(57)【要約】【課題】  繰り返し処理を実施してもイオン除去量が低下せず、冷却塔でのスケール発生を長時間にわたって抑制することができるイオン除去方法を提供する。【解決手段】  イオン吸着電極１０２間に電圧を印加して、被処理水１０８中のイオンをイオン吸着電極に吸着する吸着工程と、イオンを吸着したイオン吸着電極間に、吸着工程とは逆方向の電圧を印加することによって、吸着したイオンを離脱する離脱工程とを１セットとして少なくとも２セット繰り返すとともに、吸着工程毎にイオン吸着電極間に印加する電圧の極性を交互に切り替えるとともに、各離脱工程において印加する電圧の絶対値Ｅ（Ｖ）を次式に示す範囲とする。      １．３３Ｌ/σ≦Ｅ≦５５．５６Ｌ/σ          Ｌ：電極間の距離（ｍ）          σ：被処理水の電導度（Ｓ/ｍ）【選択図】図２
2016215131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対以上のイオン吸着電極間に電圧を印加して、被処理水中のイオンを前記イオン吸着電極に吸着する第１吸着工程と、
前記第１吸着工程で前記イオンを吸着した前記イオン吸着電極間に、前記第１吸着工程とは逆方向の電圧を印加することによって、前記第１吸着工程で吸着した前記イオンを離脱する第１離脱工程と、
前記１対以上のイオン吸着電極間に、前記第１吸着工程とは異なる極性の電圧を印加して、前記被処理水中のイオンを前記イオン吸着電極に吸着する第２吸着工程と、
前記第２吸着工程で前記イオンを吸着した前記イオン吸着電極間に、前記第２吸着工程とは逆方向の電圧を印加することによって、前記第２吸着工程で吸着した前記イオンを離脱する第２離脱工程とを備えるとともに、
前記第１及び第２離脱工程においてそれぞれ印加しかつ前記第１及び第２吸着工程とはそれぞれ逆方向の電圧の絶対値Ｅ（Ｖ）が、次式に示す範囲である、イオン除去方法。
１．３３Ｌ/σ≦Ｅ≦５５．５６Ｌ/σ
Ｌ：前記イオン吸着電極間の距離（ｍ）
σ：前記被処理水の電導度（Ｓ/ｍ）
【請求項２】
前記第１吸着工程と前記第１離脱工程との間又は前記第２吸着工程と前記第２離脱工程との間に、前記イ
オン吸着電極間を短絡する短絡工程をさらに備えて、前記短絡工程で、前記第１又は第２離脱工程前に、前記吸着したイオンの一部を前記イオン吸着電極から離脱させる、請求項１に記載のイオン除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体に含まれるイオンを除去するイオン除去方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今の大量生産、大量消費、及び廃棄の社会経済システムは、生活の豊かさを実現する一方で、資源枯渇の問題を生じさせている。中でも、水資源は人類の生活及び社会環境の維持に不可欠な物質であり、世界的な人口増加による生活用水の困窮は、地球規模での重要課題となっている。また、水は産業の基礎資源として重要であり、今後の水需給の逼迫への対応を勘案すると、工業用水の使用量削減は緊急課題である。
【０００３】
ちなみに、工業用水の使用量の内訳では、冷却塔の冷媒水（循環水）を主体とする冷却及び温調水の占有率が最も高い。冷却塔は、冷凍空調機などの冷媒水を冷却するための設備であり、冷凍機又は製造設備を冷却温調した後の冷媒水（温水）をシャワー状に落下させるとともに外気をブローすることで、冷媒水の一部を効率的に蒸発させ、残りの冷媒水を冷却する。これは、夏場の打ち水で地面が冷えるのと同じ現象を活用したもので、水の気化潜熱を利用して冷媒水を冷却している。そして、冷却した冷媒水で再度冷凍機や製造設備を冷却温調する。
【０００４】
このため、冷却塔を連続運転して冷媒水が継続的に蒸発すると、冷媒水に含まれるカルシウムイオン又はマグネシウムイオンなどのスケール（水垢）成分が濃縮され、溶解度を超えた成分が冷却配管の内面などに析出付着する。スケールは熱伝導率が低いため、冷却配管の内面又は熱交換器に付着すると冷却効率が低下し、エネルギーロスが発生するとともに、冷凍機、空調機、又は製造設備が正常に運転できなくなる。
