JP2002273438A

JP2002273438A - 脱塩装置

Info

Publication number: JP2002273438A
Application number: JP2001083905A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nomura; 誠埜村; Nobuhiro Oda; 信博織田; Nobuhiro Matsushita; 聿宏松下
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2002-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】通液型電気二重層コンデンサを用いて原水中
の各種イオンを除去するとともに、シリカをも除去して
純水を得ることができ、さらには原水の起源や性状が変
わった場合にもその前処理を変えることなくなくこれに
対応して安定した水質の脱塩水や純水を製造し、さらに
これによって二次純水（超純水）の安定的な製造をも可
能にした純水製造方法の提供が望まれている。【解決手段】複数段の通液型電気二重層コンデンサ２
と、イオン交換樹脂装置３とをこの順に直列に備えてな
る脱塩装置１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電所などのボイ
ラの給水、半導体製造工程、燃料電池発電等に用いられ
る純水の製造や、冷却塔用水の製造・循環使用、各種排
水の回収に用いられる脱塩装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の脱塩装置としては、イオ
ン交換膜やイオン交換樹脂を用いたものなどが多く知ら
れている。

【０００３】また、半導体製造工場において、特にＩＣ
・ＬＳＩの製造において、ウエーハの水洗処理がなされ
る工程がある。この水洗処理では、半導体ウエーハには
μｍオーダーの微細加工がなされることから、水洗のた
めの処理水として、超純水と呼ばれる高度に精製された
ものが用いられる。

【０００４】超純水には、以下に示すような理論純水に
近い水質が要求されている。・電気比抵抗；１８ＭΩ・ｃｍ以上・微粒子；１ｍｌ中、０．１μｍ以下の微粒子５個
以下・微生物；１Ｌ中、５個以下・有機物；５ｐｐｂ以下

【０００５】ところで、このような超純水は天然ではま
ったく得られず、人為的な精製が必要とされている。超
純水の精製は、一次純水処理と二次純水処理とに分かれ
ており、一次純水処理では、市水、工業用水、河川の表
流水、伏流水、井水あるいは排水を原水とし、このよう
な原水に対してそれぞれの起源や性状に応じて濾過など
の前処理を行い、次いで、逆浸透膜やイオン交換樹脂を
用いて、微細な懸濁微粒子や溶存物質を除去し、前記条
件に近い水質に精製するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
イオン交換膜やイオン交換樹脂を用いた脱塩装置は、通
常、所定のサイクルで膜や樹脂を再生させたり交換した
りする必要があり、経済的にも作業効率の点でもその改
善が望まれていた。

【０００７】また、前記の超純水製造における一次純水
処理では、特に原水の起源や性状が変わった場合にも、
安定した水質の一次純水を得ることが望まれていた。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、通液型電気二重層コンデ
ンサを用いて原水中の各種イオンを除去するとともに、
シリカをも除去して脱塩水や純水を得ることができ、さ
らには原水の起源や性状が変わった場合にもその前処理
を変えることなくなくこれに対応して安定した水質の脱
塩水や純水を製造し、またこれによって二次純水（超純
水）の安定的な製造を可能とする脱塩装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載の脱塩装置では、複数段の通液型電気二重層コンデ
ンサと、イオン交換樹脂装置とをこの順に直列に備えて
なることを前記課題の解決手段とした。

【００１０】この脱塩装置によれば、イオン交換樹脂装
置によってイオンが低濃度まで除去され、前段に通液型
電気二重層コンデンサが複数段設けられたことにより、
イオン交換樹脂装置の負荷が大幅に軽減され、したがっ
て樹脂の再生や交換の頻度を格段に少なくすることが可
能になる。

【００１１】請求項２記載の脱塩装置では、複数段の通
液型電気二重層コンデンサと、逆浸透膜分離装置とをこ
の順に直列に備えてなることを前記課題の解決手段とし
た。

【００１２】この脱塩装置によれば、通液型電気二重層
コンデンサが複数段設けられたことによって各種のイオ
ンが十分に除去され、さらに逆浸透膜分離装置によって
有機物と残りのイオンが除去される。また、逆浸透膜分
離装置の前に通液型電気二重層コンデンサが複数段設け
られたことにより、逆浸透膜分離装置の負荷が大幅に軽
減される。

【００１３】請求項３、５記載の脱塩装置では、アルカ
リを添加する手段が設けられていることを前記課題の解
決手段とした。

【００１４】これらの脱塩装置によれば、通液型電気二
重層コンデンサが複数段設けられたことによって各種の
イオンが十分に除去され、さらに逆浸透膜分離装置及び
／又はイオン交換樹脂装置によって残存するイオン、さ
らには有機物が除去される。また、複数段の通液型電気
二重層コンデンサのうちの最後段の通液型電気二重層コ
ンデンサと逆浸透膜分離装置との間に添加したアルカリ
により通常ＳｉＯ₂の状態で存在するシリカがイオン化
されてＨＳｉＯ₃ ^-となり、イオン交換樹脂装置及び／又
は逆浸透膜分離装置で除去される。請求項５記載の脱塩
装置によれば、逆浸透膜分離装置で除去されずに僅かに
透過するアルカリのイオンやＨＳｉＯ₃ ^-もイオン交換樹
脂装置によって確実に除去されるようになる。

【００１５】また、これら請求項１、２、５記載の脱塩
装置によれば、通液型電気二重層コンデンサが複数段設
けられていることにより各種のイオンが十分に除去さ
れ、さらにその下流側にイオン交換樹脂装置及び／又は
逆浸透膜分離装置が設けられていることにより、通液型
電気二重層コンデンサで除去しきれなかったシリカや有
機物も除去される。よって、処理の対象となる原水の起
源や性状が変わった場合にも、これに影響されることな
く安定した水質の脱塩水や純水を製造することが可能に
なる。

