JP7224994B2 - 電気式脱イオン水製造装置および脱イオン水の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気式脱イオン水製造装置に関する。

電気式脱イオン水製造装置（以下、「ＥＤＩ装置」ということがある）は、電気泳動と電気透析を組み合わせた装置である。一般的なＥＤＩ装置の基本構成は次のとおりである。すなわち、ＥＤＩ装置は、脱塩室と、脱塩室の両側に配置された一対の濃縮室と、一方の濃縮室の外側に配置された陽極（プラス極）室と、他方の濃縮室の外側に配置された陰極（マイナス極）室とを有する。脱塩室は、対向配置されたアニオン交換膜およびカチオン交換膜と、それら交換膜の間に充填されたイオン交換体（アニオン交換体又は／及びカチオン交換体）とを有する。被処理水が脱塩室に供給され、被処理水中に存在するアニオン成分及びカチオン成分が、それぞれアニオン交換膜およびカチオン交換膜を通って脱塩室から濃縮室に移動し、脱塩室から処理水すなわち脱イオン水が得られ、濃縮室から濃縮水が得られる。

ＥＤＩ装置では、濃縮水に含まれる弱酸成分が、濃縮室と脱塩室とを仕切るカチオン交換膜を通過して処理水中に拡散し、処理水の純度を低下させる現象が発生することがある。これは、炭酸やシリカ（ケイ酸）、ホウ素（ホウ酸）に代表される弱酸成分が、ｐＨなどの変化に応じて一部イオン化していない分子（中性分子）の形態をとるため、カチオン交換膜による選択透過性の影響を受けにくいことに起因している。例えば炭酸については、下式で示される平衡関係がある。炭酸の場合、上記イオン化していない分子（中性分子）の形態はＣＯ_２ならびにＨ_２ＣＯ_３であり、これらはカチオン交換膜を容易に通過し得る。
ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ ⇔ Ｈ_２ＣＯ_３ ⇔ ＨＣＯ_３ ^－＋Ｈ^＋ ⇔ ＣＯ_３ ^２－＋２Ｈ^＋
ホウ素については、下式で示される平衡関係がある。
Ｂ（ＯＨ）_３＋Ｈ_２Ｏ ⇔ Ｂ（ＯＨ）_４ ^－＋Ｈ^＋
ホウ素の場合、イオン化していない分子（中性分子）の形態はＢ（ＯＨ）_３である。

また、ＥＤＩ装置において、水酸化マグネシウム等のスケールが生成することがある。スケールの生成を抑制する手法として、濃縮室内にアニオン交換体を充填する手法が特許文献１に記載されている。この文献には、濃縮室内にアニオン交換体を充填したＥＤＩ装置では弱酸成分による処理水の純度低下が顕著に現れることが開示され、この純度低下を抑制することのできるＥＤＩ装置が提案されている。

特許文献２に開示されるＥＤＩ装置においては、或る脱塩室又は濃縮室に存在するイオン交換体が、イオン交換樹脂ビーズ、又は、イオン交換繊維からなる少なくとも一つの不織布もしくは織布のいずれかから構成される。この文献には、脱塩室にイオン交換樹脂ビーズのみが配され、濃縮室に不織布（およびスペーサー）のみが配されるといった構成が開示されるにすぎない。

国際公開第２０１１／１５２２２６号 特表２００７－５１６０５６号公報

ＥＤＩ装置では、弱酸成分を被処理水から除去することが非常に重要である。

本発明の目的は、スケール生成抑制のために濃縮室内にアニオン交換体を配しつつも、弱酸成分がカチオン交換膜を通過して濃縮室から脱塩室に移動することを抑制し、弱酸成分を被処理水から除去することのできる、新たなＥＤＩ装置を提供することである。本発明の別の目的は、このようなＥＤＩ装置を用いた、新たな脱イオン水の製造方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、
対向する陰極と陽極との間に少なくとも一つの脱塩処理部が設けられ、
前記脱塩処理部は、イオン交換体が充填された脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられる一対の濃縮室とを有し、前記一対の濃縮室のそれぞれにイオン交換体が充填され、
前記脱塩室は、前記一対の濃縮室のうちの前記陰極側の濃縮室にカチオン交換膜を介して
隣接するとともに、前記一対の濃縮室のうちの前記陽極側の濃縮室にアニオン交換膜を介して隣接し、
前記脱塩室に被処理水を通水して前記脱塩室から脱イオン水を得る電気式脱イオン水製造装置であって、
前記一対の濃縮室のうちの前記陰極側の濃縮室に充填されたイオン交換体は、アニオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂と、カチオン交換繊維を含む不織布もしくは織布とを含み、
前記不織布もしくは織布が、その不織布もしくは織布が存在する濃縮室とその濃縮室に隣接する脱塩室とを隔てる前記カチオン交換膜の陰極側の面に接した状態で、設置されており、
前記脱塩室と、陽極側の濃縮室には、前記不織布もしくは織布を含まない、
電気式脱イオン水製造装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、
電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に被処理水を通水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、
前記被処理水が、ホウ素、炭酸およびシリカからなる群から選ばれる少なくとも１種を含み、
前記電気式脱イオン水製造装置が、前記電気式脱イオン水製造装置であることを特徴とする、脱イオン水の製造方法が提供される。

