JP3269820B2 - 水精製方法 - Google Patents
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- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、極性電界の作用下で、実質的に均一寸法の
陰イオン樹脂ビードおよび実質的に均一寸法の陽イオン
樹脂ビードを含むイオン減少区画室中を精製されるべき
液体を通し、イオン減少区画室の液体からイオン濃縮区
画室にイオンを移動させる電気脱イオン化方法に関す
る。
陰イオン樹脂ビードおよび実質的に均一寸法の陽イオン
樹脂ビードを含むイオン減少区画室中を精製されるべき
液体を通し、イオン減少区画室の液体からイオン濃縮区
画室にイオンを移動させる電気脱イオン化方法に関す
る。
［従来技術、発明の課題］ 液体中のイオンまたは分子の濃度を減ずることによっ
て液体を精製することは、相当の技術的関心のある領域
であった。液体を精製し分離するため、すなわち液体混
合物から特定イオンまたは分子の濃縮されたプールを得
るために多くの技術が使用されてきた。
て液体を精製することは、相当の技術的関心のある領域
であった。液体を精製し分離するため、すなわち液体混
合物から特定イオンまたは分子の濃縮されたプールを得
るために多くの技術が使用されてきた。
もっともよく知られた方法としては、蒸留、電気透
析、逆浸透、液体クロマトグラフィ、膜濾過マクロかお
よびイオン交換がある。余り知られていない方法は、時
折充填セル（槽）電気透析として誤称されている電気脱
イオン化である。
析、逆浸透、液体クロマトグラフィ、膜濾過マクロかお
よびイオン交換がある。余り知られていない方法は、時
折充填セル（槽）電気透析として誤称されている電気脱
イオン化である。
電気脱イオン化により液体を処理する第１の装置およ
び方法は、米国特許第2,689,826号および米国特許第2,8
15,320号にkollmannにより記述されている。これらの特
許の第１のものは、予め選択されたイオンを予定された
方向に移動せしめる電位の作用下で、減少室内の液体混
合物内のイオンを一連の陽イオンおよび陰イオン膜を介
して濃縮室内の第２の液体領域中に除去するための装置
および方法について記述している。処理されつつある液
体領域は、イオンが減少され、第２液体領域は移動され
たイオンに富んで来て、それを濃縮された形式で包含す
る。上記特許の第２のものは、陰イオンまたは陽イオン
膜間に配置された充填物質としてイオン交換樹脂から形
成された大孔質ビードの使用を記述している。このイオ
ン交換樹脂は、イオン移動路として作用し、また膜間に
おいてイオン移動のための導電性が高められたブリッジ
として作用する。
び方法は、米国特許第2,689,826号および米国特許第2,8
15,320号にkollmannにより記述されている。これらの特
許の第１のものは、予め選択されたイオンを予定された
方向に移動せしめる電位の作用下で、減少室内の液体混
合物内のイオンを一連の陽イオンおよび陰イオン膜を介
して濃縮室内の第２の液体領域中に除去するための装置
および方法について記述している。処理されつつある液
体領域は、イオンが減少され、第２液体領域は移動され
たイオンに富んで来て、それを濃縮された形式で包含す
る。上記特許の第２のものは、陰イオンまたは陽イオン
膜間に配置された充填物質としてイオン交換樹脂から形
成された大孔質ビードの使用を記述している。このイオ
ン交換樹脂は、イオン移動路として作用し、また膜間に
おいてイオン移動のための導電性が高められたブリッジ
として作用する。
「電気脱イオン化」なる用語は、イオン交換物質が陰
イオンおよび陽イオン膜間に配置される方法を言う。
「電気透析」なる用語は、陰イオンおよび陽イオン膜間
にイオン交換樹脂を利用しない方法を言う。ブラキッシ
ュから塩水を精製するために電気透析およびイオン交換
物質の組合せを使用する他の従来の試みの例は、米国特
許第2,794,770号、第2,796,395号、第2,947,688号、米
国特許第3,384,568号、第2,923,674号、第3,014,855号
および第4,165,273号に開示されている。電気脱イオン
化装置を改良する試みは、米国特許第3,149,061号、第
3,291,713号、第3,515,664号、第3,562,139号、第3,99
3,517号および第4,284,492号に開示されている。
イオンおよび陽イオン膜間に配置される方法を言う。
「電気透析」なる用語は、陰イオンおよび陽イオン膜間
にイオン交換樹脂を利用しない方法を言う。ブラキッシ
ュから塩水を精製するために電気透析およびイオン交換
物質の組合せを使用する他の従来の試みの例は、米国特
許第2,794,770号、第2,796,395号、第2,947,688号、米
国特許第3,384,568号、第2,923,674号、第3,014,855号
および第4,165,273号に開示されている。電気脱イオン
化装置を改良する試みは、米国特許第3,149,061号、第
3,291,713号、第3,515,664号、第3,562,139号、第3,99
3,517号および第4,284,492号に開示されている。
商業上成功を納めた電気脱イオン化装置および方法
は、米国特許第4,632,745号に開示されている。この装
置は、イオン交換固形組成物を含むイオン減少区画室お
よびイオン交換固形物質を含まない濃縮区画室を利用す
る。脱イオン化装置は、陽極および陰極をそれぞれ含む
２つの端末電極室を含が、これらは、複数のイオン減少
区画室およびイオン濃縮区画室を含む装置本体を通って
直流を通すのに利用される。動作において、液体の溶解
されたイオン塩は、適当な膜を通ってイオン減少区画室
からイオン濃縮区画室に移動せしめられる。イオン濃縮
区画室に収集されたイオンは、放出出口を介して除去さ
れ、排出部に向けられる。
は、米国特許第4,632,745号に開示されている。この装
置は、イオン交換固形組成物を含むイオン減少区画室お
よびイオン交換固形物質を含まない濃縮区画室を利用す
る。脱イオン化装置は、陽極および陰極をそれぞれ含む
２つの端末電極室を含が、これらは、複数のイオン減少
区画室およびイオン濃縮区画室を含む装置本体を通って
直流を通すのに利用される。動作において、液体の溶解
されたイオン塩は、適当な膜を通ってイオン減少区画室
からイオン濃縮区画室に移動せしめられる。イオン濃縮
区画室に収集されたイオンは、放出出口を介して除去さ
れ、排出部に向けられる。
現在、実質的に均一なビード寸法を有する陰イオン交
換ビードおよび陽イオン交換ビードが、イオン交換プロ
セスに、すなわち、溶液内に溶解されたイオンがビード
にイオン的に接合されたイオンと交換され得るプロセス
に利用可能である。それらの使用に先立ち、再生ビード
は、残留再生剤や総有機炭素成分や重合体溶出分離可能
物質例えばスルホン化ポリスチレンのようなビード内の
溶出分離可能成分を除去するため、水で洗浄しなければ
ならない。これらの溶出分離可能成分は、処理されつつ
ある水性媒体の汚染や、装置またはプロセス下流の汚染
を防ぐため、使用に先立ち除去しなければならない。実
質的に均一寸法のイオン交換ビードを利用するとき、必
要とされるゆすぎないし洗浄時間は、不均一なビード寸
法を有する商業的に入手し得るビードを洗浄するに必要
な洗浄時間の約1/3程低くし得ることが分かった。本明
細書に使用される「洗浄時間」なる用語は、水の品質が
実質的に一定のレベルに達するまでにビードと接触する
溶出水の品質の改善を得るに必要な時間を意味する。本
発明前に、実質的に均一寸法のイオン交換ビードは電気
脱イオン化法において利用されていなかった。
換ビードおよび陽イオン交換ビードが、イオン交換プロ
セスに、すなわち、溶液内に溶解されたイオンがビード
にイオン的に接合されたイオンと交換され得るプロセス
に利用可能である。それらの使用に先立ち、再生ビード
は、残留再生剤や総有機炭素成分や重合体溶出分離可能
物質例えばスルホン化ポリスチレンのようなビード内の
溶出分離可能成分を除去するため、水で洗浄しなければ
ならない。これらの溶出分離可能成分は、処理されつつ
ある水性媒体の汚染や、装置またはプロセス下流の汚染
を防ぐため、使用に先立ち除去しなければならない。実
質的に均一寸法のイオン交換ビードを利用するとき、必
要とされるゆすぎないし洗浄時間は、不均一なビード寸
法を有する商業的に入手し得るビードを洗浄するに必要
な洗浄時間の約1/3程低くし得ることが分かった。本明
細書に使用される「洗浄時間」なる用語は、水の品質が
実質的に一定のレベルに達するまでにビードと接触する
溶出水の品質の改善を得るに必要な時間を意味する。本
発明前に、実質的に均一寸法のイオン交換ビードは電気
脱イオン化法において利用されていなかった。
［発明の課題］ 本発明は、実質的に均一寸法のイオン交換ビードが、
