JP2000237750A - 電気再生式脱塩モジュールおよび電気再生式脱塩装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単なシステムで、脱塩処理の高効率化及び
収率向上を達成し得る電気再生式脱塩モジュール及び電
気再生式脱塩装置を提供すること。 【解決手段】 少なくとも一組の陽イオン交換膜１６ｂ
と陰イオン交換膜１６ａとを対向させて配置し、陽イオ
ン交換膜１６ｂと陰イオン交換膜１６ａとの間隙に被処
理水用の通路Ａが形成され、陽イオン交換膜１６ｂおよ
び陰イオン交換膜１６ａの外側に電極１２ａ，１２ｂを
配してなる電気再生式脱塩モジュール１０において、被
処理水用の通路Ａに、被処理水の進行方向に対して略平
行であって、かつ、陽イオン交換膜１６ｂと陰イオン交
換膜１６ａとを橋渡しする形態で、さらに陽イオン交換
膜１８ｂおよび／または陰イオン交換膜１８ａを少なく
とも１つ配することを特徴とする電気再生式脱塩モジュ
ール、及びこれを用いた電気再生式脱塩装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体中からイオン
を除去する電気再生式脱塩モジュールおよび電気再生式
脱塩装置に関するものであり、詳しくは、電力・原子力
産業、電子産業、あるいは、医薬品製造業等における純
水の製造や、食品製造業や化学品製造業等の分野におけ
る各種工程で高濃度液から脱塩処理を行う際等に利用で
きる電気再生式脱塩モジュールおよび電気再生式脱塩装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体中からイオンを除去する方法には大
きく分け、逆浸透法、クロマト法、イオン交換法、およ
び電気透析法の４種類がある。海水など高塩類の脱塩に
は逆浸透が適しているものの、それよりも塩濃度の小さ
い液に対し、高付加価値のある脱塩を行うには、当該方
式は向いていない。また、ゲルクロマトや液クロマト等
のクロマト法、および、イオン交換法では、樹脂の吸着
により収率が大きく低下し、かかる樹脂の再生には困難
を極めていた。

【０００３】一方、従来の電気透析は電位差を駆動力と
してイオンを移動するので、イオン濃度が低くなると、
電流効率が悪くなり、脱塩水濃度は数百ｐｐｍが限界で
あった。そのため、脱塩室にイオン交換樹脂を充填し、
電流効率を上げる方法が提案された（Ｋｏｌｌｓｍａｎ
米国特許２８１５３２０号）。当該提案では、膜やイ
オン交換樹脂へのスケール付着など問題点が多かった。
しかし、近年における膜の性能向上、前処理方法の進
歩、複雑な再生設備を必要としない脱塩装置への産業界
からの要求、および、省資源・省エネルギー化の要求な
どを背景として、電気再生式脱塩装置が注目され、初期
の電気再生式脱塩装置を改良したものが提案され（ミリ
ポアコーポレーション 米国特許４６３２７４５号）、
市販されている。

【０００４】近年における電気再生式脱塩装置は、２枚
のイオン交換膜で仕切られた脱塩室にカチオン交換樹脂
とアニオン交換樹脂が混合して充填されている。イオン
交換樹脂は直径が０．４〜０．６ｍｍの真球であるた
め、これを脱塩室に均一充填したセルを何層もフィルタ
ープレス状に重ねて行くことは、製造工程上困難を極め
る。例えば、フレーム端部からイオン交換樹脂やその粉
砕した破片がリークしたりすると脱塩水の純度が低下す
る。また、差圧の上昇が大きいので、流量を大きく取れ
ない。イオン交換樹脂を充填する最も大きな理由は、イ
オンの移動を容易にするためなので、両イオン交換樹脂
が分離や偏在などすると、イオン移動の通路が少なくな
り、所定の純度が得られなくなる可能性もある。しか
し、カチオンおよびアニオン両交換樹脂を均一に分散さ
せることは、実際上極めて難しい。

【０００５】このような問題点を解決するため、放射線
グラフト重合を利用して製造したイオン交換体を充填し
た電気再生式脱塩装置が提案された（特開平５−６４７
２６）。この提案は放射線グラフト重合を利用して製造
したイオン交換体、特にイオン交換繊維を脱塩室に充填
したものであり、イオン交換樹脂を充填することにより
生じていた種々の問題点が解消し、安定した水質を長期
間にわたり維持できる電力消費量の小さな電気再生式脱
塩装置となった。

【０００６】ところが、当該電気再生式脱塩装置におい
ても、イオン交換繊維又は不織布（以下、単に「イオン
交換繊維」という場合がある。）の充填量が少ないと、
繊維が圧密により変形し被処理水の偏流を生じるため、
処理水質の低下を招いた。また、イオン交換繊維の充填
量が多いと、圧力損失の上昇が大きく、漏水が起こる場
合があった。一方、被処理水の偏流や圧力損失の上昇
は、脱塩水の収率低下につながる。特に、医薬品製造等
の分野においては、製造品の単位容量あたりの単価が極
めて高く、最終脱塩工程におけるわずかな収率低下をも
無視することができないものであり、収率のより一層の
向上が望まれていた。

