專利名稱：電去離子裝置及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)硼濃度低的生產(chǎn)水或陰離子濃度低的生產(chǎn)水的電去離子裝置及其操作方法。
背景技術(shù)：
在制造純水、超純水等的領(lǐng)域等使用電去離子裝置。板框式電去離子裝置，具有陽極、陰極和在該陽極、陰極之間交替形成濃縮室和脫鹽室(稀釋室)而交替地配置的平膜狀的陽離子交換膜及陰離子交換膜。在脫鹽室中填充著離子交換樹脂等的離子交換體。向該脫鹽室流通待脫鹽處理的水，水中的離子透過離子交換膜從脫鹽室運動至濃縮室中。
特開2002-205069號中記載為了生產(chǎn)二氧化硅濃度及硼濃度低的生產(chǎn)水，在將二氧化硅或硼濃度比原水低的水作為濃縮水從靠近脫鹽室的去離子水取出口的一側(cè)引入到該濃縮室內(nèi)的同時，該濃縮室之中，使之從靠近脫鹽室的原水入口的一側(cè)流出，將從該濃縮室流出的濃縮水的至少一部分排出到系統(tǒng)外。
在該公報中，作為濃縮水使用二氧化硅或硼濃度比原水低的水，而且，將這樣水質(zhì)良好的水沿從脫鹽室的去離子水(生產(chǎn)水)取出側(cè)向原水流入側(cè)的方向流通到濃縮室中，據(jù)此能夠得到將二氧化硅、硼濃度降低到極低濃度的高水質(zhì)的生產(chǎn)水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供充分抑制來自濃縮室的硼的濃度擴(kuò)散，據(jù)此能夠得到極低硼濃度的生產(chǎn)水的電去離子裝置的操作方法和電去離子裝置。另外，本發(fā)明的目的是，提供充分抑制來自濃縮室的碳酸根離子等的陰離子的濃度擴(kuò)散，據(jù)此能夠得到極低碳酸濃度的生產(chǎn)水的電去離子裝置的操作方法和電去離子裝置。
有關(guān)本發(fā)明的第1形態(tài)的電去離子裝置的操作方法，是在陽極和陰極之間利用離子交換膜劃分濃縮室和脫鹽室的電去離子裝置的操作方法，其特征是，在使?jié)饪s水在該濃縮室中流通的同時，將原水作為被處理水使之在脫鹽室中流通，作為生產(chǎn)水從該脫鹽室取出的操作方法中，使從該濃縮室流出的濃縮水的硼濃度為生產(chǎn)水的硼濃度的500倍以下，或為10ppb以下。
有關(guān)本發(fā)明的第2形態(tài)的電去離子裝置，是在陽極和陰極之間利用離子交換膜劃分濃縮室和脫鹽室，濃縮水在該濃縮室中流通，原水作為被處理水在脫鹽室中流通，作為生產(chǎn)水而取出的電去離子裝置，其特征是，具備使從該濃縮室流出的濃縮水的硼濃度為生產(chǎn)水的硼濃度的500倍以下，或為10ppb以下的裝置。
在第1形態(tài)及第2形態(tài)中，為了制造硼濃度顯著低的，例如0.1ppb以下的高純度的生產(chǎn)水，降低從濃縮室流出的濃縮水的硼濃度。
在沿著被處理水的流動方向設(shè)置多個脫鹽室及濃縮室的場合，優(yōu)選使從最下游側(cè)的濃縮室流出的濃縮水的硼濃度為從最下游側(cè)的脫鹽室流出的生產(chǎn)水的硼濃度的500倍以下或為10ppb以下。據(jù)此，即使在濃縮室的出口附近，從濃縮室到脫鹽室的硼濃度梯度也比較小，從濃縮室到脫鹽室的硼的擴(kuò)散被抑制，能夠降低生產(chǎn)水的硼濃度。
在第1形態(tài)及第2形態(tài)中，優(yōu)選將導(dǎo)入到電去離子裝置的原水進(jìn)行前處理，特別是對自來水等原水進(jìn)行MF膜等除濁、或活性炭等脫氯處理后，希望進(jìn)行RO處理。也可以進(jìn)一步進(jìn)行脫氣處理。
特別是在使生產(chǎn)水的硼濃度為0.005ppb以下時，進(jìn)一步希望進(jìn)行2步RO(反滲透)處理，降低電去離子裝置的給水負(fù)荷(例如3ppb以下)。
也可以向脫鹽室填充離子交換體。
當(dāng)將水質(zhì)良好的水，即低電導(dǎo)度、高電阻率的水流通至濃縮室中時，濃縮室的電阻變高，有不能確保電流值的可能性。因此，也可以在濃縮室中也填充離子交換樹脂等的離子交換體、活性炭或其他的電導(dǎo)體，來確保必要電流。
有關(guān)本發(fā)明的第3形態(tài)的電去離子裝置的操作方法，其特征是，是去離子裝置的操作方法，是使被處理水在該脫鹽室中流通，使?jié)饪s水在該濃縮室中流通的操作方法，在該操作方法中，使采用陰離子去除處理裝置處理的低陰離子濃度水作為該濃縮水從靠近脫鹽室出口的一側(cè)流入到該濃縮室的同時，在該濃縮室中流通以使之從靠近脫鹽室入口的一側(cè)流出。
