JPWO2018117035A1 - Deionized water production system, electric deionized water production apparatus, and deionized water production method - Google Patents

Deionized water production system, electric deionized water production apparatus, and deionized water production method Download PDF

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Abstract

原水が供給されて脱イオン水を製造する脱イオン水製造システムは、原水が供給される逆浸透膜装置(RO装置)と、イオン交換膜で区画されて逆浸透膜装置の透過水が供給される脱塩室を有する電気式脱イオン水製造装置(EDI装置)とを備える。EDI装置において、脱塩室の内部にイオン交換体が充填され、イオン交換膜の少なくとも一部、及び、イオン交換体の少なくとも一部、の少なくとも一方の表面に、多価金属を含む粒子が吸着されている。A deionized water production system for producing deionized water by being supplied with raw water is divided by a reverse osmosis membrane device (RO device) to which raw water is supplied and an ion exchange membrane, and is supplied with permeated water of the reverse osmosis membrane device. An electric deionized water production apparatus (EDI apparatus) having a demineralization chamber. In an EDI apparatus, the inside of a desalting chamber is filled with an ion exchanger, and particles containing a polyvalent metal are adsorbed on at least one surface of at least a part of the ion exchange membrane and at least a part of the ion exchanger. Has been.

Description

本発明は、脱イオン水の製造に関し、特に、脱イオン水製造システム、電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法に関する。   The present invention relates to the production of deionized water, and more particularly to a deionized water production system, an electric deionized water production apparatus, and a deionized water production method.

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システムが知られている。このようなシステムは、一般に、イオン交換体を有する装置を備えてイオン交換体によるイオン交換反応を利用して脱イオン水を生成する。しかしながらイオン交換体を有する装置では、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、すなわち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カチオン(陽イオン)やアニオン(陰イオン)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。したがってイオン交換体を用いる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。この課題を解決するものとして、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(EDI(ElectroDeIonization)装置ともいう)が開発され、実用化されている。2. Description of the Related Art A deionized water production system is known in which water to be treated is passed through an ion exchanger such as an ion exchange resin and deionized by an ion exchange reaction. Such a system generally includes an apparatus having an ion exchanger and generates deionized water using an ion exchange reaction by the ion exchanger. However, in an apparatus having an ion exchanger, when the ion exchange group of the ion exchanger is saturated and the desalting performance is reduced, it is necessary to regenerate the ion exchanger with a chemical such as acid or alkali, that is, to perform a regeneration process. There is. In the regeneration treatment, cations (cations) and anions (anions) adsorbed on the ion exchanger are replaced with hydrogen ions (H + ) and hydroxide ions (OH ) derived from acids or alkalis. This process restores the desalination performance of the exchanger. Therefore, a deionized water production apparatus using an ion exchanger has a problem that continuous operation cannot be performed and it takes time to replenish a drug for regeneration treatment. In order to solve this problem, in recent years, an electric deionized water production apparatus (also referred to as an EDI (ElectroDeIonization) apparatus) that does not require regeneration by a drug has been developed and put into practical use.

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り、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を充填して脱塩室を構成し、脱塩室から見てアニオン交換膜及びカチオン交換膜の外側に各々濃縮室を配置し、さらに、それらの外側に、陽極を備える陽極室と陰極を備える陰極室とを配置した構造を有する。脱塩室に充填されるイオン交換体はアニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも一方である。脱塩室では陽極に向いた側にアニオン交換膜が配置され、陰極に向いた側にカチオン交換膜が配置される。濃縮室にイオン交換体を充填してもよく、陽極室にカチオン交換体を充填してもよく、陰極室にアニオン交換体を充填してもよい。   The EDI device is a combination of electrophoresis and electrodialysis. A desalination chamber is formed by filling an ion exchanger between an anion exchange membrane that allows only anions to pass through and a cation exchange membrane that allows only cations to pass through. The concentration chamber is disposed outside the anion exchange membrane and the cation exchange membrane as viewed from the desalting chamber, and further, the anode chamber including the anode and the cathode chamber including the cathode are disposed outside them. . The ion exchanger filled in the desalting chamber is at least one of an anion exchanger and a cation exchanger. In the desalting chamber, an anion exchange membrane is disposed on the side facing the anode, and a cation exchange membrane is disposed on the side facing the cathode. The concentration chamber may be filled with an ion exchanger, the anode chamber may be filled with a cation exchanger, and the cathode chamber may be filled with an anion exchanger.

EDI装置により被処理水から脱イオン水を製造するために、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ることとなり、脱イオン化処理すなわち脱塩処理が行われることとなる。その結果、脱塩室から脱イオン水が流出する。このとき脱塩室では、異種のイオン交換性物質間の界面、すなわち、アニオン交換体とカチオン交換体との界面、アニオン交換体とカチオン交換膜との界面、アニオン交換膜とカチオン交換体との界面、及び、アニオン交換膜とカチオン交換膜との界面において、印加電圧によって下記式に示すように水の解離反応が起こり、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。   In order to produce deionized water from the water to be treated by the EDI apparatus, the water to be treated is passed through the desalting chamber with a DC voltage applied between the anode and the cathode. Then, the ion component in to-be-processed water will be adsorb | sucked by the ion exchanger in a desalination chamber, and a deionization process, ie, a desalination process, will be performed. As a result, deionized water flows out of the desalting chamber. At this time, in the desalting chamber, an interface between different types of ion exchange materials, that is, an interface between an anion exchanger and a cation exchanger, an interface between an anion exchanger and a cation exchange membrane, an anion exchange membrane and a cation exchanger, At the interface and at the interface between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane, a dissociation reaction of water occurs as shown in the following formula by the applied voltage, and hydrogen ions and hydroxide ions are generated.

2O → H+ + OH-
この解離反応によって生成した水素イオンと水酸化物イオンとによって、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に近い方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に近い方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。
H 2 O → H + + OH
By the hydrogen ions and hydroxide ions generated by this dissociation reaction, the ion component previously adsorbed on the ion exchanger in the desalting chamber is ion-exchanged and released from the ion exchanger. Of the released ionic components, the anion is electrophoresed to the anion exchange membrane, electrodialyzed on the anion exchange membrane, and discharged to the concentrated water flowing through the concentration chamber closer to the anode as viewed from the desalting chamber. Similarly, cations out of the released ionic components are electrophoresed to the cation exchange membrane, electrodialyzed by the cation exchange membrane, and discharged to the concentrated water flowing through the concentration chamber closer to the cathode as viewed from the desalting chamber. Eventually, the ion component in the for-treatment water supplied to the desalting chamber is transferred to the concentration chamber and discharged, and at the same time, the ion exchanger in the desalting chamber is also regenerated.

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及び水酸化物イオンが、イオン交換体を再生する酸及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って再生処理を行うことは基本的に不要であり、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。   In this way, in the EDI apparatus, hydrogen ions and hydroxide ions generated by applying a DC voltage continuously act as acid and alkali regenerants for regenerating the ion exchanger. For this reason, in the EDI apparatus, it is basically unnecessary to perform the regeneration process with the medicine supplied from the outside, and the continuous operation can be performed without regenerating the ion exchanger with the medicine.

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)]からなる基本構成が陽極と陰極との間に配置されているものとした。この基本構成をセルセットと呼ぶ。実際には、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ることが一般的である。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から、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]の構成となる。また、陽極室とそれに隣接する濃縮室の間にカチオン交換膜を設け、陰極室とそれに隣接する濃縮室の間にはアニオン交換膜を設ける場合が多い。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る。同様に、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、各濃縮室、陽極室及び陰極室にもイオン交換体を充填して電気抵抗を下げることが好ましい。   In the above, the basic configuration of [concentration chamber (C) | anion exchange membrane (AEM) | desalting chamber (D) | cation exchange membrane (CEM) | concentration chamber (C)] is arranged between the anode and the cathode. It was supposed to be. This basic configuration is called a cell set. Actually, a plurality of such cell sets are juxtaposed between the electrodes, and the plurality of cell sets are electrically connected in series with one end serving as an anode and the other end serving as a cathode, thereby increasing the processing capability. It is common. In this case, since adjacent concentrating chambers can be shared between adjacent cell sets, the configuration of the EDI apparatus is [anode chamber | C | AEM | D | CEM | C | AEM | D | CEM | C | AEM | D | CEM | ... | C | cathode chamber]. In many cases, a cation exchange membrane is provided between the anode chamber and the concentrating chamber adjacent thereto, and an anion exchange membrane is provided between the cathode chamber and the concentrating chamber adjacent thereto. Further, in such a series structure, the desalination chamber closest to the anode chamber can function as the concentration chamber without interposing an independent concentration chamber between the anode chamber and the anode chamber. Similarly, for the desalting chamber closest to the cathode chamber, the cathode chamber itself can function as a concentration chamber without interposing a concentration chamber between the cathode chamber and the cathode chamber. In order to suppress the power consumed by the application of the DC voltage, it is preferable to fill each of the concentration chamber, the anode chamber, and the cathode chamber with an ion exchanger to lower the electric resistance.

EDI装置を備える脱イオン水製造システムにおいて不純物濃度が著しく低い脱イオン水を得るためには、EDI装置に供給される被処理水として、不純物をあらかじめある程度まで減少させた水を用いることが好ましい。このため、EDI装置の前段に例えば逆浸透(RO)膜装置を設けて脱イオン水製造システムを構成し、逆浸透膜装置を通過した水を被処理水としてEDI装置に供給することが行われている。しかしながら、被処理水の導電率が小さくなり、例えば5μS/cm以下となると、水の解離反応を生起させるためにEDI装置に印加しなければならない電圧が高くなる。より不純物濃度が低い脱イオン水を得ようとして導電率がより小さい被処理水を用いると、陽極と陰極との間を流れる電流が一定であるとすると、EDI装置に印加しなければならない電圧すなわち運転電圧がより高くなる。運転電圧が高くなれば、その分、消費電力も増大する。   In order to obtain deionized water having a remarkably low impurity concentration in a deionized water production system equipped with an EDI device, it is preferable to use water in which impurities have been reduced to some extent as the water to be treated supplied to the EDI device. For this reason, for example, a reverse osmosis (RO) membrane device is provided upstream of the EDI device to constitute a deionized water production system, and water that has passed through the reverse osmosis membrane device is supplied as treated water to the EDI device. ing. However, when the conductivity of the water to be treated is reduced, for example, 5 μS / cm or less, the voltage that must be applied to the EDI apparatus to cause the water dissociation reaction is increased. If treated water with lower conductivity is used in order to obtain deionized water having a lower impurity concentration, if the current flowing between the anode and the cathode is constant, the voltage that must be applied to the EDI device, that is, The operating voltage is higher. As the operating voltage increases, the power consumption increases accordingly.

上述したように、EDI装置による脱イオン水の連続的な製造において重要な役割を果たすのが、脱塩室内での水の解離反応である。水の解離反応が効率的に行われれば、被処理水の導電率が小さい場合であってもEDI装置への印加電圧を低く抑えることができるので、高純度の脱イオン水を低い消費電力で製造することが可能になる。   As described above, it is the water dissociation reaction in the demineralization chamber that plays an important role in the continuous production of deionized water by the EDI apparatus. If the water dissociation reaction is carried out efficiently, the applied voltage to the EDI apparatus can be kept low even when the conductivity of the water to be treated is small, so that high purity deionized water can be consumed with low power consumption. It becomes possible to manufacture.

EDI装置の脱塩室内での水の解離反応を促進するために、いくつかの技術が提案されている。特許文献1は、EDI装置において、カチオン交換膜の脱塩室側の膜表面、あるいは脱塩室内に充填するイオン交換樹脂に、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物を担持させることを開示している。特許文献2は、EDI装置において、両性イオン交換体として作用する金属酸化物または金属水酸化物を、容積比率で1〜50%の割合で脱塩室内のイオン交換体に混在させることを開示している。   Several techniques have been proposed to facilitate the water dissociation reaction in the desalination chamber of EDI devices. Patent Document 1 discloses that, in an EDI apparatus, a metal hydroxide such as magnesium hydroxide is supported on a membrane surface on the desalting chamber side of a cation exchange membrane or an ion exchange resin filled in the desalting chamber. Yes. Patent Document 2 discloses that in an EDI apparatus, a metal oxide or metal hydroxide acting as an amphoteric ion exchanger is mixed in an ion exchanger in a desalting chamber at a volume ratio of 1 to 50%. ing.

特開2000−350991号公報JP 2000-350991 A 特開2001−340865号公報JP 2001-340865 A

しかしながら、特許文献1に記載された装置では、脱塩室内に担持させた金属水酸化物が、水の解離によって発生した水素イオンによって溶解するため、長期間にわたって安定して性能を維持することが難しい。特許文献2に記載された装置では、イオン交換体に混在させた金属酸化物や金属水酸化物が異種のイオン交換体の界面に確実に存在するわけではないため、水解離の促進効果を最大限まで発揮させることができない。   However, in the apparatus described in Patent Document 1, since the metal hydroxide supported in the desalting chamber is dissolved by hydrogen ions generated by the dissociation of water, the performance can be stably maintained over a long period of time. difficult. In the apparatus described in Patent Document 2, since the metal oxide or metal hydroxide mixed in the ion exchanger does not surely exist at the interface of different types of ion exchangers, the effect of promoting water dissociation is maximized. It cannot be demonstrated to the limit.

本発明の目的は、上記のような従来の脱イオン水製造システムの課題に鑑み、導電率が小さい被処理水を電気式脱イオン水製造装置に供給したときであっても、より安定的かつ効率的に水の解離反応を促進して高純度の脱イオン水を低い消費電力で製造することが可能な脱イオン水製造システム及び脱イオン水の製造方法と、脱イオン水製造システムにおいて好適に用いられる電気式脱イオン水製造装置とを提供することにある。   In view of the problems of the conventional deionized water production system as described above, the object of the present invention is more stable and even when treated water having a low electrical conductivity is supplied to an electric deionized water production apparatus. Suitable for deionized water production system, deionized water production method, and deionized water production system capable of efficiently promoting dissociation of water and producing high purity deionized water with low power consumption An object of the present invention is to provide an electric deionized water production apparatus to be used.

本発明の別の目的は、電気式脱イオン水製造装置において用いられるイオン交換膜及びイオン交換体の少なくとも一方を提供することである。   Another object of the present invention is to provide at least one of an ion exchange membrane and an ion exchanger used in an electric deionized water production apparatus.

本発明の一態様によれば、原水が供給されて脱イオン水を製造する脱イオン水製造システムは、原水が供給される逆浸透膜装置と、イオン交換膜で区画され逆浸透膜装置の透過水が供給される脱塩室を有する電気式脱イオン水製造装置と、を備え、脱塩室の内部にイオン交換体が充填され、イオン交換膜の少なくとも一部、及び、イオン交換体の少なくとも一部、の少なくとも一方の表面に、多価金属を含む粒子が吸着されている。   According to one aspect of the present invention, a deionized water production system for producing deionized water by supplying raw water includes a reverse osmosis membrane device to which raw water is supplied, and a permeation of the reverse osmosis membrane device partitioned by an ion exchange membrane. An electric deionized water production apparatus having a demineralization chamber to which water is supplied, and the inside of the demineralization chamber is filled with an ion exchanger, at least a part of the ion exchange membrane, and at least the ion exchanger Part of at least one surface is adsorbed with particles containing a polyvalent metal.

