JPH0620513B2 - Electrodeionization method and apparatus - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、極性電界の作用下で液体内においてイオンを
移送するのに適合した新規な電気脱イオン化装置および
方法に関する。特定すると、本発明は、高純度の水の生
産を行なうため水性液体を精製するのに適合した電気脱
イオン化装置および方法に関する。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a novel electrodeionization device and method adapted for transporting ions in a liquid under the action of a polar electric field. In particular, the present invention relates to an electrodeionization device and method adapted for purifying aqueous liquids to produce high purity water.

［従来技術、発明が解決しようとする問題点］ 液体中のイオンまたは分子の濃度を減ずることにより液
体を精製する技術は、技術的に相当に関心のある領域で
あっった。液体を精製し分離するために、すなわちある
液体混合物から特定のイオンまたは分子の濃縮されたプ
ールを得るために、多くの技術が使用されてきた。もっ
ともよく知られた方法としては、電気透析、液体クロマ
トグラフィー、膜濾過およびイオン交換などがある。こ
れらより知られていない方法論が時々充填セル電気透析
と誤称される電気脱イオン化である。電気脱イオン化
は、液体からイオンを除去するのに相当有効であるとい
う潜在性を有するが、構造上および動作上よりよい周知
の分離技術と競合し得る程度にまで発展することはなか
った。これは、主として、構造的設計精度の非一貫性
や、現在周知の使用モードにより招来される予測できな
い変動に起因する。このような構造的設計精度の不足
や、結果の非予測性は、電気脱イオン化の使用を分離技
術に精通した実際的な専門化にさえ比較的知られていな
い点にまで減じていた。[Prior Art, Problems to be Solved by the Invention] A technique for purifying a liquid by reducing the concentration of ions or molecules in the liquid has been a technically considerable area. Many techniques have been used to purify and separate liquids, ie, to obtain a concentrated pool of specific ions or molecules from a liquid mixture. The best known methods include electrodialysis, liquid chromatography, membrane filtration and ion exchange. A lesser known methodology is electrodeionization, sometimes mistakenly referred to as packed cell electrodialysis. Although electrodeionization has the potential to be quite effective in removing ions from liquids, it has not evolved to the extent that it can compete with well-known structural and operational separation techniques that are better. This is primarily due to inconsistencies in structural design accuracy and unpredictable variability caused by currently known modes of use. Such a lack of structural design accuracy and the unpredictability of the results have reduced the use of electrodeionization to a point that is relatively unknown to even the practical expertise familiar with separation techniques.

電気脱イオン化により液体を処理するための最初の装置
および方法は、Kollman 米国特許第2,689,826 号および
第2,815,320 号に記述されている。これらの特許の第１
のものは、予め選択されたイオンを予定された方向に移
送させる電位の作用下で、イオン分離室の液体混合物内
のイオンを一連の陰イオンおよび陽イオン膜を通して濃
縮室のある容積の第２の液体内に除去するための装置お
よび方法について記述している。処理されつつあるる容
積の液体は、イオンが低減され、第２の液体は移送され
たイオンが富んだ液体となり、それを濃縮された形式で
保持する。第２の特許は、陰イオン膜または陽イオン膜
間に配置された充填物質としてイオン交換樹脂より形成
した大孔質ビードの使用について記述している。このイ
オン交換樹脂は、イオン移送のための通路として働き、
また膜間においてイオン移動のための導電性の増大され
たブリッジとして働く。これらの特許は、１つの技術と
して電気脱イオン化の主たる構造的枠組および理論を掲
示している。電気脱イオン化なる用語は、陰イオン膜お
よび陽イオン膜間にイオン交換物質が配置されるプロセ
スをいう。電気透析なる用語は、陰イオン膜および陽イ
オン膜間にイオン交換樹脂を使用しないプロセスをい
う。Kollsmanの記述は、25年間利用できたに拘らず、実
際の使用の点にまで発展するに至らなかった。これは、
少なからず、構造的設計精度の不足、および電気脱イオ
ン化装置の信頼性のある動作を与える動作モードパラメ
ータが得られないことに起因する。塩味性の水から塩水
を精製するために電気透析およびイオン交換物質の組合
せををしようとする従来の試みの例示は、米国特許第2,
794,777 号、第2,796,395 号、第2,947,688 号、第3,38
4,568 号および第4,165,273 号に記載されている。電気
脱イオン化装置を改善する試みは、米国特許第3,149,06
1 号、第3,291,713 号、第3,515,664 号、第3,562,139
号、第3,993,517 号および第4,284,492 号に記載されて
いる。The first devices and methods for treating liquids by electrodeionization are described in Kollman US Pat. Nos. 2,689,826 and 2,815,320. First of these patents
Of the ion mixture in the liquid mixture of the ion separation chamber under the action of an electric potential that transfers preselected ions in a predetermined direction through a series of anion and cation membranes to a second volume of the concentration chamber. Apparatus and method for removal in a liquid of the present invention. The volume of liquid being processed is depleted of ions and the second liquid becomes a transferred ion-enriched liquid, retaining it in a concentrated form. The second patent describes the use of macroporous beads formed from ion exchange resins as a packing material placed between anionic or cationic membranes. This ion exchange resin acts as a passage for ion transfer,
It also acts as a bridge of increased conductivity for ion migration between the membranes. These patents post the main structural framework and theory of electrodeionization as one technique. The term electrodeionization refers to the process by which an ion exchange material is placed between an anion membrane and a cation membrane. The term electrodialysis refers to a process that does not use an ion exchange resin between the anion and cation membranes. Despite being available for 25 years, Kollsman's description did not develop into a point of actual use. this is,
This is due in large part to the lack of structural design accuracy and the inability to obtain operating mode parameters that give reliable operation of the electrodeionization device. An illustration of prior attempts to combine electrodialysis and ion exchange materials to purify salt water from salty water is described in US Pat.
No. 794,777, No. 2,796,395, No. 2,947,688, No. 3,38
4,568 and 4,165,273. Attempts to improve the electrodeionization device have been made in US Patent 3,149,06.
1, No. 3,291,713, No. 3,515,664, No. 3,562,139
Nos. 3,993,517 and 4,284,492.

これらの特許により代表される貢献に拘らず、この従来
技術は、信頼性のある電気脱イオン化装置を作り出さな
かった。電気脱イオン化の代表的な樹脂の汚化や膜のス
ケール付着の問題が軽減されていない。これらの電気脱
イオン化装置は、海水脱塩すなわち高純水の製造には不
適当であった。硬水やシリカ含有水や高塩分塩水、さら
にはコロイド粒子や汚化物質を含有する水は、なお現在
周知の電気脱イオン化装置および動作モードによっては
一貫的にかつ確実に精製できない液体を代表している。
これらの装置の大規模な保守や浄化は依然必要であり、
生成液体の品質や体積は変動的であり、少なくとも１メ
グオームセンチメートルの品質の水を一貫的かつ十分の
容積で生成する能力は達成されないままである。Despite the contributions represented by these patents, this prior art did not create a reliable electrodeionization device. The problems of resin fouling and film scale deposition, which are typical of electrodeionization, have not been alleviated. These electric deionizers were unsuitable for seawater desalination, that is, production of high-purity water. Hard water, silica-containing water, high salinity salt water, as well as water containing colloidal particles and pollutants, are still representative of liquids that cannot be consistently and reliably purified by currently known electrodeionization devices and modes of operation. There is.
Large-scale maintenance and cleaning of these devices is still necessary,
The quality and volume of the produced liquids are variable, and the ability to produce water of quality of at least 1 megohm-centimeter consistently and in sufficient volume remains unachieved.

米国特許第4,632,745 号は、0.3 乃至 4インチおよび0.
05および0.25インチの厚さを有する細分区画室に分割さ
れた分離区画室を含む電気脱イオン化装置を開示してい
る。この装置を使用すると、低エネルギーしか必要せず
かつチャンネル化を避けながら、分離区画室からの有効
なイオンの除去が達成される。U.S. Pat.No. 4,632,745 has 0.3-4 inches and 0.
An electrodeionization device is disclosed that includes a separate compartment divided into subcompartments having a thickness of 05 and 0.25 inches. Using this device, effective ion removal from the separation compartment is achieved while requiring low energy and avoiding channeling.

