JPS581604B2 - デンキトウセキホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は単位時間当りの透析能力が優れ、しかも、スケ
ールの発生が防止され、安定した運転が確保し得る電気
透析装置に関する。

従来、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを液の供給排
出機構を有しかつ中央切矢部を有するガスケット及び網
目状のスペーサーを介して多数交互に積層し締付けるこ
とによって装置内に濃縮室，希釈室を多数設けてなるス
タックを陰極と陽極間に複数個一列に配してなる電気透
析槽を用いて電解質の濃縮，脱塩などの電気透析処理を
行なうことは広く知られている。

かかる電気透析処理を行なう場合、装置に通電させる電
流を増大させていった場合、ある一定の値を越えると急
に装置に印加されるべき電圧が上昇する現象がみられる
。

しかも、単に電圧が昇上ずるのみならず、透析液の中性
攪乱現象が生じ、海水々どの処理の場合には、イオン交
換膜面にマグネシウム，カルシウムなどの水酸化物，炭
酸塩などの沈着を起し、しばしば装置の運転続行が不可
能になる。

これらの現象は、イオン交換膜相と透析液相におけるイ
オンの輪率の差にもとすく濃度分極に起因するもので、
上記一定の電流を越えた場合には、希釈室側のイオン交
換膜面上のイオン濃度が零となり、その結果水の電解が
起るためであるとされている。

この一定の電流の値は限界電流密度と呼ばれ、通常透析
処理は限界電流密度より小さい電流値をもって実施する
ことが、重要な要件とされている。

しかるに上記の限界電流密度の大きさは、電気透析装置
に特有の値であり、単位時間当りの装置の透析能力を増
大させるためにも、またイオン交換膜面の各種の沈着物
を防止し、安全運転を確保するためにも、少しでも大き
な値を持つようにすることが要求され、透析装置の設計
においては、この点に多大の努力がはらわれている。

陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とをガスケット及び網
目状等のスペーサーを介して電極間に多数交互に積層し
、これを締付けることによって、装置内に、電解質の濃
縮室，希釈室を多数設けてなるスタックを陰極と陽極の
間に複数個配してなる透析装置においては各郡の両端に
は、解体，組み立てなどの操作上と透析液の供給，排出
の上から締付枠更に必要に応じて給液枠が設置されるの
が普通であり、この締付枠，給液枠は電解質溶液で満た
される必要がある。

本発明者は、かかる電気透析装置を用いて、透析処理す
る場合の、限界電流密度について研究を行なったところ
、締付枠の通電部空隙部分に供給する液の圧力を、当該
スタックの濃縮室液圧および希釈宿液圧のいずれの液圧
より高くすることによって、スタック内部の濃縮室およ
び希釈室に締付枠あるいは給液枠よりスタック内部に向
って圧力を加えつつ透析を行なうことによって、限界電
流密度の値が飛躍的に大きくなる現象を見い出した。

即ち、本発明は、陰陽イオン交換膜を交互に多数積層し
、交互に濃縮室，希釈室を多数設けてなるスタックを、
陰陽極間に複数個配してなる電気透析装置において、各
スタックに用いる締付枠の通電部空隙部分に供給される
液の圧力を、当該スタックの濃縮室液圧および希釈室液
圧より高くすることを特徴とする電気透析方法である。

従来、上記の如き電気透析槽を用いて、透析処理を行な
う場合、締付枠，給液枠の流速は、濃縮室，希釈室と同
程度にするには余りにも液流量が増大するために、これ
らよりかなり小さくされていたため、締付枠，給液枠の
圧力は、濃縮室，希釈室よりも小さい圧力であるのが常
であった。

然るに、本発明は、従来の技術とは逆に、締付枠の通電
部空隙部分に供給される液の圧力を、当該スタックの濃
縮室液圧および希釈室液圧より高くするとと即ち、濃縮
室液圧，希釈室液圧のいずれよりも高くすることを特徴
とするものである。

従って、本発明は従来にない全く新規な技術思想であり
、これによって限界電流密度の飛躍的上昇がもたらされ
るものである。

なお、スタック間に締付枠の他に給液枠が設けられる場
合があるが、この時は、一般に空隙部分が共通になって
いるか連通している場合が多く、締付枠の通電部空隙部
分に供給する液圧のコントロールを行うことで十分であ
る。

