JP2005254225A - 純水生成装置または軟水生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 イオン交換樹脂を用いた純水生成装置または軟水生成装置において、そのイオン交換樹脂の再生に薬剤や塩を使わず、かつ再生のための水の使用量を低減し、イオン交換樹脂の再生に要するコストを低減する。
【解決手段】 陽極および陰極からなる一対の電極と、該電極間に、陽極側から、陽極室、アニオン交換樹脂室、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜、カチオン交換樹脂室、陰極室を順次有してなり、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって上記バイポーラ膜で水または塩水を電気分解し、生成したＯＨ−イオンまたはＨ＋イオンで上記アニオン交換樹脂室内のアニオン交換樹脂または上記カチオン交換樹脂室内のカチオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたイオンを上記陽極室または上記陰極室に電圧の力によって排出する機構を有するものであることを特徴とする純水生成装置または軟水生成装置である。
【選択図】 図１
【解決手段】 陽極および陰極からなる一対の電極と、該電極間に、陽極側から、陽極室、アニオン交換樹脂室、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜、カチオン交換樹脂室、陰極室を順次有してなり、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって上記バイポーラ膜で水または塩水を電気分解し、生成したＯＨ−イオンまたはＨ＋イオンで上記アニオン交換樹脂室内のアニオン交換樹脂または上記カチオン交換樹脂室内のカチオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたイオンを上記陽極室または上記陰極室に電圧の力によって排出する機構を有するものであることを特徴とする純水生成装置または軟水生成装置である。
【選択図】 図１
Description
本発明は、イオン交換樹脂の再生手段を備えた純水生成装置または軟水生成装置に関し、さらに詳しくは、バイポーラ膜による水または塩水の電気分解によって生成するＨ＋イオンまたはＯＨ−イオンでイオン交換樹脂を再生する手段を備えた純水生成装置または軟水生成装置に関するものである。
純水生成装置や軟水生成装置にはイオン交換樹脂を用いたものが数多く提案されている。例えば、軟水生成装置にはカチオン交換樹脂が用いられており、カチオン交換樹脂によって原水中に含まれる硬度成分であるＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンをＮａ＋ イオンやＨ＋イオンなどに置換（イオン交換）して軟水にしている。
しかしながら、カチオン交換樹脂の交換基であるＮａ＋イオンやＨ＋イオンなどがすべてＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンで置換されてしまった場合、それ以上のイオン交換が不可能になるため、このイオン交換能を回復させるためのイオン交換樹脂の再生が必要になる。つまり、イオン交換樹脂を用いるこの種の純水生成装置や軟水生成装置では、原水中のイオン交換とイオン交換樹脂のイオン交換能の回復のための再生とを交互に行う必要がある。
このイオン交換樹脂のイオン交換能の回復のための再生には、酸やアルカリなどの薬剤や、塩などが用いられているが、これらの薬剤や塩は再生を行うたびに大量に必要であり、そのコストや手間が問題となっていた。
そこで、薬剤や塩を用いないイオン交換樹脂の再生方法として、電気分解で生成された酸性水でカチオン交換樹脂を再生する方法が提案されている（特許文献１）。
しかしながら、通常の電気分解で生成される酸性水はＨ＋イオンの濃度が低いために、塩を使用しなくなっても水を多量に必要とするという問題があった。
また、電極表面での水の電気分解により生成するＨ＋イオンとＯＨ−イオンによってカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂を同時に再生する機構を備えた軟水化装置も提案されている（特許文献２）。
しかしながら、これら電極表面での水の電気分解では、次式に示すように、Ｈ２ガスおよびＯ２ガスの発生を伴うため、
２Ｈ２Ｏ → ２Ｈ２ ＋ Ｏ２
効率的にＨ＋イオンおよびＯＨ−イオンを生成できない。また、電極表面にアニオンおよびカチオンを集めて酸性、およびアルカリ性の電解水を作る方法では、陽極では塩素ガス発生により酸の生成効率が低下し、陰極ではカルシウムスケールの生成により電極抵抗の増加が起こるという問題がある。
２Ｈ２Ｏ → ２Ｈ２ ＋ Ｏ２
効率的にＨ＋イオンおよびＯＨ−イオンを生成できない。また、電極表面にアニオンおよびカチオンを集めて酸性、およびアルカリ性の電解水を作る方法では、陽極では塩素ガス発生により酸の生成効率が低下し、陰極ではカルシウムスケールの生成により電極抵抗の増加が起こるという問題がある。
本発明は、上記のような従来の純水生成装置や軟水生成装置のイオン交換樹脂の再生における問題点を解決し、イオン交換樹脂の再生に薬剤や塩を使用せず、かつ再生のための水の使用量を低減し、イオン交換樹脂の再生に要するコストを大幅に低減できる純水生成装置または軟水生成装置を提供することを目的とする。
本発明の純水生成装置または軟水生成装置は、陽極および陰極からなる一対の電極と、該電極間に、陽極側から、陽極室、アニオン交換樹脂室、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜、カチオン交換樹脂室、および陰極室を順次有してなり、 上記アニオン交換樹脂室は、隔膜と上記バイポーラ膜で仕切られた空間にアニオン交換樹脂が充填されてなり、上記カチオン交換樹脂室は、隔膜と上記バイポーラ膜で仕切られた空間にカチオン交換樹脂が充填されてなり、上記陽極室は、上記陽極と上記アニオン交換樹脂室を仕切る隔膜とで仕切られてなり、上記陰極室は、上記陰極と上記カチオン交換樹脂室を仕切る隔膜とで仕切られてなり、上記バイポーラ膜は、アニオン交換膜側を陽極側にし、カチオン交換膜側を陰極側にして配されており、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって上記バイポーラ膜で水または塩水を電気分解し、生成したＯＨ−イオンまたはＨ＋イオンで上記アニオン交換樹脂室内のアニオン交換樹脂または上記カチオン交換樹脂室内のカチオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたイオンを上記陽極室または上記陰極室に電圧の力によって排出する機構を備えることによって、前記課題を解決したものである。