電気脱イオン化化法に利用でき、しかも、電気脱イオン
化法において通常利用される不均一寸法イオン交換ビー
ドを洗浄するに必要とされる時間の約1/4ないし約1/3ま
たはそれ以下の時間で使用前に抽出可能な物質を除去で
きるという発見に基づく。本明細書において使用される
陰イオン樹脂または陽イオン樹脂ビードに適用される
「実質的に均一な寸法」なる用語は、ビードの90％が平
均ビード寸法の10％内にあり、樹脂ビード混合物内にお
ける第１のイオン形式の樹脂ビード対第２のイオン形式
の樹脂ビードの相対平均寸法が少なくとも0.8であるこ
とを意味する。
電気脱イオン化化法に利用でき、しかも、電気脱イオン
化法において通常利用される不均一寸法イオン交換ビー
ドを洗浄するに必要とされる時間の約1/4ないし約1/3ま
たはそれ以下の時間で使用前に抽出可能な物質を除去で
きるという発見に基づく。本明細書において使用される
陰イオン樹脂または陽イオン樹脂ビードに適用される
「実質的に均一な寸法」なる用語は、ビードの90％が平
均ビード寸法の10％内にあり、樹脂ビード混合物内にお
ける第１のイオン形式の樹脂ビード対第２のイオン形式
の樹脂ビードの相対平均寸法が少なくとも0.8であるこ
とを意味する。
本発明の方法においては、均一寸法樹脂ビードが、電
気脱イオン化装置のイオン減少区画室に導入され、ま
た、もし望むならば、電気脱イオン化モードに依存して
イオン濃縮区画室に導入されてもよい。ついで、水が、
樹脂ビードを含む区画室に導入され、区画室から除去さ
れる水内の測定される抽出可能物質のレベルが実質的に
一定になるに必要な時間間隔の間該区画室を通される。
この洗浄は、樹脂ビードを含む区画室の両側に配置され
た陽極および陰極間に電圧を印加しながら行なわれる。
精製されるべき水は、イオン減少区画室は継続して通さ
れ、他方イオン減少区画室からのイオンを受け入れた後
の水は廃棄される。電気脱イオン化段階は、処理されつ
つある水を所与のイオン減少区画室中を一回通すことに
より、あるいは２つの隣接するイオン減少区画室内に蛇
行流を生ずることにより操作できる。加えて、電気脱イ
オン化段階は、電圧極性が逆転される条件下で行なうこ
とができる。生成物の純度を改善するために超濾過段階
や、総有機炭素（TOC）の実質的に完全な除去が行なえ
るように、有機物質の酸化を促進する波長、例えば185n
mの放射線に被精製水をさらす予備段階のような追加の
段階を加えてもよい。
気脱イオン化装置のイオン減少区画室に導入され、ま
た、もし望むならば、電気脱イオン化モードに依存して
イオン濃縮区画室に導入されてもよい。ついで、水が、
樹脂ビードを含む区画室に導入され、区画室から除去さ
れる水内の測定される抽出可能物質のレベルが実質的に
一定になるに必要な時間間隔の間該区画室を通される。
この洗浄は、樹脂ビードを含む区画室の両側に配置され
た陽極および陰極間に電圧を印加しながら行なわれる。
精製されるべき水は、イオン減少区画室は継続して通さ
れ、他方イオン減少区画室からのイオンを受け入れた後
の水は廃棄される。電気脱イオン化段階は、処理されつ
つある水を所与のイオン減少区画室中を一回通すことに
より、あるいは２つの隣接するイオン減少区画室内に蛇
行流を生ずることにより操作できる。加えて、電気脱イ
オン化段階は、電圧極性が逆転される条件下で行なうこ
とができる。生成物の純度を改善するために超濾過段階
や、総有機炭素（TOC）の実質的に完全な除去が行なえ
るように、有機物質の酸化を促進する波長、例えば185n
mの放射線に被精製水をさらす予備段階のような追加の
段階を加えてもよい。
［実施例］ 本発明に使用するための適当なイオン樹脂ビードは、
Dow Chemical Company、ミシガン州所在、から入手され
得るDOWEX MONOSPHERE樹脂ビード550Aおよび650Cであ
る。550Aおよび650Cのビードは、ビードの90％が平均寸
法の±10％内にある。550A陰イオン樹脂ビードの平均ビ
ード寸法は550マイクロメータであり、650C陽イオン樹
脂ビードは、650マイクロメータの平均寸法を有する。
陰イオン樹脂ビードに対する陽イオン樹脂ビードの相対
平均寸法またはその逆は、少なくとも他の樹脂ビードの
約80％とすべきであり、好ましくは実質的に等しい平均
寸法とすべきである。使用に際して、陰イオン樹脂ビー
ド、陽イオンビードまたは陰イオンビードおよび陽イオ
ンビードの混合物は、電気脱イオン化装置中に水を通す
前に、イオン減少区画室に配置され、またイオン濃縮区
画室に配置できる。ついで水が、ビードから水中に除去
される抽出可能物質が実質的に一定の低レベルに達する
まで、樹脂ビードを含む区画室中を通される。ついで、
被精製水が、追って記述される態様で電気脱イオン化装
置のイオン減少区画室中を通される。電気脱イオン化段
階は、イオン濃縮区画室と交番関係で配置されたイオン
減少区画室より成る。イオン減少区画室は、イオン減少
区画室とイオン濃縮区画室間における漏洩を防ぐように
封止された交番する陰イオン透過膜および陽イオン透過
膜により形成される。イオン減少区画室は、イオン減少
区画室の水からのイオンの移動を促進するように、陰イ
オン樹脂ビードおよび陽イオン樹脂ビードの混合物を含
む。交番するイオン減少区画室およびイオン濃縮区画室
は、陰極および陽極間に配置される。被精製水は、イオ
ン減少区画室中を通され、他方イオン減少区画室からイ
オンを受け入れるのに使用された水は、イオン濃縮区画
室中を通される。動作において、電圧が陽極および陰極
間に印加されるが、これは、イオン減少区画室内の水か
ら、陰イオン透過膜および陽イオン透過膜を介して、隣
接するイオン濃縮区画室中を通る水中へのイオンの移動
を促進するものである。電気脱イオン化段階において、
水から除去されたイオンは、膜または樹脂ビードにより
保持されず、イオン濃縮区画室中を通る水とともに除去
される。それゆえ、電気脱イオン化段階は、樹脂粒子ま
たは膜を交換または再生する必要なしに連続的に操作で
きる。
Dow Chemical Company、ミシガン州所在、から入手され
得るDOWEX MONOSPHERE樹脂ビード550Aおよび650Cであ
る。550Aおよび650Cのビードは、ビードの90％が平均寸
法の±10％内にある。550A陰イオン樹脂ビードの平均ビ
ード寸法は550マイクロメータであり、650C陽イオン樹
脂ビードは、650マイクロメータの平均寸法を有する。
陰イオン樹脂ビードに対する陽イオン樹脂ビードの相対
平均寸法またはその逆は、少なくとも他の樹脂ビードの
約80％とすべきであり、好ましくは実質的に等しい平均
寸法とすべきである。使用に際して、陰イオン樹脂ビー
ド、陽イオンビードまたは陰イオンビードおよび陽イオ
ンビードの混合物は、電気脱イオン化装置中に水を通す
前に、イオン減少区画室に配置され、またイオン濃縮区
画室に配置できる。ついで水が、ビードから水中に除去
される抽出可能物質が実質的に一定の低レベルに達する
まで、樹脂ビードを含む区画室中を通される。ついで、
被精製水が、追って記述される態様で電気脱イオン化装
置のイオン減少区画室中を通される。電気脱イオン化段
階は、イオン濃縮区画室と交番関係で配置されたイオン
減少区画室より成る。イオン減少区画室は、イオン減少
区画室とイオン濃縮区画室間における漏洩を防ぐように
封止された交番する陰イオン透過膜および陽イオン透過
膜により形成される。イオン減少区画室は、イオン減少
区画室の水からのイオンの移動を促進するように、陰イ
オン樹脂ビードおよび陽イオン樹脂ビードの混合物を含
む。交番するイオン減少区画室およびイオン濃縮区画室
は、陰極および陽極間に配置される。被精製水は、イオ
ン減少区画室中を通され、他方イオン減少区画室からイ
オンを受け入れるのに使用された水は、イオン濃縮区画
室中を通される。動作において、電圧が陽極および陰極
間に印加されるが、これは、イオン減少区画室内の水か
ら、陰イオン透過膜および陽イオン透過膜を介して、隣
接するイオン濃縮区画室中を通る水中へのイオンの移動
を促進するものである。電気脱イオン化段階において、
水から除去されたイオンは、膜または樹脂ビードにより
保持されず、イオン濃縮区画室中を通る水とともに除去
される。それゆえ、電気脱イオン化段階は、樹脂粒子ま
たは膜を交換または再生する必要なしに連続的に操作で
きる。
実質的に均一寸法のイオン交換樹脂ビードを用いて本
発明の電気脱イオン化を行う前に、ビードは、ビードか
ら抽出可能物質を除去するために、陽極および陰極間の
電圧勾配下で水で洗浄される。標準の不均一寸法樹脂を
使用する場合、手続きは、満足が行くほど低い抽出物質
濃度を有する精製物流を精製するためには、平均約２時
間を必要とする。本発明に利用される均一寸法ビードの
場合、実質的に等しい平均寸法例えば550マイクロメー
タ〜550マイクロメータの陰イオンおよび陽イオン樹脂
ビードは、電圧および流れ条件、セルの設計および構
造、および所望される水品質に依存して、約50秒ないし
