特開 2024-170353 脱イオン水製造システムの運転方法及び脱イオン水製造システム

(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】P2024170353

(43)【公開日】2024-12-09

(54)【発明の名称】脱イオン水製造システムの運転方法及び脱イオン水製造システム

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/469 20230101AFI20241202BHJP

   B01D 61/42 20060101ALI20241202BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20241202BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20241202BHJP

【ＦＩ】

C02F1/469

B01D61/42

C02F1/44 A

B01D61/58

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023081609

(22)【出願日】2023-05-17

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-11-29

(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】佐々木 慶介

(72)【発明者】

【氏名】阿部 眞弓

(72)【発明者】

【氏名】永山 敦史

(72)【発明者】

【氏名】櫛田 祥吾

【テーマコード（参考）】

4D006

4D061

【Ｆターム（参考）】

4D006GA03

4D006GA17

4D006HA47

4D006HA48

4D006JA30A

4D006JA43Z

4D006JA44Z

4D006JA57Z

4D006JA58Z

4D006JA67Z

4D006KA53

4D006KA55

4D006KA56

4D006KA57

4D006KE03P

4D006KE19P

4D006KE30P

4D006MA03

4D006MA13

4D006MA14

4D006PA01

4D006PB02

4D061DA01

4D061DB13

4D061EA09

4D061EB01

4D061EB04

4D061EB37

4D061EB39

4D061FA09

4D061GA19

4D061GA20

4D061GA21

4D061GC02

4D061GC20

(57)【要約】

【課題】処理水の水質の悪化を抑制しつつ、電気式脱イオン水製造装置の消費電力及び排水量を低減できる脱イオン水製造システムの運転方法及び脱イオン水製造システムを提供する。
【解決手段】電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、被処理水を電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、被処理水を前記脱塩室に通水して処理水を得るとともに、電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを設け、処理水の水質を測定し、処理水の水質の測定値に予め設定された、処理水の水質を所定の値よりも悪化させないための第１のしきい値を備え、該測定値に基づいて第１のしきい値を基点に採水兼再生モードと採水モードとを切り換える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気式脱イオン水製造装置を用いて被処理水から脱イオン水を製造する脱イオン水製造システムの運転方法であって、
前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、
前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを設け、
前記処理水の水質を測定し、
前記処理水の水質の測定値に予め設定された、前記処理水の水質を所定の値よりも悪化させないための第１のしきい値を備え、前記測定値に基づいて前記第１のしきい値を基点に前記採水兼再生モードと前記採水モードとを切り換える脱イオン水製造システムの運転方法。

【請求項2】

前記採水兼再生モードから前記採水モードに切り換えるための第２のしきい値をさらに備える、請求項１に記載の脱イオン水製造システムの運転方法。

【請求項3】

前記測定値は、前記処理水の導電率、比抵抗及び濃度の少なくともいずれか１つである、請求項１に記載の脱イオン水製造システムの運転方法。

【請求項4】

前記測定値が導電率であり、前記第２のしきい値は前記第１のしきい値よりも小さい値であり、
前記導電率が前記第1のしきい値に到達すると、前記電気式脱イオン水製造装置を前記採水兼再生モードで運転し、前記導電率が前記第２のしきい値に到達すると、前記電気式脱イオン水製造装置を前記採水モードで運転する請求項２に記載の脱イオン水製造システムの運転方法。

【請求項5】

前記測定値が比抵抗であり、前記第２のしきい値は前記第１のしきい値よりも大きい値であり、
前記比抵抗が前記第1のしきい値に到達すると、前記電気式脱イオン水製造装置を前記採水兼再生モードで運転し、前記比抵抗が前記第２のしきい値に到達すると、前記電気式脱イオン水製造装置を前記採水モードで運転する請求項２に記載の脱イオン水製造システムの運転方法。

【請求項6】

前記測定値が濃度であり、前記第２のしきい値は前記第１のしきい値よりも小さい値であり、
前記濃度が前記第1のしきい値に到達すると、前記電気式脱イオン水製造装置を前記採水兼再生モードで運転し、前記濃度が前記第２のしきい値に到達すると、前記電気式脱イオン水製造装置を前記採水モードで運転する請求項２に記載の脱イオン水製造システムの運転方法。

【請求項7】

被処理水から脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置と、
電気式脱イオン水製造装置に所要の直流電圧を印加する電源装置と、
前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して得られる処理水の水質を測定する水質測定器と、
前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを設け、前記水質測定器で測定される前記処理水の水質の測定値に予め設定された、前記処理水の水質を所定の値よりも悪化させないための第１のしきい値を備え、前記測定値に基づいて前記第１のしきい値を基点に前記採水兼再生モードと前記採水モードとを切り換える制御装置と、
を有する脱イオン水製造システム。

【請求項8】

逆浸透膜を透過した透過水を前記被処理水として前記脱塩室に通水する逆浸透膜装置をさらに有する請求項７に記載の脱イオン水製造システム。

【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を備える脱イオン水製造システムの運転方法及び脱イオン水製造システムに関する。

【背景技術】

【0002】

イオン交換樹脂などのイオン交換体に被処理水を通水させてイオン交換反応により脱イオンを行う脱イオン水製造システムが知られている。このようなシステムは、一般に、イオン交換体を有する装置を備え、イオン交換体によるイオン交換反応を利用して脱イオン水（例えば、純水）を製造する。しかしながら、イオン交換体を備える装置では、被処理水の通水に伴ってイオン交換体のイオン交換基が飽和して脱イオン性能が低下する。そのため、イオン交換体の脱イオン性能を回復させる（以下、「再生する」と称す）処理を行う必要がある。

