WO2004071968A1 - 電気脱イオン装置及びその運転方法 - Google Patents
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Definitions
- the plate-and-frame-type electrodeionization apparatus has a flat membrane shape in which an anode, a cathode, and a concentration chamber and a desalination chamber (dilution chamber) are alternately formed between the anode and the cathode. It has a cation exchange membrane and an anion exchange membrane.
- the desalting chamber is filled with an ion exchanger such as an ion exchange resin.
- the water to be desalinated is circulated through the desalting chamber, and the ions in the water pass through the ion exchange membrane and move from the desalting chamber to the concentration chamber.
- the concentration chamber and the desalination chamber are partitioned by the ion exchange membrane between the anode and the cathode, and the water to be treated is passed through the deionization chamber.
- the concentrated ice is supplied such that the concentrated water flows into the concentrating chamber from a side near the outlet of the desalting chamber and flows out from a side near the inlet of the desalting chamber.
- An inflow means and an outflow means are provided, and a means for removing anion from the concentrated water flowing into the concentration chamber is provided.
- the raw water may be supplied to the desalination chamber after the anion removal treatment, whereby the anion concentration of the production water can be further reduced.
- the anion removal treatment a reverse osmosis treatment and a deaeration treatment are preferable, and in particular, a multistage reverse osmosis treatment and a further deaeration treatment are preferable.
- FIG. 1 is a schematic sectional view of an electric deflection device according to an embodiment.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an electrodeionization apparatus 10 showing one example of the first and second aspects.
- a plurality of anion exchange membranes (A membranes) 13 and cation exchange membranes (C membranes) 14 are alternately arranged between electrodes (anode 11 and cathode 12).
- a membranes anion exchange membranes
- C membranes cation exchange membranes
- 5 and a desalting chamber 16 are alternately formed.
- an anion exchanger and a cation exchanger composed of an ion exchange resin, an ion exchange fiber or a graft exchanger are mixed or mixed. Packed in layers.
- FIGS. 7A and 7B the upper side in FIG. 7A is the inlet side, and the lower side is the outlet side in FIG. 7A, and water flows from the top to the bottom in the desalination chamber 16.
