JP3951816B2 - 電気再生式脱イオン水製造方法 - Google Patents
電気再生式脱イオン水製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3951816B2 JP3951816B2 JP2002170116A JP2002170116A JP3951816B2 JP 3951816 B2 JP3951816 B2 JP 3951816B2 JP 2002170116 A JP2002170116 A JP 2002170116A JP 2002170116 A JP2002170116 A JP 2002170116A JP 3951816 B2 JP3951816 B2 JP 3951816B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- chamber
- treated
- value
- concentrated water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 209
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 title claims description 57
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 title claims description 57
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 26
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 title claims 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 44
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 claims description 32
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 238000011033 desalting Methods 0.000 claims description 26
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 18
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 claims description 16
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims description 12
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 11
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 claims description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000008400 supply water Substances 0.000 claims description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 9
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 9
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 9
- 239000013522 chelant Substances 0.000 claims description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims 1
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 8
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 6
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 6
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 6
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 6
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 6
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- -1 alkali metal hydrochloride Chemical class 0.000 description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 5
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 229920001429 chelating resin Polymers 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 description 2
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 description 2
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 description 2
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229940023913 cation exchange resins Drugs 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000008235 industrial water Substances 0.000 description 1
- 229910001410 inorganic ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 1
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000012465 retentate Substances 0.000 description 1
- 238000009287 sand filtration Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 description 1
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 description 1
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気再生式脱イオン水製造方法（以下、この方法をＥＤＩ法と称し、その脱イオン水製造装置をＥＤＩ装置と称する。）に関する。詳しくは、医薬品製造工業、半導体製造工業、食料品工業等の各種製造業、またはボイラー水や研究施設などで用いられる純水もしくは超純水等と言われる高度に脱イオン化した脱イオン水を効率的に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、脱イオン水の製造方法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する方法が一般的である。しかし、この方法では、交換・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必要がある。よって、この方法ではイオン交換樹脂の面倒な再生操作が必要であり、酸やアルカリに起因する廃液が排出される問題がある。
【０００３】