【００１６】また、このように安定した水質の一次純水
が得られることから、これらの脱塩装置に紫外線照射装
置とイオン交換樹脂装置と限外濾過装置とを有した超純
水製造のためのサブシステムを備えさせるようにすれ
ば、二次純水、すなわち超純水の安定的な製造が可能に
なる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明における請求項１記載の脱塩装置の一実施
形態例を示す図であり、図１中符号１は脱塩装置であ
る。この脱塩装置１は、通液型電気二重層コンデンサ２
を複数段（本例では３段）備え、さらに最後段の通液型
電気二重層コンデンサ２の下流側にイオン交換樹脂装置
３を備えたものである。

【００１８】通液型電気二重層コンデンサ２は、間に通
液路を挟んで２つの高比表面積の導電体層を有し、これ
らの導電体層の外側に集電極を配置した構成を有するも
のであり、集電極に電圧を加えることにより、原水中の
イオンを導電体層に電気的に吸着させ、塩濃度が減少し
た処理水を得ることができるようになっている。このよ
うな高比表面積の導電体としては、活性炭が好適であ
る。そして、本例において、通液型電気二重層コンデン
サ２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、電気絶縁性
多孔質通液性シートからなるセパレータ４を挟んで高比
表面積活性炭を主材とする活性炭層５、５を配置し、こ
れら活性炭層５、５の外側に集電極６、６を配置し、さ
らにこれら集電極６、６の外側にガスケット７、７を介
して押え板８、８を配置してなる平板形状のものであ
る。

【００１９】セパレータ４は、ろ紙、多孔質高分子膜、
織布、不織布など、液体の通過が容易でかつ電気絶縁性
を有する有機質または無機質のシートからなるもので、
その厚さとしては、０．０１〜０．５ｍｍ程度、特に
０．０２から０．３ｍｍ程度が好適とされる。

【００２０】活性炭層５は、高比表面積活性炭を主材と
する層によって形成されたものである。高比表面積活性
炭とは、ＢＥＴ比表面積が１０００ｍ²／ｇ以上、好ま
しくは１５００ｍ²／ｇ以上、さらに好ましくは２００
０〜２５００ｍ²／ｇの活性炭を言う。ＢＥＴ比表面積
が余りに小さい場合では、イオン性物質を含む液体（原
水）を通したときのイオン性物質の除去率が低下する。
なお、ＢＥＴ比表面積が余りに大きくなると、イオン性
物質の除去率がかえって低下する傾向があるので、ＢＥ
Ｔ比表面積を必要以上に大きくする必要はない。

【００２１】活性炭層５を構成する活性炭の形状として
は、粉粒状、繊維状など任意のものが使用可能である。
粉粒状の場合には平板状またはシート状に成形して用
い、繊維状の場合には織布あるいは不織布に加工して用
いる。粉粒状活性炭を平板状またはシート状に成形して
用いた場合、繊維状の活性炭を織布あるいは不織布に加
工して用いる場合に比べ、コストの点で格段に有利にな
る。

【００２２】粉粒状活性炭の平板状またはシート状への
成形については、例えば粉粒状活性炭をバインダー成分
（ポリテトラフルオロエチレン、フェノール樹脂、カー
ボンブラック等）および／または分散媒（溶媒等）と混
合して板状に成形し、さらに必要に応じてこれを熱処理
することで行うことができる。なお、活性炭層５、５と
して平板状またはシート状のものを用いる場合には、必
要に応じこれに穿孔加工を施しておくこともできる。活
性炭層５の厚さとしては、０．１〜３ｍｍ程度、特に
０．５〜２ｍｍ程度とすることが好ましいものの、必ず
しもこの範囲内に限定されることはない。

【００２３】集電極６は、銅板、アルミニウム板、カー
ボン板、フォイル状グラファイトなどの電気良導体から
なるもので、活性炭層５と緊密に接触した状態に形成配
置されたものである。集電極６の厚さについては、特に
限定されないものの、０．１〜０．５ｍｍ程度のものが
好適とされる。なお、電圧の印加を容易にするため、集
電極６にはそれぞれ端子（リード）６ａが設けられてい
る。

【００２４】押え板８としては、樹脂などの電気絶縁性
で変形しにくい材料からなる平板が用いられている。こ
れら押え板８、８のうちの一方には液入口９が、また他
方には液出口１０が形成されている。また、両方の押え
板８、８には多数の固定用ボルト孔１１…が形成されて
おり、これらボルト孔１１、１１にはボルト１２が挿通
されナット１３によって締結されている。このような構
成により通液型電気二重層コンデンサ２は、各部材が押
え板８、８によって圧締された平板形状の構造のものと
なっているいる。

【００２５】なお、前記集電極６、６と押え板８、８と
の間に設けられたガスケット７、７は、集電極６、６と
押え板８、８との間を液密に保持するための枠状のもの
である。また、このようなガスケット８、８を設けるの
に代えて、押え板８、８側にシール機能を有する部材を
設けるようにしてもよい。

【００２６】このような構成の通液型電気二重層コンデ
ンサ２では、以下に述べる原理でイオン性物質を含む液
体（本発明における原水）の処理がなされる。この処理
原理を、イオン性物質を含む液体が食塩水である場合を
例にして図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明すると、電圧
印加時には、図３（ａ）に示すように通液した水中のナ
トリウムイオンはアノード側の集電極６に接する活性炭
層５に電気的に吸着され、塩素イオンはカソード側の集
電極６に接する活性炭層５に電気的に吸着される。した
がって、液出口から得られる浄水（処理水）は、その食
塩濃度が著しく減少したものとなる。

