JP4439674B2 - Deionized water production equipment - Google Patents
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- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造分野、医製薬製造分野、原子力や火力等の発電分野、食品工業などの各種の産業又は研究所施設において使用され、高純度の水質をより安定して供給できる省電力型電気式脱イオン水製造装置を有する脱イオン水製造装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
脱イオン水を製造する方法として、従来からイオン交換樹脂に被処理水を通して脱イオンを行う方法が知られているが、この方法ではイオン交換樹脂がイオンで飽和されたときに薬剤によって再生を行う必要があり、このような処理操作上の不利な点を解消するため、近年、薬剤による再生が全く不要な電気式脱イオン法による脱イオン水製造方法が確立され、実用化に至っている。
【0003】
図8はその従来の典型的な電気式脱イオン水製造装置の模式断面図を示す。図8に示すように、カチオン交換膜101及びアニオン交換膜102を離間して交互に配置し、カチオン交換膜101とアニオン交換膜102で形成される空間内に一つおきにイオン交換体103を充填して脱塩室とする。脱塩室の被処理水流入側(前段)にはアニオン交換樹脂103aが充填され、脱塩室の被処理水流出側(後段)にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂103bが充填されている。また、脱塩室104のそれぞれ隣に位置するアニオン交換膜102とカチオン交換膜101で形成されるイオン交換体103を充填していない部分は濃縮水を流すための濃縮室105とする。
【0004】
また、脱塩室の一側に陰極109を配設すると共に、他端側に陽極110を配設する。なお、前述したスペーサーを挟んだ位置が濃縮室105であり、また両端の濃縮室105の両外側に必要に応じカチオン交換膜101、アニオン交換膜102、あるいはイオン交換性のない単なる隔膜等の仕切り膜を配設し、仕切り膜で仕切られた両電極109、110が接触する部分をそれぞれ陰極室112及び陽極室113とする。このように、従来の電気式脱イオン水製造装置においては、濃縮室の数は脱塩室の数より1つ多い形態のものであるか、あるいは両端に濃縮室を仕切り膜無しで電極室とした場合、1つ少ないものであった。
【0005】
このような電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合を図8を参照して説明する。すなわち、陰極109と陽極110間に直流電流を通じ、また、被処理水流入ライン111から被処理水が流入すると共に、濃縮水流入ライン115から濃縮水が流入し、且つ電極水流入ライン117、117からそれぞれ電極水が流入する。被処理水流入ライン111から流入した被処理水は脱塩室104を流下し、先ず、前段のアニオン交換樹脂103aを通過する際、塩酸イオンや硫酸イオンなどのアニオン成分が除去され、次に、後段のカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂103bを通過する際、マグネシウムやカルシウムなどのカチオン成分が除去される。濃縮水流入ライン115から流入した濃縮水は各濃縮室105を上昇し、カチオン交換膜101及びアニオン交換膜102を介して移動してくる不純物イオンを受取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン116から流出され、さらに電極水流入ライン117、117から流入した電極水は電極水流出ライン118、118から流出される。従って、脱イオン水流出ライン114から脱塩水が得られる。
【0006】
このような電気式脱イオン水製造装置を使用して被処理水中の不純物イオンを省電力で除去するために、電気式脱イオン水製造装置の電気抵抗を低減する種々の試みがなされている。この場合、脱塩室においては、脱塩室に使用されるイオン交換体の充填方法や充填量が要求される処理水の水質によって決定されるため、脱塩室の電気抵抗を低減させるには限界がある。そこで、濃縮室の電気抵抗を低減するための対策が採られることが多い。例えば、特開平9−24374号公報には、濃縮室に電解質を添加供給して濃縮室における電気抵抗を低減する方法が開示されている。また、濃縮水の循環によって導電率の上昇を促進し、濃縮室の電気抵抗を低減する方法も多数報告されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、濃縮室に電解質を添加供給して濃縮室の電気抵抗を低減する方法は、電解質を濃縮室へ供給するためのポンプ、薬剤貯留タンク及び供給配管などを設置しなければならず、設置面積の増加、設置コストの上昇などを招く、また、定期的に薬剤の補給や管理を行わなければならず、連続再生型装置であるにもかかわらず人手がかかるという問題がある。また、濃縮水の循環によって導電率の上昇を促進し、濃縮室の電気抵抗を低減する方法は、濃縮水中に含まれるカルシウムやマグネシウムなどの硬度成分も濃厚となりスケールの発生を促進して、結果的に電気抵抗の上昇を招来するという問題がある。
【0008】
一方、電気式脱イオン水製造装置の被処理水としては、工業用水、水道水、脱イオン水を用いた生産工程からの回収水等が単独あるいは混合して使用されている。工業用水や水道水は季節や天候に起因する水質変動がある。特に、渇水や雨量が水質変動の要因となる。また、生産工程からの回収水は活性炭、イオン交換、逆浸透膜装置などの処理を経た後、被処理水として利用されるが、使用薬品の混入、微量不純物の混入など生産工程の変動に起因する水質変動がある。この場合、電気式脱イオン水製造装置の前段に活性炭、イオン交換、逆浸透膜装置などの前処理を強化して対処することも考えられるが、単に、同一位置(前処理)での補強だけでは上記のような水質変動に対応できず、電気式脱イオン水製造装置の処理水の水質低下を安定して抑制することはできない。また、運転開始当初は、処理水の使用量が急速に増大し、大流量の被処理水が脱塩室に流入する場合があるが、このような場合にも処理水の水質を低下させることなく、高純度の水質を有する処理水を安定して供給する必要がある。
【0009】
従って、本発明の目的は、濃縮水へ薬剤を添加することなく、電気式脱イオン水製造装置の構造面からの抜本的な改善により電気抵抗を低減すると共に、被処理水の供給量増大や被処理水の水質悪化に対応でき、高純度の水質をより安定して供給できる省電力型電気式脱イオン水製造装置を利用した脱イオン水製造装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、(1)枠体の一側にカチオン交換膜が封着され、他側にアニオン交換膜が封着された従来の脱塩室構造において、このカチオン交換膜とアニオン交換膜の間にさらに、脱塩室を2分割する中間イオン交換膜を配設して、2つの小脱塩室を隣合わせに有する脱塩室とし、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら被処理水を一方の小脱塩室に流入させ、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室に流入させると共に、濃縮室に濃縮水を流入して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造するようにすれば、イオン交換体が充填された脱塩室1つ当たりの濃縮室の数を従来の約半分にすることができ、電気式脱イオン水製造装置の電気抵抗を著しく低減できること、(2)このような電気式脱イオン水製造装置の2つの小脱塩室を接続する配管途中に加圧ポンプを設置し、下流側の小脱塩室への流入水の圧力を高めて供給すれば、下流側の小脱塩室内圧力は上流側の小脱塩室内圧力より常に高めることができ、被処理水の供給量増大に伴い上流側の小脱塩室内圧力が上昇しても上流側小脱塩室から下流側小脱塩室へのイオンの移動や液の漏洩などが防止できること、(3)また、このような電気式脱イオン水製造装置の2つの小脱塩室を接続する配管途中に逆浸透膜装置、紫外線酸化装置などを設置すれば、被処理水からの除去が困難とされるホウ素や有機物(TOC)が極めて効率よく除去できること、などを見出し、本発明を完成するに至った。
