JP2002143854A

JP2002143854A - 電気化学的水処理装置

Info

Publication number: JP2002143854A
Application number: JP2000340019A
Authority: JP
Inventors: Kiyoaki Matsui; 清明松井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2002-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、一つの装置で、脱イオン水、Ｎａ
型の軟水、二価イオンの豊富なミネラル水、アルカリ
水、酸性水と各種の水が容易に生成できる多目的型の電
気化学的水処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の電気化学的水処理装置は、第１
電極２と第２電極３間にそれぞれ間隔をおいて所定の順
で並べられた複数のイオン交換膜と、複数のセルのそれ
ぞれに通水するとともに流量調整弁１３を備えた導入路
１２Ａ〜１２Ｅと、複数のセルのそれぞれから処理水を
吐出する吐出路１４Ａ〜１４Ｅとを備えた電気化学的水
処理装置であって、複数のイオン交換膜が、一価陰イオ
ン選択性陰イオン交換膜５、非イオン選択陰イオン交換
膜６、非イオン選択陽イオン交換膜７、一価陽イオン選
択性陽イオン交換膜８であって、且つ第１電極２から第
２電極３までの間にこの順で並べられていることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原水、例えば水道
水中に含まれているカルシウムやマグネシウム等のミネ
ラル分を調整したり、その他の用途に応じて様々な処理
水を製造することができる多目的型の電気化学的水処理
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、海水の淡水化や海水からの食塩の
製造に関しては、イオン交換膜と電界印加手段からなる
電気透析法が用いられている。また、半導体製造などに
使われるイオン交換水や超純水の生成にも再生操作が不
要な電気透析法が広く用いられている。

【０００３】この電気透析法による透析装置の一般的な
構成は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配
列し、脱塩室と濃縮室を形成した電気透析槽の脱塩室に
イオン交換体を収容し、この脱塩室に被処理水を流しな
がら電圧を印加して電気透析を行うことにより脱イオン
水を製造するもので、脱塩室内で水解離による酸とアル
カリを用いてイオン交換体及びイオン交換膜を自己再生
している。このような従来の透析装置においては、効率
や信頼性の向上のために、材料、構成に関して多くの技
術が提案されている。

【０００４】しかし、この電気透析法を使って水の軟水
化を行ったり、ミネラル水として濃縮水を利用したり、
あるいはイオン水として処理水を利用することは比較的
行われていない。このような従来の技術の１つとして特
開平８−１１６５号公報で開示された技術がある。この
技術は、脱塩室と濃縮室をスパイラル状に構成するもの
で、主として電極室の陽極水及び陰極水を効率良く作り
出す特徴を有し、脱イオン水を生成することもわずかな
がら開示している。

【０００５】そして、もう１つ別の従来の技術として特
開平８−１０８１８４号公報で開示された技術がある。
ここで開示された技術は、一価イオン選択性透過性陽イ
オン交換膜と非選択性陽イオン交換膜の組合せたイオン
交換膜を利用し、二価イオンの少ない軟水と二価イオン
に富んだ硬水を同時に生成するものである。この技術に
よると、一価イオン選択性透過性陽イオン交換膜の一価
イオンの選択性は、例えばカルシウムイオンとナトリウ
ムイオンが同濃度存在していたとして６５％程度であ
り、非選択性陽イオン交換膜の二価イオンの選択性は３
５％程度となる。二つの膜の脱イオン率を共に７５％に
設定し電圧を印加すると、二価イオンを多く含む硬水側
のカルシウム濃度は４５％ほど増える。一方、軟水側の
カルシウム濃度は５５％に減少する。これを二段重ねて
処理すると硬水側のカルシウム濃度は５６％上昇し、軟
水側は４４％に減少する。このようにして、添加剤を使
わず原水の電気的処理のみで軟水と硬水が得られるもの
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明した特開平８−１１６５号公報で開示された電解槽
は、脱イオン水として水素型の軟水とアルカリ性水、酸
性水に関しては効率良く生成されるものであるが、Ｎａ
型軟水やカルシウムなど二価の陽イオンに富むミネラル
性水は得られない。

【０００７】また、特開平８−１０８１８４号公報で開
示された水処理システムは、カルシウムに富む硬水とＮ
ａ型軟水が得られるものであるが、その程度は大きくは
なく、効率を上げるために多段にしても、飽和に近づく
のみで二価イオンの濃縮効果、軟水化効果の改善は微々
たるものであった。軟水を飲用、洗濯用、浴水用等に用
いる場合は、当初の濃度にも依存するが、初期濃度の２
０％程度の濃度でないと軟水化効果は少なく、事実上実
用にはならないものである。

