(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜分離装置と、前記膜分離装置の後段に配置された電気式脱イオン装置とを備えた脱塩装置において、
前記電気式脱イオン装置の濃縮室出口より流出する濃縮水を、前記電気式脱イオン装置の前段に返送することなく、濃縮室入口に還流する循環ラインを有し、前記循環ライン内に炭酸ガス除去手段を配置したことを特徴とする脱塩装置。
【請求項２】
逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜装置の後段に配置された電気式脱イオン装置とを備えた脱塩装置において、
前記電気式脱イオン装置の濃縮室出口より流出する濃縮水を、前記電気式脱イオン装置の前段に返送することなく、濃縮室入口に還流する循環ラインを有し、前記循環ライン内に炭酸ガス除去手段を配置したことを特徴とする脱塩装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱イオン水を生成する脱塩装置に係り、特に、エレクトロニクス産業、医薬、食品向け用水処理システム等として有効な脱塩装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、脱イオン水製造システムとしては、逆浸透膜装置の後段に電気式脱イオン装置を配置したものが知られている。
【０００３】
電気式脱イオン装置は、アニオン交換膜とカチオン交換膜とで形成される間隙にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを充填して脱塩室とし、該脱塩室内に被処理水を通過させるとともに、アニオン交換膜及びカチオン交換膜を介して、被処理水の流れに対し垂直となる方向に直流電流を作用させ、アニオン交換膜とカチオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に、被処理水に含まれているイオン類を電気的に排除しながら脱イオン水を生成する構成となっている。
【０００４】
そのため、脱塩室内にイオン交換樹脂等のイオン交換体を充填しているにもかかわらず、酸やアルカリ等の薬品を一切使用せずに脱イオン水を生成することができるという利点を有している。
【０００５】
また、電気式脱イオン装置は完全な連続採水が可能で、極めて高純度の水が得られるという優れた効果を奏する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしなから、電気式脱イオン装置による脱イオン水製造においては、被処理水中に多量の炭酸ガスが存在した場合、電気式脱イオン装置の処理水質を著しく悪化させるという欠点があった。
【０００７】
このため、電気式脱イオン装置の前段に常圧脱気装置や真空脱気装置を設置することにより、被処理水中より炭酸ガス濃度を数ｐｐｍレベルまで除去する試みがなされているが、依然処理水質の悪化を回避することができなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、脱炭酸ガスを行ったにもかかわらず、電気式脱イオン装置の処理水質が悪化する現象に対して鋭意検討したところ、脱塩室内にて除去された炭酸ガスが濃縮水に濃縮されて数１０ｐｐｍ以上の高濃度になり、この高濃度に濃縮された炭酸ガスが電気式脱イオン装置内のイオン交換膜を介して脱塩室に逆拡散して、処理水質を悪化させていたことを発見した。
【０００９】
電気式脱イオン装置では、脱塩室入口から入った被処理水は、脱塩室でカチオンとアニオンが除かれて脱塩室出口から出ていくが、このとき炭酸ガスも重炭酸イオンとしてイオン交換樹脂に吸着され、直流電流を作用させるとイオン交換膜を通過して濃縮室に移行する。そして、濃縮室に移行した重炭酸イオンの大部分は炭酸ガスとなり、濃縮室出口と濃縮室入口との間を循環しつつ、さらに濃縮されて高濃度の状態で系外に放出される。
【００１０】
ところが、濃縮室側の炭酸ガス濃度が数１０ｐｐｍ以上の高濃度であるのに対して、脱塩室側の炭酸ガス濃度はｐｐｂレベルの極低濃度になるため、濃縮室と脱塩室の炭酸ガス濃度比は１００００倍以上になる。
【００１１】
この濃度比（濃度勾配）のために濃縮室側の高濃度の炭酸ガスの極一部がイオン交換膜を介して脱塩室側に逆拡散し、処理水の比抵抗の低下を招いていたのである。
【００１２】
