JP2006175360A - Method and device for controlling ph of solution - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶液中に存在するイオン濃度すなわちpHを、電気的な制御のみにより溶液に対する直接的な制御を実現することにより、溶液のpHを比較的簡単な装置で高精度に制御できる溶液のpH制御方法および装置に関するものである。 The present invention realizes direct control over the solution only by electrical control of the ion concentration, ie, pH, present in the solution, so that the solution pH can be controlled with high accuracy by a relatively simple device. The present invention relates to a pH control method and apparatus.
従来から、さまざまな産業分野において各種の特性を有する溶液が用いられている。このような溶液は、pHを用途に応じて最も適切な特性となるように調整して使用される。このようなpH制御は、主としてイオン濃度を制御することにより行うことが可能である。 Conventionally, solutions having various properties have been used in various industrial fields. Such a solution is used by adjusting the pH so as to have the most appropriate characteristics depending on the application. Such pH control can be performed mainly by controlling the ion concentration.
上記のようなイオン濃度の制御方法として、例えば下記の特許文献1に示すように、制御対象の溶液のイオン濃度を検知して、そのイオン濃度が目標のレベルとなるように所定の薬品を補充することにより行うものが開示されている。
As a method for controlling the ion concentration as described above, for example, as shown in
また、下記の特許文献2に示すように、溶液を電気分解しながらイオン透過性膜を透過させることにより、酸性水とアルカリ性水に分離してpHセンサが設けられた塩水タンクに導入し、上記pHセンサの検出信号に基づいて酸性水とアルカリ性水の導入量を調節することにより塩水のpHを所望の値に制御するものが開示されている。
In addition, as shown in
他方、下記の特許文献3および4に示すように、溶液中に存在させた2枚の電極に直流電流を印加して溶液中のイオンを除去・回収するものが開示されている。
しかしながら、上記特許文献1のような方法では、制御対象とする溶液のタンク以外に、補充用の薬品タンクおよびその薬品を補充するためのポンプおよび配管が、必要とする薬品の種類の数だけ必要となり、設備が大掛かりなものとなってしまう。また、上記特許文献2の方法でも、導入する酸性水とアルカリ性水をタンクに貯めておくのではなく電気分解で生成するに過ぎず、制御対象とする溶液のタンク(塩水タンク)以外に電気分解装置や配管が必要になり、設備が大掛かりなものとなってしまう。このため、上記いずれの方法でも、設備が複雑かつ大掛かりで、設備コストやメンテナンスコストがかかるという問題がある。しかも、上記特許文献2の方法では、イオン透過性膜を必要とすることから、その交換や再生等のメンテナンスが必要となり、設備維持のために多大なコストがかかっているのが実情である。
However, in the method as described in
また、特許文献1および特許文献2のいずれの方法でも、イオン濃度やpHが目標レベルとなるように調整用の液体を補充するものに過ぎず、制御対象の溶液自体を直接制御するのではない。このような調整用液体を補充する場合、調整用液体の特性ばらつきが制御精度に影響したり、補充過剰による調整精度のばらつきが生じやすかったりするという問題もあった。また、イオン濃度やpHを微調整しようとすると、少量の調整用液体を投入して制御することになるのであるが、少量の調整用液体の投入がタンク内で十分に混ざり、イオン濃度やpHの検出値に反映してから、再度少量の調整用液体を投入することを繰り返す必要があることから、微調整作業には時間と手間がかかるという問題があった。
Further, in any of the methods disclosed in
さらに、上記特許文献3および4に示す方法も、単に溶液中のイオン性物質を除去するだけのものに過ぎず、溶液のpHを任意の目標値になるようにコントロールし、制御しうるものではない。
Furthermore, the methods shown in
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、溶液に対する直接的な電気的制御のみにより、溶液のpHを比較的簡単な装置で高精度に制御できる溶液のpH制御方法および装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a solution pH control method and apparatus capable of controlling the pH of a solution with high accuracy with a relatively simple device only by direct electrical control over the solution. For the purpose of provision.
上記目的を達成するため、本発明の溶液のpH制御方法は、pH制御対象とする溶液中に直流電圧が印加される電極を存在させ、上記両電極間の電位差および/または電流値を連続的に制御し、溶液中に存在するイオンを電極に吸着して溶液中のイオン数を制御することにより、溶液のpHを目標値に向かって制御することを要旨とする。 In order to achieve the above object, the pH control method for a solution of the present invention comprises an electrode to which a direct current voltage is applied in a solution to be controlled for pH, and a potential difference and / or current value between the two electrodes is continuously set. The gist is to control the pH of the solution toward the target value by adsorbing ions present in the solution to the electrode and controlling the number of ions in the solution.
また、上記目的を達成するため、本発明の溶液のpH制御装置は、pH制御対象とする溶液を貯留する貯留槽と、上記溶液中に存在して直流電圧が印加される電極と、上記両電極間に印加する電位差および/または電流値を連続的に制御する制御手段とを備え、上記制御手段で両電極に印加する電位差および/または電流値を制御することにより、溶液中に存在するイオンを電極に吸着して溶液中のイオン数を制御することにより、溶液のpHを目標値に向かって制御することを要旨とする。 In order to achieve the above object, the pH control apparatus for a solution of the present invention includes a storage tank for storing a solution to be controlled by pH, an electrode that is present in the solution and to which a DC voltage is applied, Control means for continuously controlling the potential difference and / or current value applied between the electrodes, and controlling the potential difference and / or current value applied to both electrodes by the control means, thereby allowing ions present in the solution The gist of the invention is to control the pH of the solution toward the target value by adsorbing to the electrode and controlling the number of ions in the solution.
