(57)【要約】【課題】複数の電気脱イオン装置を直列に接続し、少なくとも最後段の電気脱イオン装置ではだだからの生産水の一部を濃縮室に向流通水する電気脱イオンシステムにおいて、第１段目の電気脱イオン装置の脱塩室への給水圧力を低減することができる電気脱イオンシステムを提供する。【解決手段】前段側の電気脱イオン装置１の生産水が後段側の電気脱イオン装置２の脱塩室１６Ｂへ被処理水として導入され、最後段の電気脱イオン装置２の脱塩室１６Ｂからの生産水をタンク２２に導入する。タンク２２内の生産水の一部をポンプ２３及び配管２４によって濃縮水としてその濃縮室１５Ｂに対し脱塩室出口に近い側から流入させ、脱塩室入口に近い側から流出させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間がイオン交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画され、
濃縮水が該濃縮室に流通され、被処理水が脱塩室に導入されて生産水として取り出される電気脱イオン装置を複数備えてなり、
前段側の電気脱イオン装置の生産水が後段側の電気脱イオン装置の脱塩室へ被処理水として導入され、
少なくとも最後段の電気脱イオン装置は、その脱塩室からの生産水の一部を供給ラインによって濃縮水としてその濃縮室に対し脱塩室出口に近い側から流入させ、脱塩室入口に近い側から流出させるよう構成されている電気脱イオンシステムにおいて、
前記供給ラインにポンプを設けたことを特徴とする電気脱イオンシステム。
【請求項２】
前記最後段の電気脱イオン装置の脱塩室からの生産水を受け入れるタンクを備えており、
前記供給ラインは該タンク内の水を最後段の電気脱イオン装置の濃縮室に供給するように設けられていることを特徴とする請求項１の電気脱イオンシステム。
【請求項３】
すべての電気脱イオン装置の濃縮室にそれぞれ前記タンク内の水を向流通水するように供給ラインが設けられていることを特徴とする請求項２の電気脱イオンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気脱イオンシステムに係り、特に電気脱イオン装置を複数段に設けた電気脱イオンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気脱イオン装置は、一般に陰極及び陽極間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配置し、これらカチオン交換膜及びアニオン交換膜により区画形成することで脱塩室及び濃縮室を形成し、この脱塩室及び前記濃縮室にイオン交換樹脂を充填したものである。
【０００３】
電気脱イオン装置の脱塩室に原水を通過させるとともに濃縮室に濃縮水を通過させ、陰極及び陽極間に電流を流すと、イオンが脱塩室からイオン交換樹脂を介してアニオン交換膜及びカチオン交換膜を通って濃縮室へ移動する。これにより、脱塩室から脱イオン水（純水）が流出する。濃縮室を流れるイオンが濃縮された濃縮水は、廃棄されるか、あるいは部分的にリサイクルされる。このような電気脱イオン装置は、種々の産業、例えば半導体チップの製造、発電所の運転、石油化学用途、医薬品製造などに用いる純水製造装置として利用されている。
【０００４】
近年、超純水製造技術としては要求レベルが上がり、ホウ素に関しては、たとえば１ｐｐｔ以下という厳しい水質が求められるようになってきている。
【０００５】
ＲＯ膜分離装置と電気脱イオン装置とを組み合わせた、ホウ素除去率の高い電気脱イオン装置（例えば栗田工業（株）製「ＫＣＤＩ−ＵＰｚ」等）が市販されているが、このような高性能の電気脱イオン装置であっても、そのホウ素除去率は９９．９％程度である。このため、例えば、ホウ素濃度２０ｐｐｂ程度の被処理水をＲＯ膜分離装置で処理してホウ素濃度１０ｐｐｂ程度のＲＯ透過水を得、これをホウ素除去率９９．９％の電気脱イオン装置で処理しても、得られる処理水（脱イオン水）のホウ素濃度は１０ｐｐｔにしかならず、ホウ素濃度１ｐｐｔ以下の処理水を得ることはできない。
