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JP2008036496A - Electrodeionization equipment - Google Patents

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JP2008036496A
JP2008036496A JP2006212051A JP2006212051A JP2008036496A JP 2008036496 A JP2008036496 A JP 2008036496A JP 2006212051 A JP2006212051 A JP 2006212051A JP 2006212051 A JP2006212051 A JP 2006212051A JP 2008036496 A JP2008036496 A JP 2008036496A
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Japan
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water
chamber
compartment
anode
cathode
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Application number
JP2006212051A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Kawakatsu
孝博 川勝
Hironori Kako
啓憲 加来
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Kurita Water Industries Ltd
Original Assignee
Kurita Water Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02A20/124Water desalination

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Abstract

【課題】被処理水中に硬度成分が含まれていても、スケールを発生させることなく、長期間安定的にかつ安価で効率よく運転可能な電気脱イオン装置を提供する。
【解決手段】電気脱イオン装置は、陰極12と陽極11との間に、複数のアニオン交換膜13とカチオン交換膜14と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、この濃縮室15にバイポーラ膜20を設けて濃縮室15内を陰極側区画室15Aと陽極側区画室15Bとに区画してなる。そして、陰極側区画室15Aの濃縮水の少なくとも一部は、被処理水として脱塩室16に供給されるとともに、陽極側区画室15Bに供給される。
【選択図】図1
Disclosed is an electrodeionization apparatus that can operate stably, inexpensively, and efficiently for a long period of time without generating scale even if the water to be treated contains a hardness component.
In the electrodeionization apparatus, a plurality of anion exchange membranes 13 and cation exchange membranes 14 are alternately arranged between a cathode 12 and an anode 11 so that concentration chambers 15 and demineralization chambers 16 are alternately arranged. The bipolar chamber 20 is provided in the concentrating chamber 15, and the concentrating chamber 15 is partitioned into a cathode side compartment 15A and an anode side compartment 15B. Then, at least a part of the concentrated water in the cathode side compartment 15A is supplied to the desalting chamber 16 as treated water and also supplied to the anode side compartment 15B.
[Selection] Figure 1

Description

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る電気脱イオン装置に関し、特に、濃縮室の構成を改良することにより、脱塩室や濃縮室でのスケールの発生を防止した電気脱イオン装置に関する。   The present invention relates to an electrodeionization apparatus in which a plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes are alternately arranged between a cathode and an anode to alternately form a concentration chamber and a desalting chamber. The present invention relates to an electrodeionization apparatus that prevents the generation of scale in a desalination chamber or a concentration chamber by improving the configuration of the concentration chamber.

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に示すような、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が多用されている(特許文献1〜3参照)。なお、図4において、17は陽極室、18は陰極室であり、10はアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合樹脂である。   Conventionally, for production of deionized water used in various industries such as semiconductor manufacturing factory, liquid crystal manufacturing factory, pharmaceutical industry, food industry, electric power industry, etc. or consumer use or research facilities, etc., an electrode as shown in FIG. A plurality of anion exchange membranes (A membranes) 13 and cation exchange membranes (C membranes) 14 are alternately arranged between (anode 11 and cathode 12) to alternately form concentration chambers 15 and desalting chambers 16, An electrodeionization apparatus in which the anion exchanger and the cation exchanger made of ion exchange resin, ion exchange fiber, graft exchanger, or the like are mixed or filled in multiple layers in the desalting chamber 16 is widely used (see Patent Documents 1 to 3). ). In FIG. 4, 17 is an anode chamber, 18 is a cathode chamber, and 10 is a mixed resin of an anion exchange resin and a cation exchange resin.

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、効率的に脱塩処理を行うものである。この電気脱イオン装置は、従来から広く用いられてきたイオン交換樹脂装置のように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発揮する。 The electrodeionization device efficiently generates desalination by generating H + ions and OH ions by water dissociation and continuously regenerating the ion exchanger filled in the desalting chamber. is there. This electrodeionization apparatus does not require a regeneration treatment using chemicals like the ion exchange resin apparatus that has been widely used so far, and can be completely continuously sampled, and high-purity water can be obtained. Exhibits excellent effects.

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と、(1)濃縮室内でのスケール発生や(2)CO負荷増大による処理水導電率の悪化等が起こることから、水道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行われていない。 However, when tap water that has been turbidized, dechlorinated, and softened from river water, groundwater, etc. at a water purification plant or the like is used directly as the water to be treated in an electrodeionization device or when the calcium concentration of the water to be treated is high (1 ) Since scale generation in the concentrating chamber and (2) deterioration of treated water conductivity due to increased CO 2 load occur, tap water is not directly passed as treated water in the electrodeionization device. .

上記(1),(2)の問題点のうち、(2)のCO負荷の増大については、比較的安価な脱気膜や脱炭酸塔などの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できる。 Among the problems (1) and (2) above, regarding the increase in the CO 2 load in (2), a relatively inexpensive degassing device such as a degassing membrane or a decarboxylation tower is pretreated with an electrodeionization device. It can be solved by using it as a device.

しかしながら、(1)の濃縮室内でのスケールを防止するためには更に軟化装置等を設置して水中の硬度成分を完全に除去することが必要となるが、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。   However, in order to prevent scale in the concentration chamber of (1), it is necessary to install a softening device or the like to completely remove the hardness component in the water, but when using a softening device, Regeneration is required, and the advantages of using a regeneration-free electrodeionization device are lost.

このような問題点を解決するために、従来から電気脱イオン装置の前処理装置として、硬度成分及びCO濃度を低減するために、一般的に逆浸透膜装置(RO膜装置)、脱炭酸塔などを設置する方法が用いられている。 In order to solve such problems, as a pretreatment device for an electrodeionization device, a reverse osmosis membrane device (RO membrane device), decarboxylation is generally used to reduce hardness components and CO 2 concentration. A method of installing a tower or the like is used.

しかしながら、RO膜装置は0.5〜2MPaという高圧で運転することから、高価な設備が必要となり、運転費用も上昇する。しかも、電気脱イオン装置の前処理装置としてRO膜装置を用いた場合でも、RO膜からわずかにリークしてくるカルシウムによって、電気脱イオン装置の濃縮室内で炭酸カルシウムスケールが発生するため、長期間安定運転を行うことはできないという問題もあった。   However, since the RO membrane device is operated at a high pressure of 0.5 to 2 MPa, expensive equipment is required and the operating cost increases. In addition, even when an RO membrane device is used as a pretreatment device for an electrodeionization device, calcium carbonate scale is generated in the concentration chamber of the electrodeionization device due to slight leakage of calcium from the RO membrane. There was also a problem that stable operation could not be performed.

