電気透析装置、排水処理方法、およびフッ素処理システム
【課題】 電極腐食を伴うことなく、安定してフッ素含有排水を電気透析することができる電気透析装置を提供する。
【解決手段】 電気透析装置は、陽極２を有する陽極室１０と、陰極３を有する陰極室５０と、供給された排水からフッ素イオンを除去して処理水を生成する脱塩室４０と、脱塩室４０から移動した排水中のフッ素イオンを濃縮して濃縮水を生成する濃縮室３０と、排水中のフッ素イオンが濃縮室３０から直接陽極室１０に流入しないように遮断するバッファ室２０とを備えている。また、電気透析装置は、陽極室１０に純水を供給する経路と、陽極室１０から出た流出水をバッファ室２０に供給する経路とを有している。
【解決手段】 電気透析装置は、陽極２を有する陽極室１０と、陰極３を有する陰極室５０と、供給された排水からフッ素イオンを除去して処理水を生成する脱塩室４０と、脱塩室４０から移動した排水中のフッ素イオンを濃縮して濃縮水を生成する濃縮室３０と、排水中のフッ素イオンが濃縮室３０から直接陽極室１０に流入しないように遮断するバッファ室２０とを備えている。また、電気透析装置は、陽極室１０に純水を供給する経路と、陽極室１０から出た流出水をバッファ室２０に供給する経路とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気透析装置に係り、特にフッ素を含む液体、例えば、（１）半導体製造、液晶製造または電子部品製造に関する装置からの排水または該排水を前処理した排水、（２）半導体製造、液晶製造または電子部品製造に用いられたＰＦＣガスを除害装置で分解して生成したガスを、水またはアルカリ水で洗浄することにより発生する排水または該排水を前処理した排水、（３）フロン類破壊業者におけるフロン類破壊施設でフロンを分解して生成したガスを、水またはアルカリ水で洗浄することにより発生する排水または該排水を前処理した排水、（４）水溶液中のフッ素をフッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収するフッ素再資源化装置の処理水である排水または該排水を前処理した排水などを処理対象とする電気透析装置に関するものである。また、本発明は、かかる電気透析装置を用いた排水処理方法に関するものである。さらに、本発明は、かかる電気透析装置を用いてフッ素を処理するフッ素処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種工程から副生成物または廃棄物として排出される排水中に含まれる中性塩、廃酸、廃アルカリによる環境負荷を小さくし、かつ副生成物または廃棄物中の有用成分を回収して再利用できる技術を開発することは種々のプラントにおける大きな課題である。また、排水中から環境に負荷を与える物質を除去した際に得られる処理水がプラント内で再利用可能となればさらに望ましいことはいうまでもない。
【０００３】
例えば、半導体、液晶または電子部品の製造工程からは、数十から数百ｍｇ−Ｆ／Ｌの希薄なフッ素含有排水が大量に発生してくる。この希薄フッ素含有排水は、これまでは水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）を用いる凝集沈殿法により処理されてきた。しかしながら、この凝集沈殿法によれば、取り扱い性の悪い汚泥が大量に発生するという問題があった。このフッ素に由来する汚泥発生量は、排水の水量とともに増加するため、希薄なフッ素含有排水の減容化が検討されてきたが、効率的に濃縮する技術はこれまでなかった。発生した汚泥はフッ素が再利用されることなく埋設処分され、処理水もＣａを多量に含んでいるため再利用が困難であり外部に放流されるのが通常であった。
【０００４】
排ガス洗浄装置の洗浄用水として工業用水または市水を用いることが安価であり多用されているため、特にＰＦＣガスを除害装置で分解して生成したガスを水洗浄する際に発生する排水には、工業用水や市水にもともと含まれていたＣａが含まれている。Ｃａはフッ素と反応して難溶性のフッ化カルシウム（ＣａＦ２）を形成して沈降したり、あるいはアルカリ性の水溶液中では水酸化物を形成して沈殿したりしやすい。このため、上記排水中に含まれるフッ素を分離したり濃縮したりすることは困難であった。
【０００５】
水溶液の濃縮操作に用いられる通常の水処理技術をフッ素含有排水の処理に適用しようとすると、種々の問題があることが知られている。例えば、フッ素含有排水をＲＯ膜処理で濃縮しようとした場合、フッ化水素酸（ＨＦ）は膜透過性が高いため膜透過水側にリークするＨＦが多く、効率的に濃縮できないとともに処理水中のフッ素濃度が高いという問題がある。
【０００６】
また、蒸発濃縮法は、１０，０００ｍｇ／Ｌ程度以上の濃厚な排水をさらに濃縮しようとする際には有効な方法であるが、希薄排水に適用しようとしても、水蒸発に関わるエネルギー消費が大きくなるため適用しにくいという問題がある。また、蒸留水中にもフッ素イオンがキャリーオーバーするため蒸留水のフッ素濃度が高く、そのままでは再利用しにくいという欠点もある。
【０００７】
これらの方法に対して、電気透析法は、イオン濃度が１，０００ｍｇ／Ｌから１０，０００ｍｇ／Ｌ程度の濃度の排水を濃縮または脱塩するには優れた方法であり、かん水から飲料水の製造、酸の回収、塩類の濃縮技術として実用化されている。しかしながら、電気透析法は、高度な脱塩はできないため処理水中にイオンが多く残存するので、排水処理に適用しようとすると、処理水の二次処理が必要となる場合がある。
【０００８】
また、金属水酸化物を形成する金属イオンを含有する酸排水の処理に電気透析法を適用する場合には、電気透析槽内で金属水酸化物が生成しないよう対策をとる必要があった。また、フッ素を含有する排水の処理に適用しようとすると、電気透析槽の電極がフッ素で腐食してしまうという問題がある。
【０００９】
また、フッ素イオンは、人の健康に係わる被害を生じるおそれがある有害な物質として排水規制の対象物質であり、日本では、海域以外の公共用水域に排出されるもので８ｍｇ／Ｌ以下、海域に排出されるもので１５ｍｇ／Ｌ以下が一律排水基準として定められている。また、人の健康の保護を目的とした環境基準では０．８ｍｇ／Ｌが定められており、フッ素含有排水を処理した処理水中のフッ素濃度は一律排水基準を満たすだけでなく、可能な限り環境基準に近づけることが望まれている。
【００１０】
ところが、フッ素含有排水の処理において凝集沈殿法を用いた場合に、処理水中のフッ素濃度を環境基準に近づけようとすると、凝集沈殿に必要な薬品の使用量が急激に増加し、汚泥の発生量が著しく増加するという問題がある。
【００１１】
また、フッ素含有排水からフッ素を除去して純水製造用の原水等として再利用を図る場合は、フッ素濃度が低減されているのが望ましく、好ましくは１ｍｇ／Ｌ以下にまで低減されているのが望ましい。これは、フッ素濃度が１ｍｇ／Ｌを超えている場合には、例えば地下水や水道水などのＣａ含有水と混合して純水製造用原水とした場合には、純水製造の過程での不純物の分離・濃縮操作でフッ化カルシウムが生成して純水製造装置を閉塞させてしまうおそれがあるからである。
【００１２】
電気透析技術を用いてフッ素含有排水等を処理する従来技術としては、以下に示すようなものがある。
【００１３】
特許文献１には、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を使用する電気透析槽の中でフッ素イオン（Ｆ−）およびカルシウムイオン（Ｃａ２＋）を含有する電解質水溶液を脱塩濃縮する電気透析処理方法が開示されている。この方法では、脱塩室と濃縮室を交互に配置した電気透析槽を用いて限界電流密度の１／２以下の電流密度で運転し、他の陰イオンと比べて陰イオン交換膜中を移動しにくいフッ素イオンを脱塩室に残存させて、濃縮室でのＣａＦ２スケール析出を抑えることにより脱塩処理する。
【００１４】
特許文献２には、フッ素イオンを含む少なくとも２種の異種陰イオンと少なくとも２種の塩とを含む混合塩の水溶液（ステンレス鋼酸洗い廃液）から公知のバイポーラ膜を用いた３室法による電気透析式水解離装置を用いて混合酸を回収する方法が開示されている。この方法では、重金属イオンを含む廃液をあらかじめアルカリ溶液（好ましくはＫＯＨ）を加えて沈殿させ、得られた懸濁液はろ過ユニットを通すことにより沈殿をろ過することにより、可溶性混合塩の溶液を形成させ、その可溶性混合塩の溶液を電気透析式水解離装置の脱塩室に供給することにより、混合酸を回収する。
【００１５】
特許文献３には、金属イオン含有の硝フッ酸廃液の再生処理方法が開示されている。この方法では、金属イオンを含有する硝フッ酸廃液に電気透析操作における硝酸の回収効率を高めるためにフッ酸を添加してＦ−／ＮＯ３−モル比を高めた廃液とした後、酸回収用イオン交換膜電気透析槽を用いて透析脱酸処理（硝酸を回収）する。次に、処理水中に含まれる金属イオンはアルカリを加えて水酸化物として沈殿させて除去する。そして、バイポーラ膜と陰イオン交換膜陽イオン交換膜を組合せてなるイオン交換膜電気透析装置により硝フッ酸とアルカリとに分離して回収する。
【００１６】
特許文献４には、金属イオンおよび油類を含有するアルカリ性のフッ化物廃液の処理方法が開示されている。この方法では、金属イオンおよび油類を含有するアルカリ性のフッ化物廃液をフッ酸の添加により中和処理し、油類の除去処理をした後、キレート樹脂による金属イオンの吸着除去処理をし、ついでバイポーラ膜と陰イオン交換膜陽イオン交換膜を組合せてなるイオン交換膜電気透析装置により、アルカリとフッ酸とに分離して再生回収する。
【００１７】
特許文献５には、フッ素を含む排水の処理方法が開示されている。この方法では、フッ素を含む排水からフッ素吸着剤によってフッ素を除去した処理水を生成するとともに、フッ素吸着剤からフッ素を溶離した液を電気透析してフッ素濃縮水とフッ素希薄水とに分離し、得られたフッ素希薄水から再びフッ素吸着剤によってフッ素を除去した処理水を生成する。
【００１８】
特許文献６には、主に半導体工場から排出されるＢＨＦ溶液等のフッ素およびアンモニア含有の水溶液からフッ素を分離して、得られたフッ素を炭酸カルシウムと反応させてフッ素を回収する方法が開示されている。この方法では、フッ素およびアンモニウム含有排水を、陰イオン交換膜および陽イオン交換膜を交互に並べた電気透析槽を用いて、排水と鉱酸を一室おきに交互に供給することで排水処理を行い、フッ素イオンは炭酸カルシウム粒による処理に適した濃度にまで濃縮した液として回収し、アンモニウムイオンは鉱酸の塩の形で回収し、処理水はフッ素イオンおよびアンモニウムイオンとも５０〜１００ｍｇ／Ｌと樹脂吸着等の二次処理工程に流せる濃度範囲にまで低減させる。
【００１９】
特許文献７には、半導体デバイスの製造工程で発生するフッ酸および鉱酸を含有する希薄な混合酸性排水を電気式脱イオン装置で処理する方法が開示されている。この方法では、鉱酸およびフッ酸を含有する希薄酸性水を弱電解質であるフッ酸が解離するｐＨ値までアルカリを添加し、イオン交換樹脂、イオン交換繊維などのイオン交換体が充填された脱塩室とイオン交換膜を介して仕切られた濃縮室を有する電気式脱イオン装置（ＥＤＩ）で処理することにより、フッ酸が除去された処理水を得る。また、塩類が濃縮された濃縮水を得る。
【００２０】
特許文献８には、半導体製造工場において半導体製造時に発生する廃液の処理を行う廃液処理装置が開示されている。この廃液処理装置では、半導体製造時に発生する廃液を、電気透析装置の廃液室内にイオン交換樹脂を充填した電気透析装置を用いて、廃液中のフッ素をフッ化水素として回収する。また、金属イオンは陰極室に回収する。廃液室から陰イオン交換膜を透過して酸回収室に移動してきたＦ−成分は、陽イオン交換膜によって酸回収室に留まり陽極室に達しくい構造となっている。金属イオン成分は廃液室からカチオン交換膜を介して陰極側極液室へ透過し、陰極側電極に析出した金属は電極の極性を短期間だけ逆極性にすることにより、陰極側電極に析出した金属を再度イオン化させて、陰極側極液タンクへ移動させ、濃縮後水酸化物として沈殿させることにより、金属成分も回収する構成としているものである。
【００２１】
特許文献９には、フッ素含有水を電気脱塩装置で処理する方法が開示されている。この方法は、電気脱塩装置に供給される水のカルシウム濃度とフッ素濃度との濃度積と電気脱塩装置の水回収率の関係を制約することにより、濃縮室におけるフッ化カルシウムスケールの生成を防止するというものである。
【００２２】
特許文献１０は、フッ酸を含む希薄酸性排水の回収・再利用のための電気透析装置が開示されている。この装置では、正負の両電極間に、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜を少なくとも一部交互に配列することによって脱塩室と濃縮室とが形成されており、少なくとも脱塩室と極室にはイオン交換体が充填されている。電極室への供給水として脱塩室からの処理水を使用することにより、電極室にはフッ酸が低減された液が供給されるので、電極を腐食することなく脱塩処理を行うことができる。また、この特許文献１０には、使用された電極液が原水タンクに戻され、被処理水と混合されることが記載されている。
【００２３】
特許文献１１には、有害ガスを無害化する排ガスの処理方法が開示されている。この方法では、フッ化水素を含む酸性ガスを（アルカリ性水溶液の）吸収液と湿式スクラバーで気液接触・分解吸収させ、生成する排液は陰イオン選択透過膜を有する電気透析装置に送って透析処理し、吸収した陰イオンの一部または全部を系外に排出し、得られた（アルカリ性水溶液の）処理液を吸収液として再び湿式スクラバーに送って循環させる。
【００２４】
特許文献１２には、フッ素イオン含有水を電気再生式脱イオン装置で脱イオンして純水を製造する方法が開示されている。この方法では、電気再生式脱塩装置の濃縮水をアニオン交換樹脂で処理してフッ素イオン濃度１ｍｇ／Ｌ以下の水、必要に応じて塩水溶液を加えることにより電気伝導度が１０μＳ／ｃｍ以上の水、あるいは陽極室の入口ｐＨを８以上とする水を調製して、極液として通液することにより電極の腐食を防止する。
【００２５】
特許文献１３には、フッ素イオンなどの腐食性の強いイオンを含む被処理水であっても電極に腐食させることなく、電気脱イオン装置で脱イオン処理する装置が開示されている。この装置では、導電性の基板の表面にホウ素をドープしたＣＶＤダイヤモンド薄膜を成膜した陽極板および陰極板を使用することにより、フッ酸による腐食を防止する。
【００２６】
特許文献１４には、ステンレス鋼の酸洗に用いられた廃液等の金属とフッ素イオンを含有する廃液を処理する方法が開示されている。この方法では、まず金属とフッ素イオンを含有する廃液をアルカリ溶液で中和し、次いでろ過し、フッ素イオン非含有金属水酸化物スラッジとフッ素イオン含有中和液とに分離し、次いでフッ素イオン含有中和液をバイポーラ膜電気透析により酸アルカリ分離してフッ素イオン含有酸溶液とアルカリ溶液に分離し、その後フッ素イオン含有溶液は多段水蒸気精留塔を用いてフッ素イオン濃縮液と希薄酸溶液に分離する。この特許文献１４には、バイポーラ電気透析装置により分離濃縮されたフッ素イオン含有酸溶液のフッ素イオン濃度が例えば２０ｇ／Ｌ（２％）であり、さらに多段水蒸気精留塔で濃縮された再利用可能なフッ素イオン含有濃縮液のフッ素イオン濃度が１３０ｇ／Ｌ（１３％）程度であることが記載されている。
【００２７】
特許文献１５には、フッ素含有排水の処理方法が開示されている。この方法は、フッ素含有排水を脱塩および濃縮する電気透析工程を備え、脱塩処理液をフッ素含有排水の発生源への補給水として再生し、フッ酸濃縮液は利用可能な濃度のフッ酸溶液として再生する程度に電気透析する。電気透析工程においては、対向状に配置される負極部と正極部とを備える電気透析手段を用いる。この電気透析手段の負極部および中央部には、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とが交互に配置され、正極部近傍には、陽イオン交換膜が複数枚連続して配置されている。負極部と正極部に脱塩処理水を供給し、正極部近傍の陽イオン交換膜配置部位（遮断室）にも脱塩処理液を供給することで、電極循環液および遮断液のフッ酸濃度を低く抑え正極の腐食を防止する。また、被処理水の一部が濃縮液となり、濃縮液を循環することにより、濃縮倍率を高くする。また、フッ酸濃縮液中のフッ素イオン濃度および／または電解質濃度を計測し、この濃度の変動に応じて濃縮倍率を制御する。
【００２８】
【特許文献１】特開昭５４−２０１９６号公報
【特許文献２】特許第２７２６６５７号公報
【特許文献３】特公平７−１１２５５８号公報
【特許文献４】特公平７−１１２５５９号公報
【特許文献５】特許第３３６４３０８号公報
【特許文献６】特開平９−２６２５８８号公報
【特許文献７】特許第３５５５７３２号公報
【特許文献８】特開２０００−１７６４５７号公報
【特許文献９】特開２０００−２２９２８９号公報
【特許文献１０】特開２００１−１２１１５２号公報
【特許文献１１】特開２００１−１４５８１９号公報
【特許文献１２】特開２００２−１１９９７４号公報
【特許文献１３】特開２００３−１２６８６３号公報
【特許文献１４】特開２００３−１５９５９３号公報
【特許文献１５】特開２００４−１７４４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
上述した従来の電気透析装置によれば、イオン交換膜のフッ素透過性が高いために極室にフッ素イオンが流入して、電極を腐蝕するため、安定した運転が継続できないという問題があった。また、カルシウムを含有する希薄フッ酸排水を処理対象とする場合には、濃縮室中にフッ化カルシウムが析出するため、安定した運転が継続できないという問題があった。さらに、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水は、フッ素再資源化が困難であった。また、従来の電気透析装置では、希薄なフッ素含有排水からフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満の再利用可能な処理水を得ると同時に、フッ素再資源化装置に供給できるまで濃縮水中のフッ素濃度を高めることができなかった。
【００３０】
さらに、特許文献１に記載の方法では、処理水中にフッ素イオンが残存したままであり、残存するフッ素の処理が必要という問題がある。また、この特許文献１には、フッ素による電極腐食の回避方法については何ら開示されていない。
【００３１】
特許文献２に記載の方法は、前処理としてアルカリを加えて、混合塩の水溶液中の重金属イオンを水酸化物として沈殿させて除去することにより、電気透析槽内での水酸化物形成を防止する方法であるが、沈殿装置と沈殿物のろ過装置が必要となるので装置が大きくなるとともに操作も煩雑となるという問題がある。また、この方法は、濃厚なステンレス鋼酸洗い溶液から酸を回収するのを目的としており、処理水中にはまだフッ素が多量に残存しているので、そのままでは到底再利用できないという問題がある。また、特許文献３に記載の方法は、特許文献２と同様の課題を有している。
【００３２】
特許文献４に記載の方法は、有機化学プラントから発生する油分を含むアルカリ性のフッ化物廃液という特異な廃液を対象とするものである。この方法では、フッ酸を加えての中和処理と油分除去処理をした後、金属イオンはキレート樹脂で除去し、その後バイポーラ膜法を用いた電気透析装置でフッ酸とアルカリを回収する。この特許文献４には、フッ素による電極の腐食を回避する方法については開示されていない。
【００３３】
特許文献５に記載の方法は、フッ素吸着剤からフッ素を溶離し、該溶離液を電気透析してフッ素濃縮水とフッ素希薄水とに分離し、上記フッ素希薄水から上記フッ素吸着剤によってフッ素を除去した処理水を得るという方法であるが、フッ素の一部が吸着剤と電気透析槽とを循環するので処理の効率が悪いという問題がある。また、この特許文献５には、フッ素による電極の腐食を回避する方法については開示されていない。
【００３４】
特許文献６に記載の方法は、電気透析槽を用いてアンモニア濃度を低下させフッ素濃度を高めた濃縮水をフッ素回収のための炭酸カルシウム粒による濃度にまで適した液として回収する方法であるが、処理水中のフッ素濃度が高くそのまま再利用することができないため、樹脂による処理水の二次処理が必要になる。また、この特許文献６には、フッ素による電極の腐食を回避する方法については開示されていない。
【００３５】
特許文献７に記載の方法は、フッ酸を含有する混合酸性水にアルカリを添加して電気式脱イオン装置で処理することにより、フッ酸が除去された処理水を得る方法であるが、フッ素が塩の形で濃縮されるためフッ酸またはフッ素の回収や再利用に適さない。また、極室に濃縮水を供給していることから、フッ素により電極の腐食が回避できないという問題がある。
【００３６】
特許文献８に記載の装置では、陰極に析出した金属を溶解させるために逆極性にしたときに、析出に要した電流量と同等の溶解電流量が必要となり、また、処理水にフッ素および金属イオンが漏洩するため、処理水の二次処理が必要となるという問題がある。
【００３７】
特許文献９に記載の方法では、運転可能なカルシウムおよびフッ素の濃度領域が狭いため、前処理としてフッ素含有水をイオン交換樹脂で処理して、スケール成分のフッ素イオンまたはカルシウムイオンを予め除去する必要がある。また、この特許文献９には電極の腐食を回避する方法については開示されていない。
【００３８】
特許文献１０に記載の装置は、バッファ室を設けた構造ではないので、濃縮室中のフッ素濃度を大きく高めると濃縮室から極室にフッ素の漏洩が始まるので、希釈してフッ素濃度を低下させるために、電極室に供給する電気室脱塩装置の処理水流量を大きくする必要があり、濃縮室のフッ素濃度を高めての回収はできないという問題点がある。また、希薄酸性排水中にＣａイオンを含む場合は、濃縮室内でＣａイオンおよびフッ素イオンとも濃縮され、ＣａＦ２が析出するので適用できない。
【００３９】
特許文献１２に記載の方法では、極液のフッ素濃度をアニオン交換樹脂で除去して低く抑えながら、かつ極液の導電率を高く保つために塩水溶液を加えるなどの煩雑な管理が必要になるという問題がある。
【００４０】
特許文献１３に記載の装置では、電極製作に高価な大型ＣＶＤ装置が必要となるという問題がある。
【００４１】
また、特許文献１４に記載の方法では、前処理としてアルカリを用いて金属イオンを予め分離する必要がある。また、この特許文献１４にはバイポーラ膜電気透析装置の電極の腐食を回避する方法については開示されていない。
【００４２】
特許文献１５に記載の方法は、電気透析処理した脱塩水を遮断室および電極室に導入することにより電極の腐蝕を防止する方法であるが、脱塩水を供給することに伴う運転電圧の上昇を抑制する対策がとられていないので、運転電圧が高くなるという問題がある。また、高倍率濃縮された濃縮室と隣接する遮断室中にはフッ素が漏洩してくるので遮断室循環液はフッ素含有水となり、フッ素を除去するか、あるいは回収するという後処理が必要となるという問題が生じる。また、電極循環液および遮断液のフッ素濃度は、脱塩水の水質に依存するので、印加電流などの運転条件および原水の水質変動により脱塩水のフッ素濃度が高まった場合は、電極が腐食するおそれがあるという問題点がある。
【００４３】
以上のような問題があるため、フッ素含有排水を効率的にかつ安定して処理する技術が待望されていた。また、フッ素含有排水からフッ素を濃縮し、再利用に供する技術および同時に処理水を再利用可能なまでにフッ素を除去する技術が待望されていた。
【００４４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、電極腐食を伴うことなく、安定してフッ素含有排水を電気透析することができる電気透析装置を提供することを第１の目的とする。
【００４５】
また、フッ素含有排水を電気透析した後の処理水のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満と低く、処理水を再利用することができる電気透析装置を提供することを第２の目的とする。
【００４６】
また、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水を電気透析してアンモニウムイオンを分離したフッ素濃縮水を得ることができる電気透析装置を提供することを第３の目的とする。
【００４７】
また、金属水酸化物スラッジを形成する金属イオンを含むフッ素含有排水を電気透析する場合に、金属水酸化物スラッジを形成することなく、金属イオンを分離したフッ素濃縮水を得ることができる電気透析装置を提供することを第４の目的とする。
【００４８】
また、フッ素含有排水を電気透析したフッ素濃縮水をフッ素再資源化装置に供給することにより、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することができる電気透析装置を提供することを第５の目的とする。
【００４９】
また、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水からアンモニウムイオンを分離してフッ素再資源化を容易にしたフッ酸濃縮水をフッ素再資源化装置に供給することにより、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することができる電気透析装置を提供することを第６の目的とする。
【００５０】
また、上述した電気透析装置を用いて効果的にフッ素を処理するフッ素処理システムを提供することを第７の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００５１】
本発明の第１の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記濃縮室に供給する経路とを有している。
【００５２】
本発明の第２の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、上記被処理水中の対象イオンが上記濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記濃縮室に供給する経路とを有している。
【００５３】
本発明の第３の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、上記被処理水中の対象イオンが上記濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室に供給する経路とを有している。
【００５４】
本発明の第４の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、上記被処理水中の対象イオンが上記濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室を経由して上記濃縮室に供給する経路とを有している。
【００５５】
本発明の第５の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記第１の濃縮室に供給する経路とを有している。
【００５６】
本発明の第６の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室とを備えている。さらに、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室に供給する経路を有している。
【００５７】
本発明の第７の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室とを備えている。さらに、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記第１の濃縮室に供給する経路を有している。
【００５８】
本発明の第８の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室とを備えている。さらに、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室を経由して上記第１の濃縮室に供給する経路を有している。
【００５９】
本発明の第９の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記第１の濃縮室に供給する経路とを有している。
【００６０】
本発明の第１０の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室に供給する経路とを有している。
【００６１】