約20分で変わるが１分またはそれ以下程度の迅速な洗浄
時間を有し、他方約4/5の平均寸法を有する陰イオンお
よび陽イオン樹脂ビードは、約８分の洗浄時間を与え
る。これは、標準不均一寸法樹脂ビードでの約１時間乃
至４時間またはそれ以上の平均洗浄時間に匹敵する。
発明の電気脱イオン化を行う前に、ビードは、ビードか
ら抽出可能物質を除去するために、陽極および陰極間の
電圧勾配下で水で洗浄される。標準の不均一寸法樹脂を
使用する場合、手続きは、満足が行くほど低い抽出物質
濃度を有する精製物流を精製するためには、平均約２時
間を必要とする。本発明に利用される均一寸法ビードの
場合、実質的に等しい平均寸法例えば550マイクロメー
タ〜550マイクロメータの陰イオンおよび陽イオン樹脂
ビードは、電圧および流れ条件、セルの設計および構
造、および所望される水品質に依存して、約50秒ないし
約20分で変わるが１分またはそれ以下程度の迅速な洗浄
時間を有し、他方約4/5の平均寸法を有する陰イオンお
よび陽イオン樹脂ビードは、約８分の洗浄時間を与え
る。これは、標準不均一寸法樹脂ビードでの約１時間乃
至４時間またはそれ以上の平均洗浄時間に匹敵する。
本発明の特定の実施例において、電気脱イオン化段階
は、1986年12月30日付で発行された米国特許第4,632,74
5号に開示された方法および装置で行われる。それゆ
え、この特許を参照されたい。この特許に開示されるよ
うに、各電気脱イオン化段階が、陰極および陽極、およ
びそれらの区画室、陰イオン交換樹脂および陽イオン交
換樹脂の混合物を含む一連のイオン濃縮区画室および一
連のイオン減少区画室を備える電気脱イオン化装置が提
供される。イオン減少区画室は、イオン樹脂混合物が独
立の別個の細分区画室内に収容されるように形成され、
そして該細分区画室の各々は、約0.3ないし４インチ、
好ましくは約0.5ないし1.5インチ間の幅を有する。別個
の細分区画室は、例えば接合により、陰イオン透過膜お
よび陽イオン透過膜を、減少区画室の周囲、および減少
区画室の厚さを横切りかつその全長に沿って延びるリブ
に固定することによって形成される。それにより、各細
分区画室が、１対のリブ、陰イオン透過膜および陽イオ
ン透過膜により画定される。陰イオン透過膜および陽イ
オン透過膜間の距離により画定される細分区画室の厚さ
は、約0.05ないし0.25インチ、好ましくは約0.06ないし
0.125インチである。この実施例において、減少区画室
の厚さおよび幅は、電気脱イオン化装置の効率的な動作
を達成するのに重要である。細分区画室内に配置される
固形イオン交換物質は、リブおよびイオン透過膜により
細分区画室間を移動しないように抑制される。
は、1986年12月30日付で発行された米国特許第4,632,74
5号に開示された方法および装置で行われる。それゆ
え、この特許を参照されたい。この特許に開示されるよ
うに、各電気脱イオン化段階が、陰極および陽極、およ
びそれらの区画室、陰イオン交換樹脂および陽イオン交
換樹脂の混合物を含む一連のイオン濃縮区画室および一
連のイオン減少区画室を備える電気脱イオン化装置が提
供される。イオン減少区画室は、イオン樹脂混合物が独
立の別個の細分区画室内に収容されるように形成され、
そして該細分区画室の各々は、約0.3ないし４インチ、
好ましくは約0.5ないし1.5インチ間の幅を有する。別個
の細分区画室は、例えば接合により、陰イオン透過膜お
よび陽イオン透過膜を、減少区画室の周囲、および減少
区画室の厚さを横切りかつその全長に沿って延びるリブ
に固定することによって形成される。それにより、各細
分区画室が、１対のリブ、陰イオン透過膜および陽イオ
ン透過膜により画定される。陰イオン透過膜および陽イ
オン透過膜間の距離により画定される細分区画室の厚さ
は、約0.05ないし0.25インチ、好ましくは約0.06ないし
0.125インチである。この実施例において、減少区画室
の厚さおよび幅は、電気脱イオン化装置の効率的な動作
を達成するのに重要である。細分区画室内に配置される
固形イオン交換物質は、リブおよびイオン透過膜により
細分区画室間を移動しないように抑制される。
電気脱イオン化装置は、１または複数の段階から構成
し得る。各段階において、陽極は、減少および濃縮区画
室の積層の一端部に配置され、その他端部には陰極が配
置される。各陽極および陰極は、隣接する電極スペーサ
およびイオン透過膜を備えており、電解液が電極スペー
サ中を通過する。各段階の残りの部分は、本明細書に記
載されるように構成された交番する一連の交番する減少
および濃縮区画室を有する。イオンが減少されるべき液
体は、各段階の各減少区画室中を平行に通し、そして第
２の液体が、イオン減少区画室内の第１の液体からイオ
ン濃縮区画室内の第２の液体へのイオンの除去を行うた
め、各段階において平行に各イオン濃縮区画室中を通す
ことができる。複数の段階が使用される場合、上流の段
階の減少区画室から除去される液体は、次の隣接する下
流の段階の減少区画室中に直列に通すことができる。同
様に、上流段階の濃縮区画室から除去された液体は、次
の隣接する下流の段階の濃縮区画室に直列に通すことが
できる。電解液は、電気脱イオン化装置内の各電極に隣
接するスペーサ中を通すことができ、そして電気脱イオ
ン化装置から除去される。
し得る。各段階において、陽極は、減少および濃縮区画
室の積層の一端部に配置され、その他端部には陰極が配
置される。各陽極および陰極は、隣接する電極スペーサ
およびイオン透過膜を備えており、電解液が電極スペー
サ中を通過する。各段階の残りの部分は、本明細書に記
載されるように構成された交番する一連の交番する減少
および濃縮区画室を有する。イオンが減少されるべき液
体は、各段階の各減少区画室中を平行に通し、そして第
２の液体が、イオン減少区画室内の第１の液体からイオ
ン濃縮区画室内の第２の液体へのイオンの除去を行うた
め、各段階において平行に各イオン濃縮区画室中を通す
ことができる。複数の段階が使用される場合、上流の段
階の減少区画室から除去される液体は、次の隣接する下
流の段階の減少区画室中に直列に通すことができる。同
様に、上流段階の濃縮区画室から除去された液体は、次
の隣接する下流の段階の濃縮区画室に直列に通すことが
できる。電解液は、電気脱イオン化装置内の各電極に隣
接するスペーサ中を通すことができ、そして電気脱イオ
ン化装置から除去される。
減少区画室内の細分区画室は、長期間にわたりイオン
減少に対する高効率を維持するため、制御された厚さお
よび幅を有する。実際の構成および流体圧力損失の考慮
事項により決まる制限以外に、区画室の長さに関する制
限はない。明らかなように、細分区画室が長くなれば長
くなるほど、その中の液体からのイオンの除去は大きく
なる。一般に、細分区画室の長さは、約５インチないし
約70インチである。特定の陰イオンまたは特定の陽イオ
ンのみを除去することが望まれる場合、100％の適当な
交換物質が使用される。普通、精製された液体生成物を
製造するためには、陽イオンおよび陰イオンの両方を除
去することが望まれる。陰イオン交換樹脂ビード対陽イ
オン交換樹脂ビードの比は、一般に体積で約60対40であ
る。イオン減少区画室に細分区画室構造を採用すること
により、イオン減少区画室中の液体のチャンネリング
（流路化）を防ぎながら、該室内における液体およびビ
ードの効率的な混合を達成できる。かくして、イオン減
少区画室内の液体からイオン除去を行なうため、イオン
減少区画室内におけるイオンおよび液体とビード内のイ
オンとの効率的な交換が達成される。さらに、本明細書
に記載されるように細分区画室の幾何形態を制御するこ
とによって、長期間にわたってさえ電気脱イオン化装置
を比較的低エネルギしか必要とせずに利用して、所望の
液体純度を達成し得るることが分かった。
減少に対する高効率を維持するため、制御された厚さお
よび幅を有する。実際の構成および流体圧力損失の考慮
事項により決まる制限以外に、区画室の長さに関する制
限はない。明らかなように、細分区画室が長くなれば長
くなるほど、その中の液体からのイオンの除去は大きく
なる。一般に、細分区画室の長さは、約５インチないし
約70インチである。特定の陰イオンまたは特定の陽イオ
ンのみを除去することが望まれる場合、100％の適当な
交換物質が使用される。普通、精製された液体生成物を
製造するためには、陽イオンおよび陰イオンの両方を除
去することが望まれる。陰イオン交換樹脂ビード対陽イ
オン交換樹脂ビードの比は、一般に体積で約60対40であ
る。イオン減少区画室に細分区画室構造を採用すること
により、イオン減少区画室中の液体のチャンネリング
（流路化）を防ぎながら、該室内における液体およびビ
ードの効率的な混合を達成できる。かくして、イオン減
少区画室内の液体からイオン除去を行なうため、イオン
減少区画室内におけるイオンおよび液体とビード内のイ
オンとの効率的な交換が達成される。さらに、本明細書
