JPH06506867A - 電気脱イオン化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 町」 □ 本発明は電場の影響下液体中のイオンを移動させるようにした新規な電気脱イオ ン化装置に関する。さらに特定的には、本発明は大きな、高度に水和された、ま たは高荷電を存する、または弱イオン化されたシリカ、硫酸塩、カルシウム、重 金属、ならびに極性及びイオン化された有機物を包含する物質種を含む液体を精 製するようにした電気脱イオン化装置に関する。

発朋ｐ背量 液体中のイオンや分子の濃度を低減することによる液体の精製は大きな技術的興 味の一分野となっている。液体を精製及び分離するため、または液体混合物から 特定のイオンまたは分子の濃厚化液を得るために多くの方法が使用されてきてい る。公知の方法は、電気透析、液体クロマトグラフィ、膜濾過、逆浸透、イオン 交換及び電気脱イオン化を含んでいる。ここで使用される用語電気脱イオン化は 、イオン交換樹脂のようなイオン交換物質がアニオン性隔膜及びカチオン性隔膜 の間に配置されている方法を指称する。対照的に、用語電気透析はアニオン性隔 膜とカチオン性隔膜との間に配置されたイオン交換物質を使用しないそのような 方法を指称する。電気脱イオン化は液体からイオンを除去するのには全く効果的 であるけれども、大きな、高度に水和された、弱イオン化されたまたは高荷電を 有するある種の分子や錯体を適切に除去する程度までにはまだ開発されてぃな電 気脱イオン化によって液体を処理するための最初の装置及び方法はコールスマン によって米国特許第２，６８９，８２６号及び第２．８１５，３２０号に記載さ れた。これらの特許のうちの第１のものは、濃度減少室中の液体混合物内のイオ ンを、予め選定されたイオンを予め定められた方向に移動させる電位差の影響下 に、一連のアニオン性隔膜及びカチオン性隔膜を介して、濃厚化室中の第２の液 体分量中へ除去するための装置及び方法を記載している。処理下の液体分量はイ オン数を減少させられるが第２の液体分量は移動されたイオンで富化され、そし てそれらのイオンを濃厚化された形で保持する。これらの特許のうちの第２のち のは、アニオン性隔膜とカチオン性隔膜との間に配置されるフィルター材として のイオン交換樹脂製マクロポーラスビーズの使用を記載している。このイオン交 換樹脂は、イオン移動のための通路として作用し、そしてイオンの移動のために 隔膜間の増大した導電度ブリッジとしてもｌ！能する。これらの特許は、−技術 としての電気脱イオン化の基本的な構造枠組及び理論を代表するものである。

著しく改善された電気脱イオン化システムは、より最近にギウフリダ（Ｇｊｕｒ ｒｒｒｄａ）の米国特許第４，９２５，５４１号及びギウフリダの米国特許第４ ．９３１．１６０号に開示されており、これら両方の教示事項は参考のためそれ ら全体をこの明細書に導入する。しかし、これらのシステムは、大きい、高度に 水和された、弱イオン化された、または高電荷を帯びたある種の分子または錯体 を適切に除去できないという欠点をなおも有している。

樹脂の複極隔膜及び電気再生に依存する技術に関する先行文献は、膜または樹脂 の交差結合の役割を全く詳しくは論じていない、これはおそらく、非常に高い膜 透過選択性が使用中の膜を横切って生じる大きな濃度勾配の故に必要とされたと 想定されてきたからである。また、高純度水（すなわち脱イオン化されると共に 大きなまたは高度に水和された物質種を含まない水）の製造において、イオンの 移動が通常のイオン交換装置におけるように「膜拡散律則」さ娠従って樹脂内の イオンの拡散速度が重要ではないと想定されてきたようである０Ｍ拡散律則シス テムにおいては、移動速さの律則因子は、＃ＭＩＩＭとイオン種が存在する液体 との間の界面に存在するｒｇ境界層バリヤー］をイオン種が横切る能力である。

上記の想定は、水中に見出される典型的イオンの存在下で抵抗の差異をほとんど 示さない樹脂及び膜両者のＡＣ電気抵抗測定によって、強められてきている。

従って、成分の絶対抵抗は、はとんど重要でないと考えられたが、その理由は、 電気脱イオン化システムが出発点で比較的低い塩度を有する高純度水応用で使用 される故にその絶対抵抗が、電気脱イオン化システムにとっては小さい電力消費 にのみ関係していたからであった。さらには、電気脱イオン化は、大きな、高度 に水和された、または高度にイオン化された物質種を電気脱イオン化装置使用供 給流から除去する必要性を除くイオン交換軟化器やスカベンジャーの下流で、し ばしば用いられた。１を気鋭イオン化システムの欠点は、電気脱イオン化によっ て、供給水からの大きな、高度に水和された、または高度に荷電された種の除去 に比較的はとんど興味を示さない水処理分野をもたらした。

膜拡散モデルは、実質的に均一な直径を有する高度に交差結合された樹脂ビーズ を電気脱イオン化装置中の慣用樹脂の代りに置き換えたときにその信用性が強め られた。電気脱イオン装置におけるそのような樹脂の使用は、係属中の米国特許 出Ｉｔ（シリアルＮ０１０７／４１９，９５０；１９８９年１０月６日出願）の 主題である。この変更は、樹脂表面積の増加により、また系内の電気回路におけ る活性な樹脂の量の効果的な増加により、改善された成績をもたらした。

慣用電気脱イオン化装置での前述の問題は、モデルとしてシリカを用いることに よって例示されうる。水中に一般的に見出されるその他の溶存勧賞と比較して、 シリカは痕跡量で存在するにすぎない。しかしながら、その除去は高純度水の製 造において重要となり；供給水中に存在するいずれの痕跡成分も、供給水が高純 度形態となるように処理されるべき場合には、除去されなければならない、！気 透析のような系がシリカを除去しないこと、及び電気脱イオン化及び電気再生技 術ばシリカを部分的に除去するに残ぎないことは周知である。従って、供給水流 からシリカを適切に除去することができないことは、最も大きな高純度応用のボ イラー給水を含めた高純度応用における上記技術の応用性を著しく低減する。

前に述べられた「膜拡散」モデルによれば、シリカは余りイオン化されず、従フ て樹脂及び隔膜を介して移動しない、しかし、そのような想定は、シリカ除去に ついての電気脱イオン化装置の性能に関しての観察事項の説明とならない、実質 的に均一なビーズ直径樹脂への切り替えは、供給水からの弱イオン化炭酸の完全 除去を可能としたが、シリカの除去についてはほとんどまたは全く助けとならな かった。しかし、電気脱イオン化が高電圧及び／または低流動速度で実施される ときには、シリカは樹脂によって捕捉されうる。そのように、シリカは樹脂上で はイオン形態である筈であり、従って、「膜境界層バリヤー」を介して良好に　 、移動した筈である。しかし、これらの場合でも、移動は完全に生じるわけでは ない。

文献は、シリカをイオン化しそして供給水からのその除去を増長するために、よ り塩基性の形への水のｐＨ調整を示唆している。しかし、そのようなｐＨ！ｌ整 はシリカ除去について中程度の効果しか与えないことが見出されている。シリカ を除去せずに、装置は、ｐＨ調整中に添加された水酸化物イオンを迅速に除去し 、シリカを残留させる。樹脂の複極再生によってシリカを除去する試みは、同し ようにわずかな部分的な除去をもたらした。

シリカによって例示されたが、多くのその他の痕跡成分は、電気透析、電気脱イ オン化または復極／電気再生技術によって供給水から適切にまたは容易に除去さ れない、若干の物質種は非常にゆっくり拡散し、あるいは非常に強く結合してそ れらが樹脂上の有効部位を用い尽しかくして迅速に拡散するイオンを除去する樹 脂の能力を削減する。遅く拡散しまたは結合する物譬種は、当工業において「汚 染質」と称される。この問題は、普通、アニオン樹脂に関連しているが、この問 題は多価力千オンの存在下でカチオン樹脂において生ずることも知られている。

またシリカによって例示されたが、多くの成分、殊に有機酸、ならびにホウ素の ような成分は、それらが弱くイオン化されるだけであるので、供給水から除去さ れるのが困難であった。この場合、外的手段を用いて化合物のより高いイオン化 を与えるためにｐＨを調節することができる。しかし、高度に交差結合された樹 脂を用いている既存装置では、これは、除去されるべるイオンが、不純物のイオ ン化を行なうのに必要とされた添加水素及び水酸化物イオンよりもなおゆっくり と移動するので非効果的方法であることが証されている。この状況は、過剰の電 気必要量または薬剤供給量をもたらす。

シリカの場合に、標準的条件下で運転される現在の電気脱イオン化装置は、いず れの電圧または電流の条件下でも約８０％を越えるシリカを除去することができ ない。ここで使用されるシリカ除去についての用語標準的条件は、１３インチ流 路、公称濃度低減化用及び濃厚化川流の流動速度、５〜３５°Ｃ１非極性反転、 濃厚化用流中の９以下のｐＨ（直接、または濃度低減流を経ての水酸化物イオン の移動による）、イオン化用薬剤の無添加、ＡＣオーバーレイ無し、供給水中の 少なくともｌｐｐｍの溶存シリカ、及び定常状態操作を意味する。

標準的条件を用いての硫酸塩除去は、はぼ６６％の限度を有する。ここでの目的 のためには、硫酸塩除去についての用語標準的条件は、２６インチ流路、単一段 階、■セル対当り１００（インチ）ｔの有効膜面積、２００ｍ１／（分−セル対 ）の流量、６７〜８０％の製品水回収率、１５〜２５°Ｃ１非極性反転、ＡＣオ ーバーレイ無し、定常状態操作、はぼ中性のｐ）（及び２５０ｐｐｍｔ１１度の 純粋硫酸ナトリウム溶液を含む供給流を意味する。装置は約１．２５アンペアの 電流通過を与える印加電圧で運転される。

定常状態条件下で、現在の電気脱イオン化装置は高度に荷電された（すなわち３ 価またはそれ以上）イオンを除去することもできない、現今のセル設計について は、セルを横切る電流を優に２倍にする電圧増加は、入力供給レベルの約２５％ 以下だけ高度荷電イオンの除去を増加させるのに充分であるにすぎない。

最後に現在の電気脱イオン化装置は、定常状態条件下で、大きいイオン（すなわ ち約２００より大きな当量を有するイオン）を除去することができない、現在の セル設計については、セルを横切る電流を優に２倍にする電圧増加は入力供給水 準の約２５％以下だけそのような大きなイオンの除去を増加させるのに充分であ るにすぎない。

シリカ、有機物及びある種の金属イオンを完全には除去できないこと、及び汚染 感受性の増大は、多数の水処理応用における電気脱イオン化及びその他の方法の 応用性を著しく低減させる。従って、現今使用されている電気脱イオン化システ ムは、軟化、有機物スカベンジンク処理、有機物のＵＶ分解まはた逆浸透のよう な広い予備処理工程を必要とすることが多い。またそれらはイオン交換ポリッシ ングのような後処理を必要とすることも多い。さらには、混合イオンを含む供給 物においても、電気脱イオン化は、高純度水製造のために最高効率で実施できな い、これらの欠点は、高純度処理システムのコスト及び？ｊ！雑性を増加させ、 それによりイオン交換及び逆浸透のような伝統的技術を越える該方法の競争性を 低減させる。また、これらの欠点は、電気脱イオン化方法の、水軟化、痕跡成分 ポリッシング、電気メッキ、化学合成及び精製、食品及び飲料加工、及び廃水処 理応用のような水精製応用への応用性を低減させる。

