CN100391859C - 离子交换水生成装置及其离子交换树脂的再生方法 - Google Patents

Abstract

一种离子交换水生成装置，包括阳极(1)和阴极(2)，在阳极(1)和阴极(2)之间，从阳极(1)侧依序包括：阳极室(8)、阴离子交换树脂室(10)、双极膜(3)、阳离子交换树脂室(11)以及阴极室(9)；在阴离子交换树脂室(10)内填充有阴离子交换树脂(6)，在阳离子交换树脂室(11)内填充有阳离子交换树脂(7)，双极膜(3)包括阴离子交换膜(3a)和阳离子交换膜(3b)，阴离子交换膜(3a)配置在阳极(1)侧，阳离子交换膜(3b)配置在阴极(2)侧。由此，能够在离子交换树脂的再生上不使用大量的药剂或盐，且能降低用于再生的水的使用量，能大幅度降低离子交换树脂的再生所需的成本。

Description

离子交换水生成装置及其离子交换树脂的再生方法

技术领域

本发明涉及一种具备离子交换树脂的再生装置的离子交换水生成装置及其离子交换树脂的再生方法，更详细地说，涉及一种离子交换水生成装置及其离子交换树脂的再生方法，其中该离子交换水生成装置具备采用通过借由双极膜进行水或盐水的电解生成的H⁺离子或OH^-离子来再生离子交换树脂的装置。

背景技术

很多方案提出在纯水生成装置或软水生成装置上使用离子交换树脂。例如，在软水生成装置上使用阳离子交换树脂，通过阳离子交换树脂将原水中含有的硬度成分Ca²⁺离子或Mg²⁺离子置换(离子交换)成Na⁺离子或H⁺离子等，从而制成软水。

可是，当阳离子交换树脂的交换基团Na⁺离子或H⁺离子等全部被Ca²⁺离子或Mg²⁺离子置换掉时，由于不可能再进行更多的离子交换，所以为了恢复该离子交换能，离子交换树脂的再生是必要的。也就是说，在使用离子交换树脂的这种纯水生成装置或软水生成装置中，需要交互进行原水中的离子交换和用于恢复离子交换树脂的离子交换能的再生。

为了进行用于恢复该离子交换树脂的离子交换能的再生，使用酸、碱等试剂或盐等，但进行再生时这些试剂或盐需要量大，其成本和繁杂成为问题。

因此，作为不使用试剂或盐的离子交换树脂的再生方法，提出了用电解生成的酸性水再生阳离子交换树脂的方法(参照下述专利文献1)。

但是，由于通常的电解生成的酸性水的H⁺离子浓度低，因此虽然不使用盐，但存在的问题是需要多量的水。

另外，还提出了一种软化水装置(参照下述专利文献2)，其具备：通过由电极表面的水的电解生成的H⁺离子和OH^-离子来同时再生阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的装置。

可是，在该电极表面的水的电解中，如下式所示，由于伴随H₂气和O₂气的产生，所以不能有效地生成H⁺离子及OH^-离子。

2H₂O→2H₂+O₂

另外，在专利文献2中记载了在电极表面富集阴离子和阳离子进行制造酸性的电解水和碱性的电解水的方法，但如果用该方法会产生以下问题：在阳极因氯气的产生引起酸的生成效率降低，在阴极因钙鳞(カルシウムスケ一ル)的生成而引起电极电阻的增加。

专利文献1：特开平7-68256号公报

专利文献2：特开平2001-340863号公报

发明内容

本发明提供一种离子交换水生成装置及其离子交换树脂的再生方法，解决了上述以往的纯水生成装置或软水生成装置等的离子交换水生成装置的离子交换树脂的再生的问题，在离子交换树脂的再生上不使用试剂或盐，且减少用于再生的水的使用量，能够大幅度降低离子交换树脂的再生所需的成本。

本发明的离子交换水生成装置，其特征在于，其包括阳极和阴极，在上述阳极和上述阴极之间，从上述阳极侧依序包括：阳极室、阴离子交换树脂室、双极膜、阳离子交换树脂室以及阴极室；其中，在上述阴离子交换树脂室内填充有阴离子交换树脂，在上述阳离子交换树脂室内填充有阳离子交换树脂，上述双极膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，上述阴离子交换膜配置在上述阳极侧，上述阳离子交换膜配置在上述阴极侧。

另外，本发明的离子交换水生成装置，其特征在于，包括阳极和阴极，在上述阳极和上述阴极之间，从上述阳极侧依序包括：阳极室、双极膜、阳离子交换树脂室以及阴极室；其中，在上述阳离子交换树脂室内填充有阳离子交换树脂，上述双极膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，上述阴离子交换膜配置在上述阳极侧，上述阳离子交换膜配置在上述阴极侧。

再者，本发明的离子交换水生成装置的离子交换树脂的再生方法，其特征在于，该离子交换水生成装置包括阳极和阴极，在上述阳极和上述阴极之间，从上述阳极侧依序包括：阳极室、阴离子交换树脂室、双极膜、阳离子交换树脂室以及阴极室，在上述阴离子交换树脂室内填充有阴离子交换树脂，在上述阳离子交换树脂室内填充有阳离子交换树脂，上述双极膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，上述阴离子交换膜配置在上述阳极侧，上述阳离子交换膜配置在上述阴极侧；该离子交换水生成装置的离子交换树脂的再生方法包括：生成工序，通过在上述阳极和上述阴极之间施加电压，借由上述双极膜将水或盐水进行电解而生成H⁺离子或OH^-离子；再生工序，将上述H⁺离子或上述OH^-离子和保持在上述阳离子交换树脂或上述阴离子交换树脂中的离子进行离子交换；以及排出工序，借助在上述阳极和上述阴极之间施加的电压，使通过上述再生工序从上述阳离子交换树脂或上述阴离子交换树脂中分离出的离子从上述阳离子交换树脂室或上述阴离子交换树脂室移动到上述阴极室或上述阳极室。