また、本発明の純水生成装置または軟水生成装置は、陽極および陰極からなる一対の電極と、該電極間に、陽極側から、陽極室、アニオン交換樹脂室、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜、カチオン交換樹脂室、および陰極室を順次有してなり、上記アニオン交換樹脂室は、２枚の隔膜で仕切られた空間内にアニオン交換樹脂が充填されてなり、上記カチオン交換樹脂室は、２枚の隔膜で仕切られた空間内にカチオン交換樹脂が充填されてなり、上記陽極室は、上記陽極と、上記アニオン交換樹脂室を仕切る陽極側の隔膜とで仕切られてなり、上記陰極室は、上記陰極と、上記カチオン交換樹脂室を仕切る陰極側の隔膜とで仕切られてなり、上記バイポーラ膜は、上記アニオン交換樹脂室と上記カチオン交換樹脂室との間に、上記アニオン交換樹脂室を仕切る陰極側の隔膜および上記カチオン交換樹脂室を仕切る陽極側の隔膜とは距離を隔て、かつアニオン交換膜側を陽極側にし、カチオン交換膜側を陰極側にして配されており、上記バイポーラ膜と上記アニオン交換樹脂室で仕切られた領域と、上記バイポーラ膜と上記カチオン交換樹脂室で仕切られた領域とが、水路によって連結されており、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって上記バイポーラ膜で水または塩水を電気分解し、生成したＯＨ−イオンまたはＨ＋イオンで上記アニオン交換樹脂室内のアニオン交換樹脂または上記カチオン交換樹脂室内のカチオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたイオンを上記陽極室または上記陰極室に電圧の力によって排出する機構を備えることによって、前記課題を解決したものである。
さらに、本発明の軟水生成装置は、陽極および陰極からなる一対の電極と、該電極間に、陽極側から、陽極室、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜、カチオン交換樹脂室、および陰極室を順次有してなり、上記カチオン交換樹脂室は、隔膜と上記バイポーラ膜で仕切られた空間にカチオン交換樹脂が充填されてなり、上記陽極室は、上記陽極と上記バイポーラ膜とで仕切られてなり、上記陰極室は、上記陰極と上記カチオン交換樹脂室を仕切る隔膜とで仕切られてなり、上記バイポーラ膜は、アニオン交換膜側を陽極側にし、カチオン交換膜側を陰極側にして配されており、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって上記バイポーラ膜で水または塩水を電気分解し、生成したＨ＋イオンでカチオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたカチオンを上記カチオン交換樹脂室から陰極室に電圧の力によって排出する機構を備えることによって、前記課題を解決したものである。
加えて、本発明の軟水生成装置は、陽極および陰極からなる一対の電極と、該電極間に、陽極側から、陽極室、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜、カチオン交換樹脂室、および陰極室を順次有してなり、上記カチオン交換樹脂室は、２枚の隔膜で仕切られた空間にカチオン交換樹脂が充填されてなり、上記陽極室は、上記陽極と上記バイポーラ膜とで仕切られてなり、上記陰極室は、上記陰極と上記カチオン交換樹脂室を仕切る陰極側の隔膜とで仕切られてなり、上記バイポーラ膜は、上記カチオン交換樹脂室を仕切る陽極側の隔膜とは距離を隔て、かつアニオン交換膜側を陽極側にし、カチオン交換膜側を陰極側にして配されており、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって上記バイポーラ膜で水または塩水を電気分解し、生成したＨ＋イオンでカチオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたカチオンを上記カチオン交換樹脂室から陰極室に電圧の力によって排出する機構を備えることによって、前記課題を解決したものである。
本発明の純水生成装置または軟水生成装置によれば、イオン交換樹脂の再生に大量の薬剤や塩を使用せず、かつ再生のための水の使用量を低減し、イオン交換樹脂の再生に要するコストを大幅に低減することができる。
すなわち、本発明の純水生成装置または軟水生成装置では、バイポーラ膜による水の電気分解（以下、「電気分解」を簡略化して「電解」という場合がある）によってＨ+ イオンとＯＨ- イオンを生成し、それらのイオンによってイオン交換樹脂を再生するので、イオン交換樹脂の再生にあたって大量の薬剤や塩を使用する必要がない。
また、バイポーラ膜による水の電解では、次式のように、
Ｈ２Ｏ → Ｈ＋ ＋ ＯＨ−
ガス発生を伴うことなく、Ｈ＋イオンとＯＨ−イオンを生成させることができ、従来の電極表面での水の電解の場合のようなガス発生に伴うＨ＋イオンとＯＨ−イオンの消費がないので、効率よく再生に使用するイオンを発生することができる。
Ｈ２Ｏ → Ｈ＋ ＋ ＯＨ−
ガス発生を伴うことなく、Ｈ＋イオンとＯＨ−イオンを生成させることができ、従来の電極表面での水の電解の場合のようなガス発生に伴うＨ＋イオンとＯＨ−イオンの消費がないので、効率よく再生に使用するイオンを発生することができる。
ちなみに、従来提案されていた電極表面での水の電解では、通常、次式のように、ガス発生を伴う反応となる。
２Ｈ２Ｏ → ２Ｈ２ ＋ Ｏ２
２Ｈ２Ｏ → ２Ｈ２ ＋ Ｏ２
そのため、前記のように生成したＨ＋イオンとＯＨ−イオンを消費してしまうほか、爆発性のある水素ガスと燃焼を促進する酸素ガスを同時に多量に発生するという問題点があった。
また、本発明の純水生成装置または軟水生成装置では、再生によってイオン交換されたＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンなどのカチオンやＣｌ−イオンやＮＯ３ −イオンなどのアニオンは電位によってそれぞれ陰極側または陽極側の電極室に引き寄せられ、排出される。
従って、本発明の純水生成装置または軟水生成装置を用いれば、イオン交換樹脂の再生に大量の薬剤や塩を用いないので、再生のためのコストの低減や手間の簡略化ができ、しかも水の使用量を低減でき、また、イオン交換されたイオンの排出も容易に行うことができるので、イオン交換樹脂の再生に要するコストを大幅に低減することができる。
つぎに、本発明の純水生成装置または軟水生成装置の実施の形態を図を用いて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態（純水生成装置または軟水生成装置）の一例を示す概略図であり、この図１に示す純水生成装置または軟水生成装置では、電気分解を行うための陽極１と陰極２とからなる一対の電極と、アニオン交換膜３ａとカチオン交換膜３ｂとを貼り合わせたバイポーラ膜３によって仕切られたアニオン交換樹脂室１０とカチオン交換樹脂室１１とを有し、アニオン交換樹脂室１０にはアニオン交換樹脂６が充填され、このアニオン交換樹脂室１０は陽極１側に配置され、カチオン交換樹脂室１１にはカチオン交換樹脂７が充填され、このカチオン交換樹脂室１１は陰極２側に配置されている。そして、上記バイポーラ膜３はアニオン交換膜３ａが陽極１側に配置され、カチオン交換膜３ｂが陰極２側に配置されている。