【００２７】また、通液を長時間し続けると、活性炭層
５、５に対する両イオンの吸着が飽和に達するので、液
出口から得られる処理水の食塩濃度が原水の食塩濃度に
近くなってしまう。そこで、適当なタイミングでカソー
ド側とアノード側とをショートさせるか、あるいは逆接
続すれば、図３（ｂ）に示すように活性炭層５、５に吸
着されていたナトリムイオンおよび塩素イオンが脱離
し、流入水中の食塩濃度よりはるかに高濃度の塩化ナト
リウムを含む流入水が出口より排出される。このときの
流速を遅くすれば、少ない流出水量で活性炭層に吸着さ
れた塩化ナトリウムを排出できるので好ましい。

【００２８】このような通液型電気二重層コンデンサ２
にあっては、各部材が押え板８、８によって圧締された
平板形状の構造となっているため、平板状またはシート
状の活性炭層５、５が均等に圧縮され、これにより通液
時の液の偏流が効果的に防止されたものとなっている。
そのため、イオン性物質の除去率の安定化が図られ、し
かもその除去率が十分に高められたものとなっている。

【００２９】イオン交換樹脂装置３は、陽イオン交換樹
脂と陰イオン交換樹脂とを備えた混合床タイプのものと
することが好ましく、水中の陽イオンを水素イオンに、
また陰イオンを水酸イオンに交換する公知の構成のもの
である。なお、イオン交換樹脂としては、ジビニルベン
ゼンで架橋したスチレン重合体に、陽イオン交換樹脂の
場合にはスルホン酸基を、また陰イオン交換樹脂の場合
には４級アンモニウム基を導入したものが好適に用いら
れる。前者ではスルホン酸基（ＳＯ₃ ^-）が負の固定電荷
となり、後者ではアンモニウム基（ＮＲ₃ ⁺；ただし、Ｒ
はメチル基−ＣＨ₃などのアルキル基）が正の固定電荷
となる。また、本発明のイオン交換樹脂装置３として
は、イオン交換膜を用いた公知構成のものを用いてもよ
い。

【００３０】本例の脱塩装置１では、前記通液型電気二
重層コンデンサ２が３段、すなわち３基の通液型電気二
重層コンデンサ２‥が配管１４等を介して直列に接続配
置されており、これら配管１４中には貯槽１５が配設さ
れている。ここで、配管１４は、前段側の通液型電気二
重層コンデンサ２の液出口１１と後段側の通液型電気二
重層コンデンサ２の液入口１０との間を接続するもの
で、その経路中に貯槽１５、１５を配したものである。

【００３１】貯槽１５は、前段側の通液型電気二重層コ
ンデンサ２から送られてきた処理水を一旦溜め、その
後、後段側の通液型電気二重層コンデンサ２に送り出す
もので、本例においてはこの貯槽１５に、すなわち１段
目と２段目の通液型電気二重層コンデンサ２の後に、そ
れぞれアルカリ添加手段１６と硬度検出手段１７とが設
けられている。

【００３２】硬度検出手段１７は、導電率計やカルシウ
ムあるいはマグネシウムのイオン濃度計によって構成さ
れたもので、貯槽１５中に滞留する処理水中の硬度、す
なわちカルシウムイオン、マグネシウムイオンの含量を
検出し、これが予め設定した基準値以下であるか否かを
検知するためのものである。

【００３３】ここで、硬度検出手段１７として導電率計
を用いた場合には、予め原水の硬度と導電率との関係を
実験等により求めておき、その結果に基づいて導電率か
ら硬度を推定するといった方法が採られる。同様にイオ
ン濃度計を用いた場合にも、原水の硬度と各イオンの濃
度との関係を調べておき、その結果に基づいて測定した
イオンの濃度から硬度を推定するといった方法が採られ
る。

【００３４】本例では、処理水についての基準となる硬
度を、炭酸カルシウム換算で５ｐｐｍとする。したがっ
て、貯槽１５に滞留する処理水の硬度が５ｐｐｍ以下で
あったら、前記のアルカリ添加手段１６によって貯槽１
５中にアルカリを添加し、５ｐｐｍを越えている場合に
は、アルカリを添加することなくそのまま次段の通液型
電気二重層コンデンサ２に送るようになっている。

【００３５】アルカリ添加手段１６は、処理水の硬度を
上昇させず、しかも通液型電気二重層コンデンサ２によ
って容易に除去可能な陽イオンからなるアルカリ水溶液
（通常はＮａＯＨ水溶液またはＫＯＨ水溶液）を貯槽１
５に添加供給するためのもので、前述したように処理水
の硬度が５ｐｐｍ以下のとき、貯槽１５中に添加するよ
う構成されたものである。ここで、アルカリ水溶液の添
加については、処理水のｐＨが８以上で好ましくは１２
以下程度となるようにして行われる。このようなｐＨの
調整については、ｐＨ計を備えておき、これで貯槽１５
中のｐＨを測定し、この測定結果に基づいてアルカリ水
溶液の添加量を決定し、決定した量の水溶液を添加供給
するようにすればよい。また、予め添加するアルカリ水
溶液の濃度を所定濃度に調製しておき、処理水のｐＨを
ほぼ７とし、貯槽１５中の処理水の量から換算して、ア
ルカリ水溶液の添加量を決定するといった方法を採用し
てもよい。

【００３６】したがって、前記アルカリ添加手段１６
は、所定量のアルカリ水溶液を貯槽１５に添加できる構
成、すなわち定量的に供給を行える圧送ポンプ等を備え
た構成となっている。