【０００５】
現状では、スケール対策としては、蒸発水と同量の冷媒水を廃棄（強制排水とも呼ぶ）し、蒸発と廃棄で減少した水量と同量の新水（＝蒸発量＋廃棄量）を補給することで冷媒水中のスケール成分の濃度を下げて、スケール析出を抑制する方法がある。
【０００６】
しかしながら、この方法を実施すると、大量の水が浪費されることになる。
【０００７】
また、スケール防止剤又は殺菌剤を含む化学物資を冷媒水中に添加する方法がある。
【０００８】
しかしながら、この方法では、化学物質を含む冷媒水を廃棄することになり、また、冷却塔の周辺に飛散するエアロゾル（水しぶき）にも化学物質が含まれるため、衛生及び環境保全上の問題がある。
【０００９】
これらの問題に対しては、循環水からイオンを除去することで強制排水が廃止でき、冷却塔での水使用量を削減できる。
【００１０】
一般的に、液中からイオンを分離除去する手段としては、逆浸透法又はイオン交換法が用いられるが、冷却塔への適用に関しては、コスト及び設置規模が過大になるため実用されていない。
【００１１】
一方、高比表面積の活性炭をイオン吸着電極として活用する通液型のイオン除去方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図６は、特許文献１に記載された従来の通液型のイオン除去方法を示す模式図である。図６において、５０は通液型コンデンサを示している。まず、スイッチ５３をオンにして、通液型コンデンサ５０の一対の活性炭電極５４に直流電圧を印加し、切替え弁５１を開の状態とし、切替え弁５２を閉の状態とする。さらに、水質監視装置５６を監視状態にして、補給水供給源５５のポンプを作動させ、補給水を通液型コンデンサ５０に供給する。この段階で、通液型コンデンサ５０はイオン除去工程に入り、通液型コンデンサ５０の一対の活性炭電極５４に不純物であるイオン成分が吸着するため、補給水は、イオン成分が除去された処理水となる。よって、処理水は、処理水流出管２１により流出され、冷却塔の循環水系へ送られる。
【００１２】
この状態が継続すると、一対の活性炭電極５４にイオン成分が徐々に吸着されて飽和状態に近づき、イオン成分除去性能が徐々に低下し、処理水の導電率が上昇していく。水質監視装置５６により測定された導電率が基準値を上回ると、切替え弁５１を閉とし、切替え弁５２を開として、直ちにスイッチ５３をオフして通液型コンデンサ５０への直流電圧の印加を止める。更に、スイッチ５７をオンして、一対の活性炭電極５４間を短絡させ、あるいは直流電源５８を逆方向に接続させ、吸着したイオン成分を一対の活性炭電極５４から離脱させ、一対の活性炭電極５４を再生する。すなわち、通液型コンデンサ５０は、イオン回収工程に入る。また、イオン回収工程においては、通液中の水と一緒に又は別途に純水又は工業用水等の回収用水を通液することにより、イオン成分を回収し、濃縮水排出管２２を通って系外へ排出している。上記イオン除去工程及びイオン回収工程を１サイクルとし、このサイクルを繰り返して行うことにより、補給水からイオン成分を除去すると共に、通液型コンデンサ５０の一対の活性炭電極５４の飽和と再生とを繰り返し行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−１２９５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１のイオン除去方法では、一対の電極を短絡あるいは直流電源を逆方向に接続して、電極に吸着しているイオン成分を離脱させる工程において、イオンが電極中に残留し、さらに、回収処理を繰り返し実施する間に、残留イオン量が増大してしまい、吸着工程で新たに吸着できるイオン量が減少していく。
【００１５】
なお、特許文献１のイオン除去方法で、イオンが電極中に残留する理由は、以下の通りである。
