JP2014200698A - Electric deionized water manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気式脱イオン水製造装置に関するものであり、特に脱塩処理部の構成に関するものである。 The present invention relates to an electrical deionized water production apparatus, and more particularly to a configuration of a desalting treatment unit.
イオン交換体に被処理水を通水することにより、被処理水のイオン成分を除去する脱イオン水製造装置が知られている。イオン交換体のイオン交換基が飽和して当該イオン交換基の脱イオン性能が低下すると、酸やアルカリ等の薬剤によってイオン交換基を再生する必要がある。すなわち、イオン交換基に吸着した陰イオンや陽イオンを、酸あるいはアルカリ由来のH+やOH-と置換する処理が必要となる。近年、このような運転上の不利な点を解消するため、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン水製造装置が実用化されている。 There is known a deionized water production apparatus that removes an ionic component of water to be treated by passing the water to be treated through an ion exchanger. When the ion exchange group of the ion exchanger is saturated and the deionization performance of the ion exchange group is reduced, it is necessary to regenerate the ion exchange group with a chemical such as acid or alkali. That is, the anion and cation adsorbed on ion exchange groups, acid or alkali from the H + and OH - process of replacing a is required. In recent years, in order to eliminate such disadvantages in operation, an electric deionized water production apparatus that does not require regeneration by a drug has been put into practical use.
電気式脱イオン水製造装置は、電気泳動と電気透析とを組み合わせた処理を実行する。一般的な電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室と、該脱塩室の両側に配置された一対の濃縮室と、一方の濃縮室の外側に配置された陽極室と、他方の濃縮室の外側に配置された陰極室と、を有する。脱塩室は、互いに対向するアニオン交換膜およびカチオン交換膜を有し、アニオン交換膜とカチオン交換膜とによって区画された室内にイオン交換体(アニオン交換体又は/及びカチオン交換体)が充填されている。以下、電気式脱イオン水製造装置を「脱イオン水製造装置」と略称する場合がある。 The electric deionized water production apparatus executes a process that combines electrophoresis and electrodialysis. A general electric deionized water production apparatus includes a demineralization chamber, a pair of concentration chambers disposed on both sides of the demineralization chamber, an anode chamber disposed outside one of the concentration chambers, and a concentration of the other. And a cathode chamber disposed outside the chamber. The desalination chamber has an anion exchange membrane and a cation exchange membrane facing each other, and a chamber partitioned by the anion exchange membrane and the cation exchange membrane is filled with an ion exchanger (anion exchanger or / and cation exchanger). ing. Hereinafter, the electric deionized water production apparatus may be abbreviated as “deionized water production apparatus”.
脱イオン水製造装置により脱イオン水(処理水)を製造するには、陽極室および陰極室にそれぞれ設けられている電極に直流電圧を印加した状態で、脱塩室に被処理水を通水させる。脱塩室では、被処理水中のアニオン成分(Cl-、CO3 2-、HCO3 -、SiO2等)が、アニオン交換体に捕捉される。また、被処理水中のカチオン成分(Na+、Ca2+、Mg2+等)はカチオン交換体に捕捉される。この際、アニオン交換体及びカチオン交換体の表面で水の解離反応が起こり、水素イオンと水酸化物イオンが発生する(H2O→H++OH-)。イオン交換体に捕捉されたイオン成分は、この水素イオン及び水酸化物イオンと置換され、イオン交換体から遊離する。 In order to produce deionized water (treated water) using a deionized water production apparatus, water to be treated is passed through the demineralization chamber while a DC voltage is applied to the electrodes provided in the anode chamber and the cathode chamber, respectively. Let In the desalting chamber, anion components (Cl − , CO 3 2− , HCO 3 − , SiO 2, etc.) in the water to be treated are captured by the anion exchanger. In addition, cation components (Na + , Ca 2+ , Mg 2+, etc.) in the water to be treated are captured by the cation exchanger. At this time, a dissociation reaction of water occurs on the surfaces of the anion exchanger and cation exchanger, and hydrogen ions and hydroxide ions are generated (H 2 O → H + + OH − ). The ion component captured by the ion exchanger is replaced with the hydrogen ions and hydroxide ions, and is released from the ion exchanger.
イオン成分は、イオン交換体への補足および遊離を繰り返しながら、電圧の作用により、脱塩室の端に配置されたイオン交換膜(アニオン交換膜またはカチオン交換膜)まで電気泳動する。このイオン成分は、イオン交換膜で電気透析され、脱塩室と隣接する濃縮室へ移動する。濃縮室に移動したイオン成分は、濃縮室を流れる濃縮水と共に排出される。このようにして、脱塩室に通水された被処理水が脱イオン化される。 The ion component is electrophoresed to the ion exchange membrane (anion exchange membrane or cation exchange membrane) disposed at the end of the desalting chamber by the action of voltage while being repeatedly captured and released from the ion exchanger. This ionic component is electrodialyzed by an ion exchange membrane and moves to a concentration chamber adjacent to the desalting chamber. The ion component that has moved to the concentration chamber is discharged together with the concentrated water flowing through the concentration chamber. In this way, the water to be treated that has passed through the desalting chamber is deionized.