本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、膜分離装置と、前記膜分離装置の後段に配置された電気式脱イオン装置とを備えた脱塩装置において、電気式脱イオン装置の濃縮室出口より流出する濃縮水を濃縮室入口に還流する循環ライン内に炭酸ガス除去手段を配置したことを特徴とする。
【００１３】
電気式脱イオン装置では、その前段に逆浸透膜装置が配置されるが、本願発明でも、通常は、電気式脱イオン装置の前段に逆浸透膜装置を配置したシステム構成とされる。
【００１４】
本発明の脱塩装置によれば、電気式脱イオン装置の濃縮室より流出する濃縮水を濃縮室入口に還流する循環ライン内に、炭酸ガス除去手段を配置したので、電気式脱イオン装置の濃縮室側に濃縮された炭酸ガスが除去された濃縮水が濃縮室入口に還流され、したがって濃縮水中の炭酸ガスがイオン交換膜を介して脱塩室側に逆拡散することがなく、電気式脱イオン装置処理水の悪化をほぼ確実に防止することができる。
【００１５】
本発明において、炭酸ガス除去手段としては、被処理水中より、炭酸ガス成分を除去するように構成されたものであれば特に限定されるものではないが、例えば、疎水性多孔質膜からなる脱気膜の一次側に被処理水を通水し二次側を減圧する脱気膜装置、テラレットやラシヒリング等の充填材を充填した充填層の上部より被処理水を供給し底部より大気を導入する常圧脱気装置、真空脱気塔、酸を添加しｐＨを低くして窒素ガスにより脱気する脱炭酸塔などを用いることができる。特に、前二者が好適に用いることができる。
【００１６】
また、電気式脱イオン装置としては、上述したように、アニオン交換膜及びカチオン交換膜とで形成される間隙にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを充填して脱塩室とし、該脱塩室内に被処理水を通過させるとともに、アニオン交換膜とカチオン交換膜を介して、被処理水の流れに対し垂直となる方向に直流電流を作用させ、アニオン交換膜とカチオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に、被処理水に含まれているイオン類を電気的に排除しなから脱イオン水を生成する構成をとるものであれば、どのようなタイプの装置であっても適用し得る。
【００１７】
本発明に使用される膜分離装置としては、逆浸透膜装置が好適している。
【００１８】
逆浸透膜装置は、被処理水より、イオン状物質、溶存有機物、微粒子及び生菌等の大部分を除去することが可能であることから、後段に配置した電気式脱イオン装置への負荷を低減し、該電気式脱イオン装置および炭酸ガス除去手段に対し、その機能を充分に発揮させることができる。
【００１９】
逆浸透膜装置に使用される逆浸透膜としては、例えば酢酸セルロース、脂肪族ポリアミド系あるいは芳香族ポリアミド系、またはこれらの複合系からなる各種の有機高分子膜あるいはセラミック膜等が使用でき、低圧または中圧、超低圧逆浸透膜のいずれも適用することができるが、透過流束の向上に伴う低圧操作が可能なことから、低圧もしくは超低圧逆浸透膜を適用することが好ましい。
【００２０】
また、モジュール形式としては、スパイラル型モジュール、管状型モジュール、中空糸型モジュールあるいは平膜型モジュールが適用でき、特にこれらに限定はされないが、単位容積あたりの膜面積を大きくとれるスパイラル型モジュールがより好ましい。
【００２１】
なお、本発明においては、逆浸透膜装置と電気式脱イオン装置、および電気式脱イオン装置と炭酸ガス除去手段との間に、必要に応じて他の機器を配置するようにしてもよい。また、本発明は、市水、工業用水および河川水等を原水とした脱塩工程に適用できるのはもちろん、各種の酸や塩を含有する工業排水と前記原水との合併脱塩工程にも適用できることはいうまでもない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、各図面において、同一の構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。また、本発明は、その要旨を逸脱しないならば、実施の形態に限定されるものではない。（実施例１及び比較例１）
図１は、実施例１及び比較例１に用いた脱塩装置の構成を示した図である。図１において、符号１は逆浸透膜装置（東レ（株）、SU-720）、符号２及び６は電気式脱イオン装置（IONICS社、EDI-50、処理水量11.4ｍ3 / ｈ、水回収率95％）であり、脱イオン操作は３．５〜５．０アンペアの直流電流を被処理水に作用させることにより行われた。
