JP6542091B2 - 水処理装置および水処理方法 - Google Patents
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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、薬剤による再生処理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。
Ｈ2Ｏ→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。
Ｈ2Ｏ→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。
しかしながら、ＥＤＩ装置を連続運転すると、被処理水中の硬度成分が析出し、水酸化カルシウムや水酸化マグネシウム等のスケールが発生する。その理由は以下のとおりである。
陰極室内での電気分解によって生成された水酸化物イオンが、陰極側の濃縮室のアニオン交換膜を通過することによって、該アニオン交換膜の濃縮室側の表面はアルカリ性となる。すると、脱塩室からカチオン交換膜を通過して陰極側の濃縮室に移動してきた硬度成分イオン（マグネシウムイオンＭｇ２＋やカルシウムイオンＣａ２＋）が、アルカリ性になっているアニオン交換膜表面において反応し、水酸化マグネシウムや水酸化カルシウム等のスケールが生成される。
スケールが発生すると、スケール発生部分における電気抵抗が上昇し、ＥＤＩ装置に電流が流れにくくなる。よって、スケールの発生が無い場合と同一の電流値を得るためには印加電圧を上昇させる必要があり、消費電力の増加を招く。また、濃縮室内における電流密度が不均一になる場合もある。スケールの量がさらに増加すると、通水差圧の上昇が生じるとともに、電気抵抗がさらに上昇する。この場合、イオン除去に必要な量の電流が流せなくなり、処理水質の低下を招く。
陰極室内での電気分解によって生成された水酸化物イオンが、陰極側の濃縮室のアニオン交換膜を通過することによって、該アニオン交換膜の濃縮室側の表面はアルカリ性となる。すると、脱塩室からカチオン交換膜を通過して陰極側の濃縮室に移動してきた硬度成分イオン（マグネシウムイオンＭｇ２＋やカルシウムイオンＣａ２＋）が、アルカリ性になっているアニオン交換膜表面において反応し、水酸化マグネシウムや水酸化カルシウム等のスケールが生成される。
スケールが発生すると、スケール発生部分における電気抵抗が上昇し、ＥＤＩ装置に電流が流れにくくなる。よって、スケールの発生が無い場合と同一の電流値を得るためには印加電圧を上昇させる必要があり、消費電力の増加を招く。また、濃縮室内における電流密度が不均一になる場合もある。スケールの量がさらに増加すると、通水差圧の上昇が生じるとともに、電気抵抗がさらに上昇する。この場合、イオン除去に必要な量の電流が流せなくなり、処理水質の低下を招く。
スケールの生成を抑制する手法の一つとして、濃縮室内にアニオン交換体を充填する手法が特許文献１に記載されている。
濃縮室内にアニオン交換体が充填されていると、陰極側の濃縮室のアニオン交換膜表面に存在する水酸化物イオンの濃縮水への拡散希釈が、濃縮室内のアニオン交換体によって促進され、該アニオン交換膜表面の水酸化物イオンの濃度が速やかに低減する。他方、硬度成分イオンは、濃縮室内のアニオン交換体の存在によって、該アニオン交換膜表面に到達し難くなる。この結果、水酸化物イオンと硬度成分イオンとが接触し反応する機会が減少し、スケールの発生が抑制される。
濃縮室内にアニオン交換体が充填されていると、陰極側の濃縮室のアニオン交換膜表面に存在する水酸化物イオンの濃縮水への拡散希釈が、濃縮室内のアニオン交換体によって促進され、該アニオン交換膜表面の水酸化物イオンの濃度が速やかに低減する。他方、硬度成分イオンは、濃縮室内のアニオン交換体の存在によって、該アニオン交換膜表面に到達し難くなる。この結果、水酸化物イオンと硬度成分イオンとが接触し反応する機会が減少し、スケールの発生が抑制される。
しかし、濃縮室へのアニオン交換体の充填は、濃縮水に含まれる炭酸やシリカに代表される弱酸アニオン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問題を引き起こす。以下、この問題について炭酸とシリカを例に挙げて説明する。
一般的に、カチオン交換膜はカチオンのみを選択的に透過させるイオン交換膜である。その原理は、カチオン交換膜自体に負電荷を持たせ、負電荷を有するアニオンに対して反発力を働かせて透過を阻止するものである。
一方、炭酸（二酸化炭素）やシリカは水溶液中で以下のような各イオン種の形態を取り、それらは平衡状態にある。
ＣＯ２⇔ＨＣＯ３ −⇔ＣＯ３ ２-
ＳｉＯ２⇔Ｓｉ（ＯＨ）４⇔Ｓｉ（ＯＨ）３Ｏ−
上記のような平衡状態において各イオン種が全体に占める割合は、ｐＨによって大きく変化する。ｐＨが低い領域では炭酸やシリカの大部分はイオン化していない、つまり電荷を持たない状態でＣＯ２、ＳｉＯ２として存在している。
脱塩室と濃縮室とを区画するカチオン交換膜は、被処理水中のカチオン成分と共に水解離反応により生じる多量の水素イオン（Ｈ＋）を、脱塩室から濃縮室に透過する。このため、カチオン交換膜の濃縮室側表面は、水素イオン（Ｈ＋）が多い状態（＝ｐＨが低い状態）になる。
一方、濃縮水に含まれる炭酸やシリカは、濃縮室内のアニオン交換体によりアニオンとして捕捉され、アニオン交換体を伝って、濃縮室側のカチオン交換膜（脱塩室と濃縮室とを区画するカチオン交換膜）表面まで移動する。濃縮室側のカチオン交換膜表面は上述したようにｐＨが低くなっている。このため、ｐＨが低い条件下でイオン化しない炭酸やシリカは、アニオン交換体から遊離した後に電荷を失い、濃縮室からカチオン交換膜を透過して脱塩室内の被処理水に拡散する。よって、処理水の純度が低下してしまう。
一方、炭酸（二酸化炭素）やシリカは水溶液中で以下のような各イオン種の形態を取り、それらは平衡状態にある。
ＣＯ２⇔ＨＣＯ３ −⇔ＣＯ３ ２-
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上記のような平衡状態において各イオン種が全体に占める割合は、ｐＨによって大きく変化する。ｐＨが低い領域では炭酸やシリカの大部分はイオン化していない、つまり電荷を持たない状態でＣＯ２、ＳｉＯ２として存在している。
脱塩室と濃縮室とを区画するカチオン交換膜は、被処理水中のカチオン成分と共に水解離反応により生じる多量の水素イオン（Ｈ＋）を、脱塩室から濃縮室に透過する。このため、カチオン交換膜の濃縮室側表面は、水素イオン（Ｈ＋）が多い状態（＝ｐＨが低い状態）になる。
一方、濃縮水に含まれる炭酸やシリカは、濃縮室内のアニオン交換体によりアニオンとして捕捉され、アニオン交換体を伝って、濃縮室側のカチオン交換膜（脱塩室と濃縮室とを区画するカチオン交換膜）表面まで移動する。濃縮室側のカチオン交換膜表面は上述したようにｐＨが低くなっている。このため、ｐＨが低い条件下でイオン化しない炭酸やシリカは、アニオン交換体から遊離した後に電荷を失い、濃縮室からカチオン交換膜を透過して脱塩室内の被処理水に拡散する。よって、処理水の純度が低下してしまう。
特許文献２には、濃縮水に含まれるシリカ等のアニオン成分がカチオン交換膜を通過して処理水中に拡散することを抑制可能な技術が記載されている。特許文献２に記載の技術では、被処理水よりシリカ濃度の低い処理水の一部を濃縮室に通水する。これにより、濃縮室から脱塩室へのシリカの拡散が抑制される。
特許文献１に記載のように濃縮室内にアニオン交換体を充填する場合、スケールの生成を抑制できても、濃縮水に含まれる炭酸やシリカ等の弱酸アニオン成分がカチオン交換膜を通過して処理水中に拡散してしまう。また、この拡散を抑制するために、特許文献２に記載のように処理水の一部を濃縮室に通水すると、処理水量が減少してしまう。
本発明の目的は、処理水量の減少およびスケールの生成を抑制しつつ、処理水の水質の低下を抑制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第１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と、前記カチオン交換膜を介して前記脱塩室と隣接し前記陰極側が第２アニオン交換膜で区画された第１濃縮室と、前記第１アニオン交換膜を介して前記脱塩室と隣接する第２濃縮室と、を有し、複数の前記脱塩室は、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、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段目の前記脱塩室と隣接する前記第１濃縮室にアニオン交換体が単床で充填され、前記処理水を流出する最終段の前記脱塩室と前記カチオン交換膜を介して隣接する前記第１濃縮室では、当該カチオン交換膜の前記陰極側にカチオン交換体が単床で充填されている。