- the concentration chamber 15 the direction crossing the water flow direction in the desalting chamber 16 (the orthogonal direction in FIG. 7 a (the orthogonal direction is not necessarily strict, (Including a range of about 100 °) is provided. Is divided into two upper and lower stages in the figure, and water is passed through each of the concentrated water distribution sections 15a and 15b from the near side to the back side of the figure.
- the concentrated wastewater from the concentration chamber 15 A of the first electrodeionization apparatus 1 has a high boron concentration of 30 ppb, and part of the wastewater is returned to the inlet side of the concentration chamber 15 A, and the remainder is concentrated. Released as wastewater.
- Raw water flows through the co-current flow system into the enrichment room 15 A of the first electrodeion device 1 to become primary enriched water having a boron concentration of 30 ppb, and is discharged.
- the electrodeionization apparatus 8 there are a concentration chamber 8A on the anion membrane 8a side of the desalting chamber 8D and a concentration chamber 8B on the cation membrane 8c side, and only the anion component concentrated in the concentration chamber 8A is discharged.
- the concentration chamber 8B in which the cations are concentrated is supplied to the concentration chamber 15 of the electrodeionization apparatus 10 together with the demineralized water from the desalination chamber 8D.
- the electrodeionization device 8 thus removes and reduces only the ayon component.
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Abstract
濃縮室からのホウ素の濃度拡散を抑制し、これにより極低ホウ素濃度の生産水を得ることができる電気脱イオン装置とその運転方法が提供される。原水は脱塩室１６に導入され、脱塩室１６からは生産水が取り出される。この生産水の一部は、濃縮室１５に脱塩室１６の通水方向とは逆方向に向流一過式で通水され、濃縮室１５の流出水は系外へ排出される。脱塩室１６の生産水取り出し側に濃縮室１５の流入口が設けられており、脱塩室１６の原水流入側に濃縮室１５の流出口が設けられている。濃縮室から流出する濃縮水のホウ素濃度は生産水のホウ素濃度の５００倍以下又は１０ｐｐｂ以下である。
Description
電気脱ィオン装置及びその運転方法 発明の分野
本発明は、 ホウ素濃度の低い生産水又はァ-オン濃度の低い生産水を生産するた めの電気脱イオン装置及びその運転方法に関する。 発明の背景
純水、超純水等を製造する分野などにおいて電気脱ィォン装置が用いられている。 プレートアンドフレーム型の電気脱イオン装置は、 陽極と、 陰極と、 該陽極、 陰極 間に濃縮室と脱塩室 （希釈室） とを交互に形成するように交互に配置された平膜状 の陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を有する。 脱塩室にはイオン交換樹脂等のィ オン交換体が充填されている。 この脱塩室に脱塩処理すべき水が流通され、 水中の ィオンがィオン交換膜を透過して脱塩室から濃縮室に移動する。
特開 2 0 0 2— 2 0 5 0 6 9号には、 シリカ濃度及ぴホウ素濃度の低い生産水を 生産するために、 濃縮水として、 原水よりシリカ又はホウ素濃度の低い水を、 脱塩 室の脱ィオン水取り出し口に近い側から該濃縮室内に導入すると共に、 該濃縮室の うち脱塩室の原水入口に近い側から流出させ、 この濃縮室から流出した濃縮水の少 なくとも一部を系外へ排出することが記載されている。
同号公報では、 濃縮水として原水よりシリカ又はホウ素濃度の低い水を用い、 し かも、 このように水質の良好な水を、 脱塩室の脱イオン水 （生産水） 取り出し側か ら原水流入側へ向かう方向に濃縮室に通水することにより、 シリカ、 ホウ素濃度を 極低濃度にまで低減した高水質の生産水を得ることができる。 発明の概要
本発明は、 濃縮室からのホウ素の濃度拡散を十分に抑制し、 これにより極低ホウ 素濃度の生産水を得ることができる電気脱ィオン装置の運転方法と電気脱イオン装 置を提供することを目的とする。 また、 本発明は、 濃縮室からの炭酸イオン等のァ
二オンの濃度拡散を十分に抑制し、 これにより極低炭酸濃度の生産水を得ることが できる電気脱ィオン装置の運転方法と電気脱ィオン装置を提供することを目的とす る。
