WO2005066079A1

WO2005066079A1 - 電気脱イオン装置及び脱イオン方法

Info

Publication number: WO2005066079A1
Application number: PCT/JP2004/019300
Authority: WO
Inventors: Kunihiro Iwasaki
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd.
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2005-07-21
Also published as: TWI319996B; US7520971B2; KR20060131831A; US20060266651A1; CN100490954C; JP2005193205A; CN1926069A; KR101163244B1; TW200528182A; JP4400218B2

Abstract

　弱電解質成分も十分に除去され、十分に比抵抗の高い処理水を生産することができる電気脱イオン装置の脱塩室は、長方形状のフレーム２０と、このフレーム２０内に配置された好ましくは導電性を有した区画部材２１と、区画部材２１によって形成された小室２２内に充填されたイオン交換樹脂２３と、フレーム２０を挟むように配置されたアニオン交換膜２４及びカチオン交換膜２５とによって構成されている。区画部材２１は六角形のハニカム形状のものである。イオン交換樹脂２３は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物であり、上流側と下流側とで混合比が異なる。

Description

明細書

電気脱イオン装置及び脱イオン方法

発明の分野

[0001] 本発明は半導体、液晶、製薬、食品工業等の各種の産業において利用される電気脱イオン装置に係わり、特に処理水の比抵抗値と弱電解質ァ-オンの除去率の向上を図り、高純度の純水を連続的に製造することができる電気脱イオン装置に関する。また、本発明は、この電気脱イオン装置を用いた脱イオン方法に関する。

発明の背景

[0002] 半導体製造工場、液晶工場、食品工業、電力工業等の各種産業、民生用ないし研究施設等にぉ、て使用される脱イオン水の製造に、図 6に示す如く電極（陽極 11、陰極 12)の間に複数のァ-オン交換膜 13及びカチオン交換膜 14を交互に配列して濃縮室 15と脱塩室 16とを交互に形成し、脱塩室 16にイオン交換体 10を充填した電気脱イオン装置が用いられている。図 6において 17は陽極室、 18は陰極室である。

[0003] なお、濃縮室 15から流出した濃縮水の一部を陽極室 17及び陰極室 18に流す。

[0004] 電気脱イオン装置は、水解離によって H+イオンと OH—イオンとを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理が可能であり、従来力脱塩処理に広く用いられてきたイオン交換榭脂装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能で、高純度の水が得られるとヽぅ優れた効果を奏し、純水製造装置などに組み込まれて広く使用されている。

[0005] 一般に電気脱イオン装置では限界電流密度以上の電流を流して脱塩を行うが、この時、前述のように水解離が生じて OH―、 H+が発生し、電荷を運ぶようになる。この H+イオンのイオン移動度は 349. 7cm² Q—eq— ¹で、他のイオンのイオン移動度（30 -70cm² Q^eq"¹)に比べ、圧倒的に速い。このため、特に脱塩室の厚み Wが大きくなると、水解離が生じたときにイオン移動度の違いによる移動速度の差が広がり、 H+ は速やかにに濃縮室側に排出され、 OH—イオンが脱塩室に取り残され易い。また、 C a²⁺、Mg²⁺などの多価のカチオンゃァ-オンは比較的容易に濃縮室側に排出される力 Na+、 K+は 1価であると共に、 H+イオンが電荷を運ぶ役割をしているため、脱塩室に残り易い。この結果として、処理水中に NaOH、 KOH等の 1価のアルカリ金属水酸ィ匕物が含有されるようになり、処理水 (脱イオン水）の Naイオン濃度が高くなる現象 (Naリーク現象）が生じ易くなる。

[0006] 脱塩室内に上下方向に仕切り用リブを設け、脱塩室内を上下方向に長い小室に区画した電気脱イオン装置が特公平 4 72567号公報に記載されてヽる。このように脱塩室内をリブによって細長い小室に区画し、各小室にそれぞれイオン交換榭脂を充填した電気脱イオン装置にあっては、脱塩室の入口から出口に向って局部的に偏つて水が流れるチャンネルィ匕現象が防止されると共に、脱塩室内においてイオン交換榭脂が圧縮されたり移動したりすることが防止される。

