JP2022184083A - 次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】有効塩素濃度が高い次亜塩素酸ナトリウム溶液を、オンサイト設備により低コストで製造できる次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】イオン交換膜1により陽極室2と陰極室3とに区画された電解槽10の、陽極室に塩化ナトリウム水溶液である二次塩水を供給し、電気分解後の陽極室内の陽極液および生成塩素ガス、並びに、陰極室内の生成水酸化ナトリウム水溶液を反応槽20に導入して、反応槽内での陽極液、塩素ガスおよび陰極液である生成水酸化ナトリウム水溶液の反応により次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造するにあたり、精製水Bに対し、塩化ナトリウムが主成分である原塩Gを溶解して一次塩水を生成する一次塩水生成工程と、一次塩水に対しキレート処理を行って二次塩水Aを生成するキレート処理工程と、を含み、塩の分解率を80~95%の範囲とする。【選択図】図1
Description
本発明は、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法および次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置(以下、単に「製造方法」および「製造装置」とも称する)に関する。本発明は、詳しくは、電解槽の隔膜にイオン交換膜を使用し、電解槽で生成した水素を除く電解生成物を反応槽にて混合してオンサイトで次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造する方法および装置において、より高濃度の次亜塩素酸ナトリウムを得るための技術に関する。
次亜塩素酸ナトリウムは、代表的な漂白剤や殺菌剤として、上下水の処理や排水の処理等、各方面で利用されている。次亜塩素酸ナトリウムの製造方法としては、食塩水の電気分解で得られた塩素と水酸化ナトリウム水溶液とを反応槽内で反応させて製造する方法や、塩化ナトリウム水溶液を無隔膜電解槽において電気分解して、無隔膜電解槽中で次亜塩素酸ナトリウムを直接製造する方法が一般的である。
後者の方法においては、電解槽が無隔膜であるために、生成した次亜塩素酸ナトリウムが陰極上で食塩に還元されること、および、生成した次亜塩素酸ナトリウムが陽極酸化されて有効な酸化力のない塩素酸ナトリウムに変換されてしまうことから、高濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液を得ることが困難である。そのため、この製造方法を用いた次亜塩素酸ナトリウムの用途としては、発電プラントの熱交換水や回転機器の軸冷却水、バラスト水処理における海水中の生物の成長・付着防止、上下水道処理および廃水処理などの、高濃度が要求されないものが一般的である。
一方、前者の製造方法が適用される用途としては、食塩電解プラントにおける一般的な高濃度次亜塩素酸ナトリウムの製造方法が代表的である。食塩電解プラントにおいては、安定かつ高効率なプラント操業を保つために、原料塩や原料水に含まれる金属不純物や不要な陰イオンを高度に除去する塩水精製システムや、電解後に濃度が低下した食塩水を再利用するために電解後の塩水に含まれる次亜塩素酸および塩素酸を分解除去し再精製するシステムが必須であり、設備が大掛かりなものになる。
食塩電解プラントの主目的は、次亜塩素酸ナトリウムの製造ではなく、工業的に用途が多い水酸化ナトリウムおよび塩素ガスの製造であり、石油化学コンビナートに含まれるプラントである場合が多く、水酸化ナトリウム換算で年間数万トン~数十万トンを製造する大規模なプラントが多い。食塩電解プラントの数は、高濃度次亜塩素酸ナトリウムを必要とする上水場などの数と比較して圧倒的に少ないことから、上水の滅菌に必要な塩素ガスまたは次亜塩素酸ナトリウムを、上水場まで輸送して貯蔵する必要が生じる。このため、貯蔵設備からの液漏れなどによる人的災害や環境破壊の危険性を、常にはらむものとなっている。特に、塩素ガスについては、輸送に使用するタンクローリーの交通事故により環境へ飛散する大事故が各国で発生しており、塩素ガスの輸送に関する法律を厳格化する動きが活発化している。
このような状況の下、上水場などの次亜塩素酸ナトリウム利用施設に小型の次亜塩素酸ナトリウム製造用の電解装置を設置して、必要な時に必要な量の次亜塩素酸ナトリウムを製造するオンサイト型高濃度次亜塩素酸ナトリウムの製造方法が提案されている。
例えば、特許文献1には、陽陰極間に陽イオン交換膜を設けた電解槽を使用し、陽極室に塩化アルカリ溶液、陰極室に水を添加しながら電解を行い、電解槽より排出される陽極液と、苛性アルカリ溶液である陰極液と、塩素ガスとを混合して所定の有効塩素濃度を有する次亜塩素酸アルカリ溶液を製造する技術が記載されている。
また、特許文献2には、イオン交換膜により陽極室と陰極室とに区画された電解槽の、陽極室にアルカリ金属塩化物水溶液、陰極室に純水を供給して電気分解を行い、電気分解後の陽極室内の陽極液および生成塩素ガス、並びに、陰極室内の生成アルカリ金属水酸化物水溶液を反応槽に導入して次亜塩素酸ナトリウムを製造するにあたり、イオン交換膜として、食塩または塩化カリウム電解用の高濃度苛性アルカリ生成用イオン交換膜を用いるとともに、反応槽に導入する前の陽極液若しくはアルカリ金属水酸化物水溶液、または、反応槽に導入された陽極液、塩素ガスおよびアルカリ金属水酸化物水溶液の混合物に対し、水を添加する技術が記載されている。
一般的な食塩電解プラントでは、食塩水を電気分解することにより得られた塩素ガスと水酸化ナトリウムとを反応させて、次亜塩素酸ナトリウムを製造する。電解槽の陽極室と陽極液貯留槽との間で陽極液である塩水が循環すると同時に、陽極室、陽極液循環配管、あるいは陽極液貯留槽に、塩水精製器で精製した二次塩水が供給される。また、電解槽の陰極室と陰極液貯留槽との間で陰極液である水酸化ナトリウム水溶液が循環すると同時に、陰極室、陰極液循環配管、あるいは陰極液貯留槽に精製水が供給される。電解槽における反応は、下記式により表される。
2NaCl+2H2O = 2NaOH+Cl2+H2
一方、電解槽で生成した水酸化ナトリウムと塩素ガスとの反応により、反応槽で次亜塩素酸ナトリウム溶液が生成される。この反応槽における反応は、下記式により表される。
2NaOH+Cl2 = NaClO+NaCl+H2O
2NaCl+2H2O = 2NaOH+Cl2+H2
一方、電解槽で生成した水酸化ナトリウムと塩素ガスとの反応により、反応槽で次亜塩素酸ナトリウム溶液が生成される。この反応槽における反応は、下記式により表される。
2NaOH+Cl2 = NaClO+NaCl+H2O
このように水酸化ナトリウムと塩素ガスとを接触させて次亜塩素酸ナトリウム溶液を生成する方法では、特許文献1や特許文献2に記載された技術と比較して、有効塩素濃度が高く、食塩濃度が低い次亜塩素酸ナトリウム溶液を容易に生成できる。塩の分解率は40%程度である。陽極室から排出される、電解で食塩を消費した塩水は、脱塩素処理工程を経て再利用される。脱塩素処理工程は、塩酸や水酸化ナトリウム水溶液、亜硫酸ソーダなどの薬液を多量に使用し、これらに応じたタンク、ポンプなどの機器類も多い。そのため、この設備をオンサイト型の次亜塩素酸ナトリウム製造設備に適用する場合、フットプリント、初期コストおよびランニングコストが高くなってしまう問題点があった。
特許文献1に記載された技術によれば、陽イオン交換膜を用いた電解槽から排出される塩化アルカリ溶液である陽極液と、苛性アルカリ溶液である陰極液と、塩素ガスとを混合して、有効塩素濃度2~6質量%の次亜塩素酸アルカリ液を製造することが可能である。陽極液は、陰極液と塩素ガスと共に次亜塩素酸アルカリ溶液に混合されるため、脱塩素処理工程が不要となる。しかしながら、この方法では、陽極液により次亜塩素酸ナトリウム溶液が希釈されることと共に、陰極で生成する水酸化ナトリウム水溶液の濃度が低いことから、次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度を高めることができない。
