WO2007132685A1 - 電気軟化装置、軟化装置、軟水製造方法及び軟化装置の運転方法 - Google Patents

電気軟化装置、軟化装置、軟水製造方法及び軟化装置の運転方法 Download PDF

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WO2007132685A1
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chamber
softening
treated
anode
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Yasutaka Shinmei
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Organo Corporation
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    • C02F2001/425—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange using cation exchangers

Definitions

  • the present invention relates to an electrosoftening device that softens hard water, a softening device, a soft water production method, and a softening device that can reduce the amount of regenerant used and a method of operating the softening device.
  • Water containing a large amount of divalent cations (hardness component) such as calcium ions and magnesium ions is called hard water and is not suitable for use in boiler feed water or cooling water. For this reason, water softening treatment is performed to remove divalent cations.
  • soft water is applied to the packed bed of Na-type strongly acidic cation exchange resin by using soft water or reverse osmosis using hard water for the reverse osmosis membrane. There is a membrane method.
  • the regeneration process in the salt softening method using Na-type strongly acidic cation exchange resin is usually performed by using a 5 to 10% saline solution at SV 5 to 15 for 20 minutes.
  • a large amount of salt was required, and there was a disadvantage that the frequency of saline solution replenishment was high.
  • few softening devices have been known to perform the water sampling process using the salt softening method and the electrical regeneration process, and only changing the flow direction of the water to be treated containing hardness components There is nothing that can increase the volume or reduce the water flow capacity and extend the water flow time, and no softening device that can significantly reduce the amount of regenerant used has been known. Therefore, it has been desired to develop a softening device that can save regenerative medicine and can take various operation modes.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-108 884 (Claim 1, Fig. 1)
  • Non-Patent Document 1 "Latest ion exchange”; Hidetake Kakihana et al., Published by Yodogawa Shoten, Showa 3 May 5th, pp. 3 8 5 to 3 8 6
  • An object of the present invention is to prevent the phenomenon of current efficiency from decreasing.
  • An object of the present invention is to provide an electrosoftening device, a softening device, and a soft water production method capable of freely removing a hardness component in water from a desired softening rate to a remarkably high softening rate depending on the purpose.
  • another object of the present invention is to change the flow direction of the water to be treated including the hardness component, so that the flow volume can be increased, or the flow rate can be decreased and the ice flow time can be increased.
  • Another object of the present invention is to provide a softening device and a method of operating the softening device that can significantly reduce the amount of the regenerant used in the electrical regeneration process.
  • the present inventor has conducted intensive studies, and as a result, the monovalent cation selective permeation membrane and the cation exchange membrane are alternately arranged between the anode chamber and the negative chamber, and the water passage is formed between them.
  • Water to be treated containing hardness components is passed through the water passage chamber (softening chamber) located on the cathode side of the selectively permeable membrane, and the water passage chamber (replacement chamber) located on the anode side of the monovalent cation selective permeable membrane. If the substitution water containing monovalent cations is passed through and the DC component is applied to the cathode and anode to replace the hardness component in the water to be treated with monovalent cations in the substitution water, the current efficiency will decrease.
  • a monovalent cation selective permeation membrane between the anode chamber and the cathode chamber; Alternating cation exchange membranes and cation exchange between them
  • the first water flow chamber and the valence-selective thione permselective membrane are located on the cathode side of the monovalent cation selective permeation membrane in a state where no water is filled with water.
  • Softening by repeating the regeneration process of regenerating the cation exchanger by passing water in series in this order in the water chamber According to the operation method of the equipment, the flow volume can be increased by simply changing the flow direction of the water to be treated including the hardness component, the flow volume can be reduced and the flow time can be increased.
  • the inventors have found that the amount of regenerant used can be significantly reduced (second invention), and have completed the present invention.
  • a monovalent cation selective permeable membrane and a cation exchange membrane are alternately arranged between an anode chamber and a cathode chamber, and a water passage is provided between them, and a passage located on the cathode side of the monovalent cation selective permeable membrane is provided.
  • the water chamber is a softening chamber
  • the water flow chamber located on the anode side of the monovalent cation selective permeable membrane is a replacement chamber
  • the softening chamber is provided with an introduction path for treated water containing hardness components and a soft water discharge path.
  • the substitution chamber is provided with a substitution water introduction path containing monovalent cations and a hardness component concentrated water discharge path, and a water introduction path and a discharge path are arranged in the anode chamber and the cathode chamber, respectively.
  • An electric softening device is provided.
  • the present invention also includes a pre-demineralization device and the electrosoftening device positioned downstream of the pre-desalination device, and a treated water discharge path of the pre-demineralization device and treated water introduction of the electrosoftening device.
  • the present invention provides a softening device in which a route is connected, and a concentrate discharge route of the pre-demineralizer is connected to a replacement water introduction route of the electrosoftening device.
  • the present invention provides the electrosoftening device and a post-desalination device located at a subsequent stage of the electrosoftening device, and introduces treated water discharge path of the electrosoftening device and treated water of the post-desalination device.
  • the present invention provides a softening device in which a route is connected, and a concentrate discharge route of the desalting device is connected to a replacement water introduction route of the electric softening device.
  • the monovalent cation selective permeable membrane and the force thione exchange membrane are alternately arranged between the anode chamber and the cathode chamber, and the water passage is provided between them.
  • the monovalent cation selective permeable membrane is located on the cathode side of the monovalent cation selective permeable membrane.
  • Water to be treated containing hardness component in water flow chamber (softening chamber) Pass water through the water flow chamber (replacement chamber) located on the anode side of the monovalent cation selective permeation membrane, and pass the replacement water containing monovalent cations, and apply a DC potential to the cathode and anode to treat the treated water.
  • a soft water production method is provided in which the hardness component is substituted with a monovalent cation of substitution water.
  • the present invention provides a monovalent cation selective permeation membrane in which a monovalent cation selective permeation membrane and a force thione exchange membrane are alternately arranged between an anode chamber and a cathode chamber, and a space between them is filled with a cation exchanger.
  • the first water passage located on the cathode side of the membrane and the second ice passage located on the anode side of the monovalent cation selective permeation membrane are provided with a water introduction path and a discharge path, respectively.
  • the cathode chamber is provided with a water introduction path and a discharge path, respectively, and water to be treated containing hardness components is passed through both the first water flow chamber and the second water flow chamber in parallel to soft water.
  • a soft water irrigation route for obtaining soft water by passing water in series from the second water passage to the first water passage, and regenerating water containing monovalent cations from the first water passage.
  • the present invention also provides a water flow chamber in which a monovalent cation selective permeation membrane and a force thione exchange membrane are alternately arranged between an anode chamber and a cathode chamber, and a space between them is filled with a cation exchanger, and a direct current is not applied.
  • water to be treated containing a hardness component is passed through the first water passage located on the cathode side of the monovalent cation selective permeation membrane and the second water passage located on the anode side of the monovalent cation selective permeation membrane.
  • the cation exchanger is regenerated by passing a reclaimed water containing monovalent cations from the first water flow chamber in series to the second water flow chamber in a state where a DC current is applied and a water sampling process for obtaining soft water.
  • An operation method of the softening device is provided, characterized by alternately repeating the regeneration process. The invention's effect When water is passed through the electrosoftening device of the first invention and energized, monovalent cations and divalent cations in the water to be treated permeate the cation exchange membrane in the softening chamber and move to the substitution chamber.
  • the substitution chamber mainly monovalent cations in the substitution water permeate the monovalent force thione permselective membrane and move to the softening chamber. For this reason, soft water can be obtained by replacing the hardness component in the water to be treated with monovalent cations.
  • the cation transport rate is the same in any of the softening chambers and the replacement chambers, and the pH does not decrease, so that the current efficiency does not decrease. .
  • substitution water containing a monovalent cation equal to or greater than the equivalent hardness component to be removed is passed through the water to be treated, scale will not easily occur on the membrane surface of the monovalent cation permeation membrane in the substitution chamber.
  • the softening device of the first invention since the monovalent cation is concentrated in the concentrated permanent obtained from the pre-desalting device, it is necessary to add a monovalent cation salt separately to the replacement water. At the same time, since the pre-demineralized treated water is used as treated water, it is possible to obtain water with lower hardness.
  • the softening device of the first invention is particularly suitable when the hardness and salt concentration of raw water are high.
  • the former-stage electrosoftening device can be operated at a lower current value, and the capacity of the DC power supply can be reduced.
  • the anode outlet water has a decrease in cation and pH, and hypochlorous acid is generated by the anodic reaction and has oxidizing power and sterilizing power. Therefore, it can be used as acidic functional water. wear.
  • the cathode outlet water can be used as an alkaline functional water having a reducing power because cations increase, pH increases, and hydrogen gas is generated by the cathode reaction.
  • the flow volume can be increased by simply changing the flow direction of the water to be treated including the hardness component, or the flow time can be reduced and the flow time can be increased. Can drown.
  • the monovalent cation is returned from the second water flow chamber downstream to the first water flow chamber upstream, the monovalent cation concentration in the system can be kept high. Significant savings.
  • the soft water can be collected substantially continuously.
  • the anode outlet water obtained in the regeneration process decreases cations and pH, and hypochlorous acid is generated by the anodic reaction and has oxidizing power and bactericidal power, so it is used as acidic functional water. be able to.
  • the cathode outlet water obtained in the regeneration process can be used as an alkaline functional water having a reducing power because cations increase, pH increases, and hydrogen gas is generated by the cathode reaction.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electrosoftening device according to a first embodiment of the first invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an electrosoftening device according to a second embodiment of the first invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the softening device according to the first embodiment of the first invention
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the softening device according to the second embodiment of the first invention
  • FIG. 5 is a schematic diagram of the softening device according to the first embodiment of the second invention, and is a flow diagram for carrying out a water sampling process.
  • FIG. 6 is a diagram of the first invention of the second invention. It is a schematic diagram of the softening apparatus in embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electrosoftening device according to a first embodiment of the first invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an electrosoftening device according to a second embodiment of the first invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the softening device according to the first embodiment of the first
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the softening device according to the second embodiment of the second invention, and is a flow diagram for performing the water sampling process.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a softening device according to a second embodiment of the second invention, and is a flow diagram for carrying out a regeneration process.
  • FIG. 9 shows a softening device according to a third embodiment of the second invention.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of the softening device according to the third embodiment of the second invention, and is a flowchart for performing the regeneration process.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the movement of cations in the regeneration process of the softening device of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the electrosoftening device of this example.
  • monovalent cation selective permeable membranes 4 and cation exchange membranes 3 are alternately arranged between an anode chamber 6 adjacent to the anode 7 and a cathode chamber 5 adjacent to the cathode 8, and pass between them.
  • a water chamber located on the cathode 8 side of the monovalent cation selective permeable membrane 4 is the softening chamber 1
  • a water chamber located on the anode 7 side of the monovalent cation selective permeable membrane 4 is the replacement chamber 2.
  • the softening chamber 1 is provided with an introduction pipe a and a soft water discharge pipe b containing hardness components
  • the substitution chamber 2 is provided with a substitution water introduction pipe c containing monovalent cations and the hardness component concentrated water discharge.
  • Piping d is provided
  • anode chamber 6 is provided with hardness component concentrated water discharge pipe d
  • anode water introduction pipe e and anode water drain pipe f are connected to cathode chamber 5
  • cathode is connected to anode water drain pipe f in cathode chamber 5.
  • the ion exchange membrane adjacent to the anode chamber 6 may be a monovalent cation selective permeable membrane 4 as in this example, so that the hardness component enters the electrosoftening device from the water flowing through the anode chamber 6. This is preferable because it can be prevented.
  • a monovalent cation salt supply means may be connected to the replacement water introduction pipe c of the electrosoftening device 10 (not shown). As a result, the monovalent cation concentration in the substitution water can be appropriately adjusted to an arbitrary amount.
  • the monovalent cation salt supply means include a device composed of a monovalent cation salt storage tank, a monovalent cation salt supply pump, piping, valves and the like.
  • the monovalent cation selective permeable membrane 4 is not particularly limited, but a cation exchange membrane in which a thin layer of polycation is completely fixed on the membrane surface can be used. Since the electrostatic repulsion between the polycation, which is the positive charge barrier existing on the membrane surface, and the ion to be permeated is larger for the divalent cation than for the monovalent cation, Cation permeation is prevented.
  • a monovalent cation selective permeable membrane a commercially available one can be used.
  • the water to be treated containing hardness components is passed through the pipe for introducing the water to be treated a, and the anode 7 side of the monovalent cation selective permeation membrane 4
  • the replacement water containing monovalent cation is passed through the replacement water introduction pipe c through the replacement water introduction pipe c, and a DC potential is applied to the cathode 8 and the anode 7.
  • the flow direction of the water to be treated in the softening chamber 1 and the flow direction of the replacement water in the replacement chamber 2 are not particularly limited, but as shown in FIG. Is preferred. If the flow direction of the water to be treated in the softening chamber 1 and the flow direction of the water to be substituted in the replacement chamber 2 are opposite to each other, the hardness component in the water to be treated introduced into the softening chamber 1 is higher than that of the monovalent cation. Since it is an electric charge and easily moves, it passes through the cation exchange membrane 3 on the discharge side of the substitution chamber 2 and is quickly discharged out of the system from the softening chamber 1. This makes it difficult for scale to occur on the membrane surface of the monovalent cation selective permeable membrane 4 on the substitution chamber 2 side.
  • the replacement chamber outlet water discharged from the replacement chamber 2 is passed through the anode chamber 6, and the anode chamber outlet water is further passed through the cathode chamber 5.
  • the monovalent cation that has passed through the cation exchange membrane 3 from the softening chamber 1 and moved to the replacement chamber 2 can be returned to the anode chamber 6 and used again for replacement, and the cations move and decrease in the anode chamber 6.
  • the risk of hardness scale deposition in the cathode chamber 5 can be reduced.
  • Such a method of passing electrode water is particularly suitable when treating water to be treated having a high hardness component.
  • all of the replacement chamber outlet water is passed through the anode chamber 6.
  • the present invention is not limited to this, and a portion of the replacement chamber outlet water may be passed through the anode chamber 6.
  • the electrode water in the anode chamber 6 and the cathode chamber 5 may be separately passed.
  • the cathode outlet water discharged from the cathode water discharge pipe h is increased in cation and pH, and hydrogen gas is generated by the cathode reaction. It can be used.
  • the water to be treated is hard water, and specific examples include tap water and well water.
  • the treated water usually contains impurities such as divalent cations such as calcium ion and magnesium ion, strong electrolyte such as sodium ion, potassium ion, chloride ion and sulfate ion, weak electrolyte such as carbonate ion and silica, etc. May be included.