すなわち、本発明の溶液のpH制御方法および装置は、pH制御対象とする溶液中に存在させた電極に印加する電位差および/または電流値を連続的に制御することにより、溶液中のイオンの電極への吸着を制御することにより溶液中のイオン量を制御する。例えば、溶液中の陽極にプラス電圧を印加すると溶液中のマイナスイオンが吸着され、陰極にマイナス電圧を印加すると、プラスイオンが吸着され、溶液中のマイナスイオンやプラスイオンが減少する。このように、上記溶液中に存在させた電極へのイオンの吸着を制御することにより、溶液中のイオン濃度を制御し、溶液のpHを目標値になるように制御することができるのである。 That is, the pH control method and apparatus for a solution of the present invention provides an electrode for ions in a solution by continuously controlling a potential difference and / or current value applied to an electrode present in the solution to be pH controlled. The amount of ions in the solution is controlled by controlling the adsorption to the surface. For example, when a positive voltage is applied to the anode in the solution, negative ions in the solution are adsorbed, and when a negative voltage is applied to the cathode, the positive ions are adsorbed and negative ions and positive ions in the solution are reduced. In this way, by controlling the adsorption of ions to the electrode present in the solution, the ion concentration in the solution can be controlled, and the pH of the solution can be controlled to a target value.
このように、制御対象とする溶液中に電極を存在させ、その電極に印加する電位差および/または電流値を制御することにより、制御対象とする溶液中に存在するイオン濃度を、電気的な制御のみにより、溶液に対する直接的な制御を行うことができる。したがって、従来のように、調整用液を蓄えるタンクや調整用液をつくるための電気分解装置、それにともなう複雑な配管等を必要とせず、装置が大幅に簡素化小型化し、設備コストやメンテナンスコストの大幅な節減が可能となった。また、従来のようなイオン交換膜を必要としないことから、イオン交換膜のメンテナンスも不要となる。しかも、従来のように、調整用液体を補充するのではなく、制御対象の溶液自体を直接制御することから、調整用液体の特性ばらつきが制御精度に影響したり、補充過剰による調整精度のばらつきが生じたりするという問題も完全に解消する。しかも、pHの微調整を行う場合でも、電極に印加する電位のレベルを微調整して電極へのイオンの吸着を微調整することにより、容易にpHの微調整を行うことができ、従来の調整溶液を補充する方法に比べて、極めて短時間で高精度のpH制御を実現することができるのである。以上のように、本発明によれば、溶液のpHを比較的簡単な装置で高精度に制御することができるようになる。 In this way, the electrode is present in the solution to be controlled, and the potential difference and / or current value applied to the electrode is controlled to electrically control the ion concentration present in the solution to be controlled. Only, direct control over the solution can be achieved. Therefore, unlike the conventional case, there is no need for a tank for storing the adjustment liquid, an electrolysis apparatus for producing the adjustment liquid, and complicated piping associated therewith, and the apparatus is greatly simplified and downsized, and the equipment cost and maintenance cost are reduced. Can be saved significantly. Further, since the conventional ion exchange membrane is not required, maintenance of the ion exchange membrane is also unnecessary. Moreover, since the adjustment target liquid is not directly replenished as in the prior art, the control target solution itself is directly controlled, so that variations in the characteristics of the adjustment liquid affect the control accuracy, or variations in adjustment accuracy due to excessive replenishment. The problem of the occurrence of the problem is completely solved. Moreover, even when finely adjusting the pH, it is possible to easily finely adjust the pH by finely adjusting the level of the potential applied to the electrode and finely adjusting the adsorption of ions to the electrode. Compared with the method of replenishing the adjustment solution, highly accurate pH control can be realized in a very short time. As described above, according to the present invention, the pH of a solution can be controlled with high accuracy using a relatively simple device.
本発明の溶液のpH制御方法において、上記両電極間の電位差および/または電流値を、両電極間に流れる電流値と通電時間を積算した電流積算値に基づいて制御することにより、上記電極へのイオンの吸着量を制御する場合、および、本発明の溶液のpH制御装置において、両電極間に流れる電流値と通電時間を積算した電流積算値を算出する電流積算手段を備え、上記制御手段は、上記両電極間の電位差および/または電流値を、上記算出された電流積算値に基づいて制御することにより、上記電極へのイオンの吸着量を制御する場合には、
電流積算値という計測が容易な数値に基づいて吸着量を制御できることから、溶液中のイオン濃度の制御が行いやすい。
In the pH control method for a solution of the present invention, the potential difference and / or current value between the two electrodes is controlled based on a current integrated value obtained by integrating the current value flowing between the two electrodes and the energization time. In the solution pH control apparatus according to the present invention, the control unit includes a current integrating unit that calculates a current integrated value obtained by integrating a current value flowing between both electrodes and an energization time. When controlling the adsorption amount of ions to the electrodes by controlling the potential difference and / or current value between the electrodes based on the calculated current integrated value,
Since the amount of adsorption can be controlled based on a numerical value that is easy to measure, such as an integrated current value, the ion concentration in the solution can be easily controlled.
本発明の溶液のpH制御方法において、上記イオンの吸着を、実質的に溶液の電気分解を生じない電位差で行なうよう制御する場合、および、本発明の溶液のpH制御装置において、上記電極は、溶液と通電する導電体からなり、上記制御手段は、上記イオンの吸着が、実質的に溶液の電気分解を生じない範囲で行なわれるよう、上記電極に印加する電位を制御する場合には、
溶液を電気分解させてしまうと、それだけでイオン濃度が変化するが、イオンの吸着を実質的に溶液の電気分解を生じない範囲で行なうことにより、イオンの吸着によってのみpHの制御を行い、電極に印加する電位の制御だけをpHに反映させて他の要因を排除し、常に正確なpH制御を実現し、pH制御の精度を確保できる。
In the pH control method for a solution of the present invention, when the ion adsorption is controlled to be performed with a potential difference that does not substantially cause electrolysis of the solution, and in the pH control apparatus for the solution of the present invention, the electrode is When the electric potential applied to the electrode is controlled so that the adsorption of the ions is performed in a range that does not substantially cause electrolysis of the solution,
If the solution is electrolyzed, the ion concentration changes by itself, but by performing ion adsorption in a range that does not substantially cause electrolysis of the solution, the pH is controlled only by ion adsorption, and the electrode By reflecting only the control of the potential applied to the pH in the pH and eliminating other factors, it is possible to always realize accurate pH control and ensure the accuracy of pH control.
