JPH08108184A - 水処理システム - Google Patents

水処理システム

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JPH08108184A
JPH08108184A JP6247486A JP24748694A JPH08108184A JP H08108184 A JPH08108184 A JP H08108184A JP 6247486 A JP6247486 A JP 6247486A JP 24748694 A JP24748694 A JP 24748694A JP H08108184 A JPH08108184 A JP H08108184A
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JP
Japan
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water
monovalent
exchange membrane
ion
chamber
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JP6247486A
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English (en)
Inventor
Atsushi Otake
大嶽  敦
Hideaki Kurokawa
秀昭 黒川
Chikako Yoshioka
千佳子 吉岡
Kiyomi Funabashi
清美 船橋
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】再生処理の不要な硬水軟化処理のできる水処理
装置を提供する。 【構成】電気透析セル1,ポンプ2とから構成される。
一価陽イオンと二価陽イオンの混入する原水を電気透析
セル1に供給し、一価イオン選択透過性陽イオン交換膜
41,非選択性陽イオン交換膜51によって一価イオン
に富み二価イオンの少ない処理水と二価イオンに富み、
一価イオンの少ない処理水を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水処理装置に係り、特
に、一価イオンと二価イオンが混入する水から、一価イ
オンあるいは二価イオンを選択的に除去または濃縮した
処理水を得るのに適した水処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】通常の水道水や井戸水中には、カルシウ
ムイオンCa2+やマグネシウムイオンMg2+などの二価
イオンが存在している。これらの二価イオンを多く含む
水は硬水と呼ばれ、ボイラ給水,冷却水,パルプ用水な
どに用いるのに不適である。このため、二価イオンを除
去するため硬水軟化処理が行われる。用水排水便覧編集
委員会編『用水排水便覧 改訂二版』p.326〜p.33
2によれば、二価イオンを除去して硬水軟化処理を行う
ための方法として、Na型強酸性陽イオン交換樹脂の充
填層に硬水を通して軟水とする方法がある。イオン交換
樹脂の表面には多くのイオン交換基(陽イオンイオン交
換樹脂では通常スルホン基―SO3-)がついており、こ
の交換基には陽イオンが吸着する。Na型のイオン交換
樹脂は、この交換基にNaが吸着したものである。しか
し、この吸着力はNa+よりもCa2+,Mg2+のような
二価イオンの方が大きいことから、Na型のイオン交換
樹脂に二価イオンを含む水を接触させると、水中の二価
イオンがイオン交換基に吸着し、もともと吸着していた
Naは脱離して水中に放出される。このため、水中の二
価イオン(Ca2+やMg2+)は吸着除去され軟水が生成
される。この方法では、使用しているうちに、イオン交
換樹脂中の一価イオンが原水中の二価イオンによって置
き換えられていくので、次第に二価イオンを一価イオン
に置換する能力が低下してくる。このため、イオン交換
膜の再生が必要になる。再生処理は、海水や食塩水,硫
酸ナトリウムなどを用いて行れる。
【0003】他の方法として、原水中に沈殿剤を加えて
二価イオンを沈殿除去する方法や、キレート剤を添加し
て錯塩を形成させ二価イオンを不活性化する方法がある
が、操作法や管理の容易さ、また得られる処理水の硬度
の低さなどでイオン交換樹脂を使う方法のほうが優れて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のイオン交換樹脂を用いた硬水軟化処理では、イオン交
換樹脂の再生が必要であり、再生を行っている間、硬水
軟化処理を行うことができない。また、再生に必要な薬
品や水を用意する必要がある。
【0005】本発明の目的は再生不要な、硬水軟化処理
のできる水処理装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】従来の硬水軟化処理方法
では、イオン交換樹脂により原水中の二価イオンをイオ
ン交換樹脂中の一価イオンと置き換えて硬水軟化を行
う。このため、イオン交換樹脂の再生処理をおこなう必
要があった。そこで、本発明では一価イオン選択透過性
のあるイオン交換膜と非選択透過性イオン交換膜を用い
て、電気透析を行うことにより、この問題を解決した。
【0007】図2は、一価イオン選択透過性陽イオン交
