JP4110689B2 - 電気脱イオン装置 - Google Patents
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- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体、液晶、製薬、食品、電力等の各種の産業分野や、民生用又は研究設備で利用される脱イオン水を製造する電気脱イオン装置に関するもので、特に電気脱イオン装置の脱塩室内での水解離を積極的に生じさせ、処理水質を向上させることを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
電気脱イオン装置として、陽極を備えた陽極室と、陰極を備え、上記陽極室と平行に通水方向に配置された陰極室との間に、上記両室と平行に複数の陽イオン交換膜と、複数の陰イオン交換膜とを交互に配列し、隣接した陽イオン交換膜と陰イオン交換膜との間に原水を通水するための脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填し、最外側の濃縮室を形成するイオン交換膜と最外側の脱塩室を形成するイオン交換膜とに直流電源を印加し、原水を濃縮室及び脱塩室に例えば下降流で通水し、水解離によってＨ+ イオンとＯＨ- イオンを生成させて脱塩室に充填されているイオン交換体を連続的に再生しながら原水中の塩分を濃縮室に移行させ、脱塩室の下端から塩分が除去された脱イオン水を連続的に採水し、濃縮室の下端から塩分を多く含んだ濃縮水を連続的に排出させることは従来から公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
脱塩室に充填するイオン交換体として、特開平６−１３１１２０号公報ではα、β、γ線、電子線、紫外線などの電離性放射線を照射した放射線グラフト重合のイオン交換体を用いることを開示している。しかし、放射線グラフト重合のイオン交換体は、電離性放射線を照射して製造するので、製造しやすさの点で問題がある。更に、電気脱イオン装置の処理水質を向上させるには、脱塩室内のイオン交換体のアニオン交換基とカチオン交換基の接点を多くし、効率よくＨ+イオンとＯＨ-イオンを水解離によって生成させる必要があるが、放射線グラフト重合のイオン交換体ではイオン交換基が図３に示すようにモザイク状に導入されているため、アニオン交換基とカチオン交換基との接触点が少なく、水解離効果が充分ではないという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した問題点を解消するために開発されたもので、陽極を備えた陽極室と、陰極を備え、上記陽極室と平行に通水方向に配置された陰極室との間に、上記両室と平行に複数の陽イオン交換膜と、複数の陰イオン交換膜とを交互に配列し、隣接した陽イオン交換膜と陰イオン交換膜との間に原水を通水するための脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填した電気脱イオン装置において、脱塩室に充填されたイオン交換体がアニオン交換基とカチオン交換基とを混在させて導入した両性イオン交換体であって、該脱塩室は、該両性イオン交換体が通水方向に対して脱塩室内の上流に充填され、その下流にはアニオン交換体とカチオン交換体との混合イオン交換体が充填されているか、または、両性イオン交換体とアニオン交換体とを混合したものが充填されていることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は参考例１の要部の縦断面図で、１１は陽極１２を備えた左側の陽極室、１３は陰極１４を備え、上記陽極室１１と平行に通水方向に配列された右側の陰極室で、左右の両室１１と１３との間に各室と平行に複数の陽イオン交換膜（カチオン交換膜）１５…と、複数の陰イオン交換膜（アニオン交換膜）１６…とを交互に配列し、隣接した陽イオン交換膜１５と陰イオン交換膜１６との間に原水を通水するための濃縮室１７、隣接した陰イオン交換膜１６と陰イオン交換膜１６の間に同じく原水を通水するための脱塩室１８を交互に形成してある。この実施形態の場合は左から右に第１濃縮室、第１脱塩室、第２濃縮室、第２脱塩室の四つの室を構成し、各脱塩室の内部にはアニオン交換基とカチオン交換基とを混在させて導入した両性イオン交換体２０が充填してある。そして、第１濃縮室を形成する左側の陽イオン交換膜１５−１には直流電源の陽極、第２脱塩室を形成する右側の陽イオン交換膜１５−３には直流電源の陰極を印加する。
【０００６】
アニオン交換基とカチオン交換基とを混在させて導入した両性イオン交換体２０とは図１（ｂ）に示すようにアニオン交換基とカチオン交換基とがスチレン基体などに混在してランダムに有したものであり、アニオン交換基はトリメチルアンモニウム基や、ジエチルエタノールアンモニウム基などの４級アンモニウム基、１〜３級のアミノ基を有したものであり、カチオン交換基はスルホン酸基、リン酸基、カルボキシル基を有したものをいう。イオン交換体とは繊維状、ビーズ状のイオン交換樹脂及び繊維や不織布などにグラフト重合を利用して交換基を導入したグラフト交換体のことをいう。
