(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】P2024142926
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】電気脱イオン装置の運転方法
(51)【国際特許分類】
C02F 1/469 20230101AFI20241003BHJP
C02F 1/42 20230101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
C02F1/469
C02F1/42 B
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023055341
(22)【出願日】2023-03-30
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2024-05-01
(71)【出願人】
【識別番号】000001063
【氏名又は名称】栗田工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108833
【弁理士】
【氏名又は名称】早川 裕司
(74)【代理人】
【識別番号】100162156
【弁理士】
【氏名又は名称】村雨 圭介
(72)【発明者】
【氏名】田部井 麗奈
【テーマコード（参考）】
4D025
4D061
【Ｆターム（参考）】
4D025AA04
4D025BA07
4D025BA08
4D025BA13
4D025BB03
4D025BB04
4D025CA03
4D025CA05
4D025CA10
4D025DA04
4D025DA05
4D025DA06
4D061DA02
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4D061EB19
4D061EB37
4D061EB39
4D061FA07
4D061FA08
4D061FA09
4D061FA11
4D061GA05
4D061GA06
4D061GA07
4D061GC16
(57)【要約】
【課題】 電気脱イオン装置にｐＨが高い給水を供給しても高水質の処理水を効率よく製造することの可能な電気脱イオン装置の運転方法を提供する。
【解決手段】 電気脱イオン装置８にｐＨ８以上の被処理水（給水）Ｗ４を電気脱イオン装置８の脱塩室２５に被処理水Ｗ４を供給する。そして、この脱塩室２５を透過した脱塩水Ｗ５を分取して濃縮室２６に脱塩室２５とは逆方向に供給する。これにより、被処理水（給水）Ｗ４のｐＨが８以上であっても脱塩室２５の取り出し側ほど濃縮室２６の被濃縮水中のイオン濃度が低いものとなる。特に電気脱イオン装置８の脱塩室の出口付近における濃縮室２６から脱塩室２５への無機炭酸イオンの移動を低減し、脱塩水Ｗ５の抵抗率の低下を防ぐことができる。
【選択図】 図２
【解決手段】 電気脱イオン装置８にｐＨ８以上の被処理水（給水）Ｗ４を電気脱イオン装置８の脱塩室２５に被処理水Ｗ４を供給する。そして、この脱塩室２５を透過した脱塩水Ｗ５を分取して濃縮室２６に脱塩室２５とは逆方向に供給する。これにより、被処理水（給水）Ｗ４のｐＨが８以上であっても脱塩室２５の取り出し側ほど濃縮室２６の被濃縮水中のイオン濃度が低いものとなる。特に電気脱イオン装置８の脱塩室の出口付近における濃縮室２６から脱塩室２５への無機炭酸イオンの移動を低減し、脱塩水Ｗ５の抵抗率の低下を防ぐことができる。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気脱イオン装置の脱塩室にｐＨ８以上の給水を通水するとともに該電気脱イオン装置の濃縮室に前記脱塩室と逆方向に前記脱塩室の処理水又は前記脱塩室の給水を通水する、電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項2】
前記電気脱イオン装置の給水のｐＨが８～１１である、請求項１に記載の電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項3】
前記電気脱イオン装置の給水の無機炭酸濃度が１ｍｇ／ＬａｓＣＯ２以下である、請求項２に記載の電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項4】
前記電気脱イオン装置の給水が逆浸透膜の透過水である請求項３に記載の電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項5】
