(57)【要約】【課題】濃縮水中の弱電解性物質が脱塩室に逆拡散して処理水の水質を低下させることを防止可能な電気式脱イオン水製造装置を提供する。【解決手段】脱塩室の両側に濃縮室を設け、これら脱塩室および濃縮室を、陽極室と陰極室の間に配置してなる本体部を備え、該本体部の濃縮室を流れる濃縮水を循環する、濃縮水タンクを含む濃縮水循環系に、解離していない分子の濃縮室側から脱塩室側への逆拡散を防止する濃縮水のｐＨ調整手段を設けたことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。濃縮水のｐＨを、弱電解性物質がイオン化するｐＨに調整、維持し、処理水側に逆拡散させないようにする。【選択図】図１
2007245120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側のカチオン交換膜および他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して被処理水を脱塩処理する脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に濃縮室を設け、これら脱塩室および濃縮室を、陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室からなる両電極室の間に配置してなる本体部を備え、該本体部の前記濃縮室を流れる濃縮水を循環する、濃縮水タンクを含む濃縮水循環系に、解離していない分子の前記濃縮室側から前記脱塩室側への逆拡散を防止する濃縮水のｐＨ調整手段を設けたことを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記被処理水が、弱酸性イオンを含む被処理水からなり、前記ｐＨ調整手段が、前記濃縮水タンクから前記濃縮室に向けて流出する循環濃縮水のｐＨを８以上に調整する手段からなる、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記脱塩室が、前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜により２つの小脱塩室に区画されており、前記被処理水が２つの小脱塩室を順次流れるように構成されている、請求項１または２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、ボイラー水や発電所の復水、発電所の蒸気発生器器内水等として使用される、いわゆる脱イオン水の製造に好適な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】
脱イオン水（以下、脱塩水と言うこともある。）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、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】
このような脱塩処理を行う電気式脱イオン水製造装置においては、例えば図２に示すように、基本的にはカチオン交換膜とアニオン交換膜で画成される室にイオン交換体を充填して脱塩室１０１を構成し、脱塩室１０１の両側に濃縮室１０２を設け、これら脱塩室１０１および濃縮室１０２を、陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室からなる両電極室１０３、１０３の間に配置して本体部１０４が構成される。被処理水１０５は、上記脱塩室１０１内に充填されたイオン交換体の層を通過され、上記陽極と陰極との間に電圧が印加され、上記両イオン交換膜を介して被処理水の流れに対して直角方向に直流電流が作用されることにより、両イオン交換膜の外側に配置された濃縮室１０２中を流れる濃縮水中に被処理水中の不純物イオンが電気的に排除されながら、処理水１０６としての脱イオン水が製造される。
【０００４】
