(57)【要約】【課題】スケールの発生が抑制され、イオン除去能力の向上が図られたスパイラル型ＥＤＩを提供することを目的とする。【解決手段】中心電極の周囲にアニオン交換膜２２とカチオン交換膜２０とを巻回し、アニオン交換膜２２とカチオン交換膜２０とで脱塩室および濃縮室が、外周電極３４内に形成されたスパイラルエレメント１０を有するスパイラル型電気式脱イオン水製造装置であって、前記脱塩室は、スパイラルエレメント１０の軸方向に、多段に複数の小脱塩室に区画され、前記小脱塩室間を連通する配管１４が設けられていることよりなる。【選択図】図３
2009112925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心電極の周囲にアニオン交換膜とカチオン交換膜とを巻回し、アニオン交換膜とカチオン交換膜とで脱塩室および濃縮室が、外周電極内に形成されたスパイラルエレメントを有するスパイラル型電気式脱イオン水製造装置であって、
前記脱塩室は、スパイラルエレメントの軸方向に、複数の小脱塩室に多段に区画され、前記小脱塩室間を連通する配管が設けられていることを特徴とする、スパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項２】
前記小脱塩室と、該小脱塩室を挟持するアニオン交換膜とカチオン交換膜と、濃縮室とで、複数のセルペアが形成され、セルペア毎に分離されていることを特徴とする、請求項１のスパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記セルペアは、セルペア毎の巻回数および／または巻回方向が異なることを特徴とする、請求項２に記載のスパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記セルペア毎のスパイラルエレメントは分離されていて、各セルペアの小脱塩室の配管と、該セルペアに隣接する隣接セルペアの小脱塩室の配管とが接続されていることを特徴とする、請求項２または３に記載のスパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記セルペア毎のスパイラルエレメントは分離されていて、各セルペアの小脱塩室の配管と、該セルペアに隣接する隣接セルペアの小脱塩室の配管とが接続され、かつセルペア毎のスパイラルエレメントがそれぞれ異なる耐圧容器内に設置されていることを特徴とする、請求項４に記載のスパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記中心電極は、前記配管を兼ねていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記小脱塩室には、各小脱塩室に異なる種類および／または組成の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１〜６のいずれか１項に記載のスパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項８】
前記小脱塩室毎のスパイラルエレメントにそれぞれ独立した中心電極が設置され、各小脱塩室にかかる印加電流が別々に制御されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のスパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項９】
全流路長（各小脱塩室の外周端から内周端までの距離の合計）に対して被処理水流入口側から少なくとも１０％の距離の間に、カチオン交換体またはアニオン交換体の比率が５０体積％を超えるようにイオン交換体が充填されていることを特徴する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のスパイラル型電気式脱イオン水製造装置。
【請求項１０】
前記濃縮室に、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１〜９のいずれか１項に記載のスパイラル型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、半導体製造分野、医薬品製造分野、原子力や火力等の発電分野、食品工業等の各種の産業、または研究施設で脱イオン水を製造するスパイラル型電気式脱イオン水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薬液によりイオン交換体を再生する必要のない、電気式脱イオン水製造装置（以下、ＥＤＩという）が実用化されている。このＥＤＩは、電気泳動と電気透析を組み合わせた純水製造装置である。アニオン交換膜とカチオン交換膜の間にイオン交換体を充填し、イオン交換膜の外側にプラスとマイナスの電極を配置し、該電極に直流電圧を印加した状態でイオン交換樹脂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。
このようなＥＤＩは、大別すると平行平板型と、スパイラル型とに分けられる。
平行平板型ＥＤＩはアニオン交換膜とカチオン交換膜の間にイオン交換体を配置し形成した脱塩室を、イオンが排除される部屋となる濃縮室を介して複数積層し、その両端にプラスとマイナスの電極を配した構造である。このような、平行平板型ＥＤＩは各部屋に印加される電流値が均一となるという利点がある一方、セルを積層して構成するため、通水時にセルの締め付けが弱いとセル間から装置外部への水のリークが起きる可能性がある。一般的に、水のリークを防止するために、平行平板型ＥＤＩでは両端最外側に頑丈な押さえ板を配置し、ボルトにて強い締め付け圧にて締め付けを行っている。この押さえ板や、複数の積層セルの存在により、平行平板型ＥＤＩはコンパクト化することが比較的困難とされている。
一方、スパイラル型ＥＤＩはアニオン交換膜とカチオン交換膜の間にイオン交換体が配置されて形成された脱塩室が、中心電極を軸にスパイラル状に巻回してスパイラル型形状の脱塩室を形成し、そのスパイラル形状に沿う方向に濃縮室を配したものが外周電極と共に筒状耐圧容器内に収納された構造となっている。スパイラル型ＥＤＩは積層する必要が無いため、水の外部リークの心配が低減されるとともに、押さえ板等の設置もいらないため、装置のコンパクト化が可能となり、装置体積あたりの膜面積も大きくとることができる。スパイラル型ＥＤＩは例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載のスパイラル型ＥＤＩは、装置体積当たりの膜面積が高く、装置をコンパクトにできる点で優れた装置である。しかし、このようなスパイラル型ＥＤＩは脱塩室、濃縮室への流入管や、濃縮室、脱塩室からの排出管が巻回状の内周端部、外周端部に設置されており、機構が複雑であるとともに部材が大きく、スペースの余裕がない。そのため、装置内の構造は単一脱塩室を巻回する構造以外に改良する余地があまりない。このような問題に対し、中心電極に水路を設け、装置のコンパクト化、ならびに脱塩処理スペースを確保して処理能力増大を図った報告もある（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開平６−７６４５号公報
