JPS60147285A - 酸又はアルカリ水溶液の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサーモパーベーパレーション法による酸又はア
ルカリ水溶液の処理方法に関し、詳しくは、非理発性若
しくは低揮発性の酸又はアルカリ水溶液を濃縮すると共
に、必要により、水溶液から実質的に純水を分離し得る
酸又はアルカリ水溶液の処理方法に関する。

従来、サーモパーベーパレーション法は、例えば、特公
昭４９−４５４．６１号公報や特開昭５７−１１３８０
１号公報に記載されているように、低揮発性の無機塩を
含有する水溶液の処理のみに限られて適用されている。

″サーモパーベーパレーション法によってかかる無機塩
水？ｇ液を処理するには、水蒸気は透過させるが、水目
体は透過させない疎水性重合体多孔質膜の一面側に、例
えば高温の熱海水を流通さゼ、この海水から発生して」
−記多孔質膜を透過した水蒸気をこの膜の他面側で冷却
して凝縮させ、このようにして多孔質膜の一次側におい
て海水を濃縮し、二次側において清水を得るのである。

本発明者らは、サーモパーベーパレーション法による種
々の溶質を含む水溶液の処理について、鋭意且つ広範囲
に研究した結果°、非理発性若しくは低揮発性の酸又は
アルカリを溶質として含有する水溶液に適用するとき、
その全ｐＨ領域の水溶液について効率よく濃縮し得ると
共に、必要な場合には、水溶液から実質的に純粋な水を
分離して得ることができることを見出して本発明に至っ
たものである。

本発明による酸又はアルカリ水溶液の処狸方法は、水蒸
気は透過させるが、水は透過させない疎水性重合体多孔
質膜の一面側に溶質として酸又はアルカリを含有する高
温の水溶液を接触させ、上記水溶液から水蒸気を発生さ
せ、これを上記多孔質膜の他面側に透過させ、冷却して
凝縮させると共に、上記溶質を上記水溶液中に濃縮する
ことを特徴とする。

本発明の方法は、非揮発性又は低揮発性の酸又はアルカ
リの水溶液に好適に適用することができ、かかる酸とし
ては、例えば、硫酸等の無機酸、酢酸、クエン酸等の有
機酸、アルカリとしては水酸化す１−ＩＪウム、水酸化
カリウム等が含まれる。

本発明、、の方法によれば、高温の酸又はアルカリ水溶
液から発生し、疎水性重合体多孔質膜を透過した水蒸気
を冷却し、凝縮させるために、次のいずれかの方法によ
ることができる。

その第１は、水蒸気は透過させるが、水は透過させない
疎水性重合体多孔質膜の一面側に高温の酸又はアルカリ
水溶液を接触させ、この重合体膜の他面側に膜面から適
宜の間隔をおいて所定の低温に保持した伝熱壁を設け、
」二記酸又はアルカリ水溶液から発生し、重合体膜を透
過した水蒸気を上記伝熱壁上で冷却し、凝縮させて凝縮
水を得る一方、溶質としての酸又はアルカリは膜を透過
しないので、これを高い除去率にて水溶液中に！ｌｌ縮
するのである。

第２は、疎水性重合体多孔質膜の一面側に上記のような
酸又はアルカリ水溶液を接触させ、他面側には所定の低
温の冷却媒体、例えば、冷却水を接触させることにより
、水溶液から発生し、重合体を透過した水蒸気を直接に
冷却媒体にて冷却して凝縮させ、これを冷却媒体中に得
る一方、溶質としての酸又はアルカリを上記と同様に水
溶液中に濃縮するのである。

本発明の方法においては、上記重合体多孔質膜は、高温
の酸又はアルカリ水溶液に対して疎水性であり、更に水
自体は透過させないが、水蒸気はおぉあ１．お４．□□
、よヵ、４、い、あお。１□、　ｒて；かかる疎水性重
合体多孔質膜は、通常、０１Ｏ５〜５０メ！ｍ、好まし
くは０．１〜１０μｍ程度の微孔を有し、けっ、多孔度
が５０％以上であることが好ましい。また、膜厚は特に
制限されるものではないが、通常、１〜３００μｍ１好
ましくは５〜５０μｍ程度である。

従って、本発明においては、かかる重合体膜として、ポ
リテトラフルオロエチレン樹脂のようなフッ素系樹脂か
らなる多孔質膜が、疎水性であると共に耐熱性にずぐれ
るために特に好ましく用いられる。また、例えば、フッ
化ビニリデン樹脂やエチレンーテ１−ラフルオロエチレ
ン共重合樹脂等のようなフッ素系樹脂の溶液又は溶融液
を押出成形して得られる多孔質膜も好ましく用いられる
。

