電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法
【課題】被処理水の処理量を確保しつつ、スケール発生を防止でき、原水水質の変動に影響されずに高い水質の脱イオン水を得る（原水耐性）ことができる電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法。
【解決手段】第一小脱塩室４０と第二小脱塩室７０が形成された脱塩室２セル型の電気式脱イオン水製造装置において、第一小脱塩室４０には複数の脱塩区を設ける。さらに、任意の前記脱塩区を流通した被処理水を第二小脱塩室７０に流通させる第一の通水手段と、第二小脱塩室７０を流通した被処理水を他の脱塩区に流通させる第二の通水手段とを設けることが好ましい。
【解決手段】第一小脱塩室４０と第二小脱塩室７０が形成された脱塩室２セル型の電気式脱イオン水製造装置において、第一小脱塩室４０には複数の脱塩区を設ける。さらに、任意の前記脱塩区を流通した被処理水を第二小脱塩室７０に流通させる第一の通水手段と、第二小脱塩室７０を流通した被処理水を他の脱塩区に流通させる第二の通水手段とを設けることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造分野、医薬品製造分野、原子力や火力等の発電分野、食品工業等の各種の産業又は研究施設で使用される、電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脱イオン水を製造する方法として、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。しかし、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、薬剤によって再生処理を行う必要がある。近年、このような処理操作上の不利な点を解消するため、薬剤によるイオン交換体再生の必要がない、電気式脱イオン水製造装置（以下、ＥＤＩという）が実用化されている。このＥＤＩは、電気泳動と電気透析を組み合わせた脱イオン水（純水）製造装置である。一般的なＥＤＩは、陽極側に配置されたアニオン交換膜と陰極側に配置されたカチオン交換膜との間にイオン交換体が充填された脱塩室が設けられ、該脱塩室の両側に濃縮室が設けられたものである。このようなＥＤＩでは、陰極と陽極との間に直流電圧を印加した状態で脱塩室に被処理水を通水することにより、被処理水中のイオン成分がイオン交換体で吸着される。そして、吸着されたイオン成分を電気泳動にて膜面までイオンを泳動させ、イオン交換膜にて電気透析して濃縮水中へと除去し、脱イオン水を製造する。
従来の典型的なＥＤＩは、濃縮室を介して複数の脱塩室を積層し、その両端に陰極と陽極を配した構造である。
【０００３】
これまでにも、ＥＤＩで得られる脱イオン水の水質向上や、省電力での不純物イオンの除去を目的として、種々の試みがなされてきた。脱塩室では、使用されるイオン交換体の充填方法や充填量が、要求される脱イオン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った。そこで、濃縮室の電気抵抗を低減させるための対策が採られることが多い。例えば、特許文献１では、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。
一方、特許文献２には、脱塩室がアニオン交換膜とカチオン交換膜との間に配置された中間イオン交換膜で区画され、２つの小脱塩室が形成された脱塩室２セル構造のＥＤＩが開示されている。該ＥＤＩにおける脱イオン水の製造は、電圧を印加しながら一方の小脱塩室（第一小脱塩室）に被処理水を流入させ、次いで、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室（第二小脱塩室）に流入させる（直列通水）と共に、濃縮室に濃縮水を流入させ被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を得る。このような構造のＥＤＩによれば、２つの小脱塩室のうち、少なくとも１つの小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床形態、もしくはアニオン交換体とカチオン交換体の混床形態とすることができ、イオン交換体の種類毎に電気抵抗を低減し、かつ高い脱イオン性能を得るための最適な厚さに設定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４３７４号公報
【特許文献２】特許第３３８５５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これまでの技術では、脱塩室内又は濃縮室内における電気抵抗を低減できるものの、イオン成分の除去やスケール発生防止が不十分であった。加えて、被処理水の原水水質の変動によって、得られる脱イオン水の水質が安定しないという問題があった。従来の脱塩室２室構造のＥＤＩで高い水質の脱イオン水を得るために、上記の直列通水を繰返すと、脱塩室内の差圧が高くなり、被処理水の処理量の著しい低下を招き、実用的でない。
本発明は、被処理水の処理量を確保しつつ、スケール発生を防止でき、原水水質の変動に影響されずに高い水質の脱イオン水を得る（原水耐性）ことができるＥＤＩ及び脱イオン水の製造方法を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、従来のＥＤＩにおけるイオン除去能力の低下、ならびにスケールの発生について鋭意検討した結果、次のような知見を得た。
従来の脱塩室２セル構造では、イオン交換体や中間イオン交換膜の配置によっては、第一小脱塩室と第二小脱塩室との間を、中間イオン交換膜を介して、シリカや炭酸、ナトリウム等のイオンが循環してしまい、濃縮室まで排出されにくいという問題があった。例えば、シリカが循環した場合には、被処理水から持ち込まれるシリカの量と、隣の脱塩室から持ち込まれるシリカの量が合算され、実際には被処理水から持ち込まれるシリカよりも、多くのシリカ量を処理することとなる。その結果、シリカを除去しきれずに、脱イオン水に漏洩したり、電気抵抗を極端に上昇させるといった問題に繋がっている。
【０００７】
また、陰極側を第一小脱塩室とし、陽極側を第二小脱塩室とし、第一小脱塩室にカチオン交換体、第二小脱塩室にアニオン交換体を充填したような構造の場合、第一小脱塩室においてカチオン成分が除去されるに従い、被処理水のｐＨが酸性側に傾き、Ｈ＋濃度が高くなる。このため、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等、除去対象のカチオン成分への電流効率が低下し、カチオン成分を一定濃度以下には低減できなくなる。そして、第二小脱塩室にはカチオン交換体が充填されていないため、そのまま脱イオン水にまで漏洩してしまうという問題があった。さらに、第二小脱塩室を構成するアニオン交換膜のカチオン成分除去能が１００％ではないため、一旦濃縮室に移動したカチオン成分は、極微量ではあるものの、アニオン交換膜を介して第二小脱塩室に逆移動してしまう。そして、第二小脱塩室にカチオン交換体が充填されていないために、結果として脱イオン水に、カチオン成分が漏洩するという現象がある。
【０００８】
また、陽極側を第一小脱塩室とし、陰極側を第二小脱塩室とし、第一小脱塩室にアニオン交換体、第二小脱塩室にカチオン交換体を充填したような構造の場合、第一小脱塩室においてアニオン成分が除去されるに従い、被処理水のｐＨがアルカリ側に傾き、ＯＨ−濃度が高くなる。このため、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２（シリカは、特別な形態をとることが多いため、一般のイオンとは異なった表示とする）等、除去対象のアニオン成分への電流効率が低下し、アニオン成分を一定濃度以下には低減できなくなる。そして、第二小脱塩室にはアニオン交換体が充填されていないため、そのまま脱イオン水にまで漏洩してしまうという問題があった。さらに、第二小脱塩室を構成するカチオン交換膜のアニオン成分除去能が１００％ではないため、一旦濃縮室に移動したアニオン成分は、極微量ではあるものの、カチオン交換膜を介して、第二小脱塩室に逆移動してしまう。そして、第二小脱塩室にアニオン交換体が充填されていないために、結果として脱イオン水に、アニオン成分が漏洩するという現象がある。
【０００９】
また、脱塩室を中間イオン交換膜で分割していない１セル構造のＥＤＩにおいて、脱塩室に複数種のイオン交換体を積層して充填した場合、次のような問題があった。積層されたカチオン交換体の単床形態のイオン交換層、アニオン交換体の単床形態のイオン交換層、カチオン交換体とアニオン交換体の混床形態のイオン交換層では、それぞれ電気抵抗が大きく異なる。このため、より電気抵抗の低いイオン交換層にしか電気が流れず、電気抵抗の高いイオン交換層でのイオン除去率が極端に低下するという現象がある。
加えて、アニオン交換膜とカチオン交換体との接点で発生したＨ＋は、カチオン交換体の再生に寄与するが、ＯＨ−は濃縮室に移動してしまい、何の機能も果たさないという問題がある。この現象について、図５を用いて説明する。図５は、１セル構造のＥＤＩの脱イオンモジュール２２０の模式図である。図５の通り、脱イオンモジュール２２０は、陰極側のカチオン交換膜２２２と、陽極側のアニオン交換膜２３０との間に脱塩室２２４が形成され、脱塩室２２４の両側に濃縮室２３４が形成され、図示されない陰極室と陽極室との間に配置されている。脱塩室２２４には、アニオン交換体が充填された脱塩層２２４ａと、カチオン交換体が充填された脱塩層２２４ｂとが形成されている。被処理水を脱塩室２２４に通水すると、アニオン交換膜２３０と、脱塩層２２４ｂのカチオン交換体との界面では、脱塩室２２４側にＨ＋、濃縮室２３４側にＯＨ−が発生する。脱塩室２２４側に発生したＨ＋は、脱塩層２２４ｂのカチオン交換体の再生に寄与するが、濃縮室２３４側で発生したＯＨ−は、脱塩室２２４中のいずれのイオン交換体の再生にも寄与しない。同様に、カチオン交換膜２２２と脱塩層２２４ａに充填したアニオン交換体との界面で発生したＯＨ−は、脱塩層２２４ａのアニオン交換体の再生に寄与するが、濃縮室２３４側で発生したＨ＋は、脱塩室２２４中のいずれのイオン交換体の再生にも寄与しない。
【００１０】
さらに、従来のＥＤＩでは、脱塩室から濃縮室へと移動したＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分が、他の脱塩室から移動したＯＨ−やＨＣＯ３−と反応することで、水に難溶性のスケールとなって析出する。スケールが析出すると、イオン成分移動や、被処理水の流れを妨げ、脱イオン水の水質や運転電圧に悪影響を及ぼすことがある。スケールは、脱塩室と濃縮室との配置によって、硬度成分がＯＨ−と接触しやすい場合に、顕著に発生する。
本発明は、以上の知見を基になされたものである。
【００１１】
即ち、本発明のＥＤＩは、陰極側のカチオン交換膜と陽極側のアニオン交換膜とで区画され、被処理水を流通する脱塩室が設けられ、前記カチオン交換膜又は前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に、濃縮水を流通する濃縮室が設けられ、前記脱塩室は、前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜との間に配置された中間イオン交換膜によって、その厚さ方向に区画された第一小脱塩室と第二小脱塩室が形成され、前記第一小脱塩室は、複数の脱塩区で形成されていることを特徴とする。
前記第一小脱塩室の任意の前記脱塩区を流通した被処理水を前記第二小脱塩室に流通する第一の通水手段と、前記第二小脱塩室を流通した被処理水を他の前記脱塩区に流通する第二の通水手段とが設けられていることが好ましく、前記第一小脱塩室は、前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にアニオン交換体が単床形態で充填されて形成され、前記第二小脱塩室は、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にカチオン交換体が単床形態で充填されて形成されていることがより好ましく、前記第二小脱塩室は、被処理水が前記の任意の脱塩区側から前記の他の脱塩区側に沿って流通するように制御されていることがさらに好ましい。
前記濃縮室は、濃縮水の流れ方向が前記第二小脱塩室の被処理水の流れと向流に制御されていることが好ましく、前記中間イオン交換膜は、カチオン交換膜、アニオン交換膜、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の両方を配置した複式膜又はバイポーラ膜であることが好ましい。
【００１２】
本発明の脱イオン水の製造方法は、前記の電気式脱イオン水製造装置を用いた脱イオン水の製造方法であって、被処理水を任意の前記脱塩区に流通させた後、前記第二小脱塩室に流通させ、さらに他の前記脱塩区に流通させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被処理水の処理量を確保しつつ、スケール発生を防止でき、原水水質の変動に影響されずに高い水質の脱イオン水を得る（原水耐性）ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態にかかる脱イオンモジュールの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるＥＤＩの模式図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる脱イオンモジュールの模式図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる脱イオンモジュールの斜視図である。
【図５】従来の１セル構造のＥＤＩの脱イオンモジュールの模式図である。
【図６】比較例に用いたＥＤＩの脱イオンモジュールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の本発明のＥＤＩの一例を図１〜２を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態を説明する脱イオンモジュール２の斜視図である。図２は、本発明の一実施形態を説明するＥＤＩ１の模式図である。なお、説明の便宜上、脱イオンモジュール２の各構成部材は一定間隔を空けて図示しており、実際の脱イオンモジュール２では各構成部材が密着している。
