脱イオン水と軟水とは何ですか?

イオン化水と軟水の概念について聞いたことがあるかもしれません。脱イオン水と軟水とは何なのか、その違いは何なのか、という疑問について考えたことがありますか。

この記事では、脱イオン水と脱塩水の定義について詳しく説明します。また、それらの作り方と使用できる場所を紹介します。今すぐ始めましょう！

1. 脱イオン水と軟水とは何ですか?

脱イオン水: 脱イオン水は、通常、イオン汚染物質の濃度が低いかまったくない高品質の飲料水です。基本的に、脱イオン水は、原水からミネラルを除去する脱イオンと呼ばれるプロセスによって生成されます。さまざまな水質と使用要件に応じて、出口水の抵抗率は 1 ～ 18MΩ.cm の間で制御できます。

脱イオン化により有機物もさらに除去されるため、工業用途では重宝されています。脱イオン水は、浮遊物質やミネラルのほとんど、あるいはすべてが除去されるため、栄養価はほとんどありません。ただし、特定の臭いや味が残る場合があります。

軟水： 脱塩水とも呼ばれます。カルシウム、マグネシウム、鉄、石灰などの硬度ミネラルを除いた飲料水です。軟水化により、パイプ、給湯器、その他の水処理設備に堆積物が蓄積するのを防ぎます。また、特定の味や臭いも除去されます。水の硬度は、100 万分の 1 の硬度ミネラルの濃度に基づいて等級分けされます。以下に、水の硬度の明確な分類を示します。

水の硬度（mg/L）	分類
0～60 mg/L	軟水
61-120 mg/L	中軟水
121-180 mg/L	硬水
180 mg/L以上	非常に硬い水

2. 脱イオン水と脱塩水の違いは何ですか?

軟水は水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンに基づいて計算され、水軟化システムでは水中の総塩分含有量を減らすことはできません。脱イオン水装置は水中のすべての金属イオンを除去できます。イオン水は水中のミネラルの量に基づいて計算されます。

したがって、両者の違いは、軟水は原水を設備で処理した後に硬度を下げた製品であるということです。理想的な脱イオン水は純度が高く、水中の可溶性塩分が少なく、水質は純水の基準に達します。

3. 脱イオン水（DI水）の作り方

複雑な工業、研究、製薬の用途では、イオン汚染のない高品質の精製水が必要です。これは、主にイオン交換を利用する脱イオン化システムを導入することで実現されます。一部の分野では、逆浸透法も脱イオン水の製造に使用されます。

-イオン交換とは何ですか?

イオン交換 単に、可逆的なプロセスで、有害なイオン性汚染物質を、より有害なイオンに置き換える水処理プロセスです。イオン交換は、 イオン交換樹脂最適なイオン交換を行うには、頻繁な再生が必要です。主に、2 種類のイオン交換樹脂が使用されます。

• 陽イオン交換樹脂。
• 陰イオン交換樹脂。

陰イオン交換樹脂は、水酸基 (OH-) などの負電荷と同義のイオンを保持し、供給水中の陰イオン性汚染物質と交換してこれを放出します。一方、陽イオン交換樹脂は、供給水中の陽イオン性汚染物質を水素 (H+) などの望ましい陽イオンに置き換えます。

陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の両方を導入することで、塩基交換と有機物の除去が容易になり、イオン性汚染物質が一切含まれない高品質の生産水が生成されます。

-脱イオンユニット。

脱イオン水システムは、2 つの脱イオンプロセスを通じて給水に含まれるイオン性不純物を除去します。

（１）２床脱イオンプロセス

典型的な 2ベッド脱イオンシステム 陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂の両方が装備されています。まず、給水が陽イオン交換容器に注入され、樹脂が水素イオンを放出して給水中の陽イオン性汚染物質を分散させます。

マグネシウムやカルシウムなどの二価陽イオンは2つの水素イオンと交換され、ナトリウムなどの一価陽イオンは1つの水素イオンと置換されて電気的バランスを維持します。

次に、陽イオン容器からの水は陰イオン樹脂を通過し、ここで樹脂から水酸化物イオンが放出され、水中の陰イオン汚染物質と交換されます。

（２）混床脱イオンプロセス

 

2床脱イオンシステムとは異なり、 混合床脱イオン装置 混合床式脱イオンシステムでは、イオン交換樹脂が 1 つの容器に混合されています (陰イオン樹脂と陽イオン樹脂の両方)。そのため、混合床式脱イオンシステムで生成される脱イオン水の品質は、2 床式脱イオン装置で生成される脱イオン水の品質よりも優れています。

