(57)【要約】【課題】運転時の省エネルギー化を実現し、かつ、大量処理によっても比抵抗の高い良好な水質の脱イオン水が得られるＥＤＩ。【解決手段】陰極側小脱塩室１５２と陽極側小脱塩室１５４とで構成された脱塩室１５０と、脱塩室１５０の両側にアニオン交換膜１４６又はカチオン交換膜１４２を介して設けられた濃縮室１３０とが、陰極と陽極との間に配置され、陽極側小脱塩室１５４には、アニオン交換体１５５を含むイオン交換体が充填され、陰極側小脱塩室には、低塩基性アニオン交換体１５３を含むアニオン交換体と、カチオン交換体１５１との混床形態でイオン交換体が充填され、陰極側小脱塩室１５２を流通した水を陽極側小脱塩室１５４に流す送水手段を設ける。【選択図】図１
2010142727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極側のアニオン交換膜と、陰極側のカチオン交換膜と、前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との間に設けられた中間イオン交換膜と、で区画される小脱塩室にイオン交換体が充填されて脱塩室が構成され、前記脱塩室の両側に前記アニオン交換膜又は前記カチオン交換膜を介して濃縮室が設けられ、前記脱塩室と前記濃縮室とが陰極と陽極との間に配置された電気式脱イオン水製造装置において、
前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画された陽極側小脱塩室に充填するイオン交換体は、アニオン交換体を含み、
前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画された陰極側小脱塩室に充填するイオン交換体は、弱塩基性アニオン交換体、中塩基性アニオン交換体、ＩＩ形強塩基性アニオン交換体からなる群から選択される少なくとも一種を含むアニオン交換体と、カチオン交換体との混床形態であり、
前記陰極側小脱塩室を流通した水を前記陽極側小脱塩室に流す送水手段が設けら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】
前記陰極側小脱塩室に充填するアニオン交換体に含まれる弱塩基性アニオン交換体と中塩基性アニオン交換体とＩＩ形強塩基性アニオン交換体との合計は、前記アニオン交換体の５０体積％を超えている、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記陽極側小脱塩室に充填するイオン交換体は、アニオン交換体の単床形態である、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】
前記中間イオン交換膜はアニオン交換膜である、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。
【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】
脱イオン水を製造する方法として、従来からイオン交換樹脂に被処理水を通水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飽和したときに、薬剤によって再生を行う必要がある。近年、このような処理操作上の不利な点を解消するため、薬剤による再生が不要な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。
【０００３】
ＥＤＩは、電気泳動と電気透析とを組み合わせた純水製造装置である。ＥＤＩは、アニオン交換膜とカチオン交換膜との間にイオン交換体を充填し、イオン交換膜の外側に陽極を備える陽極室と、陰極を備える陰極室（以下、陽極と陰極を総じて、電極ということがある）を配置した装置である。ＥＤＩによる脱イオン水の製造方法は、電極に直流電圧を印加した状態でイオン交換体層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をイオン交換体で吸着し、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するものである。このＥＤＩは、脱塩室内の異種のイオン交換体の界面（以下、異種イオン交換体界面という）にて生じる電位差により、水の解離反応が進行し、Ｈ＋とＯＨ−が生成することで、脱塩室内のイオン交換体を連続して再生するものである。
【０００４】
従来、ＥＤＩは、被処理水中のアニオン成分（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）とカチオン成分（Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等）とを１つの脱塩室内で除去する必要があるため、脱塩室に充填するイオン交換体はアニオン交換体とカチオン交換体との混床形態あるいは複床形態で充填されることが多い。一般的に脱塩室のイオン交換体の充填形態を混床形態とすると、単床形態とした場合に比べて電気抵抗が高くなることが知られている。脱塩室の電気抵抗が高いと、イオン成分濃度が高い水を被処理水として処理する場合や、脱塩室当たりの被処理水の流水量を増大させて処理する場合に、印加する電流値を上げてＥＤＩを運転すると、オームの法則（Ｅ＝ＩＲ）に従い、運転電圧も総じて高くなる。この結果、ＥＤＩの運転は、電流×電圧で表される消費電力が大きくなり、高エネルギーとなる。
【０００５】
こうした問題に対し、省エネルギーでＥＤＩを運転するために、ＥＤＩの電気抵抗を低減する種々の試みがなされている。例えば、脱塩室に混床形態で充填するアニオン交換体が、ＩＩ形強塩基性アニオン交換体又は弱塩基性アニオン交換体を含むことで、電気抵抗を低減できることが開示されている（例えば、特許文献１〜３）。また、脱塩室に混床形態で充填するアニオン交換体として、Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換体とＩＩ形強塩基性アニオン交換体とを併用することで、低い電圧で、比抵抗の高い良好な水質の脱イオン水を得る発明が開示されている（例えば、特許文献４）。さらには、ＥＤＩの構造を抜本的に改善し、脱塩室１つ当たりの濃縮室の数を従来の約半分にし、ＥＤＩの電気抵抗を著しく低減できる脱塩室２室構造のＥＤＩが開示されている（例えば、特許文献５）。
【特許文献１】特表２０００−５０４２７３号公報
【特許文献２】特表２００１−５００７８３号公報
【特許文献３】特表２００２−５３５１２８号公報
【特許文献４】特許第３８９５１８０号公報
【特許文献５】特許第３３８５５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＥＤＩの運転時のさらなる省エネルギー化、処理量の増大、脱イオン水の水質の向上が求められている。ＥＤＩの省エネルギー化を図るために、脱塩室に充填するアニオン交換体におけるＩＩ形強塩基性アニオン交換体や弱塩基性アニオン交換体の割合を単に増やしたとしても、ＩＩ形強塩基性アニオン交換体や弱塩基性アニオン交換体は、イオン成分を吸着する能力が低いため被処理水中のイオン成分の除去性能が低くなり、脱イオン水の純度が低下する懸念がある。加えて、脱塩室当たりの処理量を増大させるために、被処理水の通水量を増大させると通水差圧が高くなり、ＥＤＩの破損等の原因となることが考えられる。脱塩室の通水差圧を低減するには、脱塩室の厚さを厚くする方法が考えられるが、脱塩室を厚くすると、その厚さに応じて電気抵抗も増大するという問題がある。