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第１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と、前記カチオン交換膜を介して前記脱塩室と隣接し前記陰極側が第２アニオン交換膜で区画された第１濃縮室と、前記第１アニオン交換膜を介して前記脱塩室と隣接する第２濃縮室と、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、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段目の前記脱塩室と隣接する前記第１濃縮室にアニオン交換体が単床で充填され、前記処理水を流出する最終段の前記脱塩室と前記カチオン交換膜を介して隣接する前記第１濃縮室では、当該カチオン交換膜の前記陰極側にカチオン交換体が単床で充填されてい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第１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と、前記カチオン交換膜を介して前記脱塩室と隣接し前記陰極側が第２アニオン交換膜で区画された第１濃縮室と、前記第１アニオン交換膜を介して前記脱塩室と隣接する第２濃縮室と、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、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段目の前記脱塩室と隣接する前記第１濃縮室にアニオン交換体が単床で充填され、前記処理水を流出する最終段の前記脱塩室と前記カチオン交換膜を介して隣接する前記第１濃縮室では、当該カチオン交換膜の前記陰極側にカチオン交換体が単床で充填されてい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、被処理水が最初に通水される１段目の脱塩室と隣接する第１濃縮室にアニオン交換体が充填され、処理水を流出する最終段の脱塩室とカチオン交換膜を介して隣接する第１濃縮室では、該カチオン交換膜の陰極側に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、処理水量の減少およびスケールの生成を抑制しつつ、処理水の水質の低下を抑制可能になる。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態の水処理装置１０１を示した図である。
水処理装置１０１は、ＥＤＩ装置（電気式脱イオン水製造装置）１０１ａと、ＥＤＩ装置１０１ｂと、を有する。
図１は、本発明の第１の実施形態の水処理装置１０１を示した図である。
水処理装置１０１は、ＥＤＩ装置（電気式脱イオン水製造装置）１０１ａと、ＥＤＩ装置１０１ｂと、を有する。
ＥＤＩ装置１０１ａは、陽極１１ａを備えた陽極室２１ａと、陰極１２ａを備えた陰極室２５ａとの間に、陽極室２１ａ側から順に、濃縮室２２ａ、脱塩室２３ａおよび濃縮室２４ａが設けられている。濃縮室２４ａは第１濃縮室の一例であり、濃縮室２２ａは、第２濃縮室の一例である。
陽極室２１ａと濃縮室２２ａはカチオン交換膜３１ａを隔てて隣接し、濃縮室２２ａと脱塩室２３ａはアニオン交換膜３２ａを隔てて隣接し、脱塩室２３ａと濃縮室２４ａとはカチオン交換膜３３ａを隔てて隣接し、濃縮室２４ａと陰極室２５ａはアニオン交換膜３４ａを隔てて隣接している。脱塩室２３ａは、アニオン交換膜３２ａとカチオン交換膜３３ａとによって区画されている。アニオン交換膜３２ａは第１アニオン交換膜の一例であり、アニオン交換膜３４ａは、第２アニオン交換膜の一例である。
脱塩室２３ａ内には、イオン交換体が充填されている。本実施形態では、脱塩室２３ａ内には、アニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲとが混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、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。
濃縮室２２ａおよび２４ａには、アニオン交換体ＡＥＲが単床形態で充填されている。
被処理水は、脱塩室２３ａに通水される。また、濃縮室２２ａおよび２４ａと陽極室２１ａと陰極室２５ａには、それぞれ、供給水が通水される。供給水の通水方向は適宜変更可能である。
陽極室２１ａと濃縮室２２ａはカチオン交換膜３１ａを隔てて隣接し、濃縮室２２ａと脱塩室２３ａはアニオン交換膜３２ａを隔てて隣接し、脱塩室２３ａと濃縮室２４ａとはカチオン交換膜３３ａを隔てて隣接し、濃縮室２４ａと陰極室２５ａはアニオン交換膜３４ａを隔てて隣接している。脱塩室２３ａは、アニオン交換膜３２ａとカチオン交換膜３３ａとによって区画されている。アニオン交換膜３２ａは第１アニオン交換膜の一例であり、アニオン交換膜３４ａは、第２アニオン交換膜の一例である。
脱塩室２３ａ内には、イオン交換体が充填されている。本実施形態では、脱塩室２３ａ内には、アニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲとが混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、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。
濃縮室２２ａおよび２４ａには、アニオン交換体ＡＥＲが単床形態で充填されている。
被処理水は、脱塩室２３ａに通水される。また、濃縮室２２ａおよび２４ａと陽極室２１ａと陰極室２５ａには、それぞれ、供給水が通水される。供給水の通水方向は適宜変更可能である。
ＥＤＩ装置１０１ｂは、陽極１１ｂを備えた陽極室２１ｂと、陰極１２ｂを備えた陰極室２５ｂとの間に、陽極室２１ｂ側から順に、濃縮室２２ｂ、脱塩室２３ｂおよび濃縮室２４ｂが設けられている。濃縮室２４ｂは第１濃縮室の一例であり、濃縮室２２ｂは、第２濃縮室の一例である。
陽極室２１ｂと濃縮室２２ｂはカチオン交換膜３１ｂを隔てて隣接し、濃縮室２２ｂと脱塩室２３ｂはアニオン交換膜３２ｂを隔てて隣接し、脱塩室２３ｂと濃縮室２４ｂとはカチオン交換膜３３ｂを隔てて隣接し、濃縮室２４ｂと陰極室２５ｂはアニオン交換膜３４ｂを隔てて隣接している。脱塩室２３ｂは、アニオン交換膜３２ｂとカチオン交換膜３３ｂとによって区画されている。アニオン交換膜３２ｂは第１アニオン交換膜の一例であり、アニオン交換膜３４ｂは、第２アニオン交換膜の一例である。
脱塩室２３ｂ内には、イオン交換体が充填されている。本実施形態では、脱塩室２３ｂ内には、アニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲとが混床形態で充填されている。なお、脱塩室２３ｂへのイオン交換体の充填形態としては、アニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲの混床形態（ＭＢ）、アニオン交換体ＡＥＲの単床形態（Ａ）、カチオン交換体ＣＥＲの単床形態（Ｋ）を組み合わせた複床形態が採用されてもよい。脱塩室２３ｂは、ＥＤＩ装置１０１ａの脱塩室２３ａと直列に連通している。
濃縮室２２ｂおよび２４ｂには、カチオン交換体ＣＥＲが単床形態で充填されている。
脱塩室２３ｂには、脱塩室２３ａで処理された被処理水が通水される。濃縮室２２ｂおよび２４ｂと陽極室２１ｂと陰極室２５ｂには、それぞれ、供給水が通水される。供給水の通水方向は、適宜変更可能である。
陽極室２１ｂと濃縮室２２ｂはカチオン交換膜３１ｂを隔てて隣接し、濃縮室２２ｂと脱塩室２３ｂはアニオン交換膜３２ｂを隔てて隣接し、脱塩室２３ｂと濃縮室２４ｂとはカチオン交換膜３３ｂを隔てて隣接し、濃縮室２４ｂと陰極室２５ｂはアニオン交換膜３４ｂを隔てて隣接している。脱塩室２３ｂは、アニオン交換膜３２ｂとカチオン交換膜３３ｂとによって区画されている。アニオン交換膜３２ｂは第１アニオン交換膜の一例であり、アニオン交換膜３４ｂは、第２アニオン交換膜の一例である。
