JPS6336893A

JPS6336893A - 電気透析法淡水化装置の運転方法

Info

Publication number: JPS6336893A
Application number: JP61180950A
Authority: JP
Inventors: Tetsuyoshi Ishida; 哲義石田; Kunio Okiura; 沖浦　邦夫; Masayuki Akatsuka; 赤塚　真之; Eiji Inada; 稲田　栄治; Iwao Akiyama; 秋山　巌
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1986-07-31
Filing date: 1986-07-31
Publication date: 1988-02-17
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPH07106350B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、電気透析法淡水化装置の運転方法に関し、特
に太陽光、風力等の変動するエネルギーを動力源に用い
る電気透析法淡水化装置の運転方法に関するものである
。

（従来の技術）従来の電気透析法淡水化装置では、一般に動力源に商用
電源またはこの商用電源と同等の安定した電源が用いら
れていた。このため、太陽光発電、太陽熱発電、風力発
電等の変動する動力源を用いる場合は、蓄電池を設置し
、この蓄電池により電気透析法淡水化装置へ供給する電
力の安定化を図っていた（例えばＮＥＤＯｌ「サンシャ
イン計画・太陽光発電システム実用化技術開発（離島用
海水淡水化システム）」参照）。

第９図は、動力源の出力が変動する電気透析法淡水化装
置の基本フローを示す図、第１０図は、第９図の装置の
運転の概念図を示す。この装置は、動力源１、電気透析
法淡水化装置２）蓄電池３、整流器４．５．６から主に
構成されている。動力源１の出力が定格である場合は、
動力源１からの出力は整流器４を通して電気透析法淡水
化装置２に供給される。動力源１の出力が低下した場合
は、動力源１からの出力は整流器５を通って蓄電池３に
貯えられるとともに、蓄電池３に貯えられた電力が所定
量以上であれば、整流器６を通して電気通掛法淡水化装
置２へ供給される。

従来の電気透析法淡水化装置では、動力源の出力が低い
場合は、オンオフ（断続）運転を行なっていた。動力源
の出力が低下した場合にオンオフ運転を行なう目的は、
アルカリスケールの析出を防止するためにある。つまり
、運転時はアルカリスケールを生じない、最も信頼でき
る運転状態である定格状態で電気透析法淡水化装置を運
転するが、動力源の出力が低下した場合にはオンオフ運
転を行ない、装置作動時は常に定格状態にしていた。こ
のため、動力源ｌの出力が低下したときの全時間に占め
る装置作動時間の割合は、動力源の出力割合にほぼ一致
していた。

しかしながら、このような従来の電気透析法淡水化装置
の運転方法では、アルカリスケールは防止できるものの
、経済的配慮はなされていなかった。

（発明が解決しようとする問題点）本発明の目的は、従来のオンオフ運転に代わり得る、ア
ルカリスケールを析出しない、経済的な電気透析法淡水
化装置の運転方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）上記目的は、濃度分極によるアルカリスケールの析出が
生じないようにオンオフ運転に代わって低負荷連続運転
を行なうこと、すなわち、電気透析槽への印加電圧およ
び電気透析槽内を流れる脱塩水、濃縮水等の液流速を制
御し、濃度分極によるアルカリスケールの析出を防止す
ることによって達成できる。

本発明は、透析槽の印加電圧制御および液流量制御の入
力信号に動力源の電圧値または電流値を用いる電気透析
法淡水化装置において、ポンプ流量の０．４〜１．０乗
が透析槽の印加電圧に比例するように、上記透析槽印加
電圧および上記液流量を制御することを特徴とするもの
である。

電気透析法淡水化装置において消費される電力は、透析
電力、ポンプ類の動力および計測・制御機器の消費電力
である。透析電力は、透析負荷に比例し、ポンプ類の動
力は流量の３乗に比例する。

計測・制御機器の電力は運転状態に関係せず、しかもこ
の計測・制御機器の電力は小さい。

濃度分極によるアルカリスケールの析出は、透析室内で
処理される電解質の流量（当量換算値）がこの透析室を
通過する電流値（当量換算値）より少ない時に生じる現
象である。すなわち、電解質流量が電流量より少ない時
に水の電気分解を生じてＨ＋とＯＨ−が生成する。そし
て、このときＯＨ−が生成した領域においてはｐＨが高
いため、アルカリスケールが析出する。したがって、ア
ルカリスケールの析出は、透析室へ通量の電解質を供給
することによって防止できる。また、透析室を通過する
電流値が低下した場合は、透析室への電解質の供給量を
減少させればよい。

アルカリスケールの析出を生じる境界としては、電流値
と電解質の供給量の間に次式の関係があり、したがって
、この関係式（１）を下回る電流値または上回る電解質
を供給するとスケールを析出することかない。

