(57)【要約】【課題】印加電流を上げても、イオン交換膜の膜焼けが発生せず、酸化鉄や水酸化鉄、あるいは硬度成分などのスケール発生を防止することができる電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法を提供すること。【解決手段】陽極室と陰極室の間に、アニオン交換膜とカチオン交換膜で区画された混合イオン交換体が充填された脱イオン室を配設し、該陽極室及び陰極室には、電極水流入配管と電極水流出配管が配設され、脱イオン室には、被処理水流入配管と処理水流出配管が配設され、陰極と該カチオン交換膜で区画される陰極室には、カチオン交換体が充填され、陽極と該アニオン交換膜で区画される陽極室には、アニオン交換体が充填される電気式脱イオン水製造装置。【選択図】図１
2007175647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極室と陰極室の間に、陽極室側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体が充填された脱イオン室を配設し、該陽極室及び陰極室には、電極水流入配管と電極水流出配管が配設され、脱イオン室には、被処理水流入配管と処理水流出配管が配設され、陰極と該カチオン交換膜で区画される陰極室には、カチオン交換体が充填され、陽極と該アニオン交換膜で区画される陽極室には、アニオン交換体が充填されることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
陽極室と陰極室の間に、２枚のカチオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するカチオン交換体が充填された脱カチオン室を配設し、該陽極室及び陰極室には、電極水流入配管と電極水流出配管が配設され、脱カチオン室には、被処理水流入配管と処理水流出配管が配設され、陰極と該カチオン交換膜で区画される陰極室には、カチオン交換体が充填されることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
陽極室と陰極室の間に、２枚のアニオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するアニオン交換体が充填された脱アニオン室を配設し、該陽極室及び陰極室には、電極水流入配管と電極水流出配管が配設され、脱アニオン室には、被処理水流入配管と処理水流出配管が配設され、陽極と該アニオン交換膜で区画される陽極室には、アニオン交換体が充填されることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記被処理水が、発電所の復水循環系から採取された水であるか、あるいはイオンクロマトグラフィーの分離カラムからの流出液であることを特徴とする請求項２又は３記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
陽極室と陰極室の間に、陽極室側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体が充填された脱イオン室を配設し該陰極と該カチオン交換膜で区画される陰極室には、カチオン交換体が充填され、陽極と該アニオン交換膜で区画される陽極室には、アニオン交換体が充填される電気式脱イオン水製造装置において、陽極及び陰極間に電圧を印加させながら、脱イオン室に被処理水を流入させ、陽極室及び陰極室に電極水を流入させて、被処理水中の不純物イオンを除去して脱イオン水を得ることを特徴とする脱イオン水製造方法。
【請求項６】
陽極室と陰極室の間に、２枚のカチオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するカチオン交換体が充填された脱カチオン室を配設し、陰極と該カチオン交換膜で区画される陰極室には、カチオン交換体が充填される電気式脱イオン水製造装置において、陽極及び陰極間に電圧を印加させながら、脱カチオン室に被処理水を流入させ、陽極室及び陰極室に電極水を流入させて、被処理水中の不純物カチオンを除去して脱カチオン水を得ることを特徴とする脱イオン水製造方法。
【請求項７】
陽極室と陰極室の間に、２枚のアニオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するアニオン交換体が充填された脱アニオン室を配設し、陽極と該アニオン交換膜で区画される陽極室には、アニオン交換体が充填される電気式脱イオン水製造装置において、陽極及び陰極間に電圧を印加させながら、脱アニオン室に被処理水を流入させ、陽極室及び陰極室に電極水を流入させて、被処理水中の不純物アニオンを除去して脱アニオン水を得ることを特徴とする脱イオン水製造方法。
