JP3644182B2

JP3644182B2 - 脱イオン水の製造装置

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Publication number: JP3644182B2
Application number: JP05860297A
Authority: JP
Inventors: 一郎寺田; 洋戸田; 和郎梅村; フィリップフューネルガードマーク; フローリアンテッシールデービッド; グレントウェイアン
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: CA2230629A1; EP0862942A3; CA2230629C; EP0862942B1; DE69807959D1; JPH10235158A; DE69807959T2; EP0862942A2; ATE224227T1; US6338784B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列し、脱塩室と濃縮室を形成した電気透析槽の脱塩室にイオン交換体を収容し、脱塩室に被処理水を流しながら電圧を印加するようにした脱イオン水の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脱イオン水の製造装置としては、イオン交換樹脂の充填床に被処理水を流し、不純物イオンをイオン交換樹脂に吸着させて除去し、脱イオン水を得るのが一般的である。その際に吸着能力の低下したイオン交換樹脂は、酸やアルカリを用いて再生する方法が採用されている。その結果、この装置においては、再生に使用した酸やアルカリの廃液が排出される問題があり、そのため再生の必要のない脱イオン水の製造装置が望まれている。このような観点から、近年イオン交換樹脂とイオン交換膜を組み合せた自己再生型電気透析による脱イオン水の製造装置が注目されている。この装置は、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互に配列し、脱塩室と濃縮室を形成した電気透析槽の脱塩室にイオン交換体を収容し、この脱塩室に被処理水を流しながら電圧を印加して電気透析を行うことにより脱イオン水を製造するものである。この従来装置においては、既に色々な工夫や開発が行われており、それらには、例えば脱塩室の幅と厚さを限定した装置（特開昭６１−１０７９０６号公報）や被処理水を脱イオン装置の脱塩室に２パス以上通過させるようにした装置（特開平１−３０７４１０号公報）、被処理水が最初に通過する部分に充填するイオン交換樹脂をアニオン交換樹脂にする装置（特開平４−７１６２４号公報）などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これら従前の脱イオン水の製造装置で使用されるイオン交換膜は、電気透析槽にセットする（組込む）際には湿潤状態であるため取り扱いにくく、セットの際に次第に乾燥するため収縮しやすいという欠点があった。これを解決するために乾燥状態でセットすることも一応考えられるが、何の工夫もなく単に膜を乾燥状態でセットしようとしても、それだけでは問題の解決にはならない。すなわちイオン交換膜には湿潤状態のイオン交換樹脂が隣接して存在し、そのためイオン交換膜も湿潤し前記したところの膜の取り扱いにくさの問題は解消しない。さらに電気透析槽への通水時には膨潤により生ずる膜の変形のため、膜に折れしわなどが発生するという欠陥も生じ、この面からも乾燥状態でセットするという利点は生かされない。