JP4978098B2 - 電気脱イオン装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電気脱イオン装置に関し、特に脱塩室におけるスケール障害を防止し得る電気脱イオン装置に関する。
従来、半導体製造工場、液晶製造工場、製薬工業、食品工業、電力工業等の各種の産業又は民生用ないし研究施設等において使用される脱イオン水の製造には、図４に示すように、電極（陽極１１，陰極１２，陽極室１７，陰極室１８）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を交互に配列して濃縮室１５と脱塩室１６とを交互に形成し、脱塩室１６にイオン交換樹脂、イオン交換繊維又はグラフト交換体等からなるアニオン交換体及びカチオン交換体を混合又は複層状に充填した電気脱イオン装置１が多用されている（特許文献１〜３参照）。
この電気脱イオン装置は、水解離によってＨ＋イオンとＯＨ−イオンとを生成させ、脱塩室内に充填されているイオン交換体を連続して再生することによって、効率的な脱塩処理が可能であり、従来から広く用いられてきたイオン交換装置のような薬品を用いた再生処理を必要とせず、完全な連続採水が可能で、高純度の水が得られるという優れた効果を有するものである。
しかしながら、浄水場等で河川水、地下水等を除濁、脱塩素、軟化処理した水道水を電気脱イオン装置の被処理水として直接用いた場合や被処理水のカルシウム濃度が高い場合には、（１）濃縮室内でのスケールの発生、（２）ＣＯ２負荷増大による処理水導電率の悪化が起こることから、従来、これらの水を直接電気脱イオン装置の被処理水として通水することはなかった。
かかる問題点のうち、（２）ＣＯ２負荷の増大については、比較的安価な脱炭酸装置を電気脱イオン装置の前処理装置として用いることにより解決することができる。また、（１）濃縮室内でのスケールの発生を防止するためには、電気脱イオン装置の前段に軟化装置等を設置して被処理水中の硬度成分を完全に除去する方法があるが、軟化装置を用いた場合には、その再生が必要となり、再生不要の電気脱イオン装置を用いることによる利点が失われてしまう。
このような問題点を解決するために、従来、電気脱イオン装置の前処理装置として、硬度成分及びＣＯ２濃度を低減させるために、逆浸透膜装置（ＲＯ膜装置）を設置する方法が知られており、特に被処理水中の硬度成分濃度が高い場合には、ＲＯ膜装置を直列に２段設置する方法が一般的に用いられている。
また、図４に示すように、電気脱イオン装置１０の濃縮室１５をバイポーラ膜２０で区画して、濃縮室１５内でスケール成分となるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）と炭酸イオン（ＣＯ３ ２−）との会合を防止することで、電気脱イオン装置１０の前処理装置として必要とされていたＲＯ膜装置を省略することができ、設備コスト、処理コストの低減を図る方法が提案されている（特許文献４，５参照）。
特許第１７８２９４３号公報 特許第２７５１０９０号公報 特許第２６９９２５６号公報 特開２００１−１９８５７７号公報 特開２００２−１８６９７３号公報
しかしながら、特許文献４，５に記載の方法で１段ＲＯ膜処理水を電気脱イオン装置に導入する場合に、原水に含まれる硬度成分濃度が変動したり、硬度成分濃度が非常に高かったりすると、電気脱イオン装置の脱塩室内部の比較的ｐＨの高いアニオン交換体比率が大きい箇所において、水酸化物スケールが発生してしまうことがあった。例えば、水酸化マグネシウムのような不溶解成分が析出し、安定的に運転することができなくなるという問題があった。
また、原水中の硬度成分濃度が高いと、電気脱イオン装置の前段にＲＯ膜装置を２段設置する必要があり、その場合、装置コストが高くなる上、ＲＯ膜装置を駆動するための高圧ポンプの消費電力量が大きい等の問題があった。
そのため、被処理水の硬度成分濃度が非常に高い条件であっても、１段のＲＯ膜装置の前処理だけで安定的に運転することのできる電気脱イオン装置が望まれていた。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、濃縮室及び脱塩室にてスケールの発生を防止し、長期間安定的に運転することのできる電気脱イオン装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなり、当該濃縮室にバイポーラ膜を設けて当該濃縮室内を陰極側と陽極側とに区画してなる電気脱イオン装置であって、前記脱塩室を、被処理水の流れ方向の上流側から第１層及び第２層の少なくとも二層に分割してアニオン交換体とカチオン交換体とからなるイオン交換体を充填し、前記第１層に充填されるイオン交換体は、前記カチオン交換体を５０体積％以上含んでおり、前記第２層に充填されるイオン交換体は、前記アニオン交換体を５０超〜８０体積％含むことを特徴とする電気脱イオン装置を提供する（請求項１）。