脱塩室２３ｂ内には、イオン交換体が充填されている。本実施形態では、脱塩室２３ｂ内には、アニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲとが混床形態で充填されている。なお、脱塩室２３ｂへのイオン交換体の充填形態としては、アニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲの混床形態（ＭＢ）、アニオン交換体ＡＥＲの単床形態（Ａ）、カチオン交換体ＣＥＲの単床形態（Ｋ）を組み合わせた複床形態が採用されてもよい。脱塩室２３ｂは、ＥＤＩ装置１０１ａの脱塩室２３ａと直列に連通している。
濃縮室２２ｂおよび２４ｂには、カチオン交換体ＣＥＲが単床形態で充填されている。
脱塩室２３ｂには、脱塩室２３ａで処理された被処理水が通水される。濃縮室２２ｂおよび２４ｂと陽極室２１ｂと陰極室２５ｂには、それぞれ、供給水が通水される。供給水の通水方向は、適宜変更可能である。
次に、水処理装置１０１で行われる水処理について説明する。
ＥＤＩ装置１０１ａおよび１０１ｂにおいて、陽極室２１ａおよび２１ｂと濃縮室２２ａ、２４ａ、２２ｂおよび２４ｂと陰極室２５ａおよび２５ｂに供給水を通水し、陽極１１ａと陰極１２ａとの間および陽極１１ｂと陰極１２ｂとの間に直流電圧を印加した状態で、ＥＤＩ装置１０１ａの脱塩室２３ａに被処理水を通水する。
ＥＤＩ装置１０１ａおよび１０１ｂにおいて、陽極室２１ａおよび２１ｂと濃縮室２２ａ、２４ａ、２２ｂおよび２４ｂと陰極室２５ａおよび２５ｂに供給水を通水し、陽極１１ａと陰極１２ａとの間および陽極１１ｂと陰極１２ｂとの間に直流電圧を印加した状態で、ＥＤＩ装置１０１ａの脱塩室２３ａに被処理水を通水する。
ＥＤＩ装置１０１ａ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。
被処理水中のイオン成分は、脱塩室２３ａ内のイオン交換体に吸着され、脱イオン化（脱塩）処理が行われる。脱塩室２３ａで脱イオン化（脱塩）処理が施された被処理水は、脱塩室２３ｂに通水される。
このとき、脱塩室２３ａでは、陽極１１ａと陰極１２ａの間の印加電圧によって上述した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。この水素イオンと水酸化物イオンによって、脱塩室２３ａ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３２ａを介して濃縮室２２ａに移動し濃縮室２２ａから濃縮水として排出され、カチオンは、カチオン交換膜３３ａを介して濃縮室２４ａに移動し濃縮室２４ａから濃縮水として排出される。なお、陽極室２１ａおよび陰極室２５ａからは電極水が排出される。
この際、被処理水中の硬度成分イオン（マグネシウムイオンＭｇ２＋やカルシウムイオンＣａ２＋）は、カチオン交換膜３３ａを透過して濃縮室２４ａに移動するが、濃縮室２４ａにはアニオン交換体ＡＥＲが充填されているので、アニオン交換膜３４ａに硬度成分イオンに起因するスケールの発生が抑制される。また、濃縮室２２ａにもアニオン交換体ＡＥＲが充填されているので、硬度成分イオンに起因するスケールの発生が抑制される。
しかしながら、濃縮室２４ａにアニオン交換体ＡＥＲが充填されているため、濃縮水に含まれている炭酸やシリカの弱酸アニオン成分が、濃縮室２４ａからカチオン交換膜３３ａを通過して脱塩室２３ａ内へ拡散する。このため、脱塩室２３ａから脱塩室２３ｂに流れ出る被処理水には、濃縮水に含まれていた炭酸やシリカの弱酸アニオン成分が含有されてしまう。
被処理水中のイオン成分は、脱塩室２３ａ内のイオン交換体に吸着され、脱イオン化（脱塩）処理が行われる。脱塩室２３ａで脱イオン化（脱塩）処理が施された被処理水は、脱塩室２３ｂに通水される。
このとき、脱塩室２３ａでは、陽極１１ａと陰極１２ａの間の印加電圧によって上述した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。この水素イオンと水酸化物イオンによって、脱塩室２３ａ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３２ａを介して濃縮室２２ａに移動し濃縮室２２ａから濃縮水として排出され、カチオンは、カチオン交換膜３３ａを介して濃縮室２４ａに移動し濃縮室２４ａから濃縮水として排出される。なお、陽極室２１ａおよび陰極室２５ａからは電極水が排出される。
この際、被処理水中の硬度成分イオン（マグネシウムイオンＭｇ２＋やカルシウムイオンＣａ２＋）は、カチオン交換膜３３ａを透過して濃縮室２４ａに移動するが、濃縮室２４ａにはアニオン交換体ＡＥＲが充填されているので、アニオン交換膜３４ａに硬度成分イオンに起因するスケールの発生が抑制される。また、濃縮室２２ａにもアニオン交換体ＡＥＲが充填されているので、硬度成分イオンに起因するスケールの発生が抑制される。
しかしながら、濃縮室２４ａにアニオン交換体ＡＥＲが充填されているため、濃縮水に含まれている炭酸やシリカの弱酸アニオン成分が、濃縮室２４ａからカチオン交換膜３３ａを通過して脱塩室２３ａ内へ拡散する。このため、脱塩室２３ａから脱塩室２３ｂに流れ出る被処理水には、濃縮水に含まれていた炭酸やシリカの弱酸アニオン成分が含有されてしまう。
ＥＤＩ装置１０１ｂでは、以下の処理が行われると推測される。
ＥＤＩ装置１０１ｂに流入する被処理水中のイオン成分（濃縮水から移動してきた炭酸やシリカの弱酸アニオン成分を含む）は、脱塩室２３ｂのイオン交換体に吸着され、脱イオン化処理が行われる。脱塩室２３ｂで脱イオン化処理が行われた被処理水は、処理水として排出される。ＥＤＩ装置１０１ｂでは、ＥＤＩ装置１０１ａと同様に、脱塩室２３ｂのイオン交換体においてイオン交換が行われ、脱塩室２３ｂに供給された被処理水中のイオン成分は濃縮室２２ｂ、２４ｂに移動して排出され、同時に、脱塩室２３ｂのイオン交換体も再生される。
ＥＤＩ装置１０１ｂに流入する被処理水は、既にＥＤＩ装置１０１ａで処理されているため、被処理水内の硬度成分イオンの濃度は、ＥＤＩ装置１０１ａに流入する前の濃度より低くなっている。このため、濃縮室２４ｂでのスケールの発生が抑制される。
また、濃縮室２４ｂにはカチオン交換体ＣＥＲが充填されているため、カチオン交換膜３３ｂの濃縮室２４ｂ側の表面に存在する水素イオンの濃縮水への拡散希釈が、濃縮室２４ｂ内のカチオン交換体ＣＥＲにより促進され、カチオン交換膜３３ｂの濃縮室２４ｂ側の表面における水素イオンの濃度が速やかに低減する（ｐＨが低い状態でなくなる）。また、濃縮水に含まれる炭酸やシリカ等の弱酸アニオン成分は、濃縮室２４ｂ内のカチオン交換体ＣＥＲの存在によって、カチオン交換膜３３ｂの濃縮室２４ｂ側の表面に到達し難くなる。また、炭酸やシリカ等の弱酸アニオン成分が、カチオン交換膜３３ｂの濃縮室２４ｂ側の表面に到達しても、その表面のｐＨが低くないため、アニオン成分として維持され、カチオン交換膜３３ｂを通過することが困難になる。よって、濃縮水に含まれる炭酸やシリカ等の弱酸アニオン成分が脱塩室２３ｂへ拡散することを抑制可能になる。また、弱酸アニオン成分の脱塩室２３ｂへの拡散を抑制するために、処理水の一部を濃縮室に供給する供給水として用いる必要もなくなる。したがって、処理水量の減少およびスケールの生成を抑制しつつ、処理水の水質の低下を抑制可能になる。
ＥＤＩ装置１０１ｂに流入する被処理水中のイオン成分（濃縮水から移動してきた炭酸やシリカの弱酸アニオン成分を含む）は、脱塩室２３ｂのイオン交換体に吸着され、脱イオン化処理が行われる。脱塩室２３ｂで脱イオン化処理が行われた被処理水は、処理水として排出される。ＥＤＩ装置１０１ｂでは、ＥＤＩ装置１０１ａと同様に、脱塩室２３ｂのイオン交換体においてイオン交換が行われ、脱塩室２３ｂに供給された被処理水中のイオン成分は濃縮室２２ｂ、２４ｂに移動して排出され、同時に、脱塩室２３ｂのイオン交換体も再生される。
ＥＤＩ装置１０１ｂに流入する被処理水は、既にＥＤＩ装置１０１ａで処理されているため、被処理水内の硬度成分イオンの濃度は、ＥＤＩ装置１０１ａに流入する前の濃度より低くなっている。このため、濃縮室２４ｂでのスケールの発生が抑制される。