【００１６】
ＥＤＩ１は、複数の脱イオンモジュール２が、濃縮室２０を介して隣接するように、陰極室１２と陽極室８２との間に設けられたものである。
脱イオンモジュール２は、陽極１０側から順に配置されたアニオン交換膜３０と、枠体４１と、中間イオン交換膜６０と、枠体７１と、カチオン交換膜８０とで概略構成されている。脱イオンモジュール２には、被処理水流入ライン４と、脱イオン水流出ライン６とが接続されている。
【００１７】
アニオン交換膜３０には、通水孔３２、３３、３４が形成されている。通水孔３２には、被処理水流入ライン４が接続されている。通水孔３３と３４には、配管３５が接続されている。
【００１８】
枠体４１には、２つの開口部が形成されている。該開口部の１つには、アニオン交換体が充填され、第一の脱塩区４２が形成されている。他の開口部には、アニオン交換体が充填され、第二の脱塩区４４が形成されている。第一の脱塩区４２と第二の脱塩区４４とで、小脱塩室４０が形成されている。
【００１９】
枠体４１には、通水孔５１、５２、５３、５４、５５が形成されている。枠体４１には、通水孔５１と第一の脱塩区４２とを連通する通水路５６と、通水孔５３と第一の脱塩区４２とを連通する通水路５８とが形成されている。枠体４１には、通水孔５２と第二の脱塩区４４とを連通する通水路５７と、通水孔５４と第二の脱塩区４４とを接続する通水路５９とが形成されている。
【００２０】
中間イオン交換膜６０には、通水孔６２、６３、６４が形成されている。
【００２１】
枠体７１には、１つの開口部が形成されている。該開口部には、カチオン交換体が充填され、第二小脱塩室７０が形成されている。そして、第一小脱塩室４０と、中間イオン交換膜６０を介して第一小脱塩室４０と隣接する第二小脱塩室７０とで、脱塩室３９が形成されている。
【００２２】
枠体７１には、通水孔７２、７３、７４、７５が形成されている。枠体７１には、通水孔７２と第二小脱塩室７０とを連通する通水路７６と、通水孔７３と第二小脱塩室７０とを連通する通水路７７とが形成されている。加えて、通水孔７２、７３、通水路７６、７７は、被処理水が第二小脱塩室７０を第一の脱塩区４２側から、第二の脱塩区４４側に沿って流通するように形成されている。
【００２３】
カチオン交換膜８０には、通水孔８２、８３、８４が形成されている。通水孔８２と８３とには、配管８５が接続されている。通水孔８４には、脱イオン水流出ライン６が接続されている。
【００２４】
「第一の通水手段」は、通水孔５３、６３、７２、７４、８２、８３、通水路５８、７６、配管８５とで構成されている。「第二の通水手段」は、通水孔３３、３４、５２、５５、６２、７３、通水路５７、７７、配管３５とで構成されている。
【００２５】
濃縮室２０は、脱イオンモジュール２の両側に枠体２１が配置され、枠体２１の開口部にアニオン交換体が単床形態で充填され形成されたものである。濃縮室２０には、濃縮水流入ライン２２と濃縮水流出ライン２４とが接続されている。
【００２６】
陽極室１２は、陽極１０側から順に陽極１０と、枠体１１と、仕切膜１４とが配置され、枠体１１の開口部にイオン交換体が充填され形成されたものである。陽極室１２には、電極水流入ライン１６と電極水流出ライン１８とが接続されている。陰極室９２は、陽極１０側から順に仕切膜９４と、枠体９１と、陰極９０とが配置され、枠体９１の開口部にイオン交換体が充填され形成されたものである。陰極室８２には、電極水流入ライン９６と電極水流出ライン９８とが接続されている。陽極１０及び陰極９０は、それぞれ図示されない電源と接続されている。
【００２７】
イオン交換膜としては、大別すると、原料モノマー液を補強体に含浸させた後に重合させ、全体を均質に形成した均質膜と、イオン交換樹脂を溶解成型可能なポリオレフィン系樹脂と共に粉砕成型した不均質膜の２種類がある。本実施形態におけるアニオン交換膜３０、カチオン交換膜８０は、いずれも特に限定されず、ＥＤＩの製造の簡便さや、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質、処理量等に応じて選択することができる。
【００２８】
本実施形態における中間イオン交換膜６０は、アニオン交換膜である。中間イオン交換膜６０は、アニオン交換膜３０と同様である。
【００２９】
第一の脱塩区４２に充填するアニオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、中でも最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。アニオン交換樹脂の種類は特に限定されず、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂等が挙げられる。例えば、市販品としてアンバーライト（商品名、ローム・アンド・ハース社製）等が挙げられる。
第二の脱塩区４４に充填するアニオン交換体は、第一の脱塩区４２に充填するアニオン交換体と同様である。
【００３０】
第二小脱塩室７０に充填するカチオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、中でも最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。カチオン交換樹脂の種類は特に限定されず、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂等が挙げられる。例えば、市販品としてアンバーライト（商品名、ローム・アンド・ハース社製）等が挙げられる。
【００３１】
枠体４１は、被処理水が漏洩しない材質であれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ノリル等の樹脂製の枠体を挙げることができる。
枠体４１の厚さは特に限定されることなく、所望する第一小脱塩室４０の厚さに応じて設定することができる。例えば、第一小脱塩室４０の厚さは、８〜２０ｍｍが好ましい。８ｍｍ未満であると被処理水の滞留時間が十分に確保できず脱イオン水の水質が低下するおそれがある。２０ｍｍを超えると、脱イオンモジュール２の成形が困難になる傾向となる。
【００３２】
枠体７１の材質は、枠体４１と同様である。枠体７１の厚さは、第二小脱塩室７０の厚さに応じて設定できる。例えば、第二小脱塩室７０の厚さは、８〜２０ｍｍが好ましい。
ここで、第一小脱塩室４０と第二小脱塩室７０とは、同じ厚さであってもよいし、異なる厚さであってもよい。第二小脱塩室７０の厚さは、第二小脱塩室７０の体積が第一の脱塩区４２の体積と同等以上となるように設定される。かかる厚さとすることで、第二小脱塩室７０での通水差圧の上昇が抑制できるためである。
【００３３】
陽極１０は、陽極として機能を発揮するものであれば特に限定されないが、電極水中にＣｌ−が存在する場合には、陽極には塩素発生が起きるため、耐塩素性能を有するものが好ましい。例えば、白金、パラジウム、イリジウム等の貴金属、あるいは前記貴金属をチタン等に被覆した網状あるいは板状の電極を挙げることができる。
陰極９０は、陰極としての機能を発揮するものであれば特に限定されず、例えば、板状のステンレスや網状のステンレス、又は、白金、パラジウム、イリジウム等の貴金属、あるいは前記貴金属をチタン等に被覆した網状あるいは板状の電極を挙げることができる。
【００３４】
枠体１１の材質は、枠体４１と同様である。枠体１１の厚さは、陽極室１２に求める厚さに応じて決定できる。陽極室１２の厚さは、例えば、０．３〜４ｍｍとされる。
陽極室１２に充填されるイオン交換体は、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。イオン交換体の充填形態は、被処理水の水質等を勘案して決定でき、例えば、アニオン交換体の単床形態、カチオン交換樹脂の単床形態もしくはアニオン交換体とカチオン交換体との混床形態又は複床形態が挙げられる。
【００３５】
枠体９１の材質は、枠体４１と同様である。枠体９１の厚さは、陰極室９２に求める厚さに応じて決定できる。陰極室９２の厚さは、陽極室１２の厚さと同様である。陰極室９２に充填するイオン交換体は、陽極室１２に充填するイオン交換体と同様である。
【００３６】
仕切膜１４は、イオン交換膜であれば特に限定されず、被処理水の水質や、ＥＤＩ１の運転条件等を考慮して選択することができる。例えば、カチオン交換膜又はアニオン交換膜を選択することができる。仕切膜９４は、仕切膜１４と同様である。
【００３７】
濃縮室２０に充填するアニオン交換体は、第一の脱塩区４２に充填するアニオン交換体と同様である。
枠体２１の材質は枠体４１と同様である。枠体２１の厚さは、濃縮室２０に求める厚さに応じて決定できる。濃縮室２０の厚さは、例えば、３〜１０ｍｍとされる。
【００３８】
次に、ＥＤＩ１を用いた脱イオン水の製造方法について説明する。本発明の脱イオン水の製造方法は、工業用水や井水の濁質成分を除濁膜にて除去し、さらに逆浸透（ＲＯ）膜にて処理した水等を被処理水として脱イオン処理し、脱イオン水を得るものである。
【００３９】
まず、電極水流入ライン１６から陽極室１２に電極水を流し、電極水流入ライン９６から陰極室９２に電極水を流すと共に、陽極１０と陰極９０との間に、直流電圧を印加する。陽極室１２に流入した電極水は、上昇流で、陽極室１２のイオン交換体内を拡散しながら流通する。この間、電極水は陽極１０から発生したＣｌ２、Ｏ２等を取り込んで、電極水流出ライン１８から流出する。陰極室９０に流入した電極水は、上昇流で、陰極室１５０のイオン交換体内を拡散しながら流通する。この間、電極水は陰極９０から発生したＨ２等を取り込んで、電極水流出ライン９８から流出する。
【００４０】
電極水は、例えば、被処理水と同じ水源の水、脱イオン水や純水等が挙げられる。陽極室１０への電極水の供給量は、印加電圧等に応じて決定することが好ましい。例えば、５〜２００Ｌ／ｈ、好適には３０〜１００Ｌ／ｈの範囲で決定される。電極水の供給量が少なすぎると、発生したＯ２、Ｃｌ２ガスを充分に排出することが困難となり、電極水の供給量が多すぎると、回収率が低下するため、好ましくない。陰極室１５０への電極水の供給量は、陽極室１０への電極水の供給量と同様である。
印加する電流は、被処理水の水質やＥＤＩ１の規模等を勘案して決定される。
【００４１】
次いで、濃縮水流入ライン２２から濃縮室２０に、第二小脱塩室７０の被処理水と向流になるように濃縮水を流す。濃縮室２０に流入した濃縮水は、それぞれの濃縮室２０を流通する。この間、濃縮水は、第一小脱塩室４０から移動してきたアニオン成分又は第二小脱塩室７０から移動してきたカチオン成分を取り込み、濃縮水流出ライン２４から流出する。
【００４２】
濃縮水は、例えば、被処理水と同じ水源の水、脱イオン水や純水等が挙げられる。
ＥＤＩ１への濃縮水の供給量は、ＥＤＩ１の能力、被処理水の水質や処理量を勘案して決定できる。濃縮水の供給量が少なすぎると、各濃縮室に移動したイオンの濃度拡散にむらが生じ、例えば、アニオン交換膜３０面の濃度分極層が厚くなり、スケール発生のおそれがある。一方、濃縮水の供給量が多すぎると、脱イオン水の回収率が低下するため好ましくない。
【００４３】
このような観点から、例えば、ＥＤＩ１への濃縮水供給量は、好ましくは下記（１）式で表される濃縮倍率が３〜２０となるように設定される。なお、下記（１）式による濃縮倍率は、被処理水と濃縮水とに同一の原水を用いて、かつ、被処理水中のイオン成分が全て濃縮室２０に移行すると仮定し定義付けられる。
【００４４】
濃縮倍率＝（ＥＤＩへの被処理水供給量＋ＥＤＩへの濃縮水供給量）÷ＥＤＩへの濃縮水供給量 ・・・（１）
【００４５】
被処理水を被処理水流入ライン４から脱イオンモジュール２に供給する。脱イオンモジュール２への被処理水の供給量は、ＥＤＩ１の能力や被処理水の水質を勘案して決定することができる。被処理水の供給量は、好ましくは、第一の脱塩区４２における空間速度（ＳＶ）がＳＶ＝３０〜３００Ｌ／Ｌ・ｈ−１となるように調整される。ＳＶが高すぎると、イオン除去性能が低下したり、ＳＶの増加と共に発生する通液速度（ＬＶ）の増加によって通水差圧が高くなり、脱イオンモジュール２の破損を招いたり、運転上の困難を起こしたりするので好ましくない。一方、ＳＶが低すぎると、各脱イオンモジュールへの流量分配が適切に行われず、脱イオン処理が充分な脱イオンモジュールと、脱イオン処理が不充分な脱イオンモジュールとが生じ、ＥＤＩ１全体としての性能に悪影響を与える場合がある。
【００４６】
なお、ＳＶは、イオン交換体の単位体積（Ｌ）に対して１時間に流通させる流量（Ｌ）であり、Ｌ／Ｌ・ｈ−１で表される（以降において同じ）。また、ＬＶとは、単位面積当たりの流量であり、ｍ／ｈで表される線速度である。
【００４７】
脱イオンモジュール２に供給された被処理水は、通水孔３２、５１、通水路５６を順に流通し、第一の脱塩区４２に流入する。第一の脱塩区４２に流入した被処理水は、第一の脱塩区４２のアニオン交換体内を拡散しながら下降流で流通する。この間、被処理水中のＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分は、アニオン交換体に吸着される。吸着されたアニオン成分は、陽極１０に引き寄せられ、アニオン交換膜３０を透過して濃縮室２０へ移動する。濃縮室２０に移動したアニオン成分は、濃縮室２０のアニオン交換体内を流通することで速やかにアニオン交換膜３０から離れ、濃縮水に取り込まれる。ここで、第一の脱塩区４２では、アニオン成分の除去が進むと、被処理水のｐＨがアルカリ性側に移行して、アニオン成分の競合イオンであるＯＨ−の濃度が高くなる。このため、アニオン成分に対する電流効率が低下し、被処理水中のアニオン成分の濃度は、一定濃度以下に到達しにくくなる。この結果、第一の脱塩区４２を流通した被処理水は、ある程度のアニオン成分が残存した状態となる。
【００４８】
