(57)【要約】【課題】一対の電極とこれらの電極間に配置されたバイポーラ膜を用いて脱塩処理を行う際に、バイポーラ膜の交換容量を十分に活用できるようにし、さらにバイポーラ膜を再生処理する際に発生する再生水を中和する処理を不要にする。【解決手段】弱酸性カチオン交換膜及び強塩基性アニオン交換膜から、あるいは、強酸性カチオン交換膜及び弱酸性アニオン交換膜から構成されるバイポーラ膜において、カチオン交換膜のイオン交換容量とアニオン交換膜のイオン交換容量に関し、相対的に小さい方のイオン交換容量が、相対的に大きい方のイオン交換容量の９０％以上であるようにする。【選択図】      図１
2014069122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に対する脱塩処理を行う脱塩装置において、
一対の電極と、
前記一対の電極間に配置されたバイポーラ膜と、
を有し、
前記バイポーラ膜を構成するカチオン交換膜のイオン交換容量とアニオン交換膜のイオン交換容量とに関し、相対的に小さい方のイオン交換容量が相対的に大きい方のイオン交換容量の９０％以上であり、
前記バイポーラ膜は、弱酸性カチオン交換膜及び強塩基性アニオン交換膜から、あるいは強酸性カチオン交換膜及び弱塩基性アニオン交換膜から構成されていることを特徴とする、脱塩装置。
【請求項２】
前記一対の電極の極性を反転させる切替スイッチをさらに備え、
前記バイポーラ膜における前記カチオン交換膜に面する電極が陽極、前記アニオン交換膜に面する電極が陰極となるように前記一対の電極間に電圧を印加することで被処理水の脱塩処理を行い、前記バイポーラ膜における前記カチオン交換膜に面する前記電極が陰極、前記アニオン交換膜に面する前記電極が陽極となるように前記一対の電極間に電圧を印加することによって前記バイポーラ膜の再生処理を行えるようにした、請求項１に記載の脱塩装置。
【請求項３】
被処理水に対する脱塩処理を行う脱塩方法において、
一対の電極と前記一対の電極間に配置されたバイポーラ膜とを備えるバイポーラ膜脱塩モジュールに、前記バイポーラ膜における前記カチオン交換膜に面する電極が陽極、前記アニオン交換膜に面する電極が陰極となるように前記一対の電極間に電圧を印加しながら、前記被処理水を通水する段階を有し、
前記バイポーラ膜を構成するカチオン交換膜のイオン交換容量とアニオン交換膜のイオン交換容量とに関し、相対的に小さい方のイオン交換容量が相対的に大きい方のイオン交換容量の９０％以上であり、
前記バイポーラ膜は、弱酸性カチオン交換膜及び強塩基性アニオン交換膜から、あるいは強酸性カチオン交換膜及び弱塩基性アニオン交換膜から構成されていることを特徴とする、脱塩方法。
【請求項４】
前記バイポーラ膜における前記カチオン交換膜に面する前記電極が陰極、前記アニオン交換膜に面する前記電極が陽極となるように前記一対の電極間に電圧を印加しながら、前記バイポーラ膜脱塩モジュールに水を流し、前記バイポーラ膜を再生する段階をさらに有する、請求項３に記載の脱塩方法。
【請求項５】
カチオン交換膜とアニオン交換膜とを接合させた構造を有するバイポーラ膜であって、
前記カチオン交換膜のイオン交換容量と前記アニオン交換膜のイオン交換容量とに関し、相対的に小さい方のイオン交換容量が相対的に大きい方のイオン交換容量の９０％以上であり、
