(57)【要約】【課題】この発明では構造が簡単で小形軽量の装置で維持管理がしやすく、費用も多くかからない海水若しくは食塩等電解質含有水の脱塩、淡水化方法とその装置を提供する事を目的としている。【解決手段】隔膜５のあるアルカリイオン水生成装置６に海水等の食塩等電解質含有水を供給し、電解により生成したアルカリイオン水を、再び、或いは複数回繰り返してアルカリイオン水生成装置６に供給し、電解することにより、陰極側のアルカリイオン水出口１１から濃縮されたアルカリイオン水が排出され、陽極側の淡水又は脱塩水出口１４より脱塩水或いは淡水が排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔膜（５）のあるアルカリイオン水生成装置（６）に海水等の食塩等電解質含有水を供給し、電解により生成したアルカリイオン水を再び、或いは複数回繰り返してアルカリイオン水生成装置（６）に供給し、電解する事により陰極側のアルカリイオン水出口（１１）から濃縮されたアルカリイオン水が排出され、陽極側の淡水又は脱塩水出口（１４）より脱塩水或いは淡水が排出されることを特徴とする海水若しくは食塩等電解質含有水の脱塩・淡水化方法。
【請求項２】
処理しようとする海水等の食塩等電解質含有水に電解により生成したアルカリイオン水又はアルカリ水溶液を加えてｐＨを８以上のアルカリ性に調整してから電解することを特徴とする請求項１記載の海水若しくは食塩等電解質含有水の脱塩・淡水化方法。
【請求項３】
陰極（３）に析出してくる海水等の食塩等電解質含有水に含まれるカルシュウム、マグネシュウム等の陰極析出物を酸性水貯留槽（１９）の酸性水で逆洗して除去洗浄することを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の海水若しくは食塩等電解質含有水の脱塩・淡水化方法。
【請求項４】
カルシュウム、マグネシュウム等の陰極析出物を溶解した逆洗水をそのまま、又は脱塩水に適量添加することによりミネラル成分を豊富に含む飲料・食品用用水とすることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の海水若しくは食塩等電解質含有水の脱塩・淡水化方法。
【請求項５】
電解装置（１）の陽極（２）と陰極（３）の間に隔膜（５）があり、被処理水導入口（９）から食塩等電解質含有水または海水が陽極室（７）又は陰極室（８）に導入され、電気分解作用を受け、Ｎａイオン等の陽イオンは陰極（３）においてアルカリイオン水となってアルカリイオン水出口（１１）から、又塩素イオン等の陰イオンは陽極（２）において酸性水となって酸性水出口（１０）から排出される様に構成されたアルカリイオン水生成装置（６）であり、生成したアルカリイオン水はアルカリイオン水通路（１３）を経て二段目のアルカリイオン水生成装置（６）のアルカリイオン水導入口（２１）から陰極室（８）に導入され、再度電解され、陰極（３）側で濃縮されたアルカリイオン水となり、アルカリイオン水出口（１１）から濃縮されたアルカリイオン水が排出され、アルカリイオンが除かれた残りの水は隔膜（５）を通過して、陽極（２）側・陽極室（７）の淡水又は脱塩水出口（１４）より脱塩水或いは淡水が排出されることを特徴とする海水若しくは食塩等電解質含有水の脱塩・淡水化装置。
【請求項６】
原水の塩濃度に応じてアルカリイオン水生成装置（６）を３段以上複数台組み合わせ構成することを特徴とする請求項５記載の海水若しくは食塩等電解質含有水の脱塩・淡水化装置。
【請求項７】
脱塩水或いは淡水中に残存する次亜塩素酸を活性炭処理手段（３５）により分解除去することを特徴とする請求項５〜６の何れかに記載の海水若しくは食塩等電解質含有水の脱塩・淡水化装置。
【請求項８】
