(57)【要約】【課題】本発明は、炭酸の逆拡散の発生を抑制し、高水質の脱イオン水を得ることができる電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法を提供する。【解決手段】陽極と陰極との間に、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、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とを配置し、前記濃縮室に濃縮水を供給する供給手段を有する電気式脱イオン水製造装置であって、前記濃縮水は、前記アニオン交換体のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオンを含む溶液である。【選択図】図１
2009136824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に、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、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とを配置し、前記濃縮室に濃縮水を供給する供給手段を有する電気式脱イオン水製造装置であって、
前記濃縮水は、前記アニオン交換体のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオンを含む溶液であることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の電気式脱イオン水製造装置であって、前記供給手段は、前記濃縮室内の前記アニオンのイオン濃度が前記濃縮室内の炭酸濃度以上となるように前記濃縮水を供給することを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電気式脱イオン水製造装置であって、前記アニオンは、塩素イオンであることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
陽極と陰極との間に、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、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とを配置し、前記濃縮室に濃縮水を供給する電気式脱イオン水製造装置を利用して脱イオン水を製造する脱イオン水の製造方法であって、
前記濃縮水は、前記アニオン交換体のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオンを含む溶液であることを特徴とする脱イオン水の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の脱イオン水の製造方法であって、前記濃縮室内の前記アニオンのイオン濃度が前記濃縮室内の炭酸濃度以上となるように前記濃縮水を供給することを特徴とする脱イオン水の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の脱イオン水の製造方法であって、前記アニオンは、塩素イオンであることを特徴とする脱イオン水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体、液晶、製薬、食品工業等の各種産業、民生用ないし研究施設等において利用される電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法の技術に関する。
【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、イオン交換樹脂がイオンで飽和されたときに、通常薬剤によって再生を行う。このような再生処理は、処理操作上の不利であり、このよう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（ＥＤＩ）においては、陽極と陰との間に、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、イオン交換体が充填された脱塩室と、カチオン交換膜、アニオン交換膜を介して脱塩室の両側に濃縮室とが配置される。通常、脱塩室及び濃縮室は複数組配置される。そして、電気式脱イオン水製造装置によって脱イオン水を製造する場合、陽極と陰極間に直流電流を流した状態で、イオン交換体が充填された脱塩室内に被処理水を、濃縮室に濃縮水を通水させることによって、被処理水中のイオンを濃縮水中に移動させ、脱イオン水を得る。
【０００４】
ここで、脱塩室に流入させる被処理水中の硬度が高い場合、例えば、水道水または水道水をＲＯ膜処理した水を被処理水として用いると、濃縮室のアニオン交換膜面に硬度スケールが発生しやすい。すなわち、被処理水中に炭酸成分と硬度成分が含まれていると、電気式脱イオン水製造装置の濃縮室に移動したカルシウムイオンやマグネシウムイオンが濃縮室のアニオン交換膜面で炭酸イオン等と結合し、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等の硬度スケールを生じやすい。
【０００５】
