JP6532554B1 - 電気式脱イオン水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】濃縮室から脱塩室内の被処理水中に拡散してきた弱酸成分を効率良く被処理水から除去することのできる構成の電気式脱イオン水製造装置の提供。【解決手段】対向する陰極１２と陽極１１との間に少なくとも一つの脱塩処理部が設けられ、脱塩処理部は、少なくともアニオン交換体が充填された脱塩室２３と、脱塩室２３の両隣に設けられる一対の濃縮室２２、２４とを有し、脱塩室２３は、一対の濃縮室のうちの陰極側の濃縮室２４にカチオン交換膜３３を介して隣接するとともに、一対の濃縮室のうちの陽極側の濃縮室２２に第１のアニオン交換膜３２を介して隣接している電気式脱イオン水製造装置であって、カチオン交換膜３３の脱塩室側の面の、一部の領域に、カチオン交換膜とは別体の第２のアニオン交換膜４０が重ねて設置され、第２のアニオン交換膜４０の脱塩室側の面の少なくとも一部に、アニオン交換体が接している。【選択図】図１

Description

本発明は、電気式脱イオン水製造装置に関する。

近年、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン水製造装置（以下、「ＥＤＩ装置」ということがある）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を組み合わせた装置である。一般的なＥＤＩ装置の基本構成は次のとおりである。すなわち、ＥＤＩ装置は、脱塩室と、脱塩室の両側に配置された一対の濃縮室と、一方の濃縮室の外側に配置された陽極（プラス極）室と、他方の濃縮室の外側に配置された陰極（マイナス極）室とを有する。脱塩室は、対向配置されたアニオン交換膜およびカチオン交換膜と、それら交換膜の間に充填されたイオン交換体（アニオン交換体又は／及びカチオン交換体）とを有する。被処理水中に存在するアニオン成分及びカチオン成分が、それぞれアニオン交換膜およびカチオン交換膜を通って脱塩室から濃縮室に移動し、脱塩室から処理水すなわち脱イオン水が得られ、濃縮室から濃縮水が得られる。

脱イオン水を製造するには、陽極室および陰極室にそれぞれ設けられている電極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させる。脱塩室では、アニオン交換体によってアニオン成分（Ｃｌ⁻、ＣＯ_３ ^２−，ＨＣＯ_３ ⁻、ＳｉＯ_２等）が、カチオン交換体によってカチオン成分（Ｎａ^＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋等）が捕捉される。同時に、例えば脱塩室内のアニオン交換体とカチオン交換体の界面で、水の解離反応が起こり、水素イオンと水酸化物イオンが発生する（Ｈ_２Ｏ→Ｈ^＋＋ＯＨ⁻）。イオン交換体に捕捉されたイオン成分は、この水素イオン及び水酸化物イオンと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はイオン交換体を伝ってイオン交換膜（アニオン交換膜またはカチオン交換膜）まで電気泳動し、イオン交換膜で電気透析されて濃縮室へ移動する。濃縮室に移動したイオン成分は、濃縮室を流れる水によって排出される。

ＥＤＩ装置では、濃縮水に含まれる弱酸成分が、濃縮室と脱塩室とを仕切るカチオン交換膜を通過して処理水中に拡散し、処理水の純度を低下させる現象が発生する。これは、炭酸やシリカ（ケイ酸）、ほう素（ほう酸）に代表される弱酸成分が、ｐＨなどの変化に応じて一部イオン化していない分子（中性分子）の形態をとるため、カチオン交換膜による選択透過性の影響を受けにくいことに起因している。例えば炭酸については、式（１）〜（３）で示される平衡関係がある。炭酸の場合、上記イオン化していない分子（中性分子）の形態はＣＯ_２ならびにＨ_２ＣＯ_３であり、これはカチオン交換膜を容易に通過し得る。

特許文献１には、濃縮室から脱塩室に拡散した弱酸成分が処理水に混入することを抑制することのできるＥＤＩ装置が開示される。この装置では、脱塩室がイオン交換膜によって第１小脱塩室と第２小脱塩室とに仕切られ、第１小脱塩室にはアニオン交換体が充填され、第２小脱塩室には被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体とカチオン交換体とが充填される。

また特許文献１には、水解離反応を促進するとともに電流密度の適切な分配を実現するために、第２小脱塩室に充填されているアニオン交換体の陰極側に、バイポーラ膜がそのアニオン交換膜面が前記アニオン交換体と向かい合って配置されることが開示される。

特許文献２、３にも、ＥＤＩ装置において、バイポーラ膜を用いることが開示される。特許文献４、５、非特許文献１にはバイポーラ膜が開示される。

特開２０１２−１６１７５８号公報 国際公開第２０１３／０１８８１８号パンフレット 国際公開第２０１１／１５２２２６号パンフレット 特開平７−１１０２１号公報 特開２０１０−１３２８２９号公報

田中良修、「イオン交換膜 基礎と応用」、２０１６年、丸善出版、ｐ１５〜１８

ＥＤＩ装置では、濃縮室から脱塩室内の被処理水中に拡散してきた弱酸成分をいかに効率良く被処理水から除去するかが非常に重要である。

本発明は、濃縮室から脱塩室内の被処理水中に拡散してきた弱酸成分を効率良く被処理水から除去することのできる、新たな構成のＥＤＩ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、
対向する陰極と陽極との間に少なくとも一つの脱塩処理部が設けられ、
前記脱塩処理部は、少なくともアニオン交換体が充填された脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられる一対の濃縮室とを有し、
前記脱塩室は、前記一対の濃縮室のうちの前記陰極側の濃縮室にカチオン交換膜を介して隣接するとともに、前記一対の濃縮室のうちの前記陽極側の濃縮室に第１のアニオン交換膜を介して隣接し、
前記脱塩室に被処理水が通水され、前記濃縮室に供給水が通水される電気式脱イオン水製造装置であって、
前記カチオン交換膜の脱塩室側の面の、一部の領域に、前記カチオン交換膜とは別体の第２のアニオン交換膜が重ねて設置され、
前記第２のアニオン交換膜の脱塩室側の面の少なくとも一部に、前記アニオン交換体が接していることを特徴とする、電気式脱イオン水製造装置が提供される。

本発明によれば、濃縮室から脱塩室内の被処理水中に拡散してきた弱酸成分を効率良く被処理水から除去することのできる、新たな構成のＥＤＩ装置が提供される。

本発明のＥＤＩ装置の一形態の概略構成を示す断面模式図である。 図１に示した装置において、繰り返し数Ｎが２の場合の例の概略構成を示す模式断面図である。 本発明のＥＤＩ装置の別の形態の概略構成を示す模式断面図である。 本発明のＥＤＩ装置のさらに別の形態の概略構成を示す模式断面図である。 本発明のＥＤＩ装置のさらに別の形態の概略構成を示す模式断面図である。 本発明のＥＤＩ装置のさらに別の形態の概略構成を示す模式断面図である。 本発明のメカニズムを説明するための概念図である。 カチオン交換膜とアニオン交換膜が重なった界面における水解離メカニズムを説明するための別の概念図である。 バイポーラ膜における水解離メカニズムを説明するための概念図である。 二つの膜が重なった界面からアニオン及びカチオンが排出される状況を説明するための概念図である。