図１は本発明の第１実施形態（純水生成装置または軟水生成装置）の一例を示す概略図であり、この図１に示す純水生成装置または軟水生成装置では、電気分解を行うための陽極１と陰極２とからなる一対の電極と、アニオン交換膜３ａとカチオン交換膜３ｂとを貼り合わせたバイポーラ膜３によって仕切られたアニオン交換樹脂室１０とカチオン交換樹脂室１１とを有し、アニオン交換樹脂室１０にはアニオン交換樹脂６が充填され、このアニオン交換樹脂室１０は陽極１側に配置され、カチオン交換樹脂室１１にはカチオン交換樹脂７が充填され、このカチオン交換樹脂室１１は陰極２側に配置されている。そして、上記バイポーラ膜３はアニオン交換膜３ａが陽極１側に配置され、カチオン交換膜３ｂが陰極２側に配置されている。
また、アニオン交換樹脂室１０の外側には隔膜４で仕切られた陽極室８が設けられ、陽極室８の他方の面は陽極１で仕切られている。つまり、陽極室８は隔膜４と陽極１とで仕切られている。また、カチオン交換樹脂室１１の外側には隔膜５で仕切られた陰極室９が設けられ、この陰極室９の他方の面は陰極２で仕切られている。つまり、陰極室９は隔膜５と陰極２とで仕切られている。なお、図示していないが、陽極室８の上端または下端と、陰極室９の上端または下端が、通水可能な水路で連結されていることが好ましく、また、アニオン交換樹脂室１０の上端または下端と、カチオン交換樹脂室１１の上端または下端が、通水可能な水路で連結されていることも好ましい。
なお、本発明においては、例えば、上記のように、アニオン交換樹脂室１０の外側には隔膜４で仕切られとか、陽極室８の他方の面は陽極１で仕切られとか、陽極室８は隔膜４と陽極１とで仕切られとか、カチオン交換樹脂室１１の外側には隔膜５で仕切られた陰極室９が設けられとか、この陰極室９の他方の面は陰極室で仕切られとか、陰極室９は隔膜５と陰極２とで仕切られ、と表現しているが、陽極１、隔膜４、隔膜５、陰極２などは、それぞれ、それらの機能が発揮できるように配置されていればよく、陽極室８の全部が隔膜４と陽極１とで仕切られていることは要求されず、それらと他の部材とで仕切られていてもよいし、また、陰極室９の全部も隔膜５と陰極２とで仕切られていることは要求されず、それらと他の部材とで仕切られていてもよい。
上記隔膜４、５は、不織布のような微細な孔が開いていてイオンと水の両方を透過させることができる膜やイオンのみが通るイオン交換膜が適しているが、不織布などのようにカチオン、アニオン両方を通す膜を用いると、電位によってカチオンがアニオン交換樹脂室内において濃縮され、アニオンがカチオン交換樹脂室内において濃縮されるので、イオン交換樹脂の再生効率をより高めることができる。なお、図１では、隔膜４、５が単一の素材で構成されている態様を示したが、隔膜４、５は、イオン（および水）が通過可能なように構成されていればよく、不織布やイオン交換樹脂から構成される部分と、他の素材（樹脂フィルムなど）で構成される部分を有する複合体であっても構わない。
図１に示す装置によって水（例えば水道水）を処理して純水または軟水を得るには、アニオン交換樹脂室１０およびカチオン交換樹脂室１１に通水してイオン交換を行う。例えば、カチオン交換樹脂室１１でのみ水を処理した場合には、軟水が得られる。他方、アニオン交換樹脂室１０とカチオン交換樹脂室１１の両者で水を処理した場合には、純水または軟水が得られる。後者の場合、通水する順序は、アニオン交換樹脂室１０を先としても、カチオン交換樹脂室１１を先としても構わない。
イオン交換樹脂の再生の際に、バイポーラ膜３による水の電解では若干量の水が消費されるため、アニオン交換樹脂室１０とカチオン交換樹脂室１１には水が満たされていることが望ましい。また、この際、アニオン交換樹脂室１０とカチオン交換樹脂室１１に塩水を満たしておくことにより、生成するＯＨ−イオンおよびＨ＋イオンの濃度を再生初期から高くすることができるというメリットがあるが、コストや手間の関係から、必ずしも塩水を満たす必要はない。
そして、この純水生成装置または軟水生成装置は、上記のように構成されていることから、陽極室８中に水（水道水など）を通過させ、この陽極室８を通過した水を、引き続き陰極室９中を通過させつつ、陽極１と陰極２との間に電圧を印加することによってバイポーラ膜３で水または塩水を電気分解し、生成したＨ＋イオンまたはＯＨ−イオンでイオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたイオンを隔膜で仕切られた電極室（陽極室または陰極室をまとめて「電極室」ということがある）へ電圧の力によって排出することができる。
これを詳しく説明すると、バイポーラ膜３による水または塩水の電解によって生成したＨ＋イオンはカチオン交換樹脂室１１に供給され、そこに充填されているカチオン交換樹脂７中のＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンとイオン交換（置換）してカチオン交換樹脂７を再生し、そのカチオン交換樹脂室７の再生によって生じたＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンなどのカチオンは電位によって陰極２側に引き寄せられ、カチオン交換樹脂室１１から陰極室９に排出される。また、バイポーラ膜３による水または塩水の電解によって生成したＯＨ−イオンはアニオン交換樹脂室１０に供給され、そこに充填されているアニオン交換樹脂６中のＣｌ−イオンやＮＯ３ −イオンとイオン交換してアニオン交換樹脂を再生し、再生によって生じたＣｌ−イオンやＮＯ３ −イオンなどのアニオンは電位によって陽極１側に引き寄せられ、アニオン交換樹脂室１０から陽極室８に排出される。
さらに、Ｃａ２＋イオンなどのカチオンやＣｌ−イオンなどのアニオンを含んでいる水（水道水など）を陽極室８に供給すると、電位によって、Ｃａ２＋イオンなどのカチオンが陽極１から反発してアニオン交換樹脂室１０内に移動するため、アニオン交換樹脂室１０内（特にバイポーラ膜３表面近傍）のＣａ２＋イオンなどのカチオン濃度が増大する（すなわち、Ｃａ２＋イオンなどのカチオンが濃縮される）。また、陽極室８を通過し、Ｃａ２＋イオンなどのカチオン濃度が低下した水を陰極室９に供給すると、電位によって、水中のＣｌ−イオンなどのアニオンが陰極２から反発してカチオン交換樹脂１１内に移動するため、カチオン交換樹脂１１内（特にバイポーラ膜３表面近傍）のＣｌ−イオンなどのアニオン濃度が増大する（すなわち、Ｃｌ−イオンなどのアニオンが濃縮される）。
このように、アニオン交換樹脂室１０内（特にバイポーラ膜３表面近傍）でカチオンが濃縮され、カチオン交換樹脂室１１内（特にバイポーラ膜３表面近傍）でアニオンが濃縮されると、電気的平衡の関係から、バイポーラ膜３での電気分解で生成し、カチオン交換樹脂室１１に供給されるＨ＋イオン量、およびアニオン交換樹脂室１０に供給されるＯＨ−イオン量が飛躍的に増大する。このため、本発明の装置では、極めて高い効率でアニオン交換樹脂およびカチオン交換樹脂を再生することができる（以下、この効果を「イオン濃縮効果」という）。