另外，本发明的离子交换水生成装置的离子交换树脂的再生方法，其特征在于该离子交换水生成装置包括阳极和阴极，在上述阳极和上述阴极之间，从上述阳极侧依序包括：阳极室、双极膜、阳离子交换树脂室以及阴极室，在上述阳离子交换树脂室内填充有阳离子交换树脂，上述双极膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，上述阴离子交换膜配置在上述阳极侧，上述阳离子交换膜配置在上述阴极侧；该离子交换水生成装置的离子交换树脂的再生方法包括：生成工序，通过在上述阳极和上述阴极之间施加电压，借由上述双极膜将水或盐水进行电解而生成H⁺离子；再生工序，将上述H⁺离子和保持在上述阳离子交换树脂中的离子进行离子交换；以及排出工序，借助在上述阳极和上述阴极之间施加的电压，使通过上述再生工序从上述阳离子交换树脂中分离出的离子从上述阳离子交换树脂室移动到上述阴极室。

根据本发明的离子交换水生成装置及其离子交换树脂的再生方法，能够在离子交换树脂的再生上不使用大量的试剂或盐，且能够减少用于再生的水的使用量，能够大幅度降低离子交换树脂的再生所需的成本。

即：本发明的离子交换水生成装置及其离子交换树脂的再生方法，由于能够借由双极膜进行的水的电解生成H⁺离子和OH^-离子，通过这些离子再生离子交换树脂，所以在离子交换树脂的再生中不必使用大量的试剂和盐。

另外，借由双极膜进行的水的电解，如下式所示，能够不伴随气体的产生而生成H⁺离子和OH^-离子，没有像以往在电极表面进行水的电解时伴随气体的产生而消耗H⁺离子和OH^-离子，所以即使不大量使用水也能够产生用于有效再生的离子。

H₂O→H⁺+OH^-

另外，以往提出的在电极表面进行水的电解，通常如下式所示，会有伴随气体产生的反应。

2H₂O→2H₂+O₂

因此，除了如上所述消耗生成的H⁺离子和OH^-离子以外，还有同时产生大量的有爆炸性的氢气和促进燃烧的氧气的问题。

另外，本发明的离子交换水生成装置及其离子交换树脂的再生方法，通过再生将离子交换后的Ca²⁺离子或Mg²⁺离子等的阳离子和Cl^-离子或NO₃ ^-离子等的阴离子借助电位分别吸引到阴极侧或阳极侧的电极室而排出。

因此，如果使用本发明的离子交换水生成装置及其离子交换树脂的再生方法，则由于在离子交换树脂的再生上不用使用大量的试剂或盐，所以能够减少用于再生的成本和简化繁杂，且能够减少水的使用量，另外，离子交换后的离子的排出也能够容易进行，因而能够大幅度降低离子交换树脂的再生所需的成本。

附图说明

[图1]图1是本发明的离子交换水生成装置的一例的截面示意图。

[图2]图2是本发明的离子交换水生成装置的另一例的截面示意图。

[图3]图3是本发明的离子交换水生成装置的另一例的截面示意图。

[图4]图4是本发明的离子交换水生成装置的另一例的截面示意图。

具体实施方式

以下，采用附图来说明本发明的离子交换水生成装置及其离子交换树脂的再生方法的实施方式。

<第1实施方式>

图1是本发明的离子交换水生成装置的一例的截面示意图。如图1所示的离子交换水生成装置上其具备由用于进行电解的阳极1与阴极2组成的一对电极和通过贴合了阴离子交换膜3a和阳离子3b的双极膜3隔开的阴离子交换树脂室10与阳离子交换树脂室11；在阴离子交换树脂室10中填充有阴离子交换树脂6，该阴离子交换树脂室10配置在阳极1侧；在阳离子交换树脂室11中填充有阳离子交换树脂7，该阳离子交换树脂室11配置在阳极2侧。上述双极膜3中，阴离子交换膜3a配置在阳极1侧，阳离子交换膜3b配置在阴极2侧。

另外，在阴离子交换树脂室10的外侧设置有由隔膜4隔开的阳极室8，阳极室8的另外一面由阳极1隔开。即：阳极室8由隔膜4和阳极1隔开的。另外，在阳离子交换树脂室11的外侧设置有由隔膜5隔开的阴极室9，该阴极室9的另外一面由阴极2隔开。即：阴极室9由隔膜5和阴极2隔开。另外，虽然图未示，但阳极室8的上端或下端和阴极室9的上端或下端优选由可通水的水路连接，另外，阴离子交换树脂室10的上端或下端和阳离子交换树脂室11的上端或下端优选由可通水的水路连接。

另外，在本实施方式中，例如，如上所述，在阴离子交换树脂室10的外侧设置有由隔膜4隔开的阳极室8，阳极室8的另外一面由阳极1隔开，阳极室8由隔膜4和阳极1隔开；在阳离子交换树脂室11的外侧设置有由隔膜5隔开的阴极室9，该阴极室9的另外一面由阴极2隔开。虽然阴极室9由隔膜5和阴极2隔开，但只要阳极1、隔膜4、隔膜5、阴极2等能够各自发挥其功能地配置即可，不要求整个阳极室8都由隔膜4和阳极1隔开，也可以由它们和其他的部件隔开，另外，不要求整个阴极室9由隔膜5和阴极2隔开，也可以由它们和其他的部件隔开。

