JP2016135480A - Electrodialyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気透析装置に関する。 The present invention relates to an electrodialysis apparatus.
現在、イオン交換膜を使用した電気透析装置は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを室枠を挟み込んで交互に積層し、電極間に配列して、両端を締付け枠で締め付けることで内部に濃縮室と脱塩室を交互に形成する構成とされている。 Currently, electrodialyzers using ion exchange membranes are stacked by alternately stacking cation exchange membranes and anion exchange membranes with the chamber frame in between, arranging them between the electrodes, and tightening both ends with clamping frames. Further, the concentrating chamber and the desalting chamber are alternately formed.
こうした電気透析装置に使用される室枠は、中央位置に開口部を有するフレーム部と、開口部に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間隔を保持するネット本体部とを備えているものが一般的である。 A chamber frame used in such an electrodialysis apparatus includes a frame portion having an opening at a central position, and a net main body portion that maintains an interval between the cation exchange membrane and the anion exchange membrane in the opening. Is common.
上記構成の電気透析装置は、電気透析において、脱塩室には処理液が導入されるが、脱塩室中の処理液に含まれるイオンは、電気透析の進行に伴い隣接する濃縮室へ移行する。このため、脱塩室中の処理液のイオン濃度は低下していくため、電気抵抗が高くなる。一方、濃縮室中の液のイオン濃度は増大していくため、電気抵抗は低くなる特性がある。 In the electrodialysis apparatus having the above configuration, in electrodialysis, a treatment solution is introduced into the desalination chamber, but ions contained in the treatment solution in the desalination chamber move to an adjacent concentration chamber as the electrodialysis progresses. To do. For this reason, since the ion concentration of the process liquid in a desalination chamber falls, an electrical resistance becomes high. On the other hand, since the ion concentration of the liquid in the concentration chamber increases, there is a characteristic that the electrical resistance is lowered.
従って、効率の良い電気透析を行うためには、脱塩室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みを薄くして電気抵抗を低くすることが望ましい。 Therefore, in order to perform electrodialysis with high efficiency, it is desirable that the chamber frame disposed in the desalting chamber has a low net resistance by reducing the thickness of the net body.
また、処理液に含まれる微粒の異物による目詰まりなどを防止するために、脱塩室に配置される室枠は、フレーム部の厚みを厚くしている。これに対して、濃縮室では、イオン濃度が高く低電気抵抗であるため、フレーム部の厚みが厚くなると、濃縮室に液を循環させるための流路幅が大きくなり、漏電が生じやすくなる特性が知られている。 Further, in order to prevent clogging due to fine foreign substances contained in the processing liquid, the chamber frame disposed in the desalting chamber has a thick frame portion. On the other hand, the concentration chamber has a high ion concentration and low electrical resistance. Therefore, if the thickness of the frame is increased, the flow path width for circulating the liquid in the concentration chamber is increased, and electric leakage is likely to occur. It has been known.
上記各特性を鑑みた電気透析装置として、脱塩室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みをフレーム部の厚みよりも薄くし、濃縮室に配置される室枠は、ネット本体部の厚みをフレーム部の厚みよりも厚くして、濃縮室の漏電防止と脱塩室の低電気抵抗化を図った構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As an electrodialysis apparatus in view of the above characteristics, the chamber frame disposed in the desalination chamber has a net body portion thinner than the frame portion, and the chamber frame disposed in the concentration chamber has a net body portion. There is known a configuration in which the thickness of the container is made thicker than the thickness of the frame to prevent leakage in the concentrating chamber and to reduce the electrical resistance of the desalting chamber (see, for example, Patent Document 1).
効率の良い電気透析を実現するには、室枠のネット本体部の厚みとフレーム部の厚みだけでなく、ネット本体部において処理液などの液体が均一に液分散できるかを考慮する必要がある。しかし、特許文献1には、液体を均一に液分散させる構成については開示されていない。
In order to achieve efficient electrodialysis, it is necessary to consider not only the thickness of the net body of the chamber frame and the thickness of the frame, but also whether the liquid such as processing liquid can be uniformly dispersed in the net body. . However,
ネット本体部において、液体の分散が不均一になると、水が電気分解を起こし、溶液がアルカリ性になって水酸化マグネシウムの結晶が析出し、隣接するイオン交換膜に当該結晶が付着してしまう。すると、膜抵抗が上昇して電気抵抗が高くなり、通電が停止される問題が生じる。 If the dispersion of the liquid becomes uneven in the net body, water causes electrolysis, the solution becomes alkaline, and magnesium hydroxide crystals are deposited, and the crystals adhere to the adjacent ion exchange membrane. As a result, the film resistance rises and the electrical resistance increases, causing a problem that energization is stopped.
本発明の目的は、上記の点を鑑み、室枠のネット本体部において液体を均一に液分散させて、効率の良い電気透析を行える電気透析装置を提供することにある。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide an electrodialyzer capable of performing efficient electrodialysis by uniformly dispersing a liquid in a net body portion of a chamber frame.
上記課題に鑑み、本発明の一つの実施形態の電気透析装置は、
陰極板と陽極板との間に、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを、室枠を介在させて複数枚交互に配列して濃縮室と脱塩室を構成した電気透析装置であって、
前記室枠は、ネット本体部と、該ネット本体部の周囲に位置するフレーム部とを備え、
前記ネット本体部は、並行かつ一定の間隔を空けて複数配列される第1ストランドと、当該第1ストランドと交差する、並行かつ一定の間隔で複数配列される第2ストランドとを有し、当該第1ストランドと当該第2ストランドとの交点箇所は一体化されており、
前記交点箇所の厚みは、前記フレーム部の厚みより厚く形成されていること、を特徴とする。
In view of the above problems, the electrodialysis apparatus of one embodiment of the present invention is
An electrodialysis apparatus comprising a concentration chamber and a desalting chamber in which a plurality of cation exchange membranes and anion exchange membranes are alternately arranged with a chamber frame interposed between a cathode plate and an anode plate. ,
The chamber frame includes a net body part and a frame part located around the net body part,
The net body has a plurality of first strands arranged in parallel and at regular intervals, and second strands arranged in parallel and at regular intervals intersecting the first strands, The intersection of the first strand and the second strand is integrated,
A thickness of the intersection point is formed to be thicker than a thickness of the frame portion.
