JP2005028260A

JP2005028260A - 隔膜式電解装置及びそのＣａ・Ｍｇ除去方法

Info

Publication number: JP2005028260A
Application number: JP2003194903A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Okada; 昭彦岡田; Shigeo Shiono; 繁男塩野; Shigeo Mukono; 茂生向野; Masaaki Tatsumiya; 正晃辰宮
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electric Systems Co Ltd
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】イオン交換膜の寿命を長くすることにある。
【解決手段】供給側に配置したＣａ・Ｍｇ除去器３により供給水１に含有するＣａ・Ｍｇを除去した希釈水１Ａを溶解槽６及び電解槽４に供給し、イオン交換膜９にＣａ・Ｍｇが付着するのを防止して、イオン交換膜９の寿命を延ばして、浄水場のランニングコストを下げる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、次亜塩素酸ナトリウムを製造するのに必要な供給水及び原料塩に含有するＣａ・Ｍｇが電解槽内に配置されたイオン交換膜に付着するのを改良した隔膜式電解装置及びそのＣａ・Ｍｇ除去方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の浄水場の次亜塩素酸ナトリウム製造設備を例えば引用文献１により説明する。従来、水道水の原水は浄水場の近傍の河川から取水され、沈砂池などで処理後に原水ポンプで浄水場に送られる。浄水場内では、取水池を経由して凝縮沈殿池で薬注し、攪拌によって不要なフロック（濁質がコロイド粒子となったのも）を形成し、これを沈殿させる。下部に蓄積する汚泥を定期的に排出し、排泥処理で濃縮，脱水してケーキ残士として排出する。
【０００３】
一方、凝縮沈殿池の上澄水はミクロフロックを含んだまま吐き出され、砂濾過して不要成分を更に除去し、浄水する。更に、かび臭の原因となる有機物などがある場合は、オゾン接触させて低有機物に分解し、粒状活性炭を充填した活性炭濾過によって処理して浄水とする。
【０００４】
この浄水には、法令により、需要家端末の塩素濃度が０．１ｐｐｍとなるように浄水側の薬注設備で次亜塩素酸ナトリウムを注入されている。次亜塩素酸ナトリウムの製造方法を、引用文献１の第５７ページに掲載されている次亜塩素酸ナトリウムの製造設備により説明する。
【０００５】
即ち、上記製造設備は、原料塩槽をその内部に設けた仕切板で原料塩溶解槽と飽和槽とに分け、仕切板に原料塩溶解槽と飽和槽との間を連通する連通手段を設け、原料塩溶解槽に投入した原料塩を供給水で溶解して飽和塩溶液となし、この飽和塩溶液は連通手段を介して飽和槽に供給するようにしている。飽和槽内の飽和塩溶液と別個所からの水例えば軟水をポンプにより電解槽に供給される。
【０００６】
直流電源により電解槽内の軟水と塩水とを次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）及び水素（Ｈ_２）に変換する。水素（Ｈ_２）は排気すると共に、ＮａＣｌＯ溶液は浄水場に注入して浄水場の河川などの原水を殺菌する。
【０００７】
更に、電解槽の働きを説明すると、供給水と原料塩を溶解槽及び飽和槽で溶解した飽和塩溶液とを入力原料液とし、この入力原料液をイオン交換膜及び電極を有する電解槽に供給し、電極間に直流電流を通電し、プラス側のＮａイオンがイオン交換膜を透過し、マイナス側の水酸化イオンと化合して水酸化ナトリウムとなり、プラス側の塩素と反応して次亜塩素酸ナトリウムを生成する。
【０００８】
【引用文献１】
日立評論第８５巻第２号第５５ページ〜５８ページ「浄水場オンサイトの次亜塩素酸ナトリウム製造設備」発行日（２００３年２月１日）に掲載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この際、供給水及び原料塩に含有するＣａ・Ｍｇがイオン交換膜に付着すると、Ｎａイオンがイオン交換膜を透過しにくくなり、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）の生成効率が悪くなるので、イオン交換膜を適宜に交換している。この交換期間は約２年である。