上記問題のない方法として、近年、ＥＤＩ法が開発され、実用化されている。この方法は、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互に配置した電気透析槽の脱塩室に陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の混合物を入れ、脱塩室に被処理水を流すとともに、脱塩室と交互に形成、配置された濃縮室に濃縮水を流しながら電圧を印加して電気透析を行うものである。この方法では脱イオン水を製造するとともにイオン交換樹脂の再生を行うため、別途イオン交換樹脂の再生を行う必要がない。
【０００４】
しかし、ＥＤＩ法においては、被処理水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分がイオン交換膜へ付着することにより電気抵抗が上昇し、印加電圧が上昇する、または電流が低下する問題があり、更には脱塩性能の低下により生産される処理水の比抵抗が低下する問題がある。
【０００５】
上記問題を解決する方法としては、ＥＤＩ装置に供給する被処理水を予め逆浸透膜処理を２段行い可及的に硬度成分を除去した後、ＥＤＩ法の被処理水として供給する方法（特開平２−４０２２０号）、別途用意した酸性水生成電解槽で水を電気分解し陽極室で生成する酸性水をＥＤＩ法の濃縮室へ通水する方法（特開平１０−１２８３３８号）がある。これらの方法の採用により長期脱塩性能の安定化は図られるが、その反面投資コストは増大する。
【０００６】
また、アルカリ金属の、塩酸塩または硫酸塩水溶液を添加して電導度を１００〜８００μＳ／ｃｍとした液を、ＥＤＩ装置の濃縮室へ供給することにより、高純度の脱イオン水を得る方法（特開平９−２４３７４号）も提案されているが、その性能の長期安定性は必ずしも充分ではなかった。
【０００７】
本発明者らは脱塩性能の長期安定性の改善を目的として、濃縮水の電導度とマグネシウムイオン濃度の比を特定値以上にする方法（特開２００１−３１４８６８号）を提案した。しかし、この方法により、脱塩性能の長期安定性については改善できるが、一価陽イオンを含む電解質の添加、または、被処理水をあらかじめ特定の逆浸透膜で処理すること等が必要であり、ユーザによっては採用できない場合があることが判明した。
【０００８】
また、本発明者らは、脱イオン水の比抵抗が１〜１５ＭΩ・ｃｍと比較的低くても、利用目的に適うとするユーザも存在し、かかる需要に対しても適応できる脱イオン水製造システムの必要性を認識した。しかし、上記方法は、高純度の脱イオン水を製造するのには優れているが、比抵抗が１〜１５ＭΩ・ｃｍと比較的低い脱イオン水を製造する場合については、さらなる性能の安定化が必要であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、被処理水中の硬度成分等による脱イオン性能の低下を防止し、長期間安定に製造できる高純度の脱イオン水の製造方法の提供を目的とする。また、原水の純度、前処理装置の浄化性能に応じ、比較的水質の悪い被処理水を用いて、比抵抗の比較的低い脱イオン水を長期間安定的かつ効率的に製造できる脱イオン水の製造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陽極を備える陽極室と陰極を備える陰極室との間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列させ、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、陽極側が陽イオン交換膜で区画され陰極側が陰イオン交換膜で区画された濃縮室とを形成させた電気透析槽の少なくとも脱塩室にイオン交換体を収容してなる脱イオン水製造装置を使用し、電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を供給し、濃縮室に濃縮水を供給して被処理水中の不純物イオンを濃縮水に移動させる電気再生式脱イオン水製造方法において、
ａ）式１で示されるＳｃ値が１Ｒ以上（Ｒは脱イオン水の目標比抵抗（単位：ＭΩ・ｃｍ）から単位を除外した数値で、１〜１８から選択される定数。）である濃縮水を濃縮室に供給し、
ｂ）脱塩室における被処理水の流れ方向と、濃縮室における濃縮水の流れ方向とが対向するように被処理水および濃縮水を供給し、
ｃ）かつ、濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値を０．１Ｒ以上とする
ことを特徴とする電気再生式脱イオン水製造方法
Ｓｃ値＝γｃ／Ａｃ ・・・式１
（ただし、γｃ：濃縮水の電導度（μＳ／ｃｍ）の単位を除外した数値、Ａｃ：濃縮水中のマグネシウムイオン濃度（ｐｐｂ）の単位を除外した数値。）
を提供する。
【００１１】
本発明においては、濃縮水としてＳｃ値が１Ｒ以上であるものを濃縮室に供給すること、被処理水と濃縮水を対向流となるように供給すること、および濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値（電導度とマグネシウムイオン濃度との比）を、目的とする脱イオン水の比抵抗に対応した所定の範囲に保つことにより、濃縮室において水酸化マグネシウム等の硬度成分が析出するのを抑制できる。
【００１２】
本発明者らは、ＥＤＩ法により長期間安定して脱イオン水を製造するためには、目的とする脱イオン水の比抵抗に対し、被処理水および濃縮水の水質、すなわちＳｃ値に下限があることを見出し、本発明にいたったものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明においては、Ｓｃ値が１Ｒ以上である濃縮水を濃縮室に供給することにより、硬度成分の析出を抑制できる。通常、排出された濃縮水は濃縮水タンクを介して再度濃縮室へ供給され、再利用されるが、このとき、濃縮水タンクと濃縮室入口との間でマグネシウムイオンを除去しＳｃ値を１Ｒ以上とする。供給する濃縮水としては電導度にもよるが、マグネシウムイオン濃度を０．０１５ｐｐｍ以下としたものを用いるのが好ましい。
【００１４】
濃縮室に供給する濃縮水のＳｃ値を１Ｒ以上とする手段としては、該濃縮水をソフナーまたはキレート樹脂と接触させてマグネシウムイオンを除去するのが好ましい。ここで、ソフナーとしては、Ｎａ型またはＫ型等の一価陽イオン交換樹脂のほか、ジルコニウム系、スズ系、アンチモン系またはチタン系のＮａ型無機イオン交換体が用いられる。キレート樹脂としては、ダイヤイオンＣＲ−１０（三菱化学社製）、レバチットＯＣ−１０４８（バイエル社製）またはスミキレートＭＣ−１０（住友化学社製）等のイミノジ酢酸型キレート樹脂、デュオライトＥＳ−４６７（住友化学社製）等のアミノリン酸型のキレート樹脂が好ましく用いられる。
【００１５】
また、本発明においては、脱塩室における被処理水の流れ方向と、濃縮水における濃縮水の流れ方向とが対向する（反対方向となる）ように、被処理水および濃縮水を供給する。これにより、濃縮室を構成する陰イオン交換膜表面における硬度成分の析出を抑制できるが、この理由は、以下のように説明される。
【００１６】
脱塩室においては、被処理水の入口側より出口側の方が、イオン交換膜と充填した樹脂との界面で水分解が起こりやすい。これにより濃縮室を構成する陰イオン交換膜表面のｐＨは、被処理水の入口側より出口側の方が高くなる。一方、濃縮室における濃縮水中のマグネシウムイオン濃度は、濃縮水が濃縮室を通過する間に脱塩室から濃縮室へマグネシウムイオンが透過してくることから、濃縮室の入口側より出口側の方が高くなる。
【００１７】
被処理水と濃縮水が並行流である場合は、濃縮室を構成する陰イオン交換膜の濃縮表面のｐＨが高い側に、マグネシウムイオン濃度の高い濃縮水が供給されることになるが、対向流である場合は、上記陰イオン交換膜の濃縮表面のｐＨが高い側には、マグネシウムイオン濃度の低い濃縮水が供給されることになるので、水酸化マグネシウム等の硬度成分の析出が抑制できると考えられる。
【００１８】
本発明においては、式１で示される濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値を０．１Ｒ以上（Ｒは脱イオン水の目標比抵抗（単位：ＭΩ・ｃｍ）から単位を除外した数値で、１〜１８から選択される定数。）とする。