また、濃縮室２４ｂにはカチオン交換体ＣＥＲが充填されているため、カチオン交換膜３３ｂの濃縮室２４ｂ側の表面に存在する水素イオンの濃縮水への拡散希釈が、濃縮室２４ｂ内のカチオン交換体ＣＥＲにより促進され、カチオン交換膜３３ｂの濃縮室２４ｂ側の表面における水素イオンの濃度が速やかに低減する（ｐＨが低い状態でなくなる）。また、濃縮水に含まれる炭酸やシリカ等の弱酸アニオン成分は、濃縮室２４ｂ内のカチオン交換体ＣＥＲの存在によって、カチオン交換膜３３ｂの濃縮室２４ｂ側の表面に到達し難くなる。また、炭酸やシリカ等の弱酸アニオン成分が、カチオン交換膜３３ｂの濃縮室２４ｂ側の表面に到達しても、その表面のｐＨが低くないため、アニオン成分として維持され、カチオン交換膜３３ｂを通過することが困難になる。よって、濃縮水に含まれる炭酸やシリカ等の弱酸アニオン成分が脱塩室２３ｂへ拡散することを抑制可能になる。また、弱酸アニオン成分の脱塩室２３ｂへの拡散を抑制するために、処理水の一部を濃縮室に供給する供給水として用いる必要もなくなる。したがって、処理水量の減少およびスケールの生成を抑制しつつ、処理水の水質の低下を抑制可能になる。
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２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１０１ｃと、ＥＤＩ装置１０１ｄと、を有する。
図２は、本発明の第２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１０１ｃと、ＥＤＩ装置１０１ｄと、を有する。
ＥＤＩ装置１０１ｃは、陽極１１ｃを備えた陽極室２１ｃと、陰極１２ｃを備えた陰極室２５ｃとの間に、陽極室２１ｃ側から順に、濃縮室２２ｃ、脱塩室２３ｃおよび濃縮室２４ｃが設けられている。濃縮室２４ｃは第１濃縮室の一例であり、濃縮室２２ｃは、第２濃縮室の一例である。
陽極室２１ｃと濃縮室２２ｃはカチオン交換膜３１ｃを隔てて隣接し、濃縮室２２ｃと脱塩室２３ｃはアニオン交換膜３２ｃを隔てて隣接し、脱塩室２３ｃと濃縮室２４ｃとはカチオン交換膜３３ｃを隔てて隣接し、濃縮室２４ｃと陰極室２５ｃはアニオン交換膜３４ｃを隔てて隣接している。脱塩室２３ｃは、アニオン交換膜３２ｃとカチオン交換膜３３ｃとによって区画されている。アニオン交換膜３２ｃは第１アニオン交換膜の一例であり、アニオン交換膜３４ｃは、第２アニオン交換膜の一例である。
脱塩室２３ｃでは、アニオン交換膜３２ｃカチオン交換膜３３ｃとの間に中間イオン交換膜３６ｃが設けられている。脱塩室２３ｃは、中間イオン交換膜３６ｃによって小脱塩室２３ｃ−１と小脱塩室２３ｃ−２に区画されている。中間イオン交換膜３６ｃとしては、アニオン交換膜、カチオン交換膜、バイポーラ膜のいずれも使用できる。本実施形態では、中間イオン交換膜３６ｃとして、アニオン交換膜を用いる。陰極側の小脱塩室２３ｃ−１は第１小脱塩室の一例であり、陽極側の小脱塩室２３ｃ−２は第２小脱塩室の一例である。
小脱塩室２３ｃ−１にはカチオン交換体ＣＥＲが単床形態で充填され、小脱塩室２３ｃ−２にはアニオン交換体ＡＥＲが単床形態で充填されている。小脱塩室２３ｃ−１に被処理水が通水され、小脱塩室２３ｃ−１から流出する水が小脱塩室２３ｃ−２に流入するように（矢印１０４ａ、矢印１０４ｂ、矢印１０４ｃ参照）、小脱塩室２３ｃ−１と小脱塩室２３ｃ−２は直列に連通されている。
濃縮室２２ｃおよび２４ｃと陽極室２１ｃと陰極室２５ｃには、それぞれ、供給水が通水される。なお、供給水の通水方向は、適宜変更可能である。
陽極室２１ｃと濃縮室２２ｃはカチオン交換膜３１ｃを隔てて隣接し、濃縮室２２ｃと脱塩室２３ｃはアニオン交換膜３２ｃを隔てて隣接し、脱塩室２３ｃと濃縮室２４ｃとはカチオン交換膜３３ｃを隔てて隣接し、濃縮室２４ｃと陰極室２５ｃはアニオン交換膜３４ｃを隔てて隣接している。脱塩室２３ｃは、アニオン交換膜３２ｃとカチオン交換膜３３ｃとによって区画されている。アニオン交換膜３２ｃは第１アニオン交換膜の一例であり、アニオン交換膜３４ｃは、第２アニオン交換膜の一例である。
脱塩室２３ｃでは、アニオン交換膜３２ｃカチオン交換膜３３ｃとの間に中間イオン交換膜３６ｃが設けられている。脱塩室２３ｃは、中間イオン交換膜３６ｃによって小脱塩室２３ｃ−１と小脱塩室２３ｃ−２に区画されている。中間イオン交換膜３６ｃとしては、アニオン交換膜、カチオン交換膜、バイポーラ膜のいずれも使用できる。本実施形態では、中間イオン交換膜３６ｃとして、アニオン交換膜を用いる。陰極側の小脱塩室２３ｃ−１は第１小脱塩室の一例であり、陽極側の小脱塩室２３ｃ−２は第２小脱塩室の一例である。
小脱塩室２３ｃ−１にはカチオン交換体ＣＥＲが単床形態で充填され、小脱塩室２３ｃ−２にはアニオン交換体ＡＥＲが単床形態で充填されている。小脱塩室２３ｃ−１に被処理水が通水され、小脱塩室２３ｃ−１から流出する水が小脱塩室２３ｃ−２に流入するように（矢印１０４ａ、矢印１０４ｂ、矢印１０４ｃ参照）、小脱塩室２３ｃ−１と小脱塩室２３ｃ−２は直列に連通されている。
濃縮室２２ｃおよび２４ｃと陽極室２１ｃと陰極室２５ｃには、それぞれ、供給水が通水される。なお、供給水の通水方向は、適宜変更可能である。
ＥＤＩ装置１０１ｄは、陽極１１ｄを備えた陽極室２１ｄと、陰極１２ｄを備えた陰極室２５ｄとの間に、陽極室２１ｄ側から順に、濃縮室２２ｄ、脱塩室２３ｄおよび濃縮室２４ｄが設けられている。濃縮室２４ｄは第１濃縮室の一例であり、濃縮室２２ｄは、第２濃縮室の一例である。
陽極室２１ｄと濃縮室２２ｄはカチオン交換膜３１ｄを隔てて隣接し、濃縮室２２ｄと脱塩室２３ｄはアニオン交換膜３２ｄを隔てて隣接し、脱塩室２３ｄと濃縮室２４ｄとはカチオン交換膜３３ｄを隔てて隣接し、濃縮室２４ｄと陰極室２５ｄはアニオン交換膜３４ｄを隔てて隣接している。脱塩室２３ｄは、アニオン交換膜３２ｄとカチオン交換膜３３ｄとによって区画されている。アニオン交換膜３２ｄは第１アニオン交換膜の一例であり、アニオン交換膜３４ｄは、第２アニオン交換膜の一例である。
脱塩室２３ｄでは、アニオン交換膜３２ｄとカチオン交換膜３３ｄとの間に中間イオン交換膜３６ｄが設けられている。脱塩室２３ｄは、中間イオン交換膜３６ｄによって小脱塩室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３６ｄとしては、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２小脱塩室の一例であり、陰極側の小脱塩室２３ｄ−２は第１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には入口側２３ｄ−２１の領域にカチオン交換体ＣＥＲが単独で充填され出口側２３ｄ−２２の領域にアニオン交換体ＡＥＲが単独で充填されている。小脱塩室２３ｄ−１に被処理水が通水され、小脱塩室２３ｄ−１から流出する水が小脱塩室２３ｄ−２に入口側２３ｄ−２１から流入するように（矢印１０４ｃ、矢印１０４ｄ、矢印１０４ｅ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２２ｄおよび２４ｄと陽極室２１ｄと陰極室２５ｄには、それぞれ、供給水が通水される。なお、供給水の通水方向は、適宜変更可能である。
陽極室２１ｄと濃縮室２２ｄはカチオン交換膜３１ｄを隔てて隣接し、濃縮室２２ｄと脱塩室２３ｄはアニオン交換膜３２ｄを隔てて隣接し、脱塩室２３ｄと濃縮室２４ｄとはカチオン交換膜３３ｄを隔てて隣接し、濃縮室２４ｄと陰極室２５ｄはアニオン交換膜３４ｄを隔てて隣接している。脱塩室２３ｄは、アニオン交換膜３２ｄとカチオン交換膜３３ｄとによって区画されている。アニオン交換膜３２ｄは第１アニオン交換膜の一例であり、アニオン交換膜３４ｄは、第２アニオン交換膜の一例である。
脱塩室２３ｄでは、アニオン交換膜３２ｄとカチオン交換膜３３ｄとの間に中間イオン交換膜３６ｄが設けられている。脱塩室２３ｄは、中間イオン交換膜３６ｄによって小脱塩室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３６ｄとしては、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２小脱塩室の一例であり、陰極側の小脱塩室２３ｄ−２は第１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には入口側２３ｄ−２１の領域にカチオン交換体ＣＥＲが単独で充填され出口側２３ｄ−２２の領域にアニオン交換体ＡＥＲが単独で充填されている。小脱塩室２３ｄ−１に被処理水が通水され、小脱塩室２３ｄ−１から流出する水が小脱塩室２３ｄ−２に入口側２３ｄ−２１から流入するように（矢印１０４ｃ、矢印１０４ｄ、矢印１０４ｅ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２２ｄおよび２４ｄと陽極室２１ｄと陰極室２５ｄには、それぞれ、供給水が通水される。なお、供給水の通水方向は、適宜変更可能である。
