JP3800706B2

JP3800706B2 - 脱イオン水製造装置

Info

Publication number: JP3800706B2
Application number: JP04002697A
Authority: JP
Inventors: 一郎寺田; 洋戸田; 純治郎岩元; 和郎梅村; 健小松; 徹星; フィリップフューネルガードマーク; フローリアンテッシールデービット; グレントウェイアン
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2017-02-07
Also published as: JPH10216729A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医薬品の製造、半導体の製造、発電用ボイラー水などに使用される純水もしくは超純水を製造するための脱イオン水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脱イオン水の製造方法としては、イオン交換樹脂の充填床に被処理水を流し、不純物イオンをイオン交換樹脂に吸着させて除去することにより脱イオン水を得る方法が一般的である。ここで、吸着能力の低下したイオン交換樹脂は酸やアルカリを用いて再生する方法が採用されている。しかし、この方法においては再生に使用した酸やアルカリの廃液が排出されるという問題があり、そのため再生の必要のない脱イオン水製造方法が望まれている。
【０００３】
このような観点から、近年、イオン交換樹脂とイオン交換膜を組み合せた自己再生型電気透析脱イオン水製造方法が注目されている。この方法は、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを交互に配置した電気透析装置の脱塩室に陰イオン交換体と陽イオン交換体の混合物を入れ、該脱塩室に被処理水を流しながら電圧を印加して電気透析を行うことにより脱イオン水を製造する方法である。この方法では、一般に湿潤状態のイオン交換樹脂を脱塩室に収容するため、イオン交換樹脂相互、或いはイオン交換樹脂とイオン交換膜との密着性が不十分であり、脱塩室の厚みを増大させて膜使用面積を減少させようとすると抵抗が上昇するという欠点があった。
【０００４】
これらの欠点を補う方法として、特公平４ー７２５６７号公報及び特公平６ー２０５１３号公報においては、脱塩室の幅を約０．７６２〜１０．１６ｃｍ（≒０．３〜４インチ）、厚さを約０．１２７〜０．６３５ｃｍ（≒０．０５〜０．２５インチ）とし、抵抗の上昇を防止することが提案されている。しかしながらこの方法では脱塩室の厚さが薄いため、イオン交換体の脱塩室への充填が難かしく、また単位面積あたりの生産水量も低いという欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、イオン交換体とイオン交換膜を組み合わせた自己再生型電気透析脱イオン水製造装置において、脱塩室の厚さを厚くしても抵抗の上昇が少なく、かつ従来技術が有していた上記のような欠点を有せず、長期にわたり安定して純水を得ることができる脱イオン水製造装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陰極と陽極の間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列させ、脱塩室と濃縮室とを形成させた電気透析槽の脱塩室にイオン交換体を収容してなる脱イオン水製造装置において、脱塩室に収容したイオン交換体と脱塩室を区画する陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜との間に０．１〜２０ｋｇ／ｃｍ² の圧力を発生させるようにせしめたことを特徴とする脱イオン水製造装置を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明においては、イオン交換体は予めその状態を変化させて電気透析槽の脱塩室中に収容されるか、または脱塩室中に収容された後、その状態が変化させられる。以下、本明細書においては、イオン交換体の状態を次のような用語で説明することにする。「使用状態」とは、イオン交換体を脱塩室中に収容し、電気透析に使用しているときの状態であり、使用時の環境と平衡になった状態をいう。「収縮状態」とは、何らかの方法でイオン交換体の見掛けの体積を収縮させた状態をいう。「自由状態」とは、使用する環境と平衡な状態であるが、脱塩室による拘束のない状態をいう。
