JP2003266077A - 電気脱イオン装置 - Google Patents

電気脱イオン装置

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Masayuki Miwa
昌之 三輪
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 供給水中のカルシウム濃度及び重炭酸イオン
濃度が高い場合であっても、炭酸カルシウムの析出を防
止することができる電気脱イオン装置を提供する。 【解決手段】 陰極1と陽極2との間に導電性遮水板1
0を配置して複数の単位脱イオン部11,12,13を
形成する。各単位脱イオン部11,12,13にそれぞ
れカチオン交換膜3とアニオン交換膜4とを1枚ずつ配
置し、陰極1又は導電性遮水板10とカチオン交換膜3
との間に濃縮室兼陰極室5を形成し、陽極2又は導電性
遮水板10とアニオン交換膜4との間に濃縮室兼陽極室
6を形成し、カチオン交換膜3とアニオン交換膜4との
間に脱塩室7を形成している。濃縮室兼の陰極室5及び
陽極室6にはそれぞれカチオン交換樹脂9が充填されて
いる。脱塩室7にはアニオン交換樹脂8とカチオン交換
樹脂9とが混合状態にて充填されている。脱塩室7から
の脱イオン水の一部を濃縮室兼陽極室6、或いは濃縮室
兼陽極室6と濃縮室兼陰極室5に通水する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電気脱イオン装置に
係り、詳しくは単位時間当りの脱イオン水(生産水)の
生産水量が少ない場合に好適な電気式脱イオン装置であ
って、高濃度のカルシウムイオン、重炭酸イオンが供給
水中に含まれる場合においても装置内での炭酸カルシウ
ムの析出を防止することができる電気脱イオン装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の電気脱イオン装置は、電極(陽極
と陰極)同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交
換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成
し、脱塩室にイオン交換樹脂を充填した構成を有する。
【0003】このような電気脱イオン装置にあっては、
陽極、陰極間に電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を
流入させると共に、濃縮室に濃縮水を流通させて被処理
水中の不純物イオンを除去することにより脱イオン水を
製造するが、陰極と陽極との間に複数の脱塩室と濃縮室
とを交互に形成したものであるため、陰極と陽極との間
の電気抵抗が大きく、このため両極間の印加電圧が高い
という欠点がある。
【0004】ところで、電気脱イオン装置の濃縮室に
は、脱塩室からカチオン交換膜を透過してカルシウムイ
オン(Ca2+)等のカチオンが移動してくると共に、
アニオン交換膜を透過して重炭酸イオン(HCO
等のアニオンが移動してくる。また、アニオン交換膜面
では、直流電流の通電に伴って、OHイオンが発生
し、局所的に高いpHとなっている。このため、濃縮室
内のpH、重炭酸イオン濃度、カルシウムイオン濃度が
炭酸カルシウムの析出条件を満たしていなくとも、濃縮
室内のアニオン交換膜面では、その高pH条件と、脱塩
室からのイオン移動によって上昇した重炭酸イオン濃度
及びカルシウムイオン濃度とが炭酸カルシウムの析出条
件を満たすようになり、炭酸カルシウムが析出する場合
がある。
【0005】炭酸カルシウムは難溶解性であり、その析
出は、濃縮室を閉塞させたり、電気脱イオン装置内の電
気抵抗を上昇させ、最終的には電気脱イオン装置の運転
に大きな支障をきたすこととなる。
【0006】従来、この炭酸カルシウムの析出を防止す
るために、電気脱イオン装置の供給水中から重炭酸イオ
ン又はカルシウムイオンを予め除去する処理が行われて
いた。
【0007】カルシウムイオンを除去する手段として
は、軟水器を利用することが簡易であるが、軟水器は定
期的な再生作業が必要であり、電気脱イオン装置で連続
的に脱イオン水を得ようとした場合には、2系列を設け
て、再生と運転とを交互に行うことが必要となる。ま
た、再生にNaClを使用するため、定期的な保守管理
が必要である。
【0008】重炭酸イオンを除去する手段としては、p
H酸性で脱炭酸塔によって除去する手段、真空ポンプに
よる減圧で除去する手段が用いられるが、pH酸性とす
るためには、塩酸、硫酸等の強酸が必要であり、運転管
