JPH06269777A

JPH06269777A - 造水プロセス

Info

Publication number: JPH06269777A
Application number: JP5081548A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Naganuma; 力長沼; Tetsuji Shimodaira; 哲司下平; Haruhisa Miyake; 晴久三宅
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1994-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】造水プロセスにおける流体のｐＨを調整する酸
及びアルカリを、さらには海水殺菌用の塩素を、プロセ
ス内にて自給自足するプロセスを提供する。【構成】造水プロセス内の逆浸透膜モジュール１４から
排出される濃縮水１８を濃縮精製後、ガス拡散電極を用
いた電気分解槽３１に供給して、必要量の酸及びアルカ
リを得、さらに濃縮用に用いられている電気透析槽２１
の陽極室２４から殺菌用の塩素を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海水又は地下かん水等
の塩類を含む原水を逆浸透膜法、電気透析槽あるいは蒸
留法によって脱塩し、淡水を製造する造水プロセスにお
いて、そのプロセス流体のｐＨを調整する酸及びアルカ
リを、水素を酸化して水素イオンを発生せしめるガス拡
散電極を用いることを特徴とする電気分解槽にて製造
し、さらに殺菌等の目的に用いられる塩素を該プロセス
に設置された陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜を組み
合わせてなるイオン交換膜電気透析槽によって製造する
ことを特徴とする造水プロセスに関する。

【０００２】

【従来の技術】海水又は地下かん水を淡水化する手段と
して、電気透析槽、逆浸透膜法、蒸留法を用いる方法
は、既に公知の方法として、水不足の深刻な中近東ある
いは離島で、さらに電気透析槽、逆浸透膜法は船舶等で
も広く用いられている。

【０００３】原水中の電解質濃度が１０，０００〜５０
０ｐｐｍの範囲では電気透析法が用いられる。これ以下
の電解質濃度では、水の電気抵抗が高くなり電力消費量
が増し経済性を失うので、逆浸透膜法が用いられる。電
解質濃度が１０，０００ｐｐｍ以上の範囲では電力消費
量が増すため、蒸留法が用いられる。

【０００４】電気透析槽を用いる淡水化プロセスは、ま
ず、原水が濾過器に送られ、さらに精密濾過器を経て電
気透析槽に送られる。陰イオン交換膜及び陽イオン交換
膜との交互の組み合わせからなる電気透析槽の脱塩室に
送られた原水はイオン交換膜の選択透過性に基づく脱塩
操作を受け、電解質濃度５００ｐｐｍ以下にまで脱塩さ
れる。

【０００５】電気透析槽を運転する際の問題として、フ
ァウリングと称する膜の汚れが従来より挙げられてい
る。ファウリングが発生すると膜表面に異物の薄層がで
きるため、電気抵抗が増し、濃度分極を助長し、さらに
は限界電流密度を低下させ、プロセス全体の経済性を低
下させることになる。

【０００６】ファウリングの主因は、原水中に含まれる
カルシウムイオンであり、これが炭酸カルシウムあるい
は硫酸カルシウムとして濃縮室側の膜面に析出するもの
である。現在この現象を防ぐ手段として供給原水中ある
いは濃縮液中に酸を添加して、液を酸性にすることによ
って、カルシウムを溶解性にしている。しかし、プロセ
ス中にプロセス外から新たに酸を添加するわけであり、
操作の煩雑性及び経済性の面から有効な代替法が望まれ
てきた。

【０００７】また、逆浸透膜装置を用いる淡水化プロセ
スは、まず、原水が濾過器に送られ、さらに精密濾過器
を経て高圧ポンプにて４０ｋｇｆ／ｃｍ² 以上に昇圧さ
れ、その後逆浸透膜モジュールに送られ脱塩操作を受
け、脱塩水としての膜透過水及び濃縮水に分離される。
膜透過水は電気透析槽と同様に電解質濃度５００ｐｐｍ
以下にまで脱塩される。

【０００８】逆浸透膜装置を運転する際の問題として、
ここでもファウリングが従来より挙げられている。ファ
ウリングが発生すると膜表面における濃度分極を助長
し、膜透過水量の低下及び膜透過溶質量の増加を起こ
し、透過水水質を低下させる。

【０００９】そのため、運転に支障を起たし工程全体の
経済性を低下させることになる。ファウリングの主原
は、原水中に含まれるカルシウムイオンであり、これが
炭酸カルシウムあるいは硫酸カルシウムとなって高圧側
膜面に析出するものである。

【００１０】現在この現象を防ぐために濾過後の供給塩
水中に酸を添加してｐＨを４〜６．５程度に制御するこ
とによって、カルシウム塩の析出を防いでいる。また、
一旦ファウリングを起こした膜を酸によって洗浄する操
作も行っている。さらに、逆浸透膜の加水分解を防ぐ意
味からもｐＨをこの程度に保つことが望ましい。