本発明の第 1ァスぺクトに係る電気脱イオン装置の運転方法は、 陽極と陰極との 間にィォン交換膜によつて濃縮室と脱塩室とが区画された電気脱ィオン装置の運転 方法であって、 濃縮水を該濃縮室に流通させると共に、 原水を被処理水として脱塩 室に流通させ、 生産水として該脱塩室から取り出す運転方法において、 該濃縮室か ら流出する濃縮水のホウ素濃度を生産水のホウ素濃度の 5 0 0倍以下又は 1 0 p p b以下とすることを特徴とするものである。
本発明の第 2ァスぺクトに係る電気脱イオン装置は、 陽極と陰極との間にイオン 交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画され、 濃縮水が該濃縮室に流通され、 原水 が被処理水として脱塩室に流通され、 生産水として取り出される電気脱イオン装置 において、 該濃縮室から流出する濃縮水のホウ素濃度を生産水のホウ素濃度の 5 0 0倍以下、 又は 1 0 p p b以下とする手段を備えたことを特徴とするものである。 第 1及び第 2アスペク トでは、 ホウ素濃度が著しく低い例えば 0 . 1 p p b以下 の高純度の生産水の製造するために、 濃縮室から流出する濃縮水のホウ素濃度を低 くする。
被処理水の流れ方向に沿って複数個の脱塩室及ぴ濃縮室が設けられている場合に は、 最も下流側の濃縮室から流出する濃縮水のホウ素濃度を最も下流側の脱塩室か ら流出する生産水のホウ素濃度の 5 0 0倍以下又は 1 0 p p b以下とすることが好 ましい。 これにより、 濃縮室の出口近傍においても濃縮室から脱塩室に向うホウ素 濃度勾配が比較的小さくなり、 濃縮室から脱塩室へのホウ素の拡散が抑制され、 生 産水のホウ素濃度を低くすることができる。
第 1及び第 2ァスぺクトでは、 電気脱イオン装置に導入される原水を前処理する ことが好ましく、 特に、 水道水等の原水を M F膜等による除濁や、 活性炭等の脱塩 素処理後、 R O処理を行うことが望ましい。 更には脱気処理を行っても良い。 特に、 生産水のホウ素濃度を 0 . 0 0 5 p p b以下とする際には、 2段 R O (逆 浸透） 処理を行い、 電気脱イオン装置の給水の負荷を下げること （例えば 3 p p b 以下） が更に望ましい。
脱塩室にはイオン交換体が充填されていてもよい。
水質の良質な水を低電気伝導度、 高比抵抗の水を濃縮室に通水すると濃縮室の電 気抵抗が高くなり、 電流値を確保し得ない可能性がある。 そこで、 濃縮室にもィォ ン交換樹脂等のィオン交換体や、 活性炭又はその他の電気導電体を充填して必要電 流を確保するようにしてもよい。
本発明の第 3ァスぺクトに係る電気脱イオン装置の運転方法は、 脱イオン装置の 運転方法であって、 被処理水を該脱塩室に流通させ、 濃縮水を該濃縮室に流通させ る運転方法において、 該濃縮水として、 ァニオン除去処理手段で処理された低ァニ オン濃度水を、 脱塩室出口に近い側から該濃縮室に流入させると共に、 脱塩室入口 に近い側から流出させるように該濃縮室に流通させることを特徴とするものである。 本発明の第 4ァスぺクトに係る電気脱イオン装置は、 陽極と陰極との間にイオン 交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画され、 被処理水が該脱塩室に流通され、 濃 縮水が該濃縮室に流通される電気脱イオン装置において、 該濃縮水を脱塩室出口に 近い側から該濃縮室に流入させると共に脱塩室入口に近い側から流出させるように 濃縮氷導入手段及び流出手段が設けられており、 且つ、 該濃縮室に流入する濃縮水 からァニオンを除去する手段が設けられていることを特徴とするものである。
第 3及び第 4ァスぺク トでは、 炭酸等のァニオン濃度が著しく低い高純度の生産 水の製造するために、 濃縮室に供給される濃縮水の炭酸等のァニオン濃度を低くす る。
これにより、 濃縮室の出口近傍においても濃縮室から脱塩室に向うァニオン濃度 勾配が比較的小さくなり、 濃縮室から脱塩室への炭酸の拡散が抑制され、 生産水の 炭酸濃度を低くすることができる。
第 3及び第 4ァスぺクトでは、 濃縮室に流入する濃縮水の全無機炭酸濃度を 5 0 p p b以下とすることにより、 濃縮室から脱塩室への炭酸イオンの濃度勾配による 拡散を抑制し、 全無機炭酸濃度が著しく低い生産水を生産することが可能となる。 第 3及び第 4アスペク トでは、 同様に、 濃縮室に流入する濃縮水のシリカ濃度を l O O p p b以下とし、 またホウ素濃度を 1 0 p p b以下とすることにより、 これ らのィオンの濃縮室から脱塩室への濃度勾配による拡散を抑制し、 生産水中のシリ 力濃度及びホウ素を著しく低くすることができる。
濃縮水に流入する濃縮水中の全無機炭酸濃度や、 シリカ濃度あるいはホウ素濃度 を低下させるために、 脱塩室から流出する生産水の一部を濃縮水として用いてもよ い。 また、 濃縮室に供給する水をイオン交換装置や電気脱イオン装置で処理しても よい。
濃縮室に流入する濃縮水中の全無機炭酸濃度を低下させるために、 脱気膜装置な どの脱気手段を用いてもよい。
第 3及び第 4アスペクトでは、 原水をァニオン除去処理した後、 脱塩室に供給し てもよく、 これにより、 生産水のァニオン濃度をさらに低下させることができる。 このァニオン除去処理としては、 逆浸透処理及ぴ脱気処理が好適であり、 特に多段 に逆浸透処理し、 さらに脱気処理することが好適である。 図面の簡単な説明
図 1は実施の形態に係る電気脱ィォン装置の模式的な断面図である。
図 2は図 1の電気脱イオン装置の通水系統図である。
図 3は別の実施の形態に係る電気脱ィオンシステムの通水系統図である。
図 4はさらに別の実施の形態に係る電気脱ィオンシステムの通水系統図である。 図 5は異なる実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。
図 6は実施の形態に係る電気脱ィオンシステムの通水系統図である。
図 7 aは別の実施の形態に係る電気脱イオン装置の概略的な斜視図、 図 7 bは同 系統図である。