本発明の溶液のpH制御装置において、上記貯留槽には、pH制御対象とする溶液を導入する導入路と、pHが制御された溶液を排出する排出路とを備え、目標pHの溶液を連続的に生成するように構成されている場合には、
制御対象の溶液を貯留槽に導入しながら、貯留槽において電極へのイオンの吸着を制御してpHの制御を行い、pHが制御された溶液は連続的に排出路から排出される。このように、連続的に溶液を流しながら溶液のpH制御を行えることから、極めて良好な処理効率での運転が可能である。
In the solution pH control apparatus of the present invention, the storage tank is provided with an introduction path for introducing the solution to be controlled by pH and a discharge path for discharging the solution whose pH is controlled. If it is configured to generate automatically,
While introducing the solution to be controlled into the storage tank, the pH is controlled by controlling the adsorption of ions to the electrode in the storage tank, and the pH-controlled solution is continuously discharged from the discharge path. As described above, since the pH of the solution can be controlled while continuously flowing the solution, it is possible to operate with extremely good treatment efficiency.
本発明の溶液のpH制御装置において、上記排出路もしくはその近傍において溶液中のpHを検知するpH検知手段を備え、上記制御手段は、pH検知手段による溶液のpHの検知結果に応じて電極に印加する電位差および/または電流値を制御する場合には、
pH検知手段によるpHの検知結果に応じて電極に印加する電位差および/または電流値を制御することにより、連続的に流れる溶液を常に目標のpHとなるように制御することが可能となる。このように、目標とするpHへの制御を連続的に行い、目標pHの溶液を連続的に生成することができるようになる。
The solution pH control apparatus of the present invention comprises pH detection means for detecting pH in the solution at or near the discharge path, and the control means is applied to the electrode according to the detection result of the pH of the solution by the pH detection means. When controlling the potential difference and / or current value to be applied,
By controlling the potential difference and / or current value applied to the electrodes in accordance with the pH detection result by the pH detection means, it is possible to control the continuously flowing solution to always have the target pH. In this way, control to the target pH can be continuously performed, and a solution having the target pH can be continuously generated.
本発明の溶液のpH制御装置において、上記導入路または排出路には、導入もしくは排出される溶液の流量を調節する流量調節弁が設けられ、上記制御手段は、pH検知手段による溶液のpHの検知結果に応じて上記流量調節弁を制御する場合には、
連続的に溶液を流しながらイオンの吸着を制御するときに、pH検知手段によるpHの検知結果に応じて流量を適切に制御することにより、流量が制御精度に与える影響をなくし、常に目標pHの溶液を連続的に生成することができるようになる。
In the solution pH control apparatus of the present invention, the introduction path or the discharge path is provided with a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the solution introduced or discharged, and the control means controls the pH of the solution by the pH detection means. When controlling the flow control valve according to the detection result,
When controlling the adsorption of ions while continuously flowing the solution, by appropriately controlling the flow rate according to the pH detection result by the pH detection means, the influence of the flow rate on the control accuracy is eliminated, and the target pH is always adjusted. The solution can be produced continuously.
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described.
図1は、本発明の溶液のpH制御装置の第1の実施の形態を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a pH control apparatus for a solution of the present invention.
上記pH制御装置は、pH制御対象とする溶液を貯留する貯留槽1と、上記貯留槽1に貯留された溶液中に存在して直流電圧が印加される電極6,7と、上記電極6,7に印加する電位差および/または電流値を制御する制御回路8とを備えている。
The pH control device includes a
上記電極6,7は、電圧制御および電流制御が可能な直流電源4に接続されて、プラス電位が印加される陽極6と、マイナス電位が印加される陰極7とから構成されている。5は、上記電極6,7と直流電源を接続して各電極6,7に直流電圧を印加する状態と、両電極6,7間を短絡させる状態とを切り換えるスイッチである。
The
上記貯留槽1には、貯留槽1に溶液を導入する導入路2と、貯留槽1でpHが調整された調整済みの溶液を排出する排出路3aとが設けられている。上記排出路3aには、貯留槽1から排出される調整済み溶液のイオン濃度を検知するイオン検知手段としてのpH計10が設けられている。また、上記導入路2には、貯留槽1に導入する溶液の流量を調節する流量調節弁11と、上記流量調節弁11で調節された流量で貯留槽1に導入される溶液の流量を検知する流量計9が設けられている。上記pH計10で検知されたイオン濃度および流量計9で検知された流量は、制御回路8に送られる。また、上記貯留槽1には、貯留槽1内の溶液を廃液として排出する廃液路3bが設けられている。24a,24bは、それぞれ排出路3a,廃液路3bに設けられた弁である。
