JPH1085755A

JPH1085755A - 電気透析装置による脱塩方法

Info

Publication number: JPH1085755A
Application number: JP8238934A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Hayashida; 俊光林田; Jun Morooka; 純諸岡; Isato Iwasaki; 軍人岩崎; Hiroshi Uchiyama; 浩内山
Original assignee: Hitachi Plant Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1996-09-10
Publication date: 1998-04-07
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JP3271744B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スケールトラブルを回避して脱塩水の回収率を
飛躍的に向上させることができるばかりでなく、限界電
流密度を大きくして電気透析の処理性能自体を高めるこ
とができる電気透析装置による脱塩方法を提供する。【解決手段】陽イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａを電
極３８、４０間に交互に配列して交互に脱塩室２４と濃
縮室３４を形成する電気透析装置に海水以外の被処理水
を供給して被処理水中の塩類を脱塩する電気透析装置に
よる脱塩方法において、被処理水を脱塩室２４だけに通
水すると共に、濃縮室には海水又はかん水を通水する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気透析装置による
脱塩方法に係り、特に、臨海地域に立地している火力発
電所や工場の工場排水、例えば排煙脱硫排水等の脱塩を
行い工業用水として再利用を図るための電気透析装置に
よる脱塩方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の工場では、工業用水の使用量の節
減を図るために、工場排水（以下、排水という）の回収
・再利用化の検討が行われている。一般的に、排水の汚
染度が低く、且つ排水中に含有される塩類濃度が５００
ｍｇ／ｌ程度以下の場合には、排水を回収系排水或いは
低塩系排水として分別回収し、そのままか或いは除濁処
理程度の簡単な排水処理を行って再利用している。

【０００３】しかし、排水の汚染度が高く、且つ排水中
に含有される塩類濃度が５００ｍｇ／ｌ程度以上の場合
には、排水を非回収系排水或いは高塩系排水として分別
回収し、総理府令で定められた排水基準、都道府県条例
で定める排水基準、更には地元協定値を遵守するように
排水処理を行ってから、河川、海域等に放流している。

【０００４】非回収系排水の放流量は工場によって異な
るが、例えば工場排水の発生量が大きい火力発電所の場
合でみると、発電規模や燃料の種類により異なるものの
概ね日水量数１００〜５０００ｍ³程度である。放流水
の水質は、無機系塩類（ＮａＣｌ、Ｎａ₂ＳＯ₄、Ｃａ
Ｃｌ₂、ＣａＳＯ₄他、Ｍｇ化合物等）が主成分であ
り、有機系成分は殆ど含有されていない。そして、排水
中の総塩類濃度は、略２０００〜５０００ｍｇ／ｌであ
る。回収されて再利用される回収系排水量は、回収系、
非回収系を合わせた総排水量の１０〜２０％にすぎず、
大部分は非回収系排水であり、回収・再利用率は極めて
低いのが現状である。

【０００５】このような背景から、非回収系排水の回収
・再利用化率を高める検討が行われているが、再利用す
るには放流水並みの水質に加えて工業用水並みの塩類濃
度、具体的には５００ｍｇ／ｌ程度以下を確保すること
が必要条件であり、脱塩処理を必要とする。また、排水
からの脱塩処理に係わらず、例えば、塩類を含有する地
下水等を向上用水として使用する場合にも脱塩処理を必
要とする。

【０００６】脱塩処理の方法としては、蒸発法、逆浸透
膜法、電気透析法、及びイオン交換法があるが、塩類濃
度が小さい場合には、蒸発法は大きなエネルギーを要す
ることから逆浸透膜法、電気透析法、及びイオン交換法
がコスト的に有利である。なかでも電気透析法は物質移
動量が小さくエネルギー的に有利なことから注目されて
いる。

