JP3164970B2 - 一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法 - Google Patents
一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法Info
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一価イオンの中性塩を
含む排水の処理方法に係り、特に、産業排水に含まれる
一価イオンの塩を構成する酸と塩基に分離・回収して再
利用し、同時に環境に放出する排水中に塩を含ませない
ようにする一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法に
関するものである。
含む排水の処理方法に係り、特に、産業排水に含まれる
一価イオンの塩を構成する酸と塩基に分離・回収して再
利用し、同時に環境に放出する排水中に塩を含ませない
ようにする一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】酸または塩基あるいはそれらの両方を使
用する産業工程においてはしばしば酸または塩基の、あ
るいはそれらの中性塩を含む排水が発生する。産業排水
を処理する方法として、蒸発濃縮によって減容する方法
が一般的に採用されることが多いが、最近では逆浸透
法，限外ろ過法，電気透析法あるいは電解透析法などの
膜分離技術の開発が行われている。
用する産業工程においてはしばしば酸または塩基の、あ
るいはそれらの中性塩を含む排水が発生する。産業排水
を処理する方法として、蒸発濃縮によって減容する方法
が一般的に採用されることが多いが、最近では逆浸透
法，限外ろ過法，電気透析法あるいは電解透析法などの
膜分離技術の開発が行われている。
【０００３】特公昭60−24439 号公報には、「フッ素化
重合体からなる陽イオン交換膜と、陰イオン交換膜を隔
膜とする３室からなる電解槽の中央室に硝酸塩を含有す
る低レベル放射性廃液を供給して電解透析することによ
り硝酸塩を分解し、陽極室に硝酸を、陰極室に水酸化ア
ルカリ化合物または水酸化アンモニウムを生成させると
ともに、中央室で放射性物質を濃縮することを特徴とす
る硝酸塩含有放射性廃液の処理方法」が記載されてい
る。
重合体からなる陽イオン交換膜と、陰イオン交換膜を隔
膜とする３室からなる電解槽の中央室に硝酸塩を含有す
る低レベル放射性廃液を供給して電解透析することによ
り硝酸塩を分解し、陽極室に硝酸を、陰極室に水酸化ア
ルカリ化合物または水酸化アンモニウムを生成させると
ともに、中央室で放射性物質を濃縮することを特徴とす
る硝酸塩含有放射性廃液の処理方法」が記載されてい
る。
【０００４】図３に、特公昭60−24439 号公報に示され
た上記処理方法を実施するためのフロ−シ−トの一例を
引用して示す。図中、１は陽極室、２は陰極室、３は中
央室、４は陽極液貯槽、５は陰極液貯槽、１１は陰イオ
ン交換膜、１２は陽イオン交換膜である。
た上記処理方法を実施するためのフロ−シ−トの一例を
引用して示す。図中、１は陽極室、２は陰極室、３は中
央室、４は陽極液貯槽、５は陰極液貯槽、１１は陰イオ
ン交換膜、１２は陽イオン交換膜である。
【０００５】特公昭60−24439 号公報の処理方法で用い
る電解透析槽において、中央室３と陰極室２を区分する
陽イオン交換膜１２としては、フッ素化重合体からなる
イオン交換膜が用いられる。
る電解透析槽において、中央室３と陰極室２を区分する
陽イオン交換膜１２としては、フッ素化重合体からなる
イオン交換膜が用いられる。
【０００６】この膜はアルカリ水溶液に対して特に優れ
た耐久性を有していることが知られている。他方、中央
室３と陽極室１を区分する陰イオン交換膜１１として
は、いわゆる強塩基性の陰イオン交換膜あるいは弱塩基
性の陰イオン交換膜が用いられる。電解透析の進行に伴
って中央室液の硝酸塩濃度は減少し、一方陽イオン交換
膜を透過し難いウラン，プルトニウムを始め 241Ａｍ，
144Ｃｅ， 106Ｒｕ，95Ｎｂ，95Ｚｒなどの微量存在す
る放射性元素のイオンが濃縮されるものとしている。
た耐久性を有していることが知られている。他方、中央
室３と陽極室１を区分する陰イオン交換膜１１として
は、いわゆる強塩基性の陰イオン交換膜あるいは弱塩基
性の陰イオン交換膜が用いられる。電解透析の進行に伴
って中央室液の硝酸塩濃度は減少し、一方陽イオン交換
膜を透過し難いウラン，プルトニウムを始め 241Ａｍ，
144Ｃｅ， 106Ｒｕ，95Ｎｂ，95Ｚｒなどの微量存在す
る放射性元素のイオンが濃縮されるものとしている。
【０００７】特公昭60−24439 号公報の処理方法は、イ
オン交換膜を用いた電解透析により、廃液中の硝酸塩を
分解して低レベル放射性廃液中の放射能を濃縮して中ま
たは高レベル廃液の処理工程などに送り処理し、また回
収された硝酸や水酸化物は再使用することが出来る工業
的に実施し得る方法とされている。しかし、特公昭60−
24439 号公報の実施例１から算出できる通り、この方法
によっては、被処理液中の硝酸ナトリウムが処理前の
２.４モル／リットルから２.０モル／リットルに低減し
ているが、被処理液中の塩の濃度は更に低減されること
が望ましい。
オン交換膜を用いた電解透析により、廃液中の硝酸塩を
分解して低レベル放射性廃液中の放射能を濃縮して中ま
たは高レベル廃液の処理工程などに送り処理し、また回
収された硝酸や水酸化物は再使用することが出来る工業
的に実施し得る方法とされている。しかし、特公昭60−
24439 号公報の実施例１から算出できる通り、この方法
によっては、被処理液中の硝酸ナトリウムが処理前の
２.４モル／リットルから２.０モル／リットルに低減し
ているが、被処理液中の塩の濃度は更に低減されること
が望ましい。
【０００８】また、丸善株式会社刊，化学工学便覧，１
９８７年改定四版，９１８頁，図１２.３およびデレッ
ク・プレッチャ、フランク・シ−・ウオルシュ著(Derek
Pletcher and Frank C. Walsh)インダストリアル エレ
クトロケミストリ（Industrial Electrochemistry）第
２版（2nd Edition）３５８頁（p.３５８）図７.１４(F
ig.７．１４）の記載から引用して図４に示すように、
電気透析槽は陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を隔膜と
する希釈液室と濃縮液室を単位として構成される電解槽
であり、塩を供給液である希釈液から濃縮液に移行・濃
縮し同時に希釈液中では脱塩するために用いられている
ものである。図３において、１３は陽イオン交換膜、１
４は陰イオン交換膜、１５は陽極室、１６は陰極室、１
７は希釈液入口、１８は希釈液出口、１９は濃縮液入
口、２０は濃縮液出口、２１は陽極室液入口、２２は陽
極室液出口、２３は陰極室液入口、２４は陰極室液出口
である。希釈液中の陰イオンは、陰イオン交換膜１４を
正電位側に透過して濃縮液中に入り、陽イオンは陽イオ
ン交換膜１３を負電位側に透過して濃縮液中に入り陰イ
オンと陽イオンは中和して中性塩を形成する。陽極室１
５では水が電解して酸素を発生し、陽極室液は酸性にな
り、陰極室１６では水が電解して水素を発生し、陰極室
液は塩基性になる。このような電気透析槽は、塩類を含
む水から脱塩して淡水化を行い、または、塩類を回収す
る目的で工業的に利用されている。
９８７年改定四版，９１８頁，図１２.３およびデレッ
ク・プレッチャ、フランク・シ−・ウオルシュ著(Derek
Pletcher and Frank C. Walsh)インダストリアル エレ
クトロケミストリ（Industrial Electrochemistry）第
２版（2nd Edition）３５８頁（p.３５８）図７.１４(F
ig.７．１４）の記載から引用して図４に示すように、
電気透析槽は陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を隔膜と
する希釈液室と濃縮液室を単位として構成される電解槽
であり、塩を供給液である希釈液から濃縮液に移行・濃
縮し同時に希釈液中では脱塩するために用いられている
ものである。図３において、１３は陽イオン交換膜、１
４は陰イオン交換膜、１５は陽極室、１６は陰極室、１
７は希釈液入口、１８は希釈液出口、１９は濃縮液入
口、２０は濃縮液出口、２１は陽極室液入口、２２は陽
極室液出口、２３は陰極室液入口、２４は陰極室液出口
である。希釈液中の陰イオンは、陰イオン交換膜１４を
正電位側に透過して濃縮液中に入り、陽イオンは陽イオ
ン交換膜１３を負電位側に透過して濃縮液中に入り陰イ
オンと陽イオンは中和して中性塩を形成する。陽極室１
５では水が電解して酸素を発生し、陽極室液は酸性にな
り、陰極室１６では水が電解して水素を発生し、陰極室
液は塩基性になる。このような電気透析槽は、塩類を含
む水から脱塩して淡水化を行い、または、塩類を回収す
る目的で工業的に利用されている。
【０００９】一価イオンの塩を含む一般産業排水におい
ては種々の二価あるいはより原子価状態の高いイオンが
不純物として存在していることがある。これらのイオン
