JP2008030004A - Electric deionizer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなる電気脱イオン装置に関し、特に、濃縮室の構成を改良することにより、濃縮室内でのスケールの発生を防止して長期間安定的にかつ効率良く運転可能な電気脱イオン装置に関する。 The present invention relates to an electrodeionization apparatus in which a plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes are alternately arranged between a cathode and an anode to alternately form a concentration chamber and a desalting chamber. The present invention relates to an electrodeionization apparatus that can be stably and efficiently operated for a long period of time by preventing the generation of scale in the concentration chamber by improving the configuration of the concentration chamber.
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には、図5に示すような、電極(陽極11,陰極12)の間に複数のアニオン交換膜(A膜)13及びカチオン交換膜(C膜)14を交互に配列して濃縮室15と脱塩室16とを交互に形成し、脱塩室16にイオン交換樹脂、イオン交換繊維又はグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合又は複層状に充填した電気脱イオン装置が多用されている(特許文献1〜3参照)。なお、図5において、17は陽極室、18は陰極室である。
Conventionally, for the production of deionized water used in various industries such as semiconductor manufacturing factory, liquid crystal manufacturing factory, pharmaceutical industry, food industry, electric power industry, etc. A plurality of anion exchange membranes (A membranes) 13 and cation exchange membranes (C membranes) 14 are alternately arranged between (anode 11 and cathode 12) to alternately form
電気脱イオン装置は、水解離によってH+イオンとOH−イオンを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理が可能であり、従来から広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能で、高純度の水が得られるという優れた効果を発揮する。 The electrodeionization device generates H + ions and OH − ions by water dissociation and continuously regenerates the ion exchanger filled in the desalting chamber, enabling efficient desalting treatment. Thus, it does not require a regeneration treatment using chemicals such as the ion exchange resin apparatus that has been widely used so far, and complete continuous water sampling is possible, and an excellent effect that high-purity water is obtained is exhibited.
しかしながら、浄水場等で河川水、地下水等を除濁、脱塩素、軟化処理した水道水を電気脱イオン装置の被処理水として直接用いた場合や被処理水のカルシウム濃度が高いと、(1)濃縮室内でのスケール発生や(2)CO2負荷増大による処理水導電率の悪化等が起こることから、水道水を直接電気脱イオン装置の被処理水として通水することは行われていない。 However, when tap water that has been turbidized, dechlorinated, and softened from river water, groundwater, etc. at a water purification plant or the like is used directly as the water to be treated in an electrodeionization device or when the calcium concentration of the water to be treated is high (1 ) Since scale generation in the concentrating chamber and (2) deterioration of treated water conductivity due to increased CO 2 load occur, tap water is not directly passed as treated water in the electrodeionization device. .
上記(1),(2)の問題点のうち、(2)のCO2負荷の増大については、比較的安価な脱炭酸装置を電気脱イオン装置の前処理装置として用いることにより解決できる。 Among the problems (1) and (2), the increase in the CO 2 load in (2) can be solved by using a relatively inexpensive decarboxylation device as a pretreatment device for the electrodeionization device.
しかしながら、(1)の濃縮室内でのスケールを防止するためには、さらに軟化装置等を設置して水中の硬度成分を完全に除去することが必要となるが、軟化装置を用いた場合には、その再生が必要となり、再生不要の電気脱イオン装置を用いることによる利点が失われてしまう。 However, in order to prevent scale in the concentration chamber of (1), it is necessary to install a softening device or the like to completely remove the hardness component in the water, but in the case of using the softening device The regeneration is necessary, and the advantage of using the regeneration-free electrodeionization apparatus is lost.
このような問題点を解決するために、従来、電気脱イオン装置の前処理装置として、硬度成分及びCO2濃度を低減するために、逆浸透膜装置(RO膜装置)、脱炭酸塔等を設置する方法が用いられている。 In order to solve such problems, a reverse osmosis membrane device (RO membrane device), a decarboxylation tower, etc. have been conventionally used as a pretreatment device for an electrodeionization device in order to reduce hardness components and CO 2 concentration. The installation method is used.
