(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極、
陽極、
該陰極と陽極の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列することにより交互に形成された、濃縮室と脱塩室、
及び該脱塩室に充填されたイオン交換体を有する電気脱イオン装置において、
ｐＨ８．５以下の原水をアルカリ薬剤を添加することなしに処理したときに、該原水のｐＨよりも１．０以上高いｐＨの処理水が得られるように脱塩室の厚さ、操作電圧及び／又は電流、或いは通水ＳＶが設定されている電気脱イオン装置であって、
該脱塩室の厚さが１０〜３０ｍｍであることを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項２】
電気脱イオン装置のセルあたりの操作電圧が１〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、ＳＶが３０〜１５０／ｈｒである請求項１に記載の電気脱イオン装置。
【請求項３】
脱塩室に充填されるイオン交換体がアニオン交換体とカチオン交換体との混合物又はアニオン交換体である請求項１又は２に記載の電気脱イオン装置。
【請求項４】
被処理水中の硬度成分を５０％以上除去できる請求項１ないし３のいずれか１項の電気脱イオン装置。
【請求項５】
被処理水がシリカ及び／又はホウ素を含有する請求項１ないし４のいずれか１項の電気脱イオン装置。
【請求項６】
アニオン交換膜の電気抵抗とカチオン交換膜の電気抵抗との比Ａ／Ｃが０．８以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの電気脱イオン装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、最も陰極側の脱塩室のカチオン交換膜と陰極との間の全体を陰極室とし、最も陽極側の脱塩室のアニオン交換膜と陽極との間にカチオン交換膜を配置し、このカチオン交換膜と該最も陽極側の脱塩室との間を濃縮室とし、このカチオン交換膜と陽極との間を陽極室としたことを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかの電気脱イオン装置において、アニオン交換膜は均一膜であり、カチオン交換膜は不均一膜であることを特徴とする電気脱イオン装置。
【請求項９】
被処理水を複数段の電気脱イオン装置に通水するように接続した純水製造装置であって、最前段の電気脱イオン装置が請求項１ないし８のいずれか１項の電気脱イオン装置である純水製造装置。
【請求項１０】
２段目以降の電気脱イオン装置の脱塩室の厚みが最前段の電気脱イオン装置の脱塩室の厚みよりも薄い請求項９の純水製造装置。
【請求項１１】
２段目以降の電気脱イオン装置の脱塩室内が区画部材によって多数の小室に区画されており、各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は該脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対し傾斜しており、該区画部材の少なくとも傾斜した部分は、水を通過させるがイオン交換体の通過を阻止することを特徴とする請求項９又は１０の純水製造装置。
【請求項１２】
最前段の電気脱イオン装置と後段の電気脱イオン装置とを接続する配管にｐＨ計を取り付け、該ｐＨ計の測定ｐＨが８．５以上になるように最前段の電気脱イオン装置の運転を制御するようにした請求項９ないし１１のいずれか１項の純水製造装置。
【請求項１３】
後段の電気脱イオン装置の処理水排出配管に比抵抗計及び／又はシリカ計を取り付け、この測定結果に基いて構成する電気脱イオン装置の運転を制御するようにした請求項９ないし１２のいずれか１項の純水製造装置。
【請求項１４】
最前段以外の電気脱イオン装置における水回収率を９５％以上とした請求項９ないし１３のいずれか１項の純水製造装置。
【請求項１５】
電気脱イオン装置の間に紫外線照射装置を備えたことを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項の純水製造装置。
【請求項１６】
最前段の電気脱イオン装置の前と、電気脱イオン装置同士の間にそれぞれ逆浸透膜装置を備えたことを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項の純水製造装置。
【請求項１７】
逆浸透膜装置の処理水を被処理水として複数段の電気脱イオン装置に通水するようにした純水製造装置であって、最前段及び／又は後段の電気脱イオン装置の濃縮水を該逆浸透膜装置より上流側に戻すようにした請求項９ないし１６のいずれか１項に記載の純水製造装置。
【請求項１８】
逆浸透膜装置の処理水を被処理水として複数段の電気脱イオン装置に通水するようにした純水製造装置であって、各電気脱イオン装置の濃縮水を混合して該逆浸透膜装置の入口側に戻すようにした請求項９ないし１７のいずれか１項の純水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体、液晶、製薬、食品、電力等の分野の各種産業、民生用又は研究設備で利用される脱イオン水を製造する電気脱イオン装置に係る。特に、シリカ、ホウ素などの弱電解質の除去率を飛躍的に向上させることができ、超純水製造装置の一次純水システムや回収系に好適な電気脱イオン装置に係る。さらに、本発明は、この電気脱イオン装置を採用しており、比抵抗値１８．０ＭΩ・ｃｍ以上の高水質処理水を得ることを可能とした純水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脱イオン水を製造する電気脱イオン装置は、半導体製造工場、液晶工場、食品工業、電力工業等の各種産業、民生用ないし研究施設等において使用されている。図３に示す如く、電極（陽極１１、陰極１２）の間に複数のアニオン交換膜１３及びカチオン交換膜１４を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成し、脱塩室１６にイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなるアニオン交換体とカチオン交換体とを混合もしくは複層状に充填した電気脱イオン装置が特公平４−７２５６７号公報、特許第２７５１０９０号公報、特許第２６９９２５６号公報に記載されている。１７は陽極室、１８は陰極室である。
【０００３】
電気脱イオン装置は、水解離によってＨ＋イオンとＯＨ−イオンとを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理が可能である。電気脱イオン装置は、従来から脱塩処理に広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能である。
【０００４】
図１０はこの電気脱イオン装置の基本的な構成を示す分解図である。
【０００５】
陰極側のエンドプレート１０１に沿って陰極電極板１０２が配置され、この陰極電極板１０２の周縁部に枠状の陰極用スペーサ１０３が重ね合わされる。この陰極用スペーサ１０３の上にカチオン交換膜１０４、脱塩室形成用の枠状フレーム１０５、アニオン交換膜１０６及び濃縮室形成用の枠状フレーム１０７がこの順に重ね合わされる。このカチオン交換膜１０４、脱塩室形成用の枠状フレーム１０５、アニオン交換膜１０６及び濃縮室形成用の枠状フレーム１０７を１単位として多数重ね合わされる。即ち、膜１０４、フレーム１０５、膜１０６、フレーム１０７が連続して繰り返し積層される。最後のアニオン交換膜１０６に対し枠状の陽極用スペーサ１０８を介して陽極電極板１０９が重ね合わされ、その上に陽極側エンドプレート１１０が重ね合わされて積層体とされる。この積層体はボルト等によって締め付けられる。
【０００６】
上記の脱塩室用フレーム１０５の内側スペースが脱塩室となっており、この脱塩室にはイオン交換樹脂等のイオン交換体１０５Ｒが充填される。濃縮室用フレーム１０７の内側が濃縮室となっている。この濃縮室にはメッシュスペーサなどが配置される。
【０００７】
このような装置にあっては、陽極１０９と陰極１０２の間に直流電流を通じ、且つ被処理水（原水）を被処理水流入ライン１１１を通して脱塩室内に通水せしめ、また、濃縮水を濃縮水流入ライン１１２を通して濃縮室１０８内に通水せしめる。脱塩室内に流入してきた被処理水はイオン交換樹脂の充填層を流下し、その際、該被処理水中の不純物イオンが除かれて脱イオン水となり、これが脱イオン水流出ライン１１３を経て流出する。
