電気式脱イオン水製造装置
【課題】一の濃縮室内にカルシウムやマグネシウムの硬度成分とシリカを合わせて高濃度に濃縮させないようにしてスケール生成を抑制する。
【解決手段】陽極室１と陰極室２の間に陰極室２から陽極室１の方へ第１の脱塩室３と第１の濃縮室４と第２の脱塩室５と第３の脱塩室６と第２の濃縮室７がこの順に配列されている。室１，５にはカチオン交換体が充填され、室２，３，４，６にはアニオン交換体が充填されている。室３，４間の壁は第１のアニオン交換膜８で構成され、室４，５間の壁は第１のカチオン交換膜９で構成され、室６，７間の壁は第２のアニオン交換膜１０で構成されている。被処理水は流路Ｐ１、第１の脱塩室３、流路Ｐ２、第２の脱塩室５、流路Ｐ３、第３の脱塩室６、流路Ｐ４をこの順番に通り、脱イオン水となって系外に送られる。水が第１の濃縮室４と第２の濃縮室７にそれぞれ流入し、それらから濃縮水となって流出する。
【解決手段】陽極室１と陰極室２の間に陰極室２から陽極室１の方へ第１の脱塩室３と第１の濃縮室４と第２の脱塩室５と第３の脱塩室６と第２の濃縮室７がこの順に配列されている。室１，５にはカチオン交換体が充填され、室２，３，４，６にはアニオン交換体が充填されている。室３，４間の壁は第１のアニオン交換膜８で構成され、室４，５間の壁は第１のカチオン交換膜９で構成され、室６，７間の壁は第２のアニオン交換膜１０で構成されている。被処理水は流路Ｐ１、第１の脱塩室３、流路Ｐ２、第２の脱塩室５、流路Ｐ３、第３の脱塩室６、流路Ｐ４をこの順番に通り、脱イオン水となって系外に送られる。水が第１の濃縮室４と第２の濃縮室７にそれぞれ流入し、それらから濃縮水となって流出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式脱イオン水製造装置に関するものであり、特に濃縮室内のスケール生成を抑制するための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脱イオン水の製造装置として、イオン交換体に被処理水を通水して脱イオンを行う装置が知られている。このような装置ではイオン交換体のイオン交換基が飽和して脱塩性能が低下したときに、酸やアルカリといった薬剤によってイオン交換体の再生を行う必要がある。具体的には、イオン交換基に吸着した陰イオンや陽イオンを、酸あるいはアルカリ由来のＨ+やＯＨ-と置き換える処理が必要となる。近年、このような運転上の不利な点を解消するため、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン水製造装置が実用化されている。
【０００３】
電気式脱イオン水製造装置は、電気泳動と電気透析とを組み合わせた装置である。一般的な電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室と、該脱塩室の両側に配置された一対の濃縮室と、一方の濃縮室の外側に配置された陽極室と、他方の濃縮室の外側に配置された陰極室とを有する。脱塩室は、対向配置されたアニオン交換膜およびカチオン交換膜と、それら交換膜の間に充填されたイオン交換体（アニオン交換体及び／又はカチオン交換体）とを有する。電気式脱イオン水製造装置は「ＥＤＩ」と略称される場合もある。
【０００４】
上記のように構成されるＥＤＩによって脱イオン水（処理水）を製造するには、陽極室および陰極室にそれぞれ設けられている電極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。被処理水中のイオン成分は脱塩室内のイオン交換体で吸着され、脱イオン化（脱塩）処理が行われる。具体的には、脱塩室ではアニオン交換体によりアニオン成分（Ｃｌ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-、ＳｉＯ2等）が吸着され、あるいは、カチオン交換体によりカチオン成分（Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+等）が吸着される。脱塩室ではまた、印加電圧によって水の解離反応が起こり、水素イオンと水酸化物イオンが発生する（Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ-）。アニオン交換体に吸着されたアニオン成分はその水酸化物イオンと交換されてアニオン交換体から遊離し、カチオン交換体に吸着されたカチオン成分はその水素イオンと交換されてカチオン交換体から遊離する。遊離したアニオン成分（またはカチオン成分）はアニオン交換体（またはカチオン交換体）を伝ってアニオン交換膜（またはカチオン交換膜）まで電気泳動し、その膜で電気透析されて、濃縮室を流れる濃縮水に排出される。
【０００５】
以上のように、電気式脱イオン水製造装置では、水素イオンおよび水酸化物イオンが、イオン交換体を再生する再生剤（酸やアルカリ）として連続的に作用する。このため、薬剤による再生は基本的に不要であり、薬剤によるイオン交換体の再生を行わずに連続運転ができる。
【０００６】
このような電気式脱イオン水製造装置では、カルシウムやマグネシウムといった硬度成分を多く含む被処理水を処理する場合、脱塩室での水の解離反応により生成された水酸化物イオンのうちアニオン交換体の再生に使われなかった過剰分がアニオン交換膜を通って濃縮室へ排出されるため、濃縮室内のｐＨが局所的に上昇して硬度スケールを生成することがある。つまり、濃縮水中に含まれる炭酸水素イオン（ＨＣＯ3-）が水酸化物イオンと反応して炭酸イオン（ＣＯ32-）となり、さらに濃縮室内に濃縮されるカルシウムと反応して炭酸カルシウムとなり、また濃縮室内に濃縮されるマグネシウムは水酸化物イオンと直接反応して水酸化マグネシウムといった硬度スケールになる。特に、水酸化物イオンを透過するアニオン交換膜の近傍のｐＨが高くなり、アニオン交換膜表面にスケールが生成されてしまう。
【０００７】
硬度スケールが生成されると、その生成部分での電気抵抗が上昇して消費電力の増加を招くだけでなく、電流の偏った流れを引き起こして処理水質を低下させることもある。さらに長期間にわたって成長したスケールは、イオン交換膜内にまで侵食し、最終的にイオン交換膜を破ってさらに深刻な問題をも引き起こす。
【０００８】
そこで、上記のようなスケールの生成を抑制する方法の一つとして、特許文献１には、濃縮室内にアニオン交換体を充填し、遊離炭酸を含む水を濃縮室へ供給することで、スケール生成を抑制できるとともに濃縮室内のｐＨの上昇も緩和できる電気式脱イオン水製造装置の運転方法が開示されている。
【０００９】
具体的には、脱塩室から濃縮室内へ排出されてきた余剰の水酸化物イオンは濃縮室内のアニオン交換体に捕捉されており、濃縮室を流れる濃縮水に遊離炭酸（ＣＯ2）が含まれると、その遊離炭酸がアニオン交換体中の水酸化物イオンと反応し、炭酸水素イオン（ＨＣＯ3-）となる。炭酸水素イオンと濃縮水中の硬度成分とが反応して炭酸水素カルシウムや炭酸水素マグネシウム等になっても、これらは炭酸カルシウムや水酸化マグネシウムのように析出することはないため、濃縮室内におけるスケールの発生が抑制される。また、濃縮水中に放出された炭酸水素イオンは、濃縮室の脱塩室と反対側に配置された他の室からカチオン交換膜を通って濃縮室内へ移動してくる水素イオンと反応し、遊離炭酸となり、再び濃縮室のアニオン交換体中の水酸化物イオンと反応することが可能になるので、濃縮室内のｐＨの上昇も緩和することができる。
【００１０】
ところで、電気式脱イオン水製造装置により比抵抗値の高い良好な水質の脱イオン水（処理水）を製造するためには、カチオン交換体によるカチオン除去とアニオン交換体によるアニオン除去を交互に繰り返し、どちらか一方を少なくとも二段以上とした多段処理を行うことが効果的である。例えば、被処理水に対して初めにカチオン除去を行い、次にアニオン除去を行う各一段のみの処理の場合、初めにカチオン交換体によりカチオン成分のみが除去されることで、このカチオン除去部内の被処理水にはアニオン成分だけが残存することになる。しかし、水中では電気的中性が保たれるため、カチオン除去部内の被処理水中には、除去されたカチオン成分に代わって、除去されたカチオン成分と等量の水素イオンが放出される。そのため、カチオン成分がある程度除去されたカチオン除去部の後段では、水素イオンが過剰となりカチオン交換体にカチオン成分（例えばＭｇ2+，Ｃａ2+，Ｎａ+など）が吸着し難くなる、つまり、結果としてカチオン成分が処理水へリークしてしまう。このような場合においては、上記のようにカチオン除去を行って、次にアニオン除去を行った後、さらにカチオン除去を行うという多段処理を実施することで処理水へのリークを防ぐことができる。
【００１１】
一方、電気式脱イオン水製造装置の陽極室と陰極室では、水の電気分解（電極反応）が生じ、この反応によっても水素イオンと水酸化物イオンとが生成される（２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-／２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-）。そこで、陽極室で生成される水素イオンと陰極室で生成される水酸化物イオンもイオン交換体の再生に利用することができる。
【００１２】
特許文献２には、主脱塩室の他に二つの電極室の少なくとも一方に隣接させて副脱塩室を設け、その副脱塩室を流通した被処理水を主脱塩室に流通させる、および／または、主脱塩室を流通した被処理水を副脱塩室に流通させる、装置が開示されている。副脱塩室に関しては、上述のような電極反応により生成する再生剤（水素イオンや水酸化物イオン）によって、陽極室に隣接した副脱塩室はカチオンを除去する脱塩室、陰極室に隣接した副脱塩室はアニオンを除去する脱塩室として機能するため、主脱塩室の前後にこれらの副脱塩室を通水することで多段処理を実現することできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第４３６３５８７号
【特許文献２】特開２００９−２９７６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した特許文献１に記載の発明のように、電気式脱イオン水製造装置の濃縮室内にアニオン交換体を充填し、遊離炭酸を含む水をその濃縮室へ供給することでスケール生成を抑制することができる。
【００１５】
しかしながら、さらにイオン負荷の高い被処理水、特に硬度成分（Ｍｇ2+，Ｃａ2+）に加えてシリカ（ＳｉＯ2）の濃度が高い被処理水を処理する場合、特許文献１に記載のような方法を実施してもなおスケールが生成されることがある。
【００１６】
また、特許文献２に記載されている装置の場合には、特許文献１に記載と同等のイオン負荷の被処理水であっても脱塩室と濃縮室の配置や通水の方法によっては、特許文献１に記載のような方法を実施してもやはりスケール生成を抑制できないことがある。
【００１７】
例えば、図１３に示すように、陽極室１０１と陰極室１０２の間に２組の主脱塩室１０３，１０６と１０４，１０８が配設される。陽極室１０１と１組の主脱塩室１０３，１０６との間において、濃縮室１０５が陽極室１０１に隣接配置され、主脱塩室１０６が主脱塩室１０３と濃縮室１０５の間でそれらに隣接配置される。主脱塩室１０３ともう１組の主脱塩室１０４，１０８との間において、濃縮室１０７が主脱塩室１０３に隣接配置され、主脱塩室１０８が主脱塩室１０４と濃縮室１０７の間でそれらに隣接配置される。さらに、陰極室１０２と主脱塩室１０４の間において、濃縮室１０９が主脱塩室１０４に隣接配置され、副脱塩室１１０が陰極室１０２と濃縮室１０９の間でそれらに隣接配置される。そして、陽極室１０１と主脱塩室１０３，１０４の中には少なくともカチオン交換体Ｋが充填され、主脱塩室１０６，１０８，副脱塩室１１０および陰極室１０２の中には少なくともアニオン交換体Ａが充填されている。また濃縮室１０５，１０７，１０９の中にもアニオン交換体が充填されている。また、濃縮室１０５，１０７，１０９の各々に対して陽極側に配される膜はカチオン交換膜とされ、陰極側に配される膜はアニオン交換膜とされている。主脱塩室１０３，１０６の間、主脱塩室１０４，１０８の間、および陰極室１０２と副脱塩室１１０の間には、アニオン交換膜、または、アニオン交換膜とカチオン交換膜を張り合わせた構造のバイポーラ膜のいずれかが配置される。
【００１８】
このように構成されたＥＤＩの場合、硬度成分（Ｍｇ2+，Ｃａ2+）に加えてシリカ濃度が高い被処理水がまず、副脱塩室１１０に通水されて、被処理水中のアニオン成分のうち、アニオン交換体に吸着されやすいＣｌ-等の強酸性のアニオン成分が濃縮室１０９に排出される。次いで、副脱塩室１１０を通過した被処理水は主脱塩室１０３，１０４の各々を通る。このとき、硬度成分を含むカチオン成分が各主脱塩室１０３，１０４のカチオン交換体に捕捉され、さらに陰極側のカチオン交換膜を通って各濃縮室１０７，１０９に排出される。また、各主脱塩室１０３，１０４を通過した被処理水は他の主脱塩室１０６，１０８に通水されて処理される。このとき、被処理水中のアニオン成分のうち、アニオン交換体に吸着されにくいシリカのようなアニオン成分が各主脱塩室１０６，１０８のアニオン交換体に捕捉され、さらに陽極側のアニオン交換膜を通って各濃縮室１０５，１０７に排出される。
【００１９】
こうした方法の場合、図１３中の右から２番目の濃縮室１０７では、主脱塩室１０３からの主に硬度を含むカチオン成分が濃縮されると同時に、主脱塩室１０８からは、１段目の副脱塩室１１０ではほとんど脱塩されなかったシリカのようなアニオン成分のみが入ってきて濃縮されるので、余剰の水酸化物イオンも同時に多く排出されることになる。そのため、遊離炭酸を含む水を濃縮室１０７へ供給しても、副脱塩室１０８から濃縮室１０７へ排出される水酸化物イオンをすべて緩和できるほどの効果は得られず、かつ、硬度成分とシリカが同一の濃縮室で高濃度に濃縮されるため、ケイ酸マグネシウムなどのスケールが生成されやすい。
【００２０】
