JP2010201361A - 電気式脱イオン水製造装置及びこれを用いた脱イオン水の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】陰極側小脱塩室152と陽極側小脱塩室154とで構成された脱塩室150と、脱塩室150の両側にアニオン交換膜146又はカチオン交換膜142を介して設けられた濃縮室130とが、陰極と陽極との間に配置され、濃縮室130はアニオン交換膜146に接してアニオン交換体133が充填されたアニオン交換体層を有し、陽極側小脱塩室154には、低塩基性アニオン交換体155を含むアニオン交換体が充填され、陰極側小脱塩室には、カチオン交換体151を含むイオン交換体が充填され、陰極側小脱塩室152を流通した水を陽極側小脱塩室154に流す送水手段を設ける。
【選択図】図1
Description
そこで本発明は、大量の被処理水や炭酸濃度が高い被処理水であっても、比抵抗の高い良好な水質の脱イオン水を安定的に得られるEDI及び脱イオン水の製造方法を目的とする。
本発明のEDIにおいて、大量の被処理水や炭酸濃度が高い被処理水であっても、良好な水質の脱イオン水を安定的に得られる原理について、図1を用いて説明する。図1は、本発明のEDIにおける、イオン成分の流れを説明するEDIの部分断面図である。図1に示すとおり、脱塩室150は、陰極側小脱塩室152と陽極側小脱塩室154とで構成されている。脱塩室150の両側には、濃縮室130が設けられ、脱塩室150と濃縮室130とが陰極と陽極との間に配置されている。陰極側小脱塩室152は、カチオン交換膜142と中間イオン交換膜144とで区画され、カチオン交換体151とアニオン交換体153とが混床形態で充填され形成されている。陽極側小脱塩室154は中間イオン交換膜144とアニオン交換膜146とで区画され、低塩基性アニオン交換体155が単床形態で充填されている。濃縮室130には、アニオン交換体133が単床形態で充填されている。
本発明の実施形態の一例について、図2を用いて説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。図2は、本発明の実施形態にかかるEDI10の断面図である。図2に示すように、EDI10は陰極22と陽極62との間に、複数の脱塩室50が、濃縮室30に挟持されて配置されている。
陰極側小脱塩室52に充填するイオン交換体は、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、この内、最も汎用的であるイオン交換樹脂を用いることが好ましい。
枠体51、53の厚さは特に限定されることなく、所望する陰極側小脱塩室52、陽極側小脱塩室54の厚さに応じて設定することができる。また、枠体51、53の開口部の面積が大きい場合には、枠体51、53のくりぬかれた空間に支持体を設けてもよい。支持体を設けることで、カチオン交換膜42、中間イオン交換膜44、アニオン交換膜46が湾曲して、イオン交換体の充填量が不均一になることを防止できるためである。前記支持体は、絶縁性を有し、被処理水の流通を妨げない素材であれば特に限定されず、例えば、スリットが設けられた、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ABS、ポリカーボネート、ノリル等の樹脂製の支持体を挙げることができる。
陽極側小脱塩室54の厚さは、陰極側小脱塩室52の厚さと同様に、被処理水や脱イオン水の水質、処理水量、充填するイオン交換体の種類を勘案して設定することができる。
EDI10を用いた脱イオン水の製造方法について、図2を用いて説明する。まず、電極水流入ライン23から陰極室20に電極水を流入させ、電極水流入ライン63から陽極室60に電極水を流入させる。濃縮水流入ライン33から濃縮室30に濃縮水を流入させる。そして、陰極22と陽極62との間に、直流電圧を印加する。
上述の実施形態では、陰極側小脱塩室及び陽極側小脱塩室共に、被処理水を下降流で流通しているが、被処理水の流通方向はこれに限られず、上昇流であってもよいし、陰極側小脱塩室と陽極側小脱塩室とで流通方向が異なっていてもよい。
(測定方法)
<水質評価:導電率、比抵抗>
水質評価には導電率ならびに比抵抗を用いた。不純物を全く含んでいない水の場合、25℃の水における導電率の理論値は0.055μS/cm、比抵抗の理論値は18.2MΩ・cmとなる。脱イオン水の水質は、比抵抗が18.2MΩ・cmに近づき、かつ高ければ高いほど水質としては清浄であると評価できる。脱イオン水の水質評価は、比抵抗をもって行った。
導電率は、導電率計(873CC、FOXBORO社製)を用いて測定した。また、比抵抗は、比抵抗計(873RS、FOXBORO社製)を用いて測定した。
図2に示すEDI10と同様の、中間イオン交換膜で、陰極側小脱塩室と陽極側小脱塩室とに区画されている3枚の脱塩室が設けられ、該脱塩室の両側に濃縮室が設けられ、脱塩室と濃縮室とが、陰極と陽極との間に配置されたEDIを下記仕様にて作製して、EDI−Aを得た。得られたEDI−Aは、陽極側小脱塩室に充填されたアニオン交換体中の低塩基性アニオン交換体の割合が100体積%のものである。このEDI−Aについて、下記運転条件にて連続運転を行った。被処理水は、陰極側小脱塩室に下降流で流通させた後、陽極側小脱塩室に下降流で流通させた。濃縮水は、各濃縮室に下降流で流通させて排水し、電極水は、陰極室と陽極室にそれぞれ上昇流で流通させて排水した。運転開始後、250時間毎に電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表1、図3、4に示す。なお、電極間の電気抵抗は、後述する比較例1での運転開始250時間後における電気抵抗を「1」とした際の相対値(運転電気抵抗相対値)として記載した(以降において同じ)。