【請求項８】
前記被処理水が、発電所の復水循環系から採取された水であるか、あるいはイオンクロマトグラフィーの分離カラムからの流出液であることを特徴とする請求項６又は７記載の脱イオン水製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造分野、医薬製造分野、原子力や火力などの発電分野、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る、イオン交換膜の膜焼けが起こらず、省電力で且つスケール発生を防止する電気式脱イオン水製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従前の電気式脱イオン水製造装置は、陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室の間に複数の脱塩室と濃縮室を交互に配したものであり、陰極と陽極の間の電気抵抗が大きく、両極間の印加電圧が高くなるという問題がある。また、被処理水中のカルシウムイオンと炭酸成分に起因する炭酸カルシウムスケールが濃縮室のイオン交換膜に発生するという問題があった。
【０００３】
これを解決するものとして、特開２００３−１３６０６３号公報には、陰極と陽極との間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とが１枚ずつ配置され、該陰極とカチオン交換膜との間に濃縮室兼陰極室が設けられ、該陽極とアニオン交換膜との間に濃縮室兼陽極室が設けられ、該カチオン交換膜とアニオン交換膜との間に脱塩室が設けられ、該濃縮室兼陽極室及び濃縮室兼陰極室にそれぞれカチオン交換体などの導電体が充填され、該脱塩室内にイオン交換体が充填されてなる電気式脱イオン装置が開示されている。この電気式脱イオン水装置によれば、生産水量が少ない場合に好適であり、電極間の印加電圧が低く、また、スケールが発生し難いものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような電気式脱イオン水装置のうち、例えば、陽極室及び陰極室にそれぞれカチオン交換体を充填したものは、印加電流を上げ、イオン排除効率を高めると、アニオンが透過するアニオン交換膜が黒く焦げる、いわゆる膜焼けを起こし、アニオンを透過する機能が損なわれるため、電流密度を高めることができないという問題がある。また、特開２００３−１３６０６３号公報記載の電気式脱イオン水装置は、被処理水中のカチオン及びアニオン共に除去するため、例えば、被処理水中のカチオンのみを除去し、アニオンを残したい場合や、被処理水中のアニオンのみを除去し、カチオンを残したい場合などには適用できないという問題がある。被処理水中のカチオンのみを除去し、アニオンを残す装置としては、例えば、アンモニアやヒドラジンあるいは海水のリークを微量に含む発電所の復水循環系の水の分析において、アンモニアニウムイオンやヒドラジニウムイオン、海水のＮａＣｌ中のナトリウムイオン等のカチオン成分を除去する装置が挙げられる。該装置から流出する脱カチオン水は、その中に含まれるＨＣｌによる比抵抗又は酸導電率を測定するため、測定器に供給される。
【０００５】
発電所の復水循環系の水中のアニオンを検出する装置として、陽極室と陰極室の間に、２枚のカチオン交換膜で区画されカチオン交換体が充填された脱アルカリ室を配設し、該陽極室、陰極室及び脱イオン室には、それぞれ水の導入経路と処理水の排出経路が配され、該脱アルカリ室からの処理水の排出経路に、該処理水の導電率を測定する測定器を配した装置が既に提案されている。しかしながら、復水循環系の水中には、クラッドと呼ばれる鉄の酸化物、水酸化物及び各種金属イオンが存在し、脱アルカリ室はクラッド及び金属イオンが負荷され、カチオン交換体は強酸性であるため、クラッドは脱アルカリ室のカチオン交換体に接触、堆積し、次第にイオン化し、金属イオンとなりカチオン交換膜を透過して脱アルカリ室から陰極室に排除される。排除された金属イオンは陰極室のカチオン交換膜表面で局部的に濃縮され、陰極水の水の電気分解で生成する水酸化物イオンと反応し水酸化物のスケールを生成する。また水酸化鉄は脱水作用により絶縁性の酸化鉄と形態変化する。このようなスケールが発生すると、その部分で電気抵抗が上昇し、電流が流れ難くなるという問題がある。
【０００６】