図 8は第 3ァスぺクトの実施の形態に係る電気脱ィオン装置の模式的な断面図で ある。
図 9は図 8の電気脱ィオン装置の通水系統図である。
図 1 0は別の実施の形態に係る電気脱ィオンシステムの通水系統図である。
図 1 1はさらに別の実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。 図 1 2は異なる実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。 図 1 3は実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。
図 1 4は実施の形態に係る電気脱ィオンシステムの通水系統図である。
図 1 5は実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。
図 1 6は実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。 発明の好ましい形態
以下に図面を参照して本発明の好ましい形態を詳細に説明する。
図 1は第 1及ぴ第 2ァスぺクトの一例を示す電気脱イオン装置 1 0， の模式的な 断面図である。 この電気脱イオン装置は、 電極 （陽極 1 1、 陰極 1 2 ) の間に複数 のァニオン交換膜 （A膜） 1 3及びカチオン交換膜 （C膜） 1 4を交互に配列して 濃縮室 1 5と脱塩室 1 6とを交互に形成したものであり、 脱塩室 1 6には、 イオン 交換樹脂、 イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるァニオン交換体及び カチオン交換体が混合もしくは複層状に充填されている。
濃縮室 1 5と、 陽極室 1 7及び陰極室 1 8にも、 イオン交換体、 活性炭又は金属 等の電気導電体が充填されている。
原水は脱塩室 1 6に導入され、 脱塩室 1 6からは生産水が取り出される。 この生 産水の一部は、 濃縮室 1 5に脱塩室 1 6の通水方向とは逆方向に向流一過式で通水 され、濃縮室 1 5の流出水は系外へ排出される。即ち、この電気脱ィオン装置では、 濃縮室 1 5と脱塩室 1 6とが交互に並設され、 脱塩室 1 6の生産水取り出し側に濃 縮室 1 5の流入口が設けられており、 脱塩室 1 6の原水流入側に濃縮室 1 5の流出 口が設けられている。 生産水の一部は陽極室 1 7の入口側に送給され、 そして、 陽 極室 1 7の流出水は、 陰極室 1 8の入口側へ送給され、 陰極室 1 8の流出水は排水 として系外へ排出される。
このように、 濃縮室 1 5に生産水を脱塩室 1 6と向流一過式で通水することによ り、 生産水取り出し側ほど濃縮室 1 5内の濃縮水の濃度が低いものとなり、 濃度拡 散による脱塩室 1 6への影響が小さくなり、 ホウ素等のィオンの除去率を飛躍的に 高めることができる。
この実施の形態では、 濃縮室に生産水を通水することにより、 電気脱イオン装置 の電気抵抗が高くなるので、濃縮室にもィォン交換体等の導電体が充填されている。 これにより、濃縮水に食塩等の電解質を添加し電気抵抗を下げることが不要となる。 図 1の電気脱イオン装置 1 0 ' では、 電極室 1 7， 1 8にも生産水を供給してい るが、 電極室 1 7 , 1 8でも濃縮室 1 5と同様に、 電流確保のために、 イオン交換
体や活性炭、又は電気導電体である金属等を充填することが好ましい。これにより、 超純水等の高水質の水を通水しても必要電流を確保することが可能となる。
電極室では、 特に陽極室での塩素やオゾン等の酸化剤の発生が起こるため、 充填 物としては、 長期的にはイオン交換樹脂等を用いるよりも、 活性炭を用いることが 好ましい。 電極室へ図 1のように生産水を供給することは、 電極室供給水に C 1― が殆ど無いため、 塩素の発生を防止できるので、 充填物や電極の長期安定化のため には望ましい。
図 2は、 この図 1の電気脱イオン装置 1 0， の脱塩室及ぴ濃縮室への通水系統を 簡略化して示したものである。 図示の通り、 原水が脱塩室 1 6に通水されて生産水 となる。 生産水の一部が濃縮室 1 5に通水され、 濃縮排水として排出される。 濃縮 室内の水の流れ方向は脱塩室 1 6内の反対 (向流) である。
この濃縮排水のホウ素濃度を生産水のホウ素濃度の 5 0 0倍以下、 又は 1 0 p p b以下とすることにより、 生産水のホウ素濃度が例えば 0 . l p p b以下程度にま で著しく低くなり、 さらにはホウ素濃度 0 . 0 5 p p b以下の極低濃度生産水を生 産することが可能となる。
図 7 aは第 2ァスぺクトの他の例に係る電気脱イオン装置 1 0 " の他の実施の形 態を示す概略的な斜視図、 図 7 bは同装置の通水系統図である。
図示の如く、 この電気脱イオン装置 1 0 " は、 陽極 1 1と陰極 1 2との間に、 力 チオン交換膜とァニオン交換膜とを交互に配列して濃縮室 1 5と脱塩室 1 6とを交 互に形成した点においては図 1の電気脱イオン装置 1 0， と同様の構成とされてい るが、 濃縮室 1 5が仕切壁 1 5 Sにより 2以上 （図 7 a， 7 bにおいては 2個) の 濃縮水流通部 1 5 a， 1 5 bに区画され、 各濃縮水流通部 1 5 a , 1 5 bの濃縮水 の通水方向が脱塩室 1 6内の通水方向と交叉する方向とされている点が図 1の電気 脱イオン装置 1 0 ' と異なる。
即ち、 図 7 a， 7 bにおいて、 脱塩室 1 6は、 図 7 aにおける上側が入口側、 下 側が出口側であり、 脱塩室 1 6内を水は上から下へ向かって流れる。
一方、 濃縮室 1 5内には、 この脱塩室 1 6内の通水方向と交叉する方向 （図 7 a においては直交方向 （なお、 この直交方向とは必ずしも厳密なものではなく、 8 0 〜1 0 0 ° 程度の範囲を含む） に延在する仕切壁 1 5 Sが設けられ、 濃縮室 1 5内
