(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極室と陽極室を設け、該陰極室と該陽極室間に少なくとも各１枚の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を順次配置して、該陽イオン交換膜と該陰イオン交換膜間に被処理液を通液し、陰極と陽極間に通電することにより該被処理液を脱塩する電気透析システムにおいて、脱塩処理された該被処理液の少なくとも一部を陽極室液として使用する電気透析システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を用いて脱塩を行う電気透析脱塩システムに関し、具体的には、被処理液の脱塩と殺菌及び菌の増殖抑制を同時に行うことができる電気透析システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に被処理液中に菌が存在していると、被処理液を電気透析で脱塩処理した脱塩液中にも菌がそのまま残存する。これらの菌は、たとえば醤油のような高塩濃度下では増殖しにくいが、脱塩することにより増殖しやすくなる。さらに電気透析時のジュール熱による発熱は、菌の増殖に適した温度条件を作りやすい。また、たとえ被処理液中に菌が存在していない場合であっても、イオン交換膜や通液ラインを完全に殺菌処理することは困難である。特に、有機物を扱う食品分野等で大きな問題点となる。
【０００３】
この対策としては、あらかじめ装置類を滅菌する以外に、処理後の脱塩液を高圧蒸気にさらし殺菌もしくは滅菌するような高温処理、オゾンや塩素ガスを吹き込む、または次亜塩素酸ソーダを添加するというような化学処理、もしくは紫外線を照射する光滅菌処理などの方法が採用されている。
このような殺菌・滅菌処理あるいは菌の増殖抑制のためには、その処理専用の設備を設けることが必要であり、また、処理に手間や時間がかかるという問題点を有している。
【０００４】
特開昭６３−１５８１０４号公報では、電気透析槽で脱塩した淡水を殺菌処理するために、陽極室で発生した塩素ガスを陽極液から分離、収集した後、塩素ガス注入装置を通して淡水に供給する発明が開示されている。また、特開平６−２６９７７７号公報にも同様な使用法が開示されている。しかし、これらもそのための専用設備を要する問題点がある。
【０００５】
さらに、別の技術として同種のイオン交換膜を複数枚配列して構成された複数の透析室に菌類が存在する溶液を供給し電流を通じることにより滅菌する技術が提案されている（特公平４−５７３９６号公報）が、これは限界電流密度以上の電流を流すことにより水分解を生じさせることを特徴としている。同様に殺菌洗浄水を製造する専用設備として、食塩水を通水しながら直流電流を流し電気分解することにより殺菌洗浄水を得ることを目的とした提案（特開平６−３１２０１１号公報）もあるが、何れも殺菌・滅菌専用の設備を新たに設置することが必要となる。
【０００６】
以上のように、比較的簡易な装置で、殺菌、滅菌、菌の増殖抑制が可能な電気透析脱塩システムは、いまだ実現されていないのが実状である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、比較的簡易な装置で、脱塩と共に脱塩液の殺菌・滅菌及び菌の増殖抑制を同時に簡易に行うことができる電気透析システムを提案することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の発明が上記課題を解決できることを見いだし、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、陰極室と陽極室を設け、該陰極室と該陽極室間に少なくとも各１枚の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を順次配置して、該陽イオン交換膜と該陰イオン交換膜間に被処理液を通液し、陰極と陽極間に通電することにより該被処理液を脱塩する電気透析システムにおいて、脱塩処理された該被処理液の少なくとも一部を陽極室液として使用する電気透析システムである。
