JP2019076858A - 電気式脱イオン水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な水質の脱イオン水を製造する。【解決手段】電気式脱イオン水製造装置１０は、陽極１１と陰極１２との間に位置する第１の脱塩ユニットＡと、第１の脱塩ユニットＡと陰極１２との間に位置する第２の脱塩ユニットＢとを有している。第１の脱塩ユニットＡは、第１の濃縮室Ｃ１と、少なくともアニオン交換体が充填された第１のアニオン除去室Ｄ１１と、少なくともカチオン交換体が充填されたカチオン除去室Ｄ１２とを有し、第２の脱塩ユニットＢは、第２の濃縮室Ｃ２と、少なくともアニオン交換体が充填された第２のアニオン除去室Ｄ２とを有している。第１のアニオン除去室Ｄ１１とカチオン除去室Ｄ１２と第２のアニオン除去室Ｄ２とは、被処理水が第１のアニオン除去室Ｄ１１、カチオン除去室Ｄ１２、および第２のアニオン除去室Ｄ２の順に通過するように接続されている。第１の脱塩ユニットＡの数は、第２の脱塩ユニットＢの数よりも多い。【選択図】図１

Description

本発明は、電気式脱イオン水製造装置に関する。

従来、脱イオン水の製造装置として、イオン交換体に被処理水を通水して脱イオンを行う装置が知られている。このような装置では、イオン交換体のイオン交換基が飽和して脱塩性能が低下したときに、酸やアルカリといった薬剤によってイオン交換体の再生を行う必要がある。具体的には、イオン交換基に吸着した陰イオンおよび陽イオンを、酸由来のＨ^＋およびアルカリ由来のＯＨ⁻でそれぞれ置き換える必要がある。近年、このような運転上の不利な点を解消することを目的として、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。

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装置である。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している。脱塩室は、アニオン交換膜およびカチオン交換膜を介してそれぞれ両側の濃縮室と隣接し、これらのイオン交換膜の間に充填されたイオン交換体（アニオン交換体およびカチオン交換体の少なくとも一方）を有している。

上記のように構成された電気式脱イオン水製造装置で脱イオン水（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た電極間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⁻、ＣＯ_３ ^２−、ＨＣＯ_３ ⁻、ＳｉＯ_２等）がアニオン交換体に吸着され、被処理水中のカチオン成分（Ｎａ^＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋等）がカチオン交換体に吸着されて、被処理水の脱イオン化（脱塩）処理が行われる。また、脱塩室では、アニオン交換体とカチオン交換体との界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（Ｈ_２Ｏ→Ｈ^＋＋ＯＨ⁻）。アニオン交換体に吸着されたアニオン成分は、その水酸化物イオンと交換されてアニオン交換体から遊離し、カチオン交換体に吸着されたカチオン成分は、その水素イオンと交換されてカチオン交換体から遊離する。遊離したアニオン成分は、アニオン交換体を伝ってアニオン交換膜まで電気泳動し、カチオン交換膜で電気透析されて濃縮室に移動する。一方、遊離したカチオン成分は、カチオン交換体を伝ってカチオン交換膜まで電気泳動し、カチオン交換膜で電気透析されて濃縮室に移動する。こうして濃縮室に移動したイオン成分は、濃縮室を流れる濃縮水によって排出される。

以上のように、電気式脱イオン水製造装置では、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（酸やアルカリ）として連続的に作用するため、薬剤によるイオン交換体の再生が基本的に不要であり、その結果、連続運転が可能になる。

ところで、比抵抗値の高い良好な水質の処理水を得るためには、カチオン交換体によるカチオン成分の除去と、アニオン交換体によるアニオン成分の除去の少なくとも一方を２回以上行う多段処理を実行することが効果的である。例えば、アニオン成分の除去とカチオン成分の除去とをこの順で１回ずつ行う場合には、初めに被処理水中のアニオン成分が除去されるが、水中では電気的中性が保たれるため、除去されたアニオン成分と当量の水酸化物イオンが被処理水中に放出される。そのため、アニオン成分がある程度除去された被処理水中では水酸化物イオンが過剰となり、アニオン交換体にアニオン成分（Ｃｌ⁻、ＣＯ_３ ^２−、ＨＣＯ_３ ⁻等）が吸着しにくくなる。その結果、アニオン交換体でアニオン成分を十分に除去しきれなくなり、この除去しきれなかったアニオン成分が処理水へリークしてしまう。このような場合、カチオン交換体によるカチオン成分の除去を行った後、再びアニオン交換体によるアニオン成分の除去を行うことで、アニオン成分の処理水へのリークを抑制することができる。

