特許 6807250 水処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6807250

(24)【登録日】2020年12月9日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】水処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/469 20060101AFI20201221BHJP

   C02F 1/42 20060101ALI20201221BHJP

   B01D 61/48 20060101ALI20201221BHJP

   B01D 61/54 20060101ALI20201221BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/469

   C02F1/42 A

   B01D61/48

   B01D61/54 500

   B01D61/58

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-39132(P2017-39132)

(22)【出願日】2017年3月2日

(65)【公開番号】特開2018-143922(P2018-143922A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2019年12月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 慶介

(72)【発明者】

【氏名】合庭 健太

(72)【発明者】

【氏名】日高 真生

【審査官】 関根 崇

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−１１３２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３９９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４２３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０１１４７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／４６９

Ｂ０１Ｄ ６１／４８

Ｂ０１Ｄ ６１／５４

Ｂ０１Ｄ ６１／５８

Ｃ０２Ｆ １／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の電気式脱イオン水製造装置と、前記第１の電気式脱イオン水製造装置の下流側で前記第１の電気式脱イオン水製造装置に直列に接続された第２の電気式脱イオン水製造装置と、を有し、
前記第１の電気式脱イオン水製造装置は、第１の陽極室と、第１の陰極室と、前記第１の陽極室と前記第１の陰極室との間に位置する第１の脱塩室と、前記第１の脱塩室の両側に位置する一対の第１の濃縮室と、を有し、前記第１の脱塩室は第１の中間膜によって、アニオン交換体が単床で充填された第１の陽極側小脱塩室と、前記第１の陽極側小脱塩室と直列に接続された第１の陰極側小脱塩室とに区画され、
前記第２の電気式脱イオン水製造装置は、第２の陽極室と、第２の陰極室と、前記第２の陽極室と前記第２の陰極室との間に位置する第２の脱塩室と、前記第２の脱塩室の両側に位置する一対の第２の濃縮室と、を有し、前記第２の脱塩室は第２の中間膜によって、アニオン交換体が単床で充填された第２の陽極側小脱塩室と、前記第２の陽極側小脱塩室と直列に接続された第２の陰極側小脱塩室とに区画され、
前記第１の陰極側小脱塩室は一部にカチオン交換体が単床で充填され、残りにアニオン交換体が単床で充填され、前記第２の陰極側小脱塩室は一部にカチオン交換体が単床で充填され、残りにアニオン交換体が単床で充填され、
前記第１の脱塩室の出口水が前記第２の脱塩室と前記一対の第２の濃縮室とに供給され、前記一対の第２の濃縮室の出口水が前記第１の電気式脱イオン水製造装置の上流側に戻される、水処理装置。

【請求項2】

第１の電気式脱イオン水製造装置と、前記第１の電気式脱イオン水製造装置の下流側で前記第１の電気式脱イオン水製造装置に直列に接続された第２の電気式脱イオン水製造装置と、を有し、
前記第１の電気式脱イオン水製造装置は、第１の陽極室と、第１の陰極室と、前記第１の陽極室と前記第１の陰極室との間に位置する第１の脱塩室と、前記第１の脱塩室の両側に位置する一対の第１の濃縮室と、を有し、前記第１の脱塩室は第１の中間膜によって、アニオン交換体が単床で充填された第１の陽極側小脱塩室と、前記第１の陽極側小脱塩室と直列に接続された第１の陰極側小脱塩室とに区画され、
前記第２の電気式脱イオン水製造装置は、第２の陽極室と、第２の陰極室と、前記第２の陽極室と前記第２の陰極室との間に位置する第２の脱塩室と、前記第２の脱塩室の両側に位置する一対の第２の濃縮室と、を有し、前記第２の脱塩室は第２の中間膜によって、アニオン交換体が単床で充填された第２の陽極側小脱塩室と、前記第２の陽極側小脱塩室と直列に接続された第２の陰極側小脱塩室とに区画され、
前記第１の陰極側小脱塩室は一部にカチオン交換体が単床で充填され、残りにアニオン交換体が単床で充填され、前記第２の陰極側小脱塩室はカチオン交換体が単床で充填され、
前記第１の脱塩室の出口水が前記第２の脱塩室と前記一対の第２の濃縮室とに供給され、前記一対の第２の濃縮室の出口水が前記第１の電気式脱イオン水製造装置の上流側に戻される、水処理装置。

