(57)【要約】【課題】省スペース化が図れる脱塩室複数セル型のＥＤＩ、およびＥＤＩの省スペース化が図れる脱イオンユニットを目的とする。【解決手段】本発明のＥＤＩは、脱塩室複数セル型のＥＤＩであって、枠体３０、５０と、枠体３０、５０の一側に配置されたカチオン交換膜２０と、枠体３０、５０の他側に配置されたアニオン交換膜６０とを備えた脱イオンユニット１０を有し、前記脱イオンユニット１０には、小脱塩室３２と、中間イオン交換膜４０を介して隣接する小脱塩室５２とを連通する被処理水流路が設けられ、小脱塩室間の被処理水の流通が、前記脱イオンユニット１０内で行われることよりなる。【選択図】図１
2009220060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠体と、枠体の一側に配置されたカチオン交換膜と、枠体の他側に配置されたアニオン交換膜とを備えた脱イオンユニットを有し、
前記脱イオンユニットには、前記枠体の開口部と前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜とで脱塩室が形成され、
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、区画された室内にイオン交換体が充填されて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、
前記脱イオンユニットには、任意の小脱塩室と中間イオン交換膜を介して隣接する他の小脱塩室とを連通する被処理水流路が設けられ、
小脱塩室間の被処理水の流通が、前記脱イオンユニット内で行われ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】
前記陽極室と前記陰極室との間に、２以上の前記脱イオンユニットが前記濃縮室を介して配置され、任意の脱塩室を流通させた被処理水を他の脱塩室に流通させ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または２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
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１〜３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】
前記小脱塩室の厚さは、４〜１００ｍｍ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】
枠体と、枠体の一側に配置されたカチオン交換膜と、枠体の他側に配置されたアニオン交換膜とを備えた脱イオンユニットであって、
前記枠体の開口部と前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜とで脱塩室が形成され、
前記脱塩室は、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、区画された室内にイオン交換体が充填されて小脱塩室が形成され、
任意の小脱塩室と中間イオン交換膜を介して隣接する他の小脱塩室とを連通する被処理水流路が設けられた脱イオンユニット。
【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およびその脱イオンユニットに関する。
【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、脱イオン水の水質向上や、運転電圧の低位安定化を目的とした改良が報告されている。例えば、ＥＤＩに複数の脱塩室を設け、被処理水を複数の脱塩室に直列的に通水することで、脱イオン水の水質の向上を図ったＥＤＩが開示されている（例えば、特許文献１、２）。
また、脱塩室を厚さ方向に二分して小脱塩室を形成し、多段処理を可能とすると共に、脱塩室当たりの濃縮室の数を減らし、水質向上と電圧の安定化を図った、脱塩室が複数の小脱塩室によって構成された、脱塩室複数セル型のＥＤＩが開示されている（例えば、特許文献３）。
【０００４】
前記脱塩室複数セル型のＥＤＩについて、図７を用いて説明する。図７は従来型の脱塩室複数セル型のＥＤＩに用いられる脱イオンユニット９００の斜視図である。説明の便宜上、各構成部材を離間して図示しているが、実際の脱イオンユニット９００では、各構成部材は密着している。脱イオンユニット９００は、カチオン交換膜９２０、枠体９３０、中間イオン交換膜９４０、枠体９５０、アニオン交換膜９６０が順に配置されている。
枠体９３０の開口部にはイオン交換体が充填されて小脱塩室９３２が形成され、枠体９５０の開口部にはイオン交換体が充填されて小脱塩室９５２が形成され、小脱塩室９３２、９５２とで、脱塩室が構成されている。カチオン交換膜９２０には、被処理水を流通させる孔９２２と、脱イオン水を流通させる孔９２４とが設けられている。枠体９３０には、被処理水の入水口９３４、入水口９３４と小脱塩室９３２とを連通する流水路９３５、小脱塩室９３２を流通した被処理水を送水する送水口９３６、小脱塩室９３２と送水口９３６とを連通する流水路９３７、脱イオン水を流通させる孔９３８が設けられている。中間イオン交換膜９４０には、被処理水を流通させる孔９４２と、脱イオン水を流通させる孔９４４が設けられている。枠体９５０には、被処理水の入水口９５４、入水口９５４と小脱塩室９５２とを連通する流水路９５５、小脱塩室９５２を流通した脱イオン水を送水する送水口９５６、小脱塩室９５２と送水口９５６とを連通する流水路９５７、被処理水を流通させる孔９５８が設けられている。アニオン交換膜９６０には、被処理水を流通させる孔９６２、９６４が設けられている。そして、孔９６２と孔９６４とは、ＥＤＩの外に設けられた配管９７０を介して接続されている。
【０００５】
ＥＤＩ９００による脱イオン水の製造に当たっては、被処理水を流れ方向ａで孔９２２から入水口９３４へ流入させる。流入した被処理水は、流水路９３５を流通して小脱塩室９３２を流通する。次いで、流水路９３７、送水口９３６、孔９４２、９５８、９６２、配管９７０、孔９６４の順で流通し、入水口９５４に至る。そして、被処理水は、流水路９５５を流通し、小脱塩室９５２を流通して脱イオン水となる。脱イオン水は、流水路９５７、送水口９５６、孔９４４、９３８を経由して、孔９２４から、流れ方向ｃで流出する。このような脱イオンユニット９００を用いた脱塩室複数セル型のＥＤＩは、脱塩室１セル型のＥＤＩに比べて、低電圧運転、および、脱イオン水の水質向上が図れるという利点がある。
【特許文献１】特開２００４−３１４０７０号公報
【特許文献２】特公平６−２０５１３号公報
【特許文献３】特許第３３８５５５３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように、従来型の脱塩室複数セル型のＥＤＩは、脱塩室における水の流れ方向が、各小脱塩室とも同じ方向であった。このため、任意の小脱塩室で処理した水を他の小脱塩室に流すためには、前記任意の小脱塩室で処理した水をＥＤＩの外に排出した後、他の小脱塩室へと流入させる、いわゆる「渡しの配管」（図７中の配管９７０）をＥＤＩの外側に設置する必要があった。この渡しの配管の存在は、ＥＤＩのコンパクト化に際し、非常に大きな問題となっていた。さらに、１つの小脱塩室につき、水の流入ラインと流出ラインとが設けられるため、各小脱塩室に直列で被処理水を通水するためには、小脱塩室の数に応じて水の流入ライン・流出ラインが増設される。このことは、装置外に設ける渡しの配管が増えることとなり、装置の大型化、装置製造上のコストが高くなるという問題があった。
