(57)【要約】【課題】弱酸成分を効率良く被処理水から除去することのできる、新たなＥＤＩ装置および脱イオン水の製造方法を提供する。【解決手段】対向する陰極と陽極との間に少なくとも一つの脱塩処理部が設けられ、脱塩処理部はイオン交換体が充填された脱塩室と脱塩室の両隣に設けられる一対の濃縮室とを有し、一対の濃縮室のそれぞれにイオン交換体が充填され、脱塩室は、一対の濃縮室のうちの陰極側の濃縮室にカチオン交換膜を介して隣接するとともに、一対の濃縮室のうちの陽極側の濃縮室にアニオン交換膜を介して隣接しているＥＤＩ装置であって、アニオン交換膜が不均質膜であり、カチオン交換膜が均質膜である。ＥＤＩ装置に被処理水を通水して脱イオン水を製造する脱イオン水の製造方法であって、被処理水がホウ素、炭酸およびシリカからなる群から選ばれる少なくとも１種を含み、ＥＤＩ装置が上記ＥＤＩ装置である。【選択図】図１
2020015007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する陰極と陽極との間に少なくとも一つの脱塩処理部が設けられ、
前記脱塩処理部は、イオン交換体が充填された脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられる一対の濃縮室とを有し、前記一対の濃縮室のそれぞれにイオン交換体が充填され、
前記脱塩室は、前記一対の濃縮室のうちの前記陰極側の濃縮室にカチオン交換膜を介して隣接するとともに、前記一対の濃縮室のうちの前記陽極側の濃縮室にアニオン交換膜を介して隣接している電気式脱イオン水製造装置であって、
前記アニオン交換膜が不均質膜であり、前記カチオン交換膜が均質膜であ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】
前記一対の濃縮室のそれぞれに、少なくともアニオン交換体が充填されている、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記脱塩室に、少なくともアニオン交換体が充填されている、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】
電気式脱イオン水製造装置に被処理水を通水して脱イオン水を製造する、脱イオン水の製造方法であって、
前記被処理水が、ホウ素、炭酸およびシリカからなる群から選ばれる少なくとも１種を含み、
前記電気式脱イオン水製造装置が、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置であることを特徴とする、脱イオン水の製造方法。
【請求項５】
前記被処理水がホウ素を含み、前記電気式脱イオン水製造装置を、０．５Ａ／ｄｍ２以上の電流密度で運転する、請求項４に記載の脱イオン水の製造方法。
【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。
【背景技術】
【０００２】
電気式脱イオン水製造装置（以下、「ＥＤＩ装置」ということがある）は、電気泳動と電気透析を組み合わせた装置である。一般的なＥＤＩ装置の基本構成は次のとおりである。すなわち、ＥＤＩ装置は、脱塩室と、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（プラス極）室と、他方の濃縮室の外側に配置された陰極（マイナス極）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（アニオン交換体又は／及びカチオン交換体）とを有する。被処理水中に存在するアニオン成分及びカチオン成分が、それぞれアニオン交換膜およびカチオン交換膜を通って脱塩室から濃縮室に移動し、脱塩室から処理水すなわち脱イオン水が得られ、濃縮室から濃縮水が得られる。
【０００３】
ＥＤＩ装置では、濃縮水に含まれる弱酸成分が、濃縮室と脱塩室とを仕切るカチオン交換膜を通過して処理水中に拡散し、処理水の純度を低下させる現象が発生する。これは、炭酸やシリカ（ケイ酸）、ホウ素（ホウ酸）に代表される弱酸成分が、ｐＨなどの変化に応じて一部イオン化していない分子（中性分子）の形態をとるため、カチオン交換膜による選択透過性の影響を受けにくいことに起因している。例えば炭酸については、下式で示される平衡関係がある。炭酸の場合、上記イオン化していない分子（中性分子）の形態はＣＯ２ならびにＨ２ＣＯ３であり、これらはカチオン交換膜を容易に通過し得る。
ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ  ⇔  Ｈ２ＣＯ３  ⇔  ＨＣＯ３−＋Ｈ＋  ⇔  ＣＯ３２−＋２Ｈ＋
ホウ素については、下式で示される平衡関係がある。
Ｂ（ＯＨ）３＋Ｈ２Ｏ  ⇔  Ｂ（ＯＨ）４−＋Ｈ＋
ホウ素の場合、イオン化していない分子（中性分子）の形態はＢ（ＯＨ）３である。
【０００４】
特許文献１には、処理水におけるホウ素の低濃度化が可能な水処理装置が開示される。この水処理装置では、複数のＥＤＩ装置を、脱塩室が直列に連通するように配し、それら脱塩室に特定のイオン交換体を配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０５６７９２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＥＤＩ装置では、弱酸成分を被処理水から除去することが非常に重要である。
【０００７】
本発明は、弱酸成分を効率良く被処理水から除去することのできる、新たなＥＤＩ装置および脱イオン水の製造方法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】
【０００８】
本発明の一態様によれば、
対向する陰極と陽極との間に少なくとも一つの脱塩処理部が設けられ、
前記脱塩処理部は、イオン交換体が充填された脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられる一対の濃縮室とを有し、前記一対の濃縮室のそれぞれにイオン交換体が充填され、
前記脱塩室は、前記一対の濃縮室のうちの前記陰極側の濃縮室にカチオン交換膜を介して隣接するとともに、前記一対の濃縮室のうちの前記陽極側の濃縮室にアニオン交換膜を介して隣接している電気式脱イオン水製造装置であって、
前記アニオン交換膜が不均質膜であり、前記カチオン交換膜が均質膜であることを特徴とする、電気式脱イオン水製造装置が提供される。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、
電気式脱イオン水製造装置に被処理水を通水して脱イオン水を製造する、脱イオン水の製造方法であって、
前記被処理水が、ホウ素、炭酸およびシリカからなる群から選ばれる少なくとも１種を含み、
前記電気式脱イオン水製造装置が、上記の電気式脱イオン水製造装置であることを特徴とする、脱イオン水の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、弱酸成分を効率良く被処理水から除去することのできる、新たなＥＤＩ装置および脱イオン水の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のＥＤＩ装置の一形態の概略構成を示す模式断面図である。
【図２】本発明のＥＤＩ装置の別の形態の概略構成を示す模式断面図である。
【図３】本発明のＥＤＩ装置のさらに別の形態の概略構成を示す模式断面図である。
【図４】本発明のＥＤＩ装置のさらに別の形態の概略構成を示す模式断面図である。
【図５】試験１で用いた装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図６】試験２で用いた装置の概略構成を示す模式断面図である。
【図７】試験２および比較試験２の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
イオン交換膜は、不均質膜と均質膜に大別することができる。不均質膜は、イオン交換樹脂の微粉末を、適当な結合剤（高分子化合物）、たとえばポリエチレン、ポリスチレン、フェノール樹脂、合成ゴムなどに分散させ、加熱して膜状に成形したものである。不均質膜の膜面には、イオン交換基が存在しない不活性な高分子化合物からなる部分が存在する。不均質膜は製造が容易であり、安定した膜性能を有する。上記微粉末状のイオン交換樹脂の高分子母体は、例えば、スチレン−ジビニルベンゼンの共重合体である。
【００１３】
一方、均質膜は、膜状に合成したイオン交換体である。均質膜は、膜全体が高度の架橋によって化学的に結合し、多数のイオン交換基が均一に分布した構造を有し、不均質膜に比べて機械的強度は劣るが電気抵抗が低い点で優れたイオン交換膜である。不均質膜はイオン交換樹脂で形成することができ、その高分子母体は、例えば、スチレン−ジビニルベンゼンの共重合体である。
【００１４】
不均質膜、均質膜ともに機械的強度を向上する目的にて補強体としてメッシュや不織布などが一体化されているのが一般的である。なお、イオン交換膜はイオン交換樹脂と同様に導入される官能基の種類によって、アニオン交換膜とカチオン交換膜に分類される。
