JP2020078772A - Electrodeionization device and method for producing deionized water using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気脱イオン装置及びこれを用いた脱イオン水の製造方法に関し、特にホウ素を高度に除去するのに好適な電気脱イオン装置、及びこの電気脱イオン装置を用いた脱イオン水の製造方法に関する。 The present invention relates to an electric deionization apparatus and a method for producing deionized water using the same, and in particular, an electric deionization apparatus suitable for highly removing boron, and deionized water using this electric deionization apparatus. It relates to a manufacturing method.
従来、半導体等の電子産業分野で用いられている超純水は、基本的に、前処理システム、一次純水システム及び一次純水を処理するサブシステムで構成される超純水製造装置で原水を処理することにより製造されている。特に電子産業分野用の超純水では、ホウ素濃度を0.1ppt以下にまで抑制することが要求されることもあり、これに伴い一次純水システムでの処理水のホウ素濃度を低減する必要性が高まっている。 Conventionally, ultrapure water used in the field of electronics such as semiconductors is basically processed by an ultrapure water production system consisting of a pretreatment system, a primary pure water system, and a subsystem for processing the primary pure water. It is manufactured by processing. Particularly in ultrapure water for the electronics industry, it may be required to control the boron concentration to 0.1 ppt or less, and accordingly, it is necessary to reduce the boron concentration of treated water in the primary pure water system. Is increasing.
この一次純水システムは、上述したような超純水の用途に限らず、サブシステムを伴うことなく、医薬用や食品用などの純水製造装置としても利用可能な汎用的なシステムであり、そのシステム構成としては、1段又は2段構成の逆浸透膜(RO膜)装置と電気脱イオン装置とを備えるものが一般的である。この一次純水システムでは、RO膜装置はシリカや塩類を除去すると共に、イオン性、コロイド性のTOCを除去する。さらに電気脱イオン交換装置ではその他の各種無機あるいは有機性のアニオン及びカチオンの除去を行う。したがって、超純水(二次純水)のホウ素濃度を低下させるには、一次純水システムの電気脱イオン装置でのホウ素の除去率を高くすることが重要である。 This primary pure water system is not limited to the use of ultrapure water as described above, is a general-purpose system that can be used as a pure water production apparatus for medicines, foods, etc. without accompanying subsystems, The system configuration generally includes a one-stage or two-stage reverse osmosis membrane (RO membrane) device and an electric deionization device. In this primary pure water system, the RO membrane device removes silica and salts, as well as ionic and colloidal TOC. Further, in the electric deionization exchange device, various other inorganic or organic anions and cations are removed. Therefore, in order to reduce the boron concentration of ultrapure water (secondary pure water), it is important to increase the removal rate of boron in the electrodeionization device of the primary pure water system.
ここで、電気脱イオン装置とは、一般に陰極及び陽極間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配置し、これらカチオン交換膜及びアニオン交換膜により区画形成することで脱塩室及び濃縮室を形成し、この脱塩室及び前記濃縮室にイオン交換樹脂を充填したものである。 Here, the electric deionization device generally means that a cation exchange membrane and an anion exchange membrane are alternately arranged between the cathode and the anode, and the cation exchange membrane and the anion exchange membrane are partitioned to form a desalting chamber and a concentrating chamber. And the desalting chamber and the concentrating chamber are filled with an ion exchange resin.