そこで本発明は、省スペース化が図れる、脱塩室複数セル型のＥＤＩを目的とする。さらに、渡しの配管を装置外に設置せずに、ＥＤＩ内の配管により、複数の脱イオンユニットに対し、直列に通水できるＥＤＩを目的とする。本発明は、ＥＤＩの省スペース化が図れる、脱イオンユニットを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＥＤＩは、枠体と、枠体の一側に配置されたカチオン交換膜と、前記枠体の他側に配置されたアニオン交換膜とを備えた脱イオンユニットを有し、前記脱イオンユニットには、前記枠体の開口部と前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜とで脱塩室が形成され、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、区画された室内にイオン交換体が充填されて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、前記脱イオンユニットには、任意の小脱塩室と中間イオン交換膜を介して隣接する他の小脱塩室とを連通する被処理水流路が設けられ、小脱塩室間の被処理水の流通が、前記脱イオンユニット内で行われることを特徴とする。
本発明のＥＤＩは、前記陽極室と前記陰極室との間に、２以上の前記脱イオンユニットが前記濃縮室を介して配置され、任意の脱塩室を流通させた被処理水を他の脱塩室に流通させることが好ましく、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％であっても良く、前記小脱塩室の厚さは、４〜１００ｍｍであることが好ましい。
【０００８】
本発明の脱イオンユニットは、枠体と、枠体の一側に配置されたカチオン交換膜と、枠体の他側に配置されたアニオン交換膜とを備えた脱イオンユニットであって、前記枠体の開口部と前記カチオン交換膜と前記アニオン交換膜とで脱塩室が形成され、前記脱塩室は、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、区画された室内にイオン交換体が充填されて小脱塩室が形成され、任意の小脱塩室と中間イオン交換膜を介して隣接する他の小脱塩室とを連通する被処理水流路が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＥＤＩによれば、省スペース化を図ることができる。さらに、ＥＤＩ内の配管により、複数の脱イオンユニットに対し、直列に通水できる。本発明の脱イオンユニットによれば、ＥＤＩの省スペース化を図ることができる。
【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、任意の小脱塩室と中間イオン交換膜を介して隣接する他の小脱塩室とを連通する被処理水流路が設けられた脱イオンユニットを備えたものである。
本発明のＥＤＩに備えられる脱イオンユニットの構造と、被処理水の流通経路について、図１、２を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる脱イオンユニット１０の斜視図である。図２は、脱イオンユニット１０の断面図である。なお、図１は、説明の便宜上、各構成部材を離間して図示しているが、実際の脱イオンユニット１０では、各構成部材は密着している。
図１に示すように、脱イオンユニット１０は、カチオン交換膜２０、枠体３０、中間イオン交換膜４０、枠体５０、アニオン交換膜６０とが順に配置されている。カチオン交換膜２０、中間イオン交換膜４０、アニオン交換膜６０は、それぞれ、枠体３０、５０と略同等の面積である。
枠体３０の開口部にはイオン交換体が充填されて小脱塩室３２が形成され、枠体５０の開口部にはイオン交換体が充填されて小脱塩室５２が形成され、小脱塩室３２、５２とで、脱塩室が構成されている。カチオン交換膜２０には、被処理水を流通させる孔２２が設けられている。枠体３０には、被処理水の入水口３４、入水口３４と小脱塩室３２とを連通する流水路３５、小脱塩室３２を流通した被処理水を送水する送水口３６、小脱塩室３２と送水口３６とを連通する流水路３７が設けられている。中間イオン交換膜４０には、被処理水を流通させる孔４２が設けられている。枠体５０には、被処理水の入水口５４、入水口５４と小脱塩室５２とを連通する流水路５５、小脱塩室５２を流通した被処理水を送水する送水口５６、小脱塩室５２と送水口５６とを連通する流水路５７が設けられている。アニオン交換膜６０には、被処理水を流通させる孔６２が設けられている。
【００１１】
図２に示すように、カチオン交換膜２０、枠体３０、中間イオン交換膜４０、枠体５０、アニオン交換膜６０が密着した状態において、流水路３７と、送水口３６と、孔４２と、入水口５４と、流水路５５とで、「被処理水流路」が構成されている。
【００１２】
続いて、脱イオンユニット１０における水の流通経路について説明する。被処理水を流れ方向Ａで孔２２から流入させる。流入した被処理水は、入水口３４から流水路３５を経由して、小脱塩室３２を流通する。そして、被処理水は、流水路３７、送水口３６、孔４２、入水口５４、流水路５５を経由して、小脱塩室５２を流通する。そして、被処理水は、イオン成分が除去されて、脱イオン水となる。脱イオン水は、流水路５７、送水口５６を経由して、孔６２から、流れ方向Ｃで流出する。
【００１３】
脱イオンユニット１０によれば、流水路３７、送水口３６、孔４２、入水口５４、流水路５５で構成された被処理水流路が設けられていることにより、前述した配管９７０（図７）のような「渡しの配管」を脱イオンユニットの外、即ち、ＥＤＩの外に設けることなく、小脱塩室３２から小脱塩室５２へ、被処理水を流通させることができる。このため、脱イオンユニット１０を備えたＥＤＩの省スペース化を図ることができる。また、渡しの配管を設置しないため、製造コストの削減を図ることができる。加えて、被処理水は、渡しの配管を通らず移動距離が短くなるため、脱イオンユニット内での圧力損失を大幅に低減することができる。このため、ＥＤＩへ被処理水を供給するポンプの出力を小さくし、製造コスト、運転コストの低減を図ることができる。
【００１４】
本発明のＥＤＩについて、以下に例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施形態に限られるものではない。
＜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３、４を用いて説明する。図３は、本実施形態のＥＤＩ１００の斜視図である。図４は、ＥＤＩ１００における流水経路を説明する模式図である。なお、図３は、説明の便宜上、各構成部材を離間して図示しているが、実際のＥＤＩ１００では、各構成部材は密着している。
図３に示すとおり、ＥＤＩ１００は陰極１０２を備えた陰極室１０４と、陽極２９０を備えた陽極室２９２との間に、脱イオンユニット１１０と、脱イオンユニット２１０とが、濃縮室に挟持されて配置されたものである。
【００１５】
脱イオンユニット１１０は、カチオン交換膜１４０と、枠体１５０と、中間イオン交換膜１６０と、枠体１７０と、アニオン交換膜１８０とが、陰極１０２側から順に配置され、構成されている。枠体１５０の開口部には、イオン交換体が充填されて、小脱塩室１５２が形成され、枠体１７０の開口部には、イオン交換体が充填されて小脱塩室１７２が形成されている。そして、小脱塩室１５２と小脱塩室１７２とで、脱塩室を構成している。
脱イオンユニット２１０は、カチオン交換膜２２０と、枠体２３０と、中間イオン交換膜２４０と、枠体２５０と、アニオン交換膜２６０とが、陰極１０２側から順に配置されている。枠体２３０の開口部には、イオン交換体が充填されて、小脱塩室２３２が形成され、枠体２５０の開口部には、イオン交換体が充填されて小脱塩室２５２が形成されている。そして、小脱塩室２３２と小脱塩室２５２とで、脱塩室を構成している。
【００１６】
陰極１０２と仕切り膜１２０との間には、枠体１０１が配置されている。枠体１０１の開口部にメッシュが設置されて、陰極室１０４が形成されている。
陽極２９０と仕切り膜２８０との間には、枠体２９１が設置されている。枠体２９１の開口部にメッシュが設置されて、陽極室２９２が形成されている。陰極１０２と陽極２９０とは、図示されない電源と接続されている。
【００１７】
陰極１０２側の仕切り膜１２０とカチオン交換膜１４０との間には、枠体１３０が配置されている。枠体１３０の開口部には、イオン交換体が充填されて、濃縮室１３２が形成されている。