【0003】

イオン交換体を再生する処理としては、イオン交換体を定期的に新しいものに交換する方法、酸やアルカリなどの薬剤を用いて定期的にイオン交換体を再生する方法、電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ（ＥｌｅｃｔｒｏＤｅＩｏｎｉｚａｔｉｏｎ）装置とも呼ばれる）を用いて連続的にイオン交換体を再生する方法が知られている。

【0004】

イオン交換体を定期的に交換する方法は、交換作業中に脱イオン水を製造できない。そのため、連続して脱イオン水を製造できない課題がある。また、大流量の被処理水を通水させて脱イオン水を製造する場合、脱イオン性能の低下の速度が速くなり、イオン交換体を比較的頻繁に交換しなければならない。そのため、大流量の被処理水から脱イオン水を製造する用途には不向きである。さらに、使用していたイオン交換体を、交換後に廃棄するため、廃棄物が増えてしまう。

【0005】

薬剤を用いてイオン交換体を再生する方法は、酸やアルカリなどの薬剤を調達するための手間がかかってしまう。また、イオン交換体の再生中は脱イオン水を製造できないため、連続して脱イオン水を製造できない課題がある。

【0006】

イオン交換体を定期的に交換する方法または薬剤を用いてイオン交換体を再生するシステムにおいて、当該システムが連続して脱イオン水を製造するには、例えば現用と予備用のイオン交換体を用意し、それらを交互に切り替えて使用する方法が考えられる。しかしながら、そのような方法は、イオン交換体を充填するための設備や再生に必要な薬剤を注入するための設備を準備しなければならない。

【0007】

ＥＤＩ装置は、電極（陽極及び陰極）の間に複数のアニオン交換膜及びカチオン交換膜を配列して電極室、濃縮室及び脱塩室が形成され、脱塩室等にイオン交換体（アニオン交換体及びカチオン交換体）が充填された構成である。脱塩室には被処理水が供給され、電極室及び濃縮室には水（例えば、被処理水、脱イオン水等）が供給される。ＥＤＩ装置は、電極間に電圧を印加して電流を流すことで水の解離反応を起こし、水素イオン（Ｈ⁺）と水酸化物イオン（ＯＨ^-）とを生成させて脱塩室内のイオン交換体に付着したイオンと交換させることで、脱イオン性能を維持する。そのため、ＥＤＩ装置を用いると、脱イオン水の製造とイオン交換体の再生とを連続的に行うことができる。ＥＤＩ装置については、例えば特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】国際公開第２０１８／１１７０３５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ＥＤＩ装置は、イオン交換体の脱イオン性能の低下による脱イオン水（処理水）の水質悪化を抑制するために、通常、運転中は常に通電されている。そのため、ＥＤＩ装置を備える脱イオン水製造システムでは、消費電力が大きくなる課題がある。また、運転中は、脱塩室に被処理水が供給され、濃縮室及び電極室にも水が供給されることで、脱塩室で脱イオン水が製造されると共に、脱塩室から移動したイオンを含む濃縮水が濃縮室から排出され、電極室から電極水が排出される。そのため、ＥＤＩ装置では排水量が多くなるという課題もある。

【0010】

本発明は上述したような背景技術が有する課題を解決するためになされたものであり、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、電気式脱イオン水製造装置の消費電力及び排水量を低減できる脱イオン水製造システムの運転方法及び脱イオン水製造システム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】

【0011】

上記目的を達成するため本発明の脱イオン水製造システムの運転方法は、電気式脱イオン水製造装置を用いて被処理水から脱イオン水を製造する脱イオン水製造システムの運転方法であって、
前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、
前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを設け、
前記処理水の水質を測定し、
前記処理水の水質の測定値に予め設定された、前記処理水の水質を所定の値よりも悪化させないための第１のしきい値を備え、前記測定値に基づいて前記第１のしきい値を基点に前記採水兼再生モードと前記採水モードとを切り換える方法である。

【0012】

一方、本発明の脱イオン水製造システムは、被処理水から脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置と、
電気式脱イオン水製造装置に所要の直流電圧を印加する電源装置と、
前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して得られる処理水の水質を測定する水質測定器と、
前記電気式脱イオン水製造装置に通電しない無通電時に、前記被処理水を前記電気式脱イオン水製造装置の脱塩室に通水して処理水を得る採水モードと、前記電気式脱イオン水製造装置に通電しつつ、前記被処理水を前記脱塩室に通水して前記処理水を得るとともに、前記電気式脱イオン水製造装置の濃縮室及び電極室の少なくとも一方に水を通水する、前記採水モードと交互に運転される採水兼再生モードとを設け、前記水質測定器で測定される前記処理水の水質の測定値に予め設定された、前記処理水の水質を所定の値よりも悪化させないための第１のしきい値を備え、前記測定値に基づいて前記第１のしきい値を基点に前記採水兼再生モードと前記採水モードとを切り換える制御装置と、
を有する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、電気式脱イオン水製造装置の消費電力及び排水量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の脱イオン水製造システムの一構成例を示すブロック図である。

