JP3952127B2 - Electrodeionization treatment method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気脱イオン装置及びそれを用いた電気脱イオン化処理方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、原料水（被処理水）から、シリカやホウ素成分、特にシリカ成分を効果的に除去すると共に、比抵抗の高い処理水を得るための電気脱イオン装置及びこの装置を用いた電気脱イオン化処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水の利用は、工業用水をはじめ、生活用水、農業用水と、それぞれの利用が進むにつれて、その重要性も一段と増してきており、そして、化学工業をはじめ、新しい先端技術産業などにおける水、例えば純水や超純水などの需要も生まれてきている。一方、水資源の節約から、下水や産業排水の再生水や雨水など、低水質の水を利用するという雑用水の利用も盛んになっており、例えば水洗トイレ用、冷房・冷却用水、散水などの雑用途として、ビルなどの建物に使用されている。
工業用水、下水、産業排水などを処理し、より高品質の水にする技術として、簡単な凝集沈殿法から、膜などを利用する高度の技術まで各種の方式が開発され、実用化されている。このような水処理装置としては、例えば精密ろ過膜（ＭＦ膜）装置、限外ろ過膜（ＵＦ膜）装置、逆浸透膜（ＲＯ膜）装置、透析膜装置、電気脱イオン装置などが知られている。
これらの中で、電気脱イオン装置は、２つの側面がそれぞれ陽イオン交換膜と陰イオン交換膜からなり、その間にイオン交換樹脂やイオン交換繊維などのイオン交換体を充填した脱塩室に、電位差を与えて、通水することにより、陽イオンを陽イオン交換膜を通過させ、陰イオンを陰イオン交換膜を通過させて除去するものである。このような電気脱イオン装置は、薬品再生が不要であり、かつコンパクトである点に特徴があり、また、近年大容量の電気脱イオン装置が開発され、注目されている。
近年、半導体産業の発展に伴い、半導体素子の製造に不可欠な超純水の需要が増大しており、この超純水の製造に、前記の電気脱イオン装置が用いられるようになってきた。
超純水は、純粋な水の分子以外の不純物を徹底して除去していくことによって製造されるが、それには複雑な工程が必要である。超純水の製造工程としては、種々の組合せが実用化されているが、基本的には、（１）原水中のにごり物質やコロイド状物質を除去する前工程、（２）逆浸透膜によって微粒子や生菌、塩類、有機物などを除く工程、（３）脱気装置により溶存酸素、二酸化炭素などの気体分子を除去する工程、（４）電気脱イオン装置により微量に存在するイオン類を除去する工程、及び（５）限外ろ過膜によって最終的に残存するイオン交換樹脂破砕物や生菌、その他微粒子などを取り除く工程を順次行うことにより、超純水が製造される。
ところで、前記の電気脱イオン装置２基を直列に配設し、これに通水することにより、二段階で脱イオン化処理を行う方法は公知であり（特公平４−７２５６７号公報）、また、電気透析において、pHを９.５以上とすることにより、シリカ成分が効果的に除去されることも公知である（米国特許第４２９８４４２号明細書）。
しかしながら、電気脱イオン装置２基を直列に配設し、二段で脱イオン化処理する方法においては、原料水中に含まれるシリカ成分の除去について、以下に示すような問題を有している。
すなわち、一段目の電気脱イオン装置において、シリカ成分を除去する際に、通常ナトリウムなどの他のイオン成分がシリカ成分よりも除去されやすいため、この脱イオン化処理水中には残存イオンが少なくなる。したがって、この処理水を、そのまま二段目の電気脱イオン装置に供給して脱イオン化する場合、電流が流れにくく、その結果、二段目の電気脱イオン装置による処理においては、シリカ成分の除去率が高くならないという問題が生じる。特に一段目の電気脱イオン装置の処理水をそのまま二段目の電気脱イオン装置の濃縮水の補給に用いる場合は、極端に二段目の電気が流れにくく、シリカ除去率も悪い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、電気脱イオン装置２基が直列に配設された装置であって、原料水中のシリカやホウ素成分、特にシリカ成分を効果的に除去し、比抵抗の高い処理水を得るための電気脱イオン装置及び脱イオン化処理方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、電気脱イオン装置２基を直列に配設し、かつ第一の電気脱イオン装置の処理水を第二の電気脱イオン装置に供給するための流路に電解質水溶液を添加する手段を設けた電気脱イオン装置がその目的に適合しうること、そして、この装置を用い、原料水を第一の電気脱イオン装置に供給して脱イオン化したのち、この処理水に電解質水溶液を添加して第二の電気脱イオン装置に供給し、さらに脱イオン化することにより、シリカやホウ素成分、特にシリカ成分が効果的に除去され、比抵抗の高い処理水が得られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）第一の電気脱イオン装置と第二の電気脱イオン装置が直列に配設され、第一の電気脱イオン装置で脱イオン化された処理水を、第二の電気脱イオン装置でさらに脱イオン化する電気脱イオン装置において、上記第一の電気脱イオン装置から排出される処理水を第二の電気脱イオン装置に供給するための流路に、電解質水溶液を添加する手段を設けた電気脱イオン装置を用い、原料水を第一の電気脱イオン装置に供給して脱イオン化した処理水に電解質水溶液を添加し、次いでこれを濃縮水のシリカ濃度を１００ｐｐｂ以下に保った第二の電気脱イオン装置に供給し、さらに脱イオン化することを特徴とする電気脱イオン化処理方法、
（２）第二の電気脱イオン装置における濃縮水の補給水路として、第二の電気脱イオン装置の脱塩室へ送水する供給水路から分岐させて、濃縮水路に接続させてなる電気脱イオン装置を用いる第１項記載の電気脱イオン化処理方法、
（３）第二の電気脱イオン装置における脱塩室及び濃縮室に、それぞれイオン交換体が充填されてなる電気脱イオン装置を用いる第１項又は第２項記載の電気脱イオン化処理方法、
（４）第二の電気脱イオン装置への供給水の電気伝導率が１０μＳ／ｃｍ以上である第１項、第２項又は第３項記載の電気脱イオン化処理方法、
（５）電解質水溶液がアルカリを含む水溶液である第１項、第２項、第３項又は第４項記載の電気脱イオン化処理方法、
（６）第二の電気脱イオン装置への供給水のｐＨが９.２以上である第５項記載の電気脱イオン化処理方法、及び、
（７）原料水がシリカ又はホウ素を含有する第１項、第２項、第３項、第４項、第５項又は第６項記載の電気脱イオン化処理方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の電気脱イオン装置は、電気脱イオン装置２基が直列に配設されており、そして、原料水がまず第一の電気脱イオン装置にて脱イオン化されたのち、この処理水が第二の電気脱イオン装置に供給され、さらに脱イオン化される構造となっている。