【０００８】そこで、本発明は、一つの装置で、脱イオ
ン水、Ｎａ型の軟水、二価イオンの豊富なミネラル水、
アルカリ水、酸性水と各種の水が容易に生成できる多目
的型の電気化学的水処理装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、以上説明した問
題を解決するために本発明の電気化学的水処理装置は、
第１電極と第２電極との間に複数のセルを形成するた
め、第１電極と第２電極間にそれぞれ間隔をおいて所定
の順で並べられた複数のイオン交換膜と、それぞれ流量
調整弁が設けられ複数のセルのそれぞれに通水できる導
入路と、複数のセルのそれぞれから処理水を吐出する吐
出路とを備えた電気化学的水処理装置であって、複数の
イオン交換膜が、一価陰イオン選択性陰イオン交換膜、
非イオン選択性陰イオン交換膜、非イオン選択性陽イオ
ン交換膜、一価陽イオン選択性陽イオン交換膜から構成
され、且つ第１電極から第２電極までの間にこの順で並
べられていることを特徴とする。

【００１０】これにより、一つの装置で、脱イオン水、
Ｎａ型の軟水、二価イオンの豊富なミネラル水、アルカ
リ水、酸性水と各種の水が容易に生成できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】請求項１に記載された発明は、電
解槽内に対向して設けられ通水された原水を電気化学処
理できる第１電極と第２電極と、第１電極に正電位、且
つ第２電極に負電位を印加する電源部と、第１電極と第
２電極との間に複数のセルを形成するため、第１電極と
第２電極間にそれぞれ間隔をおいて所定の順で並べられ
た複数のイオン交換膜と、それぞれ流量調整弁が設けら
れ複数のセルのそれぞれに通水できる導入路と、複数の
セルのそれぞれから処理水を吐出する吐出路とを備えた
電気化学的水処理装置であって、複数のイオン交換膜
が、一価陰イオン選択性陰イオン交換膜、非イオン選択
性陰イオン交換膜、非イオン選択性陽イオン交換膜、一
価陽イオン選択性陽イオン交換膜から構成され、且つ第
１電極から第２電極までの間にこの順で並べられている
ことを特徴とする電気化学的水処理装置であるから、脱
イオン水、酸性水、弱酸性水、アルカリ性水、弱アルカ
リ性水の５種類の性質の異なる処理水が得られ、多目的
に使用することができる。

【００１２】請求項２に記載された発明は、一価陰イオ
ン選択性陰イオン交換膜、非イオン選択性陰イオン交換
膜、非イオン選択性陽イオン交換膜、一価陽イオン選択
性陽イオン交換膜から構成されるセルを１ユニットと
し、複数ユニットが前記電解槽内に配設されたことを特
徴とする請求項１記載の電気化学的水処理装置であるか
ら、大量の処理水が必要な場合でも対応できる。

【００１３】請求項３に記載された発明は、一価陰イオ
ン選択性陰イオン交換膜と非イオン選択性陰イオン交換
膜間に形成された弱酸性水セルに接続された吐出路と、
非イオン選択性陽イオン交換膜と一価陽イオン選択性陽
イオン交換膜間に形成された弱アルカリ性水生成セルに
接続された吐出路とが合流され、処理水が混合されて吐
出されることを特徴とする請求項１または２に記載され
た電気化学的水処理装置であるから、二価の陽イオンに
富むミネラル水及び脱イオン水、酸性水、アルカリ性水
が得られる。

【００１４】請求項４に記載された発明は、非イオン選
択性陽イオン交換膜と一価陽イオン選択性陽イオン交換
膜間に形成された弱アルカリ性水生成セルに接続された
吐出路と、一価陽イオン選択性陽イオン交換膜と第２電
極間に形成されたアルカリ性水生成セルと接続された吐
出路とが合流され、処理水が混合されて吐出されること
を特徴とする請求項１または２に記載された電気化学的
水処理装置であるから、二価の陽イオンに富むアルカリ
性水及び、脱イオン水、弱酸性水、酸性水が得られる。

【００１５】請求項５に記載された発明は、非イオン選
択性陰イオン交換膜と非イオン選択性陽イオン交換膜間
に形成された脱イオン水生成セルの吐出路には第１分岐
路と第２分岐路が設けられ、第１電極と前記一価陰イオ
ン選択性陰イオン交換膜間に形成された酸性水生成セル
の導入路と前記第１分岐路とが接続されるとともに、一
価陽イオン選択性陽イオン交換膜と第２電極間に形成さ
れたアルカリ性水生成セルの導入路と第２分岐路とが接
続され、酸性水生成セルの吐出路とアルカリ性水生成セ
ルの吐出路とが、脱イオン水生成セルの分岐後の吐出路
に接続され、一価陰イオン選択性陰イオン交換膜と非イ
オン選択性陰イオン交換膜間に形成された弱酸性水生成
セルの導入路と、脱イオン水生成セルの導入路と、非イ
オン選択性陽イオン交換膜と一価陽イオン選択性陽イオ
ン交換膜間に形成された弱アルカリ性水生成セルの導入
路に原水が供給され、且つ酸性水生成セルの処理水と、
アルカリ性水生成セルの処理水と、脱イオン水生成セル
の処理水とが混合されて吐出されることを特徴とする請
求項１または２に記載された電気化学的水処理装置であ
るから、ナトリウムタイプの軟水が得られる。