前記電気脱イオン装置の濃縮室に通水する濃縮水を前記電気脱イオン装置の給水の無機炭酸濃度に応じて前記脱塩室の処理水と前記脱塩室の給水とに切り替える、請求項１～４のいずれか１項に記載の電気脱イオン装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気脱イオン装置の運転方法に関し、特に電気脱イオン装置にｐＨが高い給水を供給しても高水質の処理水を製造することの可能な電気脱イオン装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体等の電子産業分野で用いられている超純水は、前処理システム、一次純水製造装置及び一次純水を処理するサブシステム（二次純水製造装置）で構成される超純水製造システムで原水を処理することにより製造されている。
【0003】
例えば、図１に示すように超純水製造システム１は、前処理装置２と一次純水製造装置（純水製造装置）３とサブシステム４といった３段の装置で構成されている。このような超純水製造システム１の前処理装置２では、原水Ｗの濾過、凝集沈殿、精密濾過膜などによる前処理が施され、主に懸濁物質が除去される。
【0004】
一次純水製造装置３は、前処理水Ｗ１を処理する逆浸透膜装置５と、紫外線酸化装置６と、電気脱イオン装置８と、この電気脱イオン装置８に給水を供給する給水ポンプ７とを有する。この一次純水製造装置３で前処理水Ｗ１中の大半の電解質、微粒子、生菌等の除去を行うとともに有機物を分解して、一次純水（純水）Ｗ２を得る。
【0005】
そして、サブシステム４は、サブタンク１０と供給ポンプ１１と紫外線酸化装置１２と非再生型混床式イオン交換装置１３と限外ろ過膜（ＵＦ膜）１４とを有し、限外ろ過膜（ＵＦ膜）１４からユースポイント１５を経由してサブタンク１０に還流する構成となっている。このサブシステム４では、一次純水製造装置３で製造された一次純水Ｗ２中に含まれる微量の有機物（ＴＯＣ成分）を酸化分解し、炭酸イオン、有機酸類、アニオン性物質、さらには金属イオンやカチオン性物質を除去し、最後に限外濾過（ＵＦ）膜１４で微粒子を除去して超純水Ｗ３とし、これをユースポイント１５に供給して、未使用の超純水Ｗ３はサブタンク１０に還流する。
【0006】
上述したような超純水製造システム１の一次純水製造装置３では、逆浸透膜装置５におけるホウ素の濃度低減などの処理性能向上を目的に、逆浸透膜装置の給水にＮａＯＨ等のアルカリを注入してｐＨ８以上とし、各種成分のイオン化を促進して処理することが行われている。
【0007】
このような一次純水製造装置３に用いられる電気脱イオン装置８は、一般に陰極（カソード）及び陽極（アノード）間にカチオン交換膜とアニオン交換膜とを交互に配置し、これらカチオン交換膜及びアニオン交換膜により区画を構成することで脱塩室及び濃縮室を形成し、この脱塩室及び前記濃縮室にイオン交換樹脂を充填したものである。カチオン交換膜やアニオン交換膜などのイオン交換膜としては、粉末状のイオン交換樹脂にポリスチレンなどの結合剤を加えて製膜した不均質膜や、スチレン－ジビニルベンゼン等の重合によって製膜した均質膜などのほか、各種アニオン交換機能あるいはカチオン交換機能を有する単量体をグラフト重合により製膜したものなどが用いられている。
【0008】
また、脱塩室には、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イオン交換体（アニオン交換体及びカチオン交換体）が混合もしくは複層状に充填されている。また、濃縮室と、陽極室及び陰極室にも、イオン交換体が充填されている。
【0009】
この電気脱イオン装置８には、脱塩室に被処理水（給水）を通水して処理水を取り出す通水手段と、濃縮室に濃縮水を通水する濃縮水通水手段とが設けられていて、通常は脱塩室に被処理水を通水する方向と、濃縮室に濃縮水を通水する方向を同じくすることが行われている。
【0010】
このような電気脱イオン装置を用いた純水製造装置（超純水製造装置における一次純水製造装置）としては、逆浸透膜装置の処理水を電気脱イオン装置の給水とする、あるいは逆浸透膜装置の処理水を紫外線酸化装置で処理した後電気脱イオン装置の給水とすることが汎用的に行われている。さらに、ホウ素の濃度低減を目的に逆浸透膜装置の給水にアルカリを添加し、ｐＨを８以上に調整することも行われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、電気脱イオン装置の給水のｐＨが高い場合、脱塩室の被処理水と濃縮室の濃縮水を並流で通水する方式では、処理水の抵抗率が低下する、すなわち処理水の水質が低下する、という問題点があった。
【0012】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電気脱イオン装置にｐＨが高い給水を供給しても高水質の処理水を製造することの可能な電気脱イオン装置の運転方法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】
【0013】
