特許 6873735 電気式脱イオン水製造装置とこれを用いた水処理装置及び水処理方法

(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】6873735

(24)【登録日】2021年4月23日

(45)【発行日】2021年5月19日

(54)【発明の名称】電気式脱イオン水製造装置とこれを用いた水処理装置及び水処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/469 20060101AFI20210510BHJP

   B01D 61/48 20060101ALI20210510BHJP

   B01D 61/46 20060101ALI20210510BHJP

   B01D 61/54 20060101ALI20210510BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/469

   B01D61/48

   B01D61/46 500

   B01D61/54

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-31281(P2017-31281)

(22)【出願日】2017年2月22日

(65)【公開番号】特開2018-134599(P2018-134599A)

(43)【公開日】2018年8月30日

【審査請求日】2019年10月16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】柴崎 賢治

(72)【発明者】

【氏名】日高 真生

(72)【発明者】

【氏名】合庭 健太

【審査官】 目代 博茂

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１５２２２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−１０４９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１６０５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１６３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５３０１９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ１／４４−１／４８

Ｂ０１Ｄ６１／００−７１／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向する陽極室及び陰極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に位置し、前記陽極室側のアニオン交換膜と前記陰極室側のカチオン交換膜とで仕切られ、被処理水が流通する脱塩室と、
前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜を介してそれぞれ前記脱塩室に隣接する一対の濃縮室と、を有し、
前記脱塩室には、アニオン交換体が充填された少なくとも一つのアニオン交換体充填部と、カチオン交換体が充填された少なくとも一つのカチオン交換体充填部とが、前記被処理水の流通経路に沿って交互に配置され、
前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜は可撓性を有し、
前記アニオン交換体充填部の総容積をＶａ、
前記カチオン交換体充填部の総容積をＶｋ、
前記脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記アニオン交換体充填部の容積をＶａ０、
前記脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記カチオン交換体充填部の容積をＶｋ０、
アニオン交換体充填率ＲａをＶａ／Ｖａ０、
カチオン交換体充填率ＲｋをＶｋ／Ｖｋ０とするとき、
Ｒｋ≧１．２０且つ１．０５≧Ｒａ≧１である、電気式脱イオン水製造装置。

【請求項2】

前記アニオン交換体の総充填高さをＨａ、
前記カチオン交換体の総充填高さをＨｋ、
前記脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜の間隔をＷ、
前記脱塩室の奥行きをＳとしたときに、
前記アニオン交換体充填率ＲａはＶａ／（Ｈａ×Ｓ×Ｗ）、
前記カチオン交換体充填率ＲｋはＶｋ／（Ｈｋ×Ｓ×Ｗ）である、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。

【請求項3】

互いに対向する陽極室及び陰極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に位置し、前記陽極室側のアニオン交換膜と前記陰極室側のカチオン交換膜とで仕切られ、被処理水が流通する脱塩室と、
前記アニオン交換膜及び前記カチオン交換膜を介してそれぞれ前記脱塩室に隣接する一対の濃縮室と、を有し、
前記脱塩室は、前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜との間に位置する中間イオン交換膜と、前記アニオン交換膜と前記中間イオン交換膜とによって仕切られた第１の小脱塩室と、前記カチオン交換膜と前記中間イオン交換膜とによって仕切られ、前記第１の小脱塩室と直列に接続された第２の小脱塩室と、を有し、
前記第１の小脱塩室と前記第２の小脱塩室に少なくとも一方には、アニオン交換体が充填された少なくとも一つのアニオン交換体充填部と、カチオン交換体が充填された少なくとも一つのカチオン交換体充填部とが、前記被処理水の流通経路に沿って互いに独立して配置され、
前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜は可撓性を有し、
前記少なくとも一つのアニオン交換体充填部と、前記少なくとも一つのカチオン交換体充填部とが配置された小脱塩室（ただし、前記少なくとも一つのアニオン交換体充填部と、前記少なくとも一つのカチオン交換体充填部とが配置された小脱塩室が複数個ある場合は、それぞれの小脱塩室）において、
前記アニオン交換体充填部の総容積をＶａ、
前記カチオン交換体充填部の総容積をＶｋ、
前記小脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記アニオン交換体充填部の容積をＶａ０、
前記小脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記カチオン交換体充填部の容積をＶｋ０、
アニオン交換体充填率ＲａをＶａ／Ｖａ０、
カチオン交換体充填率ＲｋをＶｋ／Ｖｋ０とするとき、
Ｒｋ≧１．２０且つ１．０５≧Ｒａ≧１である、電気式脱イオン水製造装置。

