WO2023199676A1 - 脱イオン水製造システムの運転方法及び脱イオン水製造システム - Google Patents

脱イオン水製造システムの運転方法及び脱イオン水製造システム Download PDF

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WO2023199676A1
WO2023199676A1 PCT/JP2023/009652 JP2023009652W WO2023199676A1 WO 2023199676 A1 WO2023199676 A1 WO 2023199676A1 JP 2023009652 W JP2023009652 W JP 2023009652W WO 2023199676 A1 WO2023199676 A1 WO 2023199676A1
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water
treated
water production
chamber
electrodeionized
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PCT/JP2023/009652
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慶介 佐々木
眞弓 阿部
敦史 永山
祥吾 櫛田
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オルガノ株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D61/42—Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/46—Apparatus therefor
    • B01D61/48—Apparatus therefor having one or more compartments filled with ion-exchange material, e.g. electrodeionisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis

Definitions

  • the present invention relates to a method of operating a deionized water production system including an electrodeionized water production device and a deionized water production system.
  • a deionized water production system in which water to be treated is passed through an ion exchanger such as an ion exchange resin and deionized by an ion exchange reaction.
  • ion exchanger such as an ion exchange resin and deionized by an ion exchange reaction.
  • Such systems generally include a device with an ion exchanger and utilize an ion exchange reaction with the ion exchanger to produce deionized water (eg, pure water).
  • deionized water eg, pure water
  • the ion exchange groups of the ion exchanger become saturated as the water to be treated passes through, reducing the deionization performance. ” processing).
  • Processes for regenerating ion exchangers include a method of periodically replacing the ion exchanger with a new one, a method of periodically regenerating the ion exchanger using chemicals such as acids and alkalis, and a method of producing electro-deionized water.
  • a method is known in which an ion exchanger is continuously regenerated using a device (also called an EDI (ElectroDeIonization) device).
  • the method of periodically replacing the ion exchanger has the problem that deionized water cannot be produced continuously because deionized water cannot be produced during the replacement process.
  • the ion exchanger when producing deionized water by passing a large flow of water to be treated, the ion exchanger must be replaced relatively frequently. It is not suitable for Furthermore, a method in which the ion exchanger is replaced periodically is undesirable because the ion exchanger is thrown away, which increases waste.
  • the method of regenerating ion exchangers using chemicals requires chemicals such as acids and alkalis, and deionized water cannot be produced during regeneration, so there is a problem that deionized water cannot be produced continuously.
  • An EDI device has a plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes arranged between electrodes (anode and cathode) to form an electrode chamber, a concentration chamber, and a desalination chamber. This structure is filled with ion exchanger and cation exchanger). Water to be treated is supplied to the desalination chamber, and water (for example, water to be treated, deionized water, etc.) is supplied to the electrode chamber and the concentration chamber. EDI equipment causes a dissociation reaction of water by applying a voltage between electrodes and passing a current, generating hydrogen ions (H + ) and hydroxide ions (OH - ), and performing ion exchange in the desalination chamber. Maintains deionization performance by exchanging ions attached to the body. Therefore, when an EDI device is used, production of deionized water and regeneration of the ion exchanger can be performed continuously.
  • the EDI device is described in Patent Document 1, for example.
  • the EDI device is constantly energized during operation in order to suppress deterioration in the quality of deionized water (treated water) due to a decrease in deionization performance. Therefore, in a deionized water production system including an EDI device, there is a problem that power consumption becomes large.
  • deionized water is produced in the demineralization chamber, and ions transferred from the demineralization chamber are Concentrated water containing the concentration is discharged from the concentration chamber, and electrode water is discharged from the electrode chamber. Therefore, there is also the problem that the amount of water discharged by the EDI device increases.
  • the present invention has been made in order to solve the problems of the background art as described above, and is a deionization method that can reduce the power consumption and waste water amount of an electrodeionized water production device while suppressing deterioration of the quality of treated water.
  • An object of the present invention is to provide a method for operating an ionized water production system and a deionized water production system.
  • a method for operating a deionized water production system of the present invention is a method for operating a deionized water production system that produces deionized water from treated water using an electrical deionized water production device.
  • a water sampling mode in which the water to be treated is passed through a desalination chamber of the electrodeionized water production apparatus to obtain treated water when the electricity is not applied to the electrodeionization water production apparatus; While supplying electricity to the electrodeionized water production device, the water to be treated is passed through the desalination chamber to obtain the treated water, and at least the concentration chamber and the electrode chamber of the electrodeionization water production device are having a water sampling mode in which water is passed through one side and a water sampling and regeneration mode that is operated alternately;
  • the method is to operate the electrodeionized water production apparatus such that the operating time in the water sampling mode is 1.5 to 6.4 times the operating time in the water sampling and regeneration mode.
  • a method for operating a deionized water production system that produces deionized water from treated water using an electrodeionized water production device, a water sampling mode in which the water to be treated is passed through a desalination chamber of the electrodeionized water production apparatus to obtain treated water when the electricity is not applied to the electrodeionization water production apparatus; While supplying electricity to the electrodeionized water production device, the water to be treated is passed through the desalination chamber to obtain the treated water, and at least the concentration chamber and the electrode chamber of the electrodeionization water production device are having a water sampling mode in which water is passed through one side and a water sampling and regeneration mode that is operated alternately;
  • the daily load inflow is Q [meq]
  • the processing flow rate per demineralization chamber is P [L/h]
  • the water flow operation time which is the total of energized and non-energized times, is T1 [h].
  • the conductivity of the water to be treated is C [ ⁇ S/cm]
  • the amount of regenerant produced by energization per day is G [meq]
  • the total energization time per day is T2 [h]
  • the energizing current is I [A].
  • G[meq] I ⁇ 3600 ⁇ T2 ⁇ F ⁇ 1000
  • Load factor (%) (Q ⁇ G) x 100
  • the electrodeionized water producing apparatus is operated in the water sampling mode and the water sampling/regeneration mode such that the load factor calculated by the following is in the range of 10 to 31%.
  • the deionized water production system of the present invention includes an electrically deionized water production device that produces deionized water from treated water; a power supply device that applies a required DC voltage to the electrodeionized water production device; A water sampling mode in which the water to be treated is passed through the desalination chamber of the electrodeionized water production apparatus to obtain treated water when the electricity is not applied to the electrodeionization water production apparatus; While energizing the ionized water production device, the water to be treated is passed through the demineralization chamber to obtain the treated water, and water is supplied to at least one of the concentration chamber and the electrode chamber of the electrodeionized water production device.
  • a water sampling mode in which water is passed and a water sampling/regeneration mode that is operated alternately are provided, and the operating time of the water sampling mode is 1.5 to 6.4 times the operating time of the water sampling/regeneration mode.
  • an electrically deionized water production device that produces deionized water from treated water; a power supply device that applies a required DC voltage to the electrodeionized water production device; A water sampling mode in which the water to be treated is passed through the desalination chamber of the electrodeionized water production apparatus to obtain treated water when the electricity is not applied to the electrodeionization water production apparatus; While energizing the ionized water production device, the water to be treated is passed through the demineralization chamber to obtain the treated water, and water is supplied to at least one of the concentration chamber and the electrode chamber of the electrodeionized water production device.
  • the daily load inflow is Q [meq]
  • the processing flow rate per demineralization chamber is P [L/h]
  • the water flow operation time which is the total of energized and non-energized times, is T1 [h].
  • the conductivity of the water to be treated is C [ ⁇ S/cm]
  • the amount of regenerant produced by energization per day is G [meq]
  • the total energization time per day is T2 [h]
  • the energizing current is I [A].
  • the present invention it is possible to reduce the power consumption and waste water amount of the electrodeionized water production device while suppressing the deterioration of the quality of treated water.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a deionized water production system of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration example of the electrodeionized water production apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing another schematic configuration example of the electrodeionized water production apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing another schematic configuration example of the electrodeionized water production apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. It is a graph showing changes in current efficiency and conductivity of treated water with respect to regeneration time of an ion exchanger.