【００３７】また、貯槽１５には、貯留した処理水を加
熱する加熱手段１８が設けられている。この加熱手段１
８は、一般的なヒータによって構成されたもので、サー
モスタット等が設けられていることにより、所定温度、
すなわち４０〜８０℃の範囲の中で予め設定された温度
に処理水を加温するためのものである。ここで、このよ
うな加温はシリカのイオン化を促進するためである。な
お、このような加温については、温度を高くすればする
ほどシリカのイオン化が高まるものの、高くすれば当然
消費エネルギーが増大するとともに、加温に要する時間
も長くなって純水の製造効率も低下することから、シリ
カの濃度などによって処理水の加温温度を適宜に決定す
るのが好ましい。

【００３８】次に、このような構成からなる脱塩装置１
の運転方法を説明する。まず、各段の通液型電気二重層
コンデンサ２の運転条件、すなわちその集電極６、６へ
の印加電圧として、例えば１段目の通液型電気二重層コ
ンデンサ２には１．２Ｖ、２段目には１．３Ｖ、３段目
には１．４Ｖというように、後段側に行くにしたがって
少しずつ印加電圧を高めるように設定することが好まし
い。これは、前段側から後段側になるにつれて原水中の
イオン濃度が低下することにより、集電極６、６間に電
流が流れにくくなるからである。

【００３９】このような運転条件のもとで、まず、カル
シウムやマグネシウム等の金属イオンを含み、さらにシ
リカをＳｉＯ₂ の状態で含有する原水を、１段目の通液
型電気二重層コンデンサ２に通液し、ここで処理するこ
とにより金属イオン等の各イオンを除去する。なお、こ
の通液型電気二重層コンデンサ２での処理では、前述し
たようにシリカはＳｉＯ₂ の状態にあってほとんどイオ
ン化していないことから除去されない。そして、得られ
た処理水を、通液型電気二重層コンデンサ２の液出口１
０から配管１４を通して上流側の貯槽１５に導入する。

【００４０】このようにして処理水を貯槽１５に導入し
たら、硬度検出手段１７によって貯槽１５中の処理水の
硬度を検出し、予め設定した基準硬度、すなわち本例に
おいては炭酸カルシウム換算で５ｐｐｍ以下であるか否
かを求める。

【００４１】処理水が５ｐｐｍ以下である場合、すなわ
ち原水の硬度が比較的低かった場合には、アルカリ添加
手段１６よりこの貯槽１５中にアルカリ水溶液を添加供
給し、処理水のｐＨを８〜１２程度にして前述したよう
にシリカをイオン化する。また、このとき、イオン化し
たシリカの通液型電気二重層コンデンサ２による除去率
を高めるため、加熱手段１８によって処理水を４０〜８
０℃の範囲の適宜温度に加温しておく。なお、この加温
については、アルカリ水溶液添加の前であっても後であ
っても、また同時であってもよい。

【００４２】そして、このようにしてシリカをイオン化
した処理水を、２段目の通液型電気二重層コンデンサ２
に導入する。すると、処理水中にはすでにカルシウムや
マグネシウム等の金属イオンなどが僅かにしか残留して
いないことから、この残留分が確実に除去されるととも
に、イオン化されたシリカ（ＨＳｉＯ₃ ^-）や添加したア
ルカリ水溶液中の陽イオンも除去される。このとき、処
理水は４０〜８０℃に加温されていることにより、シリ
カのイオン化が促進され、効率良く除去される。

【００４３】このようにして２段目の通液型電気二重層
コンデンサ２で処理された処理水は、配管１４を通って
下流側の貯槽１５に導入される。なお、ここでは、上流
側の貯槽１５のときと同様に硬度検出手段１７によって
硬度を検出することなく、もちろんアルカリ添加手段１
６によってアルカリ水溶液を添加供給することもなく、
導入された処理水をそのまま３段目の通液型電気二重層
コンデンサ２に送り込むる。ただし、原水中のシリカ濃
度が極めて高く、通液型電気二重層コンデンサ２による
一回の処理、すなわち１段だけの処理では十分に除去で
きないおそれがある場合には、上流側の貯槽１５のとき
と同様にして硬度検出手段１７、アルカリ添加手段１
６、さらには加熱手段１８をそれぞれ機能させてもよ
い。

【００４４】このようにして３段目の通液型電気二重層
コンデンサ２で３回目のイオン除去処理を行うことによ
り、カルシウムやマグネシウム等の金属イオンを含む各
イオン、およびシリカを確実に除去することができ、こ
れにより電気比抵抗が５ＭΩ・ｃｍ以上の純水を得るこ
ともできる。

【００４５】また、１段目の通液型電気二重層コンデン
サ２から得られた処理水の硬度が５ｐｐｍを越えている
場合、すなわち原水の硬度が比較的高かった場合には、
ここにアルカリを添加するとスケールを生じてしまうこ
とから、アルカリ添加手段１６よって貯槽１５中にアル
カリ水溶液を添加供給することなく、また、もちろん加
熱手段１８によって処理水を加温することなく、そのま
ま２段目の通液型電気二重層コンデンサ２に処理水を送
り込む。

【００４６】そして、２段目の通液型電気二重層コンデ
ンサ２から得られた処理水を、配管１４を通して下流側
の貯槽１５に導入する。このようにして処理水を貯槽１
５に導入したら、先の場合と同様にして、硬度検出手段
１７によって貯槽１５中の処理水の硬度を検出し、基準
硬度（炭酸カルシウム換算で５ｐｐｍ）以下であるか否
かを求める。

【００４７】そして、基準硬度以下である場合には、先
の場合と同様にして、アルカリ添加手段１６によってア
ルカリ水溶液を添加供給し、処理水のｐＨを８〜１２程
度にしてシリカをイオン化する。また、このとき、加熱
手段１８によって処理水を４０〜８０℃の範囲の適宜温
度に加温しておく。なお、原水の硬度が著しく高くない
限り、２段目の通液型電気二重層コンデンサ２から得ら
れる処理水の硬度は十分に低くなり、基準硬度以下とな
るので、この下流側での硬度の検出は省略してすぐにア
ルカリ水溶液を添加するようにしてもよい。

