JP2018134599A - 電気式脱イオン水製造装置とこれを用いた水処理装置及び水処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、図面を参照して、本発明のEDIの第1の実施形態について説明する。
Va:アニオン交換体充填部Aの総容積
Va1:第1のアニオン交換体充填部A1の容積
Va2:第2のアニオン交換体充填部A2の容積
Vk:カチオン交換体充填部Kの総容積
Vk1:第1のカチオン交換体充填部K1の容積
Ha:アニオン交換体の総充填高さ
Hk:カチオン交換体の総充填高さ
W:脱塩室Dにアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときの第1のアニオン交換膜a1と第1のカチオン交換膜k1の間隔
S 脱塩室Dの奥行き
総容積は、複数のアニオン交換体充填部または複数のカチオン交換体充填部がある場合に、複数のアニオン交換体充填部の容積の合計、あるいは複数のカチオン交換体充填部の容積の合計を意味する。従って、図2(b)の場合、Va=Va1+Va2、Vk=Vk1である。総充填高さは、複数のアニオン交換体充填部または複数のカチオン交換体充填部がある場合に、複数のアニオン交換体充填部の高さの合計、あるいは複数のカチオン交換体充填部の高さの合計を意味する。従って、図2(b)の場合、Ha=Ha1+Ha2、Hk=Hk1である。なお、高さは被処理水の流れる方向と平行な方向に定義される。
アニオン交換体充填率Ra=Va/Va0=Va/(Ha×S×W)
カチオン交換体充填率Rk=Vk/Vk0=Vk/(Hk×S×W)
本実施形態ではVk>Vk0、かつVa>Va0であるが、VaについてはVa=Va0であってもよい。
図3は、本発明の第2の実施形態に係るEDI4の概略構成図である。第2の実施形態はアニオン交換体充填部Aに第1のバイポーラ膜BP1が、カチオン交換体充填部Kに第2のバイポーラ膜BP2が設けられている点を除き、第1の実施形態と同じである。具体的には、アニオン交換体充填部Aの陰極側に第1のバイポーラ膜BP1が、カチオン交換体充填部Kの陽極側に第2のバイポーラ膜BP2が設けられている。第1及び第2のバイポーラ膜BP1,BP2はアニオン交換膜BPaとカチオン交換膜BPkとを貼り合わせることで形成される。第1のバイポーラ膜BP1のアニオン交換膜BPaはアニオン交換体と接しており、第2のバイポーラ膜BP2のカチオン交換膜BPkはカチオン交換体と接している。バイポーラ膜は水分解反応を促進し電流をより流しやすくする作用がある。第1及び第2のバイポーラ膜BP1,BP2を設けることで、アニオン成分とカチオン成分の除去効率が高められる。
図4は、本発明の第3の実施形態に係るEDI4の概略構成図である。図5は脱塩室Dの概略斜視図であり、図5(a)はアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときの、図5(b)はアニオン交換体とカチオン交換体が充填されたときの脱塩室Dとアニオン交換膜及びカチオン交換膜を示している。第3の実施形態は脱塩室Dが2つの小脱塩室D1、D2に分割されている点を除き、第1の実施形態と同じである。具体的には、脱塩室Dは、第1のアニオン交換膜a1と第1のカチオン交換膜k1との間に位置する中間イオン交換膜xと、第1のアニオン交換膜a1と中間イオン交換膜xとによって仕切られた第1の小脱塩室D1と、第1のカチオン交換膜k1と中間イオン交換膜xとによって仕切られた第2の小脱塩室D2と、を有している。中間イオン交換膜xは、アニオン交換膜もしくはカチオン交換膜の単一膜、または、アニオン交換膜とカチオン交換膜の両方を備えた複合膜のいずれであってもよい。第1の小脱塩室D1と第2の小脱塩室D2は接続流路L5で直列接続されており、被処理水は第1の小脱塩室D1から第2の小脱塩室D2に流れる。
Va1:第1のアニオン交換体充填部A1の容積
Va2:第2のアニオン交換体充填部A2の容積
Vk1:第1のカチオン交換体充填部K1の容積(本実施形態ではVk1=0である)
Vk2:第2のカチオン交換体充填部K2の容積
Ha1:第1の小脱塩室D1に充填されたアニオン交換体の総充填高さ
Hk1:第1の小脱塩室D1に充填されたカチオン交換体の総充填高さ(本実施形態ではHk1=0である)
Ha2:第2の小脱塩室D2に充填されたアニオン交換体の総充填高さ
Hk2:第2の小脱塩室D2に充填されたカチオン交換体の総充填高さ
W1:脱塩室Dにアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときの第1のアニオン交換膜a1と中間イオン交換膜xとの間隔