【００１５】
本発明者らは、脱塩室とその陽極側の濃縮室との間を仕切るアニオン交換膜として不均質膜を用いること、および、脱塩室とその陰極側の濃縮室との間を仕切るカチオン交換膜として均質膜を用いることが、弱酸成分を効率良く被処理水から除去するために有効であることを見出した。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明の形態について詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００１７】
図１に、本発明に基づくＥＤＩ装置の基本的な態様を示す。ＥＤＩ装置には、対向する陰極１２と陽極１１との間に、少なくとも１つの脱塩処理部が設けられる。この脱塩処理部は、脱塩室２３と、脱塩室２３の両隣に設けられる一対の濃縮室２２及び２４とを有し、またアニオン交換膜（ＡＥＭ）３２とカチオン交換膜（ＣＥＭ）３３も有する。
【００１８】
脱塩室２３は、一対の濃縮室２２、２４のうちの陰極側の濃縮室２４にカチオン交換膜３３を介して隣接するとともに、一対の濃縮室２２、２４のうちの陽極側の濃縮室２２にアニオン交換膜３２を介して隣接する。したがって脱塩室２３は、陽極１１に向いた側に位置するアニオン交換膜３２と陰極１２に向いた側に位置するカチオン交換膜３３とによって区画されている。
【００１９】
図１に示すＥＤＩ装置では、陽極１１を備えた陽極室２１と、陰極１２を備えた陰極室２５との間に、陽極室２１側から順に、濃縮室２２、脱塩室２３及び濃縮室２４が設けられている。陽極室２１と濃縮室２２はカチオン交換膜３１を介して隣接し、濃縮室２４と陰極室２５はアニオン交換膜３４を介して隣接している。
【００２０】
脱塩室２３内には、被処理水に含まれるイオンを捕捉するために、イオン交換体（アニオン交換体および／またはカチオン交換体）が充填される。特に、被処理水に含まれる弱酸成分のアニオンを捕捉し、被処理水から除去するために、脱塩室２３に、少なくともアニオン交換体が充填されていることが好ましい。図１に示した例では、脱塩室２３内には、アニオン交換体とカチオン交換体とが混床（ＭＢ）となって充填されている。しかし、アニオン交換体のみが脱塩室２３に充填されていてもよい。あるいは、一つ以上のアニオン交換体床（アニオン交換体からなる床）と、一つ以上のカチオン交換体床（カチオン交換体からなる床）とが、脱塩室２３に設けられていてもよい。この場合は、脱塩室から最終的に排出される処理水中の弱酸成分濃度を低くするために、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体床とカチオン交換体床が脱塩室に充填されていることが好ましい。
【００２１】
一対の濃縮室２２および２４にはそれぞれ、イオン交換体（アニオン交換体および／またはカチオン交換体）が充填されている。特に、濃縮室２２および２４にそれぞれ少なくともアニオン交換体が充填されている場合に、本発明の効果が顕著である。なぜなら、濃縮室２２、２４にアニオン交換体が充填されている場合、濃縮室から脱塩室への弱酸成分の拡散現象が顕著である傾向があるからである。図１に示した例では、濃縮室２２および２４にそれぞれアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）が充填される。
【００２２】
さらにこのＥＤＩ装置では、カチオン交換体が陽極室２１内に充填され、アニオン交換体が陰極室２５内に充填されている。しかし、陽極室２１及び陰極室２５には、必ずしもイオン交換体を充填する必要はない。
【００２３】
アニオン交換体としては例えばアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）が使用され、カチオン交換体としては例えばカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）が使用される。イオン交換樹脂とは、三次元的な網目構造を持った高分子母体に官能基（イオン交換基）を導入した合成樹脂のことであり、通常使用されるものは、粒子径が０．４〜０．８ｍｍ程度の球状の粒子である。イオン交換樹脂の高分子母体としては、スチレン−ジビニルベンゼンの共重合体（スチレン系）や、アクリル酸−ジビニルベンゼンの共重合体（アクリル系）などがある。
【００２４】