Ｓｃ値＝γｃ／Ａｃ ・・・式１
Ｓｃ値は式１で定まるが、式１を構成する濃縮水の電導度ｒｃ、濃縮水のマグネシウムイオン濃度Ａｃは、各々電導度計、マグネシウムイオン濃度計により測定できる。なお、被処理水中のマグネシウムイオンとカルシウムイオンとの比率は通常ほぼ一定であるから、簡便に入手できるカルシウムイオン濃度計を使用してカルシウムイオンの濃度を測定し、換算することによりマグネシウムイオン濃度Ａｃを求めてもよい。
【００１９】
また、濃縮水のｐＨが４未満である場合は、式１に水素イオン濃度の補正を加えた式２で定まるＳｃ’値をＳｃ値として指標にするのが好ましい。
Ｓｃ’値＝γｃ／（Ａｃ×（１−（Ｃ／０．００４））３） ・・・式１−１
ここで、式１−１において、Ｃは濃縮水中の水素イオン濃度（ｍｏｌ／Ｌ）であり、０．００４以下である。
【００２０】
本発明においては、濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値を０．１Ｒ以上に保つことにより、濃縮室を構成する陰イオン交換膜表面における硬度成分の析出を防ぎ、電圧の上昇や脱イオン水の比抵抗の低下を防止できる。Ｓｃ値は０．２Ｒ以上、特には０．４Ｒ以上とするのが好ましい。また、Ｓｃ値が高いほど、脱イオン水の製造における性能の安定性はより向上するが、そのための費用は増加する傾向にある。よって、Ｓｃ値は５Ｒ以下、特には２Ｒ以下、さらには１Ｒ以下とするのが好ましい。このように、Ｓｃ値は、０．１Ｒ以上５Ｒ以下、特には０．２Ｒ以上２Ｒ以下、さらには０．４Ｒ以上１Ｒ以下とするのが好ましい。
【００２１】
あらかじめマグネシウムイオンを完全に除去した濃縮水を使用したとしても、濃縮水中のマグネシウムイオン濃度は、濃縮水が濃縮室を通過する間に増加するため、濃縮水の供給量が少ない場合等は濃縮室出口のＳｃ値が０．１Ｒ未満になる。Ｓｃ値を０．１Ｒ以上とする方法としては、以下の方法が挙げられる。
【００２２】
１）濃縮室供給水量／脱塩室供給水量（重量比）を０．７／１〜１０／１とし、排出する濃縮水中のマグネシウムイオン濃度を低下させる。
【００２３】
２）上記電気透析槽が、濃縮室出口と濃縮室入口とを連通する濃縮水の循環経路を備え、被処理水を脱塩室と濃縮水の循環経路に分配供給し、循環される濃縮水を濃縮室と両極室とに供給し、脱塩室から排出される脱イオン水、および両極室から排出される極液を排出される方法において、上記Ｓｃ値を０．１Ｒ以上とする手段として、被処理水の回収率（（脱イオン水生成量／被処理水の供給量（重量比））×１００）を９０〜９９．９％として濃縮水の電導度を高める。
【００２４】
３）濃縮水に一価陽イオンを含む中性電解質を添加する方法。例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウムまたは硫酸ナトリウム等を添加するのが好ましい。
【００２５】
４）濃縮水に水素イオンを含む酸性電解質を添加する方法。例えば、塩酸または硫酸等を添加するのが好ましい。
【００２６】
なかでも、１）および２）の方法は別途電解質を添加する必要がなく、ランニングコストも安価であることから、特に好ましい。なお、１）の方法においては、濃縮室供給水量／脱塩室供給水量（重量比）を１／１〜１０／１とするのがより好ましい。また、１）および２）の方法においては、濃縮水の電導度を高め、槽電圧を低下させる観点から、特には濃縮室出口の濃縮水の電導度を１５０μＳ／ｃｍ以上とするのが好ましい。
【００２７】
本発明によれば、比較的純度の低い被処理水、例えば式２のＳｄ値が０．０２〜７の被処理水を使用する場合であっても、以下の方法を採用することにより、一価陽イオン電解質の添加や、特定の被処理水の前処理を行わなくとも比抵抗１〜１８ＭΩ・ｃｍの脱イオン水を長期間安定に製造できる。
Ｓｄ値＝γｄ／Ａｄ ・・・式２
ただし、γｄは被処理水の電導度（μＳ／ｃｍ）の単位を除外した数値であり、Ａｄは被処理水のマグネシウムイオン濃度（ｐｐｂ）の単位を除外した数値である。
【００２８】
すなわち、この方法は、被処理水の一部を濃縮水として利用し、Ｓｄ値、被処理水の回収率η（（脱イオン水生成量／被処理水供給量（重量比））×１００）、濃縮室に供給する液量Ｖｃ、および脱塩室に供給する液量Ｖｄを、式３を満たす条件で運転する方法である。
Ｓｄ×（１００／（１００−η））×（Ｖｃ／Ｖｄ）≧０．１Ｒ ・・・式３
このように上記式３が成り立つのは、被処理水の一部をそのまま濃縮水として利用し、かつ、濃縮水を循環供給することにより、排出される濃縮水の電導度が、被処理水の電導度の１００／（１００−η）倍に増加すること、および、排出される濃縮水のマグネシウム濃度は、被処理水のマグネシウム濃度とＶｃ／Ｖｄ倍になることに基づく。
【００２９】
例えば、Ｓｄ値が０．０２（電導度：１０μＳ／ｃｍ、マグネシウムイオン濃度：５００ｐｐｂ）の被処理水を使用して１８ＭΩｃｍの脱イオン水を製造する場合は、０．０２×（１００／（１００−η））×（Ｖｃ／Ｖｄ）≧０．１×１８より、（１００／（１００−η））×（Ｖｃ／Ｖｄ）≧９０となる条件で運転する。このとき、回収率ηが９８％である場合はＶｃ／Ｖｄを１．８以上とする。
【００３０】
ＥＤＩの装置およびポンプ能力から、回収率ηおよび濃縮室供給液量／脱塩室供給液量の比Ｖｃ／Ｖｄが大きく取れない場合は、Ｓｄ値を大きくして式３を満たすようにする方法も使用できる。Ｓｄ値を大きくする方法としては、前記した濃縮水の場合と同様に、被処理水中のマグネシウムイオンを選択的に除去する、またはソフナーによりマグネシウムイオン以外のイオンとイオン交換する方法、マグネシウムイオン以外のイオンを含む電解質を被処理水に添加し、その電導度を高める方法とがあるが、前者の方法が好ましい。
【００３１】
上記マグネシウムイオンを選択的に除去する方法としては、ＥＤＩ装置の前段に前処理装置として、特定の特性を有する逆浸透膜を利用するのが好ましい。この逆浸透膜としては、下記式４のＴ値が５以上、好ましく１０以上、特には５０以上のものを使用するのが好ましい。ここで、Ｔ値とは、逆浸透膜の基礎物性値であり、ＮａＣｌ除去率とＭｇＣｌ２除去率とを用いて定義されるものである。
Ｔ値＝（１００−ＮａＣｌ除去率）／（１００−ＭｇＣｌ２除去率）・・式４
本発明では、濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値が０．１Ｒ以上となる条件で運転するが、少なくとも比抵抗計を用いて脱イオン水の水質を測定し、比抵抗が目標値一定となるように電流値を制御して運転するのが好ましい。これにより目標の比抵抗を有する脱イオン水を安定に製造できる。この電流値の制御は、比抵抗の目標値と脱イオン水の実測値とを比較し、実測値が目標値より低い場合には電流値を増加させ、目標値より高い場合には電流値を低下させることにより行う。この制御には、目標値に対する偏差に対しＰＩＤ制御する方法が好ましく用いられる。
【００３２】
また、実測値から算出されたＳｃ値が０．１Ｒより低い場合は、長期安定性を損なう領域に入っているので、目標値と実測値に基づいて求めたＳｃ値の差を安全運転の指標として信号表示し、Ｓｃ値が０．１Ｒ以上となるように調節することが好ましい。その具体的な調節方法としては、前記１）〜４）の方法により濃縮水のＳｃ値が高くなる処理を行う方法、目標比抵抗を変更する方法が挙げられ、それらが自動的に行えるようにシステム化することもできる。
【００３３】
本発明を、図１に示すＥＤＩ装置を用いて説明する。電気透析槽１において、陰イオン交換膜Ａおよび陽イオン交換膜Ｋが、脱塩室枠Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・・Ｄｎおよび濃縮室枠Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・・Ｃｎを介して所定間隔を置いて配置され、陽極室２、濃縮室Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎ、脱塩室Ｒ１、Ｒ２・・・Ｒｎおよび陰極室３が構成される。脱塩室Ｒ１、Ｒ２・・・Ｒｎには陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂が収容、充填されてなる。濃縮室にはメッシュ状等のスペーサが挿入されるか、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂のいずれか、もしくは両方が充填されていてもよい。