光質９概要 本発明は電気脱イオン化操作における改善された分離効率のための方法及び装置 を提供し、そして大きい高度水和イオン、高度荷電イオンまたはほぼ中性のＰＨ で弱くイオン化されているのにすぎない物質種の低含量を有する高純度水の製造 に殊に有用である。本発明は供給水流からシリカのような成分を除去し、かくし て電気脱イオン化装置をボイラー給水を包めた多くの応用のための高純度水の製 造に使用されうるようにするために、殊に適当である。

本発明の一面によれば、膜または樹脂を横切って除去されるべきイオンの相対移 動は、イオンに対する膜または樹脂の抵抗を低減することによって、水素イオン 及び水酸化物イオンに対比して増長される。電気脱イオン化方法に関連して、装 置はあるコンダクタンス値を有する膜または樹脂を含み、かくして電圧またはｐ Ｈのいずれかの実質的な増加は膜を横切っての高度荷電または大きな及び高度に 水和されたイオンの移動を実質的に増大させることができる。そのようなコンダ クタンスは、電気脱イオン化装置の少なくとも一つの区画室において、低交差結 合イオン交換膜または低交差結合イオン交換樹脂を使用することによって達成さ れうる。そのような膜または樹脂は、より高い交差結合度を有する膜または樹脂 と比較して、より大きな隙間水分含量、より大きな気孔寸法及び低い荷電密度を 有する。

ここで使用されるとき、低交差結合アニオン交換樹脂は約６％未満の交差結合を 有するものと定義され、そして低交差結合カチオン交換樹脂は約８％未満の交差 結合を有するものと定義される。イオン交換樹脂を介しての移動について粒子拡 散モデルに服従するイオン種については、上記の効果は、樹脂内を拡散しつつあ る種に対する物理的バリヤーの数を減少させることにより、また同時に樹脂への 種の電気的結合の可能性を低減させることにより、樹脂円移動を増長する。

−具体例において、樹脂は６％未未満交差台され、少なくとも５０％の水分含量 を存するタイプＩアニオン樹脂でよい、同様に、膜はそのような樹脂から作られ うる。電気脱イオン化装置におけるそのような材料の使用は、プロセス水流中の シリカ含量を５０ｐｐｂ未満にまで、そして若干の場合には５ｐｐｂ未満にさえ 低減させうる系をもたらすことが見出された。またこの装置は、代りにまたはさ らに加えて、８％未未満交差台されたカチオン材料を含んでいてよい。これは、 カルシウムのような種の増強された除去を可能とさせる。装置は、さらに代りに または加えて、６％またはそれ以下交差結合されたタイプ■樹脂を含む区画また は膜を含んでいてよい。これは硫酸塩の増強された除去を可能とさせる。

本発明のもう一つの面によれば、電気脱イオン化方法は、物質種の運動に対する 全体的な電気抵抗を低減させる条件を適用することにより改良される。これは、 脱イオン化法を、濃厚液流中における高ｐＨ（すなわち９．５より大きいｐＨ） の条件下で、または濃厚液流中の高速度（すなわち通常の速度の少な（とも３倍 の速度）の条件下で、実施することにより達成されうる。結果は、高い濃厚液ｐ Ｈまたは高い濃厚液速度のいずれかの条件下でＡＣオーバーレイを適用すること によりさらに改善されうる。

本発明の装置及び方法は、電気脱イオン化操作において大きいまたは高度水和化 された物質種、また高度荷電または弱イオン化物質種の増長された除去を可能と させる。ここに示したように、大きなイオンは、約２００より大きな当量を有す るイオンであると意図されており、高度水和イオンは、カリウムまたは塩素イオ ンの水和価の少なくとも２倍の水和価を有するイオンであると意図されており、 高度荷電イオンは少なくとも３の原子価を有するイオンであると意図されており 、そして弱イオン化イオンはｐＫａに基き＋３．０よりも大きな解離定数、また はｐｔ＜ｂに基き＋１１．０より小さい隔離定数を有するイオンであると意図さ れている。

本発明は、また膜汚染を低減させ、ｐＨ１！１節によりある種の物資種の差除去 を可能とし、そして電気脱イオン化操作が精製または分離のために使用されても 、全体的にその操作における一層効果的分離を可能とする。

従って電気脱イオン化装置及び方法の性能を改良するために特殊化イオン交換樹 脂及び隔膜の使用を組合せることは本発明の一目的である。

本発明のもう一つの目的は、電気脱イオン化を用いて供給水からの大きいまたは 高度水和イオンの除去を増長することである。

本発明のもう一つの目的は、電気脱イオン化を用いて供給水からの、はぼ中性の ＰＨでわずかに弱くイオン化されている物質の除去を増長することである。

本発明のもう一つの目的は、極性またはイオン化有機物のような遅波散性分子に よりまたは重金属イオンまたはリン酸塩類のような高原子価イオンにより引き起 される電気脱イオン化装置中の汚染の水準を低減することである。

本発明のもう一つの目的は電気脱イオン化を用いて供給水からの極性及びイオン 化有機物、及び重金属の除去を増長することである。

本発明のもう一つの目的は、アニオン樹脂対カチオン樹脂の電導率を増大して最 適電気脱イオン化性能のためにより高いカチオン：アニオン樹脂比を可能とする ことである。

本発明のもう一つの目的は、水素及び水酸化物イオンの移動効率に相対して不純 物イオンの移動効率を改善して不純物イオンの増大した移動を可能とすることで ある。

本発明のもう一つの目的は、低及び高交差結合樹脂における異なる拡散速度に依 存する特殊な化学精製、分別及び合成のために電気脱イオン化装置の使用を可能 とすることである。

本発明のもう一つの目的は、ある種の廃水及び／または再循環流に対して電気脱 イオン化装置の運転を可能とすることである。

本発明のさらにもう一つの目的は、電気脱イオン化プロセス水がボイラー供給応 用において使用されつるように供給水からシリカを約５〜５０ＰＰｂの水準まで 除去するための手段を提供することである。

間両２１１１ηに載 図１は本発明の電気脱イオン化装置の分解組立図である。

図２は本発明の装置の操作を説明する略図である。

図３は本発明の装置の電極に隣接して配置されるスペーサー構造物の描写である 。

図４は本発明の装置の濃厚化室を含む柔軟性スペーサー構造物の描写である。

図５は本発明の装置の濃度低減化室を示す描写である。

図６は図５の構造体への液体導入手段の詳細図である。

図７は本発明の電気脱イオン化装置を用いての、タイプＩのアニオン樹脂につい ての交差結合の関数としてのシリカ除去をプロットしたグラフである。

発皿少詳栂り起Ｉ 以下に記載される装置は、全体的な構成においては、米国特許４，９３１，１６ ０に記載されているものと実質的に同しである。しかしながら本発明はかかる装 置における隔膜及び樹脂の組成、ならびにかかる装置の操作の改良された方法に 関している。

電気脱イオン化装置が提供さねへその装置における各電気脱イオン化電気段階は 、アノード、カソード及びそれらの区画室、一連の濃厚化区画室、及びアニオン 交換樹脂及びカチオン交換樹脂の混合物のようなイオン交換物質を含む一連の濃 度低減化区画室を含む、濃度低減化区画室には人口及び出口手段が設けられてお り、かくして精製されるべき水は各段階において所与のアノード及びカソード対 の間の少なくとも一つの濃度低減化室を通過させられる。改善されたイオン除去 効率はギウフリダの米国特許第４，９３１，１６０号に記載されている多段通過 方法によって得られる。

濃度低減化区画室は、イオン交換樹脂混合物が独立した個別のサブ区画室に収容 されるように形成され、サブ区画室の各々は約４インチまたはそれ以下、好まし くは約０．５及び約１．５インチの間の幅を存する９個別のサブ区画室は、アニ 、オン透過性膜及びカチオン透過性膜の両者を、濃度低減化区画室の周辺に対し 、及び濃度低減室の厚さにわたりそして全長に沿って延在するリブに対して、例 えば接着により、固定して、各サブ区画室の壁が対向するリブの対により画定さ 娠アニオン透過性交換膜及びカチオン透過性膜によってサブ区画室の対向する床 及び天井を形成させるようにして、作成される。固体のイオン交換材料はサブ区 画室内に配置され、リブ及びイオン交換膜によってサブ区画室間の移動を束縛さ れている０代表的な固体のイオン交換材料は、繊維、またはビーズ等を包含する 。

イオン交換ビーズを使用する場合、典型的なビーズ直径は約０．０４インチまた はそれ以下、好ましくは約０．０３３及び約０．０１２インチ間の直径（２０〜 ５０メツシユ）である。

電気脱イオン化装置は、単一または複数の段階を含みうる。各段階において、ア ノードは、濃度低減化及び濃厚化区画室のスタックの、カソードが配置される端 部から見て、反対の端部に配置される。各アノード及びカソードは隣接電極スペ ーサー及びイオン透過性膜を備えており、電解液がその電極スペーサー内を通る 。各段階の残りの部分は、ここに示されるように構成される一連の交互の濃度低 減化及び濃厚化区画室からなる。イオンの濃度を低減されるべき液体は、各段階 中の各濃度低減化区画室内を並行に通過させられて、濃度低減化室内の第１液体 から濃厚化室内の第２液体中へのイオンの除去を実施することができる。濃度低 減化区画室内の流動方向は限定的ではなく、隣接区画室または濃厚化区画室内の 流動方向と同じであるか、反対の方向であってよい、ａ［数の段階を用いるとき には、上流段階中の濃度低減化区画室から取り出される液体は次の隣接下流段階 中の濃度低減化区画室中へ、直列に、導かれてよい、あるいは供給水が、第２段 階をなす濃度低減化区画室において対向流関係で導かれてもよい、ｔＳｔ液は、 電気脱イオン化装置中の各電極に隣接するスペーサー内を通過させられてもよい 。

濃度低減化区画室中のサブ区画室は、長期間にわたりイオン濃度低減のために高 効率を維持するために制御された厚さ及び幅を有することが重要である。サブ区 画室の厚さは約０．２５及び約０．０５インチの間、好ましくは約０．０６と０ ．１２５インチの間であるべきである。サブ区画室の幅は約０，３及び約４イン チの間、好ましくは約０．５及び約１．　５インチの間であるべきである。実際 の構成及び流体圧損失の考慮によって左右されることを除いて、区画室の長さに ついては制限がない。

明白なように、サブ区画室の長さが長くなればなるほど、その中の液体がらのイ オン除去は大きくなる。一般的に、サブ区画室の長さは、約５インチ及び約７０ インチの間である。サブ区画室は、１００％アニオン交換材料、１００％カチオ ン交換材料、またはこれら二つの混合物を含みつる。ある特定のアニオンまたは 特定のカチオンのみを除去しようとするときには、適切なイオン交換樹脂１００ ％が用いられる。普通は、精製液体製品を製造するにはカチオン及びアニオンの 両方を除去することが望まれる。好ましい組成は以下さらに詳しく記載される。