本発明において使用される上記第一の電気脱イオン装置及び第二の電気脱イオン装置の形式については特に制限はなく、従来公知の電気脱イオン装置を用いることができる。一般的には、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を交互に対向して配置し、イオン交換体を充填した脱塩室と、上記陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を介して、それぞれ隣接する濃縮室とが交互に形成され、そして、この脱塩室及び濃縮室が複数存在し、さらに、両端側のそれぞれに陽極が配設された陽極室と陰極が配設された陰極室とが設けられた構造を有するものが用いられる。このような電気脱イオン装置においては、両端側の陽極及び陰極に所要の電圧を印加し、該脱塩室に電位を与えて通水することにより、陽イオンは陽イオン交換膜を通過して濃縮室に移行すると共に、陰イオンは陰イオン交換膜を通過して濃縮室に移行し、脱塩室の出口からは、脱塩された処理水が得られる。一方、濃縮室に移行した陽イオン及び陰イオンは濃縮水として装置外へ排出される。
また、本発明においては、第二の電気脱イオン装置において、電極間に電流が流れやすくして、この第二の電気脱イオン装置でのシリカ成分の除去率を向上させるために、脱塩室及び濃縮室の電気抵抗を小さくする必要があり、したがって、第一の電気脱イオン装置から排出される処理水を第二の電気脱イオン装置に供給するための流路に、電解質水溶液を添加するための手段を設けることが必要である。
電気脱イオン装置における印加電圧条件は、脱塩室の１セルあたり２〜１０Ｖの範囲が望ましく、これ以下ではシリカ等の除去率が低くなり、これ以上ではイオン交換樹脂等の寿命が短くなるので好ましくない。ｎ個の脱塩室を有する電気脱イオン装置の両極間にａ（Ｖ）の電圧を印加したとき、１セルあたりの印加電圧は、ａ／ｎ（Ｖ）として求めることができる。
このときの電流効率は、第一及び第二の電気脱イオン装置において１０％以下、電流密度は３０ｍＡ／dm2以上とすることが、シリカ除去の点から望ましい。なお、電流効率ｅ（％）は、下記の式［１］により与えられる値である。
ｅ ＝｛１.３１×Ｑ×(Ｃf−Ｃp)｝／Ｉ …［１］
ただし、式中、Ｉは電流値（Ａ）であり、Ｑはモジュール処理水量（Ｌ／min／セル）であり、Ｃfは式［２］で表される電気脱イオン装置供給水当量電気伝導率（μＳ／cm）であり、Ｃpは電気脱イオン装置処理水電気伝導率（μＳ／cm）である。
Ｃf ＝ Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ3 …［２］
ただし、式中、Ｃ1は電気脱イオン装置供給水の電気伝導率（μＳ／cm）であり、Ｃ2は式［３］で表される電気脱イオン装置供給水の二酸化炭素当量電気伝導率（μＳ／cm）であり、Ｃ3は式［４］で表される電気脱イオン装置供給水のシリカ当量電気伝導率（μＳ／cm）である。
Ｃ2 ＝ ２.６６×ＣCO2 …［３］
Ｃ3 ＝ １.９４×ＣSiO2 …［４］
ただし、式中、ＣCO2は二酸化炭素の濃度（mgＣＯ2／Ｌ）であり、ＣSiO2はシリカの濃度（mgＳｉＯ2／Ｌ）である。
【０００６】
この電解質水溶液を添加するための手段としては特に制限はなく、例えば流路に撹拌機付きの電気伝導度やpHを調整する槽を設けたり、流路に電解質水溶液注入口を設け、その下流側にスタチックミキサーなどを設置する方法などを挙げることができる。
本発明の電気脱イオン装置においては、第一の電気脱イオン装置における脱塩室に充填するイオン交換体としては、アニオン交換体単独か、又はアニオン交換体とカチオン交換体との混合物を用いることができる。具体的には、アニオン交換体とカチオン交換体との割合が、容量比で１００：０ないし５０：５０の範囲にあるイオン交換体が好ましい。
また、第一の電気脱イオン装置における脱塩室の厚さは、特に制限はないが２〜６０mmの範囲が好ましい。この厚さが２mm未満では構造的に難しく、６０mmを超えるとシリカ成分の除去率が低下するためである。
本発明における第二の電気脱イオン装置においては、濃縮室における濃縮水中のシリカ濃度は低いのが好ましい。これは、濃縮水のシリカ濃度が高いと、イオン交換膜からの逆拡散が生じる影響が大となることを見出したためである。特に微量なシリカ濃度が要求される生産水においては、その影響が大きい。また、濃縮水のシリカ濃度が低いと、濃縮室側のイオン交換膜における濃度分極が少なくなるため、シリカのイオン交換膜移動の平衡関係により、脱塩室内のシリカ成分が濃縮室側に移動しやすくなると考えられるからである。特に、第二の電気脱イオン装置において、生産水中のシリカ濃度を０.１ppb以下とするためには、第二の電気脱イオン装置の濃縮室出口水のシリカ濃度を１００ppb以下に保つことが好ましい。第二の電気脱イオン装置の濃縮室出口水のシリカ濃度は、第二の電気脱イオン装置の濃縮水の系外への排出量を調節することによって制御することができる。
【０００７】
したがって、本発明装置においては、第二の電気脱イオン装置における濃縮水の補給水路として、第二の電気脱イオン装置の脱塩室へ送水する供給水路から分岐させて、濃縮水路に接続させ、第二の電気脱イオン装置の脱塩室への供給水を、該濃縮水の補給水とするのが有利である。また、第二の電気の電気脱イオン装置の生産水やそれをさらに処理した水、さらには別系統からの超純水を用いても良い。第二の電気脱イオン装置の濃縮水のシリカ濃度を低減できる方法であれば良いが、第一の電気脱イオン装置の処理水を濃縮水として利用することが最も簡単である。この場合、第二の電気脱イオン装置の被処理水と濃縮水の両方が脱塩水となるため、電流が流れにくくなり、シリカが除去されにくくなる。そのため、後述の図２に示すように、電解質を添加することにより、第二の電気脱イオン装置においても電流を確保でき、濃縮水のシリカ濃度低減と併せて、大幅にシリカ除去率を向上させることができる。
さらに、脱塩室にイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置には、濃縮室にイオン交換体を充填していないタイプと、充填しているタイプ（例えば、特公平７−１６５８７号公報）があるが、特にシリカが低濃度領域では、後者の方がシリカ除去率に優れていることが分かった。これは、濃縮室における濃度分極は、低濃度になるほど境界層が厚くなるため、濃縮室へのイオン交換体の充填により、濃縮室内のシリカ成分の移動が促進されることによって、濃度分極が低減されることによると考えられる。
したがって、本発明装置においては、第二の電気脱イオン装置における脱塩室及び濃縮室に、それぞれイオン交換体を充填させるのが好ましい。
第二の電気脱イオン装置における脱塩室に充填されるイオン交換体としては、通常アニオン交換体とカチオン交換体との混合物が用いられる。このアニオン交換体とカチオン交換体との割合は、容量比で、好ましくは４：６ないし８：２、より好ましくは５：５ないし７：３の範囲で選ばれる。
また、第二の電気脱イオン装置における濃縮室に充填されるイオン交換体としては、通常アニオン交換体とカチオン交換体との混合物が用いられる。このアニオン交換体とカチオン交換体との割合は、容量比で、好ましくは４：６ないし８：２、より好ましくは５：５ないし７：３の範囲で選ばれる。第二の電気脱イオン装置の脱塩室の厚さは、２〜５mm程度が好ましい。２mm未満では構造的に難しく、５mmを超えると生産水の比抵抗が悪くなる。
