CN101223110B - 电气式脱离子水制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，提供一种电气式脱离子水制造装置，其将直流电场施加到填充有离子交换体的脱离子室，以使被排除的离子沿与该离子交换体内的通水方向相同或相反的方向泳动，从而将该离子交换体上吸附的离子性杂质排除到系统外部，其特征在于，该离子交换体是块状有机多孔质离子交换体和粒状离子交换树脂的混合体。该装置，结构简单，材料费、加工费以及组装费减少，并加速吸附的离子性杂质的移动而易于将吸附的离子排除，且不会发生因离子交换反应时的膨胀、收缩而引起的单流或与离子交换膜的接触不良的问题。

Description

电气式脱离子水制造装置
技术领域
本发明涉及一种电气式脱离子水制造装置，该装置用于采用脱离子水的半导体制造工业、制药工业、食品工业、发电厂、研究所等各种工业或糖液、果汁、葡萄酒等的制造等中。
背景技术
作为制造脱离子水的方法，有下述以往以来众所周知的方法，即，让被处理水通过粒状离子交换树脂(下面，也只称作“离子交换树脂”)而进行脱离子的方法，然而，该方法中，当离子交换树脂的离子交换容量降低，则需要利用药剂进行再生，为解决这种处理操作上的不利之处，确立了利用电气式脱离子法的脱离子水制造方法并将之实用，该方法完全不需要用药剂进行再生。
上述现有技术的电气式脱离子水制造装置，基本而言，是将作为离子交换体的阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的混合离子交换树脂填充到由阳离子交换膜和阴离子交换膜所形成的间隙内而作为脱离子室，并让被处理水通过该离子交换树脂层，且经由上述两种离子交换膜沿与被处理水的流动垂直的方向作用直流电流，从而将被处理水中的离子电气排除到两离子交换膜的外侧流动的浓缩水中，从而制造脱离子水。
另一方面，在日本特开2003-334560号公报中，公开了一种电气式脱离子水制造装置，其具有脱离子室，该脱离子室中填充有块状(monolith，片流れ)有机多孔质离子交换体(以下，也只称作“块状交换体”)，让水通过该脱离子室，除去水中的离子性杂质而制造脱离子水，并且，将直流电场施加到该脱离子室，从而将该有机多孔质离子交换体上吸附的离子性杂质排除到系统外部，其中，该直流电场的施加使被排除的离子沿与该有机多孔质离子交换体内的通水方向相反的方向泳动。该日本特开2003-334560号公报中所记载的电气式脱离子水制造装置的脱离子室的宽度尺寸较大，且脱离子室填充材料采用具有三维网眼结构的块状交换体，所以，与以往的将直流电流沿与被处理水的流动垂直的方向施加的电气式脱离子水制造装置相比，装置结构简单，且可使材料费、加工费以及组装费减少。此外，块状交换体与粒状离子交换树脂相比，整个填充层成为连续体，因而，具有如下显著效果：离子的吸附及脱附容易；吸附的离子性杂质的移动速度加快而易于排除吸附的粒子；完全不会出现产生碳酸钙或氢氧化镁等的水垢(scale)的可能性。
专利文献1日本特开2003-334560
然而，日本特开2003-334560号公报中记载的电气式脱离子水制造装置中，在脱离子室中仅填充块状交换体，所以存在离子交换容量小且被处理水的水质变动较弱的问题。此外，粒状离子交换树脂时也同样，在容器内仅填充单一的离子交换体，因而，存在因离子交换反应时的膨胀、收缩而使填充状态发生变化的问题。
下面，以离子交换树脂为例说明容器内填充物的膨胀收缩结构。就膨胀率而言，例如，阳离子交换树脂为7％，阴离子交换树脂为23％。所谓的膨胀率是指，离子交换树脂从盐形态变成再生形态时变化的体积比例。例如，将再生形态(R-OH)的阴离子交换树脂160ml填充到容积160ml的槽内，并让被处理水流通一定时间，让阴离子交换树脂的R-OH完全变化成R-Cl、R-NO3、R-HCO3等的盐形态，该情况下，按160ml÷1.23＝130.1ml计算，160ml的阴离子交换树脂的体积减少约30％。由此，产生下述现象，即，脱离子室内显现未被树脂填充的仅水相的部分，产生水的单流(single flow)，电压显著上升，最终，不能流动除去离子所需要的电流。相反，将R-Cl、R-NO3、R-HCO3等的盐的形式的阴离子交换树脂160ml填充到容积160ml的槽内，进行一定时间的电气再生，该情况下，阴离子交换树脂完全变化为R-OH，按160ml×1.23＝196.8ml计算，160ml的阴离子交换树脂使离子交换树脂体积增加。然而，该情况下，由于存在构成脱离子室的容器，从而存在力集中在脱离子室内强度最低的部分而发生损坏的情况，并具有通水阻力上升的问题。与离子交换树脂相同，块状交换体也具有膨胀、收缩的性质，体积会发生相同程度的变化。为解决这种单一的离子交换体的膨胀、收缩的问题，也考虑过预先决定填充在脱离子室内的离子交换体的盐形态或再生形态的体积比例，然而，在电气式脱离子水制造装置的连续运转中，是根据被处理水的水质或电流效率来决定脱离子室的盐形态或再生形态的比例，所以不可能预先决定一定的体积而进行填充。这种情况下，希望开发出一种电气式脱离子水制造装置，该装置维持日本特开2003-334560号公报中记载的采用块状交换体的电气式脱离子水制造装置的有利之处，并解决因离子交换反应时的膨胀、收缩而引起的单流(single flow)或与离子交换膜接触不良的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种电气式脱离子水制造装置，该装置结构简单，材料费、加工费以及组装费减少，并使吸附的离子性杂质的移动速度加快而易于排除吸附的离子，且不会发生因离子交换反应时的膨胀、收缩而引起的单流或与离子交换膜接触不良的问题。
