消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置

摘要

本发明是有关在现场对氯化钠水溶液进行电分解，生成遮焰溶液，无需另外的液化氯储存设备或防灾设施，以高压气体安全管理法的非限制对象，可确保安装及运营柔软性的现场发生型氯消毒装置-消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置。本发明的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置作为包括流入氯化钠水溶液的阳极室与流入水的阴极室及具备区划阳极室与阴极室的阳离子交换膜的有隔膜电解槽；通过上述阳极室的电解反应生成的氯气与储存阳极水的阳极水储存槽；储存通过上述阴极室的电解反应生成的氢氧化钠，排放氢气的阴极水储存槽；及为了生成次氯酸钠，在上述阳极水储存槽进行供应的氯气与在阴极水储存槽生成的氢氧化钠进行反应的气液接触部位；而构成的次氯酸钠发生装置，还包括利用氯化钠水溶液与水，生产盐酸与氢氧化钠，各自供应成阳极水与阴极水的水分解电透析槽为特征。本发明是可提供提高阳极的氯发生效率，气液接触时，符合物质平衡，将副产物-氯酸(ClO3-)的发生进行最小化的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置。另外，因可将只利用盐生成的化学药品向有隔膜方式的次氯酸钠发生装置进行供应，所以无使用困难，高价化学药品的使用，是可提供安全性及经济性优秀的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置。

说明书

技术领域

本发明涉及在水处理工程进行利用的次氯酸钠发生装置，更加详细内容 是在现场对盐水进行电分解，生产遮焰溶液，无需另外的液化氯储存设备或 防灾设施，是有关以高压气体安全管理法的非规制对象，可确保安装及运营 柔软性的现场发生型氯消毒装置-消毒副产物减少型的高效次氯酸钠发生装 置。

背景技术

在净水厂投入的氯是为了控制微生物及管网上的微生物，在净水厂内注 入氯是必须的，也是非常重要的。

但是，现有的液化气体状态的氯具有致命的有毒性及安全性问题点，对 盐水进行电分解，定量注入次氯酸钠的系统正快速替代现有氯消毒相关设备。

向来以普通有隔膜方式的次氯酸钠发生装置上的有隔膜电解槽如图1及 图2所示，根据阳离子交换膜(16)，区划为阳极室(12)与阴极室(14)，阳极 室(12)安装阳极，阴极室(14)安装阴极而构成。另外，阳极室(12)与阴极室 (14)各自与阳极水储存槽(20)及阴极水储存槽(30)进行连接。

此种阳极室(12)循环向阳极水储存槽(20)流入的饱和氯化钠水溶液，阴 极室(14)循环向阴极水储存槽(30)流入的纯水。另外，阳极水与阴极水流入 有隔膜电解槽进行循环时，如果向阳极与阴极供应直流电流，在有隔膜电解 槽内部实现电解反应。

通过电解反应，阳极中，氯离子(Cl-)通过电分解反应形成氯(Cl2)，通 过阳离子交换膜(16)，在阳极室(12)，钠离子(Na+)传入阴极室(14)。另外， 阴极中，通过水(H2O)的电分解反应形成氢气(H2)与氢氧化电离子(OH-)，氢 氧化电离子(OH-)与从阳极传入的钠离子(Na+)相遇，生成氢氧化钠(NaOH)。

2Cl-→Cl2+2e-(阳极反应)

H2O+2e-→1/2H2+OH-(阴极反应)

像这样，在阳极室生成的氯气(Cl2)与在阴极室生成的氢氧化钠(NaOH) 在气液接触部位(40)相遇生成次氯酸钠(NaOCl)。

Cl2+2NaOH→NaOCl+NaCl+H2O(气液接触反应)

但是，利用此种有隔膜方式的次氯酸钠发生装置时，阳极中，通过电解 反应的副反应生成氧(O2)，发生氢离子(H+)，通过与存在于氯化钠水溶液中 的氯离子(Cl-)相遇形成盐酸(HCl)的反应，pH会降低。另外，阴极中，如 上述相同，生成的氢氧化钠(NaOH)，pH会增加。