本発明で用いられる前記アニオン交換体やカチオン交換体の形状や種類については特に制限はなく、従来電気脱イオン装置においてイオン交換体として慣用されているもの、例えば各種の粒状、ペレット状、繊維状などのアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の中から、それぞれ適宜選択して用いることができる。
【０００８】
次に、本発明の電気脱イオン化処理方法について説明する。
本発明方法は、前述した本発明の電気脱イオン装置を用い、二段階で脱イオン化処理する方法であって、まず、第一の電気脱イオン装置の脱塩室に原料水（被処理水）を通水して、第一段目の脱イオン化を行う。
この際、第一の電気脱イオン装置に供給する原料水の由来や性状については特に制限はないが、例えば活性炭、逆浸透膜（ＲＯ膜）及び膜脱気装置などにより、前処理を施したものを用いることができる。
本発明方法においては、この第一の電気脱イオン装置における第一段目の脱イオン化において、シリカ成分を除去すると共に、この処理水を第二の電気脱イオン装置に供給して第二段目の脱イオン化を行う際に、その脱塩室及び濃縮室の電気抵抗を小さくして、電流を流れやすくし、シリカ成分をさらに除去するために、第一の電気脱イオン装置から排出される処理水に電解質水溶液を添加し、これを第二の電気脱イオン装置に供給する処置がとられる。
上記電解質水溶液としては、特に制限はなく、例えばＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｎａ2ＳＯ4、Ｋ2ＳＯ4、ＮａＯＨ、ＫＯＨなどを１種又は２種以上含む水溶液を挙げることができるが、除去しようとするシリカ成分あるいはホウ素成分は、アルカリ条件下で解離しやすい成分であるため、除去されやすいことから、ＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリを含む電解質水溶液が好ましい。
この電解質水溶液の添加量としては、添加後の処理水（第二の電気脱イオン装置への供給水）の電気伝導率が１０μＳ／cm以上、好ましくは２５μＳ／cm以上になるように選定するのが有利である。これにより、第二の電気脱イオン装置において、低電圧で所要量の電流を流すことができる。なお、電気伝導率が７０μＳ／cmを超えるような添加量では、電解質の使用量が多くなり経済的に不利となる上、第二の電気脱イオン装置での負荷が大きくなって、この第二の電気脱イオン装置から得られる処理水の比抵抗が低下する原因となる。したがって、該電気伝導率が７０μＳ／cm以下になるように、電解質水溶液を添加するのが望ましい。
【０００９】
さらに、電解質水溶液として、アルカリを含むものを用い、添加後のpHが９.２以上、好ましくは９.５以上とするのがよい。これにより、第二の電気脱イオン装置において、シリカ成分やホウ素成分の解離が促進され、これらを高い除去率で効果的に除去することができる。
なお、このように、第二の電気脱イオン装置において、pHを高くして運転しても、第一の電気脱イオン装置において、スケール成分となりうる炭酸やフッ素イオンなどのアニオン成分が除去されているため、スケールの発生を抑制することができる。
また、第一の電気脱イオン装置においては、シリカ成分を除去するため、第１に、前述の本発明の電気脱イオン装置の説明で記載したように、第一の電気脱イオン装置の脱塩室に充填されるイオン交換体として、アニオン交換体を主体とするもの、具体的には、アニオン交換体とカチオン交換体の割合が、容量比で、１００：０ないし５０：５０の範囲にあるものを用いるのが好ましい。
第２に、この第一の電気脱イオン装置における脱塩室の厚さは、前述の本発明の電気脱イオン装置の説明で記載したように、２〜６０mmの範囲が好ましい。
【００１０】
また、本発明方法においては、第二の電気脱イオン装置における濃縮水の補給水としては、シリカ濃度が低いのが望ましい。これは、特に濃縮水のシリカ濃度が高いと、イオン交換膜からの逆拡散が生じるためである。したがって、第二の電気脱イオン装置における濃縮水の補給水として、第一の電気脱イオン装置への供給水を用いたり、第一の電気脱イオン装置と共通で濃縮水を用いたりすることなどは好ましくなく、第二の電気脱イオン装置への供給水を用いるのが好ましい。
図１は、本発明の電気脱イオン化処理方法を説明するための１例の概略工程図である。図１で示すように、本発明方法においては、第一の電気脱イオン装置１及び第二の電気脱イオン装置２が直列に配設されており、まず、原料水（被処理水）Ａを第一の電気脱イオン装置１に供給して、第一段目の脱イオン化を行う。次いで、この第一の電気脱イオン装置１から排出される第一段目の処理水３に、電解質水溶液Ｂを添加し、これを第二の電気脱イオン装置２の供給水４として、該装置２に供給し、第二段目の脱イオン化を行い、第二段目の処理水Ｃとして系外へ取り出す。
このような本発明方法により、シリカ成分の除去率を９９.９％以上としうると共に、比抵抗の高い（１８ＭΩ・cm程度）の処理水を得ることができる。
【００１１】
【実施例】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、実施例及び比較例における原料水（被処理水）として、水道水を活性炭、逆浸透膜（ＲＯ膜）及び脱気膜で前処理してなる、電気伝導率が８μＳ／cmでＣＯ2を１ppm含み、かつシリカ成分として、ＳｉＯ2３００ppbを含むものを用いた。
比較例１
第一の電気脱イオン装置と第二の電気脱イオン装置を直列に配設し、第一の電気脱イオン装置に原料水を通水して、第一段目の脱イオン化を行うと共に、その処理水を第二の電気脱イオン装置の脱塩室及び濃縮室の補給水として通水して、第二段目の脱イオン化を行った。
第一の電気脱イオン装置及び第二の電気脱イオン装置には、それぞれモジュールとして、脱塩室を３室有し、この脱塩室に、ダウケミカル社製「６５０Ｃ」（カチオン交換樹脂）とダウケミカル社製「５５０Ａ」（アニオン交換樹脂）との容量比４：６の混合物からなるイオン交換体を充填すると共に、トクヤマ社製の陽イオン交換膜「ＣＭＢ」及び陰イオン交換膜「ＡＨＡ」を用いたものを使用した。なお、脱塩室セルは横１８７mm、高さ７９５mm、厚さ２.５mmであった。
運転条件として、第一の電気脱イオン装置への通水量：５０Ｌ／ｈ、第二の電気脱イオン装置への通水量：４０Ｌ／ｈ、第一及び第二の電気脱イオン装置の印加電圧：１５Ｖを採用し、３日間連続運転した後の水質を測定した。その結果を運転条件と共に第１表に示す。
実施例１
比較例１において、第一の電気脱イオン装置の処理水に、水酸化ナトリウム水溶液を、Ｎａとして２.９mg／Ｌ添加して、第二の電気脱イオン装置への供給水の電気伝導率を３０μＳ／cm、pHを９.９とした以外は、比較例１と同様な操作を行い、水質を測定した。その結果を運転条件と共に第１表に示す。
実施例２
実施例１において、第一の電気脱イオン装置における脱塩室に充填するイオン交換体として、ダウケミカル社製「５５０Ａ」（アニオン交換樹脂）を単独で用い、かつ水酸化ナトリウム水溶液の添加量を、Ｎａとして２.６mg／Ｌとした以外は、実施例１と同様な操作を行い、水質を測定した。その結果を運転条件と共に第１表に示す。
実施例３
実施例２において、第一の電気脱イオン装置におけるモジュールとして、脱塩室セルの厚さが７.５mmであって、セル数が１のものを用い、かつ水酸化ナトリウム水溶液の添加量を、Ｎａとして１.２mg／Ｌとした以外は、実施例２と同様な操作を行い、水質を測定した。その結果を運転条件と共に第１表に示す。