  • 1 is a graph showing the daily changes in the quality of treated water under the first to fifth conditions and the comparative example shown in Table 1.
  • FIG. 3 is a graph showing daily trends in power consumption under the first to fifth conditions and the comparative example shown in Table 1.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the conductivity of treated water and the ratio of the energization time and energization stop time of the EDI device shown in Table 2.
  • 2 is a graph showing the relationship between the power consumption reduction rate shown in Table 1 and the ratio of the energization time and energization stop time of the EDI device shown in Table 2.
  • 3 is a graph showing the relationship between the conductivity of treated water and the load factor shown in Table 3.
  • 3 is a graph showing the relationship between the power consumption reduction rate shown in Table 1 and the load factor shown in Table 3; 2 is a graph showing the relationship between the conductivity of treated water and the ratio of the energization time and energization stop time of the EDI device shown in Table 2. 3 is a graph showing the relationship between the conductivity of treated water and the load factor shown in Table 3.
  • the present invention will be explained using the drawings.
  • the present inventors have found that when regenerating an ion exchanger in an EDI device, the efficiency in using electric power for regeneration is better when the proportion of the salt form of the ion exchanger is high. Therefore, in this embodiment, deionized water is produced without energizing the EDI device (no current applied) until the salt form proportion of the ion exchanger increases, and then energizes the EDI device when the salt form proportion increases to a certain extent. Suggest ways to drive.
  • the present inventors have developed an EDI device by producing deionized water by not passing water through the concentration chamber and electrode chamber of the EDI device when electricity is not applied, and by passing water to be treated only through the demineralization chamber. It has been found that deionized water of the same quality can be obtained as compared to continuous operation while energizing, and power consumption and wastewater volume can be reduced. Note that there is no reason why water should not be passed through the concentration chamber and electrode chamber of the EDI device when no electricity is applied, and water may be passed through the concentration chamber and the electrode chamber when no electricity is applied.
  • no current here means a state in which the dissociation reaction of water does not proceed in the EDI device, and a weak voltage is applied between the electrodes for the purpose of preventing ion diffusion from the concentration chamber to the demineralization chamber. This also includes applying . For example, since the theoretical voltage required for water dissociation is 0.83V, this includes applying a voltage of 0.83V or less per demineralization chamber.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the deionized water production system of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a schematic configuration of the electrodeionized water production apparatus shown in FIG. 1.
  • 3 and 4 are schematic diagrams showing other schematic configuration examples of the electrodeionized water production apparatus shown in FIG. 1. 2 to 4 are the configurations disclosed in Patent Document 1 mentioned above.
  • the deionized water production system of the present invention includes an electrically deionized water production device (EDI device) 1 that produces deionized water from water to be treated, and an EDI device 1 that maintains deionized performance.
  • the deionized water production system has a power supply device 2 that applies the required DC voltage necessary for the deionized water production system, and a control device 3 that controls the operation of the entire deionized water production system.
  • the water to be treated is sent to the demineralization chamber (D) of the EDI device 1 via a pump (not shown), and treated water (deionized water) is produced by the demineralization chamber (D).
  • the conductivities of the water to be treated and the treated water are measured using well-known conductivity meters 4 (41 and 42) to determine the water quality. Further, the amount of discharged water (manufactured amount) from the desalination chamber (D) of the EDI device 1 is measured using a well-known flowmeter (integrating flowmeter) 5.
  • the control device 3 is connected to a conductivity meter 4 and a flow meter 5 via well-known communication means, and data on the conductivity of the treated water and the treated water and data on the production amount of the treated water are transmitted.
  • the water to be treated is controlled to be supplied and stopped using the valve 6 to the concentration chamber (C) and the electrode chamber (E) of the EDI device 1. Concentrated water discharged from the concentration chamber (C) and electrode water discharged from the electrode chamber are each drained into a drainage tank 7.
  • the control device 3 is connected to the power supply device 2, the pump, and the valve 6 via a well-known communication means, and can control the operation of the power supply device 2, the pump, and the valve 6.
  • the control device 3 controls on/off of the power supply device 2, uses a pump and a valve 6 to supply and stop the water to be treated to the desalination chamber (D) of the EDI device 1, and controls the concentration chamber (D) of the EDI device 1. Controls the supply and stop of water to be treated to C) and electrode chamber (E). Further, the control device 3 includes a timer, and controls the operating time of the EDI device 1 in two operation modes (water sampling mode and water sampling/regeneration mode), which will be described later.
  • the communication means between the control device 3 and the power supply device 2, the pump and valve 6, the conductivity meter 4, and the flow meter 5 may be either a well-known wired communication means or a wireless communication means, and the communication standard thereof is also well-known. Any standard may be used.
  • the control device 3 can be realized by, for example, a well-known PLC (Programmable Logic Controller).
  • the control device 3 may be realized by a known information processing device (computer) including a CPU (Central Processing Unit), a storage device, an I/O interface, a communication device, and the like.
  • the control device 3 realizes the method of operating the deionized water production system of the present invention by having a PLC or a processor included in the information processing device execute processing according to a program stored in a storage device in advance.
  • the deionized water production system of the present invention includes a well-known reverse osmosis membrane (RO membrane) upstream of the EDI device 1. It may also be equipped with a reverse osmosis membrane device.
  • the deionized water production system may include a plurality of stages (for example, two stages) of reverse osmosis membrane devices connected in series.
  • the reverse osmosis membrane device may have any configuration as long as it includes a general reverse osmosis membrane used for producing pure water, for example.
  • the EDI device 1 includes a plurality of sets of cation exchange membranes and anion exchange membranes (two sets in FIG. 2) arranged between two electrodes (an anode 11 and a cathode 12) in an electrode chamber 21. and 25, concentration chambers 22 and 24, and demineralization chamber 23.
  • the electrode chamber (anode chamber) 21 is formed by the anode 11 and the cation exchange membrane 31, and the electrode chamber (cathode chamber) 25 is formed by the cathode 12 and the anion exchange membrane 34.
  • the demineralization chamber 23 is formed by an anion exchange membrane 32 and a cation exchange membrane 33, and two concentration chambers 22 and 24 are formed with the demineralization chamber 23 in between.
  • the concentration chamber 22 on the anode 11 side is formed by a cation exchange membrane 31 and an anion exchange membrane 32
  • the concentration chamber 24 on the cathode 12 side is formed by a cation exchange membrane 33 and an anion exchange membrane 34.
  • the desalting chamber 23 is filled with an ion exchanger (MB) that is a mixture of a cation exchanger and an anion exchanger. Note that the electrode chambers 21 and 25 and the concentration chambers 22 and 24 may be filled with an ion exchanger as appropriate.
  • the EDI device 1 includes a plurality of basic configurations (cell sets) consisting of the concentration chamber 22, demineralization chamber 23, and concentration chamber 24 shown in FIG. 2 between the anode 11 and the cathode 12. There are also juxtaposed compositions. At this time, adjacent concentration chambers can be shared between adjacent cell sets.
  • FIG. 3 shows a configuration example in which N (N is an integer of 1 or more) cell sets are arranged between the anode 11 and the cathode 12. In the EDI apparatus 1 shown in FIG.
  • the anode chamber 21 is filled with a cation exchanger (CER)
  • the concentration chambers 22 and 24 and the cathode chamber 25 are filled with an anion exchanger (AER)
  • the demineralization chamber 23 is filled with a cation exchanger (CER).
  • It is filled with an ion exchanger (MB) which is a mixture of an exchanger and an anion exchanger.
  • the EDI device 1 shown in FIG. 3 is configured such that water is not supplied to the anode chamber 21 from the outside, but outlet water of the cathode chamber 25 is supplied to the anode chamber 21.
  • the EDI apparatus 1 also has a configuration in which two demineralization chambers 26 and 27 are formed by arranging an intermediate ion exchange membrane 36 between two concentration chambers 22 and 24, as shown in FIG.