有關(guān)本發(fā)明的第4形態(tài)的電去離子裝置，其特征是，是在陽極和陰極之間利用離子交換膜劃分濃縮室和脫鹽室，被處理水在該脫鹽室中流通，濃縮水在該濃縮室中流通的電去離子裝置，在該裝置中，設(shè)置濃縮水導(dǎo)入裝置及流出裝置，以便使該濃縮水從靠近脫鹽室出口的一側(cè)流入到該濃縮室的同時，從靠近脫鹽室入口的一側(cè)流出，并且，設(shè)置著從流入到該濃縮室中的濃縮水去除陰離子的裝置。
在第3形態(tài)及第4形態(tài)中，為了制造碳酸等的陰離子濃度顯著低的高純度的生產(chǎn)水，降低供給到濃縮室中的濃縮水的碳酸等的陰離子濃度。
據(jù)此，即使在濃縮室的出口附近從濃縮室到脫鹽室的陰離子濃度梯度比較小，從濃縮室到脫鹽室的碳酸的擴(kuò)散被抑制，能夠降低生產(chǎn)水的碳酸濃度。
在第3形態(tài)及第4形態(tài)中，通過使流入到濃縮室的濃縮水的總無機(jī)碳酸濃度為50ppb以下，能夠抑制從濃縮室到脫鹽室的碳酸根離子的濃度梯度導(dǎo)致的擴(kuò)散，生產(chǎn)出總無機(jī)碳酸濃度顯著低的生產(chǎn)水。
在第3形態(tài)及第4形態(tài)中，同樣地通過使流入到濃縮室的濃縮水的二氧化硅濃度為100ppb以下，且使硼濃度為10ppb以下，能夠抑制這些離子從濃縮室到脫鹽室的濃度梯度導(dǎo)致的擴(kuò)散，顯著降低生產(chǎn)水中的二氧化硅濃度及硼。
為了降低流入到濃縮水的濃縮水中的總無機(jī)碳酸濃度、二氧化硅濃度或硼濃度，也可以將從脫鹽室流出的生產(chǎn)水的一部分作為濃縮水使用。另外，也可以用離子交換裝置或電去離子裝置處理供給濃縮室的水。
為了降低流入到濃縮室的濃縮水中的總無機(jī)碳酸濃度，也可以使用脫氣膜裝置等脫氣裝置。
在第3形態(tài)及第4形態(tài)中，也可以將原水作陰離子去除處理后供給到脫鹽室中，據(jù)此，能夠進(jìn)一步降低生產(chǎn)水的陰離子濃度。作為該陰離子去除處理，優(yōu)選反滲透處理及脫氣處理，特別優(yōu)選多級反滲透處理，再脫氣處理。
附圖的簡單說明

圖1是有關(guān)實施方案的電去離子裝置的示意性截面圖。
圖2是圖1的電去離子裝置的水流通系統(tǒng)圖。
圖3是有關(guān)另一實施方案的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖。
圖4是有關(guān)又一實施方案的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖。
圖5是有關(guān)不同的實施方案的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖。
圖6是有關(guān)實施方案的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖。
圖7a是有關(guān)另一實施方案的電去離子裝置的概略立體圖，圖7b是其系統(tǒng)圖。
圖8是有關(guān)第3形態(tài)的實施方案的電去離子裝置的示意性截面圖。
圖9是圖8的電去離子裝置的水流通系統(tǒng)圖。
圖10是有關(guān)另一實施方案的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖。
圖11是有關(guān)又一實施方案的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖。
圖12是有關(guān)不同的實施方案的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖。
圖13是有關(guān)實施方案的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖。
圖14是有關(guān)實施方案的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖。
圖15是有關(guān)實施方案的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖。
圖16是有關(guān)實施方案的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖。
