軟水化裝置以及其再生方法與流程

2024-04-14 10:30:05

1.本發明涉及軟水化裝置以及其再生方法。


背景技術：

2.作為軟水化裝置，提出了許多使用了陽離子交換樹脂的軟水化裝置。例如，已知有使用具有鈉離子來作為官能團的陽離子交換樹脂(強酸性陽離子交換樹脂)、並將原水中所含的作為硬度成分的鈣離子、鎂離子離子交換為鈉離子而得到軟水的軟水化裝置。
3.陽離子交換樹脂若持續使用則離子交換能力降低或者消失。即，在作為陽離子交換樹脂的官能團的鈉離子全部與作為硬度成分的鈣離子、鎂離子交換了後，無法進行離子交換。因此，為了能夠再次進行離子交換，需要進行陽離子交換樹脂的再生。作為再生處理，進行將飽和食鹽水等再生水向陽離子交換樹脂通入這樣的處理。那樣的再生處理需要與軟水的使用量相應地定期補充食鹽，食鹽的補充耗費工夫。另外，由於使用大量的食鹽，因此成為環境問題的原因。
4.因此，作為不使用食鹽的陽離子交換樹脂的再生方法，提出有使用弱酸性陽離子交換樹脂、並利用由電解生成的酸性電解水將該弱酸性陽離子交換樹脂再生的方法(例如，參照專利文獻1、2)。該方法由於不使用食鹽，因此在不產生環境問題這點具有一定成果。
5.現有技術文獻
6.專利文獻
7.專利文獻1：日本特開2011-30973號公報
8.專利文獻2：日本特開2009-165954號公報


技術實現要素：

9.在上述那樣的使用了弱酸性陽離子交換樹脂的以往的軟水化裝置中，無法對附著於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分的量進行定量。因此，在對弱酸性陽離子交換樹脂進行再生處理時，再生處理所需的酸性電解水的量不明，因此成為問題。即，為了期望再生處理的萬全，而將酸性電解水過度地通入，如此一來，會白白地消耗酸性電解水的生成所需的電力、時間以及用於生成酸性電解水的水。相反，若將酸性電解水的通水量減少，則再生處理時間變短，但弱酸性陽離子交換樹脂的再生處理不充分。
10.本發明是鑑於這種現有技術所具有的課題而完成的。並且，本發明的目的在於提供在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中使用酸性電解水的軟水化裝置中能夠抑制在弱酸性陽離子交換樹脂的再生處理中使用的酸性電解水的量的過多與不足的軟水化裝置以及其再生方法。
11.為了解決上述課題，本發明的第一方案的軟水化裝置具備：軟水化槽，其利用弱酸性陽離子交換樹脂使包含硬度成分的原水軟水化；ph調整槽，其將由軟水化槽生成的軟水的ph調整為中性區域；電解槽，其生成鹼性電解水及在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中使用的酸性電解水；(1)測定原水的導電率的導電率測定部s1及測定通過軟水化槽與ph調整
槽而得到的軟水的導電率的導電率測定部s2、和(2)檢測原水的硬度的硬度檢測部或存儲預先測定出的原水的硬度的硬度存儲部中的至少一方；測定原水的導電率的導電率測定部s1及測定通過軟水化槽與ph調整槽而得到的軟水的導電率的導電率測定部s2；通水量檢測部，其檢測通過軟水化槽的原水在規定期間內的累計通水量；以及控制部，其至少控制電解槽生成的酸性電解水向所述軟水化槽的通入，控制部以如下方式進行控制：基於吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分量來計算弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間，並在計算出的再生時間的期間，向軟水化槽通入酸性電解水來進行弱酸性陽離子交換樹脂的再生處理，吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分量根據由導電率測定部s1測定的原水的導電率與由導電率測定部s2測定的軟水的導電率之差或者由硬度檢測部檢測出的原水的硬度或存儲於硬度存儲部的原水的硬度、以及由通水量檢測部檢測的原水的累計通水量而計算。
12.本發明的第二方案的軟水化裝置的再生方法為一種軟水化裝置的弱酸性陽離子交換樹脂的再生方法，所述軟水化裝置具備：軟水化槽，其利用弱酸性陽離子交換樹脂使包含硬度成分的原水軟水化；ph調整槽，其將由軟水化槽生成的軟水的ph調整為中性區域；電解槽，其生成鹼性電解水及在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中使用的酸性電解水；(1)測定所述原水的導電率的導電率測定部s1及測定通過所述軟水化槽與所述ph調整槽而得到的軟水的導電率的導電率測定部s2、和(2)檢測所述原水的硬度的硬度檢測部或存儲預先測定出的原水的硬度的硬度存儲部中的至少一方；測定原水的導電率的導電率測定部s1及測定通過軟水化槽與ph調整槽而得到的軟水的導電率的導電率測定部s2；以及通水量檢測部，其檢測通過軟水化槽的原水的通水量，其中，基於由導電率測定部s1測定的原水的導電率與由導電率測定部s2測定的軟水的導電率之差或者由所述硬度檢測部檢測出的原水的硬度或存儲於所述硬度存儲部的原水的硬度、以及由通水量檢測部檢測的原水的累計通水量來計算弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間，並在計算出的再生時間的期間，向軟水化槽通入酸性電解水而執行弱酸性陽離子交換樹脂的再生處理。
附圖說明
13.圖1是示出本實施方式的軟水化裝置的一例的概念圖。
14.圖2是對硬度離子變化量與導電率變化量的關係進行說明的圖。
15.圖3是示出本實施方式的軟水化裝置的變形例的概念圖。
16.圖4是示出本實施方式的軟水化裝置的變形例的概念圖。
17.圖5是示出本實施方式的電解槽的一例的概念圖。
18.圖6是示出相對於弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間的弱酸性陽離子交換樹脂側的ph變化的圖表。