【０００６】
特許文献１には、処理水水質を向上させるために、濃縮室に脱塩室からの生産水の一部を向流通水する（脱塩室の流れ方向と反対方向に通水する）ことが記載されている。
【０００７】
特許文献２には、電気脱イオン装置を２段直列に通水することで処理水ホウ素濃度１ｐｐｔ以下を達成させることが記載されている。特許文献２においても、各電気脱イオン装置の濃縮室には、その脱塩室からの生産水の一部を向流通水している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２０５０６号公報
【特許文献２】特開２００６−５１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
複数の電気脱イオン装置を直列に設置した電気脱イオンシステムにおいて、最後段の電気脱イオン装置の濃縮室に生産水の一部を向流通水する場合、該最後段の電気脱イオン装置の脱塩室からの生産水ラインに背圧弁を設けて背圧をかけ、該生産水ラインから生産水の一部を分取して最後段の電気脱イオン装置の濃縮室に導入する。このため、この背圧分だけ、電気脱イオン装置の脱塩室の入口圧力を大きくすることが必要となる。入口圧力を大きくするためには、送水ポンプの揚程を大きくする必要がある。また、入口圧力を大きくすると、電気脱イオン装置に水漏れが生じ易くなる。また、濃縮室に生産水の一部を向流通水した際に、脱塩室入口と、隣り合わせの濃縮室出口との圧力差が大きくなり、イオン交換膜の破断や、脱塩室から濃縮室へのリークの恐れも生じる。
【００１０】
本発明は、複数の電気脱イオン装置を直列に接続し、少なくとも最後段の電気脱イオン装置では脱塩室からの生産水の一部を濃縮室に向流通水する電気脱イオンシステムにおいて、第１段目の電気脱イオン装置の脱塩室への給水圧力を低減することができる電気脱イオンシステム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】
【００１１】
本発明の電気脱イオンシステムは、陽極と陰極との間がイオン交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画され、濃縮水が該濃縮室に流通され、被処理水が脱塩室に導入されて生産水として取り出される電気脱イオン装置を複数備えてなり、前段側の電気脱イオン装置の生産水が後段側の電気脱イオン装置の脱塩室へ被処理水として導入され、少なくとも最後段の電気脱イオン装置は、その脱塩室からの生産水の一部を供給ラインによって濃縮水としてその濃縮室に対し脱塩室出口に近い側から流入させ、脱塩室入口に近い側から流出させるよう構成されている電気脱イオンシステムにおいて、前記供給ラインにポンプを設けたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様の電気脱イオンシステムは、前記最後段の電気脱イオン装置の脱塩室からの生産水を受け入れるタンクを備えており、前記供給ラインは該タンク内の水を最後段の電気脱イオン装置の濃縮室に供給するように設けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様の電気脱イオンシステムは、すべての電気脱イオン装置の濃縮室にそれぞれ前記タンク内の水を向流通水するように供給ラインが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の電気脱イオンシステムにあっては、生産水の一部を濃縮室へ通水するための背圧をかけることが不要になり、電気脱イオン装置の脱塩室の入口圧力を低減することが可能になる。
【００１５】
また、脱塩室入口と濃縮室入口の差圧を減少させることができ、膜破断や、脱塩室から濃縮室へのリークを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係る電気脱イオンシステムに用いられる電気脱イオン装置の模式的な断面図である。