上記発明（請求項１）によれば、脱塩室の第１層に充填されるイオン交換体が５０体積％以上のカチオン交換体を含んでいることで、被処理水中のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）やマグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）等の２価の陽イオンが移動して選択的に除去されやすく、第２層に充填されるイオン交換体が５０超〜８０体積％のアニオン交換体を含んでいることで、被処理水中の炭酸水素イオン（ＨＣＯ３ −）及び脱塩室内での水乖離により生じた水酸化物イオン（ＯＨ−）が移動して除去されやすい。特に、被処理水が最初に導入される第１層にカチオンリッチのイオン交換体が充填されることで、被処理水のｐＨが上昇することがなく、水酸化物スケールの発生を防止することができる。
また、本発明は、陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなり、当該濃縮室にバイポーラ膜を設けて当該濃縮室内を陰極側と陽極側とに区画してなる電気脱イオン装置であって、前記脱塩室を、被処理水の流れ方向の上流側から第１層、第２層及び第３層の少なくとも三層に分割してアニオン交換体とカチオン交換体とからなるイオン交換体を充填し、前記第１層及び第３層に充填されるイオン交換体は、前記カチオン交換体を５０体積％以上含んでおり、前記第２層に充填されるイオン交換体は、前記アニオン交換体を５０超〜８０体積％含むことを特徴とする電気脱イオン装置を提供する（請求項２）。
上記発明（請求項２）によれば、脱塩室の第１層で被処理水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオン等の２価の陽イオンが移動して選択的に除去され、脱塩室の第２層で炭酸水素イオンや水酸化物イオン等の陰イオンが除去されることで、脱塩室内での炭酸カルシウムや水酸化マグネシウム等のスケールの発生を防止することができるとともに、脱塩室の第３層でナトリウムイオン等の１価の陽イオンを移動させて除去することができる。これにより、電気脱イオン装置を長期間安定に運転することができるとともに、脱塩室にて得られる脱イオン水の水質をより向上することができる。
上記発明（請求項１，２）においては、全硬度成分の濃度が、炭酸カルシウム換算濃度で０．５ｍｇ／Ｌ以上である被処理水を処理することができる（請求項５）。
一般に、電気脱イオン装置の上流側には、前処理装置として１段の逆浸透膜装置を設けることで、電気脱イオン装置に供給される被処理水の全硬度成分含有量を０．５ｍｇ／Ｌ未満に調整し、電気脱イオン装置にスケールを生じさせないようにしているため、電気脱イオン装置に供給される被処理水の全硬度成分含有量が０．５ｍｇ／Ｌ以上である場合、さらにもう１段の逆浸透膜装置を設ける必要があるが、上記発明（請求項３）によれば、被処理水の水質が悪化し、被処理水に含まれる全硬度成分の濃度が非常に高いときであっても、さらに１段の逆浸透膜装置を設けることなく被処理水を処理することができる。
上記発明（請求項１〜３）においては、ｐＨを６．５以下に調整した被処理水を処理することが好ましい（請求項４）。ｐＨが高い（アルカリ状態にある）と、脱塩室内部におけるアニオン交換体の体積比率が大きい部分において、水酸化マグネシウムのような不溶成分が析出し、電機脱イオン装置を安定に運転することができなくなるおそれがあるが、かかる発明（請求項４）のように、予めｐＨを６．５以下に調整した被処理水を処理することで、電気脱イオン装置における水酸化マグネシウム等の水酸化物スケールの発生をより効果的に防止することができる。
上記発明（請求項１〜４）において、前記バイポーラ膜は、アニオン交換層面が陽極側に位置し、カチオン交換層面が陰極側に位置するように前記濃縮室内に設けられていることが好ましい（請求項５）。
上記発明（請求項５）によれば、濃縮室内に設けられるバイポーラ膜のアニオン交換層面が陽極側に位置し、カチオン交換層面が陰極側に位置することで、濃縮室のカチオン交換膜側の脱塩室から透過してきたカルシウムイオンと、濃縮室のアニオン交換膜側の脱塩室から透過してきた炭酸水素イオンとがバイポーラ膜によって遮断され、会合することがないため、炭酸カルシウム等のスケールが生じるのを防止することができる。
上記発明（請求項１〜５）において、前記濃縮室内には、イオン交換体が充填されていることが好ましい（請求項６）。かかる発明（請求項６）によれば、濃縮室内にイオン交換体が充填されていることで、濃縮室内でイオンがすばやく移動し、運転時の電圧上昇を抑制することができる。これにより、水質の安定した脱イオン水を得ることができる。また、脱塩室から濃縮室内に透過したカルシウムイオンや炭酸水素イオン等を除去することができ、濃縮室内におけるスケールの発生を効果的に防止することができる。
