イオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法
【課題】電気泳動処理の際に処理液温や分離対象イオンの濃度が変化した場合でも安定したイオン分離性能を有するイオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法を提供すること。
【解決手段】イオン分離回収システム１は、第１電極１３と第２電極１４との間に電圧が印加される電極対１２を備え、処理対象溶液８０を電気泳動処理して第１溶液８１と第２溶液８２とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置１０と、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体についてイオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定する測定部５０と、系内流通液体の流量制御および液温制御、電極対１２の印加電圧制御、ならびに電極対１２の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行う制御部６０とを備える。
【解決手段】イオン分離回収システム１は、第１電極１３と第２電極１４との間に電圧が印加される電極対１２を備え、処理対象溶液８０を電気泳動処理して第１溶液８１と第２溶液８２とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置１０と、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体についてイオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定する測定部５０と、系内流通液体の流量制御および液温制御、電極対１２の印加電圧制御、ならびに電極対１２の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行う制御部６０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隔膜を用いずに電気泳動でイオンを分離するイオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、処理対象溶液中に含まれる陰イオンおよび陽イオンを分離、回収する電気泳動イオン分離回収装置が知られている。この電気泳動イオン分離回収装置は、隔膜を用いずに電気泳動を用いて溶液中の陰イオンおよび陽イオンを陽極および陰極の近傍に局在化させ、この局在化させた陰イオンを含む溶液と局在化させた陽イオンを含む溶液とを分離して取り出すことにより、イオンを分離するものである。本発明では、イオンを分離して取り出す装置そのものを電気泳動イオン分離回収装置といい、電気泳動イオン分離回収装置に加え、電源等の周辺機器を含むものをイオン分離回収システムという。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９０２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
イオン分離回収システムでは、電気泳動イオン分離回収装置における、陰イオンを含む溶液と陽イオンを含む溶液との間の分離性能が重要である。しかし、この分離性能は陽極および陰極の電極間に存在する液体の状態によって異なる。
【０００５】
たとえば、溶媒として水を用いてナトリウムイオンや塩化物イオン等のイオンを分離する場合、イオン濃度や水温の変化により導電率が変化し、この導電率の変化によりイオンの分離性能が変化する。水温の変化と導電率の変化との関係を、図面を参照して説明する。
【０００６】
図４は、水温と水の導電率との関係を示すグラフである。図４は、異なる３個の文献に記載された水温と水の導電率との関係を示すグラフ３本をまとめて示したものである。３本のグラフは、第１、第２および第３の文献に記載されたものを、それぞれ○、×、△の符号を含むように表示した。
【０００７】
図４に示されるように、水の導電率は水温の変化に伴い大きく変化する。具体的には、水温が２５℃の場合は水の導電率が０．３μＳ／ｃｍ以下であるのに対して、水温が２５０℃では水の導電率が３．２〜３．６μＳ／ｃｍとなり、２５℃の場合に比べて約１０倍大きくなる。
【０００８】
このように水の導電率が変化すると、分離の駆動力となる電場強度が変化し、イオンの分離性能が変化するおそれがある。イオン分離回収システムでは、通常、一定電圧を印加して電気泳動を行うが、水の導電率が変化したときに電流の増加が不十分であると印加電圧が低下し、電場強度が変化するからである。
【０００９】
水の導電率の変化と電流の変化との関係を、図面を参照して説明する。図５は、水の導電率と電流値との関係を示すグラフである。図５は、具体的には、電極面積９８ｃｍ２の２枚の電極を電極間隔１．８ｃｍで対向配置し、２枚の電極間に所定の一定電圧１６Ｖ、２５Ｖおよび６０Ｖを印加したときの水の導電率と電流値との関係を示したグラフである。
【００１０】
図５に示されるように、電流値は、水の導電率の増加に比例して増加する直線となる。また、直線の傾きは、印加電圧が大きくなるほど、大きくなることが分かる。
【００１１】
しかし、電流を多く流す必要が生じることは、イオン分離回収システムの運用に影響を及ぼす。水の導電率が大きくなったときに大きな電流を流せるような電源容量の大きな電源は、水の導電率が小さい通常の状態では過剰なスペックとなるため、導入されにくい。このため、通常のスペックの電源では、水の導電率が大きくなったときに、十分な電流を流すことができずに電圧が低下して、イオン分離回収システムの健全な運用ができなくなるおそれがある。
【００１２】
水温と、電源の印加電圧上限値との関係を、図面を参照して説明する。図６は、水温と電源の印加電圧上限値との関係の一例を示すグラフである。図６は、具体的には、一般的に用いられる日本エイドー株式会社製の直流電源を用いた場合の、印加電圧上限値の一例を示すグラフである。
【００１３】
図６に示されるように、水温が１００℃程度と低いときには印加電圧上限値が４５０Ｖであるが、水温が２００℃以上と高いときには印加電圧上限値が２００Ｖ程度に低下することが分かる。このように、水温の上昇に伴い印加電圧上限値が下がると、条件によっては十分な電気泳動を行えず、イオンの分離性能が不十分になるおそれがあることが分かる。
【００１４】
水温と水の抵抗値との関係を、図面を参照して説明する。図７は、水温と水の抵抗値（電圧／電流）との関係を示すグラフである。
【００１５】
なお、図７で用いられる装置は、隔膜を用いた電気泳動イオン分離回収装置であり、図７中に示される抵抗値は対向する電極間の電極間隔が６ｍｍのときの隔膜を介した抵抗値である。このため、図７で用いられる装置の装置構成は、上述の隔膜を用いない電気泳動イオン分離回収装置と異なるが、水温と水の抵抗値との関係は隔膜の有無に関わらず同様であるので、図７を用いて水温と水の抵抗値との関係を説明する。図７に示されるように、水の抵抗値は、水温の増加に伴い減少する。
【００１６】
以上、述べたように、隔膜を用いずに電気泳動でイオンを分離するイオン分離回収システムにおいては、イオン濃度や水温の変化により導電率が変化し、この導電率の変化によりイオンの分離性能が変化するという課題があった。
【００１７】
また、水温やイオン濃度の変化のうちでも、特に、水温やイオン濃度が予め設定した値よりも高くなる場合は、液の導電率が高くなることにより、陽極および陰極の電極間における電場強度が低下し、イオンの分離効率が低下しやすいという課題があった。なお、電極間における電場強度の低下は、両電極近傍以外の部分、すなわち両電極から離間した部分においてより生じやすい。
【００１８】
また、液の導電率が高くなると、一定電圧での電気泳動を維持するために電極間電流を多く流す必要がある。この場合、電気泳動イオン分離回収装置の電源としてより大きな電源容量が必要になるため、経済的でないとともに、電気泳動イオン分離回収装置の電源容量が足りずに適切な電気泳動処理ができなくなるおそれがあるという課題があった。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するものであり、電気泳動処理の際に処理液温や分離対象イオンの濃度が変化した場合でも安定したイオン分離性能を有するイオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、イオン分離回収システム内に存在する液体について、イオン濃度、導電率等の液管理パラメータを測定し、この液管理パラメータの測定値に基づいて、液体の流量制御、液温制御等を行うと、処理液温や分離対象イオンの濃度が変化した場合でも安定したイオン分離性能が得られることを見出してなされたものである。
【００２１】
すなわち、本発明のイオン分離回収システムは、上記課題を解決するためのものであり、第１電極と第２電極との間に電圧が印加される電極対を備え、導入された処理対象溶液を電気泳動処理することにより、前記第１電極の近傍に局在化したイオンを含む第１溶液と前記第２電極の近傍に局在化したイオンを含む第２溶液とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置と、前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定する測定部と、前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、前記電極対の印加電圧制御、ならびに前記電極対の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明のイオン分離回収方法は、上記課題を解決するためのものであり、第１電極と第２電極との間に電圧が印加される電極対を備え、導入された処理対象溶液を電気泳動処理することにより、前記第１電極の近傍に局在化したイオンを含む第１溶液と前記第２電極の近傍に局在化したイオンを含む第２溶液とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置を用い、前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定するステップと、前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、前記電極対の印加電圧制御、ならびに前記電極対の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のイオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法によれば、電気泳動処理の際に処理液温や分離対象イオンの濃度が変化した場合でも安定したイオン分離性能を有するイオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のイオン分離回収システムの第１の実施形態を示す概略構成図。
【図２】本発明のイオン分離回収システムの第２の実施形態を示す概略構成図。
【図３】本発明のイオン分離回収システムの第３の実施形態を示す概略構成図。
【図４】水温と水の導電率との関係を示すグラフ。
【図５】水の導電率と電流値との関係を示すグラフ。
【図６】水温と電源の印加電圧上限値との関係の一例を示すグラフ。
【図７】水温と水の抵抗値（電圧／電流）との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［イオン分離回収システム］
本発明のイオン分離回収システムについて、図面を参照して説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明のイオン分離回収システムの第１の実施形態を示す概略構成図である。
図１に示すように、イオン分離回収システム１は、導入された処理対象溶液８０を第１溶液８１と第２溶液８２とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置１０と、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度等の液管理パラメータを測定する測定部５０と、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御等の制御を行う制御部６０と、を備える。
【００２７】
また、イオン分離回収システム１は、電気泳動イオン分離回収装置１０の上流側に設けられ、電気泳動イオン分離回収装置１０に導入される処理対象溶液８０を貯留する原水タンク３０と、電気泳動イオン分離回収装置１０の下流側に設けられ、電気泳動イオン分離回収装置１０から排出された第１溶液８１を貯留する第１液タンク３１と、電気泳動イオン分離回収装置１０の下流側に設けられ、電気泳動イオン分離回収装置１０から排出された第２溶液８２を貯留する第２液タンク３２と、をさらに備える。
【００２８】
電気泳動イオン分離回収装置１０とこの上流側の原水タンク３０とは導入ライン３４で接続される。これにより、原水タンク３０中の処理対象溶液８０が電気泳動イオン分離回収装置１０に送液されるようになっている。導入ライン３４の途中には、ポンプ３７と、測定部５０としてのモニタ５０Ａと、液温調整機構７１とが設けられる。
【００２９】
電気泳動イオン分離回収装置１０とこの下流側の第１液タンク３１とは第１排出ライン３５で接続される。これにより、電気泳動イオン分離回収装置１０中で生成した第１溶液８１が第１液タンク３１に送液されるようになっている。第１排出ライン３５の途中には、測定部５０としてのモニタ５０Ｃが設けられる。
【００３０】
電気泳動イオン分離回収装置１０とこの下流側の第２液タンク３２とは第２排出ライン３６で接続される。これにより、電気泳動イオン分離回収装置１０中で生成した第２溶液８２が第２液タンク３２に送液されるようになっている。第２排出ライン３６の途中には、測定部５０としてのモニタ５０Ｄが設けられる。
【００３１】
上記構成により、イオン分離回収システム１では、電気泳動イオン分離回収装置１０内に処理対象溶液８０が導入され、この処理対象溶液８０に電気泳動処理がされて第１溶液８１および第２溶液８２が生成すると、この生成した第１溶液８１および第２溶液８２が第１液タンク３１と第２液タンク３２に回収されるようになっている。
【００３２】
なお、イオン分離回収システム１において、電気泳動イオン分離回収装置１０より上流側かつ処理対象溶液８０が流通する領域を分離上流領域２１という。具体的には、イオン分離回収システム１において、原水タンク３０、導入ライン３４、ポンプ３７、および測定部５０としてのモニタ５０Ａを含む領域は、分離上流領域２１である。
【００３３】
また、イオン分離回収システム１において、電気泳動イオン分離回収装置１０より下流側かつ第１溶液８１が流通する領域を第１分離下流領域２３という。具体的には、イオン分離回収システム１において、第１排出ライン３５、第１液タンク３１、および測定部５０としてのモニタ５０Ｃを含む領域は、第１分離下流領域２３である。
【００３４】
さらに、イオン分離回収システム１において、電気泳動イオン分離回収装置１０より下流側かつ第２溶液８２が流通する領域を第２分離下流領域２４という。具体的には、イオン分離回収システム１において、第２排出ライン３６、第２液タンク３２、および測定部５０としてのモニタ５０Ｄを含む領域は、第２分離下流領域２４である。
【００３５】
＜電気泳動イオン分離回収装置＞
電気泳動イオン分離回収装置１０は、処理対象溶液８０が導入される電気泳動容器１１と、電気泳動容器１１内に設けられ、第１電極１３と第２電極１４とを有し第１電極１３と第２電極１４との間に電圧が印加される電極対１２とを備える。
【００３６】
電気泳動容器１１は、断面矩形の筒状の容器であり、電気泳動容器１１の上流側の導入ライン３４から処理対象溶液８０が導入される導入部１５と、電気泳動容器１１内での電気泳動処理により処理対象溶液８０から生成した第１溶液８１を第１排出ライン３５に排出する第１排出部１７と、電気泳動容器１１内での電気泳動処理により処理対象溶液８０から生成された第２溶液８２を第２排出ライン３６に排出する第２排出部１８とを備える。
【００３７】
電気泳動容器１１内に設けられる電極対１２は、第１電極１３と第２電極１４とを有する１対の電極からなる電極ユニットである。電極対１２において、第１電極１３と第２電極１４とは、共に平板状に形成され、対向して配置される。第１電極１３と第２電極１４は、平板状以外の形状であってもよく、たとえば、メッシュ状であってもよい。第１電極１３と第２電極１４の材質としては導電性のある物質であればよく、特に限定されないが、たとえば、ステンレス、チタン、白金等が挙げられる。
【００３８】
電極対１２を構成する第１電極１３と第２電極１４は、それぞれ、電気泳動イオン分離回収装置１０外に設けられた外部電源４０である直流電源４０Ａの別の端子に接続されており、直流電源４０Ａにより第１電極１３と第２電極１４との間に電圧が印加されるようになっている。第１電極１３と第２電極１４との間の電圧値および電流値は、電圧計４１および電流計４２で測定される。
【００３９】
電気泳動イオン分離回収装置１０では、導入された処理対象溶液８０に対して、電極対１２を構成する第１電極１３と第２電極１４との間に電圧を印加して電気泳動処理をすることにより処理対象溶液８０から第１溶液８１と第２溶液８２とを生成し、第１溶液８１を第１排出部１７から排出し、第２溶液８２を第２排出部１８から排出するようになっている。
【００４０】
ここで、処理対象溶液８０とは、電気泳動イオン分離回収装置１０で電気泳動処理される対象となるイオンを含む液体を意味する。処理対象溶液８０としては、たとえば、ナトリウムイオンＮａ＋等の陽イオンと塩化物イオンＣｌ−等の陰イオンを含む水溶液が挙げられる。
【００４１】
イオン分離回収システム１に用いられる処理対象溶液８０としては、液温が、通常、２５〜３００℃のものが用いられる。また、イオン分離回収システム１に用いられる処理対象溶液８０としては、イオン濃度が、通常、１ｐｐｂ〜１質量％程度のものが用いられる。
【００４２】
第１溶液８１とは、電気泳動イオン分離回収装置１０での電気泳動処理により処理対象溶液８０から生成した、第１電極１３の近傍に局在化したイオンを含む溶液である。第１溶液８１が含むイオンの種類は、第１電極１３が陽極か陰極のいずれであるかにより変わる。第１電極１３が陽極であれば第１溶液８１は陰イオンを含み、第１電極１３が陰極であれば第１溶液８１は陽イオンを含む液となる。
【００４３】
たとえば、処理対象溶液８０がナトリウムイオンＮａ＋と塩化物イオンＣｌ−を含む水溶液である場合において、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極となるように電極対１２に電圧が印加されたとき、第１溶液８１は、陽極である第１電極１３の近傍に局在化した塩化物イオンＣｌ−を含む水溶液になる。
【００４４】
第２溶液８２とは、電気泳動イオン分離回収装置１０での電気泳動処理により処理対象溶液８０から生成した、第２電極１４の近傍に局在化したイオンを含む溶液である。第２溶液８２が含むイオンの種類は、第２電極１４が陽極か陰極のいずれであるかにより変わる。第２電極１４が陽極であれば第２溶液８２は陰イオンを含み、第２電極１４が陰極であれば第２溶液８２は陽イオンを含む液となる。
