JPS5815162B2 - 一過処理による電気透析方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、すくなくとも一対の電極間に、複数個の透析
室用切欠部を有する枠体とイオン交換膜とを交互に多数
配して、前記枠体の複数個の切欠部とイオン交換膜によ
り形成される複数段の濃縮室及び脱塩室に電解質液を順
次供給して、前記電解質液の脱塩あるいは濃縮を一過処
理で可能とする電気透析方法とその装置に関する。

電気透析方法は、イオンの電気泳動とイオン交換膜の選
択透過性により、電解質液の脱塩又は濃縮を行なうもの
である。

一過処理とは、電解質液を循環することなく、一回の透
析槽通過により高度の脱塩率又は高度の濃縮率で、所定
濃度の脱塩水又は濃縮水を得る処理である。

一過処理を行なう際の要因には、電流密度、液流速、滞
留時間、流路長さ、それに構造上の最大の問題として液
漏れが考えられる。

上記要因はそれぞれ互に影響し合い、これらの影響をす
べて考慮して、所定の造水量、原水濃度、処理水濃度に
対して必要膜面積すなわち必要流路長さが決定される。

従来では、この必要流路長さを得るために、第１図に示
すような１枚の枠体１に複数個の切欠部を設け、前記複
数個の切欠部とイオン交換膜Ａ。

Ｋで形成される複数段の脱塩室■、■、■及び濃縮室■
’、 ■′、 ■′に電解質液を順次供給する電気透析
槽が提案されている。

これらの電気透析槽を用いて、電解質液を循環すること
なく、一回の透析槽通過により処理することにより、構
造の簡略化、運転操作の簡易化がはかれる。

又被処理水の濃度に応じて段数を加減することにより高
濃度液からでも処定濃度の処理水（例えば飲料水として
使用出来る程度の濃度）を得ることができる利点がある
。

しかしながら、これらの利点は、液の漏洩を完全に防止
することにより得られるものであり、この液の漏洩を防
止することが一過処理を可能とするあるいは高効率で行
なわせしめる鍵である。

液の漏洩とは以下の２種類の液の移動を指す。

その１つは多段に形成される脱塩室間のみでの、あるい
は濃縮室間のみでの液の移動であり、これは、第１図に
示すところの各段透析室の仕切部２とイオン交換膜との
締付は不良に起因する。

これらの液の漏洩により、電解質液は所定の流路長さを
流れず、第２図に示すごとく多段に形成される透析室間
を短絡して流れ、所定の滞留時間が得られず、その結果
、処理水濃度を所定値まで処理することができなくなる
。

したがって、このような場合、所定の処理水濃度を得る
ためには極めて必要以上の流路長さ、すなわち膜面積を
必要とし、極めて不経済である上、場合によっては、構
造上不可能となる。

もう１つの液の移動は、脱塩室と濃縮室間の液の移動で
あり、これは、イオン交換膜に設けられる電解質液の供
給及び流出のための貫通孔部で起こる。

これにより、最終段脱塩室内に濃縮液が漏洩すると、所
定の処理水濃度を得ることはほとんど望めず、所定の処
理水濃度が低ければ低いほど、また濃縮液の濃度が高け
れば高いほど困難である。

従来法の問題点は、これらの液の漏洩にある。

すなわち、まず第１に従来法では、第１図に示すように
、各段の脱塩室１，１．１あるいは濃縮室■１゜ＩＩ／
、ＩＩＩ／、間の電解質液連結手段として例えば隣接す
る各段の脱塩室（例えばｎ、ｍ）に対応するそれぞれの
電解質流出管と電解質供給管を、電気透析装置の最両端
部につきでたパイプ３により連結しているため、フィル
タプレスにより、両端より締付けて電気透析装置を構成
できないことにある。

したがって、従来法では、電気透析槽の周辺部のみをボ
ルト等の締付は手段により、両端より締付は透析槽を構
成せざるを得す、その結果、透析槽は中央部がふくらん
だ状態となり、各段の透析室をしきる仕切部２では、枠
体１とイオン交換膜Ａ。

Ｋとの締付けが不完全な状態となり、第２図に示すとこ
ろに液の漏洩が生ずる。

１枚のイオン交換膜の寸法が大きくなればなるほど、ま
た透析室の多段数が多くなればなるほど、この締付は不
完全（こよる液の漏洩は増大する。

発明者等は、１枚のイオン交換膜の寸法が１ｍ巾×２ｍ
高さ及び５段の透析室を有するネオプレンゴム製の枠体
を用いた電気透析槽を最上端部、最下端部はボルト締め
、その間８か所に巾１００、高さ５０、長さ１２００の
Ｕ鋼を横にわたして、その両端を締付けて構成し、一過
処理特性を試験した。