發(fā)明的
具體實施例方式
以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選方案。
圖1是表示第1及第2形態(tài)的一例的電去離子裝置10’的示意性截面圖。該電去離子裝置是在電極(陽極11、陰極12)之間交替地排列多個陰離子交換膜(A膜)13及陽離子交換膜(C膜)14，交替地形成了濃縮室15和脫鹽室16的裝置，在脫鹽室16中混合或多層狀地填充著包括離子交換樹脂、離子交換纖維或接枝交換體等的陰離子交換體及陽離子交換體。
在濃縮室15、和陽極室17及陰極室18中填充著離子交換體、活性炭或金屬等的電導(dǎo)電體。
原水被導(dǎo)入到脫鹽室16中，從脫鹽室16取出生產(chǎn)水。該生產(chǎn)水的一部分在與脫鹽室16的水流通方向相反的方向以逆流單程(singlepass)方式流通到濃縮室15中，濃縮室15的流出水被排出到系統(tǒng)外。即，在該電去離子裝置中，交替地設(shè)置濃縮室15和脫鹽室16，在脫鹽室16的生產(chǎn)水取出側(cè)設(shè)置著濃縮室15的流入口，在脫鹽室16的原水流入側(cè)設(shè)置著濃縮室15的流出口。生產(chǎn)水的一部分被送給到陽極室17的入口側(cè)，并且，陽極室17的流出水被送給到陰極室18的入口側(cè)，陰極室18的流出水作為廢水被排出到系統(tǒng)外。
這樣，通過以與脫鹽室16逆流單程方式向濃縮室15流通生產(chǎn)水，濃縮室15內(nèi)的濃縮水的濃度越接近生產(chǎn)水取出側(cè)越低，濃度擴(kuò)散導(dǎo)致的對脫鹽室16的影響變小，能夠飛躍地提高硼等的離子的去除率。
在該實施方案中，由于通過向濃縮室通生產(chǎn)水，電去離子裝置的電阻變高，因此在濃縮室中填充著離子交換體等的導(dǎo)電體。據(jù)此，不需要向濃縮水添加食鹽等電解質(zhì)來降低電阻。
在圖1的電去離子裝置10’中，也向電極室17、18供給生產(chǎn)水，電極室17、18也與濃縮室15同樣，為了確保電流，優(yōu)選填充離子交換體、活性炭、或者作為電導(dǎo)電體的金屬等。據(jù)此，即使通超純水等高水質(zhì)的水，也能夠確保必要電流。
由于引起在電極室、特別是在陽極室中的氯或臭氧等氧化劑的發(fā)生，因此作為填充物，比起長期地使用離子交換樹脂等，優(yōu)選使用活性炭。如圖1那樣向電極室供給生產(chǎn)水的情況，由于在電極室供給水中幾乎沒有Cl-，因此能夠防止氯的發(fā)生，因此為了填充物或電極的長期穩(wěn)定化，是所希望的。
圖2是簡化顯示向該圖1的電去離子裝置10’的脫鹽室及濃縮室流通水的水流通系統(tǒng)的圖。按照圖示，原水被通至脫鹽室16中，成為生產(chǎn)水。生產(chǎn)水的一部分被流通到濃縮室15中，作為濃縮廢水被排出。濃縮室內(nèi)的水的流動方向是脫鹽室16內(nèi)的相反(逆流)方向。
通過使該濃縮廢水的硼濃度為生產(chǎn)水的硼濃度的500倍以下、或者為10ppb以下，生產(chǎn)水的硼濃度例如顯著變低到0.1ppb以下左右，而且能夠生產(chǎn)硼濃度0.05ppb以下的極低濃度生產(chǎn)水。
圖7a是表示有關(guān)第2形態(tài)的另一例子的電去離子裝置10”的另一實施方案的概略立體圖，圖7b是該裝置的水流通系統(tǒng)圖。
如圖示那樣，該電去離子裝置10”，在陽極11和陰極12之間交替地排列陽離子交換膜和陰離子交換膜，交替地形成了濃縮室15和脫鹽室16，這點上為與圖1的電去離子裝置10’同樣的構(gòu)成，但濃縮室15被間壁15S劃分成2個或以上(在圖7a、7b中為2個)的濃縮水流通部15a、15b，各濃縮水流通部15a、15b的濃縮水的水流通方向，為與脫鹽室16內(nèi)的水流通方向交叉的方向，這點與圖1的電去離子裝置10’不同。
即，在圖7a、7b中，脫鹽室16，圖7a中的上側(cè)是入口側(cè)，下側(cè)是出口側(cè)，在脫鹽室16內(nèi)水從上向下流動。
另一方面，在濃縮室15內(nèi)設(shè)置沿與該脫鹽室16內(nèi)的水流通方向交叉的方向(在圖7a中為正交方向。再者，該正交方向未必嚴(yán)格意義上的，包括80-100度左右的范圍)延伸存在的間壁15S，濃縮室15內(nèi)在圖中被上下劃分成2段，向各濃縮水流通部15a、15b的每一個中從圖的前側(cè)向后側(cè)進(jìn)行流通。