また、流入する被処理水の硬度が高い場合、電気式脱イオン水製造装置の電極室において炭酸カルシウムや水酸化マグネシウム等のスケールが発生するという問題がある。すなわち、陽イオン交換膜を通過して脱イオン室から陰極室に排除されたカルシウムイオンやマグネシウムイオンは、陰極室の陽イオン交換膜表面で局部的に濃縮され、陰極室の水の電気分解で生成する水酸化物イオンと、溶解度積を越えた濃度で混合されてスケールが発生するという問題がある。また、上記の水中のアニオンを検出する装置においても、前記カチオン交換膜の膜焼けの問題は依然として解決されておらず、印加電流が上げられないという問題があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、印加電流を上げても、イオン交換膜の膜焼けが発生せず、酸化鉄や水酸化鉄、あるいは硬度成分などのスケール発生を防止することができる電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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）陰極側のカチオン交換膜の陰極に対向する膜面又は陽極側のアニオン交換膜の陽極に対向する膜面においては、電位勾配が急であるため、発熱し易いこと、（２）当該電極室内に、該イオン交換膜と同じ極性のイオン種のイオン交換体、すなわち、カチオン交換膜の場合はカチオン交換体、アニオン交換膜の場合はアニオン交換体を充填すれば、当該膜面に電位の勾配が起こらず、発熱し難いこと、（３）脱カチオン水製造装置の場合、陰極室に充填されたカチオン交換体により、脱カチオン室から陰極室に移動してきた金属イオンは、そのまま電極水として排除されるため、スケールを生成しないことなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、陽極室と陰極室の間に、陽極室側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体が充填された脱イオン室を配設し、該陽極室及び陰極室には、電極水流入配管と電極水流出配管が配設され、脱イオン室には、被処理水流入配管と処理水流出配管が配設され、陰極と該カチオン交換膜で区画される陰極室には、カチオン交換体が充填され、陽極と該アニオン交換膜で区画される陽極室には、アニオン交換体が充填されることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置（第１の装置）を提供するものである。当該第１の装置は、被処理水中のカチオンとアニオンの両方のイオンを除去することができる。また、第１の装置においては、アニオン交換膜の陽極側の膜面はアニオン交換体と接しているため、該膜面で電位の勾配はほとんど起こらず、アニオン交換膜が焦げることはない。また、カチオン交換膜の陰極側の膜面はカチオン交換体と接しているため、該膜面で電位の勾配はほとんど起こらず、カチオン交換膜が焦げることはない。また、脱イオン室から陰極室に移動してきた金属イオンや硬度成分は、そのまま電極水として排除されるため、スケールを生成しない。
【００１０】
また、本発明は、陽極室と陰極室の間に、２枚のカチオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するカチオン交換体が充填された脱カチオン室を配設し、該陽極室及び陰極室には、電極水流入配管と電極水流出配管が配設され、脱カチオン室には、被処理水流入配管と処理水流出配管が配設され、陰極と該カチオン交換膜で区画される陰極室には、カチオン交換体が充填されることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置（第２の装置）を提供するものである。当該第２の装置は、被処理水中のカチオンを除去し、アニオンを除去しない。また、第２の装置においては、カチオン交換膜の陰極側の膜面はカチオン交換体と接しているため、該膜面で電位の勾配はほとんど起こらず、カチオン交換膜が焦げることはない。また、脱カチオン室から陰極室に移動してきた金属イオンや硬度成分は、そのまま電極水として排除されるため、スケールを生成しない。
【００１１】
また、本発明は、陽極室と陰極室の間に、２枚のアニオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するアニオン交換体が充填された脱アニオン室を配設し、該陽極室及び陰極室には、電極水流入配管と電極水流出配管が配設され、脱アニオン室には、被処理水流入配管と処理水流出配管が配設され、陽極と該アニオン交換膜で区画される陽極室には、アニオン交換体が充填されることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置を提供するものである。当該第３の装置は、被処理水中のアニオンを除去し、カチオンを除去しない。また、第３の装置においては、アニオン交換膜の陽極側の膜面はアニオン交換体と接しているため、該膜面で電位の勾配はほとんど起こらず、アニオン交換膜が焦げることはない。