【請求項3】

前記一対の第２の濃縮室の出口水のほう素濃度が、前記一対の第２の濃縮室の出口水の戻り位置における被処理水のほう素濃度より低い、請求項１または２に記載の水処理装置。

【請求項4】

前記第１の脱塩室と前記第２の脱塩室はそれぞれ、被処理水の流れる方向に関し最下流側にアニオン交換体が単床で充填されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項5】

前記第１の脱塩室の前記最下流側に単床で充填されたアニオン交換体を流れる被処理水の通水方向と、当該アニオン交換体と隣接する前記第１の濃縮室の濃縮水の通水向きが逆方向であり、前記第２の脱塩室の前記最下流側に単床で充填されたアニオン交換体を流れる被処理水の通水方向と、当該アニオン交換体と隣接する前記第２の濃縮室の濃縮水の通水向きが逆方向である、請求項４に記載の水処理装置

【請求項6】

前記第１の電気式脱イオン水製造装置の上流側に位置し、直列に接続された２つの逆浸透膜装置を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項7】

前記２つの逆浸透膜装置の間に位置する脱炭酸用薬注設備、または前記２つの逆浸透膜装置の間、上流側もしくは下流側に位置する脱炭酸膜もしくは脱炭酸塔を有する、請求項６に記載の水処理装置。

【請求項8】

前記第１の電気式脱イオン水製造装置に供給される被処理水の流量をＲｉｎ、前記第２の電気式脱イオン水製造装置の前記第２の脱塩室の出口水の流量をＲｏｕｔ、前記一対の第２の濃縮室から前記第１の電気式脱イオン水製造装置の上流側に戻される出口水の流量をＲｒｅｔとするとき、Ｒｏｕｔ／（Ｒｉｎ−Ｒｒｅｔ）で求められる水回収率が８５％以上、９５％以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項9】

前記第２の電気式脱イオン水製造装置の消費電力が前記第１の電気式脱イオン水製造装置の消費電力より小さい、請求項１から８のいずれか１項に記載の水処理装置。

【請求項10】

前記一対の第１の濃縮室の出口水を処理し、前記第１の電気式脱イオン水製造装置の上流側に戻す脱塩装置を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の水処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は水処理装置に関し、特に電気式脱イオン水製造装置が直列に接続された水処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超純水の要求水質は年々厳しくなり、電子産業界ではほう素濃度を５０ｎｇ／Ｌ以下まで低減することが要求されている。一方、超純水製造用途で広く用いられている逆浸透膜では一部のほう素しか除去できず、ｐＨなどの条件にも依存するものの、低い場合には除去率が５０％以下になることもある。そのため、逆浸透膜装置を２段直列に接続した場合（以下、２段ＲＯという）の処理水（透過水）のほう素濃度は１０〜３０μｇ／Ｌ程度になることが多い。従って、ほう素を上記濃度まで低減するためには２段ＲＯで処理した後、イオン交換樹脂などによるほう素の吸着除去が必要となる。しかし、ほう素濃度５０ｎｇ／Ｌ以下の高純度の処理水を連続的に製造する場合、イオン交換樹脂の交換頻度が高くなり、ランニングコストが高くなる傾向がある。

【0003】

これに対し、電気式脱イオン水製造装置（以下、ＥＤＩという）は連続通水処理が可能であり、かつ９０％以上のほう素除去率を達成できるため、２段ＲＯの後段に設置するほう素除去装置として非常に適している。

【0004】

特許文献１、２には、ほう素濃度を低減するため、２段のＥＤＩを直列に接続した水処理装置が開示されている。特許文献１に開示される水処理装置では、１段目のＥＤＩの脱塩室はアニオン交換体が単床で、またはアニオン交換体とカチオン交換体が混床で充填され、２段目のＥＤＩの脱塩室はアニオン交換体とカチオン交換体が混床で充填される。１段目のＥＤＩの脱塩室の出口水は２段目のＥＤＩの脱塩室と濃縮室に供給され、濃縮室の出口水は系外に放出される。特許文献２に開示される水処理装置では、ＥＤＩの脱塩室にアニオン交換体もしくはカチオン交換体が単床で、またはアニオン交換体とカチオン交換体が混床で充填される。２段目のＥＤＩの脱塩室の出口水が２段目のＥＤＩの濃縮室に供給され、濃縮室の出口水が１段目のＥＤＩの上流に戻される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−１９１０８０号公報