また、特許文献2に記載された技術によれば、イオン交換膜により区画された陽極室と陰極室から排出される塩素ガス、陽極液および陰極液を反応槽で反応させて、次亜塩素酸ナトリウムを製造することが可能である。この方法においても、特許文献1と同様に脱塩素処理工程が不要となる。この方法では、陰極で生成する水酸化ナトリウム水溶液の濃度が高く、特許文献1と比較して有効塩素濃度の高い次亜塩素酸ナトリウム溶液を生成できるが、陽極室から排出される、電解で食塩を消費した塩水が反応槽に流入することから、食塩濃度が低い次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造することができない。さらに、陽極液に含まれる塩素酸も次亜塩素酸ナトリウム溶液と混合されるため、塩素ガスと水酸化ナトリウム水溶液とを接触させる方法と比較して、塩素酸濃度の高い次亜塩素酸ナトリウム溶液しか生成できないという難点も有している。
日本水道協会規格(JWWA K120:2008)における水道用次亜塩素酸ナトリウムの項では、次亜塩素酸ナトリウム溶液の等級は、有効塩素濃度、遊離アルカリ、臭素酸、塩素酸および食塩の濃度によって定義されている。有効塩素濃度12%以上である次亜塩素酸ナトリウムの3級相当は、食塩濃度が12.5%以下と規定されている。よって、ユーザーが3級相当の次亜塩素酸ナトリウムを要求する場合、特許文献2に示された方法では対応ができないことが課題である。
次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度を高めると、食塩の溶解度が低下する。高濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液を生成する場合や、生成した次亜塩素酸ナトリウム溶液が低温になる場合には、食塩が析出して配管の閉塞などのトラブルを誘発する危険性もある。次亜塩素酸ナトリウム溶液を冷却しながら遠心分離することで食塩濃度を低減することは可能であるが、設備が過大になりフットプリントやコストも増大することから、オンサイト設備に組み込むことは好ましくない。
そこで、本発明の目的は、上記の問題を解消して、有効塩素濃度が高い次亜塩素酸ナトリウム溶液を、オンサイト設備により低コストで製造できる次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法および製造装置を提供することにある。
上記の問題に対し、塩分解率を可能な限り上げることで次亜塩素酸ナトリウム溶液中の塩濃度を低減することも考えられるが、塩の分解率を単に上げても、陽極液内の食塩濃度が低下することにより、槽電圧の上昇やイオン交換膜におけるブリスター形成を引き起こし、継続した安定稼働が困難となるという別の問題を生ずる。また、塩の分解率はイオン交換膜を介した水の移動量にも影響を与えることから、系内の水バランスも従来のプロセスと著しく変化するため、従来の知見をそのまま適用することは困難である。
さらに、陽極液に供給される塩水中には、原塩に起因する不純物も含まれる。このうち代表的な不純物であるカルシウムやマグネシウムは、塩水精製器で除去することができる。しかし、例えば、原塩に含まれる臭素は塩水精製器で除去することができずに、陽極液、さらには次亜塩素酸ナトリウム溶液中に、発がん性のある臭素酸として混入することから、日本水道協会規格(JWWA K120:2008)における水道用次亜塩素酸ナトリウムの項でも、基準値が設けられている。したがって、塩の分解率を高めるには、適切な原塩の選択も課題となる。
このような点から、本発明者らは、鋭意検討した結果、原塩から塩化ナトリウム水溶液を生成する工程を改良するとともに、電気分解によって得られた陽極液、塩素ガスおよび水酸化ナトリウム水溶液の反応により反応槽で次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造する際の塩の分解率を高めることにより、高濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造することが可能となることを見出して、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法は、イオン交換膜により陽極室と陰極室とに区画された電解槽の、該陽極室に塩化ナトリウム水溶液である二次塩水を供給し、電気分解後の該陽極室内の陽極液および生成塩素ガス、並びに、該陰極室内の生成水酸化ナトリウム水溶液を反応槽に導入して、該反応槽内での陽極液、塩素ガスおよび陰極液である生成水酸化ナトリウム水溶液の反応により次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造するにあたり、
精製水に対し、塩化ナトリウムが主成分である原塩を溶解して一次塩水を生成する一次塩水生成工程と、
前記一次塩水に対しキレート処理を行って前記二次塩水を生成するキレート処理工程と、を含み、
塩の分解率を80~95%の範囲とすることを特徴とするものである。
精製水に対し、塩化ナトリウムが主成分である原塩を溶解して一次塩水を生成する一次塩水生成工程と、
前記一次塩水に対しキレート処理を行って前記二次塩水を生成するキレート処理工程と、を含み、
塩の分解率を80~95%の範囲とすることを特徴とするものである。
本発明の製造方法においては、前記イオン交換膜として、スルホン酸層とカルボン酸層とで構成された二層膜を用いることが好ましい。
また、本発明の製造方法においては、前記陽極室と前記反応槽との間に、前記陽極液を該陽極室から該反応槽へ導入するか否かを切り替える第一の切替手段を設け、該陽極液の一部あるいは全量を該反応槽へ導入せずに次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行うことが好ましく、前記陽極室と前記反応槽との間に、前記塩素ガスを該陽極室から該反応槽へ導入するか否かを切り替える第二の切替手段を設け、該塩素ガスの一部あるいは全量を塩素ガス使用施設に供給しつつ次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行うことも好ましい。
さらに、本発明の製造方法においては、2個以上の前記電解槽を用いて、1個以上の該電解槽から得られる前記塩素ガスを塩素ガス使用施設に供給するとともに、1個以上の該電解槽から得られる前記塩素ガスを用いて次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造することができる。
さらにまた、本発明の製造方法においては、前記反応槽に精製水を導入して、次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度を調整することが好ましい。本発明の製造方法においては、前記反応槽で生成する次亜塩素酸ナトリウム溶液の有効塩素濃度を8%以上とすることができる。
さらにまた、本発明の製造方法においては、原料水を、陽イオン交換樹脂で処理して前記精製水を生成する陽イオン交換工程を含むことが好ましい。この場合、前記陽イオン交換工程において軟水器を用いることも好ましい。
さらにまた、本発明の製造方法においては、製造施設の外部と通信可能な自動制御装置からの指示に基づき、スイッチ操作または外部信号により前記第一の切替手段および/または前記第二の切替手段を作動させるものとすることができる。
さらにまた、本発明の製造方法においては、次亜塩素酸ナトリウム溶液の使用施設の近傍で、オンサイトで次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造することができる。
さらにまた、本発明の製造方法においては、前記電解槽の近傍に、前記陽極液を貯留する陽極液貯留槽および前記陰極液を貯留する陰極液貯留槽を設け、該陽極液貯留槽および該陰極液貯留槽の底部を、該電解槽の1/2高さの位置よりも上方に配置して、該陽極液および該陰極液をそれぞれ、該陽極液貯留槽と前記陽極室との間、および、該陰極液貯留槽と前記陰極室との間で、重力差によって循環させることも好ましい。
本発明の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置は、イオン交換膜により陽極室と陰極室とに区画され、塩化ナトリウム水溶液である二次塩水が供給される電解槽と、電気分解後における該陽極室および該陰極室内の生成物が導入される反応槽と、を備え、該反応槽内での反応により次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造する装置であって、