陰極（３）に析出してくる陰極析出物を除去洗浄するために、酸性水貯留槽（１９）に貯留された酸性水を逆洗用ポンプ（１５）によりアルカリイオン水出口（逆洗水導入口）（１１）より陰極室（８）に導入し、陰極析出物を除去洗浄し、その洗浄水を逆洗水排出口（１６）より排出する様に構成することを特徴とする請求項請求項５〜７の何れかに記載の海水若しくは食塩等電解質含有水の脱塩・淡水化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気分解により食塩等電解質を含有する海水、湖沼水、井水を淡水とするか脱塩して、工業用水、食品用水、生活用水、又は飲料水とする方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来食塩等電解質を含有する海水等の脱塩又は淡水化には逆浸透法、電気浸透法、多段フラッシュ法などがある。高圧のポンプ、多くのスチーム、電力を必要とし、しかも大規模な設備となるので多額の建設費と運転費用がかかる。又災害等の緊急時にすばやく設置対応する事が出来ないと言う問題がある。
【０００３】
逆浸透法の中空糸膜の孔径は０．１μｍ以下の微細なものであり、微生物が繁殖して孔を閉塞しないように、塩素系薬剤又は過酸化水素が使われる。このため中空糸膜が劣化して短期間に交換すると言う問題がある。電気浸透法にはイオン交換膜が使われ、その膜の孔径は１０オングストローム程度なので、膜が閉塞し易く、短期間で性能が低下してしまう。何れも高価なものであり運転費用が高く、維持管理には非常に手数がかかると言う問題もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの課題を解決するために、この発明では構造が簡単で小形軽量の装置で維持管理がしやすく、費用も多くかからない海水若しくは食塩等電解質含有水の脱塩、淡水化方法とその装置を提供する事を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、この発明では次のような手段を講じている。
【０００６】
（ａ）請求項１記載の本発明では、隔膜５のあるアルカリイオン水生成電解装置６に海水等の食塩等電解質含有水を供給すると、電解によりアルカリイオン水が生成する。このアルカリイオン水を再びアルカリイオン水生成装置６に供給して電解することにより、陰極側のアルカリイオン水出口１１から濃縮されたアルカリイオン水が排出され、陽極側の淡水又は脱塩水出口（１４）よりより脱塩水或いは淡水が排出される。更に塩濃度を下げる為には、複数回繰り返して同じ操作を繰り返すと良い。  繰り返す回数により希望する塩濃度の脱塩水を製造する事が出来る。
【０００７】
アルカリイオン水を再びアルカリイオン水生成装置６に供給して電解した時、残留塩素濃度の高い酸性水が出てくることがある。この酸性水はもう一度アルカリイオン水生成装置６に供給して電解すると、陰極側のアルカリイオン水出口１１から脱塩水或いは淡水を取り出す事が出来る。陽極側の酸性イオン水出口１０より濃縮された酸性イオン水が排出されてくる。食塩水の電解によるイオン水の生成については化学式１に示す。発生する水素並びに酸素ガスは陽極室７、陰極室８上部のガス抜き手段４０により自動的に排出されるようにしている。
【０００８】
【化１】
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【０００９】
（ｂ）請求項２記載の本発明では、処理しようとする海水等の食塩等電解質含有水が低いｐＨである場合にはイオンではない次亜塩素酸が生成する。生成したアルカリイオン水又はアルカリ水溶液を加えてｐＨを８以上のアルカリ性に調整してから電解することによりに次亜塩素酸の生成を抑制する事が出来る。また次亜塩素酸の生成を抑制するには塩素イオン濃度が高い始めの段階では電流値を低くするか、極間距離を広くする、流速を上げるなどの方法で対応する事も出来る。
【００１０】
（ｃ）請求項３記載の本発明では、陰極３に析出してくる海水等の食塩等電解質含有水に含まれるカルシュウム、マグネシュウム等の陰極析出物は酸性水に溶解するので、酸性水貯留槽１９の酸性水で逆洗して除去洗浄する事が出来る。