【特許文献2】特開２０１２−１３９６８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示される水処理装置は、濃縮室の出口水が系外に放出されるため、処理水の回収率（水処理装置に供給される水量のうち処理水として取り出される水の割合）が低い。特許文献２に開示される水処理装置は、濃縮室の出口水が上流側のＥＤＩに戻されるため、処理水の回収率は改善されている。しかし、個々のＥＤＩにおける回収率は８０％程度と低いため、水処理装置全体の処理水の回収率を改善することが困難である。

【0007】

本発明は、複数のＥＤＩが直列で接続され、ほう素の除去効率と処理水の回収率が改善された水処理装置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】

【0008】

本発明の水処理装置は、第１の電気式脱イオン水製造装置と、第１の電気式脱イオン水製造装置の下流側で第１の電気式脱イオン水製造装置に直列に接続された第２の電気式脱イオン水製造装置と、を有している。第１の電気式脱イオン水製造装置は、第１の陽極室と、第１の陰極室と、第１の陽極室と第１の陰極室との間に位置する第１の脱塩室と、第１の脱塩室の両側に位置する一対の第１の濃縮室と、を有し、第１の脱塩室は第１の中間膜によって、アニオン交換体が単床で充填された第１の陽極側小脱塩室と、第１の陽極側小脱塩室と直列に接続された第１の陰極側小脱塩室とに区画されている。第２の電気式脱イオン水製造装置は、第２の陽極室と、第２の陰極室と、第２の陽極室と第２の陰極室との間に位置する第２の脱塩室と、第２の脱塩室の両側に位置する一対の第２の濃縮室と、を有し、第２の脱塩室は第２の中間膜によって、アニオン交換体が単床で充填された第２の陽極側小脱塩室と、第２の陽極側小脱塩室と直列に接続された第２の陰極側小脱塩室とに区画されている。第１の脱塩室の出口水が第２の脱塩室と一対の第２の濃縮室とに供給され、一対の第２の濃縮室の出口水が第１の電気式脱イオン水製造装置の上流側に戻される。一態様では、第１の陰極側小脱塩室は一部にカチオン交換体が単床で充填され、残りにアニオン交換体が単床で充填され、第２の陰極側小脱塩室は一部にカチオン交換体が単床で充填され、残りにアニオン交換体が単床で充填されている。他の態様では、第１の陰極側小脱塩室は一部にカチオン交換体が単床で充填され、残りにアニオン交換体が単床で充填され、第２の陰極側小脱塩室はカチオン交換体が単床で充填されている。

【発明の効果】

【0009】

アニオン交換体はカチオン交換体と比べて電気抵抗が高いため、脱塩室にカチオン交換体が充填されている場合、電流がカチオン交換体に優先的に流れ、アニオン成分であるほう素の除去効率が低下する。本発明では、第１の脱塩室が第１の陽極側小脱塩室と、第１の陽極側小脱塩室と直列に接続された第１の陰極側小脱塩室と、に区画され、第１の陽極側小脱塩室にアニオン交換体が単床で充填されている。アニオン交換体だけが充填された第１の陽極側小脱塩室では電流の偏流がなく、ほう素を効率的に除去することができるため、第１の脱塩室の出口水のほう素濃度を効率的に下げることができる。また、第１の脱塩室の出口水は第２の電気式脱イオン水製造装置の第２の脱塩室と一対の第２の濃縮室とに供給されるが、上述のとおり、第１の脱塩室の出口水のほう素濃度が下がっているため、第２の濃縮室の出口水のほう素濃度の上昇が抑えられる。従って、第２の濃縮室の出口水を第１の電気式脱イオン水製造装置の上流側に戻すことで、第２の電気式脱イオン水製造装置の処理水の回収率を改善することができる。

【0010】

このように、本発明によれば、複数のＥＤＩが直列で接続され、ほう素の除去効率と処理水の回収率が改善された水処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１、第２の実施形態に係る水処理装置の概略構成図である。

【図2】Ａ−ＫＡタイプのＥＤＩの概略構成図である。

【図3】ほう素イオンの動きを説明するための模式図である。

【図4】Ｋ−ＡタイプのＥＤＩの概略構成図である。

【図5】本発明の第３の実施形態に係る水処理装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態に係る水処理装置を説明する。

