JP5526892B2

JP5526892B2 - イオン交換装置の運転方法

Info

Publication number: JP5526892B2
Application number: JP2010059391A
Authority: JP
Inventors: 長雄福井; 博志森田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-03-16
Also published as: JP2011189318A

Description

本発明は、イオン交換塔などのイオン交換器を複数個備えたイオン交換装置の運転方法に係り、特に各イオン交換器に直列に通水した後、最先頭側のイオン交換器にメンテナンスを施して通水順位を末尾側にして通水を再開するようにしたイオン交換装置の運転方法に関する。

従来から半導体製造等の分野における洗浄工程に超純水が用いられている。この超純水としては、洗浄トラブルの原因となる微粒子、有機物、無機物を含まないことが要求され、例えば抵抗率：１８．２ＭΩ・ｃｍ以上、φ０．０５μｍの微粒子：１個／ｍＬ以下、生菌：１個／Ｌ以下、ＴＯＣ（ＴｏｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣａｒｂｏｎ）：１μｇ／Ｌ以下、金属：１ｎｇ／Ｌ以下、イオン類：１ｎｇ／Ｌ以下であることが要求水質となっている。

この超純水製造装置のサブシステム内やサブシステム直前には、再生薬剤による汚染を防ぐために非再生式イオン交換装置が設置されている。この非再生式イオン交換装置は、再生を行わないため、メンテナンス（イオン交換樹脂の交換）が必要である。

複数個のイオン交換塔に直列に通水するイオン交換装置の場合、最先頭側（最上流側）のイオン交換塔にメンテナンスを施した後、最末尾に配置し、通水を再開することが行われている（例えば特許文献１）。

この特許文献１では、例えば３個のイオン交換モジュールＡ，Ｂ，ＣにＡ→Ｂ→Ｃの順番で通水し、Ａのイオン交換モジュールが破過（ブレーク）した場合、モジュールＡを新規のモジュールと交換し、Ｂ→Ｃ→（新規のモジュール）の順番に通水して通水再開を行う（特許文献１の図７）。

特開平６−２０６０６９

上記特許文献１のように、新規のモジュールを最末尾に配置して通水を再開する場合、この新規モジュール内のイオン交換樹脂から通水初期時に有機物等が溶出し、超純水の水質が低くなることがある。

本発明は、このような新規イオン交換樹脂からの有機物等の溶出による水質低下が防止されるイオン交換装置の運転方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）のイオン交換装置の運転方法は、第１ないし第ｎ（ｎは４以上の整数）のイオン交換器を有するイオン交換装置の運転方法であって、第１ないし第ｎのイオン交換器にこの順に通水した後、第１のイオン交換器にイオン交換樹脂交換のメンテナンスを施し、次いで通水順番を変えて通水を再開するイオン交換装置の運転方法において、この通水再開後の通水順番は、それまで通水順位が末尾から２番目であった第（ｎ−１）のイオン交換器を末尾とし、前記メンテナンスを施した第１のイオン交換器を末尾から２番目とし、その他のイオン交換器の通水順番はそれまでの順位の小さい順とすることを特徴とするものである。

本発明のイオン交換装置にあっては、メンテナンスを施したイオン交換器を末尾から２番目に配置し、それまで末尾から２番目のイオン交換器を末尾に配置し、その他のイオン交換器についてはそれまでの通水順位の小さい順とする。そのため、新規のイオン交換樹脂から有機物等が溶出しても、この有機物等は末尾のイオン交換器で捕捉され、イオン交換装置から流出することはない。なお、末尾に配置されることになったイオン交換器は、それまで末尾から２番目に配置されていたものであるから、イオン交換容量は十分に残っていると共に、既に通水済みのものであるので、有機物等が流出しない。従って、通水再開時における水質の立ち上がりが良好である。

また、本発明にあっては、末尾側の２個のイオン交換器以外については、それまでの通水順位の若い順にイオン交換器が配置されており、イオン交換容量の多いもの程下流側になっているので、残存イオン交換容量を無駄なく利用して効率よく超純水等を生産することができる。

参考例に係るイオン交換装置の運転方法の説明図である。本発明の実施の形態に係るイオン交換装置の運転方法の説明図である。実験結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。

第１図は３個のイオン交換塔Ａ，Ｂ，Ｃに直列に通水するイオン交換装置の通水フロー図である。

第１図の（ａ）では、配管１からの被処理水は、配管１、イオン交換塔Ａ、配管２、イオン交換塔Ｂ、配管３、イオン交換塔Ｃ、配管４の順に通水される。この通水を継続することによりイオン交換塔Ａがブレークしたり、ブレーク間近になったときには、イオン交換塔Ａをメンテナンスし、（ｂ）のように通水する。

