JP3598656B2 - Ion exchange resin ion composition measuring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アニオン交換樹脂を含む試料樹脂中のアニオン交換樹脂中に占める硫酸イオン形樹脂の割合を測定するためのイオン交換樹脂のイオン組成測定装置に関する。さらに詳細には、アンモニア形復水脱塩装置に用いられるイオン交換樹脂層の再生済樹脂の硫酸イオン組成の測定に適したイオン組成測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
アンモニア形復水脱塩装置はH形カチオン交換樹脂とOH形アニオン交換樹脂との混床に、アンモニアを含有する復水を通液することにより、復水中のナトリウムイオン、塩素イオン等の不純物イオンを除去するように運転されるが、通常時(海水リーク等の異常が発生していない時)はナトリウムイオン、塩素イオン等の不純物はほとんど含まれていないため、H形カチオン交換樹脂がアンモニアイオンにより飽和されても再生を行わず、アンモニア形の状態で通水を続ける。そして一般的には樹脂のクラッド捕捉による差圧損失を要因として運転を停止し、樹脂の再生を行う。
【0003】
樹脂の再生は、混床を逆洗(上向流洗浄)することによりカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを分離し、これらを別々に、カチオン交換樹脂に対しては硫酸水溶液を薬注し、アニオン交換樹脂に対しては水酸化ナトリウム等のアルカリ液を薬注して、カチオン交換樹脂をH形に、アニオン交換樹脂をOH形に再生する。
【0004】
ところが再生における樹脂の分離が完全でないと、逆再生された樹脂が残ることになる。例えばカチオン交換樹脂にアニオン交換樹脂が混入した状態において硫酸で再生すると、混入したアニオン交換樹脂は硫酸形となる。同様にアニオン交換樹脂中にカチオン交換樹脂が混入した状態において水酸化ナトリウムで再生すると、混入したカチオン交換樹脂はナトリウム形となる。
【0005】
一般にイオン交換装置の処理水水質は、使用している樹脂のイオン組成により決まる。そのため、樹脂の再生時に、逆再生樹脂を多量に発生させてしまった場合、洗浄を行っても処理水水質が復水処理に適する純度にならない異常や、復水脱塩運転に移行したときに通常時より多い腐食性成分を吐き出す異常などが起こる。従来は、これらの異常検出方法として、実際に通水した後の処理水水質で良否を判断しているため、大量の洗浄水が必要になったり、場合によっては純度の低い(管理値より多い腐食性成分を含んだ)処理水をボイラへ漏出させる可能性がある。再生毎に再生後の樹脂のイオン組成を測定して再生不良を通水前に検出すれば上記問題を解決することができるが、従来は手分析による計測しか方法がなく、時間、費用の面から毎再生時に樹脂イオン組成計測を実施することはほとんどできない状態である。
【0006】
アンモニア形復水脱塩装置の混合イオン交換樹脂のナトリウムイオン分率を測定する方法として、試料樹脂を充填したカラムに溶離剤を通液し、溶離液のナトリウム濃度の経時変化からナトリウム分率を測定する方法が提案されている(特公平3−10376号)。
しかし硫酸濃度を測定する装置は得られていないので、上記の方法をアニオン交換樹脂の硫酸イオン組成の測定に応用することはできない。
【0007】
一般にイオン濃度は導電率と相関関係を有するため、導電率を測定することによりイオン濃度を測定することが行われる。しかし硫酸イオンが吸着したアニオン交換樹脂を、アンモニア水溶液のような溶離液と接触させて硫酸イオンを溶離する場合、アニオン交換樹脂の硫酸イオン組成が40%未満の場合は、溶離する硫酸イオンの量は少なく、アニオン交換樹脂の硫酸イオン組成を正確に測定することができない。
【0008】
図3は硫酸イオンを含むアニオン交換樹脂を0.3mg/l、1mg/1、3mg/lのアンモニア水と接触させて硫酸イオンを溶離させる場合のアニオン交換樹脂の硫酸イオン組成R−SO4(%)と溶離する硫酸イオン(リークSO4)濃度(μg/l)の関係を示すグラフであり、硫酸イオン組成が40%未満では溶離イオンに実質的な差がないことを示す。
ところが実際のイオン交換装置では、再生時に異常がない限り、R−SO4は10〜35重量%であり、このような硫酸イオン組成では、アニオン交換樹脂の硫酸イオン組成を正確に測定することはできない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題点を解決するため、硫酸イオン組成が40%未満の場合でも、簡単な装置と方法により、アニオン交換樹脂の硫酸イオン組成を迅速、正確かつ低コストで測定することができるイオン交換樹脂のイオン組成測定装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、試料樹脂を導入して硫酸イオン組成が40%以上となる量の硫酸イオンと接触させ、さらに溶離剤と接触させて樹脂に吸着されたイオンを溶離させる溶離槽と、
溶離槽に硫酸を供給する硫酸供給路と、
溶離槽に溶離剤を供給する溶離剤供給路と、
溶離槽の溶離液の一部を受入れてカチオン交換するカチオン交換カラムと、
カチオン交換カラムの流出液の導電率を測定する導電率計と、
前記導電率計の測定値から下記(1)式またはその等価の式を含む式により溶離液中の硫酸イオン濃度を演算し、その演算結果より下記(2)式またはその等価の式を含む式により試料樹脂中の硫酸イオン組成を演算し、最初に溶離槽に導入してアニオン交換樹脂に吸着された硫酸イオンの量を差引いて、硫酸イオン吸着前の試料樹脂中の硫酸イオン組成を演算する演算装置と