本発明の第１１の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記第１の濃縮室に供給する経路とを有している。
【００６２】
本発明の第１２の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室を経由して上記第１の濃縮室に供給する経路とを有している。
【００６３】
本発明の第１３の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、上記被処理水中の対象イオンが上記濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記バッファ室に純水を供給する経路と、上記バッファ室から出た流出水の少なくとも一部を上記濃縮室に供給する経路とを有している。
【００６４】
上記電気透析装置は、上記バッファ室から出た流出水の少なくとも一部を上記被処理水または上記処理水に混合する経路をさらに備えていてもよい。
【００６５】
本発明の第１４の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から直接上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室を備えている。さらに、電気透析装置は、上記陽極室と上記バッファ室との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、上記陰極室と上記第２の濃縮室との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、上記バッファ室と上記第１の濃縮室との間に設けられた第２のカチオン交換膜と、上記第１の濃縮室と上記脱塩室との間に設けられた第２のアニオン交換膜と、上記脱塩室と上記第２の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜とを有している。
【００６６】
本発明の第１５の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室を備えている。さらに、電気透析装置は、上記陽極室と上記バッファ室との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、上記陰極室と上記イオン供給室との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、上記バッファ室と上記第１の濃縮室との間に設けられた第２のカチオン交換膜と、上記第１の濃縮室と上記脱塩室との間に設けられた第２のアニオン交換膜と、上記脱塩室と上記第２の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜と、上記第２の濃縮室と上記イオン供給室との間に設けられた第３のアニオン交換膜とを有している。
【００６７】
本発明の第１６の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、複数の室からなる複数の室構造と、電極を有する少なくとも１つの複極室と、上記陽極室と上記室構造との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、上記陰極室と上記室構造との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、上記複極室の上記陽極側に設けられた第２のアニオン交換膜と、上記複極室の上記陰極側に設けられた第２のカチオン交換膜とを備えている。上記複極室は、上記複数の室構造の間に配置され、イオン交換体が充填されている。上記室構造は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室または上記複極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、室構造は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室とを備えている。また、電気透析装置は上記陽極室および上記複極室に純水を供給する経路を備えている。さらに、室構造は、上記バッファ室と上記第１の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜と、上記第１の濃縮室と上記脱塩室との間に設けられた第３のアニオン交換膜と、上記脱塩室と上記第２の濃縮室との間に設けられた第４のカチオン交換膜と、上記第２の濃縮室と上記イオン供給室との間に設けられた第４のアニオン交換膜とを有している。
【００６８】
上記被処理水はフッ素を含有する排水であることが好ましい。また、上記陽極室または上記陰極室から出た流出水のフッ素濃度が１ｍｇ−Ｆ／Ｌ以下となるように、上記陽極室または上記陰極室に供給する純水の水量を調整することが好ましい。
【００６９】
上記陽極室および上記陰極室にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。また、それぞれの室には、上記カチオン交換膜に接するカチオン交換繊維材料または上記アニオン交換膜に接するアニオン交換繊維材料が充填されていることが好ましい。
【００７０】
本発明の第１７の態様によれば、少なくともアンモニウムイオンとフッ素を含有する排水を電気透析装置により処理する排水処理方法が提供される。これにより、上記排水からアンモニウムイオンおよびフッ素を除去してアンモニウムイオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水とアンモニウムイオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成する。
【００７１】
本発明の第１８の態様によれば、少なくとも金属水酸化物スラッジを形成する金属イオンとフッ素を含有する排水を電気透析装置により処理する排水処理方法が提供される。これにより、上記排水から上記金属イオンおよびフッ素を除去して上記金属イオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水と上記金属イオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成する。
【００７２】
ここで、少なくとも過酸化水素とフッ素を含む排水を過酸化水素分解処理し、上記過酸化水素分解処理後の排水を上記電気透析装置に供給してもよい。また、上記排水のフッ素濃度は１ｍｇ／Ｌを超え１０，０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。さらに、上記処理水のフッ素濃度は１ｍｇ／Ｌ未満であることが好ましい。また、上記第１の濃縮水の少なくとも一部をフッ素再資源化装置に供給して、上記排水中のフッ素をフッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することもできる。
【００７３】
なお、電気透析装置の導入目的によっては、処理水のフッ素濃度を１ｍｇ/Ｌ以上のものとしてもよい。処理水を再利用しないで外部に放流する場合には、放流基準の８ｍｇ／Ｌ以下にすればよい。そのために、処理水のフッ素濃度を５ｍｇ／Ｌ程度に維持することは電気透析槽の運転電流を調整することにより可能であり、フッ素濃度を１ｍｇ／Ｌ未満に維持して運転することよりも省エネルギーな運転方法となる。
【００７４】
また、電気透析装置の別の導入目的によっては、フッ素濃縮水をフッ素再資源化装置に供給せず、従来処理方式の凝集沈殿設備に供給してもよい。この場合でも被処理水であるフッ素含有排水をそのままで凝集沈澱処理するよりも、凝集沈澱処理に必要な薬品の使用量が減少し、したがって、発生するスラッジの量が減少するというメリットが生じる。また、濃縮されることによって処理対象の廃水の量が減少するため、廃水処理設備の規模が小さくてすむというメリットも生じる。例えば、１０ｍｇ／Ｌのフッ素含有排水を１０００ｍｇ／Ｌに濃縮することにより、排水量が１００分の１になり、排水量に応じて注入する凝集沈殿に必要な凝集剤の必要量が約１００分の１となり、結果として発生するスラッジの量を著しく低減できる。
【００７５】
また、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水から、アンモニウムイオンとフッ素イオンをともに同一の液体中に濃縮したフッ素濃縮水を得てもよい。一般にフッ素の再資源化を行うときは、フッ素濃縮水中にアンモニウムイオンを含んでいると、フッ素再資源化のための反応が阻害されて反応効率が低下するが、フッ素濃縮水を凝集沈殿処理する時にはアンモニウムイオンが存在しても反応効率には影響しないためである。
【００７６】
本発明の第１９の態様によれば、上述した電気透析装置と、上記電気透析装置から得られるフッ素濃縮水をフッ化カルシウムとして回収するフッ素再資源化装置とを備えたフッ素処理システムが提供される。
【００７７】
本発明の第２０の態様によれば、上述した電気透析装置と、上記電気透析装置で得られたフッ素濃縮水の少なくとも一部を含む水を凝集沈澱処理する凝集沈澱装置とを備えたフッ素処理システムが提供される。
【００７８】
本発明の第２１の態様によれば、上述した電気透析装置と、上記電気透析装置から得られる処理水を原水として純水を製造する純水製造装置とを備えた水リサイクルシステムが提供される。
【００７９】
本発明の第２２の態様によれば、上述した電気透析装置と、除害装置と、上記除害装置の排水を上記電気透析装置に供給する経路と、上記電気透析装置で得られる処理水の一部を上記除害装置に供給する経路とを備えた水リサイクルシステムが提供される。
【００８０】
本発明の第２３の態様によれば、上述した電気透析装置と、少なくともフッ素を含有する排水の固液分離を行う固液分離手段と、上記固液分離手段により固液分離がなされた排水を上記電気透析装置に供給する経路とを備えたフッ素処理システムが提供される。
【００８１】
本発明の第２４の態様によれば、上述した電気透析装置と、少なくともフッ素を含有する排水の有機物分離を行う有機物分離手段と、上記有機物分離手段により有機物分離がなされた排水を上記電気透析装置に供給する経路とを備えたフッ素処理システムが提供される。
【発明の効果】
【００８２】
本発明によれば、電極腐食を伴うことなく、安定してフッ素含有排水を電気透析することができる。また、フッ素含有排水を電気透析した後の処理水のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満と低く、処理水を再利用することができる。さらに、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水を電気透析してアンモニウムイオンを分離したフッ素濃縮水を得ることができる。また、金属水酸化物スラッジを形成する金属イオンを含むフッ素含有排水を電気透析する場合に、金属水酸化物スラッジを形成することなく、金属イオンを分離したフッ素濃縮水を得ることができる。さらに、フッ素含有排水を電気透析したフッ素濃縮水をフッ素再資源化装置に供給することにより、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することができる。また、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水からもアンモニウムイオンを分離してフッ素再資源化を容易にしたフッ酸濃縮水をフッ素再資源化装置に供給することにより、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することができる。
【００８３】
また、水溶液中のフッ素をフッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収するフッ素再資源化装置の処理水である排水または該排水を前処理した排水などを処理対象として、本発明に係る電気透析装置による処理を行う場合においては、フッ素再資源化装置のフッ素再資源化率つまりはフッ化カルシウム結晶としての回収率を向上させることができる。これは、フッ素再資源化装置では、受け入れたフッ素のうち約１０〜２０％程度が希薄フッ酸排水として排出されているが、これに含まれるフッ素を本発明に係る電気透析装置で濃縮することにより、フッ素再資源化装置の原水として再び利用できるようになるからである。フッ素再資源化装置は、希薄フッ酸排水を対象とした場合には、再資源化つまりはフッ化カルシウム結晶としての回収が困難であり、濃厚フッ酸排水を対象とした場合に、十分な性能を発揮する性質を有しているからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８４】
以下、本発明に係る電気透析装置の実施形態について図１から図１４を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１４において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００８５】
図１は、本発明の第１の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、この電気透析装置は、陽極室１０と、バッファ室２０、濃縮室３０、脱塩室４０、濃縮室２１、陰極室５０を有する電気透析槽１を備えている。また、電気透析装置は、ポンプ７０を介して純水を陽極室１０および陰極室５０に供給する極液タンク７１と、ポンプ７２を介してバッファ水をバッファ室２０および濃縮室２１に供給するバッファ水タンク７３と、ポンプ７４を介して濃縮水を濃縮室３０に供給する濃縮水タンク７５とを備えている。
【００８６】
陽極室１０の内部には陽極２が配置され、陰極室５０の内部には陰極３が配置されている。脱塩室４０は、フッ素を含有する原水（被処理水）からフッ素イオンを除去してフッ素濃度が低められた処理水を生成する。また、バッファ室２０は、原水中のフッ素イオン（対象イオン）が濃縮室３０から直接陽極室１０に流入しないように遮断する。さらに、濃縮室３０は、脱塩室４０から移動した原水中のフッ素イオンを濃縮してフッ素イオン濃度が高められた濃縮水を生成する。
【００８７】
図２は、図１の電気透析槽１を示す模式図である。図２に示すように、陽極室１０とバッファ室２０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１で仕切られ、バッファ室２０と濃縮室３０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ２で仕切られている。また、濃縮室３０と脱塩室４０とは、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１で仕切られ、濃縮室２１と脱塩室４０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ３で仕切られている。また、陰極室５０と濃縮室２１とは、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ２で仕切られている。なお、図２において、イオン交換膜の両側に位置するパッキンの図示は省略してある。
【００８８】
陽極室１０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１が充填されている。バッファ室２０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ２、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ３が充填されている。イオン交換不織布は細くて表面積が大きい繊維で密に構成された不織布状のイオン交換体であるので、イオンの捕捉能力および伝導能力が高いが、電気透析槽に充填した場合に圧損が大きくなるという問題がある。一方、イオン交換スペーサは従来の電気透析槽に通常用いられている網状のスペーサの表面にイオン交換機能を導入したものであり、水の分散性に優れ、圧損が低いがイオンの捕捉能力は低いという問題がある。本実施形態における電気透析槽１では、イオン交換不織布とイオン交換スペーサを組み合わせて充填することで、イオンの捕捉能力と伝導能力を高く維持したまま、圧損を低くすることができる。
【００８９】
濃縮室３０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ４、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ２、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１が充填されている。脱塩室４０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ２、イオン交換体の一種であるアニオン交換スペーサＡＳ１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ５が充填されている。
【００９０】
濃縮室２１には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ６、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ３、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ３が充填されている。陰極室５０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ４が充填されている。
【００９１】
極液タンク７１からは極液としての純水が陽極室１０および陰極室５０に供給されるようになっている。陽極室１０から出た流出水は、フッ素イオン濃度が純水より高いことから、本実施形態では、極液タンク７１に循環せずに、全量をバッファ水タンク７３に供給するようになっている。陰極室５０から出た流出水は、通常フッ素イオン濃度が極めて希薄であり、純水とほぼ同じ濃度レベルであることが実験的に確認されていることから、本実施形態では、極液を補給するために極液タンク７１に循環するようになっている。なお、陽極室１０から出た流出水についても、一部または全量を極液タンク７１に循環する構成としてもよい。また、陽極室１０から出た流出水を濃縮水タンク７５に供給する構成としてもよい。
【００９２】
また、バッファ水タンク７３からはバッファ水がバッファ室２０および濃縮室２１に供給されるようになっている。バッファ室２０および濃縮室２１から出た流出水は、バッファ水タンク７３と濃縮水タンク７５とに供給されるようになっている。なお、本実施形態では、バッファ室２０および濃縮室２１から出た流出水の一部を濃縮水タンク７５に供給する構成としているが、該流出水の全量を濃縮水タンク７５に供給する構成としてもよい。
【００９３】
また、濃縮水タンク７５からは濃縮水が濃縮室３０に供給されるようになっている。濃縮室３０から出た流出水は、濃縮水として取り出されるほか、一部は濃縮水タンク７５に供給されるようになっている。
【００９４】
脱塩室４０には原水が供給されるようになっており、脱塩室４０から出た流出水は処理水として取り出される。
【００９５】
このような構成により、陽極室１０において水の電気分解反応で生成した水素イオンは、カチオン交換体ＣＦ１，ＣＭ１，ＣＦ２，ＣＳ１，ＣＦ３，ＣＭ２，ＣＦ４，ＣＳ２上をイオン伝導し、バッファ室２０を経由して濃縮室３０まで到達することが可能となる。したがって、陽極室１０およびバッファ室２０にかかる電圧は、陽極液およびバッファ水のイオン濃度に依存せず、低く維持することが可能となる。
【００９６】
陰イオンを含む水を電気透析処理する場合は、原水中の陰イオンが濃縮水中に濃縮される。通常、濃縮された陰イオンが陽極２側のカチオン交換膜ＣＭ２，ＣＭ１を透過して例えばバッファ室２０や陽極室１０に漏洩することはほとんどないが、濃縮対象がフッ素イオンである場合は、濃縮水中のフッ素イオンの一部が濃縮室３０とバッファ室２０を隔てているカチオン交換膜ＣＭ２を透過して、濃縮室３０よりも陽極２側に位置するバッファ室２０ひいては陽極室１０に達する現象が起きる場合がある。
【００９７】
本実施形態においては、上述した構成により、陽極室１０には常に純水が補給されることとなり、バッファ室２０から陽極室１０に漏洩するフッ素イオンを陽極室１０の外に排出して陽極室１０のフッ素濃度を極めて低い値に維持することができる。また、フッ素による電極腐食を抑制することができる。
【００９８】
また、バッファ室２０中のフッ素濃度についても、バッファ水タンク７３のバッファ水に陽極室１０からの流出水が補給されることより、濃縮室３０からバッファ室２０に漏洩してきたフッ素イオンをバッファ室２０の外部に排出することができる。これにより、陽極室１０よりは濃度がやや高まるものの、バッファ室２０のフッ素濃度を低い値に維持することができる。また、バッファ室２０および濃縮室２１からの流出水により濃縮水を補給しているので、濃縮水タンク７５に追加する補給純水の量を低減することができる。
【００９９】
また、極液の補給水として純水を用いているので、補給水中のフッ素濃度が運転条件により変動したり高まったりすることはない。このため、運転条件に関わらず、常に陽極室１０のフッ素濃度を極めて低い値に維持することができる。また、陽極２の腐食防止をより確実にすることができる。ここで、電気透析装置の処理水の水質が純水並みである場合など、処理水を純水の代わりに用いることができる場合は、純水の代わりに処理水を用いてもよい。
【０１００】
また、陽極室１０からの流出水によりバッファ水を補給しているので、陽極室１０から装置の外部に排出される水の量およびバッファ水に追加する補給純水の量を少なくすることができる。特に、陽極室１０からの流出水の全量をバッファ水タンク７３に供給すれば、陽極室１０から装置の外部に排出される水の量およびバッファ水に追加する補給純水の量をゼロにすることができる。
【０１０１】
また、バッファ室２０および濃縮室２１からの流出水により濃縮水を補給しているので、濃縮水に追加する補給純水の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１から装置の外部に排出される水の量を少なくすることができる。特に、濃縮水の全量をバッファ室２０および濃縮室２１からの流出水でまかなう場合は、濃縮水に追加する補給純水の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１から装置の外部に排出される水の量をゼロにすることができる。
【０１０２】
電気透析槽１から排出される排水の種類としては、陽極室１０から装置の外部に排出される水の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１から装置の外部に排出される水の量がゼロの場合には、処理水と濃縮水の２系統のみとなり、配管系統が複雑となることがない。陽極室１０、バッファ室２０、および濃縮室２１における平衡フッ素濃度は、陽極室１０および陰極室５０に供給する極液の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１に供給するバッファ水の量を調整することにより任意に調整することができる。なお、図１に示す実施形態において、極液および／またはバッファ水の少なくとも一部を原水または処理水と混合してもよい。
【０１０３】
図３は、本発明の第２の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。本実施形態における電気透析装置は、第１の実施形態における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、以下の点で第１の実施形態における電気透析装置と異なっている。
【０１０４】
バッファ水タンク７３からはバッファ水がバッファ室２０にのみ供給されるようになっており、濃縮室２１には供給されないようになっている。その代わりに、陰極室５０から出た流出水が濃縮室２１に供給されるようになっている。また、濃縮室２１から出た流出水は、極液を補給するために極液タンク７１に供給されるようになっている。
【０１０５】
原水中に存在するカチオンは陰極室５０に隣接する濃縮室２１に濃縮されるが、濃縮されたカチオンが電気透析装置の処理性能に悪影響を与えないと判断される場合には、図３に示すような構成を用いることができる。なお、濃縮室２１から出た流出水をバッファ水タンク７３に供給してもよいことは言うまでもない。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【０１０６】
図４は、本発明の第３の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。本実施形態における電気透析装置は、第１の実施形態における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、以下の点で第１の実施形態における電気透析装置と異なっている。
【０１０７】
バッファ水タンク７３からはバッファ水がバッファ室２０にのみ供給されるようになっており、濃縮室２１には供給されないようになっている。その代わりに、極液タンク７１からは極液としての純水が陽極室１０と濃縮室２１に供給されるようになっている。また、濃縮室２１から出た流出水は、濃縮室２１に隣接する陰極室５０に供給されるようになっている。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【０１０８】
図５は、本発明の第４の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図、図６は図５の電気透析槽１０１ａを示す模式図である。本実施形態における電気透析装置は、第１の実施形態における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、陰極室５０に隣接し、バッファ水（図１）、極液（図３）または純水（図４）が供給されていた濃縮室２１を、図５では濃縮水が供給される濃縮室３１として用いている点で第１の実施形態における電気透析装置と異なっている。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【０１０９】
図７は本発明の第５の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図、図８は図７の電気透析槽１０１ｂを示す模式図である。本実施形態における電気透析装置は、第１の実施形態における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、図１における脱塩室４０と濃縮室３０との間に濃縮室３０と脱塩室４０とをさらに追加した点で第１の実施形態における電気透析装置と異なっている。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。なお、図５の場合と同様に、陰極室５０に隣接した濃縮室２１を濃縮室３１として用いて、この濃縮室３１に濃縮水を供給するようにしてもよい。
【０１１０】
図９は、本発明の第６の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。この電気透析装置は、図１に示す電気透析装置と同様に、陽極の腐食を防止する効果が得られるとともに、金属イオンを含むフッ酸排水を対象とした場合においても、フッ酸と金属イオンを個別に濃縮することができる。しかも、金属イオンは、析出する水酸化物としてではなく、溶解性の塩化物として分離濃縮するため、電気透析槽内における析出などのトラブルを回避することができる。
【０１１１】
図９に示すように、電気透析装置は、陽極室２１０、バッファ室２２０、酸濃縮室２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室２３１、酸供給室２６０、複極室２６１、バッファ室２２０、酸濃縮室（第１の濃縮室）２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室（第２の濃縮室）２３１、酸供給室（イオン供給室）２６０、陰極室２５０を有する電気透析槽２０１を備えている。このように、本実施形態においては、複極室２６１を挟んで両側に、バッファ室２２０、酸濃縮室２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室２３１、酸供給室２６０がそれぞれ設けられている。
【０１１２】