弱酸性カチオン交換膜及び強塩基性アニオン交換膜から、あるいは強酸性カチオン交換膜及び弱塩基性アニオン交換膜から構成されている、バイポーラ膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に含まれる塩類を除去する水処理に関し、特に、バイポーラ膜のイオン交換能を利用してイオンを除去する脱塩方法及び脱塩装置と、そのような脱塩装置で用いられるバイポーラ膜とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水道水などの被処理水中のイオン成分を除去し、被処理水の脱塩を行う方法として、イオン交換樹脂を用いる方法や、逆浸透膜（ＲＯ膜）を用いる方法が知られている。これらの方法による脱塩は、産業分野では幅広く利用されているが、水を利用する家庭電化製品、例えば洗濯機や食器洗浄機などで使用する水の塩類除去（例えば、硬度成分除去）には普及していない。その理由としては、イオン交換樹脂を用いる方法では、定期的に樹脂を再生するために塩を供給する必要があるが、これが利用者にとって手間であること、逆浸透膜を用いる方法では、脱塩処理された水とともにイオン類が濃縮された濃縮水が排出されるため、節水が難しいこと、などが挙げられる。
【０００３】
そこで、イオン交換体の再生を自動的に行うことができ、かつ節水も可能な水処理方法として、バイポーラ膜に電圧を印加して被処理水中のイオン成分を除去する方法が提案されている。
【０００４】
バイポーラ膜とは、カチオン交換膜とアニオン交換膜とを張り合わせた構造を有するイオン交換膜である。一対の電極を設けてこの電極間の空間を仕切るようにバイポーラ膜を配置し、電極間の空間を水で満たした状態で、アニオン交換膜側の電極が陽極、カチオン交換膜側の電極が陰極となるように、水の理論分解電圧である０．８３Ｖ以上の電圧を電極間に印加すると、水を水素イオン（Ｈ+）と水酸化物イオン（ＯＨ-）とに解離させることができる。
【０００５】
この解離は、バイポーラ膜でのカチオン交換膜とアニオン交換膜との接合面で起こり、生成した水素イオンはカチオン交換膜を介して陰極側に移動し、水酸化物イオンはアニオン交換膜を介して陽極側に移動する。バイポーラ膜による水の解離を利用した酸やアルカリの製造方法に関する特許が多数出願されている。例えば、特許文献１には、電気再生式脱塩装置のイオン交換樹脂の再生に、バイポーラ膜で生成される水素イオン及び水酸化物イオンを使用する例が示されている。このように、バイポーラ膜は、一般的に、水を解離し酸とアルカリを生成するために使用されている。
【０００６】
水を解離させるときとは電圧の印加方向を逆にした場合、すなわち、アニオン交換膜側の電極が陰極、カチオン交換膜側の電極が陽極となるように電極間に電圧を印加すると、水中の陽イオン（カチオン）はカチオン交換膜方向に移動して水素イオンとのイオン交換を行ってカチオン交換膜に取り込まれ、水中の陰イオン（アニオン）はアニオン交換膜方向に移動して水酸化物イオンとイオン交換を行ってアニオン交換膜に取り込まれる（図２参照）。イオン交換反応によって生成した水素イオンと水酸化物イオンとは再結合して水となる。これにより、水中の塩類が除去されたので、脱塩処理が行われたことになる。
【０００７】
バイポーラ膜で水が解離して水素イオンと水酸化物イオンが生成した場合、カチオン交換膜に何らかの陽イオンが含まれていればその陽イオンは水素イオンとイオン交換して膜外に排出され、アニオン交換膜に何らかの陰イオンが含まれていればその陰イオンは水酸化物イオンとイオン交換して膜外に排出される（図３参照）。結局、電圧印加によってバイポーラ膜において水を解離させるプロセスは、バイポーラ膜の再生のプロセスであるとも言える。したがって、バイポーラ膜に印加する電圧の方向を変化させることで、バイポーラ膜による脱塩処理とバイポーラ膜の再生処理とを切り替えることができる。特許文献２，３には、バイポーラ膜に電圧を印加する電極の極性を切り替えることで脱塩と再生とを繰り返し行う水処理装置が提案されている。特許文献３では、洗濯機や食器洗浄機に組み込むことに適した水処理装置が開示されている。
【０００８】
イオン交換膜には、イオン交換反応に関与する官能基の違いに応じて、カチオン交換膜としては一般に強酸性カチオン交換膜と弱酸性カチオン交換膜があり、アニオン交換膜としては一般に強塩基性アニオン交換膜と弱塩基性アニオン交換膜がある。カチオン交換膜として強酸性のものを選ぶか弱酸性のものを選ぶか、アニオン交換膜として強塩基性のものを選ぶか弱塩基性のものを選ぶかに応じて、バイポーラ膜を構成するカチオン交換膜とアニオン交換膜の組み合わせが４通りあることになる。