次に、水処理装置２０１で行われる水処理について説明する。
ＥＤＩ装置１０１ｃおよび１０１ｄにおいて、陽極室２１ｃおよび２１ｄと、濃縮室２２ｃ、２４ｃ、２２ｄおよび２４ｄと、陰極室２５ｃおよび２５ｄに供給水を通水し、陽極１１ｃと陰極１２ｃとの間および陽極１１ｄと陰極１２ｄとの間に直流電圧を印加した状態で、ＥＤＩ装置１０１ｃの小脱塩室２３ｃ−１に被処理水を通水する。
ＥＤＩ装置１０１ｃおよび１０１ｄにおいて、陽極室２１ｃおよび２１ｄと、濃縮室２２ｃ、２４ｃ、２２ｄおよび２４ｄと、陰極室２５ｃおよび２５ｄに供給水を通水し、陽極１１ｃと陰極１２ｃとの間および陽極１１ｄと陰極１２ｄとの間に直流電圧を印加した状態で、ＥＤＩ装置１０１ｃの小脱塩室２３ｃ−１に被処理水を通水する。
ＥＤＩ装置１０１ｃ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。
被処理水中のカチオンは、脱塩室２３ｃ−１のカチオン交換体ＣＥＲに吸着され、脱イオン化処理が行われる。脱塩室２３ｃ−１で脱イオン化処理が行われた被処理水は、脱塩室２３ｃ−２に通水される。
このとき、脱塩室２３ｃでは、陽極１１ｃと陰極１２ｃ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。この水素イオンによって、脱塩室２３ｃ−１内のカチオン交換体ＣＥＲに吸着されていたカチオンが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３３ｃを介して濃縮室２４ｃに移動し、濃縮室２４ｃから濃縮水として排出される。
この際、被処理水中の硬度成分イオン（マグネシウムイオンＭｇ２＋やカルシウムイオンＣａ２＋）は、カチオン交換膜３３ｃを透過して濃縮室２４ｃに移動するが、濃縮室２４ｃにはアニオン交換体ＡＥＲが充填されているので、アニオン交換膜３４ｃでの硬度成分イオンに起因するスケールの発生が抑制される。
しかしながら、濃縮水に含まれている炭酸やシリカ等の弱酸アニオン成分が、濃縮室２４ｃからカチオン交換膜３３ｃを通過して脱塩室２３ｃ−１内へ拡散する。このため、脱塩室２３ｃ−１から脱塩室２３ｃ−２に流れ出る被処理水には、濃縮水に含まれていた炭酸やシリカが含有されてしまう。
被処理水中のカチオンは、脱塩室２３ｃ−１のカチオン交換体ＣＥＲに吸着され、脱イオン化処理が行われる。脱塩室２３ｃ−１で脱イオン化処理が行われた被処理水は、脱塩室２３ｃ−２に通水される。
このとき、脱塩室２３ｃでは、陽極１１ｃと陰極１２ｃ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。この水素イオンによって、脱塩室２３ｃ−１内のカチオン交換体ＣＥＲに吸着されていたカチオンが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３３ｃを介して濃縮室２４ｃに移動し、濃縮室２４ｃから濃縮水として排出される。
この際、被処理水中の硬度成分イオン（マグネシウムイオンＭｇ２＋やカルシウムイオンＣａ２＋）は、カチオン交換膜３３ｃを透過して濃縮室２４ｃに移動するが、濃縮室２４ｃにはアニオン交換体ＡＥＲが充填されているので、アニオン交換膜３４ｃでの硬度成分イオンに起因するスケールの発生が抑制される。
しかしながら、濃縮水に含まれている炭酸やシリカ等の弱酸アニオン成分が、濃縮室２４ｃからカチオン交換膜３３ｃを通過して脱塩室２３ｃ−１内へ拡散する。このため、脱塩室２３ｃ−１から脱塩室２３ｃ−２に流れ出る被処理水には、濃縮水に含まれていた炭酸やシリカが含有されてしまう。
脱塩室２３ｃ−２では、被処理水中のアニオンは、脱塩室２３ｃ−２のアニオン交換体ＡＥＲに吸着され、脱イオン化処理が行われる。脱塩室２３ｃ−２で脱イオン化処理が行われた被処理水は、脱塩室２３ｄ−１に通水される。
この際、脱塩室２３ｃ−２内のアニオン交換体ＡＥＲに吸着されていたアニオンが、水の解離反応で生成された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３２ｃを介して濃縮室２２ｃに移動し、濃縮室２２ｃから濃縮水として排出される。また、濃縮室２４ｃ内の濃縮水から小脱塩室２３ｃ−１内の被処理水に移動してきた炭酸やシリカの弱酸アニオン成分も、アニオン交換膜３２ｃを介して濃縮室２２ｃに移動し、濃縮室２２ｃから濃縮水として排出される。
この際、脱塩室２３ｃ−２内のアニオン交換体ＡＥＲに吸着されていたアニオンが、水の解離反応で生成された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３２ｃを介して濃縮室２２ｃに移動し、濃縮室２２ｃから濃縮水として排出される。また、濃縮室２４ｃ内の濃縮水から小脱塩室２３ｃ−１内の被処理水に移動してきた炭酸やシリカの弱酸アニオン成分も、アニオン交換膜３２ｃを介して濃縮室２２ｃに移動し、濃縮室２２ｃから濃縮水として排出される。
脱塩室２３ｄ−１では、被処理水中のアニオンは、脱塩室２３ｄ−１のアニオン交換体ＡＥＲに吸着され、脱イオン化処理が行われる。脱塩室２３ｄ−１で脱イオン化処理が行われた被処理水は、脱塩室２３ｄ−２に入口側２３ｄ−２１から通水される。
この際、脱塩室２３ｄ−１では、脱塩室２３ｄ−１内のアニオン交換体ＡＥＲに吸着されていたアニオンが、水の解離反応で生成された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３２ｄを介して濃縮室２２ｄに移動し、濃縮室２２ｄから濃縮水として排出される。
この際、脱塩室２３ｄ−１では、脱塩室２３ｄ−１内のアニオン交換体ＡＥＲに吸着されていたアニオンが、水の解離反応で生成された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３２ｄを介して濃縮室２２ｄに移動し、濃縮室２２ｄから濃縮水として排出される。
脱塩室２３ｄ−２では、被処理水中のカチオンが、入口側２３ｄ−２１の領域のカチオン交換体ＣＥＲに吸着され、脱イオン化処理が行われる。その後、被処理水は、脱塩室２３ｄ−２の出口側２３ｄ−２２の領域に通水される。
このとき、入口側２３ｄ−２１の領域のカチオン交換体ＣＥＲでは、入口側２３ｄ−２１の領域のカチオン交換体ＣＥＲに吸着されていたカチオンが、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３３ｄを介して濃縮室２４ｄに移動し、濃縮室２４ｄから濃縮水として排出される。
入口側２３ｄ−２１の領域のカチオン交換体ＣＥＲに流入する被処理水は、既にＥＤＩ装置１０１ｃで処理されているので、該被処理水内の硬度成分イオンの濃度は、ＥＤＩ装置１０１ｃに流入する前の濃度より低くなっている。このため、濃縮室２４ｄでのスケールの発生が抑制される。
また、濃縮室２４ｄにはカチオン交換体ＣＥＲが充填されているため、濃縮水に含まれる炭酸やシリカ等の弱酸アニオン成分の脱塩室２３ｄ−２への拡散を抑制可能になる。また、弱酸アニオン成分の脱塩室２３ｄ−２への拡散を抑制するために、処理水の一部を濃縮室に供給する供給水として用いる必要もなくなる。したがって、処理水量の減少およびスケールの生成を抑制しつつ、処理水の水質の低下を抑制可能になる。
そして、脱塩室２３ｄ−２の出口側２３ｄ−２２の領域に通水された被処理水中のアニオンは、出口側２３ｄ−２２の領域のアニオン交換体ＡＥＲに吸着され、脱イオン化処理が行われる。その後、出口側２３ｄ−２２の領域のアニオン交換体ＡＥＲを通った水は、処理水として排出される。
このとき、出口側２３ｄ−２２の領域のアニオン交換体ＡＥＲでは、吸着されていたアニオンが、水の解離反応で生成された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、中間イオン膜３６ｄを介して脱塩室２３ｄ−１に移動し、その後濃縮室２２ｄに移動し、濃縮室２２ｄから濃縮水として排出される。
このとき、入口側２３ｄ−２１の領域のカチオン交換体ＣＥＲでは、入口側２３ｄ−２１の領域のカチオン交換体ＣＥＲに吸着されていたカチオンが、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３３ｄを介して濃縮室２４ｄに移動し、濃縮室２４ｄから濃縮水として排出される。