上記目的を達成するために、本発明は、電気脱イオン装置の脱塩室にｐＨ８以上の給水を通水するとともに該電気脱イオン装置の濃縮室に前記脱塩室と逆方向に前記脱塩室の処理水又は前記脱塩室の給水を通水する、電気脱イオン装置の運転方法を提供する（発明１）。特に上記発明（発明１）においては、前記電気脱イオン装置の給水のｐＨが８～１１であることが好ましい（発明２）。
【0014】
かかる発明（発明１，２）によれば、電気脱イオン装置にｐＨ８以上、特にｐＨが８～１１の給水を供給すると処理水（脱塩水）の水質が低下するが、電気脱イオン装置の濃縮水に給水または処理水を用い、脱塩室と濃縮室の通水方向を向流（逆方向）に通水することにより、処理水の水質（例えば抵抗率）の低下を防ぐことができる。
【0015】
上記発明（発明２）においては、前記電気脱イオン装置の給水の無機炭酸濃度が１ｍｇ／ＬａｓＣＯ２以下であることが好ましい（発明３）。
【0016】
かかる発明（発明３）によれば、このような給水を電気脱イオン装置で処理することにより、電気脱イオン装置の脱塩室出口付近における濃縮室から脱塩室への無機炭酸イオンの移動を低減し、処理水の抵抗率の低下を防ぐことができる。また、このような給水であれば、濃縮水の給水として好適に用いることができる。
【0017】
上記発明（発明３）においては、前記電気脱イオン装置の給水が逆浸透膜の透過水であることが好ましい（発明４）。
【0018】
かかる発明（発明４）によれば、ｐＨが８～１１の被処理水を逆浸透膜で処理すると、無機炭酸やホウ素などの弱イオン性の不純物の除去率が向上するので、電気脱イオン装置の脱塩室の給水として好適とすることができるばかりか、濃縮室に供給する濃縮水としても好適である。
【0019】
上記発明（発明１～４）においては、前記電気脱イオン装置の濃縮室に通水する濃縮水を前記電気脱イオン装置の給水の無機炭酸濃度に応じて前記脱塩室の処理水と前記脱塩室の給水とに切り替えることが好ましい（発明５）。
【0020】
かかる発明（発明５）によれば、電気脱イオン装置の給水の無機炭酸濃度が低い場合は、給水を濃縮水としても流通させる一方、電気脱イオン装置の給水の無機炭酸濃度が高い場合は、脱塩室で脱塩処理した処理水を濃縮水として流通させることで、電気脱イオン装置の水質を維持しつつ、水使用量の点でも効率的に脱イオン水を製造することができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明の電気脱イオン装置の運転方法によれば、電気脱イオン装置にｐＨ８以上の給水を供給し、前記電気脱イオン装置の脱塩室にこの給水を通水するとともに前記電気脱イオン装置の脱塩室に前記脱塩室と逆方向に前記脱塩室の処理水又は前記脱塩室の給水を通水することにより、電気脱イオン装置の水質の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の電気脱イオン装置の運転方法を適用可能な超純水製造システムを示すフロー図である。
【図2】本発明の第一の実施形態による電気脱イオン装置の運転方法における脱塩室及び濃縮室の水の流れを示す概略図である。
【図3】本発明の第二の実施形態による電気脱イオン装置の運転方法における脱塩室及び濃縮室の水の流れを示す概略図である。
【図4】本発明の第三の実施形態による電気脱イオン装置の運転方法における脱塩室及び濃縮室の水の流れを示す概略図である。
【図5】実施例１における処理水カウンター通水時の電気脱イオン装置の処理水の抵抗率の測定結果を示すグラフである。
【図6】給水パラレルフロー通水時の電気脱イオン装置の処理水の抵抗率の測定結果を示すグラフである。
【図7】無機炭酸の濃度とｐＨ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】
【0023】
［第一の実施形態］
以下、本発明の第一の実施形態による電気脱イオン装置の運転方法について添付図面を参照して説明する。
以下、本発明の第一の実施形態による電気脱イオン装置の運転方法について添付図面を参照して説明する。
【0024】
（電気脱イオン装置）
図２は、本実施形態の運転方法を適用可能な電気脱イオン装置における脱塩室及び濃縮室の水の流れを示している。図２において、電気脱イオン装置８は、電極（陽極２１、陰極２２）の間に複数のアニオン交換膜２３及びカチオン交換膜２４を交互に配列して脱塩室２５と濃縮室２６とを交互に形成し、両側に陽極室２７と陰極室２８を形成したものであり、脱塩室２５にはイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなる図示しないイオン交換体（アニオン交換体及びカチオン交換体）が混合もしくは複層状に充填されている。また、濃縮室２６と、陽極室２７及び陰極室２８にも、同様にイオン交換体が充填されている。