しかしながら、RO膜装置は1〜2MPaという高圧で運転することから、高価な設備が必要となり、運転費用も上昇する。しかも、電気脱イオン装置の前処理装置としてRO膜装置を用いた場合でも、RO膜からわずかにリークしてくるカルシウムによって、電気脱イオン装置の濃縮室内で炭酸カルシウムスケールが発生するため、長期間安定運転を行うことはできないという問題もあった。そこで、RO膜装置を直列に2段配置してカルシウム等をさらに除去することも行われているが、経費等の点で実用的でない。このため、通常の給水条件において1段のRO膜装置で処理できる場合には、1段のRO膜装置で純水製造システムを設計せざるをえず、かかる場合には、突発的にCa濃度や炭酸濃度が増加する等の給水条件の悪化や、RO膜装置の破過等に対応できず、濃縮室内でスケールが発生する懸念がある。 However, since the RO membrane device is operated at a high pressure of 1 to 2 MPa, expensive equipment is required and the operating cost is increased. In addition, even when an RO membrane device is used as a pretreatment device for an electrodeionization device, calcium carbonate scale is generated in the concentration chamber of the electrodeionization device due to slight leakage of calcium from the RO membrane. There was also a problem that stable operation could not be performed. Thus, two stages of RO membrane devices are arranged in series to further remove calcium and the like, but this is not practical in terms of costs. For this reason, if treatment can be performed with a single-stage RO membrane device under normal water supply conditions, a pure water production system must be designed with a single-stage RO membrane device. In addition, there is a concern that scale cannot be generated in the concentration chamber because it cannot cope with the deterioration of water supply conditions such as an increase in the concentration of carbonic acid and the breakthrough of the RO membrane device.
このような電気脱イオン装置において、スケールが発生するメカニズムを、図6を参照して説明する。 In such an electrodeionization apparatus, a mechanism for generating scale will be described with reference to FIG.
電気脱イオン装置のスケール発生因子として最も問題となるのが炭酸カルシウムである。電気脱イオン装置では、濃縮室の供給水として一般的に被処理水が分岐して用いられる。この濃縮室15内においては、カチオン交換膜14側の脱塩室16からカルシウムイオン(Ca2+)がイオン交換されて透過し、電気的作用によってアニオン交換膜13の表面に近づいてくる。一方、アニオン交換膜13側の脱塩室16からは炭酸水素イオン(HCO3 −)が透過する。そして、濃縮室15内では、カルシウムイオン(Ca2+)又は炭酸水素イオン(HCO3 −)のどちらか一方でも高くなると、以下(1),(2)の反応により炭酸カルシウム(CaCO3)が形成される。
HCO3 − + OH− → CO3 2− +H2O …(1)
Ca2+ + CO3 2− → CaCO3 …(2)
Calcium carbonate is the most problematic factor for generating scale in electrodeionization equipment. In the electrodeionization apparatus, the water to be treated is generally branched and used as the supply water for the concentration chamber. In the
HCO 3 − + OH − → CO 3 2− + H 2 O (1)
Ca 2+ + CO 3 2− → CaCO 3 (2)
このようにして濃縮室15内でスケールが発生すると、電気抵抗が上昇し、電圧値を一定に保てなくなるため、安定した処理性能を維持できなくなる。しかも、上記反応は不可逆反応であるため、上記反応が進行した場合には、モジュールの洗浄や、さらに放置し続けると最終的には装置の交換という事態もあり得る。
When scale occurs in the
また、一般に、炭酸カルシウムの飽和条件は、下記式で表される。
log[Ca2+]+log[HCO3 −]+pHs=log(Ks/K2)
Ks:炭酸カルシウムの溶解度積
K2:炭酸の第2解離定数
pHs:炭酸カルシウムの飽和pH
In general, the saturation condition of calcium carbonate is represented by the following formula.
log [Ca 2+ ] + log [HCO 3 − ] + pHs = log (Ks / K 2 )
Ks: solubility product of calcium carbonate K 2 : second dissociation constant of carbonic acid pHs: saturation pH of calcium carbonate
実際の水溶液中のpHと炭酸カルシウムの飽和pH(pHs)との差は、ランジェリア指数(LSI)と呼ばれ、
LSI=pH−pHs>0
となると炭酸カルシウムが析出することになる。
The difference between the pH in the actual aqueous solution and the saturated pH (pHs) of calcium carbonate is called the Langeria index (LSI),
LSI = pH-pHs> 0
Then, calcium carbonate is deposited.