【0011】
すなわち、請求項1の発明(1)は、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される2つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して形成され、前記一方の小脱塩室の流出管は他方の小脱塩室の流入管に接続され、該2つの小脱塩室を接続する配管途中にポンプを設置してなる電気式脱イオン水製造装置を有することを特徴とする脱イオン水製造装置を提供するものである。かかる構成を採ることにより、電気式脱イオン水製造装置ではイオン交換体が充填された脱塩室1つ当たりの濃縮室の数を従来の約半分にすることができ、電気抵抗を著しく低減できる。また、2つの小脱塩室のうち、少なくとも1つの脱塩室に充填されるイオン交換体を例えばアニオン交換体のみ、又はカチオン交換体のみ等の単一イオン交換体もしくはアニオン交換体とカチオン交換体の混合イオン交換体とすることができ、イオン交換体が充填された脱塩室の厚さを電気抵抗を低減し、且つ高い電流効率を得る最適な厚さに設定することができる。また、運転当初、処理水の使用量が増大して被処理水の供給量の増加や閉塞などにより上流側の小脱塩室内の圧力が上昇しても下流側の小脱塩室内圧力を上流側の小脱塩室内圧力より常に高めることができ、上流側小脱塩室から下流側小脱塩室へのイオンの移動や液の漏洩などが防止でき、高純度の水質をより安定して供給できる。さらに、上流側の小脱塩室より下流側の小脱塩室の流量を多くすることができる。例えば、使用点(ユースポイント)で使用後の水が十分な水質で簡単な処理で回収できる場合や、ユースポイントで使用されることなく循環回収される場合にはこれらの回収水を上流側の小脱塩室を経ずに直接下流側の小脱塩室に供給することができる。
【0012】
請求項2の発明(2)は、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される2つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して形成され、前記一方の小脱塩室の流出管は他方の小脱塩室の流入管に接続され、該2つの小脱塩室を接続する配管途中に逆浸透膜装置、紫外線酸化装置及び脱気膜装置から選ばれる1種以上を設置してなる電気式脱イオン水製造装置を有することを特徴とする脱イオン水製造装置を提供するものである。かかる構成を採ることにより、前記中間イオン交換膜と前記他側のアニオン交換膜で区画される一方の小脱塩室に充填されるイオン交換体を、アニオン交換体とし、前記一側のカチオン交換膜と前記中間イオン交換膜で区画される他方の小脱塩室に充填されるイオン交換体を、カチオン交換体とアニオン交換体の混合体とした場合、上流側(一方)の小脱塩室でアニオン成分が除去され、この小脱塩室の流出水はアルカリ側となる。このため、ホウ素に関しては、被処理水中のホウ素の解離が進むか、あるいは何らかの電気的処理を受けたことによりホウ素の存在形態が変化し、次いで流入する逆浸透膜装置でホウ素の除去効率が一層高まる。また、有機物に関しても同様に被処理水中の有機物の解離が進むか、あるいは何らかの電気的処理を受けたことにより有機物の存在形態が変化し、次いで流入するUVoxで酸化し易くなる。また、電気式脱イオン水製造装置の第2小脱塩室で有機物の一部が除去されるため、次いで流入するUVoxでは残存の有機物を酸化すればよく、除去効率が向上する。従って、渇水などの自然現象や工場の生産工程からの不純物混入など被処理水の水質が悪化しても対応可能となる。
【0013】
請求項3の発明(3)は、前記電気式脱イオン水製造装置の後段に、限外濾過膜装置又は精密濾過膜装置を設置し、前記電気式脱イオン水製造装置の処理水中の微粒子を更に除去することを特徴とする前記(1)又は(2)記載の脱イオン水製造装置を提供するものである。かかる構成を採ることにより、前記発明と同様の効果を奏する他、逆浸透膜装置や電気式脱イオン水製造装置で除去することができない被処理水中の微粒子を除去することができる。
【0014】
請求項4の発明(4)は、前記中間イオン交換膜と前記他側のアニオン交換膜で区画される一方の小脱塩室に充填されるイオン交換体は、アニオン交換体であり、前記一側のカチオン交換膜と前記中間イオン交換膜で区画される他方の小脱塩室に充填されるイオン交換体は、カチオン交換体とアニオン交換体の混合体であることを特徴とする前記(1)又は(2)の脱イオン水製造装置を提供するものである。かかる構成を採ることにより、アニオン成分を多く含む被処理水、特にシリカ、炭酸等の弱酸性成分を多く含む被処理水を十分に処理することが可能となると共に、2つの小脱塩室を接続する配管途中に逆浸透膜装置や紫外線酸化装置を設置すれば、被処理水中のホウ素や有機酸を効率的に除去できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する電気式脱イオン水製造装置の1例を図1を参照して説明する。図1はその電気式脱イオン水製造装置の模式図である。図1に示すように、カチオン交換膜3、中間イオン交換膜5及びアニオン交換膜4を離間して交互に配置し、カチオン交換膜3と中間イオン交換膜5で形成される空間内にイオン交換体8を充填して第1小脱塩室d1 、d3 、d5 、d7 を形成し、中間イオン交換膜5とアニオン交換膜4で形成される空間内にイオン交換体8を充填して第2小脱塩室d2 、d4 、d6 、d8 を形成し、第1小脱塩室d1 と第2小脱塩室d2 で脱塩室D1 、第1小脱塩室d3 と第2小脱塩室d4 で脱塩室D2 、第1小脱塩室d5 と第2小脱塩室d6 で脱塩室D3 、第1小脱塩室d7 と第2小脱塩室d8 で脱塩室D4 とする。また、脱塩室D2 、D3 のそれぞれ隣に位置するアニオン交換膜4とカチオン交換膜3で形成されるイオン交換体8を充填していない部分は濃縮水を流すための濃縮室1とする。これを順次に併設して図中、左より脱塩室D1 、濃縮室1、脱塩室D2 、濃縮室1、脱塩室D3 、濃縮室1、脱塩室D4 を形成する。また、中間膜を介して隣合う2つの小脱塩室において、第2小脱塩室の処理水流出ライン12は集合配管12a通じて貯槽21に接続され、貯槽27から延出されるポンプ25を有する流出配管23はバルブ21を有する配管13aを通じて第1小脱塩室の被処理水流入ライン13に連接されている。また、貯槽27には流出配管23のバルブ22を有する戻り配管24と、窒素ガス配管26が接続されている。記号P1は第2小脱塩室(上流側小脱塩室)の入口圧力を測定する圧力計を、P2は第2小脱塩室の出口圧力を測定する圧力計を、P3は第1小脱塩室(下流側小脱塩室)の入口圧力を測定する圧力計を、P4は第1小脱塩室の出口圧力を測定する圧力計をそれぞれ示す。
【0016】
上記のような脱塩室は2つの内部がくり抜かれた枠体と3つのイオン交換膜によって形成される脱イオンモジュールからなる。すなわち、図では省略するが、第1枠体の一側にカチオン交換膜を封着し、第1枠体のくり抜かれた部分にイオン交換体を充填し、次いで、第1枠体の他方の部分に中間イオン交換膜を封着して第1小脱塩室を形成する。次に中間イオン交換膜を挟み込むように第2枠体を封着し、第2枠体のくり抜かれた部分にイオン交換体を充填し、次いで、第2枠体の他方の部分にアニオン交換膜を封着して第2小脱塩室を形成する。なお、イオン交換膜は比較的柔らかいものであり、第1枠体、第2枠体内部にイオン交換体を充填してその両面をイオン交換膜で封着した時、イオン交換膜が湾曲してイオン交換体の充填層が不均一となるのを防止するため、第1枠体、第2枠体の空間部に複数のリブを縦設する。また、図では省略するが、第1枠体、第2枠体の上方部に被処理水の流入口又は処理水の流出口が、また枠体の下方部に被処理水の流出口又は処理水の流入口が付設されている。このような脱イオンモジュールの複数個をその間に図では省略するスペーサーを挟んで、並設した状態が図1に示されたものであり、並設した脱イオンモジュールの一側に陰極6を配設すると共に、他端側に陽極7を配設する。なお、前述したスペーサーを挟んだ位置が濃縮室1であり、また両端の脱塩室Dの両外側に必要に応じカチオン交換膜、アニオン交換膜、あるいはイオン交換性のない単なる隔膜等の仕切り膜を配設し、仕切り膜で仕切られた両電極6、7が接触する部分をそれぞれ電極室2、2としてもよい。
【0017】