【０００９】
特許文献２の実施例１には、スルホン化カチオン交換材からなる強酸性カチオン交換膜と第四級アンモニウムイオン交換樹脂からなる強塩基性アニオン交換膜とから構成されたバイポーラ膜を用いる脱塩装置が開示されているが、強酸性カチオン交換膜と強塩基性アニオン交換膜とを組み合わせたバイポーラ膜を用いた脱塩装置では、バイポーラ膜の特性が安定せず、運転を継続していると、脱塩に要する電圧や、水を水素イオンと水酸化物イオンに解離させるための電圧が高くなるという現象が発生する。同様に、弱酸性カチオン交換膜と弱塩基性アニオン交換膜からなるバイポーラ膜も、水を解離するための電圧が高くなるという現象が発生するため、実用的ではない。このような課題を解決するために、脱塩装置では、バイポーラ膜として、弱酸性カチオン交換膜と強塩基性アニオン交換膜とからなるもの、あるいは、強酸性カチオン交換膜と弱塩基性アニオン交換膜とからなるものが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−４３５４９号公報
【特許文献２】特表２００１−５０９０７４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２９７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
バイポーラ膜は再生を容易に行えるという利点を有するものの、バイポーラ膜を用いた従来の脱塩装置では、バイポーラ膜を構成するカチオン交換膜あるいはアニオン交換膜の交換容量に対して十分な脱塩能力が発揮されない、という問題点があることが分かった。特に、弱酸性カチオン交換膜と強塩基性アニオン交換膜との組み合わせによるバイポーラ膜でその傾向が顕著であることが分かった。
【００１２】
例えば、硬度成分の除去を目的としてカルシウムイオン（Ｃａ2+）やマグネシウムイオン（Ｍｇ2+）を除去しようとする場合、通常のイオン交換樹脂を用いて脱塩を行おうとしたときと比べ、バイポーラ膜を構成するカチオン交換膜の交換容量に対して十分な脱塩能力が発揮されない、という問題点がある。一例として、同じ交換容量を有するイオン交換樹脂とバイポーラ膜とをそれぞれ利用して同一の原水を同一の硬度まで処理する場合、バイポーラ膜を使用したときには、イオン交換樹脂を使用したときに処理可能な原水の量の５分の１程度の原水しか処理できないことが明らかになった。つまり、バイポーラ膜を用いて再生を行うことなくイオン交換樹脂の場合と同等の脱塩処理を行うためには、イオン交換樹脂の使用量と比べて大量のバイポーラ膜を使用しなければならない。したがって、バイポーラ膜を用いて多量の水に対して連続して脱塩処理を行う場合には、装置が大型になるという課題が生じる。
【００１３】
さらに、脱塩処理に用いたバイポーラ膜を再生する場合に、十分にバイポーラ膜を再生しようとすると、再生処理で用いた水（再生水）のｐＨが中性から酸性側またはアルカリ性側にシフトし、再生水の中和処理を行う必要が生じるという課題もある
本発明の目的は、バイポーラ膜を用いる脱塩方法及び脱塩装置であって、バイポーラ膜の交換容量を十分に活用でき、再生処理からの再生水を中性領域で排出でき、装置サイズを小型にすることができる脱塩方法及び脱塩装置と、このような脱塩装置で用いられるバイポーラ膜とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行った結果、弱酸性カチオン交換膜と強塩基性アニオン交換膜との組み合わせによるバイポーラ膜において、弱酸性カチオン交換膜のイオン交換容量が強塩基性アニオン交換膜のイオン交換容量よりも大きい場合に、脱塩可能なイオン交換能はイオン交換容量の低い方の強塩基性アニオン交換膜に依存することが分かった。