電気脱イオン装置の濃縮室15内にも、脱塩室16内の水解離で発生したOH−イオンがアニオン交換膜13側から透過してくるため、局所的にアルカリ性となっている。そのため、アニオン交換膜13の表面でのLSIは正(>0)となることから、この濃縮室15内のアニオン交換膜13の近傍、炭酸カルシウムスケールが析出することになる。また、水酸化カルシウムが形成されることもあり得る。
Also in the
そこで、本出願人はこのような濃縮室内のスケール問題を解消するものとして、濃縮室内にバイポーラ膜を具備する電気脱イオン装置について先に提案した(特許文献4参照)。
しかしながら、上記特許文献4に記載された電気脱イオン装置では、電気脱イオン装置に流入してくる原水の水質や運転条件によっては、電解電圧の上昇が発生し、運転に支障をきたすおそれがあった。そこで、その電圧の上昇の原因について種々検討した結果、バイポーラ膜界面での水乖離によって発生する水酸化物イオン及び水素イオンの移動が律速となって、電解抵抗が増加するためであることがわかった。
However, in the electrodeionization apparatus described in
本発明は上記従来の問題点を解決し、被処理水中に硬度成分が含まれていても、スケールを発生させることなく、長期間安定に運転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。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems and provides an electrodeionization apparatus that can be stably operated for a long period of time without generating a scale even if hardness components are contained in the water to be treated. Objective.
上記課題を解決するために、本発明は、陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、前記濃縮室にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合した混合樹脂を充填するとともに当該濃縮室にバイポーラ膜を設けて、当該濃縮室内に陰極側区画室と陽極側区画室とを形成した電気脱イオン装置であって、前記陰極側区画室には、カチオン交換樹脂の混合比率が高い混合樹脂が充填され、前記陽極側区画室には、アニオン交換樹脂の混合比率が高い混合樹脂が充填されていることを特徴とする電気脱イオン装置を提供する(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention provides a plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes alternately arranged between a cathode and an anode to alternately form a concentration chamber and a desalting chamber, Electrodeionization in which a concentration chamber is filled with a mixed resin in which an anion exchange resin and a cation exchange resin are mixed and a bipolar membrane is provided in the concentration chamber to form a cathode side compartment and an anode side compartment in the concentration chamber In the apparatus, the cathode side compartment is filled with a mixed resin having a high mixing ratio of a cation exchange resin, and the anode side compartment is filled with a mixed resin having a high mixing ratio of an anion exchange resin. An electrodeionization apparatus is provided (claim 1).
上記発明(請求項1)によれば、濃縮室内にバイポーラ膜を配置すると、アニオン交換膜側の脱塩室から濃縮室内に透過してきた炭酸水素イオンと、カチオン交換膜側から透過してきたカルシウムイオンとは、それぞれバイポーラ膜により遮断されるため、濃縮室内で炭酸カルシウムを形成することがない。これにより、濃縮室内での炭酸カルシウムスケールの発生を防止することができる。さらに、アニオン交換膜側から透過してくる脱塩室内の水解離で発生したOH−イオンもバイポーラ膜により遮断されるため、濃縮室内で水酸化カルシウムを形成することもない。そして、この濃縮室に設けられたバイポーラ膜で区画されたそれぞれの区画室内においては、陰極側区画室は、カチオン交換樹脂の混合比率を高くすることで、バイポーラ膜界面における水乖離によって発生した水素イオンの移動を促進し、アニオン交換膜を透過してきた水酸化物イオンとの結合が起りやすくなる。一方、陽極側区画室にはアニオン交換樹脂の混合比率を高くすることで、バイポーラ膜界面における水乖離によって発生した水酸化物イオンの移動が促進されるため、カチオン交換膜を透過してきた、水素イオンと結合しやすくなる。この結果、電流が流れやすくなり、電圧上昇が抑制され、安定した処理水質が得られるようになる。 According to the above invention (invention 1), when a bipolar membrane is disposed in the concentration chamber, hydrogen carbonate ions permeated from the desalting chamber on the anion exchange membrane side into the concentration chamber and calcium ions permeated from the cation exchange membrane side. Are blocked by a bipolar membrane, so that calcium carbonate is not formed in the concentration chamber. Thereby, generation | occurrence | production of the calcium carbonate scale in a concentration chamber can be prevented. Further, OH − ions generated by water dissociation in the desalting chamber permeating from the anion exchange membrane side are also blocked by the bipolar membrane, so that calcium hydroxide is not formed in the concentration chamber. In each compartment partitioned by the bipolar membrane provided in the concentrating chamber, the cathode compartment has a high mixing ratio of the cation exchange resin so that hydrogen generated by water separation at the bipolar membrane interface is generated. The movement of ions is promoted, and bonds with hydroxide ions that have permeated through the anion exchange membrane easily occur. On the other hand, by increasing the mixing ratio of the anion exchange resin in the anode compartment, the movement of hydroxide ions generated by water detachment at the bipolar membrane interface is promoted, so the hydrogen permeated through the cation exchange membrane. It becomes easier to bond with ions. As a result, current easily flows, voltage increase is suppressed, and stable treated water quality can be obtained.