【００４５】
たとえば、処理対象溶液８０がナトリウムイオンＮａ＋と塩化物イオンＣｌ−を含む水溶液である場合において、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極となるように電極対１２に電圧が印加されたとき、第２溶液８２は、陰極である第２電極１４の近傍に局在化したナトリウムイオンＮａ＋を含む水溶液になる。
【００４６】
電極対１２を構成する第１電極１３と第２電極１４には、それぞれ、第１電極１３と第２電極１４との間の電極間距離を調整するアジャスタ７２が取り付けられている。
【００４７】
アジャスタ７２は、第１電極１３または第２電極１４を相対する電極に向けて接近または離間させることにより、第１電極１３と第２電極１４との間の電極間隔を連続的または段階的に増加または減少させる機構である。アジャスタ７２は、第１電極１３と第２電極１４のそれぞれに設けられ、モーター等を用いて第１電極１３および第２電極１４のそれぞれを移動させることができるようになっている。
【００４８】
アジャスタ７２としては、たとえば、モーター等により軸方向に移動可能な棒状体の先端部を、第１電極１３または第２電極１４の裏面に接続した機構が挙げられる。
【００４９】
第１電極１３および第２電極１４のそれぞれに設けられたアジャスタ７２、７２は、制御部６０で制御されることにより、第１電極１３と第２電極１４との間の電極間距離を適切な距離に調整できるようになっている。
【００５０】
イオン分離回収システム１において、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内の領域のうち、第１電極１３と第２電極１４との間またはその近傍に位置する領域を電極間領域２２という。
【００５１】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、電極対１２は１個であり、電極対１２は１枚の第１電極１３と１枚の第２電極１４からなるため、電極間領域２２は容易に定められる。
【００５２】
なお、本発明では、図１に示されるイオン分離回収システム１と異なり、複数個の電極対１２が電気泳動容器１１の長手方向に沿って隣接するように設けられていてもよい。具体的には、複数個の電極対１２が電気泳動容器１１の長手方向に沿って所定の間隔で離間して配置されていてもよい。
【００５３】
電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内には、電極間領域２２に、測定部５０としてのモニタ５０Ｂが設けられる。モニタ５０Ｂで測定された液管理パラメータの情報は、モニタ５０Ｂと電気的に接続された制御部６０に伝達される。
【００５４】
＜測定部＞
測定部５０は、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定するものである。
【００５５】
本発明では、イオン分離回収システム１の系内を流通する液体である処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２を総称して系内流通液体という。
【００５６】
イオン分離回収システム１の運転時において、処理対象溶液８０は、通常、分離上流領域２１および電極間領域２２に存在する。具体的には、処理対象溶液８０は、通常、原水タンク３０、導入ライン３４、および電気泳動イオン分離回収装置１０内に存在する。
【００５７】
また、イオン分離回収システム１の運転時において、第１溶液８１は、通常、第１分離下流領域２３に存在する。具体的には、第１溶液８１は、通常、第１排出ライン３５、および第１液タンク３１内に存在する。
【００５８】
なお、電気泳動イオン分離回収装置１０内でも処理対象溶液８０の電気泳動処理により第１溶液８１が生成される。しかし、電気泳動イオン分離回収装置１０内の第１溶液８１は、処理対象溶液８０や第２溶液８２から十分に分離されたものでない。このため、純粋な第１溶液８１は、電気泳動イオン分離回収装置１０内の電極間領域２２には実質的に存在せず、第１分離下流領域２３に存在するといえる。
【００５９】
さらに、イオン分離回収システム１の運転時において、第２溶液８２は、通常、第２分離下流領域２４に存在する。具体的には、第２溶液８２は、通常、第２排出ライン３６、および第２液タンク３２内に存在する。
なお、電気泳動イオン分離回収装置１０内でも処理対象溶液８０の電気泳動処理により第２溶液８２が生成される。しかし、電気泳動イオン分離回収装置１０内の第２溶液８２は、処理対象溶液８０や第１溶液８１から十分に分離されたものでない。このため、純粋な第２溶液８２は、電気泳動イオン分離回収装置１０内の電極間領域２２には実質的に存在せず、第２分離下流領域２４に存在するといえる。
【００６０】
測定部５０は、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体について、液管理パラメータを測定するものである。測定部５０は、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体が存在する領域に設けられる。
【００６１】
処理対象溶液８０が存在する領域は、通常、分離上流領域２１および電極間領域２２である。このため、処理対象溶液８０の液管理パラメータを測定する測定部５０は、通常、分離上流領域２１に含まれる導入ライン３４および原水タンク３０、ならびに電気泳動イオン分離回収装置１０内の電極間領域２２から選ばれる１箇所以上の場所に設けられる。
【００６２】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、導入ライン３４の途中に測定部５０としてのモニタ５０Ａが設けられるとともに、電気泳動イオン分離回収装置１０内の電極間領域２２に測定部５０Ｂが設けられている。
【００６３】
第１溶液８１が存在する領域は、通常、第１分離下流領域２３である。このため、第１溶液８１の液管理パラメータを測定する測定部５０は、通常、第１分離下流領域２３に含まれる第１排出ライン３５、および第１液タンク３１から選ばれる１箇所以上の場所に設けられる。
【００６４】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、第１排出ライン３５の途中に測定部５０としてのモニタ５０Ｃが設けられている。
【００６５】
第２溶液８２が存在する領域は、通常、第２分離下流領域２４である。このため、第２溶液８２の液管理パラメータを測定する測定部５０は、通常、第２分離下流領域２４に含まれる第２排出ライン３６、および第２液タンク３２から選ばれる１箇所以上の場所に設けられる。
【００６６】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、第２排出ライン３６の途中に測定部５０としてのモニタ５０Ｄが設けられている。
【００６７】
測定部５０は、上記系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定する。ここで、液管理パラメータとは、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の測定項目を意味する。
【００６８】
測定部５０の測定する液管理パラメータがイオン濃度であるとき、測定部５０としては、たとえば、イオン濃度計が用いられる。イオン濃度計を用いる場合、たとえば、モニタ５０Ａ、５０Ｃおよび５０Ｄをイオン濃度計とする。
【００６９】
系内流通液体は、通常、イオン濃度が高くなると導電率も高くなる。このため、電極対１２に一定電圧を印加する電気泳動処理の際にイオン濃度が高くなると、通常、一定電圧を維持するために電流が多く必要になる。
【００７０】
なお、イオン分離回収システム１において、測定部５０としてのイオン濃度計が分離上流領域２１にモニタ５０Ａとして設けられ、イオン濃度計で測定される液管理パラメータが分離上流領域２１に存在する処理対象溶液８０のイオン濃度であると、電気泳動イオン分離回収装置１０に導入され、電気泳動処理が行われる対象である処理対象溶液８０のイオン濃度を正確に測定することができるため、好ましい
【００７１】
また、測定部５０としてのイオン濃度計が第１分離下流領域２３にモニタ５０Ｃとして設けられ、イオン濃度計で測定される液管理パラメータが第１分離下流領域２３に存在する第１溶液８１のイオン濃度である場合は、第１溶液８１中に多く含まれるイオンを測定対象イオンとして分離度を測定することができる。
【００７２】
また、測定部５０としてのイオン濃度計が第２分離下流領域２４にモニタ５０Ｄとして設けられ、イオン濃度計で測定される液管理パラメータが第２分離下流領域２４に存在する第２溶液８２のイオン濃度である場合は、第２溶液８２中に多く含まれるイオンを測定対象イオンとして分離度を測定することができる。
【００７３】
測定部５０の測定する液管理パラメータが導電率であるとき、測定部５０としては、たとえば、導電率計が用いられる。導電率計を用いる場合、たとえば、モニタ５０Ａおよび５０Ｂの１個以上を導電率計とする。
【００７４】
モニタ５０Ａが導電率計であると、電気泳動処理前の処理対象溶液８０の導電率を測定することができ、モニタ５０Ｂが導電率計であると、電気泳動処理時の導電率を測定することができる。
【００７５】
測定部５０の測定する液管理パラメータが流量であるとき、測定部５０としては、たとえば、流量計が用いられる。流量計を用いる場合、たとえば、モニタ５０Ａを流量計とする。モニタ５０Ａが流量計であると、電気泳動処理前の処理対象溶液８０の流量を測定することができる。
【００７６】
測定部５０の測定する液管理パラメータが液温であるとき、測定部５０としては、たとえば、温度計が用いられる。温度計を用いる場合、たとえば、モニタ５０Ｂを温度計とする。
【００７７】
なお、イオン分離回収システム１において、測定部５０としての温度計が電極間領域２２にモニタ５０Ｂとして設けられ、温度計で測定される液管理パラメータが電極間領域２２に存在する処理対象溶液８０の液温であると、電気泳動イオン分離回収装置１０で電気泳動処理が行われている処理対象溶液８０の液温を正確に測定することが可能になるため、好ましい。
【００７８】
また、イオン分離回収システム１において、測定部５０としての温度計が分離上流領域２１にモニタ５０Ａとして設けられ、温度計で測定される液管理パラメータが分離上流領域２１に存在する処理対象溶液８０の液温であると、電気泳動イオン分離回収装置１０に導入され、電気泳動処理が行われる対象である処理対象溶液８０の液温を正確に測定することが可能になるため、好ましい。
【００７９】
なお、モニタ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃおよび５０Ｄは、それぞれ、複数の測定機能を有していてもよい。たとえば、モニタ５０Ａが、イオン濃度計と流量計との機能を有していてもよいし、モニタ５０Ｂが、導電率計と温度計との機能を有していてもよい。
【００８０】
測定部５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ）は、制御部６０に電気的に接続される。これにより、測定部５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ）で測定された液管理パラメータの情報が、制御部６０に伝達されるようになっている。
【００８１】
＜制御部＞
制御部６０は、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、電極対１２の印加電圧制御、ならびに電極対１２の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うものである。
【００８２】
具体的には、制御部６０は、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体中のイオンの分離度（Ｄ１）を算出し、この算出された分離度（Ｄ１）にもとづいて、系内流通液体の流量制御および液温制御、電極対１２の印加電圧制御、ならびに電極対１２の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うものである。
【００８３】
より具体的には、制御部６０は、たとえば、系内流通液体中のイオンの分離度（Ｄ１）を算出する算出ステップと、算出された分離度Ｄ１が、予め設定された分離度仕様値（Ｄ０）の数値範囲内にあるか否かを判断する判断ステップと、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲外にある場合に、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内に入るように、流量制御、液温制御、印加電圧制御、電極間隔制御等の制御を行う制御ステップとを行う。
【００８４】
算出ステップ、判断ステップおよび制御ステップについて、詳細に説明する。
【００８５】
（算出ステップ）
算出ステップは、測定部５０で測定された液管理パラメータの測定値に基づいて第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の液体中のイオンの分離度（Ｄ１）を算出するステップである。
【００８６】
ここで、分離度とは、処理対象溶液８０中の全イオン濃度に対する、第１溶液８１または第２溶液８２中の測定対象イオンの濃度の比率、を意味する。すなわち、分離度は、分離後の第１溶液８１または第２溶液８２中の測定対象イオンのモル濃度等の濃度を、処理対象溶液８０中の全イオンのモル濃度の濃度で除することにより、算出することができる。
【００８７】
ここで、処理対象溶液８０中の全イオン濃度とは、溶媒に起因するイオンを含まないイオンの濃度とする。たとえば、処理対象溶液８０がＮａ＋とＣｌ−を含む水溶液である場合、Ｎａ＋のイオン濃度とＣｌ−のイオン濃度との合計値を全イオン濃度とし、溶媒である水に起因するイオンであるＨ＋とＯＨ−は、処理対象溶液８０中の全イオン濃度に含めない。
【００８８】
測定対象イオンとは、第１溶液８１または第２溶液８２に含まれるイオンのうち、分離度を測定する対象とするイオンであり、通常、第１溶液８１または第２溶液８２に最も多く含まれるイオンが選ばれる。
【００８９】
たとえば、測定対象溶液が第１溶液８１で、第１溶液８１がＣｌ−を１．８モル／ｌ、Ｎａ＋を０．２モル／ｌの濃度で含む水溶液である場合、測定対象イオンとしては、通常、Ｃｌ−が選ばれる。
【００９０】
分離度の算出例を示す。たとえば、処理対象溶液８０が、Ｎａ＋を１０モル、Ｃｌ−を１０モル、Ｎａ＋とＣｌ−とを合計で２０モル含む１０Ｌの水溶液であり、分離後の第１溶液８１が、Ｃｌ−を９モル、Ｎａ＋を１モル含む５Ｌの水溶液であり、分離後の第２溶液８２が、Ｃｌ−を１モル、Ｎａ＋を９モル含む５Ｌの水溶液である場合を考える。
【００９１】
換言すれば、処理対象溶液８０は、Ｎａ＋を１．０モル／ｌ、Ｃｌ−を１．０モル／ｌの濃度で含み、Ｎａ＋の濃度とＣｌ−の濃度との合計値が２．０モル／ｌになる１０Ｌの水溶液であり、分離後の第１溶液８１は、Ｃｌ−を１．８モル／ｌ、Ｎａ＋を０．２モル／ｌの濃度で含む５Ｌの水溶液であり、分離後の第２溶液８２は、Ｃｌ−を０．２モル／ｌ、Ｎａ＋を１．８モル／ｌの濃度で含む５Ｌの水溶液になっている。
【００９２】
この条件において、測定対象溶液が第１溶液８１であり、第１溶液８１中の測定対象イオンがＣｌ−であるときの分離度は、第１溶液８１のＣｌ−が１．８モル／ｌであり、処理対象溶液８０の全イオン濃度、すなわち、Ｃｌ−の濃度とＮａ＋の濃度との合計値が２．０モル／ｌであるから、１．８モル／ｌを２．０モル／ｌで除して９０％と算出される。
【００９３】
また、測定対象溶液が第２溶液８２であり、第２溶液８２中の測定対象イオンがＮａ＋であるときの分離度は、第２溶液８２のＮａ＋が１．８モル／ｌであり、処理対象溶液８０の全イオン濃度が２．０モル／ｌであるから、１．８モル／ｌを２．０モル／ｌで除して９０％と算出される。
【００９４】
なお、分離度は、濃度でなく、モル数に着目して算出することもできる。この場合は、分離後の第１溶液８１または第２溶液８２中の測定対象イオンのモル数を、処理対象溶液８０中の測定対象イオンのモル数で除することにより、算出することができる。
【００９５】
たとえば、上記例において、測定対象溶液が第１溶液８１であり、第１溶液８１中の測定対象イオンがＣｌ−であるときの分離度は、第１溶液８１中のＣｌ−のモル数が９モル、処理対象溶液８０中のＣｌ−のモル数が１０モルであるから、９モルを１０モルで除して９０％と算出することができる。
【００９６】
（判断ステップ）
判断ステップは、液管理パラメータの測定値に基づいて算出された分離度Ｄ１が、イオン分離回収システム１の運用に好ましい分離度として予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内にあるか否かを判断するステップである。
【００９７】
予め設定される分離度仕様値Ｄ０は、たとえば、下限値Ｄ０Ｌ、中央値Ｄ０Ｍおよび上限値Ｄ０Ｈを有する数値範囲として設定される。予め設定された分離度仕様値Ｄ０の情報は、制御部６０内、または制御部６０がアクセス可能な他の図示しない記憶手段等に格納される。
【００９８】
算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内にあるか否かは、たとえば、算出された分離度Ｄ１と分離度仕様値Ｄ０の中央値Ｄ０Ｍとの差分を求め、この差分が所定範囲内にあるか否かで判断する方法が挙げられる。
【００９９】
（制御ステップ）
制御ステップは、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲外にある場合に、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内に入るように、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、電極対１２の印加電圧制御、ならびに電極対１２の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うステップである。
【０１００】
＜流量制御＞
流量制御は、イオン分離回収システム１に設けられた流量調節ポンプやバルブ等の流量調節機構を制御して系内流通液体の流量を調節する制御である。
【０１０１】
流量調節ポンプやバルブ等の流量調節機構は、たとえば、導入ライン３４、第１排出ライン３５、第２排出ライン３６等のラインに設けられる。
【０１０２】
流量調節機構であるポンプ３７は、制御部６０に電気的に接続される。これにより、ポンプ３７は、制御部６０からの指示で送液量等が制御されるようになっている。
【０１０３】
イオン分離回収システム１では、一般的に、流量を減少させると、分離度が高くなる。
【０１０４】
流量制御の具体例を示す。たとえば、測定部５０で測定された液管理パラメータの測定値に基づいて算出された分離度がＡ（％）であり、この分離度Ａ（％）が予め設定された分離度仕様値Ｄ０（％）の数値範囲外にある場合において、分離度Ａ（％）を分離度Ｄ０（％）の数値範囲内の分離度であるＢ（％）に変化させるときの流量制御を考える。
【０１０５】
流量制御前の分離度Ａ（％）のときの導入ライン３４中の処理対象溶液８０の流量をＶＡ（Ｌ／ｍｉｎ）、流量制御後の分離度Ｂ（％）のときの導入ライン３４中の処理対象溶液８０の流量をＶＢ（Ｌ／ｍｉｎ）とすると、流量ＶＢは、下記式（１）により算出される。