【０００８】
一方、濃縮室内に通水された濃縮水は濃縮室内を流下するときに、イオン交換膜１０４，１０６を介して移動してくる不純物イオンを受け取り、不純物イオンを濃縮した濃縮水として濃縮水流出ライン１１４より流出する。電極室にはそれぞれ導入ライン１１５，１１６及び取出ライン１１７，１１８を介して電極水が流通される。
【０００９】
ところで、脱塩室内に上下方向に仕切り用リブを設け、脱塩室内を上下方向に長い小室(セル)に区画した電気脱イオン装置が特公平４−７２５６７号公報に記載されている。このように脱塩室内をリブによって細長い小室に区画し、各小室にそれぞれイオン交換樹脂を充填した電気脱イオン装置にあっては、脱塩室の入口から出口に向って局部的に偏って水が流れるチャンネル化現象が防止されると共に、脱塩室内においてイオン交換樹脂が圧縮されたり移動したりすることが防止される。
【００１０】
上記の特公平４−７２５６７号の電気脱イオン装置にあっては、脱塩室を上下に細長い小室に区画するため、小室の数に制限がある。即ち、あまり多くの小室を形成することができない。また、リブによって水の左右方向への流れが阻止されるため、水とイオン交換樹脂との接触効率が悪い。さらに、小室の下部にあってはイオン交換樹脂が圧縮され、上部に隙間があき、イオン交換樹脂の充填率が低くなりがちであるという短所もある。
【００１１】
図４は、電気脱イオン装置を組み込んだ従来の純水製造装置を示す系統図であり、市水等の原水は、活性炭装置１及び逆浸透（ＲＯ）膜装置２で処理された後、電気脱イオン装置３で処理される。
【００１２】
このような電気脱イオン装置で、炭酸ガス（ＣＯ２）、シリカ、ホウ素などの弱電解物質を除去するためには、下記のようなイオン化反応を脱塩室内で生起させ、イオンを発生させる必要がある。
ＣＯ２＋ＯＨ−→ＨＣＯ３−            （ｐＫａ＝６．３５）
ＳｉＯ２＋ＯＨ−→ＨＳｉＯ３−          （ｐＫａ＝９．８６）
Ｈ３ＢＯ３＋ＯＨ−→Ｂ（ＯＨ）４−      （ｐＫａ＝９．２４）
【００１３】
これらの弱電解物質のうち、ＣＯ２のように解離定数ｐＫａ値が低い物質は印加電圧を高めて水解離を起こさせれば、従来の電気脱イオン装置でも完全に除去することができるが、シリカ、ホウ素などの解離定数が高い物質は印加電圧を上げても６０〜９０％程度までしか除去することができない。
【００１４】
このような問題点を解決するために、従来、次のような方法が提案されている。
Ｉ.  脱塩室のイオン交換層をアニオン交換層、カチオン交換層とする複層充填とし、該アニオン交換層で一時的にアルカリ性にする方法（特開平４−７１６２４号公報）
II．  電気脱イオン装置の原水のｐＨを９．５〜１１．５に調整して通水する方法（ＵＳＰ４，２９８，４４２）
III．  シリカを除去するために、従来の電気脱イオン装置を多段に設けて通水したり、前段のＲＯ膜装置を多段にする方法。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
Ｉの脱塩室内のイオン交換層を複層充填とする方法では、半導体分野等での要求シリカ濃度＜０．１ｐｐｂを達成することはできない。
【００１６】
IIの原水のｐＨを上げる方法では、シリカの除去効率は５〜１０％程度向上するが、ｐＨ調整のために苛性ソーダなどの薬液注入設備が必要となる。
原水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分はスケールを生成するため、軟化装置等で完全に除去する必要があり、設備コストが上昇する。
【００１７】
IIIの方法では、電気脱イオン装置で処理された水にはシリカやホウ素が０．５〜１．０ｐｐｂ以上含まれるため、電気脱イオン装置の後段に非再生型混床式イオン交換装置を配置する必要がある。
【００１８】
一般に電気脱イオン装置では限界電流密度以上の電流を流して脱塩を行うが、この時、前述のように水解離が生じてＯＨ−、Ｈ＋が発生し、電荷を運ぶようになる。このＨ＋イオンのイオン移動度は３４９．７ｃｍ２Ω−１ｅｑ−１で、他のイオンのイオン移動度（３０〜７０ｃｍ２Ω−１ｅｑ−１）に比べ、圧倒的に速い（イオン移動度は無限希釈溶液におけるデータ、日本化学会編「化学便覧」参照）。このため、特に脱塩室の厚みＷが大きくなると、水解離が生じたときにイオン移動度の違いによる移動速度の差が広がり、Ｈ＋は速やかにに濃縮室側に排出され、ＯＨ−イオンが脱塩室に取り残され易い。また、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋などの多価のカチオンやアニオンは比較的容易に濃縮室側に排出されるが、Ｎａ＋、Ｋ＋は１価であると共に、Ｈ＋イオンが電荷を運ぶ役割をしているため、脱塩室に残り易い。この結果として、処理水中にＮａＯＨ、ＫＯＨ等の１価のアルカリ金属水酸化物が含有されるようになり、処理水（脱イオン水）のｐＨはアルカリ性となる。
【００１９】
なお、同様の理由で濃縮水は、ｐＨが逆に酸性となる。
【００２０】
本発明は上記従来の問題点を解決し、苛性ソーダなどの薬液を注入することなく、また、スケールが生成せず、シリカ、ホウ素等の弱電解質の除去率が著しく高い電気脱イオン装置と、この電気脱イオン装置を用いた純水製造装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱イオン装置は、陰極、陽極、該陰極と陽極の間に複数のカチオン交換膜とアニオン交換膜とを配列することにより交互に形成された、濃縮室と脱塩室、及び該脱塩室に充填されたイオン交換体を有する電気脱イオン装置において、ｐＨ８．５以下の原水をアルカリ薬剤を添加することなしに処理したときに、該原水のｐＨよりも１．０以上高いｐＨの処理水が得られるように脱塩室の厚さ、操作電圧及び／又は電流、或いは通水ＳＶが設定されている電気脱イオン装置であって、該脱塩室の厚さが１０〜３０ｍｍであることを特徴とするものである。脱塩室の厚さ、操作電圧及び／又は電流、通水ＳＶを調整することにより、ｐＨ８．５以下の被処理水をアルカリ薬剤を添加することなしに処理したときに、被処理水のｐＨよりも１．０以上高いｐＨの処理水が得られる。
【００２２】
本発明の電気脱イオン装置によると、シリカ、ホウ素等の弱電解物質が被処理水から効率的に除去される。
【００２３】
本発明の純水製造装置は、被処理水が順次通水される複数段の電気脱イオン装置を有する。最前段の電気脱イオン装置が本発明の電気脱イオン装置である。
【００２４】
原水は最前段の電気脱イオン装置において一部の炭酸ガス、シリカ、ホウ素、硬度成分が除去される。最前段の電気脱イオン装置で処理された水は、原水と同等の導電率を有し、原水よりも高いｐＨを有する。処理水は、更に、通常の電気脱イオン装置で処理され、残留するシリカやホウ素、及びその他のイオンが除去される。
【００２５】
脱塩室の厚みが特公平４−７２５６７号公報に示された１．２６〜６．３５ｍｍよりも厚く、かつ脱塩室にアニオン交換体単独もしくはアニオン交換体とカチオン交換体との混合が充填された電気脱イオン装置は特異な挙動を示す。即ち、逆浸透膜装置(ＲＯ装置)から取り出されたアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンを少量含む水が電気脱イオン装置を通過すると、水中の炭酸ガス（ＣＯ２）やアニオンは除去され、シリカ、ホウ素も約９０％除去される。また、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分も除去される。ところが、Ｎａ，Ｋ等の１価のカチオンは除去率が悪く、結果として処理水にはモル伝導率が大きいＮａＯＨ、ＫＯＨなどのアルカリ成分がリークしてくるため、ｐＨが上昇すると共に、導電率も若干大きくなる傾向にある。
【００２６】