上記発明（請求項１〜６）においては、脱塩室の流出水の一部を濃縮室の流入側に供給する流路を設けることが好ましい（請求項７）。かかる発明（請求項７）によれば、水道水のようにカルシウム濃度の高い水を処理する場合であっても、脱イオン水の一部を濃縮室に導入することで、濃縮室の循環水を脱イオン水で希釈してカルシウム濃度を低減することができ、濃縮室内におけるスケールの発生を一層防止することができる。
本発明によれば、濃縮室及び脱塩室にてスケールの発生を防止し、長期間安定的に運転することのできる電気脱イオン装置を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る電気脱イオン装置を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る電気脱イオン装置を示す概略構成図であり、図２は、同実施形態に係る電気脱イオン装置の脱塩室を示す拡大断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る電気脱イオン装置１は、陽極１１と、陰極１２と、陽極室１７と、陰極室１８と、陽極１１及び陰極１２の間にカチオン交換膜１４及びアニオン交換膜１３を交互に配列し、交互に形成された脱塩室１６及び濃縮室１５とを有する。
濃縮室１５には、バイポーラ膜２０が配列されており、かかるバイポーラ膜２０により濃縮室１５が陽極側区画室１５Ａと陰極側区画室１５Ｂとに区画されている。
バイポーラ膜２０は、そのアニオン交換層面２０Ａが陰極１２側に位置し、カチオン交換層面２０Ｂが陽極１１側に位置するようにして配置される。これにより、アニオン交換膜１３側の脱塩室１６から透過してきた炭酸水素イオン（ＨＣＯ３ −）と、カチオン交換膜１４側の脱塩室１６から透過してきたカルシウムイオン（Ｃａ２＋）とは、それぞれバイポーラ膜２０のカチオン交換層面２０Ｂとアニオン交換層面２０Ａとにより遮断されるため、これらが会合することによる濃縮室１５内での炭酸カルシウムスケールの発生を防止することができる。
本実施形態において、濃縮室１５に設けられるバイポーラ膜２０としては、アニオン交換層２０Ａとカチオン交換層２０Ｂとを有しており、水電解効率の高いものであれば、特に限定されるものではない。
脱塩室１６には、イオン交換体３０としてアニオン交換樹脂３０Ａ及びカチオン交換樹脂３０Ｂが充填されている。脱塩室１６にアニオン交換樹脂３０Ａ及びカチオン交換樹脂３０Ｂを充填することで、脱塩室１６にて得られる脱イオン水の水質を向上させることができる。
図２に示すように、脱塩室１６には、被処理水の流れ方向の上流側から分割されて、アニオン交換樹脂３０Ａとカチオン交換樹脂３０Ｂとの混合比率の異なるイオン交換体３０が充填されている。本実施形態において、脱塩室１６は、被処理水の流れ方向の上流側から第１層１６Ａ、第２層１６Ｂ及び第３層１６Ｃの三層に分割されているが、これに限定されるものではなく、例えば、第１層及び第２層の二層に分割されていてもよいし、四層以上に分割されていてもよい。
脱塩室１６の第１層１６Ａ及び第３層１６Ｃに充填されているイオン交換体３０におけるアニオン交換樹脂３０Ａとカチオン交換樹脂３０Ｂとの混合比率は、イオン交換体３０におけるカチオン交換樹脂３０Ｂの体積比率が、５０体積％以上であり、第１層１６Ａではカチオン交換樹脂３０Ｂの体積比率が５０体積％以上８０体積％以下であることが好ましく、第３層１６Ｃではカチオン交換樹脂３０Ｂの体積比率が７０体積％以上であることが好ましい。第１層１６Ａを構成する混合樹脂のうちカチオン交換樹脂３０Ｂの体積比率を多くすることで、脱塩室１６に供給された被処理水中の硬度成分（Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋等の２価の陽イオン）を選択的に、かつ効率的に除去することができ、これにより炭酸カルシウムや水酸化マグネシウム等のスケールの発生を防止することができる。また、第３層１６Ｃを構成する混合樹脂のカチオン交換樹脂３０Ｂの体積比率を多くすることで、脱塩室１６に供給された被処理水中に含まれるナトリウムイオン（Ｎａ＋）等の第１層１６Ａで除去しきれなかった１価の陽イオンを除去することができ、脱塩室１６にて得られる脱イオン水の水質をより向上させることができる。
