JP2005193205A

JP2005193205A - 電気式脱イオン装置及び脱イオン方法

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Publication number: JP2005193205A
Application number: JP2004004425A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Iwasaki; 邦博岩崎
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2024-01-09
Also published as: CN100490954C; JP4400218B2; TWI319996B; TW200528182A; US7520971B2; US20060266651A1; CN1926069A; KR20060131831A; WO2005066079A1; KR101163244B1

Abstract

【課題】弱電解質成分も十分に除去され、十分に比抵抗の高い処理水を生産することができる電気式脱イオン装置及び脱イオン方法を提供する。
【解決手段】脱塩室は、長方形状のフレーム２０と、このフレーム２０内に配置された好ましくは導電性を有した区画部材２１と、区画部材２１によって形成された小室２２内に充填されたイオン交換樹脂２３と、フレーム２０を挟むように配置されたアニオン交換膜２４及びカチオン交換膜２５とによって構成されている。区画部材２１は六角形のハニカム形状のものである。イオン交換樹脂２３は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物であり、上流側と下流側とで混合比が異なる。
【選択図】図５

Description

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

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

なお、濃縮室１５から流出した濃縮水の一部を陽極室１７及び陰極室１８に流す。

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

一般に電気脱イオン装置では限界電流密度以上の電流を流して脱塩を行うが、この時、前述のように水解離が生じてＯＨ⁻、Ｈ^＋が発生し、電荷を運ぶようになる。このＨ^＋イオンのイオン移動度は３４９．７ｃｍ^２Ω^−１ｅｑ^−１で、他のイオンのイオン移動度（３０〜７０ｃｍ^２Ω^−１ｅｑ^−１）に比べ、圧倒的に速い（イオン移動度は無限希釈溶液におけるデータ、日本化学会編「化学便覧」参照）。このため、特に脱塩室の厚みＷが大きくなると、水解離が生じたときにイオン移動度の違いによる移動速度の差が広がり、Ｈ^＋は速やかにに濃縮室側に排出され、ＯＨ⁻イオンが脱塩室に取り残され易い。また、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋などの多価のカチオンやアニオンは比較的容易に濃縮室側に排出されるが、Ｎａ^＋、Ｋ^＋は１価であると共に、Ｈ^＋イオンが電荷を運ぶ役割をしているため、脱塩室に残り易い。この結果として、処理水中にＮａＯＨ、ＫＯＨ等の１価のアルカリ金属水酸化物が含有されるようになり、処理水（脱イオン水）のＮａイオン濃度が高くなる現象（Ｎａリーク現象）が生じ易くなる。

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

なお、この特公平４−７２５６７号では、脱塩室にはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを等量ずつ（即ち、アニオン交換樹脂比が５０体積％）混合したものを充填している。

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

本出願人は、このような種々の短所を克服し、水とイオン交換樹脂との接触効率が高く、イオン交換樹脂等の充填密度も高い電気式脱イオン装置を特開２００１−２５６４７号にて提案している。また、この電気式脱イオン装置における脱塩室のアニオン交換樹脂比を６０〜８０体積％とすることにより脱イオン効率を高めることを特開２００３−１２６８６２号にて提案している。

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

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

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

上記特開２００３−１２６８６２号の電気式脱イオン装置は、脱塩室内に区画部材が配置され、該区画部材と該カチオン交換膜及びアニオン交換膜とによって囲まれた多数の小室が該脱塩室内に形成されており、各小室にそれぞれアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを含む混合物を充填した電気式脱イオン装置において、弱電解質の除去性能を高めるために、該アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との合量に対するアニオン交換樹脂の割合を６０〜８０体積％としたものである。

同号公報において、アニオン交換樹脂の割合を多くしたのは次の理由からである。

弱電解質である炭酸（ＣＯ_２）は、電気式脱イオン装置内において水酸化物イオン（ＯＨ⁻）とのイオン化反応により重炭酸イオンに変わる（ＣＯ_２＋ＯＨ⁻→ＨＣＯ_３ ⁻）。

この重炭酸イオンが脱塩室内を移動し、アニオン交換膜を通過して濃縮室へ移動する。従って、第一にイオン化反応を促進させること、第二に重炭酸イオンの移動度を改善することが炭酸除去によって重要である。この炭酸のイオン化反応（重炭酸イオンの生成）促進のためには、ＯＨ⁻イオンの供給が必要であり、これは水解離（Ｈ_２Ｏ→Ｈ^＋＋ＯＨ⁻）によってもたらされる。

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

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

そこで、特開２００３−１２６８６２号では、電気式脱イオン装置として脱イオン特性に優れた上記特開２００１−２５６４７号の電気式脱イオン装置の構造（脱塩室内を多数の水室に区画する構造）を採用することによりＮａリークを防止している。
特公平４−７２５６７号公報特開２００１−２５６４７号公報特開２００３−１２６８６２号公報

