特開 2023-177085 電気式脱イオン水製造装置とその運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023177085

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】電気式脱イオン水製造装置とその運転方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/469 20230101AFI20231206BHJP

   B01D 61/48 20060101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

C02F1/469

B01D61/48

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089793

(22)【出願日】2022-06-01

(71)【出願人】

【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】阿部 眞弓

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 慶介

(72)【発明者】

【氏名】中村 友綺

【テーマコード（参考）】

4D006

4D061

【Ｆターム（参考）】

4D006GA17

4D006HA47

4D006JA30B

4D006JA41Z

4D006JA42Z

4D006JA43Z

4D006JA44Z

4D006MA03

4D006MA13

4D006MA14

4D006PA01

4D006PB28

4D006PC02

4D061DA02

4D061DB13

4D061DB18

4D061DC13

4D061DC19

4D061EA09

4D061EB01

4D061EB04

4D061EB13

4D061EB18

4D061EB19

4D061EB39

4D061ED20

4D061FA08

4D061FA09

4D061GC18

(57)【要約】

【課題】ＥＤＩ装置（電気式脱イオン水製造装置）においてホウ素の除去性能を高める。
【解決手段】ホウ素を含む被処理水が脱塩室２３に供給されて被処理水からホウ素を除去するＥＤＩ装置１０の脱塩室２３において、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の粒径を小粒径とし、０．４ｍｍを超える粒径を大粒径として、被処理水の流れ方向に向かって、大粒径のイオン交換樹脂からなる大粒径層と、大粒径のイオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂とが混合した混合粒径層とが、混合粒径層の上流側に少なくとも１つの大粒径層が存在するように配置する。さらに、濃縮室２４に充填されるイオン交換樹脂の少なくとも一部をカチオン交換樹脂とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

陽極と陰極との間に、前記陽極の側に配置する第１のイオン交換膜と前記陰極の側に配する第２のイオン交換膜からなる１対のイオン交換膜で区画されてイオン交換樹脂が充填された脱塩室と、前記第２のイオン交換膜を介して前記脱塩室に隣接して配置されてイオン交換樹脂が充填された濃縮室とを備える電気式脱イオン水製造装置において、
０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の粒径を小粒径とし、０．４ｍｍを超える粒径を大粒径として、
前記脱塩室において、前記脱塩室における被処理水の流れ方向に向かって、大粒径のイオン交換樹脂からなる大粒径層と、大粒径のイオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂とが混合した混合粒径層とが配置され、
前記濃縮室に充填されるイオン交換樹脂の少なくとも一部がカチオン交換樹脂であり、
ホウ素を含む被処理水が前記脱塩室に供給されて前記被処理水からホウ素を除去することを特徴とする、電気式脱イオン水製造装置。

【請求項2】

前記濃縮室に充填されるイオン交換樹脂が大粒径のイオン交換樹脂である、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。

【請求項3】

前記濃縮室においてアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混合した状態で充填されている、請求項１または２に記載の電気式脱イオン水製造装置。

【請求項4】

アニオン交換樹脂の見かけの体積をＡ、カチオン交換樹脂の見かけの体積をＣとして、前記濃縮室におけるアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合比率Ａ：Ｃが２０：８０から６０：４０の範囲にある、請求項３に記載の電気式脱イオン水製造装置。

【請求項5】

前記脱塩室において前記混合粒径層の上流側に少なくとも１つの前記大粒径層が存在するように前記混合粒径層と前記大粒径層とが配置している、請求項１または２記載の電気式脱イオン水製造装置。

【請求項6】

アニオン交換樹脂からなる前記混合粒径層を前記脱塩室に備える、請求項１または２に記載の電気式脱イオン水製造装置。

【請求項7】

大粒径のアニオン交換樹脂の見かけの体積をＬとし、小粒径のアニオン交換樹脂の見かけの体積をＳとして、前記混合粒径層において、Ｌ：Ｓが１：３から１０：１の範囲内である混合比率で大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂が混合されている、請求項６に記載の電気式脱イオン水製造装置。

【請求項8】

前記脱塩室は、前記１対のイオン交換膜との間に位置する中間のイオン交換膜を備えて該中間のイオン交換膜によって第１小脱塩室及び第２小脱塩室に区画され、前記第１小脱塩室及び前記第２小脱塩室のうちの一方の小脱塩室に前記被処理水が供給されて当該一方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、前記第１小脱塩室及び前記第２小脱塩室が連通している、請求項１または２に記載の電気式脱イオン水製造装置。

【請求項9】

第１小脱塩室及び前記第２小脱塩室のうち前記陽極に近い側の小脱塩室にアニオン交換樹脂が充填され、前記陰極に近い側の小脱塩室に大粒径のカチオン交換樹脂が充填されるとともにアニオン交換樹脂からなる前記混合粒径層が配置している、請求項８に記載の電気式脱イオン水製造装置。

【請求項10】

請求項１または２に記載の電気式脱イオン水製造装置の運転方法において、前記脱塩室に供給される前記被処理水における硬度成分の濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以下とすることを特徴とする運転方法。

【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その運転方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置製造などに用いられる超純水においてホウ素の含有量のさらなる低減が求められているが、水中のホウ素は、被処理水をイオン交換樹脂に通水するという一般的なイオン交換処理では除去しにくい弱酸成分である。そこで、被処理水中のホウ素を除去するために、電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ(Electrodeionization)装置）を使用することが試みられている。ＥＤＩ装置は、電気泳動と電気透析とを組み合わせることによって被処理水から脱イオン水を生成する装置であって、少なくともその脱塩室にはイオン交換樹脂が充填されている。ＥＤＩ装置は、薬剤によってイオン交換樹脂を再生する処理を不要とするという利点を有する。しかしながらＥＤＩ装置であっても、脱塩室に単に通常のイオン交換樹脂を充填させただけでは、ホウ素などの弱酸成分についての十分な除去性能が得られないことがある。

