特許 7275536 電気脱イオン装置及びこれを用いた脱イオン水の製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-05-10

(45)【発行日】2023-05-18

(54)【発明の名称】電気脱イオン装置及びこれを用いた脱イオン水の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/469 20230101AFI20230511BHJP

   B01D 61/48 20060101ALI20230511BHJP

   B01D 63/08 20060101ALI20230511BHJP

【ＦＩ】

C02F1/469

B01D61/48

B01D63/08

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018212420

(22)【出願日】2018-11-12

(65)【公開番号】P2020078772

(43)【公開日】2020-05-28

【審査請求日】2021-09-22

(73)【特許権者】

【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】加藤 晃久

【審査官】高橋 成典

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１７６９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５４１０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０３６４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５０８７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１３６６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２８４６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－００１３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１４６３１８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／４６ － １／４８

１／４４

１／４２

Ｂ０１Ｄ ６１／００ － ７１／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

陽極と陰極との間にイオン交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画され、この区画された脱塩室にイオン交換樹脂が充填され、濃縮水が前記濃縮室に通水されるとともに、原水が被処理水として前記脱塩室に流通されて生産水として取り出す電気脱イオン装置において、
前記脱塩室は、上側領域、中間領域、及び下側領域を備え、
前記中間領域は、前記脱塩室の通水入口から該脱塩室の高さに対して３３～６６％の範囲に相当し、
前記中間領域には、平均粒径０．１～０．４ｍｍのイオン交換樹脂が充填されており、
前記中間領域以外の前記上側領域及び前記下側領域には、平均粒径０．５～２．０ｍｍのイオン交換樹脂が充填されている、又は、前記平均粒径０．１～０．４ｍｍのイオン交換樹脂と前記平均粒径０．５～２．０ｍｍのイオン交換樹脂との混合樹脂が充填されており、かつ、前記平均粒径０．１～０．４ｍｍのイオン交換樹脂が３０容積％以下含まれている、電気脱イオン装置。

【請求項2】

前記中間領域は、前記脱塩室の通水入口から該脱塩室の高さに対して１０～３３％の範囲に相当する、請求項１に記載の電気脱イオン装置。

【請求項3】

前記生産水の一部が濃縮水として脱塩室の流れ方向と向流方向に濃縮室に流通される、請求項１又は２に記載の電気脱イオン装置。

【請求項4】

前記脱塩室の厚さが２．５～２０ｍｍである、請求項１～３のいずれか１項に記載の電気脱イオン装置。

【請求項5】

前記脱塩室内に充填されるイオン交換樹脂がアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂であり、前記アニオン交換樹脂と前記カチオン交換樹脂との割合が６０：４０～９０：１０（乾燥重量比）である、請求項１～４のいずれか１項に記載の電気脱イオン装置。

【請求項6】

前記アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が、両者の混合樹脂、又はアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂をそれぞれ単層で積層した、請求項５に記載の電気脱イオン装置。

【請求項7】

前記請求項１～６のいずれか１項に記載の電気脱イオン装置の濃縮室に濃縮水を流通するとともに、脱塩室に被処理水としての原水を通水して、生産水を取り出す、脱イオン水の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気脱イオン装置及びこれを用いた脱イオン水の製造方法に関し、特にホウ素を高度に除去するのに好適な電気脱イオン装置、及びこの電気脱イオン装置を用いた脱イオン水の製造方法に関する。

【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、基本的に、前処理システム、一次純水システム及び一次純水を処理するサブシステムで構成される超純水製造装置で原水を処理することにより製造されている。特に電子産業分野用の超純水では、ホウ素濃度を０．１ｐｐｔ以下にまで抑制することが要求されることもあり、これに伴い一次純水システムでの処理水のホウ素濃度を低減する必要性が高まっている。

