(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-26
(45)【発行日】2023-02-03
(54)【発明の名称】純水製造装置及び純水製造方法
(51)【国際特許分類】
C02F 1/42 20230101AFI20230127BHJP
B01J 39/05 20170101ALI20230127BHJP
B01J 39/20 20060101ALI20230127BHJP
B01J 41/05 20170101ALI20230127BHJP
B01J 41/14 20060101ALI20230127BHJP
B01J 47/018 20170101ALI20230127BHJP
B01J 47/02 20170101ALI20230127BHJP
B01J 47/04 20060101ALI20230127BHJP
B01J 47/14 20170101ALI20230127BHJP
B01J 49/06 20170101ALI20230127BHJP
B01J 49/07 20170101ALI20230127BHJP
B01J 49/08 20170101ALI20230127BHJP
B01J 49/09 20170101ALI20230127BHJP
B01J 49/53 20170101ALI20230127BHJP
B01J 49/57 20170101ALI20230127BHJP
B01J 47/028 20170101ALI20230127BHJP
【ＦＩ】
C02F1/42 A
C02F1/42 B
B01J39/05
B01J39/20
B01J41/05
B01J41/14
B01J47/018
B01J47/02
B01J47/04
B01J47/14
B01J49/06
B01J49/07
B01J49/08
B01J49/09
B01J49/53
B01J49/57
B01J47/028
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2018047082
(22)【出願日】2018-03-14
(65)【公開番号】P2019098317
(43)【公開日】2019-06-24
【審査請求日】2020-12-25
(31)【優先権主張番号】P 2017235402
(32)【優先日】2017-12-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】591030651
【氏名又は名称】水ｉｎｇ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000523
【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼橋 洋平
(72)【発明者】
【氏名】星 舞奈
(72)【発明者】
【氏名】大場 将純
(72)【発明者】
【氏名】塚本 祐司
【審査官】高橋 成典
(56)【参考文献】
【文献】実開昭６０－０６１６５０（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開昭６２－１０２８８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０３１７６８４４（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２００２－０１８４３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－８４５５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平１－９９４９２（ＪＰ，Ｕ）
【文献】米国特許第２４５０４５９（ＵＳ，Ａ）
【文献】米国特許第２６２８１９４（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０２Ｆ １／４２
１／２８
Ｂ０１Ｊ ３９／００ － ４９／９０
Ｂ０１Ｄ １５／００ － １５／４２
Ｇ０１Ｎ ２７／００ － ２７／１０
２７／１４ － ２７／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
カチオン交換樹脂を内部に充填したカチオン塔を用いて純水を製造する純水製造装置において、前記純水製造装置が備える前記カチオン塔内に充填された前記カチオン交換樹脂と接触するように前記カチオン塔の入口から出口に向かって５０％以上下流側となる位置に配置され、前記カチオン塔内の固相導電率および液相導電率を測定可能なセル乗数が１～１０ -1 ｍの一対の電極を備える第１の導電率測定計と、
前記カチオン塔の外周の前記第１の導電率測定計とは異なる位置から挿入され、前記カチオン塔の周方向において前記第１の導電率測定計の測定領域に近接して前記カチオン交換樹脂内に配置されるか、又は前記カチオン塔の外側面から内部へ前記第１の導電率測定計と互いに対向するように前記第１の導電率測定計とは異なる位置から前記カチオン交換樹脂内に挿入され、前記カチオン塔内の液相導電率を測定可能なセル乗数が１～１０ -1 ｍの一対の電極及び前記電極の周囲を覆うスクリーンを備える第２の導電率測定計と
を備えることを特徴とする純水製造装置。
【請求項2】
前記第１の導電率測定計が、前記カチオン塔内の液相及び固相の両方に接するように配置され、前記第２の導電率測定計が、前記液相にのみ接するように前記カチオン塔内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の純水製造装置。
【請求項3】
前記第１の導電率測定計が測定した導電率の測定値から前記第２の導電率測定計の導電率の測定値を減算することにより、前記カチオン交換樹脂の導電率を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の純水製造装置。
【請求項4】
前記第１の導電率測定計及び前記第２の導電率測定計が、前記カチオン塔の通水方向に対して同一の高さに設置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の純水製造装置。
【請求項5】
前記第１の導電率測定計及び第２の導電率測定計の測定値に基づいて、前記カチオン交換樹脂の固相導電率と、前記カチオン塔内の固相及び液相のイオン濃度勾配とを計算し、前記カチオン塔内における前記カチオン交換樹脂の使用状態をシミュレーションする解析手段を備える請求項１～４のいずれか１項に記載の純水製造装置。
【請求項6】
前記純水製造装置が、前記カチオン塔の後段に脱炭酸塔及びアニオン塔を更に備える２床３塔方式の純水製造装置を含むことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の純水製造装置。
【請求項7】
前記アニオン塔内の固相導電率を測定する一対の電極を備える第３の導電率測定計が、前記アニオン塔内に充填されたアニオン交換樹脂と接触するように前記アニオン塔の入口から出口に向かって５０％以上下流側となる位置に配置され、前記アニオン交換樹脂の固相導電率を測定することを特徴とする請求項６に記載の純水製造装置。
【請求項8】
カチオン交換樹脂を内部に充填したカチオン塔を用いて純水を製造する純水製造方法であって、前記カチオン交換樹脂を内部に充填した前記カチオン塔を用いて処理する工程を含み、
前記カチオン塔内の前記カチオン交換樹脂と接触するように前記カチオン塔の入口から出口に向かって５０％以上下流側となる位置に配置された第１の導電率測定計を用いて前記カチオン塔内の固相導電率および液相導電率を測定することと、
前記カチオン塔の外周の前記第１の導電率測定計とは異なる位置から挿入され、前記カチオン塔の周方向において前記第１の導電率測定計の測定領域に近接して前記カチオン交換樹脂内に配置されるか、又は前記カチオン塔の外側面から内部へ挿入され、前記第１の導電率測定計と互いに対向するように前記第１の導電率測定計とは異なる位置から前記カチオン交換樹脂内に配置された第２の導電率測定計を用いて前記カチオン塔内の液相導電率を測定することと、