  • a pre-demineralizer is installed in front of the electrosoftening device 10 (see Fig. 3), and the treated water flowing out from the pre-demineralizer is treated water. You can. Thereby, treated water with lower hardness can be obtained.
  • substitution water containing the monovalent cation of the first invention (hereinafter also simply referred to as “substitution water”), the amount of the monovalent cation in the substitution water should be equal to or more than the equivalent of the hardness component to be removed. preferable. If the amount of monovalent cation in the substitution water is less than the equivalent of the hardness component to be removed, soft water is temporarily obtained, but the removal of the hardness component is insufficient, and the monovalent cation selective permeation membrane 4 in the substitution chamber 2 Scale tends to occur on the film surface. When the amount of monovalent cations is large, a larger amount of current flows, so that the amount of ions moved per unit time increases and softening efficiency improves.
  • the replacement water may contain a divalent cation.
  • Specific examples of the replacement water include water to be treated and water prepared by adding a monovalent cation salt to the water to be treated.
  • a monovalent cation salt When the amount of monovalent cation in the water to be treated is less than the equivalent of the hardness component to be removed, it is preferable to add a monovalent cation salt separately from the viewpoint of improving the removal rate of the hardness component.
  • the monovalent thione salt added to the water to be treated is usually salt.
  • the replacement water flow rate may be increased with respect to the flow rate of the water to be treated, but this is not preferable because the utilization rate of water decreases.
  • a pre-demineralizer is installed in front of the electrosoftening device 10 (see Fig. 3), and concentrated water discharged from the pre-demineralizer is placed. It can also be changed water.
  • the concentrated ice discharged from the pre-desalting apparatus is also concentrated in that monovalent cations are concentrated, and it can be used without adding a monovalent cation salt and the softening efficiency is increased.
  • a post-desalination device is installed after the electrosoftening device 10 (see Fig. 4), and the concentrated water discharged from the post-desalination device is used as replacement water.
  • the concentrated water discharged from the desalting apparatus after that contains monovalent cations which is preferable in that it can be used without adding a monovalent cation salt and the softening efficiency is increased.
  • the pre-desalting apparatus and the post-desalting apparatus are both known types of apparatuses that concentrate the excluded ions in the concentrated water. For example, an electrodialysis apparatus, an electric deionized water production apparatus, and a reverse osmosis membrane apparatus are used. Can be mentioned.
  • a cation exchanger is provided in at least the softening chamber, preferably the softening chamber and the replacement chamber, and more preferably all of the softening chamber, the substitution chamber, the anode chamber, and the negative chamber of the electrosoftening device. Can be filled.
  • a divalent catalyst having high ion exchange selectivity can be more selectively excluded into the substitution chamber 2.
  • the cation exchanger itself has electrical conductivity, filling the softening chamber, the replacement chamber, the cathode chamber, or the anode chamber can lower the current resistance value of the device stack and reduce the power consumption.
  • the cation exchanger is not particularly limited, and examples thereof include a cation exchange resin, a cation exchange fiber, and an organic porous cation exchanger.
  • R ⁇ 1 is satisfied as an operating condition in which a hardness scale is not generated.
  • R is (Current value (A) X 3 60 Qs / 9 6 500 Coulomb) / ((Monovalent force of replacement water Thion concentration (mg C a CO l) x Replacement water flow rate (1 / h )) / Number of replacement chambers)) If R exceeds 1, that is, the current exceeds the monovalent cation. When flowing, there is not enough monovalent cations, and the water is separated into H + and OH-.
  • examples of a method for obtaining soft water having a low hardness component removal rate include a method of flowing a small current and a method of flowing substituted water having a low monovalent cation concentration.
  • Soft water with a low hardness component removal rate is used as water to be treated in desalination equipment such as reverse osmosis membrane equipment and electrical deionized water production equipment, and the amount of monovalent cation salt added to the replacement water The power consumption can be reduced.
  • desalination equipment such as reverse osmosis membrane equipment and electrical deionized water production equipment
  • monovalent cation salt added to the replacement water The power consumption can be reduced.
  • a method of obtaining soft water having a high hardness component removal rate a method in which substitution water containing thione having a monovalent force of thione or more equivalent to the hardness component to be removed in treated water is passed, In addition to the method of passing the substitution water containing, there is a method of flowing an electric current value such that the R value is in the range of 0.7 to 1.0.
  • the substitution is carried out so that the R value is in the range of 0.7 to 1.0, and the monovalent cation is equal to or more than the equivalent of the hardness component to be removed in the water to be treated.
  • the method of passing water is preferable in that a high hardness component removal rate of 90% or more, particularly 95% or more can be obtained.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the electrosoftening device of this example.
  • the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted and the differences will be mainly described. That is, the electrosoftening device 10a of FIG. 2 is different from the electrosoftening device 10 of FIG. 1 in the electrode water path.
  • the replacement chamber 2 is provided with a replacement water introduction pipe c containing monovalent caton and a hardness component concentrated water discharge pipe d, and the cathode Cathode water inlet pipe g connected to hardness component concentrated water discharge pipe d and cathode water drain pipe h are arranged in chamber 5, and anode water inlet pipe e connected to cathode water drain pipe h and anode water are connected to anode chamber 6.
  • the electrosoftening device 10 a in addition to the same effect as the electrosoftening device 10, the monovalent catalyst that has moved through the cation exchange membrane 3 from the softening chamber 1 is converted into the most upstream of cation movement. It can be returned to the anode chamber 6 and used again for replacement. As a result, since the monovalent cation concentration in the system can be maintained high, the monovalent cation salt added to the replacement water can be saved and the softening efficiency can be increased.
  • the anode outlet water has reduced cations and pH, and hypochlorous acid is generated by the anodic reaction and has oxidizing power and bactericidal power. Can be used.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the softening device of this example.
  • the softening device 20 includes a pre-demineralization device 21 and the electro-softening device 10 located in the rear stage of the pre-desalination device 21, and the treated water of the pre-desalination device 21.
  • Connect the discharge pipe k and the treated water introduction pipe a of the electric softening device 10 and connect the concentrated liquid discharge pipe j of the pre-demineralizer 2 1 and the replacement water introduction pipe c of the electric softening device 10 Become.
  • the electrosoftening device 10 may be an electrosoftening device 10 a.
  • the pre-demineralization device 21 is a known device that concentrates excluded ions in concentrated water, and examples thereof include an electrodialysis device, an electric deionized water production device, and a reverse osmosis membrane device.
  • the pre-demineralization device 21 roughly removes the hardness components of raw water and impurities such as cations of the valence, and then further removes the remaining hardness components using the electrosoftening device 10. Therefore, desalting in the pre-desalting unit is performed under mild conditions. For this reason, for example, when a reverse osmosis membrane device is used, generation of scale on the membrane surface can be suppressed.
  • the softening device 20 has particularly high hardness and salt concentration of raw water. Suitable for high cases.
  • the method for producing soft water using the softening device 20 of the present example uses the treated water of the pre-demineralization device 21 as the water to be treated in the electric softening device 10 and the pre-desalination device 2 as the replacement water.
  • the explanation is omitted because it is the same as the case of using 1 concentrated water.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the softening device of this example.
  • the same components as those of the softening device 20 of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and differences will be mainly described.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the softening device of this example.
  • the same components as those of the softening device 20 of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and differences will be mainly described.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the softening device of this example.
  • the same components as those of the softening device 20 of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and differences will be mainly described.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the softening device of this example.
  • the same components as those of the softening device 20 of FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted,
  • the softening device 20 a includes an electric softening device 10 and a post-desalination device 2 2 located downstream of the electric softening device 10, and discharges treated water from the electric softening device 10 0 b And the treated water introduction pipe i of the post-desalination unit 22 are connected, and the concentrate discharge pipe ⁇ of the post-desalination unit 22 and the replacement water introduction pipe c of the electric softening unit are connected.
  • the electric softening device 10 may be the electric softening device 10 a.
  • the post-desalting apparatus 22 is a known apparatus that concentrates ions excluded in concentrated water, and examples thereof include an electrodialysis apparatus, an electric deionized water production apparatus, and a reverse osmosis membrane apparatus.
  • the electrosoftening device 10 operates with a low hardness component removal rate, roughens the hardness component of the raw water, and then further in the post-desalination device 22 with the remaining hardness components and other Impurity ions may be removed. Since the electrosoftening device 10 in the previous stage can operate with a low hardness component removal rate, the amount of monovalent cation salt added to the replacement water can be reduced, or the operation can be performed at a lower current value. The capacity of the DC power supply can be reduced.
  • the concentration of hardness components in the water to be treated is reduced. Can be suppressed.
  • the softening device 20 is suitable particularly when the hardness and salt concentration of raw water are high.
  • FIGS. 5 and 6 are schematic diagrams of the softening device of this example.
  • FIG. 5 is a flow chart for carrying out the water exploration process
  • FIG. 6 is a flow chart for carrying out the regeneration process
  • FIG. Fig. 1 is a diagram for explaining the movement of cations in the raw process.
  • the softening device 30 includes a monovalent cation selective permeation membrane 4 and a cation exchange membrane 3 alternately arranged between an anode chamber 6 adjacent to the anode 16 and a cathode chamber 5 adjacent to the cathode 15 and cation therebetween.
  • the water flow chamber filled with exchange resin 1 9 is located on the cathode 1 5 side of the monovalent cation selective permeation membrane 4 and the anode 1 6 side of the monohydric cation selective permeation membrane 4.
  • the second water supply chamber 2 is provided with a water introduction pipe and a discharge pipe, respectively, and the anode chamber 6 and the cathode chamber 5 are respectively provided with water introduction pipes 1 7, 1 3 and a discharge pipe 1 2, 1 4
  • a soft water sampling pipe system gun X that obtains soft water by passing water to be treated containing hardness components through both the first water passage 1 and the second water passage 2 in parallel is disposed.
  • a regenerative piping system gun Y for regenerating the cation exchange resin 19 by supplying a regenerant containing a monovalent cation to the first water passage 1 and the second water passage 2 in series in this order is arranged.
  • Valves that separate soft water sampling piping system X and regeneration piping system Y are arranged.
  • the ion exchange membrane adjacent to the anode chamber 6 may be a monovalent cation permselective membrane 4 as in this example.
  • the hardness component from the water flowing through the anode chamber 6 enters the electrosoftening device. It is preferable in that it can be prevented from entering.
  • the cation exchanger is not particularly limited, and examples thereof include a cation exchange resin, a cation exchange fiber, and an organic porous cation exchanger.
  • the first connection chamber 1 has a branch pipe that branches from the treated water introduction pipe 7, 7, 7 2, 7 3, and a second connection that forms part of the soft water discharge pipe 8 Branch pipes 8 1, 8 2 and 8 3 connected to pipe 8 b
  • the second branch pipe 7 4 and 7 5 branching from the first branch pipe 7 a of the treated water introduction pipe 7 is arranged in the water flow chamber 2, and the second branch pipe 8 4 connected to the first connection pipe 8 a 8 4 8 and 5 are arranged.
  • the first connection pipe 8a and the second connection pipe 8b are connected in parallel by the connection pipe 8c.
  • the regenerant introduction pipe 9 that shares part of the treated water introduction pipe 7 is arranged, and the branch pipes 7 1, 7 2, and 7 3 are connected to the regenerant introduction pipe 9 branch pipe.
  • Branch pipes 8 1, 8 2 and 8 3 are shared as intermediate regenerant discharge pipes
  • branch pipes 8 4 and 8 5 are shared as branch pipes for intermediate regenerant introduction pipes
  • second branch pipes 7 4 , 7 5 is shared as a branch pipe connected to the regenerant discharge pipe 1 1.
  • the treated water introduction pipe 7 has a valve m and the first branch pipe that branches from the upstream side of the valve m in the treated water introduction pipe 7 7 Valve n on the upstream side of a, valve q on the downstream side of the regenerant discharge pipe 1 1, valve o on the downstream side of the confluence of the first connection pipe 8a of the soft water discharge pipe 8, A valve p is arranged upstream of the regenerant introduction pipe 9. Also, the regenerant discharge pipe 1 1 and the anode chamber introduction pipe 1 7 are connected, and the negative chamber introduction pipe 1 3 and the anode chamber discharge pipe 1 2 are connected.
  • a monovalent cation salt supply means may be connected to the regenerant introduction pipe 9 of the softening device 30 (not shown). As a result, the monovalent cation concentration in the substitution water can be appropriately adjusted to an arbitrary amount.
  • the monovalent cation salt supply means include a device composed of a monovalent cation salt storage tank, a monovalent cation salt supply pump, piping, valves and the like.
  • the monovalent cation permselective membrane 4 may be the same as that used in the electrosoftening device in the first embodiment of the first invention.
  • the soft water sampling piping system X and the regeneration piping system Y use common piping, but this is not a limitation.
  • Soft water exploration piping system • X and the regeneration piping system Y It may be a separate piping system, and as shown in Fig. 5. It may be a form in which common piping is used for a part different from the piping system shown.
  • water to be treated containing a hardness component is applied to the first water flow chamber located on the cathode side of the monovalent cation selective permeation membrane and the anode side of the monovalent cation selective permeation membrane without applying a direct current.
  • This is a process to obtain soft water by passing water through the second water passage.
  • water to be treated containing hardness components is passed through both the first water passage chamber 1 and the second water passage chamber 2 in parallel. That is, in the water sampling process in Fig. 5, the valve ⁇ ! Open ⁇ o and valves p and q are closed.
  • to-be-treated water is introduced into treated water introduction pipe 7, branch pipes 7 1 to 7 3, first branch pipe 7 a and branch pipes 7 4 and 7 5 to first water flow chamber 1 and second ice flow chamber 2.
  • Inlet obtain soft water through branch pipes 8 1 to 8 5, first connection pipe 8 a, connection pipe 8 c, second connection pipe 8 b and soft water discharge pipe 8.
  • the Na-type cation exchange resin tower is softened by a substitution reaction similar to the so-called common salt softening. Treated water with high substitution efficiency and lower hardness can be obtained.
  • the water passage volume at the time of water sampling is increased, and the water sampling flow rate can be increased.
  • the end of the water sampling process is determined by a certain amount of time calculated from the hardness of the water to be treated, the flow rate of the water to be treated, and the cation exchange capacity filled in the equipment, or the hardness of the outlet of the treated water. It is determined when the measured value exceeds a certain value.
  • a regeneration process is performed after the water sampling process.
  • regenerated water containing monovalent cations is directly connected from the first water flow chamber 1 to the second water flow chamber 2 in a state where a direct current is applied, and the first water flow chamber 1 and the second water flow water.
  • the energization process for regenerating the cation exchange resin 19 by passing water so that the flow direction in the chamber 2 is counter-current, and the water to be treated As with the water sampling process, it consists of a process of passing water without applying direct current and extruding and rinsing high-concentration reclaimed water. That is, in the energization process of the regeneration process in FIG.