入口側２３ｄ−２１の領域のカチオン交換体ＣＥＲに流入する被処理水は、既にＥＤＩ装置１０１ｃで処理されているので、該被処理水内の硬度成分イオンの濃度は、ＥＤＩ装置１０１ｃに流入する前の濃度より低くなっている。このため、濃縮室２４ｄでのスケールの発生が抑制される。
また、濃縮室２４ｄにはカチオン交換体ＣＥＲが充填されているため、濃縮水に含まれる炭酸やシリカ等の弱酸アニオン成分の脱塩室２３ｄ−２への拡散を抑制可能になる。また、弱酸アニオン成分の脱塩室２３ｄ−２への拡散を抑制するために、処理水の一部を濃縮室に供給する供給水として用いる必要もなくなる。したがって、処理水量の減少およびスケールの生成を抑制しつつ、処理水の水質の低下を抑制可能になる。
そして、脱塩室２３ｄ−２の出口側２３ｄ−２２の領域に通水された被処理水中のアニオンは、出口側２３ｄ−２２の領域のアニオン交換体ＡＥＲに吸着され、脱イオン化処理が行われる。その後、出口側２３ｄ−２２の領域のアニオン交換体ＡＥＲを通った水は、処理水として排出される。
このとき、出口側２３ｄ−２２の領域のアニオン交換体ＡＥＲでは、吸着されていたアニオンが、水の解離反応で生成された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、中間イオン膜３６ｄを介して脱塩室２３ｄ−１に移動し、その後濃縮室２２ｄに移動し、濃縮室２２ｄから濃縮水として排出される。
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、濃縮室２４ｂや濃縮室２４ｄでは、カチオン交換膜３３ｂやカチオン交換膜３３ｄの陰極側にカチオン交換体ＣＥＲが単独で充填され、他の領域にアニオン交換体ＡＥＲが充填されてもよい。
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示された。しかしながら、被処理水が最初に通水される１段目の脱塩室と隣接する第１および第２濃縮室にアニオン交換体が充填され、処理水を流出する最終段の脱塩室とカチオン交換膜を介して隣接する第１濃縮室では、該カチオン交換膜の陰極側に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、ＥＤＩ装置一台（１つの筐体）の中で、脱塩室ブロックと濃縮室ブロックをそれぞれ２段以上配置し内部にてそれぞれの脱塩室を直列に接続する構造としてもよい。
また、上記では［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ものとした。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」とも称される。
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、陽極室および陰極室にもイオン交換体を充填して電気抵抗を下げてもよい。
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」とも称される。
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、陽極室および陰極室にもイオン交換体を充填して電気抵抗を下げてもよい。
＜実施例１〜５＞
実施例１〜４の水処理装置として、第１の実施形態の水処理装置１０１を用いた。実施例１〜４の各々の違いは、濃縮室への供給水の通水方向（以下「濃縮室通水方向」と称する）と脱塩室への被処理水の通水方向（以下「脱塩室通水方向」と称する）との関係（並流か向流）の違いである。
実施例１では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａおよび２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいて、濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを並流の関係とした。
実施例２では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａにおいては濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを並流の関係とし、２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいては濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とした。この場合、２段目の濃縮室の入口と２段目の脱塩室の出口が隣接する。
実施例３では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａにおいては濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とし、２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいては濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを並流の関係とした。この場合、１段目の濃縮室の入口と１段目の脱塩室の出口が隣接する。
実施例４では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａおよび２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいて濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とした。この場合、１段目の濃縮室の入口と１段目の脱塩室の出口が隣接し、２段目の濃縮室の入口と２段目の脱塩室の出口が隣接する。
また、実施例５の水処理装置として、第２の実施形態の水処置装置２０１を用いた。実施例５では、１段目のＥＤＩ装置１０１ｃにおいては濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とし、２段目のＥＤＩ装置１０１ｄにおいては濃縮室通水方向と脱塩室２３ｄ−２での脱塩室通水方向とを向流の関係とした。
実施例１〜４の水処理装置として、第１の実施形態の水処理装置１０１を用いた。実施例１〜４の各々の違いは、濃縮室への供給水の通水方向（以下「濃縮室通水方向」と称する）と脱塩室への被処理水の通水方向（以下「脱塩室通水方向」と称する）との関係（並流か向流）の違いである。
実施例１では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａおよび２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいて、濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを並流の関係とした。
実施例２では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａにおいては濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを並流の関係とし、２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいては濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とした。この場合、２段目の濃縮室の入口と２段目の脱塩室の出口が隣接する。
実施例３では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａにおいては濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とし、２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいては濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを並流の関係とした。この場合、１段目の濃縮室の入口と１段目の脱塩室の出口が隣接する。
実施例４では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａおよび２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいて濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とした。この場合、１段目の濃縮室の入口と１段目の脱塩室の出口が隣接し、２段目の濃縮室の入口と２段目の脱塩室の出口が隣接する。