そこで、RO膜装置を直列に2段配置してカルシウム等をさらに除去することも行われているが、経費等の点で実用的でない。このため、通常の給水条件において1段のRO膜装置で処理できる場合には、1段のRO膜装置で純水製造システムを設計せざるをえず、かかる場合には、突発的にCa濃度や炭酸濃度が増加する等の給水条件の悪化や、RO膜装置の破過等に対応できず、濃縮室内でスケールが発生する懸念がある。   Thus, two stages of RO membrane devices are arranged in series to further remove calcium and the like, but this is not practical in terms of costs. For this reason, if treatment can be performed with a single-stage RO membrane device under normal water supply conditions, a pure water production system must be designed with a single-stage RO membrane device. In addition, there is a concern that scale cannot be generated in the concentration chamber because it cannot cope with the deterioration of water supply conditions such as an increase in the concentration of carbonic acid and the breakthrough of the RO membrane device.

このような電気脱イオン装置において、スケールが発生するメカニズムを、図5を参照して説明する。
電気脱イオン装置のスケール発生因子として最も問題となるのが炭酸カルシウムである。電気脱イオン装置では、濃縮室の供給水として一般的に被処理水が分岐して用いられる。この濃縮室15内においては、カチオン交換膜14側の脱塩室16からカルシウムイオン(Ca2+)がイオン交換されて透過し、電気的作用によってアニオン交換膜13の表面に近づいてくる。一方、アニオン交換膜13側の脱塩室16からは炭酸水素イオン(HCO )が透過する。そして、濃縮室15内では、カルシウムイオン(Ca2+)又は炭酸水素イオン(HCO )の濃度がどちらか一方でも高くなると、以下(1),(2)の反応により炭酸カルシウム(CaCO)が形成される。
HCO + OH → CO 2− + HO …(1)
Ca2+ + CO 2− → CaCO …(2)
In such an electrodeionization apparatus, a mechanism for generating scale will be described with reference to FIG.
Calcium carbonate is the most problematic factor for generating scale in electrodeionization equipment. In the electrodeionization apparatus, the water to be treated is generally branched and used as the supply water for the concentration chamber. In the concentration chamber 15, calcium ions (Ca 2+ ) are ion-exchanged and permeated from the desalting chamber 16 on the cation exchange membrane 14 side, and approach the surface of the anion exchange membrane 13 by electrical action. On the other hand, hydrogen carbonate ions (HCO 3 ) permeate from the desalting chamber 16 on the anion exchange membrane 13 side. In the concentration chamber 15, when the concentration of either calcium ion (Ca 2+ ) or hydrogen carbonate ion (HCO 3 ) is increased, calcium carbonate (CaCO 3 ) is reacted by the following reactions (1) and (2). Is formed.
HCO 3 + OH → CO 3 2− + H 2 O (1)
Ca 2+ + CO 3 2− → CaCO 3 (2)

このようにして濃縮室15内でスケールが発生すると、電気抵抗が上昇し、電圧値を一定に保てなくなるため、安定した処理性能を維持できなくなる。しかも、上記反応は不可逆反応であるため、上記反応が進行した場合には、モジュールの洗浄や、さらに放置し続けると最終的には装置の交換という事態もあり得る。   When scale occurs in the concentration chamber 15 in this manner, the electrical resistance increases and the voltage value cannot be kept constant, so that stable processing performance cannot be maintained. Moreover, since the above reaction is an irreversible reaction, if the reaction proceeds, there may be a situation where the module is finally replaced if the module is washed or further left standing.

また、一般に、炭酸カルシウムの飽和条件は下記式で表される。
log[Ca2+]+log[HCO ]+pHs=log(Ks/K)
Ks:炭酸カルシウムの溶解度積
:炭酸の第2解離定数
pHs:炭酸カルシウムの飽和pH
In general, the saturation condition of calcium carbonate is represented by the following formula.
log [Ca 2+ ] + log [HCO 3 ] + pHs = log (Ks / K 2 )
Ks: solubility product of calcium carbonate K 2 : second dissociation constant of carbonic acid pHs: saturation pH of calcium carbonate

実際の水溶液中のpHと炭酸カルシウムの飽和pH(pHs)との差は、ランジェリア指数(LSI)と呼ばれ、
LSI=pH−pHs>0
となると炭酸カルシウムが析出することになる。
The difference between the pH in the actual aqueous solution and the saturated pH (pHs) of calcium carbonate is called the Langeria index (LSI),
LSI = pH-pHs> 0
Then, calcium carbonate is deposited.

電気脱イオン装置の濃縮室15内にも、脱塩室16内の水解離で発生したOHイオンがアニオン交換膜13側から透過してくるため、局所的にアルカリ性となっている。そのため、アニオン交換膜13の表面でのLSIは正(>0)となることから、この濃縮室15内のアニオン交換膜13の近傍に、炭酸カルシウムスケールが析出することになる。また、水酸化カルシウムが形成されることもあり得る。 Also in the concentration chamber 15 of the electrodeionization apparatus, OH ions generated by water dissociation in the demineralization chamber 16 permeate from the anion exchange membrane 13 side, so that it is locally alkaline. For this reason, the LSI on the surface of the anion exchange membrane 13 becomes positive (> 0), so that calcium carbonate scale is deposited in the vicinity of the anion exchange membrane 13 in the concentration chamber 15. In addition, calcium hydroxide may be formed.

そこで、本出願人はこのような濃縮室内でのスケール発生の問題を解消するものとして、濃縮室内にバイポーラ膜を具備する電気脱イオン装置について先に提案した(特許文献4参照)。
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
Therefore, the present applicant has previously proposed an electrodeionization apparatus having a bipolar membrane in the concentration chamber (see Patent Document 4) as a solution to the problem of scale generation in the concentration chamber.
Japanese Patent No. 1782943 Japanese Patent No. 2751090 Japanese Patent No. 2699256 JP 2001-198577 A

上記特許文献4に記載された電気脱イオン装置により、濃縮室のスケールは抑制されるが、被処理水中に硬度成分が多く含まれる場合には、前処理装置としてRO膜装置を用いた場合であっても、RO膜からリークする硬度成分であるカルシウムやマグネシウム、そしてCOによって、脱塩室内においては水酸化カルシウムや水酸化マグネシウム等が発生し、濃縮室内で炭酸カルシウムスケール等が発生するおそれがあり、原水である被処理水の水質、すなわち硬度成分の含有量によっては、長期間安定運転を行うことはできないという問題があった。 Although the scale of the concentrating chamber is suppressed by the electrodeionization apparatus described in Patent Document 4, when a lot of hardness components are contained in the water to be treated, the RO membrane apparatus is used as the pretreatment apparatus. even, calcium and magnesium hardness components leak from the RO membrane and the CO 2,, such as calcium or magnesium hydroxide is produced in the desalination chamber, calcium carbonate scale and the like are generated in the concentration chamber afraid There is a problem that stable operation cannot be performed for a long period of time depending on the quality of the water to be treated which is raw water, that is, the content of the hardness component.