前記第１の導電率測定計の測定値から前記第２の導電率測定計の測定値を減算することにより、前記カチオン塔内の固相導電率を算出することと、
前記固相導電率の算出結果に基づいて、前記カチオン交換樹脂の固相導電率と、前記カチオン塔内の固相及び液相のイオン濃度勾配を計算し、被処理水の負荷変動、イオン交換樹脂の再生頻度、再生剤量をパラメータとした物質収支に基づく逐次計算を行うことにより、任意の時間における前記カチオン塔内における前記カチオン交換樹脂の使用状態をシミュレーションすることと、
前記シミュレーションの結果と既存のシミュレーション結果とを比較し、該比較の結果に基づいて、イオン交換塔へ供給される被処理水の通水量、薬品量及びイオン交換樹脂の再生頻度の少なくともいずれかを含む前記カチオン塔の運転条件の変更が必要か否かを判断することと、
前記運転条件の変更が必要な場合に、前記カチオン塔の運転条件を変更することと
を有することを特徴とする純水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、純水製造装置及び純水製造方法に関し、特に、医薬品の製造、半導体の製造、発電用ボイラー水、食品などに使用される純水もしくは超純水を製造するためのイオン交換方式純水製造装置に利用可能な純水製造装置及び純水製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
医薬品の製造、半導体の製造、発電用ボイラー水、食品などに使用される純水もしくは超純水を製造するためのイオン交換方式純水製造装置が知られている。イオン交換方式純水製造装置は、原水をイオン交換樹脂等に接触させ、原水に含まれるアニオンおよびカチオン成分をイオン交換反応により除去し、純水を製造する装置である。イオン交換樹脂は、定期的に酸およびアルカリにより再生することで、繰り返し使用することができる。
【0003】
近年、半導体の高集積度化などにより、純水製造装置に求められる純水の純度が高くなるとともに、再生に用いられる薬品の使用量を抑え、ランニングコストを極限まで低減することが求められている。しかしながら、適正な再生頻度および再生薬品量の調整を行わないと、イオン交換樹脂の再生不良が起こり、純水の水質低下のリスクが高まる。
【0004】
再生頻度の決定方法として従来から行われる最もオーソドックスな方法は、原水のイオン濃度を一定とみなし、一定量の原水の通水量を超えた場合に、イオン交換樹脂の再生をする方式である。
【0005】
しかしながら、原水のイオン濃度が季節変動などにより上昇した場合、再生頻度が足りなくなるため、処理水の水質が低下する。季節変動を見越して薬品量や再生頻度を多く設定すると、無駄に薬品を消費するため、ランニングコストが上昇する。また、イオン交換樹脂は、原水に含まれる有機物等の汚れにより経年劣化するため、季節変動がなくても純水装置のイオン交換能力が低下し、処理水水質が低下していく。純水装置のイオン交換能力の低下を考慮した薬品量や再生頻度を設定すると、ランニングコストが更に上昇する問題もある。
【0006】
更に進化した従来技術としては、例えば特開平３－１８１３８４号公報（特許文献１）に記載されるように、原水の導電率を測定してイオン負荷を演算し、原水のイオン負荷を考慮したうえでイオン負荷を求め、再生頻度を決定する方式がある。
【0007】
しかしながら、導電率によるイオン負荷の演算方法は、イオン種やｐＨによって誤差が生じるため、精度に限界がある。特に、イオンの中でもシリカは弱電解質であるため、導電率に表れにくく、原水の導電率からイオン負荷を推算すると誤差が生じる場合がある。他の分析器を設置することも可能であるが、イニシャルコストやランニングコストが上昇する。更に、上述の従来技術と同様に、イオン交換樹脂は汚れなどにより経年劣化するため、季節変動がなくても純水装置のイオン交換能力が低下し、処理水の水質が低下していくが、これらの誤差を考慮すると、特許文献１の技術を用いた場合でも、再生頻度および再生剤量の低減は限定的である。
【0008】
更に別の従来技術としては、イオン交換樹脂の再生廃液のｐＨを測定し、測定値に基づいて再生剤の通薬量の監視を行うことにより再生に用いる薬品の使用量を抑える方法（特開平９－１１７６７９号公報（特許文献２））や、処理水中のシリカを分析計により測定する方法等がある。
【0009】
しかしながら、いずれの方法も、監視の精度に限界がある上、測定装置が高価で機器サイズも大きくなり、ランニングコスト及びメンテナンスコストが増大する。また、イオン交換樹脂を収容したイオン交換塔は目視により得られる情報が少なく、イオン交換塔の外部に接続された水質計などによっても、イオン交換塔の内部状況を把握することが困難である。
【0010】
更に、特開２０１４－１８８４５６号公報（特許文献３）には、被処理水をアニオン交換樹脂層に通水してアニオン交換処理し、得られた処理水の比抵抗又は電気伝導率を測定し、測定結果に基づいて、アニオン交換樹脂の再生又は交換を行うイオン交換樹脂装置の運転方法が記載されている。
【0011】
しかしながら、特許文献３には、イオン交換塔の外部に接続された比抵抗計を用いて処理水の比抵抗値を求める具体例しか開示されておらず、電気伝導率の具体的測定手法に関して全く述べられていない。
【0012】
更に、特表２００８－５１８２３２号公報（特許文献４）には、イオン交換式硬水軟化装置において、軟水タンク１２内の樹脂層１４中に２つの伝導度プローブ４７、４８を延在させる例が記載されている。特許文献４に記載された発明では、一般的にカチオン塔として認識される硬水軟化装置に対する導電率の測定方法が記載されている。
【0013】
しかしながら、特許文献４に記載されるようなカチオン塔に対して導電率計を挿入して測定した場合には、カチオン塔内の固相の導電率に比べて液相の導電率の変化が大きくなるため、結果として液相の導電率の変化を観察していることになり、固相の導電率を適切に評価できていない。そのため、再生剤量を低減しながら再生頻度をより精度よくイオン交換塔内の状態を把握するためには未だ検討の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【文献】特開平３－１８１３８４号公報
【文献】特開平９－１１７６７９号公報
【文献】特開２０１４－１８８４５６号公報
【文献】特表２００８－５１８２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
上記課題を鑑み、本発明は、イオン交換塔の内部状態をより精度良く把握することが可能な純水製造装置及び純水製造方法を提供する。
【0016】
更に、本発明は、イオン交換樹脂をより最適な再生頻度および再生剤量で処理でき、ランニングコストを低減して純水の水質低下を抑制可能な純水製造装置及び純水製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記目的を達成するために本発明者らが鋭意検討したところ、イオン交換樹脂を内部に充填したイオン交換塔内に液相と固相の導電率を測定可能な少なくとも２つの導電率測定計を配置することが有効であるとの知見を得た。
【0018】
以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、イオン交換樹脂を内部に充填したイオン交換塔を用いて純水を製造する純水製造装置において、イオン交換塔内のイオン交換樹脂と接触するように配置され、イオン交換塔内の固相導電率および液相導電率を測定可能な第１の導電率測定計と、第１の導電率測定計に近接するようにイオン交換塔内に配置され、イオン交換塔内の液相導電率を測定可能な第２の導電率測定計とを備える純水製造装置が提供される。
【0019】
本発明に係る純水製造装置は一実施態様において、第１の導電率測定計が、イオン交換塔内の液相及び固相の両方に接するように配置され、第２の導電率測定計が、液相にのみ接するようにイオン交換塔内に配置されている。
【0020】
本発明に係る純水製造装置は別の一実施態様において、第１の導電率測定計が測定した導電率の測定値から第２の導電率測定計の導電率の測定値を減算することにより、イオン交換樹脂の導電率を算出する。
【0021】
