(57)【要約】【課題】濃縮室からの炭酸イオンの濃度拡散を抑制し、これにより全無機炭酸濃度の生産水を得ることができる電気脱イオン装置とその運転方法を提供する。【解決手段】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。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。被処理水の一部をアニオン除去手段９でアニオン除去した後濃縮室１５に通水する。【選択図】  図１
2004261648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間にイオン交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画された電気脱イオン装置の運転方法であって、
被処理水を該脱塩室に流通させ、濃縮水を該濃縮室に流通させる運転方法において、
該濃縮水として、アニオン除去処理手段で処理された低アニオン濃度水を、脱塩室出口に近い側から該濃縮室に流入させると共に、脱塩室入口に近い側から流出させるように該濃縮室に流通させることを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項２】
請求項１において、前記アニオン除去処理手段で処理された低アニオン濃度水の全無機炭酸濃度が５０ｐｐｂ以下であることを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記アニオン除去処理で処理された低アニオン濃度水のシリカ濃度が１００ｐｐｂ以下であることを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記アニオン除去処理で処理された低アニオン濃度水のホウ素濃度が１０ｐｐｂ以下であることを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記脱塩室から流出する生産水の一部を濃縮室に供給することを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記アニオン除去処理手段が脱気手段を有することを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記アニオン除去処理手段がイオン交換装置又は電気脱イオン装置を有することを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、原水をアニオン除去処理し、この処理水を被処理水として前記脱塩室に供給することを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項９】
請求項８において、該原水を逆浸透処理及び脱気処理によりアニオン除去処理することを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項１０】
陽極と陰極との間にイオン交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画され、
被処理水が該脱塩室に流通され、濃縮水が該濃縮室に流通される電気脱イオン装置において、
該濃縮水を脱塩室出口に近い側から該濃縮室に流入させると共に脱塩室入口に近い側から流出させるように濃縮水導入手段及び流出手段が設けられており、
且つ、該濃縮室に流入する濃縮水からアニオンを除去する手段が設けられていることを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項１１】
請求項１０において、該アニオンを除去する手段は、アニオン除去処理後の全無機炭酸濃度を５０ｐｐｂ以下とするものであることを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１において、該脱塩室に供給される水からアニオンを除去する手段を備えたことを特徴とする電気脱イオン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アニオン濃度の低い生産水を生産するための電気脱イオン装置及びその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
純水、超純水等を製造する分野などにおいて電気脱イオン装置が用いられている。プレートアンドフレーム型の電気脱イオン装置は、陽極と、陰極と、該陽極、陰極間に濃縮室と脱塩室（希釈室）とを交互に形成するように交互に配置された平膜状の陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を有する。脱塩室にはイオン交換樹脂等のイオン交換体が充填されている。この脱塩室に脱塩処理すべき水が流通され、水中のイオンがイオン交換膜を透過して脱塩室から濃縮室に移動する。
【０００３】
特開２００２−２０５０６９号には、シリカ濃度及びホウ素濃度の低い生産水を生産するために、濃縮水として、原水よりシリカ又はホウ素濃度の低い水を、脱塩室の脱イオン水取り出し口に近い側から該濃縮室内に導入すると共に、該濃縮室のうち脱塩室の原水入口に近い側から流出させ、この濃縮室から流出した濃縮水の少なくとも一部を系外へ排出することが記載されている。
【０００４】