本発明の一つの実施形態によれば、室枠のネット本体部において液体を均一に液分散させて、効率の良い電気透析を行える電気透析装置を提供できる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide an electrodialyzer capable of performing efficient electrodialysis by uniformly dispersing liquid in the net body portion of the chamber frame.
<室枠の構造>
図1に本発明の一実施形態に係る電気透析装置に使用される室枠の概略平面図を示した。本発明で用いる室枠1は、中央位置に配置されたネット本体部2と、当該ネット本体部2の周囲に位置するフレーム部3とを有している。ネット本体部2は、詳しくは後述するが交差する第1ストランド及び第2ストランドとの交点箇所が接着または溶着されて一体化されている。またフレーム部3は、中央位置に開口部4を備える額縁状に形成されている。
<Room frame structure>
FIG. 1 shows a schematic plan view of a chamber frame used in an electrodialysis apparatus according to an embodiment of the present invention. The
電気透析装置10は、大まかに言って、上記のような室枠1とイオン交換膜(アニオン交換膜A及びカチオン交換膜C)とを交互に配設し、室枠1によって間のイオン交換膜を挟持することにより構成される。即ち、室枠1のフレーム部3で囲まれているネット本体部2で確保されている空間がイオン交換室となり、ネット本体部2により、隣り合うイオン交換膜の接触を確実に防止する。したがって、ネット本体部2は、室枠1の中央位置に形成された矩形状の開口部4に流路部のスペーサーとしての機能を発揮するように配設されている。
Roughly speaking, the
ネット本体部2は、熱可塑性プラスチック製であることが好ましい。また、ネット本体部2は、例えばフレーム部3の開口部4の周囲の縦方向に対して溶接部E、Fの2箇所、幅方向に対して溶接部G、Hの2箇所が溶着されて、フレーム部3に取り付けられることで室枠1を形成する。
The
上記したフレーム部3は、熱可塑性プラスチック製又は合成ゴム製からなるシートにて製造されている。
The
また、フレーム部3は、中央部に開口部4を有する額縁状の形状をしており、その形成素材は熱可塑性プラスチック製又は熱可塑性エラストマーが好ましい。フレーム部3は、例えば、熱可塑性エラストマーからなるシートを、所定寸法の額縁状に裁断され製造される。
The
フレーム部3の形成素材として熱可塑性プラスチックを使用する場合は、特に限定されず種々の熱可塑性プラスチックを使用できる。熱可塑性プラスチックとしては、例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体、エチレン・塩化ビニル共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体、ABS、α−メチルスチレン・スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル・塩化ビニリデン共重合体、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル等が挙げられる。これらを1種単独、或いは2種以上を混合したブレンド物の形で使用してもよい。また、熱可塑性プラスチックは、電気絶縁性(絶縁抵抗100MΩ以上)を有していることが好ましい。
When using a thermoplastic as a forming material of the
また、フレーム部3として熱可塑性エラストマーを使用する場合は、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系等が好ましい。
Further, when a thermoplastic elastomer is used as the
フレーム部3は、特にシール性の観点からゴム弾性を有する素材或いは比較的柔軟な素材が好ましい。
The
またフレーム部3には、その片面側(図示例では正面側)にリブ30が形成されていることが好ましく、リブ30はフレーム部3の外縁と45度の角度を有する格子状に形成されていることが好ましい。リブ30は、例えば、複数の線条材を格子状に交差させて成形される。他面側(図示例で裏面)は平滑面とされていることが好ましい。このリブ30は、室枠1がイオン交換膜を挟んで複数積層される際、隣接するイオン交換膜を線状で抑え込むため高いシール性を発揮し、液リーク(外部リーク、内部リーク)が生じることを防止する機能を発揮できる。上記リブ30を形成する方法としては、例えば、射出押し出し成型機のダイスから出た樹脂を、格子状の彫り込みをしたディップロールにて成形される。このような成型方法によれば、フレーム部3を形成する際に、フレーム部3とリブ30を同時に形成でき施工性に富む。リブ30の彫り込み形態は、幅100〜300μm、深さが60〜200μmの断面視が三角形の彫り込みで、格子のピッチは、2〜10mmが好ましい。
The
室枠1では、フレーム部3のネット本体部2との取り付け箇所の表面平滑性、又フレーム部3とネット本体部2との厚み偏差が適切であることが好ましい。フレーム部3と樹脂製のネット本体部2とを一体化する方法としては、例えば、インパルス溶着機により一体化する方法が好ましい。この方法によれば、特にフレーム部3の片面に突出した格子状のリブ30側にネット本体部2をインパルス溶着することにより、格子状のリブ30が溶着取付け箇所の厚みを吸収し、周辺のフレーム部3との厚み偏差も小さく、平滑性も損なわれることなく一体化できる。
In the
上記したフレーム部3には、給入液口5及び吐出液口6が設けられている。この給入液口5及び吐出液口6は、それぞれ連通口7及び連通口8を介して開口部4と連通されている。連通口7及び連通口8には、液流路を確保するための流路90が複数本形成されたディストリビュータ9がそれぞれ嵌合されるようになっている。給入液口5と開口部4、及び、吐出液口6と開口部4とは、ディストリビュータ9に形成された流路90により連通される。
The
ディストリビュータ9は、耐熱性、液分散性に優れ、液リーク(内部リーク)を防ぐ構造を有するようになっている。ディストリビュータ9は、射出成型で製造されることが好ましく、その厚みは0.4mm〜2mmであることが好ましい。ディストリビュータ9は、例えば、日本実用新案出願公開昭63−160904公報に開示された構造のものを使用可能である。