また、実施例５の水処理装置として、第２の実施形態の水処置装置２０１を用いた。実施例５では、１段目のＥＤＩ装置１０１ｃにおいては濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とし、２段目のＥＤＩ装置１０１ｄにおいては濃縮室通水方向と脱塩室２３ｄ−２での脱塩室通水方向とを向流の関係とした。
＜比較例１〜２＞
比較例１の水処理装置として、第１の実施形態の水処理装置１０１において、１段目のＥＤＩ装置１０１ａの濃縮室２２ａおよび２４ａにアニオン交換体ＡＥＲの代わりにカチオン交換体ＣＥＲを単床形態で充填し、２段目のＥＤＩ装置１０１ｂの濃縮室２２ｂおよび２４ｂにカチオン交換体ＣＥＲの代わりにアニオン交換体ＡＥＲを単床形態で充填した水処理装置を用いた。比較例１では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａおよび２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいて濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とした。
比較例２の水処理装置として、第１の実施形態の水処理装置１０１において、１段目のＥＤＩ装置１０１ａの濃縮室２２ａおよび２４ａにアニオン交換体ＡＥＲの代わりにアニオン交換体とカチオン交換体ＣＥＲを混床形態で充填し、２段目のＥＤＩ装置１０１ｂの濃縮室２２ｂおよび２４ｂにカチオン交換体ＣＥＲの代わりにアニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲを混床形態で充填した水処理装置を用いた。比較例２では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａおよび２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいて濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とした。
比較例１の水処理装置として、第１の実施形態の水処理装置１０１において、１段目のＥＤＩ装置１０１ａの濃縮室２２ａおよび２４ａにアニオン交換体ＡＥＲの代わりにカチオン交換体ＣＥＲを単床形態で充填し、２段目のＥＤＩ装置１０１ｂの濃縮室２２ｂおよび２４ｂにカチオン交換体ＣＥＲの代わりにアニオン交換体ＡＥＲを単床形態で充填した水処理装置を用いた。比較例１では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａおよび２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいて濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とした。
比較例２の水処理装置として、第１の実施形態の水処理装置１０１において、１段目のＥＤＩ装置１０１ａの濃縮室２２ａおよび２４ａにアニオン交換体ＡＥＲの代わりにアニオン交換体とカチオン交換体ＣＥＲを混床形態で充填し、２段目のＥＤＩ装置１０１ｂの濃縮室２２ｂおよび２４ｂにカチオン交換体ＣＥＲの代わりにアニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲを混床形態で充填した水処理装置を用いた。比較例２では、１段目のＥＤＩ装置１０１ａおよび２段目のＥＤＩ装置１０１ｂにおいて濃縮室通水方向と脱塩室通水方向とを向流の関係とした。
実施例１〜５および比較例１〜２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２３ｄ−２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。
・１段目ＥＤＩ装置に通水される被処理水として、ＲＯ（逆浸透膜）処理水（導電率：３〜４μＳ／ｃｍ、炭酸濃度：５〜６ｍｇＣＯ２／Ｌ、硬度濃度：５００〜６００μｇＣａＣＯ３／Ｌ）を用いた。
・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、５セルペアとした。
・被処理水流量を、１００Ｌ／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、２５Ｌ／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。
・陽極室および陰極室への供給水の通水方向を、電極室の電極反応にて発生するガスを排出するため、全て装置下部から上部に向かう方向とした（図１、２の下から上への方向）。
・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２３ｄ−２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。
・１段目ＥＤＩ装置に通水される被処理水として、ＲＯ（逆浸透膜）処理水（導電率：３〜４μＳ／ｃｍ、炭酸濃度：５〜６ｍｇＣＯ２／Ｌ、硬度濃度：５００〜６００μｇＣａＣＯ３／Ｌ）を用いた。
・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、５セルペアとした。
・被処理水流量を、１００Ｌ／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、２５Ｌ／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。
・陽極室および陰極室への供給水の通水方向を、電極室の電極反応にて発生するガスを排出するため、全て装置下部から上部に向かう方向とした（図１、２の下から上への方向）。
図３は、実施例１〜５および比較例１〜２における１段目のＥＤＩ装置でのスケールの発生状況および２段目のＥＤＩ装置から流出される処理水の水質の測定結果を示した図である。なお、図３では、アニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲの混床形態を（ＭＢ）、アニオン交換体ＡＥＲの単床形態を（Ａ）、カチオン交換体ＣＥＲの単床形態を（Ｋ）で示している。
実施例１と実施例２との比較から分かるように、２段目のＥＤＩ装置の濃縮室通水方向を２段目のＥＤＩ装置の脱塩室通水方向と向流の関係にすることで、処理水の水質が向上した。これは、向流の場合に、濃縮室から脱塩室への弱酸アニオン成分の逆拡散量が減少していると推定される。
実施例１と実施例３との比較から分かるように、１段目のＥＤＩ装置の濃縮室通水方向を１段目のＥＤＩ装置の脱塩室通水方向と向流の関係にすることで、１段目ＥＤＩ装置でのスケールの発生が抑制された。
実施例４と比較例１との比較から分かるように、１段目および２段目のＥＤＩ装置の両方で、濃縮室通水方向を脱塩室通水方向と向流の関係にしても、比較例１のように１段目の濃縮室にカチオン交換体ＣＥＲを充填すると、濃縮室内でのスケールの発生が抑制されなかった。また、比較例１のように２段目のＥＤＩ装置の濃縮室にアニオン交換体を充填すると、濃縮室内のアニオン交換体ＡＥＲに吸着したアニオン成分の脱塩室側への拡散が起こり、処理水の水質低下が発生した。
また、比較例１と比較例２の比較から以下の点が分かる。比較例２では１段目のＥＤＩ装置の濃縮室にアニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲが混床形態で充填されているので、比較例１よりも濃縮室内でのカチオン交換体ＣＥＲの連続性が悪くなる。このため、アニオン交換膜まで移動する硬度成分が減少し、スケールの発生状況は改善するが、スケールの発生は依然として多い。また、同様の理由で、２段目のＥＤＩ装置の濃縮室にアニオン交換体ＡＥＲとカチオン交換体ＣＥＲが混床形態で充填されていると、比較例１に比べて、濃縮室から脱塩室に拡散するアニオン成分が減少するため、水質は改善するが、高い水質を得ることはできなかった。
実施例４と実施例５との比較から分かるように、脱塩室が２室構造のＥＤＩ装置を用いることで、より高いスケール耐性と処理水の水質を得ることができた。
＜実施例６＞