さらには、図１３に示したように複数の主脱塩室１０３，１０４に被処理水を並列通水して運転する装置の場合、複数の主脱塩室１０３，１０４に通水させる被処理水のすべてが一つの副脱塩室１１０に集中して通水されてから各主脱塩室に分配されるため、副脱塩室１１０は主脱塩室１０３，１０４よりもイオン成分の負荷量が大きくなり、所望の水質が得られないことがある。そのため、所望の水質を得るためには、より大きな電流値が必要となり、その場合、運転時の消費電力が大幅に増加することになり好ましくない。
【００２１】
そこで、本発明は、長期間の連続運転においても濃縮室内のスケール生成を抑制し、かつ多段処理により良好な水質の処理水を得ることが可能な電気式脱イオン水製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、電気式脱イオン水製造装置において、一の濃縮室内にカルシウムやマグネシウムの硬度成分とシリカを合わせて高濃度に濃縮させなければスケール生成を著しく抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２３】
上述のような効果を得るために、本発明の一つの態様は、
陽極と陰極の間に脱塩室と濃縮室が配列され、各室の陽極側および陰極側がイオン交換膜によって仕切られている電気式脱イオン水製造装置であって、
陽極と陰極の間に配置され、被処理水中のカチオン成分およびアニオン成分が濃縮される濃縮室であり、陽極側を仕切るイオン交換膜として第１のカチオン交換膜を、陰極側を仕切るイオン交換膜として第１のアニオン交換膜を有する第１の濃縮室と、
第１の濃縮室の陰極側に隣接して配置され、少なくともアニオン交換体が充填された第１のアニオン除去用脱塩室と、
第１の濃縮室の陽極側に隣接して配置され、少なくともカチオン交換体が充填された第１のカチオン除去用脱塩室と、
第１のカチオン除去用脱塩室と陽極との間、あるいは第１のアニオン除去用脱塩室と陰極との間に配置され、少なくともアニオン交換体が充填された第２のアニオン除去用脱塩室と、
第２のアニオン除去用脱塩室の陽極側に隣接して配置され、陰極側を仕切るイオン交換膜として第２のアニオン交換膜を有する第２の濃縮室と、
を含んでおり、
第１のアニオン除去用脱塩室と第１のカチオン除去用脱塩室と第２のアニオン除去用脱塩室とは、被処理水が第１のアニオン除去用脱塩室，第１のカチオン除去用脱塩室，第２のアニオン除去用脱塩室の順番で通過、もしくは第１のカチオン除去用脱塩室，第１のアニオン除去用脱塩室，第２のアニオン除去用脱塩室の順番で通過するように直列に連通されており、
前記第１の濃縮室と前記第２の濃縮室のうちの一方の濃縮室から流出した濃縮水が他方の濃縮室へ流入する水とならないように前記第１の濃縮室と前記第２の濃縮室のそれぞれに水の流入ラインおよび流出ラインが構成されていることを特徴とする。
【００２４】
このような態様では、濃縮室内で硬度成分とシリカを合わせて高濃度に濃縮させない運転が可能となるため、長期間の連続運転においても濃縮室内のスケール生成を抑制し、かつ多段処理により良好な水質の処理水を得ることができる。
【００２５】
加えて、上記態様の装置を構成するための脱塩室と濃縮室は、再生イオン交換膜や中間イオン交換膜を介して任意の数を積層することができるため、さらにイオン負荷量の高い場合やより大流量を処理する場合であっても低い消費電力で同等の処理水質を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、長期間の連続運転においても濃縮室内のスケール生成を抑制し、かつ多段処理により良好な水質の処理水を得ることが可能な電気式脱イオン水製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の基本概念による装置態様を示した図。
【図２】図１の装置の変形態様を示した図。
【図３】図１の装置の変形態様を示した図。
【図４】図１の装置の変形態様を示した図。
【図５】本発明の第１の実施形態（実施例１）によるＥＤＩ（電気式脱イオン水製造装置）の概略構成図。
【図６】本発明の第２の実施形態によるＥＤＩの概略構成図。
【図７】本発明の第３の実施形態によるＥＤＩの概略構成図。
【図８】本発明の第４の実施形態によるＥＤＩの概略構成図。
【図９】本発明の第５の実施形態によるＥＤＩの概略構成図。
【図１０】本発明の第６の実施形態（実施例２）によるＥＤＩの概略構成図。
【図１１】図５の形態のＥＤＩと比較する比較例１の概略構成図。
【図１２】図１０の形態のＥＤＩと比較する比較例１の概略構成図。
【図１３】従来のＥＤＩの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２９】
まず、本発明の基本概念による装置態様について述べておく。
【００３０】
図１は本発明の基本概念による装置態様を示した図である。この図に示されるＥＤＩは、陽極を備える陽極室１と陰極を備える陰極室２との間に、第１の脱塩室３と第１の濃縮室４と第２の脱塩室５と第３の脱塩室６と第２の濃縮室７を電極間方向に沿って配列したものである。陽極室１および第２の脱塩室５にはカチオン交換体が充填され、陰極室２、第１の脱塩室３、第１の濃縮室４および第３の脱塩室６にはアニオン交換体が充填されている。
【００３１】
第１の濃縮室４の陰極室２の側には第１の脱塩室３が隣接配置され、両室３，４間を仕切る壁部は第１のアニオン交換膜８で構成されている。第１の濃縮室４の陽極室１の側には第２の脱塩室５が隣接配置され、両室４，５間を仕切る壁部は第１のカチオン交換膜９で構成されている。以下、これら３つの室３，４，５の集合体を第１のユニットＡと呼ぶことにする。
【００３２】
さらに、第２の脱塩室５の陽極室１の側には第３の脱塩室６が配置され、第３の脱塩室６の陽極室１の側には第２の濃縮室７が隣接配置され、両室６，７間を仕切る壁部は第２のアニオン交換膜１０で構成されている。以下、これら２つの室６，７の集合体を第２のユニットＢと呼ぶことにする。
【００３３】
そして、流路Ｐ１が被処理水の供給元と第１の脱塩室３の上部とを連通し、流路Ｐ２が第１の脱塩室３の下部と第２の脱塩室５の下部とを連通し、流路Ｐ３が第２の脱塩室５の上部と第３の脱塩室６の上部とを連通し、流路Ｐ４が第３の脱塩室６の下部に接続されている。これにより、被処理水は流路Ｐ１、第１の脱塩室３、流路Ｐ２、第２の脱塩室５、流路Ｐ３、第３の脱塩室６、流路Ｐ４をこの順番に通り、脱イオン水となって系外に送られる。すなわち本態様では、アニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）、アニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）の順番に被処理水を流して脱イオン処理を行っている。
【００３４】
さらに、流路Ｑ１が、第１および第２の濃縮室４，７の各々の上部と、流路Ｐ１に流入したものと同じ被処理水の供給元とを接続しており、流路Ｑ２が第１の濃縮室４の下部に接続され、流路Ｑ３が第２の濃縮室７の下部に接続されている。これにより、流路Ｐ１に流入したものと同じ被処理水が、流路Ｐ１とは別の流路Ｑ１を通って、第１の濃縮室４および第２の濃縮室７に供給される。第１の濃縮室４を通過した被処理水は第１の濃縮水と呼ばれ、第２の濃縮室７を通過した被処理水は第２の濃縮水と呼ばれ、各々の濃縮水は電流の流れていない系外に排出される。但し、各濃縮室４，７を通過して濃縮水となる水は必ずしも同一でなくてもよく、また両濃縮室４，７に対して同時に被処理水が流入および流出しなくてもよい。第１の濃縮室４と第２の濃縮室７が直列な流路で結ばれていなければ良い。また、各濃縮室４，７に流入させる水は、被処理水以外にも処理水や任意の脱塩室を流出した水（中間処理水）を用いることもできるので被処理水には限定されない。つまり、第１の濃縮室４と第２の濃縮室７のうちの一方の濃縮室から流出した濃縮水が他方の濃縮室へ流入する水とならないように第１の濃縮室４と第２の濃縮室７のそれぞれに水の流入ラインおよび流出ラインが設けられていればよい。
【００３５】
なお、ＥＤＩで脱イオン処理がなされる被処理水には、イオン交換膜の性能を損なわないために、ＲＯ（逆浸透）膜を透過させた被処理水、すなわちＲＯ透過水を用いることが一般的である。
【００３６】
次に本発明の作用について述べる。
【００３７】
上記の装置態様において、被処理水が、硬度成分（Ｍｇ2+，Ｃａ2+）に加えてシリカ濃度が高い被処理水である場合、第１の脱塩室３では、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、水の電気分解で発生した水酸化物イオンとの交換を繰り返しながら陽極側へ電気泳動し、陽極側のアニオン交換膜８を透過して隣りの第１の濃縮室４に入り濃縮される。
【００３８】
第１の脱塩室３を流れる被処理水（ＲＯ透過水）には、Ｃａ2+，Ｍｇ2+，Ｎａ+，Ｋ+，Ｃｌ-，炭酸成分（遊離炭酸、ＨＣＯ3-等），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）などのイオンが存在する。イオン交換体のイオン選択性は、同符号のイオンであってもその種類によって差があり、非解離のシリカは、他のアニオン（Ｃｌ-等の強酸性のアニオンや、弱酸性の炭酸成分）と比べて、イオン交換体に吸着されにくいことが分かっている。そのため、第１の脱塩室３ではアニオンのシリカよりも先ずＣｌ-等の強酸性のアニオンが吸着され、第１の脱塩室３から第１の濃縮室４に移動するアニオン種の中においてシリカは他のアニオン成分と比べて少ない。
【００３９】
第１の脱塩室３に流入した被処理水中のカチオン成分は第１の脱塩室３を通過し、流路Ｐ２を介して、第２の脱塩室５に入る。第２の脱塩室５では、主にＣａ2+，Ｍｇ2+などの硬度成分のカチオンがカチオン交換体に吸着され、水の電気分解で発生した水素イオンとの交換を繰り返しながら陰極側へ電気泳動し、陰極側のカチオン交換膜９を透過して第１の濃縮室４に入り濃縮される。以上の事から、第１の濃縮室４内を流れる被処理水であるところの第１の濃縮水の中には相対的に硬度成分が多く含まれるがシリカは少ない状態となり、スケール生成が抑制される。
【００４０】
また、第２の脱塩室５を通過した被処理水は、流路Ｐ３を介して、第３の脱塩室６に入る。第３の脱塩室６では、第１の脱塩室３内で吸着されなかったシリカ等のアニオン成分がアニオン交換体に吸着され、水の電気分解で発生した水酸化物イオンとの交換を繰り返しながら陽極側へ電気泳動し、陽極側のアニオン交換膜１０を透過して、第２の濃縮室７に入り濃縮される。前段の第２の脱塩室５において硬度のイオン成分が除去されているため、第２の濃縮室７内を流れる被処理水であるところの第２の濃縮水の中には相対的に硬度成分が少なくなり、第１の脱塩室３内で吸着されなかったシリカ等のアニオン成分が濃縮されている。そのため、高濃度の硬度成分とシリカが同時に存在しないようにできるため、スケール生成は抑制される。一方、第３の脱塩室６を通過した被処理水は硬度成分およびシリカをほとんど含まない脱塩水（処理水）として流路Ｐ４で系外へ送られる。
【００４１】
なお、一番初めに被処理水が通水される第１の脱塩室３内のアニオン交換体としては、シリカを第１の脱塩室３で捕捉しないようなシリカ吸着性能が低いアニオン交換体であることが望ましい。例えば、II形強塩基性アニオン交換体、中塩基性アニオン交換体、弱塩
基性アニオン交換体等が挙げられる。これにより、第１段目のカチオン除去用脱塩室と第１段目のアニオン除去用脱塩室の間に挟まれた濃縮室に対して該第１段目のアニオン除去用脱塩室から排出されるシリカ量を著しく低減することができる。
【００４２】
以上に本発明の基本的な装置態様および本発明の作用・効果について説明したが、第１のユニットＡおよび第２のユニットＢはそれぞれ任意のユニット数にて陽極室１と陰極室２の間に配列されていてよい。
【００４３】
例えば、図１の態様における第１のユニットＡが１つ以上、互いに隣接させて直列に配置される場合、第１の脱塩室３と第２の脱塩室５が隣同士になるが、図２に示すように両室３，５間はイオン交換膜で構成された壁で仕切られているとよい。また、隣り合わせの第１の脱塩室３と第２の脱塩室５としては、一つの脱塩室内の中間位置に配したイオン交換膜（第１の中間イオン交換膜１１と呼ぶ。）により一つの脱塩室内を分割して形成される２つの小脱塩室を用いることができる。この第１の中間イオン交換膜１１は、アニオン交換膜、カチオン交換膜、またはバイポーラ膜のいずれかのイオン交換膜、言い換えるとアニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である。
【００４４】
また、第１のユニットＡの第２の脱塩室５と第２のユニットＢの第３の脱塩室６は隣同士になるが、図２に示すように両室５，６間もイオン交換膜で構成された壁で仕切られているとよい。第２の脱塩室５と第３の脱塩室６には、一つの脱塩室内の中間位置に配したイオン交換膜（第２の中間イオン交換膜１２と呼ぶ。）により一つの脱塩室内を分割して形成される２つの小脱塩室を用いることができる。この第２の中間イオン交換膜１２もまた、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である。
【００４５】
図１の態様において、第２のユニットＢが１つ以上、互いに隣接して直列に配置される場合は、第３の脱塩室６と第２の濃縮室７が隣同士になるが、図２に示すように両室６，７間はイオン交換膜で構成された壁で仕切られているとよい。また、図３に示すように第２のユニットＢと陰極室２との間に第２のユニットＢが１つ以上、互いに隣接させて直列に配置される場合は、第１の脱塩室３と第２の濃縮室７が隣同士に、第３の脱塩室６と第２の濃縮室７が隣同士になる。これらの場合もまた、図３に示すように室３，７間および室６，７間はそれぞれ、イオン交換膜で構成された壁で仕切られているとよい。
【００４６】
そのような第１の脱塩室３と第２の濃縮室７の間ならびに第３の脱塩室６と第２の濃縮室７の間に介在するイオン交換膜としては、脱塩室内に充填されているイオン交換体に対してその再生を行う再生剤（水素イオンまたは水酸化物イオン）を供給する機能を持つイオン交換膜（再生イオン交換膜と呼ぶ。）であることが好ましい。第１の脱塩室３および第３の脱塩室６にアニオン交換体が充填されている場合、第１の脱塩室３と第２の濃縮室７の間のイオン交換膜は水酸化物イオンを第１の脱塩室３内へ供給できる第１の再生イオン交換膜１３とされ、第３の脱塩室６と第２の濃縮室７の間のイオン交換膜は水酸化物イオンを第３の脱塩室６内へ供給できる第２の再生イオン交換膜１４とされるとよい。