作为上述隔膜4、5，适宜的是如无纺布的开有微细的孔的能透过离子和水二者的膜，或仅能透过离子的离子交换膜，但如果使用如无纺布等的透过阳离子、阴离子二者的膜，则通过电位，阳离子被浓缩在阴离子交换树脂室内，阴离子被浓缩在阳离子交换树脂室内，因而能够提高离子交换树脂的再生效率。另外，在图1中，示出了隔膜4、5是由单一的材料构成的方案，但隔膜4、5只要含有可通过离子的部分或可通过离子和水的部分即可，也可以是具备由无纺布或离子交换膜构成的部分和由树脂膜等其他的材料构成的部分的复合体。

根据图1所示的装置，例如在处理管道水等的水得到离子交换水时，在阴离子交换树脂室10及阳离子交换树脂室11通水，或在阴离子交换树脂室10或阳离子交换树脂室11任意一个中通水进行离子交换。例如，当仅在阳离子交换树脂室11通水进行水处理时，得到作为离子交换水的软水。另一方面，当在阴离子交换树脂室10和阳离子交换树脂室11二者中都通水进行水处理时，得到作为离子交换水的纯水或软水。当在阴离子交换树脂室10和阳离子交换树脂室11二者中都通水时，通水的顺序既可以是阴离子交换树脂室10在先，也可以是阳离子交换树脂室11在先。

在进行离子交换树脂的再生时，由于通过双极膜3进行的水的电解要消耗若干量的水，所以最好是在阴离子交换树脂室10和阳离子交换树脂室11中充满水。另外，这时通过在阴离子交换树脂室10和阳离子交换树脂室11中充满盐水，有能够从再生初期提高生成的OH^-离子的浓度及H⁺离子的浓度的优点，但由于成本和劳作的关系，因此也不必充满盐水。另外，即便不在阴离子交换树脂室10和阳离子交换树脂室11中充满水，只要阴离子交换树脂6、阳离子交换树脂7和双极膜3分别处于被水湿润的状态，也能进行水的电解。

由于本实施方式的离子交换水生成装置以如上所述方式构成，所以能够在阳极室8中使管道水等的水通过，使通过了该阳极室8的水一面继续通过阴极室9，一面通过在阳极1和阴极2之间施加电压，在双极膜3将水或盐水进行电解，由生成的H⁺离子或OH^-离子再生离子交换树脂，通过电压的作用将通过再生进行了离子交换的离子向由隔膜4隔开的阳极室8或由隔膜5隔开的阴极室9排出。另外，也可将阳极室8或阴极室9总称为“电极室”。

详细说明这点，其是将通过借由双极膜3进行的水或盐水的电解生成的H⁺离子供给阳离子交换树脂室11，与填充在该室中的阳离子交换树脂7中保持的Ca²⁺离子或Mg²⁺离子进行离子交换，再生阳离子交换树脂7，通过该再生从阳离子交换树脂7中分离出的Ca²⁺离子或Mg²⁺离子等的阳离子通过电位被吸引移动到阴极2侧，从阳离子交换树脂室11排出到阴极室9。另外，通过借由双极膜3进行的水或盐水的电解生成的OH^-离子供给阴离子交换树脂室10，与填充在该室中的阴离子交换树脂6中保持的Cl^-离子或NO₃ ^-离子进行离子交换，再生阴离子交换树脂6，通过该再生从阴离子交换树脂6中分离出的Cl^-离子或NO₃ ^-离子等的阴离子通过电位被吸引移动到阳极1侧，从阴离子交换树脂室10排出到阳极室8。

进而，当将含有Ca²⁺离子等的阳离子或Cl^-离子等的阴离子的管道水等的水供给阳极室8时，由于因电位使得水中的Ca²⁺离子等的阳离子从阳极被排斥移动到阴离子交换树脂室10内，因此阴离子交换树脂室10内的Ca²⁺离子等的阳离子浓度增大。尤其是双极膜3的表面附近的阳离子浓度增大。即：Ca²⁺离子等的阳离子被浓缩。另外，当将通过了阳极室8的Ca²⁺离子等的阳离子浓度降低了的水供给阴极室9时，由于因电位使得水中的Cl^-离子等的阴离子从阴极2被排斥移动到阳离子交换树脂11内，因此阳离子交换树脂11内的Cl^-离子等的阴离子浓度增大。尤其是双极膜3表面附近的阴离子浓度增大。即：Cl^-离子等的阴离子被浓缩。

这样，在阴离子交换树脂室10内，特别是在双极膜3的表面附近阳离子浓缩，在阳离子交换树脂室11内，特别是在双极膜3的表面附近阴离子浓缩，因电平衡关系，在双极膜3上由电解生成的H⁺离子的量及OH^-离子的量显著增大，这些离子大量地供给阳离子交换树脂室11及阴离子交换树脂室10。因此，在本实施方式的离子交换水生成装置上，能够以极其高的效率再生阴离子交换树脂及阳离子交换树脂。以下将该效果称为“离子浓缩效果”。

另外，例如，在上述专利文献2中，作为配置在阳离子交换树脂和阴离子交换树脂之间的隔膜，还公开了使用了双极膜的离子交换树脂的再生方法以及可进行离子交换树脂的再生的浴盆水循环式软化水装置。可是，专利文献2中记载的装置是通过由阳极及阴极生成的H⁺离子及OH^-离子进行离子交换树脂的再生，在该装置的结构上不是利用通过借由双极膜进行的电解产生的H⁺离子及OH^-离子。另外，专利文献2中记载的装置是采用在阳极侧配置阳离子交换树脂、在阴极侧配置阴离子交换树脂的结构，因此不是能够确保本实施方式的离子交换水生成装置的上述离子浓缩效果的结构。假设在阳极表面将Cl^-离子等的阴离子浓缩了时，会由于电子的授受产生氯等导致H⁺离子的生成效率降低。另外，在阴极表面浓缩了Ca²⁺离子等的阳离子时，会由于电子的授受生成钙鳞等导致电解的效率恶化。与此相反，如本实施方式借由双极膜进行电解时，由于不发生电子授受，所以不会发生这样的问题，也不会有在双极膜表面产生氢气或氧气的问题。在这些方面，本实施方式的离子交换水生成装置与以往的装置大不相同。

