JPH08155272A - 純水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】陰陽の両イオン交換樹脂膜を交互に積層して希
釈室と濃縮室を形成し、希釈室にシ−ト状の陰陽両イオ
ン交換体を混合、収容し且つ希釈室と濃縮室の厚さを
０．１ｍｍ〜１．１ｍｍとした純水製造装置。 【効果】処理水の流れが安定し、イオン交換樹脂膜及び
イオン交換体を傷つけることなく、長時間にわたり安定
した純水が得られる。特に希釈室を構成するガスケット
の形状が簡易であり、大型化が可能である等優れた効果
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医薬品の製造、半導体
の製造、原子炉用水などとして使用される純水もしくは
超純水の製造装置に関し、より具体的には、陰陽のイオ
ン交換膜を使用するとともに、合わせて陰陽の両イオン
交換体を使用してなる純水製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、純水を製造する方法の一つとし
て、陰陽のイオン交換樹脂を用いて被処理水中に含まれ
る不純イオンを吸着除去する方法が広く採用されてい
る。この方法は、基本的には水素形イオン交換樹脂と水
酸形イオン交換樹脂の充填層（床）に陰陽の各種イオン
を含む被処理水を通して純水を得るものであるが、この
イオン交換処理に使用して吸着能力が低下した樹脂は再
生剤として酸やアルカリを用いて再生を行う必要があ
り、このためその再生操作が煩雑であるばかりでなく、
多量の酸やアルカリ再生廃液が排出されるという欠点が
ある。

【０００３】そのように再生を要し、これに伴う上述欠
点を解消するため、陰イオン交換体及び陽イオン交換体
を陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜と組み合わせた純
水製造装置が提案され、注目されているが、この例とし
ては例えば特開平３−２２４６８８号、特公平４−７２
５６７号、特公平６−２０５１３号等を挙げることがで
きる。図１は、このうち特開平３−２２４６８８号で提
案されているその純水製造装置の態様を示すものであ
る。

【０００４】図１中、１は陽極、２は陰極であり、これ
ら両極１、２はそれぞれ陽極室３及び陰極室４内に配置
されている。図示のとおりこの陽極室３及び陰極室４の
間には複数個の陰イオン交換膜Ａと陽イオン交換膜Ｋと
が交互に配列、設置され、陽極１側の陰イオン交換膜Ａ
とこれと相対する陰極２側の陽イオン交換膜Ｋとの間に
脱塩室５が構成され、この脱塩室５には再生形の陽イオ
ン交換体（粒子状）と再生形の陰イオン交換体（粒子
状）との混合体が収容、充填されている。また陽極１側
の陽イオン交換膜Ｋとこれと相対する陰極２側の陰イオ
ン交換膜Ａとの間には濃縮室６が構成されている。

【０００５】この装置の操作に際しては、陽極室３及び
陰極室４中に電導性をもつ適当な電解質溶液を流通さ
せ、脱塩室５に被処理水を流し、また濃縮室６には適宜
の電解質水溶液を流しながら陽極板１及び陰極板２間に
直流電流を通ずると、脱塩室５では被処理水中の不純物
イオンが陰陽両イオン交換体により吸着除去され、純水
が得られるとともに、イオン交換体に吸着された不純物
イオンはイオン交換膜により電気透析されて濃縮室６に
移動し、この濃縮室６から濃縮水として排出される。

【０００６】概略、以上のような陰陽のイオン交換体及
びイオン交換膜を組み合わせた純水製造装置によれば、
高い純度の純水を有効に得ることができるが、脱塩室
（＝イオン分離室＝希釈室）は、その中に陰イオン交換
体粒子及び陽イオン交換体粒子を収容、充填しておくも
のであるため、その形状が複雑であり、その保守管理が
煩雑であるばかりでなく、大型化が難かしいという欠点
があり、またその脱塩室の厚さはどうしても厚くならざ
るを得ず、このため被処理水の流れに乱れが生じやす
く、これによって陰陽の両イオン交換膜及びイオン交換
物質を損傷させ、脱塩性能が経時的に低下するという欠
点があった。