  • the demineralization chamber 26 is filled with an anion exchanger (AER)
  • the demineralization chamber 27 is filled with a cation exchanger (CER)
  • the water to be treated is passed through the demineralization chamber 27. After that, the water is passed to the desalination chamber 26.
  • the amounts of ion exchangers filled in the two desalting chambers 26 and 27 do not need to be the same; for example, one desalting chamber is filled with a cation exchanger and an anion exchanger, and the other filling chamber is filled with a cation exchanger and an anion exchanger. It may also be configured to fill only the cation exchanger. Alternatively, one demineralization chamber may be filled with a cation exchanger and an anion exchanger, and the other filling chamber may be filled only with an anion exchanger.
  • the EDI device 1 also has a configuration in which the ion exchanger (anion exchange membrane 34 or cation exchange membrane 31) that partitions the electrode chamber and the concentration chamber is eliminated, and a chamber that serves as both the concentration chamber and the electrode chamber is formed.
  • the ion exchanger anion exchange membrane 34 or cation exchange membrane 31
  • the operation mode of the EDI device 1 is a water sampling mode in which the water to be treated is passed through the desalination chamber (D) to obtain treated water without energizing the EDI device 1. Then, while energizing the EDI device 1, the water to be treated is passed through the desalination chamber (D) to obtain treated water, and the supplied water is passed through the concentration chamber (C) and the electrode chamber (E) to ionize it.
  • a water sampling and regeneration mode is provided to regenerate the exchanger.
  • the water quality of water A1 used for water and wastewater testing specified by the Japanese Industrial Standards (JIS K 0557), or the water quality of the standard specification Type IV of reagent water specified by the ASTM standard 5 ⁇ S/cm (0.5 mS/ When obtaining the treated water of m)
  • the operating time in water sampling mode is the same as water sampling and regeneration. It is more desirable to set it within a range of 1.5 to 4.0 times the operating time of the mode. The lower limit of 1.5 times is determined from the power consumption reduction rate described later.
  • the operating time of the water sampling mode and water sampling/regeneration mode may be determined as follows. For example, when obtaining treated water of the water quality of the above standard specifications (5 ⁇ S/cm (0.5 mS/m)), set the water sampling mode so that the load factor calculated below is in the range of 10 to 31%. and set the operating time for water sampling/regeneration mode. Or, when obtaining treated water with better water quality (1 ⁇ S/cm (0.1 mS/m)) as specified in the Japanese Industrial Standards (JIS K 0557), the load factor calculated below is 10 to 20. Set the operation time of water sampling mode and water sampling/regeneration mode so that the water sampling mode and water sampling/regeneration mode fall within the range of
  • Load factor (%) (load inflow amount per day ⁇ amount of regenerant produced by energization per day) x 100
  • the daily load inflow is Q [meq]
  • the processing flow rate per demineralization room is P [L/h]
  • the daily water flow operation time (total when energized and when not energized) is T1 [h]
  • the conductivity of the water to be treated is C [ ⁇ S/cm]
  • the amount of regenerant produced by energization per day is G [meq]
  • the total energization time per day is T2 [h]
  • the energizing current is I [A]
  • F[C/eq] 96485
  • Q[meq] ⁇ (C-0.55) ⁇ 126.46 ⁇ P ⁇ T1
  • the daily load inflow Q was calculated by subtracting the conductivity of pure water from the conductivity of the water to be treated, converting the remaining conductivity using the ultimate molar conductivity of NaCl, and converting it into milliequivalents (meq). It is a value.
  • the amount G of regenerant produced by energization in one day is a value obtained by converting the value of the current being applied into an amount of electricity, and converting the amount of electricity into milliequivalents using Faraday's constant.
  • the water to be treated passed through the EDI device 1 be water that has a low concentration of components that may be deposited by staying in the concentration chamber during operation in the water sampling mode. It is desirable that the water to be treated has, for example, an ionic silica concentration of 150 ⁇ g/L or less, and a hardness (calcium/magnesium concentration) of 100 ⁇ g CaCO 3 /L or less.
  • Patent Document 2 points out that if the operation of the EDI device 1 is stopped when the required amount of treated water is obtained, boron in the treated water will increase, and that This is a proposed driving method. Therefore, unlike the present invention, Patent Document 2 does not aim to reduce power consumption and wastewater amount while suppressing the deterioration of the quality of treated water, and the deionized water production system of the present invention is The driving method is completely different.
  • the EDI device 1 is operated by controlling the operating times of the water sampling mode and the water sampling/regeneration mode, respectively, thereby reducing the quality of the treated water.
  • a salt-type (chloride ion-type) ion exchange resin was prepared as an anion exchanger, and was filled into the desalting chamber of the EDI apparatus 1 together with a regenerated cation exchange resin.
  • the amount of chloride ions discharged as concentrated water is calculated based on the amount of electricity supplied to the EDI device 1.
  • FIG. 5 is a graph showing changes in current efficiency and conductivity of treated water with respect to regeneration time of the ion exchanger. The smaller the amount of ions contained in the conductivity, the lower the value, so it can be said that the lower the value, the better the water quality.
  • the current efficiency can be operated at a high efficiency of 90% or more for about 2 hours after the start of electricity supply to the EDI device 1, but after that, it gradually decreases to 50% or less after 10 hours. I understand that. It can also be confirmed that when electricity is started to be applied to the EDI apparatus 1, the conductivity of 1 ⁇ S/cm or less, which indicates the quality of the treated water, can be achieved in about one hour after the electricity is started.
  • the current efficiency of the EDI device 1 is higher when the EDI device 1 is operated with a higher proportion of the salt form of the ion exchanger. Furthermore, it can be seen that if the EDI device 1 is energized for one time, that is, the operation time in the water sampling/regeneration mode is set to 2 hours or more, the EDI device 1 can be operated with relatively good water quality (low conductivity). However, as described above, since the current efficiency becomes 50% or less after 10 hours, it is desirable that the EDI device 1 operates for one time in the water sampling/regeneration mode for 10 hours or less.
  • the EDI device 1 is operated under the first to fifth conditions shown in Table 1 below, and the changes in power consumption and treated water quality are compared.
  • Table 1 also shows data obtained when the EDI apparatus 1 was continuously operated as a comparative example ("comparison" in Table 1).
  • an EDI device (EDI-HF2-1000) 1 manufactured by Organo Co., Ltd. was used, the amount of water to be treated flowing into the desalination chamber (D) was set to 2000 L/h, and the water sampling and regeneration mode was set. The amount of water supplied to the concentration chamber (C) during operation was set to 240 L/h, and the amount of water supplied to the electrode chamber (E) was set to 20 L/h. Furthermore, during operation in the water sampling/regeneration mode, the EDI device 1 was set to constant current operation with a DC current of 2.5 A.
  • the desalination chamber (D) of the EDI device 1 was supplied with permeated water of 2.5 ⁇ 0.2 ⁇ S/cm that had passed through a two-stage reverse osmosis membrane device connected in series.
  • Table 1 shows operating data per day after the data stabilized after operating for two days or more under the above-mentioned first to fifth conditions.
  • FIG. 6 is a graph showing the daily changes in the quality of treated water under the first to fifth conditions shown in Table 1 and the comparative example.
  • FIG. 7 is a graph showing daily trends in power consumption under the first to fifth conditions and the comparative example shown in Table 1.
  • Conditions 2 to 4 have the same total energization time per day (7 hours), but as shown in Figure 6, the quality of the treated water (conductivity) changes over time, with condition 3 being the best. stable water quality (lowest conductivity). From this, it is considered that it is better to set the energization time per time (the operating time in the water sampling/regeneration mode) to 2 hours or more.
  • the fifth condition is that the energization time per time (operation time in water sampling and regeneration mode) is 2 hours or more, and the quality of the treated water (conductivity) is relatively good, but as mentioned above, the power consumption is high. It gets expensive.