【００４８】そして、このシリカをイオン化した処理水
を３段目の通液型電気二重層コンデンサ２に導入し、カ
ルシウムやマグネシウム等の金属イオンの残留分を除去
するとともに、イオン化されたシリカ（ＨＳｉＯ₃ ^-）や
添加したアルカリ水溶液中の陽イオンを除去する。この
ようにして３段目の通液型電気二重層コンデンサ２で３
回目の処理を行うことにより、カルシウムやマグネシウ
ム等の金属イオンを含む各イオン、およびシリカを十分
に除去することができる。その後、これら３段の通液型
電気二重層コンデンサ２で処理されて得られた処理水を
イオン交換樹脂装置３に導入し、処理水中にごく僅かに
残留した各イオンやシリカをここで確実に除去する。

【００４９】このような脱塩装置１にあっては、１段目
あるいは２段目までの通液型電気二重層コンデンサ２で
処理を行うことにより、カルシウムイオンやマグネシウ
ムイオンを除去して原水中の硬度を十分に低くしている
ので、得られた処理水にアルカリを添加しても、このア
ルカリの添加によってほとんどカルシウムイオンやマグ
ネシウムイオンによるスケールが発生せず、したがって
アルカリを添加して処理水中に含まれるシリカをイオン
化させた後、このアルカリを添加した処理水を後段（２
段目と３段目、あるいは３段目）の通液型電気二重層コ
ンデンサ２に通液することにより、原水中に含まれたシ
リカも除去して導電率が低い、つまり高比抵抗の脱塩水
や純水を製造することができる。

【００５０】また、特に通液型電気二重層コンデンサを
３段用いていることにより、原水の硬度に応じてアルカ
リを添加するタイミングを変えることができ、したがっ
て原水の硬度の高低に影響されることなく確実にシリカ
分を除去して脱塩水や純水を製造することができる。ま
た、処理水にアルカリを添加した際、この処理水を４０
〜８０℃に加温して通液型電気二重層コンデンサ２の処
理に供するようにしたので、シリカのイオン化が促進さ
れることにより通液型電気二重層コンデンサ２によるシ
リカの除去率を高めることができ、したがってシリカの
含有率が極めて低い、高度に精製された脱塩水や純水を
製造することができる。

【００５１】また、イオン交換樹脂装置３を設けたこと
により、このイオン交換樹脂装置３でイオンを除去する
ことができ、したがって３段の通液型電気二重層コンデ
ンサ２‥を経てなお残留する僅かなイオンについても、
これを確実に除去することができる。したがって、原水
の起源や性状が変わった場合にも、これに影響されるこ
となく高い水質の脱塩水や純水を製造することができ
る。また、イオン交換樹脂装置３の前に３段の通液型電
気二重層コンデンサ２‥を設けたことにより、イオン交
換樹脂装置３の負荷を大幅に軽減することができ、した
がってイオン交換樹脂装置３の樹脂の再生や交換の頻度
を格段に少なくして経済的にも作業的にもその効率を向
上することができる。

【００５２】なお、シリカ除去の必要のないときは、ア
ルカリ添加手段１６、硬度検出手段１７、加熱手段１８
を設けなくてもよい。イオン交換装置は複数段直列また
は並列に配置されていてもかまわない。また、前記実施
形態例では通液型電気二重層コンデンサ２を３段用いて
いるが、本発明はこれに限定されることなく、２段でも
また４段以上でもよい。

【００５３】次に、前記構成の脱塩装置１で得られた純
水、すなわち一次純水を、さらに二次処理して超純水
（二次純水）を得るサブシステムについて説明する。図
４中符号１９はサブシステムと称される、二次純水処理
を行う設備群であり、このサブシステム１９は、一次純
水処理で得られた純水（一次純水）に紫外線を照射して
紫外線照射処理を行う紫外線照射装置２０と、紫外線照
射処理後の純水をイオン交換処理するイオン交換樹脂装
置２１と、イオン交換処理後の純水を限外濾過する限外
濾過装置２２とから構成されている。

【００５４】紫外線照射装置２０は、本例では波長が１
８５ｎｍの酸化処理を行う紫外線ランプ及び／又は波長
が２５６ｎｍの殺菌処理を行う紫外線ランプを備えてな
るもので、一次純水処理がなされてタンク２３に貯蔵さ
れた純水（一次純水）を、酸化・殺菌処理するためのも
のである。

【００５５】イオン交換樹脂装置２１は、基本的に図１
に示したイオン交換樹脂装置３と同じ構成からなる公知
のものである。限外濾過装置５は、セルロース系などの
微細な孔を有する限外濾過膜を用いてなるもので、圧力
を加えた状態で処理水（純水）を限外濾過膜に透過さ
せ、コロイド粒子などの微粒子を除去するものである。

【００５６】このような構成のサブシステムによって二
次純水処理、すなわち超純水の製造を行うには、図１に
示した脱塩装置１で得られ、タンク２３に貯蔵された純
水（一次純水）をポンプ２４によって紫外線照射装置２
に送り、ここで酸化・殺菌処理する。すると、このよう
な処理により、一次純水中に残存していた有機物（ＴＯ
Ｃ）がイオン状の有機酸と炭酸とになる。

【００５７】次に、この紫外線処理後の純水をイオン交
換樹脂装置２１でイオン交換処理し、残存する極微量の
イオンをさらに除去する。その後、イオン交換樹脂装置
２１から得られた純水を限外濾過装置２２に導入し、こ
こで従来と同様にして限外濾過を行い、前記した水質を
有する超純水を得る。