【0013】

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る水処理装置の概略構成を示している。水処理装置１は直列に接続された複数の電気式脱イオン水製造装置（以下、ＥＤＩ）２を有している。直列に接続されたEDIの間にタンクやポンプが設置されていてもよい。複数のＥＤＩを総称してＥＤＩセット３という。ＥＤＩの数は限定されず、２以上の任意の数のＥＤＩを直列に接続することができる。以下の説明は、便宜上最終段とその一つ前段のＥＤＩを対象としており、一つ前段のＥＤＩを第１のＥＤＩ２ａ、最終段のＥＤＩ、すなわち第１のＥＤＩ２ａの下流側で第１のＥＤＩ２ａに直列に接続されたＥＤＩを第２のＥＤＩ２ｂという。しかし、第１のＥＤＩ２ａと第２のＥＤＩ２ｂは直列に接続された複数のＥＤＩから任意に選択することができ、最終段を除く任意のＥＤＩを第１のＥＤＩ２ａ、これより後段の任意のＥＤＩを第２のＥＤＩ２ｂとすることができる。

【0014】

本実施形態では、第１のＥＤＩ２ａと第２のＥＤＩ２ｂは同一の構成を有している。図２に第１及び第２のＥＤＩ２ａ，２ｂの概略構成を示す。図２に示すＥＤＩをＡ−ＫＡタイプと呼ぶことがある。以下の説明で、陽極室、陰極室、脱塩室、濃縮室、アニオン交換膜、カチオン交換膜、中間膜、陽極側小脱塩室、陰極側小脱塩室などが第１のＥＤＩ２ａのものである場合、冒頭に「第１の」を、符号にａを付けることがあり、第２のＥＤＩ２ｂのものである場合、冒頭に「第２の」を付け、符号にｂを付けることがある。例えば、第１のＥＤＩ２ａの脱塩室６は第１の脱塩室６ａという。また、陽極室９と陰極室１０を総称して電極室８という場合がある。

【0015】

第１及び第２のＥＤＩ２ａ，２ｂは、陽極（図示せず）を備えた陽極室９と、陰極（図示せず）を備えた陰極室１０と、陽極室９と陰極室１０との間に位置する複数の脱塩室６及び濃縮室７と、を有している。一例では、１０個の脱塩室６と１１個の濃縮室７が陽極室９と陰極室１０との間に配置される。陽極室９にはカチオン交換膜ｋを介して濃縮室７が隣接し、陰極室１０にはアニオン交換膜ａを介して濃縮室７が隣接しており、濃縮室７と脱塩室６が交互に配置されている。従って、第１及び第２のＥＤＩ２ａ，２ｂは、陽極室９、濃縮室７、脱塩室６、濃縮室７、脱塩室６、・・・濃縮室７、陰極室１０の順で配置されている。一つの濃縮室７はその両側で隣接する脱塩室６で共用されている。第１及び第２のＥＤＩ２ａ，２ｂは、一つの脱塩室６とその両側に位置する一対の濃縮室７を最小単位として備えており、図２はこの最小単位である脱塩室６と一対の濃縮室７を示している。脱塩室６はアニオン交換膜ａを介して陽極側の濃縮室７と隣接しており、カチオン交換膜ｋを介して陰極側の濃縮室７と隣接している。濃縮室７と電極室８との間の膜を省略し、電極室８が濃縮室７を兼ねてもよい。電極室８と脱塩室６の間にある濃縮室７を省略し、電極室８が脱塩室６と隣接していてもよい。その場合、電極室８に隣接する脱塩室６は濃縮室７の間に配置される脱塩室６と構造が異なることがあり、電極室８と脱塩室６の間に配置される膜は適宜変更してもよい。

【0016】

脱塩室６はさらに中間膜ｍによって、陽極側小脱塩室６１と陰極側小脱塩室６２とに区画されている。陽極側小脱塩室６１と陰極側小脱塩室６２は直列に接続されている。具体的には、陽極側小脱塩室６１の出口部が陰極側小脱塩室６２の入口部に配管で接続されており、陽極側小脱塩室６１が陰極側小脱塩室６２の上流側にある。中間膜ｍは、アニオン交換膜、カチオン交換膜、アニオン交換膜とカチオン交換膜とが貼り合わされたバイポーラ膜のいずれであってもよい。陽極側小脱塩室６１にはアニオン交換体Ａが単床で充填されている。すなわち陽極側小脱塩室６１にはカチオン交換体Ｋが充填されていない。陰極側小脱塩室６２は、被処理水の流れる方向に関して上流側にカチオン交換体Ｋが単床で、下流側にアニオン交換体Ａが単床で充填されている。アニオン交換体Ａ及びカチオン交換体Ｋとしては、それぞれアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂が好適に利用できる。陽極側小脱塩室６１に充填されたアニオン交換体Ａと陰極側小脱塩室６２に充填されたアニオン交換体Ａは同じ種類のアニオン交換体であるが、別の種類のアニオン交換体であってもよい。