を備えていることを特徴とするイオン交換樹脂のイオン組成測定装置である。
SO 4 =(1000×S+{〔1000×S〕 2 −4×〔2×L1+L2〕×L3×0.5×10 -14 } 1/2 )/ ( 2×〔2×L1+L2〕 ) ・・・・(1)
(1)式中、
SO 4 :SO 4 濃度〔eq/l〕
S:導電率〔mS/m〕
L1:Hイオンの当量導電率
L2:SO 4 イオンの当量導電率
L3:OHイオンの当量導電率
〔SO 4 〕=(1/k2)×(〔R−SO 4 %〕/〔R−OH〕)×〔NH 4 〕・・・・(2)
(2)式中、
〔SO 4 〕:溶離液SO 4 濃度(eq/l)
k2 :OHとSO 4 の選択係数
〔R−SO 4 %〕:樹脂に吸着しているSO 4 イオン割合
〔R−OH〕:樹脂に吸着しているOHイオン割合
〔NH 4 〕:流入したNH 4 濃度(eq/l)
R−OH+R−SO 4 =1(100%)
【0011】
本発明において測定の対象となる試料樹脂はアニオン交換樹脂であって、アニオン交換樹脂単独でも、またアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物でも測定の対象になる。また復水脱塩装置、特にアンモニア形復水脱塩装置における再生を行った後の樹脂が対象として適している。この場合、再生したアニオン交換樹脂を単独で、あるいはカチオン交換樹脂と混合した状態で試料樹脂とすることができる。
【0012】
再生後の樹脂は、再生に先立つアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との分離が完全に行われていれば、イオン性が逆の樹脂は含まれないので、逆再生樹脂は生じないが、分離が不完全であるとイオン性が逆の樹脂が含まれるため、逆再生樹脂が生じる。本発明ではこのような逆再生樹脂の生成による再生不良の検知に利用できる。樹脂の再生は復水脱塩装置の場合、カチオン交換樹脂は硫酸水溶液で、アニオン交換樹脂は水酸化ナトリウム水溶液で行われる。
【0013】
上記のような再生不良はカチオン交換樹脂またはアニオン交換樹脂のどちらかに起こる場合が多い。再生後のアニオン交換樹脂単独について測定する場合は、アニオン交換樹脂の不完全再生による硫酸イオン組成が計測される。またアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合した状態で測定する場合は、前記分離不完全による再生不良と、不完全再生とによる硫酸イオン組成が計測される。
【0014】
試料樹脂は通常0.1〜10 liter、好ましくは0.5〜2 literを溶離槽に導入して測定に供される。アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合物の場合は各樹脂の量を予め決めておき、それに基づいて薬剤の注入量を決める。
試料樹脂と接触させる硫酸としては、1〜10重量%硫酸水溶液を用いることができ、この場合再生剤としての硫酸水溶液を用いるのが好ましい。硫酸の量はアニオン交換樹脂中の硫酸イオン組成を40%以上、好ましくは45〜80%とする量である。
試料樹脂と接触させる溶離剤は、硫酸イオンを溶離するためのもので、アンモニア含有水が好ましく、0.1〜20重量%、好ましくは約10重量%のアンモニア水溶液が好適である。
【0015】
溶離槽は試料樹脂と硫酸を接触させてアニオン交換樹脂を硫酸形に変換し、さらに溶離剤と接触させて、樹脂に吸着されている硫酸イオンを溶離させるように試料樹脂層を有し、槽内で平衡に達するように、試料樹脂と硫酸イオンまたは溶離剤とを攪拌下に接触させる構造のものが好ましいが、通液式に構成してもよい。硫酸と接触後の槽内液をそのまま槽外に排出し、また溶離剤との接触により溶離した溶離液は、試料樹脂と分離した状態で槽外に取出すように構成するのが好ましい。
【0016】
カチオン交換カラムは溶離液中のカチオンを吸着するものである。これに充填するカチオン交換樹脂は、中性塩分解能を有する強酸性樹脂であればよく、その使用量は通常1〜10 liter、好ましくは2〜4 liter程度である。試料樹脂として混合樹脂を用いる場合は、カチオン交換樹脂のイオン組成を測定するために、アニオン交換カラムを設けて、溶離液中のアニオンを吸着することができる。これに充填するアニオン交換樹脂は、中性塩分解能を有する強塩基性樹脂であればよく、その使用量は通常0.1〜3 liter、好ましくは0.5〜2 liter程度である。
【0017】
カチオン交換カラムの流出液の導電率を測定するように、導電率計が設けられる。アニオン交換カラムを設ける場合はその流出液の導電率またはイオン濃度を測定するために、測定器を設けることができる。
【0018】
演算装置は導電率計の測定値から、溶離液中の硫酸イオンを演算し、この値から試料樹脂中のアニオン交換樹脂の硫酸イオン組成を演算するように構成するのが好ましい。混合樹脂を用いる場合は、アニオン交換カラムに設けられる測定器の測定値からナトリウムイオン等のカチオン組成を演算するように構成することができる。
【0019】