另外，在图1的装置上，在处理水得到离子交换水时，通过在阳极1和阴极2之间施加电压，将水供给阳极室8及阴极室9，能够同时进行离子交换水的生成和离子交换树脂的再生。

<第2实施方式>

图2是本发明的离子交换水生成装置的另外一例的截面示意图。在图2中，对与上述图1作用共同的部件给予共同的符号，避免重复说明。图2所示的离子交换水生成装置具备：由用于进行电解的阳极1及阴极2组成的一对电极；贴合了阴离子交换膜3a和阳离子交换膜3b的双极膜3；在由隔膜隔开的空间填充有阳离子交换树脂7的阳离子交换树脂室11；在由隔膜隔开的空间填充有阴离子交换树脂6的阴离子交换树脂室10；以及阳极室8和阴极室9。

阳极室8配置在阴离子交换树脂室10的外侧，由阳极1和阴离子交换树脂室10的隔膜4隔开；阴极室9配置在阳离子交换树脂室11的外侧，由阴极2和阳离子交换树脂室11的隔膜5隔开。另外，双极膜3在阴离子交换树脂室10和阳离子交换树脂室11之间，与形成阴离子交换树脂室10及阳离子交换树脂室11的隔膜12、13隔开距离，且将阴离子交换膜3a侧配置在阳极侧，将阳离子交换膜3b侧配置在阴极2侧。另外，还具备水路16，将由双极膜3和阴离子交换树脂室10的隔膜12隔开的区域14与由双极膜3和阳离子交换树脂室11的隔膜13隔开的区域15连接起来。此外，在图2的装置上，阳极室8和阴极室9由可通水的水路17连接起来。

作为上述隔膜4、5、12、13，能够使用在第1实施方式中说明的如无纺布的开有微细的孔的透过离子和水两者的膜。

在图2的装置上，在进行水处理得到离子交换水时，在阳极1和阴极2之间不施加电压，将例如管道水等的水供给阳极室8。被供给的水通过隔膜4在阴离子交换树脂室10内进行阴离子交换，通过隔膜12进入区域14，经过水路16进入区域15。进入了区域15的水通过隔膜13在阳离子交换树脂室11内进行阳离子交换，成为纯水或软水，通过隔膜5进入阴极室9，从该阴极室9被取出。另外，在进行水处理时，也可以从阴极室9供给要处理的水，从阳极室8取出处理后的离子交换水即纯水或软水。另外，当设置有水路17时，最好在水路17上配备活塞等的阻断水的通过的装置(图未示)，在进行水处理时，推荐通过该阻断装置防止阳极室8和阴极室9之间的水的直接移动。

在图2的装置上，由于虽然是比较小型的，但能够使被处理水在接触离子交换树脂时的速度降低，所以能够提高处理效率。即：在图2的装置上，由于垂直于被处理水的移动方向的交换树脂的截面积比图1的装置的情况大，所以，在离子交换树脂中移动的被处理水的流速缓慢，能够有效地进行离子交换。

用图2的装置再生离子交换树脂时，在区域14、15中需要充满水或盐水，与第1实施方式同样，最好在阴离子交换树脂室10及阳离子交换树脂室11中充满水或盐水。

用图2的装置再生离子交换树脂时，在区域14、15充满水或盐水的状态下，将管道水等的水供给阳极室8，将通过了该阳极室8的水通过水路17供给阴极室9，与此同时，在阳极1和阴极2之间施加电压。这时，水或盐水在双极膜3上被电解，生成H⁺离子及OH^-离子。生成的H⁺离子由于电位通过区域15供给阳离子交换树脂室11，与阳离子交换树脂7中保持的Ca²⁺离子或Mg²⁺离子等进行离子交换而再生阳离子交换树脂7。通过该再生从阳离子交换树脂7中分离的Ca²⁺离子或Mg²⁺离子等的阳离子由于电位被吸引移动到阴极2侧，从阳离子交换树脂室11排出到阴极室9。另外，通过借由双极膜3进行电解生成的OH^-离子由于电位通过区域14供给阴离子交换树脂室10，与阴离子交换树脂6中保持的Cl^-离子或NO₃ ^-离子等进行离子交换而再生阴离子交换树脂6。通过该再生从阴离子交换树脂6中分离的Cl^-离子或NO₃ ^-离子等的阴离子由于电位被吸引移动到阳极1侧，从阴离子交换树脂室10排出到阳极室8。

另外，在进行离子交换树脂的再生时，最好防止区域14和区域15之间的水的移动，例如，推荐水路16配备活塞等阻断水的通过的装置(图未示)。

另外，即便在图2的装置上，由于通过将管道水等的含有阳离子及阴离子的水供给阳极室8，使该水经过水路17流到阴极室9，能够与上述第1实施方式中的装置同样地确保上述的离子浓缩效果，所以能够以极其高的效率再生离子交换树脂。

<第3实施方式>

图3是本发明的离子交换水生成装置的另一例的截面示意图。在图3中，对与上述图1的作用共同的部件给予共同的符号，避免重复说明。图3所示的离子交换水生成装置具备由用于进行电解的阳极1及阴极2组成的一对电极，以及由贴合了阴离子交换膜3a和阳离子交换膜3b的双极膜3和隔膜5隔开的阳离子交换树脂室11；且在上述阳离子交换树脂室11的外侧具备由双极膜3和阳极1隔开的阳极室8，以及由隔膜5和阴极2隔开的阴极室9。在图3所示的离子交换水生成装置上，双极膜3也是，该阴离子交换膜3a配置在阳极1侧，该阳离子交换膜3b配置在阴极2侧，在隔膜5上与上述相同，适合使用无纺布等。