如圖7b所示，從脫鹽室16取出的生產(chǎn)水的一部分被導(dǎo)入到通過泵循環(huán)的濃縮水流通部15b的循環(huán)系統(tǒng)中，在生產(chǎn)水取出側(cè)的濃縮水流通部15b中循環(huán)。該循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)濃縮水的一部分被導(dǎo)入到通過泵循環(huán)的濃縮水流通部15a的循環(huán)系統(tǒng)中，在原水流入側(cè)的濃縮水流通部15a中循環(huán)，其一部分被排出到系統(tǒng)外。
即使是該電去離子裝置10”，生產(chǎn)水在生產(chǎn)水取出側(cè)的濃縮水流通部15b中循環(huán)后，流入到原水流入側(cè)的濃縮水流通部15a中循環(huán)，然后通過排出到系統(tǒng)外，結(jié)果濃縮水從生產(chǎn)水的取出側(cè)向原水流入側(cè)流通，然后一部分排出到系統(tǒng)外，也獲得與圖1所示的與脫鹽室成逆流單程方式流通水的場合同樣的效果。
用間壁隔開濃縮室而形成的濃縮水流通部也可以是3個或以上?？紤]增加間壁數(shù)導(dǎo)致的構(gòu)件數(shù)的增加、裝置構(gòu)成的復(fù)雜化等的場合，優(yōu)選將濃縮室內(nèi)劃分成2或3個的濃縮水流通部。
在圖7a、7b的電去離子裝置10”中，通過使從濃縮水流通部15b排出的濃縮廢水的硼濃度為生產(chǎn)水的硼濃度的500倍以下、或者為10ppb以下，生產(chǎn)水的硼濃度例如顯著變低到0.1ppb以下左右，而且，能夠生產(chǎn)硼濃度0.05ppb以下的極低濃度生產(chǎn)水。
通過多級地設(shè)置電去離子裝置，將原水多級地去離子處理，由此如上述，能夠切實地生產(chǎn)硼濃度顯著低的生產(chǎn)水，而且，也能夠生產(chǎn)0.005ppb以下的超極低濃度的生產(chǎn)水。
圖3-6是這樣地多級地設(shè)置了電去離子裝置的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖，均串聯(lián)連接著第1電去離子裝置1和第2電去離子裝置2。裝置1、2也可以是上述裝置10’、10”的任一種。
在圖3的電去離子系統(tǒng)中，硼濃度3ppb的原水被流通到第1電去離子裝置的脫鹽室16A中，變成硼濃度0.1ppb的1次生產(chǎn)水。該1次生產(chǎn)水被分流到第2電去離子裝置的脫鹽室16B及濃縮室15B中。濃縮室15A、15B的濃縮水的流通方向是與脫鹽室16A、16B并流的方向。從該脫鹽室16B取出硼濃度0.01ppb的2次生產(chǎn)水(生產(chǎn)水)。從第2電去離子裝置2的濃縮室15B流出的濃縮水是硼濃度低達(dá)1ppb的濃縮水，其一部分被循環(huán)到該濃縮室15B的入口側(cè)，剩余部分例如返回到原水中。
來自第1電去離子裝置1的濃縮室15A的濃縮廢水，是硼濃度高達(dá)30ppb的濃縮廢水，一部分返回到該濃縮室15A的入口側(cè)，剩余部分作為濃縮廢水被排出。
在圖4的電去離子系統(tǒng)中，將來自第1電去離子裝置1的脫鹽室16A的硼濃度為0.1ppb的1次生產(chǎn)水的全部量流通到第2電去離子裝置2的脫鹽室16B中，制成硼濃度0.005ppb以下的2次生產(chǎn)水。將該2次生產(chǎn)水的一部分以逆流方式流通到濃縮室15B中。從濃縮室15B流出的硼濃度1ppb的2次濃縮水例如返回到原水中。
原水以并流方式向第1電去離子裝置1的濃縮室15A流通，變成硼濃度30ppb的1次濃縮水，被排出。
在圖5的電去離子系統(tǒng)中，原水的全部量按沿裝置1的脫鹽室16A、16B的順序流動，變成硼濃度0.005ppb以下的2次生產(chǎn)水。再者，從脫鹽室16A流出的1次生產(chǎn)水的硼濃度是0.05ppb。從脫鹽室16B流出的2次生產(chǎn)水的一部分以濃縮室15B、15A的順序分別以逆流方式流通，形成硼濃度15ppb的濃縮廢水而被排出。從濃縮室15B流出的1次濃縮水的硼濃度是0.25ppb。
在圖6的電去離子系統(tǒng)中，原水的全部量被供給到脫鹽室16A中，變成硼濃度0.02ppb的1次生產(chǎn)水。1次生產(chǎn)水的一部分以逆流方式流通到濃縮室15A中，形成硼濃度30ppb的濃縮廢水而被排出。1次生產(chǎn)水的剩余部分被流通到脫鹽室16B中，變成硼濃度是0.005ppb以下的2次生產(chǎn)水。該2次生產(chǎn)水的一部分以逆流方式被流通到濃縮室15B中，形成硼濃度0.2ppb的2次濃縮水而流出。該2次濃縮水例如被返回到原水中。