そこで本発明は、運転時の省エネルギー化を実現し、かつ、大量処理によっても比抵抗の高い良好な水質の脱イオン水が得られるＥＤＩを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＥＤＩは、陽極側のアニオン交換膜と、陰極側のカチオン交換膜と、前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との間に設けられた中間イオン交換膜と、で区画される小脱塩室にイオン交換体が充填されて脱塩室が構成され、前記脱塩室の両側に前記アニオン交換膜又は前記カチオン交換膜を介して濃縮室が設けられ、前記脱塩室と前記濃縮室とが陰極と陽極との間に配置された電気式脱イオン水製造装置において、前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画された陽極側小脱塩室に充填するイオン交換体は、アニオン交換体を含み、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画された陰極側小脱塩室に充填するイオン交換体は、弱塩基性アニオン交換体、中塩基性アニオン交換体、ＩＩ形強塩基性アニオン交換体からなる群から選択される少なくとも一種（以下、低塩基性アニオン交換体ということがある）を含むアニオン交換体と、カチオン交換体との混床形態であり、前記陰極側小脱塩室を流通した水を前記陽極側小脱塩室に流す送水手段が設けられていることを特徴とする。前記陰極側小脱塩室に充填するアニオン交換体に含まれる弱塩基性アニオン交換体と中塩基性アニオン交換体とＩＩ形強塩基性アニオン交換体との合計は、前記アニオン交換体の５０体積％を超えていることが好ましく、前記陽極側小脱塩室に充填するイオン交換体は、アニオン交換体の単床形態であることが好ましく、前記中間イオン交換膜はアニオン交換膜であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のＥＤＩによれば、運転時の省エネルギー化を実現し、かつ、大量処理によっても比抵抗の高い良好な水質の脱イオン水が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のＥＤＩにおける、運転時の省エネルギー化、及び、水質向上の原理について、図１を用いて説明する。図１は、本発明のＥＤＩにおける、イオン成分の流れを説明する脱塩室１５０の部分断面図である。図１に示すとおり、脱塩室１５０は、陰極側小脱塩室１５２と陽極側小脱塩室１５４とで構成されている。脱塩室１５０の両側には、濃縮室１３０が設けられ、脱塩室１５０と濃縮室１３０とが陰極と陽極との間に配置されている。陰極側小脱塩室１５２は、カチオン交換膜１４２と中間イオン交換膜１４４とで区画され、カチオン交換体１５１と低塩基性アニオン交換体１５３とが混床形態で充填され形成されている。陽極側小脱塩室１５４は中間イオン交換膜１４４とアニオン交換膜１４６とで区画され、アニオン交換体１５５が単床形態で充填されている。
【００１０】
脱イオン水の製造方法について、中間イオン交換膜１４４をアニオン交換膜とした場合を例にして説明する。まず、陰極と陽極との間に直流電圧を印加し、被処理水Ａを陰極側小脱塩室１５２に流通させる。被処理水Ａは陰極側小脱塩室１５２を流通する間、被処理水Ａ中のＮａ＋やＣａ２＋等のカチオン成分がカチオン交換体１５１に吸着され、吸着されたカチオン成分は陰極に引き寄せられてカチオン交換膜１４２を透過して濃縮室１３０に移動する。また、被処理水Ａ中のＣｌ−やＨＣＯ３−等のアニオン成分は、低塩基性アニオン交換体１５３に吸着される。そして、吸着されたアニオン成分は陽極に引き寄せられて中間イオン交換膜１４４を透過して、陽極側小脱塩室１５４に移動する。しかし、低塩基性アニオン交換体１５３はアニオン成分の吸着力が低いため、吸着したアニオン成分は容易に脱着し、被処理水Ｂ中に残存した状態で陰極側小脱塩室１５２から流出する。
【００１１】
陽極側小脱塩室１５４に、被処理水Ｂを流入させる。陽極側小脱塩室１５４に流入した被処理水Ｂは、アニオン交換体１５５内を拡散しながら流通する。この間、被処理水Ｂ中のアニオン成分はアニオン交換体１５５に吸着され、除去される。吸着されたアニオン成分は、陽極に引き寄せられてアニオン交換膜１４４を透過し、濃縮室１３０に移動する。こうして、被処理水Ａは、陰極側小脱塩室１５２でカチオン成分が除去され、陽極側小脱塩室１５４でアニオン成分が除去され、脱イオン水Ｃとなって、陽極側小脱塩室１５４から流出する。この間、脱塩室１５０の異種イオン交換体界面では、水の解離反応が進行する。
【００１２】
低塩基性アニオン交換体１５３は、Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換体等の塩基性が高いものに比べて、低い電圧で異種イオン交換体界面での水の解離反応が進行するといわれている。さらに、陰極側小脱塩室１５２は混床形態であるため、カチオン交換体１５１と低塩基性アニオン交換体１５３との異種イオン交換体界面が多く存在し、陰極側小脱塩室１５２における電気抵抗は、異種イオン交換体界面で生じる水の解離反応による影響をより大きく受ける。このため、陰極側小脱塩室１５２に用いるアニオン交換体を低塩基性のアニオン交換体とすることで、異種イオン交換体界面は低塩基性アニオン交換体１５３とカチオン交換体１５１とで形成され、低い電圧で水の解離反応が進行でき、ＥＤＩを低い電圧で運転することができる。この結果、省エネルギー化が図れる。加えて、電気抵抗が増大する原因となる混床形態の陰極側小脱塩室１５２の電気抵抗を低くすることで、脱塩室当たりの被処理水の通水量を増大させるために脱塩室を厚くしても、低い電圧で被処理水を大量処理できる。
【００１３】
低塩基性アニオン交換体１５３は、アニオン成分の吸着力が低いため、被処理水Ｂ中には、多くのアニオン成分が残存したままとなる。本発明のＥＤＩは脱塩室２室構造であるため、陰極側小脱塩室１５２を流通した被処理水Ｂを陽極側小脱塩室１５４で再度処理することで、被処理水Ｂ中に残存するアニオン成分を高度に除去できる。このため、良好な水質の脱イオン水Ｃを得ることができる。
【００１４】
本発明の実施形態の一例について、図２を用いて説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。図２は、本発明の実施形態にかかるＥＤＩ１０の断面図である。図２に示すように、ＥＤＩ１０は陰極２２と陽極６２との間に、複数の脱塩室５０が、濃縮室３０に挟持されて配置されている。
【００１５】
脱塩室５０は、陰極側小脱塩室５２と陽極側小脱塩室５４とで構成されている。陰極側小脱塩室５２は、カチオン交換膜４２と枠体５１と中間イオン交換膜４４とが陰極２２側から順に配置され、枠体５１の開口部にイオン交換体が充填され形成されている。陽極側小脱塩室５４は、中間イオン交換膜４４と枠体５３とアニオン交換膜４６とが陰極２２側から順に配置され、枠体５３の開口部にイオン交換体が充填され形成されている。こうして、脱塩室５０は中間イオン交換膜４４によって厚さ方向に略二分され、脱塩室５０には、中間イオン交換膜４４を介して隣接する陰極側小脱塩室５２と陽極側小脱塩室５４とが設けられている。
【００１６】
陰極側小脱塩室５２には、被処理水流入ライン５５と被処理水流出ライン５６とが接続されている。被処理水流出ライン５６は、図示されない配管により、被処理水流入ライン５７と接続されている。陽極側小脱塩室５４には、被処理水流入ライン５７と脱イオン水流出ライン５８とが接続されている。「送水手段」は、被処理水流出ライン５６、被処理水流入ライン５７、及び、被処理水流出ライン５６と被処理水流入ライン５７とを接続する図示されない配管で構成されている。陰極２２及び陽極６２は、図示されない電源と接続されている。
【００１７】
陰極室２０は、陰極２２と枠体２１と仕切り膜２４とが、陰極２２側から順に配置され、形成されている。陰極室２０には、電極水流入ライン２３と電極水流出ライン２５とが接続されている。陽極室６０は、仕切り膜２４と枠体６１と陽極６２とが、陰極２２側から順に配置され、形成されている。陽極室６０には、電極水流入ライン６３と電極水流出ライン６５とが接続されている。
