(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して形成され、前記一方の小脱塩室の流出管は他方の小脱塩室の流入管に接続され、該２つの小脱塩室を接続する配管途中にポンプを設置してなる電気式脱イオン水製造装置を有することを特徴とする脱イオン水製造装置。
【請求項２】
一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して形成され、前記一方の小脱塩室の流出管は他方の小脱塩室の流入管に接続され、該２つの小脱塩室を接続する配管途中に逆浸透膜装置、紫外線酸化装置及び脱気膜装置から選ばれる１種以上を設置してなる電気式脱イオン水製造装置を有することを特徴とする脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記電気式脱イオン水製造装置の後段に、限外濾過膜装置又は精密濾過膜装置を設置し、前記電気式脱イオン水製造装置の処理水中の微粒子を更に除去することを特徴とする請求項１又は２記載の脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記中間イオン交換膜と前記他側のアニオン交換膜で区画される一方の小脱塩室に充填されるイオン交換体は、アニオン交換体であり、前記一側のカチオン交換膜と前記中間イオン交換膜で区画される他方の小脱塩室に充填されるイオン交換体は、カチオン交換体とアニオン交換体の混合体であることを特徴とする請求項１又は２記載の脱イオン水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造分野、医製薬製造分野、原子力や火力等の発電分野、食品工業などの各種の産業又は研究所施設において使用され、高純度の水質をより安定して供給できる省電力型電気式脱イオン水製造装置を有する脱イオン水製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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して脱イオンを行う方法が知られているが、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を行う必要があり、このような処理操作上の不利な点を解消するため、近年、薬剤による再生が全く不要な電気式脱イオン法による脱イオン水製造方法が確立され、実用化に至っている。
【０００３】
図８はその従来の典型的な電気式脱イオン水製造装置の模式断面図を示す。図８に示すように、カチオン交換膜１０１及びアニオン交換膜１０２を離間して交互に配置し、カチオン交換膜１０１とアニオン交換膜１０２で形成される空間内に一つおきにイオン交換体１０３を充填して脱塩室とする。脱塩室の被処理水流入側（前段）にはアニオン交換樹脂１０３ａが充填され、脱塩室の被処理水流出側（後段）にはカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３ｂが充填されている。また、脱塩室１０４のそれぞれ隣に位置するアニオン交換膜１０２とカチオン交換膜１０１で形成されるイオン交換体１０３を充填していない部分は濃縮水を流すための濃縮室１０５とする。
【０００４】
また、脱塩室の一側に陰極１０９を配設すると共に、他端側に陽極１１０を配設する。なお、前述したスペーサーを挟んだ位置が濃縮室１０５であり、また両端の濃縮室１０５の両外側に必要に応じカチオン交換膜１０１、アニオン交換膜１０２、あるいはイオン交換性のない単なる隔膜等の仕切り膜を配設し、仕切り膜で仕切られた両電極１０９、１１０が接触する部分をそれぞれ陰極室１１２及び陽極室１１３とする。このように、従来の電気式脱イオン水製造装置においては、濃縮室の数は脱塩室の数より１つ多い形態のものであるか、あるいは両端に濃縮室を仕切り膜無しで電極室とした場合、１つ少ないものであった。
【０００５】
このような電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合を図８を参照して説明する。すなわち、陰極１０９と陽極１１０間に直流電流を通じ、また、被処理水流入ライン１１１から被処理水が流入すると共に、濃縮水流入ライン１１５から濃縮水が流入し、且つ電極水流入ライン１１７、１１７からそれぞれ電極水が流入する。被処理水流入ライン１１１から流入した被処理水は脱塩室１０４を流下し、先ず、前段のアニオン交換樹脂１０３ａを通過する際、塩酸イオンや硫酸イオンなどのアニオン成分が除去され、次に、後段のカチオン交換樹脂及びアニオン交換樹脂の混合イオン交換樹脂１０３ｂを通過する際、マグネシウムやカルシウムなどのカチオン成分が除去される。濃縮水流入ライン１１５から流入した濃縮水は各濃縮室１０５を上昇し、カチオン交換膜１０１及びアニオン交換膜１０２を介して移動してくる不純物イオンを受取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン１１６から流出され、さらに電極水流入ライン１１７、１１７から流入した電極水は電極水流出ライン１１８、１１８から流出される。従って、脱イオン水流出ライン１１４から脱塩水が得られる。
【０００６】