【００１６】
短絡によってイオンを電極から離脱する方法では、水の液抵抗が大きく、さらに、回路抵抗も加わることにより、極間電圧がゼロにならないため、一部のイオンが電極に残留する。
【００１７】
同様に、直流電源を逆方向に接続してイオンを電極から離脱させる方法においては、逆方向の接続での通電時間が短い場合は、電荷が完全に放出できないため、吸着したイオンの一部が電極に残留する。なお、一旦、電極内に残留したイオンは、次の離脱工程では離脱しにくく、電極に蓄積される傾向がある。この理由は、残留したイオンが、活性炭の細孔部分に移行することが原因であると考えられる。
【００１８】
図７は、イオンの吸着と離脱との繰り返しで、電極でのイオンの残留量が徐々に増加し、吸着工程で新たに吸着できるイオン量が減少していく様子を示した模式図である。
【００１９】
一方、直流電源を逆方向に接続してイオンを電極から離脱させる方法において、通電時間が長い場合は、吸着したイオンが電極から離脱した後に、吸着工程で吸着させたイオンと逆の電荷を持つイオンが電極に吸着してしまう。このように、逆の電荷を持つイオンが電極に吸着した場合、次の吸着工程において、直流電源の接続を元の接続に戻した際に、しばらくの間、電極に吸着した逆電荷のイオンが離脱するため、イオン吸着量が少なくなり、イオン除去の効率が低下する。
【００２０】
図８は、吸着工程で吸着させたイオンと逆の電荷を持つイオンが電極に吸着した場合に、イオン除去の効率が低下していく様子を示した模式図である。吸着工程１で吸着したイオンを離脱させるよりも大きな電荷を離脱工程１で印加すると、逆電荷のイオンが吸着して電極に残留する。次の吸着工程２で、吸着工程１と同じ条件で電圧を印加すると、電極に残留している逆電荷のイオンを離脱した後に、イオン吸着が始まる。このとき、逆電荷のイオンの離脱にも電気エネルギーが使用されるため、吸着工程２のイオン吸着量は、吸着工程１よりも小さくなる。同様に、離脱工程２、吸着工程３と吸着と離脱とを繰り返すことで、イオン吸着量は徐々に小さくなっていく。
【００２１】
このように、従来のイオン除去方法では、処理開始直後は所望のイオン除去量が確保できても、繰り返し処理することでイオンの吸着量が徐々に減少し、所望のイオン除去量が維持できない。そのために、冷却塔の冷媒水のイオン除去用途に適用すると、導入直後は冷媒水のイオン濃度の上昇を抑制できるが、イオン濃度が徐々に上昇し、スケールが発生するという課題を有している。
【００２２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、繰り返し処理を実施してもイオン除去量が低下することがないイオン除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかるイオン除去方法は、１対以上のイオン吸着電極間に電圧を印加して、被処理水中のイオンを前記イオン吸着電極に吸着する第１吸着工程と、
前記第１吸着工程で前記イオンを吸着した前記イオン吸着電極間に、前記第１吸着工程とは逆方向の電圧を印加することによって、前記第１吸着工程で吸着した前記イオンを離脱する第１離脱工程と、
前記１対以上のイオン吸着電極間に、前記第１吸着工程とは異なる極性の電圧を印加して、前記被処理水中のイオンを前記イオン吸着電極に吸着する第２吸着工程と、
前記第２吸着工程で前記イオンを吸着した前記イオン吸着電極間に、前記第２吸着工程とは逆方向の電圧を印加することによって、前記第２吸着工程で吸着した前記イオンを離脱する第２離脱工程とを備えるとともに、
前記第１及び第２離脱工程においてそれぞれ印加しかつ前記第１及び第２吸着工程とはそれぞれ逆方向の電圧の絶対値Ｅ（Ｖ）が、次式に示す範囲である。
【００２４】
１．３３Ｌ/σ≦Ｅ≦５５．５６Ｌ/σ                ・・・・・・・（式１）
Ｌ：前記イオン吸着電極間の距離（ｍ）
σ：前記被処理水の電導度（Ｓ/ｍ）