米国特許第4,634,745 号は、１または複数例えば２つの
液圧段階を２つの別個の独立の電気的段階とともに採用
することができる。しかして、１つのの液圧段階は、所
与の数例えば30のセル対を含み、水がこのセル対中に流
入する。１対のセル対は、イオン交換樹脂を含む稀釈物
スペーサならびに濃縮物スペーサに接合された陽イオン
膜および陰イオン膜を備えている。電気的段階は、液圧
段階を包囲する１つの陽極電極および１つの陰極電極を
備えている。低塩分供給材料に対しては、１段階積層設
計が採用され、他方高塩分塩水に対しては、２段階積層
設計が採用される。２段階設計の目的は、濃縮物流pHシ
フトをもたらし非効率となる分極を誘起することなく第
１段階において最大の塩分除去を得ることである。濃縮
物流の上向きのpHシフトは、もしも積層に対する供給水
中にカルシウムやマグネシュウムイオンが存在するとス
ケール付着を生ずることになる。分極を生ずることなく
第１段階において行なわれる最大の塩分除去は、約80％
である。第１段階からの生成水は第２段階に送られ、こ
こで残りの塩分（約20％）が除去され、メグオームの生
成物品質を得る。脱イオン化されつつある水は、流れ方
向を変更することなく１度だけ各セル間を通され、そし
て全設計は、全塩分除去、膜利用度および必要エネルギ
ーを最適化しつつ第１段階におけるスケール付着を抑制
する。比較すると、電気透析は、メグオーム品質の水を
生成できない。何故ならば、電気透析は、低塩分範囲に
おいて比効率的であり、より大きな膜面積とエネルギー
を必要とするからである。現在入手可能な装置に比較し
て改善され他イオン除去効率をもたらす電気脱イオン化
装置および方法を提供することは望ましいことであろ
う。U.S. Pat. No. 4,634,745 may employ one or more, for example two hydraulic stages with two separate and independent electrical stages. Thus, one hydraulic stage contains a given number, for example 30 cell pairs, into which water flows. One pair of cells comprises a cation membrane and an anion membrane joined to a dilute spacer containing an ion exchange resin and a concentrate spacer. The electrical stage comprises one anode electrode and one cathode electrode surrounding the hydraulic stage. For low salinity feeds, a one-stage stack design is adopted, while for high-salt brines, a two-stage stack design is adopted. The purpose of the two-stage design is to obtain maximum salinization in the first stage without inducing polarization which results in concentrated stream pH shifts and inefficiencies. The upward pH shift of the concentrated stream will result in scale deposition if calcium or magnesium ions are present in the feed water to the stack. The maximum salinization done in the first stage without polarization is about 80%
Is. The product water from the first stage is sent to the second stage, where the remaining salinity (about 20%) is removed to obtain a meguohm product quality. The water being deionized is passed through each cell only once without changing the flow direction, and the overall design is the first stage scale deposition while optimizing total salinization, membrane utilization and energy requirements. Suppress. By comparison, electrodialysis cannot produce meguohm-quality water. This is because electrodialysis is more efficient in the low salinity range and requires more membrane area and energy. It would be desirable to provide an electrodeionization device and method that provides improved other ion removal efficiency over currently available devices.

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、イオン交換樹脂の性能の由々しい低減を避け
つつ、かつ電気脱イオン化装置内における粒子およびス
ケールの形成を回避しながら、長期間にわたり10メグオ
ーム センチメートルまでまたはそれより高い品質の精
製水を製造するための電気脱イオン化方法および装置を
提供するものである。電気脱イオン化装置は、厚さ、幅
および形態が制御されかつビード、ファイバまたは同等
物のようなイオン交換物質を含む複数の電気脱イオン化
区画室を備える。液体からイオンが低減される電気脱イ
オン化イオン分離(減少乃至枯渇)区画室は、細分区画室
を画定するようにリブまたは同等物により分割された中
空の中央部分を有するスペーサから形成される。[Means for Solving the Problems] The present invention provides 10 megohms over a long period of time while avoiding a significant reduction in the performance of the ion exchange resin and avoiding the formation of particles and scale in the electrodeionization device. Provided is an electrodeionization method and apparatus for producing purified water of up to centimeters or higher quality. The electrodeionization device comprises a plurality of electrodeionization compartments of controlled thickness, width and morphology and containing ion exchange materials such as beads, fibers or the like. An electrodeionization (depletion or depletion) compartment in which ions are reduced from the liquid is formed from a spacer having a hollow central portion divided by ribs or equivalent to define a subdivision compartment.

細分区画室内のイオン交換樹脂ビードな陽イオン透過性
膜を分離区画室の一面およびリブに接合または物理的に
保持し、陰イオン透過性膜を分離区画室の反対面および
リブに接合または物理的方法で保持し、それにより細分
区画室を画定する。分離室からイオンが流入する濃縮室
は、イオン交換ビードが存在しない。電気脱イオン化装
置は、単一の段階または複数の段階を直列に備えること
ができ、そしてもし望むならば処理電圧を各段階におい
て独立的に制御できる。各段階におけるイオン分離室お
よび濃縮室は、陽極および陰極間に配置される。各段階
は、少なくとも１対のイオン分離区画室を備える。精製
されるべき水は、各段階において少なくとも２つの分離
室を通過する。単一の段階に複数のパスを採用すること
により、各段階に複数のパスの長さの和の長さに等しい
長さの単一のパスを利用するものに比して、被精製水か
らイオンを除去するに際して効率の改善が達成される。Ion-exchange resin beaded cation-permeable membrane in subdivision compartment is bonded or physically retained on one side and rib of separation compartment and anion-permeable membrane is bonded or physically held on opposite side and rib of separation compartment Held in a manner, thereby defining a subcompartment. The ion exchange beads do not exist in the concentrating chamber into which the ions flow from the separation chamber. The electrodeionization device can comprise a single stage or multiple stages in series, and if desired the process voltage can be controlled independently at each stage. The ion separation chamber and the concentration chamber in each stage are arranged between the anode and the cathode. Each stage comprises at least one pair of ion separation compartments. The water to be purified passes through at least two separation chambers at each stage. By adopting multiple passes in a single stage, compared to using a single pass with a length equal to the sum of the lengths of the multiple passes in each stage, Improved efficiency is achieved in removing ions.