脱塩室にアニオン交換体が充填されているＥＤＩ装置では、濃縮室から脱塩室に拡散してきた弱酸成分を、当該アニオン交換体によって捕捉し、処理水から除去することができる。しかし、脱塩室の出口に近い領域に濃縮室から拡散してきた弱酸成分の一部は、脱塩室内のアニオン交換体に捕捉されて除去される前に脱塩室から排出され、処理水に混入しやすい。この現象は、濃縮室から拡散してきた弱酸成分が充分に当該アニオン交換体に接触することなく処理水側へとリークしてしまうため発生すると考えられる。

図７（ａ）に、従来のＥＤＩ装置の一例について、脱塩室２３とその陰極側の濃縮室２４との境界近傍を概念的に示す。このＥＤＩ装置では、カチオン交換膜３３が、脱塩室２３とその陰極側の濃縮室２４とを区画する。脱塩室２３にはアニオン交換体として粒状のアニオン交換樹脂５１が充填され、アニオン交換樹脂５１が、カチオン交換膜３３の脱塩室側の面に接している。このような装置では、カチオン交換膜３３とアニオン交換樹脂５１とが接触している部分に関しては、濃縮室２４からカチオン交換膜３３を介して拡散してきた弱酸成分を、アニオン交換樹脂５１におけるイオン交換反応によってイオン化して捕捉することができる。例えば炭酸（Ｈ_２ＣＯ_３）は、アニオン交換樹脂５１によって炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）もしくは炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）に変換され、捕捉される。捕捉されたアニオンは、アニオン交換樹脂５１を伝って反対側（陽極側）の濃縮室に移動可能である。一方、カチオン交換膜３３がアニオン交換樹脂５１と接触していない部分では、カチオン交換膜３３から脱塩室２３内の液相に弱酸成分が放出され、その一部がそのまま処理水に混入すると考えられる。

本発明者らは、図７（ｂ）に示すように、脱塩室２３と濃縮室２４を区画するカチオン交換膜３３の脱塩室側の面にアニオン交換膜４０を重ねて配置する構成が、前述の課題を解決するために有効な可能性があることを見出した。この構成によれば、カチオン交換膜３３を介して脱塩室側に拡散してきた弱酸成分が、アニオン交換膜４０を透過する。このとき弱酸成分は、アニオン交換膜４０の内部でイオン交換によって中性分子からアニオンに変換され、したがって脱塩室２３内部のアニオン交換樹脂５１に捕捉されやすいイオン形態になる。

本発明者らは、図７（ｂ）のような構成を実現するために、図７（ａ）のカチオン交換膜３３に替えてバイポーラ膜を用いることについて検討した。バイポーラ膜は、カチオン交換膜とアニオン交換膜が一体にされた膜であり、通常、カチオン交換膜とアニオン交換膜を張り合わせた構造を有する。また、バイポーラ膜は、そのカチオン交換膜とアニオン交換膜の張り合わせ面が水の解離反応に最適化された構造を有しており、水の解離反応が進行し易いように構成されている。この目的で、一般的に、水解離用の触媒作用を有する物質が、張り合わせ面に導入される。触媒成分として、例えば、非特許文献１に開示されるような、金属（特には重金属イオン）や３級アミンなどの触媒成分などが使用される。

図９に、上記のようにバイポーラ膜を用いた構成を示す。バイポーラ膜５０は、カチオン交換膜部５０ｃ及びアニオン交換膜部５０ａを有する。カチオン交換膜部５０ｃとアニオン交換膜部５０ａとの張り合わせ面では、水解離反応によりＨ_２ＯがＨ^＋とＯＨ⁻に変換され消費されるため、水を効率的に供給する必要がある。この水は、それぞれの膜部（５０ａ、５０ｃ）を厚さ方向に張り合わせ面まで浸透してくる水分により供給することになる。そのため、水の供給がスムーズに行われるように、バイポーラ膜５０のカチオン交換膜部５０ｃ及びアニオン交換膜部５０ａの少なくとも一方は薄くする必要がある。しかしながら、強度の点や、製造上の問題によりカチオン交換膜部、アニオン交換膜部の厚さを薄くできない場合もある。

一方、図７（ｂ）に示す構成で、アニオン交換膜４０において濃縮室から拡散してきた弱酸成分をより確実にイオン化するためには、アニオン交換膜４０は、より厚い方が適していると考えられる。したがって、バイポーラ膜を用いずに、図７（ｂ）のような構成を実現することが望ましいことが判明した。また、アニオン交換膜とカチオン交換膜の張り合わせ構造を持つバイポーラ膜は、単一のイオン交換体にて構成されるアニオン交換膜やカチオン交換膜と比較すると、コスト的に高くなる。よって、コストの観点からも、バイポーラ膜を用いないことが望ましい。

この点に関して、本発明者らは、カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０とを別体とし、カチオン交換膜３３の脱塩室側の面の、全部ではなく一部の領域に、アニオン交換膜４０を重ねて設置することによって、カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０との界面に水をスムーズに供給することができることを見出した。この構成によれば、それぞれのイオン交換膜の厚さを決めるにあたって、これらイオン交換膜の界面への水の供給を考慮する必要がない。したがって、設計の自由度が高く、アニオン交換膜４０を厚くすることが容易である。

この構成を概念的に図８に示す。なお、図８では、アニオン交換樹脂５１の図示は省略してある。また、図８ではカチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０とが離れているように見えるが、これらの膜は当接していてよい。

カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０との界面にて水解離反応が進行し、Ｈ_２Ｏが消費されると、脱塩室２３内の水がアニオン交換膜４０の端部（図８における紙面上下方向の端部）とカチオン交換膜３３との間から供給される。そして、ＯＨ⁻イオンがアニオン交換膜４０を通過して脱塩室２３に供給され、Ｈ^＋イオンがカチオン交換膜３３を通過して濃縮室２４に供給される。

なお、図８に示す構成においてアニオン交換膜４０に替えてバイポーラ膜を用いた場合（後述の比較例３を参照）、電流がバイポーラ膜に集中して流れてしまう現象が発生することがあることも、本発明者らの検討により判明した。これは、バイポーラ膜によって水解離反応が著しく促進されるためであると考えられる。

これに対して、図８に示す構成においては、別体のイオン交換膜同士を重ね合わせた界面で水解離反応が進行する電圧が、通常のイオン交換樹脂とイオン交換膜の接点（例えば図７（ａ）におけるカチオン交換膜３３とアニオン交換樹脂５１との接点）で進行する水解離反応の電圧と近くなる。そのため、図８に示す構成によれば、水解離の反応部に触媒機能を有するバイポーラ膜を用いた場合と比べて、電流が集中的に流れてしまう現象を抑制することが容易である。

本発明は、上述の知見に基づいてなされたものである。本発明により、濃縮室から拡散してくる弱酸成分を効率的に処理することができ、高い純度の処理水を得ることが可能になる。さらに、上述のようにバイポーラ膜を利用した場合に発生する、電流集中も緩和でき、その結果、より高い純度の処理水を得ることが可能になる。