特許文献１には、濃縮室のアニオン交換膜側に特定構造のアニオン交換体を配置する電気式脱イオン水製造装置が提案されている。この特許文献１の装置によれば、ＯＨイオンの濃縮液への拡散希釈が、多孔性アニオン交換体表面より促進され、多孔性アニオン交換体表面におけるＯＨイオン濃度の速やかな低減が図られる。他方、硬度成分イオンは、多孔性アニオン交換体の内部に侵入し難くなり、ＯＨイオンと硬度成分イオンとが接触し反応する機会が低減されるため、硬度成分の析出や蓄積が抑制される。
【０００６】
しかし、被処理水中の炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオンの総称）が脱塩室から陽極側のアニオン交換膜を介して濃縮室へ移動すると、（詳細は後述するが）濃縮室内のアニオン交換体はＨＣＯ３形となる。そして、ＨＣＯ３形のアニオン交換体に電流が流れると、ＨＣＯ３−（及びＣＯ３２−）が電場によってカチオン交換膜近傍まで引き寄せられるが、カチオン交換膜を透過することはできず、カチオン交換膜近傍で濃縮される。また、水素イオンがカチオン交換膜を透過してくるため、カチオン交換膜付近のｐＨは低くなる。そうすると、水と炭酸ガス（ＣＯ２）が発生し、カチオン交換膜近傍に高濃度炭酸ガス含有水溶液層が形成される。そして、炭酸ガスは、拡散によってカチオン交換膜１０を透過して脱塩室へ移動（逆拡散）してしまう。すなわち、一旦被処理水中から除去された炭酸が、炭酸ガスとして被処理水中に再度溶解される、いわゆる炭酸の逆拡散が発生し、脱塩室から排出される処理水が炭酸成分で汚染される。
【０００７】
特許文献２では、濃縮室に充填されたアニオン交換樹脂とカチオン交換膜との間に強塩基性アニオン基を有さない水透過性体を設けることにより、炭酸の逆拡散の発生を抑制する電気式脱イオン水製造装置が提案されている。この特許文献２の装置によれば、ＨＣＯ３−等が水透過性体でブロックされ、カチオン交換膜近傍にまで拡散することを防止して、炭酸の逆拡散を防止することができる。
【０００８】
また、特許文献３には、濃縮室にアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂を充填することにより、炭酸の逆拡散の発生を抑制する電気式脱イオン水製造装置が提案されている。この特許文献３の装置によれば、カチオンおよびアニオンの両方が濃縮室内で移動可能になり、炭酸の逆拡散を比較的小さくして、かつスケールの発生も少なくできる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２２５０７８号公報
【特許文献２】特開２００４−３５８４４０号公報
【特許文献３】特開２００４−３４００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、上記と異なる方法で炭酸の逆拡散の発生を抑制し、高水質の脱イオン水を得ることができる電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、陽極と陰極との間に、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、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とを配置し、前記濃縮室に濃縮水を供給する供給手段を有する電気式脱イオン水製造装置であって、前記濃縮水は、前記アニオン交換体のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオンを含む溶液である。
【００１２】
また、前記電気式脱イオン水製造装置において、前記供給手段は、前記濃縮室内の前記アニオンのイオン濃度が前記濃縮室内の炭酸濃度以上となるように前記濃縮水を供給することが好ましい。
【００１３】
また、前記電気式脱イオン水製造装置において、前記アニオンは、塩素イオンであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、陽極と陰極との間に、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、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とを配置し、前記濃縮室に濃縮水を供給する電気式脱イオン水製造装置を利用して脱イオン水を製造する脱イオン水の製造方法であって、前記濃縮水は、前記アニオン交換体のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオンを含む溶液である。
【００１５】
また、前記脱イオン水の製造方法において、前記濃縮室内の前記アニオンのイオン濃度が前記濃縮室内の炭酸濃度以上となるように前記濃縮水を供給することが好ましい。
【００１６】
また、前記脱イオン水の製造方法において、前記アニオンは、塩素イオンであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、陽極と陰極との間に、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、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とを設け、前記濃縮室に濃縮水を供給する供給手段とを有する電気式脱イオン水製造装置において、前記濃縮水は、前記アニオン交換体のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオンを含む溶液である。これによって、炭酸の逆拡散の発生を抑制し、高水質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】