このような電気式脱イオン水製造装置における濃縮水は、濃縮室１０２内に炭酸カルシウムや水酸化マグネシウムといったスケールの発生を抑制するため、あるいは水の回収率を高めるため、通常、循環ポンプ（図示略）と、濃縮水タンク１０７とを有する濃縮水循環系１０８として循環されている。この濃縮水循環系１０８では、脱塩室よりイオン交換膜を介し脱塩されたイオン性不純物等が濃縮されるため、濃度調整のため適宜被処理水が補給水供給管１０９から補給水として補給されつつ、濃縮水が部分的にブロー系１１０を通して系外へ排出される。また、被処理水の一部は、電極水供給管１１１から各電極室１０３、１０３に電極水としても供給されて利用されることが多い。電極室１０３、１０３では、水の電気分解により、陽極側では塩素や酸素、陰極側では水素等が副生するため、電極室１０３、１０３に供給された電極水は電極水流出管１１２により系外へ排出される。排出された電極水は、不図示の気液分離装置で処理され水素の排気が行われている。
【０００５】
この電極水を処理する気液分離装置の設置は、水素が所定濃度以上になると爆発の危険性があることから、水素濃度を希薄状態にして安全に排出するために必須の設備となっている。また、濃縮水循環系１０８における濃縮水タンク１０７に排気手段を付設した構成も知られている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、濃縮室１０２内でのスケールの発生を抑制するために、濃縮室に循環される濃縮水に酸性液を添加して、濃縮水のｐＨを２以上４未満の酸性にするようにした電気式脱イオン水製造装置も知られているが（特許文献２）、この発明では、目的、効果が、専ら、スケール析出防止に限定されている。したがって、以下に述べる本願発明とは、基本的に技術思想を異にしている。
【特許文献１】特開２００３−１７０１６９号公報
【特許文献２】特許第３５１１４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、被処理水が弱電解質を多く含む、酸性、アルカリ性溶液の場合、濃縮水の循環使用においては、濃縮水循環系内で濃縮された弱電解性物質がイオンとなっていないため、濃縮室から脱塩室に逆拡散し、処理水の抵抗率を低下させるという問題が発生する。
【０００８】
この理由は次のとおりである。弱酸性物質（たとえば酢酸）はｐＨが低い場合、酢酸として存在する。脱塩室に流入する被処理水の酢酸は、先ず電荷を持つ酢酸イオンの形態のものが、電流により濃縮室に移動し濃縮水中に排出される。しかし、濃縮室内のｐＨは徐々に低下し、濃縮水中では、解離しない酢酸が存在してしまう。このような解離しない酢酸は、イオン交換膜を逆拡散して濃縮室に入り、処理水質を悪化させる。具体的には、通水初期１６ＭΩ−ｃｍ以上の抵抗率の処理水が、酢酸の逆拡散により、抵抗率２ＭΩ−ｃｍ程度にまで低下する。弱塩基性物質ではｐＨが高い場合、解離しない分子の形で存在し、同様にイオン交換膜を透過してしまい、濃縮室から脱塩室に逆拡散して処理水の水質を悪化させる。
【０００９】
そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、濃縮水中の弱電解性物質が脱塩室に逆拡散して処理水の水質を低下させることを防止可能な電気式脱イオン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】
【００１０】
前述の実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、濃縮水循環系にｐＨ調整手段を設置し、濃縮水のｐＨを、弱電解性物質が解離していない分子の形態ではなくイオンの形態を保つことができるｐＨに制御、維持できれば、その弱電解性物質はイオン交換膜を透過しなくなるので、弱電解性物質の逆拡散に起因する処理水の水質の低下を防ぐことができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明に係る電気式脱イオン水製造装置は、一側のカチオン交換膜および他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体を充填して被処理水を脱塩処理する脱塩室を構成し、前記カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に濃縮室を設け、これら脱塩室および濃縮室を、陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室からなる両電極室の間に配置してなる本体部を備え、該本体部の前記濃縮室を流れる濃縮水を循環する、濃縮水タンクを含む濃縮水循環系に、解離していない分子の前記濃縮室側から前記脱塩室側への逆拡散を防止する濃縮水のｐＨ調整手段を設けたことを特徴とするものからなる。つまり、循環濃縮水のｐＨを、濃縮水のｐＨ調整手段によって調整することにより、濃縮水中に含まれる弱電解性物質がイオンの形態を保つことができるようにし、それによって、弱電解性物質の解離していない分子が濃縮室側から脱塩室側に逆拡散することを防止するようにした装置である。