イオン交換樹脂は、官能基が酸性を示すカチオン交換樹脂と、塩基性を示すアニオン交換樹脂とに大別され、さらに、導入されるイオン交換基の種類によって、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂などがある。強塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、第４級アンモニウム基を官能基（イオン交換基）として有するものがあり、弱塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、第１〜第３級アミンを官能基として有するものがある。強酸性カチオン交換樹脂としては、例えば、スルホン酸基を官能基として有するものがあり、弱酸性カチオン交換樹脂としては、例えば、カルボキシル基を官能基として有するものがある。
【００２５】
本発明のＥＤＩ装置に、ホウ素、炭酸およびシリカからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む被処理水を通水して、脱イオン水を製造することができる。これら成分の被処理水中の濃度は問わないが、本発明は、例えばホウ素が５０ｎｇ／Ｌ以上含まれる場合に好適である。特に、被処理水がホウ素を含む場合、０．５Ａ／ｄｍ２以上の電流密度でＥＤＩ装置を運転し、被処理水から極めて効率良くホウ素を除去することが可能となる。この場合の電流密度の上限値は、特に限定されないが、例えば２．０Ａ／ｄｍ２とすることができる。
【００２６】
以下に、図１に示したＥＤＩ装置による脱イオン水（処理水）の製造について説明する。陽極室２１、濃縮室２２、２４及び陰極室２５に供給水を通水し、陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加した状態で、脱塩室２３に被処理水を通水する。すると、被処理水中のイオン成分は脱塩室２３内のイオン交換体に吸着され、脱イオン化（脱塩）処理が行われ、脱塩室２３から処理水として脱イオン水が流出する。このとき脱塩室２３では、印加電圧によって主に異種のイオン交換体（イオン交換膜であってもよい）同士の界面で水の解離反応が起こり、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。そしてその水素イオンと水酸化物イオンとによって、先に脱塩室２３内のイオン交換体に吸着されていたイオン成分がイオン交換されてイオン交換体から遊離する。遊離したイオン成分のうちアニオンはアニオン交換膜３２を介して陽極側の濃縮室２２に移動し、この濃縮室２２から濃縮水として排出され、カチオンは、カチオン交換膜３３を介して陰極側の濃縮室２４に移動し、この濃縮室２４から濃縮水として排出される。結局、脱塩室２３に供給された被処理水中のイオン成分は濃縮室２２、２４に移行して排出され、同時に、脱塩室２３のイオン交換体が再生される。なお、陽極室２１及び陰極室２５からは電極水が排出される。
【００２７】
本発明では、アニオン交換膜３２に不均質膜を用いることにより、脱塩室２３から濃縮室２２への弱酸成分の除去性能を高くすることができる。また、カチオン交換膜３３に均質膜を用いることにより、濃縮室２４から脱塩室２３に拡散する弱酸成分を減少させることができる。したがって、弱酸成分を効率良く被処理水から除去することができる。
【００２８】
その理由は次のように推定される。均質膜よりも、不均質膜のほうが、柔軟な傾向がある。これは、均質膜は、膜全体が高度の架橋によって化学的に結合しているためと考えられる。そのため、イオン交換膜として均質膜を用いた場合に比べて不均質膜を用いた場合のほうが、イオン交換膜とイオン交換体（当該イオン交換膜に隣接する室に充填されるイオン交換体）との間の接触面積が大きい。例えば、粒状のイオン交換樹脂が、柔軟な不均質膜にめり込み、その結果接触面積が大きくなる。したがって、不均質アニオン交換膜３２と、イオン交換体（脱塩室２３内および濃縮室２２内のイオン交換体）との間の接触面積は大きく、その結果、弱酸成分の除去性能が高い。一方、均質カチオン交換膜３３と、イオン交換体（脱塩室２３内および濃縮室２４内のイオン交換体）との間の接触面積は小さく、その結果、濃縮室２４から脱塩室２３への弱酸成分の拡散が抑制される。
【００２９】
不均質なアニオン交換膜３２として、また、均質なカチオン交換膜３３として、それぞれＥＤＩ装置や電気透析装置（ＥＤ）の分野で公知のものを使用することができる。
【００３０】
アニオン交換膜およびカチオン交換膜のいずれについても、一般的な不均質膜の厚さは２００μｍ〜７００μｍ程度、特には４００〜６００μｍである。一方、アニオン交換膜およびカチオン交換膜のいずれについても、均質膜は、電気抵抗を低くするために、膜厚が薄い傾向がある。一般的な均質膜の厚さは、１００μｍ〜３００μｍ程度、特には１５０〜２５０μｍである。