  • the valves p and q are opened and the valves m to o are closed.
  • the regenerant containing the monovalent cation salt is added to the regenerant introduction pipe 9, branch pipe 7 1 to 7 3, first water passage 1, branch pipe 8 1 to 8 3, first connection pipe 8a, connection pipe 8 c, 2nd connection piping 8 b, branch piping 8 4, 8 5, 2nd water flow chamber 2, branch piping 7 4, 7 5 and regenerant discharge piping 1 1 in this order.
  • sodium chloride is preferred as the monovalent cation salt, and the regeneration agent is preferably used as a saline solution.
  • monovalent cation concentration is 1 is 0 0 ⁇ 1 0 0 0 mg C a C 0 3/1. If the monovalent cation concentration is too low, it is not preferable in that the regeneration efficiency is low, and if it is too high, the amount of the regenerative drug increases, but the effect is not improved.
  • the monovalent cation concentration in the system can be kept high.
  • the flow direction of the first water flow chamber 1 and the second water flow chamber 2 is not particularly limited, and may be a countercurrent flow or a parallel flow. Suitable operating conditions for the energization process of the regeneration process are those that satisfy R ⁇ 1.
  • R is (Current value (A) X 3 6 00 seconds / 9 6 5 0 0 coulomb) / ((Monovalent cation concentration of regenerant (mg C a C 0 3 / l) ⁇ Regenerant flow rate (1 / h)) / second number of water passages))).
  • R exceeds 1, that is, when a current exceeding the monovalent cation is passed, the monovalent cation becomes insufficient and the water deviates between H + and OH ⁇ .
  • H + permeates the monovalent cation selective permeation membrane, OH- remains, so the pH becomes higher and it becomes easier to scale the membrane surface on the cathode side of the second water flow chamber.
  • the risk of hardness scale deposition in the cathode chamber 5 can be reduced.
  • the entire outlet water of the second water passage is passed through the anode chamber 6, but the present invention is not limited to this, and a part of the outlet water of the second water passage is passed through the anode chamber 6.
  • the electrode water in the anode chamber 6 and the cathode chamber 5 may be separately passed.
  • the cathode outlet water discharged from the cathode water discharge pipe 14 increases the cations and pH, and generates hydrogen gas due to the cathode reaction. It can be used as functional water.
  • the energization process of the regeneration process does not end for a certain period of time calculated from the concentration of monovalent cations of the regenerant, the flow rate of the regenerant, and the charged cation exchange capacity in the device. It is determined at a constant water flow rate or when the measured hardness value at the outlet of the regenerant discharge pipe (cathode chamber outlet or anode chamber outlet) falls below a certain value.
  • the treated water is passed through the 1st water flow chamber 1 and the 2nd continuous water room 2 without applying a direct current, as in the water sampling process, to regenerate the high concentration. Extrude and rinse.
  • the end of the de-energization process of the regeneration process is determined by a certain amount of time, a certain amount of water flow, or the conductivity of the treated water outlet, which is determined empirically. This completes the regeneration process.
  • FIG. 7 shows a flow chart for carrying out the water sampling process
  • FIG. 7 shows a flow chart for carrying out the water sampling process
  • the softening device 30 a of FIG. 7 shows a flow chart for carrying out the regeneration process.
  • the same components as those of the softening device 30 of FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and differences will mainly be described. That is, the softening device 30 a differs from the softening device 30 in that the flow directions of the first water flow chamber 1 and the second water flow chamber 2 are the same and upward.
  • the first water chamber 1 has branch pipes 7 1, 7 2, 7 branched from the treated water introduction pipe 7. 3 and branch pipes 8 1, 8 2 and 8 3 connected to the second connection pipe 8 b, and the second branch chamber 2 to the treated water introduction pipe 7 from the first branch pipe 7 a Branch 2nd branch piping 7 4 and 7 5 are arranged, and the first connection piping 8 a Arrange the second branch pipes 8 4 and 8 5 to be connected.
  • the first connecting pipe 8a is a part of the soft water drain pipe 8, and the first connecting pipe 8a and the second connecting pipe 8b are connected in parallel by the connecting pipe 8c.
  • the second connection piping 8b is shared as the regeneration agent introduction piping, and the downstream end of the treated water introduction piping 7 and the upstream end of the first connection piping 8a are connected to connect the intermediate regeneration agent introduction piping 9
  • the second branch pipes 8 4 and 8 5 are shared as intermediate regenerant introduction branch pipes, and the second branch pipes 7 4 and 7 5 are shared as branch pipes connected to the regenerant discharge pipe 1 1.
  • a valve m is provided in the treated water introduction pipe 7 and a first branch pipe that branches from the upstream side of the valve m in the treated water introduction pipe 7.
  • valve n on the upstream side of the regeneration valve valve q on the downstream side of the regeneration waste liquid discharge pipe 1, connection pipe on the soft water discharge pipe 8, valve o on the downstream side of the c, pipe for intermediate regenerant introduction 9 a has a valve p, a regenerant introduction pipe 8 b has a valve s upstream of the junction of the connection pipe 8 c, and a valve r has a connection pipe 8 c.
  • the treated water is introduced into the first water flow chamber 1 and the second water flow chamber 2 through the water to be treated introduction pipe 7, the first branch pipe 7a, and the branch pipes 7 1 to 75, and the branch pipe 8 Soft water is obtained through 1 to 85, second connection pipe 8 b, connection pipe 8 c, first connection pipe 8 a and soft water discharge pipe 8.
  • the actions in the first water flow chamber 1 and the second water flow chamber 2 are the same as in the water sampling process in the softening device 30.
  • the valves p, q and s are opened, and the valves m to 0 and the valve r are closed.
  • regenerant containing the monovalent cation salt is added to the regenerant introduction pipe 9, branch pipe 8 1 to 8 3, first water flow chamber 1, branch pipe 7:! To 7 3, treated water introduction pipe 7 and Intermediate regenerant introduction pipe 9 a, first connection pipe 8 a, branch pipe 8 4, 8 5, second water flow chamber 2, branch pipe 7 4, 7 5 and regenerant discharge pipe 1 1 To do.
  • the flow direction of the first water flow chamber 1 and the second water flow chamber 2 is the same as the water sampling process and the regeneration time. Since the process is in the opposite direction, the cation exchange resin is effectively replaced. Further, compared with the softening device 30, although the replacement efficiency at the time of regeneration is good, the intermediate regeneration agent discharge part / introduction part becomes somewhat complicated.
  • FIGS. 9 and 10 are schematic diagrams of the softening device of this example.
  • FIG. 9 shows a flow chart for carrying out the water sampling process
  • FIG. 10 shows a flow chart for carrying out the regeneration process.
  • the softening device 30 b of FIGS. 9 and 10 the same components as those of the softening device 30 of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different points are mainly described. . That is, the softening device 30 b differs from the softening device 30 in the flow direction of treated water in the soft water sampling process, that is, the soft water sampling piping system X.
  • regenerant discharge pipes 7 1 and 7 2 are connected to the regenerant discharge pipe 1 1.
  • a valve a is arranged upstream of the treated water introduction pipe 7 and a valve b is arranged downstream of the soft water discharge pipe 8.
  • the valve d is arranged upstream of the regenerant introduction pipe 9 and the valve c is arranged downstream of the regenerant discharge pipe 11.
  • connection pipe 8 a connection pipe 8 c, second connection pipe 8 b, branch pipe 8 1 to 8 3, first water passage 1, branch pipe 8 4 to 8 6 and soft water discharge pipe 8 in this order .
  • the water sampling process reduces the flow rate and reduces the flow time compared to parallel flow. Take long. .
  • the valves p and 0 are opened, and the valves m and XI are closed.
  • the regenerant containing the monovalent cation salt is added to the regenerant introduction pipe 9, the branch pipe 8 4 to 8 6, the first water flow chamber 1, the intermediate regenerant discharge pipe 8 1 to 8 3, and the second connection pipe 8 b, connection piping 8 c, first connection piping 8 a, intermediate regenerant introduction piping 7 3, 7 4, second water flow chamber 2, branch piping 7 1, 7 2 and Regenerant drainage pipe 1 1 Pass water in this order.
  • the same effect as the regeneration process of the softening device 30 can be obtained, and it can be performed with an apparatus that uses a small number of valves. Also, in each water flow direction, the flow direction is opposite between sampling and regeneration, so the replacement efficiency during regeneration is improved.
  • the regenerant waste water may be introduced into the cathode chamber 5, and then the discharged water from the cathode chamber 5 may be introduced into the anode chamber 6.
  • the monovalent cations that have migrated from the first water flow chamber 1 through the cation exchange membrane 3 can be returned to the anode chamber 6 in the uppermost stream of cation migration and used again for regeneration.
  • the monovalent cation concentration in the system can be kept high, the monovalent cation salt added to the reclaimed water can be saved and the softening efficiency can be increased.
  • the anode outlet water of the regenerant has reduced cations and pH, and hypochlorous acid is generated by the anodic reaction and has oxidizing power and fungicidal activity. Therefore, it can be used as acidic functional water. it can.
  • the treated water was continuously operated in the electrosoftening device shown in Fig. 1 for 500 hours under the operating conditions shown in Table 1 to obtain treated water. After continuous operation for 500 hours, the treated water was analyzed, and the system was stopped and disassembled to visually check the generation of scale inside the system. To-be-treated water passes tap water through an activated carbon filter (PF-CB, manufactured by Organo) into the softening chamber of the electric softening device, and samples of treated water and operation data were collected after 500 hours of operation. . In addition, the replacement water is filtered from the tap water with an activated carbon filter, just like the treated water.
  • PF-CB activated carbon filter
  • Example 5 5 ° / o saline was added using a metering pump so that the alkali metal concentration would be a predetermined concentration, and then passed through the replacement chamber of the electrosoftening device.
  • the concentration of hardness of the processed water is 6 0. 1 mg C a C0 3 /1, cation concentration 1 0 eq or more monovalent substituents water the Hardness component 0 m g C a CO 3 / l. R was 0.75.
  • the hardness of treated water 3. a 0 mg C a C0 3 ZL, the hardness removal rate was 0% 95..
  • no scale was observed on the film surface on the cathode side of the replacement chamber.
  • Example 2 The same operation as in Example 1 was performed except that the energizing current value was 0.1 A instead of 0.2 A, and 9.7 V instead of the average applied voltage of 16 V. R under this operating condition was 0.37. That is, in Example 2, the energizing current value and the average applied voltage were changed and set to a low softening force. The results are shown in Table 1. The hardness of the treated water is 2 9. 6 mg C a C_ ⁇ 3 / L, hardness Ingredient removal rate was 5 0.7%. In addition, no scale was observed on the film surface on the cathode side of the replacement chamber.
  • Example 1 tap water (Example 1) (treated water) instead of salt-added prepared water, current value of 0-06 A instead of 0.2 A, average applied voltage 1 instead of 6 V 1
  • the procedure was the same as Example 1 except that 2 V was used. R in this operating condition was 0.84. That is, Example 3 uses water whose substitutional water has a monovalent cation concentration below the equivalent of the hardness component in the water to be treated. The results are shown in Table 1.
  • the hardness of the treated water is 4 9. 8 mg C a C_ ⁇ 3 / L, hardness components removal rate was 1 7.2%. In addition, no scale was observed on the film surface on the cathode side of the substitution chamber.
  • Example 2 Replace treated water with tap water (example 2) instead of tap water (example 1)
  • tap water (Example 2) to be treated is used instead of salt-added preparation water
  • the conduction current value is 0.1 2 A instead of 0.2 A
  • the average applied voltage is 2 2 V instead of 16 V.
  • the procedure was the same as in Example 1 except that. R under this operating condition was 0.86. That is, Example 4 uses tap water which is treated water different from Examples 1 to 3 as replacement water, and the monovalent cation concentration of the tap water exceeds the equivalent of the hardness component contained in the same tap water. It uses water.
  • Table 1 The hardness of the treated water 3. a 1 mg C a C_ ⁇ 3 / L, hardness components removal rate was 9 2.5%. In addition, no scale was observed on the film surface on the cathode side of the substitution chamber.
  • a polypropylene mesh spacer is placed as a route material, and the replacement water is replaced with salt-prepared preparation water (Example 2) (treated water). Except that the energizing current value is 0.03 A instead of 0.2 A, the average applied voltage is 34 V instead of 16 V, and the continuous operation time is 300 hours instead of 500 hours. Same as 1. In addition, since the thickness of the softening chamber and the replacement chamber was 1 mm each, the number of chambers was 20 chambers, and the volume of the water flow space was combined with Examples 1 to 4. Under these operating conditions, R was 0.86.
  • Example 5 the softening chamber and the replacement chamber are not filled with a cation exchange resin, and the tap water that is to be treated is added to the equivalent of the hardness component contained in the tap water having the same monovalent thione concentration in the tap water. It uses rotating water.
  • the results are shown in Table 1.
  • the hardness of the treated water was 5. Omg C a C03 / L, the hardness component removal rate was 88.0%, and no scale was observed on the membrane surface on the cathode side of the substitution chamber.
  • the treated water was continuously operated for 500 hours under the operating conditions shown in Table 2 in the following softening device to obtain treated water with less hardness. After 500 hours of continuous operation, the treated water was analyzed, and the equipment was stopped and disassembled to visually check the generation of scale inside the equipment.
  • the concentration of hardness of the water to be treated is a 6 0. l mg C a C0 3 /1
  • R was 0.82.
  • the hardness of the treated water is 0. 0 1 7mg C a C0 3 / l
  • hardness removal rate was 9 9.9 7%.
  • no scale was observed on the film surface on the cathode side of the substitution chamber.
  • the treated water (intermediate soft water) of the same electric softener as in Example 1 is passed through the intermediate soft water tank and the high pressure pump to the reverse osmosis membrane (element; “ES-20-D4” manufactured by Nitto Denko Corporation).
  • the device is connected so that the reverse osmosis membrane concentrated water is passed through the concentrated water tank and the concentrated water pump to the replacement chamber of the electrosoftening device.
  • Example 6 since the optimum flow rates of the electric softening part and the reverse osmosis membrane part did not match, the intermediate soft water and the reverse osmosis membrane concentrated water were once stored in the intermediate soft water tank and the concentrated water tank and pumped. Although the method of water supply was used, the intermediate soft water tank, the concentrated water tank, and the concentrated water pump can be omitted by making the intermediate soft water flow rate of the electric softening unit and the supply water flow rate of the reverse osmosis membrane unit coincide. (Example 7)
  • Example 7 pre-stage electric deionized water production Device the concentration of hardness of the treated water (hereinafter, also referred to as electrodeionization apparatus or electrodeionization unit) is 1 7. 9m g C a C0 3 / l, substitution water of equivalent or more of the hardness Ingredient one valent cation concentration 4 5. was 3m g C a C0 3 / l . R was 0.82. As a result, the hardness of the treated water is 0. 36mg C a C0 3/1 , the hardness removal rate was 9 8.0%. Also, no scale was observed on the film surface on the cathode side of the replacement chamber.