［実施例］ 本発明に従えば、各電気脱イオン化段階が、陽極および
陰極、およびそれらの区画室、一連の濃縮区画室、およ
び陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂の混合物の
ようなイオン交換物質を含む一連の分離(減少)区画室を
備える電気脱イオン化装置が提供される。分離室は、被
精製水が各段階における所与の１組の陽極および陰極間
において少なくとも２つの分離区画室を通過するよう
に、配列され入口および出口を備える。本発明の複数パ
スプロセスによると、被精製水が、各段階における複数
の分離区画室の結合された長さに等しい長さを有する各
段階の１つの分離区画室を通されるプロセスに比してイ
オン除去の効率の改善が達成される。分離区画室は、イ
オン交換樹脂混合物が独立の別個の細分区画室内に収容
されるように形成される。しかして、細分区画室の各々
は、約 4イオンまたはそれ以下で、好ましくは約0.5 な
いし約1.5 インチの幅を有する。別個の細分区画室は、
陰イオン透過性膜および陽イオン透過性膜の両者を分離
室の周囲およびリブに例えば接合により固定することに
より形成される。しかして、該リブは、各細分区画室が
１対のリブ、陰イオン透過性膜および陽イオン透過性膜
により画定されるように、分離区画室の厚さを横切りか
つその全長に沿って延在する。本発明に従うと、分離区
画室の厚さおよび幅は電気脱イオン化装置の効率的な動
作を達成するのに重要であることが分かった。細分区画
室内に配置される固体のイオン交換物質は、リブおよび
イオン透過性膜により細分区画室間において動かないよ
うに抑制される。代表的な適当な固体のイオン交換物質
としては、ファイバ、ビードなどがある。イオン交換ビ
ードをを採用する場合、代表的なビード直径は約0.04イ
ンチまたはそれ以下、好ましくは約0.033ないし約0.012
インチ（20〜50メッシュ）である。EXAMPLES In accordance with the present invention, each electrodeionization step involves ion exchange such as anode and cathode and their compartments, a series of concentrating compartments, and a mixture of anion exchange resin and cation exchange resin. An electrodeionization device is provided that includes a series of separation (reduction) compartments containing a substance. The separation chamber is arranged with an inlet and an outlet such that the water to be purified passes through at least two separation compartments between a given set of anode and cathode in each stage. According to the multi-pass process of the present invention, compared to the process in which purified water is passed through one separation compartment at each stage having a length equal to the combined length of the plurality of separation compartments at each stage. Improved efficiency of ion removal is achieved. The separation compartment is formed such that the ion exchange resin mixture is contained within an independent and separate subdivision compartment. Thus, each of the subcompartments has a width of about 4 ions or less, preferably about 0.5 to about 1.5 inches. Separate subdivisions
It is formed by fixing both the anion permeable membrane and the cation permeable membrane around the separation chamber and to the ribs, for example by bonding. Thus, the ribs extend across the thickness of the separation compartment and along its entire length such that each subcompartment is defined by a pair of ribs, an anion permeable membrane and a cation permeable membrane. Exists In accordance with the present invention, the thickness and width of the separation compartment have been found to be important in achieving efficient operation of the electrodeionization device. The solid ion exchange material placed within the compartments is constrained by the ribs and ion permeable membranes from moving between compartments. Representative suitable solid ion exchange materials include fibers, beads and the like. When employing ion exchange beads, a typical bead diameter is about 0.04 inches or less, preferably about 0.033 to about 0.012.
Inches (20 to 50 mesh).

電気脱イオン化装置は、１または複数の段階を備えるこ
とができる。各段階において、分離区画室および濃縮区
画室の積層体の陰極が配置されるのと反対の端部の陽極
が配置され、分離区画室および農縮区画室の積層体の陽
極が配置されるのと反対の端部に陰極が配置される。各
陽極および陰極は、隣接する電極スペーサおよびイオン
透過性膜を備え、電界液が電極スペーサ中を通される。
各段階の残りの部分は、上述のように構成された一連の
交番する減少および濃縮区画室を含む。イオンが分離さ
れるべき液体は、分離区画室内の第１の液体から濃縮区
画室内の第２の液体にイオンの除去を行なうため、各段
階において各分離区画室を平行に通過できる。いずれの
場合にも、被精製液体は、各段階の少なくとも２つの分
離室を通過しなければ成らない。分離区画室内の流れの
方向は重要でなく、隣接する区画室または濃縮区画室内
における流れと同方向でも反対方向でもよい。複数の段
階が利用される場合、上流段階において分離区画室中を
移動される液体は、次の隣接する下流の段階の分離区画
室へと直列的に向けられてもよい。変わりに、供給水
は、第２の段階を構成する分離区画室において反対方向
に向けられてもよい。電解液は、電気脱イオン化装置に
おいて各電極に隣接するスペーサ中を通すことができ、
そして電気脱イオン化装置から除去される。The electrodeionization device can comprise one or more stages. At each stage, the anode at the end opposite the cathode of the stack of separate compartments and concentrate compartments is located, and the anode of the stack of separate compartments and contracted compartments is located. The cathode is located at the opposite end. Each anode and cathode comprises an adjacent electrode spacer and an ion permeable membrane through which the electrolytic solution is passed.
The remainder of each stage comprises a series of alternating reducing and concentrating compartments constructed as described above. The liquid from which the ions are to be separated can pass through each separation compartment in parallel at each stage in order to remove the ions from the first liquid in the separation compartment to the second liquid in the concentration compartment. In each case, the liquid to be purified must pass through at least two separation chambers in each stage. The direction of flow in the separation compartment is not critical and may be in the same or opposite direction as the flow in the adjacent compartment or the concentration compartment. If multiple stages are utilized, the liquid displaced in the separation compartment in the upstream stage may be directed in series to the separation compartment in the next adjacent downstream stage. Alternatively, the feed water may be directed in the opposite direction in the separation compartment that constitutes the second stage. The electrolyte can be passed through a spacer adjacent each electrode in the electrodeionization device,
Then it is removed from the electrodeionization device.

上述のように、分離区画室内の細分区画室は、長期間に
わたりイオン減少に対して高効率を持続するため制御さ
れた厚さと幅を有することが必須である。細分区画室の
厚さは、約0.25乃至約0.05インチ、好ましくは約0.06な
いし0.125 インチの間とすべきである。細分区画室の幅
は、約0.3 乃至4 インチ、好ましくは約0.5 ないし約1.
5 インチとすべきである。区画室の長さについては、実
際の構造および流体圧力損失の考慮事項により指示され
るもの以外に制限はない。有らかなように、細分区画室
が長く成ればなるほど、その中の液体からのイオン除去
はより大となる。一般に、細分区画室の長さは、約5 イ
ンチなしい約70インチである。細分区画室は、100 ％の
陰イオン交換物質、100 ％の陽イオン交換物質または両
者の混合物を含むことができる。特定の陰イオンまたは
陽イオンのみを除去することが望まれる場合には、適当
なイオン交換分室が100 ％配される。普通、精製液体生
成物を作るためには、陽イオンおよび陰イオンの両方を
除去することが望まれる。ビードのような強酸を基材と
する樹脂物質を利用する場合、陰イオン交換樹脂ビード
対陽イオン交換樹脂ビードの比は、一般に体積で約60対
40である。分離区画室に細分区画室を利用することによ
り、その中での液体とビードの効率的な混合を達成で
き、しかも分離区画室中における液体のチャンネル化を
避け、分離区画室の容積の一部におけるビードの圧縮ま
たは移動を回避することができる。かくして、分離区画
室内の液体からイオンの除去を行なうため、分離区画室
内のイオンおよび液体とビード内のイオンとの効率的な
交換が行なわれる。さらに、上述のように細分区画室の
幾何形態を制御し各段階に複数の分離区画室を使用する
ことにより、所望の液体純度を得るために、長期間にわ
たってさえ電気脱イオン化に対して比較的低エネルギー
を利用できることが分かった。As mentioned above, it is essential that the subcompartments within the separation compartment have a controlled thickness and width to maintain high efficiency for ion depletion over a long period of time. The thickness of the subcompartment should be between about 0.25 and about 0.05 inch, preferably between about 0.06 and 0.125 inch. The width of the subdivisions is about 0.3 to 4 inches, preferably about 0.5 to about 1.
Should be 5 inches. There is no limit to the length of the compartment other than that dictated by actual construction and fluid pressure drop considerations. As will be appreciated, the longer the subcompartment, the greater the removal of ions from the liquid therein. Generally, the length of the subcompartment is about 5 inches, not about 70 inches. The subcompartment can contain 100% anion exchange material, 100% cation exchange material, or a mixture of both. If it is desired to remove only certain anions or cations, a 100% suitable ion exchange compartment is provided. It is usually desirable to remove both cations and anions to make a purified liquid product. When utilizing strong acid-based resinous materials such as beads, the ratio of anion exchange resin beads to cation exchange resin beads is generally about 60 pairs by volume.
40. By using a subdivision compartment for the separation compartment, it is possible to achieve efficient mixing of the liquid and the bead therein, and avoid the channeling of the liquid in the separation compartment, and to use a part of the volume of the separation compartment. It is possible to avoid bead compression or movement in the. Thus, since the ions are removed from the liquid in the separation compartment, the ions and liquid in the separation compartment are efficiently exchanged with the ions in the beads. In addition, by controlling the subcompartment geometry as described above and using multiple separate compartments at each stage, to obtain the desired liquid purity, relatively to electrodeionization, even over long periods of time, is achieved. It turns out that low energy is available.