本発明の別の態様によれば、電気式脱イオン水製造装置(EDI装置)は、陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室との間に少なくとも1つの脱塩室を備え、脱塩室は陽極に向いた側に位置するアニオン交換膜と陰極に向いた側に位置するカチオン交換膜とによって区画され、脱塩室内にアニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも一方が充填されているEDI装置において、アニオン交換膜、カチオン交換膜、アニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも1つの表面に、多価金属を含む粒子を吸着させたことを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, an electrical deionized water production apparatus (EDI apparatus) includes at least one demineralization chamber between an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode. The salt chamber is partitioned by an anion exchange membrane located on the side facing the anode and a cation exchange membrane located on the side facing the cathode, and at least one of the anion exchanger and the cation exchanger is filled in the desalting chamber. In the EDI apparatus, particles containing a polyvalent metal are adsorbed on at least one surface of an anion exchange membrane, a cation exchange membrane, an anion exchanger, and a cation exchanger.

多価金属、すなわちカチオンとなったときのイオン価が2以上である金属元素は、水の解離反応の触媒として作用する。本発明では、脱塩室内のアニオン交換体、カチオン交換体、アニオン交換膜及びカチオン交換膜の少なくとも1つの表面に対して多価金属を含む粒子を吸着させることにより、脱塩室内での異種のイオン交換性物質間の界面に、水解離反応の触媒として作用する多価金属を確実に存在させることができるようになる。このため本発明では、多価金属による水解離反応の促進効果を最大限に得ることができる。また、多価金属を含む粒子は、粒子の形状を有することにより、脱塩室内のイオン交換体やイオン交換膜に対して吸着した際にそれらの表面を覆ってしまうおそれがないため、脱イオンに関わるイオン交換の反応性やイオンの透過性の損失を最小限に抑えることができる。   A polyvalent metal, that is, a metal element having an ionic value of 2 or more when it becomes a cation acts as a catalyst for water dissociation reaction. In the present invention, particles containing a polyvalent metal are adsorbed on at least one surface of an anion exchanger, a cation exchanger, an anion exchange membrane, and a cation exchange membrane in the desalting chamber, so A polyvalent metal acting as a catalyst for the water dissociation reaction can surely be present at the interface between the ion exchange materials. For this reason, in this invention, the promotion effect of the water dissociation reaction by a polyvalent metal can be acquired to the maximum. In addition, since the particles containing polyvalent metal have the shape of particles, there is no possibility of covering their surfaces when adsorbed to the ion exchanger or ion exchange membrane in the demineralization chamber. The loss of ion exchange reactivity and ion permeability associated with the can be minimized.

本発明のさらに別の態様によれば、脱イオン水製造方法は、上述した本発明のEDI装置を使用する脱イオン水の製造方法において、脱塩室における電流密度が0.3A/dm2以上10A/dm2以下となるように陽極と陰極との間に直流電圧を印加しつつ脱塩室に被処理水を流して脱イオン水を得ることを特徴とする。According to still another aspect of the present invention, the method for producing deionized water is the method for producing deionized water using the EDI apparatus of the present invention described above, wherein the current density in the demineralization chamber is 0.3 A / dm 2 or more. Deionized water is obtained by flowing water to be treated into the desalting chamber while applying a DC voltage between the anode and the cathode so that the current is 10 A / dm 2 or less.

本発明のさらに別の態様によれば、脱イオン水製造方法は、陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室との間に少なくとも1つの脱塩室を備え、脱塩室は陽極に向いた側に位置するアニオン交換膜と陰極に向いた側に位置するカチオン交換膜とによって区画され、脱塩室内にアニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも一方が充填されているEDI装置を用いた脱イオン水の製造方法において、アニオン交換膜、カチオン交換膜、アニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも1つの表面に、多価金属を含む粒子を吸着させる工程と、吸着させる工程ののち、陽極と陰極との間に直流電圧を印加しつつ脱塩室に被処理水を流して脱イオン水を得る工程と、を有する。   According to still another aspect of the present invention, a method for producing deionized water includes at least one demineralization chamber between an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode, the demineralization chamber serving as an anode. An EDI apparatus was used which was partitioned by an anion exchange membrane located on the facing side and a cation exchange membrane located on the side facing the cathode, and in which at least one of an anion exchanger and a cation exchanger was filled in the desalting chamber. In the method for producing deionized water, an anion exchange membrane, a cation exchange membrane, an anion exchanger, a step of adsorbing particles containing a polyvalent metal on at least one surface of the cation exchanger, And a step of flowing treated water into the desalting chamber while applying a DC voltage between the cathode and the cathode to obtain deionized water.

本発明のさらに別の態様によれば、EDI装置用イオン交換膜は、アニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも一方が充填されている少なくとも1つの脱塩室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室との間に備えるEDI装置において用いられ、脱塩室において陽極に向いた側に位置して脱塩室を区画するアニオン交換膜、脱塩室において陰極に向いた側に位置して脱塩室を区画するカチオン交換膜、及び脱塩室内をさらに小脱塩室に区画する中間イオン交換膜の少なくとも1つであるイオン交換膜において、イオン交換膜の表面に、多価金属を含む粒子を吸着させたことを特徴とする。   According to still another aspect of the present invention, an ion exchange membrane for an EDI apparatus comprises an anode chamber having an anode and a cathode having at least one desalting chamber filled with at least one of an anion exchanger and a cation exchanger. An anion exchange membrane which is used in an EDI apparatus provided between the cathode chamber and is provided on the side facing the anode in the desalting chamber, and is located on the side facing the cathode in the desalting chamber. In an ion exchange membrane that is at least one of a cation exchange membrane that partitions the desalting chamber and an intermediate ion exchange membrane that further partitions the desalting chamber into smaller desalting chambers, a polyvalent metal is formed on the surface of the ion exchange membrane. It is characterized by adsorbing contained particles.

本発明のさらに別の態様によれば、EDI装置用イオン交換体は、陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室との間に少なくとも1つの脱塩室を備え、脱塩室は陽極に向いた側に位置するアニオン交換膜と陰極に向いた側に位置するカチオン交換膜とによって区画されているEDI装置において用いられ、アニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも一方を含み脱塩室内に充填されるイオン交換体において、イオン交換体の表面に、多価金属を含む粒子を吸着させたことを特徴とする。   According to still another aspect of the present invention, an ion exchanger for an EDI apparatus includes at least one desalting chamber between an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode, and the desalting chamber is an anode. Used in an EDI apparatus partitioned by an anion exchange membrane located on the side facing the cathode and a cation exchange membrane located on the side facing the cathode, and includes at least one of the anion exchanger and the cation exchanger. The ion exchanger to be filled is characterized in that particles containing a polyvalent metal are adsorbed on the surface of the ion exchanger.

本発明によれば、多価金属を含む粒子をEDI装置の脱塩室内のイオン交換体またはイオン交換膜に吸着させることで、後述する実施例等からも明らかになるように、多価金属を含む粒子を用いないEDI装置に比べ、より安定してかつ効率的に水の解離反応を促進でき、これによって低電力で高純度の脱イオン水を製造することができるようになる。   According to the present invention, the particles containing the polyvalent metal are adsorbed on the ion exchanger or ion exchange membrane in the demineralization chamber of the EDI apparatus, so that the polyvalent metal is Compared to an EDI apparatus that does not use the particles that contain it, the dissociation reaction of water can be more stably and efficiently promoted, whereby high-purity deionized water can be produced with low power.

本発明に基づく脱イオン水製造システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the deionized water manufacturing system based on this invention. 脱イオン水製造システムの構成の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of a structure of a deionized water manufacturing system. 脱イオン水製造システムの構成のさらに別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of a structure of a deionized water manufacturing system. 電気式脱イオン水製造装置(EDI装置)の基本的な形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the basic form of an electrical deionized water manufacturing apparatus (EDI apparatus). 多価金属を含む粒子による水解離の促進を説明する図である。It is a figure explaining promotion of water dissociation by the particle containing a polyvalent metal. 多価金属を含む粒子による水解離の促進を説明する図である。It is a figure explaining promotion of water dissociation by the particle containing a polyvalent metal. 本発明に基づくEDI装置の別の形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another form of the EDI apparatus based on this invention. 本発明に基づくEDI装置のさらに別の形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another form of the EDI apparatus based on this invention. 本発明に基づくEDI装置のさらに別の形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another form of the EDI apparatus based on this invention. 本発明に基づくEDI装置のさらに別の形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another form of the EDI apparatus based on this invention. 本発明に基づくEDI装置のさらに別の形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another form of the EDI apparatus based on this invention. 多価金属を含む粒子による水解離の促進を説明する図である。It is a figure explaining promotion of water dissociation by the particle containing a polyvalent metal. 本発明に基づくEDI装置のさらに別の形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another form of the EDI apparatus based on this invention. 本発明に基づくEDI装置のさらに別の形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows another form of the EDI apparatus based on this invention.

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。   Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明に基づく脱イオン水製造システムの構成を示している。この脱イオン水製造システムは、EDI装置10を備えるものであるが、不純物濃度を十分に低減した脱イオン水を得るために、EDI装置10の前段に、2段直列に設けられた逆浸透(RO)膜装置51,52を備えている。逆浸透膜装置51,52は、それぞれ、その内部に逆浸透膜53,54を備えている。1段目の逆浸透膜装置51にはポンプ55を介して原水が供給されており、逆浸透膜装置51内の逆浸透膜53を通過した水すなわち透過水が2段目の逆浸透膜装置52に供給される。2段目の逆浸透膜装置52の透過水が被処理水としてEDI装置10に供給されるようになっている。2つの逆浸透膜装置51,52を直列に接続した構成は、全体として、それぞれ逆浸透膜53,54を備える装置を2段直列に接続した構成となっている。本実施形態の脱イオン水製造システムで用いられる逆浸透膜装置51,52は、純水製造などに用いられる一般的なものである。また、図示したポンプ55、逆浸透膜装置51,52、EDI装置10の間には、必要に応じて、タンクやポンプ、軟化や脱塩を目的としたイオン交換樹脂装置、脱炭酸を目的とした脱炭酸塔や膜脱気装置、加えて薬注設備などが適宜追加されて配置されていてもよい。   FIG. 1 shows the configuration of a deionized water production system according to the present invention. This deionized water production system is provided with the EDI device 10, but in order to obtain deionized water with a sufficiently reduced impurity concentration, reverse osmosis (two-stage reverse osmosis) provided in front of the EDI device 10 ( RO) membrane devices 51 and 52 are provided. The reverse osmosis membrane devices 51 and 52 are provided with reverse osmosis membranes 53 and 54, respectively. The raw water is supplied to the first-stage reverse osmosis membrane device 51 via the pump 55, and the water that has passed through the reverse osmosis membrane 53 in the reverse osmosis membrane device 51, that is, the permeated water, is the second-stage reverse osmosis membrane device. 52. The permeated water of the second-stage reverse osmosis membrane device 52 is supplied to the EDI device 10 as treated water. The configuration in which the two reverse osmosis membrane devices 51 and 52 are connected in series is a configuration in which devices each including the reverse osmosis membranes 53 and 54 are connected in series in two stages. The reverse osmosis membrane devices 51 and 52 used in the deionized water production system of the present embodiment are general ones used for pure water production and the like. In addition, between the illustrated pump 55, reverse osmosis membrane devices 51 and 52, and EDI device 10, tanks and pumps, ion exchange resin devices for softening and desalting purposes, and decarboxylation purposes are used as necessary. A decarboxylation tower, a membrane degassing device, and a chemical injection facility may be added as appropriate.

原水としては、水道水、井戸水、河川水、工業用水などが使用される。EDI装置10には、被処理水のほか、後述するように供給水が供給されている。供給水は、例えば逆浸透膜装置から得られた透過水であってよいし、EDI装置で処理された水すなわち脱イオン水であってもよい。ここでは、2段の逆浸透膜装置51,52を設けているが、図2に示すように、1段の逆浸透膜装置52のみをEDI装置10の前段に設けるようにしてもよい。   As raw water, tap water, well water, river water, industrial water, etc. are used. In addition to the water to be treated, supply water is supplied to the EDI apparatus 10 as will be described later. The feed water may be, for example, permeate obtained from a reverse osmosis membrane device, or water treated with an EDI device, that is, deionized water. Although the two-stage reverse osmosis membrane devices 51 and 52 are provided here, only the first-stage reverse osmosis membrane device 52 may be provided in the front stage of the EDI device 10 as shown in FIG.

図1に示したシステムよりもさらに不純物濃度を低減した脱イオン水を得るためには、EDI装置を2段直列に接続してもよい。図3は、図1に示す脱イオン水製造システムにおいて、逆浸透膜装置52とEDI装置10との間に、追加のEDI装置15を配置したものである。EDI装置15としては、EDI装置10と同じ構成のものを用いることができるし、異なる構成のものを用いることもできる。逆浸透膜装置52の透過水がEDI装置15の脱塩室23に供給され、EDI装置15の脱塩室23から流れる水が被処理水としてEDI装置10の脱塩室に供給される。また、図示したポンプ55、逆浸透膜装置51,52、EDI装置10,15の間には、必要に応じて、タンクやポンプ、軟化や脱塩を目的としたイオン交換樹脂装置、脱炭酸を目的とした脱炭酸塔や膜脱気装置、加えて薬注設備などが適宜追加されて配置されていてもよい。   In order to obtain deionized water with a further reduced impurity concentration than the system shown in FIG. 1, two stages of EDI devices may be connected in series. FIG. 3 shows an additional EDI device 15 arranged between the reverse osmosis membrane device 52 and the EDI device 10 in the deionized water production system shown in FIG. As the EDI device 15, one having the same configuration as the EDI device 10 can be used, or one having a different configuration can be used. The permeated water of the reverse osmosis membrane device 52 is supplied to the desalting chamber 23 of the EDI device 15, and the water flowing from the desalting chamber 23 of the EDI device 15 is supplied to the desalting chamber of the EDI device 10 as treated water. In addition, between the illustrated pump 55, reverse osmosis membrane devices 51 and 52, and EDI devices 10 and 15, tanks and pumps, ion exchange resin devices for softening and desalting purposes, and decarboxylation as necessary. A target decarboxylation tower, a membrane deaeration device, and a chemical injection facility may be appropriately added and arranged.

図3に示す構成の場合、2段目となるEDI装置10に供給される被処理水の導電率は、既に例えば1μS/cm以下と極めて小さい値となっている。EDI装置を用いて脱イオン水を製造する場合、被処理水の導電率が小さい場合にEDI装置の運転電圧が高くなりがちであるが、後段のEDI装置10として本発明に基づく後述するEDI装置を用いることにより、このEDI装置10の運転電圧を低いままとすることができる。1段目となる追加のEDI装置15に供給される被処理水の導電率は比較的大きいので、追加のEDI装置15としては、後述するEDI装置ではなく一般的なEDI装置を用いることもできる。   In the case of the configuration shown in FIG. 3, the conductivity of the water to be treated supplied to the EDI apparatus 10 at the second stage has already been extremely small, for example, 1 μS / cm or less. When deionized water is produced using an EDI apparatus, the operating voltage of the EDI apparatus tends to be high when the conductivity of the water to be treated is small. By using this, the operating voltage of the EDI device 10 can be kept low. Since the conductivity of the water to be treated supplied to the additional EDI device 15 in the first stage is relatively large, a general EDI device can be used as the additional EDI device 15 instead of the EDI device described later. .