【０００７】また、当該電気再生式脱塩装置において用
いているイオン交換繊維は、被処理水がカチオン交換繊
維とアニオン交換繊維とに何回も接触するよう、両繊維
を混ぜたり、両繊維束を縦横に織ったり、また不織布に
千鳥格子状に両イオン交換基を導入したものを用いてい
る。あるいは、両イオン交換繊維（又は不織布）を脱塩
室に充填する際、脱塩室の内部を多数の小室に区分し、
カチオン交換繊維を充填した区画とアニオン交換繊維を
充填した区画に次々と被処理水を通水していた。しかし
ながら、このようなイオン交換繊維を製造したり、小室
に分けることは実験室的には可能であるが、大量生産や
実機制作を考慮すると構造が煩雑であり問題点が多すぎ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、より簡単なシステムで、モジュール内の電気密度を
高くして脱塩処理の高効率化を図り、かつ、モジュール
内の圧力損失を低くすることにより、脱塩水の収率向上
を達成し、特に高純度の脱塩水を得るための工程の短縮
化を図ることが可能な電気再生式脱塩モジュールおよび
これを用いた電気再生式脱塩装置を提供することにあ
る。

【０００９】また本発明の目的は、電気連続再生による
イオン交換膜のイオン吸着を防止し、安定した水質、低
い圧力損失、および良好な電気特性を長期間にわたり維
持でき、小容量から大容量まで処理可能で、さらに維持
管理が容易な電気再生式脱塩モジュールおよびこれを用
いた電気再生式脱塩装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の本発
明により達成される。すなわち本発明は、少なくとも一
組の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを対向させて配
置し、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜との間隙に被処
理水用の通路が形成され、陽イオン交換膜および陰イオ
ン交換膜の外側に電極を配してなる電気再生式脱塩モジ
ュールであって、前記被処理水が被処理水用の通路を流
れる際に陽イオン交換膜または陰イオン交換膜によりイ
オン交換処理される電気再生式脱塩モジュールにおい
て、被処理水用の通路に、被処理水の進行方向に対して
略平行であって、かつ、陽イオン交換膜と陰イオン交換
膜とを橋渡しする形態で、さらに陽イオン交換膜および
／または陰イオン交換膜を少なくとも１つ配することを
特徴とする電気再生式脱塩モジュールである。

【００１１】上記本発明によれば、対向する陽イオン交
換膜と陰イオン交換膜との間隙にさらに形成される陽イ
オン交換膜および／または陰イオン交換膜が、被処理水
の進行方向に対して略平行に配されるため、これらイオ
ン交換膜自体、必要に応じて配されるスペーサー、およ
び、イオン交換膜自体同士または必要に応じて配される
前記スペーサーとの間隙がすべて被処理水の通過する経
路となり、被処理水用の通路が十分に確保され、被処理
水の進行を妨げることなく、モジュール内の圧力損失を
大幅に低減することができ、さらに被処理水の偏流（チ
ャネリング）を防止することができる。

【００１２】また上記本発明によれば、前記被処理水用
の通路に配される陽イオン交換膜および／または陰イオ
ン交換膜が、対向する陽イオン交換膜と陰イオン交換膜
とを橋渡しする形態で配されるため、被処理水用の通路
における電気密度が高まり、脱塩処理の高効率化を達成
することができる。

【００１３】さらに、上記本発明の構成は構造が単純で
あるため、製造が容易でかつ低コストであり、モジュー
ル内を洗浄するのが容易で、ファウリングが少ないもの
となる。

【００１４】ここで、本発明において「陽イオン交換膜
と陰イオン交換膜とを橋渡しする形態」とは、対向する
両イオン交換膜の間に新たに配される他のイオン交換膜
が、その両端で対向する両イオン交換膜と接触している
か、あるいは電気化学的に接触しているに等しい状態で
近接している形態を指す。従って、新たに配される他の
イオン交換膜は、被処理水用の通路における電流密度を
向上させることが目的であるので、必ずしも対向する両
イオン交換膜と物理的に接触していなければならない性
質のものではなく、ある程度の空隙を有していても何ら
問題ない。

【００１５】本発明において、被処理水用の通路に新た
に配される陽イオン交換膜および陰イオン交換膜は、電
流密度向上効果をより一層高めるべく、それぞれ複数配
されてなることが好ましい。

【００１６】本発明においては、対向する陽イオン交換
膜および陰イオン交換膜と、被処理水用の通路に新たに
配される陽イオン交換膜および／または陰イオン交換膜
とが、略垂直に位置するように配置されることが、新た
に配される両イオン交換膜の充填効率の観点より好まし
い。

【００１７】本発明においては、電流密度向上効果をよ
り一層高め、被処理水用の通路全域に渡って均一かつ良
好な脱塩効率を達成するとともに、被処理水の偏流（チ
ャネリング）をより有効に防止すべく、被処理水用の通
路に新たに配される陽イオン交換膜および陰イオン交換
膜は、交互に配されてなることが好ましい。