精製水に対し、塩化ナトリウムが主成分である原塩を溶解して一次塩水を生成する一次塩水生成部と、
前記一次塩水に対しキレート処理を行って前記二次塩水を生成するキレート処理部と、
を含み、
塩の分解率が80~95%の範囲で運転されることを特徴とするものである。
精製水に対し、塩化ナトリウムが主成分である原塩を溶解して一次塩水を生成する一次塩水生成部と、
前記一次塩水に対しキレート処理を行って前記二次塩水を生成するキレート処理部と、
を含み、
塩の分解率が80~95%の範囲で運転されることを特徴とするものである。
本発明の製造装置においては、前記イオン交換膜が、スルホン酸層とカルボン酸層とで構成された二層膜であることが好ましい。
また、本発明の製造装置においては、前記陽極室と前記反応槽との間に、前記陽極液を該陽極室から該反応槽へ導入するか否かを切り替える第一の切替手段を備えることが好ましく、前記陽極室と前記反応槽との間に、前記塩素ガスを該陽極室から該反応槽へ導入するか否かを切り替える第二の切替手段を備えることも好ましい。
さらに、本発明の製造装置においては、2個以上の前記電解槽を備えるとともに、1個以上の該電解槽から得られる前記塩素ガスを塩素ガス使用施設に供給するための塩素ガス供給路を有するものとすることができる。
さらにまた、本発明の製造装置においては、前記反応槽に精製水を導入するための精製水導入路を有することが好ましい。本発明の製造装置は、有効塩素濃度が8%以上である次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造に好適に用いられる。
さらにまた、本発明の製造装置においては、原料水を、陽イオン交換樹脂で処理して前記精製水を生成する陽イオン交換処理部を含むことが好ましい。この場合、前記陽イオン交換処理部が軟水器からなることも好ましい。
さらにまた、本発明の製造装置においては、製造施設の外部と通信可能な自動制御装置を介して、スイッチ操作または外部信号により前記第一の切替手段および/または前記第二の切替手段が作動可能に形成されているものとすることができる。
さらにまた、本発明の製造装置は、好適には、次亜塩素酸ナトリウム溶液の使用施設の近傍に設置されて、オンサイトでの次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造に用いられるものである。
さらにまた、本発明の製造装置においては、前記電解槽の近傍に、前記陽極液を貯留する陽極液貯留槽および前記陰極液を貯留する陰極液貯留槽を有し、該陽極液貯留槽および該陰極液貯留槽の底部が、該電解槽の1/2高さの位置よりも上方に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、有効塩素濃度が高い次亜塩素酸ナトリウム溶液を、オンサイト設備により低コストで製造できる次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法および製造装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
図1は、本発明に用いる次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置の一例を示す装置構成図である。図2は、本発明に用いる次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置の別形態を概略的に示す装置構成図である。
本発明は、次亜塩素酸ナトリウム溶液の使用施設の近傍で、オンサイトで次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造することができる方法および装置の改良に係るものである。本発明においては、イオン交換膜により陽極室と陰極室とに区画された電解槽の、陽極室に塩化ナトリウム水溶液である二次塩水を供給し、電気分解後の陽極室内の陽極液および生成塩素ガス、並びに、陰極室内の生成水酸化ナトリウム水溶液を反応槽に導入して、反応槽内での陽極液、塩素ガスおよび陰極液である生成水酸化ナトリウム水溶液の反応により、高濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造する。
本発明においては、塩の分解率を80~95%の範囲とするとともに、陽極室に供給する二次塩水を原塩から生成するにあたり、精製水に対し、塩化ナトリウムが主成分である原塩を溶解して一次塩水を生成した後(一次塩水生成工程)、この一次塩水に対しキレート処理を行って二次塩水を生成する(キレート処理工程)。これにより、有効塩素濃度が高い次亜塩素酸ナトリウム溶液を、オンサイト設備により低コストで製造することが可能となった。
本発明において次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造する際の塩の分解率は、80~95%の範囲とすることが必要であり、82~93%とすることが好ましい。塩の分解率を80%未満とすると、陽極液を排水せずに反応槽に導入して次亜塩素酸ナトリウムを製造する場合に、高濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液を生成することが困難となる。また、以下に詳述するように、陽極液を排水しつつ次亜塩素酸ナトリウムを製造する場合に塩の分解率を80%未満とすると、経済性が確保できない。一方、塩の分解率を95%超とすると、陽極液を、反応槽に導入する場合であっても排水する場合であっても、装置の電圧上昇が顕著となり、実質上、運転を継続できなくなる。
ここで、陽極液を反応槽に導入せずに排水する場合、排水される陽極液の温度は50℃から80℃で、pHは4~5であり、塩素ガスが溶存している。陽極液をそのまま廃水処理設備に送ることは、設備の耐熱性や塩素臭気が発生する点から好ましくない。そのため、陽極液を排水する際は、曝気して塩素を追い出し、冷却やpH調整などの工程を経て廃水処理設備に送る必要がある。よって、経済性を考慮すると、塩の分解率を高めて、排水量を減らすことが好ましい。
脱塩素処理工程がある場合、脱塩素処理を経た陽極液は塩の溶解に再利用されるため、塩の原単位を低く抑えることができる。一方、前述したように、脱塩素処理工程では塩酸や水酸化ナトリウム水溶液、亜硫酸ソーダなどの薬液を多量に使用するので、脱塩素処理工程のための設備を設ける場合、これらに応じたタンクやポンプなどの機器類も多くなる。そのため、この設備をオンサイト型の次亜塩素酸ナトリウム製造設備に適用する場合、フットプリントが大きくなり、初期コストおよびランニングコストが高くなる。本発明では、脱塩素処理工程を用いないので、これに伴う機器類および薬液の使用がないことから、フットプリント、初期コストおよびランニングコストは抑えることができるが、陽極液に含まれる塩は、製品である次亜塩素酸ナトリウム溶液に混入するか、または、排水されることで系外に排出されるため、塩の原単位が高くなってしまう。
脱塩素処理工程を排して薬液の使用量を低減することによるコストダウンの効果と、塩の原単位の上昇および陽極液を排水する際の処理に関わるコストアップのデメリットとを詳細に比較した結果、脱塩素処理工程がある場合と比較して塩の原単位を25%増以下にすることが、コスト面での効果の点から、好ましいことがわかった。図3は、脱塩素処理工程を有する次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置を基準とした、本発明における塩の原単位比と塩の分解率との関係を示すグラフである。図3によれば、脱塩素処理工程を有する設備と比較して塩の原単位の増加量を25%以下にするには、塩の分解率を80%以上にする必要がある。
また、本発明における上記二次塩水の生成は、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置の主要部に併設して、原塩から二次塩水を製造するための塩水製造ユニットを設けることで実施することができ、オンサイトで使用可能なコンパクトな製造プラントとすることができる。具体的には、本発明に係る塩水製造ユニットは、精製水に対し、塩化ナトリウムが主成分である原塩を溶解して一次塩水を生成する一次塩水生成部と、この一次塩水に対しキレート処理を行って二次塩水を生成するキレート処理部と、を基本構成として含むものである。