[0007] この特公平 4-72567号では、脱塩室にはァ-オン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを等量ずつ (即ち、ァ-オン交換榭脂比が 50体積％)混合したものを充填して!/、る。

[0008] この特公平 4 72567号の電気脱イオン装置にあっては、脱塩室を上下に細長い小室に区画するため、小室の数に制限がある。即ち、あまり多くの小室を形成することができない。リブによって水の左右方向への流れが阻止されるため、水とイオン交換榭脂との接触効率が悪い。小室の下部にあってはイオン交換樹脂が圧縮され、上部に隙間があき、イオン交換樹脂の充填率が低くなりがちである。

[0009] 本出願人は、このような種々の短所を克服し、水とイオン交換樹脂との接触効率が高ぐイオン交換榭脂等の充填密度も高い電気脱イオン装置を特開 2001— 25647 号にて提案している。また、この電気脱イオン装置における脱塩室のァ-オン交換榭脂比を 60— 80体積％とすることにより脱イオン効率を高めることを特開 2003— 1268 62号にて提案している。

[0010] これらの電気脱イオン装置は、脱塩室内を区画部材によって多数の小室に区画し、各小室にイオン交換榭脂を充填したものである。この各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は、脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対して傾斜しており、この傾斜した部分は、水は通過させる力イオン交換榭脂は通過させない構造となっている。このため、脱塩室内に流入した水の少なくとも一部は、平均的な水の流れ方向に対し斜め方向に流れるようになり、脱塩室内の全体に分散して流れる。従って、水とィォン交換樹脂との接触効率が向上し、脱イオン特性が向上する。

[0011] この小室を平均的な水の流れ方向及びこれと直交方向のいずれにおいても膜面に沿って複数個配置することにより、（例えば縦横に多数配置することにより、）水とィォン交換樹脂との接触効率がきわめて高いものとなる。各小室内の上下方向の高さが小さくなり、イオン交換樹脂が局部的に圧縮されに《なる。従って、小室に隙間が生じることがなぐイオン交換樹脂の充填密度が高い。

[0012] 一般に電気脱イオン装置は、被処理水中のイオンを電極間の電位差に基づいて脱塩室力濃縮室へ移動させるものであるから、炭酸やシリカのような弱電解質成分は除去されにくい。例えば、特公平 4— 72567号のようにァ-オン交換榭脂比を 50体積％とした電気脱イオン装置によると、シリカの除去率は 70— 90%程度の低い値である。

[0013] 上記特開 2003— 126862号の電気脱イオン装置は、脱塩室内に区画部材が配置され、該区画部材と該カチオン交換膜及びァ-オン交換膜とによって囲まれた多数の小室が該脱塩室内に形成されており、各小室にそれぞれァ-オン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを含む混合物を充填した電気脱イオン装置にぉヽて、弱電解質の除去性能を高めるために、該ァ-オン交換樹脂と力チオン交換樹脂との合量に対するァ-オン交換樹脂の割合を 60— 80体積⁰ /₀としたものである。

[0014] 同号公報において、ァ-オン交換樹脂の割合を多くしたのは次の理由力もである。

[0015] 弱電解質である炭酸 (CO )は、電気脱イオン装置内において水酸ィ匕物イオン (O

2

H—)とのイオン化反応により重炭酸イオンに変わる（CO +OH—→HCO―)。

2 3

[0016] この重炭酸イオンが脱塩室内を移動し、ァ-オン交換膜を通過して濃縮室へ移動する。従って、第一にイオン化反応を促進させること、第二に重炭酸イオンの移動度を改善することが炭酸除去によって重要である。この炭酸のイオン化反応 (重炭酸ィオンの生成)促進のためには、 OH—イオンの供給が必要であり、これは水解離 (H O