同様に、本発明者らは、強酸性カチオン交換膜と弱塩基性アニオン交換膜の組み合わせによるバイポーラ膜において、弱塩基性アニオン交換膜のイオン交換容量が強酸性カチオン交換膜のイオン交換容量よりも大きい場合、脱塩可能なイオン交換能はイオン交換容量の低い方の強酸性カチオン交換膜に依存することを見出した。これは、バイポーラ膜を構成するカチオン交換膜とアニオン交換膜のイオン交換容量が異なると、脱塩を続けていくうちにイオン交換容量の小さい方の膜の処理能力が低下して、イオン交換容量の大きい方の膜のみが処理を行うことになり、被処理液のｐＨが変動するためであると考えられる。具体的には、バイポーラ膜においてイオン交換容量の大きい方の膜が弱酸性カチオン交換膜である場合には、被処理液のｐＨが酸性側にシフトし、その結果、まだ十分なイオン交換容量があるにもかからわず弱酸性カチオン交換膜の交換基であるカルボキシル基が解離せずイオン交換能が低下し、処理効率が低下する。同様に、バイポーラ膜においてイオン交換容量の大きい方の膜が弱塩基性アニオン交換膜である場合には、被処理液のｐＨがアルカリ性側にシフトし、その結果、弱塩基性アニオン交換膜の交換基である第一アミン、第二アミン及び第三アミンが解離せずイオン交換能が低下し、処理効率が低下する。
【００１５】
また、バイポーラ膜を構成するカチオン交換膜とアニオン交換膜のイオン交換容量に差がある場合、バイポーラ膜の再生を行うといずれか一方の交換膜の再生が先に完了し、それ以降は、再生が完了した方の交換膜から水素イオンまたは水酸化物イオンが再生水に放出されることとなって、再生水のｐＨがシフトすることも分かった。
【００１６】
そこで本発明の脱塩方法は、被処理水に対する脱塩処理を行う脱塩方法において、一対の電極と一対の電極間に配置されたバイポーラ膜とを備えるバイポーラ膜脱塩モジュールに、バイポーラ膜におけるカチオン交換膜に面する電極が陽極、アニオン交換膜に面する電極が陰極となるように一対の電極間に電圧を印加しながら、被処理水を通水する段階を有し、バイポーラ膜を構成するカチオン交換膜のイオン交換容量とアニオン交換膜のイオン交換容量とに関し、相対的に小さい方のイオン交換容量が相対的に大きい方のイオン交換容量の９０％以上であり、バイポーラ膜は、弱酸性カチオン交換膜及び強塩基性アニオン交換膜から、あるいは強酸性カチオン交換膜及び弱塩基性アニオン交換膜から構成されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の脱塩装置は、被処理水に対する脱塩処理を行う脱塩装置において、一対の電極と、一対の電極間に配置されたバイポーラ膜と、を有し、バイポーラ膜を構成するカチオン交換膜のイオン交換容量とアニオン交換膜のイオン交換容量とに関し、相対的に小さい方のイオン交換容量が相対的に大きい方のイオン交換容量の９０％以上であり、バイポーラ膜は、弱酸性カチオン交換膜及び強塩基性アニオン交換膜から、あるいは強酸性カチオン交換膜及び弱塩基性アニオン交換膜から構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明のバイポーラ膜は、カチオン交換膜とアニオン交換膜とを接合させた構造を有するバイポーラ膜であって、カチオン交換膜のイオン交換容量とアニオン交換膜のイオン交換容量とに関し、相対的に小さい方のイオン交換容量が相対的に大きい方のイオン交換容量の９０％以上であり、弱酸性カチオン交換膜及び強塩基性アニオン交換膜から、あるいは強酸性カチオン交換膜及び弱塩基性アニオン交換膜から構成されている。
【００１９】