本発明の別の態様にかかるイオン除去方法は、前記第１吸着工程と前記第１離脱工程との間又は前記第２吸着工程と前記第２離脱工程との間に、前記イオン吸着電極間を短絡する短絡工程をさらに備えて、前記短絡工程で、前記第１又は第２離脱工程前に、前記吸着したイオンの一部を前記イオン吸着電極から離脱させる。
【発明の効果】
【００２５】
したがって、本発明の前記態様にかかるイオン除去方法によれば、電極に吸着しているイオン成分を離脱させるイオン離脱工程において、イオンが電極中に残留することを効果的に抑制できて、繰り返し処理を実施してもイオン除去量が低下しにくくなり、例えば冷却塔でのスケール発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１及び第２実施形態におけるイオン除去装置の構成図
【図２】本発明の第１実施形態におけるイオン除去装置の動作であるイオン除去方法を示すフローチャート
【図３】本発明の第１実施形態のイオン離脱量とイオン吸着量の関係図
【図４】本発明の第１実施形態の電流密度とイオン離脱量の関係図
【図５】本発明の第２実施形態におけるイオン除去装置の動作であるイオン除去方法を示すフローチャート
【図６】従来のイオン除去方法を示す模式図
【図７】従来のイオン除去方法におけるイオン除去量とイオン残留量の模式図
【図８】従来のイオン除去方法におけるイオン除去量とイオン残留量の模式図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかるイオン除去方法を実施するイオン除去装置の構成図で、以下に、イオン除去装置の構成を説明する。
【００２９】
通液型コンデンサ１０１としては、一例として活性炭から成る一対の活性炭電極１０２を２個備えて直列に接続している。活性炭電極１０２は、イオン吸着電極の一例である。２個の通液型コンデンサ１０１は、一対の活性炭電極１０２のうちの一方の活性炭電極１０２同士が直列的に接続され、他方の活性炭電極１０２同士が直列的に接続されている。直流電源１０３に対して、１個の短絡用スイッチ１０４と、２個の極性切替用スイッチ１０４とで構成される３個のスイッチ１０４が備えられている。よって、直流電源１０３及び３個のスイッチ１０４の組合せ操作により、各一対の活性炭電極１０２に直流電圧を印加したり、印加する電圧の極性を入れ替えたり、又は、短絡したりする。例えば、図１に示すように、上端のスイッチ１０４を下側の接点に接続し、下端のスイッチ１０４も下側の接点に接続し、中間のスイッチ１０４を接点から離して接続しないようにすれば、直流電源１０３の正極と各一対の活性炭電極１０２のうちの左側の電極とを接続し、直流電源１０３の負極と各一対の活性炭電極１０２のうちの右側の電極とを接続して、各一対の活性炭電極１０２に直流電圧を印加することができる。上端のスイッチ１０４と下端のスイッチ１０４とで接点を逆に接続すれば、印加する電圧の極性を入れ替えることができる。また、いずれかの極性の接続で直流電圧を印加中に中間のスイッチ１０４を接点に接続すれば、各一対の活性炭電極１０２間で短絡させることができる。
【００３０】
各一対の活性炭電極１０２間は、所定間隔をあけた空間となっており、ポンプ１０５での圧力により被処理水１０８が通過するように構成されている。
【００３１】
また、制御装置１００を備えて、制御装置１００が、直流電源１０３と、３個のスイッチ１０４と、ポンプ１０５と、電磁バルブ１０６と、電磁バルブ１０７と、処理水評価ユニット１１０とに接続されて、処理水評価ユニット１１０からの情報又は内蔵タイマの時間情報などに基づき、直流電源１０３と３個のスイッチ１０４とポンプ１０５と電磁バルブ１０６と電磁バルブ１０７とをそれぞれ個別に動作制御して、イオン除去方法を自動的に実施できるようにしている。また、後述するクーロンメーターなども制御装置１００に接続して、動作制御に利用することができる。
【００３２】
イオン除去処理開始時には、ポンプ１０５を作動させ、電磁バルブ１０６を開の状態にし、電磁バルブ１０７を閉の状態にして、被処理水１０８を被処理水槽１１３から２個の通液型コンデンサ１０１に通水する。