は、陽イオンであれば陽イオン交換膜１３を透過し、陰
イオンであれば陰イオン交換膜１４を透過する。一般の
排水中環境において化学的に安定な一価陽イオンである
アルカリ金属元素およびアンモニウムの塩基はすべて水
溶性であるが、二価および高原子価陽イオンの水酸化物
はＭｎ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｃｕなどの二価イオ
ンがアンモニア水溶液に錯体を生成して溶解する場合の
外は難溶性のものが多く、陽イオン交換膜を透過して塩
基性となっている陰極液中に入ると沈殿を発生して電解
透析槽の運転が困難となる。陰極液中の塩基がアンモニ
アの場合であって、沈殿を発生しない物質であっても回
収したアンモニアには不純物として含まれるためにその
用途が制限される問題がある。二価および高原子価陽イ
オンの中には陰極上で金属となって析出しやすいものが
あり電解透析槽の運転が困難となる。一方、二価および
より高原子価の陰イオンには砒素，アンチモン，錫，ゲ
ルマニウム，バナジウム，モリブテン，タングステン，
セレン，テルルなどの酸素を含んだ陰イオンが存在する
が、実際に一価のイオンの塩を含んだ産業排水に含まれ
る可能性があるものは炭酸，硼酸，硫酸，燐酸などであ
る。これが陰イオン交換膜を透過して陽極液中に入ると
一価イオンの回収酸に不純物となって含まれるためその
用途が制限される問題がある。
ては種々の二価あるいはより原子価状態の高いイオンが
不純物として存在していることがある。これらのイオン
は、陽イオンであれば陽イオン交換膜１３を透過し、陰
イオンであれば陰イオン交換膜１４を透過する。一般の
排水中環境において化学的に安定な一価陽イオンである
アルカリ金属元素およびアンモニウムの塩基はすべて水
溶性であるが、二価および高原子価陽イオンの水酸化物
はＭｎ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｃｕなどの二価イオ
ンがアンモニア水溶液に錯体を生成して溶解する場合の
外は難溶性のものが多く、陽イオン交換膜を透過して塩
基性となっている陰極液中に入ると沈殿を発生して電解
透析槽の運転が困難となる。陰極液中の塩基がアンモニ
アの場合であって、沈殿を発生しない物質であっても回
収したアンモニアには不純物として含まれるためにその
用途が制限される問題がある。二価および高原子価陽イ
オンの中には陰極上で金属となって析出しやすいものが
あり電解透析槽の運転が困難となる。一方、二価および
より高原子価の陰イオンには砒素，アンチモン，錫，ゲ
ルマニウム，バナジウム，モリブテン，タングステン，
セレン，テルルなどの酸素を含んだ陰イオンが存在する
が、実際に一価のイオンの塩を含んだ産業排水に含まれ
る可能性があるものは炭酸，硼酸，硫酸，燐酸などであ
る。これが陰イオン交換膜を透過して陽極液中に入ると
一価イオンの回収酸に不純物となって含まれるためその
用途が制限される問題がある。
【００１０】一方、排水に含まれる一価イオンの中性塩
をごく低濃度にまで除去する場合に除去する必要がない
一価イオン以外のイオンの除去に電流が消費されること
は電流効率を低下させることになる。
をごく低濃度にまで除去する場合に除去する必要がない
一価イオン以外のイオンの除去に電流が消費されること
は電流効率を低下させることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、一価
イオンの塩を含む排水の電解透析に係る従来の方法にお
いては達成されていない排水中の塩の除去処理と共存不
純物を含まない酸および塩基の回収を達成する方法に係
るものであり、解決しようとする課題は、 １．排水中の一価イオンの塩を低濃度にまで除去処理す
ること、 ２．回収した酸および塩基中に一価イオン以外の不純物
を含まないこと、 ３．回収した酸および塩基の濃度をできるだけ容易に高
めること、 ４．排水処理と酸および塩基の回収に必要な電力消費量
を低減することである。
イオンの塩を含む排水の電解透析に係る従来の方法にお
いては達成されていない排水中の塩の除去処理と共存不
純物を含まない酸および塩基の回収を達成する方法に係
るものであり、解決しようとする課題は、 １．排水中の一価イオンの塩を低濃度にまで除去処理す
ること、 ２．回収した酸および塩基中に一価イオン以外の不純物
を含まないこと、 ３．回収した酸および塩基の濃度をできるだけ容易に高
めること、 ４．排水処理と酸および塩基の回収に必要な電力消費量
を低減することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、被処理排水を直接に電解透析槽に供給する
のではなく、被処理排水を前置電気透析槽の希釈液室に
供給し、前置電気透析槽内でイオン交換膜を透過したイ
オンが中和して生成した塩を含む濃縮液を、陽イオン交
換膜と陰イオン交換膜を隔膜とする陽極室，中央室，陰
極室の３室を単位として構成される電解透析槽に供給し
て塩を構成する酸と塩基に分解して回収する。
に本発明は、被処理排水を直接に電解透析槽に供給する
のではなく、被処理排水を前置電気透析槽の希釈液室に
供給し、前置電気透析槽内でイオン交換膜を透過したイ
オンが中和して生成した塩を含む濃縮液を、陽イオン交
換膜と陰イオン交換膜を隔膜とする陽極室，中央室，陰
極室の３室を単位として構成される電解透析槽に供給し
て塩を構成する酸と塩基に分解して回収する。
【００１３】前置電気透析槽の希釈液は後段の主電気透
析槽に供給して残留する塩を最終目標値にまで除去す
る。
析槽に供給して残留する塩を最終目標値にまで除去す
る。
【００１４】本発明においては上記の目的を達成するた
めに、イオン交換膜を一価イオンのみを選択的に透過す
る（一価以外のイオンは透過し難い）ものとする。
めに、イオン交換膜を一価イオンのみを選択的に透過す
る（一価以外のイオンは透過し難い）ものとする。
【００１５】前置電気透析槽を構成するイオン交換膜を
一価イオンのみを選択的に透過するものとすることによ
り、電解透析槽への供給液中の一価以外のイオン濃度を
相対的に低減することによって電解透析槽の常に塩基性
である陰極液中に一価以外の陽イオンを含み難くし、ま
た、常に酸性である陽極液中に一価以外の陰イオンを含
み難くするものとすることができる。
一価イオンのみを選択的に透過するものとすることによ
り、電解透析槽への供給液中の一価以外のイオン濃度を
相対的に低減することによって電解透析槽の常に塩基性
である陰極液中に一価以外の陽イオンを含み難くし、ま
た、常に酸性である陽極液中に一価以外の陰イオンを含
み難くするものとすることができる。
【００１６】前置電気透析槽から出る希釈液中では一価
イオンの塩濃度は被処理液より低下しているが、一価イ
オン以外のイオンの一価イオン濃度に対する相対濃度は
被処理液より高くなっている。この希釈液は直列に接続
された複数の主電気透析槽の後段側の主電気透析槽の希
釈液室に順次供給して最終目標値にまでイオンを除去す
る。環境上の要求から除去すべきイオンが一価イオンの
みであれば一価イオンのみを選択的に透過する陽イオン
交換膜または陰イオン交換膜あるいはその両方を使用す
ることになる。環境上の要求からイオンの原子価数に係
らず除去する必要がある場合には全ての陽イオンおよび
陰イオンをできるだけ効率良く透過するイオン交換膜を
使用することになる。
イオンの塩濃度は被処理液より低下しているが、一価イ
オン以外のイオンの一価イオン濃度に対する相対濃度は
被処理液より高くなっている。この希釈液は直列に接続
された複数の主電気透析槽の後段側の主電気透析槽の希
釈液室に順次供給して最終目標値にまでイオンを除去す
る。環境上の要求から除去すべきイオンが一価イオンの
みであれば一価イオンのみを選択的に透過する陽イオン
交換膜または陰イオン交換膜あるいはその両方を使用す
ることになる。環境上の要求からイオンの原子価数に係
らず除去する必要がある場合には全ての陽イオンおよび
陰イオンをできるだけ効率良く透過するイオン交換膜を
使用することになる。
【００１７】電解透析槽における一価以外のイオンの陰
極液中濃度あるいは陽極液中濃度を低くするために電解
透析槽に使用するイオン交換膜も一価イオンのみを選択
的に透過するものを使用することができる。
極液中濃度あるいは陽極液中濃度を低くするために電解
透析槽に使用するイオン交換膜も一価イオンのみを選択
的に透過するものを使用することができる。
【００１８】電解透析槽の中央室から出る一価イオンの
濃度が低下した液は一価以外のイオン濃度が被処理排水
より低いので被処理排水に混合して前置電気透析槽に再
び供給することができる。
濃度が低下した液は一価以外のイオン濃度が被処理排水
より低いので被処理排水に混合して前置電気透析槽に再
び供給することができる。
【００１９】後段の主電気透析槽の濃縮液中においては
一価のイオンと比較して一価以外のイオンの相対的濃度
が被処理排水よりも高くなることがあるのでそのまま被
処理排水と混合して前置電気透析槽の希釈液室に供給す
ることは好ましくない。
一価のイオンと比較して一価以外のイオンの相対的濃度
が被処理排水よりも高くなることがあるのでそのまま被
処理排水と混合して前置電気透析槽の希釈液室に供給す
