JP6507258B2 - 水処理装置および水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、水処理装置および水処理方法に関し、特には、電気式脱イオン水製造装置を用いた水処理装置および水処理方法に関する。

イオン交換樹脂などのイオン交換体に被処理水を通水させてイオン交換反応により脱イオンを行う脱イオン水製造装置が知られている。このような装置は、イオン交換体のイオン交換基が飽和して脱塩性能が低下したときに、酸やアルカリなどの薬剤によってイオン交換体を再生する処理（再生処理）を行う必要がある。再生処理は、イオン交換体に吸着した陽イオン（カチオン）や陰イオン（アニオン）を、酸あるいはアルカリに由来する水素イオン（Ｈ^＋）、水酸化物イオン（ＯＨ⁻）で置き換え、これによってイオン交換体の脱塩性能を復活させる処理である。薬剤による再生処理が必要な脱イオン水製造装置は、連続運転を行えず、再生処理のための薬剤補充の手間もかかる、という課題を有する。

近年、これらの課題を解決するものとして、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ(Electro DeIonization)装置ともいう）が開発され、実用化されている。
ＥＤＩ装置は、電気泳動と電気透析とを組み合わせた装置である。ＥＤＩ装置は、アニオンのみを透過させるアニオン交換膜とカチオンのみを透過させるカチオン交換膜との間にイオン交換体（アニオン交換体および／またはカチオン交換体）が充填された脱塩室を備える。ＥＤＩ装置では、脱塩室から見てアニオン交換膜およびカチオン交換膜の各々の外側に濃縮室が配置される。そして、脱塩室と各濃縮室が、陽極を備える陽極室と陰極を備える陰極室との間に配置される。脱塩室では、陽極に近い側にアニオン交換膜が配置され、陰極に近い側にカチオン交換膜が配置される。脱塩室とアニオン交換膜を介して隣接する濃縮室は、カチオン交換膜を介して陽極室と隣接する。脱塩室とカチオン交換膜を介して隣接する濃縮室は、アニオン交換膜を介して陰極室と隣接する。

ＥＤＩ装置により被処理水から脱イオン水（処理水）を製造するには、陽極と陰極との間に直流電圧を印加した状態で、脱塩室に被処理水を通水する。すると、被処理水中のイオン成分は脱塩室内のイオン交換体に吸着され、脱イオン化（脱塩）処理が行われ、脱塩室から脱イオン水が流出する。このとき脱塩室では、印加電圧によって異種のイオン交換性物質間の界面、例えば、アニオン交換体とカチオン交換体との界面や、アニオン交換体とカチオン交換膜との界面や、アニオン交換膜とカチオン交換体との界面において、下記式に示すように水の解離反応が起こり、水素イオンおよび水酸化物イオンが生成する。
Ｈ_２Ｏ → Ｈ^＋＋ＯＨ⁻

この水素イオンと水酸化物イオンによって、先に脱塩室内のイオン交換体に吸着されていたイオン成分がイオン交換されてイオン交換体から遊離する。遊離したイオン成分のうちアニオンは、アニオン交換膜まで電気泳動してアニオン交換膜で電気透析されて、脱塩室から見て陽極側の濃縮室を流れる濃縮水に排出される。同様に、遊離したイオン成分のうちカチオンは、カチオン交換膜まで電気泳動してカチオン交換膜で電気透析されて、脱塩室から見て陰極側の濃縮室を流れる濃縮水に排出される。結局、脱塩室に供給された被処理水中のイオン成分は濃縮室に移行して排出されることとなり、同時に、脱塩室のイオン交換体も再生されることになる。

このようにＥＤＩ装置では、直流電圧の印加によって生じる水素イオンおよび水酸化物イオンが、イオン交換体を再生する酸およびアルカリの再生剤として連続的に作用する。このため、ＥＤＩ装置では、外部から供給される薬剤による再生処理は基本的に不要となり、薬剤によるイオン交換体の再生を行うことなく連続運転を行うことができる。

特開２００１−１９１０８０号公報には、２つのＥＤＩ装置の各脱塩室が直列に連通された電気脱イオン装置が記載されている。この特許文献に記載の電気脱イオン装置では、１段目の脱塩室に、アニオン交換体が単独で、または、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、２段目の脱塩室に、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。

現在、処理水（脱イオン水）におけるホウ素の低濃度化に対する要求があり、この要求に応えることが可能な水処理技術が望まれている。
本発明の目的は、処理水におけるホウ素の低濃度化が可能な水処理装置および水処理方法を提供することである。

本発明による水処理装置は、複数の電気式脱イオン水製造装置を有する水処理装置において、前記複数の電気式脱イオン水製造装置の各々は、陽極と陰極との間に、前記陽極側に位置するアニオン交換膜と前記陰極側に位置するカチオン交換膜とで区画されイオン交換体が充填された脱塩室を有し、前記複数の電気式脱イオン水製造装置の各々の前記脱塩室は、直列に連通しており、前記直列に連通する複数の脱塩室は、ホウ素を含む被処理水を通水して処理水を流出し、前記被処理水が最初に通水される１段目の前記脱塩室の最上流部と、前記処理水を流出する最終段の前記脱塩室の最下流部には、アニオン交換体が単独で充填され、前記複数の脱塩室の一部であって前記１段目の脱塩室の最上流部と前記最終段の脱塩室の最下流部との間の部分に、少なくともカチオン交換体が充填されている。また、前記１段目の脱塩室の体積に対する前記１段目の脱塩室の最上流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比、および、前記最終段の脱塩室の体積に対する前記最終段の脱塩室の最下流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比は、１０％以上である。

本発明による水処理方法は、陽極と陰極との間に、前記陽極側に位置するアニオン交換膜と前記陰極側に位置するカチオン交換膜とで区画されイオン交換体が充填された脱塩室を有する複数の電気式脱イオン水製造装置を備え、前記複数の電気式脱イオン水製造装置の各々の前記脱塩室は、直列に連通しており、前記直列に連通する複数の脱塩室は、ホウ素を含む被処理水を通水して処理水を流出し、前記被処理水が最初に通水される１段目の前記脱塩室の最上流部と、前記処理水を流出する最終段の前記脱塩室の最下流部には、アニオン交換体が単独で充填され、前記複数の脱塩室の一部であって前記１段目の脱塩室の最上流部と前記最終段の脱塩室の最下流部との間の部分に、少なくともカチオン交換体が充填され、前記１段目の脱塩室の体積に対する前記１段目の脱塩室の最上流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比、および、前記最終段の脱塩室の体積に対する前記最終段の脱塩室の最下流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比が１０％以上である水処理装置を用いた水処理方法であって、前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加しつつ前記直列に連通する複数の脱塩室に前記被処理水を通水して前記被処理水を処理して前記処理水を流出する。

本発明によれば、複数の電気式脱イオン水製造装置の各々の脱塩室が直列に連通され、直列に連通する複数の脱塩室のうち、１段目の脱塩室の最上流部と最終段の脱塩室の最下流部にはアニオン交換体が単独で充填され、その間の部分には、少なくともカチオン交換体が充填されている。このため、後述する実施例等からも明らかになるように、１段目の脱塩室に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た水処理装置や、最終段の脱塩室の最下流部に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た水処理装置に比べて、処理水におけるホウ素の低濃度化を図ることが可能になる。

第１の態様のＥＤＩ装置１０１を示した図である。 第２の態様のＥＤＩ装置１０２を示した図である。 第３の態様のＥＤＩ装置１０３を示した図である。 第４の態様のＥＤＩ装置１０４を示した図である。 第５の態様のＥＤＩ装置１０５を示した図である。 第６の態様のＥＤＩ装置１０６を示した図である。 本発明の第１の実施形態の水処理装置２０１を示した図である。 本発明の第２の実施形態の水処理装置２０２を示した図である。 本発明の第３の実施形態の水処理装置２０３を示した図である。 本発明の第４の実施形態の水処理装置２０４を示した図である。 本発明の第５の実施形態の水処理装置２０５示した図である。 本発明の第６の実施形態の水処理装置２０６を示した図である。 本発明の第７の実施形態の水処理装置２０７を示した図である。 本発明の第８の実施形態の水処理装置２０８を示した図である。 ＥＤＩ装置３０１を示した図である。 比較例１の水処理装置を示した図である。 比較例２の水処理装置を示した図である。 比較例３の水処理装置を示した図である。 比較例４の水処理装置を示した図である。 実施例１〜８および比較例１〜４での処理水のホウ素濃度の測定結果を示した図である。 実施例９〜１０での処理水のホウ素濃度の測定結果を示した図である。 実施例１１〜１３での処理水のホウ素濃度の測定結果を示した図である。 実施例１４での処理水のホウ素濃度の測定結果を示した図である。