本発明に係る純水製造装置は更に別の一実施態様において、第１の導電率測定計及び第２の導電率測定計が、イオン交換塔の通水方向に対して同一の高さに設置されている。
【0022】
本発明に係る純水製造装置は更に別の一実施態様において、第１の導電率測定計及び第２の導電率測定計の測定値に基づいて、イオン交換塔内におけるイオン交換樹脂の状態をシミュレーションする解析手段を備える。
【0023】
本発明に係る純水製造装置は更に別の一実施態様において、純水製造装置が、カチオン塔、脱炭酸塔及びアニオン塔を備える２床３塔方式の純水製造装置を含み、第１の導電率測定計及び第２の導電率測定計が、カチオン塔の内部に配置される。
【0024】
本発明に係る純水製造装置は更に別の一実施態様において、アニオン塔内の固相導電率を測定する第３の導電率測定計が、アニオン塔内に充填されたアニオン交換樹脂と接触するように配置される。
【0025】
本発明は別の一側面において、イオン交換樹脂を内部に充填したイオン交換塔を用いて純水を製造する純水製造方法であって、イオン交換塔内のイオン交換樹脂と接触するように配置された第１の導電率測定計を用いてイオン交換塔内の固相導電率および液相導電率を測定することと、第１の導電率測定計に近接するようにイオン交換塔内に配置された第２の導電率測定計を用いてイオン交換塔内の液相導電率を測定することと、第１の導電率測定計の測定値から第２の導電率測定計の測定値を減算することにより、イオン交換塔内の固相導電率を解析することと、固相導電率の算出結果に基づいてイオン交換塔の運転条件を制御することと、を有する純水製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、イオン交換樹脂をより最適な再生頻度および再生剤量で処理でき、ランニングコストを低減して純水の水質低下を抑制可能な純水製造装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の実施の形態に係る純水製造装置の一例を示す概略図である。
【図2】図２（ａ）は、第１の導電率測定計が備える一対の電極によって検知可能な液相と固相の導電率を表す模式図であり、図２（ｂ）は第２の導電率測定計が備える一対の電極によって検知可能な液相の導電率を表す模式図である。
【図3】図３（ａ）は、第１の導電率測定計が備える一対の電極がイオン交換塔内に挿入された場合の具体例を示す断面図であり、図３（ｂ）はイオン交換塔の外側面からみた第１の導電率測定計の構成例を示す平面図である。
【図4】１対の電極の電極間距離とイオン交換樹脂の粒子との関係を表す概略図である。
【図5】本発明の実施の形態に係るイオン交換塔と電極の配置関係の別の例を表す説明図である。
【図6】本発明の実施の形態に係る純水装置のカチオン塔における液相導電率及び固相導電率の変化の例を示すグラフである。
【図7】従来からよく知られるソフナーに導電率測定計を配置した場合の液相導電率及び固相導電率の変化の例を示すグラフである。
【図8】解析手段の具体例を表すブロック図である。
【図9】導電率の測定値に基づくイオン交換樹脂の状態の解析方法の一例を表すフローチャートである。
【図10】解析結果の出力結果（画面）の一例を示す概略図である。
【図11】本発明の実施の形態に係る純水製造装置を２床３塔方式の純水装置に適用した場合の一例を表す概略図である。
【図12】本発明の実施の形態に係る純水製造装置を２床３塔方式の純水装置のアニオン塔に第３の導電率測定計を配置した例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。
【0029】
本発明の実施の形態に係る純水製造装置１は、図１に示すように、イオン交換樹脂３を内部に充填したイオン交換塔２を用いて純水を製造する純水製造装置１であり、イオン交換塔２内のイオン交換樹脂３と接触するように配置され、イオン交換樹脂３の導電率およびイオン交換塔２内の液相導電率を測定可能な第１の導電率測定計４ａと、第１の導電率測定計４ａに近接するようにイオン交換塔２内に配置され、イオン交換塔２内の液相導電率を測定可能な第２の導電率測定計４ｂとを備える。第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂによりイオン交換塔２内の液相及び固相の導電率が連続的に測定される。
【0030】
なお、本実施形態において「連続的に測定」とは、導電率を常時測定する場合の他、純水製造装置１の運転期間中において、一定期間毎（数時間毎、１月、１年毎）に定期的に導電率を測定する場合も含む。第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂによりイオン交換塔２内の液相及び固相の導電率が連続的に測定されることにより、イオン交換樹脂３の状態（樹脂性能）がリアルタイムに把握できる。その結果、イオン交換樹脂３の性能低下をより素早く判断できるため、イオン交換樹脂３の再生時期や交換時期を精度良く判断することができる。
【0031】
イオン交換塔２は、内部にイオン交換樹脂３を収容し、被処理水を塔内に通水してイオン交換樹脂３と接触させることにより、被処理水中の荷電性溶解不純物を除去することが可能な装置であれば、具体的構成は特に限定されない。イオン交換塔２としては、カチオン塔、アニオン塔などが利用可能である。イオン交換樹脂３としては、粒子状のカチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂、或いはこれら樹脂を混合した混床型イオン交換樹脂等が用いられる。
【0032】
図１に示すように、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂは、少なくとも一対の電極４１ａ、４１ｂ、電極４１ｃ、４１ｄをそれぞれ備えている。第１の導電率測定計４ａは、イオン交換塔２内の液相である被処理水及びイオン交換塔２内の固相であるイオン交換樹脂３の両方に接するように配置されている。第２の導電率測定計４ｂは、イオン交換塔２内の液相である被処理水にのみ接し、固相であるイオン交換樹脂３には接しないように配置されている。
【0033】
第２の導電率測定計４ｂが液相にのみ接する構成の具体的態様は特に制限されないが、例えば、図１に示すように、イオン交換塔２内に挿入された電極４１ｃ、４１ｄの周囲を覆うためのスクリーン５を配置することで、イオン交換樹脂３と電極４１ｃ、４１ｄとが接触しないようにすることができる。
【0034】
このように、第１の導電率測定計４ａがイオン交換塔２内の液相及び固相に接するように配置されることで、図２（ａ）の模式図に示すように、第１の導電率測定計４ａが、イオン交換塔２内の液相及び固相の導電率を測定することができる。第２の導電率測定計４ｂがイオン交換塔２内の液相にのみ接するように配置されることにより、図２（ｂ）の模式図に示すように、第２の導電率測定計４ｂが、イオン交換塔２内の液相の導電率を測定することができる。
【0035】
例えば、カチオン７０ｍｇ／Ｌ（ａｓ ＣａＣＯ3）を含む水道水を原水とし、イオン交換塔２としてカチオン塔を利用する場合、カチオン塔内の液相の導電率は一般的には５０～１００ｍＳ／ｍであり、固相であるカチオン交換樹脂の導電率は１０～３０ｍＳ／ｍである。第１の導電率測定計４ａが測定した導電率の測定値は、イオン交換塔２内の固相であるイオン交換樹脂の導電率と液相の導電率との合計値となり、第２の導電率測定計４ｂが測定した導電率の測定値は、液相の導電率となるため、第１の導電率測定計４ａが測定した導電率の測定値から第２の導電率測定計の導電率の測定値を減算することにより、イオン交換塔２内に充填されるイオン交換樹脂３の導電率を算出することができる。
【0036】
イオン交換塔２内の固相導電率（「樹脂導電率」ともいう）の計算は、純水製造装置１の操作者が必要に応じて算出してもよいし、図１の解析手段１０で自動的に算出するようにしてもよい。また、上述の算出方法に加えてイオン交換塔２内の液相と固相の充填率、体積比の影響などを考慮した計算式を組み合わせて、イオン交換塔２内のイオン交換樹脂３の導電率を計算してもよい。
【0037】