ることは好ましくない。
【００２０】主電気透析槽において、希釈液室から濃縮
液室に移行するイオンの量は一対のイオン交換膜を通し
て流れる電気量と膜対の数の積に比例する。一定の電解
槽負荷電圧下で電気量は主として希釈液の比電気伝導度
に支配され、希釈液濃度が低下すると比電気伝導度もほ
ぼ比例して低下する。一方、希釈液と濃縮液の濃度比、
即ち濃度勾配が高くなると逆拡散現象が著しくなり、特
にイオン交換膜表面の電流密度が低下すると電流効率が
低下することが知られている。
液室に移行するイオンの量は一対のイオン交換膜を通し
て流れる電気量と膜対の数の積に比例する。一定の電解
槽負荷電圧下で電気量は主として希釈液の比電気伝導度
に支配され、希釈液濃度が低下すると比電気伝導度もほ
ぼ比例して低下する。一方、希釈液と濃縮液の濃度比、
即ち濃度勾配が高くなると逆拡散現象が著しくなり、特
にイオン交換膜表面の電流密度が低下すると電流効率が
低下することが知られている。
【００２１】後段のイオン除去処理用の主電気透析槽に
おいては、希釈液循環タンク内の処理液を所定の濃度に
達するまで電気透析槽との間で循環せしめる、いわゆる
回分法によって相当高いイオン濃度から相当低い濃度に
まで減少させる必要がある場合には、希釈液濃度と濃縮
液濃度の比率（濃度勾配）は非常に高くなる。また、希
釈液の比電気伝導度がイオン濃度の低下に従って大幅に
低下する。電気透析槽の工業的な適用において、負荷で
きる電圧は安全上の見地から例えば５０Ｖ程度に制限す
ることが望ましい。従って、希釈液の比電気伝導度が低
下すれば電流量（電流密度）を低下せざるを得ないこと
になる。
おいては、希釈液循環タンク内の処理液を所定の濃度に
達するまで電気透析槽との間で循環せしめる、いわゆる
回分法によって相当高いイオン濃度から相当低い濃度に
まで減少させる必要がある場合には、希釈液濃度と濃縮
液濃度の比率（濃度勾配）は非常に高くなる。また、希
釈液の比電気伝導度がイオン濃度の低下に従って大幅に
低下する。電気透析槽の工業的な適用において、負荷で
きる電圧は安全上の見地から例えば５０Ｖ程度に制限す
ることが望ましい。従って、希釈液の比電気伝導度が低
下すれば電流量（電流密度）を低下せざるを得ないこと
になる。
【００２２】本発明においては、後段の電気透析槽一段
の回分式処理に限定せず、直列に接続した一連の電気透
析槽を用いて各段ごとにほぼ同一の比率でイオン濃度を
低減することによってイオン濃度を最終的により低濃度
にまで低減させるように処理ができるようにした。
の回分式処理に限定せず、直列に接続した一連の電気透
析槽を用いて各段ごとにほぼ同一の比率でイオン濃度を
低減することによってイオン濃度を最終的により低濃度
にまで低減させるように処理ができるようにした。
【００２３】
【作用】本発明において、問題を解決するために用いら
れる上記の手段としての構成を図１に示す。
れる上記の手段としての構成を図１に示す。
【００２４】電解透析槽のみからなる従来の技術と比較
して、本発明の最も特徴的な構成は、全工程を電解透析
槽と前置電気透析槽の組合せからなる回収部と、前置電
気透析槽および直列に接続した一連の複数の主電気透析
槽（例えば三段）を備えた処理部とを備えていることで
ある。
して、本発明の最も特徴的な構成は、全工程を電解透析
槽と前置電気透析槽の組合せからなる回収部と、前置電
気透析槽および直列に接続した一連の複数の主電気透析
槽（例えば三段）を備えた処理部とを備えていることで
ある。
【００２５】被処理排水は、上記の回収部と処理部との
中間に位置する前置電気透析槽に供給される。前置電気
透析槽及びこれと引き続き直列に接続された各主電気透
析槽では、一様の比率で塩濃度が低下することが望まし
い。例えば、前置電気透析槽１基と引き続く直列に接続
した一連の主電気透析槽３基によって被処理排水中の塩
濃度を２５６分の一に低下させる場合には各段において
それぞれ塩の濃度を１／４に低下させればよく、１２９
６分の一に低下させる場合には各段においてそれぞれ塩
の濃度を１／６に低下させればよく、４０９６分の一に
低下させる場合には各段においてそれぞれ塩の濃度を１
／８に低下させる必要がある。直列に接続した一連の主
電気透析槽の数を４基に増加すれば、被処理排水中の塩
濃度を１２９６分の一に低下させるためには各段におい
てそれぞれ塩の濃度を１／4.2に低下させればよい。
中間に位置する前置電気透析槽に供給される。前置電気
透析槽及びこれと引き続き直列に接続された各主電気透
析槽では、一様の比率で塩濃度が低下することが望まし
い。例えば、前置電気透析槽１基と引き続く直列に接続
した一連の主電気透析槽３基によって被処理排水中の塩
濃度を２５６分の一に低下させる場合には各段において
それぞれ塩の濃度を１／４に低下させればよく、１２９
６分の一に低下させる場合には各段においてそれぞれ塩
の濃度を１／６に低下させればよく、４０９６分の一に
低下させる場合には各段においてそれぞれ塩の濃度を１
／８に低下させる必要がある。直列に接続した一連の主
電気透析槽の数を４基に増加すれば、被処理排水中の塩
濃度を１２９６分の一に低下させるためには各段におい
てそれぞれ塩の濃度を１／4.2に低下させればよい。
【００２６】主電気透析槽の負荷電圧と電気透析槽に流
れる電流の関係は、電極液として濃縮液を利用する条件
において下記の式で示される。
れる電流の関係は、電極液として濃縮液を利用する条件
において下記の式で示される。
【００２７】
【数１】 Ｅcell ＝ＮＩ(Ｒca＋Ｒan)＋ＮＩＲdi＋(Ｎ＋１)ＩＲco …（数１） ここに、Ｅcell ：負荷電圧（ボルト） Ｎ ：イオン交換膜の対数 Ｉ ：電流（アンペア） Ｒca ：陰イオン交換膜の電気抵抗（オ−ム） Ｒan ：陽イオン交換膜の電気抵抗（オ−ム） Ｒdi ：希釈液の電気抵抗（オ−ム） Ｒco ：濃縮液の電気抵抗（オ−ム） 電気透析槽の負荷電圧が制限されて一定であれば、電気
透析槽に流れる電気量は、希釈液の電気抵抗によって最
も著しく支配される。希釈液の比電気抵抗は希釈液の塩
濃度にほぼ比例するため、電気量は希釈液の塩濃度にほ
ぼ比例することになる。
透析槽に流れる電気量は、希釈液の電気抵抗によって最
も著しく支配される。希釈液の比電気抵抗は希釈液の塩
濃度にほぼ比例するため、電気量は希釈液の塩濃度にほ
ぼ比例することになる。
【００２８】従って、主電気透析槽においては消費電力
の大部分が希釈液室内で熱の発生に寄与することにな
り、イオン交換膜を介して濃縮液も加熱されるために電
気透析槽循環液は冷却して熱を除去する必要がある。電
解質水溶液の比電気抵抗は温度が１℃上昇すると約３％
低下し、イオン交換膜の比電気抵抗にも同様の特性があ
る。従って、希釈液の温度を適当に制御することによっ
て電気透析槽の運転を効率的に行うことが可能となる。
の大部分が希釈液室内で熱の発生に寄与することにな
り、イオン交換膜を介して濃縮液も加熱されるために電
気透析槽循環液は冷却して熱を除去する必要がある。電
解質水溶液の比電気抵抗は温度が１℃上昇すると約３％
低下し、イオン交換膜の比電気抵抗にも同様の特性があ
る。従って、希釈液の温度を適当に制御することによっ
て電気透析槽の運転を効率的に行うことが可能となる。
【００２９】一定の流速で電気透析槽を通過する希釈液
から濃縮液に移行する塩のモル数は希釈液の濃度に比例
することになるため、一連の電気透析槽の各段において
必要なイオン交換膜の数（希釈液室と濃縮液室の組数）
は透過すべき塩のモル数が著しく異なるにも係らずほぼ
同程度のものが必要になる。
から濃縮液に移行する塩のモル数は希釈液の濃度に比例
することになるため、一連の電気透析槽の各段において
必要なイオン交換膜の数（希釈液室と濃縮液室の組数）
は透過すべき塩のモル数が著しく異なるにも係らずほぼ
同程度のものが必要になる。
【００３０】一方、直列に接続された一連の主電気透析
槽の濃縮液は、希釈液と対向して流れ、流れるに従って
希釈液から移行する塩を蓄積する。濃縮液の流量が前置
電気透析槽の希釈液濃度低下比率と等しい比率で希釈液
流量より少なければ、濃縮液の最終濃度は被処理排水初
期濃度にほぼ等しくなり、再循環して処理を行うために
好適である。この場合には、主電気透析槽の希釈液とそ
れの濃縮液との塩濃度比は最終的に希釈液濃度低下率の
約２乗に等しくなる。
槽の濃縮液は、希釈液と対向して流れ、流れるに従って
希釈液から移行する塩を蓄積する。濃縮液の流量が前置
電気透析槽の希釈液濃度低下比率と等しい比率で希釈液
流量より少なければ、濃縮液の最終濃度は被処理排水初
期濃度にほぼ等しくなり、再循環して処理を行うために
好適である。この場合には、主電気透析槽の希釈液とそ
れの濃縮液との塩濃度比は最終的に希釈液濃度低下率の
約２乗に等しくなる。
【００３１】前置電気透析槽および主電気透析槽の陽極
に接する濃縮液は酸性となり、陰極に接する濃縮液は塩
基性となるため通常の海水淡水化などでは陰極液中でＭ
ｇの水酸化物沈殿が発生することを防止するため陰極液
には酸を注入して酸性に保持される。本発明では前置電
気透析槽および主電気透析槽の全ての陽極室、陰極室に
は濃縮液室を含めてそれぞれ共通の濃縮液を循環させる
が、陽極室内で酸性となった濃縮液を陰極室に供給して
