(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（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（Ａ）が収容されて成る電気再生式純水製造装置において、原水の流れ方向に沿って陽極および／または陰極を複数段配置し、原水の流れ方向の上流側に位置する電極間（陽極（２１）と陰極（４１）との間）に流れる電流を、下流側に位置する電極間（陽極（２２）と陰極（４２）との間）に流れる電流に対し、±３０％以内として運転される電気再生式純水製造装置。【選択図】  図１
2007301430.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において、原水の流れ方向に沿って陽極および／または陰極を複数段配置し、原水の流れ方向の上流側に位置する電極間に流れる電流を、下流側に位置する電極間に流れる電流に対し、±３０％以内として運転されることを特徴とする電気再生式純水製造装置。
【請求項２】
濃縮室および／または陰極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いる請求項１に記載の電気再生式純水製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気再生式純水製造装置を使用するこを特徴とする純水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気再生式純水製造装置および純水の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、イオン交換体とイオン交換膜の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になる利点がある。
【０００３】
本出願人は、脱塩室に収容される陽イオン交換体及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】
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。
【０００５】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の第１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において、原水の流れ方向に沿って陽極および／または陰極を複数段配置し、原水の流れ方向の上流側に位置する電極間に流れる電流を、下流側に位置する電極間に流れる電流に対し、±３０％以内として運転され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】
そして、本発明の第２の要旨は、上記の電気再生式純水製造装置を使用するこを特徴とする純水の製造方法に存する。
【発明の効果】
【０００９】
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る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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断面正面の全体略図である。
【００１１】
本発明の電気再生式純水製造装置（１）の基本的構成は、陽極室（３）と陰極室（５）との間に陰イオン交換膜（６１）および陽イオン交換膜（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）…および濃縮室（９１）、（９２）…から成り、陽極室（３）と陰極室（５）には後述する電極が備えられている。
【００１２】
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（Ａ）がそれぞれ収容されている。
【００１３】
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）を脱塩室側流入管（１３１）から供給する。処理水（脱イオンされた水）は脱塩室側流出管（１３２）から流出される。４個の濃縮室には、並行して被処理水を濃縮室側流入管（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濃縮室側流出管（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陽極室側流入管（１２１）から陽極室（３）に、陰極室側流入管（１２３）から陰極室（５）にそれぞれ導入し、各々、陽極室側流出管（１２２）、陰極室側流出管（１２４）から排出される。
【００１４】
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」（旭硝子社製）、「ネオセプタ」（トクヤマ社製）、「アシプレックス」（旭化成社製）等の市販品が挙げられる。
【００１５】
上記の脱塩室に充填されるイオン交換体（Ａ）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できるが、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、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。
【００１６】
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。
【００１７】
上記のイオン交換体は、再生型および塩型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型を使用するのがよい。
【００１８】
上記の濃縮室および／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（図示せず）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としては、脱塩室の充填物としての前述したのと同様のものが使用される。
【００２０】
本発明の電気再生式純水製造装置の特徴は電極の配置構造と電圧の印可方式にある。すなわち、従来の電気再生式純水製造装置においては、陽極室（３）と陰極室（５）には、それぞれ、１つの陽極と陰極とが配置されているが、本発明の電気再生式純水製造装置においては、原水の流れ方向に沿って陽極および／または陰極を複数段配置する。図示した例においては、陽極室（３）と陰極室（５）には、それぞれ、２つの陽極（２１）、（２２）と陰極（４１）、（４２）とが配置されている。そして、本発明の電気再生式純水製造装置は、原水の流れ方向の上流側に位置する電極間（図示した例では陽極（２１）と陰極（４１）との間）に流れる電流を、下流側に位置する電極間（図示した例では陽極（２２）と陰極（４２）との間）に流れる電流に対し、±３０％以内として運転される。
【００２１】
図２は、図１に例示した電気再生式純水製造装置の電極配置構造と電流の流れを示す説明図であり、複数の電極を取り込んだ直列回路を示している。この場合、直列回路としている結果、原水の流れ方向の上流側に位置する電極間（陽極（２２）と陰極（４２）との間）の電流は、下流側に位置する電極間（陽極（２１）と陰極（４１）との間）の電流と同値になる。
【００２２】