ビーズのような強酸−塩基＃Ｍ脂材料を使用するときには、先行技術電気脱イオ ン化システムで使用されるアニオン交換樹脂ビーズのカチオン交換樹脂ビーズに 対する比は容積で約７０％〜３０％である。しかしながら、本発明においては、 この比はより大きなカチオン交換樹脂の相対量となるように変えられてよい、！ 気膜イオン化理論において、除去されるカチオンのすべてに対して、対応するア ニオン除去がある筈であることが周知である。しかしながら、慣用イオン交換樹 脂においては、アニオン交換樹脂中の拡散がカチオン交換樹脂中の拡散よりも遅 いので、慣用システムでは移動を増長するためにより大量のアニオン交換樹脂を 充填してきた０本発明におけるように、もし樹脂の選択性が、例えばより低交差 結合の樹脂の採用によって低減されると、濃度低減化流からのイオン種は、より 速い量率で樹脂を横切って移動することになる。従って大量のアニオン交換樹脂 を充填する必要性は除かれ、かくして同−容積内でより大量のカチオン交換樹脂 を使用できるようになり、改善された系の力学がもたらされる。

濃度低減化区画室内でサブ区画室構造を用いることにより、その中での液体とビ ーズとの効率的混合が達せられると共に濃度低減化区画室内での液体のチャネリ ングが防止される。かかる構造は、濃度低減化区画室の容積の一部分内における ビーズの圧縮詰まりや運動から起こりうる問題を除く、従って、濃度低減化区画 室液体からイオンの除去を行なうための濃度低減化区画室内の液体中のイオンと ビーズ中のイオンとの間の効率的交換が達成される。さらには、ここに示される ようにサブ区画室の幾何形状を制御することにより、そして各段階における多数 の濃度低減化区画室の使用によって、電気脱イオン化装置のための比較的低いエ ネルギー必要量を、所望の液体純度を得るのに、長期間にわたってさえも、使用 することができる。

図１を参照すると、電気脱イオン化装置１０は、電極９及び電極１１に挾れた一 つの段Ｐ１１２からなる。端＠１３に隣接して、電極９を収容しそして所望のマ ニホールドを与えるための端部ブロック１７がある。電極スペーサー１８は端部 ブロック１７に隣接して配置され、そして電極スペーサー１８を通り抜ける液体 の乱流を生しさせるスクリーン１９を含んでいる。イオン透過性膜２０は電極ス ペーサー１８の周辺２１にシールされている。柔軟性材料製のスペーサー２２は スクリーン２４を含んでいる。スペーサー及びスクリーン２４は、本発明の電気 脱イオン化装置の濃厚化区画室をなしている０本発明の濃度低減化区画室は、イ オン透過性膜２６、硬質材料製スペーサー２８及びイオン透過性膜３０からなる 。

イオン透過性膜２６及び３０はスペーサー２８の両面上でスペーサー２８の周辺 ３２にシールされている。混合された交換樹脂ビーズ３４は、リブ（図示せず） を含む中央スペース内に収容さ娠そして１１２６及び３０によってその中に保持 されている０段階１２内で精製されるべき液体は、スペーサー２２及び２８、及 び８２６及び３０からなる少なくとも一つのユニットを通される。スペーサー２ ２．２８、及び膜２６．３０からなるユニットは、段階１２内に合理的な液体流 通容量を与えるために普通は約５〜１００回繰り返される。柔軟性材料製のスペ ーサー３８及びスクリーン２４とイオン交換＃４０は、端部濃厚化区画室をなし ている。電極スペーサー４２は電極１１を収容している端部ブロック４４に隣接 して配置される。端部板５０は、端部ブロック電極アセンブリーの、電極スペー サー４２に接する側と反対の面上に隣接して配置される。ポルト５６．５８及び ６０ならびに第４のボルト（図示セず）は、装置要素を所定位置に保持するため に装置ｆｌＯの全長にわたって延在している。

図２を参照すると、種々の区画室中の液体の流路が説明されている。示されてい るのは２段階装置であるが、単一または多段階装置も同様に使用されうる。精製 されるべき液体は入口６２に入り、濃度低減化区画室２８を通過し、次いで第２ の濃度低減化区画室２日を通されて、出口６４から回収される。？１度低減化区 画室内の液体流動は、各段階において一方向であってよいことは理解されるべき である。また液体は各段階において一つよりも多くの濃度低減化区画室を流通す るようにされうる。さらには、濃度低減化区画室からの液体希釈剤をいくつかの 流れに分割し、次いで第２の組の濃度低減化区画室に通過させることができる。

濃度化用液体は入口６６を介して、濃厚化区画室２２内に、次いで出口６８を通 されて抜き出される。液体電解質は、入ロア０から電極区画室１９及び４２内を 循環され、そして出ロア２を介して放出され抜き出される。

図３を参照すると、電極スペーサー６７は電解質入ロア０、電解賞出ロア２、及 びそれを通過する液体の乱流を起こすためのスクリーン９０を含む。

図４を参照すると、柔軟性材料製のスペーサー、例えばスペーサー３８は、乱流 液体流を生し２させるために中にスクリーン９５を配置したスペーサー３８の内 部に液体連通を与える液体人口６６と液体比［コロ８を含んでいる。出口６４は 隣接する濃度低減化区画室中への液体の通過を許容し、そして入口６２は隣接す る濃度低減化区画室からの液体の取出しを許容し、スペーサー３８中に形成され ている濃厚化区画室中の液体と精製液体を混合さセることがない。

図５及び６を参照すると、本発明の濃度低減化区画室の構造が詳しく示されてい る。濃度低減化区画室は、硬質スペーサー（例えばスペーサー２８）と、アニオ ン透過性膜３０及びカチオン透過性膜２６を含んでいる。本発明に有用なスペー サーの１タイプは、［デブリーシぢン・コンパートメント・アンド・スペーサー ・コンストラクシぢン・フォ・エレクトロデアイオニゼーシッン・アパラタス」 と題して１９８８年５月３１日に発行された米国特許第４，７４７，９２９号の 主題であり、その教示事項はここに参照のため導入される。イオン交換物質３４ は、膜２６及び３０、壁１０５及びリブ９９によって形成されたサブ区画室内に 収容されている。膜２６及び３０は、それらの全長にわたって壁１０５及びリプ ９９に対してシールされている。膜２６及び３０は、硬質スペーサー２８の周辺 に対してもシールされており、個々のサブ区画室９日が相互に有効に単離される 。

精製されるべき液体は入口にそしてサブ区画室９８中へ入り、サブ区画室におい てそれは電圧に付されてアニオンを膜３０を介してそしてカチオンを膜２６を介 して通過させる。精製された液体は次いで出口１０２及びスペーサー出口を経て 通過し、スペーサー出口において、それは図２の説明に従って捕集される。

本発明の一面において、精製されるべき液体は、有機物のような特定の汚染物資 を除去するために、電気脱イオン化段階に先立って予備処理されてもよい。軟化 器−スカベンジャー系を採用することができ、その系において軟化器は特定のイ オンを除去するためのカチオン交換樹脂及び／またはアニオン交換樹脂を含むこ とができる。スカベンジャーは、アニオン樹脂を汚染するタンニン類、フミン酸 類、フルボ酸類及びリグニン類を包含する有機物のような汚染物質を除去するた めに、アニオン交換樹脂を含んでいてよい、イオン交換樹脂はブライン（ＮａＣ １）で効率的かつ簡単に再生されうる。しかしながら、予備処理段階の必要性が 本発明による低交差結合のイオン交換樹脂及び膜の使用により著しく低減されう ることは銘記されるべきである。

また本発明は、スカベンジャーを用いない電気脱イオン化応用、例えば［エレク トロデアイオニゼーンヨン・アバラタス・アンド・モジュール」と題して、１９ ９０年９月１１日に発行された米国特許第４．９５６．０７１号に記載されてい るもののような、極性反転系における、電気脱イオン化応用のために殊に良く適 しており、上記米国特許の開示全体はごこに参考のため導入される。極性反転系 は、高割合の二価不純物イオン種について機能するので、ここに記載されている Ｉｌｌ／樹脂改変品を備えた系の使用の利点は、そのような装置の性能をさらに 増長するように作用するであろう。

低交差結合（シリカ及び多価イオンのため）または低選択性（タイプ■）樹脂（ 多価「小」アニオンのため）の使用による改善された性能は、本発明の一面にお いて、水素または水酸化物イオンに比較しての、被除去イオンの相対的移動に関 係している。

大きな多価の弱イオン化されてそして高度に水和化されたイオン（すなわちカル シウム、硫酸塩及びシリカイオン）は、高度に交差結合されるか、または高選択 性である樹脂及び膜を介して移動するのが困難である。従って、電気脱イオン化 においては、これらの成分の存在によって、樹脂及び膜がより高い電気抵抗を示 すようにされ、それによって、より小さい低選択性のイオンと同一速度でこれら の成分を除去するのには、より大きな電圧勾配を必要とする。この現象はこれら の成分の除去に対して有害でないように見える（なんとなれば、あたかもこの問 題に対する明白な解決はモジュールを横切っての電圧を上昇させ、それにより高 い電気抵抗を克服することであるように見えるので）けれども、高度交差した、 または高選択性の樹脂を使用するモジュールについては、電圧の上昇はこれらの 成分の改善された除去に最小の効果を与えるだけにすぎないことが見出された。

この理由は、セル中での約３ボルトよりも大きい電圧において、濃度低減化流の 水が水素と水酸化物のイオンに分かれることである。高度に交差結合された樹脂 については、水素及び水酸化物のイオンは、樹脂及び膜中でこれらの成分よりも はるかに導電性である。かかる効果の結果は、電圧の上昇が、所望の成分を除去 するよりも新たに生成される水素及び水酸化物のイオンのより多量の移動のため に単に作用するにすぎないということである。

驚くべきことに、この効果は低度の交差結合の、または低選択性樹脂を使用する ときには軽減されることが発見された。この理由は、樹脂のコンダクタンスが、 水素及び水酸化物のイオンに相対して、被除去成分に対してより都合がよくなる ことにある。従って、低度交差結合または低選択性樹脂を含んでいる電気脱イオ ン化装置において、イオンの移動は、水分解の生成物よりもむしろ除去されるべ き成分を助長する傾向がある。

