(57)【要約】【課題】省電力かつ安定電圧で、脱イオン水の製造が行えるＥＤＩを目的とする。さらに、安定的に高い水質を得ることができるＥＤＩを目的とする。【解決手段】本発明のＥＤＩは、一側のカチオン交換膜３２と、他側のアニオン交換膜３６とで区画される空間にイオン交換体が充填されて脱塩室４０が設けられ、前記脱塩室４０には、前記カチオン交換膜３２と前記アニオン交換膜３６との間に配置された中間イオン交換膜３４によって、脱塩室４０の厚さ方向に多段に区画された小脱塩室４２、４４が形成され、前記カチオン交換膜３２、または、前記アニオン交換膜３６を介して、前記脱塩室４０の両側に濃縮室２２が設けられ、前記脱塩室４０と前記濃縮室２２とが、陽極１６を備えた陽極室１８と、陰極１２を備えた陰極室１４との間に配置され、前記中間イオン交換膜３４を介して隣接する小脱塩室４２、４４の被処理水の流れ方向が、向流であることよりなる。【選択図】図２
2009208046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側のカチオン交換膜と、他側のアニオン交換膜とで区画される空間にイオン交換体が充填されて脱塩室が設けられ、
前記脱塩室には、前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜との間に配置された中間イオン交換膜によって、脱塩室の厚さ方向に多段に区画された小脱塩室が形成され、
前記カチオン交換膜、または、前記アニオン交換膜を介して、前記脱塩室の両側に濃縮室が設けられ、
前記脱塩室と前記濃縮室とが、陽極を備えた陽極室と、陰極を備えた陰極室との間に配置され、
前記中間イオン交換膜を介して隣接する各小脱塩室の被処理水の流れ方向が、向流である電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記濃縮室には、イオン交換体が充填されていることを特徴とする、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記濃縮室は、前記アニオン交換膜に接してアニオン交換体が充填されたアニオン交換体層を有することを特徴とする、請求項２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
被処理水が任意の前記小脱塩室から、他の前記小脱塩室に流通するように制御されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記陽極室と前記陰極室との間に、２以上の前記脱塩室が前記濃縮室を介して配置され、
任意の脱塩室における、アニオン交換膜と中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室と、濃縮室を介して隣接する他の脱塩室における、アニオン交換膜と中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室とで、被処理水の流れ方向が向流であり、
かつ、任意の脱塩室における、カチオン交換膜と中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室と、濃縮室を介して隣接する他の脱塩室における、カチオン交換膜と中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室とで、被処理水の流れ方向が向流であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記濃縮室の濃縮水の流れ方向は、前記濃縮室に隣接する前記小脱塩室の内、より後段の小脱塩室の被処理水の流れ方向の向流であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室に、充填されている前記イオン交換体は、アニオン交換体の体積比率が５０〜１００％であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項８】
前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室に、充填されている前記イオン交換体は、カチオン交換体の体積比率が５０〜１００％であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項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】
本発明は電気式脱イオン水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脱イオン水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水して脱イオンを行う方法が知られている。しかし、この方法ではイオン交換樹脂が飽和したときに、薬剤によって再生を行う必要がある。近年、このような処理操作上の不利な点を解消するため、薬剤による再生が不要な電気式脱イオン装置（以下、ＥＤＩという）が実用化されている。
ＥＤＩは、電気泳動と電気透析とを組み合わせた純水製造装置である。ＥＤＩは、アニオン交換膜とカチオン交換膜との間にイオン交換体を充填し、イオン交換膜の外側に陽極と陰極の電極を配置した装置である。ＥＤＩによる脱イオン水の製造方法は、前記電極に直流電圧を印加した状態でイオン交換体層に被処理水を通水することにより、被処理水中のイオン成分をイオン交換体で吸着し、電気泳動にて膜面までイオンを泳動させ、イオン交換膜にて電気透析して濃縮水中へと除去するものである。  
【０００３】
従来、ＥＤＩを使用して被処理水中の不純物イオンを省電力で除去するために、ＥＤＩの電気抵抗を低減する種々の試みがなされている。例えば、濃縮水に電解質を添加して、濃縮室における電気抵抗を低減する方法が開示されている（例えば、特許文献１）。また、濃縮水の循環によって導電率の上昇を促進し、濃縮室の電気抵抗を低減する方法、さらにＥＤＩの構造を抜本的に改善し、脱塩室１つあたりの濃縮室の数を従来の約半分にし、ＥＤＩの電気抵抗を著しく低減する方法が開示されている（例えば、特許文献２）。
さらに、濃縮室にイオン交換体を充填することで、濃縮室におけるスケールの生成を抑制するＥＤＩが開示されており（例えば、特許文献３）、ＥＤＩへ供給される被処理水に含まれるイオン成分の濃度（イオン負荷）の許容範囲が高まる傾向にある。
【特許文献１】特許第３６４４７５９号公報
【特許文献２】特許第３３８５５５３号公報
【特許文献３】特開２００４−３５８４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、被処理水のイオン負荷が増加するに伴い、定電流運転において、運転電圧が経時的に上昇するという問題があった。著しい運転電圧の上昇は、ＥＤＩの電源の能力を早期に超え、電流の低下が起きる場合があり、この場合には定電流運転が行えず、水質の早期低下、あるいは脱イオンモジュールの早期交換が必要となるという問題があった。また、更なる水質の向上と安定とが求められていた。
本発明は、省電力かつ安定電圧で、脱イオン水の製造が行えるＥＤＩを目的とする。さらに、安定的に高い水質を得ることができるＥＤＩを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、従来のＥＤＩにおける電圧上昇の原因について鋭意検討した。その結果、脱イオン水の製造を継続すると、イオン吸着帯の形成により電流密度の不均一化が生じ、ＥＤＩの運転電圧の上昇を招くとの知見を得た。この現象について、アニオン交換膜とカチオン交換膜との間に、中間イオン交換膜を配置し、脱塩室に複数の小脱塩室を形成させた従来のＥＤＩ（脱塩室複数セル型のＥＤＩ）を例にして、電圧上昇の機構について以下に説明する。
図８は、従来のＥＤＩの脱イオンモジュール２３０における電流の流れ方向を示す模式図である。図８に示すように、脱イオンモジュール２３０は、陰極側にカチオン交換膜２３２が配置され、陽極側にアニオン交換膜２３６が配置され、カチオン交換膜２３２とアニオン交換膜２３６とが対向して形成された空間にイオン交換体が充填され、脱塩室２４０が形成されている。そして、カチオン交換膜２３２とアニオン交換膜２３６との中間に、中間イオン交換膜２３４が配置されて、脱塩室２４０が二分され、小脱塩室２４２と小脱塩室２４４とが形成されている。