理が難しい。また、真空ポンプを利用する場合は、真空
ポンプの動力費が高く、ランニングコスト上の問題とな
っていた。
【0009】特開平10−43554号公報には、陰極
室内に導電体を充填し、陰極の有効表面積を増大させる
ことによって、局所的なOH濃度の上昇を抑制して炭
酸カルシウムの析出を防止する方法が記載されている。
この方法は、陰極室内部での炭酸カルシウムの析出防止
には有効であるが、濃縮室内での炭酸カルシウムの析出
防止には効果がない。また、供給水中に高濃度のカルシ
ウムイオンと重炭酸イオンが存在する場合には、濃縮室
内部で重炭酸イオンとカルシウムイオンの濃度が高くな
り、炭酸カルシウムが析出してくる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電極間の印
加電圧が低くて足りる電気脱イオン装置であって、供給
水中のカルシウム濃度及び重炭酸イオン濃度が高い場合
であっても、炭酸カルシウムの析出を防止することがで
きる電気脱イオン装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明(請求項1)の電
気脱イオン装置では、陰極と陽極との間に導電性を有し
た遮水板が1枚配置されることにより該陰極と陽極との
間に2個の単位脱イオン部が区画形成され、各単位脱イ
オン部にそれぞれカチオン交換膜とアニオン交換膜と
が、該カチオン交換膜の方がアニオン交換膜よりも陰極
側となるように1枚ずつ配置されている。該陰極側の単
位脱イオン部にあっては、該陰極とカチオン交換膜との
間に濃縮室兼陰極室が設けられ、該遮水板とアニオン交
換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けられ、該カチオン交
換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設けられてい
る。該陽極側の単位脱イオン部にあっては、該遮水板と
カチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、該
陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けら
れ、該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室
が設けられている。各脱塩室内にはイオン交換体が充填
されている。
【0012】本発明(請求項2)の電気脱イオン装置で
は、陰極と陽極との間に導電性を有した遮水板が2枚以
上配置されることにより該陰極と陽極との間に3個以上
の単位脱イオン部が区画形成され、各単位脱イオン部に
それぞれカチオン交換膜とアニオン交換膜とが、該カチ
オン交換膜の方がアニオン交換膜よりも陰極側となるよ
うに1枚ずつ配置されている。最も該陰極側の単位脱イ
オン部にあっては、該陰極とカチオン交換膜との間に濃
縮室兼陰極室が設けられ、該遮水板とアニオン交換膜と
の間に濃縮室兼陽極室が設けられ、該カチオン交換膜と
アニオン交換膜との間に脱塩室が設けられている。最も
該陽極側の単位脱イオン部にあっては、該遮水板とカチ
オン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、該陽極
とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けられ、
該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設
けられている。これらの単位脱イオン部同志の間の単位
脱イオン部にあっては、該陰極側の遮水板とカチオン交
換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、該陽極側の遮
水板とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けら
れ、該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室
が設けられている。各脱塩室内にはイオン交換体が充填
されている。
【0013】かかる本発明(請求項1,2)の電気脱イ
オン装置の単位脱イオン部は、脱塩室が1室であり、且
つこの脱塩室の両側にはそれぞれ陽極室を兼ねた濃縮室
と陰極室を兼ねた濃縮室とが配置されており、各脱塩室
からそれぞれ脱イオン水が得られる。各単位脱イオン部
では、脱塩室が1室であり、単位時間当たりの生産水量
が少ないが、単位脱イオン部を複数備えているので、電