【００３１】
濃縮室２２と陽極室２１とを隔てるカチオン交換膜３１、および濃縮室２４と陰極室２５とを隔てるアニオン交換膜３４は、それぞれ均質膜であっても不均質膜であってもよく、ＥＤＩ装置や電気透析装置（ＥＤ）の分野で公知のものを使用することができる。
【００３２】
陽極１１及び陰極１２として、ＥＤＩ装置の分野で公知のものを用いることができる。例えば、陰極にはステンレス、陽極には白金などの貴金属、もしくは貴金属めっき電極が用いられる。
【００３３】
また、例えば、陽極１１及び陰極１２、陽極室２１、濃縮室２２及び２４、脱塩室２３、陰極室２５、カチオン交換膜３１及び３３、ならびにアニオン交換膜３２および３４を、適宜の枠体（不図示）に収容することができる。
【００３４】
供給水や被処理水としても、ＥＤＩ装置の分野で公知のものを用いることができる。一般的には逆浸透（ＲＯ）膜の透過水が用いられ、ＲＯ膜で２段以上処理したものがより好ましい。加えて、脱炭酸塔や脱炭酸膜を用いて炭酸を除去することもある。さらに、近年においては、ＥＤＩにて処理した水を供給水や被処理水に用いる場合もある。
【００３５】
図１に示した装置では、陽極室２１、濃縮室２２及び２４、ならびに陰極室２５に、上方から供給水を導入し、下方から水（電極水もしくは濃縮水）を排出し、また、脱塩室２３には、上方から被処理水を供給し、処理水を下方へ排出している。しかし、その限りではなく、水の流れ方向は適宜決めることができる。さらに、陽極室２１に外部から水を供給するのではなく、陰極室２５の出口水（電極水）を陽極室２１に供給してもよいし、その逆としてもよい。
【００３６】
なお、濃縮室が電極室を兼ねている構成も本発明に含まれる。例えば、図１に示す濃縮室２４に陰極を設けて陰極室２５を省略してもよい。この場合であっても、脱塩室および一対の濃縮室から構成される脱塩処理部は、陰極と陽極の間に配置される。
【００３７】
以上、本発明に基づくＥＤＩ装置の基本的な構成を説明したが、本発明は種々の構成のＥＤＩ装置に広く適用できるものである。以下、本発明を適用できるＥＤＩ装置の構成例を説明する。
【００３８】
図２は、本発明に基づくＥＤＩ装置の別の形態を示している。ＥＤＩ装置は、脱塩処理部を複数個有することができる。そのために、［濃縮室｜アニオン交換膜（ＡＥＭ）｜脱塩室｜カチオン交換膜（ＣＥＭ）｜濃縮室］からなる基本構成（すなわちセルセット）を陽極と陰極との間に複数個並置することができる。このとき、隣接するセルセット間で隣り合う濃縮室を共有することができる。図２に示したＥＤＩ装置は、図１に示した装置において、アニオン交換膜３２、脱塩室２３、カチオン交換膜３３及び濃縮室２４で１つのセルセットが構成されるものとして、このセルセットを陽極室２１に最も近い濃縮室２２と陰極室２５との間にＮ（Ｎは１以上の整数）個配置したものである。
【００３９】
陽極室２１にはカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）が充填され、濃縮室２２、２４と陰極室２５にはアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）が充填される。脱塩室２３にはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混床（ＭＢ）で充填されている。陽極室２１に外部から水を供給するのではなく、陰極室２５の出口水が陽極室２１に供給されるようになっている。また、図１に示したものと異なって、陽極室２１、濃縮室２２および２４、ならびに陰極室２５では、水の流れが下方から上方に向かう。したがって、脱塩室２３内の水の流れ方向は、その両側の濃縮室２２，２４内の水の流れ方向と向流になっている。
【００４０】
なお、濃縮室２４から脱塩室２３への弱酸成分の拡散は、濃縮室２４における弱酸成分の濃度にも影響され、その濃度が高いほど拡散する量も増加する。濃縮室２４ではその入口から出口に向かうにつれ、濃縮倍率が上がり弱酸成分の濃度も高くなる。図２に示すように、濃縮室２４の入口側を脱塩室２３の出口側に隣接するように配置することで、脱塩室２３の処理水出口に近い位置に濃縮室２４からの拡散がより多く発生することを抑えることができる。よって、濃縮室２４における水の流れ方向は、隣接する脱塩室２３（図２に示す形態では脱塩室２３、図３および４に示す形態では第２小脱塩室２７）における水の流れ方向と向流になるようにすることが好ましい。