【００１８】本発明においては、被処理の通過する経路
をより一層十分なものとし、モジュール内の圧力損失を
さらに大幅に低減すべく、被処理水用の通路に配される
陽イオン交換膜および／または陰イオン交換膜が、それ
ぞれスペーサーを介して配されてなることが好ましい。
スペーサーを介することとすれば、被処理水の乱流効果
を促進させ、イオンの拡散速度を上昇させることができ
る。

【００１９】さらに本発明においては、処理水量の大幅
アップを企図して、対向配置される陽イオン交換膜と陰
イオン交換膜とを二組以上配し、その二組以上の対向配
置された陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とのさらに外
側に電極を配することが好ましい。

【００２０】そして、上記本発明の電気再生式脱塩モジ
ュールを用いてなる電気再生式脱塩装置によれば、脱塩
水の収率が極めて高く、特に高純度の脱塩水を得るため
の工程の短縮化を図ることが可能であり、電気連続再生
によるイオン交換膜のイオン吸着を防止し、安定した水
質、低い圧力損失、および良好な電気特性を長期間にわ
たり維持でき、小容量から大容量まで処理可能で、さら
に維持管理が容易となる。

【００２１】なお、本発明とほぼ同一の目的で、特開平
７−１００３９１号公報および特開平９−９９２２１号
公報に記載の提案がなされている。特開平７−１００３
９１号公報に記載の提案は、カチオン交換不織布とアニ
オン交換不織布との間にプラスチック製網を介在させて
脱塩室（被処理水用の通路）に充填したものである。こ
れにより、被処理水はイオン交換繊維層の中を通過させ
る必要がなくなり、圧力損失の低下、イオン交換繊維製
造の簡略化、装置の簡素化などが可能とされているが、
当該提案においても、本発明ほど被処理水用の通路を確
保することができず圧力損失低減効果は十分でなく、ま
た、絶縁体であるプラスチック製網の存在より被処理水
用の通路における電気密度向上効果も十分とはいえな
い。

【００２２】一方、特開平９−９９２２１号公報に記載
の提案は、イオン交換体を脱塩室に充填した電気再生式
脱塩装置であって、前記イオン交換体が繊維の集合体で
ある不織布であり、かつカチオン交換体とアニオン交換
体を向い合わせて配置し、その間（被処理水用の通路）
に空隙性材料を介在させたものである。しかし、空隙性
材料を被処理水用の通路に存在させると、結局被処理水
用の通路を狭める結果となり、被処理水の偏流（チャネ
リング）を生じ、また圧力損失の上昇を招く。さらに、
用いるイオン交換体が放射線グラフト重合といった特殊
な技術を用いたものであり、本発明のように一般のイオ
ン交換膜を用いて簡単に上記高性能を達し得る構成と
は、明らかに異なるものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態を挙げ
て詳細に説明する。図１に、本発明の第１の実施の形態
である電気再生式脱塩モジュール１０の概略斜視図を示
す。図１においては、電気再生式脱塩モジュール１０の
断面構成を明らかにするため、矢印Ｘ部を切り欠いてい
る。

【００２４】図１において１６ａは陰イオン交換膜、１
６ｂは陽イオン交換膜を表し、両者は対向して配置さ
れ、両者間に脱塩室（被処理水用の通路）Ａが形成され
ている。陰イオン交換膜１６ａの外側には、スペーサー
１４ａを介して電極１２ｂが配され、また、陽イオン交
換膜１６ｂの外側には、スペーサー１４ｂを介して電極
１２ａが配され、電極１２ａおよび１２ｂは、それぞれ
陽極および陰極となる。また、スペーサー１４ａおよび
その両面に形成される空隙が陽極室Ｂを形成し、スペー
サー１４ｂおよびその両面に形成される空隙が陰極室Ｃ
を形成する。

【００２５】一般の電気再生式脱塩モジュールは、以上
の構成よりなり、必要に応じて脱塩室Ａの部分にイオン
交換樹脂や、その他充填材等が充填される。そして、矢
印Ｙ側から脱塩室Ａに流入した被処理水が脱塩室Ａ内を
流れる際に、電極１２ａ，１２ｂ間に印加される電圧の
力を借りて、陰イオン交換膜１６ａまたは陽イオン交換
膜１６ｂによりイオン交換処理される。すなわち、被処
理水中のアニオンは陽極である電極１２ｂに引き寄せら
れ、陰イオン交換膜１６ａを透過して陽極室Ｂに流れ込
み、被処理水中のカチオンは陰極である電極１２ａに引
き寄せられ、陽イオン交換膜１６ｂを透過して陰極室Ｃ
に流れ込む。このようにして、被処理水は、脱塩室Ａ内
を矢印Ｙ側から矢印Ｚ側へ通過する際に脱塩処理がなさ
れ、最終的には、脱塩室Ａからは脱塩水が、陽極室Ｂお
よび陰極室Ｃからはそれぞれのイオンの濃縮水が流れ出
す。

