JPH0199615A - 電気透析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気透析式脱塩装置に関し、特に脱塩液中の
塩分濃度が経時的に大きく変動する回分式運転法に適し
た電気透析式脱塩装置に関する。

更には、実験室で簡便に使用できる小型の脱塩装置とし
て有用な電気透析装置に関する。

〔発明の背景及び従来技術〕

電気透析式脱塩装置は、電気透析槽の一端に設けられた
陽極と他端に設けられた陰極との間に陰イオン交換膜と
陽イオン交換膜とを交互に多数配列した構成を存し、前
記した両電極間に直流電圧を印加することで溶液の脱塩
又は脱塩と濃縮を行うために用いられ、例えば、地下か
ん水、チーズホエー、糖液、ワイン、アミノ酸、タンパ
ク質。

等の脱塩等に広く用いられている。

この種、電気透析装置は、通常回分式運転法で使用され
ることが多く、特に塩濃度が高い溶液から脱塩する場合
は専らこの方法が用いられている。

従来、回分式運転法での電気透析装置への通電は、陽陰
両型＋ｉ間に一定の電圧を印加して行われているが、通
電可能な電流密度には限界電流密度と称される上限値が
あり、それ以上の電流密度で運転した場合は透析液のＰ
Ｒが大巾に変動し、その結果、スケールの発生、透析液
中の有効成分の変質、膜の劣化等の障害が発生し、安定
した運転が損なわれる。したがって、通常は限界電流密
度未満の電流密度となるような一定電圧を印加して運転
されている。

ところで、−船釣に限界電流密度は脱塩室における塩濃
度にほぼ比例することが知られている。

したがって脱塩室の塩濃度が経時的に大きく変動する回
分式運転方法においては限界電流密度も当然大きく変化
することになる。しかしながら、電気透析装置全体の電
気抵抗は脱塩室の塩濃度以外に、膜の抵抗、電極室での
抵抗を始めとし、多くの因子によって成り立っているた
め、画電極に一定の電圧を印加した場合、運転電流密度
は脱塩室の塩濃度のみに比例して変化するものとは考え
られず、回分式運転の開始から終了まで常に限界電流密
度以下で運転するためには、通常は脱塩室の濃度が最も
小さいとき、すなわち、運転終了直前での電流密度が限
界電流密度の７０〜９５％になるような、一定電圧を印
加する方法がとられている。しかし、この場合、脱塩室
の濃度が高い領域での電流密度は限界電流密度よりはる
かに低（、条件によっては２０％にも満たないこともあ
り、このために、−回の回分式運転の処理時間が長くな
ることとなる。

従来は、上記のような問題点を解決するために、例えば
脱塩室の塩濃度を電導度肝で検知して電流値を制御する
方法や、特開昭５９−１３０５０４号公報に記載されて
いるように、陽極、陰極の百雷極室のイオン交換膜近傍
にそれぞれ電圧を検出する一対の検出電極を設け、この
検出電極間の電圧が常に一定となるように電気透析装置
の印加電圧を制御するようにしたものである。

〔発明が解決しようとする問題点］ 前述した回分式の脱塩をできるだけ短時間で終了させる
ための従来技術は、何れも制御方法が複雑で信卸性の点
で問題を有し、例えば、脱塩対象液の電導度を検出して
電流値を制御する方法では、脱塩対象液に通常音まれる
蛋白などの有機物が電導度電極に付着し、測定値が変わ
るという問題があり、同様なことは電極室に白金線など
の電圧検出用の電極を挿入して電圧を測定しつつ一定電
圧を印加する前記の特開昭５９−１３０５０４号公報に
記載される発明でも起こり得るもので、この場合、直流
電流の一部を取り出して検出するため、電極表面におけ
る酸化還元反応で徐々に検出電極表面が劣化し、測定値
が変動して印加電圧が不正確になることがある。