【００１８】
濃縮室３０は、脱塩室５０の両側にカチオン交換膜４２又はアニオン交換膜４６を介して枠体３１が配置され、形成されている。濃縮室３０には、濃縮水流入ライン３３と濃縮水流出ライン３５とが接続されている。
【００１９】
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カチオン交換膜４２、アニオン交換膜４６はいずれも特に限定されず、ＥＤＩの製造の適性や、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。
【００２０】
中間イオン交換膜４４は、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質、陰極側小脱塩室５２又は陽極側小脱塩室５４に充填するイオン交換体の種類等を勘案して選択することができる。中間イオン交換膜４４としては、アニオン交換膜もしくはカチオン交換膜の単一膜、又は、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のいずれであってもよい。中でも、アニオン交換膜もしくはカチオン交換膜の単一膜、又は、バイポーラ膜を用いることが好ましく、被処理水中のアニオン成分を効率的に除去する観点から、アニオン交換膜の単一膜を使用することがより好ましい。なお、複合膜とは、イオン交換膜が極性の異なる領域を有するものをいう。例えば、モザイク膜やバイポーラ膜等が挙げられる。複合膜における、アニオン交換膜とカチオン交換膜との比率は、被処理水の水質や処理目的等によって、適宜設定することができる。
【００２１】
陰極側小脱塩室５２に充填するイオン交換体は、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、この内、最も汎用的であるイオン交換樹脂を用いることが好ましい。
【００２２】
陰極側小脱塩室５２に充填するイオン交換体の充填形態は、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態である。アニオン交換体とカチオン交換体との充填割合は、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質、処理水量等を勘案して設定することができ、例えば、アニオン交換体：カチオン交換体＝１０：９０〜８０：２０（体積比）の範囲で設定することが好ましく、３０：７０〜５０：５０の範囲で設定することがより好ましい。上述の範囲であれば、陰極側小脱塩室５２において、被処理水中のカチオン成分を効率的に除去できるためである。なお、「混床形態」とは、アニオン交換体とカチオン交換体とが、任意の比率で混合され充填された状態をいう。
【００２３】
陰極側小脱塩室５２に充填するアニオン交換体は、低塩基性アニオン交換体である弱塩基性アニオン交換体、中塩基性アニオン交換体、ＩＩ形強塩基性アニオン交換体からなる群から選択される少なくとも一種を含むものである。低塩基性アニオン交換体を含むことで、陰極側小脱塩室５２において、カチオン交換体と低塩基性アニオン交換体との界面、又は、カチオン交換膜４２と低塩基性アニオン交換体との界面で水分解が効率的に行われ、低電圧でＥＤＩ１０を運転できる。陰極側小脱塩室５２に充填するアニオン交換体中の低塩基性アニオン交換体の割合は、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質、処理水量等を勘案して設定することができる。例えば、陰極側小脱塩室５２に充填するアニオン交換体に含まれる低塩基性アニオン交換体の割合は、５０体積％を超えることが好ましく、７０体積％以上であることがより好ましく、９０体積％以上であることがさらに好ましく、１００体積％であってもよい。上記の割合であれば、陰極側小脱塩室５２の電圧を大きく低減できるためである。
【００２４】
強塩基性アニオン交換体は、例えば、第４級アンモニウム塩基（Ｒ−Ｎ＋Ｒ１Ｒ２Ｒ３）等の強塩基性官能基が導入されたアニオン交換体である。第４級アンモニウム塩基は、テトラメチルアミンのようにその窒素に結合する基がアルキル基（例えば、メチル基）だけの場合をＩ形、例えばトリメチルアミノエタノールのように該窒素に結合する基の中にアルカノール基（例えば、−Ｃ２Ｈ４ＯＨ等）を含む場合をＩＩ形といい、ＩＩ形の方がＩ形よりもアニオン成分に対する吸着力が低い。このようなＩ形の官能基が導入されたアニオン交換体をＩ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換体といい、ＩＩ形の官能基が導入されたアニオン交換体をＩＩ形強塩基性アニオン交換体という。弱塩基性アニオン交換体は、第１〜３級アミン等の弱塩基性官能基が導入されたアニオン交換体である。中塩基性アニオン交換体は、第４級アンモニウム塩基のような強塩基性官能基と、第１〜３級アミンのような弱塩基性官能基とが、強塩基性官能基数／弱塩基性官能基数で表される比率５／５〜３／７で導入されたアニオン交換体である。なお、陰極側小脱塩室５２に充填する低塩基性アニオン交換体は、弱塩基性アニオン交換体又は中塩基性アニオン交換体又はＩＩ形強塩基性アニオン交換体を一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
【００２５】
このような低塩基性アニオン交換体の内、ＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂としてはアンバーライト（商品名）ＩＲＡ４１０Ｊ、アンバーライト（商品名）ＩＲＡ４１１、アンバージェット（商品名）４０１０（以上、ローム・アンド・ハース社製）、ダイヤイオン（商品名）ＳＡ２０Ａ、ダイヤイオン（商品名）ＳＡ２１Ａ、ダイヤイオン（商品名）ＰＡ４０８、ダイヤイオン（商品名）ＰＡ４１２、ダイヤイオン（商品名）ＰＡ４１８（以上、三菱化学株式会社製）、ＤＯＷＥＸ  ＭＡＲＡＴＨＯＮ（商品名）Ａ２、ＤＯＷＥＸ（商品名）ＳＡＲ、ＤＯＷＥＸ（商品名）ＭＳＡ−２（以上、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製）、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商品名）Ａ２００、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商品名）Ａ３００、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商品名）Ａ５１０（以上、ピュロライト社製）等が挙げられる。
【００２６】
中塩基性アニオン交換樹脂としてはアンバーライト（商品名）ＩＲＡ４７８ＲＦ（ローム・アンド・ハース社製）等が挙げられる。弱塩基性アニオン交換樹脂としてはアンバーライト（商品名）ＩＲＡ６７、アンバーライト（商品名）ＩＲＡ９６ＳＢ、アンバーライト（商品名）ＸＴ６０５０ＲＦ（以上、ローム・アンド・ハース社製）、ダイヤイオン（商品名）ＷＡ１０、ダイヤイオン（商品名）ＷＡ２０、ダイヤイオン（商品名）ＷＡ２１Ｊ、ダイヤイオン（商品名）ＷＡ３０（以上、三菱化学株式会社製）、ＤＯＷＥＸ  ＭＡＲＡＴＨＯＮ（商品名）ＷＢＡ、ＤＯＷＥＸ  ＭＡＲＡＴＨＯＮ（商品名）ＷＢＡ２、ＤＯＷＥＸ（商品名）６６（以上、ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製）、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商品名）Ａ８４５、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商品名）Ａ８４７、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商品名）Ａ８３０、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商品名）Ａ１００、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商品名）Ａ１０３Ｓ（以上、ピュロライト社製）等が挙げられる。