本発明はこのような問題を解消するものであり、イオン交換膜を乾燥状態でセットしても膜の変形が抑制され、安定した性能を発現する脱イオン水の製造装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配列し、脱塩室と濃縮室とを形成した電気透析槽の脱塩室にイオン交換体を収容し、脱塩室に被処理水を流しながら通電するようにした脱イオン水の製造装置において、電気透析槽の濃縮室にその厚みを確保するネット状の離間体を配置し、かつ陽イオン交換膜及び／又は陰イオン交換膜を乾燥状態で電気透析槽に組込み、脱塩室側からの圧力によりイオン交換膜を上記離間体に接触させながら、電気透析槽に通水するようにしたことを特徴とする脱イオン水の製造装置にある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で電気透析槽に組込まれる陽イオン交換膜及び／又は陰イオン交換膜の乾燥状態は、含水率が１０重量％以下が好ましい。含水率が１０重量％を越えると、外部環境変化、特に湿度変化に伴う膜の寸法変化が著しく大きくなり好ましくない。含水率が０．５〜８重量％の場合には、湿度変化に対する寸法変化がほとんどなく特に好ましい。また本発明で脱塩室からの圧力によりイオン交換膜を濃縮室に配置される離間体に接触させるために使用される脱塩室側からの圧力の値は、０．１〜１０ｋｇ／ｃｍ² が好ましい。０．１ｋｇ／ｃｍ² より小さいと膜が離間体に密着せず、膜の膨潤変形を抑制できないので好ましくない。圧力が１０ｋｇ／ｃｍ² より大きいと圧力により膜および離間体に物理的変形が発生するので好ましくない。０．５〜５ｋｇ／ｃｍ² の場合には膜の膨潤変形が十分抑制され、圧力による膜及び離間体の変形もなく、性能も安定するので特に好ましい。
【０００６】
本発明において、イオン交換膜を離間体に接触させるために電気透析槽の脱塩室側からの圧力を発生する手段としては、(1) 脱塩室にイオン交換体を乾燥状態で収容し、電気透析槽に通水してこれを膨潤させることにより発生する圧力を利用する手段、(2) 脱塩室厚みを機械的な圧力で減少させることで起こる脱塩室の容積減少に伴って発生する圧力を利用する手段または(3) 脱塩室側の水圧を濃縮室側水圧より高くして圧力を発生させる手段のいずれかが好ましく用いられる。
【０００７】
なかでも脱塩室にイオン交換体を乾燥状態で収容する上記（１）の手段が簡便かつ効果的なために最も好ましい。かかる手段（１）の場合、乾燥状態のイオン交換体の含水率は１５重量％以下であることが好ましい。１５重量％より大きいと乾燥状態のイオン交換膜に接触する際にイオン交換膜を膨潤させ、寸法変化を起こさせるので好ましくない。脱塩室厚みを機械的な圧力で減少させることで発生する圧力を利用する（２）の手段では、脱塩室の室枠として機械的圧力により圧縮変形するものを用いてもよいし、また脱塩室の室枠と膜の間に機械的圧力により圧縮変形するシート状物を挿入してもよい。
【０００８】
本発明で電気透析槽の濃縮室に配置される離間体は、プラスッチク製の織布又は不織布のようなネット状物が好ましく、その形態としては、糸径が０．１〜２ｍｍ、ピッチが１〜１０ｍｍが好ましい。ここでピッチとは、ネット状物の開口部が菱形、正方形または長方形の対角点間距離（糸の中心間の距離）をいう。糸径が０．１ｍｍより小さいとネットの強度が低下するので好ましくない。また糸径が２ｍｍより大きいとピッチが１〜１０ｍｍの範囲では通電した場合の電気の遮蔽率が高くなり脱塩の効率が低下するので好ましくない。ピッチは１ｍｍより小さいと遮蔽率が高くなり、１０ｍｍより大きいとネットに押しつけられるイオン交換膜を十分に支持できずピンホールなどの欠陥点を発生させるので好ましくない。
【０００９】
本発明で使用するイオン交換膜としては、もちろん均質イオン交換膜を使用できるが、粉粒状イオン交換樹脂とバインダーポリマーから構成される不均質イオン交換膜であることが強度および柔軟性の観点から好ましい。不均質イオン交換膜を製造する方法としては、粉粒状のイオン交換樹脂とバインダーポリマーを加熱下で混合混練した後加熱押出し成形によりシート状とする方法が好ましく用いられる。
【００１０】
