JP3389889B2 - 電気的脱イオン装置 - Google Patents
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- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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- B01J47/02—Column or bed processes
- B01J47/06—Column or bed processes during which the ion-exchange material is subjected to a physical treatment, e.g. heat, electric current, irradiation or vibration
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- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
- B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
- B01D61/46—Apparatus therefor
- B01D61/48—Apparatus therefor having one or more compartments filled with ion-exchange material, e.g. electrodeionisation
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
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- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気的脱イオン装置
に係わり、特に処理水の比抵抗値と弱電解質アニオンの
除去率の向上を図り、高純度の純水を連続的に製造する
ことができる電気的脱イオン装置に関する。
に係わり、特に処理水の比抵抗値と弱電解質アニオンの
除去率の向上を図り、高純度の純水を連続的に製造する
ことができる電気的脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気的脱イオン装置は、電極同士の間に
複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列
して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン
交換体を充填した構成を有する。この電気的脱イオン装
置にあっては陽極、陰極間に電圧を印加しながら脱塩室
に被処理水を流入させると共に、濃縮室に濃縮水を流入
させ被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を
製造する。
複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列
して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン
交換体を充填した構成を有する。この電気的脱イオン装
置にあっては陽極、陰極間に電圧を印加しながら脱塩室
に被処理水を流入させると共に、濃縮室に濃縮水を流入
させ被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を
製造する。
【０００３】図１２はこの電気的脱イオン装置の基本的
な構成を示す分解図である。
な構成を示す分解図である。
【０００４】陰極側のエンドプレート１に沿って陰極電
極板２が配置され、この陰極電極板２の周縁部に枠状の
陰極用スペーサ３が重ね合わされる。この陰極用スペー
サ３の上にカチオン交換膜４、脱塩室形成用の枠状フレ
ーム５、アニオン交換膜６及び濃縮室形成用の枠状フレ
ーム７がこの順に重ね合わされる。このカチオン交換膜
４、脱塩室形成用の枠状フレーム５、アニオン交換膜６
及び濃縮室形成用の枠状フレーム７を１単位として多数
重ね合わされる。即ち、膜４、フレーム５、膜６、フレ
ーム７が連続して繰り返し積層される。最後のアニオン
交換膜６に対し枠状の陽極用スペーサ８を介して陽極電
極板９が重ね合わされ、その上に陽極側エンドプレート
１０が重ね合わされて積層体とされる。この積層体はボ
ルト等によって締め付けられる。
極板２が配置され、この陰極電極板２の周縁部に枠状の
陰極用スペーサ３が重ね合わされる。この陰極用スペー
サ３の上にカチオン交換膜４、脱塩室形成用の枠状フレ
ーム５、アニオン交換膜６及び濃縮室形成用の枠状フレ
ーム７がこの順に重ね合わされる。このカチオン交換膜
４、脱塩室形成用の枠状フレーム５、アニオン交換膜６
及び濃縮室形成用の枠状フレーム７を１単位として多数
重ね合わされる。即ち、膜４、フレーム５、膜６、フレ
ーム７が連続して繰り返し積層される。最後のアニオン
交換膜６に対し枠状の陽極用スペーサ８を介して陽極電
極板９が重ね合わされ、その上に陽極側エンドプレート
１０が重ね合わされて積層体とされる。この積層体はボ
ルト等によって締め付けられる。
【０００５】上記の脱塩室用フレーム５の内側スペース
が脱塩室となっており、この脱塩室にはイオン交換樹脂
等のイオン交換体５Ｒが充填される。濃縮室用フレーム
７の内側が濃縮室となっている。この濃縮室にはメッシ
ュスペーサなどが配置される。
が脱塩室となっており、この脱塩室にはイオン交換樹脂
等のイオン交換体５Ｒが充填される。濃縮室用フレーム
７の内側が濃縮室となっている。この濃縮室にはメッシ
ュスペーサなどが配置される。
【０００６】このような装置にあっては、陽極９と陰極
２の間に直流電流を通じ、且つ被処理水（原水）を被処
理水流入ライン１１を通して脱塩室内に通水せしめ、ま
た、濃縮水を濃縮水流入ライン１２を通して濃縮室８内
に通水せしめる。脱塩室内に流入してきた被処理水はイ
オン交換樹脂の充填層を流下し、その際、該被処理水中
