專利名稱：電脫鹽裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及所謂電脫鹽裝置(electrical deionizationapparatus)的改良，提供一種現(xiàn)有的電脫鹽裝置性能得到很大提高的電脫鹽裝置。
背景技術(shù)：
所謂電脫鹽裝置，是在陰極和陽極的電極之間通過配置陽離子交換膜及陰離子交換膜，形成濃縮室及脫鹽室，以電位梯度作為驅(qū)動源，在脫鹽室內(nèi)被處理水中的離子通過離子交換膜向濃縮室移動、分離，由此除去離子成分。
圖1示出了現(xiàn)有的典型的電脫鹽裝置示意圖。示于圖1的電脫鹽裝置，在陰極(-)和陽極(+)之間交替配置陰離子交換膜A、陽離子交換膜C，形成脫鹽室及濃縮室。陰離子交換膜及陽離子交換膜反復(fù)多次交替配置，借此交替形成多個脫鹽室及濃縮室。根據(jù)需要，在脫鹽室及濃縮室填充離子交換體，借此促進(jìn)各室內(nèi)的離子移動。另外，把與兩端的陽極及陰極接觸的區(qū)域一般稱作陽極室及陰極室，發(fā)揮接收通過直流電施加的電流電子的功能。
在這種電脫鹽裝置運行時，在向陽極及陰極施加電壓的同時，向脫鹽室、濃縮室及電極室(electrode compartments)通水。向脫鹽室供給離子處理對象的被處理水，向濃縮室及電極室分別通入適當(dāng)水質(zhì)的水。在圖1中示出向所有的脫鹽室、濃縮室及電極室供給RO處理水的例子。當(dāng)向這種脫鹽室及濃縮室通水時，在脫鹽室中，被處理水中的陽離子及陰離子分別導(dǎo)向陰極側(cè)及陽極側(cè)，陰離子交換膜及陽離子交換膜僅分別選擇通過陰離子及陽離子，故被處理水中的陽離子(Ca2+、Na+、Mg2+、H+等)，通過陽離子交換膜C，移至陰極側(cè)的濃縮室，而陰離子(Cl-、SO42-、HSiO3-、HCO3-、OH-等)，通過陰離子交換膜A，移至陽極側(cè)的濃縮室。另一方面，從陰極側(cè)的濃縮室向脫鹽室的陰離子移動及從陽極側(cè)的濃縮室向脫鹽室的陽離子移動，由于離子交換膜的不同符號離子遮斷性而被阻止。結(jié)果是從脫鹽室得到離子濃度被降低的脫鹽水，從濃縮室得到離子濃度被提高的濃縮水。
如采用這種電脫鹽裝置，例如采用RO(反滲透膜)處理過的雜質(zhì)相當(dāng)少的水作為被處理水，則可以得到純度更高的純水作為脫鹽水。最近，例如半導(dǎo)體制造用超純水等，要求更高純度的超純水。最近，在電脫鹽裝置中，已知有在脫鹽室及/或濃縮室及/或電極室中，將作為離子交換體的陽離子交換樹脂珠粒(resin beads)和陰離子交換樹脂珠?；旌?、填充，促進(jìn)這些室內(nèi)的離子移動的方法。另外，作為離子交換體，在脫鹽室內(nèi)，對著陽離子交換膜側(cè)配置陽離子交換纖維材料(無紡布等)，對著陰離子交換膜側(cè)配置陰離子交換纖維材料，在這些離子交換纖維材料之間填充間隔板(spacer)或賦予離子傳導(dǎo)性的離子傳導(dǎo)間隔板的方法也被提出(例如，參照特開平5-64726號公報及國際公開W099/48820號公報)。
如上所述，當(dāng)向填充了離子交換體的脫鹽室通入被處理水時，被處理水中的除去對象鹽和離子交換體的離子交換基發(fā)生離子交換反應(yīng)而除去鹽。例如，當(dāng)作為除去對象鹽為NaCl，而作為陽離子交換基用磺酸基，作為陰離子交換基用季銨鹽時，可按下法進(jìn)行說明。
當(dāng)溶解了除去對象鹽(NaCl)的被處理水與陽離子交換體接觸時，被處理水中的陽離子(Na+)通過陽離子交換基進(jìn)行離子交換，被吸附到固相(陽離子交換體)上而被除去(式1)
與陽離子交換體接觸，除去某種程度陽離子的被處理水，接著與陰離子交換體接觸。此時，通過陽離子交換基的離子交換反應(yīng)(式1)生成的酸(HCl)，按式2所示被完全中和(2)另一方面，不與陽離子交換體反應(yīng)的被處理水中的除去對象鹽，與陰離子交換體接觸，如式3所示，通過陰離子交換基與陰離子(Cl-)進(jìn)行離子交換，被吸附到固相(陰離子交換體)上而被除去(式3)
其次，被處理水與陽離子交換體接觸，通過陰離子交換基進(jìn)行離子交換(式3)，生成的堿(NaOH)按式4進(jìn)行被中和(4)上式1及3是平衡反應(yīng)，因此，被處理水中所含的除去對象鹽，通過與陰離子交換體及陽離子交換體1次接觸，不能被離子交換完全除去，而在被處理水中有某種程度殘留。因此，為了有效除去離子，上式1～式4的反應(yīng)必須反復(fù)進(jìn)行，因此，被處理水與陰離子交換體及陽離子交換體盡可能多地多次交替接觸，通過式1～式4的反應(yīng)，使除去對象鹽移至固相是重要的。
為使上述被處理水中的除去對象離子發(fā)生離子交換反應(yīng)及中和反應(yīng)，必須使除去對象離子移動至官能基附近，然后發(fā)生離子交換的二步過程。在電脫鹽裝置中，由于被處理水被連續(xù)供給脫鹽室，在短時間通過脫鹽室期間，必須發(fā)生離子交換反應(yīng)及中和反應(yīng)，故希望被處理水中的除去對象離子在短時間內(nèi)擴散至離子交換體的官能基附近，保持官能基和離子的高頻率接觸。
另外，在電脫鹽裝置中，通過上式1～4的離子交換反應(yīng)及中和反應(yīng)吸附在固相(離子交換體)上的除去對象離子，必須通過通電運行，從脫鹽室移至濃縮室或電極室。此時，希望吸附在離子交換體上的除去對象離子，不要在液相中脫離，而連接在固相(離子交換體)上，移動至脫鹽室和濃縮室之間的離子交換膜。即，希望在脫鹽室，在陽離子交換膜及陰離子交換膜之間，與陽離子交換膜接觸的陽離子交換體及與陰離子交換膜接觸的陰離子交換體，分別填充形成連續(xù)相(continuous phase)。
另外，在上述室內(nèi)填充離子交換體的電脫鹽裝置中，在填充離子交換體的脫鹽室及/或濃縮室內(nèi)，存在陽離子交換基和陰離子交換基接觸的部位。特別是在脫鹽室內(nèi)的陽離子交換基和陰離子交換基接觸的部位，在激烈的電位梯度下發(fā)生水的解離(式5)(5)通過該解離(水解)生成的H+離子及OH-離子，使脫鹽室內(nèi)的離子交換體再生，可得到高純度純水。因此，為了效率良好地進(jìn)行脫鹽，希望水解發(fā)生場所，即陰離子交換體和陽離子交換體的接觸部位多。另外，通過水解生成的H+離子及OH-離子，分別依次與相鄰的陽離子交換體和陰離子交換體的離子交換基接觸而再生。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)通電運行時，在陽離子交換體和陰離子交換體的接觸部位，官能基的抗衡離子(counter-ions)產(chǎn)生局部不足，必須補償這種不足的抗衡離子，使官能基附近的水發(fā)生解離，連續(xù)向陽離子交換基和陰離子交換基供給H+離子及OH-離子。另外，不僅水，即使醇等非電解質(zhì)，通過強電場的作用發(fā)生分極及解離，變成陰離子和陽離子，吸附在官能基上而可以除去。因此，陽離子交換體和陰離子交換體的接觸部位(水解場所)，特別希望在脫鹽室內(nèi)全面均勻分散而存在多處，另外，希望陽離子交換體和陰離子交換體分別從該接觸部位進(jìn)行配置形成連續(xù)相。
近幾年來，要求純度更高的純水，希望處理水中含有的TOC(有機碳)成分的濃度更低。采用電脫鹽處理得到的處理水中含有的TOC成分，有來自內(nèi)因性的填充至脫鹽裝置的離子交換體的洗提成分以及來自外因性的被處理水中含有的TOC成分。其中，從離子交換體洗提的TOC成分，在離子交換體合成時，在離子交換體上附著很多的未反應(yīng)單體或未交聯(lián)的高分子電解質(zhì)。這些通過通水洗滌，緩慢洗提至液相，因此，希望離子交換體具有用盡可能短時間可加以洗滌的結(jié)構(gòu)。另外，希望從離子交換體合成工藝中排除交聯(lián)反應(yīng)，防止未交聯(lián)的高分子電解質(zhì)混入離子交換體。另一方面，關(guān)于被處理水中含有的TOC成分，可以在陽離子交換基和陰離子交換基之間的水的解離反應(yīng)同樣強的電位梯度下，通過離子化加以去除。因此，希望含TOC成分的被處理水均勻通過陽離子交換體和陰離子交換體的接觸部位。
另外，作為所得到的處理水(純水)，還希望二氧化硅成分、碳酸等弱電解質(zhì)的濃度低。對此，在陽離子交換基和陰離子交換基之間的水的解離反應(yīng)同樣強的電位梯度下，通過離子化可有效去除弱電解質(zhì)。因此，此時也同樣希望含弱電解質(zhì)的被處理水均勻通過陽離子交換體和陰離子交換體的接觸部位。
以上列舉了電脫鹽裝置所要求的功能，但現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的電脫鹽裝置無法全部滿足這些要求。