【００１２】
この電気式脱イオン水製造装置においては、上記被処理水が、弱酸性イオンを含む被処理水からなる場合、上記ｐＨ調整手段は、上記濃縮水タンクから上記濃縮室に向けて流出する循環濃縮水のｐＨを８以上に調整する手段からなることが好ましい。このようなｐＨに調整、維持することにより、濃縮水中に含まれる弱酸性物質が、解離していない分子の形態で濃縮室側から脱塩室側に逆拡散することを防止することができる。
【００１３】
また、本発明に係る電気式脱イオン水製造装置の構造は、上記脱塩室が、上記カチオン交換膜と上記アニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜により２つの小脱塩室に区画されており、上記被処理水が２つの小脱塩室を順次流れるように構成されている、いわゆる省電力型の電気式脱イオン水製造装置にも適用できる。これにより、効率の良い脱塩処理とともに、処理水の水質向上をはかることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電気式脱イオン水製造装置によれば、濃縮水のｐＨ調整手段により適切にｐＨ調整を行うことで、濃縮水中の弱電解性物質をイオン化した状態に保つことができ、濃縮室側から脱塩室側への弱電解性物質の逆拡散を確実に防止でき、逆拡散による処理水の水質の悪化（例えば、抵抗率の低下）を防止することができる。このため、高純度の脱イオン水を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る電気式脱イオン水製造装置の基本構成を示している。図１において、一側のカチオン交換膜と他側のアニオン交換膜で区画される室にイオン交換体（例えば、イオン交換樹脂あるいはイオン交換繊維）が充填されて被処理水５を脱塩処理する脱塩室１が構成される。脱塩室１の両側には濃縮室２が設けられ、これら脱塩室１および濃縮室２は、陽極を備えた陽極室と陰極を備えた陰極室からなる両電極室３、３（一方が陽極室、他方が陰極室）の間に配置されて本体部４が構成されている。図１においては、一つの脱塩室１の両側には濃縮室２が設けられた形態が示されているが、脱塩室１と濃縮室２は、複数組配置することが可能である。被処理水５は、上記脱塩室１内に充填されたイオン交換体の層を通過され、上記陽極と陰極との間に所定の電圧が印加され、上記両イオン交換膜を介して被処理水の流れに対して直角方向に直流電流が作用されることにより、両イオン交換膜の外側に配置された濃縮室２中を流れる濃縮水中に被処理水中の不純物イオンが電気的に排除されながら、処理水６としての脱イオン水が製造される。
【００１６】
上記電気式脱イオン水製造装置における本体部４の濃縮室２に対して、該濃縮室２を流れる濃縮水を循環させるために、循環ポンプ（図示略）と、濃縮水タンク７とを有する濃縮水循環系８が設けられている。この濃縮水循環系８では、脱塩室よりイオン交換膜を介し脱塩されたイオン性不純物等が濃縮されるため、濃度調整のため適宜被処理水５が補給水供給管９から補給水として補給されつつ、濃縮水が部分的にブロー系１０を通して系外へ排出される。また、被処理水の一部は、電極水供給管１１から各電極室３、３に電極水としても供給されて利用できるようになっている。電極室３、３では、水の電気分解により、陽極側では塩素や酸素、陰極側では水素等が副生するため、電極室３、３に供給された電極水は電極水流出管１２により系外へ排出できるようになっている。排出された電極水は、不図示の気液分離装置で処理され水素の排気が行われることが好ましい。
【００１７】