【特許文献２】特開２０００−８４３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のスパイラル型ＥＤＩにおいて、長い巻回状の単一脱塩室に被処理水を通水すると、脱塩室全体の流量を均一に維持することは困難であり、水の流れにむらができることが予測される。流速にむらがあると、膜面におけるイオン濃度の不均一化が生じ導電率にも不均一化が起こるため、電流密度に大小の分布が生じる。加えて、中心に向かうほど、電流密度が高くなるため、局所的なｐＨの傾きが生じる。この結果、濃縮室中にスケールが発生し、処理能力が低下するという問題があった。
また、脱塩室は一室型の構造であるため、脱塩室に充填されるイオン交換体は混床であることが多く、このため弱酸成分である炭酸やシリカの除去能力は高くなかった。
本発明は、スケールの発生が抑制され、イオン除去能力の向上が図られたスパイラル型ＥＤＩ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】
【０００４】
本発明のスパイラル型ＥＤＩは、中心電極の周囲にアニオン交換膜とカチオン交換膜とを巻回し、アニオン交換膜とカチオン交換膜とで脱塩室および濃縮室が、外周電極内に形成されたスパイラルエレメントを有するスパイラル型電気式脱イオン水製造装置であって、前記脱塩室は、スパイラルエレメントの軸方向に、複数の小脱塩室に多段に区画され、前記小脱塩室間を連通する配管が設けられていることを特徴とする。
【０００５】
本発明のスパイラル型ＥＤＩは、小脱塩室と、該小脱塩室を挟持するアニオン交換膜とカチオン交換膜と、濃縮室とで、複数のセルペアが形成され、各セルペア毎に分離されていても良く、分離されているセルペア毎の巻回数および／または巻回方向が異なっていても良い。また、前記セルペア毎のスパイラルエレメントは分離されていて、各セルペアの小脱塩室の配管と、該セルペアに隣接する隣接セルペアの小脱塩室の配管とが接続されていても良く、前記の分離されているスパイラルエレメントがそれぞれ異なる耐圧容器内に設置されていても良い。
【０００６】
本発明のスパイラル型ＥＤＩは、中心電極が配管を兼ねていても良い。また、前記の各小脱塩室毎に異なる種類および／または組成のイオン交換体が充填されていても良く、小脱塩室毎のスパイラルエレメントにそれぞれ独立した中心電極が設置され、各小脱塩室にかかる印加電流が別々に制御されていても良い。
本発明のスパイラル型ＥＤＩは、全流路長（各小脱塩室の外周端から内周端までの距離の合計）に対して被処理水流入口側から少なくとも１０％の距離の間に、カチオン交換体またはアニオン交換体の比率が５０体積％を超えるようにイオン交換体が充填されていることが好ましく、そして前記濃縮室にイオン交換体が充填されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のスパイラル型ＥＤＩであれば、スケールの発生が抑制され、イオン除去能力も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のスパイラル型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）
本発明のスパイラル型ＥＤＩの第１の実施形態について、図１〜３を用いて説明する。図１は本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８のスパイラルエレメント１０の軸方向に対する横断面図である。図２は本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８のスパイラルエレメント１０の軸方向の縦断面図である。図３は本実施形態のスパイラルエレメント１０を展開した図である。なお、図２は説明の便宜上、被処理水流入口１８ａ、脱イオン水流出口１８ｂ、濃縮水流入口３０ａ、濃縮水流出口３０ｂ、孔１６ａ、孔１６ｂが図示できるような中心縦断面としている。
図１に示すようにスパイラル型ＥＤＩ８は、陽極である中心電極１２の周囲にカチオン交換膜２０、アニオン交換膜２２とが巻回されて、脱塩室２４と濃縮室２６とが、陰極である外周電極３４内に形成されたスパイラルエレメント１０と、耐圧容器３６を有している。
中心電極１２、ならびに外周電極３４は図示されない電源と接続されている。
脱塩室２４はカチオン交換膜２０とアニオン交換膜２２が対向して略袋状に形成された空間である。図１に示す脱塩室２４は、図２に示すように、分離壁４０により、スパイラルエレメント１０の軸方向に２等分されている。そして、分離壁４０により区画され上流側に位置する小脱塩室である上流側小脱塩室２４ａと、下流側に位置する小脱塩室である下流側小脱塩室２４ｂが形成されている。上流側小脱塩室２４ａにはアニオン交換樹脂が充填され、下流側小脱塩室２４ｂにはカチオン交換樹脂が充填されている。
被処理水流入口１８ａは、耐圧容器３６の一方の端面３６ａを貫通して、上流側小脱塩室２４ａの中心電極１２とは反対側の上流側小脱塩室２４ａの外周端部に接続されている。他方、脱イオン水流出口１８ｂは、耐圧容器３６の一方の端面３６ｂを貫通して、下流側小脱塩室２４ｂの中心電極１２とは反対側の下流側小脱塩室２４ｂの外周端部に接続されている。
【０００９】
図２、図３に示すように、中心電極１２の、上流側小脱塩室２４ａと面する部分には、中心電極１２の軸方向に開いた孔１６ａが設けられている。また、中心電極１２と下流側小脱塩室２４ｂとが面する部分には、中心電極１２の軸方向に開いた孔１６ｂが設けられている。中心電極１２には、孔１６ａと孔１６ｂとを連通する配管１４を有している。
スペーサ２７は中心電極１２に添って巻回され始め、続いてカチオン交換膜２０の外周側に添って巻回されることで、カチオン交換膜２０およびアニオン交換膜２２が対向し、かつ脱塩室２４が形成されない側に濃縮室２６が形成されている。
濃縮水流入口３０ａは、耐圧容器３６の一方の端面３６ａを貫通して、濃縮室２６の最外周側の端部で、濃縮室２６に接続されている。他方、濃縮水流出口３０ｂは、耐圧容器３６のもう一方の端面３６ｂを貫通して、濃縮室２６の最内周側の端部で濃縮室２６と接続されている。
【００１０】
全流路長とは、上流側小脱塩室２４ａおよび下流側小脱塩室２４ｂの各流路長の合計である。本実施形態にあっては、中心電極１２と接する上流側小脱塩室２４ａの内周端部から、中心電極１２と反対に位置する上流側小脱塩室２４ａの外周端部までの距離を上流側流路長とする。一方、下流側小脱塩室２４ｂが中心電極１２と接する内周端部から、中心電極１２と反対に位置する下流側小脱塩室２４ｂの外周端部までの距離を下流側流路長とする。上流側流路長と下流側流路長との合計が、本実施形態における全流路長である。