【００４７】
また、図１の態様において、第２のユニットＢは第３の脱塩室６と第２の濃縮室７からなるが、図４に示すように、第２のユニットＢに第４の脱塩室１６を含めてもよい。具体的には、第４の脱塩室１６が第２の濃縮室７の陽極室１の側に第２の濃縮室７と隣接して配置され、両室７，１６間を仕切る壁部は第２のカチオン交換膜１７で構成されている。この追加構成により、脱イオン処理能力のさらなる向上が可能になる。
【００４８】
上記した態様を用いたＥＤＩの実施形態のいくつかを以下に示す。
【００４９】
（第１の実施形態）
図５は第１の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００５０】
本実施形態のＥＤＩは、第１のユニットＡと第２のユニットＢを一つずつ備え、それらが、上述した図３の態様のように配列されている。また、図３の態様と同様、被処理水を第１ないし第３の脱塩室３，５，６に順次通過させて脱イオン処理を行う流路ラインと、各脱塩室３，５，６から第１および第２の濃縮室４，７に排出されたイオン成分を被処理水で流す流路ラインとが設けられている。カチオン交換体が充填された第２の脱塩室５を通過する水の流れに対し、第１の濃縮室４を通過する水の流れの方向が対向している。また、第１および第２の濃縮室４，７を各々通過した濃縮水については、電流の付与されない装置外であれば合流させることができる。
【００５１】
さらに本実施形態では、第１のユニットＡの第２の脱塩室５が陽極室１と隣接して配置される。第２の脱塩室５と陽極室１の間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、カチオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。ここの膜は少なくともカチオン交換体を含む膜とすることで、陽極室１内の電極反応で生成された水素イオンを第２の脱塩室５内のカチオン交換体用の再生剤として供給することができる。
【００５２】
また、第２のユニットＢの第３の脱塩室６が陰極室２と隣接して配置されている。第３の脱塩室６と陰極室２の間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、アニオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。ここの膜は少なくともアニオン交換体を含む膜とすることで、陰極室２内の電極反応で生成された水酸化物イオンを第３の脱塩室６内のアニオン交換体用の再生剤として供給することができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００５４】
本実施形態のＥＤＩは、図５に示した第１の実施形態のＥＤＩに対して、第３の脱塩室６と陰極室２との間に第２のユニットＢをもう一つ追加したものである（第１のユニットＡが一つ、第２のユニットＢが二つ）。第２のユニットＢの第３の脱塩室６と、追加した第２のユニットＢの第２の濃縮室７との間には、第２の再生イオン交換膜１４が配置されている。さらに、追加した第２のユニットＢの第３の脱塩室６と、陰極室２との間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、第１の実施形態と同様の再生剤供給目的でアニオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。
【００５５】
一つの第１の濃縮室４と二つの第２の濃縮室７とに同方向から被処理水が通水されるとともに、これとは別の流路で被処理水が第１の脱塩室３および第２の脱塩室５を順次通過した後に二つの第３の脱塩室６に同方向から通水される。このように第２の脱塩室５を経た処理水を二室の第３の脱塩室６で同時処理するため、第１の実施形態のＥＤＩで使用する電流値と同じでも第３の脱塩室６における脱アニオン処理の能力が第１の実施形態に対して２倍になる。
【００５６】
（第３の実施形態）
図７は第３の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００５７】
本実施形態のＥＤＩは、図６に示した第２の実施形態のＥＤＩに対して、陽極室１と第２の脱塩室５の間に第１のユニットＡをもう一つ追加したものである（第１のユニットＡが二つ、第２のユニットＢが二つ）。第１のユニットＡの第２の脱塩室５と、追加した第１のユニットＡの第１の脱塩室３との間には、第１の中間イオン交換膜１１が配置されている。さらに、追加した第１のユニットＡの第２の脱塩室５と、陽極室１との間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、第１の実施形態と同様の再生剤供給目的でカチオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。
【００５８】
二つの第１の濃縮室４と二つの第２の濃縮室７とに同方向から被処理水が通水される。これとは別の流路で被処理水が二つの第１の脱塩室３を同方向から通過し、さらに二つの第２の脱塩室５を同方向から通過した後、二つの第３の脱塩室６に同方向から通水される。このように被処理水を二室の第１の脱塩室３で同時処理し、かつ、第２の脱塩室５を経た処理水を二室の第３の脱塩室６で同時処理するため、第１の実施形態のＥＤＩで使用する電流値と同じでも第１の実施形態に対して２倍量の被処理水を処理することが可能になる。
【００５９】
（第４の実施形態）
図８は第４の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００６０】
本実施形態のＥＤＩは、上述した図２の態様に対して、陽極室１と第２の濃縮室７の間に第２のユニットＢをもう一つ追加したものである（第１のユニットＡが一つ、第２のユニットＢが二つ）。第２のユニットＢの第２の濃縮室７と、追加した第２のユニットＢの第３の脱塩室６との間には、第３の再生イオン交換膜１５が配置されている。さらに、追加した第２のユニットＢの第２の濃縮室７と、陽極室１との間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、濃縮室７内にアニオン成分を留めるためにカチオン交換膜が使用されている。また、第１のユニットＡの第１の脱塩室３と、陰極室２との間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、第１の実施形態と同様の再生剤供給目的でアニオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。
【００６１】
一つの第１の濃縮室４と二つの第２の濃縮室７とに同方向から被処理水が通水される。これとは別の流路で被処理水が第１の脱塩室３および第２の脱塩室５を順次通過した後に二つの第３の脱塩室６に同方向から通水される。
【００６２】
本実施形態によれば、図２の態様と同様、隣り合った第２の脱塩室５と第３の脱塩室６に関して、一つの脱塩室内の中間位置に配した第２の中間イオン交換膜１２により一つの脱塩室内を分割して形成される２つの小脱塩室を用いることができる。この第２の中間イオン交換膜１２は、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である。
【００６３】
さらに本実施形態では、陽極室１とこれに隣接する第２の濃縮室７との間に設置されたイオン交換膜を無くして一つの室にまとめることも可能である。
【００６４】
（第５の実施形態）
図９は第５の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００６５】
本実施形態のＥＤＩは、図８に示した第４の実施形態のＥＤＩに対して、陰極室２と第１の脱塩室３の間に第１のユニットＡをもう一つ追加したものである（第１のユニットＡが二つ、第２のユニットＢが二つ）。第１のユニットＡの第１の脱塩室３と、追加した第１のユニットＡの第２の脱塩室５との間には、第１の中間イオン交換膜１１が配置されている。さらに、追加した第１のユニットＡの第１の脱塩室３と、陰極室２との間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、第１の実施形態と同様の再生剤供給目的でアニオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。
【００６６】
二つの第１の濃縮室４と二つの第２の濃縮室７とに同方向から被処理水が通水される。これとは別の流路で被処理水が二つの第１の脱塩室３を同方向から通過し、さらに二つの第２の脱塩室５を同方向から通過した後、二つの第３の脱塩室６に同方向から通水される。このような形態も、図７に示した第３の実施形態と同様の効果が得られる。また、第４の実施形態と同様、陽極室１とこれに隣接する第２の濃縮室７とを一つの室にまとめることも可能である。
【００６７】
（第６の実施形態）
図１０は第６の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００６８】
本実施形態のＥＤＩは図４に示した態様の第１のユニットＡおよび第２のユニットＢを一つずつ備えたものである。この第２のユニットＢは第３の脱塩室６と第２の濃縮室７と第４の脱塩室１６とを含んでおり、第１のユニットＡと陰極室２の間に、第１のユニットＡと隣接して配置されている。したがって、図１０に示すように陽極室１側から陰極室２に向かって、第２の脱塩室５、第１の濃縮室４、第１の脱塩室３、第４の脱塩室１６、第２の濃縮室７、第３の脱塩室６の順に配列されている。第１のユニットＡの第１の脱塩室３と第２のユニットＢの第４の脱塩室１６とは、第２の中間イオン交換膜１２を介して隣接している。
【００６９】
但し、これまで説明してきた形態ではアニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）、アニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）、カチオン除去用脱塩室（第４の脱塩室１６）の順番に被処理水を流して脱イオン処理を行っていたが、本実施形態ではその順番が変更されている。すなわち本実施形態では、カチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）、アニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン除去用脱塩室（第４の脱塩室１６）、アニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）の順番に被処理水が流れるようになっている。一方、濃縮水の流れに関しては、これまで説明してきた形態と同じで、第１の濃縮室４および第２の濃縮室７に一緒に被処理水が流入しそれらの濃縮室から濃縮水となって流出するように第１の濃縮室４と第２の濃縮室７が並列に連通されている。
【００７０】
これまで説明してきた態様では、被処理水はアニオン交換体の脱塩室、カチオン交換体の脱塩室、アニオン交換体の脱塩室といった３つの脱塩室に順次通水されたが、本実施形態では、初段のアニオン交換体の脱塩室よりも前の段にカチオン交換体の脱塩室が追加された。そのため、脱イオン処理能力のさらなる向上が可能である。
【００７１】
なお、本実施形態では第１のユニットＡとこの隣りの第２のユニットＢが一つずつ設置されたものを示したが、それぞれのユニット数は任意であり、例えば第１のユニットＡとこの隣りの第２のユニットＢを二つずつ設置することも可能である。
【００７２】
また、各脱塩室に被処理水を流す順番を上記の順番と逆にする、つまりアニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）、カチオン除去用脱塩室（第４の脱塩室１６）、アニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）の順番に被処理水を流しても、同じ効果が得られる。
【００７３】
以上に各種の実施形態を示したが、図１に示した装置の基本態様を含む構成であれば、上記実施形態以外のいかなる形態に変更することが可能である。
【００７４】
例えば、各濃縮室４，７に流入させる水は、被処理水以外にも処理水や任意の脱塩室を流出した水（中間処理水）を用いることもできるので被処理水には限定されない。
【００７５】
また、各濃縮室４，７を通過して濃縮水となる水は必ずしも同一でなくてもよく、また両濃縮室４，７に対して同時に被処理水が流入および流出しなくてもよい。第１の濃縮室４と第２の濃縮室７が直列な流路で結ばれていなければ良い。つまり、第１の濃縮室４と第２の濃縮室７のうちの一方の濃縮室から流出した濃縮水が他方の濃縮室へ流入する水とならないように第１の濃縮室４と第２の濃縮室７のそれぞれに水の流入ラインおよび流出ラインが設けられていればよい。
【００７６】
［実施例］
次に、本発明の効果について、いくつかの実施例と比較例で比較して検討する。
【００７７】
本発明に係る装置として、図５に示した第１の実施形態におけるＥＤＩ（実施例１）と、図１０に示した第６の実施形態におけるＥＤＩ（実施例２）とを用意した。これらと比較する比較例として、濃縮水の流し方を直列に変更したこと以外は図５に示す装置と同じ構成であるＥＤＩ（比較例１）と、同様に濃縮水の流し方を直列に変更したこと以外は図１０に示す装置と同じ構成であるＥＤＩ（比較例２）とを用意した。これらを用いて本発明の効果を確認した。比較例１および比較例２のＥＤＩについてはそれぞれ図１１および図１２に示してある。
【００７８】
実施例１（図５）および比較例１（図１１）は、第１の再生イオン交換膜１３をバイポーラ膜とし、第２の脱塩室５をカチオン交換膜を介して陽極室１と隣接させ、第３の脱塩室６をアニオン交換膜を介して陰極室２と隣接させた構成である。
【００７９】
