JPS5934401B2 - 電気透析法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はｌｄ以上の陽イオン交換樹脂膜と陰イオン交換
樹脂膜とを交互に２００枚以枚以上上たスタックの３〜
６個を直列にプレスで締結した電気透析槽の２〜１０台
にポンプで給液することを特徴とする工業的規模の電気
透析装置（以下、電気透析装置という）の運転を効率よ
く行うことに関するものである。

詳しくは、稀釈室および／または濃縮室および／または
陽電極室及び陰電極室の出口水頭を一定条件に維持する
ために１台ごとの電気透析槽の稀釈室および／または濃
縮室および／または陽電極室及び陰電極室の出口にヘッ
ダーを設備し、そのヘッダーを経て出口液を排出せしめ
、電気透析装置を効率よく運転する方法に関するもので
ある。

ここに、スタックとは陽イオン交換樹脂膜と陰イオン交
換樹脂膜とを交互に配列して稀釈室と濃縮室を構成せし
めたもので、通常１００〜３００対の稀釈室と濃縮室か
ら成る。

電気透析装置の運転にあたって、その始動時に入口流量
の調節が必要であることは勿論であるが、連続運転中に
おいても入口液に含まれる微細な汚泥物がスタック内に
堆積し、このためにスタックの流動抵抗が増大しその度
毎に入口流量は定められた条件より低下するので定めら
れた条件に合わせるべく入口流量の調節が必要となる。

もし、流量が低下したまま運転をしつづけるとイオン交
換樹脂膜が分極現象を起こし多大の被害を豪むるからこ
の流量調節は必須不可欠の要件である。

又、電気透析槽においては稀釈室、濃縮室、陽電極室、
及び陰電極室の相互間の水頭の調節も必要である。

すなわち濃縮室の水頭が稀釈室、陽電極室及び陰電極室
の水頭より高くなると電気透析によって濃くなった濃縮
液が稀釈室および陽電極室及び陰電極室へ洩れるために
得られる電気滲透水量が減るなどの不利益を豪むるので
、さの相互間の水頭の調節もまた必須不可欠の要件であ
る。

従来、各々の電気透析槽への入口流量の調節には手動弁
が用いられ、水頭の調節も出口管に設けられた手動弁の
開閉により行うのが通常の方法であった。

前述した如く、１つの電気透析槽は稀釈室と濃縮室の１
００〜３００対よりなるスタックの３〜６個、それらの
両端に置かれた陽電極室、及び陰電極室から成立し、そ
れぞれに入口、出口を設けるのが普通であるから、この
様な工業的規模の電気透析装置になると、調節すべき手
動弁の数が多くなることは不可避である。

しかも、電気透析装置には全体に給、排液する主管から
各装置用に分岐された配管があり、その配管には装置規
模に応じた入口および出口が設置されるのが通例である
。

すなわち、全ての弁は圧力的に主配管につながっている
から、調節のために１個の手動弁の開閉を行うと他の弁
の流量が変化し、出口水頭もそれにつれて変化してしま
うという不都合がある。

また、ある出口の水頭を調節するために該出口の手動弁
を調節すると、他の入口流量を変化せしめてしまうとい
う不都合が伴うものである。

そのため流量調節および水頭調節がきわめて煩雑であり
、これに用する時間、人員も大きなものである。

従来、この様な不都合を避けるべく入口側に自動圧力調
節弁を設備したり、ヘッドタンクを設備したりして入日
水頭を常に一定に維持しようとする試みが行なわれて来
た。

しかしながら、自動圧力調節弁では圧力の変動に応答す
るのに時間がかかり、十分な定常性を示すことは難しく
、経費の点でも非常に高価なものである。

また、ヘッドタンクを設備することは、前述した様な電
気透析装置になると大面積を必要とするから工業的には
実用的でない。

本発明者らは、前述した様な工業的規模の電気透析装置
の運転に際して上記の欠点を克服すべく種々研究の結果
、あらかじめ定められた条件の水頭が得られるように設
計したヘッダーを１台ごとの電気透析槽に設け、そのヘ
ッダーを通して出口液の排出を行うことにより、上記欠
点を克服することができ、なお且つ出口ヘッダーで一定
出口水頭が常に維持されているなら入口流量の調節がき
わめて簡便、迅速に行い得ることを見い出し本発明に到
った。

すなわち本発明はＩｎ以上の陽イオン交換樹脂膜と陰イ
オン交換樹脂膜とを２００枚以上交互に配列して成るス
タックを３〜６個を直列にプレスで締結した電気透析槽
の２〜１０台に給液することを特徴とする工業的規模の
電気透析装置の運転を効率よく行うために、１台ごとの
電気透析槽の稀釈室および／または濃縮室および／また
は陽電極室、及び陰電極室の排液出口にヘッダーを設け
て、それぞれの水頭をスタックの上面より０，３〜５ｍ
の範囲で一定か維持することを特徴とする電気透析法で
ある。