また締付枠と給液枠に各独立した空隙部分を設ける場合
は、相方の液圧をスタックに供給する液圧より高く保持
すれば良好である。

第１図は、本発明方法が適用される代表的な電気透析槽
の構成例を示したものである。

陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを液の供給，排出機
構を有し、かつ中央切矢部を有するガスケット及び当該
切矢部に挿入する網目状のスペーサーを介して多数個交
互に積層し、装置内に交互に濃縮室，希釈室を多数個設
けてなるスタック５を複数個、陽極室２と陰極室６の間
に配し、プレス盤１で締付けてなる締付型透析装置であ
る。

各スタック５の両端には、解体組み立てなどの操作上と
、透析液の供給，排出の必要上、締付枠４更に透析液の
供給，排出上必要によって給液枠３を設置したものであ
る。

本発明において、各スタックの締付枠４の通電部空隙部
分に供給する液の圧力を、当該スタックの濃縮室液圧お
よび希釈室液圧より高くするには、締付枠４あるいは給
液枠３に圧力を印加せしめる方法あるいは濃縮室および
希釈室の液の圧力を逆に小さくせしめる方法のいずれの
方法も採用できる。

この時、もちろん締付枠４あるいは給液枠３および濃縮
室，希釈室の入口及び出口には適宜の弁を備えて、液量
，圧力などの調節を行ない得る。

締付枠４の通電部空隙部分に供給される液圧と濃縮室お
よび希釈室の液圧との差は透析槽によっても異なるが一
般には５〜７００ｍｍＨｇ柱，好ましくは４０〜２００
ｍｍＨｇ柱程度がよい。

あまり過度に液圧の差を大きくするとイオン交換膜のス
ペーサー内へのくい込み等によりイオン交換膜を損傷す
る原因となり、また電圧の上昇もきたし易い。

本発明の効果として、限界電流密度を大きくし得る理由
として次のようなことが考えられる。

前記するように透析槽に使用されるスペーサーは、イオ
ン交換膜間に挿入されて、イオン交換膜間隔、即ち各透
析室（濃縮室および希釈室）の厚みを規制するとともに
イオン交換膜と接触し、希釈室および濃縮室の液流を攪
乱して、膜に接する透析液中に形成される物質移動境膜
の厚みを、小さくせしめることによって限界電流密度を
向上させる作用をする。

かかるスペーサーは通常種々の方法で成形されるが、そ
の厚さを全数，全域にわたって均一にせしめることは、
実際上不可能であり、部分的にみるとかなりの厚みの不
均一性を有している。

従ってスペーサーと各イオン交換膜は、ある一部では接
触しているところもあるが、また他の一部では接触して
いす、両者の間には空間が存在している。

かかる状態にある濃縮室および希釈室に液を導入した場
合、それも一定の流速を与えるために圧力をもって導入
した場合には、スペーサ−厚みの不均一性のため、およ
び透析室液の液圧により、上記スタック部分が、締付枠
および給液枠にふくらみ込むため、イオン交換膜とスペ
ーサ一間には相当程度の空間が形成されるものと考えら
れる。

そうした場合、透析液は本来ならばスペーサーに衝突し
、適度の乱流性をもって、希釈室および濃縮室内に分散
するはずであるのが、上記の形成された空間のために液
が短絡してしまい充分なる乱流が与えられず、また分散
の均一性も損なわれる。

しかしながら、本発明方法を実施した場合には、上記の
ようなイオン交換膜とスペーサーとの間の空間は形成さ
れず、スペーサーとイオン交換膜は透析室の通電面全体
にわたって接触させることができるため、上記のような
トラブルは解消され、限界電流密度が上昇するものと思
われる。

以上、代表的な電気透析槽の例を用いて説明したが、本
発明は、単にこれらに限られずに、本発明の原理に従う
限り種々の変更が可能である。

以下に本発明の効果を具体的に示すために実施例を示す
。

実施例１及び比較例１ 長方形状（外形寸法１２５ｃｍ×５５ｃｍ）で液の供給
排出機構を有し、中央切欠部を有する板厚１闘のガスヶ
ットを用い、ガスヶットとほぼ同寸（有効通電面積５０
ｄｍ２）の徳山曹達製の陽イオン交換膜ネオセプターＣ
Ｌ−２５Ｔおよび陰イオン交換膜ＡＶＳ−４Ｔの５０対
を前記ガスヶットの間に交互に積層し、更にこれらの間
にポリエチレン製の厚さ１ｍｍの希釈室用スペーサーお
よび濃縮室用スペーサーの斜交網を挿入し、これらをポ
リ塩化ビニール製の１対の締付枠で締付けて１個のスタ
ックを構成した。