【請求項4】

前記少なくとも一つのアニオン交換体充填部と、前記少なくとも一つのカチオン交換体充填部とが配置された小脱塩室において、
前記アニオン交換体の総充填高さをＨａ、
前記カチオン交換体の総充填高さをＨｋ、
前記小脱塩室に前記アニオン交換体と前記カチオン交換体が充填されていないときの前記アニオン交換膜と前記カチオン交換膜の間隔をＷ、
前記小脱塩室の奥行きをＳとしたときに、
前記アニオン交換体充填率ＲａはＶａ／（Ｈａ×Ｓ×Ｗ）、
前記カチオン交換体充填率ＲｋはＶｋ／（Ｈｋ×Ｓ×Ｗ）である、請求項３に記載の電気式脱イオン水製造装置。

【請求項5】

前記アニオン交換体充填部の前記陰極側にアニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせた第１のバイポーラ膜が設けられ、前記第１のバイポーラ膜の前記アニオン交換膜が前記アニオン交換体と接している、請求項１から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】

前記カチオン交換体充填部の前記陽極側にアニオン交換膜とカチオン交換膜とを貼り合わせた第２のバイポーラ膜が設けられ、前記第２のバイポーラ膜の前記カチオン交換膜が前記カチオン交換体と接している、請求項５に記載の電気式脱イオン水製造装置。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置と、
前記電気式脱イオン水製造装置の上流側に設けられ、前記電気式脱イオン水製造装置に供給される被処理水を加熱する加熱手段と、を有する、水処理装置。

【請求項8】

請求項１から６のいずれか１項に記載の電気式脱イオン水製造装置を用いた水処理方法であって、被処理水を８０℃以上に加熱する工程と、８０℃以上に加熱された前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置に供給して、前記電気式脱イオン水製造装置で処理する工程と、を有する、水処理方法。

【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とこれを用いた水処理装置及び水処理方法に関し、特にアニオン交換体とカチオン交換体の脱塩室への充填に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、イオン交換体のイオン交換基の薬剤による再生が不要な電気式脱イオン水製造装置（以下、ＥＤＩともいう）が開発され、実用化されている。ＥＤＩは、互いに対向する陰極室及び陽極室と、陰極室と陽極室との間に位置する脱塩室と、脱塩室に隣接する一対の濃縮室と、を有する。脱塩室は、陽極室側をアニオン交換膜によって、陰極室側をカチオン交換膜によって仕切られている。特許文献１には、脱塩室が、アニオン交換体が充填されたアニオン交換体充填部と、カチオン交換体が充填されたカチオン交換体充填部とに区画された混床式のＥＤＩが開示されている。被処理水はアニオン交換体充填部とカチオン交換体充填部でアニオン成分とカチオン成分を除去されて、脱イオン水となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５７１９８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

脱イオン水の用途によっては、アニオン成分よりカチオン成分を優先的に除去することが望まれることがある。このような場合、アニオン交換体充填部とカチオン交換体充填部の体積比（樹脂の充填比率）を変更することが一般的である。例えば、アニオン交換体充填部とカチオン交換体充填部の体積比が５：５であるＥＤＩにおいて、その比率を４：６に変更することでカチオン成分をより効率的に除去することができる。しかし、この場合、アニオン成分の除去効率が低下する。

【0005】

そこで、本発明はアニオン成分の除去効率を低下させることなく、カチオン成分の除去効率を高めることができる電気式脱イオン水製造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】