上記の装置による測定方法は、まず試料樹脂を溶離槽に導入し、水抜きしたのち、硫酸水溶液等の硫酸を導入してアニオン交換樹脂を硫酸形にする。槽内液を排出したのちアンモニア含有水等の溶離剤を導入し、試料樹脂と接触させることにより、試料樹脂に交換吸着されている硫酸イオンを溶離させる。カチオン交換樹脂が混合しているときはカチオンも溶離するが、溶離剤がアンモニア含有水の場合、試料樹脂中のカチオン交換樹脂にアンモニウムイオンが交換吸着されることにより、ナトリウムイオン等の他のカチオンが溶離され、またアンモニウムイオンの吸着によって樹脂が高pHになることにより、アニオン交換樹脂に交換吸着されている硫酸イオンも溶離され、溶離液中に流出する。このような溶離操作は平衡に達するまで続ける。硫酸および溶離剤との接触時間は試料樹脂の量、溶離剤の種類、濃度等により差はあるが、一般的には1〜30分間、好ましくは5〜20分間程度である。
【0020】
上記のように溶離槽で溶離した溶離液をカチオン交換カラムに通液することにより、溶離液中のカチオンが交換除去され、硫酸イオンを含む液が流出し、この流出液の導電率が導電率計により測定される。カチオン交換樹脂との混合樹脂の場合は、硫酸を注入しないで溶離剤を注入し、溶離槽の溶離液の一部をアニオン交換カラムに通液することにより、溶離液中のアニオン(酸)が交換除去され、ナトリウムイオン等のカチオンを含む溶離液が流出し、この流出液の導電率またはイオン濃度が測定器により測定される。
【0021】
これらの測定信号は演算装置に入力され、流出液の導電率から溶離液中の硫酸イオン濃度が演算され、その演算結果により試料樹脂中の硫酸イオン組成が演算される。この場合、最初に溶離槽に導入してアニオン交換樹脂に吸着された硫酸イオンの量を差引くように演算が行われる。また混合樹脂の場合において、カチオン組成を測定するには、導電率計で測定された導電率に基づいて、試料樹脂のカチオン組成が演算される。演算装置ではその結果に基づいて、再生不良の有無の判定が行われ、その結果は表示装置に表示され、再生不良の場合は警報が発せられる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図1は一実施形態によるイオン交換樹脂のイオン組成測定装置を示す系統図である。
【0023】
図1において、溶離槽1は試料樹脂2としてアニオン交換樹脂、またはカチオン交換樹脂と混合したアニオン交換樹脂を試験に必要な量(例えば500〜2000ml)を樹脂導入路3から導入し、硫酸導入路4からアニオン交換樹脂の硫酸イオン組成を40%以上にするのに必要な量の硫酸溶液を導入し、あるいはアンモニア含有水等の溶離剤を溶離剤導入路5から試験に必要な量(例えば2〜8liter)導入し、攪拌機6により攪拌して接触させるように構成されている。そしてその上部には溶離液として槽内液7を取出す溶離液路8が連絡し、下部には排出部9が弁10を介して連絡している。
【0024】
溶離液路8はポンプPを介して分流路8a、9bに分岐している。分流路8a、8bにはそれぞれカチオン交換カラム11およびアニオン交換カラム12が設けられており、それぞれ試験の対象となる樹脂とは別のカチオン交換樹脂11aおよびアニオン交換樹脂12aが充填されるとともに、下部に流出水路13、14が連絡し、それぞれ導電率計S1、S2が設けられている。導電率計S1、S2の測定信号は演算装置15に入力されるように接続されている。
【0025】
演算装置15は導電率計S1の測定値から溶離液中の硫酸イオン濃度を演算して、この値から試料樹脂の硫酸イオン組成を演算し、また導電率計S2の測定値からナトリウムイオン濃度を演算して、その値から試料樹脂のナトリウムイオン組成を演算するように構成されている。導電率計S2の代りにイオン濃度計を用いる場合は、直接ナトリウムイオン濃度が検出される。
【0026】
上記の装置により、逆再生樹脂を含むイオン交換樹脂のイオン組成を測定する方法について説明すると、まず溶離槽1に樹脂導入路3から試料樹脂2を導入し、同伴する水を排出路9から弁10を用いて排出して水抜きする。そして硫酸導入路4から一定量の硫酸溶液を導入して攪拌機6により攪拌して、平衡に達するまで所定時間として通常5〜10分間樹脂と接触させ、アニオン交換樹脂の硫酸イオン組成を40%以上にする。接触後弁10を開いて槽内液を排出路9から排出する。
【0027】
次に溶離剤導入路5から溶離剤としてアンモニア含有水を一定量導入し、攪拌機6により攪拌して、平衡に達するまで時間として通常5〜10分間接触させる。このときアンモニア含有水との接触により、試料樹脂2に交換吸着されているナトリウムイオン等のカチオン、および硫酸イオン等のアニオンが溶離される。この場合、試料樹脂2中にカチオン交換樹脂が含まれていると、アンモニウムイオンの交換吸着により、カチオン交換樹脂に吸着されていたカチオンが溶離する。
【0028】
アンモニウムイオンとの接触によって試料樹脂2層が高pHになると、アニオン交換樹脂に吸着されていた硫酸イオンが溶離する。
所定時間経過後、攪拌を停止して試料樹脂2を沈降させると、溶離液は樹脂2の上部に槽内液7として分離するので、この槽内液7を溶離液としてポンプPにより溶離液路8に取り出し、分流路8aからカチオン交換カラム11に通液する。カチオン交換カラム11ではカチオン交換樹脂11aによりカチオンが吸着除去されるため、硫酸イオンを含む流出液が流出し、導電率計S1により硫酸イオンを含む流出液の導電率が測定され、演算装置15に入力される。
【0029】
混合樹脂のナトリウム組成等のカチオン組成を計測する場合は、硫酸溶液を接触させることなく、アンモニア含有水を導入してカチオンを溶離させ、溶離液をアニオン交換カラムに導入する。アニオン交換カラム12ではアニオン交換樹脂12aによりアニオンが吸着除去されるため、ナトリウム等のカチオンを含む流出水が流出し、導電率計S2によりカチオンを含む流出水の導電率が検出され、演算装置15に入力される。
【0030】