陽極２９０側の仕切り膜２８０とアニオン交換膜２６０との間には、枠体２７０が配置されている。枠体２７０の開口部には、イオン交換体が充填されて、濃縮室２７２が形成されている。
さらに、脱イオンユニット１１０のアニオン交換膜１８０と、脱イオンユニット２１０のカチオン交換膜２２０との間には、枠体１９０が配置されている。枠体１９０の開口部には、イオン交換体が充填されて、濃縮室１９２が形成されている。
【００１８】
枠体１５０には、孔１５６、１５９が設けられている。また、入水口１５４と送水口１５７が設けられ、入水口１５４と小脱塩室１５２とを連通する流水路１５５と、送水口１５７と小脱塩室１５２とを連通する流水路１５８とが設けられている。
枠体１７０には、孔１７３、１７５、１７９が設けられている。また、入水口１７７と送水口１７６とが設けられ、入水口１７７と小脱塩室１７２とを連通する流水路１７８と、送水口１７６と小脱塩室１７２とを連通する流水路１７４とが設けられている。
枠体２３０には、孔２３５、２３６、２３９が設けられている。また、入水口２３３と送水口２３７とが設けられ、入水口２３３と小脱塩室２３２とを連通する流水路２３４と、送水口２３７と小脱塩室２３２とを連通する流水路２３８とが設けられている。
枠体２５０には、孔２５３、２５８が設けられている。また、入水口２５６と送水口２５５とが設けられ、入水口２５６と小脱塩室２５２とを連通する流水路２５７と、送水口２５５と小脱塩室２５２とを連通する流水路２５４とが設けられている。
【００１９】
枠体１０１には、孔１０５、１０６が設けられている。また、入水口１０７、送水口１０８が設けられ、入水口１０７と陰極室１０４とを連通する流水路１０３と、送水口１０８と陰極室１０４とを連通する流水路１０９とが設けられている。
枠体２９１には、孔２９５、２９６が設けられている。また、入水口２９３、送水口２９７が設けられ、入水口２９３と陽極室２９２とを連通する流水路２９４と、送水口２９７と陽極室２９２とを連通する流水路２９８とが設けられている。
枠体１３０には、孔１３４、１３６、１３８が設けられている。また、孔１３６と濃縮室１３２とを連通する流水路１３７、孔１３８と濃縮室１３２とを連通する流水路１３９が設けられている。
枠体１９０には、孔１９３、１９５、１９６、１９８が設けられている。また、孔１９５と濃縮室１９２とを連通する流水路１９４と、孔１９８と濃縮室１９２とを連通する流水路１９９とが設けられている。
枠体２７０には、孔２７３、２７５、２７６が設けられている。また、孔２７３と濃縮室２７２とを連通する流水路２７４と、孔２７６と濃縮室２７２とを連通する流水路２７７とが設けられている。
【００２０】
仕切り膜１２０には孔１２２、１２４が設けられ、仕切り膜２８０には、孔２８２、２８４が設けられている。
カチオン交換膜１４０には、孔１４２、１４４、１４６が設けられ、カチオン交換膜２２０には、孔２２２、２２４、２２６、２２８が設けられている。
中間イオン交換膜１６０には、孔１６２、１６４、１６６、１６８が設けられ、中間イオン交換膜２４０には、孔２４２、２４４、２４６、２４８が設けられている。
アニオン交換膜１８０には、孔１８２、１８４、１８６、１８８が設けられ、アニオン交換膜２６０には、孔２６２、２６４、２６６が設けられている。
【００２１】
本実施形態における「被処理水流路」は、脱イオンユニット１１０では、流水路１５８と、送水口１５７と、孔１６６と、入水口１７７と、流水路１７８とで構成されている。また、脱イオンユニット２１０では、流水路２３８と、送水口２３７と、孔２４６と、入水口２５６と、流水路２５７とで「被処理水流路」が構成されている。
【００２２】
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１４０、２２０、アニオン交換膜１８０、２６０はいずれも特に限定されず、ＥＤＩの製造の適性や、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。
【００２３】
中間イオン交換膜１６０、２４０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１６０、２４０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。
【００２４】
小脱塩室１５２、２３２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、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、充填するイオン交換体に対して、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。カチオン交換膜側の小脱塩室では、主にカチオン成分を除去するためである。
【００２５】
小脱塩室１７２、２５２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１５２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１７２、２５２のイオン交換体の充填形態は、上述した小脱塩室１５２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、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、充填するイオン交換体に対して、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。アニオン交換膜側の小脱塩室では、主にアニオン成分を除去するためである。
【００２６】
濃縮室１３２、１９２、２７２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１５２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１３２、１９２、２７２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１９２のアニオン交換膜１８０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１８０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１７２から濃縮室１９２へのアニオン成分の移動が促進され、濃縮室１９２側のアニオン交換膜１８０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。      
【００２７】
枠体１５０、１７０、２３０、２５０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１５０、１７０、２３０、２５０の厚さは特に限定されることなく、所望する小脱塩室１５２、１７２、２３２、２５２の厚さに応じて設定することができる。
また、枠体１５０、１７０、２３０、２５０の開口部の面積が大きい場合には、枠体１５０、１７０、２３０、２５０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、中間イオン交換膜、アニオン交換膜が湾曲して、各小脱塩室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、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、樹脂製の格子状の支持体を挙げることができる。
【００２８】
小脱塩室１５２、１７２、２３２、２５２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、各小脱塩室は同一の厚さでも良く、異なっていても良い。
小脱塩室１５２、１７２、２３２、２５２の厚さは特に限定されないが、例えば、４〜１００ｍｍの範囲で決定することができ、８〜５０ｍｍが好ましく、１０〜２０ｍｍがより好ましい。４ｍｍ未満であると、被処理水量に応じて脱イオンユニットを増やす必要がある。また、小脱塩室が薄いために差圧が高くなり、被処理水の流量を増やすと脱イオンユニットに損傷を与えるおそれがある。一方、１００ｍｍを超えると、小脱塩室における被処理水の流れが不均一（偏流れ）となり、電流効率が悪くなるおそれがあるためである。