循環することにより陰極液の塩基性度が高くならないよ
うにする。
に接する濃縮液は酸性となり、陰極に接する濃縮液は塩
基性となるため通常の海水淡水化などでは陰極液中でＭ
ｇの水酸化物沈殿が発生することを防止するため陰極液
には酸を注入して酸性に保持される。本発明では前置電
気透析槽および主電気透析槽の全ての陽極室、陰極室に
は濃縮液室を含めてそれぞれ共通の濃縮液を循環させる
が、陽極室内で酸性となった濃縮液を陰極室に供給して
循環することにより陰極液の塩基性度が高くならないよ
うにする。
【００３２】直列に接続された一連の主電気透析槽の最
終段の濃縮液に対する供給液および前置電気透析槽の濃
縮液に対する供給液は、純水として不純物が混入しない
ようにすることが望ましい。
終段の濃縮液に対する供給液および前置電気透析槽の濃
縮液に対する供給液は、純水として不純物が混入しない
ようにすることが望ましい。
【００３３】前置電気透析槽における被処理排水中の塩
濃度と希釈液中の塩濃度の比は他の主電気透析槽と等し
くすることが望ましい。そこで、希釈液の流量と濃縮液
の流量の比が被処理排水濃度と希釈液中塩濃度の比
（ｎ）と等しくすることによって濃縮液の塩濃度と希釈
液の塩濃度の比はｎ（ｎ−１）に等しくなり、濃縮液の
塩濃度と被処理排水中塩濃度との比は（ｎ−１）に等し
くなる。
濃度と希釈液中の塩濃度の比は他の主電気透析槽と等し
くすることが望ましい。そこで、希釈液の流量と濃縮液
の流量の比が被処理排水濃度と希釈液中塩濃度の比
（ｎ）と等しくすることによって濃縮液の塩濃度と希釈
液の塩濃度の比はｎ（ｎ−１）に等しくなり、濃縮液の
塩濃度と被処理排水中塩濃度との比は（ｎ−１）に等し
くなる。
【００３４】電解透析槽は陰イオン交換膜を隔膜とする
陽極室と陽イオン交換膜を隔膜とする陰極室と陰イオン
交換膜と陽イオン交換膜を隔膜とする中央室を交互に複
数組配置して構成されてる。中央室には中性塩を含んだ
共通の中央室液を循環し、前置電気透析槽の濃縮液を中
央室に供給し、同時に供給液量とイオン交換膜を透過す
る液量の差に等しい液量を流出する。
陽極室と陽イオン交換膜を隔膜とする陰極室と陰イオン
交換膜と陽イオン交換膜を隔膜とする中央室を交互に複
数組配置して構成されてる。中央室には中性塩を含んだ
共通の中央室液を循環し、前置電気透析槽の濃縮液を中
央室に供給し、同時に供給液量とイオン交換膜を透過す
る液量の差に等しい液量を流出する。
【００３５】陽極室に循環する陽極液中に酸が生成し、
陰極室に循環する陰極液中に塩基が生成する。酸と塩基
の濃度は陽極室液と陰極室液に供給される吸収液の流量
とイオン交換膜を透過する液量の和に依存するが、本発
明による方法では電解透析槽に対する供給液中の塩濃度
が被処理排水中の塩濃度と比較して高いので高い濃度の
酸と塩基を回収することは比較的容易である。しかし、
一般に濃度の上限はイオン交換膜の耐酸性あるいは耐塩
基性によって制限される。本発明によって回収される酸
および塩基は濃度と純度が高くなる特徴があるがさらに
用途に従い、通常の方法で容易に濃縮および精製を行う
ことができる。
陰極室に循環する陰極液中に塩基が生成する。酸と塩基
の濃度は陽極室液と陰極室液に供給される吸収液の流量
とイオン交換膜を透過する液量の和に依存するが、本発
明による方法では電解透析槽に対する供給液中の塩濃度
が被処理排水中の塩濃度と比較して高いので高い濃度の
酸と塩基を回収することは比較的容易である。しかし、
一般に濃度の上限はイオン交換膜の耐酸性あるいは耐塩
基性によって制限される。本発明によって回収される酸
および塩基は濃度と純度が高くなる特徴があるがさらに
用途に従い、通常の方法で容易に濃縮および精製を行う
ことができる。
【００３６】電解透析槽の中央室循環液は前置電気透析
槽に還流して再び処理を行うため、中央室液中の塩濃度
は被処理排水中の塩濃度と同等とすることが好適であ
る。
槽に還流して再び処理を行うため、中央室液中の塩濃度
は被処理排水中の塩濃度と同等とすることが好適であ
る。
【００３７】本発明の方法で使用するイオン交換膜は全
陽イオンまたは全陰イオンに対する選択的輸率が０.９
８ 以上であることが望ましい。さらに本発明において
一価イオン選択透過性イオン交換膜は一価以外のイオン
の選択的輸率の１／２以下であることが望ましい。
陽イオンまたは全陰イオンに対する選択的輸率が０.９
８ 以上であることが望ましい。さらに本発明において
一価イオン選択透過性イオン交換膜は一価以外のイオン
の選択的輸率の１／２以下であることが望ましい。
【００３８】
【実施例】本発明の好適な一実施例である一価イオンの
中性塩を含む排水の処理方法を適用する処理装置の構成
の一例を図２に示す。図２において、２５は電解透析
槽、２６は前置電気透析槽、２７は直列に接続された一
連の主電気透析槽のうちの第１段の主電気透析槽、２８
は最終段の主電気透析槽（中間段の主電気透析槽は省
略）、２９は陽イオン交換膜、３０は陰イオン交換膜、
３１は陰極室、３２は中央液室、３３は陽極室、３４は
陰極室循環液槽、３５は陽極室循環液槽、３６は中央室
循環液槽、３７は濃縮液室、３８は希釈液室、３９は濃
縮液循環槽、４０は希釈液循環槽、４１は被処理排水、
４２は処理済排水、４３および４４は置換水、４５およ
び４６は吸収水、４７は回収塩基、４８は回収酸、４９
は電気透析槽中央室液から還流、５０は直列に接続され
た一連の主電気透析槽の濃縮液からの還流である。
中性塩を含む排水の処理方法を適用する処理装置の構成
の一例を図２に示す。図２において、２５は電解透析
槽、２６は前置電気透析槽、２７は直列に接続された一
連の主電気透析槽のうちの第１段の主電気透析槽、２８
は最終段の主電気透析槽（中間段の主電気透析槽は省
略）、２９は陽イオン交換膜、３０は陰イオン交換膜、
３１は陰極室、３２は中央液室、３３は陽極室、３４は
陰極室循環液槽、３５は陽極室循環液槽、３６は中央室
循環液槽、３７は濃縮液室、３８は希釈液室、３９は濃
縮液循環槽、４０は希釈液循環槽、４１は被処理排水、
４２は処理済排水、４３および４４は置換水、４５およ
び４６は吸収水、４７は回収塩基、４８は回収酸、４９
は電気透析槽中央室液から還流、５０は直列に接続され
た一連の主電気透析槽の濃縮液からの還流である。
【００３９】ここで、排水の処理プロセス内における液
体の移送は回分的または連続的に行われる。すなわち、
電気透析槽の希釈室循環槽４０に供給液または電解透析
槽の中央室循環液槽３６に被処理排水または前段から受
け入れた供給液を受入れ、希釈室液と濃縮液または回収
酸、回収塩基のイオン濃度が所定のレベルに到達するま
で電気透析槽または電解透析槽の運転を回分的に続ける
ことができる。しかし、この場合には電気透析槽の濃縮
液３７あるいは電解透析槽の陰極室３１および陽極室３
３に流入する液体は電気伝導性を有することが必要であ
り、後段の主電気透析槽の濃縮液を供給する場合を除い
て適当な濃度の塩または酸あるいは塩基水溶液を用い
て、かつ、運転中に適当な電流が流れるように電圧を連
続的に制御する必要がある。
体の移送は回分的または連続的に行われる。すなわち、
電気透析槽の希釈室循環槽４０に供給液または電解透析
槽の中央室循環液槽３６に被処理排水または前段から受
け入れた供給液を受入れ、希釈室液と濃縮液または回収
酸、回収塩基のイオン濃度が所定のレベルに到達するま
で電気透析槽または電解透析槽の運転を回分的に続ける
ことができる。しかし、この場合には電気透析槽の濃縮
液３７あるいは電解透析槽の陰極室３１および陽極室３
３に流入する液体は電気伝導性を有することが必要であ
り、後段の主電気透析槽の濃縮液を供給する場合を除い
て適当な濃度の塩または酸あるいは塩基水溶液を用い
て、かつ、運転中に適当な電流が流れるように電圧を連
続的に制御する必要がある。
【００４０】あるいは、それぞれの主電気透析槽の希釈
室液濃度および濃縮室液濃度あるいは電解透析槽の中央
室液濃度および電極室液濃度を所定の取り出し液濃度に
保ちながら被処理排水または前段から受け入れた供給液
を連続的に受入れ、供給液量とイオン交換膜を透過する
液量の和または差に相当する液量を循環液槽から連続的
に抜き出して次段の処理工程に移送する連続的運転が同
等の処理能力を保って可能である。この場合には電解透
析槽内の電気伝導性が常に一定になっているため運転中
に電流値を一定に保つために電圧を一定に制御していれ
ばよい。従って、連続的に液移送を行う運転は回分的に
行う方法と比較して好ましいものである。
室液濃度および濃縮室液濃度あるいは電解透析槽の中央
室液濃度および電極室液濃度を所定の取り出し液濃度に
保ちながら被処理排水または前段から受け入れた供給液
を連続的に受入れ、供給液量とイオン交換膜を透過する
液量の和または差に相当する液量を循環液槽から連続的
に抜き出して次段の処理工程に移送する連続的運転が同
等の処理能力を保って可能である。この場合には電解透
析槽内の電気伝導性が常に一定になっているため運転中
に電流値を一定に保つために電圧を一定に制御していれ
ばよい。従って、連続的に液移送を行う運転は回分的に
行う方法と比較して好ましいものである。
【００４１】処理プロセスには直列に接続した一連の主
電気透析槽を通過した濃縮液と電解透析槽の中央室液が