特に通電面積２００ｃ＋Ｉｌ程度までの大きさで、陰イ
オン交換膜と陽イオン交換膜とが枠体状ガスケットを介
して一体化されているような、電気透析式脱塩装置にお
いては、取扱いの簡便さが重要となるため、劣化しやす
い白金線や電導度セルを使用することは交換や洗浄など
取り扱いが複雑となり好ましくなく、また、部品点数も
大巾に増加するので故障の生ずる確率も増加することと
なる。更に、白金線ではイオン交換膜の枚数が少ない場
合など、電圧の絶対値が小さいときは精度のよい測定が
困難であり、また、電導度セルでは測定に数十ｃｃ程度
の液量が必要であり、これより液■が少ない場合は電動
度を検出することが難しいという問題点がある。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明の電気
透析装置は陽極と陰極との間に、陰イオン交換膜と陽イ
オン交換膜とを交互に一対以上配列された電気透析装置
において、前記陽掘と陰極の両電極間に２以上の異なる
値の一定電圧を印加する手段と、前記両電極間に流れる
電流値を検知する手段を備え、前記両電極間に流れる電
・流値が予め設定した１以上の電流値の一つに一致した
とき両電極間に印加する一定電圧の値を該電流値に対応
して予め設定した値に自動的に切替える手段を有するこ
とをその特徴とするものである。

本発明に使用する陽極、陰極、陽イオン交換膜。

陰イオン交換膜、ガスケット、電気透析槽のフィルター
プレス等は特に制限されるものでなく通常のものが使用
できるものである。

陽極と陰極の両電極間に２以上の異なる値の一定電圧を
印加する手段としては、予め設定した複数の直流電圧の
任意の一つが使用でき、定電圧条件で通電できる回路で
あることが必要であり、予め設定する直流電圧は２又は
３種類多くとも５種類もあれば充分であり、それ以上種
類を増加せしめると回路的に複雑となり好−ましくない
。

両電極間に流れる電流値を検知する手段としては通常の
電流計又はそれに相当する回路が使用できる。

両電極間に流れる電流値が予め設定した１以上の電流値
の一つに一致したときに両電極間に印加する一定電圧の
値を該電流値に対応して予め設定した値に自動的に切替
える手段としては、電流制御の各リレー、又はそれと同
等なリレー回路が使用できる。この場合、予め設定する
電流値は上記の予め設定する直流電圧より一種類少なく
とも良いが、脱塩の終了を検知するための電流設定値も
含ませて、設定直流電圧と同数の電流値を定めておくと
よい。

切替える順序としては、脱塩初期には透析槽全体に比較
的均一に分布していた電圧が脱塩の進行に伴って脱塩室
のみにか−る方向に推移するので、前記の脱塩の進行に
伴い直流電圧を下げる方向に切替えることが必要である
。そして、電圧を下げるように切替えないと限界電流密
度を越えることになりやすい。

本発明は、大型の電気透析装置にも適用できるが、特に
通電面積２００ｃ＋＋１程度以下の小型の電気透析装置
に適用することが好ましい。小型の電気透析装置の場合
脱塩室が少ないため、通電の進行とともに脱塩室にかか
る電圧が相対的に大きくなりやすいからである。

特に、取り扱い性を向上させるためのガスケットを介し
て一体化したイオン交換膜を備えた電気透析装置では、
電圧測定用の端子や電導度セルを用いないで通常の電気
回路のみで通電条件が制御できるため、脱塩対象液中の
有機物による汚染に起因する該動作が生ぜず、有機物に
よる汚染の影♂はガスケットを介して一体化したイオン
交換膜を一体として交換することにより簡単に取り換え
ることが可能である。また、必要な最少液量が電導度セ
ルの容量に制限をうけることもなく、脱塩対象液が数Ｃ
Ｃと僅かであっても脱塩装置のデッドボリュームの範囲
であれば、短い脱塩時間で脱塩処理を行うことが可能で
ある。

〔実施例〕

本発明の電気透析装置の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は、本発明の電気透析装置の一実施例を示す構成
説明図で、図において、Ａは電気透析槽で該電気透析槽
Ａの一端に陽極ｌを他端には陰極２を設け、前記陽極１
と陰極２との間に陰イオン交換膜３と陽イオン交換膜４
が交互に多数配列されている。前記陰イオン交換膜３と
陽イオン交換膜４との間には通常の如く枠体状のガスケ
ット（図示しない）を介在せしめて膜間のスペーサと電
気透析槽への内周壁を密封するのに役立つようにされて
いる。

前記した陽極１と陰極２間に直流電圧を印加することで
塩分が除去される脱塩室５と塩分がｉｌａ縮される濃縮
室６が前記の陰イオン交換膜３と陽イオン交換膜４との
間に交互に形成されている。

７は脱塩液流路、８は′１１縮液流路であり、前記脱塩
液流路７及び濃縮液流路８により脱塩室５及び濃縮室６
にそれぞれの液を運転中に循環させるようにし、また、
陽極１と該陽極１に併設されているイオン交換膜３及び
陰極２に併設されている陽イオン交換膜４との間には電
橋電解液９．９が循環される。また、画電極１及び２に
直流電流を通電するための電流供給源として整流器ｌＯ
が設けられる。