W2:脱塩室Dにアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときの中間イオン交換膜xと第1のカチオン交換膜k1との間隔
S:脱塩室Dの奥行き
ここで、第2の小脱塩室D2について考えると、
Va0=Ha2×S×W2
Vk0=Hk2×S×W2
であり、
アニオン交換体充填率Ra=Va2/(Ha2×S×W2)
カチオン交換体充填率Rk=Vk2/(Hk2×S×W2)となる。
図6は、本発明の第4の実施形態に係るEDI4の概略構成図である。第4の実施形態はアニオン交換体充填部Aに第1のバイポーラ膜BP1が設けられる点を除き、第3の実施形態と同じである。具体的には、アニオン交換体充填部Aの陰極側に第1のバイポーラ膜BP1が設けられ、第1のバイポーラ膜BP1のアニオン交換膜BPaがアニオン交換体と接している。一般にアニオン交換体はカチオン交換体より電気抵抗が高く、電流が流れにくい。このため電流がカチオン交換体に流れやすくなり、この偏流の影響によりアニオン成分の除去効率が低下する可能性がある。バイポーラ膜はアニオン交換膜とカチオン交換膜の接合面における水の解離反応を促進するため、電流をより流しやすくする作用がある。このため、アニオン交換体充填部Aに第1のバイポーラ膜BP1を設けることで偏流が改善される。
図7は、本発明の第4の実施形態に係るEDI4の概略構成図である。第5の実施形態はカチオン交換体充填部Kに第2のバイポーラ膜BP2が設けられる点を除き、第4の実施形態と同じである。具体的には、カチオン交換体充填部Kの陽極側に第2のバイポーラ膜BP2が設けられ、第2のバイポーラ膜BP2のカチオン交換膜BPkがカチオン交換体と接している。第4の実施形態によって偏流が改善されるが、カチオン交換体充填部Kに流れる電流が減少する。このため、カチオン交換体充填部Kに第2のバイポーラ膜BP2を設け、カチオン交換体充填部Kに流れる電流を増加させることができる。
次にいくつかの実施例について述べる。各実施例と各比較例では1段の逆浸透膜(RO膜)で処理した水をEDIに供給した。表1の左欄に示す各脱塩室の構成に対応した実施例と比較例は、アニオン交換体充填率Raとカチオン交換体充填率Rkのみが異なる。処理水の比抵抗は大きいほどイオン成分が除去されていることを示し、Naイオン量はカチオンイオンの代表例であるNaイオンの処理水における濃度を示している。
2 RO装置
3 加熱手段
4 電気式脱イオン水製造装置(EDI)
D 脱塩室
D1 第1の小脱塩室
D2 第2の小脱塩室
C1 第1の濃縮室
C2 第2の濃縮室
E1 陽極室
E2 陰極室
a1 第1のアニオン交換膜
a2 第2のアニオン交換膜
k1 第1のカチオン交換膜
k2 第2のカチオン交換膜
x 中間イオン交換膜
Claims (8)
- 互いに対向する陽極室及び陰極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に位置し、前記陽極室側のアニオン交換膜と前記陰極室側のカチオン交換膜とで仕切られ、被処理水が流通する脱塩室と、
前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜を介してそれぞれ前記脱塩室に隣接する一対の濃縮室と、を有し、
前記脱塩室には、アニオン交換体が充填された少なくとも一つのアニオン交換体充填部と、カチオン交換体が充填された少なくとも一つのカチオン交換体充填部とが、前記被処理水の流通経路に沿って交互に配置され、
前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜は可撓性を有し、
前記アニオン交換体充填部の総容積をVa、
前記カチオン交換体充填部の総容積をVk、
前記脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記アニオン交換体充填部の容積をVa0、
前記脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記カチオン交換体充填部の容積をVk0、
アニオン交換体充填率RaをVa/Va0、
カチオン交換体充填率RkをVk/Vk0とするとき、
Rk>Ra≧1である、電気式脱イオン水製造装置。 - 前記アニオン交換体の総充填高さをHa、
前記カチオン交換体の総充填高さをHk、
前記脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜の間隔をW、
前記脱塩室の奥行きをSとしたときに、
前記アニオン交換体充填率RaはVa/(Ha×S×W)、