全流路長の距離は特に限定されることなく、被処理水の処理量、水質、スパイラル型ＥＤＩ８の設置スペース等を勘案して決定することができる。
【００１１】
耐圧容器３６は被処理水通水時の圧力に耐え得るものであって、絶縁性を有するものであれば、特に限定されることなく、例えばＦＲＰ製の耐圧容器を挙げることができる。また、耐圧性能は特に限定されないが、１ＭＰａ以上の耐圧性能を有することが好ましい。
【００１２】
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２０、アニオン交換膜２２はいずれも特に限定されず、スパイラルエレメント製造の簡便さや、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。
【００１３】
アニオン交換樹脂は特に限定されることはなく、被処理水の水質や処理量、脱イオン水の水質等に合わせて選択することができ、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る。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。
カチオン交換樹脂は特に限定されることはなく、被処理水の水質や処理量、脱イオン水の水質等に合わせて選択することができ、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂を挙げることができる。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。
【００１４】
スペーサ２７は所望する幅の濃縮室２６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。
また、スペーサの厚さは特に限定されることはないが、所望する濃縮室２７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。
【００１５】
分離壁４０は特に限定されることなく、上流側小脱塩室２４ａと下流側小脱塩室２４ｂとの間の処理水の往来を防ぐことができれば良い。例えば、樹脂製シートをカチオン交換膜２０とアニオン交換膜２２の間に接着して設けても良いし、カチオン交換膜２０とアニオン交換膜２２とを直接接着あるいは縫合して分離壁４０を設けても良い。
【００１６】
本実施形態における中心電極１２は陽極である。中心電極１２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、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、あるいは白金等の貴金属をチタン等に被覆したものを挙げることができる。
本実施形態における外周電極３４は陰極である。外周電極３４は反応性の低い安定的な金属であれば特に限定されることはなく、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。
【００１７】
本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８における、脱イオン水の製造方法について、図２と図３を用いて説明する。なお、前述したとおり、本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８は、上流側小脱塩室２４ａにはアニオン交換樹脂が、下流側小脱塩室２４ｂにはカチオン交換樹脂が、それぞれ充填されている。
中心電極１２、外周電極３４に直流電圧を印加する。濃縮水流入口３０ａから濃縮水Ｂ１を濃縮室２６に流入させる。被処理水Ａ１を被処理水流入口１８ａから上流側小脱塩室２４ａに流入させる。流入した被処理水Ａ１は、上流側小脱塩室２４ａ内のアニオン交換樹脂内を拡散しながら、被処理水流入口１８ａから中心電極１２へ向かって、すなわち上流側小脱塩室２４ａの外周側から内周側へ、スパイラルエレメント１０の巻回方向に従って上流側小脱塩室２４ａ内を流通する。これを図３の展開図を用いて説明すると、上流側小脱塩室２４ａに流入された被処理水Ａ１は、上流側小脱塩室２４ａの流路長方向に、中心電極１２に向かって、実質的に直進する。この間、被処理水Ａ１中における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。以降において同じ。）等のアニオン成分がアニオン交換樹脂に吸着される。そして、アニオン成分を除去された被処理水Ａ２は、孔１６ａから中心電極１２内の配管１４に流入され、配管１４を経て孔１６ｂから被処理水Ａ３として下流側小脱塩室２４ｂ内に流入される。吸着されたアニオン成分は電気泳動により陽極である中心電極１２側に泳動し、アニオン交換膜２２を透過して濃縮室２６に移行される。
下流側小脱塩室２４ｂに流入した被処理液Ａ３は、下流側小脱塩室２４ｂ内のカチオン交換樹脂内を拡散しながら、スパイラルエレメント１０の巻回方向に従って、すなわち下流側小脱塩室２４ｂの内周側から外周側へ、下流側小脱塩室２４ｂ内を流通する。これを図３の展開図を用いて説明すると、孔１６ｂから下流側小脱塩室２４ｂに流入された被処理水Ａ３は、下流側小脱塩室２４ｂの流路長方向に、実質的に直進する。この間、被処理水Ａ３中におけるＮａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等のカチオン成分が、カチオン交換樹脂に吸着される。そして、アニオン成分とカチオン成分が除去された脱イオン水Ａ４が脱イオン水流出口１８ｂから流出される。一方、吸着されたカチオン成分は電気泳動により陰極である外周電極３４側に泳動し、カチオン交換膜２０を透過して濃縮室２６に移行される。
一方、濃縮室２６に流入した濃縮水Ｂ１は、濃縮水流入口３０ａから濃縮水流出口３０ｂに向かって、スパイラルエレメント１０の巻回方向に従って、濃縮室２６内を拡散しながら流通する。そして、濃縮水Ｂ１は濃縮室２６に移行されたアニオン成分とカチオン成分とを取り込んで、濃縮水Ｂ２として排出される。
【００１８】
被処理水Ａ１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Ａ１の上流側小脱塩室２４ａ内における通液量は特に限定されることはなく、スパイラル型ＥＤＩ８の能力や被処理水Ａ１の水質を勘案して決定することができる。通液量は空間速度（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＝１００〜３００ｌ／ｌ−Ｒ・ｈ−１が好ましい。ＳＶが高すぎると、差圧が高くなりカチオン交換膜２０とアニオン交換膜２２との接着点が破損するおそれがあり好ましくない。
一方、ＳＶが低すぎると、上流側小脱塩室２４ａ内における被処理水Ａ１の通液速度にむらが生じ、通液速度のむらは電流密度の分布むらを生じさせ、電流密度が高くなった部分は、スケール発生の可能性が高くなると推測される。前記通液速度は、線速度（ＬＶ）で表され、単位面積当たりの流量であって、ｍ／ｈで示される値である（以降において同じ）。