【００１６】請求項６に記載の発明は、非イオン選択性
陰イオン交換膜と前記非イオン選択性陽イオン交換膜間
に形成された脱イオン水生成セルには、陽イオン交換樹
脂のビーズと陰イオン交換樹脂のビーズ、または陽イオ
ン交換樹脂の繊維と陰イオン交換樹脂の繊維が充填され
ていることを特徴とする電気化学的水処理装置であるか
ら、原水の電気伝導度が低くても目的の水が効率良く生
成可能となる。

【００１７】(実施の形態１)以下、本発明の実施の形態
１における電気化学的水処理装置について図１を用いて
説明する。図１は本発明の実施の形態１における電気化
学的水処理装置の脱イオン水対応処理の概要を示す図で
ある。

【００１８】図１において、１は水道水、井戸水などの
原水に電気化学的処理をすることにより、飲用や浴用に
用いる処理水を生成するための電解槽、２は電解槽１内
に対向して設けられ原水を電気化学処理できる第１電
極、３も同じく原水を電気化学処理できる第２電極、４
は第１電極２を正電位に印加し、第２電極３に負電位を
印加するための電源部である。このとき第１電極が陽
極、第２電極が陰極となる。

【００１９】５は一価陰イオン選択性陰イオン交換膜、
６は非イオン選択性陰イオン交換膜、７は非イオン選択
性陽イオン交換膜、８は一価陽イオン選択性陽イオン交
換膜である。この一価陰イオン選択性陰イオン交換膜
５、非イオン選択性陰イオン交換膜６、非イオン選択性
陽イオン交換膜７、一価陽イオン選択性陽イオン交換膜
８は、第１電極２と前記第２電極３との間に５つのセル
を形成するため、第１電極２と第２電極３間にそれぞれ
間隔をおいて、且つこの記載の順序で並べられる。当然
ながら、両端のセルに第１電極２，第２電極３が配設さ
れることになる。

【００２０】この５つのセルは図１においてＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅで示され、通水中の水をそれぞれ電機透析す
るものである。Ａは第１電極２と一価陰イオン選択性陰
イオン交換膜５間に形成されたセルであり、酸性水を生
成する（以下、酸性水生成セルＡ）。また、Ｂは一価陰
イオン選択性陰イオン交換膜５と非イオン選択性陰イオ
ン交換膜６間に形成されたセルで、弱酸性水を生成する
（以下、弱酸性水生成セルＢ）。さらに、Ｃは非イオン
選択性陰イオン交換膜６と非イオン選択性陽イオン交換
膜７間に形成されたセルであり、脱イオン水を生成する
（以下、脱イオン水生成セルＣ）。そして、Ｄは非イオ
ン選択性陽イオン交換膜７と一価陽イオン選択性陽イオ
ン交換膜８間に形成されたセルであって、弱アルカリ性
水を生成する（以下、弱アルカリ性水生成セルＤ）。最
後に、Ｅは一価陽イオン選択性陽イオン交換膜８と第２
電極３間に形成されたセルであって、アルカリ性水を生
成する（以下、アルカリ性水生成セルＥ）。ここで説明
した酸性水生成セルＡ、弱酸性水生成セルＢ、脱イオン
水生成セルＣ、弱アルカリ性水生成セルＤ、アルカリ性
水生成セルＥが、それぞれ酸性水、弱酸性水、脱イオン
水、弱アルカリ性水、アルカリ性水を生成する作用の説
明は後で詳述する。

【００２１】９は脱イオン水生成セルＣの中に充填され
る陽イオン交換繊維、１０は脱イオン水生成セルＣの中
に充填される陰イオン交換繊維である。陽イオン交換繊
維９は陽イオン交換樹脂のビーズ、陰イオン交換繊維１
０は陰イオン交換樹脂のビーズでもよい。１１は多孔質
体である。