特許文献１には、被処理水が第１のアニオン除去用脱塩室、カチオン除去用脱塩室、および第２のアニオン除去用脱塩室の順で通水されて上述の多段処理が実行される電気式脱イオン水製造装置が開示されている。

特開２０１３−３９５１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電気式脱イオン水製造装置は、主に濃縮室内のスケール生成を抑制することを目的としたものである。そのため、第１のアニオン除去用脱塩室から濃縮室に排出されるシリカ量を低減するために、第１のアニオン除去用脱塩室でシリカ（ＳｉＯ_２）が極力除去されないようになっている。このような構成では、必然的にシリカより選択性の高いアニオン成分（Ｃｌ⁻、ＣＯ_３ ^２−、ＨＣＯ_３ ⁻等）も第１のアニオン除去用脱塩室からリークしてしまい、結果として、以下に示すように、弱酸性のアニオン成分（例えばシリカやホウ素）の濃度が十分に低減された処理水を得ることが困難になる。

アニオン成分を含む被処理水がカチオン除去用脱塩室に流入すると、カチオン除去用脱塩室では、そのアニオン成分と当量の水素イオンが水の電気分解によって発生する。この水素イオンが過剰になると、カチオン交換体に吸着してそのカチオン除去性能を低下させてしまい、被処理水中のカチオン成分を十分に除去することができなくなる。そして、カチオン成分がカチオン除去用脱塩室からリークして第２のアニオン除去用脱塩室に流入すると、第２のアニオン除去用脱塩室では、上述した水素イオンの発生と同様の原理で水酸化物イオンが発生し、それが過剰になると、アニオン交換体のアニオン除去性能を低下させてしまう。その結果、被処理水が弱酸性のアニオン成分を多く含む場合、それらを十分に除去することができなくなり、例えばシリカ濃度やホウ素濃度が十分に低減された処理水を得ることが困難になる。

そこで、本発明の目的は、良好な水質の脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明の電気式脱イオン水製造装置は、被処理水を処理して脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置であって、陽極と陰極との間に位置し、互いに隣接する複数の第１の脱塩ユニットと、複数の第１の脱塩ユニットと陰極との間、あるいは陽極と複数の第１の脱塩ユニットとの間に位置する少なくとも１つの第２の脱塩ユニットと、を有し、複数の第１の脱塩ユニットのそれぞれが、第１の濃縮室と、第１の濃縮室の陰極側でアニオン交換膜を介して第１の濃縮室に隣接し、少なくともアニオン交換体が充填された第１のアニオン除去室と、第１の濃縮室の陽極側でカチオン交換膜を介して第１の濃縮室に隣接し、少なくともカチオン交換体が充填されたカチオン除去室と、を有し、少なくとも１つの第２の脱塩ユニットのそれぞれが、第２の濃縮室と、第２の濃縮室の陰極側でアニオン交換膜を介して第２の濃縮室に隣接し、少なくともアニオン交換体が充填された第２のアニオン除去室と、を有し、第１のアニオン除去室とカチオン除去室と第２のアニオン除去室とは、被処理水が第１のアニオン除去室、カチオン除去室、および第２のアニオン除去室の順に通過するように接続されており、第１の脱塩ユニットの数が、第２の脱塩ユニットの数よりも多い。

このような電気式脱イオン水製造装置によれば、第１のアニオン除去室の数が相対的に多くなっているため、第１のアニオン除去室において、被処理水中のアニオン成分を十分に除去することができる。その結果、第１のアニオン除去室からアニオン成分がリークすることを最小限に抑え、ひいては、カチオン除去室からカチオン成分がリークすることを最小限に抑えることができる。これにより、第２のアニオン除去室のアニオン除去性能を最大限に発揮させることが可能になり、所望の処理水質を得ることが可能になる。

