JPH04284830A - 電気透析脱塩方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、有機物と塩類とを含有
する水溶液から効率よく塩類を除去し、かつ目的とする
有機物を回収率良く得るための電気透析脱塩方法に関す
る。一般に食品、薬品などの分野では製品の製造におい
て脱塩処理を要する場合が多い。脱塩の際に目的とする
有機物はできるだけ回収率良く回収することが生産コス
ト上も、廃液処理上も重要である。

【０００２】

【従来の技術】脱塩技術としては、イオン交換樹脂法や
ゲルろ過法などの樹脂法、限外ろ過法、拡散透析法、イ
オン交換膜電気透析法などの膜法が利用されている。こ
のうちイオン交換膜電気透析法は、陰極と陽極の間にカ
チオン交換膜とアニオン交換膜を交互に複数枚積層して
脱塩室と塩廃液室（濃縮室）とを構成し、陰陽極間に直
流電場を印加することにより、脱塩処理を行う方法であ
る。すでに医薬、食品原料からの脱塩、かん水脱塩によ
る飲料水の製造、海水濃縮による食塩製造など、多くの
産業分野で実用化されている。

【０００３】とくに医薬、食品原料からの脱塩では、オ
リゴ糖、アミノ酸、ペプチドなど低分子量物と塩を分離
できること、イオン交換樹脂法では目的物の希釈が生じ
るため、脱塩後の濃縮工程が必要であるが、電気透析法
では希釈が生じないため濃縮が不要になるなどの特徴が
ある。電気透析法では、目的とする有機物を脱塩室中に
保持したまま塩類のみを膜透過させて脱塩を行うため、
有機物自体が塩と共に膜透過すると回収率が下がってし
まうという問題点がある。有機物がオリゴ糖などの中性
物質であっても、脱塩室と塩廃液室との濃度差による拡
散透過と、電気浸透流による膜透過によって損失となる
。

【０００４】有機物がアミノ酸などの両性のイオン性有
機物である場合には、直流電場の影響を受けないように
、一般には液のｐＨを有機物の等電点に合わせて脱塩処
理を行うが、損失を完全には防止できない。さらに酸性
有機物や塩基性有機物では、ｐＨ調整によっても有効荷
電が無くならない場合が多く、損失はさらに大きくなる
。通常この損失は少なくとも１〜３％であり、条件によ
りさらに大きくなる。

【０００５】膜透過して塩廃液側に入った目的物を回収
するには、塩廃液をもう一度全量電気透析脱塩する方法
も原理的には可能であるが、実質的に２倍の塩を除くこ
とになり、コストも２倍ということで実用的でない。ま
た、同一目的の発明としては特開昭６０−６８００９号
公報に記載の発明がある。これは１つの脱塩室に対し２
つ以上の塩廃液室（濃縮室）を設けた装置を使用し、少
なくとも脱塩室に隣接した塩廃液室の液の一部を連続的
に脱塩室に戻しながら、同時に電気透析脱塩を行うもの
である。塩廃液室を２つ以上設けているのは、１つでは
脱塩室から除かれた塩がすべて１つの塩廃液室に止まり
、この液を再度脱塩室に循環すると、実質的に全量の塩
廃液をもう一度脱塩するのと同じになってしまうからで
ある。この発明では装置がかなり複雑になり従来の装置
は使用できない。また電極間電圧が大きく、装置全体と
しての電流利用効率が低い。その結果、必要膜面積が大
幅に増加するか、脱塩所用時間の大幅な伸びかのいずれ
かが生じてしまい、脱塩に必要なコストが著しく増加す
るという欠点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の装置を
そのまま使用でき、必要電力量もほとんど変わらず、な
おかつ有機物の回収率を大幅に改善できる方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、脱塩を前
段と後段の二段階に分離することにより、目的物の回収
率を大幅に改善できることを見いだし、鋭意研究の結果
、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、目
的物と塩分とを含有する原料水溶液から電気透析法を用
いて脱塩する脱塩方法において、脱塩を前段と後段に分
離して、後段の塩廃液として、初期塩濃度が前段の塩廃
液の最終濃度より低い水溶液を用い、後段から得られる
塩廃液を、脱塩処理前の該原料水溶液に添加することを
特徴とする電気透析脱塩方法である。

