JPS60255117A - 電気透析法による水脱塩装置 - 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、円筒形タンク内に、タンク軸を中心に延びて
いる中心電極と、中心電極を電解溶液中に埋め込んであ
る同軸の電極室と、イオン交換樹脂を含んでいる同軸の
樹脂室と、同軸の塩水室とを備えており、またそれぞれ
陽イオン透過性膜または陰イオン透過性膜によって隣接
している空間を分離している、電気透析法（二よる水脱
塩装置に関する。

〔従来の技術Ｊ この種の装置はイオン交換物質と透析装置及び電解装置
との結合体よりなる。この結合体の場合イオン交換物質
の連続的ＩｌＴ生処理は、電界の駆動力及びそ、ｌｔぞ
れ隣接する１１ψの分離作用がきわだっている。これに
対して通常のイオン交換器では負荷期間に再生期間と洗
浄期間とが付加され、再生剤を多量に必要とし、著しい
排ｄ＜損失を生じ、一般に第２プラントとの交換運転が
必要となり、また大規模な側副装置を必要とする。

アメリカ特許第３６８６０８９号明細書から電気透析法
による水脱塩装置は公知である。この場合一つの槽内で
それぞれ陽イオン透過性膜または陰イオン透過性膜によ
って連続的に陽イオン樹りｌ旨陰イオン樹脂、塩水、陽
極及び陰極用の空間が仕切られており、陽極室と陰極室
並びに陽イオン樹脂室と陰イオン樹脂室とは塩水室によ
って互いに距離を保だ肚、また陽イオン樹脂室及び陰イ
オン樹脂室は部分的に脱塩された水のため（二結合導管
により直列につながれている。その際すべての膜は平坦
であり、同じ長方形の型を有し、互いに並列的に配置さ
れている。膜により仕切られた陽イオン樹脂、陰イオン
樹脂、塩水、陽極または陰極用の各室に対しても同じこ
とがいえる。この装置の欠点は、大きな面積が必要であ
り、各室の保守点検のためにしばしば全装置を解体しな
けオｔばならず、比較的高い運転圧力に対する密閉が困
難であり、上方から流し込む被処理液体を均一に配分す
ることができず、発生するガスの排出が不均一となりイ
オン交換床の状態にイオン破壊傾向を増す不規則性を簡
単に補正することができず、またイオン交換床の貫流抵
抗を高める堆積物を高い経費で除去しなければならない
こと等である。

最初ｆ二連べた形式の装置として、槽が２個の円筒状タ
ンクと両タンクに対して半径方向の２個以−ヒのフラン
ジ移行部とから成り、半径方向で一方のタンク内に円筒
状の陽極室、中空円筒状の陽イメン樹脂室及び中空円油
状の塩水部分室が、また他方のタンク内（１円筒状の陰
極室、中空円筒状の陰イオン樹脂室及び中空円筒状の塩
７１り部分室が隣接して配置され、塩水室がフランジ移
行部の内室によって形成されるようにすることも考えら
れる。

しかしこの場合には一方のタンクそれ自体を、簡単なイ
オン交換器、すなわち陽イオン交換器または陰イオン交
換器として選択的に使用することはできない。この多面
性に関する欠点は装置を電気透析水脱塩に使用すること
を困難なものにしまた更にコスト減につながる大川生産
を■止している。

同時に塩水室内で循環させることによって、装置の効率
を一層高めるのに必要な塩水ａ度の高均質性を得ること
が阻１Ｆさｌｌ’Ｌ／、ｌｏ　史に塩水範囲での電気Ｗ
力線の短縮化に限痒を有する、すなわち′電気抵抗及び
装置の運転コストの低下には限界がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の根本課題は、僅かな製造コヌト及び低い運転コ
ストで多面的に使用でき、水性液体の処理に際して高い
効率をもたらし、容易に運搬可能で、僅かな所要面積で
十分であり、事故発生率がほとんどなくまた簡単に保守
点検することのでき　−る、電気透析法による水脱塩装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段Ｊ この課題は本発明によれば、中心電極を含む電極室と樹
脂室との間に塩水室を配置し、樹脂室とタンク壁との間
に中空円筒状に構成されかつ他の電解液を受け入れるた
めこ配置されたもう一つの電極室を接合することによっ
て達成される。

