CN103100305B - 过滤机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种即使不施加高压也能进行过滤的过滤机构。利用离子渗透性的阳极电极（1）来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使阴离子渗透，并且利用离子渗透性的阴极电极（2）来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使阳离子渗透。采用这种过滤机构，由于是利用离子渗透性的阳极电极来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使阴离子渗透，因此即使不对逆渗透膜那样的小孔径施加高压，也能利用电气性斥力来阻止阳离子渗透。另外，由于是利用离子渗透性的阴极电极来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使水和阳离子渗透，因此即使不对逆渗透膜那样的小孔径施加高压，也能利用电气性斥力来阻止阴离子渗透。
Description
技术领域
本发明涉及能够将钠离子等阳离子或氯化物离子等阴离子加以过滤的过滤机构。
背景技术
过去有一种过滤膜是逆渗透膜（RO膜），具有水能通过而盐类等水以外的不纯物不能穿过的性质（非专利文献1）。
这种膜利用逆渗透现象，即如果对浓度较高的一侧从外部施加超过渗透压之差的压力，就只有水分子会从浓度较高的一侧流向较低的一侧。
例如，当要以40％的水回收率（意味着要将剩余的60％作为浓缩水舍弃）而从平均盐分3.5％的海水获得符合日本饮用水基准的盐分0.01％的淡水时，以2005年的最低水准就需要55气压左右。
然而，这就需要施加相当高的高压。
［非专利文献1］Wikipedia“逆浸透膜”＜
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%80％86%E6%B5%B8%E9%80%8F%E8%86%9C＞
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种不施加高压也能进行过滤的过滤机构。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术手段。
（1）本发明的过滤机构利用离子渗透性的阳极电极来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使阴离子渗透，并且利用离子渗透性的阴极电极来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使阳离子渗透。
成为处理对象的被处理水例如有海水、含食盐水、含盐分水等，并且能够将这些水作为饮用水或纯水来加以再利用。另外，例如还有洗涤器废水、冷却塔·冷却机的冷却循环水、锅炉水，并且能够将这些硬水加以软化。经过过滤而减少乃至被除去的离子例如有硅石、Ca、Mg、Fe、Mn、Cd、Pb、重金属类、硫酸离子、硝酸离子等。
采用这种过滤机构，由于是利用离子渗透性的阳极电极来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使阴离子渗透，因此即使不对逆渗透膜那样的小孔径施加高压，也能利用电气性斥力来阻止阳离子渗透。
另外，由于是利用离子渗透性的阴极电极来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使阳离子渗透，因此即使不对逆渗透膜那样的小孔径施加高压，也能利用电气性斥力来阻止阴离子渗透。
此处，只要使不会导致电解的电流流过、从而要利用电气性斥力来进行离子分离即可。
（2）也可以利用离子渗透性的阳极电极来电气地阻止阳离子渗透，同时有选择地使水和阴离子渗透，并且利用离子渗透性的阴极电极来电气地阻止阴离子渗透，同时有选择地使水和阳离子渗透。