【0006】

本発明の電気式脱イオン水製造装置は、互いに対向する陽極室及び陰極室と、陽極室と陰極室との間に位置し、陽極室側のアニオン交換膜と陰極室側のカチオン交換膜とで仕切られ、被処理水が流通する脱塩室と、アニオン交換膜及びカチオン交換膜を介してそれぞれ脱塩室に隣接する一対の濃縮室と、を有している。脱塩室には、アニオン交換体が充填された少なくとも一つのアニオン交換体充填部と、カチオン交換体が充填された少なくとも一つのカチオン交換体充填部とが、被処理水の流通経路に沿って交互に配置されている。アニオン交換膜とカチオン交換膜は可撓性を有している。アニオン交換体充填部の総容積をＶａ、カチオン交換体充填部の総容積をＶｋ、脱塩室にアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときのアニオン交換体充填部の容積をＶａ０、脱塩室にアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときのカチオン交換体充填部の容積をＶｋ０、アニオン交換体充填率ＲａをＶａ／Ｖａ０、カチオン交換体充填率ＲｋをＶｋ／Ｖｋ０とするとき、Ｒｋ≧１．２０且つ１．０５≧Ｒａ≧１である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、カチオン交換体充填率Ｒｋはアニオン交換体充填率Ｒａよりも大きくされている（Ｒｋ＞Ｒａ）ため、カチオン成分の除去効率を高めることができる。また、アニオン交換体充填部に充填されるアニオン交換体の容積は、脱塩室にアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときのアニオン交換体充填部の容積と同じか、それより大きくなっている（Ｒａ≧１）。従って、アニオン成分の除去効率の低下が抑制される。よって、本発明によれば、アニオン成分の除去効率を低下させることなく、カチオン成分の除去効率を高めることができる電気式脱イオン水製造装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るＥＤＩの概略構成図である。

【図2】図１に示す脱塩室の拡大斜視図である。

【図3】本発明の第２の実施形態に係るＥＤＩの概略構成図である。

【図4】本発明の第３の実施形態に係るＥＤＩの概略構成図である。

【図5】図４に示す脱塩室の拡大斜視図である。

【図6】本発明の第４の実施形態に係るＥＤＩの概略構成図である。

【図7】本発明の第５の実施形態に係るＥＤＩの概略構成図である。

【図8】被処理水の温度と処理水の比抵抗及びＮａイオン濃度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明のＥＤＩの第１の実施形態について説明する。

【0010】

図１は、本発明の第１の実施形態に係るＥＤＩ４の概略構成図である。ＥＤＩ４は、互いに対向する陽極室Ｅ１及び陰極室Ｅ２と、陽極室Ｅ１と陰極室Ｅ２との間に位置し、陽極室Ｅ１側の第１のアニオン交換膜ａ１と陰極室Ｅ２側の第１のカチオン交換膜ｋ１とで仕切られ、アニオン交換体とカチオン交換体が充填された脱塩室Ｄと、第１のカチオン交換膜ｋ１及び第１のアニオン交換膜ａ１を介してそれぞれ脱塩室Ｄに隣接する一対の濃縮室Ｃ１，Ｃ２と、を有している。以下、第１のアニオン交換膜ａ１を介して脱塩室Ｄに隣接する陽極室Ｅ１側の濃縮室を第１の濃縮室Ｃ１といい、第１のカチオン交換膜ｋ１を介して脱塩室Ｄに隣接する陰極室Ｅ２側の濃縮室を第２の濃縮室Ｃ２という。陽極室Ｅ１と第１の濃縮室Ｃ１は第２のカチオン交換膜ｋ２によって仕切られ、陰極室Ｅ２と第２の濃縮室Ｃ２は第２のアニオン交換膜ａ２によって仕切られている。陽極室Ｅ１及び陰極室Ｅ２には電極水が、第１及び第２の濃縮室Ｃ１，Ｃ２には濃縮水が、脱塩室Ｄには被処理水が流れる。これらの水はＥＤＩ４の内部を上下方向に流れる。脱塩室の数に制限はなく、２以上の脱塩室を設けることもできる。この場合、陽極室Ｅ１と陰極室Ｅ２との間に濃縮室と脱塩室が交互に配置され、複数の脱塩室が並列または直列に配置される。

【0011】

陽極室Ｅ１には陽極（図示せず）が、陰極室Ｅ２には陰極（図示せず）が収容されている。陽極と陰極はステンレスなどの金属の網状体あるいは板状体からなっている。陽極室Ｅ１と陰極室Ｅ２に供給される電極水は電極近傍での電気分解により、それぞれ水酸化物イオンと水素イオンを発生させる。ＥＤＩ４の電気抵抗を抑えるため、陽極室Ｅ１と陰極室Ｅ２にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。