また、図９に示すように、電気透析装置は、ポンプ２７０を介して純水を陽極室２１０および陰極室２５０に供給する極液タンク２７１と、ポンプ２７２を介してバッファ水をバッファ室２２０に供給するバッファ水タンク２７３と、ポンプ２７４を介して酸濃縮水を酸濃縮室２３０に供給する酸濃縮水タンク２７５と、ポンプ２７６を介してアルカリ濃縮水をアルカリ濃縮室２３１に供給するアルカリ濃縮水タンク２７７と、ポンプ２７８を介して酸供給水を酸供給室２６０に供給する酸供給水タンク２７９とを備えている。
【０１１３】
また、電気透析装置は、ポンプ２８０を介してＨＣｌなどの酸原液を酸供給水タンク２７９に供給する酸原液タンク２８１と、酸供給水タンク２７９のｐＨを測定するｐＨモニタ２８２とを備えている。さらに、電気透析装置は、ポンプ２８３を介して原水を脱塩室２４０に供給する原水タンク２８４と、除害排水（フッ素を含有する被処理水）を活性炭２８５およびカートリッジフィルタ２８６を介して原水タンク２８４に供給するポンプ２８７とを備えている。
【０１１４】
陽極室２１０の内部には陽極２０２が配置され、陰極室２５０の内部には陰極２０３が配置されている。また、複極室２６１の内部には電極２０４が配置されている。脱塩室２４０は、原水（被処理水）からフッ素イオン（第１の対象イオン）およびカルシウムイオン（第２の対象イオン）を除去してフッ素濃度およびカルシウムイオン濃度が低められた処理水を生成する。また、バッファ室２２０は、原水中のフッ素イオンが酸濃縮室２３０から直接陽極室２１０に流入しないように遮断する。さらに、酸濃縮室２３０は、脱塩室２４０から移動した原水中のフッ素イオンを濃縮してフッ素イオン濃度が高められた（第１の）濃縮水を生成する。また、アルカリ濃縮室２３１は、脱塩室２４０から移動した原水中のカルシウムイオンを濃縮してカルシウムイオン濃度が高められた（第２の）濃縮水を生成する。酸供給室２６０は、排水中のカルシウムイオンとは反対の極性を有するイオンをアルカリ濃縮室２３１に供給する。
【０１１５】
図１０は、図９の電気透析槽２０１を示す模式図である。図１０に示すように、陽極室２１０とバッファ室２２０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１１で仕切られ、バッファ室２２０と酸濃縮室２３０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１２で仕切られている。酸濃縮室２３０と脱塩室２４０とは、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１１で仕切られ、脱塩室２４０とアルカリ濃縮室２３１とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１３で仕切られている。アルカリ濃縮室２３１と酸供給室２６０との間は、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１２で仕切られ、酸供給室２６０と複極室２６１との間は、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１３で仕切られている。なお、図１０において、イオン交換膜の両側に位置するパッキンの図示は省略してある。
【０１１６】
陽極室２１０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１１が充填されている。バッファ室２２０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１２、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１３が充填されている。
【０１１７】
酸濃縮室２３０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１４、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１２、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１１が充填されている。脱塩室２４０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１２、イオン交換体の一種であるアニオン交換スペーサＡＳ１１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１５が充填されている。
【０１１８】
アルカリ濃縮室２３１には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１６、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１３、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１３が充填されている。酸供給室２６０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１４、イオン交換体の一種であるアニオン交換スペーサＡＳ１２、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１５が充填されている。
【０１１９】
複極室２６１には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１６およびカチオン交換不織布ＣＦ１１が充填されている。複極室２６１の電極２０４から陰極室２５０の陰極２０３までの構造は、上述したカチオン交換不織布ＣＦ１１からアニオン交換不織布ＡＦ１６までの構造と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【０１２０】
極液タンク２７１からは極液としての純水が陽極室２１０、複極室２６１、および陰極室２５０に供給されるようになっている。陽極室２１０、複極室２６１、および陰極室２５０から出た流出水は、極液を補給するために極液タンク２７１に循環するようになっている。
【０１２１】
また、バッファ水タンク２７３からはバッファ水がバッファ室２２０に供給されるようになっている。バッファ室２２０から出た流出水は、バッファ水タンク２７３と原水タンク２８４とに供給されるようになっている。なお、陽極室２１０、複極室２６１、および陰極室２５０から出た流出水の一部は、このバッファ室２２０から出た流出水と混合される。
【０１２２】
また、酸濃縮水タンク２７５からは酸濃縮水が酸濃縮室２３０に供給されるようになっている。酸濃縮室２３０から出た流出水は、濃縮水として取り出されるほか、一部は酸濃縮水タンク２７５に供給されるようになっている。また、アルカリ濃縮水タンク２７７からはアルカリ濃縮水がアルカリ濃縮室２３１に供給されるようになっている。アルカリ濃縮室２３１から出た流出水は、アルカリ濃縮水タンク２７７に供給されるようになっている。
【０１２３】
原水タンク２８４からは原水が脱塩室２４０に供給されるようになっている。脱塩室２４０から出た流出水は処理水として取り出される。
【０１２４】
複極室２６１の陰極室２５０側に隣接するバッファ室２２０から複極室２６１にフッ素が流入することが懸念されるため、本実施形態では、複極室２６１には、陽極室２１０と同様に純水が供給される。また、複極室２６１を出た流出水についても、陽極室２１０を出た流出水と同様にバッファ水タンク２７３の補給水として用いられる。
【０１２５】
このような構成により、酸と金属イオンとを個別に濃縮することが可能となる。また、金属イオンは、酸供給室２６０から電気泳動により供給される鉱酸由来の陰イオンと溶解性の塩を形成することにより、金属水酸化物などが析出することが防止される。例えば、鉱酸として塩酸を用いる場合は、原水中に含まれるカルシウムイオンを溶解度が高い塩化カルシウムとして濃縮させることが可能となる。
【０１２６】
図１１は本発明の第７の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図、図１２は図１１の電気透析槽３０１を示す模式図である。この電気透析槽３０１は、上述した第６の実施形態の電気透析槽におけるアルカリ濃縮室２３１の陰極２０３側に設けられた酸供給室２６０を省略したものである。このような構成は、アンモニウムイオンなどアルカリ性でも析出しない陽イオン（カチオン）を濃縮する場合に用いることができる。
【０１２７】
図１３は、本発明の第８の実施形態における電気透析装置の電気透析槽４０１を示す模式図である。図１３に示すように、この電気透析槽４０１は、陽極室２１０、バッファ室２２０、酸濃縮室２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室２３１、酸供給室２６０と、陰極室２５０とを備えており、上述した第６の実施形態の電気透析槽２０１において、複極室２６１をなくしてそれぞれの室を１つだけにしたものである。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【０１２８】
上述した各実施形態において、電気透析装置は、定電流運転または定電圧運転を行うことが好ましく、電流密度は１０Ａ／ｄｍ２以下、特に３Ａ／ｄｍ２以下にすることが好ましい。脱塩室および濃縮室の厚みは１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜４ｍｍとする。イオン交換体として、不織布状またはスペーサ状などのシート状のものを用いる場合、各室の充填枚数および種類は任意に設定することができる。好ましくは、陽極室のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満、バッファ室のフッ素濃度が１０ｍｇ／Ｌ未満となるように各室に液を供給する。
【０１２９】
電極の材料としては、白金、タンタル、ニオブ、ダイヤモンド、ＳＵＳなどを用いることができる。また、チタン、ニッケル、モネル、ハステロイ、インコネルなどの基材に、白金、金、酸化イリジウムなどをめっきしたものを電極として用いることができる。
【０１３０】
電極の形状は、平板状でもよく、あるいは通水性および通ガス性を有するラス網状などでもよい。濃縮水中のイオン濃度には特に制限はないが、カチオンまたはアニオンの濃度が１００〜１００，０００ｍｇ／Ｌの範囲内にあることが好ましい。原水の濃度には特に制限はないが、カチオンまたはアニオンの濃度が５〜５００ｍｇ／Ｌの範囲内にあることが好ましい。この場合に得られる処理水の濃度は、電流値などの運転条件を設定することにより所望の値に調整することができる。例えば、カチオンまたはアニオンの濃度が０．０１〜１０ｍｇ／Ｌの範囲内にある処理水が得られる。
【０１３１】
陽極室、陰極室、複極室に供給する純水としては特に制約がなく、当業者が通常用いている純水製造方法により製造される純水がすべて使用可能である。例えばＲＯ（逆浸透膜）、イオン交換法、蒸留法、電気式脱塩法等の公知の技術またはその組み合わせにより製造した純水またはその純水の純度をさらに高めた超純水を使用することができる。なお、陽極室へ供給する純水の量は、陽極室中のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満となるように設定するのが最も好ましい。
【０１３２】
上述した電気透析装置の陽極室、陰極室、複極室、バッファ室、脱塩室、濃縮室の中に充填するイオン交換体としては、高分子繊維基材にイオン交換基をグラフト重合法によって導入したものを用いることが好ましい。高分子繊維よりなるグラフト化基材は、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの一種の単繊維であってもよく、また、軸芯と鞘部とが異なる高分子によって構成される複合繊維であってもよい。用いることのできる複合繊維の例としては、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンを鞘成分とし、鞘成分として用いたもの以外の高分子、例えばポリプロピレンを芯成分とした芯鞘構造の複合繊維が挙げられる。かかる複合繊維材料に、イオン交換基を、放射線グラフト重合法を利用して導入したものが、イオン交換能力に優れ、均一な厚みに製造できるので、上述した目的で用いられるイオン交換繊維材料として好ましい。イオン交換繊維材料の形態としては、織布や不織布などを挙げることができる。
【０１３３】
また、斜交網等のスペーサ部材の形態のイオン交換体としては、ポリオレフィン系高分子製樹脂、例えば、電気透析槽において広く使用されているポリエチレン製の斜交網（ネット）を基材として、これに、放射線グラフト重合法を用いてイオン交換機能を付与したものが、イオン交換能力に優れ、被処理水の分散性に優れているので好ましい。
【０１３４】
なお、放射線グラフト重合法とは、高分子基材に放射線を照射してラジカルを形成させ、これにモノマーを反応させることによってモノマーを基材中に導入するという技法である。放射線グラフト重合法に用いることができる放射線としては、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等を挙げることができるが、ガンマ線や電子線を用いることが好ましい。放射線グラフト重合法には、グラフト基材に予め放射線を照射した後、グラフトモノマーと接触させて反応させる前照射グラフト重合法と、基材とモノマーの共存下に放射線を照射する同時照射グラフト重合法とがあるが、いずれの方法も用いることができる。
【０１３５】
また、モノマーと基材との接触方法により、モノマー溶液に基材を浸漬させたまま重合を行う液相グラフト重合法、モノマーの蒸気に基材を接触させて重合を行う気相グラフト重合法、基材をモノマー溶液に浸漬した後モノマー溶液から取り出して気相中で反応を行わせる含浸気相グラフト重合法などを挙げることができるが、いずれの方法も用いることができる。
【０１３６】
不織布などの繊維基材やスペーサ基材に導入するイオン交換基としては、特に限定されることなく種々のカチオン交換基またはアニオン交換基等を用いることができる。例えば、カチオン交換基としては、スルホン基などの強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カチオン交換基、カルボキシル基などの弱酸性カチオン交換基、アニオン交換基としては、第１級〜第３級アミノ基などの弱塩基性アニオン交換基、第４アンモニウム基などの強塩基性アニオン交換基を用いることができる。あるいは、上記カチオン交換基およびアニオン交換基の両方を併有するイオン交換体を用いることもできる。
【０１３７】
また、官能基として、イミノジ酢酸およびそのナトリウム塩から誘導される官能基、各種アミノ酸、例えば、フェニルアラニン、リジン、ロイシン、バリンおよびプロリン並びにそのナトリウム塩から誘導される官能基、イミノジエタノールから誘導される官能基などを有するイオン交換体を用いてもよい。
【０１３８】
上述した目的で用いることのできるイオン交換基を有するモノマーとしては、アクリル酸（ＡＡｃ）、メタクリル酸、スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＳＳ）、メタリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド（ＶＢＴＡＣ）、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドなどを挙げることができる。
【０１３９】
例えば、スチレンスルホン酸ナトリウムをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強酸性カチオン交換基であるスルホン基を導入することができ、また、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強塩基性アニオン交換基である第４級アンモニウム基を導入することができる。
【０１４０】
また、イオン交換基に転換可能な基を有するモノマーとしては、アクリロニトリル、アクロレイン、ビニルピリジン、スチレン、クロロメチルスチレン、メタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）などが挙げられる。例えば、メタクリル酸グリシジルを放射線グラフト重合によって基材に導入し、次に亜硫酸ナトリウムなどのスルホン化剤を反応させることによって強酸性カチオン交換基であるスルホン基を基材に導入したり、またはクロロメチルスチレンをグラフト重合した後に、基材をトリメチルアミン水溶液に浸漬して４級アンモニウム化を行うことによって、強塩基性アニオン交換基である第４級アンモニウム基を基材に導入することができる。
【０１４１】
また、基材にクロロメチルスチレンをグラフト重合した後、スルフィドを反応させてスルホニウム塩とした後、イミノジ酢酸ナトリウムを反応させることによって、官能基としてイミノジ酢酸ナトリウム基を基材に導入することができる。あるいは、まず基材にクロロメチルスチレンをグラフト重合した後、クロロ基をヨウ素で置換し、次にイミノジ酢酸ジエチルエステルを反応させてヨウ素をイミノジ酢酸ジエチルエステル基で置換し、次に水酸化ナトリウムを反応させてエステル基をナトリウム塩に変換することによって、官能基としてイミノジ酢酸ナトリウム基を基材に導入することができる。
【０１４２】
上述の各種の形態のイオン交換体の中では、不織布または織布などの形態のイオン交換繊維材料が特に好ましい。織布や不織布などの繊維材料は、樹脂ビーズや斜交網などの形態の材料と比較して表面積が極めて大きいのでイオン交換基の導入量が大きく、また、樹脂ビーズのようにビーズ内部のミクロポアまたはマクロポア内にイオン交換基が存在するということはなく、すべてのイオン交換基が繊維の表面上に配置されるので、処理水中の金属イオンが容易にイオン交換基の近傍に拡散され、イオン交換によって吸着される。従って、イオン交換繊維材料を用いると、金属イオンの除去・回収効率をより向上させることができる。
【０１４３】
なお、上記のイオン交換繊維材料など以外でも、公知のイオン交換体樹脂ビーズを用いることもできる。例えば、ポリスチレンをジビニルベンゼンで架橋したビーズなどを基材樹脂として用い、これを硫酸やクロロスルホン酸のようなスルホン化剤で処理してスルホン化を行って基材にスルホン基を導入することにより、上述した各実施形態で使用可能な強酸性カチオン交換樹脂ビーズを得ることができる。
【０１４４】
このような製造方法は周知であり、またこのような手法によって製造されたカチオン交換樹脂ビーズとしては、種々の商品名で市販されているものを挙げることができる。また、官能基としてイミノジ酢酸およびそのナトリウム塩から誘導される官能基、各種アミノ酸、例えば、フェニルアラニン、リジン、ロイシン、バリンおよびプロリン並びにそのナトリウム塩から誘導される官能基、イミノジエタノールから誘導される官能基などを有する樹脂ビーズを用いてもよい。
【０１４５】
上述した実施形態における電気透析装置により、少なくともアンモニウムイオンとフッ素を含有する排水を処理すれば、排水からアンモニウムイオンおよびフッ素を除去してアンモニウムイオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水とアンモニウムイオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成することができる。あるいは、上述した各実施形態における電気透析装置により、少なくとも金属水酸化物スラッジを形成する金属イオンとフッ素を含有する排水を処理すれば、排水から前記金属イオンおよびフッ素を除去して金属イオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水と金属イオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成することができる。
【０１４６】
過酸化水素とフッ素を含む排水の場合には、排水を過酸化水素分解処理した後、電気透析装置に供給してもよい。また、排水のフッ素濃度は１ｍｇ／Ｌを超え１０，０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、処理水のフッ素濃度は１ｍｇ／Ｌ未満であることが好ましい。
【０１４７】
また、上述した電気透析装置は、フッ素再資源化装置と組み合わせてフッ素処理システムを構成することができる。例えば、図１４に示すように、フッ素含有排水を上述した電気透析装置で処理し、電気透析装置で得られたフッ素濃縮水をフッ素再資源化装置５００に供給して、排水中のフッ素をフッ化カルシウム（ＣａＦ２）の結晶として回収することができる。
【０１４８】
上述した電気透析装置の運転方法または制御方法としては、以下のような方法がある。まず、本発明に係る電気透析装置より得られる処理水、フッ素濃縮水、または原水のフッ素濃度を測定するフッ素濃度測定手段（例えば、導電率を測定する導電率計やイオン電極法によりフッ素濃度を測定するフッ素濃度計）を設けることで、処理性能をモニタリングすることが可能となる。また、原水ラインおよび／または処理水ラインに流量計を設けることで、フッ素負荷のモニタリングが可能となる。
【０１４９】
また、処理水のフッ素濃度を制御するフッ素濃度制御手段を設けることが好ましく、このフッ素濃度制御手段としては、原水、処理水または濃縮水のフッ素濃度、フッ素負荷または処理性能のモニタリング値により電気透析装置への通電量を自動的に調整したり、流量調整バルブにより原水の流量を自動的に調整したりするものがよい。これにより、処理水のフッ素濃度の自動制御が可能となる。また、処理水のフッ素濃度が所定の値より高い場合にのみ、自動的にイオン交換樹脂層に通水する構成としてもよい。この場合には、処理水質の安定性をより高めることが可能となる。また、フッ素濃縮水の濃度が所定値未満に低下していることまたは処理水の濃度が所定値以上に高まっていることをフッ素濃度測定手段により検知してもよい。これにより、電気透析槽内部の破損、例えばイオン交換膜の破れなどをエラー信号として出力することが可能となる。
【０１５０】
また、フッ素濃縮水の二次的処理手段（例えば、フッ素再資源化装置（ＣａＦ２晶析装置、フッ素を炭酸カルシウムと反応させてフッ素を回収するＣａＦ２置換装置）、凝集沈殿装置、減圧蒸留装置）の種類にかかわらず、フッ素濃縮水のフッ素濃度を安定した濃度として供給することで、これらの二次的処理を行う装置の性能を安定したものとすることができる。
【０１５１】
フッ素濃縮水のフッ素濃度を制御する手段としては、フッ素濃縮水が流れるラインに取り付けた導電率計やフッ素濃度計などのフッ素濃度測定手段の測定値に基づいて、フッ素濃縮水のラインや濃縮水タンクからのフッ素濃縮水引き抜き水量（二次的処理を行う装置へのフッ素濃縮水の送水量）またはフッ素濃縮水のラインや濃縮水タンクへの補給水量を調整するのがよい。また、電気透析装置における通電量や原水の流量を自動的に調整するものでもよい。
【０１５２】
ここで、フッ素濃縮水の二次的処理を行う装置の運転条件を適性とするためには、例えば、以下に示すような構成が考えられる。例えば、図１５に示すように、本発明に係る電気透析装置をフッ素再資源化装置としてのＣａＦ２置換装置５０１と組み合わせて、排水中のフッ素をＣａＦ２結晶として回収するフッ素処理システムを構成することができる。上述した電気透析装置で得られたフッ素濃縮水のｐＨ値またはα値（酸性度の値）の測定手段を設け、この値が適性となるように酸やアルカリを注入して調整するｐＨ値またはα値調整手段５０２を設けるのがよい。これにより、ＣａＦ２置換装置５０１で使用する炭酸カルシウム粒の溶解を防止することができる。また、得られるＣａＦ２結晶の純度が高まる。
【０１５３】
特に除害排水中には、フッ酸以外に塩酸、硫酸、硝酸などが混在している場合があり、フッ酸以外の酸は、炭酸カルシウムを溶解させる性質がある。本発明に係る電気透析装置によれば、これらの酸もフッ酸とともに濃縮する場合がある。したがって、例えば、除害装置排水（除害排水）のフッ素濃縮水を対象とした場合においても、上述したｐＨ値またはα値調整手段５０２によりｐＨを高く、あるいは酸性度を低くすることにより炭酸カルシウムの溶解を防止することが可能となる。ＣａＦ２置換装置５０１から排出される残液に含まれるフッ素は、凝集沈澱装置５０４で汚泥として分離除去するのがよい。
【０１５４】
本発明に係る電気透析装置は、処理水のフッ素濃度が排水基準値８ｍｇ−Ｆ／Ｌを下回るように運転条件を設定することが可能であるので、この処理水をさらに凝集沈殿する必要はない。したがって、大規模な凝集沈殿処理施設を必要とせず、放流または水の再利用が可能となる。例えば、図１５に示すように、電気透析装置から排出された処理水を純水製造装置５０５の原水などに再利用することにより、施設の水使用量（水購入量）を減らすことが可能となる。
【０１５５】
また、例えば、図１６に示すように、本発明に係る電気透析装置をフッ素再資源化装置としてのＣａＦ２晶析装置５０６と組み合わせて、排水中のフッ素をＣａＦ２結晶として回収するフッ素処理システムを構成することができる。この場合には、ｐＨ値またはα値調整手段５０２により、フッ素濃縮水を晶析に適したｐＨまたは酸性度に調整することができる。
【０１５６】
さらに、ＣａＦ２晶析装置５０６で添加するカルシウム化合物（例えば塩化カルシウムや水酸化カルシウム）の添加量を調整するカルシウム化合物添加量調整手段５０７を設けて、フッ素濃縮水のフッ素濃度測定手段で得られる測定値に応じてカルシウム化合物の添加量が適性となるように調整することができる。これにより、フッ素濃縮水中のフッ素濃度の変動が生じた場合においても、これに適応したカルシウム化合物の添加量に調整することができ、得られるＣａＦ２結晶の純度および粒径を所望のものにすることが可能となる。ＣａＦ２晶析装置５０６から排出される残液に含まれるフッ素は凝集沈澱装置５０４で汚泥として分離除去するのがよい。
【０１５７】
また、例えば、図１７に示すように、本発明に係る電気透析装置を、フッ素濃縮水の少なくとも一部を含む水を凝集沈澱処理する凝集沈澱処理装置５０８と組み合わせて、フッ素濃縮水中のフッ素をＣａＦ２含有汚泥として分離除去することもできる。この場合には、フッ素含有排水のフッ素濃度が極めて低くて凝集沈澱処理に不適な場合であっても、フッ素の濃度を凝集沈澱処理に適した濃度まで高めることができ、また、フッ素含有排水の水量よりもフッ素濃縮水の水量の方が少ないので、フッ素含有排水をそのまま凝集沈殿処理する場合に比べて、凝集剤の添加量（例えば、１日あたりの使用量）を少なくすることができ、また、小さな規模の処理施設で固液分離することが可能となる。例えば、フッ素含有排水中のフッ素を１０倍濃縮する場合は、凝集沈澱処理装置５０８の処理水量を１０分の１にまで小さくすることが可能となる。
【０１５８】
フッ素含有排水が懸濁物質や粉体などの固体を含む場合は、これらの固体を予め分離することで、このような排水からもフッ素の分離濃縮を行うことが可能となる。このような排水の例としては除害排水がある。除害装置では、ＰＦＣガスの他にシリカ含有ガスも導入されるため、除害装置によるガス分解処理後にシリカ粉末が大量に発生し、これが排水に混入する。除害装置としては、燃焼式、加熱式など稼動時に排水を発生するものが挙げられる。
【０１５９】
このような除害装置を用いる場合には、例えば、図１８に示すように、沈降分離槽５５０などの固液分離手段を介してフッ素含有排水を電気透析装置に導入するフッ素処理システムが好適である。図１８では、排水に含まれる固体を沈降させて、汚泥層５５２として分離している。また、上澄水５５４を電気透析装置に導入している。この場合において、上澄水５５４には浮遊性の固体が微量に含まれている場合があるため、更に保安フィルターを介して電気透析装置に導入するのがよい。また、排水に有機物が含まれることが懸念される場合は、電気透析装置内のイオン交換膜の有機物による汚染を回避するために、さらに活性炭処理層を介して電気透析装置に導入するのがよい。
【０１６０】
固液分離手段としては、公知のあらゆる手段、例えば沈降分離槽５５０の他に、公知の膜（フィルター）分離手段や遠心分離手段などを用いることができる。排水に含まれる固形物量が大量の場合には、固液分離手段として沈降分離槽５５０を用いるのが好ましい。なお、図１８では、汚泥５５２の後段への流出防止および水流の迂回を目的として、複数の仕切板５５６が設置されている。なお、除害装置内部にも、粗大粒子の固形物を分離するための手段、例えば固液分離槽やフィルターが設けられている場合があるが、前記固液分離手段は、この後段側に別に設けるのが望ましい。