同号公報では、濃縮水として原水よりシリカ又はホウ素濃度の低い水を用い、しかも、このように水質の良好な水を、脱塩室の脱イオン水（生産水）取り出し側から原水流入側へ向かう方向に濃縮室に通水することにより、シリカ、ホウ素濃度を極低濃度にまで低減した高水質の生産水を得ることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２０５０６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、濃縮室からの炭酸イオン等のアニオンの濃度拡散を十分に抑制し、これにより極低炭酸濃度の生産水を得ることができる電気脱イオン装置の運転方法と電気脱イオン装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置の運転方法は、脱イオン装置の運転方法であって、被処理水を該脱塩室に流通させ、濃縮水を該濃縮室に流通させる運転方法において、該濃縮水として、アニオン除去処理手段で処理された低アニオン濃度水を、脱塩室出口に近い側から該濃縮室に流入させると共に、脱塩室入口に近い側から流出させるように該濃縮室に流通させることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の電気脱イオン装置は、陽極と陰極との間にイオン交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画され、被処理水が該脱塩室に流通され、濃縮水が該濃縮室に流通される電気脱イオン装置において、該濃縮水を脱塩室出口に近い側から該濃縮室に流入させると共に脱塩室入口に近い側から流出させるように濃縮水導入手段及び流出手段が設けられており、且つ、該濃縮室に流入する濃縮水からアニオンを除去する手段が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、炭酸等のアニオン濃度が著しく低い高純度の生産水の製造するために、濃縮室に供給される濃縮水の炭酸等のアニオン濃度を低くする。
【００１０】
これにより、濃縮室の出口近傍においても濃縮室から脱塩室に向うアニオン濃度勾配が比較的小さくなり、濃縮室から脱塩室への炭酸の拡散が抑制され、生産水の炭酸濃度を低くすることができる。
【００１１】
本発明では、濃縮室に流入する濃縮水の全無機炭酸濃度を５０ｐｐｂ以下とすることにより、濃縮室から脱塩室への炭酸イオンの濃度勾配による拡散を抑制し、全無機炭酸濃度が著しく低い生産水を生産することが可能となる。
【００１２】
本発明では、同様に、濃縮室に流入する濃縮水のシリカ濃度を１００ｐｐｂ以下とし、またホウ素濃度を１０ｐｐｂ以下とすることにより、これらのイオンの濃縮室から脱塩室への濃度勾配による拡散を抑制し、生産水中のシリカ濃度及びホウ素を著しく低くすることができる。
【００１３】
濃縮水に流入する濃縮水中の全無機炭酸濃度や、シリカ濃度あるいはホウ素濃度を低下させるために、脱塩室から流出する生産水の一部を濃縮水として用いてもよい。また、濃縮室に供給する水をイオン交換装置や電気脱イオン装置で処理してもよい。
【００１４】
濃縮室に流入する濃縮水中の全無機炭酸濃度を低下させるために、脱気膜装置などの脱気手段を用いてもよい。
【００１５】
本発明では、原水をアニオン除去処理した後、脱塩室に供給してもよく、これにより、生産水のアニオン濃度をさらに低下させることができる。このアニオン除去処理としては、逆浸透処理及び脱気処理が好適であり、特に多段に逆浸透処理し、さらに脱気処理することが好適である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態を示す電気脱イオン装置の模式的な断面図である。この電気脱イオン装置１０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を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成したものであり、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。
【００１８】
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もよい。
【００１９】
被処理水は脱塩室１６に導入され、脱塩室１６からは生産水が取り出される。被処理水の一部はアニオン除去手段９に送られ、アニオン除去処理される。このアニオン除去処理手段９でアニオンが除去された水は、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。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。これにより、濃縮水は濃縮室１５に対し脱塩室出口側（図１の下側）から流入し、脱塩室入口側（図１の上側）から流出する。
【００２０】
また、アニオン除去手段９から流出した水の一部は陽極室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。なお、陽極室１７の入口水はアニオン除去手段を経ない被処理水でも良い。
【００２１】