采用这种过滤机构，由于是利用离子渗透性的阳极电极来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使水和阴离子渗透，因此即使不对逆渗透膜那样的小孔径施加高压，也能利用电气性斥力来阻止阳离子渗透。
另外，由于是利用离子渗透性的阴极电极来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使水和阳离子渗透，因此即使不对逆渗透膜那样的小孔径施加高压，也能利用电气性斥力来阻止阴离子渗透。
这种过滤机构和电渗析之间的区别在于，电渗析时要在正负的电极相互间配设阳离子膜和阴离子膜，使被处理水流过它们之间，而在电极间流动的直流电流会成为驱动力，使阳离子渗透阳离子膜，阴离子渗透阴离子膜，从而减少乃至被除去，且阳离子和阴离子会从被处理水减少乃至除去或被浓缩，而本过滤机构则是通过被处理水自身渗透离子渗透性电极而从被处理水减少乃至除去阳离子或阴离子。
采用本过滤机构，能够具有即使压力低也能运转、且处理面积大（每一单位容积的开孔面积大）的优点，且能够代替UF膜＋RO膜。
（3）也可以具备非离子渗透性电极，将所述离子渗透性电极与非离子渗透性电极互为相对地配置而使电流流过它们之间，且将渗透了离子渗透性电极的水汇集起来。
例如，如果具备非离子渗透性的阴极电极，且将所述离子渗透性的阳极电极与非离子渗透性的阴极电极互为相对地配置而使电流流过它们之间，就能将渗透了离子渗透性的阳极电极从而减少乃至除去了阳离子的水汇集起来。
另一方面，如果具备非离子渗透性的阳极电极，且将所述离子渗透性的阴极电极与非离子渗透性的阳极电极互为相对地配置而使电流流过它们之间，就能将渗透了离子渗透性的阴极电极从而减少乃至除去了阴离子的水汇集起来。
（4）也可以将离子渗透性的阳极电极与离子渗透性的阴极电极层叠，且将渗透了这些电极的水汇集起来。
采用上述结构，能够将水及阳离子和阴离子依次过滤来减少乃至除去。而阳离子和阴离子哪个先过滤都可以。
（5）也可以在阳极电极与阴极电极之间发生电解，将被处理水中的被氧化物质加以分解。
采用上述结构，能够同时进行被处理水的脱盐和淡水化、以及被处理水中的污物（被氧化物质）的分解和净化。
成为处理对象的被处理水例如有化学工厂或液晶制造工厂、半导体制造工厂等的工厂废水、废液、以及生活废水等，并且能够将这些废水加以净化。
发明的效果
本发明采用上述结构，具有以下效果。
由于能够利用电气性斥力来阻止阳离子或阴离子渗透，因此即使不施加高压，过滤机构也能进行过滤。
附图说明
图1是说明本发明过滤机构的实施方式1的系统流程图。
图2是说明本发明过滤机构的实施方式2的系统流程图。
图3是说明本发明过滤机构的实施方式2的系统流程图。
符号说明
1离子渗透性的阳极电极
2离子渗透性的阴极电极
3非离子渗透性的阳极电极
4非离子渗透性的阴极电极
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式。
［实施方式1］
如图1所示，本实施方式的过滤机构利用离子渗透性的阳极电极1来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使阴离子渗透，并且利用离子渗透性的阴极电极2来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使阳离子渗透。
所述离子渗透性电极（阳极、阴极）是使用多孔质（渗透性）的导电性陶瓷。该多孔质的孔径例如可以形成为1nm、并且能够恰当地设定开孔率。
所述陶瓷的材料可以是锆氧（＝二氧化锆，ZrO2）、钇（＝氧化钇，Ｙ2Ｏ3）等。其中，如果使用锆氧（融点2715℃，沸点4300℃），则弹性和韧性佳。如果其中混有钇，则韧性和耐碎裂性更佳。通过混入氧化铝（＝aluminium oxide，Ａｌ2Ｏ3），能够降低烧制温度。不过，如果混入了过多的氧化铝，则容易碎裂。
为了使所述陶瓷具有导电性，可以混合镍的微粒子。一旦混合了镍的微粒子，就能够降低陶瓷烧制时的温度。