【０００８】
本発明においては、脱塩室の厚さを０．２ｃｍ以上、好ましくは０．７ｃｍ以上とする。脱塩室の厚さが０．２ｃｍ未満であると使用膜面積の減少効果が明確でなく、イオン交換体の充填もし難いので好ましくない。一方その厚さが８０．０ｃｍを超えると使用膜面積の減少効果は大きいが、やはり抵抗上昇が大きくなるので好ましくない。なかでも、脱塩室の厚さが１．１ｃｍ以上で３０．０ｃｍ以下の範囲であると、抵抗上昇が少なく、使用膜面積減少効果も大きいので特に好ましい。
【０００９】
脱塩室に収容乃至充填したイオン交換体と脱塩室を区画する陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜との間に発生させる圧力は０．１〜２０ｋｇ／ｃｍ² の範囲である。その圧力が０．１ｋｇ／ｃｍ² 未満であると、イオン交換体同士又はイオン交換体とイオン交換膜の密着性が十分でなく、抵抗が上昇したり、処理水のショートパスができ、得られる水の純度が低下するので好ましくない。一方、その圧力が２０ｋｇ／ｃｍ² より大きいと、イオン交換体同士又はイオン交換体とイオン交換膜の密着性は十分であるが、処理水量が低下したり、使用しているイオン交換膜がダメージを受けるので好ましくない。なかでも、上記圧力は０．５〜１０ｋｇ／ｃｍ² 、特に０．８〜２ｋｇ／ｃｍ² であるのが好ましい。
【００１０】
本発明における、脱塩室に充填した充填体とイオン交換膜との間に圧力を発生させる好ましい手段としては（１）脱塩室に収容するイオン交換体を再生型の容積よりも容積を減少させた形に変換し、自由状態でのイオン交換体再生型の容積が脱塩室の容積より大きい量のイオン交換体を脱塩室に収容し、通水及び通電することにより、イオン交換体の容積を増大させ圧力を増大させる手段や、（２）脱塩室にイオン交換体を収容し、脱塩室の容積を機械的に減少させることにより圧力を増大させる手段が用いられる。
【００１１】
上記（１）の手段では、脱塩室に収容するイオン交換体を使用状態における当該イオン交換体の容積より容積を減少させた形に変換し、電気透析に使用しているときと平衡な状態であるが、脱塩室による拘束のない状態でのイオン交換体の容積に換算した時に脱塩室の容積に対して１０３〜１７０％となる量を収容することが好ましい。この量が１０３％未満であると、収容したイオン交換体の密着性が良くないので好ましくない。一方、その量が１７０％より大きいと、密着性は良好となるが、通水した時の圧力損失が大きくなるので好ましくない。なかでも上記イオン交換体の量は、１１１〜１５０％であるのが特に好ましい。
【００１２】
イオン交換体を再生型の容積よりも容積減少させる方法としては、▲１▼乾燥により水分率を減少させる方法や、▲２▼対イオンを再生型以外のイオン種に変えて負荷型とする方法、▲３▼或いは有機溶媒に浸漬して溶媒置換する方法などがあるが、▲４▼乾燥により水分率を減少させる▲１▼の方法と対イオンを再生型以外のイオン種に変えて負荷型とする▲２▼の方法を併用する方法は、イオン交換体の品種や構造等にかかわらず容易に適用でき、容積増大効果も大きいので、好ましい方法である。
【００１３】
乾燥により水分率を減少させる場合、水分率（重量）としては１〜３０％に減少させるのが好ましい。水分率が１％未満であると、乾燥に時間がかかるので好ましくない。水分率が３０％より大きいと、通水及び通電した際に容積の増大効果が小さくなるので好ましくない。水分率が５〜１５％であると、乾燥も容易で通水、通電時の容積増大効果も大きく特に好ましい。乾燥時の対イオンの種類としては、陽イオン交換体の場合はＮａ型が、陰イオン交換体の場合はＣｌ型が熱的に安定なので好ましく用いられる。乾燥温度は３０〜８０℃が好ましい。これが３０℃未満であると乾燥に時間がかかり、８０℃より高い温度であるとイオン交換基が分解するので好ましくない。
【００１４】
対イオンを再生型以外のイオン種に変えて負荷型とする方法の場合には、前述のように陽イオン交換体の場合はＮａ型が、陰イオン交換体の場合はＣｌ型が特に好ましいが、それ以外にも陽イオン交換体の場合にはＫ型やＬｉ型、陰イオン交換体の場合はＮＯ₃ 型など１価の対イオンが好ましく用いられる。この点、Ｃａ型やＡｌ型、ＳＯ₄ 型などの２価以上の対イオンの場合には、再生型への変換が容易でなくなるので好ましくない。
