JP4660890B2

JP4660890B2 - 電気脱イオン装置の運転方法

Info

Publication number: JP4660890B2
Application number: JP2000199288A
Authority: JP
Inventors: 伸佐藤; 隆行森部
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP2002011478A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、液晶、製薬、食品、電力等の分野の各種産業、民生用、又は研究設備で利用される脱イオン水の製造に用いられる電気脱イオン装置の運転方法に係り、特に、電気脱イオン装置でシリカやホウ素等の弱電解物質を効率的に除去して、高水質の生産水を製造するための電気脱イオン装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には、図１に示す如く、電極（陽極１１，陰極１２）の間に複数のアニオン交換膜１３及びカチオン交換膜１４を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成し、脱塩室１６にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合もしくは複層状に充填した電気脱イオン装置が多用されている（特許第１７８２９４３号、特許第２７５１０９０号、特許第２６９９２５６号）。なお、図１において、１７は陽極室、１８は陰極室である。
【０００３】
電気脱イオン装置は、水解離によってＨ^＋イオンとＯＨ⁻イオンを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理が可能であり、従来から広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能で、高純度の水が得られるという優れた効果を発揮する。
【０００４】
このような電気脱イオン装置において、従来、脱塩室に充填されているイオン交換体の残留イオン交換容量を測定した例は「イオン交換セミナー９８講演集」（平成１０年１２月８日イオン交換学会）第３３頁に示されているが、イオン交換体の再生比率と生産水の水質との関係において定量的に言及しているものはみられない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電気脱イオン装置にあっては、生産水の水質の向上、特に電気脱イオン装置における除去が比較的困難とされているシリカやホウ素等の弱電解物質の除去効率の向上を図ることにより、より一層高純度の生産水を得ることが望まれている。
【０００６】
従って、本発明は、電気脱イオンにおいてシリカ、ホウ素等の弱電解物質を効率的に除去して高水質の生産水を安定かつ確実に製造することができる電気脱イオン装置の運転方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置の運転方法は、陽極と陰極との間に複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、脱塩室にアニオン交換体とを含むイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置の運転方法において、該アニオン交換体の、全アニオン交換体中のＯＨ型アニオン交換体の割合（再生比率）が６０％以上となるように、該電気脱イオン装置に印加する電圧条件、脱塩室の通水流量、濃縮室の通水流量、該電気脱イオン装置への供給水のｐＨ、又は該電気脱イオン装置への供給水の電気伝導度を調整して運転する電気脱イオン装置の運転方法であって、該脱塩室内のイオン交換体のうちの５０％以上がアニオン交換体であり、該脱塩室の水の流路方向の長さが３００ｍｍ以上であることを特徴とする。
【０００８】
本発明者らは、電気脱イオン装置における生産水の水質向上、中でもシリカ、ホウ素等の弱電解物質の除去性の向上において、電気脱イオン装置の脱塩室に充填されているイオン交換樹脂、特にアニオン交換樹脂の再生比率との相関があること、特に９５％を超えるシリカ除去率を得るための条件として、アニオン交換樹脂の再生比率が重要な因子であることを知見した。
【０００９】
即ち、電気脱イオン装置では、脱塩室内のアニオン交換樹脂によりシリカが除去され、除去されたシリカ及び他のイオンは、電気により連続的に再生されることで濃縮水中に濃縮される。このため、アニオン交換樹脂の再生比率が高く、またアニオン交換樹脂量が多く、脱塩室の流路が長い程、シリカを高度に除去することができることが考えられる。
【００１０】