如圖3-6那樣多級地設(shè)置電去離子裝置的場合，當(dāng)?shù)?電去離子裝置1的脫鹽室的厚度是7mm以上、特別是8-30mm，第2電去離子裝置2的脫鹽室的厚度小于7mm、特別是2-5mm時，用第1電去離子裝置1去除二氧化硅、硼等的弱電解物質(zhì)及硬度成分，用第2電去離子裝置2進(jìn)一步去除二氧化硅及硼。由于第2電去離子裝置2去除從前級的電去離子裝置1漏掉的堿成分，因此得到高水質(zhì)的處理水。
通過使第1電去離子裝置1的脫鹽室的厚度為7mm以上，該裝置1的脫鹽室16A內(nèi)的pH上升，二氧化硅或硼等的弱電解質(zhì)及硬度成分被高效率地去除。
在上述實施方案中，通過向濃縮室供給生產(chǎn)水，使位于脫鹽室出口側(cè)的濃縮室內(nèi)的硼濃度降低，但也可以代替使用生產(chǎn)水，或者與其并用，使?jié)饪s室供給水為進(jìn)行了去硼處理的水。
硼去除方法可以是使用離子交換樹脂或硼吸附樹脂的方法、或使用反滲透膜的方法等任一種。
按照上述，根據(jù)第1、第2形態(tài)的電去離子裝置及其操作方法，能夠切實生產(chǎn)硼濃度顯著低的生產(chǎn)水。
圖8是表示本發(fā)明的第3形態(tài)的實施方案的電去離子裝置10的示意性截面圖。該電去離子裝置10，是在電極(陽極11、陰極12)之間交替地排列多個陰離子交換膜(A膜)13及陽離子交換膜(C膜)14，交替地形成了濃縮室15和脫鹽室16的裝置，在脫鹽室16中混合或多層狀地填充著包括離子交換樹脂、離子交換纖維或接枝交換體等的陰離子交換體及陽離子交換體。
在濃縮室15和陽極室17及陰極室18中也可以填充離子交換體、活性炭或金屬等的電導(dǎo)電體。
被處理水被導(dǎo)入到脫鹽室16中，從脫鹽室16取出生產(chǎn)水。被處理水的一部分被送至陰離子去除裝置9中，進(jìn)行陰離子去除處理。用該陰離子去除裝置9去除了陰離子的水，在與脫鹽室16的水流通方向相反的方向以逆流單程流通到濃縮室15中，濃縮室15的流出水被排出到系統(tǒng)外。在該電去離子裝置中，交替地設(shè)置濃縮室15和脫鹽室16，在脫鹽室16的生產(chǎn)水取出側(cè)設(shè)置著濃縮室15的流入口，在脫鹽室16的原水流入側(cè)設(shè)置著濃縮室15的流出口。據(jù)此，濃縮水對于濃縮室15從脫鹽室出口側(cè)(圖8的下側(cè))流入，從脫鹽室入口側(cè)(圖8的上側(cè))流出。
從陰離子去除裝置9流出的水的一部分被送給到陽極室17的入口側(cè)，并且，陽極室17的流出水被送給到陰極室18的入口側(cè)，陰極室18的流出水作為廢水被排出到系統(tǒng)外。陽極室17的入口水也可以是不經(jīng)過陰離子去除裝置的被處理水。
這樣，通過以與脫鹽室16逆流單程方式向濃縮室15流通陰離子去除處理水，濃縮室15內(nèi)的濃縮水的濃度越近生產(chǎn)水取出側(cè)越變低，濃度擴(kuò)散導(dǎo)致的對脫鹽室16的影響變小，不僅強(qiáng)陰離子，碳酸、二氧化硅、硼等的弱陰離子的去除率也能夠飛躍地提高。采用該電去離子裝置，能夠生產(chǎn)電阻率為18MΩ·cm以上的生產(chǎn)水。
在流通到濃縮室的陰離子去除處理水的導(dǎo)電率變低、電去離子裝置的電阻變高時，向濃縮室填充離子交換體等的導(dǎo)電體。據(jù)此，不需要向濃縮水添加食鹽等電解質(zhì)來降低電阻。為了確保電流，優(yōu)選在電極室17、18中也填充離子交換體、活性炭、或者作為電導(dǎo)電體的金屬等。據(jù)此，即使通超純水等高水質(zhì)的水，也能夠確保必要電流。
由于引起在電極室、特別是在陽極室中的氯或臭氧等氧化劑的發(fā)生，因此作為填充物，比起長期地使用離子交換樹脂等，優(yōu)選使用活性炭。如圖8那樣向電極室供給生產(chǎn)水的情況，由于在電極室供給水中幾乎沒有Cl-，因此能夠防止氯的發(fā)生，因此為了填充物或電極的長期穩(wěn)定化，是所希望的。
圖9是簡化顯示向該圖8的電去離子裝置的脫鹽室及濃縮室流通水的水流通系統(tǒng)的圖。按照圖示，被處理水被通至脫鹽室16中，成為生產(chǎn)水。被處理水的一部分進(jìn)行陰離子去除處理后，被流通到濃縮室15中，作為濃縮廢水被排出。濃縮室內(nèi)的水的流動方向是脫鹽室16內(nèi)的相反(逆流)方向。
