JPWO2012050131A1 - 水電解処理装置 - Google Patents

Abstract

汚れや破損が生じにくく、純度の高い水を安定して製造でき、取り扱い、取り外しや交換が容易で、安価に製造、維持できる水電解処理装置を提供する。水電解処理装置は、処理槽と、この処理槽内に備えられた円筒形の陰イオン透過膜を有するアニオン筒と、この処理槽内に備えられた円筒形の陽イオン透過膜を有するカチオン筒と、陰イオン透過膜の円筒形の内側に円筒形の軸方向に沿って備えられた陽極と、陽イオン透過膜の円筒形の内側に円筒形の軸方向に沿って備えられた陰極とを備え、処理槽内に貯水された被処理水は、処理槽内のアニオン筒及びカチオン筒の円筒形の軸方向に沿って流通可能に構成され、アニオン筒及びカチオン筒内にイオンを濃縮したイオン濃縮水を得ると共に被処理槽内に純水を得る。

Description

本発明は、イオンを含有する水を電解し、淡水及び各種イオンを得る水電解処理装置に関する。

従来、例えば海水などのイオンを含む被処理水からイオンを除去し、飲料水などの水を得る技術が各種検討されている。そうした技術のうち、被処理水に対して電極を介して電力を印加し、電極にイオンを引き寄せて、被処理水からイオンを除去する水電解処理の技術が各種開発されている。この水電解処理の技術は、印加する電力に応じてイオンを任意に除去することができるので、処理後の水の純度を高くすることができ、水の電解によって電解水や、イオンの成分である物質（海水の場合は、ナトリウム、塩素、食塩及び殺菌作用を有する次亜塩素酸等）を得ることができるため、注目されている。水電解処理の技術のうち、電極に引き寄せられたイオンを陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜を介して濃縮することで被処理水からイオンを除去する電気透析法が従来のプラントに採用されている。

特許文献１には、直流安定化電源によって直流電流又は直流電圧が印加できる電気透析装置が開示されている。この電気透析装置の陽極側電極と陰極側電極との間には、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜が交互に設けられている。これら陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜の間に、処理対象となる海水からナトリウムイオン、カリウムイオン、塩素イオンが回収され、これらの濃度が低下する脱塩室と、ナトリウムイオン、カリウムイオン、塩素イオンが回収されて濃縮される濃縮室とに分かれている、少なくとも２室以上の積層構造が設けられている。また、陽極側には陽イオン交換膜に挟まれた少なくとも一つの極液室と、陰極側には陰イオン交換膜に挟まれた少なくとも一つの極液室とがそれぞれ設けられている。この電気透析装置は、電極近くの濃縮室にイオンが濃縮され、中央部近くの脱塩室からイオンが除去されることを利用して濃縮されたイオンと純水とを得ようとするものである。

特開２００２−３０６１１８号公報

特許文献１に開示されている電気透析装置では、処理対象となる海水が陰イオン交換膜及び陽イオン交換膜を交互に通過して濃縮するので、陰極及び陽極を同じ回数ずつ通過した直後など被処理水が中性に近くなる箇所が装置内に生じる。その箇所では水に含まれる塩や不純物の析出が起こりやすくなるので、イオン交換膜の詰まりや汚れ、それらに起因する海水の圧力の上昇によるイオン交換膜の破損などが起こることがある。このようなイオン交換膜の破損や漏れが起こり、純水の純度の低下が起こるほか、高価なイオン交換膜の交換などのメンテナンスが頻繁に必要となり、維持コストが高価となるという問題があった。さらに、メンテナンスの際には平板状で交互に充填されたイオン交換膜を取り外して行うため、困難が伴う上に非常に手間がかかり、メンテナンス作業そのものが透過膜や装置の破損の原因にもなっていた。

従って本発明の目的は、汚れや破損が生じにくく、純度の高い水を安定して製造できる水電解処理装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、製造、取り扱い、取り外しや交換が容易であり、安価に製造及び維持することができる水電解処理装置を提供することにある。

本発明によれば、水電解処理装置は、処理槽と、この処理槽内に備えられた円筒形の陰イオン透過膜を有する少なくとも１つのアニオン筒と、この処理槽内に備えられた円筒形の陽イオン透過膜を有する少なくとも１つのカチオン筒と、陰イオン透過膜の円筒形の内側に円筒形の軸方向に沿って備えられた陽極と、陽イオン透過膜の円筒形の内側に円筒形の軸方向に沿って備えられた陰極とを備え、処理槽内に貯水された被処理水は、処理槽内の少なくとも１つのアニオン筒及び少なくとも１つのカチオン筒の円筒形の軸方向に沿って流通可能に構成され、少なくとも１つのアニオン筒及び少なくとも１つのカチオン筒内にイオンを濃縮したイオン濃縮水を得ると共に被処理槽内に純水を得る。