【0003】

この一次純水システムは、上述したような超純水の用途に限らず、サブシステムを伴うことなく、医薬用や食品用などの純水製造装置としても利用可能な汎用的なシステムであり、そのシステム構成としては、１段又は２段構成の逆浸透膜（ＲＯ膜）装置と電気脱イオン装置とを備えるものが一般的である。この一次純水システムでは、ＲＯ膜装置はシリカや塩類を除去すると共に、イオン性、コロイド性のＴＯＣを除去する。さらに電気脱イオン交換装置ではその他の各種無機あるいは有機性のアニオン及びカチオンの除去を行う。したがって、超純水（二次純水）のホウ素濃度を低下させるには、一次純水システムの電気脱イオン装置でのホウ素の除去率を高くすることが重要である。

【0004】

ここで、電気脱イオン装置とは、一般に陰極及び陽極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形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。

【0005】

この電気脱イオン装置の従来の例を図５に示す。図５において、電気脱イオン装置１は、電極（陽極１１、陰極１２）の間に複数のアニオン交換膜（Ａ膜）１３及びカチオン交換膜（Ｃ膜）１４を交互に配列して脱塩室１５と濃縮室１６とを交互に形成したものであり、脱塩室１５にはイオン交換樹脂が充填されている。また、濃縮室１６と、陽極室１７及び陰極室１８にも、イオン交換体、活性炭又は金属等の電気導電体が充填されている。

【0006】

このような電気脱イオン装置１において、原水Ｗ０は脱塩室１５の入口側から導入され、脱塩室１５の出口側から生産水（脱イオン水）Ｗ１が取り出される。この生産水Ｗ１の一部は、濃縮室１６に脱塩室１５の通水方向とは逆方向に向流一過式で通水され、濃縮室１６の流出水（濃縮排水）Ｗ２は系外へ排出される。すなわち、この電気脱イオン装置１では、脱塩室１５と濃縮室１６とが交互に並設され、脱塩室１５の生産水取り出し側に濃縮室１６の流入口が設けられており、脱塩室１５の原水流入側に濃縮室１６の流出口が設けられている。また、生産水Ｗ１の一部は陽極室１７の入口側に送給され、陽極室１７の流出水は、陰極室１８の入口側へ送給され、陰極室１８の流出水は排水Ｗ３として系外へ排出されるか、あるいは全部または一部を回収して再利用する。

【0007】

このように、濃縮室１６に生産水を脱塩室１５と向流一過式で通水することにより、生産水取り出し側ほど濃縮室１６内の濃縮水のイオン濃度が低いものとなり、イオン濃度拡散による脱塩室１５への影響が小さくなり、イオンの除去率を高めることができるのである。

【0008】

近年、二次純水の要求水質が上がり、より高いイオン交換除去率が求められている。例えば、ホウ素１ｎｇ／Ｌ以下（除去率９９．９７％以上）、シリカ濃度５０ｎｇ／Ｌ以下という厳しい要求水質が求められ、これに伴い一次純水システムの電気脱イオン装置でのホウ素の除去率を高くすることが求められている。

【0009】

この対策として、電気脱イオン装置の脱塩室の厚さを薄くすることで、弱イオンであるシリカやホウ素の除去率を向上させることが提案されている。また、平均粒径が０．１～０．４ｍｍの小さい粒径のイオン交換樹脂を用いることでシリカやホウ素の除去率を向上させることも提案されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２０１７－１７６９６９号公報

【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脱塩室の厚さを薄くしたとしても、ある程度以上の高さ（長さ）の脱塩室としなければ、十分シリカやホウ素の除去率の向上が得られず、さらに、処理水量及び流量を一定とすると、より多くの脱塩室を形成しなければならず、電気脱イオン装置の製造コストが高くなり実用性に劣る、という問題点がある。

【0012】

また、特許文献１に記載されているように小粒径のイオン交換樹脂を用いた電気脱イオン装置では、原水を脱塩室に流通した際の圧損が大きくなるため、高圧で原水を通水しなければならず、電気脱イオン装置の密封性を向上させる必要があり、さらに電気脱イオン装置の耐久性が低下する、という問題点がある。

【0013】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、効率良くホウ素を高度に除去するのに好適な電気脱イオン装置を提供することを目的とする。また、本発明は、この電気脱イオン装置を用いたホウ素を高度に除去した脱イオン水の製造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】