このような電気式脱イオン水製造装置を使用して被処理水中の不純物イオンを省電力で除去するために、電気式脱イオン水製造装置の電気抵抗を低減する種々の試みがなされている。この場合、脱塩室においては、脱塩室に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処理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る。そこで、濃縮室の電気抵抗を低減するための対策が採られることが多い。例えば、特開平９−２４３７４号公報には、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。また、濃縮水の循環によって導電率の上昇を促進し、濃縮室の電気抵抗を低減する方法も多数報告されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、濃縮室に電解質を添加供給して濃縮室の電気抵抗を低減する方法は、電解質を濃縮室へ供給するためのポンプ、薬剤貯留タンク及び供給配管などを設置しなければならず、設置面積の増加、設置コストの上昇などを招く、また、定期的に薬剤の補給や管理を行わなければならず、連続再生型装置であるにもかかわらず人手がかかるという問題がある。また、濃縮水の循環によって導電率の上昇を促進し、濃縮室の電気抵抗を低減する方法は、濃縮水中に含まれるカルシウムやマグネシウムなどの硬度成分も濃厚となりスケールの発生を促進して、結果的に電気抵抗の上昇を招来するという問題がある。
【０００８】
一方、電気式脱イオン水製造装置の被処理水としては、工業用水、水道水、脱イオン水を用いた生産工程からの回収水等が単独あるいは混合して使用されている。工業用水や水道水は季節や天候に起因する水質変動がある。特に、渇水や雨量が水質変動の要因となる。また、生産工程からの回収水は活性炭、イオン交換、逆浸透膜装置などの処理を経た後、被処理水として利用されるが、使用薬品の混入、微量不純物の混入など生産工程の変動に起因する水質変動がある。この場合、電気式脱イオン水製造装置の前段に活性炭、イオン交換、逆浸透膜装置などの前処理を強化して対処することも考えられるが、単に、同一位置（前処理）での補強だけでは上記のような水質変動に対応できず、電気式脱イオン水製造装置の処理水の水質低下を安定して抑制することはできない。また、運転開始当初は、処理水の使用量が急速に増大し、大流量の被処理水が脱塩室に流入する場合があるが、このような場合にも処理水の水質を低下させることなく、高純度の水質を有する処理水を安定して供給する必要がある。
【０００９】
従って、本発明の目的は、濃縮水へ薬剤を添加することなく、電気式脱イオン水製造装置の構造面からの抜本的な改善により電気抵抗を低減すると共に、被処理水の供給量増大や被処理水の水質悪化に対応でき、高純度の水質をより安定して供給できる省電力型電気式脱イオン水製造装置を利用した脱イオン水製造装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、（１）枠体の一側にカチオン交換膜が封着され、他側にアニオン交換膜が封着された従来の脱塩室構造において、このカチオン交換膜とアニオン交換膜の間にさらに、脱塩室を２分割する中間イオン交換膜を配設して、２つの小脱塩室を隣合わせに有する脱塩室とし、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置し、電圧を印加しながら被処理水を一方の小脱塩室に流入させ、該小脱塩室の流出水を他方の小脱塩室に流入させると共に、濃縮室に濃縮水を流入して被処理水中の不純物イオンを除去し、脱イオン水を製造するようにすれば、イオン交換体が充填された脱塩室１つ当たりの濃縮室の数を従来の約半分にすることができ、電気式脱イオン水製造装置の電気抵抗を著しく低減できること、（２）このような電気式脱イオン水製造装置の２つの小脱塩室を接続する配管途中に加圧ポンプを設置し、下流側の小脱塩室への流入水の圧力を高めて供給すれば、下流側の小脱塩室内圧力は上流側の小脱塩室内圧力より常に高めることができ、被処理水の供給量増大に伴い上流側の小脱塩室内圧力が上昇しても上流側小脱塩室から下流側小脱塩室へのイオンの移動や液の漏洩などが防止できること、（３）また、このような電気式脱イオン水製造装置の２つの小脱塩室を接続する配管途中に逆浸透膜装置、紫外線酸化装置などを設置すれば、被処理水からの除去が困難とされるホウ素や有機物（ＴＯＣ）が極めて効率よく除去できること、などを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明（１）は、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して形成され、前記一方の小脱塩室の流出管は他方の小脱塩室の流入管に接続され、該２つの小脱塩室を接続する配管途中にポンプを設置してなる電気式脱イオン水製造装置を有することを特徴とする脱イオン水製造装置を提供するものである。かかる構成を採ることにより、電気式脱イオン水製造装置ではイオン交換体が充填された脱塩室１つ当たりの濃縮室の数を従来の約半分にすることができ、電気抵抗を著しく低減できる。また、２つの小脱塩室のうち、少なくとも１つの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一イオン交換体もしくはアニオン交換体とカチオン交換体の混合イオン交換体とすることができ、イオン交換体が充填された脱塩室の厚さを電気抵抗を低減し、且つ高い電流効率を得る最適な厚さに設定することができる。また、運転当初、処理水の使用量が増大して被処理水の供給量の増加や閉塞などにより上流側の小脱塩室内の圧力が上昇しても下流側の小脱塩室内圧力を上流側の小脱塩室内圧力より常に高めることができ、上流側小脱塩室から下流側小脱塩室へのイオンの移動や液の漏洩などが防止でき、高純度の水質をより安定して供給できる。さらに、上流側の小脱塩室より下流側の小脱塩室の流量を多くすることができる。例えば、使用点（ユースポイント）で使用後の水が十分な水質で簡単な処理で回収できる場合や、ユースポイントで使用されることなく循環回収される場合にはこれらの回収水を上流側の小脱塩室を経ずに直接下流側の小脱塩室に供給することができる。