本発明に関連して使用されうる樹脂の中でも下記のものがある；ηミリ１山 Ｄｏｗ　５５０＾　６　５２０−６２０　４４−５５　１．１　ゲル（タイプ１ ） ＰｕｒｏｌｉＬｅ　６　３００−８５０　４０−４５　１．５　ゲル（タイプ■ ） ＰｕｒｏｌｉＬｅ　４．５　３００−８５０　４８−５７　１．３　多孔質（タ イプｌ） Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ　３　３００−８５０　６ロー７６　０．８　多孔質Ｐ＾ ３０６ （タイプ【） ＤｏｗＤｃｙｗｅｘ　２　１８０−４２５　６５−８０　０．６　ゲル１×２ カイオシ」却詣 ＤｏｗＤｏ−χ　８　（３）−７（３）　４６−５１　１．９　ゲル５０Ｃ Ｄｏｗｌ）ｏｗｅＫ６　２９７−４２０　４７−５７　１．３　ゲルＸＦＳ−４ ３２７９ Ｃ ５０４１−χ４　４　３００−８５０　５７−６７　０．６　ケル上記樹脂は、 一般に、多様な官能基を加えることができるジビニルベンゼンで交差結合された ポリスチレンマトリックスからなる。タイプ■樹脂は、ｃＨｔ　Ｎ（ＣＨｘ　） 　３ＣＩ官能を含み、他方タイプ■樹脂はＣＨ，Ｎｃｇ　Ｈ４０Ｈ（ＣＨｓ）ｚ ｃＩ官能を含む、低度交差結合または低選択性樹脂からもたらされる増大された 性能は、種々のイオン型の種々の樹脂のＣＤフンダクタンスを計測することによ り測定された。ＤＣコンダクタンスは、以下に記載の試験装置及び方法を用いて 計測された。

イオン交換樹脂は、設計によって、電流のすぐれた導体であるので、種々の塩型 の多様な樹脂の相対的電気抵抗を測定することが可能である。測定はアニオン及 びカチオン交換樹脂の両方について実施することができ、そして樹脂は、ビーズ 、膜及び繊維を含む多様な形態であってよい、慣用導電度ブリッジ法とは異なり 、ここに記載される方法は、交流ではなく、印加直流を用いる。

ここに記載される試験方法は、実際の電荷移動を測定し、単にイオンの共鳴を測 定するのものではないと信じられる。交流を用いる導電度ブリッジ法と異なり、 本方法は、イオン交換材料を用いる電気脱イオン化装置におけるより正確かつ真 実の電気抵抗試験を与えるものと信じられる。

ＤＣコンダクタンス試験は下記のように実施された：Ｉ、イオン交換材料の試料 を種々の塩溶液と接触させることにより種々のイオン型に調質した。これらの溶 液は、例えばＮａ０Ｈ−ＨＣＩまたはＮａＣｌの４〜５％溶液からなる。（シリ カ型への樹脂予備処理については、４Ｈ脂は水酸化物型にまず負荷され、次いで けい酸ナトリウム溶液で処理された）、単一イオン型比較抵抗試験については、 同じロフトの試薬塩溶液を各被試験試料について使用した。すべの試験用溶液は 前取って調製され、そして試験前に室温に達するようにされた。イオン交換樹脂 のための典型的な予備処理及び調質方法は当分野で周知である。これらの試験の 目的のために、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）の方法Ｄ２１８７のガイドライン に従った。

２、　各樹脂試料の約３ｃｍ”を試験セル中に置いた。そのセルは樹脂を収容し た閉鎖チャネルを有する透明プラスチック枠からなっていた。そのチャネルは約 ４．５インチの高さ、０．５インチの輻そして０．０８インチの深さであった。

チャネルの頂部及び底は流体源へ接続され、樹脂内を流体を流動させて試験前に それを洗浄するようになっている。対向する白金黒付き白金電極の対を、樹脂チ ャネルがそれらの間に配置されるように樹脂チャネルの対向側面に配置した。電 極は直流源へ接続した。

３、一旦ＵＩｉｆされた各樹脂試料をＡＳＴＭタイプ■試薬級の水０．　５ない し１゜ＯＬを用いて水洗した。タイプＩの水は約０．０６μモー／　ｃ　ｍＯ比 フンダクタンス、約１６．６ＭΩ／ｃｍの比抵抗及び約６０分の過マンガン酸カ リウム還元時間を有する。水洗工程は、残留塩が樹脂から除去され、かくしてそ のような塩が樹脂の抵抗測定を妨害することがある可能性を排除するようにする 。

４、　樹脂を詰めたセルが水洗されたならば、小さいＤＣ電圧を電極を横切って 印加した。電流は一定値（約０．１００アンペア）にセットされ、もたらされる 電圧を直接に測定した。各場合に、試験装置は、電圧リプルを１％未満に低減さ せるキャパシタンスフィルターリングを有する可変電圧供給源を用いた。

５、ｉｌｌ流及び電圧は所与の樹脂について既知であるか測定されたので、相対 抵抗は、抵抗値が電圧前る電流に等しいとするオームの法則を用いて容易に決定 された。

このＤＣコンダクタンス試験は、１！流がチャネル中に含まれた樹脂を通過する ときに水が分解されそれにより被試験溶液に水素及び水酸化物イオンが増加され るので、一時的で変り易いことが、指摘される。そのような水分解は水素及び水 酸化イオンの濃度を増加させるので（及び樹脂の抵抗測定への妨害を増加させる ので）、抵抗測定は、電流が最初に印加された後に迅速に行なわれる。さらには 、別個のまたは再調質された樹脂試料が、先行実験からもたらされる水分解から の妨害を避けるために、各印加電流値について必要とされる。

下記表は、０．１００アンペアの印加を流における相対電気抵抗を示すものであ る。

樹脂タイプ　樹脂型　列記の型における−　□−相月力玉坑−−− タイブ１アニオン　水酸化物　１ ４％交差結合　シリカ　１．８８ （Ｐｕｒｏｌｊｔｅ　Ａ−４００）　ｇｔｌｌ塩　０．９１塩化物　０．８６ タイプＩアニオン　水酸化物　１ ４．５％交交差台　シリカ　３．　５４　７１１（Ｐｕｒｏｌｉｔｅ　Ａ−４５ ０）　ｔ！酸塩　１．１０塩化物　０．９３ クイブ■アニオン　水酸化物　１ ６％交差結合　シリカ　Ｂ　Ｄ　Ｌ　１２１（Ｄｏｗ　５５０Ａ）　硫酸塩　２ ．３５塩化物　２．２８ タイプ■アニオン　水酸化物　■ ６％交差結合　シリカ　ＢＤＬ（１） （Ｐｕｒｏｌｉｔｅ　Ａ−３００＞　硫酸塩　１．０９塩化物　０．８９ カチオン　水素　１ ４％交差結合　カルシウム　１．５３ （Ｐｕｒｏｌｉｔｅ　Ｃ−４５０）　ナトリウム　１．３１カチオン　水素　１ ６％交差結合　カルシムラ　１．７６ （Ｄｏｗ　ＸＦＳ−４３２７９）　ナトリウム　１．４４カチオン　水素　１ ８％交差結合　カルシウム　２．１３ （Ｄｏ！＋　６５０Ｃ）　ナトリウム　１．５２（１）４．５％交差結合タイプ Ｉアニオン交換樹脂についてのシリカ型での相対抵抗は、さらに低い電流密度で の測定データから外挿された。

（２）　ｒ　Ｂ　Ｄ　Ｌ　、を付けた債は、検出限度以下の値を表わす。

表に示されたように、アニオン樹脂の場合に、より低い交差結合が、水酸化物と 相対的にみて成分イオンのコンダクタンスを与える。事実、約４〜６％以下の交 差結合では、塩化物及び硫酸塩は水酸化物よりも実際に移動するようである。

樹脂において交差結合が４〜６％から３〜４％になるとシリカは水素と比較して ２倍以上移動するようになる。６〜８％交差結合樹脂のシリカ移動は、おそらく 水酸化物移動が非常に大きいので、検出限度以下であった。ＤＣコンダクタンス 試験は樹脂だけについて実施されたけれども、そのような樹脂から作られた膜は 同様な様式で作用するものと期待されることが指摘される。

低交差結合または低選択性樹脂の使用に対する追加の副次利益は、それらの絶対 的コンダクタンスも改善されることである。従って、例えば４％交差結合アニオ ン交換樹脂を、横切っての所与量の電流通過については、動力消費が約５０％低 められる。この値は、樹脂のタイプ及び交差結合度が変るにつれて、変動するこ とになる。

濃厚流中の高速度及び／または高ＰＨは、対象とする成分の除去をさらに増長す るのに使用されうる。さらには、性能増強は、ＡＣオーバーレイの使用に伴なっ て見出された。全ての場合に、このようなプロセス変更は、成分（例えばシリカ ）が樹脂及び膜を通り抜けた後に、濃厚化流中へより迅速にその成分を放出する 効果をもつと信じられる。高速度は、「膜の濃厚液側と濃厚溶液本体との間の物 質移動を速度を向上させそれによりシリカ移動を改善すると信しられる。高ｐＨ はシリカが膜から濃厚流中へ移行するときにそれをイオン化された形に維持する と信しられる。高ｐＨは、希釈化流中で必要であるようには見えないが、その理 由は樹脂の電気再生が、流れの本体のｐＨに関係なく、樹脂を水酸化物型に維持 するようであるからである。もし濃厚流が高ＰＨであるならば、おそらくシリカ の放出は、拡散によるのと同様にイオン的に生しるので、高速度が重要であると は考えられない。本発明によるＡＣオーバーレイの使用は境界層におけるシリカ のような成分の拡散を改善する傾向があり、また高速度及び／または高ｐＨ条件 において水素及び水酸化物イオンと比較して目的成分のコンダクタンスを高める 傾向もある。

上記に加えて、濃厚化区画室中のスクリーンの代りにイオン交換樹脂床を１き換 えることにより、さらなるプロセス増強が達成されうる。従って、結果の装置は 、アニオン交換膜とカチオン交換膜との間に配置されたイオン交換＃Ａ脂からな る少なくとも一つの濃厚化区画室を含む、濃度低減化区画室におけるように、樹 脂を充填された濃厚化区画室は、１００％アニオン交換樹脂、１００％カチオン 交換樹脂、またはそれらの樹脂の混合物を含みうる。さらには、濃厚化区画室の 樹脂床について選定された特定のアニオン対カチオン樹脂の比は、相隣れる濃度 低減化区画室の樹脂の比と同一であっても相異なっていてもよい、イオン交換樹 脂床で充填された濃厚化区画室の使用はイオンコンダクタンスを改善し、それに よりシリカ及び同様な不純物の除去を増長することが見出された。

上記のプロセス改良は、全体的精製レベルに関して及び装置の電気抵抗の低減に おける両方で装置性能を増強する傾向がある。

上記に鑑み、従来電気脱イオン化装置において使用されてきたものよりも低い交 差結合度を有するイオン交換樹脂が、ここでは使用される。約８％と約ｌｏ％の 間の交差結合及び約４５％の水分含量を有する慣用の、または高度交差結合カチ オン樹脂を用いる慣用システムと異なり、本システムは約２％と約６％の間の交 差結合及び約５０％と約７０％の間の水分含量を有するカチオン交換樹脂を用い る。同様に、慣用システムは約６％と約８％の間の交差結合及び約４５％の水分 含量を有する慣用の、または高度交差結合アニオン交換樹脂を用いるが、本シス テムで使用されるアニオン交換樹脂は、約１．５％と約４％の間の交差結合及び 約５０％と約８０％の間の水分含量を有する。

従来用いられたそれらの樹脂よりも低い交差結合を有するイオン交換樹脂を採用 することにより、本システムは、シリカ、硫酸塩、カルシウム、重金属イオン、 極性の、及びイオン化された有機物のような、大きな、高度に水和された、また は大きく荷電された物質槽の除去を、現在使用されているシステムよりも大きく 増長させうる。