19.圖7是示出相對於弱鹼性陰離子交換樹脂的再生時間的弱鹼性陰離子交換樹脂側的ph變化的圖表。
具體實施方式
20.以下，參照附圖對本實施方式的軟水化裝置以及其再生方法進行說明。需要說明的是，附圖的尺寸比率為了說明的方便而被誇張，有時與實際的比率不同。
21.＜軟水化裝置＞
22.本實施方式的軟水化裝置具備利用弱酸性陽離子交換樹脂使包含硬度成分的原水軟水化的軟水化槽。另外，還具備將由軟水化槽生成的軟水的ph調整為中性區域的ph調整槽。還具備生成鹼性電解水以及在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中使用的酸性電解水的電解槽。還具備下述(1)和(2)中的至少一方。
23.(1)測定原水的導電率的導電率測定部s1以及測定通過軟水化槽與ph調整槽而得到的軟水的導電率的導電率測定部s2。
24.(2)檢測原水的硬度的硬度檢測部或者存儲預先測定出的原水的硬度的硬度存儲部。
25.還具備檢測通過軟水化槽的原水在規定期間內的累計通水量的通水量檢測部。而且，至少還具備控制電解槽所生成的酸性電解水向軟水化槽的通入的控制部。並且，控制部以基於吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分量計算弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間，並在計算出的再生時間的期間向軟水化槽通入酸性電解水而進行弱酸性陽離子交換樹脂的再生處理的方式進行控制。另外，吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分量根據由導電率測定部s1測定的原水的導電率與由導電率測定部s2測定的軟水的導電率之差以及由通水量檢測部檢測出的原水的累計通水量來計算。或者根據由硬度檢測部檢測出的原水的硬度或者存儲於硬度存儲部的原水的硬度以及由通水量檢測部檢測出的原水的累計通水量來計算。
26.圖1概念性地示出本實施方式的軟水化裝置10的各要素。軟水化裝置10具備軟水化槽12、ph調整槽13以及電解槽14。在軟水化槽12連接有用於通入包含硬度成分的原水w1的流路20以及將通過軟水化槽12及ph調整槽13而得到的軟水向外部引導的流路22。在流路20中具備檢測通過軟水化槽12的原水w1在規定期間內的累計通水量的通水量檢測部sw以及測定原水的導電率的導電率測定部s1。另外，在流路22中具備測定通過軟水化槽12以及ph調整槽13而得到的軟水的導電率的導電率測定部s2。在軟水化槽12還連接有通入由電解槽14生成的酸性電解水的流路24以及將在軟水化槽12中對弱酸性陽離子交換樹脂進行再生處理之後的包含硬度成分的酸性電解水排出的流路26。在電解槽14連接有引導用於生成電解水的水w2的流路28，且連接有將與酸性電解水的生成同時生成的鹼性電解水排出的流路27。
27.在電解槽14連接有控制部40，控制部40控制由電解槽14生成了的酸性電解水向軟水化槽12的通入。更具體而言，控制部40在軟水化槽12內的弱酸性陽離子交換樹脂的再生時，基於原水的導電率與軟水的導電率之差以及累計通水量對吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分量進行計算。然後，基於計算出的硬度成分量以及通入的酸性電解水的ph或者流量對酸性電解水的通水時間即再生時間進行計算。以在計算出的計算時間的期間向弱酸性陽離子交換樹脂通入酸性電解水的方式進行控制。
28.在圖1所示的軟水化裝置10中，在使包含硬度成分的原水軟水化而生成軟水的情況下，原水首先通過在軟水化槽12內具備的弱酸性陽離子交換樹脂。此時，作為原水中的硬度成分的陽離子通過在弱酸性陽離子交換樹脂的作用下與氫離子交換從而被軟水化。接著，得到的軟水通過ph調整槽13而h
+
減少來將ph調整為中性區域。這裡，中性區域的ph為5.8～8.6的範圍。
29.另一方面，在對弱酸性陽離子交換樹脂進行再生時，將由電解槽14生成了的酸性電解水向軟水化槽12內通入，使其通過內部的弱酸性陽離子交換樹脂。即，通過弱酸性陽離子交換樹脂，由此吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的陽離子(硬度成分)與酸性電解水所含的氫離子進行離子交換反應從而再生。並且，包含通過弱酸性陽離子交換樹脂後的陽離子的酸性電解水經由流路26排出。
30.在以上的再生處理時，酸性電解水在未圖示的泵的作用下依次流過電解槽14、流路24、軟水化槽12、流路26。
31.在本實施方式中，在弱酸性陽離子交換樹脂的再生處理中，控制部40控制電解槽14，並設定向軟水化槽12通入的酸性電解水的通水時間即再生時間。更具體而言，控制部40優選為如以下那樣計算弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間。即，基於原水的硬度成分的量與通過軟水化槽及ph調整槽而得到的軟水的硬度成分的量之差(δc)相對於原水的導電率與通過了軟水化槽及ph調整槽的軟水的導電率之差(δs)的關係式來進行計算。該關係式由δc/δs＝α(α：比例常數)來表示。具體而言，根據由導電率測定部s1測定的原水的導電率以及由導電率測定部s2測定的軟水的導電率之差計算軟水化前後的硬度成分的變化量。並且，根據計算出的硬度成分的變化量計算弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間。需要說明的是，原水的導電率與通過了軟水化槽及ph調整槽的軟水的導電率之差δs也稱作導電率變化量δs。另外，原水的硬度成分的量與通過軟水化槽及ph調整槽而得到的軟水的硬度成分的量之差δc也稱作硬度離子變化量δc。
32.以下，對弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間的計算方法詳細地說明。