【００１０】
そして、次亜塩素酸ナトリウム製造装置の設備費を１０とすれば、電解槽が約６割のコストを占める。このイオン交換膜の寿命が短いので、浄水場のランニングコストが高くなる。
【００１１】
本発明の目的は、イオン交換膜の寿命を長く浄水場のランニングコストを低減した隔膜式電解装置及びそのＣａ・Ｍｇ除去方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の隔膜式電解装置では、供給側に配置したＣａ・Ｍｇ除去器により供給水に含有するＣａ・Ｍｇを除去した供給水を溶解槽及び電解槽に供給し、イオン交換膜にＣａ・Ｍｇが付着するのを防止して、イオン交換膜の寿命を延ばして、浄水場のランニングコストを下げることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下、本発明の実施例を図１及び図２により説明する。図１は本発明の隔膜式電解装置であり、この装置は次亜塩素酸ナトリウム製造過程の一部よりなるブロック図であり、図２は図１で使用した電解槽の作用を説明する図である。
【００１４】
一方の供給水系統側の供給水１に含有しているＣａ・Ｍｇは本実施例のイオン除去器３により除去されて、この希釈水１Ａは電解槽４及び溶解槽６に供給される。
【００１５】
他方側の塩水系統側の原料塩５は溶解槽６に投入される。溶解槽６内の原料塩５は希釈水１Ａで溶解されて飽和塩溶液７となし、飽和槽８に供給される。飽和槽８内の飽和塩溶液７は図２に示す電解槽４に供給される。尚、供給水或いは希釈水と飽和塩溶液とで入力原料液を構成せしめる。
【００１６】
電解槽４はイオン交換膜９を介してプラス側電極１０とマイナス側電極１１とが配置されている。プラス電極１０とマイナス電極１１との間を直流電源１２により接続している。イオン交換膜９には、例えばパーフルオロイオン交換膜を使用している。
【００１７】
電解槽４内に飽和塩溶液７（ＮａＣｌ）と希釈水１Ａ（Ｈ_２Ｏ）を供給した状態でプラス電極１０とマイナス電極１１とに通電すれば、電気分解によりＮａイオンはイオン交換膜９を透過してマイナス電極側に移動し、マイナス電極側のＯＨ⁻と化合して、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）となり、プラス電極側の塩素（Ｃｌ_２）と反応して、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）とＨ_２を生成する。
【００１８】
この電気分解の際に供給水１に含有しているＣａ・Ｍｇは本実施例のＣａ・Ｍｇ除去器３により除去された希釈水１Ａを、電解槽４及び溶解槽６に供給している。
【００１９】
そこで、電解槽４内に供給されている希釈水１Ａ及び飽和塩溶液７に含有するＣａ・Ｍｇについて検討する。Ｃａ・Ｍｇ除去機器３を設けていない従来技術では、電解槽内の希釈水１Ａには約１（ｐｐｍ）及び飽和塩溶液７には約２（ｐｐｍ）のＣａ・Ｍｇが含有している。
【００２０】
この含有量によるイオン交換膜９の寿命について図７により説明する。図７は縦軸にＣａ・Ｍｇ（ｐｐｍ）量を横軸に（ｐｐｍ）量に応じたイオン交換膜９の寿命年数を示した特性図である。
【００２１】
この特性図によれば、前述の約３（ｐｐｍ）では２年でイオン交換膜９を交換する必要がある。これに対して、本実施例においては、例えば供給水１にＣａ・Ｍｇが含有する量を７０（ｐｐｍ）とすると、Ｃａ・Ｍｇ除去機器３の希釈水１にＣａ・Ｍｇが含有する量を約１（ｐｐｍ）に低減できる。原料塩５にＣａ・Ｍｇが含有する量を５（ｐｐｍ）とすると、溶解槽６内で希釈水１Ａを７５％、塩を２５％との比で、塩は溶解されるので飽和塩溶液としては、５×１／４＋１≒２・３（ｐｐｍ）となる。これを図７で見ると、Ｃａ・Ｍｇが２．３（ｐｐｍ）の時におけるイオン交換膜９の寿命は約２年２月である。
（実施例２）