被処理排水と合わせて前置電気透析槽に供給される。こ
れらの全てが処理済排水となって環境に放出される。
電気透析槽を通過した濃縮液と電解透析槽の中央室液が
被処理排水と合わせて前置電気透析槽に供給される。こ
れらの全てが処理済排水となって環境に放出される。
【００４２】酸および塩基は吸収水量に依存して適当な
濃度として回収されるが、電解透析槽の中央室液となる
前置電気透析槽の濃縮液における塩濃度を被処理排水の
塩濃度より高くできるので回収酸および回収塩基の濃度
を高くすることが容易である。
濃度として回収されるが、電解透析槽の中央室液となる
前置電気透析槽の濃縮液における塩濃度を被処理排水の
塩濃度より高くできるので回収酸および回収塩基の濃度
を高くすることが容易である。
【００４３】上述の構成に係らず、本実施例は電解透析
槽が陰イオン交換膜を隔膜とする陰極室と陽極室の２室
からなり、陰極室に一価のイオンから構成される中性塩
を含んだ排水を供給して中性塩を電解して陽極室中で酸
を生成させて回収し、陰極室中で塩基を生成させて回収
する方法と組み合わせることが可能である。この方法は
電解透析槽の構成が簡単であり、生成する塩基が中性塩
を含む陰極室液から蒸留法などによって容易に分離して
回収することができる水酸化アンモニウムである場合に
適用が容易である。
槽が陰イオン交換膜を隔膜とする陰極室と陽極室の２室
からなり、陰極室に一価のイオンから構成される中性塩
を含んだ排水を供給して中性塩を電解して陽極室中で酸
を生成させて回収し、陰極室中で塩基を生成させて回収
する方法と組み合わせることが可能である。この方法は
電解透析槽の構成が簡単であり、生成する塩基が中性塩
を含む陰極室液から蒸留法などによって容易に分離して
回収することができる水酸化アンモニウムである場合に
適用が容易である。
【００４４】０.５グラムモル／リットルの硝酸アンモ
ニウムを含む排水を１日に６ｍ3処理して、環境に放出
する排水中の硝酸アンモニウム濃度を０.４ ミリグラム
モル／リットル以下とした。被処理排水は、６ミリグラ
ムモル／リットルの硫酸イオンと０.１５ ミリグラムモ
ル／リットルのマグネシウムイオンを含む。
ニウムを含む排水を１日に６ｍ3処理して、環境に放出
する排水中の硝酸アンモニウム濃度を０.４ ミリグラム
モル／リットル以下とした。被処理排水は、６ミリグラ
ムモル／リットルの硫酸イオンと０.１５ ミリグラムモ
ル／リットルのマグネシウムイオンを含む。
【００４５】前置電気透析槽２６および直列に接続され
た各主電気透析槽２７，２８は、それぞれ硝酸アンモニ
ウム濃度を１／６に低下させる能力を有する。主電気透
析槽３基は直列に接続され全ての液の移送を連続的に行
った。前置電気透析槽３６の濃縮液室置換液量および直
列に接続された一連の主電気透析槽の濃縮液室置換液量
は外部から供給する液量とイオン交換膜を透過する液量
との和または差であり、それぞれ１日あたりに１.５ｍ3
であった。
た各主電気透析槽２７，２８は、それぞれ硝酸アンモニ
ウム濃度を１／６に低下させる能力を有する。主電気透
析槽３基は直列に接続され全ての液の移送を連続的に行
った。前置電気透析槽３６の濃縮液室置換液量および直
列に接続された一連の主電気透析槽の濃縮液室置換液量
は外部から供給する液量とイオン交換膜を透過する液量
との和または差であり、それぞれ１日あたりに１.５ｍ3
であった。
【００４６】電気透析槽２６，２７，２８は全て一価陽
イオン選択透過性イオン交換膜と一価陰イオン選択透過
性イオン交換膜で構成された。
イオン選択透過性イオン交換膜と一価陰イオン選択透過
性イオン交換膜で構成された。
【００４７】１日に除去処理すべき硝酸アンモニウムの
量は、電解透析槽の中央室液および電気透析槽の最終濃
縮液に係る循環処理量を含めて４５００グラムモルであ
る。前置電気透析槽２６は１日に全処理量の５／６に相
当する３７５０グラムモルを電気透析することになるた
め必要な電気量は電流効率を７０％として５３５７ファ
ラディであり、表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧
を３７Ｖとした場合にイオン交換膜２０対を膜間隔距離
１mmでフィルタプレス型スタックとし、２５℃において
３００Ａの電流を流して処理を行った。希釈液の濃度は
８３.３ ミリグラムモル／リットル、濃縮液の濃度は
２.５ グラムモル／リットルであった。
量は、電解透析槽の中央室液および電気透析槽の最終濃
縮液に係る循環処理量を含めて４５００グラムモルであ
る。前置電気透析槽２６は１日に全処理量の５／６に相
当する３７５０グラムモルを電気透析することになるた
め必要な電気量は電流効率を７０％として５３５７ファ
ラディであり、表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧
を３７Ｖとした場合にイオン交換膜２０対を膜間隔距離
１mmでフィルタプレス型スタックとし、２５℃において
３００Ａの電流を流して処理を行った。希釈液の濃度は
８３.３ ミリグラムモル／リットル、濃縮液の濃度は
２.５ グラムモル／リットルであった。
【００４８】第１段の主電気透析槽２７では１日で６２
５グラムモルを電気透析槽することになるため必要な電
気量は電流効率５０％として１２５０ファラディであ
り、表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を４２Ｖと
した場合にイオン交換膜１８対を膜間隔距離１mmでフィ
ルタプレス型スタックとし、２５℃において７８Ａの電
流を流して処理を行った。希釈液の濃度は１３.９ ミリ
グラムモル／リットル、濃縮液の濃度は４９８ミリグラ
ムモル／リットルであった。
５グラムモルを電気透析槽することになるため必要な電
気量は電流効率５０％として１２５０ファラディであ
り、表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を４２Ｖと
した場合にイオン交換膜１８対を膜間隔距離１mmでフィ
ルタプレス型スタックとし、２５℃において７８Ａの電
流を流して処理を行った。希釈液の濃度は１３.９ ミリ
グラムモル／リットル、濃縮液の濃度は４９８ミリグラ
ムモル／リットルであった。
【００４９】第２段の主電気透析槽２７では１日で１０
４．２グラムモルを電気透析することになるため必要な
電気量は電流効率を４０％として２６１ファラディであ
り、表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を５０Ｖと
した場合にイオン交換膜１５対を膜間隔距離１mmでフィ
ルタプレス型スタックとし、２５℃において２０Ａの電
流を流して処理を行った。希釈液の濃度は２.３ ミリグ
ラムモル／リットル、濃縮液の濃度は８３.３ ミリグラ
ムモル／リットルであった。
４．２グラムモルを電気透析することになるため必要な
電気量は電流効率を４０％として２６１ファラディであ
り、表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を５０Ｖと
した場合にイオン交換膜１５対を膜間隔距離１mmでフィ
ルタプレス型スタックとし、２５℃において２０Ａの電
流を流して処理を行った。希釈液の濃度は２.３ ミリグ
ラムモル／リットル、濃縮液の濃度は８３.３ ミリグラ
ムモル／リットルであった。
【００５０】第３段（最終段）の主電気透析槽２８では
１日で１７.３ グラムモルを電気透析することになるた
め必要な電気量は電流効率を３５％として４９ファラデ
ィであり、表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を５
０Ｖとした場合にイオン交換膜１１対を膜間隔距離１mm
でフィルタプレス型スタックとし、２５℃において５Ａ
の電流を流して処理を行った。希釈液の濃度は０.４ ミ
リグラムモル／リットル、濃縮液の濃度は１３.９ ミリ
グラムモル／リットルであった。
１日で１７.３ グラムモルを電気透析することになるた
め必要な電気量は電流効率を３５％として４９ファラデ
ィであり、表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を５
０Ｖとした場合にイオン交換膜１１対を膜間隔距離１mm
でフィルタプレス型スタックとし、２５℃において５Ａ
の電流を流して処理を行った。希釈液の濃度は０.４ ミ
リグラムモル／リットル、濃縮液の濃度は１３.９ ミリ
グラムモル／リットルであった。
【００５１】陽極と接する濃縮液と陰極に接する濃縮液
はそれぞれ共通の濃縮液循環槽から循環した。硝酸アン
モニウムの水溶液の水素イオン濃度は硝酸アンモニウム
濃度に殆ど係らずｐＨ＝４.８ であり、陰極液の水素イ
オン濃度は水酸化マグネシウムが沈殿する限界の水素イ
オン濃度であるｐＨ＝１２には至らなかった。
はそれぞれ共通の濃縮液循環槽から循環した。硝酸アン
モニウムの水溶液の水素イオン濃度は硝酸アンモニウム
濃度に殆ど係らずｐＨ＝４.８ であり、陰極液の水素イ
オン濃度は水酸化マグネシウムが沈殿する限界の水素イ
オン濃度であるｐＨ＝１２には至らなかった。
【００５２】処理済排水の硝酸アンモニウム濃度は０.