ちなみに、例えば、上記特許文献２では、カチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の間に配する隔膜として、バイポーラ膜を用いたイオン交換樹脂の再生方法（イオン交換樹脂の再生が可能な浴槽水循環式軟水化装置）についても開示している。しかしながら、この特許文献２に係る装置では、イオン交換樹脂の再生を、陽極および陰極で生成されたＨ＋イオンおよびＯＨ−イオンによって行うものであり、その装置構成上、バイポーラ膜での電気分解により発生するＨ＋イオンおよびＯＨ−イオンを利用するものではなく、また、陽極側にカチオン交換樹脂が、陰極側にアニオン交換樹脂が配される構成を採用しているため、本発明の装置に係る上記イオン濃縮効果を確保可能なものではない。仮に、陽極表面にＣｌ−イオンなどのアニオンを濃縮した場合には、電子の授受により塩素などが発生してＨ＋イオンの生成効率が低下する。また、陰極表面にＣａ２＋イオンなどのカチオンを濃縮した場合には、電子の授受によってカルシウムスケールが生成するなどして電解効率を悪化させてしまう。これに対し、本発明のようにバイポーラ膜で電解を行った場合には、電子の授受が生じないために、こうした問題が発生しないし、バイポーラ膜表面での水素ガスや酸素ガス発生の問題も生じない。これらの点において、本発明の装置は従来の装置とは大きく相違している。
なお、図１の装置では、水を処理して純水または軟水を得る際に、陽極１と陰極２の間に電圧を印加し、陽極室８および陰極室９に水を供給することで、水処理（純粋化・軟水化）とイオン交換樹脂の再生を同時に行うこともできる。
＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態（純水生成装置または軟水生成装置）の一例を示す概略図である。図２では、上記図１と作用が共通する要素については、共通の符号を付して重複説明を避ける（後記の図３および図４についても同じ）。図２に示す純水生成装置または軟水生成装置は、電気分解を行うための陽極１および陰極２からなる一対の電極と、アニオン交換膜３ａとカチオン交換膜３ｂとを貼り合わせたバイポーラ膜３と、隔膜で仕切られた空間にカチオン交換樹脂７が充填されてなるカチオン交換樹脂室１１と、隔膜で仕切られた空間にアニオン交換樹脂６が充填されてなるアニオン交換樹脂室１０と、陽極室８と陰極室９を有している。
図２は、本発明の第２実施形態（純水生成装置または軟水生成装置）の一例を示す概略図である。図２では、上記図１と作用が共通する要素については、共通の符号を付して重複説明を避ける（後記の図３および図４についても同じ）。図２に示す純水生成装置または軟水生成装置は、電気分解を行うための陽極１および陰極２からなる一対の電極と、アニオン交換膜３ａとカチオン交換膜３ｂとを貼り合わせたバイポーラ膜３と、隔膜で仕切られた空間にカチオン交換樹脂７が充填されてなるカチオン交換樹脂室１１と、隔膜で仕切られた空間にアニオン交換樹脂６が充填されてなるアニオン交換樹脂室１０と、陽極室８と陰極室９を有している。
陽極室８は、アニオン交換樹脂室１０の外側で、陽極１とアニオン交換樹脂室１０（隔膜４）とで仕切られており、陰極室９は、カチオン交換樹脂室１１の外側で、陰極２とカチオン交換樹脂室１１（隔膜５）で仕切られている。また、バイポーラ膜３は、アニオン交換樹脂室１０とカチオン交換樹脂室１１との間に、アニオン交換樹脂室１０およびカチオン交換樹脂室１１を形成する隔膜１２、１３とは距離を隔て、かつアニオン交換膜３ａ側を陽極１側に、カチオン交換膜３ｂ側を陰極２側にして配されている。さらに、バイポーラ膜３とアニオン交換樹脂室１０で仕切られた領域１４と、バイポーラ膜３とカチオン交換樹脂室１１で仕切られた領域１５とを連結する水路１６を有している。加えて、図２の装置では、陽極室８と陰極室９が通水可能な水路１７で連結されている。
上記隔膜１２、１３としては、第１実施形態において説明した隔膜４、５と同じものが適用できる。
図２の装置で水を処理して純水または軟水を得る際には、陽極１と陰極２の間に電圧を印加せずに、陽極室８に水（水道水など）を供給する。供給された水は、隔膜４を通過してアニオン交換樹脂室１０内でアニオン交換され、隔膜１２を通過して領域１４に入り、水路１６を経て領域１５に入る。領域１５に入った水は、隔膜１３を通過してカチオン交換樹脂室１１内でカチオン交換されて純水または軟水となり、隔膜５を通過して陰極室９へ入り、この陰極室９から取り出される。なお、水の処理の際には、処理すべき水を陰極室９から供給して、処理後の水（純水または軟水）を陽極室８から取り出しても構わない。また、水路１７が設けられている場合には、活栓などの水の通過を遮断する手段（図示しない）を有していることが望ましく、水処理の際には、該遮断手段によって、陽極室８と陰極室９との間の直接の水の移動を防止することが推奨される。
図２の装置では、比較的小型のままでも、被処理水がイオン交換樹脂に接触する際の速度を低下させ得るため、より処理効率を高めることができる。
図２の装置でイオン交換樹脂を再生する際には、上記第１実施形態と同様に、アニオン交換樹脂室１０およびカチオン交換樹脂室１１には水または塩水が満たされていることが望ましい。
図２の装置でイオン交換樹脂を再生するに当たっては、陽極室８中に水（水道水など）を供給し、この陽極室８を通過した水を、水路１７を通じて陰極室９に供給しつつ、陽極１と陰極２との間に電圧を印加する。この際、バイポーラ膜３で水または塩水が電気分解され、Ｈ＋イオンおよびＯＨ−イオンが生成される。生成したＨ＋イオンは、電位によって領域１５を通過してカチオン交換樹脂室１１に供給され、カチオン交換樹脂７中のＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンなどとイオン交換（置換）してカチオン交換樹脂７を再生する。再生により生成したＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンなどのカチオンは、電位によって陰極２側に引き寄せられ、カチオン交換樹脂室１１から陰極室９に排出される。また、バイポーラ膜３での電気分解で生成したＯＨ−イオンは、電位によって領域１４を通過してアニオン交換樹脂室１０に供給され、アニオン交換樹脂６中のＣｌ−イオンやＮＯ３ −イオンなどとイオン交換（置換）してアニオン交換樹脂６を再生する。再生により生成したＣｌ−イオンやＮＯ３ −イオンなどのアニオンは、電位によって陽極１側に引き寄せられ、アニオン交換樹脂室１０から陽極室８に排出される。
なお、イオン交換樹脂の再生の際には、領域１４と領域１５の間での水の移動を防止することが望ましく、例えば、水路１６が、活栓などの水の通過を遮断する手段（図示しない）を備えていることが推奨される。
また、図２の装置においても、陽極室８に水道水などのカチオンおよびアニオンを含む水を供給し、該水を、水路１７を経て陰極室９に流すことで、上記第１実施形態における装置と同様の上記イオン濃縮効果が確保できるため、極めて高い効率でイオン交換樹脂を再生することができる。
＜第３実施形態＞