の不純物イオンが除かれて脱イオン水となり、これが脱
イオン水流出ライン１３を経て流出する。
２の間に直流電流を通じ、且つ被処理水（原水）を被処
理水流入ライン１１を通して脱塩室内に通水せしめ、ま
た、濃縮水を濃縮水流入ライン１２を通して濃縮室８内
に通水せしめる。脱塩室内に流入してきた被処理水はイ
オン交換樹脂の充填層を流下し、その際、該被処理水中
の不純物イオンが除かれて脱イオン水となり、これが脱
イオン水流出ライン１３を経て流出する。
【０００７】一方、濃縮室内に通水された濃縮水は濃縮
室内を流下するときに、イオン交換膜４，６を介して移
動してくる不純物イオンを受け取り、不純物イオンを濃
縮した濃縮水として濃縮水流出ライン１４より流出す
る。電極室にはそれぞれ導流ライン１５，１６及び取出
ライン１７，１８を介して電極水が流通される。
室内を流下するときに、イオン交換膜４，６を介して移
動してくる不純物イオンを受け取り、不純物イオンを濃
縮した濃縮水として濃縮水流出ライン１４より流出す
る。電極室にはそれぞれ導流ライン１５，１６及び取出
ライン１７，１８を介して電極水が流通される。
【０００８】ところで、脱塩室内に上下方向に仕切り用
リブを設け、脱塩室内を上下方向に長い小室に区画した
電気的脱イオン装置が特公平４−７２５６７号公報に記
載されている。このように脱塩室内をリブによって細長
い小室に区画し、各小室にそれぞれイオン交換樹脂を充
填した電気的脱イオン装置にあっては、脱塩室の入口か
ら出口に向って局部的に偏って水が流れるチャンネル化
現象が防止されると共に、脱塩室内においてイオン交換
樹脂が圧縮されたり移動したりすることが防止される。
リブを設け、脱塩室内を上下方向に長い小室に区画した
電気的脱イオン装置が特公平４−７２５６７号公報に記
載されている。このように脱塩室内をリブによって細長
い小室に区画し、各小室にそれぞれイオン交換樹脂を充
填した電気的脱イオン装置にあっては、脱塩室の入口か
ら出口に向って局部的に偏って水が流れるチャンネル化
現象が防止されると共に、脱塩室内においてイオン交換
樹脂が圧縮されたり移動したりすることが防止される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記の特公平４−７２
５６７号の電気的脱イオン装置にあっては、脱塩室を上
下に細長い小室に区画するため、小室の数に制限があ
る。即ち、あまり多くの小室を形成することができな
い。また、リブによって水の左右方向への流れが阻止さ
れるため、水とイオン交換樹脂との接触効率が悪い。さ
らに、小室の下部にあってはイオン交換樹脂が圧縮さ
れ、上部に隙間があき、イオン交換樹脂の充填率が低く
なりがちであるという短所もある。
５６７号の電気的脱イオン装置にあっては、脱塩室を上
下に細長い小室に区画するため、小室の数に制限があ
る。即ち、あまり多くの小室を形成することができな
い。また、リブによって水の左右方向への流れが阻止さ
れるため、水とイオン交換樹脂との接触効率が悪い。さ
らに、小室の下部にあってはイオン交換樹脂が圧縮さ
れ、上部に隙間があき、イオン交換樹脂の充填率が低く
なりがちであるという短所もある。
【００１０】本発明は、このような種々の短所を克服
し、水とイオン交換体との接触効率が高く、イオン交換
体等の充填密度も高い電気的脱イオン装置を提供するこ
とを目的とする。
し、水とイオン交換体との接触効率が高く、イオン交換
体等の充填密度も高い電気的脱イオン装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１１】また、本発明は、１つの脱塩室内に部分的
に異なった電流密度にて電流を流すことが可能な電気的
脱イオン装置を提供することを目的とする。
に異なった電流密度にて電流を流すことが可能な電気的
脱イオン装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の電気的脱イオン
装置は、脱塩室内を区画部材によって多数の小室に区画
し、各小室にイオン交換体を充填している。この各小室
に臨む区画部材の少なくとも一部は、脱塩室内の平均的
な水の流れ方向に対して傾斜しており、この傾斜した部
分は、水は通過させるが、イオン交換体は通過させない
構造となっている。このため、脱塩室内に流入した水の
少なくとも一部は、平均的な水の流れ方向に対し斜め方
向に流れるようになり、脱塩室内の全体に分散して流れ
る。従って、水とイオン交換体との接触効率が向上し、
脱イオン特性が向上する。
装置は、脱塩室内を区画部材によって多数の小室に区画
し、各小室にイオン交換体を充填している。この各小室
に臨む区画部材の少なくとも一部は、脱塩室内の平均的
な水の流れ方向に対して傾斜しており、この傾斜した部
分は、水は通過させるが、イオン交換体は通過させない
構造となっている。このため、脱塩室内に流入した水の
少なくとも一部は、平均的な水の流れ方向に対し斜め方
向に流れるようになり、脱塩室内の全体に分散して流れ
る。従って、水とイオン交換体との接触効率が向上し、
脱イオン特性が向上する。
【００１３】この小室を平均的な水の流れ方向及びこれ
と直交方向のいずれにおいても膜面に沿って複数個配置
することにより、（例えば縦横に多数配置することによ
り、）水とイオン交換体との接触効率がきわめて高いも
のとなる。また、各小室内の上下方向の高さが小さくな
り、イオン交換体が局部的に圧縮されにくくなる。従っ
て、小室に隙間が生じることがなく、イオン交換体の充
填密度が高い。
と直交方向のいずれにおいても膜面に沿って複数個配置
することにより、（例えば縦横に多数配置することによ
り、）水とイオン交換体との接触効率がきわめて高いも
のとなる。また、各小室内の上下方向の高さが小さくな
り、イオン交換体が局部的に圧縮されにくくなる。従っ
て、小室に隙間が生じることがなく、イオン交換体の充
填密度が高い。
【００１４】この小室は、イオン交換膜面に投影した形
状が六角形又は四角形であることが好ましい。六角形の
場合には、１対の平行な辺が平均的な水の流れ方向とな
るように各小室を配置するのが好ましい。四角形の場合
には、各辺が平均的な水の流れ方向に対し傾斜するよう