【0014】

上記目的を達成するために第一に本発明は、陽極と陰極との間にイオン交換膜によって濃縮室と脱塩室とが区画され、この区画された脱塩室にイオン交換樹脂が充填され、濃縮水が前記濃縮室に通水されるとともに、原水が被処理水として前記脱塩室に流通されて生産水として取り出す電気脱イオン装置において、前記脱塩室の通水入口から該脱塩室の高さに対して３３～６６％の範囲に平均粒径が０．１～０．４ｍｍのイオン交換樹脂が充填されている、電気脱イオン装置を提供する（発明１）。

【0015】

かかる発明（発明１）によれば、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分を高度に除去した脱イオン水を得ることが可能となる。これは以下のような理由による。ホウ素やシリカなどは、塩化物などの強イオン性のアニオンがある程度除去された後イオン化して除去されていく。このため、ホウ素やシリカを除去するためには、塩化物イオン等の除去しやすい強イオン性の成分が除去されるまでの時間、すなわちある程度の樹脂層高が必要となる。一方、平均粒径が０．１～０．４ｍｍと小粒径のイオン交換樹脂は、高いイオン除去性能を発揮するが、原水の流通圧の圧損が大きくなる。これらのことから、脱塩室の入り口側に小粒径のイオン交換樹脂を配置してもホウ素やシリカなどは通過してしまい、その高いイオン除去性能を発揮することができないことがわかる。そこで、塩化物イオン等の除去しやすい強イオン性の成分が除去される樹脂層高を考慮した結果、通水入口から該脱塩室の高さ方向の３３～６６％の範囲に小粒径のイオン交換樹脂を充填することにより、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分の高度除去と、原水を流通した際の圧損の低減の両方を効率的に発揮することができることを見い出した。これらに基づき、本発明に想到した。

【0016】

上記発明（発明１）においては、前記平均粒径０．１～０．４ｍｍのイオン交換樹脂の充填高さが、前記脱塩室の高さの１０～３３％であることが好ましい（発明２）。

【0017】

かかる発明（発明２）によれば、通水入口から該脱塩室の高さ方向の３３～６６の範囲で、１０～３３％の高さで小粒径のイオン交換樹脂を充填することにより、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分の高度除去と、原水を流通した際の圧損の低減の両方をより効率的に発揮することができる。

【0018】

上記発明（発明１，２）においては、前記生産水の一部が濃縮水として脱塩室の流れ方向と向流方向に濃縮室に流通されることが好ましい（発明３）。

【0019】

かかる発明（発明３）によれば、電気脱イオン装置の脱塩室と濃縮室におけるイオンの濃度勾配の格差を緩和することができるので、ホウ素除去率をさらに向上させることができる。

【0020】

上記発明（発明１～３）においては、前記脱塩室の厚さが２．５～２０ｍｍであることが好ましい（発明４）。

【0021】

かかる発明（発明４）によれば、脱塩室を比較的厚く形成することにより、濃縮室の数及びイオン交換膜の数が削減され、もって電気抵抗を減らすことができるので、電気脱イオン装置の高寿命化を図ることができる。

【0022】

上記発明（発明１～４）においては、前記平均粒径０．１～０．４ｍｍのイオン交換樹脂の充填箇所以外には、平均粒径０．４ｍｍを超えるイオン交換樹脂、又は両者の混合樹脂が充填されていることが好ましい（発明５）。

【0023】

かかる発明（発明５）によれば、小粒径のイオン交換樹脂層以外は、粒径の大きなイオン交換樹脂を配置しているので、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分の高度除去と、原水を流通した際の圧損の低減の両方をより効率的に発揮することができる。

【0024】

上記発明（発明１～５）においては、前記脱塩室内に充填されるイオン交換樹脂がアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂であり、前記アニオン交換樹脂と前記カチオン交換樹脂との割合が６０：４０～９０：１０（乾燥重量比）であることが好ましい（発明６）。特に上記発明（発明６）においては、前記アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂が、両者の混合樹脂、又はアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂をそれぞれ単層で積層したものであることが好ましい（発明７）。