【０００７】図５は、従来の電気透析装置１による脱塩
方法を示したもので、被処理水である排水は濾過装置２
で濾過されが後、脱塩水槽３に送水され、脱塩水槽３か
らイオン交換膜で区画形成される脱塩室４と濃縮室５と
に分配供給され、電圧が印加されることによりイオン状
の溶解塩類を脱塩室４側から濃縮室５側に透析（移動）
させる。これにより、脱塩室４には脱塩された脱塩水が
生成され、濃縮室５には塩類が濃縮された濃縮水が生成
される。そして、脱塩室４で生成された塩類濃度の低下
した脱塩水を回収することにより工業用水として再利用
することができる。一方、濃縮室５で濃縮された濃縮水
は濃縮水槽６を介して排水処理装置７へ送られ、濃縮さ
れて排水基準値をオーバーした排水規制成分を排水処理
により再度放流基準以下にしてから放流される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電気透析装置による脱塩方法には以下のような欠点があ
る。被処理水、特に火力発電所において多量に発生する排
煙脱硫排水のように、ＣａＳＯ₄等のスケール成分が多
く含有されている場合には、濃縮室の濃縮倍率を上げす
ぎるとスケールが析出し、イオン交換膜にスケールが付
着して膜性能を低下させる。従って、このスケールトラ
ブルを回避するために、濃縮室側の塩類の濃縮倍率を低
く抑える必要があり、そのためには濃縮室側への排水の
供給量を多くする必要がある。その結果、相対的に脱塩
室側に供給される排水の供給量が少なくなるため、脱塩
水の回収率が低下し、通常は５０％以下の低回収率にな
ってしまうという欠点がある。

【０００９】一方、濃縮室側への排水の供給量を多く
するために濃縮水の発生量が大きくなり、しかも濃縮水
中の排水規制成分濃度が大きすぎてそのままでは放流で
きないので、後工程で大量な濃縮水の排水処理が必要に
なる。この結果、排水処理費が嵩むという欠点がある。電気透析における処理性能を高めるためには、電流密
度を限界電流密度以下の範囲で可能な限り大きくとるこ
とが好ましい。しかし、限界電流密度は塩類濃度に比例
し拡散層の厚みに反比例するので、拡散層の厚みが一定
の場合、被処理水である排水中の塩類濃度により左右さ
れてしまうという欠点ある。

【００１０】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、スケールトラブルを回避して脱塩水の回収率
を飛躍的に向上させることができるばかりでなく、限界
電流密度を大きくして電気透析の処理性能自体を高める
ことができる電気透析装置による脱塩方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決する為の手段】本発明は前記目的を達成す
る為に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を電極間に交
互に配列して交互に脱塩室と濃縮室を形成する電気透析
装置に海水以外の被処理水を供給して前記被処理水中の
塩類を脱塩する電気透析装置による脱塩方法において、
前記被処理水を前記脱塩室だけに通水すると共に、前記
濃縮室には海水又はかん水を通水することを特徴とす
る。

【００１２】本発明によれば、海水以外の被処理水は脱
塩室側だけに通水し、濃縮室側には被処理水とは別の塩
類含有水である海水又はかん水を通水するようにしたの
で、被処理水の略全量を脱塩水として回収することがで
きる。この場合、海水ならば低コストで潤沢に入手可能
なので、脱塩室側の被処理水から濃縮室側の海水に透析
したスケール成分が濃縮室で析出しない程度に、濃縮室
に通水する海水を多量に供給すれば、スケールトラブル
を確実に防止することができ、しかもランニングコスト
が殆どかからない。また、濃縮室側で濃縮される濃縮
水、即ち海水又はかん水の排水規制成分濃度が放流基準
以下なるように濃縮室に通水する海水の供給量を制御す
るなら、海水又はかん水を排水処理して放流する必要も
ない。

【００１３】更に、塩類濃度の大きな海水又はかん水を
濃縮室に通水することにより、限界電流密度を高めるこ
とができるので、電気透析装置の処理性能を向上させる
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
る電気透析装置による脱塩方法の形態について詳説す
る。図１は、本発明の脱塩方法の実施の形態を適用する
電気透析装置の構成を説明する全体構成図である。

【００１５】図１に示すように、電気透析装置１０は、
脱塩水系路１２と濃縮水系路１４とが分離独立した形で
形成され、脱塩水系路１２には脱塩水として処理される
被処理水が供給されると共に、濃縮水系路１４には濃縮
水として処理される海水が供給されるように構成され
る。脱塩水系路１２は、被処理水を濾過する濾過装置１
６と、濾過装置１６で濾過された被処理水が送水される
脱塩水槽１８及び送水ポンプ２０と、脱塩水槽１８と透
析槽２２内の脱塩室２４との間で被処理水を循環させる
循環ポンプ２６とで構成される。