〔発明の効果〕

電気透析法による水脱塩装置のこの種の構造は、移行管
によって接続されている二個のタンクをその中心電極個
所で導体レールによって接続し、陽イオン交換器として
設置された一方のタンクの外側電極室に陽極を配置しま
た陰イオン交換器として設置されたもう一方のタンクの
外側電極室に陰極を設けることによって可能とされる。

これにより一方のタンクから他方のタンクに導か、ｌす
る電気メカ線は塩水内を極く短かい距離で橋絡され、従
って装置の運転コストを引き下げる電気抵抗の低下が達
成される。更に双方のタンクに共通な塩水循環により、
装置の効率を一層高めるのに必要な塩水濃度の一層高い
均質化を早期に得ることができる。互いに並列的に配置
さオｔた室を有する檜から互いに同軸的に配置された室
を有するタンクに変換することによって、高い運転圧力
に対する密閉処理、各イオン交換床の横断面への被処理
液体の均一な配分及び両電極室内で発生するガスの排出
等を容易に実施す纂ことができる。円筒状のタンク内に
は極めて多量のイオン交換樹脂を収納することができ、
その結果イオン交換床の収容力は高まりまた塩負荷余地
は大きくなる。更に電界の遮断又は欠除によって一時的
ｆ二通常のイオン交換作業を実施することができるがま
たはイオン交換床の再生を適正な電流時間に短縮するこ
とができる。また円筒状のタンク内に、イオン交換床の
貫流明止堆積物を除去しまたイオン交換床を均一化する
ための有能な逆洗可能性を設けることができる。しかし
本発明で達成された利点は特に、電気透析法によるｙＪ
＜脱塩装置の枠内でタンクを、陽イオン交換器と陰イオ
ン交換器との結合体の二重タンク構造として並びに個々
のタンクを単純な陽イオン交換器又は単純な陽イオン交
換器として使用できること、及びそれに応じて一層容易
に適正コストで大計生産を現実に可能としたことにある
。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面について詳述する。

図面には後に説明するように、一方のタンク内における
付加的内蔵物及び異なる装倫祠訓以外は、構造的に同じ
二個のタンク１０が示されている。

それぞオｔのタンク】０は溶接された台座１１によつて
直Ｔ７して設置さ２ｔている。塩水室１２はタンク軸１
３の方向にタンク１０から敗りはずし可能でかつ隔膜収
納範囲で穿孔された管１４内で円筒状タンクＩＯの両端
から突出していることによって、タンク１０の製造は単
純化されまた装置の保守点検も容易になる。中心電極１
５を含む電極室】６は、タンク軸１３の方向にタンクｌ
Ｏから取りはずし可能でかつ隔膜支持範囲で穿孔された
内管１７内で塩水室１２の両端から突出していることに
よって、タンク１０の製造は更に簡単イヒされ、装置の
保守点検は一層容易になる。史に管】４及び内”４’　
ｌ　７の４１１ハ部ＩＭ前に特９ｊ（ｌな障害なしに牛
径方向Ｃ二流れ１）」るｆｉｌ：出口を設けることがで
きろ。塩７ノ（室］２はその全長ｊ二わたって一様な横
断面積を有し、特に長手方向に延伸されていることから
塩水の循環は四に良好である。温水室１２の横断面積は
小さいにもかかわらず、外側に接続可能の樹脂室＋８＋
二対して大きな膜面を提供し、また内側に接続可能の電
極室１６に対しても大きな膜面を供給する。これは低い
電気的膜抵抗を作る場合重要である。タンク壁と管１４
との間の接合個所にはパツキンねじが設けられ、管１４
と内管１７との間の接合個所には０リングパツキンが設
けられる。

図示した電気透析法による水脱塩装置は、タンク１０内
で外側電極室１９及び樹脂室１８の上方に、外側電極室
】９に対して遮断された逆洗室２０を、樹脂室１８内に
存在するイオン交換樹脂を逆洗するために接続している
という特殊構造を有する。従ってＦ方から上方への逆洗
によって、樹脂室１８中に存在するイオン交換床を迅速
かつ節単に再均質化し、また流動を明止する堆積物を除
去することができる。この場合１−必要な容積拡大は約
６０〜８０％で充分である。逆洗室２０は半径方向では
タンク壁にまで達することから、逆洗運転のためには、
タンク１０を上方・＼極く僅かに延長するだけでよい。