換膜と非選択透過性陽イオン交換膜とで、一価イオンで
あるナトリウムイオンの透過しやすさを調べた結果であ
る。原水には陽イオンとしてナトリウムイオンとカルシ
ウムイオンを溶かしたものを用いた。横軸には、全陽イ
オンに対するナトリウムイオンの存在比をとっている。
縦軸には、全陽イオンのイオン交換膜透過速度に対する
ナトリウムイオンのイオン交換膜透過速度の比をとって
いる。図2から、一価イオン選択性のある陽イオン交換
膜は一価イオンであるナトリウムイオンを優先的に透過
させることがわかる。また、通常の陽イオン交換膜は、
一価の陽イオンよりむしろ二価の陽イオンを透過させや
すいことがわかる。このような一価選択透過性イオン交
換膜と非選択透過性イオン交換膜の性質を利用すれば、
硬水の軟化処理を行うことができる。
【0008】
【作用】一価イオン選択透過性陽イオン交換膜は、一価
の陽イオンを透過させやすく、二価の陽イオンを透過さ
せにくい。従って、一価イオン選択透過性陽イオン交換
膜を用いて電気透析すると、濃縮液は一価の陽イオンが
多く二価の陽イオンが少ない軟水が得られ、脱塩液は二
価の陽イオンが多く、一価の陽イオンが少ない硬水が得
られる。また、通常の非選択透過性陽イオン交換膜は、
二価の陽イオンを透過させやすく、一価の陽イオンを透
過させにくい。従って、電気透析によって、濃縮液とし
て硬水が得られ、脱塩液として軟水が得られる。これら
の操作を別々に行うよりは、一つの電気透析装置として
構成した方がより効率よく軟水と硬水を作ることができ
る。
【0009】具体的には図1のような装置を用いる。図
1の装置では、電気透析セル1の中央に導電性の板61
をおき、右側に一価イオン選択透過性陽イオン交換膜、
左側に非選択透過性陽イオン交換膜がある。導電性の板
61は液は通さないが電気は通すので電気透析セル全体
に電圧がかかる。原水は、脱塩室11と脱塩室13に供
給される。脱塩室11では、一価の陽イオンが少ない水
が作られ濃縮室14に入る。濃縮室14では脱塩室13
から二価イオンが透過してくる。このため、処理水33
は硬水となる。一方、脱塩室13では二価の陽イオンが
少ない水が作られ濃縮室12に入る。濃縮室12では脱
塩室11から一価のイオンが透過してくる。このため、
処理水32は軟水となる。このようにして、軟水と硬水
を効率的に得ることができる。
【0010】
【実施例】以下、図1,図3,図4,図5を用いて本発
明の実施例を詳細に説明する。
【0011】図1に本発明に係る水処理装置の一実施例
を示す。水処理装置は、電気透析セル1,ポンプ2から
構成される。電気透析セル1は、一価選択透過性陽イオ
ン交換膜41,非選択性陽イオン交換膜51、および電
源21から構成されている。一価のナトリウムイオン,
カリウムイオンと二価のマグネシウムイオン,カルシウ
ムイオンを含む原水はポンプ2より原水供給系31に送
られ電気透析セル1に入る。電気透析セル1内は、陽極
側から、一価選択透過性陽イオン交換膜41,導電性の
仕切板61,非選択性陽イオン交換膜51の順に配列し
てあり、それぞれの間には流体の流れる流路が形成され
ている。これに直流電圧を印加すると、電気透析セル1
中央の導電性の仕切板61は、液は通さないが電気は通
すので、電気透析セル1の内部全体に電圧がかかる。脱
塩室11に送られた原水中の一価陽イオンは、一価選択
透過性陽イオン交換膜41を透過して濃縮室12に入
る。二価陽イオンは一価選択透過性陽イオン膜41を透
過しにくいため脱塩室11に残留する。一方、脱塩室1
3に送られた原水中の二価陽イオンは、非選択性陽イオ
ン交換膜51を透過して濃縮室14に入る。非選択性陽
イオン交換膜51は、どちらかというと二価の陽イオン
を透過し易く、一価の陽イオンは透過しにくい。従っ
て、一価の陽イオンの多くは脱塩室13に残留する。二
価陽イオンに富んだ脱塩室11の脱塩液と一価陽イオン
に富んだ脱塩室13の脱塩液はそれぞれ循環系72,7
1を通って濃縮室14,12に入る。濃縮室12では脱
塩室11から一価の陽イオンが入ってくるので、さらに
一価陽イオンが濃縮される。また、濃縮室14では脱塩
室13から二価の陽イオンが入ってくるので、二価陽イ
オンが濃縮され、処理水33として取り出される。一価
の陽イオンに富み、二価の陽イオンが少ない処理水32
はボイラ給水としてボイラ給水タンク102に蓄えられ
る。また、二価の陽イオンに富んだ水は、飲用としたと
き美味であることが知られており、二価のイオンに富む
処理水33は飲用として価値が高い。飲用として実際に
用いる場合には、二価イオンの濃度を適当に調整する。
【0012】図1における実施例において、一価選択透
過性陽イオン交換膜の替わりに一価選択透過性陰イオン
交換膜を用い、非選択透過性陽イオン交換膜の替わりに
非選択透過性陰イオン交換膜を用いても同様の効果を得
ることができる。
【0013】図3に本発明に係る水処理装置の一実施例
を示す。図3の水処理装置は、実施例における電気透析
セルを多段型にしたものである。これにより、より効率
の高い一価陽イオンと二価陽イオンの分離ができる。電
気透析セル1は一価選択透過性陽イオン交換膜41,4
2,43を用いた電気透析セルと非選択性陽イオン交換
膜51,52を用いた電気透析セルをステンレス製仕切
板61,62,63,64を挟んで交互に接合して構成
されている。図1の実施例と同様に、脱塩室13,17