通过图3的装置得到的离子交换水是软水，能够通过将管道水等的被处理水供给阳离子交换树脂室11进行离子交换从而得到软水。

在进行离子交换树脂的再生时，与第1实施方式同样，最好在阳离子交换树脂室11中充满水或盐水。在图3的装置上再生离子交换树脂时，将管道水等的水供给阳极室8中，将通过了该阳极室8的水接着供给阴极室9，与此同时，在阳极1和阴极2之间施加电压，由此借由双极膜3将水或盐水进行电解时，生成的H⁺离子供给阳离子交换树脂室11，与填充在该室中的阳离子交换树脂7中保持的Ca²⁺离子或Mg²⁺离子等进行离子交换而再生阳离子交换树脂7，通过该再生，从阳离子交换树脂7中分离的Ca²⁺离子或Mg²⁺离子等阳离子由于电位被吸引移动到阴极2侧，从阳离子交换树脂室11排出到阴极室9。

另外，在进行离子交换树脂的再生时，由于供给阳极室8的水中的Ca²⁺离子等的阳离子从阳极排斥移动到双极膜3侧，所以双极膜3的阴离子交换膜3a的表面附近的阳离子浓度增大。进而，如果将通过了该阳极室8的水供给阴极室9，则由于水中的Cl^-离子等的阴离子从阴极2排斥移动到阳离子交换树脂室11内，所以阳离子交换树脂室11内的阴离子浓度增大。尤其是双极膜3的表面附近的阴离子浓度增大。因此，与第1实施方式同样由于离子浓缩效果，通过借由双极膜3进行的水的电解所产生的H⁺离子的生成量显著增大，由此能够以高效率完成阳离子交换树脂7的再生。

另外，在图3的装置上，在处理水得到软水时，通过在阳极1和阴极2之间施加电压，将水供给阳极室8及阴极室9，能够同时进行离子交换水的生成和离子交换树脂的再生。

<第4实施方式>

图4是本发明的离子交换水生成装置的另一例的截面示意图。在图4中，对与上述图1的作用共同的部件给予共同的符号，避免重复说明。图4所示的离子交换水生成装置具备：由用于进行电解的阳极1和阴极2组成的一对电极；贴合了阴离子交换膜3a和阳离子交换膜3b的双极膜3；在由隔膜5、13隔开的空间填充有阳离子交换树脂7的阳离子交换树脂室11；以及，阳极室8和阴极室9。阳极室8由阳极1和双极膜3隔开，阴极室9配置在阳离子交换树脂室11的外侧，由阴极2和阳离子交换树脂室11的隔膜5隔开。双极膜3从构成阳离子交换树脂室11的隔膜13隔开距离，即使区域15介于中间，且将阴离子交换膜3a侧配置在阳极1侧，将阳离子交换膜3b侧配置在阴极2侧。另外，在图4的装置上，阳极室8和阴极室9是由可通水的水路17连接。

由图4的装置得到的离子交换水是软水，通过在阳极1和阴极2之间不施加电压，将管道水等的被处理水供给阳离子交换树脂室11进行离子交换，能够得到软水。在进行水处理时，可以直接将被处理水供给阳离子交换树脂室11，从阴极室9侧取出处理后的水，也可以将被处理水供给阴极室9，从阳离子交换树脂室11取出水。例如，在图4中，也可以通过阳离子交换树脂室11上部的配管取出水。另外，在水路17上最好预先设置活塞等的阻断水通过的装置(图未示)，在进行水处理时，推荐通过该阻断装置防止阳极室8和阴极室9之间的水的移动。

用图4的装置再生离子交换树脂时，与第2实施方式同样，需要在区域15充满水或盐水，最好在阳离子交换树脂室11充满水或盐水。在用图4的装置再生离子交换树脂时，在区域15充满水或盐水的状态下，将管道水等的水供给阳极室8，将通过了该阳极室8的水通过水路17供给阴极室9，与此同时，通过在阳极1和阴极2之间施加电压，借由双极膜3将水或盐水进行电解而生成H⁺离子。生成的H⁺离子通过区域15供给阳离子交换树脂室11，与填充在该室中的阳离子交换树脂7中保持的Ca²⁺离子或Mg²⁺离子等进行离子交换而再生阳离子交换树脂7，通过该再生，从阳离子交换树脂7中分离的Ca²⁺离子或Mg²⁺离子等的阳离子由于电位被吸引移动到阴极2侧，从阳离子交换树脂室11排出到阴极室9。

另外，在图4的装置上也是通过将管道水等的包含阳离子及阴离子的水供给阳极室8，使该水通过水路17流到阴极室9，能够确保与上述第3实施方式中的装置同样的离子浓缩效果，因此能够以高效率再生离子交换树脂。

如此，根据本实施方式的离子交换水生成装置，能够通过电解以低成本进行离子交换树脂的再生。另外，在第1实施方式至第4实施方式的上述说明中，仅记载了进行离子交换树脂的再生时的水的供给方式是将从阳极室8排出的水导入阳极室9，但也可以先供给阴极室9，再将排出的水供给阳极室8。但是，如果采用从第1实施方式至第4实施方式中记载的顺序，则由于在阳极室8中能够通过电压的作用使水中的Ca²⁺离子浓度降低，所以能够抑制在阴极室9内钙鳞的生成。

另外，在以往的电极表面进行的水的电解中，在发生反应上至少需要水的电解电位1.23V的电压，但在通过双极膜进行的电解中能够以0.83V的电解电压生成H⁺离子和ON^-离子。因此，在第1实施方式至第4实施方式的上述说明中，显示了阳离子交换树脂室、阴离子交换树脂室及双极膜仅为1组的方式(第1实施方式、第2实施方式)和阳离子交换树脂室及双极膜仅为1组的方式(第3实施方式、第4实施方式)，优选的方式是这些部件多个并列地插入阳极1与阴极2之间，这种情况下能够降低H⁺离子和ON^-离子的生成上所需的电能。