【００１２】
請求項２の発明（２）は、一側のカチオン交換膜、他側のアニオン交換膜及び当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜で区画される２つの小脱塩室にイオン交換体を充填して脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室を設け、これらの脱塩室及び濃縮室を陽極と陰極の間に配置して形成され、前記一方の小脱塩室の流出管は他方の小脱塩室の流入管に接続され、該２つの小脱塩室を接続する配管途中に逆浸透膜装置、紫外線酸化装置及び脱気膜装置から選ばれる１種以上を設置してなる電気式脱イオン水製造装置を有することを特徴とする脱イオン水製造装置を提供するものである。かかる構成を採ることにより、前記中間イオン交換膜と前記他側のアニオン交換膜で区画される一方の小脱塩室に充填されるイオン交換体を、アニオン交換体とし、前記一側のカチオン交換膜と前記中間イオン交換膜で区画される他方の小脱塩室に充填されるイオン交換体を、カチオン交換体とアニオン交換体の混合体とした場合、上流側（一方）の小脱塩室でアニオン成分が除去され、この小脱塩室の流出水はアルカリ側となる。このため、ホウ素に関しては、被処理水中のホウ素の解離が進むか、あるいは何らかの電気的処理を受けたことによりホウ素の存在形態が変化し、次いで流入する逆浸透膜装置でホウ素の除去効率が一層高まる。また、有機物に関しても同様に被処理水中の有機物の解離が進むか、あるいは何らかの電気的処理を受けたことにより有機物の存在形態が変化し、次いで流入するＵＶoxで酸化し易くなる。また、電気式脱イオン水製造装置の第２小脱塩室で有機物の一部が除去されるため、次いで流入するＵＶoxでは残存の有機物を酸化すればよく、除去効率が向上する。従って、渇水などの自然現象や工場の生産工程からの不純物混入など被処理水の水質が悪化しても対応可能となる。
【００１３】
請求項３の発明（３）は、前記電気式脱イオン水製造装置の後段に、限外濾過膜装置又は精密濾過膜装置を設置し、前記電気式脱イオン水製造装置の処理水中の微粒子を更に除去することを特徴とする前記（１）又は（２）記載の脱イオン水製造装置を提供するものである。かかる構成を採ることにより、前記発明と同様の効果を奏する他、逆浸透膜装置や電気式脱イオン水製造装置で除去することができない被処理水中の微粒子を除去することができる。
【００１４】
請求項４の発明（４）は、前記中間イオン交換膜と前記他側のアニオン交換膜で区画される一方の小脱塩室に充填されるイオン交換体は、アニオン交換体であり、前記一側のカチオン交換膜と前記中間イオン交換膜で区画される他方の小脱塩室に充填されるイオン交換体は、カチオン交換体とアニオン交換体の混合体であることを特徴とする前記（１）又は（２）の脱イオン水製造装置を提供するものである。かかる構成を採ることにより、アニオン成分を多く含む被処理水、特にシリカ、炭酸等の弱酸性成分を多く含む被処理水を十分に処理することが可能となると共に、２つの小脱塩室を接続する配管途中に逆浸透膜装置や紫外線酸化装置を設置すれば、被処理水中のホウ素や有機酸を効率的に除去できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する電気式脱イオン水製造装置の１例を図１を参照して説明する。図１はその電気式脱イオン水製造装置の模式図である。図１に示すように、カチオン交換膜３、中間イオン交換膜５及びアニオン交換膜４を離間して交互に配置し、カチオン交換膜３と中間イオン交換膜５で形成される空間内にイオン交換体８を充填して第１小脱塩室ｄ1 、ｄ3 、ｄ5 、ｄ7 を形成し、中間イオン交換膜５とアニオン交換膜４で形成される空間内にイオン交換体８を充填して第２小脱塩室ｄ2 、ｄ4 、ｄ6 、ｄ8 を形成し、第１小脱塩室ｄ1 と第２小脱塩室ｄ2 で脱塩室Ｄ1 、第１小脱塩室ｄ3 と第２小脱塩室ｄ4 で脱塩室Ｄ2 、第１小脱塩室ｄ5 と第２小脱塩室ｄ6 で脱塩室Ｄ3 、第１小脱塩室ｄ7 と第２小脱塩室ｄ8 で脱塩室Ｄ4 とする。また、脱塩室Ｄ2 、Ｄ3 のそれぞれ隣に位置するアニオン交換膜４とカチオン交換膜３で形成されるイオン交換体８を充填していない部分は濃縮水を流すための濃縮室１とする。これを順次に併設して図中、左より脱塩室Ｄ1 、濃縮室１、脱塩室Ｄ2 、濃縮室１、脱塩室Ｄ3 、濃縮室１、脱塩室Ｄ4 を形成する。また、中間膜を介して隣合う２つの小脱塩室において、第２小脱塩室の処理水流出ライン１２は集合配管１２ａ通じて貯槽２１に接続され、貯槽２７から延出されるポンプ２５を有する流出配管２３はバルブ２１を有する配管１３ａを通じて第１小脱塩室の被処理水流入ライン１３に連接されている。また、貯槽２７には流出配管２３のバルブ２２を有する戻り配管２４と、窒素ガス配管２６が接続されている。記号Ｐ１は第２小脱塩室（上流側小脱塩室）の入口圧力を測定する圧力計を、Ｐ２は第２小脱塩室の出口圧力を測定する圧力計を、Ｐ３は第１小脱塩室（下流側小脱塩室）の入口圧力を測定する圧力計を、Ｐ４は第１小脱塩室の出口圧力を測定する圧力計をそれぞれ示す。
【００１６】