本発明の一態様によれば、スケール生成抑制のために濃縮室内にアニオン交換体を配しつつも、弱酸成分がカチオン交換膜を通過して濃縮室から脱塩室に移動することを抑制し、弱酸成分を被処理水から除去することのできる、新たなＥＤＩ装置が提供される。また、本発明の別の態様によれば、このようなＥＤＩ装置を用いた、新たな脱イオン水の製造方法が提供される。

本発明のＥＤＩ装置の一形態の概略構成を示す模式断面図である。 本発明のＥＤＩ装置の別の形態の概略構成を示す模式断面図である。 本発明のＥＤＩ装置のさらに別の形態の概略構成を示す模式断面図である。 本発明のＥＤＩ装置のさらに別の形態の概略構成を示す模式断面図である。 実施例で用いたＥＤＩ装置の概略構成を示す模式断面図である。

イオン交換体として、例えばイオン交換樹脂およびイオン交換繊維がある。アニオン交換体としては例えばアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）があり、カチオン交換体としては例えばカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）がある。イオン交換樹脂とは、三次元的な網目構造を持った高分子母体に官能基（イオン交換基）を導入した合成樹脂のことであり、通常使用されるものは、粒子径が例えば０．１～１．０ｍｍ程度の球状の粒子である。イオン交換樹脂の高分子母体としては、スチレン－ジビニルベンゼンの共重合体（スチレン系）や、アクリル酸－ジビニルベンゼンの共重合体（アクリル系）などがある。

イオン交換樹脂は、官能基が酸性を示すカチオン交換樹脂と、塩基性を示すアニオン交換樹脂とに大別され、さらに、導入されるイオン交換基の種類によって、強酸性カチオン交換樹脂、弱酸性カチオン交換樹脂、強塩基性アニオン交換樹脂、弱塩基性アニオン交換樹脂などがある。強塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、第４級アンモニウム基を官能基（イオン交換基）として有するものがあり、弱塩基性アニオン交換樹脂としては、例えば、第１～第３級アミンを官能基として有するものがある。強酸性カチオン交換樹脂としては、例えば、スルホン酸基を官能基として有するものがあり、弱酸性カチオン交換樹脂としては、例えば、カルボキシル基を官能基として有するものがある。

本発明ではイオン交換繊維、特にはカチオン交換繊維を含む、不織布もしくは織布を用いる。カチオン交換繊維は基材としての繊維に官能基（イオン交換基）が導入された構造を有する。カチオン交換繊維として、例えば、スルホン酸基を官能基として有するものがある。また、カチオン交換繊維は、カチオンを吸着する特性を持つ（カチオン交換樹脂も同様）。当該不織布もしくは織布は、カチオン交換繊維以外に、非イオン交換繊維（官能基が導入されていない繊維）を含むことができる。カチオン交換繊維の基材および非イオン交換繊維の材料は、物理的強度の観点から、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリアクリロニトリル系の樹脂が好ましい。非イオン交換繊維は、不織布もしくは織布の全体の強度（繊維間の接着性）を高める機能を有する。

以下、図面を参照しつつ本発明の形態について詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

図１に、本発明に基づくＥＤＩ装置の基本的な態様を示す。ＥＤＩ装置には、対向する陰極１２と陽極１１との間に、少なくとも１つの脱塩処理部が設けられる。この脱塩処理部は、脱塩室２３と、脱塩室２３の両隣に設けられる一対の濃縮室２２及び２４とを有し、またアニオン交換膜（ＡＥＭ）３２とカチオン交換膜（ＣＥＭ）３３も有する。脱塩室２３に被処理水を通水して、脱塩室２３から脱イオン水を得る。