何らかの発明の理論に束縛されることを望まないが、膜バリヤー拡散以外の因子 が上記物質槽を制御しているものと信しられる。隔膜または樹脂中の交差結合の 程度が低減するにつれて、樹脂の空隙水含量が増加するようになり、そして樹脂 の内部荷電密度が低下することになる。空隙水含量の増加は、樹脂の分子多孔性 の増加に対応し、隔膜または樹脂を介しての成分の移動を防ぐ物理的バリヤー効 果が低減されうる。他方、荷電密度の低下は、樹脂を通り抜けるイオンがそれに 電気的に結合する可能性を低減させる。

さらには、樹脂のマクロ多孔性の増加は、増大した性能を与える傾向がある。

この効果は、樹脂がより多孔質にされたときにもたらされる大きな樹脂表面積に よるものと信じられる。

本発明によれば、低交差結合は、低選択性を有する樹脂、すなわち、いわゆる「 タイプ■」樹脂と、組合せられうる。予想外にも、低減した交差結合と共に低減 した選択性を付与することにより、タイプ■樹脂は、硫酸塩のような高荷電物質 槽を供給水流から除去するのに殊に効果的であることが見出された。対照的に、 慣用（タイプ１）樹脂は、一般に、そのような高荷電物質槽の容易な移動を可能 とするには高すぎる選択性を有する。

低交差結合イオン交換は、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂との不均質混合 物であってもよく、あるいは装置の濃度低減化室内に別個の樹脂層または帯域と して存在してもよい。さらには、供給水から除去されるべき成分のタイプに応し て、低交差結合樹脂は、さらに慣用的な高度交差結合樹脂と組合せて使用されう るゆこの場合に、高及び低交差結合樹脂は別個の濃度低減化区画室に含まれてよ （、あるいはそれらは別個の電気脱イオン化段階に保持されてもよい。

高及び低交差結合の両樹脂が一緒に使用さ娠そして化学的攻撃の可能性が存在す るときには、低い交差結合の樹脂はより化学的損傷を受け易いので、低い交差結 合の樹脂の上流により高度に交差結合された樹脂を配置するのが好ましい。

従って上流により高度に交差結合された樹脂を配置することにより、このような 樹脂は、プロセス流が低交差結合樹脂と接触する前に供給水から成分を除去し、 かくして低交差結合樹脂を化学的攻撃から防御するように機能しうる。

あるいは、汚染の可能性が存在するときには、低交差結合の樹脂を上流に置いて 、プロセス流が高交差結合樹脂と接触する前に供給水から汚染物質を除く、かく して高交差結合樹脂を汚染から防御するように機能させるのが好ましいであろう 。

本発明の電気脱イオン化装置において使用されるイオン交換膜も、低交差結合樹 脂を含み、その膜を介してのイオン及び極性化合物の移動が、樹脂床を介しての それらの成分の移動と同様となる。

本発明の装置の膜は、不均質または均質形態のいずれでもよい、不均質膜は、イ オン交換樹脂の小粒子の懸濁物をバインダーと組合せるキャスティング法を用い て製造される。そのような膜は、その膜を作っている樹脂のものとほぼ同じ交差 結合及び水含量を有する。対照的には、均質膜は、重合と交差結合とが膜製造中 に起こる、より直接的な方法を用いて製造される。そのような膜は、所与の水含 量について、不均質膜と比べて、より高い交差結合を有する傾向がある。従って 、約３０％と約７０％の間の水含量を有する樹脂を含む膜については、均質膜は 、約４５％と３０％の間の交差結合を有するであろうが、同様な水含量を有する 不拘ｌｌＦ膜はわずか約８％ないし約２％の交差結合を有するであろう。

本発明の膜は、アニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂またはこれらの組合せから なっていてよい。そのような樹脂の組合せからなる膜は業界において中性膜と称 されている。中性膜は本発明において、殊に、装置が輸送濃度低減化モードで運 転される応用において、有用である。

スケーリングが問題となりうる連続式電気脱イオン化装！とは異なり、輸送濃度 低減化法は装置内でのスケーリング傾向を著しく低減させることができる。慣用 電気脱イオン化モードにおいては、アニオン及びカチオンの移動は電流によって 生じる。イオンはイオン交換樹脂上の反対に荷電した官能基へ引き付けられ、次 いで樹脂によってイオン交換膜を介して濃厚化流中へ移行させられる。低流動、 低塩度及び高電圧の条件下では、樹脂も水素イオン及び水酸化物イオンによって 連続的に再生され、それにより、濃度低減化流中での精製水の連続的流れを可能 とする。水の分解副生物は樹脂が望ましくないイオンを連続的に収受するように するので望ましいものであるけれども、硬水の場合には、カルシウム及びマグネ シウムが溶液から析出しそれにより固形物スケーリングを生じさせることがある 。

この問題は、カルシウム及びマグネシウム（硬度）のイオンのみが濃厚化流中で 濃厚化される「輸送濃度低減化モード」で改良装置を運転することにより削減な いし排除される。この装置は、慣用電気脱イオン化装置と、アニオン交換膜の代 りに中性膜を用いること、そして装置に低交差結合カチオン交換樹脂を充填する こと、においで異なる。この装置は、カルシウム及びマグネシウムのイオンを慣 用システムにおけるように、その膜を介して通過させる。

上に示したように、中性膜は低交差結合のアニオン交換樹脂と標準的交差結合の カチオン交換樹脂との混合物からｉＩｉされうる。適切な樹脂比において、小さ いまたは弱く荷電されたアニオン及びカチオンは膜を通過させられるが、硬度イ オンはそれらの硬度イオンに対して高親和性を有する樹脂によって部分的に排除 される。

樹脂ビーズ混合物及びカチオン交換膜における低交差結合樹脂の使用により、硬 度イオンの移送は増加され、そして水分解が低減されるが、その理由は、標準的 な交差結合の樹脂及び膜としてはるかに低い移動抵抗があるからである。高交差 結合カチオン樹脂が中性膜を形成するためにアニオン樹脂と組合せて使用される ときには、小さいイオンの両方向の移動が優先的に起こる。これは濃度低減化区 画室の水分解が同じく低減されるという状態を生しさせるが、その理由は濃度低 減化流の硬度がナトリウムイオンによって部分的に置換され、そしてもはや濃度 低減化区画室は著しい水分解を生じさせるのに充分な砕炭とならないからである 。

樹脂及び膜の組合せの適切な選定によって、同じような方法は高度に荷電された 、及び／または大きなアニオンまたはカチオンの分離を行なうのに使用されうる 。

大きな移送速度は、その他の除去技法単独でまたはそれを低交差結合樹脂と組合 せることにより、達成されうる。ＡＣオーバーレイ、ｐＨｔｌｉ整、及び濃厚化 液速度を含む種々の改良方法が発見され、以下の実施例に非常に詳しく記載され ている。さらには、一定ビーズ寸法樹脂、有機物の上流紫外線分解及び極性反転 の使用を含む慣用方法によると同様な改善された結果を得ることができる。

低交差結合のイオン交換樹脂の使用は上記のように多くの利点を有する電気脱イ オン化装置を与えるが、低い交差結合度を有する樹脂は若干の欠点を示すことを 認識すべきである。しかし、低交差結合樹脂の限界を適正に理解することにより 、電気脱イオン化装置は、欠点の効果を最小化し、そしてそれに関連した何らか の問題を大きく回避するように設計されうる。

低交差結合樹脂の欠点の中でも特記すべきことは、そのような＃Ｍ脂は一般に高 い交差結合の樹脂よりも低い強度を有することである。化学再生タイプのイオン 交換のためには、この低い樹脂強度は重大欠点であるが、しかし電気脱イオン化 及び関連技術のためには樹脂の移動は必要とされず、従って機械的強度は論点と ならない。

また低交差結合樹脂は化学的攻撃に対して抵抗性が低い、これは酸化剤を含む供 給水の処理において著しい欠点である。しかし、高交差結合及び低交差結合の両 方の樹脂を、その高交差結合樹脂を低交差結合樹脂の上流で使用する前述のよう なシステムについては、化学的攻撃は著しい論点とならない。

さらなる観察事項は、低交差結合イオン交換樹脂を用いる膜が透過選択性が低い ことである。はとんどの応用のために、このことは、膜が所望の性能を与えるた めにはなお充分に透過選択性であるので、著しい問題とはならない、しかしなが ら、ある種の食品、化学品及びリサイクル応用のためには、低交差結合樹脂使用 膜の低透過選択性は論点となることがあろう、その場合には、低交換結合樹脂の 高交差結合の膜と共に使用して、それにより膜透過選択性による問題を回避する ことができる。さらには、除去されるべき物質種に応じて、低交差結合のアニオ ン樹脂及び膜は高交差結合のカチオン樹脂及び膜と共に使用されてよく、例えば 、もし所望されるならば、それによりカチオン性物質種に対する増大した透過選 択性を与えることができる。

最後に、低交差結合樹脂は、低選択性を有することが知られている。この性質は 、回分式イオン交換システムと異なり、プロセス水の平衡濃度は、イオンが系か ら連続的に除去されている故に、重要な考慮事項とならないから、利点に変る。

むしろ、移動速度がより重要になり、そしてこれは樹脂の低選択性により増大さ れる。

現時点で、はとんどの電気脱イオン化装置は、装置への動力供給が供給水抵抗の 変動が生じるときに一定電圧を維持するように電流負荷を増加または減少させる 「定電圧モード」で運転されている。そのような運転は装置のための電流必要量 を最適化するように作用し、かくして装置を最も電気的に効率的な方式で運転さ れるようにさせるが、そのような運転モードは、供給プロセス流中の汚染物質濃 度が減少したときに望ましくない効果を生じさせうる。

前述のように、ボイラー供給水の場合には、供給プロセス流からシリカを除去す ることがしばしば必要である。供給プロセス流の品質に対する改善（すなわち、 低汚染物質濃度の結果としてのより高い抵抗）は、驚くべきことに製品流の品質 の著しい低下をもたらしうろことが見出された。何らかの理論に束縛される意図 はないが、プロセス流の抵抗が著しく低下するときには慣用電気脱イオン化装置 の電力供給は装置を横切っての一定の電圧降下を維持するために著しい電流出力 の低下を償うものと信じられる。この電流低下はシリカをイオン交換樹脂から解 放されうるようにしく「シリカスパイクＪと一般に称されている条件）、それに より製品流中に許容しえないシリカ濃度をもたらす、シリカスパイクの結果とし ての製品流中のシリカの濃厚化は、許容しうる濃度に戻るまで長時間を要するの がしばしばである。

対照的に、装置が「定電圧モード」で運転されるならば、シリカスパイクの可能 性が除去され、電流効率の僅かな損失が伴なうだけである。殊に、本発明電気脱 イオン化装置は、その電力供給を定電流水準を与えるように設定して運転される ことができ、その水準は装置がその最悪ケースの低純度プロセス流のために運転 されるであろう水準である。換言すれば、装置は、最高と思われる抵抗あるいは 最も高いと予期される不純物濃度を有する供給プロセス流のために使用されるｉ Ｉ流水準で運転されうる。装置は定電流モードに維持されるので、もし供給プロ セス流中の汚染物質濃度が低減すると、電流の降下が生じそしてシリカスパイク が起生じないことになる。