実施例２を図３により説明する。図３は実施例１に使用したＣａ・Ｍｇ除去器３の出力側に第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３を直列に配置した場合である。この実施例ではＣａ・Ｍｇ除去器３を第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３と称する。この実施例では２個のＣａ・Ｍｇ除去器を直列に配置したが、２個以上を配置してもよい。
【００２２】
第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３と第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３を直列に配置すれば、第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３か出力される希釈水１ＡのＣａ・Ｍｇの含有量は０・１（ｐｐｍ）となる。故に、飽和塩溶液７のＣａ・Ｍｇの含有量は１．４（ｐｐｍ）となる。
【００２３】
Ｃａ・Ｍｇが１．４（ｐｐｍ）の時のイオン交換膜９の寿命は、図７から明らかなように約２年４月が交換時期となり、イオン交換膜９の寿命を延ばすことができるので、浄水場のランニングコストを安くすることができる。
（実施例３）
図４は第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３と第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３を直列に配置した場合の供給管及び弁の配置を示す図である。
【００２４】
供給管１４（以後、この実施例３では第１供給管と称する）は供給水１を供給する入力側と電解槽４及び溶解槽６に連通する出力側と備えている。入力側と出力側との間の第１供給管１４には、第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３と第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３とを直列に配置している。
【００２５】
第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３及び第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３の第１供給管１４の入力側と出力側には、各Ｃａ・Ｍｇ除去器を迂回するバイパス管１５より連通している。
【００２６】
入力側から第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３を経由して第１Ｃａ・Ｍｇ除去器１３に連通し、第１Ｃａ・Ｍｇ除去器１３から第１供給管１４の一部を経由して電解槽４及び溶解槽６に連通する第２供給管１６を配置している。これらの第１供給管１４，バイパス管１５管及び第２供給管１６とを接続して循環路を形成し、この循環路には制御弁例えばだ第１制御弁１７Ａを配置している。循環冷却路の使用方法について説明する。
１）．正常使用の場合
複数の制御弁１７を矢印Ａで示すように供給水１が流れるようにした状態で、入力側の第１供給管１４に供給されたＣａ・Ｍｇを含有する供給水１は矢印Ａで示すように第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３及び第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３により、Ｃａ・Ｍｇを除去した希釈水１Ａを電解槽４及び溶解槽６に供給してイオン交換膜９の寿命を向上すようにしている。
２）．一方側例えば第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３が運転を停止した場合
制御弁１７Ｈを閉じ、１７Ｇを開けば、供給水１は矢印Ｂで示すようにバイパス管１５より第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３に流し、第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３によりＣａ・Ｍｇを除去した希釈水１Ａを電解槽４及び溶解槽６に供給してイオン交換膜９の寿命を向上することができると共に、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）の生産量が大幅に低下するのを防止することができる。
