JP4343105B2 - 電気式脱塩装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、いわゆる電気式脱塩装置に関する改良に関するものであり、従来全く考えられていなかった新しい室配列構造の電気式脱塩装置を提供するものである。なお、一般的には、電極間にイオン交換膜を配置して複数の室を構成した装置を「電気透析装置」と呼び、形成された各室内にイオン交換体を充填したものを「電気式脱塩装置」と呼んでいるが、本発明では、「電気式脱塩装置」という用語は上記の「電気透析装置」の概念をも含めた意味で用いる。
背景技術
電気式脱塩装置とは、正負の電極間にカチオン交換膜及びアニオン交換膜を配列して濃縮室及び脱塩室を形成し、電位勾配を駆動源として、脱塩室内において被処理液体中のイオンをイオン交換膜を通して濃縮室へと移動・分離させることによって、液体中のイオン成分を除去するものである。
図１に従来の典型的な電気式脱塩装置の概念を示す。図１に示す電気式脱塩装置は、陰極（−）と陽極（＋）の間に、アニオン交換膜Ａ、カチオン交換膜Ｃが交互に配列されて、脱塩室及び濃縮室が交互に形成されている。このアニオン交換膜とカチオン交換膜との交互配列を更に繰り返すことにより、複数の脱塩室及び濃縮室が並列に形成される。必要に応じて、脱塩室や濃縮室内にはイオン交換体が充填されて、これにより室内でのイオンの移動が促進される。また、両端の陽極及び陰極に接する区画は一般に陽極室及び陰極室と称され、直流電流により印加される電流の電子を授受する機能を果たす。このような電気式脱塩装置の運転においては、陽極及び陰極に電圧を印加すると共に、脱塩室には処理すべき水溶液（塩水溶液）が、また濃縮室、両極室には一般に水が供給される。濃縮室に供給される水は濃縮水、脱塩室に供給される塩水溶液は被処理水と称される。このように被処理水及び濃縮水を脱塩室及び濃縮室にそれぞれ導入すると、水中のカチオン及びアニオンはそれぞれ陰極側及び陽極側に引かれるが、イオン交換膜が同種のイオンのみを選択的に透過するため、被処理水中のカチオン（Ｃａ^２＋、Ｎａ^＋、Ｍｇ^２＋、Ｈ^＋など）は、カチオン交換膜Ｃを通して陰極側の濃縮室へ、またアニオン（Ｃｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−、ＨＳｉＯ_３ ⁻、ＣＯ_３ ^２−、ＨＣＯ_３ ⁻、ＯＨ⁻など）は、アニオン交換膜Ａを通して陽極側の濃縮室へ移動する。一方、濃縮室から脱塩室へのアニオンの移動及び濃縮室から脱塩室へのカチオンの移動は、イオン交換膜の異種イオン遮断性のために阻止される。この結果、脱塩室からはイオン濃度の低められた脱塩水が得られ、濃縮室からはイオン濃度の高められた濃縮水が得られる。
このような電気式脱塩装置によれば、被処理水として例えばＲＯ（逆浸透）処理水相当の不純物の少ない水を用いることで、脱塩水として、さらに純度の高い純水が得られる。最近では、例えば半導体製造用超純水など、より高度な超純水が要求されるようになった。そこで、電気式脱塩装置においては、脱塩室及び／又は濃縮室及び／又は極室にイオン交換体としてカチオン交換樹脂ビーズとアニオン交換樹脂ビーズとを混合して充填することにより、これらの室内におけるイオンの移動を促進させるという方法が採用されていた。さらに、イオン交換体として、脱塩室内において、カチオン交換膜側にカチオン交換繊維材料（不織布など）を、アニオン交換膜側にアニオン交換繊維材料を、それぞれ向かい合わせて配置したり、これらイオン交換繊維材料の間にスペーサもしくはイオン伝導性を付与したイオン伝導スペーサを充填したり、或いは濃縮室内にスペーサもしくはイオン伝導性を付与したイオン伝導スペーサを充填するという方法も提案されている（ＰＣＴ／ＪＰ９９／０１３９１ 国際公報ＷＯ９９／４８８２０参照）。
このような方式の電気式脱塩装置においては、イオン交換体を充填した脱塩室及び／又は濃縮室内において、カチオン交換基とアニオン交換基とが接触する部位が存在する。特に脱塩室内のカチオン交換基とアニオン交換基とが接触する部位においては、電位勾配下で水の解離（Ｈ_２Ｏ→Ｈ^＋＋ＯＨ⁻）が起こり、この水の解離（水解）によって生成するＨ^＋イオン及びＯＨ⁻イオンによって脱塩室内のイオン交換体が連続的に効率よく再生されることにより、高純度な超純水を得ることを可能にしている。これは、脱塩室内のカチオン交換繊維材料とアニオン交換繊維材料との間にスペーサ又はイオン伝導スペーサを配置することによって、連続的なカチオン交換体充填層及びアニオン交換体充填層を形成することにより、イオンが両電極側に通過しやすくなったため、カチオン交換体とアニオン交換体との接触部位で、局部的に官能基の対イオンが不足し、この不足した対イオンを補償すべく水を解離させて、カチオン交換基及びアニオン交換基にＨ^＋イオン及びＯＨ⁻イオンを供給するようになること、また、カチオン交換基及びアニオン交換基が数Å〜数十Åの距離で近接していると、その間に強力な電場が発生して、水が分極して解離しやすくなり、再結合することなくイオン交換体を再生することに起因すると考えられる。また、水だけでなくアルコールなどの非電解質においても、強力な電場により分極及び解離しアニオン及びカチオンとなることで官能基に吸着し、除去することが可能となると考えられる。なお水解のメカニズムについては、Ｈ．Ｓｔｒａｕｈｍａｎｎ，Ｊ．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ １９９３，５４，１７，”Ｂｅｔｔｅｒ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ”に説明されている。
しかしながら、このような方式の電気式脱塩装置では、水解によって発生したＨ^＋イオン及びＯＨ⁻イオンは、これらのイオンが発生した脱塩室内においてのみ再生に利用されるため、大半（約９０％程度と考えられている）のＨ^＋イオン及びＯＨ⁻イオンは、イオン交換体の再生には利用されずに、イオン交換膜を通って隣接する濃縮室内に移動する（図１参照）。そして、濃縮室内において、両側の脱塩室から移動してきたＨ^＋イオン及びＯＨ⁻イオンとで再結合が起こっていた。このために、水解を発生させるには大きなエネルギーが必要であり、これが電気式脱塩装置の運転電圧が上昇する要因の一つであるにも拘らず、水解に用いられるエネルギーの大半が濃縮室内でのＨ^＋イオンとＯＨ⁻イオンとの再結合によって発生する熱に変換されるだけで浪費されていたのが現状であった。