第１図を参照すると、電気脱イオン化装置１０は、電極
９および１１により境界を定められる１段階１２を備え
ている。段階１２は、膨張可能な袋部材１５およびこの
袋部材１５を膨張するための流体用入口１６を有する端
板１３を備える。端板１３に隣接して、電極９を収容し
所望のマニフォルドを提供する端部ブロック１７が設け
られる。電極スペーサ１８が、端部ブロック１７に隣接
して配置されており、スクリーン１９を備えている。し
かして、このスクリーンは、電極スペーサ中を通る液体
に乱流を生ぜしめる。イオン透過性膜２０が、電極スペ
ース１８の周囲２１に封着される。可撓性物質よりなる
スペーサ２２は、スクリーン２４を備えている。スペー
サ２２およびスクリーン２４は、本発明の電気脱イオン
化装置の濃縮室を構成し、本発明の分離区画室構造体
は、イオン透過性膜２６、硬質物質スペーサ２８および
イオン透過性膜３０よりなる。イオン透過性膜２６およ
び３０は、スペーサ２８の両面にその周囲３２に封着さ
れる。混合イオン交換樹脂ビード３４が、リブ（図示せ
ず）を含むスペーサ２８を中央空間内に収容され、膜２
６および３０によりそこに保持される。段階１２内の被
精製液体は、スペーサ２２および２８および膜２６およ
び３０を含む少なくとも２つのユニットを通過する。ス
ペーサ２２および２８および膜２６および３０を含ムユ
ニットは段階１２の容積中に適当な液体流を提供するた
め、普通約５ないし１００回反復される。可撓性物質よ
り成るスペーサ３８およびスクリーン２４およびイオン
交換膜４０は、端部濃縮室を形成する。端板４４および
電極１１に隣接して電極スペーサ４２が配置されてい
る。端板５０は、導管５４を通過する流体により膨張さ
れる可撓性の袋部材５２を備えている。ボルト５６、５
８および６０ならびに第４のボルト（図示せず）が、装
置１０の全長に沿って延在しており、装置の諸部材を適
所に保持している。Referring to FIG. 1, the electrodeionization device 10 comprises a single stage 12 bounded by electrodes 9 and 11. Stage 12 comprises an end plate 13 having an inflatable bladder member 15 and a fluid inlet 16 for inflating the bladder member 15. Adjacent to the end plate 13 is an end block 17 that houses the electrode 9 and provides the desired manifold. An electrode spacer 18 is arranged adjacent to the end block 17 and comprises a screen 19. Thus, this screen causes turbulence in the liquid passing through the electrode spacer. An ion permeable membrane 20 is sealed around the perimeter 21 of the electrode space 18. The spacer 22 made of a flexible material includes a screen 24. The spacer 22 and the screen 24 constitute a concentrating chamber of the electric deionization apparatus of the present invention, and the separation compartment structure of the present invention comprises an ion permeable membrane 26, a hard material spacer 28 and an ion permeable membrane 30. The ion permeable membranes 26 and 30 are sealed to their perimeter 32 on both sides of the spacer 28. A mixed ion exchange resin bead 34 houses a spacer 28 including ribs (not shown) in the central space, and
Held there by 6 and 30. The liquid to be purified in stage 12 passes through at least two units including spacers 22 and 28 and membranes 26 and 30. The unit containing spacers 22 and 28 and membranes 26 and 30 is typically repeated about 5 to 100 times to provide the proper liquid flow in the volume of stage 12. The spacer 38 made of a flexible material, the screen 24 and the ion exchange membrane 40 form an end concentrating chamber. An electrode spacer 42 is arranged adjacent to the end plate 44 and the electrode 11. The end plate 50 includes a flexible bladder member 52 that is inflated by the fluid passing through the conduit 54. Bolts 56, 5
8 and 60 and a fourth bolt (not shown) extend along the entire length of the device 10 to hold the components of the device in place.

第２図を参照すると、種々の区画室の流体路が図示され
ている。精製されるべき液体は、入口６２に入り、分離
区画室２８を通り、ついで第２の分離区画室２８を通過
し、そして出口６４から回収される。分離区画室を通る
液体流は、各段階において一方向とし得ることを理解さ
れたい。また、液体は、各段階において、２以上の分離
区画室中を流動させることができる。加えて、１つの分
離区画室から流出した液体は、複数の流れに分け、第２
の１組の分離区画室を通すことができる。濃縮用液体
は、入口６６をから濃縮区画室２２を通り、ついで出口
６８を経てドレインに通される。電解液は、入口７０か
ら電極区画室１９および４２を通り、出口７２を通って
ドレインに放出される。Referring to FIG. 2, the fluid paths of the various compartments are illustrated. The liquid to be purified enters the inlet 62, passes through the separation compartment 28, then the second separation compartment 28, and is recovered from the outlet 64. It should be appreciated that the liquid flow through the separation compartment may be unidirectional at each stage. The liquid can also flow in two or more separation compartments at each stage. In addition, the liquid flowing out from one separation compartment is divided into a plurality of streams,
Through one set of separate compartments. Concentrating liquid passes from inlet 66 through concentration compartment 22 and then through outlet 68 to the drain. The electrolyte is discharged from the inlet 70 through the electrode compartments 19 and 42 and through the outlet 72 to the drain.

第３図を参照すると、この図には、剛性のブロック４４
および電極１１を含む電極構造体が示されている。ブロ
ック４４は、電解液供給入口７０および電解液廃液出口
７２を備える。電極１１は、コネクタ８５を備えてお
り、そして該コネクタは、第３図の詳細部分に示される
ように外部電気接続８７と接触する。ブロック４４は、
分離区画室用の入口６２および出口６４および濃縮室用
の入口６５および６６および出口６３および６８を備え
る。Referring to FIG. 3, a rigid block 44 is shown.
An electrode structure is shown that includes and an electrode 11. The block 44 includes an electrolytic solution supply inlet 70 and an electrolytic solution waste liquid outlet 72. The electrode 11 comprises a connector 85, which contacts an external electrical connection 87 as shown in the detail of FIG. Block 44 is
An inlet 62 and outlet 64 for the separation compartment and inlets 65 and 66 and outlets 63 and 68 for the concentrating compartment are provided.

第４図を参照すると、電極スペーサ６７は、電解液入口
７０よび電解液出口７２、ならびに通過する液体に乱流
を起すスクリーン９０を備えている。Referring to FIG. 4, the electrode spacer 67 includes an electrolytic solution inlet 70 and an electrolytic solution outlet 72, and a screen 90 that causes a turbulent flow in the passing liquid.

第５図を参照すると、可撓性の物質より成るスペーサ、
例えばスペーサ３８は、液体入口６６および液体出口６
８を備えており、そしてこれらの入口および出口は、液
体の乱流を生じさせるためスクリーン９５が配置される
スペーサ３８の内部に液体を連通させる。出口６４は、
隣接する分離区画室への液体を通過を許容し、入口６２
は、精製された液体をスペーサ３８に形成される濃縮区
画室内の液体と混合することなく隣接する分離区画室か
らの液体の除去を許容する。Referring to FIG. 5, a spacer made of a flexible material,
For example, the spacer 38 may include the liquid inlet 66 and the liquid outlet 6.
8 and these inlets and outlets bring the liquid into communication with the interior of a spacer 38 in which a screen 95 is arranged to create a turbulent flow of liquid. The exit 64 is
Allowing the passage of liquid to the adjacent separation compartment, the inlet 62
Allows the removal of liquid from the adjacent separation compartment without mixing the purified liquid with the liquid in the concentrating compartment formed in spacer 38.

