JPH11104463A

JPH11104463A - 電気式脱イオン水製造装置の通水方法

Info

Publication number: JPH11104463A
Application number: JP9291713A
Authority: JP
Inventors: Madoka Tanabe; 円田辺
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 1999-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】設置コストを上昇させることなく、簡易な方
法で脱塩効率を向上させた電気式脱イオン水製造装置の
通水方法を提供すること。【解決手段】前段の電気式脱イオン水製造装置１０及
び後段の電気式脱イオン水製造装置１１に被処理水を直
列に通水する方法であって、前記前段の電気式脱イオン
水製造装置１０から弱電解質イオンが漏出するような条
件で通水し、漏出した前記弱電解質イオンを前記後段の
電気式脱イオン水製造装置１１で除去する電気式脱イオ
ン水製造装置の通水方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体製
造工業、製薬工業、食品工業等において用いられる脱イ
オン水製造用の電気式脱イオン水製造装置の通水方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオン交換体としてカチオン交換樹脂と
アニオン交換樹脂を用いた２床式、２床３塔式又は混床
式の脱イオン水製造装置は、使用するイオン交換樹脂が
イオンを交換し、貫流点に達した場合、酸及びアルカリ
水溶液で再生する必要があるが、イオン交換体を用いる
ものの、薬剤による再生が全く不要な電気式脱イオン水
製造装置が実用化されている。

【０００３】従来から実用化されている電気式脱イオン
水製造装置は、基本的にはカチオン交換膜とアニオン交
換膜で形成される隙間に、イオン交換体としてアニオン
交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂層を
充填して脱塩室とし、当該イオン交換樹脂層に被処理水
を通過させるとともに、前記両イオン交換膜を介して被
処理水の流れに対して直角方向に直流電流を作用させ
て、両イオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処
理水中のイオンを電気的に排除しながら脱イオン水（処
理水）を製造するものである。

【０００４】そして、前記のように運転される電気式脱
イオン水製造装置は、被処理水の水質及び処理量並びに
除去しようとするイオンの種類及び量に応じて、脱塩室
に充填するイオン交換体であるアニオン交換樹脂やカチ
オン交換樹脂の種類、量及び積層や混合等の充填態様、
印加する電圧の大きさ等が選択される。

【０００５】また、電気式脱イオン水製造装置の脱塩室
に充填されたイオン交換体に被処理水を通水すると、被
処理水中のイオンのうち、カルシウムイオン、マグネシ
ウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、塩化
物イオン等の強電解質はイオン交換体の入口側では多
く、出口側に向かって少なくなる。一方、イオン交換体
（樹脂）に対する選択性が低い、または電気的に溶離し
にくい炭酸イオン、シリカ等の弱電解質は出口側では多
くなる。すなわち、脱塩室のイオン交換体には、該イオ
ン交換体の入口側は電気伝導率が高く、出口側は電気伝
導率が低いという電気的偏りを生じる。このような電気
伝導率の偏りの結果、入口側の電気伝導率の高い部分の
イオン交換体には大きな電流が流れ、出口側の電気伝導
率の低い部分のイオン交換体には電流が流れにくい状態
となる。このような状態では、出口側の弱電解質イオン
を十分に除去するために必要な電流が確保されないの
で、弱電解質イオンが処理水中に漏出しやすいという問
題がある。

【０００６】これを解決するものとしては、被処理水の
通水方向に離間して独立に形成された複数の電極対と、
この複数の電極対に対して電圧を各々独立に印加する印
加電圧制御手段とによって、充填されたイオン交換体の
電気伝導率が異なる層に対して、それぞれに必要十分な
電圧を印加し、脱塩効率の向上を図る方法が提案されて
いる（特開平7-328395号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この複
数の電極対に対して電圧を各々独立に印加する方法は、
装置構造が複雑になる等の設置面からの種々の問題があ
り、現実的ではない。また、別途の方法として、イオン
交換体の層高を長くする方法も考えられるが、この場
合、圧力損失が増大するので被処理水の通水を低流速と
しなければならず、その結果として電気式脱イオン水製
造装置のスタック数は増加し、設置コストを上昇させる
という問題がある。