気脱イオン装置全体としての脱イオン水生産量が多い。
【0014】また、本発明では、隣接する単位脱イオン
部間が導電性遮水板で隔絶されているので、遮水板を介
して隣り合う濃縮室兼陽極室内の濃縮水及び濃縮室兼陰
極室内の濃縮水のイオン同士が出会うことがない。
【0015】この電気脱イオン装置の各単位脱イオン部
の濃縮室兼陰極室には、脱塩室からカチオン交換膜を透
過してカルシウムイオン等のカチオン成分が移動してき
て濃縮されるが、濃縮室兼陰極室に導電体を充填してお
くことにより、陰極としての有効面積が増大し、局所的
なOH濃度の上昇はなく、炭酸カルシウムの析出傾向
は低くなる(請求項3)。一方、濃縮室兼陽極室内に脱
塩室からアニオン交換膜を透過して重炭酸イオン等のア
ニオン成分が移動してきて濃縮されるが、濃縮室兼陽極
室に脱イオン水を供給することにより、この給水中には
カルシウムイオンが殆ど含まれていないため、炭酸カル
シウムの析出を防止することができる(請求項4)。
【0016】なお、本発明では、濃縮室兼陰極室にも脱
イオン水を通水することにより、濃縮室兼陰極室におけ
る炭酸カルシウムの析出をより一層確実に防止すること
ができる(請求項5)。
【0017】脱イオン水を濃縮室兼陽極室及び濃縮室兼
陰極室に通水した場合には、脱イオン水の回収率が低下
するため、脱イオン水を濃縮室兼陽極室のみに通水する
か、濃縮室兼陽極室と濃縮室兼陰極室とに通水するか
は、原水の水質、即ち、炭酸カルシウムの析出傾向と、
必要とされる水回収率を勘案して決定すれば良い。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して実施の形態
について説明する。図1は実施の形態に係る電気脱イオ
ン装置の概略的な縦断面図である。
【0019】図1に示す通り、陰極1と陽極2との間に
2枚の導電性遮水板10が配置され、これによって陰極
1と陽極2との間に3室の単位脱イオン部11,12,
13が形成されている。各単位脱イオン部11,12,
13にそれぞれカチオン交換膜3とアニオン交換膜4と
を1枚ずつ配置している。最も陰極1側の第1単位脱イ
オン部11にあっては、陰極1とカチオン交換膜3との
間に濃縮室兼陰極室5を形成し、遮水板10とアニオン
交換膜4との間に濃縮室兼陽極室6を形成し、カチオン
交換膜3とアニオン交換膜4との間に脱塩室7を形成し
ている。
【0020】最も陽極2側の第3の単位脱イオン部13
にあっては、遮水板10とカチオン交換膜3との間に濃
縮室兼陰極室5を形成し、陽極2とアニオン交換膜4と
の間に濃縮室兼陽極室6を形成し、カチオン交換膜3と
アニオン交換膜4との間に脱塩室7を形成している。
【0021】中間の第2の単位脱イオン部12にあって
は、陰極1側の遮水板10とカチオン交換膜3との間に
濃縮室兼陰極室5を形成し、陽極2側の遮水板10とア
ニオン交換膜4との間に濃縮室兼陽極室6を形成し、カ
チオン交換膜3とアニオン交換膜4との間に脱塩室7を
形成している。
【0022】いずれの単位脱イオン部11,12,13
においても、濃縮室兼用の陰極室5及び陽極室6にはそ
れぞれカチオン交換樹脂9が充填されている。脱塩室7
にはアニオン交換樹脂8とカチオン交換樹脂9とが混合
状態にて充填されている。
【0023】陰極1と陽極2との間に電圧を印加した状
態にて原水を各脱塩室7に導入し、脱イオン水として取
り出す。そして、この脱イオン水の一部をそれぞれ各濃
縮室兼陰極室5及び濃縮室兼陽極室6に流通させる。
【0024】原水中のカチオンはカチオン交換膜3を透
過し、濃縮室兼陰極室5の陰極電極水に混入して排出さ
れる。原水中のアニオンはアニオン交換膜4を透過して
濃縮室兼陽極室6の陽極電極水に混入し、排出される。
【0025】この電気脱イオン装置にあっては、陰極1
と陽極2との間に複数個の単位脱イオン部を配置してい
るので、1個の単位脱イオン部での脱イオン水量が少な
くても、電気脱イオン装置全体としての脱イオン水生産
量が多い。
【0026】濃縮室兼陽極室6では、アニオン交換膜4
を透過して原水中の重炭酸イオン等のアニオンが移動し
てきて濃縮され、濃縮室兼陰極室5ではカチオン交換膜
3を透過して原水中のカルシウムイオンを含むカチオン
が移動してきて濃縮されるが、この濃縮室兼陽極室6及
び濃縮室兼陰極室5に重炭酸イオン及びカルシウムイオ
ンを殆ど含まない脱イオン水を通水するため、濃縮室兼
陰極室5及び濃縮室兼陽極室6のいずれにおいても炭酸
カルシウムの析出は起こらない。
【0027】なお、本発明では、脱イオン水は濃縮室兼