電気脱イオン装置がこのような現象を起こす原因の詳細は明らかではないが、次のように推定される。即ち、電気脱イオン装置では限界電流密度以上の電流を流して脱塩を行うが、この時、前述のように水解離が生じてＯＨ−、Ｈ＋が発生し、電荷を運ぶようになる。このＨ＋イオンのイオン移動度は３４９．７ｃｍ２Ω−１ｅｑ−１で、他のイオンのイオン移動度（３０〜７０ｃｍ２Ω−１ｅｑ−１）に比べ、圧倒的に速い（イオン移動度は無限希釈溶液におけるデータ、日本化学会編「化学便覧」参照）。このため、脱塩室厚みが厚くなると、水解離が生じたときにイオン移動度の違いによる移動速度の差が広がり、Ｈ＋が一方的に濃縮室側に排出されることになり、ＯＨ−イオンが脱塩室に取り残されるようになる。Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋などの多価のカチオンやアニオンは比較的容易に濃縮室側に排出されるが、Ｎａ＋、Ｋ＋はＨ＋イオンが電荷を運ぶ役割をしているため脱塩室に残る。結果として、処理水からはＮａＯＨ、ＫＯＨ等の１価のアルカリ金属がリークすることとなり、ｐＨが上昇する。
【００２７】
同様の理由で濃縮室では、ＯＨ−が透過導入され難く、Ｈ＋が透過導入され易いため、ｐＨが酸性となる。従って、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等が高濃度で濃縮されてもスケールを生成することはない。
【００２８】
本発明の電気脱イオン装置は、最も陽極側の脱塩室のアニオン交換膜と陽極との間にカチオン交換膜を配置し、このカチオン交換膜と該最も陽極側の脱塩室との間を濃縮室とし、このカチオン交換膜と陽極との間を陽極室としてもよい。
【００２９】
かかる電気脱イオン装置にあっては、陰極室のカチオン濃度が高く、電極間の電気抵抗が小さい。従って、セル電圧を低減することができる。この陰極室でのスケール発生を防止するには、陰極室に流入する電極水のｐＨを低く（酸性）とする。このためには、この電極水として用いられる濃縮室流出水のｐＨを低くすれば良く、このためには脱塩室の厚さを大きくすれば良い。
【００３０】
本発明の電気脱イオン装置は、被処理水を複数段の電気脱イオン装置に通水するように接続した純水製造装置の最前段の電気脱イオン装置として好適である。１０μＳ／ｃｍの導電率、２００ｐｐｂのシリカ、２０ｐｐｂのホウ素を含む被処理水が本発明の電気脱イオン装置に通水され、次いで通常の電気脱イオン装置に通水されると、比抵抗値１８ＭΩ・ｃｍ以上、シリカ、ホウ素は０．１ｐｐｂ以下と、理論純水に近くなる。先行する電気脱イオン装置で、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋の硬度成分が除去されるので、スケールが後続する電気脱イオン装置で発生せず、水回収率が９５％以上になる。先行する電気脱イオン装置の濃縮室からは酸性水が取り出され、後続する電気脱イオン装置の濃縮室からはアルカリ水が取り出される。これらは、混合されて前処理装置であるＲＯ膜装置の前段に戻されてもよい。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の電気脱イオン装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００３３】
本発明の電気脱イオン装置は、ｐＨ８．５以下の被処理水（電気脱イオン装置の給水）にアルカリ薬剤を添加することなく処理した場合において、被処理水よりもｐＨが１．０以上、好ましくは１．３〜３．０程度高い処理水（脱イオン水）を得ることができるよう構成されている。
【００３４】
本発明の電気脱イオン装置内において、水のｐＨが上昇することにより、シリカやホウ素等の弱電解物質及び硬度成分が効率よく除去される。
【００３５】
本発明の電気脱イオン装置は、次のi）の構成を有する。また、ii）の構成を採用することが好ましい。
ｉ）  脱塩室の厚さは１０〜３０ｍｍである。脱塩室の厚みとは、図３のＷで示す如く、陽極１１と陰極１２との間の脱塩室１６の厚みを指す。
ｉｉ）  脱塩室のイオン交換体はアニオン交換体とカチオン交換体との混合層が最も良い。印加電圧が高いときには、アニオン交換体の単独層でもよい。一部の脱塩室に混合層が充填され、他の脱塩室にアニオン交換体層が充填されてもよい。
【００３６】
脱塩室にアニオン交換体とカチオン交換体が交互に充填される複層充填は、脱塩室が７ｍｍ以上の厚さであっても、処理水比抵抗値が上昇し、ｐＨは中性となる。これは、ナトリウムイオンなどの１価のカチオンがカチオン交換層で除去されてしまうためである。
【００３７】
１段目もしくは２段目以降の該電気脱イオン装置の濃縮室にイオン交換体が充填されていてもよく、このようにすればセル電圧が低減され、消費電力が減少する。濃縮室にイオン交換体が無く、セル電圧が１５Ｖ／ｃｅｌｌの場合と、濃縮室にイオン交換体が充填され、セル電圧が３〜６Ｖ／ｃｅｌｌの場合とで、同等の処理が可能である。
【００３８】
イオン交換体の種類は、ビーズ状、繊維状のイオン交換樹脂、繊維や不織布等にグラフト重合を利用して交換基を導入したグラフト重合交換体などのいずれであっても良い。
【００３９】
良好な水質を得るためには、イオン交換体としては均一寸法のビーズ状のイオン交換樹脂が好ましい。この「均一寸法のイオン交換樹脂」とはビーズの９０％が平均ビーズ寸法の１０％以内にあり、ビーズ混合物内におけるアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の相対平均寸法が少なくとも０．８のものを指す。
【００４０】
最も好ましくは上記ｉ）及びｉｉ）の構成を採用した電気脱イオン装置が次の条件で運転される。
【００４１】
脱塩室セルは１〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、好ましくは６〜５０Ｖ／ｃｅｌｌ、特に好ましくは１０〜３０Ｖ／ｃｅｌｌの電圧が印加される。水は３０〜１５０／ｈｒ、好ましくは５０〜１００／ｈｒのＳＶで流れる。印加電圧が低すぎる場合、及びＳＶが高すぎる場合は処理水に塩化物イオン等の１価のアニオンやシリカ、ホウ素が漏出する。逆に印加電圧が高すぎる場合及びＳＶが低すぎる場合は１価のカチオンが過度に除去される。
【００４２】
電気脱イオン装置の脱塩室内部のｐＨが９．０以上であると、シリカ、ホウ素が除去され易い。脱塩室内部のｐＨを９以上にするには、セルの厚みが異なる脱塩室を形成することにより可能である。具体的には、例えば（セル出口近傍の厚み／最大のセル厚み）の比率が０．６以下とする。
【００４３】
本発明に用いられるイオン交換膜は均一膜及び不均一膜のいずれでも良いが、不均一膜は均一膜よりもＮａ＋リーク率が高く、処理水ｐＨが上昇する。したがって、カチオン膜は不均一膜が好ましい。アニオン膜はシリカ、ホウ素除去率維持のため均一膜の方がよい。
【００４４】
０．８以下のアニオン交換膜の電気抵抗とカチオン交換膜の電気抵抗との比（Ａ／Ｃ）は、Ｎａ＋を容易に除去する。
【００４５】
このような処理効率を得るためには、特に上記構成において、脱塩室厚みが１０〜２０ｍｍであり、脱塩室にアニオン交換体とカチオン交換体との混床が充填され、イオン交換体は混合層とし、通水ＳＶが５０〜１００／ｈｒであり、印加電圧が１０〜３０Ｖ／ｃｅｌｌであると、被処理水中の硬度成分を５０％以上、ホウ素、シリカ等の弱電解物質を９０％以上除去できる。
【００４６】
本発明の電気脱イオン装置の他の構成は従来の電気脱イオン装置と同様でよい。
【００４７】
本発明の電気脱イオン装置へ供給される水は、水道水、河川水、地下水等を逆浸透膜装置によって処理したシリカ及び／又はホウ素を含有する水が好適である。
【００４８】
本発明の電気脱イオン装置は、Ｃａスケールの発生を防止するために、下記式で算出されるスケール指標数値ＳＩが５００以下特に２００以下となる条件で運転されることが好ましい。
スケール指標数値ＳＩ＝〔無機炭酸の単位膜面積当りの負荷量（ｍｇ−ＣＯ２／ｈｒ・ｄｍ２）〕・〔濃縮水Ｃａ２＋濃度（ｍｇ−ＣａＣＯ３／Ｌ）〕
無機炭酸の単位膜面積当りの負荷量（ｍｇ−ＣＯ２／ｈｒ・ｄｍ２）は、下記の式の通り、該電気脱イオン装置のアニオン交換膜１ｄｍ２当たりの負荷量（ｍｇ−ＣＯ２／ｈｒ）である。濃縮水Ｃａ２＋濃度は濃縮室流出水のＣａ２＋濃度（ＣａＣＯ３換算）である。
【００４９】
【数１】
0003826690.tif 000002
【００５０】
本発明者らは、電気脱イオン装置におけるスケール発生のメカニズムを明らかにするために、電気脱イオン装置の供給水に過剰量の無機炭酸及びＣａ２＋を混在させて、意図的にスケールを発生させた後、装置を解体して濃縮室を観察した結果、濃縮室面側のアニオン交換膜に炭酸カルシウムが付着していることを知見した。
【００５１】