被処理水Ａ３の下流側小脱塩室２４ｂ内にける通液量についても、被処理水Ａ１と同様である。
【００１９】
濃縮水Ｂ１の濃縮室２６内における通液量は特に限定されることはなく、スパイラル型ＥＤＩ８の能力や被処理水Ａ１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Ｂ１は、濃縮室２６に移行されてきたイオンを、濃縮水内に拡散してスパイラル型ＥＤＩ８外へ流出させるという目的を有する。このことから、濃縮水の通液量は、被処理水の通液量や、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Ｂ１の通液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Ａ１と濃縮水Ｂ１に同一の原水を用いて、かつ脱塩室２４中のイオンが全て濃縮室２６に移行すると仮定し定義付けられる。
【００２０】
【数１】
2009112925.tif 000003
【００２１】
濃縮水Ｂ１の通液量が少なすぎると、濃縮室２６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Ｂ１の通液量が多すぎると、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Ｂ１は、特に限定されることはなく、被処理水Ａ１と同じ水源の水を濃縮水Ｂ１として使用しても良いし、脱イオン水Ａ４や純水等を使用しても良い。
【００２２】
印加する電流は特に限定されることはなく、被処理水Ａ１の水質や、スパイラル型ＥＤＩ８の規模等を勘案して決定することが好ましい。
【００２３】
本実施形態では、脱塩室２４が分離壁４０により２等分されているため、上流側小脱塩室２４ａの流路長方向の断面積は、分離壁４０を設けていない一室型スパイラル型ＥＤＩにおける脱塩室の断面積の約１／２となる。下流側小脱塩室２４ｂの断面積も、同様である。従って、本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ８と、前記一室型スパイラル型ＥＤＩとに、同じＳＶで被処理水を通液した場合、上流側小脱塩室２４ａと下流側小脱塩室２４ｂとのそれぞれのＬＶは、前記一室型スパイラル型ＥＤＩの脱塩室におけるＬＶの約２倍とすることができる。この結果、脱塩室２４内での通液速度のむらを抑制することができる。
【００２４】
また、上流側小脱塩室２４ａにアニオン交換樹脂を充填し、下流側小脱塩室２４ｂにカチオン交換樹脂を充填していることから、次のような機構により濃縮室２６におけるスケールの発生を抑制し、処理能力の向上と維持を達成することができる。
（スケール生成の抑制）
上流側小脱塩室２４ａでは、アニオン交換樹脂により主にアニオン成分（Ｃｌ−、ＨＣＯ３−、ＣＯ３２−、ＳｉＯ２等）が吸着され、吸着されたアニオン成分はアニオン交換膜２２を透過して濃縮室２６へと移行される。また、下流側小脱塩室２４ｂでは、カチオン交換樹脂により主にカチオン成分（Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等）が吸着される。吸着されたカチオン成分はカチオン交換膜２０を透過して濃縮室２６へ移行される。この結果、例えば下記（２）式で表されるスケールの生成反応の反応物となるＣＯ３２−は上流側、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分は下流側と、別々の場所で濃縮室２６に移行してくることになる。
ＣＯ３２−＋Ｃａ２＋→ＣａＣＯ３        ・・・・・・（２）
混床のイオン交換体を充填した一室型の脱塩室では、ＣＯ３２−と、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分とが同一の濃縮室に対極面から移行してくるため、被処理水の硬度成分濃度が高い場合や、運転電流密度を高く設定した場合等の条件下において、炭酸カルシウム等の硬度スケールが生成することがある。本実施形態では、前述したとおり、アニオン成分、カチオン成分の濃縮室への移行場所が、それぞれ上流側と下流側とに分けられたことにより、濃縮室のスケール生成を抑制することが可能となる。
さらに、脱塩室に流入した被処理水中のイオン成分が、即座に排除される条件下では、被処理水中のイオン成分は、被処理水の流通初期に各小脱塩室から濃縮室へ移行すると考えられる。すなわち、被処理水中のアニオン成分の大部分は、上流側小脱塩室２４ａの外周端側で濃縮室２６に移行し、カチオン成分の大部分は、下流側小脱塩室２４ｂの内周端側で濃縮室２６に移行する。よって、濃縮室２６では、外周端から内周端への濃縮水の流通方向においても、高濃度のアニオン成分と高濃度のカチオン成分が混在しにくいため、濃縮室でのスケール生成を抑制することが可能である。
【００２５】
（処理性能の向上）
炭酸、シリカ等は弱酸成分であり、イオン化していない状態でも存在する。本実施形態では、上流側小脱塩室２４ａのイオン交換樹脂の組成をアニオン交換樹脂単床とすることで、上流側小脱塩室２４ａをアルカリ性にさせることが可能となり、炭酸やシリカをイオン化させて高い効率で除去することが可能である。アルカリ性側に傾く現象は、次の機構により説明できる。アニオン交換樹脂単床が充填された上流側小脱塩室２４ａでは、主に被処理水Ａ１中のアニオン成分が濃縮室２６に移行され、Ｎａ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等のカチオン成分は上流側小脱塩室２４ａに残存することとなる。そこで、イオン平衡を保つために、樹脂からはＯＨ−が放出され、ｐＨはアルカリ性側に傾くことになるためである。
【００２６】
（運転電圧の低減）
本実施形態により脱イオン水の製造を行うと、運転電圧が従来の混床のイオン交換樹脂を充填した際の運転電圧に対して、大幅に電圧を下げて運転することができる。これは、単床のイオン交換樹脂の場合、アニオン交換体とカチオン交換体との異種イオン界面は、脱塩室２４内のイオン交換体とイオン交換膜界面以外に存在しないため、イオンの移行が極めてスムーズに達成されることに起因していると考えられる。
上述のとおり、スパイラル型ＥＤＩ８は処理能力の向上と高い安定性とを達成することができ、かつ低い運転電圧により脱イオン水の製造ができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
本発明のスパイラル型ＥＤＩの第２の実施形態について、図４、図５を用いて説明する。図４は本実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩ１００の斜視図である。なお、説明の便宜上、被処理水流入口１１０ａが設置されている側を天面、脱イオン水流出口１１０ｂが設置されている側を底面と呼ぶ。
