(57)【要約】【課題】弱電解質の除去効率を高めた電気再生式純水製造装置を提供する。【解決手段】陽極（２）を備えた陽極室（３）と陰極（４）を備えた陰極室（５）との間に陰イオン交換膜および陽イオン交換膜を交互に配列して順次形成される複数組の脱塩室（８１）・・・及び濃縮室（９１）・・・から構成され、脱塩室には陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物（Ｚ）が収容され、上記のイオン交換体の混合物（Ｚ）と陰イオン交換膜との間には陰イオン交換体（Ｘ）を単独で収容して成る。【選択図】　　　　図１
2004105868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室との間に陰イオン交換膜および陽イオン交換膜を交互に配列して順次形成される複数組の脱塩室および濃縮室から構成され、脱塩室には陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物が収容されて成る電気再生式純水製造装置であって、上記のイオン交換体の混合物と陰イオン交換膜との間には陰イオン交換体を単独で収容して成ることを特徴とする電気再生式純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気再生式純水製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、イオン交換体とイオン交換膜を組み合わせ且つ電気透析の作用を利用した電気再生式純水製造装置が提案されている。この装置は、含水状態のイオン交換体が良好な導電体であることに着目して発明されたものであり、基本的には、電気透析装置の陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とで挟まれた脱塩室にイオン交換体を充填して構成される。そして、脱塩室に電圧を印可しながら脱塩されるべき被処理水を流通させて純水を得る。電気再生式純水製造装置によれば、イオン交換樹脂を使用した純水の製造方法の場合に必要な再生剤が不要となる利点がある。
【０００３】
本出願人は、脱塩室に収容される陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物に導電性物質を付加して成る装置を提案している（例えば特許文献１参照）。また、濃縮室および／または電極室に導電性物質を収容して成る装置も提案している（例えば特許文献１及び２参照）。これらの改良された装置は、何れも、電気的に安定であり、従って、処理水の水質を低下させないで安定化させ、しかも、消費電力量を低減させることを目的としたものであり、特に、その効果は、脱塩室および濃縮室の組み込み室数を増やした場合に顕著である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２４３７４号公報
【特許文献２】
特開２００１−１３７８５６号公報
【特許文献３】
特開２００１−１３７８５９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気再生式純水製造装置は、強電解質の除去の点では問題ないものの、弱電解質の除去の点では不十分である。本発明は、斯かる実情に鑑みなされたものであり、その目的は、弱電解質の除去効率を高めた電気再生式純水製造装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々検討を重ねた結果、意外にも、脱塩室に陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物が収容されて成る電気再生式純水製造装置においては、上記のイオン交換体の混合物と陰イオン交換膜との間に陰イオン交換体を単独で収容することにより、上記の目的を容易に達成し得るとの知見を得た。
【０００７】
