特許 7001882 ピロリン酸銅めっき廃水を高効率に脱塩する電気透析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-04

(45)【発行日】2022-01-20

(54)【発明の名称】ピロリン酸銅めっき廃水を高効率に脱塩する電気透析装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/469 20060101AFI20220113BHJP

   B01D 61/44 20060101ALI20220113BHJP

   B01D 61/46 20060101ALI20220113BHJP

【ＦＩ】

C02F1/469

B01D61/44 500

B01D61/46 500

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021144021

(22)【出願日】2021-09-03

【審査請求日】2021-09-04

(31)【優先権主張番号】202110831953.2

(32)【優先日】2021-07-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520223723

【氏名又は名称】生態環境部華南環境科学研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】520231016

【氏名又は名称】重慶市固体廃物管理中心

(74)【代理人】

【識別番号】100216471

【弁理士】

【氏名又は名称】瀬戸 麻希

(72)【発明者】

【氏名】胡小英

(72)【発明者】

【氏名】賀框

(72)【発明者】

【氏名】劉嘉烈

(72)【発明者】

【氏名】張曼麗

(72)【発明者】

【氏名】卓麗

(72)【発明者】

【氏名】蔡洪英

(72)【発明者】

【氏名】李潔

(72)【発明者】

【氏名】張明楊

(72)【発明者】

【氏名】杜建偉

(72)【発明者】

【氏名】温勇

【審査官】富永 正史

(56)【参考文献】

【文献】特許第６８２９７９８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特表２０１５－５３４５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５３２１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１９６０５１５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１９６０５１３（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１９５４５６８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／４４－ １／４８

Ｂ０１Ｄ６１／００－７１／８２

Ｃ０２Ｆ ９／００－ ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気透析器（１）と電気透析器（１）の内部空洞（１１）に位置する膜スタック（２）
を含み、前記膜スタック（２）はバイポーラ膜（ＢＰＭ）、陽イオン交換膜（ＣＥＭ）、
陰イオン交換膜（ＡＥＭ）と陽イオン交換膜が交互に配列されてなる４つのコンパートメ
ント（２１）を有する二重電極膜電気透析構成（ＢＰ-Ｃ-Ａ-Ｃ）であるピロリン酸銅め
っき廃水を高効率に脱塩する電気透析装置であって、
前記電気透析器（１）の内部空洞（１１）に、膜スタック（２）の両端にそれぞれ電極
組（３）が設けられ、前記電気透析器（１）上に膜スタック（２）のコンパートメント（
２１）に適している配水システム（４）が設けられ、
前記電気透析器（１）の内部空洞（１１）に、電極組（３）は膜スタック（２）から離
れた一側方向に沿って順次仕切り板（３１）、アノードプレート（３２）、カソードプレ
ート（３３）および内部空洞（１１）の側壁に埋め込まれた配線ボード（３５）が垂直に
配置され、
前記アノードプレート（３２）はアノード（３２１）と電極板（３４）が接続されてな
り、前記カソードプレート（３３）はカソード（３３１）と電極板（３４）が接続されて
なり、
前記電極板（３４）と仕切り板（３１）の上下縁が摺動コンポーネント（３６）を介し
て摺動可能に電気透析器（１）の上下内壁に接続され、電気透析器（１）外部に設けられ
たモータ（３７）によって駆動され、電気透析器（１）側壁に開設されたスロット（１２
）を介して電気透析器（１）にスライドしたり、電気透析器（１）からスライドしたりす
ることができ、前記電極板（３４）の膜スタック（２）から離れた側に電気接続スロット
（３４１）が設けられ、
前記配線ボード（３５）の膜スタック（２）から離れた側に配線ボックス（３５１）が
設けられ、他側に前記電気接続スロット（３４１）に適している伸縮可能な配線ポスト（
３５２）が設けられ、
前記配水システム（４）は、原水貯蔵プール（４１）と、排水貯蔵プール（４２）と、
単独に前記原水貯蔵プール（４１）に接続された原水入口管（４３）と、単独に前記排水
貯蔵プールに接続された排水管（４ａ）と、一端が原水貯蔵プール（４１）に接続され第
１ポンプ（４４）、電気透析器（１）、第２ポンプ（４５）を介して、他端が原水貯蔵プ
ール（４１）に接続された第１循環水管（４６）と、一端が排水貯蔵プール（４２）に接
続され第３ポンプ（４７）、電気透析器（１）、第４ポンプ（４８）を介して、他端が排
水貯蔵プール（４２）に接続された第２循環水管（４９）と、を含む、
ことを特徴とするピロリン酸銅めっき廃水を高効率に脱塩する電気透析装置。