また、従来の電気式脱塩装置では、脱塩室と濃縮室とが交互に配置されているために、濃縮室で例えばカルシウムイオンと炭酸イオンとが反応して炭酸カルシウムが生成し、これがスケール析出の原因となっていた。
更に、従来の電気式脱塩装置においては、処理水の水質を高め、及び／又は処理水量を高めるために、脱塩室の厚み及び数を増やすと、運転電圧が上昇するという問題が発生する場合があった。これは、脱塩室が混床（異種のイオン交換体が混合配置されている）である場合には、脱塩室の各部で水解と再結合（Ｈ^＋イオンとＯＨ⁻イオンとの再結合）が起こり、熱を発生していたために、脱塩室の厚み及び数を増すと、水解と再結合が起こる確率が高くなり、多くの電気エネルギーが熱に変換されていたことに起因すると考えられる。
また、従来の電気式脱塩装置においては、運転時間の経過と共に運転電圧が上昇するという現象がみられた。本発明者らはこの現象について検証を行った結果、運転時間の経過と共に水解発生電圧が上昇することが運転電圧の上昇の要因であるという結論に達し、更に水解発生電圧の上昇は、イオン交換体の官能基の塩型化及び官能基の結合と、有機汚染等によるものであることを見出した。なお、「官能基の結合」とは、運転時間の経過と共に、カチオン交換体及びアニオン交換体の接点において、アニオン交換体官能基とカチオン交換体官能基が互いの電荷により引き寄せられ、官能基同士のイオン結合が起こり、水解が阻害される現象をいう。また、「水解発生電圧」とは、脱塩室内のカチオン交換体とアニオン交換体との間の電位差と定義することができる。即ち、従来のマルチパス構造（各脱塩室に被処理水を直列に供給する方式）の電気式脱塩装置において、水解発生電圧上昇の傾向を見ると、被処理水が最初に供給される脱塩室（第１脱塩室）における水解発生電圧が最も上昇度合いが大きいことが分かった。これは、水解発生を起こすイオン交換樹脂の官能基にイオンが吸着して塩型になることによって水解が阻害されると共に、フミン質などの有機性の汚染物質がイオン交換樹脂の官能基に吸着して水解発生電圧が上昇すると推測される。
発明の開示
本発明者らは、電気式脱塩装置の運転電圧に影響を与える種々のファクターについて検討を行い、水解を発生させるのに必要な電圧と、イオンを伝導させるのに必要な電圧の比（脱塩室内における電圧の比）が２０：１程度であること、現在の電気式脱塩装置におけるＨ^＋及びＯＨ⁻の有効利用率が１０％程度しかないこと、などに着目し、水解によって発生させたＨ^＋イオンとＯＨ⁻イオンとを、直ちに再結合させることなく電気式脱塩装置全体で有効に利用することによって、電気式脱塩装置の運転電圧を低減できることに想到した。
そして、本発明者らは、従来の電気式脱塩装置においては全く考えられていなかった新しい室配列の電気式脱塩装置を構成することにより、運転電圧を大きく低減させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明の一態様は、陽極と陰極との間にカチオン交換膜及びアニオン交換膜を配列させることによって複数の室が形成されている電気式脱塩装置であって、陽極側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜とで水解室が画定されており、該水解室の陽極側に、アニオン交換膜によって挟まれたアニオン脱塩室が配置され、該水解室の陰極側に、カチオン交換膜によって挟まれたカチオン脱塩室が配置されていることを特徴とする電気式脱塩装置に関する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る電気式脱塩装置の種々の構成について具体的に説明する。図２は、本発明の一態様に係る電気式脱塩装置の構成例を示す概念図である。装置の中央部に、陽極側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜とで画定されている水解室が配置されている。そして、水解室の陽極側には、アニオン交換膜によって挟まれたアニオン脱塩室が配置され、水解室の陰極側には、カチオン交換膜によって挟まれたカチオン脱塩室が配置されている。脱塩室の外側の室（電極に接する区画）は、イオン交換膜を透過してくるイオンを受容する濃縮室として機能する。
なお、本発明に係る電気式脱塩装置において、水解室、脱塩室、濃縮室には、それぞれ、イオン交換体を充填することが好ましい。水解室には、図２に示すように、カチオン交換膜側にカチオン交換体を、アニオン交換膜側にアニオン交換体をそれぞれ充填することが好ましい。また、アニオン脱塩室にはアニオン交換体を、カチオン脱塩室にはカチオン交換体を、それぞれ充填することが好ましい。また、陽極側の濃縮室においては、アニオン交換膜に接してアニオン交換体を充填し、陽極に接してカチオン交換体を充填することが好ましく、陰極側の濃縮室においては、カチオン交換膜に接してカチオン交換体を充填し、陰極に接してアニオン交換体を充填することが好ましい。しかしながら、例えば、アニオン脱塩室に充填したアニオン交換体中に微量のカチオン交換体を混合したり、カチオン脱塩室に充填したカチオン交換体中に微量アニオン交換体を混合してもよい。
図２に示す構成の電気式脱塩装置の運転に際しては、濃縮室に水を、そして、アニオン脱塩室に被処理水を導入する。濃縮室には、ＲＯ処理水相当の不純物の少ない水を導入することが好ましい。アニオン脱塩室を通過した水は次にカチオン脱塩室に導入し、最後に水解室に導入する。また、濃縮室から排出される水（濃縮水）は次に反対側の濃縮室に導入する。被処理水は、まずアニオン脱塩室において、溶液中のアニオン（例えば、ＳＯ_４ ^２−、Ｃｌ⁻など）がイオン交換により固相に吸着され、陽極に引かれて固相中を移動し、アニオン交換膜を通過して隣接する濃縮室に移動する。次に、被処理水はカチオン脱塩室に導入され、溶液中のカチオン（例えば、Ｃａ^２＋、Ｎａ^＋など）がイオン交換により固相に吸着され、陰極に引かれて固相中を移動し、カチオン交換膜を通過して隣接する濃縮室に移動する。このように、アニオン脱塩室及びカチオン脱塩室を順に通過することによって、被処理水中に含まれる不純物イオンが除去される。不純物イオンが除去された被処理水は、最後に水解室に導入されて、被処理水中に残留する不純物イオンが更に除去される（即ち、水解室は最終脱塩室としても機能する）と共に、異種のイオン交換体の接触部において水の解離（水解）が生じて、Ｈ^＋とＯＨ⁻とが生成する。生成したＨ^＋とＯＨ⁻は水解室内のイオン交換体を再生すると共に、水解室内でのイオン交換体の再生に利用されずに残ったＨ^＋とＯＨ⁻は、次に、水解室を画定するカチオン交換膜或いはアニオン交換膜を通過して隣接するカチオン脱塩室或いはアニオン脱塩室にそれぞれ移動し、それぞれの脱塩室内のイオン交換体を再生する。各脱塩室内でも消費されなかったＨ^＋とＯＨ⁻は、更にイオン交換膜を通して外側の室（図２に示す構造では濃縮室）へ移動する。