【０００８】したがって、本発明の目的は、設置コスト
を上昇させることなく、簡易な方法で脱塩効率を向上さ
せた電気式脱イオン水製造装置の通水方法を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者は鋭意検討を行った結果、従来の１段の電気式脱
イオン水製造装置で行っていた脱塩処理を、該電気式脱
イオン水製造装置を前段と後段とに分け、前段の電気式
脱イオン水製造装置から弱電解質イオンが漏出するよう
な条件で被処理水を通水し、漏出した前記弱電解質イオ
ンを前記後段の電気式脱イオン水製造装置で除去すれ
ば、前段では、主に強電解質イオンを、後段では弱電解
質イオンをそれぞれのイオンを除去するに必要な電流を
独自に効率的に流すことができるため、弱電解質イオン
の除去能力が上昇し、その結果、前段と後段の合計の電
気式脱イオン水製造装置のスタック数を減少させること
ができること、及び前段の電気式脱イオン水製造装置か
らの弱電解質イオンの漏出は、前段と後段の電気式脱イ
オン水製造装置を接続する配管に抵抗率計を設置し、該
抵抗率計の測定出力に基づいて前段の電気式脱イオン水
製造装置を通水条件を制御すればよいこと等を見出し、
本発明を完成するに至った。

【００１０】すなわち、本発明は、前段の電気式脱イオ
ン水製造装置及び後段の電気式脱イオン水製造装置に被
処理水を直列に通水する方法であって、前記前段の電気
式脱イオン水製造装置から弱電解質イオンが漏出するよ
うな条件で通水し、漏出した前記弱電解質イオンを前記
後段の電気式脱イオン水製造装置で除去することを特徴
とする電気式脱イオン水製造装置の通水方法を提供する
ものである。かかる構成を採ることにより、１段の電気
式脱イオン水製造装置の処理に比して、弱電解質イオン
の除去能力を向上させることができ、電気式脱イオン水
製造装置の合計スタック数を減少させることができる。

【００１１】また、本発明は、前記前段の電気式脱イオ
ン水製造装置と前記後段の電気式脱イオン水製造装置を
接続する配管に抵抗率計を設置し、該抵抗率計の測定出
力に基づいて前記前段の電気式脱イオン水製造装置の通
水条件を制御することを特徴とする前記電気式脱イオン
水製造装置の通水方法を提供するものである。かかる構
成を採ることにより、例えば、被処理水の水質変動で導
電率が高くなっても、当該抵抗率計でこれを検出し、測
定出力に基づいて、前段側の電流値、流量等の通水条件
を制御すれば、後段側へ多量の強電解質イオンが流入す
ることを防ぎ、処理水質の変動の少ない運転をすること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において、原水としては、
特に制限されず、例えば、井水、工業用水及び半導体製
造工場の半導体デバイス等の洗浄廃水又はこれらを逆浸
透膜装置や硬水軟化装置で処理された水が挙げられる。
当該原水には、本発明の電気式脱イオン水製造装置で除
去されるカルシウムイオン、マグネシウムイオン、ナト
リウムイオン、カリウムイオン、塩化物イオン、硫酸イ
オン等の強電解質、炭酸イオン、シリカ等の弱電解質等
の不純物が含まれる。

【００１３】また、本発明で使用する前段又は後段の電
気式脱イオン水製造装置（以下、「ＥＤＩ」ということ
もある。）としては、特に制限されず、それぞれ公知の
ものを使用できる。すなわち、基本的にはカチオン交換
膜とアニオン交換膜で形成される隙間に、イオン交換体
としてアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合イオ
ン交換樹脂層を充填して脱塩室とし、当該イオン交換樹
脂層に被処理水を通過させるとともに、前記両イオン交
換膜を介して被処理水の流れに対して直角方向に直流電
流を作用させて、両イオン交換膜の外側に流れている濃
縮水中に被処理水中のイオンを電気的に排除しながら脱
イオン水（処理水）を製造するものである。