陽極室にのみ脱イオン水を供給し、濃縮室兼陰極室5に
は原水を通水してもよい。この場合でも、濃縮室兼陰極
室5には導電体としてのカチオン交換樹脂9が充填され
ており、炭酸カルシウムの析出傾向が低いため、炭酸カ
ルシウムの析出は防止される。
【0028】なお、電極室が濃縮室を兼ねていることか
ら、電極水として脱イオン水を通水しても電気抵抗が過
度に高くなることはなく、しかも、電極室兼濃縮室5,
6には導電体が充填されているため、この導電体により
電気伝導度が高められ、これによっても、電極1,2間
の印加電圧が低くても電極1,2間に十分に電流を流す
ことが可能となる。
【0029】電極室兼濃縮室5,6での通水方向は、脱
塩室と並流通水でも向流通水でもよいが、脱塩室を下降
流通水とし、電極室兼濃縮室5,6を上昇流通水とする
向流通水が望ましい。これは、各電極室兼濃縮室5,6
には、直流電流によってH,O等の気体が発生する
ので、上昇流で通水して気体の排出を促進させて偏流を
防ぐためである。
【0030】図1の実施の形態では、脱塩室7に充填し
たイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換
樹脂との混合物であるが、充填するイオン交換樹脂とし
ては、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂、両性イオ
ン交換樹脂のうちの1種又は2種以上の混合物のいずれ
でも良い。
【0031】また、電極室兼濃縮室5,6に充填する導
電体としては、カチオン交換樹脂の他、カチオン交換繊
維、アニオン交換樹脂又は繊維、それらの混合物、活性
炭、金属メッシュ等を用いることができ、濃縮室兼陰極
室5と濃縮室兼陽極室6とで異なる導電体が充填されて
いても良い。特にカチオン交換樹脂を用いるのが酸化劣
化に対する耐久性の点から望ましい。
【0032】上記の導電性遮水板10は、水、気体及び
イオンのいずれをも透過させないものが用いられる。こ
の導電性遮水板10としては、酸及びアルカリのいずれ
に対しても耐食性の高いものが好ましく、例えば白金メ
ッキした金属板などが好適である。
【0033】上記実施の形態では陰極1と陽極2との間
に2枚の遮水板10を配置することによって3個の単位
脱イオン部11,12,13を設けているが、3枚以上
の遮水板10を配置して4個以上の単位脱イオン部を設
けてもよい。この場合、中間の単位脱イオン部12が複
数個配置されることになる。
【0034】また、本発明では、導電性遮水板10を1
枚のみ設け、2個の単位脱イオン部のみを設けてもよ
い。即ち、図1において1枚の導電性遮水板10のみを
陰極1と陽極2との間に配置し、中間の単位脱イオン部
12を省略し、この1枚の遮水板10を介して陰極側の
単位脱イオン部11と陽極側の単位脱イオン部13とが
隣り合う構成としてもよい。
【0035】
【発明の効果】以上の通り、本発明の電気脱イオン装置
は、陰極と陽極との間に導電性遮水板によって複数の単
位脱イオン部を配置し、各単位脱イオン部にそれぞれ1
個の脱塩室、濃縮室兼陰極室及び濃縮室兼陽極室を配置
したものであり、脱イオン水の生産水量が多い。
【0036】しかも、脱イオン水を濃縮室兼陰極室、或
いは濃縮室兼陽極室と濃縮室兼陰極室とに通水すること
により、高濃度のカルシウムイオン及び重炭酸イオンを
含む水を処理する場合であっても、炭酸カルシウムの析
出、及びこれによる電極室兼濃縮室の閉塞や電気抵抗の
上昇による印加電圧の上昇を引き起こすことなく、長期
に亘り、安定かつ効率的な運転を行うことができる。こ
のため、本発明によれば、脱塩室の前段のカルシウムイ
オン除去手段や重炭酸イオン除去手段を省略することが
でき、脱イオン水製造系統の簡素化、低価格化を図るこ
とができ、簡易かつ安価な装置により脱イオン水を連続
的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る電気脱イオン装置の概略的な
縦断面図である。
【符号の説明】
1 陰極 2 陽極 3 カチオン交換膜 4 アニオン交換膜 5 濃縮室兼陰極室 6 濃縮室兼陽極室 7 脱塩室 8 アニオン交換樹脂 9 カチオン交換樹脂 10 導電性遮水板 11,12,13 単位脱イオン部
フロントページの続き Fターム(参考) 4D006 GA17 JA30A KA26 KB11 MA03 MA13 MA14 PA10 PB02 PB27 PB28 4D061 DA01 DB13 EA09 EB01 EB04 EB12 EB13 EB17 EB22 EB23 FA08