以上のような構成のために、本発明に係る電気式脱塩装置によれば、水解発生場である水解室には、アニオン脱塩室、カチオン脱塩室を通過してくる極めて不純物イオンの少ない水が供給されるので、官能基にイオンが吸着して塩型になること及びフミン質の吸着などによる水解発生電圧の上昇を抑制することができる。また、水解室で発生するＨ^＋とＯＨ⁻とは、水解室のみにとどまることなく、隣接する脱塩室へ移動し、当該室内のイオン交換体を再生するので、Ｈ^＋及びＯＨ⁻の有効利用が図れる。
なお、図２には、被処理水をまずアニオン脱塩室に供給し、次にカチオン脱塩室に供給する態様が示されているが、被処理水の水質に応じてまずカチオン脱塩室に供給して、次にアニオン脱塩室に供給するようにしてもよい。例えば、被処理水中にカルシウムが比較的多く含まれていて、室や配管へのカルシウムスケールの析出などが問題になる可能性がある場合には、被処理水をまず第１にカチオン脱塩室に供給して、被処理水中のカルシウムイオンを除去することが好ましい。また、例えば原子力発電所内の蒸気発生器（ＳＧ）ブローダウン水のようにアンモニアを多く含有する被処理水に対して長時間に亘り電気式脱塩処理を行うと、アンモニアの除去率が徐々に低下していく現象が認められる。このような系においては、被処理水を一番初めにカチオン脱塩室に供給することで、高いアンモニア除去率を維持することができると考えられる。更に、図２では、陽極側の濃縮室からの回収水を次に陰極側の濃縮室に供給しているが、両濃縮室への水の供給及び回収を別ラインにして、濃縮室でのスケール等の析出を防止することもできる。
更に、本発明に係る電気式脱塩装置においては、アニオン脱塩室及びカチオン脱塩室を複数個連続して配列することができる。かかる態様の電気式脱塩装置の概念を図３に示す。図３に示す電気式脱塩装置においては、陽極側のアニオン交換膜Ａと、陰極側のカチオン交換膜Ｃとで水解室が画定されており、水解室の陽極側には、アニオン交換膜を複数枚連続して配置することにより、複数のアニオン脱塩室が連続して配列されており、また、水解室の陰極側には、カチオン交換膜を複数枚連続して配置することにより、複数のカチオン脱塩室が連続して配列されている。そして、最も外側の室（電極に接する区画）は、それに隣接する脱塩室より移動してくるイオンを受容する濃縮室として機能する。図２に示す態様の電気式脱塩装置と同様に、水解室、脱塩室及び濃縮室内には、イオン交換体を充填することが好ましい。そして、水解室においては、アニオン交換膜側にアニオン交換体を、カチオン交換膜側にカチオン交換体を充填することが好ましい。また、アニオン脱塩室にはアニオン交換体を、カチオン脱塩室にはカチオン交換体を、それぞれ充填することが好ましい。更に、陽極側の濃縮室においては、アニオン交換膜に接してアニオン交換体を充填し、陽極に接してカチオン交換体を充填することが好ましく、陰極側の濃縮室においては、カチオン交換膜に接してカチオン交換体を充填し、陰極に接してアニオン交換体を充填することが好ましい。
図３に示すような複数の脱塩室を有する電気式脱塩装置においては、被処理水は、外側（即ち電極に近接する側）の脱塩室から順に直列に供給して、最後に水解室に供給することが好ましい。例えば、図３に示す電気式脱塩装置では、被処理水をまずアニオン脱塩室（１）に供給し、次に、カチオン脱塩室（１）に供給し、以下、順に、アニオン脱塩室（２）、カチオン脱塩室（２）、アニオン脱塩室（３）、カチオン脱塩室（３）、アニオン脱塩室（４）、カチオン脱塩室（４）の順に供給し、最後に水解室に供給することができる。各アニオン脱塩室では、被処理水中のＳＯ_４ ^２−、Ｃｌ⁻などのアニオンがイオン交換により固相に吸着され、陽極に引かれて固相中を移動し、アニオン交換膜を通過して隣接するアニオン脱塩室に次々に移動し、最後に陽極側の濃縮室内に導入され、濃縮水として排出される。一方、各カチオン脱塩室では、被処理水中のＣａ^２＋、Ｎａ^＋などのカチオンがイオン交換により固相に吸着され、陰極に引かれて固相中を移動し、カチオン交換膜を通過して隣接するカチオン脱塩室に次々に移動し、最後に陰極側の濃縮室内に導入され、濃縮水として排出される。また、水解室には、各脱塩室を通過して水中の残留イオン濃度が極めて低くなった水が供給され、僅かに残留するイオンが除去される（最終脱塩室としての機能）と共に、異種のイオン交換体間の接触部で水の解離（水解）が発生して、Ｈ^＋とＯＨ⁻とが生成する。水解室で発生したＨ^＋とＯＨ⁻とは、それぞれカチオン交換膜及びアニオン交換膜を通って隣接する脱塩室へ移動し、各脱塩室内のイオン交換体を再生しながら、イオン交換体の再生に利用されなかった余剰のＨ^＋とＯＨ⁻とは、隣接する脱塩室へと次々に移動する。
以上のような構成のために、図３に示す本発明の一態様に係る電気式脱塩装置によれば、水解発生場である水解室には、複数のアニオン脱塩室及びカチオン脱塩室を通過してくる極めて不純物イオンの少ない水が供給されるので、官能基にイオンが吸着して塩型になること及びフミン質の吸着などによる水解発生電圧の上昇を抑制することができる。また、水解室で発生するＨ^＋とＯＨ⁻とは、水解室のみにとどまることなく、隣接する脱塩室へ次々に移動し、当該室内のイオン交換体を再生するので、水解室で発生させたＨ^＋及びＯＨ⁻を再結合させることなく、極めて有効にイオン交換体の再生に利用することができる。
また、図３に示すように、アニオン脱塩室及びカチオン脱塩室を複数連続して配列すると、イオン交換体の強力な再生が可能になるという利点も生ずる。従来の電気式脱塩装置におけるイオン交換体の再生はＨ^＋及びＯＨ⁻による再生が主であった。しかしながら、図３のような構成の電気式脱塩装置において、図３に示すように被処理水を流通させると、Ｃａ^２＋はＮａ^＋よりも吸着力が強いために、早い段階のカチオン脱塩室（図３ではカチオン脱塩室（１））でイオン交換体に吸着し、一方、Ｎａ^＋はそれより後の段階のカチオン脱塩室（例えば図３のカチオン脱塩室（２））でイオン交換体に吸着する。そして、カチオン脱塩室（２）でイオン交換体に吸着したＮａ^＋イオンが陰極に引かれて、カチオン交換膜を通過してカチオン脱塩室（１）に移動し、このＮａ^＋によってＣａ^２＋が押し出され、Ｃａ^２＋の代りにイオン交換体に吸着したＮａ^＋は、次にＨ^＋によって押し出されることによって、イオン交換体が再生する。このＮａ^＋によるＣａ^２＋の押し出しは、Ｈ^＋によるＣａ^２＋の押出しよりも強力であるので、イオン交換体の再生がより効率的に行われる。