以上、本発明によれば、良好な水質の脱イオン水を製造することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示す概略図である。 本発明の第３の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示す概略図である。 本発明の第４の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示す概略図である。

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。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示す概略図である。

電気式脱イオン水製造装置１０は、電気泳動と電気透析とを組み合わせた装置であり、イオン交換体による被処理水の脱イオン化（脱塩）処理と、イオン交換体の再生処理とを同時に行う装置である。電気式脱イオン水製造装置１０は、陽極１１を備えた陽極室Ｅ１と、陰極１２を備えた陰極室Ｅ２と、陽極室Ｅ１と陰極室Ｅ２との間に設けられた２つの第１の脱塩ユニットＡと、２つの第１の脱塩ユニットＡと陰極室Ｅ２との間に設けられた第２の脱塩ユニットＢと、を有している。２つの第１の脱塩ユニットＡは、第１の中間イオン交換膜ｉ_ＡＡを介して互いに隣接し、第１の脱塩ユニットＡと第２の脱塩ユニットＢは、第２の中間イオン交換膜ｉ_ＡＢを介して互いに隣接している。また、陽極室Ｅ１は、陽極側イオン交換膜ｉ_Ｅ１を介して第１の脱塩ユニットＡに隣接し、陰極室１２は、陰極側イオン交換膜ｉ_Ｅ２を介して第２の脱塩ユニットＢに隣接している。

第１の脱塩ユニットＡのそれぞれは、第１の濃縮室Ｃ１と、第１の濃縮室Ｃ１の陰極１２側でアニオン交換膜ａ_１を介して第１の濃縮室Ｃ１に隣接する第１のアニオン除去室Ｄ１１と、第１の濃縮室Ｃ１の陽極１１側でカチオン交換膜ｋ_１を介して第１の濃縮室Ｃ１に隣接するカチオン除去室Ｄ１２と、を有している。また、第２の脱塩ユニットは、第２の濃縮室Ｃ２と、第２の濃縮室Ｃ２の陰極１２側でアニオン交換膜ａ_２を介して第２の濃縮室Ｃ２に隣接する第２のアニオン除去室Ｄ２と、を有している。

第１および第２のアニオン除去室Ｄ１１，Ｄ２にはそれぞれ、少なくともアニオン交換体が充填され、好ましくはアニオン交換体が単床形態で充填されている。このアニオン交換体としては、アニオン交換樹脂、アニオン交換繊維、モノリス状多孔質アニオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なアニオン交換樹脂が好適に用いられる。アニオン交換体の種類としては、弱塩基性アニオン交換体、強塩基性アニオン交換体等が挙げられる。

カチオン除去室Ｄ１２には、少なくともカチオン交換体が充填され、好ましくはカチオン交換体が単床形態で充填されている。このカチオン交換体としては、カチオン交換樹脂、カチオン交換繊維、モノリス状多孔質カチオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なカチオン交換樹脂が好適に用いられる。カチオン交換体の種類としては、弱酸性カチオン交換体、強酸性カチオン交換体等が挙げられる。

第１および第２のアニオン除去室Ｄ１１，Ｄ２とカチオン除去室Ｄ１２は、被処理水が第１のアニオン除去室Ｄ１１、カチオン除去室Ｄ１２、および第２のアニオン除去室Ｄ２の順に通過するように接続されている。より具体的には、２つの第１のアニオン除去室Ｄ１１からなる並列流路と、２つのカチオン除去室Ｄ１２からなる並列流路と、第２のアニオン除去室Ｄ２とが直列に接続されている。なお、２つの第１のアニオン除去室Ｄ１１と２つのカチオン除去室Ｄ１２とからなる流路構成はこれに限定されるものではなく、例えば、一方の第１のアニオン除去室Ｄ１１と一方のカチオン除去室Ｄ１２とからなる直列流路と、他方の第１のアニオン除去室Ｄ１１と他方のカチオン除去室Ｄ１２とからなる直列流路とが並列に接続されていてもよい。