脱イオン水の製造においては、被処理水は、流れ方向ａ１で小脱塩室２４４に流通し、この間、主にアニオン成分が除去される。また、被処理水は、流れ方向ａ２で小脱塩室２４２を流通し、この間、主にカチオン成分が除去される。
【０００６】
ここで、被処理水中のイオン成分の除去は、主に脱塩室の上流側で行われる。従って、脱イオンモジュール２３０では、主に小脱塩室２４２、２４４の上流側でイオン成分の除去が行われる。脱イオン水の製造を継続すると、各小脱塩室のイオン交換体は、上流側から徐々にイオン交換機能を発揮しなくなり、イオン交換が行われ難い層であるイオン吸着帯２４３ｂ、２４５ｂが形成される。そして、経時的に、前記イオン吸着帯２４３ｂ、２４５ｂは、上流側から下流側に向かって拡大する。従来のＥＤＩでは、小脱塩室２４２、２４４の被処理水の流れ方向が同じであるため、図８に示すように、電流の流れ方向から見て、イオン吸着帯２４３ｂ、２４５ｂが形成された上流側の領域と、イオン吸着帯が形成されていない下流側の領域２４３ａ、２４５ａとが存在することとなる。そして、電流は電気抵抗の大きいイオン吸着帯２４３ｂ、２４５ｂを避けて、流れ方向ｅ１〜ｅ６のように流れるため、電流密度は下流側の領域に集中して不均一化し、通電面積が縮小する。通電面積の縮小は、脱塩室２４０での被処理水中のイオン成分に対する電流効率の低下を引き起こし、運転電圧の上昇の一因となる。
本発明は以上の知見を基になされたものである。
【０００７】
すなわち本発明のＥＤＩは、一側のカチオン交換膜と、他側のアニオン交換膜とで区画される空間にイオン交換体が充填されて脱塩室が設けられ、前記脱塩室には、前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜との間に配置された中間イオン交換膜によって、脱塩室の厚さ方向に多段に区画された小脱塩室が形成され、前記カチオン交換膜および前記アニオン交換膜を介して、前記脱塩室の両側に濃縮室が設けられ、前記脱塩室と前記濃縮室とが、陽極を備えた陽極室と、陰極を備えた陰極室との間に配置され、前記中間イオン交換膜を介して隣接する各小脱塩室の被処理水の流れ方向が、向流であることを特徴とする。
【０００８】
本発明のＥＤＩは、前記濃縮室には、イオン交換体が充填されていることが好ましく、前記濃縮室は、前記アニオン交換膜に接してアニオン交換体が充填されたアニオン交換体層を有することが好ましい。
本発明のＥＤＩは、被処理水が任意の前記小脱塩室から、他の前記小脱塩室に流通するように制御されていることが好ましい。
本発明のＥＤＩは、前記陽極室と前記陰極室との間に、２以上の前記脱塩室が前記濃縮室を介して配置され、任意の脱塩室における、アニオン交換膜と中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室と、濃縮室を介して隣接する他の脱塩室における、アニオン交換膜と中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室とで、被処理水の流れ方向が向流であり、かつ、任意の脱塩室における、カチオン交換膜と中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室と、濃縮室を介して隣接する他の脱塩室における、カチオン交換膜と中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室とで、被処理水の流れ方向が向流であっても良い。
本発明のＥＤＩは、前記濃縮室の濃縮水の流れ方向は、前記濃縮室に隣接する前記小脱塩室の内、より後段の小脱塩室の被処理水の流れ方向の向流であることが好ましい。
本発明のＥＤＩは、前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室に充填されている前記イオン交換体は、アニオン交換体の体積比率が５０〜１００％であっても良く、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜とで区画されて形成されている小脱塩室に充填されている前記イオン交換体は、カチオン交換体の体積比率が５０〜１００％であっても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＥＤＩによれば、省電力かつ安定電圧で、脱イオン水の製造を行うことができる。さらに、安定的に高い水質を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のＥＤＩは、脱塩室複数セル型のＥＤＩであって、中間イオン交換膜を介して隣接する各小脱塩室の被処理水の流れ方向が、向流であるＥＤＩである。
本発明のＥＤＩにおける、電流密度の均一化の原理について、図１を用いて説明する。図１は、本発明のＥＤＩに使用される脱イオンモジュール３０における電流の流れ方向を示す模式図である。図１に示すとおり、脱イオンモジュール３０は、陰極側にカチオン交換膜３２が配置され、陽極側にアニオン交換膜３６が配置され、カチオン交換膜３２とアニオン交換膜３６とが対向して形成された空間にイオン交換体が充填され、脱塩室４０が形成されている。そして、カチオン交換膜３２とアニオン交換膜３６との中間に、中間イオン交換膜３４が配置されて、脱塩室４０が二分され、小脱塩室４２と小脱塩室４４とが形成されている。
【００１１】
脱イオン水の製造において、被処理水は、流れ方向Ａ１で小脱塩室４４を流通する。この間、被処理水は、主にアニオン成分が除去され、除去されたアニオン成分は陽極側に引き寄せられ、アニオン交換膜３６を透過して、小脱塩室４４から排除される。一方、被処理水は、流れ方向Ａ２で小脱塩室４２を流通する。この間、被処理水は、主にカチオン成分が除去され、除去されたカチオン成分は、陰極側に引き寄せられ、カチオン交換膜３２を透過して、小脱塩室４２から排除される。こうして、被処理水は、イオン成分が除去されて、脱イオン水となる。
【００１２】
上述のような脱イオン水の製造を継続すると、小脱塩室４２の上流側にイオン吸着帯４３ｂが形成され、同様に小脱塩室４４の上流側にイオン吸着帯４５ｂが形成される。イオン吸着帯４３ｂ、４５ｂは、脱イオン水の製造により、経時的に下流方向へ拡大する。ここで、小脱塩室４４における被処理水の流れ方向Ａ１と、小脱塩室４４と中間イオン交換膜３４を介して隣接する小脱塩室４２における被処理水の流れ方向Ａ２は向流となっている。このため、イオン吸着帯４３ｂは流れ方向Ａ２の方向に拡大し、イオン吸着帯４５ｂは流れ方向Ａ１の方向に拡大するので、脱イオンモジュール３０では、イオン吸着帯４３ｂ、４５ｂの位置は、図１の上下方向に分配される。一方、前述のように従来型のＥＤＩでは、全ての小脱塩室において、同じ側にイオン吸着帯が形成されるため、電流の流れ方向から見て、脱塩室２４０の厚さ方向の全てにイオン吸着帯が形成された領域が存在することとなる（図８）。
本発明においては、図１に示すとおり、イオン吸着帯４３ｂ、４５ｂが形成された領域と、イオン吸着帯が形成されていない領域４３ａ、４５ａとの領域とが、電流の流れ方向から見て重なるため、電流の流れやすさの差異が小さくなり、ＥＤＩ運転時に、流れ方向Ｅ１〜Ｅ６のように電流が流れ、均一な電流密度が維持できる。この結果、低電圧、かつ、安定電圧で脱イオン水を製造することができる。
【００１３】
本発明のＥＤＩについて、例を挙げて説明するが、本実施形態に限定されるものではない。
（第１の実施形態）
本発明のＥＤＩの第１の実施形態について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態のＥＤＩ１０の断面図である。
図２に示すとおり、ＥＤＩ１０は陰極室１４と陽極室１８との間に、複数の脱イオンモジュール３０が、濃縮室２２に挟持されて配置されている。
脱イオンモジュール３０は、カチオン交換膜３２と、枠体３３と、中間イオン交換膜３４と、枠体３５と、アニオン交換膜３６とが、陰極１２側から順に配置されている。枠体３３の開口部には、イオン交換体が充填されて、小脱塩室４２が形成され、枠体３５の開口部には、イオン交換体が充填されて小脱塩室４４が形成されている。そして、小脱塩室４２と小脱塩室４４とで、脱塩室４０を構成している。こうして、脱塩室４０は、中間イオン交換膜３４によって、厚さ方向に略二分されている。
小脱塩室４４には、被処理水流入ライン５２と、配管５３が接続されている。配管５３は、小脱塩室４２と接続され、小脱塩室４２には、脱イオン水流出管５４が接続されている。