  • the electrodeionization apparatus is a known electrodeionization apparatus, in which a deionization chamber partitioned by a cation exchange membrane and an anion exchange membrane is filled with a mixed bed ion exchange resin, and The concentrating chamber partitioned by the exchange membrane was also filled with mixed bed ion exchange resin.
  • the energization current value of 0.2 A in the electrodeionization part of Example 7 corresponds to approximately 80% of the ion load in the treated water flowing into the unit time, and at this energization current value, The deionization capacity was about 70% in terms of ion removal rate.
  • Table 2 Under this operating condition, even if the water to be treated containing a large amount of hardness component is passed through the electrodeionization part and energized to deionize, the hardness scale does not remain inside the stack. It did not precipitate.
  • the treated water was passed through the softening equipment shown in Figs. 5 and 6 under the operating conditions shown in Table 3 to obtain treated water.
  • the treated water was passed through the activated carbon filter (PF-CB, Organo) and passed through the first and second water passages of the softening unit.
  • the results are shown in Table 3.
  • the treated water sample and operation data were collected 5 minutes before switching from the sampling process to the regeneration process.
  • the water sampling process was a process in which treated water was passed in parallel to the first water passage and the second water passage in a non-energized state, and the time was set to 12 hours.
  • the regenerant is energized while passing water in series in this order from the first water chamber to the second water chamber, and the water to be treated is de-energized in the same manner as the water sampling process.
  • the process consisted of a process of extruding and rinsing recycled water with a high concentration, and the time was 10 hours and 15 minutes, respectively.
  • tap water is filtered through an activated carbon filter, and 25% saline is added using a metering pump so that the Al metal concentration is 360 mg CaCO g ZL. did.
  • the treated water was passed through a softener (“SAT-1105 B”; manufactured by Organo Corporation) under the conditions shown in Table 3 to obtain treated water.
  • Table 3 The results are shown in Table 3.
  • tap water was passed through an activated carbon filter through a softener, and treated water samples and operation data were collected 5 minutes before switching from the sampling process to the regeneration process.
  • the water sampling process was a process of passing the treated water through the cation exchange resin, and the time was 12 hours.
  • the regeneration process is a process in which the replacement water (regenerant) listed in Table 3 is passed through the cationic exchange resin to replace it with Na form.
  • the softener used is automatically listed in Table 3 according to the internal mechanism of the device. It is configured to allow medication and rinse under the conditions of Also in Comparative Example 1, the regeneration process was automatic operation, and the amount of salt used was calculated from the prescribed amount of salt used for regeneration.
  • the present invention is useful when it is desired to freely remove the hardness component in hard water from a desired softening rate to a remarkably high softening rate. This is especially useful when the hardness and salt concentration of raw water are high. It is also useful when you want to obtain acidic functional water or alkaline functional water at the same time as soft water. It is also useful when you want to use a single softening device to increase the water flow volume or to reduce the water flow rate and extend the water flow time.

Abstract

陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を交互に配置してその間を通水室とし、一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する通水室（軟化室）に硬度成分を含む被処理水を、一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する通水室（置換室）に一価カチオンを含む置換水を通水し、直流電位を印加して被処理水中の硬度成分を置換水中の一価のカチオンと置換させることで、電流効率の低下現象を起こすことなく、硬水中の硬度成分を目的に応じて所望の軟化率から顕著に高い軟化率まで自在に除去できる。　

Description

明細書
電気軟化装置、 軟化装置、 軟水製造方法及び軟化装置の運転方法 技術分野
本発明は、 硬水を軟水にする電気軟化装置、 軟化装置、 軟水製造方法 並びに再生剤の使用量を削減できる軟化装置及ぴ軟化装置の運転方法に 関するものである。 背景技術
カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの二価カチオン （硬度成 分） を多く含む水は硬水と呼ばれ、 ボイラ給水や冷却水などに用いるの に不適である。 このため、 二価カチオンを除去するため硬水軟化処理が 行われる。 二価カチオンを除去して硬水軟化処理を行うための方法とし て、 N a型強酸性カチオン交換樹脂の充填層に硬水を通して軟水とする 食塩軟化法や逆浸透膜に硬水を通して軟水とする逆浸透膜法がある。
N a型強酸性カチオン交換樹脂を用いる食塩軟化法は、 イオン交換し た硬度成分の量がカチオン交換樹脂の交換容量を超えると、 処理水中に 硬度成分が漏れてくるため、 食塩水を通水する再生工程が必要となり、 連続した処理ができないという問題がある。 逆浸透膜法では、 濘続した 軟化処理ができるものの、 膜面に炭酸カルシウムのスケールが発生する 恐れがあり、 水回収率を高めることができないという問題がある。 この 逆浸透膜装置においては、 被処理水に酸を添加することで、 炭酸カルシ ゥムスケールの析出は回避できるものの、 危険な酸は使用上、 問題とな る。
また、 N a型強酸性カチオン交換樹脂を用いる食塩軟化法における再 生工程は、 通常、 5〜1 0 %程度の食塩溶液を S V 5〜l 5で 2 0分間 以上で供給するため、 多量の食塩が必要となり、 食塩水の補給頻度も高 いという不都合があった。 また、 従来、 食塩軟化法による採水工程と電 気的な再生工程を行う軟化装置はほとんど知られておらず、 また、 硬度 成分を含む被処理水の通水方向を変えるのみで、 通水容積を大きく採れ たり、通水容量は小さくして通水時間を長く採れたりできるものはなく、 ましてや再生剤の使用量を著しく低減できる軟化装置は全く知られてい なかった。 従って、 再生薬剤を節減できると共に、 多様な運転形態をと れる軟化装置の開発が望まれていた。
—方、 特開平 8— 1 0 8 1 8 4号公報には、 一価カチオンと二価カチ オンが混入する原水を電気透析セルに供給し、 一価イオン選択透過性力 チオン交換膜、 非選択透過性カチオン交換膜によって一価イオンに富み 二価イオンの少ない処理水と二価イオンに富み一価イオンの少ない処理 水を同時に得る水処理システムが開示されている。
(特許文献 1 ) 特開平 8— 1 0 8 1 8 4号公報 （請求項 1、 図 1 ) (非特許文献 1 ) 「最新イオン交換」 ；垣花秀武他、廣川書店発行、 昭和 3 5年 7月 5日発行、 第 3 8 5頁〜第 3 8 6頁
しかしながら、 特開平 8 - 1 0 8 1 8 4号公報の電気透析セルにおい ては、 濃縮室に流入した被処理水のカチオンは直流電位によって非選択 性陽イオン交換膜を透過し、 脱塩室に運ばれる。 一方、 被処理水中のァ 二オンは非選択性陽イオン交換膜もステンレス製仕切り板も透過するこ とができず、 濃縮室に留まるため、 結果的に濃縮室内はァニオンリツチ となって p Hが低下する。 p Hが低下すると、非選択性陽イオン交換膜 を透過して移動するカチオンのうち、 水素イオンの占める割合が高くな るため、 カルシウムィオンやマグネシゥムィォンの移動する割合が低く なる、 いわゆる電流効率の低下現象を招くという問題がある。
従って、 本発明の目的は、 電流効率の低下現象を起こすことなく、 硬 水中の硬度成分を目的に応じて所望の軟化率から顕著に高い軟化率まで 自在に除去できる電気軟化装置、 軟化装置及び軟水製造方法を提供する ことにある。
また、 本発明の他の目的は、 硬度成分を含む被処理水の通水方向を変 えるのみで、 通水容積を大きく採れたり、 通水流量は小さく して通氷時 間を長く採れたりでき、 また、 電気的再生工程において再生剤の使用量 を著しく低減できる軟化装置及び軟化装置の運転方法を提供することに ある。 ' 発明の開示
かかる実情において、 本発明者は鋭意検討を行った結果、 陽極室と陰 極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を交互に配置して その間を通水室とし、 一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する通水 室 （軟化室） に硬度成分を含む被処理水を通水し、 一価カチオン選択透 過膜の陽極側に位置する通水室 （置換室） に一価カチオンを含む置換水 を通水し、 陰極と陽極に直流電位を印加して被処理水中の硬度成分を置 換水中の一価のカチオンと置換させれば、 電流効率の低下現象を起こす ことなく、 硬水中の硬度成分を目的に応じて所望の軟化率から顕著に高 い軟化率まで自在に除去できること （第 1発明） 、 陽極室と陰極室の間 に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を交互に配置してその間を カチオン交換体が充填された通水室とし、直流電流を印加しない状態で、 硬度成分を含む被処理水を一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する 第 1通水室及ぴー価力チオン選択透過膜の陽極側に位置する第 2通水室 に通水して軟水を得る採水工程と、 直流電流を印加した状態で、 一価力 チオンを含む再生水を該第 1通水室及び第 2通水室にこの順序に直列に 通水して該カチオン交換体の再生を行う再生工程を交互に繰り返す軟化 装置の運転方法によれば、 硬度成分を含む被処理水の通水方向を変える のみで、 通水容積を大きく採れたり、 通水容量は小さく して通水時間を 長く採れたりでき、 また、 電気的再生工程において、 再生剤の使用量を 著しく低減できること （第 2発明） などを見出し、 本発明を完成するに 至った。