第一の脱塩区４２を流通した被処理水は、通水路５８、通水孔５３、６３、７４、８３、配管８５、通水孔８２、７２、通水路７６を順に流通し、第二小脱塩室７０に流入する。第二小脱塩室７０に流入した被処理水は、第一の脱塩区４２側から第二の脱塩区４４側に沿って流通する。この間、被処理水中のＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分は、カチオン交換体に吸着される。吸着されたカチオン成分は、陰極９０に引き寄せられ、カチオン交換膜８０を透過して濃縮室２０へ移動する。ここで、第二小脱塩室７０に流入した被処理水は、ｐＨがアルカリ性側に移行しているため、カチオン成分の競合イオンであるＨ＋濃度が低い。このため、カチオン成分の除去は、良好に行われる。
なお、第二小脱塩室７０を流通した段階で、被処理水のｐＨは中性領域となっている。
【００４９】
また、中間イオン交換膜６０とカチオン交換体との接点では、水分解によりＯＨ−とＨ＋とが生じる。水分解により生じたＯＨ−は、中間イオン交換膜６０を透過して第一小脱塩室４０に移動し、第一小脱塩室４０のアニオン交換体の再生に利用される。水分解により生じたＨ＋は、第二小脱塩室７０のカチオン交換体の再生に利用される。
ここで、第一の脱塩区４２で除去されたアニオン成分の中でも、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−は濃縮室２０内でガス化して、カチオン交換膜８０を透過し、第二小脱塩室７０に移動してくることがある。このため、再度、アニオン成分の除去を、第二の脱塩区４４にて行う。
【００５０】
第二小脱塩室７０を流通した被処理水は、通水路７７、通水孔７３、６２、５５、３４、配管３５、通水孔３３、通水孔５２、通水路５７を順に流通し、第二の脱塩区４４に流入する。第二の脱塩区４４に流入した被処理水は、第二の脱塩区４４のアニオン交換体内を拡散しながら流通する。この間、被処理水中のアニオン成分がアニオン交換体に吸着される。吸着されたアニオン成分は、陽極１０側に引き寄せられ、アニオン交換膜３０を透過して濃縮室２０へ移動する。
【００５１】
ここで、第一の脱塩区４４に流入した被処理水は、第一の脱塩区４２で予めアニオン成分の大部分が除去されているため、アニオン成分の除去が進んでも中性領域のｐＨが維持される。このため、残存しているアニオン成分を良好に除去できる。被処理水は、第一の脱塩区４４を流通し、脱イオン水となる。脱イオン水は、通水路５９、通水孔５４、６４、７５、８４を順に流通し、脱イオン水流出ライン６から流出する。
【００５２】
上述のとおり、ＥＤＩ１では、被処理水を第一の脱塩区４０に流通させてアニオン成分を除去した後、被処理水を第二小脱塩室７０に流通させてカチオン成分を除去し、さらに第二小脱塩室７０を流通した被処理水を第二の脱塩区４４に流通させて、再度、アニオン成分を除去している。このため、被処理水中のアニオン成分及びカチオン成分が高度に除去された脱イオン水を製造できる。
【００５３】
加えて、第一の脱塩区４２を流通した被処理水を第二小脱塩室７０に流通させるため、脱イオンモジュール２内における通水差圧の上昇を抑制できる。通水差圧の上昇を抑制することで、各第二小脱塩室での被処理水の滞留時間を十分なものとし、カチオン成分を良好に除去できる。さらに、通水差圧の上昇を抑制することで、ＥＤＩ１での被処理水の処理量を低減することなく、高い水質の脱イオン水を安定的に製造できる。
【００５４】
中間イオン交換膜６０と第二小脱塩室７０のカチオン交換体との接点で生じたＯＨ−とＨ＋とは、それぞれ第一小脱塩室４０のアニオン交換体、第二小脱塩室７０のカチオン交換体の再生に寄与するため、電流効率の面で無駄が少ない。この点について、図３を用いて説明する。図３は、脱イオンモジュール２におけるイオンの流れを説明する模式図である。図３に示すように、被処理水を第二小脱塩室７０に流通させると、中間イオン交換膜６０と第二小脱塩室７０のカチオン交換体との接点（界面）では、第一小脱塩室４０側にＯＨ−、第二小脱塩室７０側にＨ＋が発生する。第一小脱塩室４０側に発生したＯＨ−は、第一小脱塩室４０のアニオン交換体の再生に寄与する。アニオン交換体の再生に当たって余剰となったＯＨ−は、濃縮室２０に移動する。第二小脱塩室７０側に発生したＨ＋は、第二小脱塩室７０のカチオン交換体の再生に寄与する。カチオン交換体の再生に当たって余剰となったＨ＋は、濃縮室２０に移動する。
【００５５】
第一小脱塩室４０には、アニオン交換体が単床形態で充填され、第二小脱塩室７０には、カチオン交換体が単床形態で充填されている。このため、各第一小脱塩室及び各第二小脱塩室では、電流の偏りが防止され、電流効率の向上が図れる。
【００５６】
一般に、高濃度のＯＨ−と、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分とが存在すると、スケールが発生しやくなる。第二の脱塩区４４に流入した被処理水は、第一の脱塩区４２を流通した際にＨＣＯ３−、ＣＯ３−、Ｃｌ−等の大部分が除去されている。このため、濃縮室２０には、第二の脱塩区４４から濃縮室２０に移動するアニオン成分の多くがＯＨ−である。また、第二小脱塩室７０では、被処理水の上流側において、カチオン成分の内の硬度成分が除去される。即ち、濃縮室２０へは、第二の脱塩区４４からＯＨ−が高濃度で移動し、第二小脱塩室７０の上流側から高濃度の硬度成分が移動する。このため、ＥＤＩ１では、第二小脱塩室７０での被処理水の流通方向を第一の脱塩区４２側から第二の脱塩区４４側とすることで、濃縮室２０の同じ領域で高濃度のＯＨ−と高濃度の硬度成分とが存在することを防止できる。こうして、濃縮室２０でのスケール発生の抑制が図れる。
【００５７】
濃縮室２０には、アニオン交換体が単床形態で充填されているため、アニオン交換膜３０面にはアニオン交換体層が形成されている。このため、第一小脱塩室４０から濃縮室２０に移動したアニオン成分は、速やかにアニオン交換膜３０面から離れ濃縮室２０のアニオン交換体内を移動する。一方、第二小脱塩室７０から濃縮室２０に移動した硬度成分等のカチオン成分は、濃縮水中を移動する。このように、濃縮室２０をアニオン交換体の単床形態とすることで、濃縮室２０内では、高濃度のアニオン成分と高濃度のカチオン成分とが接触する領域がないので、スケール発生の防止が図れる。
【００５８】
濃縮水の流通方向を第二小脱塩室７０の被処理水の向流とすることで、濃縮室２０に移動してくる硬度成分を効果的に排出し、スケール発生を防止できる。
【００５９】
このように、本発明によれば、従来の脱塩室２セル構造のＥＤＩを利用し、被処理水の処理量を確保しつつ、スケール発生を防止しつつ、原水水質の変動に影響されずに高い水質の脱イオン水を得ることができる。さらに、ＥＤＩ１は、１つの脱イオンモジュール２内で、３処理を行うことができるため、複数の脱イオンモジュール２を多段で用いるよりも、省スペース化が図れる。
【００６０】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
上述の実施形態では、第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向が、第一の脱塩区４２側から第二の脱塩区４４側とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、図４に示すように、第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向が、第一小脱塩室４０における被処理水の流通方向と同じ方向であってもよい。このような、被処理水の流通方法について、図４を用いて説明する。図４は、脱イオンモジュール１００の斜視図である。説明の便宜上、脱イオンモジュール１００の各構成部材は一定間隔を空けて図示されているが、実際の脱イオンモジュール１００は各部材が密着している。
【００６１】
脱イオンモジュール１００は、陽極側から順に配置されたアニオン交換膜３０、枠体１４１、中間イオン交換膜６０、枠体１７１、カチオン交換膜８０とで概略構成されたものである。脱イオンモジュール１００には、被処理水流入ライン４と脱イオン水流出ライン６とが接続されている。
【００６２】
アニオン交換膜３０には、通水孔１３１、１３２が設けられている。通水孔１３１には被処理水流入ライン４が接続され、通水孔１３２には脱イオン水流出ライン６が接続されている。枠体１４１には、２つの開口部が形成され、該開口部にアニオン交換体が充填され第一の脱塩区４２と第二の脱塩区４４とが形成されている。第一の脱塩区４２と第二の脱塩区４４とで、第一小脱塩室４０が形成されている。枠体１４１には、通水孔１５１、１５２、１５３、１５４が形成されている。枠体１４１には、通水孔１５１と第一の脱塩区４２とを連通する通水路１５６と、通水孔１５３と第一の脱塩区４２とを連通する通水路１５８とが、被処理水を下降流で流通させるように、形成されている。また、枠体１４１には、通水孔１５２と第二の脱塩区４４とを連通する通水路１５７と、通水孔１５４と第二の脱塩区４４とを連通する通水路１５９とが、被処理水を下降流で流通させるように、形成されている。中間イオン交換膜６０には、通水孔１６２、１６３が形成されている。
【００６３】
枠体１７１には、１つの開口部が形成され、該開口部にカチオン交換体が充填され第二小脱塩室７０が形成されている。枠体１７１には、通水孔１７２、１７３、１７４、１７５が形成されている。枠体１７１には、通水孔１７２と第二小脱塩室７０とを連通する通水路１７６と、通水孔１７５と第二小脱塩室７０とを連通する通水路１７７とが、被処理水を下降流で流通させるように、形成されている。カチオン交換膜８０には、通水孔１８１、１８２、１８３、１８４が形成されている。通水孔１８１と１８３とには、配管１８５が接続されている。通水孔１８２と１８４とには、配管１８６が接続されている。
【００６４】
次いで、脱イオンモジュール１００における被処理水の流通経路を説明する。まず、被処理水流入ライン４から脱イオンモジュール１００に被処理水を供給する。供給された被処理水は、通水孔１３１、１５１、通水路１５６を順に経由し、第一の脱塩区４２に流入する。第一の脱塩区４２に流入した被処理水は、第一の脱塩区４２内を流通した後、通水路１５８、通水孔１５３、１６３、１７４、１８３、配管１８５、通水孔１８１、通水孔１７２、通水路１７６を順に流通し、第二小脱塩室７０に流入する。第二小脱塩室７０に流入した被処理水は、第二小脱塩室７０内を第一小脱塩室４０と略同方向で流通した後、通水路１７７、通水孔１７５、１８４、配管１８６、通水孔１８２、１７３、１６２、１５２、通水路１５７を順に流通し、第二の脱塩区４４に流入する。第二の脱塩区４４に流入した被処理水は、第二の脱塩区４４内を流通し、脱イオン水となる。脱イオン水は、通水路１５９、通水孔１５４、１３２を順に流通し、脱イオン水流出ライン６から流出する。
【００６５】
また、あるいは、第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向は、第一小脱塩室４０における被処理水の流通方向と向流であってもよい。第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向は、ＥＤＩの規模や、被処理水の性状等を勘案して決定することができる。例えば、被処理水中の硬度成分の濃度が高い場合や、被処理水中のアニオン成分の濃度が高い場合には、第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向を第一の脱塩区４２側から第二の脱塩区４４側とすることが好ましい。
【００６６】
上述の実施形態では、３つの脱イオンモジュール２を有するＥＤＩとされている。しかしながら、本発明のＥＤＩは、例えば、脱イオンモジュール２の数が４つ以上であってもよいし、脱イオンモジュール２の数が２つ以下であってもよい。
【００６７】
上述の実施形態では、２つの脱塩区により第一小脱塩室４０が形成されているが、例えば、３つ以上の脱塩区により第一小脱塩室４０が形成されていてもよい。
【００６８】
上述の実施形態では、中間イオン交換膜６０がアニオン交換膜である。本発明はこれに限定されず、中間イオン交換膜６０の種類は、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質等を勘案して選択することができる。中間イオン交換膜６０としては、アニオン交換膜の他、カチオン交換膜の単一膜、アニオン交換膜とカチオン交換膜との両方を配置した複合膜又はバイポーラ膜等が挙げられる。ただし、被処理水がアニオン成分を多く含む場合、中間イオン交換膜６０は、アニオン交換膜の単一膜が好ましい。中間イオン交換膜６０をアニオン交換膜の単一膜とすることで、第二小脱塩室７０を流通する被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２等）を第一小脱塩室４０に移動させることで、アニオン成分を高度に除去できるためである。
【００６９】
上述の実施形態では、第一小脱塩室４０がアニオン交換体の単床形態であるが、例えば、カチオン交換体の単床形態、アニオン交換体とカチオン交換との混床形態又は複床形態であってもよい。ただし、上述の実施形態のように第一小脱塩室４０が陽極１０側に形成されている場合には、アニオン交換体の単床形態もしくはアニオン交換体とカチオン交換との混床形態又は複床形態が好ましく、アニオン交換体の単床形態がより好ましい。
【００７０】
上述の実施形態では、第二小脱塩室７０がカチオン交換体の単床形態であるが、例えば、アニオン交換体の単床形態、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態又は複床形態であってもよい。ただし、上述の実施形態のように第二小脱塩室７０が陰極側に形成されている場合には、カチオン交換体の単床形態もしくはアニオン交換体とカチオン交換との混床形態又は複床形態が好ましく、カチオン交換体の単床形態がより好ましい。
【００７１】
上述の実施形態では、アニオン交換膜と中間イオン交換膜との間に形成された小脱塩室を第一小脱塩室とし、カチオン交換膜と中間交換膜との間に形成された小脱塩室を第二小脱塩室としている。しかしながら、本発明は、これに限定されず、例えば、アニオン交換膜と中間イオン交換膜との間に形成された小脱塩室を第二小脱塩室とし、カチオン交換膜と中間交換膜との間に形成された小脱塩室を第一小脱塩室としてもよい。第一小脱塩室及び第二小脱塩室が形成される位置は、被処理水の水質等を勘案して決定できる。