また、バイポーラ膜によって区画された陽極側の濃縮室で水酸化物イオンが過剰に生成するので、水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムなどのスケールが発生し易くなるという問題があった。   Moreover, since hydroxide ions are excessively generated in the anode-side concentration chamber partitioned by the bipolar membrane, there is a problem that scales such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide are likely to be generated.

そこで、RO膜装置を多段にして、処理水をさらにRO膜処理することで、硬度成分やCOをさらに低減することが考えられるが、前述したように付帯設備の増加と運転費用の上昇が問題となる。そして、このことが、電気脱イオン装置が広く一般産業ないし民生用の脱イオン水の製造装置として普及していくために解決すべき課題となっていた。 Therefore, it is conceivable to further reduce the hardness component and CO 2 by making the RO membrane device multi-stage and further treating the treated water with the RO membrane. It becomes a problem. This has been a problem to be solved in order for the electrodeionization apparatus to be widely used as a general industrial or consumer deionized water production apparatus.

本発明は、上記従来の問題点を解決し、被処理水中に硬度成分が多く含まれていても、スケールを発生させることなく、長期間安定的にかつ安価で効率よく運転可能な電気脱イオン装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and even if the water to be treated contains a large amount of hardness components, it is an electrodeionization that can be stably and inexpensively operated for a long period of time without generating scale. An object is to provide an apparatus.

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、前記濃縮室にバイポーラ膜を設けて、当該濃縮室内に陰極側区画室と陽極側区画室とを形成した電気脱イオン装置において、前記陰極側区画室の流出水の少なくとも一部を前記脱塩室及び/又は陽極側区画室に供給する流路を有する電気脱イオン装置を提供する(請求項1)。   In order to solve the above problems, the present invention provides a plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes alternately arranged between a cathode and an anode to alternately form a concentration chamber and a desalting chamber, In the electrodeionization apparatus in which a bipolar membrane is provided in the concentrating chamber, and a cathode-side compartment and an anode-side compartment are formed in the concentrating chamber, at least a part of the effluent of the cathode-side compartment is transferred to the demineralization chamber and An electrodeionization apparatus having a flow path for supplying to the anode compartment is provided.

上記発明(請求項1)によれば、濃縮室内にバイポーラ膜を配置することで、アニオン交換膜側の脱塩室から濃縮室内に透過してきた炭酸水素イオンと、カチオン交換膜側から透過してきたカルシウムイオンとは、それぞれバイポーラ膜により遮断されるため、濃縮室内で炭酸カルシウムを形成することがない。これにより、濃縮室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。さらに、アニオン交換膜側から透過してくる脱塩室内の水解離で発生した水酸化物イオン(OH)もバイポーラ膜により遮断されるため、濃縮室内で水酸化カルシウムを形成することもない。このとき、陰極側区画室内は、バイポーラ膜の界面での水解離で発生した水素イオンが供給されることにより酸性となっているため、この陰極側区画室の濃縮水を脱塩室に供給することで、被処理水のpHを低下させることができ、これにより過剰な水酸化物イオン(OH)に起因する水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムなどのスケールの発生を防止することができる。また、陰極側区画室の濃縮水を濃縮室の陽極側区画室に供給することで、陽極側区画室の給水のpHを低下させることができ、これにより過剰な水酸化物イオン(OH)に起因する水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムなどのスケールの発生を防止することができる。さらに、陰極側区画室の濃縮水を陽極側区画室に供給することで、陽極側区画室内のイオンの絶対量が増えるので、バイポーラ膜の設置による電圧の上昇抑制効果も奏する。 According to the above invention (invention 1), by arranging the bipolar membrane in the concentration chamber, the hydrogen carbonate ions that have permeated from the desalting chamber on the anion exchange membrane side into the concentration chamber and the permeation from the cation exchange membrane side have been transmitted. Since calcium ions are blocked by the bipolar membrane, calcium carbonate is not formed in the concentration chamber. Thereby, generation | occurrence | production of the calcium carbonate scale in a concentration chamber can be prevented. Furthermore, since hydroxide ions (OH ) generated by water dissociation in the desalting chamber permeating from the anion exchange membrane side are also blocked by the bipolar membrane, calcium hydroxide is not formed in the concentration chamber. At this time, the cathode compartment is acidified by supplying hydrogen ions generated by water dissociation at the interface of the bipolar membrane, so the concentrated water in the cathode compartment is supplied to the desalting compartment. Thus, the pH of the water to be treated can be lowered, thereby preventing the generation of scales such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide caused by excess hydroxide ions (OH ). Moreover, by supplying the concentrated water in the cathode compartment to the anode compartment in the enrichment compartment, the pH of the feed water in the anode compartment can be lowered, and thereby excess hydroxide ions (OH ) Generation of scales such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide caused by the above can be prevented. Furthermore, since the absolute amount of ions in the anode compartment is increased by supplying the concentrated water in the cathode compartment to the anode compartment, there is also an effect of suppressing the increase in voltage due to the installation of the bipolar membrane.

上記発明(請求項1)においては、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設けられていることが好ましい(請求項2)。   In the said invention (invention 1), it is preferable that the said bipolar membrane is provided so that the anion exchange layer surface may be located in the anode side, and a cation exchange layer surface may be located in the cathode side (invention 2).

上記発明(請求項2)によれば、アニオン交換膜側の脱塩室から濃縮室内に透過してきた炭酸水素イオンと、カチオン交換膜側から透過してきたカルシウムイオンとを遮断するとともに、アニオン交換膜側から透過してくる脱塩室内の水解離で発生した水酸化物イオン(OH)もバイポーラ膜により遮断することができる。 According to the above invention (invention 2), the hydrogen carbonate ions permeating from the desalting chamber on the anion exchange membrane side into the concentration chamber and the calcium ions permeating from the cation exchange membrane side are blocked, and the anion exchange membrane Hydroxide ions (OH ) generated by water dissociation in the desalting chamber permeating from the side can also be blocked by the bipolar membrane.

