JPS6274487A - 水中のケイ酸を除去する方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超純水製造に使用する原水中に溶存するケイ
酸イオン及び懸濁するコロイド状ケイ酸を除去する方法
に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、水中のケイ酸イオン及びコロイド状ケイ酸を
除去する方法において、 ケイ酸イオン及びコロイド状ケイ酸を含有する水を加圧
下で電気分解して、ケイ酸イオン及びコロイド状ケイ酸
を凝集物とし、その際、電気分解によって発生する水素
ガスをこの凝集物に付着させ、次いでこの水を常圧下に
ある楢に導き、その際大気圧に復元する事により溶解中
の水素を更に微細気泡として凝集物に付着させ、凝集物
を微細気泡と共に浮上させて分離することによって、水
中のケイ酸イオン及びコロイド状ケイ酸を除去できるよ
うにしたものである。

〔従来の技術〕

最近、電子工業特に超集積回路等の製造に多量に使用さ
れる超純水の製造の際に行われる逆浸透又は限外濾過の
工程で、濾過膜や透過膜上にゲル状に沈着してその効率
を低下させる最大の要因は、原水中に溶存しているケイ
酸イオン（Ｈ５ｉ（ｈ−又はＳｉｎ、ｚ−）及び懸濁し
ているコロイド状ケイ酸とされている。コロイド状に懸
濁しているケイ酸は水と化合すればオルソ・ケイ酸、メ
タ・ケイ酸あるいはメタ２〜４ケイ酸の形態をとること
が公知であり、いずれも中性の水にはご＜微量しか溶解
せず、ケイ酸イオン（例えば５ｉ０３”−又は５ｉｆｔ
２−）となることは少なく、陰イオン交換樹脂を使用す
る方法によってコロイド状ケイ酸を除去することは困難
である。さらに、この方法においてケイ酸イオンの吸着
効率が悪（数回のイオン交換樹脂層の通過を必要とし、
他方ではＣｌ　、　ＳＯ，−”−及びｃｏ、　”−が優
先的に除去されて通過水のｐＨが上昇し、これに起因す
るトラブルが発生することもある。

水中のケイ酸を除去するための従来から知られている方
法としてはさらに、原水にマグネシウム塩の水溶液を添
加した後、消石灰を投入して水酸化マグネシウムを生成
させ、これにケイ酸を吸着させてから濾過又は沈静させ
て除去する方法があるが、この方法は電解質を水中に大
量に残留させる欠点がある。

本発明者が先に提案した「液体中の不純物を凝集させる
方法」　（特願昭５９−３９４８４号）及び「液体中の
不純物を凝集させる装置」　（特則昭６０−２４１３号
）の開発研究の過程において次のことが判明した。即ち
、第１表に掲げるように、一般市水道水の中に３００ｍ
ｇ／ｌの懸濁するＳＳ（微粒子）を含む工業廃水を電解
処理後濾過してイオン交換樹脂により脱イオンを行った
場合に、上記工業廃水中の溶存シリカのうち、イオン状
のシリカは微量であり、これは理論的には陰イオン交換
樹脂により吸着除去され、一方、コロイド状で懸濁する
シリカは、陽極に発生する金属水酸化物に吸着されたた
めか、最初の全シリカ量が７９ｍｇ／ｅから０．０１〜
０．００５　ｍｇ／　ｌにまで減少した。

（以下余白次頁に続く） この事実に注目し、以下に述べる各種の実験を行い、水
道水又は地下水中にコロイド状に懸濁し又はイオン状で
溶存するシリカのうち、イオン状シリカは従来の陰イオ
ン交換樹脂によって完全に吸着除去され、一方、コロイ
ド状に懸濁したシリカは、水が中性又はｐＨ９〜７の間
の弱アルカリ性の場合には直ちに水酸化物を形成するよ
うな水に可溶性の金属を陽極とし、陽極と同−又は他の
金属又は炭素を陰極として適当な電流密度の直流電流で
一定の温度（一般には常温）と一定の水量で一定の時間
電解処理を行う事によって大部分が除去可能である事を
発見した。