電気式脱イオン水製造装置では、水の解離反応で発生した水素イオンおよび水酸化物イオンが、イオン交換体を再生する再生剤として作用する。このため、イオン交換体を再生するための別の薬剤は基本的に不要である。 In the electric deionized water production apparatus, hydrogen ions and hydroxide ions generated by the water dissociation reaction act as a regenerant for regenerating the ion exchanger. For this reason, a separate drug for regenerating the ion exchanger is basically unnecessary.
特許文献1及び特許文献2には、中間イオン交換膜を介して隣接する2つの小脱塩室を備えた電気脱イオン水製造装置が開示されている。第1小脱塩室は、カチオン交換膜と中間イオン交換膜とによって区画されている。第2小脱塩室は、当該中間イオン交換膜とアニオン交換膜とによって区画されている。被処理水は第2小脱塩室に通水された後に第1小脱塩室に通水される。 Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose an electrodeionized water production apparatus including two small demineralization chambers adjacent to each other through an intermediate ion exchange membrane. The first small desalting chamber is partitioned by a cation exchange membrane and an intermediate ion exchange membrane. The second small desalting chamber is partitioned by the intermediate ion exchange membrane and the anion exchange membrane. The water to be treated is passed through the second small desalting chamber and then through the first small desalting chamber.
例えば、特許文献1には、カチオン交換体とアニオン交換体の混合体が第1小脱塩室に充填され、アニオン交換体が第2小脱塩室に充填されることが記載されている。特許文献2には、第2小脱塩室にアニオン交換体が充填され、第1小脱塩室に、カチオン交換体もしくはアニオン交換体、又は互いに積層されたカチオン交換体とアニオン交換体が充填されることが記載されている。 For example, Patent Document 1 describes that a mixture of a cation exchanger and an anion exchanger is filled in a first small desalting chamber, and an anion exchanger is filled in a second small desalting chamber. In Patent Document 2, the second small desalting chamber is filled with an anion exchanger, and the first small desalting chamber is filled with a cation exchanger or an anion exchanger, or a cation exchanger and an anion exchanger stacked on each other. It is described that it is done.
このような脱イオン水製造装置では、被処理水を複数の小脱塩室に通すことにより、アニオン交換処理および/またはカチオン交換処理を複数の段階で行うことができる。 In such a deionized water production apparatus, anion exchange treatment and / or cation exchange treatment can be performed in a plurality of stages by passing water to be treated through a plurality of small demineralization chambers.
本願の発明者は、少なくとも2つの小脱塩室を備え、カチオン交換処理またはアニオン交換処理を少なくとも2段階で行う脱イオン水製造装置では、当該装置の運転電圧が上昇することがあることを見出した。特に、少なくとも2段階でアニオン処理を行う場合、つまり、第1小脱塩室および第2小脱塩室の両方にアニオン交換体が充填されている場合、アニオン交換体の電気抵抗が増大することによって運転電圧が上昇することがある。この運転電圧の上昇は、被処理水中にアニオン成分、特にシリカ(SiO2)が多量に含まれるときに顕著に表れる。 The inventors of the present application have found that in a deionized water production apparatus that includes at least two small desalting chambers and performs cation exchange treatment or anion exchange treatment in at least two stages, the operating voltage of the apparatus may increase. It was. In particular, when anion treatment is performed in at least two stages, that is, when both the first small desalting chamber and the second small desalting chamber are filled with an anion exchanger, the electrical resistance of the anion exchanger increases. May increase the operating voltage. This increase in the operating voltage is prominent when the water to be treated contains a large amount of an anionic component, particularly silica (SiO 2 ).
運転電圧の上昇は、主に以下のような原因に依ることがわかった。小脱塩室内のアニオン交換体にアニオン成分が捕捉された場合、アニオン交換体の電気抵抗値が増大する。多くのアニオン成分は、イオン交換体への補足および遊離を繰り返しながら、電圧の作用により陽極室の方へ電気泳動し、濃縮室へ排出される。そのため、多くのアニオン成分は、アニオン交換体に堆積されないので、電気抵抗値の上昇にそれほど寄与しない。しかしながら、水中でイオン化していないアニオン成分、例えばシリカ(SiO2)は、電圧の影響を受けにくく、イオン交換体に堆積しやすい。これにより、脱イオン水製造装置の稼働時間とともに陽極室と陰極室間の電気抵抗値が増大する。その結果、脱イオン水製造装置の運転電圧が上昇してしまう。 It was found that the increase in operating voltage mainly depends on the following causes. When an anion component is trapped in the anion exchanger in the small desalting chamber, the electrical resistance value of the anion exchanger increases. Many anion components are electrophoresed toward the anode chamber by the action of voltage while being repeatedly captured and released into the ion exchanger, and discharged to the concentration chamber. For this reason, many anion components are not deposited on the anion exchanger, and thus do not contribute much to an increase in electrical resistance. However, anion components that are not ionized in water, such as silica (SiO 2 ), are not easily affected by voltage and are easily deposited on the ion exchanger. Thereby, the electrical resistance value between an anode chamber and a cathode chamber increases with the operating time of a deionized water manufacturing apparatus. As a result, the operating voltage of the deionized water production apparatus increases.