【００１１】
（ｄ）請求項４記載の本発明では、カルシュウム、マグネシュウム等の陰極析出物を溶解した逆洗抽出水を脱塩水に適量添加することによりミネラル成分を豊富に含む飲料・食品用用水とする事が出来る。特に深層海水の脱塩後の脱塩水に深層海水に特有のミネラル成分を多く含む陰極析出物を溶解した逆洗抽出水を再利用することが出来る。このとき各段の脱塩程度が違うので用途に応じて塩濃度を変えることも出来る。また陰極析出物溶解水の添加量を変えれば容易にミネラル成分濃度を加減できる。
【００１２】
（ｅ）請求項５記載の本発明では、アルカリイオン水生成装置６を構成する電解装置１には陽極２と陰極３の間に隔膜５があり、被処理水導入口９から食塩等電解質含有水または海水が陽極室７又は陰極室８に導入される。どちら一方の導入口９から入れても、両方同時に入れても良い。電気分解作用によりＮａイオン等の陽イオンは陰極３においてアルカリイオン水となってアルカリイオン水出口１１から、又塩素イオン等の陰イオンは陽極２において酸性水となって酸性水出口１０から排出される。
【００１３】
生成したアルカリイオン水はアルカリイオン水通路１３を経て二段目の被処理水導入口９から陰極室８に導入され、再度電解され、陰極３側では濃縮されたアルカリイオン水となり、アルカリイオン水出口１１から濃縮されたアルカリイオン水が排出され。アルカリイオンが除かれ脱塩された残りの水は隔膜５を通過して、陽極２側、陽極室７の淡水又は脱塩水出口１４より脱塩水或いは淡水が排出される。
【００１４】
（ｆ）請求項６記載の本発明では、アルカリイオン水生成装置６を１段、２段の構成では、原水の塩濃度が高い場合、淡水化が不充分であるので、さらにアルカリイオン水生成装置６を複数台数組み合わせ構成している。
【００１５】
（ｇ）請求項７記載の本発明では、電解で生成した一部の次亜塩素酸はイオンでないために脱塩水或いは淡水中に残存することがある。これは活性炭処理手段３５により分解除去することが出来る。
【００１６】
（ｈ）請求項８記載の本発明では、陰極３に析出してくる陰極析出物を除去洗浄するために、酸性水貯留槽１９に貯留された酸性水を逆洗用ポンプ１５により流れの方向を逆転して、アルカリイオン水出口（逆洗水導入口）１１より陰極室８に導入し、陰極において生成するカルシュウム、またはマグネシュウム等の水酸化物等の陰極析出物を洗浄・除去して逆洗抽出水を逆洗水排出口より排出する様に構成する。酸性水を引き戻す場合は電解を行わなくても良い。陰極析出物はカルシュウム、またはマグネシュウム等はミネラル成分を多く含むので逆洗抽出水即ち陰極析出・高濃度ミネラル溶解水は高濃度ミネラル水槽２０に貯留しておき、そのまま、或は脱塩水に適宜添加するなどして食品、飲料水等に有効に利用することが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１は１段目アルカリイオン水生成装置６に海水等の食塩等電解質含有水を供給し、電解により生成したアルカリイオン水を２段目のアルカリイオン水生成装置６に供給・電解し脱塩水或いは淡水を製造する装置の模式図である。
【００１８】
アルカリイオン水生成装置６を構成する電解装置１には陽極２と陰極３の間に隔膜５があり、被処理水導入口９から食塩等電解質含有水または海水が陽極室７又は陰極室８に導入される。どちら一方の導入口９から入れても、両方同時に入れても良い。電気分解作用によりＮａイオン等の陽イオンは陰極３においてアルカリイオン水となってアルカリイオン水出口１１から、又塩素イオン等の陰イオンは陽極２において酸性水となって酸性水出口１０から排出される。
【００１９】
生成したアルカリイオン水はアルカリイオン水通路１３を経て２段目のアルカリイオン水生成装置６の被処理水導入口９から陰極室８に導入され、再度電解され、陰極３側では濃縮されたアルカリイオン水となり、アルカリイオン水出口１１から濃縮されたアルカリイオン水が排出され、アルカリイオンが除かれ脱塩された残りの水は隔膜５を通過して、陽極２側・陽極室７の淡水又は脱塩水出口１４より脱塩水或いは淡水となって排出される。