【００２６】第１の実施の形態においては、脱塩室Ａに
は、被処理水の進行方向（すなわち矢印ＹおよびＺ方
向）に対して略平行であって、かつ、陽イオン交換膜１
６ｂと陰イオン交換膜１６ａとを橋渡しする形態で、さ
らに複数の陽イオン交換膜１８ｂおよび複数の陰イオン
交換膜１８ａが交互に、それぞれスペーサー１９を介し
て配されている。特に第１の実施の形態においては、複
数の陽イオン交換膜１８ｂおよび陰イオン交換膜１８ａ
は、陽イオン交換膜１６ｂおよび陰イオン交換膜１６ａ
と略垂直に位置するように配されている。

【００２７】かかる構成からなる第１の実施の形態の電
気再生式脱塩モジュール１０は、 陽イオン交換膜１８ｂおよび陰イオン交換膜１８ａ自
体、 スペーサー１９、および、 陽イオン交換膜１８ｂまたは陰イオン交換膜１８ａと
スペーサー１９との間隙、 がすべて被処理水の通過する経路となり、被処理水用の
通路が十分に確保され、被処理水の進行を妨げる障壁が
ほとんど存在せず、モジュール内の圧力損失を大幅に低
減することができ、さらに被処理水の偏流（チャネリン
グ）を防止することができる。特に陽イオン交換膜１８
ｂと陰イオン交換膜１８ａとが複数交互に配されている
ため、電流密度向上効果が一層高いものとなり、また、
被処理水の偏流（チャネリング）が効果的に防止され
る。

【００２８】また、陽イオン交換膜１８ｂと陰イオン交
換膜１８ａとが、略垂直に位置しているため、陽イオン
交換膜１８ｂおよび陰イオン交換膜１８ａの充填効率が
高い。

【００２９】なお、第１の実施の形態においては、複数
の陽イオン交換膜１８ｂおよび複数の陰イオン交換膜１
８ａを脱塩室Ａに配したが、本発明は陽イオン交換膜１
８ｂおよび／または陰イオン交換膜１８ａを少なくとも
１つ脱塩室Ａに配することとすれば、一定の効果が期待
できる。

【００３０】また、第１の実施の形態においては、複数
の陽イオン交換膜１８ｂおよび複数の陰イオン交換膜１
８ａが交互に配される形態としたが、本発明は、必ずし
も両者を交互に配しなければならないものではなく、い
ずれかのイオン交換膜が連続する箇所があっても、十分
な効果が期待できる。勿論、交互に配することが、チャ
ネリング防止の観点からは有利である。

【００３１】また、第１の実施の形態においては、陽イ
オン交換膜１８ｂおよび陰イオン交換膜１８ａは、陽イ
オン交換膜１６ｂおよび陰イオン交換膜１６ａに対し略
垂直に位置するように配されている形態としたが、両者
が斜めに位置するように配されたり、陽イオン交換膜１
８ｂおよび陰イオン交換膜１８ａがたわんだ形状で配さ
れていても、本発明の効果は十分に期待できる。ここ
で、本発明において「略垂直に位置」とは、正確に９０
°に位置している場合の他、９０°に位置しているに等
しい場合、具体的には７０〜９０°に位置している場合
を含む概念とする。なお、８０〜９０°に位置すること
が好ましい。

【００３２】さらに、第１の実施の形態においては、陽
イオン交換膜１８ｂと陰イオン交換膜１８ａとの間に、
それぞれスペーサー１９を介したが、スペーサー１９は
必須ではない。ただし、スペーサー１９を介さない場合
には陽イオン交換膜１８ｂと陰イオン交換膜１８ａとが
接触しないことが好ましい。また、第１の実施の形態に
おいては、積層状態に配された陽イオン交換膜１８ｂ、
陰イオン交換膜１８ａおよびスペーサー１９に関し、そ
の両端（図１における最上部および最下部）がスペーサ
ー１９となるように配されているが、両端の少なくとも
一方が陽イオン交換膜１８ｂあるいは陰イオン交換膜１
８ａとなっていても何ら問題ない。

【００３３】第１の実施の形態において陽・陰各イオン
交換膜は、対向配置させる一組の陽イオン交換膜１６ｂ
および陰イオン交換膜１６ａと、脱塩室Ａに配される陽
イオン交換膜１８ｂおよび陰イオン交換膜１８ａと、が
あるが、それぞれの陽・陰各イオン交換膜は基本的に同
一のものである。ただし、両者を別の陽・陰各イオン交
換膜とすることも差し支えない。