しかし、所定の性能が得られず、その原因糾明のため装
置を解体した結果、組立時には、各枠体の各段透析室の
仕切部２がそれぞれ、かさなるようにして組立てたにも
かかわらず、解体時には、前記仕切部はそれぞれ左右に
蛇行し、組立て時の原形をとどめておらず、中央部に位
置する仕切部はど、そのづれの程度は大であった。

その後、中央部の締付けを検討したが、実機規模の大き
さをもつ電気透析槽ではボルト等による部分的な締付で
は満足する結果は得られなかった。

したがって、締付けはフィルタプレスにより全面的に締
付ける方式を用いることにし、それに適した一過処理電
気透析槽の構造を検討した。

第２に、脱塩室■、■、■と濃縮室■′、■′、■′間
の液の移動に対しては、上記したと同様に、イオン交換
膜の電解質液供給貫通孔ＣＩ、ＣＩＩ。

ＣＩならびに電解質流出貫通孔Ｂ■、Ｂ■、Ｂ■の締付
は具合及び構造的なものによるところがあるが、その他
に、従来では第１図でわかるように最終段脱塩室■（最
も濃度の低い脱塩室）に最終段濃縮室■′（最も濃度の
高い濃縮室）が対応するように解電質液を流している問
題がある。

上述したごとく、漏洩する濃縮液の濃度が高ければ高い
ほど、所定脱塩水濃度を得ることは極めて困難である。

したがって、我々は、フィルタプレスにより全面的に締
付は可能な一過処理電気透析槽の構造と、一過処理方法
において脱塩液と濃縮液との混合時の被害を最小にでき
る効率的な給液方法を検討し、下記の発明に至ったもの
である。

本発明の目的は、上記−過処理による電気透析装置にお
いて発生する効率の低下を最小限に押える方法および装
置を提供するにある。

上記の目的を達成する為、第１の発明は、２つ以上の濃
縮室を形成し、初段濃縮室から最終段濃縮室へ順次電解
質液を流すようにした多段濃縮室を備えた枠体と前記多
段濃縮室と同数の脱塩室を形成し、初段脱塩室から最終
段脱塩室へ順次電解質液を流すようにした多段脱塩室を
備えた枠体とをイオン交換膜を介して交互に積層し、そ
れらの両端に電極を設けてなる一過処理による電気透析
装置を用いて電気透析するに当り、前記多段濃縮室の初
段濃縮室と多段脱塩室の最終段脱塩室とがイオン交換膜
を介して対向するような位置関係となるように電解質液
を流すことを特徴とする。

第２の発明は２つ以上の濃縮室を形成し、初段濃縮室か
ら最終段濃縮室へ順次電解室液を流すようにした多段濃
縮室を備えた枠体と前記多段濃縮室と同数の脱塩室を形
成し、初段脱塩室から最終段脱塩室へ順次電解質液を流
すようにした多段脱塩室を備えた枠体とをイオン交換膜
を介して交互に積層し、それらの両端に電極を設けてな
る一過処理による電気透析装置において、前記多段濃縮
室の初段濃縮室と多段脱塩室の最終段脱塩室とがイオン
交換膜を介して対向するような位置関係となるように電
解質液を流すように構成し、かつ、互に隣り合う各段の
濃縮室あるいは脱塩室の、前記枠体及びイオン交換膜に
設けた貫通孔により形成される電解質液供給管と、また
、それぞれ別に設けられた貫通孔により形成される電解
質液流出管とを電気透析槽の締付枠体に設けられた溝に
より連結してなることを特徴とする。

以下実施例により説明する。

第３図は本発明の一実施例を示す電気透析槽の展開斜視
図である。

本発明は、イオン交換膜Ａ。Ｋ、多段濃縮室または多段
脱塩室を形成する枠体１（以下、単に枠体と称す）、電
極室用枠体８、電解室液連結板４からなり、相対する電
極室用枠体８間に、イオン交換膜Ａ、にと枠体１を交互
に多数配し、電極室用枠体８の外側に、それぞれ、電解
室液連結板４を両端面が平坦面になるように配して両端
よりフィルタプレスにより締付けて構成することを特徴
とする。