[一次塩水生成工程]
上述したように、本発明においては、二次塩水Aを生成するに際し、まず、精製水Bに対し、塩化ナトリウムが主成分である原塩Gを溶解して、室温における飽和塩水である一次塩水Hを生成する。精製水Bに対する原塩Gの溶解は、塩溶解槽30において行うことができる。
上述したように、本発明においては、二次塩水Aを生成するに際し、まず、精製水Bに対し、塩化ナトリウムが主成分である原塩Gを溶解して、室温における飽和塩水である一次塩水Hを生成する。精製水Bに対する原塩Gの溶解は、塩溶解槽30において行うことができる。
原塩Gとしては、天日塩および岩塩のいずれを用いてもよい。これら原塩Gを原料として用いてさらに精製を行い、カルシウムイオンやマグネシウムイオンなどの金属不純物をある程度除いた精製塩を用いることが、より好ましい。塩水中の代表的な不純物であるカルシウムやマグネシウムはイオン交換膜の性能を低下させるため、陽極室に供給する塩水を精製して、イオン交換膜の使用基準に応じたレベルまで、不純物濃度を低減することが好ましい。なお、陽イオンであるカルシウムやマグネシウムの除去には、キレート樹脂を使用することがある。また、原塩に含まれる臭素は、製造される次亜塩素酸ナトリウム溶液中に臭素酸として混入することから、JWWA K120:2008に示される一級相当の臭素酸濃度を有する次亜塩素酸ナトリウム溶液を得る観点からは、原塩中の臭素イオン濃度を100mg/kg未満、特には、69mg/kg以下程度とすることが好ましい。
また、精製水Bとしては、通常使用される工業用精製水を使用してもよく、一次塩水生成部に先立って、原料水を陽イオン交換樹脂で処理して精製水を生成する陽イオン交換処理部40を設けることで、オンサイト設備において原料水Iから生成した精製水Bを使用してもよい。すなわち、本発明は、上記一次塩水生成工程に先立って、原料水Iを、陽イオン交換樹脂で処理して精製水を生成する陽イオン交換工程を含むものであってもよい。この陽イオン交換工程により、原料水中に含まれるカルシウムイオン、マグネシウムイオンおよびその他の重金属イオンを吸着除去して、ナトリウムイオンや水素イオンと交換することで、原料水Iよりも硬度の低下した、軟水である精製水Bを得ることができる。
上記陽イオン交換工程において使用する原料水Iとしては、次亜塩素酸ナトリウム溶液の使用施設の近傍の、オンサイトでの製造場所で入手可能な水道水や井水(地下水)、工業用水等を用いることができる。
また、上記陽イオン交換工程において使用する陽イオン交換樹脂としては、特に制限はなく、Na型でもH型でもよい。
本発明においては、上記陽イオン交換工程を行うための陽イオン交換処理部40として、陽イオン交換樹脂単独ではなく、陽イオン交換樹脂を用いた軟水器を使用することもできる。陽イオン交換樹脂の劣化時の再生については、劣化した陽イオン交換樹脂を新規な陽イオン交換樹脂に交換する方法であってもよいが、軟水器を用いる場合は、軟水器に付属している再生機構および塩を使って再生する方法を用いてもよい。
[キレート処理工程]
本発明においては、上記工程で得られた一次塩水Hに対しキレート処理を行って、二次塩水Aを生成する。一次塩水Hに対しキレート処理を行うことで、原塩Gから持ち込まれたカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンを一次塩水中より除去して、清浄な二次塩水Aを生成することができる。一次塩水Hのキレート処理は、塩水精製器50において行うことができる。
本発明においては、上記工程で得られた一次塩水Hに対しキレート処理を行って、二次塩水Aを生成する。一次塩水Hに対しキレート処理を行うことで、原塩Gから持ち込まれたカルシウムイオンおよびマグネシウムイオンを一次塩水中より除去して、清浄な二次塩水Aを生成することができる。一次塩水Hのキレート処理は、塩水精製器50において行うことができる。
次に、本発明における次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造工程について説明する。まず、図1に示す製造装置において、イオン交換膜1により陽極室2と陰極室3とに区画された電解槽10の、陽極室2に上記で生成した二次塩水Aを供給するとともに、陰極室3に精製水Bを供給して、電気分解を行う。その後、電気分解後の陽極室2内の陽極液Cおよび生成塩素(Cl2)ガスD、並びに、陰極室3内の生成水酸化ナトリウム水溶液Eを反応槽20に導入して、反応槽20内での陽極液C、塩素ガスDおよび水酸化ナトリウム水溶液Eの反応により、次亜塩素酸ナトリウム溶液Fを製造する。ここで、陽極液Cとは、電解後の、例えば、濃度100g/リットル未満に濃度が低下した塩水である。
本発明によれば、上記構成により、有効塩素濃度が高い次亜塩素酸ナトリウム溶液を、オンサイトのコンパクトな製造設備において、安定的かつ効率的に、低コストで製造することができるものであり、次亜塩素酸ナトリウムの消費場所において、次亜塩素酸ナトリウムを容易に製造することが可能となる。
ここで、陽極液Cを反応槽20に導入する場合、生成する次亜塩素酸ナトリウム溶液が希釈されるため、有効塩素濃度を高めることができない。そのため、陰極液である水酸化ナトリウム水溶液Eの濃度を高めることで反応槽20中の水の量を少なくし、次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度を高める必要がある。陽極液Cを反応槽20に導入して塩の分解率を80~95%としたとき、有効塩素濃度12%を得るためには、少なくとも水酸化ナトリウム水溶液の濃度を22質量%以上とする必要があった。オンサイト設備は寒冷地に設置されることもあるため、運転停止時の水酸化ナトリウム水溶液の凝固も考慮する必要がある。水酸化ナトリウム水溶液は、濃度が30質量%超となると0℃以上で凝固する。運転停止前に精製水を供給して水酸化ナトリウム水溶液を希釈することもできるが、精製水の使用量が増える難点があり、また、適切な精製水添加量の管理が必要となる。このことから、陽極液Cを反応槽20に導入する場合の水酸化ナトリウム水溶液の濃度範囲は、22~30質量%とすることが好ましい。
一方、陽極液Cを反応槽20に導入せずに塩の分解率を80~95%としたとき、有効塩素濃度12%を得るためには、水酸化ナトリウム水溶液の濃度を少なくとも16質量%以上とする必要があった。水酸化ナトリウム水溶液の濃度を高めると、次亜塩素酸ナトリウム溶液を高濃度化できる。しかし、水酸化ナトリウム水溶液の濃度を23質量%超とすると、次亜塩素酸ナトリウム溶液中に塩が析出する場合があった。このことから、陽極液Cを反応槽20に導入する場合の水酸化ナトリウム水溶液の濃度範囲は、16~23質量%とすることが好ましい。
また、本発明においては、図示するように、陽極室2と反応槽20との間に、陽極液Cを陽極室2から反応槽20へ導入するか否かを切り替える第一の切替手段4を設けることが好ましく、これにより、陽極液Cの一部あるいは全量を反応槽20へ導入せずに、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行うことができる。このように陽極液Cの導入を制御できる第一の切替手段4を設けることで、要求に応じて食塩濃度および塩素酸濃度の異なる次亜塩素酸ナトリウム溶液を選択して製造することが可能となる。
さらに、本発明においては、陽極室2と反応槽20との間に、塩素ガスDを陽極室2から反応槽20へ導入するか否かを切り替える第二の切替手段5を設けることができ、これにより、塩素ガスDの一部あるいは全量を塩素ガス使用施設に供給しつつ、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行うことができる。このように塩素ガスDの導入を制御できる第二の切替手段5を設けることで、要求に応じて塩素ガスDを使用施設に供給しつつ、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行うことが可能となる。