図１の例では、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂは、イオン交換塔２の外側面において互いに対向するように配置されているが、イオン交換塔２の外周方向に互いにより近接して配置させることが好ましい。第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂを互いに近接して配置することにより、それぞれの測定領域を互いに近接させることができる。その結果、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂが配置された測定領域の状態をより正確に把握することができる。
【0038】
第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂは、イオン交換塔２の通水方向（図１ではイオン交換塔２の上部から下部方向）に対して同一の高さに設置されることが好ましい。イオン交換塔２の内部のイオン交換樹脂３は、通水方向に対して被処理水の性状が変わるため、固相イオン濃度変化が生じ、イオン交換塔２の高さにより導電率が変わる場合がある。第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂをイオン交換塔２の通水方向に同一高さに配置することで、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂが配置された測定領域の状態をより正確に把握することができる。なお、本実施形態において「同一高さ」とは、完全に同一な高さだけを意味するものではなく、実質的に同一、即ち、導電率の測定において測定に影響を及ぼさない程度の高さの差が生じている態様をも包含するものとする。
【0039】
第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂには、イオン交換塔２の内部状態を解析するための解析手段１０が接続されている。解析手段１０は、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂの測定値に基づいて、イオン交換塔２内におけるイオン交換樹脂３の状態をシミュレーションする手段である。解析手段１０による解析結果に基づいて、解析手段１０に接続された制御手段１１が、イオン交換塔２へ供給される被処理水の通水量、薬品量及び前記イオン交換樹脂の再生頻度の少なくともいずれかを制御することができる。
【0040】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の導電率測定計４ａの断面図及びイオン交換塔２の外側面側からみた場合の平面図である。図３に示すように、第１の導電率測定計４ａの電極４１ａ、４１ｂは、イオン交換塔２の高さ方向（通水方向）と交差する方向に差し込まれている。
【0041】
なお、第２の導電率測定計４ｂは、電極４１ｃ、４１ｄの周囲にイオン交換樹脂３との接触を避けるためのスクリーンを備える以外は、第１の導電率測定計４ａの構成と実質的に同様の構成を採用することができるものであり、本実施形態では重複した説明を省略する。
【0042】
電極４１ａ、４１ｂは、ステンレス鋼等の耐食性を有する材料で形成されている。図３（ａ）に示すように、電極４１ａ、４１ｂの周囲は、支持材（スリーブ）４２で取り囲まれている。スリーブ４２は絶縁材料で形成されており、電極４１ａ、４１ｂの先端部がイオン交換樹脂３と接するように、所定の位置に電極４１ａ、４１ｂを支持するとともに、電極４１ａ、４１ｂ同士の接触を防いでいる。電極４１ａ、４１ｂの一端にはフランジ４３が接続されており、図３（ｂ）に示すように、複数のねじ４４によって、電極４１ａ、４１ｂが所定の位置に収容されるように固定されている。
【0043】
図４に模式図として示すように、イオン交換樹脂３を構成するイオン交換樹脂粒子３１の粒径は、一般的には５００μｍ程度が一般的であり、電極間に粒子３１が４粒以上存在すると、イオン交換樹脂３の導電率が安定して測定できる。そのため、イオン交換塔２内に挿入された電極４１ａ、４１ｂの電極間距離Ｄ（図３（ａ）参照）は、２ｍｍ以上とすることが好ましい。電極間距離Ｄは、あまり離れすぎても導電率が安定して測定できない場合もあることから１０ｍｍ以下、より好ましくは７ｍｍ以下、更に好ましくは５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【0044】
イオン交換樹脂３の導電率を精度良く測定するためには、イオン交換塔２の内側面から電極４１ａ、４１ｂの先端までの距離Ｈ（図３（ａ）参照）が３０ｍｍ以上であることが好ましい。距離Ｈの上限は特に限定されないが、イオン交換樹脂３を構成する樹脂が流動することにより、電極４１ａ、４１ｂに力学的負荷が加わり、破損する場合もあることから、距離Ｈは、５０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【0045】
イオン交換樹脂３の樹脂再生時には、イオン交換樹脂３が粒子状となって流動する場合が多い。そのため、形状によっては、電極４１ａ、４１ｂ付近の樹脂が滞留し、導電率が精度良く測定できない場合がある。電極４１ａ、４１ｂの形状を板状よりも円筒形（柱状）とすることにより、イオン交換樹脂の再生時においても電極４１ａ、４１ｂが粒子の動きを阻害することを抑制でき、より高精度に測定できる。以下に限定されるものではないが、イオン交換塔２内に挿入される電極の直径は５ｍｍ以上とすることが好ましく、具体的には１０ｍｍ程度とすることができる。
【0046】
カチオン交換樹脂の固相導電率は、一般的には、約０～３０ｍＳ／ｍである。そのため、イオン交換樹脂３の固相導電率を測定するための電極４１ａ、４１ｂとしては、セル乗数が１～１０ｍ-1となるように、電極４１ａ、４１ｂがイオン交換塔の内部に配置されていることが好ましい。なお、「セル乗数」とは、電極面積と電極間距離との比で表されるものであり、測定条件はＪＩＳ Ｋ０１３０「電気伝導率測定法通則」に準じて算出される。
【0047】
あるいは、図３（ａ）に示すようなイオン交換塔２の外側面から電極４１ａ、４１ｂを挿入する代わりに、図５に示すようなイオン交換塔２の内部に配置される内装管４５を電極４１ａ、４１ｂの支持材とすることもできる。内装管４５そのものを電極４１ａ、４１ｂとして利用することもできる。内装管４５を利用することにより、イオン交換樹脂３の中心部の樹脂と電極４１ａ、４１ｂとを接触させることができるため、より正確な導電率を測定することができる。
【0048】
第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂは、イオン交換塔の高さ方向に２箇所以上配置することが好ましい。例えば、イオン交換塔２の通水方向からみて上流、中流、及び下流領域それぞれに第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂがそれぞれ備える一対の電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄをそれぞれ配置して、イオン交換樹脂３の上流側、中流側、下流側の導電率を測定することが好ましい。イオン交換塔２の内部のイオン交換樹脂３は、通水方向に対して被処理水の性状が変わるため、イオン濃度の濃度勾配が生じ、イオン交換塔２の入口側と出口側で導電率が変わる場合があるが、１対の電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを複数箇所に配置して、イオン交換樹脂３の局所領域での導電率を複数箇所から測定することによって、イオン交換樹脂３の樹脂性能をより詳しく把握することができる。
【0049】
図１の例では塔上部に第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂが配置される例を示しているが、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂは、イオン交換塔２の入口と出口の中間よりも下流側に配置されることができる。具体的には、図１に示すように、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂの被処理水の通水方向において下流側に位置する一方の電極４１ｂ、４１ｄが、それぞれイオン交換塔２の入口２１（塔最上部）を０％、出口２２（塔最下部）を１００％とした場合に、３０％以上、更には５０％以上、更には６０％以上、更には７０％以上、下流側（塔下部）となる位置に、電極４１ｂ、４１ｄの先端が位置するように配置することが好ましい。これにより、イオン交換塔２内のイオン交換樹脂をより最適な再生頻度および再生剤量で処理でき、ランニングコストを低減して純水の水質低下を抑制することができる。