脱塩室２３は、一対の濃縮室２２、２４のうちの陰極側の濃縮室２４にカチオン交換膜３３を介して隣接するとともに、一対の濃縮室２２、２４のうちの陽極側の濃縮室２２にアニオン交換膜３２を介して隣接する。脱塩室２３は、陽極１１に向いた側に位置するアニオン交換膜３２と陰極１２に向いた側に位置するカチオン交換膜３３とによって区画されている。

図１に示すＥＤＩ装置では、陽極１１を備えた陽極室２１と、陰極１２を備えた陰極室２５との間に、陽極室２１側から順に、濃縮室２２、脱塩室２３及び濃縮室２４が設けられている。陽極室２１と濃縮室２２はカチオン交換膜３１を介して隣接し、濃縮室２４と陰極室２５はアニオン交換膜３４を介して隣接している。

脱塩室２３内には、被処理水に含まれるイオンを捕捉するために、イオン交換体（アニオン交換体および／またはカチオン交換体）が充填される。特に、被処理水に含まれる弱酸成分のアニオンを捕捉し、被処理水から除去するために、脱塩室２３に、少なくともアニオン交換体が充填されていることが好ましい。図１に示した例では、脱塩室２３内には、アニオン交換体とカチオン交換体とが混床（ＭＢ）となって充填されている。しかし、アニオン交換体のみが脱塩室２３に充填されていてもよい。あるいは、一つ以上のアニオン交換体床（アニオン交換体からなる床）と、一つ以上のカチオン交換体床（カチオン交換体からなる床）とが、脱塩室２３に設けられていてもよい。この場合は、脱塩室から最終的に排出される処理水中の弱酸成分濃度を低くするために、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体床とカチオン交換体床が脱塩室に充填されていることが好ましい。アニオン交換体としては例えばアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）が使用され、カチオン交換体としては例えばカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）が使用される。

一対の濃縮室２２および２４にはそれぞれ、イオン交換体が充填されている。濃縮室２４内のイオン交換体は、イオン交換樹脂を含む。濃縮室２４内のイオン交換体はまた、カチオン交換繊維を含む不織布もしくはカチオン交換繊維を含む織布を含む。濃縮室２４内のイオン交換体が、当該不織布と当該織布とを含むこともできる。濃縮室２４内のイオン交換体は、当該不織布および当該織布のうちの少なくとも一方と、イオン交換樹脂とからなることができる。

濃縮室２２内のイオン交換体はイオン交換樹脂を含むことができ、場合によってはイオン交換樹脂からなっていてもよい。濃縮室２２内のイオン交換体は、カチオン交換繊維を含む不織布もしくはカチオン交換繊維を含む織布を含まなくてよいが、含んでもよい。後者の場合、濃縮室２２内のイオン交換体として、濃縮室２４内のイオン交換体と同様の構成のものを使用することができる。

濃縮室２４内のイオン交換樹脂は、スケール生成を抑制するために、アニオン交換樹脂（ＡＥＲ）を含む。同様に、濃縮室２２内のイオン交換樹脂がアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）を含むこともできる。濃縮室２２内および濃縮室２４内のイオン交換樹脂はそれぞれ、アニオン交換樹脂からなっていてもよく、あるいは、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）とからなっていてもよい。濃縮室２４内のイオン交換樹脂のうち、アニオン交換樹脂の割合は５割以上が好ましく、より好ましくは１０割（全てアニオン交換樹脂）である。濃縮室２２内のイオン交換樹脂のうちのアニオン交換樹脂の割合についても同様である。

図１に示した例では、濃縮室２４に充填されたイオン交換体が、アニオン交換樹脂（ＡＥＲ）と、カチオン交換繊維を含む不織布４０とによって構成される。濃縮室２２に充填されたイオン交換体は、アニオン交換樹脂（ＡＥＲ）によって構成され、不織布および織布のいずれも含まない。