図３は、本発明の第３実施形態（軟水生成装置）の一例を示す概略図である。この図３に示す軟水生成装置では、電気分解を行うための陽極１および陰極２からなる一対の電極と、アニオン交換膜３ａとカチオン交換膜３ｂとを貼り合わせたバイポーラ膜３と隔膜５とで仕切られたカチオン交換樹脂室１１を有し、かつ上記カチオン交換樹脂室１１の外にバイポーラ膜３と陽極１とで仕切られた陽極室８と、隔膜５と陰極２とで仕切られた陰極室９を有している。この図３に示す軟水生成装置でも、バイポーラ膜３はそのアニオン交換膜３ａが陽極１側に配置され、カチオン交換膜３ｂが陰極２側に配置されていて、隔膜５には前記同様に不織布などが好適に用いられる。
図３は、本発明の第３実施形態（軟水生成装置）の一例を示す概略図である。この図３に示す軟水生成装置では、電気分解を行うための陽極１および陰極２からなる一対の電極と、アニオン交換膜３ａとカチオン交換膜３ｂとを貼り合わせたバイポーラ膜３と隔膜５とで仕切られたカチオン交換樹脂室１１を有し、かつ上記カチオン交換樹脂室１１の外にバイポーラ膜３と陽極１とで仕切られた陽極室８と、隔膜５と陰極２とで仕切られた陰極室９を有している。この図３に示す軟水生成装置でも、バイポーラ膜３はそのアニオン交換膜３ａが陽極１側に配置され、カチオン交換膜３ｂが陰極２側に配置されていて、隔膜５には前記同様に不織布などが好適に用いられる。
図３の装置によって軟水を得るには、カチオン交換樹脂室１１に被処理水（水道水など）を供給してイオン交換を行う。
イオン交換樹脂の再生の際には、カチオン交換樹脂室１１には水または塩水が満たされていることが望ましい。そして、この図３に示す軟水生成装置では、陽極室８中に水（水道水など）を供給し、この陽極室８を通過した水を、引き続き陰極室９に供給しつつ、陽極１と陰極２との間に電圧を印加することによってバイポーラ膜３で水または塩水を電気分解すると、生成したＨ＋イオンはカチオン交換樹脂室１１に供給され、そこに充填されているカチオン交換樹脂７中のＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンなどとイオン交換してカチオン交換樹脂７を再生し、そのカチオン交換樹脂７の再生によって生じたＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンなどのカチオンは電位によって陰極２側に引き寄せられ、カチオン交換樹脂室１１から陰極室９に排出される。
また、イオン交換樹脂の再生の際には、陽極室８に供給された水中のＣａ２＋イオンなどのカチオンが陽極１から反発してバイポーラ膜３側に移動するため、バイポーラ膜３の陽極側表面近傍のカチオン濃度が増大する。さらにこの陽極室８を通過した水を陰極室９に供給すると、水中のＣｌ−イオンなどのアニオンが、陰極２から反発してカチオン交換樹脂室１１内に移動するため、カチオン交換樹脂室１１内（特にバイポーラ膜３の表面近傍）のアニオン濃度が増大する。よって、第１実施形態の場合と同様のイオン濃縮効果により、バイポーラ膜３での水の電気分解によるＨ＋イオンの生成量が飛躍的に増大するため、高い効率でカチオン交換樹脂７の再生が達成できる。
なお、図３の装置では、水を処理して軟水を得る際に、陽極１と陰極２の間に電圧を印加し、陽極室８および陰極室９に水を供給することで、軟水化とイオン交換樹脂の再生を同時に行うこともできる。
＜第４実施形態＞
図４は本発明の第４実施形態（軟水生成装置）の一例を示す概略図である。図４に示す軟水生成装置では、電気分解を行うための陽極１および陰極２からなる一対の電極と、アニオン交換膜３ａとカチオン交換膜３ｂとを貼り合わせたバイポーラ膜３と、隔膜５、１３で仕切られた空間にカチオン交換樹脂７が充填されてなるカチオン交換樹脂室１１と、陽極室８および陰極室９を有している。そして、陽極室８は陽極１とバイポーラ膜３とで仕切られ、陰極室９は、カチオン交換樹脂室１１の外側で、陰極２とカチオン交換樹脂室１１（隔膜５）とで仕切られている。バイポーラ膜３は、カチオン交換樹脂室１１を構成する隔膜１３から距離を隔てて（すなわち、領域１５を介して）、かつアニオン交換膜３ａ側を陽極１側に、カチオン交換膜３ｂ側を陰極２側にして配されている。また、図４の装置では、陽極室８と陰極室９が通水可能な水路１７で連結されている。
図４は本発明の第４実施形態（軟水生成装置）の一例を示す概略図である。図４に示す軟水生成装置では、電気分解を行うための陽極１および陰極２からなる一対の電極と、アニオン交換膜３ａとカチオン交換膜３ｂとを貼り合わせたバイポーラ膜３と、隔膜５、１３で仕切られた空間にカチオン交換樹脂７が充填されてなるカチオン交換樹脂室１１と、陽極室８および陰極室９を有している。そして、陽極室８は陽極１とバイポーラ膜３とで仕切られ、陰極室９は、カチオン交換樹脂室１１の外側で、陰極２とカチオン交換樹脂室１１（隔膜５）とで仕切られている。バイポーラ膜３は、カチオン交換樹脂室１１を構成する隔膜１３から距離を隔てて（すなわち、領域１５を介して）、かつアニオン交換膜３ａ側を陽極１側に、カチオン交換膜３ｂ側を陰極２側にして配されている。また、図４の装置では、陽極室８と陰極室９が通水可能な水路１７で連結されている。
図４の装置で軟水を得るには、陽極１と陰極２の間に電圧を印加せずに、被処理水（水道水など）を、カチオン交換樹脂室１１に供給してイオン交換を行う。水処理の際には、カチオン交換樹脂室１１に直接被処理水を供給し、処理後の軟水を陰極室９側から取り出してもよく、陰極室９に被処理水を供給し、カチオン交換樹脂室１１から（図４では、カチオン交換樹脂室１１上部の配管を通じて）軟水を取り出しても構わない。なお、水路１７には、活栓などの水の通過を遮断する手段（図示しない）を設けておくことが望ましく、水処理の際には、該遮断手段によって、陽極室８と陰極室９の間で水の移動を防止することが推奨される。
図４の装置でイオン交換樹脂を再生する際には、カチオン交換樹脂室１１には水または塩水が満たされていることが望ましい。そして、陽極室８中に水（水道水など）を供給し、この陽極室８を通過した水を、水路１７を通じて陰極室９に供給しつつ、陽極１と陰極２との間に電圧を印加することによってバイポーラ膜３で水または塩水を電気分解すると、生成したＨ＋イオンは、領域１５を通ってカチオン交換樹脂室１１に供給され、そこに充填されているカチオン交換樹脂７中のＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンなどとイオン交換してカチオン交換樹脂７を再生し、そのカチオン交換樹脂７の再生によって生じたＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンなどのカチオンは電位によって陰極２側に引き寄せられ、カチオン交換樹脂室１１から陰極室９に排出される。
また、図４の装置においても、陽極室８に水道水などのカチオンおよびアニオンを含む水を供給し、該水を、水路１７を通じて陰極室９に流すことで、上記第３実施形態における装置と同様のイオン濃縮効果が確保できるため、高い効率でイオン交換樹脂を再生することができる。
このように本発明の純水生成装置または軟水生成装置によれば、電気分解によって低コストでイオン交換樹脂の再生の行うことができる。なお、第１実施形態から第４実施形態の上記説明では、イオン交換樹脂の再生の際の水の供給を、陽極室８から排出された排水を陰極室９に導くようにする態様のみ記載したが、先に陰極室９に供給し、排出された水を陽極室８に供給しても構わない。ただし、前者の順序を採用すれば、陽極室８において、電圧の力によって水中のＣａ２＋イオン濃度を低下させることができるため、陰極室９内でのカルシウムによるスケール生成を押さえることもできる。