【０１６１】
電気透析装置の処理水は、フッ素濃度が十分に低減されているため、除害装置５５８の供給水として循環させることができ、水使用量の削減をすることも可能となる。また、電気透析装置の処理水の一部を排水することで、系内への微量物質の蓄積防止も可能となる。
【０１６２】
フッ素含有排水が界面活性剤などの有機物を含む場合は、これらの有機物を予め分離することで、このような排水からもフッ素の分離濃縮を行うことが可能となる。このような排水の例としては、界面活性剤を含むフッ酸またはバッファードフッ酸（ＮＨ４Ｆ）に由来する排水、および微量な有機物を含有する工業用水が給水される除害装置からの排水が挙げられる。
【０１６３】
このような場合においても、例えば、図１９に示すように、活性炭吸着層５６０などの有機物分離手段を介してフッ素含有排水を電気透析装置に導入するフッ素処理システムが好適である。有機物分離手段としては、活性炭吸着層の他に、公知の有機物分離手段、例えば膜分離手段などを用いることができる。また、公知の有機物分解手段なども用いることができることはいうまでもない。
【０１６４】
また、図２０に示すように、本発明に係る電気透析装置で得られるフッ素濃縮水をさらに減圧蒸留装置５６２などの水蒸発手段でフッ素濃度を高めることも可能である。この場合は、フッ素濃縮水濃度が１０００〜１００００ｍｇ／Ｌの場合においてもフッ素濃度が１〜１０％以上にまでさらに容易に高めることができるので、鉄鋼業界におけるステンレス酸洗用途に用いることができるなど、再利用の用途が拡大する。
【実施例１】
【０１６５】
図１に示す電気透析装置を用いて、フッ素含有排水（６０ｍｇ−Ｆ／Ｌ）を対象としたフッ素濃縮試験を行った。電気透析装置の仕様は以下の通りである。
・透析面積：６ｄｍ２
・カチオン交換膜：アストム社製ネオセプタＣＭＢ
・アニオン交換膜：アストム社製ネオセプタＡＨＡ
・カチオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・カチオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・陽極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
・陰極：ＳＵＳ３０４、ラス網形状
【０１６６】
また、電気透析装置の運転条件は以下の通りである。
・電流密度：１Ａ／ｄｍ２
・原水の流量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
・陽極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・陰極液の循環水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水の循環水量：２５０ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水タンクへのバッファ水補給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水の循環水量：２５０ｍｌ／ｍｉｎ
【０１６７】
この結果、濃縮室内のフッ素濃度は１２００ｍｇ−Ｆ／Ｌと高いものの、バッファ室の濃度は５〜１０ｍｇ−Ｆ／Ｌ、陽極室の濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、陽極室のフッ素濃度は極めて低い値に維持された。陽極の腐食も認められなかった。陰極室のフッ素濃度も１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、極めて低濃度であった。陰極の腐食も認められなかった。なお、極間電圧は約１０Ｖであった。
【実施例２】
【０１６８】
図３から図５に示す電気透析装置を用いて、フッ素含有排水（６０ｍｇ−Ｆ／Ｌ）を対象としたフッ素濃縮試験を行った。電気透析装置の仕様は以下の通りである。
・透析面積：６ｄｍ２
・カチオン交換膜：アストム社製ネオセプタＣＭＢ
・アニオン交換膜：アストム社製ネオセプタＡＨＡ
・カチオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・カチオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・陽極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
・陰極：ＳＵＳ３０４、ラス網形状
【０１６９】
また、電気透析装置の運転条件は以下の通りである。
・電流密度：１Ａ／ｄｍ２
・原水の流量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
・陽極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・陰極液の循環水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水の循環水量：２５０ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水タンクへのバッファ水補給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水の循環水量：２５０ｍｌ／ｍｉｎ
【０１７０】
これら場合においても、濃縮室内のフッ素濃度は約１２００ｍｇ−Ｆ／Ｌと高いものの、バッファ室の濃度は５〜１０ｍｇ−Ｆ／Ｌ、陽極室の濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、陽極室のフッ素濃度は極めて低い値に維持された。陰極室のフッ素濃度は、いずれの電気透析装置においても１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満となり、極めて低濃度であった。陽極の腐食も認められず、陰極の腐食も認められなかった。
【実施例３】
【０１７１】
図９に示す電気透析装置を用いて、カルシウムイオンを１０ｍｇ／Ｌ、有機物３ｍｇ／Ｌ（全有機炭素として）含む除害排水（６０ｍｇ−Ｆ／Ｌ）を対象としたフッ素濃縮試験を行った。除害装置は、シリカ含有ガスおよびＰＦＣガスを燃焼処理により除害する構成のものであった。本実施例における除害排水は、沈降分離槽により除害排水に含まれる固体を沈降分離した後の上澄水を用いた。なお、この実験では、カルシウムイオンを塩酸塩としてフッ酸とは別の室（アルカリ濃縮室）に濃縮する構成としている。また、電気透析セル２組を１組の押え板の間にまとめた構造であり、境界には複極室が設けられている。複極室には陽極室と同様に純水が供給されており、複極室からの流出水はバッファ水として用いている。バッファ室からの流出水の一部は原水と混合されている。電気透析装置の仕様は以下の通りである。
・透析面積：６ｄｍ２
・カチオン交換膜：アストム社製ネオセプタＣＭＢ
・アニオン交換膜：アストム社製ネオセプタＡＨＡ
・カチオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・カチオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・陽極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
・陰極：ＳＵＳ３０４、ラス網形状
・複極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
・カートリッジフィルタ：孔径５μｍ
・活性炭：粒状活性炭充填層
【０１７２】
また、電気透析装置の運転条件は以下の通りである。
・電流密度：１Ａ／ｄｍ２
・原水の流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・陽極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・複極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・陰極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水タンクへの極液補給水量：５０ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水の循環水量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水の補給水量：５０ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水の循環水量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
【０１７３】
これら場合においても、酸濃縮室内のフッ素濃度は約１２００ｍｇ−Ｆ／Ｌと高いものの、バッファ室の濃度は５〜１０ｍｇ−Ｆ／Ｌと低かった。また、陽極室および複極室の濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、陽極室および複極室のフッ素濃度は極めて低い値に維持された。また、陰極室のフッ素濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、極めて低濃度であった。陽極および複極室の電極の腐食も認められず、陰極の腐食も認められなかった。
【実施例４】
【０１７４】
図１１に示す電解透析装置を用いて、アンモニウムイオンを４０ｍｇ／Ｌ含むフッ素含有排水（６０ｍｇ−Ｆ／Ｌ）を対象としたフッ素濃縮試験を行った。なお、この実験では、アンモニウムイオンをフッ酸とは別の室（アルカリ濃縮室）に濃縮する構成としている。また、電気透析セル２組を１組の押え板の間にまとめた構造であり、境界には複極室が設けられている。複極室には陽極室と同様に純水が供給されており、複極室からの流出水はバッファ水として用いている。バッファ室からの流出水の一部は酸濃縮タンクに供給されている。電気透析装置の仕様は以下の通りである。
・透析面積：６ｄｍ２
・カチオン交換膜：アストム社製ネオセプタＣＭＢ
・アニオン交換膜：アストム社製ネオセプタＡＨＡ
・カチオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・カチオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・陽極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
・陰極：ＳＵＳ３０４、ラス網形状
・複極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
【０１７５】
また、電気透析装置の運転条件は以下の通りである。
・電流密度：１Ａ／ｄｍ２
・原水の流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・陽極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・複極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・陰極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水タンクへの極液補給水量：５０ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水の循環水量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
・酸濃縮タンクへのバッファ水補給水量：５０ｍｌ／ｍｉｎ
・酸またはアルカリ濃縮水の循環水量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
【０１７６】
酸濃縮室にはフッ酸としてフッ素イオンが濃縮され、フッ素濃度は約１２００ｍｇ−Ｆ／Ｌと高いものの、バッファ室の濃度は５〜１０ｍｇ−Ｆ／Ｌと低かった。また、陽極室および複極室の濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、陽極室および複極室のフッ素濃度は極めて低い値に維持された。また、陰極室のフッ素濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、極めて低濃度であった。アルカリ濃縮室には、アンモニア水としてアンモニウムイオンが約１０００ｍｇ／Ｌの濃度で濃縮された。アンモニウムイオンとフッ素イオンは個別に濃縮可能であった。陽極および複極室の電極の腐食も認められず、陰極の腐食も認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】本発明の第１の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の電気透析槽を示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第４の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図６】図５の電気透析槽を示す模式図である。
【図７】本発明の第５の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図８】図７の電気透析槽を示す模式図である。
【図９】本発明の第６の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図１０】図９の電気透析槽を示す模式図である。
【図１１】本発明の第７の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図１２】図１１の電気透析槽を示す模式図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態における電気透析装置の電気透析槽を示す模式図である。
【図１４】本発明に係る電気透析装置とフッ素再資源化装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図１５】本発明に係る電気透析装置とＣａＦ２置換装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図１６】本発明に係る電気透析装置とＣａＦ２晶析装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図１７】本発明に係る電気透析装置と凝集沈澱装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図１８】本発明に係る電気透析装置と除害装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図１９】本発明に係る電気透析装置と活性炭吸着層とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図２０】本発明に係る電気透析装置と減圧蒸留装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１７８】
１，１０１ａ，１０１ｂ，２０１，３０１，４０１ 電気透析槽
２ 陽極
３ 陰極
１０，２１０ 陽極室
２０，２２０ バッファ室
２１，３０，３１ 濃縮室
４０，２４０ 脱塩室
５０，２５０ 陰極室
７０，７２，７４，２７０，２７２，２７４，２７６，２７８，２８０，２８７ ポンプ
７１，２７１ 極液タンク
７３，２７３ バッファ水タンク
７５ 濃縮水タンク
２３０ 酸濃縮室
２３１ アルカリ濃縮室
２６０ 酸供給室
２６１ 複極室
２７５ 酸濃縮水タンク
２７７ アルカリ濃縮水タンク
２７９ 酸供給水タンク
２８１ 酸原液タンク
２８２ ｐＨモニタ
２８４ 原水タンク
２８５ 活性炭
２８６ カートリッジフィルタ
５００ フッ素再資源化装置
５０１ ＣａＦ２置換装置
５０２ ｐＨ値またはα値調整手段
５０４，５０８ 凝集沈澱装置
５０５ 純水製造装置
５０６ ＣａＦ２晶析装置
５０７ カルシウム化合物添加量調整手段
５５０ 沈降分離槽
５５２ 汚泥層
５５４ 上澄水
５５６ 仕切板
５５８ 除害装置
５６０ 活性炭吸着層
５６２ 減圧蒸留装置
ＡＦ１〜ＡＦ４，ＡＦ１１〜ＡＦ１６ アニオン交換不織布
ＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ１１〜ＡＭ１３ アニオン交換膜
ＡＳ１，ＡＳ１１，ＡＳ１２ アニオン交換スペーサ
ＣＦ１〜ＣＦ６，ＣＦ１１〜ＣＦ１６ カチオン交換不織布
ＣＭ１〜ＣＭ３，ＣＭ１１〜ＣＭ１３ カチオン交換膜
ＣＳ１〜ＣＳ３，ＣＳ１１〜ＣＳ１３ カチオン交換スペーサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気透析装置に係り、特にフッ素を含む液体、例えば、（１）半導体製造、液晶製造または電子部品製造に関する装置からの排水または該排水を前処理した排水、（２）半導体製造、液晶製造または電子部品製造に用いられたＰＦＣガスを除害装置で分解して生成したガスを、水またはアルカリ水で洗浄することにより発生する排水または該排水を前処理した排水、（３）フロン類破壊業者におけるフロン類破壊施設でフロンを分解して生成したガスを、水またはアルカリ水で洗浄することにより発生する排水または該排水を前処理した排水、（４）水溶液中のフッ素をフッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収するフッ素再資源化装置の処理水である排水または該排水を前処理した排水などを処理対象とする電気透析装置に関するものである。また、本発明は、かかる電気透析装置を用いた排水処理方法に関するものである。さらに、本発明は、かかる電気透析装置を用いてフッ素を処理するフッ素処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種工程から副生成物または廃棄物として排出される排水中に含まれる中性塩、廃酸、廃アルカリによる環境負荷を小さくし、かつ副生成物または廃棄物中の有用成分を回収して再利用できる技術を開発することは種々のプラントにおける大きな課題である。また、排水中から環境に負荷を与える物質を除去した際に得られる処理水がプラント内で再利用可能となればさらに望ましいことはいうまでもない。
【０００３】
例えば、半導体、液晶または電子部品の製造工程からは、数十から数百ｍｇ−Ｆ／Ｌの希薄なフッ素含有排水が大量に発生してくる。この希薄フッ素含有排水は、これまでは水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）を用いる凝集沈殿法により処理されてきた。しかしながら、この凝集沈殿法によれば、取り扱い性の悪い汚泥が大量に発生するという問題があった。このフッ素に由来する汚泥発生量は、排水の水量とともに増加するため、希薄なフッ素含有排水の減容化が検討されてきたが、効率的に濃縮する技術はこれまでなかった。発生した汚泥はフッ素が再利用されることなく埋設処分され、処理水もＣａを多量に含んでいるため再利用が困難であり外部に放流されるのが通常であった。
【０００４】
排ガス洗浄装置の洗浄用水として工業用水または市水を用いることが安価であり多用されているため、特にＰＦＣガスを除害装置で分解して生成したガスを水洗浄する際に発生する排水には、工業用水や市水にもともと含まれていたＣａが含まれている。Ｃａはフッ素と反応して難溶性のフッ化カルシウム（ＣａＦ２）を形成して沈降したり、あるいはアルカリ性の水溶液中では水酸化物を形成して沈殿したりしやすい。このため、上記排水中に含まれるフッ素を分離したり濃縮したりすることは困難であった。
【０００５】
水溶液の濃縮操作に用いられる通常の水処理技術をフッ素含有排水の処理に適用しようとすると、種々の問題があることが知られている。例えば、フッ素含有排水をＲＯ膜処理で濃縮しようとした場合、フッ化水素酸（ＨＦ）は膜透過性が高いため膜透過水側にリークするＨＦが多く、効率的に濃縮できないとともに処理水中のフッ素濃度が高いという問題がある。
【０００６】
また、蒸発濃縮法は、１０，０００ｍｇ／Ｌ程度以上の濃厚な排水をさらに濃縮しようとする際には有効な方法であるが、希薄排水に適用しようとしても、水蒸発に関わるエネルギー消費が大きくなるため適用しにくいという問題がある。また、蒸留水中にもフッ素イオンがキャリーオーバーするため蒸留水のフッ素濃度が高く、そのままでは再利用しにくいという欠点もある。
【０００７】
これらの方法に対して、電気透析法は、イオン濃度が１，０００ｍｇ／Ｌから１０，０００ｍｇ／Ｌ程度の濃度の排水を濃縮または脱塩するには優れた方法であり、かん水から飲料水の製造、酸の回収、塩類の濃縮技術として実用化されている。しかしながら、電気透析法は、高度な脱塩はできないため処理水中にイオンが多く残存するので、排水処理に適用しようとすると、処理水の二次処理が必要となる場合がある。
【０００８】
また、金属水酸化物を形成する金属イオンを含有する酸排水の処理に電気透析法を適用する場合には、電気透析槽内で金属水酸化物が生成しないよう対策をとる必要があった。また、フッ素を含有する排水の処理に適用しようとすると、電気透析槽の電極がフッ素で腐食してしまうという問題がある。
【０００９】
また、フッ素イオンは、人の健康に係わる被害を生じるおそれがある有害な物質として排水規制の対象物質であり、日本では、海域以外の公共用水域に排出されるもので８ｍｇ／Ｌ以下、海域に排出されるもので１５ｍｇ／Ｌ以下が一律排水基準として定められている。また、人の健康の保護を目的とした環境基準では０．８ｍｇ／Ｌが定められており、フッ素含有排水を処理した処理水中のフッ素濃度は一律排水基準を満たすだけでなく、可能な限り環境基準に近づけることが望まれている。
【００１０】
ところが、フッ素含有排水の処理において凝集沈殿法を用いた場合に、処理水中のフッ素濃度を環境基準に近づけようとすると、凝集沈殿に必要な薬品の使用量が急激に増加し、汚泥の発生量が著しく増加するという問題がある。
【００１１】
また、フッ素含有排水からフッ素を除去して純水製造用の原水等として再利用を図る場合は、フッ素濃度が低減されているのが望ましく、好ましくは１ｍｇ／Ｌ以下にまで低減されているのが望ましい。これは、フッ素濃度が１ｍｇ／Ｌを超えている場合には、例えば地下水や水道水などのＣａ含有水と混合して純水製造用原水とした場合には、純水製造の過程での不純物の分離・濃縮操作でフッ化カルシウムが生成して純水製造装置を閉塞させてしまうおそれがあるからである。
【００１２】
電気透析技術を用いてフッ素含有排水等を処理する従来技術としては、以下に示すようなものがある。
【００１３】
特許文献１には、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を使用する電気透析槽の中でフッ素イオン（Ｆ−）およびカルシウムイオン（Ｃａ２＋）を含有する電解質水溶液を脱塩濃縮する電気透析処理方法が開示されている。この方法では、脱塩室と濃縮室を交互に配置した電気透析槽を用いて限界電流密度の１／２以下の電流密度で運転し、他の陰イオンと比べて陰イオン交換膜中を移動しにくいフッ素イオンを脱塩室に残存させて、濃縮室でのＣａＦ２スケール析出を抑えることにより脱塩処理する。
【００１４】
特許文献２には、フッ素イオンを含む少なくとも２種の異種陰イオンと少なくとも２種の塩とを含む混合塩の水溶液（ステンレス鋼酸洗い廃液）から公知のバイポーラ膜を用いた３室法による電気透析式水解離装置を用いて混合酸を回収する方法が開示されている。この方法では、重金属イオンを含む廃液をあらかじめアルカリ溶液（好ましくはＫＯＨ）を加えて沈殿させ、得られた懸濁液はろ過ユニットを通すことにより沈殿をろ過することにより、可溶性混合塩の溶液を形成させ、その可溶性混合塩の溶液を電気透析式水解離装置の脱塩室に供給することにより、混合酸を回収する。
【００１５】
特許文献３には、金属イオン含有の硝フッ酸廃液の再生処理方法が開示されている。この方法では、金属イオンを含有する硝フッ酸廃液に電気透析操作における硝酸の回収効率を高めるためにフッ酸を添加してＦ−／ＮＯ３−モル比を高めた廃液とした後、酸回収用イオン交換膜電気透析槽を用いて透析脱酸処理（硝酸を回収）する。次に、処理水中に含まれる金属イオンはアルカリを加えて水酸化物として沈殿させて除去する。そして、バイポーラ膜と陰イオン交換膜陽イオン交換膜を組合せてなるイオン交換膜電気透析装置により硝フッ酸とアルカリとに分離して回収する。
【００１６】
特許文献４には、金属イオンおよび油類を含有するアルカリ性のフッ化物廃液の処理方法が開示されている。この方法では、金属イオンおよび油類を含有するアルカリ性のフッ化物廃液をフッ酸の添加により中和処理し、油類の除去処理をした後、キレート樹脂による金属イオンの吸着除去処理をし、ついでバイポーラ膜と陰イオン交換膜陽イオン交換膜を組合せてなるイオン交換膜電気透析装置により、アルカリとフッ酸とに分離して再生回収する。
【００１７】
特許文献５には、フッ素を含む排水の処理方法が開示されている。この方法では、フッ素を含む排水からフッ素吸着剤によってフッ素を除去した処理水を生成するとともに、フッ素吸着剤からフッ素を溶離した液を電気透析してフッ素濃縮水とフッ素希薄水とに分離し、得られたフッ素希薄水から再びフッ素吸着剤によってフッ素を除去した処理水を生成する。
【００１８】
特許文献６には、主に半導体工場から排出されるＢＨＦ溶液等のフッ素およびアンモニア含有の水溶液からフッ素を分離して、得られたフッ素を炭酸カルシウムと反応させてフッ素を回収する方法が開示されている。この方法では、フッ素およびアンモニウム含有排水を、陰イオン交換膜および陽イオン交換膜を交互に並べた電気透析槽を用いて、排水と鉱酸を一室おきに交互に供給することで排水処理を行い、フッ素イオンは炭酸カルシウム粒による処理に適した濃度にまで濃縮した液として回収し、アンモニウムイオンは鉱酸の塩の形で回収し、処理水はフッ素イオンおよびアンモニウムイオンとも５０〜１００ｍｇ／Ｌと樹脂吸着等の二次処理工程に流せる濃度範囲にまで低減させる。
【００１９】
特許文献７には、半導体デバイスの製造工程で発生するフッ酸および鉱酸を含有する希薄な混合酸性排水を電気式脱イオン装置で処理する方法が開示されている。この方法では、鉱酸およびフッ酸を含有する希薄酸性水を弱電解質であるフッ酸が解離するｐＨ値までアルカリを添加し、イオン交換樹脂、イオン交換繊維などのイオン交換体が充填された脱塩室とイオン交換膜を介して仕切られた濃縮室を有する電気式脱イオン装置（ＥＤＩ）で処理することにより、フッ酸が除去された処理水を得る。また、塩類が濃縮された濃縮水を得る。
【００２０】
特許文献８には、半導体製造工場において半導体製造時に発生する廃液の処理を行う廃液処理装置が開示されている。この廃液処理装置では、半導体製造時に発生する廃液を、電気透析装置の廃液室内にイオン交換樹脂を充填した電気透析装置を用いて、廃液中のフッ素をフッ化水素として回収する。また、金属イオンは陰極室に回収する。廃液室から陰イオン交換膜を透過して酸回収室に移動してきたＦ−成分は、陽イオン交換膜によって酸回収室に留まり陽極室に達しくい構造となっている。金属イオン成分は廃液室からカチオン交換膜を介して陰極側極液室へ透過し、陰極側電極に析出した金属は電極の極性を短期間だけ逆極性にすることにより、陰極側電極に析出した金属を再度イオン化させて、陰極側極液タンクへ移動させ、濃縮後水酸化物として沈殿させることにより、金属成分も回収する構成としているものである。
【００２１】
特許文献９には、フッ素含有水を電気脱塩装置で処理する方法が開示されている。この方法は、電気脱塩装置に供給される水のカルシウム濃度とフッ素濃度との濃度積と電気脱塩装置の水回収率の関係を制約することにより、濃縮室におけるフッ化カルシウムスケールの生成を防止するというものである。
【００２２】
特許文献１０は、フッ酸を含む希薄酸性排水の回収・再利用のための電気透析装置が開示されている。この装置では、正負の両電極間に、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜を少なくとも一部交互に配列することによって脱塩室と濃縮室とが形成されており、少なくとも脱塩室と極室にはイオン交換体が充填されている。電極室への供給水として脱塩室からの処理水を使用することにより、電極室にはフッ酸が低減された液が供給されるので、電極を腐食することなく脱塩処理を行うことができる。また、この特許文献１０には、使用された電極液が原水タンクに戻され、被処理水と混合されることが記載されている。
【００２３】