【0050】
イオン交換塔２内のイオン交換樹脂の導電率の測定は、ブレーク前検知という観点から、アニオン塔であってもカチオン塔であってもイオン交換塔２の出口近くに配置されることが好ましい。
【0051】
例えば２床３塔（２Ｂ３Ｔ）方式純水製造装置などでは、アニオン塔から最もリークしやすい物質はシリカやホウ素となるため、アニオン交換樹脂の導電率を連続的に測定することにより、シリカやホウ素の吸着状態を推定する指標となる。アニオン塔の場合は、被処理水の通水方向においてより下流側、即ち、イオン交換塔２の入口２１（塔最上部）を０％、出口２２（塔最下部）を１００％とした場合に７０％以上、下流側に配置することで、アニオン交換樹脂のシリカ、ホウ素の吸着状態をより精度良く把握することができるため、アニオン塔からシリカがリークする前に適切な対策を施すことが可能となり、その結果、純水の水質低下をより効果的に抑制することができる。
【0052】
一方、２床３塔（２Ｂ３Ｔ）方式純水製造装置のカチオン塔は、純水装置の入口側に配置されているため、アニオン塔よりも、Ｆｅ、Ｍｎ等を含む浮遊物（ＳＳ）等の汚染物の影響を受けやすく、また、被処理水に含まれる塩素などの混入による酸化物の存在などにより、カチオン交換樹脂が劣化しやすいという問題がある。更に、被処理水の水質や性状変動により、フミン質、有機性高分子、カチオン系洗剤、中性洗剤、アニオン交換樹脂からの溶出物、凝集助剤などの種々の不純物を含む被処理水が、純水装置の入口側に配置されたカチオン塔内に通液されることもあり、これら汚染物によってカチオン交換樹脂が汚染を受けるという問題もある。更に、アニオン交換樹脂に比べてカチオン交換樹脂の選択係数（Ｈ+に対する除去対象イオンＮａ+、Ｃａ2+等の選択係数）が低いため、吸着力が弱く、また、平衡反応が支配的なためアニオン塔に比べてカチオン塔のイオン交換バンドがブロードになりカチオンリークが生じやすいという問題がある。本発明の実施の形態に係る純水装置によれば、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂをカチオン塔に配置することで、これら不純物の付着によるカチオン交換樹脂の性能低下をより精度よく把握することができる。
【0053】
図６は本発明の実施の形態に係る純水装置のカチオン塔における液相導電率及び固相導電率及びカチオン塔を通過するナトリウムイオン及び水素イオンの固相イオン濃度の変化の例を示すグラフである。図６において、固相イオン濃度［－］＝（Ｎａ+又はＨ+）イオンの固相濃度［ｍＥｑ／Ｌ］／交換容量［ｍＥｑ／Ｌ］で算出される。
【0054】
カチオン塔は、液相が酸性溶液であるため、固相よりも液相中心の導電率が検出されることとなるが、図６に示すように、カチオン塔の入口側から出口側へいくほど、液相導電率の変化が大きくなる。即ち、カチオン塔においては、被処理水の通水方向において下流側に位置する一方の電極４１ｂ、４１ｄが、それぞれイオン交換塔２の入口２１（塔最上部）を０％、出口２２（塔最下部）を１００％とした場合に、５０％以上、更には６０％以上、更には７０％以上、下流側（塔下部）となる位置に、電極４１ｂ、４１ｄの先端が位置するように配置することが好ましい。
【0055】
参考のため、従来からよく知られるソフナーに導電率測定計を配置した場合の液相導電率及び固相導電率及びソフナー中のカルシウムイオン及びナトリウムイオンの固相イオン濃度の変化を図７に示す。図７において、固相イオン濃度［－］＝（Ｎａ+又はＣａ2+）イオンの固相濃度［ｍＥｑ／Ｌ］／交換容量［ｍＥｑ／Ｌ］で算出される。
【0056】
ソフナーは、ナトリウム型カチオン交換樹脂に原水を通し、原水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオンをナトリウムイオンに置き換える装置として従来から知られているが、反応による液相導電率の変化及び固相導電率の変化が小さく、精度の高い導電率測定及びイオン交換樹脂の内部状態の把握は図６のカチオン塔の場合と比べて効果が非常に小さい。一方、本発明の実施の形態に係る純水装置は、ソフナーに比べて液相導電率の変化が非常に大きいため、安価且つ簡易な第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂを用いて、カチオン交換塔内の液相及び固相の状態をより適切に予測することができ、カチオンリークによる純水の水質低下をより適切に防ぐことができる。
【0057】
なお、電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄによる導電率の検知精度を高めるために、イオン交換塔２の内面には、樹脂などの非導電性材料によるライニング層（図示省略）が配置されることが好ましい。或いは、イオン交換塔２自身が、非導電性材料で構成されていてもよい。
【0058】
電極４１ａ、４１ｂ間、電極４１ｃ、４１ｄ間には、それぞれ交流電圧が印加されることが好ましい。これにより、電極４１ａ、４１ｂ間、電極４１ｃ、４１ｄ間に直流電圧が印加される場合に比べて、電極４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの表面に分極が生じるのを防ぎ、長期間安定してイオン交換樹脂３の導電率を測定することができる。
【0059】
図１の解析手段１０は、導電率の測定値に基づいて、イオン交換樹脂３の状態をシミュレーションする。例えば、解析手段１０は、導電率の測定値を利用して、イオン交換塔２内のイオン交換平衡計算（液相－固相）、固相内イオン濃度拡散計算、液相内イオン濃度拡散計算、或いは、被処理水の負荷変動、再生頻度、再生剤量をパラメータとした任意の通水時間におけるイオン交換塔内の固相のイオン濃度の推算、ネルンストプランクの方程式に基づくイオンの濃度拡散計算等を行うことにより、イオン交換塔２内におけるイオン交換樹脂３を構成するイオン交換樹脂の樹脂性能（汚染物による汚染状態、樹脂再生不良状態、経年劣化など）をシミュレーションすることができる。
【0060】
具体的には、解析手段１０は、イオン交換樹脂の初期状態（固相イオン濃度）を計算した後、導電率の測定値と、物性定数、拡散係数などの各条件を用いて、予め入力された被処理水の負荷変動、イオン交換樹脂３の再生頻度、再生剤量をパラメータとして、ネルンストプランクの方程式及び物質収支に基づき逐次計算を行う。そして、任意の時間における計算結果と導電率測定結果に基づくイオン交換樹脂の状態（固相イオン濃度）とを比較し、計算を補正し、再計算を行い、測定結果と計算結果が近いことを確認し、設備の状態（固相及び液相イオン濃度の把握）や拡散係数の値から、樹脂の劣化度をシミュレーションすることができる。
【0061】
そのため、例えば、解析手段１０は、図８に示すように、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂから出力された導電率の測定値を解析処理するための処理部１００と、記憶装置１１０と、操作者からの入力を行うための入力装置１２０と、操作者に必要な情報を操作者に表示するための表示装置１３０を備える。
【0062】