【００１４】該ＥＤＩを図５を参照して説明する。図５
は、上記ＥＤＩ装置の単位スタック１ａの構成概要を模
式図で示したものであり、両端の電極２５の対の間に、
両外側から、濃縮室を兼ねた両電極室２４、２４、両脱
塩室２２、２２、中央の濃縮室２３が順次に配列され、
両端の電極を支持している押え板２１、２１により、図
では省略するプレス手段によって全体を挟圧するように
して構成されている。なお、前記の電極室２４は、この
模式図の構成では脱塩室の片側の濃縮室を兼ねるように
構成されているが、これとは別に、脱塩室に接した濃縮
室の更に電極に接した外側に電極室を独立して設けて、
この独立した電極室に濃縮室と同じ濃縮水を流す形式や
異なる電極水を流す形式のいずれのものも使用できる。

【００１５】ＥＤＩの単位スタック１ａの脱塩室２２
は、両側にアニオン交換膜３０とカチオン交換膜３１が
離間並列されてその間にイオン交換体３２が充填される
ことにより形成されている。イオンが脱塩される被処理
水２６がこの脱塩室２２の上端から流されて、脱イオン
された脱塩水２７が下端から取出されるようになってい
る。また、濃縮室２３（及び電極室２４）は、脱塩室２
２のイオン交換膜の外側に沿って被処理水と並流して濃
縮水を流すようにその上端から供給水２８が流され、下
端から濃縮水２９を系外に排出するように設けられてい
る。電極室２４は、濃縮室と同様に脱塩室２２のイオン
交換膜の外側に沿って被処理水と並流して濃縮水を流す
ようにその上端から供給水２８が流され、下端から濃縮
水２９を系外に排出するように設けられている。

【００１６】当該ＥＤＩは、被処理水の水質及び処理量
並びに除去しようとするイオンの種類及び量等に応じ
て、単位スタック１ａを数十〜百数十個程度に束ねて形
成される。また、前段及び後段のＥＤＩには、それぞれ
独立に印加する印加電圧制御手段を有する構造となって
いる。

【００１７】次に、本発明の電気式脱イオン水製造装置
の通水方法について説明する。本発明においては、前段
のＥＤＩ及び後段のＥＤＩに被処理水を直列に通水す
る。前段のＥＤＩ及び後段のＥＤＩのスタック数の関係
としては、特に制限されず、例えば、前段のＥＤＩスタ
ック数が多く、後段のスタック数が少ない形態、前段の
ＥＤＩスタック数が少なく、後段のスタック数が多い形
態及び前段及び後段共にスタック数が同じ形態のいずれ
であってもよい。

【００１８】当該ＥＤＩ（又は単位スタック１ａ）の操
作は、前段ＥＤＩから弱電解質イオンが漏出するような
条件で被処理水を通水し、漏出した前記弱電解質イオン
を前記後段のＥＤＩで除去することにより行われる。す
なわち、前段ＥＤＩにおいて、脱塩室２２に被処理水を
通水しながら、電極２５に電圧を印加して被処理水の通
水方向とは直角な方向に電流を流して、この電流の作用
により該被処理水中に含まれるイオン、主に強電解質イ
オンをイオン交換体３２を媒介として移動させ、イオン
交換膜３０、３１から濃縮室２３、電極質２４に排出さ
せる。一方、主に弱電解質イオンは、前段ＥＤＩから漏
出させる。前段ＥＤＩからの弱電解質イオンの漏出は、
弱電解質イオンの他に少量の強電解質イオンが含まれる
漏出程度とすることが、電流効率の点から好ましい。

【００１９】前段ＥＤＩから弱電解質イオンが漏出する
か否かを検出する方法としては、特に制限されないが、
前段のＥＤＩと後段のＥＤＩを接続する配管に抵抗率計
を設置し、該抵抗率計の測定出力に基づいて前記前段の
ＥＤＩの電流値及び流量等の通水条件を制御する方法が
好ましい。制御方法としては、抵抗率計の測定値の出力
に応じて信号変換や演算機能を有する調節器を介して電
流値又は電圧を制御する公知の方法で行えばよい。な
お、抵抗率計には抵抗率の逆数の関係にある導電率を示
す導電率計が含まれる。

