JP4552273B2 - 電気脱イオン装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなる電気脱イオン装置に係り、特に、脱塩室の構成を改良することにより、シリカ成分やホウ素成分濃度を十分に低減させることができるようにした電気脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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（ａ）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１３及びカチオン交換膜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用いられている（特許第１７８２９４３号、特許第２７５１０９０号、特許第２６９９２５６号）。この電気脱イオン装置において、被処理水は脱塩室１６及び濃縮室１５の双方に供給されてこれらを通過するが、この間に図２（ｂ）のように脱塩室１６内の被処理水中のカチオン成分は陽極１１に向って移動しカチオン交換膜を透過し陽極側の濃縮室に移動する。また、脱塩室１６内のアニオン成分は、陰極１２に向って移動し、アニオン交換膜を透過し陰極側の濃縮室に移動する。これにより、脱塩室流出水は脱イオン水となり濃縮室流出水は濃縮水となる。なお、図２（ａ）において、１７は陽極室、１８は陰極室である。
【０００３】
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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
種々の研究の結果、従来の電気脱イオン装置にあってはシリカイオン（例えばＨＳｉＯ３ −）及びホウ酸イオン（例えばＨＢＯ３ −）の除去が若干不十分であることが認められた。
【０００５】
本発明は、シリカ濃度及びホウ素濃度が十分に低い処理水（脱塩水）を得ることができる電気脱イオン装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、該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おいて、該脱塩室内がアニオン交換膜によって陽極側の第１室と陰極側の第２室とに区画されており、該第１室にアニオン交換体が充填され、該第２室にカチオン交換体が充填され、該第１室の流出水が該第２室に流れるように該第１室の出口が該第２室の入口に連通されており、該濃縮室に、アニオン交換体とカチオン交換体とが交互に複数層充填されているか、又は、アニオン交換体とカチオン交換体との混合物が充填されていることを特徴とするものである。
【０００７】
かかる本発明の電気脱イオン装置にあっても、脱塩室及び濃縮室の双方に被処理水が導入され、該被処理水がこれらの室を通過し、この間に脱塩室側から濃縮室側にイオンが移動し、脱塩室からは脱イオン水が取り出され、濃縮室からは濃縮水が取り出される。
【０００８】
本発明においては、脱塩室がアニオン交換膜によって陽極側の第１室と陰極側の第２室とに区画されており、第２室内の（陽極側の）アニオン交換膜近傍においてＯＨ−が生成すると共に、第２室から第１室に向ってＯＨ−イオンが（両室の間のアニオン交換膜を透過して）供給される。この結果、第１室から陽極側の濃縮室へのアニオンの移動が促進される。これにより、脱塩水中のシリカ及びホウ酸濃度が従来に比べ著しく小さくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して実施の形態に係る電気脱イオン装置について説明する。
【００１０】
この実施の形態においても、陽極１１、陰極１２の間に複数のアニオン交換膜１３及びカチオン交換膜１４を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室とを交互に形成している。
【００１１】
この実施の形態にあっては、この脱塩室１６内がアニオン交換膜３によって陽極１１側の第１室１と陰極１２側の第２室２とに区画され第１室１にアニオン交換体が充填され、第２室２にカチオン交換体が充填されている。そして、第１室１の出口と第２室２の入口とが流路４によって連通されている。濃縮室１５にはアニオン交換体及びカチオン交換体が充填されている（図１ではＭＩＸ交換体と表示。）。符号１７は陽極室、１８は陰極室を示す。
【００１２】
このように構成された電気脱イオン装置において、脱塩室１６（第１室１）及び濃縮室１５の双方に被処理水が導入され、該被処理水がこれらの室１５，１６を通過し、この間に脱塩室１６側から濃縮室１５側にイオンが移動し、脱塩室１６（第２室２）からは脱イオン水が取り出され、濃縮室からは濃縮水が取り出される。
【００１３】
また、第２室２から第１室１に向ってＯＨ−イオンが両室１，２間のアニオン交換膜３を透過して供給され、シリカイオン及びホウ酸イオンも濃縮室１５側へ効率良く移動し、シリカ濃度及びホウ素濃度の低い脱塩水が脱塩室（第２室２）１６から取り出される。
【００１４】
なお、第１室１において、アニオン交換体を経由してシリカ、ホウ素成分等のアニオンが効率よく陽極１１側の濃縮室１５に移動する。このため第１室１に充填するイオン交換体はアニオン交換体のみであることが最も効率が良い。
【００１５】