【０００８】以下、本発明について詳細に説明する。電
気透析脱塩の際に生じる目的物の損失の原因としては、
■膜のピンホールによるもの、■電気透析槽の構造上の
不備によるもの、■膜自体の分離性能の限界によるもの
がある。■、■の場合では、脱塩の前段、後段を問わず
目的物の損失が生じる。従来の電気透析槽では■または
■による損失が多かったが、近年の膜の製造・検査技術
および透析槽の著しい改良で、■の原因が主な問題とな
ってきた。

【０００９】本発明者らは■の問題について鋭意検討し
た結果、■、■の場合と異なり、■の場合では目的物の
損失が主に脱塩の終了間際で生じていることに着目し、
従来一工程で行なわれていた脱塩を、実質、前段と後段
の二段階にすることにより目的物の回収率を大幅に改善
できることを見いだし、本発明に到達したのである。す
なわち、脱塩の初期は、塩と目的物では塩が圧倒的に多
く、塩廃液室へ膜透過するのも塩が圧倒的に多い。そこ
で脱塩の前段では大まかな脱塩により大部分の塩を除去
する。この前段の塩廃液中には、ほぼ塩のみで目的物は
ほとんど含まれていないので、これを廃棄して、新たに
塩廃液として初期塩濃度が前段の塩廃液の最終濃度より
低い水溶液を供給する。続いて脱塩の後段を開始し残存
している塩を除去する。この塩廃液の中には膜透過する
目的物の大部分が含まれているので、この塩廃液を次の
バッチの原料水溶液に添加する。続いてこの原料水溶液
を同様に二段階で電気透析脱塩する。これを次々と繰り
返す。

【００１０】ここで図１を用いて、バッチ方式の場合の
本発明を説明する。まず原料水溶液（７）を原料水溶液
タンク（３）に供給する。同様に前段用の塩廃液（１３
）を塩廃液タンク（４）に供給する。ポンプ（５）およ
び（６）を使用してそれぞれの液を電気透析槽に循環す
る。脱塩の前段をスタートし、所定のところまで脱塩を
行う。いったん脱塩運転を停止し、バルブ（１２）を開
放して塩廃液を廃棄する。次にバルブ（１１）から後段
用の塩廃液（８）をタンク（４）に供給し所定量で停止
する。後段の脱塩運転を開始する。

【００１１】脱塩が終了したら原料水溶液は全量製品タ
ンクに移送する。次にバルブ（１０）を閉じ、バルブ（
９）を解放してポンプ（６）から塩廃液を原料水溶液タ
ンク（３）に移送する。新しい原料水溶液（７）を原料
水溶液タンク（３）に供給する。再びバルブ（１１）か
ら新しい前段用の塩廃液（１３）を供給し、２バッチ目
の脱塩運転をスタートする。以下同様に行う。

【００１２】１バッチ目の脱塩処理のみは、みかけ上の
回収率が低下するが、膜透過した目的物は２バッチ目以
後の原料水溶液に含まれるので実質的な回収率は高い。 前段と後段の切り替えのタイミングは次のようにして決
める。例えば目標とする回収率が９７％であれば、まず
、脱塩スタートから回収率がほぼ９７％になったところ
で前段から後段に切り替えればよい。実用的には、目標
回収率が膜の分離性能のわりに高ければ、後段で除く塩
は増加し、時間を一定内にするには必要膜面積が大きく
なる。逆に目標回収率が膜の分離性能のわりに低ければ
、膜面積を小さくするか、回収率をさらにあげるかを選
択することができる。

【００１３】この方法によれば、廃棄されるのは前段の
塩廃液のみであり、これには目的物はほとんど含有され
ないように条件を設定できるため、結果として目的物の
回収率が大幅に改善できる。また、前段でかなりの塩が
除去されているため、後段の塩廃液を次のバッチの原料
水溶液に添加しても、含有する塩の絶対量は原料水溶液
に対して多くとも１０％増加する程度で済む。一般に脱
塩所用時間はやや伸びるものの、もともと塩濃度の高い
原料水溶液に添加するため、比較的高い電流密度で処理
可能であり、塩の絶対量の増加のわりには脱塩所用時間
は伸びない。電力量もわずかに増加するのみである。