ところで、本実施例においては、前記した整流器１０は
異なる値の２以上の一定電圧が得られるようにしである
。第１図に示す整流器１０にはマイナス側出力端１３と
４つのプラス側出力端１４ａ、１４ｂ。

及び１４ｃが設けられ、前記のマイナス側出力端１３と
プラス側の出力端１４ａ間の電圧は■１．マイナス側出
力端１３とプラス側の出力端１４ｂ間の電圧はＶ２．マ
イナス側出力端１３とプラス側の出力端１４０間の電圧
は■３のように三つの異なる一定電圧が得られるように
構成されている。１１は前記の三つの異なる一定電圧を
切換える出力切換装置であって、該出力切換装置１１に
よって通電時に前記の三つの異なる一定電圧のうちのい
ずれか一つの一定電圧を電気透析槽Ａに印加するように
し、そして、前記の出力切換装置１１は電流検知器１２
にて電気透析槽Ａに流れる電流値を検知し、該検知され
た電流値によって自動的に作動される。

次に、回分運転方法における運転の開始から終了までの
本実施例における電気透析装置の作動について述べるが
、図に示すように例えば前記したように三つの異なる一
定電圧としＶｌ、Ｖ２及び■３と、それぞれの終了電流
値Ｉｆ、Ｉ２．Ｉ３を予じめ定めておくが、その各々の
値はＶｌ＞Ｖ２＞Ｖ３．ＩＩ＞Ｉ２＞Ｉ３の関係となし
、その設定について述べると、本発明の特徴とするとこ
ろは、脱塩室の濃度が経時的に大きく低下する回分式運
転法を行う電気透析装置において、脱塩室濃度域を経時
的に複数に分け、それぞれの濃度域において所要の一定
電圧を陽・陰電極に印加して運転するものである。

例えば、脱塩室濃度を経時的に第１に高濃度域。

第２に中濃度域、第３に低濃度域の三つに分けた場合、
それぞれの濃度域において限界電流密度未満で、かつ、
でき得る限り高い電流密度が得られる一定電圧を電気透
析槽Ａに印加することにより短時間で回分式運転が完結
することができるものであるので、前記した各濃度域の
一定電圧Ｖｌ。

Ｖ２．Ｖ３及び終了電流値１１，１２．１３の設定は次
のように行うのが好ましい。

先ず、前述の各濃度域の終了時すなわち、下限濃度にお
ける限界電流密度の７０〜９５％の値をそれぞれ１１．
Ｉ２．Ｉ３と設定し、上記各濃度域の終了時に前記の電
流値が得られる電気透析槽への印加電圧をそれぞれＶＩ
、Ｖ２．Ｖ３と設定する。

前記のようにそれぞれＶ［、Ｖ２．Ｖ３及び１１．１２
．Ｉ３を設定し、運転を開始すると、先ず、運転開始時
には出力切換装置１１は整流器１０のプラス側出力端１
４ａの出力電圧■１を継電し、°電気透析槽Ａに一定電
圧■１が印加され、前記第１の高濃度域において脱塩が
進むに従い電気透析槽Ａに流れる電流値が■１での終了
電流値■１まで低下し、前記の第２の中濃度域になると
出力切換装置１１が作動し、整流器１０プラス側出力端
１４ｂの出力電圧Ｖ２に切り換わる９更に、中濃度域に
おいて脱塩が進み電流値が■２での終了電流値Ｉ２まで
低下し、前記の第３の低濃度域となると出力切換え装置
１１が作動して整流器１０のプラス側出力端１４ｃの出
力電圧■３に切り換わり、最後に電流が■３での終了電
流値Ｉ３まで低下すると出力切換装置１１は整流器のい
ずれの出力も継電せず、この時点で回分運転が終了する
。この時、例えば循環ポンプを停止するなど、前記の回
分運転終了と同時に工程の終了を行うようにすることが
可能である。

前記したように、Ｉｔ、Ｉ２，１３．Ｖｌ、Ｖ２を設定
することにより上記した回分運転の開始から終了まで安
定した運転が可能であり、しかも、短時間に処理できる
という効果が得られた。