なお、複数の脱塩室を連続して配置する態様においても、図３に示すように被処理水をまずアニオン脱塩室に供給して次にカチオン脱塩室に供給するという液の流通方式に代えて、被処理水の水質などに応じて、まず被処理水をカチオン脱塩室に供給し、次にアニオン脱塩室に供給するという流通方式を採用することもできる。更に、図３においては、各濃縮室から回収される濃縮水はそのまま系外に排出するようになっているが、例えば、陽極側の濃縮室から排出される濃縮水を次に陰極側の濃縮室に導入することもできる。なお、各濃縮室の排水を独立して流すことは、炭酸カルシウムの生成を抑えてスケールの発生を防止するという有利性がある。
更に、図３に示すような複数の連続したアニオン脱塩室及びカチオン脱塩室を有する電気式脱塩装置においては、他の幾つかの被処理水の流し方のバリエーションを考えることができる。例えば、水解室の両側にアニオン脱塩室及びカチオン脱塩室がそれぞれ二つづつ配置された電気式脱塩装置を例にとって説明すると（各室の呼称に関しては、陽極側から、アニオン脱塩室（１）、アニオン脱塩室（２）、水解室、カチオン脱塩室（２）、カチオン脱塩室（１）と呼ぶ）、被処理水を、カチオン脱塩室（１）→カチオン脱塩室（２）→水解室→→アニオン脱塩室（２）→アニオン脱塩室（１）の順や、或いは逆にアニオン脱塩室（１）→アニオン脱塩室（２）→水解室→カチオン脱塩室（２）→カチオン脱塩室（１）の順に流すことができる。このような被処理水の流し方を採用すると、電気式脱塩装置の構造が簡単になり、コスト的なメリットが得られ、より高い水質が得られる。更には、アニオン脱塩室（１）→カチオン脱塩室（１）→水解室→アニオン脱塩室（２）→カチオン脱塩室（２）；カチオン脱塩室（１）→アニオン脱塩室（１）→水解室→カチオン脱塩室（２）→アニオン脱塩室（２）；などのような被処理水の流し方も可能である。
更に、本発明に係る電気式脱塩装置においては、図４に示すように、最も陽極側にカチオン交換膜を、最も陰極側にアニオン交換膜を配置して、陽極とカチオン交換膜とで画定される陽極室と；陽極室に隣接して、陽極側のカチオン交換膜と陰極側のアニオン交換膜とで画定されるアニオン濃縮室と；陰極とアニオン交換膜とで画定される陰極室と；陰極室に隣接して、陽極側のカチオン交換膜と陰極側のアニオン交換膜とで画定されるカチオン濃縮室と；を形成することもできる。このように濃縮室の外側（より電極側）に極室を形成し、各極室から濃縮室へ水が供給されるようにすることによって、析出成分の極室への流入を防止し、電極に接する区画内で高濃度のイオンが蓄積して電極などへのスケールの析出が起こることを抑制することができる。なお、極室は、片方の電極側のみに形成することもでき、かかる形態も本発明の範囲に含まれる。
なお、図４に示すような濃縮室とは別に独立して極室を形成する形態の電気式脱塩装置においても、上述したような被処理水の流し方の種々のバリエーションが考えられる。また、図４では、極室を通過した極水を隣接する濃縮室に供給するように示されているが、例えば、陽極室を通過した極水を次に陰極室に供給すると共に、陽極側の濃縮室へＲＯ処理水を供給し、当該濃縮室を通過した濃縮水を次に陰極側の濃縮室に供給するようにしてもよい。このような極水の流通を行うと、極室で発生するガスを極室内だけにとどめるという効果が得られる。
また、本発明に係る電気式脱塩装置においては、水解室を複数個形成し、それぞれの水解室に隣接して、陽極側にアニオン交換膜で挟まれたアニオン脱塩室、陰極側にカチオン交換膜で挟まれたカチオン脱塩室を、少なくとも一つ以上配列することができ、このような形態のものも本発明の範囲内に含まれる。かかる態様の電気式脱塩装置の具体例を図５に示す。図５に示す電気式脱塩装置は、陽極側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜によって画定される二つの水解室（最終脱塩室）が形成され、それぞれの水解室の両側に、アニオン交換膜によって挟まれた二つのアニオン脱塩室とカチオン交換膜によって挟まれた二つのカチオン脱塩室とが配置されている。脱塩装置中央部分における陽極側のカチオン交換膜と陰極側のアニオン交換膜とによって画定される室は濃縮室として機能する。図５に示す電気式脱塩装置においては、アニオン脱塩室／水解室／カチオン脱塩室の二つの組のそれぞれに対して、上述したような液の流れで被処理水を供給し、それぞれの水解室（最終脱塩室）から処理水を得る（図５の矢印参照）。このように、複数の水解室を形成することにより、電気式脱塩装置を大型化することができ、本発明を大流量の水処理に適用することが可能になる。
本発明に係る電気式脱塩装置を構成するのに用いられるイオン交換膜としては、陽イオン交換膜としては例えば、ＮＥＯＳＥＰＴＡ ＣＭＸ（トクヤマ）などを、陰イオン交換膜としては例えばＮＥＯＳＥＰＴＡ ＡＭＸ（トクヤマ）などを使用することができる。
また、上述したように本発明に係る電気式脱塩装置においては、水解室、脱塩室、濃縮室、及び図４に示す態様の装置においては各極室の少なくともいずれかにイオン交換体を配置することが好ましい。水解室内にイオン交換体を充填することによって、異種イオン交換体同士の接触点が形成され、ここが水解の発生場となる。従って、水解室内にイオン交換体を充填する際には、アニオン交換膜側にアニオン交換体を、カチオン交換膜側にカチオン交換体を互いに対向して充填することが好ましい。また、水解室内に、アニオン交換体とカチオン交換体とを混合して充填することもできる（混床充填）。
また、脱塩室及び濃縮室にイオン交換体を充填することにより、これら室内におけるイオンの移動を促進させることができる。なお、本発明に係る電気式脱塩装置においては、各脱塩室では、アニオン又はカチオンの一方のみを対象として脱塩を行っているので、アニオン脱塩室にイオン交換体を充填する場合にはアニオン交換体を、カチオン脱塩室にイオン交換体を充填する場合にはカチオン交換体を、それぞれ充填することが好ましい。また、濃縮室においては、アニオン交換膜側にアニオン交換体を、カチオン交換膜側にカチオン交換体を、それぞれ充填することが好ましい。