【００１８】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置には、陽極と陰極との間に、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、イオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜、前記アニオン交換膜を介して前記脱塩室の両側に設けられ、アニオン交換体が充填された濃縮室とが配置される。ここで、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の脱塩室は、上記構成を有するものであれば、単一の脱塩室であっても、例えば、当該カチオン交換膜と当該アニオン交換膜と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た脱塩室であって、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たものであってもよい。この２つの小脱塩室に区画された脱塩室を用いると、被処理水の脱塩処理を効率よく行うことが可能になる。
【００２０】
以下に説明する本実施形態では、カチオン交換膜とアニオン交換膜と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た脱塩室を例とする。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。電気式脱イオン水製造装置１には、カチオン交換膜１０と、中間イオン交換膜１２と、アニオン交換膜１４とが互いに離間して交互に配置され、中間イオン交換膜１２とアニオン交換膜１４とで区画される第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５及びカチオン交換膜１０と中間イオン交換膜１２とで区画される第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６が形成されている。第一小脱塩室ｄ１と第二小脱塩室ｄ２とで脱塩室Ｄ１、第一小脱塩室ｄ３と第二小脱塩室ｄ４とで脱塩室Ｄ２、第一小脱塩室ｄ５と第二小脱塩室ｄ６とで脱塩室Ｄ３とする。また、脱塩室Ｄ１とＤ２、Ｄ２とＤ３のそれぞれの間に位置するアニオン交換膜１４とカチオン交換膜１０とで形成される部分は、濃縮水を流すための濃縮室１６（１６ａ，１６ｂ）とする。これを順次に併設して図１中、左より脱塩室Ｄ１、濃縮室１６ａ、脱塩室Ｄ２、濃縮室１６ｂ、脱塩室Ｄ３が形成されている。なお、図１の脱塩室及び濃縮室の数は一例であって、これに限定されない。また、濃縮室は、必要に応じて脱塩室と後述する電極室との間にも設けられる。
【００２２】
図１に示す第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５には、アニオン交換体２０が充填され、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６には、アニオン交換体及びカチオン交換体の混合体１８（以下、混合体１８と呼ぶ）が充填されている。しかし、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５及び第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６に充填されるイオン交換体は、必ずしも上記に制限されるものではなく、脱塩処理の目的に応じて適宜選択されればよい。
【００２３】
本実施形態の中間イオン交換膜１２はアニオン交換膜であるが、特に制限されるものではない。
【００２４】
また、濃縮室１６ａ，１６ｂにはアニオン交換体２２が充填されている。濃縮室１６ａ，１６ｂにアニオン交換体２２を充填することで、濃縮室１６ａ，１６ｂのカチオン交換膜１０面に炭酸が拡散して、カチオン交換膜１０面に硬度スケールが発生するのを防止でき、また、高伝導度のアニオン交換体２２が存在することで印加電圧を低電圧化することができる。
【００２５】
また、両端の脱塩室Ｄ１，Ｄ３の両外側と両電極（陰極２４，陽極２６）との間の空間をそれぞれ電極室２８，３０として、ここに電極水（本実施形態では被処理水）が通水される。なお、電極室２８，３０には、必要に応じてカチオン交換体、アニオン交換体等が充填されてもよい。図１の例では、電極室２８にアニオン交換体３２が、電極室３０にカチオン交換体３４が充填されているが、これに限らない。
【００２６】