发明内容
在该实际情况下，为解决上述的以往的电气式脱离子水制造装置的问题点，本发明人等，反复地进行悉心研究，其结果是发现，若填充在脱离子室内的离子交换体是块状交换体和离子交换树脂的混合体，则可利用块状交换体的与离子交换反应引起的膨胀收缩无关的物理伸缩性所产生的缓冲作用，可防止因离子交换反应时的膨胀、收缩而引起的单流或与离子交换膜接触不良，因此，采用这种用单一的离子交换体不能实现的宽的宽度的脱离子室结构，可使装置结构简单，使材料费、加工费以及组装费减少等，从而完成了本发明。
即，本发明(1)提供一种电气式脱离子水制造装置，其中，将直流电场施加到填充离子交换体后的脱离子室，以使被排除的离子沿与该离子交换体内的通水方向相同或相反的方向泳动，从而将该离子交换体上吸附的离子性杂质排除到系统外部，其中，该离子交换体是块状有机多孔质离子交换体与粒状离子交换树脂的混合体。
本发明(2)提供上述电气式脱离子水制造装置，其具有阴离子槽和阳离子槽，其中，
所述阴离子槽具有：脱阴离子室，其由一侧的阴离子交换膜与另一侧的离子交换膜分割而成；阳极，其配置在该一侧的阴离子交换膜的外侧；阴极，其配置在该另一侧的离子交换膜的外侧，
所述阴离子槽从该脱阴离子室中的一侧的阴离子交换膜附近供给被处理水，并从该脱阴离子室中的另一侧的离子交换膜附近获得第一处理水，
所述阳离子槽具有：脱阳离子室，其由一侧的阳离子交换膜与另一侧的离子交换膜分割而成；阴极，其配置在该一侧的阳离子交换膜的外侧；阳极，其配置在该另一侧的离子交换膜的外侧，
所述阳离子槽从该脱阳离子室中的一侧的阳离子交换膜附近供给上述阴离子槽的第一处理水，并从该脱阳离子室中的另一侧的离子交换膜附近获得第二处理水。
本发明(3)提供上述电气式脱离子水制造装置，该电气式脱离子水制造装置具有阳离子槽和阴离子槽，其中，
所述阳离子槽具有：脱阳离子室，其由一侧的阳离子交换膜与另一侧的离子交换膜分割而成；阴极，其配置在该一侧的阳离子交换膜的外侧；阳极，其配置在该另一侧的离子交换膜的外侧，
所述阳离子槽从该脱阳离子室中的一侧的阳离子交换膜附近供给被处理水，并从该脱阳离子室中的另一侧的离子交换膜附近获得第一处理水，
所述阴离子槽具有：脱阴离子室，其由一侧的阴离子交换膜与另一侧的离子交换膜分割而成；阳极，其配置在该一侧的阴离子交换膜的外侧；阴极，其配置在该另一侧的离子交换膜的外侧，
所述阴离子槽从该脱阴离子室中的一侧的阴离子交换膜附近供给上述阳离子槽的第一处理水，并从该脱阴离子室中的另一侧的离子交换膜附近获得第二处理水。
本发明(4)提供上述电气式脱离子水制造装置，其中，
在上述阳离子槽的阴极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阳离子交换体，或者，在上述阳离子槽的阳极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阴离子交换体，
在上述阴离子槽的阳极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阴离子交换体，或者，上述阴离子槽的阴极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阳离子交换体。
本发明(5)提供上述电气式脱离子水制造装置，其中，
在一侧的阴离子交换膜和另一侧的阳离子交换膜之间设置中间离子交换膜，构成脱阴离子室与脱阳离子室，在该一侧的阴离子交换膜外侧配置阳极，在该另一侧的阳离子交换膜外侧配置阴极，从而形成脱离子槽，其中，
该脱阴离子室由该一侧的阴离子交换膜与该中间离子交换膜分割而成，该脱阳离子室由该另一侧的阳离子交换膜与该中间离子交换膜分割而成，
从该脱阳离子室中的另一侧的阳离子交换膜附近供给被处理水，从该脱阳离子室中的中间离子交换膜附近获得第一处理水，并从该脱阴离子室中的一侧的阴离子交换膜附近供给该第一处理水，从该脱阴离子室中的中间离子交换膜附近获得第二处理水。
本发明(6)提供上述电气式脱离子水制造装置，其中，
在一侧的阳离子交换膜和另一侧的阴离子交换膜之间设置中间离子交换膜，构成脱阳离子室与脱阴离子室，在该一侧的阳离子交换膜外侧配置阴极，在该另一侧的阴离子交换膜外侧配置阳极，从而形成脱离子槽，其中，
该脱阳离子室由该一侧的阳离子交换膜与该中间离子交换膜分割而成，该脱阴离子室由该另一侧的阴离子交换膜与该中间离子交换膜分割而成，