【0003】

通常のイオン交換樹脂はビーズ状あるいは粒状であってその標準的な粒径は０．４ｍｍを超えて１ｍｍ程度以下であるが、ＥＤＩ装置における弱酸成分の除去性能を向上させるために、より粒径の小さなイオン交換樹脂を脱塩室に充填することが提案されている。例えば特許文献１は、平均粒径が１５０～２５０μｍであるイオン交換樹脂をＥＤＩ装置の脱塩室に単床で充填することを開示する。特許文献２は、平均直径が０．２～０．３ｍｍであるイオン交換樹脂を脱塩室に単床で充填することを開示する。特許文献３，４は、上下方向に被処理水が流通する脱塩室において、上下方向での中間となる領域に平均粒径０．１～０．４ｍｍのイオン交換樹脂を充填し、それよりも上側及び下側の領域に平均粒径が０．４ｍｍを超えるイオン交換樹脂を充填することを開示する。

【0004】

ところでＥＤＩ装置の運転時において脱塩室の電気抵抗を低下させて脱塩効率を向上させるためには、脱塩室におけるイオン交換樹脂の充填率を制御することが重要である。特許文献５は、脱塩室の電気抵抗を低下させるために、粒径が異なる複数の均一粒径を有するイオン交換樹脂粒子群を混合して脱塩室に充填することを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－１５０３０４号公報

【特許文献2】特開２０１７－１７６９６８号公報

【特許文献3】特開２０１９－１７７３２７号公報

【特許文献4】特開２０２０－７８７７２号公報

【特許文献5】特開平１０－２５８２８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

脱塩室に小粒径のイオン交換樹脂を充填してＥＤＩ装置におけるホウ素成分の除去性能を高めても、ホウ素濃度を極小量レベルまで除去する場合にはホウ素の除去性能がなお不足することがある。例えばホウ素濃度が１０μｇ／Ｌ程度である被処理水からホウ素を除去してホウ素濃度がｎｇ／Ｌレベルである処理水を得ようとするときに、１段のＥＤＩ装置ではホウ素の十分な除去を行えずに２段のＥＤＩ装置を直列に接続して使用せざるを得ない場合がある。

【0007】

本発明の目的は、ホウ素の除去性能を高めたＥＤＩ装置とその運転方法とを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のＥＤＩ装置（電気式脱イオン水製造装置）は、陽極と陰極との間に、１対のイオン交換膜で区画されてイオン交換樹脂が充填された脱塩室と、脱塩室に隣接して配置されてイオン交換樹脂が充填された少なくとも１つの濃縮室とを備えるＥＤＩ装置において、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の粒径を小粒径とし、０．４ｍｍを超える粒径を大粒径として、脱塩室において、脱塩室における被処理水の流れ方向に向かって、大粒径のイオン交換樹脂からなる大粒径層と、大粒径のイオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂とが混合した混合粒径層とが配置され、濃縮室に充填されるイオン交換樹脂の少なくとも一部がカチオン交換樹脂であり、ホウ素を含む被処理水が脱塩室に供給されて被処理水からホウ素を除去することを特徴とする。

【0009】

本発明の運転方法は、本発明に基づくＥＤＩ装置の運転方法において、脱塩室に供給される被処理水における硬度成分の濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以下とすることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ＥＤＩ装置におけるホウ素の除去性能を高めることができ、それにより、ホウ素濃度を極小量レベルまで低減させた脱イオン水を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施形態のＥＤＩ装置を示す図である。

【図2】ホウ素成分のリークを説明する図である。

【図3】第１の実施形態のＥＤＩ装置の別の例を示す図である。

【図4】（ａ）～（ｅ）は、脱塩室でのイオン交換樹脂の充填例を示す図である。

【図5】本発明の第２の実施形態のＥＤＩ装置を示す図である。

【図6】第２の実施形態のＥＤＩ装置の別の例を示す図である。

【図7】第２の実施形態のＥＤＩ装置の別の例を示す図である。

【図8】純水製造システムの構成を示すフロー図である。

【図9】実施例１，２のＥＤＩ装置を説明する図である。

【図10】比較例１のＥＤＩ装置を説明する図である。

【図11】比較例２のＥＤＩ装置を説明する図である。

【図12】比較例３のＥＤＩ装置を説明する図である。

【図13】比較例４，５のＥＤＩ装置を説明する図である。

【図14】参考例１，２のＥＤＩ装置を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。一般に電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）では、陽極と陰極との間に１対のイオン交換膜で区画された脱塩室が設けられ、脱塩室にはイオン交換樹脂が充填される。そしてＥＤＩ装置は、陽極と陰極との間に直流電圧を印加した状態で脱塩室に被処理水が供給されたときに被処理水に対する脱塩（脱イオン）処理を行い、その結果、イオン成分が除去された水が処理水として脱塩室から排出される。脱塩室において被処理水から除去されたイオン成分のうちアニオン成分は、脱塩室において陽極側に設けられているイオン交換膜を介して脱塩室に隣接する区画に移動し、カチオン成分は、脱塩室において陰極側に設けられているイオン交換膜を介して脱塩室に隣接する別の区画に移動する。イオン交換膜を介してイオン成分が脱塩室から移動してくる区画が濃縮室である。本発明においては、イオン交換樹脂の粒径に関し、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の粒径を小粒径と定義し、０．４ｍｍを超える粒径を大粒径と定義とする。

【0013】

本発明に基づくＥＤＩ装置では、被処理水中のホウ素の除去効率を高めるために、脱塩室において、脱塩室における被処理水の流れ方向に向かって、大粒径のイオン交換樹脂からなる大粒径層と、大粒径のイオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂とが混合した混合粒径層とが配置されている。ビーズ状または粒状のイオン交換樹脂の粒径は、通常、１ｍｍ以下であるから、大粒径のイオン交換樹脂として、粒径が０．４ｍｍを超えて１ｍｍ以下であるものを使用してもよい。なお、ふるい（篩）を用いてイオン交換樹脂の粒径を測定することもできるが、イオン交換樹脂メーカーのカタログ値を本発明における粒径として使用してもよい。本発明においては、大粒径のアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）と小粒径のアニオン交換樹脂とを混合してアニオン交換樹脂の混合粒径層としてもよいし、大粒径のカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）と小粒径のカチオン交換樹脂とを混合してカチオン交換樹脂の混合粒径層としてもよい。