【００１５】
次に、前記（２）の脱塩室にイオン交換体を収容し、脱塩室容積を機械的に減少させることにより圧力を増大させる方法では、脱塩室の室枠とイオン交換膜の間に圧力により収縮するスペーサーを導入し、イオン交換体を充填した後に外部より圧力をかけて圧縮することにより、脱塩室容積を５〜６０容量％減少させることが好ましい。減少させる脱塩室容積が５容量％未満であると、収容したイオン交換体の密着性がよくないので好ましくない。逆に、減少させる脱塩室容積が６０容量％より大きいと、密着性は良好となるが、通水したときの圧力損失が大きくなるので好ましくない。収縮するスペーサーの材料としては、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリスチレンなどの発泡シートが好ましく用いられる。
【００１６】
本発明において、脱塩室に収容するイオン交換体としては、イオン交換樹脂やイオン交換繊維、それらの加工成形品などがあげられるが、イオン交換樹脂及びイオン交換樹脂をバインダーポリマーを用いてシート状に接着した多孔質イオン交換体は、イオン交換性能や耐久性等の観点から好ましいイオン交換体である。特に多孔質イオン交換体シートは、それ自体イオン交換樹脂間の密着性が良好であり、脱塩室に収容する場合も容易に収容できるので好ましい。
【００１７】
イオン交換体を脱塩室に収容した際の空隙率は、液体の通過に関与する連続した空隙率が５容量％以上であるのが好ましい。空隙率が５容量％より小さいと液体の流量が減少し、圧損が大きくなるので好ましくない。空隙率が１０〜４０％である場合は、通水性も良好で、脱塩性能も優れ、純度の高い処理水が得られるので特に好ましい。なお、この空隙率は、イオン交換体を脱塩室に収容し通水及び通電した際の値である。
【００１８】
上記イオン交換体としては、少なくとも陽イオン交換体、陰イオン交換体又はそれらの混合物、若しくはそれらの多孔質成形品が利用できる。また陽イオン交換体のドメイン（領域）と陰イオン交換体のドメイン（領域）を組み合わせた構造でもよい。その場合のイオン交換膜に接する各ドメインの形状は種々の形状が利用でき、例えば海島状、層状、モザイク状、格子状等が利用できる。特に海島状や層状は希釈室に収納し易く且つ効率よく脱塩できるという理由で好ましい。ただし、全体で使用する陽イオン交換体と陰イオン交換体の比率は、総イオン交換容量比で陽イオン交換体／陰イオン交換体＝２０／８０〜８０／２０の範囲の割合であることが好ましい。
【００１９】
イオン交換体として多孔質イオン交換体を使用する場合には、バインダーポリマーの重量分率は２０％以下であることが好ましい。重量分率が２０％より大きいとイオン交換樹脂粒子表面をバインダーポリマーが被覆して吸着性が低下し、また空隙率が低下するために処理する液体の流量が減少し、圧損が大きくなるので好ましくない。なかでも上記重量分率は１〜５％が好ましい。バインダーポリマーとしては、多孔質イオン交換体の製法の観点から熱可塑性ポリマー又は溶媒可溶性ポリマーであることが好ましい。
【００２０】
このようなバインダーポリマーとしては、次のようなものが好ましく使用できる。まず熱可塑性ポリマーとしては低密度ポリエチレンや線状低密度ポリエチレン、超高分子量高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、１，２ーポリブタジエン、酢酸ビニル、エチレンー酢酸ビニル共重合体などが挙げられ、また溶媒可溶性ポリマーとしては天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、スチレンーブタジエンゴム、ニトリルゴム、塩化ビニルー脂肪酸ビニルエステル共重合体等が挙げられる。
【００２１】
バインダーポリマーを用いてイオン交換樹脂を結合した多孔質シートの厚さは容積を減少させた形で脱塩室に収容する際の厚みで脱塩室の厚みの５０〜１００％となる厚さが好ましい。この厚さが脱塩室厚みの５０％より薄いと通水及び通電した際にイオン交換膜に密着しないので好ましくない。その厚さが１００％より厚いと脱塩室に収容できないので好ましくない。容積を減少させた形での多孔質シートの厚さが脱塩室厚みの７０〜９０％である場合は特に好ましい。
【００２２】