なお、カチオン成分に比べて、アニオン成分が不純物として多く含まれる水を被処理水とする場合には、アニオン交換膜と中間イオン交換膜との間に形成された小脱塩室を第一小脱塩室とし、カチオン交換膜と中間交換膜との間に形成された小脱塩室を第二小脱塩室とすることが好ましい。
【００７２】
上述の実施形態では、第一の通水手段が、脱イオンモジュール２に形成された通水孔、通水路と、脱イオンモジュール２に設けられた配管により構成されている。しかしながら、第一の通水手段は、例えば、脱イオンモジュール２の外部に設けられた配管により構成されていてもよい。また、第二の通水手段は、第一の通水手段と同様に、脱イオンモジュール２の外部に設けられた配管により構成されていてもよい。
【００７３】
上述の実施形態では、濃縮室２０がアニオン交換体の単床形態とされている。しかしながら、濃縮室に充填されるイオン交換体は、アニオン交換体の単床形態に限定されず、例えば、カチオン交換体の単床形態、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態又は複床形態であってもよい。また、濃縮室２０にはイオン交換体を充填せず、スペーサ等を配置してもよい。ただし、濃縮室２０でのスケール発生防止の観点からは、アニオン交換体を単床形態で充填することが好ましい。
【００７４】
上述の実施形態では、濃縮室２０における濃縮水の流通方向が、第二小脱塩室７０における被処理水の向流とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、全ての濃縮室における濃縮水の流通方向が、第二小脱塩室７０における被処理水と同方向であってもよいし、各濃縮室で異なっていてもよい。
【００７５】
上述の実施形態では、陽極室１２にイオン交換体を充填しているが、例えば、イオン交換体を充填せずに、スペーサ等を配置してもよい。陰極室９２も同様に、イオン交換体を充填せずに、スペーサ等を配置してもよい。
【００７６】
上述の実施形態では、陽極室１２及び陰極室１５２の電極水の流通方向が、上昇流とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、陽極室１２及び陰極室９２における電極水の流通方向が、下降流であってもよいし、陽極室１２と陰極室９２とで電極水の流通方向が異なっていてもよい。
【００７７】
上述の実施形態では、第一の脱塩区４２から第二小脱塩室７０、次いで第二の脱塩区４４の順に被処理水が流通する、３段処理とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、２つ以上の脱イオンモジュール２を設けた場合には、３段処理の前段又は後段でさらに他の脱塩室に被処理水を流通させてもよい。ただし、ＥＤＩのコンパクト化ならびに通水差圧の上昇を抑え、脱イオン水を効率的に生産する観点から、上述の実施形態のように３段処理とすることが好ましい。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、実施例に限定されるものではない。
＜導電率・比抵抗＞
水質評価には導電率ならびに比抵抗を用いた。不純物を全く含んでいない水の場合、２５℃の水における導電率の理論値は０．０５５μＳ／ｃｍ、比抵抗の理論値は１８．２ＭΩ・ｃｍとなる。脱イオン水の水質は、比抵抗が１８．２ＭΩ・ｃｍに近づき、かつ高ければ高いほど水質としては清浄であると評価できる。脱イオン水の水質評価は、比抵抗をもって行った。
導電率は、導電率計（８７３ＣＣ、ＦＯＸＢＯＲＯ社製）を用いて測定した。また、比抵抗は、比抵抗計（８７３ＲＳ、ＦＯＸＢＯＲＯ社製）を用いて測定した。
【００７９】
＜シリカ濃度＞
ＥＤＩの処理性能の一指標となるシリカ濃度を測定することにより、水質評価を行った。シリカ濃度は、分光光度計（Ｕ−３０１０、株式会社日立ハイテクノロジー製）を用い、モリブデン青吸光光度法により測定した。
【００８０】
脱塩室差圧＝Ｐ２−Ｐ１ ・・・（２）
【００８１】
（実施例１）
下記仕様により、脱イオンモジュールを図４に示す脱イオンモジュール１００とした以外は、図２に示すＥＤＩ１と同様に、３つの脱イオンモジュールを設けたＥＤＩ−Ａを製造した。このＥＤＩ−Ａは、第一小脱塩室における被処理水の流通方向と、第二小脱塩室における被処理水の流通方向とが、共に下降流で制御されたものである。
ＥＤＩ−Ａを用い、下記運転条件にて脱イオン水の製造を１６００時間、連続で行った。運転開始１６００時間後に、得られた脱イオン水の比抵抗、シリカ濃度を測定した。その結果を表１に示す。
なお、被処理水の硬度は、原子吸光分光光度計（ＳｐｅｃｔｒＡＡ、ＶＡＲＩＡＮ社製）での測定値であり、全炭酸濃度は湿式紫外線酸化ＴＯＣ分析計（９００型、ＳＩＥＶＥＲＳ社製）での測定値である。
【００８２】
＜ＥＤＩ−Ａ仕様＞
（１）カチオン交換膜：株式会社アストム製
（２）中間イオン交換膜：株式会社アストム製アニオン交換膜
（３）アニオン交換膜：株式会社アストム製
（４）第一の脱塩区：幅１００ｍｍ×高さ１４０ｍｍ×厚さ８ｍｍ
（５）第二の脱塩区：幅１００ｍｍ×高さ１４０ｍｍ×厚さ８ｍｍ
（６）第二小脱塩室：幅１００ｍｍ×高さ１４０ｍｍ×厚さ８ｍｍ
（７）第一の脱塩区の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）単床形態
（８）第二の脱塩区の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）単床形態
（９）第二小脱塩室の充填イオン交換体：カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）単床形態
（１０）濃縮室充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）単床形態
（１１）被処理水の通水順序：第一の脱塩区→第二小脱塩室→第二の脱塩区
（１２）濃縮水の流通方向：第二小脱塩室における被処理水の流通方向と向流
（１３）電極水の流通方向：陽極室、陰極室共に上昇流。
【００８３】
＜運転条件＞
（１）被処理水：工業用水を逆浸透膜装置で処理して得た水
（２）被処理水の導電率：５．８μＳ／ｃｍ
（３）被処理水の比抵抗：０．１７ＭΩ・ｃｍ
（４）被処理水中のシリカ濃度：６０４μｇ／Ｌ
（５）被処理水中硬度：０．３ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
（６）被処理水中全炭酸濃度：６．９ｍｇＣＯ２／Ｌ
（７）被処理水供給量：０．３ｍ３／ｈ
（８）濃縮水供給量：０．１ｍ３／ｈ
（９）電極水供給量：１０Ｌ／ｈ
（１０）運転電流値：１．５Ａ
【００８４】
（実施例２）
脱イオンモジュールを図１の脱イオンモジュール２と同様のものとした以外は、実施例１と同様の仕様にてＥＤＩ−Ｂを得た。このＥＤＩ−Ｂは、第二小脱塩室における被処理水の流通方向が、第一の脱塩区側から第二の脱塩区側に沿うようにしたものである。
ＥＤＩ−Ｂを用い、実施例１と同様の条件で脱イオン水の製造を行った。運転開始１６００時間後に、得られた脱イオン水の比抵抗、シリカ濃度を測定した。その結果を表１に示す。
【００８５】
（比較例１）
脱イオンモジュールを図６の脱イオンモジュール３００と同様のものとした以外は、実施例１と同様の仕様にてＥＤＩ−Ｃを得た。脱イオンモジュール３００は、陽極側から順に配置されたアニオン交換膜３０、枠体３４１、中間イオン交換膜６０、枠体３７１、カチオン交換膜８０とで概略構成されたものである。脱イオンモジュール３００には、被処理水流入ライン４と脱イオン水流出ライン６とが接続されている。
【００８６】
アニオン交換膜３０には、通水孔３３２、３３４が設けられている。通水孔３３２には被処理水流入ライン４が接続され、通水孔３３４には脱イオン水流出ライン６が接続されている。枠体３４１には、１つの開口部が形成され、該開口部にアニオン交換体が単床形態で充填され第一小脱塩室３４０が形成されている。枠体３４１には、通水孔３５２、３５３、３５４が形成されている。枠体３４１には、通水孔３５２と第一小脱塩室３４０とを連通する通水路３５６と、通水孔３５３と第一小脱塩室３４０とを連通する通水路３５７とが形成されている。中間イオン交換膜６０には、通水孔３６２、３６３が形成されている。
【００８７】
枠体３７１には、１つの開口部が形成され、該開口部にカチオン交換体が単床形態で充填され、第二小脱塩室７０が形成されている。枠体３７１には、通水孔３７２、３７３、３７４が形成されている。枠体３７１には、通水孔３７２と第二小脱塩室７０とを連通する通水路３７６と、通水孔３７４と第二小脱塩室７０とを連通する通水路３７７とが形成されている。カチオン交換膜８０には、通水孔３８２、３８３が形成されている。通水孔３８２と３８３とには、配管３８５が接続されている。
【００８８】
脱イオン水は、次のように製造した。まず、被処理水を被処理水供給ライン４から脱イオンモジュール３００に供給する。供給された被処理水を通水孔３３２、３５２、通水路３５６の順に流通させ、第一小脱塩室３４０に流入させた。第一小脱塩室３４０を流通した被処理水を通水路３５７、通水孔３５３、３６２、３７３、３８３、配管３８５、通水孔３８２、３７２、通水路３７６の順に流通させ、第二小脱塩室７０に流入させた。被処理水を第二小脱塩室に流通させて脱イオン水とし、該脱イオン水を通水路３７７、通水孔３７４、３６３、３５４、３３４の順に流通させ脱イオン水流出ライン６から流出させた。
なお、第一小脱塩室３４０における被処理水の流通方向と、第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向とは、共に下降流とした。
【００８９】
被処理水の流通経路以外は、実施例１と同様の条件で、ＥＤＩ−Ｃを用いて脱イオン水の製造を行った。運転開始１６００時間後に、得られた脱イオン水の比抵抗、シリカ濃度を測定した。その結果を表１に示す。
【００９０】
【表１】
【００９１】
表１に示すとおり、被処理水を第一の脱塩区→第二小脱塩室→第二の小脱塩区の順に流通させ、脱イオン処理した実施例１は、比抵抗が１４．４ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度が１２μｇ／Ｌという高い水質の脱イオン水を得た。さらに第二小脱塩室における被処理水の流通方向が、第一の脱塩区側から第二の脱塩区側に向かうように制御された実施例２では、比抵抗１７．５ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度１．４μｇ／Ｌという、さらに高い水質の脱イオン水が得られた。
実施例１の脱イオン水より実施例２の脱イオン水の方が高い水質となった原因は、次のように推測できる。実施例１では、第二小脱塩室の上流側と第二の脱塩区とが対向した配置である。このため、濃縮室では、アニオン交換膜等にスケールとして析出しないまでも、硬度成分とＯＨ−との化合物等が生成され、電流効率が若干低下したと考えられる。一方、実施例２では、第二小脱塩室の上流側と第二の脱塩区とが対向していないため、硬度成分とＯＨ−との化合物等の生成の程度はさらに少なくなり、電流効率の低下が起こらない。このため、実施例１では、実施例２よりも水質が低下したものと推測する。
【００９２】
第一小脱塩室に脱塩区を形成しないＥＤＩ−Ｃを用いた比較例１は、比抵抗２．８、シリカ濃度２３０μｇ／Ｌという低い水質の脱イオン水を得た。このことから、第一小脱塩室に脱塩区を形成したＥＤＩを用いて、被処理水を多段処理することで、高い水質の脱イオン水が得られることが判った。
【符号の説明】
【００９３】
１ 電気式脱イオン水製造装置
２、１００、２２０、３００ 脱イオンモジュール
１０ 陽極
２０、２３４ 濃縮室
３０、２３０ アニオン交換膜
３９、２２４ 脱塩室
４０、３４０ 第一小脱塩室
４２ 第一の脱塩区
４４ 第二の脱塩区
７０ 中間イオン交換膜
８０、２２２ カチオン交換膜
９０ 陰極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造分野、医薬品製造分野、原子力や火力等の発電分野、食品工業等の各種の産業又は研究施設で使用される、電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脱イオン水を製造する方法として、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。しかし、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、薬剤によって再生処理を行う必要がある。近年、このような処理操作上の不利な点を解消するため、薬剤によるイオン交換体再生の必要がない、電気式脱イオン水製造装置（以下、ＥＤＩという）が実用化されている。このＥＤＩは、電気泳動と電気透析を組み合わせた脱イオン水（純水）製造装置である。一般的なＥＤＩは、陽極側に配置されたアニオン交換膜と陰極側に配置されたカチオン交換膜との間にイオン交換体が充填された脱塩室が設けられ、該脱塩室の両側に濃縮室が設けられたものである。このようなＥＤＩでは、陰極と陽極との間に直流電圧を印加した状態で脱塩室に被処理水を通水することにより、被処理水中のイオン成分がイオン交換体で吸着される。そして、吸着されたイオン成分を電気泳動にて膜面までイオンを泳動させ、イオン交換膜にて電気透析して濃縮水中へと除去し、脱イオン水を製造する。
従来の典型的なＥＤＩは、濃縮室を介して複数の脱塩室を積層し、その両端に陰極と陽極を配した構造である。
【０００３】
これまでにも、ＥＤＩで得られる脱イオン水の水質向上や、省電力での不純物イオンの除去を目的として、種々の試みがなされてきた。脱塩室では、使用されるイオン交換体の充填方法や充填量が、要求される脱イオン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った。そこで、濃縮室の電気抵抗を低減させるための対策が採られることが多い。例えば、特許文献１では、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。
