JP4979677B2 - 電気式脱イオン水製造装置 - Google Patents
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Description
そこで本発明は、運転時の省エネルギー化を実現し、かつ、大量処理によっても比抵抗の高い良好な水質の脱イオン水が得られるEDIを目的とする。
枠体51、53の厚さは特に限定されることなく、所望する陰極側小脱塩室52、陽極側小脱塩室54の厚さに応じて設定することができる。また、枠体51、53の開口部の面積が大きい場合には、枠体51、53のくりぬかれた空間に支持体を設けてもよい。支持体を設けることで、カチオン交換膜42、中間イオン交換膜44、アニオン交換膜46が湾曲して、イオン交換体の充填量が不均一になることを防止できるためである。前記支持体は、絶縁性を有し、被処理水の流通を妨げない素材であれば特に限定されず、例えば、スリットが設けられた、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ABS、ポリカーボネート、ノリル等の樹脂製の支持体を挙げることができる。
陽極側小脱塩室54の厚さは、陰極側小脱塩室52の厚さと同様に、被処理水や脱イオン水の水質、処理水量、充填するイオン交換体の種類を勘案して設定することができる。
上述の実施形態では、陰極側小脱塩室及び陽極側小脱塩室共に、被処理水を下降流で流通しているが、被処理水の流通方向はこれに限られず、上昇流であってもよいし、陰極側小脱塩室と陽極側小脱塩室とで流通方向が異なっていてもよい。
(測定方法)
<水質評価:導電率、比抵抗>
水質評価には導電率ならびに比抵抗を用いた。不純物を全く含んでいない水の場合、25℃の水における導電率の理論値は0.055μS/cm、比抵抗の理論値は18.2MΩ・cmとなる。脱イオン水の水質は、比抵抗が18.2MΩ・cmに近づき、かつ高ければ高いほど水質としては清浄であると評価できる。脱イオン水の水質評価は、比抵抗をもって行った。
導電率は、導電率計(873CC、FOXBORO社製)を用いて測定した。また、比抵抗は、比抵抗計(873RS、FOXBORO社製)を用いて測定した。
図2に示すEDI10と同様の、中間イオン交換膜で、陰極側小脱塩室と陽極側小脱塩室とに区画されている3枚の脱塩室が設けられ、該脱塩室の両側に濃縮室が設けられ、脱塩室と濃縮室とが、陰極と陽極との間に配置されたEDIを下記仕様にて作製して、EDI−Aを得た。得られたEDI−Aは、陰極側小脱塩室に充填されたアニオン交換体中の低塩基性アニオン交換体の割合が100体積%のものである。このEDI−Aについて、下記運転条件にて連続運転を行った。被処理水は、陰極側小脱塩室に下降流で流通させた後、陽極側小脱塩室に下降流で流通させた。濃縮水は、各濃縮室に下降流で流通させて排水し、電極水は、陰極室と陽極室にそれぞれ上昇流で流通させて排水した。運転開始後、200時間毎に運転電圧、電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表1、図3、4に示す。
(1)カチオン交換膜:株式会社アストム製
(2)中間イオン交換膜:株式会社アストム製、アニオン交換膜
(3)アニオン交換膜:株式会社アストム製
(4)仕切り膜:陰極室の仕切り膜;株式会社アストム製、アニオン交換膜,陽極室の仕切り膜;株式会社アストム製、カチオン交換膜
(5)陰極側小脱塩室:高さ300mm、幅80mm、厚さ5mm
(6)陽極側小脱塩室:高さ300mm、幅80mm、厚さ5mm
(7)陰極側小脱塩室の充填イオン交換体:II形強塩基性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)50体積%、強酸性カチオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)50体積%の混床形態
(8)陽極側小脱塩室の充填イオン交換体:I形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)の単床形態
(9)濃縮室:高さ300mm、幅80mm、厚さ4mm
(10)濃縮室の充填イオン交換体:I形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)の単床形態
(11)陰極室:高さ300mm、幅80mm、厚さ4mm
(12)陰極室の充填イオン交換体:I形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂の単床形態
(13)陽極室:高さ300mm、幅80mm、厚さ4mm
(14)陽極室の充填イオン交換体:強酸性カチオン交換樹脂の単床形態
(1)被処理水の導電率:10〜15μS/cm(RO膜透過水)
(2)被処理水の比抵抗:0.066〜0.1MΩ・cm