上記のような脱塩室は２つの内部がくり抜かれた枠体と３つのイオン交換膜によって形成される脱イオンモジュールからなる。すなわち、図では省略するが、第１枠体の一側にカチオン交換膜を封着し、第１枠体のくり抜かれた部分にイオン交換体を充填し、次いで、第１枠体の他方の部分に中間イオン交換膜を封着して第１小脱塩室を形成する。次に中間イオン交換膜を挟み込むように第２枠体を封着し、第２枠体のくり抜かれた部分にイオン交換体を充填し、次いで、第２枠体の他方の部分にアニオン交換膜を封着して第２小脱塩室を形成する。なお、イオン交換膜は比較的柔らかいものであり、第１枠体、第２枠体内部にイオン交換体を充填してその両面をイオン交換膜で封着した時、イオン交換膜が湾曲してイオン交換体の充填層が不均一となるのを防止するため、第１枠体、第２枠体の空間部に複数のリブを縦設する。また、図では省略するが、第１枠体、第２枠体の上方部に被処理水の流入口又は処理水の流出口が、また枠体の下方部に被処理水の流出口又は処理水の流入口が付設されている。このような脱イオンモジュールの複数個をその間に図では省略するスペーサーを挟んで、並設した状態が図１に示されたものであり、並設した脱イオンモジュールの一側に陰極６を配設すると共に、他端側に陽極７を配設する。なお、前述したスペーサーを挟んだ位置が濃縮室１であり、また両端の脱塩室Ｄの両外側に必要に応じカチオン交換膜、アニオン交換膜、あるいはイオン交換性のない単なる隔膜等の仕切り膜を配設し、仕切り膜で仕切られた両電極６、７が接触する部分をそれぞれ電極室２、２としてもよい。
【００１７】
このような電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合、以下のように操作される。すなわち、陰極６と陽極７間に直流電流を通じ、また被処理水流入ライン１１から被処理水が流入すると共に、濃縮水流入ライン１５から濃縮水が流入し、かつ電極水流入ライン１７、１７からそれぞれ電極水が流入する。被処理水流入ライン１１から流入した被処理水は第２小脱塩室ｄ2 、ｄ4 、ｄ6 、ｄ8 を流下し、例えばアニオン交換体８１の充填層を通過する際に不純物イオンが除去される。更に、第２小脱塩室の処理水流出ライン１２を通った流出水は貯槽２７に流入する。そして、窒素シールにより外部ガス、特に空気中の炭酸ガスの混入を遮断した状態で貯留される。ここでタンクのシールに利用する窒素源は、ガスボンベの窒素、液体窒素、ガス分離膜又は圧力スイング吸着法により空気から炭酸ガスを除去した改質空気又はさらに酸素を除去した窒素ガスを利用できる。貯留された流出水はポンプ２５で昇圧された後、第１小脱塩室の被処理水流入ライン１３を通って第１小脱塩室ｄ1 、ｄ3 、ｄ5 、ｄ7 を流下し、ここでも例えば、カチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体８２の充填層を通過する際に不純物イオンが除去され、脱イオン水が脱イオン水流出ライン１４から得られる。また、濃縮水流入ライン１５から流入した濃縮水は各濃縮室１を上昇し、カチオン交換膜３及びアニオン交換膜４を介して移動してくる不純物イオンを受取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン１６から流出され、さらに電極水流入ライン１７、１７から流入した電極水は電極水流出ライン１８、１８から流出される。この場合、Ｐ３の圧力≧Ｐ１の圧力、Ｐ４の圧力≧Ｐ２の圧力の双方を満足するように、ポンプ２５の供給圧力及びバルブ２１、２２の開度が決定される。上述の操作によって、被処理水中の不純物イオンは電気的に除去されると共に、処理水の使用量変動、特に大流量の被処理水を供給するに伴い第２小脱塩室内圧力（Ｐ１）が上昇しても、第１小脱塩室内圧力は第２小脱塩室内圧力より常に高めることができ、第２小脱塩室から第１小脱塩室へのイオンの移動や液の漏洩などが防止できる。Ｐ３とＰ１の圧力差及びＰ４とＰ２の圧力差は０．１５MPa(１．５kg/cm2） (ゲージ圧) 以下とすることが好ましい。この圧力差が大きすぎると逆に第１小脱塩室から第２小脱塩室への液の漏洩が起こり易く、またイオン交換膜の変形が大きくなる。
【００１８】
図１において、例えば貯槽２７やポンプ２５を省略し、配管１２ａと配管１３ａを直接接続し、第２小脱塩室の流出水をそのまま第１小脱塩室の流入水とすると、被処理水の流量が増大し第２小脱塩室の圧力が増大した場合、第２小脱塩室と第１小脱塩室が隣接し、しかも第２小脱塩室の流出水が第１小脱塩室へ直接供給される構造から、圧力は第２小脱塩室の方が第１小脱塩室より必ず大となり、第２小脱塩室から第１小脱塩室へイオンや液の漏洩が起こることがある。また、このような漏洩が起こると小脱塩室中の不純物濃度は第２小脱塩室の方が第１小脱塩室より必ず大であるため第１小脱塩室の流出水（脱イオン水）の水質は低下してしまう、という問題がある。しかし、図１に示すように、２つの小脱塩室を接続する配管途中に昇圧ポンプを設置し、Ｐ１〜Ｐ４の圧力を上記の関係を満たすように運転してやれば、被処理水の供給量増大に伴う上記の問題を解決することができる。また、図１において、貯槽２７には図では省略する別系統からの流入配管を接続してもよい。これにより、例えば、ユースポイントで使用後の水が十分な水質で簡単な処理で回収できる場合や、ユースポイントで使用されることなく循環回収される場合にはこれらの回収水を上流側の小脱塩室を経ずに直接下流側の小脱塩室に供給することができる。
【００１９】
本実施の形態例において、中間のイオン交換膜としては、カチオン交換膜又はアニオン交換膜の単一膜、あるいはアニオン交換膜、カチオン交換膜の両方を配置したとした複式膜のいずれであってもよい。装置上部又は装置下部にアニオン交換膜又はカチオン交換膜とした複式膜とする場合、アニオン交換膜及びカチオン膜のそれぞれの高さ（面積）は被処理水の水質又は処理目的などによって適宜決定される。また、単一膜を使用する場合、被処理水中から除去したいイオン種に応じてイオン交換膜が決定される。
【００２０】
第１小脱塩室又は第２小脱塩室の厚さは特に制限されず、第１小脱塩室又は第２小脱塩室に充填されるイオン交換体の種類と充填方法によって、最適な厚さを決定すればよい。従って、第１小脱塩室の厚さを３mm、第２小脱塩室の厚さを６mmとして、全体の厚さ、すなわち脱塩室の厚さを９mmとしてもよい。このように、複数の脱塩室と濃縮室を交互に配置し、脱塩室の両側に配されるカチオン交換膜とアニオン交換膜で区画される脱塩室の厚みは、従来のものよりも厚くでき、１．５〜１８mm範囲、好適には、６．５〜１５mm、更に好適には９〜１３mmの範囲で適宜決定される。