【0014】

ここで混合粒径層における大粒径のイオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂との混合比率について説明する。大粒径であっても小粒径であってもイオン交換樹脂はビーズ状または粒状であるから、粒子間の空隙も含めた見かけの体積を測定することができる。そこで、混合前の大粒径のイオン交換樹脂の見かけの体積をＬ、小粒径のイオン交換樹脂の見かけの体積をＳとして、混合比率Ｌ：Ｓが、１：３から１０：１の間にあることが好ましく、１：１から５：１の間にあることがより好ましい。大粒径のイオン交換樹脂の比率が高すぎるとホウ素などの弱酸成分についての十分な除去性能が得られなくなるので、本発明の効果を達成するためには、Ｌ：Ｓ＝１０：１かそれよりも大粒径のイオン交換樹脂の割合が少ないことが必要だと思われる。一方、小粒径のイオン交換樹脂の比率が高すぎると通水差圧の上昇がもたらされる可能性がある。なお、大粒径のイオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂とを混合して混合粒径層を構成したのちにおいても、大粒径のイオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂との混合比率を求めることができる。例えば、脱塩室から混合粒径層を取り出し、ふるいを用いて分級して粒径が０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下のイオン交換樹脂と粒径が０．４ｍｍを超えるイオン交換樹脂とに分離し、それぞれの見かけの体積を測定することによって、混合比率Ｌ：Ｓを求めることができる。

【0015】

さらに本発明に基づくＥＤＩ装置では、濃縮室にもイオン交換樹脂が充填されており、濃縮室に充填されるイオン交換樹脂の少なくとも一部がカチオン交換樹脂である。カチオン交換樹脂のみを濃縮室に充填してもよいが、被処理水や濃縮室に供給される水にカルシウムやマグネシウムなどの硬度成分が例えば０．０５～０．１ｍｇ／Ｌ含まれているときにＥＤＩ装置における印加電圧の上昇が起こりやすいので、濃縮室にはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合して充填することが好ましい。アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合して濃縮室の全体に充填する場合、アニオン交換樹脂の見かけの体積をＡとし、カチオン交換樹脂の見かけの体積をＣとして、これらのイオン交換樹脂の混合比率Ａ：Ｃは２０：８０から６０：４０の間にあることが好ましく、２０：８０から５０：５０の間にあることがより好ましい。アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合して濃縮室に充填したのちにおいても、上述と同様に、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合比率Ａ：Ｃを求めることができる。大粒径のイオン交換樹脂のみを濃縮室に充填してもよい。カチオン交換樹脂を濃縮室に配置したことによる印加電圧の上昇を抑制するためには、後述するようにＥＤＩ装置の前段に逆浸透膜装置を配置するなどして、脱塩室に供給される被処理水における硬度成分の濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以下であるようにすることが好ましい。なお、硬度成分の濃度とは、カルシウムとマグネシウムの量を炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）の量に換算したものであり、計算式としては、
硬度［ｍｇ／Ｌ］＝（カルシウム量［ｍｇ／Ｌ］×２．５）＋（マグネシウム量［ｍｇ／Ｌ×４．１］）
によって表される。

【0016】

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態のＥＤＩ装置１０を示している。このＥＤＩ装置１０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の側から順に、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（ＣＥＭ）３１を隔てて隣接し、濃縮室２２と脱塩室２３はアニオン交換膜（ＡＥＭ）３２を隔てて隣接し、脱塩室２３と濃縮室２４はカチオン交換膜３３を隔てて隣接し、濃縮室２４と陰極室２５はアニオン交換膜３４を隔てて隣接している。したがって脱塩室２３は、陽極１１と陰極１２との間で１対のイオン交換膜（ここではアニオン交換膜３２及びカチオン交換膜３３）によって区画されていることになる。脱塩室２３にはイオン交換樹脂が充填されるとともに被処理水が供給され、被処理水を脱塩処理した結果得られる処理水（脱イオン水）が脱塩室２３から流出する。ここに示した例では、脱塩室２３にはアニオン交換樹脂が充填されている。脱塩室２３における被処理水の流れ方向に向かって脱塩室２３の内部は２つの領域に区分されており、被処理水の入口側の領域には大粒径のアニオン交換樹脂が充填されて大粒径層を構成し、処理水の出口側の領域には大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のアニオン交換樹脂とが混合して充填されて混合粒径層を構成している。図では、アニオン交換樹脂からなる大粒径層を「大粒径ＡＥＲ」と記載し、アニオン交換樹脂からなる混合粒径層を「大・小粒径混合ＡＥＲ」と記載している。図示した例では、大粒径層と混合粒径層との境界は、被処理水の流れ方向に向かって脱塩室２３のほぼ中央付近である。

【0017】

さらにＥＤＩ装置１０では、カチオン交換樹脂が陽極室２１内に充填され、アニオン交換樹脂が陰極室２５内に充填されている。濃縮室２２，２４には、図において「ＡＥＲ＋ＣＥＲ」と記載するように、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とが混合して充填されている。陽極室２１及び陰極室２５には必ずしもイオン交換樹脂を充填する必要はないが、ＥＤＩ装置１０の運転時に陽極１１と陰極１２との間に印加すべき直流電圧を低くするために、陽極室２１及び陰極室２５にもイオン交換樹脂を充填することが好ましい。濃縮室２２，２４は、濃縮室供給水が供給され、濃縮水を排出する。陰極室２５には電極室供給水が供給され、陰極室２５に供給された電極室供給水は、陰極室２５を通過した後に陽極室２１に供給され、陽極室２１から電極水として排出される。なお、濃縮室と電極室（陽極室２１及び陰極室２５）を兼ねる構成とすることもできる。

【0018】

一般的にＥＤＩ装置は、［濃縮室｜イオン交換膜｜脱塩室｜イオン交換膜｜濃縮室］からなる基本構成を陽極と陰極との間にイオン交換膜を介して複数個並置することができる。このとき、イオン交換膜を挟んで隣接する２つの濃縮室は、その挟まれているイオン交換膜を除去して単一の濃縮室とすることができる。図１に示したＥＤＩ装置１０では、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が１つの基本構成を形成するものとして、陽極室２１に最も近い濃縮室２２と陰極室２５に接するアニオン交換膜３４との間に、この基本構成をＮ（Ｎは１以上の整数）個配置することができる。基本構成を複数個並置できることは、図において「×Ｎ」の記載によって示されている。