The
上記制御回路8は、上記スイッチ5の切り換え制御を行って、両電極6,7に印加する電位を制御することにより、溶液中のイオンであるイオンの電極6,7への吸着と、電極6,7に吸着されたイオンの溶液中への放出とを制御する。
The
すなわち、pH制御対象とする溶液中に存在させた電極6,7に印加する電位を制御することにより、溶液中のイオン等のイオンの電極6,7への吸着および電極6,7に吸着されたイオンの溶液中への放出を制御する。
That is, by controlling the potential applied to the
そして、制御対象とする溶液中のイオンを吸着してpHの調整を行うときには、図1(a)に示すように、スイッチ5を電極6,7に電圧を印加するよう切り換え制御して溶液中のイオンを電極6,7に吸着させる。
When the pH is adjusted by adsorbing ions in the solution to be controlled, the
このように、pH制御対象とする溶液中に存在させた電極6,7に印加する電位差および/または電流値を連続的に制御することにより、溶液中のイオンの電極6,7への吸着を制御することにより溶液中のイオン量を制御する。例えば、溶液中の陽極にプラス電圧を印加すると溶液中のマイナスイオンが吸着され、陰極にマイナス電圧を印加すると、プラスイオンが吸着され、溶液中のマイナスイオンやプラスイオンが減少する。このように、上記溶液中に存在させた電極6,7へのイオンの吸着を制御することにより、溶液中のイオン濃度を制御し、溶液のpHを目標値になるように制御することができるのである。そして、pH制御済みの溶液は排出路3aから排出される。
In this way, by continuously controlling the potential difference and / or current value applied to the
一方、電極6,7へのイオンの吸着量が限界に達した場合には、図1(b)に示すように、スイッチ5を電極6,7を短絡させて電圧の印加を解除するよう制御して電極6,7に吸着されたイオンを溶液中に放出させて電極6,7を再生することが行われる。電極6,7に吸着されていたイオンが大量に放出された溶液は、廃液として廃液路3bから排出される。
On the other hand, when the amount of ions adsorbed on the
なお、上記両電極6,7に印加する電圧としては、特に限定するものではないが、0.5〜5V程度に設定するのが好ましい。
The voltage applied to the
ここで、図1では、貯留槽1の中に陽極6と陰極7がそれぞれ1枚ずつの例を模式的に表したいわゆるビーカーモデルを示したが、工業的には、図2に示すように、複数の集電極(両面電極)18a,18bを配設したセルとすることができる。
Here, FIG. 1 shows a so-called beaker model schematically showing an example in which the
このセルは、2枚の末端プレート16の間に、複数(この例では12)の両面電極18a,18bが積層状態に配置され、各両面電極18a,18b同士の間および両面電極18a,18bと末端プレート16の間には枠状スペーサ23が配置されている。17は積層状の枠状スペーサ23、末端プレート16、両面電極18a,18bを固定するボルトナットである。
In this cell, a plurality of (in this example, 12) double-
一方の両面電極18aは、セパレータ12の両面に陽極6が設けられた陽電極であり、他方の両面電極18bは、セパレータ12の両面に負極7が設けられた陰電極である。そして、陽電極18aと陰電極18bが交互に積層されることにより、隣り合う両面電極18a,18b間において陽極6と陰極7が対面するように配置されている。そして、上記両面電極18a,18b、枠状スペーサ23、末端プレート16により形成される内部空間が、溶液が貯留される貯留空間であり、セル全体が貯留槽として機能する。上記貯留空間は、両面電極18a,18bによって複数段(この例では13段)の空間に仕切られている。
One double-
また、一方(図では上側)の末端プレート16に導入路2(図2には示していない)に連通する導入口14が形成され、他方の末端プレート16に排出路3aおよび廃液路3b(図2には示していない)に連通する排出口15が形成されている。また、この例では、各セパレータ12には、内部の貯留空間に導入された溶液が格段の空間をジグザグに流れるよう、千鳥状の配置で連通口13が形成されている。
Further, an
そして、導入口14から導入された溶液は、陽極6と陰極7に挟まれる複数の空間を通りながら電極6,7へのイオン等の吸着と放出を受けてpHが制御され、調整済みの溶液が排出口15から排出されるのである。
Then, the solution introduced from the
このように、制御対象とする溶液中に電極6,7を存在させ、その電極6,7に印加する電位差および/または電流値を制御することにより、制御対象とする溶液中に存在するイオン濃度を、電気的な制御のみにより、溶液に対する直接的な制御を行うことができる。したがって、従来のように、調整用液を蓄えるタンクや調整用液をつくるための電気分解装置、それにともなう複雑な配管等を必要とせず、装置が大幅に簡素化小型化し、設備コストやメンテナンスコストの大幅な節減が可能となった。また、従来のようなイオン交換膜を必要としないことから、イオン交換膜のメンテナンスも不要となる。
In this way, the
しかも、従来のように、調整用液体を補充するのではなく、制御対象の溶液自体を直接制御することから、調整用液体の特性ばらつきが制御精度に影響したり、補充過剰による調整精度のばらつきが生じたりするという問題も完全に解消する。しかも、pHの微調整を行う場合でも、電極6,7に印加する電位のレベルを微調整して電極6,7へのイオンの吸着を微調整することにより、容易にpHの微調整を行うことができ、従来の調整溶液を補充する方法に比べて、極めて短時間で高精度のpH制御を実現することができるのである。以上のように、本発明によれば、溶液のpHを比較的簡単な装置で高精度に制御することができるようになる。
Moreover, since the adjustment target liquid is not directly replenished as in the prior art, the control target solution itself is directly controlled, so that variations in the characteristics of the adjustment liquid affect the control accuracy, or variations in adjustment accuracy due to excessive replenishment. The problem of the occurrence of the problem is completely solved. Moreover, even when the pH is finely adjusted, the pH level is easily adjusted by finely adjusting the level of the potential applied to the
なお、以上の説明では、電極6,7に吸着したイオン等を溶液内に放出させるときに両電極6,7を短絡させるようにしたが、これに限定するものではなく、単にスイッチを切って電極6,7への直流電圧の印加を解除したり、あるいは、陽極6にマイナス電圧を印加するとともに陰極7にプラス電圧を印加して逆極性にする接続を行ったりしてもよい。
In the above description, the