なお、従来の電極表面での水の電解では、反応を起こすのに、少なくとも水の電解電位である１．２３Ｖの電圧が必要であるが、バイポーラ膜による電解では０．８３Ｖの電解電圧でＨ＋イオンとＯＨ−イオンを生成させることができる。よって、第１実施形態から第４実施形態の上記説明では、カチオン交換樹脂室およびバイポーラ膜（第１実施形態および第２実施形態においては、さらにアニオン交換樹脂室）が１組の態様のみを示したが、これらが複数並列して陽極１および陰極２の間に組み込まれている態様も好ましく、この場合には、Ｈ＋イオンとＯＨ−イオンの生成に要する電力量を低減することができる。
つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。
実施例１
この実施例１では、図１に示す構成の純水生成装置を用いて、カチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂の再生を行った。上記純水生成装置では、陽極１には白金をコートしたチタン板を用い、陰極２にステンレス鋼板を使用し、アニオン交換樹脂室１０、カチオン交換樹脂室１１の幅（図１では水平方向の距離）をそれぞれ１５ｍｍにし、陽極室８と陰極室９の幅をそれぞれ２ｍｍとして、電極間距離（陽極１と陰極２との間の距離）を合計３４ｍｍとした。また、電極面積は、陽極１、陰極２とも、１８０ｍｍ×１００ｍｍであった。バイポーラ膜３はトクヤマ社製のバイポーラＢＰ−１Ｅ（商品名）（厚み：２００μｍ）を用い、カチオン交換樹脂は三菱化学社製のダイヤイオンＳＫ１Ｂ（商品名）を用い、アニオン交換樹脂は三菱化学社製のダイヤイオンＳＡ１０Ａ（商品名）を用いた。また、隔膜４、５にはジャパンゴアテックス社製の親水性ＰＴＦＥ不織布「ＳＧＴ０１０Ｔ１３５」（厚み：１３５μｍ）を用いた。なお、バイポーラ膜および隔膜はこのように厚みの薄いものを使用しているため、上記の電極間距離の設定に当たっては、これらの厚みを無視している（後記の実施例２〜４についても、同じ）。
この実施例１では、図１に示す構成の純水生成装置を用いて、カチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂の再生を行った。上記純水生成装置では、陽極１には白金をコートしたチタン板を用い、陰極２にステンレス鋼板を使用し、アニオン交換樹脂室１０、カチオン交換樹脂室１１の幅（図１では水平方向の距離）をそれぞれ１５ｍｍにし、陽極室８と陰極室９の幅をそれぞれ２ｍｍとして、電極間距離（陽極１と陰極２との間の距離）を合計３４ｍｍとした。また、電極面積は、陽極１、陰極２とも、１８０ｍｍ×１００ｍｍであった。バイポーラ膜３はトクヤマ社製のバイポーラＢＰ−１Ｅ（商品名）（厚み：２００μｍ）を用い、カチオン交換樹脂は三菱化学社製のダイヤイオンＳＫ１Ｂ（商品名）を用い、アニオン交換樹脂は三菱化学社製のダイヤイオンＳＡ１０Ａ（商品名）を用いた。また、隔膜４、５にはジャパンゴアテックス社製の親水性ＰＴＦＥ不織布「ＳＧＴ０１０Ｔ１３５」（厚み：１３５μｍ）を用いた。なお、バイポーラ膜および隔膜はこのように厚みの薄いものを使用しているため、上記の電極間距離の設定に当たっては、これらの厚みを無視している（後記の実施例２〜４についても、同じ）。
そして、この純水生成装置では、被処理水をアニオン交換樹脂室１０を通過させた後にカチオン交換樹脂室１１に通過させるように被処理水用水路を設置し、両樹脂室の通過によって純水が得られるようにした。また、再生によって各電極室に排出されたイオンを装置外に排出するため、水道水を陽極室８に通過した後に陰極室９に通過させるように排水用水路を設置し、その後で装置外に排水する機構とした。イオン交換樹脂については、Ｈ＋型のカチオン交換樹脂２５０ｍｌをカチオン交換樹脂室１１に充填し、ＯＨ−型のアニオン交換樹脂２５０ｍｌをアニオン交換樹脂室１０に充填した。
そして、実施にあたっては、まず、イオン交換樹脂のイオン交換能を低下させるために排水用水路を止水した後、塩化カルシウムで硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水し、処理をしても硬度が９０以下にならないまでイオン交換樹脂のイオン交換能を低下させた。
上記のように、イオン交換樹脂のイオン交換能を低下させた後、そのイオン交換樹脂の再生を次に示すように行った。
すなわち、被処理水用水路を止水し、１．０Ａの電流を電極間に通電し、イオン交換樹脂の再生を行った。イオン交換樹脂の再生時には排水用水路に毎分０．２Ｌ／ｍｉｎで硬度５０の水道水を通水した。再生は６時間行った。再生処理の間、排出された排水は平均硬度１８０であり、カチオン交換樹脂のイオン交換能が再生されていることが確認できた。
再生処理後、排水用水路を止水し、被処理水用水路に硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水したところ、硬度５未満でｐＨ７の純水が得られた。これによって、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とがそれぞれ再生されていることが確認できた。
実施例２
この実施例２では、図２に示す構成の純水生成装置を用いて、カチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂の再生を行った。上記純水生成装置では、陽極１には白金をコートしたチタン板を用い、陰極２にステンレス鋼板を使用し、アニオン交換樹脂室１０、カチオン交換樹脂室１１の幅（図２では水平方向の距離）をそれぞれ１５ｍｍにし、陽極室８と陰極室９の幅をそれぞれ２ｍｍ、領域１４および領域１５の幅をそれぞれ２ｍｍとして、電極間距離（陽極１と陰極２との間の距離）を合計３８ｍｍとした。また、電極面積は、陽極１、陰極２とも、１８０ｍｍ×１００ｍｍであった。バイポーラ膜３はトクヤマ社製のバイポーラＢＰ−１Ｅ（商品名）を用い、カチオン交換樹脂は三菱化学社製のダイヤイオンＳＫ１Ｂ（商品名）を用い、アニオン交換樹脂は三菱化学社製のダイヤイオンＳＡ１０Ａ（商品名）を用いた。また、隔膜４、５、１２、１３にはジャパンゴアテックス社製の親水性ＰＴＦＥ不織布「ＳＧＴ１００Ｔ１００」（厚み：１００μｍ）を用いた。
この実施例２では、図２に示す構成の純水生成装置を用いて、カチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂の再生を行った。上記純水生成装置では、陽極１には白金をコートしたチタン板を用い、陰極２にステンレス鋼板を使用し、アニオン交換樹脂室１０、カチオン交換樹脂室１１の幅（図２では水平方向の距離）をそれぞれ１５ｍｍにし、陽極室８と陰極室９の幅をそれぞれ２ｍｍ、領域１４および領域１５の幅をそれぞれ２ｍｍとして、電極間距離（陽極１と陰極２との間の距離）を合計３８ｍｍとした。また、電極面積は、陽極１、陰極２とも、１８０ｍｍ×１００ｍｍであった。バイポーラ膜３はトクヤマ社製のバイポーラＢＰ−１Ｅ（商品名）を用い、カチオン交換樹脂は三菱化学社製のダイヤイオンＳＫ１Ｂ（商品名）を用い、アニオン交換樹脂は三菱化学社製のダイヤイオンＳＡ１０Ａ（商品名）を用いた。また、隔膜４、５、１２、１３にはジャパンゴアテックス社製の親水性ＰＴＦＥ不織布「ＳＧＴ１００Ｔ１００」（厚み：１００μｍ）を用いた。