この電気脱イオン装置の従来の例を図5に示す。図5において、電気脱イオン装置1は、電極(陽極11、陰極12)の間に複数のアニオン交換膜(A膜)13及びカチオン交換膜(C膜)14を交互に配列して脱塩室15と濃縮室16とを交互に形成したものであり、脱塩室15にはイオン交換樹脂が充填されている。また、濃縮室16と、陽極室17及び陰極室18にも、イオン交換体、活性炭又は金属等の電気導電体が充填されている。
A conventional example of this electric deionization apparatus is shown in FIG. In FIG. 5, the
このような電気脱イオン装置1において、原水W0は脱塩室15の入口側から導入され、脱塩室15の出口側から生産水(脱イオン水)W1が取り出される。この生産水W1の一部は、濃縮室16に脱塩室15の通水方向とは逆方向に向流一過式で通水され、濃縮室16の流出水(濃縮排水)W2は系外へ排出される。すなわち、この電気脱イオン装置1では、脱塩室15と濃縮室16とが交互に並設され、脱塩室15の生産水取り出し側に濃縮室16の流入口が設けられており、脱塩室15の原水流入側に濃縮室16の流出口が設けられている。また、生産水W1の一部は陽極室17の入口側に送給され、陽極室17の流出水は、陰極室18の入口側へ送給され、陰極室18の流出水は排水W3として系外へ排出されるか、あるいは全部または一部を回収して再利用する。
In such an
このように、濃縮室16に生産水を脱塩室15と向流一過式で通水することにより、生産水取り出し側ほど濃縮室16内の濃縮水のイオン濃度が低いものとなり、イオン濃度拡散による脱塩室15への影響が小さくなり、イオンの除去率を高めることができるのである。
In this way, by flowing the product water through the
近年、二次純水の要求水質が上がり、より高いイオン交換除去率が求められている。例えば、ホウ素1ng/L以下(除去率99.97%以上)、シリカ濃度50ng/L以下という厳しい要求水質が求められ、これに伴い一次純水システムの電気脱イオン装置でのホウ素の除去率を高くすることが求められている。 In recent years, the required water quality of secondary pure water has increased, and a higher ion exchange removal rate has been demanded. For example, strict required water quality of 1 ng/L or less (removal rate 99.97% or more) of boron and 50 ng/L or less of silica is required, and accordingly, the removal rate of boron in the electric deionization device of the primary pure water system is It is required to be high.
この対策として、電気脱イオン装置の脱塩室の厚さを薄くすることで、弱イオンであるシリカやホウ素の除去率を向上させることが提案されている。また、平均粒径が0.1〜0.4mmの小さい粒径のイオン交換樹脂を用いることでシリカやホウ素の除去率を向上させることも提案されている(特許文献1)。 As a countermeasure against this, it has been proposed to reduce the thickness of the deionization chamber of the electric deionization apparatus to improve the removal rate of silica and boron, which are weak ions. It has also been proposed to improve the removal rate of silica and boron by using an ion exchange resin having a small average particle diameter of 0.1 to 0.4 mm (Patent Document 1).
しかしながら、電気脱イオン装置の脱塩室の厚さを薄くしたとしても、ある程度以上の高さ(長さ)の脱塩室としなければ、十分シリカやホウ素の除去率の向上が得られず、さらに、処理水量及び流量を一定とすると、より多くの脱塩室を形成しなければならず、電気脱イオン装置の製造コストが高くなり実用性に劣る、という問題点がある。 However, even if the thickness of the deionization chamber of the electric deionization apparatus is reduced, unless the deionization chamber has a height (length) above a certain level, the removal rate of silica and boron cannot be sufficiently improved, Furthermore, if the amount and flow rate of treated water are constant, more demineralization chambers must be formed, which increases the manufacturing cost of the electric deionization apparatus and impairs its practicality.
また、特許文献1に記載されているように小粒径のイオン交換樹脂を用いた電気脱イオン装置では、原水を脱塩室に流通した際の圧損が大きくなるため、高圧で原水を通水しなければならず、電気脱イオン装置の密封性を向上させる必要があり、さらに電気脱イオン装置の耐久性が低下する、という問題点がある。
Further, as described in
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、効率良くホウ素を高度に除去するのに好適な電気脱イオン装置を提供することを目的とする。また、本発明は、この電気脱イオン装置を用いたホウ素を高度に除去した脱イオン水の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an electric deionization apparatus suitable for efficiently removing boron to a high degree. Another object of the present invention is to provide a method for producing deionized water in which boron is highly removed by using this electric deionization device.
上記目的を達成するために第一に本発明は、陽極と陰極との間にイオン交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画され、この区画された脱塩室にイオン交換樹脂が充填され、濃縮水が前記濃縮室に通水されるとともに、原水が被処理水として前記脱塩室に流通されて生産水として取り出す電気脱イオン装置において、前記脱塩室の通水入口から該脱塩室の高さに対して33〜66%の範囲に平均粒径が0.1〜0.4mmのイオン交換樹脂が充填されている、電気脱イオン装置を提供する(発明1)。 In order to achieve the above-mentioned object, firstly, the present invention has a concentrating chamber and a desalting chamber partitioned by an ion exchange membrane between an anode and a cathode, and the partitioned desalting chamber is filled with an ion exchange resin. In the electric deionization apparatus, in which concentrated water is passed through the concentration chamber and raw water is circulated as water to be treated in the desalination chamber and is taken out as production water, the desalination is performed through a water inlet of the desalination chamber. Provided is an electric deionization apparatus in which an ion exchange resin having an average particle size of 0.1 to 0.4 mm is filled in a range of 33 to 66% with respect to the height of a chamber (Invention 1).