【０１０６】
［数１］
ＶＢ＝ＶＡ（Ｂ／Ａ） （１）
【０１０７】
たとえば、流量制御後の分離度Ｂ（％）を、流量制御前の分離度Ａ（％）よりも大きくする場合は、導入ライン３４中の処理対象溶液８０の流量をＶＢ以下になるように制御する。
【０１０８】
また、イオン分離回収システム１には、イオン分離回収システム１の運用に好ましい流量である流量仕様値が予め設定されていてもよい。流量仕様値が予め設定されていると、イオン分離回収システム１での流量制御が容易になる。流量仕様値の情報は、制御部６０内、または制御部６０がアクセス可能な他の図示しない記憶手段等に格納される。
【０１０９】
なお、流量制御は、液温制御と併用して行うと、流量制御での制御が容易になるため好ましい。具体的には、はじめに液温制御を行って処理対象溶液８０の液温をイオン分離回収システム１の運用に好ましい液温である液温仕様値に近づけておくと、測定部５０で測定された液管理パラメータの測定値に基づいて算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲に近づくため、流量制御での制御が容易になる。
【０１１０】
＜液温制御＞
液温制御は、イオン分離回収システム１に設けられた熱交換器やヒータ等の液温調節機構を制御して系内流通液体の液温を調節する制御である。
【０１１１】
熱交換器やヒータ等の液温調節機構は、たとえば、導入ライン３４、第１排出ライン３５、第２排出ライン３６等のラインや、原水タンク３０に設けられる。
【０１１２】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、導入ライン３４の途中に液温調節機構７１が設けられている。導入ライン３４の途中に液温調節機構７１が設けられると、電気泳動イオン分離回収装置１０に導入され、電機泳動処理が行われる対象である処理対象溶液８０の液温を高い精度で調節することができるため、好ましい。
【０１１３】
イオン分離回収システム１では、一般的に、液温を低下させると、分離度が高くなる。
【０１１４】
液温調節機構７１は、制御部６０に電気的に接続される。これにより、液温調節機構７１は、制御部６０からの指示で液温調節具合が制御されるようになっている。
【０１１５】
また、イオン分離回収システム１には、イオン分離回収システム１の運用に好ましい液温である液温仕様値が予め設定されていてもよい。液温仕様値が予め設定されていると、イオン分離回収システム１での液温制御が容易になる。液温仕様値の情報は、制御部６０内、または制御部６０がアクセス可能な他の図示しない記憶手段等に格納される。
【０１１６】
＜印加電圧制御＞
印加電圧制御は、イオン分離回収システム１に設けられた直流電源４０Ａ等の電圧調節機構を制御して、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４との間の印加電圧を調節する制御である。
【０１１７】
ここで、印加電圧制御とは、電極対１２への印加電圧を一定に保つ制御を意味する。印加電圧制御は、通常、直流電源４０Ａ等の電源の電流値を調節して印加電圧を一定に保つように制御する。
【０１１８】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、直流電源４０Ａが電圧調節機構となっている。
【０１１９】
直流電源４０Ａは、制御部６０に電気的に接続される。これにより、直流電源４０Ａは、制御部６０からの指示で電極対１２の印加電圧を制御することが可能になっている。
【０１２０】
＜電極間隔制御＞
電極間隔制御は、たとえば、アジャスタ７２等の電極間隔調節機構を制御して、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４との間の電極間隔を調節する制御である。
【０１２１】
イオン分離回収システム１では、一般的に、電極間隔を減少させると、分離度が高くなる。
【０１２２】
電極間隔制御は、系内流通液体の流量制御および液温制御や、電極対１２の印加電圧制御があまり有効でない場合でも、有効なことがある。
【０１２３】
図４および図６を用いて説明したように、水温が上昇すると、水の導電率が急激に増加する現象が生じる。このように水の導電率が増加した場合、印加電圧制御では電流を増加させる制御をするため、電源の容量が不足し電流を十分に増加させることができなくなって印加電圧を十分に制御できないことが生じうる。これに対し、電極間隔制御では、水の導電率が増加した場合に、電極間隔を減少させる制御を行えばよいため、電極間隔の下限値までの調節範囲が広く、水の導電率の増加に幅広く対応できる。
【０１２４】
たとえば、水温が高くなって水の導電率が１０倍増加し、電極対１２への一定電圧の印加のために電流を１０倍多く流す必要があるときは、電極間隔が１／１０になるように調整すれば、一定電圧の印加が可能になる。このように、電極間隔制御では、水の導電率の増加分に反比例するように電極間隔を調整すれば一定電圧の印加が可能になるため、調節の幅が広い。
【０１２５】
電極間隔制御は、通常、電極対１２の第１電極１３および第２電極１４の少なくともいずれかに設けられた、第１電極１３と第２電極１４との離間距離を変化させるアジャスタを用いて行われる。
【０１２６】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４とのそれぞれに、電極間隔調節機構としてのアジャスタ７２が設けられている。
【０１２７】
各アジャスタ７２は、アジャスタ７２と電気的に接続された制御部６０により独立して制御される。すなわち、イオン分離回収システム１では、第１電極１３に設けられたアジャスタ７２と、第２電極１４に設けられたアジャスタ７２とで、第１電極１３と第２電極１４とを独立して移動させることができるようになっている。
【０１２８】
＜作用＞
イオン分離回収システム１の作用について説明する。はじめに、イオン分離回収システム１の原水タンク３０に処理対象溶液８０を貯留しておく。処理対象溶液８０は、陽イオン８４と陰イオン８５を含むものである。
【０１２９】
次に、ポンプ３７を稼働して、原水タンク３０中の処理対象溶液８０を導入ライン３４を介して電気泳動イオン分離回収装置１０に導入する。このとき、液温調整機構７１を適宜稼働させ、処理対象溶液８０を、電気泳動処理を行うための所定の温度範囲に入るようにしておくことが好ましい。
【０１３０】
電気泳動イオン分離回収装置１０内に処理対象溶液８０が導入されたら、直流電源４０Ａを用いて、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４との間に、電気泳動処理を行うための所定の電圧を印加して、電気泳動処理を行う。以下、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極になるように電圧を印加した場合について作用を説明する。
【０１３１】
直流電源４０Ａを用いて電極対１２に電圧が印加されることにより電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内で電気泳動処理が行われると、処理対象溶液８０に含まれる陽イオン８４と陰イオン８５は、第１電極１３と第２電極１４の極性に応じて、第１電極１３または第２電極１４の近傍に移動する。
【０１３２】
電極対１２は、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極となるように電圧を印加されているので、処理対象溶液８０中の陰イオン８５は陽極である第１電極１３の近辺に移動して第１電極１３の近辺で第１溶液８１が生成され、処理対象溶液８０中の陽イオン８４は陰極である第２電極１４の近辺に移動して第２電極１４の近辺で第２溶液８２が生成される。
【０１３３】
電気泳動イオン分離回収装置１０中の第１溶液８１は、第１排出部１７から排出され、第１排出ライン３５を流通して、第１液タンク３１に回収される。また、電気泳動イオン分離回収装置１０中の第２溶液８２は、第２排出部１８から排出され、第２排出ライン３６を流通して、第２液タンク３２に回収される。
【０１３４】
イオン分離回収システム１の運転時には、イオン分離回収システム１に設けられた測定部５０、すなわち、導入ライン３４の途中に設けられたモニタ５０Ａ、電気泳動イオン分離回収装置１０内の電極間領域２２に設けられたモニタ５０Ｂ、第１排出ライン３５の途中に設けられたモニタ５０Ｃ、および第２排出ライン３６の途中に設けられたモニタ５０Ｄから選ばれる１個以上の測定部５０を用いて、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータが測定される。
【０１３５】
モニタ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、および５０Ｄから選ばれる１個以上の測定部５０で測定された液管理パラメータの情報は、測定部５０と電気的に接続された制御部６０に伝達される。
【０１３６】
制御部６０は、測定部５０から伝達された液管理パラメータの情報に基づいて、系内流通液体中のイオンの分離度（Ｄ１）を算出する算出ステップと、算出された分離度Ｄ１が、予め設定された分離度仕様値（Ｄ０）の数値範囲内にあるか否かを判断する判断ステップと、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲外にある場合に、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内に入るように、流量制御、液温制御、印加電圧制御、電極間隔制御等の制御を行う制御ステップとを行う。
【０１３７】
制御部６０で、算出ステップ、判断ステップおよび制御ステップを行うことにより、イオン分離回収システム１の分離度を、算出ステップ、判断ステップおよび制御ステップを行う前の分離度Ｄ１から、分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内の分離度Ｄ２に変化させることができ、分離度の調整が可能になる。
【０１３８】
＜本実施形態の効果＞
イオン分離回収システム１によれば、測定部５０で測定した液管理パラメータに基づき、制御部６０で分離度を適正化する制御を行うため、電気泳動処理の際に処理液温や分離対象イオンの濃度が変化した場合でも安定したイオン分離性能を有するイオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法を得ることができる。
【０１３９】
（第２の実施形態）
図２は、本発明のイオン分離回収システムの第２の実施形態を示す概略構成図である。
図２に示すイオン分離回収システム１Ａは、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１に比較して、直流電源４０Ａに代えてパルス電源４０Ｂを用いたものである。
【０１４０】
図２に第２の実施形態として示すイオン分離回収システム１Ａと、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１とは、パルス電源４０Ｂ以外の構成が同じであるため、図２に示すイオン分離回収システム１Ａと、図１に示したイオン分離回収システム１とで同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０１４１】
パルス電源４０Ｂは、パルス状の波形の電流を発生可能な装置であり、公知のパルス電源が用いられる。
【０１４２】
パルス電源４０Ｂとしては、１０ｍｓｅｃよりも短時間だけ電圧を印加することができる電源であることが好ましい。このようなパルス電源４０Ｂとしては、通常１ｋＨｚ以上、好ましくは２ｋＨｚ以上の繰り返し駆動のパルス電源が用いられる。１ｋＨｚ以上の繰り返し駆動のパルス電源であると、電気泳動処理の際に、電極対１２の電極表面近傍への電気二重層の形成によるイオン分離効率の低下が生じにくいため好ましい。
【０１４３】
図２に示したイオン分離回収システム１Ａでは、外部電源４０としてパルス電源４０Ｂを用いることにより、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１に比較して、電気泳動処理におけるイオンの分離効率が高くなっている。
【０１４４】
直流電源４０Ａは、制御部６０に電気的に接続される。これにより、パルス電源４０Ｂは、制御部６０からの指示で電極対１２の印加電圧を制御することが可能になっている。
【０１４５】
パルス電源４０Ｂを用いることにより、電気泳動処理におけるイオンの分離効率が高くなる理由について説明する。
【０１４６】
一般的に、水温やイオン濃度が高いことにより液中の導電率が高くなるが、このように液中の導電率が高い場合は、導電率が低い場合よりも電極表面の電圧降下が大きくなることが知られている。この電圧降下の詳しいメカニズムは十分には解明されていないが、液の導電率が高いと電極表面の近傍に電気二重層が形成されるために、電極表面の電圧降下が大きくなるものと考えられる。
【０１４７】
たとえば、電極対１２に対し、第１電極１３の電位が１０Ｖ、第２電極１４の電位が０Ｖ、すなわち第１電極１３と第２電極１４との間の電位差が１０Ｖになるように電圧を印加した場合において、第１電極１３および第２電極１４の表面近傍に電気二重層が形成されると、条件により、第１電極１３の近傍の電位が１０Ｖから５Ｖ程度に減少するとともに、第２電極１４の近傍の電位が０Ｖから５Ｖ程度に増加することが生じうる。
【０１４８】
このように、第１電極１３の近傍の電位と、第２電極１４の近傍の電位とが、ともに５Ｖ程度になると、第１電極１３と第２電極１４との間の電位勾配がほとんど０になり、電気泳動によるイオンの分離効率が著しく低下するため好ましくない。
【０１４９】
電気二重層の形成に要する時間は、１０ｍｓｅｃ程度であることが多い。また、電極対１２に電圧を印加する電源が直流電源であると、形成された電気二重層が維持されるため、電極対１２に電圧を印加する電源が直流電源であると、条件によっては、開始から１０ｍｓｅｃ程度で、電気泳動処理が不十分になることもあり得る。
【０１５０】
電気二重層の形成による弊害を除去する方法としては、電気二重層が十分に形成される前に電圧の印加を止める方法、たとえば、１０ｍｓｅｃよりも短時間だけ電圧を印加する方法が挙げられる。パルス電源４０Ｂは、電気二重層の形成を防止するとともに形成されかけた電気二重層を破壊することができるため、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４との間の電位勾配を大きいまま維持し、電気泳動処理によるイオン分離効率を高く維持することができる。
【０１５１】
＜作用＞
イオン分離回収システム１Ａの作用について説明する。図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａの作用は、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用に比較して、直流電源４０Ａに代えてパルス電源４０Ｂを用いたこと以外の作用が同じであるため、作用の説明を省略または簡略化する。
【０１５２】
はじめに、イオン分離回収システム１Ａの原水タンク３０に処理対象溶液８０を貯留しておき、さらに、ポンプ３７を稼働して、原水タンク３０中の処理対象溶液８０を導入ライン３４を介して電気泳動イオン分離回収装置１０に導入する。ここまでは、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じである。
【０１５３】
電気泳動イオン分離回収装置１０内に処理対象溶液８０が導入されたら、パルス電源４０Ｂを用いて、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４との間に、電気泳動処理を行うための所定の電圧を所定の繰り返し駆動数で印加して、電気泳動処理を行う。以下、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極になるように電圧を印加した場合について作用を説明する。
【０１５４】
パルス電源４０Ｂからパルス電流が発振されることにより電極対１２に電圧が印加されているときは、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内で電気泳動処理が行われ、処理対象溶液８０に含まれる陽イオン８４と陰イオン８５は、パルス電源４０Ｂで電圧を印加された時間のみ、第１電極１３と第２電極１４の極性に応じて、第１電極１３または第２電極１４の近傍に移動する。
【０１５５】
一方、パルス電源４０Ｂからパルス電流が発振されず電極対１２に電圧が印加されないときは、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内で電気泳動処理が行われない。
【０１５６】
上記のパルス電源４０Ｂからパルス電流が発振される状態と、発振されない状態とは、１ｋＨｚ以上の繰り返し頻度で繰り返し行われる。
【０１５７】
イオン分離回収システム１Ａでは、パルス電源４０Ｂからパルス電流が発振される間、電極対１２は、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極となるように電圧を印加されているので、処理対象溶液８０中の陰イオン８５は陽極である第１電極１３の近辺に移動し、処理対象溶液８０中の陽イオン８４は陰極である第２電極１４の近辺に移動する。
【０１５８】
イオン分離回収システム１Ａでは、パルス電源４０Ｂからパルス電流が発振される状態と発振されない状態とを所定の繰り返し頻度で繰り返すことにより、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内において、第１電極１３の近辺で第１溶液８１が生成されるとともに、第２電極１４の近辺で第２溶液８２が生成される。
【０１５９】
電気泳動イオン分離回収装置１０中の第１溶液８１は、第１排出部１７から排出され、第１排出ライン３５を流通して、第１液タンク３１に回収される。また、電気泳動イオン分離回収装置１０中の第２溶液８２は、第２排出部１８から排出され、第２排出ライン３６を流通して、第２液タンク３２に回収される。
【０１６０】
これ以後の作用は、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じであるため、説明を省略する。
【０１６１】
＜本実施形態の効果＞
イオン分離回収システム１Ａによれば、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１と同様の効果に加え、パルス電源４０Ｂを用いることにより、電極対１２の電極表面の近傍に電気二重層が形成されにくく、電極対１２の電位勾配を大きいまま維持し、電気泳動処理によるイオン分離効率を高く維持することができる。
【０１６２】
（第３の実施形態）
図３は、本発明のイオン分離回収システムの第３の実施形態を示す概略構成図である。
【０１６３】