【００２０】前段ＥＤＩから漏出した弱電解質イオンを
後段ＥＤＩで除去する方法としては、前記前段ＥＤＩで
被処理水を操作する方法と同様の方法で行えばよい。す
なわち、図５を用いて説明すれば、脱塩室２２に前段Ｅ
ＤＩ処理水を通水しながら、電極２５に前記前段ＥＤＩ
とは独立して印加する印加電圧制御手段により相応の電
圧を印加して該処理水の通水方向とは直角な方向に電流
を流して、この電流の作用により該処理水中に含まれる
イオン、主に弱電解質イオンをイオン交換体３２を媒介
として移動させ、イオン交換膜３０、３１から濃縮室２
３、電極質２４に排出させる。このような通水方法によ
れば、従来の１段のＥＤＩで行っていた脱塩処理を前段
と後段の２段階に分け、前段では、主に強電解質イオン
を、後段では弱電解質イオンをそれぞれのイオンを除去
するに必要な電流を独自に効率的に流すことができるた
め、弱電解質イオンの除去能力が上昇し、その結果、前
段と後段の合計のＥＤＩのスタック数を減少させること
ができる。

【００２１】次に、本発明で使用する前段及び後段のＥ
ＤＩの配列形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１
は第１の配列形態におけるＥＤＩを示し、図２は図１の
ＥＤＩで使用される単位スタックの集合体２（又は３）
を示す。すなわち、図１のＥＤＩ５１ａは単位スタック
集合体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから成る前段ＥＤＩ１０
と、単位スタック集合体３ａ、３ｂから成る後段ＥＤＩ
１１と、前段ＥＤＩ１０と後段ＥＤＩ１１を接続する配
管に設置される抵抗率計４と、抵抗率計４の測定出力に
応じて信号変換や演算機能を有する調節器５と、印加電
圧制御手段６とから構成されている。また、単位スタッ
ク集合体２ａ、２ｂ、２ｃ又は２ｄ及び３ａ又は３ｂ
は、各々２５個の単位スタック１ａ、１ｂ、１ｃ、１
ｄ、・・１ｗ、１ｘ、１ｙから形成される。図１のＥＤ
Ｉ５１ａの後段ＥＤＩのスタック数は前段ＥＤＩのスタ
ック数より少なく、半分である。ここで、前記「単位ス
タック集合体」は本発明における「スタック数」を説明
するための便宜上の用語で、実際のＥＤＩの装置構成に
おいて区別されるものではない。従って、図１の前段Ｅ
ＤＩ１０は給水管７を並列に接続した１００個の単位ス
タックの集合体であり、後段ＥＤＩは給水管７を並列に
接続した５０個の単位スタックの集合体である。かかる
第１の配置形態を採ることにより、電気伝導率の高い前
段及び電気伝導率の低い後段の通水条件を、個別に制御
できるため全体の弱電解質イオンの除去能力が向上し、
従来の１段階の通水方法に比して、合計スタック数を減
らすことができる。また、前段及び後段ＥＤＩの合計ス
タック数を従来の１段のスタック数と同数にすれば、被
処理水の流速を高めることができるか、又は低電流での
運転ができランニングコストが下がる。

【００２２】図３は第２の配列形態におけるＥＤＩを示
し、図１と同一構成要素には同一の符号を付して、その
説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。すなわ
ち、図１と異なる点は、図３のＥＤＩ５１ｂは前段ＥＤ
Ｉ１０と後段ＥＤＩ１１とのそれぞれのスタック数を同
じにしたところにある。かかる第２の配置形態を採るこ
とにより、前記第１の配置形態と同様の効果を奏するこ
とができる。

【００２３】図４は第３の配列形態におけるＥＤＩを示
し、図１と同一構成要素には同一の符号を付して、その
説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。すなわ
ち、図１と異なる点は、図４のＥＤＩ５１ｃは後段ＥＤ
Ｉ１１のスタック数が前段ＥＤＩ１０のスタック数より
多いところにある。かかる第３の配置形態を採ることに
より、前記第１の配置形態と同様の効果を奏することが
できる。

【００２４】上記前段及び後段のスタック数は、被処理
水中の不純物イオンの構成に応じて設定することが望ま
しい。すなわち、被処理水中の強電解質イオンと弱電解
質イオンの割合に対応させ、強電解質イオンの割合が多
いときには前段スタック数を多く設定し、逆に弱電解質
イオンの割合が多いときには後段スタック数を多くする
ことが好ましい。強電解質イオンと弱電解質イオンの割
合は、簡便には全不純物イオンに対するモル分率を用い
ることができ、また、シリカ等の特に除去が難しいイオ
ンに経験的に定めた係数を乗じて重み付けするなどによ
り、さらに適切なスタック数の設定が可能である。