上記発明(請求項1)においては、前記陰極側区画室に充填される混合樹脂のカチオン交換樹脂の混合比率が、50超〜90体積%であり、前記陽極側区画室に充填されるアニオン交換樹脂の混合比率が、50超〜90体積%であることが好ましい(請求項2)。 In the said invention (invention 1), the mixing ratio of the cation exchange resin of the mixed resin with which the said cathode side compartment is filled is more than 50 to 90 volume%, and the anion exchange with which the said anode side compartment is filled The mixing ratio of the resin is preferably more than 50 to 90% by volume (claim 2).
上記発明(請求項2)によれば、陰極側の区画室では、バイポーラ膜界面における水乖離によって発生した水素イオンの移動が促進され、アニオン交換膜を透過してきた水酸化物イオンとの結合が起りやすくなる。一方、陽極側の区画室ではバイポーラ膜界面における水乖離によって発生した水酸化物イオンの移動が促進されるため、カチオン交換膜を透過してきた、水素イオンと結合しやすくなる。これらにより、一層、電流が流れやすくなり、電圧上昇が抑制され、安定した処理水質が得られる。 According to the above invention (invention 2), in the compartment on the cathode side, the movement of hydrogen ions generated by water detachment at the bipolar membrane interface is promoted, and the bond with the hydroxide ions that have permeated the anion exchange membrane is achieved. It tends to happen. On the other hand, in the compartment on the anode side, the movement of hydroxide ions generated by water detachment at the bipolar membrane interface is promoted, so that it becomes easier to bond with hydrogen ions that have permeated the cation exchange membrane. By these, it becomes easier to flow an electric current, a voltage rise is suppressed, and the stable treated water quality is obtained.
上記発明(請求項1,2)においては、前記バイポーラ膜は、アニオン交換層面が陽極側に位置し、カチオン交換層面が陰極側に位置するように設けられていることが好ましい(請求項3)。 In the above inventions (Inventions 1 and 2), the bipolar membrane is preferably provided such that the anion exchange layer surface is located on the anode side and the cation exchange layer surface is located on the cathode side (Invention 3). .
上記発明(請求項3)によれば、アニオン交換膜側の脱塩室から濃縮室内に透過してきた炭酸水素イオンと、カチオン交換膜側から透過してきたカルシウムイオンとを遮断するとともに、アニオン交換膜側から透過してくる脱塩室内の水解離で発生したOH−イオンもバイポーラ膜により遮断することができる。 According to the above invention (invention 3), the hydrogen carbonate ions permeating from the desalting chamber on the anion exchange membrane side into the concentration chamber and the calcium ions permeating from the cation exchange membrane side are blocked, and the anion exchange membrane OH generated by dissociation of water in the desalting compartment coming transmitted from the side - ions can also be blocked by a bipolar membrane.
また、上記発明(請求項1〜3)においては、前記脱塩室内にイオン交換体を充填した構成とすることができる(請求項4)。かかる発明(請求項4)によれば、脱塩室内で得られる脱イオン水の水質をより向上させることができる。 Moreover, in the said invention (Invention 1-3), it can be set as the structure filled with the ion exchanger in the said desalination chamber (Invention 4). According to this invention (invention 4), the quality of deionized water obtained in the demineralization chamber can be further improved.