そこで、電気式脱イオン水製造装置において、運転電圧の上昇を抑制することが望まれる。 In view of this, it is desirable to suppress an increase in operating voltage in the electrical deionized water production apparatus.
本発明の電気式脱イオン水製造装置は、アニオン交換体が充填された第1の小脱塩室と、第1の小脱塩室と中間イオン交換膜を介して隣接し、カチオン交換体及びアニオン交換体が充填された第2の小脱塩室と、を有する。第1の小脱塩室は、アニオン交換膜と中間イオン交換膜とにより区画されている。第2の小脱塩室は、カチオン交換膜を含むイオン交換膜と中間イオン交換膜とにより区画されている。第1の小脱塩室と第2の小脱塩室に充填されたアニオン交換体のうち、最も塩基性度が小さいアニオン交換体が第1の小脱塩室と第2の小脱塩室のいずれか一方に含まれている。被処理水は、最も塩基性度が小さいアニオン交換体が含まれていない方の小脱塩室に通水された後に、他方の小脱塩室、つまり塩基性度が最も小さいアニオン交換体が含まれている方の小脱塩室に通水される。 The electric deionized water production apparatus of the present invention includes a first small demineralization chamber filled with an anion exchanger, a first small demineralization chamber and an intermediate ion exchange membrane adjacent to each other, a cation exchanger, And a second small desalting chamber filled with an anion exchanger. The first small desalting chamber is partitioned by an anion exchange membrane and an intermediate ion exchange membrane. The second small desalting chamber is partitioned by an ion exchange membrane including a cation exchange membrane and an intermediate ion exchange membrane. Among the anion exchangers filled in the first small desalting chamber and the second small desalting chamber, the anion exchanger having the lowest basicity is the first small desalting chamber and the second small desalting chamber. It is included in either one. The water to be treated is passed through the small demineralization chamber that does not contain the anion exchanger having the smallest basicity, and then the other small desalting chamber, that is, the anion exchanger having the smallest basicity. Water is passed through the small desalination chamber.
本発明によれば、アニオン成分、特にSiO2がアニオン交換体に堆積することによる電気式脱イオン水製造装置の運転電圧の上昇を抑制することができる。 According to the present invention, the anionic component, in particular SiO 2 can be prevented from increasing driving voltage of the electrodeionization water producing apparatus according to depositing the anion exchanger.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成を示している。電気式脱イオン水製造装置は、陰極を備えた陰極室24と、陽極を備えた陽極室26と、を備えている。陰極室24と陽極室26との間には、脱塩処理部10および濃縮室20,22が設けられている。濃縮室20,22は、脱塩処理部10の両側に設けられている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an electric deionized water production apparatus according to the first embodiment. The electric deionized water production apparatus includes a
陰極室24の陰極は、金属の網状体あるいは板状体であって良く、例えばステンレス製の網状体あるいは板状体である。陽極室26の陽極は金属の網状体あるいは板状体であって良い。陽極を構成する材料の例として、白金、パラジウム、イリジウム等が挙げられる。
The cathode of the
陰極室24および陽極室26には配管54,56を通じて電極水がそれぞれ供給される。脱イオン水製造装置の電気抵抗を抑えるために、陰極室24および陽極室26にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。陰極室24にはアニオン交換体が単床形態で充填されていて良く、陽極室26にはカチオン交換体が単床形態で充填されていて良い。陰極室24および陽極室26は、これに限らず、任意の構成を有していて良い。
Electrode water is supplied to the
脱塩処理部10は、第1の小脱塩室12と、中間イオン交換膜13と、第2の小脱塩室14と、を備えている。第2の小脱塩室14は、中間イオン交換膜13を介して第1の小脱塩室12と隣接している。第1の小脱塩室12と第1の濃縮室22との間には、アニオン交換膜30が設けられている。したがって、第1の小脱塩室12は、アニオン交換膜30と中間イオン交換膜13とにより区画されている。
The
第2の小脱塩室14と第2の濃縮室20との間には、カチオン交換膜32が設けられている。第2の小脱塩室14の第2の区画14bと第2の濃縮室20との間の部分は、バイポーラ膜であっても良い。バイポーラ膜とは、アニオン交換膜とカチオン交換膜とが貼り合わされて一体化されたイオン交換膜である。この場合、バイポーラ膜は、アニオン交換膜が第2の小脱塩室と面するように配置されていることが好ましい。また、第2の小脱塩室14の第2の区画14bと第2の濃縮室20との間の部分は、カチオン交換膜32にバイポーラ膜を重ねて設置しても良い。この場合も、バイポーラ膜のアニオン交換膜が第2の小脱塩室と面するように配置されていることが好ましい。第2の小脱塩室14は、カチオン交換膜32を含むイオン交換膜と中間イオン交換膜13とにより区画されることになる。
A