上記発明(請求項1,2)においては、前記脱塩室及び/又は陽極側区画室への流路の途中に、脱炭酸装置が設けられていることが好ましい(請求項3)。陰極側区画室の濃縮水には、水素イオンだけでなく、COに起因する炭酸イオン等が存在しており、これが脱塩室や陽極側区画室に供給されると、脱塩室や陽極側区画室内でカルシウムイオンと反応して炭酸カルシウムが発生するおそれがあるが、かかる発明(請求項3)によれば、あらかじめ脱炭酸装置を経由させることでCOの除去を行うことができ、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。しかも、陰極側区画室の濃縮水は酸性であるため、脱気膜等の脱炭酸装置による脱炭酸を効果的に行うことができるという効果も奏する。 In the said invention (invention 1,2), it is preferable that the decarboxylation apparatus is provided in the middle of the flow path to the said demineralization chamber and / or the anode side compartment (invention 3). The concentrated water in the cathode side compartment contains not only hydrogen ions but also carbonate ions derived from CO 2. When this is supplied to the desalination compartment or anode compartment, the desalination compartment or anode Although there is a possibility that calcium carbonate may be generated by reacting with calcium ions in the side compartment, according to this invention (invention 3), CO 2 can be removed by passing through a decarboxylation device in advance, Generation of calcium carbonate scale can be prevented. In addition, since the concentrated water in the cathode compartment is acidic, there is an effect that decarboxylation by a decarboxylation device such as a degassing membrane can be performed effectively.

上記発明(請求項1〜3)においては、前記濃縮室内にイオン交換体を充填することが好ましい(請求項4)。かかる発明(請求項4)によれば、濃縮室内にイオン交換体を充填することによって、イオンが流れやすくなるので、バイポーラ膜の設置による電圧の上昇を抑制することができる。   In the said invention (Invention 1-3), it is preferable to fill with an ion exchanger in the said concentration chamber (Invention 4). According to this invention (invention 4), since the ions easily flow by filling the ion exchanger in the concentration chamber, an increase in voltage due to the installation of the bipolar membrane can be suppressed.

上記発明(請求項1〜4)においては、前記脱塩室内にイオン交換体を充填することが好ましい(請求項5)。かかる発明(請求項5)によれば、脱塩室内で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。   In the said invention (invention 1-4), it is preferable to fill the ion-exchange body in the said desalination chamber (invention 5). According to this invention (invention 5), the quality of deionized water obtained in the demineralization chamber can be further improved.

さらに、上記発明(請求項1〜5)においては、前記脱塩室の流出水の一部を前記濃縮室の流入側へ供給する流路を設けることが好ましい(請求項6)。かかる発明(請求項6)によれば、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、これにより、スケールの発生を一層防止することができる。   Furthermore, in the said invention (invention 1-5), it is preferable to provide the flow path which supplies a part of effluent of the said desalination chamber to the inflow side of the said concentration chamber (invention 6). According to this invention (invention 6), even when treating water with a high calcium concentration such as tap water, by introducing a part of deionized water into the concentrating chamber, the circulating water in the concentrating chamber can be reduced. Dilution with deionized water can reduce the calcium concentration, thereby further preventing the generation of scale.

本発明の電気脱イオン装置によれば、濃縮室内にバイポーラ膜を配置することにより、濃縮室内で炭酸水素イオンや水酸化物イオンとカルシウムイオンとが会合することがないので、濃縮室内で炭酸カルシウムや水酸化カルシウムの形成を抑制することができ、被処理水中に硬度成分が含まれていても濃縮室内にスケールを発生させることなく、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。また、陰極側区画室の濃縮水を脱塩室及び/又は陽極側区画室に供給することで、過剰な水酸化物イオン(OH)に起因する水酸化カルシウムや水酸化マグネシウムなどのスケールの発生を防止することができる。さらに、前処理装置として必要とされていたRO膜装置を最小限に抑えることができ、設備コスト、処理コストの低減を図ることもできる。 According to the electrodeionization apparatus of the present invention, since the bipolar membrane is disposed in the concentration chamber, hydrogen carbonate ions, hydroxide ions, and calcium ions do not associate in the concentration chamber. And the formation of calcium hydroxide can be suppressed, and even if a hardness component is contained in the water to be treated, the electrodeionization apparatus can be stably operated for a long time without generating scale in the concentration chamber. Further, by supplying the concentrated water in the cathode compartment to the desalting compartment and / or the anode compartment, the scale of calcium hydroxide, magnesium hydroxide or the like caused by excess hydroxide ions (OH ) Occurrence can be prevented. Furthermore, the RO membrane device required as a pretreatment device can be minimized, and the equipment cost and the treatment cost can be reduced.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、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り、図2は、同実施形態に係る電気脱イオン装置の濃縮室の拡大断面図であり、図3は、同実施形態に係る電気脱イオン装置を備えた純水製造システムを示す系統図である。なお、図1〜図3においては、図4及び図5に示す従来の電気脱イオン装置と同一の構成には同一の符号を付してある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an electrodeionization apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a concentration chamber of the electrodeionization apparatus according to the embodiment, and FIG. It is a systematic diagram which shows the pure water manufacturing system provided with the electrodeionization apparatus which concerns on the same embodiment. 1 to 3, the same components as those of the conventional electrodeionization apparatus shown in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals.

本実施形態に係る電気脱イオン装置は、濃縮室15内にバイポーラ膜20を設けて濃縮室15を区画し、濃縮室15内に陰極側区画室15Aと陽極側区画室15Bとを形成し、この濃縮室15内にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合樹脂21を充填した以外は、図4に示す従来の電気脱イオン装置と同様の構成を有している。   In the electrodeionization apparatus according to this embodiment, the bipolar membrane 20 is provided in the concentration chamber 15 to partition the concentration chamber 15, and the cathode-side partition chamber 15 </ b> A and the anode-side partition chamber 15 </ b> B are formed in the concentration chamber 15, Except that the concentration chamber 15 is filled with a mixed resin 21 of anion exchange resin and cation exchange resin, it has the same configuration as the conventional electrodeionization apparatus shown in FIG.

このバイポーラ膜20は、陽極11側にバイポーラ膜20のアニオン交換層面20Bが位置し、陰極12側にバイポーラ膜20のカチオン交換層面20Aが位置するように濃縮室15内に設置されている。   The bipolar membrane 20 is installed in the concentration chamber 15 so that the anion exchange layer surface 20B of the bipolar membrane 20 is located on the anode 11 side and the cation exchange layer surface 20A of the bipolar membrane 20 is located on the cathode 12 side.

なお、本実施形態で用いるバイポーラ膜20としては、アニオン交換層とカチオン交換層とを有し、水電解効率が高いものであればよく、特に制限はない。また、場合によっては、アニオン交換膜とカチオン交換膜とを重ね合わせて用いてもよい。   The bipolar membrane 20 used in the present embodiment is not particularly limited as long as it has an anion exchange layer and a cation exchange layer and has high water electrolysis efficiency. In some cases, an anion exchange membrane and a cation exchange membrane may be used in an overlapping manner.