【0012】

第１及び第２の濃縮室Ｃ１，Ｃ２を流れる濃縮水は、濃縮水供給管Ｌ３から供給される。脱塩室Ｄで除去されたイオン成分は第１及び第２の濃縮室Ｃ１，Ｃ２に移動し、濃縮水とともに濃縮水排水管Ｌ４からＥＤＩ４の外部に排出される。ＥＤＩ４の電気抵抗を抑えるために、第１及び第２の濃縮室Ｃ１，Ｃ２にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。ただし、本実施形態では、後述するように、脱塩室Ｄに従来よりも多くのカチオン交換体が充填され、この結果第１のカチオン交換膜ｋ１と第１のアニオン交換膜ａ１が面外に張り出す。第１及び第２の濃縮室Ｃ１，Ｃ２に充填されるイオン交換体の量は、第１のカチオン交換膜ｋ１と第１のアニオン交換膜ａ１が面外に張り出し、十分な量のカチオン交換体が充填できるように調整することが好ましい。

【0013】

被処理水は被処理水供給管Ｌ１を通って脱塩室Ｄに流入し、脱塩室Ｄでイオン成分（アニオン成分及びカチオン成分）を除去され、脱イオン水（処理水）として処理水排出管Ｌ２に排出される。被処理水から除去されたアニオン成分（Ｃｌ⁻、ＣＯ_３^２−、ＨＣＯ_３⁻、ＳｉＯ_２等）は第１のアニオン交換膜ａ１を通って第１の濃縮室Ｃ１に移動し、被処理水から除去されたカチオン成分（Ｎａ^＋、Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋等）は第１のカチオン交換膜ｋ１を通って第２の濃縮室Ｃ２に移動する。

【0014】

脱塩室Ｄはアニオン交換体が充填されたアニオン交換体充填部Ａと、カチオン交換体が充填されたカチオン交換体充填部Ｋとに区画されている。すなわち、脱塩室には、アニオン交換体が充填された少なくとも一つのアニオン交換体充填部Ａと、カチオン交換体が充填された少なくとも一つのカチオン交換体充填部Ｋとが、処理水の流通経路に沿って交互に配置されている。アニオン交換体とカチオン交換体はそれぞれ粒状のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂からなっているが、イオン交換作用を奏する限り、イオン交換繊維、モノリス状有機多孔質イオン交換体などの他のイオン交換体を用いることもできる。アニオン交換体充填部Ａとカチオン交換体充填部Ｋの数は限定されないが、少なくとも一つのアニオン交換体充填部Ａと、少なくとも一つのカチオン交換体充填部Ｋとが、脱塩室Ｄに上下方向に一列にかつ交互に配置されていればよい。本実施形態では、第１のアニオン交換体充填部Ａ１と、第１のカチオン交換体充填部Ｋ１と、第２のアニオン交換体充填部Ａ２とがこの順で設けられ、被処理水は第１のアニオン交換体充填部Ａ１、第１のカチオン交換体充填部Ｋ１、第２のアニオン交換体充填部Ａ２の順に通過する。図示は省略するが、第１のアニオン交換体充填部Ａ１の上流側に別のカチオン交換体充填部を設けることもできる（被処理水はカチオン交換体、アニオン交換体、カチオン交換体、アニオン交換体の順に流れる）。アニオン交換体充填部Ａ１、Ａ２とカチオン交換体充填部Ｋとの間に物理的な障壁はなく、これらの充填部はアニオン交換体とカチオン交換体をそれぞれ単独で充填することで形成される（いわゆる複床形態）。

【0015】

アニオン交換膜とカチオン交換膜は薄い膜であるため、面外方向、すなわち陽極側及び陰極側に可撓性を有している。本実施形態ではカチオン交換体の充填量を増やしており、この結果第１のアニオン交換膜ａ１と第１のカチオン交換膜ｋ１は面外方向、すなわち隣接する濃縮室Ｃ１，Ｃ２側に張り出す。具体的には第１のアニオン交換膜ａ１は第１の濃縮室Ｃ１側に張り出し、第１のカチオン交換膜ｋ１は第２の濃縮室Ｃ２側に張り出す。