は図において上下に 2段に分画され、 各濃縮水流通部 1 5 a , 1 5 bの各々に図の 手前側から裏側へ通水が行われる。
図 7 bに示す如く、 脱塩室 1 6から取り出された生産水の一部はポンプにより循 環される濃縮水流通部 1 5 bの循環系に導入され、 生産水取り出し側の濃縮水流通 部 1 5 bを循環する。 この循環系の循環濃縮水の一部がポンプにより循環される濃 縮水流通部 1 5 aの循環系に導入され、原水流入側の濃縮水流通部 1 5 aを循環し、 その一部は系外へ排出される。
この電気脱イオン装置 1 0 " であっても、 生産水が生産水取り出し側の濃縮水流 通部 1 5 bを循環した後原水流入側の濃縮水流通部 1 5 aに流入して循環し、 その 後系外へ排出されることにより、 結果的には、 濃縮水は、 生産水の取り出し側から 原水流入側へ通水され、 その後一部が系外へ排出されたことになり、 図 1に示す脱 塩室との向流一過式通水の場合と同様の効果が奏される。
濃縮室を仕切壁で仕切つて形成する濃縮水流通部は 3以上であっても良い。 仕切 壁の数を増やすことによる部材数の増加、 装置構成の複雑化等を考慮した場合、 濃 縮室内を 2又は 3個の濃縮水流通部に区画するのが好ましい。
図 7 a , 7 bの電気脱イオン装置 1 0 " においても、 濃縮水流通部 1 5 bから排 出される濃縮排水のホウ素濃度を生産水のホウ素濃度の 5 0 0倍以下、 又は 1 0 p p b以下とすることにより、 生産水のホウ素濃度が例えば 0 . 1 p p b以下程度に まで著しく低くなり、 さらにはホウ素濃度 0 . 0 5 p p b以下の極低濃度生産水を 生産することが可能となる。
電気脱イオン装置を多段に設置し、 原水を多段に脱ィオン処理することにより、 上記のようにホウ素濃度が著しく低い生産水を確実に生産することができ、 さらに は 0 . 0 0 5 p p b以下の超極低濃度の生産水を生産することも可能である。
図 3〜6は、 このように電気脱イオン装置を多段に設置した電気脱イオンシステ ムの通水系統図であり、 いずれも第 1の電気脱イオン装置 1と第 2の電気脱イオン 装置 2とを直列に接続している。 装置 1， 2は上記装置 1 0 '、 1 0 "のいずれであ つてもよレヽ。
図 3の電気脱イオンシステムでは、 ホウ素濃度 3 p p bの原水が第 1の電気脱ィ オン装置の脱塩室 1 6 Aに通水されてホウ素濃度 0 · 1 p p bの 1次生産水となる。
この 1次生産水が第 2の電気脱イオン装置の脱塩室 1 6 B及び濃縮室 1 5 Bに分流 される。 濃縮室 1 5 A， 1 5 Bの濃縮水の流通方向は脱塩室 1 6 A, 1 6 Bと並流 方向である。該脱塩室 1 6 Bからホウ素濃度 0 . 0 1 p p bの 2次生産水 （生産水） が取り出される。 第 2の電気脱イオン装置 2の濃縮室 1 S Bから流出する濃縮水は ホウ素濃度が 1 p p bと低いものであり、 その一部は該濃縮室 1 5 Bの入口側に循 環され、 残部は例えば原水に戻される。
第 1の電気脱イオン装置 1の濃縮室 1 5 Aからの濃縮排水はホウ素濃度が 3 0 p p bと高いものであり、 一部は該濃縮室 1 5 Aの入口側に戻され、 残部は濃縮排水 として 出される。
図 4の電気脱イオンシステムでは、 第 1の電気脱イオン装置 1の脱塩室 1 6 Aか らのホウ素濃度 0 . 1 p p bの 1次生産水の全量を第 2の電気脱ィオン装置 2の脱 塩室 1 6 Bに通水し、 ホウ素濃度 0 . 0 0 5 p p b以下の 2次生産水としている。 この 2次生産水の一部を濃縮室 1 5 Bに向流方式にて通水する。 濃縮室 1 5 Bから 流出するホウ素濃度 1 p p bの 2次濃縮水は例えば原水に戻される。
第 1の電気脱ィオン装置 1の濃縮室 1 5 Aへは原水が並流方式にて通水され、 ホ ゥ素濃度 3 0 p p bの 1次濃縮水となり、 排出される。
図 5の電気脱イオンシステムにおいては、 原水の全量が装置 1の脱塩室 1 6 A, 1 6 Bの順に流れてホゥ素濃度 0 - 0 0 5 p p b以下の 2次生産水となる。 なお、 脱塩室 1 6 Aから流出した 1次生産水のホウ素濃度は 0 . 0 5 p p bである。 脱塩 室 1 6 Bから流出した 2次生産水の一部は濃縮室 1 5 B , 1 5 Aの順序にてそれぞ れ向流方式にて通水され、 ホウ素濃度 1 5 p p bの濃縮排水として排出される。 濃 縮室 1 5 Bから流出する 1次濃縮水のホウ素濃度は 0 . 2 5 p p bである。
図 6の電気脱イオンシステムでは、 原水の全量が脱塩室 1 6 Aに供給されてホウ 素濃度 0 . 0 2 p p bの 1次生産水となる。 1次生産水の一部は濃縮室 1 5 Aに向 流方式にて通水され、 ホウ素濃度 3 0 p p bの濃縮排水として排出される。 1次生 産水の残部は、 脱塩室 1 6 Bに通水され、 ホウ素濃度 0 . 0 0 5 p p b以下の 2次 生産水となる。 この 2次生産水の一部は濃縮室 1 5 Bに向流方式にて通水され、 ホ ゥ素濃度 0 . 2 p p bの 2次濃縮水として流出する。 この 2次濃縮水は例えば原水 κし民 れる。
図 3〜 6のように多段に電気脱ィオン装置を設置する場合、 第 1の電気脱イオン 装置 1の脱塩室の厚みが 7 mm以上、 特に 8〜3 0 mmであり、 第 2の電気脱ィォ ン装置 2の脱塩室の厚みが 7 mm未満、 特に 2〜 5 mmであると、 第 1の電気脱ィ オン装置 1でシリカ、 ホウ素等の弱電解物質及び硬度成分が除去され、 第 2の電気 脱ィォン装置 2でシリカ及びホウ素がさらに除去される。 第 2の電気脱ィォン装置 2は、 前段の電気脱イオン装置 1からリークしたアルカリ成分を除去するので、 高 水質の処理水が得られる。
第 1の電気脱ィオン装置 1の脱塩室の厚みを 7 mm以上とすることにより、 該装 置 1の脱塩室 1 6 A内の p Hが上昇し、 シリカやホウ素等の弱電解質及び硬度成分 が効率良く除去される。