電気透析装置に給液する方法としては第１図に示すよう
に各々電気透析槽の稀釈室には１台のポンプで稀釈液を
給液し、各々電気透析槽の濃縮室には１台のポンプで濃
縮液を給液し、各々電気透析槽の陽電極室、及び陰電極
室には、１台のポンプで電極液を給液する方法が、工業
的規模の電気透析装置には好ましい。

また電気透析装置の規模により１台のポンプを直列に組
み合わされた数台のポンプで代替することもできる。

さらに陽極液貯槽と陰極液貯槽を別々に設けることも可
能である。

ここで、１台ごとの電気透析槽の稀釈室および／または
濃縮室および／または陽電極室、及び陰電極室の排液出
口にヘッダーを設ける理由は前述した様にこれらの相互
間の水頭調節の他に、１つの電気透析槽のトラブルを他
の槽へ移行させないためである。

すなわち前述した様な分極現象が発生するとカルシウム
イオンやマグネシウムイオンが存在し、且つ中性の系で
はこれらの水酸化物や炭酸塩の析出することが知られて
いる。

この分極現象で生じた水酸化物、炭酸塩の析出物が電気
透析に供する溶液中に存在すると、分極現象の誘発、助
長をするので１台ごとの電気透析槽にヘッダーを設備し
分極現象のトラブルが生じた時、他の槽への波及を防止
することが必要である。

本発明においては、１台ごとの電気透析槽の稀釈室およ
び／または濃縮室および／または陽電極室、及び陰電極
室の排液出口にヘッダーを設けて、出口水頭を一定にし
てそれぞれの入口流量の調節を簡便、且つ迅速に行うこ
とを特徴とするものであるが、ここで用いられるヘッダ
ーは稀釈室および／または濃縮室および／または陽電極
室、及び陰電極室の水頭を予め設定した位置に保つ機能
を有するものである。

すなわち、各電気透析槽からの排液管を各電気透析槽の
外側に立ち上がらせその先端に排出管の断面積より、よ
り大きな断面積を有する円あるいは矩形状管を接続して
ヘッダ一本体としさらにその管の内側あるいは外側にス
タックの上面の水頭で０．３〜５ｍの範囲の高さで大気
に開放放出させ、かつ排液を排出せしめるのに足る断面
積を有する円形状あるいは矩形状管を取付て排出管とす
るのが最適である。

本発明方法に用いられる出口ヘッダーの一例を第３図に
示す。

図中３９は出口液放出端、３８は出口ヘッダ一本体、４
０は排出管を示す。

第３図に示す出口ヘッダーの例であっても、その断面の
形状は円形、矩形等いずれの形状もとり得る。

また、濃縮室出口用、稀釈室出口用、陽電極室出口用、
及び除電極室出口用の各々出口ヘッダーは同一のヘッダ
ーを用いることもできるが、各室の流量等に応じてヘッ
ダーの形状、寸法を変えることもできる。

例えば稀釈室用出ロヘツダーでは出口ヘッダ一本体の直
径ａは１０００〜２０００ｍｍ、本体の高さｂは１５０
０〜２５００ｎＩ［ｎ、出口液放出端の直径Ｃは２００
〜６００ｍｍ、排出管の直径ｄは３００〜６００ｍｍ程
度が好ましい。

またこの寸法を有する稀釈室用出ロヘツダーを用いた場
合の濃縮室用出口ヘッダーではａを６００〜１０００肛
、ｂを１０００〜２０００ｎ１ｍ、、ｃを５０〜１５０
ｍ、ｄを１００〜２００ｍｍ程度とすることが好ましい
。

さらに陽極室、陰極室用出口ヘッダーでは、ａを１００
〜３００ｍｍ１ｂを３００〜６００ｍ１Ｉ１１０を２５
〜７５ＩＩＩｍ、ｄを２５〜１１００１１Ｉ程度とする
ことが好ましい。

出口ヘッダーを構成する材質は耐薬品性、耐電性、耐衝
撃性に優れた材質であれば、いずれの材質でも用いるこ
とができるが、好ましくはプラスチックであり、特に好
ましくは硬質塩化ビニルが用いられる。

出口ヘッダーの高さとしては、スタックの上面より０．
３〜５ｍの範囲が適当である。

すなわち、０．３ｍ未満では電気透析に供する電解質溶
液中の溶存ガスの透析室内の堆積が生じ、長期連続運転
においてはスタックの電気抵抗の増大を招く。

また、５ｍを越えると長期連続運転において電気透析に
供する電解質溶液が持ち込む微細な汚泥物のためにスタ
ック内の流動抵抗が増大することによってスタックの耐
圧の問題が生じ、甚しい場合にはスタックの破裂も起こ
る。

