JP4036732B2 - 海水淡水化方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、海水淡水化方法及び装置に関し、更に詳しくは電気的に海水を脱塩しミネラル分が豊富な飲用水ないしは植物育成用の淡水を得るための隔膜を使用しない海水淡水化方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から海水を脱塩して淡水(真水)を得る方法は種々のものが知られており、その淡水化の原理の差異により分類すると、蒸発法、逆浸透法及び電気透析法の3つに大きく分けられる。
【0003】
蒸発法は、最も歴史が古いものであり、海水を加熱して水蒸気を発生させ、この水蒸気を冷却して淡水を得る方法である。この方法は、2段フラッシュ蒸発法、多段フラッシュ蒸発法等が実用化されており、非常に純度の高い真水が得られるという利点を有しているが、熱源を必要とするためにエネルギー効率が悪く、多量の真水を必要とする用途には適しておらず、主として船舶に使用されている。
【0004】
また、逆浸透法は、半透膜の一方の側に海水を接させて海水の浸透圧以上に加圧すると真水が半透膜を通って押し出される現象を利用したものであり、加圧圧力が高いほど多量の塩分濃度の低い淡水が得られ、通常の逆浸透法淡水化プラントでは、50〜60気圧の圧力を加え、塩分濃度150ppm程度の淡水が得られている。最近は多くの大型プラントが建設されており、一日の造水能力が10万トン以上のものも稼働している。
【0005】
一方、電気透析法は、2つの対向配置された隔膜の外側にそれぞれ設けられた一対の電極間に直流電圧を印加してその2つの隔膜の間に海水を流すと、海水中のナトリウムイオンは隔膜を通って負極方向へ移動し、同じく塩素イオンは別の隔膜を通って正極方向へ移動するので、2つの隔膜の間を通された海水中の塩濃度が低下するという現象を利用したものであり、その一例として下記特許文献1に記載されているものを例にとり、電気透析法による海水淡水化装置の動作原理を詳細に説明する。
【0006】
図5は下記特許文献1に実施例として例示されている電気透析法による海水淡水化装置の一例であって、脱塩すべき原水は、活性炭フィルタ101で有機物を除去された後、3個の流量調節弁102、102'、102"を通って陽極室103、脱イオン水室104、陰極室105に送られる。陽極室103、脱イオン水室104、陰極室105は、多孔性の隔膜107、107'により区切られている。多孔性膜の他に、陽イオン交換及び陰イオン交換両方の機能を有するバイポーライオン交換膜を使用すると更に高効率でイオン交換可能である。陽極室103、陰極室105にはPt電極106、106'がそれぞれ設置されている。Pt電極106、106'に電圧可変直流電源108により一定電圧が印加されると、脱イオン水室104の中の水中に含まれる陰イオンは、隔膜107を通って陽極室103側へ移動し、一方、陽イオンは隔膜107'を通って陰極室105側へ移動して、脱イオン水室104からは溶存イオン濃度の低い脱イオン水が得られる。
【0007】
なお、この公知例では、電源108からの印加電圧を水の電気分解電圧以下、好ましくは0.7〜2Vに設定し、また、流量調節弁102、102’、102”のうち、102、102”の水流量設定値を102’の水流量設定値より小さく、1/2以下、好ましくは1/5以下に設定することにより、少量の電力で大量の脱イオン水を効率良く製造することが可能である。
【0008】
一方、Pt電極106、106’への印加電圧を水の電気分解電圧以上、即ち、2V以上、好ましくは4V以上に設定した場合、前述のものと同様に陰イオンは陽極室103に、陽イオンは陰極室105に移動して脱イオン水室104では溶存イオン濃度の低い脱イオン水が生成される他に、陽極室103内の水は電気分解反応によるO2の生成により酸化還元電位が上昇すると同時に、隔膜107を通って移動してきたCl−、SO4 2−イオン等の存在により、pHは酸性となる。一方、陰極室105内の水は電気分解反応によるH2の生成により酸化還元電位が低下すると同時に、隔膜107’を通って移動してきたNa+、Ca2+、アンモニアイオン等の存在により、pHはアルカリ性となる。
【特許文献1】