かかる発明(発明1)によれば、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分を高度に除去した脱イオン水を得ることが可能となる。これは以下のような理由による。ホウ素やシリカなどは、塩化物などの強イオン性のアニオンがある程度除去された後イオン化して除去されていく。このため、ホウ素やシリカを除去するためには、塩化物イオン等の除去しやすい強イオン性の成分が除去されるまでの時間、すなわちある程度の樹脂層高が必要となる。一方、平均粒径が0.1〜0.4mmと小粒径のイオン交換樹脂は、高いイオン除去性能を発揮するが、原水の流通圧の圧損が大きくなる。これらのことから、脱塩室の入り口側に小粒径のイオン交換樹脂を配置してもホウ素やシリカなどは通過してしまい、その高いイオン除去性能を発揮することができないことがわかる。そこで、塩化物イオン等の除去しやすい強イオン性の成分が除去される樹脂層高を考慮した結果、通水入口から該脱塩室の高さ方向の33〜66%の範囲に小粒径のイオン交換樹脂を充填することにより、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分の高度除去と、原水を流通した際の圧損の低減の両方を効率的に発揮することができることを見い出した。これらに基づき、本発明に想到した。 According to this invention (Invention 1), it is possible to obtain deionized water in which weak ion components such as boron and silica that are difficult to remove are highly removed. This is for the following reasons. Boron, silica, etc. are ionized and removed after the strongly ionic anions such as chlorides are removed to some extent. For this reason, in order to remove boron and silica, it takes a certain amount of time to remove easily ionic components such as chloride ions that are easily removed, that is, a certain height of the resin layer. On the other hand, an ion exchange resin having a small particle diameter of 0.1 to 0.4 mm exhibits high ion removal performance, but the pressure loss of the circulating pressure of raw water becomes large. From these, it can be seen that even if an ion exchange resin having a small particle size is arranged on the inlet side of the desalting chamber, boron, silica, etc. pass through, and the high ion removal performance cannot be exhibited. Then, as a result of considering the height of the resin layer from which strong ionic components such as chloride ions that are easy to remove are taken into consideration, as a result, the small particle size is within the range of 33 to 66% in the height direction of the desalination chamber from the water inlet. It has been found that by filling the ion exchange resin of No. 1, it is possible to efficiently perform both the high removal of weak ionic components such as boron and silica, which are difficult to remove, and the reduction of pressure loss when circulating the raw water. .. Based on these, the present invention was conceived.
上記発明(発明1)においては、前記平均粒径0.1〜0.4mmのイオン交換樹脂の充填高さが、前記脱塩室の高さの10〜33%であることが好ましい(発明2)。 In the above invention (Invention 1), the filling height of the ion exchange resin having the average particle diameter of 0.1 to 0.4 mm is preferably 10 to 33% of the height of the desalting chamber (Invention 2). ).
かかる発明(発明2)によれば、通水入口から該脱塩室の高さ方向の33〜66の範囲で、10〜33%の高さで小粒径のイオン交換樹脂を充填することにより、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分の高度除去と、原水を流通した際の圧損の低減の両方をより効率的に発揮することができる。 According to this invention (Invention 2), by filling the ion exchange resin with a small particle size at a height of 10 to 33% in the range of 33 to 66 in the height direction of the desalination chamber from the water inlet. It is possible to more efficiently exhibit both the high degree removal of weak ionic components such as boron and silica, which are difficult to remove, and the reduction in pressure loss when the raw water is circulated.
上記発明(発明1,2)においては、前記生産水の一部が濃縮水として脱塩室の流れ方向と向流方向に濃縮室に流通されることが好ましい(発明3)。
In the above inventions (
かかる発明(発明3)によれば、電気脱イオン装置の脱塩室と濃縮室におけるイオンの濃度勾配の格差を緩和することができるので、ホウ素除去率をさらに向上させることができる。 According to the invention (Invention 3), the difference in the ion concentration gradient between the deionization chamber and the concentration chamber of the electric deionization apparatus can be reduced, and thus the boron removal rate can be further improved.