【００２３】
符号３は、有効膜面積１９．３ｍ2 の脱気膜モジュール（へキスト・インターナショナル東京（株）、リキーセル5PCM−113 ）を充填し、ドライ真空ポンプ（（株）宇野澤組鐵工所、TS075 、1500リットル/min、25Torr）を装備した脱気膜装置である。また、符号４及び７は、電気式脱イオン装置濃縮室からの濃縮水を、濃縮室入口に還流させるための移送ポンプであり、符号５及び８は濃縮水還流ラインへの補給水ラインである。
【００２４】
ここで経路Ａは実施例１における通水経路を示し、経路Ｂは、濃縮水還流ラインに脱気膜装置を設置しない比較例１における通水経路を示している。実施例１及び比較例１では、図１に示した脱塩装置により、２４時間の連続運転を行って厚木市水に対して脱塩処理を行った。
【００２５】
ここで、運転開始２００時間後の実施例１及び比較例１の各ポイント（逆浸透膜装置１の出口、電気式脱イオン装置２及び６の濃縮水入口と処理水出口）における水質を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003957841.tif 000002
表１の結果から明らかなとおり、濃縮水還流ラインに脱気膜装置を設置しない比較例１による処理では、処理水の比抵抗の値が１４．７ＭΩ・ｃｍで、ＣＯ2 濃度が０．１ｐｐｍであったのに対して、濃縮水還流ラインに脱気膜モジュールを設置した実施例１による処理では、処理水の比抵抗の値が１７．５ＭΩ・ｃｍで、ＣＯ2 濃度が＜０．１ｐｐｍと、水質が向上していることが認められた。
【００２７】
（実施例２及び比較例２）
図２は、実施例２及び比較例２に用いた脱塩装置の構成を示した図である。
【００２８】
図２に示したように、実施例２においては、電気式脱イオン装置２の濃縮水還流ライン内に、充填材としてテラレットＳタイプ（日鉄化工機（株））を充填し（充墳径450 ｍｍ、充填層高1800ｍｍ）、ブロア（日立製作所（株）、ＶＢ-030-E）を装備した常圧脱気装置９を配置し、経路Ｃにより実施例１と同様の経路をたどって地下水に対する脱塩処理が実施されるように構成されている。
【００２９】
一方、比較例２においては、電気式脱イオン装置６の濃縮水還流ライン内に、充填材としてテラレットＳタイプ（日鉄化工機（株））を充填し（充填径450 mm、充填層高1800mm）、ブロア（日立製作所（株）、ＶＢ-030-E）を装備した常圧脱気装置１０を配置し、経路Ｄにより地下水が逆浸透膜装置１をバイパスして電気式脱イオン装置６に導入されるように構成されている。
【００３０】
実施例２及び比較例２では、図２に示した脱塩装置により、２４時間の連続運転を行って地下水に対して脱塩処理を行った。
【００３１】
ここで、連転開始２００時間後の実施例２及び比較例２の各ポイント（逆浸透膜装置１の出口、電気式脱イオン装置２及び６の濃縮水入口と処理水出口、及び電気式脱イオン装置６の入口（地下水））における水質を表２に示す。
【００３２】
【表２】
0003957841.tif 000003
表２の結果から明らかなとおり、電気式脱イオン装置の前段に逆浸透膜装置を設置しない比較例２による処理では、処理水の導電率の値が１．７μＳ／ｃｍで、ＣＯ2 濃度が０．３ｐｐｍであったのに対して、電気式脱イオン装置の前段に逆浸透膜装置を設置した実施例２による処理では、処理水の比抵抗の値が１７．１ＭΩ・ｃｍで、ＣＯ2 濃度が＜０．１ｐｐｍと、水質が向上していることが認められた。
【００３３】
【発明の効果】
以上の実施の形態からも明らかなとおり、本願発明の脱塩装置によれば、処理水中の炭酸ガス濃度を非常に低減させることができ、これによってきわめて良好な水質の脱イオン水を効率的にかつ長期間にわたって連続的、安定的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の脱塩装置の一実施の形態を示す系統図である。
【図２】  本発明の脱塩装置の他の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１……逆浸透膜装置、２，６……電気式脱イオン装置、３……脱気膜装置、
４，７……移送ポンプ、５，８……補給水ライン、９，１０……常圧脱気装置
【図１】
0003957841.tif 000004
【図２】
0003957841.tif 000005