さらに加えるならば給液用のポンプも高揚程となり、経
費の点でも不利となる。

本発明を図面にもとづきさらに詳細に説明する。

第１図は本発明方法に係る電気透析装置の一例を示す配
列図であって、主要な配管と流れ系統を示す図である。

１つの電気透析槽１は、３〜６個のスタック２を陽電極
室３と陰電極室４の間に配置する。

５は稀釈室へ通液すべき電解質溶液の貯槽であり、８は
濃縮室へ通液すべき電解質溶液の貯槽である。

それぞれ電解質溶液はポンプ６．９によって入口主管７
，１０を通り電気透析槽１に至る。

１１は陽電極室、及び陰電極室へ通液すべき電解質溶液
の貯槽であり、それぞれポンプ１２によって入口主管１
３を通り、電気透析槽１に至る。

１４゜１５．１６，１７は１つの電気透析槽を主管より
流体的に絶縁するためのものであり、稀釈室、濃縮室お
よび陽電極室、及び陰電極室への給液はこれらの弁を介
して行なわれる。

１８は稀釈室出口液、１９は濃縮室出口液の配管であり
、これらはスタック毎に設備される。

これらがそれぞれ１つの配管２０．２１にまとめられ出
口ヘッダ−２２゜２３を介して、それぞれの主配管２４
．２５に接続されている。

２６は陽電極家出ロヘソグー、２７は陰電極家出ロヘツ
ダーでそれぞれ主配管２８．２９にてながっている。

第２図は稀釈室、濃縮室および陽、陰電極室の出口ヘッ
ダーの相対的関係を示すものである。

まず、稀釈室出口液は配管１８．濃縮室出口液は配管１
９を通って、当該電気透析槽における他のスタックの出
口液と混合されて稀釈窒出ロヘッダ−２２、濃縮室出口
ヘッダ−２３に至る。

また陽電極室及び陰電極室の出口液はそれぞれの配管を
へて、それぞれの出口ヘッダ−２６，２７に至る。

通常電気透析では稀釈室の方を濃縮室および陽電極室及
び陰電極室より水頭を高く維持して運転するのが通常で
あるから、ヘッダー２２，２３および２６，２７の位置
関係は当該電気透析槽の運転条件に適するように随意決
定される。

ヘッダーは出口液放出端３０，３Ｌ ３２，３３と排出
管３４．３５，３６，４７より構成される。

排出管３４，３５，３６，３７の高さを調節することで
ヘッダーの液位、すなわち電気透析槽からの出口液の水
頭の相互間の調節がなされる、以下に本発明の実施例を
示す。

実施例 １ｍ２の陽イオン交換樹脂膜２５０枚と１ｍの陰イオン
交換樹脂膜２５０枚と交互に配列して２５０対の稀釈室
と濃縮室よりなるスタックをつくり、その６スタツクを
陽、陰電極室の間に給液枠を介して直列にプレスで締結
して、１つの電気透析槽を構成した。

この電気透析槽３台を、稀釈室入口主管（１０インチ硬
質塩化ビニル管）と稀釈室出口主管（１０インチ硬質塩
化ビニル管）に並列に連絡した。

同様に濃縮室については４インチ硬質塩化ビニル管で、
陽、陰電極室は１１／２ インチ硬質塩化ビニル管で入
口主管と出口主管に並列に連絡した。

稀釈室液出口配管には直径４００ミリの管状排出管を内
蔵した直径１２００ミリの管状ヘッダーを設置し、濃縮
室液出口配管には直径１５０ミリの排出管を内蔵した直
径２５０ミリの管状ヘッダーを設置した。

陽電極室液の出口配管には直径４０ミリの排出管を内蔵
した直径７８ミリの管状ヘッダーを設置し、陰電極室液
の出口配管には直径４０ミリの排出管を内蔵した１００
ミリＸ〜２００ミリの矩形ヘッダーを設置した。

出口ヘッダーの高さは、スタックの上面よりの高さで、
稀釈室を１．６０ｍ、濃縮室、陽、陰電極室を０．８５
ｍに製作した。

各スタックの稀釈室、濃縮室および陽、陰電極室の流量
調節には、ダイヤスラムバルブ（旭有機材工業株式会社
製ＡＶバルブ）を設置した。

３台の電気透析槽全体の入口圧力を調節するため、稀釈
室の入口主管に圧力自動調節弁を設備し、濃縮室の入口
主管にも同様な圧力自動調節弁を設備した。

稀釈室の入口主管に０．４５Ｎは塩素イオン濃度の稀釈
室入口液を９．１５ｍ３／分ポンプで送液し、各スタッ
クの稀釈室にはＱ、 ５ ｍ３７分の稀釈室入口液が給
液されるようにダイヤフラムバルブで調節した。