【００２９】
枠体１３０、１９０、２７０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１５０と同様のものを用いることができる。
枠体１３０、１９０、２７０の厚さは特に限定されることなく、所望する濃縮室１３２、１９２、２７２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。
【００３０】
陰極１０２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２９０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。
【００３１】
陰極室１０４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１０４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。陽極室２９２の形成に用いられるメッシュは、陰極室１０４に用いられるメッシュと同様である。
枠体１０１、２９１は、絶縁性を有し、電極水が漏洩しない素材であれば特に限定されず、枠体１５０と同様のものを用いることができる。
枠体１０１の厚さは特に限定されることはなく、所望する陰極室１０４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。枠体２９１は枠体１０１と同様に、陽極室２９２のスペースに合わせて選択することができる。
【００３２】
仕切り膜１２０、２８０は特に限定されず、被処理水の水質や、ＥＤＩ１００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。
【００３３】
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。まず、図４を用いて、被処理水の流通経路の概要を説明する。
流れ方向Ａ１でＥＤＩ１００に流入した被処理水の一部は、脱イオンユニット１１０内を流れ方向Ｂ１のように、小脱塩室１５２を下降流で流通した後、折り返すようにして小脱塩室１７２を上昇流で流通する。また、被処理水の一部は、脱イオンユニット２１０内を流れ方向Ｂ２のように、小脱塩室２３２を下降流で流通した後、折り返すようにして小脱塩室２５２を上昇流で流通する。そして、脱イオンユニット１１０内を流通した被処理水と、脱イオンユニット２１０内を流通した被処理水とが合流し、流れ方向Ｃ１で、脱イオン水がＥＤＩ１００から流出する。このように、脱イオンユニット内の２つの小脱塩室へ、直列に被処理水を通水する場合であっても、ＥＤＩ１００には、被処理水の流入口と脱塩室の流出口は、見かけ上それぞれ１つずつ、設置されることとなる。
【００３４】
さらに詳細には、図３を用いて説明する。説明は、中間イオン交換膜１６０、２４０をカチオン交換膜とし、小脱塩室１５２、２３２にはカチオン交換体を単床形態で充填し、小脱塩室１７２、２５２にはアニオン交換体を単床形態で充填し、濃縮室１３２、１９２、２７２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、陰極室１０４に、電極水を入水口１０７から流れ方向Ｐ１で流入させ、陽極室２９２に電極水を入水口２９３から流れ方向Ｑ１で流入させる。そして、陰極１０２と陽極２９０との間に、直流電圧を印加する。濃縮水を流れ方向Ｎ１で、孔１０６からＥＤＩ１００に流入させる。次いで、被処理水を流れ方向Ａ１で、孔１０５からＥＤＩ１００に流入させる。孔１０５から流入した被処理水は、孔１２２、１３４、１４２を流通し、入水口１５４に至る。入水口１５４に至った被処理水の一部は、流水路１５５を経由し、小脱塩室１５２に流入する。流入した被処理水は、小脱塩室１５２内のカチオン交換樹脂内を拡散しながら流通する。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１０２側に引き寄せられ、カチオン交換膜１４０を透過して、濃縮室１３２に移動する。小脱塩室１５２を流通した被処理水は、流水路１５８、送水口１５７、孔１６６、入水口１７７、流水路１７８を流通し、小脱塩室１７２に流入する。流入した被処理水は、小脱塩室１７２内のアニオン交換樹脂内を拡散しながら流通する。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）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２９０側に引き寄せられ、アニオン交換膜１８０を透過して、濃縮室１９２へ移動する。また、小脱塩室１５２で除去し切れなかったカチオン成分は、中間イオン交換膜１６０を透過して、小脱塩室１５２に移動する。被処理水は、小脱塩室１７２を流通した後、流水路１７４を経由し、送水口１７６に至り、送水口１７６から孔１８６、１９６、２２６、２３６、２４４、送水口２５５、孔２６４、２７５、２８２の順に流通し、孔２９５から、流れ方向Ｃ１で脱イオン水となって流出する。
【００３５】
入水口１５４に至った被処理水の一部は、入水口１５４から、孔１６２、１７３、１８２、１９３、２２２を流通して、入水口２３３に至る。次いで、入水口２３３から流水路２３４を経由して、小脱塩室２３２を流通する。この間、主にカチオン成分が除去される。小脱塩室２３２を流通した被処理水は、流水路２３８、送水口２３７、孔２４６、入水口２５６、流水路２５７を経由して、小脱塩室２５２を流通する。この間、主にアニオン成分が除去される。被処理水は、小脱塩室２５２を流通して脱イオン水となり、流水路２５４を経由して送水口２５５に至り、脱イオンユニット１１０を流通した脱イオン水と合流する。そして、脱イオン水は、孔２６４、２７５、２８２の順に流通し、孔２９５から、流れ方向Ｃ１で流出する。
【００３６】
濃縮水は流れ方向Ｎ１で孔１０６から流入し、孔１２４を流通して孔１３６に至る。孔１３６に至った濃縮水の一部は、流水路１３７を経由して、濃縮室１３２内を流通し、流水路１３９を経由して孔１３８に至る。この間、濃縮水は、小脱塩室１５２から濃縮室１３２に移動してきたイオン成分を取り込む。その後、孔１４６、１５９、１６８、１７９、１８８、１９８、２２８、２３９、２４８、２５８、２６６、２７６、２８４の順に流通し、孔２９６から、流れ方向Ｍ１で流出する。
また、孔１３６に至った濃縮水の一部は、さらに、孔１４４、１５６、１６４、１７５、１８４の順に流通し、孔１９５に至る。孔１９５に至った濃縮水の一部は、流水路１９４を経由して、濃縮室１９２内を流通する。この間、濃縮水は、小脱塩室１７２、２３２から濃縮室１９２に移動してきたイオン成分を取り込む。濃縮室１９２を流通した濃縮水は、流水路１９９を経由して孔１９８に至り、濃縮室１３２を流通した濃縮水と合流し、孔２９６から、流れ方向Ｍ１で流出する。
孔１９５に至った濃縮水の一部は、さらに、孔２２４、２３５、２４２、２５３、２６２を流通して、孔２７３に至る。孔２７３に至った濃縮水は、流水路２７４を経由して、濃縮室２７２内を流通する。この間、濃縮水は、小脱塩室２５２から濃縮室２７２に移動してきたイオン成分を取り込む。濃縮室２７２を流通した濃縮水は、流水路２７７を経由して、孔２７６に至り、濃縮室１３２、１９２を流通した濃縮水と合流し、孔２９６から、流れ方向Ｍ１で流出する。
【００３７】
入水口１０７から流れ方向Ｐ１で流入した電極水は、流水路１０３、陰極室１０４、流水路１０９を流通して送水口１０８から、流れ方向Ｐ２で流出する。この間、電極水は、陰極１０２から発生したＨ２等を取り込む。
入水口２９３から流れ方向Ｑ１で流入した電極水は、流水路２９４、陽極室２９２、流水路２９８を流通して送水口２９７から、流れ方向Ｑ２で流出する。この間、電極水は、陽極２９０から発生するＣｌ２、Ｏ２等を取り込む。
【００３８】
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。