下面更具体地举例说明本发明。但本发明并不仅限定于这些实施例。

(实施例1)

在实施例1中，使用具有图1所示的结构的离子交换水生成装置进行阳离子交换树脂及阴离子交换树脂的再生。在上述的离子交换水生成装置中，阳极1使用涂覆有白金的钛板，阴极2使用不锈钢板，将阴离子交换树脂室10、阳离子交换树脂室11的宽度(在图1中为水平方向的距离)各自作成15mm，将阳极室8和阴极室9的宽度各自作成2mm，将电极间距离(阳极1和阴极2之间的距离)合计作成34mm。另外，对于电极面积，阳极1、阴极2都作成180mm×100mm。双极膜3使用トクヤマ社制的“双极BP-1E”(商品名)(厚度：200μm)，作为阳离子交换树脂使用三菱化学社制的H⁺型阳离子交换树脂“ダイヤイオンSK1B”(商品名)，作为阴离子交换树脂使用三菱化学社制的OH^-型阴离子交换树脂“ダイヤイオンSA10A”(商品名)。另外，隔膜4、5使用ジヤパンゴアテツクス社制的亲水性PTFE无纺布“SGT010T135”(厚度：135μm)。另外，由于双极膜及隔膜使用了这样的薄厚度物，所以在设定上述的电极间距离时，可以无视其厚度。后述的实施例2～4也同样。

另外，在该离子交换水生成装置中，设置有被处理水用水路，使被处理水在通过阴离子交换树脂室10后再通过阳离子交换树脂室11，借助通过两树脂室得到纯水。另外，为了将通过再生被排出到各电极室的离子排出到装置外而设置排水用水路，使管道水在通过了阳极室8之后也通过阴极室9，其后作为向装置外排水的装置。关于离子交换树脂，是将250mL上述H⁺型阳离子交换树脂填充在阳离子交换树脂室11中，将250mL上述OH^-型阴离子交换树脂填充在阴离子交换树脂室10中。

在进行离子交换树脂的再生时，首先，为了降低离子交换树脂的离子交换能，在排水用水路停水后，将用氯化钙调整成硬度为100的被处理水以2.0L/min的流量通过被处理水用水路，使离子交换树脂的离子交换能降低到即使进行处理其硬度也不小于等于90。

如上所述，在使离子交换树脂的离子交换能降低后，该离子交换树脂的再生以下述方式进行。

即，将被处理水用水路停水，以1.0A的电流在电极间通电，进行离子交换树脂的再生。在进行离子交换树脂的再生时，将硬度为50的管道水以每分钟0.2L/min通过排水用水路。离子交换树脂的再生进行6个小时。在再生处理期间，被排出的水平均硬度为180，能够确认再生了离子交换树脂的离子交换能。

再生处理后，将排水用水路停水，将硬度调整为100的被处理水以2.0L/min的流量在被处理水用水路中通水后，能够得到硬度不足5的PH为7的纯水。由此，能够确认分别再生了阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。

(实施例2)

在实施例2中，使用具有图2所示的结构的离子交换水生成装置进行了阳离子交换树脂及阴离子交换树脂的再生。在上述离子交换水生成装置中，阳极使用涂覆有白金的钛板，阴极2使用不锈钢板，将阴离子交换树脂室10、阳离子交换树脂室11的宽度(在图2中为水平方向的距离)各自作成15mm，将阳极室8和阴极室9的宽度分别作成2mm，将区域14及区域15的宽度各自作成2mm，将电极间距离(阳极1和阴极2之间的距离)合计作成38mm。另外，对于电极面积，阳极1、阴极2都作成180mm×100mm。双极膜3使用トクヤマ社制的“双极BP-1E”(商品名)，作为阳离子交换树脂使用了三菱化学社制的H⁺型阳离子交换树脂“ダイヤイオンSK1B”(商品名)，作为阴离子交换树脂使用了三菱化学社制的OH^-型阴离子交换树脂“ダイヤイオンSA10A”(商品名)。另外，隔膜4、5、12、13使用ジヤパンゴアテツクス社制的亲水性PTFE无纺布“SGT100T100”(厚度：100μm)。

另外，在该离子交换水生成装置中，设置有被处理水用水路16，使被处理水从阳极室8通过阴离子交换树脂室10后，经由阳离子交换树脂室11，再通过阴极室9，借助通过两树脂室得到纯水。另外，为了将通过再生被排出到各电极室的离子排出到装置外而设置排水用水路17，使管道水在通过了阳极室8之后也通过阴极室9，其后作为向装置外排水的装置。关于离子交换树脂，将250mL上述H⁺型阳离子交换树脂填充在阳离子交换树脂室11，将250mL上述OH^-型阴离子交换树脂填充在阴离子交换树脂室10。

在进行离子交换树脂的再生时，首先，为了降低离子交换树脂的离子交换能，在排水用水路17停水后，将用氯化钙调整成硬度为100的被处理水以2.0L/min的流量通过被处理水用水路，使离子交换树脂的离子交换能降低到即使进行处理其硬度也不会小于等于90。

如上所述，在使离子交换树脂的离子交换能降低后，进行如下所示的该离子交换树脂的再生。

即，将被处理水用水路16停水，以1.0A的电流在电极间通电，进行离子交换树脂的再生。在进行离子交换树脂的再生时，将硬度为50的管道水以每分钟0.2L/min通过排水用水路。离子交换树脂的再生进行6小时。在再生处理期间，被排出的水平均硬度为180，能够确认再生了离子交换树脂的离子交换能。

再生处理后，将排水用水路17停水，将硬度调整为100的被处理水以2.0L/min的流量通过被处理水用水路后，得到硬度不足5的PH为中性区域的纯水。由此，能够确认分别再生了阴离子交换树脂和阳离子交换树脂。