第1の小脱塩室12には、アニオン交換体が充填されている。第2の小脱塩室14には、カチオン交換体およびアニオン交換体が充填されている。図1に示す例では、第2の小脱塩室14は、2つの区画14a,14bに分けられている。図1の下側の区画にはカチオン交換体が充填されている。図1の上側の区画にはアニオン交換体が充填されている。第2の小脱塩室14は、3つ以上の区画に分けられていても良い。この場合、アニオン交換体が充填された区画と、カチオン交換体が充填された区画と、を順番に配置することが好ましい。
The first
本願発明に係る電気式脱イオン水製造装置では、例えば、逆浸透(RO(Rverse Osmosis))膜に通液処理された水は、被処理水として配管40を通じて脱塩処理部10へ供給され、処理水として排出される。本実施形態では、被処理水は、第1の小脱塩室12へ供給され、第1の小脱塩室12を通過した後に、連結管41を通じて第2の小脱塩室14の第1の区画14aへ供給される。第1の区画14aへ流入した被処理水は、第2の区画14bを通り、それから排出管42を通じて処理水として系外に排出される。
In the electrical deionized water production apparatus according to the present invention, for example, water that has been subjected to a reverse osmosis (RO (Rverse Osmosis)) membrane is supplied to the
第1の小脱塩室12および第2の小脱塩室14では、被処理水中のアニオン成分がアニオン交換体に捕捉される。アニオン交換体に捕捉されたアニオン成分は、遊離および補足を繰り返しながら、電圧の作用により、陽極室26の方へ向かって電気泳動し、第1の濃縮室22へ流入する。
In the first
また、第2の小脱塩室14では、被処理水中のカチオン成分がカチオン交換体に捕捉される。カチオン交換体に捕捉されたカチオン成分は、遊離および補足を繰り返しながら、電圧の作用により、陰極室24の方へ向かって電気泳動し、第2の濃縮室20へ流入する。
In the second
各濃縮室20,22には、配管50を通じて濃縮水(図1では被処理水の一部)が、通水される。第1の小脱塩室12に隣接する第1の濃縮室22は、第1の小脱塩室12から排出されるアニオン成分を取り込む。第2の小脱塩室14に隣接する第2の濃縮室20は、第2の小脱塩室14から排出されるカチオン成分を取り込む。各濃縮室20,22に取り込まれたイオン成分は、濃縮水とともに排出管52を通じて系外に排出される。
Concentrated water (a part of the water to be treated in FIG. 1) is passed through the
各濃縮室20,22には、スケールの発生を抑制するため、アニオン交換体が単床形態で充填されていて良い。第1の濃縮室22と陽極室26との間には、カチオン交換膜36が設けられていて良い。第2の濃縮室20と陰極室24との間には、アニオン交換膜34が設けられていて良い。
Each of the concentrating
濃縮室20,22、電極室24,26および脱塩処理部10に充填されるイオン交換体としては、イオン交換樹脂の他、イオン交換の機能を発揮する多孔質体が用いられる。
As the ion exchanger filled in the
中間イオン交換膜13は、アニオン交換膜、カチオン交換膜、バイポーラ膜、またはモザイク膜など様々なものを用いることができる。モザイク膜とは、カチオン交換基のドメインとアニオン交換基のドメインが交互に並列に配置され、それぞれのドメインが膜表面から裏面に貫通した構造を持つイオン交換膜である。
Various materials such as an anion exchange membrane, a cation exchange membrane, a bipolar membrane, or a mosaic membrane can be used as the intermediate
中間イオン交換膜13は、アニオン交換膜から構成されていて良い。また、中間イオン交換膜13は、第2の小脱塩室14のうちアニオン交換体が充填された部分と第1の小脱塩室12とが隣接する部分がアニオン交換膜であれば良い。つまり、図1に示す例では、中間イオン交換膜13の、少なくとも、第2の小脱塩室14の第2の区画14bと隣接する部分が、アニオン交換膜であれば良い。中間イオン交換膜13のその他の部分は、任意のイオン交換膜であって良い。中間イオン交換膜13は、可能な限り、どのような構成を有していても良い。
The intermediate
中間イオン交換膜の、第1の小脱塩室12と第2の小脱塩室14の第1の区画14aとの間の部分は、バイポーラ膜であっても良く、もしくはカチオン交換膜またはアニオン交換膜にバイポーラ膜を重ねたものであっても良い。カチオン交換膜にバイポーラ膜を設置する場合、バイポーラ膜は、カチオン交換膜の第1の小脱塩室12側にバイポーラ膜のアニオン交換膜が第1の小脱塩室12と面するように配置されていることが好ましい。また、アニオン交換膜にバイポーラ膜を設置する場合、バイポーラ膜は、アニオン交換膜の第2の小脱塩室14側にバイポーラ膜のカチオン交換膜が第2の小脱塩室14と面するように配置されていることが好ましい。
The portion of the intermediate ion exchange membrane between the first
図1に示す例では、脱イオン化処理がされる被処理水は、第1の小脱塩室12を通過した後に、第2の小脱塩室14を通過する。第1の小脱塩室12と第2の小脱塩室14に充填されているアニオン交換体のうちの最も塩基性度が小さいアニオン交換体は、第2の小脱塩室の第2の区画14bに含まれており、第1の小脱塩室12には実質的に含まれていない。したがって、被処理水は、最も塩基性度が小さいアニオン交換体が含まれていない方の小脱塩室(第1の小脱塩室12)に通水された後に、他方の小脱塩室(第2の小脱塩室14)に通水される。なお、第1の小脱塩室12が、最も塩基性度が小さいアニオン交換体を、アニオン交換にほとんど寄与しない程度の微小量を含むことは許容される。
In the example illustrated in FIG. 1, the water to be deionized passes through the first
最も塩基性度が小さいアニオン交換体が含まれている小脱塩室(第2の小脱塩室14)では、主に、他方の小脱塩室(第1の小脱塩室12)に充填されているアニオン交換体の塩基性度よりも小さい塩基性度を有するアニオン交換体が、好ましくは過半数、より好ましくは実質的に全てを占有していることが好ましい。 In the small desalting chamber (second small desalting chamber 14) containing the anion exchanger having the lowest basicity, the other small desalting chamber (first small desalting chamber 12) is mainly used. It is preferred that the anion exchanger having a basicity smaller than that of the packed anion exchanger preferably occupies a majority, more preferably substantially all.
