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公開番号2024126867
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023035577
出願日2023-03-08
発明の名称電気式脱イオン水製造装置及びそれを使用した純水製造方法
出願人オルガノ株式会社
代理人個人,個人
主分類B01D 61/48 20060101AFI20240912BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】EDI装置を長時間にわたって運転した場合であっても、高純度の脱イオン水を、省電力で製造することができるEDI装置と、そのようなEDI装置を用いた純水の製造方法とを提供すること。
【解決手段】電気式脱イオン水製造装置10における脱塩室23において、アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂のうち、好ましくは粒径が0.4mmを超える大粒径のカチオン交換樹脂をL1、好ましくは粒径が0.4mmを超える大粒径のアニオン交換樹脂をL2、好ましくは粒径が0.1mm以上0.4mm以下である小粒径のカチオン交換樹脂をS1、好ましくは粒径が0.1mm以上0.4mm以下である小粒径のアニオン交換樹脂をS2とした時、脱塩室23がこれらの組み合わせから選ばれる少なくとも3種類の樹脂により充填される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置されて前記陽極の側に位置するアニオン交換膜と前記陰極の側に位置するカチオン交換膜とによって区画されてアニオン交換体及びカチオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜の前記陰極の側に設けられてアニオン交換体及びカチオン交換体が充填された濃縮室と、を有する電気式脱イオン水製造装置であって、
前記アニオン交換体及び前記カチオン交換体がそれぞれアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂であり、前記アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂のうち、大粒径のカチオン交換樹脂をＬ１、大粒径のアニオン交換樹脂をＬ２、小粒径のカチオン交換樹脂をＳ１、小粒径のアニオン交換樹脂をＳ２とした時、前記脱塩室がこれらの組み合わせから選ばれる少なくとも３種類の樹脂により充填されている電気式脱イオン水製造装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
大粒径のカチオン交換樹脂Ｌ１及び大粒径のアニオン交換樹脂Ｌ２の粒径が０．４ｍｍを超えており、小粒径のカチオン交換樹脂Ｓ１及び小粒径のアニオン交換樹脂Ｓ２の粒径が０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項３】
前記脱塩室は、粒径が０．４ｍｍを超える大粒径のカチオン交換樹脂Ｌ１と、粒径が０．４ｍｍを超える大粒径のアニオン交換樹脂Ｌ２と、粒径が０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である小粒径のアニオン交換樹脂Ｓ２とが混合されている混合粒径層を有する請求項２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項４】
前記脱塩室の混合粒径層においてＬ２：Ｓ２が１：１から５：１の範囲内で混合されている、請求項２に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項５】
前記脱塩室に充填される樹脂の体積割合が（Ｓ１＋Ｓ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）＜０．６の関係式を満たす、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項６】
前記脱塩室における被処理水の流れ方向に向かって複数の領域が並ぶように前記脱塩室が前記複数の領域に区分され、
前記複数の領域のうち、前記被処理水の流れにおける最上流側に位置する領域を第１の領域とし最下流側に位置する領域を第２の領域として、前記第１の領域には、当該第１の領域におけるアニオン交換体及びカチオン交換体の全体の体積に対するカチオン交換体の体積比が５０％を超えて９０％以下であるようにアニオン交換体及びカチオン交換体の混合物が充填され、前記第２の領域には、当該第２の領域におけるアニオン交換体及びカチオン交換体の全体の体積に対するアニオン交換体の体積比が５０％を超えて９０％以下であるようにアニオン交換体及びカチオン交換体の混合物が充填されている、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項７】
前記脱塩室における前記被処理水の流れの方向に垂直な方向に沿った、前記複数の領域の各々におけるイオン交換体の層の厚さが１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下である、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項８】
前記カチオン交換膜を挟んで前記第２の領域に対向する位置において前記濃縮室に充填されているイオン交換体でのカチオン交換体の体積比が５０％以上である、請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置を使用し、前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加しつつナトリウムイオン濃度が０．１ｐｐｍ以上０．７ｐｐｍ以下である前記被処理水を前記脱塩室に供給して脱イオン水である純水を得る、純水製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の電気式脱イオン水製造装置を使用し、前記陽極と前記陰極との間に直流電圧を印加しつつ全炭酸濃度が０．５ｐｐｍａｓＣＯ
２
以上５．０ｐｐｍａｓＣＯ
２
以下である前記被処理水を前記脱塩室に供給して脱イオン水である純水を得る、純水製造方法。

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、電気式脱イオン水製造装置を利用した純水を製造する方法とに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