【００２７】
陰極側小脱塩室５２に充填するカチオン交換体の種類は限定されず、強酸性カチオン交換体、弱酸性カチオン交換体のいずれを用いてもよい。なお、陰極側小脱塩室５２に充填するカチオン交換体は、強酸性カチオン交換体又は弱酸性カチオン交換体を一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
【００２８】
このようなカチオン交換体の内、強酸性カチオン交換樹脂としてはアンバーライト（商品名）ＩＲ１２０Ｂ、アンバーライト（商品名）ＩＲ１２４（以上、ローム・アンド・ハース社製）、ＤＯＷＥＸ  ＭＡＲＡＴＨＯＮ（商品名）Ｃ（ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製）等が挙げられる。
【００２９】
陽極側小脱塩室５４に充填するイオン交換体は、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、この内、最も汎用的であるイオン交換樹脂を用いることが好ましい。
【００３０】
陽極側小脱塩室５４に充填するイオン交換体は、アニオン交換体を含むものである。即ち、陽極側小脱塩室５４に充填するイオン交換体の充填形態は、アニオン交換体の単床形態、又は、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態とすることができる。陽極側小脱塩室５４では、主に陰極側小脱塩室５２で除去できなかった被処理水中のアニオン成分を除去するためである。中でも、陽極側小脱塩室５４のイオン交換体の充填形態は、アニオン交換体の単床形態とすることが好ましい。陽極側小脱塩室５４をアニオン交換体の単床形態とすることで、陽極側小脱塩室５４ではイオン成分の移動方向が一方向となり、電気抵抗が低減され電圧が低くなるためである。陽極側小脱塩室５４を混床形態とする場合、アニオン交換体とカチオン交換体との割合は、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質を勘案して設定することができる。例えば、陽極側小脱塩室５４に充填するイオン交換体に対するアニオン交換体の割合が、５０体積％以上、１００体積％未満であることが好ましく、８０体積％以上１００体積％未満であることがより好ましい。
【００３１】
陽極側小脱塩室５４に充填するアニオン交換体は、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質を勘案して決定することができ、Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換体、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のいずれも用いることができる。なお、陽極側小脱塩室５４に充填するアニオン交換体は、一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
【００３２】
Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換体の内、例えばＩ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換樹脂としてアンバーライト（商品名）ＩＲＡ４０２ＢＬ、アンバージェット（商品名）４００２、アンバージェット（商品名）４４００（以上、ローム・アンド・ハース社製）、ダイヤイオン（商品名）ＳＡ１０Ａ、ダイヤイオン（商品名）ＳＡ１１Ａ、ダイヤイオン（商品名）ＳＡ１２Ａ（以上、三菱化学株式会社製）、ＤＯＷＥＸ  ＭＡＲＡＴＨＯＮ（商品名）Ａ（ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製）、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商品名）Ａ４００（ピュロライト社製）等が挙げられる。
【００３３】
陽極側小脱塩室５４に充填するカチオン交換体の種類は限定されず、強酸性カチオン交換体、弱酸性カチオン交換体のいずれを用いてもよい。なお、陽極側小脱塩室５４に充填するカチオン交換体は、一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
【００３４】
枠体５１、５３は、絶縁性を有し、被処理水が漏洩しない素材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５１、５３の厚さは特に限定されることなく、所望する陰極側小脱塩室５２、陽極側小脱塩室５４の厚さに応じて設定することができる。また、枠体５１、５３の開口部の面積が大きい場合には、枠体５１、５３のくりぬかれた空間に支持体を設けてもよい。支持体を設けることで、カチオン交換膜４２、中間イオン交換膜４４、アニオン交換膜４６が湾曲して、イオン交換体の充填量が不均一になることを防止できるためである。前記支持体は、絶縁性を有し、被処理水の流通を妨げない素材であれば特に限定されず、例えば、スリットが設けられた、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支持体を挙げることができる。
【００３５】
陰極側小脱塩室５２の厚さは、被処理水や脱イオン水の水質、処理水量、充填するイオン交換体の種類を勘案して設定することができ、例えば、２〜５０ｍｍの範囲で設定することが好ましく、３〜３０ｍｍとすることがより好ましい。陰極側小脱塩室５２の厚さは、薄すぎると通水速度（ＬＶ）の上昇によって差圧が高くなり陰極側小脱塩室５２の破損を招いたり、運転上の困難を起こすため好ましくない。陰極側小脱塩室５２の厚さは、厚すぎると電気抵抗が高くなる。ここで、陰極側小脱塩室５２は、低塩基性アニオン交換体が含まれる混床形態であるため、従来の混床形態の脱塩室に比べて電気抵抗が低い。このため、１つの小脱塩室当たりの被処理水の流量を増大させるために、陰極側小脱塩室５２の厚さを従来のＥＤＩに比べて厚くすることができる。なお、ＬＶとは、単位面積当たりの流量で、ｍ／ｈで表される線速度である（以降において同じ）。
陽極側小脱塩室５４の厚さは、陰極側小脱塩室５２の厚さと同様に、被処理水や脱イオン水の水質、処理水量、充填するイオン交換体の種類を勘案して設定することができる。
【００３６】
濃縮室３０は、濃縮水が流通できれば特に限定されず、例えば、枠体３１の開口部には、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メッシュや、通水性を有する格子状の枠材を設置してもよいし、イオン交換体を充填してもよいし、何も配置しなくてもよい。電気抵抗を低減する観点からは、イオン交換体が充填されていることが好ましい。濃縮室３０にイオン交換体を充填する場合、充填するイ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、この内、最も汎用的であるイオン交換樹脂を用いることが好ましい。
【００３７】