前記カチオン交換体充填率RkはVk/(Hk×S×W)である、請求項1に記載の電気式脱イオン水製造装置。 - 互いに対向する陽極室及び陰極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に位置し、前記陽極室側のアニオン交換膜と前記陰極室側のカチオン交換膜とで仕切られ、被処理水が流通する脱塩室と、
前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜を介してそれぞれ前記脱塩室に隣接する一対の濃縮室と、を有し、
前記脱塩室は、前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との間に位置する中間イオン交換膜と、前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜とによって仕切られた第1の小脱塩室と、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜とによって仕切られ、前記第1の小脱塩室と直列に接続された第2の小脱塩室と、を有し、
前記第1の小脱塩室と前記第2の小脱塩室に少なくとも一方には、アニオン交換体が充填された少なくとも一つのアニオン交換体充填部と、カチオン交換体が充填された少なくとも一つのカチオン交換体充填部とが、前記被処理水の流通経路に沿って交互に配置され、
前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜は可撓性を有し、
前記少なくとも一つのアニオン交換体充填部と、前記少なくとも一つのカチオン交換体充填部とが配置された小脱塩室において、
前記アニオン交換体充填部の総容積をVa、
前記カチオン交換体充填部の総容積をVk、
前記小脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記アニオン交換体充填部の容積をVa0、
前記小脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記カチオン交換体充填部の容積をVk0、
アニオン交換体充填率RaをVa/Va0、
カチオン交換体充填率RkをVk/Vk0とするとき、
Rk>Ra≧1である、電気式脱イオン水製造装置。 - 前記少なくとも一つのアニオン交換体充填部と、前記少なくとも一つのカチオン交換体充填部とが配置された小脱塩室において、
前記アニオン交換体の総充填高さをHa、
前記カチオン交換体の総充填高さをHk、
前記小脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜の間隔をW、
前記小脱塩室の奥行きをSとしたときに、
前記アニオン交換体充填率RaはVa/(Ha×S×W)、
前記カチオン交換体充填率RkはVk/(Hk×S×W)である、請求項3に記載の電気式脱イオン水製造装置。 - 前記アニオン交換体充填部の前記陰極側にアニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせた第1のバイポーラ膜が設けられ、前記第1のバイポーラ膜の前記アニオン交換膜が前記アニオン交換体と接している、請求項1から4のいずれか1項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
- 前記カチオン交換体充填部の前記陽極側にアニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせた第2のバイポーラ膜が設けられ、前記第2のバイポーラ膜の前記カチオン交換膜が前記カチオン交換体と接している、請求項5に記載の電気式脱イオン水製造装置。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載の電気式脱イオン水製造装置と、
前記電気式脱イオン水製造装置の上流側に設けられ、前記電気式脱イオン水製造装置に供給される被処理水を加熱する加熱手段と、を有する、水処理装置。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の電気式脱イオン水製造装置を用いた水処理方法であって、被処理水を40℃以上に加熱する工程と、40℃以上に加熱された前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置に供給して、前記電気式脱イオン水製造装置で処理する工程と、を有する、水処理方法。
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