一般に、弱酸性カチオン交換膜や弱塩基性アニオン交換膜は、強酸性カチオン交換膜や強塩基性アニオン交換膜に比べ、単位体積当たりあるいは単位質量当たりのイオン交換容量が大きいため、同じ厚さのカチオン交換膜とアニオン交換膜とを張り合わせてバイポーラ膜を形成したとすると、カチオン交換容量（陽イオンに対するイオン交換容量）とアニオン交換容量（陰イオンに対するイオン交換容量）との間で不均衡が生ずることになる。本発明者らが市販の３種類のバイポーラ膜について、乾燥質量当たりのカチオン交換容量とアニオン交換容量を測定した結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
Ｃ社のバイポーラ膜は、本発明者らの分析の結果、弱酸性カチオン交換膜と強塩基性アニオン交換膜とからなるものであることが分かっている。Ａ社及びＢ社のバイポーラ膜についても同様の構成のものであると考えられる。このように、バイポーラ膜として市販されているものは、通常、カチオン交換容量とアニオン交換容量との間に大きな差があるものと考えられる。
【００２２】
本発明では、バイポーラ膜におけるカチオン交換膜とアニオン交換膜との間のイオン交換容量の差が１０％以内であるようにして、カチオン交換容量とアニオン交換容量とが実質的に同じになるようにしている。その結果、脱塩処理や再生処理が、陽イオンと陰イオンとの間で差がなく進行するようになり、脱塩処理においては、バイポーラ膜のイオン交換容量を十分に活用できるようになって装置サイズの小型化が可能となり、再生処理においては、再生処理から排出される再生水のｐＨがシフトせずに中性領域に維持され、再生水に対する中和処理が不要となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、バイポーラ膜を用いた脱塩処理において、バイポーラ膜の再生を行うことなく脱塩処理を行うことができる被処理水の量を多くすることができ、その分、例えば、家庭電化製品等への搭載が可能な程度にまで小型化された脱塩装置とすることができる、という効果が得られる。さらに、再生水を中性で排出することが可能になる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の一形態の脱塩装置の構成を示す図である。
【図２】バイポーラ膜による脱塩の原理を示す図である。
【図３】バイポーラ膜の再生の原理を示す図である。
【図４】実施例１での脱塩時間と硬度との関係を示すグラフである。
【図５】比較例１での脱塩時間と硬度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明の実施の一形態の脱塩装置を示している。この脱塩装置は、バイポーラ膜１１と一対の電極１２，１３とを備えるバイポーラ膜脱塩モジュール１０と、電極１２，１３に印加する直流電圧を発生する直流電源２１と、直流電源２１と電極１２，１３との間に設けられて電極１２，１３の極性を切り替える切替スイッチ２２と、を備えている。
【００２６】
〈バイポーラ膜〉
まず、バイポーラ膜１１について説明する。バイポーラ膜１１は、カチオン交換膜１４とアニオン交換膜１５と接合させた構造を有するものである。バイポーラ膜１１におけるカチオン交換膜１４とアニオン交換膜１５との組み合わせは、弱酸性カチオン交換膜と強塩基性アニオン交換膜との組み合わせ、あるいは、強酸性カチオン交換膜と弱塩基性アニオン交換膜との組み合わせである。本実施例において、バイポーラ膜１１では、カチオン交換膜のイオン交換容量（すなわちカチオン交換容量）とアニオン交換膜のイオン交換容量（すなわちアニオン交換容量）とがほぼ均衡しており、カチオン交換容量及びアニオン交換容量のうち、相対的に小さい方の交換容量が相対的に大きい方の交換容量の９０％以上となっている。カチオン交換容量とアニオン交換容量とがほぼ等しくなるようにするためには、例えば、バイポーラ膜１１を構成するカチオン交換膜１４の厚さとアニオン交換膜１５の厚さとの比を調整する。
【００２７】
