JP3966491B2 - 電気式脱イオン水製造装置及びこれを用いる通水方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造分野、医製薬製造分野、原子力や火力等の発電分野、食品工業などの各種の産業又は研究所施設において使用され、カルシウムやマグネシウムなどの硬度成分のスケール発生を抑制する電気式脱イオン水製造装置及びこれを用いる通水方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脱イオン水を製造する方法として、従来からイオン交換樹脂に被処理水を通して脱イオンを行う方法が知られているが、この方法ではイオン交換樹脂がイオンで飽和されたときに薬剤によって再生を行う必要があり、このような処理操作上の不利な点を解消するため、近年、薬剤による再生が全く不要な電気式脱イオン法による脱イオン水製造方法が確立され、実用化に至っている。
【０００３】
図４はその従来の典型的な電気式脱イオン水製造装置の模式断面図を示す。図４に示すように、カチオン交換膜１０１及びアニオン交換膜１０２を離間して交互に配置し、カチオン交換膜１０１とアニオン交換膜１０２で形成される空間内に一つおきにイオン交換体１０３を充填して脱塩室とする。脱塩室の被処理水流入側（前段）にはアニオン交換樹脂１０３ａが充填され、脱塩室の被処理水流出側（後段）にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３ｂが充填されている。また、脱塩室１０４のそれぞれ隣に位置するアニオン交換膜１０２とカチオン交換膜１０１で形成されるイオン交換体１０３を充填していない部分は濃縮水を流すための濃縮室１０５とする。
【０００４】
また、図５に示すように、カチオン交換膜１０１とアニオン交換膜１０２と、その内部に充填するイオン交換体１０３とで脱イオンモジュール１０６を形成する。
【０００５】
すなわち、内部がくり抜かれた枠体１０７の一方の側にカチオン交換膜１０１を封着し、枠体１０７のくり抜かれた部分の上方部（前段）にアニオン交換樹脂１０３ａを、下方部（後段）に混合イオン交換樹脂１０３ｂをそれぞれ充填し、次いで、枠体１０７の他方の部分にアニオン交換膜１０２を封着する。なお、イオン交換膜１０１と１０２は比較的柔らかいものであり、枠体１０７内部にイオン交換体１０３を充填してその両面をイオン交換膜で封着した時、イオン交換膜が湾曲してイオン交換体１０３の充填層が不均一となるのを防止するため、枠体１０７の空間部に複数のリブ１０８を縦設するのが一般的である。また、図では省略するが、枠体１０７の上方部に被処理水の流入口が、また枠体の下方部に処理水の流出口が付設されている。
【０００６】
このような脱イオンモジュール１０６の複数個をその間に図では省略するスペーサーを挟んで、並設した状態が図４に示されたものであり、並設した脱イオンモジュール１０６の一端側に陰極１０９を配設すると共に、他端側に陽極１１０を配設する。なお、前述したスペーサーを挟んだ位置が濃縮室１０５であり、また両端の濃縮室１０５の両外側に必要に応じカチオン交換膜１０１、アニオン交換膜１０２、あるいはイオン交換性のない単なる隔膜等の仕切り膜を配設し、仕切り膜で仕切られた両電極１０９、１１０が接触する部分をそれぞれ陰極室１１２及び陽極室１１３とする。
【０００７】
従来、電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に充填されるイオン交換体は、前述のように、被処理水側をアニオン交換体、処理水側をカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体とする形態、被処理水側をアニオン交換体、処理水側をカチオン交換体とする形態及び脱塩室内をカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体とする形態などがあるものの、複数個設置された各脱塩室はいずれも全て同じイオン交換体の配置構造となっていた。また、脱塩室に流入する被処理水の流通方向は、各脱塩室共に同一方向で且つ一過式であり、各脱塩室からの流出水は処理水として、そのままユースポイントあるいは後段装置へと送られていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電気式脱イオン水製造装置においては、濃縮室のカルシウムやマグネシウムなどの硬度成分が移動してくる箇所で局所的にｐＨが高くなり、スケール発生が頻繁に起こるという問題があった。これは脱塩室のカチオン交換体が充填されている箇所でカチオン交換され溶離した硬度成分がカチオン交換膜を通して濃縮室に移動するが、硬度成分が移動する濃縮室の隣り合う反対側の脱塩室にもカチオン交換体が充填されており、塩化物イオンや硫酸イオンなどのアニオン成分が極微量しか移動しないため濃縮室の当該部分ではｐＨが上昇することと、更に移動イオン量が極端に少ないために水の電気分解が起こることから、炭酸カルシウムや水酸化マグネシウムなどのスケールが発生するものと思われる。
【０００９】
このスケール発生を前述の電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合について、図４及び脱塩室と濃縮室の関係を原理的に示した図３を参照して説明する。すなわち、陰極１０９と陽極１１０間に直流電流を通じ、また、被処理水流入管１１１から被処理水が流入すると共に、濃縮水流入管１１５から濃縮水が流入し、且つ電極水流入管１１７、１１７からそれぞれ電極水が流入する。被処理水流入管１１１から流入した被処理水は脱塩室１０４を流下し、先ず、前段のアニオン交換樹脂１０３ａを通過する際、塩酸イオンや硫酸イオンなどのアニオン成分が除去され、次に、後段のカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３ｂを通過する際、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分が除去される。従って、このマグネシウムやカルシウムなどの硬度成分が移動してくる箇所は脱塩室１０４の下流部に隣接する濃縮室１０５である。この濃縮室１０５の隣り合う反対側の脱塩室１０４にはカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３ｂが同様に充填されているため、アニオン成分が移動してくるが、ほとんどのアニオン成分は脱塩室前段のアニオン交換樹脂１０３ａ層において除去されており、この脱塩室１０４後段の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３ｂが充填されている箇所に隣接する濃縮室１０５には水の電気分解によって発生した水酸基が主に移動してくることになり、これが、ｐＨの上昇を招き、水酸化マグネシウムや炭酸カルシウムなどのスケールが発生する。
【００１０】
一方、特公平５−７９３９７号公報には、脱塩室から流出した処理水を隣合う他方の脱塩室へ更に流入して部分脱塩を行い、次いで、部分脱塩処理された中間処理水を他の脱塩室に流入して完全脱塩を行い、脱イオン水を得る電気式脱イオン水製造装置が開示されている。しかしながら、この電気式脱イオン水製造装置は、両端の一対の電極に加え、部分脱塩を行う脱塩室と完全脱塩を行う脱塩室の間に更にもう１個の電極を備えているため、積層され難い構造となっている。また、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分のスケール発生防止に関しては何らの対策も施されていない。
【００１１】
更に、従来の電気式脱イオン水製造装置において、カチオン交換体、アニオン交換体又はカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体の３種のイオン交換体を脱塩室に充填する場合、電気抵抗と電流効率は脱塩室の厚さにより異なり、３種のイオン交換体について、それぞれ最適な脱塩室厚さが存在するにもかかわらず、上記３種類のイオン交換体のうち２種以上のイオン交換体が存在する限り、電気抵抗を低減する観点からの厚さ設計はできなかった。
【００１２】