从该脱阴离子室中的另一侧的阴离子交换膜附近供给被处理水，从该脱阴离子室中的中间离子交换膜附近获得第一处理水，并从该脱阳离子室中的一侧的阳离子交换膜附近供给该第一处理水，从该脱阳离子室中的中间离子交换膜附近获得第二处理水。
本发明(7)提供上述电气式脱离子水制造装置，其中，在上述脱阳离子室的阴极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阳离子交换体，或者，在上述脱阴离子室的阳极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阴离子交换体。
本发明(8)提供上述电气式脱离子水制造装置，其中，
脱离子槽具有：脱离子室，其由一侧的阴离子交换膜与另一侧的阳离子交换膜分割而成；阳极，其配置在该一侧的阴离子交换膜的外侧；阴极，其配置在该另一侧的阳离子交换膜的外侧，
在该脱离子室的阳极侧填充有块状有机多孔质阴离子交换体，或者，在该脱离子室的阴极侧填充有块状有机多孔质阳离子交换体，
其中，从该脱离子室中的一侧的阴离子交换膜附近供给被处理水，从该脱离子室中的另一侧的阳离子交换膜附近获得处理水，或者，从该脱离子室中的另一侧的阳离子交换膜附近供给被处理水，从该脱离子室中的一侧的阴离子交换膜附近获得处理水。
采用本发明，由于脱离子交换室内填充的离子交换体的一部分使用块状交换体，所以可利用块状交换体的物理伸缩性来缓冲因块状交换体及离子交换树脂的膨胀、收缩反应所引起的体积变化，从而可均匀地保持该脱离子室内的填充状态。此外，由于能够防止因离子交换反应时的膨胀、收缩而引起的单流或与离子交换膜接触不良，所以，可形成这种用单一的离子交换树脂不能实现的具有宽幅空间的简单化的脱离子交换室结构，能够减少材料费、加工费以及组装费。与离子交换树脂相比，块状交换体的离子移动速度快且离子交换体的长度较短，所以，配置在被处理水流入口附近的块状交换体可促进离子的排出，从而可进行高离子浓度的水的处理，并且，可通过配置在处理水流出口附近的块状交换体来抑制稀浓度区域的微量离子被漏掉，从而获得高纯度的处理水。此外，通过在脱离子室的被处理水流入口附近配置块状交换体，可加快脱阳离子室中钙等硬度成分的排除速度，并加快脱阴离子室中碳酸或二氧化硅等阴离子的排除速度。与块状交换体相比，离子交换树脂相的通水阻力远比块状交换体的通水阻力小，所以配置在被处理水流入口附近的离子交换树脂相起到了宛如分配管的作用，使在脱离子室内形成均匀的流动，从而可防止脱离子室内的单流。另外，如果再在处理水流出口附近配置离子交换树脂相，则能进一步防止单流。
附图说明
图1是说明块状交换体-离子交换树脂混合体的膨胀、收缩的图形。
图2是表示本发明第一实施方式的电气式脱离子水制造装置的结构的示意图。
图3是表示本发明第二实施方式的电气式脱离子水制造装置的结构的示意图。
图4是表示本发明第三实施方式的电气式脱离子水制造装置的结构的示意图。
图5是实施例中采用的电气式脱离子水制造装置的示意图。
具体实施方式
本发明的电气式脱离子水制造装置的基本机构如下，即，将块状交换体和离子交换树脂的混合体填充到由两侧的离子交换膜分割而成的脱离子室，从而构成脱离子室，并在该离子交换膜的外侧配置施加直流电场的电极，该直流电场以如下方式施加，即，使被排除的离子沿与该离子交换体内的通水方向相同或相反的方向泳动。该“沿相同或相反的方向泳动”也包含沿相同和相反的两个方向泳动。本发明中，混合离子交换体内的通水方向是指该混合离子交换体内的大致中心部位的通水方向。如图2所示，被处理水流入口和处理水流出口位于侧视图的大致对角线上，虽然该混合离子交换体内的流动不在一个方向上，即，图中的左右方向，但是，实际上该混合离子交换体内的大部分的通水方向是大致左右方向，因而，也包括上述通水形态。该混合离子交换体内并不需要另外配设被处理水导入分配部和处理水集水部，但设置也可以。
对块状有机多孔质离子交换体没有作特别限定，可举出日本特开2003-334560号公报中所记载的块状有机多孔质离子交换体，其为三维网眼结构，其具有在相互关联的巨孔和巨孔的壁内具有平均直径为1～1000μm的中孔的连续的气泡结构，其所有微孔容积为1mL/g～50mL/g，离子交换基均匀分布，离子交换容量为0.5mg当量/g干燥多孔质体以上。对粒状离子交换树脂不作特别限定，例如水处理中使用的公知的离子交换树脂。
对块状交换体和离子交换树脂的混合体没有作特别限定，例如，可以举出块状交换体相和离子交换树脂相沿通水方向(排出离子的泳动方向)层压的层状体。就块状交换体和离子交换树脂的层状体而言，因块状交换体是海绵状的一体结构物，所以不与离子交换树脂混杂，在容器内即使不采用离子交换膜等分隔措施也可填充为相状。对层状体中的块状交换体相和离子交换树脂相的体积比例不作特别限定，其根据离子交换基的种类、被处理水的处理目的等而适当决定。此外，对层状体的层压结构不作特别限定，可以举出，从一侧的离子交换膜到另一侧的离子交换膜依次是，块状交换体相和离子交换树脂相、离子交换树脂相和块状交换体相的双层结构；块状交换体相和离子交换树脂相以及块状交换体相、离子交换树脂相和块状交换体相以及离子交换树脂相的三层结构；重复块状交换体相和离子交换树脂相的四层结构等。其中，若将块状交换体相配置在被处理水流入口附近，则会加快脱阳离子室中钙离子等硬度成分的排出速度，并加快脱阴离子室中碳酸或二氧化硅等阴离子的排除速度。若脱阴离子室中将阳离子块状交换体相配置在处理水流出口附近，则能可靠地除去脱阳离子室中未能除去的微量阳离子。另外，若在被处理水流入口附近、或被处理水流入口附近与处理水流出口附近配置离子交换树脂，则因与块状交换体相比，离子交换树脂相的通水阻力远比块状交换体的通水阻力小，所以离子交换树脂相起到宛如分配管的作用，在脱离子室内形成均匀的流动，从而可防止脱离子室内的单流。