被処理水から脱イオン水を生成する装置の１つとして、電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ(Electrodeionization)装置ともいう。以下、電気式脱イオン水製造装置のことをＥＤＩ装置とも称する。）がある。ＥＤＩ装置は、電気泳動と電気透析とを組み合わせた装置であって、陽極と陰極との間に、一対のイオン交換膜で区画された脱塩室を配置した構成を有する。ＥＤＩ装置では、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装置において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を通水することにより、脱塩室において被処理水に対する脱塩処理が行われ、イオン成分が除去された処理水が脱塩室から流出する。
特許文献１は、被処理水に含まれる炭酸成分やシリカ成分などの除去効率を高めたり電圧上昇を抑えつつ電流密度を高くするために、脱塩室内に区画部材を配置して脱塩室内を多数の小室に区画し、脱塩室内の全領域にわたって体積比でアニオン交換樹脂がカチオン交換樹脂と同量かそれよりも多くなるようにアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを混合して脱塩室に充填し、その際、脱塩室における水の流れに沿って上流側及び下流側の一方でのアニオン交換樹脂の混合比を６６～８０体積％とし他方でアニオン交換樹脂の混合比を５０～６５体積％とすることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００５－１９３２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたＥＤＩ装置では、脱塩室内においてカチオン交換樹脂よりもアニオン交換樹脂を高い割合で充填するので、高いアニオン除去率が得られる。その一方で、特許文献１の［００１８］には、「アニオン交換樹脂の割合を高めると、ＯＨ
－
イオン発生量は増加するが、Ｈ
＋
イオンが減少するためＮａ
＋
イオンの除去性が低下し、処理水の比抵抗を悪くする。」と記載されているように、カチオン交換樹脂の割合が少ないことで、ナトリウムイオン（Ｎａ
＋
）などのカチオンの除去性能が低下し、ＥＤＩ装置を長時間にわたって運転したときの処理水の比抵抗が低下する、すなわち処理水の水質が低下する、という問題点がある。さらに、被処理水中の不純物イオンを省電力で除去することができる電気式脱イオン水製造装置の要求も存在している。
【０００５】
本発明の目的は、ＥＤＩ装置を長時間にわたって運転した場合であっても、高純度の脱イオン水を、省電力で製造することができるＥＤＩ装置と、そのようなＥＤＩ装置を用いた純水の製造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】
【０００６】
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、前記陽極と前記陰極との間に配置されて前記陽極の側に位置するアニオン交換膜と前記陰極の側に位置するカチオン交換膜とによって区画されてアニオン交換体及びカチオン交換体が充填された脱塩室と、前記カチオン交換膜の前記陰極の側に設けられてアニオン交換体及びカチオン交換体が充填された濃縮室と、を有する電気式脱イオン水製造装置であって、
前記アニオン交換体及び前記カチオン交換体がそれぞれアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂であり、前記アニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂のうち、大粒径のカチオン交換樹脂をＬ１、大粒径のアニオン交換樹脂をＬ２、小粒径のカチオン交換樹脂をＳ１、小粒径のアニオン交換樹脂をＳ２とした時、前記脱塩室がこれらの組み合わせから選ばれる少なくとも３種類の樹脂により充填されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の純水製造方法は、本発明の電気式脱イオン水製造装置を使用し、陽極と陰極との間に直流電圧を印加しつつナトリウムイオン濃度が０．１ｐｐｍ（ｍｇ／Ｌ）以上０．７ｐｐｍ以下である被処理水を脱塩室に供給して脱イオン水である純水を得ることを特徴とする。あるいは本発明の純水製造方法は、本発明の電気式脱イオン水製造装置を使用し、陽極と陰極との間に直流電圧を印加しつつ全炭酸濃度が０．５ｐｐｍａｓＣＯ
２
（ｍｇＣＯ
２
／Ｌ）以上５．０ｐｐｍａｓＣＯ
２
以下である被処理水を脱塩室に供給して脱イオン水である純水を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＥＤＩ装置を長時間にわたって運転した場合であっても、高純度の脱イオン水を、省電力で製造することができるＥＤＩ装置と、そのようなＥＤＩ装置を用いた純水の製造方法とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施の一形態のＥＤＩ装置を示す図である。
ＥＤＩ装置の機械的な構造を示す概略断面図である。
図２に示すＥＤＩ装置の組立斜視図である。
別の実施形態のＥＤＩ装置を示す図である。
別の実施形態のＥＤＩ装置を示す図である。
濃縮室から脱塩室への炭酸の移動を説明する図である。
実施例１、比較例１及び２に関し、ＳＶ＝４５０ｈ
－１
運転時を推定した運転差圧と４種類のイオン交換樹脂の体積割合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】
【００１０】
本発明の電気式脱イオン水製造装置（ＥＤＩ装置）では、陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に、陽極の側に位置するアニオン交換膜と前記陰極の側に位置するカチオン交換膜とによって区画されたアニオン交換体及びカチオン交換体が充填された脱塩室と、カチオン交換膜の陰極の側に設けられたアニオン交換体及びカチオン交換体が充填された濃縮室と、を有する。なお、本明細書では、アニオン交換体とカチオン交換体とを総称してイオン交換体と呼ぶことがある。
（【００１１】以降は省略されています）

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