スパイラル型ＥＤＩ１００は、第１の実施形態と同様に、脱塩室が上流側小脱塩室と、下流側小脱塩室とに区画され、かつ分離されている。本実施形態では上流側小脱塩室にはアニオン交換樹脂が充填され、下流側小脱塩室にはカチオン交換樹脂が充填されている。上流側小脱塩室と、上流側小脱塩室に付随する上流側カチオン交換膜と、上流側アニオン交換膜と、上流側濃縮室とで上流側セルペアが形成されている。上流側スパイラルエレメント１０４は、上流側外周電極内で前記上流側セルペアが上流側中心電極の周囲に巻回されて形成されている。また、下流側小脱塩室と、下流側小脱塩室に付随する下流側カチオン交換膜と、下流側アニオン交換膜と、下流側濃縮室とで下流側セルペアが形成されている。下流側スパイラルエレメント１０６は、前記下流側セルペアが下流側外周電極内で下流側中心電極の周囲に巻回されて形成されている。そして、上流側スパイラルエレメント１０４と下流側スパイラルエレメント１０６とは、軸方向に分離されている。また、上流側スパイラルエレメント１０４の天面と耐圧容器１０２の天面の内面との間に流入側空間を設け、該流入側空間に配流板１１４が設置されている。一方、下流側スパイラルエレメント１０６の底面と耐圧容器１０２の底面の内面との間に流出側空間を設け、該流出側空間に配流板１１４が設置されている。図５に示すとおり、配流板１１４には被処理水流入口１１０ａ、または脱イオン水流出口１１０ｂが貫通する孔１１８と、濃縮水が流通する通水孔１１６とが設けられている。
被処理水流入口１１０ａは、耐圧容器１０２の天面と、前記流入側空間に設置された配流板１１４を貫通して、上流側中心電極とは反対側の上流側小脱塩室の外周端部と接続されている。また、濃縮水流入口１１２ａは、耐圧容器１０２の天面から濃縮水を耐圧容器１０２内に流入させるように接続されている。
脱イオン水流出口１１０ｂは、圧力容器１０２の底面と、前記流出側空間に設置された配流板１１４を貫通して、下流側小脱塩室の、下流側中心電極とは反対側の外周端部と接続されている。また、濃縮水流出口１１２ｂは、耐圧容器１０２内の濃縮水を底面から流出できるように、耐圧容器１０２の底面に接続されている。
上流側中心電極に設けられた上流側配管と、下流側中心電極に設けられた下流側配管とは、コネクタ１０８に設けられた被処理水用配管により接続されている。
上流側中心電極と下流側中心電極とは、それぞれ図示されない異なる電源と接続されている。上流側スパイラルエレメント１０４が有する上流側外周電極と、下流側スパイラルエレメント１０６が有する下流側外周電極とは、それぞれ図示されない異なる電源と接続されている。
コネクタ１０８により接続された上流側スパイラルエレメント１０４と下流側スパイラルエレメント１０６は、同一の耐圧容器１０２内に収められている。
【００２８】
上流側スパイラルエレメント１０４の巻回方向、巻回数は特に限定されない。スパイラル型ＥＤＩ１００内における電流密度の差をより小さくする場合には巻き数を少なくして、中心電極と外周電極との距離を短くすることが好ましい。一方、処理量の増を図るには、巻回数を多くして全流路長を長くとることが好ましい。
下流側スパイラルエレメント１０６も、上流側スパイラルエレメント１０４と同様に巻回方向、巻回数は特に限定されない。また、上流側スパイラルエレメント１０４と下流側スパイラルエレメント１０６の巻回方向、巻回数は同じであっても、異なっても良い。
【００２９】
本実施形態におけるコネクタ１０８は被処理水通水時の圧力に耐え得るものであり、かつ絶縁性を有するものであれば特に限定されない。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、ノリル等を挙げることができる。
【００３０】
カチオン交換膜、アニオン交換膜、カチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂、スペーサ、中心電極、外周電極については、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
【００３１】
本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ１００による脱イオン水の製造方法について説明する。被処理水流入口１１０ａから被処理水を上流側小脱塩室内に流入させる。流入された被処理水は、上流側小脱塩室内のアニオン交換樹脂内を拡散しながら中心電極の方向へ流通する。この間、被処理水中のアニオン成分が除去される。アニオン交換樹脂内を流通した被処理水は、上流側中心電極に設けられた孔から、上流側配管へ流入される。その後、被処理水は、コネクタ１０８内の被処理水用配管を経由して、下流側配管に至り、下流側中心電極に設けられた孔から下流側小脱塩室に流入する。下流側小脱塩室に流入された被処理水は、下流側小脱塩室内のカチオン交換樹脂内を拡散しながらカチオン成分が除去され、脱イオン水流出口１１０ｂから脱イオン水が流出される。
一方、濃縮水は濃縮水流入口１１２ａから流入側空間に流入し、配流板１１４に設けられた通水孔１１６を流通する。そして、上流側スパイラルエレメント１０４の天面から底面に向かい、上流側スパイラルエレメント１０４の軸方向に上流側濃縮室全体を実質的に直進する。さらに、上流側濃縮室を流通した濃縮水は、下流側スパイラルエレメント１０６の天面から底面に向かい、下流側スパイラルエレメント１０６の軸方向に下流側濃縮室全体を実質的に直進する。下流側濃縮室を流通した濃縮水は、流出側空間に設置された配流板１１４に設けられた通水孔１１６を流通し、濃縮水流出口１１２ｂから流出される。
【００３２】
上流側小脱塩室と下流側小脱塩室にかかる印加電流は特に限定されず、水質やカチオン交換樹脂、アニオン交換樹脂の種類に応じて設定することができ、同一であっても、異なっても良い。通常、アニオン交換樹脂の方が、カチオン交換樹脂に比べて電流が流れ難い。このため、上流側スパイラルエレメント１０４と下流側スパイラルエレメント１０６との電源を別系統として、各々制御することが好ましい。
【００３３】
被処理水、濃縮水、上流側小脱塩室および下流側小脱塩室内での通液量、上流側濃縮室および下流側濃縮室内での通液量については第１の実施形態と同様である。
【００３４】
本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ１００によれば、上流側スパイラルエレメント１０４と下流側スパイラルエレメント１０６とが分離されていることにより、各スパイラルエレメントにおいて印加電流を変えて制御することができる。また、各スパイラルエレメント毎に巻回数や流路長を変えることもできる。この結果、被処理水の水質に合わせた制御が容易になり、より高い処理能力を得ることができる。
加えて、前述のように各スパイラルエレメントが独立しているので、各々のスパイラルエレメントに適したメンテナンス、ならびにスパイラルエレメントの交換ができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
本発明のスパイラル型ＥＤＩの第３の実施形態について、図６を用いて説明する。図６は本実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩ１２０の斜視図である。なお、説明の便宜上、被処理水流入口１１０ａが設置されている側を天面、脱イオン水流出口１１０ｂが設置されている側を底面と呼ぶ。
