(57)【要約】【課題】逆浸透膜を透過した透過水が電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）に供給される構成の水処理システムにおいて、透過水中に含まれる酸化剤からＥＤＩ装置を確実に保護する。【解決手段】逆浸透膜を透過した透過水が供給されてこの透過水中の酸化剤を除去する保護装置を設け、保護装置を通過した透過水がＥＤＩ装置に供給されるようにする。保護装置は、透過水が供給される充填材として繊維状活性炭を有する。【選択図】図２
2020018970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透膜と電気式脱イオン水製造装置とを含む水処理システムにおいて、
前記逆浸透膜を透過した透過水が供給されて前記透過水中の酸化剤を除去する保護装置を有し、
前記保護装置は、前記透過水が供給される充填材として繊維状活性炭を備え、
前記保護装置を通過した透過水が前記電気式脱イオン水製造装置に供給されることを特徴とする、水処理システム。
【請求項２】
逆浸透膜と電気式脱イオン水製造装置とを含む水処理システムにおいて、
前記逆浸透膜を透過した透過水が供給されて前記透過水中の酸化剤を除去する保護装置を有し、
前記保護装置は、前記透過水が供給される充填材として粒状活性炭を備え、さらに前記粒状活性炭の後段に設けられた限外ろ過膜または精密ろ過膜を備え、
前記保護装置を通過した透過水が前記電気式脱イオン水製造装置に供給されることを特徴とする、水処理システム。
【請求項３】
前記保護装置と前記電気式脱イオン水製造装置との間に、脱気膜を備える装置を有する、請求項１または２に記載の水処理システム。
【請求項４】
前記充填材に前記透過水を通水するときの空間速度が５００ｈ-1以上２０００ｈ-1以下であるように前記保護装置に対して前記透過水を供給する供給手段をさらに有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水処理システム。
【請求項５】
逆浸透膜と電気式脱イオン水製造装置とを備える水処理システムの運転方法であって、
水中の酸化剤を除去する充填材として繊維状活性炭を有する保護装置に、前記逆浸透膜を透過した透過水を通水し、
前記保護装置を通過した透過水を前記電気式脱イオン水製造装置に供給する、水処理システムの運転方法。
【請求項６】
逆浸透膜と電気式脱イオン水製造装置とを備える水処理システムの運転方法であって、
水中の酸化剤を除去する充填材として粒状活性炭と、前記粒状活性炭の後段に設けられた限外ろ過膜または精密ろ過膜とを有する保護装置に、前記逆浸透膜を透過した透過水を通水し、
前記保護装置を通過した透過水を前記電気式脱イオン水製造装置に供給する、水処理システムの運転方法。
【請求項７】
前記保護装置を通過した透過水に対して膜脱気処理を行い、前記膜脱気処理を経た透過水を前記電気式脱イオン水製造装置に供給する、請求項５または６に記載の水処理システムの運転方法。
【請求項８】
前記充填材に前記透過水を通水するときの空間速度が５００ｈ-1以上２０００ｈ-1以下とする、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の水処理システムの運転方法。
【請求項９】
断続的に前記逆浸透膜に被処理水を供給する、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の水処理システムの運転方法。
【請求項１０】
前記逆浸透膜に供給される被処理水に酸化剤が含まれている、請求項５乃至９のいずれか１項に記載の水処理システムの運転方法。
【請求項１１】
電気式脱イオン水製造装置の前段に取り外し可能に設けられる保護装置であって、
供給される水中の酸化剤を除去する充填材と、
前記充填材を格納するカートリッジ式の容器とを有し、
前記充填材は繊維状活性炭であり、
前記充填材に通水するときの空間速度が５００ｈ-1以上２０００ｈ-1以下であり、前記充填剤を通過した水を前記電気式脱イオン水製造装置に供給するように構成されている保護装置。
【請求項１２】
電気式脱イオン水製造装置の前段に取り外し可能に設けられる保護装置であって、
供給される水中の酸化剤を除去する充填材と、
前記充填材を格納するカートリッジ式の容器と、
前記充填材の後段に配置された限外ろ過膜または精密ろ過膜であるろ過膜と、
を有し、