The
次に、ネット本体部2の構成を図2A、図2Bに基づいて具体的に説明する。図2Aには、図1のネット本体部2の一部拡大平面図を示し、図2Bには、図2AのI−I矢視断面図を示した。
Next, the configuration of the
図示したように、ネット本体部2は、並行かつ一定の間隔で複数配列される第1ストランド21と、当該第1ストランド21と交差し、並行かつ一定の間隔で複数配列される第2ストランド22とを有している。そして、第1ストランド21と第2ストランド22との交点箇所Kは熱溶着により接着されて一体化されている。交点箇所は、例えばネトロン法により熱溶着されて一体化されていることが好ましい。図示例では第1ストランド21と第2ストランド22とが90°に直交する構成を示したが、この限りではなく、交差する角度は特に限定されない。第1ストランド21と第2ストランド22とは、30°〜90°の角度で交差することが好ましい。また、本実施形態のネット本体部2は、回転ダイス式プラスチックネット押し出し成型装置により製造された斜交網状ネットであることが好ましい。
As shown in the drawing, the net
上記した第1ストランド21及び第2ストランド22の形成素材は、熱可塑性プラスチックが好ましく。例えば、フレーム部3の形成素材として例示したものと同様のものが挙げられる。また、熱可塑性プラスチックは、電気絶縁性(絶縁抵抗100MΩ以上)を有していることが好ましい。
The forming material of the
図2Bは、図2Aに示す第1ストランド21の線上で切った断面(I−I矢視断面図)を示している。図示の通り、ネット本体部2においては、交点箇所Kにおける交点厚みDが、第1ストランド21及び第2ストランド22の線径Fのうち太い方の線径F(以下、線径Faとも記載する。特に、脱塩室における室枠1に設けられたネット本体部2における線径Faを線径Fa1、濃縮室における室枠1に設けられたネット本体部2における線径Faを線径Fa2とも記載する。)より厚いことが好ましい。
FIG. 2B shows a cross section taken along the line of the
ネット本体部2を上記の形状にすることにより、複数隣接する交点箇所Kの間には第1ストランド21の周囲(図示上では上下位置)に流路200となるスペースが形成される。この交点箇所K間に形成される複数の流路200により、ネット本体部2へ流入された液体を、当該ネット本体部2の全体へ均一的に分散させることができる。
By forming the
上記した、交点厚みDと線径Faとの比率は特に限定されず、製造工程での延伸等により任意に調節することができる。交点厚みDと線径Faとの比率は、脱塩室と濃縮室のそれぞれに対して設定されることが好ましい。 The ratio of the intersection thickness D and the wire diameter Fa described above is not particularly limited, and can be arbitrarily adjusted by stretching in the manufacturing process. The ratio between the intersection thickness D and the wire diameter Fa is preferably set for each of the desalting chamber and the concentrating chamber.
即ち、脱塩室においては、ネット本体部を組み込んだ時のスペース幅(S1(図3参照))は、ネット本体部2の線径(Fa1)よりやや広い幅となることから精度の高い電気透析を行うには薄い方が良い。しかし、スペース幅S1を薄くし過ぎると膜同士の接触を生じ、電流の損失、膜の損傷、スケール生成等の不具合を生ずる。そのため、脱塩室においては、線径Fa1は、交点厚み(D1)の50%〜20%(Fa1/D1)が好ましく、40%〜25%がより好ましく、38%〜30%がさらに好ましい。
That is, in the desalination chamber, the space width (S1 (see FIG. 3)) when the net main body is incorporated is slightly wider than the wire diameter (Fa1) of the net
また、濃縮室のネット本体部の線径(Fa2)は、組み込んだ時のイオン交換膜の安定性を維持する適切な厚みを有していることが重要である。そのため、濃縮室においては、線径Fa2は、ネット本体部の交点厚み(D2)の40%〜80%が好ましく、50%〜70%がより好ましく、57%〜67%がさらに好ましい。これにより、脱塩室と濃縮室の圧力差によるイオン交換膜のふらつきを防止し、イオン交換膜の機械的ダメージを防止するばかりでなく、脱塩室内の液流動が均一化され安定した運転が達成できる。 Further, it is important that the wire diameter (Fa2) of the net body portion of the concentration chamber has an appropriate thickness that maintains the stability of the ion exchange membrane when incorporated. Therefore, in the concentrating chamber, the wire diameter Fa2 is preferably 40% to 80%, more preferably 50% to 70%, and even more preferably 57% to 67% of the intersection thickness (D2) of the net body. This not only prevents the ion exchange membrane from fluctuating due to the pressure difference between the desalting chamber and the concentration chamber, but also prevents mechanical damage to the ion exchange membrane. Can be achieved.