【００２２】１２は処理を行う原水を電解槽１内に導く
導入路である。導入路１２は、分岐導入路１２Ａ，分岐
導入路１２Ｂ，分岐導入路１２Ｃ，分岐導入路１２Ｄ，
分岐導入路１２Ｅに分岐され、分岐導入路１２Ａは酸性
水生成セルＡに接続され、分岐導入路１２Ｂは弱酸性水
生成セルＢに、分岐導入路１２Ｃは脱イオン水生成セル
Ｃに、分岐導入路１２Ｄは弱アルカリ性水生成セルＤ
に、分岐導入路１２Ｅはアルカリ性水生成セルＥにそれ
ぞれ接続される。１３は処理水を吐出するための流量調
整弁で、分岐導入路１２Ａ，分岐導入路１２Ｂ，分岐導
入路１２Ｃ，分岐導入路１２Ｄ，分岐導入路１２Ｅに設
けられ、各セルに通水するか否かを含め、流量を調整す
るものである。目的とする処理水の性質が得られるよう
に、流量調整弁１３により流量を分配して導入し、各セ
ルから処理水を独立して取り出すことができるものであ
る。

【００２３】１４Ａは酸性水生成セルＡに接続され、酸
性水生成セルＡから処理水として酸性水を吐出する吐出
路である。また、１４Ｂは弱酸性水生成セルＢに接続さ
れ、弱酸性水生成セルＢから処理水として弱酸性水を吐
出する吐出路、１４Ｃは脱イオン水生成セルＣに接続さ
れ、脱イオン水生成セルＣから処理水として脱イオン水
を吐出する吐出路、１４Ｄは弱アルカリ性水生成セルＤ
に接続され、弱アルカリ性水生成セルＤから処理水とし
て弱アルカリ性水を吐出する吐出路、１４Ｅはアルカリ
性水生成セルＥに接続され、アルカリ性水生成セルＥか
らアルカリ性水を吐出する吐出路である。

【００２４】また、各イオン交換膜および第１電極２，
第２電極３に挟まれた各セルの幅は１ｍｍ〜２ｍｍ程度
で構成されている。第１電極２，第２電極３は、電位を
反転することにより陽極としても陰極としても使用可能
なように、双方ともチタン基材に白金めっきを施した電
極板を使用する。これはアルカリ性水生成セルＥに堆積
したカルシウム（Ｃａ）を溶解するため逆洗用に使用す
る。図１では、電極２を陽極、電極３を陰極として示し
ている。イオン交換膜はいずれもトクヤマ製で、非イオ
ン選択性陰イオン交換膜６および非イオン選択性陽イオ
ン交換膜７として強酸性Ｎａ⁺型を、一価陰イオン選択
性陰イオン交換膜５および一価陽イオン選択性陽イオン
交換膜８として強塩基性Ｃｌ^-型を用いた。各セル内に
は通水空間確保のための多孔質体１１を挿入し、脱イオ
ン水生成セルＣ内には陽イオン交換繊維９と陰イオン交
換繊維１０（(株)ニチビ製）を混合して充填する。

【００２５】原水として、水道水や井戸水を使う場合、
一価の陽イオンとしてナトリウムイオン（Ｎａ⁺）やカ
リウムイオン（Ｋ⁺）、一価の陰イオンとして塩化物イ
オン（Ｃｌ^-）や硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）、二価の陽イオ
ンとしてカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）やマグネシウムイ
オン（Ｍｇ²⁺）、二価の陰イオンとして硫酸イオン（Ｓ
Ｏ₄ ^2-）や炭酸イオン（ＣＯ₃ ^2-）が比率はさまざまでは
あるが含まれている。従って、このような原水を分岐導
入路１２Ａ，分岐導入路１２Ｂ，分岐導入路１２Ｃ，分
岐導入路１２Ｄ，分岐導入路１２Ｅから、各セル内に導
入し、酸性水生成セルＡ側の第１電極２にプラス、アル
カリ性水生成セルＥ側の第２電極３にマイナスの電位を
印加すると、酸性水生成セルＡからは、塩化物イオンや
硝酸イオン等の一価の陰イオンが増えた酸性水が、弱酸
性水生成セルＢからは、硫酸イオンや炭酸イオン等の二
価の陰イオンが増えた弱酸性水が、また、脱イオン水生
成セルＣからは全てのイオンが少ない脱イオン水、弱ア
ルカリ性水生成セルＤからは、カルシウムやマグネシウ
ムなどの二価の陽イオンに富んだ弱アルカリ性水が、ア
ルカリ性水生成セルＥからはナトリウムやカリウム等一
価の陽イオンに富んだアルカリ性水が吐出される。

【００２６】このような処理水が各セルで得られる理由
について説明する。最初に、酸性水生成セルＡでは、第
１電極２（陽極）と一価陰イオン選択性陰イオン交換膜
５が存在するから、電解による水素イオン（Ｈ⁺）と、
一価陰イオンである塩化物イオン（Ｃｌ^-）や硝酸イオ
ン（ＮＯ₃ ^-）が一価陰イオン選択性陰イオン交換膜５を
透過し濃度が上がる。