処理部１００は、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂが測定した導電率の測定値を検出する導電率検出部１０１と、導電率検出部１０１による導電率の検出結果と記憶装置１１０に記憶された解析情報（イオン交換平衡計算情報（液相－固相）、固相内イオン濃度拡散計算情報、液相内イオン濃度拡散計算、被処理水の負荷変動、再生頻度、再生剤量をパラメータとし、任意の通水時間におけるイオン交換塔内の固相のイオン濃度の推算情報、ネルンストプランクの方程式に基づくイオンの濃度拡散情報など）とに基づいて、イオン交換塔２内に充填されたイオン交換樹脂３の状態をシミュレーションするシミュレーション部１０２と、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂが測定した導電率、或いはこの導電率からシミュレーションされたシミュレーション結果を、既存のシミュレーション結果と比較する比較部１０３と、比較部１０３による比較結果から、純水製造装置１の運転条件の変更が必要と判断された場合に、運転条件を変更するための補正情報を出力するための条件変更部１０４を備えることができる。
【0063】
制御手段１１は、比較部１０３による比較の結果、或いは操作者からの運転条件の変更要求に基づいて、純水製造装置１の運転条件を変更する制御信号、具体的には、イオン交換塔へ供給される被処理水の通水量、薬品量及び前記イオン交換樹脂の再生頻度の少なくともいずれかを制御するための制御信号を出力する。
【0064】
本発明の実施の形態に係る純水製造装置１によれば、解析手段１０により、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂが測定した固相及び液相の導電率及び液相の導電率の測定結果を用いて、イオン交換塔２内の固相、液相の状態をリアルタイムでシミュレーションすることができるため、イオン交換塔２内の内部状態及びイオン交換塔２内に充填されたイオン交換樹脂３の状態（樹脂性能）を精度良く把握することができる。
【0065】
さらに、連続的に測定されたイオン交換樹脂３の導電率の測定結果から、導電率の経時的な変化を捉え、比較部１０３がシミュレーション結果と常時比較することにより、必要に応じて運転条件の補正を行うことができるため、設備全体の状態を精度よく把握することができる。これにより、設備の状態が精度よく可視化されるため、信頼性が向上する。
【0066】
特に、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂをカチオン塔に導入する場合、液相に含まれる酸性物質（カチオン塔においてイオン交換される酸）の影響により固相導電率を正確に把握できない場合がある。本実施形態に係る純水製造装置によれば、安価でより精度良くカチオン塔内の液相及びカチオン交換樹脂（固相）の状態を把握できるため、カチオン交換樹脂の再生頻度や劣化の状況などを適切に判断することができる。
【0067】
なお、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂをアニオン塔にも設置することができる。これにより、アニオン塔におけるアニオン交換樹脂の固相導電率をより適切に把握することができる。
【0068】
更に、本実施形態によれば、解析手段１０により、あらゆる運転条件をシミュレーションに反映させることが可能となるため、運転条件に応じて、薬品量、通水量、再生頻度を自由に設定することができる。
【0069】
また、本実施形態に係る純水製造装置によれば、通水量、薬品量、再生頻度がパラメータ（変数）となるため、設備運用上の制約（生産スケジュール、操作者の出勤時間、薬品の納入日程）などの制約に応じて、より現場の運転管理条件に即した運転条件が設定可能となる。また、最適な運転条件をリアルタイムで反映させることにより、薬品の過剰供給や不必要な樹脂再生工程を削減することができるため、ランニングコストを低減させることが可能となる。
【0070】
図９のフローチャートを用いて本発明の実施の形態に係る純水製造方法について以下に説明する。なお、下記の方法は単なる例示であり、本実施形態に係る純水製造装置を用いて、以下に示す例の他にも種々の製造方法が存在することは勿論である。
【0071】
まず、入力装置１２０を介して必要な情報（初期条件、設備条件、運転条件など）が、記憶装置１１０に記憶される。初期条件としては、イオン交換塔２の初期の状態を規定するための固相イオン濃度（ＸOS）、液相イオン濃度（ＸOL）などが入力される。設備条件、運転条件としては、樹脂量Ｖ［ｍ3］、流量Ｑ［ｍ3／ｈ］、原水イオン負荷ＣＯ［ｅｑ／ｍ3］、再生条件（頻度［ｈ／ｃｙｃｌｅ］、薬液濃度［ｅｑ／ｍ3］）、物性定数（各拡散係数Ｄ［ｍ2／ｓｅｃ］、イオン価数など）などが入力される。
【0072】
次に、ステップＳ１において、イオン交換塔２内に配置された第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂを用いて導電率（電気伝導度）を測定する。図８の導電率検出部１０１は、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂが測定した導電率の測定値を検出する。
【0073】
ステップＳ２において、シミュレーション部１０２が、導電率検出部１０１が検知した導電率の測定値を用いて、イオン交換樹脂３の状態、例えば、イオン交換樹脂３の固相導電率、イオン交換塔２内の固相、液相のイオン濃度勾配を計算し、イオン交換樹脂３の使用状態をシミュレーションする。例えば、検出された導電率と、記憶装置１１０に記憶された解析情報とに基づいて、イオン交換平衡計算（液相－固相）、固相内イオン濃度拡散計算、液相内イオン濃度拡散の計算などを行うことができる。具体的には、例えば、イオン交換塔２を高さ方向に１００段程度に分割し、入口付近から順番に液相のイオン濃度を計算する。更には、ネルンストプランクの方程式及び拡散係数Ｄを解析情報として利用し、高さ方向に分割された各要素毎に、固相であるイオン交換樹脂３とその周囲にある液相内でのイオンの濃度拡散（イオンの拡散濃度）についてシミュレーションを行う。イオン交換樹脂のイオン濃度は、例えば、イオン交換樹脂を約２０分割し、各分割要素毎に微分計算することによりシミュレーションできる。シミュレーション結果は記憶装置１１０に記憶され、例えば、図９に示すような情報が、必要に応じて表示装置１３０に表示されることにより、操作者はイオン交換塔２内部の状態を容易に確認できる。
【0074】
ステップＳ３において、導電率検出部１０１が再び第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂが測定した導電率の測定値を検出する。ステップＳ４において、比較部１０３は、記憶装置１１０に記憶されたシミュレーション結果を読み出して、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂが測定した導電率（或いはこの導電率から得られたシミュレーション結果）と比較し、イオン交換塔２の運転条件の補正が必要か否かを判断する。純水製造装置１の運転条件の変更が必要と判断された場合には、ステップＳ５において、条件変更部１０４が、運転条件を変更するための補正情報を出力し、ステップＳ６に進む。純水製造装置１の運転条件の変更が必要ではない場合にはそのままステップＳ６へ進む。
【0075】
ステップＳ６において、条件変更部１０４により純水製造装置１の解析を終了させるか否かが判定され、終了する場合には、終了となる。解析終了しない場合には、再度ステップＳ２～Ｓ６を繰り返す。
【0076】
従来の純水製造装置では、イオン交換塔２の外部に計器を設置したとしてもイオン交換塔２の内部の状況までは詳しく把握することが難しかったため、処理水質が低下しないように、ある程度余裕をもって運転条件が設定されていた。
【0077】
本実施形態に係る純水製造方法によれば、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂの測定結果に基づいて、イオン交換樹脂３の固相導電率をより精度良く測定することができるため、導電率からイオン交換樹脂３のイオン濃度などを領域毎にシミュレーションすることにより、イオン交換塔２の内部状態を詳細に把握することができる。
【0078】
また、イオン交換塔２の内部状況は、一般的には、水の流れ等のモデル化を完全に行うことが難しいパラメータがあるが、本実施形態では、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂによる導電率の検出結果を、過去のシミュレーション結果や試験結果と照らし合わせて補正することで、より精度の高い計算結果が得られる。