このような電気脱イオン装置において、陰極側区画室15A及び陽極側区画室15Bには、イオン交換体、特にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合樹脂21が充填されているのが好ましい。   In such an electrodeionization apparatus, the cathode side compartment 15A and the anode side compartment 15B are preferably filled with an ion exchanger, in particular, a mixed resin 21 of an anion exchange resin and a cation exchange resin.

この混合樹脂21におけるアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との体積比率は、特に制限はないが、アニオン交換樹脂/カチオン交換樹脂が10/90〜90/10、特に30/70〜70/30であるのが好ましい。これにより陰極側区画室15Aでは、バイポーラ膜20の界面において水解離によって発生した水素イオンの移動が促進される一方、陽極側区画室15Bでは、バイポーラ膜20の界面における水解離によって発生した水酸化物イオンの移動が促進される。この結果、電流が流れやすく、電圧の上昇を抑制することができる。   The volume ratio of the anion exchange resin to the cation exchange resin in the mixed resin 21 is not particularly limited, but the anion exchange resin / cation exchange resin is 10/90 to 90/10, particularly 30/70 to 70/30. Is preferred. Thereby, in the cathode side compartment 15A, the movement of hydrogen ions generated by water dissociation at the interface of the bipolar film 20 is promoted, while in the anode side compartment 15B, hydroxylation generated by water dissociation at the interface of the bipolar film 20 is promoted. The movement of object ions is promoted. As a result, current easily flows and voltage increase can be suppressed.

なお、混合樹脂21は、陰極側区画室15Aと陽極側区画室15Bとで、アニオン交換樹脂/カチオン交換樹脂の体積比率を変更してもよいし、陰極側区画室15A、陽極側区画室15B内の上下でもアニオン交換樹脂/カチオン交換樹脂の体積比率を変更してもよい。   The mixed resin 21 may change the volume ratio of the anion exchange resin / cation exchange resin between the cathode side compartment 15A and the anode side compartment 15B, or the cathode side compartment 15A and the anode side compartment 15B. You may change the volume ratio of anion exchange resin / cation exchange resin also in the upper and lower sides.

上述したような電気脱イオン装置の陰極側区画室15Aの濃縮水の少なくとも一部は、被処理水として脱塩室16に供給されるとともに、陽極側区画室15Bに供給される。具体的には、図3に示すような純水製造システムにおいて適用することができる。   At least a part of the concentrated water in the cathode-side compartment 15A of the electrodeionization apparatus as described above is supplied to the desalting chamber 16 as treated water and also supplied to the anode-side compartment 15B. Specifically, the present invention can be applied to a pure water production system as shown in FIG.

すなわち、図3に示すように、純水製造システムは、被処理水Wが供給される逆浸透膜(RO膜)装置31と、このRO膜装置31を透過したRO処理水W1を処理する脱炭酸装置たる脱気装置32と、この脱気装置32で得られる脱気水W2を脱塩室16において処理して処理水(脱イオン水)W3を製造する電気脱イオン装置33とを備える。   That is, as shown in FIG. 3, the pure water production system includes a reverse osmosis membrane (RO membrane) device 31 to which the water to be treated W is supplied and a removal treatment for treating the RO treated water W1 that has passed through the RO membrane device 31. A deaeration device 32 that is a carbonic acid device and an electric deionization device 33 that processes the deaeration water W2 obtained by the deaeration device 32 in the demineralization chamber 16 to produce treated water (deionized water) W3 are provided.

そして、この電気脱イオン装置33の脱塩室16は、主流路R1を経由してサブシステム等に連通している。また、脱塩室16は、主流路R1から分岐した流路R2,R3を経由して、陽極室17及び陰極室18に連通しているとともに、流路R4,R5を経由して、陰極側区画室15A及び陽極側区画室15Bに連通している。   And the demineralization chamber 16 of this electrodeionization apparatus 33 is connected to the subsystem etc. via main flow path R1. Further, the desalting chamber 16 communicates with the anode chamber 17 and the cathode chamber 18 via flow paths R2 and R3 branched from the main flow path R1, and also on the cathode side via the flow paths R4 and R5. It communicates with the compartment 15A and the anode compartment 15B.

そして、陰極側区画室15Aから排出される濃縮水の流路R6は、排出側に開放しているとともに一部が脱気装置32の上流で主流路R1に合流している。さらに、流路R6の途中で分岐した流路R7が陽極側区画室15Bに連通した流路R5に合流している。なお、図3中において、B1〜B8は流量調節機構であり、必要に応じて各流路における流量を所望の値に制御可能となっている。   The concentrated water flow path R6 discharged from the cathode side compartment 15A is open to the discharge side, and a part of the flow path R6 joins the main flow path R1 upstream of the deaeration device 32. Furthermore, the flow path R7 branched in the middle of the flow path R6 merges with the flow path R5 communicating with the anode side compartment 15B. In FIG. 3, B1 to B8 are flow rate adjusting mechanisms, and the flow rate in each flow path can be controlled to a desired value as necessary.

次に、このような構成を有する電気脱イオン装置の作用について説明する。
図3に示すように、まず主流路R1の起端部から被処理水WをRO膜装置31に供給して、RO膜装置31で処理を行い、被処理水Wに含まれるカルシウム、シリカ等を除去する。
Next, the operation of the electrodeionization apparatus having such a configuration will be described.
As shown in FIG. 3, first, the water to be treated W is supplied to the RO membrane device 31 from the starting end of the main flow path R1, and the RO membrane device 31 performs the treatment, and calcium, silica, etc. contained in the water to be treated W Remove.

そして、このRO膜装置31で処理したRO処理水W1を脱気装置32に供給し、RO処理水W1に含まれている炭酸イオン等を二酸化炭素として除去した後、得られた脱気水W2を電気脱イオン装置33の脱塩室16に供給する。   And after supplying the RO process water W1 processed with this RO membrane apparatus 31 to the deaeration apparatus 32 and removing the carbonate ion etc. which are contained in the RO process water W1 as a carbon dioxide, the obtained deaeration water W2 is obtained. Is supplied to the demineralization chamber 16 of the electrodeionization device 33.

この電気脱イオン装置33では、脱気水W2は、脱塩室16でカルシウムイオン、マグネシウムイオン、炭酸水素イオン等のイオン性の不純物が除去された処理水(脱イオン水)W3として主流路R1からサブシステム等に供給される。   In the electrodeionization device 33, the degassed water W2 is a main flow path R1 as treated water (deionized water) W3 from which ionic impurities such as calcium ions, magnesium ions, and bicarbonate ions have been removed in the desalting chamber 16. Supplied to the subsystem.