１１ 陽極
１２ 陰極
２１ 陽極室
２２、２４ 濃縮室
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ 脱塩室
２３ｄ−１、２３ｅ−１、２３ｆ−１ 第１小脱塩室
２３ｄ−２、２３ｅ−２、２３ｆ−２ 第２小脱塩室
２５ 陰極室
３１、３３ カチオン交換膜
３２、３４ アニオン交換膜
３６ 中間イオン交換膜
ＣＥＲ、Ｋ カチオン交換体
ＡＥＲ、Ａ アニオン交換体
１０１〜１０６ ＥＤＩ装置
２０１〜２０８ 水処理装置

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態の水処理装置は、複数のＥＤＩ装置（電気式脱イオン水製造装置）を有する。ＥＤＩ装置では脱塩室にイオン交換体が充填されており、イオン交換反応により捕捉されたイオンがイオン交換体を伝わってイオン交換膜まで移動する。このため、イオンを効率的に除去することができる。また、ＥＤＩ装置では水の分解反応が生じる電流密度で電流が流される。水の分解反応が生じる最小限の電流を限界電流といい、ＥＤＩ装置では限界電流以上の電流が流される。従って、被処理水中のイオン濃度が低い場合であっても、水の分解反応で生じた水素イオンと水酸化物イオンがイオン交換体を伝わってイオン交換膜まで移動し、電荷の移動を担う。このようにＥＤＩ装置では純水中でも電気が流れるため、純水の製造が可能となる。これに対し、電気透析装置（ＥＤ）は脱塩室にイオン交換体が充填されておらず、また、限界電流より小さい電流が流されるため、水の分解反応を利用することができない。

まず、本発明の実施形態で用いられる６種類のＥＤＩ装置１０１〜１０６について説明する。この６種類のＥＤＩ装置は、脱塩室の態様が互いに異なっている。

＜ＥＤＩ装置１０１＞
図１は、ＥＤＩ装置１０１を示した図である。
ＥＤＩ装置１０１では、陽極１１を備えた陽極室２１と、陰極１２を備えた陰極室２５との間に、陽極室２１側から順に、濃縮室２２、脱塩室２３ａおよび濃縮室２４が設けられている。

陽極室２１と濃縮室２２はカチオン交換膜３１を隔てて隣接し、濃縮室２２と脱塩室２３ａはアニオン交換膜３２を隔てて隣接し、脱塩室２３ａと濃縮室２４とはカチオン交換膜３３を隔てて隣接し、濃縮室２４と陰極室２５はアニオン交換膜３４を隔てて隣接している。濃縮室２４は第１濃縮室の一例であり、濃縮室２２は第２濃縮室の一例である。

脱塩室２３ａは、アニオン交換膜３２とカチオン交換膜３３とによって区画されている。脱塩室２３ａ内には、アニオン交換体ＡＥＲが単床形態で充填されている。アニオン交換体ＡＥＲとしては、例えばアニオン交換樹脂が使用される。被処理水は、脱塩室２３ａに通水される。

濃縮室２２および２４と陽極室２１と陰極室２５には、それぞれ、供給水が通水される。供給水としては純水や被処理水などが用いられる。

濃縮室２２および２４への供給水の通水方向は、脱塩室２３ａへの被処理水の通水方向と向流の関係としている。陽極室２１と陰極室２５への供給水の通水方向は、脱塩室２３ａへの被処理水の通水方向と向流の関係としている。なお、これらの通水方向の関係は適宜変更可能である。また、陰極室２５から排出された電極水を、供給水として陽極室２１に流している。なお、陽極室２１から排出された電極水を、供給水として陰極室２５に流してもよい。

＜ＥＤＩ装置１０２＞
図２は、ＥＤＩ装置１０２を示した図である。ＥＤＩ装置１０２は、図１に示したＥＤＩ装置１０１と比べて、脱塩室に充填されているイオン交換体が異なる。ＥＤＩ装置１０２の脱塩室２３ｂでは、被処理水の入口側２３ｂ１の領域にアニオン交換体ＡＥＲが単独で充填され、出口側２３ｂ２の領域にカチオン交換体ＣＥＲが単独で充填されている。カチオン交換体ＣＥＲとしては、例えばカチオン交換樹脂が使用される。

＜ＥＤＩ装置１０３＞
図３は、ＥＤＩ装置１０３を示した図である。ＥＤＩ装置１０３は、図２に示したＥＤＩ装置１０２と比べて、脱塩室に充填されているアニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲの位置が逆になっている。つまり、ＥＤＩ装置１０３の脱塩室２３ｃでは、被処理水の入口側２３ｃ１の領域にカチオン交換体ＣＥＲが単独で充填され、出口側２３ｃ２の領域にアニオン交換体ＡＥＲが単独で充填されている。

＜ＥＤＩ装置１０４＞
図４は、ＥＤＩ装置１０４を示した図である。
ＥＤＩ装置１０４の脱塩室２３ｄでは、アニオン交換膜３２とカチオン交換膜３３との間に中間イオン交換膜３６が設けられ、中間イオン交換膜３６によって脱塩室２３ｄが小脱塩室２３ｄ−１と小脱塩室２３ｄ−２に区画されている。中間イオン交換膜３６としては、アニオン交換膜、カチオン交換膜、および、バイポーラ膜などの複合膜のいずれも使用できる。ＥＤＩ装置１０４では、中間イオン交換膜３６として、アニオン交換膜が用いられる。陽極側の小脱塩室２３ｄ−１は第１小脱塩室の一例であり、陰極側の小脱塩室２３ｄ−２は第２小脱塩室の一例である。

小脱塩室２３ｄ−１にはアニオン交換体ＡＥＲが単床形態で充填され、小脱塩室２３ｄ−２にはカチオン交換体ＣＥＲが単床形態で充填されている。小脱塩室２３ｄ−１に被処理水が通水されて小脱塩室２３ｄ−１から流出する水が小脱塩室２３ｄ−２に流入するように（矢印１０４ａ、矢印１０４ｂ、矢印１０４ｃ参照）、小脱塩室２３ｄ−１と小脱塩室２３ｄ−２は直列に連通されている。

濃縮室２２および２４への供給水の通水方向は、小脱塩室２３ｄ−１，２３ｄ−２への被処理水の通水方向と向流の関係としている。陽極室２１と陰極室２５への供給水の通水方向は、小脱塩室２３ｄ−１，２３ｄ−２への被処理水の通水方向と向流の関係としている。なお、これらの通水方向の関係は適宜変更可能である。陰極室２５から排出された電極水を、供給水として陽極室２１に流している。なお、陽極室２１から排出された電極水を、供給水として陰極室２５に流してもよい。

＜ＥＤＩ装置１０５＞
図５は、ＥＤＩ装置１０５を示した図である。
ＥＤＩ装置１０５は、図４に示したＥＤＩ装置１０４と比べて、第１小脱塩室と第２小脱塩室における被処理水の通水の順番が逆になっている。ＥＤＩ装置１０５では、小脱塩室２３ｅ−２に被処理水が供給されて小脱塩室２３ｅ−２から流出する水が小脱塩室２３ｅ−１に流入するように（矢印１０５ａ、矢印１０５ｂ、矢印１０５ｃ参照）、小脱塩室２３ｅ−１と小脱塩室２３ｅ−２は直列に連通されている。

濃縮室２２および２４への供給水の通水方向は、小脱塩室２３ｅ−１，２３ｅ−２への被処理水の通水方向と向流の関係としている。陽極室２１と陰極室２５への供給水の通水方向は、小脱塩室２３ｅ−１，２３ｅ−２への被処理水の通水方向と向流の関係としている。なお、これらの通水方向の関係は適宜変更可能である。陰極室２５から排出された電極水を、供給水として陽極室２１に流している。なお、陽極室２１から排出された電極水を、供給水として陰極室２５に流してもよい。