すなわち、 本発明は、 陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜 とカチオン交換膜を交互に配置してその間を通水室とし、 一価カチオン 選択透過膜の陰極側に位置する通水室を軟化室とし、 一価カチオン選択 透過膜の陽極側に位置する通水室を置換室とし、 該軟化室には、 硬度成 分を含む被処理水の導入経路と軟水排出経路を配し、 該置換室には、 一 価カチオンを含む置換水の導入経路と硬度成分濃縮水排出経路を配し、 該陽極室及ぴ該陰極室にはそれぞれ水の導入経路と排出経路を配する電 気軟化装置を提供するものである。
また、 本発明は、 前脱塩装置と、 該前脱塩装置の後段に位置する前記 電気軟化装置を配し、 該前脱塩装置の処理水排出経路と該電気軟化装置 の被処理水導入経路を接続し、 該前脱塩装置の濃縮液排出経路と該電気 軟化装置の置換水導入経路を接続してなる軟化装置を提供するものであ る。
また、 本発明は、 前記電気軟化装置と、 該電気軟化装置の後段に位置 する後脱塩装置を配し、 該電気軟化装置の処理水排出経路と該後脱塩装 置の被処理水導入経路を接続し、 該後脱塩装置の濃縮液排出経路と該電 気軟化装置の置換水導入経路を接続してなる軟化装置を提供するもので め 。
また、 本発明は、 陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜と力 チオン交換膜を交互に配置してその間を通水室とし、 一価カチオン選択 透過膜の陰極側に位置する通水室 （軟化室） に硬度成分を含む被処理水 を通水し、一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する通水室（置換室) に一価カチオンを含む置換水を通水し、 陰極と陽極に直流電位を印加し て被処理水中の硬度成分を置換水中の一価のカチオンと置換させる軟水 製造方法を提供するものである。
また、 本発明は、 陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜と力 チオン交換膜を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通 水室とし、 一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第 1通水室及び 一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する第 2通氷室には、 水の導入 経路と排出経路をそれぞれ配し、 該陽極室及ぴ該陰極室にはそれぞれ水 の導入経路と排出経路をそれぞれ配し、 硬度成分を含む被処理水を該第 1通水室及ぴ該第 2通水室の両方に並行して通水して軟水を得るか又は 該第 2通水室から該第 1通水室に直列に通水して軟水を得る軟水揉水経 路を配し、 一価カチオンを含む再生水を該第 1通水室から第 2通水室に 直列に通水して該カチオン交換体の再生を行う再生経路を配することを 特徴とする軟化装置を提供するものである。
また、 本発明は、 陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜と力 チオン交換膜を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通 水室とし、 直流電流を印加しない状態で、 硬度成分を含む被処理水を一 価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第 1通水室及び一価カチオン 選択透過膜の陽極側に位置する第 2通水室に通水して軟水を得る採水ェ 程と、 直流電流を印加した状態で、 一価カチオンを含む再生水を該第 1 通水室から第 2通水室に直列に通水して該カチオン交換体の再生を行う 再生工程を交互に繰り返すことを特徴とする軟化装置の運転方法を提供 するものである。 発明の効果 第 1発明の電気軟化装置に通水、 通電すれば、 軟化室では被処理水中 の一価カチオン及び二価カチオンがカチオン交換膜を透過して置換室に 移動する。 同時に置換室では置換水中の主として一価カチオンが一価力 チオン選択透過膜を透過して軟化室に移動する。 このため、 被処理水中 の硬度成分を一価カチオンに置換して軟水を得ることができる。 また、 第 1発明の電気軟化装置においては、 カチオンの輸送率はいずれの軟化 室及び置換室においても同じであり、 p Hが低下することがないため、 電流効率の低下現象を起こすことはない。 また、 被処理水中の除去した い硬度成分の当量以上の一価カチオンを含む置換水を通水すれば、 置換 室の一価カチオン選択透過膜の膜面にスケールが発生し難くなり、また、 より多くの電流を流せるため、 単位時間に移動させるイオン量が増え、 軟化効率が向上する。 また、 電流電圧値や置換水中の一価カチオン量を 調整することにより、 硬水中の硬度成分を所望の軟化率から顕著に高い 軟化率まで自在に除去できる。 また、 第 1発明の軟化装置によれば、 前 脱塩装置から得られる濃縮永には、 一価のカチオンが濃縮されているた め、 置換水に一価カチオン塩を別途に添加する必要がなくなると共に、 前脱塩された処理水を被処理水とするため、 より低硬度の歃水を得るこ とができる。 第 1発明の軟化装置は、 特に原水の硬度及び塩濃度が高い 場合に好適である。 また、 第 1.発明の他の軟化装置によれば、 後脱塩装 置から得られる濃縮水には、 一価のカチオンが濃縮されているため、 置 換水に一価カチオン塩を別途に添加する必要がなくなる。 また、 前段の 電気軟化装置をより低い電流値で運転することができ、 直流電源の容量 を小さくすることができる。また、後段に逆浸透膜装置を使用した場合、 膜面のスケール付着を抑制することができる。 また、 陽極出口水はカチ オンが減少して p Hが低下し、 また陽極反応によって次亜塩素酸が発生 し、 酸化力や殺菌力を有するため、 酸性機能水として利用することがで きる。 また、 陰極出口水は、 カチオンが増加して p Hが上昇し、 陰極反 応によって水素ガスが発生するため、 還元力を有するアル力リ性機能水 として利用することができる。
また、 第 2発明の軟化装置における採水工程では、 硬度成分を含む被 処理水の通水方向を変えるのみで、 通水容積を大きく採れたり、 通水流 量は小さくして通水時間を長く揉れたりすることができる。 また、 再生 工程では、 下流にあたる第 2通水室から上流にあたる第 1通水室へ一価 カチオンを戻すため、 系内の一価カチオン濃度を高く保つことができ、 添加する一価カチオン塩を顕著に節約できる。 また、 複数の軟化装置を 並列に接続して採水工程と再生工程を装置間で交互に行うように運転す れば、 実質的に連続して軟水を採水することができる。 また、 再生工程 で得られる陽極出口水はカチオンが減少して p Hが低下し、 また、 陽極 反応によって次亜塩素酸が発生し、 酸化力や殺菌力を有するため、 酸性 機能水として利用することができる。 また、 再生工程で得られる陰極出 口水は、 カチオンが増加して p Hが上昇し、 陰極反応によって水素ガス が発生するため、 還元力を有するアル力リ性機能水として利用すること ができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 第 1発明の第 1の実施の形態における電気軟化装置の模式 図であり、 第 2図は、 第 1発明の第 2の実施の形態における電気軟化装 置の模式図であり、 第 3図は、 第 1発明の第 1の実施の形態における軟 化装置の模式図であり、 第 4図は、 第 1発明の第 2の実施の形態におけ る軟化装置の模式図であり、 第 5図は、 第 2発明の第 1の実施の形態に おける軟化装置の模式図であり、 採水工程を実施するフロー図であり、 第 6図は、 第 2発明の第 1の実施の形態における軟化装置の模式図であ り、 再生工程を実施するフロー図であり、 第 7図は、 第 2発明の第 2の 実施の形態における軟化装置の模式図であり、 採水工程を実施するフロ 一図であり、 第 8図は、 第 2発明の第 2の実施の形態における軟化装置 の模式図であり、 再生工程を実施するフロー図であり、 第 9図は、 第 2 発明の第 3の実施の形態における軟化装置の模式図であり、 採水工程を 実施するフロー図であり、 第 1 0図は、 第 2発明の第 3の実施の形態に おける軟化装置の模式図であり、 再生工程を実施するフロー図であり、 第 1 1図は、 第 5図の軟化装置の再生工程におけるカチオンの移動を説 明する図である。 発明を実施するための最良の形態
第 1発明の第 1の実施の形態における電気軟化装置を第 1図を参照し て説明する。 第 1図は本例の電気軟化装置の模式図である。 電気軟化装 置 1 0は、 陽極 7に隣接する陽極室 6と陰極 8に隣接する陰極室 5の間 に一価カチオン選択透過膜 4とカチオン交換膜 3を交互に配置してその 間を通水室とし、 一価カチオン選択透過膜 4の陰極 8側に位置する通水 室を軟化室 1とし、 一価カチオン選択透過膜 4の陽極 7側に位置する通 水室を置換室 2とし、 軟化室 1には、 硬度成分を含む被処理水の導入配 管 aと軟水排出配管 bを配し、 置換室 2には、 一価カチオンを含む置換 水の導入配管 cと硬度成分濃縮水排出配管 dを配し、 陽極室 6には硬度 成分濃縮水排出配管 dと接続する陽極水導入配管 eと陽極水排水配管 f を配し、 陰極室 5には陽極水排水配管 f と接続する陰極水導入配管 gと 陰極水排水配管 hを配する。なお、陽極室 6に隣接するィォン交換膜は、 本例のように、 一価カチオン選択透過膜 4とすることが、 陽極室 6を流 れる水から硬度成分が電気軟化装置内に入ることを防止できる点で好ま しい。 また、 電気軟化装置 1 0の置換水導入配管 cには、 一価カチオン塩供 給手段が接続されていてもよい （不図示） 。 これにより置換水中の一価 のカチオン濃度を任意の量に適宜調整することができる。 一価カチオン 塩供給手段としては、 例えば一価カチオン塩貯留槽、 一価カチオン塩供 給ポンプ及び配管、 弁類などから構成される装置が挙げられる。
一価カチオン選択透過膜 4としては、 特に制限されないが、 ポリカチ オンの薄層を膜面上に完全に固定したカチオン交換膜を使用することが できる。 膜表面に存在する陽電荷バリヤ一であるポリカチオンと透過し ようとするイオンとの間の静電的反発が、 2価のカチオンの方が一価の カチオンに比べて大きいため、 2価のカチオンの膜透過が妨げられる。 このような一価カチオン選択透過膜は市販のものが使用できる。
次ぎに、 電気軟化装置 1 0を用いて軟水を製造する方法を説明する。 一価カチオン選択透過膜の陰極 8側に位置する軟化室 1に、 被処理水の 導入配管 aを通して硬度成分を含む被処理水を通水し、 一価カチオン選 択透過膜 4の陽極 7側に位置する置換室 2に、 置換水導入配管 cを通し て一価カチオンを含む置換水を通水し、 陰極 8と陽極 7に直流電位を印 加する。
電気軟化装置 1 0に通水、 通電すると、 軟化室 1では被処理水中の一 価のカチオン及ぴ二価のカチオン （硬度成分） がカチオン交換膜 3を透 過して置換室 2に移動する。 同時に置換室 2では置換水中の主として一 価カチオンが一価カチオン選択透過膜 4を透過して軟化室 1に移動する。 このように、 軟化室 1では被処理水中の二価のカチオンを一価のカチォ ンに逐次置換することで連続して軟水を得、 置換室 2では置換水中の一 価のカチオンを二価のカチオンに逐次置換することで連続して硬度成分 ·が濃縮された濃縮水を得ることができる。 また、 電気軟化装置 1 0にお いては、 力チオンの輸送率はいずれの軟化室 1及ぴ置換室 2においても 同じであり、 p Hが低下することがないため、 電流効率の低下現象が生 じることはない。
第 1発明の電気軟化装置において、 軟化室 1中の被処理水の流れ方向 と置換室 2の置換水の流れ方向は、 特に制限されないが、 第 1図に示す ように、 互いに向流とすることが好適である。 軟化室 1中の被処理水の 流れ方向と置換室 2の置換水の流れ方向を互いに向流とすれば、 軟化室 1に導入された被処理水中の硬度成分は、 一価のカチオンより高電荷で あり、移動し易く置換室 2の排出側のカチオン交換膜 3を透過するため、 軟化室 1から素早く系外へ排出される。 これにより、 置換室 2側の一価 カチオン選択透過膜 4の膜面にスケールは発生し難くなる。
電気軟化装置 1 0においては、 置換室 2から排出される置換室出口水 を、陽極室 6に通水し、さらに陽極室出口水を陰極室 5に通水している。 これにより、 軟化室 1からカチオン交換膜 3を透過して置換室 2に移動 した一価カチオンを陽極室 6に戻し、 再度置換に利用することができる とともに、 陽極室 6においてカチオンが移動、 減少して p Hが低下した 陽極出口水を陰極室 5に通水することで、 陰極室 5における硬度スケー ル析出のリスクを低減することができる。 このような電極水の通水方法 は、 特に硬度成分の多い被処理水を処理する際に好適である。 なお、 本 例では置換室出口水の全部を陽極室 6に通水しているが、 これに限定さ れず、 置換室出口水の一部を陽極室 6に通水するものであってもよく、 また、 陽極室 6及ぴ陰極室 5の電極水をそれぞれ別途に通水させてもよ い。
電気軟化装置 1 0において、 陰極水排出配管 hから排出される陰極出 口水は、 カチオンが増加して p Hが上昇し、 陰極反応によって水素ガス が発生するため、 還元力を有するアルカリ性機能水として利用すること ができる。 第 1発明において、 被処理水は硬水であり、 具体的には、 水道水、 井 戸水等が挙げられる。 当該被処理水には通常、 カルシウムイオンゃマグ ネシゥムイオン等の 2価のカチオンの他、 ナトリウムイオン、 カリウム イオン、 塩化物イオン、 硫酸イオン等の強電解質、 炭酸イオン、 シリカ 等の弱電解質等の不純物が含まれていてもよい。 また、 硬度が高い水を 処理する場合、 電気軟化装置 1 0の前段に前脱塩装置を設置し （第 3図 参照） 、 該前脱塩装置から流出する処理水を被処理水とすることができ る。 これにより、 より低硬度の処理水を得ることができる。
第 1発明の一価のカチオンを含む置換水 （以下、 単に 「置換水」 とも 言う。 ） において、 置換水中の一価のカチオン量は、 除去したい硬度成 分の当量以上の量であることが好ましい。 置換水中、 一価のカチオン量 が除去したい硬度成分の当量未満の場合、 一時的に軟水は得られるもの の、 硬度成分の除去が不十分となり、 置換室 2の一価カチオン選択透過 膜 4の膜面にスケールが発生し易くなる。 一価カチオン量が多いと、 よ り多くの電流を流させるため、 単位時間に移動させるイオン量が増え、 軟化効率が向上する。
置換水は、 2価のカチオンを含んでいてもよい。 置換水の具体例とし ては、 被処理水、 被処理水に一価カチオン塩を添加して調製した水等が 挙げられる。 被処理水中の一価のカチオン量が、 除去したい硬度成分の 当量未満の場合、 一価のカチオン塩を別途添加して使用することが、 硬 度成分の除去率が向上する点で好ましい。 被処理水に添加される一価力 チオン塩は、 通常食塩である。 一価のカチオン当量が二価のカチオン当 量より少ない場合、 例えば被処理水流量に対して、 置換水流量を多量に 流せばよいが、 水の利用率が下がるため好ましくない。