前記充填材は粒状活性炭であり、
前記充填材に通水するときの空間速度が５００ｈ-1以上２０００ｈ-1以下であり、前記ろ過膜を透過した水を前記電気式脱イオン水製造装置に供給するように構成されている保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆浸透膜を有する逆浸透装置（ＲＯ((Reverse Osmosis)装置）と電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ(Electro Deionization)装置）とを備える水処理システムと、その運転方法と、水処理システムで用いる保護装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
被処理水から純水などを得るために用いられる水処理システムでは、殺菌や洗浄用途で酸化剤が多く使用されている。酸化剤としては、塩素系酸化剤や臭素系酸化剤、オゾン、過酸化水素などが用いられる。その一方で、水処理システムを構成する各種の機器の中には、酸化剤への耐性が低く、酸化剤の流入によって致命的なダメージを受けてしまうものもある。そこで、酸化剤への耐性が低い機器に対しては、予め酸化剤を除去した水を供給するか、機器に与える影響が比較的低い酸化剤を使用する必要がある。酸化剤を除去する方法としては、通常、還元剤を添加する方法や活性炭カートリッジに通水して酸化剤を除去する方法などが行なわれている。しかしながら、水処理システムが設けられる現場ごとに水質の性状や水温に応じて必要となる還元剤量や活性炭量が異なるため、適切な還元剤の注入量や活性炭カートリッジの交換時期を事前に予測することが難しい。
【０００３】
酸化剤に対する耐性が低い装置の具体例としては、ポリアミド系の逆浸透膜を有する逆浸透装置、イオン交換樹脂を備える装置一般、電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）、脱気膜を有する膜脱気装置などが挙げられる。
【０００４】
近年、逆浸透膜やろ過膜などの分離膜でのスライム発生の防止を目的として、酸化剤を間欠的に注入する方法や、分離膜の劣化を比較的抑えられる酸化剤を常時注入する方法が採用されるケースも増えてきている。例えば特許文献１は、遊離塩素による被処理水の殺菌後、アンモニアを添加してクロラミンを生成させ、クロラミンを含む被処理水を分離膜に接触させることにより、分離膜におけるスライムの発生を抑制することを開示している。特許文献２は、被処理水中にクロラミンＴ、ジクロラミンＴなどの結合塩素化合物を添加することを開示している。クロラミン、クロラミンＴ、ジクロラミンＴなどの結合塩素化合物は遊離塩素に比べて殺菌力が小さいが、微生物の増殖抑制効果を十分有し、酸化力も小さいため、分離膜の劣化を抑えつつスライムの発生を防止することができる。
【０００５】
特許文献３は、塩素系酸化剤とスルファミン酸化合物とからなるスライム防止剤、あるいは、塩素系酸化物とスルファミン酸化合物との結合塩素化合物からなるスライム防止剤を用いることにより、ｐＨが変動しても遊離塩素濃度が変動しなくなり、分離膜の劣化などを抑えつつ安定した微生物の殺菌・増殖抑制効果を得ることができることを開示している。特許文献４は、分離膜におけるスライム発生を抑制する方法であって、分離膜に供給される水に臭素系酸化剤とスルファミン酸化合物とを存在させること、あるいは臭素化合物と塩素系酸化剤との反応物と、スルファミン酸化合物と、を存在させることを開示している。さらに特許文献５は、１−ブロモ−３−クロロ−５，５−ジメチルヒダントイン（ＢＣＤＭＨ）のようなヒダントイン系の酸化剤やイソシアヌル酸系の酸化剤を逆浸透膜用の殺菌剤として使用することを開示している。
【０００６】
このように逆浸透膜の劣化を防ぎつつ逆浸透膜におけるスライム発生を抑制するために、逆浸透膜への影響が少ない酸化剤を加えた被処理水が逆浸透膜に供給される。逆浸透膜は水における不純物を分離、除去する機能を有する膜であるが、逆浸透膜では被処理水中の酸化剤を完全には除去することはできず、一定の割合の酸化剤が逆浸透膜を通過（リーク）してしまう。酸化剤がリークする理由は、純水製造用途において広く用いられているスパイラル型逆浸透膜モジュールの構造上の問題（膜面の接着不良や、Ｏリングのずれによる水漏れなど）と、荷電反発を利用しているという逆浸透膜での除去機構と酸化剤自体の形態特性とによるものである。塩素系の酸化剤について考えると、ｐＨに依存して遊離塩素の形態に変化することで、荷電反発による逆浸透膜での排除作用を受けずに透過側にリークしやすくなってしまう。