【００１２】
また、本発明は、陽極室と陰極室の間に、陽極室側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体が充填された脱イオン室を配設し該陰極と該カチオン交換膜で区画される陰極室には、カチオン交換体が充填され、陽極と該アニオン交換膜で区画される陽極室には、アニオン交換体が充填される電気式脱イオン水製造装置において、陽極及び陰極間に電圧を印加させながら、脱イオン室に被処理水を流入させ、陽極室及び陰極室に電極水を流入させて、被処理水中の不純物イオンを除去して脱イオン水を得ることを特徴とする脱イオン水製造方法を提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、陽極室と陰極室の間に、２枚のカチオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するカチオン交換体が充填された脱カチオン室を配設し、陰極と該カチオン交換膜で区画される陰極室には、カチオン交換体が充填される電気式脱イオン水製造装置において、陽極及び陰極間に電圧を印加させながら、脱カチオン室に被処理水を流入させ、陽極室及び陰極室に電極水を流入させて、被処理水中の不純物カチオンを除去して脱カチオン水を得ることを特徴とする脱イオン水製造方法を提供するものである。
【００１４】
また、本発明は、陽極室と陰極室の間に、２枚のアニオン交換膜で区画され且つ該陽極室と陰極室に隣接するアニオン交換体が充填された脱アニオン室を配設し、陽極と該アニオン交換膜で区画される陽極室には、アニオン交換体が充填される電気式脱イオン水製造装置において、陽極及び陰極間に電圧を印加させながら、脱アニオン室に被処理水を流入させ、陽極室及び陰極室に電極水を流入させて、被処理水中の不純物アニオンを除去して脱アニオン水を得ることを特徴とする脱イオン水製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、陰極側のカチオン交換膜の陰極に対向する膜面又は陽極側のアニオン交換膜の陽極に対向する膜面において、該膜面と接する部材が、同じイオン種のイオン交換体であるため、電位勾配が緩和され、膜焼けは起こらない。このため、電流密度を上げることができ、イオン除去効率が向上する。従来の電気式脱イオン水製造装置の電流密度はせいぜい０．１Ａ/ｄｍ２であったものが、本発明の場合、１．０Ａ/ｄｍ２まで上げることができた。また、２枚のカチオン交換体でカチオン交換体が充填された脱塩室を形成する脱カチオン水製造装置の場合、脱カチオン室から陰極室に移動してきた金属イオンや硬度成分は、そのまま電極水として排除されるため、スケールを生成しない。このため、被処理水中からカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の硬度成分を除去する前処理、すなわち、Ｎａ形陽イオン交換樹脂層に通水することによって、硬度成分をナトリウムに交換する軟化処理や、逆浸透膜やイオン交換による一次脱塩処理を不要とする。また、本発明の電気式脱イオン水製造装置は、縦横高さがそれぞれ１０ｍｍ以下のような超小型化が可能であり、数ｍｌから数十ｍｌ/ｈのような処理流量が少ない用途に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の電気式脱イオン水製造装置において、脱イオン室に充填されるイオン交換体としては、特に制限されず、モノリス状有機多孔質イオン交換体（以下、単に「モノリス」とも言う。）、イオン交換樹脂、モノリスとイオン交換樹脂の混合体が挙げられる。モノリスとしては、特に制限されず、特開２００３−３３４５６０号公報記載のものが挙げられ、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内に平均径が１〜１０００μｍのメソポアを有する連続気泡構造を有し、全細孔容積が１ｍｌ/ｇ〜５０ｍｌ/ｇであり、イオン交換基が均一に分布され、イオン交換容量が０．５ｍｇ当量/ｇ乾燥多孔質体以上である３次元網目構造のものが使用できる。イオン交換樹脂としては、特に制限されず、水処理に使用される公知の粒状イオン交換樹脂が挙げられる。
【００１７】
