(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側のカチオン交換膜と、他側のアニオン交換膜とで区画される空間にイオン交換体が充填されて、１以上の主脱塩室が設けられ、
前記カチオン交換膜、または、前記アニオン交換膜を介して、前記主脱塩室の両側に濃縮室が設けられ、
前記主脱塩室と前記濃縮室とが、陽極と陽極側仕切り膜とで区画される陽極室と、陰極と陰極側仕切り膜とで区画される陰極室との間に配置され、
前記陽極側仕切り膜をカチオン交換膜とし、前記陽極室にイオン交換体が充填され、前記陽極側仕切り膜と該陽極側仕切り膜と対向して配置されるカチオン交換膜とで区画される空間にイオン交換体が充填されて形成された副脱塩室、および／または、前記陰極側仕切り膜をアニオン交換膜とし、前記陰極室にイオン交換体が充填され、前記陰極側仕切り膜と該陰極側仕切り膜と対向して配置されるアニオン交換膜とで区画される空間に、イオン交換体が充填されて形成された副脱塩室が設けられ、
前記副脱塩室を流通した被処理水を前記主脱塩室に流通させる手段、および／または、前記主脱塩室を流通した被処理水を前記副脱塩室に流通させる手段が設けられている、電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記陽極室と前記陰極室との間に、２以上の前記主脱塩室が前記濃縮室を介して配置され、前記副脱塩室を流通させた被処理水を任意の主脱塩室に流通させ、前記任意の主脱塩室を流通させた被処理水を他の主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】
前記陽極室と前記陰極室との間に、２以上の前記主脱塩室が前記濃縮室を介して配置され、任意の主脱塩室を流通させた被処理水を他の主脱塩室に流通させ、その後、前記主脱塩室を流通させた被処理水を前記副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４】
前記陽極室と前記陰極室との間に、２以上の前記主脱塩室が前記濃縮室を介して配置され、前記副脱塩室を流通させた被処理水を分配し、分配した被処理水を前記主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５】
前記陽極室と前記陰極室との間に、２以上の前記主脱塩室が前記濃縮室を介して配置され、それぞれの主脱塩室を流通させた被処理水を合流させ、合流させた被処理水を前記副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６】
前記主脱塩室には、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜との間に中間イオン交換膜を配置し、前記主脱塩室の厚さ方向に多段に区画された小脱塩室が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】
前記陽極室、および／または、前記陰極室には、前記主脱塩室または前記副脱塩室で処理された水が、通水されてい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】
前記陽極室、および／または、前記陰極室には、比抵抗値０．２〜１８．２ＭΩ・ｃｍの水が通水されていることを特徴とする、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気式脱イオン水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脱イオン水を製造する方法として、従来からイオン交換樹脂に被処理水を通水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飽和したときに、薬剤によって再生を行う必要がある。近年、このような処理操作上の不利な点を解消するため、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン装置（以下、ＥＤＩという）が実用化されている。
【０００３】
ＥＤＩは、電気泳動と電気透析とを組み合わせた純水製造装置である。ＥＤＩは、アニオン交換膜とカチオン交換膜との間にイオン交換体を充填し、イオン交換膜の外側に陽極を備える陽極室と、陰極を備える陰極室（以下、陽極室と陰極室を総じて、電極室ということがある）を配置した装置である。ＥＤＩによる脱イオン水の製造方法は、電極に直流電圧を印加した状態でイオン交換体層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をイオン交換体で吸着し、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するものである。
【０００４】
従来型のＥＤＩにおける、脱塩室のイオン交換体の再生は、脱塩室内の異種のイオン交換体の界面にて起こる、主に、水の解離反応にて生じるＨ＋とＯＨ−にて行われていた。このため、脱塩室には水の解離反応を進行させるだけの電圧を印加させる必要があり、脱塩室の数に応じて電圧が加算されていく構造となっていた。また、従来型のＥＤＩは、電極室と脱塩室との間に濃縮室を設けているか、電極室と脱塩室とが隣接していても、電極室は濃縮室として利用されていたため、電極室における電極反応にて生成するＨ＋ならびにＯＨ−イオンは有効利用されずに、装置外に排出されていた。
【０００５】
このような問題に対し、例えば、電極室を脱塩室として用い、電極室における電極で進行する水の電解反応（電極反応）により発生するＨ＋とＯＨ−とを電極室（脱塩室）内のイオン交換体の再生に利用したＥＤＩが開示されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、特許文献１に記載の発明では、電極反応で生じたガス成分や、酸化性物質等も脱イオン水に含まれるという懸念がある。
【０００６】
電極反応で生じたガス成分等が、脱イオン水に直接影響しないような構造として、電極室に隣接する脱塩室を設け、該脱塩室に被処理水を流通させるＥＤＩが開示されている（例えば、特許文献２）。しかしながら、特許文献２のＥＤＩでは、脱塩室当たりの電極の数が多く、また、処理水量を増やすためには、装置が大型化するという問題がある。
【０００７】
イオン交換体が充填された電極室に、脱塩室で処理した脱イオン水を流通させ、電極の劣化防止、運転電圧の低減化、脱塩効率の向上を図ったＥＤＩが開示されている（例えば、特許文献３）。しかしながら、特許文献３のＥＤＩでは、電極への塩の析出等を防いで、電極の能力を延命することができるものの、電極室で生成するＨ＋とＯＨ−は、有効利用されることなく、ＥＤＩの装置外に排出されていた。
【特許文献１】特許第３７９３２２９号公報
【特許文献２】特公平５−７９３９７号公報
【特許文献３】特許第３８０１８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、運転時の省エネルギー化を実現し、かつ、比抵抗の高い、良好な水質を得られるＥＤＩを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のＥＤＩは一側のカチオン交換膜と、他側のアニオン交換膜とで区画される空間にイオン交換体が充填されて、１以上の主脱塩室が設けられ、前記カチオン交換膜、または、前記アニオン交換膜を介して、前記主脱塩室の両側に濃縮室が設けられ、前記主脱塩室と前記濃縮室とが、陽極と陽極側仕切り膜とで区画される陽極室と、陰極と陰極側仕切り膜とで区画される陰極室との間に配置され、前記陽極側仕切り膜をカチオン交換膜とし、前記陽極室にイオン交換体が充填され、前記陽極側仕切り膜と該陽極側仕切り膜と対向して配置されるカチオン交換膜とで区画される空間にイオン交換体が充填されて形成された副脱塩室、および／または、前記陰極側仕切り膜をアニオン交換膜とし、前記陰極室にイオン交換体が充填され、前記陰極側仕切り膜と該陰極側仕切り膜と対向して配置されるアニオン交換膜とで区画される空間に、イオン交換体が充填されて形成された副脱塩室が設けられ、前記副脱塩室を流通した被処理水を前記主脱塩室に流通させる手段、および／または、前記主脱塩室を流通した被処理水を前記副脱塩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。
【００１０】
前記陽極室と前記陰極室との間に、２以上の前記主脱塩室が前記濃縮室を介して配置され、前記副脱塩室を流通させた被処理水を任意の主脱塩室に流通させ、前記任意の主脱塩室を流通させた被処理水を他の主脱塩室に流通させても良く、任意の主脱塩室を流通させた被処理水を他の主脱塩室に流通させ、その後、前記主脱塩室を流通させた被処理水を前記副脱塩室に流通させても良い。
【００１１】
前記陽極室と前記陰極室との間に、２以上の前記主脱塩室が前記濃縮室を介して配置され、前記副脱塩室を流通させた被処理水を分配し、分配した被処理水を複数の前記主脱塩室に流通させても良く、複数の主脱塩室を流通させた被処理水を合流させ、合流させた被処理水を前記副脱塩室に流通させても良い。
【００１２】
前記主脱塩室には、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜との間に中間イオン交換膜を配置し、前記主脱塩室の厚さ方向に多段に区画された小脱塩室が形成されていても良い。前記陽極室、および／または、前記陰極室には、前記主脱塩室または前記副脱塩室で処理された水が、通水されていることが好ましく、比抵抗値０．２〜１８．２ＭΩ・ｃｍの水が通水されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＥＤＩによれば、運転時の省エネルギー化を実現し、かつ、比抵抗の高い、良好な水質を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のＥＤＩは、陽極室と陰極室（以下、総じて電極室ということがある）との間に主脱塩室が設けられ、電極室の少なくとも一方には、仕切り膜を介して隣接する副脱塩室が設けられ、前記副脱塩室を流通した被処理水を前記主脱塩室に流通する手段、および／または、前記主脱塩室を流通した被処理水を前記副脱塩室に流通する手段が設けられているものである。
【００１５】
本発明のＥＤＩにおける、運転時の省エネルギー化、および、水質向上の原理について、図１を用いて説明する。図１は、本発明のＥＤＩ８における、イオン成分の流れを説明する模式図である。図１に示すとおり、ＥＤＩ８は、陰極室１０と陽極室２０との間に、主脱塩室５０と、主脱塩室５０の両側に設けられた濃縮室６０、６２とを有し、陰極室１０側および陽極室２０側にそれぞれ副脱塩室３０、４０が設けられている。
【００１６】