以下、図面を参照しつつ本発明の形態について詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

図１には、本発明に基づくＥＤＩ装置の基本的な態様を示す。ＥＤＩ装置には、対向する陰極１２と陽極１１との間に、少なくとも１つの脱塩処理部が設けられる。この脱塩処理部は、脱塩室２３と、脱塩室２３の両隣に設けられる一対の濃縮室２２及び２４とを有し、また第１のアニオン交換膜であるアニオン交換膜（ＡＥＭ）３２とカチオン交換膜（ＣＥＭ）３３も有する。

脱塩室２３は、一対の濃縮室２２、２４のうちの陰極側の濃縮室２４にカチオン交換膜３３を介して隣接するとともに、一対の濃縮室２２、２４のうちの陽極側の濃縮室２２にアニオン交換膜３２を介して隣接する。したがって脱塩室２３は、陽極１１に向いた側に位置するアニオン交換膜３２と陰極１２に向いた側に位置するカチオン交換膜３３とによって区画されている。

図１に示すＥＤＩ装置では、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２３及び濃縮室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。

脱塩室２３内には、少なくともアニオン交換体が充填されている。図１に示した例では、脱塩室２３内には、アニオン交換体とカチオン交換体とが混床（ＭＢ）となって充填されている。ただし、この限りではなく、アニオン交換体のみが脱塩室２３に充填されていてもよい。あるいは、一つ以上のアニオン交換体床（アニオン交換体からなる床）と、一つ以上のカチオン交換体床（カチオン交換体からなる床）とが、脱塩室２３に設けられていてもよい。この場合は、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体床とカチオン交換体床が脱塩室に充填されていることが好ましい。

さらにこのＥＤＩ装置では、カチオン交換体が陽極室２１内に充填され、アニオン交換体が濃縮室２２、２４及び陰極室２５内に充填されている。しかし、陽極室２１、濃縮室２２、２４及び陰極室２５には、必ずしもイオン交換体（アニオン交換体またはカチオン交換体）を充填する必要はない。

ただし、濃縮室２２、２４にアニオン交換体が充填されている場合に、本発明の効果が顕著である。なぜなら、濃縮室２２、２４にアニオン交換体が充填されている場合、濃縮室から脱塩室への弱酸成分の拡散現象が顕著である傾向があるからである。

アニオン交換体としては例えばアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）が使用され、カチオン交換体としては例えばカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）が使用される。イオン交換樹脂とは、三次元的な網目構造を持った高分子母体に官能基（イオン交換基）を導入した合成樹脂のことであり、通常使用されるものは、粒子径が０．４〜０．８ｍｍ程度の球状の粒子である。イオン交換樹脂の高分子母体としては、スチレン−ジビニルベンゼンの共重合体（スチレン系）や、アクリル酸−ジビニルベンゼンの共重合体（アクリル系）などがある。

イオン交換樹脂は、官能基が酸性を示すカチオン交換樹脂と、塩基性を示すアニオン交換樹脂とに大別され、さらに、導入されるイオン交換基の種類によって、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂などがある。強塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、第４級アンモニウム基を官能基（イオン交換基）として有するものがあり、弱塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、第１〜第３級アミンを官能基として有するものがある。強酸性カチオン交換樹脂としては、例えば、スルホン酸基を官能基として有するものがあり、弱酸性カチオン交換樹脂としては、例えば、カルボキシル基を官能基として有するものがある。

次に、図１に示したＥＤＩ装置による脱イオン水（処理水）の製造について説明する。陽極室２１、濃縮室２２、２４及び陰極室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、脱塩室２３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２３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２３から処理水として脱イオン水が流出する。このとき脱塩室２３では、印加電圧によって主に異種のイオン交換体（イオン交換膜であってもよい）同士の界面で水の解離反応が起こり、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。そしてその水素イオンと水酸化物イオンとによって、先に脱塩室２３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３２を介して陽極側の濃縮室２２に移動し、この濃縮室２２から濃縮水として排出され、カチオンは、カチオン交換膜３３を介して陰極側の濃縮室２４に移動し、この濃縮室２４から濃縮水として排出される。結局、脱塩室２３に供給された被処理水中のイオン成分は濃縮室２２、２４に移行して排出され、同時に、脱塩室２３のイオン交換体が再生される。なお、陽極室２１及び陰極室２５からは電極水が排出される。

本発明に係るＥＤＩ装置では、脱塩室２３と濃縮室２４とを区画するカチオン交換膜３３の脱塩室２３側の面（以下、「脱塩室側面」ということがある）の、全部ではなく一部の領域に、第２のアニオン交換膜であるアニオン交換膜４０が重ねて配置される。アニオン交換膜４０は、カチオン交換膜３３とは別体であり、すなわち、カチオン交換膜３３と一体化されていない。

カチオン交換膜３３は、濃縮室２４と脱塩室２３とを区画するように設けられ、したがって脱塩室２３と濃縮室２４との間の境界の実質的に全域に設けられる。一方、前述のように、カチオン交換膜３３の脱塩室側面の一部の領域に、アニオン交換膜４０が重ねられる。したがって、アニオン交換膜４０の面積は、カチオン交換膜３３の面積に比べて小さい。このような構成により、カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０との界面が、脱塩室２３内の水と接触可能である。したがって、図８を用いて説明したように、アニオン交換膜４０の端部（図１における紙面上下方向の端部）とカチオン交換膜３３との間から、カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０との界面に、脱塩室２３内の水を供給することが可能である。

以下、前記一部の領域（すなわちカチオン交換膜３３の脱塩室側面のうちの、アニオン交換膜４０が重ねられる領域）を、「重なり領域」ということがある。一つのカチオン交換膜３３に関して、重なり領域は、一つであってもよいし（図１〜３、５〜６参照）、互いに離間して複数存在してもよい（図４参照）。カチオン交換膜３３の脱塩室側面に、重なり領域が一つ存在する場合、その領域に一枚のアニオン交換膜４０を重ねることができる。カチオン交換膜３３の脱塩室側面に、重なり領域が複数存在する場合、それぞれの領域にアニオン交換膜４０を一枚ずつ重ねることができる。また、重なり領域が複数存在する場合、それらの領域は、脱塩室２３内の被処理水の通水方向に沿って、互いに離間して存在することができる。

弱酸成分が処理水に混入することを防止する観点から、重なり領域が、カチオン交換膜３３の脱塩室側面のうちの、カチオン交換膜３３の脱塩室出口側端（処理水出口側の端）に到達する領域を含むことが好ましい。つまり、重なり領域が一つであれば、その重なり領域が、カチオン交換膜３３の脱塩室出口側の端に到達することが好ましい。重なり領域が複数の場合、その複数の重なり領域のうちの一つが、カチオン交換膜３３の脱塩室出口側の端に到達することが好ましい。特に、重なり領域が、脱塩室２３内の被処理水の通水方向に沿って、互いに離間して複数存在する場合、通水方向の最下流に位置する重なり領域が、カチオン交換膜３３の脱塩室出口側端に到達することが好ましい。