【図2】図１で示した電気式脱イオン水製造装置の概略構成例を示す模式図である。

【図3】図１で示した電気式脱イオン水製造装置の他の概略構成例を示す模式図である。

【図4】図１で示した電気式脱イオン水製造装置の他の概略構成例を示す模式図である。

【図5】イオン交換体の再生時間に対する電流効率及び処理水の導電率の推移を示すグラフである。

【図6】第１実施例の脱イオン水製造システムの運転モードを示す模式図である。

【図7】第１実施例の被処理水の導電率及び処理水の導電率の変化の様子を示すグラフである。

【図8】第１実施例の処理水の脱塩率及びＥＤＩ装置の消費電力の変化の様子を示すグラフである。

【図9】第２実施例の脱イオン水製造システムの運転モードを示す模式図である。

【図10】第２実施例の被処理水の導電率及び処理水の比抵抗の変化の様子を示すグラフである。

【図11】第２実施例の処理水の脱塩率及びＥＤＩ装置の消費電力の変化の様子を示すグラフである。

【図12】第１比較例の被処理水の導電率及び処理水の導電率の変化の様子を示すグラフである。

【図13】第１比較例の処理水の脱塩率及びＥＤＩ装置の消費電力の変化の様子を示すグラフである。

【図14】第２比較例の被処理水の導電率及び処理水の導電率の変化の様子を示すグラフである。

【図15】第２比較例の処理水の脱塩率及びＥＤＩ装置の消費電力の変化の様子を示すグラフである。

【図16】第３比較例の被処理水の導電率及び処理水の導電率の変化の様子を示すグラフである。

【図17】第３比較例の処理水の脱塩率及びＥＤＩ装置の消費電力の変化の様子を示すグラフである。

【図18】脱イオン水製造システムの一変形運転例を示すブロック図である。

【図19】脱イオン水製造システムの他の変形運転例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に本発明について図面を用いて説明する。

【0016】

図１は、本発明の脱イオン水製造システムの一構成例を示すブロック図である。図２は、図１で示した電気式脱イオン水製造装置の概略構成例を示す模式図である。図３及び４は、図１で示した電気式脱イオン水製造装置の他の概略構成例を示す模式図である。図２～図４は、上記特許文献１で開示された構成である。

【0017】

図１で示すように、本発明の脱イオン水製造システムは、被処理水から脱イオン水を製造する電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）１と、ＥＤＩ装置１に脱イオン性能の維持に必要な所要の直流電圧を印加する電源装置２と、脱イオン水製造システム全体の動作を制御する制御装置３とを有する。被処理水は、例えば不図示のポンプを用いてＥＤＩ装置１の脱塩室（Ｄ）に送水され、該脱塩室（Ｄ）によって処理水（脱イオン水）が製造される。

【0018】

被処理水及び処理水は、周知の水質測定器４（４１及び４２）を用いてそれぞれの水質が測定される。被処理水の水質は測定しなくてもよい。水質測定器４には、例えば、被処理水及び処理水の導電率を測定する導電率計、被処理水及び処理水の比抵抗を測定する比抵抗計、または被処理水及び処理水におけるイオン濃度などを測定する濃度計等を用いればよい。脱イオン水製造システムは、ＥＤＩ装置１の脱塩室（Ｄ）からの処理水の排出量（製造量）を測定する周知の流量計（積算流量計）５を備えていてもよい。

【0019】

制御装置３は、水質測定器４及び流量計５と周知の通信手段を介して接続され、被処理水及び処理水の水質の測定データ、並びに処理水の製造量のデータが送信される。また、被処理水は、ポンプ（不図示）及びバルブ６を用いてＥＤＩ装置１の濃縮室（Ｃ）及び電極室（Ｅ）に対する送水及び停止が制御される。濃縮室（Ｃ）から排出された濃縮水及び電極室から排出された電極水はそれぞれ排水槽７に排水される。

【0020】

図１は、ＥＤＩ装置１の濃縮室（Ｃ）及び電極室（Ｅ）にそれぞれ被処理水を供給する例を示している。濃縮室（Ｃ）及び電極室（Ｅ）には、処理水を供給してもよく、図１で示す脱イオン水製造システムとは別のシステムから水を供給してもよい。濃縮室（Ｃ）及び電極室（Ｅ）に対して図１で示す脱イオン水製造システムとは別のシステムから水を供給する構成では、脱塩室（Ｄ）に供給する被処理水の流量を変動させることなくＥＤＩ装置１を運転できる。

【0021】

制御装置３は、電源装置２、ポンプ及びバルブ６と周知の通信手段を介して接続され、電源装置２、並びにポンプ及びバルブ６の動作の制御が可能である。制御装置３は、電源装置２のオン／オフを制御すると共に、ポンプ及びバルブ６を用いてＥＤＩ装置１の脱塩室（Ｄ）に対する被処理水の送水及び停止、ＥＤＩ装置１の濃縮室（Ｃ）及び電極室（Ｅ）に対する被処理水の送水及び停止を制御する。また、制御装置３は、ＥＤＩ装置１を後述する２つの運転モード（採水モード及び採水兼再生モード）で運転する。制御装置３と電源装置２、ポンプ及びバルブ６、水質測定器４及び流量計５との通信手段は、周知の有線通信手段または無線通信手段のどちらを用いてもよく、その通信規格も周知のどのような規格を用いてもよい。