更に、図４に示すような構成の電気式脱塩装置においては、極室にイオン交換体を充填することにより、イオン濃度の極めて低い純水を極水として極室に導入することができ、極室内でのスケールの防止などに有利である。極室にイオン交換体を充填する際には、陽極室にはカチオン交換体を、陰極室にはアニオン交換体を充填することが好ましい。但し、極室にアニオン交換体とカチオン交換体とを混合して充填する（混床充填）ことも可能である。
本発明に係る電気式脱塩装置において、上記のように、水解室、脱塩室、濃縮室、極室の少なくともいずれかに充填することのできるイオン交換体としては、例えば、イオン交換樹脂ビーズを用いることができる。このような目的で用いることのできるイオン交換樹脂ビーズとしては、当該技術において公知の、ポリスチレンをジビニルベンゼンで架橋したビーズなどを基材樹脂として用いて製造したものを用いることができる。例えば、スルホン基を有する強酸性カチオン交換樹脂を製造する場合には、上記の基材樹脂を硫酸やクロロスルホン酸のようなスルホン化剤で処理してスルホン化を行い、基材にスルホン基を導入することによって、強酸性カチオン交換樹脂を得る。また、例えば４級アンモニウム基を有する強塩基性アニオン交換樹脂を製造する場合には、基材樹脂をクロロメチル化処理した後、トリメチルアミンのような３級アミンを反応させて４級アンモニウム化を行うことにより、強塩基性アニオン交換樹脂を得る。このような製造方法は当該技術において周知であり、またこのような手法によって製造されたイオン交換樹脂ビーズは、例えば、Ｄｏｗｅｘ ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ ６５０Ｃ（ダウケミカル）、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＩＲ−１２０Ｂ（ローム＆ハース）、Ｄｏｗｅｘ ＭＯＮＯＳＰＨＥＲＥ ５５０Ａ（ダウケミカル）、Ａｍｂｅｒｌｉｔｅ ＩＲＡ−４００（ローム＆ハース）などの商品名で市販されている。
また、本発明に係る電気式脱塩装置において、水解室、脱塩室、極室の少なくともいずれかに充填するイオン交換体として、カチオン交換繊維材料及びアニオン交換繊維材料を用いることができる。かかる目的で使用するイオン交換繊維材料としては、高分子繊維基材にイオン交換基をグラフト重合法によって導入したものが好ましく用いられる。高分子繊維よりなるグラフト化基材は、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの一種の単繊維であってもよく、また、軸芯と鞘部とが異なる高分子によって構成される複合繊維であってもよい。用いることのできる複合繊維の例としては、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンを鞘成分とし、鞘成分として用いたもの以外の高分子、例えばポリプロピレンを芯成分とした芯鞘構造の複合繊維が挙げられる。かかる複合繊維材料に、イオン交換基を、放射線グラフト重合法を利用して導入したものが、イオン交換能力に優れ、厚みが均一に製造できるので、本発明において用いられるイオン交換繊維材料として好ましい。イオン交換繊維材料の形態としては、織布、不織布などを挙げることができる。
本発明に係る電気式脱塩装置において、水解室、脱塩室、極室の少なくともいずれかにイオン交換繊維材料を充填する場合には、イオン交換繊維材料とスペーサーとを組み合わせて充填して、被処理水若しくは極水の流路を確保することが好ましい。
また、イオン交換繊維材料と、イオン交換機能が付与されているイオン伝導スペーサーとを組み合わせて、水解室、脱塩室、極室の少なくともいずれかに充填することもできる。例えば、水解室においては、カチオン交換膜側にカチオン交換繊維材料を、アニオン交換膜側にアニオン交換繊維材料を充填し、両繊維材料の間に、カチオン交換繊維材料側にはカチオン伝導スペーサーを、アニオン交換繊維材料側にはアニオン伝導スペーサーを、それぞれ充填することが好ましい。また、アニオン脱塩室においては、２枚のアニオン交換繊維材料の間にアニオン交換機能を付与したアニオン伝導スペーサーを挟み込んだものを充填し、カチオン脱塩室においては、２枚のカチオン交換繊維材料の間にカチオン交換機能を付与したカチオン伝導スペーサーを挟み込んだものを充填することが好ましい。更には、陽極室においては、カチオン交換膜側にカチオン交換繊維材料を充填し、陽極側にはカチオン伝導スペーサーを充填することが好ましく、陰極室においては、アニオン交換膜側にアニオン交換繊維材料を充填し、陰極側にはアニオン伝導スペーサーを充填することが好ましい。なお、濃縮室については、陽極側の濃縮室においては、アニオン交換膜側にアニオン伝導スペーサーを、陽極側にカチオン伝導スペーサーを、対向して充填することが好ましく、陰極側の濃縮室においては、カチオン交換膜側にカチオン伝導スペーサーを、陰極側にアニオン伝導スペーサーを、対向して充填することが好ましい。また、図４に示すように濃縮室とは別に独立して極室を有する電気式脱塩装置の濃縮室においては、アニオン交換膜側にアニオン伝導スペーサーをカチオン交換膜側にカチオン伝導スペーサーを対向して充填することが好ましい。
更に水解室におけるイオン交換体の充填形態としては、（１）両イオン交換膜に接してカチオン交換繊維材料を充填し、両カチオン交換繊維材料の間にカチオン伝導スペーサーを２枚充填する；（２）アニオン交換膜側にアニオン交換繊維材料をカチオン交換膜側にカチオン交換繊維材料を充填し、その間にアニオン伝導スペーサーを２枚充填する；（３）アニオン交換膜側にアニオン交換繊維材料をカチオン交換膜側にカチオン交換繊維材料を充填し、その間にカチオン伝導スペーサーを２枚充填する；（４）両イオン交換膜に接してアニオン交換繊維材料を充填し、両アニオン交換繊維材料の間にアニオン伝導スペーサーを２枚充填する；などの形態が考えられる。特に、上記（１）又は（４）のような構成を採用すると、膜と繊維材料との接点で水解場が形成されるので、接触面積が大きく、水解が更に起こりやすくなるという利点が得られる。
このように、水解室、脱塩室、極室の少なくともいずれかにおいて、イオン交換体として、イオン交換繊維材料と、イオン交換機能を付与したイオン伝導スペーサとを組み合わせて充填すると、被処理水を分散して流しやすくするので、圧力損失を小さくすることができると同時に、スペーサのイオン捕捉機能により脱塩率も著しく向上し、炭酸成分、シリカ成分、有機炭素成分（ＴＯＣ）も良好に除去することができる。