【００１４】本発明における電気透析法は、イオン交換
膜のみ、またはイオン交換膜と中性膜とをガスケットを
介して積層して脱塩室と塩廃液室（濃縮室）を交互に構
成させ、脱塩用・製塩用などに使用される通常の電気透
析装置を用いれば十分である。イオン交換膜は目的物を
できるだけ透過させない分離性能の高いものを用いるこ
とが望ましいが、分離性能のさして高くないイオン交換
膜でも、本発明の方法を用いることで目的物の回収率を
高めることは可能である。目的物としては糖、アミノ酸
、ペプチド、核酸成分、抗生物質、蛋白質などの有機物
のみならず、無機物であっても良い。膜が、除去したい
塩と残したいものとの間に、ある程度の分離能を有して
いれば本発明の方法が適用できる。

【００１５】前段の塩廃液は脱塩のスタート時には電流
を流しやすくするため、１％程度の初期塩濃度があるこ
とが望ましい。脱塩の進行と共に塩濃度は上昇する。脱
塩の後段の塩廃液も、あらかじめ電気を流しやすくする
ための若干の塩が入っていて良いが、濃度が高すぎると
原料水溶液に添加された場合、次のバッチで除くべき塩
量がそれだけ増加するので、初期塩濃度は最小限に止め
ることが好ましい。少なくとも前段の最終塩濃度よりは
低いことが必要で、望ましくは１０００ｐｐｍ以下、さ
らに望ましくは３００ｐｐｍ以下で水道水と同等程度の
水が望ましい。場合によっては純水を供給しても良い。

【００１６】なお、この後段の塩廃液に含有される塩は
、原料水溶液に含有されている塩のうちで電気伝導度の
高いものを選べばよい。ＮａＣｌやＫＣｌのごとき塩で
も良いし、場合によっては酸やアルカリでも良いが、原
料水溶液に添加しても良いものでなければならないこと
はいうまでもない。実用的には、前段の塩廃液の一定量
を廃棄せずにタンクに残しておき、純水などで一定体積
まで増量すれば良い。

【００１７】後段の塩廃液の液量は装置が許容できる最
小容量程度であることが望ましい。これは次のバッチの
原料水溶液の容量の増加をできるだけ押さえることが、
最終的に濃縮・乾燥する場合の装置の負荷を下げ、かつ
脱塩の際の電流値も大きくとれて効率的だからである。 また、原料水溶液は脱塩の結果、除かれるイオンの水和
水分の減容が生じる。本発明の方法では、脱塩に伴う減
容分と装置の塩廃液側の最小ライン容量が同じ程度であ
ることが望ましい。もともとの塩濃度が薄く、脱塩の減
容量が、装置の最小ライン容量よりかなり小さいため、
後段の塩廃液の量を水和水による減容分より多くせざる
を得ない場合は、バッチ数を重ねるごとに原料水溶液の
容量が増加することにより、好ましくない。しかしなが
ら、この場合でも一定のバッチ数ごとに濃縮操作を入れ
ると効率的な脱塩が維持できる。

【００１８】脱塩運転は前段と後段の間で停止させても
良いし、脱塩運転を停止せずに塩廃液タンクに連続的に
水を注入し、前段の塩廃液を希釈して一定量を後段の塩
廃液として使用しても良い。電気透析槽は１槽をバッチ
的に使用しても良いし複数の電気透析槽を多段連続式に
使用しても良い。多段連続方式による場合は、塩廃液側
のラインを前段と後段で分離して設け、後段側の塩廃液
を出口から原料水溶液タンクに戻せば良い。