このように、濃縮室１５にアニオン除去処理水を脱塩室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、強アニオンのみならず炭酸、シリカ、ホウ素等の弱アニオンの除去率も飛躍的に高めることができる。この電気脱イオン装置によれば、比抵抗が１８ＭΩ・ｃｍ以上の生産水を生産することが可能である。
【００２２】
なお、濃縮室に通水されるアニオン除去処理水の導電率が低く、電気脱イオン装置の電気抵抗が高くなるときには、濃縮室にイオン交換体等の導電体を充填する。これにより、濃縮水に食塩等の電解質を添加し電気抵抗を下げることが不要となる。電極室１７，１８にも、電流確保のために、イオン交換体や活性炭、又は電気導電体である金属等を充填することが好ましい。これにより、超純水等の高水質の水を通水しても必要電流を確保することが可能となる。
【００２３】
電極室では、特に陽極室での塩素やオゾン等の酸化剤の発生が起こるため、充填物としては、長期的にはイオン交換樹脂等を用いるよりも、活性炭を用いることが好ましい。また、電極室へ図１のように生産水を供給することは、電極室供給水にＣｌ−が殆ど無いため、塩素の発生を防止できるので、充填物や電極の長期安定化のためには望ましい。
【００２４】
図２は、この図１の電気脱イオン装置の脱塩室及び濃縮室への通水系統を簡略化して示したものである。図示の通り、被処理水が脱塩室１６に通水されて生産水となる。被処理水の一部がアニオン除去処理後、濃縮室１５に通水され、濃縮排水として排出される。濃縮室内の水の流れ方向は脱塩室１６内の反対（向流）である。
【００２５】
このアニオン除去手段９により、全無機炭酸濃度を５０ｐｐｂ以下好ましくは３０ｐｐｂ以下とすることにより、生産水中の全無機炭酸濃度が著しく低くなる。また、アニオン除去手段９により、シリカ濃度を１００ｐｐｂ以下好ましくは８０ｐｐｂ以下とし、ホウ素濃度を１０ｐｐｂ以下、好ましくは８ｐｐｂ以下とすることにより、生産水中のシリカ濃度及びホウ素濃度を著しく低下させることができる。
【００２６】
前記アニオン除去手段９としては、脱気膜装置、脱炭酸塔、真空脱気塔などの脱気装置のほか、逆浸透膜分離装置、電気透析装置、アニオン交換体を含むイオン交換樹脂塔等のイオン交換装置または電気脱イオン装置が例示される。
【００２７】
なお、炭酸除去のために、脱気膜、脱炭酸塔、真空脱気塔等の脱気手段を含むことが望ましい。特に真空吸引方式（例えば２０Ｔｏｒｒ以下）、または窒素等によるスイープ方式、あるいは両者を行う脱気膜処理装置は炭酸除去効率に優れている。
【００２８】
図３は、アニオン除去手段９として電気脱イオン装置８を採用した場合の一例を示す系統図である。この電気脱イオン装置８は陽極と陰極との間にアニオン膜８ａとカチオン膜８ｃとによって脱塩室８Ｄと濃縮室８Ａ，８Ｂを形成したものである。被処理水は各室８Ａ，８Ｂ，８Ｄに並流にて流通され、脱塩室８Ｄからの脱塩水と濃縮室８Ｂからの濃縮水とが電気脱イオン装置１０の濃縮水１５の脱塩室出口側に供給され、脱塩室入口側から流出する。この電気脱イオン装置８では脱塩室８Ｄのアニオン膜８ａ側の濃縮室８Ａとカチオン膜８ｃ側の濃縮室８Ｂがあり、濃縮室８Ａに濃縮されたアニオン成分のみ排出され、カチオンが濃縮された濃縮室８Ｂは脱塩室８Ｄからの脱塩水と共に、電気脱イオン装置１０の濃縮室１５に供給される。この電気脱イオン装置８は、このようにアニオン成分のみを除去、低減するものである。
【００２９】
本発明では、脱塩室に供給される被処理水としてアニオン除去処理されたものを用いてもよく、このようにすることにより、脱塩室のアニオン負荷が軽減されるので、弱アニオン濃度がさらに低レベルとなった生産水を得ることができる。このアニオン除去処理としては、脱気処理、逆浸透処理等が好適である。活性炭により有機成分を吸着除去したり、塩素をイオン化することも好適である。
【００３０】
脱塩室への給水からアニオン除去処理により炭酸イオンを除去する場合には、アニオン除去手段として、脱気手段（特に膜脱気装置）を用いることが特に好ましい。また、脱気処理水の一部を、脱気装置入口に再循環させて炭酸除去効率を上げることが望ましい。
【００３１】
炭酸除去のための脱気処理においては、流入水を酸性好ましくはｐＨ４〜６、更に好ましくはｐＨ４〜５に調整して、炭酸除去効率を上げることが望ましい。
【００３２】
また、脱気膜のガス側を真空ポンプで吸引する場合は、真空度を５０Ｔｏｒｒ以下、更に好ましくは２０Ｔｏｒｒ以下とすることが、炭酸除去効率を上げる点で望ましい。
【００３３】
原水を逆浸透処理（以下ＲＯ処理ということがある。）する場合、多段、例えば２段に処理を行うことにより、炭酸、シリカ、ホウ素等の弱アニオン成分を十分に低減させることが望ましい。
【００３４】
この場合、１段目及び／又は２段目のＲＯ入口水をアルカリ性（ｐＨ８〜１０）とすることにより、弱アニオン成分の除去効率が向上する。
【００３５】
また、このアルカリ性とするためのアルカリ生成手段として、特開２００１−１１３２８１号で示されている脱塩室厚さ７ｍｍ以上（好ましくは１５ｍｍ）でアニオン／カチオンの混合イオン交換体を充填した電気脱イオン装置を用いてもよい。このようにすると、アルカリ生成と同時に、弱アニオン成分も低減される。このような電気脱イオン装置は、１段目と２段目のＲＯ装置の間に配置されるのが望ましい。
【００３６】