に配置する。
状が六角形又は四角形であることが好ましい。六角形の
場合には、１対の平行な辺が平均的な水の流れ方向とな
るように各小室を配置するのが好ましい。四角形の場合
には、各辺が平均的な水の流れ方向に対し傾斜するよう
に配置する。
【００１５】本発明では、すべての小室に同種類のイオ
ン交換体を充填してもよく、一部の小室に他の小室とは
異なるイオン交換特性のイオン交換体を充填してもよ
い。例えば、一部の小室にアニオン交換体を充填し、別
の一部の小室にカチオン交換体を充填し、残りの小室に
両性イオン交換体（又はアニオン交換体とカチオン交換
体との混合物）を充填してもよい。
ン交換体を充填してもよく、一部の小室に他の小室とは
異なるイオン交換特性のイオン交換体を充填してもよ
い。例えば、一部の小室にアニオン交換体を充填し、別
の一部の小室にカチオン交換体を充填し、残りの小室に
両性イオン交換体（又はアニオン交換体とカチオン交換
体との混合物）を充填してもよい。
【００１６】本発明では、１つの小室内に１種類のイオ
ン交換特性のイオン交換体のみを充填してもよく、複数
種類のイオン交換特性のイオン交換体を充填してもよ
い。例えば１つの小室内にアニオン交換体と両性イオン
交換体とを混合して充填してもよく、１つの小室内にカ
チオン交換体と両性イオン交換体とを混合してもよい。
ン交換特性のイオン交換体のみを充填してもよく、複数
種類のイオン交換特性のイオン交換体を充填してもよ
い。例えば１つの小室内にアニオン交換体と両性イオン
交換体とを混合して充填してもよく、１つの小室内にカ
チオン交換体と両性イオン交換体とを混合してもよい。
【００１７】本発明では、イオン交換特性が同種のイオ
ン交換体が充填された小室群に対し他の小室群とは異な
った電圧を作用させるために、小室群の配置に対応して
前記電極を互いに絶縁された複数の小電極にて構成して
もよい。
ン交換体が充填された小室群に対し他の小室群とは異な
った電圧を作用させるために、小室群の配置に対応して
前記電極を互いに絶縁された複数の小電極にて構成して
もよい。
【００１８】また、本発明では、電極が各小室の配置に
対応して互いに絶縁された複数の小電極にて構成されて
もよい。
対応して互いに絶縁された複数の小電極にて構成されて
もよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して実施の形態
について説明する。図１は実施の形態に係る脱塩室の構
成を示す分解斜視図、図２は区画部材の要部斜視図、図
３は区画部材の分解斜視図、図４は区画部材の通水状況
を示す正面図、図５，図６は区画部材へのイオン交換体
の充填例を示す正面図である。
について説明する。図１は実施の形態に係る脱塩室の構
成を示す分解斜視図、図２は区画部材の要部斜視図、図
３は区画部材の分解斜視図、図４は区画部材の通水状況
を示す正面図、図５，図６は区画部材へのイオン交換体
の充填例を示す正面図である。
【００２０】この脱塩室は、長方形状のフレーム２０
と、このフレーム２０内に配置された好ましくは導電性
を有した区画部材２１と、区画部材２１によって形成さ
れた小室２２内に充填されたイオン交換体２３と、フレ
ーム２０を挟むように配置されたアニオン交換膜２４及
びカチオン交換膜２５とによって構成されている。
と、このフレーム２０内に配置された好ましくは導電性
を有した区画部材２１と、区画部材２１によって形成さ
れた小室２２内に充填されたイオン交換体２３と、フレ
ーム２０を挟むように配置されたアニオン交換膜２４及
びカチオン交換膜２５とによって構成されている。
【００２１】フレーム２０の上部には被処理水（原水）
の導入用の通水孔２６及び濃縮水（流入側）の通水孔２
７が穿孔され、下部には脱塩水の通水孔２８及び濃縮水
（排出側）の通水孔２９が穿孔されている。この原水導
入用通水孔２６及び脱塩水の通水孔２８は切欠状の水路
２６ａ，２８ａを介してそれぞれフレーム２０の内側に
連通している。
の導入用の通水孔２６及び濃縮水（流入側）の通水孔２
７が穿孔され、下部には脱塩水の通水孔２８及び濃縮水
（排出側）の通水孔２９が穿孔されている。この原水導
入用通水孔２６及び脱塩水の通水孔２８は切欠状の水路
２６ａ，２８ａを介してそれぞれフレーム２０の内側に
連通している。
【００２２】なお、水路２６ａは、図１では左上の小室
にのみ連通するように図示しているが、左右方向の各小
室に原水が均等に分配されるように水路２６ａは実際に
はフレーム２０の上部に複数設けられ、通水孔２６は最
上部の各小室に直接に連通している。同様に、図１では
水路２８ａは右下の小室にのみ連通するように図示して
あるが、実際には水路２８ａはフレーム２０の下部に複
数個設けられており、通水孔２８は最下部の各小室に直
接に連通している。
にのみ連通するように図示しているが、左右方向の各小
室に原水が均等に分配されるように水路２６ａは実際に
はフレーム２０の上部に複数設けられ、通水孔２６は最
上部の各小室に直接に連通している。同様に、図１では
水路２８ａは右下の小室にのみ連通するように図示して
あるが、実際には水路２８ａはフレーム２０の下部に複
数個設けられており、通水孔２８は最下部の各小室に直
接に連通している。
【００２３】この実施の形態に係る区画部材２１は六角
形のハニカム形状のものであり、小室２２は上下左右に
多数配置されている。各小室２２の１対の側辺がフレー
ム２０の長手方向即ち上下方向となるように配置されて
いる。
形のハニカム形状のものであり、小室２２は上下左右に
多数配置されている。各小室２２の１対の側辺がフレー
ム２０の長手方向即ち上下方向となるように配置されて
いる。
【００２４】この区画部材２１は、予め一体成形された
ものであってもよく、複数の部材を組み合わせたもので
あってもよい。例えば図３のようにジグザグ状の屈曲板
３０の長手方向面３１同士を連結することにより構成さ
れる。この屈曲板３０は、長手方向面３１に対し１２０
゜の角度で連なる通水性の斜向面３２，３３を備えてい
る。長手方向面３１同士を連結するには例えば接着剤を
用いることができる。この屈曲板３０は、水は通過させ
るがイオン交換体は通過させない材料、例えば織布、不