この知見から、本発明者らは、スケール発生のメカニズムを次のように推定した。即ち、電気脱イオン装置を運転しているときには、アニオン交換膜の表面近傍は局所的にアルカリになり、脱塩室からアニオン交換膜を透過してくるＨＣＯ３−もしくはＣＯ３２−及びＯＨ−はアニオン交換膜付近で濃縮されており、そこへ濃縮室内の水に含まれるＣａ２＋がアニオン交換膜面へ引き寄せられ、これらが反応して炭酸カルシウムのスケールがアニオン交換膜面に発生する。
【００５２】
そこで、本発明者らは更に研究を進めていき、アニオン交換膜の無機炭酸の単位膜面積当りの負荷量と濃縮水のＣａ２＋濃度を掛け合わせたスケール指標数値ＳＩを５００以下とすればスケールが全く発生しないことを見出した。
【００５３】
電気脱イオン装置の無機炭酸負荷量（ｍｇ−ＣＯ２／ｈｒ）は、電気脱イオン装置の供給水の無機炭酸濃度（ｍｇ−ＣＯ２／Ｌ）に流量（Ｌ／ｈｒ）を掛けることにより求められ、従って、無機炭酸膜面積負荷量（ｍｇ−ＣＯ２／ｈｒ・ｄｍ２）は、〔供給水の無機炭酸濃度（ｍｇ−ＣＯ２／Ｌ）〕と〔セル当たりの流量（Ｌ／ｈｒ）／セル有効アニオン交換膜面積（ｄｍ２）〕との積で算出される。
【００５４】
この電気脱イオン装置のスケール発生因子の指標としてのスケール指標数値ＳＩを５００以下特に２００以下にすることにより、電気脱イオン装置の濃縮室内での炭酸カルシウムスケールの析出を確実に防止することができ、該電気脱イオン装置を長期間に亘って安定に運転することが可能となる。
【００５５】
電気脱イオン装置では前述のように供給水のイオンを排出させるのに必要な理論電流値以上の電流を流して、脱塩室内で水解離を生じさせて、イオン交換体を連続的に再生している。従って、電流を流すほどアニオン交換膜面のｐＨはアルカリ性になり、炭酸カルシウムは析出し易くなる。そのため、許容ＳＩ値は電流値によって変化する。
【００５６】
処理水比抵抗値１０ＭΩ・ｃｍ程度を達成すればよい電気脱イオン装置において、９０％以上の高シリカ除去率が要求されない場合、又は２０％を超える電流効率で運転するような場合には、ＳＩ値が２００以下になるようにすればよく、好ましくは１５０以下である。特に、経済的な考慮からは、必要以上の脱ガス装置や軟化装置による処理を避けるために、ＳＩ値を８０〜２００とするのが望ましい。
【００５７】
電気脱イオン装置がシリカ除去率９０％以上を要求される場合、即ち電流効率を２０％以下で運転する場合は、ＳＩ値は１２０以下、特に８０以下で運転することが好ましい。経済的にはＳＩ値を５０〜１２０で運転するのが望ましい。
【００５８】
濃縮室にイオン交換体を充填した電気脱イオン装置の場合には、アニオン交換膜を透過したＯＨ−イオンが濃縮室内を移動し易くなるため、スケール層が分散する効果がある。この場合、ＳＩ値は電流値を増加させても８０以上で運転が可能であり、８０〜２００で運転を行うことができる。この場合の特に好ましいＳＩ値は８０〜１５０であるが、経済的な考慮を除けば８０以下であっても良い。
【００５９】
ＳＩ値を規定値以下にまで低下させるためには、次のような方法がある。即ち、濃縮水のＣａ２＋濃度を低下させるためには、水回収率を下げたり、濃縮室に軟化装置等のＣａ２＋除去装置を設けてＣａ２＋を除去する方法がある。また、無機炭酸膜面積負荷量を低下させるためには、電気脱イオン装置の処理水量を低下させたり、電気脱イオン装置の上流側に脱ガス装置を設けて無機炭酸を除去する方法がある。更に、電気脱イオン装置の電流値を制御することによっても無機炭酸膜面積負荷量を低下させることができる。
【００６０】
本発明の電気脱イオン装置が８０％以上の水回収率にて運転されると、濃縮室内の水の導電率が高くなり、優れた処理水水質がもたらされる。
【００６１】
１０ｐｐｍ以下のＣＯ２濃度の被処理水は、逆浸透膜分離装置に通された後、本発明の電気脱イオン装置に導入されてもよい。
【００６２】
本発明では、濃縮室の導電率が５０μＳ／ｃｍ以上とすることが好ましい。電気脱イオン装置における濃縮水の導電率と電気抵抗との関係は図１２の通りであり、導電率が５０μＳ／ｃｍよりも小さくなると電気抵抗が急激に増大する。従って、濃縮室出口の電気導電率が５０μＳ／ｃｍないと電流値が確保できない。仮に確保できたとしても電気抵抗値が上昇し、消費電力費が上昇する。
【００６３】
次に、本発明の純水製造装置について、図１，２を参照して説明する。図１，２はそれぞれ本発明の純水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【００６４】
図１の純水製造装置は、直列に接続された、ＲＯ装置２、前段電気脱イオン装置３Ａ及び後段電気脱イオン装置３Ｂを有する。図２の純水製造装置は、直列に接続された活性炭装置１、ＲＯ膜装置２、前段電気脱イオン装置３Ａ及び後段電気脱イオン装置３Ｂを有する。
【００６５】
前段電気脱イオン装置３Ａは、上記の本発明に関わる。
【００６６】
後段電気脱イオン装置３Ｂは、従来の電気脱イオン装置を使用することができる。装置３Ｂの脱塩室の厚みは前段電気脱イオン装置３Ａのそれよりも薄いことが好ましく、その厚みは２．０〜６．０ｍｍが望ましい。さらに２段目以降の電気脱イオン装置に以下の構造のものを用いると高流速化、コンパクト化が可能である。
【００６７】
本構造を図７に示す。本発明の電気脱イオン装置は、脱塩室内を区画部材によって多数の小室に区画する。この各小室に臨む区画部材の少なくとも一部は、脱塩室内の平均的な水の流れ方向に対して傾斜しており、この傾斜した部分は、水は通過させるが、イオン交換体は通過させない構造となっている。このため、脱塩室内に流入した水の少なくとも一部は、平均的な水の流れ方向に対し斜め方向に流れるようになり、脱塩室内の全体に分散して流れる。さらに膜面方向におけるイオンの濃度境界層を破壊する攪拌効果も有する。これによって、イオン拡散抵抗が緩和するため、高流速処理が可能となる。従って、水とイオン交換体との接触効率が向上し、脱イオン特性が向上する。
【００６８】
この小室を平均的な水の流れ方向及びこれと直交方向のいずれにおいても膜面に沿って複数個配置することにより、（例えば縦横に多数配置することにより、）水とイオン交換体との接触効率がきわめて高いものとなる。また、各小室内の上下方向の高さが小さくなり、イオン交換体が局部的に圧縮されにくくなる。従って、小室に隙間が生じることがなく、イオン交換体の充填密度が平均化する。
【００６９】
この小室は、イオン交換膜面に投影した形状が六角形又は四角形であることが好ましい。六角形の場合には、１対の平行な辺が平均的な水の流れ方向となるように各小室を配置するのが好ましい。四角形の場合には、各辺が平均的な水の流れ方向に対し傾斜するように配置する。
【００７０】
すべての小室に同種類のイオン交換体を充填してもよく、一部の小室に他の小室とは異なるイオン交換特性のイオン交換体を充填してもよい。例えば、第１の小室にアニオン交換体を充填し、第２の小室にカチオン交換体を充填し、第３の小室に両性イオン交換体（又はアニオン交換体とカチオン交換体との混合物）を充填してもよい。
【００７１】
上記構造を有する電気脱イオン装置を純水製造装置の後段に設置すると、ＳＶを１２０〜２５０ｈ−１と高流速で通水しても、前段からリークしてきたＮａ＋等の一価のカチオンを除去することが可能となる。
【００７２】
以下、図面を参照して後段電気脱イオン装置の実施の形態について説明する。図７は後段電気脱イオン装置の実施の形態に係る脱塩室の構成を示す分解斜視図、図８は区画部材の通水状況を示す正面図である。
【００７３】
この脱塩室は、長方形状のフレーム１２０と、このフレーム１２０内に配置された区画部材１２１と、区画部材１２１によって形成された小室１２２内に充填されたイオン交換体１２３と、フレーム１２０を挟むように配置されたアニオン交換膜１２４及びカチオン交換膜１２５とによって構成されている。区画部材１２１は導電性を有していても良い。
【００７４】
フレーム１２０の上部には被処理水（原水）の導入用の通水孔１２６及び濃縮水（流入側）の通水孔１２７が穿孔され、下部には脱塩水の通水孔１２８及び濃縮水（排出側）の通水孔１２９が穿孔されている。この原水導入用通水孔１２６及び脱塩水の通水孔１２８は切欠状の水路１２６ａ，１２８ａを介してそれぞれフレーム１２０の内側に連通している。
【００７５】
水路１２６ａは、図７では左上の小室にのみ連通するように図示しているが、左右方向の各小室に原水が均等に分配されるように水路１２６ａは実際にはフレーム１２０の上部に複数設けられ、通水孔１２６は最上部の各小室に直接に連通している。同様に、図７では水路１２８ａは右下の小室にのみ連通するように図示してあるが、実際には水路１２８ａはフレーム１２０の下部に複数個設けられており、通水孔１２８は最下部の各小室に直接に連通している。