バインダーポリマーを用いてイオン交換樹脂を結合して多孔質シート状とする方法としては次のような方法が好ましい。すなわち、▲１▼イオン交換樹脂粒子とバインダーポリマーを加熱混練した後、平板プレス等の熱成形によりシート状とする方法、▲２▼バインダーポリマー溶液をイオン交換樹脂粒子表面に塗布して溶媒を蒸発させ硬化する方法、▲３▼バインダーポリマー及び造孔剤とイオン交換樹脂粒子とを加熱混合成形後、造孔剤を抽出する方法、▲４▼造孔剤を分散したバインダーポリマー溶液をイオン交換樹脂粒子表面に塗布して硬化させた後、造孔剤を抽出する方法などである。このうち▲１▼のイオン交換樹脂粒子とバインダーポリマーを加熱混練した後、平板プレス等の熱成形によりシート状とする方法、および▲３▼のバインダーポリマー及び造孔剤とイオン交換樹脂粒子を加熱混合成形後、造孔剤を抽出する方法は、成形加工性や得られる多孔質イオン交換体の比抵抗などの観点から好ましい。
【００２３】
イオン交換体のイオン交換基は、陽イオン交換基としては強酸であるスルホン酸型が、陰イオン交換基としては強塩基である４級アンモニウム塩型又はピリジニウム塩型が、イオン交換性と化学的安定性の観点から好ましい。イオン交換体のイオン交換容量は、０．５〜７ミリ当量／ｇ乾燥樹脂が好ましい。イオン交換容量が０．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂より低いと、脱塩室でのイオンの吸着、脱塩が十分に行われず、処理水純度が低下する恐れがあるので好ましくない。イオン交換容量が１〜５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂である場合は、処理水純度の高いものが得られ、性能安定性にも優れており、特に好ましい。
【００２４】
本発明において脱イオン水を製造するための装置としては、例えば特開平３ー１８６４００号公報、特開平２ー２７７５２６号公報、特開平５ー６４７２６号公報、米国特許第４６３２７４５号明細書及び米国特許第５４２５８６６号明細書などに記載されている、次のような構成を有する電気透析槽を使用することが好ましい。電気透析槽には、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好ましくは室枠を介して交互に配列して、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脱塩室と、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好ましくは２〜５０組程度形成される。陽イオン交換膜と陰イオン交換膜との間に介在する中央に開口部を有する額縁状の室枠の厚みは、脱塩室及び濃縮室の厚みを規定する。脱塩室及び濃縮室の室枠の厚みは必ずしも同じである必要はない。イオン交換膜は均一系又は不均一系の何れのものも使用でき、機械的強度を大きくするため、織布又は不織布で補強したものも使用できる。濃縮室にはその厚みを所定厚に保持するためにネット状のスペーサ（離間材）が挿入配置されることが好ましい。脱塩室には被処理水を流し、濃縮室には濃縮された塩類を排出するための水を流しながら電流を流すことにより脱塩を行うことができる。各ユニットセルには、好ましくは４〜２０Ｖ程度の電圧が印加され、電流密度は好ましく０．００００１〜０．０５Ａ／ｃｍ² にて通電される。
【００２５】
図１は、その種電気透析槽の一態様例を模式的に示す図である。図１中Ａは陰イオン交換膜、Ｋは陽イオン交換膜であり、図示のとおり、これら両イオン交換膜Ａ及び陽イオン交換膜Ｋは電気透析槽１中に脱塩室枠Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃ ・・・Ｄｎ及び濃縮室枠Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃ ・・・Ｃｎを介して所定間隔を置いて配置され、これにより陽極室２、濃縮室Ｓ₁、Ｓ₂・・・Ｓｎ、脱塩室Ｒ₁、Ｒ₂・・・Ｒｎ及び陰極室３が構成される。そして脱塩室Ｒ₁、Ｒ₂・・・Ｒｎには陰陽のイオン交換樹脂が収容、充填される。濃縮室には、スペーサーＮ₁、Ｎ₂、Ｎ₃ ・・・Ｎｎが挿入配置される。
【００２６】