陰極及び陽極間に通電すると、処理槽の被処理水に含まれる陰イオンは陰イオン透過膜を透過して少なくとも１つのアニオン筒内に濃縮され、陽イオンは陽イオン透過膜を透過して少なくとも１つのカチオン筒内に濃縮されるので、被処理水は陰イオンと陽イオンとが除去され純水として得られる。アニオン筒及びカチオン筒内にはそれぞれ陰イオン及び陽イオンが濃縮されたイオン濃縮水が得られる。陰イオン透過膜及び陽イオン透過膜が円筒形であることで、表面積が大きくイオンの透過性の大きいアニオン筒及びカチオン筒とすることができ、製造も容易である。円筒形の透過膜を有するアニオン筒及びカチオン筒は、取り扱いが簡易であり、取り外し及び交換がしやすいので、アニオン筒及びカチオン筒内に濃縮されたイオン濃縮水を交換することが容易である。メンテナンスの際の安全性や簡便性も高い。陰イオン透過膜及び陽イオン透過膜が円筒形で角や辺、辺となる合わせ目がないため、汚れ、汚染、膜の破れ、しわ及び合わせ目からの漏れが生じることが少ない。特に円筒形のどこでもイオンの透過する量が等しいため、等しい浸透圧がかかるので、箇所によって透過性能に差が生じにくく、イオンが透過する量を表面積により調整しやすい。陰イオン透過膜及び陽イオン透過膜の箇所ごとの圧力差による破れやしわの発生も少ない。これらの作用から、長時間メンテナンスを行わず使用することができる。

陰イオン透過膜の単位時間あたりの陰イオンの透過量と、陽イオン透過膜の単位時間あたりの陽イオンの透過量とが等しくなるよう構成されていることが好ましい。それぞれの透過膜をそれぞれ等量の陰イオンと陽イオンが通過するので、被処理水からは等量の陰イオンと陽イオンが除去され、純度の高い処理水が得られる。

少なくとも１つのアニオン筒及び少なくとも１つのカチオン筒の端部のうち少なくとも一方に設けられた開口に接続されイオン濃縮水を回収する単一の塩類回収槽を備えることが好ましい。被処理水に含まれていたイオンを一つの槽で回収することができ、システムが単純化し、メンテナンスが簡便となりコストが低下する。陰イオンと陽イオンが同一の槽で回収されることから塩を回収することができ、特にアニオン筒及びカチオン筒で等量のイオンが回収される際には、塩類回収槽の液体は等量の陽イオンと陰イオンを含む塩溶液となり、中性溶液であるため取り扱いが簡便でありメンテナンスや回収のコストも低く、塩を容易に回収することができる。

少なくとも１つのアニオン筒及び少なくとも１つのカチオン筒とそれぞれ接続されイオン濃縮水を回収する２つの塩類回収槽を備えることも好ましい。アニオン筒及びカチオン筒に濃縮される成分をそれぞれ回収、処理又は利用することができる。

少なくとも１つのアニオン筒及び少なくとも１つのカチオン筒は、それぞれ陰イオン透過膜及び陽イオン透過膜の円筒形の少なくとも両端を保持しつつ、円筒形の側面の少なくとも一部が被処理水に面するように構成された封止部材を備えており、開口に封止部材の一部を嵌合することにより少なくとも１つのアニオン筒及び少なくとも１つのカチオン筒を着脱自在に保持可能に構成されてなることが好ましい。アニオン筒及びカチオン筒は封止部材を介して特に容易に交換が可能となり、メンテナンスに手間とコストを要さない。

少なくとも１つのアニオン筒又は少なくとも１つのカチオン筒は、陰イオン透過膜又は陽イオン透過膜の円筒の両端に封止部材と螺合可能な部材を備えることが好ましい。アニオン筒又はカチオン筒が螺合によってカートリッジ式に組み立てられているので、陰極又は陽極、陰イオン透過膜又は陽イオン透過膜の交換が容易で、汚れや磨耗に対処しやすく、また交換の際の汚れや磨耗の事故も少ない。

少なくとも１つのアニオン筒又は少なくとも１つのカチオン筒は、底面に処理槽に対して螺合又は嵌合可能な固着部を備えることが好ましい。螺合又は嵌合によって処理槽に固着可能なことで、着脱が容易である。

少なくとも１つのアニオン筒及び少なくとも１つのカチオン筒は、底面が処理槽の底面に固着されていることが好ましい。アニオン筒及びカチオン筒を底面に効率的に配置することができ、高い処理効率が得られる。

少なくとも１つのアニオン筒及び前記少なくとも１つのカチオン筒は、複数のアニオン筒及び複数のカチオン筒であり、この複数のアニオン筒及び複数のカチオン筒は処理槽の底面の一部を覆うように敷き詰め配置されていることが好ましい。複数のアニオン筒及びカチオン筒を処理槽の容積あたり最も多数となるよう効率的かつ容易に配置できるため、処理の効率が上昇し、メンテナンスを行いやすい。