陰極室１０は、陰極１２とアニオン交換膜である陰極側仕切り膜１４とで区画された空間に、イオン交換体が充填され、形成されている。陽極室２０は、陽極２２とカチオン交換膜である陽極側仕切り膜２４とで区画された空間に、イオン交換体が充填されて形成されている。
【００１７】
副脱塩室３０は、陰極室１０を形成する陰極側仕切り膜１４と、アニオン交換膜３２とで区画された空間に、イオン交換体が充填され、形成されている。副脱塩室４０は、陽極室２０を形成する陽極側仕切り膜２４と、カチオン交換膜４２とで区画された空間に、イオン交換体が充填され形成されている。主脱塩室５０は、陰極室１０側に配置されたカチオン交換膜５２と、陽極室２０側に配置されたアニオン交換膜５４とで区画された空間に、イオン交換体が充填され形成されている。
【００１８】
濃縮室６０は、副脱塩室３０を形成するアニオン交換膜３２と、主脱塩室５０を形成するカチオン交換膜５２とで区画されて形成されている。濃縮室６２は、副脱塩室４０を形成するカチオン交換膜４２と、主脱塩室５０を形成するアニオン交換膜５４とで区画されて形成されている。
【００１９】
ここで、陰極室１０と副脱塩室３０とにはアニオン交換体を単床形態で充填し、陽極室２０と副脱塩室４０とにはカチオン交換体を単床形態で充填した場合を例として、イオン成分の流れについて説明する。
【００２０】
脱イオン水の製造は、まず、陰極室１０と陽極室２０とに電極水を流通させ、陰極１２と陽極２２との間に直流電圧を印加する。また、濃縮室６０、６２に濃縮水を流通させる。そして、副脱塩室３０または副脱塩室４０に被処理水を流通させて処理し、処理された被処理水を主脱塩室５０へ流通させ、脱イオン水の製造が行われる。あるいは、主脱塩室５０に被処理水を流通させ、処理された被処理水を副脱塩室３０または副脱塩室４０に流通させ、脱イオン水の製造が行われる。
【００２１】
脱イオン水の製造中、陰極室１０では、陰極１２における電極反応で、Ｈ２、ＯＨ−等が生成する。この内、Ｈ２は、電極水に取り込まれ、陰極室１０から排出される。ＯＨ−は、対極である陽極２２に引き寄せられ、アニオン交換膜である陰極側仕切り膜１４を透過し、副脱塩室３０に移動する。
【００２２】
副脱塩室３０では、被処理水が副脱塩室３０のアニオン交換体中を拡散しながら流通し、主にアニオン成分（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）が、アニオン交換体に吸着される。ここで、アニオン交換体は、陰極室１０から移動したＯＨ−と、吸着されているＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分とが交換され、再生される。そして、アニオン交換体から脱着したアニオン成分は、アニオン交換膜３２を透過して、濃縮室６０に移動する。濃縮室６０に移動したアニオン成分は、濃縮水に取り込まれて排出される。
【００２３】
陽極室２０では、陽極２２における電極反応で、Ｏ２、Ｈ＋等が生成する。この内、Ｏ２は、電極水に取り込まれ、陽極室２０から排出される。Ｈ＋は、対極である陰極１２に引き寄せられ、カチオン交換膜である陽極側仕切り膜２４を透過し、副脱塩室４０に移動する。
【００２４】
副脱塩室４０では、被処理水が、副脱塩室４０のカチオン交換体中を拡散しながら流通し、主にカチオン成分（Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等）が、カチオン交換体に吸着される。ここで、カチオン交換体は、陽極室２０から移動したＨ＋と、吸着されているＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分とが交換され、再生される。そして、カチオン交換体から脱着したカチオン成分は、カチオン交換膜４２を透過して、濃縮室６２に移動する。濃縮室６２に移動したカチオン成分は、濃縮水に取り込まれて排出される。
【００２５】
上述の脱イオン水製造において、副脱塩室３０では、陰極室１０から移動してくる、ＯＨ−の存在により、アニオン交換体の再生が効率良く行われる。副脱塩室４０では、陽極室２０から移動してくる、Ｈ＋の存在により、カチオン交換体の再生が効率良く行われるこのため、副脱塩室３０、４０における、イオン成分の移動をスムーズに行うことが可能となり、電圧を低下させて運転することができる。
【００２６】
さらに、副脱塩室３０、４０は、イオン交換体の再生効率が高いため、主脱塩室５０に比べて、被処理水の流速である空間速度（ＳＶ）を増大させることができる。即ち、副脱塩室３０、４０を主脱塩室５０と比較して薄くしても、同等以上の脱塩処理の能力を有する。このため、陰極１２と陽極２２との距離を短くすることができ、これにより、さらに運転電圧を下げることができる。なお、ＳＶとは、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）であって、単位はＬ／Ｌ・ｈ−１で表される（以降において同じ）。
【００２７】
加えて、副脱塩室３０には、隣接する陰極室１０からＯＨ−が豊富に移動してくる。このため、低いｐＨの被処理水であっても、副脱塩室３０で前処理することで、被処理水を主脱塩室５０での処理に適したｐＨに調整することができる。
他方、副脱塩室４０には、隣接する陽極室２０からＨ＋が豊富に移動してくる。このため、高いｐＨの被処理水であっても、副脱塩室４０で前処理することで、被処理水を主脱塩室５０での処理に適したｐＨに調整することができる。
【００２８】
本発明のＥＤＩについて、例を挙げて説明するが、本実施形態に限定されるものではない。
（第１の実施形態）
本発明のＥＤＩの第１の実施形態について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態のＥＤＩ１００の断面図である。図２に示すとおり、ＥＤＩ１００は、陰極室１１０と陽極室１２０との間に、主脱塩室１５０と主脱塩室１５５とが濃縮室１６０に挟持されて配置され、陰極室１１０と陰極側仕切り膜１１４を介して隣接する副脱塩室１３０が設けられている。そして、ＥＤＩ１００は、副脱塩室１３０を流通した被処理水を任意の主脱塩室に流通させた後、さらに他の主脱塩室に流通させるものである。
【００２９】
陰極１１２と陽極１２２とは、図示されない電源と接続されている。
陰極室１１０は、陰極１１２と、枠体１１１と、陰極側仕切り膜１１４とが順に配置され、枠体１１１の開口部にイオン交換体が充填され、形成されている。陰極室１１０には、電極水流入ライン１１６と、電極水流出ライン１１８とが接続されている。
【００３０】
陽極室１２０は、陽極１２２と、枠体１２１と、陽極側仕切り膜１２４とが順に配置され、枠体１２１の開口部にイオン交換体が充填され、形成されている。陽極室１２０には、電極水流入ライン１２６と、電極水流出ライン１２８とが接続されている。
【００３１】
副脱塩室１３０は、陰極１１２側から順に陰極側仕切り膜１１４と、枠体１３１と、アニオン交換膜１３２とが配置され、枠体１３１の開口部にイオン交換体が充填されて、形成されている。副脱塩室１３０には、被処理水流入ライン１３４と、被処理水流出ライン１３６とが接続されている。被処理水流出ライン１３６は、図示されない配管により、被処理水流入ライン１５６と接続されている。そして、被処理水流出ライン１３６と、図示されない配管と、被処理水流入ライン１５６とにより「副脱塩室を流通した被処理水を主脱塩室に流通させる手段」が構成されている。
【００３２】
主脱塩室１５０は、カチオン交換膜１５２と、枠体１５１と、アニオン交換膜１５４とが陰極１１２側から順に配置され、枠体１５１の開口部にイオン交換体が充填されて、形成されている。主脱塩室１５０には、被処理水流入ライン１５６と、被処理水流出ライン１５７とが接続され、被処理水流出ライン１５７は、図示されない配管により、被処理水流入ライン１５８と接続されている。
【００３３】
主脱塩室１５５は、陰極１１２側から順にカチオン交換膜１５２と、枠体１５１と、アニオン交換膜１５４とが配置され、枠体１５１の開口部にイオン交換体が充填されて、形成されている。主脱塩室１５５には、被処理水流入ライン１５８と、脱イオン水流出ライン１５９とが接続されている。
【００３４】
濃縮室１６０は、主脱塩室１５０、１５５の両側に、枠体１６１が配置され形成されている。濃縮室１６０には、濃縮水流入ライン１６２と濃縮水流出ライン１６４とが接続されている。
【００３５】
陰極１１２は、陰極として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を挙げることができる。
陽極１２２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、被処理水中に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。
【００３６】
陰極側仕切り膜１１４は、アニオン交換膜である。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陰極側仕切り膜１１４のアニオン交換膜は特に限定されず、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、処理量等に応じていずれのアニオン交換膜を選択することができる。
【００３７】
陰極室１１０に充填されるイオン交換体は特に限定されず、イオン交換機能を有するものであれば良い。例えば、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を挙げることができる。この内、最も汎用的である、イオン交換樹脂が好ましい。イオン交換樹脂としては、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂が挙げられる。前記アニオン交換樹脂としては強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂が挙げられ、例えば、市販品としてローム・アンド・ハース社製のアンバーライト（商品名）を挙げることができる。前記カチオン交換樹脂としては、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂が挙げられ、例えば、市販品としてローム・アンド・ハース社製のアンバーライト（商品名）を挙げることができる。これらは単独で用いても良く、２種以上を組み合わせて用いても良い。
【００３８】
また、イオン交換体の充填形態は特に限定されないが、アニオン交換体単床形態、カチオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態等のいずれも用いることができる。このうち、アニオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態とすることが好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、または、複床形態とする場合には、アニオン交換体を５０体積％以上１００体積％未満とすることが好ましい。陰極室１１０では、陰極１１２の電極反応により生成したＯＨ−の、副脱塩室１３０への移動を円滑にするためである。
