JP2019188367A - 電気式脱イオン水製造装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理水水質の立ち上がり時間をさらに低減できる電気式脱イオン水製造装置の製造方法を提供する。【解決手段】対向する陰極１２及び陽極１１と、陰極と陽極との間にイオン交換膜ａ１、ｃ１で画成された、粒状のイオン交換体ＡＥ、ＣＥを充填した脱塩室Ｄと、を有する電気式脱イオン水製造装置４の製造方法であって、イオン交換膜で画成された脱塩室に粒状のイオン交換体を充填する充填工程と、脱塩室に充填されたイオン交換体とイオン交換膜を８０℃以上、沸点未満の熱水に５時間以上接触させる熱水処理工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、電気式脱イオン水製造装置の製造方法に関する。

半導体や液晶の製造プロセスでは、不純物が高度に除去された超純水を用いて、半導体ウエハやガラス基板の洗浄が行われている。こうした洗浄に用いられる超純水の製造装置として、電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）が利用されている。

従来から実用化されているＥＤＩは、基本的にはカチオン交換膜とアニオン交換膜で形成される隙間に、イオン交換体としてアニオン交換樹脂やカチオン交換樹脂などのイオン交換樹脂を充填して脱塩室とし、当該イオン交換樹脂層に被処理水を通過させるものとなっている。当該ＥＤＩでは、カチオン交換膜とアニオン交換膜の両方を介して被処理水の流れに対して直角方向に直流電流を作用させることにより、脱塩室の外側に形成された濃縮室を流れている濃縮水中に被処理水中のイオンを電気的に移動させて脱塩水（処理水）を製造している。

被処理水をＥＤＩで処理した処理水の水質を表す比抵抗値は、一般に最初に被処理水の処理を開始してから数時間〜数十時間以上の間ゆっくりと増加し、その後に最大値に達して定常値となることが知られている。特に塩形のイオン交換樹脂を用いた場合はその時間が長くなる。

ＥＤＩ製作後、最初の脱イオン水製造工程の処理水水質の立ち上がり時間（処理水の比抵抗値が定常値に到達するまでの時間）を短くするために、樹脂を湿潤状態かつ再生形で脱塩室に充填する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１には、脱塩室に充填する樹脂を湿潤状態かつ再生形で充填することでイオン交換体由来の有機物成分（ＴＯＣ）のリークを抑えて処理水水質の立ち上がりも良好にできることが記載されている。

特開２０１６−１２９８６３号公報

特許文献１に記載された充填方法は、処理水水質の立ち上がり時間は従来技術よりも少なくすることが可能であるが、それでもある程度の通水時間を要することから、さらに改善の余地がある。

上記の課題に鑑み、本発明は、処理水水質の立ち上がり時間をさらに低減できる電気式脱イオン水製造装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電気式脱イオン水製造装置の製造方法の一形態は、
対向する陰極及び陽極と、前記陰極と前記陽極との間にイオン交換膜で画成された、粒状のイオン交換体を充填した脱塩室と、を有する電気式脱イオン水製造装置の製造方法であって、
イオン交換膜で画成された脱塩室に粒状のイオン交換体を充填する充填工程と、
前記脱塩室に充填された前記イオン交換体と前記イオン交換膜を８０℃以上、沸点未満の熱水に５時間以上接触させる熱水処理工程と、
を含む。

本発明に係る電気式脱イオン水製造装置の製造方法の他の一形態は、
対向する陰極及び陽極と、前記陰極と前記陽極との間にイオン交換膜で画成された、粒状のイオン交換体を充填した脱塩室と、を有する電気式脱イオン水製造装置の製造方法であって、
粒状のイオン交換体とイオン交換膜のそれぞれを、８０℃以上、沸点未満の熱水に５時間以上接触させる熱水処理工程と、
前記熱水処理したイオン交換膜で画成された脱塩室に前記熱水処理したイオン交換体を充填する充填工程と、
を含む。

本発明によれば、処理水水質の立ち上がり時間をさらに低減できる電気式脱イオン水製造装置の製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態で製造されるＥＤＩを含む純水製造装置の概略構成例である。 （ａ）は本発明の実施例における熱水処理試験装置の概略構成図、（ｂ）はその試験スタックの脱塩室の詳細構成図である。 本発明の実施例における熱水処理サイクルである。 本発明の実施例と比較例での処理水の比抵抗値の経時変化を示すグラフである。 本発明の実施例と比較例での熱水処理時間と処理水の定常比抵抗値（一定値になったときの比抵抗値）の関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態であるＥＤＩの製造方法のフローチャートである。 本発明の他の実施形態であるＥＤＩの製造方法のフローチャートである。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係る製造方法で製造される電気式脱イオン水製造装置（以下、「ＥＤＩ」ともいう）の型式は特に限定されるものではないが、ここでは図１に示すＥＤＩを例にとって説明する。