【００７６】
この実施の形態に係る区画部材１２１は六角形のハニカム形状のものであり、小室１２２は上下左右に多数配置されている。各小室１２２の１対の側辺がフレーム１２０の長手方向即ち上下方向となるように配置されている。長手方向面は通水性を有していてもよく、有していなくてもよい。
【００７７】
長手方向面が通水性を有していないと、小室内において水がイオン交換体と満遍なく接触するようになり、これにより処理水質が向上する。
【００７８】
この脱塩室を有した電気脱イオン装置の全体構造それ自体は前記図１０と同じであり、原水、濃縮水及び電極水の通水系路も同じである。
【００７９】
図１０に示された通り、陰極電極板、陰極用スペーサ及びカチオン交換膜によって囲まれて陰極室が形成される。
【００８０】
この電気脱イオン装置に通水して脱塩運転を行う場合、脱塩室に流入した原水は、図８の通り小室１２２を囲む区画部材１２１を通過して隣接する小室１２２に流れ込み、徐々に下方に流れ、この間に脱イオン処理を受ける。そして、遂には脱塩室の下部に達し、水路１２８ａを介して脱塩水取出用の通水孔１２８に流入し、脱塩水として電気脱イオン装置外に取り出される。
【００８１】
この脱塩室における平均的な水の流れ方向は、原水流入用の水路１２６ａがフレーム１２０の上部に存在し、脱塩水取出用の水路１２８ａがフレーム１２０の下部に存在するところから、上から下に向う鉛直方向となっている。この平均的な水の流れ方向に対し小室の上部及び下部が傾斜しているので、被処理水は１つの小室２２から左及び右側の小室１２２へ斜めに分かれて流下するようになる。このため、被処理水が各小室１２２にほぼ均等に分散して流れるようになり、被処理水とイオン交換体との接触効率が良好なものとなる。
【００８２】
この脱塩室にあっては、小室１２２が比較的小さく、イオン交換体の自重及び水圧によって各小室１２２内においてイオン交換体に対し加えられる下向きの圧力が小さい。従って、いずれの小室１２２内においてもイオン交換体が圧縮されることがなく、イオン交換体が小室内の下部において局部的に圧密化されることがない。
【００８３】
各小室１２２に対して充填されるイオン交換体としては、アニオン交換体、カチオン交換体、両性イオン交換体、これらの２以上の混合物のいずれでもよい。
【００８４】
図７，８では小室は六角形であるが、図９の小室１４５の如く四角形例えば菱形であってもよい。
【００８５】
本発明の電気脱イオン装置において、小室のイオン交換膜面への投影面積は１〜１００ｃｍ２とくに２〜５０ｃｍ２とりわけ３〜１０ｃｍ２程度が好ましい。小室を小さくするほど１つの小室に充填するイオン交換体の量が少なくなり、イオン交換体の流動が抑制されると共に、区画部材及び脱塩室の強度も大きくなるが、脱塩室の通水圧損が大きくなる。
【００８６】
充填するイオン交換体は、通常イオン交換樹脂が使用されるが、イオン交換繊維やイオン交換不織布でもよく、イオン交換樹脂とイオン交換繊維の混合物でもよい。導電性の樹脂のようなイオン伝導体であってもよい。
【００８７】
前段電気脱イオン装置３Ａの脱塩室の厚みが１０〜３０ｍｍであり、後段電気脱イオン装置３Ｂの脱塩室の厚みが２．０〜６．０ｍｍであると、前段電気脱イオン装置３Ａでシリカ、ホウ素等の弱電解物質及び硬度成分が除去され、後段電気脱イオン装置３Ｂでシリカ及びホウ素がさらに除去される。装置３Ｂは、前段電気脱イオン装置３Ａからリークしたアルカリ成分を除去するので、高水質の処理水が得られる。
【００８８】
純水製造装置の前段電気脱イオン装置に供給される水は、Ｎａ＋を０．１ｐｐｍ as Ｎａ＋以上含有することが好ましい。それよりもＮａ＋が少ない水に対してはＮａＣｌを添加することが好ましい。
【００８９】
前段電気脱イオン装置の処理水のｐＨを上昇させるためには、被処理水中にＮａイオンを含有する必要がある。被処理水中のＮａ＋濃度と処理水ｐＨの関係を図１５に示す。図１５のようにｐＨ８．５以上を確保するためのＮａ＋濃度は０．１ｐｐｍ as Ｎａ＋以上、好ましくは、０．５〜４ｐｐｍ as Ｎａ＋である。
【００９０】
純水製造装置の前段電気脱イオンに供給される水中のＣＯ２濃度は３ｐｐｍ as ＣＯ２以下であることが好ましい。
【００９１】
アルカリ領域で解離する挙動を示すＣＯ２が原水中に多く含まれると、シリカ、ホウ素の除去率低下を招く。ＣＯ２が３ｐｐｍよりも多い場合には、上流側に脱ガス装置を設置するか、ＲＯ膜装置給水ｐＨを８以上にしてＨＣＯ３−イオンとして除去するのが好ましい。
【００９２】
前段電気脱イオン装置３Ａの水回収率は６０〜９０％とするのが好ましい。後段電気脱イオン装置３Ｂの水回収率は９５％以上、例えば、９５〜９９％の水回収率であっても、スケール障害を引き起こすことなく良好な水質の処理水を得ることができる。
【００９３】
前段電気脱イオン装置３Ａにおいて印加電圧又は電流を上昇させると、前段電気脱イオン装置３Ａの処理水ｐＨが高くなる。従って、前段電気脱イオン装置３Ａの処理水の排出配管にｐＨ計４を取り付けてｐＨを監視し、このｐＨ値が好ましくは８．５以上、より好ましくは９．０〜１０．５程度となるように、前段電気脱イオン装置３Ａの印加電圧や電流を制御するのが好ましい。前段電気脱イオン装置３ＡのＮａ除去率が９０％以下であり、塩素イオン除去率が９５％以上であることが望ましい。塩素イオン除去率が９５％以上であると、ｐＨが高くなる。
【００９４】
後段電気脱イオン装置３Ｂの処理水の排出配管に比抵抗計５及びシリカ計６を取り付け、後段電気脱イオン装置３Ｂの処理水の比抵抗値、シリカ濃度を監視し、これらの値が目標値に到達するよう前段及び／又は後段電気脱イオン装置３Ａ，３Ｂの印加電圧や電流を制御するのが好ましい。
【００９５】
電気脱イオン装置３Ａ，３Ｂはα／（Ｑ・ＳＶ）４０００以上で運転されると、シリカ及びホウ素の除去率が向上する。
即ち、α／（Ｑ・ＳＶ）≧４０００である。
α  ：操作電流値（Ａ）
Ｑ  ：１室当りの脱塩室内供給水流量（Ｌ／ｓｅｃ）
ＳＶ：脱塩室内のイオン交換体当たりの供給水流量
（Ｌ／Ｌ−イオン交換体・ｓｅｃ）
【００９６】
シリカ除去率は上記α／（Ｑ・ＳＶ）値との相関が高く、α／（Ｑ・ＳＶ）値が４０００以上であるとシリカ除去率９７％以上を達成し得る。
【００９７】
本発明の純水製造装置は、逆浸透膜装置と、該逆浸透膜装置の透過水が導入される脱ガス装置と、該脱ガス装置の処理水が導入される電気脱イオン装置とを有してもよい。そして、酸消費量（ｐＨ４．８）が２０ｐｐｍ（ＣａＣＯ３換算）以上でｐＨ６．５以上の被処理水を逆浸透膜装置に導入し、該逆浸透膜装置からｐＨ６．２以下の透過水を脱ガス装置に供給するのが好ましい。
【００９８】
この脱ガス装置は膜脱気装置であり、該脱ガス装置に導入される水がＴＯＣ２００ｐｐｂ以下であるか若しくは導電率２０μＳ／ｃｍ以下であることが好ましい。
【００９９】
この構成では、薬剤を使用することなく、被処理水中に含まれる酸消費量（ｐＨ４．８）成分をＲＯ膜装置で除去することにより、ｐＨの低い透過水を得る。この低ｐＨの透過水を脱ガス装置で処理することによりＣＯ２を効率的に除去し、電気脱イオン装置のＣＯ２負荷を軽減することができる。
【０１００】
ＲＯ膜装置による処理で低ｐＨとされた水を脱ガス処理することにより、ＲＯ膜装置の前段で脱ガス処理する場合に比べてＣＯ２の除去性能を３０〜５０％も向上させることができる。
【０１０１】
特に、脱ガス装置として膜脱気装置を用いた場合には、ＲＯ膜装置の前段にこれを設置する場合に比べて、ＲＯ膜装置の後段に設置することにより長期に亘って脱ガス性能を安定させることができる。
【０１０２】
これは、ＲＯ膜装置により塩類やＴＯＣ成分が除去され、これらの汚染物質に起因する膜脱気装置のスライム付着障害等が軽減されるためであり、この場合、膜汚染を有効に防止して脱ガス性能を長期間安定させるために、膜脱気装置に導入される水はＴＯＣ２００ｐｐｂ以下であるか或いは導電率２０μＳ／ｃｍ以下であることが好ましい。
【０１０３】