【００２７】また、弱酸性水生成セルＢにおいては、一
価陰イオン選択性陰イオン交換膜５と非イオン選択性陰
イオン交換膜６が存在するため、一価陰イオンは酸性水
生成セルＡ側に移動し、脱イオン水生成セルＣから透過
してきたイオンのうち、二価陰イオンである硫酸イオン
（ＳＯ₄ ^2-）や炭酸イオン（ＣＯ₃ ^2-）が増加する。さら
に酸性水生成セルＡで生じた高濃度のＨ⁺が電解の向き
に逆らって拡散浸透してくるため弱酸性の水になる。

【００２８】次に、脱イオン水生成セルＣにおいては、
非イオン選択性陰イオン交換膜６と非イオン選択性陽イ
オン交換膜７が設けられており、併せて陽イオン交換繊
維９と陰イオン交換繊維１０も存在するので、あらゆる
イオンが取り除かれる。

【００２９】次いで、弱アルカリ性水生成セルＤにおい
ては、非イオン選択性陽イオン交換膜７と一価陽イオン
選択性陽イオン交換膜８が設けられており、一価陽イオ
ンはアルカリ性水生成セルＥ側に移動し、脱イオン水生
成セルＣから透過してきたイオンのうち、二価陽イオン
であるカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）やマグネシウムイオ
ン（Ｍｇ²⁺）が増加する。さらにアルカリ性水生成セル
Ｅで生じた高濃度のＯＨ^-イオンが電解の向きに逆らっ
て拡散浸透してくるため弱アルカリ性の水になる。

【００３０】最後に、アルカリ性水生成セルＥにおいて
は、第２電極３（陰極）と一価陽イオン選択性陽イオン
交換膜８が存在するから、電解による水酸基イオン（Ｏ
Ｈ^-）と、一価陽イオンであるナトリウムイオン（Ｎ
ａ⁺）やカリウムイオン（Ｋ⁺）が一価陽イオン選択性陽
イオン交換膜８を透過し濃度が上がる。このような作用
により、実施の形態１の電気化学的水処理装置は、５種
類の処理水を生成できるものである。

【００３１】本実施の形態１の電気化学的水処理装置の
試作装置で脱イオン水を取り出す測定を行った。試作機
は上述したとおりの構成であり、各セルの幅は脱イオン
水生成セルＣの幅を２ｍｍ、他の４つの幅を１ｍｍとし
た。イオン交換膜はいずれもトクヤマ製であり、陽イオ
ン交換繊維と陰イオン交換繊維はいずれも(株)ニチビ製
である。実験は、流量調整弁１３を絞り、脱イオン水生
成セルＣが１に対し、酸性水生成セルＡ、弱酸性水生成
セルＢ、弱アルカリ性水生成セルＤ、アルカリ性水生成
セルＥに各０．１の通水比率で通水した。通水と同時に
両サイドの第１電極２，第２電極３に電圧を印加し、第
１電極２を陽極、第２電極を陰極として３脱イオン水生
成セルＣから出る処理水を吐出路１４Ｃで採取して測定
した。酸性水生成セルＡ、弱酸性水生成セルＢ、弱アル
カリ性水生成セルＤ、アルカリ性水生成セルＥからの処
理水は排水にした。原水として、測定用に、塩化カルシ
ウムにて硬度１００に調整した水を通水し、処理水とし
て硬度２０の水(イオン除去率８０％)を得た。

【００３２】このように各イオン交換膜を所定の位置関
係となるように電解槽１内に配置し、併せて通水比率を
上記の割合にすることで、各セル内のイオン除去率を変
化させることができ、不用な排水も少なくできる。

【００３３】ところで、以上説明した電気化学的水処理
装置においては、内部の弱酸性水生成セルＢ、脱イオン
水生成セルＣ、弱アルカリ性水生成セルＤは、一価陰イ
オン選択性陰イオン交換膜５、非イオン選択性陰イオン
交換膜６、非イオン選択性陽イオン交換膜７、一価陽イ
オン選択性陽イオン交換膜８で形成されている。そし
て、電解槽１内の各セルで生じる現象は、この各イオン
交換膜がこの順で並べられてセルを形成し、このセルに
所定の通水比率で通水し、さらに両側から電解するとい
うことさえ与えれば生じるものである。

【００３４】従って、一価陰イオン選択性陰イオン交換
膜５、非イオン選択性陰イオン交換膜６、非イオン選択
性陽イオン交換膜７、一価陽イオン選択性陽イオン交換
膜８をこの順で並べて弱酸性水生成セルＢ、脱イオン水
生成セルＣ、弱アルカリ性水生成セルＤを順に形成した
ものを１ユニットとし、第１電極２と第２電極３との間
に複数のユニットを電解槽１内に配設しても、各セルか
ら吐出される処理水は吐出されるセルの数が増えるだけ
で、処理水の性質は１ユニットの場合と変わらない。た
だ、各ユニット間は独立したセルとなり、原水を脱イオ
ン水セルＣ１に対し０．１の比率で通水する。電圧を印
加すると、一価の陽イオン分と一価の陰イオン分が濃縮
された濃縮水となり、排水するのが適当である。このよ
うに複数ユニットを電解槽１内に配置して処理すれば、
大量の処理水をそれぞれ得ることができ、飲用等パーソ
ナルユース以外で、比較的水量を必要とする用途や、工
業的にも利用できる大規模な水処理も可能になる。