そのため、混合床脱イオン化は、逆浸透システムや 2 床脱イオン化システムの後処理プロセスとしてよく使用されます。技術的には、2 床脱イオン化によって生成された水を精製します。

（３）電気脱イオン化

電気脱イオン化は、化学イオンではなく直流エネルギーで動作する最新の脱イオン化技術です。その有効性と効率性から、混床脱イオン化の理想的な代替手段として多くの人から推奨されています。

電気脱イオン化は、原水からイオン性汚染物質を除去しますが、必ずしもそれほど問題のないミネラルに置き換える必要はありません。電気脱イオン化は、致死的な廃水を生成しないため、産業界や研究所で徐々に注目を集めています。

-逆浸透システム。

逆浸透システム プロセスは、物理的なろ過プロセスです。流入する水は高圧下でシステムに押し込まれ、原水が膜を通り抜けます。このシステムでは、ナノメートル サイズの孔を持つ逆浸透膜を使用しているため、浮遊物質、コロイド、有機物、ウイルス、バクテリア、およびミネラル イオンを含む可溶性塩を水から除去できます。
そのため、逆浸透システムを通過した後、原水は2種類の水流に分かれ、一方は純水、もう一方は高濃度塩水となり、生産される水質は高くなり、脱イオンの目的を達成します。

4. 軟水の作り方は？

軟水処理の主なプロセスには、注入法、石灰法、電磁法、膜分離法、イオン交換法などがあります。ここでは、主に塩ベースの軟水装置と塩を含まない軟水装置の 2 種類の軟水装置について説明します。

-ナトリウムイオン交換体。

硬度のある原水が樹脂層を含む軟水器を通過すると、イオン交換の原理により、水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンが樹脂に交換吸着され、同時にナトリウムイオンが放出されます。原水中のカルシウムイオンとマグネシウムイオンがナトリウムイオンに置き換わるため、水の硬度が低下します。

このプロセスにより、水中の炭酸塩スケールと硫酸塩スケールが形成されにくくなり、軟水が得られます。軟水はスケールの形成を減らし、機器の寿命を延ばし、水の味を高めます。軟水は、ケータリング、食品、化学、製薬などの業界で循環水アプリケーションに使用できます。樹脂が一定量のカルシウムイオンとマグネシウムイオンを吸収すると、飽和状態に達し、再生する必要があることに注意してください。

-無塩軟水器。

無塩軟化は、軟化用の陽イオン交換樹脂を置き換えることができるプロセスです。プロセス全体では、スケール防止とスケール除去の効果を達成するために塩洗浄を必要としません。特徴は、逆洗なし、再生なし、PH値の変化なし、廃水生成なし、運用コスト「0」、TDS（総溶解固形物）の変化なし、接触時間が短いことです。

5. 脱イオン水と軟水の利点。

複雑な工業、製薬、または研究室の用途では、高濃度の未処理の原水を原料または洗浄剤として使用すると、プロセス全体が危険にさらされる可能性があります。重要な製品またはサービスの汚染を軽減するために、脱イオン化システムと軟水化システムが導入され、最高品質の軟水または脱イオン水が供給されます。

- 脱イオン水はなぜ重要なのでしょうか?

医薬品製造では、脱イオン水はその化学組成により中立溶媒として使用できることから、ブランクとみなされます。不純物が含まれないため、成分として使用される医薬品や敏感な製品を汚染するリスクはありません。脱イオン水を使用する主な利点は次のとおりです。

• 重要な機器や配管への塩分やその他の不純物の蓄積を軽減し、機器の早期損傷を防ぎ、ユーザーの修理や交換の費用を節約します。
• 脱イオン水を化粧品や食品加工の原料として使用すると、最終製品に汚染物質が混入しないことが保証されます。
• 医師の処方があれば、脱イオン水は体内の解毒を助けるために摂取できます。脱イオン水の摂取はミネラル欠乏症の患者に健康上のリスクをもたらす可能性があるため、脱イオン水の摂取は健康専門家の処方に基づいてのみ行う必要があります。

-なぜ脱塩水を使う必要があるのですか?

• 軟水はスケールの形成を軽減または回避します。
• 家電製品の耐用年数を延ばすのに役立ちます。
• 水質が良く、味も良く、人体にも良いです。
• 洗濯や入浴に適しています。
• エネルギーの無駄や水道設備の効率低下などの問題を回避します。
• 低コストで工業用冷却水を軟化します。

6. 脱イオン水と軟水はどこで使用できますか?