アニオン交換体は、塩基性度が大きい方から順に、I型強塩基性アニオン交換樹脂(ス
チレン系)、I型強塩基性アニオン交換樹脂(アクリル系)、II型強塩基性アニオン交換
樹脂(スチレン系)、中塩基性アニオン交換樹脂(アクリル系)、弱塩基性アニオン交換樹脂(アクリル系)、弱塩基性アニオン交換樹脂(スチレン系)等がある。つまり、I型
強塩基性アニオン交換樹脂(スチレン系)の塩基性度が最も大きい。
Anion exchangers are, in descending order of basicity, type I strongly basic anion exchange resin (styrene), type I strongly basic anion exchange resin (acrylic), type II strongly basic anion exchange resin (styrene). Type), medium basic anion exchange resin (acrylic), weak basic anion exchange resin (acrylic), weak basic anion exchange resin (styrene), and the like. That is, the basicity of type I strongly basic anion exchange resin (styrene) is the largest.
したがって、第1の小脱塩室12にI型強塩基性アニオン交換樹脂が充填されている場
合、第2の小脱塩室14には、II型強塩基性アニオン交換樹脂、中塩基性アニオン交換樹
脂及び弱塩基性アニオン交換樹脂の少なくともいずれかが充填されていて良い。また、第1の小脱塩室12にI型強塩基性アニオン交換樹脂とII型強塩基性アニオン交換樹脂が充
填されている場合、第2の小脱塩室14には弱塩基性アニオン交換樹脂が充填されれば良い。このとき、第2の小脱塩室14内のアニオン交換体の一部がI型強塩基性アニオン交
換樹脂やII型強塩基性アニオン交換樹脂であっても良い。
Therefore, when the first
次に、脱塩処理部10における被処理水の脱塩処理について説明する。第1の小脱塩室12では、被処理水中のアニオン成分のうち主にイオン化しやすい成分(Cl-、CO3 2-、HCO3 -等)が、アニオン交換体に捕捉され、濃縮室22へ排出される。水中では電気的中性の状態が保たれるため、除去されたアニオン成分と等量の水酸化物イオンが被処理水中に放出される。イオン交換は平衡反応であるため、水酸化物イオンの濃度が高まると、アニオン交換体の脱塩性、つまり被処理水中のアニオン成分の捕捉能力が低下する。
Next, the desalination process of the to-be-processed water in the
その結果、被処理水中の全てのアニオン成分を除去しきれず、被処理水中にアニオン成分が残存する。第1の小脱塩室12を通過した被処理水中に残存するアニオン成分の多くは、イオン化しにくい成分やイオン化しない成分と考えられる。
As a result, all the anion components in the for-treatment water cannot be removed, and the anion components remain in the for-treatment water. Most of the anion components remaining in the for-treatment water that has passed through the first
第1の小脱塩室12を通過した被処理水は、第2の小脱塩室14の第1の区画14aに通される。第1の区画14aでは、被処理水中のカチオン成分が、カチオン交換体に捕捉され、濃縮室20へ排出される。このとき、排出されたカチオン成分と等量の水素イオンが被処理水中に放出される。この水素イオンの多くは、第1の小脱塩室12で被処理水中に放出された水酸化物イオンと結合し、電気的に中性な水分子を形成する。
The treated water that has passed through the first
第2の小脱塩室14の第1の区画14aを通過した被処理水は、第2の小脱塩室14の第2の区画14bに通される。第2の区画14bでは、被処理水中に残存するアニオン成分が、アニオン交換体に捕捉される。アニオン交換体に捕捉されたアニオン成分は、電圧の作用を受けて、陽極室26に向かって電気泳動し、第1の小脱塩室12を経て濃縮室22へ排出される。
The treated water that has passed through the
ここで、塩基性度が最も小さいアニオン交換体は、第2の小脱塩室14の第2の区画14bに含まれているが、第1の小脱塩室12には実質的に含まれていない。つまり、第2の小脱塩室14の第2の区画14b内のアニオン交換体のアニオンの捕捉能力は、第1の小脱塩室12内のアニオン交換体のアニオンの捕捉能力よりも低い。よって、第2の区画14b内のアニオン交換体は、主に、被処理水中でイオン化したアニオン成分を捕捉し、被処理水中でイオン化していないアニオン成分をあまり捕捉しない。その結果、被処理水中でイオン化するアニオン成分は、第1及び第2の小脱塩室12,14を経て、濃縮室22へ排出され、被処理水中でイオン化しないアニオン成分は、排出管42を通じて排出される処理水中に残存する。
Here, the anion exchanger having the smallest basicity is included in the
このように、被処理水の通水方向の下流側の小脱塩室において、アニオン交換体の脱塩能力、つまりイオン交換能力を下げることにより、被処理水中でイオン化しないアニオン成分がアニオン交換体に捕捉されることを抑制することができる。したがって、被処理水中でイオン化しないアニオン成分、特にシリカが、小脱塩室12,14内のアニオン交換体に堆積することが抑制される。その結果、アニオン交換体の電気抵抗値の上昇にともなう運転電圧の上昇を抑制することができる。