また、被処理水は第１室１を出た後第２室２を通る。ここでは極微量のシリカ、ホウ素成分が除かれるが、その量は非常に少ない。第２室２の作用としては、水の解離によって発生するＯＨ−イオンを第１室１に送り込み、第１室１でのシリカ、ホウ素の除去性を向上させることにある。第２室２の陽極側のアニオン交換膜３で生じる水解離は、第２室側にカチオン交換体、第１室側にアニオン交換体が存在する場合に最も進行し易いことが研究の結果見いだされた。従って、第２室２にはカチオン交換体を充填している。このようにすると水解離が起きやすい理由は定かではないが、ＯＨ−イオンを陽極１１側に引き寄せる作用がアニオン交換体１によってもたらされ、Ｈ＋イオンを陰極１２側に引き寄せる作用がカチオン交換体２によってもたらされるためであろうと推察される。
【００１６】
第１室１の陽極１１側の濃縮室１５においては、シリカイオン及びホウ酸イオンが濃縮されるが、原水の比抵抗は高くイオンの少ない水であるため、電気抵抗を小さくするために、イオン交換体を充填している。ここでのイオン交換体は、アニオン交換体とカチオン交換体との混合物であってもよく、アニオン交換体とカチオン交換体とを交互に複層充填したものであってもよく、特に制限はない。
【００１７】
しかしながら、両者を比較した場合、アニオン交換体とカチオン交換体とを交互に複層充填したものの方が、電気抵抗が小さい傾向がみられたので、このアニオン交換体とカチオン交換体を交互に複層充填することが好ましい。
【００１８】
本発明の装置により、シリカ除去率は９９％以上、ホウ素除去率は９８％以上とすることが可能である。このような、シリカ、ホウ素のポリッシングを目的とした電気脱イオン装置は、たとえば一次純水設備の最終段に用いることができる。
【００１９】
また、一次純水設備の後段に２次純水設備を設ける場合にあっては、本発明装置を該２次純水設備のＵＶ酸化装置の後段に設置することができる。この場合、ＵＶ酸化で生じたＴＯＣ成分（有機炭素）を本発明装置によって十分に除去することができる。
【００２０】
このような、超純水設備に本発明装置を組み込むことにより、２次純水設備の２次純水のデミナー（非再生型イオン交換装置）に対するシリカ、ホウ素の負荷はほとんどなくなるため、デミナーの寿命は数年以上又はデミナーは不要となり、超純水装置におけるメンテナンスが著しく少なくなる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の電気脱イオン装置によると、シリカ濃度、ホウ素濃度が著しく低い脱塩水を効率良く製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る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。
【符号の説明】
１ 第１室
２ 第２室
３ アニオン交換膜
４ 流路
１０ イオン交換体
１１ 陽極
１２ 陰極
１３ アニオン交換膜
１４ カチオン交換膜
１５ 濃縮室
１６ 脱塩室
１７ 陽極室
１８ 陰極室
【発明の属する技術分野】
本発明は、陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなる電気脱イオン装置に係り、特に、脱塩室の構成を改良することにより、シリカ成分やホウ素成分濃度を十分に低減させることができるようにした電気脱イオン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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（ａ）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１３及びカチオン交換膜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用いられている（特許第１７８２９４３号、特許第２７５１０９０号、特許第２６９９２５６号）。この電気脱イオン装置において、被処理水は脱塩室１６及び濃縮室１５の双方に供給されてこれらを通過するが、この間に図２（ｂ）のように脱塩室１６内の被処理水中のカチオン成分は陽極１１に向って移動しカチオン交換膜を透過し陽極側の濃縮室に移動する。また、脱塩室１６内のアニオン成分は、陰極１２に向って移動し、アニオン交換膜を透過し陰極側の濃縮室に移動する。これにより、脱塩室流出水は脱イオン水となり濃縮室流出水は濃縮水となる。なお、図２（ａ）において、１７は陽極室、１８は陰極室である。
【０００３】
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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
種々の研究の結果、従来の電気脱イオン装置にあってはシリカイオン（例えばＨＳｉＯ３ −）及びホウ酸イオン（例えばＨＢＯ３ −）の除去が若干不十分であることが認められた。
【０００５】
本発明は、シリカ濃度及びホウ素濃度が十分に低い処理水（脱塩水）を得ることができる電気脱イオン装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置は、陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、該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おいて、該脱塩室内がアニオン交換膜によって陽極側の第１室と陰極側の第２室とに区画されており、該第１室にアニオン交換体が充填され、該第２室にカチオン交換体が充填され、該第１室の流出水が該第２室に流れるように該第１室の出口が該第２室の入口に連通されており、該濃縮室に、アニオン交換体とカチオン交換体とが交互に複数層充填されているか、又は、アニオン交換体とカチオン交換体との混合物が充填されていることを特徴とするものである。