バイポーラ膜１１の製法として、例えば、カチオン交換膜１４とアニオン交換膜１５とをポリエチレンイミン−エピクロルヒドリンの混合物で貼り合わせて硬化接着する方法、カチオン交換膜１４とアニオン交換膜１５とをイオン交換性接着剤で接着させる方法、カチオン交換膜１４あるいはアニオン交換膜１５に微粉のイオン交換樹脂（アニオン交換樹脂またはカチオン交換樹脂と熱可塑性物質とのペースト状混合物）を塗布して両者を圧着させる方法、カチオン交換膜１４の表面にビニルピリジンとエポキシ化合物からなる糊状物質を塗布しこれに放射線照射することによって製造する方法、アニオン交換膜１５の表面にスルホン酸型高分子電解質とアリルアミン類を付着させた後、電離性放射線を照射架橋させる方法などがある。カチオン交換容量とアニオン交換容量とが同程度になるようにすることができるのであれば、バイポーラ膜１１の製法は限定されることはない。
【００２８】
〈バイポーラ膜脱塩モジュール〉
バイポーラ膜脱塩モジュール１０を説明する。バイポーラ膜脱塩モジュール１０では、容器内に１対の電極１２，１３が離隔して配置してその間の空間が被処理水で満たされるようになっている。そして、電極１２，１３間の空間を仕切るように、電極１２，１３から離れてバイポーラ膜１１が配置している。電極１２，１３としては、陰極及び陽極として機能を発揮するものであればよく、例えば、白金、パラジウム、イリジウム等の貴金属、あるいはこれらの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。図１に示したものでは、平板状の電極１２，１３を使用し、電極１２，１３間に、複数枚のバイポーラ膜１１が、相互に平行かつ電極１２，１３にも平行となるように配置されている。このとき、いずれのバイポーラ膜１１も、カチオン交換膜１４側の面が電極１２に向き、アニオン交換膜１５側の面がもう１つの電極１３に向くように、電極１１，１２の間に配置されている。
【００２９】
ここで、バイポーラ膜１１による脱塩処理の原理について、図２を用いて説明する。ここでは、カチオン交換膜１４及びアニオン交換膜１５がいずれも再生形であるものとする。バイポーラ膜１１のカチオン交換膜１４が面する方の電極１２を陽極とし、もう一方の電極１３を陰極として電圧を印加すると、原水中に含まれるナトリウムイオン（Ｎａ+）などの陽イオンは、バイポーラ膜１１のカチオン交換膜１４側に移動し、そこでカチオン交換膜１４に含まれる水素イオン（Ｈ+）とイオン交換してカチオン交換膜１４に捕捉される。イオン交換によって遊離した水素イオンは、電極１２，１３間の電界によりカチオン交換膜１４からアニオン交換膜１５を通過して水中に放出される。同様に、原水中に含まれる塩化物イオン（Ｃｌ-）などの陰イオンは、バイポーラ膜１１のアニオン交換膜１５側に移動し、そこでアニオン交換膜１５に含まれる水酸化物イオン（ＯＨ-）とイオン交換してアニオン交換膜１５に捕捉される。イオン交換によって遊離した水酸化物イオンは、電界によりアニオン交換膜１５からカチオン交換膜１４を水中に放出され、アニオン交換膜１５から放出された水素イオンと結合して水となる。
【００３０】
次に、脱塩処理に用いられたバイポーラ膜１１を再生する処理の原理について、図３を用いて説明する。電極１２，１３に印加される電圧の極性を脱塩処理のときのものから逆転させ、カチオン交換膜１４側の電極１２が陰極、アニオン交換膜１５側の電極１３が陽極となるように、電極１２，１３間に電圧を印加する。するとバイポーラ膜１１でのカチオン交換膜１４とアニオン交換膜１５との接合面において、膜中の水が水素イオンと水酸化物イオンとに解離する。このうち、水素イオンはカチオン交換膜１４に移行してカチオン交換膜１４に捕捉されている陽イオン（例えばナトリウムイオン）とイオン交換し、これによってカチオン交換膜１４が再生される。同様に、水酸化物イオンはアニオン交換膜１５に移行してアニオン交換膜１５に捕捉されている陰イオン（例えば塩化物イオン）とイオン交換し、アニオン交換膜１５が再生される。