（実施形態１）
図１（ａ）は、本実施形態で製造される電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）を含む純水製造装置１の概略構成図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＥＤＩの概略構成図である。なお、図示したＥＤＩの構成は、それぞれ単なる一例であり、本発明を制限するものではなく、装置の使用目的や用途、要求性能に応じて適宜変更可能である。

純水製造装置１は、被処理水（原水）を順次処理して純水を製造するものであり、図１（ａ）に示すように、原水タンク２と、膜ろ過装置３と、電気式脱イオン水製造装置４とを有している。

膜ろ過装置３は、原水タンク２から供給される原水中の不純物を除去して透過水を生成するものであり、原水を、不純物を含む濃縮水と、不純物が除去された透過水とに分離する逆浸透膜（ＲＯ膜）またはナノろ過膜（ＮＦ膜）を有している。膜ろ過装置３には、原水タンク２からの原水を膜ろ過装置３に供給する供給ラインＬ１と、膜ろ過装置３からの透過水を流通させる透過水ラインＬ２と、膜ろ過装置３からの濃縮水を流通させる濃縮水ラインＬ３とが接続されている。濃縮水ラインＬ３は、濃縮水ラインＬ３を流れる濃縮水の一部または全部を外部に排出する排水ラインＬ４と、原水タンク２に還流させる還流水ラインＬ５とに分岐している。原水タンク２には、原水供給ラインＬ６を通じて、除濁や脱塩素などを行う前処理装置（図示せず）が接続され、前処理された原水（例えば、導電率が１０００μＳ／ｃｍ以下の水）が必要に応じて供給されるようになっている。

供給ラインＬ１には、熱交換器５と加圧ポンプ６とが設けられている。熱交換器５は、殺菌工程時に膜ろ過装置３に供給される原水を加熱して熱水を生成するために設けられている。加圧ポンプ６は、原水タンク２と熱交換器５との間に設けられた送水ポンプ（図示せず）と共に、原水タンク２に貯留された原水を膜ろ過装置３に供給するために設けられている。加圧ポンプ６は、インバータ（図示せず）によって回転数が制御されるようになっており、膜ろ過装置３への原水の供給圧力を調整する機能も有している。排水ラインＬ４及び還流水ラインＬ５にはそれぞれ、濃縮水ラインＬ３を流れる濃縮水の流路を切り替えるためのバルブＶ１，Ｖ２が設けられている。

電気式脱イオン水製造装置４は、イオン交換体による被処理水の脱イオン化（脱塩）処理と、イオン交換体の再生処理とを同時に行う装置である。電気式脱イオン水製造装置４は、透過水ラインＬ２を介して膜ろ過装置３の下流側に接続され、膜ろ過装置３からの透過水が被処理水として供給されるようになっている。電気式脱イオン水製造装置４には、電気式脱イオン水製造装置４からの処理水（脱イオン水）を流通させて処理水タンクまたはユースポイントに供給する処理水ラインＬ７と、電気式脱イオン水製造装置４からの濃縮水を外部に排出する濃縮水排出ラインＬ８とが接続されている。

処理水ラインＬ７にはバルブＶ３が設けられ、その上流側に、バルブＶ４を介して処理水還流ラインＬ９が接続されている。処理水還流ラインＬ９は、その反対側で原水タンク２に接続されている。これにより、例えば、装置起動時や運転再開時、ユースポイントで処理水（純水）の需要がないときなど、電気式脱イオン水製造装置４で製造される処理水を原水タンク２に還流させる循環運転を行うこともできる。また、濃縮水排出ラインＬ８にはバルブＶ５が設けられ、その上流側に、バルブＶ６を介して濃縮水還流ラインＬ１０が接続されている。濃縮水還流ラインＬ１０は、その反対側で原水タンク２に接続されている。これにより、電気式脱イオン水製造装置４からの濃縮水の水質によっては、その一部または全部を原水タンク２に還流させることもできる。