【0022】

制御装置３は、例えば、周知のＰＬＣ（Programmable Logic Controller）で実現できる。制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、Ｉ／Ｏインタフェース、通信装置等を備えた周知の情報処理装置（コンピュータ）で実現してもよい。制御装置３は、予め記憶装置に保存されたプログラムにしたがって、ＰＬＣまたは情報処理装置が備えるプロセッサが処理を実行することで、本発明の脱イオン水製造システムの運転方法を実現する。

【0023】

図１では示していないが、不純物濃度を十分に低減した脱イオン水を得るために、本発明の脱イオン水製造システムは、ＥＤＩ装置１の前段に周知の逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えた逆浸透膜装置を有する構成であってもよい。脱イオン水製造システムは、直列に接続された複数段（例えば２段）の逆浸透膜装置を有する構成であってもよい。２段の逆浸透膜装置を有する場合、第１段の逆浸透膜装置に貯留槽等に貯留された原水を通水し、その透過水を第２段の逆浸透膜装置に通水し、第２段の逆浸透膜装置の透過水を被処理水としてＥＤＩ装置１の脱塩室に供給すればよい。逆浸透膜装置は、例えば純水の製造に用いられる一般的な逆浸透膜を備える構成であればよい。

【0024】

図２で示すように、ＥＤＩ装置１は、２つの電極（陽極１１と陰極１２）との間に複数組のカチオン交換膜及びアニオン交換膜（図２では２組）が配列されて電極室２１及び２５、濃縮室２２及び２４、並びに脱塩室２３が形成された構成である。電極室（陽極室）２１は陽極１１とカチオン交換膜３１とによって形成され、電極室（陰極室）２５は陰極１２とアニオン交換膜３４とによって形成される。脱塩室２３はアニオン交換膜３２とカチオン交換膜３３とによって形成され、脱塩室２３を間に挟んで２つの濃縮室２２及び２４が形成される。陽極１１側の濃縮室２２はカチオン交換膜３１とアニオン交換膜３２とによって形成され、陰極１２側の濃縮室２４はカチオン交換膜３３とアニオン交換膜３４とによって形成される。脱塩室２３には、カチオン交換体とアニオン交換体とが混合されたイオン交換体が充填される。なお、電極室２１及び２５、並びに濃縮室２２及び２４には、適宜イオン交換体を充填してもよい。

【0025】

ＥＤＩ装置１には、図３で示すように、図２で示した濃縮室２２、脱塩室２３及び濃縮室２４から成る基本構成（セルセット）が陽極１１と陰極１２との間に複数個並置された構成もある。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できる。図３は、陽極１１と陰極１２との間にＮ（Ｎは１以上の整数）個のセルセットが配列された構成例を示している。図３で示すＥＤＩ装置１では、陽極室２１にカチオン交換体（ＣＥＲ）が充填され、濃縮室２２及び２４、並びに陰極室２５にアニオン交換体（ＡＥＲ）が充填され、脱塩室２３にカチオン交換体とアニオン交換体とが混合されたイオン交換体（ＭＢ）が充填されている。また、図３で示すＥＤＩ装置１は、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に供給される構成である。

【0026】

ＥＤＩ装置１には、図４で示すように２つの濃縮室２２及び２４の間に中間イオン交換膜３６を配置することで２つの脱塩室２６及び２７を形成した構成もある。図４で示すＥＤＩ装置１では、脱塩室２６にアニオン交換体（ＡＥＲ）が充填され、脱塩室２７にカチオン交換体（ＣＥＲ）が充填され、被処理水は脱塩室２７に通水された後、脱塩室２６に通水される。２つの脱塩室２６及び２７に充填するイオン交換体の量は、同じである必要はなく、例えば、一方の脱塩室にカチオン交換体とアニオン交換体とを充填し、他方の充填室にカチオン交換体のみを充填する構成としてもよい。あるいは、一方の脱塩室にカチオン交換体とアニオン交換体とを充填し、他方の充填室にアニオン交換体のみを充填する構成としてもよい。

【0027】

また、ＥＤＩ装置１には、電極室と濃縮室を区画するイオン交換体（アニオン交換膜３４またはカチオン交換膜３１）を無くして、濃縮室及び電極室の兼用室が形成された構成もある。

【0028】

このような構成において、本発明者らは、ＥＤＩ装置１のイオン交換体の再生時に、該イオン交換体の塩形割合が多い状態の方が再生のための電力の利用効率が良くなることを見出した。また、本発明者らは、無通電時はＥＤＩ装置１の濃縮室及び電極室に通水せず、脱塩室のみに被処理水を通水させて脱イオン水を製造することで、ＥＤＩ装置１を通電しつつ連続して運転した時と同程度の水質の脱イオン水が得られ、かつ消費電力及び排水量が低減できることを見出した。

【0029】

そこで、本実施形態では、ＥＤＩ装置１の運転モードとして、ＥＤＩ装置１に通電せずに、被処理水を脱塩室（Ｄ）に通水して処理水を得る採水モードと、ＥＤＩ装置１に通電しつつ被処理水を脱塩室（Ｄ）に通水して処理水を得ると共に、濃縮室（Ｃ）及び電極室（Ｅ）の少なくとも一方に水を通水してイオン交換体を再生する採水兼再生モードとを設ける。なお、無通電時にＥＤＩ装置の濃縮室及び電極室に通水してはならない理由は無く、採水モード時に該濃縮室及び電極室に通水することも可能である。また、ここで言う「無通電」とは、ＥＤＩ装置内で水の解離反応が進行しない状態を意味し、濃縮室から脱塩室に対するイオン拡散を防止するなどの目的で電極間に微弱な電圧を印加しておくことも含まれる。例えば、水の解離に必要な理論上の電圧は０．８３Ｖであるため、脱塩室１室あたり０．８３Ｖ以下の電圧を印加することを含む。