図１中符号４は陽極、５は陰極であり、操作中両極間に所定の電圧がかけられる。これにより導管６から脱塩室Ｒ₁、Ｒ₂・・・Ｒｎへ導入される被処理液中の陰イオン成分は陰イオン交換膜Ａを通して陽極側の濃縮室へ透過移行する一方、被処理液中の陽イオン成分は陽イオン交換膜Ｋを通して陰極側の濃縮室へ透過移行し、被処理液自体は脱イオン化され、導管７を通して排出される。また濃縮液は導入管８を通して各濃縮室Ｓ₁、Ｓ₂・・・Ｓｎへ導入され、ここで上記のように透過移行した陰陽両イオンが集められ濃縮液として導管９から排出される。
【００２７】
脱塩室内において陽イオン交換体に捕捉された被処理水中の陽イオンは、電場により駆動力を与えられ、捕捉した陽イオン交換体に接触している陽イオン交換体を経由して陽イオン交換膜に達し、さらに膜を通過して濃縮室に移動する。同様に、陰イオン交換体に捕捉された被処理水中の陰イオンは陰イオン交換体、陰イオン交換膜を経由して濃縮室に移動する。このことから陽イオン交換体及び陰イオン交換体がある範囲で集合して集合域を形成していると、同種イオン粒子同士の接触点が格段に多くなるためイオンの移動が容易になり、脱イオン性能が向上するのでさらに好ましい。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことはもちろんである。
【００２９】
《実施例１》
粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が４．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂のスルホン酸酸型（Ｈ型）陽イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＫー１Ｂ）、および粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が３．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂の４級アンモニウム塩型（ＯＨ型）陰イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＡー１０Ａ）を温度５０℃で熱風乾燥して水分率を８重量％とした後、陽イオン交換樹脂／陰イオン交換樹脂＝４４／５６（乾燥状態での重量比）で混合して、イオン交換容量比が５０／５０の混合物とした。
【００３０】
この乾燥イオン交換樹脂混合物を脱塩室の厚みが１．２ｃｍ、濃縮室の厚みが０．２ｃｍの縦型の電気透析槽の脱塩室に容積充填率で６０％充填し、６０分間の通水及び２４時間の前通電処理後、１０μＳ／ｃｍの水中での比抵抗を測定したところ、電流密度０．００２５Ａ／ｃｍ² の時、１０５１Ω・ｃｍであった。かかる電気透析槽を用いて以下のように脱イオン水の製造を行った。電気透析槽は陽イオン交換膜（強酸性不均一膜、厚み５００μｍ、イオン交換容量４．５ミリ当量／グラム乾燥樹脂）及び陰イオン交換膜（強塩基性不均一膜、厚み５００μｍ、イオン交換容量３．５ミリ当量／グラム乾燥樹脂）を脱塩室枠（厚み１．２ｃｍのポリプロピレン製）濃縮室枠（厚み０．２ｃｍのポリプロピレン製）を介して配列し、締め付けたフィルタープレス型透析槽（濃縮室には、交点厚みが０．２ｃｍのポリプロピレン製ネットを挿入）からなる有効面積５０７ｃｍ² （横１３ｃｍ、縦３９ｃｍ）×５対のものを用いた。
【００３１】
原水として電導度５μＳ／ｃｍの水を用い、電流密度０．００４Ａ／ｃｍ² （電圧＝ユニットセル当り５Ｖ）で脱塩を行ったところ、電導度０．０６２μＳ／ｃｍの処理水が０．４ｍ³ ／ｈの生産量で安定して得られた。この場合、生産水１ｍ³／ｈあたりの膜使用有効面積は１．２７ｍ²であった。測定後脱塩室のイオン交換樹脂を取り出し、自由状態のイオン交換樹脂混合物の容積を測定したところ、脱塩室の容積の１２２％の容積であった。また、図２に示す測定装置を使用し、本実施例と同じ乾燥イオン交換体を、同じ容積充填率で図２に示す金属容器１０に入れ、通水して発生圧力を測定したところ、圧力は２．１ｋｇ／ｃｍ² であった。なお、図２中、１１は金属板、１２は水注入口、１３は水出口、１４はロードセル、１５は乾燥イオン交換体である。
【００３２】
《実施例２》
粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が４．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂のスルホン酸ナトリウム型（Ｎａ型）陽イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＫー１Ｂ）、および粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が３．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂の４級アンモニウム塩型（Ｃｌ型）陰イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＡー１０Ａ）を温度５０℃で熱風乾燥し水分率を８重量％とした後、陽イオン交換樹脂／陰イオン交換樹脂＝４４／５６（乾燥状態での重量比）で混合し、イオン交換容量比が５０／５０の混合物とした。
【００３３】
この混合物に線状低密度ポリエチレン（ダウケミカル社製、商品名：アフィニティＳＭー１３００）を３重量％混合し、温度１２０〜１３０℃で混練した。得られた混練物を平板プレスで温度１３０℃で熱成形し、厚さ０．６ｃｍの多孔質イオン交換体シート状物を得た。この多孔質シート状物の、連続した空隙の空隙率は２３容量％であった。この多孔質イオン交換シートを、脱塩室の厚みを０．８ｃｍとした以外は実施例１と同じ構成を有する電気透析槽の脱塩室に容積充填率で５４％収容し、６０分間の通水及び２４時間の前通電処理後、１０μＳ／ｃｍの水中での比抵抗を測定したところ、電流密度０．００２５Ａ／ｃｍ² の時、１１６４Ω・ｃｍであった。
【００３４】
比抵抗の測定後脱イオン水の製造を行った。電気透析槽として、脱塩室の厚みを除いて実施例１と同じ電気透析槽を用いた。原水として電導度５μＳ／ｃｍの水を用い、電流密度０．００４Ａ／ｃｍ² （電圧＝ユニットセル当り５Ｖ）で脱塩を行ったところ、電導度０．０６０μＳ／ｃｍの処理水が０．４５ｍ³ ／ｈの生産量で安定して得られた。この場合、生産水１ｍ³／ｈあたりの膜使用有効面積は１．１３ｍ² であった。運転後脱塩室のイオン交換シートを取り出し、自由状態の容積を測定したところ脱塩室の容積の１１１％の容積であった。また、本実施例と同じ乾燥イオン交換体シートを、同じ容積充填率で図２に示す測定装置の金属容器１０に入れ通水して発生圧力を測定したところ、圧力は１．２ｋｇ／ｃｍ² であった。
【００３５】
《実施例３》
粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が４．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂のスルホン酸ナトリウム型（Ｎａ型）陽イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＫー１Ｂ）、および粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が３．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂の４級アンモニウム塩型（Ｃｌ型）陰イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＡー１０Ａ）を温度５０℃で熱風乾燥し水分率を８重量％とした。各々のイオン交換樹脂に、線状低密度ポリエチレン（ダウケミカル社製、商品名：アフィニティＳＭー１３００）を３重量％混合し、温度１２０〜１３０℃で混練した。得られた各々の混練物を平板プレスで温度１３０℃で熱成形し、厚さ０．６ｃｍの多孔質陽イオン交換体シート状物と多孔質陰イオン交換体シート状物を得た。得られた多孔質陽イオン交換体シート状物の連続した空隙の空隙率は２４容量％であり、多孔質陰イオン交換体シート状物の空隙率は２３容量％であった。
【００３６】
これら両多孔質イオン交換体シート状物を用いて、図３（ａ）〜（ｂ）に示す形状の陽イオン交換体のドメイン（領域）と陰イオン交換体のドメイン（領域）の組み合わせを作製し、実施例２と同じ電気透析槽の厚さ０．８ｃｍの脱塩室に容積充填率６６％で充填した。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中ＹーＹ線断面図であり、図３中符号１６はアニオン交換体ドメインを示し、符号１７はカチオン交換体ドメインを示している。６０分間の通水及び２４時間の前通電処理後、１０μＳ／ｃｍの水中での比抵抗を測定したところ、電流密度０．００２５Ａ／ｃｍ² の時９１１Ω・ｃｍであった。
【００３７】