織布、メッシュ、多孔質材などにより構成されている。
この屈曲板３０は耐酸性及び耐アルカリ性を有した合成
樹脂又は金属により剛性を有するように形成されるのが
好ましい。長手方向面３１は通水性を有していてもよ
く、有していなくてもよい。
ものであってもよく、複数の部材を組み合わせたもので
あってもよい。例えば図３のようにジグザグ状の屈曲板
３０の長手方向面３１同士を連結することにより構成さ
れる。この屈曲板３０は、長手方向面３１に対し１２０
゜の角度で連なる通水性の斜向面３２，３３を備えてい
る。長手方向面３１同士を連結するには例えば接着剤を
用いることができる。この屈曲板３０は、水は通過させ
るがイオン交換体は通過させない材料、例えば織布、不
織布、メッシュ、多孔質材などにより構成されている。
この屈曲板３０は耐酸性及び耐アルカリ性を有した合成
樹脂又は金属により剛性を有するように形成されるのが
好ましい。長手方向面３１は通水性を有していてもよ
く、有していなくてもよい。
【００２５】区画部材２１はフレーム２０に嵌め込まれ
てもよい。また、フレーム２０の片面側に透水性シート
又はメッシュを張設し、これに区画部材を接着してもよ
い。
てもよい。また、フレーム２０の片面側に透水性シート
又はメッシュを張設し、これに区画部材を接着してもよ
い。
【００２６】この脱塩室を有した電気的脱イオン装置の
全体構造それ自体は前記図１２と同じであり、原水、濃
縮水及び電極水の通水系路も同じである。
全体構造それ自体は前記図１２と同じであり、原水、濃
縮水及び電極水の通水系路も同じである。
【００２７】この電気的脱イオン装置に通水して脱塩運
転を行う場合、脱塩室に流入した原水は、図４の通り小
室２２を囲む区画部材２１を通過して隣接する小室２２
に流れ込み、徐々に下方に流れ、この間に脱イオン処理
を受ける。そして、遂には脱塩室の下部に達し、水路２
８ａを介して脱塩水取出用の孔２８に流入し、脱塩水と
して電気的脱イオン装置外に取り出される。
転を行う場合、脱塩室に流入した原水は、図４の通り小
室２２を囲む区画部材２１を通過して隣接する小室２２
に流れ込み、徐々に下方に流れ、この間に脱イオン処理
を受ける。そして、遂には脱塩室の下部に達し、水路２
８ａを介して脱塩水取出用の孔２８に流入し、脱塩水と
して電気的脱イオン装置外に取り出される。
【００２８】この脱塩室における平均的な水の流れ方向
は、原水流入用の水路２６ａがフレーム２０の上部に存
在し、脱塩水取出用の水路２８ａがフレーム２０の下部
に存在するところから、上から下に向う鉛直方向となっ
ている。この平均的な水の流れ方向に対し小室の上部及
び下部が傾斜しているので、被処理水は１つの小室２２
から左及び右側の小室２２へ斜めに分かれて流下するよ
うになる。このため、被処理水が各小室２２にほぼ均等
に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換体
との接触効率が良好なものとなる。
は、原水流入用の水路２６ａがフレーム２０の上部に存
在し、脱塩水取出用の水路２８ａがフレーム２０の下部
に存在するところから、上から下に向う鉛直方向となっ
ている。この平均的な水の流れ方向に対し小室の上部及
び下部が傾斜しているので、被処理水は１つの小室２２
から左及び右側の小室２２へ斜めに分かれて流下するよ
うになる。このため、被処理水が各小室２２にほぼ均等
に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換体
との接触効率が良好なものとなる。
【００２９】この脱塩室にあっては、小室２２が比較的
小さく、イオン交換体の自重及び水圧によって各小室２
２内においてイオン交換体に対し加えられる下向きの圧
力が小さい。従って、いずれの小室２２内においてもイ
オン交換体が圧縮されることがなく、イオン交換体が小
室内の下部において局部的に圧密化されることがない。
小さく、イオン交換体の自重及び水圧によって各小室２
２内においてイオン交換体に対し加えられる下向きの圧
力が小さい。従って、いずれの小室２２内においてもイ
オン交換体が圧縮されることがなく、イオン交換体が小
室内の下部において局部的に圧密化されることがない。
【００３０】各小室２２に対して充填されるイオン交換
体としては、アニオン交換体、カチオン交換体、両性イ
オン交換体、これらの２以上の混合物のいずれでもよ
い。充填パターンの幾つかの例は次の通りである。
体としては、アニオン交換体、カチオン交換体、両性イ
オン交換体、これらの２以上の混合物のいずれでもよ
い。充填パターンの幾つかの例は次の通りである。
【００３１】(i) すべての小室にアニオン交換体、カ
チオン交換体、両性イオン交換体のうち１種類のものを
充填する。
チオン交換体、両性イオン交換体のうち１種類のものを
充填する。
【００３２】(ii) すべての小室にアニオン交換体、カ
チオン交換体及び両性イオン交換体の２又は３の混合物
を充填する。混合比、混合種はすべて共通であってもよ
く、一部又はすべての小室において異なっていてもよ
い。
チオン交換体及び両性イオン交換体の２又は３の混合物
を充填する。混合比、混合種はすべて共通であってもよ
く、一部又はすべての小室において異なっていてもよ
い。
【００３３】(iii) 一部の小室にアニオン交換体を充
填し、他の一部の小室にカチオン交換体を充填し、残り
の小室にアニオン交換体とカチオン交換体の混合物又は
両性イオン交換体を充填する。（混合物の場合、混合
比、混合種はすべて共通であってもよく、一部又はすべ
ての小室において異なっていてもよい。）図５はこの一
例を示すものであり、Ａはアニオン交換体、Ｃはカチオ
ン交換体、Ｍは両性イオン交換体又は混合物を示してい
る。図５では、隣り合う小室のすべてにおいてイオン交
換体の種類が異なっているが、充填パターンはこれに限
定されるものではない。例えば横方向に隣接する小室の
すべてにアニオン交換体を充填し、その下の段にあって
は横方向に隣接する小室のすべてにカチオン交換体を充
填し、その下段にあっては横方向に隣接する小室のすべ
てに両性イオン交換体（又はアニオン交換体とカチオン
交換体との混合物）を充填する。
