JP3966104B2 - Operation method of electrodeionization equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気脱イオン装置の運転方法に係り、特に電気脱イオン装置におけるシリカやホウ素の除去率を高めるようにした電気脱イオン装置の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には、図2に示す如く、電極(陽極11、陰極12)の間に複数のアニオン交換膜(A膜)13及びカチオン交換膜(C膜)14を交互に配列して濃縮室15と脱塩室16とを交互に形成し、脱塩室16にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合もしくは複層状に充填した電気脱イオン装置が多用されている(特許第1782943号、特許第2751090号、特許第2699256号)。なお、図2において、17は陽極室、18は陰極室である。
【0003】
脱塩室16に流入したイオンはその親和力、濃度及び移動度に基いてイオン交換体と反応し、電位の傾きの方向にイオン交換体中を移動し、更に膜を横切って移動し、すべての室において電荷の中和が保たれる。そして、膜の半浸透特性のため、及び電位の傾きの方向性のために、イオンは脱塩室16では減少し、隣りの濃縮室15では濃縮される。即ち、カチオンはカチオン交換膜14を透過して、また、アニオンはアニオン交換膜13を透過して、それぞれ濃縮室15内に濃縮される。このため、脱塩室16から生産水として脱イオン水(純水)が回収される。
【0004】
なお、陽極室17及び陰極室18にも電極水が通液されており、一般に、この電極水としては、電気伝導度の確保のためにイオン濃度の高い濃縮室15の流出水(濃縮水)が通液されている。
【0005】
即ち、原水は脱塩室16と濃縮室15とに導入され、脱塩室16からは脱イオン水(純水)が取り出される。一方、濃縮室15から流出するイオンが濃縮された濃縮水は、ポンプ(図示せず)により一部が水回収率の向上のために、濃縮室15の入口側に循環され、一部が陽極室17の入口側に送給され、残部が系内のイオンの濃縮を防止するために排水として系外へ排出される。そして、陽極室17の流出水は、陰極室18の入口側へ送給され、陰極室18の流出水は排水として系外へ排出される。
【0006】
電気脱イオン装置は、水解離によってH+イオンとOH−イオンを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理が可能であり、従来から広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能で、高純度の水が得られるという優れた効果を発揮する。
【0007】
このような電気脱イオン装置にあっては、内部に充填されたアニオン交換体及びカチオン交換体は、当初は塩型となっている。例えば、アニオン交換体はCl型アニオン交換体となっており、カチオン交換体はNa型カチオン交換体となっている。この塩型のアニオン交換体及びカチオン交換体は、運転の開始と共に、生成したOH−及びH+によって再生型イオン交換体即ちOH型アニオン交換体或いはH型カチオン交換体となる。脱塩室中においては、原水中のアニオン及びカチオンがこの再生型イオン交換体とイオン交換反応により捕捉され、電位に応じて主としてイオン交換体表面を移動する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このような電気脱イオン装置にあっては、運転開始当初にCl型のアニオン交換体からCl−が解離してCl−濃度が高くなり、このCl−の一部が印加電圧の作用によりCl2あるいは塩素酸イオン、過塩素酸イオンなどの酸化性化合物(以下、Cl2等ということがある。)を生成させ、これによってイオン交換樹脂等のイオン交換体やイオン交換膜が酸化劣化するおそれがある。
【0009】
本発明は、このようなCl2等によるイオン交換体やイオン交換膜の劣化を抑制することができる電気脱イオン装置の運転方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置の運転方法は、陽極と、陰極との間に1対以上のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を配列することにより形成された1以上の脱塩室を備え、該脱塩室にイオン交換体が充填されている電気脱イオン装置を運転する方法において、該電気脱イオン装置の運転開始時に該陽極と陰極との間に印加する電圧の上昇速度を0.02V/セル/分以下とすることを特徴とするものである。
【0011】
このように運転開始時の電圧上昇速度を小さくすることにより、アニオン交換体からのCl−脱離速度が小さくなり、Cl2等の生成が抑制され、イオン交換体やイオン交換膜の酸化による劣化が抑制される。
【0012】
本発明では、脱塩室に隣接する濃縮室からの流出水の電気伝導度が500μS/cm以上であるときには電圧上昇を停止することにより、イオン交換体やイオン交換膜の酸化劣化をより確実に防止することができる。
【0013】