【００５８】このように、前記の脱塩装置１にあって
は、このサブシステム１９を備えることによって二次純
水処理、すなわち超純水の製造を行うことができる。そ
の際、一次純水として各種イオンおよびシリカを十分に
除去していることから、サブシステムで得られる二次純
水（超純水）についても要求される水質を確実に得るこ
とができる。

【００５９】図５は、本発明における請求項２記載の脱
塩装置の一実施形態例を示す図であり、図５中符号３０
は脱塩装置である。この脱塩装置３０は、通液型電気二
重層コンデンサ２を複数段（本例では３段）備え、さら
に最後段の通液型電気二重層コンデンサ２の下流側に逆
浸透膜分離装置３１を備えたものである。

【００６０】本例の脱塩装置３０が先の例の脱塩装置１
と異なるところは、基本的に、イオン交換樹脂装置３を
逆浸透膜分離装置３１に代えた点にある。逆浸透膜分離
装置３１は、孔径が２ｎｍ程度の逆浸透膜を有してなる
もので、イオンおよび微生物や有機物を除去することが
できるようになっている。なお、このような逆浸透膜装
置としては、例えば日東電工社製ＥＳ−２０、ＥＳ−１
０等が好適に用いられる。

【００６１】したがって、この脱塩装置３０にあって
は、前記脱塩装置１と同様の作用効果が得られるのに加
え、微生物や有機物をも除去できることから、特に得ら
れた純水にさらに二次純水処理を施し、超純水を得るの
に好適となる。すなわち、この脱塩装置３０に、図４に
示した紫外線照射装置２０、イオン交換樹脂装置２１、
限外濾過装置２２から構成されるサブシステム１９を備
えさせることにより、より高い水質の二次純水（超純
水）を安定して製造することができるようになる。

【００６２】なお、本例においても、図５中に示したご
とく、先の例と同様にアルカリ添加手段１６、硬度検出
手段１７、加熱手段１８を設けているが、これら各手段
１６、１７、１８を設けることなく複数段の通液型電気
二重層コンデンサ２と逆浸透膜分離装置３１とから脱塩
装置を構成してもよいのはもちろんである。また、通液
型電気二重層コンデンサ２についても、２段用いても４
段以上用いてもよい。

【００６３】図６は、本発明における請求項５記載の脱
塩装置の一実施形態例を示す図であり、図６中符号４０
は脱塩装置である。この脱塩装置４０は、通液型電気二
重層コンデンサ２を複数段（本例では２段）備え、さら
に最後段の通液型電気二重層コンデンサ２の下流側に逆
浸透膜分離装置３１とイオン交換樹脂装置３とをこの順
に備えたものである。また、通液型電気二重層コンデン
サ２‥のうちの最後段の通液型電気二重層コンデンサ２
と逆浸透膜分離装置３１との間には、これらを接続する
配管４１中に貯槽４２が設けられており、この貯槽４２
にはアルカリ添加手段１６と加熱手段１８とが設けられ
ている。

【００６４】ここで、逆浸透膜分離装置３１は図５に示
した脱塩装置３０の逆浸透膜分離装置３１と同一構成の
ものであり、イオン交換樹脂装置３は図１に示した脱塩
装置１のイオン交換樹脂装置３と同一構成のものであ
る。また、アルカリ添加手段１６、加熱手段１８も、図
１に示した脱塩装置１のアルカリ添加手段１６、加熱手
段１８と同一構成のものである。

【００６５】このような構成の脱塩装置４０によって純
水を製造するには、先の例と同様にして、各段の通液型
電気二重層コンデンサ２の運転条件、すなわちその集電
極６、６への印加電圧として、例えば１段目の通液型電
気二重層コンデンサ２には１．２Ｖ、２段目には１．３
Ｖというように、後段側の印加電圧を高めるように設定
する。

【００６６】このような運転条件のもとで、まず、原水
を１段目の通液型電気二重層コンデンサ２に通液し、こ
こで処理することにより金属イオン等の各イオンを除去
する。なお、この通液型電気二重層コンデンサ２での処
理では、前述したようにシリカはＳｉＯ₂ の状態にあっ
てイオン化していないことからほとんど除去されない。
続いて、得られた処理水を、２段目の通液型電気二重層
コンデンサ２に通液し、１段目と同様にイオンの除去処
理を行う。そして、得られた処理水を貯槽通液型電気二
重層コンデンサ２の液出口１０から配管４１を通して貯
槽４２に導入する。

【００６７】このようにして処理水を貯槽４２に導入し
たら、逆浸透膜分離装置３１によるシリカの除去率を高
めるべく、図１に示した脱塩装置４０の場合と同様に、
アルカリ添加手段１６よりこの貯槽４２中にアルカリ水
溶液を添加供給し、処理水のｐＨを８〜１２程度にして
シリカをイオン化するとともに、加熱手段１８によって
処理水を４０〜８０℃の範囲の適宜温度に加温してお
く。

【００６８】そして、このようにしてシリカをイオン化
した処理水を逆浸透膜分離装置３１に導入する。する
と、処理水中には２段の通液型電気二重層コンデンサ
２、２を経ることによってすでにカルシウムやマグネシ
ウム等の金属イオンなどが僅かにしか残留していないこ
とから、この残留分が確実に除去されるとともに、イオ
ン化されたシリカ（ＨＳｉＯ₃ ^-）や添加したアルカリ水
溶液中の陽イオンも除去される。このとき、処理水は４
０〜８０℃に加温されていることにより、シリカのイオ
ン化が促進され、効率良く除去される。ただし、この逆
浸透膜分離装置３１は通液された処理水中のイオンの全
量を除去することなく、例えばその９０％程度を除去す
るものとなっているため、得られた処理水中には添加し
たアルカリ等のイオンが僅かながら残留している。