【００３９】
陽極側仕切り膜１２４は特に限定されず、カチオン交換膜またはアニオン交換膜のいずれを用いても良い。また、陽極側仕切り膜１２４は、均質膜、不均質膜のいずれを選択することもできる。
【００４０】
陽極室１２０に充填するイオン交換体は特に限定されず、上述した陰極室１１０に充填するイオン交換体と同様のものを用いることができる。
また、陽極室１２０のイオン交換体の充填形態は、上述した陰極室１１０の充填形態と同様に特に限定されず、アニオン交換体単床形態、カチオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態等のいずれも用いることができる。
【００４１】
枠体１１１、１２１は、絶縁性を有し、電極水が漏洩しない素材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１１１、１２１の厚さは特に限定されることなく、所望する陰極室１１０、陽極室１２０の厚さに応じて設定することができる。
また、枠体１１１、１２１の開口部の面積が大きい場合には、枠体１１１、１２１のくりぬかれた空間に支持体を設けても良い。支持体を設けることで、陰極側仕切り膜１１４、陽極側仕切り膜１２４が湾曲して、イオン交換体の充填量が不均一になることを防止できるためである。前記支持体は、絶縁性を有し、被処理水の流通を妨げない素材であれば特に限定されず、例えば、スリットが設けられた、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支持体を挙げることができる。
【００４２】
陰極室１１０の厚さは特に限定されず、両電極間に印加する電圧等を考慮して決定することができ、例えば、０．３〜１０ｍｍの範囲で選択することが好ましい。陽極室１２１の厚さも、陰極室１１０の厚さと同様である。
【００４３】
副脱塩室１３０のアニオン交換膜１３２は特に限定されず、均質膜、不均質膜のいずれも用いることができる。
【００４４】
副脱塩室１３０に充填するイオン交換体は特に限定されず、陰極室１１０に充填するイオン交換体と同様のものを用いることができる。
副脱塩室１３０のイオン交換体の充填形態は特に限定されないが、アニオン交換体を含むことが好ましく、より好ましくはアニオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態とすることが好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、または、複床形態とする場合には、アニオン交換体を５０体積％以上１００体積％未満とすることが好ましい。陰極室１１０側の副脱塩室１３０では、主に被処理水中のＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分を除去し、陰極室１１０から移動してくる豊富なＯＨ−をアニオン交換体の再生に利用できるためである。
【００４５】
枠体１３１は枠体１１１と同様のものを用いることができる。また、枠体１３１の厚さは特に限定されず、所望する副脱塩室１３０の厚さに応じて設定することができる。
【００４６】
副脱塩室１３０の厚さは特に限定されず、被処理水や脱イオン水の水質、処理量等を勘案して決定することができ、例えば、４〜５０ｍｍの範囲とすることが好ましい。副脱塩室１３０の厚さが薄すぎると、通水差圧が高くなり、副脱塩室１３０の破損等を招き好ましくない。副脱塩室１３０の厚さが厚すぎると、流れ方にムラが生じ、電流効率が低くなるおそれがあるためである。
【００４７】
主脱塩室１５０、１５５を形成するカチオン交換膜１５２、アニオン交換膜１５４は特に限定されず、均質膜、不均質膜のいずれを用いることもできる。
【００４８】
主脱塩室１５０、１５５に充填するイオン交換体は特に限定されず、陰極室１１０に充填するイオン交換体と同様のものを用いることができる。
主脱塩室１５０のイオン交換体の充填形態は特に限定されず、アニオン交換体またはカチオン交換体の単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態のいずれの形態も用いることができる。また、主脱塩室１５５のイオン交換体の充填形態は、主脱塩室１５０と同様である。なお、主脱塩室１５０、１５５のイオン交換体の種類、充填形態は、同じであっても良いし、異なっていても良い。
【００４９】
枠体１５１は、枠体１１１と同様のものを用いることができる。枠体１５１の厚さは特に限定されず、所望する主脱塩室１５０、１５５の厚さに応じて決定することができる。
【００５０】
主脱塩室１５０、１５５の厚さは特に限定されず、イオン交換体の種類と充填形態とによって、適切な厚さを決定することが好ましい。例えば、主脱塩室１５０、１５５の厚さは、４〜１００ｍｍの範囲で決定することが好ましく、８〜６０ｍｍの範囲で適宜決定することが好適である。なお、主脱塩室１５０、１５５の厚さは同じであっても良いし、異なっていても良い。
【００５１】
濃縮室１６０の枠体１６１は、枠体１１１と同様のものを用いることができる。枠体１６１の厚さは特に限定されず、所望する濃縮室の厚さに応じて決定することができる。
【００５２】
濃縮室１６０は、濃縮水が流通できれば特に限定されず、メッシュを配置しても良いし、イオン交換体を充填しても良い。電気抵抗を少なくする観点からは、イオン交換体が充填されていることが好ましい。
【００５３】
濃縮室１６０にイオン交換体を充填する場合、充填するイオン交換体は特に限定されず、陰極室１１０に充填するイオン交換体と同様のものを用いることができる。
濃縮室１６０におけるイオン交換体の充填形態は特に限定されず、被処理水の水質等を勘案して決定することができ、アニオン交換体単床形態、カチオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態等のいずれも用いることができる。例えば、濃縮室１６０のアニオン交換膜１５４面でのスケール生成防止の観点から、アニオン交換体が単床形態で充填されていても良い。アニオン交換膜１５４に接するアニオン交換体層を有することにより、主脱塩室１５０、１５５から濃縮室１６０へのアニオン成分の移動が促進され、濃縮室１６０側のアニオン交換膜１５４面にアニオン成分が高濃度にて存在して、濃度分極が生じるのを抑制できるためである。
【００５４】
本実施形態における脱イオン水の製造方法について、陰極室１１０、副脱塩室１３０、主脱塩室１５５には、アニオン交換体を単床形態で充填し、陽極室１２０、主脱塩室１５０には、カチオン交換体を単床形態で充填した場合を例にして説明する。
【００５５】
まず、電極水流入ライン１１６から陰極室１１０に電極水を流入させ、電極水流入ライン１２６から陽極室１２０に電極水を流入させる。濃縮水流入ライン１６２から濃縮室１６０に濃縮水を流入させる。そして、陰極１１２と陽極１２２との間に、直流電圧を印加する。直流電圧を印加すると、陰極室１１０では、陰極１１２の電極反応により、下記（１）式に示す、電極近傍にある水の電解反応が生じ、Ｈ２とＯＨ−とが生成される。生成したＨ２は、電極水に取り込まれて電極水流出ライン１１８へ排出される。一方、生成したＯＨ−は、対極である陽極１２２側に引き寄せられ、陰極室１１０に充填されたアニオン交換体内を移動し、アニオン交換膜である陰極側仕切り膜１１４を透過して、副脱塩室１３０に移動する。
【００５６】
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋２ＯＨ−      ・・・（１）
【００５７】
次いで、被処理水流入ライン１３４から、副脱塩室１３０に被処理水を流入させる。流入した被処理水は、副脱塩室１３０のアニオン交換体中を拡散しながら流通し、被処理水流出ライン１３６から流出する。この間、主に被処理水中のＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分が、アニオン交換体に吸着して、被処理水から除去される。
【００５８】
ここで、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分を吸着したアニオン交換体は、陰極室１１０から移動してきたＯＨ−で再生される。脱着した該アニオン成分は、陽極１２２側に引き寄せられ、アニオン交換膜１３２を透過して、濃縮室１６０に移動する。濃縮室１６０に移動したアニオン成分は、濃縮水に取り込まれて、濃縮水流出ライン１６４より排出される。また、一般的に、ＥＤＩの被処理水に使用する原水には炭酸ガスが溶解し、弱酸（ｐＨ５．５〜６．０程度）になっているが、陰極室１１０から副脱塩室１３０に移動してきたＯＨ−により、副脱塩室１３０内の被処理水のｐＨは、中性付近に調整される。
【００５９】
副脱塩室１３０で処理された被処理水は、被処理水流出ライン１３６から、図示されない配管を経由して、被処理水流入ライン１５６を流通し、主脱塩室１５０に流入する。主脱塩室１５０に流入した被処理水は、主脱塩室１５０内のカチオン交換体中を拡散しながら流通し、被処理水流出ライン１５７から流出する。この間、主に被処理水中のＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分が、カチオン交換体に吸着される。ここで、被処理水のｐＨは中性付近に保たれており、競合イオンであるＨ＋濃度が副脱塩室１３０に流入する前の被処理水より低くなっている。このため、電流効率が高くなり、被処理水中のカチオン成分の除去が良好に行われる。
【００６０】
この段階で、被処理水中に含まれていたイオン成分は、概ね除去される。しかし、副脱塩室１３０で除去されたアニオン成分の中でも、炭酸イオンは、濃縮室１６０内で高濃度に濃縮されることで、カチオン交換膜１５２を透過して、主脱塩室１５０に逆移動してくることがある。このため、再度のアニオン成分除去を主脱塩室１５５にて行う。主脱塩室１５０で処理された被処理水は、被処理水流出ライン１５７から、図示されない配管を経由して、被処理水流入ライン１５８を流通し、主脱塩室１５５に流入する。主脱塩室１５５に流入した被処理水は、アニオン交換体中を拡散しながら流通する。こうして、被処理水は、Ｎａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分とＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分との両イオン成分が、高度に除去された脱イオン水となって、脱イオン水流出ライン１５９から流出する。