本発明方法は、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室と、これらの陽極室と陰極室との間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列することにより交互に形成された濃縮室及び脱塩室と、該脱塩室に充填されたイオン交換体と、該濃縮室に充填されたイオン交換体、活性炭又は電気導電体と、該陽極室及び陰極室にそれぞれ電極水を通水する手段と、該濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段と、該脱塩室に原水を通水して脱イオン水を取り出す手段とを有し、該濃縮水通水手段が、該原水よりシリカ又はホウ素濃度の低い水を、脱塩室の脱イオン水取り出し口に近い側から該濃縮室内に導入すると共に、該濃縮室のうち脱塩室の原水入口に近い側から流出させ、この濃縮室から流出した濃縮水の少なくとも一部を系外へ排出する電気脱イオン装置に適用するのにきわめて好適である。
【0014】
この電気脱イオン装置においては、濃縮水として原水よりシリカ又はホウ素濃度の低い水を用い、しかも、このように水質の良好な水を、脱塩室の脱イオン水(生産水)取り出し側から原水流入側へ向かう方向に濃縮室に通水するため、シリカ、ホウ素濃度を極低濃度にまで低減した高水質の生産水を得ることができる。このように高水質の生産水(脱イオン水)を生産する場合、イオン交換体やイオン交換膜の劣化は水質に大きな影響を与えるので、本発明方法を適用することによりこれらの劣化を防ぐことは極めて好適である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0016】
本発明は、電気脱イオン装置の運転開始時の電圧上昇速度を0.02V/セル/分以下とするものである。上昇速度は例えば、実際には5分毎に0.1V/セル、10分毎に0.2V/セル等間欠的に測定した値でもよい。ただし、あまり長時間を基準とすると信頼性が低下するので、10分以下を基準とするのが好ましい。この単位V/セル/分は、陽極と陰極との間の1分当りの印加電圧上昇速度V/分を脱塩室の数(セルの数)で除した値である。
【0017】
この電圧上昇速度を0.02V/セル/分以下とすることにより、Cl2等の生成が抑制され、イオン交換体やイオン交換樹脂の劣化が抑制される。なお、この電圧上昇速度が過度に遅いと、定常運転状態に到達するまでの時間が徒に長くなるので電圧上昇速度は0.002V/セル/分以上とすることが好ましい。好適な電圧上昇速度は0.004〜0.018V/セル/分特に0.008〜0.015V/セル/分である。
【0018】
なお、濃縮水の電気伝導度が500μS/cm以上のときには、Cl−濃度が高くCl2等が発生し易いので、電圧上昇を停止することが好ましい。
【0019】
本発明では、濃縮水流出水の電気伝導度が500μS/cmよりも低いときには、電気伝導度が高くなるほど電気伝導度上昇速度を小さくするよう印加電圧を制御してもよい。
【0020】
なお、電気脱イオン装置の運転開始とは、新品のイオン交換体を充填して電気脱イオン装置の運転を開始するときだけでなく、イオン交換体を塩型に戻す処理(例えば濃NaCl溶液を流す処理)を行った後に電気脱イオン装置の運転を再開する場合も含む。
【0021】
本発明は、電気脱イオン装置の形式にかかわらず適用することができるが、図1,3に示す高水質脱イオン水生産用の電気脱イオン装置に適用するのに好適である。
【0022】
図1は本発明方法を適用するのに好適な電気脱イオン装置の模式的な断面図である。この電気脱イオン装置は、図2に示す従来の電気脱イオン装置と同様、電極(陽極11、陰極12)の間に複数のアニオン交換膜(A膜)13及びカチオン交換膜(C膜)14を交互に配列して濃縮室15と脱塩室16とを交互に形成したものであり、脱塩室16には、イオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体が混合もしくは複層状に充填されている。
【0023】
また、濃縮室15と、陽極室17及び陰極室18にも、イオン交換体、活性炭又は金属等の電気導電体が充填されている。
【0024】
原水は脱塩室16に導入され、脱塩室16からは生産水が取り出される。この生産水の一部は、濃縮室15に脱塩室16の通水方向とは逆方向に向流一過式で通水され、濃縮室15の流出水は系外へ排出される。即ち、この電気脱イオン装置では、濃縮室15と脱塩室16とが交互に並設され、脱塩室16の生産水取り出し側に濃縮室15の流入口が設けられており、脱塩室16の原水流入側に濃縮室15の流出口が設けられている。また、生産水の一部は陽極室17の入口側に送給され、そして、陽極室17の流出水は、陰極室18の入口側へ送給され、陰極室18の流出水は排水として系外へ排出される。
【0025】
このように、濃縮室15に生産水を脱塩室16と向流一過式で通水することにより、生産水取り出し側ほど濃縮室15内の濃縮水の濃度が低いものとなり、濃度拡散による脱塩室16への影響が小さくなり、イオン除去率、特にシリカ、ホウ素の除去率を飛躍的に高めることができる。
【0026】
従来、電気脱イオン装置の濃縮水(濃縮室の流出水)は、図2に示す如く、水回収率の向上のために一部のみを排出した後、濃縮室の入口側に循環しており、例えば濃縮室のLVは80m/hr以上とされていた。
【0027】
濃縮室にイオン交換体を充填することで、濃縮室のLVを20m/hr以下としても、脱イオン性能を確保することができる。これは、濃縮室内がスペーサであると、濃縮室膜面におけるシリカ、ホウ素の膜面濃縮を水流により拡散させる必要があったのに対し、濃縮室にイオン交換体等を充填することで、イオン交換体を通じてイオンが拡散するため、高い通水速度(LV)を必要としないためと考えられる。
【0028】
このように通水速度が低くても良いため、一過式で濃縮水を通水しても、水回収率は従来よりも向上させることができ、しかも、循環ポンプを用いる必要もないため、さらに経済的である。