Thus, in the small desalination chamber downstream in the direction of water flow of the water to be treated, anion components that are not ionized in the water to be treated are reduced by reducing the desalting ability of the anion exchanger, that is, the ion exchange capacity. It can suppress that it is trapped by. Therefore, the anion component that is not ionized in the water to be treated, particularly silica, is suppressed from being deposited on the anion exchanger in the
なお、第2の小脱塩室14を通過した処理水中には、イオン化しないアニオン成分が残存することとなる。しかしながら、イオン化しないアニオン成分は、水の導電率にほとんど影響を与えない。したがって、処理水の用途によっては、イオン化しないアニオン成分が残存していても良い。
In the treated water that has passed through the second
図1に示す構成では、被処理水は、第1の小脱塩室12へ通された後に第2の小脱塩室14へ通される。この構成に代えて、被処理水は、第2の小脱塩室14へ通された後に第1の小脱塩室12へ通されても良い。この場合、塩基性度が最も小さいアニオン交換体が、第2の小脱塩室14(第2の区画14a)に充填されておらず、第1の小脱塩室12に充填されている。これにより、被処理水は、塩基性度が最も小さいアニオン交換体が含まれていない方の小脱塩室(第2の小脱塩室14)に通水された後に、他方の小脱塩室(第1の小脱塩室12)に通水されることになる。この場合であっても、下流側の小脱塩室内のアニオン交換能力を下げることで、アニオン交換体の電気抵抗値の上昇にともなう運転電圧の上昇を抑制することができる。
In the configuration shown in FIG. 1, the water to be treated is passed through the first
このように、被処理水の通水方向はどちら方向であっても良い。ただし、カチオン成分を除去しやすいという利点を考慮すると、被処理水は第1の小脱塩室12へ通された後に第2の小脱塩室14へ通される方が良い。カチオン成分をカチオン交換体に補足する際にイオン化したアニオン成分が多く残存していると、残存したアニオン成分の量に対応した量の水素イオンが被処理水中に生じ、水素イオンの濃度が高まることになる。そのため、カチオン交換体の脱塩性、つまり被処理水中のカチオン成分の補足能力が低下する。本発明の装置では、第2の小脱塩室14にはカチオン交換体が充填されているのに対して第1の小脱塩室にはカチオン交換体が充填されていないため、まず第1の小脱塩室12に被処理水を通した方が効率的にアニオン成分を除去することができる。このように第1の小脱塩室12でなるべく多くのアニオン成分を除去できるので、後の第2の小脱塩室14内のカチオン交換体で効率的にカチオン成分を除去できることになる。
In this way, the direction of water to be treated may be either direction. However, considering the advantage of easily removing the cation component, it is better that the water to be treated is passed through the first
図2は、脱塩処理部10の構成の代替例を示している。脱塩処理部10は、第1の小脱塩室12と、中間イオン交換体13と、第2の小脱塩室14と、を有する。第2の小脱塩室14は、中間イオン交換体13を介して第1の小脱塩室12と隣接している。第1の小脱塩室12にはアニオン交換体が充填されている。第2の小脱塩室14には、カチオン交換体およびアニオン交換体が充填されている。ただし、第2の小脱塩室14は区分けされておらず、カチオン交換体とアニオン交換体とは混合(混床)している。なお、上述したように、被処理水の通水方向はどちら方向であっても良い。
FIG. 2 shows an alternative example of the configuration of the
第1の小脱塩室12と第2の小脱塩室14に充填されたアニオン交換体のうち、最も塩基性度が小さいアニオン交換体は、第1の小脱塩室12と第2の小脱塩室14のいずれか一方に含まれている。被処理水は、最も塩基性度が小さいアニオン交換体が含まれていない方の小脱塩室(図2に示す通水方向では第1の小脱塩室12)に通された後、他方の小脱塩室(図2に示す通水方向では第2の小脱塩室14)に通される。
Of the anion exchangers filled in the first
また、第2の小脱塩室14にアニオン交換体とカチオン交換体を混合して充填した場合、中間イオン交換膜14は、アニオン交換膜が好ましい。
When the second
図3は、第2の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成を示している。この脱イオン水製造装置は、陰極室24と、陽極室26と、濃縮室20,22,60,62と、複数の脱塩処理部10と、を備えている。図3では3つの脱塩処理部10が示されているが、脱イオン水製造装置は、2以上の脱塩処理部10を備えていて良い。脱塩処理部10同士の間には濃縮室60,62が設けられている。