また、 硬度が高い水を処理する場合、 電気軟化装置 1 0の前段に前脱 塩装置を設置し （第 3図参照） 、 該前脱塩装置から排出する濃縮水を置 換水とすることもできる。 該前脱塩装置から排出する濃縮氷には、 一価 のカチオンも濃縮されており、 別途、 一価カチオン塩を添加することな く使用することができ且つ軟化効率も上がる点で好適である。 また、 硬 度が高い水を処理する場合、 電気軟化装置 1 0の後段に後脱塩装置を設 置し （第 4図参照） 、 該後脱塩装置から排出する濃縮水を置換水とする こともできる。 該後脱塩装置から排出する濃縮水には、 一価のカチオン が濃縮されており、 別途、 一価カチオン塩を添加することなく使用する ことができ且つ軟化効率も上がる点で好適である。 なお、 前脱塩装置及 ぴ後脱塩装置は、 共に濃縮水中に排除イオンを濃縮するタイプの公知の 装置であって、 例えば電気透析装置、 電気式脱イオン水製造装置及び逆 浸透膜装置が挙げられる。
第 1発明において、 電気軟化装置の軟化室、 置換室、 陽極室および陰 極室の中、 少なくとも軟化室に、 好ましくは軟化室と置換室に、 更に好 ましくは全てに、 カチオン交換体を充填することができる。 軟化室 1に カチオン交換体を充填することで、 イオン交換選択性が高い二価カチォ ンをより選択的に置換室 2へ排除することができる。 またカチオン交換 体自体導電性を有するため、 軟化室、 置換室、 陰極室又は陽極室への充 填によつて装置スタックの通電抵抗値を下げ、 電力消費量を低減するこ ともできる。 本発明において、 カチオン交換体としては、 特に制限され ず、 カチオン交換樹脂、 カチオン交換繊維及び有機多孔質カチオン交換 体などが挙げられる。
第 1発明の軟水製造方法において、 硬度スケールが生成しない運転条 件としては、 R≤ 1を満たすように運転することが好ましい。 Rは （電 流値 （A ) X 3 6 0 Q秒/ 9 6 5 0 0クーロン） / ( (置換水の一価の力 チオン濃度 （m g C a C O l ) x置換水流量 （ 1 / h ) ) /置換室数） ） を示す。 Rが 1を超える場合、 すなわち、 一価カチオンを越える電流を 流すと、 一価カチオンが足らなくなり水は H +と O H—に乖離する。 この 場合、 H +は一価カチオン選択透過膜を透過するものの、 O H—が残るた め、 p Hが高くなり置換室の陰極側の膜面にスケールができ易くなる。 実用的な R値は 0 . 7〜0 . 9である。 Rが 0 . 7未満であると軟化能 力が低くなるため、硬度成分除去率を高めたい場合には能率が悪くなる。 第 1発明の軟水製造方法において、 硬度成分除去率の低い軟水を得る 方法としては、 少ない電流を流す方法、 一価カチオンの濃度が薄い置換 水を流す方法が挙げられる。 硬度成分除去率の低い軟水は、 逆浸透膜装 置や電気式脱ィオン水製造装置などの脱塩装置の被処理水としての用途 がある他、置換水に添加する一価カチオン塩の添加量を削減でき、また、 省電力運転を行うことができる。 一方、 硬度成分除去率の高い軟水を得 る方法としては、 被処理水中の除去したい硬度成分の当量以上の一価力 チオンを含む置換水を通水する方法、 当該当量以上の一価カチオンを含 む置換水を通水する方法に加えて、 更に R値が 0 . 7〜 1 . 0の範囲と なるような電流値を流す方法が挙げられる。 本発明の軟水製造方法にお いては、 R値が 0 . 7〜 1 . 0の範囲となるような電流値とし、 且つ被 処理水中の除去したい硬度成分の当量以上の一価カチオンを含む置換水 を通水する方法が、 9 0 %以上、 特に 9 5 %以上の高い硬度成分除去率 が得られる点で好適である。
次ぎに、 第 1発明の第 2の実施の形態における電気軟化装置を第 2図 を参照して説明する。 第 2図は本例の電気軟化装置の模式図である。 第 2図において、 第 1図と同一構成要素には同一符号を付して、 その説明 を省略し異なる点について主に説明する。 すなわち、 第 2図の電気軟化 装置 1 0 aにおいて、 第 1図の電気軟化装置 1 0と異なる点は、 電極水 経路である。 電気軟化装置 1 0 aにおいて、 置換室 2には、 一価カチォ ンを含む置換水の導入配管 cと硬度成分濃縮水排出配管 dを配し、 陰極 室 5には硬度成分濃縮水排出配管 dと接続する陰極水導入配管 gと陰極 水排水配管 hを配し、 陽極室 6には陰極水排水配管 hと接続する陽極水 導入配管 eと陽極水排水配管 f を配する。
電気軟化装置 1 0 aによれば、 電気軟化装置 1 0と同様の効果を奏す る他、 軟化室 1からカチオン交換膜 3を透過して移動した一価のカチォ ンをカチオン移動の最上流の陽極室 6に戻し、 再度置換に利用すること ができる。 その結果、 系内の一価カチオン濃度を高く維持できるため、 置換水に添加する一価カチオン塩を節約でき且つ軟化効率を高めること ができる。 また、 電気軟化装置 1 0 aにおいて、 陽極出口水はカチオン が減少して p Hが低下し、 また陽極反応によって次亜塩素酸が発生し、 酸化力や殺菌力を有するため、酸性機能水として利用することができる。 次ぎに、 第 1発明の第 1の実施の形態における軟化装置を第 3図を参 照して説明する。 第 3図は本例の軟化装置の模式図である。 第 3図中、 軟化装置 2 0は、 前脱塩装置 2 1と、 前脱塩装置 2 1の後段に位置する 前記の電気軟化装置 1 0を配し、 前脱塩装置 2 1の処理水排出配管 kと 電気軟化装置 1 0の被処理水導入配管 aを接続し、，前脱塩装置 2 1の濃 縮液排出配管 j と電気軟化装置 1 0の置換水導入配管 cを接続してなる。 なお、 第 3図の軟化装置 2 0において、 電気軟化装置 1 0は、 電気軟化 装置 1 0 aであってもよい。 前脱塩装置 2 1は、 濃縮水中に排除イオン を濃縮するタイプの公知の装置であって、 例えば電気透析装置、 電気式 脱イオン水製造装置及び逆浸透膜装置が挙げられる。 軟化装置 2 0にお いて、 前脱塩装置 2 1は、 原水の硬度成分及ぴー価のカチオンなどの不 純物成分を粗取りし、 次いで電気軟化装置 1 0で更に残りの硬度成分を 除去するものであるため、 前脱塩装置の脱塩は温和な条件で行われる。 このため、'例えば逆浸透膜装置を用いた場合、 膜面上のスケール発生を 抑制することができる。 軟化装置 2 0は、 特に原水の硬度及び塩濃度が 高い場合に好適である。
本例の軟化装置 2 0を用いて軟水を製造する方法は、 前記電気軟化装 置 1 0において、 被処理水として前脱塩装置 2 1の処理水を用い、 置換 水として前脱塩装置 2 1の濃縮水を用いた場合と同じであるので説明を 省略する。
次ぎに、 第 1発明の第 2の実施の形態における軟化装置を第 4図を参 照して説明する。 第 4図は本例の軟化装置の樓式図である。 第 4図の軟 化装置 2 0 aにおいて、 第 3図の軟化装置 2 0と同一構成要素には同一 符号を付して、 その説明を省略し、 異なる点について主に説明する。 第 4図中、 軟化装置 2 0 aは、 電気軟化装置 1 0と、 電気軟化装置 1 0の 後段に位置する後脱塩装置 2 2を配し、 電気軟化装置 1 0の処理水排出 配管 bと後脱塩装置 2 2の被処理水導入配管 iを接続し、 後脱塩装置 2 2の濃縮液排出配管〗 と電気軟化装置の置換水導入配管 cを接続してな る。 なお、 第 4図の軟化装置 2 0 aにおいて、 電気軟化装置 1 0は、 電 気軟化装置 1 0 aであってもよい。 後脱塩装置 2 2は、 濃縮水中に排除 イオンを濃縮するタイプの公知の装置であって、 例えば電気透析装置、 電気式脱イオン水製造装置及び逆浸透膜装置が挙げられる。 軟化装置 2 0 aにおいて、電気軟化装置 1 0は、硬度成分除去率が低い運転を行い、 原水の硬度成分を粗取りし、 次いで後脱塩装置 2 2で更に残りの硬度成 分とその他の不純物性イオンを除去すればよい。 前段の電気軟化装置 1 0において、 硬度成分除去率が低い運転を行えるため、 置換水に添加す る一価カチオン塩の使用量を低減することができるか、 あるいはより低 い電流値で運転ができ、 直流電源の容量を小さくすることができる。 ま た、 後段の脱塩装置 2 2として、 例えば逆浸透膜装置を用いた場合、 被 処理水中の硬度成分濃度が低減されているため、 膜面上のスケール発生 を抑制することができる。 軟化装置 2 0は、 特に原水の硬度及び塩濃度 が高い場合に好適である。
第 2発明の第 1の実施の形態における軟化装置を第 5図、 第 6図及ぴ 第 1 1図を参照して説明する。 第 5図及び第 6図は本例の軟化装置の模 式図であって、 第 5図は探水工程を実施するフロー図を、 第 6図は再生 工程を実施するフロー図を、 第 1 1図は 生工程におけるカチオンの移 動を説明する図である。 軟化装置 3 0は、 陽極 1 6に隣接する陽極室 6 と陰極 1 5に隣接する陰極室 5の間に一価カチオン選択透過膜 4とカチ オン交換膜 3を交互に配置してその間をカチオン交換樹脂 1 9が充填さ れた通水室とし、 一価カチオン選択透過膜 4の陰極 1 5側に位置する第 1通水室 1及び一価カチオン選択透過膜 4の陽極 1 6側に位置する第 2 通水室 2には、 水の導入配管と排出配管をそれぞれ配し、 陽極室 6及ぴ 陰極室 5にはそれぞれ水の導入配管 1 7、 1 3と排出配管 1 2、 1 4を それぞれ配し、 硬度成分を含む被処理水を第 1通水室 1及ぴ第 2通水室 2の両方に並行して通水して軟水を得る軟水採水配管系銃 Xを配し、 一 価カチオンを含む再生剤を第 1通水室 1及び第 2通水室 2にこの順序に 直列に通水してカチオン交換榭脂 1 9の再生を行う再生配管系銃 Yを配 し、 軟水採水配管系統 Xと再生配管系統 Yを区画する弁類を配する。 な お、 陽極室 6に隣接するイオン交換膜は、 本例のように、 一価カチオン 選択透過膜 4とすることが、 再生時、 陽極室 6を流れる水から硬度成分 が電気軟化装置内に入ることを防止できる点で好ましい。 また、 本発明 において、 カチオン交換体としては、 特に制限されず、 カチオン交換樹 脂、カチオン交換繊維及び有機多孔質カチオン交換体などが挙げられる。 軟水採水配管系統 Xにおいては、 第 1通水室 1には被処理水導入配管 7から分岐する分岐配管 7 1、 7 2、 7 3、 軟水排出配管 8の一部をな す第 2接続配管 8 bに接続する分岐配管 8 1、 8 2、 8 3を配し、 第 2 通水室 2には被処理水導入配管 7の第 1分岐配管 7 aから分岐する第 2 分岐配管 7 4、 7 5を配し、 第 1接続配管 8 aに接続する第 2分岐配管 8 4、 8 5を配する。 なお、 第 1接続配管 8 aと第 2接続配管 8 bは接 続配管 8 cにより並列接続されている。接続再生配管系銃 Yにおいては、 被処理水導入配管 7の一部を共用する再生剤導入配管 9を配し、 分岐配 管 7 1、 7 2、 7 3を再生剤導入配管 9の分岐配管として共用し、 分岐 配管 8 1、 8 2、 8 3を中間再生剤排出配管として共用し、 分岐配管 8 4、 8 5を中間再生剤導入配管の分岐配管として共用し、 第 2分岐配管 7 4 , 7 5を再生剤排出配管 1 1に接続する分岐配管として共用する。 · また、 軟水採水配管系統 Xと再生配管系統 Yを区画するため、 被処理水 導入配管 7には弁 mを、 被処理水導入配管 7における弁 mの上流側から 分岐する第 1分岐配管 7 aの上流側には弁 nを、 再生剤排出配管 1 1の 下流側には弁 qを、 軟水排出配管 8の第 1接続配管 8 aの合流点より下 流側には弁 oを、 再生剤導入配管 9の上流側には弁 pをそれぞれ配して いる。 また、 再生剤排出配管 1 1と陽極室導入配管 1 7が接続され、 陰 極室導入配管 1 3と陽極室排出配管 1 2が接続されている。
軟化装置 3 0の再生剤導入配管 9には、 一価カチオン塩供給手段が接 続されていてもよい （不図示） 。 これにより置換水中の一価のカチオン 濃度を任意の量に適宜調整することができる。 一価カチオン塩供給手段 としては、 例えば一価カチオン塩貯留槽、 一価カチオン塩供給ポンプ及 び配管、 弁類などから構成される装置が挙げられる。
一価カチオン選択透過膜 4は、 前記第 1発明の第 1の実施の形態にお ける電気軟化装置で用いたものと同様のものが挙げられる。
軟化装置 3 0において、 軟水採水配管系統 Xと再生配管系統 Yは、 一 部に共通する配管を使用するが、 これに限定されず、 軟水探水配管系統 • Xと再生配管系統 Yを全く別途の配管系統としてもよく、 また第 5図に 示す配管系統とは異なる一部に共通する配管を使用する形態であっても よい。
次ぎに、 軟化装置 3 0を用いて軟水を製造し、 カチオン交換樹脂を再 生する方法を説明する。 採水工程は、 直流電流を印加しない状態で、 硬 度成分を含む被処理水を一価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第 1通水室及び一価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する第 2通水室に 通水して軟水を得る工程である。 本例では、 硬度成分を含む被処理水を 第 1通水室 1と第 2通水室 2の両方に並列で通水する。 すなわち、 第 5 図における採水工程において、 弁 π！〜 oを開、 弁 p、 qを閉とする。 次 いで、 被処理水を被処理水導入配管 7、 分岐配管 7 1〜 7 3、 第 1分岐 配管 7 a及び分岐配管 7 4、 7 5を通して第 1通水室 1と第 2通氷室 2 に流入させ、 分岐配管 8 1〜8 5、 第 1接続配管 8 a、 接続配管 8 c、 第 2接続配管 8 b及び軟水排出配管 8を通して軟水を得る。 第 1通水室 1と第 2通水室 2においては、 N a形カチオン交換樹脂塔を用いたいわ ゆる食塩軟化と同様の置換反応によって軟化するので、 連続通電による 電気軟化と比較して、 置換効率が高くより低硬度の処理水を得ることが できる。 また、 被処理水を第 1通水室 1及び第 2通水室 2に並列で通水 するため、 採水時の通水室容積が大きくなり、 採水流量を増加させるこ とができる。 採水工程の終了は、 被処理水の硬度と被処理水の流量、 装 置内の充填カチオン交換容量から算出される一定の時間ないしは一定の 採水量で決定するか、 又は処理水出口の硬度測定値が一定値を越えたと きで決定される。
採水工程後、 再生工程を行う。 再生工程は、 直流電流を印加した状態 で、 一価カチオンを含む再生水を、 第 1通水室 1から第 2通水室 2に直 列で且つ第 1通水室 1内と第 2通水室 2内の流れ方向が向流となるよう に通水してカチオン交換樹脂 1 9の再生を行う通電工程と、 被処理水を 採水工程と同様に直流電流を印加しない状態で通水して、 高濃度の再生 水を押し出しリンスする工程からなる。 すなわち、 第 6図における再生 工程の通電工程において、弁 p、 qは開、弁 m〜 oは閉とする。次いで、 一価カチオン塩を含む再生剤を、 再生剤導入配管 9、 分岐配管 7 1〜 7 3、 第 1通水室 1、 分岐配管 8 1〜 8 3、 第 1接続配管 8 a、 接続配管 8 c、 第 2接続配管 8 b、 分岐配管 8 4、 8 5、 第 2通水室 2、 分岐配 管 7 4、 7 5及び再生剤排出配管 1 1にこの順序で通水する。
第 2発明において、 一価カチオン塩としては、 食塩が好適であり、 再 生剤は食塩水溶液として使用するのがよい。 再生剤中、 一価カチオン濃 度は、 1 0 0〜 1 0 0 0 m g C a C 0 3 / 1である。 一価カチオン濃度が 薄過ぎると、 再生効率が低くなる点で好ましくなく、 また濃すぎると再 生薬剤の使用量が増えるが効果が上がらない点で好ましくない。