演算装置15では入力された導電率計S1の測定値から下記(1)式またはその等価の式を含む式により溶離液の硫酸イオン濃度を演算し、その値から下記(2)式またはその等価の式を含む式により試料樹脂2に吸着されている硫酸イオン組成を演算する。カチオン組成を計測する場合はS2の測定値からカチオン組成の演算が行われる。
【0031】
以下、硫酸イオン組成の算出方法について説明する。
(1)硫酸イオン(SO4)濃度
溶離液のSO4濃度は次式により演算される。
【0032】
SO4=(1000×S+{〔1000×S〕2−4×〔2×L1+L2〕×L3×0.5×10-14}1/2)/(2×〔2×L1+L2〕)・・・・(1)
(1)式中、
SO4:SO4濃度〔eq/l〕
S:導電率〔mS/m〕
L1:Hイオンの当量導電率
L2:SO4イオンの当量導電率
L3:OHイオンの当量導電率
【0033】
(2)硫酸イオン組成(R−SO4%)
R−SO4の計算式は下記のようになる。
溶離液のSO4濃度はイオン交換樹脂と液のイオン平衡式より
〔SO4〕=(1/k2)×(〔R−SO4%〕/〔R−OH〕)×〔NH4〕・・・・(2)
(2)式中、
〔SO4〕:溶離液SO4濃度(eq/l)
k2 :OHとSO4の選択係数
〔R−SO4%〕:樹脂に吸着しているSO4イオン割合
〔R−OH〕:樹脂に吸着しているOHイオン割合
〔NH4〕:流入したNH4濃度(eq/l)
【0034】
R−OH+R−SO4=1(100%)とおけるので、
〔SO4〕=(1/k2)×(〔R−SO4%〕/[1−〔R−SO4%〕])×〔NH4〕・・・・(3)
〔R−SO4%〕=k2×〔SO4〕/(〔NH4〕+k2×〔SO4〕) ・・・・(4)
よって(1)で算出した溶離液の〔SO4〕濃度から〔R−SO4%〕が算出できる。
ただし、ここで算出されたR−SO4%はSO4を添加したものの値なので、ここから添加したR−SO4%を引算すれば、試料樹脂のR−SO4%が算出できる。
【0035】
【実施例】
図1において、試料樹脂として交換容量1.2eg/lのアニオン交換樹脂を1 liter溶離槽1に導入した。そして樹脂の交換容量の40%に相当する0.48eg/lの硫酸を注入するため、1N硫酸水溶液を480ml導入し、1〜10分間攪拌して接触させ、硫酸組成を40%以上にした。攪拌後水を排出した。
【0036】
次に10g/lのアンモニア水溶液を溶離槽に導入に1〜10分間攪拌して硫酸イオンを溶出させた。攪拌終了後1〜3分間静置して樹脂を沈降させ、槽内液を溶離液としてカチオン交換カラムに通液し、導電率計により導電率を測定した。
【0037】
測定した導電率から前記式により溶離液中の硫酸濃度を演算し、さらにその値から前記式により試料樹脂の硫酸イオン組成を演算した。溶離液中のSO4濃度から注入したSO4濃度を引算したリークSO4濃度(mg/l)と樹脂の硫酸イオン組成R−SO4(%)の関係を図2に示す。
【0038】
以上の操作では、溶離槽において短時間に平衡に達するため、試料樹脂2の硫酸イオン組成が短時間に低コストで正確に測定でき、これにより樹脂の再生不良かどうかを実際の通水前に判定することができる。このため再生不良が生じている場合は実際の通水前に再度再生操作を行うことができ、これにより再生不良のない完全に再生された樹脂を復水処理に供することができ、処理水悪化を事前に防止することが可能になる。
【0039】
【発明の効果】
本発明によれば、試料樹脂を溶離槽で硫酸イオンと接触させたのち、溶離剤と接触させることにより、試料樹脂の硫酸イオン組成が低い場合でも、試料樹脂に吸着されている硫酸イオンを溶離させて、溶離液の硫酸イオン濃度を測定することができ、これにより簡単な装置と方法により、硫酸イオン等のアニオン交換樹脂の硫酸イオン組成を迅速、正確かつ低コストで測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態によるイオン交換樹脂のイオン組成測定装置の系統図である。
【図2】実施例におけるリークSO4濃度とR−SO4の関係図である。
【図3】リークSO4濃度とR−SO4の関係図である。
【符号の説明】
1 溶離槽
2 試料樹脂
3 樹脂導入路
4 硫酸導入路
5 溶離剤導入路
6 攪拌機
7 槽内液
8 溶離液路
8a、8b 分流路
9 排出路
10 弁
11 カチオン交換カラム
12 アニオン交換カラム
11a カチオン交換樹脂
12a アニオン交換樹脂
15 演算装置
P ポンプ
S1、S2 導電率計[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for measuring the ion composition of an ion exchange resin for measuring the proportion of a sulfate ion type resin in an anion exchange resin in a sample resin containing the anion exchange resin. More specifically, the present invention relates to an ion composition measuring apparatus suitable for measuring a sulfate ion composition of a regenerated resin of an ion exchange resin layer used in an ammonia type condensate desalination apparatus.