図６に示すとおり、スパイラル型ＥＤＩ１２０は、上流側スパイラルエレメント１２４が上流側耐圧容器１２２ａ内に収められ、下流側スパイラルエレメント１２６が下流側耐圧容器１２２ｂ内に収められている。各スパイラルエレメントは上流側耐圧容器１２２ａの底面と、下流側耐圧容器１２２ｂの天面を貫通するコネクタ１０８、１２８により接続されている。上流側中心電極に設けられた上流側配管は、コネクタ１０８に設けられた被処理水用配管により、下流側中心電極に設けられた下流側配管と接続されている。濃縮水流入口１１２ａは、上流側耐圧容器１２２ａの天面を貫通し上流側濃縮室と接続され、コネクタ１２８の一端は、上流側耐圧容器１２２ａの底面を貫通して上流側濃縮室と接続されている。また、コネクタ１２８の他端は下流側耐圧容器１２２ｂの天面を貫通して下流側濃縮室と接続され、濃縮水流出口１１２ｂは下流側耐圧容器１２２ｂの底面を貫通して下流側濃縮室と接続されている。
【００３６】
本実施形態におけるコネクタ１２８は、コネクタ１０８と同様に濃縮水通水時の圧力に耐え得るものであり、かつ絶縁性を有するものであれば特に限定されない。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、ノリル等を挙げることができる。
【００３７】
上流側スパイラルエレメント１２４は、第２の実施形態と同様に上流側脱塩室にはアニオン交換樹脂が充填されている。また、下流側スパイラルエレメント１２６も、第２の実施形態と同様に下流側脱塩室にはカチオン交換樹脂が充填されている。
被処理水流入口１１０ａは第２の実施形態と同様に上流側小脱塩室と接続され、脱イオン水流出口１１０ｂも第２の実施形態と同様に下流側小脱塩室と接続されている。
コネクタ１０８は第２の実施形態と同じである。また、上流側耐圧容器１２２ａと下流側耐圧容器１２２ｂは、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。
【００３８】
本実施形態のスパイラル型ＥＤＩ１２０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、第２の実施形態同様に被処理水流入口１１０ａから流入され、上流側脱塩室内を流通した後、コネクタ１０８を経由して、下流側脱塩室内を流通され、脱イオン水流出口１１０ｂから脱イオン水が流出される。一方、濃縮水は、濃縮水流入口１１２ａから上流側濃縮室に流入され、上流側濃縮室内を流通した後、コネクタ１２８を経由して下流側濃縮室に流入される。その後、濃縮水は下流側濃縮室を流通して濃縮水流出口１１２ｂから流出される。
【００３９】
本実施形態によれば、上流側スパイラルエレメント１２４と下流側スパイラルエレメント１２６とが、それぞれ独立した耐圧容器内に設置されているため、各々のスパイラルエレメントに適したメンテナンスがより容易になる。
【００４０】
（第４の実施形態）
本発明のスパイラル型ＥＤＩの第４の実施形態について、図７を用いて説明する。図７は本実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩ１４０の斜視図である。なお、説明の便宜上、被処理水流入口１１０ａが設置されている側を天面、脱イオン水流出口１１０ｂが設置されている側を底面と呼ぶ。
図７に示すとおり、スパイラル型ＥＤＩ１４０は、上流側スパイラルエレメント１２４が耐圧容器１４２ａ内に収められ、下流側スパイラルエレメント１２６が耐圧容器１４２ｂ内に収められている。各スパイラルエレメントは上流側耐圧容器１４２ａの底面を貫通し、かつ下流側耐圧容器１４２ｂの天面を貫通するコネクタ１０８により接続されている。上流側中心電極に設けられた上流側配管は、コネクタ１０８に設けられた被処理水用配管により下流側中心電極に設けられた下流側配管と接続されている。
上流側濃縮水流入口１４４ａは上流側耐圧容器１４２ａの天面を貫通して、上流側濃縮室と接続されている。上流側濃縮水流出口１４４ｂの一端は、上流側耐圧容器１４２ａの底面を貫通して、上流側濃縮室と接続され、他端は図示されない排出口へと接続されている。図示されない水源に接続されている下流側濃縮水流入口１４４ｃは、下流側耐圧容器１４２ｂの天面を貫通して、下流側濃縮室と接続されている。下流側濃縮水流出口１４４ｄは下流側耐圧容器１４２ｂの底面を貫通して、下流側濃縮室と接続されている。
【００４１】
上流側スパイラルエレメント１２４、下流側スパイラルエレメント１２６は第３の実施形態と同じである。上流側耐圧容器１４２ａと下流側耐圧容器１４２ｂは、第１の実施形態と同様である。コネクタ１０８は第２の実施形態と同様である。
【００４２】
本実施形態における脱イオン水の製造方法について説明する。
被処理水流入口１１０ａから流入した被処理水は上流側小脱塩室内を流通し、アニオン成分が除去される。アニオン成分が除去された被処理水はコネクタ１０８内の配管を経由して下流側小脱塩室内を流通し、カチオン成分が除去され、脱イオン水が脱イオン水流出口１１０ｂから流出される。
上流側濃縮水は上流側濃縮水流入口１４４ａから上流側濃縮室に流入し、上流側濃縮室を流通した後に、上流側濃縮水流出口１４４ｂから図示されない排出口へ排出される。別の水源から供給される下流側濃縮水は下流側濃縮水流入口１４４ｃから下流側濃縮室へ流入し、下流側濃縮室を流通した後に、下流側濃縮水流出口１４４ｄから流出する。
【００４３】
本実施形態によれば、上流側濃縮室を流通した上流側処理後濃縮水は、下流側濃縮室に流入しない。このため、上流側濃縮室を流通して、アニオン成分の濃度が高くなった上流側処理後濃縮水が下流側濃縮室を流通せず、スケールの発生をより抑制することができる。また、上流側濃縮水と下流側濃縮水の通液量を変えることにより、被処理水の水質に合わせた処理を行うことができる。この結果、より高い処理能力を得ることもできる。
さらに、スパイラルエレメント毎に、濃縮水を別系統とすることができるため、上流側脱塩室から濃縮室に排除されたイオン成分が、下流側濃縮室から脱塩室へと逆拡散してくることも抑制することが出来、より高い処理水質を得ることができる。
【００４４】
（その他の実施形態）
本発明のスパイラル型ＥＤＩは上述の実施形態に限定されるものでない。