【0079】
例えば図１０は、解析結果の出力結果が示されており、画面左側には純水製造装置を構成する各塔の固相及び液相の高さ方向のイオン濃度分布が示され、画面右側にはイオン交換樹脂の高さに垂直な断面のイオン濃度分布が示されている。操作者は、例えば図１０に示すような画面を通じて純水製造装置を構成する各塔の内部状況をリアルタイムで把握することができる。
【0080】
（変形例）
なお、上述のような複雑なシミュレーションを実施せず、解析手段１０が、導電率の経時的変化のみに着目して、イオン交換樹脂３の樹脂性能を推定するようにしてもよい。例えば、（１）イオン交換塔２に被処理水を通水しながら、所定の期間毎にイオン交換樹脂３の導電率を測定する場合に、導電率の低下が見られたところで、樹脂再生工程或いは樹脂の交換を実施する方法、（２）樹脂再生直後に導電率を測定し、その導電率の値を前回の樹脂再生直後の導電率と比較して、所定の値以上に導電率が低下する場合に樹脂再生不良とみなし、再度樹脂再生を行うか、樹脂の交換を促す方法、（３）導電率の測定結果の変化を経時的に記録し、長期間の使用に伴う導電率の低下具合により設備の劣化を評価する方法などがある。
なお、上述のような複雑なシミュレーションを実施せず、解析手段１０が、導電率の経時的変化のみに着目して、イオン交換樹脂３の樹脂性能を推定するようにしてもよい。例えば、（１）イオン交換塔２に被処理水を通水しながら、所定の期間毎にイオン交換樹脂３の導電率を測定する場合に、導電率の低下が見られたところで、樹脂再生工程或いは樹脂の交換を実施する方法、（２）樹脂再生直後に導電率を測定し、その導電率の値を前回の樹脂再生直後の導電率と比較して、所定の値以上に導電率が低下する場合に樹脂再生不良とみなし、再度樹脂再生を行うか、樹脂の交換を促す方法、（３）導電率の測定結果の変化を経時的に記録し、長期間の使用に伴う導電率の低下具合により設備の劣化を評価する方法などがある。
【0081】
即ち、イオン交換塔２内部における水の電気伝導媒体はイオンである場合が多く、イオンの濃度が高まるにつれて水の電気伝導度が高くなる。一方純水は蒸留水から超純水と呼ばれるグレードまで純度により幅があるが、純度が高くなるにしたがって、イオンの濃度が低くなり電気伝導度が低くなる。純水の純度が高まると、水が解離して生成されるＨ+とＯＨ-による電気伝導のみとなり、純水の理論導電率０．０５６μＳ／ｃｍ（０．００５６ｍＳ／ｍ）に近づく。
【0082】
有機高分子系イオン交換樹脂は、例えばスチレンジビニルベンゼン共重合体を骨格とし、カチオン交換樹脂はスルホン酸基、アニオン交換樹脂は４級アンモニウム基など官能基をもった構造となっており、スルホン酸や４級アンモニウム基には、対イオンとしてＨ+やＯＨ-を配した酸、アルカリ又は金属イオンや塩化物イオンなどを配した塩となっている。
【0083】
イオン交換樹脂３中のイオン濃度は、官能基の濃度により異なるが１モル／Ｌ～１０モル／Ｌといった比較的高濃度の固体酸、固体アルカリ又は塩となっている。このように、イオン交換樹脂３中ではイオン濃度が高く、運動性の高い高分子であることから、比較的イオンの運動性がよく、特に水分を含んだ状態においてはイオン交換樹脂３の導電性が高く、純水中では純水より数倍から数百倍導電率が高くなる。
【0084】
イオン交換樹脂３中ではイオンが電気伝導の媒体であるため、対イオンの運動性、拡散性によりイオン交換樹脂の導電率が大きく変わる。特にイオン種、イオンの大きさ、イオンの吸着状態によりイオン交換樹脂の導電性が大きくかわり、Ｈ+とＯＨ-はサイズ、質量から運動性が高く、イオン交換樹脂の対イオンがＨ+とＯＨ-の場合、イオン交換樹脂の導電率が高くなる。
【0085】
純水装置で用いるイオン交換樹脂は、酸やアルカリによる再生を行い、イオン交換除去した対イオンをＨ+やＯＨ-に戻し、採水工程において原水に含まれるイオンをイオン交換することで純水を製造している。つまり、再生直後のイオン交換樹脂は対イオンがＨ+やＯＨ-で満たされており、イオン交換樹脂の導電率は高く、採水を行い徐々に原水に含まれるイオンをイオン交換反応によりイオン交換樹脂中に取り込むと導電率が低くなる傾向がある。
【0086】
上述したようにシリカやホウ素は弱電解質であり、重合し大きな分子に成長する性質があるためシリカやホウ素を吸着したイオン交換樹脂は特に個体の導電率が低くなる。２床３塔（２Ｂ３Ｔ）方式純水装置などではアニオン塔から最もリークしやすい物質はシリカやホウ素となるため、アニオン交換樹脂の固相導電率はシリカやホウ素の吸着状態を推定する指標となる。例えば２Ｂ３Ｔ方式純水装置では、処理水が特に純水に近くイオン濃度が低いアニオン塔の出口に近い位置に電極を設置しアニオン交換樹脂の導電率を測定することで精度よくシリカやホウ素の吸着状態を把握し、アニオン交換樹脂の状態を把握することができる。
【0087】
アニオン交換樹脂も原水に含まれるアニオン性高分子電解質やフミン酸や有機物などにより汚染され性能が低下する場合がある。これらの汚染物質はある程度イオン化されている場合もあるが、分子量が大きく運動性が低いため、一度イオン交換によりイオン交換樹脂中に取り込まれると再生されにくい傾向がある。さらに汚染物質はその質量が大きいことから汚染されたイオン交換樹脂の固相導電率は低い傾向を示す。従ってイオン交換樹脂の導電率を測定することでイオン交換樹脂の劣化の程度を測定することが可能となり、イオン交換樹脂の交換時期を判断することができる。
【0088】
また、上述のようにカチオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂より耐久性が高いものの、純水装置においては、カチオン塔がプロセスの入口寄りに配置されることが多く、浮遊物質（ＳＳ）や酸化剤による劣化やカチオン性高分子による汚染により性能低下し、固相導電率が低下する。そのため、カチオン交換樹脂の導電率を測定することにより、カチオン交換樹脂の性能低下を精度よく測定することが可能となり、イオン交換樹脂の交換時期を適切に判断することができる。
【0089】
なお、上述の方法に加えて、定期的に樹脂塔の高さ方向に数カ所、樹脂及び液相をサンプリングし、樹脂の状態を直接測定し、液相のイオン濃度を直接測定することにより、その結果を、上記のシミュレーション結果に反映させることで、シミュレーションの精度をより高めることができる。
【0090】
（応用例）
上述のイオン交換塔２は、２Ｂ３Ｔ方式の多床塔の純水製造装置或いは混床式の純水製造装置などに好適に利用可能である。例えば、図１１に示すように、本実施形態に係る純水製造装置は、カチオン塔３０、脱炭酸塔４０及びアニオン塔５０により成る２床３塔方式の純水製造装置を含み、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂが、カチオン塔３０の内部に配置され、アニオン塔５０内には、アニオン塔５０内に充填されたアニオン交換樹脂と接触するように配置され、アニオン交換樹脂の固相導電率を測定する第３の導電率測定計４ｃを備えることを含む。
上述のイオン交換塔２は、２Ｂ３Ｔ方式の多床塔の純水製造装置或いは混床式の純水製造装置などに好適に利用可能である。例えば、図１１に示すように、本実施形態に係る純水製造装置は、カチオン塔３０、脱炭酸塔４０及びアニオン塔５０により成る２床３塔方式の純水製造装置を含み、第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂが、カチオン塔３０の内部に配置され、アニオン塔５０内には、アニオン塔５０内に充填されたアニオン交換樹脂と接触するように配置され、アニオン交換樹脂の固相導電率を測定する第３の導電率測定計４ｃを備えることを含む。
【0091】
第３の導電率測定計４ｃは第１の導電率測定計と同一の構成を有することができる。アニオン塔５０の場合は、第３の導電率測定計が、図１２に示すように、被処理水の通水方向に対してイオン交換塔２の入口２１（塔最上部）と出口２２（塔最下部）の中間（５０％）よりも下流側に配置されることが好ましい。より好ましくは、入口（０％）から出口（１００％）に向かって６０％以上、更には７０％以上、下流側となる位置で、電極の先端（導電率検出部分）がイオン交換樹脂３と接触するように配置され、アニオン塔５０の入口２１から出口２２に向かって６０％以上、更には７０％以上下流側となる位置でアニオン交換樹脂と接触するように配置され、アニオン交換樹脂の導電率を連続的に測定することによりアニオン交換樹脂のシリカの吸着状態を把握できるように第３の導電率測定計４ｃを配置することが好ましい。