（ｂ）では、被処理水は、配管１、１０、１２、イオン交換塔Ｃ、配管２０、イオン交換塔Ａ、配管２、イオン交換塔Ｂ，配管２２の順に通水される。この通水を継続することによりイオン交換塔Ｃがブレークしたり、ブレーク間近になったときには、イオン交換塔Ｃをメンテナンスし、（ｃ）のように通水する。

（ｃ）では、被処理水は、配管１、１０、１１、イオン交換塔Ｂ、配管３、イオン交換塔Ｃ、配管２０、イオン交換塔Ａ、配管２１の順に通水される。この通水を継続することによりイオン交換塔Ｂがブレークしたり、ブレーク間近になったときには、イオン交換塔Ｂをメンテナンスし、（ｄ）のように通水する。この（ｄ）は（ａ）と同じである。

このように、第１図の場合、イオン交換塔Ａ，Ｂ，Ｃへの通水順番は、
（ａ）Ａ→Ｂ→Ｃ
（ｂ）Ｃ→Ａ^＊→Ｂ
（ｃ）Ｂ→Ｃ^＊→Ａ
の３通りを巡回するものとなる。なお、＊はメンテナンス直後のイオン交換塔であることを表している。

即ち、この第１図では、メンテナンス後の通水再開時には、それまで（即ち、直前の通水工程において）末尾に配置されていたイオン交換塔を先頭とし、メンテナンスされたイオン交換塔を２番目とし、末尾から２番目に配置されていたイオン交換塔を末尾とする。このため、新規のイオン交換樹脂を備えたイオン交換塔からの流出水が末尾のイオン交換塔に通水されるようになり、新規のイオン交換樹脂から有機物等が溶出しても末尾のイオン交換塔で捕捉される。また、新たに末尾に配置されたイオン交換等は、既に通水済みのものであり、有機物等は流出しない。従って、通水再開時の水質立ち上りが良好である。

なお、上記の各配管１〜３、１０〜１２、２０〜２２にはそれぞれ上記の流路切り替えを行うためのバルブ（図示略）が設けられている。

第２図は４個のイオン交換塔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに直列に通水するイオン交換装置の通水フロー図である。

第２図の（ａ）では、配管１からの被処理水は、配管１、イオン交換塔Ａ、配管２、イオン交換塔Ｂ、配管３、イオン交換塔Ｃ、配管４、イオン交換塔Ｄ、配管５の順に通水される。この通水を継続することによりイオン交換塔Ａがブレークしたり、ブレーク間近になったときには、イオン交換塔Ａをメンテナンスし、（ｂ）のように通水する。

（ｂ）では、被処理水は、配管１、１０、１１、イオン交換塔Ｂ、配管７０、７１、イオン交換塔Ｄ、配管５０、５３、イオン交換塔Ａ、配管６０、６１、イオン交換塔Ｃ、配管４０、４１の順に通水される。この通水を継続することによりイオン交換塔Ｂがブレークしたり、ブレーク間近になったときには、イオン交換塔Ｂをメンテナンスし、（ｃ）のように通水する。

（ｃ）では、被処理水は、配管１、１０、１３、イオン交換塔Ｄ、配管５０、５１、イオン交換塔Ｃ、配管４０、４２、イオン交換塔Ｂ、配管７０、７３、イオン交換塔Ａ、配管６０、６３の順に通水される。この通水を継続することによりイオン交換塔Ｄがブレークしたり、ブレーク間近になったときには、イオン交換塔Ｄをメンテナンスし、（ｄ）のように通水する。

（ｄ）では、被処理水は、配管１、１０、１２、イオン交換塔Ｃ、配管４０、４３、イオン交換塔Ａ、配管６０、６２、イオン交換塔Ｄ、配管５０、５２、イオン交換塔Ｂ、配管７０、７２の順に通水される。この通水を継続することによりイオン交換塔Ｃがブレークしたり、ブレーク間近になったときには、イオン交換塔Ｃをメンテナンスし、（ｅ）のように通水する。この（ｅ）は（ａ）と同じである。

このように、第２図の場合、イオン交換塔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄへの通水順番は、
（ａ）Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ
（ｂ）Ｂ→Ｄ→Ａ^＊→Ｃ
（ｃ）Ｄ→Ｃ→Ｂ^＊→Ａ
（ｄ）Ｃ→Ａ→Ｄ^＊→Ｂ
の４通りであり、これを巡回する。

即ち、第２図では、メンテナンス後の通水再開時には、メンテナンスされたイオン交換塔を末尾から２番目とし、それまで（即ち、直前の通水工程において）末尾から２番目に配置されていたイオン交換塔を末尾とする。その他の２個の順番は、それまでの通水順位の若い順とする。このため、新規のイオン交換樹脂を備えたイオン交換塔からの流出水が末尾のイオン交換塔に通水されるようになり、新規のイオン交換樹脂から有機物等が溶出しても末尾のイオン交換塔で捕捉される。また、新たに末尾に配置されたイオン交換等は、既に通水済みのものであり、有機物等は流出しない。従って、通水再開時の水質立ち上りが良好である。また、メンテナンスされたイオン交換塔よりも上流側における通水順番はそれまでの通水順位の若い順であるので、イオン交換容量の残存量の多いものほど下流側となっており、残存イオン交換容量を無駄なく利用して効率よく超純水等を生産することができる。