2

→H⁺ + OH")〖こよってもたらされる。

[0017] この水解離が発生する場所はイオン交換榭脂同士の間およびイオン交換樹脂とィオン交換膜同士の間である。イオン交換榭脂同士の間で発生した水素イオンおよび水酸ィ匕物イオンは脱塩室内で再び会合するのでその寿命は短い。それ故に、炭酸のイオンィ匕のための OH_としては、イオン交換膜とイオン交換樹脂との間、特にカチオン交換膜とァ-オン交換樹脂との間で発生する OH—イオンが有効である。ァ-ォン交換樹脂の割合を多くすると、カチオン交換膜へのァ-オン樹脂の接触率が上昇し、これに伴い、発生する OH—イオン量も増加する。この結果、炭酸のイオン化反応が促進される。

[0018] ァ-オン交換樹脂の割合を高めると、 OH—イオン発生量は増加するが、 H+イオンが減少するため Na+イオンの除去性が低下し、処理水の比抵抗を悪くする。

[0019] 特開 2003— 126862号では、電気脱イオン装置として脱イオン特性に優れた上記特開 2001— 25647号の電気脱イオン装置の構造 (脱塩室内を多数の水室に区画する構造)を採用することにより Naリークを防止して、る。

特許文献 1：特公平 4-72567号公報

特許文献 2：特開 2001—25647号公報

特許文献 3 :特開 2003— 126862号公報

[0020] 水中の炭酸濃度が多くなると、それに見合うだけ当量電気伝導度が増えるため脱ィオンに必要とされる電流密度は従来に比べて高くなる。脱塩室に充填するァニオン交換樹脂の割合が多い場合は、ァ-オン交換榭脂比が 50%である場合に比べ、電流密度を高くするためには電極間に印加する電圧を高くする必要がある。即ち、脱塩室においてァ-オン交換樹脂の割合を多くすると、当然ながら、カチオン交換樹脂の割合が少なくなる。ァ-オン交換樹脂の割合を 60%から 70%にするとァ-オン交換榭脂を介して移動する経路は約 3倍に増えるが、カチオン交換樹脂の割合が 40%から 30%になることでカチオン交換榭脂を介して移動する経路は約 10分の 1に減少する。

[0021] 前述の通り、電流密度を高くすると、水の解離により発生する Hイオン量も増える。

移動経路が少ないカチオン交換榭脂を介して、 Na+イオンと H+イオンが競争的に移動するが、イオン移動度が圧倒的に速い H+イオンが優先的に移動経路を占領してしまい、 Na+イオンが移動しにくくなり、電気抵抗の増加、すなわち電圧上昇を引き起こす。

[0022] 特開 2003— 126862号のように単に脱塩室内のァ-オン交換榭脂比を高くした場合には、電流密度を高くとることができず、炭酸除去が不十分となり比抵抗の低下を招く。電圧上昇は消費電力の増加に繋がるため不経済となる。

発明の概要

[0023] 本発明は上記課題を解決し、低い印加電圧でも、弱電解質成分を除去するために必要な電流密度を確保でき、高水質の処理水を得ることができる電気脱イオン装置及び電気脱イオン方法を提供することを目的とする。

[0024] 第 1アスペクトの電気脱イオン装置は、電極同士の間に複数のカチオン交換膜とァユオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にィォン交換榭脂を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気脱イオン装置であって、該イオン交換榭脂は、ァ-オン交換樹脂とカチォン交換樹脂とを含む混合物である電気脱イオン装置にぉヽて、該ァ-オン交換榭脂とカチオン交換樹脂との合量に対するァ-オン交換樹脂の割合が該脱塩室内の上流側にお、て 66— 80体積％であり、下流側にお!、て 50— 65体積％であることを特徴とするちのである。

[0025] 第 2アスペクトの電気脱イオン装置は、電極同士の間に複数のカチオン交換膜とァユオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にィォン交換榭脂を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気脱イオン装置であって、該イオン交換榭脂は、ァ-オン交換樹脂とカチォン交換樹脂とを含む混合物である電気脱イオン装置にぉヽて、該ァ-オン交換榭脂とカチオン交換樹脂との合量に対するァ-オン交換樹脂の割合が該脱塩室内の上流側にお、て 50— 65体積％であり、下流側にお!、て 66— 80体積％であることを特徴とするちのである。