世界中で工業化が進み、産業界が製品製造用の脱イオン水の生成を模索する中、脱イオンシステムに対する需要が急増しています。高品質の水はほとんどの産業プロセスで基本的な必需品であるため、脱イオン水と軟水に対する需要は無限にあります。以下は、現在さまざまな用途で脱イオン水を使用している主要産業です。

（1）医薬品の製造

医薬品や注射用水などの医薬品の製造には、高い衛生レベルと汚染物質のない水の使用が必要です。脱イオン化システムは、水道水中のイオン性不純物を最大 99.9% 除去することで、医薬品が重要なプロセスに必要な高品質の精製水を実現するのに役立ちます。

脱イオン水は、限外濾過、逆浸透、紫外線照射などの他の水処理プロセスを使用して磨き上げられ、USP、JP、または Eur. Ph によって設定された品質要件を満たすことができます。以下は、医薬品用途における脱イオン水の一般的な用途です。

• 医薬品機器の洗浄に高品質な水を供給します。
• 医薬品製剤用の賦形剤の生成。
• シロップなどの医薬品溶液を希釈するための安全な溶剤です。
• 医薬品グレードの注射用水（WFI）を提供します。

（2）研究室

病院、学術研究機関、工業および農業研究所など、さまざまな研究所では、主に高度に精製された水を使用して作業を行っています。さまざまな実験や活動で通常の水道水を使用すると、テスト結果が変わる可能性があります。生物学、化学、または農業テストは感度が高いため、研究所では脱イオン水などのブランク水が必要です。研究所での脱イオン水の一般的な用途には、装置の洗浄、濃縮溶液の希釈、さまざまな溶液の混合などがあります。

（3）ボイラー給水

ボイラー給水装置の寿命を延ばすために、硬度ミネラルを含まない脱イオン水または軟水が使用されます。未処理の原水を使用すると、ボイラー給水にスケールが付着し、最終的には汚れが生じる可能性があります。ボイラー給水に脱イオン水を使用すると、プラントの寿命が延び、早期の損傷を回避できることが実証されています。

（4）洗濯。

洗濯に硬水を使用すると、洗剤の過剰使用と汚れが原因となり、鮮やかな色の衣類にシミが付きます。これらを防ぐために、洗濯用の水は、まずイオン交換、石灰軟化、逆浸透、蒸留、キレート剤を使用して軟化されます。

脱イオン水および軟水のその他の用途は次のとおりです。

• 洗車機での最後のすすぎ。
• 消火中。
• 食品加工。
• 化粧品の製造。

7. 脱イオン水と軟水のコスト。

（１）脱イオン水の製造コスト

脱イオン水の製造コストは、脱イオンされる供給水の品質と使用される脱イオン技術によって大きく異なります。脱イオン水の生成にかかる累積コストを算定するには、設置、労働、電力消費、再生、メンテナンス費用などの変数を考慮する必要があります。

脱イオン水システムの運用コストを理解しやすくするために、14,000 GPD の脱イオン水プラントの運用上の考慮事項を分類しました。この図では、システムが約 10 GPM の流量で 24 時間連続して稼働することを前提としています。

• 樹脂の交換。

ほとんどの脱イオン化システムでは、5 年に 1 回樹脂を交換する必要があります。ただし、使用頻度に応じて、水脱イオン化システムごとに交換期間が異なる場合があります。5 ft3 の陽イオン樹脂のコストは約 $500 ですが、陰イオン樹脂のコストは 1 ft3 あたり約 $250 です。交換が 5 年に 1 回行われることを考慮すると、1 か月あたりの樹脂交換の総コストは $38 になります。

• 消耗品（再生薬品）

カチオン樹脂とアニオン樹脂の両方の再生を 1 日に 2 回行う場合、再生 1 回あたりのコストは約 $27.8 になります。これは、HCL (32%) の価格が約 $0.24/lb で、NaOH (50%) の価格が $0.24/lb であると仮定した場合です。さらに、1 回の再生サイクルで 3.5 ガロンの HCL と 1.8 ガロンの NaOH が消費されます。これにより、再生化学薬品の月間コストは約 $720 になります。

• 廃水処理コスト。

脱イオン水の製造にはコストがかかり、廃棄前に処理が必要な高濃度の廃水が生成されます。陽イオン再生サイクルでは 85 ガロンの廃水が生成され、陰イオン再生サイクルでは 95 ガロンの廃水が生成されます。導入されている廃水処理プロセスに関係なく、平均コストは 1 か月あたりおよそ $70 です。

• 電気代。

地域の一般的な電源電圧は、水脱イオン化システムの電気料金に影響を与えることがよくあります。システムが 460V 電源を使用している場合、毎月の電気代は約 $35 です。これは、電力消費が kW/h あたり $0.10 の料金で請求されると仮定した場合です。合計すると、1000 ガロンの脱イオン水を生成するための総コストは約 $2.8 になります。