特開平8−187492号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来から知られている脱塩方法では、蒸発法はエネルギー効率が悪くて大量の海水の脱塩処理には適さないものであり、また、逆浸透法は半透膜を、また電気浸透法は隔膜を、それぞれ必要とするように、何れも何等かの隔膜が必要であり、これらの隔膜は、使用中に表面にスケールが析出したり目詰まりしたりし、或いは半透性が劣化したりするために、周期的にメンテナンスが必要であるという問題点が存在しており、これら隔膜を用いる海水淡水化装置は長期間、無保守で連続操業できるようになすことは困難であった。
【0010】
ところで、対向する2個の電極間に直流電圧を印加すると、既に述べたように、海水中のナトリウムイオンは負極側へ移動し、同じく塩素イオンは正極側へ移動する。しかしながら、そのままでは直流電圧の印加を停止すると拡散により両イオンは互いに混じり合って元の海水の状態に戻ってしまう。そのため、上記特許文献1に記載されているものでは、流通式で隔膜ないしはイオン交換膜を用いることにより、海水中のナトリウムイオン及び塩素イオンを隔膜ないしはイオン交換膜を介して両電極近傍へ移動させることにより分離し、淡水を得るようになしているわけである。
【0011】
発明者等は、上述のような隔膜を使用する方法の問題点に鑑みて、海水の淡水化に際し隔膜を必要としない方法を種々検討を重ねた結果、上記公知の電気浸透法においては隔膜を使用せずともエネルギー効率よく、長期間無保守でかつ連続的に多量の海水を脱塩処理して淡水を得ることができることを見出して、本発明を完成するに至ったのである。
【0012】
すなわち、対向する2個の電極を有する第1の流通式電気化学セルを用い、この2個の電極間に直流電圧を印加すると海水中のナトリウムイオンは負極側へ移動し、同じく塩素イオンは正極側へ移動するが、その状態で両電極の中間部付近にナトリウムイオン濃度及び塩素イオン濃度が低い領域が存在する。この場合、この両電極の中間部からイオン濃度が低い領域のみを取り出せれば淡水が得られるわけである。しかしながら、従来から普通に使用されている直方体型の流通式電気化学セルでは、隔膜を使用しない限り、出口端の中央部から淡水を取り出そうとしても、両電極端側からのイオン濃度が高い成分が混入しやすく、効率よく淡水が得られない。
【0013】
しかしながら、流通式電気化学セルの形状を、入口端から出口端へと向かうに従ってセルの横方向の距離を大きくし、また入口端から出口端へと向かうに従ってセルの高さ及び電極の高さを低くすると、そのセルの物理的構造に基いて海水が入口端から出口端へと向かうに従って各種イオンがそれぞれの電極へ向かって移動する距離が長くなるので、両電極間の中央部に生じるイオン濃度が低い領域の幅が広くなり、容易に出口端の中央部から塩分濃度の低い淡水を得ることができるようになるわけである。
【0014】
更に、対向する2個の電極を有する第1の流通式電気化学セルを用い、この2個の電極間に直流電圧を印加すると海水中のナトリウムイオンは負極側へ移動し、同じく塩素イオンは正極側へ移動するが、例えば正極近傍の海水を連続的に排出すれば、負極近傍から塩素イオン濃度が低くかつナトリウムイオンに富んだ海水が得られる。そして、この海水を更に前記第1の電気化学セルと同じ構成を有する第2の電気化学セルを通過させて再度ナトリウムイオンを負極側へ移動させ、同じく塩素イオンを正極側へ移動させ、今度は逆に負極近傍の海水を連続的に排出すれば、正極側からナトリウムイオン濃度及び塩素イオン濃度ともに低い淡水が得られるわけである。
【0015】
その際、各流通式電気化学セルの形状を、前記のものと同じように、入口端から出口端へと向かうに従ってセルの横方向の距離を大きくし、また入口端から出口端へと向かうに従ってセルの高さ及び電極の高さを低くすると、その物理的構造に基いて海水が入口端から出口端へと向かうに従って各種イオンがそれぞれの電極へ向かって移動する距離が長くなるので、各種イオンの分離効率が向上し、効率よく淡水が得られるようになる。
【0016】
以上が本発明の海水淡水化装置の基本となる動作原理であるが、上述のような構成の海水淡水化装置では得られる淡水の塩濃度はまだ高いとしても、前記海水淡水化装置を複数個使用して直列に接続すると所望の塩濃度の淡水を得ることができるようになる。