電気式脱イオン水製造装置４は、図１（ｂ）に示すように、陽極１１を備えた陽極室Ｅ１と、陰極１２を備えた陰極室Ｅ２と、陽極室Ｅ１と陰極室Ｅ２との間に設けられた脱塩室Ｄと、脱塩室Ｄの陽極１１側でアニオン交換膜ａ１を介して脱塩室Ｄと隣接する陽極側濃縮室Ｃ１と、脱塩室Ｄの陰極１２側でカチオン交換膜ｃ１を介して脱塩室Ｄと隣接する陰極側濃縮室Ｃ２とを有している。陽極側濃縮室Ｃ１は、カチオン交換膜ｃ２を介して陽極室Ｅ１と隣接し、陰極側濃縮室Ｃ２は、アニオン交換膜ａ２を介して陰極室Ｅ２と隣接している。

脱塩室Ｄは、中間イオン交換膜ｍによって第１の小脱塩室Ｄ１と第２の小脱塩室Ｄ２とに区画されている。第１の小脱塩室Ｄ１は、アニオン交換膜ａ１を介して陽極側濃縮室Ｃ１と隣接し、第２の小脱塩室Ｄ２は、カチオン交換膜ｃ１を介して陰極側濃縮室Ｃ２と隣接している。中間イオン交換膜ｍは、例えば、アニオン交換膜またはカチオン交換膜の単一膜、あるいはバイポーラ膜である。

脱塩室Ｄには、粒状のカチオン交換体ＣＥと粒状のアニオン交換体ＡＥとが充填されている。具体的には、第１の小脱塩室Ｄ１には、アニオン交換体ＡＥが単床形態で充填され、第２の小脱塩室Ｄ２には、カチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥとが複床形態で充填されている。より具体的には、第２の小脱塩室Ｄ２は、被処理水の流れ方向に沿って２つの領域に区画され、上流側の領域に、カチオン交換体ＣＥが単床形態で充填され、下流側の領域に、アニオン交換体ＡＥが単床形態で充填されている。脱塩室Ｄに充填されるカチオン交換体としては、カチオン交換樹脂等が挙げられる。カチオン交換体の種類としては、弱酸性カチオン交換体、強酸性カチオン交換体等が挙げられる。脱塩室Ｄに充填されるアニオン交換体としては、アニオン交換樹脂等が挙げられる。アニオン交換体の種類としては、弱塩基性アニオン交換体、強塩基性アニオン交換体等が挙げられる。

カチオン交換体やアニオン交換体は、粒状のイオン交換樹脂が製造工程上好ましい。粒状のイオン交換樹脂は、粒径が０．１ｍｍから数ｍｍの球状のイオン交換樹脂である。

なお、陽極側濃縮室Ｃ１及び陰極側濃縮室Ｃ２には、電気式脱イオン水製造装置４の電気抵抗を抑えるために、それぞれイオン交換体が充填されていることが好ましい。また、陽極室Ｅ１及び陰極室Ｅ２にも、電気式脱イオン水製造装置４の電気抵抗を抑えるために、それぞれイオン交換体などの導電性物質が充填されていることが好ましい。一例として、陽極側濃縮室Ｃ１、陰極側濃縮室Ｃ２、及び陰極室Ｅ２には、アニオン交換体が充填され、陽極室Ｅ１には、カチオン交換体が充填されている。

膜ろ過装置３からの透過水ラインＬ２は複数（図示した例では３つ）に分岐して、第１の小脱塩室Ｄ１、陽極側濃縮室Ｃ１、及び陰極側濃縮室Ｃ２にそれぞれ接続されている。第１の小脱塩室Ｄ１は、第２の小脱塩室Ｄ２と直列流路を形成し、その下流側は、処理水ラインＬ７に接続されている。陽極側濃縮室Ｃ１及び陰極側濃縮室Ｃ２は並列流路を形成し、その下流側は、濃縮水排出ラインＬ８に接続されている。こうして、膜ろ過装置３からの透過水が、被処理水として第１及び第２の小脱塩室Ｄ１，Ｄ２に供給され、濃縮水として陽極側濃縮室Ｃ１及び陰極側濃縮室Ｃ２に供給される。なお、図示は省略するが、陽極室Ｅ１及び陰極室Ｅ２にも、電極水を供給及び排出するためのラインが接続されている。