陰極室１４は、陰極１２と、仕切り膜２０とにより、メッシュが挟持されて形成されている。陽極室１８は、陽極１６と、仕切り膜２０とにより、メッシュが挟持されて形成されている。陰極１２と陽極１６とは、図示されない電源と接続されている。また、陰極室１４には電極水流入ライン１３と、電極水流出ライン１５とが接続され、陽極室１８には、電極水流入ライン１７と電極水流出ライン１９とが接続され、電極水流出ライン１５と電極水流入ライン１７とは、図示されない配管により接続されている。
濃縮室２２は、脱イオンモジュール３０の両側に枠体２４が配置され、該枠体２４の開口部にイオン交換体が充填されて形成されている。濃縮室２２には、濃縮水流入ライン５６と、濃縮水流出ライン５８が接続されている。
【００１４】
イオン交換膜としては大別すると、原料モノマー液を補強体に含浸させた後に重合させ、全体を均質に形成した均質膜と、イオン交換樹脂を溶解成型可能なポリオレフィン系樹脂と共に粉砕成型した不均質膜の２種類がある。本実施形態におけるカチオン交換膜３２、アニオン交換膜３６はいずれも特に限定されず、ＥＤＩの製造の簡便さや、被処理水の水質、脱イオン水に求める水質、処理量等に応じて選択することができる。
【００１５】
本実施形態における中間イオン交換膜３４は特に限定されず、被処理水の水質や、脱イオン水に求める水質に応じて選択することが好ましい。中間イオン交換膜３４としては、アニオン交換膜、もしくはカチオン交換膜の単一膜、または、アニオン交換膜とカチオン交換膜との両方を配置した複合膜のいずれであっても良い。
複合膜とは、イオン交換膜が極性の異なる領域を有するものをいう。例えば、モザイク膜やハイポーラ膜等が挙げられる。複合膜における、アニオン交換膜とカチオン交換膜との比率は、被処理水の水質や処理目的等によって、適宜決定することができる。
【００１６】
小脱塩室４４に充填するイオン交換体は特に限定されず、イオン交換機能を有するものであれば良い。例えば、イオン交換樹脂、イオン交換繊維、モノリス状多孔質イオン交換体等を挙げることができる。この内、最も汎用的である、イオン交換樹脂が好ましい。イオン交換樹脂としては、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂が挙げられる。前記アニオン交換樹脂としては強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂が挙げられ、例えば、市販品としてローム・アンド・ハース社製のアンバーライト（商品名）を挙げることができる。前記カチオン交換樹脂としては、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂が挙げられ、例えば、市販品としてローム・アンド・ハース社製のアンバーライト（商品名）を挙げることができる。これらは単独で用いても良く、２種以上を組み合わせて用いても良い。
また、イオン交換体の充填形態は、特に限定されず、被処理水の水質や、脱イオン水に求める水質を考慮して選択することが好ましい。従って、イオン交換体の充填形態は、アニオン交換体単床形態、カチオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態等のいずれも用いることができる。このうち、アニオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態とすることが好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、または、複床形態とする場合には、アニオン交換体を５０体積％以上１００体積％未満とすることが好ましい。アニオン交換膜３６側の小脱塩室４４では、主にアニオン成分を除去するためである。
【００１７】
小脱塩室４２に充填するイオン交換体は特に限定されず、上述した小脱塩室４４に充填するイオン交換体と同様のものを用いることができる。
また、小脱塩室４２のイオン交換体の充填形態は、上述した小脱塩室４４の充填形態と同様に特に限定されず、被処理水の水質や、脱イオン水に求める水質を考慮して選択することが好ましい。中でも、カチオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態とすることが好ましい。アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、または、複床形態とする場合には、カチオン交換体を５０体積％以上１００体積％未満とすることが好ましい。カチオン交換膜３２側の小脱塩室４２では、主にカチオン成分を除去するためである。
【００１８】
濃縮室２２に充填されるイオン交換体は特に限定されることはなく、小脱塩室４４に充填されるイオン交換体と同様のものを用いることができる。
また、濃縮室２２のイオン交換体の充填形態は特に限定されず、被処理水の水質等を勘案して決定することができ、アニオン交換体単床形態、カチオン交換体単床形態、または、アニオン交換体とカチオン交換体との混床形態、もしくは、複床形態等のいずれも用いることができる。例えば、濃縮室２２のアニオン交換膜３６面でのスケール生成防止の観点から、アニオン交換体が単床形態で充填されていても良い。アニオン交換膜３６に接するアニオン交換体層を有することにより、小脱塩室４４から濃縮室２２へのアニオン成分の移動が促進され、濃縮室２２側のアニオン交換膜３６面にアニオン成分が高濃度にて存在して、濃度分極が生じるのを抑制できるためである。
【００１９】
枠体３３、３５は、絶縁性を有し、被処理水が漏洩しない素材であれば特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ノリル等の樹脂製の枠体を挙げることができる。
枠体３３、３５の厚さは特に限定されることなく、所望する小脱塩室４２と小脱塩室４４との厚さに応じて設定することができる。
また、枠体３３、３５の開口部の面積が大きい場合には、枠体３３、３５のくりぬかれた空間に支持体を設けても良い。支持体を設けることで、カチオン交換膜３２、中間イオン交換膜３４、アニオン交換膜３６が湾曲して、各脱塩区内のイオン交換体の充填量が不均一になることを防止できるためである。前記支持体は、絶縁性を有し、被処理水の流通を妨げない素材であれば特に限定されず、例えば、スリットが設けられた、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ノリル等の樹脂製の支持体を挙げることができる。
【００２０】
脱塩室４０の厚さは特に限定されず、小脱塩室４２、および、小脱塩室４４に充填されるイオン交換体の種類と充填形態とによって、適切な厚さを決定することが好ましい。例えば、脱塩室４０の厚さは、１０〜１００ｍｍの範囲で決定することが好ましく、１０〜６０ｍｍの範囲で適宜決定することが好適である。
【００２１】
小脱塩室４２と小脱塩室４４との厚さは、被処理水や脱イオン水の水質等を勘案して決定することができ、両者は同一の厚さでも良く、異なっていても良い。小脱塩室４２と小脱塩室４４との厚さを異なるものとする場合には、小脱塩室４４を厚くすることが好ましい。被処理水となる通常の原水には、除去しにくい成分として、弱酸成分の炭酸やシリカ等のアニオン成分が多く含有されており、被処理水中のアニオン成分を効率的に除去することが、高い水質の脱イオン水を得るのに効果的なためである。
小脱塩室４２、４４の厚さは特に限定されないが、例えば、５〜５０ｍｍの範囲で決定することができる。
【００２２】
枠体２４は、絶縁性を有し、濃縮水が漏洩しない素材であれば特に限定されず、枠体３３と同様のものを用いることができる。
枠体２４の厚さは特に限定されることなく、所望する濃縮室２２の厚さに応じて設定することができ、例えば、３〜１０ｍｍの範囲で決定することができる。
【００２３】
濃縮室２２の厚さは特に限定されず、被処理水や脱イオン水の水質等を勘案して決定することができる。例えば３〜１０ｍｍの範囲で決定することができる。
【００２４】
陰極１２は、陰極として機能を発揮するものであれば特に限定されず、例えば、板状のステンレスや網状のステンレスを挙げることができる。
陽極１６は、陽極として機能を発揮するものであれば特に限定されないが、被処理水中にＣｌ−が存在する場合には、陽極には塩素発生が起きるため、耐塩素性能を有するものが好ましい。例えば、白金、パラジウム、イリジウム等の貴金属、あるいは前記貴金属をチタン等に被覆した網状あるいは板状の電極を挙げることができる。
