JPS6058209A - 透析方法 - 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】 イオン交換膜透析装置と記す）の透析方法に関し、詳し
くは、該イオン交換膜透析装置の透析液中に消泡剤を添
加することにより、透析電力の低減及び透析性能の向上
を図るものである。

従来、例えば陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を交互
に多数配列して、その間に形成された透析室に各種溶液
を通液して電流を印加する電気透析法、あるいは陰イオ
ン交換膜のみを多数配列し電流を用いない拡散透析法に
よシ溶液の濃縮、脱塩、分離精製を行なうことが広〈実
施されている。

上記のよう表イオン交換膜透析装置においては、透析室
の厚みを均一に保ち、溶液の淀みを防止し、灯の？ＩＦ
れｆｔ愉一Ｗナス縞の目的でーイナン卒漁謹によって形
成される透析室内に、一般にスペーサーが用いられる。

しかしながら、スペーサーを透析室内に挿入することに
よって、安定運転が出来る反面、例えば電気透析装置の
場合には透析電圧が７０〜２θ係、場合によってはグθ
俤程度も高くなるため、該透析電圧の上昇を如何に抑え
るかがプロセス実用化の上で重要な課題であった。これ
まで、このような透析電圧が上昇する原因は、主にスペ
ーサー自体によるものと考えられ、スペーサーの材質、
構造等を種々検討し、より良好なス４−サーの開発に多
大の努力が行表われてきた。

本発明者らも、イオン交換膜透析装置において透析電圧
が高くなる原因について詳しく研究した結果、勿論スペ
ーサーを挿入することにより有効通電面積が減少し、そ
のために透析電圧が上昇することも認められずが、それ
よりもむしろ透析室内、特にスペーサーの網目内に滞留
した気泡による影響の方がかなり大きいことを知見した
。さらに、長時間の運転を実施する場合−、上記の滞留
気泡によって、セラコラ、炭酸カルシウム、水酸化マグ
ネシウム等の無機スケールが発生し易くなるため、安定
運転を行う上で重大な障害になることも判明した。この
ようなイオン交換膜透析装置の特にス被−サー（網目）
内に存在する気泡は、透析液の供給により、通常の流速
（約コ〜／θｃｒｎ／Ｓ）でかなりの装置外に排出でき
る。しかしながら、この気泡は迅速かつ完全に排出する
ことが非常に困難で、イオン交換膜電気透析装置を数日
間運転しても、はとんど減少することはな（く、有、効
膜面積のｓ〜／！ｒ％程度の気泡がいつまでも装置内に
存在することを確認した。この残存する気泡は運転に種
々の悪影響を与え、例えば電気透析法においては、気泡
が滞留した分だけ有効通電面積が数少するため透析電力
が増大するし、また透析液の流れが阻害されるため濃度
分極、中性撹乱現象が生じ易くなり、Ｃａ　ＳＱ４、Ｃ
ａ　ＣＯＨ１Ｍｇ（ＯＨ）２等のスケールを発生し易く
・するなど長期にわたる安定運。

転を困難にしていた。−一方、拡散透析法においては、
装置内に気泡が存在すると酸、アルカリの回収率が低下
するという問題がある。

上記の問題を防止するため現在までに、種々の対策が行
なわれている。例えば、■空気の滞りにくい材質、構造
（形状）のスペーサーを用いる方法、■透析装置に供給
する溶液に脈動を与える方法、■透析装置に供給する液
流量を増加される方法等である。しかしながら、■の方
法では、限界電流密度を高くする構造のスペーサーはど
該スペーサー（網目）内に気泡が滞り易く且っ除去し難
い傾向にあり、また空気抜けの良いス４−ザーを用いる
と、運転電流を下けざるを得す、装置規模を大きくする
必要が生じるために実用的でない。

また■の方法では泡抜けの効果が十分でなく、シかも運
転管理や操作が煩雑で運転が不連続となる。

更に■の方法ではスペーサーとイオン交換膜とが密着し
ているため流量を増しても気泡を完全に抜くことは困難
であるし、流量を増すことにより透析装置の圧力損失が
犬きくなり耐圧の点に問題を生じる。

以上は運転開始時の気泡による問題であるが、運転中で
は透析液中に含まれる溶存気体が温度上昇に伴って気泡
となり、透析室内の特にスペーサーに滞留し、前述と同
様の問題を生じる。

この気泡を防止する方法としては、あらかじめ透析液を
沸騰するなどの方法により脱気することが一般的である
が、該方法では気泡は減少するものの、脱気に要する装
置、エネルギー吟が経済的に不利益である。

従って、電気透析法においては透析電力を低減せしめ、
また拡散透析法においては酸あるいはアルカリの透析性
能を向上せしめる目的で透析室内（滞留する気泡を効率
的に出来るだけ除去することが、透析装置による効果的
な処理を行なうために極めて重要な課題である。