大気圧下で水を電気分解する方法においては陰極で水素
ガスの発生が多く、その量は、電気化学当量の計算によ
れば、２０℃、１気圧において電流ＩＡ当たり４１７．
８ｍｌ／時となる。この水素ガスは２０°Ｃ１１気圧の
下で水１ｍｌ中に０．０１８２ｍ１だけ溶解する。した
がって、上記の２４０１の液体中には４，３６８　ｍｌ
も溶解する筈であるが、実際には、発生する水素ガスの
微細気泡の大部分が直ちに集合して、直径約０．５鶴以
上の大きな気泡となって上昇するために、液体中で電気
分解の結果生成した水酸化物によって凝集した不純物に
付着して浮上分離に寄与する気泡の数はごく一部分であ
るに過ぎない。

一方、特公昭５９−５０３２号には、耐圧容器内で加圧
下に液体を電気分解し、所定時間電気分解を行った後、
容器内の圧力を常圧に戻し、その際に発生する微細な気
泡がフロックに付着してフロックを浮上させ、分離除去
する断続的処理方法が開示されている。

加圧下で液体を電気分解する上記の方法は断続的処理法
であり、能率の点から連続処理法が望まれる。

〔問題点を解決するための手段〕

前記の問題点に鑑み、本発明は、 アルミニウム、亜鉛及びマグネシウムのいずれか一種を
用いて電極を形成し、 前記電極を圧力容器内に設置し、 前記圧力容器の入口から、ケイ酸イオン及びコロイド状
ケイ酸を含有する水を大気圧より高い圧力で連続的に導
入し、 前記液体を前記圧力容器の出口から、大気圧下にある槽
の入口に連続的に導入し、 前記水を前記槽の出口から連続的に排出し、前記水が前
記圧力容器を通過する間に、前記電極間に電圧を印加し
電気分解を行って電極に使用した金属の水酸化物を形成
せしめ前記ケイ酸イオン及び前記コロイド状ケイ酸を付
着させて凝集物とし、 前記水が前記圧力容器内及び前記槽内を通過する間に陰
極面上に発生する水素ガスの微細気泡をこの凝集物に付
着させることによって、前記凝集物を浮上させて分離す
るようにした、水中のケイ酸イオン及びコロイド状ケイ
酸を除去する方法を提供するものである。

好ましくは、前記電極の極性を一定の時間間隔で変換さ
せ、かつ電流密度がＩＡ／ｄｍ”以上となるように前記
電極に電圧を印加する。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面を参照しながら説明するが
、それに先立って本発明に到達するまでに行った実験に
ついて説明する。

大胆上 電気伝導度が３７３μＳｃｍである地下水を原水とし、
厚さ１〜１．５ｍｍの銅板、ニッケル板、鉄板、亜鉛板
及びアルミニウム板をそれぞれ幅１０ｃ＋ｎ、長さ２０
ＣＯＩに切り取って第１表に示す組合せで各電極とした
。電極の間隔は５ｍとし、陰極側の金属板３枚及び陽極
側の金属板２枚を交互に対極とし、陽極側の金属板の面
積の合計が４ｄｍ”になるようにした。

第２表に示す条件で毎分１１の水を流しながら定電流方
式による電気分解処理を行った。処理された水を東洋濾
紙株式会社製の定性濾紙によって濾過して処理水中の凝
集物を取除き、濾過水中のケイ酸を原子吸光法により測
定した。この結果を第２表に示す。

男−」Ｌ−表 上記の測定結果から、亜鉛及びアルミニウムを　１電極
の金属として使用することがケイ酸の除去に　□次に、
極間距離を小さくした場合の効果を調べ　−るために次
の実験２を行った。

去脹主 電気伝導度が１５０μ５ｃ１１１の原水を用い、厚さ１
１重の亜鉛又はアルミニウムの板を極間距離が２ｎｏ＋
＋になるように同一金属板を５枚置き、交互に対極とし
、電解面積の合計が４ｄｍ”になるように設置し、電極
間の間隙を通し毎分ＩＪの割合で原水を流しながら電流
密度を変化させて電気分解した。次いで実験１と同様の
方法で、濾過して得られた濾液中のケイ酸を測定した。

この結果を第３表に示す。

茅−主一人 この実験では特にアルミニウムを極板に使用した場合、
陽極上に形成された酸化皮膜あるいは水酸化物が処理水
の通路を閉塞する現象が認められ、また電圧が急上昇す
る事が判明した。すなわち電気分解に使用する電流の極
性が一定である場合は生成した凝集物の一部や析出した
金属水酸化物等の一部が陽極面上に固着し、堆積する。