カチオン交換繊維を含む不織布および織布は、水透過性である。そのため、不織布もしくは織布の内部で弱酸成分が遊離した際に、その不織布もしくは織布が設けられた濃縮室から排出する濃縮水の中に、遊離した弱酸成分を排出することができる。つまり、不織布４０の内部で遊離した弱酸成分は、不織布４０内を流れる水によって濃縮室２４から排出される。要するに、カチオン交換繊維を含む不織布および織布は、濃縮室２４内のアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）からカチオン交換膜３３への弱酸成分の移動をブロックし、かつ弱酸成分を濃縮室２４から排出するよう機能する。また、カチオン交換繊維を含む不織布および織布は導電性を有するので、ＥＤＩ装置の運転電圧増加を抑えることができる。

カチオン交換繊維を含む不織布もしくは織布が、その不織布もしくは織布が存在する濃縮室内の水の通水方向に平行に設置されていることが好ましい。図１では、不織布４０が、濃縮室２４内の水の通水方向に並行に設置されている。これは、弱酸成分(負の電荷を持つ)が移動して、脱塩室２３と濃縮室２４を隔てるカチオン交換膜３３に到達することを抑制するために効果的であり、したがって弱酸成分によって処理水の純度が低下することを抑制するために効果的である。

また、不織布もしくは織布が、カチオン交換膜（その不織布もしくは織布が存在する濃縮室と、その濃縮室に隣接する脱塩室とを隔てるカチオン交換膜）の陰極側の面に接した状態で、設置されていることが好ましい。特には、カチオン交換膜（その不織布もしくは織布が存在する濃縮室と、その濃縮室に隣接する脱塩室とを隔てるカチオン交換膜）の陰極側の面に、その濃縮室に含まれるイオン交換樹脂が接しないようにすることが好ましい。そのために、当該カチオン交換膜の陰極側の面と当該イオン交換樹脂との間に、不織布もしくは織布を設けることができる。図１では、不織布４０が、カチオン交換膜３３（濃縮室２４と脱塩室２３とを隔てる）の陰極側の面に接している。そして、カチオン交換膜３３の陰極側の面と、濃縮室２４内のアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）とが接しないように、不織布４０がこれらの間に設けられている。これは、弱酸成分(負の電荷を持つ)が移動して、脱塩室２３と濃縮室２４を隔てるカチオン交換膜３３に到達することを抑制するために効果的であり、したがって弱酸成分によって処理水の純度が低下することを抑制するために効果的である。

好ましくは、不織布４０（もしくは織布）が、カチオン交換膜３３の陰極側面の全面に接して設けられる。ただしその限りではなく、不織布４０（もしくは織布）が、カチオン交換膜３３の陰極側面の一部に接するように設けられてもよい。この場合、脱塩室２３の出口付近に隣接するカチオン交換膜３３の陰極側（例えば、図１において濃縮室２４内の下半分程度のみ）に配置することが好ましい。脱塩室２３の出口付近にカチオン交換膜３３を通って移動してきた弱酸成分が、処理水にリークすることを防止することが容易だからである。

不織布もしくは織布の目付けは、５０ｇ／ｍ^２を超えることが好ましく、１００ｇ／ｍ^２以上がより好ましい。イオン交換樹脂が不織布もしくは織布を貫通してカチオン交換膜に接触することを抑制し、イオン交換樹脂からカチオン交換膜への弱酸成分の移動を抑制することが容易だからである。水透過性の観点から、目付は２０００ｇ／ｍ^２以下が好ましい。

不織布もしくは織布の厚みは０．１ｍｍ以上が好ましく、０．３ｍｍ以上がより好ましい。遊離した弱酸成分を不織布もしくは織布を通して排出することが容易だからである。また、厚みは、９．０ｍｍ以下が好ましく、０．６ｍｍ以下がより好ましい。これより厚くても、弱酸成分排出効果の増大はあまり期待できないからである。

また、不織布もしくは織布の導電性の観点から、不織布もしくは織布に占めるカチオン交換繊維の質量割合（以下、「混率」と呼ぶことがある）は２５質量％以上が好ましく、６０質量％以上がより好ましい。物理的強度の観点から、混率は８０質量％以下が好ましい。

なお、このＥＤＩ装置では、カチオン交換体が陽極室２１内に充填され、アニオン交換体が陰極室２５内に充填されている。しかし、陽極室２１及び陰極室２５には、必ずしもイオン交換体を充填する必要はない。

本発明のＥＤＩ装置に、ホウ素、炭酸およびシリカからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む被処理水を通水して、脱イオン水を製造することができる。これら成分の被処理水中の濃度は問わない。