[0002]
[Prior art]
Ammonia-type condensate desalination system is designed to pass ammonia-containing condensate through a mixed bed of H-type cation exchange resin and OH-type anion exchange resin, so that impurity ions such as sodium ions and chlorine ions in the condensate are condensed. The H-type cation exchange resin is normally used (when there is no abnormality such as seawater leak) because it contains almost no impurities such as sodium ion and chlorine ion. Even if the water is saturated by water, regeneration is not performed, and water is passed in the form of ammonia. In general, the operation is stopped due to the pressure difference loss due to the resin clad capture, and the resin is regenerated.
[0003]
The resin is regenerated by separating the cation exchange resin and the anion exchange resin by backwashing the mixed bed (upflow washing), separately pouring the sulfuric acid aqueous solution into the cation exchange resin, An alkali solution such as sodium hydroxide is injected into the anion exchange resin to regenerate the cation exchange resin into the H form and the anion exchange resin into the OH form.
[0004]
However, if the separation of the resin in the regeneration is not complete, the resin that has been reversely recycled will remain. For example, when regeneration is performed with sulfuric acid in a state where the anion exchange resin is mixed with the cation exchange resin, the mixed anion exchange resin becomes a sulfuric acid form. Similarly, when regeneration is performed with sodium hydroxide in a state where the cation exchange resin is mixed in the anion exchange resin, the mixed cation exchange resin becomes a sodium form.
[0005]
Generally, the quality of treated water of an ion exchange device is determined by the ionic composition of the resin used. Therefore, during the regeneration of the resin, if a large amount of reverse regenerated resin has been generated, even if the washing is performed, the treated water quality will not be the purity suitable for the condensate treatment, Abnormalities such as discharging more corrosive components than usual occur. Conventionally, as these abnormality detection methods, the quality of the treated water after actually passing water is used to determine the quality, so a large amount of washing water is required, and in some cases, the purity is low (more than the control value). The treated water (containing corrosive components) may leak to the boiler. The above problem can be solved by measuring the ionic composition of the resin after regeneration at every regeneration and detecting defective regeneration before passing water.However, conventionally, there is only a method of manual analysis, and time and cost are reduced. Thus, it is almost impossible to measure the resin ion composition at every regeneration.
[0006]
As a method for measuring the sodium ion fraction of the mixed ion exchange resin in the ammonia type condensate desalination apparatus, an eluent is passed through a column filled with a sample resin, and the sodium content is determined from the change over time in the sodium concentration of the eluent. A measuring method has been proposed (Japanese Patent Publication No. 3-10376).
However, since no apparatus for measuring the sulfuric acid concentration has been obtained, the above method cannot be applied to the measurement of the sulfate ion composition of the anion exchange resin.
[0007]
In general, since the ion concentration has a correlation with the electric conductivity, the ion concentration is measured by measuring the electric conductivity. However, when the sulfate ion is eluted by contacting the anion exchange resin on which the sulfate ion is adsorbed with an eluent such as an aqueous ammonia solution, when the sulfate ion composition of the anion exchange resin is less than 40%, the amount of the sulfate ion eluted is reduced. And the sulfate ion composition of the anion exchange resin cannot be accurately measured.
[0008]
FIG. 3 shows the sulfate ion composition R-SO 4 of the anion exchange resin when the sulfate ion is eluted by bringing the anion exchange resin containing sulfate ions into contact with 0.3 mg / l, 1 mg / 1, and 3 mg / l aqueous ammonia. %) And the concentration of the eluted sulfate ion (leak SO 4 ) (μg / l), showing that there is no substantial difference in the eluted ion when the sulfate ion composition is less than 40%.
However, in actual ion-exchange apparatus, unless there is no abnormality during playback, R-SO 4 is 10 to 35 wt%, in such a sulfate ion composition, to accurately measure the sulfate ion composition of the anion exchange resin Can not.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above problems by measuring the sulfate ion composition of the anion exchange resin quickly, accurately and at low cost with a simple apparatus and method even when the sulfate ion composition is less than 40%. It is an object of the present invention to provide a device for measuring the ion composition of an ion exchange resin.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides an elution tank for introducing a sample resin, bringing the sample into contact with sulfate ions in an amount such that the sulfate ion composition becomes 40% or more, and further bringing the sample resin into contact with an eluent to elute ions adsorbed on the resin;
A sulfuric acid supply path for supplying sulfuric acid to the elution tank,
An eluent supply path for supplying an eluent to the elution tank,
A cation exchange column for receiving a part of the eluent in the elution tank and performing cation exchange,
A conductivity meter for measuring the conductivity of the effluent of the cation exchange column,
The sulfate ion concentration in the eluent is calculated from the measured value of the conductivity meter by the following equation (1) or an equation including the equivalent equation, and the following equation (2) or an equation including the equivalent equation is calculated from the calculation result. Calculates the sulfate ion composition in the sample resin by first subtracting the amount of sulfate ions introduced into the elution tank and adsorbed on the anion exchange resin, thereby calculating the sulfate ion composition in the sample resin before sulfate ion adsorption. An ion composition measuring device for an ion exchange resin, comprising: an arithmetic device.
