(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間にアニオン交換膜とカチオン交換膜とを配列して濃縮室と脱塩室とを形成し、脱塩室にイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置を運転する方法において、
供給水中のＣＯ２濃度の変化に対して電流効率が常に２５％以下となるように電気脱イオン装置の電流値を制御することを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項２】
請求項１において、供給水のＣＯ２濃度及び導電率と、生産水の流量及び導電率とを計測し、電流効率が前記範囲となるように電流値を制御することを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項３】
請求項２において、通電すべき電流値を次式に従って演算することを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
Ｉ＝ａ・Ｑ（Ｃｆ−Ｃｐ）／η
Ｉ；必要電流値［Ａ］
Ｑ；生産水流量［Ｌ／ｍｉｎ・セル］
Ｃｆ；供給水当量導電率［μＳ／ｃｍ］
Ｃｐ；処理水導電率［μＳ／ｃｍ］
η；電流効率［％］
ａ；定数
【請求項４】
請求項２又は３において、供給水中のＣＯ２濃度をＣＯ２計により計測することを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項５】
請求項１において、供給水のｐＨが０．５以上低下し、導電率の上昇が５μＳ／ｃｍ以下であり、生産水の比抵抗値が３ＭΩ・ｃｍ以上低下したときに、電流値を５％以上上昇させることを特徴とする電気脱イオン装置の運転方法。
【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、液晶、製薬、食品、電力等の分野の各種産業、民生用、又は研究設備で利用される脱イオン水を製造する電気脱イオン装置の運転方法に係り、特に電気脱イオン装置におけるＣＯ２の除去率を高め、高水質の処理水を確実に得ることを可能とする電気脱イオン装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には、電極（陽極，陰極）の間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成し、脱塩室にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合もしくは複層状に充填した電気脱イオン装置が多用されている。
【０００３】
電気脱イオン装置は、水解離によってＨ＋イオンとＯＨ−イオンを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理が可能であり、従来から広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能で、高純度の水が得られるという優れた効果を発揮する。
【０００４】
このような電気脱イオン装置において、給水の導電率の変化により、処理水の比抵抗が大幅に低下することがある。本発明者らの研究によると、電気脱イオン装置の性能に影響を与えるものとして、溶存塩類やシリカ、炭酸などが挙げられ、この内特に炭酸が少量の変化でも大きく性能に影響を与えることが見出された。
【０００５】
このような電気脱イオン装置で、ＣＯ２を除去するためには、下記のようなイオン化反応を脱塩室内で生起させ、イオンを発生させる必要がある。
ＣＯ２＋ＯＨ−→ＨＣＯ３−                  （ｐＫａ＝６．３５）
このようなイオン化反応の促進のためには、電気脱イオン装置の電流密度を高めることが有効であり、電流密度を上げることによりＣＯ２除去率が向上することが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気脱イオン装置の電流密度を高めると、濃縮室に炭酸カルシウムスケールが発生したり、電力を余分に消費して電力コストが高くなる。
【０００７】
本発明は、供給水中のＣＯ２濃度を検知して適正な印加電圧・電流を通電するように制御することにより、安定した処理水比抵抗値を維持することができる電気脱イオン装置の運転方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置の運転方法は、陽極と陰極との間にアニオン交換膜とカチオン交換膜とを配列して濃縮室と脱塩室とを形成し、脱塩室にイオン交換体を充填してなる電気脱イオン装置を運転する方法において、供給水中のＣＯ２濃度の変化に対して電流効率が常に２５％以下、好ましくは１０〜２５％となるように電気脱イオン装置の電流値を制御することを特徴とするものである。
【０００９】
このように、電気脱イオン装置の電流効率が２５％以下、好ましくは１０〜２５％となるように電流値を制御することにより、生産水（処理水）の比抵抗が例えば１５ＭΩ・ｃｍ以上の高い値となる。
【００１０】
本発明では、供給水のＣＯ２濃度及び導電率と、生産水の流量及び導電率とを計測し、電流効率が前記範囲となるように電流値を制御することが好ましい。
【００１１】
