JP3979890B2 - 脱イオン水を製造する運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気式脱イオン水製造装置にて半導体製造分野、発電所分野、ボイラー分野、製薬分野や研究施設等で用いられる純水、脱イオン水を効率的に製造する運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、脱イオン水の製造方法として従来のイオン交換樹脂の欠点を改善した電気式脱イオン法が開発され実用化されている。この方法は陽極を備える陽極室陰極を備える陰極室との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜を交互に配し、この両膜の間に脱塩室と濃縮室を交互に形成した電気透析装置の脱塩室に、イオン交換樹脂を充填し、電圧を印加しながら、被処理水を脱塩室に流入させ、濃縮室には、被処理水又は濃縮水の一部を濃縮水として流入させる事で脱塩室を脱イオンするものである。この方法では、イオン交換体が連続的に再生されるので、酸やアルカリ等の薬剤での再生が不要となる。
【０００３】
しかしながら、運転停止時は、濃縮室と脱塩室との濃度差により濃縮液から隔膜であるイオン交換膜を介して脱塩室側にＮａＣｌ等の塩分が移動する。その為、脱塩室に充填されているイオン交換体は、運転中は、再生型に維持されていたのが、負荷型となり、汚染される。その為、運転開始時は、脱塩室のイオン交換体が、再生型へ変化するまで、脱イオン水の水質や電導度は、安定せず、その間の水及び電気代がロスとなる。この様に、運転開始時は、安定運転までの立ち上がりに時間がかかり、水利用率の低下や電気代の運転コストＵＰを招く。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、運転開始時の水利用率の低下や電気代の運転コストＵＰの効率低下を改善した運転方法を提案するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、運転開始時の水利用率の低下や電気代の運転コストＵＰのロスを最小限に抑える方法について、種々検討を重ねた結果、運転停止時の停止方法を工夫する事で、目的を達する事を見出し本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、以下の通りである。
（１）陽極室と陰極室の間にカチオン交換膜とアニオン交換膜を交互に配し、この両膜の間に脱塩室と濃縮室を交互に形成した、電気透析装置の少なくとも脱塩室にイオン交換体を充填した電気式脱イオン水製造装置に被処理水を流して脱イオン水を製造する運転方法において、脱イオン水を製造後の前記陽極陰極間の印加電圧を停止後に、前記濃縮室に濃縮液の電気電導度より低い電気電導度を有する液体を少なくとも該室の容積量を通水した後に通水を止める事を特徴とする脱イオン水を製造する運転方法。
（２）前記の液体が、前記被処理水または前記脱イオン水であることを特徴とする（１）に記載の運転方法。
（３）前記の液体が、前記脱イオン水であることを特徴とする（１）記載の運転方法。
（４）脱塩室への通水を、印加電圧の停止と同時に停止することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の運転方法。
（５）前記の液体の通水量が、濃縮室の容積量以上で濃縮室容積量の１０倍未満であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の運転方法。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明について以下具体的に説明する。
本発明は、陽極を備える陽極室と、陰極を備える陰極室との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜を交互に配置させ、陽極側がアニオン交換膜で区画され陰極側がカチオン交換膜で区画された脱塩室と陽極側がカチオン交換膜で区画され陰極側がアニオン交換膜で区画された濃縮室が交互に形成された電気透析装置の少なくとも脱塩室にイオン交換体を充填した電気式脱イオン水製造装置を使用する。
【０００７】
脱塩室には、被処理水を流入させ、濃縮室には被処理水又は被処理水の一部を循環しても構わない。又、必要に応じて脱塩室以外の濃縮室や電極室に、イオン交換体を充填しても構わない。この様な電気脱イオン水製造装置で、直流電圧を両電極間に印加すると、脱塩室では、被処理水中の不純物イオンは、一旦脱塩室に充填されたイオン交換体により吸着除去され、次に電気的推進力によりイオン交換体から脱離されイオン交換膜を透過して、濃縮室に移動し、排出される。一方、不純物イオンが除去された脱イオン水は、脱塩室より流出する。
【０００８】
次に、本発明の運転方法は、運転停止法として、まず陽極陰極間の印加電圧を停止させ、その後、印加電圧を停止した時に前記濃縮室にある濃縮液の電気電導度より低い電気電導度を有する液体を少なくとも該室の容積量を通水した後に通水を停止する事を特徴とする。濃縮室に通水する濃縮液の電気電導度より低い電気電導度を有する液体を通水する事で、濃縮室と脱塩室との濃度差により濃縮液から隔膜であるイオン交換膜を介して脱塩室側にＮａＣｌ等の塩分が移動する事が少なくなり、脱塩室の液体の電気伝導度を低く保ち、汚染を防ぐ事が出来る。それにより、運転再開時の安定までの時間を短くする事が出来る。
【０００９】
濃縮室に通水する濃縮液の電気電導度より低い電気電導度を有する液体としては、被処理水や脱塩室より流出した脱イオン水が好ましい。特に、脱塩室からの脱イオン水を濃縮室に通水する事は、濃縮室と脱塩室の液組成が同じとなり、電気電導度の上昇が抑えられ、より好ましい。