【００２０】
（実施例１）  本例はアルカリイオン水生成装置で淡水化出来るかどうか確かめる為の予備テストであり、図２はこのテストに用いたアルカリイオン水生成装置６の模式図である。上記アルカリイオン水として苛性ソーダ水溶液を被処理水導入口９から導入して電解を行った。苛性ソーダ水溶液の濃度を変えると、電気伝導度はそれに比例して変化するので、電気伝導度を測定する事により簡単に脱塩効果を確認する事が出来た。
【００２１】
電解装置１の陰極３にはチタン、陽極２にはチタンに白金メッキしたものを用いた。両極は平板状で、中央に陽極２、これを挟んで電解槽の左右に相対して２枚の陰極３を配置する。電極面積は１０ｘ５ｃｍ（０．５ｄｍ２）、極間距離は１０ｍｍになるようにした。陽極２は両面を使うのであわせて１ｄｍ２、陰極３は２枚で１ｄｍ２である。左右の両極の中央を隔膜５で仕切り、陽極室７、陰極室８を設けた。陰極室８から排出されるのは更に電解・濃縮されたアルカリイオン水である。
【００２２】
本例は次に行なう実施例２の予備実験として電解処理流量と電気伝導度（苛性ソーダ水溶液の濃度を調整）をいろいろ変えて電解処理を行った。この結果を表１に示す。平均流量０．７１、０．４９、０．２９リットル／ｍｉｎで電気伝導度の平均低減率は逐次上昇して２７．６、２８．９、３４．６％であった。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
（実施例２）実施例１の表１によれば、脱塩水出口１４における出口流量を平均して０．７１Ｌ／ｍｉｎ、０．４９Ｌ／ｍｉｎ、０．２９Ｌ／ｍｉｎと下げて行くと、電気伝導度の低減率は２７．６、２８．９、３４．６％と逐次上昇する事が判った。
電極は白金メッキチタンこれをもとに本例では図１に示す様にアルカリイオン水生成装置を２段に連結して電解処理を行なった。電解処理水としては海水の食塩濃度のモデルとして食塩２．５％水溶液、電気伝導度３００００μｓを用いた。アルカリイオン水生成装置はＧＥＳ社試作機であり、電極は白金メッキチタン、電極面積、１５ｘ１０ｃｍで１．５ｄｍ２、電流値６・１２・２４Ａｍｐ、脱塩水出口流量は１Ｌ／ｍｉｎとした。
【００２５】
脱塩水の電気伝導度が水道水並みの３００μｓ／ｃｍ以下とするには２４Ａｍｐでは図１に示す２段連結のアルカリイオン水生成装置で二回合計４回処理する事により達成できたが、１２Ａｍｐでは６回で５２０μｓ／ｃｍ、６Ａｍｐでは８回繰り返しても脱塩水の電気伝導度は１７８０μｓ／ｃｍであった。
この結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
（実施例３）図１に示すアルカリイオン水生成装置６は通常平板状の陽極２と陰極３を平行に対極して配置している。本実施例では図３に示す様に円筒形のフェライト陽極に対し円筒形のチタン陰極を外側に同心になる様に配置した。この両極の間を隔膜５で仕切るようにした。実施例２と同じように二段連結のアルカリイオン水生成装置６で２回、合計４回の電解処理により電気伝導度３０８００μｓ／ｃｍの海水から電気伝導度２６５μｓ／ｃｍの脱塩水が得られた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されていて、以下に記載されるような効果を有する。
【００２９】
（ａ）請求項１記載の本発明では、隔膜５のあるアルカリイオン水生成装置６に海水等の食塩等電解質含有水を供給すると、電解によりアルカリイオン水が生成する。このアルカリイオン水を再びアルカリイオン水生成装置６に供給して電解することにより、陰極側のアルカリイオン水出口１１から濃縮されたアルカリイオン水が排出され、陽極側の淡水又は脱塩水出口（１４）よりより脱塩水或いは淡水が排出され。非常に簡易、安価な装置で簡単に海水を淡水化することが出来た。
【００３０】
