JPS5850792B2 - 液体中の塩分濃度を変える装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、液体の分離１．特に液体を浄化（塩抜き）
すると同時に原材料（塩）を生産する電気物理的分離プ
ラントに使用するための液体中の塩分濃度を変える装置
に関する。

この発明の装置は、環境保護、たとえば廃水処理および
塩の回収に用いると利点が得られる。

さらに、この発明の装置は、海水から飲料水および原材
料を生産するのに有効である。

液体中の塩分濃度を変えるのに希釈法を用いることは知
られているが、希釈法には真水および塩の含有量の低い
水を加える必要がある。

後者の方法によれば、廃水に関して設定された生態学的
クリティカル値を守ることが許されるが、塩の含有によ
る全体的な水質低下は結局変化していない。

さらに、この方法に要する真水のコストの近年における
増大および廃水の量の増大を障害として考慮しなげれば
ならない。

また、塩を含有している液体を蒸発させて、塩の濃度を
増大させ、そこから塩を生産することも知られている。

溶液を蒸発させるのに必要なエネルギーは相当のもので
あり、しかも、大規模のプラントは経済的にひき合うこ
とがほとんどない。

他に知られているものとして電気分解精製法があるが、
この方法では電極（陽極および陰極）に印加される電気
エネルギーによって溶媒が化学反応を受けやすい。

すなわち、陽極の所で対応するイオンが酸化作用を受け
やすく、また、陰極の所ではイオンの減少が起こる。

電気分解槽内では、平衡反応から酸化状態で除去される
分離可能な陽イオン（金属）および陰イオン（シアン化
物、塩化物）のみの濃度が変えられる。

電気分解槽内のイオン濃度は電極の表面の密集部分を除
けば電気平衡状態のために各所で等しい。

なお、電極の表面のイオンの密集は実用にならない（〜
０．１ ｕｒｎ ）。

電気分解法のエネルギー効率は金属塩溶液の濃度低下に
伴って低下するから、電気分解精製法は廃水の調節の必
要条件に関して実用上代の特別な意味もない。

広範囲にわたる努力の結果、発見された広く知られてい
る方法は、ｆ（ａｒｔｉｎｇｅｒの“Ｔ ａｓｃｈｅｒ
ｂｕｃｈｄｅｒ Ａｂｗａｓｓｅｒｂｅｈａｎｄｌｕｎ
ｇ”に開示されたイオン交換によってイオンの向上を得
ている。

交換物質の再生によって、溶出液中にかなり高濃度のイ
オンが得られる。

しかしながら、所望の塩が生産されるまでには再生物質
をさらに化学処理する必要がある。

イオン交換用の酸を再活性化するためには塩基すなわち
塩を余分に添加しなげればならない。

上記のプラントでは結局水中の塩分の増加を排除するこ
とができない。

それどころか、再生物質の使用過多およびその後の中和
のために廃水中の塩分含有量は最初よりかなりの程度に
まで増大することになる。

イオン交換器は、水処理の環境条件に応じることに関し
ては適しない。

特に、交換作業に使用するイオン（ＣＩ−）に関しては
そう言える。

また、この方法は、資金、必要エネルギー、化学薬品、
保守が高価となる。

さらにダイアフラムを使用する方法、たとえば超ろ過法
、逆浸透法、電気透析法が知られている。

西独特許明細書ＤＥ−Ｏ８２５５３４１６に開示されて
いる逆浸透法では、塩の溶液と純粋な溶液とを半透膜で
仕切って塩の溶液に圧力を加えてやると、溶液が塩の溶
液から純粋な溶液へ拡張し、その結果、塩の溶液中の塩
の含有量が増大する。