上記の目的で用いることのできるイオン伝導スペーサーとしては、ポリオレフィン系高分子製樹脂、例えば、従来電気透析槽において使用されていたポリエチレン製の斜交網（ネット）を基材として、これに、放射線グラフト重合法を用いてイオン交換機能を付与したものが、イオン伝導性に優れ、被処理水の分散性に優れているので、好ましい。
ここで、放射線グラフト重合法とは、高分子基材に放射線を照射してラジカルを形成させ、これにモノマーを反応させることによってモノマーを基材中に導入するという技法である。
放射線グラフト重合法に用いることができる放射線としては、α線、β線、ガンマ線、電子線、紫外線等を挙げることができるが、本発明においてはガンマ線や電子線を好ましく用いる。放射線グラフト重合法には、グラフト基材に予め放射線を照射した後、グラフトモノマーと接触させて反応させる前照射グラフト重合法と、基材とモノマーの共存下に放射線を照射する同時照射グラフト重合法とがあるが、本発明においては、いずれの方法も用いることができる。また、モノマーと基材との接触方法により、モノマー溶液に基材を浸漬させたまま重合を行う液相グラフト重合法、モノマーの蒸気に基材を接触させて重合を行う気相グラフト重合法、基材をモノマー溶液に浸漬した後モノマー溶液から取り出して気相中で反応を行わせる含浸気相グラフト重合法などを挙げることができるが、いずれの方法も本発明において用いることができる。
不織布などの繊維基材やスペーサー基材に導入するイオン交換基としては、特に限定されることなく種々のカチオン交換基又はアニオン交換基を用いることができる。例えば、カチオン交換基としては、スルホン基などの強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カチオン交換基、カルボキシル基などの弱酸性カチオン交換基、アニオン交換基としては、第１級〜第３級アミノ基などの弱塩基性アニオン交換基、第４アンモニウム基などの強塩基性アニオン交換基を用いることができ、或いは、上記カチオン交換基及びアニオン交換基の両方を併有するイオン交換体を用いることもできる。
これらの各種イオン交換基は、これらのイオン交換基を有するモノマーを用いてグラフト重合、好ましくは放射線グラフト重合を行うか、又はこれらのイオン交換基に転換可能な基を有する重合性モノマーを用いてグラフト重合を行った後に当該基をイオン交換基に転換することによって、繊維基材又はスペーサー基材に導入することができる。この目的で用いることのできるイオン交換基を有するモノマーとしては、アクリル酸（ＡＡｃ）、メタクリル酸、スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＳＳ）、メタリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド（ＶＢＴＡＣ）、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドなどを挙げることができる。例えば、スチレンスルホン酸ナトリウムをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強酸性カチオン交換基であるスルホン基を導入することができ、また、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強塩基性アニオン交換基である第４級アンモニウム基を導入することができる。また、イオン交換基に転換可能な基を有するモノマーとしては、アクリロニトリル、アクロレイン、ビニルピリジン、スチレン、クロロメチルスチレン、メタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）などが挙げられる。例えば、メタクリル酸グリシジルを放射線グラフト重合によって基材に導入し、次に亜硫酸ナトリウムなどのスルホン化剤を反応させることによって強酸性カチオン交換基であるスルホン基を基材に導入したり、又はクロロメチルスチレンをグラフト重合した後に、基材をトリメチルアミン水溶液に浸漬して４級アンモニウム化を行うことによって、強塩基性アニオン交換基である第４級アンモニウム基を基材に導入することができる。
なお、本発明に係る電気式脱塩装置においては、水解室は水の解離を起こす機能を果たすので、水解室に充填するカチオン交換体とアニオン交換体の少なくとも一方は、強酸性カチオン交換体又は強塩基性アニオン交換体であることが好ましく、特に、強酸性カチオン交換体及び強塩基性アニオン交換体の組合せで用いることが好ましい。これは、カチオン交換体とアニオン交換体との接触部において発生する水の解離が、強酸性カチオン交換基と強塩基性アニオン交換基との間における強力な電場の発生でより良好に生じるからである。
本発明に係る電気式脱塩装置は、例えば、中央に室形成のための空間を有し、その上下に液流通流路形成用の孔を形成したセルプレートをイオン交換膜で挟み込み、各プレートの空間内に適宜イオン交換体を充填することによって形成することができる。例えば、５室構造（水解室と、その陰極側にカチオン脱塩室が二つ、陽極側にアニオン脱塩室が二つ配置されている構造）の電気式脱塩装置の構成例を図６に示す。図６ａに示す各セルプレートは、中央に室形成のための空間が形成され、上部及び下部に液流通流路形成用の孔が形成され、上下それぞれ一つの孔が中央の空間と連通するようになっている。図６ａに示すような各セルプレートを、この順番で、イオン交換膜並びにセル間水漏れ防止用のパッキングで挟み込んで陽極と陰極との間に図６ｂに示すような５室構造の電気式脱塩装置を構成する。各室にはイオン交換体を適宜充填する。なお、図６ａでは、濃縮室及び極室を構成するセルプレートは記載を省略する。
このような構成の装置において、被処理水（ＲＯ処理水）を上部液流通流路の中央ラインからアニオン脱塩室（Ｄａ１）に供給すると、被処理水は脱塩室（Ｄａ１）内を通過して、下部液流通流路の右ラインから排出される（図６ａ）。以後、カチオン脱塩室（Ｄｃ１）、アニオン脱塩室（Ｄａ２）、カチオン脱塩室（Ｄｃ２）、水解室（Ｄｗ）の順に被処理水が流通し、水解室（Ｄｗ）の下部液流通流路の左ラインを通って処理水として回収される。図６において、実線の矢印は液流通流路を通る液の流れを示し、点線の矢印は各室内を通過する液の流れを示す。また、Ｋは極室、Ｃは濃縮室を示す。