図３に示すイオン分離回収システム１Ｂは、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１に比較して、直流電源４０Ａに加えてさらにパルス電源４０Ｂを備えるとともに、電気泳動イオン分離回収装置１０に代えて電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂを用いたものである。電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂは、独立した電極対１２を４個備え、各電極対１２にそれぞれ設けられたアジャスタ７２により電極対１２毎の電極間隔制御が独立して行われるようにしたものである。
【０１６４】
図３に第３の実施形態として示すイオン分離回収システム１Ｂと、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１とは、パルス電源４０Ｂ、および電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂ以外の構成が同じであるため、図３に示すイオン分離回収システム１Ｂと、図１に示したイオン分離回収システム１とで同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０１６５】
パルス電源４０Ｂは、図２に第２の実施形態として示すイオン分離回収システム１Ａのパルス電源４０Ｂと同じものが用いられる。
図３に示したイオン分離回収システム１Ｂでは、外部電源４０として直流電源４０Ａとパルス電源４０Ｂとを併用する。
【０１６６】
電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂは、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１を構成する電気泳動イオン分離回収装置１０において、１個の電極対１２に代えて独立した電極対１２を４個備えるとともに、各電極対１２にアジャスタ７２が設けられ、アジャスタ７２により電極対１２毎の電極間隔制御が独立して行われるようにしたものである。
【０１６７】
独立して設けられた４個の電極対１２、１２、１２、１２のうち、一部の電極対は直流電源４０Ａにより印加電圧制御が行われ、残りの電極対はパルス電源４０Ｂにより印加電圧制御が行われるようになっている。
【０１６８】
すなわち、独立して設けられた４個の電極対１２、１２、１２、１２のうち、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内の上流側、すなわち、図３中の左側から順番に１番目と３番目の２個の電極対１２、１２については直流電源４０Ａが電圧を印加し、残りの２番目と４番目の２個の電極対１２、１２についてはパルス電源４０Ｂが電圧を印加できるようになっている。
【０１６９】
また、各電極対１２に設けられたアジャスタ７２は、制御部６０により、電極間隔制御が独立して行われるようになっている。
【０１７０】
＜作用＞
イオン分離回収システム１Ｂの作用について説明する。図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂの作用は、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用に比較して、直流電源４０Ａに加えてさらにパルス電源４０Ｂを備えること、および、電気泳動イオン分離回収装置１０に代えて電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂを用いたこと以外の作用が同じであるため、作用の説明を省略または簡略化する。
【０１７１】
はじめに、イオン分離回収システム１Ｂの原水タンク３０に処理対象溶液８０を貯留しておき、さらに、ポンプ３７を稼働して、原水タンク３０中の処理対象溶液８０を導入ライン３４を介して電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂに導入する。ここまでは、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じである。
【０１７２】
電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂ内に処理対象溶液８０が導入されたら、直流電源４０Ａとパルス電源４０Ｂとを用いて、４個の電極対１２につき、第１電極１３と第２電極１４との間に、電気泳動処理を行うための所定の電圧を印加する。
【０１７３】
具体的には、独立して設けられた４個の電極対１２、１２、１２、１２のうち、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内の上流側、すなわち、図３中の左側から順番に１番目と３番目の２個の電極対１２、１２については直流電源４０Ａが電圧を印加し、残りの２番目と４番目の２個の電極対１２、１２についてはパルス電源４０Ｂが電圧を印加する。
【０１７４】
直流電源４０Ａへの電圧の印加方法は、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じであり、パルス電源４０Ｂへの電圧の印加方法は、図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａの作用と同じであるため、作用の説明を省略する。
【０１７５】
イオン分離回収システム１Ｂでは、電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂの電気泳動容器１１内において、第１電極１３の近辺で第１溶液８１が生成されるとともに、第２電極１４の近辺で第２溶液８２が生成される。
【０１７６】
電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂ中の第１溶液８１は、第１排出部１７から排出され、第１排出ライン３５を流通して、第１液タンク３１に回収される。また、電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂ中の第２溶液８２は、第２排出部１８から排出され、第２排出ライン３６を流通して、第２液タンク３２に回収される。
【０１７７】
イオン分離回収システム１Ｂの運転時には、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じように、測定部５０、すなわち、モニタ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、および５０Ｄから選ばれる１個以上の測定部５０を用いて、系内流通液体について液管理パラメータが測定される。
【０１７８】
モニタ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、および５０Ｄから選ばれる１個以上の測定部５０で測定された液管理パラメータの情報は、測定部５０と電気的に接続された制御部６０に伝達される。
【０１７９】
制御部６０は、測定部５０から伝達された液管理パラメータの情報に基づいて、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じように、算出ステップと、判断ステップと、制御ステップとを行う。
【０１８０】
なお、イオン分離回収システム１Ｂは、独立して設けられた４個の電極対１２、１２、１２、１２のうち、一部の電極対１２に直流電源４０Ａが電圧を印加し、残りの電極対１２にパルス電源４０Ｂが電圧を印加する。
【０１８１】
このため、制御ステップで印加電圧制御が行われる場合は、一部の電極対１２について直流電源４０Ａで印加電圧制御が行われ、残りの電極対１２についてパルス電源４０Ｂで印加電圧制御が行われる。
【０１８２】
また、イオン分離回収システム１Ｂは、各電極対１２にそれぞれ設けられたアジャスタ７２により電極対１２毎の電極間隔制御が独立して行われる。このため、制御ステップで電極間隔制御が行われる場合は、電極対１２毎の電極間隔制御が独立して行われる。
【０１８３】
制御部６０で、算出ステップ、判断ステップおよび制御ステップを行うことにより、イオン分離回収システム１の分離度を、算出ステップ、判断ステップおよび制御ステップを行う前の分離度Ｄ１から、分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内の分離度Ｄ２に変化させることができ、分離度の調整が可能になる。
【０１８４】
＜本実施形態の効果＞
イオン分離回収システム１Ｂによれば、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１と同様の効果、および図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａと同様の効果を有する。
【０１８５】
また、イオン分離回収システム１Ｂによれば、直流電源４０Ａにより印加電圧制御が行われる電極対１２と、パルス電源４０Ｂにより印加電圧制御が行われる電極対１２とからなる４個の電極対１２について、それぞれ、電極対１２毎に電極間隔制御が独立して行われるため、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１や図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａに比較してより精度の高い印加電圧制御および電極間隔制御が可能になる。
【０１８６】
このため、イオン分離回収システム１Ｂによれば、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１や図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａに比較して、電気泳動処理によるイオン分離効率を高く維持しやすくなる。
【０１８７】
なお、図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂでは、４個の電極対１２が設けられているが、本発明のイオン分離回収システムは、電極対１２の数を２個以上の任意の個数とすることができる。
【０１８８】
また、図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂでは、４個の電極対１２、１２、１２、１２のうち、電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂの電気泳動容器１１内の上流側から順番に１番目と３番目の２個の電極対１２、１２については直流電源４０Ａが電圧を印加し、残りの２番目と４番目の２個の電極対１２、１２についてはパルス電源４０Ｂが電圧を印加できるようになっている。
【０１８９】
しかし、本発明のイオン分離回収システムでは、直流電源４０Ａが電圧を印加する電極対１２の個数およびこの電極対１２の電気泳動容器１１内の位置、ならびにパルス電源４０Ｂが電圧を印加する電極対１２の個数およびこの電極対１２の電気泳動容器１１内の位置を、任意に選択することができる。
【０１９０】
さらに、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１、図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａ、および図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂには、測定部５０として５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃおよび５０Ｄが設けられているが、本発明のイオン分離回収システムは、これらの測定部５０のうち、２個以上設けられていればよい。
【０１９１】
また、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１、図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａ、および図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂでは、測定部５０としてのモニタ５０Ｂは、電気泳動イオン分離回収装置１０または１０Ｂの電気泳動容器１１内の中ほどより下流側に設けられているが、本発明のイオン分離回収システムは、モニタ５０Ｂが電気泳動イオン分離回収装置１０または１０Ｂの電気泳動容器１１内の中ほどより上流側に設けられていてもよい。
【０１９２】
さらに、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１、および図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａでは、電極対１２が１個になっている。
【０１９３】
しかし、本発明のイオン分離回収システムでは、第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１、および第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａにおいても、図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂと同様に、独立してアジャスタ７２で電極間隔制御が可能な複数個の電極対１２が設けられていてもよい。
【０１９４】
また、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１、図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａ、および図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂでは、電気泳動容器１１が断面矩形の筒状の容器であるが、本発明のイオン分離回収システムは、電気泳動容器１１の形状は特に限定されない。
【０１９５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１９６】
１、１Ａ、１Ｂ イオン分離回収システム
１０、１０Ｂ 電気泳動イオン分離回収装置
１１ 電気泳動容器
１２ 電極対
１３ 第１電極
１４ 第２電極
１５ 導入部
１７ 第１排出部
１８ 第２排出部
２１ 分離上流領域
２２ 電極間領域
２３ 第１分離下流領域
２４ 第２分離下流領域
３０ 原水タンク
３１ 第１液タンク
３２ 第２液タンク
３４ 導入ライン
３５ 第１排出ライン
３６ 第２排出ライン
３７ ポンプ
４０ 外部電源
４０Ａ 直流電源（外部電源）
４０Ｂ パルス電源（外部電源）
４１ 電圧計
４２ 電流計
５０ 測定部
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ モニタ（測定部）
６０ 制御部
７１ 液温調整機構
７２ アジャスタ
８０ 処理対象溶液
８１ 第１溶液
８２ 第２溶液
８４ 陽イオン
８５ 陰イオン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隔膜を用いずに電気泳動でイオンを分離するイオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、処理対象溶液中に含まれる陰イオンおよび陽イオンを分離、回収する電気泳動イオン分離回収装置が知られている。この電気泳動イオン分離回収装置は、隔膜を用いずに電気泳動を用いて溶液中の陰イオンおよび陽イオンを陽極および陰極の近傍に局在化させ、この局在化させた陰イオンを含む溶液と局在化させた陽イオンを含む溶液とを分離して取り出すことにより、イオンを分離するものである。本発明では、イオンを分離して取り出す装置そのものを電気泳動イオン分離回収装置といい、電気泳動イオン分離回収装置に加え、電源等の周辺機器を含むものをイオン分離回収システムという。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９０２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
イオン分離回収システムでは、電気泳動イオン分離回収装置における、陰イオンを含む溶液と陽イオンを含む溶液との間の分離性能が重要である。しかし、この分離性能は陽極および陰極の電極間に存在する液体の状態によって異なる。
【０００５】
たとえば、溶媒として水を用いてナトリウムイオンや塩化物イオン等のイオンを分離する場合、イオン濃度や水温の変化により導電率が変化し、この導電率の変化によりイオンの分離性能が変化する。水温の変化と導電率の変化との関係を、図面を参照して説明する。
【０００６】
図４は、水温と水の導電率との関係を示すグラフである。図４は、異なる３個の文献に記載された水温と水の導電率との関係を示すグラフ３本をまとめて示したものである。３本のグラフは、第１、第２および第３の文献に記載されたものを、それぞれ○、×、△の符号を含むように表示した。
【０００７】
図４に示されるように、水の導電率は水温の変化に伴い大きく変化する。具体的には、水温が２５℃の場合は水の導電率が０．３μＳ／ｃｍ以下であるのに対して、水温が２５０℃では水の導電率が３．２〜３．６μＳ／ｃｍとなり、２５℃の場合に比べて約１０倍大きくなる。
【０００８】
このように水の導電率が変化すると、分離の駆動力となる電場強度が変化し、イオンの分離性能が変化するおそれがある。イオン分離回収システムでは、通常、一定電圧を印加して電気泳動を行うが、水の導電率が変化したときに電流の増加が不十分であると印加電圧が低下し、電場強度が変化するからである。
【０００９】
水の導電率の変化と電流の変化との関係を、図面を参照して説明する。図５は、水の導電率と電流値との関係を示すグラフである。図５は、具体的には、電極面積９８ｃｍ２の２枚の電極を電極間隔１．８ｃｍで対向配置し、２枚の電極間に所定の一定電圧１６Ｖ、２５Ｖおよび６０Ｖを印加したときの水の導電率と電流値との関係を示したグラフである。
【００１０】
図５に示されるように、電流値は、水の導電率の増加に比例して増加する直線となる。また、直線の傾きは、印加電圧が大きくなるほど、大きくなることが分かる。
【００１１】
しかし、電流を多く流す必要が生じることは、イオン分離回収システムの運用に影響を及ぼす。水の導電率が大きくなったときに大きな電流を流せるような電源容量の大きな電源は、水の導電率が小さい通常の状態では過剰なスペックとなるため、導入されにくい。このため、通常のスペックの電源では、水の導電率が大きくなったときに、十分な電流を流すことができずに電圧が低下して、イオン分離回収システムの健全な運用ができなくなるおそれがある。
【００１２】
水温と、電源の印加電圧上限値との関係を、図面を参照して説明する。図６は、水温と電源の印加電圧上限値との関係の一例を示すグラフである。図６は、具体的には、一般的に用いられる日本エイドー株式会社製の直流電源を用いた場合の、印加電圧上限値の一例を示すグラフである。
【００１３】
図６に示されるように、水温が１００℃程度と低いときには印加電圧上限値が４５０Ｖであるが、水温が２００℃以上と高いときには印加電圧上限値が２００Ｖ程度に低下することが分かる。このように、水温の上昇に伴い印加電圧上限値が下がると、条件によっては十分な電気泳動を行えず、イオンの分離性能が不十分になるおそれがあることが分かる。
【００１４】
水温と水の抵抗値との関係を、図面を参照して説明する。図７は、水温と水の抵抗値（電圧／電流）との関係を示すグラフである。
【００１５】