  • the number of times the water sampling/regeneration mode is operated per day is different between the third condition and the fifth condition, and is three times in the third condition and six times in the fifth condition. That is, it can be seen that even if the quality of the treated water is the same, the amount of water discharged and the power consumption increase as the number of times the water sampling/regeneration mode is operated is increased.
  • Table 2 shows the ratio of energization time to energization stop time (non-energization time/energization time) of the EDI device 1 under the first to fifth conditions and comparative example shown in Table 1, and Table 3 shows , which shows the load factors for the first to fifth conditions shown in Table 1 and the comparative example.
  • the energizing time is the operating time in the water sampling and regeneration mode, and the non-energizing time is the operating time in the regeneration mode.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the conductivity of treated water (maximum value per day) and the ratio of energization time to energization stop time (non-energization time/energization time) of the EDI device 1 shown in Table 2.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the power consumption reduction rate shown in Table 1 and the ratio of the energization time to the energization stop time (non-energization time/energization time) of the EDI device 1 shown in Table 2.
  • the ratio of the energization time to the energization stop time (non-energization time/energization time) of the EDI device 1 must be 4.0 times or less. It is desirable to In addition, as shown in FIG. 9, in order to reduce the power consumption reduction rate of the EDI device 1 to 0% or less, that is, to reduce the power consumption compared to the above comparative example, the ratio of the energization time to the energization stop time of the EDI device 1 ( It is desirable to increase the ratio (non-energized time/energized time) to 1.5 times or more.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the conductivity of treated water and the load factor shown in Table 3.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the power consumption reduction rate shown in Table 1 and the load factor shown in Table 3.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the conductivity of treated water and the ratio of energization time to energization stop time (non-energization time/energization time) of the EDI apparatus 1 shown in Table 2.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the conductivity of treated water and the load factor shown in Table 3. 12 shows a further extended approximate curve from the maximum value of the graph shown in FIG. 8, and FIG. 13 shows a further extended approximate curve from the maximum value of the graph shown in FIG.
  • the load factor is 20% or less.
  • the load factor is 10% or more.
  • the ratio of the energization time to the energization stop time (non-energization time/energization time) of the EDI device 1 must be 6.4 times or less. It is desirable to do so. Further, as can be seen from FIG. 13, for example, in order to obtain treated water with an electrical conductivity of 5 ⁇ S/cm, it is desirable to set the load factor to 31% or less.
  • the operating time in the water sampling mode is 1.5 to 6.4 times the operating time in the water sampling and regeneration mode (energized time). It is desirable to set it to double.
  • the operating time in water sampling mode is 1.5 to 3.8 times the operating time in water sampling and regeneration mode (energizing time). It is desirable to set the distance to 1.5 times to 2.4 times, more preferably in the range of 1.5 times to 2.4 times.
  • the water sampling mode (non-energized) and water sampling and regeneration mode (energized) when obtaining treated water with an electrical conductivity of 5 ⁇ S/cm, set the water sampling mode (non-energized) and water sampling and regeneration mode (energized) so that the load factor is in the range of 10 to 31%. is desirable.