【００２１】
また、脱塩室に充填されるイオン交換体としては、特に制限されず、アニオン交換体（以下、「Ａ」とも言う）単床、カチオン交換体（以下、「Ｋ」とも言う）単床及びアニオン交換体とカチオン交換体の混床（以下、「Ｋ／Ａ」とも言う）又はこれらの組合せのものが挙げられる。また、イオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維などイオン交換機能を有する物質であればいずれでもよく、また、それらを組合せたものであってもよい。
【００２２】
また、被処理水の第１小脱塩室及び第２小脱塩室での流れ方向は、特に制限されず、上記実施の形態例の他、第１小脱塩室と第２小脱塩室での流れ方向が異なっていてもよい。また、被処理水が流入する小脱塩室は、上記実施の形態例の他、先ず、被処理水を第１脱塩室に流入させ、流下した後、第１脱塩室の流出水を第２脱塩室に流入させてもよい。また、濃縮水の流れ方向も適宜決定される。
【００２３】
次に、本発明の他の実施の形態における脱イオン水製造装置について説明する。すなわち、本実施の形態例は、図１で示される電気式脱イオン水製造装置（以下、「ＥＤＩ−１」とも言う）を有し、該電気式脱イオン水製造装置の２つの小脱塩室を接続する配管途中に逆浸透膜装置（以下、「ＲＯ」とも言う）及び紫外線酸化装置（以下、「ＵＶox」とも言う）のいずれか一方、又は両方共に設置するか、あるいは更に該電気式脱イオン水製造装置の後段に限外濾過膜装置（以下、「ＵＦ」とも言う）又は精密濾過膜装置（以下、「ＭＦ」とも言う）を設置するものである。本実施の形態における電気式脱イオン水製造装置は図１中、貯槽２７及びポンプ２５などを省略して配管１２ａと配管１３ａを直接接続した電気式脱イオン水製造装置（以下、「ＥＤＩ- ２」とも言う）であってもよい。次に、具体的な脱イオン水製造装置例と被処理水の流れを次に示す。
【００２４】
（脱イオン水製造装置Ｉ）
脱イオン水製造装置Ｉは第１ＲＯ及びＥＤＩ- １をこの順序で直列に接続し、ＥＤＩ- １の上流側の小脱塩室と下流側の小脱塩室を連接する配管途中でポンプ２５の下流側に第２ＲＯを設置したものである。第１ＲＯは後段のＥＤＩ- １の負荷を低減するために設置され、第２ＲＯは上流側小脱塩室の処理水中のホウ素や有機物などの不純物イオンを除去するために設置されるもので、双方とも公知の逆浸透膜装置（逆浸透膜モジュール）が使用できる。第１及び第２ＲＯに使用される逆浸透膜としては、特に制限されず、酢酸セルロース系非対称性膜、ポリアミド系複合合成膜などが例示される。また、ＲＯの形態としては、スパイラルモジュール、中空糸モジュール、平膜モジュールなどが例示される。
【００２５】
脱イオン水製造装置Ｉにおいて、第１ＲＯ透過水は先ずＥＤＩ- １の第２小脱塩室（Ａ）に流入する。次いで、この第２小脱塩室の流出水は第２ＲＯに供給され、次いで第２ＲＯ透過水はＥＤＩ- １の第１小脱塩室（Ｋ／Ａ）に流入する。この方法によれば、ＥＤＩ- １の第２小脱塩室（Ａ）でアニオン成分が除去され、この小脱塩室の流出水はアルカリ側となる。このため、被処理水中からの除去が困難とされるホウ素の解離が進むか、あるいは何らかの電気的処理を受けたことによりホウ素の存在形態が変化し、次いで流入する第２ＲＯやＥＤＩ- １の第１小脱塩室（Ｋ／Ａ）で、ホウ素の除去効率が一層高まる。
【００２６】
（脱イオン水製造装置II）
脱イオン水製造装置IIは第１ＲＯ及びＥＤＩ- ２をこの順序で直列に接続し、ＥＤＩ- ２の上流側の小脱塩室と下流側の小脱塩室を連接する配管途中にＵＶoxを設置したものである。すなわち、脱イオン水製造装置Ｉと異なる点は貯槽とポンプを省略し、第２ＲＯに代えてＵＶoxを使用した点にある。ＵＶoxとしては、被処理水に少なくとも１８５nm付近の波長を照射可能な紫外線ランプを備え、被処理水中の有機物を分解可能なものであればよい。ＵＶoxは、通常１８５nm付近の波長の紫外線に加えて、それより有機物分解能力が低い２５４nm付近の波長の紫外線も照射可能な装置である。
【００２７】
脱イオン水製造装置IIにおいて、第１ＲＯの透過水は後段のＥＤＩ- ２の第２小脱塩室（Ａ）に流入する。次いで、この第２小脱塩室の流出水はＵＶoxに供給され、次いでＵＶoxの処理水はＥＤＩ- ２の第１小脱塩室（Ｋ／Ａ）に流入する。この方法によれば、脱イオン水製造装置I の場合と同様、ＥＤＩ- ２の第２小脱塩室（Ａ）でアニオン成分が除去され、該小脱塩室の流出水はアルカリ側となる。このため、被処理水中の有機物の解離が進むか、あるいは何らかの電気的処理を受けたことにより有機物の存在形態が変化し、次いで流入するＵＶoxで酸化し易くなる。また、ＥＤＩ- ２の第２小脱塩室（Ａ）で有機物の一部が除去される。次いで流入するＵＶoxは残存する有機物を酸化するだけでよく酸化効率が向上する。
【００２８】
（脱イオン水製造装置III ）
脱イオン水製造装置III は第１ＲＯ及びＥＤＩ- １をこの順序で直列に接続し、ＥＤＩ- １の上流側の小脱塩室と下流側の小脱塩室を連接する配管途中に第２ＲＯ及びＵＶoxを上流側よりこの順序で直列に設置したものである。すなわち、脱イオン水製造装置Ｉと異なる点は第２ＲＯの後段側でＥＤＩ- １の第１小脱塩室の手前に更にＵＶoxを設置した点にある。
【００２９】
脱イオン水製造装置III において、第１ＲＯ透過水は先ずＥＤＩ- １の第２小脱塩室（Ａ）に流入する。次いで、この第２小脱塩室の流出水は第２ＲＯに供給され、第２ＲＯ透過水はＵＶoxに供給され、次いでＵＶox処理水はＥＤＩ- １の第１小脱塩室（Ｋ／Ａ）に流入する。この方法によれば、前記脱イオン水製造装置I と同様の効果を奏する他、ＵＶoxへの供給水はＲＯの透過水であるため、第２ＲＯで有機物の他の一部が更に除去され、ＵＶoxは残存する有機物の酸化を行うだけでよく更に効率的である。また、ＵＶoxの酸化分解で生じる炭酸ガスも少なくなり後段のＥＤＩ- １の第１小脱塩室（Ｋ／Ａ）での負荷も低減される。