【0029】
濃縮室充填物は、必要電流確保のためには活性炭等でも良いが、上記イオン拡散作用の点から、イオン交換体を充填することが望ましい。
【0030】
この図1の電気脱イオン装置では、電極室17,18にも生産水を供給しているが、電極室17,18でも濃縮室15と同様に、電流確保のために、イオン交換体や活性炭、又は電気導電体である金属等を充填することで、水質によらず消費電圧が一定になり、超純水等の高水質の水を通水しても必要電流を確保することが可能となる。
【0031】
なお、電極室では、特に陽極室での塩素やオゾン等の酸化剤の発生が起こるため、充填物としては、長期的にはイオン交換樹脂等を用いるよりも、活性炭を用いることが好ましい。また、電極室へ図1のように生産水を供給することは、電極室供給水にCl−が殆ど無いため、塩素の発生を防止できるので、充填物や電極の長期安定化のためには望ましい。
【0032】
なお、電極室は上記のような充填物を用いなくても、電極板の通水面側を多孔質状に加工し、その部分に電極水を通水できるようにしても良く、その場合、電極板と電極室が一体化できるので、組立等が簡単になる等のメリットがある。
【0033】
ところで、濃縮水の循環を行う場合、全体で循環してしまうと濃縮室の、特に生産水流出側でのシリカ、ホウ素の温度が上がってしまうので、図3のように濃縮室を分断させ、入口側と出口側で濃度勾配をとるようにすれば、生産水質は図1の向流通水と同等のものを得ることができる。
【0034】
図3(a)は濃縮室を分断した形式の電気脱イオン装置を示す概略的な斜視図、図3(b)は同系統図である。
【0035】
図示の如く、この電気脱イオン装置は、陽極11と陰極12との間に、カチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して濃縮室15と脱塩室16とを交互に形成した点においては従来の電気脱イオン装置と同様の構成とされているが、濃縮室15が仕切壁15Sにより2以上(図3においては2個)の濃縮水流通部15A,15Bに区画され、各濃縮水流通部15A,15Bの濃縮水の通水方向が脱塩室16内の通水方向と交叉する方向とされている点が従来の電気脱イオン装置と異なる。
【0036】
即ち、図3において、脱塩室16は、図3(a)における上側が入口側、下側が出口側であり、脱塩室16内を水は上から下へ向かって流れる。
【0037】
一方、濃縮室15内には、この脱塩室16内の通水方向と交叉する方向(図3(a)においては直交方向(なお、この直交方向とは必ずしも厳密なものではなく、80〜100゜程度の範囲を含む)に延在する仕切壁15Sが設けられ、濃縮室15内は図において上下に2段に分画され、各濃縮水流通部15A,15Bの各々に図の手前側から裏側へ通水が行われる。
【0038】
図3(b)に示す如く、脱塩室から取り出された生産水の一部はポンプにより循環される濃縮水流通部15Bの循環系に導入され、生産水取り出し側の濃縮水流通部15Bを循環する。この循環系の循環濃縮水の一部がポンプにより循環される濃縮水流通部15Aの循環系に導入され、原水流入側の濃縮水流通部15Aを循環し、その一部は系外へ排出される。
【0039】
この電気脱イオン装置であっても、生産水が生産水取り出し側の濃縮水流通部15Bを循環した後原水流入側の濃縮水流通部15Aに流入して循環し、その後系外へ排出されることにより、結果的には、濃縮水は、生産水の取り出し側から原水流入側へ通水され、その後一部が系外へ排出されたことになり、図1に示す脱塩室との向流一過式通水の場合と同様の効果が奏される。
【0040】
なお、濃縮室を仕切壁で仕切って形成する濃縮水流通部は3以上であっても良い。ただし、仕切壁の数を増やすことによる部材数の増加、装置構成の複雑化等を考慮した場合、濃縮室内を2又は3個の濃縮水流通部に区画するのが好ましい。
【0041】
このような電気脱イオン装置において、シリカのみならず特にホウ素をも除去しようとする際には、脱塩室の厚さが小さいほど良いことが、鋭意研究の結果判明している。脱塩室の厚さは5mm以下が良く、小さいほど良いが、水の通水性や製作時の取り扱い性等を考慮すると実用上2mm以上とすることが好ましい。
【0042】
また、電流確保を行い、濃度拡散の影響を排除することで、シリカ、ホウ素の除去率向上を図ることが本発明の目的であり、電流確保のためには、濃縮室、更には電極室に先に記したような工夫が必要となるが、シリカ、ホウ素高除去のための必要電流は、電流効率として10%以下に相当する電流値、さらに99.9%以上のシリカ、ホウ素除去率を得るためには望ましくは電流効率5%以下に相当する電流値が必要となる。なお、電流効率とは以下の式で示される。
電流効率(%)=1.31×セル当たり流量(L/min)×(原水当量導電率(μS/cm)−処理水当量導電率(μS/cm))/電流(A)
【0043】
このような本発明の電気脱イオン装置では、電気脱イオン装置の原水が高比抵抗であって、この水のシリカやホウ素のみをさらに低減したい場合であっても、必要電流が確保できるので、濃縮室及び電極室のいずれか一方にでも電流が流れなければ、電気脱イオン装置全体の電流が流れなくなるという従来の問題点は解消される。
【0044】
このため、高比抵抗の原水からさらに、シリカ、ホウ素を除去しようとする場合にも、電気脱イオン装置を用いることができ、従って、電気脱イオン装置の適用水質範囲を大きく広げることができるため、その工業的有用性は極めて大である。
【0045】