図１の電気式脱イオン水製造装置１において、被処理水が流入するための第一流入ライン３６が、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５の入口にそれぞれ接続され、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５の出口からの被処理水が流出するための第一流出ライン３８が、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６の入口へ被処理水が流入するための第二流入ライン４０に接続されている。処理水が流出するための第二流出ライン４２が、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６の出口にそれぞれ接続されている。上記構成によって、被処理水は、まず、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５に供給され、脱塩処理される。そして、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５を通過した被処理水が、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６に供給され、さらに脱塩処理されて処理水として排出される。なお、被処理水の通水経路は、上記に制限されるものではなく、例えば、混合体１８が充填された第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６からアニオン交換体２０が充填された第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５へ被処理水が通水されてもよい。
【００２７】
また、本実施形態の電気式脱イオン水製造装置１には、濃縮室に濃縮水を供給する濃縮水供給手段として、アニオン交換体２２のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオンを含む溶液（例えば、後述する食塩溶液等）が収容されたタンク４４、当該溶液を送水するポンプ４６、当該溶液の流路となるサブ流入ライン４７、サブ流入ライン４７を開閉させる開閉弁４９、当該溶液及び被処理水の混合液（すなわち濃縮水）の流路となる濃縮水流入ライン４８、濃縮水流入ライン４８と第一流入ライン３６とを接続させ、被処理水の一部を濃縮水流入ライン４８に流入させるバイパスライン５１が設けられる。タンク４４に収容された当該溶液を濃縮水流入ライン４８へ自然流下させる場合等では、ポンプ４６は、必要ではない。濃縮水流入ライン４８は、バイパスライン５１と濃縮室１６ａ，１６ｂの入口にそれぞれ接続されている。また、サブ流入ライン４７は、当該溶液が濃縮室１６ａ，１６ｂに供給されるように濃縮水流入ライン４８とタンク４４の出口に接続されている。また、濃縮水流出ライン５０は、濃縮室１６ａ，１６ｂの出口にそれぞれ接続されている。本実施形態において、アニオン交換体２２のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオンを含む溶液として後述するＲＯ原液を用いる場合には、ＲＯ原液を濃縮水流入ライン４８へ供給するためのサブ流入ライン４７及び開閉弁４９を有していればよく、タンク４４、ポンプ４６は必ずしも必要ではない。また、電極水流入ラインは、第一流入ライン３６と同一のラインとし、電極室２８，３０の入口にそれぞれ接続され、電極水流出ライン５３は、電極室２８，３０の出口にそれぞれ接続されている。本実施形態では、電極水流入ライン及び第一流入ライン３６を同一のラインとしているが、異なるラインとしてもよい。また、被処理水及び電極水として流入させる溶液を同じものとして通水させているが、これに限られず、被処理水及び電極水を異なる溶液としてもよい。
【００２８】
また、本実施形態では、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５に流入する被処理水の流れ方向及び第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６に流入する被処理水の流れ方向は共に下降方向であり、濃縮水の流れ方向はその逆の上昇方向であるが、これに制限されない。
【００２９】
本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置１によって、脱イオン水を製造する場合の運転方法の一例を以下に説明する。まず、陰極２４と陽極２６間に直流電流を流した状態で、第一流入ライン３６から被処理水を流入させ、また、バイパスライン５１を介して濃縮水流入ライン４８へ被処理水を流入させると共に、ポンプ４６を稼働させ、開閉弁４９を開き、タンク４４からサブ流入ライン４７を介して、アニオン交換体２２のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオンを含む溶液（例えば、後述する食塩溶液等）を濃縮水流入ライン４８へ流入させる。第一流入ライン３６から流入した被処理水は、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５を流れ、アニオン交換体２０の充填層を通過する際に炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）、シリカ等のアニオンが除去される。更に、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５の第一流出ライン３８を通った被処理水は、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６の第二流入ライン４０を流れ、混合体１８の充填層を通過する際にカチオン及びアニオンが除去され、処理水（脱イオン水）が第二流出ライン４２から得られる。また、タンク４４から濃縮水流入ライン４８へ流入した当該溶液及びバイパスライン５１から濃縮水流入ライン４８へ流入した被処理水の混合液（本実施形態に係る濃縮水）は、各濃縮室１６ａ，１６ｂを流れ、カチオン交換膜１０及びアニオン交換膜１４を介して移動してくるイオンを受取り、イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン５０から流出される。さらに、第一流入ライン３６（電極水流入ライン）から流入した電極水は、電極水流出ライン５３から流出される。上述の運転によって、被処理水中のイオンが除去された処理水（脱イオン水）が得られる。