図３は、本発明の電気再生式純水製造装置の電極配置構造と電流の流れを示す説明図であり、１組毎の電極を取り込んだ２個の直列回路を示している。この場合、原水の流れ方向の上流側に位置する電極間（陽極（２２）と陰極（４２）との間）の電流を下流側に位置する電極間（陽極（２１）と陰極（４１）との間）の電流と同値で運転できる。
【００２３】
図４は、本発明の電気再生式純水製造装置の電極配置構造と電流の流れを示す説明図であり、２組毎の電極を取り込んだ並列回路を示している。この場合、原水の流れ方向の下流側に位置する陽極（２１）の前に所定の抵抗（Ｒ）を配置することにより、上流側に位置する電極間（陽極（２２）と陰極（４２）との間）にも十分な電流を流すことができる。なお、上記の抵抗（Ｒ）は原水の流れ方向の下流側に位置する陰極（４１）の後に配置してもよい。
【００２４】
図５は、本発明の電気再生式純水製造装置の電極配置構造と電流の流れを示す説明図であり、２個の陽極（２１）及び（２２）と１個の共通陰極（４３）を取り込んだ並列回路を示している。すなわち、図４に示す例において、陰極（４１）及び（４２）に代えて共通陰極（４３）を使用した例である。なお、図示は省略したが、図４に示す例において、陽極（２１）と（２２）の代わりに１個の共通陽極を使用することも出来、この場合、抵抗（Ｒ）は原水の流れ方向の下流側に位置する陰極（４１）の後に配置される。
【００２５】
要するに、本発明の電気再生式純水製造装置の特徴を要約すれば次の通りである。すなわち、陽極室（３）と陰極室（５）にそれぞれ１つの陽極と陰極とが配置された従来の装置の場合、脱塩室における処理水（脱イオンされた水）中の電解質濃度は原水の流れ方向の下流側に向かって漸次に小さくなる。そのことにより、脱塩室の抵抗は漸次小さくなる。この原理は、必ずしも明らかにはなっていないが、ナトリウムイオン、塩化物イオンなどを濃縮室に移動するのに要する電圧が、水解に要する電圧及び水素イオンと水酸化物イオンを濃縮室に移動するのに要する電圧の総和の電圧より、大きいことに起因すると考えられる。その結果、電流は原水の流れ方向の下流側に集中して上流側では殆ど通じず、脱塩効率が低下する。斯かる現象は、脱塩の際に時間を要する弱電解質の除去に顕著に現れる。そこで、本発明は、電極の配置構造と電流の印加方式を改良することにより、原水の流れ方向の上流側においても十分な電流が通ずる様にしたものである。その結果、本発明の電気再生式純水製造装置では、原水の流れ方向の上流側で強電解質を効率的に除去し、弱電解質の除去ゾーンが長くなり、弱電解質が除去される。
【００２６】
本発明の電気再生式純水製造装置に適用される電流値は、通常０．１〜２０Ａ、好ましくは１〜５Ａであり、更に好ましくは２〜４Ａ（但し、直列回路の場合電流値は半分でよい）、電圧は７００Ｖ以下である。また、上記の電極としては、通常電気透析で使用される電極板を使用することが出来る。例えば、陽極には、チタンを板状にしたものに白金メッキを施したものを、陰極には、ＳＵＳ３１６を板状にしたものを使用することが出来る。勿論、各電極板の表面は、平面状のものの他、電流を均一に分散させるために、網状または凸凹状に加工したもの等の何れでも使用できる。
【００２７】
本発明の電気再生式純水製造装置においては、脱塩室の上流側（入口側）の一部は強電解質脱塩ゾーンとして、脱塩室の上流側（入口側）の一部及び下流側（出口側）は弱電解質除去ゾーンとして機能する。その機構は、必ずしも明らかではないが、次の様に推定される。すなわち、一般的に電気再生式純水製造装置においては、まず強電解質が除去され、次に弱電解質が除去されることが知られている。そこで、上記の原理を応用し、脱塩室の上流側（入口側）に、強制的に電流を印可することにより、強電解質を早い段階で除去し、弱電解質除去ゾーンを長くすることにより、弱電解質が効率的に除去される。
【実施例】
【００２８】
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。
実施例１：
【００２９】
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、図２に示す様な直列回路を備え、脱塩室が３０室および濃縮室が３１室から成る装置を使用し、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。
【００３０】
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。
【００３１】
イオン交換体の混合物（Ａ）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。
【００３２】
陽極（２１）及び（２２）としては、チタンを板状にしたものに白金メッキを施したものを、陰極（４１）及び（４２）としては、ＳＵＳ３１６を板状にしたものを使用した。陽極（２１）及び（２２）の寸法は、それぞれ、縦１９０ｍｍ、横１３０ｍｍとし、陽極（２１）の先端と陽極（２２）の先端との間隔は１０ｍｍとした。陰極（４１）及び（４２）の寸法も同様に、それぞれ、縦１９０ｍｍ、横１３０ｍｍとし、陰極（４１）の先端と陰極（４２）の先端との間隔は１０ｍｍとした。
【００３３】
上記濃縮室の陰イオン交換膜および陰イオン交換膜の間にはイオン交換体の混合物（Ａ）を収容した。
【００３４】
被処理水としては横浜市の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。
【００３５】
脱塩室流入管（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。通水と同時に直流電圧を印可し、図２に示す直列回路に２Ａ、９８Ｖを通した。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った。その結果を表１に示す。
【００３６】
比較例１：
実施例１において、陽極（２１）と陰極（４１）のみを使用した回路に変更し、４Ａ、５４Ｖを通した以外は、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。
【００３７】
【表１】
2007301430.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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の全体略図
【図２】図１に例示した電気再生式純水製造装置の電極配置構造と電流の流れを示す説明図
【図３】本発明の電気再生式純水製造装置の電極配置構造と電流の流れを示す他の説明図
【図４】本発明の電気再生式純水製造装置の電極配置構造と電流の流れを示す他の説明図
【図５】本発明の電気再生式純水製造装置の電極配置構造と電流の流れを示す他の説明図
【符号の説明】
【００３９】
１：電気透析槽本体
２１：陽極
２２：陽極
３：陽極室
４１：陰極
４２：陰極
４３：共通陰極
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：陽極室流入管
１２２：陽極室流出管
１２３：陰極室流入管
１２４：陰極室流出管
１３１：脱塩室流入管
１３２：脱塩室流出管
１４１：濃縮室流入管
１４２：濃縮室流出管
Ａ：イオン交換体の混合物
【図１】
2007301430.tif 000004
【図２】
2007301430.tif 000005
【図３】
2007301430.tif 000006
【図４】
2007301430.tif 000007
【図５】
2007301430.tif 000008