特許文献１１には、有害ガスを無害化する排ガスの処理方法が開示されている。この方法では、フッ化水素を含む酸性ガスを（アルカリ性水溶液の）吸収液と湿式スクラバーで気液接触・分解吸収させ、生成する排液は陰イオン選択透過膜を有する電気透析装置に送って透析処理し、吸収した陰イオンの一部または全部を系外に排出し、得られた（アルカリ性水溶液の）処理液を吸収液として再び湿式スクラバーに送って循環させる。
【００２４】
特許文献１２には、フッ素イオン含有水を電気再生式脱イオン装置で脱イオンして純水を製造する方法が開示されている。この方法では、電気再生式脱塩装置の濃縮水をアニオン交換樹脂で処理してフッ素イオン濃度１ｍｇ／Ｌ以下の水、必要に応じて塩水溶液を加えることにより電気伝導度が１０μＳ／ｃｍ以上の水、あるいは陽極室の入口ｐＨを８以上とする水を調製して、極液として通液することにより電極の腐食を防止する。
【００２５】
特許文献１３には、フッ素イオンなどの腐食性の強いイオンを含む被処理水であっても電極に腐食させることなく、電気脱イオン装置で脱イオン処理する装置が開示されている。この装置では、導電性の基板の表面にホウ素をドープしたＣＶＤダイヤモンド薄膜を成膜した陽極板および陰極板を使用することにより、フッ酸による腐食を防止する。
【００２６】
特許文献１４には、ステンレス鋼の酸洗に用いられた廃液等の金属とフッ素イオンを含有する廃液を処理する方法が開示されている。この方法では、まず金属とフッ素イオンを含有する廃液をアルカリ溶液で中和し、次いでろ過し、フッ素イオン非含有金属水酸化物スラッジとフッ素イオン含有中和液とに分離し、次いでフッ素イオン含有中和液をバイポーラ膜電気透析により酸アルカリ分離してフッ素イオン含有酸溶液とアルカリ溶液に分離し、その後フッ素イオン含有溶液は多段水蒸気精留塔を用いてフッ素イオン濃縮液と希薄酸溶液に分離する。この特許文献１４には、バイポーラ電気透析装置により分離濃縮されたフッ素イオン含有酸溶液のフッ素イオン濃度が例えば２０ｇ／Ｌ（２％）であり、さらに多段水蒸気精留塔で濃縮された再利用可能なフッ素イオン含有濃縮液のフッ素イオン濃度が１３０ｇ／Ｌ（１３％）程度であることが記載されている。
【００２７】
特許文献１５には、フッ素含有排水の処理方法が開示されている。この方法は、フッ素含有排水を脱塩および濃縮する電気透析工程を備え、脱塩処理液をフッ素含有排水の発生源への補給水として再生し、フッ酸濃縮液は利用可能な濃度のフッ酸溶液として再生する程度に電気透析する。電気透析工程においては、対向状に配置される負極部と正極部とを備える電気透析手段を用いる。この電気透析手段の負極部および中央部には、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とが交互に配置され、正極部近傍には、陽イオン交換膜が複数枚連続して配置されている。負極部と正極部に脱塩処理水を供給し、正極部近傍の陽イオン交換膜配置部位（遮断室）にも脱塩処理液を供給することで、電極循環液および遮断液のフッ酸濃度を低く抑え正極の腐食を防止する。また、被処理水の一部が濃縮液となり、濃縮液を循環することにより、濃縮倍率を高くする。また、フッ酸濃縮液中のフッ素イオン濃度および／または電解質濃度を計測し、この濃度の変動に応じて濃縮倍率を制御する。
【００２８】
【特許文献１】特開昭５４−２０１９６号公報
【特許文献２】特許第２７２６６５７号公報
【特許文献３】特公平７−１１２５５８号公報
【特許文献４】特公平７−１１２５５９号公報
【特許文献５】特許第３３６４３０８号公報
【特許文献６】特開平９−２６２５８８号公報
【特許文献７】特許第３５５５７３２号公報
【特許文献８】特開２０００−１７６４５７号公報
【特許文献９】特開２０００−２２９２８９号公報
【特許文献１０】特開２００１−１２１１５２号公報
【特許文献１１】特開２００１−１４５８１９号公報
【特許文献１２】特開２００２−１１９９７４号公報
【特許文献１３】特開２００３−１２６８６３号公報
【特許文献１４】特開２００３−１５９５９３号公報
【特許文献１５】特開２００４−１７４４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
上述した従来の電気透析装置によれば、イオン交換膜のフッ素透過性が高いために極室にフッ素イオンが流入して、電極を腐蝕するため、安定した運転が継続できないという問題があった。また、カルシウムを含有する希薄フッ酸排水を処理対象とする場合には、濃縮室中にフッ化カルシウムが析出するため、安定した運転が継続できないという問題があった。さらに、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水は、フッ素再資源化が困難であった。また、従来の電気透析装置では、希薄なフッ素含有排水からフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満の再利用可能な処理水を得ると同時に、フッ素再資源化装置に供給できるまで濃縮水中のフッ素濃度を高めることができなかった。
【００３０】
さらに、特許文献１に記載の方法では、処理水中にフッ素イオンが残存したままであり、残存するフッ素の処理が必要という問題がある。また、この特許文献１には、フッ素による電極腐食の回避方法については何ら開示されていない。
【００３１】
特許文献２に記載の方法は、前処理としてアルカリを加えて、混合塩の水溶液中の重金属イオンを水酸化物として沈殿させて除去することにより、電気透析槽内での水酸化物形成を防止する方法であるが、沈殿装置と沈殿物のろ過装置が必要となるので装置が大きくなるとともに操作も煩雑となるという問題がある。また、この方法は、濃厚なステンレス鋼酸洗い溶液から酸を回収するのを目的としており、処理水中にはまだフッ素が多量に残存しているので、そのままでは到底再利用できないという問題がある。また、特許文献３に記載の方法は、特許文献２と同様の課題を有している。
【００３２】
特許文献４に記載の方法は、有機化学プラントから発生する油分を含むアルカリ性のフッ化物廃液という特異な廃液を対象とするものである。この方法では、フッ酸を加えての中和処理と油分除去処理をした後、金属イオンはキレート樹脂で除去し、その後バイポーラ膜法を用いた電気透析装置でフッ酸とアルカリを回収する。この特許文献４には、フッ素による電極の腐食を回避する方法については開示されていない。
【００３３】
特許文献５に記載の方法は、フッ素吸着剤からフッ素を溶離し、該溶離液を電気透析してフッ素濃縮水とフッ素希薄水とに分離し、上記フッ素希薄水から上記フッ素吸着剤によってフッ素を除去した処理水を得るという方法であるが、フッ素の一部が吸着剤と電気透析槽とを循環するので処理の効率が悪いという問題がある。また、この特許文献５には、フッ素による電極の腐食を回避する方法については開示されていない。
【００３４】
特許文献６に記載の方法は、電気透析槽を用いてアンモニア濃度を低下させフッ素濃度を高めた濃縮水をフッ素回収のための炭酸カルシウム粒による濃度にまで適した液として回収する方法であるが、処理水中のフッ素濃度が高くそのまま再利用することができないため、樹脂による処理水の二次処理が必要になる。また、この特許文献６には、フッ素による電極の腐食を回避する方法については開示されていない。
【００３５】
特許文献７に記載の方法は、フッ酸を含有する混合酸性水にアルカリを添加して電気式脱イオン装置で処理することにより、フッ酸が除去された処理水を得る方法であるが、フッ素が塩の形で濃縮されるためフッ酸またはフッ素の回収や再利用に適さない。また、極室に濃縮水を供給していることから、フッ素により電極の腐食が回避できないという問題がある。
【００３６】
特許文献８に記載の装置では、陰極に析出した金属を溶解させるために逆極性にしたときに、析出に要した電流量と同等の溶解電流量が必要となり、また、処理水にフッ素および金属イオンが漏洩するため、処理水の二次処理が必要となるという問題がある。
【００３７】
特許文献９に記載の方法では、運転可能なカルシウムおよびフッ素の濃度領域が狭いため、前処理としてフッ素含有水をイオン交換樹脂で処理して、スケール成分のフッ素イオンまたはカルシウムイオンを予め除去する必要がある。また、この特許文献９には電極の腐食を回避する方法については開示されていない。
【００３８】
特許文献１０に記載の装置は、バッファ室を設けた構造ではないので、濃縮室中のフッ素濃度を大きく高めると濃縮室から極室にフッ素の漏洩が始まるので、希釈してフッ素濃度を低下させるために、電極室に供給する電気室脱塩装置の処理水流量を大きくする必要があり、濃縮室のフッ素濃度を高めての回収はできないという問題点がある。また、希薄酸性排水中にＣａイオンを含む場合は、濃縮室内でＣａイオンおよびフッ素イオンとも濃縮され、ＣａＦ２が析出するので適用できない。
【００３９】
特許文献１２に記載の方法では、極液のフッ素濃度をアニオン交換樹脂で除去して低く抑えながら、かつ極液の導電率を高く保つために塩水溶液を加えるなどの煩雑な管理が必要になるという問題がある。
【００４０】
特許文献１３に記載の装置では、電極製作に高価な大型ＣＶＤ装置が必要となるという問題がある。
【００４１】
また、特許文献１４に記載の方法では、前処理としてアルカリを用いて金属イオンを予め分離する必要がある。また、この特許文献１４にはバイポーラ膜電気透析装置の電極の腐食を回避する方法については開示されていない。
【００４２】
特許文献１５に記載の方法は、電気透析処理した脱塩水を遮断室および電極室に導入することにより電極の腐蝕を防止する方法であるが、脱塩水を供給することに伴う運転電圧の上昇を抑制する対策がとられていないので、運転電圧が高くなるという問題がある。また、高倍率濃縮された濃縮室と隣接する遮断室中にはフッ素が漏洩してくるので遮断室循環液はフッ素含有水となり、フッ素を除去するか、あるいは回収するという後処理が必要となるという問題が生じる。また、電極循環液および遮断液のフッ素濃度は、脱塩水の水質に依存するので、印加電流などの運転条件および原水の水質変動により脱塩水のフッ素濃度が高まった場合は、電極が腐食するおそれがあるという問題点がある。
【００４３】
以上のような問題があるため、フッ素含有排水を効率的にかつ安定して処理する技術が待望されていた。また、フッ素含有排水からフッ素を濃縮し、再利用に供する技術および同時に処理水を再利用可能なまでにフッ素を除去する技術が待望されていた。
【００４４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、電極腐食を伴うことなく、安定してフッ素含有排水を電気透析することができる電気透析装置を提供することを第１の目的とする。
【００４５】
また、フッ素含有排水を電気透析した後の処理水のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満と低く、処理水を再利用することができる電気透析装置を提供することを第２の目的とする。
【００４６】
また、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水を電気透析してアンモニウムイオンを分離したフッ素濃縮水を得ることができる電気透析装置を提供することを第３の目的とする。
【００４７】
また、金属水酸化物スラッジを形成する金属イオンを含むフッ素含有排水を電気透析する場合に、金属水酸化物スラッジを形成することなく、金属イオンを分離したフッ素濃縮水を得ることができる電気透析装置を提供することを第４の目的とする。
【００４８】
また、フッ素含有排水を電気透析したフッ素濃縮水をフッ素再資源化装置に供給することにより、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することができる電気透析装置を提供することを第５の目的とする。
【００４９】
また、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水からアンモニウムイオンを分離してフッ素再資源化を容易にしたフッ酸濃縮水をフッ素再資源化装置に供給することにより、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することができる電気透析装置を提供することを第６の目的とする。
【００５０】
また、上述した電気透析装置を用いて効果的にフッ素を処理するフッ素処理システムを提供することを第７の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００５１】
本発明の第１の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記濃縮室に供給する経路とを有している。
【００５２】
本発明の第２の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、上記被処理水中の対象イオンが上記濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記濃縮室に供給する経路とを有している。
【００５３】
本発明の第３の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、上記被処理水中の対象イオンが上記濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室に供給する経路とを有している。
【００５４】
本発明の第４の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、上記被処理水中の対象イオンが上記濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室を経由して上記濃縮室に供給する経路とを有している。
【００５５】
本発明の第５の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記第１の濃縮室に供給する経路とを有している。
【００５６】
本発明の第６の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室とを備えている。さらに、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室に供給する経路を有している。
【００５７】
本発明の第７の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室とを備えている。さらに、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記第１の濃縮室に供給する経路を有している。
【００５８】
本発明の第８の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室とを備えている。さらに、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室を経由して上記第１の濃縮室に供給する経路を有している。
【００５９】
本発明の第９の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記第１の濃縮室に供給する経路とを有している。
【００６０】
本発明の第１０の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室に供給する経路とを有している。
【００６１】
本発明の第１１の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記第１の濃縮室に供給する経路とを有している。
【００６２】
本発明の第１２の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室とを備えている。また、電気透析装置は、上記陽極室に純水を供給する経路と、上記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を上記バッファ室を経由して上記第１の濃縮室に供給する経路とを有している。
【００６３】
本発明の第１３の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、上記被処理水中の対象イオンが上記濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記バッファ室に純水を供給する経路と、上記バッファ室から出た流出水の少なくとも一部を上記濃縮室に供給する経路とを有している。
【００６４】
上記電気透析装置は、上記バッファ室から出た流出水の少なくとも一部を上記被処理水または上記処理水に混合する経路をさらに備えていてもよい。
【００６５】
本発明の第１４の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から直接上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室を備えている。さらに、電気透析装置は、上記陽極室と上記バッファ室との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、上記陰極室と上記第２の濃縮室との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、上記バッファ室と上記第１の濃縮室との間に設けられた第２のカチオン交換膜と、上記第１の濃縮室と上記脱塩室との間に設けられた第２のアニオン交換膜と、上記脱塩室と上記第２の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜とを有している。
【００６６】
本発明の第１５の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、電気透析装置は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室を備えている。さらに、電気透析装置は、上記陽極室と上記バッファ室との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、上記陰極室と上記イオン供給室との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、上記バッファ室と上記第１の濃縮室との間に設けられた第２のカチオン交換膜と、上記第１の濃縮室と上記脱塩室との間に設けられた第２のアニオン交換膜と、上記脱塩室と上記第２の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜と、上記第２の濃縮室と上記イオン供給室との間に設けられた第３のアニオン交換膜とを有している。
【００６７】
本発明の第１６の態様によれば、陽極を有する陽極室と、陰極を有する陰極室とを有する電気透析装置が提供される。この電気透析装置は、複数の室からなる複数の室構造と、電極を有する少なくとも１つの複極室と、上記陽極室と上記室構造との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、上記陰極室と上記室構造との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、上記複極室の上記陽極側に設けられた第２のアニオン交換膜と、上記複極室の上記陰極側に設けられた第２のカチオン交換膜とを備えている。上記複極室は、上記複数の室構造の間に配置され、イオン交換体が充填されている。上記室構造は、供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して上記第１の対象イオンおよび上記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、上記被処理水中の第１の対象イオンが上記第１の濃縮室から上記陽極室または上記複極室に直接流入しないように遮断するバッファ室とを備えている。また、室構造は、上記脱塩室から移動した上記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、上記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを上記第２の濃縮室に供給するイオン供給室とを備えている。また、電気透析装置は上記陽極室および上記複極室に純水を供給する経路を備えている。さらに、室構造は、上記バッファ室と上記第１の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜と、上記第１の濃縮室と上記脱塩室との間に設けられた第３のアニオン交換膜と、上記脱塩室と上記第２の濃縮室との間に設けられた第４のカチオン交換膜と、上記第２の濃縮室と上記イオン供給室との間に設けられた第４のアニオン交換膜とを有している。
【００６８】
上記被処理水はフッ素を含有する排水であることが好ましい。また、上記陽極室または上記陰極室から出た流出水のフッ素濃度が１ｍｇ−Ｆ／Ｌ以下となるように、上記陽極室または上記陰極室に供給する純水の水量を調整することが好ましい。
【００６９】
上記陽極室および上記陰極室にはイオン交換体が充填されていることが好ましい。また、それぞれの室には、上記カチオン交換膜に接するカチオン交換繊維材料または上記アニオン交換膜に接するアニオン交換繊維材料が充填されていることが好ましい。
【００７０】
本発明の第１７の態様によれば、少なくともアンモニウムイオンとフッ素を含有する排水を電気透析装置により処理する排水処理方法が提供される。これにより、上記排水からアンモニウムイオンおよびフッ素を除去してアンモニウムイオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水とアンモニウムイオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成する。
【００７１】
本発明の第１８の態様によれば、少なくとも金属水酸化物スラッジを形成する金属イオンとフッ素を含有する排水を電気透析装置により処理する排水処理方法が提供される。これにより、上記排水から上記金属イオンおよびフッ素を除去して上記金属イオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水と上記金属イオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成する。
【００７２】
ここで、少なくとも過酸化水素とフッ素を含む排水を過酸化水素分解処理し、上記過酸化水素分解処理後の排水を上記電気透析装置に供給してもよい。また、上記排水のフッ素濃度は１ｍｇ／Ｌを超え１０，０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。さらに、上記処理水のフッ素濃度は１ｍｇ／Ｌ未満であることが好ましい。また、上記第１の濃縮水の少なくとも一部をフッ素再資源化装置に供給して、上記排水中のフッ素をフッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することもできる。
【００７３】
なお、電気透析装置の導入目的によっては、処理水のフッ素濃度を１ｍｇ/Ｌ以上のものとしてもよい。処理水を再利用しないで外部に放流する場合には、放流基準の８ｍｇ／Ｌ以下にすればよい。そのために、処理水のフッ素濃度を５ｍｇ／Ｌ程度に維持することは電気透析槽の運転電流を調整することにより可能であり、フッ素濃度を１ｍｇ／Ｌ未満に維持して運転することよりも省エネルギーな運転方法となる。
【００７４】
また、電気透析装置の別の導入目的によっては、フッ素濃縮水をフッ素再資源化装置に供給せず、従来処理方式の凝集沈殿設備に供給してもよい。この場合でも被処理水であるフッ素含有排水をそのままで凝集沈澱処理するよりも、凝集沈澱処理に必要な薬品の使用量が減少し、したがって、発生するスラッジの量が減少するというメリットが生じる。また、濃縮されることによって処理対象の廃水の量が減少するため、廃水処理設備の規模が小さくてすむというメリットも生じる。例えば、１０ｍｇ／Ｌのフッ素含有排水を１０００ｍｇ／Ｌに濃縮することにより、排水量が１００分の１になり、排水量に応じて注入する凝集沈殿に必要な凝集剤の必要量が約１００分の１となり、結果として発生するスラッジの量を著しく低減できる。
【００７５】
また、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水から、アンモニウムイオンとフッ素イオンをともに同一の液体中に濃縮したフッ素濃縮水を得てもよい。一般にフッ素の再資源化を行うときは、フッ素濃縮水中にアンモニウムイオンを含んでいると、フッ素再資源化のための反応が阻害されて反応効率が低下するが、フッ素濃縮水を凝集沈殿処理する時にはアンモニウムイオンが存在しても反応効率には影響しないためである。
【００７６】
本発明の第１９の態様によれば、上述した電気透析装置と、上記電気透析装置から得られるフッ素濃縮水をフッ化カルシウムとして回収するフッ素再資源化装置とを備えたフッ素処理システムが提供される。
【００７７】
本発明の第２０の態様によれば、上述した電気透析装置と、上記電気透析装置で得られたフッ素濃縮水の少なくとも一部を含む水を凝集沈澱処理する凝集沈澱装置とを備えたフッ素処理システムが提供される。
【００７８】
本発明の第２１の態様によれば、上述した電気透析装置と、上記電気透析装置から得られる処理水を原水として純水を製造する純水製造装置とを備えた水リサイクルシステムが提供される。
【００７９】
本発明の第２２の態様によれば、上述した電気透析装置と、除害装置と、上記除害装置の排水を上記電気透析装置に供給する経路と、上記電気透析装置で得られる処理水の一部を上記除害装置に供給する経路とを備えた水リサイクルシステムが提供される。
【００８０】
本発明の第２３の態様によれば、上述した電気透析装置と、少なくともフッ素を含有する排水の固液分離を行う固液分離手段と、上記固液分離手段により固液分離がなされた排水を上記電気透析装置に供給する経路とを備えたフッ素処理システムが提供される。
【００８１】
本発明の第２４の態様によれば、上述した電気透析装置と、少なくともフッ素を含有する排水の有機物分離を行う有機物分離手段と、上記有機物分離手段により有機物分離がなされた排水を上記電気透析装置に供給する経路とを備えたフッ素処理システムが提供される。
【発明の効果】
【００８２】
本発明によれば、電極腐食を伴うことなく、安定してフッ素含有排水を電気透析することができる。また、フッ素含有排水を電気透析した後の処理水のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満と低く、処理水を再利用することができる。さらに、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水を電気透析してアンモニウムイオンを分離したフッ素濃縮水を得ることができる。また、金属水酸化物スラッジを形成する金属イオンを含むフッ素含有排水を電気透析する場合に、金属水酸化物スラッジを形成することなく、金属イオンを分離したフッ素濃縮水を得ることができる。さらに、フッ素含有排水を電気透析したフッ素濃縮水をフッ素再資源化装置に供給することにより、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することができる。また、アンモニウムイオンを含むフッ素含有排水からもアンモニウムイオンを分離してフッ素再資源化を容易にしたフッ酸濃縮水をフッ素再資源化装置に供給することにより、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することができる。
【００８３】
また、水溶液中のフッ素をフッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収するフッ素再資源化装置の処理水である排水または該排水を前処理した排水などを処理対象として、本発明に係る電気透析装置による処理を行う場合においては、フッ素再資源化装置のフッ素再資源化率つまりはフッ化カルシウム結晶としての回収率を向上させることができる。これは、フッ素再資源化装置では、受け入れたフッ素のうち約１０〜２０％程度が希薄フッ酸排水として排出されているが、これに含まれるフッ素を本発明に係る電気透析装置で濃縮することにより、フッ素再資源化装置の原水として再び利用できるようになるからである。フッ素再資源化装置は、希薄フッ酸排水を対象とした場合には、再資源化つまりはフッ化カルシウム結晶としての回収が困難であり、濃厚フッ酸排水を対象とした場合に、十分な性能を発揮する性質を有しているからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８４】