【0019】

次に、図１に示したＥＤＩ装置１０による脱イオン水（処理水）の製造について説明する。一般的なＥＤＩ装置の場合と同様に、濃縮室２２，２４に濃縮室供給水を通水し、陰極室２５に電極室供給水を供給して陰極室２５から排出された電極室供給水を陽極室２１にも通水するようにし、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が脱塩室２３内のイオン交換樹脂に吸着され、電流の作用によって脱塩室内を移動し、隣接する濃縮室へ排出されることで脱イオン化（脱塩）が進行し、脱塩室２３から処理水として脱イオン水が流出する。被処理水は脱塩室２３においてまず大粒径層を通過し、そこで、強酸成分や、弱酸成分であってもアニオン交換樹脂に比較的吸着しやすい成分が被処理水から除去される。その後、被処理水に含まれるホウ素などの比較的除去しにくい成分は、続いて小粒径のアニオン交換樹脂を含む混合粒径層を通過するときに、アニオン交換樹脂に吸着されて被処理水から除去される。その結果、脱塩室２３からは、ホウ素などの弱酸成分も十分に除去された処理水が排出される。通水抵抗は大粒径層よりも混合粒径層の方が大きいが、後述する実施例などからも明らかになるように、脱塩室２３における充填率などを制御することにより、通水差圧の増加も許容できる範囲内とすることができる。

【0020】

本実施形態のＥＤＩ装置１０の脱塩室２３において、大粒径層と混合粒径層は１層ずつ設けられていてもよいし、大粒径層と混合粒径層の少なくとも一方が２層以上設けられていてもよい。しかしながら、除去効率の向上のためには、被処理水における比較的除去しやすい成分を除去したのちに比較的除去しにくい成分を除去する構成とすべきであることが好ましいので、本実施形態のＥＤＩ装置１０では、いずれの混合粒径層に注目してもその混合粒径層の上流側に少なくとも１つの大粒径層が存在するようにしている。すなわち、脱塩室２３において被処理水が混合粒径層に通水する前にまず大粒径層を通水するように、大粒径層と混合粒径層とが配置している。脱塩室２３における処理水の出口に近い位置に混合粒径層を配置することが好ましい。この場合、処理水の出口に接するように混合粒径層を配置してもよいし、処理水の出口から、被処理水の流れに沿った脱塩室２３の長さの２５％の範囲内に、混合粒径層の少なくとも一部が含まれるようにしてもよい。脱塩室２３には混合粒径層と大粒径層の両方が配置されるが、それらのうちの混合粒径層の割合は、例えば、混合粒径層での被処理水の流れに沿ったイオン交換樹脂の充填高さの総和が、被処理水の流れに沿った脱塩室２３の長さの２０％以上８０％以下であるようなものであることが好ましい。混合粒径層の割合が少なすぎる場合には、ホウ素を含む弱酸成分の除去性能が低下する。小粒径のイオン交換樹脂は大粒径のものよりも一般に高価であるので、混合粒径層の割合が大きすぎる場合には、コストに対する影響を無視できなくなる。本明細書において、大粒径層や混合粒径層における被処理水の流れに沿ったイオン交換樹脂の充填高さのことをその層の充填高さと呼ぶことがある。脱塩室２３の長さとは、被処理水の流れに沿った脱塩室２３の長さであって脱塩室２３においてイオン交換樹脂が設けられている部分の長さをいう。

【0021】

被処理水中のホウ素などの弱酸成分は、混合粒径層を構成するアニオン交換樹脂にイオン交換により吸着した後、アニオンとしてアニオン交換膜３２を通過して陽極１１側の濃縮室２２に移動する。濃縮室２２において、アニオン交換膜３２を挟んで脱塩室２３の混合粒径層に向かい合う位置を流れる水におけるアニオン濃度が低いことが好ましい。また上述したように、脱塩室２３において混合粒径層は出口に近い位置に設けられることが好ましい。これらのことから、脱塩室２３における出口水の流れと濃縮室２２に供給される濃縮室供給水の流れとは向流になっていることが好ましい。

【0022】

次に、脱塩室２３からホウ素成分のリークが起こる現象を説明することにより、本実施形態のＥＤＩ装置１０においてホウ素の除去率を高められることについて説明する。図２は、脱塩室２３からのホウ素成分のリークを説明する図である。ここでは、陽極１１と陰極１２との間に脱塩室２３と濃縮室２４が交互に配置し、脱塩室２３には大粒径のイオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂とが混合して充填されて、濃縮室２４にはアニオン交換樹脂が単床で充填されているものとする。被処理水中のホウ素成分は、図示右側の脱塩室２３においてホウ素を含むアニオンとしてアニオン交換樹脂に捕捉され、アニオン交換膜３２を介して陽極１１側の濃縮室２４に移動する。ホウ素成分がホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）であるとすれば、ホウ酸は水中で、Ｈ_３ＢＯ_３＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ^＋＋Ｂ(ＯＨ)_４ ^－と解離するので、ホウ素を含むアニオンはＢ(ＯＨ)_４ ^－である。ホウ素を含むアニオンが濃縮室２４に移動した結果、濃縮室２４内のアニオン交換樹脂に、ホウ素を含むアニオンが捕捉される。そして印加されている直流電圧による電場によって、濃縮室２４ではこのホウ素を含むアニオンがカチオン交換膜３３の近傍にまで移動するが、アニオンであるのでカチオン交換膜３３を移動することはできない。したがって、濃縮室２４において、その陽極１１側に位置しているカチオン交換膜３３の近傍に、ホウ素を含むアニオンが濃縮される。また、印加されている直流電圧により、濃縮室２４にはその陽極１１側の脱塩室２３からカチオン交換膜３３を介して水素イオン（Ｈ^＋）が移動してくる。その結果、濃縮室２４においてカチオン交換膜３３の近傍の領域のｐＨが低下する。この領域はホウ素を含むアニオンが濃縮されている領域であるが、水素イオンのために、ホウ素を含むアニオンから水と例えばホウ酸が生じ、濃縮室２４においてカチオン交換膜３３の近傍にホウ酸を高濃度に含む水の層が形成される。そして中性分子であるホウ酸は、カチオン交換膜３３を移動できるので、濃縮室２４からカチオン交換膜３３を介して脱塩室２３へと移動する。結局、ある脱塩室２３において被処理水から除去されたホウ素成分が、その脱塩室２３より陽極１１側にある脱塩室２３において被処理水中に再度溶け込むこととなり、脱塩室２３から排出される処理水にホウ素成分がリークすることになる。