【００６１】
被処理水は特に限定されることはないが、工業用水や井水の濁質成分を除濁膜にて除去した水を、逆浸透（ＲＯ）膜にて処理した水等が挙げられる。
【００６２】
副脱塩室１３０内における被処理水の通水量は特に限定されることはなく、ＥＤＩ１００の能力や被処理水の水質等を勘案して決定することができる。ここで、通水量は空間速度（ＳＶ）で表すことができ、ＳＶが大きすぎると、イオン除去性能が低下したり、ＳＶの上昇と共に発生する通水速度（ＬＶ）の上昇によって差圧が高くなり、副脱塩室１３０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。ここで、ＬＶとは、単位面積当たりの流量で、ｍ／ｈで表される線速度である（以降において同じ）。一方、ＳＶが小さすぎると、脱イオン水の生産量が低くなり、好ましくない。
なお、副脱塩室１３０内における被処理水のＳＶは、主脱塩室１５０、１５５のＳＶよりも高くすることができる。副脱塩室１３０では、アニオン交換体の再生が良好に行われるため、主脱塩室１５０、１５５における被処理水より高いＳＶとしても、良好にアニオン成分を除去できるためである。
【００６３】
主脱塩室１５０における被処理水の通水量は特に限定されることなく、ＥＤＩ１００の能力や被処理水の水質等を勘案して決定することができる。主脱塩室１５０において、被処理水のＳＶが大きすぎると、イオン除去性能が低下したり、ＳＶの上昇と共に発生するＬＶの上昇によって差圧が高くなり、主脱塩室１５０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が小さすぎると、脱イオン水の生産量が低くなり、好ましくない。
主脱塩室１５５における被処理水の通水量は、主脱塩室１５０における通水量と同様である。
【００６４】
濃縮室１６０内における、濃縮水の流量は特に限定されることはなく、ＥＤＩ１００の能力や、被処理水の水質や処理量を勘案して決定することができる。濃縮水は、濃縮室１６０に移動してきたイオンを濃縮水内に拡散して、ＥＤＩ１００外へ流出させるという目的を有する。このことから、濃縮水の流量は、被処理水の通水量や、被処理水のイオン濃度、脱イオン水の生産量との関係で決定することが好ましく、例えば、下記（２）式で表される濃縮倍率が３〜２０となるように、濃縮水の流量を決定することが好ましい。なお、下記（２）式による濃縮倍率は、被処理水と濃縮水に同一の原水を用いて、かつ主脱塩室１５０中のイオンが全て濃縮室１６０に移行すると仮定し定義付けられる。
【００６５】
【数１】
0005114307.tif 000002
【００６６】
濃縮水の流量が少なすぎると、濃縮室１６０に移行したイオンの濃度拡散にむらが生じ、イオン交換膜面の濃度分極層が厚くなり、スケール生成のおそれがある。一方、濃縮水の流量が多すぎると、脱イオン水の回収率が低下するため好ましくないためである。
濃縮水は、特に限定されることはなく、被処理水と同じ水源の水を濃縮水として使用しても良いし、脱イオン水や純水等を使用しても良い。
【００６７】
陰極室１１０における電極水は特に限定されることはなく、被処理水と同じ水源の水を電極水としても良いし、副脱塩室１３０、もしくは、主脱塩室１５０、もしくは、主脱塩室１５５で処理された水、または、比抵抗値０．２〜１８．２ＭΩ・ｃｍの水を電極水としても良い。中でも、副脱塩室１３０、もしくは、主脱塩室１５０、もしくは、主脱塩室１５５を流通して処理された水、または、比抵抗値０．２〜１８．２ＭΩ・ｃｍの水であることが好ましい。このような、カチオン成分やアニオン成分等の不純物が少ない水を用いることで、水の電気分解を優先的に進行させ、陰極１１２の表面に析出物が生じることを防止し、電流効率の維持を図ることができる。陽極室１２０における電極水は、陰極室１１０における電極水と同様である。
【００６８】
印加する電流は特に限定されることはなく、被処理水の水質や、ＥＤＩ１００の規模等を勘案して決定することが好ましい。
陰極室１１０、陽極室１２０における電極水の流量は特に限定されず、印加電圧等に応じて決定することが好ましい。電極水の流量が少なすぎると、発生したＨ２、Ｏ２、Ｃｌ２ガスを充分に排出することが困難となり、電極水の流量が多すぎると、回収率が低下するため、好ましくない。
【００６９】
本実施形態のＥＤＩ１００では、副脱塩室１３０に充填されたイオン交換体の再生に必要なＯＨ−が、陰極室１１０から供給されるため、副脱塩室１３０に充填するイオン交換体を単床形態としても、イオン交換体の再生が良好に行われる。そして、単床形態とすることで、イオンの移動がより円滑となり、ＥＤＩ１００の運転電圧をさらに低減することができる。
【００７０】
また、再生効率の高い副脱塩室１３０で被処理水を処理することで、被処理水中のアニオン成分を良好に除去することができる。加えて、被処理水が酸性の場合、副脱塩室１３０でｐＨ調整が行われた被処理水を主脱塩室１５０で処理するため、主脱塩室１５０では、カチオン成分を良好に除去することができる。さらに、主脱塩室１５５で処理することで、アニオン成分とカチオン成分の両イオン成分が高度に除去された、比抵抗の高い、良好な水質の脱イオン水を製造できる。
【００７１】
（第２の実施形態）
本発明のＥＤＩの第２の実施形態について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態のＥＤＩ２００の断面図である。図３に示すとおり、ＥＤＩ２００は、陰極室１１０と陽極室１２０との間に、主脱塩室２５０が濃縮室１６０に挟持されて配置され、陰極室１１０と陰極側仕切り膜１１４を介して隣接する副脱塩室２３０が設けられている。そして、ＥＤＩ２００は、副脱塩室２３０で処理した被処理水を分配し、複数の主脱塩室２５０に流通させるものである。
【００７２】
副脱塩室２３０は、第１の実施形態における、副脱塩室１３０と同様である。副脱塩室２３０には、被処理水流入ライン２３４と、被処理水流出ライン２３６とが接続されている。被処理水流出ライン２３６は、図示されない配管により、被処理水流入ライン２５２と接続されている。そして、被処理水流出ライン２３６と、図示されない配管と、被処理水流入ライン２５２とにより「副脱塩室を流通した被処理水を主脱塩室に流通させる手段」が構成されている。
【００７３】
主脱塩室２５０は、第１の実施形態における、主脱塩室１５０、１５５と同様である。主脱塩室２５０には、脱イオン水流出ライン２５８が接続されている。被処理水流入ライン２５２は、複数の分岐ライン２５４を有し、前記分岐ライン２５４が、それぞれ、主脱塩室２５０と接続されている。
【００７４】
本実施形態における脱イオン水の製造方法について、陰極室１１０、副脱塩室２３０にはアニオン交換体を単床形態で充填し、陽極室１２０、主脱塩室２５０には、カチオン交換体を単床形態で充填した場合を例にして説明する。
【００７５】
被処理水流入ライン２３４から、副脱塩室２３０に被処理水を流入させる。流入した被処理水は、副脱塩室２３０内のアニオン交換体内を拡散しながら流通し、被処理水流出ライン２３６から流出する。この間、主に被処理水中のＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分が、アニオン交換体に吸着され、被処理水から除去される。そして、アニオン交換体に吸着されたＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分は、陰極室１１０から移動してきたＯＨ−により交換され、アニオン交換体から脱着する。脱着したアニオン成分は、アニオン交換体への吸着と、ＯＨ−による再生とを繰り返し、陽極１２２側に引き寄せられ、アニオン交換膜１３２を透過して、濃縮室１６０に移動する。濃縮室１６０に移動したアニオン成分は、濃縮水に取り込まれて、濃縮水流出ライン１６４より排出される。
【００７６】
副脱塩室２３０で処理され、ｐＨ調整された被処理水は、被処理水流出ライン２３６から、図示されない配管を経由して被処理水流入ライン２５２を流通し、分岐ライン２５４に分配されて、主脱塩室２５０に流入する。主脱塩室２５０に流入した被処理水は、カチオン交換体中を拡散しながら流通し、脱イオン水となって脱イオン水流出ライン２５８から流出する。この間、主に被処理水中のＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分が、カチオン交換体に吸着される。ここで、被処理水中のカチオン成分の除去が進んでも、競合イオンとなるＨ＋濃度は、副脱塩室２３０に流入する前の被処理水よりも低くなる。このため、電流効率が高くなり、被処理水中のカチオン成分の除去が良好に行われる。
【００７７】
副脱塩室２３０における被処理水の通水量は、ＳＶが大きすぎると、イオン除去性能が低下したり、副脱塩室２３０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が小さすぎると、主脱塩室２５０への流量分配が適切に行われず、脱塩処理が充分な主脱塩室２５０と、脱塩処理が不充分な主脱塩室２５０とが生じると共に、各主脱塩室２５０間における流れが不均一となり、ＥＤＩ２００全体としての性能に悪影響を与える場合がある。
【００７８】
主脱塩室２５０における被処理水の通水量は、第１の実施形態の主脱塩室１５０、１５５における被処理水の通水量と同様である。
【００７９】
本実施形態によれば、複数の脱塩室に直列的に被処理水を流通させる多段処理を行う場合に、再生効率が高い副脱塩室２３０のみで、複数の主脱塩室２５０に流通させる被処理水を賄うことができる。従来型のＥＤＩ、例えば、２つの主脱塩室に順に通水して行う多段処理を行うのに比べ、一段目の脱塩処理を副脱塩室２３０に集約できるため、濃縮室と主脱塩室との数を少なくできる。このため、陰極１１２と陽極１２２との距離を近くし、運転電圧を低くすることができ、省エネルギーにて脱イオン水の製造を行うことができる。
【００８０】
（第３の実施形態）
本発明のＥＤＩの第３の実施形態について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態のＥＤＩ３００の断面図である。図４に示すとおり、ＥＤＩ３００は、陰極室１１０と陽極室１２０との間に、主脱塩室３５０が濃縮室１６０に挟持されて配置され、陰極室１１０と陰極側仕切り膜１１４を介して隣接する副脱塩室３３０が設けられている。
【００８１】
副脱塩室３３０は、第１の実施形態における、副脱塩室１３０と同様である。副脱塩室３３０には、被処理水流入ライン３３４と、被処理水流出ライン３３６とが接続されている。被処理水流出ライン３３６は、図示されない配管により、被処理水流入ライン３６０と接続されている。そして、被処理水流出ライン３３６と、図示されない配管と、被処理水流入ライン３６０とにより「副脱塩室を流通した被処理水を主脱塩室に流通させる手段」が構成されている。