図２は、本実施形態の運転方法を適用可能な電気脱イオン装置における脱塩室及び濃縮室の水の流れを示している。図２において、電気脱イオン装置８は、電極（陽極２１、陰極２２）の間に複数のアニオン交換膜２３及びカチオン交換膜２４を交互に配列して脱塩室２５と濃縮室２６とを交互に形成し、両側に陽極室２７と陰極室２８を形成したものであり、脱塩室２５にはイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなる図示しないイオン交換体（アニオン交換体及びカチオン交換体）が混合もしくは複層状に充填されている。また、濃縮室２６と、陽極室２７及び陰極室２８にも、同様にイオン交換体が充填されている。
【0025】
そして、この電気脱イオン装置８には、脱塩室２５に被処理水（給水）Ｗ４を通水して脱塩水（処理水）Ｗ５を取り出し、濃縮室２６にこの脱塩水Ｗ５を分取して通水する濃縮室通水手段（図示せず）が設けられていて、脱塩水Ｗ５を脱塩室２５の脱塩水Ｗ５の取り出し口に近い側から濃縮室２６内に導入すると共に、脱塩室２５の処理原水（被処理水Ｗ４）の入口に近い側から流出する、すなわち脱塩室２５における被処理水Ｗ４の流通方向と反対方向から脱塩水Ｗ５を濃縮室２６に導入して濃縮水Ｗ６を吐出する構成となっている。一方、陽極室２７及び陰極室２８には被処理水Ｗ４を電極水として流通させ、それぞれ陽極排出水Ｗ７、陰極排出水Ｗ８として排出する構造となっている。
【0026】
（電気脱イオン装置の給水（被処理水））
本実施形態においては、図２に示す電気脱イオン装置８は、一次純水装置の前処理水を処理する逆浸透膜装置、及び必要に応じ紫外線酸化装置の後段に位置するものとする。そして、電気脱イオン装置８の被処理水（給水）Ｗ４として、逆浸透膜装置の処理水を供給する。この逆浸透膜装置８においては、ホウ素の濃度低減を目的として、アルカリを添加しているため、ｐＨ８以上の処理水が電気脱イオン装置８に供給される。この逆浸透膜装置の給水のｐＨを１１以上とすると使用する薬品量が増加し、薬品にかかる費用が増加するばかりか、それに見合う効果の向上が得られず、費用対効果が低下することから、ｐＨ８～１１程度とすることが望ましい。さらに、電気脱イオン装置の給水Ｗ４の無機炭酸濃度（ＩＣ）は１ｍｇ／ＬａｓＣＯ２以下であることが好ましい。逆浸透膜（ＲＯ）装置で塩類のほかイオン性、コロイド性のＴＯＣを除去するとともに炭酸ガスをイオン化して除去する。そして、必要に応じ紫外線酸化装置６において残存する有機物を分解する。
本実施形態においては、図２に示す電気脱イオン装置８は、一次純水装置の前処理水を処理する逆浸透膜装置、及び必要に応じ紫外線酸化装置の後段に位置するものとする。そして、電気脱イオン装置８の被処理水（給水）Ｗ４として、逆浸透膜装置の処理水を供給する。この逆浸透膜装置８においては、ホウ素の濃度低減を目的として、アルカリを添加しているため、ｐＨ８以上の処理水が電気脱イオン装置８に供給される。この逆浸透膜装置の給水のｐＨを１１以上とすると使用する薬品量が増加し、薬品にかかる費用が増加するばかりか、それに見合う効果の向上が得られず、費用対効果が低下することから、ｐＨ８～１１程度とすることが望ましい。さらに、電気脱イオン装置の給水Ｗ４の無機炭酸濃度（ＩＣ）は１ｍｇ／ＬａｓＣＯ２以下であることが好ましい。逆浸透膜（ＲＯ）装置で塩類のほかイオン性、コロイド性のＴＯＣを除去するとともに炭酸ガスをイオン化して除去する。そして、必要に応じ紫外線酸化装置６において残存する有機物を分解する。
【0027】
［電気脱イオン装置の運転方法］
次に上述したような構成を有する電気脱イオン装置８を用いた本実施形態の電気脱イオン装置の運転方法について説明する。
次に上述したような構成を有する電気脱イオン装置８を用いた本実施形態の電気脱イオン装置の運転方法について説明する。
【0028】
まず、電気脱イオン装置８の脱塩室２５にｐＨ８以上の被処理水（給水）Ｗ４を通水して、イオン性の不純物などを除去する。
【0029】
具体的には、図２に示すように電気脱イオン装置８の脱塩室２５に被処理水Ｗ４を供給する。そして、この脱塩室２５を透過した脱塩水Ｗ５を分取して濃縮室２６に脱塩室２５とは逆方向に供給する。このように脱塩室２５を通過した処理水Ｗ５の一部を被濃縮水として濃縮室２６に脱塩室２５の通水方向とは逆方向に向流一過式で通水し、濃縮室２６から濃縮水Ｗ６を系外へ排出させることにより、脱塩室２５の取り出し側ほど濃縮室２６の被濃縮水中のイオン濃度が低いものとなるので、濃縮室２６から脱塩室２５への拡散を抑制し処理水Ｗ５の水質を良好なものとすることができる。特に電気脱イオン装置８の脱塩室の出口付近における濃縮室２６から脱塩室２５への無機炭酸イオンの移動を低減し、脱塩水Ｗ５の抵抗率の低下を防ぐことができる。
【0030】
上述したような第一の実施形態の電気脱イオン装置の運転方法は、脱塩水Ｗ５を分取して濃縮室２６に脱塩室２５とは逆方向に供給することにより。無機炭酸に起因するイオンの除去性能に優れることから、電気脱イオン装置の給水Ｗ４の無機炭酸濃度（ＩＣ）が１ｍｇ／ＬａｓＣＯ２を超える場合に、特に有効である。