【００３４】
陽極室２および陰極室３には、それぞれ陽極４、陰極５が設置されており、脱イオン水を製造するにあたっては両極間に電圧が印加される。これにより導管６から脱塩室Ｒ１、Ｒ２・・・Ｒｎへ導入される被処理水中の陰イオンが、陰イオン交換膜Ａを通して陽極側の濃縮室へ透過し、被処理水中の陽イオンが陽イオン交換膜Ｋを通して陰極側の濃縮室へ透過する。これにより被処理水は脱イオン化され、導管７に設置した比抵抗計８で脱イオン水の比抵抗を計測しながら脱イオン水として取り出される。
【００３５】
他方、濃縮室へ供給する濃縮水は、ソフナーやキレート樹脂等によるマグネシウムイオンの除去装置９を介し、導入管１０を通して、被処理水の流れ方向とは逆方向に濃縮室Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎへ導入され、透過してきた陰イオンおよび陽イオンが集められ濃縮水として導管１１より排出される。このとき濃縮室出口のＳｃ値が０．１Ｒ以上になるように制御する。この制御は導入管１１に設置した電導度計１２およびマグネシウムイオン濃度計１３の測定値にもとづき行われる。
【００３６】
目標とする脱イオン水の比抵抗が１〜１５ＭΩｃｍである場合は、比抵抗計８、電導度計１２およびマグネシウムイオン濃度計１３で測定された信号を、演算部１４に送り、演算部１４においてＰＩＤ制御を行うことにより、整流器１５の電流値を制御し、脱イオン水の比抵抗を一定に保つのが好ましい。
【００３７】
また、演算部１４において算出されたＳｃ値が０．１Ｒ未満である場合は、長期安定性が欠けるとの警報を出すとともに、回収率ηまたは濃縮室供給液量／脱塩室供給液量の比Ｖｃ／Ｖｄの変更、または濃縮水入口側での一価陽イオン電解質の添加等の変更を動作させる信号を出し、Ｓｃ値が０．１Ｒ以上となるようにすることもできる。
【００３８】
【実施例】
以下に本発明の実施例（例１、例２）および比較例（例３、例４）を説明する。実施例および比較例において使用した装置は、図１に図示したＥＤＩ装置である。
【００３９】
強酸性陽イオン交換膜（厚さ６００μｍ、イオン交換容量２．７ミリ当量／グラム乾燥樹脂）および強塩基性陰イオン交換膜（厚さ６００μｍ、イオン交換容量２．１ミリ当量／グラム乾燥樹脂）を脱塩室枠（ポリプロピレン製）および濃縮室枠（ポリプロピレン製）を介して配列し、締め付け、フィルタープレス型電気透析槽とした。この電気透析槽の有効面積は５０７ｃｍ２（横（室枠幅）１３ｃｍ×縦（脱塩長）３９ｃｍ）／対であり、室対数は３０対とした。
【００４０】
各濃縮室にはポリプロピレン製のネットを配置した。また、脱塩室には陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂の混合物を、湿度４０％で平衡させ、含水させたものを充填した。陽イオン交換樹脂としては、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酸型（Ｈ型）陽イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＫ−１Ｂ）を用い、陰イオン交換樹脂としては、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（ＯＨ型）陰イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＡ−１０Ａ）を用いた。陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合比は、イオン交換容量比で５０／５０となるようにした。
【００４１】
工業用水を砂ろ過後、逆浸透膜装置で１段処理した表１に示す水質の被処理水を脱塩室へ供給し、脱イオン水の製造試験を行った。
【００４２】
【表１】
【００４３】
例１〜例４において、脱イオン水の目標比抵抗は１８ＭΩ・ｃｍとし、濃縮室供給水量Ｖｃ、脱塩室供給水量Ｖｄ、Ｖｃ／Ｖｄ、濃縮室出口の濃縮水の電導度ｒｃ、濃縮室出口の濃縮水のマグネシウムイオン濃度ＡｃおよびＳｃ値は表２に示した通りとした。例１〜３においては、被処理水と濃縮水は対向流となるように供給し、例４においては並行流となるように供給した。また、例１〜４において、被処理水の一部を濃縮水として使用し、回収率ηは９５％とした。
【００４４】
【表２】
【００４５】
例１〜４について、運転初期（運転開始から２４時間後）、運転開始から連続２０００時間後の電流密度、電圧および得られた脱イオン水の比抵抗を測定した。また、運転終了後、電気透析槽を解体して濃縮室を構成する陽イオン交換膜表面のスケール発生状況を確認した。これらの結果を表３に示す。
【００４６】
【表３】
【００４７】
表３の結果より、例１および例２では、電流密度および電圧ともに運転初期と２０００時間経過後とで差異がなく、解体調査でも濃縮室側にスケールの発生がなく、長期間安定して運転できることがわかる。これに対し、Ｖｃ／Ｖｄが低く、Ｓｃ値が０．１Ｒ未満である例３の場合は、電圧の上昇が顕著であり、電流密度を上げても目標とする比抵抗の脱イオン水が得られず、濃縮室側にスケールが発生していた。また、Ｖｃ／Ｖｄは高いが、被処理水と濃縮水を並行流で供給した例４では、電圧の上昇が顕著であり、電流密度を上げても目標とする比抵抗の脱イオン水が得られず、濃縮室側にスケールが発生していた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、高純度の脱イオン水を長期間安定に運転できる。また、被処理水の流量に対する濃縮水の流量を一定以上に保つこと、または、被処理水の一部を濃縮水に利用し、かつ、被処理水の回収率を高くすることにより、一価陽イオンを含有する電解質等の添加や、被処理水の高度な前処理を行わなくとも、安定に脱イオン水を製造できる。
【００４９】
また、本発明によれば、被処理水の水質が比較的悪い場合であっても、比抵抗が比較的低い脱イオン水を、長期間安定に脱イオン水を製造できる。このとき、被処理水には高度な前処理を施す必要はなく、前処理に係る設備は不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＤＩ装置の模式図。
【符号の説明】
Ａ：陰イオン交換膜
Ｋ：陽イオン交換膜
１：電気透析槽
２：陽極室
３：陰極室
４：陽極
５：陰極
６：導管
７：導管
８：比抵抗計
９：マグネシウムイオン除去装置
Ｓ１、・・・Ｓｎ：濃縮室
Ｒ１、・・・Ｒｎ：脱塩室
Ｄ１、・・・Ｄｎ：脱塩室枠
Ｃ１、・・・Ｃｎ：濃縮室枠
１０：導入管
１１：導管
１２：電導度計
１３：Ｍｇイオン濃度計
１４：演算部
１５：整流器
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気再生式脱イオン水製造方法（以下、この方法をＥＤＩ法と称し、その脱イオン水製造装置をＥＤＩ装置と称する。）に関する。詳しくは、医薬品製造工業、半導体製造工業、食料品工業等の各種製造業、またはボイラー水や研究施設などで用いられる純水もしくは超純水等と言われる高度に脱イオン化した脱イオン水を効率的に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、脱イオン水の製造方法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する方法が一般的である。しかし、この方法では、交換・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必要がある。よって、この方法ではイオン交換樹脂の面倒な再生操作が必要であり、酸やアルカリに起因する廃液が排出される問題がある。
【０００３】