【0017】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の第1の態様によれば左右に対向配置された一対の電極を有する流通式電気化学セルを用い、両電極間に直流電圧を印加して海水を淡水化する方法において、前記流通式電気化学セルとして、両電極間の横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなされ、該セル及び両電極の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなされ、該セルの出口端の中央部から淡水を得るようになされたものを使用する海水淡水化方法が提供される。
【0018】
また、本発明の第2の態様によれば、
(a)入口端及び出口端を有し、横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなり、かつ、縦方向の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなっている細長い筒状体と、
(b)前記入口端に接続された少なくとも1つの入口と、
(c)前記細長い筒状体の左右内面に接してそれぞれ設けられた高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなっている一対の電極と、
(d)前記細長い筒状体の出口端に前記一対の電極にほぼ平行に設けられた2つの分離板により区画された3個の出口室と、
を有する流通式電気化学セルと、
前記一対の電極間に直流電圧を印加する直流電源とを備え、前記流通式電気化学セルの3個の出口室のうち、中央の出口室から淡水を得るようになされている海水淡水化装置が提供される。
【0019】
かかる第1及び第2の態様によれば、その流通式電気化学セルの独自の物理的構造に基いて海水が入口端から出口端へと向かうに従って各種イオンがそれぞれの電極へ向かって移動する距離が長くなるので、両電極間の中央部に生じるイオン濃度が低い領域の幅が広くなり、容易に出口端の中央部から塩分濃度の低い淡水を得ることができるようになる
【0020】
かかる第1及び第2の態様においては、前記流通式電気化学セルを複数個使用し、前段の流通式電気化学セルの出口室より得られた淡水を次段の流通式電気化学セルの入口端へ導入するようになすことが好ましい。このような方法を採用すれば、1個の海水淡水化装置では高度に脱塩されないとしても、複数個直列に使用することにより高度に脱塩された淡水を得ることができるようになる。
【0021】
さらに、かかる第1及び第2の態様においては、前記流通式電気化学セルの一対の電極間には粒状充填材又は多孔性充填材を配置することが望ましい。かかる構成を採用すれば、一度移動したイオンは拡散により元の状態に戻りにくくなるので、脱塩効率が向上する。
【0022】
また、本発明の第3の態様によれば、少なくとも左右に対向配置された一対の電極を有する第1及び第2の流通式電気化学セルを用い、両電極間にそれぞれ直流電圧を印加して海水を淡水化する海水淡水化方法において、前記第1の流通式電気化学セルの一方の電極側から得られる水を前記第2の流通式電気化学セルの入口端へ導入し、前記第1の流通式電気化学セルの一方の電極の極性とは反対の極性を有する前記第2の流通式電気化学セルの電極側から淡水を得るようになされた海水淡水化方法が提供される。
【0023】
さらに本発明の第4の態様によれば、
それぞれ、
(a)入口端及び出口端を有する細長い筒状体と、
(b)前記入口端に接続された少なくとも1つの入口と、
(c)前記細長い筒状体の左右内面に接してそれぞれ設けられた一対の電極と、
(d)前記細長い筒状体の出口端に前記一対の電極にほぼ平行に設けられた1つの分離板により区画された2個の出口室と、
を有する第1及び第2の流通式電気化学セルと、
前記各流通式電気化学セルの電極間にそれぞれ直流電圧を印加する直流電源と、
を備えた海水淡水化装置において、
前記第1の電気化学セルの一方の出口室が前記第2の流通式電気化学セルの入口に接続されていると共に、前記第1の電気化学セルの一方の出口室側の電極とは反対の極性を有する前記第2の流通式電気化学セルの電極側の出口室より淡水を得るようになされた海水淡水化装置が提供される。
【0024】
かかる第3及び第4の態様によれば、その流通式電気化学セルの独自の構成により、隔膜を使用することなく海水を高度に脱塩し、効率よく多量の淡水を長期間連続に生成することができるようになる。
【0025】