図1、図2及び図3に示す脱イオン水製造システムの各々において、EDI装置10への被処理水の導電率は、例えば10μS/cm以下であり、5μS/cm以下であることが好ましく、3μS/cm以下であることがより好ましく、1μS/cm以下であることがさらに好ましい。   In each of the deionized water production systems shown in FIGS. 1, 2 and 3, the conductivity of the water to be treated to the EDI apparatus 10 is, for example, 10 μS / cm or less, and preferably 5 μS / cm or less, It is more preferably 3 μS / cm or less, and further preferably 1 μS / cm or less.

次に、上述した脱イオン水製造システムにおいて用いられる、本発明に基づくEDI装置10について説明する。EDI装置10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の側から順に、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22と脱塩室23はアニオン交換膜32を隔てて隣接し、脱塩室23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。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ことになる。脱塩室23内には、アニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも一方が充填されている。ここで示した例では、脱塩室23内には、アニオン交換体とカチオン交換体とが相互に混ざり合って、すなわち混床構成で充填されている。さらにこのEDI装置10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。ここでのアニオン交換体としては例えばアニオン交換樹脂が使用され、カチオン交換体としては例えばカチオン交換樹脂が使用される。なお、陽極室21、濃縮室22,24及び陰極室25には、必ずしも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。図4は、図1に示した脱イオン水製造システムに用いられるEDI装置10の断面構成を模式的に示している。図4において、電極室21,25、濃縮室22,24及び脱塩室23内に描かれた小円は、それらの室内に充填されるアニオン交換体及びカチオン交換体を示している。また図4では、アニオン交換体とアニオン交換膜には相互に同一のハッチングが付され、カチオン交換体とカチオン交換膜には相互に同一のハッチングが付されているが、アニオン交換体とカチオン交換体とは、異なるハッチングが付されることによって区別して描かれている。ハッチングによるアニオン交換体とカチオン交換体の区別、及びアニオン交換膜とカチオン交換膜の区別は、本明細書に添付される各図面において共通である。   Next, the EDI apparatus 10 based on this invention used in the deionized water manufacturing system mentioned above is demonstrated. In the EDI apparatus 10, a concentrating chamber 22, a desalting chamber 23, and a concentrating chamber 24 are provided in this order from the anode chamber 21 side between an anode chamber 21 including the anode 11 and a cathode chamber 25 including the cathode 12. It has been. The anode chamber 21 and the concentration chamber 22 are adjacent to each other with a cation exchange membrane 31 therebetween, the concentration chamber 22 and the desalting chamber 23 are adjacent to each other with an anion exchange membrane 32 therebetween, and the desalting chamber 23 and the concentration chamber 24 are cation exchange membranes. The concentrating chamber 24 and the cathode chamber 25 are adjacent to each other with an anion exchange membrane 34 therebetween. Therefore, the desalting chamber 23 is partitioned by the anion exchange membrane 32 located on the side facing the anode 11 and the cation exchange membrane 33 located on the side facing the cathode 12. The desalting chamber 23 is filled with at least one of an anion exchanger and a cation exchanger. In the example shown here, the anion exchanger and the cation exchanger are mixed in the desalting chamber 23, that is, filled in a mixed bed configuration. Further, in the EDI apparatus 10, the cation exchanger is filled in the anode chamber 21, and the anion exchanger is filled in the concentration chambers 22 and 24 and the cathode chamber 25. Here, for example, an anion exchange resin is used as the anion exchanger, and for example, a cation exchange resin is used as the cation exchanger. The anode chamber 21, the concentration chambers 22 and 24, and the cathode chamber 25 are not necessarily filled with an anion exchanger or a cation exchanger. FIG. 4 schematically shows a cross-sectional configuration of the EDI apparatus 10 used in the deionized water production system shown in FIG. In FIG. 4, small circles drawn in the electrode chambers 21 and 25, the concentration chambers 22 and 24, and the desalting chamber 23 indicate anion exchangers and cation exchangers filled in those chambers. In FIG. 4, the anion exchanger and the anion exchange membrane have the same hatching, and the cation exchanger and the cation exchange membrane have the same hatching. The body is drawn with different hatching. The distinction between an anion exchanger and a cation exchanger by hatching, and the distinction between an anion exchange membrane and a cation exchange membrane are common in the drawings attached to this specification.

以下の説明において、アニオン交換体とカチオン交換体を総称してイオン交換体と呼び、アニオン交換膜とカチオン交換膜を総称してイオン交換膜と呼ぶ。したがって、イオン交換体は、アニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも一方のことであり、イオン交換膜は、アニオン交換膜及びカチオン交換膜の少なくとも一方のことである。   In the following description, anion exchangers and cation exchangers are collectively referred to as ion exchangers, and anion exchange membranes and cation exchange membranes are collectively referred to as ion exchange membranes. Accordingly, the ion exchanger is at least one of an anion exchanger and a cation exchanger, and the ion exchange membrane is at least one of an anion exchange membrane and a cation exchange membrane.

さらにこのEDI装置10では、脱塩室23において、脱塩室23に設けられるイオン交換体の少なくとも一部、及び、イオン交換膜(アニオン交換膜32及びカチオン交換膜33)の少なくとも一部、の少なくとも一方の表面に、多価金属を含む粒子が吸着されている。ここでいう多価金属を含む粒子とは、多価金属、すなわちカチオンとなったときのイオン価が2以上である金属元素を含み、アニオン交換体、カチオン交換体、アニオン交換膜あるいはカチオン交換膜に対して吸着し、かつ、吸着した後には容易には機械的に脱離しない粒子のことである。ここで用いられる多価金属としては、水解離の触媒として作用するものであれば、特に限定されるものではなく、また1種類の金属であっても、複数種類の金属が含まれていてもよい。多価金属として用いられる金属元素としては、例えば、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、クロム、マンガン、鉄、ニッケルなどが挙げられる。このように「多価金属を含む粒子」は、水解離の触媒として作用するものであると考えられるので、以下、特に断らない限り、「多価金属を含む粒子」を単に「触媒粒子」と呼ぶ。   Furthermore, in this EDI apparatus 10, in the desalting chamber 23, at least a part of the ion exchanger provided in the desalting chamber 23 and at least a part of the ion exchange membranes (anion exchange membrane 32 and cation exchange membrane 33), Particles containing a polyvalent metal are adsorbed on at least one surface. The particle containing a polyvalent metal herein includes a polyvalent metal, that is, a metal element having an ionic value of 2 or more when it becomes a cation, and is an anion exchanger, a cation exchanger, an anion exchange membrane or a cation exchange membrane. It is a particle that adsorbs to and does not easily desorb mechanically after adsorption. The polyvalent metal used here is not particularly limited as long as it acts as a water dissociation catalyst, and even if it is one type of metal or a plurality of types of metals are included. Good. Examples of the metal element used as the polyvalent metal include magnesium, calcium, aluminum, chromium, manganese, iron, and nickel. As described above, the “particles containing a polyvalent metal” are considered to act as a catalyst for water dissociation. Therefore, unless otherwise specified, the “particles containing a polyvalent metal” are simply referred to as “catalyst particles”. Call.

触媒粒子は、アニオン交換体、カチオン交換体、アニオン交換膜あるいはカチオン交換膜の表面に対して吸着しやすいものであれば特に限定されるものではない。触媒粒子が無機物質である場合、吸着のしやすさの観点から、触媒粒子が無機イオン交換材料であることが好ましい。無機イオン交換材料とは、接触している電解質溶液中のイオンを取り込み、代わりに自らのもつイオンを放出することでイオン種の交換を行う能力、すなわちイオン交換能を有する無機物質のことである。無機イオン交換材料である触媒粒子がアニオン交換体、カチオン交換体、アニオン交換膜あるいはカチオン交換膜の表面に対して吸着しやすいのは、触媒粒子が、アニオン交換体、カチオン交換体、アニオン交換膜あるいはカチオン交換膜の表面に対し、これらの表面に存在するイオン交換基を介して吸着するためであると推測される。   The catalyst particles are not particularly limited as long as they are easily adsorbed on the surface of the anion exchanger, cation exchanger, anion exchange membrane or cation exchange membrane. When the catalyst particles are an inorganic substance, the catalyst particles are preferably an inorganic ion exchange material from the viewpoint of easy adsorption. An inorganic ion exchange material is an inorganic substance having the ability to exchange ionic species by taking in ions in the electrolyte solution that is in contact with it and releasing the ions that it has instead, that is, ion exchange ability. . The catalyst particles that are inorganic ion exchange materials are easily adsorbed on the surface of an anion exchanger, cation exchanger, anion exchange membrane or cation exchange membrane. The catalyst particles are anion exchanger, cation exchanger, anion exchange membrane. Or it is estimated that it is because it adsorb | sucks through the ion exchange group which exists in these surfaces with respect to the surface of a cation exchange membrane.

無機イオン交換材料である触媒粒子の例として、多価金属を含むケイ酸塩を好ましく用いることができ、そのようなケイ酸塩としては、例えば、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸カルシウムマグネシウム、各種のアルミノケイ酸塩、各種のケイ酸塩鉱物が挙げられ、これらの中から1つ以上を単独で、あるいは混合して使用することができる。中でもケイ酸塩鉱物は、化学的な安定性に優れ、特にアニオン交換体やアニオン交換膜に強く吸着されるため、より安定した性能が期待できる。また、ケイ酸塩鉱物は天然の鉱石に含まれるため、選択肢が多く、コスト面でも有利である。このようなケイ酸塩鉱物として、例えば、沸石、滑石、カオリナイト、ゼオライトなどが挙げられ、中でもセピオライト(CAS番号(Chemical Abstract Service registry number):63800−37−3、組成式:Mg8Si1230(OH)4(OH24・8H2O)、ワラストナイト(CAS番号:13983−17−0、組成式:CaSiO3)、アタパルジャイト(CAS番号:12174−11−7、組成式:(Mg,Al)5Si820・4H2O)などは吸着性が高いため、より好適に用いられる。触媒粒子として、アタパルジャイト、セピオライト、及びワラストナイトの少なくとも1つからなるものを用いることがより好ましい。なお、アタパルジャイト、セピオライト、及びワラストナイトは、針状粒子の形態であることが知られている。ケイ酸塩鉱物がアニオン交換体などに吸着されやすいのは、ケイ酸塩鉱物の表面に存在する例えばヒドロキシ基あるいは酸素原子に対し、アニオン交換体に含まれるアミノ基や第4級アンモニウム基などのアニオン交換基が静電的に引かれ合うためであると推測される。As examples of catalyst particles that are inorganic ion exchange materials, silicates containing polyvalent metals can be preferably used. Examples of such silicates include aluminum silicate, magnesium silicate, calcium silicate, Examples include calcium magnesium silicate, various aluminosilicates, and various silicate minerals. One or more of these can be used alone or in combination. Among these, silicate minerals are excellent in chemical stability, and are particularly strongly adsorbed on anion exchangers and anion exchange membranes, so that more stable performance can be expected. In addition, since silicate minerals are contained in natural ores, there are many choices, which is advantageous in terms of cost. Examples of such silicate minerals include zeolite, talc, kaolinite, zeolite, and the like. Among them, sepiolite (CAS number (Chemical Abstract Service registry number): 63800-37-3, composition formula: Mg 8 Si 12 O 30 (OH) 4 (OH 2 ) 4 · 8H 2 O), wollastonite (CAS number: 13983-17-0, composition formula: CaSiO 3 ), attapulgite (CAS number: 12174-11-7, composition formula) : (Mg, Al) 5 Si 8 O 20 · 4H 2 O) and the like are highly suitable because of their high adsorptivity. More preferably, the catalyst particles are made of at least one of attapulgite, sepiolite, and wollastonite. Note that attapulgite, sepiolite, and wollastonite are known to be in the form of acicular particles. Silicate minerals are easily adsorbed by anion exchangers such as amino groups and quaternary ammonium groups contained in anion exchangers, for example, for hydroxy groups or oxygen atoms present on the surface of silicate minerals. It is presumed that the anion exchange groups are attracted electrostatically.

イオン交換体あるいはイオン交換膜に対する触媒粒子の吸着は、例えば、触媒粒子を分散させた水にイオン交換体あるいはイオン交換膜を浸漬することによって容易に行うことができる。また、既存のEDI装置の脱塩室に対して触媒粒子を分散させた水を供給することにより、その脱塩室内のイオン交換体あるいはイオン交換膜に対して触媒粒子を吸着させることができる。したがって、既存のEDI装置を本発明に基づくEDI装置に改造することも容易であり、既存のEDI装置を本発明に基づくEDI装置に改造した後に脱イオン水を製造することも本発明の範疇に含まれるものである。   The adsorption of the catalyst particles to the ion exchanger or the ion exchange membrane can be easily performed by, for example, immersing the ion exchanger or the ion exchange membrane in water in which the catalyst particles are dispersed. Further, by supplying water in which catalyst particles are dispersed to a desalting chamber of an existing EDI apparatus, the catalyst particles can be adsorbed to an ion exchanger or an ion exchange membrane in the desalting chamber. Therefore, it is easy to convert an existing EDI apparatus into an EDI apparatus based on the present invention, and it is also within the scope of the present invention to produce deionized water after converting an existing EDI apparatus into an EDI apparatus based on the present invention. It is included.

触媒粒子の粒子径は特に限定されるものではない。個々の触媒粒子の粒子径は、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)により1000〜20000倍程度の倍率でその触媒粒子を観察し、得られた像において計測を行うことによって求めることができる。触媒粒子の形状が真球でない場合には、最大径を粒子径とする。例えば触媒粒子が針状粒子である場合には、その長軸の長さを粒子径とする。触媒粒子の粒子径の範囲は、観察視野の異なる10箇所のSEM画像において触媒粒子の粒子径を計測し、計測された粒子径の最小値から最大値までの範囲とする。本発明では、粒子径の範囲が例えば0.01μm以上100μm以下であるような触媒粒子を用いることが好ましく、0.02μm以上10μm以下であるような触媒粒子を用いることがより好ましい。   The particle diameter of the catalyst particles is not particularly limited. The particle diameter of each catalyst particle can be determined by, for example, observing the catalyst particle at a magnification of about 1000 to 20000 times with a scanning electron microscope (SEM) and measuring the obtained image. When the shape of the catalyst particles is not a true sphere, the maximum diameter is the particle diameter. For example, when the catalyst particles are acicular particles, the length of the major axis is taken as the particle diameter. The range of the particle diameter of the catalyst particle is a range from the minimum value to the maximum value of the measured particle diameter by measuring the particle diameter of the catalyst particle in 10 SEM images having different observation fields of view. In the present invention, it is preferable to use catalyst particles having a particle size range of, for example, 0.01 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 0.02 μm or more and 10 μm or less.