【０００７】
脱塩室１８には図１（ａ）に示した参考例１のように両性イオン交換体２０のみを充填できるが、水解離効果を向上するため図２（ａ）に示す実施例１のように脱塩室内の通水方向に対して上流に両性イオン交換体２０を充填し、下流にアニオン交換体とカチオン交換体を混合した混合イオン交換体を充填するとよい。又、実施例２のように脱塩室内の全体に両性イオン交換体２０とアニオン交換体２１とを混合したもの（図２ｂ）を充填するとよい。なお、参考例２として両性イオン交換体２０とカチオン交換体２２を混合したもの（図２ｃ）、参考例３として両性イオン交換体２０とアニオン交換体２１及びカチオン交換体２２とを混合したもの（図２ｄ）を充填してもよい。
【０００８】
図２に示したように両性イオン交換体にアニオンやカチオン交換体を併用した場合、両性イオン交換体２０の比率は脱塩室の容積の全体に対して３〜８０％の間で良好な結果を示したが、特に５〜３０％が好ましい。に示したように両性イオン交換体にアニオンやカチオン交換体を併用した場合、両性イオン交換体２０の比率は脱塩室の容積の全体に対して３〜８０％の間で良好な結果を示したが、特に５〜３０％が好ましい。
【０００９】
市水を活性炭装置（栗田工業（株）製 クリコールＫＷ１０−３０）、次いでＲＯ膜装置（栗田工業（株）製 マクエースＫＮ２００）で処理した後、図１の脱塩室１８に充填するイオン交換体を前述の段落０００７で述べたように変え、栗田工業（株）製 ピュアエースＰＡ−２００（処理量１００立／時）の電気脱イオン試験装置を使用し、下向流で通水して脱塩テストした実施例の結果と、脱塩室に陽イオン交換樹脂（三菱化学（株）製ＳＫ１Ｂ）と陰イオン交換樹脂（三菱化学（株）製ＳＡ１０Ａ）とを、陽、陰イオン交換樹脂体積混合比率４対６で混合したものを充填した比較例１と、脱塩室に従来例で述べたイオン交換基がモザイク状に導入されている放射線グラフト重合のイオン交換体を充填した比較例２による同じ電気脱イオン試験装置を使用し、下向流で通水して脱塩した結果を表１に示す。
【００１０】
使用した電気脱イオン試験装置のアニオン交換膜は旭化成工業（株）製、アンプレックスＡ５０１ ＳＢ、カチオン交換膜は旭化成工業（株）製、アンプレックスＫ５０１ ＳＢであった。
【００１１】
各例で脱塩室に充填する両性イオン交換体には三菱化学（株）製、両性イオン交換樹脂ＳＲ−１を使用した。又、図２（ａ）、（ｂ）の実施例１，２、（ｃ）、（ｄ）の参考例２，３で両性イオン交換樹脂の充填比率は脱塩室の容積に対して２０％にした。
【００１２】
【表１】
【００１３】
表１で明らかなように、脱塩室内に両性イオン交換体を充填した場合は低電圧運転にもかゝわらず、良好な水質の脱イオン水を得ることができた。
【００１４】
【発明の効果】
本発明では、脱塩室内に充填された両性イオン交換体のアニオン交換基とカチオン交換基との接触点での水解離が効率よく増大し、結果として低電圧で、水質の向上した脱イオン水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は参考例１による電気脱イオン装置の要部の概略を示す断面図、（ｂ）は両性イオン交換体のアニオン交換基とカチオン交換基の接触状態を示す模式図。
【図２】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例１，２、（ｃ）、（ｄ）は参考例２，３であって、それぞれの使用可能な４つの脱塩室の断面図。
【図３】 放射線グラフト重合によるイオン交換体のアニオン交換基とカチオン交換基のモザイク状の接触状態を示す模式図。
【符号の説明】
１１ 陽極室
１２ 陽極室の陽極
１３ 陰極室
１４ 陰極室の陰極
１５ 陰イオン（アニオン）交換膜
１６ 陽イオン（カチオン）交換膜
１７ 濃縮室
１８ 脱塩室
２０ 両性イオン交換体
２１ アニオン交換体
２２ カチオン交換体
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体、液晶、製薬、食品、電力等の各種の産業分野や、民生用又は研究設備で利用される脱イオン水を製造する電気脱イオン装置に関するもので、特に電気脱イオン装置の脱塩室内での水解離を積極的に生じさせ、処理水質を向上させることを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