通過采用該陰離子去除裝置9使總無機(jī)碳酸濃度為50ppb以下、優(yōu)選30ppb以下，生產(chǎn)水中的總無機(jī)碳酸濃度顯著變低。另外，通過采用陰離子去除裝置9使二氧化硅濃度為100ppb以下、優(yōu)選80ppb以下，使硼濃度為10ppb以下、優(yōu)選8ppb以下，能夠顯著降低生產(chǎn)水中的二氧化硅濃度及硼濃度。
作為上述陰離子去除裝置9，除了脫氣膜裝置、脫碳酸塔、真空脫氣塔等的脫氣裝置外，還例舉出反滲透膜分離裝置、電透析裝置、含有陰離子交換體的離子交換樹脂塔等的離子交換裝置或者電去離子裝置。
為了去除碳酸，希望包括脫氣膜、脫碳酸塔、真空脫氣塔等的脫氣裝置。特別是真空抽吸方式(例如20Torr以下)、或者采用氮等的吹掃方式、或者進(jìn)行兩者的脫氣膜處理裝置，碳酸去除效率優(yōu)異。
圖10是表示作為陰離子去除裝置9采用了電去離子裝置8的場合的一例的系統(tǒng)圖。該電去離子裝置8是在陽極和陰極之間通過陰離子膜8a和陽離子膜8c形成了脫鹽室8D和濃縮室8A、8B的裝置。被處理水采用并流流通于各室8A、8B、8D中，來自脫鹽室8D的脫鹽水和來自濃縮室8B的濃縮水被供給到電去離子裝置10的濃縮水15的脫鹽室出口側(cè)，從脫鹽室入口側(cè)流出。在該電去離子裝置8中，有脫鹽室8D的陰離子膜8a側(cè)的濃縮室8A和陽離子膜8c側(cè)的濃縮室8B，只有被濃縮室8A濃縮的陰離子成分排出，陽離子被濃縮室8B濃縮與來自脫鹽室8D的脫鹽水一起被供給到電去離子裝置10的濃縮室15中。該電去離子裝置8是這樣地只去除、降低陰離子成分的裝置。
在本發(fā)明中，作為供給到脫鹽室的被處理水也可以使用進(jìn)行了陰離子去除處理的水，通過這樣做，脫鹽室的陰離子負(fù)荷被減輕，因此能夠得到弱陰離子濃度進(jìn)一步達(dá)到低水平的生產(chǎn)水。作為該陰離子去除處理，優(yōu)選脫氣處理、反滲透處理等。也優(yōu)選采用活性炭吸附去除有機(jī)成分，或?qū)⒙冗M(jìn)行離子化。
從向脫鹽室的給水通過陰離子去除處理去除碳酸根離子的場合，作為陰離子去除裝置，特別優(yōu)選使用脫氣裝置(特別是膜脫氣裝置)。另外，希望使脫氣處理水的一部分再循環(huán)到脫氣裝置入口，來提高碳酸去除效率。
在用于去除碳酸的脫氣處理中，希望將流入水調(diào)整成酸性、優(yōu)選pH4-6、進(jìn)一步優(yōu)選pH4-5，來提高碳酸去除效率。
用真空泵抽吸脫氣膜的氣體側(cè)的場合，在提高碳酸去除效率的點上希望使真空度為50Torr以下、進(jìn)一步優(yōu)選為20Torr以下。
將原水進(jìn)行反滲透處理(以下有時叫做RO處理)的場合，希望通過多級、例如2級地進(jìn)行處理，來充分降低碳酸、二氧化硅、硼等的弱陰離子成分。
該場合下，通過使第1級和/或第2級的RO入口水為堿性(pH8-10)，來提高弱陰離子成分的去除效率。
作為用于形成該堿性的堿生成裝置，也可以使用特開2001-113281號示出的脫鹽室厚度為7mm以上(優(yōu)選15mm)、填充了陰離子/陽離子的混合離子交換體的電去離子裝置。這樣，在生成堿的同時，也降低弱陰離子成分。這樣的電去離子裝置，希望配置在第1級和第2級的RO裝置之間。
為了得到超高純度的超純水、例如電阻率18.2MΩ·cm以上、二氧化硅濃度0.05ppb以下、硼0.005ppb以下的處理水，作為前處理，特別優(yōu)選包含上述2級RO處理和脫氣處理。
圖4-7表示出將上述的前處理裝置配置在電去離子裝置10的前級的構(gòu)成例。
在圖11中，將原水采用作為前處理裝置的脫氣膜裝置101脫氣，制成電去離子裝置10的被處理水。再者，脫氣膜裝置101的脫氣處理水的一部分被返送到該裝置101的上游側(cè)，被重復(fù)處理。
在圖12中，將原水流通到作為前處理裝置的活性炭吸附塔102和2級的RO裝置103、103中制成被處理水。
在圖13中，采用活性炭吸附塔102、第1RO裝置103、電去離子裝置104、第2RO裝置103處理原水，制成電去離子裝置10的被處理水。再者，作為電去離子裝置104，例如能夠使用特開2001-113281號的電去離子裝置，但并不限定于此。
在圖14中，采用活性炭吸附塔102、2級的RO裝置103、103、脫氣膜裝置101處理原水，制成電去離子裝置10的被處理水。