４ ミリグラムモル／リットルとなり、ごく僅かの硫酸
イオンおよびマグネシウムイオンを含んでいた。一方、
電解透析槽２５には硝酸アンモニウムを１日で３７５０
グラムモル供給して３０００グラムモルを硝酸とアンモ
ニアに分解することになるため必要な電気量は電流効率
を７０％として４２８６ファラディであり、表面積が
０.２ｍ2のイオン交換膜で電流密度を１５００Ａ／ｍ2
とすることからイオン交換膜と電極の１７対を膜間隔距
離１０mmでスタックとし２５℃において各セル電圧５.
４Ｖ で３００Ａの電流を流して処理を行った。硝酸の
吸収液量は１ｍ3 ／日 して硝酸濃度は３グラムモル／
リットル、水酸化アンモニウムの吸収液量は１ｍ3 ／日
とし、吸収液には中央室液と同等以上の電気伝導度を与
えるために常時硫酸イオン濃度を０.３グラムモル／リ
ットルに保ち、吸収液中の水酸化アンモニウム濃度は３
グラムモル／リットルであった。中央室出口液の硝酸ア
ンモニウム濃度は０.５ グラムモル／リットルとした。
４ ミリグラムモル／リットルとなり、ごく僅かの硫酸
イオンおよびマグネシウムイオンを含んでいた。一方、
電解透析槽２５には硝酸アンモニウムを１日で３７５０
グラムモル供給して３０００グラムモルを硝酸とアンモ
ニアに分解することになるため必要な電気量は電流効率
を７０％として４２８６ファラディであり、表面積が
０.２ｍ2のイオン交換膜で電流密度を１５００Ａ／ｍ2
とすることからイオン交換膜と電極の１７対を膜間隔距
離１０mmでスタックとし２５℃において各セル電圧５.
４Ｖ で３００Ａの電流を流して処理を行った。硝酸の
吸収液量は１ｍ3 ／日 して硝酸濃度は３グラムモル／
リットル、水酸化アンモニウムの吸収液量は１ｍ3 ／日
とし、吸収液には中央室液と同等以上の電気伝導度を与
えるために常時硫酸イオン濃度を０.３グラムモル／リ
ットルに保ち、吸収液中の水酸化アンモニウム濃度は３
グラムモル／リットルであった。中央室出口液の硝酸ア
ンモニウム濃度は０.５ グラムモル／リットルとした。
【００５３】回収硝酸中に含まれる硫酸イオンの濃度は
０.４ ミリグラムモル／リットル以下であり、被処理排
水中に存在した硫酸イオンの硝酸イオンに対するモル比
は１.２％ であったところが、回収した硝酸中に存在し
た硫酸イオンの硝酸イオンに対する比は０.０１３％ で
あった。また、電解透析槽２５の中央室に対する供給液
中のマグネシウムの量は被処理排水中の量と比較して約
１０％に低減された。
０.４ ミリグラムモル／リットル以下であり、被処理排
水中に存在した硫酸イオンの硝酸イオンに対するモル比
は１.２％ であったところが、回収した硝酸中に存在し
た硫酸イオンの硝酸イオンに対する比は０.０１３％ で
あった。また、電解透析槽２５の中央室に対する供給液
中のマグネシウムの量は被処理排水中の量と比較して約
１０％に低減された。
【００５４】本実施例に係る方法によって硝酸アンモニ
ウムを０.５ グラムモル／リットル含む排水の６ｍ3 を
処理した結果、電解透析および電気透析に消費された電
力は１０１４ｋＷ時であり、１ｋｇの硝酸アンモニウム
を排水から除去し、硝酸とアンモニアを回収するために
消費された透析電力は４.２ｋＷ 時であった。硝酸とア
ンモニアを回収する電解透析槽２５で６５.２％ の電力
を消費しているが、前置電気透析槽２６の消費電力は２
６.４％ であり、直列に接続された３基の電気透析槽２
７，２８の消費電力は８.４％ である。
ウムを０.５ グラムモル／リットル含む排水の６ｍ3 を
処理した結果、電解透析および電気透析に消費された電
力は１０１４ｋＷ時であり、１ｋｇの硝酸アンモニウム
を排水から除去し、硝酸とアンモニアを回収するために
消費された透析電力は４.２ｋＷ 時であった。硝酸とア
ンモニアを回収する電解透析槽２５で６５.２％ の電力
を消費しているが、前置電気透析槽２６の消費電力は２
６.４％ であり、直列に接続された３基の電気透析槽２
７，２８の消費電力は８.４％ である。
【００５５】ここで、従来の技術である電解透析槽と電
気透析槽を単に結合して本実施例の効果を確認した。従
来の技術である電解透析槽と電気透析槽を単に結合した
構成を図５に示す。
気透析槽を単に結合して本実施例の効果を確認した。従
来の技術である電解透析槽と電気透析槽を単に結合した
構成を図５に示す。
【００５６】図５において、図２の実施例の作用を示し
ている図４との特徴的な相違は被処理排水（電気透析槽
の濃縮液からの還流を含む）が電解透析槽の中央室循環
液槽に直接供給されていることであり、電解透析槽の中
央室から排出される塩濃度が低下した希釈液は直列に接
続された一連の電気透析槽の希釈液循環槽を順次に経由
して処理され最終的に排出される。
ている図４との特徴的な相違は被処理排水（電気透析槽
の濃縮液からの還流を含む）が電解透析槽の中央室循環
液槽に直接供給されていることであり、電解透析槽の中
央室から排出される塩濃度が低下した希釈液は直列に接
続された一連の電気透析槽の希釈液循環槽を順次に経由
して処理され最終的に排出される。
【００５７】図２の実施例と同様の排水を１日に６ｍ3
処理して、環境に放出する排水中の硝酸アンモニウム濃
度を０.４ ミリグラムモル／リットル以下とした。
処理して、環境に放出する排水中の硝酸アンモニウム濃
度を０.４ ミリグラムモル／リットル以下とした。
【００５８】電解透析槽および直列に接続された３基の
主電気透析槽ではそれぞれ硝酸アンモニウム濃度を１／
６に低下させるものとし、全ての液の移送は連続的に行
った。このプロセスでは置換水の供給は第３電気透析槽
の濃縮液室にのみ行われ、濃縮液流の硝酸アンモニウム
濃度が最終的に０．５グラムモル／リットルとなるよう
に置換水流量は１日あたり１.２ｍ3とし、処理プロセス
に流れる液は濃度が０.５ グラムモル／リットルで液量
が７.２ｍ3となった。
主電気透析槽ではそれぞれ硝酸アンモニウム濃度を１／
６に低下させるものとし、全ての液の移送は連続的に行
った。このプロセスでは置換水の供給は第３電気透析槽
の濃縮液室にのみ行われ、濃縮液流の硝酸アンモニウム
濃度が最終的に０．５グラムモル／リットルとなるよう
に置換水流量は１日あたり１.２ｍ3とし、処理プロセス
に流れる液は濃度が０.５ グラムモル／リットルで液量
が７.２ｍ3となった。
【００５９】電解透析槽と全ての電気透析槽は、一価陽
イオン選択透過性イオン交換膜と一価陰イオン選択透過
性イオン交換膜で構成された。
イオン選択透過性イオン交換膜と一価陰イオン選択透過
性イオン交換膜で構成された。
【００６０】１日に除去処理すべき硝酸アンモニウムの
量は循環処理量を含めて３６００グラムモルであり、電
解透析槽は１日に５／６に相当する３０００グラムモル
を電解透析して硝酸と水酸化アンモニウムに分解を行
う。従って、必要な電気量は電流効率を７０％として４
２８６ファラディである。表面積が０.２ｍ2のイオン交
換膜で電流密度を１５００Ａ／ｍ2 とすることからイオ
ン交換膜と電極の１７対を膜間隔距離１０mmでスタック
とし２５℃において各セルに電圧２１Ｖで３００Ａの電
流を流して処理を行った。硝酸の吸収液量は１ｍ3 ／日
として硝酸濃度は３グラムモル／リットル、水酸化アン
モニウムの吸収液量は１ｍ3 ／日とし、吸収液には中央
室液と同等以上の電気伝導度を与えるために常時硫酸イ
オン濃度を０.０５ グラムモル／リットルに保ち、吸収
液中の水酸化アンモニウム濃度は３グラムモル／リット
ルであった。中央室出口液の硝酸アンモニウム濃度は8
3.3ミリグラムモル／リットルとした。
量は循環処理量を含めて３６００グラムモルであり、電
解透析槽は１日に５／６に相当する３０００グラムモル
を電解透析して硝酸と水酸化アンモニウムに分解を行
う。従って、必要な電気量は電流効率を７０％として４
２８６ファラディである。表面積が０.２ｍ2のイオン交
換膜で電流密度を１５００Ａ／ｍ2 とすることからイオ
ン交換膜と電極の１７対を膜間隔距離１０mmでスタック
とし２５℃において各セルに電圧２１Ｖで３００Ａの電
流を流して処理を行った。硝酸の吸収液量は１ｍ3 ／日
として硝酸濃度は３グラムモル／リットル、水酸化アン
モニウムの吸収液量は１ｍ3 ／日とし、吸収液には中央
室液と同等以上の電気伝導度を与えるために常時硫酸イ
オン濃度を０.０５ グラムモル／リットルに保ち、吸収
液中の水酸化アンモニウム濃度は３グラムモル／リット
ルであった。中央室出口液の硝酸アンモニウム濃度は8
3.3ミリグラムモル／リットルとした。
【００６１】図５の第１段の電気透析槽は、１日で５０
０グラムモルを電気透析することになるため必要な電気
量が電流効率が５０％として１０００ファラディデあ
る。表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を３５Ｖと
した場合にイオン交換膜１５対を膜間隔距離１mmでフィ
ルタプレス型スタックとし、２５℃において７８Ａの電
流を流して処理を行った。希釈液の濃度は１３.９ ミリ
グラムモル／リットル、濃縮液の濃度は４９８ミリグラ
ムモル／リットルであった。