【0031】
［第二の実施形態］
次に、本発明の第二の実施形態による電気脱イオン装置の運転方法について添付図面を参照して説明する。
次に、本発明の第二の実施形態による電気脱イオン装置の運転方法について添付図面を参照して説明する。
【0032】
（電気脱イオン装置）
図３は、本実施形態の運転方法を適用可能な電気脱イオン装置における脱塩室及び濃縮室の水の流れを示している。図３において、電気脱イオン装置８は、電極（陽極２１、陰極２２）の間に複数のアニオン交換膜２３及びカチオン交換膜２４を交互に配列して脱塩室２５と濃縮室２６とを交互に形成し、両側に陽極室２７と陰極室２８を形成したものであり、脱塩室２５にはイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなる図示しないイオン交換体（アニオン交換体及びカチオン交換体）が混合もしくは複層状に充填されている。また、濃縮室２６と、陽極室２７及び陰極室２８にも、同様にイオン交換体が充填されている。
図３は、本実施形態の運転方法を適用可能な電気脱イオン装置における脱塩室及び濃縮室の水の流れを示している。図３において、電気脱イオン装置８は、電極（陽極２１、陰極２２）の間に複数のアニオン交換膜２３及びカチオン交換膜２４を交互に配列して脱塩室２５と濃縮室２６とを交互に形成し、両側に陽極室２７と陰極室２８を形成したものであり、脱塩室２５にはイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなる図示しないイオン交換体（アニオン交換体及びカチオン交換体）が混合もしくは複層状に充填されている。また、濃縮室２６と、陽極室２７及び陰極室２８にも、同様にイオン交換体が充填されている。
【0033】
そして、この電気脱イオン装置８には、脱塩室２５に被処理水（給水）Ｗ４を通水して脱塩水（処理水）Ｗ５を取り出すとともに、被処理水（給水）Ｗ４を濃縮室２６に通水する濃縮室通水手段（図示せず）が設けられていて、濃縮室２６に脱塩室２５とは逆方向に被処理水（給水）Ｗ４を供給して、脱塩室２５の処理原水（被処理水Ｗ４）の出口に近い側から流出する、すなわち脱塩室２５における被処理水Ｗ４の流通方向と反対方向から被処理水（給水）Ｗ４を流通して濃縮水Ｗ６を吐出する構成となっている。一方、陽極室２７及び陰極室２８には被処理水Ｗ４を電極水として流通させ、それぞれ陽極排出水Ｗ７、陰極排出水Ｗ５として排出する構造となっている。
【0034】
（電気脱イオン装置の給水（被処理水））
本実施形態においては、電気脱イオン装置の給水（被処理水）としては、前述した第一の実施形態と同じものを用いることができる。
本実施形態においては、電気脱イオン装置の給水（被処理水）としては、前述した第一の実施形態と同じものを用いることができる。
【0035】
［電気脱イオン装置の運転方法］
次に上述したような構成を有する電気脱イオン装置８を用いた本実施形態の電気脱イオン装置の運転方法について説明する。
次に上述したような構成を有する電気脱イオン装置８を用いた本実施形態の電気脱イオン装置の運転方法について説明する。
【0036】
まず、電気脱イオン装置８の脱塩室２５にｐＨ８以上の被処理水（給水）Ｗ４を通水して、イオン性の不純物などを除去する。
【0037】
具体的には、図３に示すように電気脱イオン装置８の脱塩室２５に被処理水Ｗ４を供給する。一方、濃縮室２６にも被処理水Ｗ４を脱塩室２５とは逆方向に供給する。このように被処理水Ｗ４を被濃縮水として濃縮室２６に脱塩室２５の通水方向とは逆方向に向流一過式で通水し、濃縮室２６から濃縮水Ｗ６を系外へ排出させることにより、被処理水（給水）Ｗ４のｐＨが８以上であっても脱塩室２５の取り出し側ほど濃縮室２６の被濃縮水中のイオン濃度が低いものとなるので、濃縮室２６から脱塩室２５への拡散を抑制し処理水Ｗ５の水質を良好なものとすることができる。特に電気脱イオン装置８の脱塩室の出口付近における濃縮室２６から脱塩室２５への無機炭酸イオンの移動を低減し、脱塩水Ｗ５の抵抗率の低下を防ぐことができる。
【0038】
上述したような第二の実施形態の電気脱イオン装置の運転方法は、濃縮室２６に被処理水Ｗ４を脱塩室２５とは逆方向に供給しているので、被処理水Ｗ４の無機炭酸が少ない方が電気脱イオン装置の脱塩水Ｗ５の水質を高度に維持することができることから、電気脱イオン装置の給水Ｗ４の無機炭酸濃度（ＩＣ）が１ｍｇ／ＬａｓＣＯ２以下の場合に、特に有効である。
【0039】
［第三の実施形態］
次に、本発明の第三の実施形態による電気脱イオン装置の運転方法について添付図面を参照して説明する。
次に、本発明の第三の実施形態による電気脱イオン装置の運転方法について添付図面を参照して説明する。
【0040】
（電気脱イオン装置）