【００１２】
【表１】
［注］１）原料水：電気伝導率８μＳ／cm、ＳｉＯ2３００ppb、ＣＯ2１ppm
２）６５０Ｃ：ダウケミカル社製カチオン交換樹脂
３）５５０Ａ：ダウケミカル社製アニオン交換樹脂
４）第二の電気脱イオン装置：脱塩室の数；３、脱塩室厚さ；２.５mm、
イオン交換体；６５０Ｃ／５５０Ａ（容量比４／６）混合物
第１表から分かるように、比較例１に対し、実施例では、シリカ除去率を大きく上げることができる。また、実施例１〜３においては、最終処理水は同等であるが、ＮａＯＨ添加量が異なる。実施例１では０.０５５μＳ／cmを３０μＳ／cmとするのに対し、実施例２及び実施例３では、それぞれ３μＳ／cm及び１０μＳ／cmを３０μＳ／cmとすればよいので、アルカリ添加量を減らすことができる。
【００１４】
実施例４
図２は、本実施例の方法を説明するための工程図である。この方法においては、第一の電気脱イオン装置１及び第二の電気脱イオン装置２が直列に配設されており、まず、原料水Ａを第一の電気脱イオン装置の脱塩室１ａに供給して脱イオン化を行う。この第一の電気脱イオン室の脱塩室１ａから排出される第一段目の処理水３に、ＮａＯＨ水溶液Ｂ'を添加し、これを第二の電気脱イオン装置２の供給水４として、該装置の脱塩室２ａに供給し、第二段目の脱イオン化を行い、第二段目の処理水Ｃとして系外へ取り出す。
また、第一の電気脱イオン装置１の濃縮室１ｂの濃縮水は、循環ポンプ５により循環され、一部が第一段目の濃縮水Ｄとして系外へ排出されると共に、その補給水として、原料水Ａが循環ポンプ５の吸引側に供給されている。さらに、第二の電気脱イオン装置２の濃縮室２ｂの濃縮水は、循環ポンプ６により循環され、一部が第二段目の濃縮水Ｅとして、系外へ排出されると共に、その補給水として、第二の電気脱イオン装置の脱塩室２ａへの供給水４が、循環ポンプ６の吸引側に供給されている。
水道水を活性炭、ＲＯ膜及び脱気膜で処理した水を原料水として用い、上記図２に示す方法に従って脱イオン化処理を行った。
第一の電気脱イオン装置及び第二の電気脱イオン装置には、それぞれモジュールとして、脱塩室を３室有し、この脱塩室に、ダウケミカル社製「６５０Ｃ」（カチオン交換樹脂）と三菱化学社製「ＳＳＡ１０」（アニオン交換樹脂）との容量比４：６の混合物からなるイオン交換体を充填すると共に、トクヤマ社製の陽イオン交換膜「ＣＭＢ」及び陰イオン交換膜「ＡＨＡ」を用いたものを使用した。また、第二の電気脱イオン装置は、濃縮室にも前記イオン交換体を充填した。なお、脱塩室セルは横１８７mm、高さ７９５mm、厚さ２.５mmであった。
運転条件としては、第一の電気脱イオン装置の脱塩室への通水量を８８Ｌ／ｈ、第二の電気脱イオン装置の脱塩室への通水量を８０Ｌ／ｈとし、各電気脱イオン装置の回収率を９０％とした。各電気脱イオン装置の印加電圧２１Ｖ、電流値が第一の電気脱イオン装置で１.２Ａ、第二の電気脱イオン装置で１.０Ａという条件で、１４日間連続運転した後の処理水のシリカ濃度及びホウ素濃度を測定した。なお、ＮａＯＨ水溶液の添加は、第二の電気脱イオン装置の脱塩室への供給水の電気伝導率が２０μＳ／cmとなるように調節した。結果を第２表に示す。
【００１５】
実施例５
実施例４において、第二の電気脱イオン装置の濃縮室に、イオン交換体を充填しなかったこと以外は、実施例４と同様にして実施した。結果を第２表に示す。
比較例２
図３は、本比較例の方法を説明するための工程図である。この方法においては、第一の電気脱イオン装置１及び第二の電気脱イオン装置２が直列に配設されており、まず、原料水Ａを第一の電気脱イオン装置の脱塩室１ａに供給して脱イオン化を行う。この第一の電気脱イオン室の脱塩室１ａから排出される第一段目の処理水３は、そのまま第二の電気脱イオン装置２の供給水として、該装置の脱塩室２ａに供給し、第二段目の脱イオン化を行い、第二段目の処理水Ｃとして系外へ取り出す。
また、第一の電気脱イオン装置１の濃縮室１ｂ及び第二の電気脱イオン装置２の濃縮室２ｂの濃縮水は、循環ポンプ７によって循環されており、そして一部が濃縮水Ｆとして系外へ排出されると共に、その補給水として、原料水Ａが循環ポンプ７の吸引側に供給されている。
なお、第一の電気脱イオン装置及び第二の電気脱イオン装置には、それぞれモジュールとして、実施例４と同じものを使用したが、第二の電気脱イオン装置の濃縮室には、イオン交換体を充填しなかった。
上記図３に示す方法に従った以外は、実施例４と同様に原料水の脱イオン化処理を行った。ただし、脱塩室への通水量は、第一及び第二の電気脱イオン装置共、８０Ｌ／ｈとした。結果を第２表に示す。
【００１６】
【表２】
【発明の効果】
本発明によれば、電気脱イオン装置２基を直列に配設し、原料水を第一の電気脱イオン装置に供給して脱イオン化したのち、この処理水に電解質水溶液を添加して第二の電気脱イオン装置に供給し、さらに脱イオン化することにより、シリカやホウ素成分、特にシリカ成分が効果的に除去され、比抵抗の高い処理水を得ることができる。また、第二の電気脱イオン装置において、pHを高くして運転しても、第一の電気脱イオン装置において、スケール成分となりうる炭酸やフッ素イオンなどのアニオン成分が除去されているため、スケールの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電気脱イオン化処理方法を説明するための１例の概略工程図である。
【図２】図２は、実施例４及び実施例５の方法を説明するための工程図である。
【図３】図３は、比較例２の方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１ 第一の電気脱イオン装置
１ａ 第一の電気脱イオン装置の脱塩室
１ｂ 第一の電気脱イオン装置の濃縮室
２ 第二の電気脱イオン装置
２ａ 第二の電気脱イオン装置の脱塩室
２ｂ 第二の電気脱イオン装置の濃縮室
３ 第一段目の処理水
４ 第二の電気脱イオン装置への供給水
５ 循環ポンプ
６ 循環ポンプ
７ 循環ポンプ
Ａ 原料水
Ｂ 電解質水溶液
Ｂ' ＮａＯＨ水溶液
Ｃ 第二段目の処理水
Ｄ 第一段目の濃縮水
Ｅ 第二段目の濃縮水
Ｆ 濃縮水[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrodeionization apparatus and an electrodeionization processing method using the same. More specifically, the present invention relates to an electrodeionization apparatus for effectively removing silica and boron components, particularly silica components, from raw water (treated water) and obtaining treated water with high specific resistance, and the apparatus. The present invention relates to a method for electrodeionization treatment using a metal.