本発明者等は上述した課題についてさらに研究を進めプ
ロセス的、化学工学的に気泡による弊害を除去するので
はなく、化学的に気泡を除去する方法について検討を行
なった結果、透析装置に供給する溶液（透析液）中に消
泡剤を添加することにより透析液中での気泡の発生を抑
制し、かつ透析室内の特にスペーサーの網目内の気泡も
容易に除去できることが判り、もって長期の連続運転が
可能であることを見出し、本発明を提案するに至った。

従来、消泡剤は化学的に発泡し易い溶液に対して、泡を
消失させる目的で工業的に広く用いられてはいるが、本
発明は、構造上の問題で物理的原因により気泡が滞留し
ている場合であっても効果的に気泡を消滅できるという
知見に基づき始めて得られたものである。

即ち、本発明はイオン交換膜透析装置の透析液中に消泡
剤を添加することを特徴とする透析方法である。

本発明は透析液中に消泡剤全添加することが極めて重要
であり、消泡剤としては、従来公知のシリコン系及び有
機系のものが使用出来る。例えば、シリコン系の消泡剤
としては、シリコンオイル型、シＩＪ　コンオイルにシ
リカの粉末全配合したオイルコンノヤウンド型、オイル
を水にてエマルジョン化したもの等が挙げられる。また
、有機系の消泡剤としては、炭化水素鎖の末端または両
端に極性原子団、たとえば水酸基、エステル、エーテル
、アミン、アミド、カルデン酸などの原子団を有するも
ので具体的に述べるならば、オクチルアルコール、アミ
ルアルコール、ポリアルキレングリコール等のアルコー
ル類、ポリオキシエチレンアルキルニーｆルＬ　ポリオ
キシエチレンアルキルフェノールエーテル型、ソルビタ
ン脂肪酸エステル型、ポリエチレングリコール脂肪酸エ
ステル型、脂肪酸モノグリセライド型、ポリオキシエチ
レンアルキルフェノールエーテル型、特殊非イオン型等
の非イオン性界面活性剤、ごま油、ひまし油、大豆油等
の油類、シアミルアミン等のアミン類、トリブチルホス
フェート、トリオクチルホスフェート等のシん酸エステ
ル類、々どの合成または天然有機物が挙げられる。なか
でも、シリコン系、ソルビタン脂肪酸エステル型の非イ
オン界面活性剤の使用は少量で効果に優れるため好まし
い。

上記した消泡剤は透析装置内に直接添加するか、または
予め原料透析液に添加後、透析装置に供給されるのが一
般的である。透析装置内で添加する場合は、得られる製
品の使用目的により濃縮室、脱塩室のいずれか一方、あ
るいは両方に添〃ｕすれば良いが、一般的には気泡が滞
り易い透析室に添加する方が効果的であるので、電気透
析法の場合には脱塩室に、拡散透析の場合には透析液室
へ添加するのが好ましい。

透析液中への消泡剤の添加量は透析液の温度条件、ｐＨ
％等の液組成、原料透析液中へ含有される溶存気体の量
、透析室内のスペーサーの材質、構造、あるいは透析室
内の液流速など透析室構造や運転条件により適宜選定す
ればよい。普通、消泡剤の添加量が余りに少ないと効果
が発揮されないし、また余Ｑ多すぎても効果は頭打ちと
なるばかりか経済的でなく、イオン交換膜やスペーサー
、配流板等の透析室内に付着し性能低下を誘引し、しか
も得られる処理水を汚染する等の問題が生じる０従って
、消泡剤の添加量は連続添加の場合は一鹸に透析液中の
消泡剤の濃度がＳ〜／　００　ｐｐｍになる割合で、ま
た間欠的に添加する場合は７〜７０時間の間に７回の割
合でｌθ〜／θθｐｐｍの濃度になるように添加される
。

本発明によれば上述の如き消泡剤を添加するだけで透析
電力の低減や透析性能の向上効果が得られる。従って透
析装置はフィルタープレス型、ユニットセル型等の従来
、公知のものが何ら制限なく使用出来る。またスペーサ
ーにつめても公知のものが用いられるが、一般には、ポ
リゾロピレン、ポリエチレン、塩化ビニル等の材質より
なる網状物、平織、ハニカム織、みこしろ織、波状多孔
板、エキスフ４ンド状のもの等が用いられる。

以上の説明により理解される如く、本発明は消泡剤を透
析装置の希釈室及び（又は）濃縮室に連続的、又は間欠
的に供給して透析することを特徴とするもので、透析装
置内に存在する滞留気泡を効果的になくすことにある。

従って、本発明によれば透析電力の低減や酸の回収率を
いずれもＳ〜−θチも大幅に高めることが出来る。また
、濃度分極の影響も少なく、得られる処理水の性状変化
もなく長期間に亘って安定運転が出来るため、経溶酪Ｖ
緬払イ右伯１ず弧λＬ北ｔ　メ悦壮尋ハ膚ヒ操作や管理
を極めて容易にする等、計り知れない効果をもたらすも
のである。