【図２】実施の形態に係る電気脱イオンシステムの構成図である。
【図３】実施の形態に係る電気脱イオンシステムの構成図である。
【図４】実施の形態に係る電気脱イオンシステムの構成図である。
【図５】従来例に係る電気脱イオンシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に、実施の形態に係る電気脱イオンシステムに用いられる電気脱イオン装置の構成の一例を示す。なお、この装置で処理される原水としては、ＲＯ（逆浸透）処理水等が例示される。
【００１８】
この電気脱イオン装置では、電極（陽極１１、陰極１２）の間に複数のアニオン交換膜（Ａ膜）１３及びカチオン交換膜（Ｃ膜）１４が交互に配列され、濃縮室１５と脱塩室１６とが交互に形成され、脱塩室１６には、イオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体が混合もしくは複層状に充填されている。また、濃縮室１５と、陽極室１７及び陰極室１８にも、イオン交換体、活性炭又は金属等の電気導電体が充填されている。
【００１９】
原水は脱塩室１６に導入され、脱塩室１６からは生産水が取り出される。この生産水の一部は、濃縮室１５に脱塩室１６の通水方向とは逆方向に向流一過式で通水され、濃縮室１５の流出水は系外へ排出される。即ち、この電気脱イオン装置では、濃縮室１５と脱塩室１６とが交互に並設され、脱塩室１６の生産水取り出し側に濃縮室１５の流入口が設けられており、脱塩室１６の原水流入側に濃縮室１５の流出口が設けられている。また、生産水の一部は陽極室１７の入口側に送給され、そして、陽極室１７の流出水は、陰極室１８の入口側へ送給され、陰極室１８の流出水は排水として系外へ排出される。
【００２０】
このように、濃縮室１５に生産水を脱塩室１６と向流一過式で通水することにより、生産水取り出し側ほど濃縮室１５内の濃縮水の濃度が低いものとなり、濃度拡散による脱塩室１６への影響が小さくなり、ホウ素等のイオンの除去率を高めることができる。
【００２１】
本実施形態の電気脱イオンシステムは、図１に示す電気脱イオン装置を直列に２段設置したものである。この電気脱イオンシステムの一例を図２に示す。図２の電気脱イオンシステムは、第１の電気脱イオン装置１と第２の電気脱イオン装置２とを直列に接続して、原水を多段に脱イオン処理する。この電気脱イオンシステムでは、原水の全量が第１の電気脱イオン装置１の脱塩室１６Ａに供給されて１次生産水となる。
【００２２】
１次生産水の一部を濃縮室１５Ａに流すために、脱塩室１６Ａから脱塩室１６Ｂに生産水を供給するラインに背圧弁２０が設けられている。１次生産水の一部は該背圧弁２０よりも上流側から分岐して濃縮室１５Ａに向流一過式にて通水され、濃縮排水として排出される。１次生産水の残部は、第２の電気脱イオン装置２の脱塩室１６Ｂに通水され、２次生産水となる。
【００２３】
この２次生産水は、配管２１を介して生産水タンク２２に導入される。タンク２２内の生産水の一部はポンプ２３及び配管２４を介して第２の電気脱イオン装置２の濃縮室１５Ｂに供給され、該濃縮室１５Ｂに向流一過式にて通水され、２次濃縮水として流出する。この２次濃縮水は例えば原水に戻される。
【００２４】
この通水方式によると、第２の電気脱イオン装置２の濃縮室１５Ｂに生産水を通水のための背圧弁２７（後述の図５）を配管２１に設けることが不要となる。そのため、背圧弁２７の圧損分だけ電気脱イオン装置１，２の脱塩室１６Ａ，１６Ｂの入口圧力を低くすることができる。
【００２５】
図２では、第１の電気脱イオン装置１の生産水の一部をその濃縮室１５Ａに向流通水しているが、図３のように、第１の電気脱イオン装置１の濃縮室にもタンク２２内の生産水を配管２５によって向流通水してもよい。この場合、脱塩室１６Ａ，１６Ｂ間の配管の背圧弁２０は不要である。そのため、背圧弁２０の圧損分だけ、第１の電気脱イオン装置１の脱塩室１６Ａの入口圧をさらに低くすることができる。
【００２６】