例如，在現(xiàn)有的電脫鹽裝置中，陰離子交換樹脂珠粒及陽離子交換樹脂珠?；旌咸畛湓诿擕}室者多。在這種情況下，樹脂的填充狀態(tài)是無規(guī)的，另外，水在室內(nèi)的流動也是無規(guī)的，所以，從微觀上看，被處理水和離子交換體的接觸，未必是陰離子交換體及陽離子交換體交替接觸。另外，填充的離子交換樹脂珠粒的粒徑，為了降低壓力損失，通常采用一般500μm左右的粒徑，但離子交換樹脂珠粒的大部分官能基，由于存在于珠粒內(nèi)部的大孔及微孔內(nèi)，所以，除去對象離子難以擴散至官能基附近，故除去對象離子與官能基的接觸頻率不太高。另外，由于陽離子交換體和陰離子交換體的無規(guī)填充，故陽離子交換體和陰離子交換體分別難以形成連續(xù)相，除去對象離子難以從脫鹽室向濃縮室在固相中連續(xù)移動，TOC成分的除去性能及弱電解質(zhì)除去性能也低。另外，離子交換樹脂珠粒的TOC成分洗提多，特別是從大孔及微孔內(nèi)洗提的TOC成分，即使長時間通水洗滌樹脂珠粒也難以完全除去。
另外，有人提出在現(xiàn)有的電脫鹽裝置中，把離子交換樹脂珠粒充填成層狀的提案。作為這種提案，可以舉出在脫鹽室內(nèi)把陰離子交換樹脂珠粒和陽離子交換樹脂珠粒，根據(jù)需要借助塑料篩網(wǎng)等交替填充；把脫鹽室用隔板分隔，在分隔的區(qū)域，交替形成陰離子交換樹脂珠粒單床(resin bead-only beds)和陽離子交換樹脂珠粒單床；離子交換樹脂珠粒是用粘合劑粘結(jié)而形成的塊，陰離子交換樹脂珠粒的塊和陽離子交換樹脂珠粒的塊交替填充等。但是，在脫鹽室內(nèi)陰離子交換樹脂珠粒和陽離子交換樹脂珠粒，交替形成層以整體填充極為困難。另外，在層間借助篩網(wǎng)等或用隔板把脫鹽室分隔交替形成層時，陰離子交換基和陽離子交換基接觸的部位(水解發(fā)生場所)，受離子交換膜和填充至室內(nèi)的離子交換體的接觸面所限，水解發(fā)生場所在脫鹽室內(nèi)不能形成許多。另外，在用隔板分隔脫鹽室時，可以形成的樹脂層數(shù)，從在室內(nèi)容易安裝性及整個裝置大小考慮，限于數(shù)段至數(shù)十段。另外，采用離子交換樹脂珠粒，如上所述，除去對象離子和離子交換基的接觸頻率不太高。另外，在用粘合劑粘結(jié)樹脂珠粒時，由于粘合劑限制水的流路，故除去對象離子和離子交換基的接觸頻率顯著降低。另外，關(guān)于TOC洗提量，由于采用離子交換樹脂珠粒，如上所述，洗提量高，特別是在采用粘合劑時，由于粘合劑自身變成洗提成分，故處理水的TOC濃度變得更高。另外，如上所述，由于陰離子交換基和陽離子交換基的接觸部位限于離子交換膜和填充至室內(nèi)的離子交換體的接觸面，所以，大部分被處理水不能流過此處，TOC成分及弱電解質(zhì)的離子化困難，因此，去除性能也低。
為了解決伴隨著使用上述離子交換樹脂珠粒的各種問題點，把在紡織布、無紡布等纖維材料上采用放射線接枝聚合法等導(dǎo)入離子交換基的離子交換纖維材料，用作脫鹽室的填充材料的提案已經(jīng)提出(例如，上述特開平5-64726號公報)。離子交換纖維材料，比表面積比離子交換樹脂珠粒大，也不是離子交換樹脂珠粒的珠粒內(nèi)部的大孔及微孔內(nèi)存在離子交換基，故大多數(shù)離子交換基配置在纖維表面上。因此，被處理水中的除去對象離子容易流至離子交換基附近而被輸送(通過對流)。因此，當(dāng)采用離子交換纖維材料時，與使用離子交換樹脂珠粒的情況相比，除去對象離子和離子交換基的接觸頻率格外提高。
然而，普遍認(rèn)為紡織布、無紡布等纖維材料，一般由于通水性不太高，在現(xiàn)有的薄型脫鹽池內(nèi)填充纖維材料時，由于壓力損失相當(dāng)大，則得不到充分的處理流量。
在脫鹽室，在陽離子交換膜側(cè)，無紡布等陽離子交換纖維材料，而在陰離子交換膜側(cè)，陰離子交換纖維材料，分別面對面配置，在這些離子交換纖維材料之間，設(shè)置斜交網(wǎng)狀間隔板，或填充賦予其離子傳導(dǎo)性的離子傳導(dǎo)間隔板的電脫鹽裝置已有人提出(例如，上述國際公開W099/48820號小冊子)。當(dāng)為這種結(jié)構(gòu)的裝置時，被處理水在斜交網(wǎng)狀隔板或離子傳導(dǎo)間隔板中變成湍流，與陽離子交換纖維材料及陰離子交換纖維材料接觸。因此，被處理水多少與陽離子交換纖維材料及陰離子交換纖維材料發(fā)生交替接觸，故不能說在這里發(fā)生充分有效的交替接觸。另外，雖然采用表面積大、具有多個可利用離子交換基的纖維材料時，但由于纖維材料和間隔板的通水性差，多數(shù)被處理水流過間隔板部，而貫穿流過無紡布內(nèi)部者極少。因此，除去對象離子和離子交換基的接觸頻率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人對電脫鹽裝置要求的功能，通過上述系統(tǒng)考察的結(jié)果進(jìn)行了說明，為了提高脫鹽性能及TOC去除性能，認(rèn)為使被處理水與陽離子交換體及陰離子交換體交替多段接觸；提高被處理水中的除去對象離子與離子交換基的接觸頻率；在脫鹽室，在陰離子交換膜和陽離子交換膜之間，陰離子交換體及陽離子交換體分別形成連續(xù)相；陽離子交換基和陰離子交換基的接觸部位，在遍布整個脫鹽室內(nèi)形成多處，同時使被處理水充分流過此處是重要的。而且，為提供全部滿足這些條件的電脫鹽裝置而悉心探討的結(jié)果表明，通過合適材料的選定和填充方法的改良，可大幅改善電脫鹽裝置的脫鹽性能及TOC去除性能。
下面參照附圖對本發(fā)明的各種具體方案加以說明。


圖1是電脫鹽裝置的原理示意圖。
圖2是本發(fā)明一方案的電脫鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明又一方案的電脫鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明另一方案的電脫鹽裝置的脫鹽室結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明另一方案的電脫鹽裝置的脫鹽室結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是實施例1使用的本發(fā)明電脫鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是實施例1的通水實驗結(jié)果圖。
圖8是比較例1使用的現(xiàn)有技術(shù)的電脫鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9是比較例2使用的現(xiàn)有技術(shù)的電脫鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是實施例2使用的本發(fā)明第2方案的電脫鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11是比較例3使用的電脫鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是實施例2的運行實驗結(jié)果圖。
圖13是比較例3的運行實驗結(jié)果圖。
圖14是實施例3使用的本發(fā)明第3方案的電脫鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15是實施例4使用的本發(fā)明第3方案的電脫鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖16是實施例3的運行實驗結(jié)果圖。
圖17是實施例2的運行實驗中兩電極室兩端的電壓經(jīng)時變化圖。
圖18是實施例4的運行實驗結(jié)果圖。
具體實施例方式
圖2是表示本發(fā)明一方案的電脫鹽裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在陰極(-)和陽極(+)之間配置陰離子交換膜(A)和陽離子交換膜(C)，劃定濃縮室及脫鹽室。另外，把與兩電極接觸的室稱作電極室。如本領(lǐng)域人員所知，兩電極室具有脫鹽室或濃縮室的任一功能。一般多把最外側(cè)的濃縮室作為電極室。例如，在圖2所示的裝置中，當(dāng)在中央的脫鹽室兩側(cè)的濃縮室配置電極時，即在陽極和陰極之間僅形成濃縮室-脫鹽室-濃縮室等3室時，兩側(cè)的濃縮室也發(fā)揮電極室的功能。但是，這種結(jié)構(gòu)的裝置，也包括在本申請書權(quán)利要求范圍中規(guī)定的“具有脫鹽室、濃縮室及電極室的電脫鹽裝置”的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員對此是毫無疑問的。
在由陽極側(cè)的陰離子交換膜和陰極側(cè)的陽離子交換膜劃定的脫鹽室內(nèi)，把具有陽離子交換功能的纖維材料(稱作陽離子交換纖維材料)和具有陰離子交換功能的纖維材料(稱作陰離子交換纖維材料)，在被處理水的流通方向(通水方向)交叉加以多層層疊。即，在現(xiàn)有的電脫鹽裝置中，在往脫鹽室或濃縮室填充離子交換纖維材料或離子傳導(dǎo)間隔板等片狀材料時，如圖8所示，沿被處理水的流通方向(通水方向)，即，與構(gòu)成各室的離子交換膜平行填充，但在本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置中，在脫鹽室，把離子交換纖維材料在被處理水的流通方向(通水方向)交叉，并且在與構(gòu)成室的離子交換膜交叉的方向填充。離子交換纖維材料在上述方向?qū)盈B配置是優(yōu)選的，如圖2所示，把陽離子交換纖維材料的層與陰離子交換纖維材料的層交替層疊是更優(yōu)選的。