33.為了抑制在弱酸性陽離子交換樹脂的再生時所需的酸性電解水的量的過多與不足，需要知曉附著於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分(硬度離子)量。在本實施方式中，測定通過軟水化槽12之前的原水的導電率以及通過軟水化槽12與ph調整槽之後的軟水的導電率，並基於它們的差來計算附著於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分量。即，在軟水化中使用弱酸性陽離子交換樹脂並且測定軟水化處理前後的水的導電率，從而能夠在線地進行硬度成分的定量。以下，對其原理進行說明。
34.在利用弱酸性陽離子交換樹脂(由rcooh所示。)使包含硬度成分的水軟水化的情況下，進行以下的離子交換反應。
35.ca
2+
+2rcooh
→
(rcoo-)2ca
2+
+2h
+
36.而且，在水中通常包含作為鹼度成分的hco
3-。在水中存在hco
3-成分的情況下，由硬度成分的離子交換反應而釋放出的h
+
與hco
3-與反應，由反應生成的h2co3立即變化為溶解co2。
37.h
+
+hco
3-→
h2co3→
co2+h2o
38.這裡，hco
3-的相對於硬度離子的比例根據水質即取原水的場所而不同。在原水中的鹼度成分多的情況下包含硬度離子的2倍以上的hco
3-，因此從弱酸性陽離子交換樹脂釋放出的h
+
被hco
3-消耗。在原水中的鹼度成分少的情況下，hco
3-小於硬度離子的2倍，未被hco
3-消耗而殘存h
+
，ph成為酸性區域。在該情況下，ph調整槽將軟水的ph調整為中性區域，減少殘存的h
+
。
39.如以上那樣，在原水中的鹼度成分多的情況下，在將弱酸性陽離子交換樹脂用於軟水化時，由離子交換反應釋放出的h
+
與hco
3-反應，因此水中的離子濃度降低。另外，即使
在原水中的鹼度成分少的情況下，ph調整槽也減少殘存的h
+
。因此，在本實施方式的軟水化裝置中，軟水化處理前後的水的導電率的差量與硬度離子的減少量成為等價的關係。另外，導電率的差量與硬度離子的減少量處於比例關係，因此若預先弄清ca
2+
以及hco
3-的變化與導電率的變化的相關關係，則能夠基於導電率的變化計算出硬度離子的變化量。並且，根據硬度離子的變化量以及累計通水量，計算吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分量，與該硬度成分量相應地設定基於酸性電解水的再生時間。
40.進一步，參照圖2進行說明。如圖2的(a)所示，若硬度離子變化量δc與導電率變化量δs成為由柱形圖所示的關係，則兩者處於比例關係，賦予關係式δc/δs＝α(α：比例常數)。另外，如圖2的(b)所示，若得到對某原水進行軟水化處理前後的導電率變化量δs1，則能夠根據上述關係式求出硬度離子變化量δc1。需要說明的是，硬度離子變化量δc1與原水的硬度的差量為由軟水化處理得到的軟水的硬度。
41.如上述那樣，測定軟水化處理前後的水的導電率，從而能夠計算出所得到的軟水的硬度成分量(即硬度)。並且，硬度離子變化量δc1意味著已軟水化時的硬度成分的減少量，且與吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分量等價。因而，能夠根據軟水化前後的水的導電率之差求出吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分量。另一方面，吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分是應該由再生處理去除的成分，弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間取決於該成分量。因而，能夠考慮適於將該成分量的硬度成分去除的酸性電解水的量，並基於該量來計算再生時間。
42.控制部40在將軟水化前後的硬度成分的總變化量設為c(mol)、將在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中使用的酸性電解水的ph設為x、並將酸性電解水的流量設為v(l/分鐘)時，優選為利用以下的式1計算再生時間。關於ph，也能夠使用預先測定出的值。
43.再生時間(分鐘)＝c
×
2/(10-x
×
v)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
[式1]
[0044]
以下，關於弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間的計算，示出3例。
[0045]
(1)根據累計通水量與吸附硬度成分量的平均值來計算硬度成分吸附量的總量，根據計算出的硬度吸附量的總量來計算再生時間。
[0046]
累計通水量為在軟水化處理中使用的原水的通水量的總量。更具體而言，是從向結束了再生處理的弱酸性陽離子交換樹脂(或者新品)通入原水起直到即將開始再生處理前之間的通水量的總量。另外，吸附硬度量的平均值是將每規定的時間測定出的弱酸性陽離子交換樹脂的吸附硬度量除以測定次數得到的值。
[0047]
即，弱酸性陽離子交換樹脂若持續軟水化處理則吸附能力降低，硬度成分的吸附量由於不恆定，因此使用平均值。而且，硬度成分吸附量的總量是從向結束了再生處理的弱酸性陽離子交換樹脂(或者新品)通入原水起直到即將開始再生處理前之間吸附了的硬度成分的總量。並且，總硬度成分吸附量能夠由以下的式子計算出。
[0048]
硬度成分吸附量的總量(mol)＝「累計通水量」(l)
×「
吸附硬度量的平均值」(mol/l)
[0049]
能夠根據如上述那樣計算出的硬度成分吸附量的總量計算出弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間。即，若將軟水化前後的硬度成分的總變化量設為c(mol)、將在再生處理中使用的酸性電解水的ph設為x、並將流量設為v(l/分鐘)，則能夠通過以下的式子進行計算。在以下的式子中，硬度成分設想作為2價的陽離子的鈣離子(ca