【請求項2】

前記仕切り板（３１）と電極組（３）間の空洞が電極水チャンバー（１３）を形成し、前
記２つの電極水チャンバー（１３）間が第３循環水管Ａ（４ｂ）および第３循環水管Ｂ（
４ｃ）を介して連通し、流体の循環を実現し、前記第３循環水管Ａ（４ｂ）の水流路上に
順次第５ポンプ（４ｂ１）および第１電極水プール（４ｂ２）が設けられ、前記第３循環
水管Ｂ（４ｃ）の水流路上に順次第６ポンプ（４ｃ１）および第２電極水プール（４ｃ２
）が設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の電気透析装置。

【請求項3】

前記膜スタック（２）の各コンパートメント（２１）の底部に水入口（２１１）が設けら
れ、前記各水入口（２１１）の電気透析器（１）から離れた側に三方弁（２１３）を介し
てそれぞれ第１循環水管（４６）および第２循環水管（４９）と連通し、
前記膜スタック（２）の各コンパートメント（２１）の頂部に排水口（２１２）が設けら
れ、前記各排水口（２１２）の電気透析器（１）から離れた側が三方弁（２１３）を介し
てそれぞれ第１循環水管（４６）および第２循環水管（４９）と連通する、ことを特徴と
する請求項１に記載の電気透析装置。

【請求項4】

前記各排水口（２１２）の電気透析器（１）に近い側が三方弁（２１３）を介してそれぞ
れ高水位管（２１２１）および低水位管（２１２２）と連通し、前記高水位管（２１２１
）の水入口高さが電気透析器（１）の内部空洞（１１）の頂部の高さと一致し、前記低水
位管（２１２２）の水入口高さが電気透析器（１）の内部空洞（１１）の底部の高さの近
くにある、ことを特徴とする請求項３に記載の電気透析装置。

【請求項5】

前記電極板（３４）および仕切り板（３１）は摺動方向に沿ってスロット（１２）から離
れた縁にシールストリップ（３８）が設けられ、前記シールストリップ（３８）の形状は
スロット（１２）の形状に適合している、ことを特徴とする請求項１に記載の電気透析装
置。

【請求項6】

前記各コンパートメント（２１）の電極板（３４）に平行する中心軸面に間隔を空けて複
数のストリップ状の波形乱流促進器（１３）が垂直に設けられる、ことを特徴とする請求
項１に記載の電気透析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気透析処理の技術分野に関し、具体的にピロリン酸銅めっき廃水を高効率に
脱塩する電気透析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気透析器の動作中、陽イオン膜の低濃度室側で激化現象が発生、陰イオン膜の高濃度室
側で沈殿現象が発生し、沈殿物の蓄積は、イオン膜の作業効率を低下させる。沈殿現象の
問題を解決するために、定期的なメンテナンスを行い、電気透析器の内部を酸洗いするか
、電流効率を下げて、装置を低電力で運転する。しかし、これらの２つの方法は、電気透
析器の操作効率と時間を低下させる。したがって、現在の電気透析装置による沈殿したス
ケールに対する処理方法を最適化する必要がある。

【発明の概要】

【0003】

上記の目的を達成するために、本発明は、ピロリン酸銅めっき廃水を高効率に脱塩する電
気透析装置を提供し、電極を切り替えることで、スケールが溶解と沈殿間に変更され、ス
ケールによるイオン膜の詰まりに起因して電気透析器の運転に悪影響を与えることを防ぎ
、具体的な技術的解決策は、以下のとおりである。