この方法は、作業圧力が２０・・・−・・・１５０バー
ルと比較的高く、また、溶液の流れを方向付けるのに複
雑な機械的手段を要するために、不利である。

さらに不利な点として、使用するダイヤフラムが消耗し
やすいので必要な定められた運転条件が処理の全体にわ
たって維持できないのである。

塩の溶液の１０％を越える濃度増大はかなり不経済であ
る。

さらに、いわゆる「塩のスリップ」が起こる。

西独特許明細書０８２６２１５９０に開示されている電
気透析法では、帯電したイオンおよび他の大きな分子を
半透性ダイヤフラムを使って分離している。

ここでも再び、ダイヤフラムを使っているので、上記の
理由から不利である。

さらに、この方法がうま（いくのは、溶液と交換物質中
のイオンの凝縮、いわゆる「固体イオン」との間に存在
する濃度の差がかなり大きいときのみである。

したがって この方法が使えるのは希薄溶液だけである
。

戻り拡散のために、得られるのは低濃度だけである。

近年の研究は、もっばらダイヤフラム法の用途の拡大に
向けられている。

改良をもたらしたものは合成有機イオン交換ダイヤフラ
ムであり、この合成有機イオン交換ダイヤフラムは陽イ
オンと陰イオンとを別々に拡散するだけであって、対応
する溶液中に塩を増加させたり減少させたりするのであ
る。

上記の改良は、西独特許明細書０８２６２３３５１に開
示されている。

ダイアフラムの改良はその指令に関しである利点を含ん
ではいるが、特有の欠点、とりわけ低効率を解消するこ
とができない。

この発明のひとつの目的は、上述の欠点を取除くことで
ある。

この発明の別の目的は、エネルギー及び労力の消費をか
なり低く抑えながら環境状態の改良を可能とした液中の
塩分濃度を変える装置を提供することである。

この発明のさらに別の目的は、取扱いが技術的に単純な
液中の塩水濃度を変える装置を提供することである。

これらの目的及び他の目的を実現するための濃度が広範
囲に渡っている液中の塩分濃度を変える装置は、場の方
向が互いに異なっている静磁場と静電場とからなり、処
理しようとする液体を前記電磁場にさらすものである。

前記液体中のイオンの運動方向に抗するように前記液体
内にイオン遮蔽器を設けである。

磁力線の方向と電気力線の方向とは垂直にしておくと有
利である。

処理しようとする液体を入れる容器は長方形とし、しか
もその溶液の電・磁場の影響を受ける部分の近くに流入
口を設けてお（方が好ましい。

前記流入口の方向及び前記容器内の液体の流れの方向は
、電・磁場の影響によって起こされる液体中のイオンの
運動方向から逸しである。

前記容器には、前記液体の濃度及びイオンの極性が異な
る部分に対応する所に２個の流出口が設けられている。

前記液体のイオン極性が異なる部分に対応する独立した
流出口は、処理しようとする液体に熱的に接触した別の
容器に接続する方が好ましい。

等しい濃度の液体を第１の処理後にさらに同じかまたは
異なる電・磁場にさらす方がさらに有利である。

この発明によれば、液体は静電・磁場にさらされる。

上記型・磁場の磁力線と電気力線とは互いにほぼ垂直に
なっている。

フレミングの法則による場の影響のために液体中にイオ
ンの運動が発生する。

上記のイオンの運動の方向には流れ遮蔽器が設けられて
いるので液体がその方向に流れることは出来ず、従って
、イオンの再結集は起こらないであろう。

意図的に引起こしたイオンの運動により、イオンの濃度
及び極性が異なる部分が液体中に局所的に発生する。

対応する流出口を介して、濃度および極性の異なる液体
部分が容器から取出される。

かなり大容量の液体を扱う場合には、貫流装置を採用す
るのが有利である。

すなわち、処理しようとする液体がイオンの運動とほぼ
垂直に電・磁場を通過し、その後に、イオンの濃度およ
び極性に対応した部分に関連した流出口を介して容器か
ら流出するのである。

以上のように、大量の液体、特に廃水の処理にこの発明
の装置を採用することは経済的に可能である。

塩の濃度の低い部分から流した液体（浄化液体）および
イオンが増大かつ分極した部分から流出した液体は、貫
流作業中に同時に取除かれる。

最後に述べた液体の領域に再循環法を適用して上述のよ
うにイオンの再結集を得ると共に液体を再処理すること
も可能である。

このことは、この発明の個別の装置よりなる再循環装置
でも、この発明の装置の階段式なシステムでも可能であ
り、両解決法はそれぞれ電・磁場を含んでいる。

上記のような連続作業によって、濃度の増大が液体の対
応する部分で得られ、ついには塩の分離が可能になると
共に低濃度の液体部分（浄化され塩抜きされた液体）の
取除きが可能になる。