図3に、本発明の一実施形態に係る電気透析装置において脱塩室に配置された室枠1Aと濃縮室に配置された室枠1Bの側面図をそれぞれ示した。符号Cはカチオン交換膜、符号Aはアニオン交換膜を示している。
FIG. 3 shows side views of the
脱塩室に配置された室枠1Aにおいては、ネット本体部2の交点箇所Kにおける交点厚みD1は、フレーム部3の厚みt1より厚い。また、同様に濃縮室に配置される室枠1Bにおいては、ネット本体部2の交点箇所Kにおける交点厚みD2は、フレーム部3の厚みt2より厚い。
In the
つまり、脱塩室用の室枠1Aと濃縮室用の室枠1Bにおいては、交点厚みD(D1、D2)の方がフレーム部3の厚みt(t1、t2)より厚いという同様の基本構成を有している。交点箇所Kの厚みは、フレーム部3の厚みの1.05〜1.3倍が好ましく、1.1倍〜1.2倍がより好ましい。
That is, in the
交点厚みDがフレーム部3の厚みtよりも厚いことにより、室枠1A及び室枠1Bが電気透析装置10へ組み込まれた際に、交点厚みの厚いネット本体部2が、室枠1A及び室枠1Bの間に介在されるイオン交換膜を交点箇所で押さえ込むので、イオン交換膜のふらつき(ブレ)を防止し、均一的な液流動に寄与できる。
When the intersection thickness D is thicker than the thickness t of the
図3からわかるように、脱塩室のスペース幅S1は、室枠1Aの開口部4に配設されたネット本体部2によって形成される幅であり、脱塩室に配設されたネット本体部2のストランドの線径Fa1よりやや広い幅となる。一方、濃縮室のスペース幅S2は、室枠1Bの開口部4に配設されたネット本体部2によって形成される幅であり、濃縮室に配設されたネット本体部2のストランドの線径Fa2よりやや広い幅となる。
As can be seen from FIG. 3, the space width S1 of the desalting chamber is a width formed by the
本発明の電気透析装置においては、脱塩室のスペース幅S1は薄い方が良い。しかし、薄くし過ぎるとイオン交換膜同士の接触が生じ、電流の損失、膜の損傷、スケール生成等の不具合が生じてしまう。脱塩室のスペース幅S1は脱塩室の室枠1Aのネット本体部2の線径Fa1に大きく影響されるが、スペース幅S1を適切な幅とするには、線径Fa1はスペース幅S1の0.95〜0.8倍であることが好ましい。また、脱塩室に配置される室枠1Aにおけるネット本体部2の線径Fa1は、ネット本体部2の交点厚みD1の50%〜20%であることが好ましく、0.1〜0.3mmが好ましく、0.15〜0.25mmがより好ましい。
In the electrodialysis apparatus of the present invention, the space width S1 of the desalting chamber is preferably thin. However, if the thickness is too thin, the ion exchange membranes come into contact with each other, resulting in problems such as current loss, membrane damage, and scale generation. The space width S1 of the desalting chamber is greatly influenced by the wire diameter Fa1 of the
また、濃縮室に配置される室枠1Bにおいては、濃縮室のスペース幅S2は、イオン交換膜の安定性を維持するのに適切な幅である必要がある。脱塩室と同様に、濃縮室のスペース幅S2は濃縮室の室枠1Bのネット本体部2の線径Fa2に大きく影響されるが、スペース幅S2を適切な幅とするには、線径Fa2はスペース幅S2の0.95〜0.8倍であることが好ましい。また、濃縮室に配置される室枠1Bにおけるネット本体部2の線径Fa2は、0.3〜0.5mmが好ましく、0.35〜0.45mmがより好ましい。
Further, in the
本発明の電気透析装置においては、脱塩室のスペース幅S1は濃縮室のスペース幅S2より狭いことが好ましい。これに伴って、脱塩室に配置される室枠1Aのネット本体部2の線径Faは、濃縮室に配置される室枠1Bのネット本体部2の線径Faより細いことが好ましい。なお、脱塩室の室枠1Aにおいても濃縮室の室枠1Bにおいても、第1ストランドと第2ストランドの線径は同じであること、すなわち線径Fと線径Faとは同じであることが好ましい。
In the electrodialysis apparatus of the present invention, the space width S1 of the desalting chamber is preferably narrower than the space width S2 of the concentrating chamber. Accordingly, it is preferable that the wire diameter Fa of the
これは、電気透析装置が以下のような特性を有していることによる。即ち、電気透析装置の脱塩室には処理液が流入されるが、脱塩室中の処理液に含まれるイオンは、電気透析の進行に伴い隣接する濃縮室に移行する。このため、脱塩室中の処理液のイオン濃度は低下して電気抵抗が高くなる。一方、濃縮室中の液のイオン濃度は増大して電気抵抗は低くなる。従って、効率の良い電気透析を行うためには、脱塩室では、ネット本体部のスペース幅を小さくすると同時に、濃縮室では、そのスペース幅を脱塩室におけるスペース幅よりも大きくすることにより、全体の大きさを変更せずにセルの低電気抵抗化を図ることができる。 This is because the electrodialysis apparatus has the following characteristics. That is, the processing liquid flows into the desalting chamber of the electrodialysis apparatus, but ions contained in the processing liquid in the desalting chamber move to the adjacent concentrating chamber as electrodialysis progresses. For this reason, the ion concentration of the treatment liquid in the desalting chamber is lowered and the electric resistance is increased. On the other hand, the ion concentration of the liquid in the concentration chamber increases and the electrical resistance decreases. Therefore, in order to perform efficient electrodialysis, in the desalting chamber, by reducing the space width of the net body portion, in the concentrating chamber, by making the space width larger than the space width in the desalting chamber, The electric resistance of the cell can be reduced without changing the overall size.
本発明の電気透析装置では、各室枠を上記のような厚み関係とすることにより、脱塩室と濃縮室の圧力差によるイオン交換膜のふらつきを防止し、イオン交換膜の機械的ダメージを防止できるとともに、脱塩室内の液流動が均一化され安定した運転が可能となる。 In the electrodialysis apparatus of the present invention, each chamber frame has a thickness relationship as described above, thereby preventing fluctuation of the ion exchange membrane due to a pressure difference between the desalting chamber and the concentration chamber, and mechanical damage of the ion exchange membrane is prevented. In addition, the liquid flow in the desalting chamber can be made uniform and stable operation becomes possible.