(3)被処理水流量:72L/h(脱塩室1枚当たり24L/h)
(4)陰極側小脱塩室SV:200L/L・h−1
(5)陽極側小脱塩室SV:200L/L・h−1
(6)濃縮水の原水の導電率:10〜15μS/cm(RO膜透過水)
(7)濃縮水流量:8L/h
(8)電極水の原水の比抵抗:比抵抗が5MΩ・cmを超える水
(9)電極水流量:10L/h
(10)運転電流値:1A
(11)電流密度:0.42A/dm2
陰極側小脱塩室の充填イオン交換体をI形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)22.5体積%、II形強塩基性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)27.5体積%、強酸性カチオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)50体積%の混床形態とした以外は、EDI−Aと同様の仕様にて、EDI−Bを得た。こうして得られたEDI−Bは、陰極側小脱塩室に充填したアニオン交換体中の低塩基性アニオン交換体の割合が55体積%のものである。このEDI−Bを用いて、実施例1と同様の運転条件で連続運転を行った。200時間毎に運転電圧、電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表1、図3、4に示す。
図6は、EDI900の断面図である。EDI900は、陰極室920と陽極室960との間に、3枚の脱塩室950と、脱塩室950の両側に設けられた濃縮室930とが配置されている。陰極室920は、陰極922と、枠体921と、仕切り膜924とが陰極922側から順に配置され形成されている。陽極室960は、仕切り膜924と、枠体961と、陽極962とが陰極922側から順に配置され形成されている。陰極室920には電極水流入ライン923と、電極水流出ライン925とが接続され、陽極室960には、電極水流入ライン963と電極水流出ライン965とが接続されている。
EDI900と同様のEDIを下記仕様にて、3枚の脱塩室を配置して作成し、EDI−Cを得た。EDI−Cを用いて、脱塩室内の被処理水の空間速度をSV=200L/L・h−1とした以外は、実施例1と同様の運転条件で連続運転を行った。運転に際し、被処理水は脱塩室を下降流で流通させ、脱イオン水を得た。濃縮水は、各濃縮室に下降流で流通させて排水し、電極水は、陰極室と陽極室とにそれぞれ上昇流で流通させて排水した。運転開始後、200時間毎に運転電圧、電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表1、図3、4に示す。
(1)カチオン交換膜:株式会社アストム製
(2)アニオン交換膜:株式会社アストム製
(3)仕切り膜:陰極室の仕切り膜;株式会社アストム製、アニオン交換膜,陽極室の仕切り膜;株式会社アストム製、カチオン交換膜
(4)脱塩室:高さ300mm、幅80mm、厚さ5mm
(5)脱塩室の充填イオン交換体:I形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)50体積%、強酸性カチオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)50体積%の混床形態
(6)濃縮室:高さ300mm、幅80mm、厚さ4mm
(7)濃縮室の充填イオン交換体:I形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)の単床形態
(8)陰極室:高さ300mm、幅80mm、厚さ4mm
(9)陰極室の充填イオン交換体:I形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂の単床形態
(10)陽極室:高さ300mm、幅80mm、厚さ4mm
(11)陽極室の充填イオン交換体:強酸性カチオン交換樹脂の単床形態
脱塩室の充填イオン交換体をII形強塩基性アニオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)50体積%、強酸性カチオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース社製)50体積%の混床形態とした以外はEDI−Cと同様の仕様にて、EDI−Dを得た。EDI−Dを用いて、比較例1と同様の運転条件で連続運転を行った。200時間毎に運転電圧、電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表1、図3、4に示す。
表1、図3に示すとおり、運転開始後200〜1000時間において、電気抵抗は実施例1では10.17〜12.71Ωで推移し、比較例Aでは13.50〜18.90Ωで推移し、比較例2では9.33〜11.74Ωで推移していた。これに対し、比較例1では15.71〜23.23Ωという、高い水準で推移していた。この結果は、実施例1、比較例A、及び比較例2は、比較例1よりも運転電圧が低くなることを裏付けている。