このような電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合、以下のように操作される。すなわち、陰極6と陽極7間に直流電流を通じ、また被処理水流入ライン11から被処理水が流入すると共に、濃縮水流入ライン15から濃縮水が流入し、かつ電極水流入ライン17、17からそれぞれ電極水が流入する。被処理水流入ライン11から流入した被処理水は第2小脱塩室d2 、d4 、d6 、d8 を流下し、例えばアニオン交換体81の充填層を通過する際に不純物イオンが除去される。更に、第2小脱塩室の処理水流出ライン12を通った流出水は貯槽27に流入する。そして、窒素シールにより外部ガス、特に空気中の炭酸ガスの混入を遮断した状態で貯留される。ここでタンクのシールに利用する窒素源は、ガスボンベの窒素、液体窒素、ガス分離膜又は圧力スイング吸着法により空気から炭酸ガスを除去した改質空気又はさらに酸素を除去した窒素ガスを利用できる。貯留された流出水はポンプ25で昇圧された後、第1小脱塩室の被処理水流入ライン13を通って第1小脱塩室d1 、d3 、d5 、d7 を流下し、ここでも例えば、カチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体82の充填層を通過する際に不純物イオンが除去され、脱イオン水が脱イオン水流出ライン14から得られる。また、濃縮水流入ライン15から流入した濃縮水は各濃縮室1を上昇し、カチオン交換膜3及びアニオン交換膜4を介して移動してくる不純物イオンを受取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン16から流出され、さらに電極水流入ライン17、17から流入した電極水は電極水流出ライン18、18から流出される。この場合、P3の圧力≧P1の圧力、P4の圧力≧P2の圧力の双方を満足するように、ポンプ25の供給圧力及びバルブ21、22の開度が決定される。上述の操作によって、被処理水中の不純物イオンは電気的に除去されると共に、処理水の使用量変動、特に大流量の被処理水を供給するに伴い第2小脱塩室内圧力(P1)が上昇しても、第1小脱塩室内圧力は第2小脱塩室内圧力より常に高めることができ、第2小脱塩室から第1小脱塩室へのイオンの移動や液の漏洩などが防止できる。P3とP1の圧力差及びP4とP2の圧力差は0.15MPa(1.5kg/cm2) (ゲージ圧) 以下とすることが好ましい。この圧力差が大きすぎると逆に第1小脱塩室から第2小脱塩室への液の漏洩が起こり易く、またイオン交換膜の変形が大きくなる。
【0018】
図1において、例えば貯槽27やポンプ25を省略し、配管12aと配管13aを直接接続し、第2小脱塩室の流出水をそのまま第1小脱塩室の流入水とすると、被処理水の流量が増大し第2小脱塩室の圧力が増大した場合、第2小脱塩室と第1小脱塩室が隣接し、しかも第2小脱塩室の流出水が第1小脱塩室へ直接供給される構造から、圧力は第2小脱塩室の方が第1小脱塩室より必ず大となり、第2小脱塩室から第1小脱塩室へイオンや液の漏洩が起こることがある。また、このような漏洩が起こると小脱塩室中の不純物濃度は第2小脱塩室の方が第1小脱塩室より必ず大であるため第1小脱塩室の流出水(脱イオン水)の水質は低下してしまう、という問題がある。しかし、図1に示すように、2つの小脱塩室を接続する配管途中に昇圧ポンプを設置し、P1〜P4の圧力を上記の関係を満たすように運転してやれば、被処理水の供給量増大に伴う上記の問題を解決することができる。また、図1において、貯槽27には図では省略する別系統からの流入配管を接続してもよい。これにより、例えば、ユースポイントで使用後の水が十分な水質で簡単な処理で回収できる場合や、ユースポイントで使用されることなく循環回収される場合にはこれらの回収水を上流側の小脱塩室を経ずに直接下流側の小脱塩室に供給することができる。
【0019】
本実施の形態例において、中間のイオン交換膜としては、カチオン交換膜又はアニオン交換膜の単一膜、あるいはアニオン交換膜、カチオン交換膜の両方を配置したとした複式膜のいずれであってもよい。装置上部又は装置下部にアニオン交換膜又はカチオン交換膜とした複式膜とする場合、アニオン交換膜及びカチオン膜のそれぞれの高さ(面積)は被処理水の水質又は処理目的などによって適宜決定される。また、単一膜を使用する場合、被処理水中から除去したいイオン種に応じてイオン交換膜が決定される。
【0020】
第1小脱塩室又は第2小脱塩室の厚さは特に制限されず、第1小脱塩室又は第2小脱塩室に充填されるイオン交換体の種類と充填方法によって、最適な厚さを決定すればよい。従って、第1小脱塩室の厚さを3mm、第2小脱塩室の厚さを6mmとして、全体の厚さ、すなわち脱塩室の厚さを9mmとしてもよい。このように、複数の脱塩室と濃縮室を交互に配置し、脱塩室の両側に配されるカチオン交換膜とアニオン交換膜で区画される脱塩室の厚みは、従来のものよりも厚くでき、1.5〜18mm範囲、好適には、6.5〜15mm、更に好適には9〜13mmの範囲で適宜決定される。
【0021】
また、脱塩室に充填されるイオン交換体としては、特に制限されず、アニオン交換体(以下、「A」とも言う)単床、カチオン交換体(以下、「K」とも言う)単床及びアニオン交換体とカチオン交換体の混床(以下、「K/A」とも言う)又はこれらの組合せのものが挙げられる。また、イオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維などイオン交換機能を有する物質であればいずれでもよく、また、それらを組合せたものであってもよい。
【0022】
また、被処理水の第1小脱塩室及び第2小脱塩室での流れ方向は、特に制限されず、上記実施の形態例の他、第1小脱塩室と第2小脱塩室での流れ方向が異なっていてもよい。また、被処理水が流入する小脱塩室は、上記実施の形態例の他、先ず、被処理水を第1脱塩室に流入させ、流下した後、第1脱塩室の流出水を第2脱塩室に流入させてもよい。また、濃縮水の流れ方向も適宜決定される。
【0023】
次に、本発明の他の実施の形態における脱イオン水製造装置について説明する。すなわち、本実施の形態例は、図1で示される電気式脱イオン水製造装置(以下、「EDI−1」とも言う)を有し、該電気式脱イオン水製造装置の2つの小脱塩室を接続する配管途中に逆浸透膜装置(以下、「RO」とも言う)及び紫外線酸化装置(以下、「UVox」とも言う)のいずれか一方、又は両方共に設置するか、あるいは更に該電気式脱イオン水製造装置の後段に限外濾過膜装置(以下、「UF」とも言う)又は精密濾過膜装置(以下、「MF」とも言う)を設置するものである。本実施の形態における電気式脱イオン水製造装置は図1中、貯槽27及びポンプ25などを省略して配管12aと配管13aを直接接続した電気式脱イオン水製造装置(以下、「EDI- 2」とも言う)であってもよい。次に、具体的な脱イオン水製造装置例と被処理水の流れを次に示す。
【0024】
(脱イオン水製造装置I)
脱イオン水製造装置Iは第1RO及びEDI- 1をこの順序で直列に接続し、EDI- 1の上流側の小脱塩室と下流側の小脱塩室を連接する配管途中でポンプ25の下流側に第2ROを設置したものである。第1ROは後段のEDI- 1の負荷を低減するために設置され、第2ROは上流側小脱塩室の処理水中のホウ素や有機物などの不純物イオンを除去するために設置されるもので、双方とも公知の逆浸透膜装置(逆浸透膜モジュール)が使用できる。第1及び第2ROに使用される逆浸透膜としては、特に制限されず、酢酸セルロース系非対称性膜、ポリアミド系複合合成膜などが例示される。また、ROの形態としては、スパイラルモジュール、中空糸モジュール、平膜モジュールなどが例示される。
【0025】
脱イオン水製造装置Iにおいて、第1RO透過水は先ずEDI- 1の第2小脱塩室(A)に流入する。次いで、この第2小脱塩室の流出水は第2ROに供給され、次いで第2RO透過水はEDI- 1の第1小脱塩室(K/A)に流入する。この方法によれば、EDI- 1の第2小脱塩室(A)でアニオン成分が除去され、この小脱塩室の流出水はアルカリ側となる。このため、被処理水中からの除去が困難とされるホウ素の解離が進むか、あるいは何らかの電気的処理を受けたことによりホウ素の存在形態が変化し、次いで流入する第2ROやEDI- 1の第1小脱塩室(K/A)で、ホウ素の除去効率が一層高まる。
【0026】
(脱イオン水製造装置II)