ＲＯ装置２の濃縮水は排水として排出され、透過水は、前段電気脱イオン装置３Ａの電極室３Ａａ、脱塩室３Ａｂ及び濃縮室３Ａｃにそれぞれ分配されて給水される。前段電気脱イオン装置３Ａの処理水（脱塩室３Ａｂの流出水）は後段電気脱イオン装置３Ｂの電極室３Ｂａ、脱塩室３Ｂｂ及び濃縮室３Ｂｃにそれぞれ分配される。後段電気脱イオン装置３Ｂの脱塩室３Ｂｂの流出水は処理水として取り出される。前段電気脱イオン装置３Ａ及び後段純水製造装置３Ｂの電極室３Ａａ，３Ｂａの流出水は排水として排出される。
【０１０４】
前段電気脱イオン装置３Ａの濃縮室３Ａｃからの濃縮水は酸性水であり、後段の電気脱イオン装置３Ｂの濃縮室３Ｂｃからの濃縮水はアルカリ水である。従って、濃縮室３Ａｃ，３Ｂｃからの流出する濃縮水は、混合されて、ＲＯ膜装置２の入口側に循環されるのが好ましい。
【０１０５】
前段電気脱イオン装置３Ａ及び後段電気脱イオン装置３Ｂのうちのいずれか一方の濃縮水のみをＲＯ膜装置２の前段に循環しても良い。後段電気脱イオン装置３Ｂの濃縮水は前段電気脱イオン装置３Ａの入口側に循環しても良い。
【０１０６】
図１，２に示す電気脱イオン装置では、１機の電気脱イオン装置３Ｂが設置されているが、直列に接続された２機以上の電気脱イオン装置３Ｂが配置されてもよい。
【０１０８】
本発明の電気脱イオン装置の運転方法では、２段目以降の電気脱イオン装置の該濃縮室から流出する濃縮水のシリカ濃度をその電気脱イオン装置の生産水のシリカ濃度の１０００倍以下とすることが望ましく、生産水のシリカ濃度を０．１ｐｐｂ以下にするためには、濃縮室から流出する濃縮水のシリカ濃度を１００ｐｐｂ以下にすることが望ましい。
【０１０９】
かかる運転方法にあっては、濃縮室の出口近傍においても濃縮室から脱塩室に向うシリカ濃度勾配が比較的小さく、濃縮室から脱塩室へのシリカの拡散が抑制され、生産水のシリカ濃度を低くすることができる。
【０１１０】
本発明の純水製造装置は、逆浸透膜脱塩装置と、第１の電気脱イオン装置と、第２の電気脱イオン装置とを有し、水を該逆浸透膜脱塩装置から第１の電気脱イオン装置に通水し、さらに第２の電気脱イオン装置に通水する純水製造装置において、該逆浸透膜脱塩装置は、１価塩類の脱塩率が９７％以下の逆浸透膜で形成されていてもよい。
【０１１１】
なお、以下において、ＲＯ膜の「１価塩類の脱塩率」を単に「脱塩率」と称す。
【０１１２】
前記図１２より明らかなように、電気脱イオン装置の濃縮水の導電率が５０μＳ／ｃｍより小さいと急激に電気抵抗が高くなることから、この導電率は５０μＳ／ｃｍ以上、好ましくは７５μＳ／ｃｍ以上であれば、電気抵抗が比較的小さく、電気脱イオン装置における脱塩に必要な電流値を十分に確保することができる。
【０１１３】
一般的な純水製造装置の原水である導電率２００μＳ／ｃｍ程度の市水、工水を脱塩率９７％のＲＯ膜を装填したＲＯ膜装置に通水して、水回収率７５％の条件で処理した場合、得られるＲＯ透過水の導電率は次の通りである。
ＲＯ透過水の導電率＝（２００＋８００）÷２×（１−０．９７）
＝１５μＳ／ｃｍ
このＲＯ透過水を電気脱イオン装置に通水して水回収率８０％で運転した場合、得られる濃縮水の導電率は１５×５＝７５μＳ／ｃｍとなる。
【０１１４】
この濃縮水の導電率は、ＲＯ膜装置の原水の導電率、ＲＯ膜装置の水回収率、電気脱イオン装置の水回収率により変わるが、脱塩率９７％以下のＲＯ膜であれば、一般的な原水及び水回収率の運転で概ね導電率７５μＳ／ｃｍ以上の濃縮水を得ることができ、電気脱イオン装置における電流値を確保することが可能となる。
【０１１５】
なお、本発明において、このように比較的脱塩率の低いＲＯ膜で処理して得られた透過水を電気脱イオン装置の脱塩室に供給することは、極めて重要であり、この透過水を電気脱イオン装置の濃縮室のみに供給しても、濃縮水の導電率を確保することはできず、結果として電気抵抗の低減、電流値の向上を図ることはできない。
【０１１６】
このＲＯ膜は、更に硬度成分及びシリカの除去率が９７％以上であることが好ましい。即ち、２価カチオン、例えばＣａ２＋に代表される硬度成分やシリカは電気脱イオン装置内においてスケール化し易く、また、これらを電気脱イオン装置において除去するためには電流値を相当に高くする必要がある。従って、硬度成分及びシリカは、電気脱イオン装置の前段のＲＯ膜装置で極力除去しておくことが好ましく、そのために硬度成分及びシリカの除去率が９７％以上のＲＯ膜を用いることが好ましい。
【０１１７】
このようなＲＯ膜は、市販品を用いても良いが、酸化剤による親水化処理を施して脱塩率９７％以下、硬度成分及びシリカの除去率９７％以上となるように調整することもできる。
【０１１８】
本発明（請求項１）において、電気脱イオン装置の脱塩室の厚みは１０〜３０ｍｍ以上である。
【０１１９】
即ち、このように脱塩室の厚みが１０〜３０ｍｍと厚い電気脱イオン装置を用い、かつ脱塩室のイオン交換体層をアニオン交換体単独もしくはアニオン交換体とカチオン交換体との混合層とした電気脱イオン装置に、ＮａＣｌ等が残留するＲＯ膜装置の透過水を被処理水として通水すると、得られる処理水（脱塩水）の導電率は変化がないか、むしろ大きくなるが、被処理水中の炭酸ガス（ＣＯ２）やアニオンは除去され、シリカ、ホウ素も約９０％除去される。また、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分も除去される。ただし、Ｎａ＋，Ｋ＋等の１価のカチオンは除去率が悪く、結果として処理水にはモル伝導率が大きいＮａＯＨ、ＫＯＨなどのアルカリ成分がリークしてくるため、ｐＨが上昇すると共に、導電率も若干大きくなる傾向にある。
【０１２０】
なお、同様の理由で濃縮室では、ＯＨ−が排出され難く、Ｈ＋が排出され易いため、ｐＨが酸性となることから、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等が高濃度で濃縮されてもスケールを生成することはない。
【０１２１】
具体的には、ＮａＣｌに代表される１価塩類の脱塩率が９７％以下のＲＯ膜を用い、ＲＯ透過水に１価塩類をリークさせ、この水を電気脱イオン装置の脱塩室に供給することにより、電気脱イオン装置の濃縮水の導電率を高め、電気脱イオン装置の電気抵抗の低減、電流値の向上を図る。このＲＯ膜の脱塩率が９７％を超えると、上記効果を十分に得ることができない。電気脱イオン装置の濃縮水の導電率を高め、電気脱イオン装置の電気抵抗の低減、電流値の向上を図る目的からは、ＲＯ膜の脱塩率は低い方が良いがこの脱塩率が過度に低くても、電気抵抗の低下は小さく、逆に電気脱イオン装置の被処理水の水質の低下のために、電気脱イオン装置の負荷が増大し、処理水（脱塩水）の水質が低下することとなることから、ＲＯ膜の脱塩率は特に９０〜９５％であることが好ましい。
【０１２２】
このような脱塩率のＲＯ膜としては、低脱塩膜として市販されている膜、例えば、ルーズＲＯ膜、ナノフィルトレーション膜（ＮＦ膜）と呼称される膜、具体的には、日東電工（株）製「ＬＥＳ９０」や「ＮＴＲ−７２９ＨＦ」を採用することができる。
【０１２３】
また、本発明においては、電気脱イオン装置内におけるスケール成分となる硬度成分及びシリカ成分を電気脱イオン装置の前段で可能な限り低減するために、ＲＯ膜装置のＲＯ膜は、硬度成分及びシリカ成分の除去率、より好ましくは更にＴＯＣ（全有機物炭素）の除去率が９７％以上であることが好ましい。
【０１２４】
本発明（請求項１）の純水製造装置の前段電気脱イオン装置においては、また、前述の理由から、電気脱イオン装置の脱塩室の厚さは１０〜３０ｍｍとする。
【０１２５】
また、脱塩室のイオン交換体はアニオン交換体とカチオン交換体との混合層が最も良く、印加電圧を上昇させた場合には、アニオン交換体の単独層でも同様の効果が得られる。もちろん、混合層とアニオン交換体層の組み合わせでも構わない。
【０１２６】
本発明は、電気脱イオン装置同士の間に、水中のＴＯＣ（全有機炭素）を分解するために紫外線照射装置を設けてもよい。
【０１２７】
前段電気脱イオン装置の処理水がアルカリ性の場合、紫外線照射装置のＴＯＣ分解効率が高くなる。紫外線照射装置に導入される被処理水に、その水中のＴＯＣ濃度の２〜２０倍の過酸化水素又はオゾンを添加すると、さらに分解効率が高くなる。
【０１２８】
本発明では、前段電気脱イオン装置の前段に第１の逆浸透膜装置を設け、前段電気脱イオン装置と後段電気脱イオン装置との間に第２の逆浸透膜を設けてもよい。
【０１２９】
逆浸透膜装置によると、アルカリ性の流入水（被処理水）からシリカ及びホウ素が除去され易い。前段電気脱イオン装置から流出する処理水はＮａＯＨ等のアルカリを添加しなくてもアルカリ性である、従って、第２の逆浸透膜装置によりシリカ及びホウ素が除去され易い。