【0017】

再び図１を参照すると、ＥＤＩセット３の上流側には、イオン成分や不純物を除去する２つの逆浸透膜装置４ａ，４ｂ（２段ＲＯ）が直列に設けられている。逆浸透膜４ａ，４ｂの間、あるいは逆浸透膜４ｂとＥＤＩとの間にタンクやポンプを設置してもよい。被処理水に含まれるほう素は２段ＲＯによって１０〜３０μｇ／Ｌまで除去される。２つの逆浸透膜装置４ａ，４ｂの間には、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）などのアルカリ薬剤を被処理水に注入するための脱炭酸用薬注設備５が設けられている。炭酸は逆浸透膜装置では除去できないため、苛性ソーダで予めイオン化して、２段目の逆浸透膜装置４ｂで除去する。１段目の逆浸透膜装置４ａの前段で苛性ソーダを注入すると硬度成分が析出してしまう。１段目の逆浸透膜装置４ａで硬度成分を除去した後に苛性ソーダを注入することで、硬度成分と炭酸を除去することができる。脱炭酸用薬注設備５の代わりに脱炭酸膜または脱炭酸塔を設けることもできる。脱炭酸膜は疎水性の微細孔を介して水とガスを接触させ、水中の溶存ガスを水相から気相へと移動し除去する装置である。脱炭酸塔は酸注入によりｐＨを下げることで炭酸イオン、重炭酸イオンを炭酸ガスに転換し、充填塔に空気を吹き込むことで水中の炭酸を除去する装置である。脱炭酸膜及び脱炭酸塔は硬度の影響を受けないため、逆浸透膜装置４ａの前段にも設置できる。また、設備を小型化するため、脱炭酸膜や脱炭酸塔をより流量の少ない２段目の逆浸透膜装置４ｂの後段に設置してもよい。

【0018】

水処理装置１は以下のように作動する。被処理水は２つの逆浸透膜装置４ａ，４ｂによって各種イオン成分と炭酸を除去され、ほう素濃度も下げられてＥＤＩセット３に流入する。被処理水は各ＥＤＩでほう素を含む残りのイオン成分を除去され、第１のＥＤＩ２ａに供給される。被処理水は第１のＥＤＩ２ａの第１の脱塩室６ａの陽極側小脱塩室６１のアニオン交換体Ａ、陰極側小脱塩室６２のカチオン交換体Ｋ、陰極側小脱塩室６２のアニオン交換体Ａの順に通過し、アニオン成分とカチオン成分が除去される。アニオン成分であるほう素も除去され、ほう素濃度が低下した処理水が得られる。一対の第１の濃縮室７ａの出口水は、第１の電極室８ａの出口水とともに系外に放出される。第１のＥＤＩ２ａの処理水、すなわち第１のＥＤＩ２ａの脱塩室６の出口水はさらに第２のＥＤＩ２ｂに供給され、同様に第２の脱塩室６ｂの陽極側小脱塩室６１のアニオン交換体Ａ、陰極側小脱塩室６２のカチオン交換体Ｋ、陰極側小脱塩室６２のアニオン交換体Ａの順に通過し、アニオン成分とカチオン成分が除去され、ほう素濃度がさらに低下した処理水が得られる。

【0019】

上述の過程において、第１のＥＤＩ２ａに供給される被処理水（すなわちその前段のＥＤＩまたは２段目の逆浸透膜装置４ｂの処理水）は第１の脱塩室６ａだけでなく、第１の濃縮室７ａと第１の電極室８ａにも供給される。図３に示すように、図中右側の陰極側の脱塩室で除去されたほう素は、実線で示すように、アニオン交換膜を通って濃縮室に移動する。濃縮室とその左側の脱塩室の間はカチオン交換膜で仕切られているため、アニオン成分であるほう素は濃縮室から陽極側の脱塩室に移動しないはずである。しかし、濃縮室のほう素濃度が高いため、一部のほう素が破線で示すようにカチオン交換膜を通って陽極側の脱塩室に拡散する。陽極側の脱塩室の出口近傍で陽極側の脱塩室に拡散したほう素は、Ｌを付した破線で示すように、陽極側の脱塩室で充分に処理されることなく流出するため、ほう素の除去効率が低下する。しかし、前段のＥＤＩ２（または２段目の逆浸透膜装置４ｂ）の出口水を第１のＥＤＩ２ａの第１の濃縮室７ａに供給することで、第１のＥＤＩ２ａの第１の濃縮室７ａのほう素濃度が抑制され、第１の濃縮室７ａから第１の脱塩室６ａに拡散するほう素の量を抑えることができる。また、第１の脱塩室６ａは、被処理水の流れる方向に沿った最下流側にアニオン交換体Ａが単床で充填されている。従って、第１の脱塩室６ａの出口近傍で第１の脱塩室６ａに拡散したほう素をアニオン交換体Ａで捕捉し、第１の脱塩室６ａの出口水のほう素濃度の上昇を抑えることができる。すなわち、第１の濃縮室７ａから第１の脱塩室６ａに漏れ出したほう素を、第１の脱塩室６ａの最下流に充填されたアニオン交換体Ａで除去することができる。また、最下流のアニオン交換体Aに通水される被処理水の向きと、隣接する濃縮室７の濃縮水の通水の向きを互いに逆向きにしているため、濃縮水の濃縮倍率の低い領域が第１の脱塩室６ａの最下流側に隣接することになり、ほう素の処理水への拡散をより抑えることが可能となる。