上記第一および第二の切替手段4,5は、手動バルブ、電動バルブまたはエア駆動バルブ等により構成される。例えば、第一および第二の切替手段4,5が電動バルブやエア駆動バルブにより構成される場合には、これら第一および第二の切替手段4,5は、製造施設の外部と通信可能な自動制御装置からの指示に基づき、スイッチ操作または外部信号により作動可能に構成することができる。このような自動制御装置としては、例えば、三菱電機(株)製のMELSEC-Qシリーズや、SIEMENS社製のSIMATIC S7などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。例えば、浄水場などの水処理プラントの一設備として次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行う場合には、自動制御装置は、水処理プラントの中央制御システムからの外部信号に基づき作動させることができる。また、第一の切替手段4は次亜塩素酸ナトリウム溶液や食塩濃度などの測定結果に応じて、第二の切替手段5は処理水への塩素ガスの注入の要否に応じて、現場の運転員が現場スイッチなどにより作動させるものとしてもよい。
また、本発明においては、反応槽20に精製水Bを導入するための精製水導入路を設けることが好ましく、これにより、反応槽20で次亜塩素酸ナトリウム溶液を生成する際に、反応槽20に精製水Bを供給して、次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度を調整することができる。例えば、有効塩素濃度15%の次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造するには、陽極液Cおよび陰極液である水酸化ナトリウム水溶液Eの濃度を合わせこみ、精製水Bを供給して、有効塩素濃度8%とすることができる。有効塩素濃度が高いと、その分解に伴う塩素酸生成量が多くなる。次亜塩素酸ナトリウムの分解が早い高温地域や夏季において、次亜塩素酸ナトリウム溶液を希釈することは、塩素酸濃度の上昇を抑制する点で有効である。有効塩素濃度1~8%の次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造する際には、塩水中の不純物に対する耐性の高いスルホン酸層から構成される単層のイオン交換膜を用いることが可能であり、不純物の少ない精製塩を使用すれば、塩水の精製工程を簡素化することができる。
本発明によれば、反応槽20において、有効塩素濃度が8%以上、特には、12~15%である次亜塩素酸ナトリウム溶液を、容易に製造することができる。
本発明においては、図示するように、電解槽10の近傍に、陽極液Cを貯留する陽極液貯留槽6および陰極液である水酸化ナトリウム水溶液Eを貯留する陰極液貯留槽7を設け、陽極液貯留槽6および陰極液貯留槽7の底部6b,7bを、電解槽10の1/2高さの位置よりも上方に配置することが好ましい。このような配置として、陽極液貯留槽6と陽極室2との間、および、陰極液貯留槽7と陰極室3との間を配管で連通させることで、ポンプなどの流動手段を設けなくても、陽極液Cおよび水酸化ナトリウム水溶液Eをそれぞれ、陽極液貯留槽6と陽極室2との間、および、陰極液貯留槽7と陰極室3との間で重力差によって循環させることができる。陽極液貯留槽6と陽極室2との間、および、陰極液貯留槽7と陰極室3との間には、さらにポンプなどの流動手段を設けてもよく、限定されるものではない。
本発明において、電解槽10におけるイオン交換膜1としては、いかなるものを用いてもよいが、スルホン酸層(陽極側)とカルボン酸層(陰極側)とで構成された二層膜を用いることが好ましい。このような二層膜を用いることで、カルボン酸層が陰極側から拡散してくる水酸化物イオンの拡散を抑えるので、高効率な製造が可能となる。このような二層膜としては、例えば、ケマーズ社製のナフィオン(登録商標)N2050、AGC社製のフレミオン(登録商標)F-9010、旭化成社製のアシプレックス(登録商標)F7001などがある。
また、本発明で用いる製造装置において、イオン交換膜1によって区画された電解槽10の陽極室2には、例えば、チタン等の金属基体上に白金族金属の酸化物を含む電極触媒物質の被覆が形成されてなる陽極を設けることができる。一方、陰極室3には、ニッケルやステンレス、チタンからなるか、または、これらの金属に、水素過電圧を低下させるとともに長期的な耐久性に優れる陰極活性物質の被覆が形成されてなる陰極を設けることができる。
本発明において、水酸化ナトリウム水溶液Eは、次亜塩素酸ナトリウム溶液の目的生成量に応じて、濃度および流量を制御しつつ、電解槽10に供給することができる。また、電解槽10に精製水Bを導入する場合には、精製水Bについても同様に、次亜塩素酸ナトリウム溶液の目的生成量および濃度に応じて、流量を制御することができる。
陰極室3の上部からは、生成した水酸化ナトリウム水溶液Eおよび水素ガスKが取り出され、このうち陰極液である水酸化ナトリウム水溶液Eは反応槽20に供給され、水素ガスKは外部に排出される。また、陽極室2の上部からは、電気分解により濃度が低下した塩化ナトリウム水溶液からなる陽極液Cと、塩素ガスDとが取り出され、それぞれ第一および第二の切替手段4,5を介して、反応槽20に供給される。
反応槽20では、塩素と水酸化ナトリウムとが反応して、次亜塩素酸ナトリウム溶液Fが生成する。ここで、反応槽20から取り出した次亜塩素酸ナトリウム溶液Fは、製品として取り出すとともに、ポンプにより、冷却水Lを用いた冷却装置8に供給して冷却したのち、反応槽20に循環させることで、電解槽10の温度上昇を防止するとともに、生成した次亜塩素酸ナトリウムの分解を防止することができる。
図2は、本発明に用いる次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置の別形態を概略的に示す装置構成図である。図示するように、本発明においては、2個以上の電解槽、図示する例では2個の電解槽10A,10Bを配置して、このうち1個以上、図示する例では1個の電解槽10Aから得られる塩素ガスDを塩素ガス使用施設に供給するとともに、残る1個以上、図示する例では1個の電解槽10Bから得られる塩素ガスDを用いて、次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造することもできる。すなわち、複数設けた電解槽のうち、一部の電解槽から得られる塩素ガスを塩素ガス使用施設に供給するための塩素ガス供給路を設けることで、塩素ガス使用施設への塩素ガスの供給と、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造とを、並行して行うことができる。
例えば、図2に示すような設備において、電解槽10Aおよび電解槽10Bで得られる生成物から次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造するにあたり、陽極室2Aおよび陽極室2Bで生成した塩素ガスと、陰極室3Aおよび陰極室3Bで生成した水酸化ナトリウム水溶液Eとを反応槽20内で混合して、次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造する。有効塩素濃度12%以上の次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造している間に、自動バルブで構成される第二の切替手段5を作動させて、電解槽10Aで生成した塩素ガスDを、系外に取り出すことができる。このとき、陰極室3Aと反応槽20との間に、陰極液を導入するか否かの切替手段(図示せず)を設置して作動させ、陰極室3Aで生成する水酸化ナトリウム水溶液Eを系外に取り出して貯留することも可能である。このように系外に取り出した塩素ガスDは、浄水場などで処理水に直接注入して用いることができる。
以下、本発明を、実施例を用いてより具体的に説明する。
図1に示す構成の装置において、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。電解槽の電解面積は8000cm2とし、電解電流は2400Aとした。電解槽のイオン交換膜としては、スルホン酸層とカルボン酸層とで構成された二層膜であるAGC社製のF-9010を用いた。
精製水に対し、臭素イオン濃度が50mg/kgである原塩を溶解して一次塩水を生成した後、得られた一次塩水に対しキレート処理を行って、二次塩水を生成した。なお、原塩中の臭素イオン濃度が50mg/kgのとき、後述する実施例1における次亜塩素酸ナトリウム溶液中の臭素酸濃度は15mg/kg、同実施例2における次亜塩素酸ナトリウム溶液中の臭素酸濃度は18mg/kgであり、日本水道協会規格(JWWA K120:2008)における水道用次亜塩素酸ナトリウムの1級の基準値である50mg/kgを下回る値となった。臭素イオンはアニオンであるため、塩水精製で使用するキレート樹脂では除去することができない。