【００１６】濃縮水系路１４は、海水を濾過する濾過装
置２８と、濾過された海水が送水される濃縮水槽３０及
び送水ポンプ３２と、濃縮水槽３０と透析槽２２内の濃
縮室３４との間で海水を循環させる循環ポンプ３６とで
構成される。被処理水又は海水の濾過に用いる濾過装置
１６、２８としては、これらの水に含まれる懸濁性浮遊
物質（以下、ＳＳという）により電気透析装置１０の流
路の閉塞や後記するイオン交換膜への付着による処理性
能の低下を招かないように精密濾過が可能な濾過装置が
適切である。この濾過装置１６、２８により濾過された
被処理水又は海水のＳＳ濃度は０．５ｍｇ／ｌ以下であ
ることが好ましい。

【００１７】透析槽２２内には、図２に示すように、陽
イオン交換膜Ｃと陰イオン交換膜Ａとを交互に配列して
区画したエリアに、脱塩室２４と濃縮室３４とが交互に
形成され、脱塩室２４には被処理水が通水され、濃縮室
３４には海水が通水される。また、透析槽２２内におけ
るイオン交換膜群の両端には陽極３８と陰極４０が配置
され、陽極３８と陰極４０との間に直流電圧が印加され
る。これにより、脱塩室２４に通水された被処理水中の
塩類は、電離したＣａ²⁺，Ｎａ⁺などの陽イオン交換膜
Ｃを透過して濃縮室３４側に透析（移動）し、Ｃｌ^-，
ＳＯ₄ ^2-などの陰イオンが陰イオン交換膜Ａを透過して
濃縮室３４側に透析（移動）して脱塩される一方、濃縮
室３４では透析してきた塩類が海水に溶解して塩類濃度
が高くなる。

【００１８】次に、上記の如く構成された電気透析装置
１０を用いて本発明の脱塩方法を、被処理水としてスケ
ール成分を多く含有する排煙脱硫排水の脱塩を行う例で
説明する。脱塩水系路１２には、濾過装置１６で濾過し
た排煙脱硫排水だけを通水し、循環ポンプ２６により脱
塩水槽１８と脱塩室２４との間で循環させる。一方、濃
縮水系路１４には、濾過装置２８で濾過した海水を通水
し、循環ポンプ３６により濃縮水槽３０と濃縮室３４と
の間で循環させる。この状態で陽極３８と陰極４０との
間に直流電圧が印加されると、排煙脱硫排水中の塩類は
脱塩室２４から濃縮室３４側に透析（移動）する。これ
により、脱塩室２４に通水された排煙脱硫排水中の塩類
が脱塩されて脱塩水が生成される一方、濃縮室３４に通
水された海水中に塩類が濃縮されて濃縮水、即ち塩類濃
度が増加した海水が生成される。そして、脱塩された脱
塩水の一部は脱塩水槽１８から回収され、回収された分
だけ新たな排煙脱硫排水が脱塩水槽１８に供給される。

【００１９】このように、本発明の電気透析装置による
脱塩方法では、被処理水である排煙脱硫排水を脱塩室２
４だけに供給し、従来のように、排煙脱硫排水を脱塩室
２４と濃縮室３４とに分配しないようにしたので、被処
理水の略全量を脱塩水として回収することができる。ま
た、この脱塩処理において、脱塩室２４側の排煙脱硫排
水から濃縮室３４側の海水に透析したスケール成分が濃
縮室３４で析出しないように、濃縮室３４に多量の海水
を供給すれば、スケールトラブルを確実に防止すること
ができる。具体的には、被処理水である排煙脱硫排水に
含有されていた塩類が全て濃縮室３４側の海水に移動し
たとして、脱塩水系路１２に供給する排煙脱硫排水の供
給量と同程度の海水を濃縮水系路１４に供給すれば良
い。これにより、スケールトラブルを回避することがで
きるので、安定運転を行うことができる。しかも、海水
ならば、多量の海水を低コストで容易に入手可能なの
で、ランニングコストが殆どかからない。一般的に、火
力発電所や工場は臨海地域に立地しているので、海水は
低コストで潤沢に入手可能である。