イオン交換樹脂の粒子の粒径は、好ましくは最大粒径が１５０μｍ以下でかつ１００〜１５０μｍの粒径のものがイオン交換樹脂粒子原料全体の５重量％以下で、しかも２０μｍ以下の粒径のものが２０重量％以下であることが好ましい。最大粒径が１５０μｍ以上であると、また１００〜１５０μｍの粒径のものが５重量％以上であると、不均質イオン交換膜を成形したときにピンホールが発生しやすくなり、また膜の機械的強度も低下するので好ましくない。イオン交換樹脂の粒子の粒径が２０μｍ以下のものが２０重量％以上であると、イオン交換樹脂粒子の表面積が著しく増大し、バインダーポリマーとの混練が不十分となり欠陥点が発生しやすくなるので好ましくない。また、欠陥点をなくすために十分に加熱混練を行うと、時間がかかったり混練温度が上昇するためイオン交換基が分解し、膜の電気抵抗が著しく上昇するので好ましくない。
【００１１】
不均質イオン交換膜のバインダーポリマーとしては、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、超高分子量高密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、およびそれらに柔軟なゴム材料を混合したものなどがあげられるが、低密度ポリエチレンと、エチレン−プロピレンゴム及びエチレン−プロピレン−ジエンゴムの単独又は両者からなるゴムとの混合物は、得られるイオン交換膜の強度および伸度、柔軟性の点で特に好ましいポリマーである。低密度ポリエチレンとエチレン−プロピレンゴムまたはエチレン−プロピレン−ジエンゴムとの混合物中のエチレン−プロピレンゴムまたはエチレン−プロピレン−ジエンゴムの含有率は１０〜５０重量％が好ましく用いられる。ゴムの含有率が１０重量％より少ないと得られる膜が脆くなり、５０重量％より大きいと膜が柔らかくなり圧力変形に弱くなるので好ましくない。ゴムの含有率が２５〜３５重量％のものは、前記の物性面で優れたものが得られ、成形も容易なので特に好ましい。
【００１２】
バインダーポリマーとして、低密度ポリエチレンとエチレン−プロピレンゴムまたはエチレン−プロピレン−ジエンゴムとの混合物に加えて他のポリマーを混合して用いる場合、この混合するポリマーとしては、高密度ポリエチレン、超高分子量高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン等のポリ炭化水素オレフィンが好適である。粉砕したイオン交換樹脂の粒子とバインダーポリマーを混合する割合は、イオン交換樹脂／バインダーポリマーが４０／６０〜７０／３０であることが好ましい。イオン交換樹脂が４０重量％未満の場合は、得られる不均質イオン交換膜の電気抵抗が著しく上昇するので好ましくない。イオン交換樹脂が７０重量％を超える場合は、機械的強度が低下し成形できなくなるので好ましくない。
【００１３】
また、電気透析槽の脱塩室に収容されるイオン交換体としては、乾燥されたイオン交換樹脂でもよいし、イオン交換樹脂をバインダーポリマーを用いてシート状に成形し、多孔質イオン交換体としたものでもよい。シート状に成形する方法としては、乾燥イオン交換樹脂とバインダーポリマーを加熱混合してもよいし、バインダーポリマーを溶媒に溶解後イオン交換樹脂と混合し溶媒を除去してもよい。シート状に成形したイオン交換体は取り扱いやすく充填が容易でイオン交換樹脂どうしの密着性が良好であるので電気抵抗が低くなり本発明に使用するのに好適なイオン交換体である。多孔質イオン交換体の空隙率は、液体の通過に関与する連続した空隙率が５容量％以上が好ましい。５容量％より小さいと液体の流量が減少し、圧損が大きくなるので好ましくない。空隙率が１０〜４０％である場合は、通水性も良好で、脱塩性能も優れ、純度の高い処理水が得られるので特に好ましい。この空隙率は、多孔質シートを脱塩室に収容しその使用状態の値である。
【００１４】
多孔質イオン交換体は、陽イオン交換樹脂粒子、陰イオン交換樹脂粒子単独またはそれらの混合物から成形されていてもよいし、陽イオン交換樹脂粒子の部分と陰イオン交換樹脂粒子の部分が海島構造のように相分離構造を有していてもよい。ただし、使用する陽イオン交換樹脂粒子と陰イオン交換樹脂粒子の比率は、総イオン交換容量比で陽イオン交換樹脂／陰イオン交換樹脂＝３０／７０〜８０／２０であることが好ましい。総イオン交換容量比がこの範囲外であると処理水純度が低下してしまうおそれがあるので好ましくない。多孔質イオン交換体に用いるバインダーポリマーの重量分率は多孔質イオン交換体の全体に対して２０％以下であることが好ましい。重量分率が２０％より大きいと、イオン交換樹脂粒子表面をバインダーポリマーが被覆し吸着性能が低下し、また空隙率が低下するため処理する液体の流量が減少し、圧損が大きくなるので好ましくない。なかでもバインダーポリマーの重量分率は１〜５％が好ましい。