【００２５】

【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明を更に具体的
に説明する。比較例１原水を下記の運転条件で、電気式脱イオン処理したとこ
ろ、３か月に亘り、連続して抵抗率１７M Ω・cm、シリ
カ濃度２ppb 以下の脱塩水を供給することができた。（運転条件）・原水；逆浸透膜処理された市水・電気式脱イオン水製造装置；EDI-010 型（オルガノ社
製）１段、スタック数１５０個・通水の流量；１５０m³／時間・通水時の電流；２．０Ａ

【００２６】実施例１比較例１で処理したのと同じ原水を図１の配置形態及び
下記の条件で、電気式脱イオン処理したところ、３か月
に亘り、連続して抵抗率１７M Ω・cm、シリカ濃度２pp
b 以下の脱塩水を供給することができた。・電気式脱イオン水製造装置；EDI-010 型（オルガノ社
製）前段（スタック数８０個）及び後段（スタック数４０
個）の２段直列型・通水の流量；１５０m³／時間・前段の電流（通水時）；１．０Ａ・後段の電流（通水時）；１．０Ａ・前段と後段の間の抵抗率（管理値）；１M Ω・cm

【００２７】実施例２比較例１で処理したのと同じ原水を下記の条件で、電気
式脱イオン処理したところ、３か月に亘り、連続して抵
抗率１７M Ω・cm、シリカ濃度２ppb 以下の脱塩水を供
給することができた。・電気式脱イオン水製造装置；EDI-010 型（オルガノ社
製）前段（スタック数１００個）及び後段（スタック数５０
個）の２段直列型・通水の流量；２００m³／時間・前段の電流（通水時）；１．０Ａ・後段の電流（通水時）；１．０Ａ・前段と後段の間の抵抗率（管理値）；１M Ω・cm

【００２８】実施例１は、比較例１と比べて同じ電流を
与えるように電圧を印加すると、設置ＥＤＩのスタック
数を減らすことができ、コストの低減を図ることができ
る。また、実施例２は、比較例１と比べて同じ設置ＥＤ
Ｉの合計スタック数でありながら、流速を大きくするこ
とができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、従来の１段のＥＤＩで
行っていた脱塩処理を前段と後段の２段階に分け、前段
では、主に強電解質イオンを、後段では弱電解質イオン
をそれぞれのイオンを除去するに必要な電流を独自に効
率的に流すことができるため、弱電解質イオンの除去能
力が上昇し、その結果、前段と後段の合計のＥＤＩのス
タック数を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法における、第１の配列形態における
ＥＤＩのブロック図を示す。

【図２】図１のＥＤＩで使用される単位スタックの集合
体を示す図である。

【図３】本発明方法における、第２の配列形態における
ＥＤＩのブロック図を示す。

【図４】本発明方法における、第３の配列形態における
ＥＤＩのブロック図を示す。

【図５】ＥＤＩの単位スタックの構成概要を模式図で示
した図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｗ、１ｘ、１ｙ単位スタッ
ク２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ単位
スタックの集合体４抵抗率計５調節計６印加電圧制御手段７供給管１０前段ＥＤＩ１１後段ＥＤＩ２１押え板２２脱塩室２３濃縮室２４電極室２５電極２６被処理水２７脱塩水２８供給水２９濃縮水３０アニオン交換膜３１カチオン交換膜３２イオン交換体５１ａ、５１ｂ、５１ｃＥＤＩ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前段の電気式脱イオン水製造装置及び後
段の電気式脱イオン水製造装置に被処理水を直列に通水
する方法であって、前記前段の電気式脱イオン水製造装
置から弱電解質イオンが漏出するような条件で通水し、
漏出した前記弱電解質イオンを前記後段の電気式脱イオ
ン水製造装置で除去することを特徴とする電気式脱イオ
ン水製造装置の通水方法。
【請求項２】前記前段の電気式脱イオン水製造装置と
前記後段の電気式脱イオン水製造装置を接続する配管に
抵抗率計を設置し、該抵抗率計の測定出力に基づいて前
記前段の電気式脱イオン水製造装置の通水条件を制御す
ることを特徴とする請求項１記載の電気式脱イオン水製
造装置の通水方法。