【0023】

このようなホウ素成分のリークを防ぐためには、濃縮室２４において、ｐＨが低下した領域がカチオン交換膜３３の近傍に形成されないようにすることが考えられる。そのためには、カチオン交換膜３３を介して濃縮室２４に移動してきた水素イオンを濃縮室２４内で速やかに陰極１２の側に移動させることが有効であるので、本発明に基づくＥＤＩ装置１０では、濃縮室２４にカチオン交換樹脂を存在させている。

【0024】

陽極室２１から排出される電極水にホウ素成分が含まれるのを許容するのであれば、陽極室２１に隣接する濃縮室２２（すなわち陽極室２１との間に脱塩室２３が存在しない濃縮室）には、カチオン交換樹脂を充填しなくてもよい。また、脱塩室２３の主として混合粒径層からアニオン交換膜３２を介して濃縮室２４にホウ素成分が移行するので、濃縮室２４においては、アニオン交換膜３２を挟んで脱塩室２３において混合粒径層となっている領域に対向する領域においてのみカチオン交換樹脂が存在すればよいと考えられる。

【0025】

図３は、第１の実施形態のＥＤＩ装置１０の別の例を示している。図２に示すＥＤＩ装置１０は、基本構成を２セット（すなわちＮ＝２）設けた図１に示すＥＤＩ装置１０において、陽極室２１に隣接する濃縮室２２にはアニオン交換樹脂のみを充填し、それ以外の濃縮室２４（すなわち脱塩室２３の陰極１２の側でカチオン交換膜３３を介してその脱塩室２３に隣接する濃縮室２４）は、アニオン交換樹脂のみが充填されている領域とカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合して充填されている領域とに分かれている。濃縮室２４においてカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とが混合して充填されている領域は、脱塩室２３において混合粒径層が形成されている領域に対してカチオン交換膜３３を挟んで隣接している領域、すなわち、より陰極１２側にある脱塩室２３からアニオン交換膜３２を介してホウ素を含むアニオンが移動してくる領域である。また濃縮室２４においてアニオン交換樹脂のみが充填されている領域は、カチオン交換膜３３を挟んで脱塩室２３において大粒径層が形成されている領域に対向している。図３に示すＥＤＩ装置１０では、濃縮室２４においてその陰極１２側にある脱塩室２３からホウ素を含むアニオンが移動してくる領域にカチオン交換樹脂が存在するので、その濃縮室２４に関して陽極１１の側に存在する脱塩室２３へのホウ素成分のリークを防ぐことができる。

【0026】

図１及び図３に示すＥＤＩ装置１０では、アニオン交換樹脂からなる大粒径層が脱塩室２３内のその入口側に配置され、アニオン交換樹脂からなる混合粒径層が脱塩室２３内のその出口側に配置されている。上述した説明からも明らかなように、脱塩室２３におけるイオン交換樹脂の配置は図１及び図３に示されるものに限定されない。図４（ａ）～（ｅ）は、脱塩室２３とその両側のイオン交換膜だけを抜き出して描くことにより、脱塩室２３におけるイオン交換樹脂の配置の別の例を示している。図４（ａ）は、図１に示すＥＤＩ装置１０における脱塩室２３において、脱塩室２３の出口に接して大粒径層を小さな充填高さで配置したものであり、混合粒径層は、脱塩室２３の入口側の大粒径層と出口側の大粒径層とに挟まれて配置している。図４（ａ）に示した例では、混合粒径層の充填高さは脱塩室２３の長さの約３６％となっており、また出口側の大粒径層の充填高さは脱塩室２３の長さの約１４％となっている。

【0027】

カチオンであるイオン性不純物を除去するために、アニオン交換樹脂だけでなくカチオン交換樹脂（ＣＥＲ）を脱塩室２３に充填してもよい。図４（ｂ）に示したものは、脱塩室２３内に、その入口側からカチオン交換樹脂からなる大粒径層、アニオン交換樹脂からなる大粒径層、カチオン交換樹脂からなる大粒径層及びアニオン交換樹脂からなる混合粒径層をこの順で配置したものである。各層の充填高さはほぼ同一である。図４（ｂ）に示したものでは、アニオン交換樹脂の陰極１２の側での水の解離反応を促進するために、カチオン交換膜３３と脱塩室２３内のアニオン交換樹脂が接する界面にアニオン交換膜３７を配置している。図４（ｃ）に示した脱塩室２３は、図４（ｂ）に示した脱塩室２３において、２つあるカチオン交換樹脂の大粒径層のうちの出口側の大粒径層を、カチオン樹脂からなる混合粒径層に置き換えたものである。カチオン交換膜３３に接して設けられるアニオン交換膜３７は必ずしも設けなくてもよい。図４（ｄ）及び図４（ｅ）に示した構成は、それぞれ、図４（ｂ）及び図４（ｃ）の構成からアニオン交換膜３７を取り除いたものであり、アニオン交換樹脂がその陰極１２側においてカチオン交換膜３３と接している。本発明においては、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂のいずれを混合粒径層としてもよいが、ホウ素の除去を目的とする場合には、アニオン交換樹脂からなる大粒径層及びアニオン交換樹脂からなる混合粒径層の少なくとも一方を脱塩室２３に設けることが好ましく、アニオン交換樹脂からなる混合粒径層を設けることが特に好ましい。