【００３５】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２における電気化学的水処理装置について説明する。
図２は本発明の実施の形態２における電気化学的水処理
装置のミネラル水対応処理の概要を示す図、図３は本発
明の実施の形態２における電気化学的水処理装置の流量
比に対するミネラル水の取水比率及びカルシウム増加率
の関係図である。

【００３６】図２に示すように、実施の形態２の電気化
学的水処理装置は、基本構成は実施の形態１の電気化学
的水処理装置と同一である、従って、実施の形態１の電
気化学的水処理装置と同一の符号は同一の構成を示すか
ら、詳細な説明は実施の形態１に譲って、ここでは特徴
部分について説明する。

【００３７】図２に示すように、１４Ｄ’は、弱酸性水
生成セルＢの吐出路１４Ｂと弱アルカリ性水生成セルＤ
の吐出路１４Ｄが合流された合流吐出路である。本実施
の形態２の電気化学的水処理装置は、カルシウム等の二
価のイオンが多い、いわゆるミネラル水を取り出す場合
に適したもので、脱イオン水生成セルＣが１に対し、弱
酸性水生成セルＢ、弱アルカリ性水生成セルＤにそれぞ
れ０．５、酸性水生成セルＡ、アルカリ性水生成セルＥ
に各０．１の通水比率で通水を行いつつ電圧を印加す
る。このときミネラル水が合流吐出路１４Ｄ’から吐出
される。弱酸性水生成セルＢ、弱アルカリ性水生成セル
Ｄへの通水量が同一で混合されるから、ｐＨは中性にな
る。

【００３８】そこで、本実施の形態２において、上述し
た通水比率で通水する理由を説明する。まず、流量比γ
を[（弱酸性水生成セルＢ＋弱アルカリ性水生成セル
Ｄ）／脱イオン水生成セルＣ]として定義し、原水から
の入水量を一定として、ミネラル水の取水比率とカルシ
ウム増加率の関係を測定すると、図３に示すようにな
る。すなわち、流量比γに対して、ミネラル水の取水比
率とカルシウムの増加率は相反する。なお、図３の左縦
軸はカルシウム増加率を示すものであるが、マグネシウ
ム等の他の二価イオンでも同様の傾向を示すから、図３
のカルシウム増加率はカルシウム等の二価イオンの増加
率と言い換えることができる。

【００３９】ミネラル水をつくる場合に課せられる条件
を検討すると、脱イオン水生成セルＣからは脱イオン水
が吐出されるが、脱イオン水が不用であるなら、排水と
せざるを得ない。これから考えると脱イオン水は少ない
方が望ましい。しかし、ミネラル水はカルシウム等の二
価イオンが多ければ多いほど望ましく、脱イオン水生成
セルＣから透過した二価イオンが弱アルカリ性水生成セ
ルＤへ供給されることを考えると、脱イオン水の量を上
げることも必要である。しかし、図３に示すように流量
比γに対して相反するから、カルシウム等の二価イオン
の増加率を上げると、取水比率は極端に下がる。

【００４０】そこで、本実施の形態２では、流量比γ＝
１に選んでおり、イオンの透過率が８０％のとき、図３
に示すように取水比率が５０％で、二価イオンの増加率
は１．８倍となり好適なミネラル水が得られるものであ
る。当然ながら、このとき得られる他の処理水も利用で
きる。

【００４１】（実施の形態３）次に、本発明の実施の形
態３における電気化学的水処理装置について説明する。
図４は本発明の実施の形態３における電気化学的水処理
装置のアルカリ性水対応処理の概要を示す図である。

【００４２】図４に示すように、実施の形態２の電気化
学的水処理装置は、基本構成は実施の形態１の電気化学
的水処理装置と同一である、従って、実施の形態１の電
気化学的水処理装置と同一の符号は同一の構成を示すか
ら、詳細な説明は実施の形態１に譲って、ここでは特徴
部分について説明する。