本発明に係る電気式脱塩装置によれば、水解の発生場を水解室のみに限定すると共に、水解によって発生したＨ^＋イオン及びＯＨ⁻イオンを、従来の電気式脱塩装置のように隣接する濃縮室内で再結合させることなく、各脱塩室内でのイオン交換体の再生に有効に利用することができるので、運転電圧を低く保ったままで、極めて効率的に脱塩処理を行うことができる。本発明の電気式脱塩装置によれば、例えば、ＲＯ処理水相当の水を被処理水として供給すれば、電極面積１００ｃｍ^２の装置で、１０００時間の間連続して２５Ｖ程度の低い運転電圧で運転を行い（電流１００ｍＡ、処理水量５Ｌ／ｈ）、電気伝導度が１７．７ＭΩｃｍ^−１程度の超純水を処理水として得ることが可能である。
以下、具体的な実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
製造例１
アニオン伝導スペーサー（１）の製造
イオン伝導スペーサーの基材として、厚み１．２ｍｍ、ピッチ３ｍｍのポリエチレン製斜交網を用い、グラフトモノマーとして４級アンモニウム基を有するビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド（ＶＢＴＡＣ）及びノニオン性官能基を有するＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（ＤＭＡＡ）を用いた。
ドライアイスで冷却しながら、ポリエチレン製斜交網に窒素雰囲気中でγ線（１５０ｋＧｙ）を照射した。この照射済斜交網をＶＢＴＡＣ及びＤＭＡＡの混合モノマー溶液中に浸漬し、５０℃で３時間反応させて、ＶＢＴＡＣ及びＤＭＡＡの混合モノマー溶液中がグラフトされた斜交網材料を得た。得られたグラフト斜交網を乾燥させ、乾燥重量を測定してグラフト率（重量増加率）を算出したところ、１５６％であった。得られたグラフト斜交網の中性塩分解容量を算出したところ１９８ｍｅｑ／ｍ^２であった。これをアニオン伝導スペーサー（１）とした。
製造例２
アニオン伝導スペーサー（２）の製造
ドライアイスで冷却しながら、製造例１と同じポリエチレン製斜交網に窒素雰囲気中でγ線（１５０ｋＧｙ）を照射した。この照射済斜交網を、予め活性アルミナによって重合禁止剤を取り除いたクロロメチルスチレン（セイミケミカル製、商品名ＣＭＳ−ＡＭ）中に浸漬し、５０℃で５時間反応させて、クロロメチルスチレンがグラフトされた斜交網材料を得た（グラフト率９０％）。得られたグラフト斜交網を、１０重量％トリメチルアミン水溶液中に浸漬して４級アンモニウム化を行い、水酸化ナトリウム溶液で再生して、強塩基性アニオン伝導スペーサ（中性塩分解容量２６７ｍｅｑ／ｍ^２）を得た。これをアニオン伝導スペーサー（２）とした。
製造例３
カチオン伝導スペーサーの製造
ドライアイスで冷却しながら、製造例１と同じポリエチレン製斜交網に窒素雰囲気中でγ線（１５０ｋＧｙ）を照射した。この照射済斜交網を、スチレンスルホン酸ナトリウムとアクリル酸との混合モノマー溶液中に浸漬し、７５℃で３時間反応させて、スルホン酸基及びカルボキシル基を有するグラフト斜交網材料（カチオン伝導スペーサー）を得た（グラフト率１５３％）。中性塩分解容量は１８９ｍｅｑ／ｍ^２）、総交換容量は８３４ｍｅｑ／ｍ^２であった。
製造例４
カチオン交換不織布の製造
基材として、繊維径１７μｍのポリエチレン（鞘）／ポリプロピレン（芯）の複合繊維からなる目付５５ｇ／ｍ^２、厚さ０．３５ｍｍの熱融着不織布を用いた。不織布基材に、窒素雰囲気下で電子線（１５０ｋＧｙ）を照射した。照射済の不織布基材を、メタクリル酸グリシジルの１０％メタノール溶液中に浸漬し、４５℃で４時間反応させた。反応後の不織布基材を、６０℃のジメチルホルムアミド溶液に５時間浸漬してホモポリマーを除去して、メタクリル酸グリシジルがグラフトされた不織布材料（グラフト率１３１％）を得た。このグラフト不織布を、亜硫酸ナトリウム：イソプロピルアルコール：水＝１：１：８（重量比）の溶液に浸漬し、８０℃で１０時間反応させて、強酸性カチオン交換不織布（中性塩分解容量４７１ｍｅｑ／ｍ^２）を得た。
製造例５
アニオン交換不織布の製造
製造例４と同じ不織布基材に、窒素雰囲気下で電子線（１５０ｋＧｙ）を照射した。クロロメチルスチレン（セイミケミカル製、商品名ＣＭＳ−ＡＭ）を活性アルミナ充填層に通液して重合禁止剤を取り除き、窒素曝気を行った。脱酸素処理後のクロロメチルスチレン溶液中に、照射済の不織布基材を浸漬して、５０℃で６時間反応させた。その後、クロロメチルスチレン溶液から不織布を取り出し、トルエン中に３時間浸漬してホモポリマーを除去して、クロロメチルスチレンがグラフトされた不織布材料（グラフト率１６１％）を得た。このグラフト不織布を、トリメチルアミン水溶液（１０重量％）中で４級アンモニウム化させた後、水酸化ナトリウムで再生処理して、４級アンモニウム基を有する強塩基性アニオン交換不織布（中性塩分解容量３５０ｍｅｑ／ｍ^２）を得た。
実施例１
図４に構成の電気式脱塩装置を組み立てた。正負の電極の間に、カチオン交換膜Ｃ（トクヤマ製：ＮＥＯＳＥＰＴＡ ＣＭＢ）とアニオン交換膜Ａ（トクヤマ製：ＮＥＯＳＥＰＴＡ ＡＨＡ）とを図４に示すように配列することにより、陽極側から、陽極室、濃縮室、アニオン脱塩室（１）、アニオン脱塩室（２）、水解室、カチオン脱塩室（２）、カチオン脱塩室（１）、濃縮室、陰極室の順で配列されている電気式脱塩装置を構成した。各室の厚さを５ｍｍ、極の面積を１００ｃｍ^２とした。アニオン脱塩室内には、それぞれ、アニオン交換膜面に上記で製造したアニオン交換不織布を１枚ずつ配置し、両アニオン交換不織布の間に上記で製造したアニオン伝導スペーサー（２）を２枚充填した。カチオン脱塩室内には、それぞれ、カチオン交換膜面に上記で製造したカチオン交換不織布を１枚ずつ配置し、両カチオン交換不織布の間に上記で製造したカチオン伝導スペーサーを２枚充填した。水解室には、アニオン交換膜面に上記で製造したアニオン交換不織布を、カチオン交換膜面に上記で製造したカチオン交換不織布をそれぞれ１枚ずつ配置し、両不織布間には、アニオン交換不織布面には上記で製造したアニオン伝導スペーサー（２）を、カチオン交換不織布面には上記で製造したカチオン伝導スペーサーをそれぞれ１枚ずつ充填した。両濃縮室には、アニオン交換膜面に上記で製造したアニオン伝導スペーサー（１）を、カチオン交換膜面に上記で製造したカチオン伝導スペーサーをそれぞれ１枚ずつ充填した。また、陽極室においては、カチオン交換膜面上に上記で製造したカチオン交換不織布を１枚配置し、カチオン交換不織布面上に上記で製造したカチオン伝導スペーサーを３枚充填した。陰極室においては、アニオン交換膜面上に上記で製造したアニオン交換不織布を１枚配置し、アニオン交換不織布面上に上記で製造したアニオン伝導スペーサー（１）を３枚充填した。