＜ＥＤＩ装置１０６＞
図６は、ＥＤＩ装置１０６を示した図である。
ＥＤＩ装置１０６は、図４に示したＥＤＩ装置１０４と比べて、陰極側の小脱塩室に充填されているイオン交換体が異なっている。小脱塩室２３ｆ−２では、小脱塩室２３ｆ−１から流出する水の入口側２３ｆ−２１の領域にカチオン交換体ＣＥＲが単独で充填され、出口側２３ｆ−２２の領域にアニオン交換体ＡＥＲが単独で充填されている。ＥＤＩ装置１０６では、小脱塩室２３ｆ−１に被処理水が供給されて小脱塩室２３ｆ−１から流出する水が小脱塩室２３ｆ−２に流入するように（矢印１０６ａ、矢印１０６ｂ、矢印１０６ｃ参照）、小脱塩室２３ｆ−１と小脱塩室２３ｆ−２は直列に連通されている。小脱塩室２３ｆ−１と小脱塩室２３ｆ−２における被処理水の通水方向は向流の関係となっている。また、中間イオン交換膜３６として、アニオン交換膜が用いられる。

濃縮室２２および２４への供給水の通水方向は、脱塩室２３ｆ−２への被処理水の通水方向と向流の関係としている。陽極室２１と陰極室２５への供給水の通水方向は、脱塩室２３ｆ−２への被処理水の通水方向と並流の関係としている。なお、これらの通水方向の関係は適宜変更可能である。陰極室２５から排出された電極水を、供給水として陽極室２１に流している。なお、陽極室２１から排出された電極水を、供給水として陰極室２５に流してもよい。

＜第１の実施形態＞
図７は、本発明の第１の実施形態の水処理装置２０１を示した図である。
水処理装置２０１は、ＥＤＩ装置１０２とＥＤＩ装置１０３とを有する。ＥＤＩ装置１０２の脱塩室２３ｂとＥＤＩ装置１０３の脱塩室２３ｃは、この順に直列に連通している。脱塩室２３ｂの出口側２３ｂ２から流出した水は、脱塩室２３ｃに入口側２３ｃ１から流入する。ＥＤＩ装置１０２とＥＤＩ装置１０３の間では、濃縮室は直列に連通しておらず別々に供給水（純水）が供給される。ＥＤＩ装置１０２の電極室（陰極室、陽極室）と、ＥＤＩ装置１０３の電極室（陰極室、陽極室）には、別々に供給水（純水）が供給される。なお、ＥＤＩ装置１０２とＥＤＩ装置１０３の間で、濃縮室が直列に連通されてもよい。また、ＥＤＩ装置１０２の電極室（陰極室、陽極室）と、ＥＤＩ装置１０３の電極室（陰極室、陽極室）に、共通の供給水が供給されてもよい。

また、本実施形態及び以下に述べる各実施形態の水処理装置において、前段のＥＤＩ装置の被処理水の流れる方向における上流側、すなわち、被処理水が最初に通水される１段目の脱塩室の、被処理水の流れる方向における上流側に、逆浸透膜装置１１１が設けられることが好ましい。逆浸透膜装置１１１は、被処理水のシリカ濃度を、例えば１００μｇＳｉＯ_２／Ｌ以下に、被処理水のホウ素濃度を、例えば１００μｇＢ／Ｌ以下に下げることができる。図示は省略するが、２つの逆浸透膜装置１１１が直列に設けられることがさらに好ましい。さらに、前段のＥＤＩ装置の被処理水の流れる方向における上流側、すなわち、被処理水が最初に通水される１段目の脱塩室の、被処理水の流れる方向における上流側に、脱炭酸膜装置１１２が設けられることが好ましい。脱炭酸膜装置１１２は被処理水の炭酸濃度を、例えば５ｍｇＣＯ_２／Ｌ以下に下げることができる。逆浸透膜装置１１１と脱炭酸膜装置１１２はどちらが被処理水の流れる方向における上流側にあってもよい。

次に、水処理装置２０１の脱塩室２３ｂおよび２３ｃで行われる水処理について説明する。

ＥＤＩ装置１０２および１０３において、陽極室２１と濃縮室２２および２４と陰極室２５に供給水を通水し陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加した状態で、ＥＤＩ装置１０２の脱塩室２３ｂの入口側２３ｂ１から被処理水を通水する。

ＥＤＩ装置１０２では、被処理水に対して以下の処理が行われると推測される。
被処理水内のホウ素は、脱塩室２３ｂの入口側２３ｂ１の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲに触れると、アニオンとして解離してアニオン交換体ＡＥＲに吸着される。なお、被処理水内のホウ素の一部は、アニオン交換体ＡＥＲに吸着されずに被処理水の中に残る。ホウ素が残った被処理水は、脱塩室２３ｂ内のカチオン交換体ＣＥＲが充填された部分（領域）に流れる。

このとき、脱塩室２３ｂでは、陽極１１と陰極１２との間の印加電圧によって水の解離反応が起こり、水素イオンおよび水酸化物イオンが生成される。すると、脱塩室２３ｂ内のアニオン交換体ＡＥＲに吸着していたアニオン（ホウ素）が、この水酸化物イオンによってイオン交換されてアニオン交換体ＡＥＲから遊離する。遊離したアニオンはアニオン交換膜３２を介して濃縮室２２に移動し、濃縮室２２から濃縮水として排出される。

脱塩室２３ｂのアニオン交換体ＡＥＲが充填された部分を通った被処理水が、脱塩室２３ｂのカチオン交換体ＣＥＲが充填された部分に流れ込むと、被処理水に含まれるカチオンがカチオン交換体ＣＥＲに吸着される。そして、カチオン交換体ＣＥＲに吸着されたカチオンが、水の解離反応で生成された水素イオンによって、イオン交換されてカチオン交換体ＣＥＲから遊離する。遊離したカチオンはカチオン交換膜３３を介して濃縮室２４に移動し、濃縮室２４から濃縮水として排出される。

被処理水内の水酸化物イオンは、アニオン交換膜３２を介して濃縮室２２に移動し、濃縮室２２から濃縮水として排出される。

さらに、被処理水内の水酸化物イオンは、カチオン交換体ＣＥＲからイオン交換され放出された水素イオン、ならびに水解離にて発生した水素イオンと反応して水（Ｈ_２Ｏ）となる。このため、脱塩室２３ｂから流れ出る被処理水での水酸化物イオンの濃度は、脱塩室２３ｂにカチオン交換体ＣＥＲが存在しない場合よりも低くなる。なお、被処理水内の水酸化物イオンは、ホウ素（アニオン）の代わりにアニオン交換体ＡＥＲに吸着してしまう可能性がある。このため、被処理水における水酸化物イオンの濃度が高くなりすぎると、後段のアニオン交換体ＡＥＲによるホウ素（アニオン）の吸着の効率が低下する可能性がある。よって、被処理水内の水酸化物イオンが、カチオン交換体ＣＥＲに吸着した水素イオンと反応して水（Ｈ_２Ｏ）となって減少することで、後段のＥＤＩ装置１０３内のアニオン交換体ＡＥＲによるホウ素（アニオン）の吸着効率がよくなる。

ＥＤＩ装置１０２の脱塩室２３ｂから流れ出た被処理水は、ＥＤＩ装置１０３の脱塩室２３ｃに入口側２３ｃ１から流入する。

ＥＤＩ装置１０３では、以下の処理が行われると推測される。
脱塩室２３ｂから流れ出た被処理水が、脱塩室２３ｃのカチオン交換体ＣＥＲが充填された領域に流れ込むと、被処理水に対して脱塩室２３ｂのカチオン交換体ＣＥＲが充填された領域で行われた処理と同様の処理が行われる。このため、脱塩室２３ｃのカチオン交換体ＣＥＲが充填された領域から流れ出る被処理水での水酸化物イオンの濃度は、脱塩室２３ｃにカチオン交換体ＣＥＲが存在しない場合よりも低くなる。

脱塩室２３ｃのカチオン交換体ＣＥＲが充填された領域を通った被処理水は、脱塩室２３ｃのアニオン交換体ＡＥＲが充填された領域に流れ込む。

被処理水内のホウ素は、脱塩室２３ｃの出口側２３ｃ２の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲに触れるとアニオンとして解離してアニオン交換体ＡＥＲに吸着される。このとき、被処理水はカチオン交換体ＣＥＲを通ってきているので、被処理水での水酸化物イオンの濃度は、カチオン交換体ＣＥＲを通る前よりも低くなっている。よって、脱塩室２３ｃの出口側２３ｃ２の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲによるホウ素（アニオン）の吸着効率が向上する。したがって、脱塩室２３ｃから流出される処理水におけるホウ素の低濃度化を図ることが可能になる。