【００１１】しかし、プロセス内に系外から新たに酸を
添加するわけであり、操作の煩雑性及び経済性の面から
有効な代替法が期待されてきた。さらに、逆浸透膜装置
の場合には、生産水のｐＨを最終的に中性に戻すことが
必要であり、現在このためにアルカリとして石灰乳を注
入している。しかし、この方法では、この操作のために
石灰乳を購入し、系内に注入しなければならないため、
操作も煩雑になり、経済的にも不利であり、これに替わ
る有効な代替法が期待されてきた。

【００１２】さらに蒸留法では、原水はエバポレータに
送られ、フラッシュ蒸発された後、コンデンサにて凝縮
され、精製淡水となる。蒸留法を運転する際の問題は、
海水中のスケール成分による伝熱面へのスケール形成に
よる伝熱係数の減少と、管路の閉塞である。スケーリン
グを防ぐ手段として、原水がエバポレータに入る前に酸
を添加し、ｐＨを３〜４に下げて通風脱炭酸する。

【００１３】この状態で海水がエバポレータに入ると低
ｐＨ及び通風した空気が飽和状態になっているので、機
器の腐食を招く可能性があるため、脱気と中和を行いな
がらｐＨをコントロールしている。しかしこの方法で
は、ｐＨコントロール用の酸及びアルカリを購入する必
要があり、さらに適当な濃度に調整して添加するため、
その操作は煩雑であり、これに替わる有効で経済的な代
替法が望まれてきた。

【００１４】さらに、逆浸透膜法、電気透析法、蒸留法
の全ての造水プロセスにおいて、殺菌等のために塩素ガ
スが必要であり、そのためだけに塩素発生装置を設置せ
ねばならず、製造コストの増加を招き、また、運転操作
を煩雑にしてきた。したがって、当然のことながら、こ
れに代わる有効な代替法が望まれてきた。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のように
電気透析槽、逆浸透膜法、さらには蒸留法による造水プ
ロセスにおけるｐＨ調整のために添加する酸とアルカリ
を、水素を酸化して水素イオンを発生せしめるガス拡散
電極を用いることを特徴とする電気分解槽によって、オ
ンサイトに製造し、提供するものであり、さらに殺菌等
に使用する塩素を該プロセス内に設置された陰イオン交
換膜及び陽イオン交換膜を組み合わせてなるイオン交換
膜電気透析槽から発生する塩素を有効利用するものであ
る。

【００１６】水素を酸化して水素イオンを発生せしめる
ガス拡散電極を用いることを特徴とする電気分解槽に供
給する原水は造水プロセスに用いる塩水を用いるもので
あり、操作も簡便であり、さらに陰イオン交換膜及び陽
イオン交換膜を組み合わせてなるイオン交換膜電気透析
槽陽極室からは通電量に見合う塩素が発生することか
ら、その塩素を原水の殺菌用に使用でき経済的に有利な
プロセスを提供する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は従来の造水プロ
セスの問題を解決するためになされたものであり、脱塩
の対象となる原塩水をガス拡散電極を用いた電気分解槽
に供給することによって、酸及びアルカリを製造し、さ
らに、電気透析槽の陽極にて発生する塩素を利用するこ
とにより、経済的に本造水プロセスを成立させるもので
ある。

【００１８】まず、ガス拡散電極を用いた電気分解槽に
ついて説明する。ガス拡散電極は燃料電池の電極として
積極的に使用されており、公知の技術である。その構造
は、ガス拡散層と反応層とからなり、ガス拡散電極に供
給されたガスは、ガス拡散層を拡散して行き、反応層で
電解液と接触し、電極反応を起こすものである。

【００１９】一般的に、拡散層としては、疎水性カーボ
ン粒子を、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）を用いて結着した多孔度６０〜８０％の
多孔板が用いられ、一方反応層としては、疎水性カーボ
ン粒子を、バインダーとしてＰＴＦＥを用いて結着した
多孔度６０〜８０％の多孔板に、微粉状の白金触媒を、
スプレー式静電塗着法、あるいは白金触媒を炭素粉上に
保持させたものをＰＴＦＥで塗着したものなどが用いら
れる。

【００２０】本発明に用いられるガス拡散電極に供給さ
れるガスは水素であり、その電極反応は、Ｈ₂ →２Ｈ⁺
＋２ｅ^- であり、水素イオンが生成される。本電極反応
の標準電極電位は、０Ｖであり、電極過電圧を考慮して
も非常に低いものである。

【００２１】本発明に用いられるガス拡散電極（陽極）
を備えた電気分解槽を、図１を用いて詳しく説明する。
電気分解槽は、ガス拡散電極の拡散層２０１、反応層２
０２、ガス供給室２０３、陽極室２０４、塩室２０５、
陰極室２０６、陰極２０７、陰イオン交換膜２０８、陽
イオン交換膜２０９及びガス供給ライン２１０からな
る。ガス供給ライン２１０から供給された水素ガスはガ
ス拡散電極の拡散層を拡散して行き、反応層２０２で電
解液と接触し、電極触媒上にて電極反応によって酸化さ
れ水素イオンとなり、陽極室２０４の方へ電位勾配に従
い動いていく。