そして、この純水生成装置では、被処理水を陽極室８からアニオン交換樹脂室１０を通過させた後にカチオン交換樹脂室１１を経て陰極室９に通過させるように被処理水用水路１６を設置し、両樹脂室の通過によって純水が得られるようにした。また、再生によって各電極室に排出されたイオンを装置外に排出するため、水道水を陽極室８に通過した後に陰極室９に通過させるように排水用水路１７を設置し、その後で装置外に排水する機構とした。イオン交換樹脂については、Ｈ＋型のカチオン交換樹脂２５０ｍｌをカチオン交換樹脂室１１に充填し、ＯＨ−型のアニオン交換樹脂２５０ｍｌをアニオン交換樹脂室１０に充填した。
そして、実施にあたっては、まず、イオン交換樹脂のイオン交換能を低下させるために排水用水路１７を止水した後、塩化カルシウムで硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水し、処理をしても硬度が９０以下にならないまでイオン交換樹脂のイオン交換能を低下させた。
上記のように、イオン交換樹脂のイオン交換能を低下させた後、そのイオン交換樹脂の再生を次に示すように行った。
すなわち、被処理水用水路１６を止水し、１．０Ａの電流を電極間に通電し、イオン交換樹脂の再生を行った。イオン交換樹脂の再生時には排水用水路に毎分０．２Ｌ／ｍｉｎで硬度５０の水道水を通水した。再生は６時間行った。再生処理の間、排出された排水は平均硬度１８０であり、カチオン交換樹脂のイオン交換能が再生されていることが確認できた。
再生処理後、排水用水路１７を止水し、被処理水用水路に硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水したところ、硬度５未満でｐＨが中性領域の純水が得られた。これによって、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とがそれぞれ再生されていることが確認できた。
実施例３
この実施例３では、図３に示す構成の軟水生成装置でカチオン交換樹脂の再生を行った。
この実施例３では、図３に示す構成の軟水生成装置でカチオン交換樹脂の再生を行った。
この軟水生成装置では、陽極１には白金をコートしたチタン板を用い、陰極２にはステンレス鋼板を用い、カチオン交換樹脂室１１の幅を１５ｍｍ、陽極室８と陰極室９の幅をそれぞれ２ｍｍとして、電極間距離を合計１９ｍｍとなるように設置した。バイポーラ膜３にはトクヤマ社製のバイポーラＢＰ−１Ｅ（商品名）を用い、カチオン交換樹脂には三菱化学社製のダイヤイオンＳＫ１Ｂ（商品名）を用いた。隔膜にはジャパンゴアテックス社製の親水性ＰＴＦＥ不織布「ＳＧＴ０１０Ｔ１３５」を用いた。
また、この軟水生成装置では、被処理水をカチオン交換樹脂室１１に通過させるように被処理水用水路を設置し、被処理水がカチオン交換樹脂室１１を通過することによって軟水を得られるようにした。また、再生によって各電極室に排出されたイオンを装置外に排出するため、水道水を陽極室８に通過した後に陰極室９に通過させるように排水用水路を設置し、その後で装置外に排水する機構とした。カチオン交換樹脂としてはＨ＋型のカチオン交換樹脂を２５０ｍｌ使用した。
そして、カチオン交換樹脂の再生にあたっては、まず、カチオン交換樹脂のカチオン交換能を低下させるために、排水用水路を止水した後、塩化カルシウムで硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水し、処理をしても硬度が９０以下にならないまでカチオン交換樹脂のカチオン交換能を低下させた。
上記のように、カチオン交換樹脂のカチオン交換能を低下させた後、カチオン交換樹脂の再生を次に示すように行った。
すなわち、被処理水用水路を止水し、１．０Ａの電流を電極間に通電し、カチオン交換樹脂の再生を行った。カチオン交換樹脂の再生時には排水用水路に毎分０．２Ｌ／ｍｉｎで硬度５０の水道水を通水した。再生は６時間行った。再生処理の間、排水された排水は平均硬度１７０であり、カチオン交換樹脂が再生されていることが確認できた。
再生処理後、排水用水路を止水し、被処理水用水路に硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水したところ、硬度５未満の軟水が得られた。これによってカチオン交換樹脂のイオン交換能が再生されていることを確認できた。
実施例４
この実施例４では、図４に示す構成の軟水生成装置でカチオン交換樹脂の再生を行った。
この実施例４では、図４に示す構成の軟水生成装置でカチオン交換樹脂の再生を行った。
この軟水生成装置では、陽極１には白金をコートしたチタン板を用い、陰極２にはステンレス鋼板を用い、カチオン交換樹脂室１１の幅を１５ｍｍ、陽極室８と陰極室９の幅をそれぞれ２ｍｍ、領域１５の幅を２ｍｍとして、電極間距離を合計２１ｍｍとなるように設置した。バイポーラ膜３にはトクヤマ社製のバイポーラＢＰ−１Ｅ（商品名）を用い、カチオン交換樹脂には三菱化学社製のダイヤイオンＳＫ１Ｂ（商品名）を用いた。隔膜にはジャパンゴアテックス社製の親水性ＰＴＦＥ不織布「ＳＧＴ１００Ｔ１００」を用いた。
また、この軟水生成装置では、被処理水を陰極室９からカチオン交換樹脂室１１に通過させるように被処理水用水路を設置し、被処理水がカチオン交換樹脂室１１を通過することによって軟水を得られるようにした。また、再生によって各電極室に排出されたイオンを装置外に排出するため、水道水を陽極室８に通過した後に陰極室９に通過させるように排水用水路１７を設置し、その後で装置外に排水する機構とした。カチオン交換樹脂としてはＨ＋型のカチオン交換樹脂を２５０ｍｌ使用した。
そして、カチオン交換樹脂の再生にあたっては、まず、カチオン交換樹脂のカチオン交換能を低下させるために、排水用水路１７を止水した後、塩化カルシウムで硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水し、処理をしても硬度が９０以下にならないまでカチオン交換樹脂のカチオン交換能を低下させた。
上記のように、カチオン交換樹脂のカチオン交換能を低下させた後、カチオン交換樹脂の再生を次に示すように行った。
すなわち、被処理水用水路を止水し、１．０Ａの電流を電極間に通電し、カチオン交換樹脂の再生を行った。カチオン交換樹脂の再生時には排水用水路に毎分０．２Ｌ／ｍｉｎで硬度５０の水道水を通水した。再生は６時間行った。再生処理の間、排水された排水は平均硬度１７０であり、カチオン交換樹脂が再生されていることが確認できた。
再生処理後、排水用水路を止水し、被処理水用水路に硬度１００に調整した被処理水を２．０Ｌ／ｍｉｎの流量で通水したところ、硬度５未満の軟水が得られた。これによってカチオン交換樹脂のイオン交換能が再生されていることを確認できた。
１ 陽極
２ 陰極
３ バイポーラ膜
４ 隔膜
５ 隔膜
６ アニオン交換樹脂
７ カチオン交換樹脂
８ 陽極室
９ 陰極室