また、上述した説明では、陽極6と陰極7に直流電圧を印加させた状態と短絡した状態を切り換え、両電極6、7間の電位差を制御してイオン等の吸着および放出を制御する例を示したが、両電極6、7間の通電のオンオフだけでなく、電位差を増減させるようにコントロールしたり、両電極6,7間に流れる電流値を増減させるようにコントロールしたりしてイオンの吸着を制御することもできる。また、上記電位差と電流値の双方を増減させるようにコントロールしてイオン等の吸着を制御することも可能である。
In the above description, an example in which the direct current voltage is applied to the
そして、両電極6,7への直流電圧の印加と短絡を交互に行ったり、交互に極性を逆にしたり、あるいは、電位差や電流値を連続的にコントロールすることにより、プラスイオンおよびマイナスイオンの吸着を制御することができる。このようにすることにより、上記溶液中に存在させた電極6,7へのイオンの吸着を制御し、溶液中のイオン濃度や存在比率を目標値に制御し、溶液のpHを目標値に制御することができる。
Then, by applying DC voltage to both
また、上記制御回路8は、pH検知手段としてのpH計10による溶液中のイオンの検知結果に応じて電極6,7に印加する電位差および/または電流値を制御するようになっている。すなわち、例えば、pH計10において調整済溶液のpHが目標値と異なるときに、スイッチ5を電極6,7に電圧を印加するよう切り換えて溶液中のイオンを電極6,7に吸着させてpHが目標値になるように制御する。なお、pH検知手段としては、イオン濃度に対応する物理量を検出するものであれば、pH計10に限らず、各種のものを適用することができる。
The
そして、制御対象の溶液を導入路2から貯留槽1に導入しながら、貯留槽1において電極6,7へのイオンの吸着を制御してpHの制御を行い、pHが制御された調整済溶液は連続的に排出路3aから排出される。このように、連続的に溶液を流しながら溶液のpH制御を行えることから、極めて良好な処理効率での運転が可能である。また、pH計10によるイオン等の検知結果に応じて電極6,7に印加する電位差および/または電流値を制御することにより、連続的に流れる溶液を常に目標のpHとなるように制御することが可能となる。このように、目標とするpHへの制御を連続的に行い、目標pHの溶液を連続的に生成することができるようになる。
Then, while introducing the solution to be controlled into the
また、上記制御回路8は、pH計10による溶液のpHの検知結果に応じて上記流量調節弁11を制御する。すなわち、連続的に溶液を流しながらイオンの吸着を制御するときに、流量が大きすぎると、電極6,7へのイオンの吸着による溶液のpH変化が十分に反映しない状態で溶液が排出路3aから排出されてしまい、反対に流量が小さすぎると処理効率が低下する。したがって、連続的に溶液を流しながらイオンの吸着を制御するときに、pH計10によるイオン濃度の検知結果に応じて流量を適切に制御することにより、流量が制御精度に与える影響をなくし、常に目標pHの溶液を連続的に生成することができるようになる。
The
また、上記制御回路8は、上記直流電源4の電圧の制御を行って、両電極6,7に印加する電位差を制御することにより、溶液中のイオンであるイオンの電極6,7への吸着量を制御する。すなわち、制御対象とする溶液中のイオンをより減少させたいときには、直流電源4の電圧を上昇させてより多くのイオン等を電極6,7に吸着させることができる。また、直流電源4の電圧を高くすることにより、電極6,7へのイオン等の吸着速度が早くなり、より鋭敏なpH制御を行うことができる。同様に、両電極6,7に印加する電流値を制御することにより、溶液中のイオンであるイオンの電極6,7への吸着量や吸着速度を制御することができる。
Further, the
さらに、上記制御回路8は、pH計10において調整済溶液のpHが目標値と異なるときに、スイッチ5を電極6,7に電圧を印加するよう切り換えて溶液中のイオンを電極6,7に吸着させるのであるが、この場合において、あらかじめ設定された所定時間が経過しても目標値に達しないときには、流量調節弁11を流量が小さくなるように制御することができる。このような場合に流量を小さくすることにより、溶液が貯留槽1内に滞留する時間が長くなり、より多くのイオン等を電極6,7に吸着させてpHを目標値まで制御することができるようになる。反対に、目標値に達するまでの時間が、あらかじめ設定された所定時間以下であるときには、流量調節弁11を流量が大きくなるように制御する。このような場合に流量を大きくすることにより、溶液が貯留槽1内に滞留する時間が短くなり、短時間でpHを目標値まで制御することができて処理効率を向上させることができるようになる。
Further, the
また、上記制御回路8は、pH計10において調整済溶液のpHが目標値と異なるときに、スイッチ5を電極6,7に電圧を印加するよう切り換えて溶液中のイオンを電極6,7に吸着させるのであるが、この場合において、あらかじめ設定された所定時間が経過しても目標値に達しないときには、直流電源4の電圧を高くするように制御することもできる。このような場合に電圧を高くすることにより、より多くのイオン等を電極6,7に吸着させてpHを目標値まで制御することができるようになる。反対に、目標値に達するまでの時間が、あらかじめ設定された所定時間以下であるときには、直流電源4の電圧を低くするように制御する。このような場合に電圧を低くすることにより、電力消費を少なくし、エネルギー効率を向上させることができるようになる。
Further, the
また、上記制御回路8は、上記イオンの吸着が、実質的に溶液の電気分解を生じない範囲で行なわれるよう、上記電極6,7に印加する電位差を制御する。具体的には、溶液の種類に応じて適宜設定されるが、溶媒が水である場合には、2V以下が好ましく、より好適なのは1.5V以下である。溶液を電気分解させてしまうと、それだけでpHが変化するが、イオンの吸着を実質的に溶液の電気分解を生じない範囲で行なうことにより、イオンの吸着によってのみpHの制御を行い、電極6,7に印加する電位の制御だけをpHに反映させて他の要因を排除し、常に正確なpH制御を実現し、pH制御の精度を確保できる。このような電圧範囲で制御するのは、特に、上記電極6,7が、金属やカーボン等の溶液と通電する導電体からなる場合に有効である。また、溶液の電気分解が生じた場合、電極の消耗が加速されてメンテナンスコストがかかったり、スラッジの除去設備が必要になったりするという不都合も生じるからである。
The
図1や図2の装置において、両電極6,7間に流れる電流値と通電時間を積算した電流積算値を算出する電流積算手段(図示せず)を備え、上記制御手段8は、上記両電極6,7間の電位差および/または電流値を、上記算出された電流積算値に基づいて制御することにより、上記電極6,7へのイオンの吸着量を制御するようにすることができる。
1 and 2 includes a current integration means (not shown) for calculating a current integration value obtained by integrating the current value flowing between the
このようにすることにより、電流積算値という計測が容易な数値に基づいて吸着量および放出量を制御できることから、溶液中のイオンの濃度や存在比率の制御が行いやすい。 In this way, the adsorption amount and the release amount can be controlled based on a numerical value that is easy to measure, such as an integrated current value, so that it is easy to control the concentration and existence ratio of ions in the solution.