に記載されるように細分区画室の幾何形態を制御するこ
とによって、長期間にわたってさえ電気脱イオン化装置
を比較的低エネルギしか必要とせずに利用して、所望の
液体純度を達成し得るることが分かった。
第１図を参照して、種々の区画室における液体の流路
について説明する。精製されるべき液体は、入口管40に
入り、減少区画室42を通り、ついで減少区画室44を通
り、出口46から回収される。濃縮用液体は、入口48から
濃縮区画室50および52を経て、出口54からドレインへ排
出される。電解液は、入口64から電極区画室56,58,60お
よび62を循環させ、出口66からドレインに廃棄される。
について説明する。精製されるべき液体は、入口管40に
入り、減少区画室42を通り、ついで減少区画室44を通
り、出口46から回収される。濃縮用液体は、入口48から
濃縮区画室50および52を経て、出口54からドレインへ排
出される。電解液は、入口64から電極区画室56,58,60お
よび62を循環させ、出口66からドレインに廃棄される。
本発明においては、普通約5psiまでの動作圧力差に抗
する強さを有する陰イオン透過膜または陽イオン透過膜
であれば、任意のものを使用できる。細分区画室を形成
するリブへの膜の封着は、より高い動作圧力の使用を可
能にし、従来装置の効率を高める。何故ならば、これに
よりアセンブリの強度が増されるからである。代表的な
適当な陰イオン透過膜としては、Ionics社によりCR61−
CZL−386およびAR103−QZL−386の表示で販売される、
スルホン酸または第４アンモニウム官能機を有する、均
質型ウェブ支持のスチレン−ジビニィルベンゼンを基材
とする樹脂、Sybron/IonacによりMC−3470およびMA−34
75の表示で販売される、ポリビニリデンフルオリド接合
剤内でスチレン−ジビニルベンゼンを基剤とする樹脂を
使用する不均質型のウェブ支持の樹脂、RAI Research社
によりRaiporeの名称で販売される均質型不支持のポリ
エチレンシートのスルホン化スチレン−第四級化ビニル
ベンジルアミングラフト共重体、およびAsahi Chemical
Industry社によりAciplexの名称で販売される均質型ウ
ェブ支持のスルホン酸または第４アンモニウム官能基を
有するスチレン−ジビニルベンゼンを基剤とする樹脂な
どがある。
する強さを有する陰イオン透過膜または陽イオン透過膜
であれば、任意のものを使用できる。細分区画室を形成
するリブへの膜の封着は、より高い動作圧力の使用を可
能にし、従来装置の効率を高める。何故ならば、これに
よりアセンブリの強度が増されるからである。代表的な
適当な陰イオン透過膜としては、Ionics社によりCR61−
CZL−386およびAR103−QZL−386の表示で販売される、
スルホン酸または第４アンモニウム官能機を有する、均
質型ウェブ支持のスチレン−ジビニィルベンゼンを基材
とする樹脂、Sybron/IonacによりMC−3470およびMA−34
75の表示で販売される、ポリビニリデンフルオリド接合
剤内でスチレン−ジビニルベンゼンを基剤とする樹脂を
使用する不均質型のウェブ支持の樹脂、RAI Research社
によりRaiporeの名称で販売される均質型不支持のポリ
エチレンシートのスルホン化スチレン−第四級化ビニル
ベンジルアミングラフト共重体、およびAsahi Chemical
Industry社によりAciplexの名称で販売される均質型ウ
ェブ支持のスルホン酸または第４アンモニウム官能基を
有するスチレン−ジビニルベンゼンを基剤とする樹脂な
どがある。
電気脱イオン化段階は、全段階または段階の任意のも
のから生成水の導電率を測定し、プロセス電圧、液体流
速、温度、圧力および電流を含むプロセスパラメータを
相応に調節することによって、制御し得る。
のから生成水の導電率を測定し、プロセス電圧、液体流
速、温度、圧力および電流を含むプロセスパラメータを
相応に調節することによって、制御し得る。
以下は、電気脱イオン化システムの脱イオン化を制御
するための２つの方法についての記述である。これらの
方法は、単一または多段化システムにおいて別個にまた
は組合せで使用できる。第１の方法は、供給水の抵抗率
および温度を感知し、そして液体を所望の塩分除去率に
脱イオン化するように適当なセル対電圧を印加する。
するための２つの方法についての記述である。これらの
方法は、単一または多段化システムにおいて別個にまた
は組合せで使用できる。第１の方法は、供給水の抵抗率
および温度を感知し、そして液体を所望の塩分除去率に
脱イオン化するように適当なセル対電圧を印加する。
第２の方法は、精製物の抵抗率および温度を関知し、
これを、所望品質の水を生成するように段階の電圧を制
御するのに使用される。この形式の電圧制御は、予め選
択された品質の精製水を提供するのに使用できる。
これを、所望品質の水を生成するように段階の電圧を制
御するのに使用される。この形式の電圧制御は、予め選
択された品質の精製水を提供するのに使用できる。
２段階システムの例は、下記の如くである。すなわ
ち、第１の段階は、供給水の品質に基づく可変電圧（約
0.5〜5.0ボルト／セル対）で動作するが、これは予定さ
れた抵抗率／温度／パーセント塩分除去率関係を使用す
ることにより約70〜90％の塩分除去率を達成するのに適
当な電圧である。自動的に印加される電圧は、分極点以
下での動作を可能にし、スケーリングのない効率的な動
作を保証する。第２の段階は、生成水の品質に基づき、
予め選択された品質の水を提供するに適当な可変電圧
（約0.5〜5.0ボルト／セル対）で動作する。第２段階に
対する供給水は第１段階からの生成水であるから、第２
段階供給水はスケーリングの傾向は低い。この理由のた
め、第２段階における分極は容認でき、それゆえ電圧
は、必要とされる生成物品質を提供するように任意の程
度で変更できる。
ち、第１の段階は、供給水の品質に基づく可変電圧（約
0.5〜5.0ボルト／セル対）で動作するが、これは予定さ
れた抵抗率／温度／パーセント塩分除去率関係を使用す
ることにより約70〜90％の塩分除去率を達成するのに適
当な電圧である。自動的に印加される電圧は、分極点以
下での動作を可能にし、スケーリングのない効率的な動
作を保証する。第２の段階は、生成水の品質に基づき、
予め選択された品質の水を提供するに適当な可変電圧
（約0.5〜5.0ボルト／セル対）で動作する。第２段階に
対する供給水は第１段階からの生成水であるから、第２
段階供給水はスケーリングの傾向は低い。この理由のた
め、第２段階における分極は容認でき、それゆえ電圧
は、必要とされる生成物品質を提供するように任意の程
度で変更できる。
本発明の他の側面において、電気脱イオン化段階は、
陽極および陰極間の蛇行流条件下で操作できる。本発明
の一側面に従うと、複数の減少区画室が配置され、そし
て入口および出口手段を備えていており、精製されるべ
き水が、各段階の所与の１組の陽極および陰極間の少な
くとも２つの減少区画室を通されるようにこれらが構成
されている。本発明の多数回パス方法を用いると、各段
階の複数の減少区画室の結合された長さに等しい長さを
有する各段階の１つの減少区画室中を被精製水を通す方
法に比して、イオン除去効率が改善される。複数の減少
区画室はまた、イオン交換樹脂混合物が独立の別個の細
分区画室内に収容されるように形成される。しかして、
細分区画室は、各々、約0.3〜４インチ、好ましくは約
0.5〜約1.5インチの幅を有する。別個の細分区画室はま
た、減少区画室の周囲、およびその厚さを横切りかつそ
の全長にそって延びるリブに、陰イオン膜および陽イオ
ン膜の両者を例えば接合により固定することによって形
成される。それにより、各細分区画室は、１対のリブ、
陰イオン交換膜および陽イオン交換膜によって画定され
る。
陽極および陰極間の蛇行流条件下で操作できる。本発明
の一側面に従うと、複数の減少区画室が配置され、そし
て入口および出口手段を備えていており、精製されるべ
き水が、各段階の所与の１組の陽極および陰極間の少な
くとも２つの減少区画室を通されるようにこれらが構成
されている。本発明の多数回パス方法を用いると、各段
階の複数の減少区画室の結合された長さに等しい長さを
有する各段階の１つの減少区画室中を被精製水を通す方
法に比して、イオン除去効率が改善される。複数の減少
区画室はまた、イオン交換樹脂混合物が独立の別個の細
分区画室内に収容されるように形成される。しかして、
細分区画室は、各々、約0.3〜４インチ、好ましくは約
0.5〜約1.5インチの幅を有する。別個の細分区画室はま
た、減少区画室の周囲、およびその厚さを横切りかつそ
の全長にそって延びるリブに、陰イオン膜および陽イオ
ン膜の両者を例えば接合により固定することによって形
成される。それにより、各細分区画室は、１対のリブ、
陰イオン交換膜および陽イオン交換膜によって画定され
る。