上記発明(発明1〜3)においては、前記脱塩室の厚さが2.5〜20mmであることが好ましい(発明4)。 In the said invention (invention 1-3), it is preferable that the thickness of the said desalination chamber is 2.5-20 mm (invention 4).
かかる発明(発明4)によれば、脱塩室を比較的厚く形成することにより、濃縮室の数及びイオン交換膜の数が削減され、もって電気抵抗を減らすことができるので、電気脱イオン装置の高寿命化を図ることができる。 According to this invention (Invention 4), by forming the deionization chamber to be relatively thick, the number of concentration chambers and the number of ion-exchange membranes can be reduced, and the electrical resistance can be reduced. It is possible to extend the life of the.
上記発明(発明1〜4)においては、前記平均粒径0.1〜0.4mmのイオン交換樹脂の充填箇所以外には、平均粒径0.4mmを超えるイオン交換樹脂、又は両者の混合樹脂が充填されていることが好ましい(発明5)。
In the above inventions (
かかる発明(発明5)によれば、小粒径のイオン交換樹脂層以外は、粒径の大きなイオン交換樹脂を配置しているので、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分の高度除去と、原水を流通した際の圧損の低減の両方をより効率的に発揮することができる。 According to the invention (Invention 5), since the ion-exchange resin having a large particle size is arranged except for the ion-exchange resin layer having a small particle size, it is possible to highly remove weak ionic components such as boron and silica which are difficult to remove. Also, it is possible to more efficiently exhibit both the reduction of pressure loss when the raw water is distributed.
上記発明(発明1〜5)においては、前記脱塩室内に充填されるイオン交換樹脂がアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂であり、前記アニオン交換樹脂と前記カチオン交換樹脂との割合が60:40〜90:10(乾燥重量比)であることが好ましい(発明6)。特に上記発明(発明6)においては、前記アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が、両者の混合樹脂、又はアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂をそれぞれ単層で積層したものであることが好ましい(発明7)。 In the said invention (invention 1-5), the ion exchange resin with which the said desalination chamber is filled is an anion exchange resin and a cation exchange resin, and the ratio of the said anion exchange resin and the said cation exchange resin is 60:40-. It is preferably 90:10 (dry weight ratio) (Invention 6). Particularly, in the above invention (Invention 6), it is preferable that the anion exchange resin and the cation exchange resin are a mixed resin of the both, or an anion exchange resin and a cation exchange resin each laminated in a single layer (Invention 7). .
かかる発明(発明6,7)によれば、アニオン交換樹脂を多く充填することにより、ホウ素やシリカなどのなどの陰イオンを効率良く除去することができる。 According to such inventions (Inventions 6 and 7), by filling a large amount of anion exchange resin, anions such as boron and silica can be efficiently removed.
また、第二に本発明は、前記発明1〜7のいずれかに記載の電気脱イオン装置の濃縮室に濃縮水を流通するとともに、脱塩室に被処理水としての原水を通水して、生産水を取り出す脱イオン水の製造方法を提供する(発明8)。
Secondly, the present invention allows concentrated water to flow through the concentration chamber of the electric deionization apparatus according to any one of the
かかる発明(発明8)によれば、ホウ素を高度に除去した脱イオン水を製造することができる。 According to this invention (Invention 8), deionized water from which boron is highly removed can be produced.
本発明の電気脱イオン装置によれば、該電気脱イオン装置の脱塩室の通水入口から該脱塩室の高さ方向の33〜66%の範囲に平均粒径が0.1〜0.4mmのイオン交換樹脂を充填しているので、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分を高度に除去した脱イオン水を製造することが可能となる。 According to the electric deionization apparatus of the present invention, the average particle size is 0.1 to 0 within a range of 33 to 66% in the height direction of the deionization chamber from the water inlet of the deionization chamber of the electric deionization device. Since it is filled with an ion exchange resin of 0.4 mm, it becomes possible to produce deionized water in which weak ion components such as boron and silica, which are difficult to remove, are highly removed.