【0030】

上述した採水モードでは、ＥＤＩ装置１の濃縮室及び電極室からの排水が無い利点を有するが、時間の経過と共にＥＤＩ装置１の脱イオン性能が低下するため、処理水の水質が徐々に悪化する。一方、採水兼再生モードでは、時間の経過と共にＥＤＩ装置１の脱イオン性能が再生されるため、処理水の水質が徐々に改善する利点を有するが、ＥＤＩ装置１の濃縮室及び電極室からの排水量が多い。

【0031】

そこで、本実施形態では、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、ＥＤＩ装置１からの排水量を低減するために、処理水の水質を測定し、その測定値に基づいて上記採水モードと採水兼再生モードとを交互に切り換えて運転する。具体的には、処理水の水質を示す導電率、比抵抗または濃度などを測定すると共に、採水モードから採水兼再生モードへ切り換えるためのしきい値（第１のしきい値）と、採水兼再生モードから採水モードへ切り換えるためのしきい値（第２のしきい値）とを設ける。第１のしきい値は、処理水の水質を所定の値よりも悪化させないために設けるしきい値である。第２のしきい値は、ＥＤＩ装置１の消費電力及びＥＤＩ装置１からの排水量を低減するために設けるしきい値である。制御装置３は、水質測定器４で測定された処理水の水質の測定値の変化を監視し、該測定値がこれらのしきい値に到達したときに採水モードと採水兼再生モードとを切り換える。

【0032】

しきい値は、所望の、または脱イオン水製造システムに要求される処理水の水質、並びにＥＤＩ装置１からの排水量に基づいて、図１で示した脱イオン水製造システムを実際に運転することで得られる処理水の水質及び排水量の変化を考慮して設定すればよい。

【0033】

なお、しきい値は、処理水の水質を所定の値よりも悪化させないために、上記第１のしきい値のみを設けてもよい。その場合、制御装置３は、採水モードにおいて、処理水の水質の測定値が第１のしきい値に到達したときに採水兼再生モードへ切り換えればよい。採水兼再生モードは、例えば予め設定された時間だけ運転し、その後、採水モードに再び切り換えればよい。採水兼再生モードの運転時間は、所望の、または脱イオン水製造システムに要求される処理水の水質に基づいて、図１で示した脱イオン水製造システムを実際に運転することで得られる処理水の水質の変化を考慮して設定すればよい。

【0034】

第１のしきい値のみを用いる運転方法では、例えば被処理水の水質の変動に対応するために、採水兼再生モードの運転時間を所要の運転時間よりも長く設定することが考えられる。そのため、第１のしきい値のみを用いる運転方法では、第１のしきい値及び第２のしきい値を用いて採水モードと採水兼再生モードとを切り換える運転方法よりもＥＤＩ装置１の消費電力及びＥＤＩ装置１からの排水量が増える可能性がある。しかしながら、第１のしきい値を基点に採水モードから採水兼再生モードへ切り換えることで、処理水の水質は第１のしきい値に対応する所定の水質よりも悪化することは無い。また、脱イオン水製造システムの運転に上記採水モードを含むことで、従来の脱イオン水製造システムよりもＥＤＩ装置１の消費電力及びＥＤＩ装置１からの排水量を低減できる。

【0035】

ここで、処理水の水質の測定値がしきい値に到達した時点で運転モードを切り換えると、その後のある程度の期間（数分から数十分程度）では、水質の測定値がそれまでの状態（上昇または下降）で継続すると考えられる。そのため、しきい値は、所望の、または脱イオン水製造システムに要求される処理水の水質に対応する所定の値よりも悪化しないように、あるいは所望の、または脱イオン水製造システムに要求される排水量に対応する所定の値を越えないように、該所定の値よりも小さいまたは大きい値に適切に設定することが好ましい。しきい値は、脱イオン水製造システムの運転時において、固定の値を用いてもよく、処理水の水質の測定値、脱イオン水製造システムの消費電力及び排水量等に応じて変更してもよい。

【0036】

このように、処理水の水質の測定値に予め設定された、該処理水の水質を所定の値よりも悪化させないための第１のしきい値を備え、処理水の水質を測定し、制御装置３により、測定値に基づいて第１のしきい値を基点に採水モードと採水兼再生モードとを切り換えることで、被処理水の水質が変動しても、処理水の水質の悪化を抑制できる。また、脱イオン水製造システムの運転に上記採水モードを含むことで、従来の脱イオン水製造システムよりもＥＤＩ装置１の消費電力及びＥＤＩ装置１からの排水量を低減できる。したがって、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、ＥＤＩ装置１の消費電力及び排水量を低減できる。また、第１のしきい値に加えて第２のしきい値を備え、第２のしきい値を基点に採水モードから採水兼再生モードへ切り換えることで、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、第１のしきい値のみを用いた運転方法よりもＥＤＩ装置１の消費電力及び排水量を低減できる。