陰極又は陽極は下端が開放された円筒形状からなり、少なくとも１つのアニオン筒又は前記少なくとも１つのカチオン筒はイオン濃縮水を円筒の上端から供給する手段と、イオン濃縮水を陽イオン透過膜又は陰イオン透過膜の上端から回収する手段を備えることが好ましい。陰極又は陽極の円筒の上端からイオン濃縮水を供給すると、イオン濃縮水は陰極又は陽極の上端から下端に、ついで陽イオン透過膜又は陰イオン透過膜の下端から上端に流通し、陽イオン透過膜又は陰イオン透過膜の上端から回収される。イオン濃縮水の供給と回収をいずれもアニオン筒又はカチオン筒の上端から行うことができるので、装置の構成が簡素となりスペースを取らない。

本発明によれば、陰極と陽極間に通電すると、処理槽の被処理水に含まれる陰イオンは陰イオン透過膜を透過して少なくとも１つのアニオン筒内に濃縮され、陽イオンは陽イオン透過膜を透過して少なくとも１つのカチオン筒内に濃縮されるので、被処理水は陰イオンと陽イオンとが除去され純水として得られる。アニオン筒及びカチオン筒内にはそれぞれ陰イオン及び陽イオンが濃縮されたイオン濃縮水が得られる。陰イオン透過膜及び陽イオン透過膜が円筒形であることで、表面積が大きくイオンの透過性の大きいアニオン筒及びカチオン筒とすることができ、製造も容易である。円筒形の透過膜を有するアニオン筒及びカチオン筒は、取り扱いが簡易であり、取り外し及び交換がしやすいので、アニオン筒及びカチオン筒内に濃縮されたイオン濃縮水を交換することが容易である。メンテナンスの際の安全性や簡便性も高い。陰イオン透過膜及び陽イオン透過膜が円筒形で角や辺、辺となる合わせ目がないため、汚れ、汚染、膜の破れ、しわ及び合わせ目からの漏れが生じることが少ない。特に円筒形のどこでもイオンの透過する量が等しいため、等しい浸透圧がかかるので、箇所によって透過性能に差が生じにくく、イオンが透過する量を表面積により調整しやすい。陰イオン透過膜及び陽イオン透過膜の箇所ごとの圧力差による破れやしわの発生も少ない。これらの作用から、長時間メンテナンスを行わず使用することができる。

本発明の第１の実施形態における水電解処理装置を示す一部破断斜視図である。 （ａ）図１の水電解処理装置のアニオン筒を示す斜視図及び（ｂ）そのＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２の実施形態における水電解処理装置を示す一部破断斜視図である。 （ａ）本発明の第３の実施形態におけるアニオン筒を示す斜視図及び（ｂ）その分解図である。 図４のアニオン筒の作用を示す側断面図である。 本発明の第４の実施形態における水電解処理装置を示す一部破断斜視図である。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態における水電解処理装置を示す一部破断斜視図である。水電解処理装置１は、処理槽２と、それぞれがカートリッジユニットとして構成されたアニオン筒３及びカチオン筒４と、塩類回収槽として陰イオン回収槽９ａ及び陽イオン回収槽９ｂとを備えている。

処理槽２は、被処理水２０を貯水可能な槽である。本実施形態では、処理槽２は円筒形であり、流入口２１及び流出口２２を備え、被処理水２０はポンプ（図示せず）によって流入口２１から供給され、流出口２２から排出されることで流通するように構成されている。被処理水２０としては、海水、河川水、湖水若しくは鉱水等の自然水、工業排水等の排水、又は工業用水や水道水等のイオン等が残留した水など、不純物を含有する水を利用することができる。本実施形態では、被処理水２０は食塩を含有する海水等の水である。

処理槽２は、アニオン筒３及びカチオン筒４からなるカートリッジユニットが挿通し嵌合固着可能な開口２３及び２４を備えている。本実施形態では、開口２３及び２４は処理槽２の上面に円形に穿たれている。

アニオン筒３及びカチオン筒４は、それぞれ、継ぎ目の無い滑らかな表面を有する円筒形の陰イオン透過膜５及び陽イオン透過膜６と、これら円筒形の陰イオン透過膜５及び陽イオン透過膜６の両端の開口を封止する封止部材３０ａ及び３０ｂとから主として構成されている。陰イオン透過膜５及び陽イオン透過膜６は、それぞれ陰イオン及び陽イオンを選択的に透過するフィルタである。本実施形態では、陰イオン透過膜５及び陽イオン透過膜６の各々は、ポリオレフィン、スチレン又はビニルベンゼン系等にイオン交換基を備えた構成素材からなるフィルタを使用し、外径６０ｍｍ及び長さ１３０ｍｍの円筒形に構成されているが、寸法は後述するイオンの透過量と表面積の関係に応じて決めることが望ましく、この値に限定されるものではない。