填し、他の一部の小室にカチオン交換体を充填し、残り
の小室にアニオン交換体とカチオン交換体の混合物又は
両性イオン交換体を充填する。（混合物の場合、混合
比、混合種はすべて共通であってもよく、一部又はすべ
ての小室において異なっていてもよい。）図５はこの一
例を示すものであり、Ａはアニオン交換体、Ｃはカチオ
ン交換体、Ｍは両性イオン交換体又は混合物を示してい
る。図５では、隣り合う小室のすべてにおいてイオン交
換体の種類が異なっているが、充填パターンはこれに限
定されるものではない。例えば横方向に隣接する小室の
すべてにアニオン交換体を充填し、その下の段にあって
は横方向に隣接する小室のすべてにカチオン交換体を充
填し、その下段にあっては横方向に隣接する小室のすべ
てに両性イオン交換体（又はアニオン交換体とカチオン
交換体との混合物）を充填する。
【００３４】(iv) 図６の如く、脱塩室内の上部、中
部、下部の各領域ごとに同種のイオン交換体を充填し、
隣接する領域にあってはイオン交換体の種類を異ならせ
る。図６にあっては、上部と下部との２領域の小室には
アニオン交換体とカチオン交換体との混合物（又は両性
イオン交換体）が充填され、中間の領域の小室にはアニ
オン交換体が充填されている。なお、混合物の場合、混
合比は同一であってもよく、一部又はすべての小室にお
いて異なってもよい。
部、下部の各領域ごとに同種のイオン交換体を充填し、
隣接する領域にあってはイオン交換体の種類を異ならせ
る。図６にあっては、上部と下部との２領域の小室には
アニオン交換体とカチオン交換体との混合物（又は両性
イオン交換体）が充填され、中間の領域の小室にはアニ
オン交換体が充填されている。なお、混合物の場合、混
合比は同一であってもよく、一部又はすべての小室にお
いて異なってもよい。
【００３５】なお、(ii)〜(iv)の場合、原水のアニオ
ン、カチオン比率に応じ、アニオン交換体を充填する小
室、及びカチオン交換体を充填する小室の数を調整して
もよい。
ン、カチオン比率に応じ、アニオン交換体を充填する小
室、及びカチオン交換体を充填する小室の数を調整して
もよい。
【００３６】シリカ、炭酸、ホウ素など弱電解質の除去
率を向上させるには、アルカリ性にすることが望まれる
が、アニオン交換体を充填した小室の数を増大すること
によって好適な除去条件にできる。
率を向上させるには、アルカリ性にすることが望まれる
が、アニオン交換体を充填した小室の数を増大すること
によって好適な除去条件にできる。
【００３７】本発明では、陽極側及び陰極側のいずれの
電極板も、脱塩室と同じ大きさの１枚のプレート又はシ
ートからなるものであってもよく、それよりも小さな小
電極板の組み合わせよりなるものであってもよい。
電極板も、脱塩室と同じ大きさの１枚のプレート又はシ
ートからなるものであってもよく、それよりも小さな小
電極板の組み合わせよりなるものであってもよい。
【００３８】図６のように、脱塩室の各小室に充填する
イオン交換体の種類が上、中、下の各領域に分かれたパ
ターンとなっている場合、電極板を図７の如く上、中、
下の３枚の小電極板４１，４２，４３にて構成し、上、
中、下の各小電極板４１，４２，４３同士の間に電気絶
縁体４４を配置した構成としてもよい。このようにすれ
ば、脱塩室内の各領域毎に異なる電流密度となるように
電流を流すことができる。
イオン交換体の種類が上、中、下の各領域に分かれたパ
ターンとなっている場合、電極板を図７の如く上、中、
下の３枚の小電極板４１，４２，４３にて構成し、上、
中、下の各小電極板４１，４２，４３同士の間に電気絶
縁体４４を配置した構成としてもよい。このようにすれ
ば、脱塩室内の各領域毎に異なる電流密度となるように
電流を流すことができる。
【００３９】図６では、電極板が上、中、下の３段に配
置された中程度の大きさの電極板４１，４２，４３より
構成されているが、電極板が２段又は４段以上に分かれ
ていてもよい。また、小室２２よりもごくわずかに小さ
い大きさの六角形の六角電極板を、各六角電極板同士の
間に電気絶縁体を介在させて組み合わせて脱塩室とほぼ
同じ大きさの複合電極板を構成してもよい。この場合、
すべての小室毎に通電する電流密度を個別に制御でき
る。
置された中程度の大きさの電極板４１，４２，４３より
構成されているが、電極板が２段又は４段以上に分かれ
ていてもよい。また、小室２２よりもごくわずかに小さ
い大きさの六角形の六角電極板を、各六角電極板同士の
間に電気絶縁体を介在させて組み合わせて脱塩室とほぼ
同じ大きさの複合電極板を構成してもよい。この場合、
すべての小室毎に通電する電流密度を個別に制御でき
る。
【００４０】なお、弱電解質の除去には電流密度を高め
ることが有効であるところから、弱電解質の除去を意図
する小室（１又は２以上。）のみを他の部分よりも電流
密度が高くなるように調整してもよい。
ることが有効であるところから、弱電解質の除去を意図
する小室（１又は２以上。）のみを他の部分よりも電流
密度が高くなるように調整してもよい。
【００４１】図１〜６では小室は六角形であるが、図８
の小室４５の如く四角形例えば菱形であってもよい。こ
の四角形の小室を形成する区画部材４６は、図９の如く
斜向面４７，４８よりなるジグザグ状の通水性部材４
９，４９の頂点同士を連結することによって形成でき
る。通水性部材４９同士を連結するには接着剤を用いて
もよく、各通水性部材４９に設けておいた切込（図示
略）同士を係合させてもよい。
の小室４５の如く四角形例えば菱形であってもよい。こ
の四角形の小室を形成する区画部材４６は、図９の如く
斜向面４７，４８よりなるジグザグ状の通水性部材４
９，４９の頂点同士を連結することによって形成でき
る。通水性部材４９同士を連結するには接着剤を用いて
もよく、各通水性部材４９に設けておいた切込（図示
略）同士を係合させてもよい。
【００４２】区画部材は、図１０の如く三角形の小室５
０で形成する三角格子状区画部材５１であってもよく、
図１１の通り横部材５２と波板部材５３とを組み合わせ
た三角形の小室５４を有する区画部材５５であってもよ
い。
０で形成する三角格子状区画部材５１であってもよく、
図１１の通り横部材５２と波板部材５３とを組み合わせ