以下に、図１に示したＥＤＩ装置による脱イオン水（処理水）の製造について説明する。陽極室２１、濃縮室２２、２４及び陰極室２５に供給水を通水し、陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加した状態で、脱塩室２３に被処理水を通水する。すると、被処理水中のイオン成分は脱塩室２３内のイオン交換体に吸着され、脱イオン化（脱塩）処理が行われ、脱塩室２３から処理水として脱イオン水が流出する。このとき脱塩室２３では、印加電圧によって主に異種のイオン交換体（イオン交換膜であってもよい）同士の界面で水の解離反応が起こり、水素イオン及び水酸化物イオンが生成する。そしてその水素イオンと水酸化物イオンとによって、先に脱塩室２３内のイオン交換体に吸着されていたイオン成分がイオン交換されてイオン交換体から遊離する。遊離したイオン成分のうちアニオンはアニオン交換膜３２を介して陽極側の濃縮室２２に移動し、この濃縮室２２から濃縮水として排出され、カチオンは、カチオン交換膜３３を介して陰極側の濃縮室２４に移動し、この濃縮室２４から濃縮水として排出される。結局、脱塩室２３に供給された被処理水中のイオン成分は濃縮室２２、２４に移行して排出され、同時に、脱塩室２３のイオン交換体が再生される。なお、陽極室２１及び陰極室２５からは電極水が排出される。

カチオン交換膜３１、アニオン交換膜３２、カチオン交換膜３３およびアニオン交換膜３４は、それぞれＥＤＩ装置や電気透析装置（ＥＤ）の分野で公知のものを使用することができる。

陽極１１及び陰極１２として、ＥＤＩ装置の分野で公知のものを用いることができる。例えば、陰極にはステンレス、陽極には白金などの貴金属、もしくは貴金属めっき電極が用いられる。

また、例えば、陽極１１及び陰極１２、陽極室２１、濃縮室２２及び２４、脱塩室２３、陰極室２５、カチオン交換膜３１及び３３、ならびにアニオン交換膜３２および３４を、適宜の枠体（不図示）に収容することができる。

供給水や被処理水としても、ＥＤＩ装置の分野で公知のものを用いることができる。一般的には逆浸透（ＲＯ）膜の透過水が用いられ、ＲＯ膜で２段以上処理したものがより好ましい。加えて、脱炭酸塔や脱炭酸膜を用いて炭酸を除去することもある。さらに、近年においては、ＥＤＩにて処理した水を供給水や被処理水に用いる場合もある。供給水と被処理水が同じ水であってもよく、相異なる水であってもよい。

弱酸成分がカチオン交換膜３３を通過する現象は、濃縮室２４内の共存イオンによる影響が大きく（例えばホウ素のカチオン交換膜通過は、炭酸、シリカ等に影響される）、濃縮室２４内の共存イオンの濃度が低いほど顕著に現れる。ＥＤＩ装置を２段以上連続して通水する場合、後段のＥＤＩ装置の濃縮室２４における共存イオン濃度は低いため、前段のＥＤＩ装置よりも後段のＥＤＩ装置のほうが、当該現象が顕著になりやすい。このような場合、本発明を、ＥＤＩ処理水が濃縮室２４に供給される後段のＥＤＩ装置に適用することが特に効果的である。また、本発明は、逆浸透膜透過水が濃縮室２４に供給されるＥＤＩ装置に好適に適用できる。例えば、濃縮室２４に供給される逆浸透膜透過水またはＥＤＩ処理水中のホウ素濃度が１μｇ／Ｌ以上の場合、本発明の効果が顕著に現れ、２５０μｇ／Ｌ以上の場合に更に顕著となる。

図１に示した装置では、陽極室２１、濃縮室２２及び２４、ならびに陰極室２５に、上方から供給水を導入し、下方から水（電極水もしくは濃縮水）を排出し、また、脱塩室２３には、上方から被処理水を供給し、処理水を下方へ排出している。しかし、その限りではなく、水の流れ方向は適宜決めることができる。さらに、陽極室２１に外部から水を供給するのではなく、陰極室２５の出口水（電極水）を陽極室２１に供給してもよいし、その逆としてもよい。

なお、濃縮室が電極室を兼ねている構成も本発明に含まれる。例えば、図１に示す濃縮室２４に陰極を設けて陰極室２５を省略してもよい。この場合であっても、脱塩室および一対の濃縮室から構成される脱塩処理部は、陰極と陽極の間に配置される。