１０ アニオン交換樹脂室
１１ カチオン交換樹脂室
１２ 隔膜
１３ 隔膜
１４ バイポーラ膜とアニオン交換樹脂室を形成するための隔膜とで仕切られた領域
１５ バイポーラ膜とカチオン交換樹脂室を形成するための隔膜とで仕切られた領域
１６ 水路
１７ 水路
２ 陰極
３ バイポーラ膜
４ 隔膜
５ 隔膜
６ アニオン交換樹脂
７ カチオン交換樹脂
８ 陽極室
９ 陰極室
１０ アニオン交換樹脂室
１１ カチオン交換樹脂室
１２ 隔膜
１３ 隔膜
１４ バイポーラ膜とアニオン交換樹脂室を形成するための隔膜とで仕切られた領域
１５ バイポーラ膜とカチオン交換樹脂室を形成するための隔膜とで仕切られた領域
１６ 水路
１７ 水路
Claims (6)
- 純水生成装置または軟水生成装置であって、
上記装置は、陽極および陰極からなる一対の電極と、該電極間に、陽極側から、陽極室、アニオン交換樹脂室、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜、カチオン交換樹脂室、および陰極室を順次有してなり、
上記アニオン交換樹脂室は、隔膜と上記バイポーラ膜で仕切られた空間にアニオン交換樹脂が充填されてなり、
上記カチオン交換樹脂室は、隔膜と上記バイポーラ膜で仕切られた空間にカチオン交換樹脂が充填されてなり、
上記陽極室は、上記陽極と上記アニオン交換樹脂室を仕切る隔膜とで仕切られてなり、
上記陰極室は、上記陰極と上記カチオン交換樹脂室を仕切る隔膜とで仕切られてなり、
上記バイポーラ膜は、アニオン交換膜側を陽極側にし、カチオン交換膜側を陰極側にして配されており、
上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって上記バイポーラ膜で水または塩水を電気分解し、生成したＯＨ−イオンまたはＨ＋イオンで上記アニオン交換樹脂室内のアニオン交換樹脂または上記カチオン交換樹脂室内のカチオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたイオンを上記陽極室または上記陰極室に電圧の力によって排出する機構を有するものであることを特徴とする純水生成装置または軟水生成装置。 - 純水生成装置または軟水生成装置であって、
上記装置は、陽極および陰極からなる一対の電極と、該電極間に、陽極側から、陽極室、アニオン交換樹脂室、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜、カチオン交換樹脂室、および陰極室を順次有してなり、
上記アニオン交換樹脂室は、２枚の隔膜で仕切られた空間内にアニオン交換樹脂が充填されてなり、
上記カチオン交換樹脂室は、２枚の隔膜で仕切られた空間内にカチオン交換樹脂が充填されてなり、
上記陽極室は、上記陽極と、上記アニオン交換樹脂室を仕切る陽極側の隔膜とで仕切られてなり、
上記陰極室は、上記陰極と、上記カチオン交換樹脂室を仕切る陰極側の隔膜とで仕切られてなり、
上記バイポーラ膜は、上記アニオン交換樹脂室と上記カチオン交換樹脂室との間に、上記アニオン交換樹脂室を仕切る陰極側の隔膜および上記カチオン交換樹脂室を仕切る陽極側の隔膜とは距離を隔て、かつアニオン交換膜側を陽極側にし、カチオン交換膜側を陰極側にして配されており、
上記バイポーラ膜と上記アニオン交換樹脂室で仕切られた領域と、上記バイポーラ膜と上記カチオン交換樹脂室で仕切られた領域とが、水路によって連結されており、
上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって上記バイポーラ膜で水または塩水を電気分解し、生成したＯＨ−イオンまたはＨ＋イオンで上記アニオン交換樹脂室内のアニオン交換樹脂または上記カチオン交換樹脂室内のカチオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたイオンを上記陽極室または上記陰極室に電圧の力によって排出する機構を有するものであることを特徴とする純水生成装置または軟水生成装置。 - 水または塩水の電気分解によって生成したＨ＋イオンでカチオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたカチオンをカチオン交換樹脂室から陰極室に排出し、水または塩水の電気分解によって生成したＯＨ−イオンでアニオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたアニオンをアニオン交換樹脂室から陽極室に排出するものである請求項１または２に記載の純水生成装置。
- カチオン交換樹脂の再生とその再生によってイオン交換されたカチオンを排出することのみを行うものである請求項１または２に記載の軟水生成装置。
- 軟水生成装置であって、
上記装置は、陽極および陰極からなる一対の電極と、該電極間に、陽極側から、陽極室、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜、カチオン交換樹脂室、および陰極室を順次有してなり、
上記カチオン交換樹脂室は、隔膜と上記バイポーラ膜で仕切られた空間にカチオン交換樹脂が充填されてなり、
上記陽極室は、上記陽極と上記バイポーラ膜とで仕切られてなり、
上記陰極室は、上記陰極と上記カチオン交換樹脂室を仕切る隔膜とで仕切られてなり、
上記バイポーラ膜は、アニオン交換膜側を陽極側にし、カチオン交換膜側を陰極側にして配されており、
上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって上記バイポーラ膜で水または塩水を電気分解し、生成したＨ＋イオンでカチオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたカチオンを上記カチオン交換樹脂室から陰極室に電圧の力によって排出する機構を有するものであることを特徴とする軟水生成装置。 - 軟水生成装置であって、
上記装置は、陽極および陰極からなる一対の電極と、該電極間に、陽極側から、陽極室、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせたバイポーラ膜、カチオン交換樹脂室、および陰極室を順次有してなり、
上記カチオン交換樹脂室は、２枚の隔膜で仕切られた空間にカチオン交換樹脂が充填されてなり、
上記陽極室は、上記陽極と上記バイポーラ膜とで仕切られてなり、
上記陰極室は、上記陰極と上記カチオン交換樹脂室を仕切る陰極側の隔膜とで仕切られてなり、
上記バイポーラ膜は、上記カチオン交換樹脂室を仕切る陽極側の隔膜とは距離を隔て、かつアニオン交換膜側を陽極側にし、カチオン交換膜側を陰極側にして配されており、
上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって上記バイポーラ膜で水または塩水を電気分解し、生成したＨ＋イオンでカチオン交換樹脂を再生し、再生によってイオン交換されたカチオンを上記カチオン交換樹脂室から陰極室に電圧の力によって排出する機構を有するものであることを特徴とする軟水生成装置。
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