第１の濃縮室Ｃ１は、第１のアニオン除去室Ｄ１１およびカチオン除去室Ｄ１２からそれぞれ排出されるアニオン成分およびカチオン成分を取り込み、それらを濃縮水によって外部に排出するために設けられている。また、第２の濃縮室Ｃ２は、第２のアニオン除去室Ｄ２から排出されるアニオン成分を取り込み、それらを濃縮水によって外部に排出するために設けられている。濃縮室Ｃ１，Ｃ２には、濃縮水として、例えば被処理水の一部または処理水（脱イオン水）の一部が同時に流入するようになっている。電気式脱イオン水製造装置１０の電気抵抗を抑えるために、各濃縮室Ｃ１，Ｃ２にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。

陽極室Ｅ１には、金属の網状体あるいは板状体からなる陽極１１が収容されている。陰極室Ｅ２には、金属の網状体あるいは板状体からなる陰極１２が収容されている。陽極室Ｅ１および陰極室Ｅ２には、電極水として、例えば被処理水の一部または処理水の一部が流入するようになっている。電気式脱イオン水製造装置１の電気抵抗を抑えるために、陽極室Ｅ１および陰極室Ｅ２にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。

第１の中間イオン交換膜ｉ_ＡＡは、陽極１１側の第１のアニオン除去室Ｄ１１と陰極１２側のカチオン除去室Ｄ１２との間に配置されたイオン交換膜である。その種類は、被処理水の水質や処理水（脱イオン水）に求められる水質、各除去室Ｄ１１，Ｄ１２に充填されるイオン交換体の種類などを考慮して選択することができる。第１の中間イオン交換膜ｉ_ＡＡは、例えば、アニオン交換膜またはカチオン交換膜の単一膜、あるいはバイポーラ膜である。

第２の中間イオン交換膜ｉ_ＡＢは、その陽極１１側に隣接する第１のアニオン除去室Ｄ１１に水酸化物イオンを供給して第１のアニオン除去室Ｄ１１内のアニオン交換体を再生する機能を有していることが好ましい。そのようなイオン交換膜としては、例えば、水の解離反応を促進させるバイポーラ膜が挙げられる。

陽極側イオン交換膜ｉ_Ｅ１は、カチオン交換体の再生に利用される水素イオンを隣接するカチオン除去室Ｄ１２に供給するために、少なくともカチオン交換膜を含むイオン交換膜であることが好ましく、具体的には、カチオン交換膜の単一膜、あるいはバイポーラ膜であることが好ましい。陽極側イオン交換膜ｉ_Ｅ１がカチオン交換膜の単一膜である場合、陽極室Ｅ１内の電極反応（２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻）で生成される水素イオンを通過させてカチオン除去室Ｄ１２に供給することができる。陽極側イオン交換膜ｉ_Ｅ１がバイポーラ膜である場合、水の解離反応により水素イオンを発生させてカチオン除去室Ｄ１２に供給することができる。

陰極側イオン交換膜ｉ_Ｅ２は、アニオン交換体の再生に利用される水酸化物イオンを隣接する第２のアニオン除去室Ｄ２に供給するために、少なくともアニオン交換膜を含むイオン交換膜であることが好ましく、具体的には、アニオン交換膜の単一膜、あるいはバイポーラ膜であることが好ましい。陰極側イオン交換膜ｉ_Ｅ２がアニオン交換膜の単一膜である場合、陰極室Ｅ２内の電極反応（２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→Ｈ_２＋２ＯＨ⁻）で生成される水酸化物イオンを通過させて第２のアニオン除去室Ｄ２に供給することができる。陰極側イオン交換膜ｉ_Ｅ２がバイポーラ膜である場合、水の解離反応により水酸化物イオンを発生させて第２のアニオン除去室Ｄ２に供給することができる。

引き続き図１を参照して、本実施形態の電気式脱イオン水製造装置の動作について説明する。

陽極１１、陰極１２間に直流電圧を印加した状態で、第１のアニオン除去室Ｄ１１、カチオン除去室Ｄ１２、および第２のアニオン除去室Ｄ２に被処理水を通水させる。このとき、第１および第２の濃縮室Ｃ１，Ｃ２には、例えば被処理水の一部を濃縮水として供給し、同様に、陽極室Ｅ１および陰極室Ｅ２には、例えば被処理水の一部を電極水として供給しておく。