しかしながら、本発明者らはアニオン交換樹脂の再生比率とシリカ除去率との関係について鋭意検討を重ねた結果、電気脱イオン装置においては、アニオン交換樹脂の再生比率がある値より低くなると、シリカ除去率が大きく低下することを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
本発明に従って、脱塩室内のアニオン交換体の再生比率（全アニオン交換体中のＯＨ型アニオン交換体の割合）が６０％以上となるような条件で電気脱イオン装置の運転を行えば、シリカ除去率９５％以上を達成することができる。しかしながら、この再生比率が６０％未満の場合、例えば５５％程度の場合には、シリカ除去率は８０〜９０％と大幅に低下する。
【００１２】
本発明では、特に、電気脱イオン装置の脱塩室の水の流路方向の長さ（以下「流路長」と称す。）は、３００ｍｍ以上で、また、脱塩室内のイオン交換体中のアニオン交換体の割合は５０％以上であるときに、高いシリカ除去率を確実に達成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
なお、以下において電気脱イオン装置の脱塩室内に充填されるイオン交換体として、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合イオン交換樹脂を用いる場合を例示して説明するが、本発明においてイオン交換体はイオン交換樹脂に限らず、イオン交換繊維又はグラフト交換体等からなるアニオン交換体とカチオン交換体を混合して或いは複層状に脱塩室に充填したものであっても良い。
【００１５】
本発明においては、電気脱イオン装置の脱塩室内に充填されたイオン交換樹脂のうち、アニオン交換樹脂の再生比率が６０％以上となる条件で電気脱イオン装置を運転する。アニオン交換樹脂の再生比率が６０％未満であると、シリカ除去率が著しく低下するため好ましくない。このような再生比率となるように電気脱イオン装置を運転するには、電気脱イオン装置に印加する電圧条件や脱塩室及び濃縮室の通水流量、供給水のｐＨ及び電気伝導度等を調整すれば良く、この調整条件は、予備実験等により容易に設定することができる。処理効率、シリカ除去率、電気エネルギーコスト等を考慮した場合、脱塩室中のアニオン交換樹脂の好ましい再生比率は特に７０〜８０％である。
【００１６】
前述の如く、シリカ除去率は脱塩室の流路長や脱塩室内のアニオン交換樹脂の混合比率（全イオン交換樹脂中のアニオン交換樹脂の割合）とも相関があり、脱塩室の流路長が極端に短い場合や脱塩室内のアニオン交換樹脂の混合比率が極端に少ない場合には、上記再生比率を満足する場合であっても、シリカ除去率が低下するため、用いる電気脱イオン装置の脱塩室の流路長は３００ｍｍ以上であり、脱塩室中のアニオン交換樹脂の混合比率は５０％以上である。
【００１７】
脱塩室の流路長は長いほど生産水の水質を高めることができ、特に４００ｍｍ以上であることが好ましいが、電気脱イオン装置の組み立て作業性や製造コスト、電気脱イオン装置の寸法等を考慮した場合、脱塩室の流路長は８００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１８】
また、脱塩室中のアニオン交換樹脂の混合比率も多い程シリカやホウ素等の弱電解物質の除去率を高めることができ、特に６０％以上であることが好ましいが、アニオン交換樹脂の混合比率が過度に多いと相対的にカチオン交換樹脂が少なくなって、カチオン成分の除去率が低下するため、アニオン交換樹脂の混合比率は９０％以下とすることが好ましい。
【００１９】
本発明の方法は、このように脱塩室内のアニオン交換樹脂の再生比率を６０％以上とすること、更に脱塩室内のアニオン交換樹脂の混合比率を５０％以上とし、脱塩室の流路長を３００ｍｍ以上として、常法に従って電気脱イオン装置の運転を行うことができる。
【００２０】
従って、原水（この水は、通常、活性炭塔及び逆浸透膜分離装置等で順次前処理される。）の一部を電気脱イオン装置の濃縮室に供給し、残部を脱塩室に供給して脱イオン処理し、脱塩室の流出水を処理水（生産水）として取り出せば良い。なお、通常の場合、濃縮室の流出水は一部が系外に排出され、残部は濃縮室の供給側へ循環される。
【００２１】
この濃縮室の流出水の循環は、水回収率の向上のために行われるが、この循環水量は本発明の運転条件が維持される範囲であれば良く、特に制限はないが、通常、濃縮室の流出水の５０〜９５％程度とし、電気脱イオン装置の水回収率は０．５〜０．９５程度の条件で運転を実施するのが好ましい。
【００２２】