【0004】

本発明によって設計されたピロリン酸銅めっき廃水を高効率に脱塩する電気透析装置は、
電気透析器と電気透析器の内部空洞に位置する膜スタックを含み、前記膜スタックは４つ
のコンパートメントを有するＢＰ-Ｃ-Ａ-Ｃ構成である。
膜スタックは実質的にバイポーラ膜電気透析技術であり、バイポーラ膜（ＢＰＭ）、陽イ
オン交換膜（ＣＥＭ）、陰イオン交換膜（ＡＥＭ）と陽イオン交換膜が交互に配列されて
なる４コンパートメント二重電極膜電気透析構成（ＢＰ-Ｃ-Ａ-Ｃ）である。ピロリン酸
イオンなどの陰イオンがイオン交換膜を通過して排水貯蔵プールに入り、銅イオンが高濃
度室から原水貯蔵プールに入って循環し、それによって銅およびリンを分離する。
前記電気透析器の内部空洞に、膜スタックの両端にそれぞれ電極組が設けられ、前記電気
透析器上に、膜スタックのコンパートメントに適している配水システムが設けられる。
前記電気透析器の内部空洞に、電極組が膜スタックから離れた側の方向に沿って順次仕切
り板、アノードプレート、カソードプレートおよび内部空洞側壁に埋め込まれた配線ボー
ドが垂直に配置される。
前記アノードプレートは、アノードと電極板が接続されてなり、前記カソードプレートは
カソードと電極板が接続されてなる。
前記電極板と仕切り板の上下縁が摺動コンポーネントを介して摺動可能に電気透析器の上
下内壁に接続され、電気透析器外部に設けられたモータによって駆動され、電気透析器側
壁に開設されたスロットを介して電気透析器にスライドしたり、電気透析器からスライド
したりすることができ、前記電極板の膜スタックから離れた側に電気接続スロットが設け
られる。
前記配線ボードの膜スタックから離れた側に配線ボックスが設けられ、他側に前記電気接
続スロットに適している伸縮可能な配線ポストが設けられる。「配線ボード-カソードプ
レート-アノードプレート」の構造を例とする場合、アノードプレートを引き抜くと、配
線ボードの配線ポストがカソードプレートの電気接続スロットに当接され、このときカソ
ードプレートが作動し始め、カソードプレートを引き抜くと、配線ボードの配線ポストが
アノードプレートの電気接続スロットに当接され、このときアノードプレートが作動し始
める。上記のステップによって、本発明は、連続排水の前提下で、膜スタック両側の電極
組の回路方向を変更することができる。
前記配水システムは、原水貯蔵プール、排水貯蔵プール、単独に前記原水貯蔵プールに接
続された原水入口管、単独に前記排水貯蔵プールに接続された排水管、一端が原水貯蔵プ
ールに接続され第１ポンプ、電気透析器、第２ポンプを介して、他端が原水貯蔵プールに
接続された第１循環水管、および一端が排水貯蔵プールに接続され第３ポンプ、電気透析
器、第４ポンプを介して、他端が排水貯蔵プールに接続された第２循環水管を含む。
配水システムの設計目的は、電気透析器のモータが変換されたとき、膜スタックの高濃度
室、低濃度室の変換に適応することであり、高濃度室、低濃度室が電流方向によって変わ
ると、原水の進入経路と排水の出力経路をともに変更する必要がある。
本発明の一側面として、前記仕切り板と電極組間の空洞が電極水チャンバーを形成し、前
記２つの電極水チャンバー間が第３循環水管Ａおよび第３循環水管Ｂを介して連通し、流
体循環を実現し、前記第３循環水管Ａの水流路に順次第５ポンプおよび第１電極水プール
が設けられ、前記第３循環水管Ｂの水流路に順次第６ポンプおよび第２電極水プールが設
けられる。
第３循環水管Ａおよび第３循環水管Ｂは、２つの電極水チャンバーの電極水が循環および
流動するための通路を形成し、これに加えて、第３循環水管Ａは水路調整の作用も果たし
、電気透析器の電極極性を変更する必要がある時、仕切り板を使用して電極水チャンバー
を封止し、第５ポンプにより電極水チャンバー中の電極水を第１電極水プールに吸い込ん
で、電極の変更過程中、電極水チャンバー中に電極水がないのを確保する。

【0005】

本発明の一側面として、前記膜スタックの各コンパートメントの底部にそれぞれ水入口が
設けられ、前記各水入口の電気透析器から離れた側が三方弁を介してそれぞれ第１循環水
管および第２循環水管と連通する。
前記膜スタックの各コンパートメントの頂部にそれぞれ排水口が設けられ、前記各排水口
の電気透析器から離れた側が三方弁を介してそれぞれ第１循環水管および第２循環水管と
連通する。
高濃度室、低濃度室は電流方向によって位置が変更したと、原水の進入経路と目標水の出
力経路をともに変更する必要があり、このとき各コンパートメントの水入口、排水口が三
方弁を介して正確的な循環水路に接続される必要があり、選択標準として、高濃度室、低
濃度室のコンパートメントの水入口、排水口が接続される水路は同じ循環水路であり、高
濃度室、低濃度室が変更された後、ピロリン酸銅廃水が継続的に原水貯蔵プールに流入し
、リン含有廃液も排水貯蔵プールに流入することを確保する必要がある。