【0016】

ここで、アニオン交換体とカチオン交換体の充填率を以下のように定義する。図２は脱塩室Ｄの概略斜視図であり、図２（ａ）はアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときの、図２（ｂ）はアニオン交換体とカチオン交換体が充填されているときの脱塩室Ｄと第１のアニオン交換膜ａ１及び第１のカチオン交換膜ｋ１を示している。図２（ａ）に示すように、アニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときは、第１のアニオン交換膜ａ１と第１のカチオン交換膜ｋ１は面外方向に変形しておらず、陽極室Ｅ１の中心と陰極室Ｅ２の中心を結ぶ直線に対して概ね直交する平面内にある。図２（ｂ）に示すように、アニオン交換体とカチオン交換体が充填されているときは、第１のアニオン交換膜ａ１と第１のカチオン交換膜ｋ１は面外方向に張り出している。

【0017】

図２（ｂ）において符号を以下のように定義する。
Ｖａ：アニオン交換体充填部Ａの総容積
Ｖａ１：第１のアニオン交換体充填部Ａ１の容積
Ｖａ２：第２のアニオン交換体充填部Ａ２の容積
Ｖｋ：カチオン交換体充填部Ｋの総容積
Ｖｋ１：第１のカチオン交換体充填部Ｋ１の容積
Ｈａ：アニオン交換体の総充填高さ
Ｈｋ：カチオン交換体の総充填高さ
Ｗ：脱塩室Ｄにアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときの第１のアニオン交換膜ａ１と第１のカチオン交換膜ｋ１の間隔
Ｓ 脱塩室Ｄの奥行き
総容積は、複数のアニオン交換体充填部または複数のカチオン交換体充填部がある場合に、複数のアニオン交換体充填部の容積の合計、あるいは複数のカチオン交換体充填部の容積の合計を意味する。従って、図２（ｂ）の場合、Ｖａ＝Ｖａ１＋Ｖａ２、Ｖｋ＝Ｖｋ１である。総充填高さは、複数のアニオン交換体充填部または複数のカチオン交換体充填部がある場合に、複数のアニオン交換体充填部の高さの合計、あるいは複数のカチオン交換体充填部の高さの合計を意味する。従って、図２（ｂ）の場合、Ｈａ＝Ｈａ１＋Ｈａ２、Ｈｋ＝Ｈｋ１である。なお、高さは被処理水の流れる方向と平行な方向に定義される。

【0018】

図２（ａ）において、アニオン交換体充填部Ａの容積をＶａ０、カチオン交換体充填部Ｋの容積をＶｋ０とする。Ｖａ０は、図２（ｂ）におけるアニオン交換体充填部Ａの、アニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときの容積であり、Ｖｋ０は、図２（ｂ）におけるカチオン交換体充填部Ｋの、アニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときの容積である。第１のアニオン交換体充填部Ａ１のアニオン交換体が充填されていないときの容積をＶａ０１、第２のアニオン交換体充填部Ａ２のアニオン交換体が充填されていないときの容積をＶａ０２、第１のカチオン交換体充填部Ｋ１のアニオン交換体が充填されていないときの容積をＶｋ０１とすると、Ｖａ０＝Ｖａ０１＋Ｖａ０２、Ｖｋ＝Ｖｋ０１である。アニオン交換体の総充填高さＨａとカチオン交換体の総充填高さＨｋは、図２（ａ）と（ｂ）で同じであるため、Ｖａ０＝Ｈａ×Ｓ×Ｗ、Ｖｋ０＝Ｈｋ×Ｓ×Ｗとなる。脱塩室Ｄの奥行きＳは、陽極室Ｅ１の中心と陰極室Ｅ２の中心を結ぶ直線と、被処理水の流れる方向の両者と直交する方向に定義され、アニオン交換体とカチオン交換体が充填されているか否かに拘らず一定である。

【0019】

以上より、アニオン交換体充填率Ｒａとカチオン交換体充填率Ｒｋは以下のように定義される。
アニオン交換体充填率Ｒａ＝Ｖａ／Ｖａ０＝Ｖａ／（Ｈａ×Ｓ×Ｗ）
カチオン交換体充填率Ｒｋ＝Ｖｋ／Ｖｋ０＝Ｖｋ／（Ｈｋ×Ｓ×Ｗ）
本実施形態ではＶｋ＞Ｖｋ０、かつＶａ＞Ｖａ０であるが、ＶａについてはＶａ＝Ｖａ０であってもよい。