例えば、主として半導体工場の一次純水製造装置として用いた場合、水使用が少なく、原水に生産水が戻されて循環しているような場合でも、必要電流を確保することができ、装置の立ち上げ時等にも安定に起動させることができる。
【0046】
また、電気脱イオン装置を直列で複数段設置して多段通水するような場合の後段の電気脱イオン装置においても、必要電流を確保することができる。
【0047】
また、超純水製造工程の二次純水システム(サブシステム)において、比抵抗10MΩ・cm以上の水を原水としても、必要電流が確保できるので、デミナー(非再生式混床イオン交換装置)の代替として用いることができる。
【0048】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、電気脱イオン装置の運転開始時におけるCl2等の生成を抑制し、イオン交換体やイオン交換膜等の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を適用するのに好適な電気脱イオン装置の模式的な断面図である。
【図2】従来の電気脱イオン装置を示す模式的な断面図である。
【図3】図3(a)は本発明方法を適用するのに好適な電気脱イオン装置の別の例を示す概略的な斜視図、図3(b)は同系統図である。
【符号の説明】
11 陽極
12 陰極
13 アニオン交換膜(A膜)
14 カチオン交換膜(C膜)
15 濃縮室
15A,15B 濃縮水流通部
15S 仕切壁
16 脱塩室
17 陽極室
18 陰極室[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an operation method of an electrodeionization apparatus, and more particularly to an operation method of an electrodeionization apparatus in which the removal rate of silica and boron in the electrodeionization apparatus is increased.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the manufacture of deionized water used in various industries such as semiconductor manufacturing factory, liquid crystal manufacturing factory, pharmaceutical industry, food industry, electric power industry, etc. or consumer use or research facilities, as shown in FIG. A plurality of anion exchange membranes (A membranes) 13 and cation exchange membranes (C membranes) 14 are alternately arranged between the anode 11 and the cathode 12) to alternately form the
[0003]
The ions that flow into the
[0004]
Electrode water is also passed through the anode chamber 17 and the cathode chamber 18, and in general, as the electrode water, effluent water (concentrated water) from the concentrating
[0005]
That is, raw water is introduced into the
[0006]
The electrodeionization device generates H + ions and OH − ions by water dissociation and continuously regenerates the ion exchanger filled in the desalting chamber, enabling efficient desalting treatment. Thus, it does not require a regeneration treatment using chemicals such as the ion exchange resin apparatus that has been widely used so far, and complete continuous water sampling is possible, and an excellent effect that high-purity water is obtained is exhibited.
[0007]