実施例１と比較例１の両方とも、被処理水は、アニオン交換体が充填されたアニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン交換体が充填されたカチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）、およびアニオン交換体が充填されたアニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）にこの順番に通水される。しかし濃縮水に関しては、実施例１では第１の濃縮室４および第２の濃縮室７に、第１の脱塩室３に通水させる前の被処理水を同時に通過させるが、比較例１では第２の濃縮室７および第１の濃縮室４にこの順番で通水される。
【００８０】
実施例２（図１０）および比較例２（図１２）は、第２の中間イオン交換膜１２をバイポーラ膜とし、第２の脱塩室５をカチオン交換膜を介して陽極室１と隣接させ、第３の脱塩室６をアニオン交換膜を介して陰極室２と隣接させた構成である。
【００８１】
実施例２と比較例２の両方とも、被処理水は、カチオン交換体が充填されたカチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）、アニオン交換体が充填されたアニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン交換体が充填されたカチオン除去用脱塩室（第４の脱塩室１６）、およびアニオン交換体が充填されたアニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）にこの順番に通水される。しかし濃縮水に関しては、実施例２ではユニットＡの第１の濃縮室４とこの隣のユニットＢの第２の濃縮室７に、ユニットＡの第２の脱塩室５に通水させる被処理水を同時に通過させるが、比較例２では第２の濃縮室７と第１の濃縮室４にこの順番で通水される。
【００８２】
実施例１，２および比較例１，２における電気式脱イオン水製造装置の仕様、通水流量、供給水の仕様等は以下の通りである。なお、ＣＥＲはカチオン交換樹脂、ＡＥＲはアニオン交換樹脂の略である。
・陽極室：寸法３００×８０×５ｍｍ ＣＥＲ充填
・陰極室：寸法３００×８０×５ｍｍ ＡＥＲ充填
・実施例１、比較例１の第１の脱塩室：寸法３００×８０×１０ｍｍ II形ＡＥＲ充填
・実施例１、比較例１の第２の脱塩室：寸法３００×８０×１０ｍｍ ＣＥＲ充填
・実施例１、比較例１の第３の脱塩室：寸法３００×８０×３０ｍｍ ＡＥＲ充填
・実施例２、比較例２の第１の脱塩室：寸法３００×８０×１０ｍｍ ＣＥＲ充填
・実施例２、比較例２の第２の脱塩室：寸法３００×８０×１０ｍｍ II形ＡＥＲ充填
・実施例２、比較例２の第３の脱塩室：寸法３００×８０×１０ｍｍ ＣＥＲ充填
・実施例２、比較例２の第４の脱塩室：寸法３００×８０×３０ｍｍ ＡＥＲ充填
・各濃縮室：３００×８０×５ｍｍ ＡＥＲ充填
・被処理水の流量：６０Ｌ／ｈ
・濃縮水の流量：２０Ｌ／ｈ
・電極水の流量：１０Ｌ／ｈ
・脱塩室への供給水（被処理水）：ＲＯ透過水１５±１μＳ／ｃｍ
・濃縮室への供給水：ＲＯ透過水１５±１μＳ／ｃｍ
・電極室への供給水：純水（＜０．１μＳ／ｃｍ）
・印加電流値：２．５Ａ
実施例１，２および比較例１，２の装置について、２０００時間の運転を行い、処理水質（処理水比抵抗、処理水シリカ濃度）、運転電圧を比較した。また、運転停止後に装置の解体調査を行い、濃縮室内のスケール生成の有無を比較した。その結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
【００８４】
実施例１，２では、比較例１，２と比べて、比抵抗値には大きな違いは見られなかったが、シリカ濃度の低い良好な処理水が得られた。これは、実施例１，２では、濃縮室内にスケールは生成されなかったが、比較例１，２では、濃縮室内にスケールが生成されたため、スケール付着部の電気抵抗上昇に伴う電流の不均一化が起きたことが原因であると考えられる。実際、実施例１，２の運転電圧は、比較例１，２と比べて明らかに高かった。
【符号の説明】
【００８５】
１ 陽極室、２ 陰極室、３ 第１の脱塩室、４ 第１の濃縮室
５ 第２の脱塩室、６ 第３の脱塩室、７ 第２の濃縮室
８ 第１のアニオン交換膜、９ 第１のカチオン交換膜
１０ 第２のアニオン交換膜、１１ 第１の中間イオン交換膜
１２ 第２の中間イオン交換膜、１３ 第１の再生イオン交換膜
１４ 第２の再生イオン交換膜、１５ 第３の再生イオン交換膜
１６ 第４の脱塩室、１７ 第２のカチオン交換膜
Ａ，Ａ−１ 第１のユニット、Ｂ 第２のユニット
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ 流路、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ 流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気式脱イオン水製造装置に関するものであり、特に濃縮室内のスケール生成を抑制するための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脱イオン水の製造装置として、イオン交換体に被処理水を通水して脱イオンを行う装置が知られている。このような装置ではイオン交換体のイオン交換基が飽和して脱塩性能が低下したときに、酸やアルカリといった薬剤によってイオン交換体の再生を行う必要がある。具体的には、イオン交換基に吸着した陰イオンや陽イオンを、酸あるいはアルカリ由来のＨ+やＯＨ-と置き換える処理が必要となる。近年、このような運転上の不利な点を解消するため、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン水製造装置が実用化されている。
【０００３】
電気式脱イオン水製造装置は、電気泳動と電気透析とを組み合わせた装置である。一般的な電気式脱イオン水製造装置は、脱塩室と、該脱塩室の両側に配置された一対の濃縮室と、一方の濃縮室の外側に配置された陽極室と、他方の濃縮室の外側に配置された陰極室とを有する。脱塩室は、対向配置されたアニオン交換膜およびカチオン交換膜と、それら交換膜の間に充填されたイオン交換体（アニオン交換体及び／又はカチオン交換体）とを有する。電気式脱イオン水製造装置は「ＥＤＩ」と略称される場合もある。
【０００４】
上記のように構成されるＥＤＩによって脱イオン水（処理水）を製造するには、陽極室および陰極室にそれぞれ設けられている電極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。被処理水中のイオン成分は脱塩室内のイオン交換体で吸着され、脱イオン化（脱塩）処理が行われる。具体的には、脱塩室ではアニオン交換体によりアニオン成分（Ｃｌ-、ＣＯ32-、ＨＣＯ3-、ＳｉＯ2等）が吸着され、あるいは、カチオン交換体によりカチオン成分（Ｎａ+、Ｃａ2+、Ｍｇ2+等）が吸着される。脱塩室ではまた、印加電圧によって水の解離反応が起こり、水素イオンと水酸化物イオンが発生する（Ｈ2Ｏ→Ｈ+＋ＯＨ-）。アニオン交換体に吸着されたアニオン成分はその水酸化物イオンと交換されてアニオン交換体から遊離し、カチオン交換体に吸着されたカチオン成分はその水素イオンと交換されてカチオン交換体から遊離する。遊離したアニオン成分（またはカチオン成分）はアニオン交換体（またはカチオン交換体）を伝ってアニオン交換膜（またはカチオン交換膜）まで電気泳動し、その膜で電気透析されて、濃縮室を流れる濃縮水に排出される。
【０００５】
以上のように、電気式脱イオン水製造装置では、水素イオンおよび水酸化物イオンが、イオン交換体を再生する再生剤（酸やアルカリ）として連続的に作用する。このため、薬剤による再生は基本的に不要であり、薬剤によるイオン交換体の再生を行わずに連続運転ができる。
【０００６】
このような電気式脱イオン水製造装置では、カルシウムやマグネシウムといった硬度成分を多く含む被処理水を処理する場合、脱塩室での水の解離反応により生成された水酸化物イオンのうちアニオン交換体の再生に使われなかった過剰分がアニオン交換膜を通って濃縮室へ排出されるため、濃縮室内のｐＨが局所的に上昇して硬度スケールを生成することがある。つまり、濃縮水中に含まれる炭酸水素イオン（ＨＣＯ3-）が水酸化物イオンと反応して炭酸イオン（ＣＯ32-）となり、さらに濃縮室内に濃縮されるカルシウムと反応して炭酸カルシウムとなり、また濃縮室内に濃縮されるマグネシウムは水酸化物イオンと直接反応して水酸化マグネシウムといった硬度スケールになる。特に、水酸化物イオンを透過するアニオン交換膜の近傍のｐＨが高くなり、アニオン交換膜表面にスケールが生成されてしまう。
【０００７】
硬度スケールが生成されると、その生成部分での電気抵抗が上昇して消費電力の増加を招くだけでなく、電流の偏った流れを引き起こして処理水質を低下させることもある。さらに長期間にわたって成長したスケールは、イオン交換膜内にまで侵食し、最終的にイオン交換膜を破ってさらに深刻な問題をも引き起こす。
【０００８】
そこで、上記のようなスケールの生成を抑制する方法の一つとして、特許文献１には、濃縮室内にアニオン交換体を充填し、遊離炭酸を含む水を濃縮室へ供給することで、スケール生成を抑制できるとともに濃縮室内のｐＨの上昇も緩和できる電気式脱イオン水製造装置の運転方法が開示されている。
【０００９】
具体的には、脱塩室から濃縮室内へ排出されてきた余剰の水酸化物イオンは濃縮室内のアニオン交換体に捕捉されており、濃縮室を流れる濃縮水に遊離炭酸（ＣＯ2）が含まれると、その遊離炭酸がアニオン交換体中の水酸化物イオンと反応し、炭酸水素イオン（ＨＣＯ3-）となる。炭酸水素イオンと濃縮水中の硬度成分とが反応して炭酸水素カルシウムや炭酸水素マグネシウム等になっても、これらは炭酸カルシウムや水酸化マグネシウムのように析出することはないため、濃縮室内におけるスケールの発生が抑制される。また、濃縮水中に放出された炭酸水素イオンは、濃縮室の脱塩室と反対側に配置された他の室からカチオン交換膜を通って濃縮室内へ移動してくる水素イオンと反応し、遊離炭酸となり、再び濃縮室のアニオン交換体中の水酸化物イオンと反応することが可能になるので、濃縮室内のｐＨの上昇も緩和することができる。
【００１０】
ところで、電気式脱イオン水製造装置により比抵抗値の高い良好な水質の脱イオン水（処理水）を製造するためには、カチオン交換体によるカチオン除去とアニオン交換体によるアニオン除去を交互に繰り返し、どちらか一方を少なくとも二段以上とした多段処理を行うことが効果的である。例えば、被処理水に対して初めにカチオン除去を行い、次にアニオン除去を行う各一段のみの処理の場合、初めにカチオン交換体によりカチオン成分のみが除去されることで、このカチオン除去部内の被処理水にはアニオン成分だけが残存することになる。しかし、水中では電気的中性が保たれるため、カチオン除去部内の被処理水中には、除去されたカチオン成分に代わって、除去されたカチオン成分と等量の水素イオンが放出される。そのため、カチオン成分がある程度除去されたカチオン除去部の後段では、水素イオンが過剰となりカチオン交換体にカチオン成分（例えばＭｇ2+，Ｃａ2+，Ｎａ+など）が吸着し難くなる、つまり、結果としてカチオン成分が処理水へリークしてしまう。このような場合においては、上記のようにカチオン除去を行って、次にアニオン除去を行った後、さらにカチオン除去を行うという多段処理を実施することで処理水へのリークを防ぐことができる。
【００１１】
一方、電気式脱イオン水製造装置の陽極室と陰極室では、水の電気分解（電極反応）が生じ、この反応によっても水素イオンと水酸化物イオンとが生成される（２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-／２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→Ｈ2＋２ＯＨ-）。そこで、陽極室で生成される水素イオンと陰極室で生成される水酸化物イオンもイオン交換体の再生に利用することができる。
【００１２】
特許文献２には、主脱塩室の他に二つの電極室の少なくとも一方に隣接させて副脱塩室を設け、その副脱塩室を流通した被処理水を主脱塩室に流通させる、および／または、主脱塩室を流通した被処理水を副脱塩室に流通させる、装置が開示されている。副脱塩室に関しては、上述のような電極反応により生成する再生剤（水素イオンや水酸化物イオン）によって、陽極室に隣接した副脱塩室はカチオンを除去する脱塩室、陰極室に隣接した副脱塩室はアニオンを除去する脱塩室として機能するため、主脱塩室の前後にこれらの副脱塩室を通水することで多段処理を実現することできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第４３６３５８７号
【特許文献２】特開２００９−２９７６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した特許文献１に記載の発明のように、電気式脱イオン水製造装置の濃縮室内にアニオン交換体を充填し、遊離炭酸を含む水をその濃縮室へ供給することでスケール生成を抑制することができる。
【００１５】
しかしながら、さらにイオン負荷の高い被処理水、特に硬度成分（Ｍｇ2+，Ｃａ2+）に加えてシリカ（ＳｉＯ2）の濃度が高い被処理水を処理する場合、特許文献１に記載のような方法を実施してもなおスケールが生成されることがある。
【００１６】
また、特許文献２に記載されている装置の場合には、特許文献１に記載と同等のイオン負荷の被処理水であっても脱塩室と濃縮室の配置や通水の方法によっては、特許文献１に記載のような方法を実施してもやはりスケール生成を抑制できないことがある。
【００１７】