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陰極と陽極との間に導電性を有した遮水
    板が1枚配置されることにより該陰極と陽極との間に2
    個の単位脱イオン部が区画形成され、各単位脱イオン部
    にそれぞれカチオン交換膜とアニオン交換膜とが、該カ
    チオン交換膜の方がアニオン交換膜よりも陰極側となる
    ように1枚ずつ配置されており;該陰極側の単位脱イオ
    ン部にあっては、 該陰極とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設け
    られ、 該遮水板とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設
    けられ、 該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設
    けられており;該陽極側の単位脱イオン部にあっては、 該遮水板とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設
    けられ、 該陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設け
    られ、 該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設
    けられており;各脱塩室内にイオン交換体が充填された
    ことを特徴とする電気脱イオン装置。
  2. 【請求項2】 陰極と陽極との間に導電性を有した遮水
    板が2枚以上配置されることにより該陰極と陽極との間
    に3個以上の単位脱イオン部が区画形成され、各単位脱
    イオン部にそれぞれカチオン交換膜とアニオン交換膜と
    が、該カチオン交換膜の方がアニオン交換膜よりも陰極
    側となるように1枚ずつ配置されており;最も該陰極側
    の単位脱イオン部にあっては、 該陰極とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設け
    られ、 該遮水板とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設
    けられ、 該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設
    けられており;最も該陽極側の単位脱イオン部にあって
    は、 該遮水板とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設
    けられ、 該陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設け
    られ、 該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設
    けられており;これらの単位脱イオン部同志の間の単位
    脱イオン部にあっては、 該陰極側の遮水板とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰
    極室が設けられ、 該陽極側の遮水板とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽
    極室が設けられ、 該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設
    けられており;各脱塩室内にイオン交換体が充填された
    ことを特徴とする電気脱イオン装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、各濃縮室兼陽
    極室内及び濃縮室兼陰極室内にそれぞれ導電体が充填さ
    れていることを特徴とする電気脱イオン装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記脱塩室から流出
    する脱イオン水の一部を前記濃縮室兼陽極室に通水する
    手段を備えたことを特徴とする電気脱イオン装置。
  5. 【請求項5】 請求項3において、前記脱塩室から流出
    する脱イオン水の一部を前記濃縮室兼陽極室及び濃縮室
    兼陰極室にそれぞれ通水する手段を備えたことを特徴と
    する電気脱イオン装置。
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