上記問題のない方法として、近年、ＥＤＩ法が開発され、実用化されている。この方法は、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互に配置した電気透析槽の脱塩室に陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の混合物を入れ、脱塩室に被処理水を流すとともに、脱塩室と交互に形成、配置された濃縮室に濃縮水を流しながら電圧を印加して電気透析を行うものである。この方法では脱イオン水を製造するとともにイオン交換樹脂の再生を行うため、別途イオン交換樹脂の再生を行う必要がない。
【０００４】
しかし、ＥＤＩ法においては、被処理水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分がイオン交換膜へ付着することにより電気抵抗が上昇し、印加電圧が上昇する、または電流が低下する問題があり、更には脱塩性能の低下により生産される処理水の比抵抗が低下する問題がある。
【０００５】
上記問題を解決する方法としては、ＥＤＩ装置に供給する被処理水を予め逆浸透膜処理を２段行い可及的に硬度成分を除去した後、ＥＤＩ法の被処理水として供給する方法（特開平２−４０２２０号）、別途用意した酸性水生成電解槽で水を電気分解し陽極室で生成する酸性水をＥＤＩ法の濃縮室へ通水する方法（特開平１０−１２８３３８号）がある。これらの方法の採用により長期脱塩性能の安定化は図られるが、その反面投資コストは増大する。
【０００６】
また、アルカリ金属の、塩酸塩または硫酸塩水溶液を添加して電導度を１００〜８００μＳ／ｃｍとした液を、ＥＤＩ装置の濃縮室へ供給することにより、高純度の脱イオン水を得る方法（特開平９−２４３７４号）も提案されているが、その性能の長期安定性は必ずしも充分ではなかった。
【０００７】
本発明者らは脱塩性能の長期安定性の改善を目的として、濃縮水の電導度とマグネシウムイオン濃度の比を特定値以上にする方法（特開２００１−３１４８６８号）を提案した。しかし、この方法により、脱塩性能の長期安定性については改善できるが、一価陽イオンを含む電解質の添加、または、被処理水をあらかじめ特定の逆浸透膜で処理すること等が必要であり、ユーザによっては採用できない場合があることが判明した。
【０００８】
また、本発明者らは、脱イオン水の比抵抗が１〜１５ＭΩ・ｃｍと比較的低くても、利用目的に適うとするユーザも存在し、かかる需要に対しても適応できる脱イオン水製造システムの必要性を認識した。しかし、上記方法は、高純度の脱イオン水を製造するのには優れているが、比抵抗が１〜１５ＭΩ・ｃｍと比較的低い脱イオン水を製造する場合については、さらなる性能の安定化が必要であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、被処理水中の硬度成分等による脱イオン性能の低下を防止し、長期間安定に製造できる高純度の脱イオン水の製造方法の提供を目的とする。また、原水の純度、前処理装置の浄化性能に応じ、比較的水質の悪い被処理水を用いて、比抵抗の比較的低い脱イオン水を長期間安定的かつ効率的に製造できる脱イオン水の製造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陽極を備える陽極室と陰極を備える陰極室との間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列させ、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、陽極側が陽イオン交換膜で区画され陰極側が陰イオン交換膜で区画された濃縮室とを形成させた電気透析槽の少なくとも脱塩室にイオン交換体を収容してなる脱イオン水製造装置を使用し、電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を供給し、濃縮室に濃縮水を供給して被処理水中の不純物イオンを濃縮水に移動させる電気再生式脱イオン水製造方法において、
ａ）式１で示されるＳｃ値が１Ｒ以上（Ｒは脱イオン水の目標比抵抗（単位：ＭΩ・ｃｍ）から単位を除外した数値で、１〜１８から選択される定数。）である濃縮水を濃縮室に供給し、
ｂ）脱塩室における被処理水の流れ方向と、濃縮室における濃縮水の流れ方向とが対向するように被処理水および濃縮水を供給し、
ｃ）かつ、濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値を０．１Ｒ以上とする
ことを特徴とする電気再生式脱イオン水製造方法
Ｓｃ値＝γｃ／Ａｃ ・・・式１
（ただし、γｃ：濃縮水の電導度（μＳ／ｃｍ）の単位を除外した数値、Ａｃ：濃縮水中のマグネシウムイオン濃度（ｐｐｂ）の単位を除外した数値。）
を提供する。
【００１１】
本発明においては、濃縮水としてＳｃ値が１Ｒ以上であるものを濃縮室に供給すること、被処理水と濃縮水を対向流となるように供給すること、および濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値（電導度とマグネシウムイオン濃度との比）を、目的とする脱イオン水の比抵抗に対応した所定の範囲に保つことにより、濃縮室において水酸化マグネシウム等の硬度成分が析出するのを抑制できる。
【００１２】
本発明者らは、ＥＤＩ法により長期間安定して脱イオン水を製造するためには、目的とする脱イオン水の比抵抗に対し、被処理水および濃縮水の水質、すなわちＳｃ値に下限があることを見出し、本発明にいたったものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明においては、Ｓｃ値が１Ｒ以上である濃縮水を濃縮室に供給することにより、硬度成分の析出を抑制できる。通常、排出された濃縮水は濃縮水タンクを介して再度濃縮室へ供給され、再利用されるが、このとき、濃縮水タンクと濃縮室入口との間でマグネシウムイオンを除去しＳｃ値を１Ｒ以上とする。供給する濃縮水としては電導度にもよるが、マグネシウムイオン濃度を０．０１５ｐｐｍ以下としたものを用いるのが好ましい。
【００１４】
濃縮室に供給する濃縮水のＳｃ値を１Ｒ以上とする手段としては、該濃縮水をソフナーまたはキレート樹脂と接触させてマグネシウムイオンを除去するのが好ましい。ここで、ソフナーとしては、Ｎａ型またはＫ型等の一価陽イオン交換樹脂のほか、ジルコニウム系、スズ系、アンチモン系またはチタン系のＮａ型無機イオン交換体が用いられる。キレート樹脂としては、ダイヤイオンＣＲ−１０（三菱化学社製）、レバチットＯＣ−１０４８（バイエル社製）またはスミキレートＭＣ−１０（住友化学社製）等のイミノジ酢酸型キレート樹脂、デュオライトＥＳ−４６７（住友化学社製）等のアミノリン酸型のキレート樹脂が好ましく用いられる。
【００１５】
また、本発明においては、脱塩室における被処理水の流れ方向と、濃縮水における濃縮水の流れ方向とが対向する（反対方向となる）ように、被処理水および濃縮水を供給する。これにより、濃縮室を構成する陰イオン交換膜表面における硬度成分の析出を抑制できるが、この理由は、以下のように説明される。
【００１６】
脱塩室においては、被処理水の入口側より出口側の方が、イオン交換膜と充填した樹脂との界面で水分解が起こりやすい。これにより濃縮室を構成する陰イオン交換膜表面のｐＨは、被処理水の入口側より出口側の方が高くなる。一方、濃縮室における濃縮水中のマグネシウムイオン濃度は、濃縮水が濃縮室を通過する間に脱塩室から濃縮室へマグネシウムイオンが透過してくることから、濃縮室の入口側より出口側の方が高くなる。
【００１７】
被処理水と濃縮水が並行流である場合は、濃縮室を構成する陰イオン交換膜の濃縮表面のｐＨが高い側に、マグネシウムイオン濃度の高い濃縮水が供給されることになるが、対向流である場合は、上記陰イオン交換膜の濃縮表面のｐＨが高い側には、マグネシウムイオン濃度の低い濃縮水が供給されることになるので、水酸化マグネシウム等の硬度成分の析出が抑制できると考えられる。
【００１８】
本発明においては、式１で示される濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値を０．１Ｒ以上（Ｒは脱イオン水の目標比抵抗（単位：ＭΩ・ｃｍ）から単位を除外した数値で、１〜１８から選択される定数。）とする。