【０００７】この点、特公平４−７２５６７号及び特公
平６−２０５１３号においては、前記のような純水製造
装置（両公報では電気脱イオン化装置と称している）に
おいて、脱塩室（＝イオン分離室＝希釈室）の幅を約
０．７６２〜１０．１６ｃｍ（０．３〜４インチ）、厚
さを約０．１２７〜０．６３５ｃｍ（０．０５〜０．２
５インチ）とし、その陰陽両イオン交換体（固体のイオ
ン交換物質）としては「フアイバまたはビ−ドまたは同
等物」を使用するとしている。

【０００８】しかし、この場合にもその厚さは約０．１
２７〜０．６３５ｃｍ（約１．２７〜６．３５ｍｍ）で
あり、その下限値でも１．２７ｍｍ（０．０５インチ）
と可成り厚いため、被処理水の流れに乱れが生じやす
く、程度の差はあれ、これによって陰陽の両イオン交換
膜及びイオン交換物質を損傷させ、脱塩性能が経時的に
低下するという点に変わりはない。

【０００９】本発明者は、電気透析を利用した純水製造
装置における以上のような事情ないし問題点に鑑み、各
種側面から鋭意、実験、検討を重ねたところ、上記従来
のように粒子状、或いはフアイバ、ビ−ドのような陰イ
オン交換体及び陽イオン交換体を用いるのではなく、こ
れに代えて陰イオン基及び陽イオン交換基を含むシ−ト
状のイオン交換体を使用することにより、上記諸欠点を
一挙に解決し得ることを見い出し、本発明に到達するに
至ったものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、本発明は、
陰陽の両イオン交換膜を用いた電気透析を利用するとと
もに、陰イオン交換体及び陽イオン交換体を用いる純水
製造装置において、そのイオン交換体として陰イオン交
換基（ＯＨ形）及び陽イオン交換基（Ｈ形）を含むシ−
ト状のイオン交換体を使用することにより、従来技術が
有する前述の諸欠点を有せず、長期にわたり安定して純
水を得ることができる純水製造装置を提供することを目
的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、陽極を備える
陽極室と陰極を備える陰極室との間に、複数枚の陽イオ
ン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配列して構成した
電気透析槽内に、陽極側が陰イオン交換膜で区画され、
陰極側が陽イオン交換膜で区画された希釈室と陰極側が
陽イオン交換膜で区画され、陽極側が陰イオン交換膜で
区画された濃縮室とを交互に形成し、該希釈室内に陽イ
オン交換体と陰イオン交換体とを収容してなる純水製造
装置において、該希釈室における陽イオン交換体と陰イ
オン交換体をシ−ト状とするとともに、該希釈室、好ま
しくは該希釈室と該濃縮室の厚さを０．１ｍｍ〜１．１
ｍｍ、好ましくは０．４〜１．０ｍｍとしてなることを
特徴とする純水製造装置を提供する。

【００１２】ここでシ−ト状イオン交換体としては、そ
の中に水素形（Ｈ形）の陽イオン交換基と水酸形（ＯＨ
形）の陰イオン交換基とを有し、純水を得る上で必要な
所期の浄化能（イオン交換能）を有するものであれば、
無機系、有機系を問わず何れも使用可能であり、その形
状としては多孔性又は無孔性シ−ト、織布又は不織布な
どの何れのシ−ト状でも適用することができる。これに
よって、本発明においては、特にその希釈室の厚さを小
さくすることができ、その厚さを上記のとおり０．１ｍ
ｍ〜１．１ｍｍ、好ましくは０．４〜１．０ｍｍとして
も、その性能上支障を来すことがないものである。

【００１３】そのシ−ト状の好ましい具体的形態として
は、短繊維状のカチオン交換体と短繊維状のアニオン
交換体を均一に混合して必要に応じて適宜のバインダ−
を使用して不織布としたもの、単繊維状のカチオン交
換体とアニオン交換体を各々不織布状にし、積層したも
の、長繊維状のカチオン交換体と長繊維状のアニオン
交換体を布状にしたもの、長繊維状のカチオン交換体
とアニオン交換体を各々布状にし、適宜の順序で積層し
組み合せたもの、カチオン交換体とアニオン交換体を
均一に混合し多孔性のシ−トとしたもの、カオン交換
体とアニオン交換体を各々多孔性シ−ト状とし積層し組
み合わせたもの、以上〜を併用してシ−ト状イオ
ン交換体としたもの、等として使用することができる。