陰イオン透過膜５と陽イオン透過膜６とは、陰イオン透過膜５の単位時間あたりの陰イオンの透過量と、陽イオン透過膜６の単位時間あたりの陽イオン透過量とが等しくなるように構成されている。具体的には、単位時間及び膜の単位面積あたり回収されるイオンの質量（ｇ／ｃｍ^２・分）を求め、このイオンの質量と表面積（ｃｍ^２）との積が等しくなるように、陰イオン透過膜５と陽イオン透過膜６とのそれぞれの表面積を調整する。本実施形態では、アニオン筒３及びカチオン筒４の各一つあたり回収されるイオンの質量を実験的に求め、アニオン筒３及びカチオン筒４の設置数によってイオンの透過量が等しくなるよう調整している。本実施形態では、陰イオン透過膜５と陽イオン透過膜６との単位面積及び単位時間あたりのイオンの透過量がほぼ等しいので、それぞれの表面積もほぼ等しくなるように構成されている。

円筒形の陰イオン透過膜５の内部には、その軸方向に沿って伸長する陽極７が備えられ、円筒形の陽イオン透過膜６の内部には、その軸方向に沿って伸長する陰極８が備えられている。陽極７及び陰極８の構成材料は被処理水２０に通電しやすいものならば特に限定されず、導電性を有する各種金属や炭素を用いたもの、又は腐食や不純物の付着を防ぐための各種コーティングを施したものなどが使用できる。本実施形態では、陽極７は酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）、陰極８はチタン（Ｔｉ)を主要な構成材料とするもので、いずれも２枚の板状の電極をＶ字型に隣接させて設けられ、面積は合計１２０ｍｍ×５０ｍｍであり、有効面積はおよそ１平方ｄｍである。陽極７及び陰極８はそれぞれ通電線５１及び６１をそれぞれ介して電源（図示せず）に接続され、通電可能となっている。

図２（ａ）にアニオン筒３の斜視図、図２（ｂ）にアニオン筒３のＡ−Ａ線断面図を示す。アニオン筒３は、筒状の陰イオン透過膜５の両端の開口をそれぞれ封止する封止部材３０ａ及び３０ｂを備えており、カートリッジユニット化されている。本実施形態では封止部材３０ａ及び３０ｂは、樹脂を構成素材とした短い２段の円筒形であり、陰イオン透過膜５の上下の端にそれぞれ一つずつ嵌合されてその開口を密封的に封止する密封部材となるように構成されている。封止部材３０ａは、陰イオン透過膜５の外径より大きい内径を有する本体３１ａと、本体３１ａの上端に設けられアニオン筒出口３２ａを有する接続部３３ａと、本体３１ａの下端に陰イオン透過膜５の内径にほぼ等しい外径を有する嵌合部３４ａとを備えている。嵌合部３４ａは陰イオン透過膜５の開口の内側に挿入されて嵌合されている。この部分の陰イオン透過膜５の外周をゴムや樹脂等の弾性を有するリング状の締付部材３５ａによって締め付けることによって、この開口が密封的に封止されている。陰イオン透過膜５の下端の開口を封止する封止部材３０ｂにおける本体３１ｂ、アニオン筒入口３２ｂ、接続部３３ｂ、嵌合部３４ｂ及び締付部材３５ｂも同様の構造となっている。この構造によって、陰イオン透過膜５の上下端が封止されたカートリッジユニットが得られる。アニオン筒入口３２ｂ及びアニオン筒出口３２ａには配管３７及び３６がそれぞれ接続されている。接続部３３ａには陽極７と電気的に接続された通電線５１が密封的に挿通されている。陽極７は、陰イオン透過膜５の内部において、接続部３３ａ及び３３ｂによって支持されている。カチオン筒４もこのアニオン筒３と同様の構造によってカートリッジユニット化されている。

これらカートリッジユニット化されたアニオン筒３及びカチオン筒４は、処理槽２の開口２３及び２４に嵌合固着されている。本実施形態では、これらカートリッジユニットは、アニオン筒３の封止部材３０ａ及びカチオン筒４の封止部材４０ａの構成材料である樹脂の弾性によって開口２３及び２４に着脱自在に保持されている。

陰イオン回収槽９ａは配管３７及び３６によってアニオン筒入口３１及びアニオン筒出口３２にそれぞれ接続され、陽イオン回収槽９ｂは配管３９及び３８によってカチオン筒入口４１及びカチオン筒出口４２にそれぞれ接続されている。配管３７及び３９は陰イオン回収槽９ａ及び陽イオン回収槽９ｂに設けられたポンプ（図示せず）の作動並びにバルブ９０ａ及び９０ｂの開閉によって流通可能となっている。