(实施例3)

在实施例3中，使用具有图3所示的结构的离子交换水生成装置进行了阳离子交换树脂的再生。在上述离子交换水生成装置中，阳极1使用涂覆有白金的钛板，阴极2使用不锈钢板，将阳离子交换树脂室11的宽度作成15mm，将阳极室8和阴极室9的宽度各自作成2mm，将电极间距离设置为合计19mm。另外，对于电极面积，阳极1、阴极2都作成180mm×100mm。双极膜3使用トクヤマ社制的“双极BP-1E”(商品名)，作为阳离子交换树脂使用三菱化学社制的H⁺型阳离子交换树脂“ダイヤイオンSK1B”(商品名)。隔膜5使用ジヤパンゴアテツクス社制的亲水性PTFE无纺布“SGT010T135”。

另外，在该离子交换水生成装置中，设置有被处理水用水路，使被处理水通过阳离子交换树脂室11，被处理水通过阳离子交换树脂室11由此得到软水。另外，为了将通过再生被排出到各电极室的离子排出到装置外而设置排水用水路，使管道水在通过了阳极室8之后也通过阴极室9，其后作为向装置外排水的装置。作为阳离子交换树脂使用了250mL上述H⁺型阳离子交换树脂。

在进行阳离子交换树脂的再生时，首先，为了使阳离子交换树脂的阳离子交换能降低，在排水用水路停水后，将用氯化钙调整成硬度为100的被处理水以2.0L/min的流量通过被处理水用水路，使阳离子交换树脂的阳离子交换能降低到即使进行处理其硬度也不会小于等于90。

如上所述，在使阳离子交换树脂的阳离子交换能降低后，以如下方式进行该阳离子交换树脂的再生。

即，将被处理水用水路停水，以1.0A的电流在电极间通电，进行阳离子交换树脂的再生。在进行阳离子交换树脂的再生时，将硬度为50的管道水以每分钟0.2L/min通过排水用水路。阳离子交换树脂的再生进行6小时。在再生处理期间，被排出的水平均硬度为170，能够确认再生了阳离子交换树脂。

再生处理后，将排水用水路停水，将硬度调整为100的被处理水以2.0L/min的流量通过被处理水用水路后，得到硬度不足5的PH值为酸性区域(pH值约为3)的软水。由此能够确认再生了阳离子交换树脂的离子交换能。

(实施例4)

在实施例4中，使用具有图4所示的结构的离子交换水生成装置进行阳离子交换树脂的再生。在上述离子交换水生成装置中，阳极1使用涂覆有白金的钛板，阴极2使用不锈钢板，将阳离子交换树脂室11的宽度作成15mm，阳极室8和阴极室9的宽度各自作成2mm，区域15的宽度作成2mm，电极间距离合计设置为21mm。另外，对于电极面积，阳极1、阴极2都作成180mm×100mm。双极膜3使用トクヤマ社制的“双极BP-1E”(商品名)，作为阳离子交换树脂使用三菱化学社制的H⁺型阳离子交换树脂“ダイヤイオンSK1B”(商品名)。隔膜5、13使用ジヤパンゴアテツクス社制的亲水性PTFE无纺布“SGT100T100”。

另外，在该离子交换水生成装置中，设置有被处理水用水路，使被处理水从阴极室9通过阳离子交换树脂室11，被处理水通过阳离子交换树脂室11由此得到软水。另外，为了将通过再生被排出到各电极室的离子排出到装置外而设置排水用水路17，使管道水在通过了阳极室8之后也通过阴极室9，其后作为向装置外排水的装置。作为阳离子交换树脂使用了250mL上述H⁺型阳离子交换树脂。

在进行阳离子交换树脂的再生时，首先，为了降低阳离子交换树脂的阳离子交换能，将排水用水路17停水后，将用氯化钙调整成硬度为100的被处理水以2.0L/min的流量通过被处理水用水路，使阳离子交换树脂的阳离子交换能降低到即使进行处理其硬度也不会小于等于90。

如上所述，在使阳离子交换树脂的阳离子交换能降低后，以如下方式进行该阳离子交换树脂的再生。

即，将被处理水用水路停水，以1.0A的电流在电极间通电，进行阳离子交换树脂的再生。在进行阳离子交换树脂的再生时，将硬度为50的管道水以每分钟0.2L/min通过排水用水路。阳离子交换树脂的再生进行6小时。在再生处理期间，被排出的水平均硬度为170，能够确认再生了阳离子交换树脂。

再生处理后，将排水用水路17停水，将硬度调整为100的被处理水以2.0L/min的流量通过被处理水用水路后，得到硬度不足5的PH值为酸性区域(pH值约为3)的软水。由此，能够确认再生了阳离子交换树脂的离子交换能。

产业上的可利用性

根据本发明的离子交换水生成装置及其离子交换树脂的再生方法，能够在离子交换树脂的再生上不使用大量的试剂或盐，且能够降低用于再生的水的使用量，从而能够大幅度降低离子交换树脂的再生所需的成本。

Claims (7)