[0002]
[Prior art]
The use of water, such as industrial water, domestic water, and agricultural water, has become more important as each use progresses, and water in the chemical industry and new advanced technology industries, for example, Demand for pure water and ultrapure water is also emerging. On the other hand, in order to save water resources, the use of miscellaneous water such as sewage, industrial wastewater reclaimed water, rainwater, and other low-quality water has become popular. For example, for flush toilets, cooling / cooling water, and water spray It is used for buildings such as buildings for miscellaneous purposes.
Various technologies have been developed and put to practical use, from simple coagulation and precipitation techniques to advanced technologies that use membranes, etc., to process industrial water, sewage, industrial wastewater, etc., to produce higher quality water. . Examples of such water treatment devices include microfiltration membrane (MF membrane) devices, ultrafiltration membrane (UF membrane) devices, reverse osmosis membrane (RO membrane) devices, dialysis membrane devices, and electrodeionization devices. ing.
Among these, the electrodeionization apparatus has two side surfaces each consisting of a cation exchange membrane and an anion exchange membrane, and a demineralization chamber filled with an ion exchanger such as an ion exchange resin or an ion exchange fiber between them. By applying a potential difference and passing water, the cation passes through the cation exchange membrane and the anion passes through the anion exchange membrane and is removed. Such an electrodeionization apparatus is characterized in that it does not require chemical regeneration and is compact. In recent years, a large-capacity electrodeionization apparatus has been developed and attracts attention.
In recent years, with the development of the semiconductor industry, the demand for ultrapure water essential for the production of semiconductor elements has increased, and the above-mentioned electrodeionization apparatus has been used for the production of this ultrapure water.
Ultrapure water is produced by thoroughly removing impurities other than pure water molecules, but this requires a complicated process. Various combinations of ultrapure water production processes have been put into practical use. Basically, (1) a pre-process for removing dust substances and colloidal substances in raw water, and (2) a reverse osmosis membrane. Steps to remove fine particles, viable bacteria, salts, organic matter, etc. (3) Steps to remove gas molecules such as dissolved oxygen and carbon dioxide with a deaerator, (4) Remove ions present in trace amounts with an electrodeionization device The ultrapure water is produced by sequentially performing the step of (5) removing the remaining crushed ion exchange resin, viable bacteria, and other fine particles by the ultrafiltration membrane.
By the way, a method of performing a deionization process in two stages by arranging the above two electrodeionization devices in series and passing water therethrough is known (Japanese Patent Publication No. 4-72567). In electrodialysis, it is also known that the silica component is effectively removed by setting the pH to 9.5 or more (US Pat. No. 4,298,442).
However, the method of arranging two electrodeionization devices in series and performing the deionization treatment in two stages has the following problems with respect to the removal of the silica component contained in the raw material water.
That is, in the first-stage electrodeionization apparatus, when the silica component is removed, other ion components such as sodium are usually more easily removed than the silica component, so that residual ions are reduced in the deionized water. Therefore, when this treated water is supplied to the second-stage electrodeionization apparatus as it is and deionized, it is difficult for current to flow. As a result, in the treatment by the second-stage electrodeionization apparatus, the silica component is removed. The problem is that the rate does not increase. In particular, when the treated water of the first-stage electrodeionization apparatus is used as it is for replenishing the concentrated water of the second-stage electrodeionization apparatus, the second-stage electricity is extremely difficult to flow and the silica removal rate is also poor.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Under such circumstances, the present invention is an apparatus in which two electrodeionization apparatuses are arranged in series, and it effectively removes silica and boron components, particularly silica components, in the raw material water. An object of the present invention is to provide an electrodeionization apparatus and a deionization treatment method for obtaining treated water having high resistance.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have arranged two electrodeionization devices in series, and treated water from the first electrodeionization device into the second electrodeionization. An electrodeionization apparatus provided with means for adding an aqueous electrolyte solution to the flow path for supplying to the ion apparatus can be adapted to the purpose, and using this apparatus, raw water is supplied to the first electrodeionization apparatus. After supplying and deionizing, an aqueous electrolyte solution is added to this treated water and supplied to the second electrodeionization device, and further deionized to effectively remove silica and boron components, especially silica components. The present inventors have found that treated water with high specific resistance can be obtained, and have completed the present invention based on this finding.