濃縮室３０におけるイオン交換体の充填形態は特に限定されず、被処理水の水質等を勘案して決定することができ、アニオン交換体単床形態、カチオン交換体単床形態、又は、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態等のいずれも用いることができる。例えば、濃縮室３０のアニオン交換膜４６面でのスケール生成防止の観点から、アニオン交換体が単床形態で充填されていてもよい。アニオン交換膜４６に接するアニオン交換体層を設けることにより、陽極側小脱塩室５４から濃縮室３０へのアニオン成分の移動が促進され、濃縮室３０側のアニオン交換膜４６面にアニオン成分が高濃度にて存在して、濃度分極が生じるのを抑制できるためである。
【００３８】
枠体３１の材質は、枠体５１と同様である。枠体３１の厚さは、所望する濃縮室３０の厚さに応じて設定することができる。濃縮室３０の厚さは、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質を勘案して設定することができ、例えば、２〜２０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００３９】
陰極室２０は、電極水が流通できる構造であればよい。例えば、枠体２１の開口部には、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メッシュや、通水性を有する格子状の枠材を設置してもよいし、イオン交換体を充填してもよい。陰極室２０にイオン交換体を充填する場合、充填するイ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、この内、最も汎用的であるイオン交換樹脂を用いることが好ましい。陽極室６０は、陰極室２０と同様に、電極水が流通できる構造であれば良い。
【００４０】
陰極室２０におけるイオン交換体の充填形態は特に限定されず、被処理水の水質等を勘案して決定することができ、アニオン交換体単床形態、カチオン交換体単床形態、又は、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態等のいずれも用いることができる。陽極室６０におけるイオン交換体の充填形態は、陰極室２０におけるイオン交換体の充填形態と同様である。
【００４１】
陰極２２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。陽極６２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。
【００４２】
仕切り膜２４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、ＥＤＩ１０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。
【００４３】
枠体２１の材質は、枠体５１と同様である。枠体２１の厚さは、所望する陰極室２０の厚さに応じて設定することができる。枠体６１の材質は、枠体５１と同様である。枠体６１の厚さは、所望する陽極室６０の厚さに応じて設定することができる。
【００４４】
ＥＤＩ１０を用いた脱イオン水の製造方法について、図２を用いて説明する。まず、電極水流入ライン２３から陰極室２０に電極水を流入させ、電極水流入ライン６３から陽極室６０に電極水を流入させる。濃縮水流入ライン３３から濃縮室３０に濃縮水を流入させる。そして、陰極２２と陽極６２との間に、直流電圧を印加する。
【００４５】
被処理水を被処理水流入ライン５５から陰極側小脱塩室５２に流入させる。流入した被処理水は、陰極側小脱塩室５２内のイオン交換体内を拡散しながら流通し、被処理水流出ライン５６から流出する。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、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分はアニオン交換体に吸着される。同時に、異種イオン交換体界面では、水分解によりＯＨ−とＨ＋とが生成される。そして、カチオン交換体は、生成したＨ＋と、カチオン交換体に吸着されているカチオン成分とが交換され、再生される。カチオン交換体から脱着したカチオン成分は、カチオン交換膜４２を透過して、濃縮室３０に移動する。濃縮室３０に移動したカチオン成分は、濃縮水に取り込まれて濃縮水流出ライン３５から排出される。
【００４６】
アニオン交換体は、生成したＯＨ−と、アニオン交換体に吸着されているアニオン成分とが交換され、再生される。そして、アニオン交換体から脱着したアニオン成分は、中間イオン交換膜４４側に移動する。ここで、中間イオン交換膜４４がアニオン交換膜の場合には、アニオン交換体から脱着したアニオン成分、及び、陰極側小脱塩室５２で生成したＯＨ−が陽極６２に引き寄せられ、中間イオン交換膜４４を透過して陽極側小脱塩室５４へ移動する。中間イオン交換膜４４がカチオン交換膜又はバイポーラ膜の場合は、アニオン交換体から脱着したアニオン成分、及び、ＯＨ−は中間イオン交換膜４４で反発され、被処理水と共に被処理水流出ライン５６から流出する。
【００４７】
被処理水流出ライン５６から流出した被処理水は、図示されない配管と被処理水流入ライン５７とを順に経由し、陽極側小脱塩室５４に流入する。陽極側小脱塩室５４に流入した被処理水は、陽極側小脱塩室５４内のイ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はアニオン交換体に吸着される。そして、アニオン交換体は、吸着されたアニオン成分とＯＨ−とが交換されて再生する。アニオン交換体から脱着したアニオン成分は、陽極６２に引き寄せられアニオン交換膜４６を透過し、濃縮室３０に移動する。濃縮室３０に移動したアニオン成分は、濃縮水に取り込まれて濃縮水流出ライン３５から排出される。ここで、中間イオン交換膜４４がカチオン交換膜である場合には、陽極側小脱塩室５４内のカチオン成分やＨ＋が陰極２２に引き寄せられ、中間イオン交換膜４４を透過して陰極側小脱塩室５２に移動する。こうして、被処理水は、カチオン成分とアニオン成分とが高度に除去され、脱イオン水となって脱イオン水流出ライン５８から流出する。
【００４８】
電極水流入ライン２３から、陰極室２０に流入した電極水は、陰極室２０内を上昇流で流通する。この間、電極水は、陰極２２から発生したＨ２等を取り込んで、電極水流出ライン２５から流出する。電極水流入ライン６３から陽極室６０に流入した電極水は、陽極室６０内を上昇流で流通する。この間、電極水は、陽極６２から発生したＣｌ２、Ｏ２等を取り込んで、電極水流出ライン６５から流出する。
【００４９】
被処理水は特に限定されることはないが、工業用水や井水の濁質成分を除濁膜にて除去した水を、逆浸透（ＲＯ）膜にて処理した水等が挙げられる。
【００５０】
陰極側小脱塩室５２内における被処理水の通水量は特に限定されることはなく、充填するイオン交換体中の低塩基性アニオン交換体の割合や、被処理水の水質等を勘案して決定することができる。通水量は空間速度（ＳＶ）で表され、ＳＶの単位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）であるＬ／Ｌ・ｈ−１で表される（以降において同じ）。一般的に、ＳＶが大きすぎると、陰極側小脱塩室５２内では、被処理水中のイオン成分とイオン交換体との接触時間が短くなり、イオン除去性能が低下するおそれがある。しかしながら、陰極側小脱塩室５２は、低塩基性アニオン交換体が含まれる混床形態であり、電気抵抗が低い。このため、陰極側小脱塩室５２では、低塩基性アニオン交換体を含まない混床形態とした脱塩室と同等の電圧でも、高い電流で多量の被処理水を処理することができる。陰極側小脱塩室５２内における被処理水の通水量は、ＳＶ＝１００〜１０００Ｌ／Ｌ・ｈ−１の範囲で設定することが好ましい。陽極側小脱塩室５４における被処理水の通水量は、陰極側小脱塩室５２内における被処理水の通水量と同様である。