[0026] 第 3アスペクトの脱イオン方法は、第 1又は第 2アスペクトの装置を用いて、電流密度 300mAZdm²以上で運転することを特徴とする。

[0027] 第 4アスペクトの脱イオン方法は、第 1又は第 2アスペクトの装置を用いて、 Naィォン濃度が 300ppb以上の被処理水を脱イオンすることを特徴とする。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]図 1は実施の形態に係る脱塩室の構成を示す分解斜視図である。 [図 2]図 2は区画部材の要部斜視図である。

[図 3]図 3は区画部材の分解斜視図である。

[図 4]図 4は区画部材の通水状況を示す正面図である。

[図 5]図 5a及び図 5bは、脱塩室におけるァ-オン交換樹脂の比率を示す斜視図である。

[図 6]図 6は電気脱イオン装置の一般的な構成を示す模式的な断面図である。発明の好ましレ、形態の詳細な説明

[0029] 電気脱イオン装置において、脱塩室の上流側又は下流側にァ-オン交換榭脂 66 一 80体積％の領域を設けることにより、この部分で弱電解質が十分に除去される。

[0030] 第 1アスペクトの電気脱イオン装置にあっては、水解離 (以下、スプリットということがある。）の発生が多い脱塩室の出口、すなわち下流側に設けたァ-オン交換樹脂の割合が 50— 65体積⁰ /₀の層において、スプリットによる Hイオン量と Naイオンの両方を十分に移動させるだけのカチオン交換樹脂の移動経路を確保できる。その結果、 Naリークが防止されると共に、電圧上昇させることなく電流密度を高めることができる

[0031] 第 2アスペクトの電気脱イオン装置にあっては、脱塩室の入口、すなわち上流側に設けたァ-オン交換樹脂の割合が 50— 65体積％の層における Naイオンの除去率が高くなることにより、下流側に流入する Naイオン量が減少するため、 Naリークが防止されると共に、 Naイオンの移動負荷が軽減され、電圧上昇させることなく電流密度を高めることができる。

[0032] 以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図 1は実施の形態に係る脱塩室の構成を示す分解斜視図、図 2は区画部材の要部斜視図、図 3は区画部材の分解斜視図、図 4は区画部材の通水状況を示す正面図である。

[0033] この脱塩室は、長方形状のフレーム 20と、このフレーム 20内に配置された好ましくは導電性を有した区画部材 21と、区画部材 21によって形成された小室 22内に充填されたイオン交換榭脂 23と、フレーム 20を挟むように配置されたァ-オン交換膜 24 及びカチオン交換膜 25とによって構成されて、る。

[0034] フレーム 20の上部には被処理水 (原水）の導入用の通水孔 26及び濃縮水（流入側 )の通水孔 27が穿孔され、下部には脱塩水の通水孔 28及び濃縮水 (排出側）の通水孔 29が穿孔されて、る。この原水導入用通水孔 26及び脱塩水の通水孔 28は切欠状の水路 26a, 28aを介してそれぞれフレーム 20の内側に連通して!/、る。

[0035] 水路 26aは、図 1では左上の小室にのみ連通するように図示している力左右方向の各小室に原水が均等に分配されるように水路 26aは実際にはフレーム 20の上部に複数設けられ、通水孔 26は最上部の各小室に直接に連通している。図 1では水路 28aは右下の小室にのみ連通するように図示してあるが、実際には水路 28aはフレーム 20の下部に複数個設けられており、通水孔 28は最下部の各小室に直接に連通している。

[0036] この実施の形態に係る区画部材 21は六角形のハ-カム形状のものであり、小室 22 は上下左右に多数配置されている。各小室 22の 1対の側辺がフレーム 20の長手方向即ち上下方向となるように配置されて、る。

[0037] この区画部材 21は、予め一体成形されたものであってもよぐ複数の部材を組み合わせたものであってもよい。例えば図 3のようにジグザグ状の屈曲板 30の長手方向面 31同士を連結することにより構成される。この屈曲板 30は、長手方向面 31に対し 12 0°の角度で連なる通水性の斜向面 32, 33を備えている。長手方向面 31同士を連結するには例えば接着剤を用いることができる。この屈曲板 30は、水は通過させるがイオン交換榭脂は通過させない材料、例えば織布、不織布、メッシュ、多孔質材などにより構成されて、る。この屈曲板 30は耐酸性及び耐アルカリ性を有した合成樹脂又は金属により剛性を有するように形成されるのが好ましい。長手方向面 31は通水性を有していてもよぐ有していなくてもよい。