In such an electrodeionization apparatus, the anion exchanger and the cation exchanger filled therein are initially in a salt form. For example, the anion exchanger is a Cl-type anion exchanger, and the cation exchanger is a Na-type cation exchanger. The salt-type anion exchanger and cation exchanger become a regenerative ion exchanger, that is, an OH-type anion exchanger or an H-type cation exchanger by the generated OH − and H + at the start of operation. In the desalting chamber, anions and cations in the raw water are captured by this regenerative ion exchanger and ion exchange reaction, and move mainly on the surface of the ion exchanger according to the potential.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In such an electrodeionization apparatus, Cl − is dissociated from the Cl-type anion exchanger at the beginning of operation to increase the Cl − concentration, and a part of this Cl − is Cl 2 by the action of the applied voltage. Alternatively, an oxidizing compound such as chlorate ion or perchlorate ion (hereinafter sometimes referred to as Cl 2 or the like) is generated, which may cause oxidative degradation of an ion exchanger such as an ion exchange resin or an ion exchange membrane. is there.
[0009]
The present invention aims at providing a method of operating an electrodeionization apparatus which can suppress the deterioration of such Cl 2 ion exchangers or ion exchange membrane by like.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The operation method of the electrodeionization apparatus of the present invention comprises one or more demineralization chambers formed by arranging one or more pairs of anion exchange membranes and cation exchange membranes between an anode and a cathode. In a method of operating an electrodeionization apparatus in which a salt chamber is filled with an ion exchanger, the rate of voltage increase applied between the anode and the cathode at the start of operation of the electrodeionization apparatus is 0.02 V / cell / Min or less.
[0011]
By reducing the voltage increase rate at the start of operation in this way, the Cl − desorption rate from the anion exchanger is reduced, the generation of Cl 2 and the like is suppressed, and the ion exchanger and the ion exchange membrane are deteriorated due to oxidation. Is suppressed.
[0012]
In the present invention, when the electrical conductivity of the effluent water from the concentrating chamber adjacent to the desalting chamber is 500 μS / cm or more, the oxidative deterioration of the ion exchanger or ion exchange membrane is more reliably prevented by stopping the voltage increase. Can be prevented.