塩分の濃度を増減するに際して、大量の液体に対してさ
えもエネルギーの消費は小さく、しかも、環境にダメー
ジを与えることが全くない。

つまり、この発明の装置は、原材料の生産および液体の
浄化（廃水処理）を経済的かつ生態学的に有利に行なう
のに特に適しているのである。

この発明をより良く理解していただくために添付図面を
参考にするが、この添付図面には一実施例を模式的に、
かつ一例として示しである。

なお、この図は、液体中の塩分濃度を変える装置の概略
部分断面図である 処理しようとする液体（図示せず）中の塩分濃度を変え
る質流装置は、後壁７に流入口２、前壁６に３個の流出
口３，４，５をそれぞれ備えた長方形の質流容器１から
なる。

後壁７には板状電極７′力；また前壁６には板状電極６
′が、それぞれ設けられており、そして、両電極６’、
？’はそれぞれ端子８゜９を介して、図示されていない
電圧源に接続されている。

この電圧源によって両電極の間に直流電圧がかげられて
いる。

長方形容器１には、２個の側壁１２．１３が対向して設
けである。

流出口３，４．５の近くに側壁１２，１３の一部と平行
に離隔させて、２枚の遮蔽板１０を前記容器１内に配設
しである。

前記容器１の上方および底の下には永久磁石１１ 、１
１′力；それぞれ設けである。

運転時には液体が流入口２から容器１内へ流入し、容器
１内で電極６’、７’によって作り出された静電場と永
久磁石ＩＬ１１′によって作り出された磁場の両方に液
体がさらされる。

この２つの場のために３本指の法則（フレミングの法則
）に従ってイオンの運動が励起されるが、その運動の方
向はイオンが正か負（極性）かに応じてそれぞれ２個の
側壁のうちの一方に向かうことになる。

容器１の形状のために、イオンの運動方向に平行な流れ
はほぼ消滅する。

側壁１２．１３によってイオンの運動に平行な流れに遮
蔽効果が与えられる。

上記流れの遮蔽効果を強化するために、流出口２から流
出口３，４，５へ向かう液体の流れは妨げないが、イオ
ンの運動に平行な液体の運動はすべて消滅させ、しかし
イオンの運動それ自体には干渉しない付加手段（図示せ
ず）を容器１内に設けることができる。

この発明の装置の幾何形状およびこの発明の装置の貫流
装置としての実施例によれば、液体の流れによってこの
流れの方向を横切る望まない運動が概して消滅してしま
うから、実際上、側壁１２．。

１３だゆで流れの遮蔽板としては十分であって、付加手
段は不要である。

電極６’、７’および磁石ＩＬ１１’によってそれぞれ
作り出される電場および磁場の場の影響による意図的に
作り出されたイオンの運動が液体中にイオンの運動をも
たらすので、イオンの濃度および極性が異なる部分が流
れの方向を横切って形成される。

側壁１２．１３にそれぞれ隣接する部分はイオンの濃度
が増大し、そのイオンの極性はイオンの運動方向に依存
する。

中央の液体部分は、イオンの濃度が比較的低いものとな
る。

液体の流れ方向に対して意図的に作り出されたイオンの
運動のために、運動しているイオンの再結集は回避され
る。

流れ遮蔽板１０を付加したのは、液体の圧力の結果とし
て流出口３，４，５０所に起こりかねない渦巻きによる
イオンの再結集を完全に阻止するためである。

遮蔽板１０で３個の区間を形成することにより、流出口
３，４，５０近くにイオンの濃度が異なる部分を分離し
ている。

区画３’、 ４’、 ５’にそれぞれ対応している。

区画４′にほぼ入っている低イオン濃度の液体部分は流
出口４から排出されるが、これは比較的浄化された液体
である。

区画３’、５’、にほぼ入っている液体の部分は流出口
３，５からそれぞれ排出される。

前記両流体は対応する極性のイオンの濃度が比較的高い
（塩が豊富な）ものである。

流出口４から排出された浄化液体に同じかまたは異なる
質流装置にさらにさらすことが可能であり、そして、こ
の発明による処理をさらに施してやれば、浄化度の高い
液体が得られる。