本発明は、上記の知見に基づき達成されたものであり、その要旨は、陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室との間に陰イオン交換膜および陽イオン交換膜を交互に配列して順次形成される複数組の脱塩室および濃縮室から構成され、脱塩室には陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物が収容されて成る電気再生式純水製造装置であって、上記のイオン交換体の混合物と陰イオン交換膜との間には陰イオン交換体を単独で収容して成ることを特徴とする電気再生式純水製造装置に存する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の電気再生式純水製造装置の一例の垂直縦断正面略図である。
【０００９】
本発明の電気再生式純水製造装置（１）の基本的構成は、従来のものと同じであり、陽極（２）を備えた陽極室（３）と陰極（４）を備えた陰極室（５）との間に陰イオン交換膜（６１）及び陽イオン交換膜（７１）を交互に配列して順次形成される複数組の脱塩室（８１）、（８２）・・・及び濃縮室（９１）、（９２）・・・から構成される。
【００１０】
すなわち、陰イオン交換膜（６１）と陽イオン交換膜（７１）とに挟まれて脱塩室（８１）が構成され、同様にして陰イオン交換膜（６２）と陽イオン交換膜（７２）とに挟まれて第２の脱塩室（８２）が形成される。この様にして図示の装置の場合は５個の脱塩室が形成されている。一方、陽イオン交換膜（７１）と陰イオン交換膜（６２）とに挟まれて第１濃縮室（９１）が形成され、同様にして陽イオン交換膜（７２）と陰イオン交換膜（６３）とに挟まれて第２濃縮室（９２）が形成される。この様にして図示の装置の場合は４個の濃縮室が形成されている。そして、上記の５個の脱塩室には陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物（Ｚ）がそれぞれ収容されている。
【００１１】
上記の脱塩室に収容される陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物（Ｚ）には導電性物質（Ｅ）を付加するのが好ましい。斯かる構成により、脱塩室および濃縮室の組み込み室数を増やした場合にも、電圧の印可条件を変化させることなく、処理水の水質を低下させないで安定化させ、しかも、消費電力量を低減させることが出来る。
【００１２】
脱塩室および濃縮室を形成するためのイオン交換膜としては、通常の電気透析装置で採用されているものが使用され、例えば、商品名「セレミオン（旭硝子（株））」、「ネオセプタ（トクヤマ（株））」、「アシプレックス（旭化成（株））」等の市販品が挙げられる。
【００１３】
脱塩室に収容されるイオン交換体としては、通常の純水製造時の脱塩処理に使用されている陰イオン交換樹脂および陽イオン交換樹脂を使用することも出来るが、比表面積が大きく且つイオン交換反応が効率的であるイオン交換繊維を使用するのが有利である。斯かるイオン交換繊維としては、具体的には、ポリスチレン系繊維と補助剤との複合繊維にイオン交換基を導入したもの、ポリビニルアルコールの繊維基体にイオン交換基を導入したもの、ポリオレフィン系の繊維に放射線を照射して放射線グラフト重合を利用してイオン交換基を導入したもの等の市販品が利用できる。イオン交換繊維を使用する場合、両イオン交換繊維を交換容量で同当量混和し、これに不活性合成繊維を混合状態にした後、不織布状にしたものが使用される。
【００１４】
また、イオン交換樹脂は、通常の純水製造に採用されているイオン交換樹脂から適宜選定される。例えば、強酸性陽イオン交換樹脂としては、「ダイヤイオン（三菱化学（株）登録商標）ＳＫ１Ｂ」、「ＰＫ２０８」等、強塩基性陰イオン交換樹脂としては、「ダイヤイオンＳＡ１０Ａ」、「ＰＡ３１６」等が挙げられる。
【００１５】
上記のイオン交換体は、再生形および塩形の何れの型で使用してもよいが、水質の立ち上がりを早くするのには再生形を使用するのがよい。また、上記のイオン交換体（不織布または樹脂充填物）は、イオン交換膜と異なり、そのポーラス構造により、イオンのみならず、水をも自由に通過し得る。
【００１６】
脱塩室に収容される陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物（Ｚ）に付加される導電性物質（Ｅ）としては、イオン交換充体がイオン交換繊維の場合は導電性繊維が好ましい。導電性繊維としては、炭素繊維の他、ナイロン系、アクリル系、ポリエステル系などの合成繊維にカーボンブラックを練り込んだ複合繊維、表面がカーボンブラックでコーティングされた合成繊維などが挙げられる。斯かる導電性繊維の具体例としては、「アントロン」（デュポン社製）、「ウルトロン」（モンサント社製）、「ＳＡ−７」、「バレルＩＩ」（東レ社製）、「ベルトロン」（鐘紡社製）、「メガＩＩ」（ユニチカ社製）、「メタリアン」（帝人社製）等の市販品がある。