ここまでの構成は、基本的に図２に示した従来装置と同等の構成であるが、本発明に係る上記実施態様では、濃縮水循環系８に、とくに濃縮水タンク７に、ｐＨ調整薬剤を収容したｐＨ調整薬剤タンク１３と該ｐＨ調整薬剤を濃縮水タンク７内に注入する薬剤注入ポンプ１４とを備えた、解離していない分子の濃縮室２側から脱塩室１側への逆拡散を防止する濃縮水のｐＨ調整手段１５が付設されている。さらに、濃縮水タンク７には、ｐＨ検出器（図示略）を設け、その検出信号を薬剤注入ポンプ１４にフィードバックし、目標とするｐＨ範囲内に制御できるようにしてもよい。ただし、被処理水の水質に変動がない場合には、ｐＨ検出器は設けなくてもよい。このｐＨ調整手段１５による濃縮水のｐＨ調整は、基本的に、前述の如く、濃縮水中の弱電解性物質をイオン化した状態に保つことができ、濃縮室側から脱塩室側への解離していない弱電解性物質の分子の逆拡散を防止できるように行う。
【００１８】
このように構成された本実施態様に係る電気式脱イオン水製造装置においては、ｐＨ調整手段１５により、濃縮水循環系８の濃縮水タンク７で目標とする範囲内のｐＨに調整された濃縮水が、濃縮室２へと送られ、かつ、上記濃縮水循環系８を循環される。ｐＨ調整により、濃縮室２を流れる濃縮水中の弱電解性物質はイオン化された状態に保たれ、解離していない弱電解性物質の分子の状態で存在することが防止されるので、該分子が脱塩室１側に逆拡散することは回避される。例えば、濃縮水中に含まれる弱塩基性物質は、ｐＨを酸性にすることによって、濃縮水中に含まれる弱酸性物質はｐＨを塩基性にすることによって、イオンとなるため、解離していない分子がイオン交換膜を介して脱塩室１に逆拡散することがなく、処理水の水質を悪化させることがない。したがって、脱塩室１では、被処理水５中に含まれていた不純物イオンが、各イオン交換膜を通して濃縮室２へと電気的に排除され、目標とする脱塩処理が効率よく行われて、所望の（例えば、所望の抵抗率の）脱イオン水が処理水６として得られることになる。不純物イオンとしては、例えば、炭酸イオン、アンモニウムイオン、ナトリウムイオン、塩化物イオン、硫酸イオン等が挙げられ、これらの電荷を持つ形態のイオンが、陽極と陰極間に流れる電流により濃縮室２側に移動し、濃縮水中に排出される。
【００１９】
なお、ｐＨ調整手段１５によるｐＨ調整のための薬剤の添加方法は、上記実施態様に限定されず、また、その添加濃度は装置の規模や設置場所などにより、適宜決定されればよい。
【００２０】
また、本発明に係る電気式脱イオン水製造装置の本体部の形態としては、特に制限されず、スパイラル型、同心円型あるいは平板積層型などのものが挙げられる。
【００２１】
さらに、本発明に係る電気式脱イオン水製造装置に供給される被処理水としては、特に制限されず、例えば、ボイラー水、発電所の復水、蒸気発生器のブローダウン水、下水、工業用水、河川水、半導体製造工場の半導体デバイスなどの洗浄排水又は濃縮室からの回収水などを逆浸透膜処理した透過水、また、半導体製造工場等のユースポイントで使用された回収水であって、逆浸透膜処理がされていない水が挙げられる。また、これらの混合水でもよい。
【実施例】
【００２２】
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
弱酸性の被処理水を混床脱塩セルで脱塩処理した。下記の装置仕様、運転条件及び図１に示したフローの電気式脱イオン水製造装置を使用し、酢酸イオン２5mg/L、ナトリウムイオン１mg/L、塩化物イオン１mg/L、硫酸イオン１mg/Lの被処理水から脱イオン水を製造した。評価方法は印加電圧１００Ｖ、印加電流１．２Ａにおける１００時間連続運転後の処理水の抵抗率とした。結果は、処理水の抵抗率は１５．３ＭΩ−ｃｍであった。
【００２３】
（運転の条件）
・電気式脱イオン水製造装置；図１に示した電気式脱イオン水製造装置（以下、ＥＤＩと略称することもある。）
・脱塩室；幅７５mm、高さ３３０mm、厚さ４mm
・脱塩室に充填したイオン交換樹脂；アニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン交換樹脂（Ｋ）の混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝２：１）
・濃縮室；幅７５mm、高さ３３０mm、厚さ１mm
・装置全体の流量；６０Ｌ／ｈ
・循環タンク；液相部容量２０Ｌ
・濃縮水のｐＨが１３．５となるよう水酸化ナトリウムを加えた。