【0092】
不純物の多い原水を処理するカチオン塔３０においては少なくとも２本の第１の導電率測定計４ａ及び第２の導電率測定計４ｂを用いて固相、液相の導電率をそれぞれ測定し、カチオン塔３０よりも被処理水の水質が高品質なアニオン塔５０内の導電率は、少なくとも１本の第３の導電率測定計を用いて固相導電率を測定することにより、少ない装置点数で、内部に収容されるイオン交換樹脂の状態の評価の精度を向上させることができる。第１～第３の導電率測定計４ａ、４ｂ、４ｃは、必要に応じて脱炭酸塔４０内に挿入されてもよいことは勿論である。また、原水の導電率を測定するための導電率計６１が更に配置されてもよいことは勿論である。
【0093】
或いは、図１３（ａ）及び１３（ｂ）に示すように、本実施形態に係る純水製造装置として、アニオン塔の下流側に更にポリッシャー７０を配置し、このポリッシャー７０の内部に第１及び第２の導電率測定計４ａ、４ｂが更に配置されていてもよい。ポリッシャー７０は、図１３（ａ）に示すような混床式のものでも、図１３（ｂ）に示すようなカチオンポリッシャー７１とアニオンポリッシャー７２とを別々に設ける形態のものでもいずれでも構わない。
【0094】
このように、本発明は上記の開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によって表されるものであり、実施段階においては、その要旨を逸脱しない範囲において変形し具体化し得るものである。
【実施例】
【0095】
以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。
【0096】
（実施例１）
向流再生方式の２床３塔方式の純水製造装置において、カチオン塔内に２本の導電率計を設置し、カチオン交換樹脂の導電率を測定した。カチオン交換樹脂としては、ダウ・ケミカル製 カチオン交換樹脂６５０Ｃ×３０００Ｌを使用した。アニオン交換樹脂としては、ダウ・ケミカル製 アニオン交換樹脂５５０Ａ×３０００Ｌ（再生後の樹脂層高２３００ｍｍ）を使用した。カチオン塔の直径は１２００ｍｍ、アニオン塔の直径は１３００ｍｍとした。原水として、井水処理水（電気導電率２３ｍＳ／ｍ、シリカ濃度６０ｍｇ／Ｌ ａｓ ＳｉＯ2）とし、処理水（純水）の水質は０．２ｍＳ／ｍ以下、シリカ濃度１００μｇ／Ｌ ａｓ ＳｉＯ2となるように、通水流量５０ｍ3／ｈで行った。
向流再生方式の２床３塔方式の純水製造装置において、カチオン塔内に２本の導電率計を設置し、カチオン交換樹脂の導電率を測定した。カチオン交換樹脂としては、ダウ・ケミカル製 カチオン交換樹脂６５０Ｃ×３０００Ｌを使用した。アニオン交換樹脂としては、ダウ・ケミカル製 アニオン交換樹脂５５０Ａ×３０００Ｌ（再生後の樹脂層高２３００ｍｍ）を使用した。カチオン塔の直径は１２００ｍｍ、アニオン塔の直径は１３００ｍｍとした。原水として、井水処理水（電気導電率２３ｍＳ／ｍ、シリカ濃度６０ｍｇ／Ｌ ａｓ ＳｉＯ2）とし、処理水（純水）の水質は０．２ｍＳ／ｍ以下、シリカ濃度１００μｇ／Ｌ ａｓ ＳｉＯ2となるように、通水流量５０ｍ3／ｈで行った。
【0097】
カチオン交換樹脂測定用の電極として、図１に示すように、２本の円筒状の直径１０ｍｍのステンレス製電極を有する第１及び第２の導電率測定計４ａ、４ｂを２本挿入し、第２の一方は樹脂との接触を避けるために電極の周囲にスクリーンを配置して、第１及び第２の導電率測定計４ａ、４ｂの電極間の抵抗を測定した。通水方向に対して２０００ｍｍの位置に電極の先端（測定端）がくるようにし、電極間距離Ｄを６ｍｍ、電極の挿入深さ（イオン交換塔２の内側面から電極４１ａ、４１ｂの先端までの距離Ｈ）を４０ｍｍとした。導電率の測定に当たっては、東亜ＤＫＫ(株)製変換器 ＷＢＭ－１００を使用し、通水時間３時間毎に導電率を測定した。結果を表１に示す。
【0098】
表１に示すように、２１時間通水するとカチオン塔の樹脂導電率が、表１のように変化した。１５時間運転したところで固相導電率の低下がみられたことから、イオン交換バンド（イオン交換が進み塩型となったイオン交換樹脂の層）が通水方向に移動していると判断し、導電率が低下したタイミングで再生を行うこととした。
【0099】
【表1】
【0100】
本方法により再生を行うことで、原水の負荷などが変動した場合でも好適な再生開始タイミングを検知することができ、変動を見越した再生を行う必要がなくなり、再生頻度を低減することが可能となり、従来の純水装置より再生薬剤使用量より約３０％少なく運転することができた。
【0101】
（実施例２）
実施例１と同様の純水製造装置を用いて、イオン交換樹脂の再生／通水／再生を繰り返す過程において、樹脂体の再生完了後、通水直後に導電率を測定した。結果を表２に示す。
実施例１と同様の純水製造装置を用いて、イオン交換樹脂の再生／通水／再生を繰り返す過程において、樹脂体の再生完了後、通水直後に導電率を測定した。結果を表２に示す。
【0102】
【表2】
【0103】
ＲＵＮ ＮＯ．４のみ、再生完了後通水直後の導電率が低く、再生が不良であったことが判明した。実施例２によれば、再生後通水直後の導電率を管理することで、再生の健全性を確認することができ、再生不良による水質の低下を未然に防ぐことが可能となり装置の安定運転が可能となった。
【0104】
（実施例３）
実施例１と同様の純水製造装置を用いて、６ヶ月毎に導電率の測定を行った。結果を表３に示す。
実施例１と同様の純水製造装置を用いて、６ヶ月毎に導電率の測定を行った。結果を表３に示す。
【0105】
【表3】
【0106】
樹脂の導電率が年単位で低下することが確認され、再生を行っても導電率が十分回復せず、樹脂の性能の経年劣化が確認された。３６カ月後に導電率の低下が確認されたため、再生薬剤量を増やし再生操作を行い、その後導電率が回復し樹脂性能がある程度回復したことを確認した。しかし、運転を続けると６０カ月後に導電率が初期の約半分となり、樹脂の性能が大幅に低下したことが確認されたため、樹脂の交換を行った。このように本実施形態によれば、樹脂の経年的な性能低下をリアルタイムに把握することができ、適正な樹脂の回生操作や樹脂の定期交換を行うことができ、従来の純水装置と比較しランニングコストを３０％～４０％低減することができた。
【符号の説明】
【0107】
１…純水製造装置
２…イオン交換塔
３…イオン交換樹脂
４ａ…第１の導電率測定計
４ｂ…第２の導電率測定計
４ｃ…第３の導電率測定計
５…スクリーン
１０…解析手段
１１…制御手段
２１…入口
２２…出口
３０…カチオン塔
３１…イオン交換樹脂粒子（粒子）
４０…脱炭酸塔
４１ａ～４１ｄ…電極
４２…スリーブ
４３…フランジ
４５…内装管
４７…伝導度プローブ
５０…アニオン塔
６１…導電率計
７０…ポリッシャー
７１…カチオンポリッシャー
７２…アニオンポリッシャー
１００…処理部
１０１…導電率検出部
１０２…シミュレーション部
１０３…比較部
１０４…条件変更部
１１０…記憶装置
１２０…入力装置
１３０…表示装置
２…イオン交換塔
３…イオン交換樹脂
４ａ…第１の導電率測定計
４ｂ…第２の導電率測定計
４ｃ…第３の導電率測定計
５…スクリーン
１０…解析手段
１１…制御手段
２１…入口
２２…出口
３０…カチオン塔
３１…イオン交換樹脂粒子（粒子）
４０…脱炭酸塔
４１ａ～４１ｄ…電極
４２…スリーブ
４３…フランジ
４５…内装管
４７…伝導度プローブ
５０…アニオン塔
６１…導電率計
７０…ポリッシャー
７１…カチオンポリッシャー
７２…アニオンポリッシャー
１００…処理部
１０１…導電率検出部
１０２…シミュレーション部
１０３…比較部
１０４…条件変更部
１１０…記憶装置
１２０…入力装置
１３０…表示装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】