[0013]
The method of the present invention is formed by alternately arranging an anode chamber having an anode, a cathode chamber having a cathode, and a plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes between the anode chamber and the cathode chamber. A concentration chamber and a desalting chamber, an ion exchanger filled in the desalting chamber, an ion exchanger, activated carbon or an electric conductor filled in the concentration chamber, and electrode water in the anode chamber and the cathode chamber, respectively. Means for passing water, concentrated water passing means for passing concentrated water through the concentration chamber, and means for passing deionized water through the raw water through the desalting chamber. Water means introduces water having a lower silica or boron concentration than the raw water into the concentration chamber from the side close to the deionized water outlet of the demineralization chamber, and is close to the raw water inlet of the demineralization chamber of the concentration chamber At least a portion of the concentrated water flowing out of the concentration chamber It is very suitable for application to the electrodeionization apparatus to discharge into.
[0014]
In this electrodeionization apparatus, water having a lower silica or boron concentration than the raw water is used as the concentrated water, and water having a good water quality is thus supplied from the deionized water (product water) extraction side of the demineralization chamber to the raw water. Since water is passed through the concentrating chamber in the direction toward the inflow side, high-quality product water with the silica and boron concentrations reduced to an extremely low concentration can be obtained. In this way, when producing high quality water (deionized water), the deterioration of the ion exchanger and ion exchange membrane has a great effect on the water quality, so that the deterioration of the water can be prevented by applying the method of the present invention. Is very suitable.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
In the present invention, the rate of voltage increase at the start of operation of the electrodeionization apparatus is set to 0.02 V / cell / min or less. For example, the rate of increase may be a value measured intermittently, for example, 0.1 V / cell every 5 minutes or 0.2 V / cell every 10 minutes. However, since reliability is lowered when a long time is used as a reference, it is preferable to use 10 minutes or less as a reference. This unit V / cell / min is a value obtained by dividing the applied voltage increase rate V / min per minute between the anode and the cathode by the number of desalting chambers (number of cells).
[0017]
By setting the voltage increase rate to 0.02 V / cell / min or less, generation of Cl 2 and the like is suppressed, and deterioration of the ion exchanger and the ion exchange resin is suppressed. If the voltage increase rate is excessively slow, it takes a long time to reach the steady operation state, so the voltage increase rate is preferably set to 0.002 V / cell / min or more. A preferred voltage increase rate is 0.004 to 0.018 V / cell / min, particularly 0.008 to 0.015 V / cell / min.
[0018]
When the electrical conductivity of the concentrated water is 500 μS / cm or more, it is preferable to stop the voltage increase because the Cl − concentration is high and Cl 2 or the like is easily generated.
[0019]
In the present invention, when the electrical conductivity of the concentrated water effluent is lower than 500 μS / cm, the applied voltage may be controlled so that the rate of increase in electrical conductivity decreases as the electrical conductivity increases.
[0020]
The start of the operation of the electrodeionization apparatus is not only when a new ion exchanger is filled and the operation of the electrodeionization apparatus is started, but also when the ion exchanger is returned to a salt form (for example, a concentrated NaCl solution is added). This includes the case where the operation of the electrodeionization apparatus is resumed after the flow process).
[0021]
The present invention can be applied regardless of the type of electrodeionization apparatus, but is suitable for application to the electrodeionization apparatus for producing high-quality deionized water shown in FIGS.
[0022]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electrodeionization apparatus suitable for applying the method of the present invention. This electrodeionization apparatus, like the conventional electrodeionization apparatus shown in FIG. 2, has a plurality of anion exchange membranes (A membranes) 13 and cation exchange membranes (C membranes) 14 between electrodes (anode 11 and cathode 12). Are alternately arranged to form the
[0023]
The
[0024]
The raw water is introduced into the
[0025]
In this way, by passing the production water through the
[0026]
Conventionally, as shown in FIG. 2, the concentrated water of the electrodeionization device (the effluent of the concentration chamber) is circulated to the inlet side of the concentration chamber after discharging only a part of it to improve the water recovery rate. For example, the LV of the concentrating chamber was 80 m / hr or more.