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用する電気透析槽は、陰極室と陽極室を設け、陰極室と陽極室間に少なくとも各１枚の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を順次配置して、該陽イオン交換膜と該陰イオン交換膜間に被処理液を通液し、陰極と陽極間に通電することにより該被処理液を脱塩する公知の電気透析槽が使用でき、特に制限されない。
【００１０】
本発明の陽極室で使用する陽極材料としては特に制限されず各種のものが使用できるが、特に電極の劣化による被処理液の汚染が生じにくいことから、チタン電極の表面に白金被覆処理を行ったものが好ましい。
陽極室に通液する陽極液としては、従来公知の各種の塩溶液や酸液が使用できる。陽極液はシステム上その一部が被処理液に混ざりやすいので、そのような場合でも差し支えない液を選択することが望ましい。一般的には、硫酸ナトリウム水溶液を陰極液と共通して使用することにより、不必要な塩素ガスの発生や被処理液のｐＨ変動を防止しやすいことから望ましい。
【００１１】
被処理液を通液する電気透析槽の脱塩室は、陰極室側に陽イオン交換膜を設け、陽極側に陰イオン交換膜を設けて構成される。これを一対として、各２枚以上の陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に積層し、複数の脱塩室を設けることは任意である。
被処理液は、特に制限されない。食品工業などで脱塩処理を要する場合、その塩は塩化ナトリウムであることが多い。この塩化ナトリウムから生じる塩素イオンを含む液を陽極液として使用すると有効塩素が発生し、この有効塩素による殺菌等の効果があることから、塩化ナトリウムを含む被処理液が望ましい。特に醤油や調味液のごとき高濃度の塩化ナトリウムと有機物を含む被処理液の場合に好適である。ただし、被処理液に塩素イオンを含まない場合であっても、陽極反応により活性酸素が発生し、これにより目的を達することもできるので、必ずしもこれに限定されるものではない。また、一定の陽極電位を有する陽極に菌類が接触すると、陽極と菌類の間においても同様の効果が表れている。しかし、どの因子が特に殺菌・滅菌及び菌の増殖抑制への効果についてあるのか明確に判断することが出来ず、複合的に効いていると思われる。そこで、以下、代表因子として有効塩素という言葉で表現することとする。
【００１２】
なお、被処理液が有機溶剤を含む場合は、耐有機溶剤性のあるイオン交換膜を用いるか、有機溶剤を除去した後脱塩処理することが望ましい。
本発明の電気透析では、通常の電気透析脱塩処理で用いる限界電流密度以下の通電条件で陰極と陽極間に通電する。限界電流密度を超える条件では、水分解により被処理液のｐＨに影響が生じたり、イオン交換膜にスケールが発生することがあるからである。一般に電気透析脱塩では、脱塩終了時の電流密度が限界電流密度以下となるような定電圧の通電条件が採用される。被処理液中に菌類が最初から存在しているような場合、このようなマイルドな通電条件下では菌は殺菌されず、そのまま被処理液中に残ることになる。
【００１３】
本発明の電気透析脱塩システムでは、脱塩処理された後の被処理液（脱塩液）を陽極室液として使用することが必要である。そして陽極室液として使用された脱塩液は脱塩液として回収される。これにより殺菌、滅菌、菌の増殖抑制が可能となる。
陽極で発生した塩素は脱塩液に溶解し、以下の式で表される平衡状態になる。
【００１４】
【化１】
0003878289.tif 000002
【００１５】
平衡状態は液のｐＨ、温度によって変化するが、通常の２５℃の中性領域ではＣｌ2 はほとんど存在していない。