上記実施の形態では生産水を濃縮室に供給することにより、 脱塩室出口側に位置 する濃縮室内のホウ素濃度を低下させているが、 生産水を用いる代りに、 あるいは それと併用して、 濃縮室供給水を脱ホウ素処理した水としてもよい。
ホウ素除去手段は、 イオン交換樹脂やホウ素吸着樹脂を用いる方法や、 逆浸透膜 を用いる方法等レ、ずれでも良い。
以上の通り、 第 1、 第 2アスペクトの電気脱イオン装置及ぴその運転方法による とホゥ素濃度が著しく低い生産水を確実に生産することが可能となる。
図 8は本発明の第 3ァスぺクトの実施の形態を示す電気脱ィオン装置 1 0の模式 的な断面図である。 この電気脱イオン装置 1 0は、 電極 (陽極 1 1、 陰極 1 2 ) の 間に複数のァニオン交換膜 （A膜) 1 3及びカチオン交換膜 （C膜) 1 4を交互に 配列して濃縮室 1 5と脱塩室 1 6とを交互に形成したものであり、脱塩室 1 6には、 イオン交換樹脂、 ィオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるァニオン交換 体及ぴカチオン交換体が混合もしくは複層状に充填されている。
濃縮室 1 5と、 陽極室 1 7及び陰極室 1 8にも、 イオン交換体、 活性炭又は金属 等の電気導電体が充填されてもよい。
被処理水は脱塩室 1 6に導入され、 脱塩室 1 6からは生産水が取り出される。 被 処理水の一部はァ-オン除去手段 9に送られ、 ァニオン除去処理される。 このァニ オン除去処理手段 9でァニオンが除去された水は、 濃縮室 1 5に脱塩室 1 6の通水 方向とは逆方向に向流一過式で通水され、濃縮室 1 5の流出水は系外へ排出される。
この電気脱イオン装置では、 濃縮室 1 5と脱塩室 1 6とが交互に並設され、 脱塩室 1 6の生産水取り出し側に濃縮室 1 5の流入口が設けられており、 脱塩室 1 6の原 水流入側に濃縮室 1 5の流出口が設けられている。 これにより、 濃縮水は濃縮室 1 5に対し脱塩室出口側 （図 8の下側） から流入し、 脱塩室入口側 （図 8の上側） か ら流出する。
ァニオン除去手段 9から流出した水の一部は陽極室 1 7の入口側に送給され、 そ して、 陽極室 1 7の流出水は、 陰極室 1 8の入口側へ送給され、 陰極室 1 8の流出 水は排水として系外へ排出される。 陽極室 1 7の入口水はァニオン除去手段を経な い被処理水でも良い。
このように、 濃縮室 1 5にァニオン除去処理水を脱塩室 1 6と向流一過式で通水 することにより、 生産水取り出し側ほど濃縮室 1 5内の濃縮水の濃度が低いものと なり、 濃度拡散による脱塩室 1 6への影響が小さくなり、 強ァニオンのみならず炭 酸、 シリカ、 ホウ素等の弱ァニオンの除去率も飛躍的に高めることができる。 この 電気脱ィオン装置によれば、 比抵抗が 1 8 Μ Ω · c m以上の生産水を生産すること が可能である。
濃縮室に通水されるァニオン除去処理水の導電率が低く、 電気脱イオン装置の電 気抵抗が高くなるときには、 濃縮室にイオン交換体等の導電体を充填する。 これに より、 濃縮水に食塩等の電解質を添加し電気抵抗を下げることが不要となる。 電極 室 1 7 , 1 8にも、 電流確保のために、 イオン交換体や活性炭、 又は電気導電体で ある金属等を充填することが好ましい。 これにより、 超純水等の高水質の水を通水 しても必要電流を確保することが可能となる。
電極室では、 特に陽極室での塩素やオゾン等の酸化剤の発生が起こるため、 充填 物としては、 長期的にはイオン交換樹脂等を用いるよりも、 活性炭を用いることが 好ましい。 また、 電極室へ図 8のように生産水を供給することは、 電極室供給水に C 1—が殆ど無いため、 塩素の発生を防止できるので、 充填物や電極の長期安定化 のためには望ましい。
図 9は、 この図 8の電気脱イオン装置の脱塩室及び濃縮室への通水系統を簡略化 して示したものである。 図示の通り、 被処理水が脱塩室 1 6に通水されて生産水と なる。 被処理水の一部がァ-オン除去処理後、 濃縮室 1 5に通水され、 濃縮排水と
して排出される。 濃縮室内の水の流れ方向は脱塩室 1 6内の反対 （向流） である。 このァニオン除去手段 9により、 全無機炭酸濃度を 5 0 p b以下好ましくは 3 O p p b以下とすることにより、 生産水中の全無機炭酸濃度が著しく低くなる。 ま た、 ァニオン除去手段 9により、 シリカ濃度を 1 0 0 p p b以下好ましくは 8 0 p p b以下とし、 ホウ素濃度を 1 0 p p b以下、 好ましくは 8 p p b以下とすること により、 生産水中のシリカ濃度及びホウ素濃度を著しく低下させることができる。 前記ァニオン除去手段 9としては、 脱気膜装置、 脱炭酸塔、 真空脱気塔などの脱 気装置のほか、 逆浸透膜分離装置、 電気透析装置、 ァユオン交換体を含むイオン交 換樹脂塔等のイオン交換装置または電気脱イオン装置が例示される。
炭酸除去のために、 脱気膜、 脱炭酸塔、 真空脱気塔等の脱気手段を含むことが望 ましい。特に真空吸引方式 (例えば 2 O T o r r以下）、 または窒素等によるスィー プ方式、 あるいは両者を行う脱気膜処理装置は炭酸除去効率に優れている。
図 1 0は、 ァニオン除去手段 9として電気脱ィオン装置 8を採用した場合の一例 を示す系統図である。 この電気脱ィオン装置 8は陽極と陰極との間にァニオン膜 8 aとカチオン膜 8 cとによつて脱塩室 8 Dと濃縮室 8 A， 8 Bを形成したものであ る。 被処理水は各室 8 A, 8 B , 8 Dに並流にて流通され、 脱塩室 8 Dからの脱塩 水と濃縮室 8 Bからの濃縮水とが電気脱イオン装置 1 0の濃縮水 1 5の脱塩室出口 側に供給され、 脱塩室入口側から流出する。 この電気脱イオン装置 8では脱塩室 8 Dのァニオン膜 8 a側の濃縮室 8 Aとカチオン膜 8 c側の濃縮室 8 Bがあり、 濃縮 室 8 Aに濃縮されたァニオン成分のみ排出され、 カチオンが濃縮された濃縮室 8 B は脱塩室 8 Dからの脱塩水と共に、 電気脱イオン装置 1 0の濃縮室 1 5に供給され る。 この電気脱イオン装置 8は、 このようにァユオン成分のみを除去、 低減するも のである。