【実施例0037】

次に本発明の実施例について説明する。

【0038】

本実施例では、図１で示した脱イオン水製造システムにおいて、処理水の水質を測定し、予め設定されたしきい値（第１のしきい値及び第２のしきい値）を基点に採水兼再生モードと採水モードとを切り換えることで、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、ＥＤＩ装置１の消費電力及び排水量が低減できることを示す。
（基本原理）
本基本原理では、ＥＤＩ装置１のイオン交換体の再生時において、該イオン交換体の塩形割合が多い状態の方が再生のための電力の利用効率が良くなることを示す。ここでは、アニオン交換体として、塩形（塩化物イオン形）のイオン交換樹脂を用意し、再生型のカチオン交換樹脂とともにＥＤＩ装置１の脱塩室に充填した。そして、脱塩室、濃縮室及び電極室にそれぞれ純水を通水してイオン交換体を再生する際に、ＥＤＩ装置１に通電した電気量に対して濃縮水として排出される塩化物イオンの濃度から塩化物イオンの排出（イオン交換樹脂の再生）に利用された電流の割合、すなわち電流効率を算出してグラフ化した。また、該グラフには、導電率の測定結果に基づいて処理水の水質の推移も示している。

【0039】

図５は、イオン交換体の再生時間に対する電流効率及び処理水の導電率の推移を示すグラフである。導電率は、含まれるイオンの量が少ないほど低い値となるため、低い値であるほど良好な水質と言える。

【0040】

図５で示すように、電流効率は、ＥＤＩ装置１に対する通電開始後２時間程度は９０％以上の高い効率で運転できるが、それ以降は徐々に低下して１０時間後には５０％以下になることが分かる。また、ＥＤＩ装置１に対して通電を開始すると、処理水の水質を示す、上記１μＳ／ｃｍ以下の導電率が通電開始後約１時間程度で達成できることも確認できる。

【0041】

したがって、イオン交換体の塩形割合が多い状態で運転した方がＥＤＩ装置１の電流効率が高いことが分かる。そのため、ＥＤＩ装置１に通電する採水兼再生モードによる運転を、脱イオン水製造システムに要求される水質の値を下回る前に開始し、ある程度水質が回復したところで通電を停止して採水モードで運転すれば、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、ＥＤＩ装置１を常に電流効率の高い状態で運転できる。
（第１実施例）
第１実施例では、処理水の水質として導電率を測定し、導電率の２つのしきい値を基点に採水兼再生モードと採水モードとを切り換える例を示す。ＥＤＩ装置１には、オルガノ株式会社製のＥＤＩ装置（ＥＤＩ－ＨＦ２－０５００スタック）を用い、脱塩室（Ｄ）には、採水兼再生モード及び採水モードを通じて常時７５０Ｌ／ｈで被処理水を通水した。また、採水兼再生モードの運転時において、ＥＤＩ装置１は、直流電流２．５Ａの定電流運転に設定した。ＥＤＩ装置１の脱塩室（Ｄ）には、直列に接続された２段の逆浸透膜装置を透過した４±０．２μＳ／ｃｍの透過水を供給した。これらの条件は、後述する第２実施例も同様である。

【0042】

第１実施例では、導電率の第１のしきい値を０．９５μＳ／ｃｍに設定し、第２のしきい値を０．４０μＳ／ｃｍに設定した。上述したように、処理水の導電率は数値が小さいほど水質がきれいであることを意味するため、図６で示すように、導電率が第１のしきい値まで上昇した時点で採水兼再生モードに移行し、導電率が第２のしきい値まで低下した時点で採水モードに移行し、それらを繰り返す運転を行った。

【0043】

このときの被処理水の導電率及び処理水の導電率の変化の様子の一例を図7に示し、処理水の脱塩率及びＥＤＩ装置１の消費電力の変化の様子の一例を図８に示す。脱塩率は下記式にて算出した。
脱塩率［％］＝｛１－（処理水導電率÷被処理水導電率）｝×１００
また、消費電力［Ｗ］は、ＥＤＩ装置１の通電運転時における電源装置の出力電流［Ａ］×電圧［Ｖ］にて算出した。
（第２実施例）
第２実施例では、処理水の水質として比抵抗を測定し、比抵抗の２つのしきい値を基点に採水兼再生モードと採水モードとを切り換える例を示す。

【0044】

第２実施例では、比抵抗の第１のしきい値を３ＭΩ・ｃｍに設定し、第２のしきい値を５ＭΩ・ｃｍに設定した。比抵抗は、導電率の逆数であり、数値が大きいほど水質がきれいであることを意味するため、図９で示すように、比抵抗が第１のしきい値まで低下した時点で採水兼再生モードに移行し、比抵抗が第２のしきい値まで上昇した時点で採水モードに移行し、それらを繰り返す運転を行った。