一方、特許文献２には、脱塩室がアニオン交換膜とカチオン交換膜との間に配置された中間イオン交換膜で区画され、２つの小脱塩室が形成された脱塩室２セル構造のＥＤＩが開示されている。該ＥＤＩにおける脱イオン水の製造は、電圧を印加しながら一方の小脱塩室（第一小脱塩室）に被処理水を流入させ、次いで、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室（第二小脱塩室）に流入させる（直列通水）と共に、濃縮室に濃縮水を流入させ被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を得る。このような構造のＥＤＩによれば、２つの小脱塩室のうち、少なくとも１つの小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床形態、もしくはアニオン交換体とカチオン交換体の混床形態とすることができ、イオン交換体の種類毎に電気抵抗を低減し、かつ高い脱イオン性能を得るための最適な厚さに設定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４３７４号公報
【特許文献２】特許第３３８５５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これまでの技術では、脱塩室内又は濃縮室内における電気抵抗を低減できるものの、イオン成分の除去やスケール発生防止が不十分であった。加えて、被処理水の原水水質の変動によって、得られる脱イオン水の水質が安定しないという問題があった。従来の脱塩室２室構造のＥＤＩで高い水質の脱イオン水を得るために、上記の直列通水を繰返すと、脱塩室内の差圧が高くなり、被処理水の処理量の著しい低下を招き、実用的でない。
本発明は、被処理水の処理量を確保しつつ、スケール発生を防止でき、原水水質の変動に影響されずに高い水質の脱イオン水を得る（原水耐性）ことができるＥＤＩ及び脱イオン水の製造方法を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、従来のＥＤＩにおけるイオン除去能力の低下、ならびにスケールの発生について鋭意検討した結果、次のような知見を得た。
従来の脱塩室２セル構造では、イオン交換体や中間イオン交換膜の配置によっては、第一小脱塩室と第二小脱塩室との間を、中間イオン交換膜を介して、シリカや炭酸、ナトリウム等のイオンが循環してしまい、濃縮室まで排出されにくいという問題があった。例えば、シリカが循環した場合には、被処理水から持ち込まれるシリカの量と、隣の脱塩室から持ち込まれるシリカの量が合算され、実際には被処理水から持ち込まれるシリカよりも、多くのシリカ量を処理することとなる。その結果、シリカを除去しきれずに、脱イオン水に漏洩したり、電気抵抗を極端に上昇させるといった問題に繋がっている。
【０００７】
また、陰極側を第一小脱塩室とし、陽極側を第二小脱塩室とし、第一小脱塩室にカチオン交換体、第二小脱塩室にアニオン交換体を充填したような構造の場合、第一小脱塩室においてカチオン成分が除去されるに従い、被処理水のｐＨが酸性側に傾き、Ｈ＋濃度が高くなる。このため、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等、除去対象のカチオン成分への電流効率が低下し、カチオン成分を一定濃度以下には低減できなくなる。そして、第二小脱塩室にはカチオン交換体が充填されていないため、そのまま脱イオン水にまで漏洩してしまうという問題があった。さらに、第二小脱塩室を構成するアニオン交換膜のカチオン成分除去能が１００％ではないため、一旦濃縮室に移動したカチオン成分は、極微量ではあるものの、アニオン交換膜を介して第二小脱塩室に逆移動してしまう。そして、第二小脱塩室にカチオン交換体が充填されていないために、結果として脱イオン水に、カチオン成分が漏洩するという現象がある。
【０００８】
また、陽極側を第一小脱塩室とし、陰極側を第二小脱塩室とし、第一小脱塩室にアニオン交換体、第二小脱塩室にカチオン交換体を充填したような構造の場合、第一小脱塩室においてアニオン成分が除去されるに従い、被処理水のｐＨがアルカリ側に傾き、ＯＨ−濃度が高くなる。このため、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２（シリカは、特別な形態をとることが多いため、一般のイオンとは異なった表示とする）等、除去対象のアニオン成分への電流効率が低下し、アニオン成分を一定濃度以下には低減できなくなる。そして、第二小脱塩室にはアニオン交換体が充填されていないため、そのまま脱イオン水にまで漏洩してしまうという問題があった。さらに、第二小脱塩室を構成するカチオン交換膜のアニオン成分除去能が１００％ではないため、一旦濃縮室に移動したアニオン成分は、極微量ではあるものの、カチオン交換膜を介して、第二小脱塩室に逆移動してしまう。そして、第二小脱塩室にアニオン交換体が充填されていないために、結果として脱イオン水に、アニオン成分が漏洩するという現象がある。
【０００９】
また、脱塩室を中間イオン交換膜で分割していない１セル構造のＥＤＩにおいて、脱塩室に複数種のイオン交換体を積層して充填した場合、次のような問題があった。積層されたカチオン交換体の単床形態のイオン交換層、アニオン交換体の単床形態のイオン交換層、カチオン交換体とアニオン交換体の混床形態のイオン交換層では、それぞれ電気抵抗が大きく異なる。このため、より電気抵抗の低いイオン交換層にしか電気が流れず、電気抵抗の高いイオン交換層でのイオン除去率が極端に低下するという現象がある。
加えて、アニオン交換膜とカチオン交換体との接点で発生したＨ＋は、カチオン交換体の再生に寄与するが、ＯＨ−は濃縮室に移動してしまい、何の機能も果たさないという問題がある。この現象について、図５を用いて説明する。図５は、１セル構造のＥＤＩの脱イオンモジュール２２０の模式図である。図５の通り、脱イオンモジュール２２０は、陰極側のカチオン交換膜２２２と、陽極側のアニオン交換膜２３０との間に脱塩室２２４が形成され、脱塩室２２４の両側に濃縮室２３４が形成され、図示されない陰極室と陽極室との間に配置されている。脱塩室２２４には、アニオン交換体が充填された脱塩層２２４ａと、カチオン交換体が充填された脱塩層２２４ｂとが形成されている。被処理水を脱塩室２２４に通水すると、アニオン交換膜２３０と、脱塩層２２４ｂのカチオン交換体との界面では、脱塩室２２４側にＨ＋、濃縮室２３４側にＯＨ−が発生する。脱塩室２２４側に発生したＨ＋は、脱塩層２２４ｂのカチオン交換体の再生に寄与するが、濃縮室２３４側で発生したＯＨ−は、脱塩室２２４中のいずれのイオン交換体の再生にも寄与しない。同様に、カチオン交換膜２２２と脱塩層２２４ａに充填したアニオン交換体との界面で発生したＯＨ−は、脱塩層２２４ａのアニオン交換体の再生に寄与するが、濃縮室２３４側で発生したＨ＋は、脱塩室２２４中のいずれのイオン交換体の再生にも寄与しない。
【００１０】
さらに、従来のＥＤＩでは、脱塩室から濃縮室へと移動したＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分が、他の脱塩室から移動したＯＨ−やＨＣＯ３−と反応することで、水に難溶性のスケールとなって析出する。スケールが析出すると、イオン成分移動や、被処理水の流れを妨げ、脱イオン水の水質や運転電圧に悪影響を及ぼすことがある。スケールは、脱塩室と濃縮室との配置によって、硬度成分がＯＨ−と接触しやすい場合に、顕著に発生する。
本発明は、以上の知見を基になされたものである。
【００１１】
即ち、本発明のＥＤＩは、陰極側のカチオン交換膜と陽極側のアニオン交換膜とで区画され、被処理水を流通する脱塩室が設けられ、前記カチオン交換膜又は前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に、濃縮水を流通する濃縮室が設けられ、前記脱塩室は、前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜との間に配置された中間イオン交換膜によって、その厚さ方向に区画された第一小脱塩室と第二小脱塩室が形成され、前記第一小脱塩室は、複数の脱塩区で形成されていることを特徴とする。
前記第一小脱塩室の任意の前記脱塩区を流通した被処理水を前記第二小脱塩室に流通する第一の通水手段と、前記第二小脱塩室を流通した被処理水を他の前記脱塩区に流通する第二の通水手段とが設けられていることが好ましく、前記第一小脱塩室は、前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にアニオン交換体が単床形態で充填されて形成され、前記第二小脱塩室は、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にカチオン交換体が単床形態で充填されて形成されていることがより好ましく、前記第二小脱塩室は、被処理水が前記の任意の脱塩区側から前記の他の脱塩区側に沿って流通するように制御されていることがさらに好ましい。
前記濃縮室は、濃縮水の流れ方向が前記第二小脱塩室の被処理水の流れと向流に制御されていることが好ましく、前記中間イオン交換膜は、カチオン交換膜、アニオン交換膜、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の両方を配置した複式膜又はバイポーラ膜であることが好ましい。
【００１２】
本発明の脱イオン水の製造方法は、前記の電気式脱イオン水製造装置を用いた脱イオン水の製造方法であって、被処理水を任意の前記脱塩区に流通させた後、前記第二小脱塩室に流通させ、さらに他の前記脱塩区に流通させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被処理水の処理量を確保しつつ、スケール発生を防止でき、原水水質の変動に影響されずに高い水質の脱イオン水を得る（原水耐性）ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態にかかる脱イオンモジュールの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるＥＤＩの模式図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる脱イオンモジュールの模式図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる脱イオンモジュールの斜視図である。
【図５】従来の１セル構造のＥＤＩの脱イオンモジュールの模式図である。
【図６】比較例に用いたＥＤＩの脱イオンモジュールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の本発明のＥＤＩの一例を図１〜２を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態を説明する脱イオンモジュール２の斜視図である。図２は、本発明の一実施形態を説明するＥＤＩ１の模式図である。なお、説明の便宜上、脱イオンモジュール２の各構成部材は一定間隔を空けて図示しており、実際の脱イオンモジュール２では各構成部材が密着している。
【００１６】
ＥＤＩ１は、複数の脱イオンモジュール２が、濃縮室２０を介して隣接するように、陰極室１２と陽極室８２との間に設けられたものである。
脱イオンモジュール２は、陽極１０側から順に配置されたアニオン交換膜３０と、枠体４１と、中間イオン交換膜６０と、枠体７１と、カチオン交換膜８０とで概略構成されている。脱イオンモジュール２には、被処理水流入ライン４と、脱イオン水流出ライン６とが接続されている。
【００１７】
アニオン交換膜３０には、通水孔３２、３３、３４が形成されている。通水孔３２には、被処理水流入ライン４が接続されている。通水孔３３と３４には、配管３５が接続されている。
【００１８】
枠体４１には、２つの開口部が形成されている。該開口部の１つには、アニオン交換体が充填され、第一の脱塩区４２が形成されている。他の開口部には、アニオン交換体が充填され、第二の脱塩区４４が形成されている。第一の脱塩区４２と第二の脱塩区４４とで、小脱塩室４０が形成されている。
【００１９】
枠体４１には、通水孔５１、５２、５３、５４、５５が形成されている。枠体４１には、通水孔５１と第一の脱塩区４２とを連通する通水路５６と、通水孔５３と第一の脱塩区４２とを連通する通水路５８とが形成されている。枠体４１には、通水孔５２と第二の脱塩区４４とを連通する通水路５７と、通水孔５４と第二の脱塩区４４とを接続する通水路５９とが形成されている。
【００２０】
中間イオン交換膜６０には、通水孔６２、６３、６４が形成されている。
【００２１】
枠体７１には、１つの開口部が形成されている。該開口部には、カチオン交換体が充填され、第二小脱塩室７０が形成されている。そして、第一小脱塩室４０と、中間イオン交換膜６０を介して第一小脱塩室４０と隣接する第二小脱塩室７０とで、脱塩室３９が形成されている。
【００２２】
枠体７１には、通水孔７２、７３、７４、７５が形成されている。枠体７１には、通水孔７２と第二小脱塩室７０とを連通する通水路７６と、通水孔７３と第二小脱塩室７０とを連通する通水路７７とが形成されている。加えて、通水孔７２、７３、通水路７６、７７は、被処理水が第二小脱塩室７０を第一の脱塩区４２側から、第二の脱塩区４４側に沿って流通するように形成されている。
【００２３】
カチオン交換膜８０には、通水孔８２、８３、８４が形成されている。通水孔８２と８３とには、配管８５が接続されている。通水孔８４には、脱イオン水流出ライン６が接続されている。
【００２４】
「第一の通水手段」は、通水孔５３、６３、７２、７４、８２、８３、通水路５８、７６、配管８５とで構成されている。「第二の通水手段」は、通水孔３３、３４、５２、５５、６２、７３、通水路５７、７７、配管３５とで構成されている。
【００２５】
濃縮室２０は、脱イオンモジュール２の両側に枠体２１が配置され、枠体２１の開口部にアニオン交換体が単床形態で充填され形成されたものである。濃縮室２０には、濃縮水流入ライン２２と濃縮水流出ライン２４とが接続されている。
【００２６】