对块状交换体和离子交换树脂的混合体的离子形态不作特别限定，但因能缓和离子交换反应时的膨胀、收缩，而优选盐形态和再生形态的混合体。本发明，仅块状交换体和离子交换树脂的混合体产生的该膨胀、收缩缓和效果是不太充分的，另外，加上块状交换体的物理伸缩效果，能够确保脱离子室内的紧密性。下面，对块状交换体和离子交换树脂的混合体的膨胀、收缩以阳离子槽为例进行说明。图1(A)的阳离子槽，从阴极侧到阳极侧依次充填R-Na粒状阳离子交换树脂40ml(剖面4×5＝20cm2，电极间长度为2cm)、R-H粒状阳离子交换树脂80ml(剖面4×5＝20cm2，电极间长度为4cm)、R-Na阳离子块状交换体40ml(剖面4×5＝20cm2，电极间长度为2cm)。在对上述阳离子槽进行连续通水/连续再生的情况下，通常，R-Na粒状阳离子交换树脂一部分再生而膨胀，R-H粒状阳离子交换树脂不发生变化，R-Na阳离子块状交换体再生而膨胀。此时，从R-Na再生到R-H的阳离子块状交换体膨胀，但挤压成海绵状(凹状)，吸收R-Na粒状阳离子交换树脂的膨胀，所以各离子交换体的紧密度提高，且能平衡性好的纳入容器内(图1(B))。另一方面，在对上述阳离子槽进行连续通水/连续再生时，被处理水的离子负荷增加，形成比初期填充状态更倾向于离子蓄积的平衡，该情况下，从被处理水流入口侧(阴极、离子排除侧)向处理水流出口(阳极、再生侧)，离子交换体长度以伸展状态进行连续处理。该情况下，R-Na粒状阳离子交换树脂不发生变化，R-H粒状阳离子交换树脂一部分变化成盐形态而收缩，R-Na阳离子块状交换体再生为R-H而膨胀。此时，从R-Na再生到R-H的阳离子块状交换体填补R-H粒状阳离子交换树脂的体积减少部分，所以与前述相同，各离子交换体的紧密度提高，且能平衡性好的纳入容器内(图1(C))。本例中，以R-Na粒状阳离子交换树脂和R-H粒状阳离子交换树脂填充为层状为例进行了说明，但并不限于此，也可混合使用，该情况也能起到与上述相同的作用。
本发明中，被处理水用于脱离子处理，只要不含有混浊物即可，没有特别限定，例如，可以是混浊度约为1度以下的工业用水或城市用水等。
接下来，参照图2对本发明第一实施方式的电气式脱离子水制造装置进行说明。图2是表示本实施方式的电气式脱离子水制造装置的结构的示意图。图2的电气式脱离子水制造装置20A由阴离子槽20a和阳离子槽20b构成，其中，阴离子槽20a用于从被处理水中主要除去阴离子性杂质，阳离子槽20b用于从阴离子槽20a的处理水中主要除去阳离子性杂质。
就阴离子槽20a而言，是在由一侧的阴离子交换膜2和另一侧的阳离子交换膜1所分隔而成的脱离子室中，从一侧的阴离子交换膜2侧依次填充阴离子块状交换体14和阳离子交换树脂11，从而构成脱阴离子室7，并在一侧的阴离子交换膜2的外侧配置阳极10，在另一侧的阳离子交换膜1的外侧配置阴极9，从脱阴离子室7中一侧(阳极侧)的阴离子交换膜2附近的流入口3a供给被处理水，从脱阴离子室7中另一侧(阴极侧)的阳离子交换膜1附近的流出口4a得到第一处理水。即，阴离子槽20a的脱阴离子室7内的通水方向为图2中的从左到右的实线箭头方向。阴离子块状交换体14和阴离子交换树脂11的填充比例可根据被处理水的性质状态等任意决定，但优选为，块状交换体∶离子交换树脂的体积比例为1∶0.5～1∶10。
另一方面，就阳离子槽20b而言，是在由一侧的阳离子交换膜1和另一侧的阳离子交换膜1所分割而成的脱离子室中，从一侧的阳离子交换膜1侧依次填充阳离子块状交换体13和阳离子交换树脂12，从而构成脱阳离子室6，并在一侧的阳离子交换膜1的外侧配置阴极9，在另一侧的阳离子交换膜1的外侧配置阳极10，从脱阳离子室6中一侧(阴极侧)的阳离子交换膜1附近的流入口3b供给阴离子槽20a的处理水(第一处理水)，从脱阳离子室6中另一侧(阳极侧)的阳离子交换膜1附近的流出口4b得到处理水(第二处理水)。即，阳离子槽20b的脱阳离子室6内的通水方向为图1中的从左到右的实线箭头方向。阳离子块状交换体13和阳离子交换树脂12的填充比例可个根据被处理水的性质状态等任意决定，但优选为，块状交换体∶离子交换树脂的体积比例为1∶0.5～1∶10。