【００３０】
先に流入する第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５のアニオン交換体２０にて捕捉される炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）は、水酸化物イオンやアニオン交換体２０に捕捉された他のアニオン成分と共に陽極側のアニオン交換膜１４を通過し、濃縮室１６ａ，１６ｂへと移動する。ここで、濃縮室１６ａ，１６ｂに供給される濃縮水として、従来のＲＯ膜等で処理した水又は従来の電気式脱イオン水製造装置にて処理された処理水等が用いられると、濃縮室１６ａ，１６ｂのアニオン交換体２２は、移動してきた炭酸によりＨＣＯ３形のアニオン交換体となる。ＨＣＯ３形のアニオン交換体に電流が流れると、ＨＣＯ３−（及びＣＯ３２−）は電場によってカチオン交換膜１０近傍まで引き寄せられるが、カチオン交換膜１０を透過することはできず、カチオン交換膜１０近傍で濃縮される。これによって、カチオン交換膜１０を隔てて、濃縮室１６ａ，１６ｂ（濃厚側）と第二小脱塩室ｄ４，ｄ６（希薄側）との間にＨＣＯ３−（及びＣＯ３２−）の急な濃度勾配が発生する。また、カチオン交換膜１０からは水素イオンが透過してくるため、濃縮室１６ａ，１６ｂのカチオン交換膜１０近傍のｐＨは低くなる。そうすると、水と炭酸ガス（ＣＯ２）が発生し、カチオン交換膜１０近傍に高濃度炭酸ガス含有水溶液層が形成され、炭酸ガスは、拡散によってカチオン交換膜１０を透過して第二小脱塩室ｄ４，ｄ６へ移動（逆拡散）してしまう。これにより第二小脱塩室ｄ４，ｄ６から排出される最終処理水が炭酸で汚染されることになる。
【００３１】
これに対し、本実施形態では、濃縮水流入ライン４８を流れる濃縮水には、アニオン交換体２２のイオン選択性の順位が重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）より高いアニオンを含む溶液が用いられる。アニオン交換体２２のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオンは、例えば、Ｃｌ−，ＮＯ３−，ＳＯ４２−等が挙げられる。Ｃｌ−，ＮＯ３−，ＳＯ４２−等のアニオンを含む溶液としては、例えば、食塩溶液、塩酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液、ＲＯ原液等が挙げられる。電気式脱イオン水製造装置１の耐久性や取り扱いやすさ等の点で、食塩溶液等のＣｌ−を含む溶液を濃縮水として用いることが好ましい。
【００３２】
上記食塩溶液等のＣｌ−を含む溶液が各濃縮室１６ａ，１６ｂに流入すると、濃縮室１６ａ，１６ｂのアニオン交換体２２は、重炭酸イオンよりイオン選択性の順位の高いアニオン形、例えばＣｌ形、ＮＯ３形、ＳＯ４形等のアニオン交換体となるため、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３からアニオン交換膜１４を通過して濃縮室１６ａ，１６ｂへ移動する炭酸は、アニオン交換体２２に捕捉されずに、濃縮水とともに濃縮水流出ライン５０へ排出される。その結果、濃縮室１６ａ，１６ｂ側のカチオン交換膜１０近傍における高濃度炭酸ガス含有水溶液層の発生を防止することができる。すなわち、炭酸ガスがカチオン交換膜１０を介して第二小脱塩室ｄ４，ｄ６へ移動し、被処理水中に逆拡散することを抑制することができる。また、重炭酸イオンより選択性の高いアニオン形のアニオン交換体に電流が流れると、当該アニオンは電場によってカチオン交換膜１０近傍まで引き寄せられ濃縮される。しかし、カチオン交換膜１０近傍では、カチオン交換膜１０を透過した水素イオンと当該アニオンとの高濃度液層が形成されるだけで、当該アニオンがカチオン交換膜１０を透過して第二小脱塩室ｄ４，ｄ６へ移動することはない。
【００３３】
このように、被処理水を第一小脱塩室に充填されたアニオン交換体から第二小脱塩室に充填された混合体（アニオン交換体及びカチオン交換体）の順で接触させる構成では、炭酸の逆拡散現象が起こると、最終処理の第二小脱塩室に炭酸が移動するため、処理水が炭酸で汚染され易い。しかし、上記濃縮水を用いることにより、炭酸の逆拡散現象が抑制されるため、このような構成でも最終処理水の炭酸汚染を防止することができる。また、脱塩室に充填された混合体によって、アニオン及びカチオンの両方のイオン除去が行え、高品位の脱イオン水を得ることができる。
【００３４】