従って、本発明の目的は、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分のスケール発生を抑制することができると共に、電流効率を維持しつつ脱塩室の電気抵抗を低減する最適脱塩室厚さに設計可能な電気式脱イオン水製造装置及びこれを用いる通水方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、従来の電気式脱イオン水製造装置において、隣合う脱塩室を第１脱塩室と第２脱塩室とし、被処理水が最初に流入する脱塩室（第１脱塩室又は第２脱塩室）にはアニオン交換体を充填し、隣合う他の脱塩室（第２脱塩室又は第１脱塩室）には少なくともアニオン交換体とカチオン交換体の混合イオン交換体を充填し、最初の脱塩室の流出水を隣合う他の脱塩室に流入させて脱イオン水を得れば、従来、濃縮室内であって被処理水流入側のアニオン膜表面近傍で析出しがちであったマグネシウムやカルシウムなどの硬度成分のスケールがほとんど発生せず、長期間に亘って、安定した運転が継続できることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、濃縮室、第１脱塩室、濃縮室、第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置して形成される電気式脱イオン水製造装置において、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものであるか、又は前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものであり、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第１脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第２脱塩室はアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であり、前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第２脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第１脱塩室はアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【００１５】
また、本発明は、濃縮室、第１脱塩室、濃縮室、第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置して形成される電気式脱イオン水製造装置において、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものであるか、又は前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものであり、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第１脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第２脱塩室は流入側がアニオン交換体の単床、流出側がアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であり、前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第２脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第１脱塩室は流入側がアニオン交換体の単床、流出側がアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【００１６】
また、本発明は、濃縮室、アニオン交換体の単床である第１脱塩室、濃縮室、アニオン交換体とカチオン交換体の混合床である第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第１脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第１脱塩室の流出水を前記第２脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法を提供するものである。
【００１７】
また、本発明は、濃縮室、アニオン交換体とカチオン交換体の混合床である第１脱塩室、濃縮室、アニオン交換体の単床である第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第２脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第２脱塩室の流出水を前記第１脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法を提供するものである。
【００１８】
また、本発明は、濃縮室、アニオン交換体の単床である第１脱塩室、濃縮室、流入側をアニオン交換体の単床、流出側をアニオン交換体とカチオン交換体の混合床とする第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第１脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第１脱塩室の流出水を前記第２脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法を提供するものである。
【００１９】
また、本発明は、濃縮室、流入側をアニオン交換体の単床、流出側をアニオン交換体とカチオン交換体の混合床とする第１脱塩室、濃縮室、アニオン交換体の単床である第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第２脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第２脱塩室の流出水を前記第１脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法を提供するものである。また、本発明は、前記第１脱塩室における被処理水の通水方向と前記第２脱塩室における被処理水の通水方向が同一方向であり、且つ濃縮室における濃縮水の通水方向が、これと逆方向であることを特徴とする前記通水方法を提供するものである。
【００２０】
本発明によれば、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分のスケール発生を抑制することができると共に、イオン交換体の種類に応じて電流効率を維持しつつ脱塩室の電気抵抗を低減する最適脱塩室厚さに設計可能である。また、第１脱塩室と第２脱塩室の１組を所望の複数組で積層すれば、電気式脱イオン水製造装置の任意の流量を設定できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置を図１を参照して説明する。図１は本実施の形態における電気式脱イオン水製造装置の原理図である。図１に示すように、カチオン交換膜７及びアニオン交換膜８を離間して交互に配置し、カチオン交換膜７とアニオン交換膜８で形成される空間内に一つおきにイオン交換体１０３を充填して脱塩室１とする。この脱塩室１はカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９が充填された第１脱塩室１ａと、アニオン交換体１０が充填された第２脱塩室１ｂを１組として、複数組が設置された構造であり（図では２組の設置）、第２脱塩室流出管１２と第１脱塩室流入管１３は連接されている。また、脱塩室１のそれぞれ隣に位置するアニオン交換膜８とカチオン交換膜７で形成されるイオン交換体を充填していない部分は濃縮水を流すための濃縮室３とする。このような第１脱塩室１ａと第２脱塩室１ｂを配する１組の脱塩室を複数併設した積層体の一端側に陰極５を配設すると共に、他端側に陽極６を配設する。また両端の濃縮室３の両外側に必要に応じカチオン交換膜７、アニオン交換膜８、あるいはイオン交換性のない単なる隔膜等の仕切り膜を配設し、仕切り膜で仕切られた両電極５、６が接触する部分を電極室４、４とする。
【００２２】