例えば、アニオン交換膜４０は、カチオン交換膜３３と同じ幅（図１における紙面奥行き方向の寸法）を有し、カチオン交換膜３３より短い長さ（図１における紙面上下方向の寸法）を有する。

また、アニオン交換膜４０の脱塩室２３側の面の少なくとも一部には、アニオン交換体が接している。本形態では混床（ＭＢ）がアニオン交換膜４０の脱塩室側の面に接している。したがって、混床に含まれるアニオン交換体（特にはアニオン交換樹脂）が、アニオン交換膜４０の脱塩室側の面に接している。これにより、濃縮室から拡散し、アニオン交換膜４０によって中性分子からアニオンに変換された弱酸成分を、脱塩室２３に充填されたアニオン交換体を伝って、さらにアニオン交換膜３２を通して、濃縮室２２に効率良く排出することが容易である。この観点から、アニオン交換膜４０からアニオン交換膜３２までアニオン交換体によってアニオンが移動する経路が形成されるよう、アニオン交換膜４０及び３２に接するように脱塩室内にはアニオン交換体床もしくは混床が設けられていることが好ましい。

カチオン交換膜３３、アニオン交換膜４０として、それぞれＥＤＩ装置や電気透析装置（ＥＤ）の分野で公知のものを使用することができる。

カチオン交換膜３３及びアニオン交換膜４０の膜厚はいずれも、一般的に１００μｍ〜７００μｍ程度、特には２００〜６００μｍ程度である。

カチオン交換膜３３及びアニオン交換膜４０はいずれも、バイポーラ膜に含まれるような水解離反応促進のための触媒成分を含まないことが、電流の集中防止の観点から、好ましい。

イオン交換膜は、不均質膜と均質膜に大別することができる。不均質膜は、イオン交換樹脂の微粉末を、適当な結合剤（高分子化合物）に分散させ、加熱して膜状に成形したものである。不均質膜の膜面には、イオン交換基が存在しない不活性な高分子化合物からなる部分が存在する。不均質膜は均質膜に比べて製造が容易である。一方、均質膜は、膜状に合成したイオン交換体である。均質膜は、膜全体が高度の架橋によって化学的に結合し、多数のイオン交換基が均一に分布した構造を有し、不均質膜に比べて電気抵抗が低い点で優れたイオン交換膜である。不均質膜、均質膜ともに機械的強度を向上する目的にて補強体としてメッシュや不織布などが一体化されているのが一般的である。なお、イオン交換膜はイオン交換樹脂と同様に導入される官能基の種類によって、アニオン交換膜とカチオン交換膜に分類される。

本発明においては、不均質膜、均質膜のどちらも採用することが可能である。ただし、カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０については、均質膜／均質膜、不均質膜／均質膜、均質膜／不均質膜のいずれかにすることが好ましい（スラッシュ「／」の前にカチオン交換膜３３の種類を、「／」の後にアニオン交換膜４０の種類を示す）。すなわちカチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０の少なくとも一方が、均質膜であることが好ましい。不均質膜は、一部イオン交換基のない不活性な領域を持つために、水解離反応が起る箇所にて不均質膜／不均質膜の組合せを用いると水解離の反応点が少なくなり、電圧が高くなることがあるためである。

カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０は、ともに重ね合わせることで、湿潤状態にて接触させることができる。湿潤状態にて両者を互いに接触させることで、水解離反応にて水が消費された際に、重ね合わせの端部から水が吸引され、両者の間への水供給が容易となる。また、両者の接触箇所は、水解離の反応部として機能する。

カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０をＥＤＩ装置に組み込む際には、それぞれの膜を乾燥状態にて重ね合わせて組み込み、その後通水することで湿潤状態にする方法を採用してもよい。あるいは、両者をＥＤＩ装置に組み込む際に湿潤状態にて重ね合わせて組み込んでもよい。例えば、カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０とを重ねる際には、それぞれの膜を湿潤状態とし、表面の汚れを清浄な純水などで流した上で重ねることができる。また、適宜の手段を用いて、両者を互いに固定することができる。

また、カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０の重ね合わせの端部については、その一部が、水解離反応部へ脱塩室２３から水を供給（吸引）できるようになっていればよい（封止されず、すなわち開放されている）。例えば、重ね合わせの端部の一部が封止されておらず、その他の部分が封止されていてもよい。端部が全域にわたって開放されていてもよい。封止の手段としては、接着剤を用いた接着、加熱や超音波振動により膜構成材料を溶かして一体化させる溶着、ならびに枠体によって挟んで固定する方法などがある。

陽極１１及び陰極１２としては、ＥＤＩ装置の分野で公知のものを用いることができる。例えば、陰極にはステンレス、陽極には白金などの貴金属、もしくは貴金属めっき電極が用いられる。

カチオン交換膜３１、アニオン交換膜３２、３４としても、ＥＤＩ装置の分野で公知のものを用いることができる。また、図示しないが、陽極１１及び陰極１２、陽極室２１、濃縮室２２及び２４、脱塩室２３、陰極室２５、カチオン交換膜３１及び３３、ならびにアニオン交換膜３２、３４及び４０を、適宜の枠体（不図示）に収容することができる。

供給水や被処理水としても、ＥＤＩ装置の分野で公知のものを用いることができる。一般的には逆浸透膜（ＲＯ）の透過水が用いられ、ＲＯ膜で２段以上処理したものがより好ましい。加えて、脱炭酸塔や脱炭酸膜を用いて炭酸を除去することもある。さらに、近年においては、ＥＤＩにて処理した水を供給水や被処理水に用いる場合もある。

図１に示した装置では、陽極室２１、濃縮室２２及び２４、ならびに陰極室２５に、下方から供給水を導入し、上方から水（電極水もしくは濃縮水）を排出し、一方、脱塩室２３には、上方から被処理水を供給し、処理水を下方へ排出している。しかし、その限りではなく、水の流れ方向は適宜決めることができる。さらに、陽極室２１に外部から水を供給するのではなく、陰極室２５の出口水（電極水）を陽極室２１に供給してもよいし、その逆としてもよい。

濃縮室２４から脱塩室２３への弱酸成分の拡散は、濃縮室２４における弱酸成分の濃度にも影響され、濃度が高いほど拡散する量も増加する。濃縮室２４ではその入口から出口に向かうにつれ、濃縮倍率が上がり弱酸成分の濃度も高くなる。濃縮室２４の入口側を脱塩室２３の出口側に隣接するように配置することで、脱塩室２３の処理水出口に近い位置に濃縮室２４からの拡散がより多く発生することを抑えることができる。よって、濃縮室２４における水の流れ方向は、隣接する脱塩室（図１に示す形態では脱塩室２３、図６に示す形態では第２小脱塩室２７）における水の流れ方向と向流になるようにすることが好ましい。

なお、濃縮室が電極室を兼ねている構成も本発明に含まれる。例えば、図１に示す濃縮室２４に陰極を設けて陰極室２５を省略してもよい。この場合であっても、脱塩室および一対の濃縮室から構成される脱塩処理部は、陰極と陽極の間に配置される。