【００３１】
このようにバイポーラ膜脱塩モジュール１０では、電極１２，１３に印加する電圧の極性を変えることで、バイポーラ膜１１による脱塩と再生を繰り返し行うことができる。バイポーラ膜脱塩モジュール１０において、バイポーラ膜１１は、複数枚平膜状に重ねたものであっても、ロール状に巻いたものでもよいが、原水がバイポーラ膜１１の表面のどの部分にも均一に流れる構造であることが必要であり、バイポーラ膜１１を複数枚設ける場合には、どのバイポーラ膜１１の表面にも原水が均一に流れる必要がある。電極１２，１３の形状としては、平板、エクスパンド、パンチング、丸棒、ワイヤーなどが考えられるが、バイポーラ膜１１の形状に合わせてバイポーラ膜１１に均一に電位をかけられるような形状である必要がある。
【００３２】
〈運転方法〉
次に、本実施形態の脱塩装置による処理を説明する。
【００３３】
まず、原水からの脱塩処理について、脱塩処理を行う時は、切替スイッチ２２を操作し、電極１２が陽極、電極１３が陰極となるように、直流電源２１からの電圧を電極１２，１３に印加する。塩類（ここでは塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）とする）を含んだ原水をバイポーラ膜脱塩モジュール１０に供給することにより、図２を用いて説明した原理に基づいて脱塩処理を受け、塩類を含まない水（脱塩水）が生成し、脱塩水は外部に供給される。本実施形態では、バイポーラ膜１１においてカチオン交換容量とアニオン交換容量とが均衡しているので、カチオン交換膜１４とアニオン交換膜１５において脱塩処理が並列に進行することとなり、被処理水のｐＨのシフトは起こらなくなる。その結果、バイポーラ膜１１のイオン交換容量を十分に活用できるようになる。
【００３４】
次に、上述したように脱塩処理を行った後の再生処理について説明する。再生処理を行う時は、切替スイッチ２２を操作し、電極１２が陰極、電極１３が陽極となるように、直流電源２１からの電圧を電極１２，１３に印加する。原水をバイポーラ膜脱塩モジュール１０に導入するが、このときバイポーラ膜脱塩モジュール１０に導入される水に塩類が含まれていると、それがバイポーラ膜１１でイオン交換されることにより再生処理に時間がかかるようになるため、純水をバイポーラ膜脱塩モジュール１０に導入することが好ましく、そのために、別経路からバイポーラ膜脱塩モジュール１０に純水を導入するようにしてもよい。バイポーラ膜脱塩モジュール１０では、図３を用いて説明した原理に基づいて再生処理が行われ、バイポーラ膜１１のカチオン交換膜１４とアニオン交換膜１５は再生される。カチオン交換容量とアニオン交換容量とが均衡しているので、カチオン交換膜１４とアニオン交換膜１５において再生処理が並列に進行することとなり、水素イオンまたは水酸化物イオンの一方が過剰に再生水中に放出されるようなことがなくなって、再生水のｐＨのシフトも起こらなくなる。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。ただし本発明は、下記の実施例により限定されるものではない。
【００３６】
［実施例１］
図１に示した脱塩装置を組み立て、脱塩処理を行わせた。バイポーラ膜１１は、６０質量％の弱酸性カチオン交換樹脂（ＩＲＣ７６、オルガノ社製）を粉末状にしたものと４０質量％のポリエチレンとのブレンドから作製されたカチオン交換層、及び、７０質量％の強塩基アニオン交換樹脂（ＩＲＡ９００Ｊ、オルガノ社製）と３０質量％のポリエチレンとのブレンドから作製したアニオン交換層より製造した。いずれのイオン交換樹脂粉末も直径が１５０μｍ未満であり、２％未満の水を含む。カチオン交換層及びアニオン交換層のいずれも、イオン交換樹脂を熱分解させないように注意しながら当該イオン交換樹脂とポリエチレンとをバンベリーミキサで混合し、その後、２５．