从图中右侧起依次配设非离子渗透性的阳极电极3、离子渗透性的阴极电极2、离子渗透性的阳极电极1、以及非离子渗透性的阴极电极4，从下方供给食盐水，再使不会导致电解的程度的电流流过，并利用电气性斥力来进行离子分离。
这样一来，减少乃至除去钠离子后的水就会从非离子渗透性的阳极电极3与离子渗透性的阴极电极2之间排出，接近纯水的水会从离子渗透性的阴极电极2与离子渗透性的阳极电极1之间排出，而减少乃至除去氯化物离子后的水就会从离子渗透性的阳极电极1与非离子渗透性的阴极电极4之间排出。
成为处理对象的被处理水除了含食盐水外还有海水等，并且能够将这些水作为饮用水或纯水来加以再利用。另外，成为处理对象的被处理水例如还有洗涤器排水、冷却塔·冷却机的冷却循环水、锅炉水等，并且能够将这些硬水加以软化。
经过过滤而被减少乃至除去的离子除了钠或氯化物之外，例如有硅石、Ca、Mg、Fe、Mn、Cd、Pb、重金属类、硫酸离子、硝酸离子等。
以下将说明本实施方式的过滤机构的使用状态。
采用这种过滤机构，由于是利用离子渗透性的阳极电极1来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使阴离子渗透，因此即使不对逆渗透膜那样的小孔径施加高压，也能利用电气性斥力来阻止阳离子渗透。
另外，由于是利用离子渗透性的阴极电极2来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使阳离子渗透。因此即使不对逆渗透膜那样的小孔径施加高压，也能利用电气性斥力来阻止阴离子渗透。
由于能够利用电气性斥力来阻止阳离子或阴离子渗透，因此即使不施加高压，过滤机构也能进行过滤。另外，采用本过滤机构，能够具有即使压力低也能运转、且处理面积大（每一单位容积的开孔面积大）的优点，且能够代替UF膜＋RO膜。
［实施方式2］
如图2所示，本实施方式的过滤机构利用离子渗透性的阳极电极1来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使水和阴离子渗透，并且利用离子渗透性的阴极电极2来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使水和阳离子渗透。
另外，在本实施方式中，具有非离子渗透性电极3、4，将所述离子渗透性电极1、2与非离子渗透性电极3、4互为相对地配置而使电流流过它们之间，且将渗透了离子渗透性电极1、2的水汇集起来。
具体是，被投入海水的阴离子膜槽5具备非离子渗透性的阴极电极4（阴极无孔陶瓷膜），将所述离子渗透性的阳极电极1（阳极有孔陶瓷膜）和非离子渗透性的阴极电极4隔着衬垫S而互为相对地配置层叠，使电流在它们之间流动，再将渗透了离子渗透性的阳极电极1而减少乃至除去了阳离子后的阴离子浓缩水汇集到中央的集水管P。
然后，被供给所述阴离子浓缩水的阳离子膜槽6具备非离子渗透性的阳极电极3（阳极无孔陶瓷膜），将所述离子渗透性的阴极电极2（阴极有孔陶瓷膜）和非离子渗透性的阳极电极3隔着衬垫S而互为相对地配置层叠，使电流在它们之间流动，再将渗透了离子渗透性的阴极电极2而减少乃至除去了阴离子后的纯水汇集到中央的集水管P。
另一方面，未通过所述离子渗透性的阳极电极1（阳极有孔陶瓷膜）的阳离子浓缩水会被送往浓缩水系统，而未通过所述离子渗透性的阴极电极2的阴离子浓缩水会被送往浓缩水系统，合流后作为浓缩水排放。
此外，本实施方式不是沿着互为相对的正负陶瓷电极使流体沿着电极间的通路流动，而是使液体沿着陶瓷电极直行而与渗透电极板的膜的方向垂直地流动。
以下将说明本实施方式的过滤机构的使用状态。
采用这种过滤机构，由于是利用离子渗透性的阳极电极1来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使水和阴离子渗透，因此即使不对逆渗透膜那样的小孔径施加高压，也能利用电气性斥力来阻止阳离子渗透。
另外，由于是利用离子渗透性的阴极电极2来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使水和阳离子渗透，因此即使不对逆渗透膜那样的小孔径施加高压，也能利用电气性斥力来阻止阴离子渗透。