第６図および７図を参照すると、本発明の分離区画室の
構造が詳細に示されている。分離区画室は、剛性のスペ
ーサ例えばスペーサ２８および陰イオン透過性膜３０お
よび陽イオン透過性膜２６を含む。イオン交換物質３４
は、膜２６および３０、壁部１０５およにリブ９９によ
り形成される細分区画室内に収容される。膜２６および
３０は、それらの長さに沿って壁部１０５およびリブ９
９に封着される。膜２６および３０はまた、個々の細分
区画室９８が互いに実質的に隔絶されるように、剛性の
スペーサ２８の周囲に封着される。被精製液は、入口１
０１から細分区画室９８に入り、ここで電圧を受け、陰
イオンを膜３０中に陽イオンを膜２６中を通す。生成さ
れた液体は、ついで、出口１０２およびスペーサ出口６
４を通り、そして第２図の説明にしたがって収集される 本発明の他の側面し従えば、精製されるべき液体は、有
機物質のような特定の汚染物を除去するため電気脱イオ
ン化の前に予め加熱できる。軟化剤−掃去剤系が使用さ
れ得るが、軟化剤は、特定のイオンを除去するため陽イ
オン交換樹脂および／または陰イオン交換樹脂とし得、
掃去剤は、タンニン、フミン酸、フルボ酸およびリグニ
ンを含む有機物質のような陰イオン樹脂を汚す汚化物質
を除去するため陰イオン交換樹脂を含むことができる。
イオン交換樹脂は、ブライン（NaCl）により効率的にか
つ簡単に再生できる。Referring to FIGS. 6 and 7, the structure of the separation compartment of the present invention is shown in detail. The separation compartment includes rigid spacers such as spacer 28 and anion permeable membrane 30 and cation permeable membrane 26. Ion exchange material 34
Are contained within a subdivision compartment formed by membranes 26 and 30, walls 105 and ribs 99. Membranes 26 and 30 have walls 105 and ribs 9 along their length.
Sealed on 9. Membranes 26 and 30 are also sealed around rigid spacer 28 such that individual subcompartments 98 are substantially isolated from each other. Liquid to be purified is at inlet 1
From 01 into the subdivision compartment 98, where it receives a voltage, passing anions through the membrane 30 and cations through the membrane 26. The liquid produced then passes through the outlet 102 and the spacer outlet 6
According to another aspect of the present invention, which is collected through 4 and according to the description of FIG. 2, the liquid to be purified is subjected to prior electrodeionization to remove certain contaminants such as organic substances. Can be preheated. Although a softener-scavenger system may be used, the softener may be a cation exchange resin and / or an anion exchange resin to remove certain ions,
The scavenger can include an anion exchange resin to remove contaminants that stain the anion resin, such as organic materials including tannin, humic acid, fulvic acid and lignin.
Ion exchange resins can be efficiently and easily regenerated with brine (NaCl).

本発明においては、代表的に約５psi までの動作圧力差
に抗する強さを有する陰イオン透過性膜または陽イオン
透過性膜ならいずれでも使用できる。細分区画室を形成
するリブに膜を封着すると、組立体の強度がそれにより
増強されるから、より高い動作圧力の使用が可能とな
り、従来技術の装置が改善されることを指摘したい。代
表的な適当な陰イオン透過膜としては、Ionics Inc.に
よりCR61-CZL-386およびAR 103-QZL-386なる商品番号で
販売されている、スルフォン酸または第四級化アンモニ
ウム官能基を有する、均質型ウエブ支持のスチレン−ジ
ビニルベンゼンを基材とする樹脂、Sybron/ionacにより
MC-3470 およびMA-3475 なる商品番号で販売されてい
る、ポリ弗化ビニリデンで結合された不均質型のウエブ
支持のスチレン−ジビニルベンゼンを基材とする樹脂、
RAI Reseach Corporation によりRaipore なる名称で販
売されている不均質型の無支持の、ポリエチレンシート
のスルフォン化スチレンおよび第四級化ビニルベンジル
アミングラフト体、Tokuyama Soda Co, Ltd.によりNeos
eputa の名称で販売されているスルフォン酸または第四
級アンモニウム官能基を有する、均質型ウエブ支持のス
チレン−ジビニルベンゼンを基剤とする樹脂、Asahi In
dustry Co. Ltd．によりAciplex なる名称で販売されて
いるスルフォン酸または第四級アンモニウム官能基を有
する、均質型ウエブ支持のスチレン−ジビニルベンゼン
を基材とする樹脂などがある。Any anion permeable or cation permeable membrane having strength to withstand operating pressure differentials, typically up to about 5 psi, may be used in the present invention. It should be pointed out that sealing the membrane to the ribs that form the sub-compartments allows the use of higher operating pressures and thus improves the prior art device, since it increases the strength of the assembly. Representative suitable anion permeable membranes have sulfonic acid or quaternized ammonium functional groups, sold by Ionics Inc. under the product numbers CR61-CZL-386 and AR 103-QZL-386, Sybron / ionac, a resin based on styrene-divinylbenzene with homogeneous web support
Resins based on polyvinylidene fluoride bonded heterogeneous web-supported styrene-divinylbenzene sold under the product numbers MC-3470 and MA-3475,
Heterogeneous, unsupported, sulfonated styrene and quaternized vinylbenzylamine grafts of polyethylene sheet sold under the name Raipore by RAI Reseach Corporation, Neos by Tokuyama Soda Co, Ltd.
Asahi In, a homogenous web-supported styrene-divinylbenzene-based resin with sulfonic acid or quaternary ammonium functional groups sold under the name eputa.
dustry Co. Ltd. Styrene-divinylbenzene-based resins with sulfonic acid or quaternary ammonium functional groups, sold under the name Aciplex, by styrene-divinylbenzene with a homogenous web support.

下記の例は本発明を例示するものであり、本発明を制限
するものではない。The following examples illustrate the invention without limiting it.

［実施例１］ この例は、分離区画室を通しての複数回のパスを利用す
る本発明の電気脱イオン化装置で得られる分離効率の改
善を分離段階において分離区画室を通しての１回のパス
を利用する電気脱イオン化装置に対比して例示するもの
である。Example 1 This example uses the single pass through the separation compartment in the separation stage to improve the separation efficiency obtained with the electrodeionization device of the present invention that utilizes multiple passes through the separation compartment. This is illustrated in comparison with the electric deionization device.

比較試験のために２つの分離積層体を組み立てた。第１
の積層体は、平行に配列されかつ１つの濃縮物スペーサ
と１対の電極スペーサおよび電極の間に挟まれた２つの
26インチ長の稀釈セルを含んだ（第８図参照）。稀釈セ
ルは、起こり得るエラーの最小化を補助するため、平行
に使用された。第２の積層体は、２並列２パス形態を得
るように配列された４つの13インチ長の稀釈セルを含み
（第９図参照）、３つの濃縮物スペーサは平行流を得る
ように配列され、そしてセルは電極スペーサおよび電極
で束ねられる。Two separate laminates were assembled for comparative testing. First
Of stacks of two are arranged in parallel and sandwiched between one concentrate spacer and a pair of electrode spacers and electrodes.
It included a 26 inch long dilution cell (see Figure 8). Dilution cells were used in parallel to help minimize possible errors. The second stack includes four 13 inch long dilution cells arranged to obtain a two side-by-side two pass configuration (see Figure 9) and three concentrate spacers arranged to obtain parallel flow. , And the cells are bundled with electrode spacers and electrodes.

両積層組立体には、新しい膜および新しいイオン交換樹
脂を使用した。２つの積層体は、同じ液体供給源および
同じ電力源で同時にランさせた。データは、概同時に収
集された。４スリーズの試験を行ない、試験条件は各シ
リーズの下で記述した。Both membrane assemblies used new membranes and new ion exchange resins. The two stacks were run simultaneously with the same liquid source and the same power source. The data were collected at approximately the same time. Four threes tests were conducted and the test conditions were described under each series.

Ａシリーズ試験 試験条件：供給材料 295μmho 塩化ナトリウム；温度18
℃；電源 Condor 9 ボルト，１アンペアカルキュエー
タ電池充電器（非可変）。A series test Test condition: Feed material 295μmho sodium chloride; temperature 18
℃; Power Condor 9 volt, 1 amp Calculator battery charger (non-variable).

Ｄ_１は26インチ長流路からの稀釈物を指す。D ₁ refers to the dilution from the 26 inch long channel.