以上、本発明に基づくＥＤＩ装置の基本的な構成を説明したが、本発明は種々の構成のＥＤＩ装置に広く適用できるものである。以下、本発明を適用できるＥＤＩ装置の構成例を説明する。

図２は、本発明に基づくＥＤＩ装置の別の形態を示している。ＥＤＩ装置は、脱塩処理部を複数個有することができる。そのために、［濃縮室｜アニオン交換膜（ＡＥＭ）｜脱塩室｜カチオン交換膜（ＣＥＭ）｜濃縮室］からなる基本構成（すなわちセルセット）を陽極と陰極との間に複数個並置することができる。このとき、隣接するセルセット間で隣り合う濃縮室を共有することができる。図２に示したＥＤＩ装置は、図１に示した装置において、アニオン交換膜３２、脱塩室２３、カチオン交換膜３３及び濃縮室２４で１つのセルセットが構成されるものとして、このセルセットを陽極室２１に最も近い濃縮室２２と陰極室２５との間にＮ（Ｎは１以上の整数）個配置したものである。

陽極室２１にはカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）が充填され、濃縮室２２、２４と陰極室２５にはアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）が充填される。脱塩室２３にはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混床（ＭＢ）で充填されている。それぞれのセルセットにおいて、一対の濃縮室２２および２４のうちの陰極側の濃縮室２４には、カチオン交換繊維を含む不織布４０が配される。したがって、陽極室２１に最も近い濃縮室２２を除いて、全ての濃縮室にカチオン交換繊維を含む不織布４０が配される。換言すれば、最も陽極１１に近い脱塩室よりも陰極１２側に存在する濃縮室には全て、不織布４０が配される。もちろん、不織布４０に替えて不織布を用いてもよい。

また、陽極室２１に外部から水を供給するのではなく、陰極室２５の出口水が陽極室２１に供給されるようになっている。また、図１に示したものと異なって、陽極室２１、濃縮室２２および２４、ならびに陰極室２５では、水の流れが下方から上方に向かう。したがって、脱塩室２３内の水の流れ方向は、その両側の濃縮室２２，２４内の水の流れ方向と向流になっている。

なお、カチオン交換膜３３を通しての濃縮室２４から脱塩室２３への弱酸成分の拡散は、濃縮室２４における弱酸成分の濃度にも影響され、その濃度が高いほど拡散する量も増加する。濃縮室２４ではその入口から出口に向かうにつれ、濃縮倍率が上がり弱酸成分の濃度も高くなる。図２に示すように、濃縮室２４の入口側を脱塩室２３の出口側に隣接するように配置することで、脱塩室２３の処理水出口に近い位置に濃縮室２４からの拡散がより多く発生することを抑えることができる。よって、濃縮室２４における水の流れ方向は、隣接する脱塩室２３（図２に示す形態では脱塩室２３、図３および４に示す形態では第２小脱塩室２７）における水の流れ方向と向流になるようにすることが好ましい。

本発明に基づくＥＤＩ装置では、各脱塩室において陽極側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜との間に中間イオン交換膜（ＩＩＥＭ）を設け、中間イオン交換膜によってその脱塩室を第１小脱塩室及び第２小脱塩室に区画することができる。そして、第１小脱塩室及び第２小脱塩室のうちの一方の小脱塩室に被処理水が供給されて、その小脱塩室から流出する水が他方の小脱塩室に流入するように、第１及び第２の小脱塩室を連通配置することができる。中間イオン交換膜としては、アニオン交換膜及びカチオン交換膜のいずれも使用できる。このとき、陽極側の小脱塩室を第１小脱塩室、陰極側の小脱塩室を第２小脱塩室とする。例えば、第１小脱塩室には少なくともアニオン交換体が充填され、第２小脱塩室には少なくともカチオン交換体が充填される。

図３は、このように脱塩室を中間イオン交換膜によって２つの小脱塩室に区画したＥＤＩ装置の例を示している。このＥＤＩ装置は、図２に示すＥＤＩ装置における各脱塩室２３を中間イオン交換膜３６によって、陽極１１側の第１小脱塩室２６と陰極１２側の第２小脱塩室２７とに区画した構成を有する。第１小脱塩室２６は、アニオン交換膜３２と中間イオン交換膜３６との間に位置し、第２小脱塩室２７は、カチオン交換膜３３と中間イオン交換膜３６との間に位置する。この例では、中間イオン交換膜３６として、アニオン交換膜が使用されている。