このような、電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合、以下のように操作される。すなわち、陰極５と陽極６間に直流電流を通じ、また被処理水流入管１１から被処理水が流入すると共に、濃縮水流入管１５から濃縮水が流入し、かつ図では省略する電極水流入管からそれぞれ電極水が流入する。被処理水流入管１１から流入した被処理水は第２脱塩室１ｂを流下し、アニオン交換体１０の充填層を通過する際に不純物イオンが除去される。更に、第２脱塩室１ｂの処理水流出管１２を通った流出水は、第１脱塩室１ａの被処理水流入管１３を通って第１脱塩室１ａを流下し、ここでもカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９の充填層を通過する際に不純物イオンが除去され、脱イオン水が脱イオン水流出管１４から得られる。また、濃縮水流入管１５から流入した濃縮水は各濃縮室３を上昇し、カチオン交換膜７及びアニオン交換膜８を介して移動してくる不純物イオンを受取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出管１６から流出され、さらに図では省略する電極水流入管から流入した電極水は電極水流出管から流出される。上述の操作によって、被処理水中の不純物イオンは電気的に除去される。
【００２３】
本実施の形態例において、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分がカチオン交換膜７を通して第１脱塩室１ａから移動する濃縮室３では、この濃縮室３の隣接する反対側の第１脱塩室１ｂからは塩化物イオンや硫酸イオンなどのアニオンが移動してくる。このため、１組の第２脱塩室１ｂと隣接する他の組の第１脱塩室１ａに挟まれる濃縮室の内部のｐＨは常時中性から酸性に保たれるためスケールの発生を防止する。すなわち、第１脱塩室１ａにはカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９が充填されているため、上記の如く、カチオン交換膜を通して濃縮室３にカチオン成分が移動してくる。一方、この濃縮室３と隣接する反対側の第２脱塩室１ｂにはアニオン交換体１０が充填されているため、水の電気分解から発生する水酸基は極力低減され、ｐＨを低下させる塩化物イオンや硫酸イオンの当該濃縮室３への移動が活発となりスケールの発生を抑制する。また、濃縮室３に移動する不純物イオンは被処理水流入側で起こりやすいが、濃縮水の流れは脱塩室の被処理水の流れと逆の上昇流であるため、不純物イオンは速やかに系外に排出されるという効果も有する。
【００２４】
また、本実施の形態例によれば、脱塩室を分割して第１脱塩室と第２脱塩室とし、第１脱塩室１ａにはカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９を充填し、第２脱塩室１ｂにはアニオン交換体１０を充填しているため、イオン交換体の種類に応じて、電流効率を維持しつつ電気抵抗を低減できる最適な脱塩室厚さを設定することができる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置を図２を参照して説明する。図２は本実施の形態における電気式脱イオン水製造装置の原理図である。第２の実施の形態例において、図１の第１の実施の形態例と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点について説明する。すなわち、図２において、図１と異なる点は、被処理水が最初に流入する脱塩室を第１脱塩室とし、第１脱塩室流出水を第２脱塩室に流入させ第２脱塩室流出水を脱イオン水とする点、及び第１脱塩室にはアニオン交換体を充填し、第２脱塩室には第２脱塩室流入側にアニオン交換体を、第２脱塩室流出側にカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体を充填した点である。
【００２６】
このような、電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合、第１の実施の形態例と同様に操作される。この場合、被処理水流入管１１から流入した被処理水は第１脱塩室１ａを流下し、アニオン交換体１０の充填層を通過する際に不純物イオンが除去される。更に、第１脱塩室１ａの処理水流出管１２ａを通った流出水は、第２脱塩室１ｂの被処理水流入管１３ａを通って第２脱塩室１ｂを流下し、ここでもアニオン交換体１０及びカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９の充填層を通過する際に不純物イオンが除去され、脱イオン水が脱イオン水流出管１４から得られる。また、濃縮水流入管１５から流入した濃縮水は各濃縮室３を上昇し、カチオン交換膜７及びアニオン交換膜８を介して移動してくる不純物イオンを受取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出管１６から流出される。上述の操作によって、被処理水中の不純物イオンは電気的に除去される。
【００２７】
本実施の形態例において、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分がカチオン交換膜７を通して第２脱塩室１ｂから移動する濃縮室３では、この濃縮室３の隣接する反対側の第１脱塩室１ａからは塩化物イオンや硫酸イオンなどのアニオンが移動してくる。このため、１組の第１脱塩室１ａと隣接する同じ組の第２脱塩室１ｂに挟まれる濃縮室の内部のｐＨは常時中性から酸性に保たれるためスケールの発生を防止する。すなわち、第２脱塩室１ｂの後段にはカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９が充填されているため、上記の如く、カチオン交換膜を通して濃縮室３にカチオン成分が移動してくる。一方、この濃縮室３と隣接する反対側の第１脱塩室１ａにはアニオン交換体１０が充填されているため、水の電気分解から発生する水酸基は極力低減され、ｐＨを低下させる塩化物イオンや硫酸イオンの当該濃縮室３への移動が活発となりスケールの発生を抑制する。
【００２８】
本発明において、被処理水が最初に流入する脱塩室（第１脱塩室又は第２脱塩室）に充填されるイオン交換体としては、少なくともアニオン交換体を含むものであれば特に制限されないが、アニオン交換体の単床が好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体の混床である場合には、混床に占めるアニオン比率を高めたものが好ましい。
【００２９】
また、前記脱塩室の流出水が流入する脱塩室（被処理水が最初に流入する脱塩室が第１脱塩室であれば、第２脱塩室であり、被処理水が最初に流入する脱塩室が第２脱塩室であれば、第１脱塩室である）に充填されるイオン交換体としては、少なくともカチオン交換体を含むものであれば特に制限されないが、カチオン交換体とアニオン交換体の混床が好ましい。また、その他に前段部分をアニオン交換体の単床、後段部分をカチオン交換体とアニオン交換体の混床とする形態及び前段部分をカチオン交換体とアニオン交換体の混床でアニオン比率を高めたもの、後段部分をカチオン交換体とアニオン交換体の混床でカチオン比率を高めたものか、カチオン交換体の単床とする形態が挙げられる。本発明の好ましいイオン交換体の充填例としては、被処理水が最初に流入する脱塩室に充填されるイオン交換体がアニオン交換体の単床であり、且つ当該脱塩室の流出水が流入する脱塩室に充填されるイオン交換体がカチオン交換体とアニオン交換体の混床である。
【００３０】
イオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維などイオン交換機能を有する物質であればいずれでもよく、また、それらを組合せたものであってもよい。
【００３１】
被処理水の流れは、被処理水が最初に第１脱塩室に流入する場合、第１脱塩室の流出水は第２脱塩室に流入され、第２脱塩室の流出水が処理水となり、被処理水が最初に第２脱塩室に流入する場合、第２脱塩室の流出水は第１脱塩室に流入され、第１脱塩室の流出水が処理水となる。第１脱塩室と第２脱塩室における流通水の流れ方向としては、共に同一方向であっても、また、互いに逆の方向であってもよい。濃縮室における濃縮水の流通方向としては、特に制限されないが、第１脱塩室と第２脱塩室における被処理水の流れ方向が同一方向である場合に、これと逆方向とするのが、脱塩室から濃縮室に移動した不純物イオンを速やかに系外へ排出させることができる点で好ましい。