さらに、かかる第3及び第4の態様においては、前記第1及び第2の流通式電気化学セルとして、両電極間の横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなされ、該セル及び両電極の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなされているものを使用することが好ましい。かかる構成を採用することにより、そのセルの物理的構造に基いて海水が入口端から出口端へと向かうに従って各種イオンがそれぞれの電極へ向かって移動する距離が長くなるので、各種イオンの分離効率が向上し、効率よく淡水が得られるようになる
【0026】
また、かかる第3及び第4の態様においては、前記流通式電気化学セルの一対の電極間には粒状充填材又は多孔性充填材を配置することが望ましい。かかる構成を採用すれば、一度移動したイオンは拡散により元の状態に戻りにくくなるので、脱塩効率が向上する。
【0027】
さらに、かかる第3及び第4の態様においては、前記流通式電気化学セルの組み合わせからなる海水淡水化装置を複数個使用し、前段の海水淡水化装置の出口端より得られた淡水を次段の海水淡水化装置の入口端へ導入するようになすことが好ましい。このような方法を採用すれば、1個の海水淡水化装置では高度に脱塩されないとしても、複数個直列に使用することにより高度に脱塩された淡水を得ることができるようになる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体例を図面を用いて詳細に説明する。
(実施例1)
図1は本発明の実施例1に係る海水淡水化装置で使用する流通式電気化学セルを説明する図であり、図1(A)は正面図及び図1(B)は図1(A)のA−A線に沿った平面断面図である。この流通式電気化学セル1は、入口端2及び出口端3を有し、入口端2から出口端3へ向かうに従って、横方向の距離が大きくなり、かつ縦方向の高さが低くなっている独自の構成を有している。なおここでは入口端2が縦に細長い長方形であり、出口端3が横に細長い長方形のものを使用したが、必ずしもこのような形状のものである必要はなく、入口端が正方形のものであっても、或いは、入口端が縦に細長い楕円状であり、出口端が横の細長い楕円状のものであっても同様の効果が得られる。
【0029】
入口端2には脱塩すべき海水の入口管路4が接続されている。ここでは入口管路4を、4−1、4−2、4−3と3個に分割して設けた例を示したが、これは流通式電気化学セルに流入する海水の流れを均一にしてデッドスペースが少なくなるようにするためであり、必ずしもこのようにする必要はなく、1個であっても4個以上設けてもかまわない。この流通式電気化学セル1の内部には、左右の内壁に沿って1対の銀薄膜の表面をプラチナメッキした電極5及び5’が設けられており、この電極5及び5’からはそれぞれ図示しない電極リードが外部に引き出されている。この電極の形状は、流通式電気化学セル1の形状に従って、入口端2から出口端3に向かうに従って高さが低くなっており、さらに入口端2から出口端3に向かうに従って両電極5及び5’間の距離が長くなるようになっている。なお、電極5及び5’としては、銀薄膜の表面をプラチナメッキしたものを使用したが、これに限られるものではなく、チタン薄膜表面をプラチナメッキしたものやプラチナ薄膜自体を使用することもできるが、経済性や作成の容易性を考慮すると銀薄膜表面をプラチナメッキしたものが好ましい。
【0030】
なお、両電極5及び5’間には所望に応じて不活性の粒状充填材又は多孔性充填材6を配置してもよい。この充填材は、電気的に分離したイオンが拡散により元の状態に戻るのを遅らせるため等のために設けられる。充填材としては、アルミナ、シリカ、ムライト等のセラミックの粒子、繊維、多孔質焼結体等、ガラス繊維、粉砕した花崗岩、タルク、カオリン、ゼオライト、雲母、トルマリン等を適宜選択して使用することができる。
【0031】
また、この流通式電気化学セル1の出口端3には中央部に2枚の分離板7、7’が所定の狭い間隔を隔てて、両電極5及び5’とほぼ並行に設けられ、出口端3の両分離板7、7’の間には淡水出口室8が設けられ、この淡水出口室8には淡水出口流路9が接続されている。また、両分離板7、7’の両電極5及び5’側にはそれぞれ出口室8’、8”が設けられ、出口室8’及び8”にはそれぞれ出口流路9’及び9”が接続されている。なお、出口端3の両分離板7、7’の幅は、狭ければ狭いほど高度に脱塩化された淡水を得ることができるが、得られる淡水量が少なくなるのと分離板7、7’の位置によって得られる淡水中の塩分量が変化してしまうので、実験的に許容できる位置及び幅を定めればよい。