上記のスタックを陰陽電極間に２スタック配列し、希釈
室液および濃縮室液は各スタックの締付枠をヘッダーに
して給液されるようにして、電気透析装置を組立てた。

かかる透析装置に温度２５℃，濁度０．１ｐｐｍの海水
を希釈室，濃縮室に夫々膜面線速度５ｃｍ／ｓｅｃで給
液し、締付枠に給液すべき液として濃縮液より分岐して
給液し、締付枠内の液圧を通電全面にわたって希釈室液
圧，濃縮室液圧のいずれよりも小さくなるよう、締付枠
液の入ロ，出ロバルプによって調節した。

かかる状態で電気透析をおこない、電流〜電圧曲線法に
より限界電流密度を測定したところ１４．７Ａ／ｄｍ２
であった。

次に、他の条件は同じにして締付枠内の液圧のみを締付
枠液の入ロ，出ロバルプを調節して、希釈室液圧，濃縮
室液圧のいずれよりも２０ｍｍＨｇ柱高くした状態で電
気透析をおこない、先と同様にして限界電流密度を測定
したところ３３．５Ａ／ｄｍ２であった。

この結果から本発明を実施することによって約２倍強の
限界電流密度の上昇が認められる。

実施例２及び比較例２ 実施例１で用いた同じ２スタック（１スタックは５０対
のイオン交換膜組込）の電気透析装置を用いて、１ヶ月
間の海水濃縮実験を実施した。

１個のスタック（Ａスタック）に於ては、当該締付枠内
の液圧を当該スタック内の濃縮室液圧および希釈室液圧
のいずれよりも小さくなるよう維持し、他方のスタック
（Ｂスタック）に於では、当該締付枠内の液圧を当該ス
タック内の濃縮室液圧，希釈室液圧のいずれよりも、４
５ｍｍＨｇ柱高く維持した状態にして、砂濾過した海水
を原料として、運転電流密度４Ａ／ｄｍ２で海水濃縮を
おこなった。

１ヶ月間の長期の連続実験の結果、スタックの平均電圧
としてＡスタックは２３．１Ｖ，Ｂスタックは２１．７
Ｖ，平均塩素イオン電流効率としてＡスタック８４．３
％，Ｂスタック８４．８％，得られた濃縮水の平均塩素
イオン濃度はＡスタック３．５２Ｎ，Ｂスタック３．５
９Ｎであった。

又１ヶ月運転後、Ａ，Ｂスタックの内部を点検してみる
と、Ａスタックにおいては、陰極側にある締付枠に隣接
する２個の希釈室に陽イオン交換膜上の中性攪乱現象に
起因すると思われるＭｇ（ＯＨ）２，ＣａＣ０３の混合
物のスヶールが発生していた。

なおＢスタックの内部においては、なんら異常は認めら
れなかった。

次に、Ａスタックに於てスヶール析出膜を正常なイオン
交換膜に取替えて、新らたに５０対の陰陽イオン交換膜
とし、Ｂスタックと同様に当該締付枠内の液圧をスタッ
ク内圧より４５ｍｍＨｇ柱高くして、更に１ヶ月間の同
様を濃縮実験をおこなった。

この結果、Ａスタックの濃縮特注は電圧，電流効率，塩
素イオン濃度において、Ｂスタックとほぼ同様な値とな
り、締付枠液圧を大きくすることにより好結果が得られ
ることが認められた。

又１ヶ月後のスタック解体による内部点検に於てもスヶ
ールの発生はＡ，Ｂスタックとも皆無であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法が適用される代表的な電気透析槽
の構成例を示したものである。 １はプレス盤、２は陽極室、３は給液枠、４は締付枠、
５はスタック及び６は陰極室である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 陰陽イオン交換膜を交互に多数積層し、交互に、濃
   縮室，希釈室を多数設けてなるスタックを、陰陽極間に
   複数個配してなる電気透析装置において、各スタックに
   用いる締付枠の通電部空隙部分に供給される液の圧力を
   、当該スタックの濃縮室液圧および希釈室液圧より高く
   することを特徴とする電気透析方法。