以下、本発明の一実施形態による電気脱イオン装置について添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, an electrodeionization apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態による電気脱イオン装置の脱塩室におけるイオン交換樹脂の充填状態を概略的に示している。本実施形態の電気脱イオン装置自体は、上述した図5に示す電気脱イオン装置と同じ構成を有し、脱塩室15のイオン交換樹脂の充填構造のみが相違するので、その詳細な説明を省略する。図1において、脱塩室15には、イオン交換樹脂が充填されており、脱塩室15の上側領域15A及び下側領域15Cには、通常の粒径のイオン交換樹脂、すなわち平均粒径0.4mmを超えるイオン交換樹脂21が充填されている一方、脱塩室15の中間領域15Bには、これより小粒径、具体的には平均粒径が0.1〜0.4mmのイオン交換樹脂22が充填されている。小粒径のイオン交換樹脂22の平均粒径が0.4mmを超えると、小粒径のイオン交換樹脂22を用いることによる効果が得られない一方、小粒径のイオン交換樹脂22の平均粒径が0.1mm未満では、取扱い性が低下するばかりか、通水抵抗が大きくなり過ぎる。なお、平均粒径0.4mmを超えるイオン交換樹脂21としては、具体的には0.5〜2.0mm、特に0.5〜1.0mm程度の平均粒径を有するものを用いることができる。
FIG. 1 schematically shows a state of filling with an ion exchange resin in a deionization chamber of an electric deionization apparatus according to an embodiment of the present invention. The electric deionization apparatus itself of this embodiment has the same configuration as the electric deionization apparatus shown in FIG. 5 described above, and only the structure for filling the ion exchange resin in the
このようなイオン交換装置の脱塩室15において、小粒径のイオン交換樹脂22が充填される中間領域15Bは、脱塩室15の通水入口から脱塩室15の高さ[H]に対して33〜66%の範囲に小粒径のイオン交換樹脂22を充填することにより形成される。前記小粒径のイオン交換樹脂22が充填される位置が、通水入口から脱塩室15の高さ方向の33%より上部では、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分がイオン交換膜にまで移動するだけの時間が確保できず、小粒径のイオン交換樹脂22を配置する効果が十分でない。一方、前記小粒径のイオン交換樹脂22が充填される位置が、通水入口から脱塩室15の高さ方向の66%より下部では、イオン除去性能が高い小粒径のイオン交換樹脂22の性能を効率良く発揮できない。
In the
また、小粒径のイオン交換樹脂22が充填される中間領域15Bの高さ[h]は、脱塩室15の高さ[H]の10〜33%であることが好ましい。中間領域15Bの高さ[h]が10%未満では、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分を十分に除去することができない一方、33%を超えても、それ以上の弱イオン成分除去効果の向上が得られないばかりか、原水Wを流通した際の圧損が大きくなるため好ましくない。ここで電気脱イオン装置における脱塩室15の高さ[H]は、一般に400〜800mm程度である。なお、脱塩室15の幅は30〜60mm程度である。
The height [h] of the
また、脱塩室15の厚さは2.5〜20mm、特に10〜15mmであることが好ましい。本実施形態のように小粒径のイオン交換樹脂22を脱塩室15の通水入口から脱塩室15の高さ方向の33〜66%の範囲に配置することにより、脱塩室15を厚くしてもホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分を高度に除去することができるので、脱イオン水W1の製造量を固定した場合における脱塩室15の数を削減することができる。これによりアニオン交換膜及びカチオン交換膜の数を削減することができるだけでなく、電気脱イオン装置の高寿命の運転が可能となる、という効果を奏する。なお、電気脱イオン装置における脱塩室15の数は、1〜200個、特に40〜80個程度とすることが好ましい。
The thickness of the
上側領域15A及び下側領域15Cには、平均粒径0.4mmを超えるイオン交換樹脂が充填されるが、小粒径のイオン交換樹脂を30容積%以下、特に10容積%以下程度含んでいてもよい。
The
上述したような構成の脱塩室15を備えた本実施形態の電気脱イオン装置において、脱塩室の上側領域15A、中間領域15B及び下側領域15Cに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の両方であることが好ましい。
In the electric deionization apparatus of the present embodiment including the