【0028】

［第２の実施形態］
本発明に基づくＥＤＩ装置では、脱塩室自体をイオン交換膜によって２つの小脱塩室に区画し、一方の小脱塩室に被処理水を供給し、一方の小脱塩室から流出する水を他方の小脱塩室に供給するように構成することができる。他方の小脱塩室から処理水として脱イオン水が得られる。図５に示す本発明の第２の実施形態のＥＤＩ装置１０は、図１に示すＥＤＩ装置１０における脱塩室２３を中間のイオン交換膜であるアニオン交換膜３６によって２つの小脱塩室２６，２７に区画し、かつ、脱塩室内のイオン交換樹脂の配置を異ならせたものである。アニオン交換膜３６を挟んで陽極１１に近い側に配置される小脱塩室が第１小脱塩室２６であり、陰極１２に近い側に配置される小脱塩室が第２小脱塩室２７である。被処理水は第１小脱塩室２６に供給され、第１小脱塩室２６からの出口水が第２小脱塩室２７に供給される。第２小脱塩室２７からの出口水がＥＤＩ装置１０からの処理水（脱イオン水）である。脱塩室が入口側の第１小脱塩室２６及び出口側の第２小脱塩室２７に区画されている場合、脱塩室の長さとは、被処理水の流れに沿った、第１小脱塩室２６においてイオン交換樹脂が設けられている部分の長さと第２小脱塩室２７においてイオン交換樹脂が設けられている部分の長さとの和を意味する。

【0029】

図５に示したＥＤＩ装置１０において、第１小脱塩室２６における流れの向きと第２小脱塩室２７における流れの向きとは相互に逆向き、すなわち向流となっている。また陽極１１側の濃縮室２２での流れの向きはそれに隣接する第１小脱塩室２６の流れの向きと同じであり、両者は並流の関係にある。脱塩室としての出口側である第２小脱塩室２７での流れの向きとそれに隣接する濃縮室２４での流れの向きは向流の関係にある。第１小脱塩室２６には、大粒径層としてアニオン交換樹脂が充填されている。第２小脱塩室２７では、その入口側にはカチオン交換樹脂が充填され、出口側にはアニオン交換樹脂が混合粒径層として充填されている。カチオン交換樹脂は、通常、大粒径層として設けられるが混合粒径層であってもよい。第２小脱塩室２７においてアニオン交換樹脂の混合粒径層とカチオン交換樹脂との境界となる位置は、第２小脱塩室２７の長さのほぼ半分、言い換えれば、脱塩室の出口側から測って脱塩室の長さの約２５％である位置である。カチオン交換膜３３と第２小脱塩室２７内のアニオン交換樹脂とが接触する界面にはアニオン交換膜３７が設けられている。アニオン交換膜３７を設けずに、第２小脱塩室２７内のアニオン交換樹脂がカチオン交換膜３３に直接接するようにしてもよい。図５に示したＥＤＩ装置１０においても、アニオン交換樹脂による混合粒径層を被処理水が通過するので、ホウ素などの弱酸成分を効率よく除去することが可能になる。

【0030】

脱塩室を中間のイオン交換膜により２つの小脱塩室に区画する第２の実施形態においても、混合粒径層における大粒径のイオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂との好ましい混合比率や、脱塩室の長さに対する混合粒径層の充填高さの総和の好ましい比率は、第１の実施形態において説明したものと同様である。第２の実施形態においても、混合粒径層を脱塩室全体としての処理水の出口に近い位置に設けることが好ましく、処理水の出口から脱塩室の長さの２５％の範囲内に、混合粒径層の少なくとも一部が含まれるようにしてもよい。

【0031】

図６は、第２の実施形態のＥＤＩ装置の別の構成例を示している。図６に示すＥＤＩ装置１０は、図５に示すＥＤＩ装置１０において、第１小脱塩室２６に充填されるアニオン交換樹脂を混合粒径層とし、その代わり、第２小脱塩室２７に充填されているアニオン交換樹脂を大粒径層としたものである。

【0032】

図７は、第２の実施形態のＥＤＩ装置のさらに別の構成例を示している。図７に示すＥＤＩ装置１０は、図５に示すＥＤＩ装置１０において、第１小脱塩室２６に充填されるアニオン交換樹脂を混合粒径層としたものである。このＥＤＩ装置１０では、第２小脱塩室２７に充填されるアニオン交換樹脂は大粒径層とされる。

【0033】

以上、本発明に基づくＥＤＩ装置について説明したが。ＥＤＩ装置は、例えば原水から純水あるいは超純水を製造するときに使用できる。図８は、上述したＥＤＩ装置１０を用いた純水製造システムの構成を示すフロー図である。この図では電極や各イオン交換膜は描かれていない。またこの図は、ＥＤＩ装置１０として第１の実施形態のものを用いているように描かれているが、第２の実施形態のＥＤＩ装置１０を用いることも可能である。原水が供給される逆浸透膜装置（ＲＯ）が設けられており、逆浸透膜装置４０の内部には逆浸透膜４１が設けられている。逆浸透膜装置４０において逆浸透膜４１を透過しなかった水（ＲＯ濃縮水）には不純物が多く含まれており、ＲＯ濃縮水は外部にブローされる。逆浸透膜装置４０において逆浸透膜４１を透過した水（ＲＯ透過水）は、不純物を比較的含まない水であり、被処理水としてＥＤＩ装置１０の脱塩室２３に供給される。ＲＯ透過水の一部は濃縮室供給水及び電極室供給水として濃縮室２２，２４及び陰極室２５に供給される。あるいは、濃縮室２２，２４からホウ素が拡散することも影響を防ぐために、脱塩室２３から排出された脱イオン水の一部を濃縮室供給水及び電極室供給水として濃縮室２２，２４及び陰極室２５に供給してもよいし、系外から供給される純水や超純水を濃縮室２２，２４及び陰極室２５に供給してもよい。陽極室２１から排出される電極水は外部にブローされ、濃縮室２２，２４から排出される濃縮水も外部にブローされる。