Ｓｃ値＝γｃ／Ａｃ ・・・式１
Ｓｃ値は式１で定まるが、式１を構成する濃縮水の電導度ｒｃ、濃縮水のマグネシウムイオン濃度Ａｃは、各々電導度計、マグネシウムイオン濃度計により測定できる。なお、被処理水中のマグネシウムイオンとカルシウムイオンとの比率は通常ほぼ一定であるから、簡便に入手できるカルシウムイオン濃度計を使用してカルシウムイオンの濃度を測定し、換算することによりマグネシウムイオン濃度Ａｃを求めてもよい。
【００１９】
また、濃縮水のｐＨが４未満である場合は、式１に水素イオン濃度の補正を加えた式２で定まるＳｃ’値をＳｃ値として指標にするのが好ましい。
Ｓｃ’値＝γｃ／（Ａｃ×（１−（Ｃ／０．００４））３） ・・・式１−１
ここで、式１−１において、Ｃは濃縮水中の水素イオン濃度（ｍｏｌ／Ｌ）であり、０．００４以下である。
【００２０】
本発明においては、濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値を０．１Ｒ以上に保つことにより、濃縮室を構成する陰イオン交換膜表面における硬度成分の析出を防ぎ、電圧の上昇や脱イオン水の比抵抗の低下を防止できる。Ｓｃ値は０．２Ｒ以上、特には０．４Ｒ以上とするのが好ましい。また、Ｓｃ値が高いほど、脱イオン水の製造における性能の安定性はより向上するが、そのための費用は増加する傾向にある。よって、Ｓｃ値は５Ｒ以下、特には２Ｒ以下、さらには１Ｒ以下とするのが好ましい。このように、Ｓｃ値は、０．１Ｒ以上５Ｒ以下、特には０．２Ｒ以上２Ｒ以下、さらには０．４Ｒ以上１Ｒ以下とするのが好ましい。
【００２１】
あらかじめマグネシウムイオンを完全に除去した濃縮水を使用したとしても、濃縮水中のマグネシウムイオン濃度は、濃縮水が濃縮室を通過する間に増加するため、濃縮水の供給量が少ない場合等は濃縮室出口のＳｃ値が０．１Ｒ未満になる。Ｓｃ値を０．１Ｒ以上とする方法としては、以下の方法が挙げられる。
【００２２】
１）濃縮室供給水量／脱塩室供給水量（重量比）を０．７／１〜１０／１とし、排出する濃縮水中のマグネシウムイオン濃度を低下させる。
【００２３】
２）上記電気透析槽が、濃縮室出口と濃縮室入口とを連通する濃縮水の循環経路を備え、被処理水を脱塩室と濃縮水の循環経路に分配供給し、循環される濃縮水を濃縮室と両極室とに供給し、脱塩室から排出される脱イオン水、および両極室から排出される極液を排出される方法において、上記Ｓｃ値を０．１Ｒ以上とする手段として、被処理水の回収率（（脱イオン水生成量／被処理水の供給量（重量比））×１００）を９０〜９９．９％として濃縮水の電導度を高める。
【００２４】
３）濃縮水に一価陽イオンを含む中性電解質を添加する方法。例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硝酸ナトリウムまたは硫酸ナトリウム等を添加するのが好ましい。
【００２５】
４）濃縮水に水素イオンを含む酸性電解質を添加する方法。例えば、塩酸または硫酸等を添加するのが好ましい。
【００２６】
なかでも、１）および２）の方法は別途電解質を添加する必要がなく、ランニングコストも安価であることから、特に好ましい。なお、１）の方法においては、濃縮室供給水量／脱塩室供給水量（重量比）を１／１〜１０／１とするのがより好ましい。また、１）および２）の方法においては、濃縮水の電導度を高め、槽電圧を低下させる観点から、特には濃縮室出口の濃縮水の電導度を１５０μＳ／ｃｍ以上とするのが好ましい。
【００２７】
本発明によれば、比較的純度の低い被処理水、例えば式２のＳｄ値が０．０２〜７の被処理水を使用する場合であっても、以下の方法を採用することにより、一価陽イオン電解質の添加や、特定の被処理水の前処理を行わなくとも比抵抗１〜１８ＭΩ・ｃｍの脱イオン水を長期間安定に製造できる。
Ｓｄ値＝γｄ／Ａｄ ・・・式２
ただし、γｄは被処理水の電導度（μＳ／ｃｍ）の単位を除外した数値であり、Ａｄは被処理水のマグネシウムイオン濃度（ｐｐｂ）の単位を除外した数値である。
【００２８】
すなわち、この方法は、被処理水の一部を濃縮水として利用し、Ｓｄ値、被処理水の回収率η（（脱イオン水生成量／被処理水供給量（重量比））×１００）、濃縮室に供給する液量Ｖｃ、および脱塩室に供給する液量Ｖｄを、式３を満たす条件で運転する方法である。
Ｓｄ×（１００／（１００−η））×（Ｖｃ／Ｖｄ）≧０．１Ｒ ・・・式３
このように上記式３が成り立つのは、被処理水の一部をそのまま濃縮水として利用し、かつ、濃縮水を循環供給することにより、排出される濃縮水の電導度が、被処理水の電導度の１００／（１００−η）倍に増加すること、および、排出される濃縮水のマグネシウム濃度は、被処理水のマグネシウム濃度とＶｃ／Ｖｄ倍になることに基づく。
【００２９】
例えば、Ｓｄ値が０．０２（電導度：１０μＳ／ｃｍ、マグネシウムイオン濃度：５００ｐｐｂ）の被処理水を使用して１８ＭΩｃｍの脱イオン水を製造する場合は、０．０２×（１００／（１００−η））×（Ｖｃ／Ｖｄ）≧０．１×１８より、（１００／（１００−η））×（Ｖｃ／Ｖｄ）≧９０となる条件で運転する。このとき、回収率ηが９８％である場合はＶｃ／Ｖｄを１．８以上とする。
【００３０】
ＥＤＩの装置およびポンプ能力から、回収率ηおよび濃縮室供給液量／脱塩室供給液量の比Ｖｃ／Ｖｄが大きく取れない場合は、Ｓｄ値を大きくして式３を満たすようにする方法も使用できる。Ｓｄ値を大きくする方法としては、前記した濃縮水の場合と同様に、被処理水中のマグネシウムイオンを選択的に除去する、またはソフナーによりマグネシウムイオン以外のイオンとイオン交換する方法、マグネシウムイオン以外のイオンを含む電解質を被処理水に添加し、その電導度を高める方法とがあるが、前者の方法が好ましい。
【００３１】
上記マグネシウムイオンを選択的に除去する方法としては、ＥＤＩ装置の前段に前処理装置として、特定の特性を有する逆浸透膜を利用するのが好ましい。この逆浸透膜としては、下記式４のＴ値が５以上、好ましく１０以上、特には５０以上のものを使用するのが好ましい。ここで、Ｔ値とは、逆浸透膜の基礎物性値であり、ＮａＣｌ除去率とＭｇＣｌ２除去率とを用いて定義されるものである。
Ｔ値＝（１００−ＮａＣｌ除去率）／（１００−ＭｇＣｌ２除去率）・・式４
本発明では、濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値が０．１Ｒ以上となる条件で運転するが、少なくとも比抵抗計を用いて脱イオン水の水質を測定し、比抵抗が目標値一定となるように電流値を制御して運転するのが好ましい。これにより目標の比抵抗を有する脱イオン水を安定に製造できる。この電流値の制御は、比抵抗の目標値と脱イオン水の実測値とを比較し、実測値が目標値より低い場合には電流値を増加させ、目標値より高い場合には電流値を低下させることにより行う。この制御には、目標値に対する偏差に対しＰＩＤ制御する方法が好ましく用いられる。
【００３２】
また、実測値から算出されたＳｃ値が０．１Ｒより低い場合は、長期安定性を損なう領域に入っているので、目標値と実測値に基づいて求めたＳｃ値の差を安全運転の指標として信号表示し、Ｓｃ値が０．１Ｒ以上となるように調節することが好ましい。その具体的な調節方法としては、前記１）〜４）の方法により濃縮水のＳｃ値が高くなる処理を行う方法、目標比抵抗を変更する方法が挙げられ、それらが自動的に行えるようにシステム化することもできる。
【００３３】
本発明を、図１に示すＥＤＩ装置を用いて説明する。電気透析槽１において、陰イオン交換膜Ａおよび陽イオン交換膜Ｋが、脱塩室枠Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３・・・Ｄｎおよび濃縮室枠Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・・Ｃｎを介して所定間隔を置いて配置され、陽極室２、濃縮室Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎ、脱塩室Ｒ１、Ｒ２・・・Ｒｎおよび陰極室３が構成される。脱塩室Ｒ１、Ｒ２・・・Ｒｎには陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂が収容、充填されてなる。濃縮室にはメッシュ状等のスペーサが挿入されるか、陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂のいずれか、もしくは両方が充填されていてもよい。