【0032】
なお、両電極5及び5’間に印加する直流電圧は、約0.7〜2V程度の水の電気分解電圧以下の電圧でも、それよりも大きい電圧でも任意に選択できる。本願発明では、各電極表面での電気化学反応を利用するものではなく、各電極間に印加された直流電圧による各イオンの電気泳動現象を利用するものであるので、印加電圧は高ければ高いほど分離速度は向上する。そのため、両電極間に100V以上の電圧を印加することも可能であるが、その場合は、電流が流れすぎないようにするために電流規制が必要であり、また、水の分解電圧以上の電圧を印加する場合は、電極表面に各種析出物が付着するのを防止するため及び両電極でのガスの発生を少なくするために、電圧をパルス状に印加することが望ましく、更に両電極で発生したガスが容易に混ざらないようにするためには両電極間に不活性の粒状充填材又は多孔性充填材6を配置することが望ましい。
【0033】
このような構成の流通式電気化学セル1を採用することにより、両電極間の距離が入口端から出口端へと長くなっているため、入口端では両電極間の電位傾度が大きいために各種イオンは急速に各電極に向かって動く。しかし、出口端へ向かうに従って、両電極間の距離が長くなるので電位傾度は小さくなり、本来各種イオンの移動速度は理論的には遅くなるが、流通式電気化学セルの高さが次第に低くなっているために流通式電気化学セルを移動している海水の移動速度が速くなるため、実質的に横方向のイオンの移動速度の低下は少なくなり、各イオンの移動効率が向上し、両電極5、5'の中央部にできるイオン濃度の低い部分の幅が広くなる。
【0034】
したがって、出口端3側に設けられた分離板7、7'の間に形成された淡水出口室8にはイオン濃度が低くなった淡水が得られ、この淡水は出口流路9より回収することができる。なお、分離板7、7'の間隔及び長さにより得られる淡水中のイオン濃度は変化し、正負各イオンの移動速度の差異を考慮して両分離板を設ける位置を実験的に定める必要はあるが、両分離板7、7'を間隔を狭くすればするほど、塩分濃度の低い淡水を得ることができるが、得られる淡水流量は少なくなる。したがって、必要とする塩分濃度及び淡水の流量を考慮の上で分離板7、7'の間隔及び長さを定めればよい。また、得られた淡水の塩分濃度が高すぎるとしても、もう一度上述の海水淡水化装置を通すことにより、すなわち、上記の海水淡水化装置を少なくとも2個用い、全段の海水淡水化装置で得られた淡水を次段の海水淡水化装置の入口に導入することにより、次段の海水淡水化装置の出口室からより塩分濃度が低い淡水を得ることができることは当業者にとり自明であろう。
【0035】
(実施例2)
図2は、本発明の実施例2を表す図である。図2において、海水淡水化装置10は第1の流通式電気化学セル11及び第2の流通式電気化学セル21を有している。第1の流通式電気化学セル11には、内側左右に正極13及び負極14が、また、出口端には正極13及び負極14とほぼ並行に分離板16が、それぞれ設けられており、更に正極13及び負極14の間に必要に応じて粒状充填材或いは多孔性充填材15が配置されている。同様に第2の流通式電気化学セル21には、内側左右に正極23及び負極24が、出口端には正極23及び負極24とほぼ並行に分離板26が設けられ、更に正極23と負極24の間には多孔性の充填材25が配置されている。すなわち、この実施態様では第1の流通式電気化学セル11及び第2の流通式電気化学セル21は実質的に同一の形状ないし電極配置を有している。
【0036】
そして、第1の流通式電気化学セル11の分離板16で分けられた正極側の出口流路18は流路20を経てポンプ50に接続され、同じく分離板16で分けられた負極14側の出口流路19は第2の流通式電気化学セル21の入口端に接続されている。また、第2の電気化学セル21の分離板26で分けられた負極24側の出口流路28は第1の電気化学セルからの流路18と合流して流路20を経てポンプ50に接続され、同じく分離板26で分けられた正極23側の出口流路29は流路30を経てポンプ52に接続され、流路53を経て脱塩化された淡水を得るようになされている。
【0037】