透過水ラインＬ２を通じて膜ろ過装置３から供給される透過水（被処理水）は、脱塩室Ｄを通過する際にイオン成分が除去され、処理水（脱イオン水）として、処理水ラインＬ７を通じて処理水タンクまたはユースポイントに供給される。このとき、脱塩室で除去されたイオン成分は、両極１１，１２間に直流電圧が印加されることで発生する電位差により、脱塩室Ｄに隣接する濃縮室Ｃ１，Ｃ２に移動する。具体的には、カチオン成分は、陰極１２側に引き寄せられ、カチオン交換膜ｃ１を通過して陰極側濃縮室Ｃ２に移動し、アニオン成分は、陽極１１側に引き寄せられ、アニオン交換膜ａ１を通過して陽極側濃縮室Ｃ１に移動する。こうして濃縮室Ｃ１，Ｃ２に移動したイオン成分は、濃縮室Ｃ１，Ｃ２に供給される濃縮水に取り込まれ、濃縮水排出ラインＬ８を介して外部に排出される。ただし、濃縮水の水質によっては、その一部または全部が原水タンク２に還流するようになっていてもよい。一方で、脱塩室Ｄでは、水解離反応（水が水素イオンと水酸化物イオンとに解離する反応）が連続的に進行している。水素イオンは、カチオン交換体に吸着したカチオン成分と交換され、水酸化物イオンは、アニオン交換体に吸着したアニオン成分と交換される。こうして、脱塩室Ｄに充填されたカチオン交換体及びアニオン交換体がそれぞれ再生される。

なお、冒頭でも述べたように、電気式脱イオン水製造装置４の図示した構成は、あくまで一例であり、装置の使用目的や用途、要求性能に応じて、各室の構成（数、配置など）や流路構成を変更したり、バルブや計測器などを追加したりするなどの変更が適宜可能である。例えば、脱塩室は２つ以上設けられていてもよい。この場合、脱塩室と濃縮室とは、カチオン交換膜またはアニオン交換膜を介して交互に設けられ、２つ以上の脱塩室は、直列または並列流路を形成することになる。また、脱塩室におけるカチオン交換体及びアニオン交換体の充填形態も、図示したものに限定されず、例えば、第１の小脱塩室にカチオン交換体が単床形態で充填され、第２の小脱塩室にアニオン交換体とカチオン交換体とがそれぞれ単床形態で充填されていてもよい。

また上記の例では、脱塩室Ｄにはカチオン交換体ＣＥとアニオン交換体ＡＥとが充填されていたが、これに限らず、カチオン交換体だけが充填されていてもよい。または、アニオン交換体だけが充填されていてもよい。つまり、脱塩室にはイオン交換体としてカチオン交換体とアニオン交換体の少なくともいずれかが充填されていればよい。

以上のような純水製造装置１に用いられるＥＤＩの製造方法の一実施形態について説明する。本実施形態では、イオン交換膜で画成された脱塩室に粒状のイオン交換体が充填されたＥＤＩを組み立てた後、そのイオン交換膜と、脱塩室に充填されたイオン交換体に熱水処理を行う。

具体的には以下のとおりである。まず、イオン交換膜で画成された脱塩室に粒状のイオン交換体を充填する（充填工程、図６のステップＳ１１）。例えば図１（ｂ）に示すＥＤＩであれば、アニオン交換膜ａ１と中間イオン交換膜ｍで仕切られた第１の小脱塩室Ｄ１に粒状のカチオン交換体ＣＥを充填する。また中間イオン交換膜ｍとカチオン交換膜ｃ１で仕切られた第２の小脱塩室Ｄ２に粒状のアニオン交換体ＡＥと粒状のカチオン交換体ＣＥを直列に充填する。陽極側濃縮室Ｃ１、陰極側濃縮室Ｃ２、陽極室Ｅ１、陰極室Ｅ２の少なくともいずれかにイオン交換体を充填して以降の熱水処理に供してもよい。

次に、イオン交換樹脂を充填した脱塩室を用いてＥＤＩを組み立てる。そしてＥＤＩの組立後に、脱塩室に充填された粒状のイオン交換体と脱塩室を画成するイオン交換膜に８０℃以上、沸点未満の熱水を５時間以上接触させる（熱水処理工程、図６のステップＳ１２）。例えば、図２（ｂ）に示す透過水ラインＬ２から熱水を供給する。

熱水処理とは、少なくとも脱塩室に充填されたイオン交換体とその脱塩室を画成するイオン交換膜に熱水を接触させることである。熱水を接触させる方法は限定されないが、例えば熱水を通水すること、あるいは熱水に浸漬することが挙げられる。熱水を通水するとは、通流する熱水に接触させることである。熱水に浸漬するとは、貯留した熱水に接触させることである。貯留した熱水を撹拌し、あるいは循環させてもよい。なお、熱水はＲＯ（逆浸透膜）透過水、ＥＤＩ処理水、純水など、純度の高い水を用いる必要がある。