【００２０】更に、濃縮室３４で濃縮される海水中の排
水規制成分濃度が放流基準を越えないように濃縮水系路
に供給する海水の供給量を制御すれば、海水をそのまま
海に放流することができる。従って、濃縮水である海水
を後工程で排水処理する必要がないので、ランニングコ
ストが大幅に低減する。また、塩類濃度の大きな海水を
濃縮室３４に通水することにより、限界電流密度を高め
ることができるので、電気透析装置１０の処理性能を向
上させることができる。この場合、濃縮室３４に通水す
る海水として、冷却水として使用され自らは昇温された
使用済の冷却水用海水を使用すると一層良い。この理由
は、従来、廃棄されていた使用済の冷却水用海水を有効
利用できる他に、昇温された海水を使用することによ
り、透析槽２２内の電気抵抗を低減でき、電流効率を向
上させることができるためで、ひいては処理性能の向上
を図ることができる。

【００２１】尚、本実施の形態として、脱塩水系路１２
に供給する被処理水として排煙脱硫排水の例で説明した
が、これに限定されるものではなく、海水以外の塩類含
有水であれば全てに適用することができる。特に、本発
明の脱塩方法は、排煙脱硫排水のようにＣａＳＯ₄等の
難溶性の塩類を多く含みスケールトラブルが発生し易い
塩類含有水に最適である。

【００２２】また、濃縮水系路１４に通水する塩類含有
水としては、海水に限定するものではなく、例えば、食
塩の飽和していない食塩水溶液であるかん水（ブライ
ン）をも使用することができる。要は、電気電導性のあ
る水溶液でコストがかからずに潤沢に入手可能なもので
あれば何でもよい。

【００２３】

【実施例】次に、上記した図１の電気透析装置を用いて
本発明の電気透析装置による脱塩方法を実験した実施例
を説明する。被処理水としては火力発電所の排煙脱硫排
水を使用し、火力発電所近傍から採水した海水を用い、
脱塩室に排水を全量通水し、濃縮室に海水を全量通水す
る本発明の電気透析装置による脱塩方法により行った。

【００２４】実験装置の仕様並びに実験条件、及び排水
と海水の水質は（表１）及び（表２）に示す通りであ
る。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】表２より分かるように、排水中には、スケール成分であ
るカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）が４５６ｍｇ／ｌ、硫酸
イオン（ＳＯ₄ ^2-）が１０００ｍｇ／ｌ含まれており、
海水中には、Ｃａ²⁺が３５０ｍｇ／ｌ、ＳＯ₄ ^2-が２６
００ｍｇ／ｌ含まれている。また、排水中の塩類濃度
（ＴＤＳ）は３５４０ｍｇ／ｌで、脱塩水としての処理
水の塩類濃度の管理目標値を４００ｍｇ／ｌ以下として
運転を行った。

【００２７】運転は、排水並びに海水の供給流量をいず
れも５リッター／時間と一定とし、荷電を一定電圧とし
て５００時間連続運転を行った。また、比較例として、
実施例と同じ排水を用いて、図５に示すように、排水を
脱塩室と濃縮室に分配する従来の電気透析装置による脱
塩方法により行い、その他は実施例と同様の実験条件で
行った。

【００２８】実験結果を評価するための測定データとし
ては、実施例及び比較例ともに、電流密度、電流効率及
び脱塩水の塩類濃度を、５００時間連続運転における経
時変化として把握できるようにした。図３は、本発明の
脱塩方法で行った実施例の実験結果であり、図４は、従
来の脱塩方法で行った比較例の実験結果である。

【００２９】本実施例の場合には、図３から明らかなよ
うに、電流密度、電流効率及び脱塩水の塩類濃度ともに
５００時間経過後も運転開始時と同等であり、安定した
運転を行うことができた。また、得られた脱塩水の塩類
濃度も４００ｍｇ／ｌ以下となり工業用水（塩類濃度で
５００ｍｇ／ｌ以下であれば使用可）として十分満足で
きるものであった。