【００１５】
バインダーポリマーとしては、多孔質イオン交換体の製法の観点から熱可塑性ポリマーまたは溶媒可溶性ポリマーであることが好ましい。このようなバインダーポリマーとしては、次のようなものが好ましく使用できる。まず熱可塑性ポリマーとしては、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、超高分子量高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが挙げられ、溶媒可溶性ポリマーとしては、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、塩化ビニル−脂肪酸ビニルエステル共重合体等が挙げられる。
【００１６】
バインダーポリマーを用いてイオン交換樹脂を結合した多孔質イオン交換体シートの厚さは、１〜３００ｍｍが好ましい。厚さが１ｍｍより薄いとそれを収容する脱塩室厚みもきわめて薄くなり、その結果水が流れ難く処理水量が低下するおそれがあるので好ましくない。厚さが３００ｍｍより厚いと電気抵抗が高くなるおそれがあるので好ましくない。イオン交換樹脂の成形体の厚さが３〜５０ｍｍである場合はさらに好ましい。この厚さは、多孔質シートを脱塩室に収容しその使用状態の値である。
【００１７】
本発明において脱イオン水を製造するための装置のタイプとしては、例えば特開平３ー１８６４００号公報、特開平２ー２７７５２６号公報、特開平５ー６４７２６号公報、米国特許第４６３２７４５号明細書及び米国特許第５４２５８６６号明細書などに記載されている、電気透析槽を使用することが好ましい。すなわち電気透析槽としては、陽極を備える陽極室と陰極を備える陰極室との間に複数枚の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを好ましくは室枠を介して交互に配列される。かかる場合、本発明では陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜は乾燥状態にて配列される。この場合、脱塩室に収容されるイオン交換体がシートである場合には、イオン交換膜の間には、かかるイオン交換体シートが挿入され配列される。
【００１８】
かくして、電気透析槽には、陽極側が陰イオン交換膜で区画され、陰極側が陽イオン交換膜で区画された脱塩室と、陰極側が陽イオン交換膜で区画され、陽極側が陰イオン交換膜で区画された濃縮室とを交互に好ましくは２〜５０組程度形成される。陽イオン交換膜と陰イオン交換膜との間に介在する中央に開口部を有する額縁状の室枠の厚みは、脱塩室及び濃縮室の厚みを規定する。脱塩室及び濃縮室の室枠の厚みは必ずしも同じである必要はない。イオン交換膜は均一系又は不均一系の何れも使用でき、機械的強度を大きくするため、織布又は不織布で補強したものも使用できる。濃縮室にはその厚みを所定厚に保持するためにネット状のスペーサ（離間体）を挿入配置することが好ましい。その際に、組立てられた電気透析槽の脱塩室にイオン交換体が未収容の場合には、粒状のイオン交換体がこの段階で収容される。
【００１９】
その後、電気透析槽の脱塩室に被処理水を流し、濃縮室に濃縮された塩類を排出するための水を流しながら、それら両水により電気透析槽のイオン交換膜を膨潤させ、イオン交換膜を離間体に接触させて、それを定常状態にセットするとともに電流を流すことにより被処理水の脱塩を行うことができる。なお電気透析槽には、最初から通常の運転時の被処理水を通水せずに、予めイオン交換膜及び脱塩室に収容されたイオン交換体を膨潤セットするために好ましくは被処理水に似た液を通水することもできる。電気透析槽の通常の運転時には、各ユニットセルに、好ましくは４〜２０Ｖ程度の電圧が印可され、電流密度は好ましくは０．００００１〜０．０５Ａ／ｃｍ² にて通電される。