【００２５】
陰極室１４の形成に用いられるメッシュは、電極水を流通させ、かつ所望する幅の陰極室１４を形成することができれば特に限定されることはなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ノリル等の樹脂製のメッシュや、通水性を有する格子状の枠材等が挙げられる。前記メッシュの厚さは特に限定されることはなく、所望する陰極室１４のスペースに合わせて選択することができる。例えば、０．３〜４ｍｍの範囲で選択することが好ましい。陽極室１８の形成に用いられるメッシュも、同様のものを用いることができる。
【００２６】
仕切り膜２０は特に限定されず、被処理水の水質や、ＥＤＩ１０の運転条件等を考慮して、選択することができる。例えば、カチオン交換膜、または、アニオン交換膜を選択することができる。
【００２７】
本実施形態における脱イオン水の製造方法について、図２を用いて説明する。なお、説明は、中間イオン交換膜３４をアニオン交換膜とし、小脱塩室４２にはカチオン交換体を単床形態で充填し、小脱塩室４４にはアニオン交換体を単床形態で充填し、濃縮室２２にはアニオン交換体を単床形態で充填した場合を例にして行う。
まず、電極水流入ライン１３から電極水を陰極室１４へ流入させると共に、陰極１２、陽極１６の間に直流電圧を印加する。次に濃縮水流入ライン５６から、濃縮水を濃縮室２２へ下降流で通水する。濃縮水は、流れ方向Ｂ１で、濃縮室２２内を流通する。次いで、被処理水流入ライン５２から、被処理水を小脱塩室４４へ流入させる。流入した被処理水は、小脱塩室４４内のアニオン交換体内を拡散しながら、流れ方向Ａ１で流通する。この間、主にアニオン成分（Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２（シリカは、特別な形態をとることが多いため、一般のイオンとは異なった表示とする）等）は、アニオン交換体に吸着される。吸着されたアニオン成分は、陽極１６側に引き寄せられ、アニオン交換膜３６を透過して、濃縮室２２へ移動する。被処理水は、小脱塩室４４を流通した後、配管５３を経由して小脱塩室４２へ流入する。
小脱塩室４２へ流入した被処理水は、小脱塩室４２内のカチオン交換体内を拡散しながら、流れ方向Ａ２で流通する。この間、主にカチオン成分（Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等）が、カチオン交換体に吸着される。吸着されたカチオン成分は、陰極１２側に引き寄せられ、カチオン交換膜３２を透過して、濃縮室２２に移動する。他方、小脱塩室４４で除去できなかった被処理水中のアニオン成分は、陽極１６側に引き寄せられ、中間イオン交換膜３４を透過して、小脱塩室４４へ移動する。こうして、被処理水は、アニオン成分とカチオン成分の両イオン成分が除去され、脱イオン水となって脱イオン水流出ライン５４から流出される。
【００２８】
濃縮水流入ライン５６から、濃縮室２２に流入した濃縮水は、濃縮室２２内を流れ方向Ｂ１で流通し、脱塩室４０から移動してきたイオン成分を取り込んで、濃縮水流出ライン５８から排出される。
電極水流入ライン１３から、陰極室１４に流入した電極水は、陰極室１４内を上昇流で流通し、電極水流出ライン１５へ流れる。そして、電極水流出ライン１５に流された電極水は、図示されない配管を経由して、電極水流入ライン１７から陽極室１８に流入し、陽極室１８内を上昇流で流通した後、電極水流出ライン１９から流出する。この間、電極水は、陰極１２から発生したＨ２等と、陽極１６から発生するＣｌ２、Ｏ２等とを取り込んで、ＥＤＩ１０外へ排出する。
【００２９】
被処理水は特に限定されることはないが、工業用水や井水の濁質成分を除濁膜にて除去した水を、逆浸透（ＲＯ）膜にて処理した水等が挙げられる。
被処理水の脱塩室４０内における通水量は特に限定されることはなく、ＥＤＩ１０の能力や被処理水の水質を勘案して決定することができる。通水量は空間速度（ＳＶ）で表され、ＳＶの単位は、イオン交換樹脂の単位体積（Ｌ−Ｒ）に対して１時間に流通させる流量（Ｌ）であるＬ／Ｌ−Ｒ・ｈ−１で表される（以降において同じ）。本実施形態ではＳＶ＝３０〜３００Ｌ／Ｌ−Ｒ・ｈ−１が好ましい。ＳＶが高すぎると、イオン除去性能が低下したり、ＳＶの増加と共に発生する通水速度（ＬＶ）の増加によって差圧が高くなり、脱イオンモジュール３０の破損を招いたり、運転上の困難を起こしたりするので好ましくない。ここで、ＬＶとは、単位面積当たりの流量で、ｍ／ｈで表される線速度である。
一方、ＳＶが低すぎると、各脱イオンモジュールへの流量分配が適切に行われず、脱塩処理が充分な脱イオンモジュールと、脱塩処理が不充分な脱イオンモジュールとが生じると共に、各脱塩室間における流れが不均一となり、ＥＤＩ１０全体としての性能に悪影響を与える場合がある。
【００３０】
濃縮室２２内における、濃縮水の流量は特に限定されることはなく、ＥＤＩ１０の能力や、被処理水の水質や処理量を勘案して決定することができる。濃縮水は、濃縮室２２に移動してきたイオンを濃縮水内に拡散して、ＥＤＩ１０外へ流出させるという目的を有する。このことから、濃縮水の流量は、被処理水の通水量や、被処理水のイオン濃度、脱イオン水の回収率との関係で決定することが好ましく、例えば、下記（１）式で表される濃縮倍率が３〜２０となるように、濃縮水の流量を決定することが好ましい。なお、下記（１）式による濃縮倍率は、被処理水と濃縮水に同一の原水を用いて、かつ脱塩室４０中のイオンが全て濃縮室２２に移行すると仮定し定義付けられる。
【００３１】
【数１】
2009208046.tif 000003
【００３２】
濃縮水の流量が少なすぎると、濃縮室２２に移行したイオンの濃度拡散にむらが生じ、イオン交換膜面の濃度分極層が厚くなり、スケール生成のおそれがある。一方、濃縮水の流量が多すぎると、脱イオン水の回収率が低下するため好ましくないためである。
濃縮水は、特に限定されることはなく、被処理水と同じ水源の水を濃縮水として使用しても良いし、脱イオン水や純水等を使用しても良い。
【００３３】
印加する電流は特に限定されることはなく、被処理水の水質や、ＥＤＩ１０の規模等を勘案して決定することが好ましい。加えて、陰極１２と、陽極１６とが、２以上に分割されている場合には、分割された電極対毎に、異なる電流値で印加しても良い。被処理水の水質等に応じて、最適な電流値を選択することで、水質の向上が図れるためである。
電極水の流量は特に限定されず、印加電圧等に応じて決定することが好ましい。電極水の流量が少なすぎると、発生したＨ２、Ｏ２、Ｃｌ２ガスを充分に排出することが困難となり、電極水の流量が多すぎると、回収率が低下するため、好ましくない。
【００３４】
本実施形態のＥＤＩ１０では、中間イオン交換膜３４を介して隣接する、小脱塩室４４における被処理水の流れ方向Ａ１と、小脱塩室４２における被処理水の流れ方向Ａ２とが向流となっている。このため、電流の流れ方向から見て、電流密度の均一化が図られ、脱塩室４０内を流通する被処理水中のイオン成分に対して、電流効率が向上し、省電力かつ安定電圧での脱イオン水製造を図ることができる。
【００３５】
さらに、濃縮室２２にはイオン交換体が充填されているため、スケール生成を効果的に防止できる。この効果について、濃縮室２２にアニオン交換体を単床形態で充填した場合を例にして説明する。
濃縮室２２では、脱塩室４０から移動して来たＭｇ２＋、Ｃａ２＋等の硬度成分が、アニオン交換膜３６近傍のｐＨが高い部分に滞留し、隣接する脱イオンモジュール３０の脱塩室４０から移動してきた炭酸イオン（ＣＯ３２−）と反応して硬度スケール（ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３）の発生を起こす場合がある。しかし、濃縮室２２に、アニオン交換体が単床形態で充填されている場合には、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋等の硬度成分は充填されているアニオン交換体の隙間をぬって液相中を移動しなければならないため、ｐＨの高い対極側のアニオン交換膜３６面まで到達しにくい。一方、濃縮室２２側へ移動してきたＣＯ３２−は、アニオン交換体のイオン交換基上を速い速度で対極方向に移動する。このため、ＣＯ３２−はｐＨがより酸側に傾き、中性に近い付近にて液層側に放出される。よって、ｐＨの変化に応じる量のＣＯ３２−が下記（２）式に示すイオン平衡により炭酸水素イオン（ＨＣＯ３−）に変換される。