1.一种离子交换水生成装置，其特征在于，

包括阳极和阴极，

在上述阳极和阴极之间，从上述阳极侧开始依序包括：阳极室、阴离子交换树脂室、双极膜、阳离子交换树脂室以及阴极室；

其中，在上述阴离子交换树脂室内填充有阴离子交换树脂，

在上述阳离子交换树脂室内填充有阳离子交换树脂，

上述双极膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，

上述阴离子交换膜配置在上述阳极侧，

上述阳离子交换膜配置在上述阴极侧，

上述阴离子交换树脂室由配置在上述阳极侧的能通过阳离子和阴离子的隔膜和上述双极膜隔开，

上述阳离子交换树脂室由配置在上述阴极侧的能通过阳离子和阴离子的隔膜和上述双极膜隔开，

上述阳极室由上述阳极和配置在上述阳极侧的上述隔膜隔开，

上述阴极室由上述阴极和配置在上述阴极侧的上述隔膜隔开。

2.一种离子交换水生成装置，其特征在于，

包括阳极和阴极，

在上述阳极和阴极之间，从上述阳极侧开始依序包括：阳极室、阴离子交换树脂室、双极膜、阳离子交换树脂室以及阴极室；

其中，在上述阴离子交换树脂室内填充有阴离子交换树脂，

在上述阳离子交换树脂室内填充有阳离子交换树脂，

上述双极膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，

上述阴离子交换膜配置在上述阳极侧，

上述阳离子交换膜配置在上述阴极侧；

该离子交换水生成装置还包括由上述双极膜和上述阴离子交换树脂室隔开的区域以及由上述双极膜和上述阳离子交换树脂室隔开的区域；

其中，上述阴离子交换树脂室由配置在上述阳极侧的隔膜和配置在上述阴极侧的隔膜隔开，

上述阳离子交换树脂室由配置在上述阳极侧的隔膜和配置在上述阴极侧的隔膜隔开，

上述阳极室由上述阳极和为隔开上述阴离子交换树脂室而配置在上述阳极侧的隔膜隔开，

上述阴极室由上述阴极和为隔开上述阳离子交换树脂室而配置在上述阴极侧的隔膜隔开，

由上述双极膜和上述阴离子交换树脂室隔开的区域与由上述双极膜和上述阳离子交换树脂室隔开的区域相连接。

3.一种离子交换水生成装置，其特征在于，

包括阳极和阴极，

在上述阳极和阴极之间，从上述阳极侧开始依序包括：阳极室、双极膜、阳离子交换树脂室以及阴极室，

其中，在上述阳离子交换树脂室内填充有阳离子交换树脂，

上述双极膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，

上述阴离子交换膜配置在上述阳极侧，

上述阳离子交换膜配置在上述阴极侧，

上述阳离子交换树脂室由配置在上述阴极侧的能通过阳离子和阴离子的隔膜和上述双极膜隔开，

上述阳极室由上述阳极和上述双极膜隔开，

上述阴极室由上述阴极和上述隔膜隔开。

4.一种离子交换水生成装置，其特征在于，

包括阳极和阴极，

在上述阳极和阴极之间，从上述阳极侧开始依序包括：阳极室、双极膜、阳离子交换树脂室以及阴极室，

其中，在上述阳离子交换树脂室内填充有阳离子交换树脂，

上述双极膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，

上述阴离子交换膜配置在上述阳极侧，

上述阳离子交换膜配置在上述阴极侧；

该离子交换水生成装置还包括由上述双极膜和上述阳离子交换树脂室隔开的区域，

其中，上述阳离子交换树脂室由配置在上述阳极侧的隔膜和配置在上述阴极侧的隔膜隔开，

上述阳极室由上述阳极和上述双极膜隔开，

上述阴极室由上述阴极和配置在上述阴极侧的隔膜隔开。

5.权利要求1或2所述的离子交换水生成装置的离子交换树脂的再生方法，其特征在于，

该离子交换水生成装置包括阳极和阴极，

在上述阳极和上述阴极之间，从上述阳极侧开始依序包括：阳极室、阴离子交换树脂室、双极膜、阳离子交换树脂室以及阴极室，

在上述阴离子交换树脂室内填充有阴离子交换树脂，

在上述阳离子交换树脂室内填充有阳离子交换树脂，

上述双极膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，

上述阴离子交换膜配置在上述阳极侧，

上述阳离子交换膜配置在上述阴极一侧；

其中，该离子交换水生成装置的离子交换树脂的再生方法包括：

生成工序，通过在上述阳极和上述阴极之间施加电压，借由上述双极膜将水或盐水进行电解，生成H⁺离子或OH^-离子，

再生工序，将上述H⁺离子或上述OH^-离子与保持在上述阳离子交换树脂或上述阴离子交换树脂中的离子进行离子交换，

排出工序，通过施加在上述阳极和上述阴极之间的电压，使通过上述再生工序从上述阳离子交换树脂或上述阴离子交换树脂中分离的离子从上述阳离子交换树脂室或上述阴离子交换树脂室向上述阴极室或上述阳极室移动。

6.根据权利要求5所述的离子交换水生成装置的离子交换树脂的再生方法，其特征在于，

在上述再生工序中，

上述H⁺离子与保持在上述阳离子交换树脂中的离子进行离子交换，

上述OH^-离子与保持在上述阴离子交换树脂中的离子进行离子交换；

在上述排出工序中，

使从上述阳离子交换树脂中分离的离子移动到上述阴极室，

使从上述阴离子交换树脂中分离的离子移动到上述阳极室。

7.权利要求3或4所述的离子交换水生成装置的离子交换树脂的再生方法，其特征在于，

该离子交换水生成装置包括阳极和阴极，

在上述阳极和上述阴极之间，从上述阳极侧开始依序包括：阳极室、双极膜、阳离子交换树脂室以及阴极室，

在上述阳离子交换树脂室内填充有阳离子交换树脂，

上述双极膜包括阴离子交换膜和阳离子交换膜，

上述阴离子交换膜配置在上述阳极侧，

上述阳离子交换膜配置在上述阴极侧；

其中，该离子交换水生成装置的离子交换树脂的再生方法包括：

生成工序，通过在上述阳极和上述阴极之间施加电压，借由上述双极膜将水或盐水进行电解生成H⁺离子，

再生工序，上述H⁺离子与保持在上述阳离子交换树脂中的离子进行离子交换，

排出工序，通过在上述阳极和上述阴极之间施加的电压，使通过上述再生工序从上述阳离子交换树脂中分离的离子从上述阳离子交换树脂室移动到上述阴极室。

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