図3は、図2の流通式電気化学セル11の一具体例を説明するための図であって、図3(A)は正面図、図3(B)は図3(A)のB−B線に沿った平面断面図である。図3に示すように、この流通式電気化学セル11は、実施例1に記載のものと同様に、入口端62及び出口端63を有し、入口端62から出口端63へ向かうに従って、横方向の距離が大きくなり、かつ縦方向の高さが低くなっている独自の構成を有したものを示している。なおここでは入口端が縦に細長い長方形であり、出口端が横に細長い長方形のものを使用したが、必ずしもこのような形状のものである必要はなく、入口端が正方形であっても、或いは、縦に細長い楕円状であり、出口端が横の細長い楕円状のものであっても同様の効果が得られる。さらに、本実施例では従来から使用されているような直方体形状の流通式電気化学セルも使用し得るが、上記の構成のものを使用した方が、その独自の物理的形状に基いて良好な正負イオン分離効率を達成し得るので、望ましい。
【0038】
入口端62には脱塩すべき海水の入口12が接続されている。ここでは入口12を、12−1、12−2、12−3と3つの管路に分割して設けた例を示したが、これは流通式電気化学セルに流入する海水の流れを均一にしてデッドスペースが少なくなるようにするためであり、必ずしもこのようにする必要はなく、1個であっても4個以上設けてもかまわない。この流通式電気化学セル11の内部には、左右の内壁に沿って1対の電極13及び14が設けられており、この電極13及び14からはそれぞれ図示しない電極リードが外部に引き出されている。この電極の形状は、流通式電気化学セル11の形状に従って、入口端62から出口端63に向かうに従って高さが低くなっており、さらに入口端62から出口端63に向かうに従って両電極13及び14間の距離が長くなるようになっている。なお、電極13及び14として、更に両電極13及び14間に所望に応じて設けられる不活性の粒状充填材又は多孔性充填材15としては、実施例1で使用したものと同じものを使用し得る。
【0039】
また、この流通式電気化学セル11の出口端63には中央部に分離板16が両電極13及び14とほぼ並行に設けられ、出口端63の分離板16の左右には出口室68、68’が設けられ、この出口室68及び68’にはそれぞれ出口流路18及び19が接続されている。
【0040】
図2に戻ると、入口12から第1の流通式電気化学セル11に導入された海水は、多孔質の充填材15の間を通りながら、一対の電極13及び14に印加された直流電圧の作用により、塩素イオン等の陰イオンは正極13の方へ移動し、ナトリウムイオン等の陽イオンは負極14の方へ移動する。多孔性充填材15は電気的に分離したイオンが拡散により元の状態に戻るのを遅らせるため等のために設けられるものである。
【0041】
正極13及び負極14に印加する直流電圧は、実施例1と同様に水の分解電圧以下であっても水の分解電圧以上であってもかまわない。前記第1の流通式電気化学セル11の多孔性充填材15を通り抜けた海水は、正極側が塩素イオンに富んだ水となっており、負極側がナトリウムイオンに富んだ水となっている。この両者を分離板16により分離し、正極側の塩素イオンに富んだ水は流路18、20を経てポンプ50により吸引して廃棄し、負極側のナトリウムイオンに富んだ水は第2の流通式電気化学セル21に流入させ、ここで、前記第1の電気化学セルと同様の分離処理を行わせる。
【0042】
そうすると、この第2の流通式電気化学セルの負極24側の水は、ナトリウムイオンに富んだ水となっているので、これを分離板26により分離して負極側出口流路28、流路20及びポンプ50を経て流路51を介して廃棄し、正極23側は、流路19を経て第2の流通式電気化学セル21の入口端へ導入される水中の塩素イオンの濃度よりは高くなってはいるが、第1の流通式電気化学セルの入口12に導入された海水中のナトリウムイオン濃度及び塩素イオン濃度よりも遙かに低い濃度の水が得られるので、これを正極側出口流路29、流路30及びポンプ52を経て流路53より淡水として回収する。
【0043】
なお、ここに示した例では第1の流通式電気化学セル11では、一方の電極13に正電圧を、他方の電極14に負電圧を印加するとともに、第2の流通式電気化学セル21では電極24に負電圧を、電極23に正電圧を印加するようになしたが、それぞれの流通式電気化学セルにおいて電圧の印加方向を上述のものと逆となしても同様の効果が得られる。すなわち、第1の流通式電気化学セルの一方の電極側から得られる水を前記第2の流通式電気化学セルの入口端へ導入すれば、前記第1の流通式電気化学セルの一方の電極の極性とは反対の極性の前記第2の流通式電気化学セルの電極側から淡水を得ることができるわけである。