【００３２】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
実施例１
下記装置仕様及び運転条件下において、図１に準ずる構成、すなわち３組の脱塩室積層体（６個の脱塩室）を並設して構成される電気式脱イオン水製造装置の脱塩室及び濃縮室にそれぞれ通水して、１万時間の通水運転を行った。結果を表１に示す。表１中、「スケール発生」は１万時間の通水運転後、電気式脱イオン水製造装置を分解して、濃縮室内のアニオン交換膜表面のスケール発生状況を目視観察し、スケール発生無しを「○」、少量のスケール発生を認めるを「△」、多量のスケール発生を認めるを「×」として評価した。
・被処理水及び濃縮水；工業用水を逆浸透膜装置で処理して得た透過水
・被処理水の抵抗率；０．３１ＭΩ-ｃｍ
・第１脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ３mm
・第１脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン交換樹脂
（Ｋ）との混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝１：１）
・第２脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ８mm
・第２脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂
・装置全体の流量；２００リットル／ｈ．
【００３３】
実施例２
下記装置仕様及び運転条件下において、図２に準ずる構成の電気式脱イオン水製造装置とする以外は、実施例１と同様の方法で通水運転を行った。結果を表１に示す。
・第１脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ８mm
・第１脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂
・第２脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ３mm
・第２脱塩室充填イオン交換樹脂；前段（高さ３００mm相当）はアニオン交換樹脂、後段（高さ３００mm相当）はアニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン交換樹脂（Ｋ）との混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝１：１）
【００３４】
比較例１
下記装置仕様及び運転条件下において、図４に準ずる構成、すなわち６個の脱塩室（脱イオンモジュール）を並設して構成される電気式脱イオン水製造装置の脱塩室及び濃縮室にそれぞれ通水して、１万時間の通水運転を行った。結果を表１に示す。但し、被処理水、濃縮水の水質及び装置全体の流量は実施例１と同様である。
・脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ８mm
・脱塩室充填イオン交換樹脂；脱塩室内の上半分に実施例１と同じアニオン交換樹脂を配置し、下半分に実施例１と同じ混合イオン交換樹脂を配置した。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表１より、実施例１及び実施例２は比較例１に比して、１．５Ａの電流を流すのに約２８％の電力を低減することができる。このように、本発明の電気式脱イオン水製造装置ではイオン交換体の充填方式に対する電気抵抗を低減する観点からの適正な厚さ設計が可能である。また、実施例１及び実施例２では、スケールの発生が全く認められないのに対して、比較例１では少量のスケールの発生が認められた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の電気式脱イオン水製造装置及びこれを用いる通水方法によれば、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分のスケール発生を抑制することができると共に、電流効率を維持しつつイオン交換体の種類に応じて脱塩室の電気抵抗を低減する最適脱塩室厚さに設計可能である。従って、スケール発生の無い省電力型通水運転を長期間に亘って安定して行える。また、第１脱塩室と第２脱塩室の１組を所望の複数組で積層すれば、電気式脱イオン水製造装置の任意の流量に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置の原理図である。
【図２】本発明の他の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置の原理図である。
【図３】従来の電気式脱イオン水製造装置の原理図である。
【図４】従来の電気式脱イオン水製造装置の模式図である。
【図５】従来の脱塩室を構成するための脱イオンモジュールを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１、１０４ 脱塩室
１ａ 第１脱塩室
１ｂ 第２脱塩室
３、１０５ 濃縮室
４、１１２、１１３ 電極室
５、１０９ 陰極
６、１１０ 陽極
７、１０１ カチオン交換膜
８、１０２ アニオン交換膜
９ カチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体
１０ アニオン交換体
１１、１１１ 被処理水流入管
１２ 第２脱塩室流出管
１２ａ 第１脱塩室流出管
１３ 第１脱塩室流入管
１３ａ 第２脱塩室流入管
１４、１１４ 脱イオン水流出管
１５、１１５ 濃縮水流入管
１６、１１６ 濃縮水流出管
２０ａ、２０ｂ、１００ 電気式脱イオン水製造装置
１０３ イオン交換体
１０６ 脱イオンモジュール
１０７ 枠体
１０８ 補強リブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造分野、医製薬製造分野、原子力や火力等の発電分野、食品工業などの各種の産業又は研究所施設において使用され、カルシウムやマグネシウムなどの硬度成分のスケール発生を抑制する電気式脱イオン水製造装置及びこれを用いる通水方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
脱イオン水を製造する方法として、従来からイオン交換樹脂に被処理水を通して脱イオンを行う方法が知られているが、この方法ではイオン交換樹脂がイオンで飽和されたときに薬剤によって再生を行う必要があり、このような処理操作上の不利な点を解消するため、近年、薬剤による再生が全く不要な電気式脱イオン法による脱イオン水製造方法が確立され、実用化に至っている。
【０００３】
図４はその従来の典型的な電気式脱イオン水製造装置の模式断面図を示す。図４に示すように、カチオン交換膜１０１及びアニオン交換膜１０２を離間して交互に配置し、カチオン交換膜１０１とアニオン交換膜１０２で形成される空間内に一つおきにイオン交換体１０３を充填して脱塩室とする。脱塩室の被処理水流入側（前段）にはアニオン交換樹脂１０３ａが充填され、脱塩室の被処理水流出側（後段）にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３ｂが充填されている。また、脱塩室１０４のそれぞれ隣に位置するアニオン交換膜１０２とカチオン交換膜１０１で形成されるイオン交換体１０３を充填していない部分は濃縮水を流すための濃縮室１０５とする。
【０００４】
また、図５に示すように、カチオン交換膜１０１とアニオン交換膜１０２と、その内部に充填するイオン交換体１０３とで脱イオンモジュール１０６を形成する。
【０００５】
すなわち、内部がくり抜かれた枠体１０７の一方の側にカチオン交換膜１０１を封着し、枠体１０７のくり抜かれた部分の上方部（前段）にアニオン交換樹脂１０３ａを、下方部（後段）に混合イオン交換樹脂１０３ｂをそれぞれ充填し、次いで、枠体１０７の他方の部分にアニオン交換膜１０２を封着する。なお、イオン交換膜１０１と１０２は比較的柔らかいものであり、枠体１０７内部にイオン交換体１０３を充填してその両面をイオン交換膜で封着した時、イオン交換膜が湾曲してイオン交換体１０３の充填層が不均一となるのを防止するため、枠体１０７の空間部に複数のリブ１０８を縦設するのが一般的である。また、図では省略するが、枠体１０７の上方部に被処理水の流入口が、また枠体の下方部に処理水の流出口が付設されている。