2+
)、鎂離子(mg
2+
)。
[0050]
再生時間(分鐘)＝c
×
2/(10-x
×
v)
[0051]
(2)根據累計通水量、即將開始再生處理之前的吸附硬度量以及修正係數來計算硬度吸附量的總量，根據計算出的硬度吸附量的總量來計算再生時間。
[0052]
在上述(1)中，硬度成分吸附量的總量的計算中的「吸附硬度量的平均值」經過多次測定得到，但在(2)中通過對即將開始再生處理之前的吸附硬度量乘以修正係數來計算出。在該點與上述(1)不同。即，硬度成分吸附量的總量能夠由以下的式子計算出。修正係數a能夠通過累積實驗數據而求出。即，能夠通過預先累積即將進行再生處理之前的吸附硬度量以及吸附硬度量的平均值的實驗數據，並根據多個實驗數據來將吸附硬度量的平均值/即將進行再生處理之前的吸附硬度量設為修正係數a。
[0053]
硬度成分吸附量的總量(mol)＝「累計通水量」(l)
×「
即將進行再生處理之前的吸附硬度量」(mol/l)
×
a(a＞0)
[0054]
並且，能夠基於計算出的硬度成分吸附量的總量，與上述(1)相同地計算出再生時間。
[0055]
本實施方式的軟水化裝置也可以代替導電率測定部s1以及導電率測定部s2、或者與導電率測定部s1以及導電率測定部s2一起，具備檢測原水的硬度的硬度檢測部或者存儲預先測定的原水的硬度的硬度存儲部。即，若知道向軟水化槽通入的原水的硬度，則能夠根據該原水的硬度以及向軟水化槽的累計通水量來計算弱酸性陽離子交換樹脂的硬度吸附量的總量。並且，能夠根據計算出的硬度吸附量的總量如以下那樣計算弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間。需要說明的是，在與導電率測定部s1以及導電率測定部s2一起具備硬度檢測部或者硬度存儲部的情況下，兩者不是同時使用，而是利用任一方計算弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間。
[0056]
(3)根據累計通水量與原水的硬度計算硬度吸附量的總量，根據計算出的硬度吸附量的總量計算再生時間。
[0057]
若認為通入的原水的硬度成分的總量與吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分的總量相等，則硬度成分吸附量的總量能夠由以下的式子計算出。
[0058]
硬度成分吸附量的總量(mol)＝「累計通水量」(l)
×「
原水的硬度」(mol/l)
[0059]
並且，能夠基於計算出的硬度成分吸附量的總量，與上述(1)相同地計算再生時間。
[0060]
如以上那樣，通過測定軟水化前後的水的導電率並計算它們之差或者知曉原水的硬度，從而能夠計算弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成分的吸附量的總量。並且，若根據計算出的硬度成分的吸附量的總量計算再生時間，並在該再生時間的期間執行弱酸性陽離子交換樹脂的再生處理，則能夠抑制酸性電解水的量的過多與不足。進而，能夠在充分地對弱酸性陽離子交換樹脂進行再生處理的同時，抑制酸性電解水的生成所需的電力、時間以及用於生成酸性電解水的水的浪費。
[0061]
以下，對本實施方式的軟水化裝置的各要素詳細敘述。
[0062]
[軟水化槽]
[0063]
軟水化槽12在內部具有弱酸性陽離子交換樹脂，並利用該弱酸性陽離子交換樹脂使包含硬度成分的原水軟水化。在軟水化槽12中，包含硬度成分的水經由流路20流入，並通過弱酸性陽離子交換樹脂而作為軟水從流路22排出。即，在使從流路22通入的原水軟水化
時，使用流路20以及流路22。需要說明的是，軟水化槽不僅能夠對硬度成分，也能夠對其他陽離子(例如，鉀離子、鈉離子、銨離子等)進行離子交換，且並不限於軟水化用途。
[0064]
另一方面，在軟水化槽12連接有將酸性電解水通入的從電解槽14起的流路24以及將通過了弱酸性陽離子交換樹脂的酸性電解水向混合槽16引導的流路26。在對弱酸性陽離子交換樹脂進行再生時，使用流路24以及流路26。
[0065]
如以上那樣，在軟水化槽12中，在使原水軟水化的情況下與在對弱酸性陽離子交換樹脂進行再生的情況下使用的流路不同，因此利用未圖示的閥選擇使用所需的流路。換言之，在軟水化槽12中具備供原水流動的主水路以及供由電解槽14生成的酸性電解水流動的再生水路。並且，主水路是從流路20朝向流路22在軟水化槽12內流動的流路，再生水路是從流路24朝向流路26在軟水化槽12內流動的流路。
[0066]
作為弱酸性陽離子交換樹脂，沒有特別限制，能夠使用通用的弱酸性陽離子交換樹脂。例如，可以列舉將羧基(-cooh)作為交換基的弱酸性陽離子交換樹脂。另外，作為羧基的抗衡離子的氫離子(h
+
)也可以成為金屬離子、銨離子(nh
4+
)等陽離子。
[0067]
[ph調整槽]
[0068]
ph調整槽如上述那樣具有將軟水的ph調整為中性區域並減少殘存的h
+
的功能。即，ph調整槽只要是具有使氫離子濃度減少的功能的ph調整槽即可，除了後述的弱鹼性陰離子交換樹脂之外，還可以列舉二氧化碳氣體脫氣、容量性脫離子等。
[0069]
[電解槽]
[0070]
電解槽14將所導入的水w2電解為酸性電解水與鹼性電解水。並且，在電解槽14中生成了的酸性電解水從流路24排出，並向軟水化槽12引導，供於弱酸性陽離子交換樹脂的再生。另外，在電解槽14中生成了的鹼性電解水從未圖示的流路排出。
[0071]
在本實施方式的軟水化裝置10中使用的電解槽只要能夠生成酸性電解水以及鹼性電解水就沒有特別限制。參照圖5對電解槽14的一例進行說明。
[0072]