FIG. 3 shows a schematic configuration of an electric deionized water production apparatus according to the second embodiment. The deionized water production apparatus includes a
陰極室24、陽極室26及び濃縮室20,22,60,62は、第1の実施形態で説明したものと同様の構成を有していて良い。また、脱塩処理部10は、第1の実施形態で説明したものと同様の構成を有しており、中間イオン交換膜13を介して隣接する一対の小脱塩室12,14を備えている。
The
被処理水は、各々の脱塩処理部10の第1の小脱塩室12に通水される。各脱塩処理部10において、第1の小脱塩室12を通過した被処理水は、第2の小脱塩室14へ通される。もっとも、第1の実施形態で説明したように、被処理水は、第2の小脱塩室14へ通された後に第1の小脱塩室12に通されても良い。被処理水の通水方向は、全ての脱塩処理部10で同一方向であっても良く、脱塩処理部10ごとに異なっていても良い。
The water to be treated is passed through the first
各々の脱塩処理部10において、塩基性度が最も小さいアニオン交換体が第1の小脱塩室12と第2の小脱塩室14のいずれかに含まれている。そして、被処理水は、塩基性度が最も小さいアニオン交換体が含まれていない方の小脱塩室に通水された後に、他方の小脱塩室に通水される。これにより、第1の実施形態と同様、イオン化しないアニオン成分、特にSiO2がアニオン交換体に堆積することによって生じる運転電圧の上昇を抑制することができる。
In each
また、全ての脱塩処理部10の構成は、互いに同一であっても良く、互いに異なっていても良い。例えば、複数の脱塩処理部10のうちのいずれかが図2に示す構成を有していても良い。
Moreover, the structure of all the
次に、図3に示す構成を有する脱イオン水製造装置を用いて、脱イオン水製造装置の運転電圧と処理水の比抵抗値とを測定した結果について説明する。 Next, the results of measuring the operating voltage of the deionized water production apparatus and the specific resistance value of the treated water using the deionized water production apparatus having the configuration shown in FIG. 3 will be described.
陰極室24および陽極室26の寸法は、300mm×80mm×4mmとした。陰極室24には、アニオン交換樹脂を充填した。陽極室26には、カチオン交換樹脂を充填した。濃縮室20,22,60,62の寸法は、300mm×80mm×5mmとした。濃縮室20,22,60,62には、アニオン交換樹脂を充填した。
The dimensions of the
各脱塩処理部10の第1の小脱塩室12および第2の小脱塩室14の寸法は、300mm×80mm×10mmとした。ここで、第2の小脱塩室14において、第1の区画14aと第2の区画14bの体積比は1対1とした。中間イオン交換膜13をアニオン交換膜とした。
The dimensions of the first
被処理水は、軟化してRO膜を通した後に、第1の小脱塩室12から第2小脱塩室14へ通水した。被処理水の流量は180[L/h]とした。濃縮水の流量は30[L/h]であり、電極水の流量は、10[L/h]である。脱塩処理前の被処理水の導電率は10±1[μS/cm]であった。脱塩処理前の被処理水の炭酸濃度は約15[mg/L]であり、脱塩処理前の被処理水のシリカ濃度は約1[mg/L]であった。陰極室24と陽極室26の間に印加する電流値は1.1[A]とした。
The treated water was softened and passed through the RO membrane, and then passed from the first
実施例として、各脱塩処理部10の第1の小脱塩室12にI形強塩基性アニオン交換樹
脂を単床充填した。各脱塩処理部10の第2の小脱塩室14において、第1の区画14aにカチオン交換樹脂を充填し、第2の区画14bにII形強塩基性アニオン交換樹脂を充填
した。
As an example, the first
また、比較例として、第2の小脱塩室14の第2の区画14bに、第1の小脱塩室12に充填したアニオン交換体と同じI形強塩基性アニオン交換樹脂を充填した。第2の小脱
塩室14の第2の区画14bに充填したアニオン交換体の種類以外の条件は、実施例と比較例とで同じである。
As a comparative example, the
実施例および比較例の両方について、脱イオン水製造装置を1000時間の稼働し、運転電圧と、処理水の水質、ここでは処理水の比抵抗値を測定した。この測定の結果が以下の表1に示されている。 About both the Example and the comparative example, the deionized water manufacturing apparatus was operated for 1000 hours, and the operating voltage and the quality of the treated water, here, the specific resistance value of the treated water were measured. The results of this measurement are shown in Table 1 below.