又、濃縮室の容積量とは、充填されているイオン交換体の容積を除いた、液体が通水される部分の容積である。脱塩室への通水は、印加電圧の停止と同時に停止する事が、脱塩室に被処理水が流入する事を防ぎ、脱塩室の電気伝導度を低く保ち、更に、該室の充填イオン交換体の汚染も防ぐ為にも好ましい。
濃縮室に通水する濃縮液の電気電導度より低い液体の通水量は、少なくとも該室の容積量以上である。通水量が該室の容積量未満では、液の置換が不十分である。通水量が、該室の容積量の１０倍未満である事が好ましい。通水が、該室の容積量の１０倍以上では、停止に時間がかかり、コスト的に不利である。より好ましくは、通水量が、該室の容積量の２倍以上、５倍未満である。
本発明における電気脱イオン水製造装置の形式は、スタック形式の積層型やスパイラル型等、特に限定されない。
【００１０】
脱塩室に充填されるイオン交換体としては、繊維状、粒状、シート状があるが、この中で単独又は組み合わせて使用する事ができ又、その大きさについても特に限定されるものではない。好ましいイオン交換体としては、イオン交換樹脂があげられる。又、交換体の構造では、強酸性や弱酸性のカチオン交換体及び強塩基性や弱塩基性のアニオン交換体の中から適宜選択出来る。又、カチオン交換体とアニオン交換体の比率も被処理水の水質に合わせて適宜選択出来る。
【００１１】
カチオン交換膜は、特に限定されず、補強材で補強された均一膜や交換樹脂と他のポリマーがブレンドされた不均一膜が使用出来る。構造としては、スチレンとジビニルベンゼン共重合体のスルホン化物やポリスチレンスルホン酸及びその塩、ポリビニルスルホン酸及びその塩、ポリアクリル酸及びその塩、ポリメタクリル酸及びその塩等を含有する膜が挙げられる。
【００１２】
アニオン交換膜も、特に限定されず、補強材で補強された均一膜や交換樹脂と他のポリマーがブレンドされた不均一膜が使用出来る。構造としては、スチレンとジビニルベンゼン共重合体のクロロメチル化反応後の４級アミノ化物、クロロメチルスチレンとジビニルベンゼン共重合体の４級アミノ化物、４−ビニルピリジンとジビニルベンゼン共重合体の４級アミノ化物及びその４級ピリジニウム化物、２−ビニルピリジンとジビニルベンゼン共重合体及びその４級ピリジニウム化物、１−ビニルイミダゾールとジビニルベンゼン共重合体及びその４級化物、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドとジビニルベンゼン重合体及びその４級化物、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドとジビニルベンゼン重合体及びその４級化物等を含有する膜が挙げられる。
【００１３】
又、濃縮室は、特にスケール成分である、Ｃａ塩には十分配慮する必要があり、電気透析で行われているＰＨ調整やスケール防止剤での調整は、好ましい方法である。ＰＨ調整は、外部添加でも電極液による内部添加でもどちらでも構わない。
次に実施例によって本発明を説明するが、これに限定されるものでない。
【００１４】
【実施例１】
脱塩室４室、濃縮室４室、室厚み各々３ｍｍからなる電気透析装置の脱塩室に、イオン交換体として再生形の強酸性カチオン交換樹脂と再生形の強塩基性アニオン交換樹脂を均一混合状態で充填した電気脱イオン水製造装置を用いた。この時の、脱塩室でのイオン交換体の容積充填率は８０％であった。又、カチオン交換膜とアニオン交換膜は、各々アシプレックス（商品名、旭化成（株）製）Ｋ−５０１とＡ−５０１を使用した。
【００１５】
電導度２００μｓ／ｃｍの被処理水を脱塩室に、イオン交換体の容積に対し、１時間当たり２７倍の流量を流し、濃縮室に、被処理水を脱塩室流量に対し、１／５の流量を流した。電流密度は、３０Ａ／ｍ²で約１０時間通電を行った。
得られた、脱イオン水の電気電導度は、５０μｓ／ｃｍで、安定した水質が得られた。次に、運転停止の手順は、まず、印加電圧と脱塩室への通水を同時に停止した後、濃縮室へは、濃縮室の容積量を通水した後に通水を停止した。２４ｈｒ停止した後に運転を再開した。脱イオン水の電導度が５０μｓ／ｃｍに達し、安定するまでの時間は、１５分であった。
【００１６】
【比較例１】
実施例１と同じ電気脱イオン水製造装置、被処理水及び運転条件にて運転し、得られた、脱イオン水の電気電導度は、５０μｓ／ｃｍで、安定した水質が得られた。次に、運転停止は、印加電圧、脱塩室及び濃縮室への通水を同時に停止した。２４ｈｒ停止した後に運転を再開した。脱イオン水の電気電導度が５０μｓ／ｃｍに達し、安定するまでの時間は、約６０分であった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の方法は、頻繁に運転と停止を繰り返す運転形態でも、安定な水質の脱イオンを早く供給でき、且つ低コストにて製造する効果を有する。

Claims (5)

1. 陽極室と陰極室の間にカチオン交換膜とアニオン交換膜を交互に配し、この両膜の間に脱塩室と濃縮室を交互に形成した、電気透析装置の少なくとも脱塩室にイオン交換体を充填した電気式脱イオン水製造装置に、被処理水を流して脱イオン水を製造する運転方法において、脱イオン水を製造後の前記陽極陰極間の印加電圧を停止後に、前記濃縮室に濃縮液の電気電導度より低い電気電導度を有する液体を少なくとも該室の容積量を通水した後に通水を止める事を特徴とする脱イオン水を製造する運転方法。
2. 前記の液体が、前記被処理水または前記脱イオン水であることを特徴とする請求項１記載の運転方法。
3. 前記の液体が、脱イオン水であることを特徴とする請求項１に記載の運転方法。
4. 脱塩室への通水を、印加電圧の停止と同時に停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の運転方法。
5. 前記の液体の通水量が、濃縮室容積量の１０倍未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の運転方法。