【００２２】一方塩室に供給されたＮａＣｌ水溶液２１
２は陰イオン交換膜を透過してＣｌ^- イオンが陽極室
へ、陽イオン交換膜を透過してＮａ⁺ イオンが陰極室へ
電位勾配に従い通電量に見合う分選択透過される。ま
た、陰極室では陰極表面にて通電量に見合う分、水が電
気分解され水酸イオンＯＨ^- と水素ガスが発生する。

【００２３】その電極反応は、２Ｈ₂ Ｏ＋２ｅ^- →Ｈ₂
＋２ＯＨ^- であり、その標準電極電位は、−０．８２８
５Ｖである。したがって、本電気分解槽における理論分
解電圧は、約０．８３Ｖとなり、従来の電極を用いたＮ
ａＣｌ電気分解槽と比較して約１．３６Ｖも低い値とな
り、消費電力がその分少なくて済むことになる。

【００２４】以上の電極反応、及び物質移動によって陽
極室では酸ＨＣｌ、陰極室ではアルカリＮａＯＨ及び水
素が生成される。陰極室で発生した水素はライン２１０
によってガス供給室２０３に運ばれ、ガス拡散電極の反
応に供される。生成される酸及びアルカリの濃度はそれ
ぞれライン２１１及び２１３によって供給される水によ
って濃度調整され、目的とする濃度の酸２１４及びアル
カリ２１６として利用される。電気分解された後の淡塩
水は、ライン２１５によって排出される。

【００２５】本造水プロセスでは、ガス拡散電極を用い
た電気分解槽にて生成される酸及びアルカリをプロセス
流体のｐＨ調整に利用することに特徴があり、本プロセ
ス外から酸及びアルカリを供給する必要がなく、また酸
及びアルカリの生成プロセス自体の消費電力も低いこと
から、従来の造水プロセスと比較して、経済的かつ運転
操作の容易な造水プロセスを提供する。

【００２６】以下、逆浸透膜モジュールを用いての海水
の淡水化プロセスを例にとり、図２を用いて本発明を詳
細に説明する。海より取水された海水はライン１を経
て、途中ライン２５よって、電気透析槽２１の陽極室２
４で発生する塩素ガスを殺菌の目的で注入される。塩素
ガスを注入された後のライン２の塩素濃度は１０ｐｐｍ
以下、好ましくは２ｐｐｍ以下にすることが、逆浸透膜
モジュールの耐塩素性の面からも好ましい。

【００２７】さらにライン２を経て途中ライン４５によ
ってガス拡散電極を用いた電気分解槽３１の陽極室３５
にて生成された塩酸を添加され、ｐＨを４．０〜７．
０、好ましくは４．０〜６．５に調整される。ｐＨを酸
性側に調整する目的は、脱炭酸することによって難溶性
Ｃａ塩の生成を防止することにある。

【００２８】ｐＨを調整された海水はライン３を経て、
ライン４によって、さらに塩化第二鉄等の凝集剤を添加
される。凝集剤を添加された海水は砂濾過器６によって
浮遊性懸濁物質を濾過される。さらにライン７を経て、
活性炭等の精密濾過器８を経てさらに精製され、カート
リッジフィルタ１０を経て、ライン１１から逆浸透膜モ
ジュール用高圧ポンプ１２に送られる。

【００２９】高圧ポンプ１２によってライン１３は約７
０ｋｇｆ／ｃｍ² 程度に昇圧される。昇圧された原水は
ライン１３を経て逆浸透膜モジュール１４に供給され
る。逆浸透膜モジュールで原水は膜透過水１５と濃縮水
１８に分離される。

【００３０】膜透過水１５はガス拡散電極を用いた電気
分解槽３１の陰極室３７で生成されたアルカリ、つまり
ライン５１によってｐＨを酸性から中性に調整され、工
業用水、あるいはさらに滅菌されて飲料水に供され、一
部はガス拡散電極を用いた電気分解槽３１にて生成され
る酸とアルカリの濃度調整に利用される。

【００３１】濃縮水の大部分はライン６０を経てガス拡
散電極を用いた電気分解槽３１の陰極室３７にて生成し
たアルカリ、つまりライン５２によって、ｐＨを酸性か
ら中性に調整され、ライン５９によって海に戻され、再
び淡水化される。濃縮水の一部は、ライン１９を経て、
途中溶存炭酸根を除去する目的でガス拡散電極を用いた
電気分解槽３１から排液される酸性淡塩水にてそのｐＨ
を酸性、好ましくは４．０〜６．５に調整され、ｐＨ調
整用の酸とアルカリを製造するプロセスへと送られる。

【００３２】ｐＨ調整用の酸とアルカリは既述した機構
によりガス拡散電極を用いた電気分解槽３１によって製
造される。本発明の中心的特徴はｐＨ調整用の酸とアル
カリをガス拡散電極を用いた電気分解槽３１によって製
造することにあるが、ガス拡散電極を用いた電気分解槽
３１を長期間安定した性能で運転するために、付帯設備
として電気透析槽２１、濾過器２７、さらにイオン交換
キレート樹脂塔２９を併設することも、本発明の重要な
特徴である。次にそれぞれの付帯設備について詳しく説
明する。

