(57)【要約】【課題】被処理水の処理量を確保しつつ、スケール発生を防止でき、原水水質の変動に影響されずに高い水質の脱イオン水を得る（原水耐性）ことができる電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法。【解決手段】第一小脱塩室と第二小脱塩室が形成された脱塩室２セル型の電気式脱イオン水製造装置に、第一小脱塩室４０を流通した被処理水を分配し分配した被処理水を第二小脱塩室６０、１２０に流通させる第一の通水手段を設け、第二小脱塩室６０、１２０を流通した被処理水を他の第一小脱塩室６０に流通させる第二の通水手段を設ける。【選択図】図１
2011000575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極側のカチオン交換膜と陽極側のアニオン交換膜とで区画され、被処理水を流通する複数の脱塩室が設けられ、
前記カチオン交換膜又は前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に、濃縮水を流通する濃縮室が設けられ、
前記脱塩室には、前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜との間に配置された中間イオン交換膜によって、その厚さ方向に区画された第一小脱塩室と第二小脱塩室が形成され、
任意の前記第一小脱塩室を流通した被処理水を分配し、分配した被処理水を任意の複数の前記第二小脱塩室に流通させる第一の通水手段が設けられ、
前記の任意の第二小脱塩室を流通した被処理水を他の前記第一小脱塩室に流通させる第二の通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】
前記第二の通水手段は、複数の前記第二小脱塩室を流通した被処理水を合流させ、合流した被処理水を前記の他の第一小脱塩室に流通させ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】
濃縮水を前記の任意の第一小脱塩室とアニオン交換膜又はカチオン交換膜を介して隣接する濃縮室に流通させ、次いで前記の他の第一小脱塩室とアニオン交換膜又はカチオン交換膜を介して隣接する濃縮室に流通させる手段が設けられていることを特徴とする、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】
前記の任意の第一小脱塩室の体積Ｖ１と、前記の他の第一小脱塩室の体積Ｖ２との体積比は、Ｖ１：Ｖ２＝２：８〜８：２であることを特徴とする、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。
【請求項５】
前記の任意の第一小脱塩室に隣接する濃縮室の体積ｖ１と、前記の他の第一小脱塩室に隣接する濃縮室の体積ｖ２との体積比は、ｖ１：ｖ２＝２：８〜８：２であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記第一小脱塩室は、前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にアニオン交換体が単床形態で充填されて形成され、前記第二小脱塩室は、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にカチオン交換体が単床形態で充填されて形成されていることを特徴とする請求項１〜５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７】
前記中間イオン交換膜は、カチオン交換膜、アニオン交換膜、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の両方を配置した複式膜又はバイポーラ膜であることを特徴とする、請求項１〜６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８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置を用いた脱イオン水の製造方法であって、任意の前記第一小脱塩室に流通させた被処理水を分配し、分配した被処理水を任意の複数の前記第二小脱塩室に流通させ、さらに他の前記第一小脱塩室に流通させることを特徴とする、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、半導体製造分野、医薬品製造分野、原子力や火力等の発電分野、食品工業等の各種の産業又は研究施設で使用される、電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脱イオン水を製造する方法として、イオン交換樹脂に被処理水を通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イオンで飽和されたときに、薬剤によって再生処理を行う必要がある。近年、このような処理操作上の不利な点を解消するため、薬剤によるイオン交換体再生の必要がない、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。このＥＤＩは、電気泳動と電気透析を組み合わせた脱イオン水（純水）製造装置である。一般的なＥＤＩは、陽極側に配置されたアニオン交換膜と陰極側に配置されたカチオン交換膜との間にイオン交換体が充填された脱塩室が設けられ、該脱塩室の両側に濃縮室が設けられたものである。このようなＥＤＩでは、陰極と陽極との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ことにより、被処理水中のイオン成分がイオン交換体で吸着される。そして、吸着されたイオン成分を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し、脱イオン水を製造する。
従来の典型的なＥＤＩは、濃縮室を介して複数の脱塩室を積層し、その両端に陰極と陽極を配した構造である。
【０００３】
これまでにも、ＥＤＩで得られる脱イオン水の水質向上や、省電力での不純物イオンの除去を目的として、種々の試みがなされてきた。脱塩室では、使用されるイオン交換体の充填方法や充填量が、要求される脱イオン水の水質によって決定されるため、脱塩室の電気抵抗を低減させるには限界があった。そこで、濃縮室の電気抵抗を低減させるための対策が採られることが多い。例えば、特許文献１では、濃縮室に電解質を添加供給して、濃縮室における電気抵抗を低減する方法が開示されている。
一方、特許文献２には、脱塩室がアニオン交換膜とカチオン交換膜との間に配置された中間イオン交換膜で区画され、２つの小脱塩室が形成された脱塩室２セル構造のＥＤＩが開示されている。該ＥＤＩにおける脱イオン水の製造は、電圧を印加しながら一方の小脱塩室（第一小脱塩室）に被処理水を流入させ、次いで、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室（第二小脱塩室）に流入させる（直列通水）と共に、濃縮室に濃縮水を流入させ被処理水中の不純物イオンを除去して、脱イオン水を得る。このような構造のＥＤＩによれば、２つの小脱塩室のうち、少なくとも１つの小脱塩室に充填されるイオン交換体を例えばアニオン交換体のみ、又はカチオン交換体のみ等の単床形態、もしくはアニオン交換体とカチオン交換体の混床形態とすることができ、イオン交換体の種類毎に電気抵抗を低減し、かつ高い脱イオン性能を得るための最適な厚さに設定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４３７４号公報