次いで、水電解処理装置１の作用について説明する。

処理槽２に流入口２１及び流出口２２を介して被処理水２０を流通させ、陽極７と陰極８の間に通電すると、被処理水２０に含まれる陰イオンは陽極７に、陽イオンは陰極８に引き寄せられる。ここで、陰イオン透過膜５は陰イオンのみを透過するので、陰イオンはアニオン筒３内に濃縮される。陽イオン透過膜６は陽イオンのみを透過するので、陽イオンはカチオン筒４内に濃縮される。その結果、被処理水２０からは陰イオンと陽イオンとが除去される。

処理槽２内において、被処理水２０は流入口２１から流出口２２に向かって流通し、アニオン筒３及びカチオン筒４の軸方向に沿って配置された陽極７及び陰極８の長手方向に沿って流通するので、流通するにしたがってイオンの含有量が低下する。被処理水２０が流出口２２から排出される際には最もイオンの含有量が少なくなった純水となっている。

アニオン筒３及びカチオン筒４内に濃縮されたイオン濃縮水９１及び９２は、配管３６及び３８をそれぞれ介して陰イオン回収槽９ａ及び陽イオン回収槽９ｂに回収される。本実施形態では、食塩を含有する被処理水２０に含まれていたイオンのうち、陰イオン回収槽９ａには塩化物イオン、陽イオン回収槽９ｂにはナトリウムイオンが回収される。これらはイオン濃縮水９１及び９２から気体塩素及び金属ナトリウムとして回収することができる。普段は陰イオン回収槽９ａ及び陽イオン回収槽９ｂのポンプを停止しバルブ９０ａ及び９０ｂを閉じ、アニオン筒３及びカチオン筒４内のイオンの量が多くなったときのみポンプ並びにバルブ９０ａ及び９０ｂを動作させてもよい。

本実施形態では、アニオン筒３及びカチオン筒４がカートリッジユニット化されているので、処理層２に対する取り付け及び取り外しが容易である。そのため、陰イオン透過膜５及び陽イオン透過膜６を備える部材の交換の際の破損が少なく、メンテナンスが容易である。そのため、設置費用、維持費用を低廉に保つことができる。これらの設置及び維持のしやすさから、本実施形態の水電解処理装置は様々な場所及び目的に容易に適用でき、自動車、建材及び家電等の電着塗装、脱塩や濃縮に使用することができる。

本実施形態では、陽極７及び陰極８がＶ字型をなすようにアニオン筒３及びカチオン筒４に配置されているので、陽極７及び陰極８を並行に互いに離間等させて配置する場合に比べて、電極の表面積を大きくすることができる。

この実施形態の変更態様として、アニオン筒３及びカチオン筒４を二組以上設けることができる。アニオン筒３及びカチオン筒４の数を増やし、陰イオン透過膜５及び陽イオン透過膜６の表面積の総計が大きくなると、陰イオン透過膜５及び陽イオン透過膜６を透過可能なイオンの量が多くなり、アニオン筒３及びカチオン筒４内に濃縮可能な塩類濃縮液９１及び９２の量が増加するので、イオンを除去する効果が高くなる。

陰イオン回収槽９ａ、陽イオン回収槽９ｂ、及び配管３６〜３９を省略することもできる。アニオン筒３及びカチオン筒４は処理槽２から着脱自在となっているので、定期的にアニオン筒３及びカチオン筒４を取り外し、筒形状の内部のイオン濃縮液９１及び９２を交換することができ、装置の構造が簡素なものとなる。

陽極７及び陰極８の形状は他のいかなるものであってもよい。例えば陽極７及び陰極８は、陰イオン透過膜５や陽イオン透過膜６の円筒形よりも径の小さい円筒形で、陰イオン透過膜５や陽イオン透過膜６の内部に挿通されていてもよい。例えば、電極の表面積を大きくするよう、陰極７又は陽極８の形状をアニオン筒３及びカチオン筒４の径に収納できる範囲内で別の形状、例えば円筒形やＸ字型等にしてもよい。

封止部材３０ａ、３０ｂ、４０ａ及び４０ｂの形状も他のいかなるものであってもよい。例えば陰イオン透過膜５や陽イオン透過膜６の一部のみが露出した形態として、封止部材３０ａ、３０ｂ、４０ａ及び４０ｂは樹脂を構成材料とし側面が網状や格子状に構成された円筒形で、陰イオン透過膜５や陽イオン透過膜６がその円筒の内部に挿通されていてもよい。この場合、陰イオン透過膜５や陽イオン透過膜６が封止部材３０ａ、３０ｂ、４０ａ及び４０ｂによって保護されているので破損が少ない。

被処理水２０に重金属を含む水、例えばめっきの廃液などを利用した場合には、陽イオン回収槽９ｂには重金属が濃縮される。そのため本実施形態の水電解処理装置は水から重金属を除去する処理や、再利用のための重金属の回収に利用することができる。

この水電解処理装置では、電解により水素イオンが生じ、この水素イオンが化学物質を還元する作用を持つ。例えば、蛋白質の加水分解や油脂の高熱処理によって生じる場合があるＭＣＰ（モノクロロプロパンジオール）、ＤＣＰ（ジクロロプロパンジオール）といった、人体に影響を及ぼす可能性のある物質について、この還元作用により分解することができる効果がある。