  • the water sampling mode (non-energized) and water sampling and regeneration mode (energized) when obtaining treated water with an electrical conductivity of 1 ⁇ S/cm, the water sampling mode (non-energized) and water sampling and regeneration mode (energized) must be set so that the load factor is in the range of 10 to 20%. is desirable.
  • the present invention there is a water sampling mode in which treated water is passed through the desalination chamber (D) without energizing the EDI device 1 to obtain treated water, and a water sampling mode in which the EDI device 1 is energized.
  • the water to be treated is passed through the demineralization chamber to obtain treated water, and the supply water is passed through the concentration chamber (C) and the electrode chamber (E) to maintain the deionization performance of the ion exchanger.
  • a water/regeneration mode is provided, and the operating time (non-energized time) of the water sampling mode is set to a range of 1.5 to 6.4 times the operating time (energized time) of the water sampling/regeneration mode, or the above
  • the water sampling mode (no electricity) and the water sampling/regeneration mode (energization) so that the load factor is in the range of 10 to 31%, the consumption of the EDI device 1 can be reduced while suppressing the deterioration of the quality of the treated water. Electric power and waste water can be reduced.
  • the operating time of the water sampling mode should be set to 1 of the operating time of the water sampling and regeneration mode (energized time).
  • the water sampling mode (no electricity) and water sampling/regeneration mode (energization) may be set so that the load factor is set in the range of .5 times to 4.0 times, or the above load factor is in the range of 10 to 20%. .

Abstract

電気式脱イオン水製造装置を用いて被処理水から脱イオン水を製造する脱イオン水製造システムの運転方法であって、電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、被処理水を前記脱塩室に通水して処理水を得るとともに、電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを有し、採水モードの運転時間が採水兼再生モードの運転時間の１．５倍から６．４倍となるように電気式脱イオン水製造装置を運転する。

Description

脱イオン水製造システムの運転方法及び脱イオン水製造システム
　本発明は、電気式脱イオン水製造装置を備える脱イオン水製造システムの運転方法及び脱イオン水製造システムに関する。
　イオン交換樹脂などのイオン交換体に被処理水を通水させてイオン交換反応により脱イオンを行う脱イオン水製造システムが知られている。このようなシステムは、一般に、イオン交換体を有する装置を備え、イオン交換体によるイオン交換反応を利用して脱イオン水（例えば、純水）を製造する。しかしながら、イオン交換体を有する装置では、被処理水の通水に伴ってイオン交換体のイオン交換基が飽和して脱イオン性能が低下するため、脱イオン性能を回復させる（以下、「再生する」と称す）処理を行う必要がある。
　イオン交換体を再生する処理としては、イオン交換体を定期的に新しいものに交換する方法、酸やアルカリなどの薬剤を用いて定期的にイオン交換体を再生する方法、電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ（ElectroDeIonization）装置とも呼ばれる）を用いて、連続的にイオン交換体を再生する方法が知られている。
　イオン交換体を定期的に交換する方法は、交換作業中に脱イオン水を製造できないため、連続して脱イオン水を製造できない課題がある。また、大流量の被処理水を通水させて脱イオン水を製造する場合、イオン交換体の交換作業が比較的頻繁に発生するため、大流量の被処理水から脱イオン水を製造する用途には不向きである。さらに、イオン交換体を定期的に交換する方法は、イオン交換体を使い捨てることになるため、廃棄物が増えることで好ましくない。
　薬剤を用いてイオン交換体を再生する方法は、酸やアルカリなどの薬剤が必要であり、再生中は脱イオン水を製造できないため、連続して脱イオン水を製造できない課題がある。
　イオン交換体を定期的に交換する方法または薬剤を用いる方法において、連続して脱イオン水を製造するには、例えば現用と予備用のイオン交換体を用意し、それらを交互に切り替えて使用する方法が考えられる。しかしながら、そのような方法は、イオン交換体を充填する設備や再生に必要な薬剤を注入するための設備の数が増えてしまう。
　ＥＤＩ装置は、電極（陽極及び陰極）の間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を配列して電極室、濃縮室及び脱塩室を形成し、脱塩室等にイオン交換体（アニオン交換体及びカチオン交換体）を充填した構成である。脱塩室には被処理水が供給され、電極室及び濃縮室には水（例えば、被処理水、脱イオン水等）が供給される。ＥＤＩ装置は、電極間に電圧を印加して電流を流すことで水の解離反応を起こし、水素イオン（Ｈ+）と水酸化物イオン（ＯＨ-）とを生成させて脱塩室内のイオン交換体に付着したイオンと交換させることで、脱イオン性能を維持する。そのため、ＥＤＩ装置を用いると、脱イオン水の製造とイオン交換体の再生とを連続的に行うことができる。ＥＤＩ装置については、例えば特許文献１に記載されている。
国際公開第２０１８／１１７０３５号
　ＥＤＩ装置は、脱イオン性能の低下による脱イオン水（処理水）の水質悪化を抑制するために、通常、運転中は常に通電されている。そのため、ＥＤＩ装置を備える脱イオン水製造システムでは、消費電力が大きくなる課題がある。また、運転中は、脱塩室に被処理水を供給すると共に濃縮室及び電極室にも水を供給することで、脱塩室で脱イオン水を製造すると共に、脱塩室から移動したイオンを含む濃縮水を濃縮室から排出させ、電極室から電極水を排出させる。そのため、ＥＤＩ装置では排水量が多くなるという課題もある。
　本発明は上述したような背景技術が有する課題を解決するためになされたものであり、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、電気式脱イオン水製造装置の消費電力及び排水量を低減できる脱イオン水製造システムの運転方法及び脱イオン水製造システムを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため本発明の脱イオン水製造システムの運転方法は、電気式脱イオン水製造装置を用いて被処理水から脱イオン水を製造する脱イオン水製造システムの運転方法であって、
　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、
　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを有し、
　前記採水モードの運転時間が前記採水兼再生モードの運転時間の１．５倍から６．４倍となるように、前記電気式脱イオン水製造装置を運転する方法である。
　または、電気式脱イオン水製造装置を用いて被処理水から脱イオン水を製造する脱イオン水製造システムの運転方法であって、
　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、
　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを有し、