脱塩室１６の第２層１６Ｂに充填されているイオン交換体３０は、イオン交換体３０におけるアニオン交換樹脂３０Ａの体積比率が５０超〜８０体積％以下であり、アニオン交換樹脂３０Ａの体積比率が６５〜８０体積％であることが好ましい。脱塩室１６の第２層１６Ｂに充填されるイオン交換体３０のうちアニオン交換樹脂３０Ａの体積比率を多くすることで、被処理水中の陰イオン（ＯＨ−，ＨＣＯ３ −，Ｃｌ−等）を選択的に、かつ効率的に除去することができる。なお、第２層におけるアニオン交換樹脂３０Ａの体積比率を大きくすることで、イオン交換によりＯＨ−のイオン濃度が上昇するため、２価の陽イオン（Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋等）が存在すると、水酸化マグネシウム等の水酸化物スケールが発生するおそれがあるが、第１層１６Ａにて２価の陽イオンが選択的に除去されているため、水酸化物スケールの発生を防止することができる。
濃縮室１５には、アニオン交換樹脂３０Ａとカチオン交換樹脂３０Ｂとを混合して充填してもよいし、アニオン交換樹脂３０Ａ又はカチオン交換樹脂３０Ｂを単独で充填してもよい。濃縮室１５にアニオン交換樹脂３０Ａとカチオン交換樹脂３０Ｂとを混合して、またはいずれか単独で充填することで、濃縮室１５内でイオンがすばやく移動し、電流が流れやすくなる。これにより運転時の電圧の上昇を抑制することができ、水質の安定した脱イオン水を得ることができる。
濃縮室１５にアニオン交換樹脂３０Ａとカチオン交換樹脂３０Ｂとを混合して充填する場合、その混合比は特に限定されるものではないが、例えば、アニオン交換樹脂３０Ａ：カチオン交換樹脂３０Ｂ＝９０：１０〜１０：９０であることが好ましく、アニオン交換樹脂３０Ａ：カチオン交換樹脂３０Ｂ＝７０：３０〜３０：７０であることがさらに好ましい。
図３に示すように、本実施形態に係る電気脱イオン装置１は、脱塩室１６の流出側と濃縮室１５及び電極室（陽極室１７，陰極室１８）の流入側とを接続する脱イオン水供給管を備えている。これにより、脱塩室１６から流出した脱イオン水の一部が濃縮室１５及び電極室（陽極室１７，陰極室１８）に供給され、水道水のようにカルシウム濃度の高い水を処理する場合であっても、脱イオン水の一部を濃縮室１５に導入することで、濃縮室１５の循環水を脱イオン水で希釈してカルシウム濃度を低減することができ、濃縮室１５内におけるスケールの発生を一層防止することができる。
以上説明したような本実施形態に係る電気脱イオン装置１の脱塩室１６には、予めｐＨを調整した被処理水を供給することが好ましい。具体的には、予めｐＨを６．５以下に調整した被処理水を供給することが好ましく、特にｐＨを５．８以下に調整した被処理水を供給することが好ましい。被処理水のｐＨが６．５を超えると、脱塩室１６内に水酸化マグネシウム等の不溶性の水酸化物スケールが発生してしまうおそれがあり、それにより、脱塩室１６の差圧の上昇を引き起こしてしまい、ひいては脱塩室１６の閉塞を引き起こしてしまうおそれがある。
被処理水のｐＨを調整する方法としては、一般的なｐＨ調整方法であれば特に限定されるものではないが、例えば、被処理水中にｐＨ調整剤を添加することにより被処理水のｐＨを調整してもよいし、前処理工程として脱炭酸装置を備える場合には、当該脱炭酸装置における脱炭酸量を調整することにより被処理水のｐＨを調整してもよい。
以上説明したような本実施形態に係る電気脱イオン装置１は、被処理水の全硬度成分濃度が、炭酸カルシウム換算濃度で０．５ｍｇ／Ｌ以上であっても、当該被処理水を脱塩室１６に供給し、処理することができ、そのような被処理水を処理したとしても、脱塩室１６及び濃縮室１５にスケールが発生することもない。したがって、水質が悪化した被処理水を処理するような場合であっても、電気脱イオン装置１の前処理装置として二段のＲＯ膜装置を設ける必要がなく、装置コストを低減することができる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
以下、比較例及び実施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。
なお、以下の比較例及び実施例で用いた試験装置は、下記の装置を活性炭装置、電気脱イオン装置の順で直列に配置したものである。
活性炭装置：栗田工業社製「クリコールＫＷ１０−３０」
電気脱イオン装置：栗田工業社製「クリテノンＳＨ型」
処理水量：４２０Ｌ／ｈｒ
また、試験用の被処理水（市水）として以下のものを用意した。
被処理水：給水Ｃａ濃度２８ｐｐｍ（ＣａＣＯ３換算）
給水ＣＯ２濃度２９ｐｐｍ（ＣａＣＯ３換算）
〔比較例１〕
電気脱イオン装置のイオン交換膜、及び脱塩室と濃縮室とに充填するイオン交換樹脂として以下のものを用い、上記被処理水を１段ＲＯ膜処理した水を電気脱イオン装置の被処理水として、表１に示す条件で通水を行い、得られた処理水の導電率及び濃縮室流量を１０Ｌ／ｈｒで通水したときの脱塩室と濃縮室との差圧の経時変化を測定した。
結果を表１に示す。
なお、濃縮室循環水の補給水及び電極室水としては、被処理水を用いた。