【０１３０】
例えば、第１の逆浸透膜装置、前段電気脱イオン装置、第２の逆浸透膜装置及び後段電気脱イオン装置がこの順に直列に接続された装置において、第２の逆浸透膜装置に流入する水のｐＨが７の場合、該第２の逆浸透膜装置の処理により９９％のシリカと７０％のホウ素が除去される。第２の逆浸透膜装置に流入する水のｐＨが９のときには、第２の逆浸透膜装置により９９．９％のシリカと９７％のホウ素が除去される。
【０１３１】
前段電気脱イオン装置と後段電気脱イオン装置とが直列に接続された装置においては、一時的に高負荷のシリカが流入すると、シリカが電気脱イオン装置内に蓄積し、被処理水が通常のシリカ濃度にもどっても、シリカ除去率が低下してくることがある。そこで、前段電気脱イオン装置への流入水に定期的に食塩（ＮａＣｌ）などの塩を添加し、電気脱イオン装置内に蓄積したシリカを吐き出させるようにしてもよい。
【０１３２】
好ましくは、この食塩添加により、次のｉ）, ｉｉ）, ｉｉｉ）の少なくとも１項目が５〜４８時間にわたって達成されるようにする。
【０１３３】
ｉ）前段電気脱イオン装置に流入する水の導電率を１５μＳ／ｃｍ以上とする。
ｉｉ）前段電気脱イオン装置に流入する水のＮａイオン濃度を３ｐｐｍ以上とする。
ｉｉｉ）前段電気脱イオン装置から流出する処理水のｐＨが９．８以上となる。
【０１３４】
なお、前段電気脱イオン装置の流入水と、その流出水（処理水）のｐＨとの関係の一例を図１３に示す。
【０１３５】
前段電気脱イオン装置への流入水に食塩などの塩を添加するだけでなく、この流入水を３５℃以上に加温すると、より効果的である。
【０１３６】
従来の電気脱イオン装置は、濃縮室内でスライムが発生し、濃縮室差圧が上昇して運転不可能となることが多かった。本発明の２段電気脱イオン装置は薬剤を添加することなく前段電気脱イオン装置濃縮水は酸性、後段電気脱イオン装置の濃縮水はアルカリになるため、濃縮室内でのスライム発生防止が可能となる。６ヶ月運転しても前段電気脱イオン装置被処理水中に１００００個／ｍｌの生菌数が前段濃縮水は１００個／ｍｌ、後段濃縮水は０個／ｍｌと被処理水に比べ減少する。
【０１３７】
シリカ除去率を更に上昇させるために、１段目と２段目の中間、もしくは１段目入口にアルカリ薬剤を添加しても良い。１段目でｐＨが十分に上昇しない場合でも、ＮａＯＨの添加により、２段目以降の電気脱イオン装置でシリカ除去率が向上する。
【０１３８】
２段目以降の電気脱イオン装置により、シリカ、ホウ素などの弱電解質物質を効率よく除去するために、１段目電気脱イオン装置処理水のｐＨは９．５以上になることが好ましい。２段目（後段）電気脱イオン装置被処理水ｐＨが９．０の時はシリカ除去率９９％であっても、ｐＨが９．５以上の時は、９９．９％となる。
【０１３９】
２段目以降の電気脱イオン装置は、濃縮室、電極室がアルカリとなるため、被処理水中のＣａ２＋濃度は３０ｐｐｂ以下、好ましくは５ｐｐｂ as Ｃａ２＋以下とするのが望ましい。２段目以降の電気脱イオン装置は被処理水がアルカリ水であるため、濃縮側、電極室側でＣａＣＯ３のスケールが発生する。従って、Ｃａ２＋は１段目で除去する必要がある。
【０１４０】
【実施例】
以下の実施例及び比較例で用いた装置は次の通りであり、実施例１〜４及び比較例１〜３では、各装置を図４に示す配列で直列に接続した。また、実施例５では、電気脱イオン装置を２機用い、図２に示す配列で直列に接続した。
（１）  活性炭装置      ：栗田工業（株）製「クリコールＫＷ１０−３０」
（２）  ＲＯ装置        ：栗田工業（株）製「膜エースＫＮ２００」
（３）  電気脱イオン装置：栗田工業（株）製「ピュアエースＰＡ−２００」
処理量；１００Ｌ／ｈｒ
【０１４１】
比較例１
イオン交換膜として下記のものを用い、また、脱塩室に充填するイオン交換樹脂として下記のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とをアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝６：４（体積比）で混合したものを用い、図３に示すような電気脱イオン装置を組み立てた。アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂は超純水で十分に洗浄したものを用いた。脱塩室の厚みは２．５ｍｍであり、脱塩室のセル枚数は１２枚とした。この電気脱イオン装置に表１に示す条件で通水を行い、処理水の比抵抗値、シリカ、ホウ素、その他のイオン類の測定結果及び除去率を調べ、結果を表１に示した。
【０１４２】
アニオン交換膜  ：（株）トクヤマ製「ネオセプタＡＨＡ」
カチオン交換膜  ：（株）トクヤマ製「ネオセプタＣＭＢ」
アニオン交換樹脂：三菱化学（株）製「ＳＡ１０Ａ」
カチオン交換樹脂：三菱化学（株）製「ＳＫ１Ｂ」
【０１４３】
実施例１
比較例１において、脱塩室の厚みを１０ｍｍとし、脱塩室セル枚数を３枚とし、表１で示す条件で通水を行ったこと以外は同様にして処理した。処理水の比抵抗値、シリカ、ホウ素、その他のイオン類の測定結果及び除去率を調べ、結果を表１に示した。また、印加電圧を変化させたときの処理水のｐＨを測定し、結果を図５に示した。
【０１４４】
原水のＣＯ２濃度と前段電気脱イオン装置３Ａの処理水のＣＯ２濃度とを測定し、除去率を計算した。原水のＣＯ２濃度が１ｐｐｍのときは、除去率は９１％であり、原水のＣＯ２濃度が２ｐｐｍのときは、除去率は９０．５％であり、原水のＣＯ２濃度が３ｐｐｍのときは、除去率は９０％であり、原水のＣＯ２濃度が４ｐｐｍのときは、除去率は６０％以下であった。
【０１４５】
実施例１においてイオン交換膜を不均一膜にしたところ、４６％のナトリウム除去率が４０％になり、９．５のｐＨが９．６５に上昇した。
【０１４６】
【表１】
0003826690.tif 000003
【０１４７】
実施例２〜４、比較例２〜４
比較例１において、脱塩室の厚みを下記の通りに変えたこと以外は同様の構成の電気脱イオン装置を組み立て、ＳＶ＝６０ｈｒ−１で通水を実施し、電流効率が１０〜２０％となるように電圧を印加したこと以外は同様に処理し、処理水比抵抗値及びｐＨ値を測定し、結果を図６に示した。
【０１４８】
比較例２：２．５ｍｍ
比較例３：５．０ｍｍ
比較例４：７．０ｍｍ
実施例２：１０．０ｍｍ
実施例３：１５ｍｍ
実施例４：３０ｍｍ
【０１４９】
実施例５
図２に示す如く、活性炭装置１、ＲＯ膜装置２、電気脱イオン装置３Ａ，３Ｂの順で直列に配置し、前段電気脱イオン装置３Ａとして実施例１で用いた電気脱イオン装置（脱塩室厚み１０ｍｍ）を用いた。後段電気脱イオン装置３Ｂとして比較例１で用いた電気脱イオン装置（脱塩室厚み２．５ｍｍ）を用いた。表２に示す条件で通水し、得られた処理水（各電気脱イオン装置３Ａ，３Ｂの処理水）の水質を表２に示した。
【０１５０】
【表２】
0003826690.tif 000004
【０１５１】
以上の結果から、次のことがわかる。
【０１５２】
表１に示されるように脱塩室の厚みが１０ｍｍの電気脱イオン装置（実施例１）は、シリカやホウ素の除去率が、脱塩室の厚みが２．５ｍｍの電気脱イオン装置（比較例１）よりも若干向上している。カルシウムはほぼ完全に除去されている。図５より明らかなように、この脱塩室の厚みが１０ｍｍの電気脱イオン装置において、印加電圧を上げることにより、処理水のｐＨが上昇した。
【０１５３】
図６から明らかなように、脱塩室厚みが７ｍｍ以上であると処理水の比抵抗値が悪化し、ｐＨが上昇する。
【０１５４】
なお、前段脱イオン装置３Ａのセル電圧は８Ｖ／セル、後段脱イオン装置３Ｂのセル電圧は３Ｖ／セルであった。電気脱イオン装置を従来のものとしたときには、前段の電気脱イオン装置のセル電圧は１５Ｖ、後段の電気脱イオン装置のセル電圧は４．５Ｖであった。
【０１５５】
表２から明らかなように、脱塩室厚みが１０ｍｍの電気脱イオン装置の処理水を脱塩室厚み２．５ｍｍの電気脱イオン装置に通水することにより、シリカ、ホウ素濃度が分析下限値まで到達し、また、ｐＨ７で比抵抗値も１８．２ＭΩ・ｃｍと著しく水質の良好な処理水を得ることができる。
【０１５６】
実施例６
図１１に示すような構成において、後段の電気脱イオン装置の種類を脱塩室にハニカム構造の小室を有する電気脱塩装置と脱塩室にリブを有する従来の電気脱塩装置の性能比較を行った。なお、このときの前段電気脱塩装置の出口水質は、ｐＨ９．５、電気伝導率１３μＳ／ｃｍ、シリカ濃度１８ｐｐｂ、ホウ素濃度２．５ｐｐｂであった。表３に後段電気脱イオン装置のそれぞれの運転条件と処理水質を示した。