That is, the present invention
(1) A first electrodeionization device and a second electrodeionization device are arranged in series, and treated water deionized by the first electrodeionization device is further treated by the second electrodeionization device. In the electrodeionization apparatus for deionization, an electric device provided with means for adding an aqueous electrolyte solution to a flow path for supplying treated water discharged from the first electrodeionization apparatus to the second electrodeionization apparatus Deionizer A second electrodeionization apparatus in which the aqueous electrolyte is added to the deionized treated water by supplying raw water to the first electrodeionization apparatus, and then the silica concentration of the concentrated water is kept at 100 ppb or less And deionizing further to the electrode ,
(2) An electrodeionization device that is branched from a supply channel that supplies water to the demineralization chamber of the second electrodeionization device and is connected to the concentrationwaterway as a replenishment channel for the concentrated water in the second electrodeionization device The method of electrodeionization treatment according to claim 1 using ,
(3) An electrodeionization apparatus in which the demineralization chamber and the concentration chamber in the second electrodeionization device are each filled with an ion exchanger. The electrodeionization treatment method according to
( 4 ) Electric conductivity of water supplied to the second electrodeionization apparatus is 10 μS / cm or more 1st term, 2nd term or 3rd term The electrodeionization treatment method described,
( 5 ) The aqueous electrolyte solution is an aqueous solution containing alkali 1st term, 2nd term, 3rd term or 4th term The electrodeionization treatment method described,
( 6 ) The pH of the feed water to the second electrodeionization device is 9.2 or higher 5 The electrodeionization treatment method according to the paragraph, and
( 7 ) Raw water contains silica or boron 1st term, 2nd term, 3rd term, 4th term, 5th term or 6th term The electrodeionization treatment method described,
Is to provide.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the electrodeionization apparatus of the present invention, two electrodeionization apparatuses are arranged in series, and after the raw water is first deionized by the first electrodeionization apparatus, The structure is supplied to the second electrodeionization apparatus and further deionized.
There is no restriction | limiting in particular about the form of said 1st electrodeionization apparatus and 2nd electrodeionization apparatus used in this invention, A conventionally well-known electrodeionization apparatus can be used. In general, cation exchange membranes and anion exchange membranes are alternately arranged opposite to each other, and the desalting chamber filled with the ion exchanger is adjacent to each other via the cation exchange membrane and the anion exchange membrane. And a plurality of desalting chambers and concentration chambers, and an anode chamber in which anodes are disposed on both ends and a cathode chamber in which cathodes are disposed. Those having the provided structure are used. In such an electrodeionization apparatus, a cation passes through a cation exchange membrane by applying a required voltage to the anode and the cathode on both ends and applying a potential to the demineralization chamber to pass water. While moving to the concentration chamber, the anion passes through the anion exchange membrane and moves to the concentration chamber, and desalted treated water is obtained from the outlet of the desalting chamber. On the other hand, the cation and anion transferred to the concentration chamber are discharged out of the apparatus as concentrated water.
Further, in the present invention, in the second electrodeionization apparatus, in order to facilitate the flow of current between the electrodes and to improve the removal rate of the silica component in the second electrodeionization apparatus, In addition, it is necessary to reduce the electric resistance of the concentration chamber, and therefore, an aqueous electrolyte solution is added to the flow path for supplying the treated water discharged from the first electrodeionization device to the second electrodeionization device. It is necessary to provide means for this.
The applied voltage condition in the electrodeionization apparatus is preferably in the range of 2 to 10 V per cell in the demineralization chamber. Below this, the removal rate of silica and the like is low, and above this, the life of the ion exchange resin and the like is shortened. It is not preferable. When a (V) voltage is applied between both electrodes of an electrodeionization apparatus having n demineralization chambers, the applied voltage per cell can be obtained as a / n (V).
The current efficiency at this time is 10% or less in the first and second electrodeionization apparatuses, and the current density is 30 mA / dm. 2 The above is desirable from the viewpoint of silica removal. The current efficiency e (%) is a value given by the following formula [1].
e = {1.31 × Q × (Cf−Cp)} / I [1]
However, in the formula, I is the current value (A), Q is the amount of module treated water (L / min / cell), and Cf is the electric deionizer supply water equivalent electric conductivity represented by the formula [2]. (ΜS / cm), and Cp is the electrical deionizer treated water electrical conductivity (μS / cm).
Cf = C1 + C2 + C3 [2]
However, in the formula, C1 is the electrical conductivity (μS / cm) of the electrodeionizer supply water, and C2 is the carbon dioxide equivalent conductivity (μS) of the electrodeionizer supply water represented by the formula [3]. C3 is the silica equivalent electric conductivity (μS / cm) of the water supplied to the electrodeionization apparatus represented by the formula [4].
C2 = 2.66 x C CO2 ... [3]
C3 = 1.94 x C SiO2 ... [4]
However, in the formula, C CO2 Is the concentration of carbon dioxide (mgCO 2 / L) and C SiO2 Is the concentration of silica (mgSiO 2 / L).
[0006]
There are no particular restrictions on the means for adding the aqueous electrolyte solution. For example, a tank with a stirrer for adjusting electrical conductivity or pH is provided in the flow path, or an aqueous electrolyte solution inlet is provided in the flow path. The method of installing a static mixer etc. can be mentioned.
In the electrodeionization apparatus of the present invention, as the ion exchanger filled in the demineralization chamber in the first electrodeionization apparatus, an anion exchanger alone or a mixture of anion exchanger and cation exchanger is used. Can do. Specifically, an ion exchanger in which the ratio of the anion exchanger to the cation exchanger is in the range of 100: 0 to 50:50 by volume ratio is preferable.
The thickness of the demineralization chamber in the first electrodeionization apparatus is not particularly limited, but is preferably in the range of 2 to 60 mm. If the thickness is less than 2 mm, it is structurally difficult, and if it exceeds 60 mm, the silica component removal rate decreases.
In the 2nd electrodeionization apparatus in this invention, it is preferable that the silica density | concentration in the concentrated water in a concentration chamber is low. This is because when the silica concentration of the concentrated water is high, it has been found that the influence of back diffusion from the ion exchange membrane increases. The effect is particularly great in production water that requires a very small amount of silica. In addition, when the concentration of silica in the concentrated water is low, the concentration polarization in the ion exchange membrane on the concentration chamber side decreases, so the silica component in the desalting chamber moves to the concentration chamber side due to the equilibrium relationship of silica ion exchange membrane movement. This is because it will be easier. In particular, in the second electrodeionization apparatus, in order to set the silica concentration in the production water to 0.1 ppb or less, it is preferable to keep the silica concentration in the outlet water of the concentration chamber of the second electrodeionization apparatus at 100 ppb or less. . The silica concentration of the outlet water of the concentration chamber of the second electrodeionization apparatus can be controlled by adjusting the discharge amount of the concentrate water of the second electrodeionization apparatus to the outside of the system.
[0007]
Therefore, in the present invention device, as a replenishment channel for the concentrated water in the second electrodeionization device, it is branched from the supply channel that feeds water to the demineralization chamber of the second electrodeionization device, and connected to the concentration channel, The supply water to the demineralization chamber of the second electrodeionization device is advantageously used as the makeup water for the concentrated water. Further, the production water of the second electric electrodeionization apparatus, water obtained by further processing it, or ultrapure water from another system may be used. Any method can be used as long as it can reduce the silica concentration of the concentrated water of the second electrodeionization apparatus, but it is easiest to use the treated water of the first electrodeionization apparatus as the concentrated water. In this case, since both the to-be-processed water and concentrated water of a 2nd electrodeionization apparatus become demineralized water, it becomes difficult to flow an electric current and it becomes difficult to remove a silica. Therefore, as shown in FIG. 2, which will be described later, by adding an electrolyte, a current can be secured even in the second electrodeionization apparatus, and the silica removal rate is greatly improved in conjunction with a reduction in the silica concentration of concentrated water. be able to.