通水することは、浸漬することよりもイオン交換体由来の有機物成分（ＴＯＣ）等の不純物の除去に効果があると考えられる。また、ＥＤＩを組み立ててから熱水処理する場合は、被処理水を処理するルートで熱水を通水することができるため好都合である。通水した熱水は、使い捨てしてもよい。あるいは回収してその熱水を循環させて再利用してもよい。循環させても熱水中に混入するＴＯＣ等の不純物の量は微量であり、装置やイオン交換樹脂等に悪影響を与えることはない。したがって熱水の節約のため循環利用することが好ましい。通水速度は限定されないが、少なくとも脱塩室内に均等に水が流れる程度の通水速度以上であることが好ましい。例えば通常時の水処理速度と同じ程度の通水速度であることが好ましい。

熱水に浸漬する場合も同様に、イオン交換体を浸漬した熱水を適宜入れ替えて、入れ替えた熱水は使い捨てしてもよいし、循環させて再利用してもよい。

接触時間は５時間以上であることが好ましい。接触時間が５時間以上であればその効果がほぼ達成されるからである。接触のさせ方は、連続的に５時間以上接触させてもよい。あるいは断続的に接触させて、合計時間が５時間以上になるようにしてもよい。断続的とは、例えば乾燥を避けるために水を循環通水させつつ８０℃以上の処理温度まで加熱し、処理温度まで昇温した後その温度を保持して熱水処理を行い、その後加熱を停止して降温させるといった処理サイクルを繰り返すやり方である。あまり長時間接触させるとイオン交換体の劣化等が進行して効果が漸減するため、接触時間は１５時間以下とすることが好ましい。さらに接触時間は５時間から１０時間であることがより好ましい。

このような熱水処理をイオン交換体とイオン交換膜に行うことにより、最初にイオン交換水を製造するときの処理水水質の立ち上がり時間を短縮することができる。つまり、被処理水を処理して得られる処理水の比抵抗値は、熱水処理直後からほぼ最大値を示すようになる。

前述のように、従来技術ではＥＤＩで処理した処理水の比抵抗値は、最初に被処理水の処理を開始してから数時間〜数十時間以上の間ゆっくりと増加し、その後に最大値に達して定常値（一定値）となる。これは、塩形のイオン交換樹脂を用いた場合は、Ｎａ形、Ｃｌ形のような塩形のイオン交換体から脱塩水中に塩成分（Ｎａ、Ｃｌなど）がリークすることが起こり水質が向上するまでに時間を要するためと考えられる。

しかし本実施形態に係る熱水処理を行うことにより、この立ち上がり時間を大幅に短縮することができる。この理由について発明者らは、熱水でイオン交換体を処理することにより、イオン交換体のＴＯＣの洗浄除去によるイオン交換反応性増加の効果と、イオン交換体の樹脂の架橋構造の一部を切断して不可逆的に膨潤させ、樹脂同士や樹脂と膜とが密着する面積をより増大させることによるイオンの移動の促進効果との相乗効果が得られるためではないかと考えている。熱水処理の時間が増加すると、イオン交換体を通過する熱水の差圧が漸増することも、樹脂がより膨潤することがその理由と考えられる。

したがって、イオン交換体の洗浄及び不可逆的膨潤の促進のため、熱水の温度は８０℃以上が好ましい。沸騰した状態では十分な膨潤処理ができず、またイオン交換体の劣化が進行するおそれもあることから、水の沸点未満の温度（大気圧で１００℃未満）で熱水処理を行う。より好ましくは８５℃から９５℃であり、８５℃から９０℃がさらに好ましい。

熱水処理は、少なくとも脱塩室に充填されたイオン交換体と脱塩室を画成（区画）するイオン交換膜に対して行う。さらに、濃縮室や電極室にイオン交換体がもし配置されていれば、そのイオン交換体と室を画成するイオン交換膜に熱水処理をしてもよい。本実施形態の場合は、ＥＤＩを組み立てた後に熱水処理を行うため、被処理水の処理経路に熱水を通水させて熱水処理を行うことができる。例えば図１（ｂ）に示す構造のＥＤＩでは、熱水を透過水ラインＬ２から第１の小脱塩室Ｄ１に供給する。第１の小脱塩室Ｄ１に供給された熱水は第２の小脱塩室Ｄ２を経由して処理水ラインＬ７から排出される。処理水ラインＬ７は熱水受槽につながるように仮接続しておく。熱水受槽に戻った熱水は、温度を調節して再び第１の小脱塩室Ｄ１に供給することができる。