【0006】

本発明の一側面として、前記各排水口の電気透析器に近い側が三方弁を介してそれぞれ高
水位管および低水位管と連通し、前記高水位管の水入口高さが電気透析器の内部空洞の頂
部と一致し、前記低水位管の水入口高さが電気透析器の内部空洞の底部の近くにある。
高水位管と低水位管の２つの排水方式を設計することで、異なる状態のコンパートメント
の排水ニーズを満たし、電気透析器が正常に動作すると、コンパートメントに水で満たさ
れているため、排水が高水位管から流出するが、定期的なメンテナンスや点検により電気
透析器の動作を停止すると、水の流入が中断するため、コンパートメント中の水位が徐々
に低下し、水面と高水位管の間に隙間ができ、高水位管のポンプ性能が遮断されるため、
低水位管によりコンパートメント中の残りの水を吸い込む必要がある。

【0007】

本発明の一側面として、前記電極板と仕切り板は摺動方向に沿ってスロットから離れた縁
にシールストリップが設けられ、前記シールストリップはスロットの形状に適合している
。シールストリップの作用は、電気透析器全体の封止性を確保し、電極板と仕切り板が変
位した後、外部の空気が電気透析器に進入して外部汚染物を導入するのを回避することで
ある。
本発明の一側面として、前記各コンパートメントは電極板に平行する中心軸面に間隔を空
けて複数のストリップ状の波形乱流促進器が垂直に配置される。水流が乱流促進器を通っ
て流れると、物質移動境界層に周期的な不安定な流動を生成し、濃度境界層、物質移動を
破壊する同時に沈殿による詰まりを防ぐことができる。

【0008】

本発明の一側面として、本発明で使用される水路用パイプの内面がサンドブラスト処理さ
れ、処理後の表面粗さが０．０１～０．０４であり、流体の流動抵抗を低減し、パイプが
スムーズであるのを確保することができる。

【0009】

従来の電気透析装置と比べると、本発明は以下の有益な効果を有する。
（１）本発明は、ピロリン酸銅めっき廃水を連続的に脱塩する前提下で、電気透析器の電
極を迅速変更し、高濃度室、低濃度室を対応して変更して、陰イオン膜の両側表面上のス
ケールが溶解と沈殿状態間で交互に変更し、常に不安定な状態になり、スケールによるイ
オン膜の詰まりに起因して電気透析器の運転に悪影響を与えるのを防ぐ。
（２）本発明によって設計された電気透析器は、配水システムを最適化することで、廃水
中のピロリン酸塩の分離効率が９５％以上に達し、得られたリン含有濃縮液の濃度が１０
ｇ/Ｌ以上と高かった。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の電気透析器の正面断面図である。

【図2】本発明の電気透析器の上面図である。

【図3】本発明の配水システムの接続の概略図である。

【図4】本発明の応用例における正方向電流下の配水方式である。

【図5】本発明の応用例における略方向電流下の配水方式である。

【0011】

［符号の説明］
１ 電気透析器
１１ 内部空洞
１２ スロット
１３ 電極水チャンバー
１４ 乱流促進器
２ 膜スタック
２１ コンパートメント
２１１ 水入口
２１２ 排水口
２１２１ 高水位管
２１２２ 低水位管
２１３ 三方弁
３ 電極組
３１ 仕切り板
３２ アノードプレート
３２１ アノード
３３ カソードプレート
３３１ カソード
３４ 電極板
３４１ 電気接続スロット
３５ 配線ボード
３５１ 配線ボックス
３５２ 配線ポスト
３６ 摺動コンポーネント
３７ モータ
３８ シールストリップ
４ 配水システム
４１ 原水貯蔵プール
４２ 排水貯蔵プール
４３ 原水入口管
４４ 第１ポンプ
４５ 第２ポンプ
４６ 第１循環水管
４７ 第３ポンプ
４８ 第４ポンプ
４９ 第２循環水管
４ａ 排水管
４ｂ 第３循環水管Ａ
４ｂ１ 第５ポンプ
４ｂ２ 第１電極水プール
４ｃ 第３循環水管Ｂ
４ｃ１ 第６ポンプ
４ｃ２ 第２電極水プール

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明によって達成される方法および効果をさらに説明するために、本発明の技術的解決
策を、添付の図面と併せて以下に明確かつ完全に説明する。