[0038] 区画部材 21はフレーム 20に嵌め込まれてもよい。フレーム 20の片面側に透水性シート又はメッシュを張設し、これに区画部材を接着してもよい。

[0039] この脱塩室を有した電気脱イオン装置の全体構造それ自体は前記図 6と同じである。

[0040] この電気脱イオン装置に通水して脱塩運転を行う場合、脱塩室に流入した原水は、図 4の通り小室 22を囲む区画部材 21を通過して隣接する小室 22に流れ込み、徐々に下方に流れ、この間に脱イオン処理を受ける。遂には脱塩室の下部に達し、水路 28aを介して脱塩水取出用の孔 28に流入し、脱塩水として電気脱イオン装置外に取り出される。

[0041] この脱塩室における平均的な水の流れ方向は、原水流入用の水路 26aがフレーム 20の上部に存在し、脱塩水取出用の水路 28aがフレーム 20の下部に存在するところから、上から下に向う鉛直方向となっている。この平均的な水の流れ方向に対し小室の上部及び下部が傾斜しているので、被処理水は 1つの小室 22から左及び右側の小室 22へ斜めに分かれて流下するようになる。このため、被処理水が各小室 22にほぼ均等に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換樹脂との接触効率が良好なものとなる。

[0042] この脱塩室にあっては、小室 22が比較的小さぐイオン交換樹脂の自重及び水圧によって各小室 22内においてイオン交換樹脂に対しカ卩えられる下向きの圧力が小さい。従って、いずれの小室 22内においてもイオン交換樹脂が圧縮されることがなぐイオン交換樹脂が小室内の下部において局部的に圧密化されることがない。

[0043] 各小室 22に対して充填されるイオン交換榭脂は、ァ-オン交換樹脂と力チオン交換榭脂との混合物である。脱塩室内には、ァ-オン交換樹脂と力チオン交換樹脂との合量に対するァ-オン交換樹脂の割合が 66— 80体積％好ましくは 70— 80体積 %であるァ-オン交換樹脂の大過剰領域と、 50— 65体積％である等量な、し小過剰領域 (以下、小過剰領域という。）とが存在する。

[0044] 第 1の態様では、図 5aのように脱塩室の上流側に大過剰領域を配置し、下流側に小過剰領域を配置して!/、る。

[0045] 第 2の態様では、図 5bのように脱塩室の上流側に小過剰領域を配置し、下流側に大過剰領域を配置して!/、る。

[0046] 図 5a, 5bのいずれの態様においても、大過剰領域と小過剰領域との境界 Bは、脱塩室の平均的な水流れ方向（図 5では上から下に向う方向）において流入側から 25 一 75%特に 40— 60%の範囲に位置することが好ましい。

[0047] 大過剰領域におけるァ-オン交換樹脂の割合が 66体積％よりも少ないと、水の解離による OH—生成量が不足し、炭酸の重炭酸イオンへのイオンィ匕が不足し、炭酸除去効果が低くなる。大過剰領域におけるァニオン交換樹脂の割合が 80体積％よりも多くなると、 Na+イオン等のカチオンの除去効率が悪くなり、処理水中の Na+イオン等の濃度が高くなる。大過剰領域においてァ-オン交換樹脂が 66— 80体積％の範囲であると、炭酸及び Na+イオン等の除去がいずれも十分に行われると共に、弱酸であるシリカのイオン化も促進され、シリカ除去率も高くなる。小過剰領域でのァ-ォン交換樹脂比が 50体積％よりも少な、と、その領域にぉ、てァ-オンがリークしやすくなる一方、 65体積％よりも多いとカチオンがリークしやすくなり、その結果本発明の効果が得られなくなる。

[0048] 大過剰領域と小過剰領域との間に、ァニオン交換榭脂比がそれらの中間である中過剰領域を設けてもよい。大過剰領域及び小過剰領域は、上記ァ-オン交換榭脂割合であればさらに異なる割合で分割してもよぐさらには当該割合を満たす限り上流から下流にむけてァ-オン交換榭脂割合を漸減あるいは漸増させてもょ、。