第１の小脱塩室Ｄ１だけでなく、陽極側濃縮室Ｃ１と陰極側濃縮室Ｃ２にも同時に供給してもよい。陽極側濃縮室Ｃ１と陰極側濃縮室Ｃ２に供給された熱水は、濃縮水排出ラインＬ８から排出されるのでこの濃縮水排出ライン８も熱水受槽につながるように仮接続しておく。熱水受槽に戻った熱水は、温度を調節して再び第１の小脱塩室Ｄ１、陽極側濃縮室Ｃ１、陰極側濃縮室Ｃ２に供給することができる。またさらに陽極室Ｅ１、陰極室Ｅ２に熱水を通水してもよい。

脱塩室Ｄに充填したイオン交換体は、乾燥もしくは塩形であることが好ましい。湿潤かつ再生形の樹脂を充填する場合よりも充填量を増加させることができるからである。なお塩形のイオン交換体を用いる場合は、最終的に薬品や電気によって再生形にしておくことが好ましい。

このようにして所定の時間熱水を通水処理したＥＤＩは、最初にイオン交換水を製造するときの処理水水質の立ち上がり時間を短縮することができる。また、熱水処理しないものに比べて処理水の比抵抗値を増加させることができる。なお、通水式の熱水処理により、接液する全ての部材が洗浄されているため最初からクリーンな装置として利用できるという副次的効果も得られる。なおＥＤＩは、熱による劣化を抑えるために耐熱部材を使用することが好ましい。

通水でなく熱水に浸漬させる場合は、例えば脱塩室Ｄ、陽極側濃縮室Ｃ１、陰極側濃縮室Ｃ２、陽極室Ｅ１、陰極室Ｅ２に熱水を供給して所定の温度に保持するようにしてもよい。イオン交換体はどのような形式のものでもよい。この場合も上記と同様の効果を得ることができる。

上記実施形態では、ＥＤＩを組み立てた後に、イオン交換膜と脱塩室に充填されたイオン交換体に熱水処理を行った。しかしこれに限らず、イオン交換膜で画成された脱塩室に粒状のイオン交換体を充填した次の段階で熱水処理をしてもよい。この場合、イオン交換体を充填した脱塩室ユニットの状態で熱水処理を行う。熱水処理の方法は通水処理でもよいし、浸漬処理でもよい。そして熱水処理を終えた脱塩室ユニットを用いてＥＤＩを組み立てることができる。

（実施形態２）
脱塩室ユニットの組立前に、脱塩室のイオン交換体と脱塩室を区画するイオン交換膜のぞれぞれに対して熱水処理を行ってもよい。この場合は、図７に示すように、まず粒状のイオン交換体とイオン交換膜のぞれぞれを、８０℃以上、沸点未満の熱水で５時間以上熱水処理する（熱水処理工程、図７のステップＳ２１）。次に熱水処理したイオン交換膜で画成された脱塩室に熱水処理した粒状のイオン交換体を充填する（充填工程、図７のステップＳ２２）。

熱水処理は例えば、組立前のイオン交換体と脱塩室を区画するイオン交換膜を熱水槽に入れて行うことができる。熱水槽の熱水は撹拌や循環を行ってもよい。また、イオン交換体とイオン交換膜を通流する熱水に接触させてもよい。熱水処理は、イオン交換膜とイオン交換体が別個の状態で、別々に又は一緒に熱水処理してもよい。この実施形態でも熱水処理するイオン交換体は湿潤したものでもよいし、乾燥したものでもよい。また再生形でもよいし、塩形でもよい。そして熱水処理したイオン交換膜で画成された脱塩室に熱水処理した粒状のイオン交換体を充填した後、ＥＤＩとして組み立てる（図７のステップＳ２３）。

所定の時間熱水処理したイオン交換膜とイオン交換体を用いてＥＤＩを組み立てることで、最初にイオン交換水を製造するときの処理水水質の立ち上がり時間を短縮することができる。また、熱水処理しないものに比べて処理水の比抵抗値を増加させることができる。以上のように熱水処理はいろいろなタイミングで行うことができる。

（実施例）
以下に本発明の実施例について説明する。
図２（ａ）に示すように、ＥＤＩの脱塩室と陽極側濃縮室と陰極側濃縮室を模擬した試験スタック２３と、（熱）水を貯蔵する水タンク２０と、熱水を加熱するヒータ２１を有する熱水処理試験装置を製作した。