また、本発明では、上述の通り炭酸による影響が強い点を考えると、供給水のｐＨが０．５以上低下し、導電率の上昇が５μＳ／ｃｍ以下であり、生産水の比抵抗値が３ＭΩ・ｃｍ以上低下したときに、電流値を５％以上上昇させるようにしてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
本発明の電気脱イオン装置の運転方法は、供給水中のＣＯ２濃度が変動しても電流効率が常に２５％以下、好ましくは１０〜２５％となるようにするものであり、他の運転条件は従来と同様でよい。
【００１４】
従って、供給水（この水は、通常、活性炭塔及び逆浸透膜分離装置等で順次前処理される。）の一部を電気脱イオン装置の濃縮室に供給し、残部を脱塩室に供給して脱イオン処理し、脱塩室の流出水を処理水（生産水）として取り出せば良い。通常の場合、濃縮室の流出水は一部が系外に排出され、残部は濃縮室の供給側へ循環される。
【００１５】
なお、濃縮室の流出水の循環は、水回収率の向上のために行われるが、この循環水量には特に制限はなく、通常、濃縮室の流出水の５０〜９５％程度とし、電気脱イオン装置の水回収率は０．５〜０．９５程度の条件で運転を実施するのが好ましい。
【００１６】
この電気脱イオン装置による炭酸の除去機構は次の通りである。即ち、炭酸は水酸化物イオンとのイオン化反応により重炭酸イオンに変わる。
ＣＯ２＋ＯＨ−→ＨＣＯ３−
イオン化反応のためにはＯＨ−イオンの供給が必要であり、これは水解離によってもたらされる。
Ｈ２Ｏ→Ｈ＋＋ＯＨ−
従って、ＣＯ２量が増えるとＯＨ−量もそれだけ多く必要となる。
【００１７】
なお、イオン化した重炭酸イオンは速やかに濃縮室へ移動させる必要があるので、ＣＯ２量が増えると電圧を高くする必要がある。
【００１８】
本発明者は、電気脱イオン装置によるＣＯ２除去率（生産水の比抵抗）と電流効率との関係について実験的に観察を行ったところ、図１に示すように、電流効率が約２０％程度であるときに生産水（処理水）の比抵抗が最大となり、それ以上でもそれ以下でも生産水の比抵抗は低下すること；電流効率が２５％以下であるときには比抵抗が１５ＭΩ・ｃｍ以上となることが認められた。本発明は、かかる知見に基づくものであり、電流効率を２５％以下、好ましくは１０〜２５％さらに好ましくは１２〜２２％とすることにより、比抵抗の高い高水質の生産水を得るようにしたものである。
【００１９】
なお、図１の通り、電流効率を２０％以下にしても処理水比抵抗値はそれ以上大きく上昇しない。これは供給水中のＣＯ２濃度が変化しても電流効率は２０％程度でよいことを示唆している。
【００２０】
本発明者は、供給水中のＣＯ２濃度を種々変え、電流効率２０％となるように電流値を制御して電気脱イオン装置を運転し、そのときの生産水の比抵抗を計測した。その結果を図２に示す。なお、図２では電極面積は５ｄｍ２である。
【００２１】
図２の通り、供給水中のＣＯ２濃度が増大しても、電流効率が２０％に保たれるように電流値を増大させることにより、生産水の比抵抗は１５ＭΩ・ｃｍ以上の高い値になる。このように、ＣＯ２による当量導電率増加分だけ電流値を増加させることにより、処理水比抵抗値は安定する。
【００２２】
電気脱イオン装置における電流値と電流効率の関係は次式で表される。
Ｉ＝ａ・Ｑ（Ｃｆ−Ｃｐ）／η
Ｉ；必要電流値［Ａ］
Ｑ；生産水流量［Ｌ／ｍｉｎ・セル］
Ｃｆ；供給水当量導電率［μＳ／ｃｍ］
Ｃｐ；処理水導電率［μＳ／ｃｍ］
η；電流効率［％］
ａ；定数
Ｃｆはシリカ当量導電率と炭酸ガス当量導電率及びこれらのイオン種以外の全当量導電率の和である。
【００２３】
この定数ａは、通常の場合、ａ＝１．３１である。なお、「／セル」は『脱塩室１室当り』を示す。
【００２４】
従って、電流効率が２５％以下、好ましくは１０〜２５％、最も好ましくは電流効率η＝２０％とし、供給水の導電率と、生産水の流量及び導電率とを上記式に代入し、演算された電流値を電気脱イオン装置に通電すればよい。
【００２５】
なお、供給水中のＣＯ２がもっとも変動しやすく、かつ当量導電率も大きいため、供給水中のＣＯ２濃度をＣＯ２計により連続的に計測することが好ましい。ＣＯ２計の代りに、ｐＨ計と無機炭素（ＩＣ）計を用いたｐＨ及びＩＣ測定値からＣＯ２濃度を求めてもよい。
【００２６】
ただし、本発明では、供給水中のＣＯ２濃度を計測し、それに応じて電流値を制御する代りに、生産水の比抵抗の計測値の変動は主に供給水中のＣＯ２濃度の変動によるものなので、生産水の比抵抗の変動から推定される供給ＣＯ２濃度変動値に基づいて必要な通電電流値を演算してもよい。具体的には、供給水のｐＨが０．５以上低下し、導電率の上昇が５μＳ／ｃｍ以下であり、生産水の比抵抗値が３ＭΩ・ｃｍ以上低下したときに、通電電流値を５％以上上昇させるようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、供給水中のＣＯ２濃度の変化に対応して適正な電流値で電気脱イオン装置を運転することにより、安定した処理水質が得られる。また、余分な電力消費を防止でき、経済性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電流効率と処理水比抵抗値の関係を示した図である。
【図２】供給水ＣＯ２濃度と処理水比抵抗値の関係を示した図である。
【図１】
0003894039.tif 000002
【図２】
0003894039.tif 000003