一方、濃縮室の入口主管には３．４５Ｎ塩素イオン濃度
の濃縮室入口液を０．９ｍ”／分ポンプで通液し、各ス
タックの濃縮室には０．０５ｍ”／分の濃縮室入口液が
給液されるようにダイヤフラムバルブで調節した。

また、陽電極室には０．４５Ｎ塩素イオン濃度の液を０
．０５Ｍ”／分給液されるように、陰電極室には０．４
５ Ｎ塩素イオン濃度の液をｐＨ＝１にして０．０５ｍ
３／分給液されるように、それぞれダイヤフラムバルブ
で調節した。

これらの流量調節は、それぞれ出口ヘッダーで一定の出
口水頭が維持されているため簡便に、且つ他の電気透析
槽や、他のスタックへの影響もなく流量調節ができた。

又、当然ながら従来のように流量調節毎に生ずる出口水
頭の調節も必要なく運転がきわめて迅速にできた。

３台の電気透析槽に直流電圧を印加して５６５Ａｍｐ
の直流電流を通電して電気透析を行い、稀釈室出口濃度
が０．３４Ｎ塩素イオン濃度となり、濃縮室出口液は３
．５Ｎ塩素イオン濃度となり、０．２２ｍ３／分の生産
かん水が得られた。

稀釈室の水頭はスタックの上面の位置より１．６５ｍ、
濃縮室及び陽、陰電極室の水頭は０．９５ｍが得られ、
９０日間に亘って安定な運転を実施することができた。

この間に稀釈室の内部に、入口液より持ち込まれた汚泥
物が徐々に堆積して来て、当初１ｍであった入口と出口
の損失水頭が３．５ｍに増大していたので、運転期間中
にバルブを操作して流量を調節したが、バルブ操作に費
やされた時間は延べにすると１日当り１２０日分であっ
た。

比較のために実施例で用いた装置から各出口ヘッダーを
取り除いた装置を用いて同一流量、同一電流で実験を行
なった。

９０日間に亘って運転した結果尚初１ｍであった入口と
出口の損失水頭は３．５ｍに増大しており、運転期間中
に頻繁にバルブを操作して流量を調節する必要があった
。

このバルブ操作に費やされた時間は延べにすると１日当
り２４０分に達した。

さらに比較のため実施例で用いた３台の電気透析槽のそ
れぞれの稀釈室、濃縮室、陽電極室及び陰電極室の出口
液水頭を次の如くなる様ヘッダーを設けて運転を実施し
た。

液流量、液濃度及び電流は実施例と同じで実施した。

このときの結果は次の通りであった。

又、この運転の後電気透析槽Ｊ’Ｆｙ、 ｌの稀釈室水
頭を５．５ｍ濃縮室の水頭４，５ｍ、陽及び除電極室水
頭を４ｍになる様ヘッダーを設けて実施例と同条件で通
液をしたがスタック下端部のゴムパツキンが外部へ食ま
出し液漏洩が多く運転には至らなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電気透析装置の一例を示す配列図
であって主要なる配管と流れの系統を示す図面である。 第２図は稀釈室、濃縮室および陽、陰電極室の出口ヘッ
ダーの相対的関係の一例を示す図面である。 第３図は本発明に用いる出口ヘッダーの一例を説明する
図面である。 図面中１は電気透析槽、２はスタック、３は陽電極室、
４は陰電極室、５，８，１１は貯槽、６゜９．１２はポ
ンプ、７，１０，１３は入口主管、１４．１５，１６，
１７は弁、１８は稀釈窓出口液配管、１９は濃縮室出口
液配管、２０．２１は配管、２２は稀釈家出ロヘツダー
、２３は濃縮室出口ヘッダー、２４，２５，２８．２９
は主配管、２６は陽電極家出口へラダー、２７は除電極
室出口へラダー、３０，３１，３２，３３，３９は出口
液放出端、３４，３５，３６，３７，４０は排出管、３
８は出口ヘッダ一本体をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１ｍ′以上の陽イオン交換樹脂膜と陰イオン交換樹脂
   膜とを交互に２００枚以枚以上上たスタックを３〜６個
   供液枠を介して直列にプレスで締結した電気透析槽２〜
   １０台から成る工業的規模の電気透析装置における各々
   電気透析槽の稀釈室および／または濃縮室および／また
   は陽電極室及び陰電極室のそれぞれの出口流が流れる管
   の末端に、スタックの上面より水頭で０．３〜５ｍの範
   囲にヘッダーを設けることを特徴とする電気透析法。