【0025】

かかる発明（発明６，７）によれば、アニオン交換樹脂を多く充填することにより、ホウ素やシリカなどのなどの陰イオンを効率良く除去することができる。

【0026】

また、第二に本発明は、前記発明１～７のいずれかに記載の電気脱イオン装置の濃縮室に濃縮水を流通するとともに、脱塩室に被処理水としての原水を通水して、生産水を取り出す脱イオン水の製造方法を提供する（発明８）。

【0027】

かかる発明（発明８）によれば、ホウ素を高度に除去した脱イオン水を製造することができる。

【発明の効果】

【0028】

本発明の電気脱イオン装置によれば、該電気脱イオン装置の脱塩室の通水入口から該脱塩室の高さ方向の３３～６６％の範囲に平均粒径が０．１～０．４ｍｍのイオン交換樹脂を充填しているので、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分を高度に除去した脱イオン水を製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の一実施形態による電気脱イオン装置の脱塩室のイオン交換樹脂の充填状態を概略的に示す断面図である。

【図2】実施例１の電気脱イオン装置の脱塩室のイオン交換樹脂の充填状態を概略的に示す断面図である。

【図3】比較例１の電気脱イオン装置の脱塩室のイオン交換樹脂の充填状態を概略的に示す断面図である。

【図4】比較例２の電気脱イオン装置の脱塩室のイオン交換樹脂の充填状態を概略的に示す断面図である。

【図5】電気脱イオン装置の一般的な構造を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明の一実施形態による電気脱イオン装置について添付図面を参照して説明する。

【0031】

図１は、本発明の一実施形態による電気脱イオン装置の脱塩室におけるイオン交換樹脂の充填状態を概略的に示している。本実施形態の電気脱イオン装置自体は、上述した図５に示す電気脱イオン装置と同じ構成を有し、脱塩室１５のイオン交換樹脂の充填構造のみが相違するので、その詳細な説明を省略する。図１において、脱塩室１５には、イオン交換樹脂が充填されており、脱塩室１５の上側領域１５Ａ及び下側領域１５Ｃには、通常の粒径のイオン交換樹脂、すなわち平均粒径０．４ｍｍを超えるイオン交換樹脂２１が充填されている一方、脱塩室１５の中間領域１５Ｂには、これより小粒径、具体的には平均粒径が０．１～０．４ｍｍのイオン交換樹脂２２が充填されている。小粒径のイオン交換樹脂２２の平均粒径が０．４ｍｍを超えると、小粒径のイオン交換樹脂２２を用いることによる効果が得られない一方、小粒径のイオン交換樹脂２２の平均粒径が０．１ｍｍ未満では、取扱い性が低下するばかりか、通水抵抗が大きくなり過ぎる。なお、平均粒径０．４ｍｍを超えるイオン交換樹脂２１としては、具体的には０．５～２．０ｍｍ、特に０．５～１．０ｍｍ程度の平均粒径を有するものを用いることができる。

【0032】

このようなイオン交換装置の脱塩室１５において、小粒径のイオン交換樹脂２２が充填される中間領域１５Ｂは、脱塩室１５の通水入口から脱塩室１５の高さ［Ｈ］に対して３３～６６％の範囲に小粒径のイオン交換樹脂２２を充填することにより形成される。前記小粒径のイオン交換樹脂２２が充填される位置が、通水入口から脱塩室１５の高さ方向の３３％より上部では、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分がイオン交換膜にまで移動するだけの時間が確保できず、小粒径のイオン交換樹脂２２を配置する効果が十分でない。一方、前記小粒径のイオン交換樹脂２２が充填される位置が、通水入口から脱塩室１５の高さ方向の６６％より下部では、イオン除去性能が高い小粒径のイオン交換樹脂２２の性能を効率良く発揮できない。