【０００６】
このような脱イオンモジュール１０６の複数個をその間に図では省略するスペーサーを挟んで、並設した状態が図４に示されたものであり、並設した脱イオンモジュール１０６の一端側に陰極１０９を配設すると共に、他端側に陽極１１０を配設する。なお、前述したスペーサーを挟んだ位置が濃縮室１０５であり、また両端の濃縮室１０５の両外側に必要に応じカチオン交換膜１０１、アニオン交換膜１０２、あるいはイオン交換性のない単なる隔膜等の仕切り膜を配設し、仕切り膜で仕切られた両電極１０９、１１０が接触する部分をそれぞれ陰極室１１２及び陽極室１１３とする。
【０００７】
従来、電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に充填されるイオン交換体は、前述のように、被処理水側をアニオン交換体、処理水側をカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体とする形態、被処理水側をアニオン交換体、処理水側をカチオン交換体とする形態及び脱塩室内をカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体とする形態などがあるものの、複数個設置された各脱塩室はいずれも全て同じイオン交換体の配置構造となっていた。また、脱塩室に流入する被処理水の流通方向は、各脱塩室共に同一方向で且つ一過式であり、各脱塩室からの流出水は処理水として、そのままユースポイントあるいは後段装置へと送られていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電気式脱イオン水製造装置においては、濃縮室のカルシウムやマグネシウムなどの硬度成分が移動してくる箇所で局所的にｐＨが高くなり、スケール発生が頻繁に起こるという問題があった。これは脱塩室のカチオン交換体が充填されている箇所でカチオン交換され溶離した硬度成分がカチオン交換膜を通して濃縮室に移動するが、硬度成分が移動する濃縮室の隣り合う反対側の脱塩室にもカチオン交換体が充填されており、塩化物イオンや硫酸イオンなどのアニオン成分が極微量しか移動しないため濃縮室の当該部分ではｐＨが上昇することと、更に移動イオン量が極端に少ないために水の電気分解が起こることから、炭酸カルシウムや水酸化マグネシウムなどのスケールが発生するものと思われる。
【０００９】
このスケール発生を前述の電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合について、図４及び脱塩室と濃縮室の関係を原理的に示した図３を参照して説明する。すなわち、陰極１０９と陽極１１０間に直流電流を通じ、また、被処理水流入管１１１から被処理水が流入すると共に、濃縮水流入管１１５から濃縮水が流入し、且つ電極水流入管１１７、１１７からそれぞれ電極水が流入する。被処理水流入管１１１から流入した被処理水は脱塩室１０４を流下し、先ず、前段のアニオン交換樹脂１０３ａを通過する際、塩酸イオンや硫酸イオンなどのアニオン成分が除去され、次に、後段のカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３ｂを通過する際、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分が除去される。従って、このマグネシウムやカルシウムなどの硬度成分が移動してくる箇所は脱塩室１０４の下流部に隣接する濃縮室１０５である。この濃縮室１０５の隣り合う反対側の脱塩室１０４にはカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３ｂが同様に充填されているため、アニオン成分が移動してくるが、ほとんどのアニオン成分は脱塩室前段のアニオン交換樹脂１０３ａ層において除去されており、この脱塩室１０４後段の陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３ｂが充填されている箇所に隣接する濃縮室１０５には水の電気分解によって発生した水酸基が主に移動してくることになり、これが、ｐＨの上昇を招き、水酸化マグネシウムや炭酸カルシウムなどのスケールが発生する。
【００１０】
一方、特公平５−７９３９７号公報には、脱塩室から流出した処理水を隣合う他方の脱塩室へ更に流入して部分脱塩を行い、次いで、部分脱塩処理された中間処理水を他の脱塩室に流入して完全脱塩を行い、脱イオン水を得る電気式脱イオン水製造装置が開示されている。しかしながら、この電気式脱イオン水製造装置は、両端の一対の電極に加え、部分脱塩を行う脱塩室と完全脱塩を行う脱塩室の間に更にもう１個の電極を備えているため、積層され難い構造となっている。また、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分のスケール発生防止に関しては何らの対策も施されていない。
【００１１】
更に、従来の電気式脱イオン水製造装置において、カチオン交換体、アニオン交換体又はカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体の３種のイオン交換体を脱塩室に充填する場合、電気抵抗と電流効率は脱塩室の厚さにより異なり、３種のイオン交換体について、それぞれ最適な脱塩室厚さが存在するにもかかわらず、上記３種類のイオン交換体のうち２種以上のイオン交換体が存在する限り、電気抵抗を低減する観点からの厚さ設計はできなかった。
【００１２】
従って、本発明の目的は、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分のスケール発生を抑制することができると共に、電流効率を維持しつつ脱塩室の電気抵抗を低減する最適脱塩室厚さに設計可能な電気式脱イオン水製造装置及びこれを用いる通水方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、従来の電気式脱イオン水製造装置において、隣合う脱塩室を第１脱塩室と第２脱塩室とし、被処理水が最初に流入する脱塩室（第１脱塩室又は第２脱塩室）にはアニオン交換体を充填し、隣合う他の脱塩室（第２脱塩室又は第１脱塩室）には少なくともアニオン交換体とカチオン交換体の混合イオン交換体を充填し、最初の脱塩室の流出水を隣合う他の脱塩室に流入させて脱イオン水を得れば、従来、濃縮室内であって被処理水流入側のアニオン膜表面近傍で析出しがちであったマグネシウムやカルシウムなどの硬度成分のスケールがほとんど発生せず、長期間に亘って、安定した運転が継続できることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、濃縮室、第１脱塩室、濃縮室、第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置して形成される電気式脱イオン水製造装置において、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものであるか、又は前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものであり、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第１脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第２脱塩室はアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であり、前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第２脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第１脱塩室はアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【００１５】