【特許文献２】特許第３３８５５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これまでの技術では、脱塩室内又は濃縮室内における電気抵抗を低減できるものの、イオン成分の除去やスケール発生防止が不十分であった。加えて、被処理水の原水水質の変動によって、得られる脱イオン水の水質が安定しないという問題があった。従来の脱塩室２セル構造のＥＤＩで高い水質の脱イオン水を得るために、上記の直列通水を繰返すと、脱塩室内の差圧が高くなり、被処理水の処理量の著しい低下を招き、実用的でない。
本発明は、被処理水の処理量を確保しつつ、スケール発生を防止でき、原水水質の変動に影響されずに高い水質の脱イオン水を得る（原水耐性）ことができるＥＤＩ及び脱イオン水の製造方法を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、従来のＥＤＩにおけるイオン除去能力の低下、ならびにスケールの生成について鋭意検討した結果、次のような知見を得た。
従来の脱塩室２セル構造では、イオン交換体や中間イオン交換膜の配置によっては、第一小脱塩室と第二小脱塩室との間を、中間イオン交換膜を介して、シリカや炭酸、ナトリウム等のイオンが循環してしまい、濃縮室まで排出されにくいという問題があった。例えば、シリカが循環した場合には、被処理水から持ち込まれるシリカの量と、隣の脱塩室から持ち込まれるシリカの量が合算され、実際には被処理水から持ち込まれるシリカよりも、多くのシリカ量を処理することとなる。その結果、シリカを除去しきれずに、脱イオン水に漏洩したり、電気抵抗を極端に上昇させるといった問題に繋がっている。
【０００７】
また、陰極側を第一小脱塩室とし、陽極側を第二小脱塩室とし、第一小脱塩室にカチオン交換体、第二小脱塩室にアニオン交換体を充填したような構造の場合、第一小脱塩室においてカチオン成分が除去されるに従い、被処理水のｐＨが酸性側に傾き、Ｈ＋濃度が高くなる。このため、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等、除去対象のカチオン成分への電流効率が低下し、カチオン成分を一定濃度以下には低減できなくなる。そして、第二小脱塩室にはカチオン交換体が充填されていないため、そのまま脱イオン水にまで漏洩してしまうという問題があった。さらに、第二小脱塩室を構成するアニオン交換膜のカチオン成分除去能が１００％ではないため、一旦濃縮室に移動したカチオン成分は、極微量ではあるものの、アニオン交換膜を介して第二小脱塩室に逆移動してしまう。そして、第二小脱塩室にカチオン交換体が充填されていないために、結果として脱イオン水に、カチオン成分が漏洩するという現象がある。
【０００８】
また、陽極側を第一小脱塩室とし、陰極側を第二小脱塩室とし、第一小脱塩室にアニオン交換体、第二小脱塩室にカチオン交換体を充填したような構造の場合、第一小脱塩室においてアニオン成分が除去されるに従い、被処理水のｐＨがアルカリ側に傾き、ＯＨ−濃度が高くなる。このため、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、除去対象のアニオン成分への電流効率が低下し、アニオン成分を一定濃度以下には低減できなくなる。そして、第二小脱塩室にはアニオン交換体が充填されていないため、そのまま脱イオン水にまで漏洩してしまうという問題があった。さらに、第二小脱塩室を構成するカチオン交換膜のアニオン成分除去能が１００％ではないため、一旦濃縮室に移動したアニオン成分は、極微量ではあるものの、カチオン交換膜を介して、第二小脱塩室に逆移動してしまう。そして、第二小脱塩室にアニオン交換体が充填されていないために、結果として脱イオン水に、アニオン成分が漏洩するという現象がある。
【０００９】
また、脱塩室を中間イオン交換膜で分割していない１セル構造のＥＤＩにおいて、脱塩室に複数種のイオン交換体を積層して充填した場合、次のような問題があった。積層されたカチオン交換体の単床形態のイオン交換層、アニオン交換体の単床形態のイオン交換層、カチオン交換体とアニオン交換体の混床形態のイオン交換層では、それぞれ電気抵抗が大きく異なる。このため、より電気抵抗の低いイオン交換層にしか電気が流れず、電気抵抗の高いイオン交換層でのイオン除去率が極端に低下するという現象がある。
加えて、アニオン交換膜とカチオン交換体との接点で発生したＨ＋は、カチオン交換体の再生に寄与するが、ＯＨ−は濃縮室に移動してしまい、何の機能も果たさないという問題がある。この現象について、図４を用いて説明する。図４は、１セル構造のＥＤＩの脱イオンモジュール２２０の模式図である。図４の通り、脱イオンモジュール２２０は、陰極側のカチオン交換膜２２２と、陽極側のアニオン交換膜２３０との間に脱塩室２２４が形成され、脱塩室２２４の両側に濃縮室２３４が形成され、図示されない陰極室と陽極室との間に配置されている。脱塩室２２４には、アニオン交換体が充填された脱塩層２２４ａと、カチオン交換体が充填された脱塩層２２４ｂとが形成されている。被処理水を脱塩室２２４に通水すると、アニオン交換膜２３０と、脱塩層２２４ｂのカチオン交換体との界面では、脱塩室２２４側にＨ＋、濃縮室２３４側にＯＨ−が発生する。脱塩室２２４側に発生したＨ＋は、脱塩層２２４ｂのカチオン交換体の再生に寄与するが、濃縮室２３４側で発生したＯＨ−は、脱塩室２２４中のいずれのイオン交換体の再生にも寄与しない。同様に、カチオン交換膜２２２と脱塩層２２４ａに充填したアニオン交換体との界面で発生したＯＨ−は、脱塩層２２４ａのアニオン交換体の再生に寄与するが、濃縮室２３４側で発生したＨ＋は、脱塩室２２４中のいずれのイオン交換体の再生にも寄与しない。
本発明は、以上の知見を基になされたものである。
【００１０】
即ち、本発明のＥＤＩは、陰極側のカチオン交換膜と陽極側のアニオン交換膜とで区画され、被処理水を流通する複数の脱塩室が設けられ、前記カチオン交換膜又は前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に、濃縮水を流通する濃縮室が設けられ、前記脱塩室には、前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜との間に配置された中間イオン交換膜によって、その厚さ方向に区画された第一小脱塩室と第二小脱塩室が形成され、任意の前記第一小脱塩室を流通した被処理水を分配し、分配した被処理水を任意の複数の前記第二小脱塩室に流通させる第一の通水手段が設けられ、前記の任意の第二小脱塩室を流通した被処理水を他の前記第一小脱塩室に流通させる第二の通水手段が設けられていることを特徴とする。
前記第二の通水手段は、複数の前記第二小脱塩室を流通した被処理水を合流させ、合流した被処理水を前記の他の第一小脱塩室に流通させることが好ましく、濃縮水を前記の任意の第一小脱塩室とアニオン交換膜又はカチオン交換膜を介して隣接する濃縮室に流通させ、次いで前記の他の第一小脱塩室とアニオン交換膜又はカチオン交換膜を介して隣接する濃縮室に流通させる手段が設けられていることがより好ましい。前記の任意の第一小脱塩室の体積Ｖ１と、前記の他の第一小脱塩室の体積Ｖ２との体積比は、Ｖ１：Ｖ２＝２：８〜８：２であることが好ましく、前記の任意の第一小脱塩室に隣接する濃縮室の体積ｖ１と、前記の他の第一小脱塩室に隣接する濃縮室の体積ｖ２との体積比は、ｖ１：ｖ２＝２：８〜８：２であることが好ましく、前記第一小脱塩室は、前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にアニオン交換体が単床形態で充填されて形成され、前記第二小脱塩室は、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜との間にカチオン交換体が単床形態で充填されて形成されていることがより好ましく、前記中間イオン交換膜は、カチオン交換膜、アニオン交換膜、カチオン交換膜及びアニオン交換膜の両方を配置した複式膜又はバイポーラ膜であることが好ましい。