また、複数のＥＤＩ装置を用いることによって、処理水におけるホウ素の低濃度化を図っている。このため、例えば１つのＥＤＩ装置の脱塩室に「アニオン交換体→カチオン交換体→アニオン交換体」の順にイオン交換体が充填されたものと比べて、以下のような効果を奏する。

（１）ＥＤＩ装置における電流の偏流を抑制可能となる。
例えば、１台のＥＤＩ装置の脱塩室に「アニオン交換体→カチオン交換体→アニオン交換体」の順にイオン交換体が充填された場合、アニオン交換体とカチオン交換体との間での電気抵抗が異なるため、その電気抵抗の差異に応じて電流の偏流が生じてしまう。
これに対して、複数のＥＤＩ装置を用いた場合、１台のＥＤＩ装置を用いた場合に比べて、１つの脱塩室に充填するイオン交換体の種類を減らすことができ、イオン交換体の電気抵抗の差異に応じた電流の偏流を低減できる。

（２）電極板を分けることができるため、電流値のコントロールが容易になる。
電極板は電流密度が高くなると、劣化しやすくなる。また、ＥＤＩ装置を構成するイオン交換膜やイオン交換樹脂もイオン負荷が少ない状態にて高い電流値で運転すると電気的な焼けなどの劣化が発生する傾向がある。例えば、イオン負荷が少なくなる後段のＥＤＩ装置の電流値を低くすることでより安定した運転を行うことも可能になると考えられる。

（３）後段のＥＤＩ装置に対する負荷を低減可能になる。
後段のＥＤＩ装置は、その前段のＥＤＩ装置で処理された処理水を処理するため、全く処理されていない被処理水を処理する場合に比べて、処理の負荷が低くなる。そのため、後段のＥＤＩ装置は前段のＥＤＩ装置よりも劣化の進行度合いも少なく、より長い期間使用できることが想定される。後段のＥＤＩ装置は前段のＥＤＩ装置よりも交換頻度を少なくできることが考えられる。

＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態の水処理装置２０２を示した図である。
水処理装置２０２は、ＥＤＩ装置１０１とＥＤＩ装置１０３とを有する。ＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａとＥＤＩ装置１０３の脱塩室２３ｃは、この順に直列に連通している。被処理水は、脱塩室２３ａに流入する。そして、脱塩室２３ａから流出した水は、脱塩室２３ｃに入口側２３ｃ１から流入する。ＥＤＩ装置１０１とＥＤＩ装置１０３の間では、濃縮室は直列に連通しておらず別々に供給水が供給される。ＥＤＩ装置１０１の電極室（陰極室、陽極室）と、ＥＤＩ装置１０３の電極室（陰極室、陽極室）には別々に供給水が供給される。

次に、水処理装置２０２の脱塩室２３ａおよび２３ｃで行われる水処理について説明する。
ＥＤＩ装置１０１および１０３において、陽極室２１と濃縮室２２および２４と陰極室２５に供給水を通水し陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加した状態で、ＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａから被処理水を通水する。

ＥＤＩ装置１０１では、第１の実施形態における脱塩室２３ｂの入口側２３ｂ１の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。ＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａから流れ出た被処理水は、ＥＤＩ装置１０３の脱塩室２３ｃに入口側２３ｃ１から流入する。ＥＤＩ装置１０３では、第１の実施形態で示したＥＤＩ装置１０３にて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。

このため、第１の実施形態と同様に、脱塩室２３ｃの出口側２３ｃ２の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲによるホウ素（アニオン）の吸着効率が向上する。したがって、脱塩室２３ｃから流出される処理水におけるホウ素の低濃度化を図ることが可能になる。

＜第３の実施形態＞
図９は、本発明の第３の実施形態の水処理装置２０３を示した図である。
水処理装置２０３は、ＥＤＩ装置１０２とＥＤＩ装置１０１とを有する。ＥＤＩ装置１０２の脱塩室２３ｂとＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａは、この順に直列に連通している。被処理水は、脱塩室２３ｂに入口側２３ｂ１から流入する。脱塩室２３ｂから流出した水は、脱塩室２３ａに流入する。ＥＤＩ装置１０２とＥＤＩ装置１０１の間では、濃縮室は直列に連通しておらず別々に供給水が供給される。ＥＤＩ装置１０２の電極室（陰極室、陽極室）と、ＥＤＩ装置１０１の電極室（陰極室、陽極室）には別々に供給水が供給される。

次に、水処理装置２０３の脱塩室２３ｂおよび２３ａで行われる水処理について説明する。
ＥＤＩ装置１０２および１０１において、陽極室２１と濃縮室２２および２４と陰極室２５に供給水を通水し陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加した状態で、ＥＤＩ装置１０２の脱塩室２３ｂの入口側２３ｂ１から被処理水を通水する。
ＥＤＩ装置１０２では、第１の実施形態に示したＥＤＩ装置１０２にて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。ＥＤＩ装置１０２の脱塩室２３ｂの出口側２３ｂ２から流れ出た被処理水は、ＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａに流入する。ＥＤＩ装置１０１では、第１の実施形態における脱塩室２３ｃの出口側２３ｃ２の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。

よって、第１の実施形態と同様に、脱塩室２３ａに充填されたアニオン交換体ＡＥＲによるホウ素（アニオン）の吸着効率が向上し、脱塩室２３ａから流出される処理水におけるホウ素の低濃度化を図ることが可能になる。

＜第４の実施形態＞
図１０は、本発明の第４の実施形態の水処理装置２０４を示した図である。
水処理装置２０４は、ＥＤＩ装置１０４とＥＤＩ装置１０１とを有する。ＥＤＩ装置１０４の脱塩室２３ｄ−１と、ＥＤＩ装置１０４の脱塩室２３ｄ−２と、ＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａは、この順に直列に連通している。被処理水は、小脱塩室２３ｄ−１から流入する。ＥＤＩ装置１０４とＥＤＩ装置１０１の間では、濃縮室は直列に連通しておらず別々に供給水が供給される。ＥＤＩ装置１０４の電極室（陰極室、陽極室）と、ＥＤＩ装置１０１の電極室（陰極室、陽極室）には別々に供給水が供給される。

次に、水処理装置２０４の小脱塩室２３ｄ−１、２３ｄ−２および脱塩室２３ａで行われる水処理について説明する。
ＥＤＩ装置１０４および１０１において、陽極室２１と濃縮室２２および２４と陰極室２５に供給水を通水し陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加した状態で、ＥＤＩ装置１０４の小脱塩室２３ｄ−１から被処理水を通水する。

ＥＤＩ装置１０４の小脱塩室２３ｄ−１では、第１の実施形態における脱塩室２３ｂの入口側２３ｂ１の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。小脱塩室２３ｄ−１から流れ出た被処理水は、小脱塩室２３ｄ−２に流れ込む。小脱塩室２３ｄ−２では、第１の実施形態における脱塩室２３ｂの出口側２３ｂ２の領域に充填されたカチオン交換体ＣＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。小脱塩室２３ｄ−２から流れ出た被処理水は、ＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａに流入する。ＥＤＩ装置１０１では、第１の実施形態における脱塩室２３ｃの出口側２３ｃ２の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。

よって、第１の実施形態と同様に、脱塩室２３ａに充填されたアニオン交換体ＡＥＲによるホウ素（アニオン）の吸着効率が向上し、脱塩室２３ａから流出される処理水におけるホウ素の低濃度化を図ることが可能になる。

＜第５の実施形態＞
図１１は、本発明の第５の実施形態の水処理装置２０５を示した図である。
水処理装置２０５は、ＥＤＩ装置１０１とＥＤＩ装置１０５とを有する。ＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａと、ＥＤＩ装置１０５の小脱塩室２３ｅ−２と、ＥＤＩ装置１０５の小脱塩室２３ｅ−１は、この順に直列に連通している。被処理水は、脱塩室２３ａから流入する。ＥＤＩ装置１０１とＥＤＩ装置１０５の間では、濃縮室は直列に連通しておらず別々に供給水が供給される。ＥＤＩ装置１０１の電極室（陰極室、陽極室）と、ＥＤＩ装置１０５の電極室（陰極室、陽極室）には別々に供給水が供給される。