定電流モード運転のかね合いは、供給プロセス水の品質が予想されたものよりも 良い時に装置が必要とされるよりも多くの電流を用いそれによりある程度の不要 な水分解をもたらすことである。そのような水分解の唯一の望ましくない効果は 、電流の少しの浪費である。シリカスパイクに伴なう著しい問題（すなわち、不 純物濃度が望ましい水準にまで戻るまでのプロセス流の実効ある損失）と比較し て、定電流モード運転により潜在的に浪費される少量のエネルギーは無視されう る。

本発明がここに記載された個々の段階及び形態のみからなる装置に限定されるべ く意図されていないことは、明記される。むしろ、本発明は単独でも、あるいは 業界公知の任意の数のその他の液体精製もしくは分離システムまたは方法と組合 せても使用されうる。

例えば、本発明は、本発明装置の上流または下流で有機物質種を駆逐するために Ｕ■光源と組合せて使用されうる。逆浸透装置と組合せての本発明の使用も同様 に意図されている。この組合せは、供給流から大部分のＮａＣｌ及びコロイド状 シリカが除去されてしまうとシリカ除去が促進されそして逆浸透装置はそのよう な除去の達成に使用されつるので、殊に望ましい、さらには、本発明は、イオン 交換ポリッシングカートリッジがより清澄な供給物について使用されるとき、あ るいは前述の米国特許第４，９５６，０７１号に記載されているもののような極 性反転技術使用の液体処理システムで使用されるとき、より長い寿命を存する傾 向があるので、イオン交換ポリッシングカートリッジのための予備処理段階とし て使用するのに良く適している。さらには本発明は、スタックの少な（とも一段 階が慣用電気脱イオン化段階からなる多段階電気脱イオン化スタックの少なくと も一つの段階として使用するために口論まれている。

裏施億 以下の実施例は、本発明を限定することなく説明することのみ意図されている。

第１の実施例においては、単位膜面積当りのシリカ除去についての変項は、アニ オン樹脂のタイプ、アニオン膜のタイプ、濃厚化流の速さ、濃厚化流のｐＨ及び ＡＣオーバーレイの存在、を包含する。印加電圧、温度、イオン組成、濃度低減 化流動、及びシリカ濃度を包含するがこれらに限定されないその他のパラメータ ーも試験結果に影響を与えうるけれども、これらは試験において変化されなかっ た。シリカ除去速度は温度及びシリカ濃度が増加するにつれて、イオン濃度及び 濃度低減化液流動が低減するにつれて改善することが示された。これらの効果は 、全てのその他の典型的イオン性汚染物質に類億であり、従って予期されない結 果ではない。

実施例１上２丈左餘去 この実施例は低交差結合アニオン交換成分、高い濃厚化液流動及び／またはｐＨ １及びＡＣオーバーレイの存在を用いての本発明の電気脱イオン化装置で得られ た改善された分離効率を説明する。

試験条件 すべての試験は、一つのセル対当り約５ボルトのＤＣを用いた。この電圧は、１ ％未満のリップルにフィルターされた可変動力源により印加された。すべての場 合に、電圧は固定されそして電流を変動させた。ＡＣオーバーレイを使用した場 合には、ＤＣ電圧のほぼ１０％の振幅の５００ｋＨｇ周波数を印加した。

供給物は、別に記載されない限り、約８ｐｐｍのＮａＣｌ及び１〜３ｐｐｍのシ リカを含んでいた。装置は、室温及び公称濃度低減化流動速さで運転され、１３ インチの通路長さを有した。若干の場合に、２６インチ通路長さからのデータを ２６インチのモジュールで得られた分別通過の平方根を採ることにより１３イン チ流動路へ平準化した。すべての場合に、製品抵抗は１６〜１７．５メガオーム −Ｃｍであった。

低い濃厚化液流中は、８０％の回収率で再循環なしで得られた速さであった。

高い速度は、公称濃厚化成速度の３〜４位でボンピングすることにより再循環を 用いて得られた。装置の水回収は、特記のない限り、８０％に固定された。低い 濃厚化液及び／または濃度低減化液のｐＨは５．５から７まで変った。高ｐＨ条 件は９，５〜１１のＰＨで生じた。

すべての場合に、６〜８％交差結合ゲルカチオン樹脂を用いた。カチオン膜は標 準的（８％交差結合）カチオン樹脂から作られた。

Ｌカ転 ｌ　高　１　高　低　低　なし　聞 ２　高　１　低　低　低　なし　関 ３　高　■　低　高　低　なし　あ ４　高　１　低　低　高　なし　９２ ５　高　■　低　低　高　なし　６３ ６　低　Ｉ　低　低　低　なし　７０ ７　低　Ｉ　低　高　低　なし　９５ ８　低　Ｉ　低　低　高　なし　９８ ９　低　Ｉ　低　高　高　なし　昭 ｌＯ低　Ｉ　低　高　高　なし　ｒ ｌｌ　低　Ｉ　低　高　低　なし　９５３１ゝ１２　低　１　低　低　Ｖ　なし 　霧 １３　高　Ｉ　低　低　低　５００　８０１４　低　Ｉ　低　高　高　５００９ ９１５　低　１　低　高　低　５００　９８１６　低　■　低　低　低　５００ 　７５（１）９３〜９７％装置水回収率を含んでいた。

（２）濃度低減化及び濃厚化の両流において高ｐＨ０上のデータから明らかなよ うに、試験されたすべての条件下で、装置でのタイプＩ低交差結合樹脂及び膜の 使用は、増加されたシリカ除去をもたらした。樹脂のタイプ、膜の交差結合及び 樹脂の交差結合の各々は、装置の性能に著しい影響を与えるようであった。プロ セスのパラメーターについては、濃厚化液中の高ｐＨはシリカ除去に大きな影響 を与えた。高い濃厚化液ｐＨの条件の丁では、濃度低減化流中のｐｉ−１，ｉｌ ｌ厚化流の速さ及び水回収率は、はとんど影響を与えない。

しかし、低い濃厚化液ｐＨでは、大きな濃厚化液流の速さは、シリカ除去を著し く増長した。ＡＣオーバーレイの使用は高速度及び高ｐＨ条件についてプロセス 性能を最も著しく改善した。

さらには、樹脂の交差結合の関数としてのシリカ除去百分率が得られ、そのデー タが図７に示されている。図７において、データの点は、１３インチ流動路、低 交差結合タイプ１膜、濃厚化液流中の高速度、低ｐＨ及び無ＡＣオーバーレイで 装置を用いて得られた。さらに各場合に、９３〜９７％の水回収があった。この 図から明かなように、シリカ除去の百分率は、樹脂の交差結合と逆に変化した。

実施例λ±硫酸塩除去 この実施例は、低交差結合アニオン交換膜、タイプ■アニオン交換樹脂、イオン 交換媒充填濃厚化セル及び極性反転を利用した本発明の電気脱イオン化装置で得 られる改善された分離効率を説明する。

試験条件 すべての試験は、一つのセル対当り約３または６ポルトのＤＣを用いた。この電 圧は１％未満のリップルのフィルターされた可変ＤＣ電圧電力源で印加した。

すべての場合に、電圧を固定し、電流を変動させた。極性を規則的１５分サイク ルで反転させた。

供給物は、それ以外の表示をしない限り、ＮａｚＳＯｓをＮａＣｌと共に含み、 ５００〜５２５マイクロモーを生じさせた。装置は１３〜１５＠Ｃ１公称濃度低 減化流動速さで運転され、そして二段階を有し、それぞれが１３インチ通路長さ を持っていた。供給物ｐＨは５．０ないし５．３で変動した。装置水回収は６７ ％に固定された。濃度低減化液の速さは公称流量に固定された。ＡＣオーバーレ イは使用しなかった。

前の実施例と同様に６〜８％交差結合されたゲルカチオン樹脂を用いた。カチオ ン交換膜は標準（８％交差結合）カチオン樹脂から形成された。

上のデータは、タイプ■樹脂をタイプｌ樹脂の代りに用いると硫酸塩除去が増加 しそして水分解が減少したことを示している。

タイプ■の６％交差結合アニオン樹脂（このものはタイプ■よりも、硫酸塩選択 性がはるかに小さい）は、ヒドロキシルに相対しての硫酸塩のコンダクタンスが 、４％〜６％交差結合タイプＩ樹脂とほぼ同程度であった。従って、タイプ■へ の官能基変化は標準交差結合度でもって、改善された移動をもたらした。

カチオン樹脂については、同様な関係が見出された。８％交差結合カチオン交換 樹脂は、４％または６％の交差結合を有する樹脂よりも、はるかに水素移動をお こし易い。

実施例３：充填式濃厚化区画室 この実施例は、アニオン交換樹脂を充填した濃厚化区画室を有する電気脱イオン 化システムを用いることによるプロセス流からのシリカ除去を増加する能力を説 明する。

試験条件 対照として、高度に交差結合されたカチオン樹脂と混合された高水含量アニオン 樹脂で充填された濃度低減化区画室を有するモジュールを構成した。樹脂の各々 は、均一なビーズ寸法を存していた。このモジュールの濃厚化区画室はスペーサ ーとして非充填スクリーンを含んでいた。アニオン膜は低交差結合不均質膜であ り、そしてカチオン膜は高交差結合不均質膜であった。流動経路は１３インチに 標準化された。

このモジュールを、濃度低減化流動速度が公称であり、濃厚化流が高速度の９５ ％回収の低ｐＨ流であり、電流が０．２７アンペアＤＣに平準化され、そして供 給流が４０００ｐｐｂ　（１０億分の４０００部）のシリカ濃度を含む条件下で 運転した。これらの条件下で、平準化されたシリカ除去は８８％であった。

第２のモジュールが構成され、そして濃厚化区画室がスペーサースクリーンを有 しないこと以外第１のモジュールと同様であった。むしろ、この区画室はイオン 交換樹脂混合物で充填されていた。この樹脂混合物は、上記特定の濃度低減化区 画室で用いられたものと同じであった。

この第２のモジュールを、濃度低減化液流動速度が公称であり、濃厚化液流が高 速度であり、８３％回収での低ＰＨ流、電流が０．３１アンペアであり、そして 供給流が１６８５ｐｐｂのシリカ濃度を含む条件下で運転した。これらの条件下 でシリカ除去は９４．６％であることが見出された。

所与のモジュール設計については、規定の範囲内の供給物シリカ及び回収率にお いて、典型的なシリカ除去百分率のレベルは実質上一定にとどまることが示され た。従って、上記のデータは、非充填式濃厚化区画室と比較して、樹脂充填濃厚 化区画室の使用がシリカ除去の著しい改良を与えることを示す。

４　；　゛　モード′　− この実施例は電気脱イオン化装置を定電流モードで運転することによるシリカス パイクの排除を説明する。

区鉄条性 高度に交差結合されたアニオン及びカチオン樹脂の混合物を充填した濃度低減化 区画室を存するモジュールを、試験床として構成した。これらの樹脂のそれぞれ は、均一なビーズ寸法を有していた。モジュールの濃厚化区画室はスペーサーと して非充填スクリーンを含んでいた。アニオン膜は、低交差結合不均質膜であり 、そしてカチオン膜は高交差結合不均ｔ＊であった。流動経路は１３インチに平 準化された。