例えば、図１３に示すように、陽極室１０１と陰極室１０２の間に２組の主脱塩室１０３，１０６と１０４，１０８が配設される。陽極室１０１と１組の主脱塩室１０３，１０６との間において、濃縮室１０５が陽極室１０１に隣接配置され、主脱塩室１０６が主脱塩室１０３と濃縮室１０５の間でそれらに隣接配置される。主脱塩室１０３ともう１組の主脱塩室１０４，１０８との間において、濃縮室１０７が主脱塩室１０３に隣接配置され、主脱塩室１０８が主脱塩室１０４と濃縮室１０７の間でそれらに隣接配置される。さらに、陰極室１０２と主脱塩室１０４の間において、濃縮室１０９が主脱塩室１０４に隣接配置され、副脱塩室１１０が陰極室１０２と濃縮室１０９の間でそれらに隣接配置される。そして、陽極室１０１と主脱塩室１０３，１０４の中には少なくともカチオン交換体Ｋが充填され、主脱塩室１０６，１０８，副脱塩室１１０および陰極室１０２の中には少なくともアニオン交換体Ａが充填されている。また濃縮室１０５，１０７，１０９の中にもアニオン交換体が充填されている。また、濃縮室１０５，１０７，１０９の各々に対して陽極側に配される膜はカチオン交換膜とされ、陰極側に配される膜はアニオン交換膜とされている。主脱塩室１０３，１０６の間、主脱塩室１０４，１０８の間、および陰極室１０２と副脱塩室１１０の間には、アニオン交換膜、または、アニオン交換膜とカチオン交換膜を張り合わせた構造のバイポーラ膜のいずれかが配置される。
【００１８】
このように構成されたＥＤＩの場合、硬度成分（Ｍｇ2+，Ｃａ2+）に加えてシリカ濃度が高い被処理水がまず、副脱塩室１１０に通水されて、被処理水中のアニオン成分のうち、アニオン交換体に吸着されやすいＣｌ-等の強酸性のアニオン成分が濃縮室１０９に排出される。次いで、副脱塩室１１０を通過した被処理水は主脱塩室１０３，１０４の各々を通る。このとき、硬度成分を含むカチオン成分が各主脱塩室１０３，１０４のカチオン交換体に捕捉され、さらに陰極側のカチオン交換膜を通って各濃縮室１０７，１０９に排出される。また、各主脱塩室１０３，１０４を通過した被処理水は他の主脱塩室１０６，１０８に通水されて処理される。このとき、被処理水中のアニオン成分のうち、アニオン交換体に吸着されにくいシリカのようなアニオン成分が各主脱塩室１０６，１０８のアニオン交換体に捕捉され、さらに陽極側のアニオン交換膜を通って各濃縮室１０５，１０７に排出される。
【００１９】
こうした方法の場合、図１３中の右から２番目の濃縮室１０７では、主脱塩室１０３からの主に硬度を含むカチオン成分が濃縮されると同時に、主脱塩室１０８からは、１段目の副脱塩室１１０ではほとんど脱塩されなかったシリカのようなアニオン成分のみが入ってきて濃縮されるので、余剰の水酸化物イオンも同時に多く排出されることになる。そのため、遊離炭酸を含む水を濃縮室１０７へ供給しても、副脱塩室１０８から濃縮室１０７へ排出される水酸化物イオンをすべて緩和できるほどの効果は得られず、かつ、硬度成分とシリカが同一の濃縮室で高濃度に濃縮されるため、ケイ酸マグネシウムなどのスケールが生成されやすい。
【００２０】
さらには、図１３に示したように複数の主脱塩室１０３，１０４に被処理水を並列通水して運転する装置の場合、複数の主脱塩室１０３，１０４に通水させる被処理水のすべてが一つの副脱塩室１１０に集中して通水されてから各主脱塩室に分配されるため、副脱塩室１１０は主脱塩室１０３，１０４よりもイオン成分の負荷量が大きくなり、所望の水質が得られないことがある。そのため、所望の水質を得るためには、より大きな電流値が必要となり、その場合、運転時の消費電力が大幅に増加することになり好ましくない。
【００２１】
そこで、本発明は、長期間の連続運転においても濃縮室内のスケール生成を抑制し、かつ多段処理により良好な水質の処理水を得ることが可能な電気式脱イオン水製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、電気式脱イオン水製造装置において、一の濃縮室内にカルシウムやマグネシウムの硬度成分とシリカを合わせて高濃度に濃縮させなければスケール生成を著しく抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２３】
上述のような効果を得るために、本発明の一つの態様は、
陽極と陰極の間に脱塩室と濃縮室が配列され、各室の陽極側および陰極側がイオン交換膜によって仕切られている電気式脱イオン水製造装置であって、
陽極と陰極の間に配置され、被処理水中のカチオン成分およびアニオン成分が濃縮される濃縮室であり、陽極側を仕切るイオン交換膜として第１のカチオン交換膜を、陰極側を仕切るイオン交換膜として第１のアニオン交換膜を有する第１の濃縮室と、
第１の濃縮室の陰極側に隣接して配置され、少なくともアニオン交換体が充填された第１のアニオン除去用脱塩室と、
第１の濃縮室の陽極側に隣接して配置され、少なくともカチオン交換体が充填された第１のカチオン除去用脱塩室と、
第１のカチオン除去用脱塩室と陽極との間、あるいは第１のアニオン除去用脱塩室と陰極との間に配置され、少なくともアニオン交換体が充填された第２のアニオン除去用脱塩室と、
第２のアニオン除去用脱塩室の陽極側に隣接して配置され、陰極側を仕切るイオン交換膜として第２のアニオン交換膜を有する第２の濃縮室と、
を含んでおり、
第１のアニオン除去用脱塩室と第１のカチオン除去用脱塩室と第２のアニオン除去用脱塩室とは、被処理水が第１のアニオン除去用脱塩室，第１のカチオン除去用脱塩室，第２のアニオン除去用脱塩室の順番で通過、もしくは第１のカチオン除去用脱塩室，第１のアニオン除去用脱塩室，第２のアニオン除去用脱塩室の順番で通過するように直列に連通されており、
前記第１の濃縮室と前記第２の濃縮室のうちの一方の濃縮室から流出した濃縮水が他方の濃縮室へ流入する水とならないように前記第１の濃縮室と前記第２の濃縮室のそれぞれに水の流入ラインおよび流出ラインが構成されていることを特徴とする。
【００２４】
このような態様では、濃縮室内で硬度成分とシリカを合わせて高濃度に濃縮させない運転が可能となるため、長期間の連続運転においても濃縮室内のスケール生成を抑制し、かつ多段処理により良好な水質の処理水を得ることができる。
【００２５】
加えて、上記態様の装置を構成するための脱塩室と濃縮室は、再生イオン交換膜や中間イオン交換膜を介して任意の数を積層することができるため、さらにイオン負荷量の高い場合やより大流量を処理する場合であっても低い消費電力で同等の処理水質を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、長期間の連続運転においても濃縮室内のスケール生成を抑制し、かつ多段処理により良好な水質の処理水を得ることが可能な電気式脱イオン水製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の基本概念による装置態様を示した図。
【図２】図１の装置の変形態様を示した図。
【図３】図１の装置の変形態様を示した図。
【図４】図１の装置の変形態様を示した図。
【図５】本発明の第１の実施形態（実施例１）によるＥＤＩ（電気式脱イオン水製造装置）の概略構成図。
【図６】本発明の第２の実施形態によるＥＤＩの概略構成図。
【図７】本発明の第３の実施形態によるＥＤＩの概略構成図。
【図８】本発明の第４の実施形態によるＥＤＩの概略構成図。
【図９】本発明の第５の実施形態によるＥＤＩの概略構成図。
【図１０】本発明の第６の実施形態（実施例２）によるＥＤＩの概略構成図。
【図１１】図５の形態のＥＤＩと比較する比較例１の概略構成図。
【図１２】図１０の形態のＥＤＩと比較する比較例１の概略構成図。
【図１３】従来のＥＤＩの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２９】
まず、本発明の基本概念による装置態様について述べておく。
【００３０】
図１は本発明の基本概念による装置態様を示した図である。この図に示されるＥＤＩは、陽極を備える陽極室１と陰極を備える陰極室２との間に、第１の脱塩室３と第１の濃縮室４と第２の脱塩室５と第３の脱塩室６と第２の濃縮室７を電極間方向に沿って配列したものである。陽極室１および第２の脱塩室５にはカチオン交換体が充填され、陰極室２、第１の脱塩室３、第１の濃縮室４および第３の脱塩室６にはアニオン交換体が充填されている。
【００３１】
第１の濃縮室４の陰極室２の側には第１の脱塩室３が隣接配置され、両室３，４間を仕切る壁部は第１のアニオン交換膜８で構成されている。第１の濃縮室４の陽極室１の側には第２の脱塩室５が隣接配置され、両室４，５間を仕切る壁部は第１のカチオン交換膜９で構成されている。以下、これら３つの室３，４，５の集合体を第１のユニットＡと呼ぶことにする。
【００３２】
さらに、第２の脱塩室５の陽極室１の側には第３の脱塩室６が配置され、第３の脱塩室６の陽極室１の側には第２の濃縮室７が隣接配置され、両室６，７間を仕切る壁部は第２のアニオン交換膜１０で構成されている。以下、これら２つの室６，７の集合体を第２のユニットＢと呼ぶことにする。
【００３３】
そして、流路Ｐ１が被処理水の供給元と第１の脱塩室３の上部とを連通し、流路Ｐ２が第１の脱塩室３の下部と第２の脱塩室５の下部とを連通し、流路Ｐ３が第２の脱塩室５の上部と第３の脱塩室６の上部とを連通し、流路Ｐ４が第３の脱塩室６の下部に接続されている。これにより、被処理水は流路Ｐ１、第１の脱塩室３、流路Ｐ２、第２の脱塩室５、流路Ｐ３、第３の脱塩室６、流路Ｐ４をこの順番に通り、脱イオン水となって系外に送られる。すなわち本態様では、アニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）、アニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）の順番に被処理水を流して脱イオン処理を行っている。
【００３４】
さらに、流路Ｑ１が、第１および第２の濃縮室４，７の各々の上部と、流路Ｐ１に流入したものと同じ被処理水の供給元とを接続しており、流路Ｑ２が第１の濃縮室４の下部に接続され、流路Ｑ３が第２の濃縮室７の下部に接続されている。これにより、流路Ｐ１に流入したものと同じ被処理水が、流路Ｐ１とは別の流路Ｑ１を通って、第１の濃縮室４および第２の濃縮室７に供給される。第１の濃縮室４を通過した被処理水は第１の濃縮水と呼ばれ、第２の濃縮室７を通過した被処理水は第２の濃縮水と呼ばれ、各々の濃縮水は電流の流れていない系外に排出される。但し、各濃縮室４，７を通過して濃縮水となる水は必ずしも同一でなくてもよく、また両濃縮室４，７に対して同時に被処理水が流入および流出しなくてもよい。第１の濃縮室４と第２の濃縮室７が直列な流路で結ばれていなければ良い。また、各濃縮室４，７に流入させる水は、被処理水以外にも処理水や任意の脱塩室を流出した水（中間処理水）を用いることもできるので被処理水には限定されない。つまり、第１の濃縮室４と第２の濃縮室７のうちの一方の濃縮室から流出した濃縮水が他方の濃縮室へ流入する水とならないように第１の濃縮室４と第２の濃縮室７のそれぞれに水の流入ラインおよび流出ラインが設けられていればよい。
【００３５】
なお、ＥＤＩで脱イオン処理がなされる被処理水には、イオン交換膜の性能を損なわないために、ＲＯ（逆浸透）膜を透過させた被処理水、すなわちＲＯ透過水を用いることが一般的である。
【００３６】
次に本発明の作用について述べる。
【００３７】
上記の装置態様において、被処理水が、硬度成分（Ｍｇ2+，Ｃａ2+）に加えてシリカ濃度が高い被処理水である場合、第１の脱塩室３では、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、水の電気分解で発生した水酸化物イオンとの交換を繰り返しながら陽極側へ電気泳動し、陽極側のアニオン交換膜８を透過して隣りの第１の濃縮室４に入り濃縮される。
【００３８】
第１の脱塩室３を流れる被処理水（ＲＯ透過水）には、Ｃａ2+，Ｍｇ2+，Ｎａ+，Ｋ+，Ｃｌ-，炭酸成分（遊離炭酸、ＨＣＯ3-等），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）などのイオンが存在する。イオン交換体のイオン選択性は、同符号のイオンであってもその種類によって差があり、非解離のシリカは、他のアニオン（Ｃｌ-等の強酸性のアニオンや、弱酸性の炭酸成分）と比べて、イオン交換体に吸着されにくいことが分かっている。そのため、第１の脱塩室３ではアニオンのシリカよりも先ずＣｌ-等の強酸性のアニオンが吸着され、第１の脱塩室３から第１の濃縮室４に移動するアニオン種の中においてシリカは他のアニオン成分と比べて少ない。
【００３９】
第１の脱塩室３に流入した被処理水中のカチオン成分は第１の脱塩室３を通過し、流路Ｐ２を介して、第２の脱塩室５に入る。第２の脱塩室５では、主にＣａ2+，Ｍｇ2+などの硬度成分のカチオンがカチオン交換体に吸着され、水の電気分解で発生した水素イオンとの交換を繰り返しながら陰極側へ電気泳動し、陰極側のカチオン交換膜９を透過して第１の濃縮室４に入り濃縮される。以上の事から、第１の濃縮室４内を流れる被処理水であるところの第１の濃縮水の中には相対的に硬度成分が多く含まれるがシリカは少ない状態となり、スケール生成が抑制される。
【００４０】
また、第２の脱塩室５を通過した被処理水は、流路Ｐ３を介して、第３の脱塩室６に入る。第３の脱塩室６では、第１の脱塩室３内で吸着されなかったシリカ等のアニオン成分がアニオン交換体に吸着され、水の電気分解で発生した水酸化物イオンとの交換を繰り返しながら陽極側へ電気泳動し、陽極側のアニオン交換膜１０を透過して、第２の濃縮室７に入り濃縮される。前段の第２の脱塩室５において硬度のイオン成分が除去されているため、第２の濃縮室７内を流れる被処理水であるところの第２の濃縮水の中には相対的に硬度成分が少なくなり、第１の脱塩室３内で吸着されなかったシリカ等のアニオン成分が濃縮されている。そのため、高濃度の硬度成分とシリカが同時に存在しないようにできるため、スケール生成は抑制される。一方、第３の脱塩室６を通過した被処理水は硬度成分およびシリカをほとんど含まない脱塩水（処理水）として流路Ｐ４で系外へ送られる。
【００４１】
なお、一番初めに被処理水が通水される第１の脱塩室３内のアニオン交換体としては、シリカを第１の脱塩室３で捕捉しないようなシリカ吸着性能が低いアニオン交換体であることが望ましい。例えば、II形強塩基性アニオン交換体、中塩基性アニオン交換体、弱塩
基性アニオン交換体等が挙げられる。これにより、第１段目のカチオン除去用脱塩室と第１段目のアニオン除去用脱塩室の間に挟まれた濃縮室に対して該第１段目のアニオン除去用脱塩室から排出されるシリカ量を著しく低減することができる。
【００４２】
以上に本発明の基本的な装置態様および本発明の作用・効果について説明したが、第１のユニットＡおよび第２のユニットＢはそれぞれ任意のユニット数にて陽極室１と陰極室２の間に配列されていてよい。