【００４３】図４に示すように、１４Ｄ”は、弱アルカ
リ性水生成セルＤの吐出路１４Ｄとアルカリ性水生成セ
ルＥの吐出路１４Ｅが合流された合流吐出路である。本
実施の形態３の電気化学的水処理装置は、アルカリ性水
を取り出す場合に適したもので、酸性水生成セルＡが
０．２、弱酸性水生成セルＢ，脱イオン水生成セルＣ，
弱アルカリ性水生成セルＤが０．１、アルカリ性水生成
セルＥに０．５の通水比率で通水を行い、同時に電圧を
印加する。このときアルカリ性水が合流吐出路１４Ｄ”
から吐出される。酸性水生成セルＡからの処理水は酸性
水であり、アストリンゼント用として利用可能である。
ただ、弱酸性水生成セルＢ，脱イオン水生成セルＣから
の処理水はこの場合排水とする。

【００４４】実施の形態３の電気化学的水処理装置は、
このような構成とすることで吐出されるアルカリ性の処
理水をすべて有効に利用でき、ｐＨを上げようと思えば
分岐導入路１２Ｄの通水量より分岐導入路１２Ｅの通水
量を増せばよい。

【００４５】（実施の形態４）次に、本発明の実施の形
態４における電気化学的水処理装置について説明する。
図５は本発明の実施の形態４における電気化学的水処理
装置のＮａ型の軟水対応処理の概要を示す図である。

【００４６】図５に示すように、実施の形態４の電気化
学的水処理装置は、基本構成は実施の形態１の電気化学
的水処理装置と同一である、従って、実施の形態１の電
気化学的水処理装置と同一の符号は同一の構成を示すか
ら、詳細な説明は実施の形態１に譲って、ここでは特徴
部分について説明する。

【００４７】図５に示すように、１２Ａ’は脱イオン水
生成セルＣの吐出路から分岐された２つの分岐路のうち
酸性水生成セルＡへの導入路となる第１分岐路、１２
Ｂ’は脱イオン水生成セルＣの吐出路から分岐された２
つの分岐路のうちアルカリ性水生成セルＥへの導入路と
なる第２分岐路である。第１分岐路１２Ａ’、第２分岐
路１２Ｂ’は吐出路１４Ｃの同一分岐点で分岐されてい
る。１４Ｃ’は、第１分岐路１２Ａ’，第２分岐路１２
Ｂ’分岐後の吐出路１４Ｃに、吐出路１４Ａと吐出路１
４Ｅが合流された合流吐出路である。

【００４８】本実施の形態３の電気化学的水処理装置
は、Ｎａ型の軟水を取り出す場合に適したもので、脱イ
オン水生成セルＣからの処理水の一部を第１分岐路１２
Ａ’、第２分岐路１２Ｂ’により、酸性水生成セルＡ、
アルカリ性水生成セルＥの導入路側に接続するものであ
る。

【００４９】吐出比率は、脱イオン水生成セルＣの吐出
量を１とすると、酸性水生成セルＡ、弱酸性水生成セル
Ｂ、弱アルカリ性水生成セルＤ、アルカリ性水生成セル
Ｅの吐出量はそれぞれ０．１である。原水は、脱イオン
水生成セルＣに１、弱酸性水生成セルＢ、弱アルカリ性
水生成セルＤに０．１の割合で通水を行いつつ電圧を印
加する。弱酸性水生成セルＢ、弱アルカリ性水生成セル
Ｄからの処理水は排水とする。酸性水生成セルＡ、アル
カリ性水生成セルＥからの処理水は、脱イオン水生成セ
ルＣからの処理水に、上述の分岐点より後で混合され、
合流吐出路１４Ｃ’からＮａ型の軟水として取り出され
る。

【００５０】二価の陽イオンは弱アルカリ性水生成セル
Ｄからの処理水と共に排出される。アルカリ性水生成セ
ルＥからの処理水はＮａイオン等一価のイオンが豊富で
あるため、弱アルカリ性水生成セルＤから吐出された二
価の陽イオンを一価イオンで置き換えたことになる。本
来酸性水生成セルＡからの処理水は不用であるが、ｐＨ
を調整する(中性を保つ)のために吐出路１４Ａで混合さ
れる。

【００５１】

【発明の効果】本発明の電気化学的水処理装置は、一つ
の電気化学的処理槽の中で、流路の切替と通水比の設定
のみで容易に、脱イオン水、Ｎａ型の軟水、二価イオン
の豊富なミネラル水、アルカリ水、酸性水と各種の水が
生成でき、多目的型の電気化学的水処理装置を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における電気化学的水処
理装置の脱イオン水対応処理の概要を示す図