【００３０】
この脱イオン水製造装置III の変形例として、第２ＲＯとＵＶoxの設置順序を入れ換えることもできる。すなわち、ＥＤＩ- １の第２小脱塩室の流出水はＵＶoxに供給され、ＵＶox処理水は第２ＲＯに供給され、次いで第２ＲＯ透過水はＥＤＩ- １の第１小脱塩室（Ｋ／Ａ）に流入する。しかし、前段のＵＶoxで有機物は分解されるものの、分解物の炭酸ガスは第２ＲＯで除去できず、ＥＤＩ- １の第１小脱塩室（Ｋ／Ａ）の負荷となることや、ＵＶoxでは酸が生成し、その処理水はアルカリ側にならないため、第２ＲＯでホウ素などが有効に除去できないなどの理由から、脱イオン水製造装置III の方が好適である。
【００３１】
また、上記脱イオン水製造装置Ｉ〜III の後段に、限外濾過膜装置又は精密濾過膜装置を設置することもできる。すなわち、ＥＤＩ- １やＥＤＩ- ２の第１小脱塩室の流出水を更に限外濾過膜装置又は精密濾過膜装置により処理すれば、脱イオン水中の微粒子を格段に減少させることができる。限外濾過膜装置や精密濾過膜装置は公知のものが使用できる。
【００３２】
（脱イオン水製造装置IV）
脱イオン水製造装置IVは図２に示すように被処理水から脱イオン水を得ると共に、回収系も含めた総合システム５０である。脱イオン水製造装置IV（記号５０）は大きくは、ＥＤＩ- １前段処理部分４２、ＥＤＩ- １処理部分４３、ＥＤＩ- １後段処理部分４４に分かれる。ＥＤＩ- １前段処理部分４２は上流側より、脱炭酸塔３１、ポンプ３２、第１逆浸透膜装置３３を直列に接続してなる。第１逆浸透膜装置３３の濃縮水ラインは更に、貯槽３９、ポンプ４０及び回収逆浸透膜装置４１の順で接続されている。なお、回収逆浸透膜装置４１は独立したタンク３９、ポンプ４０は必ずしも必要ではなく、ポンプ３２により直接運転することもできる。また、回収逆浸透膜装置４１への給水には必要に応じて、酸注入などによるｐＨ調整、スケール発生防止剤又はスケール分散剤などの注入をすることも可能である。この部分４２では被処理水から不純物イオンを粗取りし、後段のＥＤＩ- １の負荷を低減すると共に、第１逆浸透膜装置３３の濃縮水を回収逆浸透膜装置４１で回収して、被処理水に戻している。なお、脱炭酸塔３１は原水中の炭酸などの溶存ガス成分、特に炭酸を除去するために設置されるもので、公知の脱炭酸塔、真空脱気塔が使用できる。
【００３３】
ＥＤＩ- １処理部分４３は、ＥＤＩ- １の上流側小脱塩室（第２小脱塩室）ｄ2 、ｄ4 、ｄ6 、ｄ8 、貯槽２７、ポンプ２５、第２逆浸透膜装置３４、紫外線酸化装置３５、膜脱炭酸装置３６、ＥＤＩ- １の下流側小脱塩室（第１小脱塩室）ｄ1 、ｄ3 、ｄ5 、ｄ7 の順で接続されている。図中、ＥＤＩ- １の上流側小脱塩室（第２小脱塩室）と下流側小脱塩室（第１小脱塩室）は離れて記載されているが、これは作図及び説明の便宜上の簡略表示であり、実際は図１での説明通りである。また、図に示すこれらの小脱塩室から出ている濃縮水はＥＤＩ- １の濃縮室から流出する濃縮水であり同一のものである。これらの濃縮水は第２逆浸透膜装置３４の濃縮水と共に回収され、被処理水に戻される。
【００３４】
このＥＤＩ- １処理部分４３での不純物イオンの除去作用などは前述の通りであるが、ここでは更に紫外線酸化装置３５の後段に膜脱炭酸装置３６を設置し、紫外線酸化で生じた被処理水中の炭酸ガスを除去している。なお、膜脱炭酸装置３６は、公知の膜脱炭酸装置が使用できる。また、膜脱炭酸装置３６で使用される脱気膜は疎水性の材質からなる多孔膜又は非多孔膜であり、気体は透過するが液体は透過しない特性を有するものである。脱気膜の材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテン、シリコン樹脂、フッ素樹脂などからなる多孔膜又は非多孔膜が挙げられる。なお、この場合、膜脱炭酸装置の代わりに脱炭酸塔を使用することもできるが、処理水の水質を維持するためには膜脱炭酸装置が好ましい。すなわち、膜脱炭酸装置は被処理水を通水する膜の反対側を減圧して脱気するので、装置内で被処理水は汚染されにくく、逆浸透膜の透過水の脱気に好都合である。一方、脱炭酸塔は空気を被処理水に吹き込むので、空気中の汚染物質が被処理水に移行する可能性があり、逆浸透膜の透過水に利用するのは得策ではない。
【００３５】
ＥＤＩ- １後段処理部分４４は、限外濾過装置３８及び脱イオン水が使用点（ユースポイント）で使用された使用水を回収する回収システム３８からなる。限外濾過装置３７ではＥＤＩの処理水から微粒子を除去する一方、濃縮水を被処理水に戻し、水の回収率を向上させている。また、回収システム３８で回収された回収水も被処理水に戻している。
【００３６】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
実験例１
図１に示す電気式脱イオン水製造装置の第１小脱塩室の圧力及び第２小脱塩室の圧力が処理水の水質に与える影響を検討した。すなわち、下記装置仕様及び運転条件下において、図１に示すのと同様の構成で３個の脱イオンモジュール（６個の小脱塩室）を並設して構成される電気式脱イオン水製造装置の脱塩室及び濃縮室にそれぞれ通水し、運転開始１０分後の定常運転後、第２小脱塩室（上流側）の入口圧力Ｐ１及び出口圧力Ｐ２、第１小脱塩室（下流側）の入口圧力Ｐ３及び出口圧力Ｐ４をポンプ２５及びバルブ２１、２２で操作しながら表１に示すように変化させ、その後、処理水を採取してその水質を調べた。結果を表１に示す。なお、No.（実験番号）１〜８までは被処理水の供給圧力（Ｐ１）を０．１５MPa （ゲージ圧）とし、No.（実験番号）９〜１１までは被処理水の供給圧力（Ｐ１）を０．２５MPa （ゲージ圧）とした。水質の単位はＭΩ-cm であり、圧力単位は１０-1MPa(ゲージ圧) である。