【0033】

また、小粒径のイオン交換樹脂２２が充填される中間領域１５Ｂの高さ［ｈ］は、脱塩室１５の高さ［Ｈ］の１０～３３％であることが好ましい。中間領域１５Ｂの高さ［ｈ］が１０％未満では、ホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分を十分に除去することができない一方、３３％を超えても、それ以上の弱イオン成分除去効果の向上が得られないばかりか、原水Ｗを流通した際の圧損が大きくなるため好ましくない。ここで電気脱イオン装置における脱塩室１５の高さ［Ｈ］は、一般に４００～８００ｍｍ程度である。なお、脱塩室１５の幅は３０～６０ｍｍ程度である。

【0034】

また、脱塩室１５の厚さは２．５～２０ｍｍ、特に１０～１５ｍｍであることが好ましい。本実施形態のように小粒径のイオン交換樹脂２２を脱塩室１５の通水入口から脱塩室１５の高さ方向の３３～６６％の範囲に配置することにより、脱塩室１５を厚くしてもホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分を高度に除去することができるので、脱イオン水Ｗ１の製造量を固定した場合における脱塩室１５の数を削減することができる。これによりアニオン交換膜及びカチオン交換膜の数を削減することができるだけでなく、電気脱イオン装置の高寿命の運転が可能となる、という効果を奏する。なお、電気脱イオン装置における脱塩室１５の数は、１～２００個、特に４０～８０個程度とすることが好ましい。

【0035】

上側領域１５Ａ及び下側領域１５Ｃには、平均粒径０．４ｍｍを超えるイオン交換樹脂が充填されるが、小粒径のイオン交換樹脂を３０容積％以下、特に１０容積％以下程度含んでいてもよい。

【0036】

上述したような構成の脱塩室１５を備えた本実施形態の電気脱イオン装置において、脱塩室の上側領域１５Ａ、中間領域１５Ｂ及び下側領域１５Ｃに充填されるイオン交換樹脂は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の両方であることが好ましい。

【0037】

この場合、脱塩室１５に充填するアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の混合割合は、アニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝５０：５０～９０：１０（乾燥重量比）、特に５０：５０～８０：２０（乾燥重量比）の範囲であることが好ましい。この脱塩室１５に充填されるアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂は、混合樹脂とすることが好ましいが、上記範囲内の乾燥重量比となるようにアニオン交換樹脂の層とカチオン交換樹脂の層とをそれぞれ積層した構造としてもよい。また、混合樹脂とする場合、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とをすべての箇所で上記の割合で同一としてもよいし、脱塩室１５の通水方向の入口側と出口側で異ならせてもよい。例えば、脱塩室１５の通水方向の入り口側（図示上側）から通水長さのうち１／２～１／３の領域においては、アニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝７０：３０～８０：２０（乾燥重量比）の混合樹脂を充填し、その他の箇所（出口側）にはアニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝４０：６０～６０：４０（乾燥重量比）の混合樹脂を充填するなどしてもよい。アニオン交換樹脂をこのように入口側に十分な量を充填することにより、入口側でアニオンが効果的に除去され、アルカリ雰囲気となるので、炭酸、シリカ、ホウ素がよりイオン化しやすくなり、電気脱イオン装置で除去されやすくなる、という効果を奏する。なお、脱塩室１５の中間領域１５Ｂに充填される小粒径のイオン交換樹脂２２は、これらアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂のそれぞれが上述の平均粒径を満たすようにすればよい。

【0038】

なお、ホウ素除去率をさらに向上させるためには、濃縮室にもイオン交換樹脂を充填することがこのましい。この場合、濃縮室に充填するイオン交換樹脂として小粒径のイオン交換樹脂を用いてもよい。

【0039】

また、濃縮室に充填するイオン交換樹脂のアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の比率は特に制限はないが、アニオン交換樹脂：カチオン交換樹脂＝４０：６０～７０：３０、特に５０：５０～７０：３０（乾燥重量比）の混合樹脂とすることが好ましい。このような濃縮室の厚さは、脱塩室１５の厚さと同等とすることができる。