　１日の負荷流入量をＱ［ｍｅｑ］、脱塩室１室あたりの処理流量をＰ［Ｌ／ｈ］、１日の通電時及び無通電時の合計である通水運転時間をＴ１［ｈ］、被処理水導電率をＣ［μＳ／ｃｍ］、１日の通電による再生剤生成量をＧ［ｍｅｑ］、１日当たりの通電時間の合計をＴ２［ｈ］、通電電流をＩ［Ａ］、ファラデー定数をＦ［Ｃ／ｅｑ］＝９６４８５とし、
Ｑ［ｍｅｑ］＝｛（Ｃ－０．５５）÷１２６．４６｝×Ｐ×Ｔ１
Ｇ［ｍｅｑ］＝Ｉ×３６００×Ｔ２÷Ｆ×１０００
であるとき、
負荷率（％）＝（Ｑ÷Ｇ）×１００
で計算される負荷率が１０～３１％の範囲となるように、前記採水モード及び前記採水兼再生モードで前記電気式脱イオン水製造装置を運転する方法である。
　一方、本発明の脱イオン水製造システムは、被処理水から脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置と、
　電気式脱イオン水製造装置に所要の直流電圧を印加する電源装置と、
　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを設け、前記採水モードの運転時間が前記採水兼再生モードの運転時間の１．５倍から６．４倍となるように、前記電気式脱イオン水製造装置を運転する制御装置と、
を有する。
　または、被処理水から脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置と、
　電気式脱イオン水製造装置に所要の直流電圧を印加する電源装置と、
　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを設け、
　１日の負荷流入量をＱ［ｍｅｑ］、脱塩室１室あたりの処理流量をＰ［Ｌ／ｈ］、１日の通電時及び無通電時の合計である通水運転時間をＴ１［ｈ］、被処理水導電率をＣ［μＳ／ｃｍ］、１日の通電による再生剤生成量をＧ［ｍｅｑ］、１日当たりの通電時間の合計をＴ２［ｈ］、通電電流をＩ［Ａ］、ファラデー定数をＦ［Ｃ／ｅｑ］＝９６４８５とし、
Ｑ［ｍｅｑ］＝｛（Ｃ－０．５５）÷１２６．４６｝×Ｐ×Ｔ１
Ｇ［ｍｅｑ］＝Ｉ×３６００×Ｔ２÷Ｆ×１０００
であるとき、
負荷率（％）＝（Ｑ÷Ｇ）×１００
で計算される負荷率が１０～３１％の範囲となるように、前記採水モード及び前記採水兼再生モードで前記電気式脱イオン水製造装置を運転する制御装置と、
を有する脱イオン水製造システム。
　本発明によれば、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、電気式脱イオン水製造装置の消費電力及び排水量を低減できる。
本発明の脱イオン水製造システムの一構成例を示すブロック図である。 図１で示した電気式脱イオン水製造装置の概略構成例を示す模式図である。 図１で示した電気式脱イオン水製造装置の他の概略構成例を示す模式図である。 図１で示した電気式脱イオン水製造装置の他の概略構成例を示す模式図である。 イオン交換体の再生時間に対する電流効率及び処理水の導電率の推移を示すグラフである。 表１で示した第１条件～第５条件及び比較例における処理水の水質の１日の推移を示すグラフである。 表１で示した第１条件～第５条件及び比較例における消費電力の１日の推移を示すグラフである。 表２で示したＥＤＩ装置の通電時間と通電停止時間の比に対する処理水の導電率の関係を示すグラフである。 表２で示したＥＤＩ装置の通電時間と通電停止時間の比に対する表１で示した消費電力の削減率の関係を示すグラフである。 表３で示した負荷率に対する処理水の導電率の関係を示すグラフである。 表３で示した負荷率に対する表１で示した消費電力の削減率の関係を示すグラフである。 表２で示したＥＤＩ装置の通電時間と通電停止時間の比に対する処理水の導電率の関係を示すグラフである。 表３で示した負荷率に対する処理水の導電率の関係を示すグラフである。
　次に本発明について図面を用いて説明する。
　本発明者らは、ＥＤＩ装置のイオン交換体の再生時において、該イオン交換体の塩形割合が多い状態の方が再生のための電力の利用効率が良くなることを見出した。そこで、本実施形態では、イオン交換体の塩形割合が増えるまではＥＤＩ装置に通電せずに（無通電）脱イオン水を製造し、塩形割合がある程度増えた段階でＥＤＩ装置に通電して運転する方法を提案する。また、本発明者らは、無通電時はＥＤＩ装置の濃縮室及び電極室に通水せず、脱塩室のみに被処理水を通水させて脱イオン水を製造することで、ＥＤＩ装置を通電しつつ連続して運転した時と比べて同程度の水質の脱イオン水が得られ、かつ消費電力及び排水量を低減できることを見出した。なお、無通電時にＥＤＩ装置の濃縮室及び電極室に通水してはならない理由は無く、無通電時に該濃縮室及び電極室に通水してもよい。また、ここで言う「無通電」とは、ＥＤＩ装置内で水の解離反応が進行しない状態を意味し、濃縮室から脱塩室に対するイオン拡散を防止するなどの目的で電極間に微弱な電圧を印加しておくことも含まれる。例えば、水の解離に必要な理論上の電圧は０．８３Ｖであるため、脱塩室１室あたり０．８３Ｖ以下の電圧を印加することを含む。
　図１は、本発明の脱イオン水製造システムの一構成例を示すブロック図である。図２は、図１で示した電気式脱イオン水製造装置の概略構成例を示す模式図である。図３及び４は、図１で示した電気式脱イオン水製造装置の他の概略構成例を示す模式図である。図２～図４は、上記特許文献１で開示された構成である。
　図１で示すように、本発明の脱イオン水製造システムは、被処理水から脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）１と、ＥＤＩ装置１に脱イオン性能の維持に必要な所要の直流電圧を印加する電源装置２と、脱イオン水製造システム全体の動作を制御する制御装置３とを有する。被処理水は、不図示のポンプを介してＥＤＩ装置１の脱塩室（Ｄ）に送水され、該脱塩室（Ｄ）によって処理水（脱イオン水）が製造される。被処理水及び処理水は、周知の導電率計４（４１及び４２）を用いてそれぞれの導電率が計測されて水質が求められる。また、ＥＤＩ装置１の脱塩室（Ｄ）からの処理水の排出量（製造量）は周知の流量計（積算流量計）５を用いて測定される。制御装置３は、導電率計４及び流量計５と周知の通信手段を介して接続され、被処理水及び処理水の導電率のデータ、並びに処理水の製造量のデータが送信される。また、被処理水は、バルブ６を用いてＥＤＩ装置１の濃縮室（Ｃ）及び電極室（Ｅ）に対する送水及び停止が制御される。濃縮室（Ｃ）から排出される濃縮水及び電極室から排出される電極水はそれぞれ排水槽７に排水される。
　制御装置３は、電源装置２、ポンプ及びバルブ６と周知の通信手段を介して接続され、電源装置２、並びにポンプ及びバルブ６の動作の制御が可能である。制御装置３は、電源装置２のオン／オフを制御すると共に、ポンプ及びバルブ６を用いてＥＤＩ装置１の脱塩室（Ｄ）に対する被処理水の送水及び停止、ＥＤＩ装置１の濃縮室（Ｃ）及び電極室（Ｅ）対する被処理水の送水及び停止を制御する。また、制御装置３は、タイマーを備え、ＥＤＩ装置１を後述する２つの運転モード（採水モード及び採水兼再生モード）における運転時間をそれぞれ制御する。制御装置３と電源装置２、ポンプ及びバルブ６、導電率計４及び流量計５との通信手段は、周知の有線通信手段または無線通信手段のどちらを用いてもよく、その通信規格も周知のどのような規格を用いてもよい。
　制御装置３は、例えば、周知のＰＬＣ（Programmable Logic Controller）で実現できる。制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、Ｉ／Ｏインタフェース、通信装置等を備えた周知の情報処理装置（コンピュータ）で実現してもよい。制御装置３は、予め記憶装置に保存されたプログラムにしたがって、ＰＬＣまたは情報処理装置が備えるプロセッサが処理を実行することで、本発明の脱イオン水製造システムの運転方法を実現する。
　図１では示していないが、不純物濃度を十分に低減した脱イオン水を得るために、本発明の脱イオン水製造システムは、ＥＤＩ装置１の前段に周知の逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えた逆浸透膜装置を備えていてもよい。脱イオン水製造システムは、直列に接続された複数段（例えば２段）の逆浸透膜装置を備える構成であってもよい。２段の逆浸透膜装置を備える場合、第１段の逆浸透膜装置に貯留槽等に貯留された原水を通水し、その透過水を第２段の逆浸透膜装置に通水し、第２段の逆浸透膜装置の透過水を被処理水としてＥＤＩ装置１の脱塩室に送水すればよい。逆浸透膜装置は、例えば純水の製造に用いられる一般的な逆浸透膜を備える構成であればよい。
　図２で示すように、ＥＤＩ装置１は、２つの電極（陽極１１と陰極１２）との間に複数組のカチオン交換膜及びアニオン交換膜（図２では２組）が配列されて電極室２１及び２５、濃縮室２２及び２４、並びに脱塩室２３が形成された構成である。電極室（陽極室）２１は陽極１１とカチオン交換膜３１とによって形成され、電極室（陰極室）２５は陰極１２とアニオン交換膜３４とによって形成される。脱塩室２３はアニオン交換膜３２とカチオン交換膜３３とによって形成され、脱塩室２３を間に挟んで２つの濃縮室２２及び２４が形成される。陽極１１側の濃縮室２２はカチオン交換膜３１とアニオン交換膜３２とによって形成され、陰極１２側の濃縮室２４はカチオン交換膜３３とアニオン交換膜３４とによって形成される。脱塩室２３には、カチオン交換体とアニオン交換体とが混合されたイオン交換体（ＭＢ）が充填される。なお、電極室２１及び２５、並びに濃縮室２２及び２４には、適宜イオン交換体を充填してもよい。