ＥＤＩ装置は、脱塩処理部を複数個有することができる。そのために、［濃縮室｜第１のアニオン交換膜（ＡＥＭ）｜脱塩室｜カチオン交換膜（ＣＥＭ）（第２のアニオン交換膜が重ねられる）｜濃縮室］からなる基本構成（すなわちセルセット）を陽極と陰極との間に複数個並置することができる。このとき、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。したがって、アニオン交換膜３２、脱塩室２３、カチオン交換膜３３（アニオン交換膜４０が重ねられる）及び濃縮室２４で１つのセルセットが構成されるものとして、このセルセットを陽極室２１に最も近い濃縮室２２と陰極室２５との間に複数個配置することができる。図１中、「Ｎ」はこのセルセットの個数を意味し、Ｎは１以上の整数である。

以上、本発明に基づくＥＤＩ装置の基本的な構成を説明したが、本発明は種々の構成のＥＤＩ装置に広く適用できるものである。以下、本発明を適用できるＥＤＩ装置の構成例を説明する。

図２を用いて、脱塩処理部を２個有する形態のＥＤＩ装置について説明する。このＥＤＩ装置は、図１に示した装置において、セルセットを陽極室２１に最も近い濃縮室２２と陰極室２５との間に２個配置したものである。図２において、陰極室２５に近いほうのセルセットを構成する構成要素を示す符号には「’（ダッシュ）」を付してある。

陽極室２１にはカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）が充填され、濃縮室２２と陰極室２５にはアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）が充填される。濃縮室２４及び２４’にはいずれもアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）が充填される。脱塩室２３及び２３’にはいずれもアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混床（ＭＢ）で充填されている。

陽極室２１と濃縮室２２とはカチオン交換膜３１によって区画される。濃縮室２２と脱塩室２３とはアニオン交換膜３２によって区画される。脱塩室２３と濃縮室２４とはカチオン交換膜３３によって区画される。濃縮室２４と脱塩室２３’とはアニオン交換膜３２’によって区画される。脱塩室２３’と濃縮室２４’とはカチオン交換膜３３’によって区画される。濃縮室２４’と陰極室２５とはアニオン交換膜３４によって区画される。

カチオン交換膜３３には、アニオン交換膜４０が重ねられる。カチオン交換膜３３’には、アニオン交換膜４０’が重ねられる。

アニオン交換膜３２’及び４０’、脱塩室２３’、カチオン交換膜３３’ならびに濃縮室２４’の構成は、それぞれアニオン交換膜３２及び４０、脱塩室２３、カチオン交換膜３３ならびに濃縮室２４と同じでよいし、あるいは異なっていてもよい。

本形態においても、図１に示す形態と同様の効果を得ることができる。

ところで、濃縮室２４には、脱塩室２３’からＣＯ_３ ^２−やＨＣＯ_３ ⁻等の弱酸由来のアニオンが、アニオン交換膜３２’を通って移動してくる。したがって、濃縮室２４内には、供給水にもともと含まれていた弱酸成分に加えて、アニオン交換膜３２’を通って移動してきた弱酸成分も含まれることになる。そのため、濃縮室２４内の弱酸成分の濃度が比較的高くなり、濃縮室２４から脱塩室２３への弱酸成分の拡散現象が顕著になりやすい。したがって、本発明は、脱塩処理部を複数備えるＥＤＩ装置において特に有効である。

図３は、本発明に基づくＥＤＩ装置の別の形態を示している。このＥＤＩ装置は図１に示したものと同様のものであるが、ただし脱塩室２３の、入口側の領域にカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）を配置し、出口側の領域にアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）を配置している。つまり、脱塩室２３に、カチオン交換樹脂からなる床（カチオン交換樹脂床、したがってカチオン交換体床）と、アニオン交換樹脂からなる床（アニオン交換樹脂床、したがってアニオン交換体床）とが、被処理水の通水方向に一つずつ積層されている。すなわち、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体床とカチオン交換体床が脱塩室に充填されている。そして、脱塩室２３内のアニオン交換体床の陰極側に、すなわち当該アニオン交換体床とカチオン交換膜３３との間に、アニオン交換膜４０が配置される。脱塩室２３内のカチオン交換体床の陰極側には、アニオン交換膜４０は配置されない。

図３に示すように脱塩室２３内の各床の通水方向の長さ（図３における紙面上下方向の長さ）を互いに同じにすることができるが、異なっていてもよい。

当然この形態でも、アニオン交換膜３２、脱塩室２３、カチオン交換膜３３（アニオン交換膜４０が重ねられる）及び濃縮室２４で１つのセルセットが構成されるものとして、このセルセットを陽極室２１に最も近い濃縮室２２と陰極室２５との間にＮ（Ｎは１以上の整数）個配置することができる。

図４に示したＥＤＩ装置は、図３に示したものと同様のものであるが、ただし脱塩室２３を被処理水の通水方向に沿って４つの領域に分け、被処理水の入口側から順に、第１のカチン交換体床、第１のアニオン交換体床、第２のカチオン交換体床、第２のアニオン交換体床と並ぶように、それぞれの領域にイオン交換樹脂を配置したものである。そして、第１のアニオン交換体床の陰極側及び第２のアニオン交換体床の陰極側には、それぞれアニオン交換膜４０（カチオン交換膜３３と重ねられる）が配置される。第１のカチオン交換体床の陰極側及び第２のカチオン交換体床の陰極側には、いずれもアニオン交換膜４０が配置されない。この装置では、重なり領域（カチオン交換膜３３の脱塩室側面のうちの、アニオン交換膜４０が重ねられる領域）が二つ、脱塩室２３内の被処理水の通水方向に沿って、互いに離間して存在する。そして、二つの重なり領域のうちの、通水方向の最下流に位置する一つの重なり領域が、カチオン交換膜３３の脱塩室出口側の端に到達している。

図４に示すように脱塩室２３内の各床の通水方向の長さを互いに同じにすることができるが、異なっていてもよい。また、各床の数も図４では４つであるが、制作上の可能な範囲で５つであっても、６つであってもそれ以上でもよい。

図５に示したＥＤＩ装置は、図１に示したものと同様のものであるが、ただし脱塩室２３において、アニオン交換膜４０の脱塩室側には、混床（ＭＢ）に替えてアニオン交換体床が設けられている。脱塩室２３の、被処理水通水方向においてアニオン交換膜４０が存在しない領域には、図１に示した形態と同様に、混床が設けられる。

すなわち、この形態では、脱塩室２３の、入口側領域にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混床（ＭＢ）を配置し、出口側領域にアニオン交換体床（ＡＥＲの床）を配置している。つまり、脱塩室２３に、混床とアニオン交換体床とが、通水方向に一つずつ積層されている。