表1、図4に示すとおり、実施例1は運転開始1000時間後の脱イオン水の比抵抗が18.12MΩ・cmであり、運転開始後200〜1000時間における脱イオン水の比抵抗は、17.42〜18.19MΩ・cmであった。比較例Aは運転開始1000時間後の脱イオン水の比抵抗が17.20MΩ・cmであり、運転開始後200〜1000時間における脱イオン水の比抵抗は、17.20〜18.00MΩ・cmであった。一方、比較例1では、運転開始1000時間後の脱イオン水の比抵抗が2.20MΩ・cmであり、比較例2では、運転開始1000時間後の脱イオン水の比抵抗が2.03MΩ・cmであった。これらの結果から、図4に示すように、II形強塩基性アニオン交換樹脂を含むイオン交換体を混床形態で充填した陰極側小脱塩室と、I形強塩基(最強塩基)性アニオン交換樹脂を単床形態で充填した陽極側小脱塩室との順に被処理水を流通させて処理するEDI−Aは、極めて高い水質の脱イオン水を安定的に製造できることが判った。
実施例1で作製したEDI−Aを用い、実施例1と同様にしてEDI−Aを連続運転した。運転開始600時間後の運転電圧、電気抵抗、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表2に示す。
被処理水流量を216L/h(脱塩室1枚当たり72L/h、陰極側小脱塩室SV=600L/L・h−1、陽極側小脱塩室SV=600L/L・h−1)、濃縮水流量24L/h、印加電流3A、電流密度1.25A/dm2とした以外は、実施例3と同様にしてEDI−Aを連続運転した。運転開始600時間後の運転電圧、電気抵抗、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表2に示す。
被処理水流量を288L/h(脱塩室1枚当たり96L/h、陰極側小脱塩室SV=800L/L・h−1、陽極側小脱塩室SV=800L/L・h−1)、濃縮水流量32L/h、印加電流4A、電流密度1.67A/dm2とした以外は、実施例3と同様にしてEDI−Aを連続運転した。運転開始600時間後の運転電圧、電気抵抗、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表2に示す。
表2、図5の実施例5の結果に示すように、EDI−Aは、実施例3の4倍量(小脱塩室のSV=800L/L・h−1)の被処理水を通水しても、脱イオン水は、11MΩ・cmの良好な水質を維持していた。ここで、脱塩室における被処理水の通水量をSV=200L/L・h−1で運転した比較例1では、運転開始600時間後の脱イオン水の比抵抗が1.98MΩ・cmであったこと(表1参照)を考慮すると、本発明のEDI−Aは、被処理水のSVを上げても、即ち、通水量を増大させても、脱塩室1室型のEDIよりも比抵抗の高い良好な水質の脱イオン水が得られることが判った。
22、922 陰極
30、130、930 濃縮室
42、142、942 カチオン交換膜
44、144 中間イオン交換膜
46、146、946 アニオン交換膜
50、150、950 脱塩室
52、152 陰極側小脱塩室
54、154 陽極側小脱塩室
56 被処理水流出ライン
57 被処理水流入ライン
62、962 陽極
151 カチオン交換体
153 低塩基性アニオン交換体
155 アニオン交換体
Claims (1)
- 陽極側のアニオン交換膜と、陰極側のカチオン交換膜と、前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との間に設けられた、アニオン交換膜である中間イオン交換膜と、で区画される小脱塩室にイオン交換体が充填されて脱塩室が構成され、前記脱塩室の両側に前記アニオン交換膜又は前記カチオン交換膜を介して濃縮室が設けられ、前記脱塩室と前記濃縮室とが陰極と陽極との間に配置された電気式脱イオン水製造装置において、
前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画された陽極側小脱塩室に充填するイオン交換体は、I形強塩基(最強塩基)性アニオン交換体の単床形態であり、
前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画された陰極側小脱塩室に充填するイオン交換体は、弱塩基性アニオン交換体、中塩基性アニオン交換体、II形強塩基性アニオン交換体からなる群から選択される少なくとも一種からなるアニオン交換体と、カチオン交換体との混床形態であり、
前記陰極側小脱塩室を流通した水を前記陽極側小脱塩室に流す送水手段が設けられていることを特徴とする、電気式脱イオン水製造装置。
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