更に、脱塩室の室枠1Aと濃縮室の室枠1Bでは、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2における第1ストランド21のピッチPy1と第2ストランド22のピッチPx1の平均値である平均格子ピッチP1が、濃縮室の室枠1Bのネット本体部2における第1ストランド21のピッチPy2と第2ストランド22のピッチPx2の平均値である平均格子ピッチP2よりも大きいことが好ましい。なお、第1ストランド21のピッチとは、最も隣接する第1ストランド21同士のストランドの太さ方向の中心間の距離であり、第2ストランド22のピッチとは、最も隣接する第2ストランド22の太さ方向の中心間の距離である。図2(A)においては、Pyが第1ストランド21のピッチに相当し、Pxが第2ストランド22のピッチに相当する。なお、脱塩室における第1ストランド21のピッチ及び第2ストランド22のピッチをそれぞれPy1、Px1、濃縮室における第1ストランド21のピッチ及び第2ストランド22のピッチをそれぞれPy2、Px2と記載する。図3の格子ピッチPy1、Py2は、図面の関係上、縦ピッチを示しているが、横ピッチも有しており、以下その点も説明する。
Furthermore, in the
脱塩室には海水などの処理液が流入されるため、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2は特に処理液が均一に液分散することが求められている。したがって、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2の平均格子ピッチP1の方を広くすることにより、交点箇所K間に形成される流路200(スペース)を大きくして処理液をスムーズに分散できる。また、電気透析時に、濃縮室の室枠1Bのネット本体部2により、イオン交換膜が脱塩室側に押され、結果的に、脱塩室に配置された室枠1Aのスペース幅S1が薄くなる利点も望める。
Since a treatment liquid such as seawater flows into the desalination chamber, the
本発明の電気透析装置において、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2の平均格子ピッチP1としては、例えば縦ピッチPy1が10.5mm、横ピッチPx1が4.6mm(図2A参照)である。また、濃縮室の室枠1Bのネット本体部2の格子ピッチP2としては、例えば縦ピッチPy2が2.5mm、横ピッチPx2が2.6mmであることが好ましい。また、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2の格子ピッチP1は、濃縮室の室枠1Bのネット本体部2の格子ピッチP2の1.2倍〜5倍であることが好ましく、2倍〜4倍であることが好ましい。
In the electrodialysis apparatus of the present invention, the average lattice pitch P1 of the
上述のように濃縮室の室枠1Bのネット本体部2は、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2に比して、平均格子ピッチP2を小さく、線径Fa2を厚くすることが好ましい。そうすることにより、濃縮室の遮蔽率が上がり液流動圧力損失が増大する。その結果、濃縮室と脱塩室を同一圧力にて運転すると濃縮室の流量を低減できる。すると、液体を供給排出する為の流路も小さくでき、濃縮液循環系のポンプ動力が低減され、並びに、濃縮室からの漏えい電流が低減され、電力原単位を向上させることができる。
As described above, the
<電気透析装置>
図4に、本発明のフィルタープレス型の電気透析装置10の側断面構造の組み立て概略図を示した。この電気透析装置10では、陰極板10aと陽極板10bとの間に、前述したネット本体部2を備えた室枠1が多数重ねて配置されている。図示例において、脱塩室に配置されている室枠を1Aと表記し、濃縮室に配置されている室枠を1Bと表記した。
<Electrodialysis machine>
FIG. 4 shows an assembly schematic diagram of a side sectional structure of the filter press
これらの室枠1A、1Bの間には、カチオン交換膜C及びアニオン交換膜Aが交互に挟持される。このようなカチオン交換膜C及びアニオン交換膜Aとしては、公知のものが使用できる。 Between the chamber frames 1A and 1B, the cation exchange membrane C and the anion exchange membrane A are alternately sandwiched. As such cation exchange membrane C and anion exchange membrane A, known ones can be used.
室枠1A、1B内の空間(ネット本体部2)が前述したイオン交換室(脱塩室11或いは濃縮室12)となっている。一番端の濃縮室12(室枠1B)と陰極板10aとの間にはアニオン交換膜Aが配置され、他方の端の脱塩室11(室枠1A)と陽極板10bとの間にはカチオン交換膜Cが配置されている。
The space (net body part 2) in the chamber frames 1A and 1B is the above-described ion exchange chamber (desalting chamber 11 or concentration chamber 12). An anion exchange membrane A is disposed between the extreme concentration chamber 12 (
上記のように陰極板10aと陽極板10bとの間に配置された複数のイオン交換膜A、C及び室枠1A、1Bは、一対の締め付け板13、13により強固に固定されている。
As described above, the plurality of ion exchange membranes A and C and the chamber frames 1A and 1B arranged between the
上記構成の電気透析装置10を使用して電気透析を行う際、室枠1Aの給入液口5から処理液が流入されて、脱塩室11に処理液が供給される。脱塩室11に供給された処理液は、吐出液口6へ排出されるようになっている。
When electrodialysis is performed using the
また、室枠1Bは、給入液口5から電解液が流入されて、濃縮室12に電解液が供給され、濃縮室12に供給された電解液は、吐出液口6へ排出されるようになっている。したがって、陰極板10aと陽極板10bの間に一定の電圧を印加しながら、脱塩室11及び濃縮室12に液を循環供給していくことにより、脱塩室11内の処理液中のイオンが次第に濃縮室12内へ移行する。すると、濃縮室12に循環される電解液のイオン濃度が増大し、この結果、目的とする高濃度の塩溶液を得ることができる。
The
上記してきたように本発明の電気透析装置10は、ネット本体部2の交点厚みDがフレーム部3の厚みtより厚い室枠1A、1Bとすることにより、脱塩室11と濃縮室12のネット本体部2を通過する処理液(又は電解液)の液分散が均一になり効率の良い電気透析を行うことができる。
As described above, the
特に脱塩室11において、給入液口5から流入された処理液は、格子ピッチの広いネット本体部2により均一的に分散して、圧力損失を最小限に止めて効率の良い電気透析に寄与できる。
In particular, in the desalting chamber 11, the treatment liquid flowing in from the
また、脱塩室のスペース幅S1が、濃縮室のスペース幅S2より薄く形成することが好ましく、脱塩室11において低電気抵抗化を確実に得ることができる。上記の各構成により、イオン交換膜の表面に水の電気分解によるスケールが生じて膜抵抗が上昇し通電できなくなる問題を解消できる。 Moreover, it is preferable to form the space width S1 of the desalting chamber thinner than the space width S2 of the concentrating chamber, and a low electrical resistance can be reliably obtained in the desalting chamber 11. With each of the above-described configurations, it is possible to solve the problem that a scale is generated by electrolysis of water on the surface of the ion exchange membrane, the membrane resistance is increased, and current cannot be supplied.