【００１７】
導電性繊維は、イオン交換繊維と均一に混合され不織布状の形態にされる。この場合、混合割合は、イオン交換繊維の交換容量に悪影響を及ぼさず且つ高い導電性を付与する様に、イオン交換繊維の交換能、導電性繊維の性質などを考慮して適宜決められるが、通常は２０〜７０重量％、好ましくは３０〜６０％であり、略５０％程度が最も好ましい。また、イオン交換体がイオン交換樹脂の場合は、小粒の黒鉛、小粒の活性炭などの導電性物質が混合して使用される。
【００１８】
濃縮室および／または電極室には陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物（Ｚ）及び／又は導電性物質（Ｅ）を収容するのが好ましい。斯かる構成により、濃縮室および／または電極室が電気的により安定となるため、電圧の印可条件を変化させることなく、処理水の水質を低下させないで安定化させ、しかも、消費電力量を低減させることが出来る。
【００１９】
濃縮室および／または電極室に使用する陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物（Ｚ）及び／又は導電性物質（Ｅ）としては、脱塩室の充填物として前述したのと同様のものが使用される。導電性物質（Ｅ）としては、湿潤状態で陽イオン交換体および陰イオン交換体よりも良導電性である導電性物質、特に炭素繊維が好適に使用される。
【００２０】
陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物（Ｚ）及び／又は導電性物質（Ｅ）は、電極室よりも濃縮室に収容した方が好ましい結果が得られる。勿論、両室に収容してもよい。また、上記の混合物（Ｚ）よりも導電性物質（Ｅ）が好適に使用される。勿論、脱塩室の場合と同様に、上記の混合物（Ｚ）に導電性物質（Ｅ）を付加して使用してもよい。
【００２１】
本発明の電気再生式純水製造装置においては、イオン交換体の混合物（Ｚ）・・・と陰イオン交換膜（６１）、（６２）、（６３）・・・との間にはそれぞれ陰イオン交換体（Ｘ）を単独で収容する。陰イオン交換体（Ｘ）としては、前記と同様のものが使用される。また、前記と同様、イオン交換繊維に不活性合成繊維を混合状態にした後、不織布状にしたものが使用される。なお、陰イオン交換体（Ｘ）を単独で収容するとは、陽イオン交換体との混合物として収容することではないことを意味する。
【００２２】
脱塩室における陰イオン交換体（Ｘ）／イオン交換体の混合物（Ｚ）の厚さ比は、通常１：０．１〜１０、好ましくは１：１〜１０である。
【００２３】
本発明の装置は次の様に使用される。５個の各脱塩室には、並行して被処理水（脱イオンされる水）を流入管（１３１）から供給する。処理水（脱イオンされた水）は流出管（１３２）から流出される。４個の各濃縮室には、並行して被処理水を流入管（１４１）から供給する。各濃縮室に供給された被処理水は、濃縮されて濃縮水として流出管（１４２）から排出される。また、濃縮室への供給と同時に被処理水を流入管（１２１）から陽極室（３）に、流入管（１２３）から陰極室（５）にそれぞれ導入し、各々流出管（１２２）、流出管（１２４）から排出させる。
【００２４】
上記の各流路により被処理水を流通させながら、陽極（２）及び陰極（４）から直流電流を通ずると、各脱塩室では被処理水中の不純物イオンが陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物（Ｚ）が有する陰イオン交換基および陽イオン交換基により捕捉除去され、純水が製造されると共に、陽イオン交換体および陰イオン交換体の混合物（Ｚ）に捕捉された不純物イオンは脱塩室の隔膜でもある陰イオン交換膜および陽イオン交換膜により電気透析されて隣接する濃縮室に移動し、濃縮され流出管（１４２）から排出される。
【００２５】