本発明では、 脱塩室に供給される被処理水としてァユオン除去処理されたものを 用いてもよく、 このようにすることにより、 脱塩室のァニオン負荷が軽減されるの で、 弱ァユオン濃度がさらに低レベルとなった生産水を得ることができる。 このァ 二オン除去処理としては、 脱気処理、 逆浸透処理等が好適である。 活性炭により有 機成分を吸着除去したり、 塩素をイオン化することも好適である。
脱塩室への給水からァニオン除去処理により炭酸イオンを除去する場合には、 ァ
二オン除去手段として、脱気手段（特に膜脱気装置）を用いることが特に好ましい。 また、 脱気処理水の一部を、 脱気装置入口に再循環させて炭酸除去効率を上げるこ とが望ましい。
炭酸除去のための脱気処理においては、 流入水を酸性好ましくは pH4〜 6、 更 に好ましくは pH4〜 5に調整して、 炭酸除去効率を上げることが望ましい。
脱気膜のガス側を真空ポンプで吸引する場合は、 真空度を 5 OTo r r以下、 更 に好ましくは 2 OT o r r以下とすること力 S、炭酸除去効率を上げる点で望ましレ、。 原水を逆浸透処理 （以下 RO処理ということがある。） する場合、 多段、例えば 2 段に処理を行うことにより、 炭酸、 シリカ、 ホウ素等の弱ァニオン成分を十分に低 減させることが望ましい。
" この場合、 1段目及び/又は 2段目の RO入口水をアルカリ性 （pH8〜l 0) とすることにより、 弱ァニオン成分の除去効率が向上する。
このアルカリ性とするためのアルカリ生成手段として、 特開 2001— 1 132 8 1号で示されている脱塩室厚さ 7 mm以上 (好ましくは 1 5mm) でァニオン/ 力チオンの混合ィオン交換体を充填した電気脱ィオン装置を用いてもよい。 このよ うにすると、 アル力リ生成と同時に、 弱ァニオン成分も低減される。 このような電 気脱イオン装置は、 1段目と 2段目の RO装置の間に配置されるのが望ましい。 前処理としては、上記 2段 R O処理と脱気処理を含むことが、超高純度の超純水、 例えば比抵抗 18. 2ΜΩ · c m以上、シリカ濃度 0. 05 p p b以下、ホウ素 0. 005 p p b以下の処理水を得るには特に好適である。
上述の前処理装置を電気脱ィオン装置 10の前段に配置した構成例を図 4〜 7に 示す。
図 1 1では、 原水を前処理装置としての脱気膜装置 101によって脱気して電気 脱イオン装置 10の被処理水としている。 なお、 脱気膜装置 101の脱気処理水の 一部は該装置 101の上流側に返送され、 繰り返し処理されている。
図 12では、 原水を前処理装置としての活性炭吸着塔 1 02と 2段の RO装置 1 03, 103に通水して被処理水としている。
図 1 3では、 原水を活性炭吸着塔 102、 第1の1 0装置103、 電気脱イオン 装置 104、 第 2の RO装置 1 03によって処理して電気脱イオン装置 1 0の被処
理水としている。 なお、 電気脱イオン装置 104としては例えば特開 2001— 1 13281号の電気脱イオン装置を用いることができるが、 これに限定されるもの ではない。
図 14では、 原水を活性炭吸着塔 102、 2段の RO装置 1 03， 103、 脱気 膜装置 101によって処理し、 電気脱イオン装置 10の被処理水としている。
本発明では、 濃縮室に供給される濃縮水からァニオンを除去する手段は、 電気脱 イオン装置 10そのものであってもよい。 即ち、 図 1 5のように、 被処理水の全量 を電気脱イオン装置 10の脱塩室 16に流通させ、 その生産水の一部を濃縮室 15 に脱塩室出口側から脱塩室入口側に向って流通させてもよい。
本発明では、 電気脱イオン装置 10を多段に設置し、 原水を多段に脱イオン処理 してもよレ、。
図 16は、 装置 1 0と同一構造の電気脱イオン装置 10 A， 1 0 Bを多段に設置 した電気脱イオンシステムの通水系統図であり、 第 1の電気脱イオン装置 1 OAと 第 2の電気脱イオン装置 1 0 Bとを直列に接続している。
図 16の電気脱ィオンシステムでは、 被処理水が第 1の電気脱ィオン装置 10 A の脱塩室 16 Aに通水されて 1次生産水となる。 この 1次生産水が第 2の電気脱ィ オン装置 10 Bの脱塩室 1 6 Bに流通される。 濃縮室 1 5 A， 1 5 Bの濃縮水の流 通方向は脱塩室 1 6 A, 1 6 Bと向流方向である。 該脱塩室 16 Bからの 2次生産 水 (生産水) が取り出され、 その一部が濃縮室 1 5 Bに供給される。 第 2の電気脱 イオン装置 2の濃縮室 1 5 Bから流出する濃縮水はァニオン濃度が低いものであり、 該濃縮室 15 Aに供給される。
第 1の電気脱イオン装置 1の濃縮室 1 5 Aからの流出水は、 濃縮排水として排出 される。
本発明の第 3、 第 4ァスぺクトでは、 脱塩室の厚さは 2〜7mm、 流速は LV =
60〜： I 20m/h、 S V= 100〜200/hが好ましい。 濃縮室の厚さは 2〜
7 mm, 流速は LV= 1 0〜3 Om/h、 S V= 25〜5 OZhが好ましい。 脱塩 室、 濃縮室ともにイオン交換体が充填され、 特にァニオンカチオンの混合で充填さ れており、 電流密度 300〜 700mA/ dm2で運転されることが好ましい。 濃 縮室に供給する水は、 循環ポンプ等で濃縮室入口に再循環させずに、 一過式様とす
ることが望ましい。
図 1 6のように複数の脱塩室に直列に通水する場合には、 特に最終段の脱塩室の 厚さは 2〜7mm、 流速は LV=60〜12 Om/h、 SV= 1 00〜200Zh が好ましい。
以上の通り、 本発明の電気脱イオン装置及ぴその運転方法によるとァニオン濃度 特に全無機炭酸濃度が著しく低い生産水を確実に生産することが可能となる。
Claims
1 . 陽極と陰極との間にィォン交換膜によつて濃縮室と脱塩室とが区画された電 気脱イオン装置の運転方法であって、 .