モノリスとイオン交換樹脂の混合体としては、特に制限されないが、排出イオンが泳動する方向にモノリス相とイオン交換樹脂相が積層された層状体が挙げられる。モノリスとイオン交換樹脂の層状体は、モノリスがスポンジ状の一体構造物であるため、イオン交換樹脂と混ざることがなく、脱イオン室内においてイオン交換膜等の区画手段を用いなくとも相状に充填できる。層状体におけるモノリス相とイオン交換樹脂相の体積割合としては、特に制限されず、イオン交換基の種類、被処理水の処理目的などにより適宜決定される。また、層状体の積層構造としては、特に制限されず、一側のイオン交換膜から他側のイオン交換膜に向けて順に、モノリス相とイオン交換樹脂相、イオン交換樹脂相とモノリス相の２層構造；モノリス相とイオン交換樹脂相とモノリス相、イオン交換樹脂相とモノリス相とイオン交換樹脂相の３層構造が挙げられる。
【００１８】
モノリスとイオン交換樹脂の混合体のイオン形としては、特に制限されないが、塩形と再生形の混合体が、イオン交換反応に伴う膨潤、収縮を緩和できる点で好ましい。なお、脱イオン室においては、モノリスとイオン交換樹脂の混合体による当該膨潤、収縮緩和効果にモノリスの物理的な伸縮効果が加わって、脱イオン室内の密着性が確保できる。
【００１９】
また、本発明において、脱イオン室に充填されるカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体としては、特に制限されず、カチオン交換体とアニオン交換体が混合した混合体あるいはカチオン交換体の層とアニオン交換体層が積層した積層体などが挙げられる。
【００２０】
本発明の電気式脱イオン水製造装置において、陰極とカチオン交換膜で区画される陰極室に充填されるカチオン交換体としては、特に制限されず、カチオンモノリス、カチオン交換樹脂、カチオンモノリスとカチオン交換樹脂の混合体が挙げられる。また、陽極とアニオン交換膜で区画される陽極室に充填されるアニオン交換体としては、特に制限されず、同様に、アニオンモノリス、アニオン交換樹脂、アニオンモノリスとアニオン交換樹脂の混合体が挙げられる。このうち、モノリスは、モノリスとイオン交換膜との接触面積を増大させ、電位勾配をより緩和することができる点で好ましく、イオン交換樹脂は耐熱性が高い点で好ましい。モノリスとイオン交換樹脂の混合体は、イオン交換膜と当接する側にモノリスを配設し、電極側にイオン交換樹脂を配設することが、モノリスとイオン交換膜との接触面積を増大させ、且つ発熱箇所に耐熱性のイオン交換樹脂が配設できる点で好ましい。電極に充填されるイオン交換樹脂としては、特に制限されず、水処理に使用される公知の粒状イオン交換樹脂が挙げられる。
【００２１】
本発明において、被処理水としては、カチオン及びアニオンのいずれか一方又は両方の処理を目的とするものであり、濁質を含まないものであれば特に限定されないが、例えば、発電所の復水循環系から採取された水、あるいはイオンクロマトグラフィーの分離カラムからの流出液が挙げられる。発電所の復水循環系とは、復水循環主系統の他、これに付属する副次的排水系統を含む意味である。発電所の復水循環系から採取された水を被処理水とする場合、当該電気式脱イオン水製造装置は、アンモニアやヒドラジンと海水由来のナトリウムイオン等のカチオン成分を除去するカチオン除去装置として機能する。この場合、処理水は、比抵抗又は導電率を測定する測定器に送られ、処理水中の主にＨＣｌによる比抵抗又は酸導電率を測定することになる。イオンクロマトグラフィーの分離カラムからの流出液を被処理水とする場合、当該電気式脱イオン水製造装置は、いわゆるサプレッサーとして機能する。測定対象のイオンがアニオンの場合、脱カチオン装置として使用し、クロマトグラフィー装置の分離カラムからの溶離液の電解液の導電率を抑制して、分離されたアニオンの導電率は抑制せず、測定対象のアニオンの感度を向上させる。また、測定対象のイオンがカチオンの場合、脱アニオン装置として使用し、クロマトグラフィー装置の分離カラムからの溶離液の電解液の導電率を抑制して、分離されたカチオンの導電率は抑制せず、測定対象のカチオンの感度を向上させる。この場合、処理水は、比抵抗又は導電率を測定する測定器に送られる。
【００２２】