以上は、主にスペーサーを介してイオン交換膜を配列し
てなる透析装置について詳細に説明したが、本発明はス
ペーサーを用いないイオン交換膜透析装置にも適用する
ことが出来る。

以下、本発明を具体的に説明するために実施例を示すが
、本発明は以下の実施例に特に限定されるものではない
。

実施例１ 有効通電面積／θｄｍ２のフィルタープレス型イオン交
換膜電気透析装置を用すて海水の濃縮を行なった。陽イ
オン交換膜及び陰イオン交換膜をガスケットとスペーサ
ー全弁して交互にｓθ対積層してスタックを構成し、そ
の両端を締付けて電気透析装置を構成した。電気透析装
置の仕様は以下の通りである。

ガスケット厚み、材質　０．７ｇｖｍＣネオプレン製）
スペーサー　ポリエチレン製斜交網 （交点厚みＯ９ｇ鰭） イオン交換膜　徳山曹達■製 徳山曹達■製 透析室における溶液の　脱塩室、濃縮室とも線速度　６
ｃｒｎ／秒 供給海水、量　海水を砂濾過後、Ｓミクロンカットのカ
ートリッジフ イルターで濾過した。液温 は温調設備でツ５℃一定に 保った。

２０２７分 運転電流密度　３Ａ　／　ｄｍ２ 海水の濃縮は、上記濾過水を脱塩室に供給し、次いで直
流電流を印加して行なった。濃縮室には脱塩室からの浸
透液を循環供給した。電気透析装置の運転が十分に定常
状態になったことを確認してから、本実施例では２４を
時間連続後、スタック間の電圧をデジタル弐重圧計で測
定しこれをブランク値とした。次に、第１表に示す通り
の消泡剤を上記濾過治水に連続添加し透析電圧の変化ｆ
訓べ各処理効果を比較した。

実施例コ 実施例／と同じ仕様の電気透析装置を用いて、メッキ工
場廃水の脱塩を行なった。該メッキ工場廃水に含まれる
ＴＤＳは、約コ、θＯθｐｐｍで硫酸ナトリウムが主成
分である。脱塩操作は、／段パッチ定電圧方式とし／パ
ッチ平均運転電流密度は０．グＡ　／　ｄｍ２とした。

生産水の水質はＴＤＳＳθθｐｐｍ以下とした。透析装
置の濃縮室、希釈室とも供給量は６α／秒の流速で流れ
るようにした。該メッキ工場廃水は一次濾過として急速
砂濾過器で一過しその後二次濾過として／θμカットの
カートリッジフィルターで濾過した〇実施例／と同様に
、ブランク運転後第１表に示す通シの消泡剤を上記濾過
水に連続添加した場合の透析平均電圧を第２表に示した
。

第　ユ　表 ※９は比較例である 実施例３ ＨＣｌ　ｇ度／　２０　ｇ　／　Ｌ　ｓ　ＦｅＣ６２濃
度２３０ｇ／ｌの塩化第１鉄の塩酸水溶液から、塩酸の
回収をフィルタープレス型拡散透析装置（徳山１達■製
ＴＳＤ−λ型）を用いて行なった。拡散透析装置は、有
効膜面積、２　ｄｍ２の陰イオン交換膜（徳山曹達■製
ネオセイタＡＦＮ；商品名）２０枚で拡散室および原液
室、を形成させ、各室毎に液の給排゛出口が設けられた
４構造のものであって、各室にはスペーサーと配流板が
組込まれている。実験に用いた消泡剤を第３表に示す。

消泡剤は拡散室及び原液室の画室に連続添加した。

水はコθ℃の水を用い、拡散透析槽の上部からｌ１００
ｃｃ１時で供給した。また塩化＠ｌ鉄の水溶液は、グθ
℃で拡散透析槽の下部からｌ１００ｃｃ１時でポンプを
用いて供給し膜を介して水と向流接触させた。その結果
、拡散溶液中の塩酸回収率は第３表に併記する通りであ
った。同、酸の回収率は次の式でめたものである〇 実施例グ 実施例３の拡散透析装置から透析室のみのスペーサーを
取り外して再び透析装置を組み立て硫酸回収の実験を行
なつ念。実験に用いた原液は、硫酸濃度／９θＩ／ｌ、
硫酸第１鉄濃度／１Ｉ０１１／ｌの硫酸水溶液である。

回収方法、条件は、実施例３とまったく同じである。ま
た、実験に用いた消泡剤は実施例３の第３表とまったく
同一であり、消泡剤は拡散室及び原液室の画室に連続添
加した。

その結果、拡散溶液中の硫酸回収率は第を表に併記する
通りであった。

第　ｌＩ　衣 豪Ａ９は比較例である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　イオン交換膜透析装置の透析液中に消泡剤を添
   加することを特徴とする透析方法