なお、図７で用いられる装置は、隔膜を用いた電気泳動イオン分離回収装置であり、図７中に示される抵抗値は対向する電極間の電極間隔が６ｍｍのときの隔膜を介した抵抗値である。このため、図７で用いられる装置の装置構成は、上述の隔膜を用いない電気泳動イオン分離回収装置と異なるが、水温と水の抵抗値との関係は隔膜の有無に関わらず同様であるので、図７を用いて水温と水の抵抗値との関係を説明する。図７に示されるように、水の抵抗値は、水温の増加に伴い減少する。
【００１６】
以上、述べたように、隔膜を用いずに電気泳動でイオンを分離するイオン分離回収システムにおいては、イオン濃度や水温の変化により導電率が変化し、この導電率の変化によりイオンの分離性能が変化するという課題があった。
【００１７】
また、水温やイオン濃度の変化のうちでも、特に、水温やイオン濃度が予め設定した値よりも高くなる場合は、液の導電率が高くなることにより、陽極および陰極の電極間における電場強度が低下し、イオンの分離効率が低下しやすいという課題があった。なお、電極間における電場強度の低下は、両電極近傍以外の部分、すなわち両電極から離間した部分においてより生じやすい。
【００１８】
また、液の導電率が高くなると、一定電圧での電気泳動を維持するために電極間電流を多く流す必要がある。この場合、電気泳動イオン分離回収装置の電源としてより大きな電源容量が必要になるため、経済的でないとともに、電気泳動イオン分離回収装置の電源容量が足りずに適切な電気泳動処理ができなくなるおそれがあるという課題があった。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するものであり、電気泳動処理の際に処理液温や分離対象イオンの濃度が変化した場合でも安定したイオン分離性能を有するイオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、イオン分離回収システム内に存在する液体について、イオン濃度、導電率等の液管理パラメータを測定し、この液管理パラメータの測定値に基づいて、液体の流量制御、液温制御等を行うと、処理液温や分離対象イオンの濃度が変化した場合でも安定したイオン分離性能が得られることを見出してなされたものである。
【００２１】
すなわち、本発明のイオン分離回収システムは、上記課題を解決するためのものであり、第１電極と第２電極との間に電圧が印加される電極対を備え、導入された処理対象溶液を電気泳動処理することにより、前記第１電極の近傍に局在化したイオンを含む第１溶液と前記第２電極の近傍に局在化したイオンを含む第２溶液とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置と、前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定する測定部と、前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、前記電極対の印加電圧制御、ならびに前記電極対の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明のイオン分離回収方法は、上記課題を解決するためのものであり、第１電極と第２電極との間に電圧が印加される電極対を備え、導入された処理対象溶液を電気泳動処理することにより、前記第１電極の近傍に局在化したイオンを含む第１溶液と前記第２電極の近傍に局在化したイオンを含む第２溶液とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置を用い、前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定するステップと、前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、前記電極対の印加電圧制御、ならびに前記電極対の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のイオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法によれば、電気泳動処理の際に処理液温や分離対象イオンの濃度が変化した場合でも安定したイオン分離性能を有するイオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のイオン分離回収システムの第１の実施形態を示す概略構成図。
【図２】本発明のイオン分離回収システムの第２の実施形態を示す概略構成図。
【図３】本発明のイオン分離回収システムの第３の実施形態を示す概略構成図。
【図４】水温と水の導電率との関係を示すグラフ。
【図５】水の導電率と電流値との関係を示すグラフ。
【図６】水温と電源の印加電圧上限値との関係の一例を示すグラフ。
【図７】水温と水の抵抗値（電圧／電流）との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［イオン分離回収システム］
本発明のイオン分離回収システムについて、図面を参照して説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明のイオン分離回収システムの第１の実施形態を示す概略構成図である。
図１に示すように、イオン分離回収システム１は、導入された処理対象溶液８０を第１溶液８１と第２溶液８２とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置１０と、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度等の液管理パラメータを測定する測定部５０と、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御等の制御を行う制御部６０と、を備える。
【００２７】
また、イオン分離回収システム１は、電気泳動イオン分離回収装置１０の上流側に設けられ、電気泳動イオン分離回収装置１０に導入される処理対象溶液８０を貯留する原水タンク３０と、電気泳動イオン分離回収装置１０の下流側に設けられ、電気泳動イオン分離回収装置１０から排出された第１溶液８１を貯留する第１液タンク３１と、電気泳動イオン分離回収装置１０の下流側に設けられ、電気泳動イオン分離回収装置１０から排出された第２溶液８２を貯留する第２液タンク３２と、をさらに備える。
【００２８】
電気泳動イオン分離回収装置１０とこの上流側の原水タンク３０とは導入ライン３４で接続される。これにより、原水タンク３０中の処理対象溶液８０が電気泳動イオン分離回収装置１０に送液されるようになっている。導入ライン３４の途中には、ポンプ３７と、測定部５０としてのモニタ５０Ａと、液温調整機構７１とが設けられる。
【００２９】
電気泳動イオン分離回収装置１０とこの下流側の第１液タンク３１とは第１排出ライン３５で接続される。これにより、電気泳動イオン分離回収装置１０中で生成した第１溶液８１が第１液タンク３１に送液されるようになっている。第１排出ライン３５の途中には、測定部５０としてのモニタ５０Ｃが設けられる。
【００３０】
電気泳動イオン分離回収装置１０とこの下流側の第２液タンク３２とは第２排出ライン３６で接続される。これにより、電気泳動イオン分離回収装置１０中で生成した第２溶液８２が第２液タンク３２に送液されるようになっている。第２排出ライン３６の途中には、測定部５０としてのモニタ５０Ｄが設けられる。
【００３１】
上記構成により、イオン分離回収システム１では、電気泳動イオン分離回収装置１０内に処理対象溶液８０が導入され、この処理対象溶液８０に電気泳動処理がされて第１溶液８１および第２溶液８２が生成すると、この生成した第１溶液８１および第２溶液８２が第１液タンク３１と第２液タンク３２に回収されるようになっている。
【００３２】
なお、イオン分離回収システム１において、電気泳動イオン分離回収装置１０より上流側かつ処理対象溶液８０が流通する領域を分離上流領域２１という。具体的には、イオン分離回収システム１において、原水タンク３０、導入ライン３４、ポンプ３７、および測定部５０としてのモニタ５０Ａを含む領域は、分離上流領域２１である。
【００３３】
また、イオン分離回収システム１において、電気泳動イオン分離回収装置１０より下流側かつ第１溶液８１が流通する領域を第１分離下流領域２３という。具体的には、イオン分離回収システム１において、第１排出ライン３５、第１液タンク３１、および測定部５０としてのモニタ５０Ｃを含む領域は、第１分離下流領域２３である。
【００３４】
さらに、イオン分離回収システム１において、電気泳動イオン分離回収装置１０より下流側かつ第２溶液８２が流通する領域を第２分離下流領域２４という。具体的には、イオン分離回収システム１において、第２排出ライン３６、第２液タンク３２、および測定部５０としてのモニタ５０Ｄを含む領域は、第２分離下流領域２４である。
【００３５】
＜電気泳動イオン分離回収装置＞
電気泳動イオン分離回収装置１０は、処理対象溶液８０が導入される電気泳動容器１１と、電気泳動容器１１内に設けられ、第１電極１３と第２電極１４とを有し第１電極１３と第２電極１４との間に電圧が印加される電極対１２とを備える。
【００３６】
電気泳動容器１１は、断面矩形の筒状の容器であり、電気泳動容器１１の上流側の導入ライン３４から処理対象溶液８０が導入される導入部１５と、電気泳動容器１１内での電気泳動処理により処理対象溶液８０から生成した第１溶液８１を第１排出ライン３５に排出する第１排出部１７と、電気泳動容器１１内での電気泳動処理により処理対象溶液８０から生成された第２溶液８２を第２排出ライン３６に排出する第２排出部１８とを備える。
【００３７】
電気泳動容器１１内に設けられる電極対１２は、第１電極１３と第２電極１４とを有する１対の電極からなる電極ユニットである。電極対１２において、第１電極１３と第２電極１４とは、共に平板状に形成され、対向して配置される。第１電極１３と第２電極１４は、平板状以外の形状であってもよく、たとえば、メッシュ状であってもよい。第１電極１３と第２電極１４の材質としては導電性のある物質であればよく、特に限定されないが、たとえば、ステンレス、チタン、白金等が挙げられる。
【００３８】
電極対１２を構成する第１電極１３と第２電極１４は、それぞれ、電気泳動イオン分離回収装置１０外に設けられた外部電源４０である直流電源４０Ａの別の端子に接続されており、直流電源４０Ａにより第１電極１３と第２電極１４との間に電圧が印加されるようになっている。第１電極１３と第２電極１４との間の電圧値および電流値は、電圧計４１および電流計４２で測定される。
【００３９】
電気泳動イオン分離回収装置１０では、導入された処理対象溶液８０に対して、電極対１２を構成する第１電極１３と第２電極１４との間に電圧を印加して電気泳動処理をすることにより処理対象溶液８０から第１溶液８１と第２溶液８２とを生成し、第１溶液８１を第１排出部１７から排出し、第２溶液８２を第２排出部１８から排出するようになっている。
【００４０】
ここで、処理対象溶液８０とは、電気泳動イオン分離回収装置１０で電気泳動処理される対象となるイオンを含む液体を意味する。処理対象溶液８０としては、たとえば、ナトリウムイオンＮａ＋等の陽イオンと塩化物イオンＣｌ−等の陰イオンを含む水溶液が挙げられる。
【００４１】
イオン分離回収システム１に用いられる処理対象溶液８０としては、液温が、通常、２５〜３００℃のものが用いられる。また、イオン分離回収システム１に用いられる処理対象溶液８０としては、イオン濃度が、通常、１ｐｐｂ〜１質量％程度のものが用いられる。
【００４２】
第１溶液８１とは、電気泳動イオン分離回収装置１０での電気泳動処理により処理対象溶液８０から生成した、第１電極１３の近傍に局在化したイオンを含む溶液である。第１溶液８１が含むイオンの種類は、第１電極１３が陽極か陰極のいずれであるかにより変わる。第１電極１３が陽極であれば第１溶液８１は陰イオンを含み、第１電極１３が陰極であれば第１溶液８１は陽イオンを含む液となる。
【００４３】
たとえば、処理対象溶液８０がナトリウムイオンＮａ＋と塩化物イオンＣｌ−を含む水溶液である場合において、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極となるように電極対１２に電圧が印加されたとき、第１溶液８１は、陽極である第１電極１３の近傍に局在化した塩化物イオンＣｌ−を含む水溶液になる。
【００４４】
第２溶液８２とは、電気泳動イオン分離回収装置１０での電気泳動処理により処理対象溶液８０から生成した、第２電極１４の近傍に局在化したイオンを含む溶液である。第２溶液８２が含むイオンの種類は、第２電極１４が陽極か陰極のいずれであるかにより変わる。第２電極１４が陽極であれば第２溶液８２は陰イオンを含み、第２電極１４が陰極であれば第２溶液８２は陽イオンを含む液となる。
【００４５】
たとえば、処理対象溶液８０がナトリウムイオンＮａ＋と塩化物イオンＣｌ−を含む水溶液である場合において、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極となるように電極対１２に電圧が印加されたとき、第２溶液８２は、陰極である第２電極１４の近傍に局在化したナトリウムイオンＮａ＋を含む水溶液になる。
【００４６】
電極対１２を構成する第１電極１３と第２電極１４には、それぞれ、第１電極１３と第２電極１４との間の電極間距離を調整するアジャスタ７２が取り付けられている。
【００４７】
アジャスタ７２は、第１電極１３または第２電極１４を相対する電極に向けて接近または離間させることにより、第１電極１３と第２電極１４との間の電極間隔を連続的または段階的に増加または減少させる機構である。アジャスタ７２は、第１電極１３と第２電極１４のそれぞれに設けられ、モーター等を用いて第１電極１３および第２電極１４のそれぞれを移動させることができるようになっている。
【００４８】
アジャスタ７２としては、たとえば、モーター等により軸方向に移動可能な棒状体の先端部を、第１電極１３または第２電極１４の裏面に接続した機構が挙げられる。
【００４９】
第１電極１３および第２電極１４のそれぞれに設けられたアジャスタ７２、７２は、制御部６０で制御されることにより、第１電極１３と第２電極１４との間の電極間距離を適切な距離に調整できるようになっている。
【００５０】
イオン分離回収システム１において、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内の領域のうち、第１電極１３と第２電極１４との間またはその近傍に位置する領域を電極間領域２２という。
【００５１】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、電極対１２は１個であり、電極対１２は１枚の第１電極１３と１枚の第２電極１４からなるため、電極間領域２２は容易に定められる。
【００５２】
なお、本発明では、図１に示されるイオン分離回収システム１と異なり、複数個の電極対１２が電気泳動容器１１の長手方向に沿って隣接するように設けられていてもよい。具体的には、複数個の電極対１２が電気泳動容器１１の長手方向に沿って所定の間隔で離間して配置されていてもよい。
【００５３】
電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内には、電極間領域２２に、測定部５０としてのモニタ５０Ｂが設けられる。モニタ５０Ｂで測定された液管理パラメータの情報は、モニタ５０Ｂと電気的に接続された制御部６０に伝達される。
【００５４】
＜測定部＞
測定部５０は、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定するものである。
【００５５】
本発明では、イオン分離回収システム１の系内を流通する液体である処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２を総称して系内流通液体という。
【００５６】
イオン分離回収システム１の運転時において、処理対象溶液８０は、通常、分離上流領域２１および電極間領域２２に存在する。具体的には、処理対象溶液８０は、通常、原水タンク３０、導入ライン３４、および電気泳動イオン分離回収装置１０内に存在する。
【００５７】
また、イオン分離回収システム１の運転時において、第１溶液８１は、通常、第１分離下流領域２３に存在する。具体的には、第１溶液８１は、通常、第１排出ライン３５、および第１液タンク３１内に存在する。
【００５８】
なお、電気泳動イオン分離回収装置１０内でも処理対象溶液８０の電気泳動処理により第１溶液８１が生成される。しかし、電気泳動イオン分離回収装置１０内の第１溶液８１は、処理対象溶液８０や第２溶液８２から十分に分離されたものでない。このため、純粋な第１溶液８１は、電気泳動イオン分離回収装置１０内の電極間領域２２には実質的に存在せず、第１分離下流領域２３に存在するといえる。
【００５９】
さらに、イオン分離回収システム１の運転時において、第２溶液８２は、通常、第２分離下流領域２４に存在する。具体的には、第２溶液８２は、通常、第２排出ライン３６、および第２液タンク３２内に存在する。
なお、電気泳動イオン分離回収装置１０内でも処理対象溶液８０の電気泳動処理により第２溶液８２が生成される。しかし、電気泳動イオン分離回収装置１０内の第２溶液８２は、処理対象溶液８０や第１溶液８１から十分に分離されたものでない。このため、純粋な第２溶液８２は、電気泳動イオン分離回収装置１０内の電極間領域２２には実質的に存在せず、第２分離下流領域２４に存在するといえる。
【００６０】
測定部５０は、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体について、液管理パラメータを測定するものである。測定部５０は、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体が存在する領域に設けられる。
【００６１】
処理対象溶液８０が存在する領域は、通常、分離上流領域２１および電極間領域２２である。このため、処理対象溶液８０の液管理パラメータを測定する測定部５０は、通常、分離上流領域２１に含まれる導入ライン３４および原水タンク３０、ならびに電気泳動イオン分離回収装置１０内の電極間領域２２から選ばれる１箇所以上の場所に設けられる。
【００６２】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、導入ライン３４の途中に測定部５０としてのモニタ５０Ａが設けられるとともに、電気泳動イオン分離回収装置１０内の電極間領域２２に測定部５０Ｂが設けられている。
【００６３】
第１溶液８１が存在する領域は、通常、第１分離下流領域２３である。このため、第１溶液８１の液管理パラメータを測定する測定部５０は、通常、第１分離下流領域２３に含まれる第１排出ライン３５、および第１液タンク３１から選ばれる１箇所以上の場所に設けられる。
【００６４】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、第１排出ライン３５の途中に測定部５０としてのモニタ５０Ｃが設けられている。
【００６５】
第２溶液８２が存在する領域は、通常、第２分離下流領域２４である。このため、第２溶液８２の液管理パラメータを測定する測定部５０は、通常、第２分離下流領域２４に含まれる第２排出ライン３６、および第２液タンク３２から選ばれる１箇所以上の場所に設けられる。