【０００７】
ところで、純水や超純水などを製造する場合には、逆浸透膜の後段に、例えば、イオン交換樹脂装置やＥＤＩ装置、脱気膜などが配置されるが、逆浸透膜の後段に配置されるこれらの装置や膜は、いずれも酸化剤に対する耐性が小さい装置や膜である。装置や膜の製造事業者は、これらの装置や膜に供給される水における酸化剤の許容濃度を定めている。遊離塩素について製造事業者が設定した一般的な許容濃度は、イオン交換樹脂装置の場合で０．０５ｍｇ／Ｌ以下とするものから０．５ｍｇ／Ｌ以下とするものがあり、ＥＤＩ装置の場合、遊離塩素を検出しないとするものから０．０２ｍｇ／Ｌ以下とするものがある。脱気膜については、気相側の条件によって異なっており、気相側が空気である場合には、遊離塩素を検出しないとするものから０．１ｍｇ／Ｌ以下とするものがあり、気相側を窒素とする場合と減圧（真空引き）とする場合には０．５ｍｇ／Ｌ以下とするものがある。酸化剤に対する耐性が低い装置や膜の中でもＥＤＩ装置は特に耐性が低いと言え、次いで、脱気膜の耐性が低い。
【０００８】
なお、ＥＤＩ装置は、イオン交換樹脂の再生を別途に行うことなく脱イオン水を製造できる装置であり、カチオン（陽イオン）のみを透過させるカチオン交換膜とアニオン（陰イオン）のみを透過させるアニオン交換膜との間にイオン交換樹脂などからなるイオン交換体（アニオン交換体及び／またはカチオン交換体）を充填して脱塩室を構成し、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の外側に濃縮室を配置し、脱塩室とその両側の濃縮室とからなるものを基本構成としてこれを陽極と陰極との間に配置したものである。ＥＤＩ装置を運転する際には、陽極と陰極との間に電圧を印加しつつ、脱塩室に被処理水を通水する。ＥＤＩ装置の構成の一例が特許文献６に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１−１０４３１０号公報
【特許文献２】特開平１−１３５５０６号公報
【特許文献３】特開２００６−２６３５１０号公報
【特許文献４】特開２０１５−６２８８９号公報
【特許文献５】特表２００５−５３７９２０号公報
【特許文献６】特開２０１７−１８８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
電気式脱イオン水製造装置は酸化剤に対する耐性が特に低く、そのため、電気式脱イオン水製造装置の前段に逆浸透膜を配置した場合、逆浸透膜におけるスライム発生を防止するために添加される酸化剤が逆浸透膜をリークしたときに、微量とはいえ酸化剤が電気式脱イオン水製造装置に到達し、電気式脱イオン水製造装置内のイオン交換樹脂やイオン交換膜を劣化させるおそれがある。
【００１１】
本発明の目的は、電気式脱イオン水製造装置への酸化剤の流入を防ぐことができ、電気式脱イオン水製造装置を酸化剤から確実に保護することができる水処理システムと、その運転方法と、そこで用いられる保護装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の水処理システムは、逆浸透膜と電気式脱イオン水製造装置とを含む水処理システムにおいて、逆浸透膜を透過した透過水が供給されて透過水中の酸化剤を除去する保護装置を有し、保護装置は、透過水が供給される充填材として繊維状活性炭を備え、保護装置を通過した透過水が電気式脱イオン水製造装置に供給されることを特徴とする。
【００１３】
あるいは本発明の水処理システムは、逆浸透膜と電気式脱イオン水製造装置とを含む水処理システムにおいて、逆浸透膜を透過した透過水が供給されて透過水中の酸化剤を除去する保護装置を有し、保護装置は、透過水が供給される充填材として粒状活性炭を備え、さらに粒状活性炭の後段に設けられた限外ろ過膜または精密ろ過膜を備え、保護装置を通過した透過水が電気式脱イオン水製造装置に供給されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の水処理システムの運転方法は、逆浸透膜と電気式脱イオン水製造装置とを備える水処理システムの運転方法であって、水中の酸化剤を除去する充填材として繊維状活性炭を有する保護装置に、逆浸透膜を透過した透過水を通水し、保護装置を通過した透過水を電気式脱イオン水製造装置に供給する。