在本發(fā)明中，從供給到濃縮室的濃縮水去除陰離子的裝置，也可以是電去離子裝置10本身。即，如圖15那樣，也可以使被處理水的全部量在電去離子裝置10的脫鹽室16中流通，使該生產(chǎn)水的一部分從脫鹽室出口側(cè)朝向脫鹽室入口側(cè)流通到濃縮室15中。
在本發(fā)明中，也可以多級地設(shè)置電去離子裝置10，將原水多級地去離子處理。
圖16是多級地設(shè)置了與裝置10相同結(jié)構(gòu)的電去離子裝置10A、10B的電去離子系統(tǒng)的水流通系統(tǒng)圖，串聯(lián)地連接著第1電去離子裝置10A和第2電去離子裝置10B。
在圖16的電去離子系統(tǒng)中，被處理水被流通到第1電去離子裝置10A的脫鹽室16A中，變成1次生產(chǎn)水。該1次生產(chǎn)水流通到第2電去離子裝置10B的脫鹽室16B中。濃縮室15A、15B的濃縮水的流通方向是與脫鹽室16A、16B逆流的方向。來自該脫鹽室16B的2次生產(chǎn)水(生產(chǎn)水)被取出，其一部分被供給到濃縮室15B中。從第2電去離子裝置2的濃縮室15B流出的濃縮水是陰離子濃度低的濃縮水，被供給到該濃縮室15A中。
來自第1電去離子裝置1的濃縮室15A的流出水，作為濃縮廢水被排出。
在本發(fā)明的第3、第4形態(tài)中，優(yōu)選脫鹽室的厚度為2-7mm，流速為LV＝60-120m/h、SV＝100-200/h。優(yōu)選濃縮室的厚度為2-7mm，流速為LV＝10-30m/h、SV＝25-50/h。優(yōu)選脫鹽室、濃縮室都填充離子交換體，特別是以陰離子陽離子的混合形式填充，以電流密度300-700mA/dm2使之操作。供給給濃縮室的水，希望不用循環(huán)泵等再循環(huán)到濃縮室入口，而為單程方式。
如圖16那樣，在串聯(lián)地向多個脫鹽室流通的場合，特別優(yōu)選最終級的脫鹽室的厚度為2-7mm，流速為LV＝60-120m/h、SV＝100-200/h。
按照上述，根據(jù)本發(fā)明的電去離子裝置及其操作方法，能夠切實地生產(chǎn)陰離子濃度，特別是總無機(jī)碳酸濃度顯著低的生產(chǎn)水。
權(quán)利要求
1.一種電去離子裝置的操作方法，它是在陽極和陰極之間利用離子交換膜劃分濃縮室和脫鹽室的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，在使?jié)饪s水在該濃縮室中流通的同時，將原水作為被處理水使之在脫鹽室中流通，作為生產(chǎn)水從該脫鹽室取出的操作方法中，使從該濃縮室流出的濃縮水的硼濃度為生產(chǎn)水的硼濃度的500倍以下，或為10ppb以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，沿著被處理水的流動方向設(shè)置多個上述濃縮室及脫鹽室，使從被處理水的流動方向的最下游側(cè)的濃縮室流出的濃縮水的硼濃度為從最下游側(cè)的脫鹽室流出的生產(chǎn)水的硼濃度的500倍以下或為10ppb以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，將生產(chǎn)水的一部分供給到濃縮室中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，使供給到濃縮室中的濃縮水從靠近脫鹽室出口的一側(cè)供給，從靠近脫鹽室入口的一側(cè)流出。
5.一種電去離子裝置，其是在陽極和陰極之間利用離子交換膜劃分濃縮室和脫鹽室，濃縮水在該濃縮室中流通，原水作為被處理水在脫鹽室中流通，作為生產(chǎn)水而取出的電去離子裝置，其特征在于，具備使從該濃縮室流出的濃縮水的硼濃度為生產(chǎn)水的硼濃度的500倍以下，或為10ppb以下的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電去離子裝置，其特征在于，串聯(lián)地設(shè)置多個脫鹽室，使來自相對于最終的脫鹽室通過離子交換膜而隔開的濃縮室的濃縮水的硼濃度為最終的脫鹽室生產(chǎn)水的硼濃度的500倍以下、或為10ppb以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電去離子裝置，其特征在于，供給到濃縮室中的濃縮水從靠近脫鹽室出口的一側(cè)供給，從靠近脫鹽室入口的一側(cè)流出。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電去離子裝置，其特征在于，具備將生產(chǎn)水的一部分作為濃縮水使之在濃縮室中流通的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電去離子裝置，其特征在于，具備從供給到濃縮室中的水去除硼的裝置。