前述の如く、電気脱イオン装置の脱塩室内のアニオン交換樹脂の再生比率を６０％以上、アニオン交換樹脂の混合比率を５０％以上、脱塩室の流路長を３００ｍｍ以上とすることにより、シリカ除去率９５％を達成することができるが、更にシリカ除去率を高めようとする場合には、上記条件において、濃縮水のシリカ濃度を低下させることが有効である。この制御方法としては、系外への濃縮水排出量を多くして水回収率を低くする方法もあるが、濃縮水に生産水の一部や純水などのシリカ濃度の低い水を混合させる方法を採用することもできる。
【００２３】
本発明において用いる電気脱イオン装置は、複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成した一般的なものであり、脱塩室にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合イオン交換樹脂等のイオン交換体が充填されたものである。また、濃縮室にもこのようなイオン交換体が充填されていても良い。
【００２４】
［実施例］
以下に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。
【００２５】
実施例１〜４、比較例１〜４
野木町水を活性炭装置、逆浸透膜装置及び脱気膜装置で順次処理した水を電気脱イオン装置に通水した。この電気脱イオン装置のイオン交換膜及び脱塩室に充填するイオン交換樹脂としては次のものを用い、図１に示す構成の電気脱イオンスタックを組み立てた。脱塩室内のイオン交換樹脂中のアニオン交換樹脂の割合（アニオン交換樹脂混合比率）は表１に示す通りとした。
【００２６】
アニオン交換膜：（株）トクヤマ製「ネオセプタＡＨＡ」
カチオン交換膜：（株）トクヤマ製「ネオセプタＣＭＢ」
アニオン交換樹脂：ダウケミカル社製「５５０Ａ」
カチオン交換樹脂：ダウケミカル社製「６５０C」
電気脱イオン装置の脱塩室は横１８７ｍｍ、厚さ２．５ｍｍであり、流路長は表１に示す通りである。脱塩室は３室とし、濃縮室及び電極室にはメッシュスペーサーを装填した。
【００２７】
電気脱イオン装置の水収支は、生産水量４０L／ｈｒ、濃縮水循環水量（濃縮室流出水のうち、濃縮室入口側へ循環する水量）１５L／ｈｒ、濃縮水排出量（濃縮室流出水のうち、系外へ排出する水量）２L／ｈｒとした。
【００２８】
各電気脱イオン装置毎に任意の電圧条件で４日間運転を行い、生産水のシリカ濃度から電気脱イオン装置におけるシリカ除去率を調べ、結果を表１に示した。また、４日間の運転直後に電気脱イオン装置を解体して脱塩室内のアニオン交換樹脂を取り出し、均一に混合した状態で再生比率を測定し、結果を表1に示した。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１より、アニオン交換樹脂の再生比率が６０％以上、アニオン交換樹脂の混合比率が５０％以上で、脱塩室の流路長が３００ｍｍ以上であれば、シリカ除去率９５％を達成することができることがわかる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、電気脱イオン装置においてシリカ、ホウ素等の弱電解物質を効率的に除去して高水質の生産水を安定かつ確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気脱イオン装置の一般的な構成を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１０イオン交換体
１１陽極
１２陰極
１３アニオン交換膜
１４カチオン交換膜
１５濃縮室
１６脱塩室
１７陽極室
１８陰極室

Claims

陽極と陰極との間に複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、脱塩室にアニオン交換体を含むイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置の運転方法において、
該アニオン交換体の、全アニオン交換体中のＯＨ型アニオン交換体の割合が６０％以上となるように、該電気脱イオン装置に印加する電圧条件、脱塩室の通水流量、濃縮室の通水流量、該電気脱イオン装置への供給水のｐＨ、又は該電気脱イオン装置への供給水の電気伝導度を調整して運転する電気脱イオン装置の運転方法であって、
該脱塩室内のイオン交換体のうちの５０％以上がアニオン交換体であり、該脱塩室の水の流路方向の長さが３００ｍｍ以上であることを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
請求項１において、該脱塩室内のイオン交換体のうちの６０〜９０％がアニオン交換体であり、該脱塩室の水の流路方向の長さが４００〜８００ｍｍであることを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。