ＣＯ３２−＋Ｈ＋→ＨＣＯ３−・・・・（２）
上記平衡反応により、硬度スケールの反応物であるＣＯ３２−の液相中の濃度を低くすることができるため、硬度スケールの生成を効果的に防止できる。
また、濃縮室２２が、アニオン交換膜３６に添ってアニオン交換体層を有する場合も同様に、アニオン交換膜３６近傍で硬度成分とＣＯ３２−が高濃度に接することがなく、硬度スケールの生成を防止できる。
【００３６】
（第２の実施形態）
本発明のＥＤＩの第２の実施形態について、図３を用いて説明する。図３は本実施形態のＥＤＩ６０の断面図である。なお、電極水流入ライン、電極水流出ラインは、図２のＥＤＩ１０と同様の配置となっており、説明の便宜上、図３では図示を省略している。
【００３７】
図３に示すとおり、ＥＤＩ６０は、複数の脱イオンモジュール３０と脱イオンモジュール６１が、それぞれ濃縮室２２に挟持されて、陰極室１４と陽極室１８との間に、交互に配置されている。脱イオンモジュール６１は、カチオン交換膜３２と、枠体３３と、中間イオン交換膜３４と、枠体３５と、アニオン交換膜３６とが、陰極１２側から順に配置されている。脱イオンモジュール６１の枠体３３の開口部には、イオン交換体が充填されて、小脱塩室６７が形成され、脱イオンモジュール６１の枠体３５の開口部には、イオン交換体が充填されて小脱塩室６８が形成されている。そして、小脱塩室６７と小脱塩室６８とで、脱塩室６６を構成している。こうして、脱塩室６６は、中間イオン交換膜３４によって、厚さ方向に略二分されている。脱イオンモジュール６１の小脱塩室６８には、被処理水流入ライン６２と配管６３とが接続されている。配管６３は、小脱塩室６７に接続され、小脱塩室６７には、脱イオン水流出ライン６４が接続されている。
脱塩室４０内では、被処理水が流れ方向Ａ１→Ａ２の順に流通され、脱塩室６６内では、被処理水が流れ方向Ａ３→Ａ４の順に流通される。即ち、脱塩室４０における、アニオン交換膜３６と中間イオン交換膜３４とで区画された小脱塩室４４と、脱塩室６６における、アニオン交換膜３６と中間イオン交換膜３４とで区画された小脱塩室６８とで、被処理水の流れ方向が向流となっている。かつ、脱塩室４０における、カチオン交換膜３２と中間イオン交換膜３４とで区画されて形成されている小脱塩室４２と、脱塩室６６における、カチオン交換膜３２と中間イオン交換膜３４とで区画されて形成されている小脱塩室６７とで、被処理水の流れ方向が向流となっている。このような、脱塩室４０と脱塩室６６とが、濃縮室２２を介して、隣接して配置されている。
【００３８】
小脱塩室６７に充填するイオン交換体の種類、および、充填形態は、小脱塩室４２に充填するものと同様である。また、小脱塩室６８に充填するイオン交換体の種類、および、充填形態は、小脱塩室４４と同様である。
【００３９】
脱塩室６１の厚さは、脱塩室４０と同様である。また、小脱塩室６７の厚さは、小脱塩室４２と同様であり、小脱塩室６８の厚さは、小脱塩室４４と同様である。
【００４０】
ＥＤＩ６０による、脱イオン水の製造方法について説明する。被処理水は、被処理水流入ライン５２から脱イオンモジュール３０の小脱塩室４４に流入し、脱塩室４０内を流通した後、脱イオン水となって脱イオン水流出ライン５４から流出する。他方、被処理水流入ライン６２から、被処理水が小脱塩室６８に流入する。流入した被処理水は、流れ方向Ａ３で小脱塩室６８内を流通し、配管６３を経由して、小脱塩室６７に流入する。小脱塩室６７内を流れ方向Ａ４で流通した被処理水は、アニオン成分とカチオン成分の両イオン成分が除去され、脱イオン水となって脱イオン水流出ライン６４から流出する。
【００４１】
本実施形態のＥＤＩ６０では、濃縮室２２を介して隣接する、脱塩室４０と脱塩室６６との被処理水の流れ方向が逆方向である。ここで、小脱塩室４４、６８にアニオン交換体を単床形態で充填し、小脱塩室４２、６７にカチオン交換体を単床形態で充填し、中間イオン交換膜３４をアニオン交換膜とした場合を例にして説明する。小脱塩室４４、６８は、主にアニオン成分を除去する。このため、小脱塩室４４、６８には、主にアニオン成分が吸着されたイオン吸着帯が形成される。また、小脱塩室４２、６７は、主にカチオン成分を除去する。このため、小脱塩室４２、６７には、主にカチオン成分が吸着されたイオン吸着帯が形成される。前述の通り、小脱塩室４４と小脱塩室６８、および小脱塩室４２と小脱塩室６７とでは、被処理水の流れ方向が向流である。従って、各小脱塩室の上流側にイオン吸着帯が形成されても、主にアニオン成分が吸着されて形成されたイオン吸着帯と、主にカチオン成分が吸着されて形成されたイオン吸着帯とは、電流の流れ方向に対して交互に存在することとなる。このように、電流の流れ方向から見て、特定の領域に、同種のイオン吸着帯の重なりが少なくなるため、さらなる電流密度の均一化を図ることができる。この結果、長期にわたり、より低電圧、かつ安定電圧で、脱イオン水の製造をすることができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
本発明のＥＤＩの第３の実施形態について、図４を用いて説明する。図４は本実施形態のＥＤＩ７０の断面図である。なお、電極水流入ライン、電極水流出ラインは、図２のＥＤＩ１０と同様の配置となっており、説明の便宜上、図４では図示を省略している。
【００４３】
図４に示すとおり、ＥＤＩ７０は、複数の脱イオンモジュール７１と脱イオンモジュール１７１とが、それぞれ濃縮室２２に挟持されて、陰極室１４と陽極室１８との間に交互に配置されている。脱イオンモジュール７１は、カチオン交換膜３２と、枠体３３と、中間イオン交換膜３４と、枠体３５と、アニオン交換膜３６とが、陰極１２側から順に配置されている。脱イオンモジュール７１の枠体３３の開口部には、イオン交換体が充填されて、小脱塩室７７が形成され、脱イオンモジュール７１の枠体３５の開口部には、イオン交換体が充填されて小脱塩室７８が形成されている。そして、小脱塩室７７と小脱塩室７８とで、脱塩室７６を構成している。こうして、脱塩室７６は、中間イオン交換膜３４によって、厚さ方向に略二分されている。また、脱イオンモジュール１７１は、カチオン交換膜３２と、枠体３３と、中間イオン交換膜３４と、枠体３５と、アニオン交換膜３６とが、陰極１２側から順に配置されている。脱イオンモジュール１７１の枠体３３の開口部には、イオン交換体が充填されて、脱イオンモジュール１７１の小脱塩室１７７が形成され、枠体３５の開口部には、イオン交換体が充填されて小脱塩室１７８が形成されている。そして、小脱塩室１７７と小脱塩室１７８とで、脱塩室１７６を構成している。こうして、脱塩室１７６は、中間イオン交換膜３４によって、厚さ方向に略二分されている。
脱イオンモジュール７１の小脱塩室７７には、被処理水流入ライン７３と配管７４とが接続されている。配管７４は、小脱塩室７８に接続され、小脱塩室７８には、被処理水流出ライン７５が接続されている。一方、脱イオンモジュール１７１の小脱塩室１７７には、被処理水流入ライン１７３と配管１７４が接続されている。配管１７４は小脱塩室１７８と接続され、小脱塩室１７８には脱イオン水流出ライン１７５が接続されている。加えて、被処理水流出ライン７５と、被処理水流入ライン１７３は図示されない配管により接続されている。
【００４４】
小脱塩室７７、１７７に充填するイオン交換体の種類、および、充填形態は、小脱塩室４２に充填するイオン交換体と同様である。また、小脱塩室７８、１７８に充填するイオン交換体の種類、および、充填形態は、小脱塩室４４に充填するイオン交換体と同様である。
【００４５】
脱塩室７１、１７１の厚さは、第１の実施形態における脱塩室４０と同様である。また、小脱塩室７７、１７７の厚さは、第１の実施形態の小脱塩室４２と同様であり、小脱塩室７８、１７８の厚さは、第１の実施形態の小脱塩室４４と同様である。
【００４６】