４ｃｍ幅の押出ダイを用いてシート押出しを行うことにより、膜シートとして形成した。陽イオン交換層を最初に押し出して０．０２５ｃｍ厚のシートを形成し、この層の上に陰イオン交換層を押し出して、バイポーラ膜１１を製造した。押し出す陰イオン交換層を調整することで、乾燥状態のバイポーラ膜１１の１ｇ当たりのカチオン交換容量を１．２ｍｅｑとし、アニオン交換容量を１．１ｍｅｑとした。この場合、バイポーラ膜を構成するカチオン交換膜のイオン交換容量（１．２ｍｅｑ）とアニオン交換膜のイオン交換容量（１．１ｍｅｑ）とに関し、相対的に小さい方のイオン交換容量、すなわちアニオン交換膜のイオン交換容量（１．１ｍｅｑ）は、相対的に大きい方のイオン交換容量、すなわちカチオン交換膜のイオン交換容量（１．２ｍｅｑ）の９１．７％となる（１．１ｍｅｑ／１．２ｍｅｑ×１００≒９１．７％）。
【００３７】
バイポーラ膜１１は、１５×４０ｃｍの大きさにカットしたものを１０枚重ねてロール状に巻いた。電極１２，１３には、ワイヤー状の白金被覆チタン電極を使用し、ロール状に巻いたバイポーラ膜１１の中心と外側に、電極１２，１３をそれぞれ配置した。
【００３８】
原水には、硬度を２５０ｍｇ−ＣａＣＯ3／Ｌ含んだ水を使用し、この原水をイオン交換樹脂モジュール２０側から１Ｌ／ｍｉｎで通水した。脱塩処理に電極１２，１３に印加する電圧は３００Ｖとした。バイポーラ膜脱塩モジュール１０の出口から得られる脱塩水での目標の水質を硬度５０ｍｇ−ＣａＣＯ3／Ｌ以下とした。脱塩水の硬度を測定した結果を図４に示す。図４に示すように、２０分間にわたって目標の水質を達成できた。
【００３９】
次に脱塩処理に用いたバイポーラ膜１１の再生処理を行った。再生処理は、純水を０．５Ｌ／ｍｉｎで通水しながら、脱塩処理時とは逆極性で電極１２，１３に電圧３００Ｖを１０分間かけた。再生処理から排出された水をタンクに貯留し、ｐＨを測定した結果、８．３であった。
【００４０】
［比較例１］
実施例１と同様の方法で、バイポーラ膜１１の１ｇ当たりのカチオン交換容量が２．０ｍｅｑ、アニオン交換容量が０．７ｍｅｑであるバイポーラ膜１１を製造した。この場合、バイポーラ膜を構成するカチオン交換膜のイオン交換容量（２．０ｍｅｑ）とアニオン交換膜のイオン交換容量（０．７ｍｅｑ）とに関し、相対的に小さい方のイオン交換容量、すなわちアニオン交換膜のイオン交換容量（０．７ｍｅｑ）は、相対的に大きい方のイオン交換容量、すなわちカチオン交換膜のイオン交換容量（２．０ｍｅｑ）の３５％となる（０．７ｍｅｑ／２．０ｍｅｑ×１００＝３５％）。製作したバイポーラ膜１１を１５×４０ｃｍにカットしたものを１０枚重ねてロール状に巻いた。電極１２，１３には、ワイヤー状の白金被覆チタン電極を使用し、ロール状に巻いたバイポーラ膜１１の中心と外側に電極１２，１３をそれぞれ配置した。実施例１におけるものと同じ条件で脱塩処理を行った。このときのバイポーラ膜脱塩モジュール１０の出口からの脱塩水の硬度を測定した。結果を図５に示す。図５に示すように、図のように約１０分で目標の水質を超える硬度がリークしており、十分な硬度除去ができなかった。
【００４１】
次に、脱塩処理に用いたバイポーラ膜１１の再生処理を実施例１と同じ条件で行った。再生処理から排出された水をタンクに貯留し、ｐＨを測定した結果、１１．２であった。
【符号の説明】
【００４２】
１０    バイポーラ膜脱塩モジュール
１１    バイポーラ膜
１２，１３    電極
１４    カチオン交換膜
１５    アニオン交換膜
２１    直流電源
２２    切替スイッチ
【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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