さらに、上記発明(請求項1〜4)においては、前記脱塩室の流出水の一部を前記濃縮室の流入側へ供給する流路を設けた構成とすることができる(請求項5)。かかる発明(請求項5)によれば、水道水のようにカルシウム濃度の高い水を処理する場合であっても、脱イオン水の一部を濃縮室に導入することで、濃縮室の循環水を脱イオン水で希釈してカルシウム濃度を低減することができ、これにより、スケールの発生を一層防止することができる。 Furthermore, in the said invention (invention 1-4), it can be set as the structure which provided the flow path which supplies a part of effluent of the said desalination chamber to the inflow side of the said concentration chamber (invention 5). . According to this invention (invention 5), even when water having a high calcium concentration such as tap water is treated, a part of deionized water is introduced into the concentrating chamber, so that the circulating water in the concentrating chamber can be obtained. Can be diluted with deionized water to reduce the calcium concentration, thereby further preventing the generation of scale.
本発明の電気脱イオン装置によれば、濃縮室内にバイポーラ膜を配置することにより、濃縮室内で炭酸水素イオンや水酸イオンとカルシウムイオンとが会合することがないため、濃縮室内で炭酸カルシウムや水酸化カルシウムの形成を抑制することができ、被処理水中に硬度成分が含まれていても濃縮室内にスケールを発生させることなく、電気脱イオン装置を長期間安定的に運転することができる。さらに、バイポーラ膜の境界面における水乖離によって発生する水酸化物イオンと水素イオンとの移動が速やかに行われるので、電解抵抗の増加を押さえ、長期間安定に運転することができ、消費電力の低減を図ることができる。また、被処理水の水質によっては、前処理装置として必要とされていたRO膜装置を省くことができ、設備コスト、処理コストの低減を図ることもできる。 According to the electrodeionization apparatus of the present invention, by arranging the bipolar membrane in the concentration chamber, hydrogen carbonate ions, hydroxide ions, and calcium ions do not associate in the concentration chamber. The formation of calcium hydroxide can be suppressed, and even if a hardness component is contained in the water to be treated, the electrodeionization apparatus can be stably operated for a long time without generating scale in the concentration chamber. Furthermore, since the hydroxide ions and hydrogen ions generated by water divergence at the boundary surface of the bipolar membrane are moved quickly, the increase in electrolytic resistance can be suppressed, stable operation can be performed for a long time, and power consumption can be reduced. Reduction can be achieved. Further, depending on the quality of the water to be treated, the RO membrane device required as a pretreatment device can be omitted, and the equipment cost and the treatment cost can be reduced.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電気脱イオン装置を示す概略構成図であり、図2及び図3は同実施形態に係る電気脱イオン装置の濃縮室の拡大断面図である。図1〜3においては、図5及び図6に示す従来の電気脱イオン装置と同一の構成には同一の符号を付してある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an electrodeionization apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are enlarged sectional views of a concentration chamber of the electrodeionization apparatus according to the embodiment. 1-3, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the conventional electrodeionization apparatus shown in FIG.5 and FIG.6.
本実施形態に係る電気脱イオン装置は、濃縮室15内にバイポーラ膜20を設けて濃縮室15内を区画して、濃縮室15内に陰極側区画室15Aと陽極側区画室15Bとを形成し、この濃縮室15内にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合樹脂21A,21Bを充填した以外は、図5に示す従来の電気脱イオン装置と同様の構成となっている。
In the electrodeionization apparatus according to the present embodiment, the
このバイポーラ膜20は、陽極11側にバイポーラ膜20のアニオン交換層20B側が位置し、陰極12側にバイポーラ膜20のカチオン交換層20A側が位置するように濃縮室15内に設置されている。
The
なお、本発明で用いるバイポーラ膜20としては、陰イオン交換層と陽イオン交換層とを有し、水電解効率が高いものであれば良く、特に制限はない。また、場合によっては、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを重ね合わせて用いることもできる。
The