【００３３】まず電気透析槽２１について説明する。電
気透析槽２１は、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜とを
交互に組み合わせて構成される、脱塩室２２と濃縮室２
３、及び両端の陽極室２４及び陰極室５６からなる。

【００３４】電気透析槽２１の目的は、逆浸透膜モジュ
ール１４で発生した濃縮水をさらに濃縮することによっ
て、ガス拡散電極を用いた電気分解槽３１の運転効率を
上げることにとどまらず、場合によっては１価イオン選
択透過性のイオン交換膜を使用することによってＣ
ａ²⁺、Ｍｇ²⁺等の多価陽イオン、あるいはＳＯ₄ ^2- 等の
多価陰イオンを濃縮水中から除くことも重要な目的の一
つである。これら多価イオンは難溶性の塩を形成してイ
オン交換膜の性能を低下させる原因となりうる。

【００３５】さらに陽極室２４で発生する塩素を海水の
殺菌に供することも、電気透析槽２１の重要な役割であ
る。濃縮水２０は約６０ｇ／リットルで電気透析槽２１
に供給され、約１００ｇ／リットル〜飽和濃度まで、好
ましくは２００〜３５０ｇ／リットルまで濃縮される。
運転電流密度は限界電流密度以下であることはいうまで
もないが、通常０．１〜１．５ＫＡ／ｍ² の範囲で通電
され、好ましくは０．２〜１．０ＫＡ／ｍ² の範囲であ
る。運転温度は海水温度と同程度で特に問題はなく、特
別な範囲は特に設けない。また、電気透析槽２１の陽極
室２４からは塩素イオンが電極表面にて酸化され、通電
量に見合う分、塩素ガスを発生する。

【００３６】発生した塩素ガスは先に述べたようにライ
ン２５を経て殺菌等のため、原海水中に注入される。脱
塩された淡塩水はライン２７を経てライン６０と合流
し、ライン５９から海へ戻される。

【００３７】次に濾過器２７について説明する。濾過器
２７の役割は、ライン２６によって供給される濃縮塩水
中の多価陽イオン、特にＭｇ²⁺の除去にある。除去の方
法はライン２６によって供給される濃縮塩水とガス拡散
電極を用いた電気分解槽３１の陰極室３７にて生成され
るアルカリ４８と反応させて、難溶性の塩Ｍｇ（ＯＨ）
₂ を生成させ、濾過器２７によって分離するものであ
る。さらに濾過器再生時にガス拡散電極を用いた電気分
解槽３１の陽極室３５にて生成される酸４４によって溶
解され、取り除かれる。Ｍｇ²⁺以外にも海水中に存在す
るＣａ²⁺，Ｓｒ²⁺も同様に除去される。

【００３８】反応させるアルカリはＮａＯＨ以外にもガ
ス拡散電極を用いた電気分解槽３１にて生成するＮａＯ
Ｈ水溶液と空気を接触反応させることによって空気中の
炭酸ガスとＮａＯＨを反応させ生成される炭酸ナトリウ
ムＮａ₂ ＣＯ₃ でもよい。ただしこの場合は難溶性の炭
酸塩として除去される。

【００３９】次にイオン交換キレート樹脂塔２９につい
て説明する。イオン交換キレート樹脂塔２９の役割は、
濾過器２７までで捕捉しきれなかった多価陽イオンをキ
レート生成基の強い配位結合によって、選択的に吸着除
去することにある。キレート樹脂の種類はポリスチレン
を基体としてイミノジ酢酸基をキレート生成基とするも
の、あるいは同じくポリスチレンを基体としてポリアミ
ンをキレート生成基とするもの等種々のものがあるが特
に限定するものではない。

【００４０】要は対象とする多価陽イオンに対して強い
吸着性を持つ官能基を有しており、かつ、吸着後、酸に
よって再生可能であるイオン交換体であればよい。対象
となる多価陽イオンは主にＣａ²⁺であるが、Ｍｇ²⁺，Ｓ
ｒ²⁺，Ｆｅ²⁺，Ｆｅ³⁺，Ａｌ³⁺等も同様に吸着除去され
る。吸着除去の程度は対象多価陽イオンとしてＣａ²⁺，
Ｍｇ²⁺を例にとると、吸着除去後のライン３０のＣ
ａ²⁺，Ｍｇ²⁺がそれぞれ１０ｐｐｍ以下とされ、好まし
くは１ｐｐｍ以下、さらに好ましくは０．１ｐｐｍ以下
とされる。これら多価陽イオンはガス拡散電極を用いた
電気分解槽３１に装着してあるイオン交換膜中に難溶性
塩として沈着し、その性能低下の原因となり得る。キレ
ート生成基は吸着飽和に達するともはやその吸着能力を
失うので、再生が必要である。