【0044】
ポンプ50及び52は、それぞれ両ポンプの合計流量が第1の流通式電気化学セル1の入口12から流入する海水の流量と等しくなるように同期して作動させる。その際、廃棄側のポンプ50の流量を大きくして回収側のポンプ52の流量を小さくすると、得られる淡水中の塩分濃度が低下するが、得られる淡水の流量が減少するので好ましい範囲を実験的に適宜決定する。
【0045】
なお、前記各一対の電極13、14間及び電極23、24間に印加する直流電圧が水の分解電圧以上であると、理論上、正極13及び23では塩素ガス及び酸素ガスが発生し、また、負極14及び24では水素ガスが発生する。この実施例では、各流通式電気化学セルが密閉型であると、第2の流通式電気化学セル21で水素ガスと酸素ガス及び塩素ガスとが混合してしまうこと、及び流路53より得られる淡水中にも水素ガスと酸素ガス及び塩素ガスが混入してしまうため、好ましくはないので、それぞれの電極で発生したガスが混合しないように別個に回収するか、あるいは開放型として発生したガスを外方に逃がすようにした方がよい。
【0046】
(実施例3)
図4は本発明の実施例3を表す図である。図4に記載の海水淡水化装置10において、図2に記載のものと構成が相違している部分は、第2の流通式電気化学セル21の負極側出口流路28が、第1の流通式電気化学セル11の正極側出口流路18とは合流せず、ポンプ54に直結されて直接廃棄されるようになっている点である。このような構成を採用すれば、流路51から得られる水は塩素イオンに富んだ水となっており、又流路55から得られる水はナトリウムイオンに富んだ水となっており、それぞれの水の性質に応じた用途に提供することができる。
【0047】
実施例2及び実施例3で用いた海水淡水化装置は第1及び第2の流通式電気化学セル11及び21を一組として用いた海水淡水化装置あるが、かかる構成で所望の程度まで塩濃度が低下した淡水が得られない場合は、図2又は図4に示した海水淡水化装置を複数個直列に接続することにより塩濃度がより低い淡水を得ることができる。しかしながら、後の海水淡水化装置になればなるほど水中のイオン濃度が減少しているために脱塩効率が低下するので、あまり多く組み合わせてもエネルギー消費面及びコスト面で不利となる。したがって、多くても3組まで、好ましくは2組が最適である。
【0048】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明による海水淡水化方法及び装置によれば、隔膜を有せずとも、簡単な構成により多量の海水を容易にかつ長時間連続的に脱塩して塩分濃度の低い淡水を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の態様で使用する流通式電気化学セルの概略を示す図であり、図1(A)は正面図、図1(B)は図1(A)のA−A線に沿った平面断面図である。
【図2】 本発明の第2態様を示す図である。
【図3】 本発明で第2の態様で使用する流通式電気化学セル概略を示す図であり、図3(A)は正面図、図3(B)は図3(A)のB−B線に沿った平面断面図である。
【図4】 図2に示された装置の改良形態を示す図である。
【図5】 従来例の電気透析法による海水淡水化装置を説明する図である。
【符号の説明】
1 流通式電気化学セル
2 入口端
3 出口端
4 入口管路
5、5’ 電極
6 充填材
7、7’ 分離板
8、8’、8” 出口室
9 出口流路
21 流通式電気化学セル
13、23 正極
14、24 負極
15、25 充填材
18、28 正極側出口流路
19、29 負極側出口流路
50〜52 ポンプ
Claims (12)
- 左右に対向配置された一対の電極を有する流通式電気化学セルを用い、両電極間に直流電圧を印加して海水を淡水化する方法において、前記流通式電気化学セルとして、両電極間の横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなされ、該セル及び両電極の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなされ、該セルの出口端の中央部から淡水を得るようになされたものを使用することを特徴とする海水淡水化方法。