この実施例において、電気脱イオン化装置は、１また
は複数の段階から構成し得る。各段階において、陽極
は、減少および濃縮区画室の積層の一端部に配置され、
その他端部には陰極が配置される。各陽極および陰極
は、隣接する電極スペーサおよびイオン透過膜を備えて
おり、電解液が電極スペーサ中を通過する。各段階の残
りの部分は、本明細書に記載されるように構成された一
連の交番する減少および濃縮区画室を有する。イオンが
減少されるべき液体は、各段階の各減少区画室中を平行
に通し、それにより減少区画室内の第１の液体からのイ
オンを濃縮区画室内の第２の液体中に除去することがで
きる。いずれにしても、この実施例における被精製液
は、各段階において少なくとも２つの減少区画室中を通
される。減少区画室内における流れの方向は、重要でな
く、隣接する区画室すなわち濃縮区画室における流れの
方向に同じ方向または反対方向とし得る。複数の段階が
使用されるとき、上流、段階において減少区画室から除
去された液体は、次の隣接する下流段階の減少区画室中
に直列的に通すことができる。代わりに、供給水は、第
２の段階を含む減少区画室においては、向流配向で通し
てもよい。電解液は、電気脱イオン化装置の各電極に隣
接するスペーサ中を通すことができ、そして電気脱イオ
ン化装置から除去される。減少区画室内の細分区画室
は、長期間にわたりイオン減少に対して高効率を維持す
るため、上述のように制御された厚さおよび幅を有する
のが好ましい。
は複数の段階から構成し得る。各段階において、陽極
は、減少および濃縮区画室の積層の一端部に配置され、
その他端部には陰極が配置される。各陽極および陰極
は、隣接する電極スペーサおよびイオン透過膜を備えて
おり、電解液が電極スペーサ中を通過する。各段階の残
りの部分は、本明細書に記載されるように構成された一
連の交番する減少および濃縮区画室を有する。イオンが
減少されるべき液体は、各段階の各減少区画室中を平行
に通し、それにより減少区画室内の第１の液体からのイ
オンを濃縮区画室内の第２の液体中に除去することがで
きる。いずれにしても、この実施例における被精製液
は、各段階において少なくとも２つの減少区画室中を通
される。減少区画室内における流れの方向は、重要でな
く、隣接する区画室すなわち濃縮区画室における流れの
方向に同じ方向または反対方向とし得る。複数の段階が
使用されるとき、上流、段階において減少区画室から除
去された液体は、次の隣接する下流段階の減少区画室中
に直列的に通すことができる。代わりに、供給水は、第
２の段階を含む減少区画室においては、向流配向で通し
てもよい。電解液は、電気脱イオン化装置の各電極に隣
接するスペーサ中を通すことができ、そして電気脱イオ
ン化装置から除去される。減少区画室内の細分区画室
は、長期間にわたりイオン減少に対して高効率を維持す
るため、上述のように制御された厚さおよび幅を有する
のが好ましい。
第２図を参照すると、被精製水70は、実質的に均一寸
法の樹脂ビードを含む減少区画室72および74に入る。濃
縮水供給流68は、濃縮区画室76、78および80に入る。濃
縮水は、濃縮区画室76、78および80から陽極区画室82を
通って、そこから陰極区画室84に、そしてドレイン86に
至る。被精製水は、減少区画室72および74を通って、減
少区画室88および90をへて、流れ92から回収される。
法の樹脂ビードを含む減少区画室72および74に入る。濃
縮水供給流68は、濃縮区画室76、78および80に入る。濃
縮水は、濃縮区画室76、78および80から陽極区画室82を
通って、そこから陰極区画室84に、そしてドレイン86に
至る。被精製水は、減少区画室72および74を通って、減
少区画室88および90をへて、流れ92から回収される。
本発明の他の側面において、上述の電気脱イオン化段
階は、水精製中電圧極性逆転条件下で操作できる。操作
中、電気脱イオン化装置の電極に印加される電圧の極性
が逆転され、陰極において有機物を溶解脱着し、陽極に
おいて付着物を酸化し、スケールを溶解し、新たに形成
される減少区画室において前のサイクルからのスケール
があればこれを溶解し、そして新に形成される濃縮区画
室に装置の使用中に付着され得る吸着された不潔物があ
ればこれを脱着する。電圧極性逆転の結果、最初イオン
減少区画室であった区画室は、イオン濃縮区画室とな
る。電圧極性逆転の結果として精製液体を廃棄部に送る
必要はない。何故ならば、新たに形成されるイオン減少
区画室には意外に急速なイオンの移動およびイオンの減
少がありそれと相挨って、新たに形成された濃縮区画室
においては濃度の増加に時間遅延があるから、精製液体
が受け入れられない高イオン濃度に達することが決して
ないからである。また、逆転サイクル間の時間は、濃縮
および陰極流内のpHのシフトの意外な時間遅延に起因し
て延長され、装置内のスケール化電位を減少させること
があり得るからである。
階は、水精製中電圧極性逆転条件下で操作できる。操作
中、電気脱イオン化装置の電極に印加される電圧の極性
が逆転され、陰極において有機物を溶解脱着し、陽極に
おいて付着物を酸化し、スケールを溶解し、新たに形成
される減少区画室において前のサイクルからのスケール
があればこれを溶解し、そして新に形成される濃縮区画
室に装置の使用中に付着され得る吸着された不潔物があ
ればこれを脱着する。電圧極性逆転の結果、最初イオン
減少区画室であった区画室は、イオン濃縮区画室とな
る。電圧極性逆転の結果として精製液体を廃棄部に送る
必要はない。何故ならば、新たに形成されるイオン減少
区画室には意外に急速なイオンの移動およびイオンの減
少がありそれと相挨って、新たに形成された濃縮区画室
においては濃度の増加に時間遅延があるから、精製液体
が受け入れられない高イオン濃度に達することが決して
ないからである。また、逆転サイクル間の時間は、濃縮
および陰極流内のpHのシフトの意外な時間遅延に起因し
て延長され、装置内のスケール化電位を減少させること
があり得るからである。
本明細書において、「デュアル区画室」なる用語は、
奇数の透過膜、少なくとも１つの減少区画室、および少
なくとも１つの濃縮区画室より成る区画室を意味する。
しかして、区画室の各々は、上述のように細分区画室に
分割される。イオン透過膜は、陰イオン透過膜および陽
イオン透過膜がデュアル区画室の厚さに沿って交互する
ように配置される。かくして、デュアル区画室は、奇数
イオン透過膜の陰イオン透過膜より１つ多い陽イオン膜
を含むことがあり、あるいは奇数イオン透過膜の陽イオ
ン透過膜よりも１つ多い陰イオン膜を含むことがあり得
る。本発明に従うと、デユアル区画構造のため、リブお
よびイオン透過膜により細分区画室内に位置づけられる
固形イオン交換物質の存在に起因して、液体生成物の一
部を廃棄部に送る必要がない態様で、電圧逆転が可能と
なることが分かった。
奇数の透過膜、少なくとも１つの減少区画室、および少
なくとも１つの濃縮区画室より成る区画室を意味する。
しかして、区画室の各々は、上述のように細分区画室に
分割される。イオン透過膜は、陰イオン透過膜および陽
イオン透過膜がデュアル区画室の厚さに沿って交互する
ように配置される。かくして、デュアル区画室は、奇数
イオン透過膜の陰イオン透過膜より１つ多い陽イオン膜
を含むことがあり、あるいは奇数イオン透過膜の陽イオ
ン透過膜よりも１つ多い陰イオン膜を含むことがあり得
る。本発明に従うと、デユアル区画構造のため、リブお
よびイオン透過膜により細分区画室内に位置づけられる
固形イオン交換物質の存在に起因して、液体生成物の一
部を廃棄部に送る必要がない態様で、電圧逆転が可能と
なることが分かった。
電気脱イオン化装置は、１または複数の段階から構成
し得る。各段階において、陽極は、減少および濃縮区画
室の積層の一端部に配置され、その他端部には陰極が配
置される。各陽極および陰極は、隣接する電極スペーサ
およびイオン透過膜を備えており、電解液が電極スペー
サ中を通過する。各段階の残りの部分は、本明細書に記
載されるように構成された交番する一連の交番する減少
および濃縮区画室を有する。イオンが減少されるべき液
体は、各段階の各減少区画室中を平行に通し、そして第
２の液体が、イオン減少区画室内の第１の液体からイオ
ン濃縮区画室内の第２の液体へのイオンの除去を行うた
め、各段階において平行に各イオン濃縮区画室中を通す
ことができる。複数の段階が使用される場合、上流の段
階の減少区画室から除去される液体は、次の隣接する下
流の段階の減少区画室中に直列に通すことができる。同
様に、上流段階の濃縮区画室から除去された液体は、次
の隣接する下流の段階の濃縮区画室に直列に通すことが
できる。電解液は、供給材料、生成物、中性または濃縮
物流から、または独立の源から得ることができ、電気脱
イオン化装置の各電極に隣接するスペーサ中を通され、
電気脱イオン化装置から除去される。任意的であるが、
電極に隣接するスペーサからの電解液は、廃棄部に送ら
れる前に１または複数の中性帯域を通すことができる。