小形のバッテリーか太陽電池があれば海の上又は海岸で緊急時に飲料水を即座に用意する事が出来る。アフリカなどで水に困っている人々の為に役立てる事も出来る。またこの方法では洗浄力の高いアルカリイオン水や酸化・殺菌洗浄力のある酸性水も出きるので災害地での飲料水と防疫用の消毒殺菌水も同時に用意することが出来る。
【００３１】
（ｂ）請求項２記載の本発明では、処理しようとする海水等の食塩等電解質含有水が低いｐＨである場合にはイオンではない次亜塩素酸が生成する。生成したアルカリイオン水又はアルカリ水溶液を加えてｐＨを８以上のアルカリ性に調整してから電解することによりに次亜塩素酸の生成を抑制する事が出来た。
【００３２】
（ｃ）請求項３記載の本発明では、陰極３に析出してくる海水等の食塩等電解質含有水に含まれるカルシュウム、マグネシュウム等の陰極析出物は酸性水に溶解するので、同時に生成する酸性水で逆洗して簡単に除去洗浄する事が出来る。
【００３３】
（ｄ）請求項３記載の本発明では、カルシュウム、マグネシュウム等の陰極析出物を溶解した逆洗抽出水を脱塩水に適量添加することによりミネラル成分を豊富に含む飲料・食品用用水とする事が出来る。特に深層海水の脱塩後の脱塩水に深層海水に特有のミネラル成分を多く含む陰極析出物を溶解した逆洗抽出水を再利用することが出来る。
【００３４】
（ｅ）請求項４記載の本発明は、家庭でも広く使用されているアルカリイオン水整水器と基本的には同じものであり安全安価、小形軽量で簡単に持ち運びが出来る。
【００３５】
（ｆ）請求項５記載の本発明では、アルカリイオン水生成装置６を複数台数組み合わせ構成することによりどのような塩濃度にも対応する事が出来る。小形安価であるので予備機を常に用意しておく事も出来る。
【００３６】
（ｇ）請求項６記載の本発明では、電解で生成した次亜塩素酸は活性炭処理手段３５により簡単に分解除去することが出来る。
【００３７】
（ｈ）請求項７の発明によれば、硬度が高く、カルシュウム、またはマグネシュウム等が多い用、排水の電解で生成するカルシュウム、またはマグネシュウムの水酸化物等の陰極生成物も、陽極で生成する酸化力が高く、強い酸性の電解水を陰極表面並びに隔膜に接触させることにより、簡単に溶解除去する事が出来る。またそれだけでなく、陰極析出物はカルシュウム、またはマグネシュウム等はミネラル成分を多く含むので逆洗抽出水即ち陰極析出・高濃度ミネラル溶解水は高濃度ミネラル水槽２０に貯留しておき、そのまま、或は脱塩水に適宜添加するなどして食品、飲料水等に有効に利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルカリイオン水生成装置６を２段連ねた淡水又は脱塩水生成装置の模式図である。
【図２】アルカリイオン水生成装置６の模式図である。
【図３】筒型のフェライト電極を陽極とする円筒形のアルカリイオン水生成装置６の側断面と平面の模式図である。
【符号の説明】
１  電解装置
２  陽極
３  陰極
４  電解通路（極間反応部）
５  隔膜
６  アルカリイオン水生成装置
７  陽極室
８  陰極室
９  海水等（被処理水）導入口
１０  酸性水出口
１１  アルカリイオン水出口（逆洗水導入口）
１２  酸性水通路
１３  アルカリイオン水通路
１４  淡水又は脱塩水出口
１５  逆洗用ポンプ
１６  逆洗水排出口
１７  ドレン排出口
１８  制御・電源装置
１９  酸性水貯留槽
２０  高濃度ミネラル水槽（逆洗抽出水槽）
２１  アルカリイオン水導入口
３１  循環ライン
３２  フィルター
３３  逆洗ライン
３４  電解質水溶液容器
３５  活性炭処理手段
３６  陽極端子本体
３７  低融点金属又は水銀充填部
３８  陽極端子
３９  陰極端子
４０  ガス抜き手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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