脱イオン水製造装置IIは第1RO及びEDI- 2をこの順序で直列に接続し、EDI- 2の上流側の小脱塩室と下流側の小脱塩室を連接する配管途中にUVoxを設置したものである。すなわち、脱イオン水製造装置Iと異なる点は貯槽とポンプを省略し、第2ROに代えてUVoxを使用した点にある。UVoxとしては、被処理水に少なくとも185nm付近の波長を照射可能な紫外線ランプを備え、被処理水中の有機物を分解可能なものであればよい。UVoxは、通常185nm付近の波長の紫外線に加えて、それより有機物分解能力が低い254nm付近の波長の紫外線も照射可能な装置である。
【0027】
脱イオン水製造装置IIにおいて、第1ROの透過水は後段のEDI- 2の第2小脱塩室(A)に流入する。次いで、この第2小脱塩室の流出水はUVoxに供給され、次いでUVoxの処理水はEDI- 2の第1小脱塩室(K/A)に流入する。この方法によれば、脱イオン水製造装置I の場合と同様、EDI- 2の第2小脱塩室(A)でアニオン成分が除去され、該小脱塩室の流出水はアルカリ側となる。このため、被処理水中の有機物の解離が進むか、あるいは何らかの電気的処理を受けたことにより有機物の存在形態が変化し、次いで流入するUVoxで酸化し易くなる。また、EDI- 2の第2小脱塩室(A)で有機物の一部が除去される。次いで流入するUVoxは残存する有機物を酸化するだけでよく酸化効率が向上する。
【0028】
(脱イオン水製造装置III )
脱イオン水製造装置III は第1RO及びEDI- 1をこの順序で直列に接続し、EDI- 1の上流側の小脱塩室と下流側の小脱塩室を連接する配管途中に第2RO及びUVoxを上流側よりこの順序で直列に設置したものである。すなわち、脱イオン水製造装置Iと異なる点は第2ROの後段側でEDI- 1の第1小脱塩室の手前に更にUVoxを設置した点にある。
【0029】
脱イオン水製造装置III において、第1RO透過水は先ずEDI- 1の第2小脱塩室(A)に流入する。次いで、この第2小脱塩室の流出水は第2ROに供給され、第2RO透過水はUVoxに供給され、次いでUVox処理水はEDI- 1の第1小脱塩室(K/A)に流入する。この方法によれば、前記脱イオン水製造装置I と同様の効果を奏する他、UVoxへの供給水はROの透過水であるため、第2ROで有機物の他の一部が更に除去され、UVoxは残存する有機物の酸化を行うだけでよく更に効率的である。また、UVoxの酸化分解で生じる炭酸ガスも少なくなり後段のEDI- 1の第1小脱塩室(K/A)での負荷も低減される。
【0030】
この脱イオン水製造装置III の変形例として、第2ROとUVoxの設置順序を入れ換えることもできる。すなわち、EDI- 1の第2小脱塩室の流出水はUVoxに供給され、UVox処理水は第2ROに供給され、次いで第2RO透過水はEDI- 1の第1小脱塩室(K/A)に流入する。しかし、前段のUVoxで有機物は分解されるものの、分解物の炭酸ガスは第2ROで除去できず、EDI- 1の第1小脱塩室(K/A)の負荷となることや、UVoxでは酸が生成し、その処理水はアルカリ側にならないため、第2ROでホウ素などが有効に除去できないなどの理由から、脱イオン水製造装置III の方が好適である。
【0031】
また、上記脱イオン水製造装置I〜III の後段に、限外濾過膜装置又は精密濾過膜装置を設置することもできる。すなわち、EDI- 1やEDI- 2の第1小脱塩室の流出水を更に限外濾過膜装置又は精密濾過膜装置により処理すれば、脱イオン水中の微粒子を格段に減少させることができる。限外濾過膜装置や精密濾過膜装置は公知のものが使用できる。
【0032】
(脱イオン水製造装置IV)
脱イオン水製造装置IVは図2に示すように被処理水から脱イオン水を得ると共に、回収系も含めた総合システム50である。脱イオン水製造装置IV(記号50)は大きくは、EDI- 1前段処理部分42、EDI- 1処理部分43、EDI- 1後段処理部分44に分かれる。EDI- 1前段処理部分42は上流側より、脱炭酸塔31、ポンプ32、第1逆浸透膜装置33を直列に接続してなる。第1逆浸透膜装置33の濃縮水ラインは更に、貯槽39、ポンプ40及び回収逆浸透膜装置41の順で接続されている。なお、回収逆浸透膜装置41は独立したタンク39、ポンプ40は必ずしも必要ではなく、ポンプ32により直接運転することもできる。また、回収逆浸透膜装置41への給水には必要に応じて、酸注入などによるpH調整、スケール発生防止剤又はスケール分散剤などの注入をすることも可能である。この部分42では被処理水から不純物イオンを粗取りし、後段のEDI- 1の負荷を低減すると共に、第1逆浸透膜装置33の濃縮水を回収逆浸透膜装置41で回収して、被処理水に戻している。なお、脱炭酸塔31は原水中の炭酸などの溶存ガス成分、特に炭酸を除去するために設置されるもので、公知の脱炭酸塔、真空脱気塔が使用できる。
【0033】
EDI- 1処理部分43は、EDI- 1の上流側小脱塩室(第2小脱塩室)d2 、d4 、d6 、d8 、貯槽27、ポンプ25、第2逆浸透膜装置34、紫外線酸化装置35、膜脱炭酸装置36、EDI- 1の下流側小脱塩室(第1小脱塩室)d1 、d3 、d5 、d7 の順で接続されている。図中、EDI- 1の上流側小脱塩室(第2小脱塩室)と下流側小脱塩室(第1小脱塩室)は離れて記載されているが、これは作図及び説明の便宜上の簡略表示であり、実際は図1での説明通りである。また、図に示すこれらの小脱塩室から出ている濃縮水はEDI- 1の濃縮室から流出する濃縮水であり同一のものである。これらの濃縮水は第2逆浸透膜装置34の濃縮水と共に回収され、被処理水に戻される。
【0034】
このEDI- 1処理部分43での不純物イオンの除去作用などは前述の通りであるが、ここでは更に紫外線酸化装置35の後段に膜脱炭酸装置36を設置し、紫外線酸化で生じた被処理水中の炭酸ガスを除去している。なお、膜脱炭酸装置36は、公知の膜脱炭酸装置が使用できる。また、膜脱炭酸装置36で使用される脱気膜は疎水性の材質からなる多孔膜又は非多孔膜であり、気体は透過するが液体は透過しない特性を有するものである。脱気膜の材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、シリコン樹脂、フッ素樹脂などからなる多孔膜又は非多孔膜が挙げられる。なお、この場合、膜脱炭酸装置の代わりに脱炭酸塔を使用することもできるが、処理水の水質を維持するためには膜脱炭酸装置が好ましい。すなわち、膜脱炭酸装置は被処理水を通水する膜の反対側を減圧して脱気するので、装置内で被処理水は汚染されにくく、逆浸透膜の透過水の脱気に好都合である。一方、脱炭酸塔は空気を被処理水に吹き込むので、空気中の汚染物質が被処理水に移行する可能性があり、逆浸透膜の透過水に利用するのは得策ではない。
【0035】
EDI- 1後段処理部分44は、限外濾過装置38及び脱イオン水が使用点(ユースポイント)で使用された使用水を回収する回収システム38からなる。限外濾過装置37ではEDIの処理水から微粒子を除去する一方、濃縮水を被処理水に戻し、水の回収率を向上させている。また、回収システム38で回収された回収水も被処理水に戻している。
【0036】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
実験例1
図1に示す電気式脱イオン水製造装置の第1小脱塩室の圧力及び第2小脱塩室の圧力が処理水の水質に与える影響を検討した。すなわち、下記装置仕様及び運転条件下において、図1に示すのと同様の構成で3個の脱イオンモジュール(6個の小脱塩室)を並設して構成される電気式脱イオン水製造装置の脱塩室及び濃縮室にそれぞれ通水し、運転開始10分後の定常運転後、第2小脱塩室(上流側)の入口圧力P1及び出口圧力P2、第1小脱塩室(下流側)の入口圧力P3及び出口圧力P4をポンプ25及びバルブ21、22で操作しながら表1に示すように変化させ、その後、処理水を採取してその水質を調べた。結果を表1に示す。なお、No.(実験番号)1〜8までは被処理水の供給圧力(P1)を0.15MPa (ゲージ圧)とし、No.(実験番号)9〜11までは被処理水の供給圧力(P1)を0.25MPa (ゲージ圧)とした。水質の単位はMΩ-cm であり、圧力単位は10-1MPa(ゲージ圧) である。
【0037】
・被処理水及び濃縮水;工業用水を逆浸透膜装置で処理して得た透過水
・被処理水の抵抗率;0.31MΩ- cm
・第1小脱塩室;幅300mm、高さ600mm、厚さ3mm
・第1小脱塩室充填イオン交換樹脂;アニオン交換樹脂(A)とカチオン交換樹脂(K)との混合イオン交換樹脂(混合比は体積比でA:K=1:1)
・第2小脱塩室;幅300mm、高さ600mm、厚さ8mm
・第2小脱塩室充填イオン交換樹脂;アニオン交換樹脂
・装置全体の流量;1m3 /h.