【0020】

第２のＥＤＩ２ｂに流入する被処理水、つまり第１のＥＤＩ２ａの第１の脱塩室６ａの出口水も、第２の脱塩室６ｂだけでなく第２の濃縮室７ｂと第２の電極室８ｂにも供給される。一方、第２のＥＤＩ２ｂの第２の濃縮室７ｂの出口水は回収され、第１のＥＤＩ２ａの上流側に戻される。これは、第２の濃縮室７ｂの出口水のほう素濃度が、戻り位置における被処理水のほう素濃度より低いためである。すなわち、第２の濃縮室７ｂの出口水のほう素濃度は第２の脱塩室６ｂの出口水のほう素濃度と比べれば高いが、第２のＥＤＩ２ｂに流入する被処理水のほう素濃度がすでに十分低下しているため、第２の濃縮室７ｂの出口水は十分に清浄である。従って、第２の濃縮室７ｂの出口水を再利用することで、ほう素の除去効率への影響を抑えながら処理水の回収率を高めることができる。第２の濃縮室７ｂの出口水は第１のＥＤＩ２ａとその前段のＥＤＩの間に戻されるが、第１のＥＤＩ２ａの上流側のいずれかのＥＤＩの入口側または逆浸透膜装置４ａもしくは４ｂの前段に戻すこともできる。換言すれば、第２の濃縮室７ｂの出口水は、第２の濃縮室７ｂの出口水よりほう素濃度が高い任意の位置に戻すことができる。

【0021】

第２のＥＤＩ２ｂに流入する被処理水のほう素濃度が十分に低い理由の一つが第１のＥＤＩ２ａの構成にある。前述のように、第１のＥＤＩ２ａの陽極側小脱塩室６１にはアニオン交換体Ａが単床で充填されている。一般にアニオン交換体Ａはカチオン交換体Ｋより電気抵抗が高い。このため、アニオン交換体Ａとカチオン交換体Ｋの混床、あるいは単床充填されたアニオン交換体Ａと単床充填されたカチオン交換体Ｋとが積層された構成の場合、電流がカチオン交換体Ｋに優先的に流れ、アニオン交換体Ａの除去効率が低下する。これに対し、本実施形態では第１のＥＤＩ２ａの陽極側小脱塩室６１にアニオン交換体Ａだけが充填されているため、電流の偏流が生じない（１００％の電流がアニオン交換体Ａに流れる）。従って、アニオン交換体Ａの除去効率が低下しない。

【0022】

被処理水の流れは図２の逆でもよく、陰極側小脱塩室６２のアニオン交換体Ａ、陰極側小脱塩室６２のカチオン交換体Ｋ、陽極側小脱塩室６１のアニオン交換体Ａの順に流してもよい。この場合も、陽極側小脱塩室６１にアニオン交換体Ａが単床で充填され、しかも脱塩室６の、被処理水の流れる方向に沿った最下流側にアニオン交換体Ａが単床で充填されているため、図２に示す構成と同様の効果が得られる。