[0027]
By filling the concentration chamber with an ion exchanger, deionization performance can be ensured even if the LV of the concentration chamber is 20 m / hr or less. This is because when the concentrating chamber is a spacer, it was necessary to diffuse the silica and boron membrane surfaces on the concentrating chamber membrane surface by a water flow, but by filling the concentrating chamber with an ion exchanger, etc. This is probably because ions diffuse through the exchanger so that a high water flow rate (LV) is not required.
[0028]
Since the water flow rate may be low in this way, even if the concentrated water is passed through in a transient manner, the water recovery rate can be improved as compared with the conventional one, and it is not necessary to use a circulation pump. It is more economical.
[0029]
The concentrating chamber filling may be activated carbon or the like in order to secure the necessary current, but it is preferable to fill the ion exchanger from the viewpoint of the ion diffusion action.
[0030]
In the electrodeionization apparatus of FIG. 1, the product water is also supplied to the electrode chambers 17 and 18, but in the electrode chambers 17 and 18 as well as the
[0031]
In the electrode chamber, since generation of oxidizing agents such as chlorine and ozone occurs in the anode chamber in particular, it is preferable to use activated carbon as a filling material in the long term rather than using an ion exchange resin or the like. Further, supplying the production water to the electrode chamber as shown in FIG. 1 can prevent generation of chlorine because there is almost no Cl − in the electrode chamber supply water. desirable.
[0032]
In addition, the electrode chamber may be made porous so that the water passage surface side of the electrode plate can be made porous without using the filler as described above, and in this case, the electrode water can be passed. Since the plate and the electrode chamber can be integrated, there are advantages such as easy assembly.
[0033]
By the way, when circulating the concentrated water, if it is circulated as a whole, the temperature of the silica and boron in the concentration chamber, particularly on the outflow side of the production water, will rise, so the concentration chamber is divided as shown in FIG. If the concentration gradient is taken on the inlet side and the outlet side, the quality of the produced water can be equivalent to that of the counter-flowing water shown in FIG.
[0034]
FIG. 3A is a schematic perspective view showing an electrodeionization apparatus of a type in which the concentration chamber is divided, and FIG. 3B is the same system diagram.
[0035]
As shown in the figure, this electrodeionization apparatus is configured such that a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are alternately arranged between an anode 11 and a
[0036]
That is, in FIG. 3, in the
[0037]
On the other hand, in the concentrating
[0038]
As shown in FIG. 3 (b), a part of the product water taken out from the desalination chamber is introduced into the circulation system of the concentrated
[0039]
Even in this electrodeionization apparatus, the production water circulates through the concentrated
[0040]
In addition, the concentration water circulation part formed by partitioning the concentration chamber with a partition wall may be three or more. However, considering the increase in the number of members by increasing the number of partition walls, the complexity of the apparatus configuration, and the like, it is preferable to partition the concentration chamber into two or three concentrated water circulation portions.
[0041]
In such an electrodeionization apparatus, when it is attempted to remove not only silica but also boron in particular, it has been found as a result of intensive studies that the thickness of the demineralization chamber is better. The thickness of the desalting chamber is preferably 5 mm or less, and the smaller the better, but in view of water permeability, handling at the time of production, etc., it is preferably 2 mm or more in practice.
[0042]
Further, it is an object of the present invention to improve the removal rate of silica and boron by securing the current and eliminating the influence of concentration diffusion. In order to secure the current, the concentration chamber and further the electrode chamber are used. Although the devices described above are required, the current required for high removal of silica and boron is a current value equivalent to 10% or less as a current efficiency, and further silica and boron removal rate of 99.9% or more. In order to obtain this, a current value corresponding to a current efficiency of 5% or less is required. The current efficiency is expressed by the following formula.
Current efficiency (%) = 1.31 × flow rate per cell (L / min) × (raw water equivalent conductivity (μS / cm) −treated water equivalent conductivity (μS / cm)) / current (A)
[0043]
In such an electrodeionization apparatus of the present invention, the raw water of the electrodeionization apparatus has a high specific resistance, and even when it is desired to further reduce only the silica and boron of this water, the necessary current can be secured, If the current does not flow through either the concentration chamber or the electrode chamber, the conventional problem that the current of the entire electrodeionization apparatus does not flow is solved.