【０００７】
かかる本発明の電気脱イオン装置にあっても、脱塩室及び濃縮室の双方に被処理水が導入され、該被処理水がこれらの室を通過し、この間に脱塩室側から濃縮室側にイオンが移動し、脱塩室からは脱イオン水が取り出され、濃縮室からは濃縮水が取り出される。
【０００８】
本発明においては、脱塩室がアニオン交換膜によって陽極側の第１室と陰極側の第２室とに区画されており、第２室内の（陽極側の）アニオン交換膜近傍においてＯＨ−が生成すると共に、第２室から第１室に向ってＯＨ−イオンが（両室の間のアニオン交換膜を透過して）供給される。この結果、第１室から陽極側の濃縮室へのアニオンの移動が促進される。これにより、脱塩水中のシリカ及びホウ酸濃度が従来に比べ著しく小さくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して実施の形態に係る電気脱イオン装置について説明する。
【００１０】
この実施の形態においても、陽極１１、陰極１２の間に複数のアニオン交換膜１３及びカチオン交換膜１４を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室とを交互に形成している。
【００１１】
この実施の形態にあっては、この脱塩室１６内がアニオン交換膜３によって陽極１１側の第１室１と陰極１２側の第２室２とに区画され第１室１にアニオン交換体が充填され、第２室２にカチオン交換体が充填されている。そして、第１室１の出口と第２室２の入口とが流路４によって連通されている。濃縮室１５にはアニオン交換体及びカチオン交換体が充填されている（図１ではＭＩＸ交換体と表示。）。符号１７は陽極室、１８は陰極室を示す。
【００１２】
このように構成された電気脱イオン装置において、脱塩室１６（第１室１）及び濃縮室１５の双方に被処理水が導入され、該被処理水がこれらの室１５，１６を通過し、この間に脱塩室１６側から濃縮室１５側にイオンが移動し、脱塩室１６（第２室２）からは脱イオン水が取り出され、濃縮室からは濃縮水が取り出される。
【００１３】
また、第２室２から第１室１に向ってＯＨ−イオンが両室１，２間のアニオン交換膜３を透過して供給され、シリカイオン及びホウ酸イオンも濃縮室１５側へ効率良く移動し、シリカ濃度及びホウ素濃度の低い脱塩水が脱塩室（第２室２）１６から取り出される。
【００１４】
なお、第１室１において、アニオン交換体を経由してシリカ、ホウ素成分等のアニオンが効率よく陽極１１側の濃縮室１５に移動する。このため第１室１に充填するイオン交換体はアニオン交換体のみであることが最も効率が良い。
【００１５】
また、被処理水は第１室１を出た後第２室２を通る。ここでは極微量のシリカ、ホウ素成分が除かれるが、その量は非常に少ない。第２室２の作用としては、水の解離によって発生するＯＨ−イオンを第１室１に送り込み、第１室１でのシリカ、ホウ素の除去性を向上させることにある。第２室２の陽極側のアニオン交換膜３で生じる水解離は、第２室側にカチオン交換体、第１室側にアニオン交換体が存在する場合に最も進行し易いことが研究の結果見いだされた。従って、第２室２にはカチオン交換体を充填している。このようにすると水解離が起きやすい理由は定かではないが、ＯＨ−イオンを陽極１１側に引き寄せる作用がアニオン交換体１によってもたらされ、Ｈ＋イオンを陰極１２側に引き寄せる作用がカチオン交換体２によってもたらされるためであろうと推察される。
【００１６】
第１室１の陽極１１側の濃縮室１５においては、シリカイオン及びホウ酸イオンが濃縮されるが、原水の比抵抗は高くイオンの少ない水であるため、電気抵抗を小さくするために、イオン交換体を充填している。ここでのイオン交換体は、アニオン交換体とカチオン交換体との混合物であってもよく、アニオン交換体とカチオン交換体とを交互に複層充填したものであってもよく、特に制限はない。
【００１７】
しかしながら、両者を比較した場合、アニオン交換体とカチオン交換体とを交互に複層充填したものの方が、電気抵抗が小さい傾向がみられたので、このアニオン交換体とカチオン交換体を交互に複層充填することが好ましい。
【００１８】
本発明の装置により、シリカ除去率は９９％以上、ホウ素除去率は９８％以上とすることが可能である。このような、シリカ、ホウ素のポリッシングを目的とした電気脱イオン装置は、たとえば一次純水設備の最終段に用いることができる。
【００１９】
また、一次純水設備の後段に２次純水設備を設ける場合にあっては、本発明装置を該２次純水設備のＵＶ酸化装置の後段に設置することができる。この場合、ＵＶ酸化で生じたＴＯＣ成分（有機炭素）を本発明装置によって十分に除去することができる。
【００２０】
このような、超純水設備に本発明装置を組み込むことにより、２次純水設備の２次純水のデミナー（非再生型イオン交換装置）に対するシリカ、ホウ素の負荷はほとんどなくなるため、デミナーの寿命は数年以上又はデミナーは不要となり、超純水装置におけるメンテナンスが著しく少なくなる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の電気脱イオン装置によると、シリカ濃度、ホウ素濃度が著しく低い脱塩水を効率良く製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る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。