本発明に係る電気透析装置の室枠1は、フレーム部3に形成されたリブ30側にネット本体部2がインパルス溶着により取付けられて構成されている。したがって、フレーム部3とネット本体部2との厚み偏差を小さくでき、且つ平滑性が損なわれないため、室枠1のフレーム部3からの液漏れを有効に防止できる。
The
また、濃縮室の室枠1Bのネット本体部2において、脱塩室の室枠1Aのネット本体部2に比して、格子ピッチP2を小さくし、線径Fa2を厚くして、濃縮室の液流動の圧力損失を増大させ、濃縮室と脱塩室を同一圧力にて運転すると、濃縮室の流量を低減できる。すると、液体を供給排出する為の流路も小さくでき、濃縮液循環系のポンプ動力が低減され、並びに、濃縮室からの漏えい電流が低減され、電力原単位を向上させることができる。更に、脱塩室と濃縮室の圧力差によるイオン交換膜のふらつきを防止し、イオン交換膜の機械的ダメージを防止するのみならず、脱塩室内の液流動が均一化され安定した運転を実現できる。
Further, in the
本発明の電気透析装置の効果を、以下の実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例に示す室枠の物性、及び電気透析槽の特性は以下の方法により測定した。 The effects of the electrodialysis apparatus of the present invention will be described by the following examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the physical properties of the chamber frames and the characteristics of the electrodialysis tank shown in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.
(フレーム部3、ネット本体部2の厚み)
フレーム部3については、格子状のリブ30を除いたベースシートの厚みを任意の点10箇所についてマルチメーターで厚みを測定し、平均厚み(mm)として表した。
(Thickness of
For the
ネット本体部2の交点厚みについては、交点を中心とした厚みを任意の点10箇所についてマルチメーターで厚みを測定し、平均厚み(mm)として表した。
As for the intersection thickness of the
(電気透析)
AGCエンジニアリング社製の電気透析装置(NED3型)を用いた。すなわち、用意した脱塩室用の室枠、濃縮室用の室枠、及び製塩用カチオン交換膜(AGCエンジニアリング社製)、製塩用アニオン交換膜(AGCエンジニアリング社製)100対を組込み、フィルタープレス型電気透析装置に装着し、タイロッドにて締結した。
(Electrodialysis)
An electrodialyzer (NED3 type) manufactured by AGC Engineering was used. In other words, a built-in chamber frame for a desalting chamber, a chamber frame for a concentration chamber, a salt-forming cation exchange membrane (manufactured by AGC Engineering Co., Ltd.), and a salt-forming anion exchange membrane (manufactured by AGC Engineering Co., Ltd.) 100 pairs are incorporated, and a filter press A type electrodialyzer was attached and fastened with a tie rod.
(外部漏洩量)
電気透析槽運転時の外部に漏れる液量を測定して、外部漏洩量(ml/hr・槽)を算出した。
(External leakage)
The amount of liquid leaking to the outside during operation of the electrodialysis tank was measured, and the amount of external leakage (ml / hr · tank) was calculated.
(内部漏洩量)
濃縮室出口配管を脱塩室出口配管より1m高くし、電気透析槽が水道水で満たされたとき、濃縮室側から脱塩室側へ1m水柱の圧力が加わるように調節した電気透析槽に、脱塩室、濃縮室の入口より水道水を供給する。脱塩室及び濃縮室の出口から水道水が溢れ出るのを確認したのち、脱塩室の入口バルブを閉じ、脱塩室の出口から流出する液量を測定して、内部漏洩量(ml/hr・m2)を算出した。
(Internal leakage amount)
To the electrodialysis tank adjusted so that the pressure of 1 m water column is applied from the concentrating chamber side to the desalting chamber side when the concentration chamber outlet piping is 1 m higher than the desalting chamber outlet piping and the electrodialysis tank is filled with tap water. Tap water is supplied from the entrance of the desalination chamber and concentration chamber. After confirming that the tap water overflows from the outlet of the desalination chamber and concentration chamber, close the inlet valve of the desalination chamber and measure the amount of liquid flowing out from the outlet of the desalination chamber to determine the amount of internal leakage (ml / ml hr · m 2 ) was calculated.
