JPH0247254B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イオン交換膜を用いる電気透析により電解質溶
液を濃縮或いは稀釈（又は脱塩）する技術は一般
によく知られており、すでに海水から食塩を製造
する工程や、海水の脱塩により、飲料水を製造す
る方法或いは各種排水からの有害物質の除去、回
収等すでに多くの産業分野で実用化されている。

電気透析装置は陽イオン交換膜と陰イオン交換
膜を室枠を介して電極間に多数交互に配列し、締
付けることによつて形成される。かかる電気透析
装置を用いて行えば海水の脱塩を行う場合、従来
の装置では１過流通当り、即ち脱塩室内を１回通
過する間における脱塩率が低いため、所望の脱塩
率まで高める手段として回分方式により複数回電
気透析装置内を循環させて、脱塩を行うとか、あ
るいは複数個の電気透析装置を直列に並べて多段
に順次脱塩を行う方法等が採用されている。しか
しながら前者の回分式による脱塩においては、循
環ポンプおよび循環タンク更にはそれらの間の配
管が必要であり、また後者の直列に並べる方法も
透析装置が複数個必要である等の為、設備費が大
巾に上昇するばかりでなく運転操作が複雑である
という欠点がある。

そこで従来から装置の簡略化、設備費の低減、
運転の容易化を図るため被処理液のワン・パスに
よる処理が望まれている。しかし、イオン交換膜
を用いる電気透析においてワンパス処理により高
脱塩又は高濃縮を達成するためには相隣る濃縮
室、稀釈室間の透析室内濃度差が増大し、イオン
交換膜を介して電解質の拡散が大きくなるため、
脱塩又は濃縮の効率が低下し、更に所謂電流効果
も低下する。

本発明はワン・パスによる電気透析において効
率よく電解質溶液、特に溶解塩を濃縮、脱塩する
方法を提供する。

即ち、本発明は、電極間に陽イオン交換膜と陰
イオン交換膜を室枠を介して交互に配列し締付け
ることによつて交互に多数の脱塩室および濃縮室
の流路を形成させた電気透析装置を用い、電解質
溶液をそれぞれの流路の一端に供給し、他端から
排出させ、その間透析により電解質溶液の濃縮あ
るいは脱塩を行なう方法において、脱塩室あるい
は濃縮室のいずれか一方の流路の途中に、新たに
液を導入することにより、脱塩室内液と濃縮室内
液の濃度差を減少せしめることを特徴とする電気
透析方法である。

本発明は特に濃縮室液を途中で全部又は一部入
れかえることによつて、脱塩効率を向上させるの
に有効であるが、この逆に濃縮効率を向上させる
操作もまた有効な場合がある。

本発明によると脱塩液と濃縮液の濃度差を比較
的小さい範囲で操作し得るため、拡散或いは通電
部外への漏洩電流による電流効率の低下を防止し
得る。

従来から知られている技術として脱塩液と濃縮
液の濃度差を小さくする一つの方法に、脱塩室液
と濃縮室液とを膜を挾んで向流に流す方法もある
が、単にこの方法を実施しただけでは脱塩液と濃
縮液の液圧の差が生じ液の漏洩による電流効率の
低下、回収液量の低下を生じるおそれがある。ま
た向流法では脱塩液と濃縮液の差圧が大きくなり
各透析室への液の分配が不均一になり、液供給量
が不足する室内では水分解による電圧の上昇やス
ケールの析出を生ずる等の不都合がある。

従つて本発明において最も効果を期待し得る態
様は濃縮室内の流れと脱塩室内の流れの方向は、
同一方向とすることである。しかしながら、これ
を向流としても、本発明の効果は期待し得る。

本発明を図面により更に詳細に説明する。

第１図は本発明に用いる電気透析装置のうち陽
イオン交換膜、室枠、及び陰イオン交換膜の位置
関係を示した図である。

第２図は、本発明の室枠の拡大図で、液の給排
流路内の流れを説明するための図である。

第３図は同じく室枠の１例を示す。

たとえば塩類を含む水溶液を脱塩する場合につ
いて説明すると、陽極、陰極間に陽イオン交換
膜、濃縮室枠、陰イオン交換膜、脱塩室枠更に陽
イオン交換膜の順序に繰返し多数イオン交換膜及
び室枠が配列され夫々濃縮室及び脱塩室を形成し
た電気透析装置であり、第１図はその中間にある
一対の濃縮室と脱塩室とを示すものである。陽イ
オン交換膜１、濃縮室枠２、陰イオン交換膜３に
より濃縮室が構成され、また陰イオン交換膜、脱
塩室枠４更に陽イオン交換膜により脱塩室が構成
されるよう配列されている。被処理液、例えば海
水の脱塩であれば、海水は濃縮室液入口１１及び
同中間導入口１２より供給し、中間排出口１３及
び出口１４より夫々排出する。他方脱塩室にあつ
ては脱塩室入口１５より被処理液が供給され、流
路内を進むにつれて脱塩され、出口１６より取り
出される。