このため、処理水の通路が狭くなったり、電解面積が小
さくなったりして電解不良を起こす。

従って本発明者は上記の実験のように極間距離を極端に
狭くした場合に発生する上記の障害を排除する目的で次
の実験３を試みた。

大技主 電気伝導度が１５０μＳＣ＋１の原水を用い、厚さ１龍
の亜鉛板又はアルミニウム板あるいは厚さ３．５籠のマ
グネシウム板のいずれか一種を電極とし、実験２と同様
に電気分解を行い、極性変換を行った場合の効果を調べ
た。この結果を第４表に示す。

第一コし一部 この実験では、極性変換を行った場合、電極上での水酸
化物等凝集物の固着及び堆積が認められず、また電圧の
上昇も起こらなかった。

次に、以上の結果に基づく本発明の一実施例を、第１図
、第２図、第３Ａ図及び第３Ｂ図を参照しながら説明す
る。

第１図に示す様に排出源から送られたケイ酸イオン及び
コロイド状ケイ酸を含む原水は原水槽１に貯えられる。

この原水は高圧ポンプ２によって、後で詳述する電解槽
３に大気圧より高い圧力で導入されて電気分解される。

電気分解を受けた処理水は次に背圧弁４を経て大気圧に
開放され、大気圧下にある処理水槽５に導入される。そ
の際、電気分解により処理水中に生成し、溶存していた
水素ガスが微細気泡となって処理水槽５内を上昇する。

一方、電解槽３内では電気分解によって処理水中のケイ
酸は凝集して凝集物を形成する。さらに、電解槽３内で
は、電気分解によって発生しかつ処理水中に溶解しない
水素ガスが微細気泡となって凝集物に付着する。電解槽
３内での凝集物の形成は、電極金属が電気分解によって
溶解して生成された金属水酸化物の凝集作用によるもの
である。凝集物の大部分は、処理水槽５内を上昇する微
細気泡と共に浮上し、処理水から分離される。

凝集物が分離された処理水は回収水槽８へ送られる。他
方、微細気泡が付着しなかった凝集物は次第に沈澱して
、処理水槽５の底部に集まり、排出される。

電解槽３の外箱は圧力容器１０であって十分な絶縁性と
気密性とを有する合成樹脂又は、内部を合成樹脂でライ
ニングされた金属から成っており、第３Ａ図に示す様に
その下方部及び上方部にそれぞれ処理水の入口１１及び
出口１２を有している。

電解槽３の内部には、第２図に示すように電極板１３及
び１４が交互に対向する様に多数配設されている。これ
らの電極板１３及び１４は、亜鉛、アルミニウム又はマ
グネシウムから成っており、１〜５鶴の厚さを有してい
る。

互いに対向している電極板１３及び１４の間には、隔板
１５が挟持されている。これらの隔板１５は、十分な絶
縁性を有する塩化ビニル等の合成樹脂から成っており、
１〜５關の厚さと５龍以下の幅と１００ｍｍ以下の長さ
とを有している。

つまり電極板１３と１４とは、所定の厚さの隔板１５を
介して、互いに十分絶縁された状態で、所望の電気伝導
を維持できる様な極間距離に固定されている。また電極
板１３及び１４のそれぞれには、やはり銅等から成るリ
ード線１６が接続されている。

この様にして電極板１３．１４、隔板１５及びリード線
１６によって電極ブロック１７が構成されており、この
電極ブロック１７が第３Ａ図及び第３Ｂ図に示すように
圧力容器１０に収容されている。なお隔板１５の代わり
に、直径が１〜５菖鳳である角棒または丸棒を用いても
よい。電極ブロック１７と圧力容器１０との間には絶縁
性充填材１８．１９が充填されている。

リード線１６には定電流装置（図示せず）が接続されて
おり、所定の電流密度を得られる様に、処理水の電気伝
導度に応じた電圧が電極ｖｉ１３及び１４に印加される
。

従って、入口１１から電解槽３へ圧入された処理水は、
電極板１３及び１４の間を所定の速さで上昇する間に電
解処理され、出口１２から排出される。そしてこの電解
処理によって、電極板１３．１４の陽極側金属が溶解し
才金属水酸化物となり、この金属水酸化物が処理水に含
まれているケイ酸を吸着して凝集させることによって凝
集物が生成される。