脱塩室に供給される被処理水の通水量は特に限定されることはなく、ＥＤＩ１００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、脱イオンユニット１１０、２１０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、各脱イオンユニット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ユニットと、脱塩処理が不充分な脱イオンユニットとが生じると共に、各脱塩室間における流れが不均一となり、ＥＤＩ１００全体としての性能に悪影響を与える場合がある。
【００３９】
濃縮水の流量は特に限定されることはなく、ＥＤＩ１００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１３２、１９２、２７２に移動してきたイオン成分を濃縮水内に拡散して、ＥＤＩ１００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、かつ脱塩室中のイオンが全て濃縮室に移行すると仮定し定義付けられる。
【００４０】
【数１】
2009220060.tif 000003
【００４１】
濃縮水の流量が少なすぎると、濃縮室１３２、１９２、２７２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。
【００４２】
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、ＥＤＩ１００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１０２と、陽極２９０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。
【００４３】
本実施形態のＥＤＩ１００によれば、渡しの配管を設ける必要がないため、大幅なコンパクト化を図ることができる。特に小型のＥＤＩにおいては、渡しの配管の占める体積割合は大きいため、その効果はより大きなものとなる。
さらに、小脱塩室間の水の受け渡しが、各脱イオンユニット内で独立してできることで、任意の小脱塩室を流通させた後に、異なる機能を持たせた他の小脱塩室を流通させることが容易となる。このため、特段の配管等を要することなく、１つの脱イオンユニット内で多段処理を行うことができる。この結果、ＥＤＩ運転時に、電圧上昇の原因となる混床形態の小脱塩室を設けずに、単床形態の小脱塩室を設けて多段処理を行うことで、より低い運転電圧で、高い水質の脱イオン水を得ることができる。
加えて、単床形態の小脱塩室は、厚さを厚くしても、電圧増加が極めて少ない。このため、脱塩室を厚くして印加電流を上げることで、脱塩室の数を減らしても、処理水量を維持したまま、得られる脱イオン水の水質低下を抑えることができる。そして、脱塩室の数を減らせることで、ＥＤＩに用いるイオン交換膜の面積を大幅に削減でき、経済的にＥＤＩを製造することができる。
【００４４】
＜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５、６を用いて説明する。図５は、本実施形態のＥＤＩ４００の斜視図である。図６は、ＥＤＩ４００における流水経路を説明する模式図である。なお、図５は、説明の便宜上、各構成部材を離間して図示しているが、実際のＥＤＩ４００では、各構成部材は密着している。
図５に示すとおり、ＥＤＩ４００は陰極４０２を備えた陰極室４０４と、陽極５９０を備えた陽極室５９２との間に、脱イオンユニット４１０と、脱イオンユニット５１０とが、濃縮室に挟持されて配置されたものである。
【００４５】
脱イオンユニット４１０は、カチオン交換膜４４０と、枠体４５０と、中間イオン交換膜４６０と、枠体４７０と、アニオン交換膜４８０とが、陰極４０２側から順に配置され、構成されている。枠体４５０の開口部には、イオン交換体が充填されて、小脱塩室４５２が形成され、枠体４７０の開口部には、イオン交換体が充填されて小脱塩室４７２が形成されている。そして、小脱塩室４５２と小脱塩室４７２とで、脱塩室を構成している。
脱イオンユニット５１０は、カチオン交換膜５２０と、枠体５３０と、中間イオン交換膜５４０と、枠体５５０と、アニオン交換膜５６０とが、陰極４０２側から順に配置されている。枠体５３０の開口部には、イオン交換体が充填されて、小脱塩室５３２が形成され、枠体５５０の開口部には、イオン交換体が充填されて小脱塩室５５２が形成されている。そして、小脱塩室５３２と小脱塩室５５２とで、脱塩室を構成している。
【００４６】
陰極４０２と仕切り膜４２０との間には、枠体４０１が配置されている。枠体４０１の開口部にメッシュが設置されて、陰極室４０４が形成されている。陽極５９０と仕切り膜５８０との間には、枠体５９１が設置されている。枠体５９１の開口部にメッシュが設置されて、陽極室５９２が形成されている。陰極４０２と陽極５９０とは、図示されない電源と接続されている。
【００４７】
陰極４０２側の仕切り膜４２０とカチオン交換膜４４０との間には、枠体４３０が配置されている。枠体４３０の開口部には、イオン交換体が充填されて、濃縮室４３２が形成されている。
陽極５９０側の仕切り膜５８０とアニオン交換膜５６０との間には、枠体５７０が配置されている。枠体５７０の開口部には、イオン交換体が充填されて、濃縮室５７２が形成されている。
さらに、脱イオンユニット４１０のアニオン交換膜４８０と、脱イオンユニット５１０のカチオン交換膜５２０との間には、枠体４９０が配置されている。枠体４９０の開口部には、イオン交換体が充填されて、濃縮室４９２が形成されている。
【００４８】
枠体４５０には、孔４５６、４５９が設けられている。また、入水口４５４と送水口４５７が設けられ、入水口４５４と小脱塩室４５２とを連通する流水路４５５と、送水口４５７と小脱塩室４５２とを連通する流水路４５８とが設けられている。
枠体４７０には、孔４７５、４７９が設けられている。また、入水口４７７と送水口４７６とが設けられ、入水口４７７と小脱塩室４７２とを連通する流水路４７８と、送水口４７６と小脱塩室４７２とを連通する流水路４７４とが設けられている。
枠体５３０には、孔５３５、５３９が設けられている。また、入水口５３６と送水口５３７とが設けられ、入水口５３６と小脱塩室５３２とを連通する流水路５３４と、送水口５３７と小脱塩室５３２とを連通する流水路５３８とが設けられている。
枠体５５０には、孔５５３、５５８が設けられている。また、入水口５５６と送水口５５５とが設けられ、入水口５５６と小脱塩室５５２とを連通する流水路５５７と、送水口５５５と小脱塩室５５２とを連通する流水路５５４とが設けられている。
【００４９】
枠体４３０には、孔４３４、４３６、４３８が設けられている。また、孔４３６と濃縮室４３２とを連通する流水路４３７、孔４３８と濃縮室４３２とを連通する流水路４３９が設けられている。
枠体４９０には、孔４９５、４９６、４９８が設けられている。また、孔４９５と濃縮室４９２とを連通する流水路４９４と、孔４９８と濃縮室４９２とを連通する流水路４９９とが設けられている。
枠体５７０には、孔５７３、５７５、５７６が設けられている。また、孔５７３と濃縮室５７２とを連通する流水路５７４と、孔５７６と濃縮室５７２とを連通する流水路５７７とが設けられている。
枠体４０１には、孔４０５、４０６が設けられている。また、入水口４０７、送水口４０８が設けられ、入水口４０７と陰極室４０４とを連通する流水路４０３と、送水口４０８と陰極室４０４とを連通する流水路４０９とが設けられている。
枠体５９１には、孔５９５、５９６が設けられている。また、入水口５９３、送水口５９７が設けられ、入水口５９３と陽極室５９２とを連通する流水路５９４と、送水口５９７と陽極室５９２とを連通する流水路５９８とが設けられている。
【００５０】
仕切り膜４２０には、孔４２２、４２４が設けられ、仕切り膜５８０には、孔５８２、５８４が設けられている。
カチオン交換膜４４０には、孔４４２、４４４、４４６が設けられ、カチオン交換膜５２０には、孔５２４、５２６、５２８が設けられている。
中間イオン交換膜４６０には、孔４６４、４６６、４６８が設けられ、中間イオン交換膜５４０には孔５４２、５４６、５４８が設けられている。
アニオン交換膜４８０には、孔４８４、４８６、４８８が設けられ、アニオン交換膜５６０には、孔５６２、５６４、５６６が設けられている。
【００５１】
本実施形態における「被処理水流路」は、脱イオンユニット４１０では、流水路４５８と、送水口４５７と、孔４６６と、入水口４７７と、流水路４７８とで構成されている。また、脱イオンユニット５１０では、流水路５３８と、送水口５３７と、孔５４６と、入水口５５６、流水路５５７とで、「被処理水流路」が構成されている。加えて、本実施形態では、脱イオンユニット４１０の小脱塩室４７２と、脱イオンユニット５１０の小脱塩室５３２とを連通する被処理水の流路が、流水路４７４、送水口４７６、孔４８６、４９６、５２６、入水口５３６、流水路５３４で構成されている。
【００５２】
カチオン交換膜４４０、５２０は、カチオン交換膜１４０、２２０と同様である。アニオン交換膜４８０、５６０は、アニオン交換膜１８０、２６０と同様である。中間イオン交換膜４６０、５４０は、中間イオン交換膜１６０、２４０と同様である。
小脱塩室４５２、５３２に充填されるイオン交換体は、小脱塩室１５２、２３２に充填されるイオン交換体と同様である。小脱塩室４７２、５５２に充填されるイオン交換体は、小脱塩室１７２、２５２に充填されるイオン交換体と同様である。濃縮室４３２、４９２、５７２に充填されるイオン交換体は、濃縮室１３２、１９２、２７２に充填されるイオン交換体と同様である。
枠体４５０、４７０、５３０、５５０は、枠体１５０、１７０、２３０、２５０と同様である。小脱塩室４５２、５３２の厚さは、小脱塩室１５２、２３２と同様であり、小脱塩室４７２、５５２の厚さは、小脱塩室１７２、２５２と同様である。
枠体４３０、４９０、５７０は、枠体１３０、１９０、２７０と同様である。濃縮室４３２、４９２、５７２の厚さは、濃縮室１３２、１９２、２７２と同様である。
陰極４０２は、陰極１０２と同様であり、陽極５９０は、陽極２９０と同様である。枠体４０１は枠体１０１と同様であり、枠体５９１は枠体２９１と同様である。陰極室４０４ならびに陽極室５９２の形成に用いられるメッシュは、陰極室１０４、陽極室２９２の形成に用いられるメッシュと同様である。陰極室４０４の厚さは陰極室１０４の厚さと同様であり、陽極室５９２の厚さは陽極室２９２の厚さと同様である。
仕切り膜４２０、５８０は、仕切り膜１２０、２８０と同様である。
【００５３】
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。まず、図６を用いて、被処理水の流通経路の概要を説明する。
流れ方向Ａ２でＥＤＩ４００に流入した被処理水は、脱イオンユニット４１０内を流れ方向Ｂ５のように、小脱塩室４５２を下降流で流通した後、折り返すようにして小脱塩室４７２を上昇流で流通する。そして、流れ方向Ｂ６で、脱イオンユニット５１０へ流れる。次いで、脱イオンユニット５１０内を流れ方向Ｂ７のように、小脱塩室５３２を下降流で流通した後、折り返すようにして小脱塩室５５２を上昇流で流通する。そして、被処理水はイオン成分が除去されて脱イオン水となり、脱イオン水は、流れ方向Ｃ２でＥＤＩ４００から流出する。
【００５４】
さらに詳細には、図５を用いて説明する。説明は、中間イオン交換膜４６０、５４０をカチオン交換膜とし、小脱塩室４５２、５３２にカチオン交換体を単床形態として充填し、小脱塩室４７２、５５２にアニオン交換体と単床形態として充填した場合を例にして行う。まず、陰極室４０４に、電極水を入水口４０７から流れ方向Ｐ３で流入させ、陽極室５９２に、電極水を入水口５９３から流れ方向Ｑ３で流入させる。そして、陰極４０２と陽極５９０との間に、直流電圧を印加する。濃縮水を流れ方向Ｎ２で、孔４０６からＥＤＩ４００に流入させる。次いで、被処理水を孔４０５からＥＤＩ４００に流入させる。孔４０５から流入した被処理水は、孔４２２、４３４、４４２を流通し、入水口４５４に至る。次いで、入水口４５４に至った被処理水は、流水路４５５を経由し、小脱塩室４５２に流入する。流入した被処理水は、小脱塩室４５２内のカチオン交換樹脂内を拡散しながら流通する。この間、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４０２側に引き寄せられ、カチオン交換膜４４０を透過して、濃縮室４３２に移動する。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、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となる。小脱塩室４５２を流通した被処理水は、流水路４５８、送水口４５７、孔４６６、入水口４７７、流水路４７８を流通して、小脱塩室４７２に流入する。流入した被処理水は、小脱塩室４７２内のアニオン交換樹脂内を拡散しながら流通する。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５９０側に引き寄せられ、アニオン交換膜４８０を透過して、濃縮室４９２へ移動する。ここで、被処理水は、ｐＨが酸性側に移行した状態で、小脱塩室４７２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。小脱塩室４７２を流通した被処理水は、流水路４７４、送水口４７６、孔４８６、４９６、５２６を順に流通し、入水口５３６に至る。この際、被処理水のｐＨは中性領域となっている。
【００５５】
入水口５３６に至った被処理水は、流水路５３４を経由して小脱塩室５３２を流通する。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４５２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４７２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４９２内でガス化して、カチオン交換膜５２０を透過して小脱塩室５３２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５５２にて行う。小脱塩室５３２を流通した被処理水は、流水路５３８、送水口５３７、孔５４６、入水口５５６、流水路５５７を順に流通し、小脱塩室５５２へ流入する。そして、小脱塩室５５２を流通した被処理水は、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た脱イオン水となって、流水路５５４、送水口５５５、孔５６４、５７５、５８２を流通し、孔５９５から、流れ方向Ｃ２で流出する。
【００５６】
濃縮水は流れ方向Ｎ２で、孔４０６から流入し、孔４２４を流通して孔４３６に至り、孔４３６に至った濃縮水の一部は、流水路４３７を経由して、濃縮室４３２内を流通し、流水路４３９を経由して孔４３８に至る。この間、濃縮水は、小脱塩室４５２から濃縮室４３２に移動してきたイオン成分を取り込む。その後、孔４４６、４５９、４６８、４７９、４８８、４９８、５２８、５３９、５４８、５５８、５６６、５７６、５８４の順に流通して、孔５９６から、流れ方向Ｍ２で流出する。
また、孔４３６に至った濃縮水の一部は、さらに、孔４４４、４５６、４６４、４７５、４８４の順に流通し、孔４９５に至る。孔４９５に至った濃縮水の一部は、流水路４９４を経由して、濃縮室４９２内を流通する。この間、濃縮水は、小脱塩室４７２、５３２から濃縮室４９２に移動してきたイオン成分を取り込む。濃縮室４９２を流通した濃縮水は、流水路４９９を経由して孔４９８に至り、濃縮室４３２を流通した濃縮水と合流し、孔５９６から、流れ方向Ｍ２で流出する。
孔４９５に至った濃縮水の一部は、さらに、孔５２４、５３５、５４２、５５３、５６２を流通して、孔５７３に至る。孔５７３に至った濃縮水は、流水路５７４を経由して、濃縮室５７２内を流通する。この間、濃縮水は、小脱塩室５５２から濃縮室５７２に移動してきたイオン成分を取り込む。濃縮室５７２を流通した濃縮水は、流水路５７７を経由して、孔５７６に至り、濃縮室４３２、４９２を流通した濃縮水と合流し、孔５９６から、流れ方向Ｍ２で流出する。
【００５７】
入水口４０７から流れ方向Ｐ３で流入した電極水は、流水路４０３、陰極室４０４、流水路４０９を流通して、送水口４０８から流れ方向Ｐ４で流出する。この間、電極水は、陰極４０２から発生したＨ２等を取り込む。
入水口５９３から流れ方向Ｑ３で流入した電極水は、流水路５９４、陽極室５９２、流水路５９８を流通して、送水口５９７から流れ方向Ｑ４で流出する。この間、電極水は、陽極５９０から発生するＣｌ２、Ｏ２等を取り込む。
【００５８】
本実施形態における脱塩室に供給される被処理水の水質、通水量、濃縮水の流量、電極水の流量、印加する電流は、第１の実施形態と同様である。
【００５９】
本実施形態によれば、上述のように、脱イオンユニット４１０で処理した処理水を、再度、脱イオンユニット５１０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。
【００６０】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
被処理水流路は、第１、２の実施形態に示した形態に限られることはない。例えば、スリットやメッシュ、多孔質体等（以下、総じてスリット等という）、通水性のある部材を用いて、脱イオンユニットの被処理水流路を形成させても良い。
【００６１】
第１、２の実施形態では、枠体４５０、４７０、５３０、５５０の開口部にイオン交換体を充填しているが、開口部に加え、入水口、送水口、流水路にイオン交換体を密に充填し、小脱塩室を形成させても良い。
枠体の開口部のみにイオン交換体を充填する場合、特にイオン交換樹脂を充填する場合には、小脱塩室からの前記イオン交換樹脂の流出を防止するため、樹脂が流出しない幅のスリット等を設置したりする。スリット等が設置された場合には、少なからず被処理水の流通において抵抗となる。上記のようにイオン交換体を各小脱塩室、ならびに、被処理水流路に密に充填することで、イオン交換体の流出防止を目的としたスリット等を省略し、被処理水の流通の抵抗を低減することができる。
【００６２】
第１、２の実施形態では、カチオン交換膜側の小脱塩室では、被処理水を下降流で流通させ、アニオン交換膜側の小脱塩室では、被処理水を上昇流で通水させている。しかし、本発明はこれに限られることなく、カチオン交換膜側の小脱塩室を上昇流、アニオン交換膜側の小脱塩室を下降流としても良い。また、脱イオンユニット毎に異なっていても良い。
【００６３】
第１の実施形態では、被処理水をカチオン交換膜側の小脱塩室に流通させた後、アニオン交換膜側の小脱塩室に流通させているが、アニオン交換膜側の小脱塩室に流通させた後に、カチオン交換膜側の小脱塩室を流通させても良い。また、脱イオンユニット毎に、流通順序が異なるものであっても良い。
【００６４】
第２の実施形態では、被処理水をカチオン交換膜側の小脱塩室に流通させた後、アニオン交換膜側の小脱塩室に流通させているが、アニオン交換膜側の小脱塩室に流通させた後に、カチオン交換膜側の小脱塩室を流通させても良い。
第２の実施形態では、被処理水を陰極側の脱イオンユニットに流通させた後、陽極側の脱イオンユニットに流通させているが、陽極側の脱イオンユニットに流通させた後に、陰極側の脱イオンユニットに流通させても良い。
【００６５】
第１の実施形態では、ＥＤＩに備えられた脱イオンユニットは２枚であるが、１枚のみであっても良いし、３枚以上であっても良い。目的とする脱イオン水の水質や、処理量に応じて決定することが好ましい。
第２の実施形態では、２枚の脱イオンユニットに直列通水を行っているが、直列通水させる脱イオンユニットの数はこれに限られず、３枚以上であっても良い。
【００６６】
第１、２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。
【００６７】
第１、２の実施形態では、濃縮室における濃縮水の流通方向がいずれも下降流であるが、濃縮水の流通方向はこれに限定されず、上昇流であっても良いし、濃縮室毎に異なる流通方向であっても良い。
【００６８】
第１、２の実施形態では、濃縮室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、濃縮室にはイオン交換体を充填することが好ましい。
【００６９】
第１、２の実施形態では、カチオン交換膜、アニオン交換膜、中間イオン交換膜は、脱イオンユニットを構成する枠体と略同等の面積であるが、枠体の開口部を覆うことができる大きさであれば、これに限定されることはなく、小面積のイオン交換膜であっても良い。
【実施例】
【００７０】
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。
（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。
【００７１】
（実施例１）
第１の実施形態のＥＤＩ１００と同様の、４枚の脱イオンユニットを配置し、各脱イオンユニットの両側に濃縮室を配置したＥＤＩ−Ａを下記仕様にて製造した。得られたＥＤＩ−Ａを用い、下記条件にて連続運転を行った。被処理水の通水は、アニオン交換膜側の小脱塩室に下降流で通水した後、続けてカチオン交換膜側の小脱塩室に上昇流で通水した。各脱イオンユニットから得られた脱イオン水を合わせて採取した（単独処理）。また、濃縮水は、各濃縮室に下降流で通水し、排水した。
運転開始１０００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。
【００７２】
＜ＥＤＩ仕様＞
（１）カチオン交換膜：株式会社アストム製
（２）中間イオン交換膜：株式会社アストム製アニオン交換膜
（３）アニオン交換膜：株式会社アストム製
（４）アニオン交換膜側の小脱塩室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ６ｍｍ
（５）カチオン交換膜側の小脱塩室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ６ｍｍ
（６）アニオン交換膜側の小脱塩室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）の単床形態
（７）カチオン交換膜側の小脱塩室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）の単床形態
（８）濃縮室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ３ｍｍ
（９）濃縮室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（１０）陰極室および陽極室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ２ｍｍ、メッシュ設置
【００７３】
＜運転条件＞
（１）被処理水の導電率：５〜８μＳ／ｃｍ
（２）被処理水の比抵抗：０．１２５〜０．２ＭΩ・ｃｍ
（３）被処理水中の硬度成分濃度：０．２〜０．５ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
（４）被処理水中の全炭酸濃度：４〜５ｍｇＣＯ２／Ｌ
（５）被処理水のＳｉＯ２濃度：５００〜６００ｐｐｂ
（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
【００７４】
（実施例２）
各小脱塩室の厚さを１２ｍｍ（実施例１の２倍）とし、脱イオンユニットを２枚、濃縮室を３枚とした他は、実施例１と同様にしてＥＤＩ−Ｂを得た。得られたＥＤＩ−Ｂを用いて、運転電流値を２．０Ａ（実施例１の２倍）とした以外は、実施例１と同様にして連続運転を行った。運転開始１０００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。
【００７５】
（実施例３）