SO 4 = (1000 × S + { [1000 × S] 2 -4 × [2 × L1 + L2] × L3 × 0.5 × 10 -14} 1/2) / (2 × [2 × L1 + L2]) ...・ (1)
(1) where:
SO 4 : SO 4 concentration [eq / l]
S: conductivity [ms / m]
L1: H ion equivalent conductivity
L2: equivalent conductivity of SO 4 ion
L3: Equivalent conductivity of OH ion
[SO 4 ] = (1 / k2) × ([R-SO 4 %] / [R-OH]) × [NH 4 ] (2)
(2) where
[SO 4 ]: Eluent SO 4 concentration (eq / l)
k2 : Selection coefficient of OH and SO 4
[R-SO 4 %]: ratio of SO 4 ions adsorbed on the resin
[R-OH]: ratio of OH ions adsorbed on the resin
[NH 4 ]: concentration of NH 4 inflow (eq / l)
R-OH + R-SO 4 = 1 (100%)
[0011]
In the present invention, the sample resin to be measured is an anion exchange resin, and a single anion exchange resin or a mixture of an anion exchange resin and a cation exchange resin can be measured. Further, the resin after regeneration in a condensate desalination apparatus, particularly an ammonia type condensate desalination apparatus, is suitable as a target. In this case, the regenerated anion exchange resin can be used alone or as a sample resin in a state of being mixed with the cation exchange resin.
[0012]
If the resin after regeneration has been completely separated from the anion exchange resin and the cation exchange resin prior to regeneration, the resin having the opposite ionicity will not be included, so the reverse regenerated resin will not be generated, but the separation will not occur. When the resin is incomplete, the resin having the opposite ionicity is contained, so that a reverse regenerated resin is generated. In the present invention, it can be used for detecting a reproduction failure due to the generation of the reverse reproduction resin. In the case of a condensate desalination apparatus, the resin is regenerated with an aqueous solution of sulfuric acid for the cation exchange resin and an aqueous solution of sodium hydroxide for the anion exchange resin.
[0013]
Such regeneration failure often occurs in either the cation exchange resin or the anion exchange resin. When measuring only the anion exchange resin after regeneration, the sulfate ion composition due to incomplete regeneration of the anion exchange resin is measured. When the measurement is performed in a state in which the anion exchange resin and the cation exchange resin are mixed, the regeneration failure due to the incomplete separation and the sulfate ion composition due to the incomplete regeneration are measured.
[0014]
The sample resin is usually introduced into the elution tank by introducing 0.1 to 10 liters, preferably 0.5 to 2 liters, for measurement. In the case of a mixture of an anion exchange resin and a cation exchange resin, the amount of each resin is determined in advance, and the injection amount of the drug is determined based on the amount.
As the sulfuric acid to be brought into contact with the sample resin, an aqueous solution of 1 to 10% by weight of sulfuric acid can be used. In this case, it is preferable to use an aqueous solution of sulfuric acid as a regenerant. The amount of sulfuric acid is such that the sulfate ion composition in the anion exchange resin is at least 40%, preferably 45 to 80%.
The eluent to be brought into contact with the sample resin is for eluting sulfate ions, and is preferably an ammonia-containing water, and is preferably an aqueous ammonia solution of 0.1 to 20% by weight, preferably about 10% by weight.
[0015]
The elution tank has a sample resin layer so that the sample resin is brought into contact with sulfuric acid to convert the anion exchange resin into a sulfuric acid form, and further contacted with an eluent to elute the sulfate ions adsorbed on the resin. A structure in which the sample resin is brought into contact with a sulfate ion or an eluent under stirring so as to reach an equilibrium in the inside is preferable, but a liquid-flow type may be used. It is preferable that the liquid in the tank after contact with sulfuric acid is discharged as it is from the tank as it is, and the eluent eluted by contact with the eluent is taken out of the tank in a state separated from the sample resin.
[0016]
Cation exchange columns adsorb cations in the eluent. The cation exchange resin to be filled therein may be a strongly acidic resin having a neutral salt decomposability, and its use amount is usually about 1 to 10 liters, preferably about 2 to 4 liters. When a mixed resin is used as the sample resin, an anion exchange column can be provided to measure the ionic composition of the cation exchange resin, and anion in the eluent can be adsorbed. The anion exchange resin to be filled therein may be a strong basic resin having a neutral salt decomposability, and its use amount is usually about 0.1 to 3 liters, preferably about 0.5 to 2 liters.
[0017]
A conductivity meter is provided to measure the conductivity of the effluent of the cation exchange column. When an anion exchange column is provided, a measuring device can be provided to measure the conductivity or ion concentration of the effluent.