【００４３】
例えば、図１の態様における第１のユニットＡが１つ以上、互いに隣接させて直列に配置される場合、第１の脱塩室３と第２の脱塩室５が隣同士になるが、図２に示すように両室３，５間はイオン交換膜で構成された壁で仕切られているとよい。また、隣り合わせの第１の脱塩室３と第２の脱塩室５としては、一つの脱塩室内の中間位置に配したイオン交換膜（第１の中間イオン交換膜１１と呼ぶ。）により一つの脱塩室内を分割して形成される２つの小脱塩室を用いることができる。この第１の中間イオン交換膜１１は、アニオン交換膜、カチオン交換膜、またはバイポーラ膜のいずれかのイオン交換膜、言い換えるとアニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である。
【００４４】
また、第１のユニットＡの第２の脱塩室５と第２のユニットＢの第３の脱塩室６は隣同士になるが、図２に示すように両室５，６間もイオン交換膜で構成された壁で仕切られているとよい。第２の脱塩室５と第３の脱塩室６には、一つの脱塩室内の中間位置に配したイオン交換膜（第２の中間イオン交換膜１２と呼ぶ。）により一つの脱塩室内を分割して形成される２つの小脱塩室を用いることができる。この第２の中間イオン交換膜１２もまた、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である。
【００４５】
図１の態様において、第２のユニットＢが１つ以上、互いに隣接して直列に配置される場合は、第３の脱塩室６と第２の濃縮室７が隣同士になるが、図２に示すように両室６，７間はイオン交換膜で構成された壁で仕切られているとよい。また、図３に示すように第２のユニットＢと陰極室２との間に第２のユニットＢが１つ以上、互いに隣接させて直列に配置される場合は、第１の脱塩室３と第２の濃縮室７が隣同士に、第３の脱塩室６と第２の濃縮室７が隣同士になる。これらの場合もまた、図３に示すように室３，７間および室６，７間はそれぞれ、イオン交換膜で構成された壁で仕切られているとよい。
【００４６】
そのような第１の脱塩室３と第２の濃縮室７の間ならびに第３の脱塩室６と第２の濃縮室７の間に介在するイオン交換膜としては、脱塩室内に充填されているイオン交換体に対してその再生を行う再生剤（水素イオンまたは水酸化物イオン）を供給する機能を持つイオン交換膜（再生イオン交換膜と呼ぶ。）であることが好ましい。第１の脱塩室３および第３の脱塩室６にアニオン交換体が充填されている場合、第１の脱塩室３と第２の濃縮室７の間のイオン交換膜は水酸化物イオンを第１の脱塩室３内へ供給できる第１の再生イオン交換膜１３とされ、第３の脱塩室６と第２の濃縮室７の間のイオン交換膜は水酸化物イオンを第３の脱塩室６内へ供給できる第２の再生イオン交換膜１４とされるとよい。
【００４７】
また、図１の態様において、第２のユニットＢは第３の脱塩室６と第２の濃縮室７からなるが、図４に示すように、第２のユニットＢに第４の脱塩室１６を含めてもよい。具体的には、第４の脱塩室１６が第２の濃縮室７の陽極室１の側に第２の濃縮室７と隣接して配置され、両室７，１６間を仕切る壁部は第２のカチオン交換膜１７で構成されている。この追加構成により、脱イオン処理能力のさらなる向上が可能になる。
【００４８】
上記した態様を用いたＥＤＩの実施形態のいくつかを以下に示す。
【００４９】
（第１の実施形態）
図５は第１の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００５０】
本実施形態のＥＤＩは、第１のユニットＡと第２のユニットＢを一つずつ備え、それらが、上述した図３の態様のように配列されている。また、図３の態様と同様、被処理水を第１ないし第３の脱塩室３，５，６に順次通過させて脱イオン処理を行う流路ラインと、各脱塩室３，５，６から第１および第２の濃縮室４，７に排出されたイオン成分を被処理水で流す流路ラインとが設けられている。カチオン交換体が充填された第２の脱塩室５を通過する水の流れに対し、第１の濃縮室４を通過する水の流れの方向が対向している。また、第１および第２の濃縮室４，７を各々通過した濃縮水については、電流の付与されない装置外であれば合流させることができる。
【００５１】
さらに本実施形態では、第１のユニットＡの第２の脱塩室５が陽極室１と隣接して配置される。第２の脱塩室５と陽極室１の間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、カチオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。ここの膜は少なくともカチオン交換体を含む膜とすることで、陽極室１内の電極反応で生成された水素イオンを第２の脱塩室５内のカチオン交換体用の再生剤として供給することができる。
【００５２】
また、第２のユニットＢの第３の脱塩室６が陰極室２と隣接して配置されている。第３の脱塩室６と陰極室２の間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、アニオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。ここの膜は少なくともアニオン交換体を含む膜とすることで、陰極室２内の電極反応で生成された水酸化物イオンを第３の脱塩室６内のアニオン交換体用の再生剤として供給することができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００５４】
本実施形態のＥＤＩは、図５に示した第１の実施形態のＥＤＩに対して、第３の脱塩室６と陰極室２との間に第２のユニットＢをもう一つ追加したものである（第１のユニットＡが一つ、第２のユニットＢが二つ）。第２のユニットＢの第３の脱塩室６と、追加した第２のユニットＢの第２の濃縮室７との間には、第２の再生イオン交換膜１４が配置されている。さらに、追加した第２のユニットＢの第３の脱塩室６と、陰極室２との間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、第１の実施形態と同様の再生剤供給目的でアニオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。
【００５５】
一つの第１の濃縮室４と二つの第２の濃縮室７とに同方向から被処理水が通水されるとともに、これとは別の流路で被処理水が第１の脱塩室３および第２の脱塩室５を順次通過した後に二つの第３の脱塩室６に同方向から通水される。このように第２の脱塩室５を経た処理水を二室の第３の脱塩室６で同時処理するため、第１の実施形態のＥＤＩで使用する電流値と同じでも第３の脱塩室６における脱アニオン処理の能力が第１の実施形態に対して２倍になる。
【００５６】
（第３の実施形態）
図７は第３の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００５７】
本実施形態のＥＤＩは、図６に示した第２の実施形態のＥＤＩに対して、陽極室１と第２の脱塩室５の間に第１のユニットＡをもう一つ追加したものである（第１のユニットＡが二つ、第２のユニットＢが二つ）。第１のユニットＡの第２の脱塩室５と、追加した第１のユニットＡの第１の脱塩室３との間には、第１の中間イオン交換膜１１が配置されている。さらに、追加した第１のユニットＡの第２の脱塩室５と、陽極室１との間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、第１の実施形態と同様の再生剤供給目的でカチオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。
【００５８】
二つの第１の濃縮室４と二つの第２の濃縮室７とに同方向から被処理水が通水される。これとは別の流路で被処理水が二つの第１の脱塩室３を同方向から通過し、さらに二つの第２の脱塩室５を同方向から通過した後、二つの第３の脱塩室６に同方向から通水される。このように被処理水を二室の第１の脱塩室３で同時処理し、かつ、第２の脱塩室５を経た処理水を二室の第３の脱塩室６で同時処理するため、第１の実施形態のＥＤＩで使用する電流値と同じでも第１の実施形態に対して２倍量の被処理水を処理することが可能になる。
【００５９】
（第４の実施形態）
図８は第４の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００６０】
本実施形態のＥＤＩは、上述した図２の態様に対して、陽極室１と第２の濃縮室７の間に第２のユニットＢをもう一つ追加したものである（第１のユニットＡが一つ、第２のユニットＢが二つ）。第２のユニットＢの第２の濃縮室７と、追加した第２のユニットＢの第３の脱塩室６との間には、第３の再生イオン交換膜１５が配置されている。さらに、追加した第２のユニットＢの第２の濃縮室７と、陽極室１との間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、濃縮室７内にアニオン成分を留めるためにカチオン交換膜が使用されている。また、第１のユニットＡの第１の脱塩室３と、陰極室２との間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、第１の実施形態と同様の再生剤供給目的でアニオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。
【００６１】
一つの第１の濃縮室４と二つの第２の濃縮室７とに同方向から被処理水が通水される。これとは別の流路で被処理水が第１の脱塩室３および第２の脱塩室５を順次通過した後に二つの第３の脱塩室６に同方向から通水される。
【００６２】
本実施形態によれば、図２の態様と同様、隣り合った第２の脱塩室５と第３の脱塩室６に関して、一つの脱塩室内の中間位置に配した第２の中間イオン交換膜１２により一つの脱塩室内を分割して形成される２つの小脱塩室を用いることができる。この第２の中間イオン交換膜１２は、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である。
【００６３】
さらに本実施形態では、陽極室１とこれに隣接する第２の濃縮室７との間に設置されたイオン交換膜を無くして一つの室にまとめることも可能である。
【００６４】
（第５の実施形態）
図９は第５の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００６５】
本実施形態のＥＤＩは、図８に示した第４の実施形態のＥＤＩに対して、陰極室２と第１の脱塩室３の間に第１のユニットＡをもう一つ追加したものである（第１のユニットＡが二つ、第２のユニットＢが二つ）。第１のユニットＡの第１の脱塩室３と、追加した第１のユニットＡの第２の脱塩室５との間には、第１の中間イオン交換膜１１が配置されている。さらに、追加した第１のユニットＡの第１の脱塩室３と、陰極室２との間の仕切り壁をなすイオン交換膜には、第１の実施形態と同様の再生剤供給目的でアニオン交換膜またはバイポーラ膜が使用されている。
【００６６】
二つの第１の濃縮室４と二つの第２の濃縮室７とに同方向から被処理水が通水される。これとは別の流路で被処理水が二つの第１の脱塩室３を同方向から通過し、さらに二つの第２の脱塩室５を同方向から通過した後、二つの第３の脱塩室６に同方向から通水される。このような形態も、図７に示した第３の実施形態と同様の効果が得られる。また、第４の実施形態と同様、陽極室１とこれに隣接する第２の濃縮室７とを一つの室にまとめることも可能である。
【００６７】
（第６の実施形態）
図１０は第６の実施形態によるＥＤＩの装置を示す概略図である。
【００６８】
本実施形態のＥＤＩは図４に示した態様の第１のユニットＡおよび第２のユニットＢを一つずつ備えたものである。この第２のユニットＢは第３の脱塩室６と第２の濃縮室７と第４の脱塩室１６とを含んでおり、第１のユニットＡと陰極室２の間に、第１のユニットＡと隣接して配置されている。したがって、図１０に示すように陽極室１側から陰極室２に向かって、第２の脱塩室５、第１の濃縮室４、第１の脱塩室３、第４の脱塩室１６、第２の濃縮室７、第３の脱塩室６の順に配列されている。第１のユニットＡの第１の脱塩室３と第２のユニットＢの第４の脱塩室１６とは、第２の中間イオン交換膜１２を介して隣接している。
【００６９】
但し、これまで説明してきた形態ではアニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）、アニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）、カチオン除去用脱塩室（第４の脱塩室１６）の順番に被処理水を流して脱イオン処理を行っていたが、本実施形態ではその順番が変更されている。すなわち本実施形態では、カチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）、アニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン除去用脱塩室（第４の脱塩室１６）、アニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）の順番に被処理水が流れるようになっている。一方、濃縮水の流れに関しては、これまで説明してきた形態と同じで、第１の濃縮室４および第２の濃縮室７に一緒に被処理水が流入しそれらの濃縮室から濃縮水となって流出するように第１の濃縮室４と第２の濃縮室７が並列に連通されている。
【００７０】
これまで説明してきた態様では、被処理水はアニオン交換体の脱塩室、カチオン交換体の脱塩室、アニオン交換体の脱塩室といった３つの脱塩室に順次通水されたが、本実施形態では、初段のアニオン交換体の脱塩室よりも前の段にカチオン交換体の脱塩室が追加された。そのため、脱イオン処理能力のさらなる向上が可能である。
【００７１】
なお、本実施形態では第１のユニットＡとこの隣りの第２のユニットＢが一つずつ設置されたものを示したが、それぞれのユニット数は任意であり、例えば第１のユニットＡとこの隣りの第２のユニットＢを二つずつ設置することも可能である。
【００７２】