在這種構(gòu)成的電脫鹽裝置中，由于把陰離子交換纖維材料和陽離子交換纖維材料，與被處理水的流通方向交叉層疊配置，所以，被處理水貫穿全部纖維材料中，從一個表面通過另一表面流動。因此，由于向具有多個可利用交換基的全部離子交換纖維材料，充分供給被處理水，所以，這些離子交換基可得到有效利用。因此，脫鹽室的每單位長度(被處理水的流通方向)的可利用離子交換基的數(shù)量大幅增加，所以，脫鹽室的長度與原來的相比可以縮短。離子交換纖維材料有上述壓力損失問題，而本發(fā)明的電脫鹽裝置中沿脫鹽室的被處理水的流通方向的長度，與原來的相比可大幅縮短，所以，被處理水的壓力損失加大，但在實用上并無問題。
另外，按照本發(fā)明，脫鹽室內(nèi)的陰離子交換體和陽離子交換體的接觸部位，即發(fā)生水解的場所，沿被處理水流的整個斷面形成，所以，供給發(fā)生水解場所的被處理水量大，可以促進(jìn)水解引起的離子交換體再生及TOC和二氧化硅等弱電解質(zhì)的分解。為了達(dá)到該目的，在脫鹽室內(nèi)填充的陰離子交換纖維材料和陽離子交換纖維材料互相接觸者是優(yōu)選的。
還有，在本發(fā)明中，陰離子交換纖維材料和陽離子交換纖維材料的至少一種最好交叉配置在被處理水的流通方向。例如，陰離子交換纖維材料在被處理水的流通方向交叉配置幾層，同時在陰離子交換纖維材料的層間填充陽離子交換樹脂珠粒等，也可以發(fā)揮本發(fā)明的效果，該方案也包括在本發(fā)明中?；蛘?，在脫鹽室內(nèi)，在被處理水的流通方向交叉配置幾層陰離子交換纖維材料，同時在該陰離子交換纖維材料的層間填充陽離子交換樹脂珠粒等的部分，和在被處理水的流通方向交叉配置多層陽離子交換纖維材料，同時在該陽離子交換纖維材料的層間填充陰離子交換樹脂珠粒等的部分，一起存在這兩種結(jié)構(gòu)者是優(yōu)選的。
在本發(fā)明中，在脫鹽室內(nèi)，在被處理水的流通方向交叉層疊配置陰離子交換纖維材料和劃定該脫鹽室的陰離子交換膜，或?qū)盈B配置陽離子交換纖維材料和劃定該脫鹽室的陽離子交換膜的至少一種接觸是優(yōu)選的。即，在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，配置在脫鹽室內(nèi)的陰離子交換纖維材料與陰離子交換膜(A)接觸，或在脫鹽室內(nèi)配置的陽離子交換纖維材料與陽離子交換膜(C)接觸，或該兩者接觸是優(yōu)選的。通過采用這種結(jié)構(gòu)，離子交換纖維材料通過離子交換，把被處理水中吸附的除去對象離子傳送至離子交換纖維材料，移動至離子交換膜，通過離子交換膜移動至相鄰的濃縮室。因此，離子交換體上吸附的除去對象離子在液相中不脫離，在固相(離子交換體)上可連續(xù)移動到達(dá)離子交換膜。
另外，在本發(fā)明中，配置在脫鹽室內(nèi)的陰離子交換纖維材料及陽離子交換纖維材料的至少一種，配置成與陰離子交換膜及陽離子交換膜兩者接觸是優(yōu)選的。在圖2所示的方案中，陰離子交換纖維材料及陽離子交換纖維材料兩者，與劃定脫鹽室的陰離子交換膜及陽離子交換膜兩者接觸。當(dāng)采用該構(gòu)成時，例如，陰離子交換纖維材料與陽離子交換膜(C)的接觸點，發(fā)揮作用水解發(fā)生場所的功能。在該部分通過水解產(chǎn)生的OH-離子，向著陽極，陰離子交換纖維材料的陰離子交換基相繼邊再生邊移動。因此，通過水解產(chǎn)生的OH-離子，從脫鹽室一端移向另一端進(jìn)行再生，效率極好。在陰離子交換膜(A)和陽離子交換纖維材料的接觸點產(chǎn)生的H+離子也是同樣。
另外，在本發(fā)明中，如圖3所示，在脫鹽室內(nèi)，沿著陰離子交換膜表面配置陰離子交換纖維材料，及/或，沿著陽離子交換膜表面配置陽離子交換纖維材料是優(yōu)選的。當(dāng)不沿著這種離子交換膜表面配置離子交換纖維材料的層時，在被處理水流通方向交叉層疊配置的離子交換纖維材料，和沿著被處理水流通方向配置的離子交換膜之間的接觸，由于在離子交換纖維材料的端部進(jìn)行，所以，接觸不緊密，因而可能產(chǎn)生離子傳導(dǎo)性變低的問題，該問題有使運行電壓上升的危險。但按照圖3所示的方案，是可以解決該問題。
另外，在本發(fā)明中，在脫鹽室內(nèi)，在被處理水流通方向交叉配置的陰離子交換纖維材料的層及陽離子交換纖維材料的層交替且盡可能多的配置是優(yōu)選的。如陰離子交換纖維材料的層及陽離子交換纖維材料的層，交替多層配置，則可以滿足上述“被處理水與陽離子交換體及陰離子交換體盡可能多的交替接觸次數(shù)”的條件，通過離子交換從被處理水中可以把除去對象離子完全除去。另外，如陽離子交換體的層及陰離子交換體的層交替數(shù)層層疊，則陰離子交換體和陽離子交換體的接觸部位，即水解發(fā)生場所在遍及整個脫鹽室形成多處，所以，離子交換體的再生及TOC成分和二氧化硅等的分解可以極為有效地進(jìn)行。
還有，在本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置中，對濃縮室及電極室的構(gòu)成未作特別限定，但在這些濃縮室及/或電極室內(nèi)填充離子交換體也是優(yōu)選的。作為填充至濃縮室或電極室內(nèi)的離子交換體，可以采用電脫鹽裝置中提案使用的任意材料。例如，可以把與填充至脫鹽室的同樣的賦予離子交換功能的離子交換纖維材料等作為離子交換體填充至電極室內(nèi)，另外，專利文獻(xiàn)2中公開的賦予離子傳導(dǎo)性的斜交網(wǎng)等形態(tài)的離子傳導(dǎo)間隔板等，可以用作填充至濃縮室及電極室內(nèi)的離子交換體。另外，在濃縮室或電極室也可以填充不賦予離子傳導(dǎo)性的斜交網(wǎng)形態(tài)的間隔板。
另外，作為本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置，具有下列結(jié)構(gòu)(i)在多個交替配置脫鹽室及濃縮室的電脫鹽裝置中，設(shè)置具有本發(fā)明基本結(jié)構(gòu)的脫鹽室；(ii)在脫鹽室內(nèi)，陰離子交換纖維材料的層及/或陽離子交換纖維材料的層沿被處理水流動方向交叉層疊配置，在這些層之間插入至少1層是由其他離子交換體構(gòu)成的層；(iii)在脫鹽室內(nèi)，把陰離子交換纖維材料的層及/或陽離子交換纖維材料的層加以層疊，其至少1層由陰離子交換纖維材料或具有陽離子交換功能的纖維材料與其他離子交換體的復(fù)合而構(gòu)成。
另外，在電脫鹽裝置的脫鹽室內(nèi)的陽離子交換體和陰離子交換體的接觸部位，陽離子交換基和陰離子交換基發(fā)生結(jié)合，隨著運行時間的推移，陰離子交換體和陽離子交換體變得更牢固地結(jié)合。像本發(fā)明的電脫鹽裝置那樣，在脫鹽室內(nèi)，離子交換體在被處理水的流通方向交叉配置，即與劃定脫鹽室的離子交換膜交叉配置離子交換體時，由于為了防止被處理水優(yōu)先在離子交換膜及填充的離子交換體之間流過，所以，離子交換膜和離子交換體的接觸部位必須更加牢固地密合。在這里，在本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置中，在運行初期，以低速(例如，SV＜100h-1)進(jìn)行通電運行，脫鹽室的陽離子交換膜和陰離子交換體，以及陰離子交換膜和陽離子交換體的結(jié)合，通過通電運行形成后，使流速上升進(jìn)行通常的運行是優(yōu)選的。另外，在長時間內(nèi)，為了保持脫鹽室的離子交換膜與離子交換體之間的結(jié)合，各濃縮室的壓力和各脫鹽室的壓力保持在相同程度，使離子交換膜與離子交換體不發(fā)生剝離者是更優(yōu)選的。
作為本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置中可以使用的離子交換纖維材料，在高分子纖維基材上通過接枝聚合法導(dǎo)入離子交換基者是優(yōu)選的。由高分子纖維構(gòu)成的接枝化基材，既可以是聚烯烴類高分子例如聚乙烯或聚丙烯等一種單纖維，也可以是軸芯和殼部由不同的高分子構(gòu)成的復(fù)合纖維。作為可以使用的復(fù)合纖維的例子，可以舉出聚烯烴類高分子例如聚乙烯作為殼成分，作為殼成分以外的高分子例如聚丙烯作為芯成分的具有芯殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維。在該復(fù)合纖維材料中，利用放射線接枝聚合法導(dǎo)入離子交換基，由于可制造離子交換能力優(yōu)異、厚度均勻的材料，所以，在本發(fā)明中用作離子交換纖維材料是優(yōu)選的。作為離子交換纖維材料的形態(tài)，可以舉出紡織布、無紡布等。
另外，作為本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置中可以使用的離子傳導(dǎo)性隔板，聚烯烴類高分子制成的樹脂，例如原來的電透析槽中使用的聚乙烯制成的斜交網(wǎng)(網(wǎng)織物)作為基材，采用放射線接枝法對其賦予離子交換性能，得到離子傳導(dǎo)性優(yōu)良、被處理水分散性優(yōu)良的材料，是優(yōu)選的。