Ｃ_１は26インチ長の流路からの濃縮物を指す。C ₁ refers to the concentrate from the 26 inch long channel.

Ｄ_２およびＣ_２は13インチ長の流路から稀釈物および濃
縮物を指し、Ｉ_１，Ｉ_２；Ｅ_１，Ｅ_２はそれぞれ電流お
よび電圧を指す。D ₂ and C ₂ refer to the dilutions and concentrates from the 13-inch long flow path, and I ₁ , I ₂ ; E ₁ , E ₂ refer to current and voltage, respectively.

水回収率は、Ｒ_１およびＲ_２として表わされる。Water recovery is expressed as R ₁ and R ₂ .

［試験Ｉ］ 各積層体に体する供給材料流量は、 400ml/minに調節さ
れ、定常動作にて関係するパラメータは次の如くであっ
た。[Test I] The flow rate of the feed material for each laminate was adjusted to 400 ml / min, and the parameters involved in steady operation were as follows.

Ｉ_１＝0.5 Ａ；Ｅ_１＝9.4 Ｖ； Ｄ_１＝11.2μmho ；Ｃ_１＝ 580μmho；Ｒ_１＝67％ Ｉ_２＝0.47Ａ；Ｅ_２＝11.2Ｖ； Ｄ_２＝ 1.5μmho ；Ｃ_２＝1220μmho ； Ｒ_２＝67％ Ｄ_２は7.5 ＸだけＤ_１の水品質越えた。I ₁ = 0.5 A; E ₁ = 9.4 V; D ₁ = 11.2 μmho; C ₁ = 580 μmho; R ₁ = 67% I ₂ = 0.47 A; E ₂ = 11.2 V; D ₂ = 1.5 μmho; C ₂ = 1220 μmho R ₂ = 67% D ₂ exceeded the water quality of D ₁ by 7.5X.

［試験II］ 供給材料流量を300ml/min に調節して試験Ｉと同じ試験
を行ない、定常動作において関係するパラメータは次の
如くであった。[Test II] The same test as the test I was performed by adjusting the feed material flow rate to 300 ml / min, and the parameters related to the steady operation were as follows.

Ｉ_１＝0.73Ａ；Ｅ_１＝9.7Ｖ： Ｄ_１＝10.0μmho ；Ｃ_１＝ 600μmho ； Ｒ_１＝67％ Ｉ_２＝0.043Ａ；Ｅ_２＝11.4Ｖ； Ｄ_２＝ 0.5μmho ；Ｃ_２＝1450μmho ； Ｒ_２＝77％ Ｄ_２は20ＸだけＤ_１の水品質を越えた。I ₁ = 0.73A; E ₁ = 9.7V: D ₁ = 10.0 μmho; C ₁ = 600 μmho; R ₁ = 67% I ₂ = 0.043A; E ₂ = 11.4V; D ₂ = 0.5 μmho; C ₂ = 1450 μmho R ₂ = 77% D ₂ exceeded the water quality of D ₁ by 20X.

［試験III］ 各積層体に対して供給材料流量を500ml/m
in に調節して試験Ｉと同じ試験を行ない、定常動作に
おいて関係するパラメータは次の如くであった。[Test III] Feed material flow rate for each stack is 500 ml / m
The same test as in Test I was performed after adjusting to in, and the parameters involved in the steady operation were as follows.

Ｉ_１＝1.09Ａ；Ｅ_１＝8.7 Ｖ； Ｄ_１＝15.5μmho ；Ｃ_１＝ 600μmho ； Ｒ_１＝68％ Ｉ_２＝0.55Ａ；Ｅ_２＝1.08Ｖ； Ｄ_２＝2.9 μmho ；Ｃ_２＝1300μmho ； Ｒ_２＝80％ Ｄ_２は５ＸだけＤ_２の水品質を越えた。I ₁ = 1.09A; E ₁ = 8.7 V; D ₁ = 15.5 μmho; C ₁ = 600 μmho; R ₁ = 68% I ₂ = 0.55A; E ₂ = 1.08 V; D ₂ = 2.9 μmho; C ₂ = 1300 μmho ; R ₂ = 80% _{D 2} was over water quality 5X by _{D 2.}

［Ｂシリーズ試験］ 試験条件：シリーズＡ試験と同じであるが、condor 12
ボルトアンペアカルキュレータ電池充電器（非可変）を
使用。[B series test] Test condition: Same as the series A test, but condor 12
Uses a Volt Amp Calculator battery charger (non-variable).

［試験IV］ 各積層体に対する供給材料流量を500 ml/minに調節し
て、定常動作にて関係するパラメータは次の如くであっ
た。[Test IV] The flow rate of the feed material for each stack was adjusted to 500 ml / min, and the parameters related to the steady operation were as follows.

Ｉ_１＝1.21；Ｅ_１＝10.2Ｖ；Ｄ_１＝ 14.0 μmho； Ｃ_１＝ 535μmho ；Ｒ_１＝68％ Ｉ_２＝0.640；Ｅ_２＝13.6Ｖ； Ｄ_２＝0.65 μmho ；Ｃ_２＝1350μmho ； Ｒ_２＝78％ Ｄ_２は21.5ＸだけＤ_１の水品質を越えた。I ₁ = 1.21; E ₁ = 10.2 V; D ₁ = 14.0 μmho; C ₁ = 535 μmho; R ₁ = 68% I ₂ = 0.640; E ₂ = 13.6 V; D ₂ = 0.65 μmho; C ₂ = 1350 μmho; R ₂ = 78% D ₂ exceeded the water quality of D ₁ by 21.5X.

［試験Ｖ］ 各積層体に対する供給材料流量を400ml/min に調節して
試験IVと同じ試験を行ない、定常動作にて関係するパラ
メータは次の如くであった。[Test V] The same test as Test IV was performed by adjusting the flow rate of the feed material to each laminate to 400 ml / min, and the parameters related to the steady operation were as follows.

I₁＝1.1 Ａ；Ｅ_１＝12.7Ｖ；Ｄ_１＝10.5μmho ； Ｃ_１＝600 μmho ；Ｒ_１＝68％ Ｉ_２＝0.59Ａ；Ｅ_２13.9 Ｖ；Ｄ_２＝0.3 μmho ； Ｃ_２＝1350μmho ；Ｒ_２＝78％ Ｄ_２は35ＸだけＤ_１の水品質を越えた。I ₁ = 1.1 A; E ₁ = 12.7 V; D ₁ = 10.5 μmho; C ₁ = 600 μmho; R ₁ = 68% I ₂ = 0.59 A; E ₂ 13.9 V; D ₂ = 0.3 μmho; C ₂ = 1350 μmho R ₂ = 78% D ₂ exceeded the water quality of D ₁ by 35X.

［Ｃシリーズ試験］ 試験条件：供給材料としてＡシリーズ試験におけるのと
同じミリグラム／リットルにて塩化ナトリウムおよび重
炭酸ナトリウムの225 μmho の混合物を使用；温度18
℃；電源Ａシリーズ試験に使用された9 ボルト，１アン
ペア電源。C series test Test conditions: 225 μmho mixture of sodium chloride and sodium bicarbonate at the same milligram / liter as in the A series test as feed; temperature 18
℃; 9 volt, 1 amp power supply used for power supply A series test.

［試験VI］各積層体への供給材料流量を400ml/min に調
節して、定常動作にて関係するパラメータは次の如くで
あった。[Test VI] The flow rate of the feed material to each laminate was adjusted to 400 ml / min, and the parameters related to the steady operation were as follows.

Ｉ_１＝0.81Ａ；Ｅ_１＝10.0Ｖ； Ｄ_１＝ 6.5μmho ；Ｃ_１＝ 450μmho ； Ｒ_１＝68％ Ｉ_２＝0.46 Ａ；Ｅ_２＝11.4Ｖ； Ｄ_２＝0.24μmho ；Ｃ_２＝1100μmho ； Ｒ_２＝77％ Ｄ_２は27ＸだけＤ_１の品質を越えた。 _{I 1 = 0.81A; E 1 =} 10.0V; D 1 = 6.5μmho; C 1 = 450μmho; R 1 = 68% I 2 = 0.46 A; E 2 = 11.4V; D 2 = 0.24μmho; C 2 = 1100μmho R ₂ = 77% D ₂ exceeded the quality of D ₁ by 27X.