【００６６】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、第２排出ライン３６の途中に測定部５０としてのモニタ５０Ｄが設けられている。
【００６７】
測定部５０は、上記系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定する。ここで、液管理パラメータとは、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の測定項目を意味する。
【００６８】
測定部５０の測定する液管理パラメータがイオン濃度であるとき、測定部５０としては、たとえば、イオン濃度計が用いられる。イオン濃度計を用いる場合、たとえば、モニタ５０Ａ、５０Ｃおよび５０Ｄをイオン濃度計とする。
【００６９】
系内流通液体は、通常、イオン濃度が高くなると導電率も高くなる。このため、電極対１２に一定電圧を印加する電気泳動処理の際にイオン濃度が高くなると、通常、一定電圧を維持するために電流が多く必要になる。
【００７０】
なお、イオン分離回収システム１において、測定部５０としてのイオン濃度計が分離上流領域２１にモニタ５０Ａとして設けられ、イオン濃度計で測定される液管理パラメータが分離上流領域２１に存在する処理対象溶液８０のイオン濃度であると、電気泳動イオン分離回収装置１０に導入され、電気泳動処理が行われる対象である処理対象溶液８０のイオン濃度を正確に測定することができるため、好ましい
【００７１】
また、測定部５０としてのイオン濃度計が第１分離下流領域２３にモニタ５０Ｃとして設けられ、イオン濃度計で測定される液管理パラメータが第１分離下流領域２３に存在する第１溶液８１のイオン濃度である場合は、第１溶液８１中に多く含まれるイオンを測定対象イオンとして分離度を測定することができる。
【００７２】
また、測定部５０としてのイオン濃度計が第２分離下流領域２４にモニタ５０Ｄとして設けられ、イオン濃度計で測定される液管理パラメータが第２分離下流領域２４に存在する第２溶液８２のイオン濃度である場合は、第２溶液８２中に多く含まれるイオンを測定対象イオンとして分離度を測定することができる。
【００７３】
測定部５０の測定する液管理パラメータが導電率であるとき、測定部５０としては、たとえば、導電率計が用いられる。導電率計を用いる場合、たとえば、モニタ５０Ａおよび５０Ｂの１個以上を導電率計とする。
【００７４】
モニタ５０Ａが導電率計であると、電気泳動処理前の処理対象溶液８０の導電率を測定することができ、モニタ５０Ｂが導電率計であると、電気泳動処理時の導電率を測定することができる。
【００７５】
測定部５０の測定する液管理パラメータが流量であるとき、測定部５０としては、たとえば、流量計が用いられる。流量計を用いる場合、たとえば、モニタ５０Ａを流量計とする。モニタ５０Ａが流量計であると、電気泳動処理前の処理対象溶液８０の流量を測定することができる。
【００７６】
測定部５０の測定する液管理パラメータが液温であるとき、測定部５０としては、たとえば、温度計が用いられる。温度計を用いる場合、たとえば、モニタ５０Ｂを温度計とする。
【００７７】
なお、イオン分離回収システム１において、測定部５０としての温度計が電極間領域２２にモニタ５０Ｂとして設けられ、温度計で測定される液管理パラメータが電極間領域２２に存在する処理対象溶液８０の液温であると、電気泳動イオン分離回収装置１０で電気泳動処理が行われている処理対象溶液８０の液温を正確に測定することが可能になるため、好ましい。
【００７８】
また、イオン分離回収システム１において、測定部５０としての温度計が分離上流領域２１にモニタ５０Ａとして設けられ、温度計で測定される液管理パラメータが分離上流領域２１に存在する処理対象溶液８０の液温であると、電気泳動イオン分離回収装置１０に導入され、電気泳動処理が行われる対象である処理対象溶液８０の液温を正確に測定することが可能になるため、好ましい。
【００７９】
なお、モニタ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃおよび５０Ｄは、それぞれ、複数の測定機能を有していてもよい。たとえば、モニタ５０Ａが、イオン濃度計と流量計との機能を有していてもよいし、モニタ５０Ｂが、導電率計と温度計との機能を有していてもよい。
【００８０】
測定部５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ）は、制御部６０に電気的に接続される。これにより、測定部５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ）で測定された液管理パラメータの情報が、制御部６０に伝達されるようになっている。
【００８１】
＜制御部＞
制御部６０は、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、電極対１２の印加電圧制御、ならびに電極対１２の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うものである。
【００８２】
具体的には、制御部６０は、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体中のイオンの分離度（Ｄ１）を算出し、この算出された分離度（Ｄ１）にもとづいて、系内流通液体の流量制御および液温制御、電極対１２の印加電圧制御、ならびに電極対１２の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うものである。
【００８３】
より具体的には、制御部６０は、たとえば、系内流通液体中のイオンの分離度（Ｄ１）を算出する算出ステップと、算出された分離度Ｄ１が、予め設定された分離度仕様値（Ｄ０）の数値範囲内にあるか否かを判断する判断ステップと、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲外にある場合に、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内に入るように、流量制御、液温制御、印加電圧制御、電極間隔制御等の制御を行う制御ステップとを行う。
【００８４】
算出ステップ、判断ステップおよび制御ステップについて、詳細に説明する。
【００８５】
（算出ステップ）
算出ステップは、測定部５０で測定された液管理パラメータの測定値に基づいて第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の液体中のイオンの分離度（Ｄ１）を算出するステップである。
【００８６】
ここで、分離度とは、処理対象溶液８０中の全イオン濃度に対する、第１溶液８１または第２溶液８２中の測定対象イオンの濃度の比率、を意味する。すなわち、分離度は、分離後の第１溶液８１または第２溶液８２中の測定対象イオンのモル濃度等の濃度を、処理対象溶液８０中の全イオンのモル濃度の濃度で除することにより、算出することができる。
【００８７】
ここで、処理対象溶液８０中の全イオン濃度とは、溶媒に起因するイオンを含まないイオンの濃度とする。たとえば、処理対象溶液８０がＮａ＋とＣｌ−を含む水溶液である場合、Ｎａ＋のイオン濃度とＣｌ−のイオン濃度との合計値を全イオン濃度とし、溶媒である水に起因するイオンであるＨ＋とＯＨ−は、処理対象溶液８０中の全イオン濃度に含めない。
【００８８】
測定対象イオンとは、第１溶液８１または第２溶液８２に含まれるイオンのうち、分離度を測定する対象とするイオンであり、通常、第１溶液８１または第２溶液８２に最も多く含まれるイオンが選ばれる。
【００８９】
たとえば、測定対象溶液が第１溶液８１で、第１溶液８１がＣｌ−を１．８モル／ｌ、Ｎａ＋を０．２モル／ｌの濃度で含む水溶液である場合、測定対象イオンとしては、通常、Ｃｌ−が選ばれる。
【００９０】
分離度の算出例を示す。たとえば、処理対象溶液８０が、Ｎａ＋を１０モル、Ｃｌ−を１０モル、Ｎａ＋とＣｌ−とを合計で２０モル含む１０Ｌの水溶液であり、分離後の第１溶液８１が、Ｃｌ−を９モル、Ｎａ＋を１モル含む５Ｌの水溶液であり、分離後の第２溶液８２が、Ｃｌ−を１モル、Ｎａ＋を９モル含む５Ｌの水溶液である場合を考える。
【００９１】
換言すれば、処理対象溶液８０は、Ｎａ＋を１．０モル／ｌ、Ｃｌ−を１．０モル／ｌの濃度で含み、Ｎａ＋の濃度とＣｌ−の濃度との合計値が２．０モル／ｌになる１０Ｌの水溶液であり、分離後の第１溶液８１は、Ｃｌ−を１．８モル／ｌ、Ｎａ＋を０．２モル／ｌの濃度で含む５Ｌの水溶液であり、分離後の第２溶液８２は、Ｃｌ−を０．２モル／ｌ、Ｎａ＋を１．８モル／ｌの濃度で含む５Ｌの水溶液になっている。
【００９２】
この条件において、測定対象溶液が第１溶液８１であり、第１溶液８１中の測定対象イオンがＣｌ−であるときの分離度は、第１溶液８１のＣｌ−が１．８モル／ｌであり、処理対象溶液８０の全イオン濃度、すなわち、Ｃｌ−の濃度とＮａ＋の濃度との合計値が２．０モル／ｌであるから、１．８モル／ｌを２．０モル／ｌで除して９０％と算出される。
【００９３】
また、測定対象溶液が第２溶液８２であり、第２溶液８２中の測定対象イオンがＮａ＋であるときの分離度は、第２溶液８２のＮａ＋が１．８モル／ｌであり、処理対象溶液８０の全イオン濃度が２．０モル／ｌであるから、１．８モル／ｌを２．０モル／ｌで除して９０％と算出される。
【００９４】
なお、分離度は、濃度でなく、モル数に着目して算出することもできる。この場合は、分離後の第１溶液８１または第２溶液８２中の測定対象イオンのモル数を、処理対象溶液８０中の測定対象イオンのモル数で除することにより、算出することができる。
【００９５】
たとえば、上記例において、測定対象溶液が第１溶液８１であり、第１溶液８１中の測定対象イオンがＣｌ−であるときの分離度は、第１溶液８１中のＣｌ−のモル数が９モル、処理対象溶液８０中のＣｌ−のモル数が１０モルであるから、９モルを１０モルで除して９０％と算出することができる。
【００９６】
（判断ステップ）
判断ステップは、液管理パラメータの測定値に基づいて算出された分離度Ｄ１が、イオン分離回収システム１の運用に好ましい分離度として予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内にあるか否かを判断するステップである。
【００９７】
予め設定される分離度仕様値Ｄ０は、たとえば、下限値Ｄ０Ｌ、中央値Ｄ０Ｍおよび上限値Ｄ０Ｈを有する数値範囲として設定される。予め設定された分離度仕様値Ｄ０の情報は、制御部６０内、または制御部６０がアクセス可能な他の図示しない記憶手段等に格納される。
【００９８】
算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内にあるか否かは、たとえば、算出された分離度Ｄ１と分離度仕様値Ｄ０の中央値Ｄ０Ｍとの差分を求め、この差分が所定範囲内にあるか否かで判断する方法が挙げられる。
【００９９】
（制御ステップ）
制御ステップは、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲外にある場合に、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内に入るように、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、電極対１２の印加電圧制御、ならびに電極対１２の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うステップである。
【０１００】
＜流量制御＞
流量制御は、イオン分離回収システム１に設けられた流量調節ポンプやバルブ等の流量調節機構を制御して系内流通液体の流量を調節する制御である。
【０１０１】
流量調節ポンプやバルブ等の流量調節機構は、たとえば、導入ライン３４、第１排出ライン３５、第２排出ライン３６等のラインに設けられる。
【０１０２】
流量調節機構であるポンプ３７は、制御部６０に電気的に接続される。これにより、ポンプ３７は、制御部６０からの指示で送液量等が制御されるようになっている。
【０１０３】
イオン分離回収システム１では、一般的に、流量を減少させると、分離度が高くなる。
【０１０４】
流量制御の具体例を示す。たとえば、測定部５０で測定された液管理パラメータの測定値に基づいて算出された分離度がＡ（％）であり、この分離度Ａ（％）が予め設定された分離度仕様値Ｄ０（％）の数値範囲外にある場合において、分離度Ａ（％）を分離度Ｄ０（％）の数値範囲内の分離度であるＢ（％）に変化させるときの流量制御を考える。
【０１０５】
流量制御前の分離度Ａ（％）のときの導入ライン３４中の処理対象溶液８０の流量をＶＡ（Ｌ／ｍｉｎ）、流量制御後の分離度Ｂ（％）のときの導入ライン３４中の処理対象溶液８０の流量をＶＢ（Ｌ／ｍｉｎ）とすると、流量ＶＢは、下記式（１）により算出される。
【０１０６】
［数１］
ＶＢ＝ＶＡ（Ｂ／Ａ） （１）
【０１０７】
たとえば、流量制御後の分離度Ｂ（％）を、流量制御前の分離度Ａ（％）よりも大きくする場合は、導入ライン３４中の処理対象溶液８０の流量をＶＢ以下になるように制御する。
【０１０８】
また、イオン分離回収システム１には、イオン分離回収システム１の運用に好ましい流量である流量仕様値が予め設定されていてもよい。流量仕様値が予め設定されていると、イオン分離回収システム１での流量制御が容易になる。流量仕様値の情報は、制御部６０内、または制御部６０がアクセス可能な他の図示しない記憶手段等に格納される。
【０１０９】
なお、流量制御は、液温制御と併用して行うと、流量制御での制御が容易になるため好ましい。具体的には、はじめに液温制御を行って処理対象溶液８０の液温をイオン分離回収システム１の運用に好ましい液温である液温仕様値に近づけておくと、測定部５０で測定された液管理パラメータの測定値に基づいて算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲に近づくため、流量制御での制御が容易になる。
【０１１０】
＜液温制御＞
液温制御は、イオン分離回収システム１に設けられた熱交換器やヒータ等の液温調節機構を制御して系内流通液体の液温を調節する制御である。
【０１１１】
熱交換器やヒータ等の液温調節機構は、たとえば、導入ライン３４、第１排出ライン３５、第２排出ライン３６等のラインや、原水タンク３０に設けられる。
【０１１２】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、導入ライン３４の途中に液温調節機構７１が設けられている。導入ライン３４の途中に液温調節機構７１が設けられると、電気泳動イオン分離回収装置１０に導入され、電機泳動処理が行われる対象である処理対象溶液８０の液温を高い精度で調節することができるため、好ましい。
【０１１３】
イオン分離回収システム１では、一般的に、液温を低下させると、分離度が高くなる。
【０１１４】
液温調節機構７１は、制御部６０に電気的に接続される。これにより、液温調節機構７１は、制御部６０からの指示で液温調節具合が制御されるようになっている。
【０１１５】
また、イオン分離回収システム１には、イオン分離回収システム１の運用に好ましい液温である液温仕様値が予め設定されていてもよい。液温仕様値が予め設定されていると、イオン分離回収システム１での液温制御が容易になる。液温仕様値の情報は、制御部６０内、または制御部６０がアクセス可能な他の図示しない記憶手段等に格納される。
【０１１６】
＜印加電圧制御＞
印加電圧制御は、イオン分離回収システム１に設けられた直流電源４０Ａ等の電圧調節機構を制御して、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４との間の印加電圧を調節する制御である。
【０１１７】
ここで、印加電圧制御とは、電極対１２への印加電圧を一定に保つ制御を意味する。印加電圧制御は、通常、直流電源４０Ａ等の電源の電流値を調節して印加電圧を一定に保つように制御する。
【０１１８】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、直流電源４０Ａが電圧調節機構となっている。
【０１１９】
直流電源４０Ａは、制御部６０に電気的に接続される。これにより、直流電源４０Ａは、制御部６０からの指示で電極対１２の印加電圧を制御することが可能になっている。
【０１２０】
＜電極間隔制御＞
電極間隔制御は、たとえば、アジャスタ７２等の電極間隔調節機構を制御して、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４との間の電極間隔を調節する制御である。
【０１２１】
イオン分離回収システム１では、一般的に、電極間隔を減少させると、分離度が高くなる。
【０１２２】
電極間隔制御は、系内流通液体の流量制御および液温制御や、電極対１２の印加電圧制御があまり有効でない場合でも、有効なことがある。
【０１２３】
図４および図６を用いて説明したように、水温が上昇すると、水の導電率が急激に増加する現象が生じる。このように水の導電率が増加した場合、印加電圧制御では電流を増加させる制御をするため、電源の容量が不足し電流を十分に増加させることができなくなって印加電圧を十分に制御できないことが生じうる。これに対し、電極間隔制御では、水の導電率が増加した場合に、電極間隔を減少させる制御を行えばよいため、電極間隔の下限値までの調節範囲が広く、水の導電率の増加に幅広く対応できる。
【０１２４】
たとえば、水温が高くなって水の導電率が１０倍増加し、電極対１２への一定電圧の印加のために電流を１０倍多く流す必要があるときは、電極間隔が１／１０になるように調整すれば、一定電圧の印加が可能になる。このように、電極間隔制御では、水の導電率の増加分に反比例するように電極間隔を調整すれば一定電圧の印加が可能になるため、調節の幅が広い。
【０１２５】
電極間隔制御は、通常、電極対１２の第１電極１３および第２電極１４の少なくともいずれかに設けられた、第１電極１３と第２電極１４との離間距離を変化させるアジャスタを用いて行われる。
【０１２６】
図１に示されるイオン分離回収システム１では、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４とのそれぞれに、電極間隔調節機構としてのアジャスタ７２が設けられている。
【０１２７】
各アジャスタ７２は、アジャスタ７２と電気的に接続された制御部６０により独立して制御される。すなわち、イオン分離回収システム１では、第１電極１３に設けられたアジャスタ７２と、第２電極１４に設けられたアジャスタ７２とで、第１電極１３と第２電極１４とを独立して移動させることができるようになっている。
【０１２８】
＜作用＞
イオン分離回収システム１の作用について説明する。はじめに、イオン分離回収システム１の原水タンク３０に処理対象溶液８０を貯留しておく。処理対象溶液８０は、陽イオン８４と陰イオン８５を含むものである。
【０１２９】
次に、ポンプ３７を稼働して、原水タンク３０中の処理対象溶液８０を導入ライン３４を介して電気泳動イオン分離回収装置１０に導入する。このとき、液温調整機構７１を適宜稼働させ、処理対象溶液８０を、電気泳動処理を行うための所定の温度範囲に入るようにしておくことが好ましい。
【０１３０】