次に、水処理装置２０５の脱塩室２３ａ、小脱塩室２３ｅ−２および２３ｅ−１で行われる水処理について説明する。
ＥＤＩ装置１０１および１０５において、陽極室２１と濃縮室２２および２４と陰極室２５に供給水を通水し陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加した状態で、ＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａから被処理水を通水する。

ＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａでは、第１の実施形態における脱塩室２３ｂの入口側２３ｂ１の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。脱塩室２３ａから流れ出た被処理水は、ＥＤＩ装置１０５の小脱塩室２３ｅ−２に流れ込む。

小脱塩室２３ｅ−２では、第１の実施形態における脱塩室２３ｃの入口側２３ｃ１の領域に充填されたカチオン交換体ＣＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。小脱塩室２３ｅ−２から流れ出た被処理水は、小脱塩室２３ｅ−１に流入する。小脱塩室２３ｅ−１では、第１の実施形態における脱塩室２３ｃの出口側２３ｃ２の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。

よって、第１の実施形態と同様に、小脱塩室２３ｅ−１に充填されたアニオン交換体ＡＥＲによるホウ素（アニオン）の吸着効率が向上する。したがって、小脱塩室２３ｅ−１から流出される処理水におけるホウ素の低濃度化を図ることが可能になる。

＜第６の実施形態＞
図１２は、本発明の第６の実施形態の水処理装置２０６を示した図である。
水処理装置２０６は、ＥＤＩ装置１０６とＥＤＩ装置１０１とを有する。ＥＤＩ装置１０６の小脱塩室２３ｆ−１と、ＥＤＩ装置１０６の小脱塩室２３ｆ−２と、ＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａは、この順に直列に連通している。被処理水は、小脱塩室２３ｆ−１から流入する。ＥＤＩ装置１０６とＥＤＩ装置１０１の間では、濃縮室は直列に連通しておらず別々に供給水が供給される。ＥＤＩ装置１０６の電極室（陰極室、陽極室）と、ＥＤＩ装置１０１の電極室（陰極室、陽極室）には別々に供給水が供給される。

次に、水処理装置２０６の小脱塩室２３ｆ−１、２３ｆ−２および脱塩室２３ａで行われる水処理について説明する。
ＥＤＩ装置１０６および１０１において、陽極室２１と濃縮室２２および２４と陰極室２５に供給水を通水し陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加した状態で、ＥＤＩ装置１０６の小脱塩室２３ｆ−１から被処理水を通水する。

ＥＤＩ装置１０６の小脱塩室２３ｆ−１では、第１の実施形態における脱塩室２３ｂの入口側２３ｂ１の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。小脱塩室２３ｆ−１から流れ出た被処理水は、小脱塩室２３ｆ−２の入口側２３ｆ−２１（カチオン交換体ＣＥＲが充填された部分）から小脱塩室２３ｆ−２に通水される。小脱塩室２３ｆ−２の入口側２３ｆ−２１のカチオン交換体ＣＥＲが充填された領域では、第１の実施形態における脱塩室２３ｂの出口側２３ｂ２の領域に充填されたカチオン交換体ＣＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。小脱塩室２３ｆ−２のカチオン交換体ＣＥＲが充填された領域を通った被処理水は、小脱塩室２３ｆ−２のアニオン交換体ＡＥＲが充填された部分に通水される。小脱塩室２３ｆ−２のアニオン交換体ＡＥＲが充填された部分では、第１の実施形態における脱塩室２３ｃの出口側２３ｃ２の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。

小脱塩室２３ｆ−２のアニオン交換体ＡＥＲが充填された領域を通った被処理水は、ＥＤＩ装置１０１の脱塩室２３ａに通水される。脱塩室２３ａでは、第１の実施形態における脱塩室２３ｃの出口側２３ｃ２の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲを用いて行われる処理と同様の処理が行われると推定される。

よって、第１の実施形態と同様に、脱塩室２３ａに充填されたアニオン交換体ＡＥＲによるホウ素（アニオン）の吸着効率が向上する。したがって、脱塩室２３ａから流出される処理水におけるホウ素の低濃度化を図ることが可能になる。

＜第７の実施形態＞
図１３は、本発明の第７の実施形態の水処理装置２０７を示した図である。
水処理装置２０７は、２台のＥＤＩ装置１０６を有する。以下、最初に被処理水が通水されるＥＤＩ装置１０６を「１段目ＥＤＩ装置１０６−１」と称し、最後に被処理水が通水されるＥＤＩ装置１０６を「最終段ＥＤＩ装置１０６−２」と称する。

１段目ＥＤＩ装置１０６−１の小脱塩室２３ｆ−１と、１段目ＥＤＩ装置１０６−１の小脱塩室２３ｆ−２と、最終段ＥＤＩ装置１０６−２の小脱塩室２３ｆ−１と、最終段ＥＤＩ装置１０６−２の小脱塩室２３ｆ−２は、この順に直列に連通している。被処理水は、１段目ＥＤＩ装置１０６−１の小脱塩室２３ｆ−１から流入する。１段目ＥＤＩ装置１０６−１と最終段ＥＤＩ装置１０６−２の間では、濃縮室は直列に連通しておらず別々に供給水が供給される。１段目ＥＤＩ装置１０６−１の電極室（陰極室、陽極室）と、最終段ＥＤＩ装置１０６−２の電極室（陰極室、陽極室）には別々に供給水が供給される。

次に、水処理装置２０７の各脱塩室で行われる水処理について説明する。
１段目ＥＤＩ装置１０６−１と最終段ＥＤＩ装置１０６−２において、陽極室２１と濃縮室２２および２４と陰極室２５に供給水を通水し陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加した状態で、１段目ＥＤＩ装置１０６−１の小脱塩室２３ｆ−１から被処理水を通水する。

１段目ＥＤＩ装置１０６−１では、第６の実施形態のＥＤＩ装置１０６（図１２参照）での処理と同様の処理が行われると推定される。１段目ＥＤＩ装置１０６−１から流れ出た被処理水は、最終段ＥＤＩ装置１０６−２の小脱塩室２３ｆ−１に通水される。最終段ＥＤＩ装置１０６−２では、１段目ＥＤＩ装置１０６−１から流れ出た被処理水に対して、第６の実施形態のＥＤＩ装置１０６（図１２参照）での処理と同様の処理が行われると推定される。

よって、最終段ＥＤＩ装置１０６−２の小脱塩室２３ｆ−２の出口側２３ｆ−２２の領域に充填されたアニオン交換体ＡＥＲによるホウ素（アニオン）の吸着効率が向上し、最終段ＥＤＩ装置１０６−２の小脱塩室２３ｆ−２から流出される処理水におけるホウ素の低濃度化を図ることが可能になる。

＜第８の実施形態＞
図１４は、本発明の第８の実施形態の水処理装置２０８を示した図である。
水処理装置２０８は、ＥＤＩ装置１０６とＥＤＩ装置１０５とを有する。ＥＤＩ装置１０６の小脱塩室２３ｆ−１と、ＥＤＩ装置１０６の小脱塩室２３ｆ−２と、ＥＤＩ装置１０５の小脱塩室２３ｅ−２と、ＥＤＩ装置１０５の小脱塩室２３ｅ−１とは、この順に直列に連通している。被処理水は、小脱塩室２３ｆ−１から流入する。ＥＤＩ装置１０６とＥＤＩ装置１０５の間では、濃縮室は直列に連通しておらず別々に供給水が供給される。ＥＤＩ装置１０６の電極室（陰極室、陽極室）と、ＥＤＩ装置１０５の電極室（陰極室、陽極室）には別々に供給水が供給される。

次に、水処理装置２０８の各脱塩室で行われる水処理について説明する。
ＥＤＩ装置１０６および１０５において、陽極室２１と濃縮室２２および２４と陰極室２５に供給水を通水し陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加した状態で、ＥＤＩ装置１０６の小脱塩室２３ｆ−１から被処理水を通水する。

ＥＤＩ装置１０６では、第６の実施形態のＥＤＩ装置１０６（図１２参照）での処理と同様の処理が行われると推定される。ＥＤＩ装置１０６から流れ出た被処理水は、ＥＤＩ装置１０５の小脱塩室２３ｅ−２に通水する。ＥＤＩ装置１０５では、第５実施形態のＥＤＩ装置１０５（図１１参照）での処理と同様の処理が行われると推定される。