【００１５】
あるいは本発明の水処理システムの運転方法は、逆浸透膜と電気式脱イオン水製造装置とを備える水処理システムの運転方法であって、水中の酸化剤を除去する充填材として粒状活性炭と、粒状活性炭の後段に設けられた限外ろ過膜または精密ろ過膜とを有する保護装置に、逆浸透膜を透過した透過水を通水し、保護装置を通過した透過水を電気式脱イオン水製造装置に供給する。
【００１６】
本発明の保護装置は、電気式脱イオン水製造装置の前段に取り外し可能に設けられる保護装置であって、供給される水中の酸化剤を除去する充填材と、充填材を格納するカートリッジ式の容器とを有し、充填材は繊維状活性炭であり、充填材に通水するときの空間速度が５００ｈ-1以上２０００ｈ-1以下であり、充填剤を通過した水を電気式脱イオン水製造装置に供給するように構成されている。
【００１７】
あるいは本発明の保護装置は、電気式脱イオン水製造装置の前段に取り外し可能に設けられる保護装置であって、供給される水中の酸化剤を除去する充填材と、充填材を格納するカートリッジ式の容器と、充填材の後段に配置された限外ろ過膜または精密ろ過膜であるろ過膜と、を有し、充填材は粒状活性炭であり、充填材に通水するときの空間速度が５００ｈ-1以上２０００ｈ-1以下であり、ろ過膜を透過した水を電気式脱イオン水製造装置に供給するように構成されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、充填材として繊維状活性炭を有する保護装置、あるいは、充填材として粒状活性炭を有し粒状活性炭の後段に限外ろ過膜または精密ろ過膜が配置された保護装置を用い、保護装置を通過した水が電気式脱イオン水製造装置に供給されるようにすることにより、電気式脱イオン水製造装置への酸化剤の流入を防ぐことができ、電気式脱イオン水製造装置を酸化剤から確実に保護することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】イオン交換樹脂の顕微鏡写真である。
【図２】本発明の実施の一形態の水処理システムの一例を示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態の水処理システムの一例を示す図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態の水処理システムの一例を示す図である。
【図５】実施例で用いた電気式脱イオン水製造装置の構成を示す図である。
【図６】実施例１での機器の配置を示す図である。
【図７】実施例１における供給水導電率と処理水質の変化を示すグラフである。
【図８】実施例１における運転電圧の変化を示すグラフである。
【図９】実施例３での機器の配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明の実施の形態について説明する前に、まず、本発明をなすために本発明者らが行なった検討結果について説明する。
【００２１】
上述したように水処理システムを構成する装置や膜の中で、電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）は、とりわけ酸化剤への耐性が低く、同じくイオン交換樹脂を使用するイオン交換樹脂装置などに比べても酸化剤への耐性が低い。これは、本発明者らの検討によれば、ＥＤＩ装置においては通電あるいは電圧印加による作用が加わるために、酸化剤による劣化がより促進される傾向があるためと考えられる。実際の装置を運用した実績においても、ＥＤＩ装置においては通電の有無によってイオン交換樹脂の劣化度合いに差が生じることが確認された。
【００２２】
したがって逆浸透膜を透過した透過水がＥＤＩ装置に供給される水処理システムにおいて、逆浸透膜とその後段に位置する装置との間に逆浸透膜をリークしてきた微量の酸化剤を除去する保護装置を設けることで、より安定して長期間にわたって水処理システムを運用することが可能になると考えられる。酸化剤の除去装置としては、活性炭を充填したものが広く利用可能である。
【００２３】