第１〜第４の実施形態においては、いずれも上流側小脱塩室にアニオン交換樹脂を、下流側小脱塩室にカチオン交換樹脂を充填したが、脱塩室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。イオン交換樹脂の他、例えばイオン交換繊維、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、最も汎用的であり、イオン交換膜にしわ等が生じても、膜とイオン交換体との隙間が生じにくいイオン交換樹脂が好ましい。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、上流側小脱塩室と下流側小脱塩室に用いるイオン交換体はアニオン交換体単床、カチオン交換体単床、またはアニオン交換体とカチオン交換体との混床、およびこれらを組み合わせたものをいずれも用いることができる。例えば、上流側小脱塩室にカチオン交換体単床を充填し、下流側小脱塩室にはアニオン交換体単床を充填して使用することもできる。上流側小脱塩室をカチオン交換体、下流側小脱塩室をアニオン交換体とした場合、上流側小脱塩室で重金属イオンや硬度成分が除去できる。そして、下流側小脱塩室ではアニオン交換体が存在しても、重金属イオンが等の残存が極めて少ないためにｐＨはアルカリ性側に傾きにくい。このため、下流側小脱塩室のアニオン交換体にて難溶性の水酸化物塩が生成するのを防止することができる。
また、上流側小脱塩室をカチオン交換体またはアニオン交換体の単床とし、下流側小脱塩室を混床のイオン交換体とした場合、前段の樹脂層におけるイオン除去が不十分であったとしても、下流側小脱塩室で除去することができる。
以上の理由により、上流側小脱塩室と下流側小脱塩室には、異なる組成のイオン交換体が充填されていることが好ましい。
【００４５】
上流側小脱塩室、下流側小脱塩室に充填されているイオン交換体は、領域毎に異なる組成を有していても良い。例えば、前記全流路長に対して上流側小脱塩室の被処理水流入口側から少なくとも１０％の距離の間には、アニオン交換体またはカチオン交換体の比率が５０体積％を超えて充填されていることが好ましい。さらに、全流路長に対して下流側小脱塩室の脱イオン水出口側から少なくとも１０％の距離の間には、アニオン交換体またはカチオン交換体の比率が５０体積％を超えて充填されていても良い。
かかる領域を有する上流側小脱塩室または／および下流側小脱塩室を用いることで、上流側小脱塩室と下流側小脱塩室のそれぞれにおいて能力を補完し合い、脱イオン能力の向上が図れるためである。
【００４６】
また、被処理水が高濃度成分を含有していたり、脱塩室を薄い厚さの構造とした場合等は、脱塩室内部にはイオン交換体を充填せず、メッシュ等のスペーサを配しても良い。被処理水が円滑に流通し、脱塩室を形成するイオン交換膜がお互いに接触しない構造であれば良い。
【００４７】
第１〜第４の実施形態では、濃縮室はスペーサによって形成されているが、該濃縮室にはイオン交換体を充填しても良い。
第１、第３、第４の実施形態では、濃縮水は濃縮水流入口から濃縮水流出口へ通水しているが、通水方向は何ら限定されることはなく、濃縮水流入口と濃縮水流出口の設置場所を変更して、濃縮水の流れ方向を制御することもできる。例えば、スパイラルエレメント脱塩室での被処理液の流れ方向と同一方向であっても良いし、対向する方向であっても良い。また、第２の実施形態と同様に、スパイラルエレメントの天面から底面に、濃縮水が濃縮室内をスパイラルエレメントの軸方向に実質的に直進する構造としても良い。すなわち、脱塩室内の被処理水の進行方向とは垂直に面する方向に、濃縮水を流通させても良い。
【００４８】
第１の実施形態では、中心電極１２には軸方向に開いた孔１６ａと１６ｂが設けられているが、この孔の形状は複数の微細孔や円形の孔、またはスリット状であっても良く、被処理水の出入りができれば、形状は特に限定されない。また、孔１６ａ、１６ｂには樹脂が流入、流出しないようにサランや金属性もしくは樹脂製のメッシュ等を設置することが好ましい。
中心電極１２は配管１４が設けられているが、配管と中心電極は異なる部材であっても良い。例えば、配管にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ、ポリカーボネート、ノリル等を用い、該配管に網状または板状の電極を巻いたものであっても良い。また、中心電極を陰極とし、外部電極を陽極としても良い。この際、カチオン交換膜とアニオン交換膜の順序も、第１〜第４の実施形態とは逆となる。
第２〜第４の実施形態では、上流側中心電極と下流側中心電極は異なる電源と接続されているが、同一の電源であっても良い。また、コネクタ１０８を導電性の素材として、上流側中心電極と下流側中心電極とを一体化させても良い。
【００４９】
第１の実施形態においては、いずれも脱塩室を上流側小脱塩室と下流側小脱塩室の２室としたが、３以上に区画しても良い。また、区画した場合の各小脱塩室の比率も特に限定されることはなく、用途と目的に合わせて区画することができる。
同様に、第２〜第４の実施形態においては、いずれも２つのスパイラルエレメントをコネクタにより接続しているが、３以上のスパイラルエレメントをコネクタで接続しても良い。
また、第２の実施形態では、上流側スパイラルエレメント１０４と下流側スパイラルエレメント１０６とがコネクタ１０８で接続されているが、コネクタ１０８を省略し、中心電極と配管を共有させても良い。
【実施例】
【００５０】
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。
【００５１】
（水質評価）
＜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。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。
【００５２】
＜シリカ濃度＞
ＥＤＩの処理性能の一指標となる、シリカ濃度を測定することにより、水質評価を行った。シリカ濃度は、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。
【００５３】
（製造例１）
中心電極を陽極とし、外周電極を陰極とした。１ｍ×１ｍのアニオン交換膜（株式会社アストム製）とカチオン交換膜（株式会社アストム製）とを対向させて、３辺を接着剤で接着して略袋状のイオン交換膜を作成した。該イオン交換膜には、イオン交換膜の開口部の長手方向を２等分する分離壁を設置し、上流側小脱塩室と下流側小脱塩室を設けた。２．５Ｌのアニオン交換樹脂アンバーライト（商品名、ローム・アンド・ハース社製）と、２．５Ｌのカチオン交換樹脂アンバーライト（商品名、ローム・アンド・ハース社製）を混合して作成した混床のイオン交換樹脂を、上流側小脱塩室と下流側小脱塩室にそれぞれ２．５Ｌずつ充填した。中心電極には、上流側小脱塩室に面する部分と、下流側小脱塩室に面する部分とに孔を設けた。上流側小脱塩室と下流側小脱塩室とがそれぞれ中心電極に設けられた孔と対応するように配置した。前述の通り作成した脱塩室の両側に、濃縮室が形成されるように、前記イオン交換膜とスペーサとを中心電極の周囲に巻回した。この際、中心電極を設置した側を中心として、内周側にアニオン交換膜、外周側にカチオン交換膜となるように巻回した。また、スペーサには厚さ１ｍｍのメッシュを用いた。そして、最外周には外周電極を巻回した。