【００３４】
陽極室２および陰極室３には、それぞれ陽極４、陰極５が設置されており、脱イオン水を製造するにあたっては両極間に電圧が印加される。これにより導管６から脱塩室Ｒ１、Ｒ２・・・Ｒｎへ導入される被処理水中の陰イオンが、陰イオン交換膜Ａを通して陽極側の濃縮室へ透過し、被処理水中の陽イオンが陽イオン交換膜Ｋを通して陰極側の濃縮室へ透過する。これにより被処理水は脱イオン化され、導管７に設置した比抵抗計８で脱イオン水の比抵抗を計測しながら脱イオン水として取り出される。
【００３５】
他方、濃縮室へ供給する濃縮水は、ソフナーやキレート樹脂等によるマグネシウムイオンの除去装置９を介し、導入管１０を通して、被処理水の流れ方向とは逆方向に濃縮室Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓｎへ導入され、透過してきた陰イオンおよび陽イオンが集められ濃縮水として導管１１より排出される。このとき濃縮室出口のＳｃ値が０．１Ｒ以上になるように制御する。この制御は導入管１１に設置した電導度計１２およびマグネシウムイオン濃度計１３の測定値にもとづき行われる。
【００３６】
目標とする脱イオン水の比抵抗が１〜１５ＭΩｃｍである場合は、比抵抗計８、電導度計１２およびマグネシウムイオン濃度計１３で測定された信号を、演算部１４に送り、演算部１４においてＰＩＤ制御を行うことにより、整流器１５の電流値を制御し、脱イオン水の比抵抗を一定に保つのが好ましい。
【００３７】
また、演算部１４において算出されたＳｃ値が０．１Ｒ未満である場合は、長期安定性が欠けるとの警報を出すとともに、回収率ηまたは濃縮室供給液量／脱塩室供給液量の比Ｖｃ／Ｖｄの変更、または濃縮水入口側での一価陽イオン電解質の添加等の変更を動作させる信号を出し、Ｓｃ値が０．１Ｒ以上となるようにすることもできる。
【００３８】
【実施例】
以下に本発明の実施例（例１、例２）および比較例（例３、例４）を説明する。実施例および比較例において使用した装置は、図１に図示したＥＤＩ装置である。
【００３９】
強酸性陽イオン交換膜（厚さ６００μｍ、イオン交換容量２．７ミリ当量／グラム乾燥樹脂）および強塩基性陰イオン交換膜（厚さ６００μｍ、イオン交換容量２．１ミリ当量／グラム乾燥樹脂）を脱塩室枠（ポリプロピレン製）および濃縮室枠（ポリプロピレン製）を介して配列し、締め付け、フィルタープレス型電気透析槽とした。この電気透析槽の有効面積は５０７ｃｍ２（横（室枠幅）１３ｃｍ×縦（脱塩長）３９ｃｍ）／対であり、室対数は３０対とした。
【００４０】
各濃縮室にはポリプロピレン製のネットを配置した。また、脱塩室には陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂の混合物を、湿度４０％で平衡させ、含水させたものを充填した。陽イオン交換樹脂としては、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酸型（Ｈ型）陽イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＫ−１Ｂ）を用い、陰イオン交換樹脂としては、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（ＯＨ型）陰イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＡ−１０Ａ）を用いた。陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合比は、イオン交換容量比で５０／５０となるようにした。
【００４１】
工業用水を砂ろ過後、逆浸透膜装置で１段処理した表１に示す水質の被処理水を脱塩室へ供給し、脱イオン水の製造試験を行った。
【００４２】
【表１】
例１〜例４において、脱イオン水の目標比抵抗は１８ＭΩ・ｃｍとし、濃縮室供給水量Ｖｃ、脱塩室供給水量Ｖｄ、Ｖｃ／Ｖｄ、濃縮室出口の濃縮水の電導度ｒｃ、濃縮室出口の濃縮水のマグネシウムイオン濃度ＡｃおよびＳｃ値は表２に示した通りとした。例１〜３においては、被処理水と濃縮水は対向流となるように供給し、例４においては並行流となるように供給した。また、例１〜４において、被処理水の一部を濃縮水として使用し、回収率ηは９５％とした。
【００４４】
【表２】
例１〜４について、運転初期（運転開始から２４時間後）、運転開始から連続２０００時間後の電流密度、電圧および得られた脱イオン水の比抵抗を測定した。また、運転終了後、電気透析槽を解体して濃縮室を構成する陽イオン交換膜表面のスケール発生状況を確認した。これらの結果を表３に示す。
【００４６】
【表３】
表３の結果より、例１および例２では、電流密度および電圧ともに運転初期と２０００時間経過後とで差異がなく、解体調査でも濃縮室側にスケールの発生がなく、長期間安定して運転できることがわかる。これに対し、Ｖｃ／Ｖｄが低く、Ｓｃ値が０．１Ｒ未満である例３の場合は、電圧の上昇が顕著であり、電流密度を上げても目標とする比抵抗の脱イオン水が得られず、濃縮室側にスケールが発生していた。また、Ｖｃ／Ｖｄは高いが、被処理水と濃縮水を並行流で供給した例４では、電圧の上昇が顕著であり、電流密度を上げても目標とする比抵抗の脱イオン水が得られず、濃縮室側にスケールが発生していた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、高純度の脱イオン水を長期間安定に運転できる。また、被処理水の流量に対する濃縮水の流量を一定以上に保つこと、または、被処理水の一部を濃縮水に利用し、かつ、被処理水の回収率を高くすることにより、一価陽イオンを含有する電解質等の添加や、被処理水の高度な前処理を行わなくとも、安定に脱イオン水を製造できる。
【００４９】
また、本発明によれば、被処理水の水質が比較的悪い場合であっても、比抵抗が比較的低い脱イオン水を、長期間安定に脱イオン水を製造できる。このとき、被処理水には高度な前処理を施す必要はなく、前処理に係る設備は不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＥＤＩ装置の模式図。
【符号の説明】
Ａ：陰イオン交換膜
Ｋ：陽イオン交換膜
１：電気透析槽
２：陽極室
３：陰極室
４：陽極
５：陰極
６：導管
７：導管
８：比抵抗計
９：マグネシウムイオン除去装置
Ｓ１、・・・Ｓｎ：濃縮室
Ｒ１、・・・Ｒｎ：脱塩室
Ｄ１、・・・Ｄｎ：脱塩室枠
Ｃ１、・・・Ｃｎ：濃縮室枠
１０：導入管
１１：導管
１２：電導度計
１３：Ｍｇイオン濃度計
１４：演算部
１５：整流器
Claims (6)
- 陽極を備える陽極室と陰極を備える陰極室との間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列させ、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、陽極側が陽イオン交換膜で区画され陰極側が陰イオン交換膜で区画された濃縮室とを形成させた電気透析槽の少なくとも脱塩室にイオン交換体を収容してなる脱イオン水製造装置を使用し、電圧を印加しながら脱塩室に被処理水を供給し、濃縮室に濃縮水を供給して被処理水中の不純物イオンを濃縮水に移動させる電気再生式脱イオン水製造方法において、
ａ）式１で示されるＳｃ値が１Ｒ以上（Ｒは脱イオン水の目標比抵抗（単位：ＭΩ・ｃｍ）から単位を除外した数値で、１〜１８から選択される定数。）である濃縮水を濃縮室に供給し、
ｂ）脱塩室における被処理水の流れ方向と、濃縮室における濃縮水の流れ方向とが対向するように被処理水および濃縮水を供給し、
ｃ）かつ、濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値を０．１Ｒ以上とする
ことを特徴とする電気再生式脱イオン水製造方法。