【0023】

（第２の実施形態）
第２の実施形態は第２のＥＤＩ２ｂの脱塩室６の構成だけが異なり、その他は第１の実施形態と同じである。具体的には、図４に示すように、第２のＥＤＩ２ｂの陽極側小脱塩室６１（第２の陽極側小脱塩室６１ｂ）にはアニオン交換体Ａが単床で充填されており、陰極側小脱塩室６２（第２の陰極側小脱塩室６２ｂ）にはカチオン交換体Ｋが単床で充填されている。第２の陽極側小脱塩室６１ｂと第２の陰極側小脱塩室６２ｂは直列に接続されており、第２の陰極側小脱塩室６２ｂが第２の陽極側小脱塩室６１ｂの上流側にある。このようなＥＤＩ２をＫ−Ａタイプと呼ぶことがある。被処理水は第２の陰極側小脱塩室６２ｂのカチオン交換体Ｋ、第２の陽極側小脱塩室６１ｂのアニオン交換体Ａの順で通過する。本実施形態でも、第１のＥＤＩ２ａに供給される被処理水は第１の脱塩室６ａと第１の濃縮室７ａと第１の電極室８ａとに供給され、第１の濃縮室７ａと第１の電極室８ａの出口水は系外に放出され、第１の脱塩室６ａの出口水は第２のＥＤＩ２ｂの第２の脱塩室６ｂと第２の濃縮室７ｂと第２の電極室８ｂとに供給される。第２のＥＤＩ２ｂの第２の脱塩室６ｂの出口水は処理水となり、第２の濃縮室７ｂの出口水は第１のＥＤＩ２ａの上流側に戻され、第２の電極室８ｂの出口水は系外に放出される。本実施形態でも、第２の陽極側小脱塩室６１ｂにアニオン交換体Ａが単床で充填され、かつ被処理水の流れる方向に沿った最下流側にアニオン交換体Ａが単床で充填されている。また、最下流のアニオン交換体Aに通水される被処理水の向きと、隣接する濃縮室７の濃縮水の通水の向きを互いに逆向きにしている。このため第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【0024】

（第３の実施形態）
図５に第３の実施形態の水処理装置１０１の概略構成を示す。第３の実施形態の水処理装置１０１は、第１のＥＤＩ２ａの第１の濃縮室７ａの出口水を処理し、第１のＥＤＩ２ａの上流側に戻す脱塩装置１１を有している点を除き、第１及び第２の実施形態と同じである。脱塩装置１１としては、ＥＤＩ、イオン交換樹脂塔やカートリッジ型のイオン交換樹脂装置などを用いることができる。第１のＥＤＩ２ａの第１の濃縮室７ａの出口水が再利用されるため、水処理装置全体の処理水の回収率がさらに改善される。脱塩装置１１で処理した出口水の戻り位置は、第２の濃縮室７ｂの出口水の戻り位置と同じでもいいし、第２の濃縮室７ｂの出口水の戻り位置の上流側または下流側であってもよい。また、第２のＥＤＩ２ｂの構成は前述したＡ−ＫＡタイプとＫ−Ａタイプのいずれでもよい。

【0025】

（実施例）
実施例１では第１の実施形態の水処理装置１に被処理水を供給した。ＥＤＩの総数は２つであり、脱塩室は第１のＥＤＩ２ａ、第２のＥＤＩ２ｂとも図２に示すＡ−ＫＡタイプとした。２段ＲＯ透過水の導電率は３μＳ／ｃｍ，炭酸濃度は３ｍｇ／Ｌ、ほう素濃度は２５μｇ／Ｌであり、ＥＤＩの運転電流は第１のＥＤＩ２ａ、第２のＥＤＩ２ｂとも２．５Ａとした。脱塩室と濃縮室と電極室のセルのイオン交換樹脂が充填される部分の形状はいずれも２８０ｍｍ×１６０ｍｍ×８ｍｍとした。表１に結果を示す。表中の点Ａ〜Ｇは図１に示されている。表中の水回収率は、第１のＥＤＩ２ａに供給される被処理水の流量をＲｉｎ、第２のＥＤＩ２ｂの第２の脱塩室６ｂの出口水の流量をＲｏｕｔ、一対の第２の濃縮室７ｂから第１のＥＤＩ２ａの上流側に戻される出口水の流量をＲｒｅｔとするとき、Ｒｏｕｔ／（Ｒｉｎ−Ｒｒｅｔ）で求められる（点Ａ，Ｅ，Ｆの流量をそれぞれＦ_Ａ，Ｆ_Ｅ，Ｆ_ＦとするとＦ_Ｅ／（Ｆ_Ａ−Ｆ_Ｆ）である）。第１のＥＤＩ２ａの濃縮室出口水（Ｃ点）のほう素濃度は約３００μｇ／Ｌ、第２のＥＤＩ２ｂの濃縮室出口水（Ｆ点）のほう素濃度は約３μｇ／Ｌであった。水処理装置全体のほう素除去率は９９．９７％であり、水回収率は８９％以上であった。