陽極室１２は、陽極１０側から順に陽極１０と、枠体１１と、仕切膜１４とが配置され、枠体１１の開口部にイオン交換体が充填され形成されたものである。陽極室１２には、電極水流入ライン１６と電極水流出ライン１８とが接続されている。陰極室９２は、陽極１０側から順に仕切膜９４と、枠体９１と、陰極９０とが配置され、枠体９１の開口部にイオン交換体が充填され形成されたものである。陰極室８２には、電極水流入ライン９６と電極水流出ライン９８とが接続されている。陽極１０及び陰極９０は、それぞれ図示されない電源と接続されている。
【００２７】
イオン交換膜としては、大別すると、原料モノマー液を補強体に含浸させた後に重合させ、全体を均質に形成した均質膜と、イオン交換樹脂を溶解成型可能なポリオレフィン系樹脂と共に粉砕成型した不均質膜の２種類がある。本実施形態におけるアニオン交換膜３０、カチオン交換膜８０は、いずれも特に限定されず、ＥＤＩの製造の簡便さや、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質、処理量等に応じて選択することができる。
【００２８】
本実施形態における中間イオン交換膜６０は、アニオン交換膜である。中間イオン交換膜６０は、アニオン交換膜３０と同様である。
【００２９】
第一の脱塩区４２に充填するアニオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、中でも最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。アニオン交換樹脂の種類は特に限定されず、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂等が挙げられる。例えば、市販品としてアンバーライト（商品名、ローム・アンド・ハース社製）等が挙げられる。
第二の脱塩区４４に充填するアニオン交換体は、第一の脱塩区４２に充填するアニオン交換体と同様である。
【００３０】
第二小脱塩室７０に充填するカチオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、中でも最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。カチオン交換樹脂の種類は特に限定されず、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂等が挙げられる。例えば、市販品としてアンバーライト（商品名、ローム・アンド・ハース社製）等が挙げられる。
【００３１】
枠体４１は、被処理水が漏洩しない材質であれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ノリル等の樹脂製の枠体を挙げることができる。
枠体４１の厚さは特に限定されることなく、所望する第一小脱塩室４０の厚さに応じて設定することができる。例えば、第一小脱塩室４０の厚さは、８〜２０ｍｍが好ましい。８ｍｍ未満であると被処理水の滞留時間が十分に確保できず脱イオン水の水質が低下するおそれがある。２０ｍｍを超えると、脱イオンモジュール２の成形が困難になる傾向となる。
【００３２】
枠体７１の材質は、枠体４１と同様である。枠体７１の厚さは、第二小脱塩室７０の厚さに応じて設定できる。例えば、第二小脱塩室７０の厚さは、８〜２０ｍｍが好ましい。
ここで、第一小脱塩室４０と第二小脱塩室７０とは、同じ厚さであってもよいし、異なる厚さであってもよい。第二小脱塩室７０の厚さは、第二小脱塩室７０の体積が第一の脱塩区４２の体積と同等以上となるように設定される。かかる厚さとすることで、第二小脱塩室７０での通水差圧の上昇が抑制できるためである。
【００３３】
陽極１０は、陽極として機能を発揮するものであれば特に限定されないが、電極水中にＣｌ−が存在する場合には、陽極には塩素発生が起きるため、耐塩素性能を有するものが好ましい。例えば、白金、パラジウム、イリジウム等の貴金属、あるいは前記貴金属をチタン等に被覆した網状あるいは板状の電極を挙げることができる。
陰極９０は、陰極としての機能を発揮するものであれば特に限定されず、例えば、板状のステンレスや網状のステンレス、又は、白金、パラジウム、イリジウム等の貴金属、あるいは前記貴金属をチタン等に被覆した網状あるいは板状の電極を挙げることができる。
【００３４】
枠体１１の材質は、枠体４１と同様である。枠体１１の厚さは、陽極室１２に求める厚さに応じて決定できる。陽極室１２の厚さは、例えば、０．３〜４ｍｍとされる。
陽極室１２に充填されるイオン交換体は、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等が挙げられ、最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。イオン交換体の充填形態は、被処理水の水質等を勘案して決定でき、例えば、アニオン交換体の単床形態、カチオン交換樹脂の単床形態もしくはアニオン交換体とカチオン交換体との混床形態又は複床形態が挙げられる。
【００３５】
枠体９１の材質は、枠体４１と同様である。枠体９１の厚さは、陰極室９２に求める厚さに応じて決定できる。陰極室９２の厚さは、陽極室１２の厚さと同様である。陰極室９２に充填するイオン交換体は、陽極室１２に充填するイオン交換体と同様である。
【００３６】
仕切膜１４は、イオン交換膜であれば特に限定されず、被処理水の水質や、ＥＤＩ１の運転条件等を考慮して選択することができる。例えば、カチオン交換膜又はアニオン交換膜を選択することができる。仕切膜９４は、仕切膜１４と同様である。
【００３７】
濃縮室２０に充填するアニオン交換体は、第一の脱塩区４２に充填するアニオン交換体と同様である。
枠体２１の材質は枠体４１と同様である。枠体２１の厚さは、濃縮室２０に求める厚さに応じて決定できる。濃縮室２０の厚さは、例えば、３〜１０ｍｍとされる。
【００３８】
次に、ＥＤＩ１を用いた脱イオン水の製造方法について説明する。本発明の脱イオン水の製造方法は、工業用水や井水の濁質成分を除濁膜にて除去し、さらに逆浸透（ＲＯ）膜にて処理した水等を被処理水として脱イオン処理し、脱イオン水を得るものである。
【００３９】
まず、電極水流入ライン１６から陽極室１２に電極水を流し、電極水流入ライン９６から陰極室９２に電極水を流すと共に、陽極１０と陰極９０との間に、直流電圧を印加する。陽極室１２に流入した電極水は、上昇流で、陽極室１２のイオン交換体内を拡散しながら流通する。この間、電極水は陽極１０から発生したＣｌ２、Ｏ２等を取り込んで、電極水流出ライン１８から流出する。陰極室９０に流入した電極水は、上昇流で、陰極室１５０のイオン交換体内を拡散しながら流通する。この間、電極水は陰極９０から発生したＨ２等を取り込んで、電極水流出ライン９８から流出する。
【００４０】
電極水は、例えば、被処理水と同じ水源の水、脱イオン水や純水等が挙げられる。陽極室１０への電極水の供給量は、印加電圧等に応じて決定することが好ましい。例えば、５〜２００Ｌ／ｈ、好適には３０〜１００Ｌ／ｈの範囲で決定される。電極水の供給量が少なすぎると、発生したＯ２、Ｃｌ２ガスを充分に排出することが困難となり、電極水の供給量が多すぎると、回収率が低下するため、好ましくない。陰極室１５０への電極水の供給量は、陽極室１０への電極水の供給量と同様である。
印加する電流は、被処理水の水質やＥＤＩ１の規模等を勘案して決定される。
【００４１】
次いで、濃縮水流入ライン２２から濃縮室２０に、第二小脱塩室７０の被処理水と向流になるように濃縮水を流す。濃縮室２０に流入した濃縮水は、それぞれの濃縮室２０を流通する。この間、濃縮水は、第一小脱塩室４０から移動してきたアニオン成分又は第二小脱塩室７０から移動してきたカチオン成分を取り込み、濃縮水流出ライン２４から流出する。
【００４２】
濃縮水は、例えば、被処理水と同じ水源の水、脱イオン水や純水等が挙げられる。
ＥＤＩ１への濃縮水の供給量は、ＥＤＩ１の能力、被処理水の水質や処理量を勘案して決定できる。濃縮水の供給量が少なすぎると、各濃縮室に移動したイオンの濃度拡散にむらが生じ、例えば、アニオン交換膜３０面の濃度分極層が厚くなり、スケール発生のおそれがある。一方、濃縮水の供給量が多すぎると、脱イオン水の回収率が低下するため好ましくない。
【００４３】
このような観点から、例えば、ＥＤＩ１への濃縮水供給量は、好ましくは下記（１）式で表される濃縮倍率が３〜２０となるように設定される。なお、下記（１）式による濃縮倍率は、被処理水と濃縮水とに同一の原水を用いて、かつ、被処理水中のイオン成分が全て濃縮室２０に移行すると仮定し定義付けられる。
【００４４】
濃縮倍率＝（ＥＤＩへの被処理水供給量＋ＥＤＩへの濃縮水供給量）÷ＥＤＩへの濃縮水供給量 ・・・（１）
【００４５】
被処理水を被処理水流入ライン４から脱イオンモジュール２に供給する。脱イオンモジュール２への被処理水の供給量は、ＥＤＩ１の能力や被処理水の水質を勘案して決定することができる。被処理水の供給量は、好ましくは、第一の脱塩区４２における空間速度（ＳＶ）がＳＶ＝３０〜３００Ｌ／Ｌ・ｈ−１となるように調整される。ＳＶが高すぎると、イオン除去性能が低下したり、ＳＶの増加と共に発生する通液速度（ＬＶ）の増加によって通水差圧が高くなり、脱イオンモジュール２の破損を招いたり、運転上の困難を起こしたりするので好ましくない。一方、ＳＶが低すぎると、各脱イオンモジュールへの流量分配が適切に行われず、脱イオン処理が充分な脱イオンモジュールと、脱イオン処理が不充分な脱イオンモジュールとが生じ、ＥＤＩ１全体としての性能に悪影響を与える場合がある。
【００４６】
なお、ＳＶは、イオン交換体の単位体積（Ｌ）に対して１時間に流通させる流量（Ｌ）であり、Ｌ／Ｌ・ｈ−１で表される（以降において同じ）。また、ＬＶとは、単位面積当たりの流量であり、ｍ／ｈで表される線速度である。
【００４７】
脱イオンモジュール２に供給された被処理水は、通水孔３２、５１、通水路５６を順に流通し、第一の脱塩区４２に流入する。第一の脱塩区４２に流入した被処理水は、第一の脱塩区４２のアニオン交換体内を拡散しながら下降流で流通する。この間、被処理水中のＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分は、アニオン交換体に吸着される。吸着されたアニオン成分は、陽極１０に引き寄せられ、アニオン交換膜３０を透過して濃縮室２０へ移動する。濃縮室２０に移動したアニオン成分は、濃縮室２０のアニオン交換体内を流通することで速やかにアニオン交換膜３０から離れ、濃縮水に取り込まれる。ここで、第一の脱塩区４２では、アニオン成分の除去が進むと、被処理水のｐＨがアルカリ性側に移行して、アニオン成分の競合イオンであるＯＨ−の濃度が高くなる。このため、アニオン成分に対する電流効率が低下し、被処理水中のアニオン成分の濃度は、一定濃度以下に到達しにくくなる。この結果、第一の脱塩区４２を流通した被処理水は、ある程度のアニオン成分が残存した状態となる。
【００４８】
第一の脱塩区４２を流通した被処理水は、通水路５８、通水孔５３、６３、７４、８３、配管８５、通水孔８２、７２、通水路７６を順に流通し、第二小脱塩室７０に流入する。第二小脱塩室７０に流入した被処理水は、第一の脱塩区４２側から第二の脱塩区４４側に沿って流通する。この間、被処理水中のＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分は、カチオン交換体に吸着される。吸着されたカチオン成分は、陰極９０に引き寄せられ、カチオン交換膜８０を透過して濃縮室２０へ移動する。ここで、第二小脱塩室７０に流入した被処理水は、ｐＨがアルカリ性側に移行しているため、カチオン成分の競合イオンであるＨ＋濃度が低い。このため、カチオン成分の除去は、良好に行われる。
なお、第二小脱塩室７０を流通した段階で、被処理水のｐＨは中性領域となっている。
【００４９】
また、中間イオン交換膜６０とカチオン交換体との接点では、水分解によりＯＨ−とＨ＋とが生じる。水分解により生じたＯＨ−は、中間イオン交換膜６０を透過して第一小脱塩室４０に移動し、第一小脱塩室４０のアニオン交換体の再生に利用される。水分解により生じたＨ＋は、第二小脱塩室７０のカチオン交換体の再生に利用される。
ここで、第一の脱塩区４２で除去されたアニオン成分の中でも、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−は濃縮室２０内でガス化して、カチオン交換膜８０を透過し、第二小脱塩室７０に移動してくることがある。このため、再度、アニオン成分の除去を、第二の脱塩区４４にて行う。
【００５０】
第二小脱塩室７０を流通した被処理水は、通水路７７、通水孔７３、６２、５５、３４、配管３５、通水孔３３、通水孔５２、通水路５７を順に流通し、第二の脱塩区４４に流入する。第二の脱塩区４４に流入した被処理水は、第二の脱塩区４４のアニオン交換体内を拡散しながら流通する。この間、被処理水中のアニオン成分がアニオン交換体に吸着される。吸着されたアニオン成分は、陽極１０側に引き寄せられ、アニオン交換膜３０を透過して濃縮室２０へ移動する。
【００５１】
ここで、第一の脱塩区４４に流入した被処理水は、第一の脱塩区４２で予めアニオン成分の大部分が除去されているため、アニオン成分の除去が進んでも中性領域のｐＨが維持される。このため、残存しているアニオン成分を良好に除去できる。被処理水は、第一の脱塩区４４を流通し、脱イオン水となる。脱イオン水は、通水路５９、通水孔５４、６４、７５、８４を順に流通し、脱イオン水流出ライン６から流出する。
【００５２】
上述のとおり、ＥＤＩ１では、被処理水を第一の脱塩区４０に流通させてアニオン成分を除去した後、被処理水を第二小脱塩室７０に流通させてカチオン成分を除去し、さらに第二小脱塩室７０を流通した被処理水を第二の脱塩区４４に流通させて、再度、アニオン成分を除去している。このため、被処理水中のアニオン成分及びカチオン成分が高度に除去された脱イオン水を製造できる。
【００５３】
加えて、第一の脱塩区４２を流通した被処理水を第二小脱塩室７０に流通させるため、脱イオンモジュール２内における通水差圧の上昇を抑制できる。通水差圧の上昇を抑制することで、各第二小脱塩室での被処理水の滞留時間を十分なものとし、カチオン成分を良好に除去できる。さらに、通水差圧の上昇を抑制することで、ＥＤＩ１での被処理水の処理量を低減することなく、高い水質の脱イオン水を安定的に製造できる。
【００５４】