【００３４】第１の実施の形態において、電気再生式脱
塩モジュール１０全体の大きさとしては、特に限定され
るものではなく、使用目的、目標とする脱塩性能、装置
条件等により適宜設定することができる。例えば、図１
中の矢印ＹおよびＺ方向の長さとしては、長くすればす
るほど１回の脱塩処理でより高い脱塩効果が期待できる
のに反し、あまりに長くすれば製造適性が低下するほ
か、本発明によってもなお圧力損失の上昇を招く。ま
た、陽イオン交換膜１８ｂ、陰イオン交換膜１８ａおよ
びスペーサー１９の積層方向（図１中の上下方向）の高
さとしては、高くすればするほど１回の脱塩処理で処理
可能な処理液量が向上、すなわち処理能力がアップする
が、あまりに高くすれば製造適性が低下するほか、本発
明によってもなお被処理水の偏流（チャネリング）を生
じる。ただし、本発明によれば、かかる大型化による不
具合も、従来のものに比べ大幅に低減させることができ
る。

【００３５】脱塩室Ａの幅（陰イオン交換膜１６ａと陽
イオン交換膜１６ｂとの間隔）は、第１の実施の形態に
おいては約３ｍｍとしたが、モジュール内の電流密度を
高め、かつ、被処理水の流路を確保すべく、１〜６ｍｍ
程度の範囲が好ましく、より好ましくは２〜４ｍｍ程度
の範囲である。脱塩室Ａに配されるスペーサー１９とし
ては、特に制限はないが、０．３〜１．５ｍｍ程度の範
囲の厚みのもので、乱流促進効果の高いものが好まし
い。

【００３６】陽極室Ｂの幅（陰イオン交換膜１６ａと電
極１２ｂとの間隔）、および、陰極室Ｃの幅（陽イオン
交換膜１６ｂと電極１２ａとの間隔）は、特に限定され
るものではないが、脱塩処理による陽・陰各イオンを含
む液の流路を十分に確保しつつモジュール内の電流密度
低下を防止する観点より、０．２〜１．０ｍｍ程度の範
囲が好ましく、より好ましくは０．３〜０．５ｍｍ程度
の範囲である。

【００３７】脱塩室Ａに配される、陽イオン交換膜１８
ｂ、陰イオン交換膜１８ａおよびスペーサー１９の充填
密度としては、大きければ大きいほどモジュール内の電
流密度向上の観点からは好ましいが、あまりに充填しす
ぎると圧力損失の上昇を招くこととなる。従って、該充
填密度としては、それぞれの間に若干の空隙が生ずる程
度で問題ない。

【００３８】図２に第２の実施の形態である本発明の電
気再生式脱塩モジュール２０の概略斜視図を示す。図２
において、２２ａおよび２２ｂは電極、２４ａ、２４ｂ
および２９はスペーサー、２６ａは陰イオン交換膜、２
６ｂは陽イオン交換膜、２８ａは陰イオン交換膜、２８
ｂは陽イオン交換膜をそれぞれ表し、各部材は第１の実
施の形態における対応する各部材と基本的に同一の機能
を有するものである。

【００３９】第２の実施の形態においては、対向する陰
イオン交換膜２６ａおよび陽イオン交換膜２６ｂと、そ
の間に配される陰イオン交換膜２８ａ、陽イオン交換膜
２８ｂおよびスペーサー２９と、からなるセル（以下、
単に「セル」という場合がある。）が３つ、各セル同士
の陽イオン交換膜２６ｂと陰イオン交換膜２６ａとが隣
り合うように、スペーサー２４ｃ，２４ｄを介して平行
に積層状態で配されている。そして各セルには、陰イオ
ン交換膜２６ａおよび陽イオン交換膜２６ｂの間隙（約
３ｍｍ）に、脱塩室（被処理水用の通路）Ａ１、Ａ２お
よびＡ３が形成されている。さらに、各セル間のスペー
サー２４ｃ，２４ｄ、およびそれらと陰イオン交換膜２
６ａまたは陽イオン交換膜２６ｂとの間隙からなる濃縮
室Ｄ１およびＤ２が形成される。

【００４０】第２の実施の形態である電気再生式脱塩モ
ジュール２０においては、矢印Ｙ側から脱塩室Ａ１、Ａ
２およびＡ３にそれぞれ流入した被処理水が脱塩室Ａ
１、Ａ２およびＡ３内を流れる際に、電極２２ａ，２２
ｂ間に印加される電圧の力を借りて、陰イオン交換膜２
６ａまたは陽イオン交換膜２６ｂによりイオン交換処理
される。すなわち、被処理水中のアニオンは陽極である
電極２２ｂに引き寄せられ、陰イオン交換膜２６ａを透
過し、被処理水中のカチオンは陰極である電極２２ａに
引き寄せられ、陽イオン交換膜２６ｂを透過する。

【００４１】このとき、脱塩室Ａ１の陰イオン交換膜２
６ａ側および脱塩室Ａ３の陽イオン交換膜２６ｂ側で
は、第１の実施の形態同様、両イオン交換膜２６ａ，２
６ｂを透過したアニオン・カチオンの両イオンは、それ
ぞれ陽極室Ｂおよび陰極室Ｃに流れ込むが、前記各セル
間に存在する濃縮室Ｄ１およびＤ２では、隣接する陰イ
オン交換膜２６ａおよび陽イオン交換膜２６ｂからアニ
オン・カチオンの両イオンが流れ込み、被処理水の濃縮
液が調製される。