本発明に基づくＥＤＩ装置では、各脱塩室におい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の間に中間イオン交換膜（ＩＩＥＭ）を設け、中間イオン交換膜によってその脱塩室を第１小脱塩室及び第２小脱塩室に区画することができる。そして、第１小脱塩室及び第２小脱塩室のうちの一方の小脱塩室に被処理水が供給されて、その小脱塩室から流出する水が他方の小脱塩室に流入するように、第１及び第２の小脱塩室を連通配置することができる。中間イオン交換膜としては、アニオン交換膜及びカチオン交換膜のいずれも使用できる。このとき、陽極側の小脱塩室を第１小脱塩室、陰極側の小脱塩室を第２小脱塩室とする。例えば、第１小脱塩室には少なくともアニオン交換体が充填され、第２小脱塩室には少なくともカチオン交換体が充填される。

図６は、このように脱塩室を中間イオン交換膜によって２つの小脱塩室に区画したＥＤＩ装置の例を示している。このＥＤＩ装置は、図１に示したＥＤＩ装置における各脱塩室２３を、アニオン交換膜３２とカチオン交換膜３３との間に位置する中間イオン交換膜３６によって、陽極１１側の第１小脱塩室２６と陰極１２側の第２小脱塩室２７とに区画した構成を有する。第１小脱塩室２６は、アニオン交換膜３２と中間イオン交換膜３６との間に位置し、第２小脱塩室２７は、カチオン交換膜３３と中間イオン交換膜３６との間に位置する。第１小脱塩室２６に被処理水が供給されて第１小脱塩室２６から流出する水が第２小脱塩室２７に流入するように、第１小脱塩室２６及び第２小脱塩室２７が連通している。

第１小脱塩室２６にはアニオン交換樹脂を充填する。第２小脱塩室２７の入口側領域にカチオン交換樹脂を配置し、出口側領域にアニオン交換樹脂を配置する。つまり、第２小脱塩室２７に、被処理水の通水方向に沿って、カチオン交換体床及びアニオン交換体床が、この順に設けられる。被処理水は第１小脱塩室２６に供給され、第１小脱塩室２６の出口水が第２小脱塩室２７に送られ、第２小脱塩室２７から脱イオン水が処理水として得られる。したがって、脱塩室２３には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体床とカチオン交換体床とが充填されている。

第２小脱塩室２７内のアニオン交換体床の陰極側には、アニオン交換膜４０（カチオン交換膜３３と重ねられる）が配置される。第２小脱塩室２７内のカチオン交換体床の陰極側には、アニオン交換膜４０は配置されていない。前述の重なり領域（カチオン交換膜３３の脱塩室側面のうちの、アニオン交換膜４０が重ねられる領域）は一つ存在する。この重なり領域が、カチオン交換膜３３の脱塩室出口側端に到達している。ここで、脱塩室出口は、処理水出口であり、この装置では第２小脱塩室２７の出口である。

図６に示すように第２小脱塩室２７内の各床の通水方向の長さを互いに同じにすることができるが、異なっていてもよい。

中間イオン交換膜３６には例えばアニオン交換膜が使用される。

図６に示す装置では、第１小脱塩室２６における水の流れと、第２小脱塩室２７における水の流れとが、向流となっている。ただし、この限りではなく、これらの流れが並流であってもよい。

第１小脱塩室２６に被処理水が供給される。供給された被処理水中のアニオン成分は、被処理水が第１小脱塩室２６を通過する過程で捕捉される。第１小脱塩室２６において捕捉されたアニオン成分は、第１小脱塩室２６にアニオン交換膜３２を介して隣接する濃縮室２２へ移動し、濃縮室２２を通水する濃縮水と共に系外に排出される。

次に、第１小脱塩室２６を通過した被処理水は、第２小脱塩室２７に供給される。第２小脱塩室２７に供給された被処理水は、まずカチオン交換体床を通過し、その後にアニオン交換体床を通過する。その際、被処理水がカチオン交換体床を通過する過程で、被処理水中のカチオン成分が捕捉される。具体的には、第２小脱塩室２７内のカチオン交換体によって捕捉されたカチオン成分は、カチオン交換膜３３を介して第２小脱塩室２７に隣接する濃縮室２４へ移動し、濃縮室２４から濃縮水と共に系外に排出される。

さらに、第２小脱塩室２７においてカチオン交換体床を通過した被処理水は、次段のアニオン交換体床を通過する。この際、被処理水中のアニオン成分が再度捕捉される。具体的には、第２小脱塩室２７のアニオン交換体によって捕捉されたアニオン成分は、中間イオン交換膜３６を介して第２小脱塩室２７に隣接する第１小脱塩室２６へ移動する。第１小脱塩室２６へ移動したアニオン成分は、アニオン交換膜３２を介して第１小脱塩室２６に隣接する濃縮室２２へ移動し、濃縮室２２を通水する濃縮水と共に系外に排出される。

ここで、濃縮室２４内の濃縮水に含まれている弱酸成分（炭酸やシリカやほう素）が中性分子の形態でカチオン交換膜３３を通過し、第２小脱塩室２７へ移動する拡散現象が発生した場合について考える。

濃縮室２４から第２小脱塩室２７へ移動した弱酸成分は、カチオン交換膜３３の陽極側表面上に一様に拡散する。すなわち、弱酸成分は、アニオン交換膜４０と接しているカチオン交換膜３３の表面領域だけでなく、第２小脱塩室２７内のカチオン交換体床と接しているカチオン交換膜３３の表面領域にも拡散する。そして、弱酸成分はカチオン交換体によっては捕捉されないので、カチオン交換膜３３の陽極側表面のうち、カチオン交換体床と接している領域に拡散した弱酸成分は、被処理水とともにカチオン交換体床を通過する。しかし、第２小脱塩室２７には、被処理水の通水方向に沿ってカチオン交換体床とアニオン交換体床とが積層されている。よって、カチオン交換体床を通過した弱酸成分は、次段のアニオン交換体床において再度イオン化されて捕捉され、第１小脱塩室２６へ移動する。第１小脱塩室２６に移動した弱酸成分は、アニオン交換膜３２を通過して、濃縮室２２へ移動し、濃縮室２２を通水する濃縮水と共に系外に排出される。

このように、この形態では、弱酸成分がカチオン交換膜３３を通過したとしても次段にアニオン交換体床があるため、その弱酸成分を濃縮室２２から排出させることが容易であり、その結果、処理水の純度低下を抑制することが容易である。もちろんこの形態でも、カチオン交換膜３３のアニオン交換膜４０と接している表面領域に拡散した弱酸成分を、アニオン交換膜４０によって効率良く被処理水から除去することができる。

上記の説明から、脱塩室内、特には第２小脱塩室２７内に設けられたイオン交換体床の積層体の最終段がアニオン交換体床であることが好ましいことが理解される。最終段のアニオン交換体床よりも前段のイオン交換体床の種類、積層順序、積層数は特に限定されない。

また、本形態に係るＥＤＩ装置では、被処理水が最初に供給される第１小脱塩室２６にアニオン交換体が充填され、被処理水が次に供給される第２小脱塩室２７には、カチオン交換体床とアニオン交換体床がこの順で積層されている。よって、被処理水は、最初にアニオン交換体床を通過する。これにより、被処理水からアニオン成分が除去され、被処理水のｐＨが上昇する。