Ｓｃ値＝γｃ／Ａｃ ・・・式１
（ただし、γｃ：濃縮水の電導度（μＳ／ｃｍ）の単位を除外した数値、Ａｃ：濃縮水中のマグネシウムイオン濃度（ｐｐｂ）の単位を除外した数値。） - 濃縮室に供給する濃縮水のＳｃ値を１Ｒ以上とする手段として、該濃縮水をソフナーまたはキレート樹脂と接触させてマグネシウムイオンを除去する請求項１記載の電気再生式脱イオン水製造方法。
- 濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値を０．１Ｒ以上とする手段として、濃縮室供給水量／脱塩室供給水量（重量比）を０．７／１〜１０／１とする請求項１または２記載の電気再生式脱イオン水製造方法。
- 上記電気透析槽が、濃縮室出口と濃縮室入口とを連結する濃縮水の循環経路を備えたものであり、被処理水を脱塩室と濃縮水の循環経路に分配して供給し、循環経路から取り出される濃縮水を濃縮室と両極室とに供給し、脱塩室から排出される脱イオン水、および両極室から排出される極液を排出する方法において、濃縮室出口の濃縮水のＳｃ値を０．１Ｒ以上とする手段として、被処理水の回収率（（脱イオン水生成量／被処理水の供給量（重量比））×１００）を９０〜９９．９％とする請求項１または２記載の電気再生式脱イオン水製造方法。
- 濃縮室出口の濃縮水の電導度を１５０μＳ／ｃｍ以上とする請求項１〜４いずれか記載の電気再生式脱イオン水製造方法。
- 式２で示される被処理水のＳｄ値が０．０２〜７である場合に、被処理水の一部を濃縮水として利用し、Ｓｄ値、被処理水の回収率η（（脱イオン水生成量／被処理水供給量（重量比））×１００）、濃縮室に供給する液量Ｖｃ、および脱塩室に供給する液量Ｖｄを、式３を満たす条件で運転する請求項１〜５いずれか記載の電気再生式脱イオン水製造方法。
Ｓｄ値＝γｄ／Ａｄ ・・・式２
（ただし、γｄ：被処理水の電導度（μＳ／ｃｍ）の単位を除外した数値、Ａｄ：被処理水のマグネシウムイオン濃度（ｐｐｂ）の単位を除外した数値。）
Ｓｄ×（１００／（１００−η））×（Ｖｃ／Ｖｄ）≧０．１Ｒ ・・・式３
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002170116A JP3951816B2 (ja) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | 電気再生式脱イオン水製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002170116A JP3951816B2 (ja) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | 電気再生式脱イオン水製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004009023A JP2004009023A (ja) | 2004-01-15 |
| JP3951816B2 true JP3951816B2 (ja) | 2007-08-01 |
Family
ID=30436476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002170116A Expired - Fee Related JP3951816B2 (ja) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | 電気再生式脱イオン水製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3951816B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7460012B1 (ja) * | 2022-12-26 | 2024-04-02 | 栗田工業株式会社 | 電気脱イオン装置及びその運転方法 |
-
2002
- 2002-06-11 JP JP2002170116A patent/JP3951816B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004009023A (ja) | 2004-01-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6733646B2 (en) | Method and apparatus for electrodeionization of water | |
| AU2014212394B2 (en) | Rechargeable electrochemical cells | |
| JP2001113281A (ja) | 電気脱イオン装置及び純水製造装置 | |
| EP1129765A1 (en) | Method for producing deionized water | |
| JP3969221B2 (ja) | 脱イオン水の製造方法及び装置 | |
| JP3695338B2 (ja) | 脱イオン水の製造方法 | |
| JP4710176B2 (ja) | 超純水製造装置 | |
| CN114014415A (zh) | 用直流电源连续再生去离子阳离子交换器+阴离子交换器系统 | |
| JP2011000576A (ja) | 電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法 | |
| JP3900666B2 (ja) | 脱イオン水製造方法 | |
| JP2007268331A (ja) | 電気式脱イオン水製造装置 | |
| JP2009208046A (ja) | 電気式脱イオン水製造装置 | |
| JPH022830A (ja) | 電気透析装置 | |
| JP3951816B2 (ja) | 電気再生式脱イオン水製造方法 | |
| JP4505965B2 (ja) | 純水の製造方法 | |
| JP2003181459A (ja) | 脱イオン水の製造方法 | |
| JP2007063617A (ja) | 硫酸イオンを含むメッキ液の再生装置及び硫酸イオン除去方法 | |
| JP3501339B2 (ja) | 電気式脱イオン水製造装置 | |
| JP3473472B2 (ja) | フッ素含有水の処理方法 | |
| JP4915843B2 (ja) | 電気軟化装置、軟化装置及び軟水製造方法 | |
| JP4300828B2 (ja) | 電気脱イオン装置及びその運転方法 | |
| JP2001219161A (ja) | 純水製造装置 | |
| JP2001259645A (ja) | 脱イオン水製造方法 | |
| JP4660890B2 (ja) | 電気脱イオン装置の運転方法 | |
| JP4531213B2 (ja) | 脱塩装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050518 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070323 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070403 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070416 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100511 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110511 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110511 Year of fee payment: 4 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110511 Year of fee payment: 4 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |