(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜装置の後段に配置された電気式脱イオン装置とを備えた脱塩装置において、
前記電気式脱イオン装置の濃縮室より流出する濃縮水を濃縮室入口に還流する循環ライン内に、弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したイオン交換手段を配置したことを特徴とする脱塩装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱イオン水を生成する脱塩装置に関わり、特に、電気式脱イオン装置に装備されたイオン交換膜の劣化を防止した脱塩装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、脱イオン水生成システムとしては、逆浸透膜装置の後段に電気式脱イオン装置を配置したものが知られている。
【０００３】
電気式脱イオン装置は、アニオン交換膜およびカチオン交換膜とで形成される間隙にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを充填して脱塩室とし、該脱塩室内に被処理水を通過させるとともに、アニオン交換膜およびカチオン交換膜を介して、被処理水の流れに対し垂直となる方向に直流電流を作用させ、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に、被処理水に含まれているイオンを電気的に排除しながら脱イオン水を生成する構成となっている。そのため、脱塩室内にイオン交換樹脂等のイオン交換体を充填しているにもかかわらず、酸やアルカリ等の薬品を−切使用せずに脱イオン水を生成することができるという利点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電気式脱イオン装置を運転する場合、該電気式脱イオン装置装置に導入する被処理水中に、硬度成分であるＣａ2+やＭｇ2+等のイオンが存在すると、電気式脱イオン装置に装備されたイオン交換膜において硬度成分の析出によるスケールが発生することから、場合によっては、処理水の水質の悪化を招くことがある。そこで、電気式脱イオン装置により処理された処理水の水質を安定させるために、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の外側に流れている濃縮水側に強酸を通液し、スケール物質を溶解して除去する方法が用いられていた。
【０００５】
しかしながら、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の外側に流れている濃縮水側に強酸を通液し、スケール物質をイオン交換膜より除去する操作は、イオン交換膜を強酸に接触させることからイオン交換膜の著しい劣化を引き起こしてしまう。したがって、イオン交換膜に対して洗浄を実施する頻度にもよるが、電気式脱イオン装置に装備されたイオン交換膜は、約３年程度を目安にして新品に交換する必要が生じ、脱塩装置におけるランニングコストの増大を招くという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決すべくなされたもので、電気式脱イオン装置におけるイオン交換膜の劣化を低減させた脱塩装置を提供することを目的とする。  また、電気式脱イオン装置のメンテナンスを省力化し、ランニングコストを抑制した脱塩装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る脱塩装置は、逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜装置の後段に配置された電気式脱イオン装置とを備えた脱塩装置において、前記電気式脱イオン装置の濃縮室より流出する濃縮水を濃縮室入口に還流する循環ライン内に、弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したイオン交換手段を配置したことを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る脱塩装置によれば、電気式脱イオン装置の濃縮室より流出する濃縮水を濃縮室入口に還流する循環ライン内に、弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したイオン交換手段を配置したことにより、電気式脱イオン装置の濃縮室側に濃縮されたＣａ2+やＭｇ2+等の硬度成分が除去された濃縮水が濃縮室入口に還流されるため、濃縮室内にＣａ2+やＭｇ2+等の硬度成分が蓄積されることがなく、電気式脱イオン装置に装備されたイオン交換膜におけるスケールの発生を、ほぼ確実に防止することが可能となる。
【０００９】
本発明においては、濃縮水から硬度成分であるＣａ2+やＭｇ2+等のイオンを予めほぼ除去するために弱酸性陽イオン交換樹脂を使用しているが、これは以下の理由による。
【００１０】
すなわち、
(a)   電気式脱イオン装置における硬度成分の蓄積によるイオン交換膜の劣化を防止するには、電気式脱イオン装置の濃縮水より硬度成分であるＣａ2+やＭｇ2+等のイオンだけを除去すればよく、弱酸性陽イオン交換樹脂の代わりに、Ｈ型に再生された強酸性陽イオン交換樹脂を適用した場合は、除去する必要のないＮａ+ 等の１価のイオンも同時に除去されてしまい、強酸性陽イオン交換樹脂の再生頻度が高くなってしまう。
【００１１】
(b) Ｎａ型に再生された強酸性陽イオン交換樹脂では、電気式脱イオン装置濃縮水中の硬度成分であるＣａ2+やＭｇ2+等のイオン濃度を０．０５ｐｐｍ以下に到達させることが非常に困難であり、現実的ではない。
【００１２】
(c) 弱酸性陽イオン交換樹脂は、Ｃａ2+やＭｇ2+等の硬度成分に対して選択性が大きく、これらのイオン濃度を０．０５ｐｐｍ以下に到達させることができ、化学当量的に僅かに過剰の再生レベルにより容易に再生可能である。
【００１３】
なお、本発明に使用される弱酸性陽イオン交換樹脂としては、ＨＣｌにより再生されたＨ型の弱酸性陽イオン交換樹脂およびＨＣｌにより再生された後、ＮａＯＨにより再生されたＮａ型の弱酸性陽イオン交換樹脂のいずれをも用いることが可能である。
【００１４】
本発明において、弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したイオン交換手段としては、上記弱酸性陽イオン交換樹脂が充填され、被処理水中より、硬度成分であるＣａ2+やＭｇ2+等のイオンを除去するように構成されたものであれば特に限定されるものではなく、例えば、再生型または非再生型の単床式イオン交換装置を用いることができる。なお、イオン交換手段に充填する弱酸性陽イオン交換樹脂としては、新品もしくはそれに類する破砕が無く、イオン交換性能が高く、また溶出の無いものが望ましい。
【００１５】
また、逆浸透膜装置の後段に配置された電気式脱イオン装置としては、上述したように、アニオン交換膜およびカチオン交換膜で形成される間隙にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを充填して脱塩室とし、該脱塩室内に被処理水を通過させ、アニオン交換膜およびカチオン交換膜を介して、被処理水の流れに対し垂直となる方向に直流電流を作用させて、アニオン交換膜およびカチオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に、被処理水に含まれているイオンを電気的に排除しながら脱イオン水を生成する構成をとるものであれば、いずれの装置を適用してもよい。
【００１６】
本発明においては、電気式脱イオン装置の前段に、逆浸透膜装置を配置している。逆浸透膜装置は、被処理水より、硬度成分であるＣａ2+やＭｇ2+等のイオン状物質、溶存有機物、微粒子および生菌等の大部分を除去することが可能であることから、後段に配置した電気式脱イオン装置およびイオン交換手段への負荷を低減し、該電気式脱イオン装置およびイオン交換手段に対し、その機能を十分に発揮させることができる。逆浸透膜装置に使用される逆浸透膜としては、例えば酢酸セルロース、脂肪族ポリアミド系あるいは芳香族ポリアミド系またはこれらの複合系からなる各種有機高分子膜あるいはセラミック膜等が使用でき、低圧または中圧逆浸透膜のいずれも適用することができるが、透過流速の向上に伴う低圧操作が可能なことから、低圧逆浸透膜を適用することが好ましい。
【００１７】
また、膜モジュールの形式としては、中空糸型モジュール、管状型モジュール、スパイラル型モジュールあるいは平膜型モジュールが適用でき、特にこれらに限定はされないが、単位容積あたりの膜面積が大きくとれるスパイラル型モジュールがより好ましい。逆浸透膜装置における被処理水の濃縮度は、被処理水中に含まれる例えばシリカ、炭酸カルシウム等の難溶性物質が濃縮により析出しないように、被処理水中に含まれる難溶性物質の濃度、被処理水の温度およびｐＨ等から難溶性物質の飽和溶解度に基づいて適宜決定される。
【００１８】
なお、本発明においては、逆浸透膜装置と電気式脱イオン装置、および電気式脱イオン装置とイオン交換手段との間に、必要に応じて他の機器を配置するようにしてもよい。また、本発明は、市水、工業用水および河川水等を原水とした脱塩工程に適用できるのはもちろん、各種の酸や塩を含有する工業排水と前記原水との合併脱塩工程にも適用できることはいうまでもない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、各図面において、同一の構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。また、本発明は、その要旨を逸脱しないならば、本発明に限定されるものではない。
【００２０】
（実施例１および比較例１）
図１は、実施例１および比較例１に用いた脱塩装置の構成を示した図である。図１において、符号１は逆浸透膜装置（東レ（株）、SU-720）、符号２および６は電気式脱イオン装置（IONICS社、EDI-50、処理水量11.4ｍ3 /h  、水回収率95％）であり、脱イオン操作は3.5 〜5.0 アンペアの直流電流を被処理水に作用させることにより行われた。符号３はイオン交換装置であって、弱酸性陽イオン交換樹脂としてデュオライト  Ｃ-476（ローム＆ハース社）を 900リットル使用し、予め再生してＨ型に変換した後に充填したものである。なお、イオン交換装置３のイオン交換容量は4.Oeq/l-Ｒesinである。
【００２１】
また、符号４および７は電気式脱イオン装置濃縮室からの濃縮水を、濃縮室入口に還流させるための移送ポンプであり、符号５および８は濃縮水還流ラインへの補給水ラインである。
【００２２】
ここで経路Ａは実施例１における通水経路を示し、経路Ｂは、濃縮水還流ラインにイオン交換装置を設置しない比較例１における通水経路を示している。
【００２３】
実施例１および比較例１では、図１に示した脱塩装置により、各機器のメンテナンス時を除く24時間の連続連転を行って厚木市水に対して脱塩処理を行った。ただし、電気式脱イオン装置２および６において処理された処理水の導電率が0.2 μＳ／ｃｍを越えた時点で電気式脱イオン装置２および６に強酸溶液を通液し、電気式脱イオン装置２および６の内部に装備されたイオン交換膜の洗浄を行った。また、イオン交換装置３において処理された処理水の硬度（ＣａＣＯ3 に換算した値）が0.05 ppmを越えた時点で、イオン交換装置３に充填された弱酸性陽イオン交換樹脂の再生を行った。そして、運転開始後 100日を経過した時点で、電気式脱イオン装置２および６をそれぞれ解体し、電気式脱イオン装置２および６に装備された各イオン交換膜に生じたピンホールを確認して平均値を算出した。  ここで、実施例１および比較例１の各ポイント（逆浸透膜装置１の出口、イオン交換装置３の出口および電気式脱イオン装置２および６の出口）における水質および運転条件を表１および表２に示し、また、実施例１および比較例１において確認されたピンホールの平均値を表３に示す。
【００２４】
【表１】
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【表２】
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【表３】
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表３から明らかなように、実施例１において確認されたピンホールの平均値は、アニオン交換膜およびカチオン交換膜のいずれにおいても、比較例１において確認されたピンホールの平均値と比較して大きく減少していることが認められた。特に、アニオン交換膜に対し、比較例１において確認されたピンホールの平均値は使用以前（新品時）のほぼ７０倍にも達していたが、実施例１において確認されたピンホールの平均値は使用以前（新品時）の約２．５倍程度と、比較例１に比べ大きく抑制されていた。
【００２５】
以上のように、電気式脱イオン装置２の濃縮室より流出する濃縮水を濃縮室入口に還流する循環ライン内に、イオン交換装置３を配置した実施例１の脱塩装置では、イオン交換装置３をバイパスした比較例１の脱塩装置に比べて、電気式脱イオン装置２に配備されたイオン交換膜の劣化が防止されていることが確認された。また、実施例１の脱塩装置においては、電気式脱イオン装置２において処理された処理水の導電率が0.2 μＳ／ｃｍを越えるのに要した日数が、比較例１の脱塩装置と比べて大きく延長されたために、電気式脱イオン装置６と比べ電気式脱イオン装置２のメンテナンスが大きく省力化され、脱塩装置のランニングコストを抑制することができた。
【００２６】
（実施例２および比較例２）
図２は、実施例２および比較例２に用いた脱塩装置の構成を示した図である。図２に示したように、実施例２においては、経路Ｃにより実施例１と同様の経路をたどって地下水に対する脱塩工程が実施されるように構成されている。一方、比較例２においては、電気式脱イオン装置６の濃縮水還流ライン内に弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したイオン交換装置１０を配置し、経路Ｄにより地下水が逆浸透膜装置１をバイパスして電気式脱イオン装置６に導入されるように構成されている。なお、イオン交換装置９および１０は、弱酸性陽イオン交換樹脂としてデュオライト  Ｃ-476（ローム＆ハース社）を 900リットルを使用し、予め再生してＮａ型に変換した後に充填したものである。なお、イオン交換装置９および１０のイオン交換容量は4.Oeq/l-Ｒesinである。
【００２７】
実施例２および比較例２では、図２に示した脱塩装置により、各機器のメンテナンス時を除く24時間の連続連転を行って地下水に対し脱塩処理を実施した。ただし、実施例２においては電気式脱イオン装置２において処理された処理水の導電率が0.2 μＳ／ｃｍを越えた時点で、比較例２においては電気式脱イオン装置６において処理された処理水の導電率が2.0 μＳ／ｃｍを越えた時点で電気式脱イオン装置２および６に強酸溶液を通液し、内部に装備されたイオン交換膜の洗浄を行った。また、実施例２においてはイオン交換装置９において処理された処理水の硬度（ＣａＣＯ3 に換算した値）が0.05 ppmを越えた時点で、比較例２においてはイオン交換装置１０において処理された処理水の硬度（ＣａＣＯ3 に換算した値）が2.0 ppm を越えた時点で、イオン交換装置９および１０に充填された弱酸性陽イオン交換樹脂の再生を実施した。そして、運転開始後70日を経過した時点で、電気式脱イオン装置２および６をそれぞれ解体し、電気式脱イオン装置２および６に装備された各イオン交換膜に生じたピンホールを確認して平均値を算出した。
【００２８】
ここで、実施例２および比較例２の各ポイント（逆浸透膜装置１の出口、イオン交換装置９および１０の出口、電気式脱イオン装置２および６の出口、および電気式脱イオン装置６の入口（地下水）における水質および運転条件を表４および表５に示し、また、実施例２および比較例２において確認されたピンホールの平均値を表６に示す。
【００２９】
【表４】
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【表５】
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【表６】
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表６から明らかなように、実施例２において確認されたピンホールの平均値は、アニオン交換膜およびカチオン交換膜のいずれにおいても、比較例２において確認されたピンホールの平均値と比較して大きく減少していることが認められた。特に、アニオン交換膜に対し、比較例２において確認されたピンホールの平均値は使用以前（新品時）の１２０倍にも達していたが、実施例１において確認されたピンホールの平均値は使用以前（新品時）の約２．５倍程度と、比較例２に比べ大きく抑制されていた。
【００３０】
したがって、実施例２の脱塩装置では、比較例２の脱塩装置に比べて、電気式脱イオン装置２に配備されたイオン交換膜の劣化が防止されていることが確認された。また、実施例２の脱塩装置においては、電気式脱イオン装置２において処理された処理水の導電率が0.2 μＳ／ｃｍを越えるに要した日数が、比較例２の脱塩装置において電気式脱イオン装置６により処理された処理水の導電率が2.0 μＳ／ｃｍを越えるに要した日数と比べて大きく延長されたために、電気式脱イオン装置６と比べて電気式脱イオン装置２のメンテナンスが大きく省力化され、脱塩装置のランニングコストを抑制することができた。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明による脱塩装置によれば、電気式脱イオン装置の濃縮室より流出する濃縮水を濃縮室入口に還流する循環ライン内に、弱酸性陽イオン交換樹脂を充填したイオン交換手段を配置したので、逆浸透膜装置において除去できなかった硬度成分であるＣａ2+やＭｇ2+等の微量なイオンがほぼ除去され、電気式脱イオン装置に装備されたイオン交換膜におけるスケールの発生をほぼ確実に防止することが可能となる。したがって、電気式脱イオン装置におけるイオン交換膜の劣化をほぼ防止し、電気式脱イオン装置のメンテナンスの省力化およびランニングコストを抑制した脱塩装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１および比較例１に用いた脱塩装置の構成を示した図である。
【図２】実施例２および比較例２に用いた脱塩装置の構成を示した図である。
【符号の説明】
１……逆浸透膜装置
３，９，１０……イオン交換装置
２，６……電気式脱イオン装置
５，８……補給水ライン
４，７……移送ポンプ
【図１】
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【図２】
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