【0013】

実施例１
実施例１では、本発明によって設計された装置の具体的な構造を説明し、具体的に以下の
とおりである。
図１および図２に示すように、本発明によって設計されたピロリン酸銅めっき廃水を高効
率に脱塩する電気透析装置は、電気透析器１と電気透析器１の内部空洞１１に位置する膜
スタック２を含み、前記膜スタック２は４つのコンパートメント２１を有するＢＰ-Ｃ-Ａ
-Ｃ構成である。
膜スタック２は実質的にバイポーラ膜電気透析技術であり、バイポーラ膜、陽イオン交換
膜、陰イオン交換膜と陽イオン交換膜が交互に配列されてなる４コンパートメント二重電
極膜電気透析構成である。ピロリン酸イオンなどの陰イオンがイオン交換膜を通過して排
水貯蔵プール４２に入り、銅イオンが高濃度室から原水貯蔵プール４１に入って循環し、
それによって銅およびリンを分離する。
前記電気透析器１の内部空洞１１に、膜スタック２の両端にそれぞれ電極組３が設けられ
、前記電気透析器１２上に、膜スタック２のコンパートメント２１に適している配水シス
テム４が設けられる。
前記電気透析器１の内部空洞１１に、電極組３が膜スタック２から離れた側の方向に沿っ
て順次仕切り板３１、アノードプレート３２、カソードプレート３３および内部空洞１１
側壁に埋め込まれた配線ボード３５が垂直に配置される。
前記アノードプレート３２はアノード３２１と電極板３４が接続されてなり、前記カソー
ドプレート３３はカソード３３１と電極板３４が接続されてなる。本実験例では、前記ア
ノード３２１はプラチナイリジウムコーティングされた電極であり、前記カソードプレー
ト３３はチタン電極である。
前記電極板３４と仕切り板３１の上下縁が摺動コンポーネント３６を介して摺動可能に電
気透析器１の上下内壁に接続され、電気透析器１外部に設けられたモータ３７によって駆
動され、電気透析器１の側壁上に開設されたスロット１２を介して電気透析器１に対して
スライドすることができ、前記電極板３４の膜スタック２から離れた側に電気接続スロッ
ト３４１が設けられる。
前記配線ボード３５の膜スタック２から離れた側に配線ボックス３５１が設けられ、他側
に前記電気接続スロット３４１に適している伸縮可能な配線ポスト３５２が設けられる。
「配線ボード３５-カソードプレート３３-アノードプレート３２「の構造を例にすると、
アノードプレート３２を引き抜くと、配線ボード３５の配線ポスト３５２がカソードプレ
ート３３の電気接続スロット３４１に当接され、このときカソードプレート３３が作動し
始め、カソードプレート３３を引き抜くと、配線ボード３５の配線ポスト３５２がアノー
ドプレート３２の電気接続スロット３４１に当接され、このときアノードプレート３２が
作動し始める。上記のステップによって、本発明は、連続排水の前提下で、膜スタック２
両側の電極組３の回路方向を変更することができる。
図３に示すように、前記配水システム４は原水貯蔵プール４１、排水貯蔵プール４２、単
独に前記原水貯蔵プール４１に接続された原水入口管４３、単独に前記排水貯蔵プールに
接続された排水管４ａ、一端が原水貯蔵プール４１に接続され第１ポンプ４４、電気透析
器１、第２ポンプ４５を介して、他端が原水貯蔵プール４１に接続された第１循環水管４
６、および一端が排水貯蔵プール４２に接続され第３ポンプ４７、電気透析器１、第４ポ
ンプ４８を介して、他端が排水貯蔵プール４２に接続された第２循環水管４９を含む。
配水システム４の設計目的は、電気透析器１モータが変更されたとき、膜スタック２の高
濃度室、低濃度室の変換に適応することであり、高濃度室、低濃度室が電流方向によって
変わると、原水の進入経路と排水の出力経路をともに変更する必要がある。
具体的には、前記仕切り板３１と電極組３間の空洞が電極水チャンバー１３を形成し、前
記２つの電極水チャンバー１３間が第３循環水管Ａ ４ｂおよび第３循環水管Ｂ ４ｃを介