【００８２】
主脱塩室３５０は、小脱塩室３５２と小脱塩室３５４とで構成されている。小脱塩室３５２は、陰極１１２側から順に、カチオン交換膜１５２と、枠体３５３と、中間イオン交換膜３５６とが配置され、枠体３５３の開口部にイオン交換体が充填されて、形成されている。小脱塩室３５４は、陰極１１２側から順に、中間イオン交換膜３５６と、枠体３５５と、アニオン交換膜１５４とが配置され、枠体３５５の開口部にイオン交換体が充填されて形成されている。そして、小脱塩室３５２と小脱塩室３５４とは、中間イオン交換膜３５６を介して隣接している。
【００８３】
被処理水流入ライン３６０は、複数の分岐ライン３６２を有し、前記分岐ライン３６２が、それぞれ、小脱塩室３５２と接続されている。小脱塩室３５２には、被処理水流出ライン３６４が接続され、被処理水流出ライン３６４は、図示されない配管により、被処理水流入ライン３６５と接続されている。小脱塩室３５４には、被処理水流入ライン３６５と、脱イオン水流出ライン３６８とが接続されている。
【００８４】
中間イオン交換膜３５６は、限定されず、被処理水の水質や、脱イオン水に求める水質に応じて選択することが好ましい。中間イオン交換膜３５６としては、アニオン交換膜、もしくはカチオン交換膜の単一膜、または、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のいずれであっても良い。複合膜とは、イオン交換膜が極性の異なる領域を有するものをいう。例えば、モザイク膜やバイポーラ膜等が挙げられる。複合膜における、アニオン交換膜とカチオン交換膜との比率は、被処理水の水質や処理目的等によって、適宜決定することができる。
【００８５】
小脱塩室３５２、３５４に充填するイオン交換体は、陰極室１１０に充填するイオン交換体と同様のものを用いることができる。
小脱塩室３５２に充填するイオン交換体の充填形態は特に限定されないが、カチオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態とすることが好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、または、複床形態とする場合には、カチオン交換体を５０体積％以上１００体積％未満とすることが好ましい。陰極１１２側の小脱塩室３５２では、主にカチオン成分を除去するためである。
【００８６】
小脱塩室３５４に充填するイオン交換体の充填形態は特に限定されないが、アニオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態とすることが好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、または、複床形態とする場合には、アニオン交換体を５０体積％以上１００体積％未満とすることが好ましい。陽極１２２側の小脱塩室３５４では、主にアニオン成分を除去するためである。
なお、小脱塩室３５２、３５４に充填するイオン交換体の種類、充填形態は同じであっても良いし、異なっていても良い。
【００８７】
枠体３５３、３５５は、枠体１１１と同様のものを用いることができる。枠体３５３、３５５の厚さは特に限定されず、所望する小脱塩室３５２、３５４の厚さに応じて決定することができる。
【００８８】
小脱塩室３５２の厚さは、被処理水や脱イオン水の水質、処理量を勘案して決定する事が好ましく、例えば、３〜５０ｍｍの範囲で決定することが好ましい。小脱塩室３５４の厚さは、小脱塩室３５２の厚さと同様である。なお、小脱塩室３５２、３５４の厚さは同じとしても良いし、異なる厚さとしても良い。
【００８９】
本実施形態における脱イオン水の製造方法について、陰極室１１０、副脱塩室３３０、小脱塩室３５４は、アニオン交換体の単床形態とし、小脱塩室３５２、陽極室１２０は、カチオン交換体の単床形態とした場合を例として説明する。
【００９０】
被処理水流入ライン３３４から、被処理水を副脱塩室３３０に流入させる。流入した被処理水は、副脱塩室３３０内のアニオン交換体中を拡散しながら流通し、被処理水流出ライン３３６から流出する。この間、主に被処理水中のＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分が、アニオン交換体に吸着して、被処理水から除去される。一方で、副脱塩室３３０内のアニオン交換体に吸着されたＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分は、陰極室１１０から移動してきたＯＨ−により交換され、アニオン交換体から脱着する。そして、脱着したアニオン成分は、陽極１２２側に引き寄せられ、アニオン交換膜１３２を透過して、濃縮室１６０に移動する。濃縮室１６０に移動したアニオン成分は、濃縮水に取り込まれて、濃縮水流出ライン１６４より排出される。加えて、陰極室１１０から副脱塩室３３０に移動してくる豊富なＯＨ−により、副脱塩室３３０内の被処理水のｐＨは、中性付近となる。
【００９１】
副脱塩室３３０で処理され、ｐＨ調整された被処理水は、被処理水流出ライン３３６から、図示されない配管を経由して被処理水流入ライン３６０を流通し、分岐ライン３６２に分配されて、小脱塩室３５２に流入する。小脱塩室３５２に流入した被処理水は、カチオン交換体中を拡散しながら流通し、被処理水流出ライン３６４から流出する。この間、主に被処理水中のＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分が、カチオン交換体に吸着される。ここで、小脱塩室３５２に流入した被処理水のｐＨは中性付近であるため、Ｎａ＋、Ｃａ２＋等の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、被処理水中のカチオン成分に対する電流効率が高くなり、カチオン成分の除去が良好に行われる。なお、被処理水は、小脱塩室３５２を流通する間に、カチオン成分が除去されるにつれ、競合イオンであるＨ＋が放出され、ｐＨが酸性側に傾く。
【００９２】
小脱塩室３５２を流通した被処理水は、被処理水流出ライン３６４から、図示されない配管を経由して被処理水流入ライン３６５を流通し、小脱塩室３５４に流入する。小脱塩室３５４に流入した被処理水は、アニオン交換体中を拡散しながら流通し、脱イオン水となって、脱イオン水流出ライン３６８から流出する。この間、主に被処理水中のＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分が、アニオン交換体に吸着される。ここで、被処理水は、ｐＨが酸性側に傾いた状態、即ち、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分の競合イオンであるＯＨ−濃度が低い状態で小脱塩室３５４に流入する。このため、アニオン成分に対する電流効率が高く、アニオン成分の除去が良好に行われる。こうして、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分とＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分との両成分が除去された脱イオン水を得ることができる。
【００９３】
副脱塩室３３０における被処理水の通水量は、第２の実施形態の副脱塩室２３０における被処理水の通水量と同様である。
小脱塩室３５２、３５４における被処理水の通水量は、第１の実施形態の主脱塩室１５０、１５５における被処理水の通水量と同様である。
【００９４】
本実施形態によれば、主脱塩室３５０は、中間イオン交換膜３５６で区画された小脱塩室３５２、３５４を有する。このため、濃縮室１６０を増やすことなく、被処理水の多段処理を行うことができる。この結果、多段処理を行うに際し、陰極１１２と陽極１２２との距離を短くすることができ、運転電圧を下げることができる。また、例えば、上述のように、小脱塩室３５２はカチオン交換体の単床形態、小脱塩室３５４はアニオン交換体の単床形態とした場合には、各小脱塩室中のイオン交換体同士の異種イオン界面が存在しなくなるため、電気抵抗を低く抑えることができ、さらに低い運転電圧とすることができる。
【００９５】
（第４の実施形態）
本発明のＥＤＩの第４の実施形態について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態のＥＤＩ４００の断面図である。図５に示すとおり、ＥＤＩ４００は、陰極室４１０と陽極室４２０との間に、主脱塩室４５０が濃縮室１６０に挟持されて配置され、陽極室４２０と陽極側仕切り膜４２４を介して隣接する副脱塩室４４０が設けられている。そして、主脱塩室４５０を流通した被処理水を合流させ、副脱塩室４４０に流通させるものである。
【００９６】
陰極室４１０は、陰極１１２と、枠体１１１と、陰極側仕切り膜４１４とが順に配置され、枠体１１１の開口部にイオン交換体が充填され、形成されている。陰極室４１０には、電極水流入ライン１１６と、電極水流出ライン１１８とが接続されている。
【００９７】
陽極室４２０は、陽極１２２と、枠体１２１と、陽極側仕切り膜４２４とが順に配置され、枠体１２１の開口部にイオン交換体が充填され、形成されている。陽極室４２０には、電極水流入ライン１２６と、電極水流出ライン１２８とが接続されている。
【００９８】
主脱塩室４５０は、陰極１１２側から順に、カチオン交換膜１５２と枠体１５１とアニオン交換膜１５４とが配置され、枠体１５１の開口部にイオン交換体が充填されて、形成されている。主脱塩室４５０には、被処理水流入ライン４５２と、被処理水流出ライン４５６とが接続されている。被処理水流出ライン４５６は、図示されない配管により、被処理水流入ライン４４４と接続されている。そして、被処理水流出ライン４５６と、図示されない配管と、被処理水流入ライン４４４とで「主脱塩室を流通した被処理水を副脱塩室に流通させる手段」が構成されている。
【００９９】
副脱塩室４４０は、陰極１１２側から順に、カチオン交換膜４４２と、枠体４４１と、カチオン交換膜である陽極側仕切り膜４２４とが配置され、枠体４４１の開口部にイオン交換体が充填されて、形成されている。副脱塩室４４０には、被処理水流入ライン４４４と、脱イオン水流出ライン４４６とが接続されている。
【０１００】
陰極側仕切り膜４１４はイオン交換膜であれば特に限定されず、カチオン交換膜またはアニオン交換膜のいずれを用いても良い。また、陰極側仕切り膜４１４は、均質膜、不均質膜のいずれを選択することができる。
【０１０１】
陰極室４１０に充填するイオン交換体は特に限定されず、上述した陰極室１１０に充填するイオン交換体と同様のものを用いることができる。