まず、第１のアニオン除去室Ｄ１１では、被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ⁻、ＣＯ_３ ^２−、ＨＣＯ_３ ⁻、ＳｉＯ_２等）の大部分が、アニオン交換体に吸着されて除去される。第１のアニオン除去室Ｄ１１には、隣接する第１の中間イオン交換膜ｉ_ＡＡまたは第２の中間イオン交換膜ｉ_ＡＢを通じて水酸化物イオンが連続的に供給されている。この水酸化物イオンがアニオン交換体に吸着したアニオン成分と交換されることで、第１のアニオン除去室Ｄ１１内のアニオン交換体が再生される。水酸化物イオンと交換されてアニオン交換体から遊離したアニオン成分は、陽極１１、陰極１２間の電位差によって陽極１１側に引き寄せられ、アニオン交換膜ａ_１を通過して第１の濃縮室Ｃ１に移動する。第１の濃縮室Ｃ１に移動したアニオン成分は、濃縮水に取り込まれ、濃縮水と共に外部に排出される。

次に、カチオン除去室Ｄ１２では、被処理水中のカチオン成分（Ｎａ^＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋等）が、カチオン交換体に吸着されて除去される。カチオン除去室Ｄ１２には、隣接する第１の中間イオン交換膜ｉ_ＡＡまたは陽極側イオン交換膜ｉ_Ｅ１を通じて水素イオンが連続的に供給されている。この水素イオンがカチオン交換体に吸着したカチオン成分と交換されることで、カチオン除去室Ｄ１２内のカチオン交換体が再生される。水素イオンと交換されてカチオン交換体から遊離したカチオン成分は、陽極１１、陰極１２間の電位差によって陰極１２側に引き寄せられ、カチオン交換膜ｋ_１を通過して第１の濃縮室Ｃ１に移動する。第１の濃縮室Ｃ１に移動したアニオン成分は、濃縮水に取り込まれ、濃縮水と共に外部に排出される。

そして、第２のアニオン除去室Ｄ２では、被処理水中の、第１のアニオン除去室Ｄ１１で除去しきれなかったアニオン成分が、アニオン交換体に吸着されて除去される。第２のアニオン除去室Ｄ２には、隣接する陰極側イオン交換膜ｉ_Ｅ２を通じて水酸化物イオンが連続的に供給されている。この水酸化物イオンがアニオン交換体に吸着したアニオン成分と交換されることで、第２のアニオン除去室Ｄ２内のアニオン交換体が再生される。水酸化物イオンと交換されてアニオン交換体から遊離したアニオン成分は、陽極１１、陰極１２間の電位差によって陽極１１側に引き寄せられ、アニオン交換膜ａ_２を通過して第２の濃縮室Ｃ２に移動する。第２の濃縮室Ｃ２に移動したアニオン成分は、濃縮水に取り込まれ、濃縮水と共に外部に排出される。

このように、被処理水を第１のアニオン除去室Ｄ１１、カチオン除去室Ｄ１２、および第２のアニオン除去室Ｄ２に通過させることで、被処理水中のカチオン成分およびアニオン成分を除去することができ、処理水（脱イオン水）を製造することができる。

本実施形態では、第１の脱塩ユニットＡの数（２つ）が第２の脱塩ユニットＢの数（１つ）よりも多く、したがって、第１のアニオン除去室Ｄ１１の数が第２のアニオン除去室Ｄ２の数よりも多くなっている。このため、第１のアニオン除去室Ｄ１１において、被処理水中のアニオン成分を十分に除去することができる。その結果、第１のアニオン除去室Ｄ１１からアニオン成分がリークすることを最小限に抑え、ひいては、カチオン除去室Ｄ１２からカチオン成分がリークすることを最小限に抑えることができる。これにより、第２のアニオン除去室Ｄ２のアニオン除去性能を最大限に発揮させることが可能になり、被処理水がシリカ等の弱酸性のアニオン成分を多く含む場合にも、それらを十分に除去することで所望の処理水質を得ることが可能になる。

なお、第１の脱塩ユニットＡの数が第２の脱塩ユニットＢの数よりも多いため、最後に被処理水が流入する第２のアニオン除去室Ｄ２では、通水差圧の上昇が懸念される。そのため、第２のアニオン除去室Ｄ２の容積は、第１のアニオン除去室Ｄ１１およびカチオン除去室Ｄ１２のそれぞれの容積よりも大きいことが好ましい。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示す概略図である。