【００１４】また、本発明における純水製造装置は、
陰、陽のイオン交換膜を室枠（枠体又はガスケットとも
いう）を介して陰陽の両極間に締付けて構成された既知
のフィルタ−プレス（締付け）型電解透析装置（上記し
た特開平３−２２４６８８号など）である。上記室枠の
材質としては好ましくは耐水性があり、不純物の溶出が
ない素材であれば何れも使用することができる。この点
特にポリプロピレン及びポリエチレン系の材料の場合
は、加工性やシ−ル性にも優れているという点で望まし
い。

【００１５】以下、図面に基づき本発明をさらに具体的
に説明する。図２は、本発明に係る純水製造装置の概略
図であり、全体を締付ける前の状態を示す。図２中、１
は陽極、２は陰極、３は陽極室、４は陰極室であり、５
は濃縮室、６は、希釈室である。また、Ａは複数枚の陰
イオン交換膜、Ｋは複数枚の陰イオン交換膜Ａに対して
交互に配置された複数枚の陽イオン交換膜であり、図示
のとおり濃縮室５は、陽極側が陽イオン交換膜Ｋで、陰
極側が陰イオン交換膜で区画されて形成され、希釈室６
は、陽極側が陰イオン交換膜Ａで、陰極側が陽イオン交
換膜Ｋで区画されて構成されている。

【００１６】また、７は、希釈室６内に収容された本発
明に係るシ−ト状イオン交換体であり、Ｈ形イオン交換
基を有する陽イオン交換体とＯＨ形イオン交換基を有す
る陰イオン交換体とをシ−ト状で前述〜のような形
態で適用するが、図２ではそのシ−ト状イオン交換体７
を希釈室を形成する室枠（ガスケット）８の開口部に充
填した態様を示している。また図２中、９は濃縮室５を
形成する室枠（ガスケット）である。なお、図２では、
陽イオン交換膜Ｋを５枚、陰イオン交換膜Ａを４枚用
い、濃縮室及び希釈室をそれぞれともに４個備える場合
を示しているが、純水の所望製造量、そのための装置の
規模その他の条件如何により適宜の数を設置することが
できる。

【００１７】次に、図３（ａ）は希釈室６を構成する室
枠（ガスケット）の一例を、図３（ｂ）は濃縮室５を構
成する室枠（ガスケット）の一例を示すものである。図
３（ａ）中、１０は被処理水供給用導管、１１は純水排
出用導管であり、１２、１３はディストリビュ−タ−で
ある。このうち純水排出用導管１１側のディストリビュ
−タ−１３は、希釈室６で脱イオンされた純水を収集す
る役目をする。

【００１８】また図３（ａ）中、Ｓはガスケットの開口
部であり、この開口部Ｓ中に、前記シ−ト状イオン交換
体７が配置、固定される。また図３（ｂ）のとおり、濃
縮室５を構成するガスケットにはネット１６（図２参
照、この大きさは通常ガスケットの開口部Ｓと同じくす
る）が挿入、配置されており、図３（ｂ）中、１４は濃
縮水の流通導管、１５はその集配を行うディストリビュ
−タ−を示している。

【００１９】以上は、本発明に係る純水製造装置におけ
る基本的態様であるが、これら構成（特に希釈室におい
てシ−ト状イオン交換体を使用する点）を備えている限
り、フィルタ−プレス型（圧濾器型）やユニットセル型
（水槽型）の何れでも適用可能であり、また陰陽の各イ
オン交換膜としては、不均一系や不均一系、また縮合系
や重合系を問わず使用することができるものである。な
お図２中、各室への被処理水の導入、排出用の導管等は
図示していないが（一部導管については、図３参照）、
従来採られている手法により構成することができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
がこの実施例に限定されないことは勿論である。本実施
例では、以上図２〜図３に示した装置を用いて純水の製
造試験を行った。

【００２１】陽イオン交換膜ＫとしてはセレミオンＣＭ
Ｖ〔強酸性陽イオン交換膜、旭硝子（株）社製、商品
名〕、陰イオン交換膜ＡとしてはセレミオンＡＭＶ〔強
塩基性陰イオン交換膜、旭硝子（株）社製、商品名〕を
使用し、シ−ト状イオン交換体７としては、短繊維状
（太さ約５０μｍ、長さ約３ｃｍ）の陽イオン交換体と
短繊維状（上記と同じ）の陰イオン交換体とを混合して
形成した厚さ約２ｍｍのフェルト状布を使用した。