（２）軟水の製造コスト

同様に、軟水化システムの累積コストは、大きく 2 つのカテゴリに分類できます。軟水化装置の購入価格と運用コストを考慮した購入価格は、システムの設置、労働、電力消費、メンテナンス費用を考慮します。

水軟化装置システムの全体的なコストを確定するには、総運用コストを計算する必要があります。運用コストは、導入されている水軟化プロセス、給水内の硬度イオンの濃度、および水軟化装置のサイズによって大きく異なります。

ほとんどのユーザーにとって、軟水化システムにかかる月々の費用は $10 ～ $20 の範囲です。運用コストの違いは、生産能力、必要な水質、給水水質の違いによって生じます。

8. 脱イオン水（DI）と軟水システムの種類。

-脱イオン水システム

さまざまな脱イオン水を生成するために、異なる仕様で製造されたさまざまな脱イオン水システムがあります。脱イオン水または精製水の種類は、タイプIIからタイプIVまでさまざまですが、主な違いは導電率です。 抵抗率、全有機炭素（TOC）。

これらの異なるグレードの脱イオン水を生成するには、異なる脱イオンシステムとプロセスが採用されています。以下は、NEWater が製造する一般的な脱イオンシステムです。

* デュアルベッド脱イオンシステム。

名前が示すように、デュアルベッド脱イオンユニットは 2 つの別々の容器で構成されています。陽イオン交換樹脂は 1 つの容器に収容され、隣接する容器には陰イオン交換樹脂が収容されています。多様性のために、NEWater は 40k グレインから 800k グレインまでのさまざまな交換容量を持つデュアルベッド脱イオンスキッドを製造しています。

これにより、すべてのお客様の脱イオン水に対する独自の要求に十分対応できます。さらに、サービス流量は 2 GPM から 135 GPM までさまざまです。2 ベッド脱イオン装置の主な特徴は次のとおりです。

• 自動再生。
• デジタルステージング。
• グラスファイバー製のタンク。
• ダイヤフラムバルブ。

* 混合床脱イオンシステム。

混合床脱イオンシステムでは、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂の両方が 1 つの圧力容器に収納されています。陰イオン交換樹脂と陽イオン交換樹脂は厳密に混合されており、陽イオン性汚染物質と陰イオン性汚染物質の両方をそれぞれ水素イオンと水酸化イオンに置換することができます。

NEWater の混合床脱イオンシステムは非常に効果的であるため、スタンドアロンの脱イオン装置または二次脱イオン装置として導入されることが多く、これによりデュアル ベッド脱イオンシステムからの脱イオン水が精製されます。以下は、当社の混合床脱イオンスキッドの基本的な機能です。

• 交換容量は 62K グレインから 450K グレインまでの範囲です。
• 自動再生。
• デジタルステージング装置およびリクエストに応じて PLC。
• バタフライバルブとダイヤフラムバルブ。
• 流量の範囲は 18 GPM から 190 GPM です。
• ゴムで裏打ちされた炭素鋼の容器。

*水の電気脱イオン化システム。

電気脱イオン化（EDI）システムは、DC 電源と活性媒体を利用して、給水からイオン汚染物質を除去します。EDI 水システムは、水を脱イオン化するために化学薬品を使用する必要がないため、廃棄物を生成しないため、非常に高く評価されています。主に、EDI デバイスは、逆浸透システムまたは 2 床脱イオン化システムによって生成された水を精製するために導入されます。

NEWater は、完璧な脱イオン率、低い運用コスト、コンパクトなモジュールを備えた電気脱イオンシステムの製造を専門としています。当社のシステムは汎用性が高く、さまざまな業界で高品質の浄水を生成するために広く利用されています。電気脱イオンシステムの基本的な機能は次のとおりです。

• 高品質の水（最大18メガオームcm）を生産します。
• サービス流量の範囲は 2 GPM から 220 GPM です。
• コンパクトな構造。
• 化学物質の消費を最小限に抑えます。

（２）軟水化システム

家庭、産業、企業で利用されている主な軟水化技術はイオン交換です。軟水化スキッドはイオン交換樹脂を使用して、望ましくないイオン不純物を、それほど問題のないイオンに置き換えます。

軟水を生成するには、硬度ミネラル (マグネシウムとカルシウム) をナトリウムまたはカリウムと交換します。時間が経つにつれて、イオン交換樹脂は有害なイオンでいっぱいになり、再生が必要になります。NEWater が製造する軟水化システムは、工業用または商業用の軟水化システムに大別されます。

