JP3009221B2 - 電気脱イオン化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は電場の影響下液体中のイオンを移動させるよ
うにした新規な電気脱イオン化装置に関する。さらに特
定的には、本発明は大きな、高度に水和された、または
高荷電を有する、または弱イオン化されたシリカ、硫酸
塩、カルシウム、重金属、ならびに極性及びイオン化さ
れた有機物を包含する物質種を含む液体を精製するよう
にした電気脱イオン化装置に関する。

発明の背景 液体中のイオンや分子の濃度を低減することによる液
体の精製は大きな技術的興味の一分野となっている。液
体を精製及び分離するため、または液体混合物から特定
のイオンまたは分子の濃厚化液を得るために多くの方法
が使用されてきている。公知の方法は、電気透析、液体
クロマトグラフィ、膜濾過、逆浸透、イオン交換及び電
気脱イオン化を含んでいる。ここで使用される用語電気
脱イオン化は、イオン交換樹脂のようなイオン交換物質
がアニオン性隔膜及びカチオン性隔膜の間に配置されて
いる方法を指称する。対照的に、用語電気透析はアニオ
ン性隔膜とカチオン性隔膜との間に配置されたイオン交
換物質を使用しないそのような方法を指称する。電気脱
イオン化は液体からイオンを除去するのには全く効果的
であるけれども、大きな、高度に水和された、弱イオン
化されたまたは高荷電を有するある種の分子や錯体を適
切に除去する程度までにはまだ開発されていない。

電気脱イオン化によって液体を処理するための最初の
装置及び方法はコールスマンによって米国特許第2,689,
826号及び第2,815,320号に記載された。これらの特許の
うちの第１のものは、濃度減少室中の液体混合物内のイ
オンを、予め選定されたイオンを予め定められた方向に
移動させる電位差の影響下に、一連のアニオン性隔膜及
びカチオン性隔膜を介して、濃厚化室中の第２の液体分
量中へ除去するための装置及び方法を記載している。処
理下の液体分量はイオン数を減少させられるが第２の液
体分量は移動されたイオンで富化され、そしてそれらの
イオンを濃厚化された形で保持する。これらの特許のう
ちの第２のものは、アニオン性隔膜とカチオン性隔膜と
の間に配置されるフィルター材としてのイオン交換樹脂
製マクロポーラスビーズの使用を記載している。このイ
オン交換樹脂は、イオン移動のための通路として作用
し、そしてイオンの移動のために隔膜間の増大した導電
度ブリッジとしても機能する。これらの特許は、一技術
としての電気脱イオン化の基本的な構造枠組及び理論を
代表するものである。

著しく改善された電気脱イオン化システムは、より最
近にギウフリダ（Giuffrida）の米国特許第4,925,541号
及びギウフリダの米国特許第4,931,160号に開示されて
おり、これら両方の教示事項は参考のためそれら全体を
この明細書に導入する。しかし、これらのシステムは、
大きい、高度に水和された、弱イオン化された、または
高電荷を帯びたある種の分子または錯体を適切に除去で
きないという欠点をなおも有している。

樹脂の複極隔膜及び電気再生に依存する技術に関する
先行文献は、膜または樹脂の交差結合の役割を全く詳し
くは論じていない。これはおそらく、非常に高い膜透過
選択性が使用中の膜を横切って生じる大きな濃度勾配の
故に必要とされたと想定されてきたからである。また、
高純度水（すなわち脱イオン化されると共に大きなまた
は高度に水和された物質種を含まない水）の製造におい
て、イオンの移動が通常のイオン交換装置におけるよう
に「膜拡散律則」され、従って樹脂内のイオンの拡散速
度が重要ではないと想定されてきたようである。膜拡散
律則システムにおいては、移動速さの律則因子は、樹脂
とイオン種が存在する液体との間の界面に存在する「膜
境界層バリヤー」をイオン種が横切る能力である。

上記の想定は、水中に見出される典型的イオンの存在
下で抵抗の差異をほとんど示さない樹脂及び膜両者のAC
電気抵抗測定によって、強められてきている。従って、
成分の絶対抵抗は、ほとんど重要でないと考えられた
が、その理由は、電気脱イオン化システムが出発点で比
較的低い塩度を有する高純度水応用で使用される故にそ
の絶対抵抗が、電気脱イオン化システムにとっては小さ
い電力消費にのみ関係していたからであった。さらに
は、電気脱イオン化は、大きな、高度に水和された、ま
たは高度にイオン化された物質種を電気脱イオン化装置
使用供給流から除去する必要性を除くイオン交換軟化器
やスカベンジャーの下流で、しばしば用いられた。電気
脱イオン化システムの欠点は、電気脱イオン化によっ
て、供給水からの大きな、高度に水和された、または高
度に荷電された種の除去に比較的ほとんど興味を示さな
い水処理分野をもたらした。

膜拡散モデルは、実質的に均一な直径を有する高度に
交差結合された樹脂ビーズを電気脱イオン化装置中の慣
用樹脂の代りに置き換えたときにその信用性が強められ
た。電気脱イオン装置におけるそのような樹脂の使用
は、係属中の米国特許出願（シリアルNO、07/419,950;1
989年10月６日出願）の主題である。この変更は、樹脂
表面積の増加により、また系内の電気回路における活性
な樹脂の量の効果的な増加により、改善された成績をも
たらした。

慣用電気脱イオン化装置での前述の問題は、モデルと
してシリカを用いることによって例示されうる。水中に
一般的に見出されるその他の溶存物質と比較して、シリ
カは痕跡量で存在するにすぎない。しかしながら、その
除去は高純度水の製造において重要となり；供給水中に
存在するいずれの痕跡成分も、供給水が高純度形態とな
るように処理されるべき場合には、除去されなければな
らない。電気透析のような系がシリカを除去しないこ
と、及び電気脱イオン化及び電気再生技術はシリカを部
分的に除去するに残ぎないことは周知である。従って、
供給水流からシリカを適切に除去することができないこ
とは、最も大きな高純度応用のボイラー給水を含めた高
純度応用における上記技術の応用性を著しく低減する。

前に述べられた「膜拡散」モデルによれば、シリカは
余りイオン化されず、従って樹脂及び隔膜を介して移動
しない。しかし、そのような想定は、シリカ除去につい
ての電気脱イオン化装置の性能に関しての観察事項の説
明とならない。実質的に均一なビーズ直径樹脂への切り
替えは、供給水からの弱イオン化炭酸の完全除去を可能
としたが、シリカの除去についてはほとんどまたは全く
助けとならなかった。しかし、電気脱イオン化が高電圧
及び／または低流動速度で実施されるときには、シリカ
は樹脂によって捕捉されうる。そのように、シリカは樹
脂上ではイオン形態である筈であり、従って、「膜境界
層バリヤー」を介して良好に移動した筈である。しか
し、これらの場合でも、移動は完全に生じるわけではな
い。

文献は、シリカをイオン化しそして供給水からのその
除去を増長するために、より塩基性の形への水のpH調整
を示唆している。しかし、そのようなpH調整はシリカ除
去について中程度の効果しか与えないことが見出されて
いる。シリカを除去せずに、装置は、pH調整中に添加さ
れた水酸化物イオンを迅速に除去し、シリカを残留させ
る。樹脂の複極再生によってシリカを除去する試みは、
同じようにわずかな部分的な除去をもたらした。

シリカによって例示されたが、多くのその他の痕跡成
分は、電気透析、電気脱イオン化または複極／電気再生
技術によって供給水から適切にまたは容易に除去されな
い。若干の物質種は非常にゆっくり拡散し、あるいは非
常に強く結合してそれらが樹脂上の有効部位を用い尽し
かくして迅速に拡散するイオンを除去する樹脂の能力を
削減する。遅く拡散しまたは結合する物質種は、当工業
において「汚染質」と称される。この問題は、普通、ア
ニオン樹脂に関連しているが、この問題は多価カチオン
の存在下でカチオン樹脂において生ずることも知られて
いる。

またシリカによって例示されたが、多くの成分、殊に
有機酸、ならびにホウ素のような成分は、それらが弱く
イオン化されるだけであるので、供給水から除去される
のが困難であった。この場合、外的手段を用いて化合物
のより高いイオン化を与えるためにpHを調節することが
できる。しかし、高度に交差結合された樹脂を用いてい
る既存装置では、これは、除去されるべるイオンが、不
純物のイオン化を行なうのに必要とされた添加水素及び
水酸化物イオンよりもなおゆっくりと移動するので非効
果的方法であることが証されている。この状況は、過剰
の電気必要量または薬剤供給量をもたらす。

シリカの場合に、標準的条件下で運転される現在の電
気脱イオン化装置は、いずれの電圧または電流の条件下
でも約80％を越えるシリカを除去することができない。
ここで使用されるシリカ除去についての用語標準的条件
は、33cm流路、公称濃度低減化用及び濃厚化用流の流動
速度、５〜35℃、非極性反転、濃厚化用流中の９以下の
pH（直接、または濃度低減流を経ての水酸化物イオンの
移動による）、イオン化用薬剤の無添加、AC重畳電流
（以下ACオーバーレイと称することがある。）無し、供
給水中の少なくとも1ppmの溶存シリカ、及び定常状態操
作を意味する。

標準的条件を用いての硫酸塩除去は、ほぼ66％の限度
を有する。ここでの目的のためには、硫酸塩除去につい
ての用語標準的条件は、91cm流路、単一段階、１セル対
当り645cm²の有効膜面積、200ml/（分−セル対）の流
量、67〜80％の製品水回収率、15〜25℃、非極性反転、
ACオーバーレイ無し、定常状態操作、ほぼ中性のpH及び
250ppm濃度の純粋硫酸ナトリウム溶液を含む供給流を意
味する。装置は約1.25アンペアの電流通過を与える印加
電圧で運転される。