【００５１】
濃縮室３０内における、濃縮水の流量は特に限定されることはなく、ＥＤＩ１０の能力や、被処理水の水質や処理量を勘案して決定することができる。濃縮水は、濃縮室３０に移動してきたイオンを濃縮水内に拡散して、ＥＤＩ１０外へ流出させるという目的を有する。このことから、濃縮水の流量は、被処理水の通水量や、被処理水のイオン濃度、脱イオン水の生産量との関係で決定することが好ましく、例えば、下記（１）式で表される濃縮倍率が３〜２０となるように、濃縮水の流量を決定することが好ましい。なお、下記（１）式による濃縮倍率は、被処理水と濃縮水に同一の原水を用いて、かつ脱塩室５０中のイオンが全て濃縮室３０に移行すると仮定し定義付けられる。
【００５２】
【数１】
2010142727.tif 000003
【００５３】
濃縮水の流量が少なすぎると、濃縮室３０に移行したイオン成分の濃度拡散にむらが生じ、イオン交換膜面の濃度分極層が厚くなり、スケール生成のおそれがある。一方、濃縮水の流量が多すぎると、脱イオン水の回収率が低下するため好ましくない。濃縮水に用いる原水は、特に限定されることはなく、被処理水と同じ水源の水を濃縮水の原水として使用しても良いし、脱イオン水や純水等を使用しても良い。
【００５４】
陰極室２０に流通させる電極水の原水は特に限定されることはなく、被処理水と同じ水源の水を電極水としても良いし、脱塩室５０で処理された脱イオン水、比抵抗値０．２〜１８．２ＭΩ・ｃｍの水を電極水としても良い。中でも、脱塩室５０で処理された脱イオン水、比抵抗値０．２〜１８．２ＭΩ・ｃｍの水であることが好ましい。陽極室６０における電極水の原水は、陰極室２０における電極水の原水と同様である。陰極室２０、陽極室６０における電極水の流量は特に限定されず、印加電圧等に応じて決定することが好ましい。電極水の流量が少なすぎると、発生したＨ２、Ｏ２、Ｃｌ２ガスを充分に排出することが困難となり、電極水の流量が多すぎると、回収率が低下するため、好ましくない。
【００５５】
電極水の流通方式は特に限定されず、例えば、陰極室２０を流通した電極水を陽極室６０に流通させてもよいし、陽極室６０を流通した電極水を陰極室２０に流通させてもよい。また、例えば、陰極室２０と陽極室６０とにそれぞれ個別に電極水を流通させ、排水してもよい。
【００５６】
陰極２２と陽極６２とに印加する電流は被処理水の水質や、陰極側小脱塩室５２及び陽極側小脱塩室５４に充填したイオン交換体の種類や充填形態を勘案して設定することができる。例えば、脱塩室５０の有効イオン交換膜の面積当たりの電流密度を０．１〜１０Ａ／ｄｍ２の範囲で設定することが好ましい。脱塩室５０の「有効イオン交換膜の面積」とは、電流が通される部分である。陰極側小脱塩室５２を例に説明すると、カチオン交換膜４２の膜面積から、枠体５１が接触している面積を除いたものである。  
【００５７】
上述のとおり、本発明のＥＤＩは脱塩室２室構造であるため、小脱塩室当たりの濃縮室の数は脱塩室１室構造のＥＤＩの脱塩室当たりの濃縮室の数の約半分になる。このため、ＥＤＩ全体の電気抵抗を低減でき、導電率が向上しＥＤＩ全体の電気抵抗を低減できる。陰極側小脱塩室にはイオン交換体が混床形態で充填されているが、アニオン交換体が低塩基性アニオン交換体を含むため、電気抵抗が低い。加えて、低塩基性アニオン交換体とカチオン交換体との界面では、効率的に水分解が行われる。このため、印加電流値を上げても、低い電圧でＥＤＩを運転することができる。電圧が高い状態でＥＤＩを運転すると、異種イオン交換体界面での発熱等により、部材が劣化し、ＥＤＩの処理能力が低下するおそれがある。特にカチオン交換膜、アニオン交換膜、中間イオン交換膜が劣化して破損した場合には、イオン成分が脱塩室と濃縮室との間で漏洩し、脱イオン水の水質が低下する。本発明のＥＤＩでは、低い電圧でＥＤＩを運転できるため、異種イオン交換体界面での発熱等による部材劣化を抑制することができる。
【００５８】
陰極側小脱塩室に充填されている低塩基性アニオン交換体は、アニオン成分に対する吸着力が低いため、陰極側小脱塩室を流通させ処理した水にはアニオン成分が残存する場合が多い。本発明のＥＤＩでは、陰極側小脱塩室で処理した水を陽極側小脱塩室に充填したアニオン交換体に接触させて再度処理することで、被処理水中のアニオン成分を高度に除去することができる。加えて、被処理水中のカチオン成分は、陰極側に設けられた陰極側小脱塩室で高度に除去することができる。この結果、陰極側小脱塩室で処理した水を陽極側小脱塩室で処理することで、カチオン成分とアニオン成分とが高度に除去され、比抵抗の高い良好な水質の脱イオン水を得ることができる。
【００５９】
陰極側小脱塩室に充填するアニオン交換体に含まれる低塩基性アニオン交換体の割合は、好ましくは５０体積％を超え、より好ましくは７０体積％以上、さらに好ましくは９０体積％以上とすることで、低い電圧でも異種イオン交換体界面における水分解の効率を上げることができる。さらに、陽極側小脱塩室に充填するイオン交換体をアニオン交換体の単床形態とすることで、陽極側小脱塩室の電気抵抗を低減できる。このため、脱塩室全体の電気抵抗を低減でき、より低い電圧で高い電流を流すことができる。この結果、脱塩室当たりの処理量を増大させることができ、脱塩室を厚くし、脱塩室内での通水差圧の上昇を抑制しながら良好な水質を維持することができる。
【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、陰極側小脱塩室及び陽極側小脱塩室共に、被処理水を下降流で流通しているが、被処理水の流通方向はこれに限られず、上昇流であってもよいし、陰極側小脱塩室と陽極側小脱塩室とで流通方向が異なっていてもよい。
【００６１】
上述の実施形態では、濃縮水を下降流で流通しているが、濃縮水の流通方向は上昇流であってもよいし、濃縮室毎に異なっていてもよい。また、上述の実施形態では、電極水を上昇流で流通しているが、電極水の流通方向は下降流であってもよいし、陰極室と陽極室とで異なっていてもよい。
【００６２】
上述の実施形態では、３枚の脱塩室が陰極と陽極との間に配置されているが、本発明はこれに限定されず、脱塩室の数は１枚又は２枚であってもよいし、４枚以上であってもよい。
【００６３】
上述の実施形態では、陰極室を形成する仕切り膜を介して隣接する濃縮室が設けられているが、該濃縮室を省略し、陰極室が濃縮室を兼ねていてもよい。同様に、陽極室を形成する仕切り膜を介して隣接する濃縮室を省略し、陽極室が濃縮室を兼ねていてもよい。
【実施例】
【００６４】
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。
（測定方法）
＜水質評価：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。
【００６５】
（実施例１）
図２に示すＥＤＩ１０と同様の、中間イオン交換膜で、陰極側小脱塩室と陽極側小脱塩室とに区画されている３枚の脱塩室が設けられ、該脱塩室の両側に濃縮室が設けられ、脱塩室と濃縮室とが、陰極と陽極との間に配置されたＥＤＩを下記仕様にて作製して、ＥＤＩ−Ａを得た。得られたＥＤＩ−Ａは、陰極側小脱塩室に充填されたアニオン交換体中の低塩基性アニオン交換体の割合が１００体積％のものである。このＥＤＩ−Ａについて、下記運転条件にて連続運転を行った。被処理水は、陰極側小脱塩室に下降流で流通させた後、陽極側小脱塩室に下降流で流通させた。濃縮水は、各濃縮室に下降流で流通させて排水し、電極水は、陰極室と陽極室にそれぞれ上昇流で流通させて排水した。運転開始後、２００時間毎に運転電圧、電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表１、図３、４に示す。
【００６６】