この次亜塩素酸は有効塩素として把握され、非常に強い酸化作用を有し、［Ｏ］も活性酸素として殺菌・滅菌に効果を発揮することが知られている。又、次亜塩素酸を液中に存在させておくことにより菌の増殖を抑制する事が出来る。このような因子により本発明の効果が生じるものと推定される。
【００１６】
有効塩素量の測定は、通常のヨウ素・デンプン反応（例えば、阿藤質著、分析化学（培風館発行）参照）により溶存塩素及び次亜塩素酸の合計値として測定される。
脱塩液を陽極室に送液する際、必ずしも脱塩液を全て送液する必要はなく、脱塩液の一部を陽極室に送液した後に残りの脱塩液と混合しても良い。
【００１７】
電気透析槽の通電条件が定電圧条件の場合、被処理液中の塩濃度が高いと電流が多く流れ、塩濃度が低いと電流値は小さくなる。脱塩液中に塩素イオンが有る場合を例にとって説明すると、陽極で発生する塩素量は電流値に比例しているので、被処理液中の塩濃度が高い場合は塩素発生量も多くなる。必要以上に塩素量が多い場合は、定電圧の設定電圧値を下げることにより電流値を低くするか、陽極室に送液する脱塩液量を少なくして残りの脱塩液と混合することにより溶存塩素量を調整することが出来る。前者の場合、電流値を低くすると脱塩速度に影響を与えるので十分な配慮が必要である。又、後者の場合、陽極室液への導入配管を陽極室液循環タンクからの配管とは別に陰極室液循環タンクからも配管しておき任意に切り替えをできるようにしておくことにより、任意の通電時間だけ脱塩液を陽極室液として使用することができる。一方、被処理液中の濃度が低い場合は電流値も低くなり、そのため陽極で発生する塩素量も少なくなる。このような場合は、通常脱塩液は殆ど全部電極室に送液され積極的に塩素溶存処理されるが、必ずしもこの限りではない。何故なら対象となる菌により脱塩液中に溶存させるべき適正な有効塩素量は、菌種により異なるからである。例えば、通常大腸菌群の増殖を抑制するには、溶存有効塩素量として０.５ｐｐｍ程度あれば十分である。
【００１８】
この際、陽極室に送液する脱塩液量及び送液するタイミングは、最終的に脱塩液に必要な溶存有効塩素量から逆算し、決定すればよい。溶存有効塩素量が少なすぎると殺菌・滅菌の効果、及び菌の増殖抑制が十分なされない。
なお、本発明の効果を得るには、被処理液の陽極室への送液の順番として、脱塩液を陽極室に送液するだけではなく、先に被処理液を陽極室に送液した後この陽極室液を脱塩室に回すことによっても同様の効果を得ることは出来る。但し、この場合は陽極室から出てきた液には塩素が溶存しており、この塩素が溶存した液を次いで脱塩室に送液するとイオン交換膜、中でも陰イオン交換膜に接触することにより通常の陰イオン交換膜は劣化消耗が生じやすい。この場合は、耐塩素性のイオン交換膜を使用することにより問題を回避することが出来る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１を用いて本発明の実施の形態の一例を説明する。被処理液はまず脱塩液タンク５２から脱塩室入配管１１を経由して陰イオン交換膜２と陽イオン交換膜１からなる脱塩室５に入り、陽極と陰極の間に通電することにより脱塩処理される。脱塩後の被処理液は脱塩液タンク５２に戻り、脱塩室５との間を循環して被処理液全体の脱塩度が必要な脱塩度に至るまで脱塩される。その間、陽極室３には陽極室液タンク５１から陽極室入配管１８を経由して陽極室液が供給される。陽極室液は陽極室３と陽極室液タンク５１を循環する。一定脱塩度まで脱塩が行われた後、陽極室液は陰極室液タンク５４に移送される。次に脱塩室液タンク５２から脱塩液排出配管１３を経由して脱塩液の少なくとも一部が陽極室液タンク５１に送液され、陽極室液として使用される。その後も脱塩が継続される。所定濃度までの脱塩が終了すると、陽極室液として使用された脱塩液は、陽極室液タンク５１から陽極室液排出配管２２を経由して製品タンク５５に送液される。また、脱塩室液タンク５２に残っている脱塩液も脱塩液排出配管２０を経由して製品タンク５５に送液され、脱塩処理が終了する。
【００２０】