[0018]
It is preferable that the arithmetic unit calculates the sulfate ion in the eluent from the measured value of the conductivity meter, and calculates the sulfate ion composition of the anion exchange resin in the sample resin from this value. When a mixed resin is used, it can be configured to calculate a cation composition such as sodium ion from a measured value of a measuring device provided in the anion exchange column.
[0019]
In the measuring method using the above apparatus, first, a sample resin is introduced into an elution tank, and after draining water, sulfuric acid such as a sulfuric acid aqueous solution is introduced to convert the anion exchange resin into a sulfuric acid form. After draining the solution in the tank, an eluent such as ammonia-containing water is introduced and brought into contact with the sample resin to elute the sulfate ions exchanged and adsorbed on the sample resin. When the cation exchange resin is mixed, cations are also eluted, but when the eluent is ammonia-containing water, ammonium ions are exchange-adsorbed to the cation exchange resin in the sample resin, thereby causing other cations such as sodium ions to be adsorbed. Is eluted, and the pH of the resin becomes high due to the adsorption of ammonium ions, whereby sulfate ions exchanged and adsorbed on the anion exchange resin are also eluted and flow out into the eluent. Such an elution operation is continued until equilibrium is reached. The contact time with sulfuric acid and the eluent varies depending on the amount of the sample resin, the kind of the eluent, the concentration, etc., but is generally about 1 to 30 minutes, preferably about 5 to 20 minutes.
[0020]
By passing the eluate eluted in the elution tank as described above through a cation exchange column, cations in the eluate are exchanged and removed, and a solution containing sulfate ions flows out. It is measured by a meter. In the case of a resin mixed with a cation exchange resin, an eluent is injected without injecting sulfuric acid, and a part of the eluate in the elution tank is passed through an anion exchange column, whereby anions (acids) in the eluate are reduced. The eluate containing the cations such as sodium ions is exchanged and removed, and the conductivity or ion concentration of the effluent is measured by a measuring instrument.
[0021]
These measurement signals are input to an arithmetic unit, and the sulfate ion concentration in the eluate is calculated from the conductivity of the effluent, and the sulfate ion composition in the sample resin is calculated based on the calculation result. In this case, the calculation is performed such that the amount of sulfate ion first introduced into the elution tank and adsorbed on the anion exchange resin is subtracted. In the case of a mixed resin, to measure the cation composition, the cation composition of the sample resin is calculated based on the conductivity measured by a conductivity meter. The arithmetic unit determines the presence or absence of a reproduction failure based on the result, and the result is displayed on a display device. If the reproduction is defective, an alarm is issued.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system diagram showing an apparatus for measuring the ion composition of an ion exchange resin according to one embodiment.
[0023]
In FIG. 1, an
[0024]
The eluent path 8 is branched via a pump P into
[0025]
[0026]
A method for measuring the ion composition of the ion exchange resin including the reverse regeneration resin by the above-described apparatus will be described. First, the
[0027]
Next, a certain amount of ammonia-containing water is introduced as an eluent from the
[0028]
When the pH of the two layers of the sample resin becomes high due to the contact with ammonium ions, the sulfate ions adsorbed on the anion exchange resin are eluted.
After the elapse of a predetermined time, when the stirring is stopped and the
[0029]
When measuring the cation composition such as the sodium composition of the mixed resin, the cation is eluted by introducing ammonia-containing water without contacting the sulfuric acid solution, and the eluent is introduced into the anion exchange column. Since anion by
[0030]
Calculating a sulfate ion concentration of the eluate from the measured value of the
[0031]
Hereinafter, a method for calculating the sulfate ion composition will be described.
(1) SO 4 concentration of sulfate ions (SO 4) concentration eluent is calculated by the following equation.
[0032]
SO 4 = (1000 × S + { [1000 × S] 2 -4 × [2 × L1 + L2] × L3 × 0.5 × 10 -14} 1/2) / (2 × [2 × L1 + L2]) ...・ (1)
(1) where:
SO 4 : SO 4 concentration [eq / l]
S: conductivity [ms / m]
L1: Equivalent conductivity of H ion L2: Equivalent conductivity of SO 4 ion L3: Equivalent conductivity of OH ion
(2) Sulfate ion composition (R-SO 4 %)
Formula for R-SO 4 is as follows.
SO 4 concentration of the eluent from the ion equilibrium of the ion exchange resin and the liquid [SO 4] = (1 / k2) × ([R-SO 4%) / (R-OH]) × [NH 4] ...・ ・ (2)
(2) where
[SO 4 ]: Eluent SO 4 concentration (eq / l)
k2: OH and SO 4 in the selected coefficients [R-SO 4%]: SO 4 ions percentage adsorbed on the resin [R-OH]: OH ions percentage adsorbed on the resin [NH 4]: inflow NH 4 concentration (eq / l)
[0034]
Since R-OH + R-SO 4 = 1 (100%),
[SO 4 ] = (1 / k2) × ([R-SO 4 %] / [1- [R-SO 4 %]]) × [NH 4 ] (3)
[R-SO 4 %] = k2 × [SO 4 ] / ([NH 4 ] + k2 × [SO 4 ]) ... (4)
Therefore, [R-SO 4 %] can be calculated from the [SO 4 ] concentration of the eluate calculated in (1).
However, since the calculated here the R-SO 4% is a value associated with the addition of SO 4, if subtracted R-SO 4% added here, R-SO 4% of the sample resin can be calculated.