【0020】

さらに、本実施形態ではＲｋ＞Ｒａが成り立つ。Ｖａ≧Ｖａ０であることから、結局Ｒｋ＞Ｒａ≧１が成り立つ。このようにカチオン交換体とアニオン交換体を充填することで、カチオン成分をより効率的に除去することができる。アニオン交換体についても一定の充填量が確保されるため、アニオン成分を除去する能力が低下することもない。た、ＲｋとＲａは共に１以上であることが好ましく、これによってイオン交換体とイオン交換膜の密着性が確保され、イオンを効率よく濃縮室に移送することができる。なお、上述の定義から明らかなとおり、Ｒｋ＞Ｒａはカチオン交換体の充填量がアニオン交換体の充填量より多いこと（Ｖｋ＞Ｖａ）を意味しない。換言すれば、Ｒｋ＞Ｒａはカチオン交換体充填部Ｋの幅方向寸法の平均値が、アニオン交換体充填部Ａの幅方向寸法の平均値より大きいことを意味する。

【0021】

ＥＤＩ４の上流側には被処理水から塩類などの不純物を除去する逆浸透膜（ＲＯ）装置２と、ＲＯ透過水を加熱する加熱手段３とが設けられている。加熱手段３は特に限定されず、ヒータ、熱交換器などであってよい。加熱手段３は例えば被処理水の熱水殺菌のために用いられる。ＲＯ装置２と加熱手段３は、ＥＤＩ４とともに水処理装置１の一部を構成する。後述するように、本発明によれば、被処理水を４０℃以上に加熱してもカチオン成分の除去効率の低下を抑制することができる。従って、本発明の水処理方法は、被処理水を４０℃以上に加熱する工程と、４０℃以上に加熱された被処理水をＥＤＩ４に供給して、被処理水をＥＤＩ４で処理する工程と、を有する。

【0022】

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係るＥＤＩ４の概略構成図である。第２の実施形態はアニオン交換体充填部Ａに第１のバイポーラ膜ＢＰ１が、カチオン交換体充填部Ｋに第２のバイポーラ膜ＢＰ２が設けられている点を除き、第１の実施形態と同じである。具体的には、アニオン交換体充填部Ａの陰極側に第１のバイポーラ膜ＢＰ１が、カチオン交換体充填部Ｋの陽極側に第２のバイポーラ膜ＢＰ２が設けられている。第１及び第２のバイポーラ膜ＢＰ１，ＢＰ２はアニオン交換膜ＢＰａとカチオン交換膜ＢＰｋとを貼り合わせることで形成される。第１のバイポーラ膜ＢＰ１のアニオン交換膜ＢＰａはアニオン交換体と接しており、第２のバイポーラ膜ＢＰ２のカチオン交換膜ＢＰｋはカチオン交換体と接している。バイポーラ膜は水分解反応を促進し電流をより流しやすくする作用がある。第１及び第２のバイポーラ膜ＢＰ１，ＢＰ２を設けることで、アニオン成分とカチオン成分の除去効率が高められる。

【0023】

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係るＥＤＩ４の概略構成図である。図５は脱塩室Ｄの概略斜視図であり、図５（ａ）はアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときの、図５（ｂ）はアニオン交換体とカチオン交換体が充填されたときの脱塩室Ｄとアニオン交換膜及びカチオン交換膜を示している。第３の実施形態は脱塩室Ｄが２つの小脱塩室Ｄ１、Ｄ２に分割されている点を除き、第１の実施形態と同じである。具体的には、脱塩室Ｄは、第１のアニオン交換膜ａ１と第１のカチオン交換膜ｋ１との間に位置する中間イオン交換膜ｘと、第１のアニオン交換膜ａ１と中間イオン交換膜ｘとによって仕切られた第１の小脱塩室Ｄ１と、第１のカチオン交換膜ｋ１と中間イオン交換膜ｘとによって仕切られた第２の小脱塩室Ｄ２と、を有している。中間イオン交換膜ｘ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の両方を備えた複合膜のいずれであってもよい。第１の小脱塩室Ｄ１と第２の小脱塩室Ｄ２は接続流路Ｌ５で直列接続されており、被処理水は第１の小脱塩室Ｄ１から第２の小脱塩室Ｄ２に流れる。

【0024】

このように脱塩室Ｄが２つの小脱塩室に区画された構成は、被処理水の多段処理が可能であり、脱イオン性能の向上に効果的である。しかも第１の小脱塩室Ｄ１と第２の小脱塩室Ｄ２との間に濃縮室を設ける必要がないため、陽極・陰極間の印加電圧が抑えられ、消費電力が下がり、運転費の低減を図ることが可能である。