陽極１１側の第１小脱塩室２６にはアニオン交換樹脂が充填され、陰極１２側の第２小脱塩室２７にはカチオン交換樹脂が充填されている。

被処理水はまず第２小脱塩室２７に供給され、第２小脱塩室２７からの出口水が、第２小脱塩室２７での水の流れと並流になるように、第１小脱塩室２６に供給され、第１小脱塩室２６から脱イオン水が処理水として得られる。第１及び第２小脱塩室２６，２７での水の流れ（上方から下方に向かう）に対し、陽極室２１、濃縮室２２，２４及び陰極室２５での水の流れ（下方から上方に向かう）は向流となっている。

図４は、脱塩室を中間イオン交換膜によって２つの小脱塩室に区画したＥＤＩ装置の別の例を示している。このＥＤＩ装置は、図２に示したＥＤＩ装置における各脱塩室２３を、アニオン交換膜３２とカチオン交換膜３３との間に位置する中間イオン交換膜３６によって、陽極１１側の第１小脱塩室２６と陰極１２側の第２小脱塩室２７とに区画した構成を有する。第１小脱塩室２６は、アニオン交換膜３２と中間イオン交換膜３６との間に位置し、第２小脱塩室２７は、カチオン交換膜３３と中間イオン交換膜３６との間に位置する。この例でも、中間イオン交換膜３６として、アニオン交換膜が使用されている。

第１小脱塩室２６にはアニオン交換樹脂を充填する。第２小脱塩室２７の入口側領域にカチオン交換樹脂を配置し、出口側領域にアニオン交換樹脂を配置する。つまり、第２小脱塩室２７に、被処理水の通水方向に沿って、カチオン交換体床及びアニオン交換体床が、この順に設けられる。

第１小脱塩室２６に被処理水が供給され、第１小脱塩室２６から流出する水が第２小脱塩室２７に流入するように、第１小脱塩室２６及び第２小脱塩室２７が連通している。第２小脱塩室２７から脱イオン水が処理水として得られる。したがって、脱塩室２３には、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、アニオン交換体床とカチオン交換体床とが充填されている。

この装置では、第１小脱塩室２６における水の流れと、第２小脱塩室２７における水の流れとが、向流となっている。

脱塩室から最終的に排出される処理水の純度を高める観点から、脱塩室において、被処理水が最後に通過するイオン交換体がアニオン交換体となる順序で、カチオン交換体床とアニオン交換体床とを交互に用いることが好ましい。これは、図４に示した形態だけでなく、図３に示す形態についても言えることである。例えば、図４に示すような形態では、第２小脱塩室２７内に設けられたイオン交換体床の積層体の最終段がアニオン交換体床であることが好ましい。

本発明によれば、濃縮室２４内に、アニオン交換樹脂と、カチオン交換繊維を含む不織布もしくは織布との両方を設置することによって、スケール生成を抑制しつつ、濃縮室から脱塩室に移動する弱酸成分の量を低減することができ、弱酸を容易に除去できる。

〔実施例１〕
図５に示す構成を有するＥＤＩ装置を用い、弱酸成分としてホウ素を用い、カチオン交換膜３３を通してのホウ素の透過量を評価した。この装置は、次の点を除いて、図１に示す装置と同様の構成を有していた。
・脱塩室２３の陽極側に位置する濃縮室が、陽極１１を有し、陽極室を兼ねる濃縮室５１であった。この濃縮室５１にはカチオン交換樹脂を充填した。
・濃縮室５１と脱塩室２３とを隔てる膜として、カチオン交換膜５２を用いた。
・脱塩室２３に、カチオン交換樹脂を充填した。ホウ素を捕捉しないカチオン交換樹脂を脱塩室２３に充填することにより、脱塩室２３からホウ素を排出しやすくなる。
・陰極室２５の出口水を、濃縮室５１に供給した。
・濃縮室２４にホウ素含有水を供給し、脱塩室２３および陰極室２５にホウ素を含まない水を供給した。

脱塩室２３の出口水中のホウ素濃度を測定した。ホウ素の透過量は、脱塩室２３の出口水に含まれるホウ素の質量流量（ホウ素濃度×脱塩室出口水流量）を、カチオン交換膜３３の有効膜面積で除した値である。