圖5所示的電解槽具備：電解室50，其進行水的電解；電源54；陽極62，其經由布線56而與電源54的陽極連接；以及陰極60，其經由布線58而與電源54的陰極連接。電解室50的內部利用隔壁64分隔離子透過膜，從而圖5的右側構成陽極室，左側構成陰極室。另外，在陰極室以及陽極室中，水從流路52流入，另外，陰極室內的水作為鹼性電解水且陽極室的水作為酸性電解水分別從流路66、68排出。
[0073]
導入到電解室50的陰極室以及陽極室的水通過向陰極60與陽極62之間施加電壓從而被電解。在電解室50中，在水的電解的作用下，在陰極室中生成氫氧化物離子(oh-)與氫氣，在陽極室中生成氫離子(h
+
)與氧氣。並且，在陰極室中生成鹼性電解水，在陽極室中生成酸性電解水。鹼性電解水從流路66排出，酸性電解水從流路68排出。
[0074]
由電解槽14生成的酸性電解水由於更多包含氫離子時能夠高效地再生弱酸性陽離子交換樹脂，因此ph越小越好。
[0075]
[導電率測定部s1、s2]
[0076]
導電率測定部s1對在軟水化槽12的上遊側流動的原水的導電率進行測定。另一方面，導電率測定部s2對在軟水化槽12的下遊側流動的軟水化後的水的導電率進行測定。導電率測定部s1以及s2均只要能測定導電率即可，例如，能夠使用導電率計等。並且，由導電率測定部s1以及s2測定出的導電率被作為電信號向控制部40發送。
[0077]
[硬度檢測部、硬度存儲部]
[0078]
硬度檢測部具有檢測原水w1的硬度的功能，例如能夠使用以電氣方式測定水的硬度的公知的水硬度計等。或者，也可以基於由導電率測定部s1測定出的原水的導電率來計算原水的硬度。另外，在預先知道原水的硬度的情況下，能夠設置存儲該原水的硬度的硬度存儲部。硬度存儲部能夠設置於後述的控制部內的存儲部。
[0079]
[通水量檢測部]
[0080]
通水量檢測部sw檢測向軟水化槽12通入的原水的量。作為通水量檢測部sw，只要能夠檢測通入的原水的量即可，能夠使用流量傳感器等。並且，由通水量檢測部檢測出的通水量被作為電信號向控制部40發送。控制部40構成為能夠對規定期間內的通水量進行累計而存儲。
[0081]
需要說明的是，規定期間例如是指從向結束了再生處理的弱酸性陽離子交換樹脂(或者新品)通入原水起直到即將進行再生處理之前的期間。
[0082]
[控制部]
[0083]
控制部40起到掌管軟水化裝置10整體的控制的作用。向控制部40輸入來自導電率測定部s1以及s2的導電率與來自通水量檢測部sw的通水量的信號等。另外，例如，具備：輸入輸出部，其輸出規定的控制信號；存儲部，其例如儲存有表示導電率與硬度的關係的校準曲線圖；ram，其被用作工作區域或者存儲運算結果；以及cpu，其掌管裝置整體的控制。在本實施方式中，特別是如上述那樣，以計算適於對弱酸性陽離子交換樹脂進行再生的再生時間並在計算出的再生時間的期間將電解槽14生成了的酸性電解水向軟水化槽12通入的方式進行控制。
[0084]
接下來，參照圖3對本實施方式的軟水化裝置的另一方式進行說明。該另一方式的軟水化裝置在設置有將由電解槽生成了的鹼性電解水與在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中使用了的酸性電解水混合的混合槽這點與圖1所示的軟水化裝置10不同。即，如圖3所示，軟水化裝置10a具備將由電解槽14生成了的鹼性電解水與在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中使用了的酸性電解水混合的混合槽16。並且，控制部40以在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中將在混合槽16中由鹼性電解水與酸性電解水的混合而產生的混合水向電解槽14供給的方式進行控制。由混合槽16產生的混合水被向電解槽14通入，並在電解槽14中被分解為酸性電解水與鹼性電解水。因而，在圖1所示的軟水化裝置10中能夠再利用原本應被排出的水，能夠抑制水的消耗。
[0085]
圖3所示的軟水化裝置10a具備軟水化槽12、ph調整槽13、電解槽14以及混合槽16。其中的軟水化槽12、ph調整槽13以及電解槽14與圖1所示的軟水化裝置10相同，因此對其周邊的構件標註相同的附圖標記而省略說明。以下，對混合槽16及其周邊進行說明。
[0086]
如圖3所示，在軟水化槽12連接有將由電解槽14生成的酸性電解水通入的流路24以及將在軟水化槽12對弱酸性陽離子交換樹脂進行了再生處理之後的包含硬度成分的酸性電解水向混合槽16通入的流路31。在混合槽16還連接有將由電解槽14生成的鹼性電解水通入的流路34、將由混合槽16生成了的混合水向電解槽14通入的流路30以及在對弱酸性陽離子交換樹脂進行再生處理而水減少時供給水的水供給路32。另外，在混合槽16連接有將混合水排出的排水路33。
[0087]
需要說明的是，在流路31充分長且能夠在流路內確保再生處理所需的水量的情況
下，不設置混合槽16，而能夠將流路31與電解槽14直接連接。另外，此時，流路34與水供給路32也與流路31直接連接。
[0088]
另一方面，在對弱酸性陽離子交換樹脂進行再生時，將由電解槽14生成了的酸性電解水向軟水化槽12內通入，並通過內部的弱酸性陽離子交換樹脂。然後，通過弱酸性陽離子交換樹脂之後的包含陽離子(硬度成分)的酸性電解水經由流路31向混合槽16內通入。另外，由電解槽14生成了的鹼性電解水經由流路34向混合槽16內通入。即，在混合槽16內，包含陽離子的酸性電解水與鹼性電解水混合。此時，在混合槽16內，作為酸性電解水中的陽離子的硬度成分與鹼性電解水反應。例如，在酸性電解水中的硬度成分為鈣離子的情況下，由鹼性電解水產生氫氧化鈣或者發生與水中常有的碳酸離子結合而產生碳酸鈣的反應。並且，反應後的混合槽16中的水(處理水)向電解槽14通入。即，混合槽16中的水向電解槽14通入從而生成酸性電解水，該酸性電解水供於弱酸性陽離子交換樹脂的再生。因而，在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中使用了的酸性電解水以在混合槽16中硬度成分被鹼性電解水稀釋或者變化為反應生成物的狀態作為酸性電解水而被再利用。並且，再利用的酸性電解水由於被混合槽16處理且硬度成分減少因此能夠抑制再生效率的降低。並且，由於在生成在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中使用的酸性電解水時同時生成鹼性電解水，因此不需要另外設置用於生成鹼性電解水的機器。需要說明的是，在圖3所示的軟水化裝置10a中，在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中，控制部40以將在混合槽16中由鹼性電解水與酸性電解水的混合而產生的混合水向電解槽14供給的方式進行控制。