次ぎに、本発明の第１の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置を図１を参照して説明する。図１は本例の電気式脱イオン水製造装置（第１の装置）の模式図である。電気式脱イオン水製造装置１０ａは、陽極２を備えた陽極室１１２と陰極１を備えた陰極室１１１の間に、陽極室１１２側のアニオン交換膜４と陰極１１１側のカチオン交換膜３で区画され、陽極室１１２と陰極室１１１に隣接するカチオン交換体とアニオン交換体の混合イオン交換体５が充填された脱イオン室１５を配設し、陽極室１１２には陽極水流入配管８ａと陽極水流出配管８ｂが、陰極室１１１には、陰極水流入配管６ａと陰極水流出配管６ｂが、脱イオン室１５には、被処理水流入配管７ａと処理水流出配管７ｂがそれぞれ配設されたものであり、陽極２とアニオン交換膜４で区画される陽極室１１２内にはアニオン交換体１２が充填され、陰極１とカチオン交換膜３で区画される陰極室１１１内にはカチオン交換体１１が充填されたものである。
【００２３】
電気式脱イオン水製造装置１０ａにおいて、陽極室１１２及び陰極室１１１間に電圧を印加させ、被処理水を被処理水流入配管７ａから脱イオン室１５に流入させ、処理水を処理水流出配管７ｂから系外へ流出させる。一方、陽極水を陽極水流入配管８ａから陽極室１１２に流入させ、陽極水流出配管８ｂから流出させる。陰極水を陰極水流入配管６ａから陰極室１１１に流入させ、陰極水流出配管６ｂから流出させる。脱イオン室１５において、被処理水中の不純物カチオンはカチオン交換膜３を透過して陰極室（兼濃縮室）１１１に移動し、陰極水と共に排出され、被処理水中の不純物アニオンはアニオン交換膜４を透過して陽極室（兼濃縮室）１１２に移動し、陽極水と共に排出される。電気式脱イオン水製造装置１０ａにおいては、アニオン交換膜４の陽極側の膜面４１はアニオン交換体１２と接しているため、膜面４１で電位の勾配はほとんど起こらず、アニオン交換膜４が焦げることはない。また、カチオン交換膜３の陰極側の膜面３１はカチオン交換体１１と接しているため、膜面３１で電位の勾配はほとんど起こらず、カチオン交換膜３が焦げることはない。また、脱イオン室１５から陰極室１１１に移動してきた金属イオンや硬度成分は、そのまま電極水として排除されるため、スケールは生成しない。
【００２４】
次ぎに、本発明の第２の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置を図２を参照して説明する。図２は本例の電気式脱イオン水製造装置（第２の装置）の模式図である。電気式脱カチオン水製造装置１０ｂは、陽極室１１２と陰極室１１１の間に、２枚のカチオン交換膜３、３で区画され、陽極室１１２と陰極室１１１に隣接するカチオン交換体５ａが充填された脱カチオン室１５ａを配設し、陽極室１１２には陽極水流入配管８ａと陽極水流出配管８ｂが、陰極室１１１には、陰極水流入配管６ａと陰極水流出配管６ｂが、脱カチオン室１５ａには、被処理水流入配管７ａと処理水流出配管７ｂがそれぞれ配設されたものであり、陽極２とカチオン交換膜３で区画される陽極室１１２内にはカチオン交換体１２ａが充填され、陰極１とカチオン交換膜３で区画される陰極室１１１内にはカチオン交換体１１が充填されたものである。また、被処理水流入配管７ａは、陰極側のカチオン交換膜３の近傍で流入側（図２中、装置の下縁）の脱カチオン室１５ａに接続され、処理水流出配管７ｂは、陽極側のカチオン交換膜３の近傍で流出側（図２中、装置の上縁）の脱カチオン室１５ａに接続されている。なお、電気式脱カチオン水製造装置１０ｂにおいて、処理水流出配管７ｂと陽極水流入配管８ａを接続すれば、別途陽極水を用意する必要がなく、また、処理水中には、水素イオン以外のカチオンはほとんど含まれず、陽極室１１２から脱カチオン室１５ａに、水素イオン以外のカチオンが移動してくることがない点で好ましい。電気式脱イオン水製造装置１０ｂにおいて、陽極室１１２はカチオン交換体無充填であってもよい。
【００２５】
電気式脱カチオン水製造装置１０ｂにおいて、被処理水が発電所の復水循環系から採取された水であって、処理水流出配管７ｂと陽極水流入配管８ａを接続した場合について説明する。すなわち、被処理水はカチオンとして、アンモニウムイオン、ヒドラジニウムイオン、海水由来のナトリウムイオン、アニオンとして、アンモニウムイオン及びヒドラジニウムイオンの対イオンである水酸化物イオン及び海水由来の塩化物イオンを含有する。被処理水の流入及び処理水の流出、陽極水及び陰極水の流入及び流出は、電気式脱イオン水製造装置１０ａと同じである。脱カチオン室１５ａにおいて、被処理水中のアンモニウムイオン、ヒドラジニウムイオン、ナトリウムイオン及び陽極室１１２からカチオン膜３を透過して移動してくるカチオンは、共に陰極側のカチオン交換膜３を透過して陰極室（兼濃縮室）１１１に移動し、同時に、陽極室１１２で電気分解により発生した水素イオンは、カチオン交換膜３を透過して脱カチオン室１５ａに移動し、脱カチオン室内の水酸化物イオンと反応して水となる。脱カチオン室内のイオンは、塩化物イオン及びその対イオンである水素イオンのみとなり、処理水中に含まれた状態で排出される。