【００２０】
図１は、その種の電気透析槽の一態様例を模式的に示す図である。図１中Ａは陰イオン交換膜、Ｋは陽イオン交換膜であり、図示のとおり、これら陰イオン交換膜Ａ及び陽イオン交換膜Ｋは電気透析槽１中に脱塩室枠Ｄ₁ 、Ｄ₂ 、Ｄ₃ ・・・Ｄ_n 及び濃縮室枠Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ ・・・Ｃ_n を介して所定間隔を置いて配置され、これにより陽極室２、濃縮室Ｓ₁ 、Ｓ₂ ・・・Ｓ_n 、脱塩室Ｒ₁ 、Ｒ₂ ・・・Ｒ_n 及び陰極室３が構成される。そして脱塩室Ｒ₁ 、Ｒ₂ ・・・Ｒ_n には陰陽のイオン交換体が収容、充填される。濃縮室には、スペーサーＮ₁ 、Ｎ₂ 、Ｎ₃ ・・・Ｎ_n が挿入配置される。
【００２１】
図１中、符号４は陽極、５は陰極であり、操作中両極間に所定の電圧がかけられる。これにより導管６から脱塩室Ｒ₁ 、Ｒ₂ ・・・Ｒ_n へ導入される被処理液中の陰イオン成分は陰イオン交換膜Ａを通して陽極側の濃縮室に透過移行する一方、被処理液中の陽イオン成分は陽イオン交換膜Ｋを通して陰極側の濃縮室へ透過移行し、被処理液自体は脱イオン化され、導管７を通して排出される。また濃縮液は導入管８を通して各濃縮室Ｓ₁ 、Ｓ₂ ・・・Ｓ_n へ導入され、ここで上記のように透過移行した陰陽両イオンが集められ濃縮液として導管９から排出される。
【００２２】
脱塩室内において陽イオン交換体に捕捉された被処理水中の陽イオンは、電場により駆動力を与えられ、捕捉した陽イオン交換体に接触している陽イオン交換体を経由して陽イオン交換膜に達し、さらに膜を通過して濃縮室に移動する。同様に、陰イオン交換体に捕捉された被処理水中の陰イオンは陰イオン交換体、陰イオン交換膜を経由して濃縮室に移動する。このことから陽イオン交換体及び陰イオン交換体がある範囲で集合して集合域を形成していると、同種イオン粒子同士の接触点が格段に多くなるためイオンの移動が容易になり、脱イオン性能が向上するのでさらに好ましい。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことはもちろんである。
【００２４】
【実施例１】
バインダーポリマーとして、低密度ポリエチレン７０重量％とエチレン−プロピレン−ジエンゴム３０重量％をラボプラストミルで１５０℃、３０分混合混練し、混合物を得た。一方、イオン交換樹脂として、強酸性カチオン交換樹脂である三菱化学製ダイヤイオンＳＫ−１Ｂ（スチレン−ジビニルベンゼン共重合体樹脂、イオン交換基−ＳＯ₃ Ｎａ型、みかけ密度０．８２５ｇ／ｍｌ、水分含有率４３〜５０重量％、イオン交換容量２．０ｍｅｑ／ｍｌ）を用い、６０℃で２４時間温風乾燥後、ジェットミルにて粉砕を行った。粉砕した粒子はステンレスメッシュふるいで、粒径１５０μｍ以上の粒子を除いた。得られた粒径１５０μｍ以下のイオン交換樹脂粉末粒子の粒径分布をふるいにより測定したところ、粒径１００〜１５０μｍのものが１．２重量％で、粒径２０μｍ以下の粒子が１２重量％であった。
【００２５】
このイオン交換樹脂粒子と上記低密度ポリエチレン／エチレン−プロピレン−ジエンゴム混合物を混合比６０／４０（重量比）で混合し、ラボプラストミルで１３０℃、５０ｒｐｍ、２０分混練した。得られた混練物を平板プレスにより１６０℃で、加熱溶融プレスし、厚さ５００μｍの陽イオン交換膜を得た。得られた膜の湿潤状態での破断強度は２．８ＭＰａ、破断伸度は１６０％、破裂強度は０．１５ＭＰａであった。また乾燥状態での含水率は２．４重量％で、湿潤時の寸法変化は乾燥時を１００％とした場合に１１５％であった。
【００２６】