このような電気脱イオン装置において、陰極側区画室15Aに充填される混合樹脂21Aは、カチオン交換樹脂の混合比率が高いものであり、これにより、バイポーラ膜20の界面において水乖離によって発生した水素イオンの移動が促進される。一方、陽極側区画室15Bに充填される混合樹脂21Bは、アニオン交換樹脂の混合比率が高いものであり、これにより、バイポーラ膜20の界面における水乖離によって発生した水酸化物イオンの移動が促進される。この結果、電流が流れやすくなっている。このような効果が得られる理由については後述する。
In such an electrodeionization apparatus, the
具体的には、濃縮室15に充填される混合樹脂の混合比率は、陰極側区画室15Aでは、カチオン交換樹脂の混合比率が50超〜90体積%(アニオン交換樹脂の混合比率が10〜50体積%未満)であるのが好ましい。カチオン交換樹脂の混合比率が50体積%以下では、バイポーラ膜20界面における水乖離によって発生した水素イオンの陰極側区画室15A内での移動促進効果が十分でない。一方、90体積%を超えてもそれ以上の効果が得られないばかりか、アニオンの移動性が低下する。
Specifically, the mixing ratio of the mixed resin filled in the
また、陽極側区画室15Bでは、アニオン交換樹脂の混合比率が50超〜90体積%(カチオン交換樹脂の混合比率が10〜50体積%未満)であるのが好ましい。アニオン交換樹脂の混合比率が50体積%以下では、バイポーラ膜20界面における水乖離によって発生した水酸化物イオンの陽極側区画室15B内での移動促進効果が十分でない。一方、90体積%を超えてもそれ以上の効果の向上が得られないばかりか、わずかに存在するカチオンの移動性が低下する。
Further, in the
次に、このような構成を有する電気脱イオン装置の作用について説明する。
図3に示すように、濃縮室15内にバイポーラ膜20が設けられているため、アニオン交換膜13側の脱塩室16から濃縮室15内に透過してきた炭酸水素イオン及び水酸化物イオンは、バイポーラ膜20を透過できず、また、カチオン交換膜14側から透過してきたカルシウムイオン及び水素イオンもバイポーラ膜20を透過できない。このため、濃縮室内での炭酸カルシウムスケールの発生を防止することができる。なお、説明の便宜上、図1及び図3において、混合樹脂21A及び混合樹脂21Bは省略してある。
Next, the operation of the electrodeionization apparatus having such a configuration will be described.
As shown in FIG. 3, since the
このとき、バイポーラ膜20内では、理論水電解電圧(0.83V)以上の電圧を印加することによって水解離が発生するため、電流が流れる。このため、バイポーラ膜20を濃縮室15内に設置することで、電気脱イオン装置の脱イオン性能が損なわれることはない。
At this time, in the
しかしながら、このままでは電解電圧が上昇し、消費電力的にも安定運転上も好ましくない。これは、前述したバイポーラ膜20界面での水乖離によって発生する水酸化物イオンと水素イオンの移動が律速となって、電解抵抗が増加するためである。そこで、本実施例においては、陰極側区画室15Aにカチオン交換樹脂の混合比率が高い混合樹脂21Aを充填することで、カチオンである水素イオンの移動性が向上し、アニオン交換膜(A膜)13を透過してきた水酸化物イオンとの結合が起りやすくなる。また、陽極側区画室15Bにアニオン交換樹脂の比率が高い混合樹脂21Bを充填しているので、アニオンである水酸化物イオンの移動性が向上し、カチオン交換膜(C膜)14を透過してきた、水素イオンと結合しやすくなる。この結果、濃縮室15全体としてみた場合に電流が流れやすくなり、水質の安定した処理水(脱イオン水)が得られる。
However, as it is, the electrolysis voltage increases, which is not preferable in terms of power consumption and stable operation. This is because the movement of hydroxide ions and hydrogen ions generated by the water divergence at the interface of the
しかし、濃縮室15内にバイポーラ膜20を配置した場合であっても、水道水のようにカルシウム濃度の高い水を処理する場合には、スケールが発生する恐れがあるため、この場合には、脱塩室16から得られる脱イオン水の一部を濃縮室15に導入して、濃縮室循環水を脱イオン水で希釈してカルシウム濃度を低減することが好ましい。
However, even when the
本発明の電気脱イオン装置においては、濃縮室15に陰極側区画室15Aと陽極側区画室15Bとを形成し、この濃縮室15内にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合樹脂21A,21Bを充填しているが、脱塩室16内には、イオン交換繊維又はグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体が混合又は複層状に充填されていることが、得られる脱イオン水の水質を向上させる点で好ましい。さらに、陽極室17及び陰極室18にもイオン交換体が充填されていてもよい。
In the electrodeionization apparatus of the present invention, a
本実施形態に係る電気脱イオン装置では、上述したように、濃縮室15にバイポーラ膜20を設けることで、濃縮室15内での炭酸カルシウムスケールの発生を効果的に防止することができるが、この場合においても、水道水のようにカルシウム濃度の高い水を処理する場合には、スケールが発生するおそれがある。したがって、この場合には、図4に示すように、脱塩室16から得られる脱イオン水の一部を濃縮室15に導入して、濃縮室15の循環水を脱イオン水で希釈し、カルシウム濃度を低減することが好ましい。同様に陽極室17及び陰極室18内の水についても、脱イオン水を用いることが好ましい。
In the electrodeionization apparatus according to the present embodiment, as described above, the provision of the
また、濃縮室15に導入する被処理水のみ軟化処理するようにしてもよく、この場合には、軟化装置が必要となるが、全ての被処理水を軟化処理する場合に比べてその処理コストは大幅に低減される。
Further, only the water to be treated introduced into the concentrating
以下、比較例及び実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の比較例及び実施例で用いた試験装置は、下記の装置を活性炭装置、電気脱イオン装置の順で直列に配置したものである。
活性炭装置:「クリコールKW10−30」,栗田工業社製
電気脱イオン装置:「クリテノンSH型」,栗田工業社製
処理水量:100L/hr
EXAMPLES Hereinafter, although a comparative example and an Example are given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to the following Example.