また、各脱塩室に被処理水を流す順番を上記の順番と逆にする、つまりアニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）、カチオン除去用脱塩室（第４の脱塩室１６）、アニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）の順番に被処理水を流しても、同じ効果が得られる。
【００７３】
以上に各種の実施形態を示したが、図１に示した装置の基本態様を含む構成であれば、上記実施形態以外のいかなる形態に変更することが可能である。
【００７４】
例えば、各濃縮室４，７に流入させる水は、被処理水以外にも処理水や任意の脱塩室を流出した水（中間処理水）を用いることもできるので被処理水には限定されない。
【００７５】
また、各濃縮室４，７を通過して濃縮水となる水は必ずしも同一でなくてもよく、また両濃縮室４，７に対して同時に被処理水が流入および流出しなくてもよい。第１の濃縮室４と第２の濃縮室７が直列な流路で結ばれていなければ良い。つまり、第１の濃縮室４と第２の濃縮室７のうちの一方の濃縮室から流出した濃縮水が他方の濃縮室へ流入する水とならないように第１の濃縮室４と第２の濃縮室７のそれぞれに水の流入ラインおよび流出ラインが設けられていればよい。
【００７６】
［実施例］
次に、本発明の効果について、いくつかの実施例と比較例で比較して検討する。
【００７７】
本発明に係る装置として、図５に示した第１の実施形態におけるＥＤＩ（実施例１）と、図１０に示した第６の実施形態におけるＥＤＩ（実施例２）とを用意した。これらと比較する比較例として、濃縮水の流し方を直列に変更したこと以外は図５に示す装置と同じ構成であるＥＤＩ（比較例１）と、同様に濃縮水の流し方を直列に変更したこと以外は図１０に示す装置と同じ構成であるＥＤＩ（比較例２）とを用意した。これらを用いて本発明の効果を確認した。比較例１および比較例２のＥＤＩについてはそれぞれ図１１および図１２に示してある。
【００７８】
実施例１（図５）および比較例１（図１１）は、第１の再生イオン交換膜１３をバイポーラ膜とし、第２の脱塩室５をカチオン交換膜を介して陽極室１と隣接させ、第３の脱塩室６をアニオン交換膜を介して陰極室２と隣接させた構成である。
【００７９】
実施例１と比較例１の両方とも、被処理水は、アニオン交換体が充填されたアニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン交換体が充填されたカチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）、およびアニオン交換体が充填されたアニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）にこの順番に通水される。しかし濃縮水に関しては、実施例１では第１の濃縮室４および第２の濃縮室７に、第１の脱塩室３に通水させる前の被処理水を同時に通過させるが、比較例１では第２の濃縮室７および第１の濃縮室４にこの順番で通水される。
【００８０】
実施例２（図１０）および比較例２（図１２）は、第２の中間イオン交換膜１２をバイポーラ膜とし、第２の脱塩室５をカチオン交換膜を介して陽極室１と隣接させ、第３の脱塩室６をアニオン交換膜を介して陰極室２と隣接させた構成である。
【００８１】
実施例２と比較例２の両方とも、被処理水は、カチオン交換体が充填されたカチオン除去用脱塩室（第２の脱塩室５）、アニオン交換体が充填されたアニオン除去用脱塩室（第１の脱塩室３）、カチオン交換体が充填されたカチオン除去用脱塩室（第４の脱塩室１６）、およびアニオン交換体が充填されたアニオン除去用脱塩室（第３の脱塩室６）にこの順番に通水される。しかし濃縮水に関しては、実施例２ではユニットＡの第１の濃縮室４とこの隣のユニットＢの第２の濃縮室７に、ユニットＡの第２の脱塩室５に通水させる被処理水を同時に通過させるが、比較例２では第２の濃縮室７と第１の濃縮室４にこの順番で通水される。
【００８２】
実施例１，２および比較例１，２における電気式脱イオン水製造装置の仕様、通水流量、供給水の仕様等は以下の通りである。なお、ＣＥＲはカチオン交換樹脂、ＡＥＲはアニオン交換樹脂の略である。
・陽極室：寸法３００×８０×５ｍｍ ＣＥＲ充填
・陰極室：寸法３００×８０×５ｍｍ ＡＥＲ充填
・実施例１、比較例１の第１の脱塩室：寸法３００×８０×１０ｍｍ II形ＡＥＲ充填
・実施例１、比較例１の第２の脱塩室：寸法３００×８０×１０ｍｍ ＣＥＲ充填
・実施例１、比較例１の第３の脱塩室：寸法３００×８０×３０ｍｍ ＡＥＲ充填
・実施例２、比較例２の第１の脱塩室：寸法３００×８０×１０ｍｍ ＣＥＲ充填
・実施例２、比較例２の第２の脱塩室：寸法３００×８０×１０ｍｍ II形ＡＥＲ充填
・実施例２、比較例２の第３の脱塩室：寸法３００×８０×１０ｍｍ ＣＥＲ充填
・実施例２、比較例２の第４の脱塩室：寸法３００×８０×３０ｍｍ ＡＥＲ充填
・各濃縮室：３００×８０×５ｍｍ ＡＥＲ充填
・被処理水の流量：６０Ｌ／ｈ
・濃縮水の流量：２０Ｌ／ｈ
・電極水の流量：１０Ｌ／ｈ
・脱塩室への供給水（被処理水）：ＲＯ透過水１５±１μＳ／ｃｍ
・濃縮室への供給水：ＲＯ透過水１５±１μＳ／ｃｍ
・電極室への供給水：純水（＜０．１μＳ／ｃｍ）
・印加電流値：２．５Ａ
実施例１，２および比較例１，２の装置について、２０００時間の運転を行い、処理水質（処理水比抵抗、処理水シリカ濃度）、運転電圧を比較した。また、運転停止後に装置の解体調査を行い、濃縮室内のスケール生成の有無を比較した。その結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
【００８４】
実施例１，２では、比較例１，２と比べて、比抵抗値には大きな違いは見られなかったが、シリカ濃度の低い良好な処理水が得られた。これは、実施例１，２では、濃縮室内にスケールは生成されなかったが、比較例１，２では、濃縮室内にスケールが生成されたため、スケール付着部の電気抵抗上昇に伴う電流の不均一化が起きたことが原因であると考えられる。実際、実施例１，２の運転電圧は、比較例１，２と比べて明らかに高かった。
【符号の説明】
【００８５】
１ 陽極室、２ 陰極室、３ 第１の脱塩室、４ 第１の濃縮室
５ 第２の脱塩室、６ 第３の脱塩室、７ 第２の濃縮室
８ 第１のアニオン交換膜、９ 第１のカチオン交換膜
１０ 第２のアニオン交換膜、１１ 第１の中間イオン交換膜
１２ 第２の中間イオン交換膜、１３ 第１の再生イオン交換膜
１４ 第２の再生イオン交換膜、１５ 第３の再生イオン交換膜
１６ 第４の脱塩室、１７ 第２のカチオン交換膜
Ａ，Ａ−１ 第１のユニット、Ｂ 第２のユニット
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ 流路、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ 流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極の間に脱塩室と濃縮室が配列され、各室の陽極側および陰極側がイオン交換膜によって仕切られている電気式脱イオン水製造装置であって、
前記陽極と前記陰極の間に配置され、硬度およびシリカを含む被処理水におけるカチオン成分およびアニオン成分が濃縮される濃縮室であり、前記陽極側を仕切るイオン交換膜としてカチオン交換膜を、前記陰極側を仕切るイオン交換膜としてアニオン交換膜を有する第１の濃縮室と、
前記第１の濃縮室の前記陰極側に隣接して配置され、少なくともアニオン交換体が充填された第１のアニオン除去用脱塩室と、
前記第１の濃縮室の前記陽極側に隣接して配置され、少なくともカチオン交換体が充填された第１のカチオン除去用脱塩室と、
前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記陽極との間、あるいは前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記陰極との間に配置され、少なくともアニオン交換体が充填された第２のアニオン除去用脱塩室と、
前記第２のアニオン除去用脱塩室の前記陽極側に隣接して配置され、前記陰極側を仕切るイオン交換膜としてアニオン交換膜を有する第２の濃縮室と、
を含んでおり、
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記第２のアニオン除去用脱塩室とは、被処理水が前記第１のアニオン除去用脱塩室、前記第１のカチオン除去用脱塩室、前記第２のアニオン除去用脱塩室の順番で通過、もしくは前記第１のカチオン除去用脱塩室，前記第１のアニオン除去用脱塩室，前記第２のアニオン除去用脱塩室の順番で通過するように直列に連通されており、
前記第１の濃縮室と前記第２の濃縮室のうちの一方の濃縮室から流出した濃縮水が他方の濃縮室へ流入する水とならないように前記第１の濃縮室と前記第２の濃縮室のそれぞれに水の流入ラインおよび流出ラインが構成された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１のアニオン除去用脱塩室と前記陰極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室が設けられ、
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室とは、前記第１のアニオン除去用脱塩室へアニオン交換体を再生する水酸化物イオンを再生剤として供給する第１の再生イオン交換膜を介して隣接す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１のアニオン除去用脱塩室と前記陰極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室とを含む第２のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第２のユニットにおける前記第２のアニオン除去用脱塩室と他の前記第２のユニットにおける前記第２の濃縮室とが、該第２のアニオン除去用脱塩室へアニオン交換体を再生する水酸化物イオンを再生剤として供給する第２の再生イオン交換膜を介して隣接することを特徴とする請求項１または２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記第１の濃縮室と前記第１のカチオン除去用脱塩室とを含む第１のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第１のユニットにおける前記第１のカチオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第１の中間イオン交換膜を介して、他の前記第１のユニットにおける前記第１のアニオン除去用脱塩室と隣接することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気式脱イオン製造装置。
【請求項５】
前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記陽極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室が設けられ、
前記第２のアニオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第２の中間イオン交換膜を介して、前記第１のカチオン除去用脱塩室と隣接し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６】
前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記陽極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室とを含む第２のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第２のユニットにおける前記第２の濃縮室と他の前記第２のユニットにおける前記第２のアニオン除去用脱塩室とが、該第２のアニオン除去用脱塩室へアニオン交換体を再生する水酸化物イオンを再生剤として供給する第３の再生イオン交換膜を介して隣接することを特徴とする請求項５に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記第１の濃縮室と前記第１のカチオン除去用脱塩室とを含む第１のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第１のユニットにおける前記第１のアニオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第１の中間イオン交換膜を介して、他の前記第１のユニットにおける前記第１のカチオン除去用脱塩室と隣接することを特徴とする請求項１、５または６に記載の電気式脱イオン製造装置。
【請求項８】
前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室とを含む第２のユニットが、少なくともカチオン交換体が充填された第２のカチオン除去用脱塩室を含んでおり、かつ、該第２のカチオン除去用脱塩室が、前記第２の濃縮室の前記陽極側にカチオン交換膜を介して隣接しており、
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２のカチオン除去用脱塩室とは、被処理水が前記第１のアニオン除去用脱塩室，前記第１のカチオン除去用脱塩室，前記第２のアニオン除去用脱塩室，前記第２のカチオン除去用脱塩室の順番で通過、もしくは前記第１のカチオン除去用脱塩室，前記第１のアニオン除去用脱塩室，前記第２のカチオン除去用脱塩室，前記第２のアニオン除去用脱塩室の順番で通過するように直列に連通されていることを特徴とする請求項１または４に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項９】