活性炭は、その形状により粉末活性炭、粒状活性炭及び繊維状活性炭に分類されるが、水処理分野では、粒状活性炭が用いられるケースが多い。粒状活性炭は、粒径が１５０μｍ以上の活性炭であり、粒径が１５０μｍ未満の粉末活性炭とは区別される。粒状活性炭の原料は、椰子（ヤシ）殻や木材（木質）などの植物系と、石炭、石油（ピッチ）などの鉱物系に大別される。また粒状活性炭の形状は、破砕状、球状、円柱状（ペレット状）に大別される。
【００２４】
そこで本発明者らは、粒状活性炭を充填した保護装置を用意し、逆浸透膜を透過した透過水をこの保護装置に通水し、保護装置から排出される透過水をＥＤＩ装置に供給して脱イオン水の製造を行った。その結果、粒状活性炭を充填した保護装置をＥＤＩ装置の前段に設けると、時間の経過に伴ってＥＤＩ装置の処理水質の低下が進行することと、ＥＤＩ装置の運転電圧が低下していくことが確認された。そして、時間の経過に伴ってこのように性能が低下したＥＤＩ装置を解体して内部の状況を確認したところ、ＥＤＩ装置内部の粒状のイオン交換樹脂の表面に黒色の物質が付着している状態が確認された。図１は、黒色の物質が付着したイオン交換樹脂を示す光学顕微鏡写真である。そしてイオン交換樹脂の表面に付着した黒色物質を分離して蛍光Ｘ線にて分析したところ、黒色物質の主成分が炭素であることが判明した。これより、この黒色物質は、前段に設けられた保護装置内の粒状活性炭がリークして生成した炭素微粒子であると判断した。
【００２５】
ＥＤＩ装置では、直流電圧を印加してイオン交換樹脂を電気的に再生しながら脱イオン水の製造を行うが、活性炭から流出した炭素微粒子がイオン交換樹脂の表面に付着すると、炭素はそれ自体が電気の良導体であることから、電圧印加によって生じる電流は、炭素微粒子の部分を優先的に流れてしまうと考えられる。その結果、イオン交換樹脂の電気的な再生が良好に行われなくなり、処理水質の低下を引き起こすことが考えられる。運転電圧の低下も、良導体である炭素微粒子の蓄積の結果であると考えられる。よって、酸化剤を除去するために前段に粒状微粒子を配置したときのこのような水質低下などの現象は、通電によりイオン交換樹脂を再生しながら脱イオン水の製造を行うＥＤＩ装置に特有の現象であると判断できる。
【００２６】
そこで本発明者らは、活性炭を充填した保護装置であって、後段に配置されたＥＤＩ装置に炭素微粒子を蓄積させない保護装置を検討し、本発明を完成させた。
【００２７】
図２は、本発明の実施の一形態の水処理システムであって、本発明に基づく運転方法が適用される水処理システムを示している。図示される水処理システムは、ＥＤＩ装置１０と、逆浸透膜を備える逆浸透装置２０とを有し、逆浸透膜を透過した透過水がＥＤＩ装置１０に供給されるように構成されている。逆浸透装置２０の前段には、逆浸透装置２０に被処理水を供給するポンプ１５が設けられている。逆浸透装置２０に供給される被処理水は、逆浸透膜におけるスライムの発生などを防止するために、例えば塩素系酸化剤あるいは臭素系酸化剤などの酸化剤が含まれていてもよい。逆浸透膜が酸化剤によって劣化することを防ぐために、酸化剤は、例えば、特許文献３に記載されるような、塩素系酸化剤とスルファミン酸化合物とを有するもの、あるいは特許文献４に記載されるような、臭素系酸化剤とスルファミン酸化合物とを有するものが好ましい。
【００２８】
逆浸透装置２０に供給される被処理水に酸化剤が含まれているとして、酸化剤の大部分は逆浸透膜によって阻止されるが、一部は逆浸透膜を通過し、逆浸透膜からの透過水に含まれることになる。逆浸透膜を通過した酸化剤がＥＤＩ装置１０に到達しないように、図２に示す水処理システムでは、酸化剤を除去する充填材を有する保護装置３０が逆浸透装置２０とＥＤＩ装置１０との間に設けられている。逆浸透装置２０内の逆浸透膜を透過した透過水が保護装置３０内の充填材に供給され、保護装置３０を通過した透過水がＥＤＩ装置１０に供給される。保護装置３０はＥＤＩ装置１０の前段に取り外し可能に設けられている。また充填材は、その交換を容易とするように充填材カートリッジ３１に充填され、保護装置３０に供給された透過水は充填材カートリッジ３１内を通過するようになっている。例えば一定時間の使用後に、充填材は充填材カートリッジ３１ごと交換される。
【００２９】