最初にシテテムを慣用定電圧条件下で運転し、その際に濃度低減化液流動速度は 公称値のほぼ半分であり、そして濃厚化液流が低速度の９０％回収率の低ｐＨ流 であった。動力源は１日ボルトで０．３１アンペアの直流を供給した。これらの 条件下で、３５００Ｐｐｂの初期シリカ濃度を有する供給流を精製して、７６Ｐ Ｐｂ及び１５メガオーム−ｃｍの抵抗を有する製品とした。

シリカスパイク効果を示すため、モジュールに高抵抗水を供給した。濃度低減化 流への供給物は３２００ｐｐｂのシリカ濃度を有した。１５分後に、そして１８ ＶＤＣの定電圧を維持しながら、系の電流が０．１７アンペアに降下した。製品 は１４４ｐｐｂのシリカ濃度及び１５メガホーム−ｃｍの抵抗を有した。従って 、系が定電圧モードで運転されるときには、モジュールへの不純物濃度の低減は 製品中のソリ力不純物濃度を２倍近（にした、すべての場合に製品の抵抗は一定 のままであり、それが試験による影響を受けなかったことを示している。

定を流モード運転の効果を示すために、上と同じモジュールを１９ＶＤＣ及び０ ．４アンペアで運転した。供給流は３５００ｐｐｂのシリカ濃度を含んでいた。

得られた製品は５６ｐｐｂのシリカ濃度及び１５メガオーム−ｃｍの抵抗を有し た。

次いでモジュールに高抵抗水を供給した。濃度低減化流への供給物は３４００Ｐ Ｐｂのシリカ濃度を有していた。電流は一定の０．４アンペアに維持された。

１５分後、電圧を測定したところ、２７．５ＶＤＣに増大したことが見出された 。

製品流は１５メガオーム−ｃｍの抵抗及び６３ＰＰｂのシリカ濃度を有した。

上に示したように、定電圧モードの運転においては、供給物中の汚染物質の減少 は、製品における著しいシリカ汚染物質濃度をもたらす、対照的に、定電流モー ドで運転されるときには、供給物中の汚染物質濃度低減は製品おけるシリカ汚染 物質濃度の調和しない増加をもたらすだけである。

本発明の特定の特徴は若干の図面で示され、他のものにおいて示されていないが 、これは単に便宜のためであり、なんとなれば各特徴は本発明によるその他の特 徴のいずれかまたはすべてと組み合わされうるからである。

しかしながら、本発明の前記の記載は単にその説明的なものであること、及びそ の他の改変、具体化物及び均等物はその精神を逸脱することなく業界の熟練者に は明らかであることは、了解されるべきである。

本発明の種々の目的は、一般的に、隔膜または樹脂を有する電気脱イオン化装置 を用いそれによって隔膜または樹脂を横切っての実質的な電圧の増大が弱くイオ ン化されたイオン、高荷電されたイオン、または大きくそして高度に水和化され たイオンの移動の実質的な増加を生じさせうるようにすることにより、達成され うる。上記のように、これは比較的低い交差結合を有するタイプ■またはタイプ ■アニオン樹脂またはカチオン樹脂の使用によって達成されうる。業界の通常技 能の人々によって、その他の隔膜及び／または樹脂のタイプが本発明と調和して 置換または添加されつることが了解されよう０例えば、本発明は、硝酸塩または 金属イオンに対して比較的大きな選択性を有し、かくして水酸化物もしくは水素 イオンに相対してのこれらの物質種の移動が増長されるような樹脂を選択するこ とを可能にする。