本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置中可以使用的離子交換纖維材料或離子傳導(dǎo)性間隔板等，制用放射線接枝聚合法制造是優(yōu)選的。所謂放射線接枝聚合法，是對高分子基材照射放射線，使形成游離基，再通過其與單體反應(yīng)，把單體導(dǎo)入基材中的技術(shù)方法。
作為放射線接枝聚合法中使用的放射線，可以舉出α線、β線、γ線、電子線、紫外線等，但在本發(fā)明中采用γ線及電子線是優(yōu)選的。作為放射線接枝聚合法，可以采用首先對接枝基材照射放射線后，與接枝單體接觸進(jìn)行反應(yīng)的預(yù)照射接枝聚合法；以及，在基材和單體共存下照射放射線的同時照射接枝聚合法，在本發(fā)明中，任何一種方法均可采用。另外，根據(jù)單體與基材的接觸方法，可以舉出把基材浸漬在單體溶液中直接進(jìn)行聚合的液相接枝聚合法；使基材接觸單體蒸氣進(jìn)行聚合的氣相接枝聚合法；把基材浸漬在單體溶液中從單體溶液取出后在氣相中進(jìn)行反應(yīng)的浸漬氣相接枝聚合法等，在本發(fā)明中任何一種方法均可以采用。
作為在無紡布等纖維基材或間隔板基材上導(dǎo)入的離子交換基，未作特別限定，可以采用各種陽離子交換基或陰離子交換基。例如，作為陽離子交換基，可以采用磺酸基等強酸性陽離子交換基、磷酸基等中酸性陽離子交換基、羧基等弱酸性陽離子交換基，作為陰離子交換基，可以采用1級～3級氨基等弱堿性陰離子交換基、季銨基等強堿性陰離子交換基，或者，也可以采用兼有上述陽離子交換基及陰離子交換基兩者的離子交換體。
這些各種離子交換基，采用具有這些離子交換基的單體進(jìn)行接枝聚合，優(yōu)選進(jìn)行放射線接枝聚合，或采用具有可轉(zhuǎn)換成這些離子交換基的基團的聚合性單體進(jìn)行接枝聚合后，把該基轉(zhuǎn)變成離子交換基，借此，可以導(dǎo)入纖維基材或間隔板基材。用于該目的的具有離子交換基的單體，可以舉出丙烯酸(AAc)、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸鈉(SSS)、甲代磺酸鈉、烯丙基磺酸鈉、乙烯基磺酸鈉、乙烯基芐基三甲基氯化銨(VBTAC)、二乙基氨基乙基甲基丙烯酸酯、二甲基氨基丙基丙烯酰胺等。例如，用苯乙烯磺酸鈉作單體，進(jìn)行放射線接枝聚合，借此往基材上直接導(dǎo)入作為強酸性陽離子交換基的磺酸基，另外，采用乙烯基芐基三甲基氯化銨作單體的放射線接枝聚合，借此往基材上直接導(dǎo)入作為強堿性陰離子交換基的季銨基。另外，作為具有可轉(zhuǎn)化成離子交換基的基團的單體，可以舉出丙烯腈、丙烯醛、乙烯基吡啶、苯乙烯、氯甲基苯乙烯、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)等。例如，甲基丙烯酸縮水甘油酯，通過放射線接枝聚合而導(dǎo)入基材，然后與亞硫酸鈉等磺化劑反應(yīng)，借此向基材導(dǎo)入作為強酸性陽離子交換基的磺酸基，或者，氯甲基苯乙烯接枝聚合后，把基材浸入三甲胺水溶液進(jìn)行季銨化，借此向基材導(dǎo)入作為強堿性陰離子交換基的季銨基。
還有，在圖2及圖3中示出，片狀離子交換纖維材料，在脫鹽室內(nèi)在被處理水的流通方向的交叉方向，即橫向進(jìn)行層疊，構(gòu)成本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置的實例，另外，采用下述的離子交換纖維材料的填充方法也可以構(gòu)成本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置。
首先，如圖4所示，把長片狀陰離子交換纖維材料及陽離子交換纖維材料重合，將其折疊成與脫鹽室尺寸吻合，形成褶狀的離子交換纖維材料結(jié)構(gòu)體，把該褶狀結(jié)構(gòu)體充填至脫鹽室內(nèi)，使褶狀面與通水方向交叉，并且使結(jié)構(gòu)體的兩斷面分別接觸劃定脫鹽室的陽離子交換膜及陰離子交換膜，構(gòu)成本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置。另外，如圖5所示，把長片狀陰離子交換纖維材料及陽離子交換纖維材料重合，卷成輥筒狀，將該輥筒狀1個或多個填充至脫鹽室內(nèi)，使兩斷面分別接觸劃定脫鹽室的陽離子交換膜及陰離子交換膜，構(gòu)成本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置。如圖4及圖5所示的方案，陰離子交換纖維材料的層及陽離子交換纖維材料的層，在被處理水的流通方向交叉，層疊配置，也包括在本發(fā)明的電脫鹽裝置的范圍內(nèi)。還有，在這些方案中，如圖3所示，沿著劃定脫鹽室的陰離子交換膜表面配置陰離子交換纖維材料，及/或，沿著陽離子交換膜表面配置陽離子交換纖維材料，填充至脫鹽室內(nèi)的離子交換體和劃定脫鹽室的離子交換膜接觸更加牢固。
構(gòu)成本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置中所用的離子交換膜，作為陽離子交換膜，例如采用NEOSEPTA CMK(Tokuyama Corporation)等，作為陰離子交換膜，例如采用NEOSEPTA AMX(Tokuyama Corporation)等。
由于具有上述構(gòu)成，如采用本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置，則可以得到下述效果，使本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置的脫鹽效率大幅提高，電脫鹽裝置可小型化。被處理水完全交替多段接觸陽離子交換體和陰離子交換體是可能的。
1.具有離子交換功能的纖維材料層，由于由纖維直徑小的纖維構(gòu)成，離子的固相移動擴散距離短，表面積大，故除去對象離子和官能基的接觸頻率高，離子交換反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的時間短，容易完成中和反應(yīng)。
2.具有陽離子交換功能的纖維材料層及具有陰離子交換功能的纖維材料層，分別與陽離子交換膜和陰離子交換膜密合，橫切脫鹽室，同種離子交換體連續(xù)在電極方向填充，通過離子交換吸附在固相的除去對象離子及水解產(chǎn)生的H+離子及OH-離子容易移動至固相中，不在水相中脫離而運送至濃縮室。
3.設(shè)置陽離子交換膜和陰離子交換纖維材料層的接觸部位、陰離子交換膜和陽離子交換纖維材料層的接觸部位、以及陽離子交換纖維材料層和陰離子交換纖維材料層的接觸部位，作為陽離子交換體和陰離子交換體的接觸部位。另外，在離子交換纖維材料多層交替填充時，大部分水解在陽離子交換纖維材料層和陰離子交換纖維材料層的接觸部位發(fā)生。因此，當(dāng)被處理水大量流過水解發(fā)生場所時，在水解發(fā)生場所可以促進(jìn)TOC成分及弱電解質(zhì)的離子化，提高TOC成分及弱電解質(zhì)的去除率。
根據(jù)以上的原理，按照本發(fā)明涉及的電脫鹽裝置，例如以RO處理水的相當(dāng)?shù)乃鳛樘幚硭?，?0Lh-1供給時，以SV(空間速度被處理水供給速度/總脫鹽室體積)＝200h-1、運行電流0.4A，可以穩(wěn)定得到比電阻值18.0MΩcm左右、TOC濃度10ppb以下、二氧化硅濃度30ppb以下的處理水。
在上述說明的脫鹽室內(nèi)，通過采用陰離子交換纖維材料的層與陽離子交換纖維材料的層的至少一種在被處理水的流通方向交叉層疊配置的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可大幅提高脫鹽室的每單位體積的脫鹽效率，故電脫鹽裝置的尺寸比原來的大幅減小也成為可能。
然而，根據(jù)本發(fā)明人以后的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)上述小型電脫鹽裝置長時間運行時，特別是被處理水含鈣成分及碳酸成分多，即硬度高時，運行電壓隨時間上升的傾向增強。這是由于被處理水中的鈣離子及碳酸離子從相鄰的脫鹽室導(dǎo)入濃縮室，在濃縮室內(nèi)被濃縮，生成的碳酸鈣以結(jié)晶析出，其作為絕緣體阻礙電的流通，故運行電壓上升。在原來的電脫鹽裝置中，這種現(xiàn)象已被確認(rèn)，但由于裝置大型，電極面積大，電流密度低，碳酸鈣整體的生成變薄，溶解在水中，因此，存在產(chǎn)生因碳酸鈣結(jié)晶析出而引起的重大問題少。但是，本發(fā)明的電脫鹽裝置伴隨著大幅度地小型化，此問題有時明顯。
當(dāng)對該濃縮室內(nèi)碳酸鈣的結(jié)晶析出現(xiàn)象進(jìn)行考察時，首先發(fā)現(xiàn)在濃縮室內(nèi)，在陰離子交換體/陽離子交換體的接觸界面生成碳酸鈣。由于生成的碳酸鈣溶解度低，其變成結(jié)晶析出，生成的結(jié)晶粒子變成種核又進(jìn)行結(jié)晶析出。本發(fā)明人針對該碳酸鈣結(jié)晶析出機理，著眼于當(dāng)碳酸鈣生成時，因陰離子交換體/陽離子交換體的接觸界面遍及整個濃縮室而分散，所以，即使碳酸鈣生成也不會作為結(jié)晶析出，脫鹽運行可以穩(wěn)定進(jìn)行。因此，在上述說明的脫鹽室內(nèi)本發(fā)明的構(gòu)成也在濃縮室采用，故可以推定濃縮室內(nèi)的陰離子交換體/陽離子交換體的接觸界面遍及整個室而分散，完成本發(fā)明的優(yōu)選第2方案。