【００６９】そこで、この逆浸透膜分離装置３１で処理
された処理水を、イオン交換樹脂装置３に通液すること
により、処理水中に残留していたイオンを確実に除去
し、高い水質の純水を得る。したがって、このような脱
塩装置４０にあっては、アルカリを添加してシリカをイ
オン化することにより逆浸透膜分離装置３１で該シリカ
をより確実に除去することができ、かつ、微生物や有機
物をも除去することができ、しかも僅かに流出するイオ
ンをイオン交換樹脂装置３で確実に除去することができ
る。

【００７０】よって、この脱塩装置４０にあっては、前
記脱塩装置１、３０と同様の作用効果が得られるのに加
え、シリカと微生物等の有機物とを共に除去できること
から、より高い水質の一次純水を得ることができる。な
お、逆浸透膜分離装置やイオン交換装置を複数直列及び
／又は並列に設置してもよい。また、このように得られ
た脱塩水（純水）が高い水質となることから、これに二
次純水処理を施すことにより、高い水質の超純水を得る
ことができる。すなわち、この脱塩装置４０に、図４に
示した紫外線照射装置２０、イオン交換樹脂装置２１、
限外濾過装置２２から構成されるサブシステム１９を備
えさせることにより、より高い水質の二次純水（超純
水）を安定して製造することができるようになる。な
お、前記実施形態例では通液型電気二重層コンデンサ２
を２段用いているが、本発明はこれに限定されることな
く、３段以上でもよい。

【００７１】また、本発明では、通液型電気二重層コン
デンサとして、図２（ａ）、（ｂ）に示した通液型電気
二重層コンデンサ２に代えて、図７に示すような特表平
１１−５０５４６３号公報に開示された通液型電気二重
層コンデンサ５０を用いることもできる。

【００７２】この通液型電気二重層コンデンサ５０は、
反対側に離間して設けられた二つの末端プレート２３
１、２３２と、絶縁層２３５、２３６を挟んでそれぞれ
隣接した、二つの片面末端電極２３３、２３４とを有し
ている。それぞれの末端電極２３３、２３４は、チタン
シートからなる集電極の片面に導電性エポキシ等のバイ
ンダで高比表面積の導電体（ここでは活性炭）からなる
シートが接合されている。二つの末端電極２３３、２３
４の間に両面中間電極２３７〜２４３は、相互に等距離
だけ離間して配設されている。それぞれの両面電極（例
えば２３７）は、チタンシートからなる集電極の両側に
活性炭シートを接合したものである。この中間電極の数
は限定されず、必要な容量が得られる表面積となるよう
適宜調節する（図７は７つの両面中間電極２３７〜２４
３だけが図示されている）。

【００７３】このような構成の通液型電気二重層コンデ
ンサの各電極を交互にアノード、カソードとする。すな
わち、例えば末端電極２３３、中間電極２３８、２４
０、２４３をアノードとし、中間電極２３７、２３９、
２４１、２４２および末端電極２３４をカソードとす
る。すると、それぞれ隣接した電極対（アノードおよび
カソード）は、独立した処理室を形成する。

【００７４】したがって、この通液型電気二重層コンデ
ンサ５０に原水を導入すると、まず、矢印Ａで示すよう
に、第１の処理室２５０を通る原水が、電極表面に対し
てほぼ平行に流れる。すると、両側の電極が分極されて
いることにより、イオンは原水中から静電的に除去さ
れ、電極２３３および２３７の活性炭層表面に形成され
た電気二重層に保持される。

【００７５】原水は、続いて、矢印Ｂで示すように孔２
６３を通って次の処理室の中に流れる。ここでは、中間
電極２３７および２３８によって形成される処理室の分
極により、原水中のイオンがさらに除去される。そし
て、原水は、矢印Ｃ〜Ｇに示すように残りの各処理室を
連続的に通過させられ、イオンが除去される。その後、
矢印Ｈで示すように、処理水は、末端電極２３４、絶縁
層２３６等を通過し、通液型電気二重層コンデンサ５０
から導出される。

【００７６】したがって、このような通液型電気二重層
コンデンサ５０にあっても、前記通液型電気二重層コン
デンサ２と同様に、カルシウムやマグネシウムなどの金
属イオンをはじめとして各種のイオンを原水から除去す
ることができ、これにより通液型電気二重層コンデンサ
２と交換することが可能になっている。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項１記載の脱塩装置は、複数段の通液型電気二重層コン
デンサと、イオン交換樹脂装置とをこの順に直列に備え
たものであるから、複数段の通液型電気二重層コンデン
サによって原水中の各種のイオンを十分に除去すること
ができ、さらにイオン交換樹脂装置によって原水の起源
や性状が変わった場合にもこれに影響されることなく高
い水質の脱塩水や純水を製造することができる。また、
イオン交換樹脂装置の前に通液型電気二重層コンデンサ
を複数段設けたことにより、イオン交換樹脂装置の負荷
を大幅に軽減することができ、したがって樹脂の再生や
交換の頻度を格段に少なくして経済性、作業性の効率を
高めることができる。

【００７８】請求項２記載の脱塩装置は、複数段の通液
型電気二重層コンデンサと、逆浸透膜分離装置とをこの
順に直列に備えたものであるから、複数段の通液型電気
二重層コンデンサによって原水中の各種のイオンを十分
に除去することができ、さらに逆浸透膜分離装置によっ
てイオンおよび有機物も除去することができ、これによ
り原水の起源や性状が変わった場合にもこれに影響され
ることなく高い水質の純水を製造することができる。ま
た、逆浸透膜分離装置の前に通液型電気二重層コンデン
サを複数段設けたことにより、逆浸透膜分離装置の負荷
を大幅に軽減して逆浸透膜におけるイオン分離性能を向
上させ、膜の劣化を抑えることができる。