また、イオン交換体の充填形態は特に限定されないが、アニオン交換体単床形態、カチオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態等のいずれも用いることができる。
【０１０２】
陽極側仕切り膜４２４はカチオン交換膜であれば特に限定されず、均質膜、不均質膜のいずれを選択することもできる。
【０１０３】
陽極室４２０に充填するイオン交換体は特に限定されず、上述した陰極室１１０に充填するイオン交換体と同様のものを用いることができる。
また、陽極室４２０のイオン交換体の充填形態は特に限定されないが、カチオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態とすることが好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、または、複床形態とする場合には、カチオン交換体を５０体積％以上１００体積％未満とすることが好ましい。陽極室４２０では、陽極１２２の電極反応により生成したＨ＋の、副脱塩室４４０への移動を円滑にするためである。
【０１０４】
副脱塩室４４０を形成するカチオン交換膜４４２としては、均質膜、不均質膜のいずれも用いることができる。
【０１０５】
副脱塩室４４０に充填するイオン交換体は、陰極室１１０に充填するイオン交換体と同様のものを用いることができる。
また、副脱塩室４４０のイオン交換体の充填形態は特に限定されないが、カチオン交換体を含むことが好ましく、より好ましくはカチオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態とすることが好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、または、複床形態とする場合には、カチオン交換体を５０体積％以上１００体積％未満とすることが好ましい。陽極室４２０側の副脱塩室４４０では、主に被処理水中のＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分を除去し、陽極室４２０から移動してくる豊富なＨ＋をカチオン交換体の再生に利用できるためである。
【０１０６】
枠体４４１は、枠体１１１と同様のものを用いることができる。枠体４４１の厚さは特に限定されず、副脱塩室４４０の厚さに応じて決定することができる。
【０１０７】
副脱塩室４４０の厚さは特に限定されず、被処理水や脱イオン水の水質、処理量等を勘案して決定することができ、例えば、４〜５０ｍｍの範囲とすることが好ましい。副脱塩室４４０の厚さが薄すぎると、通水差圧が高くなり、副脱塩室４４０の破損等を招き好ましくない。副脱塩室４０の厚さが厚すぎると、流れ方にムラが生じ、電流効率が低くなるおそれがあるためである。
【０１０８】
本実施形態における脱イオン水の製造方法について、陰極室４１０、主脱塩室４５０には、アニオン交換体を単床形態で充填し、陽極室４２０、副脱塩室４４０には、カチオン交換体を単床形態で充填した場合を例にして説明する。
【０１０９】
まず、電極水流入ライン１１６から陰極室４１０に電極水を流入させ、電極水流入ライン１２６から陽極室４２０に電極水を流入させる。濃縮水流入ライン１６２から濃縮室１６０に濃縮水を流入させる。そして、陰極１１２と陽極１２２との間に、直流電圧を印加する。直流電圧を印加すると、陽極室４２０では、陽極１２２の電極反応により、下記（３）式に示す、電極近傍にある水の電解反応が生じ、Ｏ２とＨ＋とが生成される。生成したＯ２は、電極水に取り込まれて電極水流出ライン１２８へ排出される。一方、生成したＨ＋は、対極である陰極１１２側に引き寄せられ、陽極室４２０に充填されたカチオン交換体内を移動し、カチオン交換膜である陽極側仕切り膜４２４を透過して、副脱塩室４４０に移動する。
【０１１０】
２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−      ・・・（３）
【０１１１】
次いで、被処理水流入ライン４５２から、被処理水を主脱塩室４５０に流入させる。流入した被処理水は、主脱塩室４５０内のアニオン交換体中を拡散しながら流通し、被処理水流出ライン４５６から流出する。この間、主に被処理水中のＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分が、アニオン交換体に吸着して、被処理水から除去される。そして、アニオン交換体に吸着されたＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分は、陽極１２２側に引き寄せられ、アニオン交換膜１５４を透過して、濃縮室１６０に移動する。濃縮室１６０に移動したアニオン成分は、濃縮水に取り込まれて、濃縮水流出ライン１６４より排出される。
【０１１２】
各主脱塩室４５０を流通し、処理された被処理水は、被処理水流出ライン４５６で合流し、図示されない配管を経由し、被処理水流入ライン４４４を流通し、副脱塩室４４０に流入する。流入した被処理水は、副脱塩室４４０内のカチオン交換体中を拡散しながら流通し、脱イオン水となって、脱イオン水流出ライン４４６から流出する。この間、主に被処理水中のＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分が、カチオン交換体に吸着され、被処理水から除去される。そして、カチオン交換体に吸着されたＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分は、陽極室４２０から移動してきたＨ＋で交換され、カチオン交換体から脱着する。脱着したカチオン成分は、陰極１１２側に引き寄せられ、カチオン交換膜４４２を透過して、濃縮室１６０に移動する。濃縮室１６０に移動したカチオン成分は、濃縮水に取り込まれて、濃縮水流出ライン１６４より排出される。こうして、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分とＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分との両成分が除去された脱イオン水を得ることができる。
【０１１３】
被処理水は特に限定されることはないが、工業用水や井水の濁質成分を除濁膜にて除去した水を、逆浸透（ＲＯ）膜にて処理した水等が挙げられる。
【０１１４】
副脱塩室４４０内における被処理水の通水量は特に限定されることはなく、ＥＤＩ４００の能力や被処理水の水質、副脱塩室４４０の強度、主脱塩室４５０の処理能力等を勘案して決定することができる。主脱塩室４５０での、被処理水の通水量は、ＳＶが高すぎると、イオン除去性能が低下したり、ＳＶの上昇と共に発生するＬＶの上昇によって差圧が高くなり、副脱塩室４４０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。
なお、副脱塩室４４０内における被処理水のＳＶは、主脱塩室４５０のＳＶよりも高くすることができる。副脱塩室４４０では、カチオン交換体の再生が良好に行われるため、主脱塩室４５０における被処理水のＳＶより高くしても、カチオン成分を除去できるためである。
【０１１５】
主脱塩室４５０における被処理水の通水量は特に限定されず、被処理水や脱イオン水の水質、処理量を勘案して決定することができ、第１の実施形態の主脱塩室１５０における通水量と同様である。
【０１１６】
陽極室４２０における電極水は、特に限定されることはなく、被処理水と同じ水源の水を電極水としても良いし、主脱塩室４５０で処理された水、もしくは、副脱塩室４４０で処理された水、または、比抵抗値０．２〜１８．２ＭΩ・ｃｍの水を電極水としても良い。中でも、主脱塩室４５０、もしくは、副脱塩室４４０を流通して処理された水、または、比抵抗値０．２〜１８．２ＭΩ・ｃｍの水であることが好ましい。このような、カチオン成分やアニオン成分等の不純物が少ない水を用いることで、陽極１２２の表面に析出物が生じることを防止し、電流効率の維持を図ることができる。陰極室４１０における電極水は、陽極室４２０における電極水と同様である。
【０１１７】
本実施形態によれば、副脱塩室４４０は、カチオン交換体の再生効率が高いため、多段処理を行う場合、前段処理を行う複数の主脱塩室４５０に対し、後段の処理を１つの副脱塩室４４０で賄うことができる。この結果、前段の処理を行う主脱塩室に応じた数の後段の主脱塩室を設ける必要がなく、前記後段の主脱塩室とこれに対応した濃縮室を設置しない分だけ、陰極１１２と陽極１２２との距離が短くなり、運転電圧を下げることができる。
【０１１８】
（第５の実施形態）
本発明のＥＤＩの第５の実施形態について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態のＥＤＩ５００の断面図である。図６に示すとおり、ＥＤＩ５００は、陰極室１１０と陽極室４２０との間に、主脱塩室５５０が濃縮室１６０に挟持されて配置されている。陰極室１１０と、陰極側仕切り膜１１４を介して隣接する副脱塩室５３０が設けられ、陽極室４２０と、陽極側仕切り膜４２４を介して隣接する副脱塩室５４０が設けられている。そして、ＥＤＩ５００は、副脱塩室５３０を流通させた被処理水を分配し、複数の主脱塩室５５０に流通させ、主脱塩室５５０を流通させた被処理水を合流させ、副脱塩室５４０に流通させるものである。
【０１１９】
副脱塩室５３０は、陰極１１２側から順にアニオン交換膜である陰極側仕切り膜１１４と、枠体１３１と、アニオン交換膜１３２とが配置され、枠体１３１の開口部にイオン交換体が充填されて、形成されている。副脱塩室５３０には、被処理水流入ライン５３２と、被処理水流出ライン５３４とが接続され、被処理水流出ライン５３４は、図示されない配管により被処理水流入ライン５６０と接続されている。そして、被処理水流出ライン５３４と、図示されない配管と、被処理水流入ライン５６０とで、「副脱塩室を流通した被処理水を主脱塩室に流通させる手段」が構成されている。
【０１２０】
主脱塩室５５０は、小脱塩室５５２と小脱塩室５５４とで構成されている。小脱塩室５５２は、陰極１１２側から順に、カチオン交換膜１５２と、枠体３５３と、中間イオン交換膜３５６とが配置され、枠体３５３の開口部にイオン交換体が充填されて、形成されている。小脱塩室５５４は、陰極１１２側から順に、中間イオン交換膜３５６と、枠体３５５と、アニオン交換膜１５４とが配置され、枠体３５５の開口部にイオン交換体が充填されて形成されている。そして、小脱塩室５５２と小脱塩室５５４とは、中間イオン交換膜３５６を介して隣接している。
【０１２１】