また、この処理水W3の一部は、主流路R1から分岐した流路R2,R3を経由して、電気脱イオン装置33の陽極室17及び陰極室18に供給されるとともに、流路R4,R5を経由して、濃縮室15、すなわち陰極側区画室15A及び陽極側区画室15Bに供給される。   In addition, a part of the treated water W3 is supplied to the anode chamber 17 and the cathode chamber 18 of the electrodeionization device 33 via the flow paths R2 and R3 branched from the main flow path R1, and the flow paths R4 and R3. It is supplied to the concentration chamber 15, that is, the cathode side compartment 15A and the anode side compartment 15B via R5.

このとき、図2に示すように、電気脱イオン装置33の濃縮室15内には、バイポーラ膜20が設けられているので、アニオン交換膜13側の脱塩室16から濃縮室15内に透過してきた炭酸水素イオン及び水酸化物イオンは、バイポーラ膜20を透過することができず、カチオン交換膜14側から透過してきたカルシウムイオン及び水素イオンもバイポーラ膜20を透過することができない。このため、濃縮室15内での炭酸カルシウムスケールの発生が防止される。なお、説明の便宜上、図2及び図3においては、混合樹脂21は省略してある。   At this time, as shown in FIG. 2, since the bipolar membrane 20 is provided in the concentration chamber 15 of the electrodeionization device 33, the permeation into the concentration chamber 15 from the demineralization chamber 16 on the anion exchange membrane 13 side. The hydrogen carbonate ions and hydroxide ions thus transmitted cannot pass through the bipolar membrane 20, and the calcium ions and hydrogen ions transmitted from the cation exchange membrane 14 side also cannot pass through the bipolar membrane 20. For this reason, generation | occurrence | production of the calcium carbonate scale in the concentration chamber 15 is prevented. For convenience of explanation, the mixed resin 21 is omitted in FIGS. 2 and 3.

このとき、バイポーラ膜20内では、理論水電解電圧(0.83V)以上の電圧を印加することによって水解離が発生するので、電流が流れる。このため、バイポーラ膜20を濃縮室15内に設置することで、電気脱イオン装置33の脱イオン性能が損なわれることはない。   At this time, in the bipolar film 20, water dissociation occurs by applying a voltage equal to or higher than the theoretical water electrolysis voltage (0.83V), so that a current flows. For this reason, the deionization performance of the electrodeionization apparatus 33 is not impaired by installing the bipolar membrane 20 in the concentration chamber 15.

このような作用により、陰極側区画室15A内は、バイポーラ膜20の界面での水解離で発生した水素イオンが供給されることにより酸性になっている。そこで、この陰極側区画室15Aの濃縮水W4の一部を、流路R6を経由して脱気装置32の上流で主流路R1に合流させるとともに、この流路R6の途中で分岐した流路R7から流路R5に合流させる。   By such an action, the cathode compartment 15A is acidified by supplying hydrogen ions generated by water dissociation at the interface of the bipolar membrane 20. Therefore, a part of the concentrated water W4 in the cathode compartment 15A is joined to the main flow path R1 upstream of the deaeration device 32 via the flow path R6, and the flow path is branched in the middle of the flow path R6. Merge from R7 to flow path R5.

この脱気装置32の上流でRO処理水W1に合流した濃縮水W4中には、炭酸イオン等が含まれているので、まず脱気装置32によって、脱炭酸が行われる。このとき、濃縮水W4は酸性であるため、脱気装置32による脱炭酸がより効率的に行われる。   Since the concentrated water W4 merged with the RO treated water W1 upstream of the deaeration device 32 contains carbonate ions and the like, decarbonation is first performed by the deaeration device 32. At this time, since the concentrated water W4 is acidic, decarboxylation by the degassing device 32 is performed more efficiently.

その後、得られた脱気水W2は、脱塩室16に再供給されるが、この脱気水W2は、酸性の濃縮水W4が混合されることによりpHが低下している。このため、脱塩室16内で水酸化カルシウムや水酸化マグネシウム等の水酸化物イオンに起因するスケールの発生を抑制することができる。   Thereafter, the obtained deaerated water W2 is re-supplied to the desalting chamber 16, and the pH of the deaerated water W2 is lowered by mixing the acidic concentrated water W4. For this reason, generation | occurrence | production of the scale resulting from hydroxide ions, such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide, can be suppressed in the desalting chamber 16.

この濃縮水W4のRO処理水W1への供給量は、脱塩室16内である程度のpHの低減効果が得られる量であればよく、RO処理水W1に対して1〜15%程度であればよい。   The supply amount of the concentrated water W4 to the RO treated water W1 may be an amount that provides a certain pH reduction effect in the desalting chamber 16, and may be about 1 to 15% with respect to the RO treated water W1. That's fine.

なお、濃縮水W4は、脱気装置32を経由することなく、脱塩室16に供給してもよく、濃縮水W4を、脱気装置32を経由させて脱塩室16に供給するかしないかは、脱塩室16に再供給される炭酸イオンの量と被処理水中の硬度成分等を考慮して決定すればよい。   The concentrated water W4 may be supplied to the demineralization chamber 16 without going through the deaeration device 32, or the concentrated water W4 is not supplied to the demineralization chamber 16 through the deaeration device 32. This may be determined in consideration of the amount of carbonate ions resupplied to the desalting chamber 16 and the hardness component in the water to be treated.

濃縮水W4は、流路R7から流路R5を流れる処理水(脱イオン水)W3に合流して、陽極側区画室15Bにも供給されることで、この陽極側区画室15Bを流通する処理水(脱イオン水)W3も同様にpHが低下する。これにより、陽極側区画室15B内での水酸化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抑制することができる。さらに、酸性の濃縮水W4の流入により、陽極側区画室15B内のイオンの絶対量が増えるので、バイポーラ膜20の設置による電圧上昇の抑制効果も得ることができる。   The concentrated water W4 joins the treated water (deionized water) W3 flowing through the flow path R5 from the flow path R7 and is also supplied to the anode side compartment 15B, whereby the concentrated water W4 flows through the anode side compartment 15B. The pH of water (deionized water) W3 similarly decreases. Thereby, generation | occurrence | production of scales, such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide, in the anode side compartment 15B can be suppressed. Furthermore, since the absolute amount of ions in the anode-side compartment 15B increases due to the inflow of the acidic concentrated water W4, the effect of suppressing the voltage increase due to the installation of the bipolar membrane 20 can also be obtained.

この濃縮水W4の処理水(脱イオン水)W3への供給量は、陽極側区画室15B内である程度のpHの低減効果が得られる量であればよく、処理水W3に対して1〜10%程度であればよい。   The supply amount of the concentrated water W4 to the treated water (deionized water) W3 may be an amount that can provide a certain pH reduction effect in the anode-side compartment 15B, and is 1 to 10 with respect to the treated water W3. % Is sufficient.