しかし、例えばポリスルホンやセルロース樹脂のような
親水性樹脂からなる多孔質膜でも、表面にフッ素系樹脂
やシリコーン樹脂等の撥水性樹脂を被覆して疎水性の多
孔質表面を付与するときは、これら樹脂膜も使用するこ
とができる。

次に、本発明の方法を実施するのに好適な装置について
、図面に基づいて説明する。

第１図及び第２図は上記第１の方法を実施するために好
適な装置の一例を示す。

即ち、外管ｌ内には−Ｌ記したような疎水性重合体多孔
質膜よりなる膜管２が同軸的に配設されており、外管と
膜管との間に高温の酸又はアルカリ水溶液のための水溶
液通路３が形成されている。

従って、外管は保温性を有することが好ましく、例えば
樹脂より形成される。水溶液通路３には酸又はアルカリ
水溶液の導入管４及び導出管５が接続され、必要に応じ
てこれら管路に設けた加熱器６により所定の温度に加熱
された高温の水溶液が上記管４及び５にて水溶液回路に
循環して流通される。酸又はアルカリ水溶ｌ＋ｌＥば、
弁７を備えた水溶液供給管８から適宜に水溶液回路に補
充され、また、図示しないが、排出管により必要に応じ
て水溶液回路から一部が排出される。

１１ｆＡ管２の内側には、更にこれと同軸的に伝Ｑ＜管
９が配設され、前記膜管との間に蒸気空間１０を有する
ように適宜の間隔がおかれている。伝熱管は伝熱性の高
い材料、例えば金属からなる薄肉管である。この伝熱管
には冷却媒体のための導入管１１及び導出管１２が接続
され、例えば冷却水のような冷却媒体が伝熱管内に循環
して流通される。

また、蒸気空間には膜管を透過し、伝熱管にて冷却され
、門縮した凝縮水の導出管１３が接続されている。

尚、膜管を構成する前記多孔質膜は、一般に強度が小さ
いので、図示しないが、適宜の支持体上に支持されて形
成されているのが好ましい。このような支持体は、市合
体股を補強すると共に、水蒸気を透過させることができ
れば足り、例えば、ポリアミドからなる織布又は不織布
や、セラミック製の多孔質管が好適に用いられる。

また、装置は、第３図に示すように、外管１内に複数の
膜管２が配設され、各膜管が内部に伝熱管９を有すると
共に、外管と各膜管との間の空間が水溶液通路３である
ように構成されていてもよい。

上記の第１の装置においては、所定の温度に加熱された
高温の酸又はアルカリ水溶液は水溶液通路３に導入され
、水溶液より発生した水蒸気は膜管２を透過して蒸気空
間１０に至り、伝熱管９の表面上で冷却されて凝縮水を
生じ、伝熱管表面を流下して凝縮水導出管１３より装置
外に導かれる。

水溶液中の溶質としての酸又はアルカリは膜管により透
過を阻止され、−次側において濃縮される。

この装置によれば、その濃度に関係なく酸又はアルカリ
水溶液を効率よく濃縮し得ると共に、凝縮水として実質
的に純水を得ることができる。

第４図及び第５図は前記した第２の方法を実施するのに
好適な装置の一例を示し、第１図と同じ部材には同じ参
照番号が付されている。

外管１内には前記したような疎水性重合体多孔質膜より
なる膜管２が同軸的に配設されて、外管と膜管との間に
水溶液通路３が形成され、この水溶液通路に所定の温度
に加熱された高温の酸又はアルカリ水溶液が流通され、
膜管内には冷却媒体、例′−″・冷却水が流通され机即
６・高温０酸又　ｒはアルカリ水溶液と冷却媒体は上記
膜管を介して接触される。水溶液通１７８３には水溶液
を流通させるための導入管４及び導出管５が接続され、
同様に、膜管２にも冷却媒体を流通させるための導入管
１１及び導出管１２が接続されている。

この装置によれば、高温の酸又はアルカリ水溶液より発
生し、膜管壁を透過した蒸気は、冷却媒体、例えば、冷
却水にて直ちに冷却されて凝縮し、冷却水中に回収され
る。前記したと同様に、必要に応じて高温の水溶液は供
給ｉ泊より補充されつつ、加熱器６にて加熱されて、管
路４及び５により水溶液回路を循環され、また、冷却媒
体は、必要に応して冷却媒体回路に設ｂ’ｔた冷却器１
４により所定の温度に冷却されつつ、冷却媒体回路を循
環され、その一部は凝縮水と共に取出管１５から装置外
に取り出される。