本実施形態は、各脱塩ユニットＡ，Ｂの構成や流路構成については第１の実施形態と同様であるが、第１の脱塩ユニットＡと第２の脱塩ユニットＢの配置が第１の実施形態と異なっている。具体的には、第１の実施形態では、２つの第１の脱塩ユニットＡと陰極室Ｅ２との間に第２の脱塩ユニットＢが配置されているが、本実施形態では、陽極室Ｅ１と２つの第１の脱塩ユニットＡとの間に第２の脱塩ユニットＢが配置されている。これに応じて、第２の中間イオン交換膜ｉ_ＡＢおよび陽極側イオン交換膜ｉ_Ｅ１のそれぞれの構成および機能も第１の実施形態と異なっている。具体的には、第２の中間イオン交換膜ｉ_ＡＢは、陽極１１側のアニオン交換体と陰極１２側のカチオン交換体との間にある点で、第１の中間イオン交換膜ｉ_ＡＡと同様のイオン交換膜であり、例えば、アニオン交換膜またはカチオン交換膜の単一膜、あるいはバイポーラ膜である。また、陽極側イオン交換膜ｉ_Ｅ１は、第２の濃縮室Ｃ２内のアニオン成分が陽極室Ｅ１に移動することを抑制する機能を有していることが好ましく、カチオン交換膜であることが好ましい。なお、陰極側イオン交換膜ｉ_Ｅ２は、陽極１１側にアニオン交換体が隣接している点で、第１の実施形態と同様の構成および機能を有している。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示す概略図である。

本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態の構成に対して、第１の脱塩ユニットＡおよび第２の脱塩ユニットＢをさらに追加した変形例である。すなわち、本実施形態では、陽極室Ｅ１と２つの第１の脱塩ユニットＡとの間にｎ個（ｎは１以上の整数）の第１の脱塩ユニットＡが追加され、第２の脱塩ユニットＢと陰極室Ｅ２との間にｍ個（ｍは１以上の整数）の第２の脱塩ユニットＢが追加されている。したがって、本実施形態の電気式脱イオン水製造装置１０は、ｎ＋２個の第１の脱塩ユニットＡと、ｍ＋１個の第２の脱塩ユニットＢとを有しているが、この場合にも、第１の脱塩ユニットＡの数は第２の脱塩ユニットＢの数よりも多くなっている（（ｎ＋２）＞（ｍ＋１））。これにより、第１の実施形態と同様に、第１のアニオン除去室Ｄ１１からアニオン成分がリークすることを最小限に抑えることができ、その結果、第２のアニオン除去室Ｄ２のアニオン除去性能を最大限に発揮させることができる。

追加された第１の脱塩ユニットＡは、上述した実施形態と同様の第１の中間イオン交換膜ｉ_ＡＡを介して互いに隣接し、追加された第２の脱塩ユニットＢは、第３の中間イオン交換膜ｉ_ＢＢを介して互いに隣接している。第３の中間イオン交換膜ｉ_ＢＢは、その陽極１１側に隣接する第２のアニオン除去室Ｄ２に水酸化物イオンを供給して第２のアニオン除去室Ｄ２内のアニオン交換体を再生する機能を有していることが好ましい。そのようなイオン交換膜としては、例えば、水の解離反応を促進させるバイポーラ膜が挙げられる。
本実施形態の流路構成は、被処理水が第１のアニオン除去室Ｄ１１、カチオン除去室Ｄ１２、および第２のアニオン除去室Ｄ２の順に通過するようになっている限り、特定の構成に限定されるものではない。ただし、製造が容易であるという観点から、ｎ＋２個の第１のアニオン除去室Ｄ１１からなる並列流路と、ｎ＋２個のカチオン除去室Ｄ１２からなる並列流路と、ｍ＋１個の第２のアニオン除去室Ｄ２からなる並列流路とが直列に接続されていることが好ましい。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の構成を示す概略図である。