即，本發(fā)明的優(yōu)選第2方案，其特征在于，在電脫鹽裝置的濃縮室內(nèi)，陰離子交換纖維材料的層與陽離子交換纖維材料的層的至少一種與通水方向交叉、層疊配置。
在本發(fā)明的第2方案中，濃縮室內(nèi)的離子交換纖維材料的填充方法及通水方法，可參照圖2～圖5，參考脫鹽室內(nèi)的離子交換纖維材料的填充方法及通水方法，采用上述說明的各種方案。
另外，根據(jù)本發(fā)明人的進(jìn)一步研究表明，在電極室內(nèi)通過離子交換纖維材料在通水方向交叉層疊配置，可使脫鹽運行的運行電壓更加穩(wěn)定。在電極室特別是在陰極室內(nèi)，已知伴隨著脫鹽運行的時間推移，在室的兩端，該電壓上升。本發(fā)明人考察得到的結(jié)論是，該現(xiàn)象，在電極表面通過水的電解而生成OH-離子，其與通水中的鈣離子結(jié)合，生成氫氧化鈣，在電極表面析出，形成絕緣體膜，而使電阻上升。因此，在電極室特別是在陰極室內(nèi)，通過離子交換纖維材料在通水方向交叉層疊配置，電極與通水的接觸面積格外增大，生成的氫氧化鈣的局部存在被抑制，在全部電極室內(nèi)分散，因此，電極室內(nèi)的氫氧化鈣析出可被抑制，結(jié)果是電極室的電壓差的上升被抑制。另外，在陰極室兩端的這種電壓上升可認(rèn)為是下列原因引起的，當(dāng)在陰極室填充離子交換體時，通?？捎藐庪x子交換體。陰離子交換基，例如季銨基(R-N+(CH3)3)由于帶正電，從而有助于電極(陰極)。在電極上通常為水的還原反應(yīng)
即，引起水的電解，與此同時，季銨基也被還原
當(dāng)季銨基被還原時，失去離子交換功能，變成絕緣體，所以，極室的兩端電壓上升。在原有的電脫鹽裝置中，當(dāng)向電極室填充離子交換體時，由于采用離子傳導(dǎo)間隔板，所以，電極和離子交換體可以說是以點接觸，則通過上述陰離子交換基的絕緣化而阻礙電的流通，電極室的兩端電壓顯著上升。但是，按照本發(fā)明的第3實施方案，特別是在陰極室，通過陰離子交換纖維材料在與通水方向交叉的方向?qū)盈B配置，陰電極和陰極室內(nèi)的陰離子交換體的接觸面積格外增大，可以說是以面接觸，所以，其一部分發(fā)生陰離子交換基的絕緣化，但在電極室兩端不發(fā)生像引起電壓上升那樣的影響，結(jié)果是可以抑制電極室兩端電壓的上升。但是，本發(fā)明更優(yōu)選的第3實施方案，其特征在于，在電脫鹽裝置的電極室內(nèi)，陰離子交換纖維材料的層與陽離子交換纖維材料的層至少一種，在通水方向交叉層疊配置。在本發(fā)明的第3實施方案中，在陰極室內(nèi)，陰離子交換纖維材料與通水方向交叉層疊配置是特別優(yōu)選的。
還有，在本發(fā)明的第3實施方案中，特別是在陰極室內(nèi)，離子交換纖維材料與通水方向交叉層疊配置是優(yōu)選的，陽離子交換纖維材料與通水方向交叉層疊配置是更優(yōu)選的。其他離子交換纖維材料的填充方法及通水方法，參考對脫鹽室的離子交換纖維材料的填充方法及通水方法，參照圖2～圖5，可以采用上述說明的各種方案。但是，在陰極室的情況，陰極和通常用陰離子交換膜劃定的室，在陰極室內(nèi)層疊配置的陰離子交換纖維材料和劃定該室的陰離子交換膜及陰電極的至少一種接觸地進(jìn)行配置，另外，陰極室內(nèi)層疊配置的陰離子交換纖維材料，與劃定該室的陰離子交換膜及陰電極兩者接觸地進(jìn)行配置也可，還有，在陰極室中，配置劃定該室的陰離子交換膜及/或沿陰電極表面配置陰離子交換纖維材料也可以。
上述本發(fā)明的各種實施方案的特征，既可分別加以組合，也可分別單獨采用。即，在本發(fā)明的電脫鹽裝置中，離子交換纖維材料在通水方向交叉層疊配置的室，可以是脫鹽室、濃縮室及電極室的任何一種，或脫鹽室及濃縮室、或脫鹽室及電極室、或濃縮室及電極室、或脫鹽室、濃縮室及電極室全部。另外，如上所述，在脫鹽室一部分、濃縮室一部分或電極室一部分中，離子交換纖維材料在通水方向交叉層疊配置也可以。
還有，上述說明是對脫鹽室及濃縮室的至少一室中的離子交換纖維材料在通水方向交叉層疊配置的方案加以說明，與離子交換纖維材料比較，如采用具有同等程度的可利用離子交換基量、具有同等程度的通水性、賦予離子交換性的通水性多孔質(zhì)材料，代替離子交換纖維材料，或者，與其組合配置在脫鹽室內(nèi)，通過采用該方案，可以發(fā)揮本發(fā)明的效果。即，本發(fā)明的又一方案涉及的電脫鹽裝置，是在陰極和陽極之間，具有采用多個離子交換膜隔開的脫鹽室及濃縮室的電脫鹽裝置，其特征在于，在脫鹽室及濃縮室的至少一個室內(nèi)，與被處理水的流通方向交叉層疊配置賦予離子交換功能的通水性多孔性材料層。
在本發(fā)明的該實施方案中使用的通水性多孔性材料，例如可以舉出具有連通空孔的多孔性基材等。所謂“具有連通空孔的多孔性基材”，是指從基材一側(cè)面向基材另一側(cè)面具有貫穿內(nèi)部的連續(xù)相連的空孔的所有結(jié)構(gòu)體，例如，由聚乙烯、聚丙烯等烯烴性合成樹脂構(gòu)成的連續(xù)氣泡泡沫體、海綿等天然的連續(xù)氣泡泡沫體、在縱向及橫向把纖維紡織成的平紋織物再在厚度方向也進(jìn)行纖維紡織所構(gòu)成的三維織物等。其中，聚乙烯類多孔體、聚丙烯類多孔體等聚烯烴類連續(xù)氣泡泡沫體是優(yōu)選的，作為三維織物，采用聚乙烯纖維、聚丙烯纖維等織成三維所構(gòu)成的聚烯烴類三維織布是優(yōu)選的。把離子交換基導(dǎo)入這些材料后，在脫鹽室內(nèi)，可在與流通方向交叉的方向?qū)盈B配置。
用于這種目的的具有連通空孔的多孔性基材，空隙率93～96％、平均孔徑0.6～2.6mm、比表面積21000～38000m2/m3、特別是具有約30000m2/m3者是優(yōu)選的。另外，作為導(dǎo)入離子交換基的基材的功能是必須的，聚烯烴類高分子例如聚乙烯、聚丙烯及由這些的復(fù)合體構(gòu)成是優(yōu)選的。具體的使用空隙率93～96％、平均孔徑0.6～2.6mm、比表面積約30000m2/m3的聚乙烯類多孔體(積水化學(xué)工業(yè)公司制造)是特別優(yōu)選的。在本發(fā)明中，采用向具有這種連通空孔的多孔性基材導(dǎo)入離子交換基所構(gòu)成的離子交換體時，通過將其在被處理水的流通方向交叉層疊配置，不阻礙被處理水的流通而使通過離子交換體中，被處理液的流入壓力不必保持在高值，被處理液與離子交換體可充分接觸。
向上述通水性多孔材料導(dǎo)入離子交換基，可以采用上述說明的放射線接枝聚合法進(jìn)行。離子交換基的導(dǎo)入，使?jié)M足在陰離子交換體的情況，中性鹽分解容量為2.8～3.3meq/g，在陽離子交換體的情況，中性鹽分解容量為2.7～3.1meq/g是優(yōu)選的。如離子交換體的中性鹽分解容量在上述范圍內(nèi)，可與被處理水中的離子接觸的離子交換基多，可發(fā)揮良好的離子交換功能。
關(guān)于賦予上述離子交換功能的通水性多孔材料，配置這些材料的室是脫鹽室、濃縮室及電極室的任何一個，或脫鹽室和濃縮室，或脫鹽室和電極室，或濃縮室和電極室、或脫鹽室、濃縮室及電極室全部。另外，如上所述，在脫鹽室一部分、濃縮室一部分或電極室一部分中，也可以配置賦予離子交換功能的通水性多孔性材料。
本發(fā)明的各種實施方案如下所述1.一種電脫鹽裝置，其是在陰極和陽極之間具有用多個離子交換膜隔開的脫鹽室及濃縮室及電極室的電脫鹽裝置，其特征在于，在脫鹽室及濃縮室及電極室的至少一個室中，把陰離子交換纖維材料的層與陽離子交換纖維材料的層的至少一種在通水方向交叉層疊配置。
2.上述1中所述的電脫鹽裝置，在脫鹽室及濃縮室的至少一個室中，使該室內(nèi)層疊配置的陰離子交換纖維材料和劃定該室的陰離子交換膜接觸地進(jìn)行配置，及/或使該室內(nèi)層疊配置的陽離子交換纖維材料和劃定該室的陽離子交換膜接觸地進(jìn)行配置。
3.上述1中所述的電脫鹽裝置，在脫鹽室及濃縮室的至少一個室中，使該室內(nèi)層疊配置的陰離子交換纖維材料，及劃定該室的層疊配置的陽離子交換纖維材料的一者或兩者，使與劃定該室的陰離子交換膜及陽離子交換膜兩者接觸地進(jìn)行配置。
4.上述1中所述的電脫鹽裝置，在脫鹽室及濃縮室的至少一個室中，沿陰離子交換膜的表面配置陰離子交換纖維材料，及/或沿陽離子交換膜的表面配置陽離子交換纖維材料。
5.上述1～4中任何一項所述的電脫鹽裝置，在脫鹽室及濃縮室的至少一個室中，陰離子交換纖維材料的層與陽離子交換纖維材料的層，在通水方向交叉交替層疊配置數(shù)層。
6.上述1～5中任何一項所述的電脫鹽裝置，陰離子交換纖維材料與陽離子交換纖維材料為紡織布或無紡布(a woven fabric ornonwoven fabric material)。
7.上述1～6中任何一項所述的電脫鹽裝置，陰離子交換纖維材料與陽離子交換纖維材料的至少一種，用放射線接枝聚合法向基材導(dǎo)入離子交換基。
8.上述1～7中任何一項所述的電脫鹽裝置，該陰離子交換纖維材料或該陽離子交換纖維材料配置在脫鹽室的至少一部分中。