濃縮水を該濃縮室に流通させると共に、原水を被処理水として脱塩室に流通させ、 生産水として該脱塩室から取り出す運転方法において、
該濃縮室から流出する濃縮水のホウ素濃度を生産水のホウ素濃度の 5 0 0倍以下 又は 1 0 p p b以下とすることを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
2 . 請求項 1において、 前記濃縮室及び脱塩室が、 被処理水の流れ方向に沿って 複数個設けられており、 被処理水の流れ方向の最も下流側の濃縮室から流出する濃 縮水のホウ素濃度を最も下流側の脱塩室から流出する生産水のホウ素濃度の 5 0 0 倍以下又は 1 0 p p b以下とすることを特徴とする電気脱ィオン装置の運転方法。
3 . 請求項 1において、 生産水の一部を濃縮室に供給することを特徴とする電気 脱イオン装置の運転方法。
4 . 請求項 1において、 濃縮室に供給する濃縮水を、 脱塩室出口に近い側から供 給し、 脱塩室入口に近い側から流出させることを特徴とする電気脱ィオン装置の運 転方法。
5 . 陽極と陰極との間にィオン交換膜によつて濃縮室と脱塩室とが区画され、 濃縮水が該濃縮室に流通され、 原水が被処理水として脱塩室に流通され、 生産水 として取り出される電気脱イオン装置において、
該濃縮室から流出する濃縮水のホウ素濃度を生産水のホウ素濃度の 5 0 0倍以下、 又は 1 0 p p b以下とする手段を備えたことを特徴とする電気脱イオン装置。
6 . 請求項 5において、 複数個の脱塩室が直列に設置されており、 最終の脱塩室 に対してイオン交換膜を介して隔てられた濃縮室からの濃縮水のホウ素濃度を、 最 終の脱塩室生産水のホウ素濃度の 5 0 0倍以下、 又は 1 0 p p b以下とすることを 特徴とする電気脱ィォン装置。
7 . 請求項 5において、 濃縮室に供給する濃縮水は、 脱塩室出口に近い側から供 給され、 脱塩室入口に近レ、側から流出することを特徴とする電気脱ィオン装置。
8 . 請求項 5において、 生産水の一部を濃縮水として濃縮室に流通させる手段を
備えたことを特徴とする電気脱イオン装置。
9 . 請求項 5においてにおいて、 濃縮室に供給される水からホウ素を除去する手 段を備えたことを特徴とする電気脱イオン装置。
1 0 . 陽極と陰極との間にイオン交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画された 電気脱イオン装置の運転方法であって、
被処理水を該脱塩室に流通させ、 濃縮水を該濃縮室に流通させる運転方法におい て、
該濃縮水として、 ァ-オン除去処理手段で処理された低ァニオン濃度水を、 脱塩 室出口に近レ、側から該濃縮室に流入させると共に、 脱塩室入口に近い側から流出さ せるように該濃縮室に流通させることを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
1 1 . 請求項 1 0において、 前記ァニオン除去処理手段で処理された低ァニオン 濃度水の全無機炭酸濃度が 5 0 p p b以下であることを特徴とする電気脱イオン装 置の運転方法。
1 2 . 請求項 1 0において、 前記ァニオン除去処理で処理された低ァニオン濃度 水のシリカ濃度が 1 0 0 p p b以下であることを特徴とする電気脱イオン装置の運 転方法。
1 3 . 請求項 1 0において、 前記ァニオン除去処理で処理された低ァニオン濃度 水のホウ素濃度が 1 0 p p b以下であることを特徴とする電気脱ィォン装置の運転 方法。
1 4 . 請求項 1 0において、 前記脱塩室から流出する生産水の一部を濃縮室に供 給することを特徴とする電気脱ィオン装置の運転方法。
1 5 . 請求項 1 0において、 前記ァニオン除去処理手段が脱気手段を有すること を特徴とする電気脱ィォン装置の運転方法。
1 6 . 請求項 1 0において、 前記ァニオン除去処理手段がイオン交換装置又は電 気脱イオン装置を有することを特徴とする電気脱ィオン装置の運転方法。
1 7 . 請求項 1 0において、 原水をァニオン除去処理し、 この処理水を被処理水 として前記脱塩室に供給することを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
1 8 . 請求項 1 7において、 該原水を逆浸透処理及び脱気処理によりァニオン除 去処理することを特徴とする電気脱ィオン装置の運転方法。
1 9 . 陽極と陰極との間にイオン交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画され、 被処理水が該脱塩室に流通され、 濃縮水が該濃縮室に流通される電気脱イオン装 置において、
該濃縮水を脱塩室出口に近レ、側から該濃縮室に流入させると共に脱塩室入口に近 い側から流出させるように濃縮水導入手段及び流出手段が設けられており、 且つ、 該濃縮室に流入する濃縮水からァニオンを除去する手段が設けられている ことを特徴とする電気脱ィォン装置。
2 0 . 請求項 1 9において、 該ァニオンを除去する手段は、 ァ-オン除去処理後 の全無機炭酸濃度を 5 0 p p b以下とするものであることを特徴とする電気脱ィォ ン装置。
2 1 . 請求項 1 9において、 該脱塩室に供給される水からァニオンを除去する手 段を備えたことを特徴とする電気脱ィオン装置。
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