【００４２】かかる構成からなる第２の実施の形態の電
気再生式脱塩モジュール２０は、前記第１の実施の形態
の電気再生式脱塩モジュール１０と同様の効果を有する
ほか、処理水量の大幅アップを達成することができる。

【００４３】上記第２の実施の形態では、対向する陰イ
オン交換膜２６ａおよび陽イオン交換膜２６ｂと、その
間に配される陰イオン交換膜２８ａ、陽イオン交換膜２
８ｂおよびスペーサー２９と、からなるセルが３つの場
合において説明したが、該セルが２つであっても第１の
実施の形態の場合に比べれば十分に処理水量のアップを
達成することができ、また、更なる処理水量のアップを
企図する場合には、前記セルを４つ以上とすることもで
きる。なお、第２の実施の形態における全体の大きさ、
各部材の配置の考え方等は、第１の実施の形態における
場合と同様である。

【００４４】次に、本発明において用いることができる
各材料について、詳細に説明する。本発明において用い
られる陽・陰各イオン交換膜は、一般にイオン交換膜と
して各種産業で用いられているものをいずれも選択して
使用することができる。勿論、イオン交換能の高いもの
等高性能のイオン交換膜を用いることが、各種性能向上
の観点より好ましいが、いずれのイオン交換膜を用いた
場合であっても、本発明の効果は十分に期待できる。

【００４５】本発明において用いることが可能な陽・陰
各イオン交換膜として、市販品としては、例えば、
（株）トクヤマ製のネオセプタ（登録商標）、旭化成工
業（株）製アシプレックス（登録商標）等を挙げること
ができる。これらの中でも、陽・陰各イオン交換膜の厚
みとして、０．１〜１ｍｍの範囲のものが、製造適性お
よび被処理水の流路確保の観点より好ましく、より好ま
しくは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲のものである。

【００４６】本発明において好ましく用いられるスペー
サーとしては、化学的に安定なものであって、所定の厚
みを持ち乱流促進効果の高いものが好ましい。具体的な
材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロ
ンなどの合成樹脂が挙げられる。

【００４７】本発明においては、電極の材質は特に限定
されず、従来より電極材料として用いられている各種導
電性材料等、例えば鉄、銅、金、白金、銀、ステンレ
ス、チタン等から、その目的に応じて選択可能である。
また、電極には、被処理液による腐食を防止すべく、公
知の保護層を形成しておくこともできる。

【００４８】次に、上記本発明の電気再生式脱塩モジュ
ールを用いてなる電気再生式脱塩装置について説明す
る。上記本発明の電気再生式脱塩モジュールは、例えば
図３に示す形態で脱塩ユニット４０として電気再生式脱
塩装置に組み込まれて使用される。

【００４９】図３において、３８は脱塩ユニットケース
であり、内部に被処理水が流れるための空洞３６ａ，ｂ
が形成されている。空洞３６ａ，ｂの中央には電気再生
式脱塩モジュール３０が配され、被処理水注入口３２か
ら空洞３６ａに注入された被処理水は、電気再生式脱塩
モジュール３０内を通過し、処理水排出口３４から排出
される。電気再生式脱塩モジュール３０は、本例におい
ては前記第１の実施の形態と同形状のものを用いてい
る。

【００５０】なお、電気再生式脱塩モジュール３０内を
通過した被処理水は、脱塩室からは脱塩水として、陽極
室および陰極室からはそれぞれのイオンの濃縮水として
流れ出す。従って、本来脱塩ユニットはこれら各液を分
液して取り出す構成となっているが、図３においては図
面の簡略化の観点より、空洞３６ｂおよび処理水排出口
３４についてのかかる構成は、図面上省略されている。

【００５１】電気再生式脱塩モジュール３０の両面に配
された電極に所定の電圧を印加しつつ、脱塩ユニット４
０の被処理水注入口３２から被処理水を注入すると、処
理水排出口３４から、脱塩水および濃縮水となって排出
される。原理的には、このような構成で電気再生式脱塩
装置は構成される。

【００５２】印加する電圧としては、陰極側の電極（隣
接するイオン交換膜が陽イオン交換膜となる電極）に
負、陽極側の電極（隣接するイオン交換膜が陰イオン交
換膜となる電極）に正となるように、直流電圧を印加す
る。印加する直流電圧の大きさとしては、対向する両イ
オン交換膜の表面積および間隙、被処理水の流量および
水質等により、適宜設定すればよいが、通常１セルペア
（１組のセル）当たり１〜２０Ｖ程度である。

【００５３】電気再生式脱塩装置においては、所望とす
る処理能力、被処理水の種類・濃度、所望とする処理後
の液の水質、印加電圧、装置の大きさ等を勘案して、上
記脱塩ユニットを複数有するものとしたり、処理後の脱
塩水を再度被処理水として脱塩処理に供し、所望の水質
になるまで繰り返し脱塩処理を行う閉塞系とすることも
可能である。