触媒粒子の粒子径が大きすぎると、イオン交換体やイオン交換膜の表面に適切に吸着・固定されなくなるとともに、異種のイオン交換性物質の界面の距離を広げすぎるため、水解離反応を十分に促進できなくなる可能性がある。一方、触媒粒子の粒子径が小さすぎると、触媒粒子がイオン交換体やイオン交換膜の表面を密に覆ってイオン交換体やイオン交換膜でのイオン交換反応やイオン移動を阻害するなどの問題を引き起こす可能性がある。   If the particle size of the catalyst particles is too large, they will not be adequately adsorbed and fixed on the surface of the ion exchanger or ion exchange membrane, and the distance between the interfaces of different types of ion exchange materials will be too wide. May not be able to promote. On the other hand, if the particle size of the catalyst particles is too small, the catalyst particles cover the surface of the ion exchanger or ion exchange membrane tightly and hinder the ion exchange reaction or ion transfer in the ion exchanger or ion exchange membrane. May cause.

ここで脱塩室23に充填されるイオン交換体について説明する。脱塩室23に充填することができるイオン交換体の種類は、特定のものに限られるものではないが、上記に例示したように、イオン交換樹脂が好ましい。ここでいう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、イオン交換能を有する官能基すなわちイオン交換基を導入した合成樹脂のことである。通常使用されるイオン交換樹脂は、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、「スチレン系」と呼ばれるスチレン−ジビニルベンゼンの共重合体や、「アクリル系」と呼ばれるアクリル酸−ジビニルベンゼンの共重合体などがある。   Here, the ion exchanger filled in the desalting chamber 23 will be described. The type of ion exchanger that can be filled in the desalting chamber 23 is not limited to a specific one, but an ion exchange resin is preferable as exemplified above. The ion exchange resin here is a synthetic resin obtained by introducing a functional group having ion exchange ability, that is, an ion exchange group, into a polymer matrix having a three-dimensional network structure. Commonly used ion exchange resins are spherical particles having a particle size of about 0.4 to 0.8 mm. Examples of the polymer matrix of the ion exchange resin include a styrene-divinylbenzene copolymer called “styrene” and an acrylic acid-divinylbenzene copolymer called “acrylic”.

イオン交換樹脂は、イオン交換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級アミン、第2級アミンあるいは第3級アミンをイオン交換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、スルホン酸基をイオン交換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、カルボキシル基をイオン交換基として有するものがある。脱塩室に充填されるイオン交換樹脂としてはこれらいずれの種類のものも用いることができるが、イオン交換樹脂が有するイオン交換基に対して触媒粒子が吸着するような、イオン交換樹脂と触媒粒子との組み合わせを選択することが好ましい。   Ion exchange resins are roughly classified into cation exchange resins whose ion exchange groups are acidic and anion exchange resins showing basicity. Furthermore, depending on the type of ion exchange groups introduced, strongly acidic cation exchange resins, weakly acidic resins are used. There are cation exchange resins, strong basic anion exchange resins, weak basic anion exchange resins and the like. Examples of strong basic anion exchange resins include those having a quaternary ammonium group as an ion exchange group, and examples of weak basic anion exchange resins include primary amines, secondary amines or tertiary amines. Some have amines as ion exchange groups. Examples of the strong acid cation exchange resin include those having a sulfonic acid group as an ion exchange group, and examples of the weak acid cation exchange resin include those having a carboxyl group as an ion exchange group. Any of these types can be used as the ion exchange resin filled in the desalting chamber, but the ion exchange resin and the catalyst particles are such that the catalyst particles are adsorbed to the ion exchange groups of the ion exchange resin. It is preferable to select a combination.

脱塩室23内のイオン交換体に対する触媒粒子の吸着量は、イオン交換体の体積を100%とする体積比で表せば、0.0001体積%以上であって、1体積%未満とすることが好ましく、0.0125体積%以下とすることよりが好ましい。触媒粒子の吸着量を大きくしすぎると、この触媒粒子がかえってEDI装置10内でのイオン交換反応やイオン移動を阻害する可能性がある。   The adsorption amount of the catalyst particles with respect to the ion exchanger in the desalting chamber 23 is 0.0001% by volume or more and less than 1% by volume in terms of a volume ratio in which the volume of the ion exchanger is 100%. Is preferable, and it is more preferable to set it as 0.0125 volume% or less. If the amount of adsorption of the catalyst particles is too large, the catalyst particles may possibly inhibit the ion exchange reaction or ion movement in the EDI apparatus 10.

次に、図4に示したEDI装置10による脱イオン水の製造について説明する。   Next, the production of deionized water by the EDI apparatus 10 shown in FIG. 4 will be described.

従来のEDI装置の場合と同様に、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。被処理水を脱塩室23に通水すると、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、脱イオン化処理が行われ、脱塩室23から、処理された水として、脱イオン水が流出する。このとき脱塩室23では、印加電圧によって異種のイオン交換性物質間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し、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を介して陽極に近い方の濃縮室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を介して陰極に近い方の濃縮室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のイオン交換体も再生される。なお、陽極室21及び陰極室25からは電極水が排出される。   As in the case of the conventional EDI apparatus, desalting is performed in a state in which supply water is passed through the anode chamber 21, the concentration chambers 22 and 24, and the cathode chamber 25 and a DC voltage is applied between the anode 11 and the cathode 12. Water to be treated is passed through the chamber 23. When the water to be treated is passed through the desalting chamber 23, the ionic components in the water to be treated are adsorbed by the ion exchanger in the desalting chamber 23 and subjected to deionization treatment. As a result, deionized water flows out. At this time, in the desalting chamber 23, a dissociation reaction of water occurs at the interface between different kinds of ion-exchange materials by the applied voltage, and hydrogen ions and hydroxide ions are generated. The ion component adsorbed on the ion exchanger in the desalting chamber 23 is ion-exchanged and released from the ion exchanger. Of the released ionic components, the anion moves to the concentration chamber 22 closer to the anode through the anion exchange membrane 32 and is discharged from the concentration chamber 22 as concentrated water, and the cation passes through the cation exchange membrane 33 to the cathode. It moves to the near concentration chamber 24 and is discharged from this concentration chamber 24 as concentrated water. Eventually, ion components in the for-treatment water supplied to the desalting chamber 23 are transferred to the concentration chambers 22 and 24 and discharged, and at the same time, the ion exchanger in the desalting chamber 23 is also regenerated. Electrode water is discharged from the anode chamber 21 and the cathode chamber 25.

図4に示したEDI装置10では、上述したように、脱塩室23内に設けられるイオン交換体、アニオン交換膜32及びカチオン交換膜33の少なくとも1つの表面に、多価金属を含む粒子すなわち触媒粒子が吸着されている。この触媒粒子は、脱塩室23内における異種のイオン交換性物質の界面に存在することとなるが、触媒粒子に含まれる多価金属は水の解離反応を促進する触媒として作用するから、このEDI装置10では、効率よく水の解離反応を行わせることができる。したがって、脱塩室23内のイオン交換体の再生も効率よく行うことができるようになって、EDI装置10への印加電圧を抑えつつ低電力で高純度の脱イオン水を製造できるようになる。また印加電圧を低くできる分、脱塩室23での高い電流密度、例えば、0.3A/dm2以上10A/dm2以下といった電流密度での装置運転が可能になる。In the EDI apparatus 10 shown in FIG. 4, as described above, particles containing a polyvalent metal on at least one surface of the ion exchanger, the anion exchange membrane 32, and the cation exchange membrane 33 provided in the desalting chamber 23, Catalyst particles are adsorbed. The catalyst particles are present at the interface between different kinds of ion-exchange materials in the desalting chamber 23. However, since the polyvalent metal contained in the catalyst particles acts as a catalyst for promoting the water dissociation reaction, In the EDI apparatus 10, the water dissociation reaction can be performed efficiently. Therefore, the regeneration of the ion exchanger in the desalting chamber 23 can be efficiently performed, and high-purity deionized water can be produced with low power while suppressing the voltage applied to the EDI apparatus 10. . Further, since the applied voltage can be lowered, the apparatus can be operated at a high current density in the desalting chamber 23, for example, a current density of 0.3 A / dm 2 or more and 10 A / dm 2 or less.

図5A及び図5Bは、触媒粒子による水の解離反応を模式的に示している。ここではアニオン交換体42に触媒粒子43が吸着しているものとする。カチオン交換体41とアニオン交換体42とによって、異種イオン交換性物質の界面が構成されている場合には、図5Aに示すように、この界面における水の解離が促進されて、アニオン交換体42側に水酸化物イオンが、カチオン交換体41側に水素イオンが効率よく生成する。同様に、アニオン交換体42とカチオン交換膜33との界面では、図5Bに示すように、アニオン交換体42側に水酸化物イオンが、カチオン交換膜33側に水素イオンが効率よく生成する。このEDI装置10によれば、イオン交換膜とイオン交換体との界面での水の解離も促進できる。   5A and 5B schematically show the dissociation reaction of water by the catalyst particles. Here, it is assumed that the catalyst particles 43 are adsorbed on the anion exchanger 42. When the cation exchanger 41 and the anion exchanger 42 constitute an interface of a different ion exchange material, as shown in FIG. 5A, dissociation of water at the interface is promoted, and the anion exchanger 42 Hydroxide ions are efficiently generated on the side and hydrogen ions are efficiently generated on the cation exchanger 41 side. Similarly, at the interface between the anion exchanger 42 and the cation exchange membrane 33, as shown in FIG. 5B, hydroxide ions are efficiently generated on the anion exchanger 42 side and hydrogen ions are efficiently generated on the cation exchange membrane 33 side. According to this EDI apparatus 10, dissociation of water at the interface between the ion exchange membrane and the ion exchanger can be promoted.

以上、本発明に基づくEDI装置10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。いずれにおいても、少なくとも脱塩室23のイオン交換体あるいはイオン交換膜に対し、多価金属を含む粒子すなわち触媒粒子が吸着されている。以下に説明するEDI装置は、図1、図2及び図3のいずれかに示す脱イオン水製造システムにおけるEDI装置10として使用できるものである。   The basic configuration of the EDI apparatus 10 according to the present invention has been described above, but the present invention can be widely applied to EDI apparatuses having various configurations. Hereinafter, a configuration example of an EDI apparatus to which the present invention can be applied will be described. In any case, particles containing polyvalent metals, that is, catalyst particles are adsorbed on at least the ion exchanger or ion exchange membrane in the desalting chamber 23. The EDI apparatus described below can be used as the EDI apparatus 10 in the deionized water production system shown in any of FIG. 1, FIG. 2, and FIG.

図6は、本発明に基づくEDI装置の別の形態を示している。上述したようにEDI装置では、[濃縮室|アニオン交換膜(AEM)|脱塩室|カチオン交換膜(CEM)|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。図6に示したEDI装置は、図4に示した装置において、このようにセルセットを複数配列したものであり、アニオン交換膜32、脱塩室23、カチオン交換膜33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個配置したものである。ここでNは、1以上の整数である。陽極室21にはカチオン交換樹脂(CER)が充填され、濃縮室22,24と陰極室25にはアニオン交換樹脂(AER)が充填され、脱塩室23には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に外部から水を供給するのではなく、陰極室25の出口水が陽極室21に供給されるようになっている。また、図4に示したものと異なって、脱塩室23内での水の流れ方向は、その両側の濃縮室22,24での水の流れ方向に対して向流になっている。   FIG. 6 shows another embodiment of an EDI device according to the present invention. As described above, in the EDI apparatus, a basic configuration (that is, a cell set) consisting of [concentration chamber | anion exchange membrane (AEM) | desalination chamber | cation exchange membrane (CEM) | concentration chamber] is arranged between the anode and the cathode. A plurality can be juxtaposed. At this time, adjacent concentrating chambers can be shared between adjacent cell sets. The EDI apparatus shown in FIG. 6 is an apparatus shown in FIG. 4 in which a plurality of cell sets are arranged in this manner. The anion exchange membrane 32, the desalting chamber 23, the cation exchange membrane 33, and the concentrating chamber 24 are each 1 As one cell set, N cell sets are arranged between the enrichment chamber 22 and the cathode chamber 25 closest to the anode chamber 21. Here, N is an integer of 1 or more. The anode chamber 21 is filled with a cation exchange resin (CER), the concentration chambers 22, 24 and the cathode chamber 25 are filled with an anion exchange resin (AER), and the desalting chamber 23 is filled with an anion exchange resin and a cation exchange resin. Is filled with mixed bed (MB). Instead of supplying water to the anode chamber 21 from the outside, the outlet water of the cathode chamber 25 is supplied to the anode chamber 21. Moreover, unlike what was shown in FIG. 4, the flow direction of the water in the desalination chamber 23 is a countercurrent with respect to the flow direction of the water in the concentration chambers 22 and 24 of the both sides.

図7は、本発明に基づくEDI装置のまた別の形態を示している。このEDI装置は図4に示したものと同様のものであるが、脱塩室23内において、被処理水の入口に近い領域にアニオン交換樹脂を配置し、出口に近い領域ではアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混床で設けている。当然のことながら、アニオン交換膜32、脱塩室23、カチオン交換膜33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個配置することができる。ここでもNは1以上の整数の整数である。   FIG. 7 shows yet another form of an EDI device according to the present invention. This EDI apparatus is the same as that shown in FIG. 4 except that an anion exchange resin is disposed in a region near the inlet of water to be treated in the desalting chamber 23 and an anion exchange resin is disposed in a region near the outlet. A cation exchange resin is provided in a mixed bed. As a matter of course, the anion exchange membrane 32, the desalting chamber 23, the cation exchange membrane 33, and the concentration chamber 24 constitute one cell set, and this cell set is composed of the concentration chamber 22 and the cathode closest to the anode chamber 21. N pieces can be arranged between the chambers 25. Here, N is an integer of 1 or more.

図8に示したEDI装置は、図7に示したものと同様のものであるが、脱塩室23をその中での水の流れ方向にしたがって4つの領域に分け、被処理水の入口の位置から順に、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂と並ぶように、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。すなわち、図8に示したEDI装置は、水の流れ方向に沿ってカチオン交換樹脂層とアニオン交換樹脂層とが交互に配置した複層床構成のイオン交換体を脱塩室23に備えるものである。また、図8に示すEDI装置では、図7に示したものとは異なって、脱塩室23内での水の流れ方向は、その両側の濃縮室22,24での水の流れ方向に対して向流になっている。   The EDI apparatus shown in FIG. 8 is the same as that shown in FIG. 7, but the desalting chamber 23 is divided into four regions according to the flow direction of the water therein, and In order from the position, the ion exchange resin is arranged in each region so as to line up with the cation exchange resin, the anion exchange resin, the cation exchange resin, and the anion exchange resin. That is, the EDI apparatus shown in FIG. 8 is provided with an ion exchanger having a multi-layer bed structure in which the cation exchange resin layers and the anion exchange resin layers are alternately arranged in the water flow direction in the desalting chamber 23. is there. Further, in the EDI apparatus shown in FIG. 8, the flow direction of water in the desalting chamber 23 is different from that shown in FIG. 7 with respect to the flow direction of water in the concentration chambers 22 and 24 on both sides thereof. It is countercurrent.