上述したように、充填材として粒状活性炭を用いた場合には、炭素微粒子が発生してＥＤＩ装置内に蓄積して処理水質の低下などをもたらす。そこで図２に示す水処理システムでは、保護装置３０内に設けられる充填材として繊維状活性炭を用い、繊維状活性炭を充填材カートリッジ３１に充填している。繊維状活性炭とは、ＪＩＳ（日本工業規格）  Ｋ１４７７：２００７に規定されるように、気体中又は水溶液中の有機物などに対し高い吸着能力をもった多孔質繊維状の活性炭のことであり、活性炭繊維、又は活性炭素繊維(activated carbon fiber)ともいう。例えば、レーヨン、アクリル繊維、フェノール樹脂又はピッチを原料とした繊維を炭化し、更に高温で水蒸気、二酸化炭素などと反応（賦活）して得られるものである。
【００３０】
繊維状活性炭は、繊維状の形態であるため、シート状あるいは紙状、織物状、不織布状、フェルト状などの多様な形状に加工することができる。また繊維状活性炭は、クリーン性能が高く、微粉のリークは極めて少ない。繊維状活性炭を使用することにより、炭素微粒子が発生してＥＤＩ装置１０内に蓄積することが防がれ、これにより、経時に伴うＥＤＩ装置１０からの処理水の水質低下も防止される。仮に繊維状活性炭から活性炭が流出してＥＤＩ装置１０に流入したとしてもその活性炭の形状は繊維状であるので、流入した活性炭がＥＤＩ装置１０内でイオン交換樹脂の表面を覆うように付着することはなく、前述したようなＥＤＩ装置に特有の性能低下も進行しないと考えられる。
【００３１】
繊維状活性炭は、粒状活性炭よりも比表面積が大きいため、より速い流速で通水しても接触面積が大きくとれるために除去性能を高く保つことができ、その分、充填材の量を小さくし保護装置３０のサイズを小さくすることができる。保護装置３０を小型化できることも、酸化剤を除去する充填材として繊維状活性炭を使用することの利点である。本発明に基づく保護装置３０は、あくまで、ＥＤＩ装置１０を保護するための装置であって既設のＥＤＩ装置１０に対して後付けで設置することも想定される装置であるので、より小型でコンパクトであることが強く望まれる。加えて、保護装置３０の入口での酸化剤濃度は逆浸透膜をリークしたものであることから極めて低い濃度であることが想定される。よって、本実施形態において保護装置３０での通水速度は、活性炭を使用する通常の装置よりも十分に大きいものとするように設計する。具体的には、充填材の容積をＶ［Ｌ］とし充填材における水の流量をＱ［Ｌ／ｈ］としたときにＱ／Ｖで表される空間速度ＳＶ(Space Velocity)について、５００ｈ-1以上２０００ｈ-1以下とすることが好ましい。
【００３２】
図３は、本発明の別の実施形態の水処理システムを示している。水処理システム内のＥＤＩ装置１０に炭素微粒子が流入することを防ぐためには、炭素微粒子の発生源とＥＤＩ装置１０との間にろ過膜を設けることも考えられる。図３に示す水処理システムは、図２に示す水処理システムと同様のものであるが、保護装置３０の構成において異なっている。図３に示す水処理システムでは、保護装置３０として、粒状活性炭を充填材として充填した充填材カートリッジ３２と充填材カートリッジ３２の後段に配置されたろ過膜３３とからなるものを使用している。充填材カートリッジ３２は、図２に示す水処理システムでの充填材カートリッジ３１と同様に、取り外し及び交換が容易であるように構成されている。
【００３３】
図１に示した顕微鏡写真から分かるように、粒状活性炭からその後段に流出する炭素微粒子は、小さいもので粒径が１μｍ程度である。粒径が１μｍ程度の微粒子を阻止する必要があるので、ろ過膜３３としては、細孔径が小さい精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜を使用する必要がある。図３に示す水処理システムは、ろ過膜３３を設けたことにより、図２に示す繊維状活性炭を用いる水処理システムに比べて通水差圧が大きくなり、またコストも幾分上昇する。
【００３４】
本発明に基づく水処理システムは、ＥＤＩ装置１０、逆浸透装置２０及び保護装置３０以外の構成要素を含んでいてもよい。上述したように酸化剤に対する耐性が小さい膜あるいは装置として、脱気膜を有する脱気装置すなわち膜脱気装置が挙げられる。図４に示す水処理システムは、図２に示す水処理システムに対して膜脱気装置３５を追加したものである。脱気膜は、逆浸透膜をリークしてきた程度の微量の酸化剤によっても劣化するおそれがあるので、膜脱気装置３５は、保護装置３０とＥＤＩ装置１０との間に配置されている。保護装置３０によって酸化剤が除去された水が膜脱気装置３５に供給されて膜脱気処理の対象とされ、膜脱気処理が行われた水がＥＤＩ装置１０に供給される。
【００３５】