【００４１】
本発明に基づくＥＤＩ装置では、各脱塩室において陽極側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜との間に中間イオン交換膜（ＩＩＥＭ）を設け、中間イオン交換膜によってその脱塩室を第１小脱塩室及び第２小脱塩室に区画することができる。そして、第１小脱塩室及び第２小脱塩室のうちの一方の小脱塩室に被処理水が供給されて、その小脱塩室から流出する水が他方の小脱塩室に流入するように、第１及び第２の小脱塩室を連通配置することができる。中間イオン交換膜としては、アニオン交換膜及びカチオン交換膜のいずれも使用できる。このとき、陽極側の小脱塩室を第１小脱塩室、陰極側の小脱塩室を第２小脱塩室とする。例えば、第１小脱塩室には少なくともアニオン交換体が充填され、第２小脱塩室には少なくともカチオン交換体が充填される。
【００４２】
図３は、このように脱塩室を中間イオン交換膜によって２つの小脱塩室に区画したＥＤＩ装置の例を示している。このＥＤＩ装置は、図２に示すＥＤＩ装置における各脱塩室２３を中間イオン交換膜３６によって、陽極１１側の第１小脱塩室２６と陰極１２側の第２小脱塩室２７とに区画した構成を有する。第１小脱塩室２６は、アニオン交換膜３２と中間イオン交換膜３６との間に位置し、第２小脱塩室２７は、カチオン交換膜３３と中間イオン交換膜３６との間に位置する。この例では、中間イオン交換膜３６として、アニオン交換膜が使用されている。
【００４３】
陽極１１側の第１小脱塩室２６にはアニオン交換樹脂が充填され、陰極１２側の第２小脱塩室２７にはカチオン交換樹脂が充填されている。
【００４４】
被処理水はまず第２小脱塩室２７に供給され、第２小脱塩室２７からの出口水が、第２小脱塩室２７での水の流れと並流になるように、第１小脱塩室２６に供給され、第１小脱塩室２６から脱イオン水が処理水として得られる。第１及び第２小脱塩室２６，２７での水の流れ（上方から下方に向かう）に対し、陽極室２１、濃縮室２２，２４及び陰極室２５での水の流れ（下方から上方に向かう）は向流となっている。
【００４５】
図４は、脱塩室を中間イオン交換膜によって２つの小脱塩室に区画したＥＤＩ装置の別の例を示している。このＥＤＩ装置は、図２に示したＥＤＩ装置における各脱塩室２３を、アニオン交換膜３２とカチオン交換膜３３との間に位置する中間イオン交換膜３６によって、陽極１１側の第１小脱塩室２６と陰極１２側の第２小脱塩室２７とに区画した構成を有する。第１小脱塩室２６は、アニオン交換膜３２と中間イオン交換膜３６との間に位置し、第２小脱塩室２７は、カチオン交換膜３３と中間イオン交換膜３６との間に位置する。この例でも、中間イオン交換膜３６として、アニオン交換膜が使用されている。
【００４６】
第１小脱塩室２６にはアニオン交換樹脂を充填する。第２小脱塩室２７の入口側領域にカチオン交換樹脂を配置し、出口側領域にアニオン交換樹脂を配置する。つまり、第２小脱塩室２７に、被処理水の通水方向に沿って、カチオン交換体床及びアニオン交換体床が、この順に設けられる。
【００４７】
第１小脱塩室２６に被処理水が供給され、第１小脱塩室２６から流出する水が第２小脱塩室２７に流入するように、第１小脱塩室２６及び第２小脱塩室２７が連通している。第２小脱塩室２７から脱イオン水が処理水として得られる。したがって、脱塩室２３には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体床とカチオン交換体床とが充填されている。
【００４８】
この装置では、第１小脱塩室２６における水の流れと、第２小脱塩室２７における水の流れとが、向流となっている。
【００４９】
脱塩室から最終的に排出される処理水の純度を高める観点から、脱塩室において、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、カチオン交換体床とアニオン交換体床とを交互に用いることが好ましい。これは、図４に示した形態だけでなく、図３に示す形態についても言えることである。例えば、図４に示すような形態では、第２小脱塩室２７内に設けられたイオン交換体床の積層体の最終段がアニオン交換体床であることが好ましい。
【００５０】
弱酸成分としてホウ素を用い、アニオン交換膜３２が不均質膜である場合と均質膜である場合についてホウ素除去率を評価した試験を行い、また、カチオン交換膜３３が均質膜である場合と不均質膜である場合についてホウ素透過量（拡散量）を評価した試験を行った。以下、これら試験について説明する。