【0038】
【表1】
【0039】
表1から明らかなように、実験番号4〜7及び10、11のP3≧P1及びP4≧P2となる関係の時に、処理水の水質低下が認められない。すなわち、第1小脱塩室(下流側)の全体圧力が第2小脱塩室(上流側)の全体圧力より高い場合に安定した水質が得られている。このことは、第2小脱塩室と第1小脱塩室が隣接し、しかも第2小脱塩室の流出水が第1小脱塩室へ供給される構造から、実験番号1や8のように第2小脱塩室の圧力が第1小脱塩室の圧力より大きい時、第2小脱塩室から第1小脱塩室へイオンや液の漏洩が起こり、この漏洩が水質の低下をもたらしたものと推定される。
【0040】
実験例2
実験例1における実験番号5で運転を継続し、120日間の処理水中の有機物含有量(μg-c/L) 、ホウ素含有量( μg/L)及び微粒子数の変動を調べた。結果を図3に示す。なお、120日間後の処理水の水質は17.5MΩ-cm を維持していた。微粒子数は1ml当たりの粒子径0.07μm 以上の粒子数(×104 )で示す。
【0041】
図3より、処理水の水質の低下は認められないものの、有機物含有量、ホウ素含有量及び微粒子数は変動しており、除去は不十分であった。
【0042】
実験例3
実験例1における実験番号5の運転を継続し、40日間の処理水中のホウ素含有量( μg/L)の変動を調べた。結果を図4に示す。なお、図1中、実験番号5の条件に更に、第2小脱塩室の流出ラインと第1小脱塩室の流入ラインを接続する配管13a途中に逆浸透膜装置を設置したもの(実験番号12)及び実験番号5の条件に被処理流入ライン11に逆浸透膜装置を設置したもの(実験番号13)も同様の実験を行った。実験番号12は前述の「脱イオン水製造装置I」に相当し、実験番号13は従来のいわゆる前処理用逆浸透膜装置の複数段(2段)設置に相当する。結果を図4に示す。
【0043】
図4より、電気式脱イオン水製造装置の前段に逆浸透膜装置を設置した場合は、ホウ素の除去効果はほとんどなかったのに対して、本実施の形態例である実験番号12はホウ素の除去が格段に優れるものであった。
【0044】
実験例4
実験例1における実験番号5で運転を継続し、40日間の処理水中の有機物含有量( μg/L)の変動を調べた。結果を図5に示す。なお、図1中、実験番号5の条件に更に、第2小脱塩室の流出ラインと第1小脱塩室の流入ラインを接続する配管13a途中に紫外線酸化装置を設置したもの(実験番号14)及び実験番号5の条件に被処理流入ライン11に紫外線酸化装置を設置したもの(実験番号15)も同様の実験を行った。実験番号14は前述の「脱イオン水製造装置II」に相当する。結果を図5に示す。
【0045】
図5より、電気式脱イオン水製造装置の前段に紫外線酸化装置を設置した場合(実験番号15)は、有機物の除去効果はあったものの、本実施の形態例である実験番号14に比較すると劣るものであった。
【0046】
実験例5
実験例3における実験番号12において、逆浸透膜装置の下流側で第1小脱塩室の手前に紫外線酸化装置を設置して運転を行い、40日間の処理水中の有機物含有量( μg-c/L)、ホウ素含有量(μg/L)及び微粒子数(個)の変動を調べた(実験番号16)。また、この逆浸透膜装置と紫外線酸化装置の位置を入れ換えた場合も同様の実験を行った(実験番号17)。なお、実験番号16は前述の「脱イオン水製造装置III 」に、実験番号17は前述の「脱イオン水製造装置III の変形例」にそれぞれ相当する。結果を図6に示す。また、微粒子数(個)の変動は実験番号16についてのみ行い、この結果は図7に示す。
【0047】
図6より、実験番号16では紫外線酸化装置への供給水は逆浸透膜装置の透過水であるため、逆浸透膜装置で有機物の一部が除去され、紫外線酸化装置は残存する有機物の酸化を行うだけでよく有機物の除去効果は極めて高い。また、逆浸透膜装置の被処理水はアルカリであるため、ホウ素が解離し易く、逆浸透膜装置で十分に除去されている。一方、実験番号17では紫外線酸化装置で酸が生じ、逆浸透膜装置の被処理水はアルカリではないため、ホウ素成分は逆浸透膜装置で十分には除去されていない。
【0048】
実験例6
実験例5における実験番号16の電気式脱イオン水製造装置の後段に限外濾過膜装置を設置して運転を行い、40日間の処理水中の微粒子数の変動を調べた(実験番号18)。結果を図7に示す。微粒子数は1ml中の粒子径0.07μm 以上の微粒子の粒子数で示す。
【0049】
図7より、電気式脱イオン水製造装置の後段に限外濾過膜装置を設置することにより、脱イオン水中の微粒子数は格段に減少する。
【0050】
【発明の効果】
本発明(1)によれば、電気式脱イオン水製造装置ではイオン交換体が充填された脱塩室1つ当たりの濃縮室の数を従来の約半分にすることができ、電気抵抗を著しく低減できる。また、2つの小脱塩室のうち、少なくとも1つの脱塩室に充填されるイオン交換体を例えばアニオン交換体のみ、又はカチオン交換体のみ等の単一イオン交換体もしくはアニオン交換体とカチオン交換体の混合イオン交換体とすることができ、イオン交換体が充填された脱塩室の厚さを電気抵抗を低減し、且つ高い電流効率を得る最適な厚さに設定することができる。また、運転当初、処理水の使用量が増大して被処理水の供給量が増え上流側の小脱塩室内の圧力が上昇しても下流側の小脱塩室内圧力を上流側の小脱塩室内圧力より常に高めることができ、上流側小脱塩室から下流側小脱塩室へのイオンの移動や液の漏洩などが防止でき、高純度の水質をより安定して得ることができる。
【0051】
本発明(2)によれば、一方の小脱塩室に充填されるイオン交換体を、アニオン交換体とし、他方の小脱塩室に充填されるイオン交換体を、カチオン交換体とアニオン交換体の混合体とした場合、一方(上流側)の小脱塩室でアニオン成分が除去され、この小脱塩室の流出水はアルカリ側となる。このため、被処理水中のホウ素や有機物の解離が進むか、あるいは何らかの電気的処理を受けたことによりホウ素や有機物の存在形態が変化し、次いで流入する逆浸透膜装置でホウ素の除去効率が一層高まるか、あるいはUVoxで有機物が酸化され易くなる。また、電気式脱イオン水製造装置の第2小脱塩室で有機物の一部が除去され、次いで流入するUVoxでは残存する有機物を酸化すればよいから除去効率が向上する。従って、渇水などの自然現象や工場の生産工程からの不純物混入など被処理水の水質が悪化しても対応可能となる。
【0052】
本発明(3)によれば、逆浸透膜装置や電気式脱イオン水製造装置で除去することができない被処理水中の微粒子を除去することができる。
本発明(4)によれば、アニオン成分を多く含む被処理水、特にシリカ、炭酸等の弱酸性成分を多く含む被処理水を十分に処理することが可能となると共に、2つの小脱塩室を接続する配管途中に逆浸透膜装置や紫外線酸化装置を設置すれば、被処理水中のホウ素や有機酸を効率的に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用する電気式脱イオン水製造装置の1例を示す模式図である。
【図2】本発明の実施の形態における脱イオン水製造装置を示すブロック図である。
【図3】実験番号5における運転日数と有機物含有量などの関係を示す図である。
【図4】実験例3で得られる運転日数とホウ素含有量の関係を示す図である。
【図5】実験例4で得られる運転日数と有機物含有量の関係を示す図である。
【図6】実験例5で得られる運転日数と有機物含有量等の関係を示す図である。
【図7】実験例5及び実験例6で得られる運転日数と微粒子数の関係を示す図である。
【図8】従来の電気式脱イオン水製造装置の模式図である。
【符号の説明】
D、D1 〜D4 、104 脱塩室
d1 、d3 、d5 、d7 、 第1小脱塩室
d2 、d4 、d6 、d8 、 第2小脱塩室
1、105 濃縮室
2、112、113 電極室
3、101 カチオン膜
4、102 アニオン膜
5 中間イオン交換膜
6、109 陰極
7、110 陽極
8、103 イオン交換体
10、100 電気式脱イオン水製造装置
11、111 被処理水流入ライン
12 第2小脱塩室の処理水流出ライン
13 第1小脱塩室の被処理水流入ライン
14、114 脱イオン水流出ライン
15、115 濃縮水流入ライン
16、116 濃縮水流出ライン
17、117 電極水流入ライン
18、118 電極水流出ライン
21、22 バルブ
23、24、26 配管
25、32、40 ポンプ
27、39 貯槽
31 脱炭酸塔
33 第1逆浸透膜装置
34 第2逆浸透膜装置
35 紫外線酸化装置
36 膜脱炭酸装置
37 限外濾過膜装置
38 回収システム
41 回収逆浸透膜装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is used in various industries or laboratory facilities such as semiconductor manufacturing field, medical and pharmaceutical manufacturing field, power generation field such as nuclear power and thermal power, food industry, etc., and is a power saving type capable of supplying high-purity water quality more stably. The present invention relates to a deionized water production apparatus having an electric deionized water production apparatus.