由于能够利用电气性斥力来阻止阳离子或阴离子渗透，因此即使不施加高压，过滤机构也能进行过滤。另外，采用本过滤机构，能够具有即使压力低也能运转、且处理面积大（每一单位容积的开孔面积大）的优点，且能够代替UF膜＋RO膜。
这种过滤机构和电渗析之间的区别在于，电渗析时要在正负的电极相互间配设阳离子膜和阴离子膜，使被处理水流过它们之间，而在电极间流动的直流电流会成为驱动力，使阳离子渗透阳离子膜，阴离子渗透阴离子膜，从而被减少乃至除去，且阳离子和阴离子会从被处理水减少乃至除去或被浓缩，而本过滤机构则是通过被处理水自身渗透离子渗透性的电极而从被处理水减少乃至除去阳离子、阴离子。
［实施方式3］
以下主要是以与上述实施方式1、2的区别来说明实施方式3。
成为处理对象的被处理水例如有化学工厂或液晶制造工厂、半导体制造工厂等的工厂废水、废液、以及生活废水等，并且能够将这些废水加以脱盐·净化。
如图3所示，被投入废水的电解阴离子膜槽7具备非离子渗透性的阴极电极4（阴极无孔陶瓷膜），将所述离子渗透性的阳极电极1（阳极有孔陶瓷膜）和非离子渗透性的阴极电极4隔着衬垫S而互为相对地配置层叠，使电流在它们之间流动，再将渗透了离子渗透性的阳极电极1而减少乃至除去了阳离子后的阴离子浓缩水汇集到中央的集水管P。
然后，被供给所述阴离子浓缩水的电解阳离子膜槽8具备非离子渗透性的阳极电极3（阳极无孔陶瓷膜），将所述离子渗透性的阴极电极2（阴极有孔陶瓷膜）和非离子渗透性的阳极电极3隔着衬垫S而互为相对地配置层叠，使电流在它们之间流动，再将渗透了离子渗透性的阴极电极2而减少乃至除去了阴离子后的纯水汇集到中央的集水管P。
由于在阳极电极与阴极电极之间发生了电解，因此由此产生的次氯酸和·OH基的强力氧化作用就能将废水中的污物成分（被氧化物质）加以分解，并且能够同时进行对废水的脱盐和淡水化以及对废水中污物的分解和净化。
［实施方式4］
本实施方式是将离子渗透性的阳极电极与离子渗透性的阴极电极层叠，且将渗透它们双方的水汇集（图中未示），能够将阳离子和阴离子依次过滤而使它们减少乃至被除去。而阳离子和阴离子哪个先过滤都可以。
工业上的可利用性
由于不施加高压也能进行过滤，因此适用于各种过滤机构。
Claims (3)
1.一种过滤机构，其特征在于，利用离子渗透性的阳极电极(1)来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使阴离子渗透，并且利用离子渗透性的阴极电极(2)来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使阳离子渗透，并且具有非离子渗透性的阴极电极(4)，使所述离子渗透性的阳极电极(1)和所述非离子渗透性的阴极电极(4)互为相对地配置而使电流流过它们之间，使所述离子渗透性的阳极电极(1)和所述离子渗透性的阴极电极(2)互为相对地配置。
2.一种过滤机构，其特征在于，利用离子渗透性的阳极电极(1)来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使阴离子渗透，并且利用离子渗透性的阴极电极(2)来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使阳离子渗透，并且具有非离子渗透性的阳极电极(3)，使所述离子渗透性的阴极电极(2)和所述非离子渗透性的阳极电极(3)互为相对地配置而使电流流过它们之间，使所述离子渗透性的阳极电极(1)和所述离子渗透性的阴极电极(2)互为相对地配置。
3.如权利要求1或2所述的过滤机构，其特征在于，利用所述离子渗透性的阳极电极(1)来电气性地阻止阳离子渗透，同时有选择地使水和阴离子渗透，并且利用所述离子渗透性的阴极电极(2)来电气性地阻止阴离子渗透，同时有选择地使水和阳离子渗透。
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