上流側小脱塩室の外周端には被処理水流入口を設け、下流側小脱塩室外周端に脱イオン水流出口を設けた。耐圧容器内において、スパイラルエレメントの被処理水流入口を設けた面と耐圧容器内壁面との間に流入側空間を設け、該流入側空間には配流板を設置した。同様に、脱イオン水流出口を設けた面と耐圧容器内壁との間に流出側空間を設け、該流出側空間に配流板を設置した。濃縮水流入口は前記流入側空間のある側の耐圧容器の端面に設け、濃縮水流出口は前記流出側空間のある側の耐圧容器の端面に設けた。こうして、濃縮水を濃縮室内の流入側空間から流出側空間へ、スパイラルエレメントの軸方向に実質的に直進させるようにした。こうして、脱塩室での被処理水の流通方向とは垂直方向に流通するように設置したスパイラル型ＥＤＩ−１を得た。
【００５４】
（実施例１）
製造例１で得られたスパイラル型ＥＤＩ−１を用いて、下記条件にて脱イオン水の製造を実施した。なお、被処理水の硬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。
（１）脱塩室内の被処理水流量・・・・・・０．５ｍ３／ｈ
（２）濃縮室内の濃縮水流量・・・・・・・０．２ｍ３／ｈ
（３）被処理水・・・・・・・・・・・・・ＲＯ膜透過水
（４）被処理水導電率・・・・・・・・・・７〜８μＳ／ｃｍ
（５）被処理水比抵抗・・・・・・・・・・０．１２５〜０．１４３ＭΩ・ｃｍ
（６）被処理水シリカ濃度・・・・・・・・０．５〜０．６ｍｇ／Ｌ
（７）被処理水硬度・・・・・・・・・・・０．４〜０．５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
（８）被処理水全炭酸濃度・・・・・・・・４〜５ｍｇＣＯ２／Ｌ
（９）運転電流値・・・・・・・・・・・・５Ａ
上記条件で脱イオン水の製造を行い、２０００時間経過時点で得られた脱イオン水の水質評価を行い、その結果を表１に示す。また、２０００時間経過時点での運転電圧を調べ、その結果も表１に示す。
【００５５】
（製造例２）
上流側脱塩室の樹脂を、アニオン交換樹脂の単床とした以外は、製造例１と同様にしてスパイラル型ＥＤＩ−２を得た。
【００５６】
（実施例２）
スパイラル型ＥＤＩ−１を製造例２で得られたスパイラル型ＥＤＩ−２とし、被処理水にカルシウムを添加して被処理水の硬度成分濃度を０．８〜０．９ｍｇＣａＣＯ３／Ｌとした以外は、実施例１と同じ条件で脱イオン水を製造した。
上記条件で脱イオン水の製造を行い、２０００時間経過時点で得られた脱イオン水の水質評価を行い、その結果を表１に示す。また、２０００時間経過時点での運転電圧を調べ、その結果も表１に示す。
【００５７】
（製造比較例１）
スパイラルエレメントの脱塩室に分離壁を設けず、上流側小脱塩室と下流側小脱塩室に区画せずに単一の脱塩室とした。脱塩室にはアニオン交換樹脂２．５Ｌとカチオン交換樹脂２．５Ｌとの混床のイオン交換樹脂を充填した。また、中心電極には孔と配管を設けなかった。脱イオン水流出口を脱塩室の内周端に設けた。それ以外は実施例１と同様の条件でスパイラル型ＥＤＩ−３を得た。
【００５８】
（比較例１）
得られたスパイラル型ＥＤＩについて、実施例２と同条件で脱イオン水の製造を行った。脱イオン水の製造を行い、２００時間経過時点で得られた脱イオン水の水質評価を行い、その結果を表１に示す。また、２００時間経過時点での運転電圧を調べ、その結果も表１に示す。
【００５９】
【表１】
2009112925.tif 000004
【００６０】
実施例１の結果から、脱イオン水の水質は１０．１〜１０．９ＭΩ・ｃｍと、極めて高い水質ではないものの脱イオン水製造を２０００時間行った後であっても、運転電圧は安定していた。
実施例２では、被処理水にカルシウムを加えて水質を悪化させたにもかかわらず、脱イオン水製造を２０００時間行った後でも、得られる脱イオン水の水質は１５．８〜１６．９ＭΩ・ｃｍと高い水質で、かつ安定していた。また、シリカ濃度も０．００１〜０．００５ｍｇ／Ｌという高水準を維持していた。そして、運転電圧も４２〜４３Ｖと低位で安定しており、長時間の脱イオン水製造を極めて安定して製造できることがわかった。また、脱イオン水製造開始から２０００時間経過した時点でスパイラル型ＥＤＩ−１およびスパイラル型ＥＤＩ−２を解体したところ、目視では濃縮室にスケールの生成は認められなかった。
他方、比較例１においては、脱イオン水製造２００時間経過後で、脱イオン水の水質は３．１〜４．０ＭΩ・ｃｍ、シリカ濃度０．２５０〜０．３００ｍｇ／Ｌという低い水質となっていた。また、運転電圧も１５０Ｖ以上となっていた。さらに、脱イオン水製造開始から２２０時間を経過した時点で、スパイラル型ＥＤＩ−３を解体したところ、濃縮室にはスケールが生成していることが確認された。
以上より、実施例１および２では、スケールの発生を抑制でき、長時間にわたって高い水質の脱イオン水を製造できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩの横断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩの縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかるスパイラルエレメントの展開図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩの斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩの配流板の天面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩの斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施形態にかかるスパイラル型ＥＤＩの斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
８、１００、１２０、１４０       スパイラル型ＥＤＩ
１０                   スパイラルエレメント
１０４、１２４           上流側スパイラルエレメント
１０６、１２６           下流側スパイラルエレメント
１２                   中心電極
２０                   カチオン交換膜
２２                   アニオン交換膜
２４                   脱塩室
２４ａ                   上流側小脱塩室
２４ｂ                   下流側小脱塩室
２６                   濃縮室
３４                   外周電極
３６、１０２                   耐圧容器
１２２ａ、１４２ａ       上流側耐圧容器
１２２ｂ、１４２ｂ       下流側耐圧容器
【図１】
2009112925.tif 000005
【図２】
2009112925.tif 000006
【図３】
2009112925.tif 000007
【図４】
2009112925.tif 000008
【図５】
2009112925.tif 000009
【図６】
2009112925.tif 000010
【図７】
2009112925.tif 000011