再生工程の通電工程において、 第 1通水室 1から第 2通水室 2へと直 列に通水することにより、 第 2通水室 2においては、 硬度成分が残って 一価カチオンが減っていく状態にある。 しかし、 硬度成分は一価カチォ ンより高荷電であり移動し易いため、 再生剤で置換された硬度成分は第 1通水室 1の流入側に隣接する第 2通水室 2内の排出側に移動すること になる。 このため、 第 2通水室 2から速やかに系外へ排出される。 従つ て、 第 1通水室 1と第 2通水室 2内のカチオン交換樹脂を共に、 同じ状 態の元のナトリウム型に戻すことができ、 採水工程への移行が円滑とな る （第 1 1図参照） 。 一方、 再生工程の通電工程では、 下流にあたる第 2通水室から上流にあたる第 1通水室へ一価カチオンを戻すため、 系内 の一価カチオン濃度を高く保つことができ、 添加する一価カチオン塩を 顕著に節約できる。 なお、 再生時、 第 1通水室 1及び第 2通水室 2の流 れ方向としては、 特に制限されず、 互いに向流であっても、 並流であつ てもよい。 再生工程の通電工程における好適な運転条件としては、 R≤ 1を満た すような運転である。 Rは （電流値 （A ) X 3 6 0 0秒/ 9 6 5 0 0クー ロン） / ( (再生剤の一価のカチオン濃度 （m g C a C〇3 / l ) χ再生剤 流量 （ 1 /h ) ) /第 2通水室数） ） を示す。 Rが 1を超える場合、 すな わち、 一価カチオンを越える電流を流すと、 一価カチオンが足らなくな り水は H +と O H—に乖離する。 この場合、 H +は一価カチオン選択透過 膜を透過するものの、 O H—が残るため、 p Hが高くなり第 2通水室の 陰極側の膜面にスケールができ易くなる。 実用的な R値は 0 . 7〜0 . 9である。 Rが 0 . 7未満であると再生時間が長くなり、好ましくない。 軟化装置 3 0においては、 第 2通水室 2から排出される再生剤 （再生 廃液） 出口水を、 陽極室 6に通水し、 さらに陽極室出口水を陰極室 5に 通水している。 これにより、 第 1通水室 1からカチオン交換膜 3を透過 して第 2通水室 2に移動した一価カチオンを陽極室 6に戻し、 再度再生 に利用することができるとともに、 陽極室 6においてカチオンが移動、 減少して p Hが低下した陽極出口水を陰極室 5に通水することで、 陰極 室 5における硬度スケール析出のリスクを低減することができる。なお、 本例では第 2通水室出口水の全部を陽極室 6に通水しているが、 これに 限定されず、 第 2通水室出口水の一部を陽極室 6に通水するものであつ てもよく、 また、 陽極室 6及び陰極室 5の電極水をそれぞれ別途に通水 させてもよい。
軟化装置 3 0において、 陰極水排出配管 1 4から排出される陰極出口 水は、 カチオンが増加して p Hが上昇し、 陰極反応によって水素ガスが 発生するため、 還元力を有するアル力リ性機能水として利用することが できる。
再生工程の通電工程の終了は、 再生剤の一価カチオンの濃度と再生剤 の流量、 装置内の充填カチオン交換容量から算出される一定の時間ない しは一定の通水量で決定するか、 又は再生剤排出配管出口 （陰極室出口 又は陽極室出口） の硬度測定値が一定値を下回ったときで決定される。 再生工程の通電工程後、 被処理水を採水工程と同様に直流電流を印加し ない状態で、 第 1通水室 1及ぴ第 2通永室 2に通水して、 高濃度の再生 剤を押し出しリンスする。 再生工程の非通電工程の終了は、 経験的に求 められる一定の時間、 一定の通水量又は処理水出口の導電率により判断 する。 これにより、 再生工程は終了する。
第 2発明においては、 複数の軟化装置 3 0を並列に接続して、 採水ェ 程と再生工程を装置間で交互に行うよう運転すれば、 実質的に連続して 採水することができる。 採水工程と再生工程の切替タイミングは、 前述 の採水工程及び再生工程の終了時の判断値を基準にすればよい。 なお、 ' 再生時間が長くとれる場合には、 より低い電流値で、 例えば R < 0 . 5 で再生することもでき、 直流電源の容量を小さくすることもできる。 第 2発明の第 2の実施の形態における軟化装置を第 7図及び第 8図を 参照して説明する。 第 7図及び第 8図は本例の軟化装置の模式図であつ て、 第 7図は採水工程を実施するフロー図を、 第 8図は再生工程を実施 するフロー図をそれぞれ示す。 第 7図の軟化装置 3 0 aにおいて、 第 5 図の軟化装置 3 0と同一構成要素には同一符号を付して、 その説明を省 略し、 異なる点について主に説明する。 すなわち、 軟化装置 3 0 aにお いて、 軟化装置 3 0と異なる点は、 第 1通水室 1と第 2通水室 2の流れ 方向を同じ方向で且つ上向流とした点である。
すなわち、 第 7図の軟化装置 3 0 aにおいて、 軟水採水配管系銃 Xに おいて、 第 1通水室 1には被処理水導入配管 7から分岐する分岐配管 7 1、 7 2、 7 3を配し、 第 2接続配管 8 bに接続する分岐配管 8 1、 8 2、 8 3を配し、 第 2通水室 2には被処理水導入配管 7の第 1分岐配管 7 aから分岐する第 2分岐配管 7 4、 7 5を配し、 第 1接続配管 8 aに 接続する第 2分岐配管 8 4、 8 5を配する。 なお、 第 1接続配管 8 aは 軟水排水配管 8の一部であって、 第 1接続配管 8 aと第 2接続配管 8 b は、接続配管 8 cにより並列接続されている。再生配管系統 Yにおいて、 第 2接続配管 8 bを再生剤導入配管として共用し、 被処理水導入配管 7 の下流端と第 1接続配管 8 aの上流端を接続して中間再生剤導入配管 9 aとし、 第 2分岐配管 8 4、 8 5を中間再生剤導入分岐配管として共用 し、 第 2分岐配管 7 4、 7 5を再生剤排出配管 1 1に接続する分岐配管 として共用する。 また、 軟水採水配管系統 Xと再生配管系統 Yを区画す るため、 被処理水導入配管 7には弁 mを、 被処理水導入配管 7における 弁 mの上流側から分岐する第 1分岐配管 7 aの上流側には弁 nを、 再生 廃液排出配管 1 1の下流側には弁 qを、 軟水排出配管 8における接続配 管 8 cの下流側には弁 oを、 中間再生剤導入配管 9 aには弁 pを、 再生 剤導入配管 8 bにおける接続配管 8 cの合流点より上流側には弁 sを、 接続配管 8 cには弁 rをそれぞれ配している。
次ぎに、 軟化装置 3 0 aを用いて軟水を製造し、 カチオン交換樹脂を 再生する方法を説明する。 採水工程は、 軟化装置 3 0と同様に、 直流電 流を印加しない状態で、 硬度成分を含む被処理水を第 1通水室 1と第 2 通水室 2の両方に並列で通水する工程である。 すなわち、 第 7図におけ る採水工程において、弁 m ~ o及ぴ rを開、弁 q、 p及び sを閉とする。 次いで、 被処理水を被処理水導入配管 7、 第 1分岐配管 7 a及び分岐配 管 7 1〜7 5を通して第 1通水室 1と第 2通水室 2に流入させ、 分岐配 管 8 1〜 8 5、 第 2接続配管 8 b、 接続配管 8 c、 第 1接続配管 8 a及 ぴ軟水排出配管 8を通して軟水を得る。 なお、 軟化装置 3 0 aにおける 採水工程において、 第 1通水室 1と第 2通水室 2における作用は、 軟化 装置 3 0の採水工程の場合と同様である。 再生工程の通電工程においては、 第 8図に示すように、 弁 p、 q及ぴ sを開、 弁 m〜 0及び弁 rを閉とする。 次いで、 一価カチオン塩を含む 再生剤を、 再生剤導入配管 9、 分岐配管 8 1〜8 3、 第 1通水室 1、 分 岐配管 7：!〜 7 3、 被処理水導入配管 7及び中間再生剤導入配管 9 a、 第 1接続配管 8 a、分岐配管 8 4、 8 5、第 2通水室 2、分岐配管 7 4、 7 5及び再生剤排出配管 1 1にこの順序で通水する。
軟化装置 3 0 aの再生工程によれば、 軟化装置 3 0の再生工程と同様 の効果を奏する他、 第 1通水室 1および第 2通水室 2の流れ方向が、 採 水工程と再生工程で反対方向としているため、 カチオン交換樹脂の置換 が効果的に行われる。 また、 軟化装置 3 0と比べると、 再生時の置換効 率はよいものの、 中間再生剤排出部/導入部が多少複雑となる。
第 2発明の第 3の実施の形態における軟化装置を第 9図及び第 1 0図 を参照して説明する。 第 9図及び第 1 0図は本例の軟化装置の模式図で あって、 第 9図は採水工程を実施するフロー図を、 第 1 0図は再生工程 を実施するフロー図をそれぞれ示す。 第 9図及び第 1 0図の軟化装置 3 0 bにおいて、 第 1図の軟化装置 3 0と同一構成要素には同一符号を付 して、 その説明を省略し、 異なる点について主に説明する。 すなわち、 軟化装置 3 0 bにおいて、 軟化装置 3 0と異なる点は、 軟水採水工程に おける被処理水の流れ方向、 すなわち、 軟水採水配管系統 Xである。 軟化装置 3 0 bの軟水採水配管系統 Xにおいて、 第 2通水室 2には被 処理水導入配管 7から分岐する分岐配管 7 1、 7 2、 中間軟水排出配管 7 3 , 7 4を配し、 第 1通水室 1には中間軟水導入配管 8 ：!〜 8 3を配 し、 軟水排出配管 8に接続する分岐配管 8 4〜8 6を配する。 中間軟水 排出配管 7 3、 7 4が接続する第 1接続配管 8 bと中間軟水導入配管 8 ：!〜 8 3が接続する第 2接続配管 8 aとは、 接続配管 8 cにより直列接 続されている。 再生配管系統 Yにおいては、 軟水排出配管 8を再生剤導 入配管 9として共用し、分岐 8 4〜 8 6を再生剤導入配管として共用し、 分岐配管 8 1 - 8 3を中間再生剤排出配管として共用し、分岐配管 7 3、
7 4を中間再生剤導入配管として共用し、 分岐配管 7 1、 7 2を再生剤 排出配管として共用する。 再生剤排出配管 7 1、 7 2は再生剤排出配管 1 1に接続している。 また、 軟水採水配管系統 Xと再生配管系統 Yを区 画するため、 被処理水導入配管 7の上流側には弁 aを配し、 軟水排出配 管 8の下流側には弁 bを配し、 再生剤導入配管 9の上流側には弁 dを配 し、 再生剤排出配管 1 1の下流側には、 弁 cを配している。
次ぎに、 軟化装置 3 0 bを用いて軟水を製造し、 カチオン交換樹脂を 再生する方法を説明する。 採水工程は、 直流電流を印加しない状態で、 硬度成分を含む被処理水を一価カチオン選択透過膜 4の陽極側 1 6に位 置する第 2通水室 2から一価力チオン選択透過膜 4の陰極 1 5側に位置 する第 1通水室 1にこの順序で直列に通水して軟水を得る工程である。 すなわち、 第 9図における採水工程において、 弁 m及ぴ nを開、 弁 o及 び pを閉とする。 次いで、 被処理水を被処理水導入配管 7、 分岐配管 7 1、 7 2、 第 2通水室 2、 中間軟水排出配管 7 3、 7 4、 第 1接続配管
8 a、 接続配管 8 c、 第 2接続配管 8 b、 分岐配管 8 1〜8 3、 第 1通 水室 1、分岐配管 8 4〜 8 6及ぴ軟水排出配管 8にこの順序で通水する。 軟化装置 3 0 bの再生工程によれば、 軟化装置 3 0の再生工程と同様の 効果を奏する他、 採水工程は、 並列通水に比べて、 通水流量は小さくし て通水時間を長くとれる。 .
軟化装置 3 0 bにおいて、 再生工程の通電工程は、 弁 p及ぴ 0を開、 弁 m及び XIを閉とする。 次いで、 一価カチオン塩を含む再生剤を、 再生 剤導入配管 9、 分岐配管 8 4〜8 6、 第 1通水室 1、 中間再生剤排出配 管 8 1〜 8 3、 第 2接続配管 8 b、 接続配管 8 c、 第 1接続配管 8 a、 中間再生剤導入配管 7 3、 7 4、 第 2通水室 2、 分岐配管 7 1、 7 2及 ぴ再生剤排出配管 1 1にこの順序で通水する。
軟化装置 3 0 bの再生工程によれば、 軟化装置 3 0の再生工程と同様 の効果を奏する他、 弁類の使用数が少ない装置で行うことができる。 ま た、 各通水方向においては、 採水時と再生時で流れ方向が反対方向とな るため、 再生時の置換効率が向上する。
また、 軟化装置 3 0〜3 0 bにおいて、 再生剤排水を陰極室 5に導入 し、 次いで陰極室 5の排出水を陽極室 6に導入するようにしてもよい。 これにより、 第 1通水室 1からカチオン交換膜 3を透過して移動した一 価のカチオンをカチオン移動の最上流の陽極室 6に戻し、 再度再生に利 用することができる。 その結果、 系内の一価カチオン濃度を高く維持で きるため、 再生水に添加する一価カチオン塩を節約でき且つ軟化効率を 高めることができる。 また、 再生剤の陽極出口水はカチオンが減少して p Hが低下し、 また陽極反応によって次亜塩素酸が発生し、 酸化力や殺 菌カを有するため、 酸性機能水として利用することができる。 実施例
次ぎに、 実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、 これは単 に例示であって本発明を制限するものではない。
(実施例 1 )
被処理水を第 1図に示す電気軟化装置に表 1の運転条件下、 連続して 5 0 0時間運転し、 処理水を得た。 連続 5 0 0時間の運転後、 処理水の 分析をすると共に、 装置を停止し、 分解して装置内部のスケールの発生 状況を目視確認した。なお、被処理水は水道水を活性炭ろ過フィルタ（ P F— C B、 オルガノ社製） を通して電気軟化装置の軟化室に通水し、 処 理水サンプル及び運転データは運転開始 5 0 0時間後に採取した。また、 置換水は被処理水と同様に水道水を活性炭ろ過フィルタでろ過し、 2 5 °/o食塩水を定量ポンプを用いてアルカリ金属濃度が所定濃度となるよ う添加した後、 電気軟化装置の置換室に通水した。 実施例 1では、 被処 理水の硬度の濃度は 6 0. 1 m g C a C03/ 1であり、 置換水は当該硬 度成分の当量以上の一価のカチオン濃度 1 0 0m g C a CO3/l とし た。 また、 Rは 0. 7 5であった。 その結果、 処理水の硬度は 3. 0 m g C a C03ZLであり、 硬度除去率は 95. 0%であった。 また、 置 換室の陰極側の膜面にもスケールは観察されなかった。
(実施例 2)
通電電流値 0. 2Aに代えて 0. 1 Aとし、 平均印加電圧 1 6 Vに代 えて 9. 7 Vとした以外は、 実施例 1と同様に行った。 この運転条件に おける Rは 0. 3 7であった。 すなわち、 実施例 2は通電電流値、 平均 印加電圧を変更して、 低い軟化力に設定したものである。 その結果を表 1に示す。 処理水の硬度は 2 9. 6 m g C a C〇3/Lであり、 硬度成 分除去率が 5 0. 7%であった。 また、 置換室の陰極側の膜面にスケー ルは観察されなかった。
(実施例 3)
置換水として、 食塩添加調製水に代えて水道水 （例 1) (被処理水） とし、 通電電流値 0. 2 Aに代えて 0 - 06 Aとし、 平均印加電圧 1 6 Vに代えて 1 2 Vとした以外は、 実施例 1と同様に行った。 この運転条 件における Rは 0. 84であった。すなわち、実施例 3は置換水として、 置換水中の一価カチオン濃度が被処理水中の硬度成分の当量を下回る水 を使用したものである。 その結果を表 1に示す。 処理水の硬度は 4 9. 8mg C a C〇3/Lであり、 硬度成分除去率が 1 7. 2%であった。 また、 置換室の陰極側の膜面にスケールは観察されなかった。
(実施例 4 )
