【毎日一題】化学工学原理305：イオン交換器の順序（1月25日）

原水をまず強アルカリ陰イオン交換器に通すと、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化鉄などが樹脂表面に沈着し、洗い流すのが非常に困難になる；強酸陽イオン交換器の後に設置すると、陰イオン交換器に入る陽イオンはほぼHのみとなり、溶液は酸性を呈する。これにより逆イオンの影響が減少し、反応がより完全に進行する。したがって、陽イオン交換器は一般的に陰イオン交換器の前に設置される。

原水をまず強アルカリ陰イオン交換器に通すと、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化鉄などが樹脂表面に沈着し、洗い流すのが非常に困難になる；強酸陽イオン交換器の後に設置すると、陰イオン交換器に入る陽イオンはほとんどH+のみとなり、溶液は酸性を呈する。これにより逆イオンの影響が減少し、反応がより完全に進行する。したがって、陽イオン交換器は一般的に陰イオン交換器の前に設置される。

なぜ陽イオン交換器は陰イオン交換器の前に設置されるのでしょうか？ 答：1）陰イオン交換樹脂の劣化による再生時は、NaOHを用いて再生する。もし陰極床を前方に配置している場合、再生剤中のOH-イオンが陰イオン樹脂に吸着され、運転中に水中の陽イオンであるCa2+、Mg2+、Fe3+などと反応する。その結果、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)3、Ca(HSiO3)2などの沈殿物が生成し、陰イオン樹脂の表面に付着して樹脂を閉塞・汚染し、イオン交換の継続を妨げる。また、これらの沈殿物を除去することも困難である。 2) アニオン交換樹脂の交換容量はカチオン交換樹脂よりもはるかに低く、また有機物による汚染を受けやすいため、アニオン層をカチオン層の前に設置すると、有機汚染を受ける機会が増え、交換容量もさらに低下し、脱塩水処理に悪影響を及ぼします。 3) 脱塩水処理における最も難しい点の一つは、水中のシリケートイオンHSiO3-を除去することであり、これは強アルカリ陰イオン交換樹脂によって除去される。しかし、シリケートイオンHSiO3-はアルカリ性の水では塩形のNaHSiO3として存在し、一方HSiO3-は酸性の水ではシリカ酸（H2SiO3）の形で存在する。強アルカリ陰イオン交換樹脂のシリカ酸に対する交換能力は、ケイ酸塩に対するものよりもはるかに高い。つまり、酸性の水中で交換を行うのが最適であり、陽イオン交換塔から出てくる水はちょうど酸性の水であるため、陰床を陽床の後ろに設置することは、水中のシリケートイオンを除去する上で非常に有効である。 4) 离子交換樹脂の交換反応には可逆現象が存在する。これは反イオン作用なので、強い交換ポテンシャルが必要であり、そうでなければイオン交換はスムーズに進まない。交換容量の大きい強酸陽イオン樹脂を第1段に置き、交換されたH+はすぐに水中の陰イオンと反応して無機酸を生成し、さらに陰イオン樹脂によって交換されたOH-と反応することでH+とOH-が水を生成し、対イオンの影響を排除する。これは陰イオン交換反応に非常に有利である。 5）カチオン交換器の酸性排水は水中のアルカリ度（HCO3-）を中和し、生成されたH2CO3は脱炭装置によって除去することができる。したがって、陽イオン交換器は前方で陰イオン交換器の負荷を軽減することができる。

なぜ陽イオン交換器は陰イオン交換器の前に設置されるのでしょうか？ 答：1）陰イオン交換樹脂の劣化による再生時は、NaOHを用いて再生する。もし陰極床を前方に配置している場合、再生剤中のOH-イオンが陰イオン樹脂に吸着され、運転中に水中の陽イオンであるCa2+、Mg2+、Fe3+などと反応する。その結果、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)3、Ca(HSiO3)2などの沈殿物が生成し、陰イオン樹脂の表面に付着して樹脂を閉塞・汚染し、イオン交換の継続を妨げる。また、これらの沈殿物を除去することも困難である。 2) アニオン交換樹脂の交換容量はカチオン交換樹脂よりもはるかに低く、また有機物による汚染を受けやすいため、アニオン層をカチオン層の前に設置すると、有機汚染を受ける機会が増え、交換容量もさらに低下し、脱塩水処理に悪影響を及ぼします。 3) 脱塩水処理における最も難しい点の一つは、水中のシリケートイオンHSiO3-を除去することであり、これは強アルカリ陰イオン交換樹脂によって除去される。しかし、シリケートイオンHSiO3-はアルカリ性の水では塩形のNaHSiO3として存在し、一方HSiO3-は酸性の水ではシリカ酸（H2SiO3）の形で存在する。強アルカリ陰イオン交換樹脂のシリカ酸に対する交換能力は、ケイ酸塩に対するものよりもはるかに高い。つまり、酸性の水中で交換を行うのが最適であり、陽イオン交換塔から出てくる水はちょうど酸性の水であるため、陰床を陽床の後ろに設置することは、水中のシリケートイオンを除去する上で非常に有効である。 4) 离子交換樹脂の交換反応には可逆現象が存在する。これは反イオン作用なので、強い交換ポテンシャルが必要であり、そうでなければイオン交換はスムーズに進まない。交換容量の大きい強酸陽イオン樹脂を第1段に置き、交換されたH+はすぐに水中の陰イオンと反応して無機酸を生成し、さらに陰イオン樹脂によって交換されたOH-と反応することでH+とOH-が水を生成し、対イオンの影響を排除する。これは陰イオン交換反応に非常に有利である。 5）カチオン交換器の酸性排水は水中のアルカリ度（HCO3-）を中和し、生成されたH2CO3は脱炭装置によって除去することができる。したがって、陽イオン交換器は前方で陰イオン交換器の負荷を軽減することができる。