【００１１】
本発明の脱イオン水の製造方法は、前記の電気式脱イオン水製造装置を用いた脱イオン水の製造方法であって、任意の前記第一小脱塩室に流通させた被処理水を分配し、分配した被処理水を任意の複数の前記第二小脱塩室に流通させ、さらに他の前記第一小脱塩室に流通させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被処理水の処理量を確保しつつ、スケール発生を防止でき、原水水質の変動に影響されずに高い水質の脱イオン水を得る（原水耐性）ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態にかかる脱イオンモジュール群の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるＥＤＩの模式図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる脱イオンモジュールの模式図である。
【図４】従来の１セル構造のＥＤＩの脱イオンモジュールの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明のＥＤＩの一例を図１〜２を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態を説明する脱イオンモジュール群２の斜視図である。図２は、本発明の一実施形態を説明するＥＤＩ１を示す模式図である。なお、説明の便宜上、脱イオンモジュール群２の各構成部材は一定間隔を空けて図示しており、実際の脱イオンモジュール群２では各構成部材が密着している。
【００１５】
ＥＤＩ１は、脱イオンモジュール群２と、第一の濃縮室２０と、第三の濃縮室１４０とが、陽極室１２と陰極室１４２との間に設けられたものである。
脱イオンモジュール群２は、第一の脱イオンモジュール４と、第二の脱イオンモジュール６と、第一の脱イオンモジュール４と第二の脱イオンモジュール６との間に設けられた第二の濃縮室８０とで概略構成されている。脱イオンモジュール群２には、被処理水流入ライン４２と脱イオン水流出ライン１０２とが接続されている。
【００１６】
第一の脱イオンモジュール４は、陽極１０側から順に配置されたアニオン交換膜３０と枠体４１と中間イオン交換膜５０と枠体６１とカチオン交換膜７０とで、概略構成されている。第一の脱イオンモジュール４には、枠体４１の開口部にアニオン交換体が単床形態で充填され第一小脱塩室４０が形成され、枠体６１の開口部にカチオン交換体が単床形態で充填され第二小脱塩室６０が形成されている。第一小脱塩室４０と、中間イオン交換膜５０を介して隣接する第二小脱塩室６０とで、第一の脱塩室３９が形成されている。
【００１７】
第二の脱イオンモジュール６は、陽極１０側から順に配置されたアニオン交換膜９０と枠体１０１と中間イオン交換膜１１０と枠体１２１とカチオン交換膜１３０とで、概略構成されている。第二の脱イオンモジュール６には、枠体１０１の開口部にアニオン交換体が単床形態で充填され第一小脱塩室１００が形成され、枠体１２１の開口部にカチオン交換体が単床形態で充填され第二小脱塩室１２０が形成されている。第一小脱塩室１００と、中間イオン交換膜１１０を介して隣接する第二小脱塩室１２０とで、第二の脱塩室９９が形成されている。
【００１８】
アニオン交換膜３０には、通水孔３２、３３、３４が形成されている。通水孔３２には、被処理水流入ライン４２が接続されている。通水孔３３と３４には、配管３５が接続されている。枠体４１には、通水孔４４、４５、４６が形成されている。枠体４１には、通水孔４４と第一小脱塩室４０とを連通する通水路４７と、通水孔４５と第一小脱塩室４０とを連通する通水路４８が形成されている。中間イオン交換膜５０には、通水孔５１が形成されている。枠体６１には通水孔６２、６３が形成されている。枠体６１には、通水孔６２と第二小脱塩室６０とを連通する通水路６４と、通水孔６３と第二小脱塩室６０とを連通する通水路６５とが形成されている。カチオン交換膜７０には、通水孔７１、７２が形成されている（以上、第一の脱イオンモジュール４）。枠体８１には通水孔８４、８５が形成されている。
【００１９】
アニオン交換膜９０には、通水孔９１、９２が形成されている。枠体１０１には、通水孔１０３、１０４、１０５、１０６が形成されている。枠体１０１には、通水孔１０４と第一小脱塩室１００とを連通する通水路１０７と、通水孔１０５と第一小脱塩室１００とを連通する通水路１０８とが形成されている。中間イオン交換膜１１０には、通水孔１１１、１１２、１１３、１１４が形成されている。枠体１２１には、通水孔１２３、１２４、１２５、１２６が形成されている。枠体１２１には、通水孔１２３と第二小脱塩室１２０とを連通する通水路１２７と、通水孔１２６と第二小脱塩室１２０とを連通する通水路１２８とが形成されている。カチオン交換膜１３０には、通水孔１３２、１３３、１３４が形成されている。通水孔１３２と１３３とには、配管１３５が接続されている。通水孔１３４には、脱イオン水流出ライン１０２が接続されている（以上、第二の脱イオンモジュール６）。
【００２０】
「第一の通水手段」は、通水孔３３、３４、４５、４６、５１、６２、７１、８４、９１、１０３、１１１、１２３、通水路４８、６４、１２７、配管３５で構成されている。「第二の通水手段」は、通水孔６３、７２、８５、９２、１０４、１０６、１１２、１１４、１２４、１２６、１３２、１３３、通水路６５、１０７、１２８、配管１３５で構成されている。
【００２１】
陽極１０と陰極１５０とは、図示されない電源と接続されている。
陽極室１２は、陽極１０と枠体１１と仕切膜１４とが順に配置され、枠体１１の開口部にイオン交換体が充填され形成されたものである。陽極室１２には、電極水流入ライン１６と電極水流出ライン１８とが接続されている。
陰極室１５２は、陽極１０側から仕切膜１５４と枠体１５１と陰極１５０とが順に配置され、枠体１５１の開口部にイオン交換体が充填され形成されたものである。陰極室１５２には、電極水流入ライン１５６と電極水流出ライン１５８とが接続されている。
【００２２】
第一の濃縮室２０は、仕切膜１４とアニオン交換膜３０との間に枠体２１が配置され、枠体２１の開口部にアニオン交換体が単床形態で充填され形成されたものである。第一の濃縮室２０には、濃縮水流入ライン２２と濃縮水流出ライン２３とが接続されている。
第二の濃縮室８０は、カチオン交換膜７０とアニオン交換膜９０との間、即ち、第一の脱イオンモジュール４と第二の脱イオンモジュール６との間に枠体８１が配置され、枠体８１の開口部にアニオン交換体が単床形態で充填され形成されたものである。第二の濃縮室８０には、濃縮水流入ライン８２と濃縮水流出ライン８３とが接続されている。
第三の濃縮室１４０は、仕切膜１５４とカチオン交換膜１３０との間に枠体１４１が配置され、枠体１４１の開口部にアニオン交換体が単床形態で充填され形成されたものである。第三の濃縮室１４０には、濃縮水流入ライン１４２と濃縮水流出ライン１４３とが接続されている。
濃縮水流出ライン２３と濃縮水流入ライン８２とは、図示されない配管により接続されている。
【００２３】
「濃縮水を前記の任意の第一小脱塩室とアニオン交換膜又はカチオン交換膜を介して隣接する濃縮室に流通させ、次いで前記の他の第一小脱塩室とアニオン交換膜又はカチオン交換膜を介して隣接する濃縮室に流通させる手段」は、濃縮水流出ライン２３と濃縮水流入ライン８２と、これらを接続する図示されない配管とで構成されている。
【００２４】