枠体１は、切欠部■、■。■あるいは■’、■’、■’
を３個有し、それぞれ切欠部に対応する電解質液供給貫
通孔ＡＩ 、ＣＩ 。

Ａ１１．ＣＩＩ、ＡＩ［Ｉ、ＣＩ［Ｉと電解質液流出貫
通孔ＤＩ、ＢＩ、ＤＩＩ、Ｂ１１．ＤＩＩＩ、ＢＩ［Ｉ
を有する。

一例としてここでは、ＡＩ 、ＡＩ 、ＡＩ、ＤＩ 。

ＤＩ、ＤＩを濃縮液用、ＢＩ、Ｂｌｌ、ＢＩＩＩ、ＣＩ
。

Ｃ１１、ＣＩを脱塩液用として構成した場合について説
明する。

イオン交換膜Ａ、には、同様に上記電解質液流出貫通孔
ＤＩ 、Ｂｌ 、Ｄｌｌ 、ＢＩ 、ＤＩ。

ＢＩ［Ｉ’および電解質液供給貫通孔ＡＩ’ ＣＩ’
Ａｌｔ’ｃｕ’、 Ａｍ’、 ｃｍ’を有する。

電極室用枠体８はその片面に前記３段の脱塩室Ｉ、■、
■あるいは濃縮室Ｉ′、■′、■′にそれぞれ対応する
電極設置場所Ｉ“、■“、■“を有し、前記■“、■“
、■／にそれぞれ対応する電極液供給管９及び電極液流
出管１０を有し、かつ前記電解質液の供給貫通孔ＡＩ
。

ＣＩ“、ＡＩ“、ＣＩ“、Ａｍ“、Ｃ■／と同様ζこ電
解質液流出貫通孔ＤＩ“、ＢＴ“、ＤＩ“、Ｂｌｌ“、
Ｄｌｌｌ“。

Ｂｌ“を有する。

前記枠体１、イオン交換膜Ａ。Ｋ１および電極室用枠体
８に設けた、それぞれの電解質液供給貫通孔及びそれぞ
れの電解質液流出貫通孔は、電気透析槽構成時にそれぞ
れの電解質液供給管ＡＩ 、ＣＩ 、Ａ２．Ｃ２，Ａ３
．Ｃ３及び電解質液流出管ＤＩ 、Ｂ１ 、Ｂ２．Ｂ２
．Ｂ３゜Ｂ３を形成する。

電解室液連結板４は、その片面番こ、前記多段に設けた
脱塩室Ｉ、■、■の互に隣接する脱塩室ζこ対応する上
記電解質液流出管Ｄ１と電解質液供給管Ａ２、及びＢ２
とＡ３を連結する電解室液連結みぞ７１，７１１を有し
、他の面は平坦で、フィルタプレスにより全面的に締付
は可能である。

同様に電解室液連結板４′は、Ｂ１とＣ２及びＢ２とＣ
３を連結する電解室液連結みぞ７Ｉ′。

７１１’を有する。

上記、枠体１は、ゴム等の弾性材、電極室用枠体８及び
電解室液連結板４，４′は、プラスチック材により作ら
れ、後者はフィルタプレス（こより締付けられる際、変
形等による締付の不完全を生じないように、各部の寸法
が決定される。

なお、電極室用枠体８の両側には、枠体材等の弾性体を
挿大して、シールされる。

つぎζこ、本発明の一実施例である給液方法を第３図を
用いて説明する。

脱塩液６（図中、点線で表示）は、電解室液連結板４の
側面下部より、電解質液供給管ＡＩ（ＡＩ 、ＡＩ、
ＡＩ′等で構成）に導入され、ついで隔番の脱塩室群Ｈ
こ分散されて、該脱塩室で電気透析され塩類を減少した
のち。

電解質流出管ＤＩ（ＤＩ“、ＤＩ、ＤＩ′等で構成）に
流出する。

ついで、第１段の脱塩室に対応する電解質液流出管Ｄ１
と第２段の脱塩室■に対応する電解質液供給管Ａ２を連
結する電解室液連結板４Ｉこ設けたみぞ７Ｉを通って、
Ａ２（ＡＩ 、Ａ■Ａｌｌ′等で構成）に導入され、
その後、隔番の第２段の脱塩室群Ｈに分散され、塩類を
さらに減少する。