Furthermore, in the electrodeionization apparatus formed by filling the demineralization chamber with an ion exchanger, there are a type in which the concentration chamber is not filled with an ion exchanger and a type in which the concentration chamber is filled (for example, Japanese Patent Publication No. 7-16587). However, it was found that the latter is superior in the silica removal rate particularly in a low concentration region of silica. This is because the concentration layer in the concentrating chamber becomes thicker as the boundary layer becomes lower, and the concentration polarization is reduced by accelerating the movement of the silica component in the concentrating chamber by filling the concentrating chamber with the ion exchanger. It is thought to be due to.
Therefore, in the device of the present invention, it is preferable that the demineralization chamber and the concentration chamber in the second electrodeionization device are each filled with an ion exchanger.
As the ion exchanger filled in the demineralization chamber in the second electrodeionization apparatus, a mixture of an anion exchanger and a cation exchanger is usually used. The ratio of the anion exchanger to the cation exchanger is selected in a volume ratio of preferably 4: 6 to 8: 2, more preferably 5: 5 to 7: 3.
Moreover, as an ion exchanger with which the concentration chamber in the second electrodeionization apparatus is filled, a mixture of an anion exchanger and a cation exchanger is usually used. The ratio of the anion exchanger to the cation exchanger is selected in a volume ratio of preferably 4: 6 to 8: 2, more preferably 5: 5 to 7: 3. The thickness of the demineralization chamber of the second electrodeionization apparatus is preferably about 2 to 5 mm. If it is less than 2 mm, it is structurally difficult, and if it exceeds 5 mm, the specific resistance of the produced water will deteriorate.
The shape and type of the anion exchanger and cation exchanger used in the present invention are not particularly limited, and those conventionally used as ion exchangers in conventional electrodeionization apparatuses, such as various granular, pellet-like, and fibrous forms The anion exchange resin and the cation exchange resin can be appropriately selected and used.
[0008]
Next, the electrodeionization processing method of the present invention will be described.
The method of the present invention is a method of performing deionization treatment in two stages using the above-described electrodeionization apparatus of the present invention. First, raw water (treated water) is placed in the demineralization chamber of the first electrodeionization apparatus. Pass water and perform deionization of the first stage.
At this time, there is no particular limitation on the origin and properties of the raw water supplied to the first electrodeionization apparatus, but pretreatment was performed using, for example, activated carbon, reverse osmosis membrane (RO membrane), membrane deaeration device, and the like. Things can be used.
In the method of the present invention, in the first-stage deionization in the first electrodeionization apparatus, the silica component is removed and the treated water is supplied to the second electrodeionization apparatus to supply the second-stage ionization apparatus. When the deionization process is performed, the electric resistance of the demineralization chamber and the concentration chamber is reduced to facilitate the flow of electric current, and the treatment discharged from the first electrodeionization apparatus in order to further remove the silica component A measure is taken of adding an aqueous electrolyte solution to the water and supplying it to the second electrodeionization device.
There is no restriction | limiting in particular as said electrolyte aqueous solution, For example, NaCl, KCl, Na 2 SO Four , K 2 SO Four An aqueous solution containing one or more of NaOH, KOH and the like can be mentioned, but since the silica component or boron component to be removed is a component that easily dissociates under alkaline conditions, it is easily removed. An aqueous electrolyte solution containing an alkali such as NaOH or KOH is preferred.
The amount of the electrolyte aqueous solution added is selected so that the electric conductivity of the treated water after addition (water supplied to the second electrodeionization apparatus) is 10 μS / cm or more, preferably 25 μS / cm or more. Is advantageous. Thereby, in the second electrodeionization apparatus, a required amount of current can flow at a low voltage. In addition, if the added amount is such that the electric conductivity exceeds 70 μS / cm, the amount of electrolyte used increases, which is economically disadvantageous, and the load on the second electrodeionization device increases, and this second This causes a decrease in the specific resistance of the treated water obtained from the electrodeionization apparatus. Therefore, it is desirable to add an aqueous electrolyte solution so that the electric conductivity is 70 μS / cm or less.
[0009]
Further, an aqueous electrolyte solution containing an alkali is used, and the pH after addition is 9.2 or higher, preferably 9.5 or higher. Thereby, in a 2nd electrodeionization apparatus, dissociation of a silica component and a boron component is accelerated | stimulated, and these can be effectively removed with a high removal rate.
In this way, even when the second electrodeionization apparatus is operated at a high pH, the first electrodeionization apparatus removes anion components such as carbonic acid and fluorine ions that can be scale components. Therefore, generation of scale can be suppressed.
Also, in the first electrodeionization apparatus, in order to remove the silica component, first, as described in the description of the electrodeionization apparatus of the present invention described above, the desalination of the first electrodeionization apparatus As an ion exchanger filled in a chamber, an ion exchanger mainly composed of an anion exchanger, specifically, the ratio of the anion exchanger to the cation exchanger is in a range of 100: 0 to 50:50 by volume ratio. It is preferable to use one.
Secondly, the thickness of the demineralization chamber in the first electrodeionization apparatus is preferably in the range of 2 to 60 mm as described in the description of the electrodeionization apparatus of the present invention.
[0010]
In the method of the present invention, it is desirable that the concentration of silica in the second electrodeionization apparatus is low in silica concentration. This is because back diffusion from the ion exchange membrane occurs particularly when the concentration of silica in the concentrated water is high. Therefore, as the supplementary water for the concentrated water in the second electrodeionization apparatus, the supply water to the first electrodeionization apparatus is used, or the concentrated water is used in common with the first electrodeionization apparatus. Is not preferable, and it is preferable to use water supplied to the second electrodeionization apparatus.
FIG. 1 is a schematic process diagram of an example for explaining the electrodeionization treatment method of the present invention. As shown in FIG. 1, in the method of the present invention, a first electrodeionization device 1 and a
By such a method of the present invention, it is possible to obtain a treated water having a silica component removal rate of 99.9% or more and a high specific resistance (about 18 MΩ · cm).
[0011]
【Example】
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited at all by these examples.
In addition, tap water is pretreated with activated carbon, a reverse osmosis membrane (RO membrane) and a degassing membrane as raw material water (treated water) in Examples and Comparative Examples, and has an electric conductivity of 8 μS / cm and CO. 2 1 ppm, and as a silica component, SiO 2 The one containing 300 ppb was used.
Comparative Example 1
The first electrodeionization device and the second electrodeionization device are arranged in series, the raw water is passed through the first electrodeionization device, and the first stage deionization is performed. The treated water was passed as make-up water for the demineralization chamber and the concentration chamber of the second electrodeionization apparatus to perform second-stage deionization.