以下、本発明に係る電気透析装置の実施形態について図１から図１４を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１４において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００８５】
図１は、本発明の第１の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、この電気透析装置は、陽極室１０と、バッファ室２０、濃縮室３０、脱塩室４０、濃縮室２１、陰極室５０を有する電気透析槽１を備えている。また、電気透析装置は、ポンプ７０を介して純水を陽極室１０および陰極室５０に供給する極液タンク７１と、ポンプ７２を介してバッファ水をバッファ室２０および濃縮室２１に供給するバッファ水タンク７３と、ポンプ７４を介して濃縮水を濃縮室３０に供給する濃縮水タンク７５とを備えている。
【００８６】
陽極室１０の内部には陽極２が配置され、陰極室５０の内部には陰極３が配置されている。脱塩室４０は、フッ素を含有する原水（被処理水）からフッ素イオンを除去してフッ素濃度が低められた処理水を生成する。また、バッファ室２０は、原水中のフッ素イオン（対象イオン）が濃縮室３０から直接陽極室１０に流入しないように遮断する。さらに、濃縮室３０は、脱塩室４０から移動した原水中のフッ素イオンを濃縮してフッ素イオン濃度が高められた濃縮水を生成する。
【００８７】
図２は、図１の電気透析槽１を示す模式図である。図２に示すように、陽極室１０とバッファ室２０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１で仕切られ、バッファ室２０と濃縮室３０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ２で仕切られている。また、濃縮室３０と脱塩室４０とは、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１で仕切られ、濃縮室２１と脱塩室４０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ３で仕切られている。また、陰極室５０と濃縮室２１とは、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ２で仕切られている。なお、図２において、イオン交換膜の両側に位置するパッキンの図示は省略してある。
【００８８】
陽極室１０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１が充填されている。バッファ室２０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ２、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ３が充填されている。イオン交換不織布は細くて表面積が大きい繊維で密に構成された不織布状のイオン交換体であるので、イオンの捕捉能力および伝導能力が高いが、電気透析槽に充填した場合に圧損が大きくなるという問題がある。一方、イオン交換スペーサは従来の電気透析槽に通常用いられている網状のスペーサの表面にイオン交換機能を導入したものであり、水の分散性に優れ、圧損が低いがイオンの捕捉能力は低いという問題がある。本実施形態における電気透析槽１では、イオン交換不織布とイオン交換スペーサを組み合わせて充填することで、イオンの捕捉能力と伝導能力を高く維持したまま、圧損を低くすることができる。
【００８９】
濃縮室３０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ４、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ２、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１が充填されている。脱塩室４０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ２、イオン交換体の一種であるアニオン交換スペーサＡＳ１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ５が充填されている。
【００９０】
濃縮室２１には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ６、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ３、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ３が充填されている。陰極室５０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ４が充填されている。
【００９１】
極液タンク７１からは極液としての純水が陽極室１０および陰極室５０に供給されるようになっている。陽極室１０から出た流出水は、フッ素イオン濃度が純水より高いことから、本実施形態では、極液タンク７１に循環せずに、全量をバッファ水タンク７３に供給するようになっている。陰極室５０から出た流出水は、通常フッ素イオン濃度が極めて希薄であり、純水とほぼ同じ濃度レベルであることが実験的に確認されていることから、本実施形態では、極液を補給するために極液タンク７１に循環するようになっている。なお、陽極室１０から出た流出水についても、一部または全量を極液タンク７１に循環する構成としてもよい。また、陽極室１０から出た流出水を濃縮水タンク７５に供給する構成としてもよい。
【００９２】
また、バッファ水タンク７３からはバッファ水がバッファ室２０および濃縮室２１に供給されるようになっている。バッファ室２０および濃縮室２１から出た流出水は、バッファ水タンク７３と濃縮水タンク７５とに供給されるようになっている。なお、本実施形態では、バッファ室２０および濃縮室２１から出た流出水の一部を濃縮水タンク７５に供給する構成としているが、該流出水の全量を濃縮水タンク７５に供給する構成としてもよい。
【００９３】
また、濃縮水タンク７５からは濃縮水が濃縮室３０に供給されるようになっている。濃縮室３０から出た流出水は、濃縮水として取り出されるほか、一部は濃縮水タンク７５に供給されるようになっている。
【００９４】
脱塩室４０には原水が供給されるようになっており、脱塩室４０から出た流出水は処理水として取り出される。
【００９５】
このような構成により、陽極室１０において水の電気分解反応で生成した水素イオンは、カチオン交換体ＣＦ１，ＣＭ１，ＣＦ２，ＣＳ１，ＣＦ３，ＣＭ２，ＣＦ４，ＣＳ２上をイオン伝導し、バッファ室２０を経由して濃縮室３０まで到達することが可能となる。したがって、陽極室１０およびバッファ室２０にかかる電圧は、陽極液およびバッファ水のイオン濃度に依存せず、低く維持することが可能となる。
【００９６】
陰イオンを含む水を電気透析処理する場合は、原水中の陰イオンが濃縮水中に濃縮される。通常、濃縮された陰イオンが陽極２側のカチオン交換膜ＣＭ２，ＣＭ１を透過して例えばバッファ室２０や陽極室１０に漏洩することはほとんどないが、濃縮対象がフッ素イオンである場合は、濃縮水中のフッ素イオンの一部が濃縮室３０とバッファ室２０を隔てているカチオン交換膜ＣＭ２を透過して、濃縮室３０よりも陽極２側に位置するバッファ室２０ひいては陽極室１０に達する現象が起きる場合がある。
【００９７】
本実施形態においては、上述した構成により、陽極室１０には常に純水が補給されることとなり、バッファ室２０から陽極室１０に漏洩するフッ素イオンを陽極室１０の外に排出して陽極室１０のフッ素濃度を極めて低い値に維持することができる。また、フッ素による電極腐食を抑制することができる。
【００９８】
また、バッファ室２０中のフッ素濃度についても、バッファ水タンク７３のバッファ水に陽極室１０からの流出水が補給されることより、濃縮室３０からバッファ室２０に漏洩してきたフッ素イオンをバッファ室２０の外部に排出することができる。これにより、陽極室１０よりは濃度がやや高まるものの、バッファ室２０のフッ素濃度を低い値に維持することができる。また、バッファ室２０および濃縮室２１からの流出水により濃縮水を補給しているので、濃縮水タンク７５に追加する補給純水の量を低減することができる。
【００９９】
また、極液の補給水として純水を用いているので、補給水中のフッ素濃度が運転条件により変動したり高まったりすることはない。このため、運転条件に関わらず、常に陽極室１０のフッ素濃度を極めて低い値に維持することができる。また、陽極２の腐食防止をより確実にすることができる。ここで、電気透析装置の処理水の水質が純水並みである場合など、処理水を純水の代わりに用いることができる場合は、純水の代わりに処理水を用いてもよい。
【０１００】
また、陽極室１０からの流出水によりバッファ水を補給しているので、陽極室１０から装置の外部に排出される水の量およびバッファ水に追加する補給純水の量を少なくすることができる。特に、陽極室１０からの流出水の全量をバッファ水タンク７３に供給すれば、陽極室１０から装置の外部に排出される水の量およびバッファ水に追加する補給純水の量をゼロにすることができる。
【０１０１】
また、バッファ室２０および濃縮室２１からの流出水により濃縮水を補給しているので、濃縮水に追加する補給純水の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１から装置の外部に排出される水の量を少なくすることができる。特に、濃縮水の全量をバッファ室２０および濃縮室２１からの流出水でまかなう場合は、濃縮水に追加する補給純水の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１から装置の外部に排出される水の量をゼロにすることができる。
【０１０２】
電気透析槽１から排出される排水の種類としては、陽極室１０から装置の外部に排出される水の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１から装置の外部に排出される水の量がゼロの場合には、処理水と濃縮水の２系統のみとなり、配管系統が複雑となることがない。陽極室１０、バッファ室２０、および濃縮室２１における平衡フッ素濃度は、陽極室１０および陰極室５０に供給する極液の量およびバッファ室２０ならびに濃縮室２１に供給するバッファ水の量を調整することにより任意に調整することができる。なお、図１に示す実施形態において、極液および／またはバッファ水の少なくとも一部を原水または処理水と混合してもよい。
【０１０３】
図３は、本発明の第２の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。本実施形態における電気透析装置は、第１の実施形態における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、以下の点で第１の実施形態における電気透析装置と異なっている。
【０１０４】
バッファ水タンク７３からはバッファ水がバッファ室２０にのみ供給されるようになっており、濃縮室２１には供給されないようになっている。その代わりに、陰極室５０から出た流出水が濃縮室２１に供給されるようになっている。また、濃縮室２１から出た流出水は、極液を補給するために極液タンク７１に供給されるようになっている。
【０１０５】
原水中に存在するカチオンは陰極室５０に隣接する濃縮室２１に濃縮されるが、濃縮されたカチオンが電気透析装置の処理性能に悪影響を与えないと判断される場合には、図３に示すような構成を用いることができる。なお、濃縮室２１から出た流出水をバッファ水タンク７３に供給してもよいことは言うまでもない。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【０１０６】
図４は、本発明の第３の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。本実施形態における電気透析装置は、第１の実施形態における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、以下の点で第１の実施形態における電気透析装置と異なっている。
【０１０７】
バッファ水タンク７３からはバッファ水がバッファ室２０にのみ供給されるようになっており、濃縮室２１には供給されないようになっている。その代わりに、極液タンク７１からは極液としての純水が陽極室１０と濃縮室２１に供給されるようになっている。また、濃縮室２１から出た流出水は、濃縮室２１に隣接する陰極室５０に供給されるようになっている。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【０１０８】
図５は、本発明の第４の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図、図６は図５の電気透析槽１０１ａを示す模式図である。本実施形態における電気透析装置は、第１の実施形態における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、陰極室５０に隣接し、バッファ水（図１）、極液（図３）または純水（図４）が供給されていた濃縮室２１を、図５では濃縮水が供給される濃縮室３１として用いている点で第１の実施形態における電気透析装置と異なっている。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【０１０９】
図７は本発明の第５の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図、図８は図７の電気透析槽１０１ｂを示す模式図である。本実施形態における電気透析装置は、第１の実施形態における電気透析装置と基本的に同様の構成を有しているが、図１における脱塩室４０と濃縮室３０との間に濃縮室３０と脱塩室４０とをさらに追加した点で第１の実施形態における電気透析装置と異なっている。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。なお、図５の場合と同様に、陰極室５０に隣接した濃縮室２１を濃縮室３１として用いて、この濃縮室３１に濃縮水を供給するようにしてもよい。
【０１１０】
図９は、本発明の第６の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。この電気透析装置は、図１に示す電気透析装置と同様に、陽極の腐食を防止する効果が得られるとともに、金属イオンを含むフッ酸排水を対象とした場合においても、フッ酸と金属イオンを個別に濃縮することができる。しかも、金属イオンは、析出する水酸化物としてではなく、溶解性の塩化物として分離濃縮するため、電気透析槽内における析出などのトラブルを回避することができる。
【０１１１】
図９に示すように、電気透析装置は、陽極室２１０、バッファ室２２０、酸濃縮室２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室２３１、酸供給室２６０、複極室２６１、バッファ室２２０、酸濃縮室（第１の濃縮室）２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室（第２の濃縮室）２３１、酸供給室（イオン供給室）２６０、陰極室２５０を有する電気透析槽２０１を備えている。このように、本実施形態においては、複極室２６１を挟んで両側に、バッファ室２２０、酸濃縮室２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室２３１、酸供給室２６０がそれぞれ設けられている。
【０１１２】
また、図９に示すように、電気透析装置は、ポンプ２７０を介して純水を陽極室２１０および陰極室２５０に供給する極液タンク２７１と、ポンプ２７２を介してバッファ水をバッファ室２２０に供給するバッファ水タンク２７３と、ポンプ２７４を介して酸濃縮水を酸濃縮室２３０に供給する酸濃縮水タンク２７５と、ポンプ２７６を介してアルカリ濃縮水をアルカリ濃縮室２３１に供給するアルカリ濃縮水タンク２７７と、ポンプ２７８を介して酸供給水を酸供給室２６０に供給する酸供給水タンク２７９とを備えている。
【０１１３】
また、電気透析装置は、ポンプ２８０を介してＨＣｌなどの酸原液を酸供給水タンク２７９に供給する酸原液タンク２８１と、酸供給水タンク２７９のｐＨを測定するｐＨモニタ２８２とを備えている。さらに、電気透析装置は、ポンプ２８３を介して原水を脱塩室２４０に供給する原水タンク２８４と、除害排水（フッ素を含有する被処理水）を活性炭２８５およびカートリッジフィルタ２８６を介して原水タンク２８４に供給するポンプ２８７とを備えている。
【０１１４】
陽極室２１０の内部には陽極２０２が配置され、陰極室２５０の内部には陰極２０３が配置されている。また、複極室２６１の内部には電極２０４が配置されている。脱塩室２４０は、原水（被処理水）からフッ素イオン（第１の対象イオン）およびカルシウムイオン（第２の対象イオン）を除去してフッ素濃度およびカルシウムイオン濃度が低められた処理水を生成する。また、バッファ室２２０は、原水中のフッ素イオンが酸濃縮室２３０から直接陽極室２１０に流入しないように遮断する。さらに、酸濃縮室２３０は、脱塩室２４０から移動した原水中のフッ素イオンを濃縮してフッ素イオン濃度が高められた（第１の）濃縮水を生成する。また、アルカリ濃縮室２３１は、脱塩室２４０から移動した原水中のカルシウムイオンを濃縮してカルシウムイオン濃度が高められた（第２の）濃縮水を生成する。酸供給室２６０は、排水中のカルシウムイオンとは反対の極性を有するイオンをアルカリ濃縮室２３１に供給する。
【０１１５】
図１０は、図９の電気透析槽２０１を示す模式図である。図１０に示すように、陽極室２１０とバッファ室２２０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１１で仕切られ、バッファ室２２０と酸濃縮室２３０とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１２で仕切られている。酸濃縮室２３０と脱塩室２４０とは、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１１で仕切られ、脱塩室２４０とアルカリ濃縮室２３１とは、イオン交換膜の一種であるカチオン交換膜ＣＭ１３で仕切られている。アルカリ濃縮室２３１と酸供給室２６０との間は、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１２で仕切られ、酸供給室２６０と複極室２６１との間は、イオン交換膜の一種であるアニオン交換膜ＡＭ１３で仕切られている。なお、図１０において、イオン交換膜の両側に位置するパッキンの図示は省略してある。
【０１１６】
陽極室２１０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１１が充填されている。バッファ室２２０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１２、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１３が充填されている。
【０１１７】
酸濃縮室２３０には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１４、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１２、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１１が充填されている。脱塩室２４０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１２、イオン交換体の一種であるアニオン交換スペーサＡＳ１１、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１５が充填されている。
【０１１８】
アルカリ濃縮室２３１には、イオン交換体の一種であるカチオン交換不織布ＣＦ１６、イオン交換体の一種であるカチオン交換スペーサＣＳ１３、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１３が充填されている。酸供給室２６０には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１４、イオン交換体の一種であるアニオン交換スペーサＡＳ１２、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１５が充填されている。
【０１１９】
複極室２６１には、イオン交換体の一種であるアニオン交換不織布ＡＦ１６およびカチオン交換不織布ＣＦ１１が充填されている。複極室２６１の電極２０４から陰極室２５０の陰極２０３までの構造は、上述したカチオン交換不織布ＣＦ１１からアニオン交換不織布ＡＦ１６までの構造と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【０１２０】
極液タンク２７１からは極液としての純水が陽極室２１０、複極室２６１、および陰極室２５０に供給されるようになっている。陽極室２１０、複極室２６１、および陰極室２５０から出た流出水は、極液を補給するために極液タンク２７１に循環するようになっている。
【０１２１】
また、バッファ水タンク２７３からはバッファ水がバッファ室２２０に供給されるようになっている。バッファ室２２０から出た流出水は、バッファ水タンク２７３と原水タンク２８４とに供給されるようになっている。なお、陽極室２１０、複極室２６１、および陰極室２５０から出た流出水の一部は、このバッファ室２２０から出た流出水と混合される。
【０１２２】
また、酸濃縮水タンク２７５からは酸濃縮水が酸濃縮室２３０に供給されるようになっている。酸濃縮室２３０から出た流出水は、濃縮水として取り出されるほか、一部は酸濃縮水タンク２７５に供給されるようになっている。また、アルカリ濃縮水タンク２７７からはアルカリ濃縮水がアルカリ濃縮室２３１に供給されるようになっている。アルカリ濃縮室２３１から出た流出水は、アルカリ濃縮水タンク２７７に供給されるようになっている。
【０１２３】
原水タンク２８４からは原水が脱塩室２４０に供給されるようになっている。脱塩室２４０から出た流出水は処理水として取り出される。
【０１２４】
複極室２６１の陰極室２５０側に隣接するバッファ室２２０から複極室２６１にフッ素が流入することが懸念されるため、本実施形態では、複極室２６１には、陽極室２１０と同様に純水が供給される。また、複極室２６１を出た流出水についても、陽極室２１０を出た流出水と同様にバッファ水タンク２７３の補給水として用いられる。
【０１２５】
このような構成により、酸と金属イオンとを個別に濃縮することが可能となる。また、金属イオンは、酸供給室２６０から電気泳動により供給される鉱酸由来の陰イオンと溶解性の塩を形成することにより、金属水酸化物などが析出することが防止される。例えば、鉱酸として塩酸を用いる場合は、原水中に含まれるカルシウムイオンを溶解度が高い塩化カルシウムとして濃縮させることが可能となる。
【０１２６】
図１１は本発明の第７の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図、図１２は図１１の電気透析槽３０１を示す模式図である。この電気透析槽３０１は、上述した第６の実施形態の電気透析槽におけるアルカリ濃縮室２３１の陰極２０３側に設けられた酸供給室２６０を省略したものである。このような構成は、アンモニウムイオンなどアルカリ性でも析出しない陽イオン（カチオン）を濃縮する場合に用いることができる。
【０１２７】
図１３は、本発明の第８の実施形態における電気透析装置の電気透析槽４０１を示す模式図である。図１３に示すように、この電気透析槽４０１は、陽極室２１０、バッファ室２２０、酸濃縮室２３０、脱塩室２４０、アルカリ濃縮室２３１、酸供給室２６０と、陰極室２５０とを備えており、上述した第６の実施形態の電気透析槽２０１において、複極室２６１をなくしてそれぞれの室を１つだけにしたものである。このような構成によっても、本発明の効果を奏することができる。
【０１２８】
上述した各実施形態において、電気透析装置は、定電流運転または定電圧運転を行うことが好ましく、電流密度は１０Ａ／ｄｍ２以下、特に３Ａ／ｄｍ２以下にすることが好ましい。脱塩室および濃縮室の厚みは１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜４ｍｍとする。イオン交換体として、不織布状またはスペーサ状などのシート状のものを用いる場合、各室の充填枚数および種類は任意に設定することができる。好ましくは、陽極室のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満、バッファ室のフッ素濃度が１０ｍｇ／Ｌ未満となるように各室に液を供給する。
【０１２９】
電極の材料としては、白金、タンタル、ニオブ、ダイヤモンド、ＳＵＳなどを用いることができる。また、チタン、ニッケル、モネル、ハステロイ、インコネルなどの基材に、白金、金、酸化イリジウムなどをめっきしたものを電極として用いることができる。
【０１３０】
電極の形状は、平板状でもよく、あるいは通水性および通ガス性を有するラス網状などでもよい。濃縮水中のイオン濃度には特に制限はないが、カチオンまたはアニオンの濃度が１００〜１００，０００ｍｇ／Ｌの範囲内にあることが好ましい。原水の濃度には特に制限はないが、カチオンまたはアニオンの濃度が５〜５００ｍｇ／Ｌの範囲内にあることが好ましい。この場合に得られる処理水の濃度は、電流値などの運転条件を設定することにより所望の値に調整することができる。例えば、カチオンまたはアニオンの濃度が０．０１〜１０ｍｇ／Ｌの範囲内にある処理水が得られる。
【０１３１】
陽極室、陰極室、複極室に供給する純水としては特に制約がなく、当業者が通常用いている純水製造方法により製造される純水がすべて使用可能である。例えばＲＯ（逆浸透膜）、イオン交換法、蒸留法、電気式脱塩法等の公知の技術またはその組み合わせにより製造した純水またはその純水の純度をさらに高めた超純水を使用することができる。なお、陽極室へ供給する純水の量は、陽極室中のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満となるように設定するのが最も好ましい。
【０１３２】
上述した電気透析装置の陽極室、陰極室、複極室、バッファ室、脱塩室、濃縮室の中に充填するイオン交換体としては、高分子繊維基材にイオン交換基をグラフト重合法によって導入したものを用いることが好ましい。高分子繊維よりなるグラフト化基材は、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの一種の単繊維であってもよく、また、軸芯と鞘部とが異なる高分子によって構成される複合繊維であってもよい。用いることのできる複合繊維の例としては、ポリオレフィン系高分子、例えばポリエチレンを鞘成分とし、鞘成分として用いたもの以外の高分子、例えばポリプロピレンを芯成分とした芯鞘構造の複合繊維が挙げられる。かかる複合繊維材料に、イオン交換基を、放射線グラフト重合法を利用して導入したものが、イオン交換能力に優れ、均一な厚みに製造できるので、上述した目的で用いられるイオン交換繊維材料として好ましい。イオン交換繊維材料の形態としては、織布や不織布などを挙げることができる。
【０１３３】
また、斜交網等のスペーサ部材の形態のイオン交換体としては、ポリオレフィン系高分子製樹脂、例えば、電気透析槽において広く使用されているポリエチレン製の斜交網（ネット）を基材として、これに、放射線グラフト重合法を用いてイオン交換機能を付与したものが、イオン交換能力に優れ、被処理水の分散性に優れているので好ましい。
【０１３４】
なお、放射線グラフト重合法とは、高分子基材に放射線を照射してラジカルを形成させ、これにモノマーを反応させることによってモノマーを基材中に導入するという技法である。放射線グラフト重合法に用いることができる放射線としては、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等を挙げることができるが、ガンマ線や電子線を用いることが好ましい。放射線グラフト重合法には、グラフト基材に予め放射線を照射した後、グラフトモノマーと接触させて反応させる前照射グラフト重合法と、基材とモノマーの共存下に放射線を照射する同時照射グラフト重合法とがあるが、いずれの方法も用いることができる。