また、図3に示すように、図1や図2に示した装置を2槽併設し、一方の吸着能力が低下したら他方の装置による吸着を行うよう、2槽の装置を切り換え制御するようにしてもよい。 In addition, as shown in FIG. 3, two tanks are provided together with the apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 2, and the two tank apparatuses are switched and controlled so that suction is performed by the other apparatus when the suction capacity of one is lowered. May be.
すなわち、この装置は、第1貯留槽1aと第2貯留槽1bが並設されている。制御対象の溶液を導入する導入路2は、二股に分岐してそれぞれ第1貯留槽1aと第2貯留槽1bに連結され、図示しない弁の開閉操作により、第1貯留槽1aと第2貯留槽1bのいずれかに処理対象の溶液を導入し得るようになっている。
That is, this apparatus has a
一方、第1貯留槽1aと第2貯留槽1bには、それぞれ処理済の溶液を排出する排出路3aと廃液を排出する廃液路3bとが連結されていて、図示しない弁の開閉操作により、吸着を行ってpH制御している間は排出路3aからpH調整済みの溶液を排出し、電極を再生して廃液を排出する間は廃液路3bから廃液を排出するようになっている。
On the other hand, the
上記装置では、まず、図4(a)に示すように、第1貯留槽1aによりイオンの吸着を行って溶液のpHを調整し、pH調整済み溶液を排出路3aから排出する。その後第1貯留槽1aの吸着能力が低下すると、図4(b)に示すように、第1貯留槽1aを吸着から再生に切り換えるとともに(図1(b)の状態にする)、第1貯留槽1aの溶液を廃液路3bから排出するように弁操作する。さらに、制御対象溶液が第2貯留槽1bに流入させて第2貯留槽1bでの吸着を開始し、pH調整済み溶液は第2貯留槽1bから排出させる。
In the above apparatus, first, as shown in FIG. 4A, ions are adsorbed by the
その後第2貯留槽1bの吸着能力が低下すると、図4(c)に示すように、第2貯留槽1bを吸着から再生に切り換えるとともに、第2貯留槽1bの溶液を廃液路3bから排出するように弁操作するとともに、第1貯留槽1aでの吸着を開始し、pH調整済み溶液は第1貯留槽1aから排出させる。
Thereafter, when the adsorption capacity of the
このようにすることにより、電極6,7の再生中でも連続してpH制御を行い、連続的にpH調整済みの溶液を得ることができる。
By doing so, it is possible to continuously control the pH even during the regeneration of the
上記電極6,7としては、ステンレス,チタン,ニッケル,銅,白金,金等各種の金属材料や、カーボン等の導電材料を用いることができる。上記電極6,7は、板状とするのが好ましく、厚みは、特に限定するものではないが、0.1〜5mm程度が好ましく、より好ましいのは0.5〜2mm程度である。陽極6と陰極7の間隔は、特に限定するものではないが、0.1〜5mm程度が好ましく、より好ましいのは0.5〜2mm程度である。なお、陽極6と陰極7の間隔は、溶液が通過してイオンの吸着や放出を妨げなければ、0.1mm以下とすることを妨げるものではない。
As the
上記電極6,7として金属を用いる場合、金属板にめっきや表面改質を施したものを用いることができる。例えば、ステンレス板の表層部に、フッ化処理の後低温浸炭処理を施すことにより、クロム炭化物が実質的に析出していない炭素の拡散浸透層を形成したものを用いることができる。また、チタン板に白金をめっきしたものを用いることもできる。これらは極めて耐食性に優れることから、好適に用いられる。
When a metal is used as the
また、上記電極6,7として、金属粉末の焼結体,板状活性炭,活性炭不織布,炭化ケイ素等の導電性セラミックス,カーボンエアロゲル(BET比表面積を500〜2500m2/gに調整した孔径2〜50nmのメソポア主体のカーボンシート)等の多孔質体を用いることができる。このような多孔質体を電極6,7として用いることにより、電極6,7の表面積を大幅に大きくし、イオン等の吸着量を著しく増大させることができる。
Further, as the
上記陽極6と陰極7は、例えば双方を板状活性炭、双方をカーボンエアロゲル、双方を銅板にする等のように、同じ種類のものを使用することもできる。また、例えば、銅板と金板の組み合わせや、白金板とステンレス板の組み合わせ等、pH制御対象とする溶液の種類や制御しようとする物性に応じて異なる種類のものを組み合わせて使用することもできる。
The
本発明によれば、例えば、上記図2に示した装置により、溶液としてKOH水溶液を使用してpHの制御を行った。この場合のイオン濃度を変化させて所定の目標値に制御することによって、KOH水溶液のpHを制御することができる。 According to the present invention, for example, the pH was controlled using the KOH aqueous solution as the solution by the apparatus shown in FIG. In this case, the pH of the aqueous KOH solution can be controlled by changing the ion concentration to a predetermined target value.