定常状態条件下で、現在の電気脱イオン化装置は高度
に荷電された（すなわち３価またはそれ以上）イオンを
除去することもできない。現今のセル設計については、
セルを横切る電流を優に２倍にする電圧増加は、入力供
給レベルの約25％以下だけ高度荷電イオンの除去を増加
させるのに充分であるにすぎない。

最後に現在の電気脱イオン化装置は、定常状態条件下
で、大きいイオン（すなわち約200より大きな当量を有
するイオン）を除去することができない。現在のセル設
計については、セルを横切る電流を優に２倍にする電圧
増加は入力供給水準の約25％以下だけそのような大きな
イオンの除去を増加させるのに充分であるにすぎない。

シリカ、有機物及びある種の金属イオンを完全には除
去できないこと、及び汚染感受性の増大は、多数の水処
理応用における電気脱イオン化及びその他の方法の応用
性を著しく低減させる。従って、現今使用されている電
気脱イオン化システムは、軟化、有機物スカベンジング
処理、有機物のUV分解または逆浸透のような広い予備処
理工程を必要とすることが多い。またそれらはイオン交
換ポリッシングのような後処理を必要とすることも多
い。さらには、混合イオンを含む供給物においても、電
気脱イオン化は、高純度水製造のために最高効率で実施
できない。これらの欠点は、高純度処理システムのコス
ト及び複雑性を増加させ、それによりイオン交換及び逆
浸透のような伝統的技術を越える該方法の競争性を低減
させる。また、これらの欠点は、電気脱イオン化方法
の、水軟化、痕跡成分ポリッシング、電気メッキ、化学
合成及び精製、食品及び飲料加工、及び廃水処理応用の
ような水精製応用への応用性を低減させる。

発明の概要 本発明は電気脱イオン化操作における改善された分離
効率のための方法及び装置を提供し、そして大きい高度
水和物質種、高度荷電物質種またはほぼ中性のpHで弱く
イオン化されているのにすぎない物質種の低含量を有す
る高純度水の製造に殊に有用である。本発明は供給水流
からシリカのような成分を除去し、かくして電気脱イオ
ン化装置をボイラー給水を包めた多くの応用のための高
純度水の製造に使用されうるようにするために、殊に適
当である。

本発明の一面によれば、膜または樹脂を横切って除去
されるべきイオンの相対移動は、イオンに対する膜また
は樹脂の抵抗を低減することによって、水素イオン及び
水酸化物イオンに対比して増長される。電気脱イオン化
方法に関連して、装置はあるコンダクタンス値を有する
膜または樹脂を含み、かくして電圧またはpHのいずれか
の実質的な増加は膜を横切っての高度荷電または大きな
及び高度に水和されたイオンの移動を実質的に増大させ
ることができる。そのようなコンダクタンスは、電気脱
イオン化装置の少なくとも一つの区画室において、低交
差結合イオン交換膜または低交差結合イオン交換樹脂を
使用することによって達成されうる。そのような膜また
は樹脂は、より高い交差結合度を有する膜または樹脂と
比較して、より大きな隙間水分含量、より大きな気孔寸
法及び低い荷電密度を有する。

ここで使用されるとき、低交差結合アニオン交換樹脂
は約６％未満の交差結合を有するものと定義され、そし
て低交差結合カチオン交換樹脂は約８％未満の交差結合
を有するものと定義される。イオン交換樹脂を介しての
移動について粒子拡散モデルに服従するイオン種につい
ては、上記の効果は、樹脂内を拡散しつつある種に対す
る物理的バリヤーの数を減少させることにより、また同
時に樹脂への種の電気的結合の可能性を低減させること
により、樹脂内移動を増長する。

一具体例において、樹脂は６％未満交差結合され、少
なくとも50％の水分含量を有するタイプＩアニオン樹脂
でよい。同様に、膜はそのような樹脂から作られうる。
電気脱イオン化装置におけるそのような材料の使用は、
プロセス水流中のシリカ含量を50ppb未満にまで、そし
て若干の場合には5ppb未満にさえ低減させうる系をもた
らすことが見出された。またこの装置は、代りにまたは
さらに加えて、８％未満交差結合されたカチオン材料を
含んでいてよい。これは、カルシウムのような種の増強
された除去を可能とさせる。装置は、さらに代りにまた
は加えて、６％またはそれ以下交差結合されたタイプII
樹脂を含む区画または膜を含んでいてよい。これは硫酸
塩の増強された除去を可能とさせる。

本発明のもう一つの面によれば、電気脱イオン化方法
は、物質種の運動に対する全体的な電気抵抗を低減させ
る条件を適用することにより改良される。これは、脱イ
オン化法を、濃厚液流中における高pH（すなわち9.5よ
り大きいpH）の条件下で、または濃厚液流中の高速度
（すなわち通常の速度の少なくとも３倍の速度）の条件
下で、実施することにより達成されうる。結果は、高い
濃厚液pHまたは高い濃厚液速度のいずれかの条件下でAC
オーバーレイを適用することによりさらに改善されう
る。

本発明の装置及び方法は、電気脱イオン化操作におい
て大きいまたは高度水和化された物質種、また高度荷電
または弱イオン化物質種の増長された除去を可能とさせ
る。ここに示したように、大きなイオンは、約200より
大きな電気化学当量を有するイオンであると意図されて
おり、高度水和イオンは、カリウムまたは塩素イオンの
水和価の少なくとも２倍の水和価を有するイオンである
と意図されており、高度荷電イオンは少なくとも３の原
子価を有するイオンであると意図されており、そして弱
イオン化イオンはpKaに基き＋3.0よりも大きな解離定
数、またはpKbに基き＋11.0より小さい解離定数を有す
るイオンであると意図されている。

本発明は、また膜汚染を低減させ、pH調節によりある
種の物質種の差除去を可能とし、そして電気脱イオン化
操作が精製または分離のために使用されても、全体的に
その操作における一層効果的分離を可能とする。

従って電気脱イオン化装置及び方法の性能を改良する
ために特殊化イオン交換樹脂及び隔膜の使用を組合せる
ことは本発明の一目的である 本発明のもう一つの目的は、電気脱イオン化を用いて
供給水からの大きいまたは高度水和イオンの除去を増長
することである。

本発明のもう一つの目的は、電気脱イオン化を用いて
供給水からの、ほぼ中性のpHでわずかに弱くイオン化さ
れている物質の除去を増長することである。

本発明のもう一つの目的は、極性またはイオン化有機
物のような遅拡散性分子によりまたは重金属イオンまた
はリン酸塩類のような高原子価イオンにより引き起され
る電気脱イオン化装置中の汚染の水準を低減することで
ある。

本発明のもう一つの目的は電気脱イオン化を用いて供
給水からの極性及びイオン化有機物、及び重金属の除去
を増長することである。

本発明のもう一つの目的は、アニオン樹脂対カチオン
樹脂の電導率を増大して最適電気脱イオン化性能のため
により高いカチオン：アニオン樹脂比を可能とすること
である。

本発明のもう一つの目的は、水素及び水酸化物イオン
の移動効率に相対して不純物イオンの移動効率を改善し
て不純物イオンの増大した移動を可能とすることであ
る。

本発明のもう一つの目的は、低及び高交差結合樹脂に
おける異なる拡散速度に依存する特殊な化学精製、分別
及び合成のために電気脱イオン化装置の使用を可能とす
ることである。

本発明のもう一つの目的は、ある種の廃水及び／また
は再循環流に対して電気脱イオン化装置の運転を可能と
することである。

本発明のさらにもう一つの目的は、電気脱イオン化プ
ロセス水がボイラー供給応用において使用されうるよう
に供給水からシリカを約５〜50ppbの水準まで除去する
ための手段を提供することである。

図面の簡単な記載 図１は本発明の電気脱イオン化装置の分解組立図であ
る。

図２は本発明の装置の操作を説明する略図である。

図３は本発明の装置の電極に隣接して配置されるスペ
ーサー構造物の描写である。

図４は本発明の装置の濃厚化室を含む柔軟性スペーサ
ー構造物の描写である。

図５は本発明の装置の濃度低減化室を示す描写であ
る。

図６は図５の構造体への液体導入手段の詳細図であ
る。

図７は本発明の電気脱イオン化装置を用いての、タイ
プＩのアニオン樹脂についての交差結合の関数としての
シリカ除去をプロットしたグラフである。

発明の詳細な記載 以下に記載される装置は、全体的な構成においては、
米国特許4,931,160に記載されているものと実質的に同
じである。しかしながら本発明はかかる装置における隔
膜及び樹脂の組成、ならびにかかる装置の操作の改良さ
れた方法に関している。

電気脱イオン化装置が提供され、その装置における各
電気脱イオン化電気段階は、アノード、カソード及びそ
れらの区画室、一連の濃厚化区画室、及びアニオン交換
樹脂及びカチオン交換樹脂の混合物のようなイオン交換
物質を含む一連の濃度低減化区画室を含む。濃度低減化
区画室には入口及び出口手段が設けられており、かくし
て精製されるべき水は各段階において所与のアノード及
びカソード対の間の少なくとも一つの濃度低減化室を通
過させられる。改善されたイオン除去効率はギウフリダ
の米国特許第4,931,160号に記載されている多段通過方
法によって得られる。