【0025】

脱塩室Ｄには、少なくとも一つのアニオン交換体充填部Ａと少なくとも一つのカチオン交換体充填部Ｋとが、被処理水の流通経路に沿って交互に配置されている。本実施形態では、第１の小脱塩室Ｄ１にアニオン交換体が充填され、第２の小脱塩室Ｄ２には被処理水の流れ方向に関して上流側にカチオン交換体が、下流側にアニオン交換体が充填されている。従って、被処理水は第１のアニオン交換体充填部Ａ１、第２のカチオン交換体充填部Ｋ２、第２のアニオン交換体充填部Ａ２の順に通過する。第１の小脱塩室Ｄ１の上流側にアニオン交換体を、下流側にカチオン交換体を充填し、第２の小脱塩室Ｄ２にはアニオン交換体を充填し、第１の小脱塩室Ｄ１から第２の小脱塩室Ｄ２に被処理水が流れるようにすることもできる。

【0026】

本実施形態においては、少なくとも一つのアニオン交換体充填部Ａと少なくとも一つのカチオン交換体充填部Ｋが配置されている小脱塩室毎にＲｋ＞Ｒａ≧１が成り立つ。すなわち、本実施形態では第１の小脱塩室Ｄ１にはアニオン交換体だけが充填され、第２の小脱塩室Ｄ２にはカチオン交換体とアニオン交換体が充填されているため、第２の小脱塩室Ｄ２でＲｋ＞Ｒａ≧１が成り立つ。図５（ｂ）において符号を以下のように定義する。
Ｖａ１：第１のアニオン交換体充填部Ａ１の容積
Ｖａ２：第２のアニオン交換体充填部Ａ２の容積
Ｖｋ１：第１のカチオン交換体充填部Ｋ１の容積（本実施形態ではＶｋ１＝０である）
Ｖｋ２：第２のカチオン交換体充填部Ｋ２の容積
Ｈａ１：第１の小脱塩室Ｄ１に充填されたアニオン交換体の総充填高さ
Ｈｋ１：第１の小脱塩室Ｄ１に充填されたカチオン交換体の総充填高さ（本実施形態ではＨｋ１＝０である）
Ｈａ２：第２の小脱塩室Ｄ２に充填されたアニオン交換体の総充填高さ
Ｈｋ２：第２の小脱塩室Ｄ２に充填されたカチオン交換体の総充填高さ
Ｗ１：脱塩室Ｄにアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときの第１のアニオン交換膜ａ１と中間イオン交換膜ｘとの間隔
Ｗ２：脱塩室Ｄにアニオン交換体とカチオン交換体が充填されていないときの中間イオン交換膜ｘと第１のカチオン交換膜ｋ１との間隔
Ｓ：脱塩室Ｄの奥行き
ここで、第２の小脱塩室Ｄ２について考えると、
Ｖａ０＝Ｈａ２×Ｓ×Ｗ２
Ｖｋ０＝Ｈｋ２×Ｓ×Ｗ２
であり、
アニオン交換体充填率Ｒａ＝Ｖａ２／（Ｈａ２×Ｓ×Ｗ２）
カチオン交換体充填率Ｒｋ＝Ｖｋ２／（Ｈｋ２×Ｓ×Ｗ２）となる。

【0027】

第１の小脱塩室Ｄ１にカチオン交換体とアニオン交換体が充填されている場合も同様である。第１の小脱塩室Ｄ１と第２の小脱塩室Ｄ２のそれぞれにカチオン交換体とアニオン交換体が充填されている場合は、第１の小脱塩室Ｄ１と第２の小脱塩室Ｄ２のそれぞれについてＲｋ＞Ｒａ≧１が成り立つ。

【0028】

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係るＥＤＩ４の概略構成図である。第４の実施形態はアニオン交換体充填部Ａに第１のバイポーラ膜ＢＰ１が設けられる点を除き、第３の実施形態と同じである。具体的には、アニオン交換体充填部Ａの陰極側に第１のバイポーラ膜ＢＰ１が設けられ、第１のバイポーラ膜ＢＰ１のアニオン交換膜ＢＰａがアニオン交換体と接している。一般にアニオン交換体はカチオン交換体より電気抵抗が高く、電流が流れにくい。このため電流がカチオン交換体に流れやすくなり、この偏流の影響によりアニオン成分の除去効率が低下する可能性がある。バイポーラ膜はアニオン交換膜とカチオン交換膜の接合面における水の解離反応を促進するため、電流をより流しやすくする作用がある。このため、アニオン交換体充填部Ａに第１のバイポーラ膜ＢＰ１を設けることで偏流が改善される。