10.一種電去離子裝置的操作方法，其是在陽極和陰極之間利用離子交換膜劃分濃縮室和脫鹽室的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，是使被處理水在該脫鹽室中流通，使?jié)饪s水在該濃縮室中流通的操作方法，其中，使采用陰離子去除處理裝置處理的低陰離子濃度水作為該濃縮水從靠近脫鹽室出口的一側(cè)流入到該濃縮室的同時，使之在該濃縮室中流通以使之從靠近脫鹽室入口的一側(cè)流出。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，上述采用陰離子去除處理裝置處理的低陰離子濃度水的總無機(jī)碳酸濃度為50ppb以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，上述采用陰離子去除處理法處理的低陰離子濃度水的二氧化硅濃度為100ppb以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，上述采用陰離子去除處理法處理的低陰離子濃度水的硼濃度為10ppb以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，將從上述脫鹽室流出的生產(chǎn)水的一部分供給到濃縮室中。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，上述陰離子去除處理裝置具有脫氣裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，上述陰離子去除處理裝置具有離子交換裝置或者電去離子裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，將原水進(jìn)行陰離子去除處理，將該處理水作為被處理水供給到上述脫鹽室中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電去離子裝置的操作方法，其特征在于，通過反滲透處理及脫氣處理將該原水進(jìn)行陰離子去除處理。
19.一種電去離子裝置，其是在陽極和陰極之間利用離子交換膜劃分濃縮室和脫鹽室，被處理水在該脫鹽室中流通，濃縮水在該濃縮室中流通的電去離子裝置，其特征在于，設(shè)置濃縮水導(dǎo)入裝置及流出裝置，以便使該濃縮水從靠近脫鹽室出口的一側(cè)流入到該濃縮室中的同時，從靠近脫鹽室入口的一側(cè)流出，并且，設(shè)置著從流入到該濃縮室中的濃縮水去除陰離子的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電去離子裝置，其特征在于，去除該陰離子的裝置是使陰離子去除處理后的總無機(jī)碳酸濃度為50ppb以下的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電去離子裝置，其特征在于，具備從供給到該脫鹽室中的水去除陰離子的裝置。
全文摘要
提供一種抑制來自濃縮室的硼的濃度擴(kuò)散、據(jù)此能夠得到極低硼濃度的生產(chǎn)水的電去離子裝置及其操作方法。原水被導(dǎo)入到脫鹽室(16)中，從脫鹽室(16)取出生產(chǎn)水。該生產(chǎn)水的一部分沿與脫鹽室(16)的水流通方向相反的方向以逆流單程方式流通到濃縮室(15)中，濃縮室(15)的流出水排出到系統(tǒng)外。在脫鹽室(16)的生產(chǎn)水取出側(cè)設(shè)置著濃縮室(15)的流入口，在脫鹽室(16)的原水流入側(cè)設(shè)置著濃縮室(15)的流出口。從濃縮室流出的濃縮水的硼濃度是生產(chǎn)水的硼濃度的500倍以下或為10ppb以下。
文檔編號B01D61/42GK1774403SQ20048001005
公開日2006年5月17日 申請日期2004年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月14日
發(fā)明者佐藤伸 申請人:栗田工業(yè)株式會社