(セル電圧)
電気透析槽の脱塩室に海水を6cm/secの線速度で供給し、濃縮室に濃縮かん水(濃度200g/L)を2cm/secの線速度で供給し、電流密度3A/dm2にて通電した。電気透析槽に組み込んだ濃縮室用の室枠、脱塩室用の室枠、イオン交換膜100対分の両端に予め設置した白金線を用い、その白金線間の電圧を測定することにより評価した。セル電圧は、1対分の平均セル電圧(V/セル)として示す。
(Cell voltage)
Seawater is supplied to the desalting chamber of the electrodialysis tank at a linear velocity of 6 cm / sec, concentrated brine (concentration 200 g / L) is supplied to the concentration chamber at a linear velocity of 2 cm / sec, and the current density is 3 A / dm 2 . Energized. Evaluation was made by measuring the voltage between the platinum wires, using a chamber frame for the concentration chamber incorporated in the electrodialysis tank, a chamber frame for the desalination chamber, and platinum wires previously installed at both ends of 100 pairs of ion exchange membranes. did. The cell voltage is shown as an average cell voltage (V / cell) for one pair.
(電流効率)
電気透析中に所定の時間に生成した濃縮室側の塩量を測定し、次式により算出した。電流効率=〔A/{(通電量(クーロン)×時間(sec))/F}〕×100式中、Aは生成した塩量(mol)であり、Fはファラデー定数(96500)である。
(Current efficiency)
The amount of salt on the concentration chamber side generated at a predetermined time during electrodialysis was measured and calculated by the following formula. Current efficiency = [A / {(energization amount (coulomb) × time (sec)) / F}] × 100 In the formula, A is the amount of salt produced (mol), and F is the Faraday constant (96500).
(電気透析槽解体後のイオン交換膜の状態観察)
上記の電気透析条件にて、1ケ月間連続運転した後、電気透析槽を解体し、イオン交換膜の状態を観察した。
(Observation of ion exchange membrane after disassembly of electrodialysis tank)
After continuously operating for 1 month under the above electrodialysis conditions, the electrodialysis tank was disassembled and the state of the ion exchange membrane was observed.
[実施例1]
脱塩室用の室枠、濃縮室用の室枠は、フレーム部3用シートとして、厚み(t1、t2)が0.56mmのポリオレフィン系熱可塑性エラストマー製であり、片面に格子状(格子の断面形状は三角形であり、ピッチは4mmであり、突起高さは0.14mmであり、底辺幅は0.2mmである。)のリブを形成したシートを使用した。
[Example 1]
The chamber frame for the desalination chamber and the chamber frame for the concentration chamber are made of a polyolefin-based thermoplastic elastomer having a thickness (t1, t2) of 0.56 mm as a sheet for the
脱塩室に配置する室枠は、交点厚み(D1)0.63mm、線径(Fa1)0.20mm、格子ピッチ縦(Py1)10.5×横(Px1)4.6mm、平均ピッチ(P1)7.55mmのポリエチレン製のネット本体部を、フレーム部のリブ側にインパルス溶着して製作した。 The chamber frame arranged in the desalting chamber has an intersection thickness (D1) of 0.63 mm, a wire diameter (Fa1) of 0.20 mm, a lattice pitch length (Py1) of 10.5 × width (Px1) of 4.6 mm, and an average pitch (P1). ) A 7.55 mm polyethylene net body was impulse welded to the rib side of the frame.
濃縮室に配置する室枠は、交点厚み(D2)0.63mm、線径(Fa2)0.40mm、格子ピッチ縦(Py2)2.5×横(Px2)2.6mm、平均ピッチ(P2)2.55mmのポリエチレン製のネット本体部を、フレーム部のリブ側にインパルス溶着して製作した。そして、両室枠を電気透析槽に組み込み、電流密度3A/dm2にて電気透析を実施した。その結果を表1に示す。 The chamber frame arranged in the concentrating chamber has an intersection thickness (D2) of 0.63 mm, a wire diameter (Fa2) of 0.40 mm, a lattice pitch length (Py2) of 2.5 × width (Px2) of 2.6 mm, and an average pitch (P2). A 2.55 mm polyethylene net main body was produced by impulse welding on the rib side of the frame. Then, embedded biventricular frame to electrodialysis cell was carried out electrodialysis at a current density of 3A / dm 2. The results are shown in Table 1.
実施例1に注目すると、外部漏洩量、内部漏洩量、セル電圧も低く、高い電流効率が得られた。また、1ケ月間の連続運転後に、電気透析槽を解体して内部を観察した結果、イオン交換膜の異常は認められなかった。 When attention was paid to Example 1, the amount of external leakage, the amount of internal leakage, and the cell voltage were low, and high current efficiency was obtained. Moreover, as a result of disassembling the electrodialysis tank and observing the interior after continuous operation for one month, no abnormality of the ion exchange membrane was observed.
(比較例1)
脱塩室の室枠と濃縮室用の室枠は、フレーム部3用シートとして、厚み(t1、t2)0.60mmのポリオレフィン系熱可塑性エラストマー製のフラットシートを使用した。また、交点厚み(D1、D2)0.56mm、線径(Fa1、Fa2)0.36mm、格子ピッチ縦(Py1、Py2)3.6×横(Px1、Px2)2.6mm、平均ピッチ(P1、P2)3.10mmのポリエチレン製のネット本体部をフレーム部にインパルス溶着して製作する手法を採用した。そして、両室枠を電気透析槽に組み込み、電流密度3A/dm2にて電気透析を実施した。その結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
The chamber frame for the desalting chamber and the chamber frame for the concentration chamber used a flat sheet made of a polyolefin-based thermoplastic elastomer having a thickness (t1, t2) of 0.60 mm as the
比較例1に注目すると、外部漏洩量、内部漏洩量が多く、セル電圧も高く、電流効率は低かった。また、1ケ月間の連続電気透析運転後に、電気透析槽を解体して内部を観察した結果、フレーム部3のネット本体部2取付け部近傍にイオン交換膜の変形、微小な亀裂が確認された。更に、ネット本体部2によるイオン交換膜の擦れ痕や変形が確認された。これらが漏洩や電流効率の低下の原因になったと考えられる。
Paying attention to Comparative Example 1, the amount of external leakage and internal leakage was large, the cell voltage was high, and the current efficiency was low. In addition, after one month of continuous electrodialysis operation, the electrodialysis tank was disassembled and the inside was observed. As a result, deformation of the ion exchange membrane and minute cracks were confirmed in the vicinity of the
本発明の電気透析装置は、製塩において海水などの塩水を濃縮する工程、純水の製造において海水などの塩水を脱塩する工程、種々の高塩濃度排液からの脱塩濃縮回収工程、排水の脱塩再利用、廃酸からの酸回収などの広範な分野で使用される。 The electrodialysis apparatus of the present invention includes a step of concentrating salt water such as seawater in salt production, a step of desalting salt water such as seawater in the production of pure water, a desalination concentration recovery step from various high salt concentration effluents, and wastewater. It is used in a wide range of fields such as desalting and recycling of acid and acid recovery from waste acid.