[0089]
在以上的再生處理時，酸性電解水在未圖示的泵的作用下依次流過電解槽14、流路24、軟水化槽12、流路31、混合槽16、流路30，並再次向電解槽14流入。
[0090]
接下來，參照圖4對本實施方式的軟水化裝置的又一方式進行說明。該又一方式的軟水化裝置在使用包含弱鹼性陰離子交換樹脂的ph調整槽並具備將由電解槽生成的鹼性電解水向該ph調整槽通入的流路這點與圖1所示的軟水化裝置10不同。即，圖4所示的軟水化裝置10b具備軟水化槽12、電解槽14以及ph調整槽18，在ph調整槽18連接有將由電解槽14生成的鹼性電解水通入的流路35。其中的軟水化槽12以及電解槽14與圖1所示的軟水化裝置10相同，因此對其周邊的構件標註相同的附圖標記而省略說明。以下，對ph調整槽18及其周邊進行說明。
[0091]
如圖4所示，在軟水化槽12連接有用於使包含硬度成分的原水w1通入的流路20以及將通過軟水化槽12而得到的軟水向ph調整槽18引導的流路29。與圖1所示的軟水化裝置10相同，在流路20具備對通過軟水化槽的原水w1在規定期間內的累計通水量進行檢測的通水量檢測部sw以及測定原水的導電率的導電率測定部s1。
[0092]
另一方面，在ph調整槽18還連接有將由電解槽14生成的鹼性電解水通入的流路35以及將結束了ph調整的軟水向外部引導的流路36。在流路36具備對通過了ph調整槽18的軟水的導電率進行測定的導電率測定部s2。
[0093]
另外，在ph調整槽18連接有將對弱鹼性陰離子交換樹脂進行了再生處理之後的包含氯化物離子、硫酸離子等陰離子的鹼性電解水排出的流路37。
[0094]
在圖4所示的軟水化裝置10b中，原水w1流入軟水化槽12並在內部的弱酸性陽離子交換樹脂的作用下硬度成分被進行離子交換而成為軟水。該狀態下的軟水在由離子交換產生的氫離子的影響下ph小且為酸性區域。之後，軟水經由流路29被向ph調整槽18引導，並在
內部的弱鹼性陰離子交換樹脂的作用下陰離子被交換為氫氧化物離子，ph上升而成為中性區域。因而，原水w1通過軟水化槽12與ph調整槽18從而成為中性區域的軟水。
[0095]
另一方面，與弱酸性陽離子交換樹脂相同，弱鹼性陰離子交換樹脂也是若持續通入則離子交換能力降低，因此需要進行再生處理。因此，圖4所示的軟水化裝置10b優選為被從電解槽14經由流路35而供給的鹼性電解水再生。即，控制部40在酸性陽離子交換樹脂的再生中以將由電解槽14生成了的鹼性電解水向ph調整槽18供給而對弱鹼性陰離子交換樹脂進行再生的方式進行控制。電解槽14由於同時生成酸性電解水與鹼性電解水，因此能夠同時對軟水化槽12的弱酸性陽離子交換樹脂與ph調整槽18的弱鹼性陰離子交換樹脂進行再生。因而，控制部40優選為在酸性陽離子交換樹脂的再生中以將由電解槽14生成了的鹼性電解水向ph調整槽18供給而對弱鹼性陰離子交換樹脂進行再生的方式進行控制。
[0096]
圖4所示的軟水化裝置10b在軟水化時，原水w1從流路20流入並通過通水量檢測部sw與導電率測定部s1而向軟水化槽12流入。通過軟水化槽12的弱酸性陽離子交換樹脂從而得到的軟水從流路29排出。軟水進一步向流路29流入而向ph調整槽18通入。在ph調整槽18中，軟水的ph上升而成為中性區域，通過導電率測定部s2並且從流路36排出。即，從軟水化裝置10b的流路36排出中性區域的軟水並供於飲用水等。
[0097]
另一方面，在軟水化裝置10b中，在軟水化槽12內的弱酸性陽離子交換樹脂的再生時，酸性電解水在未圖示的泵的作用下依次流過電解槽14、流路24、軟水化槽12、流路22而對軟水化槽12內的弱酸性陽離子交換樹脂進行再生。另一方面，在ph調整槽18內的弱鹼性陰離子交換樹脂的再生時，鹼性電解水依次流過電解槽14、流路35、ph調整槽18、流路38而對ph調整槽18內的弱鹼性陰離子交換樹脂進行再生。
[0098]
另外，在軟水化裝置10b中，與軟水化槽12內的弱酸性陽離子交換樹脂的再生同時，利用鹼性電解水進行ph調整槽18內的弱鹼性陰離子交換樹脂的再生。關於弱鹼性陰離子交換樹脂的再生時間，在以下進行說明。如上述那樣，通過弱酸性陽離子交換樹脂而得到的軟水中的h
+
的濃度取決於相對於硬度離子不足的鹼度成分的量。即，
[0099]
成為(吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度離子的摩爾濃度)
×
2-(hco
3-的摩爾濃度)＝(被弱鹼性陰離子交換樹脂離子交換的h
+
的摩爾濃度)的關係。
[0100]
因而，
[0101]
成為(吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度離子的摩爾濃度)
×
2＞(被弱鹼性陰離子交換樹脂離子交換的h
+
的摩爾濃度)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)的關係。
[0102]
在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中，相對於1摩爾硬度離子，h
+
需要2摩爾，
[0103]
因此，成為(弱酸性陽離子交換樹脂的再生所需的h
+