【００４１】再生液としては通常酸を用いるが、本発明
プロセスにおいては、ガス拡散電極電気分解槽３１の陽
極室３５にて生成した塩酸を用いることを特徴とする。
吸着金属を塩酸にて溶離した後、再度Ｎａ化するわけで
あるが、本発明プロセスではガス拡散電極を用いた電気
分解槽３１の陰極室３７にて生成されたＮａＯＨ４８を
用いてＮａ化することを特徴とする。

【００４２】以上ガス拡散電極を用いた電気透析槽３１
に送られる逆浸透膜モジュール１４の濃縮塩水の前処理
装置として、電気透析槽２１、濾過器２７、イオン交換
キレート樹脂塔２９について詳細に説明してきたが、そ
れぞれの造水プロセスに応じて、これらの前処理装置を
適宜組み合わせて使用することになる。

【００４３】最後にガス拡散電極を用いた電気分解槽３
１ついて説明する。酸、アルカリ及び水素の生成機構に
ついては既に述べたのでここでは省略する。図２におけ
るガス拡散電極を用いた電気分解槽３１はガス供給室３
２、ガス拡散電極の拡散層３３、反応層３４、陽極室３
５、塩室３６、陰極室３７、陰イオン交換膜３８、陽イ
オン交換膜３９、陰極４０、及び水素ガス供給ライン５
７からなる。

【００４４】陽極室３５で生成された酸はライン４５よ
って原塩水のｐＨ調整、ライン４４によって濾過器２７
における水酸化物の溶解洗浄、及びライン４３によって
キレート樹脂塔２９の再生に使用される。陰極室３７で
生成されたアルカリはライン４８によって濾過器２７に
おける水酸化物の生成、ライン４９によって樹脂塔２９
における再生後キレート樹脂官能基のＮａ化、さらに逆
浸透膜モジュール１４からの膜透過水１５のｐＨ調整、
濃縮水６０のｐＨ調整に使用される。

【００４５】塩室３６から排出される淡塩水は酸性であ
るため、ライン５４によって逆浸透膜モジュール１４か
らの濃縮水１９のｐＨ調整に使用される残りの淡塩水は
ライン５５によって大部分の逆浸透膜モジュール１４の
濃縮水６０とともに５９から海に戻される。ガス拡散電
極を用いた電気分解槽３１に供給される塩水３０はその
濃度が通常３０ｇ／リットル〜飽和塩水濃度であるが、
好ましくは４０〜３２０ｇ／リットルである。極度に低
濃度の塩水を供給すると使用しているイオン交換膜の選
択透過性を低下させる原因となる。

【００４６】陽極室３５で生成される酸濃度は通常０．
１〜５．０規定であるが、生成効率の観点から０．３〜
２．０規定の範囲が好ましい。陰極室３７で生成される
アルカリ濃度は通常０．１〜６．０規定であるが生成効
率の観点から０．３〜３．０規定の範囲が好ましい。生
成される酸及びアルカリの濃度は逆浸透膜モジュール１
４にて生成される膜透過水５８によって調整される。

【００４７】運転電流密度は通常０．３〜４．０ＫＡ／
ｍ² の範囲であるが、好ましくは０．５〜３．０ＫＡ／
ｍ² の範囲である。ガス拡散電極を用いた電気分解槽３
１に供給される塩水３０中にボウ硝Ｎａ₂ ＳＯ₄ が含ま
れていると陽極室３５で硫酸Ｈ₂ ＳＯ₄ が生成され、塩
酸ＨＣｌと同様に利用される。

【００４８】また、一方ガス拡散電極を用いた電気透析
槽３１の陰極室３７では陰極反応によって水素が発生
し、その水素はライン５７によってガス供給室３２に送
られ、ガス拡散電極における電極反応によって水素イオ
ンとなる。

【００４９】なお、海水殺菌用の塩素として、電気透析
槽２１の陽極室で発生する塩素を用いるのが既述のよう
に経済的であるが、原水である海水を陽イオン交換膜を
隔膜とする電気分解槽に導入し、該電気分解槽にて発生
する塩素を利用するのも同様に経済的である。塩素発生
装置は電気透析槽２１にこだわらないのが本発明の特徴
である。

【００５０】以上本発明を詳しく説明したが、その特徴
を一言でいえば、ガス拡散電極を用いた電気分解槽にお
ける電極反応及びイオン交換膜による選択透過性によっ
て、造水プロセス流体例えば海水から酸とアルカリを製
造し、物質収支的にバランスした量にて該プロセス流体
のｐＨをその目的に合わせて調節することにある。さら
に電気透析槽の陽極室にて発生する塩素ガスを原料海水
の殺菌の目的で利用することも重要な目的である。

【００５１】さらに、ガス拡散電極を用いた電気分解槽
に供給される塩水の前処理にも本発明の特徴はある。ま
た、運転操作の面においても系外から酸とアルカリを搬
入し、さらに濃度調整を行いプロセス内に添加する方法
と比較すると格段に簡単な運転操作となるし、経済的に
も有利である。本プロセスは今後、海水あるいは地下か
ん水の淡水化のみならず、食品、医薬品、さらに電子工
業分野の純水製造プロセスにも広く応用されていく。