本発明の装置では、上記のイオン交換体の混合物（Ｚ）と陰イオン交換膜との間には陰イオン交換体（Ｘ）が単独で収容されているため、陰イオン交換膜とイオン交換体の混合物（Ｚ）の境界での弱電解質イオンの移動が円滑に行われ、その結果、本発明の装置によれば、弱電解質の除去を効率的に行なうことが出来る。なお。陰イオン交換膜（６１）／陰イオン交換体（Ｘ）／イオン交換体の混合物（Ｚ）／陽イオン交換膜（７１）は、何れも相互に接触している。
【００２６】
【実施例】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【００２７】
実施例１及び比較例１
図１に示す様な構造を有する電気再生式純水製造装置であって、脱塩室が４５室および濃縮室が４４室より成る装置（Ａ）と脱塩室が９０室および濃縮室が８９室より成る装置（Ｂ）をそれぞれ使用して実験を行った。脱塩室は、縦３９０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚さ２ｍｍであり、濃縮室は、縦３９０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚さ２ｍｍである。
【００２８】
陰イオン交換膜としては、セレミオンＡＭＤ［旭硝子（株）製、セレミオンは同社登録商標］を使用し、その寸法は、縦３９０ｍｍ、横１３０ｍｍである。陽イオン交換膜としては、セレミオンＣＭＤ［旭硝子（株）製］を使用し、その寸法は、縦３９０ｍｍ、横１３０ｍｍである。
【００２９】
上記の脱塩室に収容するイオン交換体の混合物（Ｚ）としては、ポリビニルアルコールをマトリックスにスチレン−ジビニルベンゼンのスルホン酸化物を均一に分散させた強酸性陽イオン交換繊維（株式会社ニチビ製「ＩＥＦ−ＳＣ」）とポリビニルアルコールの主鎖にトリメチルアンモニウム基を付加してなる強塩基性陰イオン交換繊維（株式会社ニチビ製「ＩＥＦ−ＳＡ」）の両イオン交換繊維を交換容量で同当量混和し、これに不活性合成繊維としてポリエステル繊維を５０％の割合で混合状態にした後、不織布状にしたものを使用した。
【００３０】
上記の脱塩室において、上記のイオン交換体の混合物（Ｚ）と陰イオン交換膜との間に収容する陰イオン交換体（Ｘ）としては、上記の強塩基性陰イオン交換繊維（株式会社ニチビ製「ＩＥＦ−ＳＡ」）に不活性合成繊維としてポリエステル繊維を５０％の割合で混合状態にした後、不織布状にしたものを使用した。また、上記の脱塩室における陰イオン交換体（Ｘ）／イオン交換体の混合物（Ｚ）／の厚さ比は１：４とした。
【００３１】
被処理水としては横浜市水のＲＯ（逆浸透膜）処理水（電気伝導度：２０μＳ／ｃｍ）を使用した。このＲＯ処理水の分析値は後述の表１に示す通りである。
【００３２】
脱塩室側流入管（１３１）から脱塩室にＬＶ２５ｍ／ｈで被処理水を通水した。同様に両電極室および濃縮室にも被処理水を脱塩室への供給速度と同じ流速で供給した。通水と同時に両電極室の電極板に６００Ｖの直流電圧を印可した。定常状態になった直後に脱塩室より流出する処理水の分析を行なった。その結果を表１に示す。
【００３３】
比較例１
実施例１において、陰イオン交換体（Ｘ）の収容を止めた以外は、実施例１と同様に操作した。脱塩室より流出する処理水の分析結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
2004105868.tif 000003
【００３５】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、弱電解質の除去効率が高められた電気再生式純水製造装置が提供され、本発明の工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気再生式純水製造装置の一例の垂直縦断正面略図
【符号の説明】
１：電気透析槽本体
２：陽極
３：陽極室
４：陰極
５：陰極室
６１：陰イオン交換膜
７１：陽イオン交換膜
８１：脱塩室
９１：濃縮室
１２１：陽極室側流入管
１２２：陽極室側流出管
１２３：陰極室側流入管
１２４：陰極室側流出管
１３１：脱塩室側流入管
１３２：脱塩室側流出管
１４１：濃縮室側流入管
１４２：濃縮室側流出管
Ｘ：陰イオン交換体
Ｚ：イオン交換体の混合物
【図１】
2004105868.tif 000004