電気脱イオン化装置、特に電極において蓄積するスケー
ルおよび有機物は、電圧極性を周期的に逆転することに
よって阻止される。逆転の結果、最初の陽極は陰極とな
り、最初の陰極は陽極となる。電圧極性が逆転される
と、最初の減少区画室は濃縮区画室となり、濃縮区画室
は減少区画室となる。電極では、蓄積されたスケールが
あれば、陽極サイクル中清浄化され、蓄積された有機物
があれば、陰極サイクル中溶解され除去される。また、
濃縮区画室に蓄積されたスケールがあれば、稀釈サイク
ルの最初の期間中に溶解され、ゆすがれて排出される。
加えて、稀釈サイクル中に累積する有機汚物があれば、
増大する塩分およびpHの作用により濃縮サイクル中樹脂
および膜から脱着され、廃棄物理流で除去されるから、
その存在が水の品質や装置の機能に悪影響を及ぼすこと
はない。
し得る。各段階において、陽極は、減少および濃縮区画
室の積層の一端部に配置され、その他端部には陰極が配
置される。各陽極および陰極は、隣接する電極スペーサ
およびイオン透過膜を備えており、電解液が電極スペー
サ中を通過する。各段階の残りの部分は、本明細書に記
載されるように構成された交番する一連の交番する減少
および濃縮区画室を有する。イオンが減少されるべき液
体は、各段階の各減少区画室中を平行に通し、そして第
２の液体が、イオン減少区画室内の第１の液体からイオ
ン濃縮区画室内の第２の液体へのイオンの除去を行うた
め、各段階において平行に各イオン濃縮区画室中を通す
ことができる。複数の段階が使用される場合、上流の段
階の減少区画室から除去される液体は、次の隣接する下
流の段階の減少区画室中に直列に通すことができる。同
様に、上流段階の濃縮区画室から除去された液体は、次
の隣接する下流の段階の濃縮区画室に直列に通すことが
できる。電解液は、供給材料、生成物、中性または濃縮
物流から、または独立の源から得ることができ、電気脱
イオン化装置の各電極に隣接するスペーサ中を通され、
電気脱イオン化装置から除去される。任意的であるが、
電極に隣接するスペーサからの電解液は、廃棄部に送ら
れる前に１または複数の中性帯域を通すことができる。
電気脱イオン化装置、特に電極において蓄積するスケー
ルおよび有機物は、電圧極性を周期的に逆転することに
よって阻止される。逆転の結果、最初の陽極は陰極とな
り、最初の陰極は陽極となる。電圧極性が逆転される
と、最初の減少区画室は濃縮区画室となり、濃縮区画室
は減少区画室となる。電極では、蓄積されたスケールが
あれば、陽極サイクル中清浄化され、蓄積された有機物
があれば、陰極サイクル中溶解され除去される。また、
濃縮区画室に蓄積されたスケールがあれば、稀釈サイク
ルの最初の期間中に溶解され、ゆすがれて排出される。
加えて、稀釈サイクル中に累積する有機汚物があれば、
増大する塩分およびpHの作用により濃縮サイクル中樹脂
および膜から脱着され、廃棄物理流で除去されるから、
その存在が水の品質や装置の機能に悪影響を及ぼすこと
はない。
電圧極性の逆転中、区画室から回収される液体の一部
は、廃棄されることが必要となることが予測されよう。
何故ならば、イオンの除去は、極性の反転中十分に迅速
でないであろうからである。しかしながら、驚くべきこ
とに、新に形成される減少区画室からのイオンの除去は
十分に迅速であり、逆転後の最初の期間中、極性の逆転
と新に形成された濃縮区画室おける水品質の劣化の間に
は時間遅延があり、そのため、液体生成物は、サイクル
中またはサイクル間の任意の時点において廃棄されるを
要しない。換言すれば、新に形成された減少区画室また
は濃縮区画室のいずれか一方または双方からの液体生成
物の導電率は十分い低く、それにより液体生成物は一方
の流れまたは両方の流れまたは両方の流れにおいて受け
入れ可能となる。この結果は非常に望ましい。何故なら
ば、これにより、新に形成された減少区画室からの液体
生成物の一部を廃棄部に向け、続いて系の流れを逆転し
て、新に形成された減少区画室から液体生成物の回収を
行なうための弁作用および導管手段の必要が排除される
からである。また、本発明に従う極性の逆転は、高品質
の生成物の連続的回収を許容するから、従来必要であっ
た関連するポンプ能力を有する保持タンク系は、望まし
いことに除去される。
は、廃棄されることが必要となることが予測されよう。
何故ならば、イオンの除去は、極性の反転中十分に迅速
でないであろうからである。しかしながら、驚くべきこ
とに、新に形成される減少区画室からのイオンの除去は
十分に迅速であり、逆転後の最初の期間中、極性の逆転
と新に形成された濃縮区画室おける水品質の劣化の間に
は時間遅延があり、そのため、液体生成物は、サイクル
中またはサイクル間の任意の時点において廃棄されるを
要しない。換言すれば、新に形成された減少区画室また
は濃縮区画室のいずれか一方または双方からの液体生成
物の導電率は十分い低く、それにより液体生成物は一方
の流れまたは両方の流れまたは両方の流れにおいて受け
入れ可能となる。この結果は非常に望ましい。何故なら
ば、これにより、新に形成された減少区画室からの液体
生成物の一部を廃棄部に向け、続いて系の流れを逆転し
て、新に形成された減少区画室から液体生成物の回収を
行なうための弁作用および導管手段の必要が排除される
からである。また、本発明に従う極性の逆転は、高品質
の生成物の連続的回収を許容するから、従来必要であっ
た関連するポンプ能力を有する保持タンク系は、望まし
いことに除去される。
加えて、極性反転の時間は、陰極および陰イオン膜の
ような表面上にスケールの即座の局部的形成を防ぐには
短いことが予測されよう。しかしながら、局部的スケー
リングは、濃縮用および／または電極流におけるイオン
交換物質のpH緩衝作用により最小化される。それゆえ、
極性逆転換間の時間は延長でき、平均でより純粋な生成
物をもたらす。減少および濃縮区画室のおける細分区画
室は、上述のように長期間にわたりイオン減少の高効率
を持続するために、制御された厚さおよび幅を有するこ
とが必須である。
ような表面上にスケールの即座の局部的形成を防ぐには
短いことが予測されよう。しかしながら、局部的スケー
リングは、濃縮用および／または電極流におけるイオン
交換物質のpH緩衝作用により最小化される。それゆえ、
極性逆転換間の時間は延長でき、平均でより純粋な生成
物をもたらす。減少および濃縮区画室のおける細分区画
室は、上述のように長期間にわたりイオン減少の高効率
を持続するために、制御された厚さおよび幅を有するこ
とが必須である。
さらに、以下に実施例に示されるように、本発明の水
精製プロセスを開始するに要する洗浄時間は、実質的に
均一寸法のイオン交換樹脂ビードを使用するとき、予想
以上に短い。
精製プロセスを開始するに要する洗浄時間は、実質的に
均一寸法のイオン交換樹脂ビードを使用するとき、予想
以上に短い。
第３図を参照すると、被精製液体は、入口10に入り、
減少区画室12を通り、減少区画室14を経、そして出口16
から回収される。濃縮用液体は、入口18を通り、濃縮区
画室20および22を経、出口24を通ってドレインに排出さ
れる。電解液は、入口34から電極区画室26、28、30およ
び32を経て循環され、出口36からドレインに廃棄され
る。第１図に示されるモードで動作されるとき、電極区
画室26および30は陰極を構成し、電極区画室28および32
は陽極を構成する。
減少区画室12を通り、減少区画室14を経、そして出口16
から回収される。濃縮用液体は、入口18を通り、濃縮区
画室20および22を経、出口24を通ってドレインに排出さ
れる。電解液は、入口34から電極区画室26、28、30およ
び32を経て循環され、出口36からドレインに廃棄され
る。第１図に示されるモードで動作されるとき、電極区
画室26および30は陰極を構成し、電極区画室28および32
は陽極を構成する。
第４図を参照すると、電極の極性は逆転されており、
電極26および30は陽極を構成し、電極28および32は陰極
を構成し、そしてこの場合、電解液は入口34から入って
区画室を循環され、出口36からドレインに廃棄される。
極性の逆転のため、第３図の減少区画室12はここでは濃
縮区画室13となり、第３図の減少区画室14は濃縮区画室
15となる。同様に、第３図の濃縮区画室20および22は減
少区画室15となる。同様に、第３図の濃縮区画室20およ
び22は減少区画室21および23となる。それゆえ、第３図
の生成物出口16は、廃棄物流17となり、他方第４図の廃
棄物流24は生成物流25となる。
電極26および30は陽極を構成し、電極28および32は陰極
を構成し、そしてこの場合、電解液は入口34から入って
区画室を循環され、出口36からドレインに廃棄される。
極性の逆転のため、第３図の減少区画室12はここでは濃
縮区画室13となり、第３図の減少区画室14は濃縮区画室
15となる。同様に、第３図の濃縮区画室20および22は減
少区画室15となる。同様に、第３図の濃縮区画室20およ