図示しないが、装置は、複数の膜管が外管内に収容され
、各膜管内に冷却媒体が循環され、外管内において膜管
外の空間が水溶液通路をなすように形成されていてもよ
い。

上記の第２の装置によれば、膜管を介して高温の酸又は
アルカリ水溶液と冷却媒体とが直接に接触されるので、
高温の水溶液から発生した水蒸気は直ちに冷却媒体によ
り冷却されて凝縮し、冷却媒体中に回収される。従って
、蒸気の透過速度が大きいのみならず、膜管と伝熱壁と
の間に蒸気空間を設けた装置よりも小型化し得、単位体
積当りの有効膜面積が大きいので、効率よく水溶液の濃
縮を行なうことができる。必要な場合、凝縮水を冷却媒
体と共に取出すことができる。

尚、上記したいずれの装置の場合についても、酸又はア
ルカリ水溶液を外管と膜管との間の水溶液１ｆｆｌ路３
に流通さゼ、膜管内に冷却媒体を流通させるとして本発
明の詳細な説明したが、しかし、水溶液通路に冷却媒体
を流通させ、一方、冷却媒体通路に酸又はアルカリ水溶
液を流通させてよいのは勿論である。

以上のように、本発明の方法は、酸又はアルカリを含有
する高温の水溶液を疎水性重合体多孔質膜に接触させ、
この水溶液より発生して膜を透過した水蒸気を冷却し、
凝縮させることにより、水溶液を濃縮すると共に凝縮水
を得るものであり、水溶′液の溶質濃度に関係なく、は
ぼ１００％の排除率で酸又はアルカリを水溶液中に濃縮
し得る、従って、同時に実質的に純水を凝縮水として得
ることができる。

更に、本発明の方法によれば、装置内を加圧又は減圧す
る必要がなく、また、従来の通常の蒸留による場合と異
なり、水溶液をその沸点以下の温度に加熱してもその水
溶液を濃縮することができる。また、水溶液の処理方法
としてよく知られているように圧力差を駆動力とする逆
浸透法や限外濾過法と異なり、温度差を駆動力としてい
るために加圧を必要としないうえに、疎水性の膜を使用
するので、膜の目詰りや濃度分極がなく、水溶液を効率
よく分ｌ１Ｓｌｔ！ｉＩ縮することができる。

以下に本発明の実施例を挙げる。

実施例１ 第１図に示したように、直径４０ｍ５の合成樹脂製外管
内に、多孔質ポリアミド織布にて裏打ちされたポリテト
ラフルオロエチレン多孔質膜からなる直１￥２５ｍ５の
膜管を同軸的に配設し、更にこの膜管内に直径２１ｍｍ
のステンレス鋼製伝熱管を管壁間の間隔が２龍となるよ
うに配設して、装置を構成した。尚、上記多孔質膜は平
均孔径０．２μの微孔を有し、多孔度８０％であって、
装置における有効膜面積は２３０ｃＩＪであった。

この装置において、温度２℃の冷却水を伝熱管内に流通
して、表に示すような６０℃の酸又はアルカリ水溶液を
処理した。凝縮水のｐ＋＋及びその取得速度を表に示す
。また、処理した酸又はアルカリ水？８液のｐＨと得ら
れた凝縮水のｐｎとの関係を第６図に示す。これらから
、本発明の方法によれば、酸又はアルカリ水溶液の濃度
にかかわらずに効率よく濃縮することができると共に、
実質的に中性の純水を凝縮水として得ることができるこ
とが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施例するのに好適なサーモパ
ーベーパレーション装置の一例を示ス縦断面図゛、第２
図は第１図において線Ａ−Ａ線に沿う断面図、第３図は
別のサーモバーペーパレージコン装置を示す断面図、第
４図は更に別の装置を示す断面図、第５図は第４図にお
いて線Ｂ−，Ｂ線に沿う断面図、第６図は本発明の方法
により酸又はアルカリ水溶液を処理したときの水溶液の
ｐＨと凝縮水のｐａｌとの関係を示すグラフである。 １・・・外管、２・・・膜管、３・・・水溶液通路、９
・・・伝熱管、１０・・・蒸気空間、１３・・・凝縮水
導出管、Ｉ５・・・冷却媒体取出管。 Ｕ３Ｏ図 ｏ　ｚ’　、４　６　８　ｔｏ　７ど　ｌり・タヒ・婦
；？、ｔ　Ｐト１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水蒸気は透過させるが、水は透過させなむ１疎水
   性重合体多孔質膜の一面側に溶質として酸又はアルカリ
   を含有する高温の水溶液を接触させ、上記水溶液から水
   蒸気を発生させ、これを上記多孔質膜の他面側に透過さ
   せ、冷却して凝縮させると共に、上記溶質を上記水溶液
   中に濃縮することを特徴とする酸又はアルカリ水溶液の
   処理方法。