つぎに、実施例について説明する。 Next, examples will be described.
上記図2に示した装置によりpHの制御を行った。最初は電極6,7に1.2Vで電圧を印加し、50ml/minの流量で溶液を流し、所定時間経過後に電圧の印加を解除し、経過時間に伴う電気伝導率とpHを計測した。溶液としてNaOH水溶液を使用した結果を図5に示し、溶液としてHCl水溶液を使用した結果を図6に示す。なお、装置出口の電気伝導率を実線で示し、pHを黒丸でプロットした。
The pH was controlled by the apparatus shown in FIG. Initially, a voltage was applied to the
図5および図6に示すように、電圧の印加によりpHが変動し、所定の目標値に制御することが可能であることがわかる。 As shown in FIG. 5 and FIG. 6, it can be seen that the pH fluctuates due to the application of a voltage and can be controlled to a predetermined target value.
化粧品の中間原料であるコラーゲン溶液(コラーゲン1.4%)を対象とし、図1に示す装置において通水を行わない状態で試験を行った。コラーゲン溶液は素肌と同じ弱酸性に調整するのが好ましいが、コラーゲンを溶かすためにクエン酸が添加されるために酸性になっている。これを弱酸性になるよう制御した。 The test was conducted in a state where water was not passed through the apparatus shown in FIG. 1, targeting a collagen solution (collagen 1.4%) which is an intermediate raw material for cosmetics. The collagen solution is preferably adjusted to the same weak acidity as the bare skin, but is acidic because citric acid is added to dissolve the collagen. This was controlled to be slightly acidic.
つぎの電極をコラーゲン溶液50mlに浸漬して1.2Vの直流電圧を印加した。
陽極 活性炭シート;比表面積500m2/g・みかけ面積27cm2;1枚
陰極 活性炭シート;比表面積500m2/g・みかけ面積27cm2;1枚
The next electrode was immersed in 50 ml of collagen solution and a DC voltage of 1.2 V was applied.
Anode Activated carbon sheet; specific surface area 500 m 2 / g / apparent area 27 cm 2 ; 1 sheet cathode activated carbon sheet; specific surface area 500 m 2 / g • apparent area 27 cm 2 ; 1 sheet
その結果、下記に示すように、化粧品として好ましい弱酸性のpH範囲(pH5.5)に調整することができた。
電圧印加時間 pH
0分 4.0
15分 4.6
45分 5.5
As a result, as shown below, it was possible to adjust to a weakly acidic pH range (pH 5.5) preferable for cosmetics.
Voltage application time pH
0 minutes 4.0
15 minutes 4.6
45 minutes 5.5
細胞を培養する際に用いる医療用培地(培養液)は、培養しようとする細胞の活動に最適なpHに調整されているが、細胞の活動によって発生する乳酸等の影響により、pHが酸性側に変動し、最適な細胞の活動pH範囲から外れてしまう。このため、長期の培養を行う場合には細胞を培地から分離して新たな培地に移し変える必要があるため、その労力と培地の使用量の削減を目的としてpHの制御を行った。 The medical medium (culture solution) used for culturing cells is adjusted to an optimum pH for the activity of the cells to be cultured, but the pH is acidic due to the influence of lactic acid generated by the cell activities. And will be outside the optimal cell activity pH range. For this reason, when performing long-term culture, it is necessary to separate the cells from the medium and transfer them to a new medium. Therefore, the pH was controlled for the purpose of reducing the labor and the amount of the medium used.
図2に示す装置において通水を行わない状態で試験を行った。市販の培地(イントロゲン社;RPMI1640)に予め酢酸を添加して酸性に調整した溶液を準備して試験に供した。 The test was performed in the apparatus shown in FIG. A solution prepared by adding acetic acid in advance to a commercially available medium (Introgen Corp .; RPMI1640) to prepare an acid was prepared for the test.
つぎの電極を培地50mlに浸漬して1.2Vの直流電圧を印加した。
陽極 活性炭シート;比表面積500m2/g・みかけ面積50cm2;1枚
陰極 活性炭シート;比表面積500m2/g・みかけ面積50cm2;1枚
The next electrode was immersed in 50 ml of medium, and a DC voltage of 1.2 V was applied.
Anode Activated carbon sheet; specific surface area 500 m 2 / g,
その結果、下記に示すように、培地として好ましい中性付近のpH範囲に調整することができた。
電圧印加時間 pH
0分 6.5
5分 6.8
15分 6.9
As a result, as shown below, it was possible to adjust to a pH range near neutrality preferable as a medium.
Voltage application time pH
0 min 6.5
5 minutes 6.8
15 minutes 6.9
水耕栽培溶液は、栽培環境に適正なpHが弱酸性であり、それを目標値としてpHの制御を行った。 The hydroponics solution has a weak acidity suitable for the cultivation environment, and the pH was controlled using this as a target value.