本实施例的阴离子槽20a的脱阴离子室7中填充的阴离子块状交换体14和阳离子槽20b的脱阳离子室6中填充的阳离子块状交换体13比较适宜于是前述的块状有机多孔质离子交换体。就脱阳离子室6和脱阴离子室7的形状而言，不作特别限定，只要能施加电场使被排除的离子沿与混合离子交换体内的通水方向相反的方向泳动即可，例如，从构成部件的制造难易度等方面来看，比较适宜为圆柱状或长方体。此外，被处理水移动的距离，即，构成脱阳离子室6和脱阴离子室7的混合离子交换体填充层的有效厚度，从能抑制电阻值和通水压力差并能可靠地进行脱离子处理的方面来看，适宜为20～600mm，优选为30～300mm。
阳离子交换膜、阴离子交换膜、阴极、阳极、电极和离子交换膜的配置形态、直流电流的配置形态以及直流电路的通电方法等，例如可参照日本特开2003-334560号公报的记载。阴离子槽20a中，为避免阳极和阴离子交换膜之间的二者的直接接触，使聚烯烃制网眼等绝缘体垫片8介于二者之间。由此，可防止阳极侧的强氧化作用所引起的阴离子交换膜的劣化。
阴离子槽20a和阳离子槽20b中，对被处理水向混合离子交换体内的流入方法及从混合离子交换体内收集处理水的集水方法不作特别限定，只要是从填充混合离子交换体的容器的离子交换膜附近设置的流入口或流出口流入被处理水或流出处理水即可。为了在例如脱离子室内形成均匀的被处理水的流动，可采用如下方法：将配合脱离子室的形状并在配管上开有微孔的分配管和集水管沿同心圆状或等间隔平行线状埋设在离子交换体内的方法，或者，在块状交换体的处理水集水部或第一处理水的导入分配部上开槽，使块状交换体上持有处理水集水功能或被处理水分配功能的方法等。
另外，本实施例中，电气式脱离子水制造装置20A的运转方法可以是连续运转和间歇运转中任意一种，例如，可以是通过将被处理水向装置连续通水及连续通电的连续运转方法，也可以是使被处理水的通水停止一定时间且仅在该通水停止时间内通直流电流的间歇运转方法等。
阴离子槽20a中，从脱阴离子室7的阳极10侧的阴离子交换膜2附近的流入口3a导入被处理水。接下来，被处理水在阴离子块状交换体14和阴离子交换树脂11内被吸附除去阴离子Y-，并向阴极9侧移动，作为第一处理水从脱阴离子室7的阴极9侧的阳离子交换膜1附近的流出口4a排出。接下来，该第一处理水通过连通管5a及流入口3b导入阳离子槽20b的脱阳离子6内的阴极9侧阳离子交换膜1附近。接下来，作为被处理水的第一处理水在阳离子块状交换体13和阳离子交换树脂12内被吸附除去阳离子X+，并向阳极10侧移动，作为第二处理水从脱阳离子室6的阳极10侧的阳离子交换膜1附近的流出口4b排出。
在脱阴离子室7中，利用配设在脱阴离子室7两端的阴极9和阳极10之间施加的直流电流，使被阴离子块状交换体14和阴离子交换树脂11吸附的阴离子Y-电泳，从而使阴离子Y-通过阳极10侧的阴离子交换膜2向阳极室(未图示)排出。同样地，在脱阳离子室6中，利用配设在脱阳离子室6两端的阴极9和阳极10之间施加的直流电流，使被阳离子块状交换体13和阳离子交换树脂12吸附的阳离子X+电泳，从而使阳离子X+通过阴极9侧的阳离子交换膜1向阴极室(未图示)排出。
排出至阳极室的杂质阴离子，混入从阳极室入口流入并从阳极室出口流出的电极水，被排出到系统外部。同样地，排出至阴极室的杂质阳离子，混入从阴极室入口流入并从阴极室出口流出的电极水，被排出到系统外部。对于电极水而言，可使被处理水的一部分分流而独立地流入四个电极室，也可分别在阳极水系统和阴极水系统两个系统中流动。此外，电极水可一直流动，也可适当地间歇流动。
就该方法而言，在阴离子槽20a中，将阴离子块状交换体相配制在被处理水流入口附近，因而，碳酸或二氧化硅等阴离子的排除速度得到加快，所以，对于例如像逆浸透膜的渗透水那样在水中具有较多的游离碳酸的情况特别有效。采用本装置，由于在槽内将块状交换体和离子交换树脂混合成层状，因而可补偿因使用块状交换体而引起的离子交换容量的下降。此外，利用块状交换体的物理伸缩性可缓和因块状交换体和离子交换树脂的膨胀、收缩反应所引起的体积变化，并可均匀地保持该脱离子交换室内的填充状态。此外，杂质阳离子和杂质阴离子分别另行向装置外部排出，所以不像现有技术的电气式脱离子水制造装置那样在装置内混合，即使在被处理水中含有钙或镁等硬度成分的情况下，也不会在装置内产生水垢。
电气式脱离子水制造装置20A的通水方法除了上述方法以外，还可采用如下处理方法，例如，用阳离子槽20b处理被处理水，接下来，用阴离子槽20a处理阳离子槽20b的处理水。采用该方法，首先，向阳离子槽通水并排除钙离子、镁离子，因而可防止阴离子槽20a内产生水垢，此外，在阳离子槽20b中在被处理水流入口附近配置阳离子块状交换体相，因而可加快钙离子、镁离子的排除速度。因此，该方法在处理含有钙、镁等硬度成分的被处理水时比较有效。