（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態における水電解処理装置を示す一部破断斜視図である。この実施形態では、水電解処理装置１Ａは、アニオン筒３及びカチオン筒４の端部に配管３６ｂ及び３７ｂで接続された単一の塩類回収槽９ｃを備えている。なお、前述した一の実施形態と構成及び作用を同じくする要素については説明を省略する。

この実施形態では、アニオン筒３及びカチオン筒４のイオン濃縮液９３が、単一の塩類回収槽９ｃに回収される。陰イオン透過膜５の単位時間あたりの陰イオンの透過量と、陽イオン透過膜６の単位時間あたりの陽イオンの透過量とが等しく、イオン濃縮液９３には等量の陰イオンと陽イオンが濃縮されているので、塩類回収槽９ｃには等量の陰イオンと陽イオンが含まれる。本実施形態では等量の塩化物イオンとナトリウムイオンが含まれるので、塩類回収槽９ｃに回収されるイオン濃縮液９３は食塩溶液となる。食塩溶液はｐＨが中性で取り扱いにおいて人体や環境への影響がほとんどないため輸送や廃棄なども容易である。食塩溶液からは食塩を回収することもできる。

本形態の作用及び効果は、付加的に上述した点を除くと先述した一実施形態の作用及び効果と同じである。

この実施形態の変更態様として、被処理水に含まれるイオン価に応じて陰イオン透過膜及び陽イオン透過膜の構成を変更することができる。例えば、被処理水に含まれるイオンがＮａ_２ＣＯ_３である場合、陽イオン透過膜の表面積が陰イオン透過膜の２倍になるよう、又はカチオン筒を２基設ける構成をとることができる。被処理水は電解によって陽イオンが２に対して陰イオンが１生じるが、カチオン筒には陰イオンの２倍の量の陽イオンが濃縮されるので、イオンを除去された被処理水の純度が高まり、塩類回収槽ではＮａ_２ＣＯ_３塩が含まれる中性の濃縮水や、塩を回収することができる。

（第３の実施形態）
図４は本発明の第３の実施形態のアニオン筒を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）その分解図、図５は図４のアニオン筒の作用を示す側断面図である。この実施形態のアニオン筒３Ａは、円筒形の陰イオン透過膜５に円筒形の陽極７Ａが挿通され、陰イオン透過膜５の両端を一対の円筒形の本体３１ｃ及び３１ｄで密封的に封止してなる。

図４（ｂ）に示すように、陽極７Ａは一対の本体３１ｃ及び３１ｄのうち一方の本体３１ｃに嵌合されている。陽極７Ａは円筒形で、一方の端には液体流入口３７ｃが溶接されている。液体流入口３７ｃは陽極７Ａよりも径の小さい円筒形で、螺子山が切られている。陽極７Ａの他方の端には樹脂を構成素材とする底部スペーサ３７ｅが嵌めこまれている。底部スペーサ３７ｅは中空のキノコ形状で、索の部分が陽極７Ａの内径と略同形の内径を持ち、陽極７Ａに嵌合可能となっている。傘の部分には貫通孔が設けられ、中空部分が外部と連通している。液体流入口３７ｃには、端部スペーサ３７ｆがはめ込まれている。端部スペーサ３７ｆは塩化ビニルを構成素材とし、内径が液体流入口３７ｃの外径と略同じ円筒である。

陽極７Ａは、絶縁ネット７０に挿通される。絶縁ネット７０は、ポリプロピレンを構成素材とするメッシュ状の円筒で、内径は陽極７Ａよりやや大きく、長さは陽極７Ａよりもやや短い。

液体流入口３７ｃには、本体３１ｃが挿通されている。本体３１ｃは、陽極７Ａの外径よりも大きい内径を備えた円筒形状で、その円筒の一端を閉塞する端部には、液体流入口３７ｃを挿通可能な挿通孔を備える。この挿通孔に液体流入口３７ｃを挿通し、液体流入口３７ｃの螺子山にナット３７ｄを締めることによって、本体３１ｃを陽極７Ａと端部スペーサ３７ｆに挟み込んで緊締する。円筒内の一端を閉塞する端部はまた、連通孔を介して円筒内の空間２４を配管３６に連通している。

液体流入口３７ｃの螺子山のひとつには通電線５１が電気的に接続される。この実施形態では半田付けされるが、再び分解しやすいよう巻きつけられるのみでもよい。液体流入口３７ｃの円筒状の端はイオン濃縮水９１の流入口である配管３７に接続されている。

他方の本体３１ｄは、円筒形で、円筒の端の一方は陽極７Ａの円筒より大きい内径を有してなり、他の部分より半径が小さく螺子山が切られた本体螺合部３０ｆを備える。円筒の端の他方は閉塞され、螺子山が切られた突出端である固着部３６ｆを備えている。固着部３６ｆは螺子孔が切られた部材に対して螺合することで、アニオン筒３Ａを固着することができ、本実施形態では処理槽２の底部に螺子孔を穿ち、固着することで処理槽２に対して固定することができる。