また、本発明は、濃縮室、第１脱塩室、濃縮室、第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置して形成される電気式脱イオン水製造装置において、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものであるか、又は前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものであり、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第１脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第２脱塩室は流入側がアニオン交換体の単床、流出側がアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であり、前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第２脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第１脱塩室は流入側がアニオン交換体の単床、流出側がアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。
【００１６】
また、本発明は、濃縮室、アニオン交換体の単床である第１脱塩室、濃縮室、アニオン交換体とカチオン交換体の混合床である第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第１脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第１脱塩室の流出水を前記第２脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法を提供するものである。
【００１７】
また、本発明は、濃縮室、アニオン交換体とカチオン交換体の混合床である第１脱塩室、濃縮室、アニオン交換体の単床である第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第２脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第２脱塩室の流出水を前記第１脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法を提供するものである。
【００１８】
また、本発明は、濃縮室、アニオン交換体の単床である第１脱塩室、濃縮室、流入側をアニオン交換体の単床、流出側をアニオン交換体とカチオン交換体の混合床とする第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第１脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第１脱塩室の流出水を前記第２脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法を提供するものである。
【００１９】
また、本発明は、濃縮室、流入側をアニオン交換体の単床、流出側をアニオン交換体とカチオン交換体の混合床とする第１脱塩室、濃縮室、アニオン交換体の単床である第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第２脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第２脱塩室の流出水を前記第１脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法を提供するものである。また、本発明は、前記第１脱塩室における被処理水の通水方向と前記第２脱塩室における被処理水の通水方向が同一方向であり、且つ濃縮室における濃縮水の通水方向が、これと逆方向であることを特徴とする前記通水方法を提供するものである。
【００２０】
本発明によれば、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分のスケール発生を抑制することができると共に、イオン交換体の種類に応じて電流効率を維持しつつ脱塩室の電気抵抗を低減する最適脱塩室厚さに設計可能である。また、第１脱塩室と第２脱塩室の１組を所望の複数組で積層すれば、電気式脱イオン水製造装置の任意の流量を設定できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置を図１を参照して説明する。図１は本実施の形態における電気式脱イオン水製造装置の原理図である。図１に示すように、カチオン交換膜７及びアニオン交換膜８を離間して交互に配置し、カチオン交換膜７とアニオン交換膜８で形成される空間内に一つおきにイオン交換体１０３を充填して脱塩室１とする。この脱塩室１はカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９が充填された第１脱塩室１ａと、アニオン交換体１０が充填された第２脱塩室１ｂを１組として、複数組が設置された構造であり（図では２組の設置）、第２脱塩室流出管１２と第１脱塩室流入管１３は連接されている。また、脱塩室１のそれぞれ隣に位置するアニオン交換膜８とカチオン交換膜７で形成されるイオン交換体を充填していない部分は濃縮水を流すための濃縮室３とする。このような第１脱塩室１ａと第２脱塩室１ｂを配する１組の脱塩室を複数併設した積層体の一端側に陰極５を配設すると共に、他端側に陽極６を配設する。また両端の濃縮室３の両外側に必要に応じカチオン交換膜７、アニオン交換膜８、あるいはイオン交換性のない単なる隔膜等の仕切り膜を配設し、仕切り膜で仕切られた両電極５、６が接触する部分を電極室４、４とする。
【００２２】
このような、電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合、以下のように操作される。すなわち、陰極５と陽極６間に直流電流を通じ、また被処理水流入管１１から被処理水が流入すると共に、濃縮水流入管１５から濃縮水が流入し、かつ図では省略する電極水流入管からそれぞれ電極水が流入する。被処理水流入管１１から流入した被処理水は第２脱塩室１ｂを流下し、アニオン交換体１０の充填層を通過する際に不純物イオンが除去される。更に、第２脱塩室１ｂの処理水流出管１２を通った流出水は、第１脱塩室１ａの被処理水流入管１３を通って第１脱塩室１ａを流下し、ここでもカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９の充填層を通過する際に不純物イオンが除去され、脱イオン水が脱イオン水流出管１４から得られる。また、濃縮水流入管１５から流入した濃縮水は各濃縮室３を上昇し、カチオン交換膜７及びアニオン交換膜８を介して移動してくる不純物イオンを受取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出管１６から流出され、さらに図では省略する電極水流入管から流入した電極水は電極水流出管から流出される。上述の操作によって、被処理水中の不純物イオンは電気的に除去される。
【００２３】
本実施の形態例において、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分がカチオン交換膜７を通して第１脱塩室１ａから移動する濃縮室３では、この濃縮室３の隣接する反対側の第１脱塩室１ｂからは塩化物イオンや硫酸イオンなどのアニオンが移動してくる。このため、１組の第２脱塩室１ｂと隣接する他の組の第１脱塩室１ａに挟まれる濃縮室の内部のｐＨは常時中性から酸性に保たれるためスケールの発生を防止する。すなわち、第１脱塩室１ａにはカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９が充填されているため、上記の如く、カチオン交換膜を通して濃縮室３にカチオン成分が移動してくる。一方、この濃縮室３と隣接する反対側の第２脱塩室１ｂにはアニオン交換体１０が充填されているため、水の電気分解から発生する水酸基は極力低減され、ｐＨを低下させる塩化物イオンや硫酸イオンの当該濃縮室３への移動が活発となりスケールの発生を抑制する。また、濃縮室３に移動する不純物イオンは被処理水流入側で起こりやすいが、濃縮水の流れは脱塩室の被処理水の流れと逆の上昇流であるため、不純物イオンは速やかに系外に排出されるという効果も有する。
【００２４】