図9に示したEDI装置は、図7に示したものと同様のものであるが、脱塩室23をその中での水の流れ方向にしたがって3つの領域に分け、被処理水の入口の位置から順に、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂と並ぶように、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。図9に示すEDI装置においても、脱塩室23内のイオン交換体は複層床構成となっている。   The EDI apparatus shown in FIG. 9 is the same as that shown in FIG. 7, but the desalting chamber 23 is divided into three regions according to the flow direction of water therein, In order from the position, the ion exchange resin is arranged in each region so as to line up with the anion exchange resin, the cation exchange resin, and the anion exchange resin. In the EDI apparatus shown in FIG. 9 as well, the ion exchanger in the desalting chamber 23 has a multilayer bed configuration.

本発明に基づくEDI装置では、各脱塩室において陽極に向いた側のアニオン交換膜と陰極に向いた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小脱塩室に区画し、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一方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、陽極に近い方の小脱塩室を第1小脱塩室、陰極に近い方の小脱塩室を第2小脱塩室とすれば、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。触媒粒子は、各小脱塩室内のイオン交換体、中間イオン交換膜、第1小脱塩室の陽極に向いた側に設けられるアニオン交換膜、及び、第2小脱塩室の陰極に向いた側に設けられるカチオン交換膜、の少なくとも1つに吸着される。   In the EDI apparatus according to the present invention, an intermediate ion exchange membrane (IIEM) is provided between the anion exchange membrane facing the anode and the cation exchange membrane facing the cathode in each desalting chamber, The desalination chamber is divided into a first small desalination chamber and a second small desalination chamber, and water to be treated is placed in one of the first small desalination chamber and the second small desalination chamber. The first and second small desalting chambers can be communicated so that the water supplied and flowing out from one small desalting chamber flows into the other small desalting chamber. As the intermediate ion exchange membrane, both an anion exchange membrane and a cation exchange membrane can be used. At this time, if the small desalting chamber closer to the anode is the first small desalting chamber and the small desalting chamber closer to the cathode is the second small desalting chamber, the first small desalting chamber has at least an anion. The exchanger is filled, and the second small desalting chamber is filled with at least a cation exchanger. The catalyst particles are directed to the ion exchanger in each small desalting chamber, the intermediate ion exchange membrane, the anion exchange membrane provided on the side facing the anode of the first small desalting chamber, and the cathode of the second small desalting chamber. It is adsorbed on at least one of the cation exchange membranes provided on the opposite side.

図10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6に示すEDI装置における各脱塩室23を中間イオン交換膜36によって第1小脱塩室26と第2小脱塩室27とに区画した構成を有する。この例では、中間イオン交換膜36として、アニオン交換膜が使用されている。陽極11に近い方の第1小脱塩室26にはアニオン交換樹脂が充填され、陰極12に近い方の第2小脱塩室27にはカチオン交換樹脂が充填されている。被処理水はまず第2小脱塩室27に供給され、第2小脱塩室27からの出口水が、第2小脱塩室27での水の流れと並流になるように、第1小脱塩室26に供給され、第1小脱塩室26から、処理後の水として、脱イオン水が得られる。第1及び第2小脱塩室26,27での水の流れに対し、陽極室21、濃縮室22,24及び陰極室25での水の流れは向流となっている。   FIG. 10 shows an example of an EDI apparatus in which a desalting chamber is partitioned into two small desalting chambers by an intermediate ion exchange membrane. This EDI apparatus has a configuration in which each desalting chamber 23 in the EDI apparatus shown in FIG. 6 is divided into a first small desalting chamber 26 and a second small desalting chamber 27 by an intermediate ion exchange membrane 36. In this example, an anion exchange membrane is used as the intermediate ion exchange membrane 36. The first small desalting chamber 26 closer to the anode 11 is filled with an anion exchange resin, and the second small desalting chamber 27 closer to the cathode 12 is filled with a cation exchange resin. First, the water to be treated is supplied to the second small desalination chamber 27, and the outlet water from the second small desalination chamber 27 is in parallel with the flow of water in the second small desalination chamber 27. 1 small desalting chamber 26 is supplied, and deionized water is obtained from the first small desalting chamber 26 as treated water. The flow of water in the anode chamber 21, the concentration chambers 22, 24, and the cathode chamber 25 is countercurrent to the flow of water in the first and second small desalting chambers 26, 27.

図11は、図10に示すEDI装置における触媒粒子による水の解離反応を模式的に示している。ここではアニオン交換膜である中間イオン交換膜36に触媒粒子43が吸着されるものとする。カチオン交換体41と中間イオン交換膜36とによって、異種イオン交換性物質の界面が構成されている場合には、図示するように、この界面における水の解離が促進されて、中間イオン交換膜36側に水酸化物イオンが、カチオン交換体41側に水素イオンが効率よく生成する。   FIG. 11 schematically shows a water dissociation reaction by catalyst particles in the EDI apparatus shown in FIG. Here, it is assumed that the catalyst particles 43 are adsorbed on the intermediate ion exchange membrane 36 which is an anion exchange membrane. When the cation exchanger 41 and the intermediate ion exchange membrane 36 form an interface of a different ion exchange material, as shown in the figure, the dissociation of water at the interface is promoted, and the intermediate ion exchange membrane 36 Hydroxide ions are efficiently generated on the side and hydrogen ions are efficiently generated on the cation exchanger 41 side.

図12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装置の別の例を示している。このEDI装置は、図7に示したEDI装置における各脱塩室23を中間イオン交換膜36によって陽極11に近い方の第1小脱塩室26と陰極12に近い方の第2小脱塩室27とに区画したものであり、第1小脱塩室26にはアニオン交換樹脂を充填し、第2小脱塩室27にはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混床で充填したものである。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から脱イオン水が得られる。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。   FIG. 12 shows another example of the EDI apparatus in which the desalting chamber is partitioned into two small desalting chambers by the intermediate ion exchange membrane. In this EDI apparatus, each desalination chamber 23 in the EDI apparatus shown in FIG. 7 is divided into a first small desalination chamber 26 closer to the anode 11 and a second small desalination closer to the cathode 12 by the intermediate ion exchange membrane 36. The first small desalting chamber 26 is filled with an anion exchange resin, and the second small desalting chamber 27 is filled with an anion exchange resin and a cation exchange resin in a mixed bed. It is. The water to be treated is supplied to the first small desalting chamber 26, the outlet water of the first small desalting chamber 26 is sent to the second small desalting chamber 27, and deionized water is obtained from the second small desalting chamber 27. It is done. For example, an anion exchange membrane is used as the intermediate ion exchange membrane 36.

図13に示すEDI装置は、図12に示すEDI装置における第2小脱塩室27において、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混床で設けるのではなく、第2小脱塩室27の入口に近い領域にカチオン交換樹脂を配置し、出口に近い領域にアニオン交換樹脂を配置するようにしたものである。   The EDI apparatus shown in FIG. 13 does not provide an anion exchange resin and a cation exchange resin in a mixed bed in the second small desalination chamber 27 of the EDI apparatus shown in FIG. The cation exchange resin is disposed in a region close to the region, and the anion exchange resin is disposed in a region close to the outlet.

以下、本発明を実施例及び比較例に基づき、さらに詳しく説明する。実施例及び比較例では、上述した構成の脱イオン水製造システムあるいはEDI装置を組み立てて、これらの脱イオン水製造システムあるいはEDI装置を実際に動作させた。これらの実施例及び比較例では、組み立てに際し触媒粒子を使用するかしないかを選択することにより、触媒粒子の使用の有無による本発明による効果を確認した。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples and comparative examples. In the examples and comparative examples, the deionized water production system or EDI apparatus having the above-described configuration was assembled, and the deionized water production system or EDI apparatus was actually operated. In these Examples and Comparative Examples, the effect of the present invention depending on whether or not catalyst particles are used was confirmed by selecting whether or not to use catalyst particles during assembly.

[実施例1及び比較例1]
実施例1及び比較例1で使用したEDI装置は、図6に示したEDI装置において、陽極室21と陰極室25の間におけるアニオン交換膜(AEM)32、脱塩室23、カチオン交換膜(CEM)33及び濃縮室24からなる基本構成(セルセット)の繰り返し回数Nを3としたものである。陽極室21にはカチオン交換樹脂(CER)を充填し、各濃縮室22,24及び陰極室25にはアニオン交換樹脂(AER)を充填し、脱塩室23にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを混床(MB)にして充填した。カチオン交換樹脂には、イオン交換基としてスルホン酸基を有するスチレン系の強酸性カチオン交換樹脂であるアンバーライト(登録商標)IR120B(ダウ・ケミカル社製、見掛けの密度の参考値:約840g/L)を使用し、アニオン交換樹脂には、イオン交換基として第4級アンモニウム基を有するスチレン系の強塩基性アニオン交換樹脂であるアンバーライト(登録商標)IRA402BL(ダウ・ケミカル社製、見掛けの密度の参考値:約715g/L)を使用した。カチオン交換膜にはセレミオン(登録商標)CME(AGCエンジニアリング社製)を使用し、アニオン交換膜にはセレミオン(登録商標)AME(AGCエンジニアリング社製)を使用した。ここで使用したカチオン交換膜及びアニオン交換膜は、いずれも不均質イオン交換膜である。不均質イオン交換膜とは、粒状イオン交換樹脂を微粉にし、これを熱可塑性や熱硬化性の結合剤で固めて膜状に成形したもののことであり、機械的強度は均質イオン交換膜に比べて一般に優れている。これに対し、均質イオン交換膜は、イオン交換樹脂自体を膜状に成形したものである。
[Example 1 and Comparative Example 1]
The EDI apparatus used in Example 1 and Comparative Example 1 is the same as the EDI apparatus shown in FIG. 6 except that the anion exchange membrane (AEM) 32, the desalting chamber 23, the cation exchange membrane ( The number of repetitions N of the basic configuration (cell set) including the CEM) 33 and the concentration chamber 24 is 3. The anode chamber 21 is filled with a cation exchange resin (CER), the concentration chambers 22, 24 and the cathode chamber 25 are filled with an anion exchange resin (AER), and the desalting chamber 23 is filled with a cation exchange resin and an anion exchange resin. Were mixed in a mixed bed (MB). As the cation exchange resin, Amberlite (registered trademark) IR120B (made by Dow Chemical Co., Ltd.), which is a styrene-based strongly acidic cation exchange resin having a sulfonic acid group as an ion exchange group, an apparent density reference value: about 840 g / L. ) And an anion exchange resin, Amberlite (registered trademark) IRA402BL (made by Dow Chemical Co., Ltd., apparent density) which is a styrenic strong base anion exchange resin having a quaternary ammonium group as an ion exchange group. (Reference value: about 715 g / L) was used. For the cation exchange membrane, Selemion (registered trademark) CME (manufactured by AGC Engineering) was used, and for the anion exchange membrane, Selemion (registered trademark) AME (manufactured by AGC Engineering) was used. The cation exchange membrane and the anion exchange membrane used here are both heterogeneous ion exchange membranes. Heterogeneous ion exchange membranes are granular ion exchange resins made into fine powders, which are molded into a membrane by hardening with a thermoplastic or thermosetting binder. The mechanical strength is higher than that of homogeneous ion exchange membranes. And generally better. On the other hand, the homogeneous ion exchange membrane is obtained by molding the ion exchange resin itself into a film shape.

比較例1では、触媒粒子を吸着させていないアニオン交換樹脂を脱塩室23に用いたが、実施例1では、以下の処理方法であらかじめアニオン交換樹脂に対して触媒粒子による処理を行い、処理後のアニオン交換樹脂をカチオン交換樹脂と混合して脱塩室23に充填した。アニオン交換樹脂に対する処理に用いる粒子として、実施例1では、アニオン交換樹脂に吸着する粒子を使用してアニオン交換樹脂の処理を行い、その結果、当該粒子をアニオン交換樹脂の表面に吸着させた。なお、いずれの場合においても、陽極室21、濃縮室22,24及び陰極室25に充填されるイオン交換樹脂としては、粒子を吸着させていないものを使用した。   In Comparative Example 1, an anion exchange resin not adsorbing catalyst particles was used in the desalting chamber 23. However, in Example 1, the anion exchange resin was previously treated with catalyst particles by the following treatment method, and the treatment was performed. The latter anion exchange resin was mixed with the cation exchange resin and filled in the desalting chamber 23. In Example 1, as the particles used for the treatment of the anion exchange resin, the anion exchange resin was treated using the particles adsorbed on the anion exchange resin, and as a result, the particles were adsorbed on the surface of the anion exchange resin. In any case, as the ion exchange resin filled in the anode chamber 21, the concentration chambers 22 and 24, and the cathode chamber 25, those not adsorbing particles were used.

次に、実施例1で使用した粒子について具体的に説明する。   Next, the particles used in Example 1 will be specifically described.

実施例1では、多価金属であるマグネシウムとアルミニウムとを含んだケイ酸塩鉱物であるアタパルジャイトを触媒粒子として使用した。SEMで20000倍に拡大して観察したところ、実施例1で使用したアタパルジャイトの粒子径の範囲は0.02〜10μmであった。アタパルジャイトは針状粒子であるので、その長径を粒子径とした。同じSEM画像で計測したところ、使用したアパタルジャイトの短径の範囲は0.01〜1μmであった。短径とは、長径の中央の位置で長径に直交する方向での長さのことである。実施例1で使用したアタパルジャイト(CAS番号:12174−11−7)は、一般的な組成式が(Mg,Al)5Si820・4H2Oと記載されるものであって、ケイ素とマグネシウムとアルミニウムとの比が二酸化ケイ素(SiO2)酸化マグネシウム(MgO)と酸化アルミニウム(Al23)との質量比に換算して、SiO2:MgO:Al23=65:13:12のものである。In Example 1, attapulgite, which is a silicate mineral containing magnesium and aluminum, which are polyvalent metals, was used as catalyst particles. When observed with an SEM at a magnification of 20000 times, the particle size range of the attapulgite used in Example 1 was 0.02 to 10 μm. Since attapulgite is a needle-like particle, its major axis was taken as the particle size. When measured with the same SEM image, the range of the minor axis of the used apatalite was 0.01 to 1 μm. The minor axis is the length in the direction perpendicular to the major axis at the center of the major axis. The attapulgite (CAS number: 12174-11-7) used in Example 1 has a general composition formula described as (Mg, Al) 5 Si 8 O 20 .4H 2 O, When the ratio of magnesium to aluminum is converted to the mass ratio of silicon dioxide (SiO 2 ) magnesium oxide (MgO) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ), SiO 2 : MgO: Al 2 O 3 = 65: 13: Twelve.

(アニオン交換樹脂の処理方法)
純水に粒子を分散させ、その中にアニオン交換樹脂を浸漬後、撹拌しながらアニオン交換樹脂の表面に粒子を吸着させる処理を行った。このとき使用する粒子の量は、アニオン交換樹脂1Lに対して300mgとした。処理したアニオン交換樹脂は純水でよく洗浄し、水を切ってから使用した。
(Method of treating anion exchange resin)
The particles were dispersed in pure water, the anion exchange resin was immersed therein, and then the particles were adsorbed on the surface of the anion exchange resin while stirring. The amount of particles used at this time was 300 mg with respect to 1 L of anion exchange resin. The treated anion exchange resin was thoroughly washed with pure water and drained before use.