濃縮室と脱塩室にはじめに供給される被処理液
（原液ともいう）が同一の場合、各入口近傍では
両室内流路に存在する溶液中の塩濃度はほぼ同じ
であるが流路を進むにつれイオン交換膜を介して
イオンの移動が進み、脱塩室内塩濃度は低下し、
これとほぼ同じ割合で濃縮室内の塩濃度は上昇し
両室間の濃度差は急速に増大する。そこで流路の
途中、第１図にあつては中間位置で濃縮室流路内
液を少なくとも大部分中間排出口１３より排出さ
せ、新たに被処理液（原液）場合によつては更に
低濃度溶液を中間導入口１２より供給することに
より、濃縮室流路内液濃度を低下させ、脱塩室流
路内液との濃度差を縮めることができるのであ
る。かくして、単に濃度差による拡散ロスを減少
させるだけではなく、イオン交換膜の両面に接す
る液濃度を近づけることにより、イオン交換膜に
かかるストレスを小さくし、膜の歪や皺の発生、
液の漏洩等を防止することができる。

第２図は本発明において流路途中で液の交換を
行う側の透析室（濃縮室又は脱塩室）枠の拡大図
である。本図により液の給排方式を説明する。即
ち、最も一般的な方法は、原液をａより供給し、
ｂより排出し、別にｃより供給し、ｄより排出さ
せる方法であるが、好ましい別の一態様は、原液
をｃより供給し、ｄより排出させ、このｄ排出液
をそのまま、或いは吸着剤と接触させるとか必要
な薬剤処理又は別の溶液を混合し、ａより供給し
ｂより排出させる方法である。更に別の好ましい
態様は、原液をａより供給し、少なくとも一部を
ｂより排出させ、残部は流通孔１７（必要により
設けておく）により、上部の流路に流すと共に、
ｃより透析生成液の一部を供給する。即ち、例え
ば脱塩を意図して電気透析を行う場合、濃縮室枠
に第２図の如き構造を用い、ａより原液を、また
ｃより脱塩された透析生成液を供給する方法であ
る。勿論濃縮液を電気透析生成液とする場合は稀
釈室枠について上記と同様な手段を適用すればよ
い。また別の態様としては、後述の実施例２に示
すように原液ａより供給し、ｂより排出し、別に
ｄより供給し、ｃから排出することもできる。

本発明にあつては、要は電気透析により得よう
とする脱塩水、又は濃縮水溶液は、可及的に長い
流路を一貫して流し、それに対する稀釈室又は濃
縮室流路にはその端部入口及び中間導入口より選
ばれる少なくとも２ケ所より液を供給することに
ある。

第３図は流路途中から液を供給するための室枠
の実際に使用する場合の一例である。本例にある
ように通常原液を供給するための潮道２０より網
などのスペーサーを介在させた入口１１を通して
原液等を供給する。一般に両室液間に極度に濃度
差が生ずるのは、流路の後半部であるから、中間
供給液は流路の後半に供給するのが好ましく、本
例にあつても、中間排出口１３及び中間導入口１
２は後半部にあり、各々潮道２１及び２３に連通
している。尚２４及び２５は隣の透析室へ連通す
る潮道である。以下実施例を示す。

実施例 １ 第３図に示すような被処理液の流路を屈曲させ
た構造の室枠、即ち、厚さ0.75mm、巾1000mm×長
さ2200mmであり、枠中に巾210mm、長さ8000mmの
屈曲した流路を形成させる切欠部を設けた室枠を
介して陽イオン交換膜〔商品名“ネオセプター
CL−25T”（徳山曹達社製）スルホン酸を交換基
とする強酸性膜〕および陰イオン交換膜〔商品名
ネオセプターACH−45T（徳山曹達社製）４段ア
ンモニウム基を交換基とする強塩基性膜〕を交互
に配列し、これを電極間で締付けて濃縮室３０１
室、脱塩室３００室からなる電気透析装置を組立
てた。電極は陰極がステンレス板で陽極が白金メ
ツキを施したチタン板を用いた。