両電極間に０．１Ａの直流電流を印加して、０．２ＭΩのＲＯ処理水（逆浸透膜処理水：シリカ濃度０．１〜０．３ｐｐｍ、水温１４〜２０℃）を、流量５Ｌ／ｈでアニオン脱塩室（１）に通水し、アニオン脱塩室（１）からの回収水を、以下順に、カチオン脱塩室（１）、アニオン脱塩室（２）、カチオン脱塩室（２）、水解室の順に通水した。極室及び濃縮室には、同様のＲＯ処理水を、陽極室−陽極側の濃縮室、並びに、陰極室−陰極側の濃縮室の順に通水した（流量５Ｌ／ｈ）。１０００時間運転後、運転電圧は２５Ｖであり、１７．７ＭΩの水質を安定して供給することができた。また、装置を分解して目視で観察したところ、いずれの室内においてもスケールは観察されなかった。
比較例１
従来の電気式脱塩装置による通水試験を行った。図７に示すように、脱塩室を５室有する従来公知のタイプの電気式脱塩装置を組立てた。イオン交換膜は実施例１と同様のものを用い、各脱塩室においては、アニオン交換膜面に上記で製造したアニオン交換不織布を、カチオン交換膜面に上記で製造したカチオン交換不織布をそれぞれ１枚ずつ配置し、両不織布間には上記で製造したアニオン伝導スペーサー（２）を２枚充填した。各濃縮室においては、アニオン交換膜面に上記で製造したアニオン伝導スペーサー（１）を、カチオン交換膜面に上記で製造したカチオン伝導スペーサーをそれぞれ１枚ずつ充填した。陽極室には上記で製造したカチオン伝導スペーサーを４枚充填し、陰極室には上記で製造したアニオン伝導スペーサー（１）を４枚充填した。
両電極間に０．１Ａの直流電流を印加して、０．２ＭΩのＲＯ処理水（逆浸透膜処理水：シリカ濃度０．１〜０．３ｐｐｍ、水温１４〜２０℃）を、流量５Ｌ／ｈで、脱塩室Ｄ１、濃縮室Ｃ１にそれぞれ通水し、脱塩室Ｄ１からの回収水は、以下、脱塩室Ｄ２−脱塩室Ｄ３−脱塩室Ｄ４の順に通水し、脱塩室Ｄ４から処理水を得た。濃縮室Ｃ１からの回収水は、以下、濃縮室Ｃ２−濃縮室Ｃ３−濃縮室Ｃ４−濃縮室Ｃ５の順に通水した。両極室には、同様のＲＯ処理水を流量５Ｌ／ｈで通水した。１０００時間の間、１７．５ＭΩの水質を安定して供給することができたが、１０００時間の運転後の運転電圧は１３０Ｖに上昇した。また、装置を分解して目視で観察したところ、陽極室の隣の濃縮室のアニオン交換膜面上にスケールが観察された。
産業上の利用の可能性
本発明によれば、今まで全く考えられていなかった構成の電気式脱塩装置を提供することにより、従来の電気式脱塩装置と比較して極めて低い運転電圧で、且つ長時間運転後にも運転電圧の上昇を引き起こすことなしに、安定した脱塩を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来の電気式脱塩装置の概略説明図である。
図２は、本発明の一態様に係る電気式脱塩装置の概略説明図である。
図３は、本発明の他の態様に係る電気式脱塩装置の概略説明図である。
図４は、本発明の更に他の態様に係る電気式脱塩装置の概略説明図である。
図５は、本発明の更に他の態様に係る電気式脱塩装置の概略説明図である。
図６は、本発明の一態様に係る電気式脱塩装置のセル構成図である。
図７は、比較例で用いた従来のマルチパス型電気式脱塩装置の概略説明図である。

Claims (9)

1. 陽極と陰極との間にカチオン交換膜及びアニオン交換膜を配列させることによって複数の室が形成されている電気式脱塩装置であって、陽極側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜とで水解室が画定されており、該水解室の陽極側に、アニオン交換膜によって挟まれたアニオン脱塩室が配置され、該水解室の陰極側に、カチオン交換膜によって挟まれたカチオン脱塩室が配置されていることを特徴とする電気式脱塩装置。
2. 水解室の陽極側に、アニオン交換膜によって挟まれたアニオン脱塩室が複数個連続して配列され、水解室の陰極側に、カチオン交換膜によって挟まれたカチオン脱塩室が複数個連続して配列されている請求項１に記載の電気式脱塩装置。
3. 陽極に最も近接するアニオン脱塩室の陽極側のアニオン交換膜と陽極との間にカチオン交換膜を配置して、陽極側のカチオン交換膜と陰極側のアニオン交換膜とで画定される濃縮室、及び陽極とカチオン交換膜とで画定される陽極室が形成され、陰極に最も近接するカチオン脱塩室の陰極側のカチオン交換膜と陰極との間にアニオン交換膜を配置して、陽極側のカチオン交換膜と陰極側のアニオン交換膜とで画定される濃縮室、及び陰極とアニオン交換膜とで画定される陰極室が形成されている請求項１又は２に記載の電気式脱塩装置。
4. 水解室、脱塩室、濃縮室、極室の少なくともいずれかにイオン交換体が充填されている請求項１〜３のいずれかに記載の電気式脱塩装置。
5. アニオン脱塩室にはアニオン交換体が充填され、カチオン脱塩室にはカチオン交換体が充填され、水解室にはアニオン交換体及び／又はカチオン交換体が充填されている請求項４に記載の電気式脱塩装置。
6. アニオン脱塩室にはアニオン交換体が充填され、カチオン脱塩室にはカチオン交換体が充填され、水解室には、アニオン交換膜側にアニオン交換体がカチオン交換膜側にカチオン交換体が対向して配置されている請求項４に記載の電気式脱塩装置。
7. 水解室において、カチオン交換膜側にカチオン交換繊維材料が、アニオン交換膜側にアニオン交換繊維材料がそれぞれ対向して配置され、両繊維材料の間に、カチオン交換繊維材料側にカチオン伝導スペーサーが、アニオン交換繊維材料側にアニオン伝導スペーサーがそれぞれ充填されている請求項４〜６のいずれかに記載の電気式脱塩装置。
8. アニオン脱塩室において、アニオン交換膜に面してアニオン交換繊維材料が配置され、アニオン交換繊維材料の間にアニオン伝導スペーサーが充填されており、カチオン脱塩室において、カチオン交換膜に面してカチオン交換繊維材料が配置され、カチオン交換繊維材料の間にカチオン伝導スペーサーが充填されている請求項４〜７のいずれかに記載の電気式脱塩装置。
9. アニオン交換繊維材料、カチオン交換繊維材料、アニオン伝導スペーサー、カチオン伝導スペーサーが、それぞれ、放射線グラフト重合法を利用して有機高分子基材にイオン交換基を導入したものである請求項７又は８に記載の電気式脱塩装置。

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