また、本実施の形態例によれば、脱塩室を分割して第１脱塩室と第２脱塩室とし、第１脱塩室１ａにはカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９を充填し、第２脱塩室１ｂにはアニオン交換体１０を充填しているため、イオン交換体の種類に応じて、電流効率を維持しつつ電気抵抗を低減できる最適な脱塩室厚さを設定することができる。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置を図２を参照して説明する。図２は本実施の形態における電気式脱イオン水製造装置の原理図である。第２の実施の形態例において、図１の第１の実施の形態例と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点について説明する。すなわち、図２において、図１と異なる点は、被処理水が最初に流入する脱塩室を第１脱塩室とし、第１脱塩室流出水を第２脱塩室に流入させ第２脱塩室流出水を脱イオン水とする点、及び第１脱塩室にはアニオン交換体を充填し、第２脱塩室には第２脱塩室流入側にアニオン交換体を、第２脱塩室流出側にカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体を充填した点である。
【００２６】
このような、電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合、第１の実施の形態例と同様に操作される。この場合、被処理水流入管１１から流入した被処理水は第１脱塩室１ａを流下し、アニオン交換体１０の充填層を通過する際に不純物イオンが除去される。更に、第１脱塩室１ａの処理水流出管１２ａを通った流出水は、第２脱塩室１ｂの被処理水流入管１３ａを通って第２脱塩室１ｂを流下し、ここでもアニオン交換体１０及びカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９の充填層を通過する際に不純物イオンが除去され、脱イオン水が脱イオン水流出管１４から得られる。また、濃縮水流入管１５から流入した濃縮水は各濃縮室３を上昇し、カチオン交換膜７及びアニオン交換膜８を介して移動してくる不純物イオンを受取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出管１６から流出される。上述の操作によって、被処理水中の不純物イオンは電気的に除去される。
【００２７】
本実施の形態例において、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分がカチオン交換膜７を通して第２脱塩室１ｂから移動する濃縮室３では、この濃縮室３の隣接する反対側の第１脱塩室１ａからは塩化物イオンや硫酸イオンなどのアニオンが移動してくる。このため、１組の第１脱塩室１ａと隣接する同じ組の第２脱塩室１ｂに挟まれる濃縮室の内部のｐＨは常時中性から酸性に保たれるためスケールの発生を防止する。すなわち、第２脱塩室１ｂの後段にはカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体９が充填されているため、上記の如く、カチオン交換膜を通して濃縮室３にカチオン成分が移動してくる。一方、この濃縮室３と隣接する反対側の第１脱塩室１ａにはアニオン交換体１０が充填されているため、水の電気分解から発生する水酸基は極力低減され、ｐＨを低下させる塩化物イオンや硫酸イオンの当該濃縮室３への移動が活発となりスケールの発生を抑制する。
【００２８】
本発明において、被処理水が最初に流入する脱塩室（第１脱塩室又は第２脱塩室）に充填されるイオン交換体としては、少なくともアニオン交換体を含むものであれば特に制限されないが、アニオン交換体の単床が好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体の混床である場合には、混床に占めるアニオン比率を高めたものが好ましい。
【００２９】
また、前記脱塩室の流出水が流入する脱塩室（被処理水が最初に流入する脱塩室が第１脱塩室であれば、第２脱塩室であり、被処理水が最初に流入する脱塩室が第２脱塩室であれば、第１脱塩室である）に充填されるイオン交換体としては、少なくともカチオン交換体を含むものであれば特に制限されないが、カチオン交換体とアニオン交換体の混床が好ましい。また、その他に前段部分をアニオン交換体の単床、後段部分をカチオン交換体とアニオン交換体の混床とする形態及び前段部分をカチオン交換体とアニオン交換体の混床でアニオン比率を高めたもの、後段部分をカチオン交換体とアニオン交換体の混床でカチオン比率を高めたものか、カチオン交換体の単床とする形態が挙げられる。本発明の好ましいイオン交換体の充填例としては、被処理水が最初に流入する脱塩室に充填されるイオン交換体がアニオン交換体の単床であり、且つ当該脱塩室の流出水が流入する脱塩室に充填されるイオン交換体がカチオン交換体とアニオン交換体の混床である。
【００３０】
イオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維などイオン交換機能を有する物質であればいずれでもよく、また、それらを組合せたものであってもよい。
【００３１】
被処理水の流れは、被処理水が最初に第１脱塩室に流入する場合、第１脱塩室の流出水は第２脱塩室に流入され、第２脱塩室の流出水が処理水となり、被処理水が最初に第２脱塩室に流入する場合、第２脱塩室の流出水は第１脱塩室に流入され、第１脱塩室の流出水が処理水となる。第１脱塩室と第２脱塩室における流通水の流れ方向としては、共に同一方向であっても、また、互いに逆の方向であってもよい。濃縮室における濃縮水の流通方向としては、特に制限されないが、第１脱塩室と第２脱塩室における被処理水の流れ方向が同一方向である場合に、これと逆方向とするのが、脱塩室から濃縮室に移動した不純物イオンを速やかに系外へ排出させることができる点で好ましい。
【００３２】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
実施例１
下記装置仕様及び運転条件下において、図１に準ずる構成、すなわち３組の脱塩室積層体（６個の脱塩室）を並設して構成される電気式脱イオン水製造装置の脱塩室及び濃縮室にそれぞれ通水して、１万時間の通水運転を行った。結果を表１に示す。表１中、「スケール発生」は１万時間の通水運転後、電気式脱イオン水製造装置を分解して、濃縮室内のアニオン交換膜表面のスケール発生状況を目視観察し、スケール発生無しを「○」、少量のスケール発生を認めるを「△」、多量のスケール発生を認めるを「×」として評価した。
・被処理水及び濃縮水；工業用水を逆浸透膜装置で処理して得た透過水
・被処理水の抵抗率；０．３１ＭΩ-ｃｍ
・第１脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ３mm
・第１脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン交換樹脂
（Ｋ）との混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝１：１）
・第２脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ８mm
・第２脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂
・装置全体の流量；２００リットル／ｈ．
【００３３】
実施例２
下記装置仕様及び運転条件下において、図２に準ずる構成の電気式脱イオン水製造装置とする以外は、実施例１と同様の方法で通水運転を行った。結果を表１に示す。
・第１脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ８mm
・第１脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂
・第２脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ３mm
・第２脱塩室充填イオン交換樹脂；前段（高さ３００mm相当）はアニオン交換樹脂、後段（高さ３００mm相当）はアニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン交換樹脂（Ｋ）との混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝１：１）
【００３４】
比較例１