前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記陽極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室と前記第２のカチオン除去用脱塩室とを含む前記第２のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第２のユニットにおける前記第２のカチオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第３の中間イオン交換膜を介して、他の前記第２のユニットにおける前記第２のアニオン除去用脱塩室と隣接することを特徴とする請求項８に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１０】
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記陰極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室と前記第２のカチオン除去用脱塩室とを含む前記第２のユニットが設けられ、
一の前記第２のユニットにおける前記第１のアニオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第４の中間イオン交換膜を介して、他の前記第２のユニットにおける前記第２のカチオン除去用脱塩室と隣接することを特徴とする請求項８に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１１】
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記陰極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室と前記第２のカチオン除去用脱塩室とを含む前記第２のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第２のユニットにおける前記第２のアニオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第３の中間イオン交換膜を介して、他の前記第２のユニットにおける前記第２のカチオン除去用脱塩室と隣接することを特徴とする請求項８または１０に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１２】
前記第１のアニオン除去用脱塩室に充填されたアニオン交換体は、前記第２のアニオン除去用脱塩室に充填されたアニオン交換体よりもシリカ吸着性能が低いアニオン交換体であることを特徴とする請求項１から１１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１３】
前記第１のアニオン除去用脱塩室に充填されたアニオン交換体は、II型強塩基性アニオ
ン交換体、中塩基性アニオン交換体および弱塩基性アニオン交換体のうち、少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１から１３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１４】
前記第１の濃縮室および前記第２の濃縮室には少なくともアニオン交換体が充填されていることを特徴とする請求項１から１３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１】
陽極と陰極の間に脱塩室と濃縮室が配列され、各室の陽極側および陰極側がイオン交換膜によって仕切られている電気式脱イオン水製造装置であって、
前記陽極と前記陰極の間に配置され、硬度およびシリカを含む被処理水におけるカチオン成分およびアニオン成分が濃縮される濃縮室であり、前記陽極側を仕切るイオン交換膜としてカチオン交換膜を、前記陰極側を仕切るイオン交換膜としてアニオン交換膜を有する第１の濃縮室と、
前記第１の濃縮室の前記陰極側に隣接して配置され、少なくともアニオン交換体が充填された第１のアニオン除去用脱塩室と、
前記第１の濃縮室の前記陽極側に隣接して配置され、少なくともカチオン交換体が充填された第１のカチオン除去用脱塩室と、
前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記陽極との間、あるいは前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記陰極との間に配置され、少なくともアニオン交換体が充填された第２のアニオン除去用脱塩室と、
前記第２のアニオン除去用脱塩室の前記陽極側に隣接して配置され、前記陰極側を仕切るイオン交換膜としてアニオン交換膜を有する第２の濃縮室と、
を含んでおり、
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記第２のアニオン除去用脱塩室とは、被処理水が前記第１のアニオン除去用脱塩室、前記第１のカチオン除去用脱塩室、前記第２のアニオン除去用脱塩室の順番で通過、もしくは前記第１のカチオン除去用脱塩室，前記第１のアニオン除去用脱塩室，前記第２のアニオン除去用脱塩室の順番で通過するように直列に連通されており、
前記第１の濃縮室と前記第２の濃縮室のうちの一方の濃縮室から流出した濃縮水が他方の濃縮室へ流入する水とならないように前記第１の濃縮室と前記第２の濃縮室のそれぞれに水の流入ラインおよび流出ラインが構成された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１のアニオン除去用脱塩室と前記陰極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室が設けられ、
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室とは、前記第１のアニオン除去用脱塩室へアニオン交換体を再生する水酸化物イオンを再生剤として供給する第１の再生イオン交換膜を介して隣接す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１のアニオン除去用脱塩室と前記陰極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室とを含む第２のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第２のユニットにおける前記第２のアニオン除去用脱塩室と他の前記第２のユニットにおける前記第２の濃縮室とが、該第２のアニオン除去用脱塩室へアニオン交換体を再生する水酸化物イオンを再生剤として供給する第２の再生イオン交換膜を介して隣接することを特徴とする請求項１または２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記第１の濃縮室と前記第１のカチオン除去用脱塩室とを含む第１のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第１のユニットにおける前記第１のカチオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第１の中間イオン交換膜を介して、他の前記第１のユニットにおける前記第１のアニオン除去用脱塩室と隣接することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気式脱イオン製造装置。
【請求項５】
前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記陽極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室が設けられ、
前記第２のアニオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第２の中間イオン交換膜を介して、前記第１のカチオン除去用脱塩室と隣接し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６】
前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記陽極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室とを含む第２のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第２のユニットにおける前記第２の濃縮室と他の前記第２のユニットにおける前記第２のアニオン除去用脱塩室とが、該第２のアニオン除去用脱塩室へアニオン交換体を再生する水酸化物イオンを再生剤として供給する第３の再生イオン交換膜を介して隣接することを特徴とする請求項５に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記第１の濃縮室と前記第１のカチオン除去用脱塩室とを含む第１のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第１のユニットにおける前記第１のアニオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第１の中間イオン交換膜を介して、他の前記第１のユニットにおける前記第１のカチオン除去用脱塩室と隣接することを特徴とする請求項１、５または６に記載の電気式脱イオン製造装置。
【請求項８】
前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室とを含む第２のユニットが、少なくともカチオン交換体が充填された第２のカチオン除去用脱塩室を含んでおり、かつ、該第２のカチオン除去用脱塩室が、前記第２の濃縮室の前記陽極側にカチオン交換膜を介して隣接しており、
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２のカチオン除去用脱塩室とは、被処理水が前記第１のアニオン除去用脱塩室，前記第１のカチオン除去用脱塩室，前記第２のアニオン除去用脱塩室，前記第２のカチオン除去用脱塩室の順番で通過、もしくは前記第１のカチオン除去用脱塩室，前記第１のアニオン除去用脱塩室，前記第２のカチオン除去用脱塩室，前記第２のアニオン除去用脱塩室の順番で通過するように直列に連通されていることを特徴とする請求項１または４に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項９】
前記第１のカチオン除去用脱塩室と前記陽極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室と前記第２のカチオン除去用脱塩室とを含む前記第２のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第２のユニットにおける前記第２のカチオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第３の中間イオン交換膜を介して、他の前記第２のユニットにおける前記第２のアニオン除去用脱塩室と隣接することを特徴とする請求項８に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１０】
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記陰極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室と前記第２のカチオン除去用脱塩室とを含む前記第２のユニットが設けられ、
一の前記第２のユニットにおける前記第１のアニオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第４の中間イオン交換膜を介して、他の前記第２のユニットにおける前記第２のカチオン除去用脱塩室と隣接することを特徴とする請求項８に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１１】
前記第１のアニオン除去用脱塩室と前記陰極との間に、前記第２のアニオン除去用脱塩室と前記第２の濃縮室と前記第２のカチオン除去用脱塩室とを含む前記第２のユニットが２以上隣接して設けられ、
一の前記第２のユニットにおける前記第２のアニオン除去用脱塩室が、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の少なくとも一方からなるイオン交換膜である第３の中間イオン交換膜を介して、他の前記第２のユニットにおける前記第２のカチオン除去用脱塩室と隣接することを特徴とする請求項８または１０に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１２】
前記第１のアニオン除去用脱塩室に充填されたアニオン交換体は、前記第２のアニオン除去用脱塩室に充填されたアニオン交換体よりもシリカ吸着性能が低いアニオン交換体であることを特徴とする請求項１から１１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１３】
前記第１のアニオン除去用脱塩室に充填されたアニオン交換体は、II型強塩基性アニオ
ン交換体、中塩基性アニオン交換体および弱塩基性アニオン交換体のうち、少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１から１３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１４】
前記第１の濃縮室および前記第２の濃縮室には少なくともアニオン交換体が充填されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−３９５１０（Ｐ２０１３−３９５１０Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７６９３９（Ｐ２０１１−１７６９３９）
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００００４４００）オルガノ株式会社 (606)
【Ｆターム（参考）】
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