【０１３５】
また、モノマーと基材との接触方法により、モノマー溶液に基材を浸漬させたまま重合を行う液相グラフト重合法、モノマーの蒸気に基材を接触させて重合を行う気相グラフト重合法、基材をモノマー溶液に浸漬した後モノマー溶液から取り出して気相中で反応を行わせる含浸気相グラフト重合法などを挙げることができるが、いずれの方法も用いることができる。
【０１３６】
不織布などの繊維基材やスペーサ基材に導入するイオン交換基としては、特に限定されることなく種々のカチオン交換基またはアニオン交換基等を用いることができる。例えば、カチオン交換基としては、スルホン基などの強酸性カチオン交換基、リン酸基などの中酸性カチオン交換基、カルボキシル基などの弱酸性カチオン交換基、アニオン交換基としては、第１級〜第３級アミノ基などの弱塩基性アニオン交換基、第４アンモニウム基などの強塩基性アニオン交換基を用いることができる。あるいは、上記カチオン交換基およびアニオン交換基の両方を併有するイオン交換体を用いることもできる。
【０１３７】
また、官能基として、イミノジ酢酸およびそのナトリウム塩から誘導される官能基、各種アミノ酸、例えば、フェニルアラニン、リジン、ロイシン、バリンおよびプロリン並びにそのナトリウム塩から誘導される官能基、イミノジエタノールから誘導される官能基などを有するイオン交換体を用いてもよい。
【０１３８】
上述した目的で用いることのできるイオン交換基を有するモノマーとしては、アクリル酸（ＡＡｃ）、メタクリル酸、スチレンスルホン酸ナトリウム（ＳＳＳ）、メタリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライド（ＶＢＴＡＣ）、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドなどを挙げることができる。
【０１３９】
例えば、スチレンスルホン酸ナトリウムをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強酸性カチオン交換基であるスルホン基を導入することができ、また、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドをモノマーとして用いて放射線グラフト重合を行うことにより、基材に直接、強塩基性アニオン交換基である第４級アンモニウム基を導入することができる。
【０１４０】
また、イオン交換基に転換可能な基を有するモノマーとしては、アクリロニトリル、アクロレイン、ビニルピリジン、スチレン、クロロメチルスチレン、メタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）などが挙げられる。例えば、メタクリル酸グリシジルを放射線グラフト重合によって基材に導入し、次に亜硫酸ナトリウムなどのスルホン化剤を反応させることによって強酸性カチオン交換基であるスルホン基を基材に導入したり、またはクロロメチルスチレンをグラフト重合した後に、基材をトリメチルアミン水溶液に浸漬して４級アンモニウム化を行うことによって、強塩基性アニオン交換基である第４級アンモニウム基を基材に導入することができる。
【０１４１】
また、基材にクロロメチルスチレンをグラフト重合した後、スルフィドを反応させてスルホニウム塩とした後、イミノジ酢酸ナトリウムを反応させることによって、官能基としてイミノジ酢酸ナトリウム基を基材に導入することができる。あるいは、まず基材にクロロメチルスチレンをグラフト重合した後、クロロ基をヨウ素で置換し、次にイミノジ酢酸ジエチルエステルを反応させてヨウ素をイミノジ酢酸ジエチルエステル基で置換し、次に水酸化ナトリウムを反応させてエステル基をナトリウム塩に変換することによって、官能基としてイミノジ酢酸ナトリウム基を基材に導入することができる。
【０１４２】
上述の各種の形態のイオン交換体の中では、不織布または織布などの形態のイオン交換繊維材料が特に好ましい。織布や不織布などの繊維材料は、樹脂ビーズや斜交網などの形態の材料と比較して表面積が極めて大きいのでイオン交換基の導入量が大きく、また、樹脂ビーズのようにビーズ内部のミクロポアまたはマクロポア内にイオン交換基が存在するということはなく、すべてのイオン交換基が繊維の表面上に配置されるので、処理水中の金属イオンが容易にイオン交換基の近傍に拡散され、イオン交換によって吸着される。従って、イオン交換繊維材料を用いると、金属イオンの除去・回収効率をより向上させることができる。
【０１４３】
なお、上記のイオン交換繊維材料など以外でも、公知のイオン交換体樹脂ビーズを用いることもできる。例えば、ポリスチレンをジビニルベンゼンで架橋したビーズなどを基材樹脂として用い、これを硫酸やクロロスルホン酸のようなスルホン化剤で処理してスルホン化を行って基材にスルホン基を導入することにより、上述した各実施形態で使用可能な強酸性カチオン交換樹脂ビーズを得ることができる。
【０１４４】
このような製造方法は周知であり、またこのような手法によって製造されたカチオン交換樹脂ビーズとしては、種々の商品名で市販されているものを挙げることができる。また、官能基としてイミノジ酢酸およびそのナトリウム塩から誘導される官能基、各種アミノ酸、例えば、フェニルアラニン、リジン、ロイシン、バリンおよびプロリン並びにそのナトリウム塩から誘導される官能基、イミノジエタノールから誘導される官能基などを有する樹脂ビーズを用いてもよい。
【０１４５】
上述した実施形態における電気透析装置により、少なくともアンモニウムイオンとフッ素を含有する排水を処理すれば、排水からアンモニウムイオンおよびフッ素を除去してアンモニウムイオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水とアンモニウムイオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成することができる。あるいは、上述した各実施形態における電気透析装置により、少なくとも金属水酸化物スラッジを形成する金属イオンとフッ素を含有する排水を処理すれば、排水から前記金属イオンおよびフッ素を除去して金属イオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水と金属イオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成することができる。
【０１４６】
過酸化水素とフッ素を含む排水の場合には、排水を過酸化水素分解処理した後、電気透析装置に供給してもよい。また、排水のフッ素濃度は１ｍｇ／Ｌを超え１０，０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましく、処理水のフッ素濃度は１ｍｇ／Ｌ未満であることが好ましい。
【０１４７】
また、上述した電気透析装置は、フッ素再資源化装置と組み合わせてフッ素処理システムを構成することができる。例えば、図１４に示すように、フッ素含有排水を上述した電気透析装置で処理し、電気透析装置で得られたフッ素濃縮水をフッ素再資源化装置５００に供給して、排水中のフッ素をフッ化カルシウム（ＣａＦ２）の結晶として回収することができる。
【０１４８】
上述した電気透析装置の運転方法または制御方法としては、以下のような方法がある。まず、本発明に係る電気透析装置より得られる処理水、フッ素濃縮水、または原水のフッ素濃度を測定するフッ素濃度測定手段（例えば、導電率を測定する導電率計やイオン電極法によりフッ素濃度を測定するフッ素濃度計）を設けることで、処理性能をモニタリングすることが可能となる。また、原水ラインおよび／または処理水ラインに流量計を設けることで、フッ素負荷のモニタリングが可能となる。
【０１４９】
また、処理水のフッ素濃度を制御するフッ素濃度制御手段を設けることが好ましく、このフッ素濃度制御手段としては、原水、処理水または濃縮水のフッ素濃度、フッ素負荷または処理性能のモニタリング値により電気透析装置への通電量を自動的に調整したり、流量調整バルブにより原水の流量を自動的に調整したりするものがよい。これにより、処理水のフッ素濃度の自動制御が可能となる。また、処理水のフッ素濃度が所定の値より高い場合にのみ、自動的にイオン交換樹脂層に通水する構成としてもよい。この場合には、処理水質の安定性をより高めることが可能となる。また、フッ素濃縮水の濃度が所定値未満に低下していることまたは処理水の濃度が所定値以上に高まっていることをフッ素濃度測定手段により検知してもよい。これにより、電気透析槽内部の破損、例えばイオン交換膜の破れなどをエラー信号として出力することが可能となる。
【０１５０】
また、フッ素濃縮水の二次的処理手段（例えば、フッ素再資源化装置（ＣａＦ２晶析装置、フッ素を炭酸カルシウムと反応させてフッ素を回収するＣａＦ２置換装置）、凝集沈殿装置、減圧蒸留装置）の種類にかかわらず、フッ素濃縮水のフッ素濃度を安定した濃度として供給することで、これらの二次的処理を行う装置の性能を安定したものとすることができる。
【０１５１】
フッ素濃縮水のフッ素濃度を制御する手段としては、フッ素濃縮水が流れるラインに取り付けた導電率計やフッ素濃度計などのフッ素濃度測定手段の測定値に基づいて、フッ素濃縮水のラインや濃縮水タンクからのフッ素濃縮水引き抜き水量（二次的処理を行う装置へのフッ素濃縮水の送水量）またはフッ素濃縮水のラインや濃縮水タンクへの補給水量を調整するのがよい。また、電気透析装置における通電量や原水の流量を自動的に調整するものでもよい。
【０１５２】
ここで、フッ素濃縮水の二次的処理を行う装置の運転条件を適性とするためには、例えば、以下に示すような構成が考えられる。例えば、図１５に示すように、本発明に係る電気透析装置をフッ素再資源化装置としてのＣａＦ２置換装置５０１と組み合わせて、排水中のフッ素をＣａＦ２結晶として回収するフッ素処理システムを構成することができる。上述した電気透析装置で得られたフッ素濃縮水のｐＨ値またはα値（酸性度の値）の測定手段を設け、この値が適性となるように酸やアルカリを注入して調整するｐＨ値またはα値調整手段５０２を設けるのがよい。これにより、ＣａＦ２置換装置５０１で使用する炭酸カルシウム粒の溶解を防止することができる。また、得られるＣａＦ２結晶の純度が高まる。
【０１５３】
特に除害排水中には、フッ酸以外に塩酸、硫酸、硝酸などが混在している場合があり、フッ酸以外の酸は、炭酸カルシウムを溶解させる性質がある。本発明に係る電気透析装置によれば、これらの酸もフッ酸とともに濃縮する場合がある。したがって、例えば、除害装置排水（除害排水）のフッ素濃縮水を対象とした場合においても、上述したｐＨ値またはα値調整手段５０２によりｐＨを高く、あるいは酸性度を低くすることにより炭酸カルシウムの溶解を防止することが可能となる。ＣａＦ２置換装置５０１から排出される残液に含まれるフッ素は、凝集沈澱装置５０４で汚泥として分離除去するのがよい。
【０１５４】
本発明に係る電気透析装置は、処理水のフッ素濃度が排水基準値８ｍｇ−Ｆ／Ｌを下回るように運転条件を設定することが可能であるので、この処理水をさらに凝集沈殿する必要はない。したがって、大規模な凝集沈殿処理施設を必要とせず、放流または水の再利用が可能となる。例えば、図１５に示すように、電気透析装置から排出された処理水を純水製造装置５０５の原水などに再利用することにより、施設の水使用量（水購入量）を減らすことが可能となる。
【０１５５】
また、例えば、図１６に示すように、本発明に係る電気透析装置をフッ素再資源化装置としてのＣａＦ２晶析装置５０６と組み合わせて、排水中のフッ素をＣａＦ２結晶として回収するフッ素処理システムを構成することができる。この場合には、ｐＨ値またはα値調整手段５０２により、フッ素濃縮水を晶析に適したｐＨまたは酸性度に調整することができる。
【０１５６】
さらに、ＣａＦ２晶析装置５０６で添加するカルシウム化合物（例えば塩化カルシウムや水酸化カルシウム）の添加量を調整するカルシウム化合物添加量調整手段５０７を設けて、フッ素濃縮水のフッ素濃度測定手段で得られる測定値に応じてカルシウム化合物の添加量が適性となるように調整することができる。これにより、フッ素濃縮水中のフッ素濃度の変動が生じた場合においても、これに適応したカルシウム化合物の添加量に調整することができ、得られるＣａＦ２結晶の純度および粒径を所望のものにすることが可能となる。ＣａＦ２晶析装置５０６から排出される残液に含まれるフッ素は凝集沈澱装置５０４で汚泥として分離除去するのがよい。
【０１５７】
また、例えば、図１７に示すように、本発明に係る電気透析装置を、フッ素濃縮水の少なくとも一部を含む水を凝集沈澱処理する凝集沈澱処理装置５０８と組み合わせて、フッ素濃縮水中のフッ素をＣａＦ２含有汚泥として分離除去することもできる。この場合には、フッ素含有排水のフッ素濃度が極めて低くて凝集沈澱処理に不適な場合であっても、フッ素の濃度を凝集沈澱処理に適した濃度まで高めることができ、また、フッ素含有排水の水量よりもフッ素濃縮水の水量の方が少ないので、フッ素含有排水をそのまま凝集沈殿処理する場合に比べて、凝集剤の添加量（例えば、１日あたりの使用量）を少なくすることができ、また、小さな規模の処理施設で固液分離することが可能となる。例えば、フッ素含有排水中のフッ素を１０倍濃縮する場合は、凝集沈澱処理装置５０８の処理水量を１０分の１にまで小さくすることが可能となる。
【０１５８】
フッ素含有排水が懸濁物質や粉体などの固体を含む場合は、これらの固体を予め分離することで、このような排水からもフッ素の分離濃縮を行うことが可能となる。このような排水の例としては除害排水がある。除害装置では、ＰＦＣガスの他にシリカ含有ガスも導入されるため、除害装置によるガス分解処理後にシリカ粉末が大量に発生し、これが排水に混入する。除害装置としては、燃焼式、加熱式など稼動時に排水を発生するものが挙げられる。
【０１５９】
このような除害装置を用いる場合には、例えば、図１８に示すように、沈降分離槽５５０などの固液分離手段を介してフッ素含有排水を電気透析装置に導入するフッ素処理システムが好適である。図１８では、排水に含まれる固体を沈降させて、汚泥層５５２として分離している。また、上澄水５５４を電気透析装置に導入している。この場合において、上澄水５５４には浮遊性の固体が微量に含まれている場合があるため、更に保安フィルターを介して電気透析装置に導入するのがよい。また、排水に有機物が含まれることが懸念される場合は、電気透析装置内のイオン交換膜の有機物による汚染を回避するために、さらに活性炭処理層を介して電気透析装置に導入するのがよい。
【０１６０】
固液分離手段としては、公知のあらゆる手段、例えば沈降分離槽５５０の他に、公知の膜（フィルター）分離手段や遠心分離手段などを用いることができる。排水に含まれる固形物量が大量の場合には、固液分離手段として沈降分離槽５５０を用いるのが好ましい。なお、図１８では、汚泥５５２の後段への流出防止および水流の迂回を目的として、複数の仕切板５５６が設置されている。なお、除害装置内部にも、粗大粒子の固形物を分離するための手段、例えば固液分離槽やフィルターが設けられている場合があるが、前記固液分離手段は、この後段側に別に設けるのが望ましい。
【０１６１】
電気透析装置の処理水は、フッ素濃度が十分に低減されているため、除害装置５５８の供給水として循環させることができ、水使用量の削減をすることも可能となる。また、電気透析装置の処理水の一部を排水することで、系内への微量物質の蓄積防止も可能となる。
【０１６２】
フッ素含有排水が界面活性剤などの有機物を含む場合は、これらの有機物を予め分離することで、このような排水からもフッ素の分離濃縮を行うことが可能となる。このような排水の例としては、界面活性剤を含むフッ酸またはバッファードフッ酸（ＮＨ４Ｆ）に由来する排水、および微量な有機物を含有する工業用水が給水される除害装置からの排水が挙げられる。
【０１６３】
このような場合においても、例えば、図１９に示すように、活性炭吸着層５６０などの有機物分離手段を介してフッ素含有排水を電気透析装置に導入するフッ素処理システムが好適である。有機物分離手段としては、活性炭吸着層の他に、公知の有機物分離手段、例えば膜分離手段などを用いることができる。また、公知の有機物分解手段なども用いることができることはいうまでもない。
【０１６４】
また、図２０に示すように、本発明に係る電気透析装置で得られるフッ素濃縮水をさらに減圧蒸留装置５６２などの水蒸発手段でフッ素濃度を高めることも可能である。この場合は、フッ素濃縮水濃度が１０００〜１００００ｍｇ／Ｌの場合においてもフッ素濃度が１〜１０％以上にまでさらに容易に高めることができるので、鉄鋼業界におけるステンレス酸洗用途に用いることができるなど、再利用の用途が拡大する。
【実施例１】
【０１６５】
図１に示す電気透析装置を用いて、フッ素含有排水（６０ｍｇ−Ｆ／Ｌ）を対象としたフッ素濃縮試験を行った。電気透析装置の仕様は以下の通りである。
・透析面積：６ｄｍ２
・カチオン交換膜：アストム社製ネオセプタＣＭＢ
・アニオン交換膜：アストム社製ネオセプタＡＨＡ
・カチオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・カチオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・陽極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
・陰極：ＳＵＳ３０４、ラス網形状
【０１６６】
また、電気透析装置の運転条件は以下の通りである。
・電流密度：１Ａ／ｄｍ２
・原水の流量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
・陽極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・陰極液の循環水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水の循環水量：２５０ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水タンクへのバッファ水補給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水の循環水量：２５０ｍｌ／ｍｉｎ
【０１６７】
この結果、濃縮室内のフッ素濃度は１２００ｍｇ−Ｆ／Ｌと高いものの、バッファ室の濃度は５〜１０ｍｇ−Ｆ／Ｌ、陽極室の濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、陽極室のフッ素濃度は極めて低い値に維持された。陽極の腐食も認められなかった。陰極室のフッ素濃度も１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、極めて低濃度であった。陰極の腐食も認められなかった。なお、極間電圧は約１０Ｖであった。
【実施例２】
【０１６８】
図３から図５に示す電気透析装置を用いて、フッ素含有排水（６０ｍｇ−Ｆ／Ｌ）を対象としたフッ素濃縮試験を行った。電気透析装置の仕様は以下の通りである。
・透析面積：６ｄｍ２
・カチオン交換膜：アストム社製ネオセプタＣＭＢ
・アニオン交換膜：アストム社製ネオセプタＡＨＡ
・カチオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・カチオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・陽極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
・陰極：ＳＵＳ３０４、ラス網形状
【０１６９】
また、電気透析装置の運転条件は以下の通りである。
・電流密度：１Ａ／ｄｍ２
・原水の流量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
・陽極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・陰極液の循環水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水の循環水量：２５０ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水タンクへのバッファ水補給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水の循環水量：２５０ｍｌ／ｍｉｎ
【０１７０】
これら場合においても、濃縮室内のフッ素濃度は約１２００ｍｇ−Ｆ／Ｌと高いものの、バッファ室の濃度は５〜１０ｍｇ−Ｆ／Ｌ、陽極室の濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、陽極室のフッ素濃度は極めて低い値に維持された。陰極室のフッ素濃度は、いずれの電気透析装置においても１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満となり、極めて低濃度であった。陽極の腐食も認められず、陰極の腐食も認められなかった。
【実施例３】
【０１７１】
図９に示す電気透析装置を用いて、カルシウムイオンを１０ｍｇ／Ｌ、有機物３ｍｇ／Ｌ（全有機炭素として）含む除害排水（６０ｍｇ−Ｆ／Ｌ）を対象としたフッ素濃縮試験を行った。除害装置は、シリカ含有ガスおよびＰＦＣガスを燃焼処理により除害する構成のものであった。本実施例における除害排水は、沈降分離槽により除害排水に含まれる固体を沈降分離した後の上澄水を用いた。なお、この実験では、カルシウムイオンを塩酸塩としてフッ酸とは別の室（アルカリ濃縮室）に濃縮する構成としている。また、電気透析セル２組を１組の押え板の間にまとめた構造であり、境界には複極室が設けられている。複極室には陽極室と同様に純水が供給されており、複極室からの流出水はバッファ水として用いている。バッファ室からの流出水の一部は原水と混合されている。電気透析装置の仕様は以下の通りである。
・透析面積：６ｄｍ２
・カチオン交換膜：アストム社製ネオセプタＣＭＢ
・アニオン交換膜：アストム社製ネオセプタＡＨＡ
・カチオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・カチオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・陽極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
・陰極：ＳＵＳ３０４、ラス網形状
・複極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
・カートリッジフィルタ：孔径５μｍ
・活性炭：粒状活性炭充填層
【０１７２】
また、電気透析装置の運転条件は以下の通りである。
・電流密度：１Ａ／ｄｍ２
・原水の流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・陽極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・複極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・陰極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水タンクへの極液補給水量：５０ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水の循環水量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水の補給水量：５０ｍｌ／ｍｉｎ
・濃縮水の循環水量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
【０１７３】
これら場合においても、酸濃縮室内のフッ素濃度は約１２００ｍｇ−Ｆ／Ｌと高いものの、バッファ室の濃度は５〜１０ｍｇ−Ｆ／Ｌと低かった。また、陽極室および複極室の濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、陽極室および複極室のフッ素濃度は極めて低い値に維持された。また、陰極室のフッ素濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、極めて低濃度であった。陽極および複極室の電極の腐食も認められず、陰極の腐食も認められなかった。
【実施例４】
【０１７４】
図１１に示す電解透析装置を用いて、アンモニウムイオンを４０ｍｇ／Ｌ含むフッ素含有排水（６０ｍｇ−Ｆ／Ｌ）を対象としたフッ素濃縮試験を行った。なお、この実験では、アンモニウムイオンをフッ酸とは別の室（アルカリ濃縮室）に濃縮する構成としている。また、電気透析セル２組を１組の押え板の間にまとめた構造であり、境界には複極室が設けられている。複極室には陽極室と同様に純水が供給されており、複極室からの流出水はバッファ水として用いている。バッファ室からの流出水の一部は酸濃縮タンクに供給されている。電気透析装置の仕様は以下の通りである。
・透析面積：６ｄｍ２
・カチオン交換膜：アストム社製ネオセプタＣＭＢ
・アニオン交換膜：アストム社製ネオセプタＡＨＡ
・カチオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換不織布：基材はポリエチレン製不織布。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・カチオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基はスルホン基。グラフト重合法により作成。
・アニオン交換スペーサ：基材はポリエチレン製斜孔網。官能基は４級アンモニウム基。グラフト重合法により作成。
・陽極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
・陰極：ＳＵＳ３０４、ラス網形状
・複極：チタンに白金メッキを施したもの。ラス網形状。
【０１７５】
また、電気透析装置の運転条件は以下の通りである。
・電流密度：１Ａ／ｄｍ２
・原水の流量：１０００ｍｌ／ｍｉｎ
・陽極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・複極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・陰極液の供給水量：２５ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水タンクへの極液補給水量：５０ｍｌ／ｍｉｎ
・バッファ水の循環水量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
・酸濃縮タンクへのバッファ水補給水量：５０ｍｌ／ｍｉｎ
・酸またはアルカリ濃縮水の循環水量：５００ｍｌ／ｍｉｎ
【０１７６】
酸濃縮室にはフッ酸としてフッ素イオンが濃縮され、フッ素濃度は約１２００ｍｇ−Ｆ／Ｌと高いものの、バッファ室の濃度は５〜１０ｍｇ−Ｆ／Ｌと低かった。また、陽極室および複極室の濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、陽極室および複極室のフッ素濃度は極めて低い値に維持された。また、陰極室のフッ素濃度は１ｍｇ−Ｆ／Ｌ未満であり、極めて低濃度であった。アルカリ濃縮室には、アンモニア水としてアンモニウムイオンが約１０００ｍｇ／Ｌの濃度で濃縮された。アンモニウムイオンとフッ素イオンは個別に濃縮可能であった。陽極および複極室の電極の腐食も認められず、陰極の腐食も認められなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】本発明の第１の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１の電気透析槽を示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第４の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図６】図５の電気透析槽を示す模式図である。
【図７】本発明の第５の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図８】図７の電気透析槽を示す模式図である。