また、本実施形態では、濃縮室１６ａ，１６ｂ内の濃縮水のイオン濃度において、アニオン交換体２２のイオン選択性の順位のうち重炭酸イオンより高いアニオンのイオン濃度が、濃縮室１６ａ，１６ｂ内の炭酸濃度以上となるように、濃縮室１６ａ，１６ｂに濃縮水を供給することが好ましい。上記のイオン濃度状態にするには、例えば、脱塩室及び濃縮室に入る炭酸量又は濃縮室から排出される炭酸量を検出して、当該炭酸量より濃縮水中のアニオン濃度が高濃度になるように、濃縮室へ供給される当該アニオンを含む溶液の添加量を増加させることにより達成される。以下に、その一例を説明する。これにより、濃縮室１６ａ，１６ｂのアニオン交換体２２は重炭酸イオンより選択性の高いアニオン形のアニオン交換体になりやすく、効率的に炭酸の逆拡散を抑制することができる。
【００３５】
図２は、本発明の他の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。図２に示す電気式脱イオン水製造装置２において、図１に示す電気式脱イオン水製造装置１と同様の構成については同一の符合を付し、図１と同様の構成についての説明は省略する。図２に示す電気式脱イオン水製造装置２は、濃縮水流出ライン５０に設置されたイオンセンサ５２を有する。イオンセンサ５２は、調節器（図示せず）等を介してポンプ４６と電気的に接続されている。イオンセンサ５２は、濃縮水流出ライン５０を通る濃縮水中の炭酸及びＣｌ−等のアニオン濃度を検出することができるものである。
【００３６】
濃縮室１６ａ，１６ｂ内のアニオン交換体２２がＣｌ−等のアニオン形になっていない（すなわちＨＣＯ３形になっている）と、炭酸の逆拡散が発生する。そこで、本実施形態では、上記イオンセンサ５２により検出された炭酸及びＣｌ−等のアニオン濃度の比が所定値以上ずれた場合には、ポンプ４６の流量を上げるようにイオンセンサ５２から指示が送られ、濃縮室１６ａ，１６ｂに供給されるＣｌ−等のアニオンを含む溶液の添加量を増加させる。上記によって、濃縮室１６ａ，１６ｂに供給するＣｌ−等のアニオンを含む溶液の添加量を適切に制御しながら、濃縮室１６ａ，１６ｂ内の濃縮水のＣｌ−等のアニオン濃度を濃縮室１６ａ，１６ｂ内の炭酸濃度以上にすることができ、効率的に炭酸の逆拡散を抑制することができる。
【００３７】
上記これらの実施形態では、被処理水を第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５に充填されたアニオン交換体２０から接触させる構成を例示している。本実施形態では、脱塩室に充填されたイオン交換体の通水順序及び脱塩室に充填されるイオン交換体等は特に制限されるものではないが、下記に第一小脱塩室にカチオン交換体を充填し、第二小脱塩室にアニオン交換体を充填し、被処理水をカチオン交換体からアニオン交換体の順で接触させる電気式脱イオン水製造装置について説明する。
【００３８】
図３は、本発明の他の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。図３に示す第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５は、カチオン交換膜１０と中間イオン交換膜１２とで区画され、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６は、中間イオン交換膜１２とアニオン交換膜１４とで区画されている。また、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５には、カチオン交換体５４が充填され、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６には、アニオン交換体２０が充填されている。また、本実施形態において、中間イオン交換膜１２は、アニオン交換膜であるが、アニオン交換膜に制限されるものではない。また、濃縮室１６ａ，１６ｂ及び電極室２８，３０は、図１の電気式脱イオン水製造装置１と同様の構成であるため説明を省略する。
【００３９】
図３の電気式脱イオン水製造装置３において、被処理水が流入するための第一流入ライン３６が、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５の入口にそれぞれ接続され、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５の出口からの被処理水が流出するための第一流出ライン３８が、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６の入口へ被処理水が流入するための第二流入ライン４０に接続されている。処理水が流出するための第二流出ライン４２が、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６の出口にそれぞれ接続されている。上記構成によって、被処理水は、まず、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５に供給され、脱塩処理される。そして、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５を通過した被処理水が、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６に供給され、さらに脱塩処理されて処理水として排出される。また、濃縮室１６ａ，１６ｂに濃縮水を供給する供給手段としてのタンク４４、ポンプ４６、濃縮水流入ライン４８等の構成は、図１の電気式脱イオン水製造装置１と同様の構成であるため説明を省略する。
【００４０】