陰イオン透過膜５は円筒形で、両端が封止部材３０ｃ及び３０ｄで緊締されている。封止部材３０ｃ及び３０ｄはリング状で、内径の略半ばにおいて、ゴムを構成素材とするリング状の締付部材３５ｃを介して陰イオン透過膜５を水密に緊締し、その残りの内径には本体螺合部３１ｅの螺子山と嵌合可能な螺子山が切られた封止螺合部３０ｅ及び３０ｆが形成されている。

このアニオン筒３Ａの組立ての際には、図４（ｂ）に示すように、陽極７Ａを絶縁ネット７０、ついで陰イオン透過膜５に挿通し、本体３１ｃの本体螺合部３１ｅと封止螺合部３０ｅとを螺合する。他方の本体３１ｄにも陽極７Ａの他端を挿通し、本体螺合部３１ｆと封止螺合部３０ｆとを螺合する。陽極７Ａの底部スペーサ３７ｅは、本体３１ｄの閉塞された側の端と当接する。

図５に示すように、このアニオン筒３Ａに液体流入口３７ｃからイオン濃縮水９１を流すと、イオン濃縮水９１は筒状の陽極７Ａの筒内の空間２３を流通し、ついで陽極７Ａの下端から底部スペーサ３７ｅの貫通孔を介して、陽極７Ａの筒の外側と陰イオン透過膜５及び本体３１ｄ並びに３１ｃの筒の内側の間の空間２４を流通する。アニオン筒３Ａの外部の被処理水２０（図１及び図３）の陰イオンは、陽極７Ａの電荷によって陽極７Ａ側に移動し、陰イオン透過膜５を透過する。そして、この陰イオンは空間２４を通るイオン濃縮水９１へと濃縮される。

なお、本実施形態ではカチオン筒４も、陰極８及び陽イオン透過膜６を用いていることのほかは、それぞれアニオン筒同様の構成からなっている。

この実施形態では、アニオン筒３Ａの一方の端に液体流入口３７ｃ及び配管３６が配置され、イオン濃縮水９１の流入と排出を一方の端から行うことができるので、処理槽２内で配置しやすくスペースが節約される。アニオン筒３Ａを処理槽２内から取り外してのメンテナンスや交換も行いやすい。アニオン筒３Ａは、陽極７Ａと陰イオン交換膜５が螺合によってカートリッジ式に組み立てられているので、陽極７Ａや陰イオン透過膜５の交換が容易である。固着部３６ｆの螺合によって処理槽２に固着可能なことで、着脱が容易である。これらにより、汚れや磨耗に対処しやすく、また交換の際の汚れや磨耗の事故も少ない。純度の高い水を生成することができ、メンテナンスが容易である。

固着部３６ｆは螺合の他、楔状の形状やラバー等の弾力などによって嵌合が可能な構造となっていてもよい。例えば、本体３７ｄの外径が固着部３６ｆとなっており、処理槽２の底部に本体３７ｄの外径と略同じ内径の円筒形状の嵌合部材が設けられ、本体３７ｄをこの嵌合部材に嵌合することでアニオン筒３Ａの処理槽２への固着が可能となっていてもよい。本体３７ｄを嵌合部材の弾力により容易に取り外しが可能であり、メンテナンスが簡易となる。

（第４の実施形態）
図６は本発明の第４の実施形態の処理槽を示す一部破断斜視図である。この実施形態では、処理槽２Ａほぼ同じ数のアニオン筒３Ａ及びカチオン筒４Ａが、それぞれの筒の底面によって処理槽２Ａの底面のほぼ全面を覆うように敷き詰められる形で、縦置きに載置されている。アニオン筒３Ａ及びカチオン筒４Ａは第３の実施形態で説明しているものと同様で、その他の構成については第１の実施形態と同様である。図に示した例では、アニオン筒３Ａが８つ、カチオン筒４Ａが８つ、計１６の筒が配置され、それぞれの電極は並列繋ぎで電源に接続されている。アニオン筒３Ａ及びカチオン筒４Ａは、処理槽２Ａの底面に穿たれた螺子孔２ｂに、固着部３１ｇによって螺合されている。

この実施形態では、処理槽２Ａの底面積に対してアニオン筒３Ａ及びカチオン筒４Ａが設置される量が最大となり、イオンを除去する効果が高くなる。その他の構成及び作用効果については図１に示す実施形態と同様である。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明は飲料水などの生活用水や産業用水の製造をはじめ、各種生活用水や各種産業の廃液の処理、電解によるこれらの水の含有物質の回収に役立ち、大規模及び小規模ともに適用できるので、水を必要とされる分野に幅広く役立ち、生活や産業に貢献するのみならず環境問題に対しても貢献できるものである。