これと同じに、高イオン濃度の液体部分から流出口３，
５を介して排出された液体は、流出口３゜５を別のこの
発明の装置にさらに接続することによって混合されるの
で、塩分濃度が最終的にさらに増大することにより液体
から塩を分離することができる。

流出口３，５から排出される液体が反応するときに発生
する反応熱は、図示しない手段によって熱エネルギーに
変換される。

この目的のために、容器１と別のこの発明の装置とは図
示しない接続を介して熱的に接続されている。

上記の接続を行なうことにより、この発明の装置の省エ
ネルギー運転が可能になる。

その理由は、反応エネルギーを使って対応する容器１内
の液体を加熱し、その温度が対応する工程を実行するの
に特に適したものとなるようにしているからである。

この発明は上述の実施例に限定されるものではない。

永久磁石１１，１１’を電磁石に置換することが可能で
ある。

さらに、この発明は上述の容器１の幾何形状に限定され
るものではなく、他のいかなる適当な改変もこの発明の
範囲内にある。

【図面の簡単な説明】

図は、液体中の塩分濃度を変える装置の概略部分断面図
である。 １・・・・・・長方形容器、２・・・・・・流入口、３
，４，５・−・・・・流出口、３’、４’、５’・・・
・・・区画、６・・・・・・前壁、７−・・・・−後壁
、６’、７’・・−・・・板状電極、８，９・・・・−
・端子、１０・−・・−・隔壁、１１，１１’・・・・
・永久磁石、１２．１３・・・・・・側壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 特に液体の生態学的処理に使用するための塩分の液
   中濃度を変える装置であって、 対向する前壁と後壁、および離間した２個の側壁を備え
   た長方形容器と、 前記後壁の前記容器の底の部分に近い所に設けられた流
   入口と、 前記前壁の前記容器の底の部分に近い所に等間隔に設け
   られた第１、第２、第３の流出口と、前記容器の前記第
   １、第２、第３の流出口に近い部分に互いに、かつ前記
   ２個の側壁に対して平行かつ等間隔に配設されて、前記
   容器の部分を第１、第２、第３の区間に細分し、そして
   、その第１の区画を前記第１の流出口に、第２の区画を
   前記第２の流出口に、第３の区画を前記第３の流出口に
   関連づけた第１および第２の隔壁と、前記容器の前壁お
   よび後壁に近くかつ平行にそれぞれ配設され、前記容器
   内の液体を横切る電場をかげるための端子付き第１およ
   び第２の板状電極と、 前記第１および第２の電極に電圧を印加すべくそれぞれ
   の端子を介して接続された電圧源と、前記容器の上方お
   よび底の下にそれぞれ設けられて前記容器内の液体を横
   切る磁場をかげるための２個の永久磁石とからなり、 前記電場と磁場とでイオンの極性および濃度の異なる領
   域を前記液体中に作り出すようになっており、 前記第１の流出口が前記異なる極性のうちの一方の極性
   を持つイオンの部分から前記流体を排出するようになっ
   ており、 前記第３の流出口が前記異なる極性のうちの他方の極性
   を持つイオンの部分から前記流体を排出するようになっ
   ており、 前記第１の流出口部分と前記第３の流出口部分とはイオ
   ン濃度がほぼ等しく、 前記第２の流出口が前記第１および第３の流出口部分に
   比較してイオン濃度が異なる液体の部分から前記流体を
   排出するようになっている装置。 ２ 複数個の容器が連続的に配列されている特許請求の
   範囲第１項記載の装置。 ３ すぐ前の容器の第１および第３の出力が次の容器の
   入力に接続されている特許請求の範囲第２項記載の装置
   。