【0040】

次に上述したような構成の脱塩室１５を備えた電気脱イオン装置を用いた脱イオン水の製造方法について説明する。まず、ＲＯ処理水などの処理原水Ｗ０を電気脱イオン装置で処理する。これにより原水Ｗ０が脱塩室１５に導入され、まず脱塩室１５の上側領域１５Ａにおいて、平均粒径０．４ｍｍを超えるイオン交換樹脂２１で塩化物イオン等の除去しやすい強イオン性の成分が除去される。この上側領域１５Ａは、脱塩室１５の高さ［Ｈ］の流入側から３３％の範囲が確保されているので、この間にホウ素やシリカなどの除去の困難な弱イオン成分がアニオン交換膜側に移動し、中間領域１５Ｂで小粒径のイオン交換樹脂２２によりイオン化した弱イオン成分が除去される。そして、最後に脱塩室１５の高さ［Ｈ］の流出側から３４％の範囲が確保された下側領域１５Ｃにおいて、除去しれきれなかった塩化物イオン、ホウ素やシリカなどが除去される。これにより、ホウ素を高度に除去した生産水（脱イオン水）Ｗ１を製造することができる。このときの脱塩室１５の通水ＬＶは５０～１５０ｍ／ｈ程度とすることが好ましい。

【0041】

特に、本実施形態においては、図５に示すように濃縮室１６と脱塩室１５とが交互に並設され、脱塩室１５の生産水（脱イオン水）Ｗ１の取り出し側が濃縮室１６の流入口となっているとともに脱塩室１５の原水流入側が濃縮室１６の流出口となっている。これにより、濃縮室１６に脱イオン水Ｗ１の一部（例えば１０～３０％程度）を濃縮水として脱塩室１５に対して向流一過式で通水することにより、脱塩室１５の取り出し側ほど濃縮室１６内の濃縮水中のイオン濃度が低いものとなるので、濃度拡散による脱塩室１５への影響が小さくなり、イオン除去率、特にホウ素の除去率を大きく向上することができる。このときの濃縮室の通水ＬＶは１０～３００ｍ／ｈ程度とすることが好ましい。

【0042】

このようにして電気脱イオン装置１を運転してＲＯ処理水を原水Ｗ０として処理することにより、ホウ素除去率を９９．９％以上程度にまで高めることができる。なお、運転電流密度５０Ａ／ｍ^２以上とすることが高いホウ素、シリカ除去率とするためには好ましい。

【0043】

以上、本発明の一実施形態について添付図面を参照して説明してきたが、本発明は、電気脱イオン装置１の脱塩室１５のイオン交換樹脂を上述したように充填すれば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、濃縮室１６に脱イオン水Ｗ１を脱塩室１５に対して向流一過式で通水せずに同方向に通水してもよいし、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂の比率は、要求される水質や原水Ｗ０の水質に応じて適宜設定することができる。

【実施例】

【0044】

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。

【0045】

〔実施例１〕
電気脱イオン装置１、イオン交換樹脂として以下のものを使用した。
電気脱イオン装置：ＫＣＤＩ－ＵＰｚ（栗田工業（株）製）、図５に示すように脱塩室１５を通水した脱イオン水Ｗ１の一部を対向流で濃縮水として濃縮室１６に通水する方式を採用。脱塩室１５の高さ［Ｈ］６００ｍｍ、脱塩室１５の厚み１０ｍｍ、脱塩室１５のセル枚数１００枚。

【0046】

上記の電気脱イオン装置１において、図２に示すように脱塩室１５の通水入口から脱塩室１５の高さに対して４０～６０％の範囲に小粒径のイオン交換樹脂２２として平均粒径が０．３ｍｍのイオン交換樹脂２２（アニオン交換樹脂／カチオン交換樹脂＝５０／５０（乾燥重量比））を１００ｍｍの高さに充填するとともに、上側領域１５Ａ及び下側領域１５Ｃに平均粒径０．６ｍｍのイオン交換樹脂２１（アニオン交換樹脂／カチオン交換樹脂＝５０／５０（乾燥重量比））を上側領域１５Ａ及び下側領域１５Ｃに充填して、電気脱イオン装置１を構成した。