この場合、脱塩室15に充填するアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合割合は、アニオン交換樹脂:カチオン交換樹脂=50:50〜90:10(乾燥重量比)、特に50:50〜80:20(乾燥重量比)の範囲であることが好ましい。この脱塩室15に充填されるアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂は、混合樹脂とすることが好ましいが、上記範囲内の乾燥重量比となるようにアニオン交換樹脂の層とカチオン交換樹脂の層とをそれぞれ積層した構造としてもよい。また、混合樹脂とする場合、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とをすべての箇所で上記の割合で同一としてもよいし、脱塩室15の通水方向の入口側と出口側で異ならせてもよい。例えば、脱塩室15の通水方向の入り口側(図示上側)から通水長さのうち1/2〜1/3の領域においては、アニオン交換樹脂:カチオン交換樹脂=70:30〜80:20(乾燥重量比)の混合樹脂を充填し、その他の箇所(出口側)にはアニオン交換樹脂:カチオン交換樹脂=40:60〜60:40(乾燥重量比)の混合樹脂を充填するなどしてもよい。アニオン交換樹脂をこのように入口側に十分な量を充填することにより、入口側でアニオンが効果的に除去され、アルカリ雰囲気となるので、炭酸、シリカ、ホウ素がよりイオン化しやすくなり、電気脱イオン装置で除去されやすくなる、という効果を奏する。なお、脱塩室15の中間領域15Bに充填される小粒径のイオン交換樹脂22は、これらアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂のそれぞれが上述の平均粒径を満たすようにすればよい。
In this case, the mixing ratio of the anion exchange resin and the cation exchange resin filled in the
なお、ホウ素除去率をさらに向上させるためには、濃縮室にもイオン交換樹脂を充填することがこのましい。この場合、濃縮室に充填するイオン交換樹脂として小粒径のイオン交換樹脂を用いてもよい。 In order to further improve the boron removal rate, it is preferable to fill the concentration chamber with an ion exchange resin. In this case, an ion exchange resin having a small particle size may be used as the ion exchange resin with which the concentration chamber is filled.
また、濃縮室に充填するイオン交換樹脂のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の比率は特に制限はないが、アニオン交換樹脂:カチオン交換樹脂=40:60〜70:30、特に50:50〜70:30(乾燥重量比)の混合樹脂とすることが好ましい。このような濃縮室の厚さは、脱塩室15の厚さと同等とすることができる。
The ratio of the anion exchange resin to the cation exchange resin of the ion exchange resin filled in the concentrating chamber is not particularly limited, but anion exchange resin:cation exchange resin=40:60 to 70:30, particularly 50:50 to 70: A mixed resin of 30 (dry weight ratio) is preferable. The thickness of such a concentrating chamber can be made equal to the thickness of the
次に上述したような構成の脱塩室15を備えた電気脱イオン装置を用いた脱イオン水の製造方法について説明する。まず、RO処理水などの処理原水W0を電気脱イオン装置で処理する。これにより原水W0が脱塩室15に導入され、まず脱塩室15の上側領域15Aにおいて、平均粒径0.4mmを超えるイオン交換樹脂21で塩化物イオン等の除去しやすい強イオン性の成分が除去される。この上側領域15Aは、脱塩室15の高さ[H]の流入側から33%の範囲が確保されているので、この間にホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分がアニオン交換膜側に移動し、中間領域15Bで小粒径のイオン交換樹脂22によりイオン化した弱イオン成分が除去される。そして、最後に脱塩室15の高さ[H]の流出側から34%の範囲が確保された下側領域15Cにおいて、除去しれきれなかった塩化物イオン、ホウ素やシリカなどが除去される。これにより、ホウ素を高度に除去した生産水(脱イオン水)W1を製造することができる。このときの脱塩室15の通水LVは50〜150m/h程度とすることが好ましい。
Next, a method for producing deionized water using the electric deionization apparatus provided with the
特に、本実施形態においては、図5に示すように濃縮室16と脱塩室15とが交互に並設され、脱塩室15の生産水(脱イオン水)W1の取り出し側が濃縮室16の流入口となっているとともに脱塩室15の原水流入側が濃縮室16の流出口となっている。これにより、濃縮室16に脱イオン水W1の一部(例えば10〜30%程度)を濃縮水として脱塩室15に対して向流一過式で通水することにより、脱塩室15の取り出し側ほど濃縮室16内の濃縮水中のイオン濃度が低いものとなるので、濃度拡散による脱塩室15への影響が小さくなり、イオン除去率、特にホウ素の除去率を大きく向上することができる。このときの濃縮室の通水LVは10〜300m/h程度とすることが好ましい。
In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the concentrating
このようにして電気脱イオン装置1を運転してRO処理水を原水W0として処理することにより、ホウ素除去率を99.9%以上程度にまで高めることができる。なお、運転電流密度50A/m2以上とすることが高いホウ素、シリカ除去率とするためには好ましい。
In this way, by operating the
以上、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は、電気脱イオン装置1の脱塩室15のイオン交換樹脂を上述したように充填すれば前記実施形態に限定されず、種々の変更実施が可能である。例えば、濃縮室16に脱イオン水W1を脱塩室15に対して向流一過式で通水せずに同方向に通水してもよいし、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の比率は、要求される水質や原水W0の水質に応じて適宜設定することができる。