電気脱イオン装置として、陽極を備えた陽極室と、陰極を備え、上記陽極室と平行に通水方向に配置された陰極室との間に、上記両室と平行に複数の陽イオン交換膜と、複数の陰イオン交換膜とを交互に配列し、隣接した陽イオン交換膜と陰イオン交換膜との間に原水を通水するための脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填し、最外側の濃縮室を形成するイオン交換膜と最外側の脱塩室を形成するイオン交換膜とに直流電源を印加し、原水を濃縮室及び脱塩室に例えば下降流で通水し、水解離によってＨ+ イオンとＯＨ- イオンを生成させて脱塩室に充填されているイオン交換体を連続的に再生しながら原水中の塩分を濃縮室に移行させ、脱塩室の下端から塩分が除去された脱イオン水を連続的に採水し、濃縮室の下端から塩分を多く含んだ濃縮水を連続的に排出させることは従来から公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
脱塩室に充填するイオン交換体として、特開平６−１３１１２０号公報ではα、β、γ線、電子線、紫外線などの電離性放射線を照射した放射線グラフト重合のイオン交換体を用いることを開示している。しかし、放射線グラフト重合のイオン交換体は、電離性放射線を照射して製造するので、製造しやすさの点で問題がある。更に、電気脱イオン装置の処理水質を向上させるには、脱塩室内のイオン交換体のアニオン交換基とカチオン交換基の接点を多くし、効率よくＨ+イオンとＯＨ-イオンを水解離によって生成させる必要があるが、放射線グラフト重合のイオン交換体ではイオン交換基が図３に示すようにモザイク状に導入されているため、アニオン交換基とカチオン交換基との接触点が少なく、水解離効果が充分ではないという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した問題点を解消するために開発されたもので、陽極を備えた陽極室と、陰極を備え、上記陽極室と平行に通水方向に配置された陰極室との間に、上記両室と平行に複数の陽イオン交換膜と、複数の陰イオン交換膜とを交互に配列し、隣接した陽イオン交換膜と陰イオン交換膜との間に原水を通水するための脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填した電気脱イオン装置において、脱塩室に充填されたイオン交換体がアニオン交換基とカチオン交換基とを混在させて導入した両性イオン交換体であって、該脱塩室は、該両性イオン交換体が通水方向に対して脱塩室内の上流に充填され、その下流にはアニオン交換体とカチオン交換体との混合イオン交換体が充填されているか、または、両性イオン交換体とアニオン交換体とを混合したものが充填されていることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は参考例１の要部の縦断面図で、１１は陽極１２を備えた左側の陽極室、１３は陰極１４を備え、上記陽極室１１と平行に通水方向に配列された右側の陰極室で、左右の両室１１と１３との間に各室と平行に複数の陽イオン交換膜（カチオン交換膜）１５…と、複数の陰イオン交換膜（アニオン交換膜）１６…とを交互に配列し、隣接した陽イオン交換膜１５と陰イオン交換膜１６との間に原水を通水するための濃縮室１７、隣接した陰イオン交換膜１６と陰イオン交換膜１６の間に同じく原水を通水するための脱塩室１８を交互に形成してある。この実施形態の場合は左から右に第１濃縮室、第１脱塩室、第２濃縮室、第２脱塩室の四つの室を構成し、各脱塩室の内部にはアニオン交換基とカチオン交換基とを混在させて導入した両性イオン交換体２０が充填してある。そして、第１濃縮室を形成する左側の陽イオン交換膜１５−１には直流電源の陽極、第２脱塩室を形成する右側の陽イオン交換膜１５−３には直流電源の陰極を印加する。
【０００６】
アニオン交換基とカチオン交換基とを混在させて導入した両性イオン交換体２０とは図１（ｂ）に示すようにアニオン交換基とカチオン交換基とがスチレン基体などに混在してランダムに有したものであり、アニオン交換基はトリメチルアンモニウム基や、ジエチルエタノールアンモニウム基などの４級アンモニウム基、１〜３級のアミノ基を有したものであり、カチオン交換基はスルホン酸基、リン酸基、カルボキシル基を有したものをいう。イオン交換体とは繊維状、ビーズ状のイオン交換樹脂及び繊維や不織布などにグラフト重合を利用して交換基を導入したグラフト交換体のことをいう。
【０００７】
脱塩室１８には図１（ａ）に示した参考例１のように両性イオン交換体２０のみを充填できるが、水解離効果を向上するため図２（ａ）に示す実施例１のように脱塩室内の通水方向に対して上流に両性イオン交換体２０を充填し、下流にアニオン交換体とカチオン交換体を混合した混合イオン交換体を充填するとよい。又、実施例２のように脱塩室内の全体に両性イオン交換体２０とアニオン交換体２１とを混合したもの（図２ｂ）を充填するとよい。なお、参考例２として両性イオン交換体２０とカチオン交換体２２を混合したもの（図２ｃ）、参考例３として両性イオン交換体２０とアニオン交換体２１及びカチオン交換体２２とを混合したもの（図２ｄ）を充填してもよい。