この電気透析装置を用いて全溶存塩（TDSと
いう）34000ppmの海水を脱塩した。脱塩室には
原海水を室内の流速が6.0cm／secで供給し8000mm
の流路を通過するうちに脱塩処理された後、流路
の末端より排出させた。一方濃縮室には原海水を
室内の流速が5.0cm／secで供給したが入口より
6000mmの所で排出し、替りに新しい原海水を室内
の流速が2.5cm／secで導入した。この装置に
582Aの電流を印加させたところ、脱塩室からは
TDS380ppmの脱塩液が１時間当り8.9m³得られ
た。一方濃縮室の流路6000mmの部分からは、
TDS62800ppmの濃縮液が排出された。また6000
mmの流路の部分で供給され、濃縮室の末端より排
出された液のTDSは46100ppmであつた。この時
の電圧は245Vであつた。また電流効率は92％で
あつた。

比較例 １ 実施例１において、濃縮液を流路の途中より排
出させることなく流路の末端部で排出させた。即
ち、脱塩液および濃縮液ともに入口より供給され
た原海水は、それぞれの流路を出口部に向つて通
過する間に脱塩あるいは濃縮され、出口部より排
出させた。他は実施例１と同様にして海水の脱塩
を行つたところ、印加する電流値が582Aでは脱
塩室より排出される脱塩液の濃度はTDS950ppm
であり、濃縮液の濃度はTDS69000ppmであつ
た。この時の電流効率は90％で、電圧は240Vで
あつた。また、排出される脱塩液の濃度を下げる
為、電流値を上げたところ、電流値が592Aの時
排出される脱塩液の濃度はTSD400ppmとなり、
この時の電流効率は90％で、電圧は260Vであつ
た。実施例１と比較して同程度の脱塩液濃度に達
するには、電流および電圧共に大きく、単位容量
の脱塩液を得るのに要する透析電力が大きくなつ
た。

実施例 ２ 実施例１において濃縮液を流路が6000mmのとこ
ろで排出させるのは同様に実施したが、新しい海
水を6000mmのところから供給していたのを流路の
末端部より供給し、6000mmのところから排出させ
た。他は実施例１と同様にして海水の脱塩を行つ
たところ、印加する電流値が578Aの時排出され
る脱塩液の濃度はTDS370ppmで、電流効率は92
％、電圧は243Vであつた。

実施例 ３ 実施例１において濃縮液を流路の途中6000mmの
所で排出されるのは同様に実施したが、新たに濃
縮室に導入する液として、脱塩液の流路の6000mm
のところから、脱塩液の10％を抜き出した液を使
用した。他は実施例１と同様にして海水の脱塩を
行なつたところ、印加する電流値が575Aの時排
出される脱塩液の濃度はTDS380ppmで電流効率
は93％、電圧241Vであつた。

実施例 ４ 実施例１において濃縮室の流路の途中6000mmの
ところで原海水を、室内の流速が5.0cm／secで供
給し流路の末端で排出させ、該排出液を流路の入
口部に再度供給して6000mmの流路の位置まで通過
させた後排出させるようにした。他は、実施例１
と同様にして海水の脱塩を行つたところ印加する
電流値が582Aの時排出される脱塩液の濃度は
TDS400ppmで、電流効率は92％電圧は246Vで
あつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気透析装置の透析室の１部を説明す
る図面である。第２図は透析室枠内を流れる液の
流れ方を例示する図面である。第３図は本発明に
用いる別の透析室枠の形態を示す図面である。 図中、１は陽イオン交換膜、２は濃縮室（又は
稀釈室）枠、３は陰イオン交換膜、４は稀釈室
（又は濃縮室）枠、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電極間に陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を
   室枠を介して交互に配列し締付けることによつて
   交互に多数の脱塩室および濃縮室の流路を形成さ
   せた電気透析装置を用い、電解質溶液をそれぞれ
   の流路の一端に供給し、他端から排出させ、その
   間透析により電解質溶液の濃縮あるいは脱塩を行
   なう方法において、脱塩室あるいは濃縮室のいず
   れか一方の流路の途中に、新たに液を導入するこ
   とにより、脱塩室内液と濃縮室内液の濃度差を減
   少せしめることを特徴とする電気透析方法。 ２ 新たに導入される液が、最初に導入された液
   と同一である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 新たに導入される液が同一の電気透析装置に
   より製造された透析生成液である特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ４ 同一の電気透析装置の脱塩室液の一部を濃縮
   室に導入する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 電流方向に直交する平面内で屈曲した流路を
   形成した脱塩室及び濃縮室を夫々有する電気透析
   装置であつて濃縮室流路のうち中間点以後の部分
   に溶液の取出及び導入口を設けた装置を用いる特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ６ 濃縮室及び稀釈室のうち一方の室の流路の途
   中に当該室に供給する原液を導入し、該室より排
   出される液の少なくとも一部を該室流路の最初の
   入口に環流させる特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ７ 流路途中で新たに液を導入するにあたり当該
   流路内液の少なくとも１部を排出させる特許請求
   の範囲第１項記載の方法。