【００１９】

【実施例】

【実施例１】図１に示した装置を用い、Ｌ−アルギニン
と塩化ナトリウムの水溶液から電気透析脱塩した。イオ
ン交換膜はカチオン交換膜〔旭化成工業（株）製、商品
名：アシプレックスＫ−１７２〕とアニオン交換膜〔旭
化成工業（株）製、商品名：アシプレックスＡ−２０１
〕を使用した。有効膜面積は８００　　　　ｃｍ２　。 原料水溶液中のＬ−アルギニンの濃度は５ｇ／ｌ、塩濃
度は１Ｎで液量は１ｌとした。塩廃液は０．１Ｎの食塩
水１ｌを使用した。

【００２０】Ｌ−アルギニンの目標回収率を９０％に設
定し、電気透析脱塩を行った。脱塩スタート後、６０分
で回収率が９１％、塩濃度が０．０８Ｎとなったので、
いったん脱塩を停止し、塩廃液を廃棄した。塩廃液の塩
濃度は０．８Ｎ、液量は１．１５ｌに増加していた。続
いて約３００ｐｐｍの食塩水溶液１００ｍｌを塩廃液と
して供給、後段の電気透析脱塩を行った。約２０分で原
料水溶液の最終塩濃度が０．０１Ｎとなり脱塩が終了し
た。塩廃液の液量はほとんど変化がなく塩濃度は０．６
７Ｎ、Ｌ−アルギニン濃度は６．９ｇ／ｌであった。こ
の塩廃液を最初と同様の新しい原料水溶液０．９ｌに添
加した。したがって、後段ではＬ−アルギニンの損失は
無い。

【００２１】２バッチ目の原料水溶液は、液量１ｌ、食
塩濃度０．９７Ｎ、Ｌ−アルギニン濃度は５．１ｇ／ｌ
となった。この原料水溶液を使用して、２バッチ目の電
気透析脱塩を１バッチ目とまったく同様に行った。２バ
ッチ目も１バッチ目と同じ良好な結果が得られた。Ｌ−
アルギニンの損失は、前段の塩廃液の廃棄に伴う損失の
９％のみであり、Ｌ−アルギニンの実質的回収率は９１
％と高い数値であった。また２バッチ目以降の実質処理
能力は、１バッチ目の１ｌ／８０分と比較して、０．９
ｌ／８０分と９割の高率を維持した。１バッチの脱塩に
必要な電力量は実質変化が無かった。

【００２２】

【比較例１】脱塩に後段を設けず、前段のみの条件で最
終塩濃度０．０１Ｎまで脱塩処理を行ったほかは、実施
例１と同様の条件で実験を行った。脱塩所用時間は７８
分とほぼ同じであったが、塩廃液中に損失したＬ−アル
ギニンは２３％と多く、実用性に乏しい結果であった。

【００２３】

【発明の効果】本発明の方法により、目的物の回収率を
高く維持したままの電気透析脱塩を可能にすることがで
きる。装置は従来使用している装置をほぼそのまま使用
でき、かつ脱塩所用電力量や膜面積の増加もわずかであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気透析方法によるバッチ式脱塩装置
の概略図である。

【図２】本発明の電気透析方法による連続多段式脱塩装
置の概略図である。

【符号の説明】

１　　脱塩室 ２　　塩廃液室（濃縮室） ３　　原料水溶液タンク ４　　塩廃液タンク ５　　脱塩液の循環ポンプ ６　　塩廃液の循環ポンプ ７　　原料水溶液 ８　　後段用の塩廃液 ９〜１２　　バルブ １３　　前段用の塩廃液 １４　　原料水溶液タンク １５　　前段の塩廃液タンク １６　　前段の塩廃液を廃棄するオーバーフロー出口１
７　　脱塩終了後の原料水溶液の出口１８　　後段終了
後の塩廃液を移送するポンプ１９　　電気透析槽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　目的物と塩分とを含有する原料水溶液
   から電気透析法を用いて脱塩する脱塩方法において、脱
   塩を前段と後段に分離して、後段の塩廃液として初期塩
   濃度が前段の塩廃液の最終濃度より低い水溶液を用い、
   後段から得られる塩廃液を、脱塩処理前の該原料水溶液
   に添加することを特徴とする電気透析脱塩方法。