た三角形の小室５４を有する区画部材５５であってもよ
い。
【００４３】本発明の電気的脱イオン装置において、小
室のイオン交換膜面への投影面積は１〜１００ｃｍ2と
くに５〜８０ｃｍ2とりわけ１０〜５０ｃｍ2程度が好ま
しい。脱塩室を挟む１対のアニオン交換膜とカチオン交
換膜の間隔、即ち脱塩室の厚みは１．５〜１５ｍｍとく
に３〜１０ｍｍ程度が好ましい。なお、小室を小さくす
るほど１つの小室に充填するイオン交換体の量が少なく
なり、イオン交換体の流動が抑制されると共に、区画部
材及び脱塩室の強度も大きくなるが、脱塩室の通水圧損
が大きくなる。
室のイオン交換膜面への投影面積は１〜１００ｃｍ2と
くに５〜８０ｃｍ2とりわけ１０〜５０ｃｍ2程度が好ま
しい。脱塩室を挟む１対のアニオン交換膜とカチオン交
換膜の間隔、即ち脱塩室の厚みは１．５〜１５ｍｍとく
に３〜１０ｍｍ程度が好ましい。なお、小室を小さくす
るほど１つの小室に充填するイオン交換体の量が少なく
なり、イオン交換体の流動が抑制されると共に、区画部
材及び脱塩室の強度も大きくなるが、脱塩室の通水圧損
が大きくなる。
【００４４】濃縮室の厚みは０．３〜１ｍｍ程度が好ま
しい。濃縮室内には２０〜６０メッシュ程度のスペーサ
が配置されるのが望ましい。
しい。濃縮室内には２０〜６０メッシュ程度のスペーサ
が配置されるのが望ましい。
【００４５】充填するイオン交換体は、通常イオン交換
樹脂が使用されるが、イオン交換繊維やイオン交換不織
布でもよく、イオン交換樹脂とイオン交換繊維の混合物
でもよい。導電性の樹脂のようなイオン伝導体であって
もよい。
樹脂が使用されるが、イオン交換繊維やイオン交換不織
布でもよく、イオン交換樹脂とイオン交換繊維の混合物
でもよい。導電性の樹脂のようなイオン伝導体であって
もよい。
【００４６】イオン交換体は、アニオン交換体、カチオ
ン交換体、これらを混合した混合体であってもよく、ま
た両性イオン交換体でもよい。
ン交換体、これらを混合した混合体であってもよく、ま
た両性イオン交換体でもよい。
【００４７】アニオン交換体としては、Ｉ型アニオン交
換樹脂やII型アニオン交換樹脂が知られているが、いず
れでもよい。塩基度の大きいＩ型と、再生効率、反応速
度、強度に優れたII型とを混合して充填することによ
り、低電流でイオンの分離が促進され好ましい。Ｉ型と
II型の混合比率は１：２〜５程度が好ましい。
換樹脂やII型アニオン交換樹脂が知られているが、いず
れでもよい。塩基度の大きいＩ型と、再生効率、反応速
度、強度に優れたII型とを混合して充填することによ
り、低電流でイオンの分離が促進され好ましい。Ｉ型と
II型の混合比率は１：２〜５程度が好ましい。
【００４８】脱塩室内イオン交換体の再生比率が高いほ
ど処理水水質が高いことから、イオン交換体の再生に寄
与する水の水素イオンと水酸イオンへのスプリット量を
増加させることが好ましい。そのためには、水を水素イ
オンと水酸イオンに同時にスプリットする機能を有する
両性イオン交換体を５〜３０％程度混合するのが好まし
い。
ど処理水水質が高いことから、イオン交換体の再生に寄
与する水の水素イオンと水酸イオンへのスプリット量を
増加させることが好ましい。そのためには、水を水素イ
オンと水酸イオンに同時にスプリットする機能を有する
両性イオン交換体を５〜３０％程度混合するのが好まし
い。
【００４９】イオン交換体の粒径は、０．１〜１ｍｍと
くに０．２〜０．６ｍｍ程度が好ましい。このイオン交
換体は、小室の容積の１００〜１４０％程度の量を小室
に収容した後、イオン交換膜で両側から挟みつけ、イオ
ン交換体を小室内に緻密に充填するのが好ましい。
くに０．２〜０．６ｍｍ程度が好ましい。このイオン交
換体は、小室の容積の１００〜１４０％程度の量を小室
に収容した後、イオン交換膜で両側から挟みつけ、イオ
ン交換体を小室内に緻密に充填するのが好ましい。
【００５０】小室内にイオン交換体を充填して電気的脱
イオン装置を組み立てる場合、小室内にイオン交換体を
充填し、両端に相対するイオン交換膜を設置後、原水を
供給し内部イオン交換体を膨潤させた後、小室を体積比
が１００〜１０２％程度になるように締め付けてもよ
い。
イオン装置を組み立てる場合、小室内にイオン交換体を
充填し、両端に相対するイオン交換膜を設置後、原水を
供給し内部イオン交換体を膨潤させた後、小室を体積比
が１００〜１０２％程度になるように締め付けてもよ
い。
【００５１】また、濃縮室内にもイオン交換体を充填す
ることができる。濃縮室にイオン交換体を充填すること
により、電流が流れ易く、また、乱流効果も改善され、
電流効率が向上する。濃縮室に配置されるスペーサの代
わりに脱塩室と同様に区画部材で多数の小室を形成し、
各小室にイオン交換体を充填しても良い。
ることができる。濃縮室にイオン交換体を充填すること
により、電流が流れ易く、また、乱流効果も改善され、
電流効率が向上する。濃縮室に配置されるスペーサの代
わりに脱塩室と同様に区画部材で多数の小室を形成し、
各小室にイオン交換体を充填しても良い。
【００５２】なお、一般に、陰極室はアルカリ性を呈す
るため、通常陽極室を通過した酸性の陽極水が供給さ
れ、陰極室で中和し、一部純水になる。このため、陰極
室の導電性は低下し局部的に電圧が上昇し、スケールが
発生し易い。この状況を避けるため、陰極をメッシュ電
極又は不織布状の電極を単独又は組み合わせた電極を使
用することにより電極面積を増やし、電極面の電流密度
を下げることによりスケールの発生を防止するのが好ま
しい。
るため、通常陽極室を通過した酸性の陽極水が供給さ
れ、陰極室で中和し、一部純水になる。このため、陰極
室の導電性は低下し局部的に電圧が上昇し、スケールが
発生し易い。この状況を避けるため、陰極をメッシュ電
極又は不織布状の電極を単独又は組み合わせた電極を使
用することにより電極面積を増やし、電極面の電流密度
を下げることによりスケールの発生を防止するのが好ま
しい。
【００５３】本発明の電気的脱イオン装置を運転する場
合、濃縮水を循環し、循環水中のイオン濃度を給水の５
〜４０倍の範囲内に制御することが望ましい。この場
合、濃縮水のスケール成分である硬度成分を電気的に分