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アニオン交換膜３０、カチオン交換膜７０、アニオン交換膜９０、カチオン交換膜１３０はいずれも特に限定されず、ＥＤＩの製造の簡便さや、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。
【００２５】
本実施形態における中間イオン交換膜５０は、アニオン交換膜である。中間イオン交換膜は、特に限定されず、アニオン交換膜３０と同様のものを用いることができる。中間イオン交換膜１１０は、中間イオン交換膜５０と同様である。
【００２６】
第一小脱塩室４０に充填するアニ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、中でも最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。アニオン交換樹脂の種類は特に限定されず、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂等が挙げられる。例えば、市販品としてアンバーライト（商品名、ローム・アンド・ハース社製）等が挙げられる。
第一小脱塩室１００に充填するアニオン交換体は、第一小脱塩室４０に充填するアニオン交換体と同様である。
【００２７】
第二小脱塩室６０に充填するカチ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、中でも最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。カチオン交換樹脂の種類は特に限定されず、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂等が挙げられる。例えば、市販品としてアンバーライト（商品名、ローム・アンド・ハース社製）等が挙げられる。
第二小脱塩室１２０に充填するカチオン交換体は、第二小脱塩室６０に充填するカチオン交換体と同様である。
【００２８】
枠体４１は、絶縁性を有し、被処理水が漏洩しない材質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４１の厚さは特に限定されることなく、所望する第一小脱塩室４０の厚さに応じて設定することができる。例えば、第一小脱塩室４０の厚さは、４〜１６ｍｍが好ましく、６〜１２ｍｍがより好ましい。４ｍｍ未満であると被処理水の滞留時間が十分に確保できず脱イオン水の水質が低下するおそれがある。１６ｍｍを超えると、第一の脱イオンモジュール４の成形が困難になる傾向となる。
【００２９】
枠体６１、１０１、１２１の材質は、枠体４１と同様である。枠体６１、１０１、１２１の厚さは、枠体４１の厚さと同様である。
【００３０】
第一小脱塩室４０の厚さと第二小脱塩室６０の厚さは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第一小脱塩室１００の厚さと第二小脱塩室１２０の厚さとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
また、第一小脱塩室４０の厚さと第一小脱塩室１００の厚さとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第一小脱塩室４０の厚さと第一小脱塩室１００の厚さとは、各小脱塩室に求める体積に応じて決定できる。例えば、各小脱塩室の厚さは、前段の小脱塩室である第一小脱塩室４０の体積Ｖ１と、後段の小脱塩室である第一小脱塩室１００の体積Ｖ２との体積比が、好ましくはＶ１：Ｖ２＝２：８〜８：２となるように設定される。上記範囲内であれば、第一小脱塩室１００における被処理水の通水差圧を抑制できると共に、被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２等）を良好に除去できるためである。
【００３１】
陽極１０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。
陰極１５０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。
【００３２】
枠体１１の材質は、枠体４１と同様である。枠体１１の厚さは、陽極室１２に求める厚さに応じて決定できる。陽極室１２の厚さは、例えば、０．３〜１０ｍｍとされる。
陽極室１２に充填されるイオン交換体は、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、最も汎用的なイオン交換樹脂が好適に用いられる。イオン交換体の充填形態は、被処理水の水質等を勘案して決定でき、例えば、アニオン交換体の単床形態、カチオン交換体の単床形態もしくはアニオン交換体とカチオン交換体との混床形態又は複床形態が挙げられる。
【００３３】
枠体１５１の材質は、枠体４１と同様である。枠体１５１の厚さは、陰極室１５２に求める厚さに応じて決定できる。陰極室１５２の厚さは、陽極室１２の厚さと同様である。陰極室１５２に充填するイオン交換体は、陽極室１２に充填するイオン交換体と同様である。
【００３４】
仕切膜１４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、ＥＤＩ１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。仕切膜１５４は、仕切膜１４と同様である。
【００３５】
第一の濃縮室２０に充填されるアニオン交換体は、第一小脱塩室４０に充填されるアニオン交換体と同様である。アニオン交換体の単床形態とすることで、アニオン交換膜３０に接するアニオン交換体層が形成され、第一小脱塩室４０から第一の濃縮室２０へのアニオン成分の移動が促進されるためである。
枠体２１の材質は枠体４１と同様である。枠体２１の厚さは、第一の濃縮室２０に求める厚さに応じて決定できる。第一の濃縮室２０の厚さは、例えば、３〜１０ｍｍとされる。
【００３６】
第二の濃縮室８０に充填されるアニオン交換体は、第一小脱塩室４０に充填されるアニオン交換体と同様である。アニオン交換体の単床形態とすることで、アニオン交換膜９０に接するアニオン交換体層が形成され、第一小脱塩室１００から第二の濃縮室８０へのアニオン成分の移動を促進し、アニオン交換膜９０面にアニオン成分が高濃度に存在することを防止できる。この結果、第二小脱塩室６０から第二の濃縮室８０に移動してきた硬度成分（Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等）が、アニオン交換膜９０面で高濃度のアニオン成分と接触しないため、スケール発生を防止できる。
枠体８１の材質は、枠体４１と同様である。枠体８１の厚さは、第二の濃縮室８０に求める厚さに応じて決定できる。第二の濃縮室８０の厚さは、例えば、３〜１０ｍｍとされる。
【００３７】
第三の濃縮室１４０に充填されるアニオン交換体は、第一小脱塩室４０に充填されるアニオン交換体と同様である。
枠体１４１の材質は、枠体４１と同様である。枠体１４１の厚さは、第三の濃縮室１４０に求める厚さに応じて決定できる。第三の濃縮室１４０の厚さは、例えば、３〜１０ｍｍとされる。
【００３８】
第一の濃縮室２０の厚さ、第二の濃縮室８０の厚さ、第三の濃縮室１４０厚さは、それぞれ同じであってもよいし、異なっていてもよい。各濃縮室の厚さは、各濃縮室に求める体積に応じて決定できる。例えば、第一の濃縮室２０と第二の濃縮室８０の厚さは、前段の濃縮室である第一の濃縮室２０の体積ｖ１と、後段の濃縮室である第二の濃縮室８０の体積ｖ２との体積比が、好ましくは２：８〜８：２となるように設定される。上記範囲内であれば、第二の濃縮室８０における濃縮水の通水差圧を抑制し、十分量の濃縮水を通水できる。この結果、第一小脱塩室１００から第二の濃縮室８０へのアニオン成分の移動を促進できる。