以上説明した各実施形態の水処理システムは、連続運転によって連続的にＥＤＩ装置１０から処理水（すなわち脱イオン水）を排出するものであってもよいし、断続的に運転されるものであってもよい。水処理システムを断続的に運転するときには、連続的に運転する場合に比べ、運転停止中に進行する逆浸透膜における濃縮側から透過側への拡散現象により、再起動時において逆浸透装置２０からの酸化剤のリーク量が大きくなると考えられるが、各実施形態の水処理システムでは、逆浸透膜を透過した透過水中の酸化剤を除去する保護装置３０が設けられているので、断続運転の場合においてもＥＤＩ装置１０が酸化剤によって劣化することを防ぐことができる。
【実施例】
【００３６】
次に、実施例よって本発明をさらに詳しく説明する。まず、以下の実施例１〜３において使用した電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）の構成を説明する。図５は実施例１〜３で使用したＥＤＩ装置の構成を示している。このＥＤＩ装置は、陽極６１が設けられた陽極室７１と陰極６２が設けられた陰極室７５の間に、陽極室７１の側から、濃縮室７２、第１小脱塩室７６、第２小脱塩室７７及び濃縮室７４を配置したものであり、第１小脱塩室７６、第２小脱塩室７７及び濃縮室７４は、この順で反復して配置されている。陽極室７１にはカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）が充填され、濃縮室７２，７４、第１小脱塩室７６及び陰極室７５にはアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）が充填されている。第２小脱塩室７７には、流入側からカチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂の順でこれらのイオン交換樹脂が複床で設けられている。
【００３７】
陽極室７１と濃縮室７２はカチオン交換膜（ＣＥＭ）８１を介して隣接し、濃縮室７２と第１小脱塩室７６はアニオン交換膜（ＡＥＭ）８２を介して隣接し、第１小脱塩室７６と第２小脱塩室７７は、アニオン交換膜である中間イオン交換膜（ＩＩＥＭ）８６を介して隣接し、第２小脱塩室７７と濃縮室７４はカチオン交換膜８３を介して隣接し、濃縮室７４と陰極室７５はアニオン交換膜８４を介して隣接する。第１小脱塩室７６から第２小脱塩室７７に流れるように被処理水は第１小脱塩室７６に供給される。陽極室７１、陰極室７５及び濃縮室７２，７４にも、図において「供給水」と記載されるように、水が供給されている。図示されるＥＤＩ装置の動作原理は一般的なＥＤＩ装置の動作原理と変わるところはないが、被処理水中のイオンは、第１小脱塩室７６及び第２小脱塩室７７中のイオン交換樹脂によって捕捉され、第２小脱塩室７７から処理水すなわち脱イオン水が流出する。これと同時に、陽極６１と陰極６２の間に印加された直流電圧により、イオン交換膜とイオン交換体の界面、あるいはイオン交換体相互の界面において水の解離反応が進行して水素イオンと水酸化物イオンが発生し、この水素イオン及び水酸化物イオンによって第１小脱塩室７６及び第２小脱塩室７７中のイオン交換樹脂は再生される。アニオン交換樹脂の再生により放出されたアニオンはアニオン交換膜８２を介して濃縮室７２に移動し、濃縮水として装置外に排出される。同様にカチオン交換樹脂の再生により放出されたカチオンはカチオン交換膜８３を介して濃縮室７４に移動し、濃縮水として排出される。なお、陽極室７１及び陰極室７５からは電極水が排出される。
【００３８】
［実施例１］
粒状活性炭と繊維状活性炭をそれぞれＥＤＩ装置の前段に設置した場合のＥＤＩ装置への影響を確認した。図６に示すように、同じ構成で２台のＥＤＩ装置を製作し、この２台のＥＤＩ装置を並列に配置して導電率が３．５〜３．８μＳ／ｃｍである逆浸透膜透過水を各ＥＤＩ装置における被処理水として供給した。一方のＥＤＩ装置を系列１とし、他方のＥＤＩ装置を系列２とする。この状態で１８時間運転し、両方のＥＤＩ装置の性能が同程度であることを確認した。
【００３９】