[0049] 本発明によると、電流密度を 300mAZdm²以上、例えば 300— 1200mAZdm² の高電流密度にて運転し、 Naイオン濃度力 300ppb以上例えば 300— 2000ppbの被処理水からも、 10Μ Ω 'cm以上の高比抵抗の処理水を生産することが可能である

[0050] 図 1一 4では小室は六角形であるが、四角形例えば菱形であってもよい。区画部材は、三角形の小室を形成する三角格子状区画部材であってもよぐさらに別形状の小室を有する区画部材であってもよい。小室は形成されなくてもよぐこの場合区画部材は必要ない。

[0051] 本発明の電気脱イオン装置において、小室のイオン交換膜面への投影面積は 1一

100cm²とくに 5— 80cm²とりわけ 10— 50cm²程度が好まし!/、。脱塩室を挟む 1対のァニオン交換膜とカチオン交換膜の間隔、即ち脱塩室の厚みは 1. 5— 15mmとくに

3— 10mm程度が好ましい。小室を小さくするほど 1つの小室に充填するイオン交換榭脂の量が少なくなり、イオン交換樹脂の流動が抑制されると共に、区画部材及び脱塩室の強度も大きくなるが、脱塩室の通水圧損が大きくなる。

[0052] 濃縮室の厚みは 0. 3— lmm程度が好ましい。濃縮室内には 20— 60メッシュ程度のスぺーサが配置されるのが望まし、。

[0053] イオン交換榭脂の粒径は、 0. 1— lmmとくに 0. 2-0. 6mm程度が好ましい。このイオン交換榭脂は、小室の容積の 100— 140%程度の量を小室に収容した後、ィォン交換膜で両側から挟みつけ、イオン交換榭脂を小室内に緻密に充填するのが好ましい。

[0054] 小室内にイオン交換榭脂を充填して電気脱イオン装置を組み立てる場合、小室内にイオン交換榭脂を充填し、両端に相対するイオン交換膜を設置後、原水を供給し内部イオン交換榭脂を膨潤させた後、小室を体積比が 100— 102%程度になるように締め付けてもよい。

[0055] 濃縮室内にもイオン交換榭脂を充填することができる。濃縮室にイオン交換榭脂を充填することにより、電流が流れ易ぐ乱流効果も改善され、電流効率が向上する。濃縮室に配置されるスぺーサの代わりに脱塩室と同様に区画部材で多数の小室を形成し、各小室にイオン交換榭脂を充填しても良い。

[0056] 一般に、陰極室はアルカリ性を呈するため、通常陽極室を通過した酸性の陽極水が供給され、陰極室で中和し、一部純水になる。このため、陰極室の導電性は低下し局部的に電圧が上昇し、スケールが発生し易い。この状況を避けるため、陰極をメッシュ電極又は不織布状の電極を単独又は組み合わせた電極を使用することにより電極面積を増やし、電極面の電流密度を下げることによりスケールの発生を防止するのが好ましい。

[0057] 本発明の電気脱イオン装置を運転する場合、濃縮水を循環し、循環水中のイオン濃度を給水の 5— 40倍の範囲内に制御することが望ましい。この場合、濃縮水のスケール成分である硬度成分を電気的に分離排除し、循環水中のランゲリアインデックスをマイナスにすることが好ましい。硬度成分除去に弱酸性イオン交換榭脂を使用してもよい。

実施例及び比較例

[0058] 以下、実施例 1, 2、参考例 1, 2及び比較例 1, 2について説明する。

[0059] この実施例及び比較例で用いた電気脱イオン装置は、図 1一 4に示す構造の脱塩室を有し、濃縮室にっ、ては上下方向に 3本のリブを延設した構造のものである。

[0060] 脱塩室及び濃縮室の大きさは幅 130mm、高さ 400mmであり、脱塩室の厚みは 5 mm、濃縮室の厚みは 2. 5mmである。 [0061] 脱塩室の数は 3、濃縮室の数は 4であり、両者は図 6の如く交互に配設されている。最も外側の濃縮室の両側（外側）に図 6と同様に電極室が配置されている。そして、濃縮水は、給水の一過式カウンタフロー（対向流）となっている。