前処理としては、上記２段ＲＯ処理と脱気処理を含むことが、超高純度の超純水、例えば比抵抗１８．２ＭΩ・ｃｍ以上、シリカ濃度０．０５ｐｐｂ以下、ホウ素０．００５ｐｐｂ以下の処理水を得るには特に好適である。
【００３７】
上述の前処理装置を電気脱イオン装置１０の前段に配置した構成例を図４〜７に示す。
【００３８】
図４では、原水を脱気膜装置１によって脱気して電気脱イオン装置１０の被処理水としている。なお、脱気膜装置１の脱気処理水の一部は該装置１の上流側に返送され、繰り返し処理されている。
【００３９】
図５では、原水を活性炭吸着塔２と２段のＲＯ装置３，３に通水して被処理水としている。
【００４０】
図６では、原水を活性炭吸着塔２、第１のＲＯ装置３、電気脱イオン装置４、第２のＲＯ装置３によって処理して電気脱イオン装置１０の被処理水としている。なお、電気脱イオン装置４としては例えば特開２００１−１１３２８１号の電気脱イオン装置を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００４１】
図７では、原水を活性炭吸着塔２、２段のＲＯ装置３，３、脱気膜装置１によって処理し、電気脱イオン装置１０の被処理水としている。
【００４２】
本発明では、濃縮室に供給される濃縮水からアニオンを除去する手段は、電気脱イオン装置１０そのものであってもよい。即ち、図８のように、被処理水の全量を電気脱イオン装置１０の脱塩室１６に流通させ、その生産水の一部を濃縮室１５に脱塩室出口側から脱塩室入口側に向って流通させてもよい。
【００４３】
本発明では、電気脱イオン装置１０を多段に設置し、原水を多段に脱イオン処理してもよい。
【００４４】
図９は、このように電気脱イオン装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）を多段に設置した電気脱イオンシステムの通水系統図であり、第１の電気脱イオン装置１０Ａと第２の電気脱イオン装置１０Ｂとを直列に接続している。
【００４５】
図９の電気脱イオンシステムでは、被処理水が第１の電気脱イオン装置１０Ａの脱塩室１６Ａに通水されて１次生産水となる。この１次生産水が第２の電気脱イオン装置の脱塩室１６Ｂに流通される。濃縮室１５Ａ，１５Ｂの濃縮水の流通方向は脱塩室１６Ａ，１６Ｂと向流方向である。該脱塩室１６Ｂからの２次生産水（生産水）が取り出され、その一部が濃縮室１５Ｂに供給される。第２の電気脱イオン装置２の濃縮室１５Ｂから流出する濃縮水はアニオン濃度が低いものであり、該濃縮室１５Ａに供給される。
【００４６】
第１の電気脱イオン装置１の濃縮室１５Ａからの流出水は、濃縮排水として排出される。
【００４７】
本発明では、脱塩室の厚さは２〜７ｍｍ、流速はＬＶ＝６０〜１２０ｍ／ｈ、ＳＶ＝１００〜２００／ｈが好ましい。濃縮室の厚さは２〜７ｍｍ、流速はＬＶ＝１０〜３０ｍ／ｈ、ＳＶ＝２５〜５０／ｈが好ましい。また、脱塩室、濃縮室ともにイオン交換体が充填され、特にアニオンカチオンの混合で充填されており、電流密度３００〜７００ｍＡ／ｄｍ２で運転されることが好ましい。濃縮室に供給する水は、循環ポンプ等で濃縮室入口に再循環させずに、一過式様とすることが望ましい。
【００４８】
また、図９のように複数の脱塩室に直列に通水する場合には、特に最終段の脱塩室にて、上記となるようにすることが望ましい。
【００４９】
【発明の効果】
以上の通り、本発明の電気脱イオン装置及びその運転方法によるとアニオン濃度特に全無機炭酸濃度が著しく低い生産水を確実に生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る電気脱イオン装置の模式的な断面図である。
【図２】図１の電気脱イオン装置の通水系統図である。
【図３】別の実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。
【図４】さらに別の実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。
【図５】異なる実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。
【図６】実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。
【図７】実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。
【図８】実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。
【図９】実施の形態に係る電気脱イオンシステムの通水系統図である。
【符号の説明】
１０  電気脱イオン装置
１１  陽極
１２  陰極
１５，１５Ａ，１５Ｂ  濃縮室
１６，１６Ａ，１６Ｂ  脱塩室
【図１】
2004261648.tif 000003
【図２】
2004261648.tif 000004
【図３】
2004261648.tif 000005
【図４】
2004261648.tif 000006
【図５】
2004261648.tif 000007
【図６】
2004261648.tif 000008
【図７】
2004261648.tif 000009
【図８】
2004261648.tif 000010
【図９】
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