また、精製水を用いて原塩を溶解した塩水の精製前のpHは7.8であった。塩水の精製には、イミノジ酢酸型のキレート樹脂である三菱ケミカル株式会社製のダイヤイオン(登録商標)CR11を使用した。精製前の塩水中のカルシウムおよびマグネシウムの濃度は16mg/L、精製後の塩水中のカルシウムおよびマグネシウムの濃度は10μg/Lであった。
精製した二次塩水を陽極室に、25質量%の水酸化ナトリウム水溶液を陰極室に、それぞれ張り込んだ後、運転を開始した。運転中の電解液の温度は75℃であり、陰極室に精製水を供給して、陰極室の水酸化ナトリウム水溶液濃度を調整した。次亜塩素酸ナトリウム溶液中の水酸化ナトリウム水溶液濃度が1%となるよう、反応槽への水酸化ナトリウム水溶液の供給量を調整した。反応槽の温度は30℃となるよう冷却を行った。陽極室と反応槽との間に、陽極液を陽極室から反応槽へ導入するか否かを切り替える第一の切替手段を設けて、自動バルブで陽極液の反応槽への導入と排出とを切替えると同時に、陰極室への精製水の供給量を調整することで、各実施例および比較例の試験を実施した。
各実施例では、原塩の溶解用および陰極室への添加用として、精製水を使用した。精製水に代えてイオン交換水を用いることも可能であるが、コストの面からは精製水を利用することが好ましい。精製水中および二次塩水中のシリカ濃度は12mg/Lであった。なお、意図的に二次塩水中のシリカ濃度が40mg/Lとなるよう調整して2か月間電解を継続したが、塩素の生成量および電圧は安定していた。ここでは陰極室に精製水を供給して水酸化ナトリウム水溶液の濃度を調整しているが、精製水を反応槽に供給して、次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度調整を行ってもよい。
また、陽極液貯留槽と陽極室との間、および、陰極液貯留槽と陰極室との間は配管で連通させ、ポンプなどの流動手段は設けなかった。陽極液貯留槽および陰極液貯留槽の底部を電解槽の1/2高さの位置よりも上方に配置したところ、陽極液および陰極液はそれぞれ貯留槽と電解槽との間で良好に循環し、運転電圧、運転温度および運転圧力のいずれも安定していた。一方、各貯留槽の底部を電解槽の1/2高さの位置以下に配置したところ、良好な循環が得られず、運転圧力が安定しなかった。
[実施例1]
反応槽へ陽極液を導入しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を80.4%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を28.0質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.2質量%、13.5質量%および0.18質量%であった。反応槽へ陽極液を導入して運転しているため、陽極液の排水量はゼロであった。
反応槽へ陽極液を導入しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を80.4%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を28.0質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.2質量%、13.5質量%および0.18質量%であった。反応槽へ陽極液を導入して運転しているため、陽極液の排水量はゼロであった。
[実施例2]
反応槽へ陽極液を導入しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を89.4%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を26.2質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.8質量%、13.0質量%および0.17質量%であった。反応槽へ陽極液を導入して運転しているため、陽極液の排水量はゼロであった。
反応槽へ陽極液を導入しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を89.4%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を26.2質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.8質量%、13.0質量%および0.17質量%であった。反応槽へ陽極液を導入して運転しているため、陽極液の排水量はゼロであった。
[実施例3]
陽極液を排水しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を81.1%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を16.3質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.3質量%、10.4質量%および0.06質量%であった。陽極液の排水量は9.5L/時であった。
陽極液を排水しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を81.1%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を16.3質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.3質量%、10.4質量%および0.06質量%であった。陽極液の排水量は9.5L/時であった。
[実施例4]
陽極液を排水しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を89.1%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を16.0質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.0質量%、10.1質量%および0.06質量%であった。陽極液の排水量は6.5L/時であった。
陽極液を排水しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を89.1%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を16.0質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.0質量%、10.1質量%および0.06質量%であった。陽極液の排水量は6.5L/時であった。
[実施例5]
陽極液の一部を反応槽に導入すると同時に、陽極液の一部を排水しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。陽極液の反応槽への導入量と排水量との比率を1:1とした。塩の分解率を86.7%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を17.4質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.1質量%、11.0質量%および0.08質量%であった。陽極液の排水量は3.7L/時であった。
陽極液の一部を反応槽に導入すると同時に、陽極液の一部を排水しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。陽極液の反応槽への導入量と排水量との比率を1:1とした。塩の分解率を86.7%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を17.4質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.1質量%、11.0質量%および0.08質量%であった。陽極液の排水量は3.7L/時であった。
[比較例1]