０グラムモルを電気透析することになるため必要な電気
量が電流効率が５０％として１０００ファラディデあ
る。表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を３５Ｖと
した場合にイオン交換膜１５対を膜間隔距離１mmでフィ
ルタプレス型スタックとし、２５℃において７８Ａの電
流を流して処理を行った。希釈液の濃度は１３.９ ミリ
グラムモル／リットル、濃縮液の濃度は４９８ミリグラ
ムモル／リットルであった。
【００６２】図５の第２段の電気透析槽は、１日で８
３.４ グラムモルを電気透析することになるため必要な
電気量が電流効率が４０％として２０９ファラディデあ
る。表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を４０Ｖと
した場合にイオン交換膜１２対を膜間隔距離１mmでフィ
ルタプレス型スタックとし、２５℃において２０Ａの電
流を流して処理を行った。希釈液の濃度は２.３ ミリグ
ラムモル／リットル、濃縮液の濃度は８３.３ ミリグラ
ムモル／リットルであった。
３.４ グラムモルを電気透析することになるため必要な
電気量が電流効率が４０％として２０９ファラディデあ
る。表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を４０Ｖと
した場合にイオン交換膜１２対を膜間隔距離１mmでフィ
ルタプレス型スタックとし、２５℃において２０Ａの電
流を流して処理を行った。希釈液の濃度は２.３ ミリグ
ラムモル／リットル、濃縮液の濃度は８３.３ ミリグラ
ムモル／リットルであった。
【００６３】図５の第３段（最終段）の電気透析槽は、
１日で１３.８ グラムモルを電気透析することになるた
め必要な電気量が電流効率が３５％として３９ファラデ
ィデある。表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を３
９Ｖとした場合にイオン交換膜９対を膜間隔距離１mmで
フィルタプレス型スタックとし、２５℃において５Ａの
電流を流して処理を行った。希釈液の濃度は０.４ ミリ
グラムモル／リットル、濃縮液の濃度は１３.９ ミリグ
ラムモル／リットルであった。
１日で１３.８ グラムモルを電気透析することになるた
め必要な電気量が電流効率が３５％として３９ファラデ
ィデある。表面積が０.２ｍ2のイオン交換膜で電圧を３
９Ｖとした場合にイオン交換膜９対を膜間隔距離１mmで
フィルタプレス型スタックとし、２５℃において５Ａの
電流を流して処理を行った。希釈液の濃度は０.４ ミリ
グラムモル／リットル、濃縮液の濃度は１３.９ ミリグ
ラムモル／リットルであった。
【００６４】処理済排水の硝酸アンモニウム濃度は０.
４ ミリグラムモル／リットルであり、ごく僅かの硫酸
イオンおよびマグネシウムイオンを含んでいたが図２の
実施例と実質的に相違はなかった。
４ ミリグラムモル／リットルであり、ごく僅かの硫酸
イオンおよびマグネシウムイオンを含んでいたが図２の
実施例と実質的に相違はなかった。
【００６５】一方、回収硝酸中に含まれる硫酸イオンの
濃度は４.７ ミリグラムモル／リットルであり、被処理
排水中に存在した硫酸イオンの硝酸イオンに対するモル
比は１.２％ であったところが、回収した硝酸中に存在
した硫酸イオンの硝酸イオンに対するモル濃度比は０．
１６％であり、図２の実施例と比較すると１２倍高かっ
た。図５の電解透析槽の中央室に対する供給液中のマグ
ネシウムの濃度は図２の実施例の場合と比較して約２倍
高かった。
濃度は４.７ ミリグラムモル／リットルであり、被処理
排水中に存在した硫酸イオンの硝酸イオンに対するモル
比は１.２％ であったところが、回収した硝酸中に存在
した硫酸イオンの硝酸イオンに対するモル濃度比は０．
１６％であり、図２の実施例と比較すると１２倍高かっ
た。図５の電解透析槽の中央室に対する供給液中のマグ
ネシウムの濃度は図２の実施例の場合と比較して約２倍
高かった。
【００６６】図５において硝酸アンモニウムを０.５グ
ラムモル／リットル含む排水の６ｍ3を処理した結果、
電解透析および電気透析に消費された電力は２３５７ｋ
Ｗ時であり、１ｋｇの硝酸アンモニウムを排水から除去
し、硝酸と水酸化アンモニウムを回収するために消費さ
れた透析電力は９.８ｋＷ 時であった。
ラムモル／リットル含む排水の６ｍ3を処理した結果、
電解透析および電気透析に消費された電力は２３５７ｋ
Ｗ時であり、１ｋｇの硝酸アンモニウムを排水から除去
し、硝酸と水酸化アンモニウムを回収するために消費さ
れた透析電力は９.８ｋＷ 時であった。
【００６７】図５の構成において、図２の実施例と比較
して前置電気透析槽を使用しないにも係らず電力消費量
が大きい理由は電解透析槽における中央室内の硝酸アン
モニウム濃度が低くく、比電気抵抗が大きいため高い電
圧が必要となるためである。硝酸と水酸化アンモニウム
を回収する電解透析槽で電力消費の９６％を占め、直列
に接続された３基の電気透析槽で排水から硝酸アンモニ
ウムを除去するための消費電力は４％であった。
して前置電気透析槽を使用しないにも係らず電力消費量
が大きい理由は電解透析槽における中央室内の硝酸アン
モニウム濃度が低くく、比電気抵抗が大きいため高い電
圧が必要となるためである。硝酸と水酸化アンモニウム
を回収する電解透析槽で電力消費の９６％を占め、直列
に接続された３基の電気透析槽で排水から硝酸アンモニ
ウムを除去するための消費電力は４％であった。
【００６８】
【発明の効果】電解透析と電気透析の組合せにより、排
水中に含まれる一価イオンの中性塩を低い濃度にまで除
去処理することが可能になるが、本発明によれば、回収
される硝酸の不純物となる硫酸の濃度を１／１２にする
ことが可能であり、また、回収される塩基の不純物とな
るマグネシウムの濃度を１／２にすること可能であり、
電解透析槽の運転中に陰極液中で水酸化マグネシウムの
沈殿が析出して運転の障害となる可能性が少なくなる。
水中に含まれる一価イオンの中性塩を低い濃度にまで除
去処理することが可能になるが、本発明によれば、回収
される硝酸の不純物となる硫酸の濃度を１／１２にする
ことが可能であり、また、回収される塩基の不純物とな
るマグネシウムの濃度を１／２にすること可能であり、
電解透析槽の運転中に陰極液中で水酸化マグネシウムの
沈殿が析出して運転の障害となる可能性が少なくなる。
【００６９】また、本発明により特に酸と塩基を回収す
るために必要な消費電力は従来の技術の組合せと比較し
て著しく節約できる。単位処理量当たりの消費電力量が
本発明によって約１／２となった。これは、前置電気透
析槽によって電解透析槽への供給液が濃縮されているこ
とに基づく効果である。この効果は例えば硝酸ナトリウ
ムを電解透析して硝酸と苛性ソーダを回収する場合にも
同様に得られる。
るために必要な消費電力は従来の技術の組合せと比較し
て著しく節約できる。単位処理量当たりの消費電力量が
本発明によって約１／２となった。これは、前置電気透
析槽によって電解透析槽への供給液が濃縮されているこ
とに基づく効果である。この効果は例えば硝酸ナトリウ
ムを電解透析して硝酸と苛性ソーダを回収する場合にも
同様に得られる。
【図１】本発明の概念を示す図である。
【図２】本発明の好適な一実施例であり図１の構成を具
体的に示した一価イオンの中性塩を含む排水の処理装置
の構成図である。
体的に示した一価イオンの中性塩を含む排水の処理装置
の構成図である。
【図３】従来の処理装置の構成を示す図である。
【図４】従来の処理装置の構成図である。
【図５】従来の技術を組み合わせた一価イオンの中性塩
を含む排水の処理の作用説明図である。
を含む排水の処理の作用説明図である。
２５…電解透析槽、２６…前置電気透析槽、２７…第１
段電気透析槽、２８…最終段電気透析槽、２９…陽イオ
ン交換膜、３０…陰イオン交換膜、３１…陰極室、３２
…中央室、３３…陽極室、３４…陰極室循環液槽、３５
…陽極室循環液槽、３６…中央室循環液槽、３７…希釈
液室、３８…濃縮液室、３９…濃縮液循環槽、４０…希
釈液循環槽。
段電気透析槽、２８…最終段電気透析槽、２９…陽イオ
ン交換膜、３０…陰イオン交換膜、３１…陰極室、３２
…中央室、３３…陽極室、３４…陰極室循環液槽、３５
…陽極室循環液槽、３６…中央室循環液槽、３７…希釈
液室、３８…濃縮液室、３９…濃縮液循環槽、４０…希
釈液循環槽。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C02F 1/469 B01D 61/44 - 61/54 510
Claims (8)
- 【請求項１】溶液中の中性塩を、構成する酸と塩基に分
解して回収する電解透析槽に供給される供給液が被処理
排水から電気透析によって塩を分離する前置電気透析槽
の濃縮液であり、前記前置電気透析槽の希釈液は直列に
接続された複数の主電気透析槽に供給されて塩濃度を低
下させることを特徴とする一価イオンの中性塩を含む排
水の処理方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の方法において、直列に接