【００２２】また、各希釈室を構成する室枠としては、
図３（ａ）に示す形状のものを使用し、その大きさは縦
１８０ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍとし、各
希釈室６には、上記フェルト状のイオン交換布をその厚
みを圧縮して充填した。一方各濃縮室５を構成するガス
ケットの大きさは、希釈室６の場合と同じく縦１８０ｍ
ｍ、横１００ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍとし、図３（ｂ）
のようにネット１６を挿入、配置した。

【００２３】以上の各構成部分を図２のように配置し、
フィルタ−プレス形式により、常法に従い純水製造装置
としてセットする一方、蒸留水に対してＮａＣｌを溶解
して電気伝導度８μｓ／ｃｍの試験用原水を作成し、こ
の試験水を希釈室に流速８ｌ／ｈ、濃縮室に流速１ｌ／
ｈで流し、各極室には水道水を流速２００ｍｌ／ｈで流
した。両電極に直流電圧を３０Ｖ印加し、希釈室出口か
ら流出する純水の電気伝導度を経時的に測定した。図４
はその結果を示すものである。

【００２４】《比較例１》また、希釈室５及び濃縮室６
の厚みを１．５ｍｍとした以外は、上記実施例と同じ装
置構成及び操作条件で試験を行った。その結果を同じく
図４に示した。

【００２５】図４のとおり、本発明の実施例では希釈室
６から得られる水は、運転当初から僅か０．１μｓ／ｃ
ｍ弱程度の電気伝導度を示し、３０日に及ぶ運転を続け
ても高い純度が得られる。これに対して、比較例で希釈
室６から得られる水の電気伝導度は、４日目前後から徐
々に増大して行き、３０日経過の時点で２．５μｓ／ｃ
ｍもの値を示しており、このように本発明によればきわ
めて有効な効果が得られることは明らかである。また本
実験終了後、解体して両イオン交換樹脂膜及びイオン交
換体の表面を目視により観察したが、実施例の場合には
何らの傷も認められなかった。

【００２６】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、陰陽の
両イオン交換樹脂をシ−ト状とすることにより長時間に
わたり安定して純水を得ることができる。特に室枠を通
じて希釈室の厚さを０．１ｍｍ〜１．１ｍｍとすること
により、処理水の流れを安定させ、イオン交換膜及びイ
オン交換体を傷つけることが少ない等優れた効果が得ら
れる。また、希釈室の形状構造がきわめて簡易であるた
め、煩鎖な保守管理を必要とせず、また大型化が容易に
可能であり、室枠自体を安価かつ大量に生産することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の純水製造装置の一例を示す図。

【図２】本発明に係る純水製造装置の概略図。

【図３】図２で用いる希釈室及び濃縮室を構成する室枠
を示す図。

【図４】実施例と比較例で得られた純水の電気電導度の
経時的変化を示す図。

【符号の説明】

１ 陽極 ２ 陰極 ３ 陽極室 ４ 陰極室 ５ 希釈室 ６ 濃縮室 Ａ 陰イオン交換膜 Ｋ 陽イオン交換膜 ７ イオン交換体（シ−ト状） ８ 希釈室室枠（ガスケット） ９ 濃縮室室枠（ガスケット） １０ 被処理水供給用導管 １１ 純水排出用導管 １２、１３、１５ ディストリビュ−タ− Ｓ 開口部 １４ 濃縮水の流通導管 １６ ネット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陽極を備える陽極室と陰極を備える陰極室
   との間に、複数枚の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜と
   を交互に配列して構成した電気透析槽内に、陽極側が陰
   イオン交換膜で区画され、陰極側が陽イオン交換膜で区
   画された希釈室と陰極側が陽イオン交換膜で区画され、
   陽極側が陰イオン交換膜で区画された濃縮室とを交互に
   形成し、該希釈室内に陽イオン交換体と陰イオン交換体
   とを収容してなる純水製造装置において、該希釈室にお
   ける陽イオン交換体と陰イオン交換体をシ−ト状とする
   とともに、該希釈室の厚さを０．１ｍｍ〜１．１ｍｍの
   範囲としてなることを特徴とする純水製造装置。
2. 【請求項２】濃縮室の厚さが０．１ｍｍ〜１．１ｍｍで
   ある請求項１記載の純水製造装置。