【００７９】請求項５記載の脱塩装置は、複数段の通液
型電気二重層コンデンサと、逆浸透膜分離装置と、イオ
ン交換樹脂装置とをこの順に直列に備えてなり、前記複
数段の通液型電気二重層コンデンサのうちの最後段の通
液型電気二重層コンデンサと逆浸透膜分離装置との間
に、アルカリを添加する手段を設けたものであるから、
複数段の通液型電気二重層コンデンサによって各種のイ
オンを十分に除去し、さらに逆浸透膜分離装置およびイ
オン交換樹脂装置によってシリカ、さらには有機物を除
去することができ、したがって、原水の起源や性状が変
わった場合にもこれに影響されることなく高い水質の脱
塩水や純水を製造することができる。

【００８０】また、複数段の通液型電気二重層コンデン
サのうちの最後段の通液型電気二重層コンデンサと逆浸
透膜分離装置との間にアルカリを添加する手段を設けて
いるので、通常ＳｉＯ₂の状態で存在するシリカをイオ
ン化してＨＳｉＯ₃ ^-とし、これを逆浸透膜分離装置でよ
り確実に除去するとともに、この逆浸透膜分離装置で除
去されずに僅かに透過するアルカリのイオンやＨＳｉＯ
₃ ^-もイオン交換樹脂装置によって確実に除去することが
できる。さらに、逆浸透膜分離装置、イオン交換樹脂装
置の前に通液型電気二重層コンデンサを複数段設けたこ
とにより、これら逆浸透膜分離装置やイオン交換樹脂装
置の負荷を大幅に軽減することができ、したがって逆浸
透膜の劣化を抑え、かつイオン交換樹脂膜やイオン交換
樹脂の再生や交換の頻度を格段に少なくして経済性、作
業性の効率を高めることができる。

【００８１】また、これら請求項１、２、５記載の脱塩
装置にあっては、原水の起源や性状に影響されることな
く高い水質の純水を製造することができることから、二
次純水処理をなすサブシステムを備えさせることによ
り、高い水質の二次純水、すなわち超純水を安定して製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における請求項１記載の脱塩装置の一
実施形態例の、概略構成を説明するための図である。

【図２】通液型電気二重層コンデンサの概略構成を示
す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は側断面図で
ある。

【図３】（ａ）、（ｂ）は図２に示した通液型電気二
重層コンデンサの処理原理を説明するための図である。

【図４】サブシステムの概略構成を説明するための図
である。

【図５】本発明における請求項２記載の脱塩装置の一
実施形態例の、概略構成を説明するための図である。

【図６】本発明における請求項５記載の脱塩装置の一
実施形態例の、概略構成を説明するための図である。

【図７】通液型電気二重層コンデンサの他の例の概略
構成を示す側断面図である。

【符号の説明】

１、３０、４０…脱塩装置、２、５０…通液型電気二重
層コンデンサ、３…イオン交換樹脂装置、１６…アルカ
リ添加手段、２０…紫外線照射装置、２１…イオン交換
樹脂装置、２２…限外濾過装置、３１…逆浸透膜分離装
置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 1/42 Ｃ０２Ｆ 1/42 Ａ 1/44 1/44 Ｈ 9/00 ５０２ 9/00 ５０２Ｆ５０２Ｇ５０２Ｈ５０２Ｊ５０２Ｍ５０２Ｎ５０３５０３Ｇ５０３Ａ (72)発明者松下聿宏東京都新宿区西新宿三丁目４番７号栗田工業株式会社内Ｆターム(参考） 4D006 GA03 GA06 PB06 PB23 PC03 PC31 4D024 AA03 AB15 BA02 BB05 BC01 DB04 DB05 DB09 DB10 DB19 4D025 AA02 AA07 AB02 BA07 BB01 BB03 BB09 DA04 DA06 4D037 AA03 AA08 AB18 BA18 CA03 CA04 CA15 4D061 DA03 DA05 DB13 EA02 EB04 EB12 EB27 EB29 EB31 FA06 FA07 FA08 FA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数段の通液型電気二重層コンデンサ
と、イオン交換樹脂装置とをこの順に直列に備えてなる
ことを特徴とする脱塩装置。
【請求項２】複数段の通液型電気二重層コンデンサ
と、逆浸透膜分離装置とをこの順に直列に備えてなるこ
とを特徴とする脱塩装置。
【請求項３】前記複数段の通液型電気二重層コンデン
サのうちの前段の通液型電気二重層コンデンサと後段の
通液型電気二重層コンデンサとの間に、アルカリを添加
する手段が設けられていることを特徴とする請求項１又
は２記載の脱塩装置。
【請求項４】前記イオン交換樹脂装置あるいは逆浸透
膜分離装置の下流側に、紫外線照射装置と、イオン交換
樹脂装置及び／又は逆浸透膜分離装置と、限外濾過装置
とを有した超純水製造のためのサブシステムが備えられ
ていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の脱塩
装置。
【請求項５】複数段の通液型電気二重層コンデンサ
と、逆浸透膜分離装置と、イオン交換樹脂装置とをこの
順に直列に備えてなり、前記複数段の通液型電気二重層コンデンサのうちの最後
段の通液型電気二重層コンデンサと逆浸透膜分離装置と
の間に、アルカリを添加する手段が設けられていること
を特徴とする脱塩装置。
【請求項６】前記イオン交換樹脂装置の下流側に、紫
外線照射装置と、イオン交換樹脂装置及び／又は逆浸透
膜分離装置と限外濾過装置とを有した超純水製造のため
のサブシステムが備えられていることを特徴とするため
の請求項５記載の脱塩装置。