反応槽へ陽極液を導入しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を45.1%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を32.3質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ5.5質量%、18.4質量%および0.12質量%であった。反応槽へ陽極液を導入して運転しているため、陽極液の排水量はゼロであった。
反応槽へ陽極液を導入しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を45.1%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を32.3質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ5.5質量%、18.4質量%および0.12質量%であった。反応槽へ陽極液を導入して運転しているため、陽極液の排水量はゼロであった。
比較例1では、実施例1および実施例2と比較すると塩の分解率が低いため、次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度が低く、食塩濃度が高かった。
[比較例2]
陽極液を排水しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を47.0%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を16.3質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.3質量%、10.1質量%および0.04質量%であった。陽極液の排水量は27.8L/時であった。
陽極液を排水しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を47.0%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を16.3質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.3質量%、10.1質量%および0.04質量%であった。陽極液の排水量は27.8L/時であった。
比較例2では、実施例3および実施例4と比較すると、排水量が多い結果となった。
[比較例3]
陽極液を排水しながら次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を96%としたとき、電圧上昇が起こり、次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度が安定するまでの運転を継続できなかった。運転停止時の陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度は18.1質量%であった。塩の分解率が96%に到達してから停止するまでの30分間の間の排水量は3.5L/時であった。
陽極液を排水しながら次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を96%としたとき、電圧上昇が起こり、次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度が安定するまでの運転を継続できなかった。運転停止時の陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度は18.1質量%であった。塩の分解率が96%に到達してから停止するまでの30分間の間の排水量は3.5L/時であった。
比較例3では、排水量は少ないものの、安定な運転ができなかった。
[比較例4]
反応槽へ陽極液を導入しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を77.9%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を29.3質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ11.3質量%、14.9質量%および0.14質量%であった。反応槽へ陽極液を導入して運転しているため、陽極液の排水量はゼロであった。
反応槽へ陽極液を導入しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を77.9%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を29.3質量%としたとき、得られた次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ11.3質量%、14.9質量%および0.14質量%であった。反応槽へ陽極液を導入して運転しているため、陽極液の排水量はゼロであった。
比較例4では、塩の分解率が低いため、次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度12%を得ることができなかった。
[比較例5]
陽極液を排水しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を75.6%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を16.5質量%としたとき、次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.1質量%、10.3質量%および0.06質量%であった。陽極液の排水量は11.7L/時であった。
陽極液を排水しながら、次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行った。塩の分解率を75.6%、陰極液の水酸化ナトリウム水溶液の濃度を16.5質量%としたとき、次亜塩素酸ナトリウム溶液中の有効塩素濃度、食塩濃度および塩素酸濃度はそれぞれ12.1質量%、10.3質量%および0.06質量%であった。陽極液の排水量は11.7L/時であった。
比較例5では、塩の分解率が低いため、実施例3や実施例4より排水量が多い結果となった。
以上より、陽極液を、反応槽に導入する場合であっても排水する場合であっても、高濃度の次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造するには、塩の分解率を80%以上とすることが必要であることがわかった。一方、塩の分解率が95%を超えると電圧上昇が顕著となり、運転を継続できなくなるため、運転の安定性の点から、塩の分解率の上限値は95%とする必要があることが確かめられた。
1 イオン交換膜
2,2A,2B 陽極室
3,3A,3B 陰極室
4 第一の切替手段
5 第二の切替手段
6 陽極液貯留槽
6b 陽極液貯留槽の底部
7 陰極液貯留槽
7b 陰極液貯留槽の底部
8 冷却装置
10,10A,10B 電解槽
20 反応槽
30 塩溶解槽
40 陽イオン交換処理部
50 塩水精製器
A 二次塩水
B 精製水
C 陽極液
D 塩素ガス
E 水酸化ナトリウム水溶液
F 次亜塩素酸ナトリウム溶液
G 原塩
H 一次塩水
I 原料水
K 水素ガス
L 冷却水
2,2A,2B 陽極室
3,3A,3B 陰極室
4 第一の切替手段
5 第二の切替手段
6 陽極液貯留槽
6b 陽極液貯留槽の底部
7 陰極液貯留槽
7b 陰極液貯留槽の底部
8 冷却装置
10,10A,10B 電解槽
20 反応槽
30 塩溶解槽
40 陽イオン交換処理部
50 塩水精製器
A 二次塩水
B 精製水
C 陽極液
D 塩素ガス
E 水酸化ナトリウム水溶液
F 次亜塩素酸ナトリウム溶液
G 原塩
H 一次塩水
I 原料水
K 水素ガス
L 冷却水
Claims (26)
- イオン交換膜により陽極室と陰極室とに区画された電解槽の、該陽極室に塩化ナトリウム水溶液である二次塩水を供給し、電気分解後の該陽極室内の陽極液および生成塩素ガス、並びに、該陰極室内の生成水酸化ナトリウム水溶液を反応槽に導入して、該反応槽内での陽極液、塩素ガスおよび陰極液である生成水酸化ナトリウム水溶液の反応により次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造するにあたり、
精製水に対し、塩化ナトリウムが主成分である原塩を溶解して一次塩水を生成する一次塩水生成工程と、