該脱塩室で透析作用を受けた電解質液は、電解質液流出
管Ｄ２（ＤＩ’、ＤＩ 、ＤＩ［“等で構成）に流出し
、同様に電解室液連結板４に設けたみぞ７■を通って、
最終段の脱塩室■（こ対応する電解質液供給管Ａ３（Ａ
ｌｌ“、ＡＩＩ、ＡＩ［Ｉ’等で構成）に導びかれる。

ついで、最終段の脱塩室■に分散供給され、最後の透析
作用を受は電解質液流出管Ｄ３（ＤＩ’、 ＤＩ 、
ＤＩ“等で構成）に流出する電解質液の濃度は所定値に
脱塩され、電解室液連結板４の側面上部より処理水６′
として取り出される。

一方濃縮液５（図中、実線で表示）は電解室液連結板４
′の側面下部より、電解質液供給管Ｃ１（ＣＩ“、Ｃ１
，’、ＣＩ等で構成）に導入され、ついで隔番の濃縮室
群Ｉ′に分散されて、該濃縮室で電気透析され塩類を増
加したのち、電解質液流出管Ｂｌ（ＢＩ 、Ｂｌ、Ｂ
Ｉ等で構成）に流出する。

ついで、第１段の濃縮室に対応する電解質液流出管Ｂ１
と第２段の濃縮室■′に対応する電解質液供給管Ｃ２を
連結する電解室液連結板４′に設けたみぞ７Ｉ’を通っ
て、Ｃ２（ＣＩ 、ＣＩ’、Ｃ１１等で構成）に導入
され、その後、隔番の第２段の濃縮室群■′に分散され
、塩類をさらに増加する。

該濃縮室で透析作用を受けた電解質液は、電解質液流出
管Ｂ２（Ｂｌｌ 、ＢＩ、ＢＩ等で構成）に流出し、
同様に電解室液連結板４′に設けたみぞ７１１’を通っ
て、最終段の濃縮室■′に対応する電解質液供給管Ｃ３
（ＣＩ“、ｃｍ’、ｃｍ等で構成）Ｉこ導びかれる。

ついで、最終段の濃縮室■′に分散供給され、最後の透
析作用を受は電解質液流出管Ｂ ３ ＣＢ ■” 。

Ｂｕｎ’、Ｂｌｌ等で構成）／Ｉこ流出する電解質液の
濃度は所定値に濃縮され、電解室液連結板４′の側面上
部より取り出される。

本発明の特徴は、第３図に示すごとく最終段の脱塩室■
に初段の濃縮室Ｉ′がイオン交換膜を介して対向するよ
うに供液することにあり、脱塩液と濃縮液の混合による
被害を最小限に留めることを目的とする。

この種の液の漏洩すなわち、脱塩液と濃縮液の混合は、
上述したごとくイオン交換膜Ａ、Ｋに設けた電解質液供
給貫通孔及び電解質液流出貫通孔部の構造に主に起因す
るもので、これらの液の漏洩は、フィルタプレスによる
締付けでも完全に防止することはできない。

第４図にイオン交換膜（こ設けた電解質液供給貫通孔部
の構造の詳細を示す。

イオン交換膜Ａ、Ｋ及び枠体１に設けた電解質液供給貫
通孔により形成される電解質液供給管Ｃから、濃縮液５
は、隔番の濃縮室群■′に前記濃縮室と電解質液供給管
Ｃとを連絡する連通孔１２を通って所定の濃縮室に導入
される。

ここで、問題となるのは、上記、連通孔１２を枠体１に
設けることζこより、その部分では、イオン交換膜Ａ、
には片面のみで、枠体１と締付けられ充分な締付けが行
ない得ないことにある。

したがって、通常では、枠体１の厚みが０．５〜２．０
龍と極めて小さいため、上記連通孔１２部に、網状のス
ペーサ等１１を挿入して、一応、イオン交換膜がその両
側より締付られるようにしている。

しかしながら、枠体１はゴム等の弾性材でつくられ、そ
の厚みは極めて小さくイオン交換膜は約厚み０．２Ｕの
シート状で、いずれも、容易に変形し、その上、イオン
交換膜の片側は、部分的に締付けられるため、かなり、
しん重に締付けたとしても、脱塩室Ｉと電解質液（濃縮
液）供給管Ｃとを連通ずる通路が形成され、濃縮液の一
部が５Ｂに示すように、脱塩室Ｉに漏洩することは現状
の構造を採用する以上まぬがれない。