【0034】

陽極室２１に設けられている陽極（図８には不図示）と陰極室２５に設けられている陰極（図８には不図示）との間に直流電圧を印加し、被処理水としてＲＯ透過水を脱塩室２３に供給することによって、脱塩室２３において脱塩処理が行われ、脱塩室２３から処理水（脱イオン水）として純水が抽出する。原水中に含まれる弱酸成分、特にホウ素は、逆浸透膜４１を透過してＲＯ透過水に含まれやすい。逆浸透膜装置の後段にＥＤＩ装置を設けてホウ素などを除去する場合、従来のＥＤＩ装置ではホウ素の除去性能が十分ではないのでＥＤＩ装置を２段接続することもあるが、上述した各実施形態のＥＤＩ装置１０を用いることにより、逆浸透膜装置４０の後段には１段のＥＤＩ装置１０を設けるだけで被処理水中のホウ素を十分に除去できる。また、後述の実施例や比較例などから明らかになるように、本発明に基づくＥＤＩ装置では脱塩室における通水差圧を小さくできるので、逆浸透膜装置４０として、動作圧力が小さな逆浸透膜装置すなわち超低圧逆浸透膜装置ならびに極超低圧逆浸透膜装置を用いることができる。

【0035】

以上説明したように本発明に基づくＥＤＩ装置によれば、大粒径のイオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂とを混合した混合粒径層を脱塩室内に配置し、さらに濃縮室に充填されるイオン交換樹脂の少なくとも一部をカチオン交換樹脂とすることにより、ホウ素成分の除去率を向上させることができ、より高い水質の純水、超純水を得ることが可能になる。ＥＤＩ装置におけるホウ素成分の除去率が向上することは、ＥＤＩ装置の前段に設けられる例えば逆浸透膜装置などの小型化や、ＥＤＩ装置の後段に設けられる例えばイオン交換装置などの小型化を達成することにつながる。

【実施例0036】

次に、実施例、参考例及び比較例によって、本発明をさらに詳しく説明する。以下の説明において、大粒径のイオン交換樹脂と小粒径のイオン交換樹脂とを混合して混合粒径層を構成するときの混合比率をＬ：Ｓとして表す。Ｌは、混合前の大粒径のイオン交換樹脂の見かけの体積であり、Ｓは、混合前の小粒径のイオン交換樹脂の見かけの体積である。また、以下の実施例及び比較例においては、大粒径のアニオン交換樹脂（ＡＥＲ）として、粒径範囲が０．５０～０．６５ｍｍであって母体がスチレン系であるゲル型の強塩基性アニオン交換樹脂を使用し、小粒径のアニオン交換樹脂として、粒径範囲が０．２８～０．３４ｍｍであって母体がスチレン系であるゲル型の強塩基性アニオン交換樹脂を使用した。カチオン交換樹脂（ＣＥＲ）としては、粒径範囲が０．６０～０．７０ｍｍであって母体がスチレン系であるゲル型の強酸性カチオン交換樹脂を使用した。このカチオン交換樹脂は大粒径のカチオン交換樹脂である。

【0037】

［実施例１］
図５に示すＥＤＩ装置１０を組み立てた。図９は、実施例１で用いたＥＤＩ装置１０の要部の構成を示している。濃縮室２２，２４及び小脱塩室２６，２７には、いずれも、１５０ｍｍ×３００ｍｍの大きさの開口を有して厚さが１０ｍｍであるセル（枠体）を使用した。各室のセルにそれぞれイオン交換樹脂を充填し、イオン交換膜を挟んでセルの厚さ方向にこれらのセルを積層することにより、ＥＤＩ装置１０を組み立てた。第２脱塩室２７に設けられる混合粒径層には、大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のアニオン交換樹脂とをＬ：Ｓが５：１になるように混合して充填した。濃縮室２２，２４には、大粒径のアニオン交換樹脂と大粒径のカチオン交換樹脂とを混合して充填した。ホウ素濃度が１０μｇ／Ｌである被処理水を１００Ｌ／ｈで小脱塩室２６，２７に順次通水し、濃縮室２２，２４にはそれぞれ１０Ｌ／ｈで供給水を通水し、電流密度が１．１Ａ／ｄｍ^２となるように陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加してＥＤＩ装置１０を運転した。そして、運転開始から２５００時間後において、処理水におけるホウ素濃度を測定してホウ素除去率を算出した。結果を表１に示す。

【0038】

［実施例２］
混合粒径層における大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のアニオン交換樹脂との混合比率Ｌ：Ｓが１：１であることを除いては実施例１と同様のＥＤＩ装置１０を組み立て、実施例１と同様にＥＤＩ装置１０を運転し、運転開始から２５００時間経過した時点でのホウ素除去率を求めた。結果を表１に示す。

【0039】

［比較例１］
実施例１のＥＤＩ装置１０において、濃縮室２２，２４にカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂とを混合して充填する代わりに大粒径のカチオン交換樹脂のみを充填し、第２小脱塩室２７の混合粒径層の代わりに大粒径のアニオン交換樹脂のみからなる大粒径層を設けたＥＤＩ装置１０を組み立てた。図１０は、比較例１で用いたＥＤＩ装置１０の要部の構成を示している。実施例１と同様にＥＤＩ装置１０を運転し、運転開始から２５００時間経過した時点でのホウ素除去率を求めた。結果を表１に示す。

【0040】

［比較例２］
比較例１のＥＤＩ装置１０において、濃縮室２２，２４にカチオン交換樹脂を単独で充填する代わりに大粒径のアニオン交換樹脂と大粒径のカチオン交換樹脂とを混合して充填したＥＤＩ装置１０を組み立てた。図１１は、比較例２で用いたＥＤＩ装置１０の要部の構成を示している。実施例１と同様にＥＤＩ装置１０を運転し、運転開始から２５００時間経過した時点でのホウ素除去率を求めた。結果を表１に示す。

【0041】

［比較例３］
比較例１のＥＤＩ装置１０において、濃縮室２２，２４にカチオン交換樹脂を単独で充填する代わりに大粒径のアニオン交換樹脂を単独で充填したＥＤＩ装置１０を組み立てた。図１２は、比較例３で用いたＥＤＩ装置１０の要部の構成を示している。実施例１と同様にＥＤＩ装置１０を運転し、運転開始から２５００時間経過した時点でのホウ素除去率を求めた。結果を表１に示す。

【0042】

［比較例４］
実施例１のＥＤＩ装置１０において、濃縮室２２，２４にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合して充填する代わりに大粒径のアニオン交換樹脂のみを充填したＥＤＩ装置１０を組み立てた。このＥＤＩ装置の混合粒径層における大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のアニオン交換樹脂との混合比率Ｌ：Ｓは５：１である。図１３は、比較例４で用いたＥＤＩ装置１０の要部の構成を示している。実施例１と同様にＥＤＩ装置１０を運転し、運転開始から２５００時間経過した時点でのホウ素除去率を求めた。結果を表１に示す。