本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置３によって脱イオン水を製造する場合の運転方法の一例を以下に説明する。まず、陰極２４と陽極２６間に直流電流を流した状態で、第一流入ライン３６から被処理水を流入させ、また、バイパスライン５１を介して濃縮水流入ライン４８へ被処理水を流入させると共に、ポンプ４６を稼働させ、開閉弁４９を開き、タンク４４からサブ流入ライン４７を介して、アニオン交換体２２のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオンを含む溶液（例えば、後述する食塩溶液等）を濃縮水流入ライン４８へ流入させる。第一流入ライン３６から流入した被処理水は、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５を流れ、カチオン交換体５４の充填層を通過する際にカチオンが除去される。更に、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５の第一流出ライン３８を通った被処理水は、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６の第二流入ライン４０を通って、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６を流れ、アニオン交換体２０の充填層を通過する際に炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）、シリカ等のアニオンが除去され、処理水（脱イオン水）が第二流出ライン４２から得られる。また、タンク４４から濃縮水流入ライン４８へ流入した当該溶液及びバイパスライン５１から濃縮水流入ライン４８へ流入した被処理水の混合液（本実施形態に係る濃縮水）は、各濃縮室１６ａ，１６ｂを流れ、カチオン交換膜１０及びアニオン交換膜１４を介して移動してくるイオンを受取り、イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン５０から流出される。さらに、第一流入ライン３６（電極水流入ライン）から流入した電極水は、電極水流出ライン５３から流出される。
【００４１】
上記で説明したように、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６のアニオン交換体２０にて捕捉される炭酸（遊離炭酸、重炭酸イオン、炭酸イオン）は、水酸化物イオンやアニオン交換体２０に捕捉された他のアニオン成分と共に陽極側のアニオン交換膜１４を通過し、濃縮室１６ａ，１６ｂへと移動する。本実施形態では、アニオン交換体２２のイオン選択性の順位のうち重炭酸イオンより高いアニオンを含む溶液が濃縮室１６ａ，１６ｂに供給されるため、濃縮室１６ａ，１６ｂへ移動した炭酸は、重炭酸イオンに対する選択性より高いアニオン形のアニオン交換体には捕捉されずに、濃縮水とともに濃縮水流出ライン５０へ排出される。したがって、炭酸ガスがカチオン交換膜１０を介して第一小脱塩室ｄ３，ｄ５へ移動し、被処理水中に逆拡散することを抑制することができる。
【００４２】
本実施形態において、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５または第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６の厚さは特に制限されないが、第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５の厚さを０．８〜６００ｍｍ、好ましくは２〜１００ｍｍ、第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６の厚さを０．８〜６００ｍｍ、好ましくは６〜１００ｍｍとすれば、低い電気抵抗及び高い電流効率が得られる点で好適である。第一小脱塩室ｄ１，ｄ３，ｄ５の厚さが０．８ｍｍ未満では滞留時間を充分に確保できず、水質が悪化しやすい。また、６００ｍｍを越えると電気抵抗が大きすぎて装置の安定運転に支障を来しやすくなる。また、同様に第二小脱塩室ｄ２，ｄ４，ｄ６の厚さが０．８ｍｍ未満では滞留時間を充分に確保できず、水質が悪化しやすい。また、６００ｍｍを越えると電流効率の上昇に比べて電気抵抗の上昇が顕著となりやすい。
【００４３】
アニオン交換体（２０，３２）、カチオン交換体（３４，５４）として用いられるイオン交換体としては、イオン交換樹脂、イオン交換繊維などイオン交換機能を有する物質であればいずれでもよく、また、それらを組み合わせたものであってもよい。
【００４４】
濃縮室１６ａ，１６ｂに充填されるアニオン交換体２２としては、例えば強塩基性アニオン交換体が挙げられる。また、アニオン交換体の形態としては、アニオン交換樹脂、アニオン交換繊維及び特開２００２−３０６９７６号公報記載の有機多孔質アニオン交換体等が挙げられる。強塩基性アニオン交換体は一部に弱塩基性アニオン交換基が含まれていてもよい。アニオン交換樹脂は、遊離炭酸濃度が低くても反応が十分におき、スケール発生を抑制できるという利点を有する。また、アニオン交換樹脂の粒径が均一であると、濃縮室の差圧が低くなる点で好ましい。
【００４５】