同様にイオン交換樹脂として強塩基性アニオン交換樹脂である、三菱化学製ダイヤイオンＳＡ−１０Ａ（スチレン−ジビニルベンゼン共重合体樹脂、イオン交換基−Ｎ(ＣＨ₃)₃Ｃｌ型、みかけ密度０．６８５ｇ／ｍｌ、水分含有率４３〜４７重量％、イオン交換容量１．３ｍｅｑ／ｍｌ）を用いて、厚さ５００μｍの陰イオン交換膜を得た。使用した粒径１５０μｍ以下のイオン交換樹脂粉末粒子の粒径分布は、粒径１００〜１５０μｍのものが０．９重量％で、粒径２０μｍ以下の粒子が８重量％であった。得られた膜の湿潤状態での破断強度は２．５ＭＰａ、破断伸度は１５０％、破裂強度は０．１３ＭＰａであった。また乾燥状態での含水率は２．２重量％で、湿潤時の寸法変化は乾燥時を１００％とした場合に１１２％であった。
【００２７】
次に粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が４．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂のスルホン酸ナトリウム型陽イオン交換樹脂（三菱化学製、商品名ダイヤイオンＳＫ−１Ｂ）及び粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が３．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂の４級アンモニウム塩型陰イオン交換樹脂（三菱化学製、商品名ダイヤイオンＳＡ−１０Ａ）を５０℃で熱風乾燥し水分率を８重量％とした後、陽イオン交換樹脂／陰イオン交換樹脂＝４４／５６（乾燥状態での重量比）で混合し、イオン交換容量比が５０／５０の混合物とした。この混合物に線状低密度ポリエチレン（ダウケミカル社製、商品名アフィニティＳＭ−１３００）を３重量％混合し、１２０〜１３０℃で混練した。得られた混練物を平板プレスで１３０℃で熱成形し、厚さ０．６ｃｍの多孔質イオン交換体シート状物を得た。この多孔質シート状物の連続した空隙の空隙率は２３容量％、含水率は２．５重量％であった。
【００２８】
前記した乾燥状態の多孔質イオン交換シート、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を陽極と陰極の間に、スペーサーネット／陰イオン交換膜／多孔質イオン交換シート／陽イオン交換膜の順に５対配列し、図１に示される電気透析槽に組み込んだ。その電気透析槽の脱塩室の厚みは８ｍｍであった。濃縮室に配置されるスペーサーネット（開口部菱形）は、ポリプロピレン製で、糸径０．５ｍｍ、ピッチ間距離（対角点にある糸の中心間距離）３ｍｍ、糸交点厚み１．２ｍｍ、濃縮室枠厚み１．２ｍｍのものを用いた。また多孔質イオン交換シートの脱塩室における容積充填率は乾燥状態で５４％であった。
【００２９】
陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間には図１に示されるように脱塩室枠（厚み８ｍｍのポリプロピレン製）及び濃縮室枠（厚み１．２ｍｍのポリプロピレン製）が介在しており、有効面積５２０ｃｍ² ５対のフィルタプレス型透析槽であった。電気透析槽の脱塩室、濃縮室及び両極室に対して電導度が５μＳ／ｃｍの水を１０分間供給し、次いで１５時間の前通電処理によりイオン交換膜および多孔質イオン交換体を十分に湿潤化後、脱イオン水の製造を行った。原水として電導度５μＳ／ｃｍの水を用い、ユニットセル当り４Ｖの電圧を印加して脱塩を行ったところ、電導度０．０６μＳ／ｃｍの純水が０．４５ｍ³ ／ｈの生産量で安定して得られた。
【００３０】
測定後イオン交換膜を取り出し、状態を観察したところ、スペーサーネットに押しつけられており、しわの発生はなく、解体直後の寸法は、陽イオン交換膜の場合、乾燥状態の１０３％、陰イオン交換膜の場合、乾燥状態の１０２％であり寸法変化が抑制されていた。また脱塩室の多孔質イオン交換シートを取り出し、容積を測定したところ脱塩室の容積の１２１％の容積であった。これと同じものを同じ乾燥状態で、図２のような脱塩室と同じ大きさの金属容器に入れ、通水して膨潤させることにより発生した圧力、すなわち膨張圧力を測定したところ圧力は１．５ｋｇ／ｃｍ² であった。
【００３１】