び22は減少区画室21および23となる。それゆえ、第３図
の生成物出口16は、廃棄物流17となり、他方第４図の廃
棄物流24は生成物流25となる。
第５図を参照すると、デュアル区画室配列が示されて
いるが、その各々は、前述のようにスペーサ75および77
により分離されかつ該スペーサに接合された２つの陽イ
オン透過膜69および71と陰イオン透過膜73を含む。電極
79の極性が負であるとき、スペーサ75を含む区画室はイ
オン減少区画室であり、他方スペーサ77を含む区画室は
イオン濃縮区画室である。電極79の極性が正であり、電
極81の極性が負であるとき、スペーサ75を含む区画室は
イオン濃縮区画室となり、スペーサ77を含む区画室はイ
オン減少区画室となる。75および77を通る減少区画室お
よび濃縮区画室に対する液体は、第５図に示されるよう
に直列に通されても、第６図に示されるように並列に通
されてもよく、あるいは直列または並列流の組合せでも
よい。任意的構成が第５図に示されているが、この図に
あっては、デュアル区画室構造はスクリーン85を含む中
性帯域83によって分離されている。中性帯域83は、単に
隣接するデュアル区画室の膜間の接触を防ぐに過ぎな
い。中性帯域83に対する液体は、そこを直列または並列
に通してよく、また所望に応じて供給流、電極流、減少
または濃縮流によって供給してよく、また装置を出る前
に、所望に応じて廃棄部に向けても陽極または陰極区画
室に供給してもよい。
いるが、その各々は、前述のようにスペーサ75および77
により分離されかつ該スペーサに接合された２つの陽イ
オン透過膜69および71と陰イオン透過膜73を含む。電極
79の極性が負であるとき、スペーサ75を含む区画室はイ
オン減少区画室であり、他方スペーサ77を含む区画室は
イオン濃縮区画室である。電極79の極性が正であり、電
極81の極性が負であるとき、スペーサ75を含む区画室は
イオン濃縮区画室となり、スペーサ77を含む区画室はイ
オン減少区画室となる。75および77を通る減少区画室お
よび濃縮区画室に対する液体は、第５図に示されるよう
に直列に通されても、第６図に示されるように並列に通
されてもよく、あるいは直列または並列流の組合せでも
よい。任意的構成が第５図に示されているが、この図に
あっては、デュアル区画室構造はスクリーン85を含む中
性帯域83によって分離されている。中性帯域83は、単に
隣接するデュアル区画室の膜間の接触を防ぐに過ぎな
い。中性帯域83に対する液体は、そこを直列または並列
に通してよく、また所望に応じて供給流、電極流、減少
または濃縮流によって供給してよく、また装置を出る前
に、所望に応じて廃棄部に向けても陽極または陰極区画
室に供給してもよい。
以下の実施例は本発明を説明するものであり、本発明
を限定するものではない。
を限定するものではない。
［実施例Ｉ］ 各々30cm長を有しかつ0.23cm厚および3.3cm幅の３つ
の細分区画室を有する、４つの減少セル（槽）および交
番する４つの濃縮セルより成る一連の電気脱イオン化装
置（ユニット）を陰極および陽極間に配置した。減少細
分区画室は、従来のDow MR−３ビード、またはDow Mono
sphere陽イオンおよび陰イオンビードの混合物、両者と
も直径550マイクロメータ、で充填した。両装置を下記
の条件下で試験した。すなわち、試験溶液:Nacl,供給材
料導電率:100us/cm,生成物流量:190〜200ml/min,電圧:1
2〜13.5V. この表は、Monosphereでの洗浄時間が、従来の樹脂に
比べて2Megohmに達するのに22倍速く、4Megohmに達する
のに34倍速いことを示している。
の細分区画室を有する、４つの減少セル（槽）および交
番する４つの濃縮セルより成る一連の電気脱イオン化装
置（ユニット）を陰極および陽極間に配置した。減少細
分区画室は、従来のDow MR−３ビード、またはDow Mono
sphere陽イオンおよび陰イオンビードの混合物、両者と
も直径550マイクロメータ、で充填した。両装置を下記
の条件下で試験した。すなわち、試験溶液:Nacl,供給材
料導電率:100us/cm,生成物流量:190〜200ml/min,電圧:1
2〜13.5V. この表は、Monosphereでの洗浄時間が、従来の樹脂に
比べて2Megohmに達するのに22倍速く、4Megohmに達する
のに34倍速いことを示している。
［実施例II］ 下記の幾何形態を有する２つの電気脱イオン化モジュ
ールを使用した。すなわち、各段階当り10の減少セルお
よび段階当り10の濃縮スクリーン形式スペーサを備える
２つの直列段階を使用し、両段階は１つの陽極およびＩ
つの陰極間に配置され、そして各減少セルは、13インチ
の流路長を有し、0.090インチ厚および1.3インチ幅の３
つの細分区画室を有した。減少区画室は、70対30の陰イ
オン／陽イオン体積比でDow Monosphere樹脂ビード（両
者とも550マイクロメータ直径）で充填した。モジュー
ルへの供給水は、塩化ナトリウムの追加で120マイクロ
シーメンス/cmに調節した水道水であった。両モジュー
ルは、始動後１乃至３分内でMegohm品質範囲の水を生じ
た。20のセル対を備えるこれらの積層は多量の樹脂を含
むから、迅速な洗浄は予期されなかった。応答は、Dowe
x−３ビードのような標準樹脂混合物を含む類似の装置
で観察されるよりも20〜50倍速かった。
ールを使用した。すなわち、各段階当り10の減少セルお
よび段階当り10の濃縮スクリーン形式スペーサを備える
２つの直列段階を使用し、両段階は１つの陽極およびＩ
つの陰極間に配置され、そして各減少セルは、13インチ
の流路長を有し、0.090インチ厚および1.3インチ幅の３
つの細分区画室を有した。減少区画室は、70対30の陰イ
オン／陽イオン体積比でDow Monosphere樹脂ビード（両
者とも550マイクロメータ直径）で充填した。モジュー
ルへの供給水は、塩化ナトリウムの追加で120マイクロ
シーメンス/cmに調節した水道水であった。両モジュー
ルは、始動後１乃至３分内でMegohm品質範囲の水を生じ
た。20のセル対を備えるこれらの積層は多量の樹脂を含
むから、迅速な洗浄は予期されなかった。応答は、Dowe
x−３ビードのような標準樹脂混合物を含む類似の装置
で観察されるよりも20〜50倍速かった。
［実施例３］ 下記の幾何形態を有する5GPMおよび10GPM容量の２つ
の電気脱イオン化モジュールを使用した。すなわち、各
々、それぞれ31および61の濃縮スクリーン形式スペーサ
とともに30および60の減少セルを有する単一の段階を有
し、そして各減少セルは26インチの流路長を有し、0.09
0インチ厚および1.1インチ幅の10の細分区画室を有し
た。減少区画室は、70対30の陰イオン対陽イオン体積比
でDowex Monosphereビード（550AおよびXUS40369、両者
とも550マイクロメータ直径）を充填した。両モジュー
ルへの供給水は、80マイクロシーメンス/cmの導電率を
有した。
の電気脱イオン化モジュールを使用した。すなわち、各
々、それぞれ31および61の濃縮スクリーン形式スペーサ
とともに30および60の減少セルを有する単一の段階を有
し、そして各減少セルは26インチの流路長を有し、0.09
0インチ厚および1.1インチ幅の10の細分区画室を有し
た。減少区画室は、70対30の陰イオン対陽イオン体積比
でDowex Monosphereビード（550AおよびXUS40369、両者
とも550マイクロメータ直径）を充填した。両モジュー
ルへの供給水は、80マイクロシーメンス/cmの導電率を
有した。
［実施例IV］ 下記の幾何形態を有する電気脱イオン化モジュールを
使用した。すなわち、４つの段階が１つの陽極および１
つの陰極間に直列的に配置され、各段階は１つの減少セ
ルより成り、各減少セルは13インチの流路長を有し、0.
090インチおよび1.3インチ幅の３つの細分区画室を有し
た。モジュール内の減少セルは、陰イオンに関して550
マイクロメータ、そして陽イオンに対して650マイクロ
メータのビード直径寸法を有する標準Dowex monosphere
樹脂で充填した。減少セルの樹脂比は、陰イオン対陽イ
オン体積比で70対30であった。モジュールは、濃縮スク
リーン形式セルを含んだ。モジュールに対する供給水
は、等量部の塩化ナトリウムおよび重炭酸ナトリウムに
より550マイクロシーメンス/cmであった。メグオーム品
質を得るに必要とする時間は、８分であったが、これは
直径550マイクロメータの陰イオンおよび陽イオンビー
ドの両者を含む他のモジュールより長いが、標準Dowex
MR−３を使用する類似のモジュールに必要とされる約１
時間よりなお相当短かった。
使用した。すなわち、４つの段階が１つの陽極および１
つの陰極間に直列的に配置され、各段階は１つの減少セ
ルより成り、各減少セルは13インチの流路長を有し、0.