【０００８】
図２に示したように両性イオン交換体にアニオンやカチオン交換体を併用した場合、両性イオン交換体２０の比率は脱塩室の容積の全体に対して３〜８０％の間で良好な結果を示したが、特に５〜３０％が好ましい。に示したように両性イオン交換体にアニオンやカチオン交換体を併用した場合、両性イオン交換体２０の比率は脱塩室の容積の全体に対して３〜８０％の間で良好な結果を示したが、特に５〜３０％が好ましい。
【０００９】
市水を活性炭装置（栗田工業（株）製 クリコールＫＷ１０−３０）、次いでＲＯ膜装置（栗田工業（株）製 マクエースＫＮ２００）で処理した後、図１の脱塩室１８に充填するイオン交換体を前述の段落０００７で述べたように変え、栗田工業（株）製 ピュアエースＰＡ−２００（処理量１００立／時）の電気脱イオン試験装置を使用し、下向流で通水して脱塩テストした実施例の結果と、脱塩室に陽イオン交換樹脂（三菱化学（株）製ＳＫ１Ｂ）と陰イオン交換樹脂（三菱化学（株）製ＳＡ１０Ａ）とを、陽、陰イオン交換樹脂体積混合比率４対６で混合したものを充填した比較例１と、脱塩室に従来例で述べたイオン交換基がモザイク状に導入されている放射線グラフト重合のイオン交換体を充填した比較例２による同じ電気脱イオン試験装置を使用し、下向流で通水して脱塩した結果を表１に示す。
【００１０】
使用した電気脱イオン試験装置のアニオン交換膜は旭化成工業（株）製、アンプレックスＡ５０１ ＳＢ、カチオン交換膜は旭化成工業（株）製、アンプレックスＫ５０１ ＳＢであった。
【００１１】
各例で脱塩室に充填する両性イオン交換体には三菱化学（株）製、両性イオン交換樹脂ＳＲ−１を使用した。又、図２（ａ）、（ｂ）の実施例１，２、（ｃ）、（ｄ）の参考例２，３で両性イオン交換樹脂の充填比率は脱塩室の容積に対して２０％にした。
【００１２】
【表１】
表１で明らかなように、脱塩室内に両性イオン交換体を充填した場合は低電圧運転にもかゝわらず、良好な水質の脱イオン水を得ることができた。
【００１４】
【発明の効果】
本発明では、脱塩室内に充填された両性イオン交換体のアニオン交換基とカチオン交換基との接触点での水解離が効率よく増大し、結果として低電圧で、水質の向上した脱イオン水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は参考例１による電気脱イオン装置の要部の概略を示す断面図、（ｂ）は両性イオン交換体のアニオン交換基とカチオン交換基の接触状態を示す模式図。
【図２】 （ａ）、（ｂ）は本発明の実施例１，２、（ｃ）、（ｄ）は参考例２，３であって、それぞれの使用可能な４つの脱塩室の断面図。
【図３】 放射線グラフト重合によるイオン交換体のアニオン交換基とカチオン交換基のモザイク状の接触状態を示す模式図。
【符号の説明】
１１ 陽極室
１２ 陽極室の陽極
１３ 陰極室
１４ 陰極室の陰極
１５ 陰イオン（アニオン）交換膜
１６ 陽イオン（カチオン）交換膜
１７ 濃縮室
１８ 脱塩室
２０ 両性イオン交換体
２１ アニオン交換体
２２ カチオン交換体
Claims (1)
- 陽極を備えた陽極室と、陰極を備え、上記陽極室と平行に通水方向に配置された陰極室との間に、上記両室と平行に複数の陽イオン交換膜と、複数の陰イオン交換膜とを交互に配列し、隣接した陽イオン交換膜と陰イオン交換膜との間に原水を通水するための脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換体を充填した電気脱イオン装置において、脱塩室に充填されたイオン交換体がアニオン交換基とカチオン交換基とを混在させて導入した両性イオン交換体であって、該脱塩室は、該両性イオン交換体が通水方向に対して脱塩室内の上流に充填され、その下流にはアニオン交換体とカチオン交換体との混合イオン交換体が充填されているか、または、両性イオン交換体とアニオン交換体とを混合したものが充填されていることを特徴とする電気脱イオン装置。
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|---|---|---|---|
| JP29228799A JP4110689B2 (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | 電気脱イオン装置 |
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|---|---|---|---|
| JP29228799A Expired - Fee Related JP4110689B2 (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | 電気脱イオン装置 |
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