In addition, the test apparatus used by the following comparative examples and Examples arrange | positions the following apparatus in series in order of the activated carbon apparatus and the electrodeionization apparatus.
Activated carbon device: “Crycol KW10-30”, Electrodeionization device manufactured by Kurita Kogyo Co., Ltd .: “Critenon SH type”, Treated water volume by Kurita Kogyo Co., Ltd .: 100 L / hr
また、試験用の被処理水(市水)として以下のものを用意した。
被処理水:給水Ca濃度28ppm(CaCO3換算)
給水CO2濃度29ppm(CaCO3換算)
Moreover, the following were prepared as to-be-processed water (city water) for a test.
Water to be treated: Concentration of feed water Ca 28ppm (CaCO 3 conversion)
Water supply CO 2 concentration 29ppm (CaCO 3 conversion)
〔比較例1〕
電気脱イオン装置のイオン交換膜及び脱塩室に充填するイオン交換樹脂として以下のものを用い、上記被処理水を電流値6.5A、水回収率80%、入口導電率170μS/cm、濃縮室初期流量25L/hrの条件で通水を行い、得られた処理水の1週間後、1月後、2月後及び3月後の印加電圧の経時変化を測定した。結果を表1に示すとともに、初期状態における印加電圧を合わせて示す。
なお、濃縮室循環水の補給水及び電極室水としては、被処理水を用いた。
アニオン交換膜:「アシプレックスA501SB」,旭化成工業社製
カチオン交換膜:「アシプレックスK501SB」,旭化成工業社製
イオン交換樹脂:アニオン交換樹脂(三菱化学社製,「SA10A」)とカチオン交換樹脂(三菱化学社製,「SK1B」)とを6:4の体積混合比率で混合したもの。
[Comparative Example 1]
The following ion exchange resin is used to fill the ion exchange membrane and demineralization chamber of the electrodeionization apparatus. The treated water has a current value of 6.5 A, a water recovery rate of 80%, an inlet conductivity of 170 μS / cm, and a concentration. Water was passed under the condition of an initial chamber flow rate of 25 L / hr, and the change over time in the applied voltage was measured after 1 week, 1 month, 2 months, and 3 months after the obtained treated water. The results are shown in Table 1, and the applied voltage in the initial state is also shown.
In addition, the to-be-processed water was used as the makeup water and the electrode chamber water.
Anion exchange membrane: “Aciplex A501SB”, manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd. Cation exchange membrane: “Aciplex K501SB”, manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd. Ion exchange resin: Anion exchange resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, “SA10A”) and cation exchange resin ( Mitsubishi Chemical Co., Ltd. “SK1B”) mixed at a volume mixing ratio of 6: 4.
〔比較例2〕
比較例1で用いた電気脱イオン装置の濃縮室にバイポーラ膜を設けて図1に示す電気脱イオン装置を組み立て、この電気脱イオン装置を用いたこと以外は同様にして、通水試験を行った。結果を表1に合わせて示す。
なお、バイポーラ膜としてはアストム社製CMS(商品名)を用いた。
[Comparative Example 2]
A bipolar membrane was provided in the concentration chamber of the electrodeionization apparatus used in Comparative Example 1 to assemble the electrodeionization apparatus shown in FIG. 1, and a water flow test was conducted in the same manner except that this electrodeionization apparatus was used. It was. The results are shown in Table 1.
As the bipolar film, CMS (trade name) manufactured by Astom Co., Ltd. was used.