【００３３】
被処理水１０８を２個の通液型コンデンサ１０１に通水中に、２個の通液型コンデンサ１０１の各一対の活性炭電極１０２に直流電圧を印加することで、被処理水１０８に含まれるイオンを各一対の活性炭電極１０２に吸着させることができる。被処理水１０８が２個の通液型コンデンサ１０１を通過する間に被処理水１０８からイオンが除去された処理水１０９は、処理水評価ユニット１１０を通って処理水槽１１４に溜まる。処理水評価ユニット１１０には、電導度計を備えており、処理水１０９の電導度を測定して、所定の電導度までイオン除去処理がされているか否かを判定可能なようにしている。
【００３４】
各一対の活性炭電極１０２に吸着したイオンの離脱は、以下のようにして行う。
【００３５】
まず、ポンプ１０５を停止させ、電磁バルブ１０６及び１０７を閉の状態にする。
【００３６】
次いで、直流電源１０３及び３個のスイッチ１０４により、各一対の活性炭電極１０２を短絡、あるいは直流電源１０３をイオンの吸着時とは逆の極性で各一対の活性炭電極１０２に接続することで、各一対の活性炭電極１０２に吸着したイオンを、各一対の活性炭電極１０２から離脱できる。ここで離脱したイオンは、被処理水１０８中に放たれ、電磁バルブ１０７を開けると、濃縮水１１１が濃縮水槽１１５に溜まる。
【００３７】
なお、第１実施形態では、一対の活性炭電極１０２を有する通液型コンデンサ１０１を２個としたが、その個数は要求される処理量に応じて決定すれば良い。処理量が少ない場合は１個の通液型コンデンサ１０１でも良く、処理量が多い場合は３個以上の通液型コンデンサ１０１を設置すれば良いことは言うまでもない。
【００３８】
また、第１実施形態では、一対の活性炭電極１０２を有する通液型コンデンサ１０１を２個、直列に接続しているが、所望する処理の形態によって、並列に接続しても良い。
【００３９】
次に、図１のイオン除去装置のイオン除去動作について、図２のフローチャートに則って説明する。
【００４０】
ステップＳ１の通水工程では、ポンプ１０５を作動させ、電磁バルブ１０６を開の状態にし、電磁バルブ１０７を閉の状態にして、かつ、一対の活性炭電極１０２には電圧を印加しない状態で、被処理水１０８を通液型コンデンサ１０１に通水する。例えば、流速１００ｍＬ／分程度で、約５秒間通水すると、系内（例えば、通液型コンデンサ１０１内、接続管内など）の気泡を脱泡することができる。
【００４１】
次いで、ステップＳ２の第１イオン吸着工程（第１吸着工程）では、ステップＳ１の通水状態で、各一対の活性炭電極１０２に直流電圧を例えば２００秒印加し、被処理水１０８に含まれるイオンを各一対の活性炭電極１０２に吸着させる。また、被処理水１０８からイオンが除去された処理水１０９は、処理水評価ユニット１１０を通して処理水槽１１４に回収する。このとき、処理水評価ユニット１１０では、電導度計で処理水１０９の電導度を測定して、測定値を制御装置１００に入力している。
【００４２】
次いで、ステップＳ３の第１イオン離脱工程（第１離脱工程）では、ポンプ１０５を停止させ、電磁バルブ１０６及び１０７を閉の状態にして、３個のスイッチ１０４の組合せ操作により、ステップＳ２とは逆方向に直流電源１０３を各一対の活性炭電極１０２に接続することで、各一対の活性炭電極１０２に吸着したイオンを各一対の活性炭電極１０２から離脱する。なお、電荷量は、必要に応じてクーロンメーターを用いて測定する。
【００４３】
次いで、ステップＳ４の排水工程では、電磁バルブ１０７を開き、濃縮水１１１を自然落流させ、濃縮水槽１１５に回収する。このとき、各一対の活性炭電極１０２には電圧を印加しない状態にする。
【００４４】
次いで、ステップＳ５の通水工程では、ステップＳ１と同様に、ポンプ１０５を作動させ、電磁バルブ１０６を開の状態にし、電磁バルブ１０７を閉の状態にして、かつ、各一対の活性炭電極１０２には電圧を印加しない状態で、被処理水１０８を通液型コンデンサ１０１に通水する。例えば、ステップＳ１と同様に、流速１００ｍＬ／分程度で、約５秒間通水すると、系内の気泡を脱泡することができる。