【００５２】

【実施例】以下、実施例によって本発明を説明するが、
かかる実施例によって本発明が限定されるものではな
い。

【００５３】［実施例１］海水より逆浸透膜モジュール
を用いて淡水化する造水プロセスにガス拡散電極を用い
た電気分解槽を適用した例を示す。図３にそのフローシ
ートを示す。取水する海水の主成分は下記の通りであ
る。Ｃｌ^- １９．３５ｇ／ｋｇＳＯ₄ ^2- ２．７２ＨＣＯ₃ ^- ０．１４Ｎａ⁺ １０．７７Ｍｇ²⁺ １．２９Ｃａ²⁺ ０．４１Ｋ⁺ ０．４０Ｓｒ²⁺ ０．０１合計３５．０９ｇ／ｋｇ

【００５４】ライン１０１によって４１６．７ｋｇ／ｈ
ｒ（１０Ｔ／Ｄ）の海水が取水され、淡水化される。取
水された海水は、先ず砂濾過器１０２によって、浮遊懸
濁物質が濾過される。その後ライン１０３の途中で、ラ
イン１１８によって電気透析槽１１３の陽極室１１４に
て発生した塩素ガスを注入される。海水中の塩素ガス濃
度は１ｐｐｍになるように調節される。

【００５５】その後ライン１０４の途中で、ガス拡散電
極を用いた電気分解槽１２４の陽極室１２８にて生成さ
れた塩酸がライン１３６によって添加される。塩酸添加
によって海水のｐＨは６．５〜７．０の範囲に調整され
る。このｐＨ調整によって難溶性の炭酸塩の生成を防ぐ
ことができる。ｐＨ調整された海水はライン１０５から
カートリッジフィルタ１０６を経てライン１０７から高
圧ポンプ１０８によって７５ｋｇｆ／ｃｍ² まで昇圧さ
れ、ライン１０９から逆浸透膜モジュール１１０に供給
される。

【００５６】逆浸透膜モジュール１１０で原料海水は膜
透過水１１２と濃縮水１１１に分離される。それぞれの
生産量は、膜透過水１６６．７ｋｇ／ｈｒ（４Ｔ／
Ｄ）、濃縮水２５０ｋｇ／ｈｒ（６Ｔ／Ｄ）である。そ
の液組成は、膜透過水０．５ｇＮａＣｌ／リットル、濃
縮水６０ｇＮａＣｌ／リットルである。膜透過水１１２
はライン１４３によってガス拡散電極を用いた電気分解
槽１２４の陰極室１３０にて生成された５ｗｔ％ＮａＯ
Ｈにて中和され、ライン１１３にて淡水として飲料水あ
るいは工業用水として利用される。

【００５７】その一部はガス拡散電極電気分解槽１２４
にて生成される酸とアルカリの濃度調整用水としてライ
ン１４７、１４８にてそれぞれ陽極室１２８及び陰極室
１３０に送られる。濃縮水は大部分ライン１２０を経て
途中ライン１４６にてガス拡散電極電気分解槽１２４で
生成されたアルカリによって中和され、ライン１２１よ
り海に戻されるが、一部分（本実施例の場合は５．８７
リットル／ｈｒ）がライン１１２を経て、途中ライン１
３９によって、ガス拡散電極を用いた電気分解槽１２４
の酸性淡塩水にてｐＨを４．０〜６．０に調整され、ラ
イン１４９から電気透析槽１１３に供給される。

【００５８】電気透析槽１１３の陽／陰イオン交換膜の
それぞれの有効膜面積は６００ｃｍ² であり、１ユニッ
ト当たり１００ｃｍ² となり、６ユニットからなる。電
流密度は０．４ＫＡ／ｍ² で運転された。使用された陽
イオン交換膜は、スチレン／ジビニルベンゼン共重合体
系の膜でありイオン交換基としてスルホン酸基を３．３
ｍｅｑ／ｇ乾燥樹脂含むものであり、一方陰イオン交換
膜は、スチレン／ジビニルベンゼン共重合体系の膜であ
りイオン交換基として４級アンモニウム塩を３．３ｍｅ
ｑ／ｇ乾燥樹脂含むものである。

【００５９】電気透析槽１１３にて濃縮水はさらに濃縮
され、ＮａＣｌ：２９０ｇ／リットルの塩水を０．１３
８リットル／ｈｒライン１１９によって、濾過器１１６
に供給する。一方、脱塩水はライン１４５によって濃縮
塩水とともにライン１２１から海に戻される。その流量
は５．７リットル／ｈｒとなる。さらに電気透析槽１１
３の陽極室１１４からは５．０ｇ／ｈｒの塩素が発生
し、ライン１１８によって原料海水に注入され、その殺
菌に供される。