The first electrodeionization device and the second electrodeionization device each have three demineralization chambers as modules. In this demineralization chamber, “650C” (cation exchange resin) manufactured by Dow Chemical Co., Ltd. Filled with an ion exchanger consisting of a mixture of Dow Chemical "550A" (anion exchange resin) in a volume ratio of 4: 6, and manufactured by Tokuyama's cation exchange membrane "CMB" and anion exchange membrane "AHA" The one using was used. The desalination chamber cell was 187 mm wide, 795 mm high, and 2.5 mm thick.
As operating conditions, water flow rate to the first electrodeionization device: 50 L / h, water flow rate to the second electrodeionization device: 40 L / h, applied voltage of the first and second electrodeionization devices: Adopting 15V, water quality after 3 days of continuous operation was measured. The results are shown in Table 1 together with the operating conditions.
Example 1
In Comparative Example 1, 2.9 mg / L of an aqueous sodium hydroxide solution was added as Na to the treated water of the first electrodeionization device, and the electric conductivity of the water supplied to the second electrodeionization device was determined. The water quality was measured in the same manner as in Comparative Example 1 except that 30 μS / cm and pH was 9.9. The results are shown in Table 1 together with the operating conditions.
Example 2
In Example 1, “550A” (anion exchange resin) manufactured by Dow Chemical Co., Ltd. was used alone as the ion exchanger filled in the demineralization chamber in the first electrodeionization apparatus, and the amount of sodium hydroxide aqueous solution added was The water quality was measured in the same manner as in Example 1 except that Na was 2.6 mg / L. The results are shown in Table 1 together with the operating conditions.
Example 3
In Example 2, as a module in the first electrodeionization apparatus, a demineralization chamber cell having a thickness of 7.5 mm and a cell number of 1 was used, and the amount of sodium hydroxide aqueous solution added was Except that Na was changed to 1.2 mg / L, the same operation as in Example 2 was performed to measure water quality. The results are shown in Table 1 together with the operating conditions.
[0012]
[Table 1]
[Note] 1) Raw material water: electric conductivity 8 μS / cm, SiO 2 300ppb, CO 2 1ppm
2) 650C: Dow Chemical Co. cation exchange resin
3) 550A: Anion exchange resin manufactured by Dow Chemical
4) Second electrodeionization apparatus: number of demineralization chambers; 3, thickness of demineralization chambers; 2.5 mm,
Ion exchanger: 650C / 550A (
As can be seen from Table 1, the silica removal rate can be greatly increased in the example as compared with Comparative Example 1. In Examples 1 to 3, the final treated water is the same, but the amount of NaOH added is different. In Example 1, 0.055 μS / cm is set to 30 μS / cm, whereas in Examples 2 and 3, 3 μS / cm and 10 μS / cm may be set to 30 μS / cm, respectively. Can be reduced.
[0014]
Example 4
FIG. 2 is a process diagram for explaining the method of this embodiment. In this method, the first electrodeionization apparatus 1 and the
In addition, the concentrated water in the concentration chamber 1b of the first electrodeionization apparatus 1 is circulated by the
Deionization treatment was performed according to the method shown in FIG. 2 using water obtained by treating tap water with activated carbon, RO membrane and degassing membrane as raw water.
The first electrodeionization device and the second electrodeionization device each have three demineralization chambers as modules. In this demineralization chamber, “650C” (cation exchange resin) manufactured by Dow Chemical Co., Ltd. It is filled with an ion exchanger made of a mixture of 4: 6 in volume ratio with “SSA10” (anion exchange resin) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, and cation exchange membrane “CMB” and anion exchange membrane “AHA” manufactured by Tokuyama. The one using was used. In the second electrodeionization apparatus, the ion exchanger was also filled in the concentration chamber. The desalination chamber cell was 187 mm wide, 795 mm high, and 2.5 mm thick.
As operating conditions, the water flow rate to the demineralization chamber of the first electrodeionization device was 88 L / h, the water flow rate to the demineralization chamber of the second electrodeionization device was 80 L / h, The recovery rate of the apparatus was 90%. Treated water after 14 days of continuous operation under the conditions of an applied voltage of 21 V and a current value of 1.2 A for the first electrodeionization device and 1.0 A for the second electrodeionization device. Silica concentration and boron concentration were measured. The addition of the NaOH aqueous solution was adjusted so that the electric conductivity of the water supplied to the demineralization chamber of the second electrodeionization apparatus was 20 μS / cm. The results are shown in Table 2.
[0015]
Example 5
In Example 4, it implemented like Example 4 except not having filled the concentration chamber of the 2nd electrodeionization apparatus with the ion exchanger. The results are shown in Table 2.
Comparative Example 2
FIG. 3 is a process diagram for explaining the method of this comparative example. In this method, the first electrodeionization apparatus 1 and the
The concentrated water in the concentrating chamber 1b of the first electrodeionization apparatus 1 and the concentrating
In addition, although the same thing as Example 4 was used as a module for the 1st electrodeionization apparatus and the 2nd electrodeionization apparatus, respectively, an ion exchange was carried out to the concentration chamber of the 2nd electrodeionization apparatus. I did not fill my body.
Raw material water was deionized in the same manner as in Example 4 except that the method shown in FIG. 3 was followed. However, the water flow rate to the demineralization chamber was 80 L / h for both the first and second electrodeionization devices. The results are shown in Table 2.
[0016]
[Table 2]
【The invention's effect】
According to the present invention, two electrodeionization devices are arranged in series, the raw water is supplied to the first electrodeionization device for deionization, and then the aqueous electrolyte solution is added to the treated water. By supplying to the electrodeionization apparatus and further deionizing, the silica and boron components, particularly the silica component, can be effectively removed, and treated water with high specific resistance can be obtained. In addition, even if the second electrodeionization device is operated at a high pH, the first electrodeionization device removes anion components such as carbonic acid and fluorine ions, which can be scale components. Can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic process diagram of an example for explaining an electrodeionization treatment method of the present invention.
FIG. 2 is a process diagram for explaining the methods of Example 4 and Example 5;
FIG. 3 is a process diagram for explaining the method of Comparative Example 2;
[Explanation of symbols]
1 First electrodeionization device
1a Demineralization chamber of the first electrodeionization device
1b Concentration chamber of the first electrodeionization device
2 Second electrodeionization equipment
2a Demineralization chamber of the second electrodeionization device
2b Concentration chamber of the second electrodeionization device
3 First stage treated water
Supply water to 4 second electrodeionization equipment
5 Circulation pump
6 Circulation pump
7 Circulation pump
A Raw material water
B Electrolyte aqueous solution
B 'NaOH aqueous solution
C Second stage treated water
D First stage concentrated water
E Second stage concentrated water
F Concentrated water
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