濃度低減化区画室は、イオン交換樹脂混合物が独立し
た個別のサブ区画室に収容されるように形成され、サブ
区画室の各々は約10.2cmまたはそれ以下、好ましくは約
1.3及び約3.8cmの間の幅を有する。個別のサブ区画室
は、アニオン透過性膜及びカチオン透過性膜の両者を、
濃度低減化区画室の周辺に対し、及び濃度低域室の厚さ
にわたりそして全長に沿って延在するリブに対して、例
えば接着により、固定して、各サブ区画室の壁が対向す
るリブの対により画定され、アニオン透過性交換膜及び
カチオン透過性膜によってサブ区画室の対向する床及び
天井を形成させるようにして、作成される。固体のイオ
ン交換材料はサブ区画室内に配置され、リブ及びイオン
交換膜によってサブ区画室間の移動を束縛されている。
代表的な固体のイオン交換材料は、繊維、またはビーズ
等を包含する。イオン交換ビーズを使用する場合、典型
的なビーズ直径は約0.1cmまたはそれ以下、好ましくは
約0.076cm及び約0.030cm間の直径（20〜50メッシュ）で
ある。

電気脱イオン化装置は、単一または複数の段階を含み
うる。各段階において、アノードは、濃度低減化及び濃
厚化区画室のスタックの、カソードが配置される端部か
ら見て、反対の端部に配置される。各アノード及びカソ
ードは隣接電極スペーサー及びイオン透過性膜を備えて
おり、電解液がその電極スペーサー内を通る。各段階の
残りの部分は、ここに示されるように構成される一連の
交互の濃度低減化及び濃厚化区画室からなる。イオンの
濃度を低減されるべき液体は、各段階中の各濃度低減化
区画室内を並行に通過させられて、濃度低減化室内の第
１液体から濃厚化室内の第２液体中へのイオンの除去を
実施することができる。濃度低減化区画室内の流動方向
は限定的ではなく、隣接区画室または濃厚化区画室内の
流動方向と同じであるか、反対の方向であってよい。複
数の段階を用いるときには、上流段階中の濃度低減化区
画室から取り出される液体は次の隣接下流段階中の濃度
低減化区画室中へ、直列に、導かれてよい。あるいは供
給水が、第２段階をなす濃度低減化区画室において対向
流関係で導かれてもよい。電解質液は、電気脱イオン化
装置中の各電極に隣接するスペーサー内を通過させられ
てもよい。

濃度低減化区画室中のサブ区画室は、長期間にわたり
イオン濃度低減のために高効率を維持するために制御さ
れた厚さ及び幅を有することが重要である。サブ区画室
の厚さは約0.63及び約0.13cmの間、好ましくは約0.15と
0.32cmの間であるべきである。サブ区画室の幅は約0.76
及び約10.2cmの間、好ましくは約1.3及び約3.8cmの間で
あるべきである。実際の構成及び流体圧損失の考慮によ
って左右されることを除いて、区画室の長さについては
制限がない。

明白なように、サブ区画室の長さが長くなればなるほ
ど、その中の液体からのイオン除去は大きくなる。一般
的に、サブ区画室の長さは、約12.7cm及び約178cmの間
である。サブ区画室は、100％アニオン交換材料、100％
カチオン交換材料、またはこれら二つの混合物を含みう
る。ある特定のアニオンまたは特定のカチオンのみを除
去しようとするときには、適切なイオン交換樹脂100％
が用いられる。普通は、精製液体製品を製造するにはカ
チオン及びアニオンの両方を除去することが望まれる。
好ましい組成は以下さらに詳しく記載される。

ビーズのような強酸−塩基樹脂材料を使用するときに
は、先行技術電気脱イオン化システムで使用されるアニ
オン交換樹脂ビーズのカチオン交換樹脂ビーズに対する
比は容積で約70％〜30％である。しかしながら、本発明
においては、この比はより大きなカチオン交換樹脂の相
対量となるように変えられてよい。電気脱イオン化理論
において、除去されるカチオンのすべてに対して、対応
するアニオン除去がある筈であることが周知である。し
かしながら、慣用イオン交換樹脂においては、アニオン
交換樹脂中の拡散がカチオン交換樹脂中の拡散よりも遅
いので、慣用システムでは移動を増長するためにより大
量のアニオン交換樹脂を充填してきた。本発明における
ように、もし樹脂の選択性が、例えばより低交差結合の
樹脂の採用によって低減されると、濃度低減化流からの
イオン種は、より速い量率で樹脂を横切って移動するこ
とになる。従って大量のアニオン交換樹脂を充填する必
要性は除かれ、かくして同一容積内でより大量のカチオ
ン交換樹脂を使用できるようになり、改善された系の力
学がもたらされる。

濃度低減化区画室内でサブ区画室構造を用いることに
より、その中での液体とビーズとの効率的混合が達せら
れると共に濃度低減化区画室内での液体のチャネリング
が防止される。かかる構造は、濃度低減化区画室の容積
の一部分内におけるビーズの圧縮詰まりや運動から起こ
りうる問題を除く。従って、濃度低減化区画室液体から
イオンの除去を行なうための濃度低減化区画室内の液体
中のイオンとビーズ中のイオンとの間の効率的交換が達
成される。さらには、ここに示されるようにサブ区画室
の幾何形状を制御することにより、そして各段階におけ
る多数の濃度低減化区画室の使用によって、電気脱イオ
ン化装置のための比較的低いエネルギー必要量を、所望
の液体純度を得るのに、長期間にわたってさえも、使用
することができる。

図１を参照すると、電気脱イオン化装置10は、電極９
及び電極11に挟れた一つの段階12からなる。端板13に隣
接して、電極９を収容しそして所望のマニホールドを与
えるための端部ブロック17がある。電極スペーサー18は
端部ブロック17に隣接して配置され、そして電極スペー
サー18を通り抜ける液体の乱流を生じさせるスクリーン
19を含んでいる。イオン透過性膜20は電極スペーサー18
の周辺21にシールされている。柔軟性材料製のスペーサ
ー22はスクリーン24を含んでいる。スペーサー及びスク
リーン24は、本発明の電気脱イオン化装置の濃厚化区画
室をなしている。本発明の濃度低減化区画室は、イオン
透過性膜26、硬質材料製スペーサー28及びイオン透過性
膜30からなる。イオン透過性膜26及び30はスペーサー28
の両面上でスペーサー28の周辺32にシールされている。
混合された交換樹脂ビーズ34は、リブ（図示せず）を含
む中央スペース内に収容され、そして膜26及び30によっ
てその中に保持されている。段階12内で精製されるべき
液体は、スペーサー22及び28、及び膜26及び30からなる
少なくとも一つのユニットを通される。スペーサー22、
28、及び膜26、30からなるユニットは、段階12内に合理
的な液体流量容量を与えるために普通は約５〜100回繰
り返される。柔軟性材料製のスペーサー38及びスクリー
ン24とイオン交換膜40は、端部濃厚化区画室をなしてい
る。電極スペーサー42は電極11を収容している端部ブロ
ック44に隣接して配置される。端部板50は、端部ブロッ
ク電極アセンブリーの、電極スペーサー42に接する側と
反対の面上に隣接して配置される。ボルト56、58及び60
ならびに第４のボルト（図示せず）は、装置要素を所定
位置に保持するために装置10の全長にわたって延在して
いる。

図２を参照すると、種々の区画室中の液体の流路が説
明されている。示されているのは２段階装置であるが、
単一または多段階装置も同様に使用されうる。精製され
るべき液体は入口62に入り、濃度低減化区画室28を通過
し、次いで第２の濃度低減化区画室28を通されて、出口
64から回収される。濃度低減化区画室内の液体流動は、
各段階において一方向であってよいことは理解されるべ
きである。また液体は各段階において一つよりも多くの
濃度低減化区画室を流通するようにされうる。さらに
は、濃度低減化区画室からの液体希釈剤をいくつかの流
れに分割し、次いで第２の組の濃度低減化区画室に通過
させることができる。濃度化用液体は入口66を介して、
濃厚化区画室22内に、次いで出口68を通されて抜き出さ
れる。液体電解質は、入口70から電極区画室19及び42内
を循環され、そして出口72を介して放出され抜き出され
る。

図３を参照すると、電極スペーサー67は電解質入口7
0、電解質出口72、及びそれを通過する液体の乱流を起
こすためのスクリーン90を含む。

図４を参照すると、柔軟性材料製のスペーサー、例え
ばスペーサー38は、乱流液体流を生じさせるために中に
スクリーン95を配置したスペーサー38の内部に液体連通
を与える液体入口66と液体出口68を含んでいる。出口64
は隣接する濃度低減化区画室中への液体の通過を許容
し、そして入口62は隣接する濃度低減化区画室からの液
体の取出しを許容し、スペーサー38中に形成されている
濃厚化区画室中の液体と精製液体を混合させることがな
い。

図５及び６を参照すると、本発明の濃度低減化区画室
の構造が詳しく示されている。濃度低減化区画室は、硬
質スペーサー（例えばスペーサー28）と、アニオン透過
性膜30及びカチオン透過性膜26を含んでいる。本発明に
有用なスペーサーの１タイプは、「デプリーション・コ
ンパートメント・アンド・スペーサー・コンストラクシ
ョン・フォ・エレクトロデアイオニゼーション・アパラ
タス」と題して1988年５月31日に発行された米国特許第
4,747,929号の主題であり、その教示事項はここに参照
のため導入される。イオン交換物質34は、膜26及び30、
壁105及びリブ99によって形成されたサブ区画室内に収
容されている。膜26及び30は、それらの全長にわたって
壁105及びリブ99に対してシールされている。膜26及び3
0は、硬質スペーサー28の周辺に対してもシールされて
おり、個々のサブ区画室98が相互に有効に単離される。
精製されるべき液体は入口にそしてサブ区画室98中へ入
り、サブ区画室においてそれは電圧に付されてアニオン
を膜30を介してそしてカチオンを膜26を介して通過させ
る。精製された液体は次いで出口102及びスペーサー出
口を経て通過し、スペーサー出口において、それは図２
の説明に従って捕集される。

本発明の一面において、精製されるべき液体は、有機
物のような特定の汚染物資を除去するために、電気脱イ
オン化段階に先立って予備処理されてもよい。軟化器−
スカベンジャー系を採用することができ、その系におい
て軟化器は特定のイオンを除去するためのカチオン交換
樹脂及びまたはアニオン交換樹脂を含むことができる。
スカベンジャーは、アニオン樹脂を汚染するタンニン
類、フミン酸類、フルボ酸類及びリグニン類を包含する
有機物のような汚染物質を除去するために、アニオン交
換樹脂を含んでいてよい。イオン交換樹脂はブライン
（NaCl）で効率的かつ簡単に再生されうる。しかしなが
ら、予備処理段階の必要性が本発明による低交差結合の
イオン交換樹脂及び膜の使用により著しく低減されうる
ことは銘記されるべきである。

また本発明は、スカベンジャーを用いない電気脱イオ
ン化応用、例えば「エレクトロデアイオニゼーション・
アパラタス・アンド・モジュール」と題して、1990年９
月11日に発行された米国特許第4,956,071号に記載され
ているもののような、極性反転系における、電気脱イオ
ン化応用のために殊に良く適しており、上記米国特許の
開示全体はここに参考のため導入される。極性反転系
は、高割合の二価不純物イオン種について機能するの
で、ここに記載されている膜／樹脂改変品を備えた系の
使用の利点は、そのような装置の性能をさらに増長する
ように作用するであろう。

低交差結合（シリカ及び多価イオンのため）または低
選択性（タイプII）樹脂（多価「小」アニオンのため）
の使用による改善された性能は、本発明の一面におい
て、水素または水酸化物イオンに比較しての、被除去イ
オンの相対的移動に関係している。

大きな多価の弱イオン化されてそして高度に水和化さ
れたイオン（すなわちカルシウム、硫酸塩及びシリカイ
オン）は、高度に交差結合されるか、または高選択性で
ある樹脂及び膜を介して移動するのが困難である。従っ
て、電気脱イオン化においては、これらの成分の存在に
よって、樹脂及び膜がより高い電気抵抗を示すようにさ
れ、それによって、より小さい低選択性のイオンと同一
速度でこれらの成分を除去するのには、より大きな電圧
勾配を必要とする。この現象はこれらの成分の除去に対
して有害でないように見える（なんとなれば、あたかも
この問題に対する明白な解決はモジュールを横切っての
電圧を上昇させ、それにより高い電気抵抗を克服するこ
とであるように見えるので）けれども、高度交差した、
または高選択性の樹脂を使用するモジュールについて
は、電圧の上昇はこれらの成分の改善された除去に最小
の効果を与えるだけにすぎないことが見出された。この
理由は、セル中で約３ボルトよりも大きい電圧におい
て、濃度低減化流の水が水素と水酸化物のイオンに分か
れることである。高度に交差結合された樹脂について
は、水素及び水酸化物のイオンは、樹脂及び膜中でこれ
らの成分よりもはるかに導電性である。かかる効果の結
果は、電圧の上昇が、所望の成分を除去するよりも新た
に生成される水素及び水酸化物のイオンのより多量の移
動のために単に作用するにすぎないということである。

驚くべきことに、この効果は低度の交差結合の、また
は低選択性樹脂を使用するときには軽減されることが発
見された。この理由は、樹脂のコンダクタンスが、水素
及び水酸化物のイオンに相対して、被除去成分に対して
より都合がよくなることにある。従って、低度交差結合
または低選択性樹脂を含んでいる電気脱イオン化装置に
おいて、イオンの移動は、水分解の生成物よりもむしろ
除去されるべき成分を助長する傾向がある。

本発明に関連して使用されうる樹脂の中でも下記のも
のがある； 上記樹脂は、一般に、多様な官能基を加えることがで
きるジビニルベンゼンで交差結合されたポリスチレンマ
トリックスからなる。タイプＩ樹脂は、CH₂N（CH₃）₃Cl
官能を含み、他方タイプII樹脂はCH₂NC₂H₄OH（CH₃）₂Cl
官能を含む。低度交差結合または低選択性樹脂からもた
らされる増大された性能は、種々のイオン型の種々の樹
脂のCDコンダクタンスを計測することにより測定され
た。DCコンダクタンスは、以下に記載の試験装置及び方
法を用いて計測された。

イオン交換樹脂は、設計によって、電流のすぐれた導
体であるので、種々の塩型の多様な樹脂の相対的電気抵
抗を測定することが可能である。測定はアニオン及びカ
チオン交換樹脂の両方について実施することができ、そ
して樹脂は、ビーズ、膜及び繊維を含む多様な形態であ
ってよい。慣用導電度ブリッジ法とは異なり、ここに記
載される方法は、交流ではなく、印加直流を用いる。

ここに記載される試験方法は、実際の電荷移動を測定
し、単にイオンの共鳴を測定するのものではないと信じ
られる。交流を用いる導電度ブリッジ法と異なり、本方
法は、イオン交換材料を用いる電気脱イオン化装置にお
けるより正確かつ真実の電気抵抗試験を与えるものと信
じられる。

DCコンダクタンス試験は下記のように実施された： 1. イオン交換材料の試料を種々の塩溶液と接触させる
ことにより種々のイオン型に調質した。これらの溶液
は、例えばNaOH、HClまたはNaClの４〜５％溶液からな
る。（シリカ型への樹脂予備処理については、樹脂は水
酸化物型にまず負荷され、次いでけい酸ナトリウム溶液
で処理された）。単一イオン型比較抵抗試験について
は、同じロットの試薬塩溶液を各被試験試料について使
用した。すべの試験用溶液は前以って調製され、そして
試験前に室温に達するようにされた。イオン交換樹脂の
ための典型的な予備処理及び調質方法は当分野で周知で
ある。これらの試験の目的のために、米国材料試験協会
（ASTM）の方法D2187のガイドラインに従った。

2. 各樹脂試料の約3cm³を試験セル中に置いた。そのセ
ルは樹脂を収容した閉鎖チャネルを有する透明プラスチ
ック枠からなっていた。そのチャネルは約4.5インチの
高さ、0.5インチの幅そして0.08インチの深さであっ
た。チャネルの頂部及び底は流体源へ接続され、樹脂内
を流体を流動させて試験前にそれを洗浄するようになっ
ている。対向する白金黒付き白金電極の対を、樹脂チャ
ネルがそれらの間に配置されるように樹脂チャネルの対
向側面に配置した。電極は直流源へ接続した。

3. 一旦調質された各樹脂試料をASTMタイプＩ試薬級の
水0.5ないし1.0Lを用いて水洗した。タイプＩの水は約
0.06μモー/cmの比コンダクタンス、約16.6MΩ/cmの比
抵抗及び約60分の過マンガン酸カリウム還元時間を有す
る。水洗工程は、残留塩が樹脂から除去され、かくして
そのような塩が樹脂の抵抗測定を妨害することがある可
能性を排除するようにする。

4. 樹脂を詰めたセルが水洗されたならば、小さいDC電
圧を電極を横切って印加した。電流は一定値（約0.100
アンペア）にセットされ、もたらされる電圧を直接に測
定した。各場合に、試験装置は、電圧リプルを１％未満
に低減させるキャパシタンスフィルターリングを有する
可変電圧供給源を用いた。

5. 電流及び電圧は所与の樹脂について既知であるか測
定されたので、相対抵抗は、抵抗値が電圧割る電流に等
しいとするオームの法則を用いて容易に決定された。

このDCコンダクタンス試験は、電流がチャネル中に含
まれた樹脂を通過するときに水が分解されそれにより被
試験溶液に水素及び水酸化物イオンが増加されるので、
一時的で変り易いことが、指摘される。そのような水分
解は水素及び水酸化イオンの濃度を増加させるので（及
び樹脂の抵抗測定への妨害を増加させるので）、抵抗測
定は、電流が最初に印加された後に迅速に行なわれる。
さらには、別個のまたは再調質された樹脂試料が、先行
実験からもたらされる水分解からの妨害を避けるため
に、各印加電流値について必要とされる。

下記表は、0.100アンペアの印加電流における相対電
気抵抗を示すものである。

（１） 4.5％交差結合タイプＩアニオン交換樹脂につ
いてのシリカ型での相対抵抗は、さらに低い電流密度で
の測定データから外挿された。

（２） 「BDL」を付けた値は、検出限度以下の値を表
わす。

表に示されたように、アニオン樹脂の場合に、より低
い交差結合が、水酸化物と相対的にみて成分イオンのコ
ンダクタンスを与える。事実、約４〜６％以下の交差結
合では、塩化物及び硫酸塩は水酸化物よりも実際に移動
するようである。樹脂において交差結合が４〜６％から
３〜４％になるとシリカは水素と比較して２倍以上移動
するようになる。６〜８％交差結合樹脂のシリカ移動
は、おそらく水酸化物移動が非常に大きいので、検出限
度以下であった。DCコンダクタンス試験は樹脂だけにつ
いて実施されたけれども、そのような樹脂から作られた
膜は同様な様式で作用するものと期待されることが指摘
される。

低交差結合または低選択性樹脂の使用に対する追加の
副次利益は、それらの絶対的コンダクタンスも改善され
ることである。従って、例えば４％交差結合アニオン交
換樹脂を、横切っての所与量の電流通過については、動
力消費が約50％低められる。この値は、樹脂のタイプ及
び交差結合度が変るにつれて、変動することになる。

濃厚流中の高速度及び／または高pHは、対象とする成
分の除去をさらに増長するのに使用されうる。さらに
は、性能増強は、ACオーバーレイの使用に伴なって見出
された。全ての場合に、このようなプロセス変更は、成
分（例えばシリカ）が樹脂及び膜を通り抜けた後に、濃
厚化流中へより迅速にその成分を放出する効果をもつと
信じられる。高速度は、「膜の濃厚液側と濃厚溶液本体
との間の物質移動を速度を向上させそれによりシリカ移
動を改善すると信じられる。高pHはシリカが膜から濃厚
流中へ移行するときにそれをイオン化された形に維持す
ると信じられる。高pHは、希釈化流中で必要であるよう
には見えないが、その理由は樹脂の電気再生が、流れの
本体のpHに関係なく、樹脂を水酸化物型に維持するよう
であるからである。もし濃厚流が高pHであるならば、お
そらくシリカの放出は、拡散によるのと同様にイオン的
に生じるので、高速度が重要であるとは考えられない。
本発明によるACオーバーレイの使用は境界層におけるシ
リカのような成分の拡散を改善する傾向があり、また高
速度及び／または高pH条件において水素及び水酸化物イ
オンと比較して目的成分のコンダクタンスを高める傾向
もある。

上記に加えて、濃厚化区画室中のスクリーンの代りに
イオン交換樹脂床を置き換えることにより、さらなるプ
ロセス増強が達成されうる。従って、結果の装置は、ア
ニオン交換膜とカチオン交換膜との間に配置されたイオ
ン交換樹脂からなる少なくとも一つの濃厚化区画室を含
む。濃度低減化区画室におけるように、樹脂を充填され
た濃厚化区画室は、100％アニオン交換樹脂、100％カチ
オン交換樹脂、またはそれらの樹脂の混合物を含みう
る。さらには、濃厚化区画室の樹脂床について選定され
た特定のアニオン対カチオン樹脂の比は、相隣れる濃度
低減化区画室の樹脂の比と同一であっても相異なってい
てもよい。イオン交換樹脂床で充填された濃厚化区画室
の使用はイオンコンダクタンスを改善し、それによりシ
リカ及び同様な不純物の除去を増長することが見出され
た。

上記のプロセス改良は、全体的精製レベルに関して及
び装置の電気抵抗の低減における両方で装置性能を増強
する傾向がある。

上記に鑑み、従来電気脱イオン化装置において使用さ
れてきたものよりも低い交差結合度を有するイオン交換
樹脂が、ここでは使用される。約８％と約10％の間の交
差結合及び約45％の水分含量を有する慣用の、または高
度交差結合カチオン樹脂を用いる慣用システムと異な
り、本システムは約２％と約６％の間の交差結合及び約
50％と約70％の間の水分含量を有するカチオン交換樹脂
を用いる。同様に、慣用システムは約６％と約８％の間
の交差結合及び約45％の水分含量を有する慣用の、また
は高度交差結合アニオン交換樹脂を用いるが、本システ
ムで使用されるアニオン交換樹脂は、約1.5％と約４％
の間の交差結合及び約50％と約80％の間の水分含量を有
する。

従来用いられたそれらの樹脂よりも低い交差結合を有
するイオン交換樹脂を採用することにより、本システム
は、シリカ、硫酸塩、カルシウム、重金属イオン、極性
の、及びイオン化された有機物のような、大きな、高度
に水和された、または大きく荷電された物質種の除去
を、現在使用されているシステムよりも大きく増長させ
うる。

何らかの発明の理論に束縛されることを望まないが、
膜バリヤー拡散以外の因子が上記物質種を制御している
ものと信じられる。隔膜または樹脂中の交差結合の程度
が低減するにつれて、樹脂の空隙水含量が増加するよう
になり、そして樹脂の内部荷電密度が低下することにな
る。空隙水含量の増加は、樹脂の分子多孔性の増加に対
応し、隔膜または樹脂を介しての成分の移動を防ぐ物理
的バリヤー効果が低減されうる。他方、荷電密度の低下
は、樹脂を通り抜けるイオンがそれに電気的に結合する
可能性を低減させる。

さらには、樹脂のマクロ多孔性の増加は、増大した性
能を与える傾向がある。この効果は、樹脂がより多孔質
にされたときにもたらされる大きな樹脂表面積によるも
のと信じられる。

本発明によれば、低交差結合は、低選択性を有する樹
脂、すなわち、いわゆる「タイプII」樹脂と、組合せら
れうる。予想外にも、低減した交差結合と共に低減した
選択性を付与することにより、タイプII樹脂は、硫酸塩
のような高荷電物質種を供給水流から除去するのに殊に
効果的であることが見出された。対照的に、慣用（タイ
プＩ）樹脂は、一般に、そのような高荷電物質種の容易
な移動を可能とするには高すぎる選択性を有する。

低交差結合イオン交換は、アニオン交換樹脂とカチオ
ン交換樹脂との不均質混合物であってもよく、あるいは
装置の濃度低減化室内に別個の樹脂層または帯域として
存在してもよい。さらには、供給水から除去されるべき
成分のタイプに応じて、低交差結合樹脂は、さらに慣用
的な高度交差結合樹脂と組合せて使用されうる。この場
合に、高及び低交差結合樹脂は別個の濃度低減化区画室
に含まれてよく、あるいはそれらは別個の電気脱イオン
化段階に保持されてもよい。

高及び低交差結合の両樹脂が一緒に使用され、そして
化学的攻撃の可能性が存在するときには、低い交差結合
の樹脂はより化学的損傷を受け易いので、低い交差結合
の樹脂の上流により高度に交差結合された樹脂を配置す
るのが好ましい。従って上流により高度に交差結合され
た樹脂を配置することにより、このような樹脂は、プロ
セス流が低交差結合樹脂と接触する前に供給水から成分
を除去し、かくして低交差結合樹脂を化学的攻撃から防
御するように機能しうる。

あるいは、汚染の可能性が存在するときには、低交差
結合の樹脂を上流に置いて、プロセス流が高交差結合樹
脂と接触する前に供給水から汚染物質を除く、かくして
高交差結合樹脂を汚染から防御するように機能させるの
が好ましいであろう。

本発明の電気脱イオン化装置において使用されるイオ
ン交換膜も、低交差結合樹脂を含み、その膜を介しての
イオン及び極性化合物の移動が、樹脂床を介してのそれ
らの成分の移動と同様となる。

本発明の装置の膜は、不均質または均質形態のいずれ
でもよい。不均質膜は、イオン交換樹脂の小粒子の懸濁
物をバインダーと組合せるキャスティング法を用いて製
造される。そのような膜は、その膜を作っている樹脂の
ものとほぼ同じ交差結合及び水含量を有する。対照的に
は、均質膜は、重合と交差結合とが膜製造中に起こる、
より直接的な方法を用いて製造される。そのような膜
は、所与の水含量について、不均質膜と比べて、より高
い交差結合を有する傾向がある。従って、約30％と約70
％の間の水含量を有する樹脂を含む膜については、均質
膜は、約45％と30％の間の交差結合を有するであろう
が、同様な水含量を有する不均質膜はわずか約８％ない
し約２％の交差結合を有するであろう。

本発明の膜は、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂
またはこれらの組合せからなっていてよい。そのような
樹脂の組合せからなる膜は業界において中性膜と称され
ている。中性膜は本発明において、殊に、装置が輸送濃
度低減化モードで運転される応用において、有用であ
る。

スケーリングが問題となりうる連続式電気脱イオン化
装置とは異なり、輸送濃度低減化法は装置内でのスケー
リング傾向を著しく低減させることができる。慣用電気
脱イオン化モードにおいては、アニオン及びカチオンの
移動は電流によって生じる。イオンはイオン交換樹脂上
の反対に荷電した官能基へ引き付けられ、次いで樹脂に
よってイオン交換膜を介して濃厚化流中へ移行させられ
る。低流動、低塩度及び高電圧の条件下では、樹脂も水
素イオン及び水酸化物イオンによって連続的に再生さ
れ、それにより、濃度低減化流中での精製水の連続的流
れを可能とする。水の分解副生物は樹脂が望ましくない
イオンを連続的に収受するようにするので望ましいもの
であるけれども、硬水の場合には、カルシウム及びマグ
ネシウムが溶液から折出しそれにより固形物スケーリン
グを生じさせることがある。

この問題は、カルシウム及びマグネシウム（硬度）の
イオンのみが濃厚化流中で濃厚化される「輸送濃度低減
化モード」で改良装置を運転することにより削減ないし
排除される。この装置は、慣用電気脱イオン化装置と、
アニオン交換膜の代りに中性膜を用いること、そして装
置に低交差結合カチオン交換樹脂を充填すること、にお
いて異なる。この装置は、カルシウム及びマグネシウム
のイオンを慣用システムにおけるように、その膜を介し
て通過させる。

上に示したように、中性膜は低交差結合のアニオン交
換樹脂と標準的交差結合のカチオン交換樹脂との混合物
から構成されうる。適切な樹脂比において、小さいまた
は弱く荷電されたアニオン及びカチオンは膜を通過させ
られるが、硬度イオンはそれらの硬度イオンに対して高
親和性を有する樹脂によって部分的に排除される。

樹脂ビーズ混合物及びカチオン交換膜における低交差
結合樹脂の使用により、硬度イオンの移送は増加され、
そして水分解が低減されるが、その理由は、標準的な交
差結合の樹脂及び膜としてはるかに低い移動抵抗がある
からである。高交差結合カチオン樹脂が中性膜を形成す
るためにアニオン樹脂と組合せて使用されるときには、
小さいイオンの両方向の移動が優先的に起こる。これは
濃度低減化区画室の水分解が同じく低減されるという状
態を生じさせるが、その理由は濃度低減化流の硬度がナ
トリウムイオンによって部分的に置換され、そしてもは
や濃度低減化区画室は著しい水分解を生じさせるのに充
分な枠度とならないからである。

樹脂及び膜の組合せの適切な選定によって、同じよう
な方法は高度に荷電された、及び／または大きなアニオ
ンまたはカチオンの分離を行なうのに使用されうる。

大きな移送速度は、その他の除去技法単独でまたはそ
れを低交差結合樹脂と組合せることにより、達成されう
る。ACオーバーレイ、pH調整、及び濃厚化液速度を含む
種々の改良方法が発見され、以下の実施例に非常に詳し
く記載されている。さらには、一定ビーズ寸法樹脂、有
機物の上流紫外線分解及び極性反転の使用を含む慣用方
法によると同様な改善された結果を得ることができる。

低交差結合のイオン交換樹脂の使用は上記のように多
くの利点を有する電気脱イオン化装置を与えるが、低い
交差結合度を有する樹脂は若干の欠点を示すことを認識
すべきである。しかし、低交差結合樹脂の限界を適正に
理解することにより、電気脱イオン化装置は、欠点の効
果を最小化し、そしてそれに関連した何らかの問題を大
きく回避するように設計されうる。

低交差結合樹脂の欠点の中でも特記すべきことは、そ
のような樹脂は一般に高い交差結合の樹脂よりも低い強
度を有することである。化学再生タイプのイオン交換の
ためには、この低い樹脂強度は重大欠点であるが、しか
し電気脱イオン化及び関連技術のためには樹脂の移動は
必要とされず、従って機械的強度は論点とならない。

また低交差結合樹脂は化学的攻撃に対して抵抗性が低
い。これは酸化剤を含む供給水の処理において著しい欠
点である。しかし、高交差結合及び低交差結合の両方の
樹脂を、その高交差結合樹脂を低交差結合樹脂の上流で
使用する前述のようなシステムについては、化学的攻撃
は著しい論点とならない。

さらなる観察事項は、低交差結合イオン交換樹脂を用
いる膜が透過選択性が低いことである。ほとんどの応用
のために、このことは、膜が所望の性能を与えるために
はなお充分に透過選択性であるので、著しい問題とはな
らない。しかしながら、ある種の食品、化学品及びリサ
イクル応用のためには、低交差結合樹脂使用膜の低透過
選択性は論点となることがあろう。その場合には、低交
換結合樹脂の高交差結合の膜と共に使用して、それによ
り膜透過選択性による問題を回避することができる。さ
らには、除去されるべき物質種に応じて、低交差結合の
アニオン樹脂及び膜は高交差結合のカチオン樹脂及び膜
と共に使用されてよく、例えば、もし所望されるなら
ば、それによりカチオン性物質種に対する増大した透過
選択性を与えることができる。

最後に、低交差結合樹脂は、低選択性を有することが
知られている。この性質は、回分式イオン交換システム
と異なり、プロセス水の平衡濃度は、イオンが系から連
続的に除去されている故に、重要な考慮事項とならない
から、利点に変る。むしろ、移動速度がより重要にな
り、そしてこれは樹脂の低選択性により増大される。

現時点で、ほとんどの電気脱イオン化装置は、装置へ
の動力供給が供給水抵抗の変動が生じるときに一定電圧
を維持するように電流負荷を増加または減少させる「定
電圧モード」で運転されている。そのような運転は装置
のための電流必要量を最適化するように作用し、かくし
て装置を最も電気的に効率的な方式で運転されるように
させるが、そのような運転モードは、供給プロセス流中
の汚染物質濃度が減少したときに望ましくない効果を生
じさせうる。

前述のように、ボイラー供給水の場合には、供給プロ
セス流からシリカを除去することがしばしば必要であ
る。供給プロセス流の品質に対する改善（すなわち、低
汚染物質濃度の結果としてのより高い抵抗）は、驚くべ
きことに製品流の品質の著しい低下をもたらしうること
が見出された。何らかの理論に束縛される意図はない
が、プロセス流の抵抗が著しく低下するときには慣用電
気脱イオン化装置の電力供給は装置を横切っての一定の
電圧降下を維持するために著しい電流出力の低下を償う
ものと信じられる。この電流低下はシリカをイオン交換
樹脂から解放されうるようにし（「シリカスパイク」と
一般に称されている条件）、それにより製品流中に許容
しえないシリカ濃度をもたらす。シリカスパイクの結果
としての製品流中のシリカの濃厚化は、許容しうる濃度
に戻るまで長時間を要するのがしばしばである。

対照的に、装置が「定電流モード」で運転されるなら
ば、シリカスパイクの可能性が除去され、電流効率の僅
かな損失が伴なうだけである。殊に、本発明電気脱イオ
ン化装置は、その電力供給を定電流水準を与えるように
設定して運転されることができ、その水準は装置がその
最悪ケースの低純度プロセス流のために運転されるであ
ろう水準である。換言すれば、装置は、最高と思われる
抵抗あるいは最も高いと予期される不純物濃度を有する
供給プロセス流のために使用される電流水準で運転され
うる。装置は定電流モードに維持されるので、もし供給
プロセス流中の汚染物質濃度が低減すると、電流の降下
が生じそしてシリカスパイクが起生しないことになる。

定電流モード運転のかね合いは、供給プロセス水の品
質が予想されたものよりも良い時に装置が必要とされる
よりも多くの電流を用いそれによりある程度の不要な水
分解をもたらすことである。そのような水分解の唯一の
望ましくない効果は、電流の少しの浪費である。シリカ
スパイクに伴なう著しい問題（すなわち、不純物濃度が
望ましい水準にまで戻るまでのプロセス流の実効ある損
失）と比較して、定電流モード運転により潜在的に浪費
される少量のエネルギーは無視されうる。

本発明がここに記載された個々の段階及び形態のみか
らなる装置に限定されるべく意図されていないことは、
明記される。むしろ、本発明は単独でも、あるいは業界
公知の任意の数のその他の液体精製もしくは分離システ
ムまたは方法と組合せても使用されうる。

例えば、本発明は、本発明装置の上流または下流で有
機物質種を駆逐するためにUV光源と組合せて使用されう
る。逆浸透装置と組合せての本発明の使用も同様に意図
されている。この組合せは、供給流から大部分のNaCl及
びコロイド状シリカが除去されてしまうとシリカ除去が
促進されそして逆浸透装置はそのような除去の達成に使
用されうるので、殊に望ましい。さらには、本発明は、
イオン交換ポリッシングカートリッジがより清澄な供給
物について使用されるとき、あるいは前述の米国特許第
4,956,071号に記載されているもののような極性反転技
術使用の液体処理システムで使用されるとき、より長い
寿命を有する傾向があるので、イオン交換ポリッシング
カートリッジのための予備処理段階として使用するのに
良く適している。さらには本発明は、スタックの少なく
とも一段階が慣用電気脱イオン化段階からなる多段階電
気脱イオン化スタックの少なくとも一つの段階として使
用するために目論まれている。

実施例 以下の実施例は、本発明を限定することなく説明する
ことのみ意図されている。

第１の実施例においては、単位膜面積当りのシリカ除
去についての変項は、アニオン樹脂のタイプ、アニオン
膜のタイプ、濃厚化流の速さ、濃厚化流のpH及びACオー
バーレイの存在、を包含する。印加電圧、温度、イオン
組成、濃度低減化流動、及びシリカ濃度を包含するがこ
れらに限定されないその他のパラメーターも試験結果に
影響を与えうるけれども、これらは試験において変化さ
れなかった。シリカ除去速度は温度及びシリカ濃度が増
加するにつれて、イオン濃度及び濃度低減化液流動が低
減するにつれて改善することが示された。これらの効果
は、全てのその他の典型的イオン性汚染物質に類似であ
り、従って予期されない結果ではない。

実施例1:シリカ除去 この実施例は低交差結合アニオン交換成分、高い濃厚
化液流動及び／またはpH、及びACオーバーレイの存在を
用いての本発明の電気脱イオン化装置で得られた改善さ
れた分離効率を説明する。

試験条件 すべての試験は、一つのセル対当り約５ボルトのDCを
用いた。この電圧は、１％未満のリップルにフィルター
された可変動力源により印加された。すべての場合に、
電圧は固定されそして電流を変動させた。ACオーバーレ
イを使用した場合には、DC電圧のほぼ10％の振幅の500k
Hz周波数を印加した。

供給物は、別に記載されない限り、約8ppmのNaCl及び
１〜3ppmのシリカを含んでいた。装置は、室温及び当該
装置の公称濃度低減化流動速さで運転され、33cmの通路
長さを有した。若干の場合に、66cm通路長さからのデー
タを66cmのモジュールで得られた分別通過の平方根を採
ることにより33cm流動路へ平準化した。すべての場合
に、製品抵抗は16〜17.5メガオーム−cmであった。

低い濃厚化液速度は、80％の回収率で再循環なしで得
られた速さであった。高い速度は、当該装置の公称濃厚
化液速度の３〜４倍でポンピングすることにより再循環
を用いて得られた。装置の水回収は、特記のない限り、
80％に固定された。低い濃厚化液及び／または濃度低減
化液のpHは5.5から７まで変った。高pH条件は9.5〜11の
pHで生じた。

すべての場合に、６〜８％交差結合ゲルカチオン樹脂
を用いた。カチオン膜は標準的（８％交差結合）カチオ
ン樹脂から作られた。

上のデータから明らかなように、試験されたすべての
条件下で、装置でのタイプＩ低交差結合樹脂及び膜の使
用は、増加されたシリカ除去をもたらした。樹脂のタイ
プ、膜の交差結合及び樹脂の交差結合の各々は、装置の
性能に著しい影響を与えるようであった。プロセスのパ
ラメーターについては、濃厚化液中の高pHはシリカ除去
に大きな影響を与えた。高い濃厚化液pHの条件の下で
は、濃度低減化流中のpH、濃厚化流の速さ及び水回収率
は、ほとんど影響を与えない。しかし、低い濃厚化液pH
では、大きな濃厚化液流の速さは、シリカ除去を著しく
増長した。ACオーバーレイの使用は高速度及び高pH条件
についてプロセス性能を最も著しく改善した。

さらには、樹脂の交差結合の関数としてのシリカ除去
百分率が得られ、そのデータが図７に示されている。図
７において、データの点は、33cm流動路、低交差結合タ
イプＩ膜、濃厚化液流中の高速度、低pH及び無ACオーバ
ーレイで装置を用いて得られた。さらに各場合に、93〜
97％の水回収があった。この図から明かなように、シリ
カ除去の百分率は、樹脂の交差結合と逆に変化した。

実施例2:硫酸塩除去 この実施例は、低交差結合アニオン交換膜、タイプII
アニオン交換樹脂、イオン交換媒充填濃厚化セル及び極
性反転を利用した本発明の電気脱イオン化装置で得られ
る改善された分離効率を説明する。

試験条件 すべての試験は、一つのセル対当り約３または６ボル
トのDCを用いた。この電圧は１％未満のリップルのフィ
ルターされた可変DC電圧電力源で印加した。すべての場
合に、電圧を固定し、電流を変動させた。極性を規則的
15分サイクルで反転させた。

供給物は、それ以外の表示をしない限り、Na₂SO₄をNa
Clと共に含み、500〜525マイクロモーを生じさせた。装
置は13〜15℃、当該装置の公称濃度低減化流動速さで運
転され、そして二段階を有し、それぞれが33cm通路長さ
を持っていた。供給物pHは5.0ないし5.3で変動した。装
置水回収は67％に固定された。濃度低減化液の速さは当
該装置の公称流量に固定された。ACオーバーレイは使用
しなかった。

前の実施例と同様に６〜８％交差結合されたゲルカチ
オン樹脂を用いた。カチオン交換膜は標準（８％交差結
合）カチオン樹脂から形成された。

上のデータは、タイプII樹脂をタイプＩ樹脂の代りに
用いると硫酸塩除去が増加しそして水分解が減少したこ
とを示している。

タイプIIの６％交差結合アニオン樹脂（このものはタ
イプＩよりも、硫酸塩選択性がはるかに小さい）は、ヒ
ドロキシルに相対しての硫酸塩のコンダクタンスが、４
％〜６％交差結合タイプＩ樹脂とほぼ同程度であった。
従って、タイプIIへの官能基変化は標準交差結合度でも
って、改善された移動をもたらした。

カチオン樹脂については、同様な関係が見出された。
８％交差結合カチオン交換樹脂は、４％または６％の交
差結合を有する樹脂よりも、はるかに水素移動をおこし
易い。

実施例3:充填式濃厚化区画室 この実施例は、アニオン交換樹脂を充填した濃厚化区
画室を有する電気脱イオン化システムを用いることによ
るプロセス流からのシリカ除去を増加する能力を説明す
る。

試験条件 対照として、高度に交差結合されたカチオン樹脂と混
合された高水含量アニオン樹脂で充填された濃度低減化
区画室を有するモジュールを構成した。樹脂の各々は、
均一なビーズ寸法を有していた。このモジュールの濃厚
化区画室はスペーサーとして非充填スクリーンを含んで
いた。アニオン膜は低交差結合不均質膜であり、そして
カチオン膜は高交差結合不均質膜であった。流動経路は
13インチに標準化された。

このモジュールを、濃度低減化流動速度が当該モジュ
ールの公称値であり、濃厚化流が高速度の95％回収の低
pH流であり、電流が0.27アンペアDCに平準化され、そし
て供給流が4000ppb（10億分の4000部）のシリカ濃度を
含む条件下で運転した。これらの条件下で、平準化され
たシリカ除去は88％であった。

第２のモジュールが構成され、そして濃厚化区画室が
スペーサースクリーンを有しないこと以外第１のモジュ
ールと同様であった。むしろ、この区画室はイオン交換
樹脂混合物で充填されていた。この樹脂混合物は、上記
特定の濃度低減化区画室で用いられたものと同じであっ
た。

この第２のモジュールを、濃度低減化液流動速度が当
該モジュールの公称値であり、濃厚化液流が高速度であ
り、83％回収での低pH流、電流が0.31アンペアであり、
そして供給流が1685ppbのシリカ濃度を含む条件下で運
転した。これらの条件下でシリカ除去は94.6％であるこ
とが見出された。

所与のモジュール設計については、規定の範囲内の供
給物シリカ及び回収率において、典型的なシリカ除去百
分率のレベルは実質上一定にとどまることが示された。
従って、上記のデータは、非充填式濃厚化区画室と比較
して、樹脂充填濃厚化区画室の使用がシリカ除去の著し
い改良を与えることを示す。

実施例4:定電流モード運転 この実施例は電気脱イオン化装置を定電流モードで運
転することによるシリカスパイクの排除を説明する。

試験条件 高度に交差結合されたアニオン及びカチオン樹脂の混
合物を充填した濃度低減化区画室を有するモジュール
を、試験床として構成した。これらの樹脂のそれぞれ
は、均一なビーズ寸法を有していた。モジュールの濃厚
化区画室はスペーサーとして非充填スクリーンを含んで
いた。アニオン膜は、低交差結合不均質膜であり、そし
てカチオン膜は高交差結合不均質膜であった。流動経路
は33cmに平準化された。

最初にシステムを慣用定電圧条件下で運転し、その際
に濃度低減化液流動速度は当該システムの公称値のほぼ
半分であり、そして濃厚化液流が低速度の90％回収率の
低pH流であった。動力源は18ボルトで0.31アンペアの直
流を供給した。これらの条件下で、3500ppbの初期シリ
カ濃度を有する供給流を精製して、76ppb及び15メガオ
ーム−cmの抵抗を有する製品とした。

シリカスパイク効果を示すため、モジュールに高抵抗
水を供給した。濃度低減化流への供給物は3200ppbのシ
リカ濃度を有した。15分後に、そして18VDCの定電圧を
維持しながら、系の電流が0.17アンペアに降下した。製
品は144ppbのシリカ濃度及び15メガオーム−cmの抵抗を
有した。従って、系が定電圧モードで運転されるときに
は、モジュールへの不純物濃度の低減は製品中のシリカ
不純物濃度を２倍近くにした。すべての場合に製品の抵
抗は一定のままであり、それが試験による影響を受けな
かったことを示している。

定電流モード運転の効果を示すために、上と同じモジ
ュールを19VDC及び0.4アンペアで運転した。供給流は35
00ppbのシリカ濃度を含んでいた。得られた製品は56ppb
のシリカ濃度及び15メガオーム−cmの抵抗を有した。

次いでモジュールに高抵抗水を供給した。濃度低減化
流への供給物は3400ppbのシリカ濃度を有していた。電
流は一定の0.4アンペアに維持された。15分後、電圧を
測定したところ、27.5VDCに増大したことが見出され
た。製品流は15メガオーム−cmの抵抗及び63ppbのシリ
カ濃度を有した。

上に示したように、定電圧モードの運転においては、
供給物中の汚染物質の減少は、製品における著しいシリ
カ汚染物質濃度をもたらす。対照的に、定電流モードで
運転されるときには、供給物中の汚染物質濃度低減は製
品おけるシリカ汚染物質濃度の調和しない増加をもたら
すだけである。

本発明の特定の特徴は若干の図面で示され、他のもの
において示されていないが、これは単に便宜のためであ
り、なんとなれば各特徴は本発明によるその他の特徴の
いずれかまたはすべてと組み合わされうるからである。

しかしながら、本発明の前記の記載は単にその説明的
なものであること、及びその他の改変、具体化物及び均
等物はその精神を逸脱することなく業界の熟練者には明
らかであることは、了解されるべきである。

本発明の種々の目的は、一般的に、隔膜または樹脂を
有する電気脱イオン化装置を用いそれによって隔膜また
は樹脂を横切っての実質的な電圧の増大が弱くイオン化
されたイオン、高荷電されたイオン、または大きくそし
て高度に水和化されたイオンの移動の実質的な増加を生
じさせうるようにすることにより、達成されうる。上記
のように、これは比較的低い交差結合を有するタイプＩ
またはタイプIIアニオン樹脂またはカチオン樹脂の使用
によって達成されうる。業界の通常技能の人々によっ
て、その他の隔膜及び／または樹脂のタイプが本発明と
調和して置換または添加されうることが了解されよう。
例えば、本発明は、硝酸塩または金属イオンに対して比
較的大きな選択性を有し、かくして水酸化物もしくは水
素イオンに相対してのこれらの物質種の移動が増長され
るような樹脂を選択することを可能にする。

このように本発明を記載して、我々が請求しそして特
許証によって確保しようとする欲するものは、下記であ
る：

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィルキンズ，フレデリック アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01463，ペパリル，バンクロフト・スト リート 47 (72)発明者 ギュフリダ，アンソニー・ジェイ アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01845 ノース アンドーバー チェス ナット ストリート 254 (72)発明者 グリフィン，クリストファー アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01845，メリマック，インディアン・ロ ック・ロード 53 (56)参考文献 特開 昭61−107906（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−40220（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−277526（ＪＰ，Ａ)

Claims (40)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一つのイオン濃度低減化区画室
   （28）に隣り合って配置された少なくとも一つのイオン
   濃厚化区画室（22）を含み、そのイオン濃度低減化区画
   室（28）がアニオン交換膜（26）とカチオン交換膜（3
   0）との間に配置されたイオン交換樹脂（34）を含み、
   それらの膜があるコンダクタンスを有する電気脱イオン
   化装置（10）であって、該膜の少なくとも一方は、その
   膜を横切って流れる電流を２倍以下増加させるのに足り
   る膜を横切っての電圧の増加に応答して、200よりも大
   きな電気化学当量を有するイオン；または少なくとも３
   の原子価を有するイオン；またはカリウムもしくは塩素
   イオンの水和価の少なくとも２倍の水和価を有するイオ
   ン；またはpKaに基き＋3.0よりも大きな解離定数もしく
   はpKbに基き＋11.0より小さい解離定数を有するイオ
   ン；のその膜を介しての移動を、電気化学当量基準で、
   25％またはそれ以上増加させるように選択される上記電
   気脱イオン化装置。
2. 【請求項２】少なくとも一つのイオン濃度低減化区画室
   （28）に隣り合って配置された少なくとも一つのイオン
   濃厚化区画室（22）を含み、そのイオン濃度低減化区画
   室（28）はアニオン交換膜（26）とカチオン交換膜（3
   0）との間に配置されたイオン交換樹脂（34）を含み、
   それらの膜があるコンダクタンスを有する電気脱イオン
   化装置（10）であって、少なくとも一つの膜が低交差結
   合イオン交換樹脂を含む上記電気脱イオン装置。
3. 【請求項３】少なくとも一つの膜はアニオン交換樹脂か
   ら作られたアニオン透過性膜である請求の範囲１または
   ２の電気脱イオン化装置。
4. 【請求項４】アニオン透過性膜は約６％未満交差結合し
   た樹脂から作られた不均質膜である請求の範囲３の電気
   脱イオン化装置。
5. 【請求項５】アニオン透過性膜は約30％と約40％の間で
   交差結合した樹脂から作られた均質膜である請求の範囲
   ３の電気脱イオン化装置。
6. 【請求項６】イオン濃度低減化区画室内の樹脂（34）が
   アニオン交換樹脂である請求の範囲３の電気脱イオン化
   装置。
7. 【請求項７】少なくとも一つの膜はカチオン交換樹脂か
   ら作られたカチオン透過性膜である請求の範囲１または
   ２の電気脱イオン化装置。
8. 【請求項８】カチオン透過性膜は、約８％未満交差結合
   している樹脂から作られた請求の範囲７の電気脱イオン
   化装置。
9. 【請求項９】イオン濃度低減化区画室内の樹脂（34）が
   カチオン交換樹脂である請求の範囲７の電気脱イオン化
   装置。
10. 【請求項１０】イオン濃度低減化区画室内の樹脂（34）
    がアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物から
    なる請求の範囲１または２の電気脱イオン化装置。
11. 【請求項１１】イオン濃度低減化区画室内のアニオン交
    換樹脂は約６％またはそれ以下交差結合している請求の
    範囲６または10の電気脱イオン化装置。
12. 【請求項１２】イオン濃度低減化区画室内のカチオン交
    換樹脂は約８％未満交差結合している請求の範囲９また
    は10の電気脱イオン化装置。
13. 【請求項１３】アニオン交換樹脂から作られた透過性膜
    を有し、その膜に含まれるアニオン交換樹脂のイオンへ
    の抵抗と水酸化物イオンへの抵抗の比は、DCコンダクタ
    ンス試験で測定したときに約4:1よりも小さい請求の範
    囲１または２の電気脱イオン化装置。
14. 【請求項１４】膜に含まれるアニオン交換樹脂のシリカ
    イオンへの抵抗と対水酸化物イオンへの抵抗の比はDCコ
    ンダクタンス試験で測定したときに約2:1よりも小さい
    請求の範囲13の電気脱イオン化装置。
15. 【請求項１５】アニオン交換樹脂から作られたアニオン
    透過性膜を有し、その膜に含まれるアニオン交換樹脂の
    硫酸塩イオンへの抵抗と水酸化物イオンへの抵抗の比
    は、DCコンダクタンス試験で測定して約2:1よりも小さ
    い請求の範囲１または２の電気脱イオン化装置。
16. 【請求項１６】請求の範囲１〜15のいずれか一つに請求
    された電気脱イオン化装置で実施される電気脱イオン化
    方法。
17. 【請求項１７】少なくとも約45％の水分含量を有するナ
    トリウム型カチオン交換樹脂をカチオン交換膜が含む請
    求の範囲１または２の電気脱イオン化装置。
18. 【請求項１８】アニオン交換膜がアニオン交換樹脂を含
    み、そのアニオン交換樹脂がその塩化物型であり、少な
    くとも約45％の水分含量を有する請求の範囲１または２
    の電気脱イオン化装置。
19. 【請求項１９】塩化物型のアニオン交換樹脂とナトリウ
    ム型のカチオン交換樹脂とからなる少なくとも一つの中
    性イオン交換膜を含み、それらの樹脂の少なくとも一方
    が少なくとも約45％の水分含量を有する請求の範囲１ま
    たは２の電気脱イオン化装置。
20. 【請求項２０】その膜中の樹脂はほぼ50％のアニオン交
    換樹脂を含む請求の範囲19の電気脱イオン化装置。
21. 【請求項２１】イオン濃度低減化区画室は少なくとも約
    45％の水分含量を有するイオン交換樹脂（34）を含む請
    求の範囲19の電気脱イオン化装置。
22. 【請求項２２】イオン交換樹脂（34）はアニオン交換樹
    脂とカチオン交換樹脂との混合物からなる請求21の電気
    脱イオン化装置。
23. 【請求項２３】イオン交換樹脂はほぼ50％のアニオン交
    換樹脂を含む請求の範囲21の電気脱イオン化装置。
24. 【請求項２４】（ａ） 請求の範囲１〜15のいずれかに
    記載の電気脱イオン化装置を準備し； （ｂ） その電気脱イオン化装置に、UV光線源、逆浸透
    装置、イオン交換ポリッシングカートリッジ、極性反転
    可能電気脱イオン化装置、慣用電気脱イオン化装置、電
    気透析装置及びそれらの組合わせからなる群より選抜さ
    れる第二の処理装置と流体接続して一つの処理システム
    を構成し； （ｃ） その処理システムに液体を導入して処理された
    生成物を得る； ことからなる液体処理方法。
25. 【請求項２５】複数の電気脱イオン化区域を含み、それ
    らの各区域が請求の範囲１〜15のいずれかに記載の装置
    を少なくとも１つ含むことを特徴とする電気脱イオン化
    システム。
26. 【請求項２６】電気脱イオン装置が少なくとも一つの中
    性イオン交換膜をさらに含み、そして濃度低減化区画室
    に含まれる少なくとも一つのイオン交換樹脂が低交差結
    合イオン交換樹脂からなる請求の範囲１〜15のいずれか
    の電気脱イオン化装置。
27. 【請求項２７】濃厚化流中でのpHの変化に付されたとき
    に、中性pHにおいてわずかに弱くイオン化されるイオン
    の移動の増加を許容する手段を、少なくとも一方の膜が
    含む請求の範囲１または２の電気脱イオン化装置。
28. 【請求項２８】濃厚化液流をさらに含み、そしてAC重畳
    電流が区画室を横切って印加される請求の範囲16の方
    法。
29. 【請求項２９】装置は、濃厚化液流中のpHが約９より大
    きいかまたは濃厚化液速度が当該装置の公称濃厚化液速
    度の少なくとも約３倍に維持される条件下で運転される
    請求の範囲16または28の方法。
30. 【請求項３０】装置は濃厚化液流をさらに含み、そして
    方法は濃厚化液流中の約５より小さいpHの条件下で実施
    される請求の範囲16の方法。
31. 【請求項３１】当該装置の公称濃厚化液速度の少なくと
    も約３倍の速度を有する濃厚化液流を用いて実施される
    請求の範囲16の方法。
32. 【請求項３２】シリカが濃厚化液流中に捕集される請求
    の範囲29または31の方法。
33. 【請求項３３】膜中に含まれるカチオン交換樹脂のカル
    シウムイオンへの抵抗と対水素イオンへの抵抗の比は、
    DCコンダクタンス試験で測定されるときに2:1よりも小
    さい請求の範囲７の電気脱イオン化装置。
34. 【請求項３４】カチオン交換樹脂のカルシウムイオンへ
    の抵抗と対水素イオンへの抵抗の比は、DCコンダクタン
    ス試験で測定されるときに2:1よりも小さい請求の範囲
    ９の電気脱イオン化装置。
35. 【請求項３５】膜中に含まれるカチオン交換樹脂のカル
    シウムイオンへの抵抗と対水素イオンへの抵抗の比は、
    DCコンダクタンス試験で測定されるときに2:1よりも小
    さい請求の範囲16の方法。
36. 【請求項３６】カチオン交換樹脂のカルシウムイオンへ
    の抵抗と対水素イオンへの抵抗の比は、DCコンダクタン
    ス試験で測定されるときに2:1よりも小さい請求の範囲1
    6の方法。
37. 【請求項３７】濃厚化区画室はイオン交換樹脂を含む請
    求の範囲１〜15のいずれかの電気脱イオン化装置。
38. 【請求項３８】濃厚化区画室内のイオン交換樹脂の組成
    は相隣れる区画室中に含まれるイオン交換樹脂のそれと
    同じである請求の範囲10の電気脱イオン化装置。
39. 【請求項３９】液体からイオンを除去するようにした請
    求の範囲１〜15のいずれかの電気脱イオン化装置を使用
    する方法において、液体の電気抵抗値に変動があるとき
    にでもその装置において実質上一定の電流値を維持する
    ことを特徴とする上記使用方法。
40. 【請求項４０】装置は電流の極性が定期的に反転されう
    るようになっている請求の範囲１〜15のいずれかの電気
    脱イオン化装置。