[0002]
[Prior art]
As a method for producing deionized water, there is conventionally known a method in which deionized water is passed through an ion exchange resin to be treated. In this method, regeneration is performed with a drug when the ion exchange resin is saturated with ions. In order to eliminate such disadvantages in processing operations, recently, a method for producing deionized water by an electric deionization method which does not require any regeneration by a chemical agent has been established and has been put into practical use.
[0003]
FIG. 8 shows a schematic sectional view of the conventional typical electric deionized water production apparatus. As shown in FIG. 8, the
[0004]
In addition, a
[0005]
The case where deionized water is manufactured by such an electric deionized water manufacturing apparatus will be described with reference to FIG. That is, a direct current is passed between the
[0006]
Various attempts have been made to reduce the electrical resistance of the electrical deionized water production apparatus in order to remove the impurity ions in the water to be treated with power saving using such an electrical deionized water production apparatus. In this case, in the desalting chamber, since the filling method of the ion exchanger used in the desalting chamber and the quality of the treated water required are determined, the electric resistance of the desalting chamber can be reduced. There is a limit. Therefore, measures are often taken to reduce the electrical resistance of the concentrating chamber. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-24374 discloses a method of reducing the electrical resistance in the concentration chamber by adding and supplying an electrolyte to the concentration chamber. A number of methods have also been reported for promoting the increase in conductivity by circulating concentrated water and reducing the electrical resistance of the concentration chamber.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method of reducing the electrical resistance of the concentrating chamber by adding and supplying the electrolyte to the concentrating chamber requires installation of a pump, a drug storage tank, a supply pipe, and the like for supplying the electrolyte to the concentrating chamber. Increase in installation cost and installation cost, and it is necessary to regularly replenish and manage medicines. In addition, the method of accelerating the increase in conductivity by circulating the concentrated water and reducing the electrical resistance of the concentrating chamber also increases the hardness components such as calcium and magnesium contained in the concentrated water and promotes the generation of scale. In particular, there is a problem of increasing the electrical resistance.
[0008]
On the other hand, industrial water, tap water, recovered water from a production process using deionized water or the like is used alone or in combination as water to be treated in an electrical deionized water production apparatus. Industrial water and tap water have water quality fluctuations due to the season and weather. In particular, drought and rainfall will cause water quality fluctuations. The recovered water from the production process is treated as activated water, ion exchange, reverse osmosis membrane equipment, etc., and then used as water to be treated. There are fluctuations in water quality. In this case, it may be possible to strengthen the pretreatment of activated carbon, ion exchange, reverse osmosis membrane device, etc. in the front stage of the electric deionized water production device, but only reinforcement at the same position (pretreatment) Then, it cannot respond to the above water quality fluctuation | variations, and cannot suppress stably the water quality fall of the treated water of an electrical deionized water manufacturing apparatus. In addition, at the beginning of operation, the amount of treated water increases rapidly, and a large amount of treated water may flow into the desalination chamber. Even in such a case, the quality of the treated water should be reduced. However, it is necessary to stably supply treated water having high-purity water quality.
[0009]
Therefore, the object of the present invention is to reduce electrical resistance by drastic improvement from the structural aspect of the electric deionized water production apparatus without adding chemicals to the concentrated water, and to increase the supply amount of water to be treated. An object of the present invention is to provide a deionized water production apparatus using a power-saving electric deionized water production apparatus that can cope with the deterioration of the quality of water to be treated and can supply high-purity water quality more stably.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In this situation, as a result of intensive studies, the present inventors have (1) a conventional desalination chamber structure in which a cation exchange membrane is sealed on one side of a frame and an anion exchange membrane is sealed on the other side. The cation exchange membrane further comprises an intermediate ion exchange membrane that divides the desalting chamber into two parts between the cation exchange membrane and the anion exchange membrane, thereby providing a desalting chamber having two small desalting chambers adjacent to each other. Concentration chambers are provided on both sides of the desalting chamber via a membrane and an anion exchange membrane, and these desalting chambers and concentrating chambers are arranged between the anode and the cathode, and the water to be treated is drained on one side while applying voltage. The deionized water is produced by flowing into the salt chamber and allowing the effluent from the small demineralization chamber to flow into the other small desalination chamber and removing the impurity ions in the water to be treated by flowing the concentrated water into the concentration chamber. If so, the number of concentration chambers per desalting chamber filled with ion exchangers The electrical resistance of the electric deionized water production apparatus can be reduced to about half that of the conventional one, and (2) in the middle of piping connecting two small demineralization chambers of such an electric deionized water production apparatus If a pressure pump is installed in the pump and the pressure of the inflow water to the downstream small desalination chamber is increased, the downstream small desalination chamber pressure can always be higher than the upstream small desalination chamber pressure. It is possible to prevent ions from moving from the upstream small desalination chamber to the downstream small desalination chamber or leakage of liquid even if the pressure in the upstream small desalination chamber rises with an increase in the amount of water to be treated (3) Moreover, if a reverse osmosis membrane device, an ultraviolet oxidizer, etc. are installed in the middle of the piping connecting the two small demineralization chambers of such an electric deionized water production device, removal from the water to be treated is possible. Boron and organic matter (TOC), which are considered difficult, can be removed very efficiently. Found etc., it has led to the completion of the present invention.
[0011]
That is, the invention (1) of
[0012]
The invention (2) of
[0013]
The invention (3) of
[0014]
In the invention (4) of
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One example of the electrical deionized water production apparatus used in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view of the electric deionized water production apparatus. As shown in FIG. 1, the
[0016]
The demineralization chamber as described above is composed of a deionization module formed by two inner frames and three ion exchange membranes. That is, although not shown in the figure, a cation exchange membrane is sealed on one side of the first frame, an ion exchanger is filled in the hollowed portion of the first frame, and then the other of the first frame is filled. An intermediate ion exchange membrane is sealed to the part to form a first small desalting chamber. Next, the second frame is sealed so as to sandwich the intermediate ion exchange membrane, and the hollowed portion of the second frame is filled with the ion exchanger, and then the other portion of the second frame is filled with the anion exchange membrane. To form a second small desalting chamber. The ion exchange membrane is relatively soft, and when the first frame and the second frame are filled with the ion exchanger and sealed on both sides with the ion exchange membrane, the ion exchange membrane is curved. In order to prevent the packed bed of the ion exchanger from becoming uneven, a plurality of ribs are provided vertically in the space portion of the first frame body and the second frame body. Although not shown in the figure, the inlet of the treated water or the outlet of the treated water is provided at the upper part of the first frame and the second frame, and the outlet or the treated water is provided at the lower part of the frame. A water inlet is attached. FIG. 1 shows a state in which a plurality of such deionization modules are arranged in parallel with a spacer not shown in the figure interposed therebetween, and a cathode 6 is arranged on one side of the deionization modules arranged side by side. And an
[0017]
When producing deionized water by such an electric deionized water production apparatus, the following operation is performed. That is, the DC water is passed between the cathode 6 and the
[0018]
In FIG. 1, for example, when the
[0019]
In this embodiment, the intermediate ion exchange membrane may be either a single membrane of a cation exchange membrane or an anion exchange membrane, or a dual membrane in which both an anion exchange membrane and a cation exchange membrane are arranged. Good. In the case of a dual membrane comprising an anion exchange membrane or a cation exchange membrane in the upper part or lower part of the device, the height (area) of each of the anion exchange membrane and the cation membrane is appropriately determined depending on the quality of the water to be treated or the purpose of treatment. . Moreover, when using a single membrane, an ion exchange membrane is determined according to the ion species to be removed from the water to be treated.