他の実施の形態では、工程の前段は上記の例と同様であるが、一定脱塩度までの脱塩が終了した後、陽極室液タンク５１から陽極室３への送液を停止し、代わりに脱塩室液タンクから直接陽極室３に送液し（このための配管は図１には記載されていない。）、脱塩を継続する。所定時間経過後、脱塩室タンク５２から脱塩液排出配管２０を経由して製品タンク５５に脱塩液を送液し、脱塩が終了する。
【００２１】
【実施例１】
陽イオン交換膜（商品名：アシプレックス−Ｋ、旭化成工業（株）製）と陰イオン交換膜（商品名：アシプレックス−Ａ、旭化成工業（株）製）４０対で仕切られ、有効通電面積２ｄｍ2 の陽・陰極を有する電気透析槽を用いた図１の電気透析システムを用いた。被処理液として塩濃度１９０ｐｐｍ（ＮａＣｌ換算）の原水を脱塩循環タンクから送液し脱塩を行った。この時、陽極室液及び陰極室液には上記塩濃度の原水を用いて脱塩をスタートさせた。１時間後に、陽極室液を陰極室タンクに移送し、引き続いて脱塩室液タンクから陽極室液タンクにポンプ送液を行い脱塩液を陽極室液として使用した。槽電圧は１５Ｖの定電圧で４８時間行い処理水約２ｍ3 を得た。この時の平均電流密度は０．０２１Ａ／ｄｍ2 であった。脱塩後の塩濃度は１００ｐｐｍで有効塩素は０．７ｐｐｍあり、又、大腸菌群は認められなかった。また、同時に測定した原水中の大腸菌の数は１ｍｌ中４ケであった。なお、大腸菌の数測定は、溶液１ｍｌを滅菌生理食塩水で１０倍希釈後に０.０５ｍｌを普通寒天培地に塗抹し、３７℃、２４Ｈr後の集落数を数えることにより測定値とした。
【００２２】
【比較例１】
実施例１において、脱塩液を陽極室液として用いなかった以外は同じ条件で処理を行った。この時の脱塩液中には塩濃度１０５ｐｐｍで有効塩素はゼロ、大腸菌群は１ｍｌ中４ケ認められた。
【００２３】
【実施例２】
陽イオン交換膜（商品名：アシプレックス−Ｋ、旭化成工業（株）製）と陰イオン交換膜（商品名：アシプレックス−Ａ、旭化成工業（株）製）１００対で仕切られ、有効通電面積１０ｄｍ2 の陽・陰極を有する電気透析槽に塩濃度（ＮａＣｌ）１５ｗｔ％、糖を主体とした調味料を約２０ｗｔ％含む原水１ｍ3 を脱塩室液タンクに送液し脱塩を行った。脱塩前の原水には肉眼ではカビ類は認められなかった。尚、陽極室液としては最初は陰極室液（５ｗｔ％  Ｎａ2 ＳＯ4 水溶液）を循環して用い、最後の１時間のみ陰極室液との併用を止めて陽極室液を陰極室液タンクに移送した。次に、脱塩液を脱塩室液タンクから陽極室液タンクに送液し陽極室液として使用した。槽電圧は８０Ｖで計１６時間脱塩を行った。この時の平均電流密度は２．５Ａ／ｄｍ2 であった。脱塩終了後の液量は約７５０リットルで塩濃度は５ｗｔ％であった。カビ類は認められず有効塩素量は１５ｐｐｍであった。又、１週間室温放置後もカビ類の増殖は肉眼観察により認められなかった。
【００２４】
【比較例２】
実施例２において、脱塩液を陽極室液として用いない他は同じ運転条件で行った。この時の脱塩終了直後液にはカビ類は肉眼で見ると認められなかったが、この脱塩液を二日間室温で放置しておいたら、カビ類の繁殖で液表面が真っ白になっていた。塩濃度は５ｗｔ％であった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、特別な付帯装置を用いることなく、比較的簡易な装置で、脱塩と共に被処理液の殺菌または滅菌、及び菌の増殖抑制を同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す図である。
【符号の説明】
１．陽イオン交換膜
２．陰イオン交換膜
３．陽極室
４．濃縮室
５．脱塩室
６．陰極室
１１．脱塩室入配管
１２．脱塩液出配管
１３．脱塩液排出配管
１４．濃縮室入配管
１５．濃縮室出配管
１６．陰極室入配管
１７．陰極室出配管
１８．陽極室入配管
１９．陽極室出配管
２０．脱塩液排出配管
２１．濃縮液排出配管
２２．陽極室液排出配管
５１．陽極室液タンク
５２．脱塩室液タンク
５３．濃縮室液タンク
５４．陰極室液タンク
５５．製品タンク
【図１】
0003878289.tif 000003