さらに、第１小脱塩室２６を通過した被処理水は、カチオン交換体床とアニオン交換体床がこの順で積層されている第２小脱塩室２７に供給される。すなわち、第１小脱塩室２６内のアニオン交換体床を通過した被処理水は、次いでカチオン交換体床を通過し、続いてアニオン交換体床を再度通過する。要するに、本形態の構成によれば、被処理水は、アニオン交換体床とカチオン交換体床を交互に通過する。

ここで、アニオン交換体のアニオン成分の捕捉能力は、被処理水のｐＨが低い場合に高まり、カチオン交換体のカチオン成分の捕捉能力は、被処理水のｐＨが高い場合に高まる。よって、被処理水が最初にアニオン交換体床を通過し、その後にカチオン交換体床とアニオン交換体床を交互に通過することになる本形態の構成によれば、アニオン交換体を通過することによってアニオン成分が除去され、ｐＨが上昇した被処理水が続けてカチオン交換体床を通過する。よって、カチオン交換体によるカチオン除去反応が通常よりも促進される。

さらに、カチオン交換体床を通過することによってカチオン成分が除去され、ｐＨが低下した被処理水が続けてアニオン交換体床を通過する。よって、アニオン交換体によるアニオン除去反応が通常よりも促進される。よって、炭酸やシリカやほう素を含むアニオン成分の除去能力がさらに向上するのみでなく、カチオン成分の除去能力も向上し、よって処理水の純度がより一層向上する。

上述のように、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、カチオン交換体床とアニオン交換体床とを交互に用いることが好ましい。これは、図６に示した形態だけでなく、図３、４に示す形態についても言えることである。

〔実施例１〕
図６に示す構成を有するＥＤＩ装置を用いて、被処理水を処理し、処理水（脱イオン水）を得た。ＥＤＩ装置の仕様および試験条件を以下に示す。

なお、濃縮室２２及び２４の仕様・条件は互いに共通であり、またこれらから得られる濃縮水の仕様・条件は互いに共通である。また、陽極室２１、第２小脱塩室２７の一部（入口側領域）に充填したカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）は互いに共通である。陰極室２５、濃縮室２２、２４、第１小脱塩室２６、第２小脱塩室２７の残部（出口側領域）に充填したアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）は互いに共通である。カチオン交換膜３１及び３３は互いに共通であり、アニオン交換膜３２及び３４、並びに中間イオン交換膜３６は互いに共通である。

また、以下において、「縦」は図における紙面上下方向（水の流れ方向に沿う方向）を意味し、「横」は紙面奥行き方向を意味する。
・セルセット数（Ｎ）：１個
・陽極室２１：寸法 縦１００×横１００×厚さ１０ｍｍ、ＣＥＲ充填
・陰極室２５：寸法 縦１００×横１００×厚さ１０ｍｍ、ＡＥＲ充填
・濃縮室２２、２４：寸法 縦１００×横１００×厚さ１０ｍｍ、ＡＥＲ充填
・第１小脱塩室２６：寸法 縦１００×横１００×厚さ１０ｍｍ、ＡＥＲ充填
・第２小脱塩室２７：寸法 縦１００×横１００×厚さ１０ｍｍ、ＣＥＲ（入口側１／２の領域）およびＡＥＲ（出口側１／２の領域）充填
・ＣＥＲ：強酸性カチオン交換樹脂
・ＡＥＲ：強塩基性アニオン交換樹脂
・カチオン交換膜３１、３３：均質膜、通電部有効膜寸法 縦１００×横１００ｍｍ、厚さ２９０μｍ
・アニオン交換膜３２、３４及び中間イオン交換膜３６：均質膜、通電部有効膜寸法 縦１００×横１００ｍｍ、厚さ２２０μｍ
・アニオン交換膜４０：均質膜、通電部有効膜寸法 縦５０×横１００ｍｍ、厚さ２２０μｍ
・供給水及び被処理水：２段ＲＯ（逆浸透膜）透過水、導電率２．０〜２．５μＳ／ｃｍ
・処理水（脱イオン水）流量：２５Ｌ／ｈ
・濃縮水流量：６Ｌ／ｈ
・電極水流量：５Ｌ／ｈ（陽極、陰極に共通）
・印加電流値：０．５Ａ。

第２小脱塩室２７の出口側１／２の領域に形成したアニオン交換樹脂床の陰極側に、第２のアニオン交換膜４０を配置した。このとき、カチオン交換膜３３の脱塩室出口側端（紙面上下方向における上端）の位置と、アニオン交換膜４０の脱塩室出口側端の位置を揃えた。また、カチオン交換膜３３の横方向（紙面奥行き方向）の位置と、アニオン交換膜４０の横方向の位置を揃えた。

〔比較例１〕
アニオン交換膜４０を用いなかった。すなわち第２小脱塩室２７と濃縮室２４との間にカチオン交換膜３３のみを用いた。それ以外は実施例１と同様にして被処理水を処理し、処理水を得た。

〔比較例２〕
第２のアニオン交換膜４０の替わりに、カチオン交換膜を用いた。このカチオン交換膜は、実施例１で用いたカチオン交換膜３１、３３と同じ材質及び厚さの膜であり、その縦横寸法及び配置位置は実施例１で用いた第２のアニオン交換膜４０と同じとした。それ以外は実施例１と同様にして被処理水を処理し、処理水を得た。

〔評価１〕
実施例１及び比較例１、２について、それぞれ約５００時間連続運転を実施した後に、処理水中の全炭酸の濃度（ＣＯ_２、Ｈ_２ＣＯ_３、ＨＣＯ_３ ⁻及びＣＯ_３ ^２−の濃度を合計した値）を測定し、また、処理水の比抵抗を測定した。その結果を表１に示す。全炭酸の濃度は、濃縮室から脱塩室に拡散した後、除去しきれずに処理水にリークした炭酸の濃度を示す指標になる。比抵抗の値は、炭酸に限らず、他のイオンも含めて、処理水の純度の指標となる。

実施例１では、比較例１、２と比較して、炭酸のリークが少なく、処理水純度が高かった。

〔実施例２〕
以下のように条件を変更したこと以外は実施例１と同様にして、被処理水を処理し、処理水を得た。
・供給水及び被処理水：２段ＲＯ（逆浸透膜）透過水、導電率４．０〜４．５μＳ／ｃｍ
・印加電流値：１．０Ａ。

〔実施例３〕
第２のアニオン交換膜４０に、不均質のアニオン交換膜を用いた。このアニオン交換膜（不均質）の縦横寸法及び配置位置は、実施例２で用いた第２のアニオン交換膜４０と同じとした。また、このアニオン交換膜（不均質）の厚さは５８０μｍであった。それ以外は、実施例２と同様にして、被処理水を処理し、処理水を得た。

〔比較例３〕
第２のアニオン交換膜４０の替わりに、バイポーラ膜を用いた。このバイポーラ膜の縦横寸法及び配置位置は、実施例２で用いた第２のアニオン交換膜４０と同じとした。また、バイポーラ膜は、そのアニオン交換膜部が第２小脱塩室２７側に向くように、配置した。バイポーラ膜には、アニオン交換膜部とカチオン交換膜部を含めた全体の厚さで２２０μｍのものを用いた。それ以外は、実施例２と同様にして、被処理水を処理し、処理水を得た。