【0045】

また、このときの被処理水の導電率及び処理水の比抵抗の変化の様子の一例を図１０に示し、処理水の脱塩率及びＥＤＩ装置１の消費電力の変化の様子の一例を図１１に示す。脱塩率は第１実施例で示した式を用いて算出した。
（第３実施例）
第３実施例では、処理水の水質として濃度を測定し、濃度の２つのしきい値を基点に採水兼再生モードと採水モードとを切り換える例を示す。測定対象としては、カルシウム、ナトリウム、シリカ、ホウ素、炭酸、ＴＯＣ（Total Organic Carbon）などの濃度（単位の例：μｇ／ｌ）が考えられる。濃度に対して設定するしきい値は測定対象によって異なるが、第１実施例と同様に、数値が小さいほど水質がきれいであることを意味するため、第１のしきい値＞第２のしきい値の関係を有する２つしきい値を設定する。第３実施例では、図６で示した第１実施例のように、濃度が第１のしきい値まで上昇した時点で採水兼再生モードに移行し、濃度が第２のしきい値まで低下した時点で採水モードに移行し、それらを繰り返す運転を行えばよい。

【0046】

上述した第１実施例～第３実施例では、同じ種類の測定値に対して第１のしきい値と第２しきい値とをそれぞれ設定する例で示したが、異なる種類の測定値に対して第１のしきい値と第２しきい値とを設定してもよい。例えば、水質測定器４として導電率計及び濃度計を用意し、第１のしきい値を導電率の値に設定し、第２のしきい値を濃度の値に設定してもよい。あるいは、第１のしきい値を濃度の値に設定し、第２のしきい値を導電率の値に設定してもよい。

【比較例】

【0047】

（第１比較例）
第１比較例は、採水兼再生モードによる３時間の運転と、採水モードによる５時間の運転とを交互に繰り返した例である。このとき、第１比較例では、処理水の水質をモニタすることなく、タイマを用いて採水兼再生モードと採水モードとを切り換えて運転する。このときの被処理水の導電率及び処理水の導電率の変化の様子の一例を図１２に示し、処理水の脱塩率及びＥＤＩ装置１の消費電力の変化の様子の一例を図１３に示す。脱塩率は第１実施例で示した式を用いて算出した。
（第２比較例）
第２比較例は、常時、採水兼再生モードにより運転を実施した例である。すなわち、脱イオン水製造システムにおける従来からの（通常の）運転モードを実施する例である。このときの被処理水の導電率及び処理水の比抵抗の変化の様子の一例を図１４に示し、処理水の脱塩率及びＥＤＩ装置１の消費電力の変化の様子の一例を図１５に示す。脱塩率は第１実施例で示した式を用いて算出した。
（比較結果）
表１は、上記第１実施例、第２実施例、第１比較例及び第２比較例における２４時間運転時の性能（消費電力、排水量及び脱塩率）を比較した結果を示す表である。

【0048】

【表1】

【0049】

表１から分かるように、第２比較例のＥＤＩ装置１の消費電力に対して、第１実施例におけるＥＤＩ装置１の消費電力は５２％削減され、第２実施例におけるＥＤＩ装置１の消費電力は３３％削減される。同様に、第２比較例のＥＤＩ装置１の排水量に対して、第１実施例におけるＥＤＩ装置１の排水量は６２％削減され、第２実施例におけるＥＤＩ装置１の排水量は３６％削減される。

【0050】

上述したように、ＥＤＩ装置１は、通常、第２比較例で示した、常時、通電された状態で使用されるため、第１実施例及び第２実施例で示す本発明の脱イオン水製造システムでは、ＥＤＩ装置１の消費電力及び排水量を従来よりも削減できることが分かる。

【0051】

また、第２比較例の脱塩率の変動幅（０．４）に対して、第１実施例の変動幅は１３．７３であり、第２実施例の変動幅は３．３である。そのため、常時通電する第２比較例よりは脱塩率の変動幅が大きくなるが、単純にタイマを用いて採水兼再生モードと採水モードとを切り換える第１比較例よりも脱塩率の変動幅を抑制できる。

【0052】

したがって、しきい値（第１のしきい値及び第２のしきい値）を適切に設定し、処理水の水質の測定値に基づいてしきい値を基点に採水兼再生モードと採水モードとを切り換えることで、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、ＥＤＩ装置１の消費電力及び排水量を低減できる。
（第３比較例）
第３比較例は、第１比較例と同じ条件において、ＥＤＩ装置１に供給する被処理水の導電率を一時的に５．３μＳ／ｃｍまで上昇させる。このときの被処理水の導電率及び処理水の導電率の変化の様子の一例を図１６に示し、処理水の脱塩率及びＥＤＩ装置１の消費電力の変化の様子の一例を図１７に示す。

【0053】

図１６及び図１７で示すように、タイマを用いて採水モードと採水兼再生モードとを切り換えて運転する場合、被処理水の水質が変動すると、処理水の水質も追従して悪化してしまう。本発明のように、処理水の水質を測定し、制御装置３により、処理水の水質の測定値に基づいて、予め設定されたしきい値を基点に採水兼再生モードと採水モードとを切り換えれば、被処理水の水質が変動しても、処理水の水質の変動が所定の範囲内に抑制される。

【0054】

したがって、処理水の水質の悪化を抑制しつつ、ＥＤＩ装置１の消費電力及び排水量を低減できる脱イオン水製造システムが得られる。
（変形例）
例えば、図１に示したＥＤＩ装置１の前段に周知の逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えた逆浸透膜装置を有する構成では、逆浸透膜装置の排水量がＥＤＩ装置１の排水量よりも多いため、脱イオン水製造システム全体の排水量が非常に多くなる。本変形例では、脱イオン水製造システム全体の排水量をより低減するための運転例を提案する。