中間イオン交換膜６０と第二小脱塩室７０のカチオン交換体との接点で生じたＯＨ−とＨ＋とは、それぞれ第一小脱塩室４０のアニオン交換体、第二小脱塩室７０のカチオン交換体の再生に寄与するため、電流効率の面で無駄が少ない。この点について、図３を用いて説明する。図３は、脱イオンモジュール２におけるイオンの流れを説明する模式図である。図３に示すように、被処理水を第二小脱塩室７０に流通させると、中間イオン交換膜６０と第二小脱塩室７０のカチオン交換体との接点（界面）では、第一小脱塩室４０側にＯＨ−、第二小脱塩室７０側にＨ＋が発生する。第一小脱塩室４０側に発生したＯＨ−は、第一小脱塩室４０のアニオン交換体の再生に寄与する。アニオン交換体の再生に当たって余剰となったＯＨ−は、濃縮室２０に移動する。第二小脱塩室７０側に発生したＨ＋は、第二小脱塩室７０のカチオン交換体の再生に寄与する。カチオン交換体の再生に当たって余剰となったＨ＋は、濃縮室２０に移動する。
【００５５】
第一小脱塩室４０には、アニオン交換体が単床形態で充填され、第二小脱塩室７０には、カチオン交換体が単床形態で充填されている。このため、各第一小脱塩室及び各第二小脱塩室では、電流の偏りが防止され、電流効率の向上が図れる。
【００５６】
一般に、高濃度のＯＨ−と、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分とが存在すると、スケールが発生しやくなる。第二の脱塩区４４に流入した被処理水は、第一の脱塩区４２を流通した際にＨＣＯ３−、ＣＯ３−、Ｃｌ−等の大部分が除去されている。このため、濃縮室２０には、第二の脱塩区４４から濃縮室２０に移動するアニオン成分の多くがＯＨ−である。また、第二小脱塩室７０では、被処理水の上流側において、カチオン成分の内の硬度成分が除去される。即ち、濃縮室２０へは、第二の脱塩区４４からＯＨ−が高濃度で移動し、第二小脱塩室７０の上流側から高濃度の硬度成分が移動する。このため、ＥＤＩ１では、第二小脱塩室７０での被処理水の流通方向を第一の脱塩区４２側から第二の脱塩区４４側とすることで、濃縮室２０の同じ領域で高濃度のＯＨ−と高濃度の硬度成分とが存在することを防止できる。こうして、濃縮室２０でのスケール発生の抑制が図れる。
【００５７】
濃縮室２０には、アニオン交換体が単床形態で充填されているため、アニオン交換膜３０面にはアニオン交換体層が形成されている。このため、第一小脱塩室４０から濃縮室２０に移動したアニオン成分は、速やかにアニオン交換膜３０面から離れ濃縮室２０のアニオン交換体内を移動する。一方、第二小脱塩室７０から濃縮室２０に移動した硬度成分等のカチオン成分は、濃縮水中を移動する。このように、濃縮室２０をアニオン交換体の単床形態とすることで、濃縮室２０内では、高濃度のアニオン成分と高濃度のカチオン成分とが接触する領域がないので、スケール発生の防止が図れる。
【００５８】
濃縮水の流通方向を第二小脱塩室７０の被処理水の向流とすることで、濃縮室２０に移動してくる硬度成分を効果的に排出し、スケール発生を防止できる。
【００５９】
このように、本発明によれば、従来の脱塩室２セル構造のＥＤＩを利用し、被処理水の処理量を確保しつつ、スケール発生を防止しつつ、原水水質の変動に影響されずに高い水質の脱イオン水を得ることができる。さらに、ＥＤＩ１は、１つの脱イオンモジュール２内で、３処理を行うことができるため、複数の脱イオンモジュール２を多段で用いるよりも、省スペース化が図れる。
【００６０】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
上述の実施形態では、第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向が、第一の脱塩区４２側から第二の脱塩区４４側とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、図４に示すように、第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向が、第一小脱塩室４０における被処理水の流通方向と同じ方向であってもよい。このような、被処理水の流通方法について、図４を用いて説明する。図４は、脱イオンモジュール１００の斜視図である。説明の便宜上、脱イオンモジュール１００の各構成部材は一定間隔を空けて図示されているが、実際の脱イオンモジュール１００は各部材が密着している。
【００６１】
脱イオンモジュール１００は、陽極側から順に配置されたアニオン交換膜３０、枠体１４１、中間イオン交換膜６０、枠体１７１、カチオン交換膜８０とで概略構成されたものである。脱イオンモジュール１００には、被処理水流入ライン４と脱イオン水流出ライン６とが接続されている。
【００６２】
アニオン交換膜３０には、通水孔１３１、１３２が設けられている。通水孔１３１には被処理水流入ライン４が接続され、通水孔１３２には脱イオン水流出ライン６が接続されている。枠体１４１には、２つの開口部が形成され、該開口部にアニオン交換体が充填され第一の脱塩区４２と第二の脱塩区４４とが形成されている。第一の脱塩区４２と第二の脱塩区４４とで、第一小脱塩室４０が形成されている。枠体１４１には、通水孔１５１、１５２、１５３、１５４が形成されている。枠体１４１には、通水孔１５１と第一の脱塩区４２とを連通する通水路１５６と、通水孔１５３と第一の脱塩区４２とを連通する通水路１５８とが、被処理水を下降流で流通させるように、形成されている。また、枠体１４１には、通水孔１５２と第二の脱塩区４４とを連通する通水路１５７と、通水孔１５４と第二の脱塩区４４とを連通する通水路１５９とが、被処理水を下降流で流通させるように、形成されている。中間イオン交換膜６０には、通水孔１６２、１６３が形成されている。
【００６３】
枠体１７１には、１つの開口部が形成され、該開口部にカチオン交換体が充填され第二小脱塩室７０が形成されている。枠体１７１には、通水孔１７２、１７３、１７４、１７５が形成されている。枠体１７１には、通水孔１７２と第二小脱塩室７０とを連通する通水路１７６と、通水孔１７５と第二小脱塩室７０とを連通する通水路１７７とが、被処理水を下降流で流通させるように、形成されている。カチオン交換膜８０には、通水孔１８１、１８２、１８３、１８４が形成されている。通水孔１８１と１８３とには、配管１８５が接続されている。通水孔１８２と１８４とには、配管１８６が接続されている。
【００６４】
次いで、脱イオンモジュール１００における被処理水の流通経路を説明する。まず、被処理水流入ライン４から脱イオンモジュール１００に被処理水を供給する。供給された被処理水は、通水孔１３１、１５１、通水路１５６を順に経由し、第一の脱塩区４２に流入する。第一の脱塩区４２に流入した被処理水は、第一の脱塩区４２内を流通した後、通水路１５８、通水孔１５３、１６３、１７４、１８３、配管１８５、通水孔１８１、通水孔１７２、通水路１７６を順に流通し、第二小脱塩室７０に流入する。第二小脱塩室７０に流入した被処理水は、第二小脱塩室７０内を第一小脱塩室４０と略同方向で流通した後、通水路１７７、通水孔１７５、１８４、配管１８６、通水孔１８２、１７３、１６２、１５２、通水路１５７を順に流通し、第二の脱塩区４４に流入する。第二の脱塩区４４に流入した被処理水は、第二の脱塩区４４内を流通し、脱イオン水となる。脱イオン水は、通水路１５９、通水孔１５４、１３２を順に流通し、脱イオン水流出ライン６から流出する。
【００６５】
また、あるいは、第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向は、第一小脱塩室４０における被処理水の流通方向と向流であってもよい。第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向は、ＥＤＩの規模や、被処理水の性状等を勘案して決定することができる。例えば、被処理水中の硬度成分の濃度が高い場合や、被処理水中のアニオン成分の濃度が高い場合には、第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向を第一の脱塩区４２側から第二の脱塩区４４側とすることが好ましい。
【００６６】
上述の実施形態では、３つの脱イオンモジュール２を有するＥＤＩとされている。しかしながら、本発明のＥＤＩは、例えば、脱イオンモジュール２の数が４つ以上であってもよいし、脱イオンモジュール２の数が２つ以下であってもよい。
【００６７】
上述の実施形態では、２つの脱塩区により第一小脱塩室４０が形成されているが、例えば、３つ以上の脱塩区により第一小脱塩室４０が形成されていてもよい。
【００６８】
上述の実施形態では、中間イオン交換膜６０がアニオン交換膜である。本発明はこれに限定されず、中間イオン交換膜６０の種類は、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質等を勘案して選択することができる。中間イオン交換膜６０としては、アニオン交換膜の他、カチオン交換膜の単一膜、アニオン交換膜とカチオン交換膜との両方を配置した複合膜又はバイポーラ膜等が挙げられる。ただし、被処理水がアニオン成分を多く含む場合、中間イオン交換膜６０は、アニオン交換膜の単一膜が好ましい。中間イオン交換膜６０をアニオン交換膜の単一膜とすることで、第二小脱塩室７０を流通する被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２等）を第一小脱塩室４０に移動させることで、アニオン成分を高度に除去できるためである。
【００６９】
上述の実施形態では、第一小脱塩室４０がアニオン交換体の単床形態であるが、例えば、カチオン交換体の単床形態、アニオン交換体とカチオン交換との混床形態又は複床形態であってもよい。ただし、上述の実施形態のように第一小脱塩室４０が陽極１０側に形成されている場合には、アニオン交換体の単床形態もしくはアニオン交換体とカチオン交換との混床形態又は複床形態が好ましく、アニオン交換体の単床形態がより好ましい。
【００７０】
上述の実施形態では、第二小脱塩室７０がカチオン交換体の単床形態であるが、例えば、アニオン交換体の単床形態、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態又は複床形態であってもよい。ただし、上述の実施形態のように第二小脱塩室７０が陰極側に形成されている場合には、カチオン交換体の単床形態もしくはアニオン交換体とカチオン交換との混床形態又は複床形態が好ましく、カチオン交換体の単床形態がより好ましい。
【００７１】
上述の実施形態では、アニオン交換膜と中間イオン交換膜との間に形成された小脱塩室を第一小脱塩室とし、カチオン交換膜と中間交換膜との間に形成された小脱塩室を第二小脱塩室としている。しかしながら、本発明は、これに限定されず、例えば、アニオン交換膜と中間イオン交換膜との間に形成された小脱塩室を第二小脱塩室とし、カチオン交換膜と中間交換膜との間に形成された小脱塩室を第一小脱塩室としてもよい。第一小脱塩室及び第二小脱塩室が形成される位置は、被処理水の水質等を勘案して決定できる。
なお、カチオン成分に比べて、アニオン成分が不純物として多く含まれる水を被処理水とする場合には、アニオン交換膜と中間イオン交換膜との間に形成された小脱塩室を第一小脱塩室とし、カチオン交換膜と中間交換膜との間に形成された小脱塩室を第二小脱塩室とすることが好ましい。
【００７２】
上述の実施形態では、第一の通水手段が、脱イオンモジュール２に形成された通水孔、通水路と、脱イオンモジュール２に設けられた配管により構成されている。しかしながら、第一の通水手段は、例えば、脱イオンモジュール２の外部に設けられた配管により構成されていてもよい。また、第二の通水手段は、第一の通水手段と同様に、脱イオンモジュール２の外部に設けられた配管により構成されていてもよい。
【００７３】
上述の実施形態では、濃縮室２０がアニオン交換体の単床形態とされている。しかしながら、濃縮室に充填されるイオン交換体は、アニオン交換体の単床形態に限定されず、例えば、カチオン交換体の単床形態、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態又は複床形態であってもよい。また、濃縮室２０にはイオン交換体を充填せず、スペーサ等を配置してもよい。ただし、濃縮室２０でのスケール発生防止の観点からは、アニオン交換体を単床形態で充填することが好ましい。
【００７４】
上述の実施形態では、濃縮室２０における濃縮水の流通方向が、第二小脱塩室７０における被処理水の向流とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、全ての濃縮室における濃縮水の流通方向が、第二小脱塩室７０における被処理水と同方向であってもよいし、各濃縮室で異なっていてもよい。
【００７５】
上述の実施形態では、陽極室１２にイオン交換体を充填しているが、例えば、イオン交換体を充填せずに、スペーサ等を配置してもよい。陰極室９２も同様に、イオン交換体を充填せずに、スペーサ等を配置してもよい。
【００７６】
上述の実施形態では、陽極室１２及び陰極室１５２の電極水の流通方向が、上昇流とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、陽極室１２及び陰極室９２における電極水の流通方向が、下降流であってもよいし、陽極室１２と陰極室９２とで電極水の流通方向が異なっていてもよい。
【００７７】
上述の実施形態では、第一の脱塩区４２から第二小脱塩室７０、次いで第二の脱塩区４４の順に被処理水が流通する、３段処理とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、２つ以上の脱イオンモジュール２を設けた場合には、３段処理の前段又は後段でさらに他の脱塩室に被処理水を流通させてもよい。ただし、ＥＤＩのコンパクト化ならびに通水差圧の上昇を抑え、脱イオン水を効率的に生産する観点から、上述の実施形態のように３段処理とすることが好ましい。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、実施例に限定されるものではない。
＜導電率・比抵抗＞
水質評価には導電率ならびに比抵抗を用いた。不純物を全く含んでいない水の場合、２５℃の水における導電率の理論値は０．０５５μＳ／ｃｍ、比抵抗の理論値は１８．２ＭΩ・ｃｍとなる。脱イオン水の水質は、比抵抗が１８．２ＭΩ・ｃｍに近づき、かつ高ければ高いほど水質としては清浄であると評価できる。脱イオン水の水質評価は、比抵抗をもって行った。