アニオン交換膜：旭化成工業社製，「アシプレックスＡ５０１ＳＢ」
カチオン交換膜：旭化成工業社製，「アシプレックスＫ５０１ＳＢ」
イオン交換樹脂：アニオン交換樹脂（三菱化学社製，「ＳＡ１０Ａ」）とカチオン交換樹脂（三菱化学社製，「ＳＫ１Ｂ」）とを６：４の体積混合比率で混合したもの。
〔比較例２〕
比較例１で用いた電気脱イオン装置の濃縮室にバイポーラ膜を設け、図１に示す電気脱イオン装置を組み立て、さらに被処理水の代わりに脱塩室から得られた脱イオン水の一部（１５％）を濃縮室循環水の補給水及び電極室水として送球したこと以外は同様にして、表１に示す通水条件で試験を行った。
結果を表１に示す。
なお、濃縮室に設けたバイポーラ膜は、以下のようにして製造した。
スルホン酸基をイオン交換基とするカチオン交換膜（徳山曹達社製、商品名：ネオセプタＣＭ−１）を予めサンドペーパーにより処理して一方の表面に凹凸を設けた後、２質量％の塩化第一鉄（ＦｅＣｌ２）水溶液に２５℃で１時間浸漬した後、イオン交換水で十分に洗浄して室温で風乾した。
また、ポリスルホンをクロルメチル化し、次いでトリメチルアミンにより４級塩基化したアミノ化ポリスルホン（４級塩基の交換容量：０．９２ｍｅｑ／ｇ）を、メタノール−クロロホルム（容量比＝１：１）の混合溶媒に溶解して１５質量％のアミノ化ポリスルホン溶液を調製した。
次いで、上記のようにして処理したカチオン交換膜の粗面化した表面に、アミノ化ポリスルホン溶液を塗布して乾燥し、アミノ化ポリスルホンの厚みが９０μｍであるバイポーラ膜を製造した。
〔実施例１〕
比較例２で用いた電気脱イオン装置の脱塩室を３層に分割し、脱塩室における被処理水の流れ方向の上流側から見て第１層及び第３層に体積比率でアニオン交換樹脂が３０体積％となるようにアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の混合樹脂を充填し、第２層に体積比率でアニオン交換樹脂が７０体積％となるようアニオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂の混合樹脂に充填したこと以外は同様にして、表１に示す通水条件で試験を行った。
結果を表１に示す。
Figure 0004978098
表１に示すように、比較例１の電気脱イオン装置では、１週間で濃縮室差圧が脱塩室差圧を上回り、運転不能となった。また、比較例２の電気脱イオン装置では、３月間で脱塩室の差圧が上昇し、閉塞に至らないまでも運転継続は不可能となった。一方、実施例１の電気脱イオン装置では、濃縮室差圧及び脱塩室差圧ともに上昇することなく、３月間安定的な運転が可能であることが確認された。このことから、実施例１の電気脱イオン装置によれば、濃縮室内における炭酸カルシウムスケールの発生を防止することができるとともに、脱塩室内における水酸化マグネシウムスケールの発生をも防止することができることが確認された。
本発明の一実施形態に係る電気脱イオン装置を示す概略構成図である。 同実施形態に係る電気脱イオン装置の脱塩室を示す拡大断面図である。 同実施形態に係る電気脱イオン装置における被処理水の流れを示す系統図である。 従来の電気脱イオン装置を示す概略構成図である。
符号の説明
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…濃縮室
１６…脱塩室
１７…陽極室
１８…陰極室
２０…バイポーラ膜
２０Ａ…アニオン交換層面
２０Ｂ…カチオン交換層面
３０…イオン交換体
３０Ａ…アニオン交換樹脂
３０Ｂ…カチオン交換樹脂

Claims (7)

  1. 陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなり、当該濃縮室にバイポーラ膜を設けて当該濃縮室内を陰極側と陽極側とに区画してなる電気脱イオン装置であって、
    前記脱塩室を、被処理水の流れ方向の上流側から第１層及び第２層の少なくとも二層に分割してアニオン交換体とカチオン交換体とからなるイオン交換体を充填し、
    前記第１層に充填されるイオン交換体は、前記カチオン交換体を５０体積％以上含んでおり、
    前記第２層に充填されるイオン交換体は、前記アニオン交換体を５０超〜８０体積％含むことを特徴とする電気脱イオン装置。
  2. 陰極と陽極との間に、複数のアニオン交換膜とカチオン交換膜とを交互に配列して濃縮室と脱塩室とを交互に形成してなり、当該濃縮室にバイポーラ膜を設けて当該濃縮室内を陰極側と陽極側とに区画してなる電気脱イオン装置であって、
    前記脱塩室を、被処理水の流れ方向の上流側から第１層、第２層及び第３層の少なくとも三層に分割してアニオン交換体とカチオン交換体とからなるイオン交換体を充填し、
    前記第１層及び第３層に充填されるイオン交換体は、前記カチオン交換体を５０体積％以上含んでおり、