なお、本実施形態においては、陽極側区画室15Bへの流路R5及び流路R7には、脱気装置を設置していないが、濃縮水W4中の炭酸イオンにより炭酸カルシウムが発生する可能性がある場合には、流路R5又は流路R7に脱気装置を設置してもよい。このようにすることで、電流が流れ易くなり安定した処理水水質が得られることになる。   In the present embodiment, no deaeration device is installed in the flow path R5 and flow path R7 to the anode side compartment 15B, but there is a possibility that calcium carbonate is generated by carbonate ions in the concentrated water W4. If there is, a deaeration device may be installed in the flow path R5 or the flow path R7. By doing in this way, an electric current will flow easily and the stable treated water quality will be obtained.

なお、濃縮室15内にバイポーラ膜20を配置しただけでは、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には、スケールが発生するおそれがあるため、図3に示すように、脱塩室16の脱イオン水(処理水)W3の一部を濃縮室15(陰極側区画室15A及び陽極側区画室15B)に導入することが好ましい。これにより、濃縮室循環水を脱イオン水W3で希釈することができ、濃縮室循環水のカルシウム濃度を低減することができる。同様に電極室(陽極室17及び陰極室18)内の水も、脱イオン水を用いることが好ましい。   If the bipolar membrane 20 is simply disposed in the concentrating chamber 15, a scale may be generated when water having a high calcium concentration such as tap water is treated. Therefore, as shown in FIG. It is preferable to introduce a part of the deionized water (treated water) W3 in the salt chamber 16 into the concentration chamber 15 (the cathode side compartment 15A and the anode side compartment 15B). Thereby, concentration room circulating water can be diluted with deionized water W3, and the calcium concentration of concentration room circulating water can be reduced. Similarly, it is preferable to use deionized water as water in the electrode chambers (the anode chamber 17 and the cathode chamber 18).

本実施形態に係る電気脱イオン装置においては、濃縮室15内に陰極側区画室15Aと陽極側区画室15Bを形成し、この濃縮室15内にアニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との混合樹脂21を充填しているが、脱塩室16内に、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することが、得られる脱イオン水の向上の面で好ましい。さらに、陽極室17及び陰極室18にイオン交換体を充填してもよい。   In the electrodeionization apparatus according to this embodiment, a cathode side compartment 15A and an anode side compartment 15B are formed in the concentration chamber 15, and a mixed resin 21 of an anion exchange resin and a cation exchange resin is formed in the concentration chamber 15. However, the deionization chamber 16 can be mixed or filled with an anion exchanger and a cation exchanger made of an ion exchange resin, an ion exchange fiber, a graft exchanger, or the like to obtain a deionized product. It is preferable in terms of improving water. Furthermore, the anode chamber 17 and the cathode chamber 18 may be filled with an ion exchanger.

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。
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:100L/hr
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to comparative examples and examples.
In addition, the test apparatus used by the following comparative examples and Examples arrange | positions the following apparatus in series in order of the activated carbon apparatus and the electrodeionization apparatus.
Activated carbon device: "Kurikor KW10-30" manufactured by Kurita Kogyo Co., Ltd.
Electrodeionization equipment: “Kuritenon SH type” manufactured by Kurita Kogyo Co., Ltd.
Treated water volume: 100L / 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(CaCO換算)
給水CO濃度29ppm(CaCO換算)
Moreover, the following were prepared as to-be-processed water (city water) for a test.
Water to be treated: Concentration of feed water Ca 28ppm (CaCO 3 conversion)
Water supply CO 2 concentration 29ppm (CaCO 3 conversion)

〔比較例1〕
電気脱イオン装置のイオン交換膜及び脱塩室に充填するイオン交換樹脂として以下のものを用い、上記被処理水を電流値6.5A、水回収率80%、入口導電率170μS/cm、濃縮室初期流量25L/hrの条件で通水を行い、得られる処理水の1週間後、1月後、2月後及び3月後の濃縮室の差圧、及び印加電圧の経時変化を測定した。
結果を表1に示すとともに、初期状態における印加電圧及び出口導電率を示す。
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。
[Comparative Example 1]
The following ion exchange resin is used to fill the ion exchange membrane and demineralization chamber of the electrodeionization apparatus. The treated water has a current value of 6.5 A, a water recovery rate of 80%, an inlet conductivity of 170 μS / cm, and a concentration. Water was passed at a chamber initial flow rate of 25 L / hr, and the differential pressure in the concentrating chamber after 1 week, 1 month, 2 months and 3 months and the change over time of the applied voltage were measured. .
The results are shown in Table 1, and the applied voltage and outlet conductivity in the initial state are shown.
In addition, the to-be-processed water was used as the makeup water and the electrode chamber water.

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。
Anion exchange membrane: "Aciplex A501SB" manufactured by Asahi Kasei Corporation
Cation exchange membrane: "Aciplex K501SB" manufactured by Asahi Kasei Corporation
Ion exchange resin: An anion exchange resin ("SA10A" manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and a cation exchange resin ("SK1B" manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) mixed at a volume mixing ratio of 6: 4.

〔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るとともに、濃縮室にイオン交換樹脂を充填して図1に示す電気脱イオン装置を組み立て、この電気脱イオン装置を用いたこと以外は同様にして、通水試験を行った。
結果を表1に示す。
なお、バイポーラ膜としては(株)アストム製CMS(商品名)を用いた。また、イオン交換樹脂及びカチオン交換樹脂は、比較例1で脱塩室に充填したものと同じである。
[Comparative Example 2]
A bipolar membrane was provided in the concentration chamber of the electrodeionization apparatus used in Comparative Example 1, and the electrodeionization apparatus shown in FIG. 1 was assembled by filling the concentration chamber with an ion exchange resin, and this electrodeionization apparatus was used. A water flow test was conducted in the same manner except for the above.
The results are shown in Table 1.
As the bipolar film, CMS (trade name) manufactured by Astom Co., Ltd. was used. The ion exchange resin and cation exchange resin are the same as those filled in the desalting chamber in Comparative Example 1.

〔実施例1〕
比較例2の電気脱イオン装置において、陰極側区画室の濃縮水流路から陽極側区画室の導入流路に合流する流路を設けて電気脱イオン装置を組み立て、この電気脱イオン装置を用いて、陰極側区画室の濃縮水の5%を脱塩室からの脱イオン水とともに陽極側区画室に供給するようにした以外は同様にして、通水試験を行った。
結果を表1に示す。
[Example 1]
In the electrodeionization apparatus of Comparative Example 2, an electrodeionization apparatus was assembled by providing a flow path that merged from the concentrated water path of the cathode side compartment to the introduction flow path of the anode side compartment, and this electrodeionization apparatus was used. A water passage test was conducted in the same manner except that 5% of the concentrated water in the cathode compartment was supplied to the anode compartment together with deionized water from the desalting compartment.
The results are shown in Table 1.