【図２】本発明の実施の形態２における電気化学的水処
理装置のミネラル水対応処理の概要を示す図

【図３】本発明の実施の形態２における電気化学的水処
理装置の流量比に対するミネラル水の取水比率及びカル
シウム増加率の関係図

【図４】本発明の実施の形態３における電気化学的水処
理装置のアルカリ性水対応処理の概要を示す図

【図５】本発明の実施の形態４における電気化学的水処
理装置のＮａ型の軟水対応処理の概要を示す図

【符号の説明】

１電解槽２第１電極３第２電極４電源部５一価陰イオン選択性陰イオン交換膜６非イオン選択性陰イオン交換膜７非イオン選択性陽イオン交換膜８一価陽イオン選択性陽イオン交換膜９陽イオン交換繊維１０陰イオン交換繊維１１多孔質体１２導入路１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ分岐導入路１２Ａ’ 第１分岐路１２Ｂ’ 第２分岐路１３流量調整弁１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，１４Ｅ吐出路１４Ｄ’，１４Ｄ”，１４Ｃ’ 合流吐出路Ａ酸性水生成セルＢ弱酸性水生成セルＣ脱イオン水生成セルＤ弱アルカリ性水生成セルＥアルカリ性水生成セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解槽内に対向して設けられ通水された原
水を電気化学処理できる第１電極と第２電極と、前記第１電極に正電位、且つ前記第２電極に負電位を印
加する電源部と、前記第１電極と前記第２電極との間に複数のセルを形成
するため、前記第１電極と前記第２電極間にそれぞれ間
隔をおいて所定の順で並べられた複数のイオン交換膜
と、それぞれ流量調整弁が設けられ前記複数のセルのそれぞ
れに通水できる導入路と、前記複数のセルのそれぞれから処理水を吐出する吐出路
とを備えた電気化学的水処理装置であって、前記複数のイオン交換膜が、一価陰イオン選択性陰イオ
ン交換膜、非イオン選択性陰イオン交換膜、非イオン選
択性陽イオン交換膜、一価陽イオン選択性陽イオン交換
膜から構成され、且つ前記第１電極から前記第２電極ま
での間にこの順で並べられていることを特徴とする電気
化学的水処理装置。
【請求項２】前記一価陰イオン選択性陰イオン交換膜、
前記非イオン選択性陰イオン交換膜、前記非イオン選択
性陽イオン交換膜、前記一価陽イオン選択性陽イオン交
換膜から構成されるセルを１ユニットとし、複数ユニッ
トが前記電解槽内に配設されたことを特徴とする請求項
１記載の電気化学的水処理装置。
【請求項３】前記一価陰イオン選択性陰イオン交換膜と
前記非イオン選択性陰イオン交換膜間に形成された弱酸
性水セルに接続された吐出路と、前記非イオン選択性陽
イオン交換膜と前記一価陽イオン選択性陽イオン交換膜
間に形成された弱アルカリ性水生成セルに接続された吐
出路とが合流され、処理水が混合されて吐出されること
を特徴とする請求項１または２に記載された電気化学的
水処理装置。
【請求項４】前記非イオン選択性陽イオン交換膜と前記
一価陽イオン選択性陽イオン交換膜間に形成された弱ア
ルカリ性水生成セルに接続された吐出路と、前記一価陽
イオン選択性陽イオン交換膜と前記第２電極間に形成さ
れたアルカリ性水生成セルと接続された吐出路とが合流
され、処理水が混合されて吐出されることを特徴とする
請求項１または２に記載された電気化学的水処理装置。
【請求項５】前記非イオン選択性陰イオン交換膜と前記
非イオン選択性陽イオン交換膜間に形成された脱イオン
水生成セルの吐出路には第１分岐路と第２分岐路が設け
られ、前記第１電極と前記一価陰イオン選択性陰イオン交換膜
間に形成された酸性水生成セルの導入路と前記第１分岐
路とが接続されるとともに、前記一価陽イオン選択性陽
イオン交換膜と前記第２電極間に形成されたアルカリ性
水生成セルの導入路と前記第２分岐路とが接続され、前記酸性水生成セルの吐出路と前記アルカリ性水生成セ
ルの吐出路とが、前記脱イオン水生成セルの分岐後の吐
出路に接続され、前記一価陰イオン選択性陰イオン交換膜と前記非イオン
選択性陰イオン交換膜間に形成された弱酸性水生成セル
の導入路と、前記脱イオン水生成セルの導入路と、非イ
オン選択性陽イオン交換膜と一価陽イオン選択性陽イオ
ン交換膜間に形成された弱アルカリ性水生成セルの導入
路に原水が供給され、且つ前記酸性水生成セルの処理水
と、前記アルカリ性水生成セルの処理水と、前記脱イオ
ン水生成セルの処理水とが混合されて吐出されることを
特徴とする請求項１または２に記載された電気化学的水
処理装置。
【請求項６】前記非イオン選択性陰イオン交換膜と前記
非イオン選択性陽イオン交換膜間に形成された脱イオン
水生成セルには、陽イオン交換樹脂のビーズと陰イオン
交換樹脂のビーズ、または陽イオン交換樹脂の繊維と陰
イオン交換樹脂の繊維が充填されていることを特徴とす
る電気化学的水処理装置。