本実施形態は、各脱塩ユニットＡ，Ｂの構成や流路構成については第３の実施形態と同様であるが、第１の脱塩ユニットＡと第２の脱塩ユニットＢの配置が第３の実施形態と異なっている。具体的には、第３の実施形態では、ｎ＋２個の第１の脱塩ユニットＡと陰極室Ｅ２との間にｍ＋１個の第２の脱塩ユニットＢが配置されているが、本実施形態では、陽極室Ｅ１とｎ＋２個の第１の脱塩ユニットＡとの間にｍ＋１個の第２の脱塩ユニットＢが配置されている。すなわち、本実施形態は、第２の実施形態に対して、陽極室Ｅ１と２つの第１の脱塩ユニットＡとの間にｎ個（ｎは１以上の整数）の第１の脱塩ユニットＡを追加し、第２の脱塩ユニットＢと陰極室Ｅ２との間にｍ個（ｍは１以上の整数）の第２の脱塩ユニットＢを追加した変形例でもある。したがって、第２の中間イオン交換膜ｉ_ＡＢおよび陽極側イオン交換膜ｉ_Ｅ１はそれぞれ、第２の実施形態と同様の構成および機能を有している。また、陰極側イオン交換膜ｉ_Ｅ２は、第１の実施形態（つまり第３の実施形態）と同様の構成および機能を有している。

（実施例）
次に、具体的な実施例を挙げて、本発明の効果について説明する。

本実施例では、図４に示す電気式脱イオン水製造装置において第１の脱塩ユニットの数が４つで第２の脱塩ユニットの数が２つのものを用いて、３０００時間の運転を行い、処理水質（処理水比抵抗、処理水中のシリカ濃度、処理水中のホウ素濃度）を測定した。被処理水として、導電率が４±１μＳ／ｃｍのＲＯ透過水（逆浸透膜によって分離された透過水）を用い、濃縮水および電極水として、同様のＲＯ透過水を用いた。運転時、処理流量（被処理水の流量）、濃縮水流量、および電極水流量は、それぞれ１００Ｌ／ｈ、１０Ｌ／ｈ、および５Ｌ／ｈであり、運転電流（電極間に流す電流値）は０．５Ａである。

また、比較のために、実施例と脱塩ユニットの総数（６つ）は同じであるが第１の脱塩ユニットと第２の脱塩ユニットの割合が異なるものを用いて、実施例と同様の条件で測定を行った。具体的には、比較例１として、第１の脱塩ユニットの数および第２の脱塩ユニットの数が共に３つのものを用い、比較例２として、第１の脱塩ユニットの数が２つで第２の脱塩ユニットの数が４つのものを用いた。

実施例および比較例１，２に共通する各室の仕様は以下の通りである。なお、ＣＥＲはカチオン交換樹脂、ＡＥＲはアニオン交換樹脂の略である。
・陽極室：寸法１００×１００×１０ｍｍ ＣＥＲ充填
・陰極室：寸法１００×１００×１０ｍｍ ＡＥＲ充填
・第１のアニオン除去室：寸法１００×１００×１０ｍｍ ＡＥＲ充填
・カチオン除去室：寸法１００×１００×１０ｍｍ ＣＥＲ充填
・第２のアニオン除去室：寸法１００×１００×２０ｍｍ ＡＥＲ充填
・第１の濃縮室：寸法１００×１００×１０ｍｍ ＡＥＲ充填
・第２の濃縮室：寸法１００×１００×１０ｍｍ ＡＥＲ充填

表１に、実施例、比較例１、および比較例２における測定結果を示す。参考のために、表１には、第１および第２の脱塩ユニットのそれぞれの数、およびアニオン除去室の総容積も示している。ここで、アニオン除去室の総容積とは、第１および第２の脱塩ユニットの全てのアニオン除去室の容積を合計したものである。例えば、実施例では、容積が０．１Ｌの第１のアニオン除去室が４つ、０．２Ｌの第２のアニオン除去室が２つあることから、アニオン除去室の総容積は０．８Ｌとなる。