　ＥＤＩ装置１には、図３で示すように、図２で示した濃縮室２２、脱塩室２３及び濃縮室２４から成る基本構成（セルセット）が陽極１１と陰極１２との間に複数個並置された構成もある。このとき、隣接するセルセット間で隣り合う濃縮室を共有できる。図３は、陽極１１と陰極１２との間にＮ（Ｎは１以上の整数）個のセルセットが配列された構成例を示している。図３で示すＥＤＩ装置１では、陽極室２１にカチオン交換体（ＣＥＲ）が充填され、濃縮室２２及び２４、並びに陰極室２５にアニオン交換体（ＡＥＲ）が充填され、脱塩室２３にカチオン交換体とアニオン交換体とが混合されたイオン交換体（ＭＢ）が充填されている。また、図３で示すＥＤＩ装置１は、陽極室２１に外部から水を供給するのではなく、陰極室２５の出口水が陽極室２１に供給される構成である。
　ＥＤＩ装置１には、図４で示すように２つの濃縮室２２及び２４の間に中間イオン交換膜３６を配置することで２つの脱塩室２６及び２７を形成した構成もある。図４で示すＥＤＩ装置１では、脱塩室２６にアニオン交換体（ＡＥＲ）が充填され、脱塩室２７にカチオン交換体（ＣＥＲ）が充填され、被処理水は脱塩室２７に通水された後、脱塩室２６に通水される。２つの脱塩室２６及び２７に充填するイオン交換体の量は、同じである必要はなく、例えば、一方の脱塩室にカチオン交換体とアニオン交換体とを充填し、他方の充填室にカチオン交換体のみを充填する構成としてもよい。あるいは、一方の脱塩室にカチオン交換体とアニオン交換体とを充填し、他方の充填室にアニオン交換体のみを充填する構成としてもよい。
　また、ＥＤＩ装置１には、電極室と濃縮室を区画するイオン交換体（アニオン交換膜３４またはカチオン交換膜３１）を無くして、濃縮室及び電極室の兼用室が形成された構成もある。
　このような構成において、本実施形態では、ＥＤＩ装置１の運転モードとして、ＥＤＩ装置１に通電せずに、被処理水を脱塩室（Ｄ）に通水して処理水を得る採水モードと、ＥＤＩ装置１に通電しつつ被処理水を脱塩室（Ｄ）に通水して処理水を得ると共に、濃縮室（Ｃ）及び電極室（Ｅ）に供給水を通水してイオン交換体を再生する採水兼再生モードとを設ける。
　例えば、日本工業規格（ＪＩＳ　Ｋ　０５５７）で規定された用水・排水の試験に用いる水 Ａ１の水質、またはＡＳＴＭ規格で規定された試薬用水の標準仕様ＴｙｐｅＩＶの水質（５μＳ／ｃｍ（０．５ｍＳ／ｍ））の処理水を得る場合、採水モードの運転時間は採水兼再生モードの運転時間の１．５倍から６．４倍の範囲に設定することが望ましい。また、上記日本工業規格（ＪＩＳ　Ｋ　０５５７）で規定された、より良好な水質（１μＳ／ｃｍ（０．１ｍＳ／ｍ））の処理水を得る場合、採水モードの運転時間は採水兼再生モードの運転時間の１．５倍から４．０倍の範囲に設定することがより望ましい。下限値である１．５倍は、後述する消費電力の削減率から決定される。
　採水モード及び採水兼再生モードの運転時間は、以下のように決定してもよい。例えば、処理水として、上記標準仕様の水質（５μＳ／ｃｍ（０．５ｍＳ／ｍ））の水質を得る場合、以下で計算される負荷率が１０～３１％の範囲となるように採水モード及び採水兼再生モードの運転時間を設定する。または、上記日本工業規格（ＪＩＳ　Ｋ　０５５７）で規定された、より良好な水質（１μＳ／ｃｍ（０．１ｍＳ／ｍ））の処理水を得る場合、以下で計算される負荷率が１０～２０％の範囲となるように採水モード及び採水兼再生モードの運転時間を設定する。
　負荷率（％）＝（１日の負荷流入量÷１日の通電による再生剤生成量）×１００
　ここで、１日の負荷流入量をＱ［ｍｅｑ］、脱塩室１室あたりの処理流量をＰ［Ｌ／ｈ］、１日の通水運転時間（通電時及び無通電時の合計）をＴ１［ｈ］、被処理水導電率をＣ［μＳ／ｃｍ］、１日の通電による再生剤生成量をＧ［ｍｅｑ］、１日当たりの通電時間の合計をＴ２［ｈ］、通電電流をＩ［Ａ］、ファラデー定数をＦ［Ｃ／ｅｑ］＝９６４８５としたとき、
Ｑ［ｍｅｑ］＝｛（Ｃ－０．５５）÷１２６．４６｝×Ｐ×Ｔ１
Ｇ［ｍｅｑ］＝Ｉ×３６００×Ｔ２÷Ｆ×１０００
で計算される。
　１日の負荷流入量Ｑは、被処理水の導電率から純水の導電率を引いて、残った導電率をＮａＣｌの極限モル導電率にて換算して、ミリ当量（ｍｅｑ）に換算した値である。１日の通電による再生剤生成量Ｇは、通電している電流値を電気量に換算し、該電気量をファラデー定数でミリ当量に換算した値である。
　なお、ＥＤＩ装置１に通水する被処理水は、採水モードにおける運転時に濃縮室に滞留することで析出するおそれがある成分の濃度が低い水であることが望ましい。被処理水は、例えばイオン状のシリカ濃度が１５０μｇ／Ｌ以下であり、硬度（カルシウム・マグネシウムの濃度）が１００μｇ ＣａＣＯ３／Ｌ以下であることが望ましい。
　ところで、ＥＤＩ装置１を間欠運転することは、例えば特開２０１７－５６３８４号公報（特許文献２）にも記載されている。しかしながら、特許文献２は、所要量の処理水が得られた時点でＥＤＩ装置１の運転を停止すると、処理水中のホウ素が増えてしまうことを指摘し、該ホウ素の除去率を維持するための運転方法を提案したものである。したがって、特許文献２は、本発明のように処理水の水質の悪化を抑制しつつ、消費電力及び排水量を低減することを目的としたものではなく、本発明の脱イオン水製造システムとはその運転方法が全く異なる。
　次に本発明の実施例について説明する。
　本実施例では、図１で示した脱イオン水製造システムにおいて、上記採水モード及び採水兼再生モードの運転時間をそれぞれ制御してＥＤＩ装置１を運転することで、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、ＥＤＩ装置１の消費電力及び排水量が低減できることを示す。
（第１実施例）
　第１実施例では、アニオン交換体として、塩形（塩化物イオン形）のイオン交換樹脂を用意し、再生型のカチオン交換樹脂とともにＥＤＩ装置１の脱塩室に充填した。そして、脱塩室、濃縮室及び電極室にそれぞれ純水を通水してイオン交換体を再生する際に、ＥＤＩ装置１に通電した電気量に対して濃縮水として排出される塩化物イオンの濃度から塩化物イオンの排出（イオン交換樹脂の再生）に利用された電流の割合、すなわち電流効率を算出してグラフ化した。また、該グラフには、導電率の計測結果に基づいて処理水の水質の推移も示している。
　図５は、イオン交換体の再生時間に対する電流効率及び処理水の導電率の推移を示すグラフである。導電率は、含まれるイオンの量が少ないほど低い値となるため、低い値であるほど良好な水質と言える。
　図５で示すように、電流効率は、ＥＤＩ装置１に対する通電開始後２時間程度は９０％以上の高い効率で運転できるが、それ以降は徐々に低下して１０時間後には５０％以下になることが分かる。また、ＥＤＩ装置１に対して通電を開始すると、処理水の水質を示す、上記１μＳ／ｃｍ以下の導電率が通電開始後約１時間程度で達成できることも確認できる。
　したがって、イオン交換体の塩形割合が多い状態で運転した方がＥＤＩ装置１の電流効率が高いことが分かる。また、このとき、ＥＤＩ装置１に対する１回の通電時間、すなわち採水兼再生モードの運転時間を２時間以上に設定すれば、比較的よい水質（低い導電率）で運転できることが分かる。但し、上述したように、電流効率は１０時間後には５０％以下となるため、ＥＤＩ装置１による採水兼再生モードの１回の運転時間は、１０時間以下であることが望ましい。
（第２実施例）
　第２実施例では、以下の表１で示す第１条件～第５条件にてＥＤＩ装置１を運転し、消費電力や処理水質の推移を比較する。また、比較例としてＥＤＩ装置１を連続的に運転した場合のデータも表１で示す（表１では「比較」）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　第２実施例では、オルガノ株式会社製のＥＤＩ装置（EDI-HF2-1000）１を用い、脱塩室（Ｄ）に通水する被処理水の量を２０００Ｌ／ｈとし、採水兼再生モードの運転時における濃縮室（Ｃ）に通水する供給水の量を２４０Ｌ／ｈ、電極室（Ｅ）に通水する供給水の量を２０Ｌ／ｈに設定した。また、採水兼再生モードの運転時において、ＥＤＩ装置１は、直流電流２．５Ａの定電流運転に設定した。ＥＤＩ装置１の脱塩室（Ｄ）には、直列に接続された２段の逆浸透膜装置を透過した２．５±０．２μＳ／ｃｍの透過水を供給した。表１は、上記第１条件～第５条件にて２日以上運転した後、データが安定した後の１日あたりの運転データを示している。
　図６は、表１で示した第１条件～第５条件及び比較例における処理水の水質の１日の推移を示すグラフである。図７は、表１で示した第１条件～第５条件及び比較例における消費電力の１日の推移を示すグラフである。
　図６で示すように、採水兼再生モードで運転すると処理水の導電率が低下し、採水モードで運転すると処理水の導電率が上昇することが確認できる。また、１日当たり５時間しか運転しない第１条件では導電率が大きく上昇（水質が大きく悪化）していることが分かる。一方で、第３条件～第５条件では、ある程度水質が安定する傾向が見られる。但し、表１で示した、２４時間連続して採水兼再生モードで運転する比較列と比べると、第５条件では比較例よりも消費電力が高いことが確認できる。
　第２条件～第４条件は、１日当たりの通電時間の合計が等しいが（７時間）、図６で示すように、処理水の水質（導電率）の推移は異なり、第３条件が最も良好な水質（最も低い導電率）で安定している。このことから、１回あたりの通電時間（採水兼再生モードの運転時間）は２時間以上に設定するのがよいと考えられる。第５条件も１回あたりの通電時間（採水兼再生モードの運転時間）が２時間以上であり、処理水の水質（導電率）も比較的良好であるが、上述したように消費電力が高くなる。第３条件と第５条件とでは、１日当たりの採水兼再生モードの運転回数が異なり、第３条件では３回、第５条件は６回である。すなわち、処理水の水質が同程度であっても、採水兼再生モードの運転回数を多くすると、排水量や消費電力が大きくなることが分かる。