処理水や水素ガスと共に処理水槽５中へ導入された凝集
物の大部分は、処理水槽５中を浮上して水面に到達し、
凝集物の層を形成する。この凝集物の層は、掻取等の手
段によって処理水から分離される。

以上の実験１〜３の結果を第４図に示す。

具体１１〜４及び比較例１〜２ 電気伝導度が１５７μＳｃｍの原水を用い、厚さＩＨの
亜鉛又はアルミニウムを電極とし、極間距離を２龍とし
、電解面積が１６ｄｍ”となるようにした。本発明によ
る加圧方式によって３ｋｇ／ｃｍ”の圧力で加圧し、極
性変換（１回１５秒）を行いながら原水を４１／分の割
合で電気分解し、実験１と同様にケイ酸を測定した。こ
の結果を第５表に示す。

男−ヨＬ−表 〔発明の効果〕 本発明の方法は、ケイ酸イオン及びコロイド状ケイ酸を
含有する原水を電解槽に大気圧より高い圧力で導入し、
亜鉛、アルミニウム及びマグネシウムのいずれか一種か
らなる電極間に一定の電流を通じ電気分解を行った後、
処理水を大気圧に開放し、処理水槽でケイ酸を除去する
ようにしている。このため、処理水が電解槽及び処理水
槽を通過する間に発生する微細な気泡が、電気分解によ
って水中で凝集したケイ酸に付着するので、凝集したケ
イ酸の浮上分離が極めて効果的に行われ、ケイ酸の効果
的除去を可能にする。

また本発明の方法は、上記電極の極性を一定の時間間隔
で変換させるようにしている。このため、凝集物等の固
着及び堆積を生じた陽極が極性変換により陰極となり、
この陰極から水素ガスが発生する。この結果、固着及び
堆積していた凝集物等が極板から離脱し、さらに水流に
よって運び去られるので、上記固着及び堆積は進行せず
、極板間の水流を阻害し、電解不良を起こす恐れもない
。

そして各電極が均一に消耗されるため、電極を長時間連
続使用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す工程概略図、第２図は
電極ブロックの斜視図、第３Ａ図は電解槽の縦断面図、
第３Ｂ図は第３Ａ図のＡ−Ａ線に沿った断面図、第４図
は電流密度とケイ酸の減少率との関係を示すグラフであ
る。 なお図面に用いた符号において、 ３・−−一−−・・−−−一−−・−・・電解槽５・・
−−一−−−−−−−−−−−−−・処理水槽１０・・
−・・・−・−一−−−・圧力容器１１−・−・−−一
−−−−−入口 １２−−−−−−−−−−−一・・−出口１３−・・・
−一−−−−・−・−電極板１４・・−・−・−・・−
電極板 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水中のケイ酸イオン及びコロイド状ケイ酸を除去す
   る方法において、アルミニウム、亜鉛及びマグネシウム
   のいずれか一種を用いて電極を形成し、 前記電極を圧力容器内に設置し、 前記圧力容器の入口から、ケイ酸イオン及びコロイド状
   ケイ酸を含有する水を大気圧より高い圧力で連続的に導
   入し、 前記水を前記圧力容器の出口から、大気圧下にある槽の
   入口に連続的に導入し、 前記水を前記槽の出口から連続的に排出し、前記水が前
   記圧力容器を通過する間に、前記電極間に電圧を印加し
   電気分解を行って前記ケイ酸イオン及び前記コロイド状
   ケイ酸を凝集物とし、前記水が前記圧力容器を通過する
   間に発生する水素ガスのうち、圧力に比例する量だけ水
   に溶解させ、残りを微細気泡のまま前記凝集物に付着さ
   せ、更に、前記槽内で前記水に溶解されていた水素を大
   量の微細気泡として発生させて前記凝集物に付着させる
   ことによって、前記凝集物を浮上させて分離することを
   特徴とする方法。 ２、前記電極の極性を一定の時間間隔で変換させ、かつ
   電流密度が１Ａ／ｄｍ＾２以上となるように前記電極間
   に電圧を印加することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の方法。