[0044]
For this reason, even when trying to remove silica and boron from raw water having a high specific resistance, an electrodeionization device can be used, and therefore the applicable water quality range of the electrodeionization device can be greatly expanded. The industrial utility is extremely large.
[0045]
For example, when it is used mainly as a primary pure water production device in a semiconductor factory, the required current can be secured even when the production water is returned to the raw water and circulated. It can be activated stably even when it is raised.
[0046]
In addition, the necessary current can be ensured also in the latter-stage electrodeionization apparatus in which the electrodeionization apparatus is installed in a plurality of stages in series and multistage water flow is performed.
[0047]
In addition, in the secondary pure water system (subsystem) of the ultrapure water production process, the necessary current can be secured even if water with a specific resistance of 10 MΩ · cm or more is used as the raw water, so the deminer (non-regenerative mixed bed ion exchange device) Can be used as an alternative.
[0048]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, generation of Cl 2 and the like at the start of operation of the electrodeionization apparatus can be suppressed, and deterioration of the ion exchanger, ion exchange membrane, and the like can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electrodeionization apparatus suitable for applying the method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a conventional electrodeionization apparatus.
FIG. 3 (a) is a schematic perspective view showing another example of an electrodeionization apparatus suitable for applying the method of the present invention, and FIG. 3 (b) is the same system diagram.
[Explanation of symbols]
11
14 Cation exchange membrane (C membrane)
15
Claims (4)
該脱塩室にイオン交換体が充填されている電気脱イオン装置を運転する方法において、
該電気脱イオン装置の運転開始時に該陽極と陰極との間に印加する電圧の上昇速度を0.02V/セル/分以下とすることを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。Comprising one or more demineralization chambers formed by arranging one or more pairs of anion exchange membrane and cation exchange membrane between an anode and a cathode;
In a method for operating an electrodeionization apparatus in which the demineralization chamber is filled with an ion exchanger,
A method for operating an electrodeionization apparatus, characterized in that an increase rate of a voltage applied between the anode and the cathode at the start of operation of the electrodeionization apparatus is 0.02 V / cell / min or less.
陰極を有する陰極室と、
これらの陽極室と陰極室との間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列することにより交互に形成された濃縮室及び脱塩室と、
該脱塩室に充填されたイオン交換体と、
該濃縮室に充填されたイオン交換体、活性炭又は電気導電体と、
該陽極室及び陰極室にそれぞれ電極水を通水する手段と、
該濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段と、
該脱塩室に原水を通水して脱イオン水を取り出す手段とを有し、
該濃縮水通水手段が、該原水よりシリカ又はホウ素濃度の低い水を、脱塩室の脱イオン水取り出し口に近い側から該濃縮室内に導入すると共に、該濃縮室のうち脱塩室の原水入口に近い側から流出させ、この濃縮室から流出した濃縮水の少なくとも一部を系外へ排出する電気脱イオン装置であることを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。The electrodeionization apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrodeionization device includes an anode chamber having an anode;
A cathode chamber having a cathode;
A concentration chamber and a desalting chamber alternately formed by alternately arranging a plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes between the anode chamber and the cathode chamber;
An ion exchanger filled in the desalting chamber;
An ion exchanger, activated carbon or electrical conductor filled in the concentrating chamber;
Means for passing electrode water through the anode chamber and the cathode chamber,
Concentrated water flow means for passing concentrated water through the concentration chamber;
Means for passing raw water through the desalting chamber and taking out deionized water;
The concentrated water flow means introduces water having a silica or boron concentration lower than that of the raw water into the concentration chamber from the side close to the deionized water outlet of the demineralization chamber. An operation method of an electrodeionization apparatus, characterized in that the electrodeionization apparatus is an electrodeionization apparatus that discharges at least a part of the concentrated water that has flowed out from the side close to the raw water inlet and out of the concentration chamber.
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