処理後のアニオン交換樹脂に対し、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法を用いてアタパルジャイトの定量を行ったところアニオン交換樹脂に吸着していたアタパルジャイトの質量はアニオン交換樹脂1Lに対して190mgであった。アタパルジャイトの比重が2.4g/cm3であることから、吸着されたアタパルジャイトの体積のアニオン交換樹脂の体積に対する比率は、0.0079%であることになる。アニオン交換樹脂の密度は含水率で変化し得るが、上述した見掛けの密度の715g/Lを使用すると、アニオン交換樹脂に対するアタパルジャイトの質量比は0.027質量%となる。The amount of attapulgite adsorbed on the anion exchange resin was 190 mg with respect to 1 L of the anion exchange resin when the amount of attapulgite was quantified using inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry for the treated anion exchange resin. there were. Since the specific gravity of attapulgite is 2.4 g / cm 3 , the ratio of the volume of adsorbed attapulgite to the volume of the anion exchange resin is 0.0079%. The density of the anion exchange resin can vary depending on the water content, but when using the above-mentioned apparent density of 715 g / L, the mass ratio of attapulgite to the anion exchange resin is 0.027% by mass.

実施例1及び比較例1におけるEDI装置の仕様と、通水流量、印加電圧、供給水の水質などの運転条件は、以下の通りである。なお、以下の説明において、被処理水流量は、EDI装置における複数の脱塩室23に供給される被処理水の流量の総量であり、電極室流量は陽極室21と陰極室25に供給される供給水の流量であり、濃縮水流量は複数の濃縮室22,24に供給される供給水の流量の和である。   The specifications of the EDI apparatus in Example 1 and Comparative Example 1, and the operating conditions such as the water flow rate, the applied voltage, and the quality of the supplied water are as follows. In the following description, the flow rate of water to be treated is the total amount of water to be treated supplied to the plurality of desalting chambers 23 in the EDI apparatus, and the flow rates of the electrode chambers are supplied to the anode chamber 21 and the cathode chamber 25. The concentration water flow rate is the sum of the flow rates of the supply water supplied to the plurality of concentration chambers 22, 24.

・脱塩室:寸法300×100×10mm 混床(MB)充填(体積比:カチオン交換樹脂/アニオン交換樹脂=1/1)
・濃縮室:寸法300×100×5mm アニオン交換樹脂(AER)充填
・陽極室:寸法300×100×4mm カチオン交換樹脂(CER)充填
・陰極室:寸法300×100×4mm アニオン交換樹脂(AER)充填
・被処理水流量:180L/h
・濃縮水流量:30L/h
・電極水流量:10L/h
・供給水及び被処理水:逆浸透膜(RO)透過水、導電率5±1μS/cm
・印加電流値:0.9A
・印加電流密度:0.3A/dm2
実施例1及び比較例1の装置について、上記条件での1000時間の運転を行い、運転電圧と得られた脱イオン水の比抵抗を比較した。結果を表1に示す。
Desalination chamber: Dimensions 300 × 100 × 10 mm Mixed bed (MB) filling (volume ratio: cation exchange resin / anion exchange resin = 1/1)
・ Concentration chamber: Dimensions 300 × 100 × 5 mm Anion exchange resin (AER) filling ・ Anode chamber: Dimensions 300 × 100 × 4 mm Cation exchange resin (CER) filling ・ Cathode chamber: Dimensions 300 × 100 × 4 mm Anion exchange resin (AER) Filling ・ Processed water flow rate: 180L / h
・ Concentrated water flow: 30 L / h
-Electrode water flow rate: 10L / h
・ Supply water and treated water: Reverse osmosis membrane (RO) permeate, conductivity 5 ± 1 μS / cm
-Applied current value: 0.9A
Applied current density: 0.3 A / dm 2
About the apparatus of Example 1 and Comparative Example 1, the operation | movement of 1000 hours on the said conditions was performed, and the operating voltage and the specific resistance of the obtained deionized water were compared. The results are shown in Table 1.

Figure 2018117035
Figure 2018117035

実施例1と触媒粒子を使用しない比較例1とを比べると、明らかに実施例1の方が運転電圧、水質ともに良好であるため、本発明の基本的な効果が確認できた。   Comparing Example 1 with Comparative Example 1 that does not use catalyst particles, Example 1 clearly has better operating voltage and water quality, so the basic effect of the present invention was confirmed.

実施例1では、脱塩室に用いられるアニオン交換樹脂に触媒粒子を吸着させたが、さらに、EDI装置を構成する各電極室や濃縮室に使用されるイオン交換樹脂の全部または一部に触媒粒子を吸着させるようにしてもよい。   In Example 1, the catalyst particles were adsorbed to the anion exchange resin used in the desalting chamber, but the catalyst was further added to all or part of the ion exchange resin used in each electrode chamber and concentration chamber constituting the EDI apparatus. Particles may be adsorbed.

[実施例2−1,2−2及び比較例2]
実施例2−1,2−2及び比較例2で使用したEDI装置は、図10に示したEDI装置において、陽極室21と陰極室25の間におけるアニオン交換膜32、第1脱塩室26、中間イオン交換膜(IIEM)36、第2小脱塩室27、カチオン交換膜33及び濃縮室24からなる基本構成(セルセット)の繰り返し回数Nを3としたものである。陽極室21及び第2小脱塩室にはカチオン交換樹脂を充填し、各濃縮室22,24、第1小脱塩室26及び陰極室25にはアニオン交換樹脂を充填した。第1小脱塩室26と第2小脱塩室27とを区画する中間イオン交換膜36には、アニオン交換膜を使用した。アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂、アニオン交換膜及びカチオン交換膜としては、それぞれ、実施例1で使用したものと同じものを使用した。ただし、アニオン交換樹脂に対しては触媒粒子を吸着させていない。特に、実施例2−1,2−2では、以下の処理方法であらかじめアニオン交換膜に本発明でいう触媒粒子を吸着させ、触媒粒子を吸着させたアニオン交換膜を中間イオン交換膜36として用いた。アニオン交換膜32,34やカチオン交換膜31,33には触媒粒子の吸着を行っていない。触媒粒子として、実施例1で用いたものと同じ規格のアタパルジャイトを使用した。比較例2では、アニオン交換膜への触媒粒子の吸着を行っていない。
[Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2]
The EDI apparatus used in Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2 is the same as the EDI apparatus shown in FIG. 10 except that the anion exchange membrane 32 and the first demineralization chamber 26 between the anode chamber 21 and the cathode chamber 25 are used. The number of repetitions N of the basic configuration (cell set) including the intermediate ion exchange membrane (IIEM) 36, the second small desalting chamber 27, the cation exchange membrane 33 and the concentration chamber 24 is set to 3. The anode chamber 21 and the second small desalting chamber were filled with a cation exchange resin, and the concentration chambers 22, 24, the first small desalting chamber 26 and the cathode chamber 25 were filled with an anion exchange resin. An anion exchange membrane was used as the intermediate ion exchange membrane 36 that partitions the first small desalting chamber 26 and the second small desalting chamber 27. The same anion exchange resin, cation exchange resin, anion exchange membrane and cation exchange membrane as those used in Example 1 were used. However, catalyst particles are not adsorbed to the anion exchange resin. In particular, in Examples 2-1 and 2-2, the catalyst particles referred to in the present invention were previously adsorbed on the anion exchange membrane by the following treatment method, and the anion exchange membrane on which the catalyst particles were adsorbed was used as the intermediate ion exchange membrane 36. It was. The anion exchange membranes 32 and 34 and the cation exchange membranes 31 and 33 are not adsorbed with catalyst particles. As the catalyst particles, attapulgite having the same standard as that used in Example 1 was used. In Comparative Example 2, the catalyst particles are not adsorbed on the anion exchange membrane.

(アニオン交換膜の処理方法)
純水1Lに対して触媒粒子を0.2g分散させ、その中にアニオン交換膜を浸漬後、撹拌しながらアニオン交換膜の表面に触媒粒子を吸着させた。処理したアニオン交換膜は純水でよく洗浄し、水を切ってから使用した。
(Treatment method of anion exchange membrane)
0.2 g of catalyst particles were dispersed in 1 L of pure water, and the anion exchange membrane was immersed therein, and then the catalyst particles were adsorbed on the surface of the anion exchange membrane while stirring. The treated anion exchange membrane was thoroughly washed with pure water and drained before use.

実施例2−1,2−2及び比較例2におけるEDI装置の仕様と、通水流量、印加電圧、供給水の水質などの運転条件は、以下の通りである。   The specifications of the EDI devices in Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2, and the operating conditions such as the water flow rate, the applied voltage, and the quality of the supplied water are as follows.

・第1小脱塩室:寸法300×100×10mm アニオン交換樹脂(AER)充填
・第2小脱塩室:寸法300×100×10mm カチオン交換樹脂(CER)充填
・印加電流値:0.9A(実施例2−1,比較例2)、30A(実施例2−2)
・印加電流密度:0.3A/dm2(実施例2−1、比較例2)、10A/dm2(実施例2−2)
・濃縮室、陽極室、陰極室、被処理水流量、濃縮水流量、電極水流量、供給水及び被処理水については、実施例1と同じとした。
・ First small desalination chamber: dimension 300 × 100 × 10 mm filled with anion exchange resin (AER) ・ Second small desalination chamber: dimension 300 × 100 × 10 mm filled with cation exchange resin (CER) ・ Applied current value: 0.9 A (Example 2-1 and Comparative Example 2), 30A (Example 2-2)
Applied current density: 0.3 A / dm 2 (Example 2-1 and Comparative Example 2), 10 A / dm 2 (Example 2-2)
The concentration chamber, anode chamber, cathode chamber, treated water flow rate, concentrated water flow rate, electrode water flow rate, supply water, and treated water were the same as in Example 1.

実施例2−1,2−2及び比較例2の装置について、上記条件での1000時間の運転を行い、運転電圧と得られた脱イオン水の比抵抗を比較した。結果を表2に示す。   About the apparatus of Examples 2-1 and 2-2 and the comparative example 2, the driving | running for 1000 hours was performed on the said conditions, and the operating voltage and the specific resistance of the obtained deionized water were compared. The results are shown in Table 2.

Figure 2018117035
Figure 2018117035

実施例2−1と比較例2を比べると、実施例2−1の方が運転電圧、水質ともに良好であったため、脱塩室が中間イオン交換膜により2つの小脱塩室に区画されたEDI装置の構成であっても、脱塩室を区画しない場合と同様に本発明の効果を得られることが確認できた。さらには、脱塩室に充填されるイオン交換体だけでなく、脱塩室を区画するイオン交換膜に触媒粒子を吸着させることでも同様の効果を得られることも確認できた。実施例2−2と比較例2を比べると、実施例2−2の方が電流密度10A/dm2と高い設定にも関わらず運転電圧、水質ともに良好であったため、少なくとも電流密度が0.3〜10A/dm2の範囲において、本発明による顕著な効果が得られることが分かる。When Example 2-1 and Comparative Example 2 were compared, since Example 2-1 had better operating voltage and water quality, the desalination chamber was partitioned into two small desalination chambers by an intermediate ion exchange membrane. It was confirmed that even with the configuration of the EDI apparatus, the effect of the present invention can be obtained as in the case where the desalting chamber is not partitioned. Furthermore, it was confirmed that the same effect can be obtained by adsorbing the catalyst particles not only to the ion exchanger filled in the desalting chamber but also to an ion exchange membrane that partitions the desalting chamber. Comparing Example 2-2 and Comparative Example 2, since the operation voltage and water quality were better in Example 2-2 despite the high current density of 10 A / dm 2 , the current density was at least 0. It can be seen that the remarkable effects of the present invention can be obtained in the range of 3 to 10 A / dm2.

上述の実施例1,2−1,2−2では、一例としてアニオン交換樹脂あるいはアニオン交換膜に触媒粒子を吸着させた場合の結果を示したが、カチオン交換樹脂あるいはカチオン交換膜に吸着する触媒粒子を選択した場合であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。また上述の実施例で用いたイオン交換膜は、いずれも不均質イオン交換膜であったが、均質イオン交換膜を用いた場合であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、上述の実施例では触媒粒子を吸着させる処理を施したイオン交換膜を使用したが、触媒粒子をあらかじめ吸着させたイオン交換樹脂を使って成形したイオン交換膜を使用しても、上述の実施例で示したものと同様の効果が得られることは言うまでもない。触媒粒子をあらかじめ吸着させたイオン交換樹脂を使って成形したイオン交換膜を使用する場合も、本発明の範疇に含まれるものである。   In the above-mentioned Examples 1, 2-1, 2-2, the results when the catalyst particles are adsorbed on the anion exchange resin or the anion exchange membrane are shown as an example, but the catalyst adsorbed on the cation exchange resin or the cation exchange membrane is shown. It goes without saying that the same effect can be obtained even when particles are selected. In addition, the ion exchange membranes used in the above-described examples are all heterogeneous ion exchange membranes, but it goes without saying that the same effect can be obtained even when a homogeneous ion exchange membrane is used. Further, in the above-described embodiment, the ion exchange membrane subjected to the treatment for adsorbing the catalyst particles is used. However, even if an ion exchange membrane formed using an ion exchange resin in which the catalyst particles are adsorbed in advance is used, the above-described ion exchange membrane is used. Needless to say, the same effects as those shown in the examples can be obtained. The case of using an ion exchange membrane formed by using an ion exchange resin in which catalyst particles are previously adsorbed is also included in the scope of the present invention.

同様に上述の実施例2−1,2−2では、EDI装置で使用されるアニオン交換膜のうち、脱塩室をさらに小脱塩室に区画する中間イオン交換膜に対してその全面に触媒粒子を吸着させたが、EDI装置で他のイオン交換膜に対しても触媒粒子を吸着させてもよく、さらに、イオン交換膜の片面やイオン交換膜の特定の箇所のみに触媒粒子を吸着させてもよい。特に実施例2−1,2−2では脱塩室を小脱塩室に区画する中間イオン交換膜としてアニオン交換膜を選択したが、カチオン交換膜を中間イオン交換膜として使用する場合にも本発明の効果が得られることは言うまでもない。その場合、カチオン交換膜に触媒粒子を吸着させるか、あるいは、いずれかの小脱塩室に充填されるアニオン交換樹脂に触媒粒子を吸着させるかを適宜に選択することができる。   Similarly, in Examples 2-1 and 2-2 described above, among the anion exchange membranes used in the EDI apparatus, a catalyst is formed on the entire surface of the intermediate ion exchange membrane that further partitions the desalination chamber into small desalting chambers. Although the particles are adsorbed, the catalyst particles may be adsorbed to other ion exchange membranes by the EDI apparatus, and the catalyst particles are adsorbed only on one side of the ion exchange membrane or a specific portion of the ion exchange membrane. May be. In particular, in Examples 2-1 and 2-2, an anion exchange membrane was selected as an intermediate ion exchange membrane for partitioning a desalination chamber into small desalting chambers, but the present invention is also applicable when a cation exchange membrane is used as an intermediate ion exchange membrane. Needless to say, the effects of the invention can be obtained. In that case, it is possible to appropriately select whether the catalyst particles are adsorbed on the cation exchange membrane or whether the catalyst particles are adsorbed on the anion exchange resin filled in any of the small desalting chambers.