導電率は、導電率計（８７３ＣＣ、ＦＯＸＢＯＲＯ社製）を用いて測定した。また、比抵抗は、比抵抗計（８７３ＲＳ、ＦＯＸＢＯＲＯ社製）を用いて測定した。
【００７９】
＜シリカ濃度＞
ＥＤＩの処理性能の一指標となるシリカ濃度を測定することにより、水質評価を行った。シリカ濃度は、分光光度計（Ｕ−３０１０、株式会社日立ハイテクノロジー製）を用い、モリブデン青吸光光度法により測定した。
【００８０】
脱塩室差圧＝Ｐ２−Ｐ１ ・・・（２）
【００８１】
（実施例１）
下記仕様により、脱イオンモジュールを図４に示す脱イオンモジュール１００とした以外は、図２に示すＥＤＩ１と同様に、３つの脱イオンモジュールを設けたＥＤＩ−Ａを製造した。このＥＤＩ−Ａは、第一小脱塩室における被処理水の流通方向と、第二小脱塩室における被処理水の流通方向とが、共に下降流で制御されたものである。
ＥＤＩ−Ａを用い、下記運転条件にて脱イオン水の製造を１６００時間、連続で行った。運転開始１６００時間後に、得られた脱イオン水の比抵抗、シリカ濃度を測定した。その結果を表１に示す。
なお、被処理水の硬度は、原子吸光分光光度計（ＳｐｅｃｔｒＡＡ、ＶＡＲＩＡＮ社製）での測定値であり、全炭酸濃度は湿式紫外線酸化ＴＯＣ分析計（９００型、ＳＩＥＶＥＲＳ社製）での測定値である。
【００８２】
＜ＥＤＩ−Ａ仕様＞
（１）カチオン交換膜：株式会社アストム製
（２）中間イオン交換膜：株式会社アストム製アニオン交換膜
（３）アニオン交換膜：株式会社アストム製
（４）第一の脱塩区：幅１００ｍｍ×高さ１４０ｍｍ×厚さ８ｍｍ
（５）第二の脱塩区：幅１００ｍｍ×高さ１４０ｍｍ×厚さ８ｍｍ
（６）第二小脱塩室：幅１００ｍｍ×高さ１４０ｍｍ×厚さ８ｍｍ
（７）第一の脱塩区の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）単床形態
（８）第二の脱塩区の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）単床形態
（９）第二小脱塩室の充填イオン交換体：カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）単床形態
（１０）濃縮室充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）単床形態
（１１）被処理水の通水順序：第一の脱塩区→第二小脱塩室→第二の脱塩区
（１２）濃縮水の流通方向：第二小脱塩室における被処理水の流通方向と向流
（１３）電極水の流通方向：陽極室、陰極室共に上昇流。
【００８３】
＜運転条件＞
（１）被処理水：工業用水を逆浸透膜装置で処理して得た水
（２）被処理水の導電率：５．８μＳ／ｃｍ
（３）被処理水の比抵抗：０．１７ＭΩ・ｃｍ
（４）被処理水中のシリカ濃度：６０４μｇ／Ｌ
（５）被処理水中硬度：０．３ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
（６）被処理水中全炭酸濃度：６．９ｍｇＣＯ２／Ｌ
（７）被処理水供給量：０．３ｍ３／ｈ
（８）濃縮水供給量：０．１ｍ３／ｈ
（９）電極水供給量：１０Ｌ／ｈ
（１０）運転電流値：１．５Ａ
【００８４】
（実施例２）
脱イオンモジュールを図１の脱イオンモジュール２と同様のものとした以外は、実施例１と同様の仕様にてＥＤＩ−Ｂを得た。このＥＤＩ−Ｂは、第二小脱塩室における被処理水の流通方向が、第一の脱塩区側から第二の脱塩区側に沿うようにしたものである。
ＥＤＩ−Ｂを用い、実施例１と同様の条件で脱イオン水の製造を行った。運転開始１６００時間後に、得られた脱イオン水の比抵抗、シリカ濃度を測定した。その結果を表１に示す。
【００８５】
（比較例１）
脱イオンモジュールを図６の脱イオンモジュール３００と同様のものとした以外は、実施例１と同様の仕様にてＥＤＩ−Ｃを得た。脱イオンモジュール３００は、陽極側から順に配置されたアニオン交換膜３０、枠体３４１、中間イオン交換膜６０、枠体３７１、カチオン交換膜８０とで概略構成されたものである。脱イオンモジュール３００には、被処理水流入ライン４と脱イオン水流出ライン６とが接続されている。
【００８６】
アニオン交換膜３０には、通水孔３３２、３３４が設けられている。通水孔３３２には被処理水流入ライン４が接続され、通水孔３３４には脱イオン水流出ライン６が接続されている。枠体３４１には、１つの開口部が形成され、該開口部にアニオン交換体が単床形態で充填され第一小脱塩室３４０が形成されている。枠体３４１には、通水孔３５２、３５３、３５４が形成されている。枠体３４１には、通水孔３５２と第一小脱塩室３４０とを連通する通水路３５６と、通水孔３５３と第一小脱塩室３４０とを連通する通水路３５７とが形成されている。中間イオン交換膜６０には、通水孔３６２、３６３が形成されている。
【００８７】
枠体３７１には、１つの開口部が形成され、該開口部にカチオン交換体が単床形態で充填され、第二小脱塩室７０が形成されている。枠体３７１には、通水孔３７２、３７３、３７４が形成されている。枠体３７１には、通水孔３７２と第二小脱塩室７０とを連通する通水路３７６と、通水孔３７４と第二小脱塩室７０とを連通する通水路３７７とが形成されている。カチオン交換膜８０には、通水孔３８２、３８３が形成されている。通水孔３８２と３８３とには、配管３８５が接続されている。
【００８８】
脱イオン水は、次のように製造した。まず、被処理水を被処理水供給ライン４から脱イオンモジュール３００に供給する。供給された被処理水を通水孔３３２、３５２、通水路３５６の順に流通させ、第一小脱塩室３４０に流入させた。第一小脱塩室３４０を流通した被処理水を通水路３５７、通水孔３５３、３６２、３７３、３８３、配管３８５、通水孔３８２、３７２、通水路３７６の順に流通させ、第二小脱塩室７０に流入させた。被処理水を第二小脱塩室に流通させて脱イオン水とし、該脱イオン水を通水路３７７、通水孔３７４、３６３、３５４、３３４の順に流通させ脱イオン水流出ライン６から流出させた。
なお、第一小脱塩室３４０における被処理水の流通方向と、第二小脱塩室７０における被処理水の流通方向とは、共に下降流とした。
【００８９】
被処理水の流通経路以外は、実施例１と同様の条件で、ＥＤＩ−Ｃを用いて脱イオン水の製造を行った。運転開始１６００時間後に、得られた脱イオン水の比抵抗、シリカ濃度を測定した。その結果を表１に示す。
【００９０】
【表１】
【００９１】
表１に示すとおり、被処理水を第一の脱塩区→第二小脱塩室→第二の小脱塩区の順に流通させ、脱イオン処理した実施例１は、比抵抗が１４．４ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度が１２μｇ／Ｌという高い水質の脱イオン水を得た。さらに第二小脱塩室における被処理水の流通方向が、第一の脱塩区側から第二の脱塩区側に向かうように制御された実施例２では、比抵抗１７．５ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度１．４μｇ／Ｌという、さらに高い水質の脱イオン水が得られた。
実施例１の脱イオン水より実施例２の脱イオン水の方が高い水質となった原因は、次のように推測できる。実施例１では、第二小脱塩室の上流側と第二の脱塩区とが対向した配置である。このため、濃縮室では、アニオン交換膜等にスケールとして析出しないまでも、硬度成分とＯＨ−との化合物等が生成され、電流効率が若干低下したと考えられる。一方、実施例２では、第二小脱塩室の上流側と第二の脱塩区とが対向していないため、硬度成分とＯＨ−との化合物等の生成の程度はさらに少なくなり、電流効率の低下が起こらない。このため、実施例１では、実施例２よりも水質が低下したものと推測する。
【００９２】
第一小脱塩室に脱塩区を形成しないＥＤＩ−Ｃを用いた比較例１は、比抵抗２．８、シリカ濃度２３０μｇ／Ｌという低い水質の脱イオン水を得た。このことから、第一小脱塩室に脱塩区を形成したＥＤＩを用いて、被処理水を多段処理することで、高い水質の脱イオン水が得られることが判った。
【符号の説明】
【００９３】
１ 電気式脱イオン水製造装置
２、１００、２２０、３００ 脱イオンモジュール
１０ 陽極
２０、２３４ 濃縮室
３０、２３０ アニオン交換膜
３９、２２４ 脱塩室
４０、３４０ 第一小脱塩室
４２ 第一の脱塩区
４４ 第二の脱塩区
７０ 中間イオン交換膜
８０、２２２ カチオン交換膜
９０ 陰極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極側のカチオン交換膜と陽極側のアニオン交換膜とで区画され、被処理水を流通する脱塩室が設けられ、
前記カチオン交換膜又は前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に、濃縮水を流通する濃縮室が設けられ、
前記脱塩室は、前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜との間に配置された中間イオン交換膜によって、その厚さ方向に区画された第一小脱塩室と第二小脱塩室が形成され、
前記第一小脱塩室は、複数の脱塩区で形成されていることを特徴とする、電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記第一小脱塩室の任意の前記脱塩区を流通した被処理水を前記第二小脱塩室に流通する第一の通水手段と、前記第二小脱塩室を流通した被処理水を他の前記脱塩区に流通する第二の通水手段とが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記第一小脱塩室は、前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にアニオン交換体が単床形態で充填されて形成され、前記第二小脱塩室は、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にカチオン交換体が単床形態で充填されて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記第二小脱塩室は、被処理水が前記の任意の脱塩区側から前記の他の脱塩区側に沿って流通するように制御されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記濃縮室は、濃縮水の流れ方向が前記第二小脱塩室の被処理水の流れと向流に制御されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記中間イオン交換膜は、カチオン交換膜、アニオン交換膜、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の両方を配置した複式膜又はバイポーラ膜であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかの電気式脱イオン水製造装置を用いた脱イオン水の製造方法であって、被処理水を任意の前記脱塩区に流通させた後、前記第二小脱塩室に流通させ、さらに他の前記脱塩区に流通させることを特徴とする、脱イオン水の製造方法。
【請求項１】
陰極側のカチオン交換膜と陽極側のアニオン交換膜とで区画され、被処理水を流通する脱塩室が設けられ、
前記カチオン交換膜又は前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に、濃縮水を流通する濃縮室が設けられ、
前記脱塩室は、前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜との間に配置された中間イオン交換膜によって、その厚さ方向に区画された第一小脱塩室と第二小脱塩室が形成され、
前記第一小脱塩室は、複数の脱塩区で形成されていることを特徴とする、電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記第一小脱塩室の任意の前記脱塩区を流通した被処理水を前記第二小脱塩室に流通する第一の通水手段と、前記第二小脱塩室を流通した被処理水を他の前記脱塩区に流通する第二の通水手段とが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記第一小脱塩室は、前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にアニオン交換体が単床形態で充填されて形成され、前記第二小脱塩室は、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にカチオン交換体が単床形態で充填されて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記第二小脱塩室は、被処理水が前記の任意の脱塩区側から前記の他の脱塩区側に沿って流通するように制御されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記濃縮室は、濃縮水の流れ方向が前記第二小脱塩室の被処理水の流れと向流に制御されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記中間イオン交換膜は、カチオン交換膜、アニオン交換膜、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の両方を配置した複式膜又はバイポーラ膜であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかの電気式脱イオン水製造装置を用いた脱イオン水の製造方法であって、被処理水を任意の前記脱塩区に流通させた後、前記第二小脱塩室に流通させ、さらに他の前記脱塩区に流通させることを特徴とする、脱イオン水の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−５７６（Ｐ２０１１−５７６Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４７９７６（Ｐ２００９−１４７９７６）
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]