Although one embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiment if the ion exchange resin in the
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
〔実施例1〕
電気脱イオン装置1、イオン交換樹脂として以下のものを使用した。
電気脱イオン装置:KCDI−UPz(栗田工業(株)製)、図5に示すように脱塩室15を通水した脱イオン水W1の一部を対向流で濃縮水として濃縮室16に通水する方式を採用。脱塩室15の高さ[H]600mm、脱塩室15の厚み10mm、脱塩室15のセル枚数100枚。
[Example 1]
The following were used as the
Electrodeionization device: KCDI-UPz (manufactured by Kurita Water Industries Co., Ltd.), as shown in FIG. Uses a watering method. The height [H] of the
上記の電気脱イオン装置1において、図2に示すように脱塩室15の通水入口から脱塩室15の高さに対して40〜60%の範囲に小粒径のイオン交換樹脂22として平均粒径が0.3mmのイオン交換樹脂22(アニオン交換樹脂/カチオン交換樹脂=50/50(乾燥重量比))を100mmの高さに充填するとともに、上側領域15A及び下側領域15Cに平均粒径0.6mmのイオン交換樹脂21(アニオン交換樹脂/カチオン交換樹脂=50/50(乾燥重量比))を上側領域15A及び下側領域15Cに充填して、電気脱イオン装置1を構成した。
In the above
栃木県下都賀郡野木町の市水(原水)を凝集・加圧浮上装置、ろ過装置及び活性炭塔からなる前処理システムで処理した後、2段RO膜装置により処理した。この2段RO処理水(原水)W0のシリカ濃度は1μg/L以下であり、ホウ素濃度は約3.5μg/Lであった。続いて、この被処理水(原水)W0を上述した電気脱イオン装置1に通水し、運転電流密度100A/m2で運転した。なお、この電気脱イオン装置における通水LVは100m/hであり、水回収率90%とした。
City water (raw water) in Nogi-cho, Shimotsuga-gun, Tochigi Prefecture was treated with a pretreatment system consisting of a flocculation/pressure flotation device, a filtration device and an activated carbon tower, and then treated with a two-stage RO membrane device. The silica concentration of this two-stage RO-treated water (raw water) W0 was 1 μg/L or less, and the boron concentration was about 3.5 μg/L. Subsequently, the water to be treated (raw water) W0 was passed through the
この電気脱イオン装置により製造した生産水(脱イオン水)W1のホウ素濃度を測定し、ホウ素除去率を計算した。結果を小粒径樹脂の有無、小粒径樹脂の充填位置とともに表1に示す。 The boron concentration of the product water (deionized water) W1 produced by this electric deionization device was measured, and the boron removal rate was calculated. The results are shown in Table 1 together with the presence or absence of the small particle size resin and the filling position of the small particle size resin.
〔実施例2〕
実施例1において、平均粒径が0.3mmのイオン交換樹脂22(アニオン交換樹脂/カチオン交換樹脂=50/50(乾燥重量比))を脱塩室15の通水入口から脱塩室15の高さに対して35〜50%の範囲に充填した以外は同様にして電気脱イオン装置1を構成した。
[Example 2]
In Example 1, an ion exchange resin 22 (anion exchange resin/cation exchange resin=50/50 (dry weight ratio)) having an average particle diameter of 0.3 mm was passed from the water inlet of the
この電気脱イオン装置により、実施例1と同様の条件により、脱イオン水W1を製造し、この脱イオン水W1のホウ素濃度を測定し、ホウ素除去率を計算した。結果を小粒径樹脂の有無、小粒径樹脂の充填位置とともに表1にあわせて示す。 With this electric deionization apparatus, deionized water W1 was produced under the same conditions as in Example 1, the boron concentration of this deionized water W1 was measured, and the boron removal rate was calculated. The results are shown in Table 1 together with the presence or absence of the small particle size resin and the filling position of the small particle size resin.