ＥＤＩ７０による、脱イオン水の製造方法について説明する。一般的に、被処理水に使用する原水には炭酸ガスが溶解しており、弱酸（ｐＨ５．５〜６．０程度）なので、中間イオン交換膜３４をアニオン交換膜とし、小脱塩室７７、１７７にはカチオン交換体を単床形態で充填し、小脱塩室７８、１７８にはアニオン交換体を単床形態で充填した場合を例にして、説明する。被処理水は、被処理水流入ライン７３から小脱塩室７７に流入し、小脱塩室７７内を流れ方向Ａ５で流通する。この間、被処理水中の、主にカチオン成分がカチオン交換体に吸着される。吸着されたカチオン成分は、陰極１２側に引き寄せられ、カチオン交換膜３２を透過して濃縮室２２へ移動する。ここで、被処理水中のカチオン成分の除去が進むと、被処理水のｐＨが酸性側に移行して、カチオン成分の競合イオンであるＨ＋濃度が高くなる。この結果、カチオン成分に対する電流効率が低下し、カチオン成分は一定濃度以下に到達し難くなる。そして、被処理水はある程度のカチオン成分が残存した状態で、配管７４を経由して、小脱塩室７８に流入する。流入した被処理水は、小脱塩室７８内を流れ方向Ａ６で流通する。この間、主にアニオン成分がアニオン交換体に吸着される。吸着されたアニオン成分は、陽極１６側に引き寄せられ、アニオン交換膜３６を透過して濃縮室２２に移動する。被処理水は、ｐＨが酸性側に移行した状態で、小脱塩室７８に流入するため、アニオン成分の競合イオンであるＯＨ−濃度が低い。このため、アニオン成分に対する電流効率が高く、アニオン成分の除去が良好に行われる。
【００４７】
続いて、被処理水は、被処理水流出ライン７５、被処理水流入ライン１７３を経由して、小脱塩室１７７へ流入する。この際、被処理水のｐＨは中性領域となっている。流入した被処理水は、小脱塩室１７７内を流れ方向Ａ７で流通する。この間、主にカチオン成分が除去される。ここで、被処理水中のカチオン成分の除去が進んでも、Ｈ＋濃度は、小脱塩室７７よりも低くなる。このため、電流効率が高くなり、被処理水中のカチオン成分の除去が良好に行われる。この段階で、被処理水中に含まれていたイオン成分は、概ね除去される。しかし、小脱塩室７８で除去されたアニオン成分の中でも、炭酸イオンは、濃縮室２２内でガス化して、カチオン交換膜３２を透過して小脱塩室１７７に逆移動してくることがある。このため、再度のアニオン成分除去を小脱塩室１７８にて行う。小脱塩室１７７を流通した被処理水は、配管１７４を経由して、小脱塩室１７８へ流入し、流れ方向Ａ８で流通する。こうして、カチオン成分とアニオン成分との両イオン成分が高度に除去され、脱イオン水となって脱イオン水流出ライン１７５から流出する。
【００４８】
本実施形態のＥＤＩ７０によれば、上述のように、脱イオンモジュール７１で処理した処理水を、再度、脱イオンモジュール１７１にて処理するため、より水質の高い脱イオン水を得ることができる。
【００４９】
（第４の実施形態）
本発明のＥＤＩの第４の実施形態について、図５を用いて説明する。図５は本実施形態のＥＤＩ８０の断面図である。なお、電極水流入ライン、電極水流出ラインは、図２のＥＤＩ１０と同様の配置となっており、説明の便宜上、図５では図示を省略している。
【００５０】
図５に示すとおり、複数の脱イオンモジュール８１が濃縮室２２に挟持されて、陰極室１４と陽極室１８との間に配置されている。脱イオンモジュール８１は、カチオン交換膜３２と、枠体３３と、中間イオン交換膜３４と、枠体３５と、アニオン交換膜３６とが、陰極１２側から順に配置されている。脱イオンモジュール８１の枠体３３の開口部には、イオン交換体が充填されて、小脱塩室９２が形成され、脱イオンモジュール８１の枠体３５の開口部には、イオン交換体が充填されて小脱塩室９４が形成されている。そして、小脱塩室９２と小脱塩室９４とで、脱塩室９０を構成している。こうして、脱塩室９０は、中間イオン交換膜３４によって、厚さ方向に略二分されている。
被処理水供給ライン８２は、複数の被処理水流入ライン８３を有している。被処理水流入ライン８３は、小脱塩室９２と接続されている。また、配管８５には複数の被処理水流出ライン８４と、配管８７とが接続されている。被処理水流出ライン８４は、小脱塩室９２と接続されている。配管８７は配管８８に接続されている。配管８８には、複数の被処理水流入ライン８６が接続され、被処理水流入ライン８６は小脱塩室９４と接続されている。小脱塩室９４には、脱イオン水流出ライン８９が接続されている。
【００５１】
小脱塩室９２に充填するイオン交換体の種類、および、充填形態は、小脱塩室４２に充填するイオン交換体と同様である。また、小脱塩室９４に充填するイオン交換体の種類、および、充填形態は、小脱塩室４４に充填するイオン交換体と同様である。
【００５２】
脱塩室９０の厚さは、第１の実施形態における脱塩室４０と同様である。また、小脱塩室９２の厚さは、第１の実施形態の小脱塩室４２と同様であり、小脱塩室９４の厚さは、第１の実施形態の小脱塩室４４と同様である。
【００５３】
ＥＤＩ８０による、脱イオン水の製造方法について説明する。
被処理水は、被処理水供給ライン８２から被処理水流入ライン８３を経由して、小脱塩室９２に流入する。そして、流れ方向Ａ９で、主にカチオン成分が除去されながら、小脱塩室９２内を流通した後、被処理水流出ライン８４を経由して、配管８５に至る。配管８５では、複数の小脱塩室９２から流出した被処理水が合流する。そして、配管８５内の被処理水は、配管８７を経由して配管８８に流され、配管８８から被処理水流入ライン８６を流通して、小脱塩室９４に流入する。被処理水は流れ方向Ａ１０で、主にアニオン成分が除去されながら、小脱塩室９４内を流通する。そして、カチオン成分とアニオン成分の両イオン成分が除去されて脱イオン水となり、脱イオン水流出ライン８９から流出する。
【００５４】
本実施形態のＥＤＩ８０によれば、複数の小脱塩室９２を流通した被処理水が、配管８５で集約された後に小脱塩室９４に分配されるため、小脱塩室９４毎のイオン負荷を均一化することができ、脱イオン水の均質化と安定化を図ることができる。
【００５５】
（第５の実施形態）
本発明のＥＤＩの第５の実施形態について、図６を用いて説明する。図６は本実施形態のＥＤＩ１００の断面図である。なお、電極水流入ライン、電極水流出ラインは、図２のＥＤＩ１０と同様の配置となっており、説明の便宜上、図６では図示を省略している。
図６に示すとおり、ＥＤＩ１００は、複数の脱イオンモジュール３０が濃縮室２３に挟持されて、陰極室１４と陽極室１８との間に配置されている。濃縮室２３には、濃縮水流入ライン１０２と、濃縮水流出ライン１０４とが接続されている。ＥＤＩ１００は、前述のＥＤＩ１０（図２）の濃縮水の流れ方向Ｂ１（下降流）を、流れ方向Ｂ２（上昇流）としたものである。
【００５６】
濃縮室２３に充填するイオン交換体の種類、充填形態は、第１の実施形態の濃縮室２２と同様である。
濃縮室２３の厚さは、第１の実施形態の濃縮室２２と同様である。
【００５７】
ＥＤＩ１００による脱イオン水の製造方法について、説明する。
濃縮水は、濃縮水流入ライン１０２から、濃縮室２３に流入し、流れ方向Ｂ２で流通する。この間、濃縮水は、脱塩室４０から濃縮室２３に移動してきたイオン成分を取り込む。そして、濃縮室２３を流通した濃縮水は、濃縮水流出ライン１０４から排出される。
【００５８】
濃縮水の流量は、第１の実施形態と同様である。
【００５９】
ＥＤＩ１００によれば、濃縮水を流れ方向Ｂ２とし、濃縮室２３に隣接する小脱塩室４２と小脱塩室４４の内、より後段である小脱塩室４２の被処理水の流れ方向Ａ２と向流とすることで、より高い水質の脱イオン水を安定的に得ることができる。この点について説明する。
本実施形態によれば、濃縮水の流れ方向Ｂ２は、イオン成分の除去が進んだ被処理水の、小脱塩室における流れ方向と向流、即ち、脱イオン水の出口側が濃縮水の上流となっている。ここで、濃縮室２３では、小脱塩室４４から移行したアニオン成分が、濃縮室２３側のカチオン交換膜３２面の下流側で、高濃度に存在する。このように、膜面で高濃度に存在するアニオン成分は、さらに陽極１６（対極）側に引き寄せられ、小脱塩室４２に逆移動する場合がある。このため、ＥＤＩ１００のように濃縮水を流通させることで、より高い水質の脱イオン水を安定的に製造することができる。
【００６０】
（その他の実施形態）
本発明のＥＤＩならびに脱イオン水製造方法は、上述の実施形態に限定されるものではない。
上述の第１、第２、第５の実施形態では、被処理水を任意の小脱塩室に流通させた後、他の小脱塩室に流通させているが、被処理水は任意の小脱塩室の１つにのみ流通させて、脱イオン水としても良い。具体的に図２のＥＤＩを用いて説明する。例えば、小脱塩室４４のみに、被処理水を流れ方向Ａ１で流通させて、脱イオン水を得ることができる。また、小脱塩室４２のみに、被処理水を流れ方向Ａ２で流通させて、脱イオン水として得ることができる。
【００６１】
上述の第１〜第４の実施形態では、濃縮水を下降流で流通させているが、濃縮水は上昇流で流通させても良い。また、第１〜第５の実施形態では、濃縮水の流れ方向は、全ての濃縮室で同一であるが、濃縮室毎に異なっていても良い。