[実施例3及び比較例3]
実施例3及び比較例3では、実施例1及び比較例1のEDI装置と同じ構成であり、脱塩室、濃縮室、陽極室及び陰極室の寸法やそれらに充填されるイオン交換樹脂も実施例1と同じであるが、セルセットの繰り返し回数Nを1としたEDI装置を使用した。実施例3の装置において、使用した触媒粒子は実施例1で使用したものと同じ規格のものであり、アニオン交換樹脂の処理方法も実施例1の場合と同じにした。
[Example 3 and Comparative Example 3]
Example 3 and Comparative Example 3 have the same configuration as the EDI apparatus of Example 1 and Comparative Example 1, and the dimensions of the desalination chamber, the concentration chamber, the anode chamber, and the cathode chamber and the ion exchange resin filled in them are also implemented. The same EDI apparatus as in Example 1 but with the cell set repetition count N set to 1 was used. In the apparatus of Example 3, the catalyst particles used were of the same standard as those used in Example 1, and the treatment method of the anion exchange resin was also the same as in Example 1.

被処理水及び供給水として、導電率が1μS/cm以下である純水を使用し、被処理水流量を60L/h、濃縮水流量を10L/h、電極水流量を10L/hに設定した。そして、表3の印加電流密度の欄に示す印加電流密度となるようにEDI装置に電圧を印加し、1時間が経過した時点での運転電圧を求めた。結果を表3に示す。表3において矢印は測定時の電圧の挙動を示すものであり、右向き矢印(→)は安定傾向であったことを示し、上向き矢印(↑)は上昇傾向にあったことを示している。矢印によって電圧の挙動を示すことは、これ以降の各表においても同様である。   Pure water having a conductivity of 1 μS / cm or less was used as the water to be treated and the supply water, the water flow to be treated was set to 60 L / h, the flow rate of concentrated water was set to 10 L / h, and the flow rate of electrode water was set to 10 L / h. . And the voltage was applied to the EDI apparatus so that it might become the applied current density shown in the column of the applied current density of Table 3, and the operating voltage when 1 hour passed was calculated | required. The results are shown in Table 3. In Table 3, the arrow indicates the behavior of the voltage at the time of measurement, the right arrow (→) indicates a stable tendency, and the upward arrow (↑) indicates an upward tendency. The behavior of the voltage indicated by the arrow is the same in the following tables.

Figure 2018117035
Figure 2018117035

実施例3と比較例3の結果より、被処理水の導電率が小さいと比較例3では運転電圧の上昇傾向が発現し、触媒粒子による処理を行なわない場合には運転電圧が著しく上昇して、実用的な印加電流密度での運転が行うことができないことが判明した。   From the results of Example 3 and Comparative Example 3, if the conductivity of the water to be treated is small, a tendency to increase the operating voltage appears in Comparative Example 3, and if the treatment with the catalyst particles is not performed, the operating voltage increases remarkably. It has been found that operation at a practical applied current density cannot be performed.

[実施例4及び比較例4]
実施例3及び比較例3と同じEDI装置であるが、脱塩室に充填されるイオン交換体として、イオン交換基として第4級アンモニウム基を有するスチレン系の強塩基性アニオン交換樹脂であるアンバーライト(登録商標)IRA402BL(ダウ・ケミカル社製、見掛けの密度の参考値:約715g/L)のみを使用し、脱塩室を単床構成のものとした。実施例4で使用するアニオン交換樹脂については、あらかじめ、実施例1で説明した方法と同じ処理を行なって、その表面にアパタルジャイトを吸着させた。被処理水及び供給水として実施例3と同じものを使用し、各室への通水流量も実施例3と同じにし、表4の印加電流密度の欄に示す印加電流密度となるようにEDI装置に電圧を印加し、1時間が経過した時点での運転電圧を求めた。
[Example 4 and Comparative Example 4]
Amber, which is the same EDI apparatus as in Example 3 and Comparative Example 3, but is a styrenic strong basic anion exchange resin having a quaternary ammonium group as an ion exchange group as an ion exchanger filled in a desalting chamber Only Light (registered trademark) IRA402BL (manufactured by Dow Chemical Co., Ltd., apparent density reference value: about 715 g / L) was used, and the desalting chamber was configured as a single bed. About the anion exchange resin used in Example 4, the same process as the method demonstrated in Example 1 was performed previously, and the apatalite was made to adsorb | suck to the surface. The same water as in Example 3 is used as the water to be treated and the supply water, the flow rate of water to each chamber is the same as in Example 3, and the EDI is set to the applied current density shown in the column of applied current density in Table 4. A voltage was applied to the apparatus, and the operating voltage at the time when 1 hour had elapsed was determined.

Figure 2018117035
Figure 2018117035

実施例4及び比較例4の結果より、実施例1,3のように混床のイオン交換樹脂を脱塩室に充填する場合に比べ、単床のイオン交換樹脂を充填する場合に、触媒粒子を吸着させることの効果が特に増すことが分かった。   From the results of Example 4 and Comparative Example 4, compared with the case where the mixed bed ion exchange resin is filled in the desalting chamber as in Examples 1 and 3, the catalyst particles are more charged when the single bed ion exchange resin is filled. It has been found that the effect of adsorbing is particularly increased.

[実施例5]
図1に示す脱イオン水製造システムを組み立てた。脱イオン水製造システムに設けられるEDI装置としては、実施例2−1で用いたEDI装置においてセルセットの繰り返し数Nを5としたものを使用した。使用するイオン交換樹脂及びイオン交換膜、各室の寸法なども実施例2−1と同じであるが、イオン交換膜への触媒粒子の吸着は行なわなかった。その代わり、EDI装置で使用されるアニオン交換樹脂に対し、あらかじめ、実施例1で示した方法と同じ方法でアタパルジャイトを吸着させ、実施例2−1ではアニオン交換膜であった中間イオン交換膜をカチオン交換膜に変更した。この構成にすることで、第1小脱塩室のアタパルジャイトを吸着させたアニオン交換樹脂と中間イオン交換膜との間で水解離反応を促進することが可能になる。実施例5では、2段の逆浸透膜装置を通過した透過水をEDI装置の被処理水として使用しており、その導電率は2±1μS/cmであり、ナトリウム濃度は100μg/Lであり、シリカ濃度は50μg/Lであった。供給水としては、逆浸透膜透過水を使用した。
[Example 5]
The deionized water production system shown in FIG. 1 was assembled. As the EDI apparatus provided in the deionized water production system, the EDI apparatus used in Example 2-1 with a cell set repetition number N of 5 was used. The ion exchange resin and ion exchange membrane used, the dimensions of each chamber, etc. were the same as in Example 2-1, but no catalyst particles were adsorbed on the ion exchange membrane. Instead, attapulgite is adsorbed in advance to the anion exchange resin used in the EDI apparatus by the same method as shown in Example 1, and an intermediate ion exchange membrane that was an anion exchange membrane in Example 2-1 was used. Changed to a cation exchange membrane. With this configuration, the water dissociation reaction can be promoted between the anion exchange resin adsorbing the attapulgite in the first small desalting chamber and the intermediate ion exchange membrane. In Example 5, the permeated water that passed through the two-stage reverse osmosis membrane device is used as the water to be treated in the EDI device, the conductivity is 2 ± 1 μS / cm, and the sodium concentration is 100 μg / L. The silica concentration was 50 μg / L. As the feed water, reverse osmosis membrane permeated water was used.

被処理水流量を800L/h、濃縮水流量を80L/h、電極水流量を20L/hとし、印加電流密度を0.5A/dm2として、EDI装置から流れ出る脱イオン水の水質と運転電圧とを求めた。結果を表5に示す。The water quality and operating voltage of deionized water flowing out from the EDI device with the treated water flow rate of 800 L / h, the concentrated water flow rate of 80 L / h, the electrode water flow rate of 20 L / h, and the applied current density of 0.5 A / dm 2. And asked. The results are shown in Table 5.

Figure 2018117035
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実施例5の結果から、2段の逆浸透膜装置を通過した透過水のように残留イオン濃度が低くて導電率が低い被処理水を用いる場合であっても、EDI装置における電流密度を大きくすることが可能になり、また、被処理水の流量も大きくできることが分かった。EDI装置におけるセルセットあたりの被処理水流量で比較すると、実施例5での流量は、実施例2での流量の2.67倍となる。   From the results of Example 5, the current density in the EDI apparatus is increased even when treated water with low residual ion concentration and low conductivity is used, such as permeated water that has passed through the two-stage reverse osmosis membrane apparatus. It has become possible to increase the flow rate of the water to be treated. When compared with the flow rate of water to be treated per cell set in the EDI apparatus, the flow rate in Example 5 is 2.67 times the flow rate in Example 2.

[実施例6]
図3に示す脱イオン水製造システムを組み立てた。この脱イオン水製造システムには、直列に接続された2つのEDI装置10,15が用いられるが、いずれのEDI装置10,15にも実施例5で説明したものと同じEDI装置を使用した。2段に接続された膜浸透装置51,52を備える上に2段のEDI装置10,15を使用していることにより、2段目のEDI装置10に供給される被処理水は、比抵抗が16±2MΩ・cm(すなわち導電率は0.0635±0.008μS/cm)と極めて導電率が小さく、また、そのホウ素濃度は、1±0.2μg/Lであった。1段目のEDI装置15の供給水としては、逆浸透膜透過水を使用し、2段目のEDI装置10の供給水には、1段目のEDI装置15の処理水、すなわち1段目のEDI装置15からの脱イオン水を使用した。
[Example 6]
The deionized water production system shown in FIG. 3 was assembled. In this deionized water production system, two EDI apparatuses 10 and 15 connected in series are used, and the same EDI apparatus as that described in Example 5 was used for both EDI apparatuses 10 and 15. By providing the membrane permeation devices 51 and 52 connected in two stages and using the two-stage EDI apparatuses 10 and 15, the water to be treated supplied to the second-stage EDI apparatus 10 has a specific resistance. Was 16 ± 2 MΩ · cm (that is, the conductivity was 0.0635 ± 0.008 μS / cm), and the conductivity was extremely small, and the boron concentration was 1 ± 0.2 μg / L. Reverse osmosis membrane permeated water is used as the supply water for the first-stage EDI apparatus 15, and the treated water of the first-stage EDI apparatus 15 is used as the supply water for the second-stage EDI apparatus 10, that is, the first-stage EDI apparatus 15. Deionized water from the EDI unit 15 was used.

1段目のEDI装置15における被処理水流量を570L/h、濃縮水流量を50L/h、電極水流量を20L/hとし、2段目のEDI装置10における被処理水流量を500L/h、濃縮水流量を50L/h、電極水流量を20L/hとした。EDI装置10,15での印加電流密度をいずれも0.8A/dm2として、2段目のEDI装置10からの流れ出る脱イオン水の水質及びホウ素濃度と運転電圧とを求めた。結果を表6に示す。The treated water flow rate in the first stage EDI device 15 is 570 L / h, the concentrated water flow rate is 50 L / h, the electrode water flow rate is 20 L / h, and the treated water flow rate in the second stage EDI device 10 is 500 L / h. The concentrated water flow rate was 50 L / h, and the electrode water flow rate was 20 L / h. The applied current density in the EDI apparatuses 10 and 15 was both 0.8 A / dm 2 , and the water quality and boron concentration of the deionized water flowing out from the second-stage EDI apparatus 10 and the operating voltage were determined. The results are shown in Table 6.

Figure 2018117035
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EDI装置を2段接続して不純物濃度が極めて低い脱イオン水を得ようとする場合、2段目のEDI装置に供給される被処理水の導電率が低いことから2段目のEDI装置の運転電圧が上昇することが懸念されるが、実施例6の結果から、本発明に基づくEDI装置を使用することによって、運転電圧の上昇を抑えることができることが分かった。本発明に基づけば、より高純度の脱イオン水を容易に得ることができるようになる。また、ホウ素は通常の脱塩処理によっては除去が難しい元素として知られているが、実施例6によれば、ng/Lのオーダーまで除去できることが分かった。   When two stages of EDI apparatuses are connected to obtain deionized water having an extremely low impurity concentration, the conductivity of the water to be treated supplied to the second stage EDI apparatus is low, so the second stage EDI apparatus Although it is feared that the operating voltage increases, the results of Example 6 show that the increase in the operating voltage can be suppressed by using the EDI device according to the present invention. Based on the present invention, higher-purity deionized water can be easily obtained. Boron is known as an element that is difficult to remove by ordinary desalting treatment, but according to Example 6, it was found that boron can be removed to the order of ng / L.

[実施例7]
図1に示す脱イオン水製造システムを組み立てた。脱イオン水製造システムに設けられるEDI装置としては、図8に示したEDI装置を使用し、セルセットの繰り返し回数Nを5とした。被処理水の流れに沿って上流側からカチオン交換樹脂層、アニオン交換樹脂層、カチオン交換樹脂層及びアニオン交換樹脂層がこの順で配置するように、脱塩室を複層床構成とした。使用したイオン交換膜及びイオン交換樹脂は、実施例1の場合と同じであり、アニオン交換樹脂に対しては、あらかじめ、実施例1と同様の処理方法によりアパタルジャイトを吸着させた。脱塩室、濃縮室、陽極室及び陰極室の寸法も実施例1の場合と同様である。実施例7では、2段の逆浸透膜装置を通過した透過水をEDI装置の被処理水として使用しており、その導電率は1.5±0.2μS/cmであった。供給水としては、逆浸透膜透過水を使用した。
[Example 7]
The deionized water production system shown in FIG. 1 was assembled. As the EDI apparatus provided in the deionized water production system, the EDI apparatus shown in FIG. The desalting chamber was configured as a multilayer bed so that the cation exchange resin layer, the anion exchange resin layer, the cation exchange resin layer, and the anion exchange resin layer were arranged in this order from the upstream side along the flow of the water to be treated. The ion exchange membrane and ion exchange resin used were the same as those in Example 1. Apatalite was adsorbed in advance on the anion exchange resin by the same treatment method as in Example 1. The dimensions of the desalting chamber, the concentration chamber, the anode chamber, and the cathode chamber are the same as those in the first embodiment. In Example 7, the permeated water that passed through the two-stage reverse osmosis membrane device was used as the water to be treated in the EDI device, and its conductivity was 1.5 ± 0.2 μS / cm. As the feed water, reverse osmosis membrane permeated water was used.

被処理水流量を1000L/h、濃縮水流量を100L/h、電極水流量を20L/hとし、印加電流密度を0.6A/dm2として、1000時間の運転後の運転電圧を測定したところ、18Vであった。When the treated water flow rate was 1000 L / h, the concentrated water flow rate was 100 L / h, the electrode water flow rate was 20 L / h, the applied current density was 0.6 A / dm 2 , and the operating voltage after 1000 hours of operation was measured. 18V.

実施例1と実施例7とを比較すると、セルセットあたりの運転電圧は実施例1では4.0Vであるのに対し実施例7では3.6Vであった。実施例7での電流密度は実施例1での電流密度の2倍であり、しかも被処理水の導電率は実施例7の方が低いにもかかわらず、セルセットあたりの運転電圧は実施例7の方が実施例1よりも低いことは、脱塩室内のイオン交換体の構成を混床構成とするよりも複層床構成とすることによって、アニオン交換樹脂にアパタルジャイトを吸着させることの顕著な効果が得られることを示している。また、EDI装置のセルセットあたりの被処理水流量で比較すると、実施例7での流量は実施例1での流量の3.33倍となる。   When Example 1 was compared with Example 7, the operating voltage per cell set was 4.0 V in Example 1 and 3.6 V in Example 7. Although the current density in Example 7 is twice the current density in Example 1, and the conductivity of the water to be treated is lower in Example 7, the operating voltage per cell set is in Example. 7 is lower than that of Example 1 because the ion exchanger in the desalting chamber has a multi-layered structure rather than a mixed-bed structure to adsorb the apatalite to the anion exchange resin. It is shown that a remarkable effect can be obtained. Further, when compared with the flow rate of water to be treated per cell set of the EDI apparatus, the flow rate in Example 7 is 3.33 times the flow rate in Example 1.