電気泳動イオン分離回収装置１０内に処理対象溶液８０が導入されたら、直流電源４０Ａを用いて、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４との間に、電気泳動処理を行うための所定の電圧を印加して、電気泳動処理を行う。以下、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極になるように電圧を印加した場合について作用を説明する。
【０１３１】
直流電源４０Ａを用いて電極対１２に電圧が印加されることにより電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内で電気泳動処理が行われると、処理対象溶液８０に含まれる陽イオン８４と陰イオン８５は、第１電極１３と第２電極１４の極性に応じて、第１電極１３または第２電極１４の近傍に移動する。
【０１３２】
電極対１２は、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極となるように電圧を印加されているので、処理対象溶液８０中の陰イオン８５は陽極である第１電極１３の近辺に移動して第１電極１３の近辺で第１溶液８１が生成され、処理対象溶液８０中の陽イオン８４は陰極である第２電極１４の近辺に移動して第２電極１４の近辺で第２溶液８２が生成される。
【０１３３】
電気泳動イオン分離回収装置１０中の第１溶液８１は、第１排出部１７から排出され、第１排出ライン３５を流通して、第１液タンク３１に回収される。また、電気泳動イオン分離回収装置１０中の第２溶液８２は、第２排出部１８から排出され、第２排出ライン３６を流通して、第２液タンク３２に回収される。
【０１３４】
イオン分離回収システム１の運転時には、イオン分離回収システム１に設けられた測定部５０、すなわち、導入ライン３４の途中に設けられたモニタ５０Ａ、電気泳動イオン分離回収装置１０内の電極間領域２２に設けられたモニタ５０Ｂ、第１排出ライン３５の途中に設けられたモニタ５０Ｃ、および第２排出ライン３６の途中に設けられたモニタ５０Ｄから選ばれる１個以上の測定部５０を用いて、処理対象溶液８０、第１溶液８１および第２溶液８２から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータが測定される。
【０１３５】
モニタ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、および５０Ｄから選ばれる１個以上の測定部５０で測定された液管理パラメータの情報は、測定部５０と電気的に接続された制御部６０に伝達される。
【０１３６】
制御部６０は、測定部５０から伝達された液管理パラメータの情報に基づいて、系内流通液体中のイオンの分離度（Ｄ１）を算出する算出ステップと、算出された分離度Ｄ１が、予め設定された分離度仕様値（Ｄ０）の数値範囲内にあるか否かを判断する判断ステップと、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲外にある場合に、算出された分離度Ｄ１が予め設定された分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内に入るように、流量制御、液温制御、印加電圧制御、電極間隔制御等の制御を行う制御ステップとを行う。
【０１３７】
制御部６０で、算出ステップ、判断ステップおよび制御ステップを行うことにより、イオン分離回収システム１の分離度を、算出ステップ、判断ステップおよび制御ステップを行う前の分離度Ｄ１から、分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内の分離度Ｄ２に変化させることができ、分離度の調整が可能になる。
【０１３８】
＜本実施形態の効果＞
イオン分離回収システム１によれば、測定部５０で測定した液管理パラメータに基づき、制御部６０で分離度を適正化する制御を行うため、電気泳動処理の際に処理液温や分離対象イオンの濃度が変化した場合でも安定したイオン分離性能を有するイオン分離回収システムおよびイオン分離回収方法を得ることができる。
【０１３９】
（第２の実施形態）
図２は、本発明のイオン分離回収システムの第２の実施形態を示す概略構成図である。
図２に示すイオン分離回収システム１Ａは、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１に比較して、直流電源４０Ａに代えてパルス電源４０Ｂを用いたものである。
【０１４０】
図２に第２の実施形態として示すイオン分離回収システム１Ａと、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１とは、パルス電源４０Ｂ以外の構成が同じであるため、図２に示すイオン分離回収システム１Ａと、図１に示したイオン分離回収システム１とで同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０１４１】
パルス電源４０Ｂは、パルス状の波形の電流を発生可能な装置であり、公知のパルス電源が用いられる。
【０１４２】
パルス電源４０Ｂとしては、１０ｍｓｅｃよりも短時間だけ電圧を印加することができる電源であることが好ましい。このようなパルス電源４０Ｂとしては、通常１ｋＨｚ以上、好ましくは２ｋＨｚ以上の繰り返し駆動のパルス電源が用いられる。１ｋＨｚ以上の繰り返し駆動のパルス電源であると、電気泳動処理の際に、電極対１２の電極表面近傍への電気二重層の形成によるイオン分離効率の低下が生じにくいため好ましい。
【０１４３】
図２に示したイオン分離回収システム１Ａでは、外部電源４０としてパルス電源４０Ｂを用いることにより、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１に比較して、電気泳動処理におけるイオンの分離効率が高くなっている。
【０１４４】
直流電源４０Ａは、制御部６０に電気的に接続される。これにより、パルス電源４０Ｂは、制御部６０からの指示で電極対１２の印加電圧を制御することが可能になっている。
【０１４５】
パルス電源４０Ｂを用いることにより、電気泳動処理におけるイオンの分離効率が高くなる理由について説明する。
【０１４６】
一般的に、水温やイオン濃度が高いことにより液中の導電率が高くなるが、このように液中の導電率が高い場合は、導電率が低い場合よりも電極表面の電圧降下が大きくなることが知られている。この電圧降下の詳しいメカニズムは十分には解明されていないが、液の導電率が高いと電極表面の近傍に電気二重層が形成されるために、電極表面の電圧降下が大きくなるものと考えられる。
【０１４７】
たとえば、電極対１２に対し、第１電極１３の電位が１０Ｖ、第２電極１４の電位が０Ｖ、すなわち第１電極１３と第２電極１４との間の電位差が１０Ｖになるように電圧を印加した場合において、第１電極１３および第２電極１４の表面近傍に電気二重層が形成されると、条件により、第１電極１３の近傍の電位が１０Ｖから５Ｖ程度に減少するとともに、第２電極１４の近傍の電位が０Ｖから５Ｖ程度に増加することが生じうる。
【０１４８】
このように、第１電極１３の近傍の電位と、第２電極１４の近傍の電位とが、ともに５Ｖ程度になると、第１電極１３と第２電極１４との間の電位勾配がほとんど０になり、電気泳動によるイオンの分離効率が著しく低下するため好ましくない。
【０１４９】
電気二重層の形成に要する時間は、１０ｍｓｅｃ程度であることが多い。また、電極対１２に電圧を印加する電源が直流電源であると、形成された電気二重層が維持されるため、電極対１２に電圧を印加する電源が直流電源であると、条件によっては、開始から１０ｍｓｅｃ程度で、電気泳動処理が不十分になることもあり得る。
【０１５０】
電気二重層の形成による弊害を除去する方法としては、電気二重層が十分に形成される前に電圧の印加を止める方法、たとえば、１０ｍｓｅｃよりも短時間だけ電圧を印加する方法が挙げられる。パルス電源４０Ｂは、電気二重層の形成を防止するとともに形成されかけた電気二重層を破壊することができるため、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４との間の電位勾配を大きいまま維持し、電気泳動処理によるイオン分離効率を高く維持することができる。
【０１５１】
＜作用＞
イオン分離回収システム１Ａの作用について説明する。図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａの作用は、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用に比較して、直流電源４０Ａに代えてパルス電源４０Ｂを用いたこと以外の作用が同じであるため、作用の説明を省略または簡略化する。
【０１５２】
はじめに、イオン分離回収システム１Ａの原水タンク３０に処理対象溶液８０を貯留しておき、さらに、ポンプ３７を稼働して、原水タンク３０中の処理対象溶液８０を導入ライン３４を介して電気泳動イオン分離回収装置１０に導入する。ここまでは、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じである。
【０１５３】
電気泳動イオン分離回収装置１０内に処理対象溶液８０が導入されたら、パルス電源４０Ｂを用いて、電極対１２の第１電極１３と第２電極１４との間に、電気泳動処理を行うための所定の電圧を所定の繰り返し駆動数で印加して、電気泳動処理を行う。以下、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極になるように電圧を印加した場合について作用を説明する。
【０１５４】
パルス電源４０Ｂからパルス電流が発振されることにより電極対１２に電圧が印加されているときは、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内で電気泳動処理が行われ、処理対象溶液８０に含まれる陽イオン８４と陰イオン８５は、パルス電源４０Ｂで電圧を印加された時間のみ、第１電極１３と第２電極１４の極性に応じて、第１電極１３または第２電極１４の近傍に移動する。
【０１５５】
一方、パルス電源４０Ｂからパルス電流が発振されず電極対１２に電圧が印加されないときは、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内で電気泳動処理が行われない。
【０１５６】
上記のパルス電源４０Ｂからパルス電流が発振される状態と、発振されない状態とは、１ｋＨｚ以上の繰り返し頻度で繰り返し行われる。
【０１５７】
イオン分離回収システム１Ａでは、パルス電源４０Ｂからパルス電流が発振される間、電極対１２は、第１電極１３が陽極、第２電極１４が陰極となるように電圧を印加されているので、処理対象溶液８０中の陰イオン８５は陽極である第１電極１３の近辺に移動し、処理対象溶液８０中の陽イオン８４は陰極である第２電極１４の近辺に移動する。
【０１５８】
イオン分離回収システム１Ａでは、パルス電源４０Ｂからパルス電流が発振される状態と発振されない状態とを所定の繰り返し頻度で繰り返すことにより、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内において、第１電極１３の近辺で第１溶液８１が生成されるとともに、第２電極１４の近辺で第２溶液８２が生成される。
【０１５９】
電気泳動イオン分離回収装置１０中の第１溶液８１は、第１排出部１７から排出され、第１排出ライン３５を流通して、第１液タンク３１に回収される。また、電気泳動イオン分離回収装置１０中の第２溶液８２は、第２排出部１８から排出され、第２排出ライン３６を流通して、第２液タンク３２に回収される。
【０１６０】
これ以後の作用は、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じであるため、説明を省略する。
【０１６１】
＜本実施形態の効果＞
イオン分離回収システム１Ａによれば、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１と同様の効果に加え、パルス電源４０Ｂを用いることにより、電極対１２の電極表面の近傍に電気二重層が形成されにくく、電極対１２の電位勾配を大きいまま維持し、電気泳動処理によるイオン分離効率を高く維持することができる。
【０１６２】
（第３の実施形態）
図３は、本発明のイオン分離回収システムの第３の実施形態を示す概略構成図である。
【０１６３】
図３に示すイオン分離回収システム１Ｂは、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１に比較して、直流電源４０Ａに加えてさらにパルス電源４０Ｂを備えるとともに、電気泳動イオン分離回収装置１０に代えて電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂを用いたものである。電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂは、独立した電極対１２を４個備え、各電極対１２にそれぞれ設けられたアジャスタ７２により電極対１２毎の電極間隔制御が独立して行われるようにしたものである。
【０１６４】
図３に第３の実施形態として示すイオン分離回収システム１Ｂと、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１とは、パルス電源４０Ｂ、および電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂ以外の構成が同じであるため、図３に示すイオン分離回収システム１Ｂと、図１に示したイオン分離回収システム１とで同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
【０１６５】
パルス電源４０Ｂは、図２に第２の実施形態として示すイオン分離回収システム１Ａのパルス電源４０Ｂと同じものが用いられる。
図３に示したイオン分離回収システム１Ｂでは、外部電源４０として直流電源４０Ａとパルス電源４０Ｂとを併用する。
【０１６６】
電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂは、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１を構成する電気泳動イオン分離回収装置１０において、１個の電極対１２に代えて独立した電極対１２を４個備えるとともに、各電極対１２にアジャスタ７２が設けられ、アジャスタ７２により電極対１２毎の電極間隔制御が独立して行われるようにしたものである。
【０１６７】
独立して設けられた４個の電極対１２、１２、１２、１２のうち、一部の電極対は直流電源４０Ａにより印加電圧制御が行われ、残りの電極対はパルス電源４０Ｂにより印加電圧制御が行われるようになっている。
【０１６８】
すなわち、独立して設けられた４個の電極対１２、１２、１２、１２のうち、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内の上流側、すなわち、図３中の左側から順番に１番目と３番目の２個の電極対１２、１２については直流電源４０Ａが電圧を印加し、残りの２番目と４番目の２個の電極対１２、１２についてはパルス電源４０Ｂが電圧を印加できるようになっている。
【０１６９】
また、各電極対１２に設けられたアジャスタ７２は、制御部６０により、電極間隔制御が独立して行われるようになっている。
【０１７０】
＜作用＞
イオン分離回収システム１Ｂの作用について説明する。図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂの作用は、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用に比較して、直流電源４０Ａに加えてさらにパルス電源４０Ｂを備えること、および、電気泳動イオン分離回収装置１０に代えて電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂを用いたこと以外の作用が同じであるため、作用の説明を省略または簡略化する。
【０１７１】
はじめに、イオン分離回収システム１Ｂの原水タンク３０に処理対象溶液８０を貯留しておき、さらに、ポンプ３７を稼働して、原水タンク３０中の処理対象溶液８０を導入ライン３４を介して電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂに導入する。ここまでは、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じである。
【０１７２】
電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂ内に処理対象溶液８０が導入されたら、直流電源４０Ａとパルス電源４０Ｂとを用いて、４個の電極対１２につき、第１電極１３と第２電極１４との間に、電気泳動処理を行うための所定の電圧を印加する。
【０１７３】
具体的には、独立して設けられた４個の電極対１２、１２、１２、１２のうち、電気泳動イオン分離回収装置１０の電気泳動容器１１内の上流側、すなわち、図３中の左側から順番に１番目と３番目の２個の電極対１２、１２については直流電源４０Ａが電圧を印加し、残りの２番目と４番目の２個の電極対１２、１２についてはパルス電源４０Ｂが電圧を印加する。
【０１７４】
直流電源４０Ａへの電圧の印加方法は、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じであり、パルス電源４０Ｂへの電圧の印加方法は、図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａの作用と同じであるため、作用の説明を省略する。
【０１７５】
イオン分離回収システム１Ｂでは、電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂの電気泳動容器１１内において、第１電極１３の近辺で第１溶液８１が生成されるとともに、第２電極１４の近辺で第２溶液８２が生成される。
【０１７６】
電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂ中の第１溶液８１は、第１排出部１７から排出され、第１排出ライン３５を流通して、第１液タンク３１に回収される。また、電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂ中の第２溶液８２は、第２排出部１８から排出され、第２排出ライン３６を流通して、第２液タンク３２に回収される。
【０１７７】
イオン分離回収システム１Ｂの運転時には、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じように、測定部５０、すなわち、モニタ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、および５０Ｄから選ばれる１個以上の測定部５０を用いて、系内流通液体について液管理パラメータが測定される。
【０１７８】
モニタ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、および５０Ｄから選ばれる１個以上の測定部５０で測定された液管理パラメータの情報は、測定部５０と電気的に接続された制御部６０に伝達される。
【０１７９】
制御部６０は、測定部５０から伝達された液管理パラメータの情報に基づいて、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１の作用と同じように、算出ステップと、判断ステップと、制御ステップとを行う。