〔比較例1〕
実施例1において、図3に示すように平均粒径が0.3mmのイオン交換樹脂22(アニオン交換樹脂/カチオン交換樹脂=50/50(乾燥重量比))を脱塩室15の通水入口から脱塩室15の高さに対して0〜20%の範囲(入口側から20%)に充填した以外は同様にして電気脱イオン装置1を構成した。
[Comparative Example 1]
In Example 1, as shown in FIG. 3, an ion exchange resin 22 (anion exchange resin/cation exchange resin=50/50 (dry weight ratio)) having an average particle diameter of 0.3 mm was used as a water inlet of the
この電気脱イオン装置により、実施例1と同様の条件により、脱イオン水W1を製造し、この脱イオン水W1のホウ素濃度を測定し、ホウ素除去率を計算した。結果を小粒径樹脂の有無、小粒径樹脂の充填位置とともに表1にあわせて示す。 With this electric deionization apparatus, deionized water W1 was produced under the same conditions as in Example 1, the boron concentration of this deionized water W1 was measured, and the boron removal rate was calculated. The results are shown in Table 1 together with the presence or absence of the small particle size resin and the filling position of the small particle size resin.
〔比較例2〕
実施例1において、図4に示すように脱塩室15の全域に平均粒径0.6mmのイオン交換樹脂21(アニオン交換樹脂/カチオン交換樹脂=50/50(乾燥重量比))を充填した以外は同様にして電気脱イオン装置1を構成した。
[Comparative Example 2]
In Example 1, as shown in FIG. 4, the
この電気脱イオン装置により、実施例1と同様の条件により、脱イオン水W1を製造し、この脱イオン水W1のホウ素濃度を測定し、ホウ素除去率を計算した。結果を小粒径樹脂の有無、小粒径樹脂の充填位置とともに表1にあわせて示す。 With this electric deionization apparatus, deionized water W1 was produced under the same conditions as in Example 1, the boron concentration of this deionized water W1 was measured, and the boron removal rate was calculated. The results are shown in Table 1 together with the presence or absence of the small particle size resin and the filling position of the small particle size resin.
表1から明らかなとおり、小粒径のイオン交換樹脂22を脱塩室15の通水入口から脱塩室の高さ[H]に対して33〜66%の範囲に、該脱塩室15の高さ[H]の10〜33%の高さに充填した実施例1及び実施例2の電気脱イオン装置は、99.9%以上の高いホウ素除去率を得られることが確認できた。なお、実施例1及び実施例2の電気脱イオン装置は、小粒径のイオン交換樹脂22を充填していない比較例2と比べて通水時の差圧も大きく増加することはなかった。
As is clear from Table 1, the ion-
1 電気脱イオン装置
11 陽極
12 陰極
13 アニオン交換膜
14 カチオン交換膜
15 脱塩室
15A 上側領域
15B 中間領域
15C 下側領域
16 濃縮室
17 陽極室
18 陰極室
W0 原水
W1 生産水(脱イオン水)
W2 濃縮排水
W3 排水
H 脱塩室15の高さ
h 中間領域15Bの高さ
1
W2 Concentrated drainage W3 Drainage H Height of
Claims (8)
前記脱塩室の通水入口から該脱塩室の高さに対して33〜66%の範囲に平均粒径が0.1〜0.4mmのイオン交換樹脂が充填されている、電気脱イオン装置。 A concentration chamber and a deionization chamber are partitioned by an ion exchange membrane between the anode and the cathode, the deionization chamber thus partitioned is filled with an ion exchange resin, and concentrated water is passed through the concentration chamber, In the electric deionization device in which raw water is circulated as water to be treated in the desalting chamber and taken out as production water,
Electrodeionization in which an ion exchange resin having an average particle size of 0.1 to 0.4 mm is filled in a range of 33 to 66% with respect to the height of the desalination chamber from a water inlet of the desalination chamber. apparatus.
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