- 前記流通式電気化学セルを複数個使用し、前段の流通式電気化学セルの出口端より得られた淡水を次段の流通式電気化学セルの入口端へ導入するようになしたことを特徴とする請求項1に記載の海水淡水化方法。
- (a)入口端及び出口端を有し、横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなり、かつ、縦方向の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなっている細長い筒状体と、
(b)前記入口端に接続された少なくとも1つの入口と、
(c)前記細長い筒状体の左右内面に接してそれぞれ設けられた高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなっている一対の電極と、
(d)前記細長い筒状体の出口端に前記一対の電極にほぼ平行に設けられた2つの分離板により区画された3個の出口室と、
を有する流通式電気化学セルと、
前記一対の電極間に直流電圧を印加する直流電源とを備え、前記流通式電気化学セルの3個の出口室のうち、中央の出口室から淡水を得るようになされていることを特徴とする海水淡水化装置。 - 前記流通式電気化学セルを複数個有し、前段の流通式電気化学セルの中央の出口室が次段の流通式電気化学セルの入口に接続されていることを特徴とする請求項3に記載の海水淡水化装置。
- 前記一対の電極間には粒状充填材又は多孔性充填材が配置されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の海水淡水化装置。
- 少なくとも左右に対向配置された一対の電極を有する第1及び第2の流通式電気化学セルを用い、両電極間にそれぞれ直流電圧を印加して海水を淡水化する海水淡水化方法において、前記第1の流通式電気化学セルの一方の電極側から得られる水を前記第2の流通式電気化学セルの入口端へ導入し、前記第1の流通式電気化学セルの一方の電極の極性とは反対の極性を有する前記第2の流通式電気化学セルの電極側から淡水を得ることを特徴とする海水淡水化方法。
- 前記第1及び第2の流通式電気化学セルは、両電極間の横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなされ、該セル及び両電極の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなされていることを特徴とする請求項6に記載の海水淡水化方法。
- 前記第1及び第2の流通式電気化学セルの組み合わせを複数組使用し、前の組の出口端より得られた淡水を次の組の入口端に導入するようにしたことを特徴とする請求項6又は7に記載の海水淡水化方法。
- それぞれ、
(a)入口端及び出口端を有する細長い筒状体と、
(b)前記入口端に接続された少なくとも1つの入口と、
(c)前記細長い筒状体の左右内面に接してそれぞれ設けられた一対の電極と、
(d)前記細長い筒状体の出口端に前記一対の電極にほぼ平行に設けられた1つの分離板により区画された2個の出口室と、
を有する第1及び第2の流通式電気化学セルと、
前記各流通式電気化学セルの電極間にそれぞれ直流電圧を印加する直流電源と、
を備えた海水淡水化装置において、
前記第1の電気化学セルの一方の出口室が前記第2の流通式電気化学セルの入口に接続されていると共に、前記第1の電気化学セルの一方の出口室側の電極とは反対の極性を有する前記第2の流通式電気化学セルの電極側の出口室より淡水を得るようになされた海水淡水化装置。 - 前記細長い筒状体は、横方向の距離が入口端から出口端へ向かって順次長くなり、かつ、縦方向の高さが入口端から出口端へ向かって順次低くなっており、更に、前記両電極の高さは入口端から出口端へ向かって順次低くなっていることを特徴とする請求項9に記載の海水淡水化装置。
- 前記第1及び第2の流通式電気化学セルの各電極間には粒状充填材又は多孔性充填材が配置されていることを特徴とする請求項9又は10に記載の海水淡水化装置。
- 前記海水淡水化装置を複数個有し、前段海水淡水化装置の淡水の出口端が次段の海水淡水化装置の入口端に接続されていることを特徴とする請求項9〜11の何れか1項に記載の海水淡水化装置。
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