセンサ１４が備え
られている。さらに、給水管１３には原水の硬度を測定
するための原水硬度計１６が取り付けられている。ここ
で硬度とは、対象水の中のカルシウムイオンおよびマグ
ネシウムイオンの量をこれに対応する炭酸カルシウムに
換算してｐｐｍ単位で表したものであり、硬度リークセ
ンサとは、例えば塩化カリウム等を用いた基準電位とカ
ルシウムイオン電極の測定電位との電位差を測定して、
校正時の設定電位差以上にこれが達したらアラーム信号
を発信して精製水の硬度リークを検出するものである。
また、原水硬度計はその基本構造を硬度リークセンサと
ほぼ同様とするが、原水の硬度を一定間隔で計測しその
都度計測した硬度を制御装置に原水硬度信号として発信
する点で、硬度リークセンサとはその機能を異にする。

【００２１】硬度リークセンサ１４、流量計１８ａ，１
８ｂ，１８ｃおよび原水硬度計１６は電気的に制御装置
２４につながれており、制御装置は硬度リークセンサか
らのアラーム信号、流量計からの流量信号、原水硬度計
からの原水硬度信号を監視し、一定の場合には切換弁２
２ａ，２２ｂ，２２ｃの開閉を行う。

【００２２】この水処理装置１０では、まずイオン交換
槽１２ａの下流側に位置する切換弁２２ａを解放すると
もにイオン交換槽１２ｂ，１２ｃの下流側に位置する切
換弁２２ｂ，２２ｃを閉鎖した上で、給水管１３から懸
濁固形物を除去した原水をポンプ（図示せず）によって
イオン交換槽１２ａへ送り込みイオン交換樹脂と原水と
を接触させイオン交換を行うことで原水から溶解固形物
を除去する。

【００２３】本実施形態では、イオン交換槽１２ａの上
流側の流量計１８ａにより計測した注水量と原水硬度計
１６で測定した原水硬度との積算値がイオン交換槽１２
ａのイオン交換容量に達した場合には、制御装置２４か
らの命令によってそれまで使用していたイオン交換槽１
２ａの注水を制御する切換弁２２ａを閉鎖するととも
に、他の一のイオン交換槽１２ｂの切換弁２２ｂを解放
しこれに注水してイオン交換を行う。同様の動作をイオ
ン交換槽１２ｃにも繰り返すことによりイオン交換槽を
順々に切り換えて原水の精製を行う。

【００２４】本発明の水処理装置によれば、原水の平均
硬度でなく実際の硬度を用い、これと注水量との積算値
とが等しくなるまでイオン交換槽に注水しイオン交換を
行うため、イオン交換槽の容積およびイオン交換樹脂の
イオン交換能力・密度によって決まる各イオン交換槽の
イオン交換容量いっぱいまでイオン交換が可能となり各
イオン交換槽を最大限に活用することができる。

【００２５】なお、何らかの理由によって前記積算値が
イオン交換容量に達する前にイオン交換槽中のイオン交
換樹脂のイオン交換能力が低くなり除去すべきイオンが
もれてくる場合に対処すべく、硬度リークセンサ１４は
精製水の硬度を検出し設定硬度を上回る硬度を検出した
場合には、アラーム信号を制御装置２４に送る。アラー
ム信号を受けた制御装置２４は前記積算値がイオン交換
槽のイオン交換容量を下回る場合であっても、次のイオ
ン交換槽への切り換えを行う。これにより精製水の硬度
は一定値以下に保証される。

【００２６】図２は本発明の水処理装置の第二の実施形
態の構成を示す概念図である。本実施形態の水処理装置
では、第一の実施形態の水処理装置で設けていた３つの
切換弁２２の代わりに、給水管の分岐部分に三方弁３２
を設け、また、分岐した給水管に設けていた３つの流量
計１８ａ，１８ｂ，１８ｃの代わりに分岐部分の手前に
一の流量計３８を設けたものである。かかる構成によっ
ても第一の実施形態と同様に必要に応じてイオン交換槽
の切り換えを行うことができ、また、各イオン交換槽に
注水する原水の注水量を測定し、イオン交換を行うイオ
ン交換槽の切り換えを行うことができる。

【００２７】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できるこ
とは勿論である。例えば、上述した水処理装置は３つの
イオン交換槽からなるもので例示したがイオン交換槽の
数はこれに限定されず、２又は４以上のものであっても
よい。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のイオン
交換槽の切換方法および水処理装置によれば、各イオン
交換槽をイオン交換容量いっぱいまで有効に活用して溶
解固形物を除去し、給水や半導体の洗浄水等に使用され
る軟水や純水（精製水）の製造コストを低下させ、また
イオン交換樹脂の再生回数を減らすことによって再生剤
および排水負荷を減少させるとともに人的・時間的負担
をも軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水処理装置の第一の実施形態の構成を
示す概念図である。

【図２】本発明の水処理装置の第二の実施形態の構成を
示す概念図である。

【図３】従来の水処理装置の構成を示す概念図である。

【符号の説明】

１０ 水処理装置 １２ａ，１２ｂ，１２ｃ イオン交換槽 １３ 給水管 １４ 硬度リークセンサ １５ 取出管 １６ 原水硬度計 １８ａ，１８ｂ，１８ｃ 流量計 ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 切換弁 ２４ 制御装置 ３０ 水処理装置 ３２ 三方弁 ３８ 流量計

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオン交換樹脂が充填された複数のイオ
   ン交換槽を切り換えて溶解固形物の除去を行うイオン交
   換槽の切換方法であって、 イオン交換槽上流側の給水の原水硬度および注水量との
   積算値が前記イオン交換槽のイオン交換容量に達した場
   合にイオン交換槽を切り換える、ことを特徴とするイオ
   ン交換槽の切換方法。
2. 【請求項２】 イオン交換槽下流側の精製水の精製水硬
   度を測定しその測定値が設定硬度を上回った場合には優
   先してイオン交換槽の切り換えを行うことを特徴とする
   請求項１に記載のイオン交換槽の切換方法。
3. 【請求項３】 イオン交換樹脂が充填された複数のイオ
   ン交換槽（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）と、 該イオン交換槽下流側の精製水の精製水硬度を測定する
   硬度リークセンサ（１４）と、 イオン交換槽上流側の給水の原水硬度を測定する原水硬
   度計（１６）および注水量を測定する流量計（１８ａ，
   １８ｂ，１８ｃ）と、 前記各イオン交換槽への注水・止水を制御する切替弁
   （２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）と、 精製水硬度、原水硬度および注水量を監視し、精製水硬
   度が設定硬度を上回った場合または原水硬度および注水
   量との積算値が前記イオン交換槽のイオン交換容量に達
   した場合に前記切換弁の開閉を行いイオン交換槽を切り
   換える制御装置（２４）と、からなる、ことを特徴とす
   る水処理装置。