[0035]
【Example】
In FIG. 1, an anion exchange resin having an exchange capacity of 1.2 eg / l was introduced into a 1
[0036]
Next, a 10 g / l aqueous ammonia solution was introduced into the elution tank and stirred for 1 to 10 minutes to elute sulfate ions. After the completion of the stirring, the resin was allowed to stand for 1 to 3 minutes to settle the resin, the solution in the tank was passed through a cation exchange column as an eluent, and the conductivity was measured by a conductivity meter.
[0037]
The sulfuric acid concentration in the eluate was calculated from the measured conductivity by the above formula, and the sulfate ion composition of the sample resin was calculated from the value by the formula. Leak SO 4 concentration (mg / l) and resin
[0038]
In the above operation, since equilibrium is reached in a short time in the elution tank, the sulfate ion composition of the
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, after the sample resin is brought into contact with the sulfate ion in the elution tank and then brought into contact with the eluent, even when the sulfate ion composition of the sample resin is low, the sulfate ion adsorbed on the sample resin is eluted. Thus, the sulfate ion concentration of the eluate can be measured, whereby the sulfate ion composition of an anion exchange resin such as sulfate ions can be measured quickly, accurately and at low cost with a simple apparatus and method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of an apparatus for measuring an ion composition of an ion exchange resin according to an embodiment.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the concentration of leak SO 4 and R-SO 4 in an example.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the concentration of leaked SO 4 and R-SO 4 .
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
溶離槽に硫酸を供給する硫酸供給路と、
溶離槽に溶離剤を供給する溶離剤供給路と、
溶離槽の溶離液の一部を受入れてカチオン交換するカチオン交換カラムと、
カチオン交換カラムの流出液の導電率を測定する導電率計と、
前記導電率計の測定値から下記(1)式またはその等価の式を含む式により溶離液中の硫酸イオン濃度を演算し、その演算結果より下記(2)式またはその等価の式を含む式により試料樹脂中の硫酸イオン組成を演算し、最初に溶離槽に導入してアニオン交換樹脂に吸着された硫酸イオンの量を差引いて、硫酸イオン吸着前の試料樹脂中の硫酸イオン組成を演算する演算装置と
を備えていることを特徴とするイオン交換樹脂のイオン組成測定装置。
SO 4 =(1000×S+{〔1000×S〕 2 −4×〔2×L1+L2〕×L3×0.5×10 -14 } 1/2 )/ ( 2×〔2×L1+L2〕 ) ・・・・(1)
(1)式中、
SO 4 :SO 4 濃度〔eq/l〕
S:導電率〔mS/m〕
L1:Hイオンの当量導電率
L2:SO 4 イオンの当量導電率
L3:OHイオンの当量導電率
〔SO 4 〕=(1/k2)×(〔R−SO 4 %〕/〔R−OH〕)×〔NH 4 〕・・・・(2)
(2)式中、
〔SO 4 〕:溶離液SO 4 濃度(eq/l)
k2 :OHとSO 4 の選択係数
〔R−SO 4 %〕:樹脂に吸着しているSO 4 イオン割合
〔R−OH〕:樹脂に吸着しているOHイオン割合
〔NH 4 〕:流入したNH 4 濃度(eq/l)
R−OH+R−SO 4 =1(100%) An elution tank for introducing the sample resin, bringing the sulfate ion composition into contact with sulfate ion in an amount of 40% or more, and further bringing the sample resin into contact with an eluent to elute ions adsorbed on the resin;
A sulfuric acid supply path for supplying sulfuric acid to the elution tank,
An eluent supply path for supplying an eluent to the elution tank,
A cation exchange column for receiving a part of the eluent in the elution tank and performing cation exchange,
A conductivity meter for measuring the conductivity of the effluent of the cation exchange column,
The sulfate ion concentration in the eluent is calculated from the measured value of the conductivity meter by the following formula (1) or a formula including the equivalent formula, and the formula (2) or a formula including the equivalent formula is calculated from the calculation result. Calculates the sulfate ion composition in the sample resin by subtracting the amount of sulfate ions first introduced into the elution tank and adsorbed on the anion exchange resin, thereby calculating the sulfate ion composition in the sample resin before sulfate ion adsorption. An ion exchange resin ion composition measuring device, comprising: an arithmetic device.
SO 4 = (1000 × S + { [1000 × S] 2 -4 × [2 × L1 + L2] × L3 × 0.5 × 10 -14} 1/2) / (2 × [2 × L1 + L2]) ...・ (1)
(1) where:
SO 4 : SO 4 concentration [eq / l]
S: conductivity [ms / m]
L1: H ion equivalent conductivity
L2: equivalent conductivity of SO 4 ion
L3: Equivalent conductivity of OH ion
[SO 4 ] = (1 / k2) × ([R-SO 4 %] / [R-OH]) × [NH 4 ] (2)
(2) where
[SO 4 ]: Eluent SO 4 concentration (eq / l)
k2 : Selection coefficient of OH and SO 4
[R-SO 4 %]: ratio of SO 4 ions adsorbed on the resin
[R-OH]: ratio of OH ions adsorbed on the resin
[NH 4 ]: concentration of NH 4 inflow (eq / l)
R-OH + R-SO 4 = 1 (100%)
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