＜ＥＤＩ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）仕切り膜：陰極室の仕切り膜；株式会社アストム製、アニオン交換膜，陽極室の仕切り膜；株式会社アストム製、カチオン交換膜
（５）陰極側小脱塩室：高さ３００ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ５ｍｍ
（６）陽極側小脱塩室：高さ３００ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ５ｍｍ
（７）陰極側小脱塩室の充填イオン交換体：ＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）５０体積％、強酸性カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）５０体積％の混床形態
（８）陽極側小脱塩室の充填イオン交換体：Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）の単床形態
（９）濃縮室：高さ３００ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（１０）濃縮室の充填イオン交換体：Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）の単床形態
（１１）陰極室：高さ３００ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（１２）陰極室の充填イオン交換体：Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換樹脂の単床形態
（１３）陽極室：高さ３００ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（１４）陽極室の充填イオン交換体：強酸性カチオン交換樹脂の単床形態
【００６７】
＜運転条件＞
（１）被処理水の導電率：１０〜１５μＳ／ｃｍ（ＲＯ膜透過水）
（２）被処理水の比抵抗：０．０６６〜０．１ＭΩ・ｃｍ
（３）被処理水流量：７２Ｌ／ｈ（脱塩室１枚当たり２４Ｌ／ｈ）
（４）陰極側小脱塩室ＳＶ：２００Ｌ／Ｌ・ｈ−１
（５）陽極側小脱塩室ＳＶ：２００Ｌ／Ｌ・ｈ−１
（６）濃縮水の原水の導電率：１０〜１５μＳ／ｃｍ（ＲＯ膜透過水）
（７）濃縮水流量：８Ｌ／ｈ
（８）電極水の原水の比抵抗：比抵抗が５ＭΩ・ｃｍを超える水
（９）電極水流量：１０Ｌ／ｈ
（１０）運転電流値：１Ａ
（１１）電流密度：０．４２Ａ／ｄｍ２
【００６８】
（実施例２）
陰極側小脱塩室の充填イオン交換体をＩ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）２２．５体積％、ＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）２７．５体積％、強酸性カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）５０体積％の混床形態とした以外は、ＥＤＩ−Ａと同様の仕様にて、ＥＤＩ−Ｂを得た。こうして得られたＥＤＩ−Ｂは、陰極側小脱塩室に充填したアニオン交換体中の低塩基性アニオン交換体の割合が５５体積％のものである。このＥＤＩ−Ｂを用いて、実施例１と同様の運転条件で連続運転を行った。２００時間毎に運転電圧、電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表１、図３、４に示す。
【００６９】
比較例１、２に用いた脱塩室１室構造のＥＤＩについて、図６を用いて説明する。
図６は、ＥＤＩ９００の断面図である。ＥＤＩ９００は、陰極室９２０と陽極室９６０との間に、３枚の脱塩室９５０と、脱塩室９５０の両側に設けられた濃縮室９３０とが配置されている。陰極室９２０は、陰極９２２と、枠体９２１と、仕切り膜９２４とが陰極９２２側から順に配置され形成されている。陽極室９６０は、仕切り膜９２４と、枠体９６１と、陽極９６２とが陰極９２２側から順に配置され形成されている。陰極室９２０には電極水流入ライン９２３と、電極水流出ライン９２５とが接続され、陽極室９６０には、電極水流入ライン９６３と電極水流出ライン９６５とが接続されている。
【００７０】
脱塩室９５０は、カチオン交換膜９４２と、枠体９５１と、アニオン交換膜９４６とが陰極９２２側から順に配置され、枠体９５１の開口部にイオン交換体が充填され形成されている。脱塩室９５０には、被処理水流入ライン９５５と、脱イオン水流出ライン９５８とが接続されている。濃縮室９３０は、脱塩室９５０の両側に、枠体９３１が配置され形成されている。濃縮室９３０には濃縮水流入ライン９３３と、濃縮水流出ライン９３５とが接続されている。
【００７１】
（比較例１）
ＥＤＩ９００と同様のＥＤＩを下記仕様にて、３枚の脱塩室を配置して作成し、ＥＤＩ−Ｃを得た。ＥＤＩ−Ｃを用いて、脱塩室内の被処理水の空間速度をＳＶ＝２００Ｌ／Ｌ・ｈ−１とした以外は、実施例１と同様の運転条件で連続運転を行った。運転に際し、被処理水は脱塩室を下降流で流通させ、脱イオン水を得た。濃縮水は、各濃縮室に下降流で流通させて排水し、電極水は、陰極室と陽極室とにそれぞれ上昇流で流通させて排水した。運転開始後、２００時間毎に運転電圧、電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表１、図３、４に示す。
【００７２】
＜ＥＤＩ仕様＞
（１）カチオン交換膜：株式会社アストム製
（２）アニオン交換膜：株式会社アストム製
（３）仕切り膜：陰極室の仕切り膜；株式会社アストム製、アニオン交換膜，陽極室の仕切り膜；株式会社アストム製、カチオン交換膜
（４）脱塩室：高さ３００ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ５ｍｍ
（５）脱塩室の充填イオン交換体：Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）５０体積％、強酸性カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）５０体積％の混床形態
（６）濃縮室：高さ３００ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（７）濃縮室の充填イオン交換体：Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）の単床形態
（８）陰極室：高さ３００ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（９）陰極室の充填イオン交換体：Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換樹脂の単床形態
（１０）陽極室：高さ３００ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（１１）陽極室の充填イオン交換体：強酸性カチオン交換樹脂の単床形態
【００７３】
（比較例２）
脱塩室の充填イオン交換体をＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）５０体積％、強酸性カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）５０体積％の混床形態とした以外はＥＤＩ−Ｃと同様の仕様にて、ＥＤＩ−Ｄを得た。ＥＤＩ−Ｄを用いて、比較例１と同様の運転条件で連続運転を行った。２００時間毎に運転電圧、電極間の電気抵抗、及び、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表１、図３、４に示す。
【００７４】
【表１】