本实施例的电气式脱离子水制造装置20A中，就脱阴离子室7内填充的混合离子交换体而言，除上述实施方式之外，还可采用如下实施方式：从一侧(阳极侧)的阴离子交换膜2向另一侧的阳离子交换膜1，依次填充阴离子交换树脂和阳离子块状交换体的实施方式，以及，从一侧(阳极侧)的阴离子交换膜2向另一侧的阳离子交换膜1，依次填充阴离子块状交换体、阴离子交换树脂和阳离子块状交换体的实施方式等。阴极侧的离子交换膜由附近填充的离子交换体决定是阳离子交换膜还是阴离子交换膜。在填充阴离子交换树脂和阳离子块状交换体的情况下，可利用阳离子块状交换体的物理伸缩性进行缓冲，能够均匀地保持脱阴离子室内的填充状态，还可具有简单的超纯化(polishing，除去夹杂物质)功能，并且，因流入口3a位于阴离子交换树脂相上，所以可防止脱离子室内的单流。在按照阴离子块状交换体、阴离子交换树脂以及阳离子块状交换体的顺序填充的情况下，可加快上述碳酸或二氧化硅等杂质阴离子的排除速度，并且也具有简单的超纯化功能，此外，还可利用两块状交换体的物理伸缩性均匀地保持脱阴离子室内的填充状态。就脱阳离子室6内填充的混合离子交换体而言，也同样可以选择适当的离子交换体。另外，他们的实施方式也同样可采用如下方法：用阳离子槽20b处理被处理水，接下来，用阴离子槽20a处理阳离子槽20b的处理水。
接下来，参照图3对本发明第二实施方式的电气式脱离子水制造装置进行说明。图3是表示本实施方式的电气式脱离子水制造装置的结构的示意图。图3中，在与图2相同的结构要素上标记相同的符号，并省略其说明，主要对不同之处进行说明。图3的电气式脱离子水制造装置20B中，与图2的不同之处有：省略了一组电极，并且将脱阳离子室和脱阴离子室并设在一组电极之间。即，本实施例的电气式脱离子水制造装置20B中，在一侧的阳离子交换膜1和另一侧的阴离子交换膜2之间设置中间阳离子交换膜1，在由一侧的阳离子交换膜1和中间阳离子交换膜1分割而成的第一脱离子室内，填充阳离子块状交换体13和阳离子交换树脂12，构成脱阳离子室6，在由另一侧的阴离子交换膜2和中间阳离子交换膜1分割而成的第二脱离子室内，从中间离子交换膜1侧填充阴离子交换树脂11和阴离子块状交换体14，构成脱阴离子室7，并在一侧的阳离子交换膜1的外侧配置阴极9，在另一侧的阴离子交换膜2的外侧配置阳极10，从位于脱阴离子室7中另一侧(阳极侧)的阴离子交换膜2附近的流入口3a供给被处理水，从位于脱阴离子室7中的中间阳离子交换膜1附近的流出口4a得到第一处理水，并从位于脱阳离子室6中一侧(阴极侧)的阳离子交换膜1附近的流入口3b供给第一处理水，从位于脱阳离子室6中的中间阳离子交换膜1附近的流出口4b得到第二处理水。
电气式脱离子水制造装置20B中，从脱阴离子室7的阳极10侧的阴离子交换膜2附近流入的被处理水在阴离子块状交换体14和阴离子交换树脂11内被吸附除去阴离子Y-，并向中间阳离子交换膜1侧移动，作为第一处理水从脱阴离子室7的中间阳离子交换膜1附近的流出口4b排出。接下来，第一处理水利用连通管5b从脱阳离子室6内的阴极9侧的阳离子交换膜1附近导入脱阳离子室6内。接下来，该第一处理水在阳离子块状交换体13和阳离子交换树脂12内被吸附除去阳离子X+，并向中间阳离子交换膜1侧移动，作为第二处理水从脱阳离子室6的中间阳离子交换膜1附近排出。
另一方面，在脱阳离子室6中，利用配设在该装置20B两端的阴极9和阳极10之间施加的直流电流，使被混合阳离子交换体吸附的阳离子X+电泳，并通过阴极9侧的阳离子交换膜1向阴极室(未图示)排出。同样地，在脱阴离子室7中，同样地利用阴极9和阳极10之间施加的直流电流，使被混合阴离子交换体吸附的阴离子Y-电泳，并通过阳极10侧的阴离子交换膜2向阳极室(未图示)排出。即，脱阴离子室7内的通水方向为图3中的从右到左的实线箭头方向，被排除的阴离子沿与混和离子交换体的通水方向相反的方向泳动，脱阳离子室6内的通水方向为从左到右的实线箭头方向，被排除的阳离子沿与混和离子交换体的通水方向相反的方向泳动。脱阳离子室6内和脱阴离子室7内的块状交换体和离子交换树脂的填充比例可根据被处理水的性质状态等任意决定，但优选为，块状交换体∶离子交换树脂的体积比例为1∶0.5～1∶10。采用第二实施方式的电气式脱离子水制造装置20B，可取得与第一实施方式的电气式脱离子水制造装置20A相同的效果，除此之外，省略了一组电极，从而可谋求装置的小型化和简单化。
另外，电气式脱离子水制造装置20B的通水方法除了上述方法以外，还可采用如下处理方法，例如，用脱阳离子室6处理被处理水，接下来，用脱阴离子室7处理脱阳离子室6的处理水。采用该方法，首先，向脱阳离子室6通水，将钙离子、镁离子排除，因而可防止脱阴离子室7内产生水垢，此外，脱阳离子室6中在被处理水流入口附近配置阳离子块状交换体相，因而可加快钙离子、镁离子的排除速度。因此，该方法可比较有效地用于处理含有钙、镁等硬度成分的被处理水。
本实施例的电气式脱离子水制造装置20B中，就脱阳离子室6内填充的混合离子交换体而言，除上述实施方式之外，还可采用如下实施方式：从一侧(阴极侧)的阳离子交换膜1向中间离子交换膜1，依次填充阳离子交换树脂和阴离子块状交换体的实施方式，以及，从一侧(阴极侧)的阳离子交换膜1向中间离子交换膜1，依次填充阳离子块状交换体、阳离子交换树脂和阴离子块状交换体的实施方式等。中间离子交换膜1由附近填充的离子交换体决定是阳离子交换膜还是阴离子交换膜。在填充阳离子交换树脂和阴离子块状交换体的情况下，可利用阴离子块状交换体的物理伸缩性进行缓冲，能够均匀地保持脱阳离子室6内的填充状态，还具有简单的超纯化功能，并且，因流入口3b位于阴离子交换树脂相上，所以可防止脱离子室内的单流。另外，在按照阳离子块状交换体、阳离子交换树脂以及阴离子块状交换体的顺序填充的情况下，可加快包括上述钙、镁等硬度成分的杂质阳离子的排除速度，并且，还具有简单的超纯化功能，此外，还可利用两块状交换体的物理伸缩性均匀地保持脱阳离子室6内的填充状态。就脱阴离子室7内填充的混合离子交换体而言，也同样可以选择适当的离子交换体。他们的实施方式也同样可采用如下方法：用脱阳离子室6处理被处理水，接下来，用脱阴离子室7处理脱阳离子室6的处理水。