比抵抗の測定後脱イオン水の製造を行った。電気透析槽は実施例２で使用したものと同じ電気透析槽を用いた。原水として電導度５μＳ／ｃｍの水を用い、電流密度０．００４Ａ／ｃｍ² （電圧＝ユニットセル当り５Ｖ）で脱塩を行ったところ、電導度０．０５７μＳ／ｃｍの処理水が０．４７ｍ³ ／ｈの生産量で安定して得られた。この場合、生産水１ｍ³ ／ｈあたりの膜使用有効面積は１．０８ｍ² であった。測定後脱塩室のイオン交換樹脂を取り出し、容積を測定したところ脱塩室の容積の１３４％の容積であった。また本実施例と同じ乾燥イオン交換体を、同じ容積充填率で図２に示す測定装置の金属容器１０に入れ、通水して発生圧力を測定したところ、圧力は４．２ｋｇ／ｃｍ² であった。
【００３８】
《実施例４》
粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が４．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂のスルホン酸ナトリウム型（Ｎａ型）陽イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＫー１Ｂ）、および粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が３．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂の４級アンモニウム塩型（Ｃｌ型）陰イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＡー１０Ａ）を温度５０℃で熱風乾燥し水分率を８重量％とした。各々のイオン交換樹脂に１，２ーポリブタジエン（日本合成ゴム社製、ＲＢー８２０）を３重量％混合し、温度１２０〜１３０℃で混練した。得られた各々の混練物を平板プレスで温度１３０℃で熱成形し、厚さ０．６ｃｍの多孔質陽イオン交換体シート状物と多孔質陰イオン交換体シート状物を得た。得られた多孔質陽イオン交換体シート状物の連続した空隙の空隙率は２４容量％であり、多孔質陰イオン交換体シート状物の空隙率は２３容量％であった。
【００３９】
これらの両多孔質イオン交換体シート状物を使用して、図４（ａ）〜（ｂ）に示す形状の陽イオン交換体のドメイン（領域）と陰イオン交換体のドメイン（領域）の組み合わせを作製し、厚さ０．８ｃｍの脱塩室に容積充填率５５％で充填した。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中ＺーＺ線断面図であり、図４中、符号１６はアニオン交換体ドメインを示し、符号１７はカチオン交換体ドメインを示している。６０分間の通水及び２４時間の前通電処理後、１０μＳ／ｃｍの水中での比抵抗を測定したところ、電流密度０．００２５Ａ／ｃｍ² の時１２０６Ω・ｃｍであり、同じ混合比の未乾燥再生型イオン交換樹脂をセルに入れて測定した場合の１３６２Ω・ｃｍより低い値が得られた。
【００４０】
比抵抗の測定後脱イオン水の製造を行った。電気透析槽は実施例２で使用したものと同じものを用いた。原水として電導度５μＳ／ｃｍの水を用い、電流密度０．００４Ａ／ｃｍ² （電圧＝ユニットセル当り５Ｖ）で脱塩を行ったところ、電導度０．０５７μＳ／ｃｍの処理水が０．４６ｍ³ ／ｈの生産量で安定して得られた。この場合、生産水１ｍ³ ／ｈ当りの膜使用有効面積は１．１０ｍ² であった。測定後脱塩室のイオン交換樹脂を取り出し、容積を測定したところ脱塩室の容積の１１３％の容積であった。また本実施例と同じ乾燥イオン交換体を、同じ容積充填率で図２に示す測定装置の金属容器１０に入れ、通水して発生圧力を測定したところ、圧力は１．３ｋｇ／ｃｍ² であった。
【００４１】
《比較例》
粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が４．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂のスルホン酸酸型（Ｈ型）陽イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＫー１Ｂ）、および粒径が４００〜６００μｍ、イオン交換容量が３．５ミリ当量／ｇ乾燥樹脂の４級アンモニウム塩型（ＯＨ型）陰イオン交換樹脂（三菱化学社製、商品名：ダイヤイオンＳＡー１０Ａ）を塩酸及び水酸化ナトリウム水溶液で再生した後、陽イオン交換樹脂／陰イオン交換樹脂＝４０／６０（湿潤状態での容量比）で混合し、イオン交換容量比が５０／５０の混合物とした。