【００３９】
次に、ＥＤＩ１を用いた脱イオン水の製造方法について説明する。本発明の脱イオン水の製造方法は、工業用水や井水の濁質成分を除濁膜にて除去し、さらに逆浸透（ＲＯ）膜にて処理した水等を被処理水として脱イオン処理し、脱イオン水を得るものである。
【００４０】
まず、電極水流入ライン１６から陽極室１２に電極水を流し、電極水流入ライン１５６から陰極室１５２に電極水を流すと共に、陽極１０と陰極１５０との間に、直流電圧を印加する。陽極室１２に流入した電極水は、上昇流で、陽極室１２のイオン交換体内を拡散しながら流通する。この間、電極水は陽極１０から発生したＣｌ２、Ｏ２等を取り込んで、電極水流出ライン１８から流出する。陰極室１５０に流入した電極水は、上昇流で、陰極室１５０のイオン交換体内を拡散しながら流通する。この間、電極水は陰極１５０から発生したＨ２等を取り込んで、電極水流出ライン１５８から流出する。
【００４１】
電極水は、例えば、被処理水と同じ水源の水、脱イオン水や純水等が挙げられる。陽極室１０への電極水の供給量は、印加電圧等に応じて決定することが好ましい。例えば、５〜２００Ｌ／ｈ、好適には３０〜１００Ｌ／ｈの範囲で決定される。電極水の供給量が少なすぎると、発生したＯ２、Ｃｌ２ガスを充分に排出することが困難となり、電極水の供給量が多すぎると、回収率が低下するため、好ましくない。陰極室１５０への電極水の供給量は、陽極室１０への電極室の供給量と同様である。
印加する電流は、被処理水の水質やＥＤＩ１の規模等を勘案して決定される。
【００４２】
次いで、濃縮水流入ライン２２から第一の濃縮室２０に濃縮水を流通させ、濃縮水流入ライン１４２から第三の濃縮室１４０に濃縮水を流通させる。濃縮水は、例えば、被処理水と同じ水源の水、脱イオン水や純水等が挙げられる。
【００４３】
ＥＤＩ１への濃縮水の供給量は、ＥＤＩ１の能力、被処理水の水質や処理量を勘案して決定できる。濃縮水の供給量が少なすぎると、各濃縮室に移動したイオンの濃度拡散にむらが生じ、例えば、アニオン交換膜９０面の濃度分極層が厚くなり、スケール発生のおそれがある。一方、濃縮水の供給量が多すぎると、脱イオン水の回収率が低下するため好ましくない。
【００４４】
このような観点から、例えば、ＥＤＩ１への濃縮水供給量は、好ましくは下記（１）式で表される濃縮倍率が３〜２０となるように設定される。なお、下記（１）式中、「ＥＤＩへの濃縮水供給量」は、第一の濃縮室２０への濃縮水供給量と第三の濃縮室１４０への濃縮水供給量の合計である。また、下記（１）式による濃縮倍率は、被処理水と濃縮水とに同一の原水を用いて、かつ、被処理水中のイオン成分が全て濃縮室に移行すると仮定し定義付けられる。
【００４５】
濃縮倍率＝（ＥＤＩへの被処理水供給量＋ＥＤＩへの濃縮水供給量）÷ＥＤＩへの濃縮水供給量    ・・・（１）
【００４６】
被処理水を被処理水流入ライン４２から、脱イオンモジュール群２に供給する。脱イオンモジュール群２への被処理水の供給量は、ＥＤＩ１の能力や被処理水の水質を勘案して決定することができる。被処理水の供給量は、好ましくは、第一小脱塩室４０における空間速度（ＳＶ）がＳＶ＝３０〜３００Ｌ／Ｌ・ｈ−１となるように調整される。ＳＶが高すぎると、イオン除去性能が低下したり、ＳＶの増加と共に発生する通液速度（ＬＶ）の増加によって通水差圧が高くなり、第一の脱イオンモジュール４や第二の脱イオンモジュール６の破損を招いたり、運転上の困難を起こしたりするので好ましくない。一方、ＳＶが低すぎると、第二小脱塩室６０と第二小脱塩室１００への流量分配が適切に行われず、脱イオン処理が充分な脱イオンモジュールと、脱イオン処理が不充分な脱イオンモジュールとが生じ、ＥＤＩ１全体としての性能に悪影響を与える場合がある。
【００４７】
なお、ＳＶ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）であり、Ｌ／Ｌ・ｈ−１で表される（以降において同じ）。また、ＬＶとは、単位面積当たりの流量であり、ｍ／ｈで表される線速度である。
【００４８】
供給された被処理水は、通水孔３２、４４、通水路４７を順に流通し、第一小脱塩室４０に流入する。第一小脱塩室４０に流入した被処理水は、第一小脱塩室４０のアニ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Ｃｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分は、アニオン交換体に吸着される。吸着されたアニオン成分は、陽極１０に引き寄せられ、アニオン交換膜３０を透過して第一の濃縮室２０へ移動する。ここで、第一小脱塩室４０では、アニオン成分の除去が進むと、被処理水のｐＨがアルカリ性側に移行して、アニオン成分の競合イオンであるＯＨ−の濃度が高くなる。このため、アニオン成分に対する電流効率が低下し、被処理水中のアニオン成分の濃度は、一定濃度以下に到達しにくくなる。この結果、第一小脱塩室４０を流通した被処理水は、ある程度のアニオン成分が残存した状態となる。
【００４９】
第一小脱塩室４０を流通した被処理水は、通水路４８、通水孔４５、３３、配管３５、通水孔３４、４６、５１を順に流通し、通水孔６２に至る。通水孔６２に至った被処理水の一部は、通水路６４を流通し第二小脱塩室６０に流入する。第二小脱塩室６０に流入した被処理水は、第二小脱塩室６０のカチ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Ｎａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分は、カチオン交換体に吸着される。吸着されたカチオン成分は、陰極１５０に引き寄せられ、カチオン交換膜７０を透過して第二の濃縮室８０に移動する。ここで、第二小脱塩室６０に流入した被処理水は、ｐＨがアルカリ性側に移行しているため、カチオン成分の競合イオンであるＨ＋濃度が低い。このため、カチオン成分の除去は、良好に行われる。第二小脱塩室６０を流通した被処理水は、通水路６５、通水孔６３、７２、８５、９２、１０６、１１４を順に流通し、通水孔１２６に至る。なお、第二小脱塩室６０を流通した段階で、被処理水のｐＨは中性領域となっている。
【００５０】
また、中間イオン交換膜５０とカチオン交換体との接点では、水分解によりＯＨ−とＨ＋とが生じる。水分解により生じたＯＨ−は、中間イオン交換膜５０を透過して第一小脱塩室４０に移動し、第一小脱塩室４０のアニオン交換体の再生に利用される。水分解により生じたＨ＋は、第二小脱塩室６０のカチオン交換体の再生に利用される。
【００５１】
通水孔６２に至った被処理水の他の一部は、さらに通水孔７１、８４、９１、１０３、１１１、１２３、通水路１２７を順に流通し、第二小脱塩室１２０に流入する。第二小脱塩室１２０に流入した被処理水は、第二小脱塩室１２０のカチオン交換体中を拡散しながら流通する。この間、被処理水中のカチオン成分は、カチオン交換体に吸着される。吸着されたカチオン成分は、陰極１５０に引き寄せられ、カチオン交換膜１３０を透過して第三の濃縮室１４０に移動する。第二小脱塩室１２０に流入した被処理水は、第二小脱塩室６０に流入した被処理水と同様にアルカリ性に移行している。このため、第二小脱塩室１２０を流通した被処理水は、カチオン成分が良好に除去されると共に、中性領域となる。第二小脱塩室１２０を流通した被処理水は、通水路１２８を流通して通水孔１２６に至る。こうして、第二小脱塩室６０を流通した被処理水と、第二小脱塩室１２０を流通した被処理水とは、通水孔１２６で合流する。
【００５２】
また、中間イオン交換膜１１０とカチオン交換体との接点では、水分解によりＯＨ−とＨ＋とが生じる。水分解により生じたＯＨ−は、中間イオン交換膜１１０を透過して第一小脱塩室１００に移動し、第一小脱塩室１００のアニオン交換体の再生に利用される。水分解により生じたＨ＋は、第二小脱塩室１２０のカチオン交換体の再生に利用される。