接下来，参照图4对本发明第三实施方式的电气式脱离子水制造装置进行说明。图4是表示本实施方式的电气式脱离子水制造装置的结构的示意图。图4中，在与图3相同的结构要素上标记相同的符号，并省略其说明，主要对不同之处进行说明。图4的电气式脱离子水制造装置20C中，与图3的不同之处有，一并省略了中间阳离子交换膜1和阳离子交换树脂。即，本实施例的电气式脱离子水制造装置20C中，在一侧的阴离子交换膜2的外侧配置阳极10，在另一侧的阳离子交换膜1的外侧配置阴极9，在由一侧的阴离子交换膜2和另一侧的阳离子交换膜1所分割而成的脱离子室15内，从一侧(阳极侧)的阴离子交换膜2侧依次填充阴离子块状交换体14、阴离子交换树脂11以及阳离子块状交换体13，从而构成脱离子室15，从脱离子室15中一侧的阴离子交换膜2附近的流入口3c供给被处理水，从脱离子室15中另一侧阳离子交换膜1附近的流出口4c得到处理水。即，脱离子室15中的通水方向为图4中从左到右的实线箭头方向。
电气式脱离子水制造装置20C中，从脱离子室15的阳极10侧的阴离子交换膜2附近的流入口3c导入被处理水。接下来，被处理水在阴离子块状交换体14和阴离子交换树脂11内被吸附除去阴离子Y-，并向阴极9侧移动，在阳离子块状交换体13内被吸附除去阳离子X+，并向阴极9侧移动，作为处理水从脱离子室15的阴极9侧的阳离子交换膜1附近的流出口4c排出。采用电气式脱离子水制造装置20C，可取得与电气式脱离子水制造装置20B相同的效果，除此之外，省略了中间阳离子膜，从而可谋求装置的小型化和简单化。此外，在为电气式脱离子水制造装置20C的情况下，阴离子Y-的泳动方向与通水方向相反，阳离子X+的泳动方向与通水方向相同。
电气式脱离子水制造装置20C中，就脱离子室15内填充的混合离子交换体而言，除上述实施方式之外，还可采用下述另外的实施方式：从一侧的阴离子交换膜2向另一侧的阳离子交换膜1，依次填充阴离子交换树脂11和阳离子块状交换体13。该情况下，因流入口3c位于阴离子交换树脂相上，所以可防止脱离子室内的单流。此外，就上述实施方式和另外的实施方式而言，同样地，被处理水的流入场所不限于上述实施方式，也可采用如下方法：使被处理水流入另一侧的阳离子交换膜1附近的流入口，在阳离子交换体内吸附除去阳离子X+，并向阳极10侧移动，在阴离子交换体内吸附除去阴离子Y-，并进一步向阳极10侧移动，从阴离子交换膜2附近的流出口得到处理水。脱离子室15内的块状交换体和离子交换树脂的填充比例可根据被处理水的性质状态等任意决定，但优选为，块状交换体∶离子交换树脂的体积比例为1∶0.5～1∶10。
本发明的电气式脱离子水制造装置可与现有技术的离子交换装置进行相同的应用和组合，例如，仅采用脱阳离子室而作为软化装置，在后工序中使用混床式离子交换器，从而还可谋求处理水的高纯度化等。
实施例
接下来，通过实施例，对本发明进行了更加具体的说明，但实施例仅为本发明的例示，而非对本发明的限制。
(电气式脱阳离子水制造装置的制作)
使用图5的简图所示的下述规格的电气式脱离子水制造装置。
·槽的尺寸：160mL(纵5cm×横4cm×高(电极间长度)8cm)；
·槽容器：内部容积160mL；
·阴离子交换树脂(填充在阳极侧)：120mL(IRA402BL)，纵5cm×横4cm×高(电极间长度)6cm；
·阳离子块状交换体：切断日本特开2003-334560号公报的实施例记载的块状交换体而制成为纵5cm×横4cm×高2cm的块状交换体；
·被处理水：逆渗透膜透过水，导电率为约20μS/cm，流量为15L/小时
·电极水：阳极水、阴极水流量分别为5L/小时。
(电气式脱离子水制造装置的运行)
往得到的电气式脱离子水制造装置中，以15L/小时(LV＝7.5、SV＝94(整体))的流速连续通水，导通0.33A的直流电流，在64V的操作电压下，得到导电率为0.8μS/cm的处理水，从而显示出，通过本发明的电气式脱离子水制造装置能够生成纯度高的纯水。另外，在连续运行时，观察容器内，可发现，阴离子交换树脂膨胀，阳离子块状交换体被挤压，混合粒子交换体在容器中紧密聚集的状态。
工业实用性
本发明的电气式脱离子水制造装置，可用于采用脱离子水的半导体制造工业、制药工业、食品工业、发电厂、研究所等各种工业或糖液、果汁、葡萄酒等的制造等中。

Claims (8)

1.一种电气式脱离子水制造装置，将直流电场施加到填充有离子交换体的脱离子室，以使被排除的离子沿与该离子交换体内的通水方向相同或相反的方向泳动，从而将该离子交换体上吸附的离子性杂质排除到系统外部，其特征在于，