試験スタック２３は、湿潤（塩形）のアニオン交換樹脂ＡＥと、乾燥（再生形）のカチオン交換樹脂ＣＥを充填した同じ構成のものを２台製作した。図２（ａ）に示すように、この試験スタック２３は、脱塩室２３ａと、陽極側濃縮室２３ｂと、陰極側濃縮室２３ｃとを備えている。脱塩室２３ａは、詳細には図２（ｂ）に示すように、アニオン交換樹脂ＡＥを充填した小脱塩室と、カチオン交換樹脂ＣＥとアニオン交換樹脂ＡＥを直列に充填した小脱塩室とをこの順でつないで構成されている。これは図１（ｂ）に示す構成と同様である。試験スタック２３は、イオン交換樹脂の充填後、塩形のイオン交換樹脂を電気的に再生して試験に用いた。試験スタック２３は、室部材やイオン交換膜は耐熱仕様のものを用いた。

水タンク２０に入れた純水をヒータ２１で加熱しつつ、図示しない送液ポンプにより１台の試験スタック２３に供給した。具体的には、熱水を脱塩室２３ａと陽極側濃縮室２３ｂと陰極側濃縮室２３ｃのそれぞれの供給ライン２４に供給した。通水速度（ＳＶ）は１５０−２００ｈ^−１とした。脱塩室２３ａと陽極側濃縮室２３ｂと陰極側濃縮室２３ｃを通過した熱水は排水ライン２５により再び水タンク２０に戻して循環させ、再利用した。

１回の熱水処理は、図３に示すように、水タンク２０の２５℃の純水をヒータ２１で加熱して８７℃の熱水になるまで循環させつつ１時間昇温させ、８７℃に達してから温度を保持しつつ循環熱水処理を１時間行い、加熱を停止して２５℃になるまで循環させつつ１時間降温させた。これらの合計３時間、（熱）水を循環させて試験スタック２３に通水した。このような熱水処理サイクルを５回連続して繰り返し（累計５時間の熱水処理）、次いで常温（２５℃）の被処理水を通水して処理水の比抵抗値を測定した。このとき、被処理水を１段の逆浸透膜を通してから通水した。被処理水の通水は、処理水の比抵抗値が一定になるまで継続した。なお、８０℃から８７℃までの間の昇降温時間は短く無視できるため処理時間には含めていない。ちなみに昇温・降温速度は１℃／分であり、１回の熱水処理において８０℃から８７℃に昇温するまで７分、８７℃から８０℃まで降温するまで７分かかった。したがって熱水処理５回では、８０℃以上となっている昇降温時間は（７＋７）×５＝７０分であった。

処理水の比抵抗値が一定になった後、５回の熱水処理を上記と同様にして繰り返し（累計１０時間の熱水処理）、次いで常温（２５℃）の水を処理水の比抵抗値が一定になるまで通水した。さらにその処理水の比抵抗値が一定になった後、５回の熱水処理を上記と同様にして再び繰り返し（累計１５時間の熱水処理）、常温（２５℃）の水を処理水の比抵抗値が一定になるまで通水した。後述するが、実施例では１００時間前後まで通水しても処理水の比抵抗値の大きな変化は見られなかった。したがって、実施例では比抵抗値の変化がないことを確認できるまで通水したということである。熱水処理５回の場合の処理水の比抵抗値の経時変化を図４に示す。

（比較例）
もう１台の試験スタック２３は、熱水処理をしないで常温（２５℃）の被処理水を通水する従来型の立上げ運転を行い、処理水の比抵抗値が一定値になるまで測定した。被処理水は１段の逆浸透膜を通してから通水した。熱水処理０回の場合の処理水の比抵抗値の経時変化を図４に示す。

表１に、実施例と比較例の常温通水開始直後の処理水の比抵抗値（初期比抵抗値）を示す。熱水処理回数がゼロのデータは熱水処理をしていない比較例の処理水の初期比抵抗値である。熱水処理回数が５回、１０回、１５回のものは実施例での処理水の初期比抵抗値である。熱水処理回数１回あたりの熱水処理時間は１時間であるので、熱水処理回数と熱水処理時間は同じ数値である。前述の通り実施例では比抵抗値の経時変化がほとんどなかったため、熱水処理直後の処理水の比抵抗値と定常値は同等となっている。図４に示すように、実施例では熱水処理直後からほぼ最大の比抵抗値を得ることができる。即ち、立ち上がり時間がほとんどない。

図４に示すように、熱水処理回数０回の場合は、比抵抗値が一定の値になるまで１５０時間以上の時間を要した。その一定値（定常比抵抗値）は図４に示すように１７．５（ＭΩ・ｃｍ）であった。それに対して、熱水処理回数が５回の場合は、比抵抗値が処理開始直後から一定値で、その値も表１に示すように１８．０（ＭΩ・ｃｍ）と比較例の定常比抵抗値より高かった。なおグラフには示していないが、熱水処理回数が１０回、１５回の場合も比抵抗値は処理開始直後からほぼ一定値であり、その初期比抵抗値は表１に示すようにそれぞれ１７．８、１７．７（ＭΩ・ｃｍ）であった。