【００５４】

【実施例】以下本発明を、実施例を挙げてより詳細に説
明する。 ［実施例１］ １．電気再生式脱塩モジュールＸ 図２に示す電気再生式脱塩モジュール（ただし、セルの
数は２つ。従って、対応するセルが１つないほか、脱塩
室Ａ３、濃縮室Ｄ２、およびスペーサー２４ｄもな
い。）を用意した。なお、当該電気再生式脱塩モジュー
ルＸの各部材の条件は、以下の通りである。

【００５５】・陽イオン交換膜２６ｂおよび陽イオン交
換膜２８ｂとしては、強酸性陽イオン交換膜を用いた。 ・陰イオン交換膜２６ａおよび陰イオン交換膜２８ａと
しては、強塩基性陰イオン交換膜を用いた。 ・スペーサー２４ａ，２４ｂ，２４ｃおよび２９：０．
３３ｍｍポリプロピレン製。 ・電極２２ａ：ステンレス電極。 ・電極２２ｂ：白金黒付白金電極。 ・陽イオン交換膜２６ｂ、陰イオン交換膜２６ａ、スペ
ーサー２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、電極２２ａおよび２２
ｂの大きさ：２５０×１００（ｍｍ） ・陽イオン交換膜２８ｂ、陰イオン交換膜２８ａ、およ
びスペーサー２９の大きさ：３×１００（ｍｍ） ・陽イオン交換膜２８ｂおよび陰イオン交換膜２８ａの
枚数：１００枚／セル

【００５６】２．被処理水 ＮａＣｌ：１０ｇを脱イオン水（電気伝導度１．０μＳ
／ｃｍ）に希釈して１０００ｍｌとし、これを被処理水
Ａとした。また、グルコース３０ｇおよびグルコン酸ナ
トリウム３０ｇを脱イオン水（電気伝導度１．０μＳ／
ｃｍ）に希釈して１０００ｍｌとし、これを被処理水Ｂ
とした。さらに、脱イオン水（電気伝導度１．０μＳ／
ｃｍ）により希釈したエタノール５重量％溶液に、硫酸
ナトリウム４５ｇおよび酢酸ナトリウム１５ｇを溶解さ
せて１０００ｍｌとし、これを被処理水Ｃとした。

【００５７】３．脱塩テスト ［被処理水Ａ］前記電気再生式脱塩モジュールＸを閉塞
系の電気再生式脱塩装置に組み込み、前記被処理水Ａを
１０００ｍｌ投入し、印加電圧が７．５Ｖ／ＣＰ（Ｃ
Ｐ：セルペア）となるように直流電圧を電極に印加しつ
つＮａＣｌの脱塩テストを行った。脱塩テストは、前記
被処理水Ａを閉塞系の電気再生式脱塩装置内に循環さ
せ、脱塩水の濃度が１００μＳ／ｃｍになるまでの時間
を測定し、該測定値から、処理液量／対向するイオン交
換膜の面積／処理時間により計算される処理能力（リッ
トル／ｍ²／Ｈｒ）を求めることにより、行った。その
結果、処理能力は１２．０リットル／ｍ²／Ｈｒであ
り、本発明の電気再生式脱塩モジュールである実施例１
は、ＮａＣｌの脱塩に際し、極めて高処理能力であるこ
とがわかる。

【００５８】［被処理水Ｂ］投入した被処理水を前記被
処理水Ｂ：７５０ｍｌとし、印加電圧を３．８Ｖ／ＣＰ
としたことを除いては、被処理水Ａの場合と同様にし
て、グルコン酸ナトリウムの脱塩テストを行った。その
結果、処理能力は１９．６リットル／ｍ²／Ｈｒであ
り、本発明の電気再生式脱塩モジュールである実施例１
は、グルコン酸ナトリウムの脱塩に際し、極めて高処理
能力であることがわかる。

【００５９】［被処理水Ｃ］投入した被処理水を前記被
処理水Ｃ：８００ｍｌとし、印加電圧を８．０Ｖ／ＣＰ
としたことを除いては、被処理水Ａの場合と同様にし
て、硫酸ナトリウムおよび酢酸ナトリウムの脱塩テスト
を行った。その結果、処理能力は１０．７リットル／ｍ
²／Ｈｒであり、本発明の電気再生式脱塩モジュールで
ある実施例１は、硫酸ナトリウムおよび酢酸ナトリウム
の脱塩に際し、極めて高処理能力であることがわかる。

【００６０】［比較例１］ １．電気再生式脱塩モジュールＹ 実施例１における電気再生式脱塩モジュールＸの作製に
おいて、脱塩室Ａ１およびＡ２に「陽イオン交換膜２６
ｂ、陰イオン交換膜２６ａ、およびスペーサー２９」を
配する代わりに、陽イオン交換樹脂および陰イオン交換
樹脂をそれぞれ約２０ｇ均一混合した上で、均一に充填
したものを電気再生式脱塩モジュールＹとした。