離排除し、循環水中のランゲリアインデックスをマイナ
スにすることが好ましい。硬度成分除去に弱酸性イオン
交換樹脂を使用してもよい。
合、濃縮水を循環し、循環水中のイオン濃度を給水の５
〜４０倍の範囲内に制御することが望ましい。この場
合、濃縮水のスケール成分である硬度成分を電気的に分
離排除し、循環水中のランゲリアインデックスをマイナ
スにすることが好ましい。硬度成分除去に弱酸性イオン
交換樹脂を使用してもよい。
【００５４】
【発明の効果】本発明では、脱塩室内に例えば縦横方向
に多数の小室を配置することにより、種々のイオン交換
体を充填可能であり、目的に応じてイオン交換体の配列
や混合比率を任意に選択して充填できる。また、小室を
多く設けることにより、一つの室の面積が小さくなり、
イオン交換体の充填密度を高くすることができる。な
お、一部の小室において仮に不十分な充填があっても、
他の小室への影響はなく全体的には充填密度を高くでき
る。小室の数を多くすることにより、イオン交換体を均
等に充填でき、また、強度も大きくできるので強く圧縮
してイオン交換体を保持できる。
に多数の小室を配置することにより、種々のイオン交換
体を充填可能であり、目的に応じてイオン交換体の配列
や混合比率を任意に選択して充填できる。また、小室を
多く設けることにより、一つの室の面積が小さくなり、
イオン交換体の充填密度を高くすることができる。な
お、一部の小室において仮に不十分な充填があっても、
他の小室への影響はなく全体的には充填密度を高くでき
る。小室の数を多くすることにより、イオン交換体を均
等に充填でき、また、強度も大きくできるので強く圧縮
してイオン交換体を保持できる。
【００５５】本発明では、水が区画部材を通過可能であ
るから、水が複数の小室を通過し、各小室でその室の条
件に応じた処理を受けるよう構成することもできる。
るから、水が複数の小室を通過し、各小室でその室の条
件に応じた処理を受けるよう構成することもできる。
【図１】実施の形態に係る脱塩室の構成を示す分解斜視
図である。
図である。
【図２】区画部材の要部斜視図である。
【図３】区画部材の分解斜視図である。
【図４】区画部材の通水状況を示す正面図である。
【図５】区画部材へのイオン交換体の充填例を示す正面
図である。
図である。
【図６】区画部材へのイオン交換体の充填例を示す正面
図である。
図である。
【図７】電極板の一例を示す斜視図である。
【図８】区画部材の一例を示す正面図である。
【図９】図８の区画部材の分解図である。
【図１０】区画部材の他の例を示す正面図である。
【図１１】区画部材のさらに他の例を示す正面図であ
る。
る。
【図１２】電気的脱イオン装置の一般的な構成を示す分
解斜視図である。
解斜視図である。
２０ フレーム
２１ 区画部材
２２ 小室
２３ イオン交換体
２４ アニオン交換膜
２５ カチオン交換膜
４１，４２，４３ 電極板
４４ 絶縁体
４５，５０，５４ 小室
５１，５５ 区画部材
Claims (9)
- 【請求項１】 電極同士の間に複数のカチオン交換膜と
アニオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを
交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填し、脱塩室
に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するように
した電気的脱イオン装置において、 該脱塩室内に区画部材が配置され、該区画部材と該カチ
オン交換膜及びアニオン交換膜とによって囲まれた多数
の小室が該脱塩室内に形成されており、 各小室にそれぞれイオン交換体が充填されており、 各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の
平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、 該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させ
るがイオン交換体の通過を阻止する構造となっているこ
とを特徴とする電気的脱イオン装置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記小室が前記平均
的な水の流れ方向及びこれと直交方向であって膜面に沿
う方向のいずれにも複数個配置されていることを特徴と
する電気的脱イオン装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、膜面に投影し
た小室の形状が六角形又は四角形であることを特徴とす
る電気的脱イオン装置。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項におい
て、少なくとも一部の小室には同種のイオン交換特性の
イオン交換体が充填されていることを特徴とする電気的
脱イオン装置。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項におい
て、少なくとも一部の小室にはイオン交換特性が異なる
複数種類のイオン交換体が充填されていることを特徴と
する電気的脱イオン装置。 - 【請求項６】 請求項５において、前記少なくとも一部
の小室のイオン交換体の５〜３０％は両性イオン交換体
であることを特徴とする電気的脱イオン装置。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項におい
て、一部の小室のイオン交換体のイオン交換特性が他の
小室のものと異なっていることを特徴とする電気的脱イ
オン装置。 - 【請求項８】 請求項７において、前記イオン交換特性
が同種のイオン交換体が充填された小室群に対し他の小
室群とは異なった電圧を作用させるために、小室群の配
置に対応して前記電極を互いに絶縁された複数の小電極
にて構成したことを特徴とする電気的脱イオン装置。 - 【請求項９】 請求項１ないし８のいずれか１項におい
て、前記電極が各小室の配置に対応して互いに絶縁され
た複数の小電極にて構成されていることを特徴とする電