【００５１】
〔試験１〕
図５に示す構成を有するＥＤＩ装置を用意した。この装置は、次の点を除いて図１に示す装置と同様の構成を有していた。
・濃縮室２２に、カチオン交換樹脂を充填した。濃縮室２２にホウ素を捕捉しないカチオン交換樹脂を充填することにより、濃縮室２２からホウ素を排出し、ホウ素透過量を測定した。
・脱塩室２３に、アニオン交換樹脂を充填した。
・脱塩室２３の陰極側に位置する濃縮室が、陰極１２を有し、陰極室を兼ねる濃縮室５１であった。この濃縮室５１にはアニオン交換樹脂を充填した。
・陰極室を兼ねる濃縮室５１の出口水を、陽極室２１に供給した。
・脱塩室２３にホウ素含有水を供給し、濃縮室２２および５１にホウ素を含まない水を供給した。
【００５２】
脱塩室２３から濃縮室２２へ移動したホウ素の量を評価するために、脱塩室２２の出口水または濃縮室２２の出口水中のホウ素濃度を測定し、ホウ素除去率を求めた。ホウ素除去率は、脱塩室２３に供給したホウ素含有水に含まれるホウ素の質量流量に対する、濃縮室２２から排出された濃縮室出口水に含まれるホウ素の質量流量の割合である。求めたホウ素除去率を表１に示す。
【００５３】
用いたＥＤＩ装置の仕様および試験条件を以下に示す。陽極室２１および濃縮室２２に充填したカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）は共通であり、脱塩室２３および濃縮室５１に充填したアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）は共通である。また、以下において、「縦」は図における紙面上下方向（水の流れ方向に沿う方向）を意味し、「横」は紙面奥行き方向を意味する。
・陽極室２１：寸法  縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＣＥＲ充填
・濃縮室２２：寸法  縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＣＥＲ充填
・脱塩室２３：寸法  縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＡＥＲ充填
・濃縮室５１：寸法  縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＡＥＲ充填
・ＣＥＲ：強酸性カチオン交換樹脂（母体：スチレン・ジビニルベンゼン共重合体）
・ＡＥＲ：強塩基性アニオン交換樹脂（母体：スチレン・ジビニルベンゼン共重合体）
・アニオン交換膜３２：不均質膜（商品名：ＲＡＬＥＸ  ＡＭ−ＰＰ、ＭＥＧＡ社製、通電部有効膜寸法  縦５０×横４０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ）
・ホウ素非含有水：超純水(比抵抗１８.２ＭΩ・cm、ホウ素濃度２０ｎｇ／Ｌ未満)
・ホウ素含有水：上記ホウ素非含有水にホウ素を２５μｇ／Ｌで添加したもの
・各室から排出される水の流量：８Ｌ／ｈ
・印加電流密度：０．５Ａ／ｄｍ２。
【００５４】
〔比較試験１〕
アニオン交換膜３２を下記の均質膜に替えたこと以外は試験１と同様の試験を行った。得られたホウ素除去率を表１に示す。
・アニオン交換膜３２：均質膜（商品名：ネオセプタ  ＡＨＡ、アストム社製、通電部有効膜寸法  縦５０×横４０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）。
【００５５】
【表１】
2020015007.tif 000003
【００５６】
表１から、脱塩室の陽極側のアニオン交換膜３２として不均質膜を使用することにより、均質膜を使用した場合に比べて、ホウ素の除去率が高くなることがわかる。
【００５７】
〔試験２〕
図６に示す構成を有するＥＤＩ装置を用意した。この装置は、次の点を除いて、図１に示す装置と同様の構成を有していた。
・脱塩室２３の陽極側に位置する濃縮室が、陽極１１を有し、陽極室を兼ねる濃縮室６１であった。この濃縮室６１にはカチオン交換樹脂を充填した。
・濃縮室６１と脱塩室２３とを隔てる膜として、カチオン交換膜６２を用いた。
・脱塩室２３に、カチオン交換樹脂を充填した。ホウ素を捕捉しないカチオン交換樹脂を脱塩室２３に充填することにより、脱塩室２３からホウ素を排出しやすくなる。
・陰極室２５の出口水を、濃縮室６１に供給した。
・濃縮室２４にホウ素含有水を供給し、脱塩室２３および陰極室２５にホウ素を含まない水を供給した。
【００５８】