【０１８０】
なお、イオン分離回収システム１Ｂは、独立して設けられた４個の電極対１２、１２、１２、１２のうち、一部の電極対１２に直流電源４０Ａが電圧を印加し、残りの電極対１２にパルス電源４０Ｂが電圧を印加する。
【０１８１】
このため、制御ステップで印加電圧制御が行われる場合は、一部の電極対１２について直流電源４０Ａで印加電圧制御が行われ、残りの電極対１２についてパルス電源４０Ｂで印加電圧制御が行われる。
【０１８２】
また、イオン分離回収システム１Ｂは、各電極対１２にそれぞれ設けられたアジャスタ７２により電極対１２毎の電極間隔制御が独立して行われる。このため、制御ステップで電極間隔制御が行われる場合は、電極対１２毎の電極間隔制御が独立して行われる。
【０１８３】
制御部６０で、算出ステップ、判断ステップおよび制御ステップを行うことにより、イオン分離回収システム１の分離度を、算出ステップ、判断ステップおよび制御ステップを行う前の分離度Ｄ１から、分離度仕様値Ｄ０の数値範囲内の分離度Ｄ２に変化させることができ、分離度の調整が可能になる。
【０１８４】
＜本実施形態の効果＞
イオン分離回収システム１Ｂによれば、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１と同様の効果、および図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａと同様の効果を有する。
【０１８５】
また、イオン分離回収システム１Ｂによれば、直流電源４０Ａにより印加電圧制御が行われる電極対１２と、パルス電源４０Ｂにより印加電圧制御が行われる電極対１２とからなる４個の電極対１２について、それぞれ、電極対１２毎に電極間隔制御が独立して行われるため、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１や図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａに比較してより精度の高い印加電圧制御および電極間隔制御が可能になる。
【０１８６】
このため、イオン分離回収システム１Ｂによれば、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１や図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａに比較して、電気泳動処理によるイオン分離効率を高く維持しやすくなる。
【０１８７】
なお、図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂでは、４個の電極対１２が設けられているが、本発明のイオン分離回収システムは、電極対１２の数を２個以上の任意の個数とすることができる。
【０１８８】
また、図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂでは、４個の電極対１２、１２、１２、１２のうち、電気泳動イオン分離回収装置１０Ｂの電気泳動容器１１内の上流側から順番に１番目と３番目の２個の電極対１２、１２については直流電源４０Ａが電圧を印加し、残りの２番目と４番目の２個の電極対１２、１２についてはパルス電源４０Ｂが電圧を印加できるようになっている。
【０１８９】
しかし、本発明のイオン分離回収システムでは、直流電源４０Ａが電圧を印加する電極対１２の個数およびこの電極対１２の電気泳動容器１１内の位置、ならびにパルス電源４０Ｂが電圧を印加する電極対１２の個数およびこの電極対１２の電気泳動容器１１内の位置を、任意に選択することができる。
【０１９０】
さらに、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１、図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａ、および図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂには、測定部５０として５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃおよび５０Ｄが設けられているが、本発明のイオン分離回収システムは、これらの測定部５０のうち、２個以上設けられていればよい。
【０１９１】
また、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１、図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａ、および図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂでは、測定部５０としてのモニタ５０Ｂは、電気泳動イオン分離回収装置１０または１０Ｂの電気泳動容器１１内の中ほどより下流側に設けられているが、本発明のイオン分離回収システムは、モニタ５０Ｂが電気泳動イオン分離回収装置１０または１０Ｂの電気泳動容器１１内の中ほどより上流側に設けられていてもよい。
【０１９２】
さらに、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１、および図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａでは、電極対１２が１個になっている。
【０１９３】
しかし、本発明のイオン分離回収システムでは、第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１、および第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａにおいても、図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂと同様に、独立してアジャスタ７２で電極間隔制御が可能な複数個の電極対１２が設けられていてもよい。
【０１９４】
また、図１に第１の実施形態として示したイオン分離回収システム１、図２に第２の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ａ、および図３に第３の実施形態として示したイオン分離回収システム１Ｂでは、電気泳動容器１１が断面矩形の筒状の容器であるが、本発明のイオン分離回収システムは、電気泳動容器１１の形状は特に限定されない。
【０１９５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１９６】
１、１Ａ、１Ｂ イオン分離回収システム
１０、１０Ｂ 電気泳動イオン分離回収装置
１１ 電気泳動容器
１２ 電極対
１３ 第１電極
１４ 第２電極
１５ 導入部
１７ 第１排出部
１８ 第２排出部
２１ 分離上流領域
２２ 電極間領域
２３ 第１分離下流領域
２４ 第２分離下流領域
３０ 原水タンク
３１ 第１液タンク
３２ 第２液タンク
３４ 導入ライン
３５ 第１排出ライン
３６ 第２排出ライン
３７ ポンプ
４０ 外部電源
４０Ａ 直流電源（外部電源）
４０Ｂ パルス電源（外部電源）
４１ 電圧計
４２ 電流計
５０ 測定部
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ モニタ（測定部）
６０ 制御部
７１ 液温調整機構
７２ アジャスタ
８０ 処理対象溶液
８１ 第１溶液
８２ 第２溶液
８４ 陽イオン
８５ 陰イオン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極との間に電圧が印加される電極対を備え、導入された処理対象溶液を電気泳動処理することにより、前記第１電極の近傍に局在化したイオンを含む第１溶液と前記第２電極の近傍に局在化したイオンを含む第２溶液とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置と、
前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定する測定部と、
前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、前記電極対の印加電圧制御、ならびに前記電極対の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とするイオン分離回収システム。
【請求項２】
前記電気泳動イオン分離回収装置に導入される処理対象溶液を貯留する原水タンクと、
前記電気泳動イオン分離回収装置から排出された前記第１溶液を貯留する第１液タンクと、
前記電気泳動イオン分離回収装置から排出された前記第２溶液を貯留する第２液タンクと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のイオン分離回収システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記測定部で測定された液管理パラメータの測定値に基づいて前記第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体中のイオンの分離度を算出し、
この算出された分離度が、予め設定された分離度仕様値の数値範囲内にあるか否かを判断し、
前記算出された分離度が前記予め設定された分離度仕様値の数値範囲外にある場合に、前記算出された分離度が前記予め設定された分離度仕様値の数値範囲内に入るように、前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、前記電極対の印加電圧制御、ならびに前記電極対の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のイオン分離回収システム。
【請求項４】
前記測定部は、
前記処理対象溶液のうち、前記電気泳動イオン分離回収装置内の前記第１電極と第２電極との間に位置する電極間領域に存在する処理対象溶液、
前記処理対象溶液のうち、前記電気泳動イオン分離回収装置より上流側かつ前記処理対象溶液が流通する領域である分離上流領域に存在する処理対象溶液、
前記第１溶液のうち、前記電気泳動イオン分離回収装置より下流側かつ前記第１溶液が流通する領域である第１分離下流領域に存在する第１溶液、および
前記第２溶液のうち、前記電気泳動イオン分離回収装置より下流側かつ前記第２溶液が流通する領域である第２分離下流領域に存在する第２溶液、
から選ばれた１種以上の系内流通液体の液管理パラメータを測定するように配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項５】
前記測定部は、前記電極間領域または分離上流領域に設けられた温度計であり、
前記液管理パラメータは、前記電極間領域または分離上流領域に存在する前記処理対象溶液の液温であり、
前記制御部は、前記分離上流領域に存在する前記処理対象溶液の液温制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項６】
前記測定部は、前記分離上流領域に設けられたイオン濃度計であり、
前記液管理パラメータは、前記分離上流領域に存在する前記処理対象溶液のイオン濃度であり、
前記制御部は、前記電極対の電極間隔制御を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項７】
前記電極対に電圧を印加する外部電源は、直流電源であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項８】
前記電極対に電圧を印加する外部電源は、１ｋＨｚ以上の繰り返し駆動のパルス電源であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項９】
前記電極対は複数個設けられ、各電極対の電極間隔制御は独立して行われることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項１０】
前記電極対は複数個設けられ、複数個の電極対のうち、一部の電極対は前記直流電源により印加電圧制御が行われ、残りの電極対は前記パルス電源により印加電圧制御が行われることを特徴とする請求項８または９に記載のイオン分離回収システム。
【請求項１１】
第１電極と第２電極との間に電圧が印加される電極対を備え、導入された処理対象溶液を電気泳動処理することにより、前記第１電極の近傍に局在化したイオンを含む第１溶液と前記第２電極の近傍に局在化したイオンを含む第２溶液とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置を用い、
前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定するステップと、
前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、前記電極対の印加電圧制御、ならびに前記電極対の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うステップと、
を備えることを特徴とするイオン分離回収方法。
【請求項１】
第１電極と第２電極との間に電圧が印加される電極対を備え、導入された処理対象溶液を電気泳動処理することにより、前記第１電極の近傍に局在化したイオンを含む第１溶液と前記第２電極の近傍に局在化したイオンを含む第２溶液とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置と、
前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定する測定部と、
前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、前記電極対の印加電圧制御、ならびに前記電極対の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とするイオン分離回収システム。
【請求項２】
前記電気泳動イオン分離回収装置に導入される処理対象溶液を貯留する原水タンクと、
前記電気泳動イオン分離回収装置から排出された前記第１溶液を貯留する第１液タンクと、
前記電気泳動イオン分離回収装置から排出された前記第２溶液を貯留する第２液タンクと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のイオン分離回収システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記測定部で測定された液管理パラメータの測定値に基づいて前記第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体中のイオンの分離度を算出し、
この算出された分離度が、予め設定された分離度仕様値の数値範囲内にあるか否かを判断し、
前記算出された分離度が前記予め設定された分離度仕様値の数値範囲外にある場合に、前記算出された分離度が前記予め設定された分離度仕様値の数値範囲内に入るように、前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、前記電極対の印加電圧制御、ならびに前記電極対の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のイオン分離回収システム。
【請求項４】
前記測定部は、
前記処理対象溶液のうち、前記電気泳動イオン分離回収装置内の前記第１電極と第２電極との間に位置する電極間領域に存在する処理対象溶液、
前記処理対象溶液のうち、前記電気泳動イオン分離回収装置より上流側かつ前記処理対象溶液が流通する領域である分離上流領域に存在する処理対象溶液、
前記第１溶液のうち、前記電気泳動イオン分離回収装置より下流側かつ前記第１溶液が流通する領域である第１分離下流領域に存在する第１溶液、および
前記第２溶液のうち、前記電気泳動イオン分離回収装置より下流側かつ前記第２溶液が流通する領域である第２分離下流領域に存在する第２溶液、
から選ばれた１種以上の系内流通液体の液管理パラメータを測定するように配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項５】
前記測定部は、前記電極間領域または分離上流領域に設けられた温度計であり、
前記液管理パラメータは、前記電極間領域または分離上流領域に存在する前記処理対象溶液の液温であり、
前記制御部は、前記分離上流領域に存在する前記処理対象溶液の液温制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項６】
前記測定部は、前記分離上流領域に設けられたイオン濃度計であり、
前記液管理パラメータは、前記分離上流領域に存在する前記処理対象溶液のイオン濃度であり、
前記制御部は、前記電極対の電極間隔制御を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項７】
前記電極対に電圧を印加する外部電源は、直流電源であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項８】
前記電極対に電圧を印加する外部電源は、１ｋＨｚ以上の繰り返し駆動のパルス電源であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項９】
前記電極対は複数個設けられ、各電極対の電極間隔制御は独立して行われることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のイオン分離回収システム。
【請求項１０】
前記電極対は複数個設けられ、複数個の電極対のうち、一部の電極対は前記直流電源により印加電圧制御が行われ、残りの電極対は前記パルス電源により印加電圧制御が行われることを特徴とする請求項８または９に記載のイオン分離回収システム。
【請求項１１】
第１電極と第２電極との間に電圧が印加される電極対を備え、導入された処理対象溶液を電気泳動処理することにより、前記第１電極の近傍に局在化したイオンを含む第１溶液と前記第２電極の近傍に局在化したイオンを含む第２溶液とに分離して排出する電気泳動イオン分離回収装置を用い、
前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体について、イオン濃度、導電率、流量および液温から選ばれた１種以上の液管理パラメータを測定するステップと、
前記処理対象溶液、第１溶液および第２溶液から選ばれた１種以上の系内流通液体の流量制御および液温制御、前記電極対の印加電圧制御、ならびに前記電極対の電極間隔制御から選ばれた１種以上の制御を行うステップと、
を備えることを特徴とするイオン分離回収方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７００（Ｐ２０１３−７００Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６５０８（Ｐ２０１１−１３６５０８）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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