【００３０】また、脱塩水の回収率は、生成される脱塩
水を貯留槽に一時貯留して単位時間当たりの流量を計測
して計算した結果、常時９７％以上を確保することがで
きた。これは、従来の脱塩方法が略５０％であることか
ら飛躍的な向上をみることができた。また、実験終了後
に、電気透析装置を解体して陰イオン交換膜のスケール
成分の有り無しを目視観察したが、スケールの析出は全
く認められなかった。

【００３１】これに対し、比較例の場合には、図４から
明らかなように、運転開始から３０時間あたりから電流
密度、電流効率の低下が認められ、脱塩水の塩類濃度が
次第に増加すると共に、濃縮水に僅かな白濁が生じ始め
た。この白濁がスケールか否かの確認のために、実験終
了後に、電気透析装置を解体して陰イオン交換膜のスケ
ール成分の有り無しを目視観察したところ、白色の結晶
がイオン交換膜に付着していた。結晶を採取して分析し
た結果、二水石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）のスケール
であることが分かった。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電気透析
装置による脱塩方法によれば、被処理水を脱塩室だけに
通水すると共に、濃縮室に海水又はかん水を通水するよ
うにしたので、被処理水の略全量を脱塩水として回収す
ることができる。従って、従来の電気透析装置による脱
塩方法に比べて脱塩水の回収率を飛躍的に向上させるこ
とができる。

【００３３】また、この脱塩処理のおいて、脱塩室側の
被処理水から濃縮室側の海水又はかん水に透析したスケ
ール成分が濃縮室で析出しない程度に濃縮室に多量の海
水又はかん水の供給すれば、スケールトラブルを確実に
防止することができる。従って、安定的な運転を行うこ
とができると共に、イオン交換膜にスケールが付着しな
いので、イオン交換膜の寿命を延ばすことができる。

【００３４】更に、濃縮された海水中又はかん水中の排
水規制成分濃度が放流基準を越えないように濃縮室に供
給する海水又はかん水の供給量を制御するなら、海水を
そのまま海に放流することができる。従って、従来のよ
うに濃縮水の排水処理を行う必要がなくランニングコス
トが大幅に削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の脱塩方法を適用する電気透析
装置の構成を示す全体構成図

【図２】図２は、電気透析装置の透析槽内を説明する説
明図

【図３】図３は、本発明の脱塩方法で行った実施例の結
果を示すグラフ

【図４】図４は、従来の脱塩方法で行った比較例の結果
を示すグラフ

【図５】図５は、従来の脱塩方法を適用する電気透析装
置の構成を示す全体構成図

【符号の説明】

１０…電気透析装置１２…脱塩水系路１４…濃縮水系路１６、２８…濾過装置１８…脱塩水槽２２…透析槽２４…脱塩室３０…濃縮水槽３４…濃縮室３８…陽極４０…陰極Ａ…陰イオン交換膜Ｃ…陽イオン交換膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内山浩東京都千代田区内神田１丁目１番14号日立プラント建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を電極間
に交互に配列して交互に脱塩室と濃縮室を形成する電気
透析装置に海水以外の被処理水を供給して前記被処理水
中の塩類を脱塩する電気透析装置による脱塩方法におい
て、前記被処理水を前記脱塩室だけに通水すると共に、前記
濃縮室には海水又はかん水を通水することを特徴とする
電気透析装置による脱塩方法。
【請求項２】前記海水は、冷却水として使用され自らは
昇温された使用済の冷却水用海水であることを特徴とす
る請求項１の電気透析装置による脱塩方法。
【請求項３】前記被処理水は、排煙脱硫排水等のように
硫酸カルシウム等の難溶性の塩類が含有されていること
を特徴とする請求項１又は２の電気透析装置による脱塩
方法。
【請求項４】前記被処理水を脱塩室に通水する通水量と
前記海水を前記濃縮室に通水する通水量を同程度にする
ことを特徴とする請求項１、２又は３の電気透析装置に
よる脱塩方法。