図2に示す装置において通水した状態で試験を行った。ベース溶液として、水耕栽培用液として、市販の溶液を水に溶解し、pHを6.3に調整した(大塚化学社製大塚ハウス1号を1500ppm、同社大塚ハウス2号を1000ppm)。このベース溶液に塩酸を添加してpH3.6に調整したものを試験に供した。 The test was conducted in a state where water passed in the apparatus shown in FIG. As a base solution, as a hydroponics solution, a commercially available solution was dissolved in water and the pH was adjusted to 6.3 (Otsuka House No. 1 made by Otsuka Chemical Co., Ltd. 1500 ppm, Otsuka House No. 2 made 1000 ppm). A solution adjusted to pH 3.6 by adding hydrochloric acid to this base solution was used for the test.
500ml容量のセル内につぎの電極を積層し、溶液を50ml/分の流量で通水しながら1.2Vの直流電圧を印加した。
陽極 活性炭シート;比表面積500m2/g・みかけ面積135cm2;6枚
陰極 活性炭シート;比表面積500m2/g・みかけ面積135cm2;6枚
The next electrode was stacked in a 500 ml capacity cell, and a DC voltage of 1.2 V was applied while passing the solution at a flow rate of 50 ml / min.
Anode Activated carbon sheet; specific surface area 500 m 2 / g, apparent area 135 cm 2 ; 6 sheets Cathode activated carbon sheet; specific surface area 500 m 2 / g, apparent area 135 cm 2 ; 6 sheets
その結果、下記に示すように、栽培環境として好ましい中性〜弱酸性のpH範囲(pH6.3)に調整することができた。
経過時間
入口pH 0分 3.6
出口pH 2分 5.4
5分 5.9
10分 6.2
30分 6.3
As a result, as shown below, it was possible to adjust to a neutral to slightly acidic pH range (pH 6.3) preferable as a cultivation environment.
Elapsed
5 minutes 5.9
10 minutes 6.2
30 minutes 6.3
また、上記ベース溶液に水酸化ナトリウムを添加してpH10.3に調整したものを用い、その他の条件は同じにして試験を行った。 Further, the base solution was adjusted to pH 10.3 by adding sodium hydroxide, and the test was performed under the same conditions.
その結果、下記に示すように、栽培環境として好ましい中性〜弱酸性のpH範囲(pH7.1)に調整することができた。
経過時間
入口pH 0分 10.3
出口pH 2分 8.2
5分 7.8
10分 7.2
30分 7.1
As a result, as shown below, it was able to be adjusted to a neutral to slightly acidic pH range (pH 7.1) preferable as a cultivation environment.
Elapsed
5 minutes 7.8
10 minutes 7.2
30 minutes 7.1
電圧をパラメータとしてpHの制御を行った。1000ppmのNaCl溶液をHClまたはNaOHを添加することによりそれぞれpH3、pH10に調整した溶液を準備して試験に供した。
The pH was controlled using the voltage as a parameter. Solutions prepared by adjusting 1000 ppm NaCl solution to
図2に示す装置により、500ml容量のセル内につぎの電極を積層し、溶液を25ml/分の流量で通水しながら0.8〜2Vの範囲で電圧を変化させながら直流電圧を印加した。
陽極 活性炭シート;比表面積500m2/g・みかけ面積135cm2;12枚
陰極 活性炭シート;比表面積500m2/g・みかけ面積135cm2;12枚
With the apparatus shown in FIG. 2, the next electrode was stacked in a 500 ml capacity cell, and a DC voltage was applied while changing the voltage in the range of 0.8 to 2 V while passing the solution at a flow rate of 25 ml / min. .
Anode Activated carbon sheet; specific surface area 500 m 2 / g, apparent area 135 cm 2 ; 12 sheets Cathode activated carbon sheet; specific surface area 500 m 2 / g, apparent area 135 cm 2 ; 12 sheets
図7に、上記試験の結果、入口pH3の原水をpH調整したものと、入口pH10の原水をpH調整したものと、それぞれの出口pHをプロットした図を示す。図からわかるように印加電圧を変化させることで出口pHが変化し、電圧を調節することによりpHを目標値に制御することができることがわかる。 FIG. 7 shows the results of the above test, in which the pH of raw water with an inlet pH of 3 was adjusted, the pH of raw water with an inlet pH of 10 was adjusted, and the respective outlet pH values were plotted. As can be seen from the figure, the outlet pH changes by changing the applied voltage, and the pH can be controlled to the target value by adjusting the voltage.
本発明は、例えば、溶液のpHを調整することにより、インクの色調や鮮明度の調整、水耕栽培の培養水の調整、食品製造工程における乳酸や酵母の活性度の調整等が行えるほか、各種の技術分野に適用が可能である。 The present invention, for example, by adjusting the pH of the solution, adjustment of ink color and clarity, adjustment of culture water for hydroponics, adjustment of the activity of lactic acid and yeast in the food production process, etc. It can be applied to various technical fields.
1 貯留槽
1a 第1貯留槽
1b 第2貯留槽
2 導入路
3a 排出路
3b 廃液路
4 直流電源
5 スイッチ
6 電極(陽極)
7 電極(陰極)
8 制御回路
9 流量計
10 pH計
11 流量調節弁
12 セパレータ
13 連通口
14 導入口
15 排出口
16 末端プレート
17 ボルトナット
18a 両面電極(陽電極)
18b 両面電極(陰電極)
23 枠状スペーサ
24a 弁
24b 弁
DESCRIPTION OF
7 Electrode (cathode)
8
18b Double-sided electrode (negative electrode)
23 Frame-shaped spacer 24a Valve 24b Valve
Claims (9)
The electrode is made of a conductor that conducts electricity with the solution, and the control means controls the potential applied to the electrode so that the adsorption of the ions is performed in a range that does not substantially cause electrolysis of the solution. Item 9. The pH controller for the solution according to any one of Items 4 to 8.
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