ｉ≦　Ｋ　１（Ｃ−Ｕ）”〜′。　　　　　・・・　（
１）ｉ／λ″〜θ・７　　嘔に１　　（Ｋ２　　・Ｕ）
Ｏ′″〜パへ・・　（２）ここで、ｉ：　電流値（Ａ／ｃＩｌｌ、ｅｑ／ｓ、ＣＭ）Ｃ：　
電解質濃度　　　　（ｅｑ／ｃａｌ）Ｕ：　液流速　　
　　　　　（ｃｍ／ｓ）λ：　導電率＃に２　・Ｃ（Ｓ
′）Ｋｔ：　　透析室の構造によって決まる定数に２　：　
原水によって決まる定数（＝λ／Ｃ：導電率と電解質濃
度の変換値）。

なお、透析処理する原水が決まれば、式（２）は次のよ
うに書き直すことができる。

Ｒべに３Ｕ’″〜１０　　　　　　　　　　・・・　（
３）ここで、Ｒ：　透析室の電位こう配（Ｖ／ｃｍ）Ｋ３　：　原水
、透析室の構造によって決まる定数。

（実施例）第１図に本発明になる一実施例を適用した電気透析法淡
水化装置のフロー図を示す。この装置は回分処理を行な
う装置であり、電気透析槽１１と、該電気透析槽１１に
脱塩水を循環させるための脱塩水循環タンク１２）およ
び脱塩水循環ポンプ１４と、同じく濃縮水を循環させる
ための濃縮水循環タンク１３および濃縮水循環ポンプ１
５および配管類から構成されている。この電気透析法淡
水化装置を駆動するために、動力源３１、印加電圧制御
装置３２が設置される。

第２図は、第１図の電気透析槽１１の原理構成を示す図
である。この電気透析槽１１は、陽イオン交換膜にと陰
イオン交換膜Ａを交互に多数配設したものからなる。こ
の電気透析槽の両端に電位差をかけると、陽イオンと陰
イオンが排出される室（脱塩室）と集合する室（濃縮室
）が交互に形成される。各陽イオン交換膜（または陰イ
オン交換膜）を透過するイオン量（当量数）は等しく、
電気透析槽１１を流れた電流量（当量へ換算した値）と
同一値となる。

電気透析によって処理される原水１６は、脱塩水循環タ
ンク１２）濃縮水１盾環タンク１３に供給される。脱塩
水循環タンク１２への現水１６の供給は満水になると停
止する。濃縮水循環タンク１３への原水１６の供給は連
続して行なわれる。脱塩水循環タンク１２に供給された
原水は、脱塩水循環ポンプ１４によって電気透析槽１１
の脱塩室を循環しながら脱塩される。そして、所定の低
塩濃度の水（淡水）となると、切り替え弁２４の流路が
変更され、淡水は電気透析法淡水化装置外へ輸送される
。濃縮水循環タンク１３に供給された原水は、濃縮水循
環ポンプ１５によって電気透析槽１１の濃縮室を循環し
ながら高塩濃度の水（ａ槽水）となり、濃縮水タンク１
３からオーバーフローによって排出される。陽極液２１
は濃縮循環水２０から分岐され、陽極室を通った後、外
部へ排出される。陰極液２２は濃縮循環水２０から分岐
され、陰極室を通った後、濃縮水循環タンク２３へもど
される。

この電気透析法淡水化装置を駆動する電気は、動力源３
１から出力された電気を印加電圧制御装置３２によって
、透析電力用の電気およびポンプ用動力の電気に替えら
れて供給される。透析電力用の電気は、電気透析槽１１
に印加される。ポンプ用動力の電気は、脱塩水循環ポン
プ１４、濃縮水循環ポンプ１５等のポンプの駆動に使用
される。

第３図に、濃度分極が生じる領域の電気透析槽１１の電
位勾配Ｒと透析室内の液流速Ｕの関係を示す。この時に
用いた３種のスペーサの寸法を第１表に示す。表中、ａ
、ｂは枠の断面寸法、ｐは枠間隔である。濃度分極の生
じる領域は１、透析室内ムこ設置されるスペーサ（ネ・
ノド）によって異なるが、この領域はネットの種類に関
係なく、その境界では電位勾配Ｒと流速Ｕの間に式（３
）′の関係が成り立っており、このときのＸ−、に３を
求めると第１表のようになることが分かった。

Ｒ＝に３　・ＵＸ　　　　　　　　　・・・　（３）゛
以下余白第−表したがって、電気透析法淡水化装置を常に濃度分極が生
じない状態で運転するために、負荷が変動する場合には
第（３）式に示すように、電気透析槽の印加電力は、透
析室内の液流速の０．４〜１゜０乗に比例して変化する
ようにしたらよいことが分かった。

なお、流量の変化は、ポンプの回転数を変化させて行な
い、このポンプの回転数は直流モータまたは可変変流モ
ータを用いて調整することができる。

単位造水量当たりの透析電力は透析槽の印加電圧に比例
し、ポンプ動力は流量の約３乗に比例する関係があるこ
とから、低負荷状態で運転することにより消費電力を低
減することができる。したがって、動力源の出力が低下
した場合、低負荷運転すると、造水量が多く確保できる
ことになる。