【００６０】濾過器１２２において供給塩水はライン１
４１からのアルカリと反応して、主にＭｇ²⁺が難溶性塩
Ｍｇ（ＯＨ）₂ として除かれる。この反応のためにガス
拡散電極を用いた電気分解槽１２４にて生成されたアル
カリＮａＯＨが１．０４ｇ／ｈｒ使用される。また、濾
過後残存した難溶性塩Ｍｇ（ＯＨ）₂ を溶解して系外に
取り除くためにガス拡散電極を用いた電気分解槽１２４
で生成された酸ＨＣｌを使用するが、その量は０．９４
ｇ／ｈｒである。

【００６１】濾過器１１２にて濾過後、塩水中のＭｇ²⁺
濃度は０．１ｐｐｍ以下となり、また、その塩水濃度は
２５５ｇＮａＣｌ／リットルであった。濾過器１２２に
て濾過された塩水はライン１２３によってガス拡散電極
を用いた電気分解槽１２４に送られる。その流量は本実
施例の場合、０．１５７リットル／ｈｒである。

【００６２】ガス拡散電極を用いた電気分解槽には次の
仕様の電槽を用いた。すなわち、電槽本体は耐薬品性を
考慮してＰＴＦＥ製とし、水素ガス供給管１５０はテト
ラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重
合体製とした。ガス拡散電極は黒鉛の繊維を基材とした
厚さ約０．５ｍｍ、多孔度７０％の多孔板に、カーボン
ブラックに担持させた白金触媒をＰＴＦＥで結着したも
のを用いた。

【００６３】触媒の厚さは２００μｍ程度であり、担持
量は約０．５ｍｇ／ｃｍ² であった。一方陰極１３３に
はニッケル製のパンチドメタル陰極を用いた。陰イオン
交換膜１３１としては、スチレン／ジビニルベンゼン／
４−ビニルピリジン共重合体系弱塩基性陰イオン交換膜
（塩化ビニル織布含浸重合体でイオン交換容量３．０ｍ
ｅｑ／ｇ乾燥樹脂）を用い、陽イオン交換膜１３２とし
ては、ＣＦ₂ ＝ＣＦ₂／ＣＦ₂ ＝ＣＦＯＣＦ（ＣＦ₃ ）
ＯＣＦ₂ ＣＦ₂ ＳＯ₃ Ｈ共重合体からなり、ＰＴＦＥ織
布で補強された陽イオン交換膜（イオン交換容量０．９
１ｍｅｑ／ｇ乾燥樹脂）を用いた。

【００６４】ガス拡散電極を用いた電気分解槽１２４
は、ガス供給室１２５、ガス拡散電極のガス拡散層１２
６と反応層１２７、陽極室１２８、塩室１２９、陰極室
１３０、陰極１３３、及びガス供給管１５０からなる。
有効膜面積は８５ｃｍ² とした。電流密度は１．５ＫＡ
／ｍ² であり、生成される酸濃度は５．０ｗｔ％ＨＣｌ
であり、アルカリ濃度は５．０ｗｔ％ＮａＯＨである。
生成量は１６．５４ｇＨＣｌ／ｈｒであり、海水ｐＨの
調整に１５．６ｇ／ｈｒ使用され、濾過器１２２の難溶
性塩Ｍｇ（ＯＨ）₂ の溶解に０．９４ｇ／ｈｒ使用され
る。

【００６５】ＮａＯＨは１８．１５ｇ／ｈｒ生成され、
濾過器１２２における難溶性塩Ｍｇ（ＯＨ）₂ 生成のた
めに１．０４ｇ／ｈｒ使用され、膜透過水の中和に４．
６７ｇ／ｈｒ使用され、さらに海に戻す濃縮海水の中和
に１２．４５ｇ／ｈｒ使用される。酸ＨＣｌ及びアルカ
リＮａＯＨの通電量に対する生成効率は９５％であっ
た。

【００６６】塩室１２９から排出される淡塩水はそのＮ
ａＣｌ濃度が１２０ｇ／リットルであり、流量は０．１
リットル／ｈｒである。大部分は逆浸透膜モジュールか
らの濃縮塩水と共にライン１２１から海に戻されるが、
一部は電気透析槽１１３の入り塩水のｐＨ調整に使用さ
れる。陰極室１３０からは、０．５ｇ／ｈｒの水素が発
生し、ガス供給管１５０にてガス供給室１２５に送られ
る。

【００６７】以上本実施例にて述べてきたように、造水
プロセスにて使用される酸及びアルカリは全てガス拡散
電極を用いて電気分解槽１２４で製造され、物質収支的
にも通電量等を調整することによって容易にバランスさ
せることが可能である。

【００６８】

【発明の効果】本発明における造水プロセスでは、プロ
セス内流体のｐＨ調整に、ガス拡散電極を用いた電気分
解槽にて生成される酸及びアルカリを使用する。従来の
プロセスではｐＨ調整用の酸及びアルカリをプロセス外
から購入し、その濃度を調整した後、適当量プロセス流
体に添加しているが、この場合ｐＨ調整用の酸及びアル
カリを購入する費用がかかること、さらに、酸及びアル
カリを適当な濃度に調整する設備及び操作が必要なこ
と、さらには適当量連続的に添加する操作が必要である
ため、運転操作が非常に煩雑であり、かつ、経済的にも
不利であった。