(1)カチオン交換膜:株式会社アストム製
(2)中間イオン交換膜:株式会社アストム製、アニオン交換膜
(3)アニオン交換膜:株式会社アストム製
(4)仕切り膜:陰極室の仕切り膜;株式会社アストム製、アニオン交換膜,陽極室の仕切り膜;株式会社アストム製、カチオン交換膜
(5)陰極側小脱塩室:高さ300mm、幅80mm、厚さ5mm
(6)陽極側小脱塩室:高さ300mm、幅80mm、厚さ5mm
(7)陰極側小脱塩室の充填イオン交換体:I形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)50体積%、強酸性カチオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)50体積%の混床形態
(8)陽極側小脱塩室の充填イオン交換体:II形強塩基性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)の単床形態
(9)濃縮室:高さ300mm、幅80mm、厚さ4mm
(10)濃縮室の充填イオン交換体:I形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)の単床形態
(11)陰極室:高さ300mm、幅80mm、厚さ4mm
(12)陰極室の充填イオン交換体:I形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)の単床形態
(13)陽極室:高さ300mm、幅80mm、厚さ4mm
(14)陽極室の充填イオン交換体:強酸性カチオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)の単床形態
(1)被処理水の導電率:10〜15μS/cm(RO膜透過水)
(2)被処理水の比抵抗:0.066〜0.1MΩ・cm
(3)被処理水流量:72L/h(脱塩室1枚当たり24L/h)
(4)濃縮水の原水:導電率10〜15μS/cmの水(RO膜透過水)
(5)濃縮水流量:10L/h
(6)電極水の原水:比抵抗が5MΩ・cmを超える水
(7)電極水流量:10L/h
(8)運転電流値:1A
陽極側小脱塩室の充填イオン交換体をI形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)の単床形態とした以外は、EDI−Aと同様の仕様にて、EDI−Bを得た。このEDI−Bを用いて、実施例1と同様の運転条件で連続運転を行った。250時間毎に運転電圧、電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表1、図3、4に示す。
EDI−Aを用い、被処理水を陽極側小脱塩室に下降流で流通させた後、陰極側小脱塩室に下降流で流通させた以外は、実施例1と同様の運転条件で連続運転を行った。250時間毎に運転電圧、電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表1、図3、4に示す。
濃縮室にアニオン交換体を充填せず、ポリエチレン製のメッシュを配置した以外は、EDI−Aと同様の仕様にて、EDI−Cを得た。このEDI−Cを用いて、実施例1と同様の運転条件で連続運転を行った。250時間毎に運転電圧、電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表1、図3、4に示す。なお、比較例3においては、脱イオン水の比抵抗の低下が著しかったため、EDI−Cの運転は750時間で終了した。
22 陰極
30、130 濃縮室
42、142 カチオン交換膜
44、144 中間イオン交換膜
46、146 アニオン交換膜
50、150 脱塩室
52、152 陰極側小脱塩室
54、154 陽極側小脱塩室
56 被処理水流出ライン
57 被処理水流入ライン
62 陽極
133、153 アニオン交換体
151 カチオン交換体
155 低塩基性アニオン交換体
Claims (4)
- 陽極側のアニオン交換膜と、陰極側のカチオン交換膜と、前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との間に設けられた中間イオン交換膜と、で区画される小脱塩室にイオン交換体が充填されて脱塩室が構成され、前記脱塩室の両側に前記アニオン交換膜又は前記カチオン交換膜を介して濃縮室が設けられ、
前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画された陽極側小脱塩室に充填するイオン交換体は、弱塩基性アニオン交換体、中塩基性アニオン交換体、II形強塩基性アニオン交換体からなる群から選択される少なくとも一種を含むアニオン交換体であり、
前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画された陰極側小脱塩室に充填するイオン交換体は、カチオン交換体を含み、
前記濃縮室は、前記アニオン交換膜に接してアニオン交換体が充填されたアニオン交換体層を有し、
前記陰極側小脱塩室を流通した水を前記陽極側小脱塩室に流す送水手段が設けられていることを特徴とする、電気式脱イオン水製造装置。 - 請求項1に記載の電気式脱イオン水製造装置を用い、被処理水を前記陰極側小脱塩室で処理した後、前記陽極側小脱塩室で処理することを特徴とする、脱イオン水の製造方法。
- 前記被処理水は、全炭酸濃度が0.5mg/L以上であることを特徴とする、請求項2に記載の脱イオン水の製造方法。
- 前記被処理水は、シリカ濃度が0.2mg/L以上であることを特徴とする、請求項2又は3に記載の脱イオン水の製造方法。
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