図５は、熱水処理回数が０回（熱水処理をしていない比較例）、５回、１０回、１５回（以上実施例）の試験スタックの処理水の、比抵抗値が一定値になったときの定常比抵抗値をグラフ化したものである。いずれも数日経過後の処理水の比抵抗値である。

実施例で５時間（５回）熱水処理した直後の処理水の比抵抗値は１８．０（ＭΩ・ｃｍ）であり、その数値は図４に示すように時間が経過してもほとんど変わらなかった。同様に、熱水処理回数が１０回、１５回の場合も、処理開始直後からほぼ一定値を示した。これは、実施例ではイオン交換樹脂のイオン交換能力が被処理水の処理開始直後から最大限に発揮されていることを示す。

一方、熱水処理回数が０回の場合は、一定値に達するまでに長時間必要であり、その一定値も実施例に比べて低かった。つまり、熱水処理により、ＥＤＩのイオン交換能力をより増加させることができるとともに、その処理水水質の立ち上がり時間を短縮することができることがわかった。

図４からわかるように、比較例（熱水処理回数が０回）では、１５時間たっても立ち上がりの途中であり、５時間熱水処理した場合（実施例）の処理水の比抵抗値には及ばない。したがって実施例での効果は単純に水を通水した時間の長さ（３時間×５＝１５時間）によって得られたものではなく、熱水処理の効果であることがわかる。

図５から、熱水処理の回数は５回以上（処理時間５時間以上）であることが好ましいことがわかる。ただし処理時間が長くなると、処理水の定常比抵抗値は少しずつ低下した。図５から、熱水処理の回数が１５回（処理時間１５時間）を超えると、定常比抵抗値は熱水処理をしない場合に近づくと予想される。そのため、熱水処理時間は１５時間以内であることが好ましい。さらに熱水処理時間は５時間から１０時間であることがより好ましいことがわかる。

１ 純水製造装置
２ 原水タンク
３ 膜ろ過装置
４ 電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）
５ 熱交換器
６ 加圧ポンプ
１１ 陽極
１２ 陰極
２０ 貯水槽
２１ ヒータ
２３ 試験スタック
２４ 供給ライン
２５ 排水ライン
Ｄ 脱塩室
Ｄ１ 第１の小脱塩室
Ｄ２ 第２の小脱塩室
Ｃ１ 陽極側濃縮室
Ｃ２ 陰極側濃縮室
Ｅ１ 陽極室
Ｅ２ 陰極室
ａ１，ａ２ アニオン交換膜
ｃ１，ｃ２ カチオン交換膜
ｍ 中間イオン交換膜
Ｌ１ 供給ライン
Ｌ２ 透過水ライン
Ｌ３ 濃縮水ライン
Ｌ４ 排水ライン
Ｌ５ 還流水ライン
Ｌ６ 原水供給ライン
Ｌ７ 処理水ライン
Ｌ８ 濃縮水排出ライン
Ｌ９ 処理水還流ライン
Ｌ１０ 濃縮水還流ライン
Ｖ１〜Ｖ６ バルブ

Claims (3)

1. 対向する陰極及び陽極と、前記陰極と前記陽極との間にイオン交換膜で画成された、粒状のイオン交換体を充填した脱塩室と、を有する電気式脱イオン水製造装置の製造方法であって、
   イオン交換膜で画成された脱塩室に粒状のイオン交換体を充填する充填工程と、
   前記脱塩室に充填された前記イオン交換体と前記イオン交換膜を８０℃以上、沸点未満の熱水に５時間以上接触させる熱水処理工程と、
   を含む、電気式脱イオン水製造装置の製造方法。
2. 対向する陰極及び陽極と、前記陰極と前記陽極との間にイオン交換膜で画成された、粒状のイオン交換体を充填した脱塩室と、を有する電気式脱イオン水製造装置の製造方法であって、
   粒状のイオン交換体とイオン交換膜のそれぞれを、８０℃以上、沸点未満の熱水に５時間以上接触させる熱水処理工程と、
   前記熱水処理したイオン交換膜で画成された脱塩室に前記熱水処理したイオン交換体を充填する充填工程と、
   を含む、電気式脱イオン水製造装置の製造方法。
3. 前記熱水処理工程は、熱水を接触させる時間が１５時間以内である、請求項１又は２に記載の電気式脱イオン水製造装置の製造方法。
   

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