【００５３】
通水孔１２６で合流した被処理水は、通水孔１３３、配管１３５、通水孔１３２、１２４、１１２、１０４、通水路１０７を順に流通し、第一小脱塩室１００に流入する。第一小脱塩室１００に流入した被処理水は、第一小脱塩室１００のアニ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。吸着されたアニオン成分は、陽極１０に引き寄せられアニオン交換膜９０を透過し、第二の濃縮室８０に移動する。ここで、第一小脱塩室１００に流入した被処理水は、第一小脱塩室４０で予めアニオン成分の大部分が除去されているため、アニオン成分の除去が進んでも中性領域のｐＨが維持される。このため、残存しているアニオン成分を良好に除去できる。被処理水は、第一小脱塩室１００を流通し、脱イオン水となる。脱イオン水は、通水路１０８、通水孔１０５、１１３、１２５、１３４を順に流通し、脱イオン水流出ライン１０２から流出する。
【００５４】
第一の濃縮室２０に流入した濃縮水は、上昇流で第一の濃縮室２０のイオン交換体内を拡散しながら流通する。この間、濃縮水は、第一小脱塩室４０から第一の濃縮室２０に移動したアニオン成分を取り込んで、濃縮水流出ライン２３から流出する。
なお、第一小脱塩室４０に流入する被処理水には、多種類のアニオン成分が含まれていることが想定される。このような被処理水が第一小脱塩室４０を流通すると、ＨＣＯ３−、ＣＯ３−、Ｃｌ−等が優先的にアニオン交換体に吸着され、第一の濃縮室２０に移動する。一方、ＯＨ−の第一の濃縮室２０への移動は少ない。このため、第一の濃縮室２０を流通した濃縮水は、ＯＨ−に比べＨＣＯ３−、ＣＯ３−、Ｃｌ−等を多く含んだ状態で、濃縮水流出ライン２３、濃縮水流入ライン８２を流通し、第二の濃縮室８０に流入する。
【００５５】
第二の濃縮室８０に流入した濃縮水は、上昇流で第二の濃縮室８０のイオン交換体内を拡散しながら流通する。この間、濃縮水は、第二小脱塩室６０から第二の濃縮室８０に移動したカチオン成分と、第一小脱塩室１００から第二の濃縮室８０に移動したアニオン成分とを取り込んで、濃縮水流出ライン８３から流出する。
第二の濃縮室８０を流通する濃縮水には、第一小脱塩室４０又は第二小脱塩室８０で除去されたアニオン成分が含まれる。このアニオン成分の内、ＨＣＯ３−、ＣＯ３−は、ガス化してカチオン交換膜７０を透過し、第二小脱塩室６０に移動してくる場合がある。このように、第二の濃縮室８０から第二小脱塩室６０に移動し被処理水に混入したＨＣＯ３−、ＣＯ３−は、さらに被処理水が第一小脱塩室１００を流通させることで除去できる。
【００５６】
第三の濃縮室１４０に流入した濃縮水は、上昇流で、第三の濃縮室１４０のイオン交換体内を拡散しながら流通する。この間、濃縮水は、第二小脱塩室１２０から第三の濃縮室１４０に移動したカチオン成分を取り込んで、濃縮水流出ライン１４３から流出する。
【００５７】
上述のとおり、ＥＤＩ１では、被処理水を第一小脱塩室４０に流通させてアニオン成分を除去した後、被処理水を第二小脱塩室６０又は第二小脱塩室１２０に分配し流通させてカチオン成分を除去し、さらに各第二小脱塩室を流通した被処理水を第一小脱塩室１００に流通させて、再度、アニオン成分を除去している。このため、被処理水中のアニオン成分及びカチオン成分が高度に除去された脱イオン水を製造できる。
加えて、第一小脱塩室４０を流通した被処理水を第二小脱塩室６０と第二小脱塩室１２０とに分配するため、第二小脱塩室６０又は第二小脱塩室１２０における通水差圧の上昇を抑制できる。通水差圧の上昇を抑制することで、各第二小脱塩室での被処理水の滞留時間を十分なものとし、カチオン成分を良好に除去できる。さらに、通水差圧の上昇を抑制することで、ＥＤＩ１での被処理水の処理量を低減することなく、高い水質の脱イオン水を安定的に製造できる。
【００５８】
中間イオン交換膜５０と第二小脱塩室６０のカチオン交換体との接点で生じたＯＨ−とＨ＋とは、それぞれ第一小脱塩室４０のアニオン交換体、第二小脱塩室６０のカチオン交換体の再生に寄与するため、電流効率の面で無駄が少ない。また、中間イオン交換膜１１０と第二小脱塩室１２０のカチオン交換体との設定で生じたＯＨ−とＨ＋とは、それぞれ第一小脱塩室１００のアニオン交換体、第二小脱塩室１２０のカチオン交換体の再生に寄与するため、電流効率の面で無駄が少ない。この点について、図３を用いて説明する。図３は、脱イオンモジュール４におけるイオンの流れを説明する模式図である。図３に示すように、被処理水を第二小脱塩室６０に流通させると、中間イオン交換膜５０と第二小脱塩室６０のカチオン交換体との接点（界面）では、第一小脱塩室４０側にＯＨ−、第二小脱塩室６０側にＨ＋が発生する。第一小脱塩室４０側に発生したＯＨ−は、第一小脱塩室４０のアニオン交換体の再生に寄与する。アニオン交換体の再生に当たって余剰となったＯＨ−は、第一の濃縮室２０に移動する。第二小脱塩室６０側に発生したＨ＋は、第二小脱塩室６０のカチオン交換体の再生に寄与する。カチオン交換体の再生に当たって余剰となったＨ＋は、第二の濃縮室８０に移動する。
【００５９】
一般に、高濃度のＯＨ−と、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分とが存在すると、スケールが発生しやくなる。第一小脱塩室１００に流入した被処理水は、第一小脱塩室４０を流通した際にＨＣＯ３−、ＣＯ３−、Ｃｌ−等の大部分が除去されている。このため、第一小脱塩室１００から第二の濃縮室８０に移動するアニオン成分の大部分は、ＯＨ−である。このため、ＥＤＩ１では、第一の濃縮室２０を流通してＨＣＯ３−、ＣＯ３−、Ｃｌ−等が多く含まれた濃縮水を第二の濃縮室８０に流通させることで、硬度成分とＯＨ−とが出会う頻度を低減させ、アニオン交換膜９０面でのスケール発生の防止を図れる。
【００６０】
第一小脱塩室４０及び１００には、アニオン交換体が単床形態で充填され、第二小脱塩室６０及び１２０には、カチオン交換体が単床形態で充填されている。このため、各第一小脱塩室及び各第二小脱塩室では、電流の偏りが防止され、電流効率の向上が図れる。
【００６１】
このように、本発明によれば、従来の脱塩室２セル構造のＥＤＩを利用し、被処理水の処理量を確保しつつ、スケール発生を防止しつつ、原水水質の変動に影響されずに高い水質の脱イオン水を得ることができる。
【００６２】
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、ＥＤＩ１に１つの脱イオンモジュール群２が設けられているが、例えば、２つ以上の脱イオンモジュール群２が設けられていてもよい。２つ以上の脱イオンモジュール群２を設ける場合、各脱イオンモジュール群２でそれぞれ個別に脱イオン水を製造してもよいし、２つ以上の脱イオンモジュール群２に直列通水して脱イオン水を製造してもよい。
【００６３】
上述の実施形態では、脱イオンモジュール群２が、第一の脱イオンモジュール４、第二の脱イオンモジュール６の２つの脱イオンモジュールにより構成されている。しかしながら、脱イオンモジュール群は、３つ以上の脱イオンモジュールにより構成されていてもよい。
【００６４】
３つ以上の脱イオンモジュールにより脱イオンモジュール群を構成する場合、最初に被処理水を流通させる第一小脱塩室は、１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。なお、最初に被処理水を流通させる前段の第一小脱塩室の数と、後段の第一小脱塩室の数とは、前段の第一小脱塩室の合計の体積Ｖ１と後段の第一小脱塩室の合計の体積Ｖ２との体積比がＶ１：Ｖ２＝２：８〜８：２となるように、設定することが好ましい。