より高い水質の脱イオン水を得る観点から、濃縮水の流れ方向は、濃縮室に隣接する小脱塩室のうち、より後段の小脱塩室における被処理水の流れ方向と向流とすることが好ましい。
【００６２】
上述の第１〜第５の実施形態では、濃縮室２２、２３にイオン交換体を充填しているが、イオン交換体を充填せずに、メッシュ等を配置しても良い。ただし、ＥＤＩ全体の電気抵抗を低減するために、濃縮室２２、２３にはイオン交換体を充填することが好ましい。
【００６３】
上述の第１、第２、第５の実施形態では、中間イオン交換膜３４とアニオン交換膜３６との間に形成された小脱塩室から、中間イオン交換膜３４とカチオン交換膜３２との間に形成された小脱塩室へ、順に被処理水を流通させているが、流通順序は逆であっても良いし、脱塩室毎に流通順序が異なるものを組み合わせても良い。
また、第３、第４の実施形態では、中間イオン交換膜３４とカチオン交換膜３２との間に形成された小脱塩室から、中間イオン交換膜３４とアニオン交換膜３６との間に形成された小脱塩室へ、順に被処理水を流通させているが、流通順序は逆であっても良いし、脱塩室毎に流通順序が異なるものを組み合わせても良い。
【００６４】
上述の第１、第５の実施形態では、複数の脱イオンモジュールが配置されているが、脱イオンモジュールの数は１つであっても良い。
【００６５】
上述の第１〜第５の実施形態では、脱塩室は二分されて小脱塩室が形成されているが、脱塩室に形成される小脱塩室は、３以上であっても良い。
【実施例】
【００６６】
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、実施例に限定されるものではない。
（導電率・比抵抗）
水質評価には導電率ならびに比抵抗を用いた。不純物を全く含んでいない水（理論純水）の場合、２５℃の水における導電率の理論値は０．０５５μＳ／ｃｍ、比抵抗の理論値は１８．２ＭΩ・ｃｍとなる。脱イオン水の水質は、比抵抗が１８．２ＭΩ・ｃｍに近づき、かつ高ければ高いほど水質としては清浄であると評価できる。被処理水の水質評価は、導電率をもって行い、脱イオン水の水質評価は、比抵抗をもって行った。
導電率は、導電率計（８７３ＣＣ、ＦＯＸＢＯＲＯ社製）を用いて測定した。また、比抵抗は、比抵抗計（８７３ＲＳ、ＦＯＸＢＯＲＯ社製）を用いて測定した。
【００６７】
（実施例１）
第１の実施形態にかかるＥＤＩ１０（図２）と同様の、４つの脱イオンモジュール３０を配置したＥＤＩ−Ａを、下記仕様にて製造した。ＥＤＩ−Ａは、濃縮水の流れ方向Ｂ１と、濃縮室２２に隣接する小脱塩室４２内の被処理水の流れ方向Ａ２とは、同じ方向である。こうして得られたＥＤＩ−Ａを用い、下記条件にてＥＤＩ−Ａの連続運転を行った。運転開始１５００時間後における、運転電圧と、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表１に示す。なお、被処理水の硬度成分濃度は原子吸光分光光度計（ＳｐｅｃｔｒＡＡ、ＶＡＲＩＡＮ社製）での測定値であり、全炭酸濃度は湿式紫外線酸化ＴＯＣ分析計（９００型、ＳＩＥＶＥＲＳ社製）での測定値である。また、ＳｉＯ２濃度は、分光光度計（Ｕ−３０１０、株式会社日立ハイテクノロジー製）を用い、モリブデン青吸光光度法により測定した値である。
【００６８】
＜ＥＤＩ仕様＞
（１）カチオン交換膜３２：株式会社アストム製
（２）中間イオン交換膜３４：株式会社アストム製アニオン交換膜
（３）アニオン交換膜３６：株式会社アストム製
（４）小脱塩室４２：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ８ｍｍ
（５）小脱塩室４４：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ８ｍｍ
（６）小脱塩室４２の充填イオン交換体：カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）／アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）＝１／１（体積比）の混床形態
（７）小脱塩室４４の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（８）濃縮室２２：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ３ｍｍ
（９）濃縮室２２の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（１０）陰極室１４および陽極室１８：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ１ｍｍ
【００６９】
＜運転条件＞
（１）被処理水の導電率：８〜１０μＳ／ｃｍ
（２）被処理水の比抵抗：０．１〜０．１２５ＭΩ・ｃｍ
（３）被処理水中の硬度成分濃度：０．８〜１．０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
（４）被処理水中の全炭酸濃度：８〜９ｍｇＣＯ２／Ｌ
（５）被処理水のＳｉＯ２濃度：９００〜１０００ｐｐｂ
（６）被処理水流量：１５０Ｌ／ｈ
（７）濃縮水流量：１０Ｌ／ｈ
（８）電極水流量：３０Ｌ／ｈ
（９）運転電流値：１．０Ａ
【００７０】
（実施例２）
第２の実施形態にかかるＥＤＩ６０（図３）と同様に、濃縮室２２を介して隣接する脱塩室４０と脱塩室６６とが、被処理水の流れ方向が逆となるように、脱イオンモジュール３０と脱イオンモジュール６１とを交互に４つ配置し、下記仕様によりＥＤＩ−Ｂを得た。ＥＤＩ−Ｂを用いて、実施例１と同様にして連続運転を行った。運転開始１５００時間後における、運転電圧と、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表１に示す。
【００７１】
＜ＥＤＩ仕様＞
（１）カチオン交換膜３２：株式会社アストム製
（２）中間イオン交換膜３４：株式会社アストム製アニオン交換膜
（３）アニオン交換膜３６：株式会社アストム製
（４）小脱塩室４２、６７：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ８ｍｍ
（５）小脱塩室４４、６８：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ８ｍｍ
（６）小脱塩室４２、６７の充填イオン交換体：カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）／アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）＝１／１（体積比）の混床形態
（７）小脱塩室４４、６８の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（８）濃縮室２２：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ３ｍｍ
（９）濃縮室２２の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（１０）陰極室１４および陽極室１８：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ１ｍｍ
【００７２】
（実施例３）
第５の実施形態にかかるＥＤＩ１００（図６）と同様に、濃縮水の流れ方向Ｂ２が、濃縮室２３に隣接する小脱塩室４２の被処理水の流れ方向Ａ２と向流となるようにした以外は、実施例１と同様にしてＥＤＩ１００と同様のＥＤＩ−Ｃを得た。なお、濃縮室２３の寸法、充填イオン交換体の種類・形態については、ＥＤＩ−Ａの濃縮室２２と同様とした。得られたＥＤＩ−Ｃを用いて、実施例１と同様にして連続運転を行った。運転開始１５００時間後における、運転電圧と、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表１に示す。また、運転開始時から、運転開始１５００時間後までの運転電圧を経時的に測定し、その結果を図７に凡例（Ｘ）として示す。
【００７３】
（比較例１）
比較例１に用いた従来型のＥＤＩについて、図９を用いて説明する。
図９は、従来の脱塩室複数セル型のＥＤＩ２００の断面図である。ＥＤＩ２００は、陰極室２１４と陽極室２１８との間に、４個の脱イオンモジュール２３０が、濃縮室２２２に挟持されて配置されている。