【図９】本発明の第６の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図１０】図９の電気透析槽を示す模式図である。
【図１１】本発明の第７の実施形態における電気透析装置の構成を示す模式図である。
【図１２】図１１の電気透析槽を示す模式図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態における電気透析装置の電気透析槽を示す模式図である。
【図１４】本発明に係る電気透析装置とフッ素再資源化装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図１５】本発明に係る電気透析装置とＣａＦ２置換装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図１６】本発明に係る電気透析装置とＣａＦ２晶析装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図１７】本発明に係る電気透析装置と凝集沈澱装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図１８】本発明に係る電気透析装置と除害装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図１９】本発明に係る電気透析装置と活性炭吸着層とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【図２０】本発明に係る電気透析装置と減圧蒸留装置とを組み合わせたフッ素処理システムの一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１７８】
１，１０１ａ，１０１ｂ，２０１，３０１，４０１ 電気透析槽
２ 陽極
３ 陰極
１０，２１０ 陽極室
２０，２２０ バッファ室
２１，３０，３１ 濃縮室
４０，２４０ 脱塩室
５０，２５０ 陰極室
７０，７２，７４，２７０，２７２，２７４，２７６，２７８，２８０，２８７ ポンプ
７１，２７１ 極液タンク
７３，２７３ バッファ水タンク
７５ 濃縮水タンク
２３０ 酸濃縮室
２３１ アルカリ濃縮室
２６０ 酸供給室
２６１ 複極室
２７５ 酸濃縮水タンク
２７７ アルカリ濃縮水タンク
２７９ 酸供給水タンク
２８１ 酸原液タンク
２８２ ｐＨモニタ
２８４ 原水タンク
２８５ 活性炭
２８６ カートリッジフィルタ
５００ フッ素再資源化装置
５０１ ＣａＦ２置換装置
５０２ ｐＨ値またはα値調整手段
５０４，５０８ 凝集沈澱装置
５０５ 純水製造装置
５０６ ＣａＦ２晶析装置
５０７ カルシウム化合物添加量調整手段
５５０ 沈降分離槽
５５２ 汚泥層
５５４ 上澄水
５５６ 仕切板
５５８ 除害装置
５６０ 活性炭吸着層
５６２ 減圧蒸留装置
ＡＦ１〜ＡＦ４，ＡＦ１１〜ＡＦ１６ アニオン交換不織布
ＡＭ１，ＡＭ２，ＡＭ１１〜ＡＭ１３ アニオン交換膜
ＡＳ１，ＡＳ１１，ＡＳ１２ アニオン交換スペーサ
ＣＦ１〜ＣＦ６，ＣＦ１１〜ＣＦ１６ カチオン交換不織布
ＣＭ１〜ＣＭ３，ＣＭ１１〜ＣＭ１３ カチオン交換膜
ＣＳ１〜ＣＳ３，ＣＳ１１〜ＣＳ１３ カチオン交換スペーサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項２】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、
前記被処理水中の対象イオンが前記濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項３】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、
前記被処理水中の対象イオンが前記濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項４】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、
前記被処理水中の対象イオンが前記濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室を経由して前記濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項５】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項６】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項７】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項８】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室を経由して前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項９】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１０】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１１】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１２】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室を経由して前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１３】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、
前記被処理水中の対象イオンが前記濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記バッファ室に純水を供給する経路と、
前記バッファ室から出た流出水の少なくとも一部を前記濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１４】
前記陽極室または前記バッファ室から出た流出水の少なくとも一部を前記被処理水または前記処理水に混合する経路をさらに備えたことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の電気透析装置。
【請求項１５】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から直接前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記陽極室と前記バッファ室との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、
前記陰極室と前記第２の濃縮室との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、
前記バッファ室と前記第１の濃縮室との間に設けられた第２のカチオン交換膜と、
前記第１の濃縮室と前記脱塩室との間に設けられた第２のアニオン交換膜と、
前記脱塩室と前記第２の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１６】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室と前記バッファ室との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、
前記陰極室と前記イオン供給室との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、
前記バッファ室と前記第１の濃縮室との間に設けられた第２のカチオン交換膜と、
前記第１の濃縮室と前記脱塩室との間に設けられた第２のアニオン交換膜と、
前記脱塩室と前記第２の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜と、
前記第２の濃縮室と前記イオン供給室との間に設けられた第３のアニオン交換膜と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１７】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
複数の室からなる複数の室構造と、
電極を有し、前記複数の室構造の間に配置され、イオン交換体が充填された少なくとも１つの複極室と、
前記陽極室と前記室構造との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、
前記陰極室と前記室構造との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、
前記複極室の前記陽極側に設けられた第２のアニオン交換膜と、
前記複極室の前記陰極側に設けられた第２のカチオン交換膜と、
を備え、前記室構造は、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室または前記複極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室および前記複極室に純水を供給する経路と、
前記バッファ室と前記第１の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜と、
前記第１の濃縮室と前記脱塩室との間に設けられた第３のアニオン交換膜と、
前記脱塩室と前記第２の濃縮室との間に設けられた第４のカチオン交換膜と、
前記第２の濃縮室と前記イオン供給室との間に設けられた第４のアニオン交換膜と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１８】
前記被処理水はフッ素を含有する排水であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の電気透析装置。
【請求項１９】
前記陽極室および／または前記複極室から出た流出水のフッ素濃度が１ｍｇ−Ｆ／Ｌ以下となるように、前記陽極室および／または前記複極室に供給する純水の水量を調整することを特徴とする請求項１８に記載の電気透析装置。
【請求項２０】
前記陽極室、前記陰極室、および前記複極室の少なくとも１つにはイオン交換体が充填されていることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の電気透析装置。
【請求項２１】
それぞれの室には、前記カチオン交換膜に接するカチオン交換繊維材料または前記アニオン交換膜に接するアニオン交換繊維材料が充填されていることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の電気透析装置。
【請求項２２】
前記陽極室、前記陰極室、前記複極室、または前記バッファ室に、純水に代えて電気透析装置の処理水を供給することを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載の電気透析装置。
【請求項２３】
少なくともアンモニウムイオンとフッ素を含有する排水を電気透析装置により処理することにより、前記排水からアンモニウムイオンおよびフッ素を除去してアンモニウムイオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水とアンモニウムイオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２４】
少なくとも金属水酸化物スラッジを形成する金属イオンとフッ素を含有する排水を電気透析装置により処理することにより、前記排水から前記金属イオンおよびフッ素を除去して前記金属イオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水と前記金属イオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２５】
少なくとも過酸化水素とフッ素を含む排水を過酸化水素分解処理し、
前記過酸化水素分解処理後の排水を前記電気透析装置に供給することを特徴とする請求項２３または２４に記載の排水処理方法。
【請求項２６】
前記排水のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌを超え１０，０００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項２３から２５のいずれか一項に記載の排水処理方法。
【請求項２７】
前記処理水のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満であることを特徴とする請求項２３から２６のいずれか一項に記載の排水処理方法。
【請求項２８】
前記第１の濃縮水の少なくとも一部をフッ素再資源化装置に供給して、前記排水中のフッ素をフッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することを特徴とする請求項２３から２７のいずれか一項に記載の排水処理方法。
【請求項２９】
少なくともフッ素を含有する排水を処理する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
前記電気透析装置から得られるフッ素濃縮水をフッ化カルシウムとして回収するフッ素再資源化装置と、
を備えたことを特徴とするフッ素処理システム。
【請求項３０】
少なくともフッ素を含有する排水を処理する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
前記電気透析装置で得られたフッ素濃縮水の少なくとも一部を含む水を凝集沈澱処理する凝集沈澱装置と、
を備えたことを特徴とするフッ素処理システム。
【請求項３１】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
前記電気透析装置から得られる処理水を原水として純水を製造する純水製造装置と、
を備えたことを特徴とする水リサイクルシステム。
【請求項３２】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
除害装置と、
前記除害装置の排水を前記電気透析装置に供給する経路と、
前記電気透析装置で得られる処理水の一部を前記除害装置に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする水リサイクルシステム。
【請求項３３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
少なくともフッ素を含有する排水の固液分離を行う固液分離手段と、
前記固液分離手段により固液分離がなされた排水を前記電気透析装置に供給する経路と、
を備えたことを特徴とするフッ素処理システム。
【請求項３４】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
少なくともフッ素を含有する排水の有機物分離を行う有機物分離手段と、
前記有機物分離手段により有機物分離がなされた排水を前記電気透析装置に供給する経路と、
を備えたことを特徴とするフッ素処理システム。
【請求項１】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項２】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、
前記被処理水中の対象イオンが前記濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項３】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、
前記被処理水中の対象イオンが前記濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項４】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、
前記被処理水中の対象イオンが前記濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室を経由して前記濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項５】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項６】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項７】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項８】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室を経由して前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項９】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１０】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１１】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１２】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記陽極室に純水を供給する経路と、
前記陽極室から出た流出水の少なくとも一部を前記バッファ室を経由して前記第１の濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１３】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から対象イオンを除去して該対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の対象イオンを濃縮して該対象イオンの濃度が高められた濃縮水を生成する濃縮室と、
前記被処理水中の対象イオンが前記濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記バッファ室に純水を供給する経路と、
前記バッファ室から出た流出水の少なくとも一部を前記濃縮室に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１４】
前記陽極室または前記バッファ室から出た流出水の少なくとも一部を前記被処理水または前記処理水に混合する経路をさらに備えたことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の電気透析装置。
【請求項１５】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から直接前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記陽極室と前記バッファ室との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、
前記陰極室と前記第２の濃縮室との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、
前記バッファ室と前記第１の濃縮室との間に設けられた第２のカチオン交換膜と、
前記第１の濃縮室と前記脱塩室との間に設けられた第２のアニオン交換膜と、
前記脱塩室と前記第２の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１６】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室と前記バッファ室との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、
前記陰極室と前記イオン供給室との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、
前記バッファ室と前記第１の濃縮室との間に設けられた第２のカチオン交換膜と、
前記第１の濃縮室と前記脱塩室との間に設けられた第２のアニオン交換膜と、
前記脱塩室と前記第２の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜と、
前記第２の濃縮室と前記イオン供給室との間に設けられた第３のアニオン交換膜と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１７】
陽極を有する陽極室と、
陰極を有する陰極室と、
複数の室からなる複数の室構造と、
電極を有し、前記複数の室構造の間に配置され、イオン交換体が充填された少なくとも１つの複極室と、
前記陽極室と前記室構造との間に設けられた第１のカチオン交換膜と、
前記陰極室と前記室構造との間に設けられた第１のアニオン交換膜と、
前記複極室の前記陽極側に設けられた第２のアニオン交換膜と、
前記複極室の前記陰極側に設けられた第２のカチオン交換膜と、
を備え、前記室構造は、
供給された被処理水から第１の対象イオンと第２の対象イオンとを除去して前記第１の対象イオンおよび前記第２の対象イオンの濃度が低められた処理水を生成する脱塩室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第１の対象イオンを濃縮して該第１の対象イオンの濃度が高められた第１の濃縮水を生成する第１の濃縮室と、
前記被処理水中の第１の対象イオンが前記第１の濃縮室から前記陽極室または前記複極室に直接流入しないように遮断するバッファ室と、
前記脱塩室から移動した前記被処理水中の第２の対象イオンを濃縮して該第２の対象イオンの濃度が高められた第２の濃縮水を生成する第２の濃縮室と、
前記被処理水中の第２の対象イオンと反対の極性を有するイオンを前記第２の濃縮室に供給するイオン供給室と、
前記陽極室および前記複極室に純水を供給する経路と、
前記バッファ室と前記第１の濃縮室との間に設けられた第３のカチオン交換膜と、
前記第１の濃縮室と前記脱塩室との間に設けられた第３のアニオン交換膜と、
前記脱塩室と前記第２の濃縮室との間に設けられた第４のカチオン交換膜と、
前記第２の濃縮室と前記イオン供給室との間に設けられた第４のアニオン交換膜と、
を備えたことを特徴とする電気透析装置。
【請求項１８】
前記被処理水はフッ素を含有する排水であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の電気透析装置。
【請求項１９】
前記陽極室および／または前記複極室から出た流出水のフッ素濃度が１ｍｇ−Ｆ／Ｌ以下となるように、前記陽極室および／または前記複極室に供給する純水の水量を調整することを特徴とする請求項１８に記載の電気透析装置。
【請求項２０】
前記陽極室、前記陰極室、および前記複極室の少なくとも１つにはイオン交換体が充填されていることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の電気透析装置。
【請求項２１】
それぞれの室には、前記カチオン交換膜に接するカチオン交換繊維材料または前記アニオン交換膜に接するアニオン交換繊維材料が充填されていることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の電気透析装置。
【請求項２２】
前記陽極室、前記陰極室、前記複極室、または前記バッファ室に、純水に代えて電気透析装置の処理水を供給することを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載の電気透析装置。
【請求項２３】
少なくともアンモニウムイオンとフッ素を含有する排水を電気透析装置により処理することにより、前記排水からアンモニウムイオンおよびフッ素を除去してアンモニウムイオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水とアンモニウムイオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２４】
少なくとも金属水酸化物スラッジを形成する金属イオンとフッ素を含有する排水を電気透析装置により処理することにより、前記排水から前記金属イオンおよびフッ素を除去して前記金属イオンおよびフッ素の濃度が低められた処理水を生成するとともに、フッ素の濃度を高めた第１の濃縮水と前記金属イオンの濃度を高めた第２の濃縮水とを生成することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２５】
少なくとも過酸化水素とフッ素を含む排水を過酸化水素分解処理し、
前記過酸化水素分解処理後の排水を前記電気透析装置に供給することを特徴とする請求項２３または２４に記載の排水処理方法。
【請求項２６】
前記排水のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌを超え１０，０００ｍｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項２３から２５のいずれか一項に記載の排水処理方法。
【請求項２７】
前記処理水のフッ素濃度が１ｍｇ／Ｌ未満であることを特徴とする請求項２３から２６のいずれか一項に記載の排水処理方法。
【請求項２８】
前記第１の濃縮水の少なくとも一部をフッ素再資源化装置に供給して、前記排水中のフッ素をフッ化カルシウム（ＣａＦ２）として回収することを特徴とする請求項２３から２７のいずれか一項に記載の排水処理方法。
【請求項２９】
少なくともフッ素を含有する排水を処理する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
前記電気透析装置から得られるフッ素濃縮水をフッ化カルシウムとして回収するフッ素再資源化装置と、
を備えたことを特徴とするフッ素処理システム。
【請求項３０】
少なくともフッ素を含有する排水を処理する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
前記電気透析装置で得られたフッ素濃縮水の少なくとも一部を含む水を凝集沈澱処理する凝集沈澱装置と、
を備えたことを特徴とするフッ素処理システム。
【請求項３１】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
前記電気透析装置から得られる処理水を原水として純水を製造する純水製造装置と、
を備えたことを特徴とする水リサイクルシステム。
【請求項３２】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
除害装置と、
前記除害装置の排水を前記電気透析装置に供給する経路と、
前記電気透析装置で得られる処理水の一部を前記除害装置に供給する経路と、
を備えたことを特徴とする水リサイクルシステム。
【請求項３３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
少なくともフッ素を含有する排水の固液分離を行う固液分離手段と、
前記固液分離手段により固液分離がなされた排水を前記電気透析装置に供給する経路と、
を備えたことを特徴とするフッ素処理システム。
【請求項３４】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気透析装置と、
少なくともフッ素を含有する排水の有機物分離を行う有機物分離手段と、
前記有機物分離手段により有機物分離がなされた排水を前記電気透析装置に供給する経路と、
を備えたことを特徴とするフッ素処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００７−１４８２７（Ｐ２００７−１４８２７Ａ）
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７６０７３（Ｐ２００５−１７６０７３）
【出願日】平成１７年６月１６日（２００５．６．１６）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１６日（２００５．６．１６）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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