该离子交换体是块状有机多孔质离子交换体与粒状离子交换树脂的混合体。
2.根据权利要求1所述的电气式脱离子水制造装置，其特征在于，
其具有阴离子槽和阳离子槽，
所述阴离子槽具有：脱阴离子室，其由一侧的阴离子交换膜与另一侧的离子交换膜分割而成；阳极，其配置在该一侧的阴离子交换膜的外侧；阴极，其配置在该另一侧的离子交换膜的外侧，
所述阴离子槽从该脱阴离子室中的一侧的阴离子交换膜附近供给被处理水，并从该脱阴离子室中的另一侧的离子交换膜附近获得第一处理水，
所述阳离子槽具有：脱阳离子室，其由一侧的阳离子交换膜与另一侧的离子交换膜分割而成；阴极，其配置在该一侧的阳离子交换膜的外侧；阳极，其配置在该另一侧的离子交换膜的外侧，
所述阳离子槽从该脱阳离子室中的一侧的阳离子交换膜附近供给上述阴离子槽的第一处理水，并从该脱阳离子室中的另一侧的离子交换膜附近获得第二处理水。
3.根据权利要求1所述的电气式脱离子水制造装置，其特征在于，
其具有阳离子槽和阴离子槽，
所述阳离子槽具有：脱阳离子室，其由一侧的阳离子交换膜与另一侧的离子交换膜分割而成；阴极，其配置在该一侧的阳离子交换膜的外侧；阳极，其配置在该另一侧的离子交换膜的外侧，
所述阳离子槽从该脱阳离子室中的一侧的阳离子交换膜附近供给被处理水，并从该脱阳离子室中的另一侧的离子交换膜附近获得第一处理水，
所述阴离子槽具有：脱阴离子室，其由一侧的阴离子交换膜与另一侧的离子交换膜分割而成；阳极，其配置在该一侧的阴离子交换膜的外侧；阴极，其配置在该另一侧的离子交换膜的外侧，
所述阴离子槽从该脱阴离子室中的一侧的阴离子交换膜附近供给上述阳离子槽的第一处理水，并从该脱阴离子室中的另一侧的离子交换膜附近获得第二处理水。
4.根据权利要求2或3所述的电气式脱离子水制造装置，其特征在于，
在上述阳离子槽的阴极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阳离子交换体，或者，在上述阳离子槽的阳极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阴离子交换体，
在上述阴离子槽的阳极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阴离子交换体，或者，在上述阴离子槽的阴极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阳离子交换体。
5.根据权利要求1所述的电气式脱离子水制造装置，其特征在于，
所述脱离子室由脱阴离子室与脱阳离子室构成，该脱离子室内在一侧的阴离子交换膜和另一侧的阳离子交换膜之间设置有中间离子交换膜，该脱阴离子室由该一侧的阴离子交换膜与该中间离子交换膜分割而成，该脱阳离子室由该另一侧的阳离子交换膜与该中间离子交换膜分割而成，
在该一侧的阴离子交换膜的外侧配置阳极，在该另一侧的阳离子交换膜的外侧配置阴极，从而形成脱离子槽，其中，
从该脱阳离子室中的另一侧的阳离子交换膜附近供给被处理水，从该脱阳离子室中的中间离子交换膜附近获得第一处理水，并且，从该脱阴离子室中的一侧的阴离子交换膜附近供给该第一处理水，从该脱阴离子室中的中间离子交换膜附近获得第二处理水。
6.根据权利要求1所述的电气式脱离子水制造装置，其特征在于，
所述脱离子室由脱阳离子室与脱阴离子室构成，该脱离子室内在一侧的阳离子交换膜和另一侧的阴离子交换膜之间设置有中间离子交换膜，该脱阳离子室由该一侧的阳离子交换膜与该中间离子交换膜分割而成，该脱阴离子室由该另一侧的阴离子交换膜与该中间离子交换膜分割而成，
在该一侧的阳离子交换膜的外侧配置阴极，在该另一侧的阴离子交换膜的外侧配置阳极，从而形成脱离子槽，其中，
从该脱阴离子室中的另一侧的阴离子交换膜附近供给被处理水，从该脱阴离子室中的中间离子交换膜附近获得第一处理水，并且，从该脱阳离子室中的一侧的阳离子交换膜附近供给该第一处理水，从该脱阳离子室中的中间离子交换膜附近获得第二处理水。
7.根据权利要求5或6所述的电气式脱离子水制造装置，其特征在于，
在上述脱阳离子室的阴极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阳离子交换体，或者，在上述脱阴离子室的阳极侧填充的离子交换体是块状有机多孔质阴离子交换体。
8.根据权利要求1所述的电气式脱离子水制造装置，其特征在于，
所述脱离子室是由一侧的阴离子交换膜与另一侧的阳离子交换膜分割而成的脱离子室，在该一侧的阴离子交换膜的外侧配置阳极，在该另一侧的阳离子交换膜的外侧配置阴极，在该脱离子室的阳极侧填充有块状有机多孔质阴离子交换体，或者，在该脱离子室的阴极侧填充有块状有机多孔质阳离子交换体，从而形成脱离子槽，其中，
从该脱离子室中的一侧的阴离子交换膜附近供给被处理水，从该脱离子室中的另一侧的阳离子交换膜附近获得处理水，或者，从该脱离子室中的另一侧的阳离子交换膜附近供给被处理水，从该脱离子室中的一侧的阴离子交换膜附近获得处理水。
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