【0047】

栃木県下都賀郡野木町の市水（原水）を凝集・加圧浮上装置、ろ過装置及び活性炭塔からなる前処理システムで処理した後、２段ＲＯ膜装置により処理した。この２段ＲＯ処理水（原水）Ｗ０のシリカ濃度は１μｇ／Ｌ以下であり、ホウ素濃度は約３．５μｇ／Ｌであった。続いて、この被処理水（原水）Ｗ０を上述した電気脱イオン装置１に通水し、運転電流密度１００Ａ／ｍ^２で運転した。なお、この電気脱イオン装置における通水ＬＶは１００ｍ／ｈであり、水回収率９０％とした。

【0048】

この電気脱イオン装置により製造した生産水（脱イオン水）Ｗ１のホウ素濃度を測定し、ホウ素除去率を計算した。結果を小粒径樹脂の有無、小粒径樹脂の充填位置とともに表１に示す。

【0049】

〔実施例２〕
実施例１において、平均粒径が０．３ｍｍのイオン交換樹脂２２（アニオン交換樹脂／カチオン交換樹脂＝５０／５０（乾燥重量比））を脱塩室１５の通水入口から脱塩室１５の高さに対して３５～５０％の範囲に充填した以外は同様にして電気脱イオン装置１を構成した。

【0050】

この電気脱イオン装置により、実施例１と同様の条件により、脱イオン水Ｗ１を製造し、この脱イオン水Ｗ１のホウ素濃度を測定し、ホウ素除去率を計算した。結果を小粒径樹脂の有無、小粒径樹脂の充填位置とともに表１にあわせて示す。

【0051】

〔比較例１〕
実施例１において、図３に示すように平均粒径が０．３ｍｍのイオン交換樹脂２２（アニオン交換樹脂／カチオン交換樹脂＝５０／５０（乾燥重量比））を脱塩室１５の通水入口から脱塩室１５の高さに対して０～２０％の範囲（入口側から２０％）に充填した以外は同様にして電気脱イオン装置１を構成した。

【0052】

この電気脱イオン装置により、実施例１と同様の条件により、脱イオン水Ｗ１を製造し、この脱イオン水Ｗ１のホウ素濃度を測定し、ホウ素除去率を計算した。結果を小粒径樹脂の有無、小粒径樹脂の充填位置とともに表１にあわせて示す。

【0053】

〔比較例２〕
実施例１において、図４に示すように脱塩室１５の全域に平均粒径０．６ｍｍのイオン交換樹脂２１（アニオン交換樹脂／カチオン交換樹脂＝５０／５０（乾燥重量比））を充填した以外は同様にして電気脱イオン装置１を構成した。

【0054】

この電気脱イオン装置により、実施例１と同様の条件により、脱イオン水Ｗ１を製造し、この脱イオン水Ｗ１のホウ素濃度を測定し、ホウ素除去率を計算した。結果を小粒径樹脂の有無、小粒径樹脂の充填位置とともに表１にあわせて示す。

【0055】

【表1】

【0056】

表１から明らかなとおり、小粒径のイオン交換樹脂２２を脱塩室１５の通水入口から脱塩室の高さ［Ｈ］に対して３３～６６％の範囲に、該脱塩室１５の高さ［Ｈ］の１０～３３％の高さに充填した実施例１及び実施例２の電気脱イオン装置は、９９．９％以上の高いホウ素除去率を得られることが確認できた。なお、実施例１及び実施例２の電気脱イオン装置は、小粒径のイオン交換樹脂２２を充填していない比較例２と比べて通水時の差圧も大きく増加することはなかった。

【符号の説明】

【0057】

１ 電気脱イオン装置
１１ 陽極
１２ 陰極
１３ アニオン交換膜
１４ カチオン交換膜
１５ 脱塩室
１５Ａ 上側領域
１５Ｂ 中間領域
１５Ｃ 下側領域
１６ 濃縮室
１７ 陽極室
１８ 陰極室
Ｗ０ 原水
Ｗ１ 生産水（脱イオン水）
Ｗ２ 濃縮排水
Ｗ３ 排水
Ｈ 脱塩室１５の高さ
ｈ 中間領域１５Ｂの高さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】