〔実施例1〕
比較例2の電気脱イオン装置において、バイポーラ膜で区画された陰極側区画室15Aにアニオン交換樹脂:カチオン交換樹脂=1:9の混合樹脂を充填し、陽極側区画室15Bにアニオン交換樹脂:カチオン交換樹脂=9:1の混合樹脂を充填した以外は、同様にして電気脱イオン装置を組み立て、この電気脱イオン装置を用いたこと以外は同様にして、通水試験を行った。結果を表1に合わせて示す。なお、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂は、比較例1で脱塩室に充填したものと同じである。
[Example 1]
In the electrodeionization apparatus of Comparative Example 2, the
〔実施例2〕
実施例1において、図4に示す如く、被処理水の代りに脱塩室から得られた脱イオン水の一部(20%)を濃縮室循環水の補給水及び電極室水として送給したこと以外は、同様にして、表1に示す通水条件で試験を行った。結果を表1に合わせて示す。
[Example 2]
In Example 1, as shown in FIG. 4, instead of the water to be treated, a part (20%) of deionized water obtained from the desalting chamber was supplied as make-up chamber circulating water makeup water and electrode chamber water. In the same manner, the test was conducted under the water flow conditions shown in Table 1. The results are shown in Table 1.
表1に示すように、比較例1の電気脱イオン装置では1週間で濃縮室側の差圧が上昇してしまい、運転不能となった。また、比較例2においては、通水開始1週間後には電解電圧が増加していった。これに対し、実施例1及び2の電気脱イオン装置では、電圧の増加も少なく、3ヶ月間安定して運転することができた。また、得られる処理水(脱イオン水)の水質も良好であった。 As shown in Table 1, in the electrodeionization apparatus of Comparative Example 1, the differential pressure on the concentration chamber side increased in one week, and operation became impossible. In Comparative Example 2, the electrolysis voltage increased one week after the start of water flow. On the other hand, in the electrodeionization apparatuses of Examples 1 and 2, there was little increase in voltage and it was possible to operate stably for 3 months. Moreover, the water quality of the treated water (deionized water) obtained was also favorable.
10…イオン交換体
11…陽極
12…陰極
13…アニオン交換膜
14…カチオン交換膜
15…濃縮室
15A…陰極側区画室
15B…陽極側区画室
16…脱塩室
17…陽極室
18…陰極室
20…バイポーラ膜
21A…混合樹脂(カチオン交換樹脂の混合比率が50体積%超)
21B…混合樹脂(アニオン交換樹脂の混合比率が50体積%超)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ion exchanger 11 ... Anode 12 ...
21B ... Mixed resin (mixing ratio of anion exchange resin exceeds 50% by volume)
Claims (5)
前記陰極側区画室には、カチオン交換樹脂の混合比率が高い混合樹脂が充填され、前記陽極側区画室には、アニオン交換樹脂の混合比率が高い混合樹脂が充填されていることを特徴とする電気脱イオン装置。 A plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes are alternately arranged between the cathode and the anode to alternately form a concentration chamber and a desalting chamber, and an anion exchange resin and a cation exchange resin are formed in the concentration chamber. An electrodeionization apparatus in which a mixed membrane is filled and a bipolar membrane is provided in the concentration chamber to form a cathode side compartment and an anode side compartment in the concentration chamber,
The cathode compartment is filled with a mixed resin having a high cation exchange resin mixing ratio, and the anode compartment is filled with a mixed resin having a high anion exchange resin mixing ratio. Electrodeionizer.
The electrodeionization apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a flow path for supplying a part of the effluent of the demineralization chamber to the inflow side of the concentration chamber.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006209120A JP2008030004A (en) | 2006-07-31 | 2006-07-31 | Electric deionizer |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011502030A (en) * | 2006-09-22 | 2011-01-20 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | Arrangement of ion exchange material in electrodeionization equipment |
JP2014509694A (en) * | 2011-03-29 | 2014-04-21 | インドゥストリエ・デ・ノラ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ | Cell for depolarization electrodialysis of salt solution |
CN114014415A (en) * | 2021-10-27 | 2022-02-08 | 杨晓刚 | Continuous regeneration deionization cation exchanger and anion exchanger system by using direct-current power supply |
-
2006
- 2006-07-31 JP JP2006209120A patent/JP2008030004A/en active Pending
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