2010142727.tif 000004
【００７５】
表１に示すとおり、実施例１では、運転開始１０００時間後の運転電圧は１２．６５Ｖであり、運転開始後２００〜１０００時間における運転電圧の上昇は、２．４８Ｖであった。実施例２では、運転開始１０００時間後の運転電圧は１８．９０Ｖであり、運転開始後２００〜１０００時間における運転電圧の上昇は、５．４０Ｖであった。比較例２では、運転開始１０００時間後の運転電圧が１１．７２Ｖであり、運転開始後２００〜１０００時間における電圧上昇は２．３９Ｖであった。一方、比較例１では、運転開始１０００時間後の運転電圧は２３Ｖを超えており、実施例１又は比較例２の１．８倍以上、実施例２の約１．２倍の運転電圧となっていた。加えて、比較例１では、運転開始後２００〜１０００時間における運転電圧の上昇は約７．５Ｖであり、実施例１又は比較例２の約３倍、実施例２の約１．４倍であった。このことから、混床形態として充填するアニオン交換体中に低塩基性アニオン交換体が含まれる場合には、Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換体のみが含まれる場合に比べて、低電圧での運転が安定的にできることが判った。
【００７６】
図３は、横軸に運転時間をとり、縦軸に電気抵抗をとり、ＥＤＩの運転時間と電気抵抗との関係を表すグラフである。凡例（ａ）は実施例１における結果、凡例（ｂ）は実施例２における結果、凡例（ｃ）は比較例１における結果、凡例（ｄ）は比較例２における結果をそれぞれ表す。
表１、図３に示すとおり、運転開始後２００〜１０００時間において、電気抵抗は実施例１では１０．１７〜１２．７１Ωで推移し、実施例２では１３．５０〜１８．９０Ωで推移し、比較例２では９．３３〜１１．７４Ωで推移していた。これに対し、比較例１では１５．７１〜２３．２３Ωという、高い水準で推移していた。この結果は、実施例１、２及び比較例２は、比較例１よりも運転電圧が低くなることを裏付けている。
【００７７】
図４は、横軸に運転時間をとり、縦軸に比抵抗をとり、ＥＤＩの運転時間と脱イオン水の比抵抗との関係を表すグラフである。凡例（ａ）は実施例１における結果、凡例（ｂ）は実施例２における結果、凡例（ｃ）は比較例１における結果、凡例（ｄ）は比較例２における結果をそれぞれ表す。
表１、図４に示すとおり、実施例１は運転開始１０００時間後の脱イオン水の比抵抗が１８．１２ＭΩ・ｃｍであり、運転開始後２００〜１０００時間における脱イオン水の比抵抗は、１７．４２〜１８．１９ＭΩ・ｃｍであった。実施例２は運転開始１０００時間後の脱イオン水の比抵抗が１７．２０ＭΩ・ｃｍであり、運転開始後２００〜１０００時間における脱イオン水の比抵抗は、１７．２０〜１８．００ＭΩ・ｃｍであった。一方、比較例１では、運転開始１０００時間後の脱イオン水の比抵抗が２．２０ＭΩ・ｃｍであり、比較例２では、運転開始１０００時間後の脱イオン水の比抵抗が２．０３ＭΩ・ｃｍであった。これらの結果から、図４に示すように、ＩＩ形強塩基性アニオン交換樹脂を含むイオン交換体を混床形態で充填した陰極側小脱塩室と、Ｉ形強塩基（最強塩基）性アニオン交換樹脂を単床形態で充填した陽極側小脱塩室との順に被処理水を流通させて処理するＥＤＩ−Ａは、極めて高い水質の脱イオン水を安定的に製造できることが判った。
【００７８】
（実施例３）
実施例１で作製したＥＤＩ−Ａを用い、実施例１と同様にしてＥＤＩ−Ａを連続運転した。運転開始６００時間後の運転電圧、電気抵抗、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表２に示す。
【００７９】
（実施例４）
被処理水流量を２１６Ｌ／ｈ（脱塩室１枚当たり７２Ｌ／ｈ、陰極側小脱塩室ＳＶ＝６００Ｌ／Ｌ・ｈ−１、陽極側小脱塩室ＳＶ＝６００Ｌ／Ｌ・ｈ−１）、濃縮水流量２４Ｌ／ｈ、印加電流３Ａ、電流密度１．２５Ａ／ｄｍ２とした以外は、実施例３と同様にしてＥＤＩ−Ａを連続運転した。運転開始６００時間後の運転電圧、電気抵抗、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表２に示す。
【００８０】
（実施例５）
被処理水流量を２８８Ｌ／ｈ（脱塩室１枚当たり９６Ｌ／ｈ、陰極側小脱塩室ＳＶ＝８００Ｌ／Ｌ・ｈ−１、陽極側小脱塩室ＳＶ＝８００Ｌ／Ｌ・ｈ−１）、濃縮水流量３２Ｌ／ｈ、印加電流４Ａ、電流密度１．６７Ａ／ｄｍ２とした以外は、実施例３と同様にしてＥＤＩ−Ａを連続運転した。運転開始６００時間後の運転電圧、電気抵抗、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表２に示す。
【００８１】
【表２】
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【００８２】
図５は、運転開始６００時間後の陰極側小脱塩室ならびに陽極側小脱塩室における被処理水の空間速度（ＳＶ）と脱イオン水の比抵抗との関係、及び、陰極側小脱塩室ならびに陽極側小脱塩室における被処理水の空間速度（ＳＶ）とＥＤＩの電気抵抗との関係を表すグラフである。凡例（ｅ）は脱イオン水の比抵抗を示し、凡例（ｆ）はＥＤＩ−Ａの電気抵抗を示す。
表２、図５の実施例５の結果に示すように、ＥＤＩ−Ａは、実施例３の４倍量（小脱塩室のＳＶ＝８００Ｌ／Ｌ・ｈ−１）の被処理水を通水しても、脱イオン水は、１１ＭΩ・ｃｍの良好な水質を維持していた。ここで、脱塩室における被処理水の通水量をＳＶ＝２００Ｌ／Ｌ・ｈ−１で運転した比較例１では、運転開始６００時間後の脱イオン水の比抵抗が１．９８ＭΩ・ｃｍであったこと（表１参照）を考慮すると、本発明のＥＤＩ−Ａは、被処理水のＳＶを上げても、即ち、通水量を増大させても、脱塩室１室型のＥＤＩよりも比抵抗の高い良好な水質の脱イオン水が得られることが判った。
【００８３】
加えて、実施例５の電気抵抗が１８．２Ωであり、比較例１の運転開始６００時間後における電気抵抗が２０．６１Ω（表１参照）であったことから、本発明のＥＤＩ−Ａは、被処理水の流量を増大させても、低電圧で効率的に、良好な水質の脱イオン水が得られることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明のＥＤＩにおけるイオン成分の流れを説明する脱塩室の部分断面図である。
【図２】本発明の実施形態の一例であるＥＤＩの断面図である。
【図３】実施例１、２及び比較例１、２におけるＥＤＩの運転時間と電気抵抗との関係を示すグラフである。
【図４】実施例１、２及び比較例１、２におけるＥＤＩの運転時間と脱イオン水の比抵抗との関係を示すグラフである。
【図５】実施例３〜５における、被処理水の通水速度と脱イオン水の比抵抗との関係、及び、被処理水の通水速度とＥＤＩの電気抵抗との関係を示すグラフである。
【図６】比較例に用いたＥＤＩの断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０、９００  電気式脱イオン水製造装置
２２、９２２  陰極
３０、１３０、９３０  濃縮室
４２、１４２、９４２  カチオン交換膜
４４、１４４  中間イオン交換膜
４６、１４６、９４６  アニオン交換膜
５０、１５０、９５０  脱塩室
５２、１５２  陰極側小脱塩室
５４、１５４  陽極側小脱塩室
５６          被処理水流出ライン
５７          被処理水流入ライン
６２、９６２  陽極
１５１        カチオン交換体
１５３        低塩基性アニオン交換体
１５５        アニオン交換体        
【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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