10 電気透析装置
1 室枠
1A 脱塩室用の室枠
1B 濃縮室用の室枠
2 ネット本体部
21 第1ストランド
22 第2ストランド
200 流路
3 フレーム部
30 リブ
4 開口部
5 給入液口
6 吐出液口
7、8 連通口
9 ディストリビュータ
10 電気透析装置
10a 陰極板
10b 陽極板
11 脱塩室
12 濃縮室
13 締め付け板
A アニオン交換膜
C カチオン交換膜
K 交点箇所
D 交点厚み
F 線径
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記室枠は、ネット本体部と、該ネット本体部の周囲に位置するフレーム部とを備え、
前記ネット本体部は、並行かつ一定の間隔で複数配列される第1ストランドと、当該第1ストランドと交差する、並行かつ一定の間隔で複数配列される第2ストランドとを有し、当該第1ストランドと当該第2ストランドとの交点箇所は一体化されており、
前記交点箇所の厚みは、前記フレーム部の厚みより厚く形成されていることを特徴とする電気透析装置。 An electrodialysis apparatus comprising a concentration chamber and a desalting chamber in which a plurality of cation exchange membranes and anion exchange membranes are alternately arranged with a chamber frame interposed between a cathode plate and an anode plate. ,
The chamber frame includes a net body part and a frame part located around the net body part,
The net body has a plurality of first strands arranged in parallel and at a constant interval, and a second strand arranged in parallel and at a constant interval intersecting the first strand. The intersection point of the strand and the second strand is integrated,
The electrodialysis apparatus according to claim 1, wherein a thickness of the intersection point is greater than a thickness of the frame portion.
前記ネット本体部を構成する前記第1ストランドのピッチ及び前記第2ストランドのピッチの平均値である平均格子ピッチが、前記濃縮室に配置される前記室枠の前記ネット本体部を構成する前記第1ストランドのピッチ及び前記第2ストランドのピッチの平均値である平均格子ピッチよりも大きい請求項1に記載の電気透析装置。 The chamber frame arranged in the desalination chamber is:
The average lattice pitch, which is an average value of the pitch of the first strand and the pitch of the second strand constituting the net body portion, constitutes the net body portion of the chamber frame disposed in the concentration chamber. The electrodialysis apparatus according to claim 1, wherein the electrodialysis apparatus is larger than an average lattice pitch that is an average value of a pitch of one strand and a pitch of the second strand.
前記ネット本体部を構成する前記第1ストランドのピッチ及び前記第2ストランドのピッチの平均値である平均格子ピッチが、前記濃縮室に配置される前記室枠の前記ネット本体部を構成する前記第1ストランドのピッチ及び前記第2ストランドのピッチの平均値である前記平均格子ピッチの1.2倍〜5倍である請求項2に記載の電気透析装置。 The chamber frame arranged in the desalination chamber is:
The average lattice pitch, which is an average value of the pitch of the first strand and the pitch of the second strand constituting the net body portion, constitutes the net body portion of the chamber frame disposed in the concentration chamber. The electrodialysis apparatus according to claim 2, which is 1.2 to 5 times the average lattice pitch, which is an average value of the pitch of one strand and the pitch of the second strand.
前記ネット本体部を構成する前記第1ストランド及び前記第2ストランドのうち太い方の線径が、当該ネット本体部に形成された前記交点箇所の厚みの50%〜20%である請求項1〜3の何れか一項に記載の電気透析装置。 The chamber frame arranged in the desalination chamber is:
The thicker wire diameter of the first strand and the second strand constituting the net body portion is 50% to 20% of the thickness of the intersection point formed in the net body portion. The electrodialysis apparatus according to any one of 3.
前記ネット本体部を構成する前記第1ストランド及び前記第2ストランドのうち太い方の線径が、当該ネット本体部に形成された前記交点箇所の厚みの40%〜80%である請求項1〜4の何れか一項に記載の電気透析装置。 The chamber frame disposed in the concentration chamber is
The thicker wire diameter of the first strand and the second strand constituting the net main body is 40% to 80% of the thickness of the intersection point formed in the net main body. The electrodialysis apparatus according to any one of 4.
前記ネット本体部を構成する前記第1ストランド及び前記第2ストランドのうち太い方の線径が、前記濃縮室に配置される前記室枠の前記ネット本体部を構成する前記第1ストランド及び前記第2ストランドのうち太い方の線径より小さい請求項1〜9の何れか一項に記載の電気透析装置。 The chamber frame arranged in the desalination chamber is:
The thicker wire diameter of the first strand and the second strand constituting the net body portion is the first strand and the second strand constituting the net body portion of the chamber frame disposed in the concentration chamber. The electrodialysis apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the electrodialysis apparatus is smaller than a thicker one of the two strands.
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