【００２４】
比較例１
実施例１に比べ、濃縮水のｐＨを調整せず、ｐＨ４．０のままとした。この場合、処理水の抵抗率は１．９ＭΩ−ｃｍであった。
【００２５】
実施例２
実施例１に比べ、脱塩室が、カチオン交換膜とアニオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜により２つの小脱塩室に区画されており、被処理水が２つの小脱塩室を順次流れるように構成されている、いわゆる省電力型の電気式脱イオン水製造装置（以下、省電力型ＥＤＩと略称することもある。）で弱酸性の被処理水をアニオン単床＋混床脱塩セルで脱塩処理し、アニオン単床→混床の順で通水した。電気式脱イオン水製造装置の本体部が下記仕様の装置である以外、実施例１と同様の方法で行った。結果は、処理水の抵抗率は１６．８ＭΩ−ｃｍであった。
【００２６】
（運転の条件）
・電気式脱イオン水製造装置；省電力型ＥＤＩ
・中間イオン交換膜；アニオン交換膜
・第１小脱塩室；幅７５mm、高さ３３０mm、厚さ４mm
・第１小脱塩室に充填したイオン交換樹脂；アニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン交換樹脂（Ｋ）の混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝２：１）
・第２小脱塩室；幅７５mm、高さ３３０mm、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
・濃縮室；幅７５mm、高さ３３０mm、厚さ１mm
・装置全体の流量；６０Ｌ／ｈ
・循環タンク；容量２０Ｌ
・濃縮水のｐＨが１３．５となるよう水酸化ナトリウムを加えた。
【００２７】
比較例２
実施例２に比べ、濃縮水のｐＨを調整せず、ｐＨ４．０のままとした。この場合、処理水の抵抗率は６．５ＭΩ−ｃｍであった。
【００２８】
実施例３
弱酸性の被処理水をカチオン単床＋混床脱塩セルで脱塩処理した。電気式脱イオン水製造装置の本体部が下記仕様の装置である以外、実施例２と同様の方法で行った。結果は、処理水の抵抗率は１７．８ＭΩ−ｃｍであった。
【００２９】
（運転の条件）
・電気式脱イオン水製造装置；省電力型ＥＤＩ
・中間イオン交換膜；アニオン交換膜
・第１小脱塩室；幅７５mm、高さ３３０mm、厚さ４mm
・第１小脱塩室に充填したイオン交換樹脂；アニオン交換樹脂（Ａ）とカチオン交換樹脂（Ｋ）の混合イオン交換樹脂（混合比は体積比でＡ：Ｋ＝２：１）
・第２小脱塩室；幅７５mm、高さ３３０mm、厚さ８mm
・第２小脱塩室充填イオン交換樹脂；カチオン交換樹脂
・濃縮室；幅７５mm、高さ３３０mm、厚さ１mm
・装置全体の流量；６０Ｌ／ｈ
・循環タンク；容量２０Ｌ
・濃縮水のｐＨが１３．５となるよう水酸化ナトリウムを加えた。
【００３０】
比較例３
実施例３に比べ、濃縮水のｐＨを調整せず、ｐＨ４．０のままとした。この場合、処理水の抵抗率は１０．３ＭΩ−ｃｍであった。
【００３１】
上記実施例１〜３によれば、処理水の抵抗率が比較例１〜３に比べて高く、高純度の処理水が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る電気式脱イオン水製造装置は、あらゆる分野の脱イオン水の製造に適用でき、とくに、ボイラー水や発電所の復水、発電所の蒸気発生器器内水等として使用される脱イオン水の製造に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施態様に係る電気式脱イオン水製造装置の概略機器系統図である。
【図２】従来の電気式脱イオン水製造装置の概略機器系統図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  脱塩室
２  濃縮室
３  電極室（一方が陽極室、他方が陰極室）
４  本体部
５  被処理水
６  処理水としての脱イオン水
７  濃縮水タンク
８  濃縮水循環系
９  補給水供給管
１０  ブロー系
１１  電極水供給管
１２  電極水流出管
１３  ｐＨ調整薬剤タンク
１４  薬剤注入ポンプ
１５  ｐＨ調整手段
【図１】
2007245120.tif 000003
【図２】
2007245120.tif 000004