被処理水流入ライン５６０は、複数の分岐ライン５６２を有し、前記分岐ライン５６２が、それぞれ、小脱塩室５５２と接続されている。小脱塩室５５２には、被処理水流出ライン５６４が接続され、被処理水流出ライン５６４は、図示されない配管により、被処理水流入ライン５６５と接続されている。小脱塩室５５４には、被処理水流入ライン５６５と、被処理水流出ライン５６８とが接続されている。被処理水流出ライン５６８は、図示されない配管により、被処理水流入ライン５４４と接続されている。そして、被処理水流出ライン５６８と、図示されない配管と、被処理水流入ライン５４４とにより、「主脱塩室を流通した被処理水を副脱塩室に流通させる手段」が構成されている。
【０１２２】
副脱塩室５４０は、陰極１１２側から順にカチオン交換膜４４２と、枠体４４１と、カチオン交換膜である陽極側仕切り膜４２４とが配置され、枠体４４１の開口部にイオン交換体が充填されて、形成されている。副脱塩室５４０には、被処理水流入ライン５４４と、脱イオン水流出ライン５４６とが接続されている。
【０１２３】
副脱塩室５３０に充填するイオン交換体は、陰極室１１０に充填するイオン交換体と同様のものを用いることができる。
副脱塩室５３０のイオン交換体の充填形態は特に限定されないが、アニオン交換体を含むことが好ましく、より好ましくはアニオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態とすることが好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、または、複床形態とする場合には、アニオン交換体を５０体積％以上１００体積％未満とすることが好ましい。陰極室１１０側の副脱塩室５３０では、主に被処理水中のＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分を除去し、陰極室１１０から移動してくる豊富なＯＨ−をアニオン交換体の再生に利用できるためである。
【０１２４】
副脱塩室５４０に充填するイオン交換体は、陰極室１１０に充填するイオン交換体と同様のものを用いることができる。
副脱塩室５４０のイオン交換体の充填形態は特に限定されないが、カチオン交換体を含むことが好ましく、より好ましくはカチオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態とすることが好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、または、複床形態とする場合には、カチオン交換体を５０体積％以上１００体積％未満とすることが好ましい。陽極室４２０側の副脱塩室５４０では、主に被処理水中のＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分を除去し、陽極室４２０から移動してくる豊富なＨ＋をカチオン交換体の再生に利用できるためである。
【０１２５】
副脱塩室５３０、５４０の厚さは特に限定されず、被処理水や脱イオン水の水質、処理量、主脱塩室５５０の処理能力等を勘案して決定することが好ましい。
【０１２６】
小脱塩室５５２の厚さは、被処理水や脱イオン水の水質、処理量を勘案して決定する事が好ましく、例えば、３〜５０ｍｍの範囲で決定することが好ましい。小脱塩室５５４の厚さは、小脱塩室５５２の厚さと同様である。なお、小脱塩室５５２、５５４の厚さは同じとしても良いし、異なる厚さとしても良い。
【０１２７】
本実施形態における脱イオン水の製造方法について、陰極室１１０、副脱塩室５３０、小脱塩室５５４には、アニオン交換体を単床形態で充填し、陽極室４２０、副脱塩室５４０、小脱塩室５５２には、カチオン交換体を単床形態で充填した場合を例にして説明する。
【０１２８】
被処理水流入ライン５３２から、被処理水を副脱塩室５３０に流入させる。流入した被処理水は、副脱塩室５３０内のアニオン交換体中を拡散しながら流通し、被処理水流出ライン５３４から流出する。この間、被処理水中のＣｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分が、アニオン交換体に吸着されて除去される。該アニオン交換体は、陰極室１１０から副脱塩室５３０に移動してきたＯＨ−を利用して、再生される。また、陰極室１１０から移動してきたＯＨ−により、被処理水のｐＨがアルカリ性側に傾く調整がされる。
【０１２９】
副脱塩室５３０で処理された被処理水は、被処理水流出ライン５３４から、図示されない配管を経由して被処理水流入ライン５６０へ至り、複数の分岐ライン５６２に分配されて、小脱塩室５５２に流入する。流入した被処理水は、小脱塩室５５２内のカチオン交換体中を拡散しながら流通し、Ｎａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分が除去される。ここで、被処理水中のカチオン成分の除去が進んでも、Ｈ＋濃度は、ＯＨ−が対イオンとして存在することでＨ２Ｏに変換され、副脱塩室５３０に流入する前の被処理水よりも低くなる。このため、電流効率が高くなり、被処理水中のＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分の除去が良好に行われる。
【０１３０】
小脱塩室５５２で処理された被処理水は、被処理水流出ライン５６４から、図示されない配管を経由して、被処理水流入ライン５６５を流通して、小脱塩室５５４に流入する。流入した被処理水は、小脱塩室５５４内のアニオン交換体中を拡散しながら流通し、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分が除去される。
【０１３１】
小脱塩室５５４で処理された被処理水は、被処理水流出ライン５６８から、図示されない配管を経由して、被処理水流入ライン５４４を流通し、副脱塩室５４０に流入する。流入した被処理水は、副脱塩室５４０内のカチオン交換体中を拡散しながら流通し、脱イオン水となって、脱イオン水流出ライン５４６から流出する。この間、被処理水中のＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分が、カチオン交換体に吸着されて除去される。また、該カチオン交換体は、陽極室４２０から副脱塩室５４０に移動してきたＨ＋を利用して、再生される。こうして、Ｃｌ−、ＨＣＯ３−等のアニオン成分とＮａ＋、Ｃａ２＋等のカチオン成分との両成分が除去された脱イオン水を得ることができる。
【０１３２】
副脱塩室５３０内における被処理水の通水量は特に限定されることはなく、ＥＤＩ５００の能力や被処理水の水質、副脱塩室５３０の強度、主脱塩室５５０の処理能力等を勘案して決定することができる。副脱塩室５３０における、被処理水の通水量は、ＳＶが高すぎると、イオン除去性能が低下したり、ＳＶの上昇と共に発生するＬＶの上昇によって差圧が高くなり、副脱塩室５３０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が小さすぎると、主脱塩室５５０への流量分配が適切に行われず、各主脱塩室５５０間における流れが不均一となり、ＥＤＩ５００全体としての性能に悪影響を与える場合がある。
なお、副脱塩室５３０内における被処理水のＳＶは、主脱塩室５５０のＳＶよりも高くすることができる。副脱塩室５３０では、アニオン交換体の再生が良好に行われるため、主脱塩室５５０における被処理水のＳＶより高くしても、アニオン成分を除去できるためである。
【０１３３】
副脱塩室５４０内における被処理水の通水量は、副脱塩室５３０における被処理水の通水量と同様である。また、副脱塩室５４０内における被処理水のＳＶは、主脱塩室５５０のＳＶよりも高くすることができる。副脱塩室５４０では、カチオン交換体の再生が良好に行われるため、主脱塩室５５０における被処理水のＳＶより高くしても、カチオン成分を除去できるためである。
【０１３４】
主脱塩室５５０の小脱塩室５５２、５５４における被処理水の通水量は特に限定されず、被処理水や脱イオン水の水質、処理量を勘案して決定することができ、第１の実施形態の主脱塩室１５０における通水量と同様である。
【０１３５】
本実施形態によれば、副脱塩室５３０、小脱塩室５５２、小脱塩室５５４、副脱塩室５４０の順に被処理水を流通させて、多段処理を行うことで、比抵抗の高い、良好な水質の脱イオン水を得ることができる。
ここで、従来のＥＤＩにおいて、任意の主脱塩室５５０で処理した被処理水を他の主脱塩室５５０に流通することで、本実施形態と同等の多段処理を行うことができる。しかし、本実施形態においては、一段目の処理を副脱塩室５３０のみで行い、四段目（最終段）の処理を副脱塩室５４０のみで行うため、従来のＥＤＩと同等の処理を行うための主脱塩室５５０の数を大幅に減らすことができる。これに伴い、濃縮室１６０の数も大幅に削減することができる。この結果、陰極１１２と陽極１２２との距離を短くすることができ、低電圧でＥＤＩを運転することができる。また、主脱塩室５５０と濃縮室１６０の数を少なくできるため、ＥＤＩのコンパクト化を図ることができる。
【０１３６】
さらに、本実施形態によれば、単床形態の小脱塩室を設けて多段処理を行うことで、各小脱塩室ではイオン成分の移動が一方向になり、アニオン成分とカチオン成分を良好に除去することができる。
【０１３７】
本発明は、上述の実施形態に限られることはない。第１〜３の実施形態では、被処理水を陰極側に設けられた副脱塩室に流通させた後、主脱塩室に流通させている。しかし、被処理水の流通順序はこれに限られることはなく、第４の実施形態のごとく、主脱塩室を流通した被処理水を副脱塩室に流通させても良い。
【０１３８】
第４の実施形態では、主脱塩室で処理した被処理水を、陽極側に設けられた副脱塩室に流通させている。しかし、被処理水の流通順序はこれに限られることはなく、第１〜３の実施形態のごとく、副脱塩室を流通した被処理水を主脱塩室に流通させても良い。
【０１３９】
第３、第５の実施形態では、主脱塩室は、中間イオン交換膜により、２つの小脱塩室に区画されているが、主脱塩室は３つ以上の小脱塩室に区画されていても良い。また、第５の実施形態では、主脱塩室は、中間イオン交換膜により、２つの小脱塩室に区画されているが、第１、第２の実施形態のように、主脱塩室が中間イオン交換膜により区画されていなくても良い。
【０１４０】
第４の実施形態において、主脱塩室は、中間イオン交換膜で、２つ以上に区画された小脱塩室を有するものであっても良い。
【０１４１】
第１〜４の実施形態では、陰極室および陽極室にイオン交換体が充填されているが、イオン交換体が充填される電極室は、副脱塩室が隣接する電極室のみであっても良い。
【実施例】
【０１４２】
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。
（水質評価）
＜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。
【０１４３】
（実施例１）