[0020]
The thickness of the first small desalting chamber or the second small desalting chamber is not particularly limited, and is optimal depending on the type and filling method of the ion exchanger filled in the first small desalting chamber or the second small desalting chamber. The thickness should be determined. Therefore, the thickness of the first small desalting chamber may be 3 mm, the thickness of the second small desalting chamber may be 6 mm, and the total thickness, that is, the thickness of the desalting chamber may be 9 mm. In this way, a plurality of desalting chambers and concentration chambers are alternately arranged, and the thickness of the desalting chamber partitioned by the cation exchange membrane and the anion exchange membrane disposed on both sides of the desalting chamber is larger than the conventional one. The thickness can be increased, and is appropriately determined within a range of 1.5 to 18 mm, preferably 6.5 to 15 mm, and more preferably 9 to 13 mm.
[0021]
Further, the ion exchanger filled in the desalting chamber is not particularly limited, and an anion exchanger (hereinafter also referred to as “A”) single bed, a cation exchanger (hereinafter also referred to as “K”) single bed, and Examples include a mixed bed of anion exchanger and cation exchanger (hereinafter also referred to as “K / A”) or a combination thereof. The ion exchanger may be any substance having an ion exchange function, such as an ion exchange resin or an ion exchange fiber, or may be a combination thereof.
[0022]
Moreover, the flow direction in the 1st small desalination chamber and 2nd small desalination chamber of to-be-processed water is not restrict | limited in particular, 1st small desalination chamber and 2nd small desalination other than the said embodiment. The flow direction in the chamber may be different. In addition to the above embodiment, the small desalination chamber into which the water to be treated flows first flows the water to be treated into the first desalting chamber and flows down, and then the effluent from the first desalting chamber is discharged. You may make it flow into a 2nd desalination chamber. Further, the flow direction of the concentrated water is also appropriately determined.
[0023]
Next, a deionized water production apparatus according to another embodiment of the present invention will be described. That is, this embodiment has the electric deionized water production apparatus (hereinafter also referred to as “EDI-1”) shown in FIG. 1, and two small demineralizations of the electric deionized water production apparatus. Either or both of a reverse osmosis membrane device (hereinafter also referred to as “RO”) and an ultraviolet oxidation device (hereinafter also referred to as “UVox”) or both of them are installed in the middle of piping connecting the chambers. An ultrafiltration membrane device (hereinafter also referred to as “UF”) or a microfiltration membrane device (hereinafter also referred to as “MF”) is installed at the subsequent stage of the deionized water production apparatus. The electric deionized water production apparatus in the present embodiment is an electric deionized water production apparatus (hereinafter referred to as “EDI-2”) in which the
[0024]
(Deionized water production equipment I)
In the deionized water production apparatus I, the first RO and EDI-1 are connected in series in this order, and the
[0025]
In the deionized water production apparatus I, the first RO permeated water first flows into the second small desalting chamber (A) of EDI-1. Next, the effluent of this second small desalting chamber is supplied to the second RO, and then the second RO permeate flows into the first small desalting chamber (K / A) of EDI-1. According to this method, the anion component is removed in the second small desalting chamber (A) of EDI-1, and the effluent water in this small desalting chamber is on the alkali side. For this reason, the dissociation of boron, which is difficult to remove from the water to be treated, progresses, or the presence form of boron changes due to some electrical treatment, and then the second RO and EDI-1 that flow in In one small desalting chamber (K / A), the boron removal efficiency is further increased.
[0026]
(Deionized water production equipment II)
In the deionized water production system II, the first RO and EDI-2 are connected in series in this order, and UVox is installed in the middle of the pipe connecting the upstream small desalination chamber and downstream small desalination chamber. It is a thing. That is, the difference from the deionized water production apparatus I is that the storage tank and the pump are omitted, and UVox is used instead of the second RO. As UVox, any UV lamp capable of irradiating the water to be treated with a wavelength of at least about 185 nm and capable of decomposing organic substances in the water to be treated may be used. UVox is an apparatus that can irradiate ultraviolet rays having a wavelength of around 254 nm, which has a lower ability to decompose organic substances, in addition to ultraviolet rays having a wavelength of usually around 185 nm.
[0027]
In the deionized water production apparatus II, the permeated water of the first RO flows into the second small desalting chamber (A) of EDI-2 at the subsequent stage. Next, the effluent of this second small desalting chamber is supplied to UVox, and then the treated water of UVox flows into the first small desalting chamber (K / A) of EDI-2. According to this method, as in the case of the deionized water production apparatus I, the anion component is removed in the second small demineralization chamber (A) of EDI-2, and the effluent water in the small demineralization chamber is on the alkali side. . For this reason, the dissociation of the organic matter in the water to be treated proceeds, or the presence of the organic matter changes due to some electrical treatment, and then it becomes easy to oxidize with the incoming UVox. Moreover, a part of organic substance is removed in the 2nd small desalination chamber (A) of EDI-2. Subsequently, the inflowing UVox only needs to oxidize the remaining organic matter, and the oxidation efficiency is improved.
[0028]
(Deionized water production equipment III)
In the deionized water production apparatus III, the first RO and the EDI-1 are connected in series in this order, and the second RO and the EDI-1 are connected in the middle of the piping connecting the upstream small desalination chamber and the downstream small desalination chamber. The UVox is installed in series in this order from the upstream side. That is, the difference from the deionized water production apparatus I is that UVox is further installed in front of the first small desalination chamber of EDI-1 on the rear stage side of the second RO.
[0029]
In the deionized water production apparatus III, the first RO permeate first flows into the second small desalting chamber (A) of EDI-1. Next, the effluent of this second small desalination chamber is supplied to the second RO, the second RO permeate is supplied to UVox, and then the UVox treated water is supplied to the first small desalination chamber (K / A) of EDI-1. Inflow. According to this method, in addition to the same effect as the deionized water production apparatus I, the supply water to the UVox is the RO permeate, so that another part of the organic matter is further removed in the second RO, and the UVox Is more efficient by simply oxidizing the remaining organic matter. Further, carbon dioxide gas generated by UVox oxidative decomposition is reduced, and the load on the first small desalting chamber (K / A) of EDI-1 in the subsequent stage is reduced.
[0030]
As a modification of the deionized water production apparatus III, the installation order of the second RO and UVox can be exchanged. That is, the effluent of the second small desalination chamber of EDI-1 is supplied to UVox, the treated water of UVox is supplied to the second RO, and then the second RO permeated water is supplied to the first small desalination chamber (K / Flows into A). However, although organic matter is decomposed by UVox in the previous stage, the carbon dioxide gas of the decomposed product cannot be removed by the second RO, and it becomes a load on the first small desalination chamber (K / A) of EDI-1, Since the acid is generated and the treated water does not become the alkali side, the deionized water production apparatus III is preferable because the boron cannot be effectively removed by the second RO.
[0031]
In addition, an ultrafiltration membrane device or a microfiltration membrane device can be installed in the subsequent stage of the deionized water production apparatuses I to III. That is, if the effluent from the first small desalination chamber of EDI-1 or EDI-2 is further processed by an ultrafiltration membrane device or a microfiltration membrane device, the fine particles in the deionized water can be significantly reduced. Known ultrafiltration membrane devices and microfiltration membrane devices can be used.
[0032]
(Deionized water production equipment IV)
As shown in FIG. 2, the deionized water production apparatus IV is a
[0033]
The EDI-1
[0034]
The removal action of the impurity ions in the EDI-1
[0035]
The EDI-1 post-stage processing portion 44 includes an ultrafiltration device 38 and a recovery system 38 that recovers the used water used at the point of use (use point) by the deionized water. The
[0036]
【Example】
EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, this is only an illustration and does not restrict | limit this invention.
Experimental example 1
The influence of the pressure in the first small desalting chamber and the pressure in the second small desalting chamber of the electric deionized water production apparatus shown in FIG. 1 on the quality of the treated water was examined. That is, under the following apparatus specifications and operating conditions, electric deionized water production comprising three deionization modules (six small demineralization chambers) arranged in parallel with the same configuration as shown in FIG. Water was passed through the desalting chamber and the concentration chamber of the apparatus, and after
[0037]
-Treated water and concentrated water; Permeated water obtained by treating industrial water with a reverse osmosis membrane device
・ Resistivity of water to be treated: 0.31 MΩ-cm
・ First small desalination chamber: width 300mm, height 600mm, thickness 3mm
First ion exchange resin filled with small desalting chamber; mixed ion exchange resin of anion exchange resin (A) and cation exchange resin (K) (mixing ratio is A: K = 1: 1 by volume)
・ Second small desalination chamber; width 300mm, height 600mm, thickness 8mm
・ Second small desalination chamber filled ion exchange resin; anion exchange resin
・ Flow rate of the entire device: 1m Three / H.