図４は、本実施形態の運転方法を適用可能な電気脱イオン装置における脱塩室及び濃縮室の水の流れを示している。図４において、電気脱イオン装置８は、電極（陽極２１、陰極２２）の間に複数のアニオン交換膜２３及びカチオン交換膜２４を交互に配列して脱塩室２５と濃縮室２６とを交互に形成し、両側に陽極室２７と陰極室２８を形成したものであり、脱塩室２５にはイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなる図示しないイオン交換体（アニオン交換体及びカチオン交換体）が混合もしくは複層状に充填されている。また、濃縮室２６と、陽極室２７及び陰極室２８にも、同様にイオン交換体が充填されている。
図４は、本実施形態の運転方法を適用可能な電気脱イオン装置における脱塩室及び濃縮室の水の流れを示している。図４において、電気脱イオン装置８は、電極（陽極２１、陰極２２）の間に複数のアニオン交換膜２３及びカチオン交換膜２４を交互に配列して脱塩室２５と濃縮室２６とを交互に形成し、両側に陽極室２７と陰極室２８を形成したものであり、脱塩室２５にはイオン交換樹脂、イオン交換繊維もしくはグラフト交換体等からなる図示しないイオン交換体（アニオン交換体及びカチオン交換体）が混合もしくは複層状に充填されている。また、濃縮室２６と、陽極室２７及び陰極室２８にも、同様にイオン交換体が充填されている。
【0041】
そして、この電気脱イオン装置８には、脱塩室２５に被処理水（給水）Ｗ４を通水して脱塩水（処理水）Ｗ５を取り出し、濃縮室２６にこの脱塩水Ｗ５を分取して通水する濃縮室通水手段（図示せず）が設けられていて、脱塩水Ｗ５を脱塩室２５の脱塩水Ｗ５の取り出し口に近い側から濃縮室２６内に導入するか、被処理水（給水）Ｗ４を脱塩室２５の脱塩水Ｗ５の取り出し口に近い側から濃縮室２６内に導入するかを図示しない切替初段により切り替え可能となっている。そして、図示しない被処理水（給水）Ｗ４の無機炭酸濃度（ＩＣ）の計測手段（類推手段を含む）が設けられていて、この無機炭酸濃度（ＩＣ）の計測手段の計測結果に基づいて、濃縮室２６に脱塩水Ｗ５を導入するか、被処理水（給水）Ｗ４を導入するかを切り替え可能となっている。
【0042】
（電気脱イオン装置の給水（被処理水））
本実施形態においては、電気脱イオン装置の給水（被処理水）としては、前述した第一の実施形態と同じものを用いることができる。
本実施形態においては、電気脱イオン装置の給水（被処理水）としては、前述した第一の実施形態と同じものを用いることができる。
【0043】
［電気脱イオン装置の運転方法］
次に上述したような構成を有する電気脱イオン装置８を用いた本実施形態の電気脱イオン装置の運転方法について説明する。
次に上述したような構成を有する電気脱イオン装置８を用いた本実施形態の電気脱イオン装置の運転方法について説明する。
【0044】
まず、電気脱イオン装置８の脱塩室２５にｐＨ８以上の被処理水（給水）Ｗ４を通水して、イオン性の不純物などを除去する。
【0045】
具体的には、図４に示すように電気脱イオン装置８の脱塩室２５に被処理水Ｗ４を供給する。一方、図示しない無機炭酸濃度（ＩＣ）の計測手段の計測結果に基づいて、濃縮室２６に脱塩水Ｗ５を導入するか被処理水（給水）Ｗ４を導入するかを切り替えて、濃縮室２６に脱塩水Ｗ５又は被処理水Ｗ４を脱塩室２５とは逆方向に供給する。このように濃縮室２６に脱塩室２５の通水方向とは逆方向に向流一過式で通水し、濃縮室２６から濃縮水Ｗ６を系外へ排出させることにより、被処理水（給水）Ｗ４のｐＨが８以上であっても脱塩室２５の取り出し側ほど濃縮室２６の被濃縮水中のイオン濃度が低いものとなるので、濃縮室２６から脱塩室２５への拡散を抑制し処理水Ｗ５の水質を良好なものとすることができる。特に電気脱イオン装置８の脱塩室の出口付近における濃縮室２６から脱塩室２５への無機炭酸イオンの移動を低減し、脱塩水Ｗ５の抵抗率の低下を防ぐことができる。
【0046】
上述したような第三の実施形態の電気脱イオン装置の運転方法は、電気脱イオン装置の給水Ｗ４の無機炭酸濃度（ＩＣ）に応じて、濃縮室２６に脱塩水Ｗ５を導入するか被処理水（給水）Ｗ４を導入するかを切り替えることにより、脱塩水Ｗ５の水質を維持しつつ、脱塩水Ｗ５の利用率を高めることができる。
【0047】
以上、本発明の電気脱イオン装置の運転方法について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変更実施が可能である。例えば、前記実施形態においては、逆浸透膜装置の処理水を電気脱イオン装置の給水としているが、電気脱イオン装置の給水のｐＨが８以上であればこれに限定されない。
【実施例0048】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【0049】
〔実施例１〕