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

前述の通り、電流密度を高くすると、水の解離により発生するＨイオン量も増える。移動経路が少ないカチオン交換樹脂を介して、Ｎａ^＋イオンとＨ^＋イオンが競争的に移動するが、イオン移動度が圧倒的に速いＨ^＋イオンが優先的に移動経路を占領してしまい、Ｎａ^＋イオンが移動しにくくなり、電気抵抗の増加、すなわち電圧上昇を引き起こす。

このようなことから、特開２００３−１２６８６２号のように単に脱塩室内のアニオン交換樹脂比を高くした場合には、電流密度を高くとることができず、炭酸除去が不十分となり比抵抗の低下を招くという問題があった。また、電圧上昇は消費電力の増加に繋がるため不経済となる。

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

本発明（請求項１）の電気式脱イオン装置は、電極同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換樹脂を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気式脱イオン装置であって、該イオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを含む混合物である電気式脱イオン装置において、該アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との合量に対するアニオン交換樹脂の割合が該脱塩室内の上流側において６６〜８０体積％であり、下流側において５０〜６５体積％であることを特徴とするものである。

本発明（請求項２）の電気式脱イオン装置は、電極同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換樹脂を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気式脱イオン装置であって、該イオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを含む混合物である電気式脱イオン装置において、該アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との合量に対するアニオン交換樹脂の割合が該脱塩室内の上流側において５０〜６５体積％であり、下流側において６６〜８０体積％であることを特徴とするものである。

本発明（請求項３）の脱イオン方法は、本発明の装置を用いて、電流密度３００ｍＡ／ｄｍ^２以上で運転することを特徴とする。

本発明（請求項４）の脱イオン方法は、本発明の装置を用いて、Ｎａイオン濃度が３００ｐｐｂ以上の被処理水を脱イオンすることを特徴とする。

請求項１，２の電気式脱イオン装置において、脱塩室の上流側又は下流側にアニオン交換樹脂６６〜８０体積％の領域を設けたことにより、この部分で弱電解質が十分に除去される。

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

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

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

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

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

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

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

この区画部材２１は、予め一体成形されたものであってもよく、複数の部材を組み合わせたものであってもよい。例えば図３のようにジグザグ状の屈曲板３０の長手方向面３１同士を連結することにより構成される。この屈曲板３０は、長手方向面３１に対し１２０゜の角度で連なる通水性の斜向面３２，３３を備えている。長手方向面３１同士を連結するには例えば接着剤を用いることができる。この屈曲板３０は、水は通過させるがイオン交換樹脂は通過させない材料、例えば織布、不織布、メッシュ、多孔質材などにより構成されている。この屈曲板３０は耐酸性及び耐アルカリ性を有した合成樹脂又は金属により剛性を有するように形成されるのが好ましい。長手方向面３１は通水性を有していてもよく、有していなくてもよい。

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

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

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

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

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

各小室２２に対して充填されるイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物である。脱塩室内には、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との合量に対するアニオン交換樹脂の割合が６６〜８０体積％好ましくは７０〜８０体積％であるアニオン交換樹脂の大過剰領域と、５０〜６５体積％である等量ないし小過剰領域（以下、小過剰領域という。）とが存在する。

第１の態様では、図５（ａ）のように脱塩室の上流側に大過剰領域を配置し、下流側に小過剰領域を配置している。

第２の態様では、図５（ｂ）のように脱塩室の上流側に小過剰領域を配置し、下流側に大過剰領域を配置している。

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

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

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

本発明によると、電流密度を３００ｍＡ／ｄｍ^２以上、例えば３００〜１２００ｍＡ／ｄｍ^２の高電流密度にて運転し、Ｎａイオン濃度が３００ｐｐｂ以上例えば３００〜２０００ｐｐｂの被処理水からも、１０ＭΩ・ｃｍ以上の高比抵抗の処理水を生産することが可能である。

図１〜４では小室は六角形であるが、四角形例えば菱形であってもよい。また、区画部材は、三角形の小室を形成する三角格子状区画部材であってもよく、さらに別形状の小室を有する区画部材であってもよい。さらにまた、小室を形成する必要なく、この場合区画部材は必要ない。

本発明の電気式脱イオン装置において、小室のイオン交換膜面への投影面積は１〜１００ｃｍ^２とくに５〜８０ｃｍ^２とりわけ１０〜５０ｃｍ^２程度が好ましい。脱塩室を挟む１対のアニオン交換膜とカチオン交換膜の間隔、即ち脱塩室の厚みは１．５〜１５ｍｍとくに３〜１０ｍｍ程度が好ましい。なお、小室を小さくするほど１つの小室に充填するイオン交換樹脂の量が少なくなり、イオン交換樹脂の流動が抑制されると共に、区画部材及び脱塩室の強度も大きくなるが、脱塩室の通水圧損が大きくなる。