気的脱イオン装置。
Priority Applications (8)
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| MYPI20003149 MY116084A (en) | 1999-07-13 | 2000-07-10 | Electrodeionization apparatus. |
| US09/613,565 US6344122B1 (en) | 1999-07-13 | 2000-07-10 | Electrodeionization apparatus |
| TW089113791A TW496770B (en) | 1999-07-13 | 2000-07-11 | Electrodeionization apparatus |
| SG200003871A SG85713A1 (en) | 1999-07-13 | 2000-07-11 | Electrodeionization apparatus |
| KR10-2000-0039927A KR100386528B1 (ko) | 1999-07-13 | 2000-07-12 | 전기 탈이온화 장치 |
| DE60036160T DE60036160T2 (de) | 1999-07-13 | 2000-07-12 | Elektroentionisierungsvorrichtung |
| EP00305835A EP1068901B1 (en) | 1999-07-13 | 2000-07-12 | Electrodeionization apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19924699A JP3389889B2 (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 電気的脱イオン装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001025647A JP2001025647A (ja) | 2001-01-30 |
| JP3389889B2 true JP3389889B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=16404610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19924699A Expired - Fee Related JP3389889B2 (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 電気的脱イオン装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6344122B1 (ja) |
| EP (1) | EP1068901B1 (ja) |
| JP (1) | JP3389889B2 (ja) |
| KR (1) | KR100386528B1 (ja) |
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| MY (1) | MY116084A (ja) |
| SG (1) | SG85713A1 (ja) |
| TW (1) | TW496770B (ja) |
Families Citing this family (42)
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| CA2461558C (en) | 2001-10-15 | 2011-10-04 | United States Filter Corporation | Apparatus for fluid purification and methods of manufacture and use thereof |
| JP3985494B2 (ja) * | 2001-10-23 | 2007-10-03 | 栗田工業株式会社 | 電気式脱イオン装置及び脱イオン方法 |
| DE60202512T2 (de) * | 2001-10-31 | 2005-12-22 | Kurita Water Industries, Ltd. | Vorrichtung für Elektrodeionisation |
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| JP3864891B2 (ja) * | 2002-07-01 | 2007-01-10 | 栗田工業株式会社 | 電気式脱イオン装置 |
| US7097753B2 (en) * | 2002-07-30 | 2006-08-29 | Zhejiang Omex Environmental Engineering Ltd. | Dilute support frame for an EDI device |
| US6797140B2 (en) * | 2002-08-06 | 2004-09-28 | The University Of Chicago | Electrodeionization method |
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| WO2005028760A2 (en) | 2003-09-19 | 2005-03-31 | Usfilter Corporation | Apparatus and method for connecting water treatment devices |
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| US8377279B2 (en) * | 2003-11-13 | 2013-02-19 | Siemens Industry, Inc. | Water treatment system and method |
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