なお、膨張圧力の測定は図２に記載の装置により以下のとおり行う。試料である乾燥状態のイオン交換体１５を直方体の金属容器１０に入れ、金属板１１をその上方に置いて、イオン交換体１５が膨張してその厚さが脱塩室の厚み（実施例の場合８ｍｍ）と等しくなったときにロードセル１４の先端が金属板１１に接するようにロードセルの位置を設定する。すなわちイオン交換体１５の乾燥状態のとき、ロードセル１４の先端と金属板１１の距離とイオン交換体１５の厚さとの和が脱塩室の厚み（実施例の場合８ｍｍ）と等しくなるように設定する。つぎに水注入口１２から水を注入し、水の吸収が平衡になったときにロードセル１４にかかる荷重から、イオン交換体１５と金属板１１との間の圧力を求めるものである。
【００３２】
【実施例２】
脱塩室に充填するイオン交換体として、粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が４．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂のスルホン酸ナトリウム型陽イオン交換樹脂（三菱化学製、商品名ダイヤイオンＳＫ−１Ｂ）及び粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が３．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂の４級アンモニウム塩型陰イオン交換樹脂（三菱化学製、商品名ダイヤイオンＳＡ−１０Ａ）の混合乾燥物を用い、かつ脱塩室の構造を粒状イオン交換樹脂の流出を阻止しうる構造とした以外は実施例１と同様にして試験を行った。混合乾燥物の水分率は８重量％、陽イオン交換樹脂／陰イオン交換樹脂混合比は４４／５６（乾燥状態での重量比）、イオン交換容量比は５０／５０で、乾燥イオン交換樹脂混合物を脱塩室に容積充填率５５％で充填した。
【００３３】
実施例１と同様にして、電気透析槽の各室に１０分間の通水および１５時間の前通電処理により、イオン交換膜およびイオン交換樹脂を十分に湿潤化後、脱イオン水の製造試験を行った。電気透析槽は、有効面積５２０ｃｍ² ×５対のものを用いた。原水として電導度５μＳ／ｃｍの水を用い、ユニットセル当り４Ｖの電圧を印加して脱塩を行ったところ、電導度０．０８μＳ／ｃｍの処理水が０．３９ｍ³ ／ｈの生産量で安定して得られた。測定後イオン交換膜を取り出し、状態を観察したところ、スペーサーネットに押しつけられており、しわの発生はなく、解体直後の寸法は、陽イオン交換膜の場合、乾燥状態の１０４％、陰イオン交換膜の場合、乾燥状態の１０３％であり寸法変化が抑制されていた。また脱塩室のイオン交換樹脂を取り出し、容積を測定したところ脱塩室の容積の１２３％の容積であった。これと同じ乾燥状態の多孔室イオン交換体を同量、図２のような脱塩室と同じ大きさの金属容器に入れ、通水して実施例１と同様の方法で発生圧力を測定したところ圧力は１．３ｋｇ／ｃｍ² であった。
【００３４】
【比較例１】
脱塩室に充填するイオン交換体として、湿潤状態の粒状イオン交換樹脂混合物を用いた以外は実施例２と同様にして試験を行った。電気透析槽に組み込む際にイオン交換樹脂の水分により乾燥状態の膜が膨潤して寸法変化を起こし膜をセットすることができなかった。
【００３５】
【比較例２】
濃縮室スペーサーとしてスペーサーネットのない厚さ１．６ｍｍの室枠を用いた以外は実施例１と同様にして試験を行った。１０分間の通水および１５時間の前通電処理によりイオン交換膜及び多孔質イオン交換シートを十分に湿潤化後、水処理試験を行ったが、濃縮室からの濃縮水の流出がなく運転できなかった。試験後イオン交換膜を取り出し、状態を観察したところ、膜がイオン交換シートに押されて変形し濃縮室をふさいでいた。
【００３６】
【比較例３】
脱塩室に充填するイオン交換体を容積充填率４５％で充填した以外は実施例２と同様にして試験を行った。１０分間の通水及び１５時間の前通電処理によりイオン交換膜及び粒状イオン交換樹脂を十分に湿潤化後水処理試験を行った。電気透析槽は、有効面積５２０ｃｍ² ×５対のものを用いた。原水として電導度５μＳ／ｃｍの水を用い、ユニットセル当り４Ｖの電圧を印加して脱塩を行ったところ、電導度０．２５μＳ／ｃｍと純度の低い処理水が０．３５ｍ³ ／ｈの生産量で得られた。