続された前記各主電気透析槽の濃縮液室には次段の前記
主電気透析槽の濃縮液が希釈液と逆の方向に順次供給さ
れ一段目の前記電気透析槽から吐出された濃縮液を、前
記前置電気透析槽への供給液である前記被処理排水に合
流させる一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法。 - 【請求項３】請求項１に記載の方法において、少なくと
も一方が一価イオンを選択的に透過するイオン交換膜で
ある陽イオン交換膜と陰イオン交換膜によって画定され
た希釈液室及び濃縮液室を有する前置電気透析槽内の前
記希釈液室に前記被処理排水を供給して電気透析するこ
とにより塩を前記濃縮液室に移行・濃縮する一価イオン
の中性塩を含む排水の処理方法。 - 【請求項４】請求項１に記載の方法において、少なくと
も一方が一価イオンを選択的に透過するイオン交換膜で
ある陽イオン交換膜と陰イオン交換膜によって画定され
た陽極室，中央液室及び陰極室を有する前記電解透析槽
内の前記中央室に一価イオンの塩を含む排水を供給して
電解透析することにより塩を構成する一価陰イオンの酸
と一価陽イオンの塩基に分解し、前記陽極室に酸を、前
記陰極室に塩基を生成させて回収することを特徴とする
一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法。 - 【請求項５】請求項４に記載の方法において、一価イオ
ンの塩を構成する陽イオンがアンモニウムイオンであっ
て、陰極室に水酸化アンモニウムを生成させ、さらに陰
極室液からアンモニアを回収する場合に、陰極室液に電
気伝導性を与えるために強電解質である酸またはアルカ
リを添加する一価イオンの中性塩を含む排水の処理方
法。 - 【請求項６】請求項１に記載の方法において、少なくと
も一方が一価イオンを選択的に透過するイオン交換膜で
ある陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜によって画定さ
れる希釈液室及び濃縮液室を有する前記主電気透析槽内
の前記希釈液室に前記前置電気透析槽あるいは前段の前
記主電気透析槽の希釈液を供給して電気透析することに
より塩を前記濃縮液室に移行・濃縮する一価イオンの中
性塩を含む排水の処理方法。 - 【請求項７】請求項１に記載の方法において、前記電解
透析槽の中央室の出口液を前記前置電気透析槽への供給
液である前記被処理排水に還流して合流させる一価イオ
ンの中性塩を含む排水の処理方法。 - 【請求項８】 請求項２または３に記載の方法において、
前記前置電気透析槽および前記主電気透析槽に含まれる
複数の希釈液室と濃縮液室においてそれぞれ回分的に供
給された共通の希釈液と濃縮液が一定の流量で循環さ
れ、それぞれが所定の濃度に到達するまで電気透析を続
ける一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13532094A JP3164970B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法 |
| US08/470,484 US5578181A (en) | 1994-06-17 | 1995-06-06 | Method for treating waste water containing neutral salts comprising monovalent ions |
| DE69526283T DE69526283T2 (de) | 1994-06-17 | 1995-06-13 | Verfahren zum Behandeln von Abwasser, das neutrale Salze, umfassend einwertige Ionen, enthält |
| EP95304050A EP0687652B1 (en) | 1994-06-17 | 1995-06-13 | A method for treating waste water containing neutral salts comprising monovalent ions |
| CA002151753A CA2151753C (en) | 1994-06-17 | 1995-06-14 | A method for treating waste water containing neutral salts comprising monovalent ions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13532094A JP3164970B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH081168A JPH081168A (ja) | 1996-01-09 |
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ID=15149000
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13532094A Expired - Fee Related JP3164970B2 (ja) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | 一価イオンの中性塩を含む排水の処理方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5578181A (ja) |
| EP (1) | EP0687652B1 (ja) |
| JP (1) | JP3164970B2 (ja) |
| CA (1) | CA2151753C (ja) |
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| JP3859358B2 (ja) * | 1998-05-26 | 2006-12-20 | クロリンエンジニアズ株式会社 | 電解水製造装置 |
| US7962414B1 (en) * | 2000-05-11 | 2011-06-14 | Thomson Licensing | Method and system for controlling and auditing content/service systems |
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| EP2192595A4 (en) * | 2007-12-05 | 2012-10-03 | Jgc Corp | PROCESS FOR TREATING A RADIOACTIVE WASTE SOLUTION AND TREATMENT APPARATUS |
| CN101503257B (zh) * | 2008-12-02 | 2011-04-13 | 江苏华晖环保工程有限公司 | 硝酸铵冷凝液废水回收治理方法及其装备 |
| JP5574287B2 (ja) * | 2009-05-14 | 2014-08-20 | 国立大学法人東北大学 | 電気透析装置 |
| US20130146541A1 (en) | 2011-12-13 | 2013-06-13 | Nxstage Medical, Inc. | Fluid purification methods, devices, and systems |
| WO2015164744A1 (en) * | 2014-04-24 | 2015-10-29 | Nutrient Recovery & Upcycling, Llc | Electrodialysis stacks, systems, and methods for recovering ammonia and monovalent salts from anaerobic digestate |
| WO2020087177A1 (en) * | 2018-11-01 | 2020-05-07 | Saltworks Technologies Inc. | System and process for desalinating monovalent anion species from wastewater |
| JP7232158B2 (ja) | 2019-09-05 | 2023-03-02 | デノラ・ペルメレック株式会社 | 酸性水溶液の製造装置及び酸性水溶液の製造方法 |
| JP7100001B2 (ja) | 2019-09-05 | 2022-07-12 | 横河電機株式会社 | 排水の処理方法及び排水の処理装置 |
| CN113003658B (zh) * | 2021-01-21 | 2022-12-20 | 新疆新鑫矿业股份有限公司阜康冶炼厂 | 一种镍不溶阳极电积液的处理工艺 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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