［試験VII］ 各積層体への供給材料流量を500ml/min に調節して試験
VIと同じ試験を行ない、定常動作にて関連するパラメー
タは次の如くであった。[Test VII] Test by adjusting the flow rate of the feed material to each laminate to 500 ml / min
The same test as VI was conducted, and the parameters related to the steady operation were as follows.

Ｉ_１＝0.91Ａ；Ｅ_１＝9.6 Ｖ； Ｄ_１＝ 9.0μmho ；Ｃ_１＝485 μmho ； Ｒ_１＝72％ Ｉ_２＝0.50Ａ；Ｅ_２＝11.3Ｖ； Ｄ_２＝1.65μmho ；Ｃ_２＝1000umho ； Ｒ_２＝78％ Ｄ_２は5.5 ＸだけＤ_１の水品質を越えた。I ₁ = 0.91 A; E ₁ = 9.6 V; D ₁ = 9.0 μmho; C ₁ = 485 μmho; R ₁ = 72% I ₂ = 0.50 A; E ₂ = 11.3 V; D ₂ = 1.65 μmho; C ₂ = 1000umho; R ₂ = 78% D ₂ exceeded the water quality of D ₁ by 5.5X.

［試験VIII］ 各積層体への供給流量材料を300ml/min に調節して試験
VIと同じ試験を行ない、定常動作にて関連するパラメー
タは次の如くであった。[Test VIII] Test by adjusting the flow rate material to each laminate to 300 ml / min
The same test as VI was conducted, and the parameters related to the steady operation were as follows.

Ｉ_１＝0.70Ａ；Ｅ_１＝10.4Ｖ： Ｄ_１＝8.0μmho ；Ｃ_１＝500 μmho ； Ｒ_１＝67％ Ｉ_２＝0.41Ａ；Ｅ_２＝11.6 Ｖ； Ｄ_２＝0.22μmho ；Ｃ_２＝1100μmho ； Ｒ_２＝77％ Ｄ_２は36ＸだけＤ_１の水品質を越えた。I ₁ = 0.70 A; E ₁ = 10.4 V: D ₁ = 8.0 μmho; C ₁ = 500 μmho; R ₁ = 67% I ₂ = 0.41 A; E ₂ = 11.6 V; D ₂ = 0.22 μmho; C ₂ = 1100 μmho; R ₂ = 77% D ₂ exceeded the water quality of D ₁ by 36X.

［Ｄシリーズ試験］ 試験条件：Ｃシリーズと同じ供給材料；電源は２種の類
似の可変供給電源に変えた。[D series test] Test condition: same supply material as C series; power supply was changed to two similar variable power supplies.

［試験IX］ 各積層体に対する供給材料流量は400ml/min に調節し、
印加されるセル対電圧は各セル当り2 ボルトに調節さ
れ、電極電圧として3 ボルトが加えられた。定常動作に
おいて関連するパラメータは下記の如くであった。[Test IX] The flow rate of the feed material for each stack was adjusted to 400 ml / min,
The applied cell-to-voltage was adjusted to 2 Volts per cell and 3 Volts was applied as the electrode voltage. The relevant parameters in steady state operation were:

Ｉ_１＝0.64Ａ；Ｅ_１＝7.0 Ｖ； Ｄ_１＝16.0μmho ；Ｃ_１＝ 440μmho ； Ｒ_１＝65％ Ｉ_２＝0.41 Ａ；Ｅ_２＝11.0 Ｖ； Ｄ_２＝1.60μmho ；Ｃ_２＝ 850μnho ； Ｒ_２＝74％ Ｄ_２は10ＸだけＤ_１の水品質を越えた。I ₁ = 0.64 A; E ₁ = 7.0 V; D ₁ = 16.0 μmho; C ₁ = 440 μmho; R ₁ = 65% I ₂ = 0.41 A; E ₂ = 11.0 V; D ₂ = 1.60 μmho; C ₂ = 850 μnho R ₂ = 74% D ₂ exceeded the water quality of D ₁ by 10X.

［試験Ｘ］ セル対当り3 ボルトにて試験９と同じ試験を行ない、定
常動作にて関係するパラメータは次のごとくであった。[Test X] The same test as Test 9 was performed with 3 volts per cell pair, and the parameters related to the steady operation were as follows.

Ｉ_１＝0.75 Ａ；Ｅ_１＝ 9.0Ｖ； Ｄ_１＝ 9.0μmho ；Ｃ_１＝ 500μmh；Ｒ_１＝65％ Ｉ_２＝0.52 Ａ；Ｅ_２＝15.0 Ｖ； Ｄ_２＝0.70 μmho ；Ｃ_２＝ 980μmho ； Ｒ_２＝74％ Ｄ_２は13ＸだけＤ_１の水品質を越えた。 _{I 1 = 0.75 A; E 1} = 9.0V; D 1 = 9.0μmho; C 1 = 500μmh; R 1 = 65% I 2 = 0.52 A; E 2 = 15.0 V; D 2 = 0.70 μmho; C 2 = 980μmho R ₂ = 74% D ₂ exceeded the water quality of D ₁ by 13X.

種々の供給流量、種々の印加電力および供給材料混合物
を用いてのすべての１０の比較試験において、13インチ
長の２回パスの積層体は26ンチ長の１回パスの積層体を
性能を越えた。13インチ長の２回パスの性能は、単一の
26インチの積層体より良好であった。ただし、10回の試
験のうちの９回の試験の水回収率は高く、高導電率の濃
縮物流を生じた。濃縮物流の導電率が高いと、一般に逆
拡散の増大を生ずるのであるが、これらの試験において
はこれは反映されていない。In all 10 comparative tests using different feed flow rates, different applied powers and feed material mixtures, the 13 inch long double pass laminate outperformed the 26 inch long single pass laminate. It was 13 inch long double pass performance
Better than the 26 inch laminate. However, the water recovery of 9 out of 10 tests was high, resulting in a concentrated stream of high conductivity. The high conductivity of the concentrate stream generally results in increased back diffusion, which is not reflected in these tests.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本発明の電気脱イオン化装置の分解図、第２図
は本発明の装置の動作を説明するための概略線図、第３
図は本発明において有用な電極構造体の斜視図、第４図
は本発明の電極に隣接して配置されたスペーサ構造体の
斜視図、第５図は本発明の濃縮区画室を含む可撓性スペ
ーサの斜視図、第６図は本発明の装置の分離区画室を示
す斜視図、第７図は第６図の構造体の液体入口の詳細
図、第８図は実施例１に記述される１方法の概略線図、
第９図は実施例Ｉに記述される第２の方法の概略線図で
ある。 ９，１１：電極 １０：電気脱イオン化装置 １２：段階 １３：端板 １５：袋部材 １６：液体用入口 １７：端部ブロック １８：電極スペーサ １９：スクリーン ２０：イオン透過性膜 ２２：スペーサ（可撓性物質） ２６：陽イオン透過性膜 ２８：スペーサ（硬質物質） ３０：陰イオン透過性膜 ３２：スペーサの周囲 ３８：スペーサ（可撓性物質） ４０：イオン交換膜 ４２：電極スペーサ ４４：端部ブロック ５０：端板 ５２：袋部材 ５４：導管 ５６，５８，６０：ボルトFIG. 1 is an exploded view of an electric deionization apparatus of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the apparatus of the present invention, and FIG.
FIG. 4 is a perspective view of an electrode structure useful in the present invention, FIG. 4 is a perspective view of a spacer structure disposed adjacent to an electrode of the present invention, and FIG. 5 is a flexible structure including a concentrating compartment of the present invention. Figure 6 is a perspective view of the permeable spacer, Figure 6 is a perspective view showing the separation compartment of the device of the present invention, Figure 7 is a detailed view of the liquid inlet of the structure of Figure 6, and Figure 8 is described in Example 1. , A schematic diagram of one method,
FIG. 9 is a schematic diagram of the second method described in Example I. 9, 11: Electrode 10: Electrodeionization device 12: Stage 13: End plate 15: Bag member 16: Liquid inlet 17: End block 18: Electrode spacer 19: Screen 20: Ion permeable membrane 22: Spacer (possible) Flexible substance) 26: Cation permeable membrane 28: Spacer (hard substance) 30: Anion permeable membrane 32: Spacer around spacer 38: Spacer (flexible substance) 40: Ion exchange membrane 42: Electrode spacer 44: End block 50: End plate 52: Bag member 54: Conduit 56, 58, 60: Bolt