【００３７】
測定後イオン交換膜を取り出し状態を観察したところ、スペーサーネットに押しつけられておらず、折れしわが多数発生しており、しわの頂点でピンホールが多数発生していた。解体直後の寸法は、陽イオン交換膜の場合、乾燥状態の１１２％、陰イオン交換膜の場合、乾燥状態の１１０％であり、寸法変化はあまり抑制されていなかった。また脱塩室の粒状イオン交換樹脂を取り出し、容積を測定したところ脱塩室の容積の１０１％の容積であった。これと同じ乾燥状態の粒状イオン交換樹脂を同量、図２のような脱塩室と同じ大きさの金属容器に入れ、通水して発生圧力を測定したところ圧力は、０．０５ｋｇ／ｃｍ² であった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明では、乾燥状態でイオン交換膜を電気透析槽にセットでき、しかも脱塩室側からの圧力によりイオン交換膜を離間体に接触させることにより、通水後も膜の膨潤変形を抑制することができるので、イオン交換膜の装着が簡便である。さらにセット時も、その後の通水時も膜の膨潤変形による膜の折れ・しわ等の発生が回避できるという利点がある。また本発明、特にイオン交換膜を離間体に密着させるために電気透析槽の脱塩室側からの圧力を発生させる手段が、脱塩室にイオン交換体を乾燥状態で収容し、電気透析槽に通水して、これを膨潤させることにより発生する圧力を利用する手段の場合には、ハンドリング性が格別優れており、低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自己再生型電気透析装置の一態様例を模式的に示す図。
【図２】本実施例において、乾燥イオン交換体の通水による発生圧力を測定した装置の概略を示す図。
【符号の説明】
Ａ：陰イオン交換膜
Ｋ：陽イオン交換膜
１：容器（電気透析槽）
２：陽極室
３：陰極室
４：陽極
５：陰極
Ｓ₁、Ｓ₂・・・Ｓ_n ：濃縮室
Ｒ₁、Ｒ₂・・・Ｒ_n ：脱塩室
Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃・・・Ｄ_n：脱塩室枠
Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃・・・Ｃ_n：濃縮室枠
Ｎ₁、Ｎ₂、Ｎ₃・・・Ｎ_n：スペーサー
６：被処理液導入管
７：脱イオン水導管
８：濃縮液導入管
９：濃縮液導管
１０：金属容器
１１：金属板
１２：水注入口
１３：水出口
１４：ロードセル
１５：乾燥イオン交換体

Claims

陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配列し、脱塩室と濃縮室とを形成した電気透析槽の脱塩室にイオン交換体を収容し、脱塩室に被処理水を流しながら通電するようにした脱イオン水の製造装置において、電気透析槽の濃縮室にその厚みを確保するネット状の離間体を配置し、かつ陽イオン交換膜及び／又は陰イオン交換膜を乾燥状態で電気透析槽に組込み、脱塩室側からの圧力によりイオン交換膜を上記離間体に接触させながら、電気透析槽に通水するようにしたことを特徴とする脱イオン水の製造装置。
脱塩室側からの圧力が０．１〜１０ｋｇ／ｃｍ² である請求項１に記載の脱イオン水の製造装置。
脱塩室側からの圧力を発生する手段が、脱塩室にイオン交換体を乾燥状態で収容し、電気透析槽に通水してこれを膨潤させることにより発生する圧力を利用する手段、脱塩室にイオン交換体を収容し、脱塩室の厚みを機械的な圧力で減少させることで起こる脱塩室の厚みの減少に伴って発生する圧力を利用する手段または脱塩室の水圧を濃縮室の水圧より高くして圧力を発生させる手段のいずれかである請求項１または２に記載の脱イオン水の製造装置。
上記離間体を構成する糸の径が０．１〜２ｍｍで、ピッチが１〜１０ｍｍのものである請求項１、２または３に記載の脱イオン水の製造装置。
イオン交換膜がイオン交換樹脂粒子とバインダーポリマーから構成される不均質イオン交換膜である請求項１〜４のいずれか１に記載の脱イオン水の製造装置。