処理水の比抵抗値は、実施例と比較例との間でほとんど差がない。これは、被処理水の水質がほとんど変わらないことを意味している。 There is almost no difference in the specific resistance value of the treated water between the examples and the comparative examples. This means that the quality of the water to be treated is hardly changed.
一方で、比較例の運転電圧は、実施例の運転電圧よりも著しく大きい。これは、実施例の第2の小脱塩室14で使用したII形強塩基性アニオン交換樹脂が、I形強塩基性アニオ
ン交換樹脂の塩基性度よりも低いことが影響しているためと考えられる。
On the other hand, the operation voltage of the comparative example is significantly larger than the operation voltage of the example. This is because the type II strong basic anion exchange resin used in the second
以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。 Although the preferred embodiments of the present invention have been presented and described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is understood that various changes and modifications can be made without departing from the gist. I want to be.
10 脱塩処理部
12 第1の小脱塩室
13 中間イオン交換膜
14 第2の小脱塩室
14a 第1の区画
14b 第2の区画
20,22,60,62 濃縮室
24 陰極室
26 陽極室
30 アニオン交換膜
32 カチオン交換膜
41 連結管
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1の小脱塩室と中間イオン交換膜を介して隣接し、カチオン交換膜を含むイオン交換膜と前記中間イオン交換膜とにより区画され、カチオン交換体及びアニオン交換体が充填された第2の小脱塩室と、を有し、
前記第1の小脱塩室と前記第2の小脱塩室に充填された前記アニオン交換体のうち、最も塩基性度が小さいアニオン交換体が前記第1の小脱塩室と前記第2の小脱塩室のいずれか一方に含まれており、
被処理水が、前記最も塩基性度が小さいアニオン交換体が含まれていない方の小脱塩室に通水された後に、他方の小脱塩室に通水される、電気式脱イオン水製造装置。 A first small desalting chamber partitioned by an anion exchange membrane and an intermediate ion exchange membrane and filled with an anion exchanger;
Adjacent to the first small desalting chamber through an intermediate ion exchange membrane, partitioned by an ion exchange membrane including a cation exchange membrane and the intermediate ion exchange membrane, and filled with a cation exchanger and an anion exchanger 2 small desalting chambers,
Among the anion exchangers filled in the first small desalting chamber and the second small desalting chamber, the anion exchanger having the lowest basicity is the first small desalting chamber and the second small desalting chamber. Included in one of the small desalination chambers of
Electrically deionized water in which the water to be treated is passed through the other small desalting chamber after passing through the small desalting chamber that does not contain the anion exchanger having the smallest basicity. manufacturing device.
前記被処理水が、前記第1の小脱塩室に通水された後に、前記第2の小脱塩室に通水される、請求項1に記載の電気式脱イオン水製造装置。 The anion exchanger having the smallest basicity is filled in the second small desalting chamber,
The electric deionized water production apparatus according to claim 1, wherein the water to be treated is passed through the first small desalting chamber and then passed through the second small desalting chamber.
前記第1の小脱塩室と前記第2の小脱塩室のうち、後に通水される小脱塩室に充填されているアニオン交換体は、II型強塩基性アニオン交換樹脂、中塩基性アニオン交換樹脂及
び弱塩基性アニオン交換樹脂の少なくともいずれかである、請求項1又は2に記載の電気式脱イオン水製造装置。 Of the first small desalting chamber and the second small desalting chamber, the anion exchanger filled in the small desalting chamber to be previously passed is an I-type strongly basic anion exchange resin. ,
Among the first small desalting chamber and the second small desalting chamber, the anion exchanger filled in the small desalting chamber to be passed later is a type II strongly basic anion exchange resin, a medium base The electric deionized water production apparatus according to claim 1 or 2, which is at least one of a basic anion exchange resin and a weakly basic anion exchange resin.
前記第2の小脱塩室を介して前記第1の小脱塩室とは反対側に設けられた第2の濃縮室と、
前記第1の濃縮室を介して前記第1の小脱塩室とは反対側に設けられた陽極と、
前記第2の濃縮室を介して前記第2の小脱塩室とは反対側に設けられた陰極と、を備えている、請求項1から3のいずれか1項に記載の電気式脱イオン水製造装置。 A first concentrating chamber provided on the opposite side of the second small desalting chamber via the first small desalting chamber;
A second concentrating chamber provided on the opposite side to the first small desalting chamber via the second small desalting chamber;
An anode provided on the opposite side of the first small desalination chamber via the first concentration chamber;
The electric deionization according to any one of claims 1 to 3, further comprising a cathode provided on the opposite side of the second small desalting chamber through the second concentration chamber. Water production equipment.
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