【００６９】ガス拡散電極を用いた電気分解槽をプロセ
ス内に設置することによって、酸及びアルカリを購入す
る必要もなく、一定濃度の酸及びアルカリが連続的に製
造され、必要な量を連続的にプロセス流体に添加するこ
とが可能となり、運転操作も極めて簡便になり、経済的
にも有利となった。さらに有利なことに、殺菌用の塩素
発生装置を特に設けなくても、塩水濃縮のため設けた電
気透析槽の陽極室で発生する塩素をその目的のために利
用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例によるガス拡散電極を用いた電気
分解槽の説明図

【図２】本発明の一例によるバイポーラ膜電気透析槽を
用いた逆浸透膜法造水プロセスにおけるｐＨ調整システ
ムのフローシート

【図３】本発明の実施例１に用いた造水プロセスのフロ
ーシート

【符号の説明】

６：砂濾過器８：精密濾過器１０：カートリッジフィルタ１２：高圧ポンプ１４：逆浸透膜モジュール２１：電気透析槽２２：脱塩室２３：濃縮室２４：陽極室２７：濾過器２９：キレート樹脂塔３１：ガス拡散電極を用いた電気分解槽３２：ガス供給室３３：ガス拡散電極の拡散層３４：ガス拡散電極の反応層３５：陽極室３６：塩室３７：陰極室３８：陰イオン交換膜３９：陽イオン交換膜４０：陰極５６：陰極室５７：ガス供給管１０２：砂濾過器１０６：カートリッジフィルタ１０８：高圧ポンプ１１０：逆浸透膜モジュール１１３：電気透析槽１１４：陽極室１１５：濃縮室１１６：脱塩室１２２：濾過器１２４：ガス拡散電極を用いた電気分解槽１２５：ガス供給室１２６：ガス拡散電極の拡散層１２７：ガス拡散電極の反応層１２８：陽極室１２９：塩室１３０：陰極室１３１：陰イオン交換膜１３２：陽イオン交換膜１３３：陰極１５０：ガス供給管２０１：ガス拡散電極の拡散層２０２：ガス拡散電極の反応層２０３：ガス供給室２０４：陽極室２０５：塩室２０６：陰極室２０７：陰極２０８：陰イオン交換膜２０９：陽イオン交換膜２１０：ガス供給管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】海水又はかん水の脱塩操作を伴う造水プロ
セスで使用する酸、あるいはアルカリを、造水プロセス
で濃縮された海水又はかん水を原料にし、水素を酸化し
て水素イオンを発生せしめるガス拡散電極を用いた電気
分解槽によって製造することを特徴とする造水プロセ
ス。
【請求項２】脱塩操作を逆浸透膜を用いる装置によって
行う請求項１の造水プロセス。
【請求項３】脱塩操作を陰イオン交換膜及び陽イオン交
換膜を組み合わせてなるイオン交換膜電気透析槽によっ
て行う請求項１の造水プロセス。
【請求項４】脱塩操作を蒸留法によって行う請求項１の
造水プロセス。
【請求項５】造水プロセスで濃縮された海水又はかん水
は、Ｃａ²⁺，Ｍｇ²⁺等の多価陽イオンを除去するための
プロセスにより、多価陽イオンが除去されている請求項
１の造水プロセス。
【請求項６】Ｃａ²⁺，Ｍｇ²⁺等の多価陽イオンを除去す
るためのプロセスが、造水プロセスに用いられる海水又
はかん水を、陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜を組み
合わせてなるイオン交換膜電気透析槽を通して塩濃度を
濃縮するとともに、Ｃａ²⁺，Ｍｇ²⁺等の多価陽イオンを
選択的に除去する請求項５の造水プロセス。
【請求項７】Ｃａ²⁺，Ｍｇ²⁺等の多価陽イオンを除去す
るためのプロセスが、造水プロセスで濃縮された海水又
はかん水にアルカリを添加することによって、Ｃａ²⁺，
Ｍｇ²⁺等の多価陽イオンを塩として固形化し、さらに該
塩を濾過することによって、該多価陽イオンを除去する
請求項５の造水プロセス。
【請求項８】Ｃａ²⁺，Ｍｇ²⁺等の多価陽イオンを除去す
るためのプロセスが、造水プロセスで濃縮された海水又
はかん水をイオン交換キレート樹脂塔を通すことによっ
て、Ｃａ²⁺，Ｍｇ²⁺等の多価陽イオンを除去する請求項
５の造水プロセス。
【請求項９】陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜を組み
合わせてなるイオン交換膜電気透析槽の陽極室で発生す
る塩素を該造水プロセス中の原海水に注入し、殺菌する
請求項１の造水プロセス。