9.上述1～7中任何一項所述的電脫鹽裝置，該陰離子交換纖維材料或該陽離子交換纖維材料配置在濃縮室的至少一部分中。
10.上述1～7中任何一項所述的電脫鹽裝置，該陰離子交換纖維材料或該陽離子交換纖維材料配置在電極室的至少一部分中。
11.上述1～7中任何一項所述的電脫鹽裝置，該陰離子交換纖維材料或該陽離子交換纖維材料配置在脫鹽室的至少一部分及濃縮室的至少一部分中。
12.上述11中所述的電脫鹽裝置，該陰離子交換纖維材料或該陽離子交換纖維材料配置在電極室的至少一個中。
13.上述10或12中所述的電脫鹽裝置，該陰離子交換纖維材料的層配置在電極室中。
14.上述13中所述的電脫鹽裝置，在陰極室中，在該室內(nèi)層疊配置的陰離子交換纖維材料，和劃定該室的陰離子交換膜及陰電極的至少一種接觸地進(jìn)行配置。
15.上述13中所述的電脫鹽裝置，在陰極室中，在該室內(nèi)層疊配置的陰離子交換纖維材料，與劃定該室的陰離子交換膜及陰電極兩者接觸地進(jìn)行配置。
16.上述13中所述的電脫鹽裝置，在陰極室中，沿劃定該室的陰離子交換膜及/或陰電極的表面配置陰離子交換纖維材料。
17.一種電脫鹽裝置，其是在陰極和陽極之間具有用多個離子交換膜隔開的脫鹽室及濃縮室及電極室的電脫鹽裝置，其特征在于，在脫鹽室及濃縮室及電極室的至少一個室中，賦予離子交換功能的通水性多孔性材料層，與通水的流通方向交叉層疊配置。
18.上述17中所述的電脫鹽裝置，賦予離子交換功能的通水性多孔性材料，采用放射線接枝聚合法向基材導(dǎo)入離子交換基。
19.上述17或18中所述的電脫鹽裝置，賦予離子交換功能的通水性多孔性材料，配置在脫鹽室的至少一部分中。
20.上述17或18中所述的電脫鹽裝置，賦予離子交換功能的通水性多孔性材料，配置在濃縮室的至少一部分中。
21.上述17或18中所述的電脫鹽裝置，賦予離子交換功能的通水性多孔性材料，配置在電極室的至少一部分中。
22.上述17或18中所述的電脫鹽裝置，賦予離子交換功能的通水性多孔性材料，配置在脫鹽室的至少一部分及濃縮室的至少一部分中。
23.上述22中所述的電脫鹽裝置，賦予離子交換功能的通水性多孔性材料，配置在電極室的至少一部分中。
24.上述21或23中所述的電脫鹽裝置，賦予離子交換功能的通水性多孔性材料，配置在電極室中。
25.一種電脫鹽裝置，其是在陰極和陽極之間具有用多個離子交換膜隔開的脫鹽室及濃縮室及電極室的電脫鹽裝置，其特征在于，在脫鹽室及濃縮室及電極室的至少一個室中，把長片狀(a longsheet-shaped)陰離子交換纖維材料及陽離子交換纖維材料重合，將其折疊，使與該室尺寸一致而形成褶狀的離子交換纖維材料結(jié)構(gòu)體加以填充，使褶狀面與通水方向交叉，并且結(jié)構(gòu)體兩斷面分別與劃定該室的陽離子交換膜及陰離子交換膜接觸。
26.一種電脫鹽裝置，其是在陰極和陽極之間具有用多個離子交換膜隔開的脫鹽室及濃縮室及電極室的電脫鹽裝置，其特征在于，在脫鹽室及濃縮室及電極室的至少一個室中，把長片狀陰離子交換纖維材料及陽離子交換纖維材料重合，卷繞而形成的輥筒狀結(jié)構(gòu)體1個或多個加以填充，使結(jié)構(gòu)體兩斷面分別與劃定該室的陽離子交換膜及陰離子交換膜接觸。
下面采用具體的實施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。下列記載是表示本發(fā)明的一具體例子，但本發(fā)明不被這些記載所限定。
制造例1陽離子交換無紡布的制造作為基材，采用纖維直徑17μm的聚乙烯(殼)/聚丙烯(芯)的復(fù)合纖維構(gòu)成的單位面積重量55g/m2、厚0.35mm的熱熔粘無紡布。對無紡布基材在氮氣氛圍氣中照射電子線(150kGy)。把照射過的無紡布基材浸漬在甲基丙烯酸縮水甘油酯的10％甲醇溶液中，于45℃使反應(yīng)4小時。把反應(yīng)后的無紡布基材在60℃的二甲基甲酰胺溶液中浸漬5小時，除去未結(jié)合在基材上的單體聚合物(均聚物)，得到用甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝聚合的無紡布材料(接枝率131％)。把該接枝無紡布浸漬在亞硫酸鈉∶異丙醇∶水＝1∶1∶8(重量比)的溶液中，于80℃使反應(yīng)10小時，導(dǎo)入磺酸基后用鹽酸(5重量％)進(jìn)行再生處理，得到強酸性陽離子交換無紡布(中性鹽分解容量471meq/m2)。將其作為“陽離子交換無紡布”。
制造例2陰離子交換無紡布的制造與制造例1同樣，在氮氣氛圍氣中對無紡布基材照射電子線(150kGy)。使氯甲基苯乙烯(Seimi chemical公司制造，商品名CMS-AM)通過活性氧化鋁填充層，除去阻聚劑，進(jìn)行氮曝氣。在脫氮處理后的氯甲基苯乙烯溶液中浸漬照射過電子線的無紡布基材，于50℃使反應(yīng)6小時。然后，從氯甲基苯乙烯溶液中取出無紡布，于甲苯中浸漬3小時除去均聚物，得到用氯甲基苯乙烯進(jìn)行接枝聚合的無紡布(接枝率161％)。把該接枝無紡布在三甲胺溶液(10重量％)中季銨化后，用氫氧化鈉水溶液(5重量％)進(jìn)行再生處理，得到具有季銨基的強堿性陰離子交換無紡布(中性鹽分解容量350meq/m2)。將其作為“陰離子交換無紡布”。
制造例3陽離子傳導(dǎo)間隔板的制造采用厚1.2mm、間矩3mm的聚乙烯制造的斜交網(wǎng)，作為離子傳導(dǎo)間隔板基材，用苯乙烯磺酸鈉作為接枝單體，和用丙烯酸作為輔助單體。
邊用干冰冷卻邊在氮氣氛圍氣中對聚乙烯制造的斜交網(wǎng)照射γ線(150kGy)。把該照射過的斜交網(wǎng)浸漬在磺酸鈉和丙烯酸的混合單體溶液中，于75℃使反應(yīng)3小時。得到具有磺酸基和羧基的接枝斜交網(wǎng)材料(陽離子傳導(dǎo)間隔板)(接枝率153％)。中性鹽分解容量為189meq/m2、總交換容量為834meq/m2。將其作為“陽離子傳導(dǎo)間隔板”。
制造例4陰離子傳導(dǎo)間隔板的制造邊用干冰冷卻邊在氮氣氛圍氣中對制造例3同樣的聚乙烯制造的斜交網(wǎng)照射γ線(150kGy)。把該照射過的斜交網(wǎng)浸漬在VBTAC(乙烯基芐基三甲銨)及DMAA(二甲基丙烯酰胺)的混合單體溶液中，于50℃使反應(yīng)3小時。得到VBTAC及DMAA的接枝斜交網(wǎng)。計算的接枝率為156％。計算所得到的接枝斜交網(wǎng)的中性鹽分解容量為198meq/m2。將其作為“陰離子傳導(dǎo)間隔板”。
實施例1組裝圖6構(gòu)成的電脫鹽裝置。在陰極和陽極之間按圖6所示設(shè)置陽離子交換膜C(Tokuyama Corporation制造，NEOSEPTA CMB)和陰離子交換膜A(Tokuyama Corporation制造，NEOSEPTA AHA)，從陽極側(cè)開始依次設(shè)置陽極室、濃縮室、脫鹽室、濃縮室、陰極室，構(gòu)成電脫鹽裝置。脫鹽室的厚度為20mm，電極的大小為縱50mm×橫50mm，濃縮室及電極室的厚度為3mm。脫鹽室按制造例1進(jìn)行制造的用鹽酸再生的陽離子交換無紡布，以及按制造例2進(jìn)行制造的用堿再生的陰離子交換無紡布，按圖6所示，在被處理水的流通方向的交叉方向(即橫向)，分別交替層疊填充25塊。在兩濃縮室中，在陰離子交換膜上，把制造例4制造的2塊陰離子傳導(dǎo)間隔板，與陰離子交換膜平行配置，在陽離子交換膜上，把制造例3制造的2塊陽離子傳導(dǎo)間隔板，與陽離子交換膜平行配置。另外，在陽極室，把制造例3制造的4塊陽離子傳導(dǎo)間隔板，與陽離子交換膜平行配置，在陰極室，把制造例4制造的4塊陰離子傳導(dǎo)間隔板，與陰離子交換膜平行配置。
在兩電極間，施加0.4A的直流電流，把0.2MΩcm的RO處理水(反滲透膜處理水二氧化硅濃度0.1～0.3ppm、水溫14℃～26℃、TOC濃度120ppb)，用流量10Lh-1(SV＝200h-1)通入脫鹽室，關(guān)于濃縮室及電極室，把0.2MΩcm的RO處理水從陰極側(cè)電極室向陰極側(cè)濃縮室串聯(lián)，從陽極側(cè)極室向陽極側(cè)濃縮室串聯(lián)，分別以2.5Lh-1通水。結(jié)果是，運行1分鐘后，從脫鹽室得到作為脫鹽水的18.2MΩcm以上的水，而運行1000小時后，可穩(wěn)定得到18.0MΩcm以上的水。圖7示出運行1200小時時的處理水比電阻的經(jīng)時變化曲線。另外，處理水的TOC濃度在25小時后也達(dá)到7.2ppb，達(dá)到5.3ppb的平衡值。在1000小時運行后，脫鹽室的壓力損失達(dá)到0.5kgf/cm2。
比較例1采用在脫鹽室/濃縮室中，把離子交換纖維材料及離子傳導(dǎo)間隔板，在與被處理水的平行方向填充的現(xiàn)有的電脫鹽裝置進(jìn)行通水試驗。如圖8所示，通過在電極間交替配置陰離子交換膜(A)及陽離子交換膜(C)，組裝成具有3個脫鹽室的現(xiàn)有公知型電脫鹽裝置。各脫鹽室池及各極室的厚度為2.5mm，各濃縮室的厚度1.5mm、電極大小為縱240mm×橫50mm。離子交換膜與實施例1的材料同樣。各脫鹽室中，陰離子交換膜面用制造例2制造的陰離子交換無紡布，而陽離子交換膜面用制造例1制造的陽離子交換無紡布，各配置1塊，在兩無紡布之間填充制造例4制造的2塊陰離子傳導(dǎo)間隔板。在各濃縮室，在陰離子交換膜面用制造例4制造的陰離子傳導(dǎo)間隔板，而陽離子交換膜面用制造例3制造的陽離子傳導(dǎo)間隔板，各填充1塊。另外，在陽極室，把制造例3制造的陽離子傳導(dǎo)間隔板配置4塊，在陰極室，把制造例4制造的陰離子傳導(dǎo)間隔板配置4塊。