【0055】

図１８は、脱イオン水製造システムの一変形運転例を示すブロック図であり、図１９は、脱イオン水製造システムの他の変形運転例を示すブロック図である。図１８及び図１９は、脱イオン水製造システムがＥＤＩ装置１の前段に逆浸透膜装置８を備え、原水が貯留される貯留槽９から逆浸透膜装置８に原水が供給され、逆浸透膜装置８の透過水が被処理水としてＥＤＩ装置１の脱塩室に送水され、ＥＤＩ装置１からの処理水を貯留槽９に戻して運転する循環運転の例を示したものである。

【0056】

循環運転は、ＥＤＩ装置１の後段で処理水の採水要求が無い場合に実施される。処理水の採水要求が無い場合、脱イオン水製造システム全体の運転を停止することも考えられる。しかしながら、脱イオン水製造システム全体の運転を停止すると、システム内に水が滞留する部位が発生するため、該部位において水質が悪化する可能性がある。そのため、一般的な脱イオン水製造システムでは、処理水の採水要求が無い場合は、循環運転を実施することが多い。

【0057】

図１８に示す脱イオン水製造システムの運転例では、ＥＤＩ装置１（採水モードにて運転）からの処理水及び逆浸透膜装置８の排水（ＲＯ濃縮水）が貯留槽９にそれぞれ供給されて循環される。また、図１９に示す脱イオン水製造システムの運転例では、ＥＤＩ装置１（採水兼再生モードにて運転）からの処理水及び逆浸透膜装置８の排水（ＲＯ濃縮水）が貯留槽９にそれぞれ供給されて循環される。図１８及び図１９は、変形運転例の説明に必要な主要な構成要素のみをそれぞれ示している。図１８及び図１９で示す脱イオン水製造システムも、図１で示した脱イオン水製造システムと同様に、電源装置２、制御装置３、水質測定器４、流量計５、バルブ６、ポンプ及び排水槽７等を備えた構成である。

【0058】

図１８に示す脱イオン水製造システムの運転例では、ＥＤＩ装置１（採水モードにて運転）からの処理水及び逆浸透膜装置８の排水を貯留槽９にそれぞれ供給して循環させることで、貯留槽９に新たに原水を供給する必要が無い。そのため、循環運転中における原水の使用量がゼロになる。すなわち、外部に対する排水が無い処理水及び排水の循環状態にて脱イオン水製造システムを運転できる。したがって、循環運転中にこのような外部に対する排水が無い期間を含むことで、脱イオン水製造システム全体の排水量を大幅に低減できる。

【0059】

一方、図１９に示す脱イオン水製造システムの運転例では、ＥＤＩ装置１（採水兼再生モードにて運転）の濃縮室（Ｃ）から排出された濃縮水及び電極室（Ｅ）から排出された電極水がそれぞれ外部へ排水されるため、該排水量に相当する量だけ、貯留槽９に新たに原水を供給する必要がある。そのため、図１８で示した運転例よりも循環運転中における原水の使用量が多くなる。従来の脱イオン水製造システムでは、図１９で示した運転例にて循環運転が実施されていた。

【0060】

ＥＤＩ装置１の電極室（Ｅ）から排出される電極水は、電極反応によって発生した酸化剤を含むため、一般的に酸化剤により劣化が進行する逆浸透（ＲＯ）膜を含む逆浸透膜装置８の前段、またはイオン交換体が充填された脱塩室（Ｄ）を含むＥＤＩ装置１の前段に設置された貯留槽９に戻すことができない。ＥＤＩ装置１の濃縮室（Ｃ）から排出された濃縮水は逆浸透膜装置８の前段に設置された貯留槽９に戻すことが可能であるが、図１９で示した循環運転では濃縮水も外部へ排水している。

【0061】

図１９で示した脱イオン水製造システムの循環運転では、貯留槽９に、浸透膜装置８からＲＯ濃縮水が戻されると共に、ＥＤＩ装置１からの電極水及び濃縮水の排水に伴って貯留槽９に原水が供給されることで、貯留槽９における原水の成分濃度が時間の経過と共に高くなる。そのため、図１９で示した循環運転を継続すると、脱イオン水製造システムの性能が保てなくなる可能性がある。

【0062】

本変形例によれば、図１８で示した採水モードによる循環運転と、図１９で示した採水兼再生モードによる循環運転とを交互に実施することで、従来の循環運転よりも脱イオン水製造システムの消費電力及び排水量を低減できる。

【0063】

なお、図１８及び図１９で示した脱イオン水製造システムの循環運転例は、図１で示した逆浸透膜装置８を有さない構成に適用してもよい。すなわち、採水モード及び採水兼再生モードにおいて、ＥＤＩ装置１からの処理水を貯留槽９に供給する期間を含んでいてもよい。この場合も、採水モードによる循環運転を含むことで、従来の循環運転よりも脱イオン水製造システムの消費電力及び排水量を低減できる。

【符号の説明】

【0064】

１ ＥＤＩ装置
２ 電源装置
３ 制御装置
４、４１、４２ 水質測定器
５ 流量計
６ バルブ
７ 排水槽
８ 逆浸透膜装置
９ 貯留槽
１１ 陽極
１２ 陰極
２１、２５ 電極室
２２、２４ 濃縮室
２３ 脱塩室
３１、３３ カチオン交換膜
３２、３４ アニオン交換膜

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】