的摩爾數)＝(吸附於弱酸性陽離子交換樹脂的硬度離子的摩爾濃度)
×2×
(累計通水量)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)。
[0104]
在弱鹼性陰離子交換樹脂的再生中，相對於離子交換了的1摩爾h
+
，oh-需要1摩爾，因此
[0105]
(弱鹼性陰離子交換樹脂的再生所需的oh-的摩爾數)＝(被弱鹼性陰離子交換樹脂離子交換的h
+
的摩爾濃度)
×
(累計通水量)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0106]
根據(1)式的關係，成為(弱酸性陽離子交換樹脂的再生所需的h
+
的摩爾數)＞(弱鹼性陰離子交換樹脂的再生所需的oh-的摩爾數)的大小關係。即，弱鹼性陰離子交換樹脂的再生所需的oh-的摩爾數比弱酸性陽離子交換樹脂的再生所需的h
+
的摩爾數少。在電解槽
14中oh-與h
+
等量生成，因此基於鹼性電解水的弱鹼性陰離子交換樹脂的再生所耗費的時間比基於酸性電解水的弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間短。因而，在軟水化裝置10b中，控制部40控制弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間且在被控制的再生時間內弱鹼性陰離子交換樹脂的再生也能夠完成。
[0107]
作為在ph調整槽18中使用的弱鹼性陰離子交換樹脂，優選為作為陰離子交換基而具有叔氨基的弱鹼性陰離子交換樹脂。
[0108]
本實施方式的軟水化裝置也可以還具備將基於由導電率測定部s1測定的原水的導電率而計算出的原水的硬度與基於由導電率測定部s2測定的軟水的導電率而計算出的軟水的硬度比較顯示的顯示部。關於該方案，在以下進行說明。
[0109]
如在圖2的(b)中所說明的那樣，若得到相對於某原水在軟水化處理前後的導電率變化量δs1，則能夠根據關係式δc/δs＝α(α：比例常數)求出硬度離子變化量δc1。並且，硬度離子變化量δc1與原水的硬度的差量是由軟水化處理得到的軟水的硬度。即，若測定相對於某原水在軟水化處理前後的導電率變化量δs1，則能夠根據該數值求出軟水的硬度。如此，軟水化前後的水的導電率與硬度具有相關性。因而，通過使相對於原水的導電率的該原水的硬度以及相對於軟水的導電率的該軟水的硬度分別作為校準曲線而存儲於控制部40內的存儲部，由此能夠通過測定原水以及軟水各自的導電率而檢知各自的硬度。並且，使檢知的硬度顯示於顯示部，從而能夠將原水的硬度與由軟水化處理得到的軟水的硬度比較顯示。
[0110]
＜軟水化裝置的弱酸性陽離子交換樹脂的再生方法＞
[0111]
本實施方式的軟水化裝置的弱酸性陽離子交換樹脂的再生方法是上述的本實施方式的軟水化裝置的弱酸性陽離子交換樹脂的再生方法。即，該軟水化裝置具備利用弱酸性陽離子交換樹脂使包含硬度成分的原水軟水化的軟水化槽。另外，還具備將由軟水化槽生成的軟水的ph調整為中性區域的ph調整槽。還具備生成鹼性電解水以及在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中使用的酸性電解水的電解槽。還具備下述(1)和(2)中的至少一方。
[0112]
(1)測定原水的導電率的導電率測定部s1以及測定通過軟水化槽與ph調整槽而得到的軟水的導電率的導電率測定部s2。
[0113]
(2)檢測原水的硬度的硬度檢測部或者存儲預先測定出的原水的硬度的硬度存儲部。
[0114]
還具備檢測通過軟水化槽的原水的通水量的通水量檢測部。並且，基於由導電率測定部s1測定的原水的導電率與由導電率測定部s2測定的軟水的導電率之差以及由通水量檢測部檢測的原水的累計通水量來計算弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間。或者，基於由硬度檢測部檢測出的原水的硬度或者存儲於硬度存儲部的原水的硬度以及由通水量檢測部檢測出的原水的累計通水量來計算弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間。而且，在計算出的再生時間的期間向軟水化槽通入所述酸性電解水而執行弱酸性陽離子交換樹脂的再生處理。
[0115]
本實施方式的軟水化裝置的弱酸性陽離子交換樹脂的再生方法中的軟水化裝置相當於上述的本實施方式的軟水化裝置。該軟水化裝置已經進行了說明因此省略說明。
[0116]
如在上述的本實施方式的軟水化裝置中說明的那樣，測定軟水化前後的水的導電率並計算出它們之差或者知曉原水的硬度，從而能夠計算弱酸性陽離子交換樹脂的硬度成
分的吸附量的總量。並且，若根據計算出的硬度成分的吸附量的總量計算再生時間，並在該再生時間的期間執行弱酸性陽離子交換樹脂的再生處理，則能夠抑制酸性電解水的量的過多與不足。進而，能夠對弱酸性陽離子交換樹脂充分地進行再生處理的同時，抑制酸性電解水的生成所需的電力、時間以及用於生成酸性電解水的水的浪費。
[0117]
以下，利用驗證數據表示本實施方式的軟水化裝置能夠根據基於原水的導電率與軟水的導電率之差得出的硬度成分量來計算弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間。
[0118]
(1)由軟水處理引起的導電率的變化及導電率與硬度離子濃度的關係
[0119]
利用圖4所示的軟水化裝置10b對伴隨著軟水化的硬度離子濃度與導電率的變化進行了測定。即，將作為原水的人工硬水向軟水化裝置10b通入，在10分鐘後、20分鐘後、40分鐘後以及48分鐘後對生成了的軟水的導電率與陽離子濃度進行了測定。將結果表示在表1中。需要說明的是，在弱酸性陽離子交換樹脂中使用了漂萊特株式會社制的c104。另外，在弱鹼性陰離子交換樹脂中使用了漂萊特株式會社制的a845s。原水使用了na濃度：1.86mmol/l、mg濃度：1.26mmol/l、ca濃度：2.52mmol/l的人工硬水。