在兩電極間，施加0.13A的直流電流，把0.2MΩcm的RO處理水(反滲透膜處理水二氧化硅濃度0.1～0.3ppm、水溫14℃～26℃、TOC濃度120ppb)，用流量5Lh-1(SV＝55.6h-1)通入串聯(lián)的脫鹽室D1、D2、D3，關(guān)于濃縮室及電極室，把0.2MΩcm的RO處理水從陰極側(cè)極室(K2)經(jīng)過濃縮室C2、C1，串聯(lián)向陽極側(cè)極室(K1)以2.5Lh-1通水。結(jié)果是，運行100小時后，作為脫鹽水得到17.9MΩcm的水，而運行1000小時后，也得到17.6MΩcm以上的水。另外，處理水的TOC濃度在200小時后達(dá)到10ppb，幾乎達(dá)到9.2ppb的平衡值。1000小時運行后，脫鹽室的壓力損失，3室達(dá)到0.5kgf/cm2。
采用同樣的裝置，把流向脫鹽室的流量提高至20Lh-1(SV＝222h-1)，把流向濃縮室的流量提高至10Lh-1，進(jìn)行同樣的實驗，水質(zhì)隨著運行時間加長而上升，在運行1000小時后可以得到1.3MΩcm的水質(zhì)。在運行1000小時后，脫鹽室的壓力損失，3室達(dá)到2.3kgf/cm2。
比較例2采用在脫鹽室/濃縮室中填充離子交換樹脂珠粒的現(xiàn)有的電脫鹽裝置進(jìn)行通水試驗。如圖9所示，組裝成具有9個脫鹽室的現(xiàn)有公知型電脫鹽裝置。脫鹽室池的厚度為3mm，濃縮室及電極室的厚度3mm，電極大小為縱220mm×橫35mm。離子交換膜與實施例1的材料同樣。各脫鹽室、各濃縮室及兩電極室中，混合填充陽離子交換樹脂珠粒(DowChemical公司制造，Dowex MONOSPHERE 650C)及陰離子交換樹脂珠粒(Dow Chemical公司制造，Dowex MONOSPHERE 550A)。在兩電極間，施加0.1A的直流電流，把0.2MΩcm的RO處理水(反滲透膜處理水二氧化硅濃度0.1～0.3ppm、水溫14℃～26℃、TOC濃度120ppb)，用流量12Lh-1(SV＝57.7h-1)通入圖9所示的脫鹽室，關(guān)于濃縮室及電極室，把0.2MΩcm的RO處理水從陰極側(cè)電極室(K2)經(jīng)過圖9所示的各濃縮室，向陽極側(cè)極室(K1)以6Lh-1通水。結(jié)果是，運行1000小時后，得到4.3MΩcm的水質(zhì)。處理水的TOC濃度在1000小時后達(dá)到20ppb。1000小時運行后，脫鹽室的壓力損失為0.8kgf/cm2。
采用同樣的裝置，把流向脫鹽室的流量提高至36Lh-1(SV＝173h-1)，把流向濃縮室的流量提高至18Lh-1，進(jìn)行同樣的實驗，水質(zhì)隨著運行時間加長而上升，在運行1000小時后可以得到0.5MΩcm的水質(zhì)。處理水的TOC濃度在1000小時后達(dá)到15ppb，脫鹽室的壓力損失為2.5kgf/cm2。
從上述實施例1及比較例1、2可知，采用本發(fā)明的電脫鹽裝置，與原來的電脫鹽裝置相比，以高得多的原水流量都可以得到良好的處理水質(zhì)。另外，由于裝置小型化，故脫鹽室的壓力損失也無問題。
實施例2組裝圖10構(gòu)成的電脫鹽裝置。在陰極和陽極之間按圖10所示設(shè)置陽離子交換膜C(Tokuyama Corporation制造，NEOSEPTA CMB)和陰離子交換膜A(Tokuyama Corporation制造，NEOSEPTA AHA)，從陽極側(cè)開始依次設(shè)置陽極室、濃縮室、脫鹽室、濃縮室、陰極室，制成電脫鹽裝置。脫鹽室及濃縮室的厚度為20mm，電極的大小為縱50mm×橫50mm，電極室的厚度為3mm。在脫鹽室及濃縮室，把按制造例1進(jìn)行制造的用鹽酸再生的陽離子交換無紡布，以及按制造例2進(jìn)行制造的用堿再生的陰離子交換無紡布，按圖10所示，在相對于被處理水的流通方向的交叉方向(即橫向)，分別交替層疊填充25塊。另外，在陽極室，把制造例3制造的陽離子傳導(dǎo)間隔板4塊，與陽離子交換膜平行配置，在陰極室，把制造例4制造的陰離子傳導(dǎo)間隔板4塊，與陰離子交換膜平行配置。
在兩電極間，施加0.4A的直流電流，把0.2MΩcm的RO處理水(反滲透膜處理水二氧化硅濃度0.1～0.3ppm、水溫14℃～26℃、TOC濃度120ppb、碳酸濃度6.5ppm、鈣濃度208ppb)，用流量20Lh-1(SV＝400h-1)通入脫鹽室，關(guān)于兩濃縮室，把0.2MΩcm的RO處理水以12Lh-1通入，關(guān)于兩電極室，把0.2MΩcm的RO處理水以8Lh-1通入。結(jié)果是，運行1分鐘后，作為脫鹽水的18.2MΩcm的水，從脫鹽室得到，30小時后的運行電壓為40.75V。另外，此時的陰極側(cè)濃縮室及陽極室兩側(cè)的該電壓分別為4.87V、2.71V。繼續(xù)進(jìn)行2000小時的連續(xù)運行，測定運行電壓及兩濃縮室及脫鹽室兩端的該電壓經(jīng)時變化。結(jié)果示于圖12。從運行一開始，運行電壓及濃縮室兩端的該電壓上升，在200小時左右，濃縮室兩端的該電壓達(dá)到大致一定，運行電壓的上升率在500小時左右達(dá)到極小。2000小時后的運行電壓為130V，陰極側(cè)濃縮室兩端的該電壓為8.0V。運行后分解裝置，觀察濃縮室內(nèi)的離子交換無紡布，但未看到特別的結(jié)垢析出。
還有，濃縮室兩端的該電壓，是在圖10構(gòu)成的脫鹽裝置中，陽極室內(nèi)的陽離子交換膜側(cè)、陽極側(cè)濃縮室的陰離子交換膜側(cè)、陰極側(cè)濃縮室的陽離子交換膜側(cè)及陰極室的陰離子交換膜側(cè)，填充用白金制成的電極線(直徑0.4mm)，測定各電極間的電位差而得到。
比較例3組裝圖11構(gòu)成的電脫鹽裝置。在陰極和陽極之間按圖11所示設(shè)置陽離子交換膜C(Tokuyama Corporation制造，NEOSEPTA CMB)和陰離子交換膜A(Tokuyama Corporation制造，NEOSEPTA AHA)，從陽極側(cè)開始依次設(shè)置陽極室、濃縮室、脫鹽室、濃縮室、陰極室，制成電脫鹽裝置。脫鹽室的厚度為20mm，電極的大小為縱50mm×橫50mm，濃縮室及電極室的厚度為3mm。在脫鹽室，把按制造例1進(jìn)行制造的用鹽酸再生的陽離子交換無紡布，以及按制造例2進(jìn)行制造的用堿再生的陰離子交換無紡布，按圖11所示，在相對于被處理水的流通方向的交叉方向(即橫向)，分別交替層疊填充25塊。在兩濃縮室，在陰離子交換膜上把制造例4制造的陰離子傳導(dǎo)間隔板1塊，與陰離子交換膜平行配置，在陽離子交換膜面上把制造例3制造的陽離子傳導(dǎo)間隔板1塊，與陽離子交換膜平行配置。另外，在陽極室，把制造例3制造的陽離子傳導(dǎo)間隔板，與陽離子交換膜平行配置4塊，在陰極室，把制造例4制造的陰離子傳導(dǎo)間隔板，與陰離子交換膜平行配置4塊。
在兩電極間，施加0.4A的直流電流，把0.2MΩcm的RO處理水(反滲透膜處理水二氧化硅濃度0.1～0.3ppm、水溫14℃～26℃、TOC濃度120ppb、碳酸濃度6.5ppm、鈣濃度208ppb)，用流量20Lh-1(SV＝400h-1)通入脫鹽室，關(guān)于兩濃縮室，分別把0.2MΩcm的RO處理水以12Lh-1通入。關(guān)于兩電極室，分別把0.2MΩcm的RO處理水以8Lh-1通入。結(jié)果是，運行1分鐘后，作為脫鹽水的18.2MΩcm的水，從脫鹽室得到，30小時后的運行電壓為81.2V。另外，此時的陰極側(cè)濃縮室及陽極室兩端的該電壓分別為11.9V、13.1V。繼續(xù)進(jìn)行2000小時的連續(xù)運行，測定運行電壓及兩濃縮室及脫鹽室兩端的該電壓經(jīng)時變化。結(jié)果示于圖13。與圖12所示的實施例2的結(jié)果比較，運行電壓及兩濃縮室兩端的該電壓上升程度極大，既使在1000小時運行后，也有上升傾向。2000小時后的運行電壓為293.9V，陰極側(cè)濃縮室兩端的該電壓為44.0V，陽極側(cè)濃縮室兩端的該電壓為82.7V。
運行2000小時后分解裝置，觀察濃縮室內(nèi)的離子傳導(dǎo)間隔板的結(jié)果是，整個隔板碳酸鈣垢激烈析出。在陰離子傳導(dǎo)間隔板和陽離子傳導(dǎo)間隔板的接觸部分析出碳酸鈣結(jié)晶，其作為種核又在整個隔板上析出結(jié)晶。
當(dāng)實施例2及比較例3相比時可知，濃縮室內(nèi)的陰離子交換無紡布及陽離子交換無紡布，相對于流通方向橫置、層疊、填充的實施例2的方案，運行電壓的穩(wěn)定性優(yōu)良。長時間運行后分解裝置，觀察的結(jié)果認(rèn)為，該運行電壓的穩(wěn)定性主要是濃縮室內(nèi)碳酸鈣結(jié)垢的析出難以發(fā)生所致。