よって、ＥＤＩ装置１０５の小脱塩室２３ｅ−１に充填されたアニオン交換体ＡＥＲによるホウ素（アニオン）の吸着効率が向上し、脱塩室２３ｅ−１から流出される処理水におけるホウ素の低濃度化を図ることが可能になる。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
例えば、上述した各実施形態では、２台のＥＤＩ装置を用いた水処理装置が使用されている。しかしながら、複数の脱塩室のうち、被処理水が最初に通水される１段目の脱塩室の最上流部と、処理水を出力する最終段の脱塩室の最下流部に、アニオン交換体が単独で充填され、直列に連通する複数の脱塩室の一部であって１段目の脱塩室の最上流部と最終段の脱塩室の最下流部との間の部分に、少なくともカチオン交換体が充填されていれば、ＥＤＩ装置の数は２台に限らず３台以上でもよい。

また、各実施形態では［濃縮室（Ｃ）｜アニオン交換膜（ＡＥＭ）｜脱塩室（Ｄ）｜カチオン交換膜（ＣＥＭ）｜濃縮室（Ｃ）］からなる基本構成（セルセット）が陽極と陰極との間に配置されている。しかしながら、電極間にこのようなセルセットを複数個並置し、電気的には複数個のセルセットが一端を陽極とし他端を陰極として直列接続されるようにして処理能力の増大を図ってもよい。

この場合、隣接するセルセット間で隣り合う濃縮室を共有することができる。よって、ＥＤＩ装置の構成としては、［陽極室｜Ｃ｜ＡＥＭ｜Ｄ｜ＣＥＭ｜Ｃ｜ＡＥＭ｜Ｄ｜ＣＥＭ｜Ｃ｜ＡＥＭ｜Ｄ｜ＣＥＭ｜…｜Ｃ｜陰極室］の構成が用いられてもよい。このような直列構造のＥＤＩ装置における脱塩室の数を「脱塩室セルペア数」とも称する。

また、このような直列構造において、陽極室に最も近い脱塩室については、陽極室との間に独立の濃縮室を介在させることなく陽極室自体を濃縮室としても機能させることができ、陰極室に最も近い脱塩室については、陰極室との間に濃縮室を介在させることなく陰極室自体を濃縮室としても機能させることができる。直流電圧の印加によって消費する電力を抑えるためには、濃縮室、陽極室および陰極室の少なくとも１つにイオン交換体を充填してＥＤＩ装置の電気抵抗を下げてもよい。

各実施形態では、陰極室から陽極室に流れる供給水として純水を用いたが、陰極室や陽極室に供給される供給水は、純水でなくてもよく例えば被処理水でもよい。また、同一のＥＤＩ装置内の陰極室と陽極室を接続しなくてもよく並列に接続してもよい。

各実施形態では、各濃縮室に純水を供給したが、純水の代わりに、２段目のＥＤＩ装置が出力する処理水を供給してもよい。また、２段目のＥＤＩ装置が出力する処理水を、２段目のＥＤＩ装置の各濃縮室に供給し、２段目のＥＤＩ装置の各濃縮室から排出された水を、１段目のＥＤＩ装置の各濃縮室に供給してもよい。また、１段目のＥＤＩ装置の各濃縮室には、被処理水が供給されてもよい。

次に、本発明の実施例および比較例を説明する。
実施例および比較例として、２台のＥＤＩ装置を有し各ＥＤＩ装置の脱塩室が直列に連通された水処理装置を用いた。以下、２台のＥＤＩ装置のうち、被処理水が最初に通水されるＥＤＩ装置を「１段目ＥＤＩ装置」と称し、１段目ＥＤＩ装置から流れ出た被処理水が通水されるＥＤＩ装置（最終段ＥＤＩ装置）を「２段目ＥＤＩ装置」と称する。

＜実施例１〜８＞
実施例１〜８の水処理装置として、図７〜図１４に示した第１〜第８の実施形態の水処理装置２０１〜２０８（図２０参照）を用いた。
次に、比較例で用いたＥＤＩ装置３０１について説明する。
図１５は、ＥＤＩ装置３０１を示した図である。ＥＤＩ装置３０１としては、脱塩室２３ｇにアニオン交換体Ａとカチオン交換体Ｋとを混床形態で充填したＥＤＩ装置を用いた。

次に、比較例１〜４の水処理装置について説明する。
図１６〜図１９は、それぞれ、比較例１〜４の水処理装置を示した図である。
比較例１では、図１６に示したように１段目ＥＤＩ装置および２段目ＥＤＩ装置としてＥＤＩ装置３０１を用いた。比較例２では、図１７に示したように１段目ＥＤＩ装置としてＥＤＩ装置３０１を用い２段目ＥＤＩ装置としてＥＤＩ装置１０３を用いた。比較例３では、図１８に示したように１段目ＥＤＩ装置としてＥＤＩ装置３０１を用い２段目ＥＤＩ装置としてＥＤＩ装置１０２を用いた。比較例４では、図１９に示したように１段目ＥＤＩ装置としてＥＤＩ装置１０１を用い２段目ＥＤＩ装置としてＥＤＩ装置３０１を用いた。

実施例１〜８および比較例１〜４におけるＥＤＩ装置の仕様、通水流量、印加電流、被処理水の水質などの運転条件は、以下の通りである。
・アニオン交換体として、アニオン交換樹脂［商品名：アンバージェット（登録商標）４００２（強塩基性陰イオン交換樹脂４００２）、ダウ・ケミカル社製］を用い、カチオン交換体として、カチオン交換樹脂［商品名：アンバージェット（登録商標）１０２０（強酸性陽イオン交換樹脂１０２０）、ダウ・ケミカル社製］を用いた。
・アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の両方が充填されている脱塩室２３ｂ、２３ｃ、小脱塩室２３ｆ−２、脱塩室２３ｇでは、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との体積の割合を１：１にした。
・セル（脱塩室、濃縮室、陽極室、陰極室）の容積を、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍとした。
・脱塩室セルペア数を、１セルペアとした。
・１段目ＥＤＩ装置に通水される被処理水として、２段ＲＯ（逆浸透膜）処理水（導電率：３〜４μＳ／ｃｍ、ホウ素濃度：９０〜１００μｇＢ／Ｌ）を用いた。
・被処理水流量を、２０Ｌ／ｈとした。
・陽極と陰極との間を流れる電流の値を、０．４Ａとした。
・濃縮室へ供給する供給水として、別系統からの純水を用いた。
・濃縮室への供給水流量を、５Ｌ／ｈとした。
・陽極室へ供給する供給水および陰極室へ供給する供給水として、別系統からの純水を用いた。
・陽極室へ供給する供給水流量および陰極室への供給水流量を、５Ｌ／ｈとした。

図２０は、実施例１〜８および比較例１〜４での処理水のホウ素濃度（単位：ｎｇＢ／Ｌ）の測定結果を示した図である。図２０では、各ＥＤＩ装置の脱塩室の状態（アニオン交換樹脂やカチオン交換樹脂の充填形態）を模式的に示している。図２０では、アニオン交換樹脂層を「Ａ」で示し、カチオン交換樹脂層を「Ｋ」で示し、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合層を「ＭＢ」として示している。

実施例１〜８と比較例１〜４の処理水のホウ素濃度を見て分かるとおり、２台のＥＤＩ装置の各脱塩室を直列に連通しただけでは、ホウ素濃度を５０ｎｇＢ／Ｌ以下にすることはできなかった。なお、ホウ素濃度を５０ｎｇＢ／Ｌ以下にすることは、例えば、半導体プロセスで使用される純水において望ましいとされる。

一方、実施例１〜８のように、１段目ＥＤＩ装置の脱塩室の最上流部の領域にアニオン交換樹脂を単独で充填し、２段目（最終段）ＥＤＩ装置の脱塩室の最下流部の領域にアニオン交換樹脂を単独で充填し、その間の部分にカチオン交換樹脂が充填されていることで、ホウ素濃度を５０ｎｇＢ／Ｌ以下にすることができた。

実施例１と実施例２、３との比較、比較例１〜３と比較例４との比較から分かるとおり、１段目ＥＤＩ装置の脱塩室にアニオン交換樹脂を単床形態で充填、または、２段目ＥＤＩ装置の脱塩室にアニオン交換樹脂を単床形態で充填することで、さらに処理水のホウ素濃度を低減できた。