【００２７】
また第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３が運転を停止した場合には、制御弁１７Ｇ及び制御弁１７Ｋを閉じ、第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３からの希釈水１Ａはバイパス管１５を介して電解槽４及び溶解槽６に供給する。
３）．供給水の入力側を第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３又は第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３にして使用する場合
複数の制御弁１７を矢印Ｃで示すように供給水１が流れるようにした状態で、入力側の第２供給管１６に供給されたＣａ・Ｍｇを含有する供給水１は矢印Ｃで示すように第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３及び第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３により、Ｃａ・Ｍｇを除去した希釈水１Ａを電解槽４及び溶解槽６に供給してイオン交換膜９の寿命を向上すようにしている。
【００２８】
このように、第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３を供給水の入力側として所定期間使用した後、第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３を入力側として使用すれば、第１及び第２Ｃａ・Ｍｇ除去器３，１３の寿命を延ばすことができる。この場合、第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３と第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３とを交互に切替えて、入力側として使用できるので、Ｃａ・Ｍｇ除去器の寿命を第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３だけを入力側として使用した場合に比べて第１Ｃａ・Ｍｇ除去器３と第２Ｃａ・Ｍｇ除去器１３の寿命を延ばすことができる。
（実施例４）
図５の実施例は飽和槽８の出口側にＣａ・Ｍｇ除去器１８を配置し、Ｃａ・Ｍｇ除去器１８により飽和塩溶液７に含有するＣａ・Ｍｇを除去して、より一層イオン交換膜９にＣａ・Ｍｇが付着するのを防止し、イオン交換膜９の交換時期を引延ばすことができる。
この実施例によれば、希釈水１ＡのＣａ・Ｍｇの含有量は０・１（ｐｐｍ）となり、また飽和塩溶液７のＣａ・Ｍｇの含有量は０．１（ｐｐｍ）となる。
故に、０．２（ｐｐｍ）におけるイオン交換膜９の寿命は、図７から明らかなように約４年が交換時期となり、イオン交換膜９の寿命を延ばすことができるので、さらに浄水場のランニングコストを安くすることができる。
【００２９】
この場合、図６に示すように飽和槽８内に着脱自在にＣａ・Ｍｇ除去器１８を配置する。Ｃａ・Ｍｇ除去器１８は水中モータ１９から吸上げた飽和塩溶液７を整流板２０に流し、整流板２０の複数孔２１よりＣａ・Ｍｇ除去部材よりなるＣａ・Ｍｇ除去器ユニット２２に入力する。Ｃａ・Ｍｇ除去器ユニット２２ではＣａ・Ｍｇを除去して電解槽４に注入する。
【００３０】
Ｃａ・Ｍｇ除去器ユニット２２は飽和槽８内に配置されているので、設置面積を取らず隔膜式電解システムの寿命向上装置を小型化することができる。
【００３１】
またＣａ・Ｍｇ除去器ユニット２２は水中モータ１９と分離して取外すことが出来るので、保守点検作業が容易にできる。
【００３２】
更に、Ｃａ・Ｍｇ除去器ユニット２２は飽和塩溶液７より離れて配置するようにしたので、取外す際には飽和塩溶液７の抵抗が無くなり、取外し作業が楽にできるようになった。２３はフタ、２４はＣａ・Ｍｇ除去器１８を吊り上げる吊具である。Ｃａ・Ｍｇ除去器ユニット２２に設けた支持金具に吊具２４を引掛けてＣａ・Ｍｇ除去器ユニット２２を飽和槽８内から引揚げて輸送したり、或いは飽和槽８内に設置したりする。