【００４５】
次いで、ステップＳ６の第２イオン吸着工程（第２吸着工程）では、ステップＳ５の通水状態で、直流電源１０３をステップＳ３と同じ方向に接続することで各一対の活性炭電極１０２に電圧を例えば２００秒印加し、被処理水１０８に含まれるイオンを各一対の活性炭電極１０２に吸着させる。また、被処理水１０８からイオンが除去された処理水１０９は、処理水評価ユニット１１０を通して処理水槽１１４に回収する。このとき、処理水評価ユニット１１０では、電導度計で処理水１０９の電導度を測定して、測定値を制御装置１００に入力している。
【００４６】
次いで、ステップＳ７の第２イオン離脱工程（第２離脱工程）では、ポンプ１０５を停止させ、電磁バルブ１０６及び１０７を閉の状態にして、直流電源１０３をステップＳ６と逆の方向に接続することで各一対の活性炭電極１０２に電圧を印加し、吸着したイオンを離脱する。
【００４７】
次いで、ステップＳ８の排水工程では、電磁バルブ１０７を開き、濃縮水１１１を自然落流させ、濃縮水槽１１５に回収する。このとき、各一対の活性炭電極１０２には電圧を印加しない状態にする。
【００４８】
ステップＳ８の終了後、イオン除去処理を継続する場合は、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降のプロセスを繰り返し実施する。イオン除去処理を継続しない場合は、イオン除去動作を終了する。
【００４９】
次に、本発明の第１実施形態について、実施例を挙げて更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を限定するものではない。
【００５０】
各一対の活性炭電極１０２には、ヤシガラ活性炭を主原料とし、炭素繊維及びバインダー加えて湿式抄紙したシート材料を７０ｍｍ×９０ｍｍに割断して用いた。各一対の活性炭電極１０２間には、スペーサとしてメッシュ状の樹脂シートを配置し、各電極１０２間の距離を規制するとともに通水性を確保した。また、被処理水１０８は、工業用水を濃縮又は希釈して所望の電導度に調整した。被処理水１０８と処理水１０９と濃縮水１１１とのそれぞれの電導度を堀場製作所製の電導度計Ｄ−７４を用いて測定した。
【００５１】
また、２個の通液型コンデンサ１０１での一対の活性炭電極１０２でのイオン吸着量は、被処理水１０８の電導度σ０と処理水１０９の電導度σ１の差及び処理流量Ｖ１から（σ０−σ１）・Ｖ１で評価した。また、イオン離脱量は、被処理水１０８の電導度σ０と濃縮水１１１の電導度σ２との差及び濃縮水の排出量Ｖ２から（σ２−σ０）・Ｖ２で評価した。
【００５２】
表１は、一対の活性炭電極１０２の電極間の距離、被処理水１０８の電導度及び電極に吸着したイオンを離脱するときの電圧の条件を種々の組合せで設定し、図２のプロセスフローでイオン除去処理を繰り返し実施した時の処理条件とイオン除去性能の一覧表である。
【００５３】
【表１】
2016215131.tif 000003
【００５４】
なお、一対の活性炭電極１０２間の距離Ｌは、固定であるが、０．５４ｍｍに固定した例と、１．５ｍｍに固定した例とについて実験を行った。
【００５５】
イオン除去性能は、１回目のイオン除去処理におけるイオン吸着量（Ａ１）に対するイオン離脱量（Ｄ１）の比率（Ｄ１／Ａ１）［％］、及び１回目のイオン除去処理におけるイオン吸着量（Ａ１）に対する１００回目のイオン除去処理におけるイオン吸着量（Ａ１００）の比率（Ａ１００／Ａ１）［％］を表記した。また、表１には、次式で示される電圧印加時の電流密度Ｊ及び極間液抵抗Ｒを併記している。
【００５６】
Ｊ＝Ｅ・σ/Ｌ                ・・・・・・・（式２）
Ｒ＝Ｌ/Ｓ/σ                ・・・・・・・（式３）
Ｊ：電流密度（Ａ/ｍ２）
Ｒ：極間液抵抗（Ω）