    前記第２層に充填されるイオン交換体は、前記アニオン交換体を５０超〜８０体積％含むことを特徴とする電気脱イオン装置。
  3. 全硬度成分の濃度が、炭酸カルシウム換算濃度で０．５ｍｇ／Ｌ以上である被処理水を処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気脱イオン装置。
  4. ｐＨを６．５以下に調整した被処理水を処理することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
  5. 前記バイポーラ膜は、アニオン交換層面が陽極側に位置し、カチオン交換層面が陰極側に位置するように前記濃縮室内に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
  6. 前記濃縮室内に、イオン交換体が充填されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
  7. 前記脱塩室からの流出水の一部を前記濃縮室の流入側に供給する流路が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電気脱イオン装置。
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010104007A1 (ja) * 2009-03-10 2010-09-16 オルガノ株式会社 脱イオンモジュール及び電気式脱イオン水製造装置
JP5383310B2 (ja) * 2009-05-13 2014-01-08 オルガノ株式会社 脱イオンモジュール及び電気式脱イオン水製造装置
JP5606841B2 (ja) * 2010-09-14 2014-10-15 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置
US8496797B2 (en) 2010-12-14 2013-07-30 General Electric Company Electrical deionization apparatus
US9695070B2 (en) 2011-10-27 2017-07-04 Pentair Residential Filtration, Llc Regeneration of a capacitive deionization system
US9637397B2 (en) 2011-10-27 2017-05-02 Pentair Residential Filtration, Llc Ion removal using a capacitive deionization system
US8961770B2 (en) 2011-10-27 2015-02-24 Pentair Residential Filtration, Llc Controller and method of operation of a capacitive deionization system
US9010361B2 (en) 2011-10-27 2015-04-21 Pentair Residential Filtration, Llc Control valve assembly
US8671985B2 (en) 2011-10-27 2014-03-18 Pentair Residential Filtration, Llc Control valve assembly
KR102093443B1 (ko) 2012-11-29 2020-03-25 삼성전자주식회사 전기 흡착 탈이온 장치 및 이를 사용한 유체 처리 방법
KR102092941B1 (ko) 2013-06-12 2020-03-24 삼성전자주식회사 전기 흡착 탈이온 장치 및 이를 사용한 유체 처리 방법
KR102246440B1 (ko) * 2013-12-13 2021-05-03 삼성전자주식회사 연수화 장치 및 이온교환수지의 재생 방법
CN105762394B (zh) * 2016-03-22 2019-05-14 清华大学 一种过滤型阴极微生物脱盐电池及其应用
CN109789375B (zh) * 2016-08-23 2023-06-06 Swan水质分析仪表公司 用于对液体进行电去离子化的装置和方法
JP2018061933A (ja) * 2016-10-12 2018-04-19 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置
JP7064304B2 (ja) * 2017-09-25 2022-05-10 オルガノ株式会社 脱陽イオン水の導電率の測定方法及び測定システム