主脱塩室を１枚とした以外は、図４に示すＥＤＩ３００と同様の、中間イオン交換膜で２つの小脱塩室に区画されている主脱塩室が設けられ、該主脱塩室の両側に濃縮室が設けられ、陰極室側に副脱塩室が設けられたＥＤＩを下記仕様にて作製して、ＥＤＩ−Ａを得た。得られたＥＤＩ−Ａについて、下記運転条件にて連続運転を行った。被処理水は、陰極室側に設けられた副脱塩室に下降流で流通した後、カチオン交換膜側の小脱塩室に下降流で流通させ、次いで、アニオン交換膜側の小脱塩室に下降流で流通させた。
濃縮水は、各濃縮室に下降流で流通させて排水し、電極水は、陰極室と陽極室にそれぞれ流通させて排水した。
運転開始１０００時間後における、運転電圧と、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表１に示す。
【０１４４】
＜ＥＤＩ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）アニオン交換膜側の小脱塩室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ６ｍｍ
（５）カチオン交換膜側の小脱塩室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ６ｍｍ
（６）アニオン交換膜側の小脱塩室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）の単床形態
（７）カチオン交換膜側の小脱塩室の充填イオン交換体：カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）の単床形態
（８）濃縮室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（９）濃縮室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（１０）陰極室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（１１）陽極室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（１２）陰極室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（１３）陽極室の充填イオン交換体：カチオン交換樹脂の単床形態
（１４）副脱塩室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（１５）副脱塩室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
【０１４５】
＜運転条件＞
（１）被処理水の導電率：１７〜２３μＳ／ｃｍ（ＮａＣｌ／超純水）
（２）被処理水の比抵抗：０．０４３〜０．０５９ＭΩ・ｃｍ
（３）被処理水流量：４０Ｌ／ｈ
（４）濃縮水の導電率：１７〜２３μＳ／ｃｍ（ＮａＣｌ／超純水）
（５）濃縮水流量：２０Ｌ／ｈ
（６）電極水の比抵抗：比抵抗が１５ＭΩ・ｃｍを超える超純水
（７）電極水流量：１０Ｌ／ｈ
（９）運転電流値：０．２５Ａ
【０１４６】
（比較例１）
比較例１に用いた従来型のＥＤＩについて、図７を用いて説明する。
図７は、従来のＥＤＩ９００の断面図である。ＥＤＩ９００は、陰極室９１０と陽極室９２０との間に、１枚の主脱塩室９５０と、主脱塩室９５０の両側に設けられた濃縮室９６０とが配置されている。
陰極室９１０は、陰極９１２と、枠体９１１と、アニオン交換膜である陰極側仕切り膜９１４とが順に配置され、枠体９１１の開口部にアニオン交換樹脂が充填されて、形成されている。陽極室９２０は、陽極９２２と、枠体９２１と、カチオン交換膜である陽極側仕切り膜９２４とが順に配置され、枠体９２１の開口部にカチオン交換体が充填されて、形成されている。
陰極室９１０には電極水流入ライン９１６と、電極水流出ライン９１８とが接続され、陽極室９２０には、電極水流入ライン９２６と電極水流出ライン９２８とが接続されている。
【０１４７】
主脱塩室９５０は、小脱塩室９５１と、小脱塩室９５１と中間イオン交換膜９５５を介して隣接する小脱塩室９５２とで構成されている。小脱塩室９５１は、カチオン交換膜９５３と、枠体９５４と、中間イオン交換膜とが陰極９１２側から順に配置され、枠体９５４の開口部にカチオン交換樹脂が充填されて、形成されている。小脱塩室９５２は、中間イオン交換膜９５５と、枠体９５６とアニオン交換膜９５７とが陰極９１２側から順に配置され、枠体９５６の開口部にアニオン交換樹脂が充填されて、形成されている。
小脱塩室９５１には、被処理水流入ライン９７０と、被処理水流出ライン９７２とが接続されている。小脱塩室９５２には、被処理水流入ライン９７４と、脱イオン水流出ライン９７６とが接続されている。そして、被処理水流出ライン９７２と、被処理水流入ライン９７４とは、図示されない配管により、接続されている。
【０１４８】
濃縮室９６０は、主脱塩室９５０の両側に、枠体９６１が配置され、該枠体９６１の開口部にアニオン交換体が充填されて、形成されている。濃縮室９６０には濃縮水流入ライン９６２と、濃縮水流出ライン９６４とが接続されている。
【０１４９】
ＥＤＩ９００と同様に、主脱塩室９５０を１枚配置し、下記仕様にて製造し、ＥＤＩ−Ｂとした。ＥＤＩ−Ｂを用いて、実施例１と同様の運転条件で連続運転を行った。運転に際し、被処理水を被処理水流入ライン９７０から小脱塩室９５１を下降流で流通させた後、被処理水流出ライン９７２、被処理水流入ライン９７４を経由して小脱塩室９５２を下降流で流通させ、脱イオン水流出ライン９７６から脱イオン水を流出させて、脱イオン水を得た。濃縮水は、各濃縮室に下降流で流通させて排水し、電極水は、陰極室９１０と陽極室９２０にそれぞれ上昇流で流通させて排水した。
運転開始１０００時間後における、運転電圧と、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表１に示す。
【０１５０】
＜ＥＤＩ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）アニオン交換膜側の小脱塩室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ６ｍｍ
（５）カチオン交換膜側の小脱塩室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ６ｍｍ
（６）アニオン交換膜側の小脱塩室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）の単床形態
（７）カチオン交換膜側の小脱塩室の充填イオン交換体：カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）の単床形態
（８）濃縮室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（９）濃縮室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（１０）陰極室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（１１）陽極室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ４ｍｍ
（１２）陰極室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（１３）陽極室の充填イオン交換体：カチオン交換樹脂の単床形態
【０１５１】
【表１】
0005114307.tif 000003
【０１５２】
表１に示すとおり、実施例１で得られた脱イオン水は、比較例１で得られた脱イオン水よりも比抵抗が高かった。このことから、副脱塩室で処理した被処理水を主脱塩室に流通させることで、得られる脱イオン水の水質向上が図れることが判った。
また、実施例１では運転開始１０００時間後の運転電圧が７Ｖであったのに対し、比較例１では２６Ｖであり、実施例１の約３．７倍となっていた。このことから、実施例１のような副脱塩室を設けたことで、電極間の距離が長くなっても、電流の有効利用が図られるため、省エネルギーで脱イオン水の製造ができることが判った。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明のＥＤＩ８におけるイオン成分の流れを説明する模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるＥＤＩを示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかるＥＤＩを示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態にかかるＥＤＩを示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態にかかるＥＤＩを示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態にかかるＥＤＩを示す断面図である。
【図７】比較例１に用いた従来型のＥＤＩを示す模式図である。
【符号の説明】
【０１５４】
８、１００、２００、３００、４００、５００、９００    電気式脱イオン水製造装置
１０、１１０、４１０、９１０    陰極室
１２、１１２、９１２    陰極
１４、１１４、４１４、９１４    陰極側仕切り膜
２４、１２４、４２４、９２４    陽極側仕切り膜
２０、１２０、４２０、９２０    陽極室
２２、１２２、９２２    陽極
３０、４０、１３０、２３０、３３０、４４０、５３０、５４０    副脱塩室
５０、１５０、１５５、２５０、３５０、４５０、５５０、９５０    主脱塩室
３２、５４、１３２、１５４、９５７    アニオン交換膜
４２、５２、１５２、４４２、９５３    カチオン交換膜
６０、６２、１６０、９６０        濃縮室
１３６、１５７、２３６、３３６、３６４、４５６、５３４、５６４、５６８、９７２    被処理水流出ライン
１５６、１５８、２５２、３６０、３６５、４４４、４５２、５４４、５６０、５６５、９７０、９７４    被処理水流入ライン
２５４、３６２、５６２            分岐ライン
３５２、３５４、５５２、５５４、９５１、９５２    小脱塩室
３５６、９５５    中間イオン交換膜
【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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【図６】
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【図７】
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