加えて、最初に濃縮水を流通させる前段の濃縮室の数と後段の濃縮室の数とは、前段の濃縮室の合計の体積ｖ１と後段の濃縮室の合計の体積ｖ２との体積が、ｖ１：ｖ２＝２：８〜８：２となるように、設定することが好ましい。
【００６５】
上述の実施形態では、中間イオン交換膜５０、１１０がアニオン交換膜である。本発明はこれに限定されず、中間イオン交換膜５０、１１０の種類は、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質等を勘案して選択することができる。中間イオン交換膜５０、１１０としては、アニオン交換膜の他、カチオン交換膜の単一膜、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又はバイポーラ膜等が挙げられる。ただし、被処理水がアニオン成分を多く含む場合、中間イオン交換膜５０及び１１０は、アニオン交換膜の単一膜が好ましい。例えば、中間イオン交換膜５０をアニオン交換膜の単一膜とすることで、第二小脱塩室６０を流通する被処理水中のアニオン成分（Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２等）を第一小脱塩室４０に移動させることで、アニオン成分を高度に除去できるためである。
なお、中間イオン交換膜５０と中間イオン交換膜１１０には、異なる種類のイオン交換膜を用いてもよい。
【００６６】
上述の実施形態では、第一小脱塩室４０及び１００は、いずれもアニオン交換体の単床形態であるが、例えば、カチオン交換体の単床形態、アニオン交換体とカチオン交換との混床形態又は複床形態であってもよい。ただし、上述の実施形態のように第一小脱塩室４０及び１００が陽極１０側に形成されている場合には、アニオン交換体の単床形態もしくはアニオン交換体とカチオン交換との混床形態又は複床形態が好ましく、アニオン交換体の単床形態がより好ましい。
【００６７】
上述の実施形態では、第二小脱塩室６０及び１２０は、いずれもカチオン交換体の単床形態であるが、例えば、アニオン交換体の単床形態、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態又は複床形態であってもよい。ただし、上述の実施形態のように第二小脱塩室６０及び１２０が陰極側に形成されている場合には、カチオン交換体の単床形態もしくはアニオン交換体とカチオン交換との混床形態又は複床形態が好ましく、カチオン交換体の単床形態がより好ましい。
【００６８】
上述の実施形態では、アニオン交換膜と中間イオン交換膜との間に形成された小脱塩室を第一小脱塩室とし、カチオン交換膜と中間交換膜との間に形成された小脱塩室を第二小脱塩室としている。しかしながら、本発明は、これに限定されず、例えば、アニオン交換膜と中間イオン交換膜との間に形成された小脱塩室を第二小脱塩室とし、カチオン交換膜と中間交換膜との間に形成された小脱塩室を第一小脱塩室としてもよい。第一小脱塩室及び第二小脱塩室が形成される位置は、被処理水の水質等を勘案して決定できる。
なお、カチオン成分に比べて、アニオン成分が不純物として多く含まれる水を被処理水とする場合には、アニオン交換膜と中間イオン交換膜との間に形成された小脱塩室を第一小脱塩室とし、カチオン交換膜と中間交換膜との間に形成された小脱塩室を第二小脱塩室とすることが好ましい。
【００６９】
上述の実施形態では、第一小脱塩室４０、１００、第二小脱塩室６０、１２０の被処理水の流通方向が、全て下降流とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、小脱塩室の被処理水の流通方向は、全て上昇流としてもよいし、各小脱塩室毎に異なっていてもよい。
【００７０】
上述の実施形態では、第一の通水手段が、脱イオンモジュール群２に形成された通水孔、通水路と、脱イオンモジュール群２に設けられた配管により構成されている。しかしながら、第一の通水手段は、例えば、脱イオンモジュール群２の外部に設けられた配管により構成されていてもよい。また、第二の通水手段は、第一の通水手段と同様に、脱イオンモジュール群２の外部に設けられた配管により構成されていてもよい。
【００７１】
上述の実施形態では、第一の濃縮室２０、第二の濃縮室８０及び第三の濃縮室１４０は、いずれもアニオン交換体の単床形態とされている。しかしながら、各濃縮室に充填されるイオン交換体はアニオン交換体の単床形態に限定されず、例えば、カチオン交換体の単床形態、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態又は複床形態であってもよい。また、各濃縮室にはイオン交換体を充填せず、スペーサ等を配置してもよい。ただし、各濃縮室でのスケール発生防止の観点からは、アニオン交換体を単床形態で充填することが好ましい。
【００７２】
上述の実施形態では、各濃縮室における濃縮水の流通方向が、上昇流とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、全ての濃縮室における濃縮水の流通方向が、下降流であってもよいし、各濃縮室で異なっていてもよい。
【００７３】
上述の実施形態では、第一の濃縮室２０を流通した濃縮水を第二の濃縮室８０に流通させ、第三の濃縮室１２０には独立して濃縮水を流通させている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、第一の濃縮室２０、第二の濃縮室８０に独立して濃縮水を流通させてもよいし、第二の濃縮室８０を流通した濃縮水を第三の濃縮室１４０に流通させてもよい。また、例えば、第一の濃縮室２０を流通した濃縮水を第二の濃縮室８０と第三の濃縮室１４０に分配して流通させてもよいし、第一の濃縮室２０と第二の濃縮室８０とに独立して流通させた濃縮水を合流させ、合流した濃縮水を第三の濃縮室１４０に流通させてもよい。ただし、スケール発生を防止する観点からは、上述の実施形態のように、前段の第一小脱塩室とアニオン交換膜又はカチオン交換膜を介して隣接する第一の濃縮室２０を流通した濃縮水を、後段の第一小脱塩室とアニオン交換膜又はカチオン交換膜を介して隣接する第二の濃縮室８０に流通させることが好ましい。
【００７４】
上述の実施形態では、陽極室１２にイオン交換体を充填しているが、例えば、イオン交換体を充填せずに、スペーサ等を配置してもよい。陰極室１５２も同様に、イオン交換体を充填せずに、スペーサ等を配置してもよい。
【００７５】
上述の実施形態では、陽極室１２及び陰極室１５２の電極水の流通方向が、上昇流とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、陽極室１２及び陰極室１５２における電極水の流通方向が、下降流であってもよいし、陽極室１２と陰極室１５２とで電極水の流通方向が異なっていてもよい。
【００７６】
上述の実施形態では、第一小脱塩室４０から第二小脱塩室６０又は第二小脱塩室１２０、次いで第一小脱塩室１００の順に被処理水が流通する、３段処理とされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、例えば、２つ以上の脱イオンモジュール群２を設けた場合や、３つ以上の脱イオンモジュールで脱イオンモジュール群を構成する場合には、３段処理の前段又は後段でさらに他の脱塩室に被処理水を流通させてもよい。ただし、ＥＤＩにおける通水差圧の上昇を抑え、脱イオン水を効率的に製造する観点から、上述の実施形態のように３段処理とすることが好ましい。
【実施例】
【００７７】
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。
＜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。
【００７８】