〔実施例2〕
比較例2の電気脱イオン装置において、陰極側区画室の濃縮水流路から脱塩室への導入流路に合流する流路を設けて電気脱イオン装置を組み立て、この電気脱イオン装置を用いて、陰極側区画室の濃縮水の10%を被処理水とともに脱塩室に供給するようにした以外は同様にして、通水試験を行った。
結果を表1に示す。
[Example 2]
In the electrodeionization apparatus of Comparative Example 2, the electrodeionization apparatus was assembled by providing a flow path that merges from the concentrated water path of the cathode compartment to the introduction flow path to the demineralization chamber, and this electrodeionization apparatus was used. A water passage test was conducted in the same manner except that 10% of the concentrated water in the cathode compartment was supplied to the desalting chamber together with the water to be treated.
The results are shown in Table 1.

〔実施例3〕
比較例2の電気脱イオン装置において、陰極側区画室の濃縮水流路から陽極側区画室の導入流路に合流する流路を設けるとともに、陰極側区画室の濃縮水流路から脱塩室への導入流路に合流する流路を設けて電気脱イオン装置を組み立て、この電気脱イオン装置を用いて、陰極側区画室の濃縮水の5%を脱塩室からの脱イオン水とともに陽極側区画室に供給するとともに、陰極側区画室の濃縮水の10%を被処理水とともに脱塩室に供給するようにした以外は同様にして、通水試験を行った。
結果を表1に示す。
Example 3
In the electrodeionization apparatus of Comparative Example 2, a flow path that merges from the concentrated water flow path of the cathode side compartment to the introduction flow path of the anode side compartment is provided, and the concentrated water flow path of the cathode side compartment is connected to the demineralization chamber. An electric deionization apparatus is assembled by providing a flow path that merges with the introduction flow path. Using this electric deionization apparatus, 5% of the concentrated water in the cathode compartment is combined with the deionized water from the demineralization compartment to the anode compartment. A water flow test was conducted in the same manner except that 10% of the concentrated water in the cathode compartment was supplied to the desalting chamber along with the water to be treated.
The results are shown in Table 1.

Figure 2008036496
Figure 2008036496

表1より明らかなように、比較例1の電気脱イオン装置では1週間で濃縮室側の差圧が上昇してしまい、運転不能となった。また、比較例2においては、通水開始1週間後には電解電圧が増加していた。これに対し実施例1〜3の電気脱イオン装置では、電圧の増加も少なく、3月間安定して運転することができ、また、得られる処理水の水質も良好であった。特に、濃縮室と脱塩室との両方に陰極側区画室の濃縮水を供給した実施例3の電気脱イオン装置では、スケールの発生及び導電性の問題が大きく改善され、差圧及び電圧の上昇は殆ど起こらなかった。   As is apparent from Table 1, the electrodeionization apparatus of Comparative Example 1 increased the differential pressure on the concentration chamber side in one week and became inoperable. In Comparative Example 2, the electrolysis voltage increased one week after the start of water flow. On the other hand, in the electrodeionization apparatuses of Examples 1 to 3, the increase in voltage was small and the operation was stable for 3 months, and the quality of the treated water obtained was also good. In particular, in the electrodeionization apparatus of Example 3 in which the concentrated water in the cathode compartment was supplied to both the concentration chamber and the desalting chamber, the problems of scale generation and conductivity were greatly improved, and the differential pressure and voltage were reduced. Little rise occurred.

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。It is a schematic block diagram which shows the electrodeionization apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 同実施形態に係る電気脱イオン装置の濃縮室におけるイオンの流れを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow of the ion in the concentration chamber of the electrodeionization apparatus which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る電気脱イオン装置を用いた純水製造システムを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the pure water manufacturing system using the electrodeionization apparatus which concerns on the same embodiment. 従来の電気脱イオン装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the conventional electrodeionization apparatus. 従来の電気脱イオン装置の濃縮室におけるイオンの流れを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow of the ion in the concentration chamber of the conventional electrodeionization apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

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
15A…陰極側区画室
15B…陽極側区画室
16…脱塩室
17…陽極室
18…陰極室
20…バイポーラ膜
21…混合樹脂(カチオン交換樹脂/カチオン交換樹脂)
32…脱気装置(脱炭酸装置)
33…電気脱イオン装置
W4…濃縮水(陰極側区画室の濃縮水)
R6…流路
R7…流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Anode 12 ... Cathode 13 ... Anion exchange membrane 14 ... Cation exchange membrane 15 ... Concentration chamber 15A ... Cathode side compartment 15B ... Anode side compartment 16 ... Desalination chamber 17 ... Anode chamber 18 ... Cathode chamber 20 ... Bipolar membrane 21 ... Mixed resin (cation exchange resin / cation exchange resin)
32 ... Deaerator (Decarbonizer)
33 ... Electrodeionization device W4 ... Concentrated water (concentrated water in cathode side compartment)
R6 ... channel R7 ... channel

Claims (6)

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、前記濃縮室にバイポーラ膜を設けて、当該濃縮室内に陰極側区画室と陽極側区画室とを形成した電気脱イオン装置において、
前記陰極側区画室の流出水の少なくとも一部を前記脱塩室及び/又は陽極側区画室に供給する流路を有することを特徴とする電気脱イオン装置。
A plurality of anion exchange membranes and cation exchange membranes are alternately arranged between the cathode and the anode to alternately form a concentration chamber and a desalting chamber, and a bipolar membrane is provided in the concentration chamber, In the electrodeionization apparatus in which the cathode side compartment and the anode side compartment are formed,
An electrodeionization apparatus comprising a flow path for supplying at least a part of the effluent of the cathode side compartment to the desalting compartment and / or anode side compartment.
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設けられていることを特徴とする請求項1に記載の電気脱イオン装置。   2. The electrodeionization apparatus according to claim 1, wherein the bipolar membrane is provided such that the anion exchange layer surface is located on the anode side and the cation exchange layer surface is located on the cathode side. 前記脱塩室及び/又は陽極側区画室への流路の途中に、脱炭酸装置が設けられてい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。   The electrodeionization apparatus according to claim 1 or 2, wherein a decarboxylation apparatus is provided in the middle of the flow path to the demineralization chamber and / or the anode-side compartment. 前記濃縮室内にイオン交換体を充填した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。   The electrodeionization apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration chamber is filled with an ion exchanger. 前記脱塩室内にイオン交換体を充填した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。   The electrodeionization apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the demineralization chamber is filled with an ion exchanger. 前記脱塩室の流出水の一部を前記濃縮室の流入側へ供給する流路を設けた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。
The electrodeionization apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising a flow path for supplying a part of the effluent water of the demineralization chamber to the inflow side of the concentration chamber.
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