[0062] 脱塩室内の小室は、図示の通り正六角形であり、六角形の一辺の長さは 16. lmm である。小室を形成する区画部材の材質は縦の壁部がポリプロピレン、斜めのメッシュ部がポリエステル製である。

[0063] 脱塩室の各小室には、それぞれァ-オン交換樹脂と力チオン交換樹脂との混合物を充填した。両榭脂の合量に対するァ-オン交換樹脂の割合は次の通りである。なお、実施例 1 , 2において、境界部 Bの位置は脱塩室の上下方向の中間とした。比較例 1一 4では、脱塩室内におけるァ-オン交換榭脂比は全領域にわたって同一とした。

実施例 1 上流側 75%、下流側 60%

実施例 2 上流側 60%、下流側 75%

比較例 1 ,参考例 1 , 2 70%

比較例 2 60%

[0064] 濃縮室にはカチオン交換樹脂とァユオン交換樹脂とを 4： 6の体積比で混合したものを充填し、電極室にはカチオン交換榭脂を充填した。

[0065] その他の運転条件は次の通りである。

被処理水：巿水を逆浸透膜分離処理した炭酸濃度 18mgCO ZL

2 、 Naイオン濃度 760ppb (参考例 1では l lOppb)、導電率 SZcm (参考例 1では 1 μ S/c m)の水。

脱塩室通水量： 190LZh

濃縮室通水量: 40LZh

電圧： 20V

電流： 4A

電流密度： 800mA/dm² (参考例 2では 200mAZdm²)

電流効率： 20%

[0066] 得られた処理水の水質を表 1に示す。表 1の通り、脱塩室の上部または下部にァ- オン交換樹脂の大過剰領域を配置し、それと反対側に小過剰領域を配置することにより、 Naイオン濃度が 300ppb以上の被処理水に対して電流密度 800mAZdm²で運転しても電圧上昇することなく炭酸除去が可能となった。

[0067] 参考例 1は原水の Naイオン濃度が低い場合であり、原水の条件がよければ電圧上昇は生じない。参考例 2は、処理の際の電流密度が低い場合であり、そのような条件では電圧上昇は生じない。

[0068] [表 1] ァニ才ン交換樹脂割合 Naイオン

電流密度電圧

比抵抗

No. 上部下部上昇

[mA/dm²] [ Ω - cm] 20cm 20cm 全体 [ppb] [有無] 実施例 1 75% 60% 68% 760 800 無 12.8 実施例 2 60% 75% 68% 760 800 、 14.5 比較例 1 70% 70% 70% 760 800 有 14.7 参考例 1 70% 70% 70% 1 10 800 15.2 参考例 2 70% 70% 70% 760 200 、 7.8 比較例 2 60% 60% 60% 760 800 3.4

Claims

請求の範囲

[1] 電極同士の間に複数のカチオン交換膜とァ-オン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換榭脂を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気脱イオン装置であって、該イオン交換榭脂は、ァ-オン交換樹脂と力チオン交換樹脂とを含む混合物である電気脱イオン装置において、

該ァ-オン交換樹脂と力チオン交換樹脂との合量に対するァ-オン交換樹脂の割合が該脱塩室内の上流側にぉ、て A体積％であり、下流側にお!、て B体積％であり A力 6— 80、 Bが 50— 65である力又は

Aが 50— 65、 Bが 66— 80であることを特徴とする電気脱イオン装置。

[2] 請求項 1にお、て、 A力 S66— 80、 Bが 50— 65であることを特徴とする電気脱イオン装置。

[3] 請求項 1において、 Aが 50— 65、 Bが 66— 80であることを特徴とする電気脱イオン装置。

[4] 請求項 1に記載の電気脱イオン装置を用いて水を脱イオン処理する電気脱イオン方法。

[5] 請求項 4において、電流密度 300mAZdm²以上で脱イオン処理することを特徴とする電気脱イオン方法。

[6] 請求項 4において、 Naイオン濃度が 300ppb以上の水を脱イオン処理することを特徴とする電気脱イオン方法。