原水をまず強アルカリ陰イオン交換器に通すと、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化鉄などが樹脂表面に沈着し、洗い流すのが非常に困難になる；強酸陽イオン交換器の後に設置すると、陰イオン交換器に入る陽イオンはほとんどH+のみとなり、溶液は酸性を呈する。これにより逆イオンの影響が減少し、反応がより完全に進行する。したがって、陽イオン交換器は一般的に陰イオン交換器の前に設置される。

原水をまず強アルカリ陰イオン交換樹脂で処理すると、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化鉄などが樹脂表面に沈着し、洗い流すのが非常に困難になる；強酸陽イオン交換器の後に設置すれば、陰イオン交換器に入る陽イオンはほぼH+のみとなり、溶液は酸性となる。これにより逆イオンの影響が減少し、反応がより完全に進行する。ですから、カチオン交換器は一般的にアニオン交換器の前に設置されます。

アニオン交換器が先にある場合、水中の陽イオン（Ca2+、Mg2+など）はOH-イオンと結合して沈殿物を生成し、装置を詰まらせます。

1) アニオン交換樹脂の劣化による再生時はNaOHを用いて行われるが、アニオン層を前方に配置した場合、再生剤中のOH-イオンが再生時にアニオン樹脂に吸着され、運転中に水中の陽イオンであるCa2+、Mg2+、Fe3+などと反応する。その結果、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Fe(OH)3、Ca(HSiO3)2などの沈殿物が生成し、アニオン樹脂の表面に付着して樹脂を塞ぎ汚染し、イオン交換の継続を妨げる。また、これらの沈殿物を除去することも困難である。 2) アニオン交換樹脂の交換容量はカチオン交換樹脂よりもはるかに低く、また有機物による汚染を受けやすいため、アニオン層をカチオン層の前に設置すると、有機汚染を受ける機会が増え、交換容量もさらに低下してしまい、脱塩水処理にとって不利となる。 3) 脱塩水処理における最も難しい点の一つは、水中のシリケートイオンHSiO3-を除去することであり、これは強アルカリ陰イオン交換樹脂によって除去される。しかし、シリケートイオンHSiO3-はアルカリ性の水では塩形のNaHSiO3として存在し、一方HSiO3-は酸性の水ではシリカ酸（H2SiO3）の形で存在する。強アルカリ陰イオン交換樹脂のシリカ酸に対する交換能力は、シリケートに対するものよりもはるかに高い。つまり、酸性の水の中で交換を行うのが最適であり、陽イオン交換塔から出てくる水はちょうど酸性を呈している。したがって、陰床を陽床の後ろに設置することは、水中のシリケートイオンを除去する上で非常に有効である。 4) 离子交換樹脂の交換反応には可逆現象が存在する。これは反イオン作用なので、強い交換ポテンシャルが必要であり、そうでなければイオン交換はスムーズに進まない。交換容量の大きい強酸陽イオン樹脂を第1段に配置し、交換されたH+はすぐに水中の陰イオンと反応して無機酸を生成する。その後、陰イオン樹脂によって交換されたOH-と反応し、H+とOH-が水を生成することで逆イオンの影響がなくなり、陰イオン交換反応に非常に有利となる。 5）カチオン交換器の酸性排水は水中のアルカリ度（HCO3-）を中和し、生成されたH2CO3は脱炭装置によって除去することができる。したがって、陽イオン交換器は前方で陰イオン交換器の負荷を軽減することができる。

原水をまず強アルカリ陰イオン交換器に通すと、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化鉄などが樹脂表面に沈着し、洗い流すのが非常に困難になる；もし強酸陽イオン交換器の後に設置すれば、陰イオン交換器に入る陽イオンはほとんどHのみとなり、溶液は酸性を呈する。これにより逆イオンの影響が減少し、反応がより完全に進行する。したがって、陽イオン交換器は一般的に陰イオン交換器の前に設置される

原水をまず強アルカリ陰イオン交換器に通すと、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化鉄などが樹脂表面に沈着し、洗い流すのが非常に困難になる；強酸陽イオン交換器の後に設置すると、陰イオン交換器に入る陽イオンはほとんどH+のみとなり、溶液は酸性を呈する。これにより逆イオンの影響が減少し、反応がより完全に進行する。したがって、陽イオン交換器は一般的に陰イオン交換器の前に設置される。