Ｅ：極間電圧（Ｖ）
σ：被処理水の電導度（Ｓ/ｍ）
Ｌ：電極間の距離（ｍ）
Ｓ：電極面積（ｍ２）
図３は、表１における、１回目のイオン除去処理におけるイオン吸着量（Ａ１）に対するイオン離脱量（Ｄ１）の比率（Ｄ１／Ａ１）と１回目のイオン除去処理におけるイオン吸着量（Ａ１）に対する１００回目のイオン除去処理におけるイオン吸着量（Ａ１００／Ａ１）との関係を示している。初回のイオン離脱量が大きいほど、１００回目のイオン吸着性能が高く、イオン吸着性能の維持には、吸着したイオンを確実に離脱させることが重要であることがわかった。
【００５７】
図４は、表１における電流密度Ｊと１回目のイオン除去処理におけるイオン吸着量（Ａ１）に対するイオン離脱量（Ｄ１）の比率（Ｄ１／Ａ１）との関係を示している。イオン離脱の負荷電流密度Ｊが、１．３３Ａ/ｍ２以上及び５５．５６Ａ/ｍ２以下のときに比率（Ｄ１／Ａ１）が０．８％以上と高い値を示した。図３の結果も踏まえると、イオン離脱の負荷電流密度Ｊを１．３３Ａ/ｍ２から５５．５６Ａ/ｍ２に設定することで、０．８％以上の高いイオン吸着性能の維持率が得られる。
【００５８】
したがって、式２を参照すると、イオン離脱時の印加電圧Ｅは、電極間の距離Ｌ及び被処理水の電導度σによって
１．３３Ｌ/σ≦Ｅ≦５５．５６Ｌ/σ                ・・・・・・・（式１）
とするのが好ましい。
【００５９】
なお、イオン離脱時に電圧Ｅが式１を満たすようにするためには、電極間の距離Ｌが固定値であることから、処理水評価ユニット１１０の電導度計で測定した処理水１０９の電導度を基に、電圧Ｅを変える必要がある。このため、直流電源１０３は電圧可変式の直流電源であり、電圧を可変にしている。
【００６０】
よって、このように電圧Ｅを変える場合のために、以下のように構成している。
【００６１】
まず、制御装置１００は、第１演算部１００ａと、判定部１００ｂと、第２演算部１００ｃと、記憶部１００ｄを備えている。
【００６２】
記憶部１００ｄには、式１と、各工程での情報（例えば、処理時間、電導度、極性、電圧値、下記の判定及び演算結果など）を記憶している。
【００６３】
第１演算部１００ａでは、電導度計で測定した処理水１０９の電導度σから、最低値１．３３Ｌ/σと最高値５５．５６Ｌ/σとをそれぞれ算出して、判定部１００ｂに出力する。
【００６４】
判定部１００ｂでは、予め設定された初期値としてのイオン離脱時の電圧Ｅｒ１で、１．３３Ｌ/σ≦Ｅｒ１≦５５．５６Ｌ/σが成立するか否か判定する。Ｙｅｓなら、その電圧Ｅｒ１でイオン離脱を継続する。もし、Ｎｏなら、以下の動作を行う。
【００６５】
第２演算部１００ｃでは、判定部１００ｂで前記式が成立しなかったとき（Ｎｏ）、前記式が成立する訂正電圧Ｅｃ１を求め、直流電源１０３では、電圧Ｅｒ１に代えて訂正電圧Ｅｃ１でイオン離脱工程を継続する。
【００６６】
なお、イオン離脱の負荷電流密度Ｊが１．３３Ａ/ｍ２より小さい場合に、比率（Ｄ１／Ａ１）［％］が小さくなったのは、電気エネルギーが不足していたためと考えられる。また、イオン離脱の負荷電流密度Ｊが５５．５６Ａ/ｍ２よりも大きい場合に、比率（Ｄ１／Ａ１）［％］が小さくなったのは、吸着したイオンの離脱よりも、吸着したイオンと逆の電荷を持つイオンが各一対の活性炭電極１０２に優先的に吸着されてしまったためと考えられる。
【００６７】
次に、本発明の第１実施形態にかかるイオン除去方法により、実際の冷却塔でのスケール抑制効果を確認した。対象の冷却塔として、空研工業株式会社製ＳＫＳ−５Ｎ（５冷凍トン）を選定した。
【００６８】
図１のイオン除去装置を用いて、図２のプロセスフローで、その他の条件は、イオンの吸着工程の印加電圧の絶対値１．２Ｖ、イオンの離脱工程での印加電圧の絶対値０．１Ｖ、極間距離１．５ｍｍ、冷却塔の循環水の液電導度の設定を２０ｍＳ／ｍとした。３週間の連続運転を実施した結果、通常の強制排水なしでも、冷却塔の循環水の電導度は２０±１ｍＳ／ｍで推移し、スケールの発生も認められなかった。