このように本発明を記載して、我々が請求しそして特許証によって確保しようと する欲するものは、下記である： ＠鋸 画蓼 凶ヂ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　５年　６月１７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．あるコンダクタンス値を有する透過性膜を含む電気脱イオン化装置であって 、それにより、電流を２倍またはそれ以下のオーダーに増加させる電圧の増加が 、その膜を横切っての大寸法または高荷電イオンの移動を２５％またはそれ以上 の当量基準で増加せしめることができる上記装置。 ２．膜はアニオン交換樹脂を含むアニオン透過性膜である請求の範囲１の電気脱 イオン化装置。 ３．アニオン透過性膜は約６％未満交差結合した樹脂を含む不均質膜である請求 の範囲２の電気脱イオン化装置。 ４．アニオン透過性膜は約３０％と約４０％の間で交差結合した樹脂を含む均質 膜である請求の範囲２の電気脱イオン化装置。 ５．ある区画室内に樹脂をさらに含み、その樹脂がアニオン交換樹脂である請求 の範囲２の電気脱イオン化装置。 ６．ある区画室内に樹脂をさらに含み、その樹脂が約６％未満交差結合している アニオン交換樹脂である請求の範囲２の電気脱イオン化装置。 ７．膜はカチオン交換樹脂を含むカチオン透過性膜である請求の範囲１の電気脱 イオン化装置。 ８．カチオン透過性膜は、約８％未満交差結合している樹脂を含む請求の範囲７ の電気脱イオン化装置。 ９．ある区画室内に樹脂をさらに含み、その樹脂がカチオン交換樹脂である請求 の範囲７の電気脱イオン化装置。 １０．ある区画室内に、樹脂混合物を含みその樹脂混合物がアニオン交換樹脂と カチオン交換樹脂とからなる請求の範囲１の電気脱イオン化装置。 １１．アニオン交換樹脂は約６％またはそれ以下交差結合された樹脂を含む請求 の範囲１０の電気脱イオン化装置。 １２．カチオン交換樹脂は約８％未満交差結合している請求の範囲１０の電気脱 イオン化装置。 １３．液体からイオンを除去するようにした電気脱イオン化装置であって、その 液体中含まれるシリカイオンの少なくとも約８０重量％を除去しうる上記装置。 １４．液体中に含まれるシリカイオンの少なくとも約９０重量％を除去しうる請 求の範囲１３の電気脱イオン化装置。 １５．アニオン交換樹脂を含む透過性膜を有し、その膜に含まれるアニオン交換 樹脂のシリカイオンヘの抵抗（対水酸化物イオン）は、ＤＣコンダクタンス試験 で測定したときに約４：１よりも小さい請求の範囲１３の電気脱イオン化装置。 １６．膜に含まれるアニオン交換樹脂のシリカイオンヘの抵抗（対水酸化物イオ ン）はＤＣコンダクタンス試験で測定したときに約２：１よりも小さい請求の範 囲１３の電気脱イオン化装置。 １７．液体からイオンを除去するようにした電気脱イオン化装置であって、標準 操作条件下で運転されたときに、液体中に含まれる硫酸塩イオンの少なくとも約 ７０重量％を除去することができる上記装置。 １８．標準操作条件下で運転されたときに、液体中に含まれる硫酸塩イオンの少 なくとも約８０重量％を除去することができる請求の範囲１７の電気脱イオン化 装置。 １９．アニオン交換樹脂を含むアニオン透過性膜を有し、その膜に含まれるアニ オン交換樹脂の硫酸塩イオンヘの抵抗（対水酸化物イオン）は、ＤＣコンダクタ ンス試験で測定して約２：１よりも小さい請求の範囲１７の電気脱イオン化装置 。 ２０．透過性膜を含む電気脱イオン化装置であって、その膜が低交差結合イオン 交換樹脂を含む上記装置。 ２１．膜は、アニオン交換樹脂を含むアニオン透過性膜である請求の範囲２０の 電気脱イオン化装置。 ２２．アニオン透過性膜は約６％未満交差結合した樹脂を含む不均質膜である請 求の範囲２１の電気脱イオン化装置。 ２３．アニオン透過性膜はは約３０％と約４０％の間で交差結合した樹脂を含む 均質膜である請求の範囲２１の電気脱イオン化装置。 ２４．膜はカチオン交換樹脂を含むカチオン透過性膜である請求の範囲２０の電 気脱イオン化装置。 ２５．カチオン透過性膜は約８％未満交差結合した樹脂を含む請求の範囲２４の 電気膜イオン化装置。 ２６．ある区画室内にさらに樹脂を含み、その樹脂がカチオン交換樹脂である請 求の範囲２４の電気膜イオン化装置。 ２７．ある区画室内にさらに樹脂を含み、その樹脂が約８％未満交差結合された カチオン交換樹脂である請求の範囲２４の電気脱イオン化装置。 ２８．ある区画室内にさらに樹脂混合物を含み、その樹脂混合物がアニオン交換 樹脂とカチオン交換樹脂とからなる請求の範囲２０の電気脱イオン化装置。 ２９．アニオン交換樹脂は約６％またはそれ以下交差結合した樹脂からなる請求 の範囲２８の電気脱イオン化装置。 ３０．カチオン交換樹脂は約６％未満交差結合されている請求の範囲２８の電気 脱イオン化装置。 ３１．電気脱イオン化装置で電気脱イオン化を実施する方法において、あるコン ダクタンス値を有する透過性膜を用い、かくして電流を２倍またはそれ以下増加 させる電圧の増加が、その膜を横切っての大きなまたは高荷電イオンの移動を２ ５％またはそれ以上の当量基準で増加せしめることができる、ことからなる改良 。 ３２．アニオン交換樹脂含有のアニオン透過性膜を用いることをさらに特徴とす る請求の範囲３１の改良。 ３３．約６％未満交差結合された樹脂を含む不均質膜であるアニオン透過性膜を 用いることをさらに特徴とする請求の範囲３２の改良。 ３４．約３０％と約４０％との間で交差結合された樹脂を含む均質膜であるアニ オン透過性膜を用いることをさらに特徴とする請求の範囲３２の改良。 ３５．ある区画室内において樹脂を用い、その樹脂がアニオン交換樹脂であるこ とをさらに特徴とする請求の範囲３２の改良。 ３６．ある区画室内において樹脂を用い、その樹脂が約６％未満交差結合された アニオン交換樹脂であることをさらに特徴とする請求の範囲３２の改良。 ３７．カチオン交換樹脂を含むカチオン透過性膜を用いることをさらに特徴とす る請求の範囲３１の改良。 ３８．約８％未満交差結合された、カチオン交換樹脂を含むカチオン透過性膜を 用いることをさらに特徴とする請求の範囲３７の改良。 ３９．ある区画室において樹脂を用い、その樹脂がカチオン交換樹脂であること をさらに特徴とする請求の範囲３７の改良。 ４０．ある区画室において樹脂を用い、その樹脂が約８％未満交差結合されたカ チオン交換樹脂であることをさらに特徴とする請求の範囲３７の改良。 ４１．ある区画室において樹脂混合物を用い、その樹脂混合物がアニオン交換樹 脂とカチオン交換樹脂とからなることをさらに特徴とする請求の範囲３１の改良 。 ４２．アニオン交換樹脂は約６％またはそれ以下交差結合された樹脂からなる請 求の範囲４１の改良。 ４３．カチオン交換樹脂が約８％未満交差結合されている請求の範囲４１の改良 。 ４４．電気脱イオ７化装置で電気脱イオン化を実施する方法において、液体中に 含まれるシリカイオンの少なくとも約８０重量％を除去することからなる改良。 ４５．液体中に含まれるシリカイオンの少なくとも約９０重量％を除去する請求 の範囲４４の改良。 ４６．アニオン交換樹脂からなるアニオン透過性膜を用いることからなり、その 膜中に含まれるアニオン交換樹脂のシリカイオンヘの抵抗（対水酸化物イオン） はＤＣコンダクタンス試験で測定したときに約４：１よりも小さい請求の範囲４ ４の改良。 ４７．膜中に含まれるアニオン交換樹脂のシリカイオンヘの抵抗（対水酸化物イ オン）は、ＤＣコンダクタンス試験で測定したときに約２：１よりも小さい請求 の範囲４６の改良。 ４８．電気膜イオン化装置で電気脱イオン化を実施する方法において、その装置 を標準操作条件下で運転しつつ液体中に含まれる硫酸塩イオンの少なくとも約７ ０重量％を除去することからなる改良。 ４９．液体中に含まれる硫酸塩イオンの少なくとも約８０重量％を除去する請求 の範囲４８の改良。 ５０．アニオン交換樹脂を含むアニオン透過性膜を用いることからなり、その膜 中に含まれるアニオン交換樹脂の硫酸塩イオンヘの抵抗（対水酸化物イオン）は 、ＤＣコンダクタンス試験で測定されるときに約２：１よりもも小さい請求の範 囲４８の改良。 ５１．電気脱イオン化装置で電気脱イオン化を実施する方法において、低交差結 合イオン交換樹脂を含む透過性膜を用いることからなる改良。 ５２．透過性膜がアニオン交換樹脂を含む請求の範囲５１の改良。 ５３．約６％未満交差結合された樹脂を含む不均質膜であるアニオン透過性膜を 用いることをさらに特徴とする請求の範囲５２の改良。 ５４．約３０％と約４０％との間で交差結合された樹脂を含む均質膜であるアニ オン透過性膜を用いることをさらに特徴とする請求の範囲５２の改良。 ５５．透過性膜がカチオン交換樹脂を含む請求の範囲５１の改良。 ５６．約８％未満交差結合されたカチオン交換樹脂を含むカチオン透過性膜を用 いることをさらに特徴とする請求の範囲５５の改良５７．ある区画室において樹 脂を用い、その樹脂がカチオン交換樹脂であることをさらに特徴とする請求の範 囲５６の改良。 ５８．ある区画室において樹脂を用い、その樹脂が約８％未満交差結合されたカ チオン交換樹脂である請求の範囲５７の改良。 ５９．液体からイオンを除去するようにした電気脱イオン化装置であって、カチ オン交換樹脂を含む少なくとも一つのカチオン交換膜を含み、その樹脂がそのナ トリウム型で少なくとも約４５％の水分含量を有する上記装置。 ６０．ある区画室内にカチオン樹脂をさらに含み、その樹脂がそのナトリウム型 で少なくとも約４５％の水分含量を有する請求の範囲５９の電気脱イオン化装置 ．。 ６１．液体からイオンを除去するようした電気脱イオン化装置であって、アニオ ン交換樹脂を含む少なくとも一つのアニオン交換膜を有し、その樹脂がその塩化 物型で少なくとも約４５％の水分含量を有する上記装置。 ６２．ある区画室内にアニオン樹脂をさらに含み、その樹脂が少なくとも約４５ ％の水分含量を有する請求の範囲６１の電気脱イオン化装置。 ６３．液体からイオンを除去するようにした電気脱イオン化装置であって、塩化 物型のアニオン交換樹脂とナトリウム型のカチオン交換樹脂とからなる少なくと も一つの中性イオン交換膜を有し、それらの樹脂の少なくとも一方が少なくとも 約４５％の水分含量を有する上記装置。 ６４．膜がほぼ５０％のアニオン交換樹脂を含む請求の範囲６３の電気脱イオン 化装置。 ６５．少なくとも約４５％の水分含量を有するイオン交換樹脂を含む区画室をさ らに含む請求の範囲６３の電気脱イオン化装置。 ６６．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との混合物からな る請求の範囲６５の電気脱イオン化装置。 ６７．イオン交換樹脂はほぼ５０％のアニオン交換樹脂を含む請求の範囲６５の 電気脱イオン化装置。 ６８．ＵＶ光線源と組合せて使用される請求の範囲１の電気脱イオン化装置。 ６９．逆浸透装置と組合せて使用される請求の範囲１の電気脱イオン化装置。 ７０．イオン交換ポリッシングカートリッジの上流で利用される請求の範囲１の 電気脱イオン化装置。 ７１．極性反転しうる電気脱イオン化装置と組合せて用いられる請求の範囲１の 電気脱イオン化装置。 ７２．慣用電気脱イオン化装置と組合せて用いられる請求の範囲１の電気脱イオ ン化装置。 ７３．電気透析装置と組合せて用いられる請求の範囲１の電気脱イオン化装置。 ７４．複数の電気脱イオン化段階を含み、少なくとも一つの段階があるコンダク タンス値を有する透過性膜を含み、かくして電流を２倍またはそれ以下のオーダ ーに増加させる電圧の増加が膜を横切っての大きなまたは高荷電イオンの移動を ２５％またはそれ以上の当量基準で増加せしめることができる電気脱イオン化装 置。 ７５．複数の電気脱イオン化段階を含み、少なくとも一つの段階がアニオン交換 樹脂含有のアニオン透過性膜を含み、その膜に含まれるアニオン交換樹脂のシリ カイオンヘの抵抗（対水酸化物イオン）がＤＣコンダクタンス試験で測定したと きに約４：１よりも小さい電気脱イオン化装置。 ７６．複数の電気脱イオン化段階を含み、少なくとも一つの段階がアニオン交換 樹脂含有のアニオン透過性膜を含み、その膜に含まれるアニオン交換樹脂の硫酸 塩イオンヘの抵抗（対水酸化物イオン）がＤＣコンダクタンス試験で測定したと きに約２：１よりも小さい電気脱イオン化装置。 ７７．複数の電気脱イオン化段階を含み、少なくとも一つの段階が低交差結合イ オン交換樹脂含有の透過性膜を含む電気脱イオン化装置。 ７８．液体からイオンを除去するようにした電気脱イオン化装置であって、低交 差結合アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とを含み、そのカチオン交換樹脂が アニオン交換樹脂と相対して約６０％よりも少ない量で存在する上記装置。 ７９．アニオン交換樹脂は約６％未満交差結合したアニオン交換樹脂を含む請求 の範囲７８の電気脱イオン化装置。 ８０．カチオン交換樹脂が約８％未満交差結合されている請求の範囲７８の電気 脱イオン化装置。 ８１．液体からイオンを除去するようにした電気脱イオン化装置を用いる方法に おいて、約５０ｐｐｂ未満の水準にまでシリカイオンを除去可能な条件下で装置 を運転ずることからなる改良。 ８２．アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂とからなり、それらの交換樹脂の少 なくとも一方が低交差結合交換樹脂よりなる中性イオン交換膜。 ８３．約４％未満交差結合されたアニオン交換樹脂を含む膜からなる請求の範囲 ８２の中性イオン交換膜。 ８４．約８％未満交差結合されたカチオン交換樹脂を含む膜からなる請求の範囲 ８２の中性イオン交換膜。 ８５．液体からイオンを除去するようにした電気脱イオン化装置であって、少な くとも一つの中性イオン交換膜と、少なくとも一つのイオン交換樹脂を含む区画 室とを有し、その区画室に含まれる少なくとも一つのイオン交換樹脂が低交差結 合イオン交換樹脂からなる上記装置。 ８６．イオン交換樹脂は約６％未満交差結合したアニオン交換樹脂からなる請求 の範囲８５の電気脱イオン化装置。 ８７．イオン交換樹脂は約８％未満交差接合したカチオン交換樹脂からなる請求 の範囲８５の電気脱イオン化装置。 ８８．希釈用流と濃厚化用流とを含みそしてあるコンダクタンス値を有する透過 性膜をも含み、かくしてその希釈用波及び濃厚化用流の一方または両方のｐＨの 変化が中性ｐＨにおいて弱くイオン化されるに過ぎないイオンの移動の増加を生 じさせる電気脱イオン化装置。 ８９．濃厚液流を含む電気脱イオン化装置中で電気脱イオン化を実施する方法に おいて、少なくとも一つの電気脱イオン化段階に対してＡＣオーバーレイを印加 することからなる改良。 ９０．その少なくとも一つの電気脱イオン化段階が低交差結合イオン交換樹脂ま たは低交差結合イオン交換樹脂含有イオン交換膜の一方または両方を含む請求の 範囲８９の改良。 ９１．装置が約９より大きいｐＨあるいは通常速度の少なくとも約３倍の濃厚液 速度の条件下で運転される請求の範囲９０の改良。 ９２．シリカは濃厚液中に捕集される請求の範囲９１の改良。 ９３．濃厚液流を含む電気脱イオン化装置中で脱イオン化を実施する方法におい て、その濃厚液流中約９より大きいｐＨの条件下で実施することからなる改良。 ９４．シリカは濃厚液流中に捕集される請求の範囲９３の改良。 ９５．濃厚液流を含む電気脱イオン化装置中で電気脱イオン化を実施する方法に おいて、その濃厚液流中約５より小さいｐＨの条件下で実施することからなる改 良。 ９６．濃厚液流を含む電気脱イオン化装置中で電気脱イオン化を実施する方法に おいて、通常の濃厚液速度の少なくとも約３倍の速度を有する濃厚液流を用いて 実施することからなる改良。 ９７．シリカは濃厚液流中に捕集される請求の範囲９６の改良。 ９８．膜中に含まれるカチオン交換樹脂のカルシウムイオンヘの抵抗（対水素イ オン）は、ＤＣコンダクタンス試験で測定されるときに２：１よりも小さい請求 の範囲７の電気脱イオン化装置。 ９９．カチオン交換樹脂のカルシウムイオンヘの抵抗（対水素イオン）は、ＤＣ コンダクタンス試験で測定されるときに２：１よりも小さい請求の範囲９の電気 脱イオン化装置。 １００．膜中に含まれるカチオン交換樹脂のカルシウムイオンヘの抵抗（対水素 イオン）は、ＤＣコンダクタンス試験で測定されるときに２：１よりも小さい請 求の範囲３７の改良。 １０１．カチオン交換樹脂のカルシウムイオンヘの抵抗（対水素イオン）は、Ｄ Ｃコンダクタンス試験で測定されるときに２：１よりも小さい請求の範囲３９の 改良。 １０２．少なくとも一つの濃厚化用区画室を有し、その濃厚化用区画室がその中 にイオン交換樹脂を含んでいる請求の範囲１の電気脱イオン化装置。 １０３．イオン交換樹脂はアニオン交換樹脂、カチオン交換樹脂、またはそれら の混合物からなる請求の範囲１０２の電気脱イオン化装置。 １０４．イオン交換樹脂床の組成は、相隣れる区画室に含まれるイオン交換樹脂 床のそれと同じである請求の範囲１０３の電気脱イオン化装置。 １０５．液体からイオンを除去するようにした電気脱イオン化装置を使用する方 法において、電流が実質上一定に維持される条件下で運転することからなる改良 。 １０６．電気脱イオン化装置は液体から弱くイオン化された大きなまたは高荷電 イオンを除去するようにされている請求の範囲１０５の改良。