【００４２】
この湿潤状態にある再生イオン交換樹脂混合物を、脱塩室の幅が０．８ｃｍである以外は実施例１と同じ構成を有する電気透析槽の脱塩室に容積充填率で１００％充填し、６０分間の通水及び２４時間の前通電処理後、１０μＳ／ｃｍの水中での比抵抗を測定したところ、電流密度０．００２５Ａ／ｃｍ² の時１３６２Ω・ｃｍであった。比抵抗の測定後脱イオン水の製造を行った。電気透析槽は、脱塩室の厚みが異なる他は実施例１と同じものを用いた。原水として電導度５μＳ／ｃｍの水を用い、電流密度０．００５Ａ／ｃｍ² （電圧＝ユニットセル当り５Ｖ）で脱塩を行ったところ、電導度０．０７μＳ／ｃｍの処理水が０．０４ｍ³ ／ｈの生産量でしか得られなかった。処理水量を増大させると電導度が上昇するため処理水量を増大することはできなかった。この場合、生産水１ｍ³ ／ｈ当りの膜使用有効面積は１２．６８ｍ² と大きい値であった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の脱イオン水製造装置によれば、電気透析槽の脱塩室に収容するイオン交換体相互（同士）及びイオン交換膜との密着性を上げることにより電気抵抗を小さくすることができ、脱塩室の厚みも大きくできる。従って膜使用面積が少なく、生産水量が大きい装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自己再生型電気透析装置の一態様例を模式的に示す図。
【図２】本実施例において乾燥イオン交換体の通水による発生圧力を測定した装置の概略を示す図。
【図３】陰陽の両多孔質イオン交換体シート状物を島状に構成した多孔質イオン交換樹脂体の態様例を示す図（実施例３で使用）。
【図４】陰陽の両多孔質イオン交換体シート状物を多層状に構成した多孔質イオン交換樹脂体の態様例を示す図（実施例４で使用）。
【符号の説明】
Ａ陰イオン交換膜
Ｋ陽イオン交換膜
１容器（電気透析槽）
２陽極室
３陰極室
４陽極
５陰極
Ｓ₁、Ｓ₂・・・Ｓｎ濃縮室
Ｒ₁、Ｒ₂・・・Ｒｎ脱塩室
Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃ ・・・Ｄｎ脱塩室枠
Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃ ・・・Ｃｎ濃縮室枠
Ｎ₁、Ｎ₂、Ｎ₃ ・・・Ｎｎスペーサー
６被処理液導入管
７脱イオン水導管
８濃縮液導入管
９濃縮液導管
１０金属容器
１１金属板
１２水注入口
１３水出口
１４ロードセル
１５乾燥イオン交換体
１６アニオン交換体ドメイン
１７カチオン交換体ドメイン

Claims

陰極と陽極の間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配列させ脱塩室と濃縮室とを形成させた電気透析槽の脱塩室にイオン交換体を収容してなる脱イオン水製造装置において、脱塩室に収容されたイオン交換体と脱塩室を区画する陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜との間に０．１〜２０ｋｇ／ｃｍ²の圧力を発生させるようにせしめたことを特徴とする脱イオン水製造装置。
前記脱塩室の厚みが、０．７〜３０ｃｍである請求項１に記載の脱イオン水製造装置。
前記脱塩室に収容したイオン交換体と陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜との間に圧力を発生させる手段が、脱塩室にイオン交換体を収容し、脱塩室の容積を機械的に減少させることにより圧力を増大させる手段である請求項１乃至請求項２の何れか１項に記載の脱イオン水製造装置。
前記圧力を発生させる手段が、脱塩室の室枠とイオン交換膜の間に圧力により収縮するスペーサーを導入し、イオン交換体を充填した後に外部より圧力をかけて圧縮することにより、脱塩室容積を５〜６０容量％減少させる手段である請求項３に記載の脱イオン水製造装置。
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の脱イオン水製造装置において、濃縮室にネット状のスペーサーが挿入配置されてなることを特徴とする脱イオン水製造装置。