タンク１０内で外側電極室１９及び樹脂室１８の下方に
は、樹脂￥１８の範囲内で樹脂不透過性のノズル２１が
設けられている環状中間床２２によって分けらＪ’した
集水室２３が接続されている。

有利にはスリット−キャップノズルとして構成さオｔた
ノズル２１は液体を両方向に貫流させるが、同時に樹脂
粒を樹脂室１８内に留める働きをする。タンクＩｎは開
放のため、外側電極室１９の下端の高さ位置（二下方フ
ランジ対２４を有しまた外側電極室１９の−１：端の高
さ位置に上方フランジ対２５を有することによって、タ
ンク１０の製造は更Ｃ：簡単化さｇ、装置の保守点検は
容易ｌ二なる。

外側電極室］９はその内側ジャケット面を、膜支持体と
して十分に穿孔された外管２６と接しており、外管２６
は両側でパツキンねじを介して保持リング２７と結合さ
１１．でいろ。一方の保持リング２７は−Ｌ方フランジ
対２５の下方フランジの高さ位置でまた他方の保持リン
グ２７は下方フランジ対２４の上方フランジの高さ位置
でタンク壁から内側に装入される。同様にして外側電極
室１９の円筒状格子として構成された′准極２８も保持
される。下方フランジ対２４の上方フランジを介して電
極２８はその電気的接続を形成し、また上方フランジ対
２５の幅広く構成されかつ内部環状溝を有する下方フラ
ンジを介して外側電極室１９はガス排出口及び再充填個
所として使用されるフロートタンク２９に接続されてい
る。もう一つのフロートタンク３０は中心電極１５を含
む電極室１６の上端に接続されている。

陽イオン透過性膜または陰イオン透過性膜は全体的に穿
孔された外管２６及び膜支持範囲で穿孔された内管１７
Ｃあってはそれぞれ内側に設置され、また膜支持範囲で
穿孔された管１４にあっては外側に設置される。この個
所では一方の極性のイオンに対する膜の透過性と、他方
の極性のイオン及び中性荷電分子に対する膜の不透過性
とが結合されている。有利にはホース状膜の端面を周囲
でのみ固定するベルト様膜固定祠を使用する。各膜を交
換するために全装置を分解する必要はない。

むしろ極く僅かな点検し易い部分的解体をするだけでよ
い。

図面には、移行性３１によって接合された二個のタンク
ｌＯがその各中心電極】５において導体レール３２によ
り接続されており、陽イオン変換器３３として設置され
たタンク】０の外側電極室１９内に陽極３４が、また陰
イオン交換器３５として設置された他方のタンク１ｏの
外側電極室１９内に陰極３６が存在する形式の、電気透
析法ｇ二よる水脱塩装置が全体的に描かれている。この
場合陽極３４は白金被膜を有するチタン鋼からなり、陰
極３４を収り巻く電解液は希硫酸から成り、陰極３６を
取り巻く電解液は精留性ソーダ液から成り、またそれぞ
れ中心電極１５を含む電極室１６内の電解液は硫酸ナト
リウム溶液から成る。樹脂の充填伺は陽イオン変換器３
３の場合陽イオン樹脂であり、また陰イオン変換器３５
の場合には陰イオン樹脂である。陽イオン交換器３３で
は二個の陽イオン透過性膜及び−個の陰イオン透過性膜
を外側から内側へ連続して配置し、陰イオン交換器３５
では二個の陰イオン透過性膜及び−個の陽イオン透過性
膜を同様に配置する。