実施例２〜３と実施例４〜５との比較から分かるとおり、直列に連通する脱塩室の少なくとも１つが、中間イオン交換膜と第１小脱塩室と第２小脱塩室とを有する脱塩室（以下「Ｄ２脱塩室」と称する）であることで、処理水のホウ素濃度をさらに低減できた。しかしながら、Ｄ２脱塩室を直列につなげると通水差圧が上昇する懸念がある。このため、実施例４〜６のようにＤ２脱塩室の台数を必要以上に増やすことなく、処理水のホウ素濃度を目標値（例えば、５０ｎｇＢ／Ｌ）以下にできれば通水差圧の面でメリットがある。

実施例７と実施例８との比較から分かるとおり、最終段（２段目）ＥＤＩ装置の最下流部の脱塩室にアニオン交換樹脂を単床形態で充填することにより、処理水のホウ素濃度をさらに低減できた。

＜実施例９〜１０＞
次に、図２１を参照して実施例９〜１０の水処理装置を説明する。
実施例９は、実施例１において、２段目ＥＤＩ装置の脱塩室におけるカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂との体積比を一定（カチオン交換樹脂：アニオン交換樹脂＝９：１）にした状態で、１段目ＥＤＩ装置の脱塩室におけるアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の体積比を変更（アニオン交換樹脂の体積比を５％〜１００％の間で変更）した例である。

実施例１０は、実施例１において、１段目ＥＤＩ装置の脱塩室におけるアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との体積比を一定（アニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝１：９）にした状態で、２段目ＥＤＩ装置の脱塩室におけるカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の体積比を変更（アニオン交換樹脂の体積比を５％〜１００％の間で変更）した例である。

図２１は、実施例９〜１０での処理水のホウ素濃度の測定結果を示した図である。なお、図２１では、各ＥＤＩ装置の脱塩室の状態（アニオン交換樹脂やカチオン交換樹脂の充填形態）を模式的に示し、アニオン交換樹脂を「Ａ」や「ＡＥＲ」で示し、カチオン交換樹脂を「Ｋ」で示している。

図２１において、実施例９の測定結果では、１段目ＥＤＩ装置のアニオン交換樹脂の割合が５％のときの処理水のホウ素濃度を「１」として、アニオン交換樹脂の割合を増加させたときの、処理水のホウ素濃度の減少の程度が、除去比率としてプロットされている。一方、実施例１０の測定結果では、２段目ＥＤＩ装置のアニオン交換樹脂の割合が５％のときの処理水のホウ素濃度を「１」として、アニオン交換樹脂の割合を増加させたときの、処理水のホウ素濃度の減少の程度が、除去比率としてプロットされている。なお、実施例９、１０では、実施例１〜８、比較例１〜４と同様の給水負荷条件で通水試験を実施した（例えば、被処理水として２段ＲＯ透過水を用い、１段目ＥＤＩ装置の脱塩室に通水される被処理水のホウ素濃度を９０〜１００μｇＢ／Ｌとした。）。

実施例９、１０より、アニオン交換樹脂の割合が増加するほど処理水のホウ素濃度が低減することが分かった。また、アニオン交換樹脂の割合において、５％と１０％を比較すると、１０％未満のときよりも１０％のときの方が、処理水のホウ素濃度の減少の程度が顕著に大きくなることが確認できた。これは、１段目の脱塩室の体積に対する１段目の脱塩室の最上流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比、および、最終段の脱塩室の体積に対する最終段の脱塩室の最下流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比が１０％以上である場合に、処理水のホウ素濃度の減少の程度が顕著に大きくなることを意味する。

さらに、アニオン交換樹脂の割合が５０％以上の場合において、１０〜５０％未満の割合のときと比較すると、処理水のホウ素濃度の減少の効果が大きいことが確認できた。これは、１段目の脱塩室の体積に対する１段目の脱塩室の最上流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比、および、最終段の脱塩室の体積に対する最終段の脱塩室の最下流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比が５０％以上である場合に、処理水のホウ素濃度の減少の程度がさらに顕著に大きくなることを意味する。

＜実施例１１〜１３＞
次に、図２２を参照して実施例１１〜１３の水処理装置を説明する。
実施例１１は、実施例１において、１段目ＥＤＩ装置の脱塩室に通水する被処理水に関して、シリカとホウ素の濃度を１００マイクログラムパーリッター程度で一定（シリカ：９８μｇＳ_ｉＯ_２／Ｌ、ホウ素：９７μｇＢ／Ｌ）にした状態で炭酸の濃度（ｍｇＣＯ_２／Ｌ）を変更した例である。

実施例１２は、実施例１において、１段目ＥＤＩ装置の脱塩室に通水する被処理水に関して、ホウ素と炭酸の濃度を一定（ホウ素：９７μｇＢ／Ｌ、炭酸：５ｍｇＣＯ_２／Ｌ）にした状態でシリカの濃度（μｇＳ_ｉＯ_２／Ｌ）を変更した例である。

実施例１３は、実施例１において、１段目ＥＤＩ装置の脱塩室に通水する被処理水に関して、シリカと炭酸の濃度を一定（シリカ：９８μｇＳ_ｉＯ_２／Ｌ、炭酸：５ｍｇＣＯ_２／Ｌ）にした状態でホウ素の濃度（μｇＢ／Ｌ）を変更した例である。

図２２は、実施例１１〜１３での処理水のホウ素濃度の測定結果を示した図である。図２２では、アニオン交換樹脂を「Ａ」で示し、カチオン交換樹脂を「Ｋ」で示している。

実施例１１〜１３より、１段目ＥＤＩ装置の脱塩室に通水する被処理水において炭酸濃度が５ｍｇＣＯ_２／Ｌ以下、かつシリカ濃度が１００μｇＳ_ｉＯ_２／Ｌ以下、かつホウ素濃度が１００μｇＢ／Ｌ以下のときに、処理水のホウ素濃度を５０ｎｇＢ／Ｌ以下にできたことが確認できる。

また、実施例１３において、１段目ＥＤＩ装置の脱塩室に通水する被処理水のホウ素濃度がほぼ２００（１９８）μｇＢ／Ｌのときに、陽極と陰極との間を流れる電流を０．８Ａとして試験したところ、処理水のホウ素濃度を５０ｎｇＢ／Ｌ以下にすることができなかった。このため、単純に電流値を増加させるだけでは、処理水のホウ素濃度を５０ｎｇＢ／Ｌ以下にできないことが確認された。

＜実施例１４＞
次に、図２３を参照して実施例１４の水処理装置を説明する。
実施例１４は、実施例８において、１段目ＥＤＩ装置の小脱塩室２３ｆ−１に通水する被処理水について、シリカと炭酸の濃度を一定（シリカ：１０１μｇＳ_ｉＯ_２／Ｌ、炭酸：５ｍｇＣＯ_２／Ｌ）にした状態でホウ素の濃度（μｇＢ／Ｌ）を変更した例である。

図２３は、実施例１４での処理水のホウ素濃度の測定結果を示した図である。図２３では、アニオン交換樹脂を「Ａ」で示し、カチオン交換樹脂を「Ｋ」で示している。

実施例１１〜１３より、中間イオン交換膜にて区分けされていない脱塩室（以下「Ｄ１脱塩室」と称する）を直列に連通した場合、処理水のホウ素濃度を５０ｎｇＢ／Ｌ以下にするには、１段目のＥＤＩ装置に通水する被処理水のホウ素濃度を概ね１００μｇＢ／Ｌ以下にすればよいことが分かった。

しかしながら実施例４〜８に示したように、水処理装置においてＤ２脱塩室を有するＥＤＩ装置を増やすことにより処理水のホウ素濃度を低減することが可能になった。この点について、実施例１４では、１段目のＥＤＩ装置に通水する被処理水のホウ素濃度が実施例１３での被処理水のホウ素濃度よりも高いほぼ３００（２９８）μｇＢ／Ｌであっても、処理水のホウ素濃度を５０ｎｇＢ／Ｌ以下にできることが確認できた。

ここで、直列に連通された脱塩室の最上流部にアニオン交換樹脂を単独で充填する理由について説明する。被処理水内のホウ素は、固体塩基であるアニオン交換樹脂に触れるとアニオンとしての解離が促進され、結果的に、アニオン交換樹脂による吸着除去効率がよくなる。