第４〜６図は、動力源の出力が変化したときの本発明に
なる電気透析法淡水化装置の運転状況を示したものであ
る。この装置は、海水（３５，０００ｐｐｍ　　ａｓ　
　ＴＤＳ）から淡水（５００ｐｐｍ　　ａｓ　　ＴＤＳ
）を作るもので、定格造水量が１００ｒ＋？／日、動力
源の定格容量が１８００ｋｗｈ／日、透析室内脱塩水お
よび濃縮水の流速が定格時６　ｃｍ　／　ｓである。定
格時（動力源の出力−１００％）におけるポンプ動力は
１８００ｋｗｈ／日、透析電力は同じ＜１８００ｋｗｈ
／日であるが、計測・制御電力は無視できる程度である
。

透析室内に設置さたスペーサは、第３図（または第１表
）の（２）の形状であり、したがって、透析室の電位勾
配（透析槽の印加電圧）の変化に伴って、脱塩水・濃縮
水の流速が０．５３乗で比例する。

透析電力は透析槽印加電圧の２乗に比例し、ポンプ動力
は脱塩水・濃縮水の流速の３乗に比例する。

なお、動力源の出力は、すべて、ポンプ動力および透析
電力に消費される。

第７．８図は、動力源の出力が変化したときの本発明に
なる電気透析法淡水化装置の造水量およびそのときの単
位造水量光たりの消費電力を示したものである。条件は
第４〜６図の場合と同一である。

造水量は、第７図に示すように、動力源の出力が低下し
た場合においても、かなりの量の淡水を造水できるよう
になる。例えば、動力源の出力が定格の５０％のとき、
造水量は８４Ｍ／日（定格の８４％）となり、また、動
力源の出力が１５％のとき、造水量は５０Ｍ／日（定格
の５０％）となる。一方、従来装置のオンオフ運転では
、それぞれ５０ｄ／日、１５Ｍ／日である。

したがって、本発明の一実施例によれば、動力源の出力
が低下した場合においても従来装置よりもより多くの淡
水をつくることが可能となる効果が得られる。また、本
発明の一実施例においては、動力源の出力が低下した場
合においても、出力した電力は、全て、透析電力および
ポンプ動力として消費するため、蓄電池が不要となる効
果が得られる。

（発明の効果）本発明によれば、動力源の出力が低下した場合において
、従来よりも多くの淡水を得る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明になる一実施例を適用した電気透析法
淡水化装置のフロー図、第２図は、電気透析槽のフロー
図、第３図は、濃度分極が生じる領域の電気透析槽の電
位勾配と透析室内の液速度の関係を示す図、第４〜８図
は、本発明になる電気透析法淡水化装置の動力源の出力
が変動するときの運転状況を示す図、第９図は、出力が
変動する動力源を用いる従来の電気透析法淡水化装置の
基本フローを示す図、第１０図は、この従来の電気透析
法淡水化装置の運転パターンを示す図である。１１・・・電気透析槽、１２・・・脱塩水循環タンク、
１３・・・濃縮水循環タンク、１４・・・脱塩水循環ポ
ンプ、１５・・・濃縮水循環ポンプ、１６・・・原水、
１７・・・淡水、１８・・・濃縮水、１９・・・脱塩循
環水、２０・・・濃縮循環水、２１・・・陽極液、２２
・・・陰極液、２３・・・硫酸、２４・・・切り替え弁
。代理人　弁理士　　川　北　武　長第１図１１：電気透析槽　　　　　１８：濃縮水１２：脱塩水
循環タンク　　１９：脱塩循環水１３：濃縮水循環タン
ク　　２ｏ：濃縮循環水１４；脱塩水循環ポンプ　　２
１；陽極液１５：濃縮水循環ポンプ　　ｚ２：ｆ’ｓ極
ン夜１６：原水　　　　　　　　２３：硫酸１７：淡水
　　　　　　　　２４：切り替え弁銅２図Ｏ：陰イオン第３図？液流速ＩＪ（ｃｍ／ｓ）第４図動力源の出力（’／、）第　７１１３　　　　第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透析槽の印加電圧制御および液流量制御の入力信
号に動力源の電圧値または電流値を用いる電気透析法淡
水化装置において、ポンプ流量の０．４〜１．０乗が透
析槽の印加電圧に比例するように、上記透析槽印加電圧
および上記液流量を制御することを特徴とする電気透析
法淡水化装置の運転方法。
（２）特許請求の範囲第１項において、前記液流量が、
脱塩水流量、濃縮水流量、陽極液流量、陰極液流量また
はこれらの二以上の和で代表されることを特徴する電気
透析法淡水化装置の運転方法。