更に、実施例１，２と実施例４とを組合せて供給水側と飽和槽側との各々にＣａ・Ｍｇ除去器を配置すれば、より一層イオン交換膜の寿命を延ばすことができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の隔膜式電解装置によれば、イオン交換膜の寿命を長くし、浄水場のランニングコストを下げることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である隔膜式電解装置を示す概略ブロック図。
【図２】図１に使用した電解槽の作用を説明した概略説明図。
【図３】本発明の他の実施例として示した隔膜式電解装置の概略ブロック図。
【図４】図３に使用した循環冷却路を示す冷却循環図。
【図５】本発明の他の実施例として示した隔膜式電解装置の概略ブロック図。
【図６】図５に使用した飽和槽を示す側断面図。
【図７】本発明の実施例で使用したイオン交換膜の寿命特性図。
【符号の説明】
１…供給水、１Ａ…希釈水、３…Ｃａ・Ｍｇ除去器、４…電解槽、５…原料塩、６…溶解槽、７…飽和塩溶液、８…飽和槽、９…イオン交換膜、１０…プラス電極、１１…マイナス電極、１２…直流電源、１３…Ｃａ・Ｍｇ除去器、１４…供給管、１５…バイパス管、１６…第２供給管、１７Ａ…第１制御弁、１７Ｆ…第６制御弁、１８…飽和槽。

Claims

供給水により原料塩を溶解し飽和塩溶液にする溶解槽と、前記溶解槽からの飽和塩溶液を入力原料液とし供給されるイオン交換膜及び電極を有する電解槽とを備えた隔膜式電解装置において、
前記供給水側に前記供給水及び原料塩に含有するＣａ・Ｍｇを除去すると共に、除去した供給水を電解槽及び溶解槽に供給するＣａ・Ｍｇ除去器を配置することを特徴とする隔膜式電解装置。
前記Ｃａ・Ｍｇ除去器を供給水側に直列に複数個配置することを特徴とする請求項１に記載の隔膜式電解装置。
前記飽和槽に前記Ｃａ・Ｍｇを除去すると共に、除去した供給水を電解槽に供給するＣａ・Ｍｇ除去器を配置することを特徴とする請求項１に記載の隔膜式電解装置。
供給水側及び飽和槽側に前記Ｃａ・Ｍｇを除去すると共に、除去した供給水を電解槽及び溶解槽に供給するＣａ・Ｍｇ除去器を配置することを特徴とする請求項１に記載の隔膜式電解装置。
供給水と、この供給水で原料塩を溶解する溶解槽及び飽和槽からの飽和塩溶液とを入力原料液とし、前記入力原料液をイオン交換膜及び電極を有する電解槽に供給し、電極間に直流電流を通電し、次亜塩素酸ナトリウムを生成する際に、供給水及び原料塩に含有するＣａ・Ｍｇがイオン交換膜に付着するのを除去する隔膜式電解装置のＣａ・Ｍｇ除去方法において、
Ｃａ・Ｍｇ除去器より供給水及び原料塩に含有するＣａ・Ｍｇを除去した供給水を電解槽及び溶解槽に供給することを特徴とする隔膜式電解装置のＣａ・Ｍｇ除去方法。
供給水側に直列に配置された複数個の前記Ｃａ・Ｍｇ除去器により供給水及び原料塩に含有するＣａ・Ｍｇを除去した供給水を電解槽及び溶解槽に供給することを特徴とする請求項５に記載の隔膜式電解装置のＣａ・Ｍｇ除去方法。
前記飽和槽からの飽和塩溶液に含有する前記Ｃａ・ＭｇをＣａ・Ｍｇ除去器で除去した供給水を電解槽に供給することを特徴とする請求項５に記載の隔膜式電解装置のＣａ・Ｍｇ除去方法。
供給水側及び飽和槽側に配置された前記Ｃａ・Ｍｇ除去器によりＣａ・Ｍｇを除去した供給水を電解槽及び溶解槽に供給することを特徴とする請求項１に記載の隔膜式電解装置。
供給水により原料塩を溶解し飽和塩溶液にする溶解槽と、前記溶解槽からの飽和塩溶液を入力原料液とし供給されるイオン交換膜及び電極を有する電解槽とを備えた隔膜式電解装置において、
供給水の供給口と電解槽及び溶解槽との間に直列に配置された供給管に供給水に含有するＣａ・Ｍｇを除去する第１Ｃａ・Ｍｇ除去器と第２Ｃａ・Ｍｇ除去器と、前記第１Ｃａ・Ｍｇ除去器と第２Ｃａ・Ｍｇ除去器との一方側が停止した時には、停止側Ｃａ・Ｍｇ除去器への供給水を停止すると共に、運転側Ｃａ・Ｍｇ除去器に供給水を流すように供給管に連通されたバイパス管と、
前記第１Ｃａ・Ｍｇ除去器から第２Ｃａ・Ｍｇ除去器を経由して前記電解槽及び溶解槽に供給水を流す供給管と、第２Ｃａ・Ｍｇ除去器から第１Ｃａ・Ｍｇ除去器を経由して前記電解槽及び溶解槽に流す第２供給管とを交互に切替えて使用するようにした制御弁とを備えていることを特徴と隔膜式電解装置。