本発明の具体例及び比較例を第２図、第３図により説明
する。

〔具体例■］ 第１図に示した電気透析装置の構成説明図における陰イ
オン交換膜３として旭化成工業■製アシプレックスＡ−
２０１膜を２０枚、陽イオン交換膜４として旭化成工業
■製アシプレックスＬＩＯＬ膜を２０枚用いて膜間隔が
０．５ｍｍ、脱塩室５の数が２０室。

濃縮室６の数が１９室２通電面積が０．４ｄｒｆｆのフ
ィルタープレス型電気透析槽を作成した。この装置を用
いて脱塩液としてＱ、５Ｍ−ＮａＣ１水溶液１１を約０
、’００２Ｍまで脱塩したときの結果について説明する
。

ただし、濃縮室循環液として０．１Ｍ〜ＮａＣｌ水溶液
１２を、電極電解液として５０ｇ／　Ｉ　　ＮａｚＳＯ
＜水溶液０．５２を用いてそれぞれポンプで電気透析槽
に循環した。また脱塩液は脱塩室５内での流速が５ｃｍ
／ｓｅｃ”となるようにポンプで循環し、温度は２５±
１°Ｃに調整した。

第２図は、本発明の電気透析装置を用い、運転開始時の
印加電圧■１を１４Ｖ、Ｖｌでの終了電流密度ＩＩを２
．５八／ｄｒ＋（に、第２段目の印加電圧■２をＩＩＶ
、Ｖ２での終了電流密度Ｉ２を０．２５Ａ／ｄボに、第
３段目の印加電圧■３を９Ｖ、Ｖ３での終了電流密度す
なわち脱塩運転終了電流密度Ｉ３を０．０８Ａ／ｄｒｄ
に設定した場合の線図を示すものであり、第２図におい
ては、運転開始から終了までの間の運転電流密度は常に
限界電流密度の５０％〜８０％の間にあった。その結果
、脱塩液濃度を０．５Ｍから０．００２Ｍまで脱塩する
のに要する時間は５０分と短かく良好な結果であった。

第３図は、具体例１の装置で、印加電圧を、運転開始か
ら終了まで９■の一定電圧としたときの脱塩室濃度及び
運転電流密度の時間的変化を示したものである。第３図
において、Ａは脱塩液濃度。

Ｂは電流密度、破線Ｃは限界電流密度の約８０％である
。この場合、運転開始直後での電流密度は限界電流密度
の約２０％であった。そして、脱塩液濃度を０．５Ｍか
ら０．００２Ｍまで脱塩するのに８７分とかなりの時間
を必要とした。

〔発明の効果〕

本発明に係る電気透析装置は、脱塩室の塩濃度が大きく
変化しても常に限界電流密度に比較的近い電流密度で運
転できるため、回分式運転の運転時間を大巾に短縮でき
るという効果がある。

更に、両電極間に印加する一定電圧を予め定めた電流値
によって切換えるための制御方式についても、特殊なセ
ンサ等を必要せず、電圧値と電流値のみで行うことがで
きるので、極めて而単に構成できるために誤動作やトラ
ブルが起る恐れがないという格別の効果を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電気透析装置の一実施例を示す構成
説明図、第２図、第３図は脱塩液濃度及び電流密度の時
間的変化を示す線図であり、第２図は本発明の電気透析
装置を用いて、印加電圧及び終了電流密度を３段階に設
定した場合、第３図は具体例１の電気透析装置を用い印
加電圧を一定とした場合の結果を示す線図である。 １：陽極　　　　２：陰極 ３：陰イオン交換膜　　４；陽イオン交換膜５：脱塩室
　　　　　　６：濃縮室 ７：脱塩液　　　　　　８：濃縮液 １０：整流器　　　　　　１１：出力切換装置１２：電
流計 特許出願人　　　旭化成工業株式会社 第１図 吟Ｆｉｌ（分） ｅｒｆｌＣ制

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）陽極と陰極との間に、陰イオン交換膜と陽イオン
   交換膜とを交互に一対以上配列された電気透析装置にお
   いて、前記陽極と陰極の両電極間に２以上の異なる値の
   一定電圧を印加する手段と、前記両電極間に流れる電流
   値を検知する手段を備え、前記両電極間に流れる電流値
   が予め設定した１以上の電流値の一つに一致したとき両
   電極間に印加する一定電圧の値を該電流値に対応して予
   め設定した値に自動的に切替える手段を有することを特
   徴とする電気透析装置。
2. （２）通電面積が２００ｃｍ＾２程度以下の大きさであ
   って、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とが枠体状ガス
   ケットを介して一体とされていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電気透析装置。