以下に本発明と従来法による効果を比較しながら、上記
液の漏洩の影響を説明する。

但し、ここでの液の漏洩は、脱塩室と濃縮室間の液の移
動のみであり、脱塩室間での、あるいは濃縮室間での液
の移動については、従来法でもないものと仮定する。

例えば、３５０００ｐｐｍの海水を一過処理して３００
ｐｐｍの処理水を得る場合、脱塩液と濃縮液の流速を
同じく１とし、濃縮液の１／２００が、最終段の脱塩室
に漏洩するとすると、従来では、最終段の脱塩室に、最
終段の濃縮室が対応しており、はぼ７００００ ｐｐｍ
の濃縮海水が漏洩してくるため、処理水濃度は、はぼ６
５０ ｐｐｍとなってしまう。

これに対して、本発明では、最終段の脱塩室に、初段の
濃縮室が対応しており、はぼ３５０００ ｐｐｍの海水
が漏洩してくるため、得られる処理水濃度は４７５ ｐ
ｐｍである。

したがって。漏洩の影響は極めて大きく、ゆえに本発明
の効果も非常に大きい。

以下、本発明の効果は、フィルタプレスにて、両端より
締付けて構成できる電気透析槽を提供することにより、
上述した脱塩室間あるいは濃縮室間での液の漏洩を防止
することができ、実機規模の装置で一過処理を可能とす
るとともに、その高効率−過処理が行ない得る。

また、一過処理での最終段脱塩室が初段の濃縮室に対応
するように供液することにより、脱塩室と濃縮室間の液
の漏洩による被害を最小限に留めることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、従来方法を示す展開斜視図、第２図は、脱塩
室間あるいは濃縮室間での液の漏洩を示す立体部分図、
第３図は、本発明の一実施例を示す展開斜視図、第４図
は、脱塩室と濃縮室間での液の漏洩を示す立体部分図で
ある。 １・・・・・・枠体、２・・・・・・仕切部、４，４′
・・・・・・電解室液連結板（締付板）、５，５′・・
・・・・濃縮液、６，６′・・・・・・脱塩液、７・・
・・・・連結溝、Ａ、Ｋ・・・・・・イオン交換膜、Ａ
Ｉ・・・・・・脱塩液供給貫通孔、ＢＩ・・・・・・濃
縮液流出貫通孔、ＣＩ・・・・・・濃縮液供給貫通孔、
ＤＩ・・・・・・脱塩液流出貫通孔、Ｉ、Ｉ、■・・・
・・・脱塩室、１’、■’、■′・・・・・・濃縮室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １２つ以上の濃縮室を形成し、初段濃縮室から最終段濃
   縮室へ順次電解質液を流すようにした多段濃縮室を備え
   た枠体と前記多段濃縮室と同数の脱塩室を形成し、初段
   脱塩室から最終段脱塩室へ順次電解室液を流すようにし
   た多段脱塩室を備えた枠体とをイオン交換膜を介して交
   互に積層し、それらの両端に電極を設けてなる一過処理
   による電気透析装置を用いて電気透析するに当り、前記
   多段濃縮室の初段濃縮室と多段脱塩室の最終段脱塩室と
   がイオン交換膜を介して対向するような位置関係となる
   ように電解質液を流すことを特徴とする一過処理による
   電気透析方法。 ２２つ以上の濃縮室を形成し、初段濃縮室から最終段濃
   縮室へ順次電解質液を流すようにした多段濃縮室を備え
   た枠体と前記多段濃縮室と同数の脱塩室を形成し、初段
   脱塩室から最終段脱塩室へ順次電解質液を流すようにし
   た多段脱塩室を備えた枠体とをイオン交換膜を介して交
   互に積層し、それらの両端に電極を設けてなる一過処理
   による電気透析装置において、前記多段濃縮室の初段濃
   縮室と多段脱塩室の最終段脱塩室とがイオン交換膜を介
   して対向するような位置関係となるように電解質液を流
   すように構成し、かつ、互に隣り合う各段の濃縮室ある
   いは脱塩室の、前記枠体及びイオン交換膜に設けた貫通
   孔により形成される電解質液供給管と、また、それぞれ
   別に設けられた貫通孔により形成される電解質液流出管
   とを電気透析槽の締付枠体に設けられた溝により連結し
   てなることを特徴とする一過処理による電気透析装置。