工業用軟水化システム。

硬水は、貴重な機器を汚したり、パイプ、ボイラー、熱交換器を詰まらせたりする原因になることが知られています。そのため、ほとんどの業界では、硬水のスケール効果を回避するために軟水器スキッドを使用しています。

NEWater は、ボイラー給水などの工業用途向けに水を軟水化することを目的としたさまざまな軟水化システムを提供しています。当社の工業用軟水化ユニットには、次のような特徴があります。

• 自動再生。
• 交換容量は 90K グレインから 4,200K グレインまでの範囲です。
• タンクはグラスファイバーまたは炭素鋼で作られています。
• 流量は 15 GPM から 1000 GPM の範囲です。
• バタフライバルブまたはダイヤフラムバルブ。

商業用軟水化システム。

業界とは異なり、ほとんどの商業企業では大容量の軟水化システムは必要ありません。住宅団地、ビジネス オフィス、その他の商業組織がコスト効率の高い硬水対策を講じられるように、NEWater は従来型の小型軟水化システムを製造しています。当社の商業用軟水化システムは、標準バージョンとカスタマイズ バージョンでご利用いただけます。以下は、商業用軟水化ユニットの主な特徴です。

• 多様な交換容量範囲（10Kグレインから30Kグレイン）。
• フレックコントロールバルブ。
• グラスファイバー製のタンク（直径6〜10インチ）。
• 流量は 8 GPM から 10 GPM までの範囲で異なります。
• 自動再生。

9. NEWater脱イオンシステムと軟水化システム。

より多くの業界が高品質の精製水を求めるにつれて、脱イオン水スキッドと軟水化システムの需要は着実に増加し続けています。 NEWater は 20 年以上にわたり、さまざまな業界向けの軟水化スキッドと脱イオンシステムの製造をリードしてきました。

ユニークでインテリジェントな設計を備えた NEWater の脱イオン化システムは、お客様の業界やビジネスに水の問題に対するコスト効率の高いソリューションを提供することを保証します。以下では、軟水化システムと脱イオン化装置を NEWater から調達するべき理由について詳しく説明します。

- 簡単なインストールと簡単な操作。

 

NEWater の脱イオン化スキッドと軟水化スキッドの設置は、ほとんどがプラグアンドプレイなので非常に簡単です。注文に応じて提供されるスキッドマウントシステムの場合、すべてのコンポーネントを金属フレームに組み立てることで、設置コストを最小限に抑えます。

自動再生などの対策により、当社の軟水器と脱イオン器は、非常に簡単に使用できます。詳細でわかりやすいユーザー マニュアルにより、さらに使いやすくなっています。さらに、NEWater ではリモート ビデオ チュートリアルによる無料のインストール マニュアルを提供しており、カスタマー サポート チームがいつでも相談に応じます。

- イオン性汚染物質の除去率が高い。

当社の水脱イオン化システムは、原水から有害なイオンを除去する能力に非常に優れており、生成された脱イオン水は精製が必要になることはほとんどありません。脱イオン水または軟水の要件に応じて、当社の 2 床式脱イオン化システムまたは混合床式脱イオン化システムを選択できます。

-電気脱イオン化による高濃度廃水は発生しません。

近年、NEWater の電気脱イオン化システムは、その効果と全体的なコスト効率により需要が高まっています。電気脱イオン化システムの主な利点は、供給水中のイオン性汚染物質を置き換えるために化学薬品や塩を使用しないことです。これにより、揮発性の高い廃水が発生する可能性がなくなり、廃水処理の必要性がなくなります。

-自動再生。

NEWater の軟水化装置と脱イオン化プラントでは、メーターやタイマー付きの時計がシステムに組み込まれているため、再生について心配する必要はありません。時間が経つにつれて、供給水から発生する有害なイオンが陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を圧倒します。この時点で、イオン交換樹脂の生産基準を維持するために再生が必要になります。

最後の言葉

過去20年間、NEWaterはさまざまな容量の 井戸水軟化システム, 脱イオンシステム, EDIシステム、 そして 逆浸透システム さまざまな分野のお客様に提供しています。手頃な価格で脱イオン水を生成するよう設計された高品質の軟水装置を製造することにより、NEWater は水不足と戦うために必要なツールを産業、家庭、企業に提供しています。

水の脱イオン化システムについてさらに詳しく知りたい場合は、 水軟化システム詳しくは、当社のウェブページをご覧ください。最新の見積もりや当社エンジニアとの技術相談については、info@newater.com までメールでお気軽にお問い合わせください。当社は、世界中のお客様に工場価格の軟化システムと脱イオン化システムを提供しています。また、当社製品の販売も歓迎いたします。