10,15 電気式脱イオン水製造装置(EDI装置)
11 陽極
12 陰極
51,52 逆浸透膜装置
21 陽極室
22,24 濃縮室
26 第1小脱塩室
27 第2小脱塩室
23 脱塩室
25 陰極室
31,33 カチオン交換膜(CEM)
32,34 アニオン交換膜(AEM)
36 中間イオン交換膜(IIEM)
41 カチオン交換体
42 アニオン交換体
43 触媒粒子
10,15 Electric deionized water production equipment (EDI equipment)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Anode 12 Cathode 51,52 Reverse osmosis membrane apparatus 21 Anode chamber 22,24 Concentration chamber 26 First small desalination chamber 27 Second small desalination chamber 23 Desalination chamber 25 Cathode chamber 31, 33 Cation exchange membrane (CEM)
32, 34 Anion exchange membrane (AEM)
36 Intermediate ion exchange membrane (IIEM)
41 Cation exchanger 42 Anion exchanger 43 Catalyst particles

Claims (26)

原水が供給されて脱イオン水を製造する脱イオン水製造システムであって、
原水が供給される逆浸透膜装置と、
イオン交換膜で区画され前記逆浸透膜装置の透過水が供給される脱塩室を有する電気式脱イオン水製造装置と、
を備え、
前記脱塩室の内部にイオン交換体が充填され、
前記イオン交換膜の少なくとも一部、及び、前記イオン交換体の少なくとも一部、の少なくとも一方の表面に、多価金属を含む粒子が吸着されている脱イオン水製造システム。
A deionized water production system in which raw water is supplied to produce deionized water,
A reverse osmosis membrane device to which raw water is supplied;
An electric deionized water production apparatus having a demineralization chamber partitioned by an ion exchange membrane and supplied with permeate of the reverse osmosis membrane device;
With
The inside of the desalting chamber is filled with an ion exchanger,
A deionized water production system in which particles containing a polyvalent metal are adsorbed on at least one surface of at least part of the ion exchange membrane and at least part of the ion exchanger.
前記脱塩室に充填される前記イオン交換体は、アニオン交換体及びカチオン交換体のいずれか一方である、請求項1に記載の脱イオン水製造システム。   The deionized water production system according to claim 1, wherein the ion exchanger filled in the demineralization chamber is one of an anion exchanger and a cation exchanger. 前記脱塩室において、前記脱塩室での水の流れの方向に沿ってカチオン交換体とアニオン交換体とが交互に配置している、請求項1に記載の脱イオン水製造システム。   The deionized water production system according to claim 1, wherein in the desalting chamber, cation exchangers and anion exchangers are alternately arranged along the direction of water flow in the desalting chamber. 前記逆浸透膜装置は、それぞれ逆浸透膜を備える装置を2段直列に接続した構成を有する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の脱イオン水製造システム。   The deionized water production system according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the reverse osmosis membrane devices has a configuration in which devices each having a reverse osmosis membrane are connected in two stages in series. 前記電気式脱イオン水製造装置の前記脱塩室に供給される前記透過水におけるナトリウム濃度が100μg/L以下であり、シリカ濃度が50μg/L以下である、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の脱イオン水製造システム。   The sodium concentration in the permeate supplied to the demineralization chamber of the electric deionized water production apparatus is 100 μg / L or less, and the silica concentration is 50 μg / L or less. Deionized water production system according to item. 前記電気式脱イオン水製造装置の前記脱塩室に供給される前記透過水の導電率が3μS/cm以下である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の脱イオン水製造システム。   The deionized water production system according to any one of claims 1 to 5, wherein a conductivity of the permeated water supplied to the demineralization chamber of the electric deionized water production apparatus is 3 µS / cm or less. 前記逆浸透膜装置と前記電気式脱イオン水製造装置との間に追加の電気式脱イオン水製造装置を備え、
前記逆浸透膜装置の透過水が、前記追加の電気式脱イオン水製造装置の脱塩室を経由して前記電気式脱イオン水製造装置の前記脱塩室に供給される、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の脱イオン水製造システム。
An additional electrical deionized water production device is provided between the reverse osmosis membrane device and the electrical deionized water production device,
The permeated water of the reverse osmosis membrane device is supplied to the demineralization chamber of the electric deionized water production device via the demineralization chamber of the additional electric deionized water production device. The deionized water production system according to any one of 6.
前記電気式脱イオン製造装置の前記脱塩室から排出される脱イオン水中のホウ素濃度が10ng/L以下となるように前記電気式脱イオン製造装置が運転される、請求項7に記載の脱イオン水製造システム。   8. The deionization apparatus according to claim 7, wherein the electric deionization production apparatus is operated so that a boron concentration in deionized water discharged from the demineralization chamber of the electric deionization production apparatus is 10 ng / L or less. Ionized water production system. 前記粒子はケイ酸塩からなる、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の脱イオン水製造システム。   The deionized water production system according to any one of claims 1 to 8, wherein the particles are made of silicate. 前記粒子は、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸カルシウムマグネシウム、アルミノケイ酸塩、及びケイ酸塩鉱物の少なくとも1つからなる、請求項9に記載の脱イオン水製造システム。   The deionized water production system according to claim 9, wherein the particles are made of at least one of aluminum silicate, magnesium silicate, calcium silicate, calcium magnesium silicate, aluminosilicate, and silicate mineral. 前記粒子は、アタパルジャイト、セピオライト、及びワラストナイトの少なくとも1つからなる、請求項10に記載の脱イオン水製造システム。   The deionized water production system according to claim 10, wherein the particles are made of at least one of attapulgite, sepiolite, and wollastonite. 陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室との間に少なくとも1つの脱塩室を備え、前記脱塩室は前記陽極に向いた側に位置するアニオン交換膜と前記陰極に向いた側に位置するカチオン交換膜とによって区画され、前記脱塩室内にアニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも一方が充填されている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、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換体及び前記カチオン交換体の少なくとも1つの表面に、多価金属を含む粒子を吸着させたことを特徴とする、電気式脱イオン水製造装置。
At least one demineralization chamber is provided between an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode, and the demineralization chamber is located on the side facing the anode and the side facing the cathode In the electric deionized water production apparatus, the deionization chamber is filled with at least one of an anion exchanger and a cation exchanger.
An apparatus for producing electrical deionized water, wherein particles containing a polyvalent metal are adsorbed on at least one surface of the anion exchange membrane, the cation exchange membrane, the anion exchanger, and the cation exchanger.
前記粒子はケイ酸塩からなる、請求項12に記載の電気式脱イオン水製造装置。   The electric deionized water production apparatus according to claim 12, wherein the particles are made of silicate. 前記粒子は、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸カルシウムマグネシウム、アルミノケイ酸塩、及びケイ酸塩鉱物の少なくとも1つからなる、請求項13に記載の電気式脱イオン水製造装置。   The electric deionized water production apparatus according to claim 13, wherein the particles are made of at least one of aluminum silicate, magnesium silicate, calcium silicate, calcium magnesium silicate, aluminosilicate, and silicate mineral. . 前記粒子は、アタパルジャイト、セピオライト、及びワラストナイトの少なくとも1つからなる、請求項14に記載の電気式脱イオン水製造装置。   The electric deionized water production apparatus according to claim 14, wherein the particles are made of at least one of attapulgite, sepiolite, and wollastonite. 前記粒子が前記アニオン交換膜及び前記アニオン交換体の少なくとも一方の表面に吸着している、請求項12乃至15のいずれか1項に記載の電気式脱イオン水製造装置。   The electric deionized water production apparatus according to any one of claims 12 to 15, wherein the particles are adsorbed on a surface of at least one of the anion exchange membrane and the anion exchanger. 前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜の少なくとも一方が不均質イオン交換膜である、請求項12乃至16のいずれか1項に記載の電気式脱イオン水製造装置。   The electric deionized water production apparatus according to any one of claims 12 to 16, wherein at least one of the anion exchange membrane and the cation exchange membrane is a heterogeneous ion exchange membrane. 前記アニオン交換体及び前記カチオン交換体の体積に対する前記粒子の体積が1体積%未満である、請求項12乃至17のいずれか1項に記載の電気式脱イオン水製造装置。   The electric deionized water production apparatus according to any one of claims 12 to 17, wherein the volume of the particles with respect to the volume of the anion exchanger and the cation exchanger is less than 1% by volume. 前記脱塩室に前記アニオン交換体及び前記カチオン交換体のいずれか一方が充填される、請求項12乃至18のいずれか1項に記載の電気式脱イオン水製造装置。   The electric deionized water production apparatus according to any one of claims 12 to 18, wherein the demineralization chamber is filled with one of the anion exchanger and the cation exchanger. 前記脱塩室において、前記脱塩室での水の流れの方向に沿って前記アニオン交換体と前記カチオン交換体とが交互に配置している、請求項12乃至18のいずれか1項に記載の電気式脱イオン水製造装置。   In the said desalting chamber, the said anion exchanger and the said cation exchanger are arrange | positioned alternately along the direction of the flow of the water in the said desalting chamber. Electric deionized water production equipment. 前記脱塩室は、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を備えて該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、前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜によって区画される前記第1小脱塩室には少なくとも前記アニオン交換体が充填され、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜によって区画される前記第2小脱塩室には少なくとも前記カチオン交換体が充填され、前記第1小脱塩室及び前記第2小脱塩室のうちの一方の小脱塩室に前記被処理水が供給されて当該一方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、前記第1小脱塩室及び前記第2小脱塩室が連通している、請求項12乃至18のいずれか1項に記載の電気式脱イオン水製造装置。   The desalting chamber includes an intermediate ion exchange membrane positioned between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane, and is partitioned into a first small desalting chamber and a second small desalting chamber by the intermediate ion exchange membrane. The first small desalting chamber defined by the anion exchange membrane and the intermediate ion exchange membrane is filled with at least the anion exchanger, and the second is defined by the cation exchange membrane and the intermediate ion exchange membrane. The small desalting chamber is filled with at least the cation exchanger, and the treated water is supplied to one of the first small desalting chamber and the second small desalting chamber. The first small desalting chamber and the second small desalting chamber communicate with each other so that water flowing out from the small desalting chamber flows into the other small desalting chamber. The electric deionized water production apparatus according to claim 1. 前記粒子が前記中間イオン交換膜の表面に吸着している、請求項21に記載の電気式脱イオン水製造装置。   The electric deionized water production apparatus according to claim 21, wherein the particles are adsorbed on the surface of the intermediate ion exchange membrane. 請求項12乃至22のいずれか1項に電気式脱イオン水製造装置を使用する脱イオン水の製造方法において、
前記脱塩室における電流密度が0.3A/dm2以上10A/dm2以下となるように前記陽極と前記陰極との間に前記直流電圧を印加しつつ前記脱塩室に被処理水を流して脱イオン水を得ることを特徴とする脱イオン水の製造方法。
In the manufacturing method of the deionized water which uses an electric deionized water manufacturing apparatus in any one of Claims 12 thru | or 22,
Water to be treated is allowed to flow into the desalting chamber while applying the DC voltage between the anode and the cathode so that the current density in the desalting chamber is 0.3 A / dm 2 or more and 10 A / dm 2 or less. To obtain deionized water.
陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室との間に少なくとも1つの脱塩室を備え、前記脱塩室は前記陽極に向いた側に位置するアニオン交換膜と前記陰極に向いた側に位置するカチオン交換膜とによって区画され、前記脱塩室内にアニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも一方が充填されている電気式脱イオン水製造装置を用いた脱イオン水の製造方法において、
前記アニオン交換膜、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換体及び前記カチオン交換体の少なくとも1つの表面に、多価金属を含む粒子を吸着させる工程と、
前記吸着させる工程ののち、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脱塩室に被処理水を流して脱イオン水を得る工程と、
を有することを特徴とする脱イオン水の製造方法。
At least one demineralization chamber is provided between an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode, and the demineralization chamber is located on the side facing the anode and the side facing the cathode In the method for producing deionized water using an electric deionized water production apparatus, which is partitioned by a cation exchange membrane located in the deionization chamber and at least one of an anion exchanger and a cation exchanger is filled in the demineralization chamber,
Adsorbing particles containing a polyvalent metal on at least one surface of the anion exchange membrane, the cation exchange membrane, the anion exchanger, and the cation exchanger;
After the adsorbing step, deionized water is obtained by flowing water to be treated into the desalting chamber while applying a DC voltage between the anode and the cathode;
A process for producing deionized water, comprising:
アニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも一方が充填されている少なくとも1つの脱塩室を陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室との間に備える電気式脱イオン水製造装置において用いられ、前記脱塩室において前記陽極に向いた側に位置して前記脱塩室を区画するアニオン交換膜、前記脱塩室において前記陰極に向いた側に位置して前記脱塩室を区画するカチオン交換膜、及び前記脱塩室内をさらに小脱塩室に区画する中間イオン交換膜の少なくとも1つであるイオン交換膜において、
前記イオン交換膜の表面に、多価金属を含む粒子を吸着させたことを特徴とする、電気式脱イオン水製造装置用イオン交換膜。
Used in an electric deionized water production apparatus comprising at least one demineralization chamber filled with at least one of an anion exchanger and a cation exchanger between an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode. An anion-exchange membrane that is positioned on the side facing the anode in the desalting chamber and partitions the desalting chamber; a cation that is positioned on the side facing the cathode in the desalting chamber and partitions the desalting chamber In an ion exchange membrane that is at least one of an exchange membrane and an intermediate ion exchange membrane that further partitions the desalting chamber into small desalting chambers,
An ion exchange membrane for an electrical deionized water production apparatus, wherein particles containing a polyvalent metal are adsorbed on the surface of the ion exchange membrane.
陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室との間に少なくとも1つの脱塩室を備え、前記脱塩室は前記陽極に向いた側に位置するアニオン交換膜と前記陰極に向いた側に位置するカチオン交換膜とによって区画されている電気式脱イオン水製造装置において用いられ、アニオン交換体及びカチオン交換体の少なくとも一方を含み前記脱塩室内に充填されるイオン交換体において、
前記イオン交換体の表面に、多価金属を含む粒子を吸着させたことを特徴とする、電気式脱イオン水製造装置用イオン交換体。
At least one demineralization chamber is provided between an anode chamber having an anode and a cathode chamber having a cathode, and the demineralization chamber is located on the side facing the anode and the side facing the cathode An ion exchanger that is used in an electric deionized water production apparatus partitioned by a cation exchange membrane located at a position and includes at least one of an anion exchanger and a cation exchanger, and is filled in the demineralization chamber.
An ion exchanger for an electrical deionized water production apparatus, wherein particles containing a polyvalent metal are adsorbed on the surface of the ion exchanger.
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