本装置の電気透析操作で、両タンク１０内を上方から下
方に流れる水性液体から、電界の駆動力下にまず陽イオ
ン例えばナトリウムイオンが陽イオン交換器３３の塩水
室１２内に除去され、一方水素イメンは陽イオン又換器
３３の外側電極室】９から遊離される。その後陰イオン
例えば塩素イオンが陰イオン交換器３５の塩水室１２に
除去され、一方水酸基イオンは陰イオン交換器３５の外
側電極室１９から遊離される。しかしイオンの搬送は、
ここでイオン濃度が著しく高められたことによりもっば
らイオン交換樹脂上で行われ、従って電気抵抗が著しく
減少し、ごくわずかな貫流効率を有する通常の電気透析
の狭い膜間隔を避けることができる。イオン交換樹脂を
中間に配設することによる電気抵抗の減少は、特に処理
すべき水性液体の塩含有量が僅少な場合並びに水脱塩の
最終範囲においてこの液体のイオン濃度が低い場合に生
じる。こ扛と関連して注意すべきことは、各膜の分離作
用が骨格材料へのイオン変換物質の沈漬に帰因すること
である。装置の電気透析操作で双方の塩水室１２内に増
加する塩水は時々分岐純水を補充して部分的に排出し、
これにより再希釈化する。再希釈弁３７は陽イオン交換
器３５の下方管接続部３８に設けられ、塩水排出弁３９
は双方の塩水室１２の上方共通導管でかつ双方の塩水室
１２に共通の循環ポンプ４０の前方に配置されている。

電気透析法による水脱塩装置の他の実施例は、陰イオン
交換器３３として設置されたタンク１０の樹脂室１８の
適当な小部分よりなる下方部分が、安全フィルタとして
中間室天井部４１に樹脂不透過性ノズル２１を備えた環
状の中間室４２によって仕切られており、またタンク１
０から導出可能の中間室排出口４３及び中間室底部４４
のずぐ下−に帰還可能の安全フィルタ導入口４５が、陰
イオン交換器３５として設置されたもう一万のタン／】
０によって橋絡されていることより成る。この方法によ
り安全フィルタに対し小型の付加タンクを節約すること
ができ、また特に塩水室１２、中心電極１５、外側電極
室１９内に存在する電極２８、電極２８を取り囲む電解
液及び中心電極１５を取り囲む他の電解液を２つの電気
透析フィルタに共通して利用することができる。

電流を一時的にまたは暫定的に遮断した場合、水膜塩処
理は中断することなく通常の濾床法で続けることができ
る。それというのも樹脂室１８内に収納されたイオン変
換樹脂量は充分な大きさの収容力を有しているからであ
る。電界の力によってイオン交換樹脂が永久的に再生さ
れることなしに、その都度の水性液体が上方から下方に
質流する樹脂室１８内でイオンの態様が変化する。電流
を再び投入した場合、処理すべき液体の流動方向に対し
て横方向で電界の電気磁力線に沿って、互いに反発する
イオン濃度内で元の平衡が得られるまで１＝はわずかな
時間がかかる。

本装置により逆洗が可能となることによって、貨流を抑
制しかつこれにより効率を低下させる樹脂粒間の堆積物
を時々簡単Ｃ二再除去することができる。この事実は未
熟生ワインまたはフルーツジュースのような濁った水性
液体を処理する場合にｊ、特に有意義である。電界の方
向で徐々に指形の不規則性がイオン分布内Ｃ二生じるこ
とにより、この逆洗で同時に双方のイメンダ換床が極め
て有利に再均質化される。このため陽イオン交換器３３
の−Ｌ方管接続部４７における未処理水弁４６、移行弁
４８、返送弁４９及び純水弁５０を接続し、また陽イオ
ン交換器３５の下方管接続部３８及び環状中間室４２（
二２個の洗浄水弁５１並びに２個のタンク１０の双方の
上方管接続部４７に２個の排７Ｊ（弁５２を接続する。