【0029】

（第５の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係るＥＤＩ４の概略構成図である。第５の実施形態はカチオン交換体充填部Ｋに第２のバイポーラ膜ＢＰ２が設けられる点を除き、第４の実施形態と同じである。具体的には、カチオン交換体充填部Ｋの陽極側に第２のバイポーラ膜ＢＰ２が設けられ、第２のバイポーラ膜ＢＰ２のカチオン交換膜ＢＰｋがカチオン交換体と接している。第４の実施形態によって偏流が改善されるが、カチオン交換体充填部Ｋに流れる電流が減少する。このため、カチオン交換体充填部Ｋに第２のバイポーラ膜ＢＰ２を設け、カチオン交換体充填部Ｋに流れる電流を増加させることができる。

【0030】

（実施例）
次にいくつかの実施例について述べる。各実施例と各比較例では１段の逆浸透膜（ＲＯ膜）で処理した水をＥＤＩに供給した。表１の左欄に示す各脱塩室の構成に対応した実施例と比較例は、アニオン交換体充填率Ｒａとカチオン交換体充填率Ｒｋのみが異なる。処理水の比抵抗は大きいほどイオン成分が除去されていることを示し、Ｎａイオン量はカチオンイオンの代表例であるＮａイオンの処理水における濃度を示している。

【0031】

【表1】

【0032】

実施例１は図６に示すＥＤＩにおいてアニオン交換体充填率Ｒａ＝１．０５、カチオン交換体充填率Ｒｋ＝１．２０としたものである。比較例１は図６に示すＥＤＩにおいてアニオン交換体充填率Ｒａ＝１．１０、カチオン交換体充填率Ｒｋ＝１．１０としたものである。実施例１においては、比較例１と比べて処理水の比抵抗が大きく、処理水のＮａイオン量も減少しており、カチオン成分が効率的に除去されている。

【0033】

実施例２は図７に示すＥＤＩにおいてアニオン交換体充填率Ｒａ＝１．０５、カチオン交換体充填率Ｒｋ＝１．２０としたものである。比較例２は図７に示すＥＤＩにおいてアニオン交換体充填率Ｒａ＝１．１０、カチオン交換体充填率Ｒｋ＝１．１０としたものである。実施例２においても、比較例２と比べて処理水の比抵抗が大きく、処理水中へのＮａイオン量も減少しており、カチオン成分が効率的に除去されている。

【0034】

次に、実施例３として熱水殺菌した被処理水をＥＤＩ４に導入し、熱水の温度を変えて処理水の比抵抗とＮａイオン量を測定した。具体的には、実施例２と比較例２のＥＤＩ４において、被処理水を４０℃、８０℃に加熱したときの処理水の比抵抗とＮａイオン量を測定した。熱水殺菌は各ケースで５０回行い、各ケースで比抵抗とＮａイオン量の平均値を求めた。被処理水の加熱を行わない場合の処理水の比抵抗とＮａイオン量は実施例２、比較例２の通りである。図８に示すように、４０℃で熱水殺菌した場合は実施例と比較例で多少の差が認められ、４０℃を超えると差が大きくなり、８０℃ではさらに差が大きくなる。従って、本実施例より４０℃以上の被処理水をＥＤＩ４に導入したときにカチオンイオンを有効に除去できることが分かった。

【符号の説明】

【0035】

１ 水処理装置
２ ＲＯ装置
３ 加熱手段
４ 電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ）
Ｄ 脱塩室
Ｄ１ 第１の小脱塩室
Ｄ２ 第２の小脱塩室
Ｃ１ 第１の濃縮室
Ｃ２ 第２の濃縮室
Ｅ１ 陽極室
Ｅ２ 陰極室
ａ１ 第１のアニオン交換膜
ａ２ 第２のアニオン交換膜
ｋ１ 第１のカチオン交換膜
ｋ２ 第２のカチオン交換膜
ｘ 中間イオン交換膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】