表１に示すように、実施例では、比較例１，２と比べて、処理水比抵抗が高く、処理水中のシリカ濃度とホウ素濃度が低く抑えられることが確認された。アニオン除去性能に関しては、従来の技術常識によれば、アニオン交換体との接触時間が長くなることから、アニオン除去室の容積が大きいことが有利であると考えられる。しかしながら、実施例では、比較例１，２と比べて、アニオン除去室の総容積が小さい（すなわち、アニオン交換樹脂の樹脂量が少ない）にもかかわらず、良好な処理水質が得られている。これは、実施例では、第１の脱塩ユニットの数が第２の脱塩ユニットの数よりも多いためであると考えられる。すなわち、処理水中のシリカ濃度とホウ素濃度を低減するには、最初に被処理水が流入する第１の脱塩ユニットの数を相対的に多くすることが有効であると考えられる。

１０ 電気式脱イオン水製造装置
１１ 陽極
１２ 陰極
Ａ 第１の脱塩ユニット
Ｂ 第２の脱塩ユニット
Ｃ１ 第１の濃縮室
Ｃ２ 第２の濃縮室
Ｄ１１ 第１のアニオン除去室
Ｄ１２ カチオン除去室
Ｄ２ 第２のアニオン除去室
Ｅ１ 陽極室
Ｅ２ 陰極室
ａ_１，ａ_２ アニオン交換膜
ｋ_１ カチオン交換膜
ｉ_ＡＡ 第１の中間イオン交換膜
ｉ_ＡＢ 第２の中間イオン交換膜
ｉ_ＢＢ 第３の中間イオン交換膜
ｉ_Ｅ１ 陽極側イオン交換膜
ｉ_Ｅ２ 陰極側イオン交換膜

Claims (8)

1. 被処理水を処理して脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置であって、
   陽極と陰極との間に位置し、互いに隣接する複数の第１の脱塩ユニットと、前記複数の第１の脱塩ユニットと前記陰極との間、あるいは前記陽極と前記複数の第１の脱塩ユニットとの間に位置する少なくとも１つの第２の脱塩ユニットと、を有し、
   前記複数の第１の脱塩ユニットのそれぞれが、
   第１の濃縮室と、
   前記第１の濃縮室の前記陰極側でアニオン交換膜を介して前記第１の濃縮室に隣接し、少なくともアニオン交換体が充填された第１のアニオン除去室と、
   前記第１の濃縮室の前記陽極側でカチオン交換膜を介して前記第１の濃縮室に隣接し、少なくともカチオン交換体が充填されたカチオン除去室と、を有し、
   前記少なくとも１つの第２の脱塩ユニットのそれぞれが、
   第２の濃縮室と、
   前記第２の濃縮室の前記陰極側でアニオン交換膜を介して前記第２の濃縮室に隣接し、少なくともアニオン交換体が充填された第２のアニオン除去室と、を有し、
   前記第１のアニオン除去室と前記カチオン除去室と前記第２のアニオン除去室とは、被処理水が前記第１のアニオン除去室、前記カチオン除去室、および前記第２のアニオン除去室の順に通過するように接続されており、
   前記第１の脱塩ユニットの数が、前記第２の脱塩ユニットの数よりも多い、電気式脱イオン水製造装置。
2. 互いに隣接する複数の前記第２の脱塩ユニットを有する、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
3. 前記複数の第１の脱塩ユニットが、第１の中間イオン交換膜を介して互いに隣接するとともに、第２の中間イオン交換膜を介して前記複数の第２の脱塩ユニットに隣接し、前記複数の第２の脱塩ユニットが、第３の中間イオン交換膜を介して互いに隣接する、請求項２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
4. 前記複数の第２の脱塩ユニットが、前記複数の第１の脱塩ユニットと前記陰極との間に位置し、
   前記第２の中間イオン交換膜が、該第２の中間イオン交換膜の前記陽極側に隣接する前記第１のアニオン除去室に水酸化物イオンを供給して該第１のアニオン除去室のアニオン交換体を再生する機能を有する、請求項３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
5. 前記複数の第２の脱塩ユニットが、前記陽極と前記複数の第１の脱塩ユニットとの間に位置する、請求項３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
6. 前記第３の中間イオン交換膜が、該第３の中間イオン交換膜の前記陽極側に隣接する前記第２のアニオン除去室に水酸化物イオンを供給して該第２のアニオン除去室のアニオン交換体を再生する機能を有する、請求項３から５のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
7. 前記被処理水として、弱酸を含む被処理水が供給される、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。
8. 前記被処理水として、逆浸透膜によって分離された透過水が供給される、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。

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