【００６１】２．脱塩テスト 上記電気再生式脱塩モジュールＹについて、実施例１と
同様にして脱塩テストを行った。その結果処理能力は、
被処理水Ａでは７．３リットル／ｍ²／Ｈｒ、被処理水
Ｂでは９．３リットル／ｍ²／Ｈｒ、被処理水Ｃでは
５．２リットル／ｍ²／Ｈｒであり、本発明の電気再生
式脱塩モジュールに比べ、いずれの被処理水においても
大幅に処理能力が劣っていた。

【００６２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、よ
り簡単なシステムで、モジュール内の電気密度を高くし
て脱塩処理の高効率化を図り、かつ、モジュール内の圧
力損失を低くすることにより、脱塩水の収率向上を達成
し、特に高純度の脱塩水を得るための工程の短縮化を図
ることが可能な電気再生式脱塩モジュールおよびこれを
用いた電気再生式脱塩装置を提供することができる。

【００６３】また本発明によれば、電気連続再生による
イオン交換膜のイオン吸着を防止、安定した水質、低い
圧力損失、および良好な電気特性を長期間にわたり維持
でき、小容量から大容量まで処理可能で、さらに維持管
理が容易な電気再生式脱塩モジュールおよびこれを用い
た電気再生式脱塩装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の一例である電気再生式脱
塩モジュールの概略斜視図である。

【図２】 本発明の実施形態の他の一例である電気再生
式脱塩モジュールの概略斜視図である。

【図３】 本発明の実施形態の一例である電気再生式脱
塩モジュールを組み込んだ脱塩ユニットの概略を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１０、２０、３０ 電気再生式脱塩モジュール １２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ 電極 １４ａ、１４ｂ、１９、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４
ｄ、２４ｄ、２９ スペーサー １６ａ、１８ａ、２６ａ、２８ａ 陰イオン交換膜 １６ｂ、１８ｂ、２６ｂ、２８ｂ 陽イオン交換膜 ３２ 被処理水注入口 ３４ 処理水排出口 ３６ａ、３６ｂ 空洞 ４０ 脱塩ユニット Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３ 脱塩室 Ｂ 陽極室 Ｃ 陰極室 Ｄ１、Ｄ２ 濃縮室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D006 GA17 HA42 JA04B JA04C JA41B JA42C JA44A JA44B KE12P KE17P KE19P KE28P MA03 MA13 MA14 MA31 MC84 PA01 PB12 PC02 PC11 PC41 4D025 AA04 AA09 AB05 BA08 BA09 BA13 BA14 BA25 BB04 DA05 DA06 4D061 DA03 DA08 DB13 EA09 EB13 EB22 EB28 EB30 EB31 FA08 FA09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一組の陽イオン交換膜と陰イ
   オン交換膜とを対向させて配置し、陽イオン交換膜と陰
   イオン交換膜との間隙に被処理水用の通路が形成され、
   陽イオン交換膜および陰イオン交換膜の外側に電極を配
   してなる電気再生式脱塩モジュールであって、前記被処
   理水が被処理水用の通路を流れる際に陽イオン交換膜ま
   たは陰イオン交換膜によりイオン交換処理される電気再
   生式脱塩モジュールにおいて、 被処理水用の通路に、被処理水の進行方向に対して略平
   行であって、かつ、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜と
   を橋渡しする形態で、さらに陽イオン交換膜および／ま
   たは陰イオン交換膜を少なくとも１つ配することを特徴
   とする電気再生式脱塩モジュール。
2. 【請求項２】 被処理水用の通路に、それぞれ複数の陽
   イオン交換膜および陰イオン交換膜が配されてなること
   を特徴とする請求項１に記載の電気再生式脱塩モジュー
   ル。
3. 【請求項３】 対向する陽イオン交換膜および陰イオン
   交換膜と、被処理水用の通路に配される陽イオン交換膜
   および／または陰イオン交換膜とが、略垂直に位置する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電気再生式
   脱塩モジュール。
4. 【請求項４】 被処理水用の通路に、陽イオン交換膜と
   陰イオン交換膜とが、交互に配されてなることを特徴と
   する請求項１ないし３のいずれか１に記載の電気再生式
   脱塩モジュール。
5. 【請求項５】 被処理水用の通路に、陽イオン交換膜お
   よび／または陰イオン交換膜が、それぞれスペーサーを
   介して配されてなることを特徴とする請求項１ないし４
   のいずれか１に記載の電気再生式脱塩モジュール。
6. 【請求項６】 対向配置される陽イオン交換膜と陰イオ
   ン交換膜とが二組以上配され、その二組以上の対向配置
   された陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とのさらに外側
   に電極を配してなることを特徴とする請求項１ないし５
   のいずれか１に記載の電気再生式脱塩モジュール。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１に記載の
   電気再生式脱塩モジュールを用いてなることを特徴とす
   る電気再生式脱塩装置。