して連通し、流体の循環を実現し、前記第３循環水管Ａ ４ｂの水流路上に順次第５ポン
プ４ｂ１および第１電極水プール４ｂ２が設けられ、前記第３循環水管Ｂ ４ｃの水流路
に順次第６ポンプ４ｃ１および第２電極水プール４ｃ２が設けられる。
第３循環水管Ａ ４ｂおよび第３循環水管Ｂ ４ｃは、２つの電極水チャンバー１３中の電
極水が循環および流動するための通路を形成し、これに加えて、第３循環水管Ａ ４ｂは
水路調整の作用も果たし、電気透析器１の電極極性を変更する必要がある時、仕切り板３
１を使用して電極水チャンバー１３を封止し、第５ポンプ４ｂ１により電極水チャンバー
１３中の電極水を第１電極水プール４ｂ２に吸い込んで、電極の変更過程中、電極水チャ
ンバー１３中に電極水がないのを確保する。
具体的には、前記膜スタック２の各コンパートメント２１の底部に水入口２１１が設けら
れ、前記各水入口２１１の電気透析器１から離れた側が三方弁２１３を介してそれぞれ第
１循環水管４６および第２循環水管４９と連通する。
前記膜スタック２の各コンパートメント２１の頂部にそれぞれ排水口２１２が設けられ、
前記各排水口２１２の電気透析器１から離れた側が三方弁２１３を介してそれぞれ第１循
環水管４６および第２循環水管４９と連通する。
高濃度室、低濃度室は電流方向によって位置が変更したと、原水の進入経路と目標水の出
力経路をともに変更する必要があり、このとき各コンパートメント２１の水入口２１１、
排水口２１２が三方弁２１３を介して正確的な循環水路に接続される必要があり、選択標
準として、高濃度室、低濃度室のコンパートメント２１の水入口２１１、排水口２１２が
接続される水路は同じ循環水路であり、高濃度室、分散箇が変更された後、ピロリン酸銅
廃水が継続的に原水貯蔵プール４１に流入し、リン含有廃液も排水貯蔵プール４２に流入
することを確保する必要がある。
具体的には、前記各排水口２１２の電気透析器１に近い側が三方弁２１３を介してそれぞ
れ高水位管２１２１および低水位管２１２２と連通し、前記高水位管２１２１の水入口高
さが電気透析器１の内部空洞１１の頂部に一致し、前記低水位管２１２２の水入口高さが
電気透析器１の内部空洞１１の底部の近くにある。
高水位管２１２１と低水位管２１２２の２つの排水方式を設計することで、異なる状態の
コンパートメント２１の排水ニーズを満たし、電気透析器１が正常に動作すると、コンパ
ートメント２１に水で満たされているため、排水が高水位管２１２１から流出するが、定
期的なメンテナンスや点検などにより電気透析器１の動作を停止すると、水の流入が中断
するため、コンパートメント２１中の水位が徐々に低下し、水面と高水位管２１２１間に
隙間ができ、高水位管２１２１のポンプ性能が遮断されるため、低水位管２１２２により
コンパートメント２１中の残りの水を吸い込む必要がある。
具体的には、前記電極板３４と仕切り板３１は摺動方向に沿ってスロット１２から離れた
縁にシールストリップ３８が設けられ、前記シールストリップ３８はスロット１２の形状
に適合している。シールストリップ３８の作用は、電気透析器１全体の封止性を確保し、
電極板３４と仕切り板３１が変位した後、外部の空気が電気透析器１に進入して外部汚染
物を導入するのを回避することである。
具体的には、前記各コンパートメント２１は電極板３４に平行する中心軸面上に間隔を空
けて複数のストリップ状の波形乱流促進器１３が垂直に配置される。水流が乱流促進器１
３を通って流れると、物質移動境界層に周期的な不安定な流動を生成し、濃度境界層、物
質移動を破壊する同時に沈殿による詰まりを防ぐことができる。
具体的には、本発明で使用される水路用パイプの内面がサンドブラスト処理され、処理後
の表面粗さが０．０１であり、流体の流動抵抗を低減し、パイプがスムーズであるのを確
保することができる。