CN108793544A (zh) * 2018-04-26 2018-11-13 浙江大维高新技术股份有限公司 一种脱硫废水的零排放处理方法
WO2020045061A1 (ja) * 2018-08-28 2020-03-05 野村マイクロ・サイエンス株式会社 純水製造システム及び純水製造方法
JP7275536B2 (ja) * 2018-11-12 2023-05-18 栗田工業株式会社 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
CN109748441A (zh) * 2019-01-15 2019-05-14 江苏凡润电子有限公司 一种模块化电子元器件清洗用水发生器
CA3177306A1 (en) * 2020-05-06 2021-11-11 Jonathan H. Wood Improved chlorine tolerance of continuous electrodeionization modules
CN113735336A (zh) * 2021-08-26 2021-12-03 广东栗子科技有限公司 一种滤水装置、具有该装置的净水机及水处理方法
TWI779847B (zh) * 2021-09-27 2022-10-01 國立臺灣大學 含溶解性鹽類或酸類排水的處理方法
KR20250016224A (ko) * 2022-05-25 2025-02-03 오르가노 가부시키가이샤 전기식 탈이온수 제조 장치 및 순수 제조 방법
WO2023228606A1 (ja) * 2022-05-25 2023-11-30 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置及び純水製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3568946D1 (en) 1984-07-09 1989-04-27 Millipore Corp Improved electrodeionization apparatus and method
JP2751090B2 (ja) 1993-04-21 1998-05-18 日本錬水株式会社 純水製造装置
JP2699256B2 (ja) 1993-10-05 1998-01-19 株式会社荏原製作所 電気再生式連続イオン交換装置とその使用方法
US6248226B1 (en) * 1996-06-03 2001-06-19 Organo Corporation Process for producing deionized water by electrodeionization technique
US6284124B1 (en) * 1999-01-29 2001-09-04 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus and method
JP3385553B2 (ja) * 1999-03-25 2003-03-10 オルガノ株式会社 電気式脱イオン水製造装置及び脱イオン水製造方法
US6296751B1 (en) * 1999-09-13 2001-10-02 Leon Mir Electrodeionization apparatus with scaling control
JP4403621B2 (ja) * 2000-01-20 2010-01-27 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置
JP2001340863A (ja) * 2000-06-01 2001-12-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 浴槽水循環軟水化装置及び浴槽水循環軟水風呂
JP2002186973A (ja) * 2000-12-20 2002-07-02 Nec Corp 電気再生型脱イオン装置
US6649037B2 (en) * 2001-05-29 2003-11-18 United States Filter Corporation Electrodeionization apparatus and method
JP3729347B2 (ja) * 2002-05-13 2005-12-21 株式会社荏原製作所 電気再生式脱塩装置
JP3794354B2 (ja) * 2002-07-08 2006-07-05 栗田工業株式会社 電気脱イオン装置
JP2005052766A (ja) * 2003-08-06 2005-03-03 Nippon Rensui Co Ltd 電気再生式純水製造装置

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