実施例６は、実施例５において、被処理水の硬度濃度を２０００μｇＣａＣＯ３／Ｌに固定した状態で、炭酸濃度を１〜２５ｍｇＣＯ２／Ｌの範囲で変更した例である。
図４は、実施例６での２段目のＥＤＩ装置の脱塩室２３ｄ−１の入口での被処理水の炭酸濃度と、１段目のＥＤＩ装置でのスケールの発生状況と、２段目のＥＤＩ装置から流出される処理水の水質の測定結果を示した図である。なお、図４では、アニオン交換体ＡＥＲの単床形態を（Ａ）、カチオン交換体ＣＥＲの単床形態を（Ｋ）で示している。
実施例６から分かるように、１段目のＥＤＩ装置への被処理水の炭酸濃度が３〜２０ｍｇＣＯ２／Ｌである状況では、高い処理水質を得られ、さらに、２段目のＥＤＩ装置の脱塩室２３ｄ−１の入口での被処理水の炭酸濃度が１ｍｇＣＯ２／Ｌ以下となっていれば高い処理水質が保たれていた。また、硬度濃度が２０００μｇＣａＣＯ３／Ｌという高濃度の条件では、１段目のＥＤＩ装置への被処理水の炭酸濃度が３ｍｇＣＯ２／Ｌ以上でないと極めて多いスケールが発生した。なお、１段目のＥＤＩ装置への被処理水の炭酸濃度が１ｍｇＣＯ２／Ｌのときは安定した運転ができなかったため、図４において、処理水質に関するデータはない。
実施例６は、実施例５において、被処理水の硬度濃度を２０００μｇＣａＣＯ３／Ｌに固定した状態で、炭酸濃度を１〜２５ｍｇＣＯ２／Ｌの範囲で変更した例である。
図４は、実施例６での２段目のＥＤＩ装置の脱塩室２３ｄ−１の入口での被処理水の炭酸濃度と、１段目のＥＤＩ装置でのスケールの発生状況と、２段目のＥＤＩ装置から流出される処理水の水質の測定結果を示した図である。なお、図４では、アニオン交換体ＡＥＲの単床形態を（Ａ）、カチオン交換体ＣＥＲの単床形態を（Ｋ）で示している。
実施例６から分かるように、１段目のＥＤＩ装置への被処理水の炭酸濃度が３〜２０ｍｇＣＯ２／Ｌである状況では、高い処理水質を得られ、さらに、２段目のＥＤＩ装置の脱塩室２３ｄ−１の入口での被処理水の炭酸濃度が１ｍｇＣＯ２／Ｌ以下となっていれば高い処理水質が保たれていた。また、硬度濃度が２０００μｇＣａＣＯ３／Ｌという高濃度の条件では、１段目のＥＤＩ装置への被処理水の炭酸濃度が３ｍｇＣＯ２／Ｌ以上でないと極めて多いスケールが発生した。なお、１段目のＥＤＩ装置への被処理水の炭酸濃度が１ｍｇＣＯ２／Ｌのときは安定した運転ができなかったため、図４において、処理水質に関するデータはない。
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 陽極
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 陰極
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 陽極室
２２ａ、２４ａ、２２ｂ、２４ｂ、２２ｃ、２４ｃ、２２ｄ、２４ｄ 濃縮室
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 脱塩室
２３ｃ−１、２３ｄ−１ 第１脱塩室
２３ｃ−２、２３ｄ−２ 第２脱塩室
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ 陰極室
３１ａ、３３ａ、３１ｂ、３３ｂ、３１ｃ、３３ｃ、３１ｄ、３３ｄ カチオン交換膜
３２ａ、３４ａ、３２ｂ、３４ｂ、３２ｃ、３４ｃ、３２ｄ、３４ｄ アニオン交換膜
３６ａ、３６ｂ 中間イオン交換膜
ＣＥＲ カチオン交換体
ＡＥＲ アニオン交換体
１０１、２０１ 水処理装置
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ ＥＤＩ装置
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 陰極
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 陽極室
２２ａ、２４ａ、２２ｂ、２４ｂ、２２ｃ、２４ｃ、２２ｄ、２４ｄ 濃縮室
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ 脱塩室
２３ｃ−１、２３ｄ−１ 第１脱塩室
２３ｃ−２、２３ｄ−２ 第２脱塩室
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ 陰極室
３１ａ、３３ａ、３１ｂ、３３ｂ、３１ｃ、３３ｃ、３１ｄ、３３ｄ カチオン交換膜
３２ａ、３４ａ、３２ｂ、３４ｂ、３２ｃ、３４ｃ、３２ｄ、３４ｄ アニオン交換膜
３６ａ、３６ｂ 中間イオン交換膜
ＣＥＲ カチオン交換体
ＡＥＲ アニオン交換体
１０１、２０１ 水処理装置
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ ＥＤＩ装置
Claims (11)
- 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第１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と、前記カチオン交換膜を介して前記脱塩室と隣接し前記陰極側が第２アニオン交換膜で区画された第１濃縮室と、前記第１アニオン交換膜を介して前記脱塩室と隣接する第２濃縮室と、を有し、
複数の前記脱塩室は、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、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段目の前記脱塩室と隣接する前記第１濃縮室にアニオン交換体が単床で充填され、
前記処理水を流出する最終段の前記脱塩室と前記カチオン交換膜を介して隣接する前記第１濃縮室では、当該カチオン交換膜の前記陰極側にカチオン交換体が単床で充填されていることを特徴とする水処理装置。 - 前記１段目の脱塩室と隣接する第１濃縮室の入口と、前記１段目の脱塩室の出口が隣接している、請求項１に記載の水処理装置。
- 前記最終段の脱塩室と隣接する第１濃縮室の入口と、前記最終段の脱塩室の出口が隣接している、請求項１または２に記載の水処理装置。
- 前記複数の脱塩室の少なくとも１つの脱塩室は、
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１小脱塩室と、
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に記載の水処理装置。 - 前記１段目の脱塩室の中間イオン交換膜とカチオン交換膜にて区画された小脱塩室の出口と前記第１濃縮室の入口が隣接している、請求項４に記載の水処理装置。
- 前記最終段の脱塩室の中間イオン交換膜とカチオン交換膜にて区画された小脱塩室の出口と前記第１濃縮室の入口が隣接している、請求項４または５に記載の水処理装置。
- 陽極と陰極との間に、前記陽極側に位置する第１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と、前記カチオン交換膜を介して前記脱塩室と隣接し前記陰極側が第２アニオン交換膜で区画された第１濃縮室と、前記第１アニオン交換膜を介して前記脱塩室と隣接する第２濃縮室と、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、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段目の前記脱塩室と隣接する前記第１濃縮室にアニオン交換体が単床で充填され、前記処理水を流出する最終段の前記脱塩室と前記カチオン交換膜を介して隣接する前記第１濃縮室では、当該カチオン交換膜の前記陰極側にカチオン交換体が単床で充填されてい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ことを特徴とする水処理方法。 - 前記１段目の脱塩室に供給する前記被処理水の炭酸濃度が、３〜２０ｍｇＣＯ２／Ｌである請求項７に記載の水処理方法。
- 前記最終段の脱塩室に供給する被処理水の炭酸濃度が、１ｍｇＣＯ２／Ｌ未満である請求項７または８に記載の水処理方法。
- 前記１段目の脱塩室に供給する前記被処理水の硬度濃度が、２０００μｇＣａＣＯ３／Ｌ以下である請求項７から９のいずれか１項に記載の水処理方法。
- 前記最終段の脱塩室に供給する被処理水の硬度濃度が、２０μｇＣａＣＯ３／Ｌ以下である請求項７から１０のいずれか１項に記載の水処理方法。
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