なお、上記の各配管１〜３、１０〜１３、４０〜４３、５０〜５３、６０〜６３、７０〜７３にはそれぞれ上記の流路切り替えを行うためのバルブ（図示略）が設けられている。

第２図では４個のイオン交換塔に対し直列に通水しているが、５個以上（通常は３個の以下）のイオン交換塔に直列に通水する場合の通水順番の変更も同様にして、即ち、末尾から２番目のイオン交換塔を末尾とし、メンテナンスしたイオン交換塔を末尾から２番目にし、それ以外については直前の通水工程の通水順位の若い順にするようにして行われる。例えば５個のイオン交換塔Ａ〜Ｅの通水順番の変更は次の通りとなる。
（ａ）Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ
（ｂ）Ｂ→Ｃ→Ｅ→Ａ^＊→Ｄ
（ｃ）Ｃ→Ｅ→Ｄ→Ｂ^＊→Ａ
（ｄ）Ｅ→Ｄ→Ａ→Ｃ^＊→Ｂ
（ｅ）Ｄ→Ａ→Ｂ→Ｅ^＊→Ｃ
（ａ）Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ^＊→Ｅ（上記（ａ）の通り）
なお、前述の通り、＊は、当該イオン交換塔がメンテナンス直後のものであることを示している。

このように、最も負荷がかかる先頭のイオン交換塔をメンテナンス（樹脂交換）した後、このイオン交換塔を末端から一つ手前の位置とし、メンテナンス前に末端から一つ手前で通水していたイオン交換装置を最末端とし、それ以外のイオン交換塔を順次前にシフトさせて通水を行う。これにより、メンテナンス直後のイオン交換樹脂からの初期溶出を最末端のイオン交換装置で除去できる。また、この最末端のイオン交換装置はメンテナンス前に十分に通水されていたことで、初期溶出は十分に落とされている。従って、イオン交換樹脂からの初期溶出も除去でき、高純度の水質を初期から提供することができる。

なお、本発明の効果を実証するために次の実験を行った。

［実験１］
φ４０ｍｍ×Ｈ５００ｍｍのカラムにイオン交換樹脂（Ｄｏｗケミカル製カチオン：ＥＸ−ＣＧ、アニオン：ＥＸ−ＡＧ。アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂のＶｏｌｕｍｅ比１：１）を充填し、該カラム２個を直列に繋ぎ、第１回目の通水として１週間以上通水（各カラムのＳＶ＝３０）を行った。

その後、前段のカラムについて樹脂交換を行った後、前段に戻し、通水を再開した。そして、通水再開後の後段のカラム出口のＴＯＣをＴＯＣ計（ＡＮＡＴＥＬＡ−１０００）で測定した。その結果を第３図に示す。

第３図の通り、後段のカラム流出水は、通水再開直後でもＴＯＣが０．５μｇ／Ｌ程度と低い値であった。これは、メンテナンスした前段カラムから流出した有機物が後段カラムで十分に捕捉されることを示している。

［実験２］
実験１と同様のカラムを２本準備し、直列に接続し、実験１と同様にして第１回目の通水を行った。次いで、後段のカラムについて樹脂交換を行った後、後段に戻し、通水を再開した。通水再開後の立ち上げデータ（後段カラム出口のＴＯＣ濃度）を採取し、第３図に示した。

第３図の通り、この実験２では、メンテナンスした後段カラムからの有機物の溶出により、通水再開後のＴＯＣ濃度が高い。このＴＯＣ濃度が０．５μｇ／Ｌレベルまで低下するのに約４時間が必要であった。

この実験１，２より、本発明によると通水再開直後の水質が良好であることが十分に認められる。

Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄイオン交換塔
１〜５、１０〜１３、２０〜２２、４０〜４３、５０〜５３、６０〜６３、７０〜７３配管

Claims

第１ないし第ｎ（ｎは４以上の整数）のイオン交換器を有するイオン交換装置の運転方法であって、
第１ないし第ｎのイオン交換器にこの順に通水した後、第１のイオン交換器にイオン交換樹脂交換のメンテナンスを施し、次いで通水順番を変えて通水を再開するイオン交換装置の運転方法において、
この通水再開後の通水順番は、それまで通水順位が末尾から２番目であった第（ｎ−１）のイオン交換器を末尾とし、前記メンテナンスを施した第１のイオン交換器を末尾から２番目とし、その他のイオン交換器の通水順番はそれまでの順位の小さい順とすることを特徴とするイオン交換装置の運転方法。