において二価の陽イオンが濃縮室14,18へ透過して
いき、濃縮室12,16,20において脱塩室11,1
5,19より透過してきた一価イオンにより一価イオン
が濃縮される。また、脱塩室11,15,19において
一価イオンが濃縮室12,16,20へ透過していき、
濃縮室14,18において脱塩室13,17より透過し
てきた二価陽イオンにより濃縮される。
【0014】図4に本発明に係る水処理装置の一実施例
を示す。上記実施例における多段型の電気透析セルを、
一価イオン選択透過させるセルと二価イオンを選択透過
させるセルに分割したものである。設置場所の広さや形
状などの都合で、図3の実施例における水処理装置が設
置できない場合に向いている。
【0015】図5に本発明の水処理装置の一実施例を示
す。図5の実施例では電気透析セルに新たに、一価イオ
ン選択透過性陰イオン交換膜81と非選択透過性陰イオ
ン交換膜91を設けている。一価イオン選択透過性陰イ
オン交換膜は、一価の陰イオンを透過させやすい性質を
持っている。また、非選択性陰イオン交換膜はどちらか
というと二価の陰イオンを透過させやすい性質を持って
いる。原水には、Na2SO4とCaCl2が溶けた水を
用いている。原水は原水供給系31を通って、脱塩室1
1,15に入る。脱塩室11からは、一価選択透過性陽
イオン交換膜41の作用によって、おもに一価陽イオン
のナトリウムイオンが濃縮室12へ透過していく。脱塩
室11の脱塩液は循環系73を通って、脱塩室14に入
り、一価イオン選択透過性陰イオン交換膜の作用によ
り、おもに塩素イオンが濃縮室13に向かって透過して
いく。脱塩室14の液は、濃縮室17において硫酸イオ
ンの透過を受け、さらに濃縮室16においてカルシウム
イオンの透過を受ける。こうして流出した処理水35
は、CaSO4 をおもな成分として含む水となる。また
同様に、脱塩室15に入った原水は、非選択透過性陽イ
オン交換膜の作用によって、おもに二価のカルシウムイ
オンが濃縮室16に向かって透過していく。脱塩室15
の脱塩液は循環系74を通って、脱塩室18に入る。脱
塩室18では非選択透過性陰イオン交換膜の作用によっ
て、おもに硫酸イオンが濃縮室17に向かって透過して
いく。脱塩室18の脱塩液は、濃縮室13において塩素
イオンの透過を受け、さらに濃縮室12においてナトリ
ウムイオンの透過を受ける。こうして流出した処理水3
4はおもな成分としてNaClを含む。図5の装置を用
いれば、二種の塩の間で、塩を構成するイオンを交換し
た塩を作り、取り出すことができる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、一価イオン選択性イオ
ン交換膜と通常の非選択透過性イオン交換膜を組み合わ
せて、電気透析を行うことにより、従来必要であったイ
オン交換樹脂の再生が不要な硬水軟化処理を行うことが
できる。また、同時に飲用に適した二価イオンに富む処
理水も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水処理装置の一実施例のブロック図。
【図2】一価イオン選択透過性陽イオン交換膜および非
選択性陽イオン交換膜の一価イオン透過性の特性図。
【図3】本発明の水処理装置の第二実施例のブロック
図。
【図4】本発明の水処理装置の第三実施例のブロック
図。
【図5】本発明の水処理装置の第四実施例のブロック
図。
【符号の説明】
1…電気透析セル、2…ポンプ、11〜20…脱塩室ま
たは濃縮室、21…電源、31…原水供給系、32,3
3…処理水、41…一価選択透過性陽イオン交換膜、5
1…非選択性陽イオン交換膜、61…ステンレス製仕切
板、71,72…循環系。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船橋 清美 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水中の硬度成分を除去もしくは濃縮する軟
    水または硬水製造装置において、一価イオン選択透過性
    イオン交換膜と非選択透過性イオン交換膜それぞれを用
    いた電気透析法の直列処理を行い、硬水と軟水を同時に
    生成することを特徴とする水処理システム。
  2. 【請求項2】請求項1において、一価イオン選択透過性
    陽イオン交換膜,導電性の板および非選択透過性陽イオ
    ン交換膜を交互に配置した電解透析セルを用いる電気透
    析セル。
  3. 【請求項3】請求項1において、処理原水が少なくと
    も、一価陽イオンとしてナトリウムイオンとカリウムイ
    オン、二価陽イオンとしてマグネシウムイオンとカルシ
    ウムイオンを含む原水を使用する電気透析装置。
  4. 【請求項4】請求項1において、一価イオン選択透過性
    陽イオン交換膜を用いた電気透析セルと非選択透過性陽
    イオン交換膜を用いた電気透析セルを直列に配置する水
    処理システム。
  5. 【請求項5】請求項2において、導電性の板として腐食
    防止加工を施した金属板を用いる電気透析セル。
  6. 【請求項6】請求項1において、原水として水道水を用
    いる水処理システム。
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