【0014】

実施例２
以下のことを除いて、実施例２は実施例１と同じである。
本実施例では、乱流促進器１３は、斜方向にコンパートメント２１に設けられたネット構
造であり、斜向角度は４５°であり、水入口２１１の近くにあり、中心高さがコンパート
メント２１の高さの１/４である。このような位置設計は、コンパートメント２１の他の
部分の流体境界層の流速が低く、生成される渦強度も低いため、より良い均質化効果を達
成するために、乱流促進器１３を流速の高い水入口２１１に取り付けることで渦強度を高
める。
すべての水路用パイプの内面がサンドブラスト処理され、処理後の表面粗さが０．０４で
ある。

【0015】

応用例
本応用例は実施例１に記載の内容に基づいて説明されるが、本発明の動作原理を説明する
ためである。
図４に示すように、ＢＰ-Ｃ-Ａ-Ｃ構成では、膜スタック２の左端が「配線ボード３５-ア
ノードプレート３２」であり、膜スタック２の右端が「配線ボード３５-カソードプレー
ト３３」であり、このとき４つのコンパートメント２１は、アノードからカソードへそれ
ぞれ「低濃度室-高濃度室-低濃度室-高濃度室」である。
ピロリン酸銅めっき廃水が原水入口管４３が原水貯蔵プール４１に進入し、第１ポンプ４
４の作用下で、高濃度室底部の水入口２１１から電気透析器１に進入する。ピロリン酸銅
めっき廃水が電気透析器１で満たされた後、ピロリン酸イオンなどの陰イオンがイオン交
換膜を通過して低濃度室に進入し、低濃度室の排水口２１２から排水貯蔵プール４２に流
入し、銅イオンが高濃度室の排水口２１２から原水貯蔵プール４１に流入して循環する。
これまで、銅およびリンの分離を達成する。
電気透析器１を一定時間運転した後（具体的な運転状況に応じて、１週間から１ヶ月の間
）、陰イオン膜の高濃度室側では沈殿現象が発生し、沈殿によりイオン膜の動作効率が低
下し、このとき電極を反転する必要がある。電極を反転する場合、仕切り板３１により内
部空洞１１と電極水チャンバー１３を仕切り、電極水チャンバー１３を完全に排出して、
膜スタック２の左端のカソードプレート３３を下げ、アノードプレート３２を引き抜き、
膜スタック２の右端のアノードプレート３２を下げ、カソードプレート３３を引き抜く。
図５に示すように、電極を反転した後、膜スタック２の左端が「配線ボード３５-カソー
ドプレート３３」であり、膜スタック２の右端が「配線ボード３５-アノードプレート３
２」であり、このとき４つのコンパートメント２１は、カソードからアノードへそれぞれ
「高濃度室-低濃度室-高濃度室-低濃度室」である。三方弁２１３により高濃度室の進水
と排水が依然として第１循環水管４４にあり、低濃度室の進水と排水が依然として第２循
環水管４９にあることを確保する。
その後の電気透析器１中の銅およびリンの分離過程は上記と同じである。

【0016】

実験例
本実験例は上記実施例１に記載の内容に基づいて説明されるが、本発明の実際の運転効果
を説明するためである。
本実験例で使用されるピロリン酸塩銅めっき廃水は西安のある工場のめっき部品の浸出水
から採取したものであり、水質指標が表１に示される。電気透析器１で使用されるイオン
交換膜の物理的および化学的性能指標が表２に示される。
表１ ピロリン酸塩銅めっき廃水の水質

【0017】

【0018】

表２イオン交換膜の物理的および化学的性能指標

【0019】

【0020】

本発明によって設計された電気透析器１によるピロリン酸銅めっき廃水中のピロリン酸イ
オンに対する分離効率を比較するために、以下の実験組を設計した。
ブランク組：通常のＢＰ-Ｃ-Ａ-Ｃ構成の電気透析器により上記実験廃水-ピロリン酸銅め
っき廃水を脱塩し、つまり直接フロープロセスによりピロリン酸イオンを分離して、１２
ｈ後の排水管４ａのピロリン酸イオン濃度を測定した。
対照組１：本発明によって設計された電気透析器１により上記実験廃水を脱塩し、該対照
組では、配水システム４の循環水路に加えて、つまり直接フロープロセスによりピロリン
酸イオンを分離して、１２ ｈ後の排水管４ａのピロリン酸イオン濃度を測定した。
対照組２：対照組２は、電気透析器中の乱流促進器１４を省略することを除いて対照組１
と同じである。
対照組３：本発明によって設計された電気透析器１により上記実験廃水を脱塩し、該対照
組では、配水システム４の循環水路を使用し、つまり循環式プロセスによりピロリン酸イ
オンを分離して、１２ ｈ後排水管４ａのピロリン酸イオン濃度を測定した。
対照組４：対照組４は、３日間後の排水管４ａのピロリン酸イオン濃度を測定することを
除いて、対照組３と同じである。
対照組５：対照組４は、７日間後の排水管４ａのピロリン酸イオン濃度を測定することを
除いて、対照組３と同じである。
対照組６：対照組６は、電極を反転して１ ｈ後排水管４ａのピロリン酸イオン濃度を測
定することを除いて、対照組５と同じである。
対照組７：対照組７は、電極を反転して１日間後排水管４ａのピロリン酸イオン濃度を測
定することを除いて、対照組６と同じである。
上記実験組の具体的なデータ結果が表３に示される。
表３実験組の具体的なデータ結果