【０１５７】
各測定条件は以下の通り。
〔測定条件〕
電気脱イオン装置の小室：六角形  面積３．９ｃｍ２
電気脱イオン装置のリブ間幅：２８ｍｍ
脱塩室のイオン交換樹脂：三菱化学（株）製ＳＡ１０Ａ／ＳＫ１Ｂ（アニオン交換樹脂／カチオン交換樹脂＝６／４）
イオン交換膜：トクヤマ社製ＡＨＡ（アニオン交換膜）、ＣＭＢ（カチオン交換膜）
【０１５８】
【表３】
0003826690.tif 000005
【０１５９】
表３より、脱塩室にハニカム構造の小室を有する電気脱塩装置を用いることにより、装置をコンパクト化して高流速で脱塩処理を行っても、脱塩室にリブを有する従来の電気脱塩装置と同等の処理水質を得ることができる。
【０１６０】
実施例７、比較例５
この実施例７及び比較例５においては、下記の活性炭装置、ＲＯ膜装置及び２台の電気脱イオン装置を直列に設置した純水製造装置を用いた。
活性炭装置      ：栗田工業（株）製「クリコールＫＷ１０−３０」
ＲＯ膜装置      ：栗田工業（株）製「膜エースＫＮ２００」
電気脱イオン装置：栗田工業（株）製「ピュアエースＰＡ−２００」
処理量：１００Ｌ／ｈｒ
【０１６１】
上記電気脱イオン装置のイオン交換膜として下記のものを用い、また、脱塩室に充填するイオン交換樹脂として下記のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とをアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝６：４（体積比）で混合したものを用い、図１に示すような電気脱イオン装置を組み立てた。なお、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂は超純水で十分に洗浄したものを用いた。
【０１６２】
そして、脱塩室の厚みＷを１０ｍｍとし、脱塩室セル枚数を３枚とした電気脱イオン装置Ａと、脱塩室の厚みＷを２．５ｍｍとし、脱塩室のセル枚数を１２枚とした電気脱イオン装置Ｂとの２種類の電気脱イオン装置を組み立てた。
アニオン交換膜  ：（株）トクヤマ製「ネオセプタＡＨＡ」
カチオン交換膜  ：（株）トクヤマ製「ネオセプタＣＭＢ」
アニオン交換樹脂：三菱化学（株）製「ＳＡ１０Ａ」
カチオン交換樹脂：三菱化学（株）製「ＳＫ１Ｂ」
【０１６３】
ＲＯ膜装置のＲＯ膜として、表３に示すものを用い、また、電気脱イオン装置として電気脱イオン装置Ａ及び電気脱イオン装置Ｂを直列に接続した。１００Ｌ／ｈｒの処理量、電気脱イオン装置の通水ＳＶ７０ｈｒ−１で、ＲＯ膜装置での水回収率は７５％、電気脱イオン装置での水回収率は８０％で処理した。ＲＯ膜装置における水質と、電気脱イオン装置における電圧、電流値及び水質を調べ、結果を表３に示した。
【０１６４】
【表４】
0003826690.tif 000006
【０１６５】
表４より、高脱塩率のＲＯ膜を用いた比較例５では、電気脱イオン装置において殆ど電流が流れず、処理水の水質も向上しなかったが、脱塩率９７％以下のＲＯ膜、好ましくは脱塩率９７％以下で硬度成分及びシリカの除去率が９７％以上のＲＯ膜を用いて、前段電気脱イオン装置の脱塩室の厚みが１０ｍｍ以上の電気脱イオン装置を用いることにより、電気脱イオン装置での電流値を高めて脱塩効率を高め、高水質の処理水を得ることができることがわかる。
【０１６６】
実施例８
表１の実施例１の電気脱イオン装置と、紫外線照射装置（（株）日本フォトサイエンス社，ＵＶ酸化器ランプ，ＡＺ−２６，２本（０．１ｋＷ／本）と、表２の後段電気脱イオン装置３Ｂとをこの順に直列に接続し、ＴＯＣ３００ｐｐｂの原水を通水した。前段電気脱イオン装置から流出した処理水のｐＨは９．５であった。
【０１６７】
各電気脱イオン装置から流出した処理水のＴＯＣ濃度を表５に示す。
【０１６８】
【表５】
0003826690.tif 000007
【０１６９】
実施例９
実施例８において、前段電気脱イオン装置からの処理水にＨ２Ｏ２を添加された水中の濃度が１ｐｐｍとなるように添加した。このときのＴＯＣ測定値を表５に併せて示す。
【０１７０】
比較例６
実施例８において、前段電気脱イオン装置として表１の比較例１のものを用い、この前段電気脱イオン装置からの処理水にＮａＣｌを添加したこと以外は実施例８と同様にして通水した。ＴＯＣの測定結果を表５に併せて示す。なお、ＮａＣｌを添加したのは、電気伝導度を約１５μＳ／ｃｍ程度に高めるためである。実施例８，９では、前段電気脱イオン装置からの処理水の電気伝導度は約１５μＳ／ｃｍである。
【０１７１】
表５の通り、本発明によるとＴＯＣ濃度を十分に低くすることができる。
【０１７２】
実施例１０
実施例５の装置において、シリカによる電気脱塩装置の汚染の影響とその回復方法を検討した。シリカ濃度１００００ｐｐｂの原水を２４時間通水したところ、前段電気脱イオン装置流出水（処理水）のシリカ濃度は、１５０ｐｐｂとなり、後段電気脱イオン装置流出水（処理水）のシリカ濃度は、１５ｐｐｂとなった。そこで、原水のシリカ濃度を通常の２００ｐｐｂに戻して前段電気脱イオン装置への流入水に２４時間にわたり、ＮａＣｌを添加し、流入水の導電率を２５〜３０μＳとし、前段電気脱イオン装置の流出水ｐＨを１０〜１０．２とし、前段電気脱イオン装置の電圧を３５．２Ｖ、電流を２Ａ、後段電気脱イオン装置の電圧を４１Ｖ、電流を１Ａとした。それから３日後、前段電気脱イオン装置流出水（処理水）のシリカ濃度は、２５ｐｐｂとなり、後段電気脱イオン装置流出水（処理水）のシリカ濃度は、０．２ｐｐｂとなった。
【０１７３】
比較例７
比較例７ではＮａＣｌ添加を行わなかったところ、後段電気脱イオン層流出水のシリカ濃度は２．５ｐｐｂと高かった。表６にそれらの結果を示す。
【０１７４】
【表６】
0003826690.tif 000008
【０１７５】
実施例１１
実施例１０において、前段電気脱イオン装置への流入水に食塩を添加するだけでなく、この流入水を４０℃に加温した。その結果、前段電気脱イオン装置流出水のシリカ濃度は１５ｐｐｂまで低下し、後段電気脱イオン装置流出水のシリカ濃度は０．１ｐｐｂ未満まで低下した。
【０１７６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の電気脱イオン装置によれば、アルカリ薬剤の添加を必要とすることなく、また、スケール生成の問題もなく、シリカ、ホウ素などの解離定数の高い弱電解物質を効率的に除去することができる。
【０１７７】
また、本発明の純水製造装置によれば、このような本発明の電気脱イオン装置を、複数段に電気脱イオン装置を接続した装置の最前段の電気脱イオン装置として用いることにより、高純度の純水を容易かつ効率的に製造することができ、かつ安価な純水製造装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の電気脱イオン装置及び純水製造装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】  実施例６で採用した純水製造装置を示す系統図である。
【図３】  一般的な電気脱イオン装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図４】  従来の一般的な純水製造装置の系統図である。
【図５】  実施例１で得られた印加電圧と処理水のｐＨとの関係を示すグラフである。
【図６】  実施例及び比較例で得られた処理水比抵抗値及びｐＨ値の測定結果を示すグラフである。
【図７】  実施の形態に係る脱塩室の構成を示す分解斜視図である。
【図８】  区画部材の通水状況を示す正面図である。
【図９】  区画部材の一例を示す正面図である。
【図１０】  従来例に係る電気脱イオン装置を示す分解斜視図である。
【図１１】  実施例１及び比較例１におけるＮａ＋除去率とＣｌ−リーク率の測定結果を示すグラフである。
【図１２】  電気抵抗と濃縮水導電率との関係を示すグラフである。
【図１３】  前段電気脱イオン装置流入水のＮａ＋濃度と、その流出水（処理水）のｐＨとの関係図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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