本発明では、図４のように、第１の電気脱イオン装置１の濃縮室１５Ａには、原水を脱塩室を並行流にて通水してもよい。
【００２７】
図５は、後述の比較例１の電気脱イオンシステムを示すものである。この電気脱イオンシステムでは、第２の電気脱イオン装置２の生産水の一部を、配管２１から分岐した配管２６によって、タンク２２を経ることなく直接的に濃縮室１５Ｂに供給して向流一過式に通水している。脱塩室１６Ｂからの生産水の一部を配管２１から分取するために、配管２１には、配管２６の分岐点よりも下流に背圧弁２７を設け、背圧をかけている。この背圧弁２７で生じる背圧の分だけ、脱塩室１６Ｂの出口部分の圧力が高くなり、その結果として、電気脱イオン装置１，２の脱塩室１６Ａ，１６Ｂの入口圧力を高くすることが必要になる。それにより、上記発明が解決しようとする課題の欄に記載の問題が生じ易くなる。
【００２８】
上記説明では、電気脱イオン装置を直列に２段に設置しているが、直列に３段以上に設置してもよい。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例及び比較例について説明する。なお、以下の実施例及び比較例では、原水として、市水をＲＯ処理した水（ホウ素濃度３．５ｐｐｔ、水温２０℃）を用いた。
【００３０】
［実施例１］
電気脱イオン装置（ＥＶＯＱＵＡ  ＷＡＴＥＲ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ製ＩＯＮＰＵＲＥ（登録商標）ＶＮＸ５５ＥＸ-２）を図２の通り、２段直列に設置し、表１の条件で運転した。濃縮室流量は、前段電気脱イオン装置１ｍ３／Ｈｒ、後段電気脱イオン装置０．５ｍ３／Ｈｒである。結果（図２の各点Ｐ１〜Ｐ４の圧力）を表２に示す。
【００３１】
［比較例１］
フローを図５の通りとしたこと以外は実施例１と同一条件にて電気脱イオンシステムに通水した。結果を表２に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
【表２】
2019111467.tif 000004
【００３４】
＜考察＞
実施例１では、２段目の電気脱イオン装置２から生産水タンク２２まで配管２１の圧力損失が０．１０ＭＰａであった。濃縮室１５Ｂには生産水をタンク２２からポンプ２３を介して通水するようにしたため、脱塩室出口の圧力Ｐ３は処理水タンク２２までの配管分の圧力のみで良い。そのため電気脱イオン装置２の脱塩室出口の圧力Ｐ３を０．１０ＭＰａと低くでき、電気脱イオン装置１，２の脱塩室入口の圧力Ｐ１，Ｐ２を低くすることができる。脱塩室入口の圧力Ｐ１，Ｐ２を低くすることで、電気脱イオン装置１，２の破損や水漏れのリスクを低減することができる。なお、濃縮室入口圧力Ｐ４は原則として脱塩室出口の圧力Ｐ３より低くするが、実施例１では、タンク２２内の生産水を通水するところから、濃縮室入口圧力Ｐ４が脱塩室出口圧力Ｐ３よりも若干大きくなっても、電気脱イオン装置２からの生産水の水質面では問題ない。
【００３５】
一方、比較例１では、２段目の電気脱イオン装置２から生産水タンク２２まで配管２１及び背圧弁２７の合計の圧力損失が０．２０ＭＰａであるため、電気脱イオン装置２の脱塩室出口圧力を０．２０ＭＰａとする必要があった。そのため電気脱イオン装置１の入口圧力Ｐ１は少なくとも０．４０ＭＰａを必要とした。接続配管の長さにより、通水の際の圧力損失はさらに大きくなるので、電気脱イオン装置１の入口圧力Ｐ１が更に大きくなる。前述の通り、入口圧力Ｐ１が大きくなることで、装置破損やそれによる水漏れのリスクが高まる。
【符号の説明】
【００３６】
１，２  電気脱イオン装置
１５，１５Ａ，１５Ｂ  濃縮室
１６，１６Ａ，１６Ｂ  脱塩室
２３  配管（供給ライン）
２４  ポンプ
【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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