090インチおよび1.3インチ幅の３つの細分区画室を有し
た。モジュール内の減少セルは、陰イオンに関して550
マイクロメータ、そして陽イオンに対して650マイクロ
メータのビード直径寸法を有する標準Dowex monosphere
樹脂で充填した。減少セルの樹脂比は、陰イオン対陽イ
オン体積比で70対30であった。モジュールは、濃縮スク
リーン形式セルを含んだ。モジュールに対する供給水
は、等量部の塩化ナトリウムおよび重炭酸ナトリウムに
より550マイクロシーメンス/cmであった。メグオーム品
質を得るに必要とする時間は、８分であったが、これは
直径550マイクロメータの陰イオンおよび陽イオンビー
ドの両者を含む他のモジュールより長いが、標準Dowex
MR−３を使用する類似のモジュールに必要とされる約１
時間よりなお相当短かった。
［実施例Ｖ］ ２つの電気脱イオン化装置（ユニット）の性能を比較
した。しかして、各装置は、各々、８のセルより成り、
各セルは、30cm長であり、各々3.3cm幅および0.23cm厚
の３つの細分区画室を有した。各装置は２つの電極を含
んだ。すべての区画室は、陽イオンおよび陰イオン交換
樹脂混合物で充填した。すなわち、一方の装置は従来の
Dow MR−３で、他方の装置はDowex Monosphere、直径55
0マイクロメータで充填した。各装置において、４つの
交互の区画室が減少区画室として使用され、他の４つが
濃縮区画室として使用された。40分毎に、２つの装置に
対する電極極性を逆転した。したがって、減少区画室お
よび濃縮区画室は機能を逆転した。
した。しかして、各装置は、各々、８のセルより成り、
各セルは、30cm長であり、各々3.3cm幅および0.23cm厚
の３つの細分区画室を有した。各装置は２つの電極を含
んだ。すべての区画室は、陽イオンおよび陰イオン交換
樹脂混合物で充填した。すなわち、一方の装置は従来の
Dow MR−３で、他方の装置はDowex Monosphere、直径55
0マイクロメータで充填した。各装置において、４つの
交互の区画室が減少区画室として使用され、他の４つが
濃縮区画室として使用された。40分毎に、２つの装置に
対する電極極性を逆転した。したがって、減少区画室お
よび濃縮区画室は機能を逆転した。
両装置は４つの直列段階を有し、下記の条件下で試験
された。すなわち、 供給溶液、NaCl,供給材料導電率:60マイクロシーメン
ス/cm,生成物流量:200ml/分，印加電圧:16ボルト。各装
置に対する応答時間、すなわち極性逆転換間の40分の期
間にわたり時間の関数とし生成物抵抗率の改善を監視し
た。
された。すなわち、 供給溶液、NaCl,供給材料導電率:60マイクロシーメン
ス/cm,生成物流量:200ml/分，印加電圧:16ボルト。各装
置に対する応答時間、すなわち極性逆転換間の40分の期
間にわたり時間の関数とし生成物抵抗率の改善を監視し
た。
従来の樹脂で作られた装置に対する初スロープは、標
準化抵抗率単位／分で0.024であり、これに比して、Dow
Monosphere樹脂で作られた装置では標準化抵抗率単位
／分で0.103であった。
準化抵抗率単位／分で0.024であり、これに比して、Dow
Monosphere樹脂で作られた装置では標準化抵抗率単位
／分で0.103であった。
以上本発明を好ましい実施例について説明したが、当
技術に精通したものであれば、本発明の技術思想から逸
脱することなく種々の変化変更をなしうることは明らか
であろう。
技術に精通したものであれば、本発明の技術思想から逸
脱することなく種々の変化変更をなしうることは明らか
であろう。
第１図は本発明の電気脱イオン化装置の１実施例の動作
を例示する概略図、第２図は本発明の第２の実施例の概
略図、第３図および第４図は電気脱イオン化動作段階中
電極が逆転される本発明の実施例の概略図、第５図は極
性を逆転するときに有用な１つの流路配置を示す概略
図、第６図は極性を逆転するときに有用な代わりの流路
配置を示す概略線図である。 40:被精製液体入口 42,44:イオン減少区画室 46:生成物出口 48:濃縮溶液用入口 50,52:イオン濃縮区画室 54:廃棄物出口 56,58,60,62:電極区画室 64:電解液用入口 66:ドレインへの出口
を例示する概略図、第２図は本発明の第２の実施例の概
略図、第３図および第４図は電気脱イオン化動作段階中
電極が逆転される本発明の実施例の概略図、第５図は極
性を逆転するときに有用な１つの流路配置を示す概略
図、第６図は極性を逆転するときに有用な代わりの流路
配置を示す概略線図である。 40:被精製液体入口 42,44:イオン減少区画室 46:生成物出口 48:濃縮溶液用入口 50,52:イオン濃縮区画室 54:廃棄物出口 56,58,60,62:電極区画室 64:電解液用入口 66:ドレインへの出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−107906（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−307410（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−186400（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C02F 1/469 B01D 61/44 C02F 1/42
Claims (9)
- 【請求項１】水内の有機物およびイオン種を除去するた
めに水を精製する方法において、電気脱イオン化装置の
第１端部に配置された陰極区画室と、前記装置の前記第
１端部と反対の端部に配置された陽極区画室と、前記陰
極区画室および前記陽極区画室間に配置され、イオン濃
縮区画室と交番する複数のイオン減少区画室と、陰イオ
ン透過膜および陽イオン透過膜とを備え、該陰イオン透
過膜および陽イオン透過膜が、前記減少区画室間の水の
漏洩を封止するようにスペーサに接合され、前記イオン
減少区画室の各々が、実質的に均一寸法の陰イオン樹脂
ビードおよび実質的に均一の寸法の陽イオン樹脂ビード
の混合物を含む電気脱イオン化装置のイオン減少区画室
中に水を通し、前記水を前記イオン減少区画室中を通し
ながら、前記水からのイオンを受け入れるための第２の
液体を前記イオン濃縮区画室中を通し、前記陽極区画室
内の陽極および前記陰極区画室内の陰極間に電圧を印加
し、精製水を前記イオン減少区画室から回収する諸段階
を含むことを特徴とする水精製方法。 - 【請求項２】前記イオン交換樹脂物質が、陰イオン交換
樹脂ビードおよび陽イオン交換樹脂ビードを含み、前記
イオン減少区画室における前記陰イオン交換樹脂ビード
対陽イオン交換樹脂ビードの体積比が、4.0ないし0.5で
ある請求項１記載の水精製方法。 - 【請求項３】水が、前記陽極および陰極間に直列に配置
された少なくとも２つのイオン減少区画室中を通される
請求項１記載の水精製方法。 - 【請求項４】前記陰イオン樹脂ビードおよび陽イオン樹
脂ビードが、実質的に等しい平均寸法より成る請求項１
〜３のいずれかに記載の水精製方法。 - 【請求項５】液体からイオンを除去するように適合され
たデュアル区画室構造体において、イオン減少区画室
と、イオン濃縮区画室と、少なくとも３つの奇数のイオ
ン透過膜とを備え、該イオン透過膜が、陽イオン透過膜
に関して交番的に配置された陰イオン透過膜を含み、前
記各イオン減少区画室および前記各イオン濃縮区画室
が、スペーサと、複数のイオン減少細分区画室および細
分イオン濃縮区画室を備え、前記細分区画室が、前記イ
オン減少区画室およびイオン濃縮区画室の各々の長さに
沿って延在する複数のリブにより画定され、前記イオン
減少細分区画室およびイオン濃縮細分区画室の各々が、
実質的に均一寸法の陰イオン交換樹脂ビードおよび実質
的に均一寸法の陽イオン交換樹脂の混合物を含んでお
り、前記イオン減少細分区画室および前記イオン濃縮細
分区画室の各々が、前記リブ間の距離により画定され
る、すなわち約0.3〜４インチ（7.62〜101.60mm）間の
幅と、約0.05〜0.25インチ（1.27〜6.35mm）の厚さを有
し、そして前記細分区画室の厚さが、陰イオン透過膜お
よび陽イオン透過膜間の距離により画定され、前記各イ
オン透過膜は、陰イオン透過膜および陽イオン透過膜が
前記デュアル区画室の長さに沿って交番的に配置される
ように、スペーサおよびスペーサ内の前記リブに接合さ
れ、そしてさらに、精製されるべき第１の液体を各イオ
ン減少区画室中を通す手段と、前記第１液体からのイオ
ンを受け入れる第２の液体を、各イオン濃縮区画室中を
通す手段とを備えるデュアル区画室構造体。 - 【請求項６】前記細分区画室の幅が、約0.5〜1.5インチ
（12.70〜38.10mm）である請求項５記載のデュアル区画
室構造体。 - 【請求項７】前記細分区画室の厚さが、約0.06〜0.125
インチ（1.52〜3.18mm）である請求項５記載のデュアル
区画室構造体。 - 【請求項８】前記イオン交換組成物が、陰イオン交換樹
脂ビードおよび陽イオン交換樹脂ビードの混合物を含
み、前記イオン減少区画室および前記イオン濃縮区画室
における陰イオン樹脂ビード対陽イオン樹脂ビードの体
積比が、約4.0〜0.5である請求項５、６または７記載の
デュアル区画室構造体。 - 【請求項９】前記陰イオン樹脂ビードおよび陽イオン樹
脂ビードが、実質的に等しい寸法を有する請求項５〜８
のいずれかに記載のデュアル区画室構造体。
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