　表２は、表１で示した第１条件～第５条件及び比較例におけるＥＤＩ装置１の通電時間と通電停止時間の比（無通電時間／通電時間）を示したものであり、表３は、表１で示した第１条件～第５条件及び比較例における上記負荷率を示したものである。通電時間は採水兼再生モードの運転時間であり、無通電時間は再生モードの運転時間である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　図８は、表２で示したＥＤＩ装置１の通電時間と通電停止時間の比（無通電時間／通電時間）に対する処理水の導電率（１日の最大値）の関係を示すグラフである。図９は、表２で示したＥＤＩ装置１の通電時間と通電停止時間の比（無通電時間／通電時間）に対する表１で示した消費電力の削減率の関係を示すグラフである。
　なお、図８及び図９、並びに後述する図１０～図１３のグラフは、表１～表３で示した条件で計算される最大値から近似曲線を用いて延長した様子を示している。
　図８から分かるように、例えば、導電率が上記１μＳ／ｃｍの処理水を得るには、ＥＤＩ装置１の通電時間と通電停止時間の比（無通電時間／通電時間）を４．０倍以下にすることが望ましい。また、図９で示すように、ＥＤＩ装置１の消費電力の削減率を０％以下、すなわち上記比較例よりも消費電力を低減するには、ＥＤＩ装置１の通電時間と通電停止時間の比（無通電時間／通電時間）を１．５倍以上にすることが望ましい。
　図１０は、表３で示した負荷率に対する処理水の導電率の関係を示すグラフである。図１１は、表３で示した負荷率に対する表１で示した消費電力の削減率の関係を示すグラフである。図１２は、表２で示したＥＤＩ装置１の通電時間と通電停止時間の比（無通電時間／通電時間）に対する処理水の導電率の関係を示すグラフである。図１３は、表３で示した負荷率に対する処理水の導電率の関係を示すグラフである。図１２は、図８で示したグラフの最大値からの近似曲線をさらに延長して示し、図１３は、図１０で示したグラフの最大値からの近似曲線をさらに延長して示している。
　図１０から分かるように、例えば、導電率が上記１μＳ／ｃｍの処理水を得るには、負荷率が２０％以下であることが望ましい。また、図１１から分かるように、ＥＤＩ装置１の消費電力の削減率を０％以下、すなわち上記比較例よりも消費電力を低減するには、負荷率が１０％以上であることが望ましい。
　図１２から分かるように、例えば、導電率が上記５μＳ／ｃｍの処理水を得るには、ＥＤＩ装置１の通電時間と通電停止時間の比（無通電時間／通電時間）を６．４倍以下にすることが望ましい。また、図１３から分かるように、例えば、導電率が上記５μＳ／ｃｍの処理水を得るには、負荷率を３１％以下にすることが望ましい。
　すなわち、導電率が上記５μＳ／ｃｍの処理水を得る場合、採水モードの運転時間（無通電時間）は、採水兼再生モードの運転時間（通電時間）の１．５倍から６．４倍に設定することが望ましい。また、導電率が上記１μＳ／ｃｍの処理水を得る場合、採水モードの運転時間（無通電時間）は、採水兼再生モードの運転時間（通電時間）の１．５倍から３．８倍、より好ましくは１．５倍から２．４倍の範囲に設定することが望ましい。
　あるいは、導電率が上記５μＳ／ｃｍの処理水を得る場合、上記負荷率が１０～３１％の範囲となるように採水モード（無通電）及び採水兼再生モード（通電）を設定することが望ましい。また、導電率が上記１μＳ／ｃｍの処理水を得る場合、上記負荷率が１０～２０％の範囲となるように採水モード（無通電）及び採水兼再生モード（通電）を設定することが望ましい。
　以上説明したように、本発明によれば、ＥＤＩ装置１に通電せずに、被処理水を脱塩室（Ｄ）に通水して処理水を得る採水モードと、ＥＤＩ装置１に通電しつつ被処理水を脱塩室に通水して処理水を得ると共に、濃縮室（Ｃ）及び電極室（Ｅ）に供給水を通水してイオン交換体の脱イオン性能を維持する採水兼再生モードとを設け、採水モードの運転時間（無通電時間）を採水兼再生モードの運転時間（通電時間）の１．５倍から６．４倍の範囲に設定する、または上記負荷率が１０～３１％の範囲となるように採水モード（無通電）及び採水兼再生モード（通電）を設定すれば、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、ＥＤＩ装置１の消費電力及び排水量を低減できる。
　このとき、より良好な水質の処理水（導電率が上記１μＳ／ｃｍ）を得るには、採水モードの運転時間（無通電時間）を採水兼再生モードの運転時間（通電時間）の１．５倍から４．０倍の範囲に設定する、または上記負荷率が１０～２０％の範囲となるように採水モード（無通電）及び採水兼再生モード（通電）を設定すればよい。

Claims (10)

  1. 　電気式脱イオン水製造装置を用いて被処理水から脱イオン水を製造する脱イオン水製造システムの運転方法であって、
    　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、
    　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを有し、
    　前記採水モードの運転時間が前記採水兼再生モードの運転時間の１．５倍から６．４倍となるように、前記電気式脱イオン水製造装置を運転する脱イオン水製造システムの運転方法。
  2. 　電気式脱イオン水製造装置を用いて被処理水から脱イオン水を製造する脱イオン水製造システムの運転方法であって、
    　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、
    　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを有し、
    　１日の負荷流入量をＱ［ｍｅｑ］、脱塩室１室あたりの処理流量をＰ［Ｌ／ｈ］、１日の通電時及び無通電時の合計である通水運転時間をＴ１［ｈ］、被処理水導電率をＣ［μＳ／ｃｍ］、１日の通電による再生剤生成量をＧ［ｍｅｑ］、１日当たりの通電時間の合計をＴ２［ｈ］、通電電流をＩ［Ａ］、ファラデー定数をＦ［Ｃ／ｅｑ］＝９６４８５とし、
    Ｑ［ｍｅｑ］＝｛（Ｃ－０．５５）÷１２６．４６｝×Ｐ×Ｔ１
    Ｇ［ｍｅｑ］＝Ｉ×３６００×Ｔ２÷Ｆ×１０００
    であるとき、
    負荷率（％）＝（Ｑ÷Ｇ）×１００
    で計算される負荷率が１０～３１％の範囲となるように、前記採水モード及び前記採水兼再生モードで前記電気式脱イオン水製造装置を運転する脱イオン水製造システムの運転方法。
  3. 　前記採水兼再生モードの１回あたりの運転時間が２時間以上である請求項１または２に記載の脱イオン水製造システムの運転方法。
  4. 　逆浸透膜装置を透過した透過水を前記被処理水として前記脱塩室に通水する請求項１または２に記載の脱イオン水製造システムの運転方法。
  5. 　前記被処理水のイオン状のシリカ濃度が１５０μｇ／Ｌ以下であり、硬度（カルシウム・マグネシウムの濃度）が１００μｇ ＣａＣＯ３／Ｌ以下である請求項１または２に記載の脱イオン水製造システムの運転方法。
  6. 　被処理水から脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置と、
    　電気式脱イオン水製造装置に所要の直流電圧を印加する電源装置と、
    　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを設け、前記採水モードの運転時間が前記採水兼再生モードの運転時間の１．５倍から６．４倍となるように、前記電気式脱イオン水製造装置を運転する制御装置と、
    を有する脱イオン水製造システム。
  7. 　被処理水から脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置と、
    　電気式脱イオン水製造装置に所要の直流電圧を印加する電源装置と、
    　前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを設け、
    　１日の負荷流入量をＱ［ｍｅｑ］、脱塩室１室あたりの処理流量をＰ［Ｌ／ｈ］、１日の通電時及び無通電時の合計である通水運転時間をＴ１［ｈ］、被処理水導電率をＣ［μＳ／ｃｍ］、１日の通電による再生剤生成量をＧ［ｍｅｑ］、１日当たりの通電時間の合計をＴ２［ｈ］、通電電流をＩ［Ａ］、ファラデー定数をＦ［Ｃ／ｅｑ］＝９６４８５とし、
    Ｑ［ｍｅｑ］＝｛（Ｃ－０．５５）÷１２６．４６｝×Ｐ×Ｔ１
    Ｇ［ｍｅｑ］＝Ｉ×３６００×Ｔ２÷Ｆ×１０００
    であるとき、
    負荷率（％）＝（Ｑ÷Ｇ）×１００
    で計算される負荷率が１０～３１％の範囲となるように、前記採水モード及び前記採水兼再生モードで前記電気式脱イオン水製造装置を運転する制御装置と、
    を有する脱イオン水製造システム。
  8. 　前記採水兼再生モードの１回あたりの運転時間が２時間以上である請求項６または７に記載の脱イオン水製造システム。
  9. 　逆浸透膜を透過した透過水を前記被処理水として前記脱塩室に通水する逆浸透膜装置をさらに有する請求項６または７に記載の脱イオン水製造システム。
  10. 　前記被処理水のイオン状のシリカ濃度が１５０μｇ／Ｌ以下であり、硬度（カルシウム・マグネシウムの濃度）が１００μｇ ＣａＣＯ３／Ｌ以下である請求項６または７に記載の脱イオン水製造システム。
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