濃縮室１６ａ，１６ｂの厚さとしては、０．５ｍｍ〜６０ｍｍが好ましく、特に１ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。０．５ｍｍ未満であると、たとえアニオン交換体２２を充填してもスケール発生抑制効果が得られにくくなり、通水差圧も上昇しやすい。一方、６０ｍｍを越えると、電気抵抗が高くなり、消費電力が増大しやすくなる。
【００４６】
なお、電気式脱イオン水製造装置において、処理量（ＳＶ、ＬＶ）、通電量、その他運転条件は、被処理水の性状などに応じて適宜設定することができる。
【００４７】
本実施形態において、処理対象となる被処理水としては特に制限はないが、炭酸成分を多く含む被処理水であっても、最終処理水の炭酸汚染を防止することができる。炭酸成分を多く含む被処理水としては、例えば水道水または水道水をＲＯ膜等で処理した水等が挙げられる。国内の水道水では通常炭酸成分の他に硬度成分が含まれるが、本実施形態によれば、濃縮室１６ａ，１６ｂへアニオン交換体２２が充填されているため、濃縮室１６ａ，１６ｂに移動したＣａ２＋イオンやＭｇ２＋イオンが濃縮室１６ａ，１６ｂのアニオン交換膜１４面で炭酸イオン（ＣＯ３２−）と結合して硬度スケールを生じることはほとんどなく、濃縮室１６ａ，１６ｂにおいて流路閉塞などが起こることもほとんどない。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４９】
図４は、濃縮室から脱塩室に移動する炭酸成分量を測定するための試験セルを示す概略構成図である。図４に示すように、アニオン交換樹脂５６が充填された陰極室５８と、カチオン交換樹脂６０が充填された陽極室６２との間に、アニオン交換膜６４及び第一カチオン交換膜６６で区画され、アニオン交換樹脂５６が充填された濃縮室６８、第一カチオン交換膜６６及び第二カチオン交換膜７０で区画され、カチオン交換樹脂６０が充填された脱塩室７２とを有する試験セル４を準備し、以下の条件で濃縮室６８から脱塩室７２に移動する炭酸成分量を測定した。脱塩室７２及び電極室（５８，６２）には超純水を通水させると共に、濃縮室６８にはＮａＣｌ＋ＮａＨＣＯ３溶液（炭酸イオン濃度３０ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ、［Ｃｌ］５０％、［ＨＣＯ３］５０％）を通水させ、これを実施例とした。
＜使用したイオン交換体＞
カチオン交換樹脂：ロームアンドハース社製、アンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ
アニオン交換樹脂：ロームアンドハース社製、アンバーライトＩＲＡ４０２ＢＬ
第一カチオン交換膜、第二カチオン交換膜：株式会社アストム製、Ｃ６６−１０Ｆ
アニオン交換膜：株式会社アストム製、ＡＨＡ
＜ＥＤＩサイズ＞
試験セル：縦１０ｃｍ×幅１０ｃｍ×厚さ８ｍｍ
＜流量条件＞
超純水、ＮａＣｌ＋ＮａＨＣＯ３溶液：８０００ｍｌ／ｈｒ
＜電流条件＞
定電流：０．５Ａ／ｄｍ２
【００５０】
（比較例）
ＮａＣｌ＋ＮａＨＣＯ３溶液に代えて炭酸水（［ＨＣＯ３］１００％）を濃縮室６８に通水させた以外は、実施例と同様の条件で行ったものを比較例とした。
【００５１】
実施例及び比較例の脱塩室から排出される処理水（超純水）中の炭酸量を測定した。具体的には、アルテナ社製のＴＯＣ計（Ａ−１０００）にて処理水中の無機炭素（ＩＣ）を測定し、これを炭酸として、処理水中の炭酸量を測定した。比較例の脱塩室から排出される処理水には、８４００μｇ−ＣａＣＯ３／ｈｒの炭酸成分が含まれていた。一方、実施例の脱塩室から排出される処理水には、７００μｇ−ＣａＣＯ３／ｈｒの炭酸成分が含まれていたが、比較例より炭酸成分の量が大幅に抑えられていた。すなわち、アニオン交換樹脂のイオン選択性の順位が重炭酸イオンより高いアニオン（実施例では、塩素イオン）を含む溶液を濃縮室に供給することによって、濃縮室の炭酸成分がカチオン交換膜を介して脱塩室に移動することを抑制できることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る電気式脱イオン水製造装置の概略構成図である。
【図４】濃縮室から脱塩室に移動する炭酸成分量を測定するための試験セルを示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１〜３  電気式脱イオン水製造装置、４  試験セル、１０，６６，７０  カチオン交換膜、１２  中間イオン交換膜、１４，６４  アニオン交換膜、１６ａ，１６ｂ，６８  濃縮室、１８  混合体、２０，２２，３２  アニオン交換体、３４、５４  カチオン交換体、２４  陰極、２６  陽極、２８，３０，５８，６２  電極室、３６  第一流入ライン、３８  第一流出ライン、４０  第二流入ライン、４２  第二流出ライン、４４  タンク、４６  ポンプ、４７  サブ流入ライン、４８  濃縮水流入ライン、４９  開閉弁、５０  濃縮水流出ライン、５１  バイパスライン、５２  イオンセンサ、５３  電極水流出ライン、５６  アニオン交換樹脂、６０  カチオン交換樹脂、７２，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３  脱塩室、ｄ１，ｄ３，ｄ５  第一小脱塩室、ｄ２，ｄ４，ｄ６  第二小脱塩室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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