實施例3組裝圖14構(gòu)成的電脫鹽裝置。在陰極和陽極之間按圖14所示設(shè)置陽離子交換膜C(Tokuyama Corporation制造，NEOSEPTA CMB)和陰離子交換膜A(Tokuyama Corporation制造，NEOSEPTA AHA)，從陽極側(cè)開始依次設(shè)置陽極室、濃縮室、脫鹽室、濃縮室、陰極室，制成電脫鹽裝置。脫鹽室及濃縮室的厚度為20mm，電極的大小為縱50mm×橫50mm，電極室的厚度為5mm。在脫鹽室及濃縮室，把按制造例1進(jìn)行制造的用鹽酸再生的陽離子交換無紡布，以及按制造例2進(jìn)行制造的用堿再生的陰離子交換無紡布，按圖14所示，在被處理水的流通方向的交叉方向(即橫向)，分別交替層疊填充25塊。在陽極室，把按制造例1進(jìn)行制造的陽離子交換無紡布，按圖14所示，在通水方向的交叉方向(橫向)，層疊填充50塊。在陰極室，把按制造例2進(jìn)行制造的陰離子交換無紡布，按圖14所示，在通水方向的交叉方向(橫向)，層疊填充50塊。
在兩電極間，施加0.4A的直流電流，把0.2MΩcm的RO處理水(反滲透膜處理水二氧化硅濃度0.1～0.3ppm、水溫14℃～26℃、TOC濃度120ppb、碳酸濃度6.5ppm、鈣濃度208ppb)，用流量20Lh-1(SV＝400h-1)通入脫鹽室，關(guān)于兩濃縮室，把0.2MΩcm的RO處理水以12Lh-1通入，關(guān)于兩電極室，把0.2MΩcm的RO處理水以8Lh-1通入。結(jié)果是，運行1分鐘后，作為脫鹽水的18.2MΩcm的水，從脫鹽室得到，30小時后的運行電壓為36.6V。另外，此時的陰極側(cè)濃縮室及陽極室兩側(cè)的該電壓分別為5.25V、2.71V。繼續(xù)進(jìn)行2000小時的連續(xù)運行，測定運行電壓及兩濃縮室及脫鹽室兩端的該電壓經(jīng)時變化。結(jié)果示于圖16。兩電極室兩端的該電壓，從運行開始穩(wěn)定地顯示低值，在2000小時運行后，運行電壓為76.6V，陰極側(cè)濃縮室兩端的該電壓分別為5.33V及1.65V。另一方面，在實施例2的電脫鹽裝置運行中，測定的兩電極室兩端的該電壓經(jīng)時變化示于圖17。
與圖17所示的實施例2的結(jié)果比較可知，陰極室中的陰離子交換無紡布橫向?qū)盈B配置的實施例3，在陰極室兩端的該電壓上升被大大抑制。
實施例4組裝圖15構(gòu)成的電脫鹽裝置。在陰極和陽極之間按圖15所示設(shè)置陽離子交換膜C(Tokuyama Corporation制造，NEOSEPTA CMB)和陰離子交換膜A(Tokuyama Corporation制造，NEOSEPTA AHA)，從陽極側(cè)開始依次設(shè)置陽極室、濃縮室、脫鹽室、濃縮室(兼陰極室)，制成電脫鹽裝置。脫鹽室及濃縮室及濃縮室兼陰極室的厚度為20mm，電極的大小為縱50mm×橫50mm，陽極室的厚度為5mm。在脫鹽室及濃縮室及濃縮室兼陰極室，把按制造例1進(jìn)行制造的用鹽酸再生的陽離子交換無紡布，以及按制造例2進(jìn)行制造的用堿再生的陰離子交換無紡布，按圖15所示，在相對于被處理水的流通方向的交叉方向(即橫向)，分別交替層疊填充25塊。在陽極室，把按制造例1進(jìn)行制造的陽離子交換無紡布，按圖15所示，在通水方向的交叉方向(橫向)，層疊填充50塊。
在兩電極間，施加0.4A的直流電流，把0.2MΩcm的RO處理水(反滲透膜處理水二氧化硅濃度0.1～0.3ppm、水溫14℃～26℃、TOC濃度120ppb、碳酸濃度6.5ppm、鈣濃度208ppb)，用流量20Lh-1(SV＝400h-1)通入脫鹽室，關(guān)于濃縮室，把0.2MΩcm的RO處理水以12Lh-1通入，在陽極室及濃縮室兼陰極室，分別把0.2MΩcm的RO處理水以8Lh-1通入。結(jié)果是，運行1分鐘后，作為脫鹽水的18.2MΩcm的水，從脫鹽室得到，30小時后的運行電壓為33.4V。另外，此時的濃縮室兼陰極室及陽極室兩端的該電壓分別為6.71V、1.71V。繼續(xù)進(jìn)行2000小時的連續(xù)運行，測定運行電壓及陽極室及濃縮室兼陰極室兩端的該電壓經(jīng)時變化。結(jié)果示于圖18。陽極室及濃縮室兼陰極室兩端的該電壓，從運行一開始穩(wěn)定地顯示低值，在2000小時運行后，運行電壓為73.9V，濃縮室兼陰極室及陽極室兩端的該電壓分別為9.84V及1.78V。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性按照本發(fā)明，在脫鹽室內(nèi)離子交換纖維材料相對于通液方向的交叉方向橫置、層疊、填充而制成所謂新型脫鹽室結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的電脫鹽裝置相比，裝置小，可穩(wěn)定得到高純度的純水(高比電阻及低TOC)。另外，由于裝置小型化，僅把纖維材料填充至脫鹽室，故壓力損失問題不大。另外，對濃縮室及在電極室，可以采用與脫鹽室同樣的結(jié)構(gòu)，從而可以抑制起因于碳酸鈣析出的運行電壓上升問題。
權(quán)利要求
1.一種電脫鹽裝置，該裝置是在陰極和陽極之間具有通過多塊離子交換膜分隔的脫鹽室及濃縮室及電極室的電脫鹽裝置，其特征在于，在脫鹽室及濃縮室及電極室的至少一個室中把陰離子交換纖維材料的層與陽離子交換纖維材料的層的至少一種，在通水方向交叉層疊配置。
2.按照權(quán)利要求1中所述的電脫鹽裝置，在脫鹽室及濃縮室的至少一個室中，在該室內(nèi)使層疊配置的陰離子交換纖維材料和劃定該室的陰離子交換膜接觸地進(jìn)行配置，及/或在該室內(nèi)使層疊配置的陽離子交換纖維材料和劃定該室的陽離子交換膜接觸地進(jìn)行配置。
3.按照權(quán)利要求1中所述的電脫鹽裝置，在脫鹽室及濃縮室的至少一個室中，在該室內(nèi)使層疊配置的陰離子交換纖維材料和該室內(nèi)層置配置的陽離子交換纖維材料的一種或兩種，與劃定該室的陰離子交換膜及陽離子交換膜兩者接觸地進(jìn)行配置。
4.按照權(quán)利要求1中所述的電脫鹽裝置，在脫鹽室及濃縮室的至少一個室中，沿陰離子交換膜表面配置陰離子交換纖維材料，及/或沿陽離子交換膜表面配置陽離子交換纖維材料。
5.按照權(quán)利要求1～4中任何一項所述的電脫鹽裝置，在脫鹽室及濃縮室的至少一個室中，把陰離子交換纖維材料的層與陽離子交換纖維材料的層，在通水方向交叉交替層疊配置數(shù)層。
6.按照權(quán)利要求1～5中任何一項所述的電脫鹽裝置，在陰極室陰離子交換纖維材料在通水方向交叉層疊配置。
7.按照權(quán)利要求6中所述的電脫鹽裝置，該陰離子交換纖維材料與劃定該陰極室的陰離子交換膜及陰電極的至少一種接觸地進(jìn)行配置。
8.按照權(quán)利要求6中所述的電脫鹽裝置，該陰離子交換纖維材料與劃定該陰極室的陰離子交換膜及陰電極的兩者接觸地進(jìn)行配置。
9.按照權(quán)利要求6中所述的電脫鹽裝置，在陰極室，沿著劃定該室的陰離子交換膜及/或陰電極的表面，配置陰離子交換纖維材料。
10.按照權(quán)利要求1～9中任何一項所述的電脫鹽裝置，陰離子交換纖維材料及陽離子交換纖維材料為紡織布或無紡布。
11.按照權(quán)利要求1～9中任何一項所述的電脫鹽裝置，陰離子交換纖維材料及陽離子交換纖維材料層的至少一種利用放射線接枝聚合法向基材導(dǎo)入離子交換基。
12.一種電脫鹽裝置，該裝置是在陰極和陽極之間具有通過多塊離子交換膜分隔的脫鹽室及濃縮室及電極室的電脫鹽裝置，其特征在于，在脫鹽室及濃縮室及電極室的至少一個室中，賦予離子交換功能的通水性多孔性材料層，在通水的流通方向交叉層疊配置。
13.一種電脫鹽裝置，該裝置是在陰極和陽極之間具有通過多塊離子交換膜分隔的脫鹽室及濃縮室及電極室的電脫鹽裝置，其特征在于，把長片狀陰離子交換纖維材料及陽離子交換纖維材料重合，將其折疊成與脫鹽室尺寸吻合，形成褶狀的離子交換纖維材料結(jié)構(gòu)體，把該褶狀結(jié)構(gòu)體充填至脫鹽室內(nèi)，使褶狀面與通水方向交叉，并且使結(jié)構(gòu)體的兩斷面分別接觸劃定脫鹽室的陽離子交換膜及陰離子交換膜。
14.一種電脫鹽裝置，該裝置是在陰極和陽極之間具有通過多塊離子交換膜分隔的脫鹽室及濃縮室及電極室的電脫鹽裝置，其特征在于，在脫鹽室內(nèi)及濃縮室及電極室的至少一個室中，把長片狀陰離子交換纖維材料及陽離子交換纖維材料重合，將其卷繞形成的纖維材料結(jié)構(gòu)體1個或多個填充，使結(jié)構(gòu)體的兩斷面分別接觸劃定該室的陽離子交換膜及陰離子交換膜。
全文摘要
本發(fā)明的目的提供一種脫鹽效率優(yōu)良的具有新型結(jié)構(gòu)的電脫鹽裝置。作為解決該課題的手段，本發(fā)明一實施方案提供一種電脫鹽裝置，該裝置是在陰極和陽極之間，具有用多塊離子交換膜分隔的脫鹽室及濃縮室及電極室的電脫鹽裝置，其特征在于，在脫鹽室及/或濃縮室及/或電極室內(nèi)把陰離子交換纖維材料的層與陽離子交換纖維材料的層的至少一種，在通水方向交叉層疊配置。
文檔編號B01D61/42GK1747902SQ20038010965
公開日2006年3月15日 申請日期2003年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者高橋洋平, 中西收 申請人:株式會社荏原制作所