運転開始から１８時間が経過した時点で、系列１のＥＤＩ装置の前段には粒状活性炭を充填した充填カラムを設置し、系列２のＥＤＩ装置の前段には繊維状活性炭を充填した充填カラムを設置し、各ＥＤＩ装置における処理水質と運転電圧の変化とを調べた。粒状活性炭としてはフタムラ化学株式会社製の粒状活性炭ＣＷを使用し、繊維状活性炭としてはオルガノ株式会社製の繊維状活性炭フィルターＦＡＣ−２を使用した。各活性炭に対する通水量は、空間速度ＳＶで５００ｈ-1とした。結果を図７及び図８に示す。図７において、処理水質は処理水の抵抗率で示している。また図７には、供給水の導電率の計測結果も示している。図８は、運転開始時の運転電圧を１とする相対値によって運転電圧の変化を示している。図７及び図８において「※」印を付した矢印は、その時点で充填カラムを挿入したことを示している。
【００４０】
酸化剤を除去する充填材として粒状活性炭を採用した系列１では、充填カラムの設置後、即座に処理水質が低下したが、繊維状活性炭を使用した系列２に関してはそのような傾向は確認されなかった。また、運転電圧に関し、粒状活性炭を使用する系列１の方が、繊維状活性炭を使用する系列２に比べ、徐々に電圧が低下することが分かる。
【００４１】
［実施例２］
粒状活性炭と繊維状活性炭について、高流速で通水したときの遊離塩素除去性能を比較した。粒状活性炭及び繊維状活性炭をそれぞれカラムに充填し、空間速度ＳＶを１０００ｈ-1として相模原市の水道水を通水し、通水開始から所定の時間が経過した時点においてカラムの入口と出口での遊離塩素濃度を測定し、カラムにおいてどれだけの遊離塩素が除去されたかを求めて遊離塩素除去率を算出した。実験時において、使用した水道水の遊離塩素濃度は０．６〜０．７ｍｇ／Ｌであった。また粒状活性炭及び繊維状活性炭としては、実施例１で使用したものと同一規格のものを使用した。結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2020018970.tif 000003
【００４３】
表１より、繊維状活性炭の方が粒状活性炭よりも遊離塩素の除去率が高かった。また、経時による遊離塩素除去率の低下は、繊維状活性炭の方が小さかった。
【００４４】
［実施例３］
遊離塩素を含む被処理水が与えられたときの保護装置の有無によるＥＤＩ装置の損傷の程度の違いを調べた。図９に示すように、２段逆浸透膜透過水に次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加して遊離塩素濃度が０．０５ｍｇ／Ｌ程度の模擬水を生成し、この模擬水を同一構成の２台のＥＤＩ装置に並列に通水する構成とした。このとき、一方のＥＤＩ装置の前段には、繊維状活性炭を充填した保護装置を設け、繊維状活性炭を通過した模擬水がＥＤＩ装置に供給されるようにした。繊維状活性炭における通水の空間速度ＳＶを１５４０ｈ-1とした。そして各ＥＤＩ装置において、通水量を一定として通水差圧を測定した。保護装置として、オルガノ株式会社製の繊維状活性炭フィルターＦＡＣ−２を使用した。
【００４５】
その結果、運転開始から２００時間を経過した時点で、保護装置を設けていない方のＥＤＩ装置における通水差圧が、前段に保護装置を設けたＥＤＩ装置の通水差圧よりも約１．４倍高くなった。
【００４６】
さらに運転開始から７００時間が経過した時点で運転を停止し、保護装置を設けていない方のＥＤＩ装置を解体し、内部の状況を確認したところ、第１小脱塩室７６（図５参照）への被処理水流入部においてイオン交換樹脂が膨潤し、流路を閉塞している状態が確認できた。これは、低濃度とはいえ酸化剤が流入するとともに電流が通電していたことで強い酸化作用が働き、イオン交換樹脂が酸化劣化を引き起こしたためと考えられる。一般的に、イオン交換樹脂が酸化劣化を引き起こすと、イオン交換樹脂の樹脂マトリクスの架橋構造が損傷を受け、膨潤することが知られている。
【符号の説明】
【００４７】
１０    電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）
１５    ポンプ
２０    逆浸透装置
３０    保護装置
３１    充填材カートリッジ（繊維状活性炭）
３２    充填材カートリッジ（粒状活性炭）
３３    ろ過膜
３５    膜脱気装置
【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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【図８】
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【図９】
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