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】少なくとも１段の分離段階を備え、該段階
が、該段階の第１の端部に配置された陰極区画室と、前
記段階の前記第１の端部と反対の端部に配置された陽極
区画室と、前記陰極区画室と前記陽極区画室との間に配
置された複数の交番するイオン分離区画室とイオン濃縮
区画室とを備え、前記イオン分離区画室の各々が、スペ
ーサと、前記各イオン分離区画室の長さに沿って延在す
る複数のリブによって形成され各々イオン交換固体組成
物を含む複数の細分区画室とを備え、該細分区画室の各
々が、約0.3 インチないし4 インチ(0.762ないし10.16c
m)のリブ間の距離により形成される幅と、約0.05ないし
0.25インチ（0.127 ないし0.635 ）の厚さを有し、前記
細分区画室の厚さが、前記各リブにその長さに沿ってお
よび前記スペーサに接合された陰イオン透過性膜および
陽イオン透過性膜により画定され、前記濃縮区画室の各
々はイオン交換固体組成物を含んでおらず、そしてさら
に、精製されるべき第１の液体を前記段階内の少なくと
も２つのイオン分離区画室中を通すための手段と、前記
第１液体からイオンを受け入れる第２の液体を前記濃縮
区画室中に通すための手段と、前記陽極区画室内の陽極
および前記区画室内の陰極間に電圧を印加するための手
段と、前記分離区画室から精製された液体を回収するた
めの手段とを備えることを特徴とする、液体からイオン
を除去するための電気脱イオン化装置。1. At least one separation stage comprising at least one cathode compartment located at a first end of the stage and an end opposite the first end of the stage. Arranged anode compartment, comprising a plurality of alternating ion separation compartments and ion concentration compartments arranged between the cathode compartment and the anode compartment, each of the ion separation compartments, A spacer and a plurality of sub-compartments formed by a plurality of ribs extending along the length of each said ion separation compartment, each containing an ion-exchange solid composition, each sub-compartment compartment comprising about 0.3 inches to 4 inches (0.762 to 10.16c
m) the width formed by the distance between the ribs and about 0.05 to
An anion permeable membrane and a cation permeable membrane having a thickness of 0.25 inches (0.127 to 0.635), the thickness of the subcompartment being bonded to each rib along its length and to the spacer. A membrane, each of said concentrating compartments containing no ion-exchange solid composition, and further for passing a first liquid to be purified through at least two ion-separating compartments within said stage Means for passing a second liquid that accepts ions from the first liquid into the concentrating compartment, and means for applying a voltage between the anode in the anode compartment and the cathode in the compartment. And an means for recovering a purified liquid from the separation compartment, an electric deionization device for removing ions from the liquid. 【請求項２】複数の分離段階を備え、各段階が、該各段
階の第１の端部に配置された陰極区画室と、前記各段階
の前記第１の端部と反対の端部に配置された陽極区画室
と、一つの段階を形成するため、前記陰極区画室と前記
陽極区画室との間に配置された複数の交番するイオン分
離区画室とイオン濃縮区画室とを備え、前記イオン分離
区画室の各々が、スペーサと、前記各イオン分離区画室
の長さに沿って延在する複数のリブによって形成され各
々イオン交換固体組成物を含む複数の細分区画室とを備
え、該細分区画室の各々が、約0.3 インチないし4 イン
チ(0.762ないし10.16cm)のリブ間の距離により形成され
る幅と、約0.05ないし0.25インチ（0.127 ないし0.635
）の厚さを有し、前記細分区画室の厚さが、陰イオン
透過膜と陽イオン透過膜により画定され、該陰イオン透
過膜および陽イオン透過膜が、前記各リブにその長さに
沿っておよび前記スペーサに接合され、前記濃縮区画室
の各々はイオン交換固体組成物を含んでおらず、そして
さらに、精製されるべき第１の液体を前記各段階内の少
なくも２つのイオン分離区画室中を通すための手段と、
前記第１液体からイオンを受け入れる第２の液体を前記
濃縮区画室中に通すための手段と、前記陽極区画室内の
陽極および前記区画室内の陰極間に電圧を印加するため
の手段と、前記分離区画室から精製された液体を回収す
るための手段とを備える、液体からイオンを除去するた
めの電気脱イオン化装置。2. A plurality of separation stages, each stage comprising a cathode compartment located at a first end of each stage and an end opposite the first end of each stage. An anode compartment arranged and a plurality of alternating ion separation compartments and ion concentration compartments arranged between the cathode compartment and the anode compartment to form one stage, Each of the ion separation compartments comprises a spacer and a plurality of subdivision compartments each formed by a plurality of ribs extending along the length of each of the ion separation compartments and each containing an ion exchange solid composition, Each of the subdivisions has a width formed by the distance between the ribs of about 0.3 to 4 inches (0.762 to 10.16 cm) and about 0.05 to 0.25 inches (0.127 to 0.635 cm).
), The thickness of the subdivision compartment is defined by an anion permeable membrane and a cation permeable membrane, the anion permeable membrane and the cation permeable membrane having a length in each of the ribs. Joined along and to the spacer, each of the concentrating compartments does not contain an ion-exchange solid composition, and further separates the first liquid to be purified into at least two ion-separations within each stage. Means for passing through the compartment,
Means for passing a second liquid that accepts ions from the first liquid into the concentrating compartment; means for applying a voltage between an anode in the anode compartment and a cathode in the compartment; and the separation. An electrodeionization device for removing ions from a liquid, comprising means for recovering the purified liquid from the compartment. 【請求項３】前記細分区画室の幅が約0.5 ないし1.5 イ
ンチ(1.27 ないし3.81cm)である特許請求の範囲第１ま
たは第２項記載の電気脱イオン化装置。3. An electrodeionization device according to claim 1 or 2, wherein the width of the subdivision compartment is about 0.5 to 1.5 inches (1.27 to 3.81 cm). 【請求項４】前記細分区画室の厚さが約0.06ないし0.12
5 インチ（1.152 ないし0.318cm ）である特許請求の範
囲第１または２項記載の電気脱イオン化装置。4. The subdivision compartment has a thickness of about 0.06 to 0.12.
An electrical deionization device according to claim 1 or 2 which is 5 inches (1.152 to 0.318 cm). 【請求項５】前記濃縮区画室内に前記第２液体の乱流を
起こすための手段を備える特許請求の範囲第１〜４項の
いずれかに記載の電気脱イオン化装置。5. The electric deionization apparatus according to claim 1, further comprising means for causing a turbulent flow of the second liquid in the concentration compartment. 【請求項６】イオン交換組成物が、陰イオン交換樹脂ビ
ードと陽イオン交換樹脂ビードの混合物を含み、前記分
離区画室内における陽イオン交換樹脂ビードに対する陰
イオン交換樹脂ビードの体積比が約2.0 ないし0.5 であ
る特許請求の範囲第１〜４項のいずれかに記載の電気脱
イオン化装置。6. The ion exchange composition comprises a mixture of anion exchange resin beads and cation exchange resin beads, wherein the volume ratio of anion exchange resin beads to cation exchange resin beads in the separation compartment is about 2.0 to. An electrodeionization device according to any one of claims 1 to 4, which has a value of 0.5.