次に、直列に連通された脱塩室の最下流部にアニオン交換樹脂を単独で充填し、最上流部と最下流部との間に少なくともカチオン交換樹脂を充填する理由について説明する。カチオン交換樹脂を用いて被処理水内のカチオン成分を除去してから、被処理水を最下流部のアニオン交換樹脂に通水する方が、カチオン交換樹脂を用いてカチオン成分を除去せずに最下流部のアニオン交換樹脂に被処理水を通水する場合に比べて、最下流部のアニオン交換樹脂に通水される被処理水に存在する水酸化物イオンの濃度を低減でき、アニオン交換樹脂を用いたホウ素の除去効率がよくなる。

なお、実施例７だと最終段の第２小脱塩室では、イオン交換樹脂が複床形態（アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の両方が別々に充填されている形態）となっているため、第２小脱塩室を流れる電流において偏流が発生する。この偏流は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との間の電気抵抗の差に起因するもので、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂のうち電気抵抗の低い方に多くの電流が流れてしまう現象である。これに対して、実施例８の最終段の第２小脱塩室には、アニオン交換樹脂が単床形態で充填されているため、実施例７に比べて偏流が起こりにくく、ホウ素の除去効率がよくなる。

次に、Ｄ２脱塩室を用いるメリットについて説明する。上述したように複床形態の脱塩室では、電流が偏流してしまう。そのため、１つの脱塩室にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂を複床形態で充填するよりも、Ｄ２脱塩室の２つの小脱塩室に単床形態でアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを別々に充填した方が、アニオン交換樹脂に効率よく電流を流すことができるため、脱塩効率がよくなる。しかしながら、Ｄ２脱塩室は、Ｄ１脱塩室に比べて流路長が約２倍になるため、通水差圧が高くなる懸念がある。そのため、処理水において目標のホウ素濃度が達成できる範囲でＤ２脱塩室を採用するＥＤＩ装置の数を少なくすることで、通水差圧の上昇を低減することが可能になる。

ここで、“脱塩室の最上流部”とは、被処理水が脱塩室に流入する際に最初に通過する（一定の）部分を指し、“脱塩室の最下流部”とは、処理水が脱塩室から外部へ流出する際に最後に通過する（一定の）部分を指す。“脱塩室の最上流部”と“脱塩室の最下流部”は、必ずしも物理的な上下関係を指すものではなく、例えば、被処理水が脱塩室の上部側面から流入し、脱塩室の下部側面から流出するような場合も含まれる。

Claims (13)

1. 複数の電気式脱イオン水製造装置を有する水処理装置において、
   前記複数の電気式脱イオン水製造装置の各々は、陽極と陰極との間に、前記陽極側に位置するアニオン交換膜と前記陰極側に位置するカチオン交換膜とで区画されイオン交換体が充填された脱塩室を有し、
   前記複数の電気式脱イオン水製造装置の各々の前記脱塩室は、直列に連通しており、
   前記直列に連通する複数の脱塩室は、ホウ素を含む被処理水を通水して処理水を流出し、
   前記被処理水が最初に通水される１段目の前記脱塩室の最上流部と、前記処理水を流出する最終段の前記脱塩室の最下流部には、アニオン交換体が単独で充填され、
   前記複数の脱塩室の一部であって前記１段目の脱塩室の最上流部と前記最終段の脱塩室の最下流部との間の部分に、少なくともカチオン交換体が充填され、
   前記１段目の脱塩室の体積に対する前記１段目の脱塩室の最上流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比、および、前記最終段の脱塩室の体積に対する前記最終段の脱塩室の最下流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比は、１０％以上であることを特徴とする水処理装置。
2. 前記１段目の脱塩室または前記最終段の脱塩室には、アニオン交換体が単床形態で充填されている、請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記複数の脱塩室の少なくとも１つは、
   前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との間に位置する中間イオン交換膜と、
   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第１小脱塩室と、
   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第２小脱塩室と、を有し、
   前記第１小脱塩室と前記第２小脱塩室とが直列に連通している、請求項１または２に記載の水処理装置。
4. 前記１段目の脱塩室は、前記中間イオン交換膜と前記第１小脱塩室と前記第２小脱塩室とを有し、
   前記１段目の脱塩室では、前記第１小脱塩室が前記第２小脱塩室より上流側に位置し、当該第１小脱塩室にアニオン交換体が単床形態で充填されている、請求項３に記載の水処理装置。
5. 前記最終段の脱塩室は、前記中間イオン交換膜と前記第１小脱塩室と前記第２小脱塩室とを有し、
   前記最終段の脱塩室では、前記第１小脱塩室が前記第２小脱塩室より下流側に位置し、当該第１小脱塩室にアニオン交換体が単床形態で充填されている、請求項３または４に記載の水処理装置。
6. ２つ以上の前記電気式脱イオン水製造装置が設けられ、
   前記１段目および前記最終段の脱塩室は、それぞれ、前記中間イオン交換膜と前記第１小脱塩室と前記第２小脱塩室とを有し、
   前記１段目および前記最終段の脱塩室では、前記第１小脱塩室が前記第２小脱塩室より上流側に位置し、当該第１小脱塩室にアニオン交換体が単床形態で充填され、前記第２小脱塩室における最上流部にカチオン交換体が単独で充填され、当該第２小脱塩室における前記最上流部以外の部分にアニオン交換体が単独で充填されている、請求項３または４に記載の水処理装置。
7. ２つ以上の前記電気式脱イオン水製造装置が設けられ、
   前記１段目および前記最終段の脱塩室は、それぞれ、前記中間イオン交換膜と前記第１小脱塩室と前記第２小脱塩室とを有し、
   前記１段目の脱塩室では、前記第１小脱塩室が前記第２小脱塩室より上流側に位置し、当該第１小脱塩室にアニオン交換体が単床形態で充填され、前記第２小脱塩室における最上流部にカチオン交換体が単独で充填され、当該第２小脱塩室における前記最上流部以外の部分にアニオン交換体が単独で充填され、
   前記最終段の脱塩室では、前記第１小脱塩室が前記第２小脱塩室より下流側に位置し、前記第１小脱塩室にアニオン交換体が単床形態で充填され、前記第２小脱塩室にカチオン交換体が単床形態で充填されている、請求項３から５のいずれか１項に記載の水処理装置。
8. 前記１段目の脱塩室の上流側に逆浸透膜装置が設けられている、請求項１から７のいずれか１項に記載の水処理装置。
9. 前記１段目の脱塩室の上流側に脱炭酸膜装置が設けられている、請求項１から８のいずれか１項に記載の水処理装置。
10. 陽極と陰極との間に、前記陽極側に位置するアニオン交換膜と前記陰極側に位置するカチオン交換膜とで区画されイオン交換体が充填された脱塩室を有する複数の電気式脱イオン水製造装置を備え、前記複数の電気式脱イオン水製造装置の各々の前記脱塩室は、直列に連通しており、前記直列に連通する複数の脱塩室は、ホウ素を含む被処理水を通水して処理水を流出し、前記被処理水が最初に通水される１段目の前記脱塩室の最上流部と、前記処理水を流出する最終段の前記脱塩室の最下流部には、アニオン交換体が単独で充填され、前記複数の脱塩室の一部であって前記１段目の脱塩室の最上流部と前記最終段の脱塩室の最下流部との間の部分に、少なくともカチオン交換体が充填され、前記１段目の脱塩室の体積に対する前記１段目の脱塩室の最上流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比、および、前記最終段の脱塩室の体積に対する前記最終段の脱塩室の最下流部に単独で充填されたアニオン交換体の体積の比が１０％以上である水処理装置を用いた水処理方法であって、
    前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加しつつ前記直列に連通する複数の脱塩室に前記被処理水を通水して前記被処理水を処理して前記処理水を流出する水処理方法。
11. 前記１段目の電気式脱イオン水製造装置に通水する被処理水のシリカ濃度が１００μｇＳｉＯ_２／Ｌ以下である請求項１０に記載の水処理方法。
12. 前記１段目の電気式脱イオン水製造装置に通水する被処理水のホウ素濃度が１００μｇＢ／Ｌ以下である請求項１０または１１に記載の水処理方法。
13. 前記１段目の電気式脱イオン水製造装置に通水する被処理水の炭酸濃度が５ｍｇＣＯ_２／Ｌ以下である請求項１０から１２のいずれか１項に記載の水処理方法。

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