脱イオンモジュール２３０は、カチオン交換膜２３２と、枠体２３３と、中間イオン交換膜２３４と、枠体２３５と、アニオン交換膜２３６とが、陰極２１２側から順に配置されている。枠体２３３の開口部には、イオン交換体が充填されて小脱塩室２４２が形成され、枠体２３５の開口部には、イオン交換体が充填されて、小脱塩室２４４が形成されている。そして、小脱塩室２４４と小脱塩室２４２とで、脱塩室２４０を構成している。小脱塩室２４４には、被処理水流入ライン２５２と、被処理水流出ライン２５３とが接続されている。小脱塩室２４２には、被処理水流入ライン２５４と、脱イオン水流出ライン２５５とが接続されている。そして、被処理水流出ライン２５３と、被処理水流入ライン２５４とは、図示されない配管により、接続されている。
陰極室２１４は、陰極２１２と、仕切り膜２２０とにより、メッシュが挟持されて形成されている。陽極室２１８は、陽極２１６と、仕切り膜２２０とにより、メッシュが挟持されて形成されている。また、陰極室２１４には電極水流入ライン２１３と、電極水流出ライン２１５とが接続され、陽極室２１８には、電極水流入ライン２１７と電極水流出ライン２１９とが接続され、電極水流出ライン２１５と電極水流入ライン２１７とは、図示されない配管により接続されている。陰極２１２と陽極２１６とは、図示されない電源と接続されている。
濃縮室２２２は、脱イオンモジュール２３０の両側に、枠体２２４が配置され、該枠体２２４の開口部にイオン交換体が充填されて形成されている。濃縮室２２２には濃縮水流入ライン２５６と、濃縮水流出ライン２５８が接続されている。
【００７４】
ＥＤＩ２００と同様に、脱インモジュール２３０を４つ配置し、下記仕様にて製造し、ＥＤＩ−Ｄとした。ＥＤＩ−Ｄを用いて、実施例１と同様にして連続運転を行った。運転に際し、被処理水を被処理水流入ライン２５２から小脱塩室２４４へ流入させ、流れ方向ａ１で小脱塩室２４４を流通後、被処理水流出ライン２５３、被処理水流入ライン２５４を経由して小脱塩室２４２に流入させた。次いで、被処理水を流れ方向ａ２で小脱塩室２４２内を流通させ、脱イオン水流出ライン２５５から脱イオン水を流出させて、脱イオン水を得た。
運転開始１５００時間後における、運転電圧と、脱イオン水の比抵抗を測定し、その結果を表１に示す。また、運転開始時から、運転開始１５００時間後までの運転電圧を経時的に測定し、その結果を図７に凡例（Ｙ）として示す。
【００７５】
＜ＥＤＩ仕様＞
（１）カチオン交換膜２３２：株式会社アストム製
（２）中間イオン交換膜２３４：株式会社アストム製アニオン交換膜
（３）アニオン交換膜２３６：株式会社アストム製
（４）小脱塩室２４２：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ８ｍｍ
（５）小脱塩室２４４：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ８ｍｍ
（６）小脱塩室２４２の充填イオン交換体：カチオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）／アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）＝１／１（体積比）の混床形態
（７）小脱塩室２４４の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（８）濃縮室２２２：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ３ｍｍ
（９）濃縮室２２２の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（１０）陰極室２１４および陽極室２１８：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ１ｍｍ
【００７６】
【表１】
2009208046.tif 000004
【００７７】
表１の結果より、隣接する小脱塩室の被処理水の流れ方向を向流とした実施例１〜３において、隣接する小脱塩室の被処理水の流れ方向を同一方向とした比較例１に比べて、低い電圧にて運転できることが判った。
さらに、濃縮室を介して隣接する脱イオンモジュール全体の、被処理水の流れ方向が逆である実施例２において、最も低い運転電圧となった。また、濃縮水の流れ方向が、隣接する小脱塩室のうち、後段の小脱塩室の被処理水の流れ方向に対して、向流とした実施例３において、最も高い水質が得られ、比抵抗は１７．９ＭΩ・ｃｍであった。
前述したとおり、比抵抗は水の純度を表す尺度で、理論純水の比抵抗は１８．２ＭΩ・ｃｍである。ここで、用途別使用水の比抵抗を例示すると、小型ボイラーで約４ＭΩ・ｃｍ、大型発電所で約１０ＭΩ・ｃｍ、原子力発電所で約１５ＭΩ・ｃｍである。一般的に１５ＭΩ・ｃｍ以上の水を「超純水」と呼ぶが、エレクトロニクス産業等においては、より理論純水に近い水質（１８．２ＭΩ・ｃｍ）が求められ、０．１ＭΩ・ｃｍオーダーでの水質向上が要求されている。これらのことを考慮し、実施例３の比抵抗１７．９ＭΩ・ｃｍと、比較例１の比抵抗１６．９ＭΩ・ｃｍとを比較すると、実施例３のＥＤＩ−Ｃによって、著しい水質の向上が図れていることが判った。
【００７８】
図７に示すように、実施例３（凡例（Ｘ））では、運転電圧は、運転開始４００時間で４８Ｖまで上昇した後、１５００時間経過まで大きく変動せずに安定していた。ＥＤＩ−Ｃ運転開始当初の運転電圧３３Ｖが、運転開始１５００時間後で、１．６倍の５２Ｖに抑えられていた。
比較例１（凡例（Ｙ））では、運転開始４００時間から１５００時間にかけて、大幅な運転電圧の上昇が確認できた。ＥＤＩ−Ｄ運転当初の運転電圧３６Ｖが、運転開始１５００時間で、２．４倍の８６Ｖに上昇していた。
実施例３と比較例１との運転電圧の推移を比較すると、隣接する小脱塩室の被処理水の流れ方向を向流とした実施例３は、極めて安定した電圧で運転でき、長期間にわたって安定した水質の脱イオン水製造が行えることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明のＥＤＩの脱イオンモジュールにおける電流の流れ方向を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるＥＤＩを示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかるＥＤＩを示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態にかかるＥＤＩを示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態にかかるＥＤＩを示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態にかかるＥＤＩを示す断面図である。
【図７】実施例３と比較例１の運転電圧の経時的変化を示すグラフである。
【図８】従来のＥＤＩの脱イオンモジュールにおける電流の流れ方向を示す模式図である。
【図９】従来のＥＤＩを示す断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０、６０、７０、８０、１００、２００  電気式脱イオン水製造装置
１４、２１４             陰極室
１８、２１８             陽極室
２２、２３、２２２ 濃縮室
３２、２３２             カチオン交換膜
３４、２３４             中間イオン交換膜
３６、２３６             アニオン交換膜
４０、６６、７６、９０、１７６、２４０  脱塩室
４２、４４、６７、６８、７７、７８、９２、９４、１７７、１７８       、２４２、２４４        小脱塩室
【図１】
2009208046.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009208046.tif 000009
【図６】
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【図７】
2009208046.tif 000011
【図８】
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【図９】
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