図２に示す構造で表１に示すセル数の試験用の電気脱イオン装置８を用意し、表２に示す通水条件で表３に示す給水（被処理水）Ｗ４を脱塩室２５に通水し、処理水Ｗ５を分取して濃縮室２６に脱塩室２５とは逆方向に供給（処理水カウンターフロー）し、電気脱イオン装置８は定電流運転とした。そして、給水（被処理水）Ｗ４にＮａＯＨを添加して、ｐＨ１０．５とした後の処理水Ｗ５の抵抗率を測定した。結果を図５に示す。
図２に示す構造で表１に示すセル数の試験用の電気脱イオン装置８を用意し、表２に示す通水条件で表３に示す給水（被処理水）Ｗ４を脱塩室２５に通水し、処理水Ｗ５を分取して濃縮室２６に脱塩室２５とは逆方向に供給（処理水カウンターフロー）し、電気脱イオン装置８は定電流運転とした。そして、給水（被処理水）Ｗ４にＮａＯＨを添加して、ｐＨ１０．５とした後の処理水Ｗ５の抵抗率を測定した。結果を図５に示す。
【0050】
【表1】
【0051】
【表2】
【0052】
【表3】
【0053】
図５から明らかなとおり、給水（被処理水）Ｗ４にＮａＯＨを添加して、ｐＨ１０．５とした後も、電気脱イオン装置８の処理水Ｗ５の抵抗率の変動はほとんどなかった。これは、処理水Ｗ５を濃縮室２６に通水することにより、濃縮室２６から脱塩室２５へのイオンの拡散が防止されたため、水質が維持され処理水の抵抗率が低下しなかったと考えられる。
【0054】
〔比較例１〕
図２に示す構造で表１に示すセル数の試験用の電気脱イオン装置８を用意し、表４に示す通水条件で表３に示す給水（被処理水）Ｗ４を脱塩室２５及び濃縮室２６に同方向に供給（給水パラレルフロー）するように変更して電気脱イオン装置８を定電流運転した。そして、給水（被処理水）Ｗ４にＮａＯＨを添加して、ｐＨ１０．５とした後の処理水Ｗ５の抵抗率を測定した。結果を図６に示す。
図２に示す構造で表１に示すセル数の試験用の電気脱イオン装置８を用意し、表４に示す通水条件で表３に示す給水（被処理水）Ｗ４を脱塩室２５及び濃縮室２６に同方向に供給（給水パラレルフロー）するように変更して電気脱イオン装置８を定電流運転した。そして、給水（被処理水）Ｗ４にＮａＯＨを添加して、ｐＨ１０．５とした後の処理水Ｗ５の抵抗率を測定した。結果を図６に示す。
【0055】
【表4】
【0056】
図６から明らかなとおり、給水（被処理水）Ｗ４にＮａＯＨを添加して、ｐＨ１０．５とした後に電気脱イオン装置８の処理水Ｗ５の抵抗率が大きく低下した。これは、濃縮室２６のイオン濃度が増加したことにより、濃縮室２６から脱塩室２５へのイオンの拡散が起こったためであると考えられる。
【0057】
［参考例１］
図２に示す構造で表５に示すセル数の試験用の電気脱イオン装置８を用意し、表６に示す通水条件で表７に示す給水（被処理水）Ｗ４を脱塩室２５及び濃縮室２６に同方向に供給（給水パラレルフロー）するように変更して電気脱イオン装置８を定電流運転した。そして、給水（被処理水）Ｗ４にＮａＯＨを添加して、ｐＨ１０．５とした後の処理水Ｗ５の、抵抗率、ホウ素濃度、ナトリウム濃度及び塩化物イオン濃度を測定した。結果を表８に示す。
図２に示す構造で表５に示すセル数の試験用の電気脱イオン装置８を用意し、表６に示す通水条件で表７に示す給水（被処理水）Ｗ４を脱塩室２５及び濃縮室２６に同方向に供給（給水パラレルフロー）するように変更して電気脱イオン装置８を定電流運転した。そして、給水（被処理水）Ｗ４にＮａＯＨを添加して、ｐＨ１０．５とした後の処理水Ｗ５の、抵抗率、ホウ素濃度、ナトリウム濃度及び塩化物イオン濃度を測定した。結果を表８に示す。
【0058】
［参考例２］
参考例１において、参考例１とＮａの給水濃度が同等となるようにＮａＯＨの代替としてＮａＯＨを添加して、ｐＨを約７とした以外は同様にして電気脱イオン装置８を定電流運転した。そして、給水（被処理水）Ｗ４にＮａＯＨを添加して、ｐＨ１０．５とした後の処理水Ｗ５の、抵抗率、ホウ素濃度、ナトリウム濃度及び塩化物イオン濃度を測定した。結果を表８にあわせて示す。
参考例１において、参考例１とＮａの給水濃度が同等となるようにＮａＯＨの代替としてＮａＯＨを添加して、ｐＨを約７とした以外は同様にして電気脱イオン装置８を定電流運転した。そして、給水（被処理水）Ｗ４にＮａＯＨを添加して、ｐＨ１０．５とした後の処理水Ｗ５の、抵抗率、ホウ素濃度、ナトリウム濃度及び塩化物イオン濃度を測定した。結果を表８にあわせて示す。
【0059】
【表5】
【0060】
【表6】
【0061】
【表7】
【0062】
【表8】
【0063】
表８から明らかなとり、給水Ｗ４が高ｐＨである参考例１と、この参考例１と同等のＮａ負荷を加えた参考例２とを比較すると、参考例１の処理水Ｗ５の方が低い抵抗率を示した。一方、処理水Ｗ５のイオン分析の結果を参考例１と参考例２とで比較すると、ホウ素濃度は同等で、ＮａイオンとＣｌイオンについては、参考例１の方が低い値を示している。したがって、参考例１において、処理水Ｗ５の抵抗率を低下させているイオンは、ＮａＨＣＯ３に起因する無機炭酸に由来すると推測できる。このことから、給水Ｗ４のｐＨが高い場合、無機炭酸イオンは脱塩室出口付近において、濃縮室から脱塩室へ容易に移動するイオンであると考えられる。したがって、給水Ｗ４のｐＨが高い場合に電気脱イオン装置８の処理水Ｗ５の水質を維持するためには、給水Ｗ４の無機炭酸イオン濃度を低くすることが効果的であるといえる。