前記一次塩水に対しキレート処理を行って前記二次塩水を生成するキレート処理工程と、を含み、
塩の分解率を80~95%の範囲とすることを特徴とする次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。 - 前記イオン交換膜として、スルホン酸層とカルボン酸層とで構成された二層膜を用いる請求項1記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- 前記陽極室と前記反応槽との間に、前記陽極液を該陽極室から該反応槽へ導入するか否かを切り替える第一の切替手段を設け、該陽極液の一部あるいは全量を該反応槽へ導入せずに次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行う請求項1または2記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- 前記陽極室と前記反応槽との間に、前記塩素ガスを該陽極室から該反応槽へ導入するか否かを切り替える第二の切替手段を設け、該塩素ガスの一部あるいは全量を塩素ガス使用施設に供給しつつ次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造を行う請求項1~3のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- 2個以上の前記電解槽を用いて、1個以上の該電解槽から得られる前記塩素ガスを塩素ガス使用施設に供給するとともに、1個以上の該電解槽から得られる前記塩素ガスを用いて次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造する請求項1~4のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- 前記反応槽に精製水を導入して、次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度を調整する請求項1~5のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- 前記反応槽で生成する次亜塩素酸ナトリウム溶液の有効塩素濃度を8%以上とする請求項1~6のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- 原料水を、陽イオン交換樹脂で処理して前記精製水を生成する陽イオン交換工程を含む請求項1~7のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- 前記陽イオン交換工程において軟水器を用いる請求項8記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- 製造施設の外部と通信可能な自動制御装置からの指示に基づき、スイッチ操作または外部信号により前記第一の切替手段を作動させる請求項3記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- 製造施設の外部と通信可能な自動制御装置からの指示に基づき、スイッチ操作または外部信号により前記第二の切替手段を作動させる請求項4記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- 次亜塩素酸ナトリウム溶液の使用施設の近傍で、オンサイトで次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造する請求項1~11のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- 前記電解槽の近傍に、前記陽極液を貯留する陽極液貯留槽および前記陰極液を貯留する陰極液貯留槽を設け、該陽極液貯留槽および該陰極液貯留槽の底部を、該電解槽の1/2高さの位置よりも上方に配置して、該陽極液および該陰極液をそれぞれ、該陽極液貯留槽と前記陽極室との間、および、該陰極液貯留槽と前記陰極室との間で重力差によって循環させる請求項1~12のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造方法。
- イオン交換膜により陽極室と陰極室とに区画され、塩化ナトリウム水溶液である二次塩水が供給される電解槽と、電気分解後における該陽極室および該陰極室内の生成物が導入される反応槽と、を備え、該反応槽内での反応により次亜塩素酸ナトリウム溶液を製造する装置であって、
精製水に対し、塩化ナトリウムが主成分である原塩を溶解して一次塩水を生成する一次塩水生成部と、
前記一次塩水に対しキレート処理を行って前記二次塩水を生成するキレート処理部と、を含み、
塩の分解率が80~95%の範囲で運転されることを特徴とする次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。 - 前記イオン交換膜が、スルホン酸層とカルボン酸層とで構成された二層膜である請求項14記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
- 前記陽極室と前記反応槽との間に、前記陽極液を該陽極室から該反応槽へ導入するか否かを切り替える第一の切替手段を備える請求項14または15記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
- 前記陽極室と前記反応槽との間に、前記塩素ガスを該陽極室から該反応槽へ導入するか否かを切り替える第二の切替手段を備える請求項14~16のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
- 2個以上の前記電解槽を備えるとともに、1個以上の該電解槽から得られる前記塩素ガスを塩素ガス使用施設に供給するための塩素ガス供給路を有する請求項14~17のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
- 前記反応槽に精製水を導入するための精製水導入路を有する請求項14~18のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
- 有効塩素濃度が8%以上である次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造に用いられる請求項14~19のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
- 原料水を、陽イオン交換樹脂で処理して前記精製水を生成する陽イオン交換処理部を含む請求項14~20のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
- 前記陽イオン交換処理部が軟水器からなる請求項21記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
- 製造施設の外部と通信可能な自動制御装置を介して、スイッチ操作または外部信号により前記第一の切替手段が作動可能に形成されている請求項16記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
- 製造施設の外部と通信可能な自動制御装置を介して、スイッチ操作または外部信号により前記第二の切替手段が作動可能に形成されている請求項17記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
- 次亜塩素酸ナトリウム溶液の使用施設の近傍に設置されて、オンサイトでの次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造に用いられる請求項14~24のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
- 前記電解槽の近傍に、前記陽極液を貯留する陽極液貯留槽および前記陰極液を貯留する陰極液貯留槽を有し、該陽極液貯留槽および該陰極液貯留槽の底部が、該電解槽の1/2高さの位置よりも上方に配置されている請求項14~25のうちいずれか一項記載の次亜塩素酸ナトリウム溶液の製造装置。
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