【0026】

【表1】

【0027】

実施例２は、第２のＥＤＩ２ｂの脱塩室が図４に示すＫ−Ａタイプであることを除き、実施例１と同じである。第１のＥＤＩ２ａの濃縮室出口水（Ｃ点）のほう素濃度は約３００μｇ／Ｌ、第２のＥＤＩ２ｂの濃縮室出口水（Ｆ点）のほう素濃度は約３μｇ／Ｌであった。水処理装置全体のほう素除去率は９９．９８％であり、水回収率は８９％以上であった。処理水のほう素濃度は実施例１の約２／３であった。水回収率は、第１のＥＤＩ２ａの濃縮室の流量などを調整することで、８５％以上、９５％の範囲で調整可能である。脱塩室と濃縮室と電極室の流量は、これらの入口に弁を設けることで調整することができる。また、表３に示すように、実施例１，２とも、第２のＥＤＩ２ｂの消費電力が第１のＥＤＩ２ａの消費電力より小さかった。

【0028】

【表2】

【0029】

【表3】

【0030】

表４には比較例として、混床式の一般的なＥＤＩで得られた結果を示す。濃縮水出口水のほう素濃度は約３００μｇ／Ｌであり、実施例１，２と同等であった。ほう素除去率は８５．２％であった。このＥＤＩを実施例１，２と同様に２段直列で連結して水処理装置を構築することを想定してみる。ほう素濃度が低くなるとほう素の除去が困難となるため、第２のＥＤＩ２ｂのほう素除去率は第１のＥＤＩ２ａより低くなることが予想される。仮に、第１のＥＤＩ２ａと第２のＥＤＩ２ｂで同等のほう素除去率（８５．２％）を達成できたとしても、処理水のほう素濃度は５５０ｎｇ／Ｌ、水処理装置全体のほう素除去率は９７．８％程度と考えられ、実施例１，２と比較して低い値になる。

【0031】

【表4】

【0032】

実施例２の第２のＥＤＩ２ｂ(ほう素除去率９８．１％)を比較例のＥＤＩの後段に用いて水処理装置を構築した場合も、処理水のほう素濃度は７０ｎｇ／Ｌ、水処理装置全体のほう素除去率は９９．７％程度になると考えられ、実施例と比較して低い値になる。実施例１の第１のＥＤＩ２ａ(ほう素除去率９９．０％)を比較例のＥＤＩの後段に用いて水処理装置を構築した場合も、処理水のほう素濃度は３７ｎｇ／Ｌ、水処理装置全体のほう素除去率は９９．９％程度になると考えられ、実施例と比較して低い値になる。

【0033】

さらに、第１のＥＤＩ２ａとして比較例のＥＤＩを用いて、第２のＥＤＩ２ｂの水回収率を、実施例と同様に設定して運転を行うと、第２のＥＤＩ２ｂの濃縮水には、第１のＥＤＩ２ａの処理水の約１１倍の濃度のほう素が含まれることになる。比較例の結果より算出すると、第２のＥＤＩ２ｂの濃縮水のほう素濃度は３７００×１１＝４０７００ｎｇ／Ｌ＝４０．７μｇ／Ｌとなり、供給水のほう素濃度２５μｇ／Ｌの１．６倍程度高い値になる。そのため、比較例のＥＤＩを第１のＥＤＩ２ａに採用した水処理装置では、第２のＥＤＩ２ｂの濃縮水を再利用することが困難である。水処理装置全体の処理水の回収率は８２％になり、実施例よりも低くなる。

【符号の説明】

【0034】

１ 水処理装置
２ 電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）
２ａ 第１のＥＤＩ
２ｂ 第２のＥＤＩ
３ ＥＤＩセット
４ａ，４ｂ逆浸透膜装置
５ 脱炭酸用薬注設備
６ 脱塩室
６ａ 第１の脱塩室
６ｂ 第２の脱塩室
６１ 陽極側小脱塩室
６２ 陰極側小脱塩室
７ 濃縮室
７ａ 第１の濃縮室
７ｂ 第２の濃縮室
８ 電極室
８ａ 第１の電極室
８ｂ 第２の電極室
９ 陽極室
１０ 陰極室
ａ アニオン交換膜
ｋ カチオン交換膜
ｍ 中間膜
Ａ アニオン交換体
Ｋ カチオン交換体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】