[0120]
[表1]
[0121][0122]
根據表1可知，通過在弱酸性陽離子交換樹脂以及弱鹼性陰離子交換樹脂通水，從而na濃度、mg濃度以及ca濃度與原水相比減少。另外，可知導電率也與原水相比減少。並且，相對於原水的硬度為378mg/l，處理水的硬度為40mg/l左右，被軟水化裝置10b軟水化。
[0123]
另一方面，na
+
為1價陽離子，mg
2+
以及ca
2+
為2價陽離子，各陽離子的價數不同。因此，在評價導電率的變化時，需要考慮由價數對導電率的貢獻度。因此，將考慮到各陽離子的價數差異的導電率的貢獻係數導入並進行了計算。對於各陽離子的貢獻係數而言，na
+
設為0.1，mg
2+
設為0.2，ca
2+
設為0.2。ca以及mg為2價的陽離子，因此貢獻係數為na的2倍。並且，導電率由以下的計算式求出。
[0124]
導電率(ms/cm)＝陽離子濃度(mmol/l)
×
貢獻係數
[0125]
根據上述計算式，基於表1所記載的數值計算出導電率。將計算結果表示在下述表2中。
[0126]
[表2]
[0127]
通水時間(分鐘)測定值(ms/cm)計算值(ms/cm)0(原水)0.9190.942100.1780.189200.2180.221
300.2150.233380.2290.237
[0128]
根據表2可知計算出的導電率與測定值大致一致。即，表示能夠根據導電率的變化來計算出所吸附的陽離子的濃度。
[0129]
(2)弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間的計算
[0130]
首先，弱酸性陽離子交換樹脂相對於各陽離子的再生反應如以下所述。(2rcoo-)ca
2+
+2h
+
→
2(rcoo-h
+
)+ca
2+
[0131]
(2rcoo-)mg
2+
+2h
+
→
2(rcoo-h
+
)+mg
2+
[0132]
(2rcoo-)na
+
+h
+
→
rcoo-h
+
)+na
+
[0133]
根據上述反應式，在弱酸性陽離子交換樹脂的再生反應中，在1價陽離子的再生時，對於1摩爾陽離子，需要1摩爾質子，在2價陽離子的再生時，對於陽離子1摩爾，需要質子2摩爾。即，在弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間計算時，與1價陽離子相當的吸附量是重要的。因而，例如，在弱酸性陽離子交換樹脂將na
+
吸附1摩爾，將ca
2+
吸附2摩爾的情況下，與1價陽離子相當的吸附量為5摩爾，所需質子為5摩爾。
[0134]
接著，對根據導電率變化推斷陽離子吸附量進行研究。如上述那樣，mg
2+
以及ca
2+
的貢獻係數為na
+
的2倍。因而，在將ca
2+
濃度換算為與na
+
相當時，由於電荷的差異，將ca
2+
濃度設為2倍。由此，以下的式子成立。
[0135]
[數學式1]
[0136][0137]
根據上述式子可知na離子換算的陽離子總濃度通過將導電率除以na貢獻係數而求出。而且，如上述那樣在弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間計算時與1價陽離子相當的吸附量是重要的。因此，na離子換算的陽離子濃度變得重要。根據導電率的差量，na離子換算的陽離子濃度變化能夠由以下的式子計算。
[0138]
[數學式2]
[0139][0140]
接著，根據na離子換算吸附濃度計算弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間。對於向樹脂通入了的4.4l的水的導電率而言，原水為0.919ms/cm，生成的軟水為0.208ms/cm。根據這些導電率如以下那樣求出na離子換算吸附濃度。
[0141]
(0.919-0.208)(ms/cm)/0.1(ms/cm/mmol/l)＝7.1mmol/l
[0142]
通水量為4.4l，因此成為na換算總吸附摩爾數＝7.1mmol/l
×
4.4l＝31.2mmol。
[0143]
另一方面，在再生處理中使用的酸性水的ph為2.1，流量為0.1(l/分鐘)，因此根據上述式(1)，弱酸性陽離子交換樹脂的再生所需的時間為39.4分鐘。
[0144]
而且，測定了實際進行再生處理的情況下的再生時間。圖6示出相對於再生時間的弱酸性陽離子交換樹脂的處理前的水與處理後的水的ph變化。
[0145]
處理前後的水的ph一致時為再生結束時刻，根據圖6可知大約經過40分鐘後再生結束。即，如上述那樣由計算求出的弱酸性陽離子交換樹脂的再生所需的時間為39.4分鐘，
與實測值大致一致。即，表示能夠利用上述那樣的再生時間的計算方法計算出再生時間。
[0146]
另一方面，圖7示出弱鹼性陰離子交換樹脂的處理前的水與處理後的水的ph變化。處理前後的水的ph一致時為再生結束時刻，大約為30分鐘。即，如上述那樣，也示出基於鹼性電解水的弱鹼性陰離子交換樹脂的再生所耗費的時間比基於酸性電解水的弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間短。因而，在弱酸性陽離子交換樹脂的再生時間的再生時間內弱鹼性陰離子交換樹脂的再生也能夠完成。
[0147]
將日本特願2020-158748(申請日：2020年9月23日)的全部內容引用於此。
[0148]
工業實用性
[0149]
根據本公開，能夠提供在弱酸性陽離子交換樹脂的再生中使用酸性電解水的軟水化裝置中能夠抑制弱酸性陽離子交換樹脂的再生處理所需的酸性電解水的量的過多與不足的軟水化裝置及其再生方法。
[0150]
附圖標記說明
[0151]
10 10a 10b：軟水化裝置
[0152]
12：軟水化槽
[0153]
14：電解槽
[0154]
16：混合槽
[0155]
18：ph調整槽
[0156]
40：控制部
[0157]s1 s2：導電率檢測部
[0158]
sw：通水量檢測部。