【００３７】
・被処理水及び濃縮水；工業用水を逆浸透膜装置で処理して得た透過水
・被処理水の抵抗率；０．３１ＭΩ- ｃｍ
・第１小脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ３mm
・第１小脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン交換樹脂（Ｋ）との混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝１：１）
・第２小脱塩室；幅３００mm、高さ６００mm、厚さ８mm
・第２小脱塩室充填イオン交換樹脂；アニオン交換樹脂
・装置全体の流量；１ｍ3 ／ｈ．
【００３８】
【表１】
0004439674.tif 000002
【００３９】
表１から明らかなように、実験番号４〜７及び１０、１１のＰ３≧Ｐ１及びＰ４≧Ｐ２となる関係の時に、処理水の水質低下が認められない。すなわち、第１小脱塩室（下流側）の全体圧力が第２小脱塩室（上流側）の全体圧力より高い場合に安定した水質が得られている。このことは、第２小脱塩室と第１小脱塩室が隣接し、しかも第２小脱塩室の流出水が第１小脱塩室へ供給される構造から、実験番号１や８のように第２小脱塩室の圧力が第１小脱塩室の圧力より大きい時、第２小脱塩室から第１小脱塩室へイオンや液の漏洩が起こり、この漏洩が水質の低下をもたらしたものと推定される。
【００４０】
実験例２
実験例１における実験番号５で運転を継続し、１２０日間の処理水中の有機物含有量（μg-ｃ/L) 、ホウ素含有量( μg/L)及び微粒子数の変動を調べた。結果を図３に示す。なお、１２０日間後の処理水の水質は１７．５ＭΩ-cm を維持していた。微粒子数は１ｍｌ当たりの粒子径０．０７μm 以上の粒子数（×１０4 ）で示す。
【００４１】
図３より、処理水の水質の低下は認められないものの、有機物含有量、ホウ素含有量及び微粒子数は変動しており、除去は不十分であった。
【００４２】
実験例３
実験例１における実験番号５の運転を継続し、４０日間の処理水中のホウ素含有量( μg/L)の変動を調べた。結果を図４に示す。なお、図１中、実験番号５の条件に更に、第２小脱塩室の流出ラインと第１小脱塩室の流入ラインを接続する配管１３ａ途中に逆浸透膜装置を設置したもの（実験番号１２）及び実験番号５の条件に被処理流入ライン１１に逆浸透膜装置を設置したもの（実験番号１３）も同様の実験を行った。実験番号１２は前述の「脱イオン水製造装置Ｉ」に相当し、実験番号１３は従来のいわゆる前処理用逆浸透膜装置の複数段（２段）設置に相当する。結果を図４に示す。
【００４３】
図４より、電気式脱イオン水製造装置の前段に逆浸透膜装置を設置した場合は、ホウ素の除去効果はほとんどなかったのに対して、本実施の形態例である実験番号１２はホウ素の除去が格段に優れるものであった。
【００４４】
実験例４
実験例１における実験番号５で運転を継続し、４０日間の処理水中の有機物含有量( μg/L)の変動を調べた。結果を図５に示す。なお、図１中、実験番号５の条件に更に、第２小脱塩室の流出ラインと第１小脱塩室の流入ラインを接続する配管１３ａ途中に紫外線酸化装置を設置したもの（実験番号１４）及び実験番号５の条件に被処理流入ライン１１に紫外線酸化装置を設置したもの（実験番号１５）も同様の実験を行った。実験番号１４は前述の「脱イオン水製造装置II」に相当する。結果を図５に示す。
【００４５】
図５より、電気式脱イオン水製造装置の前段に紫外線酸化装置を設置した場合（実験番号１５）は、有機物の除去効果はあったものの、本実施の形態例である実験番号１４に比較すると劣るものであった。
【００４６】
実験例５
実験例３における実験番号１２において、逆浸透膜装置の下流側で第１小脱塩室の手前に紫外線酸化装置を設置して運転を行い、４０日間の処理水中の有機物含有量( μg-c/L)、ホウ素含有量（μg/L)及び微粒子数（個）の変動を調べた（実験番号１６）。また、この逆浸透膜装置と紫外線酸化装置の位置を入れ換えた場合も同様の実験を行った（実験番号１７）。なお、実験番号１６は前述の「脱イオン水製造装置III 」に、実験番号１７は前述の「脱イオン水製造装置III の変形例」にそれぞれ相当する。結果を図６に示す。また、微粒子数（個）の変動は実験番号１６についてのみ行い、この結果は図７に示す。
【００４７】
図６より、実験番号１６では紫外線酸化装置への供給水は逆浸透膜装置の透過水であるため、逆浸透膜装置で有機物の一部が除去され、紫外線酸化装置は残存する有機物の酸化を行うだけでよく有機物の除去効果は極めて高い。また、逆浸透膜装置の被処理水はアルカリであるため、ホウ素が解離し易く、逆浸透膜装置で十分に除去されている。一方、実験番号１７では紫外線酸化装置で酸が生じ、逆浸透膜装置の被処理水はアルカリではないため、ホウ素成分は逆浸透膜装置で十分には除去されていない。
【００４８】
実験例６
実験例５における実験番号１６の電気式脱イオン水製造装置の後段に限外濾過膜装置を設置して運転を行い、４０日間の処理水中の微粒子数の変動を調べた（実験番号１８）。結果を図７に示す。微粒子数は１ｍｌ中の粒子径０．０７μm 以上の微粒子の粒子数で示す。
【００４９】
図７より、電気式脱イオン水製造装置の後段に限外濾過膜装置を設置することにより、脱イオン水中の微粒子数は格段に減少する。
【００５０】
【発明の効果】