洗浄水圧は、イオン交換樹脂の高さ位置がタンク１０か
らｅｌ＋と平行に突出している上方管接続部４７のすぐ
Ｆ（二まで上昇しかつ抑留鴻過器が不要な程度に構成す
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による電気透析法水脱塩装置の略示図であ
る。 １０・・タンク、１３・・・台座、」２・・・塩水室、
１３・１．タンク軸、１４．・・管、　１５・・・中心
電極、１６・・・電極室、１７・０．内管、１８・・・
樹脂室、１９・−２電極′￥、　２０・・・逆洗室、２
］・・・ノズル、２２・、・　中間床、２３・・・集水
室、２４・・・　フランジ対、□゛２５・・・　フラン
ジ対、２６・、−外管、２７・−２保持リング、２８・
・・電極、２９・・−フロートタンク、３０・・・　フ
ロートタンク、３１・・・移行管、３２．・・導体レー
ル、３３・・・　陽イオン交換器、３４・・陽極、３５
・・・院イオン交換器、３６・・・陰極、３７・・・、
再希釈弁、３Ｂ・・・管接続部、３９・・・塩水排出弁
、　４０・・・循環ポンプ、４Ｉ・・・中間室天井部、
　４２・・・中間室、４３・・・中間室排出口、４４・
・・中間室底部、４５・・・安全フィルタ導入口、４６
・・・未処理水弁、４７・・・管接続部、　４８移行弁
、４９・・・返送弁、５ｏ・・新水弁、５１・−・洗浄
水弁、５２・・・排水弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）円筒型タンク内に、タンク軸を中心に延びている中
   心電極と、中心電極を電解溶液中に埋め込んである同軸
   の電極室と、イオン交換樹脂を含んでいる同軸の樹脂室
   と、同軸の塩水室とが備えられており、またそれぞれ陽
   イオン透過性膜または陰イオン透過性膜によって隣接し
   ている室が分離されている、電気透析法による水脱塩装
   置において、中心電極（１５）を含む４′″、　−電極
   室（１６）と樹脂室（１８）との間に塩水室（］２）が
   配置されており、また樹脂室（１８）とタンク壁との間
   に中空円筒状に構成されかつ他の電解液を受け入れるた
   めに配置されたもう一つの電極室（１９）が接合されて
   いることを特徴とする電気透析法による水脱塩装置。 、２）塩水室（１２）がタンク軸（１３）の方向にタン
   ク（］０）から取りはずし可能でかつ膜支持範囲内で穿
   孔されている管（１４）内で円筒状のタンク（１ｏ）の
   両端がら突出していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の装置。 ３）中心電極（１５）を含んだ電極室（１６）が、タン
   ク軸（＋３）の方向にタンク（１ｏ）から取りはずし可
   能でかつ膜支持範囲内で穿孔されている内管（１７）内
   で塩水室（１２）の両端から突出していることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４）タンク（１０）内で外側電極室（１９）及び樹脂室
   （１８）の上方に、外側電極室（１９）に対して封鎖さ
   れた逆洗室（２ｏ）が樹脂室（］８）内に存在するイオ
   ン交換樹脂を逆洗するために接続されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１頃ないし第３項のいずれかに
   記載の装置。 ５）タンク（ｌＯ）内で外側電極室（１９）及ノ゛°樹
   脂室（１８）の下方に、樹脂室（１８）の範囲内で樹脂
   不透過性のノズル（２１）を備えた環状の中間床（２２
   ）によってｆ、＞離された集水室（２３）が接続されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の装置
   。 ６）タンク（１０）が開放のために、外側電極室（］　
   ９　）の下端の高さ位置ｌ二下方ソランジ対を有しまた
   外側電極室（］９）の−Ｌ’ＩＮＷの１痛さ位置に上カ
   フランジ苅を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の装置。 ７）移行慣（３１）によって接続さオｔでいる２個のタ
   ンク（ｌＯ）がその中心電極（１５）で導体レール（３
   ２）を介して接続されており、陽イオン交換器（３３）
   として設置された一方のタンク（１０）の外側電極室（
   ］９）を二陽極（３４）が設けられ、また陰イオン交換
   器（３５）として設置されたもう一方のタンク（１０）
   の外側電極室（１９）に陰極（３６）が設けられること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいず
   れかに記載の装置。 ８）陽イオン交換器（３３）として設置されたタンク（
   １０）の樹脂室（１８）の適当な小部分よりなる下方部
   分が、安全フィルタとして中間室天井部（４１）に樹脂
   不透過性ノズル（２１）を備えた環状の中間室（４２）
   によって仕切られており、またタンク（１０）から導出
   可能の中間室排出口（４３）及び中間室底部（４４）の
   すぐ下に帰還可能の安全フィルタ導入口（４５）が陰イ
   オン変換器（３５）として設置されたもう一方のタンク
   （」０）によって橋絡されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第７項記載の装置。