【0021】

【0022】

ブランク組と対照組１を比較して分かるように、本発明の配水システム４の循環水路を省
略すると、つまり直接フロープロセスによりピロリン酸イオンを分離する時、通常の電気
透析器と比べると、ピロリン酸イオンの分離効率が大きな差がなく、最終的にリン含有濃
縮液の濃度が５～６ｇ/Ｌであった。
比対照組１と対照組２を比較して分かるように、本発明の乱流促進器１４を省略した後、
ピロリン酸イオンの分離効率がわずか低下し、このときシステムのエネルギー消費量が増
加し、電気透析器１内の物質移動効率が低下してシステムの電気抵抗が大きくなって、エ
ネルギー消費量が増加するからである可能性がある。
比対照組３と対照組１を比較して分かるように、本発明の配水システム４は循環水路を採
用すると、つまり循環式プロセスによりピロリン酸イオンを分離する時、直接フロープロ
セスと比べると、ピロリン酸イオンの分離効率が顕著に増加し、９６．２％に達し、最終
的にリン含有濃縮液の濃度が１０ｇ/Ｌより大きかった。
対照組４と対照組１を比較して分かるように、電気透析器１の動作時間の増加に従って、
ピロリン酸イオンの分離効率が８７．０％に低下し、最終的にリン含有濃縮液の濃度が１
２～１３ｇ/Ｌであった。
比対照組５と対照組１を比較して分かるように、電気透析器１の動作時間の増加に従って
、ピロリン酸イオンの分離効率が７４．９８％に低下し、最終的にリン含有濃縮液の濃度
が１０～１１ｇ/Ｌであり、このときシステムのエネルギー消費量が９１．８ ｋＷ・ｈ/
ｋｇのピーク値に達し、これは、電気透析器１内の陰イオン膜の高濃度室側では沈殿現象
が発生し、物質移動効率が大幅低下し、システムの電気抵抗が大きくなり、エネルギー消
費量が顕著に増加するからである可能性がある。
対照組６と対照組５を比較して分かるように、電極を反転した後、ピロリン酸イオンの分
離効率がやや向上し、８１．３４％に達し、最終的にリン含有濃縮液の濃度が１１～１２
ｇ/Ｌであり、システムのエネルギー消費量も８５．７ ｋＷ・ｈ/ｋｇに低下した。これ
は、電極を反転した後、高濃度室、低濃度室も反転し、陰イオン膜の両側表面上のスケー
ルが溶解し、物質移動効率が上昇し、システムの電気抵抗が小さくなり、エネルギー消費
量も低下するからである可能性がある。
対照組７と対照組６を比較して分かるように、電気透析器１の動作時間の増加に従って、
ピロリン酸イオンの分離効率が継続的に９４．７８％に上昇し、最終的にリン含有濃縮液
の濃度が１３～１４ｇ/Ｌであり、これは、電極を反転した後、陰イオン膜の両側表面上
のスケールが溶解と沈殿状態間で交互に変更し、常に不安定な状態になり、物質移動効率
が向上し、システムのエネルギー消費量も再び７１．２ｋＷ・ｈ/ｋｇに低下した。
以上のように、本実験例をまとめると、７日のサイクルで電気透析器１の電極を反転する
と、電気透析器１中のスケールの沈殿現象を大幅に軽減することができ、システムによっ
て得られたリン含有濃縮液の濃度が１０ｇ/Ｌ以上になり、ピロリン酸塩の分離効率が９
５％以上になるため、本発明は幅広く適用される価値がある。

【要約】      （修正有）

【課題】ピロリン酸銅めっき廃水を高効率に脱塩する電気透析装置を提供する。
【解決手段】膜スタックは４つのコンパートメントを有するＢＰ-Ｃ-Ａ-Ｃ構成であり、電気透析器の内部空洞に、膜スタックの両端にそれぞれ電極組を設け、電気透析器上に膜スタックのコンパートメントに適している配水システム４が設けられ、ピロリン酸銅めっき廃水の電気透析器の電極を迅速に切り替え、陰イオン膜の両側表面上のスケールが溶解と沈殿状態間に交互に切り替えられ、スケールによるイオン膜の詰まりに起因して電気透析器の運転に悪影響を与えることを防止する。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】