【0064】
［実施例２］
逆浸透膜装置の給水のｐＨを変動させ、この変動に伴う無機炭酸（ＩＣ）の除去率の変化を確認した。逆浸透膜装置としてはＥＳ－２０－Ｄ４（日東電工（株）製）を用いた。給水の圧力が０．７５ＭＰａ、濃縮水流量が１．０ｍ３／ｈとなるように運転を調整した。表９に示す給水条件にて、ｐＨを変動させた際の無機炭酸イオンの除去率を確認した。結果を図７に示すとともに逆浸透膜装置の給水のｐＨ７．５～９．５の範囲における無機炭酸イオンの除去率を表１０に示す。
逆浸透膜装置の給水のｐＨを変動させ、この変動に伴う無機炭酸（ＩＣ）の除去率の変化を確認した。逆浸透膜装置としてはＥＳ－２０－Ｄ４（日東電工（株）製）を用いた。給水の圧力が０．７５ＭＰａ、濃縮水流量が１．０ｍ３／ｈとなるように運転を調整した。表９に示す給水条件にて、ｐＨを変動させた際の無機炭酸イオンの除去率を確認した。結果を図７に示すとともに逆浸透膜装置の給水のｐＨ７．５～９．５の範囲における無機炭酸イオンの除去率を表１０に示す。
【0065】
【表9】
【0066】
【表10】
【0067】
図７及び表１０から明らかなとおり、逆浸透膜装置による無機炭酸の除去率は、各イオンの存在比率と相関があり、ＨＣＯ３
－またはＣＯ２
－での存在率が高まると、逆浸透膜装置での無機炭酸の除去率が高くなることがわかる。そして、逆浸透膜装置の給水のｐＨを８．０以上とすることでＨＣＯ３
－またはＣＯ３２
－での存在率が高まるので、逆浸透膜処理における無機炭酸の除去率を高めることができる。この逆浸透膜装置の給水のｐＨを１１以上とすると用いる薬品量が増加し、薬品にかかる費用が増加するため、処理水の水質向上に貢献する費用対効果が低下することから、ｐＨ８～１１程度とすることが望ましい。
【符号の説明】
【0068】
１ 超純水製造システム
２ 前処理装置
３ 一次純水製造装置（純水製造装置）
４ サブシステム
５ 逆浸透膜装置
６ 紫外線酸化装置
７ 給水ポンプ
８ 電気脱イオン装置
１０ サブタンク
１１ 供給ポンプ
１２ 紫外線酸化装置
１３ 非再生型混床式イオン交換装置
１４ 限外ろ過膜（ＵＦ膜）
１５ ユースポイント
２１ 陽極（電極）
２２ 陰極（電極）
２３ アニオン交換膜
２４ カチオン交換膜
２５ 脱塩室
２６ 濃縮室
２７ 陽極室
２８ 陰極室
Ｗ 原水
Ｗ１ 前処理水
Ｗ２ 一次純水（純水）
Ｗ３ 超純水
Ｗ４ 被処理水（給水）
Ｗ５ 脱塩水（処理水）
Ｗ６ 濃縮水
Ｗ７ 陽極排出水
Ｗ８ 陰極排出水
２ 前処理装置
３ 一次純水製造装置（純水製造装置）
４ サブシステム
５ 逆浸透膜装置
６ 紫外線酸化装置
７ 給水ポンプ
８ 電気脱イオン装置
１０ サブタンク
１１ 供給ポンプ
１２ 紫外線酸化装置
１３ 非再生型混床式イオン交換装置
１４ 限外ろ過膜（ＵＦ膜）
１５ ユースポイント
２１ 陽極（電極）
２２ 陰極（電極）
２３ アニオン交換膜
２４ カチオン交換膜
２５ 脱塩室
２６ 濃縮室
２７ 陽極室
２８ 陰極室
Ｗ 原水
Ｗ１ 前処理水
Ｗ２ 一次純水（純水）
Ｗ３ 超純水
Ｗ４ 被処理水（給水）
Ｗ５ 脱塩水（処理水）
Ｗ６ 濃縮水
Ｗ７ 陽極排出水
Ｗ８ 陰極排出水
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2024-01-11
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気脱イオン装置の脱塩室にｐＨ８以上の給水を通水するとともに該電気脱イオン装置の濃縮室に濃縮水として前記脱塩室と逆方向に前記脱塩室の処理水又は前記脱塩室の給水を通水し、前記電気脱イオン装置の濃縮室に通水する濃縮水を前記電気脱イオン装置の給水の無機炭酸濃度に応じて前記脱塩室の処理水と前記脱塩室の給水とに切り替える、電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項2】
前記電気脱イオン装置の給水のｐＨが８～１１である、請求項１に記載の電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項3】
前記電気脱イオン装置の濃縮室に通水する濃縮水を、前記電気脱イオン装置の給水の無機炭酸濃度が１ｍｇ／ＬａｓＣＯ２
を超える場合には前記脱塩室の処理水に切り替える、請求項２に記載の電気脱イオン装置の運転方法。
【請求項4】
前記電気脱イオン装置の給水が逆浸透膜の透過水である請求項３に記載の電気脱イオン装置の運転方法。