下記装置仕様及び運転条件下において、図４に準ずる構成、すなわち６個の脱塩室（脱イオンモジュール）を並設して構成される電気式脱イオン水製造装置の脱塩室及び濃縮室にそれぞれ通水して、１万時間の通水運転を行った。結果を表１に示す。但し、被処理水、濃縮水の水質及び装置全体の流量は実施例１と同様である。
・脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ８mm
・脱塩室充填イオン交換樹脂；脱塩室内の上半分に実施例１と同じアニオン交換樹脂を配置し、下半分に実施例１と同じ混合イオン交換樹脂を配置した。
【００３５】
【表１】
表１より、実施例１及び実施例２は比較例１に比して、１．５Ａの電流を流すのに約２８％の電力を低減することができる。このように、本発明の電気式脱イオン水製造装置ではイオン交換体の充填方式に対する電気抵抗を低減する観点からの適正な厚さ設計が可能である。また、実施例１及び実施例２では、スケールの発生が全く認められないのに対して、比較例１では少量のスケールの発生が認められた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の電気式脱イオン水製造装置及びこれを用いる通水方法によれば、マグネシウムやカルシウムなどの硬度成分のスケール発生を抑制することができると共に、電流効率を維持しつつイオン交換体の種類に応じて脱塩室の電気抵抗を低減する最適脱塩室厚さに設計可能である。従って、スケール発生の無い省電力型通水運転を長期間に亘って安定して行える。また、第１脱塩室と第２脱塩室の１組を所望の複数組で積層すれば、電気式脱イオン水製造装置の任意の流量に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置の原理図である。
【図２】本発明の他の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置の原理図である。
【図３】従来の電気式脱イオン水製造装置の原理図である。
【図４】従来の電気式脱イオン水製造装置の模式図である。
【図５】従来の脱塩室を構成するための脱イオンモジュールを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１、１０４ 脱塩室
１ａ 第１脱塩室
１ｂ 第２脱塩室
３、１０５ 濃縮室
４、１１２、１１３ 電極室
５、１０９ 陰極
６、１１０ 陽極
７、１０１ カチオン交換膜
８、１０２ アニオン交換膜
９ カチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体
１０ アニオン交換体
１１、１１１ 被処理水流入管
１２ 第２脱塩室流出管
１２ａ 第１脱塩室流出管
１３ 第１脱塩室流入管
１３ａ 第２脱塩室流入管
１４、１１４ 脱イオン水流出管
１５、１１５ 濃縮水流入管
１６、１１６ 濃縮水流出管
２０ａ、２０ｂ、１００ 電気式脱イオン水製造装置
１０３ イオン交換体
１０６ 脱イオンモジュール
１０７ 枠体
１０８ 補強リブ
Claims (7)
- 濃縮室、第１脱塩室、濃縮室、第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置して形成される電気式脱イオン水製造装置において、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものであるか、又は前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものであり、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第１脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第２脱塩室はアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であり、前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第２脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第１脱塩室はアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
- 濃縮室、第１脱塩室、濃縮室、第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置して形成される電気式脱イオン水製造装置において、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものであるか、又は前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものであり、前記第１脱塩室流出管と前記第２脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第１脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第２脱塩室は流入側がアニオン交換体の単床、流出側がアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であり、前記第２脱塩室流出管と前記第１脱塩室流入管が連接されたものである場合は、前記第２脱塩室はアニオン交換体の単床であり、且つ前記第１脱塩室は流入側がアニオン交換体の単床、流出側がアニオン交換体とカチオン交換体の混合床であることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
- 濃縮室、アニオン交換体の単床である第１脱塩室、濃縮室、アニオン交換体とカチオン交換体の混合床である第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第１脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第１脱塩室の流出水を前記第２脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法。
- 濃縮室、アニオン交換体とカチオン交換体の混合床である第１脱塩室、濃縮室、アニオン交換体の単床である第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第２脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第２脱塩室の流出水を前記第１脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法。
- 濃縮室、アニオン交換体の単床である第１脱塩室、濃縮室、流入側をアニオン交換体の単床、流出側をアニオン交換体とカチオン交換体の混合床とする第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第１脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第１脱塩室の流出水を前記第２脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法。
- 濃縮室、流入側をアニオン交換体の単床、流出側をアニオン交換体とカチオン交換体の混合床とする第１脱塩室、濃縮室、アニオン交換体の単床である第２脱塩室を順次に配し、これを複数積層し、これらの脱塩室及び濃縮室の積層体を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら第２脱塩室に被処理水を流入し、次いで、前記第２脱塩室の流出水を前記第１脱塩室に流入すると共に、濃縮室に濃縮水を流して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造することを特徴とする通水方法。
- 前記第１脱塩室における被処理水の通水方向と前記第２脱塩室における被処理水の通水方向が同一方向であり、且つ濃縮室における濃縮水の通水方向が、これと逆方向であることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項記載の通水方法。
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