電気式脱カチオン水製造装置１０ｂの陰極室１１１においては、カチオン交換膜３の陰極側の膜面３１はカチオン交換体１１と接しているため、膜面３１で電位の勾配はほとんど起こらず、カチオン交換膜３が焦げることはない。また、脱カチオン室１５ａから陰極室１１１に移動してきた金属イオンや硬度成分は、そのまま電極水として排除されるため、スケールは生成しない。電気式脱カチオン水製造装置１０ｂ（第２の装置）は、被処理水中に金属を含む場合、金属イオンを除去するため、金属フィルターとして機能する。この場合、陰極室１１１から流出する陰極水は金属イオン濃度を高めたものとすることができ、金属の再利用に供することもできる。
【００２６】
電気式脱イオン水製造装置１０ｂにおいて、陽極室は、イオン交換体充填、イオン交換体無充填のいずれであってもよいが、イオン交換体、特にカチオン交換体を充填したものが、強度を有しつつ、装置の電気抵抗を低減することができる点で好ましい。
【００２７】
次ぎに、本発明の第３の実施の形態における電気式脱イオン水製造装置を図３を参照して説明する。図３は本例の電気式脱アニオン水製造装置（第３の装置）の模式図である。電気式脱アニオン水製造装置１０ｃは、陽極室１１２と陰極室１１１の間に、２枚のアニオン交換膜４、４で区画され、陽極室１１２と陰極室１１１に隣接するアニオン交換体５ｂが充填された脱アニオン室１５ｂを配設し、陽極室１１２には陽極水流入配管８ａと陽極水流出配管８ｂが、陰極室１１１には、陰極水流入配管６ａと陰極水流出配管６ｂが、脱アニオン室１５ｂには、被処理水流入配管７ａと処理水流出配管７ｂがそれぞれ配設されたものであり、陽極２とアニオン交換膜４で区画される陽極室１１２内にはアニオン交換体１２が充填され、陰極１とアニオン交換膜４で区画される陰極室１１１内にはアニオン交換体１１ａが充填されたものである。また、被処理水流入配管７ａは、陽極側のアニオン交換膜４の近傍で流入側（図３中、装置の下縁）の脱アニオン室１５ｂに接続され、処理水流出配管７ｂは、陰極側のアニオン交換膜４の近傍で流出側（図３中、装置の上縁）の脱アニオン室１５ｂに接続されている。なお、電気式脱アニオン水製造装置１０ｃにおいて、処理水流出配管７ｂと陰極水流入配管６ａを接続すれば、別途陰極水を用意する必要がなく、また、処理水中には、ヒドロキシルイオン以外のアニオンはほとんど含まれず、陰極室１１１から脱アニオン室１５ｂに、ヒドロキシルイオン以外のアニオンが移動してくることがない点で好ましい。電気式脱アニオン水製造装置１０ｃにおいて、陰極室１１１はアニオン交換体無充填であってもよい。
【００２８】
電気式脱アニオン水製造装置１０ｃにおいて、被処理水の流入及び処理水の流出、陽極水及び陰極水の流入及び流出は、電気式脱イオン水製造装置１０ａと同じである。脱アニオン室１５ｃにおいて、被処理水中のアニオン及び陰極室１１１からアニオン膜４を透過して移動してくるアニオンは、共に陽極側のアニオン交換膜４を透過して陽極室（兼濃縮室）１１２に移動し、陽極水と共に排出される。被処理水中のカチオンはアニオン交換膜４を透過しないから、処理水中に含まれた状態で排出される。電気式脱アニオン水製造装置１０ｃの陽極室１１２においては、アニオン交換膜４の陽極側の膜面４１はアニオン交換体１２と接しているため、膜面４１で電位の勾配はほとんど起こらず、アニオン交換膜４が焦げることはない。
【００２９】
電気式脱アニオン水製造装置１０ｃにおいて、陰極室は、イオン交換体充填、イオン交換体無充填のいずれであってもよいが、イオン交換体、特にアニオン交換体を充填したものが、強度を有しつつ、装置の電気抵抗を低減することができる点で好ましい。
【００３０】
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。
【実施例１】
【００３１】
鉄含有の被処理水を、図２の電気式脱カチオン水製造装置（第２の装置）であって、下記仕様の装置に通水して１週間の連続運転を行った。１日、２日、３日、４日及び７日毎に印加電圧の上昇程度を測定した。また、１週間後、装置を分解して、陰極室内のスケール発生状況及び陰極室内のカチオン交換膜面の焦げ状況を目視観察をした。運転時間に対する印加電圧の上昇結果を表１に示した。また、１週間後、陰極室内にはスケールは発生せず、陰極室内のカチオン交換膜面の焦げも観察されなかった。
【００３２】
（脱カチオン装置の装置仕様及び運転条件）
・  陰極；ＳＵＳ３０４製平板
・  陽極；白金被覆のチタン製平板
・  陰極室充填剤；カチオン交換樹脂ＩＲ−１２０Ｂ（Ｎａ）基準型
・  陽極室充填剤；カチオン交換樹脂ＩＲ−１２０Ｂ（Ｈ）再生型