〔評価２〕
実施例２、３及び比較例３について、それぞれ約５００時間連続運転を実施した後に、処理水中の全炭酸の濃度、比抵抗及びナトリウム濃度を測定し、また電圧（陽極１１と陰極１２の間の電圧）、電流分配率を測定した。その結果を表２に示す。表において、「電流分配率 上」及び「電流分配率 下」は、それぞれ以下のように定義される。
（電流分配率 上）＝（第２のアニオン交換膜４０もしくはバイポーラ膜が設置されている領域を流れる電流の値）／（全電流値）、
（電流分配率 下）＝（カチオン交換膜３３の、第２のアニオン交換膜４０もしくはバイポーラ膜が重なっていない領域を流れる電流の値）／（全電流値）。

電流分配率は、陰極１２として用いた陰極板を上記の領域に対応するように上下で二分割し、それぞれ上下の陰極板に流れる電流値を電流計にて測定し、印加した全電流値に対する各電流値の割合を算出して求めた。

実施例２は、比較例３と比べて、電流分配率の上下差が小さく、処理水中のナトリウム濃度が低く、処理水の比抵抗が高かった。つまり、実施例２は、比較例３と比べて、脱塩室内部のカチオン樹脂層に電流が多く分配され、カチオンの除去が良好になり、処理水の純度が高かった。実施例３ではその傾向はさらに大きくなり、処理水中のナトリウム濃度が低く、処理水の比抵抗が最も高くなった。前述したとおり、不均質膜は一部イオン交換基の存在しない不活性な領域が存在するため、水解離反応が進みにくくなり電流が上側に集中して流れることをより抑制できたことに起因していると考えられる。

なお、本発明に従う構成では、カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０との間の界面に脱塩室内の被処理水が進入した際、その被処理水に含まれる弱酸成分は、アニオン交換膜４０を通して当該界面から容易に除去される。一方、比較例３のように、アニオン交換膜４０に替えてバイポーラ膜を用いる構成では、カチオン交換膜３３とバイポーラ膜との間の界面に脱塩室内の被処理水が進入した際、その被処理水に含まれるアニオン成分を当該界面から除去することが困難である。アニオン成分の移動が、カチオン交換膜３３とバイポーラ膜のカチオン交換膜部との両方によって阻止されるためである。その結果、アニオンが処理水にリークすることになり水質の低下を引起す。

例えば図１０（ｂ）に示すように、カチオン交換膜３３とアニオン交換膜４０との間の界面にアニオン及びカチオン（図中「Ｃ^＋Ａ⁻」と表記される）が進入した場合、アニオン（図中「Ａ⁻」と表記される）はアニオン交換膜４０を通って脱塩室２３に移動し、脱塩室２３内部のアニオン交換樹脂に容易に捕捉される。カチオン（図中「Ｃ^＋」と表記される）はカチオン交換膜３３を通って、当該界面から除去される。一方、図１０（ａ）に示すように、アニオン交換膜４０に替えてバイポーラ膜５０を用いる構成では、カチオン交換膜３３とバイポーラ膜５０との間の界面から、カチオン（Ｃ^＋）はカチオン交換膜３３を通って除去されるが、アニオン（Ａ⁻）はバイポーラ膜５０もカチオン交換膜３３も通過できない。その結果、例えば当該界面の端部（図１０中の紙面上下方向の上端）から、アニオンが排出されて、そのまま処理水にリークする。

１１ 陽極
１２ 陰極
２１ 陽極室
２２、２４ 濃縮室
２３ 脱塩室
２５ 陰極室
２６ 第１小脱塩室
２７ 第２小脱塩室
３１、３３ カチオン交換膜（ＣＥＭ）
３２ 第１のアニオン交換膜（ＡＥＭ）
３４ アニオン交換膜（ＡＥＭ）
３６ 中間イオン交換膜（ＩＩＥＭ）
４０ 第２のアニオン交換膜（ＡＥＭ）
５０ バイポーラ膜
５１ アニオン交換樹脂

Claims (7)

1. 対向する陰極と陽極との間に少なくとも一つの脱塩処理部が設けられ、
   前記脱塩処理部は、少なくともアニオン交換体が充填された脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられる一対の濃縮室とを有し、
   前記脱塩室は、前記一対の濃縮室のうちの前記陰極側の濃縮室にカチオン交換膜を介して隣接するとともに、前記一対の濃縮室のうちの前記陽極側の濃縮室に第１のアニオン交換膜を介して隣接し、
   前記脱塩室に被処理水が通水され、前記濃縮室に供給水が通水される電気式脱イオン水製造装置であって、
   前記カチオン交換膜の脱塩室側の面の、一部の領域に、前記カチオン交換膜とは別体の第２のアニオン交換膜が重ねて設置され、
   前記第２のアニオン交換膜の脱塩室側の面の少なくとも一部に、前記アニオン交換体が接していることを特徴とする、電気式脱イオン水製造装置。
2. 前記領域が、前記カチオン交換膜の脱塩室側の面の、前記カチオン交換膜の脱塩室出口側端に到達する領域を含む、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
3. 前記脱塩室が、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体からなる床であるアニオン交換体床を一つ以上と、カチオン交換体からなる床であるカチオン交換体床を一つ以上含む、請求項１または２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
4. 前記脱塩室に、被処理水の通水方向に沿って、第１のカチオン交換体床、第１のアニオン交換体床、第２のカチオン交換体床及び第２のアニオン交換体床が、この順に設けられ、
   前記第１のアニオン交換体床の陰極側及び前記第２のアニオン交換体床の陰極側には、それぞれ前記第２のアニオン交換膜が配置され、
   前記第１のカチオン交換体床の陰極側及び前記第２のカチオン交換体床の陰極側には、いずれも前記第２のアニオン交換膜が配置されていない、
   請求項３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
5. 前記脱塩室は、前記第１の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イオン交換膜である中間イオン交換膜を備えて、前記中間イオン交換膜によって第１小脱塩室及び第２小脱塩室に区画され、
   前記第１小脱塩室は、前記第１のアニオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間に位置し、
   前記第２小脱塩室は、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間に位置し、
   前記第１小脱塩室に前記被処理水が供給されて前記第１小脱塩室から流出する水が第２小脱塩室に流入するように、前記第１小脱塩室及び前記第２小脱塩室が連通しており、
   前記第１小脱塩室に、アニオン交換体床が設けられ、
   前記第２小脱塩室に、被処理水の通水方向に沿って、カチオン交換体床及びアニオン交換体床がこの順に設けられ、
   前記第２小脱塩室に設けられたアニオン交換体床の陰極側には、前記第２のアニオン交換膜が配置され、
   前記第２小脱塩室に設けられたカチオン交換体床の陰極側には、前記第２のアニオン交換膜が配置されていない
   請求項３に記載の電気式脱イオン水製造装置。
6. 前記一対の濃縮室に、少なくともアニオン交換体が充填されている、請求項１〜５の何れか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
7. 前記第２のアニオン交換膜が不均質膜であり、前記カチオン交換膜が均質膜である、請求項１〜６の何れか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置。