【００６９】
従って、第１実施形態によれば、イオン吸着工程とイオン離脱工程とを１セットとし、少なくとも２セット行うとともに、両セットのイオン吸着工程での印加電圧の極性を異ならせるとともに、イオン離脱時の印加電圧Ｅを、電極間の距離Ｌ及び被処理水の電導度σによって１．３３Ｌ/σ≦Ｅ≦５５．５６Ｌ/σとしている。このような構成によれば、一対の活性炭電極１０２に吸着しているイオン成分を離脱させるイオン離脱工程において、イオンが一対の活性炭電極１０２中に残留することを効果的に抑制できて、繰り返し処理を実施しても、イオン除去量が低下せず、例えば冷却塔でのスケール発生を長時間にわたって抑制することができる。
【００７０】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態のイオン除去方法を示すフローチャートである。図５において、図１及び図２と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明を省略する。第２実施形態のイオン除去方法も、図１のイオン除去装置で実施することができる。
【００７１】
図５のフローチャートは、図２と同様に、一連の吸着工程と離脱工程とを含むが、図２と異なる点は、イオンの吸着工程とイオンの離脱工程との間に、スイッチ１０４の操作により各一対の活性炭電極間を短絡する短絡工程（ステップＳ２Ａ及びステップＳ６Ａ）を設けて、イオンの離脱の初期段階を穏やかに進行させていることである。短絡工程は、図５に示すように、イオン吸着工程とイオン離脱工程との間に必ず設けてもよいし、又は、第１イオン吸着工程と第１イオン離脱工程との間では設けるが、第２イオン吸着工程と第２イオン離脱工程との間では省略するなどしてもよい。
【００７２】
表２は、各一対の活性炭電極間を短絡する工程を設けた場合と設けない場合との吸着性能を示している。なお、短絡処理は１００秒間行った。短絡処理の時間は、イオン除去装置の仕様又は能力に応じて異なる。
【００７３】
【表２】
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【００７４】
吸着工程と離脱工程との間に短絡工程を設けることにより、１サイクル目のイオンの離脱量が増大し、１００回目のイオン吸着性能が高くなった。
【００７５】
前記第２実施形態によれば、吸着工程と離脱工程との間に短絡工程を設けることにより、１サイクル目のイオンの離脱量を増大させ、１００回目のイオン吸着性能を高くすることができる。よって、一対の活性炭電極１０２に吸着しているイオン成分を離脱させる工程において、イオンが電極中に残留することをさらに効果的に抑制することができて、繰り返し処理を実施してもイオン除去量がさらに低下しにくくすることができる。
【００７６】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明によれば、電極に吸着しているイオン成分を離脱させる工程において、イオンが電極中に残留するのを抑制でき、それによって、繰り返し処理を実施してもイオン除去量が低下しにくいイオン除去方法を提供することができる。また、そのようなイオン除去方法によって、例えば冷却塔でのスケール発生を抑制できる。
【符号の説明】
【００７８】
１００    制御装置
１０１    通液型コンデンサ
１０２    一対の活性炭電極
１０３    直流電源
１０４    スイッチ
１０５    ポンプ
１０６    電磁バルブ
１０７    電磁バルブ
１０８    被処理水
１０９    処理水
１１０    処理水評価ユニット
１１１    濃縮水
１１３    被処理水槽
１１４    処理水槽
１１５    濃縮水槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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