【符号の説明】
１ 第１室
２ 第２室
３ アニオン交換膜
４ 流路
１０ イオン交換体
１１ 陽極
１２ 陰極
１３ アニオン交換膜
１４ カチオン交換膜
１５ 濃縮室
１６ 脱塩室
１７ 陽極室
１８ 陰極室
Claims (2)
- 陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、該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おいて、
該脱塩室内がアニオン交換膜によって陽極側の第１室と陰極側の第２室とに区画されており、
該第１室にアニオン交換体が充填され、該第２室にカチオン交換体が充填され、
該第１室の流出水が該第２室に流れるように該第１室の出口が該第２室の入口に連通されており、
該濃縮室に、アニオン交換体とカチオン交換体とが交互に複数層充填されているか、又は、アニオン交換体とカチオン交換体との混合物が充填されていることを特徴とする電気脱イオン装置。 - 請求項１において、該濃縮室に、アニオン交換体とカチオン交換体とが交互に複数層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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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000148333A JP4552273B2 (ja) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | 電気脱イオン装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001327971A JP2001327971A (ja) | 2001-11-27 |
| JP4552273B2 true JP4552273B2 (ja) | 2010-09-29 |
Family
ID=18654383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000148333A Expired - Fee Related JP4552273B2 (ja) | 2000-05-19 | 2000-05-19 | 電気脱イオン装置 |
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| Country | Link |
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| JP4819026B2 (ja) * | 2007-12-12 | 2011-11-16 | オルガノ株式会社 | 電気式脱イオン水製造装置および脱イオン水製造方法 |
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| JP5866163B2 (ja) * | 2011-09-05 | 2016-02-17 | オルガノ株式会社 | 電気式脱イオン水製造装置 |
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| JP2001239270A (ja) * | 1999-03-25 | 2001-09-04 | Japan Organo Co Ltd | 電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法 |
| JP2001321773A (ja) * | 2000-05-15 | 2001-11-20 | Japan Organo Co Ltd | 電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP3305139B2 (ja) * | 1994-11-29 | 2002-07-22 | オルガノ株式会社 | 電気脱イオン法による脱イオン水の製造方法 |
| JP3273707B2 (ja) * | 1994-11-29 | 2002-04-15 | オルガノ株式会社 | 電気脱イオン法による脱イオン水の製造法 |
-
2000
- 2000-05-19 JP JP2000148333A patent/JP4552273B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001239270A (ja) * | 1999-03-25 | 2001-09-04 | Japan Organo Co Ltd | 電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法 |
| JP2001321773A (ja) * | 2000-05-15 | 2001-11-20 | Japan Organo Co Ltd | 電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001327971A (ja) | 2001-11-27 |
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