本発明（１）によれば、電気式脱イオン水製造装置ではイオン交換体が充填された脱塩室１つ当たりの濃縮室の数を従来の約半分にすることができ、電気抵抗を著しく低減できる。また、２つの小脱塩室のうち、少なくとも１つの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一イオン交換体もしくはアニオン交換体とカチオン交換体の混合イオン交換体とすることができ、イオン交換体が充填された脱塩室の厚さを電気抵抗を低減し、且つ高い電流効率を得る最適な厚さに設定することができる。また、運転当初、処理水の使用量が増大して被処理水の供給量が増え上流側の小脱塩室内の圧力が上昇しても下流側の小脱塩室内圧力を上流側の小脱塩室内圧力より常に高めることができ、上流側小脱塩室から下流側小脱塩室へのイオンの移動や液の漏洩などが防止でき、高純度の水質をより安定して得ることができる。
【００５１】
本発明（２）によれば、一方の小脱塩室に充填されるイオン交換体を、アニオン交換体とし、他方の小脱塩室に充填されるイオン交換体を、カチオン交換体とアニオン交換体の混合体とした場合、一方（上流側）の小脱塩室でアニオン成分が除去され、この小脱塩室の流出水はアルカリ側となる。このため、被処理水中のホウ素や有機物の解離が進むか、あるいは何らかの電気的処理を受けたことによりホウ素や有機物の存在形態が変化し、次いで流入する逆浸透膜装置でホウ素の除去効率が一層高まるか、あるいはＵＶoxで有機物が酸化され易くなる。また、電気式脱イオン水製造装置の第２小脱塩室で有機物の一部が除去され、次いで流入するＵＶoxでは残存する有機物を酸化すればよいから除去効率が向上する。従って、渇水などの自然現象や工場の生産工程からの不純物混入など被処理水の水質が悪化しても対応可能となる。
【００５２】
本発明（３）によれば、逆浸透膜装置や電気式脱イオン水製造装置で除去することができない被処理水中の微粒子を除去することができる。
本発明（４）によれば、アニオン成分を多く含む被処理水、特にシリカ、炭酸等の弱酸性成分を多く含む被処理水を十分に処理することが可能となると共に、２つの小脱塩室を接続する配管途中に逆浸透膜装置や紫外線酸化装置を設置すれば、被処理水中のホウ素や有機酸を効率的に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用する電気式脱イオン水製造装置の１例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態における脱イオン水製造装置を示すブロック図である。
【図３】実験番号５における運転日数と有機物含有量などの関係を示す図である。
【図４】実験例３で得られる運転日数とホウ素含有量の関係を示す図である。
【図５】実験例４で得られる運転日数と有機物含有量の関係を示す図である。
【図６】実験例５で得られる運転日数と有機物含有量等の関係を示す図である。
【図７】実験例５及び実験例６で得られる運転日数と微粒子数の関係を示す図である。
【図８】従来の電気式脱イオン水製造装置の模式図である。
【符号の説明】
Ｄ、Ｄ1 〜Ｄ4 、１０４      脱塩室
ｄ1 、ｄ3 、ｄ5 、ｄ7 、    第１小脱塩室
ｄ2 、ｄ4 、ｄ6 、ｄ8 、    第２小脱塩室
１、１０５                  濃縮室
２、１１２、１１３          電極室
３、１０１                  カチオン膜
４、１０２                  アニオン膜
５                          中間イオン交換膜
６、１０９                  陰極
７、１１０                  陽極
８、１０３                  イオン交換体
１０、１００                  電気式脱イオン水製造装置
１１、１１１                  被処理水流入ライン
１２                          第２小脱塩室の処理水流出ライン
１３                          第１小脱塩室の被処理水流入ライン
１４、１１４                  脱イオン水流出ライン
１５、１１５                  濃縮水流入ライン
１６、１１６                  濃縮水流出ライン
１７、１１７                  電極水流入ライン
１８、１１８                  電極水流出ライン
２１、２２                    バルブ
２３、２４、２６              配管
２５、３２、４０              ポンプ
２７、３９                    貯槽
３１                          脱炭酸塔
３３                          第１逆浸透膜装置
３４                          第２逆浸透膜装置
３５                          紫外線酸化装置
３６                          膜脱炭酸装置
３７                          限外濾過膜装置
３８                          回収システム
４１                          回収逆浸透膜装置
【図１】
0004439674.tif 000003
【図２】
0004439674.tif 000004
【図３】
0004439674.tif 000005
【図４】
0004439674.tif 000006
【図５】
0004439674.tif 000007
【図６】
0004439674.tif 000008
【図７】
0004439674.tif 000009
【図８】
0004439674.tif 000010