１、１Ａ 水電解処理装置
２、２Ａ 処理槽
２ｂ 螺子孔
３、３Ａ アニオン筒
４ カチオン筒
５ 陰イオン透過膜
６ 陽イオン透過膜
７、７Ａ 陽極
８ 陰極
９ａ 陰イオン回収槽
９ｂ 陽イオン回収槽
９ｃ 塩類回収槽
２０ 被処理水
２１ 流入口
２２ 流出口
２３、２４ 空間
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、４０ａ、４０ｂ 封止部材
３０ｅ、３０ｆ 封止螺合部
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 本体
３１ｅ 本体螺合部
３１ｇ 固着部
３２ａ アニオン筒出口
３２ｂ アニオン筒入口
３３ａ、３３ｂ 接続部
３４ａ、３４ｂ 嵌合部
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ 締付部材
３６、３６ｂ、３７、３７ｂ、３８、３９ 配管
３７ｃ 液体流入口
３７ｄ ナット
３７ｅ 底部スペーサ
３７ｆ 端部スペーサ
５１、６１ 通電線
７０ 絶縁ネット
９０ａ、９０ｂ バルブ
９１、９２、９３ イオン濃縮液

Claims (10)

1. 処理槽と、
   該処理槽内に備えられた円筒形の陰イオン透過膜を有する少なくとも１つのアニオン筒と、
   前記処理槽内に備えられた円筒形の陽イオン透過膜を有する少なくとも１つのカチオン筒と、
   前記陰イオン透過膜の前記円筒形の内側に該円筒形の軸方向に沿って備えられた陽極と、
   前記陽イオン透過膜の前記円筒形の内側に該円筒形の軸方向に沿って備えられた陰極とを備え、
   前記処理槽内に貯水された被処理水は、前記処理槽内の前記少なくとも１つのアニオン筒及び前記少なくとも１つのカチオン筒の前記円筒形の軸方向に沿って流通可能に構成され、
   前記少なくとも１つのアニオン筒及び前記少なくとも１つのカチオン筒内にイオンを濃縮したイオン濃縮水を得ると共に前記被処理槽内に純水を得ることを特徴とする水電解処理装置。
2. 前記陰イオン透過膜の単位時間あたりの陰イオンの透過量と、前記陽イオン透過膜の単位時間あたりの陽イオンの透過量とが等しくなるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の水電解処理装置。
3. 前記少なくとも１つのアニオン筒及び前記少なくとも１つのカチオン筒の前記端部のうち少なくとも一方に設けられた開口に接続され前記イオン濃縮水を回収する単一の塩類回収槽を備えることを特徴とする請求項１に記載の水電解処理装置。
4. 前記少なくとも１つのアニオン筒及び前記少なくとも１つのカチオン筒とそれぞれ接続され前記イオン濃縮水を回収する２つの塩類回収槽を備えることを特徴とする請求項１に記載の水電解処理装置。
5. 前記処理槽は外壁に開口を備え、
   前記少なくとも１つのアニオン筒及び前記少なくとも１つのカチオン筒は、それぞれ前記陰イオン透過膜及び前記陽イオン透過膜の円筒形の少なくとも両端を保持しつつ、前記円筒形の側面の少なくとも一部が前記被処理水に面するように構成された封止部材を備えており、
   前記開口に前記封止部材の一部を嵌合することにより前記少なくとも１つのアニオン筒及び前記少なくとも１つのカチオン筒を着脱自在に保持可能に構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の水電解処理装置。
6. 前記少なくとも１つのアニオン筒又は前記少なくとも１つのカチオン筒は、前記陰イオン透過膜又は前記陽イオン透過膜の円筒の両端に前記封止部材と螺合可能な部材を備えることを特徴とする請求項５に記載の水電解処理装置。
7. 前記少なくとも１つのアニオン筒又は前記少なくとも１つのカチオン筒は、底面に前記処理槽に対して螺合又は嵌合可能な固着部を備えることを特徴とする請求項１に記載の水電解処理装置。
8. 前記少なくとも１つのアニオン筒及び前記少なくとも１つのカチオン筒は、底面が前記処理槽の底面に対して固着されていることを特徴とする請求項１に記載の水電解処理装置。
9. 前記少なくとも１つのアニオン筒及び前記少なくとも１つのカチオン筒は、複数のアニオン筒及び複数のカチオン筒であり、該複数のアニオン筒及び該複数のカチオン筒は前記処理槽の底面の一部を覆うように敷き詰め配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水電解処理装置。
10. 前記陰極又は陽極は下端が開放された円筒形状からなり、前記少なくとも１つのアニオン筒又は前記少なくとも１つのカチオン筒は、前記イオン濃縮水を前記円筒の上端から供給する手段と、前記イオン濃縮水を前記陽イオン透過膜又は前記陰イオン透過膜の上端から回収する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の水電解処理装置。

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