用いたＥＤＩ装置の仕様および試験条件を以下に示す。濃縮室５１および脱塩室２３に充填したカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）は共通であり、濃縮室２４および陰極室２５に充填したアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）は共通である。
・濃縮室５１：寸法 縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＣＥＲ充填
・脱塩室２３：寸法 縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＣＥＲ充填
・濃縮室２４：寸法 縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＡＥＲ充填
・陰極室２５：寸法 縦５０×横４０×厚さ１０ｍｍ、ＡＥＲ充填
・ＣＥＲ：強酸性カチオン交換樹脂（粒径：０．５ｍｍ、母体：スチレン・ジビニルベンゼン共重合体）
・ＡＥＲ：強塩基性アニオン交換樹脂（粒径：０．５ｍｍ、母体：スチレン・ジビニルベンゼン共重合体）
・不織布４０：表１に示す厚み、混率、目付けを有する、カチオン交換繊維を含む不織布（基材はポリプロピレン）
・ホウ素非含有水：超純水(比抵抗１８.２ＭΩ・ｃｍ、ホウ素濃度２０ｎｇ／Ｌ未満)
・ホウ素含有水：上記ホウ素非含有水にホウ素を２５０μｇ／Ｌで添加したもの
・各室から排出される水の流量：６Ｌ／ｈ
・印加電流密度：１．０Ａ／ｄｍ^２。

〔実施例２～５〕
不織布４０として、それぞれ表１に示す性状を有するカチオン交換繊維を含む不織布を用いたこと以外は実施例１と同様にして、ホウ素透過量を求めた。

〔比較例１〕
ＥＤＩ装置に不織布４０を設けなかったこと以外は実施例１と同様にして、ホウ素透過量を求めた。

各例で得られたホウ素透過量と、ホウ素透過量測定の際の陽極と陰極の間の電圧を、表１に示す。比較例１と比べて、実施例１～５においては、濃縮室から脱塩室に透過するホウ素量を減少させることができた。

１１ 陽極
１２ 陰極
２１ 陽極室
２２、２４ 濃縮室
２３ 脱塩室
２５ 陰極室
２６ 第１小脱塩室
２７ 第２小脱塩室
３１、３３、５２ カチオン交換膜（ＣＥＭ）
３２、３４ アニオン交換膜（ＡＥＭ）
３６ 中間イオン交換膜（ＩＩＥＭ）
５１ 陽極室を兼ねる濃縮室

Claims (6)

1. 対向する陰極と陽極との間に少なくとも一つの脱塩処理部が設けられ、
   前記脱塩処理部は、イオン交換体が充填された脱塩室と、該脱塩室の両隣に設けられる一対の濃縮室とを有し、前記一対の濃縮室のそれぞれにイオン交換体が充填され、
   前記脱塩室は、前記一対の濃縮室のうちの前記陰極側の濃縮室にカチオン交換膜を介して隣接するとともに、前記一対の濃縮室のうちの前記陽極側の濃縮室にアニオン交換膜を介して隣接し、
   前記脱塩室に被処理水を通水して前記脱塩室から脱イオン水を得る電気式脱イオン水製造装置であって、
   前記一対の濃縮室のうちの前記陰極側の濃縮室に充填されたイオン交換体は、アニオン交換樹脂を含むイオン交換樹脂と、カチオン交換繊維を含む不織布もしくは織布とを含み、
   前記不織布もしくは織布が、その不織布もしくは織布が存在する濃縮室とその濃縮室に隣接する脱塩室とを隔てる前記カチオン交換膜の陰極側の面に接した状態で、設置されており、
   前記脱塩室と、陽極側の濃縮室には、前記不織布もしくは織布を含まない、
   電気式脱イオン水製造装置。
2. 前記不織布もしくは織布が、その不織布もしくは織布が存在する濃縮室内の水の通水方向に平行に設置されている、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
3. 前記不織布もしくは織布の目付けが５０ｇ／ｍ^２を超える、請求項１又は２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
4. 前記不織布もしくは織布の厚みが０．１ｍｍ以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
5. 前記不織布もしくは織布に占めるカチオン交換繊維の割合が２５質量％以上である、請求項１～４のいずれか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
6. 電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に被処理水を通水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、
   前記被処理水が、ホウ素、炭酸およびシリカからなる群から選ばれる少なくとも１種を含み、
   前記電気式脱イオン水製造装置が、請求項１～５のいずれか一項に記載の電気式脱イオン水製造装置であることを特徴とする、脱イオン水の製造方法。

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