[0038]
[Table 1]
[0039]
As is clear from Table 1, when the
[0040]
Experimental example 2
The operation was continued in Experiment No. 5 in Experimental Example 1, and the changes in the organic matter content (μg-c / L), boron content (μg / L), and the number of fine particles in the treated water for 120 days were examined. The results are shown in FIG. The treated water quality after 120 days was maintained at 17.5 MΩ-
[0041]
From FIG. 3, although the deterioration of the quality of treated water was not recognized, the organic matter content, the boron content, and the number of fine particles were fluctuating, and the removal was insufficient.
[0042]
Experimental example 3
The operation of Experiment No. 5 in Experimental Example 1 was continued, and the variation of the boron content (μg / L) in the treated water for 40 days was examined. The results are shown in FIG. In FIG. 1, a reverse osmosis membrane device is installed in the middle of the pipe 13a connecting the outflow line of the second small desalination chamber and the inflow line of the first small desalination chamber in addition to the condition of experiment number 5 (experiment The same experiment was performed on the condition where the reverse osmosis membrane device was installed in the treated inflow line 11 under the conditions of No. 12) and Experiment No. 5 (Experiment No. 13). The
[0043]
From FIG. 4, when the reverse osmosis membrane device was installed in the front stage of the electric deionized water production device, there was almost no effect of removing boron, whereas the
[0044]
Experimental Example 4
The operation was continued in Experiment No. 5 in Experimental Example 1, and the variation of the organic matter content (μg / L) in the treated water for 40 days was examined. The results are shown in FIG. In FIG. 1, an ultraviolet oxidation apparatus is installed in the middle of the pipe 13a connecting the outflow line of the second small desalination chamber and the inflow line of the first small desalination chamber in addition to the condition of experiment number 5 (experiment number). The same experiment was carried out on the inflow line 11 to be treated under the conditions of 14) and Experiment No. 5 (Experiment No. 15).
[0045]
From FIG. 5, when an ultraviolet oxidation apparatus was installed in the front stage of the electric deionized water production apparatus (experiment number 15), although there was an effect of removing organic substances, it was compared with
[0046]
Experimental Example 5
In Experiment No. 12 in Experimental Example 3, the ultraviolet oxidizer was installed in the downstream of the reverse osmosis membrane device and in front of the first small desalination chamber, and the organic matter content in the treated water for 40 days (μg-c / L), variation in boron content (μg / L) and the number of fine particles (pieces) were examined (Experiment No. 16). A similar experiment was conducted when the positions of the reverse osmosis membrane device and the ultraviolet oxidation device were interchanged (experiment number 17). The
[0047]
From FIG. 6, in Experiment No. 16, the water supplied to the ultraviolet oxidizer is the permeated water of the reverse osmosis membrane device, so a part of the organic matter is removed by the reverse osmosis membrane device, and the ultraviolet oxidizer oxidizes the remaining organic matter. The removal effect of organic matter is extremely high. Moreover, since the water to be treated in the reverse osmosis membrane device is alkali, boron is easily dissociated and is sufficiently removed by the reverse osmosis membrane device. On the other hand, in Experiment No. 17, acid is generated in the ultraviolet oxidizer, and the water to be treated in the reverse osmosis membrane device is not alkali, so the boron component is not sufficiently removed by the reverse osmosis membrane device.
[0048]
Experimental Example 6
An ultrafiltration membrane device was installed after the electric deionized water production apparatus of Experiment No. 16 in Experimental Example 5 and operated, and the fluctuation of the number of fine particles in the treated water for 40 days was examined (Experiment No. 18). The results are shown in FIG. The number of fine particles is indicated by the number of fine particles having a particle diameter of 0.07 μm or more in 1 ml.
[0049]
From FIG. 7, the number of fine particles in the deionized water is remarkably reduced by installing the ultrafiltration membrane device at the subsequent stage of the electric deionized water production apparatus.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention (1), in the electric deionized water production apparatus, the number of concentration chambers per demineralization chamber filled with an ion exchanger can be reduced to about half of the conventional one, and the electric resistance is remarkably increased. Can be reduced. In addition, the ion exchanger filled in at least one of the two small desalting chambers is a cation exchange with a single ion exchanger or an anion exchanger such as only an anion exchanger or only a cation exchanger. The thickness of the desalting chamber filled with the ion exchanger can be set to an optimum thickness for reducing electric resistance and obtaining high current efficiency. In addition, even if the amount of treated water increases at the beginning of operation and the amount of treated water increases and the pressure in the upstream small desalination chamber rises, the downstream small desalination chamber pressure is reduced to the upstream small desalination chamber. The pressure in the salt chamber can always be increased, and ion migration from the upstream small desalination chamber to the downstream small desalination chamber, leakage of liquid, etc. can be prevented, and high-purity water quality can be obtained more stably. .
[0051]
According to the present invention (2), the ion exchanger filled in one small desalting chamber is an anion exchanger, and the ion exchanger filled in the other small desalting chamber is replaced with a cation exchanger and an anion exchange. In the case of a body mixture, an anionic component is removed in one (upstream side) small desalting chamber, and the outflow water of this small desalting chamber is on the alkali side. For this reason, the dissociation of boron and organic matter in the water to be treated proceeds, or the presence form of boron and organic matter changes due to some electrical treatment, and the reverse osmosis membrane device that flows in further improves the boron removal efficiency. The organic matter is easily oxidized by UVox. Further, a part of the organic substance is removed in the second small desalting chamber of the electric deionized water production apparatus, and the removal efficiency is improved because the remaining organic substance may be oxidized in the next flowing UVox. Therefore, it is possible to cope with the deterioration of the quality of the water to be treated, such as natural phenomena such as drought, and impurities from the production process of the factory.
[0052]
According to this invention (3), the microparticles | fine-particles in to-be-processed water which cannot be removed with a reverse osmosis membrane apparatus and an electrical deionized water manufacturing apparatus can be removed.
According to the present invention (4), it is possible to sufficiently treat water to be treated containing a large amount of anion components, particularly water to be treated containing a large amount of weakly acidic components such as silica and carbonic acid, and two small desaltings. If a reverse osmosis membrane device or an ultraviolet oxidation device is installed in the middle of the piping connecting the chambers, boron and organic acids in the water to be treated can be efficiently removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an electrical deionized water production apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a deionized water production apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the number of operating days and the organic matter content in Experiment No. 5.
4 is a graph showing the relationship between the number of operating days and boron content obtained in Experimental Example 3. FIG.
5 is a graph showing the relationship between the number of operating days and the organic matter content obtained in Experimental Example 4. FIG.
6 is a graph showing the relationship between the number of operating days and the organic matter content obtained in Experimental Example 5. FIG.
7 is a diagram showing the relationship between the number of operating days and the number of fine particles obtained in Experimental Example 5 and Experimental Example 6. FIG.
FIG. 8 is a schematic view of a conventional electric deionized water production apparatus.
[Explanation of symbols]
D, D 1 ~
d 1 , D Three , D Five , D 7 The first small desalination chamber
d 2 , D Four , D 6 , D 8 Second small desalination chamber
1,105 Concentration chamber
2, 112, 113 Electrode chamber
3, 101 Cationic membrane
4,102 Anion membrane
5 Intermediate ion exchange membrane
6, 109 cathode
7, 110 Anode
8, 103 Ion exchanger
10, 100 Electric deionized water production equipment
11, 111 Untreated water inflow line
12 Process water outflow line of the second small desalination chamber
13 Processed water inflow line of the first small desalination chamber
14,114 Deionized water outflow line
15, 115 Concentrated water inflow line
16, 116 Concentrated water outflow line
17, 117 Electrode water inflow line
18, 118 Electrode water outflow line
21, 22 Valve
23, 24, 26 Piping
25, 32, 40 pump
27, 39 Storage tank
31 Decarboxylation tower
33 First reverse osmosis membrane device
34 Second reverse osmosis membrane device
35 UV oxidation equipment
36 Membrane decarboxylation device
37 Ultrafiltration membrane device
38 Collection system
41 Recovery reverse osmosis membrane device
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