【0043】

［比較例５］
混合粒径層における大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のアニオン交換樹脂との混合比率Ｌ：Ｓが１：１であることを除いては比較例１と同様のＥＤＩ装置１０を組み立て、実施例１と同様にＥＤＩ装置１０を運転し、運転開始から２５００時間経過した時点でのホウ素除去率を求めた。結果を表１に示す。

【0044】

【表1】

【0045】

本発明に基づくＥＤＩ装置である実施例１，２のＥＤＩ装置では、２５００時間運転後のホウ素除去率が９９．９６％であり、高いホウ素除去率を示した。このことから、本発明に基づくＥＤＩ装置を１段設けるだけで、処理水におけるホウ素濃度を例えば１０ｎｇ／Ｌ未満とすることができることが分かった。

【0046】

これに対し脱塩室において大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のアニオン交換樹脂とを混合して充填しない比較例１～３では、実施例１，２に比べてホウ素の除去率が低下した。比較例１～３において比較すれば、濃縮室にカチオン交換樹脂のみを充填した比較例１が一番高いホウ素除去率を示したが、被処理水や濃縮室供給水に多少なりとも硬度成分が含まれる場合に、印加電圧の上昇が起こる恐れがある。表１には示していないが、比較例１，２では、実施例１，２に比べて運転時間が長くなるにつれて通水差圧が上昇する現象が認められた。一方、濃縮室にアニオン交換樹脂のみを充填した比較例３では、比較例１，２に比べてホウ素除去率が低かった。脱塩室において大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のアニオン交換樹脂とを混合して充填した場合においても、比較例４，５に示すように濃縮室にアニオン交換樹脂のみを充填した場合には、ホウ素除去率が向上しなかった。これらのことから、ホウ素除去率の向上のためには、脱塩室の少なくとも一部に大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のアニオン交換樹脂とを混合して充填し、かつ、濃縮室に充填されるイオン交換樹脂の少なくとも一部をカチオン交換樹脂とすべきことが分かった。この場合、濃縮室にはアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合して充填することが好ましいことも分かった。

【0047】

［参考例１］
脱塩室において大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のアニオン交換樹脂とを混合して充填したことによる通水差圧の増加について検討した。図１に示すＥＤＩ装置１０において、濃縮室２２，２４には大粒径のアニオン交換樹脂のみを充填し、脱塩室２３の全域にわたって大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のアニオン交換樹脂を混合した混合粒径層を設けたＥＤＩ装置１０を組み立てた。また、陰極１２の側で脱塩室２３を区画するイオン交換膜として、脱塩室２３側がアニオン交換膜３７となるようにアニオン交換膜３７とカチオン交換膜３３とが重ね合わされたものを使用した。図１４は、参考例１で用いたＥＤＩ装置１０の要部の構成を示している。濃縮室２２，２４及び脱塩室２３には、いずれも、１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさの開口を有して厚さが１０ｍｍであるセル（枠体）を使用した。各室のセルにそれぞれイオン交換樹脂を充填し、イオン交換膜を挟んでセルの厚さ方向にこれらのセルを積層することにより、ＥＤＩ装置１０を組み立てた。脱塩室２３に設けられる混合粒径層には、粒径が０．６～０．７ｍｍである大粒径のアニオン交換樹脂と粒径が０．３ｍｍである小粒径のアニオン交換樹脂とをＬ：Ｓが１：１になるように混合して充填した。濃縮室２２，２４には、粒径が０．６～０．７ｍｍである大粒径のアニオン交換樹脂を充填した。このとき、脱塩室２３におけるアニオン交換樹脂の充填率を１．１とした。充填率とは、陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加しつつイオン交換樹脂が充填されている脱塩室２３に対して通水してイオン交換樹脂を再生状態とし、その後、脱塩室２３から取り出されたイオン交換樹脂の自由状態での見かけの体積をその脱塩室２３の容積で除算して得られる値のことである。自由状態とは、脱塩室や濃縮室といった空間にイオン交換樹脂が拘束されていない状態を指す。

【0048】

ホウ素濃度が１００μｇ／Ｌである被処理水を２５Ｌ／ｈで脱塩室２３に通水し、濃縮室２２，２４にはそれぞれ５．５Ｌ／ｈで供給水を通水し、電流密度が１．１Ａ／ｄｍ^２となるように陽極１１と陰極１２との間に直流電圧を印加してＥＤＩ装置１０を運転した。そして実施例１と同様に運転開始から２５００時間経過した時点でのホウ素除去率と通水差圧とを求めた。結果を表２に示す。

【0049】

［参考例２］
脱塩室２３におけるアニオン交換樹脂の充填率を１．２としたこと以外は参考例１と同様にしてＥＤＩ装置１０を組み立て、参考例１と同様にＥＤＩ装置１０を運転し、運転開始から２５００時間経過した時点でのホウ素除去率と通水差圧とを求めた。結果を表２に示す。

【0050】

【表2】

【0051】

参考例１，２の結果から、大粒径のアニオン交換樹脂と小粒径のアニオン交換樹脂との混合比率Ｌ：Ｓが１：１という小粒径のアニオン交換樹脂の割合がかなり大きい場合であっても通水差圧は小さく、アニオン交換樹脂としての充填率が１．１～１．２の範囲では通水差圧の大きな違いが見られなかった。これらのことから、本発明に基づくＥＤＩ装置によれば、通水差圧を十分に低くすることができることが分かった。参考例１，２において混合比率Ｌ：Ｓを１：３とした場合においても、通水差圧の上昇は認められなかった。

【符号の説明】

【0052】

１０ ＥＤＩ装置
１１ 陽極
１２ 陰極
２１ 陽極室
２２，２４ 濃縮室
２３ 脱塩室
２５ 陰極室
２６，２７ 小脱塩室
３１，３３ カチオン交換膜（ＣＥＭ）
３２，３４，３６，３７ アニオン交換膜（ＡＥＭ）
４０ 逆浸透膜装置
４１ 逆浸透膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】