＜シリカ濃度＞
ＥＤＩの処理性能の一指標となるシリカ濃度を測定することにより、水質評価を行った。シリカ濃度は、分光光度計（Ｕ−３０１０、株式会社日立ハイテクノロジー製）を用い、モリブデン青吸光光度法により測定した。
【００７９】
＜脱塩室差圧＞
各例のＥＤＩの通水差圧として、脱塩室差圧を測定した。脱塩室差圧は、圧力計（ＧＳ５０、長野計器株式会社製）を用い、各例のＥＤＩに対する被処理水の供給圧（Ｐ１）と、脱イオン水流出ラインでの脱イオン水の排出圧（Ｐ２）とを測定し、下記（２）により算出した。
【００８０】
脱塩室差圧＝Ｐ１−Ｐ２    ・・・（２）
【００８１】
（実施例１）
下記仕様にて、図２に示すＥＤＩ１と同様のＥＤＩ−Ａを製造した。ＥＤＩ−Ａには、４つの脱イオンモジュールからなる脱イオンモジュール群が１つ設けられている。
ＥＤＩ−Ａは、被処理水を２つの第一小脱塩室（前段の第一小脱塩室）に下降流で流通させた後、４つの第二小脱塩室に分配し下降流で流通させ、その後、４つの第二小脱塩室を流通した被処理水を合流させ、再度、残りの２つの第一小脱塩室（後段の第一小脱塩室）に分配して下降流で流通する構造とした。加えて、ＥＤＩ−Ａは、濃縮水を前段の第一小脱塩室とアニオン交換膜を介して隣接する２つの濃縮室に上昇流で流通させた後、後段の第一小脱塩室とアニオン交換膜を介して隣接する２つの濃縮室及び残りの濃縮室に分配し、上昇流で流通させる構造とした。電極水は、陰極室に上昇流で流通させた後、陽極室に上昇流で流通させた。
得られたＥＤＩ−Ａを用い、下記運転条件にて脱イオン水の製造を２０００時間、連続で行った。運転開始２０００時間後に、得られた脱イオン水の比抵抗、シリカ濃度、脱塩室差圧、ＥＤＩ−Ａの平均印加電圧を測定し、その結果を表１に示す。
なお、被処理水の硬度は、原子吸光分光光度計（ＳｐｅｃｔｒＡＡ、ＶＡＲＩＡＮ社製）での測定値であり、全炭酸濃度は湿式紫外線酸化ＴＯＣ分析計（９００型、ＳＩＥＶＥＲＳ社製）での測定値である。
【００８２】
＜ＥＤＩ−Ａ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）第一小脱塩室厚さ：９ｍｍ
（５）第二小脱塩室厚さ：９ｍｍ
（６）脱塩室寸法：幅２８０ｍｍ×高さ４００ｍｍ
（７）第一小脱塩室充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）単床形態
（８）第二小脱塩室充填イオン交換体：カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）単床形態
（９）濃縮室充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）単床形態
（１０）前段の第一小脱塩室数：２つ
（１１）後段の第一小脱塩室数：２つ
【００８３】
＜運転条件＞
（１）被処理水：工業用水を逆浸透膜装置で処理して得た水
（２）被処理水の導電率：７．７μＳ／ｃｍ
（３）被処理水の比抵抗：０．１３ＭΩ・ｃｍ
（４）被処理水中のシリカ濃度：８８９μｇ／Ｌ
（５）被処理水中硬度：０．２７ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
（６）被処理水中全炭酸濃度：８．２ｍｇＣＯ２／Ｌ
（７）被処理水供給量：０．４ｍ３／ｈ
（８）濃縮水供給量：０．１ｍ３／ｈ
（９）電極水供給量：１０Ｌ／ｈ
（１０）運転電流値：２．５Ａ
【００８４】
（実施例２）
前段の第一小脱塩室数を３つとし、後段の第一小脱塩室数を１つとした以外は、実施例１と同様の仕様で、ＥＤＩ−Ｂを製造した。ＥＤＩ−Ｂを用い、実施例１と同様の条件で脱イオン水の製造を行った。運転開始２０００時間後に、得られた脱イオン水の比抵抗、シリカ濃度、脱塩室差圧、ＥＤＩ−Ｂの平均印加電圧を測定し、その結果を表１に示す。
【００８５】
（比較例１）
脱イオン水を４つの第一小脱塩室に分配し下降流で流通させた後、４つの第一小脱塩室を流通した被処理水を合流させ、再度、４つの第二小脱塩室に分配し下降流で流通させる構造とした。加えて、全ての濃縮室に独立して濃縮水を上昇流で流通させる構造とした。これらの変更点以外は、実施例１と同様の仕様でＥＤＩ−Ｃを得た。ＥＤＩ−Ｃを用い、実施例１と同様の条件で脱イオン水の製造を行った。運転開始２０００時間後に、得られた脱イオン水の比抵抗、シリカ濃度、脱塩室差圧、ＥＤＩ−Ｃの平均印加電圧を測定し、その結果を表１に示す。
【００８６】
（比較例２）
脱イオンモジュール毎には、被処理水を第一小脱塩室に下降流で流通させ、第一小脱塩室を流通した被処理水を第二小脱塩室に下降流で流通させる構造とした。さらに、４つの脱イオンモジュールに、脱イオン水を直列通水する構造とした。これらの変更点以外は、実施例１と同様の仕様で、ＥＤＩ−Ｄを製造した。ＥＤＩ−Ｄを用い、実施例１と同様の条件で脱イオン水の製造を行った。ＥＤＩ−Ｄは、運転開始直後に脱塩室差圧が０．６ＭＰａ以上となり、脱イオン水の製造ができなくなった。本比較例では、運転開始直後に得られた脱イオン水の比抵抗、シリカ濃度、脱塩室差圧、ＥＤＩ−Ｄの平均印加電圧を測定し、その結果を参考値として表１に示す。
【００８７】
【表１】
2011000575.tif 000003
【００８８】
表１の実施例１、２、比較例１、２に示すように、各例における平均印加電圧の差異は小さかった。
前段の第一小脱塩室を２つとし、後段の第一小脱塩室を２つとし、被処理水を流通させた実施例１は、比抵抗１６．６ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度２１μｇ／Ｌという極めて高い水質の脱イオン水が得られた。前段の第一小脱塩室を３つとし、後段の第一小脱塩室を１つとし、被処理水を流通させた実施例２は、比抵抗１７．１ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度１３μｇ／Ｌという、実施例１よりもさらに高い水質の脱イオン水が得られた。
これに対し、４つの脱イオンモジュールに独立して被処理水を流通させた比較例２では、比抵抗２．２、シリカ濃度７５０μｇ／Ｌという、低い水質の脱イオン水が得られた。また、４つの脱イオンモジュールに直列通水した比較例４は、比抵抗１７．８ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度７μｇ／Ｌという高い水質が得られた。
加えて、実施例１、２、比較例１では、いずれも脱塩室差圧が０．２ＭＰａ未満であり、実用的なものであった。これに対し、比較例２は、脱イオン水の製造開始直後に脱塩室差圧が０．６ＭＰａ以上となり、運転できなかった。
運転開始２０００時間後のＥＤＩ−Ａ及びＥＤＩ−Ｂを分解して目視観察したところ、スケールの発生は見られなかった。
【００８９】
以上の結果から、前段の第一小脱塩室を流通した被処理水を複数の第二小脱塩室に分配して流通させ、第二小脱塩室を流通した被処理水をさらに後段の第一小脱塩室に流通させる本発明のＥＤＩは、処理量を維持したまま高い水質の脱イオン水を得られると共に、スケール発生を良好に防止できることが判った。
【符号の説明】
【００９０】
１      電気式脱イオン水製造装置
１０    陽極
２０、８０、１４０、２３４    濃縮室
３０、９０、２３０    アニオン交換膜
３９、９９、２２４    脱塩室
４０、１００    第一小脱塩室
５０、１１０    中間イオン交換膜
６０、１２０    第二小脱塩室
７０、１３０、２２２    カチオン交換膜
１５０    陰極
【図１】
2011000575.tif 000004
【図２】
2011000575.tif 000005
【図３】
2011000575.tif 000006
【図４】
2011000575.tif 000007