・  脱カチオン室充填剤；カチオンモノリス（４０×５０×８０ｍｍの直方体）
・  カチオンモノリスのイオン交換容量；乾燥換算で４．０ｍｇ当量/ｇ
・  イオン交換膜；カチオン交換膜（Ｎａｆｉｏｎ  Ｎ３２４（デュポン社製））
・  脱カチオン室負荷量；硫酸鉄  １００μｇＦｅ/Ｌ、１０Ｌ/ｈ
・  陰極水；アンモニア水（アンモニア濃度５００μｇ/Ｌ）、５Ｌ/ｈ
・  陽極水；脱カチオン室の処理水、５Ｌ/ｈ
・  印加電流；０．７Ａ（一定電流）
【００３３】
比較例１
陰極室の充填剤のカチオン交換樹脂ＩＲ−１２０Ｂ（Ｎａ）に代えて、アニオン交換樹脂ＩＲＡ−４０２ＢＬ（ＯＨ）再生型とした以外は、実施例１と同様の方法で行った。運転時間に対する印加電圧の上昇結果を表１に示した。また、１週間後、陰極室内にスケールの発生が認められた。また、陰極室内のカチオン交換膜面に焦げが観察された。焦げの状況から更に連続した場合、カチオン交換膜の機能が低下することが推察された。
【００３４】
【表１】
2007175647.tif 000003
【００３５】
表１から明らかなように、実施例１は鉄イオン負荷が増大しても電圧の上昇はなかった。また、比較例１は鉄イオン負荷が増大するに従い電圧が上昇した。比較例１の電圧上昇は、陰極室に発生したスケールに起因するものと推察された。
【実施例２】
【００３６】
アニオン含有の被処理水（導電率０．１６μＳ/ｃｍ）を、図３の電気式脱アニオン水製造装置（第３の装置）であって、下記仕様の装置に通水して１週間の連続運転を行った。１週間後、処理水の導電率を測定した。また、１週間後、装置を分解して、陽極室内のアニオン交換膜面の焦げ状況を目視観察をした。その結果、１週間後、陽極室内のアニオン交換膜面の焦げも観察されなかった。また、処理水の導電率は０．０５５μＳ/ｃｍであった。
【００３７】
（脱アニオン装置の装置仕様及び運転条件）
・  陰極；白金被覆のチタン製平板
・  陽極；白金被覆のチタン製平板
・  陰極室充填剤；アニオン交換樹脂ＩＲＡ−４０２ＢＬ（ＯＨ）再生型
・  陽極室充填剤；アニオン交換樹脂ＩＲＡ−４０２ＢＬ（Ｃｌ）基準型
・  脱アニオン室充填剤；アニオンモノリス（４０×５０×４０ｍｍの直方体）
・  アニオンモノリスのイオン交換容量；乾燥換算で４．０ｍｇ当量/ｇ
・  イオン交換膜；アニオン交換膜（ＡＨＡ（トクヤマ社製））
・  脱アニオン室負荷量；塩化物イオン１μｇ/Ｌ、硫酸イオン１μｇ/Ｌ、酢酸イオン１０μｇ/Ｌ、流量１５Ｌ/ｈ
・  陰極水；脱アニオン室の処理水、５Ｌ/ｈ
・  陽極水；陰極室出口水、５Ｌ/ｈ
・  印加電流；０．５Ａ（一定電流）、電流密度；２．５Ａ/ｄｍ２
【００３８】
比較例２
陽極室の充填剤のアニオン交換樹脂ＩＲＡ−４０２ＢＬ（Ｃｌ）に代えて、カチオン交換樹脂ＩＲ−１２０Ｂ（Ｈ）再生型とした以外は、実施例２と同様の方法で行った。１週間後、処理水の導電率を測定した。また、１週間後、装置を分解して、陽極室内のアニオン交換膜面の焦げ状況を目視観察をした。その結果、１週間後、処理水の導電率は０．０５５μＳ/ｃｍであった。また、陽極室内のアニオン交換膜面に焦げが観察された。焦げの状況から更に連続した場合、アニオン交換膜の機能が低下することが推察された。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の実施の形態例の電気式脱イオン水製造装置の模式図である。
【図２】第２の実施の形態例の電気式脱イオン水製造装置の模式図である。
【図３】第３の実施の形態例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】
【００４０】
１      陰極
２      陽極
３      カチオン交換膜
４      アニオン交換膜
５      混合イオン交換体
６ａ    陰極水流入配管
６ｂ    陰極水流出配管
７ａ    被処理水流入配管
７ｂ    処理水流出配管
８ａ    陽極水流入配管
８ｂ    陽極水流出配管
１０ａ〜１０ｃ  電気式脱イオン水製造装置
１１、５ａ、１２ａ、    カチオン交換体
１２、５ｂ、１１ａ    アニオン交換体
１５    脱イオン室
１５ａ  脱カチオン室
１５ｂ  脱アニオン室
３１    カチオン交換体の膜面
４１    アニオン交換体の膜面
１１１  陰極室
１１２  陽極室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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