濃縮室の厚みは０．３〜１ｍｍ程度が好ましい。濃縮室内には２０〜６０メッシュ程度のスペーサが配置されるのが望ましい。

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

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

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

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

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

以下、実施例１，２、参考例１，２及び比較例１，２について説明する。

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

脱塩室及び濃縮室の大きさは幅１３０ｍｍ、高さ４００ｍｍであり、脱塩室の厚みは５ｍｍ、濃縮室の厚みは２．５ｍｍである。

脱塩室の数は３、濃縮室の数は４であり、両者は図６の如く交互に配設されている。最も外側の濃縮室の両側（外側）に図６と同様に電極室が配置されている。そして、濃縮水は、給水の一過式カウンタフロー（対向流）となっている。

脱塩室内の小室は、図示の通り正六角形であり、六角形の一辺の長さは１６．１ｍｍである。小室を形成する区画部材の材質は縦の壁部がポリプロピレン、斜めのメッシュ部がポリエステル製である。

脱塩室の各小室には、それぞれアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合物を充填した。両樹脂の合量に対するアニオン交換樹脂の割合は次の通りである。なお、実施例１，２において、境界部Ｂの位置は脱塩室の上下方向の中間とした。比較例１〜４では、脱塩室内におけるアニオン交換樹脂比は全領域にわたって同一とした。
実施例１上流側７５％、下流側６０％
実施例２上流側６０％、下流側７５％
比較例１，参考例１，２７０％
比較例２６０％

濃縮室にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを４：６の体積比で混合したものを充填し、電極室にはカチオン交換樹脂を充填した。

その他の運転条件は次の通りである。
被処理水：市水を逆浸透膜分離処理した炭酸濃度１８ｍｇＣＯ_２／Ｌ、Ｎａイオ
ン濃度７６０ｐｐｂ（参考例１では１１０ｐｐｂ）、導電率１０μＳ
／ｃｍ（参考例１では１μＳ／ｃｍ）の水。
脱塩室通水量：１９０Ｌ／ｈ
濃縮室通水量：４０Ｌ／ｈ
電圧：２０Ｖ
電流：４Ａ
電流密度：８００ｍＡ／ｄｍ^２（参考例２では２００ｍＡ／ｄｍ^２）
電流効率：２０％

得られた処理水の水質を表１に示す。表１の通り、脱塩室の上部または下部にアニオン交換樹脂の大過剰領域を配置し、それと反対側に小過剰領域を配置することにより、Ｎａイオン濃度が３００ｐｐｂ以上の被処理水に対して電流密度８００ｍＡ／ｄｍ^２で運転しても電圧上昇することなく炭酸除去が可能となった。

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

実施の形態に係る脱塩室の構成を示す分解斜視図である。区画部材の要部斜視図である。区画部材の分解斜視図である。区画部材の通水状況を示す正面図である。脱塩室におけるアニオン交換樹脂の比率を示す斜視図である。電気式脱イオン装置の一般的な構成を示す模式的な断面図である。

符号の説明

２０フレーム
２１区画部材
２２小室
２３イオン交換樹脂
２４アニオン交換膜
２５カチオン交換膜
Ｂアニオン交換樹脂の大過剰領域と小過剰領域との境界

Claims

電極同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換樹脂を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気式脱イオン装置であって、
該イオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを含む混合物である電気式脱イオン装置において、
該アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との合量に対するアニオン交換樹脂の割合が該脱塩室内の上流側において６６〜８０体積％であり、下流側において５０〜６５体積％であることを特徴とする電気式脱イオン装置。
電極同士の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配列して脱塩室と濃縮室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換樹脂を充填し、脱塩室に被処理水を通水し、濃縮室に濃縮水を通水するようにした電気式脱イオン装置であって、
該イオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを含む混合物である電気式脱イオン装置において、
該アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との合量に対するアニオン交換樹脂の割合が該脱塩室内の上流側において５０〜６５体積％であり、下流側において６６〜８０体積％であることを特徴とする電気式脱イオン装置。
請求項１または２記載の電気式脱イオン装置を用いて電流密度３００ｍＡ／ｄｍ^２以上で脱イオン処理することを特徴とする電気脱イオン方法。
水中のＮａイオン濃度が３００ｐｐｂ以上の被処理水を請求項１または２記載の電気式脱イオン装置を用いて脱イオン処理することを特徴とする電気脱イオン方法。