濃縮室２４から脱塩室２３に、カチオン交換膜３３を通って透過したホウ素量を評価するために、脱塩室２３の出口水中のホウ素濃度を測定した。ホウ素の透過量は、脱塩室２３の出口水に含まれるホウ素の質量流量（ホウ素濃度×脱塩室出口水流量）を、カチオン交換膜３３の有効膜面積で除した値である。印加電流密度は０．１〜２．０Ａ／ｄｍ２の範囲で変化させ、それぞれの電流密度において上記測定を行った。結果を図７に示す。
【００５９】
用いたＥＤＩ装置の仕様および試験条件を以下に示す。濃縮室６１、脱塩室２３に充填したカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）は共通であり、濃縮室２４および陰極室２５に充填したアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）は共通である。
・濃縮室６１：寸法  縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＣＥＲ充填
・脱塩室２３：寸法  縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＣＥＲ充填
・濃縮室２４：寸法  縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＡＥＲ充填
・陰極室２５：寸法  縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＡＥＲ充填
・ＣＥＲ：強酸性カチオン交換樹脂（試験１で用いたものと同じ）
・ＡＥＲ：強塩基性アニオン交換樹脂（試験１で用いたものと同じ）
・カチオン交換膜３３：均質膜（商品名：ネオセプタ  ＣＴＴ、アストム社製、通電部有効膜寸法  縦５０×横４０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）
・ホウ素非含有水：超純水(比抵抗１８.２ＭΩ・cm、ホウ素濃度２０ｎｇ／Ｌ未満)
・ホウ素含有水：上記ホウ素非含有水にホウ素を２５０μｇ／Ｌで添加したもの
・各室から排出される水の流量：６Ｌ／ｈ
・印加電流密度：０．１、０．２、０．５、１．０または２．０Ａ／ｄｍ２。
【００６０】
〔比較試験２〕
カチオン交換膜３３を下記の不均質膜に替えたこと以外は試験２と同様の試験を行った。結果を図７に示す。
・カチオン交換膜３３：不均質膜（商品名：ＲＡＬＥＸ  ＣＭ−ＰＰ、ＭＥＧＡ社製、通電部有効膜寸法  縦５０×横４０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍ）
試験２は、比較試験２と比べて、全ての電流密度値において、ホウ素透過量が小さい。特筆すべきは、電流密度が０．５Ａ／ｄｍ２以上の領域における傾向である。電流密度の増大に伴って、比較試験２ではホウ素透過量が増大するのに対し、試験２ではホウ素透過量が減少している。本発明者らは、試験２でこのような現象が生じる理由を、次のように推定している。
【００６１】
濃縮室２４において、カチオン交換膜３３の表面近傍では、ホウ素が濃縮され、高濃度化する。電流密度が高いほど、表面近傍のホウ素濃度が高くなる。一方、ホウ素は約２７０ｍｇ／Ｌ以上でポリマー化する。したがって、高電流密度下では、カチオン交換膜３３表面近傍におけるホウ素がポリマー化すると考えられる。ポリマー化したホウ素は、その大きさのゆえに、物理的にカチオン交換膜３３を通過しにくい。このようなホウ素のポリマー化に起因して、電流密度が０．５Ａ／ｄｍ２以上の場合に、試験２では電流密度の増大に伴ってホウ素透過量が減少したものと考えられる。
【００６２】
本発明によれば、０．５Ａ／ｄｍ２以上の電流密度でＥＤＩ装置を運転し、ホウ素を含む被処理水から極めて効率良くホウ素を除去することが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１１    陽極
１２    陰極
２１    陽極室
２２、２４    濃縮室
２３    脱塩室
２５    陰極室
２６    第１小脱塩室
２７    第２小脱塩室
３１、３３、６２    カチオン交換膜（ＣＥＭ）
３２、３４    アニオン交換膜（ＡＥＭ）
３６    中間イオン交換膜（ＩＩＥＭ）
５１    陰極室を兼ねる濃縮室
６１    陽極室を兼ねる濃縮室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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