各小脱塩室の厚さを２４ｍｍ（実施例１の４倍）とし、脱イオンユニットを１枚、濃縮室を２枚とした他は、実施例１と同様にしてＥＤＩ−Ｃを得た。得られたＥＤＩ−Ｃを用いて、運転電流値を４．０Ａ（実施例１の４倍）とした以外は、実施例１と同様にして連続運転を行った。運転開始１０００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。
【００７６】
（実施例４）
第２の実施形態のＥＤＩ４００と同様の２枚の脱イオンユニットを配置したＥＤＩ−Ｄを下記仕様にて製造した。得られたＥＤＩ−Ｄを用い、被処理水を下記条件にて通水（直列処理）した。運転電流値を２．０Ａとした他は、実施例１と同じ運転条件にて連続運転を行った。
運転開始１０００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。
＜ＥＤＩ仕様＞
（１）カチオン交換膜：株式会社アストム製
（２）中間イオン交換膜：株式会社アストム製アニオン交換膜
（３）アニオン交換膜：株式会社アストム製
（４）アニオン交換膜側の小脱塩室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ１２ｍｍ
（５）カチオン交換膜側の小脱塩室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ１２ｍｍ
（６）アニオン交換膜側の小脱塩室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂（ローム・アンド・ハース社製）の単床形態
（７）カチオン交換膜側の小脱塩室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）の単床形態
（８）濃縮室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ３ｍｍ
（９）濃縮室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（１０）陰極室および陽極室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ２ｍｍ、メッシュ設置
【００７７】
＜通水条件＞
被処理水：陽極室側の脱イオンユニットの、アニオン交換膜側の小脱塩室に下降流で通水した後、陽極室側の脱イオンユニットのカチオン交換膜側の小脱塩室に上昇流で通水した。続いて、陰極室側の脱イオンユニットのアニオン交換膜側の小脱塩室に下降流で通水した後、陰極室側の脱イオンユニットのカチオン交換膜側の小脱塩室に上昇流で通水し、脱イオン水を得た。
【００７８】
（比較例１）
中間イオン交換膜が設けられていない脱イオンユニットを４枚配置した、脱塩室１セル型のＥＤＩ−Ｅを下記仕様にて製造した。得られたＥＤＩ−Ｅを用い、運転電流値を１．０Ａとして、連続運転を行った。被処理水の通水は下降流とし、各脱塩室に行い、各脱塩室から得られた脱イオン水を合わせて採取した（単独処理）。濃縮室における濃縮水の流通方向は、下降流とし、各濃縮室に通水した後、排水した。その他の運転条件は、実施例１と同様とした。
＜ＥＤＩ仕様＞
（１）カチオン交換膜：株式会社アストム製
（２）アニオン交換膜：株式会社アストム製
（３）脱塩室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ１２ｍｍ
（４）脱塩室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂／カチオン交換樹脂＝１／１の混床形態
（５）濃縮室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ３ｍｍ
（６）濃縮室の充填イオン交換体：アニオン交換樹脂の単床形態
（７）陰極室および陽極室：幅１００ｍｍ、高さ３００ｍｍ、厚さ２ｍｍ、メッシュ設置
【００７９】
【表１】
2009220060.tif 000004
【００８０】
表１に示すとおり、小脱塩室を単床形態とした実施例１〜４は、いずれも、脱塩室を混床形態の１セル型とした比較例１に比べて、著しく低い電圧となっていた。一般に、混床形態の充填層は異種イオン界面が多数存在するために、電流を流した際の電気抵抗が高くなるという傾向がある。ＥＤＩ−Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、いずれも脱塩室を２つの小脱塩室に区画し、それぞれをアニオン交換体単床形態、カチオン交換体単床形態として、１つの脱塩室内で多段処理が行える。このため、運転電圧が上昇し易い混床形態の脱塩室を設けることなく、被処理水中のアニオン成分とカチオン成分を処理できる。
また、実施例１の脱塩室の厚さと、比較例１の脱塩室の厚さは同等（１２ｍｍ）であり、これに応じた運転電流値は１．０Ａで同等である。表１の結果が示すとおり、運転電流値が同じであっても、実施例１は、比較例１に比べて運転電圧が著しく低い値で安定し、かつ、高い水質の脱イオン水が得られることが判った。
実施例２では、脱塩室の枚数を１／２としているので、枠体の数やイオン交換膜の面積も１／２となり、製造コストは圧倒的に低くなる。そして、得られる脱イオン水の水質は、比較例１よりも高いものであった。
実施例３では、脱塩室の枚数を１／４としているので、枠体の数やイオン交換膜の面積も１／４となり、実施例２に比べても製造コストはさらに低くなる。このようなＥＤＩ−Ｃであっても、実施例１、２に比べて若干低い値ではあるが、１１ＭΩ・ｃｍという水質を得られた。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。従って、実施例３においては、小型ボイラーや大型発電所での使用水を満足する、脱イオン水が得られることが判った。
また、実施例４では、２枚の脱塩室に対して、被処理水を連続して通水する直列処理を行ったが、同じ厚さの小脱塩室を用い、単独処理を行った実施例２よりも高い水質が得られることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態にかかる脱イオンユニットの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる脱イオンユニットの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかるＥＤＩの斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかるＥＤＩにおける被処理水の流通経路を説明する模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかるＥＤＩの斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかるＥＤＩにおける被処理水の流通経路を説明する模式図である。
【図７】従来型のＥＤＩに備えられる脱イオンユニットの斜視図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０、１１０、２１０、４１０、５１０、９００    脱イオンユニット
２０、１４０、２２０、４４０、５２０、９２０    カチオン交換膜
３０、５０、１５０、１７０、２３０、２５０、４５０、４７０、５３０、５５０、９３０、９５０        枠体
３２、５２、１５２、１７２、２３２、２５２、４５２、４７２、５３２、５５２、９３２、９５２        小脱塩室
４０、１６０、２４０、４６０、５４０、９４０    中間イオン交換膜
６０、１８０、２６０、４８０、５６０、９６０    アニオン交換膜
１００、４００     ＥＤＩ
１０２、４０２     陰極
１０４、４０４     陰極室
１３２、１９２、２７２、４３２、４９２、５７２  濃縮室
２９０、５９０     陽極
２９２、５９２     陽極室
【図１】
2009220060.tif 000005
【図２】
2009220060.tif 000006
【図３】
2009220060.tif 000007
【図４】
2009220060.tif 000008
【図５】
2009220060.tif 000009
【図６】
2009220060.tif 000010
【図７】
2009220060.tif 000011