被処理水として、 水道水 （例 1 ) に代えて水道水 （例 2) とし、 置換 水として、 食塩添加調製水に代えて被処理水の水道水 （例 2) とし、 通 電電流値 0. 2Aに代えて 0. 1 2 Aとし、 平均印加電圧 1 6 Vに代え て 2 2Vとした以外は、 実施例 1と同様に行った。 この運転条件におけ る Rは 0. 8 6であった。 すなわち、 実施例 4は置換水として、 実施例 1〜3とは異なる被処理水である水道水を使用し、 当該水道水中の一価 カチオン濃度が同じ水道水中に含まれる硬度成分の当量を上回る水を使 用したものである。 その結果を表 1に示す。 処理水の硬度は 3. 1 m g C a C〇3/Lであり、 硬度成分除去率が 9 2. 5%であった。 また、 置換室の陰極側の膜面にスケールは観察されなかった。
(実施例 5 )
軟化室及ぴ置換室にカチオン交換体を充填せずに、 経路材としてポリ プロピレン製メッシュスぺーサーを配置し、 置換水を食塩添加調製水に 代えて水道水 （例 2) (被処理水） とし、 通電電流値 0. 2Aに代えて 0. 0 3 Aとし、 平均印加電圧 1 6 Vに代えて 34 Vとし、 連続運転時 間 500時間に代えて 300時間とした以外は、 実施例 1と同様に行つ た。 なお、 軟化室及び置換室は厚みを各 1 mmとしたため、 室数を各 2 0室として、 実施例 1〜4と通水空間の容積を合わせた。 この運転条件 における Rは 0. 8 6であった。 すなわち、 実施例 5は軟化室及び置換 室はカチオン交換樹脂無充填とし、 被処理水である水道水を、 当該水道 水中の一価力チオン濃度が同じ水道水中に含まれる硬度成分の当量を上 回る水を使用したものである。 その結果を表 1に示す。 処理水の硬度は 5. Om g C a C03/ Lであり、硬度成分除去率が 8 8 · 0%であり、 置換室の陰極側の膜面にスケールは観察されなかった。 "
Figure imgf000030_0001
(実施例 6 )
被処理水を下記の軟化装置に表 2の運転条件下、 連続して 5 00時間 運転し、 硬度のより少ない処理水を得た。 連続 5 00時間の運転後、 処 理水の分析をすると共に、 装置を停止し、 分解して装置内部のスケール の発生状況を目視確認した。 実施例 6では、 被処理水の硬度の濃度は 6 0. l mg C a C03/1であり、 置換水は当該硬度成分の当量以上の一 価のカチオン濃度 3 27m g C a C03/ 1であった。 また、 Rは 0. 8 2であった。 その結果、 処理水の硬度は 0. 0 1 7mg C a C03/ lで あり、 硬度除去率は 9 9. 9 7 %であった。 また、 置換室の陰極側の膜 面にもスケールは観察されなかった。
ぐ軟化装置 >
実施例 1と同様の電気軟化装置の処理水 （中間軟水） を中間軟水タン ク、 高圧ポンプを経て逆浸透膜 （エレメント ； 「E S— 20— D4」 日 東電工社製）に通水するように接続し、逆浸透膜濃縮水は濃縮水タンク、 濃縮水ポンプを経て、 電気軟化装置の置換室へ通水されるように接続し た装置。
なお、 実施例 6においては、 電気軟化部と逆浸透膜部の最適流量が一 致していなかつたため、 中間軟水及び逆浸透膜濃縮水を一旦、 中間軟水 タンク、 濃縮水タンクに貯留してポンプで送水する方法をとつたが、 電 気軟化部の中間軟水流量と逆浸透膜部の供給水流量を一致させることで、 中間軟水タンク、濃縮水タンク、濃縮水ポンプを省略することができる。 (実施例 7)
被処理水を下記の軟化装置に表 2の運転条件下、 連続して 5 00時間 運転し、 硬度のより少ない処理水を得た。 連続 5 00時間の運転後、 処 理水の分析をすると共に、 装置を停止し、 分解して装置内部のスケール の発生状況を目視確認した。 実施例 7では、 前段電気式脱イオン水製造 装置 （以下、 電気脱イオン装置又は電気脱イオン部とも言う） の処理水 の硬度の濃度は 1 7. 9m g C a C03/ lであり、 置換水は当該硬度成 分の当量以上の一価のカチオン濃度 4 5. 3m g C a C03/ lであった。 また、 Rは 0. 8 2であった。 その結果、 処理水の硬度は 0. 36mg C a C03/ 1であり、 硬度除去率は 9 8. 0 %であった。 また、 置換室 の陰極側の膜面にもスケールは観察されなかった。
ぐ軟化装置 > - 被処理水を電気脱イオン装置に通水して、 その処理水を実施例 1と同 様の電気軟化装置の軟化室に通水し、 該電気脱イオン装置の濃縮水を電 気軟化装置の置換室に通水するよう接続した装置。 なお、 電気脱イオン 装置は、 公知の電気脱イオン装置であって、 カチオン交換膜とァニオン 交換膜で区画される脱イオン室には混床イオン交換樹脂を充填し、 ァニ オン交換腠とカチオン交換膜で区画される濃縮室にも、 混床イオン交換 樹脂を充填したものを使用した。
実施例 7の電気脱イオン部の通電電流値 0. 2 Aは、 単位時間に流入 する被処理水中のイオン負荷に対しておよそ 8 0 %に相当し、 この通電 電流値では電気脱イオン部の脱イオン能力はイオン除去率で約 70%で あった。 表 2から明からなように、 この運転条件下では、 硬度成分を多 く含んだ被処理水を電気脱イオン部に通水、通電し脱イオン処理しても、 スタック内部には硬度スケールは析出しなかった。
第 2表
Figure imgf000033_0001
(実施例 8 )
被処理水を第 5図、 第 6図に示す軟化装置に表 3の運転条件下で通水 し、 処理水を得た。 被処理水は水道水を活性炭ろ過フィルタ （P F— C B、 オルガノ社製） を通して軟化装置の第 1通水室と第 2通水室に通永 した。その結果を表 3に示す。なお、処理水サンプル及ぴ運転データは、 採水工程から再生工程に切り替わる 5分前に採取した。 また、 採水工程 は、 非通電状態で被処理水を、 第 1通水室及び第 2通水室に並列に通水 する工程で時間は 1 2時間とした。 再生工程は、 再生剤を、 第 1通水室 から第 2通水室にこの順で直列に通水しながら通電する工程と、 被処理 水を採水工程と同様に非通電通水して高濃度である再生水を押し出しリ ンスする工程で構成され、 時間はそれぞれ 1 0時間と 1 5分間とした。 再生に用いる再生水は被処理水同様、 水道水を活性炭ろ過フィルタでろ 過し、 2 5 %食塩水を定量ポンプを用いてアル力リ金属濃度が 3 6 0 m g C a C O g Z Lとなるよう添加した。
(比較例 1 )
被処理水を軟化器 （ 「S A T— 1 0 5 B」 ；オルガノ社製） に表 3に 記載の条件で通水し、 処理水を得た。 その結果を表 3に示す。 なお、 被 処理水は水道水を活性炭ろ過フィルタを通して軟化器に通水し、 処理水 サンプル及び運転データは採水工程から再生工程に切り替わる 5分前に 採取した。 採水工程は被処理水をカチオン交換樹脂に通水する工程で時 間は 1 2時間とした。 再生工程は表 3記載の置換水 （再生剤） をカチォ ン交換樹脂に通水して N a形に置換する工程で、 使用した軟化器におい ては、 装置内部の機構により自動で表 3記載の条件で通薬、 リンスがな されるように構成されている。 比較例 1においても再生工程は自動運転 とし、 食塩の使用量は、 再生に使われる食塩の規定量から計算した。
Figure imgf000035_0001
表 3から明かなように、 実施例 8の再生工程では、 下流にあたる第 2 通水室から上流にあたる第 1通水室へ一価カチオンを戻すため、 系内の 一価カチオン濃度を高く保つことができ、 添加する一価カチオン塩を、 従来の食塩再生軟化器と比べると、再生 1回当たり約 1 / 3の量に減らす ことができる。 符号の説明
1 軟化室
2 置換室
3 カチオン交換膜
4 一価カチオン選択透過膜
5 陰極室
6 陽極室
7 陽極
8 陰極
1 0、 1 0 a 電気軟化装置
a ~ k 配管
2 0、 2 0 a 軟化装置
2 1 前脱塩装置
2 2 後脱塩装置
1 第 1通水室
2 第 2通水室
1 5 陰極
1 6 陽極
3 0、 3 0 a、 3 0 b 電気軟化装置
X 軟水採水配管系統 Y 再生配管系統
m〜 s 弁 産業上の利用可能性
本発明は、 硬水中の硬度成分を所望の軟化率から顕著に高い軟化率ま で自在に除去したい場合に有用である。 特に原水の硬度及び塩濃度が高 い場合に有用である。 また、 軟水と同時に酸性機能水やアルカリ性機能 水を得たい場合に有用である。 また、 ひとつの軟化装置で、 通水容積を 大きく採ったり、 通水流量は小さくして通水時間を長く採ったりしたい 場合に有用である。

Claims

請求の範囲
1 . 陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜を 交互に配置してその間を通水室とし、 一価カチオン選択透過膜の陰極側 に位置する通水室を軟化室とし、 一価カチオン選択透過膜の陽極側に位 置する通水室を置換室とし、 該軟化室には、 硬度成分を含む被処理水の 導入経路と軟水排出経路を配し、 該置換室には、 一価カチオンを含む置 換水の導入経路と硬度成分濃縮水排出経路を配し、 該陽極室及び該陰極 室にはそれぞれ水の導入経路と排出経路を配することを特徴とする電気 軟化装置。
2 . 前記置換水の導入経路には、 一価カチオン塩供給手段が接続されて いることを特徴とする請求項 1記載の電気軟化装置。
3 . 前記陰極室の導入経路には、 前記置換室の硬度成分濃縮水排出経路 が接続され、 前記陽極室の導入経路には、 前記陰極室の排出経路が接続 されていることを特徴とする請求項 1記載の電気軟化装置。
4 . 前記陽極室の導入経路には、 前記置換室の硬度成分濃縮水排出経路 が接続され、 前記陰極室の導入経路には、 前記陽極室の排出経路が接続 されていることを特徴とする請求項 1記載の電気軟化装置。
5 . 前記軟化室、 置換室、 陽極室及び陰極室の中、 少なくとも軟化室に カチオン交換体が充填されていることを特徴とする請求項 1記載の電気 軟化装置。
6 . 前脱塩装置と、 該前脱塩装置の後段に位置する請求項 1〜 5のいず れか 1項記載の電気軟化装置を配し、 該前脱塩装置の処理水排出経路と 該電気軟化装置の被処理水導入経路を接続し、 該前脱塩装置の濃縮液排 出経路と該電気軟化装置の置換水導入経路を接続してなることを特徴と する軟化装置。
7 . 請求項 1〜 5のいずれか 1項記載の電気軟化装置と、 該電気軟化装 置の後段に位置する後脱塩装置を配し、 該電気軟化装置の処理水排出経 路と該後脱塩装置の被処理水導入経路を接続し、 該後脱塩装置の濃縮液 排出経路と該電気軟化装置の置換水導入経路を接続してなることを特徴 とする軟化装置。
8 . 前記前脱塩装置が、 電気透析装置、 電気式脱イオン水製造装置また は逆浸透膜装置であることを特徴とする請求項 6記載の軟化装置。
9 . 前記後脱塩装置が、 電気透析装置、 電気式脱イオン水製造装置また は逆浸透膜装置であることを特徴とする請求項 7記載の軟化装置。
1 0 . 陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜 を交互に配置してその間を通水室とし、 一価カチオン選択透過膜の陰極 側に位置する通水室 （軟化室） に硬度成分を含む被処理水を通水し、 価カチオン選択透過膜の陽極側に位置する通水室 （置換室） に一価カチ オンを含む置換水を通水し、 陰極と陽極に直流電位を印加して被処理水 中の硬度成分を置換水中の一価のカチオンと置換させることを特徴とす る軟水製造方法。
1 1 . 前記置換水中の一価のカチオン量は、 除去したい硬度成分の当量 以上であることを特徴とする請求項 1 0記載の軟水製造方法。
1 2 . 前記置換水が、 被処理水または被処理水に一価カチオン塩を添加 して調製した水であることを特徴とする請求項 1 0記載の軟水製造方法。
1 3 . 前記被処理水は前脱塩装置から流出する処理水であり、 前記置換 水は、 該前脱塩装置から排出される濃縮水であることを特徴とする請求 項 1 0記載の軟水製造方法。
1 4 . 前記軟化室、 置換室、 陽極室及び陰極室の中、 少なくとも軟化室 にカチオン交換体が充填されていることを特徴とする請求項 1 0記載の 軟水製造方法。
1 5 . 置換室から排出される置換室出口水の全部または一部を、 陰極室 に通水し、 さらに陰極室出口水を陽極室に通水することを特徴とした請 求項 1 0記載の軟水製造方法。
1 6 . 置換室から排出される置換室出口水の全部または一部を、 陽極室 に通水し、 さらに陽極室出口水を陰極室に通水することを特徴とした請 求項 1 0記載の軟水製造方法。
1 7 . 陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜 を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通水室とし、 一 価カチオン選択透過膜の陰極側に位置する第 1通水室及び一価カチオン 選択透過膜の陽極側に位置する第 2通水室には、 水の導入経路と排出経 路をそれぞれ配し、 該陽極室及ぴ該陰極室にはそれぞれ水の導入経路と 排出経路をそれぞれ配し、 硬度成分を含む被処理水を該第 1通水室及び 該第 2通水室の両方に並行して通水して軟水を得るか又は該第 2通水室 から該第 1通水室に直列に通水して軟水を得る軟水揉水経路を配し、 一 価力チオンを含む再生水を該第 1通水室から第 2通水室に直列に通水し て該カチオン交換体の再生を行う再生経路を配することを特徴とする軟 化装置。
1 8 . 前記陰極室の導入経路には、 前記再生経路における第 2通水室の 排出経路が接続され、 前記陽極室の導入経路には、 前記陰極室の排出経 路が接続されていることを特徴とする請求項 1 7記載の軟化装置。
1 9 . 前記陽極室の導入経路には、 前記再生経路における第 2通水室の 排出経路が接続され、 前記陰極室の導入経路には、 前記陽極室の排出経 路が接続されていることを特徴とする請求項 1 7又は 1 8記載の軟化装 置。
2 0 . 陽極室と陰極室の間に一価カチオン選択透過膜とカチオン交換膜 を交互に配置してその間をカチオン交換体が充填された通水室とし、 直 流電流を印加しない状態で、 硬度成分を含む被処理水を一価カチオン選 択透過膜の陰極側に位置する第 1通水室及び一価カチオン選択透過膜の 陽極側に位置する第 2通水室に通水して軟水を得る採水工程と、 直流電 流を印加した状態で、 一価カチオンを含む再生水を該第 1通水室から第 2通水室に直列に通水して該カチオン交換体の再生を行う再生工程を交 互に繰り返すことを特徴とする軟化装置の運転方法。
2 1 . 前記採水工程時、 硬度成分を含む被処理水を該第 1通水室と該第 2通水室の両方に並列して通水することを特徴とする請求項 2 0記載の 軟化装置の運転方法。
2 2 . 前記採水工程時、 硬度成分を含む被処理水を該第 2通水室から該 第 1通水室の順序に直列に通水することを特徴とする請求項 2 0記載の 軟化装置の運転方法。
2 3 . 前記再生工程時、 前記第 2通水室から排出される出口水の全部ま たは一部を、 陰極室に通水し、 さらに陰極室出口水を陽極室に通水する ことを特徴とした請求項 2 0記載の軟化装置の運転方法。
2 4 . 前記再生工程時、 前記第 2通水室から排出される出口水の全部ま たは一部を、 陽極室に通水し、 さらに陽極室出口水を陰極室に通水する ことを特徴とした請求項 2 0記載の軟化装置の運転方法。
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