H2O→2H++1/2O2+2e-(阳极副反应)

因此，如果减少副反应，提高对氯的电流效率，相对来说，pH会小幅度 下降，增加氯的发生量。但是，如果增加对氯的电流效率时，由于氯性状的 一部分会以次氯酸(HOCl)的形状融化到阳极水里，所以减少移送到气液接触 部位(40)的氯气(Cl2)的量，也是会降低效率的(pH1时，Cl2∶HOCl＝80∶20， pH2时，Cl2∶HOCl＝30∶70，pH3时，Cl2∶HOCl＝10∶90)。

所以，为了提高次氯酸钠的生成效率，提高对氯的电流效率，同时有必 要最大限度降低阳极水的pH。

另外，根据气液反应生成次氯酸钠时，如上述气液接触反应式所示，以 化学量论比Cl2∶NaOH＝1∶2进行反应。但是，氢氧化钠(NaOH)的量不足时， 根据再酸化反应，形成副产物-氯酸(ClO3-)。所以，为了减少此种副产物的 发生，需要符合化学量论上的物质收支，此时，需要增加注入氢氧化钠(NaOH)。

像这样，在现有工程中，由于为了提高阳极的氯发生效率，在气液接触 反应上符合物质平衡，需要增加注入盐酸(HCl)与氢氧化钠(NaOH)的药品，所 以具有使用化学药品的危险性及高费用的缺点。

发明内容

本发明作为根据有隔膜电解槽，生成次氯酸钠的次氯酸钠发生装置，提 高阳极的氯发生效率，在气液接触时，符合物质平衡，提供可将副产物-氯酸 (ClO3-)的发生进行最小化的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置。

本发明作为供应向有隔膜方式的次氯酸钠发生装置利用盐生成的化学药 品，提供安全性及经济性优秀的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置。

为了解决上述课题，本发明作为包括流入氯化钠水溶液的阳极室与流入 水的阴极室及具备区划阳极室与阴极室的阳离子交换膜的有隔膜电解槽；通 过上述阳极室的电解反应，储存生成的氯气与阳极水的阳极水储存槽；通过 上述阴极室的电解反应，储存生成的氢氧化钠，排放氢气的阴极水储存槽； 及为了生成次氯酸钠，从上述阳极水储存槽供应的氯气与在阴极水储存槽生 成的氢氧化钠进行反应的气液接触部位；而构成的次氯酸钠发生装置，提供 包括利用氯化钠水溶液与水，生产盐酸与氢氧化钠，各自供应成阳极水与阴 极水的水分解电透析槽；为特征的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装 置。

本发明的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置包括储存从上述水分 解电透析槽供应的盐酸，供应成阳极水的盐酸储存槽；及储存从上述水分解 电透析槽供应的氢氧化钠，供应成阴极水的氢氧化钠储存槽；为特征。

本发明中，上述水分解电透析槽在阳极与阴极之间，面向阳极的一面开 始，按阴离子交换膜，阳离子交换膜，两性电离子膜，阴离子交换膜，阳离 子交换膜的次序进行排列的电解槽，上述两性电离子膜在面向阳离子交换膜 的一侧具备阴离子交换作用基，面向阴离子交换膜的另一侧具备阳离子交换 作用基为特征。

在这里，本发明包括位于上述各阴离子交换膜与阳离子交换膜之间的脱 盐室；位于上述阳离子交换膜与阴离子交换作用基之间的碱生成室；及在上 述阴离子交换膜与阳离子交换作用基之间形成的酸生成室；为特征，流入到 上述两性电离子膜的水通过电分解，分离成氢氧化电离子与氢离子，各自通 过阴离子交换作用基与阳离子交换作用基进行排放为特征。

另外，如果向上述脱盐室供应氯化钠水溶液，向上述酸生成室与碱生成 室供应水，向水分解电透析槽的电极供应电流，向脱盐室供应的氯化钠水溶 液中钠离子通过阳离子交换膜，移动到碱生成室，通过上述阴离子交换作用 基，与排放的氢氧化电离子相遇生成氢氧化钠，向脱盐室供应的氯化钠水溶 液中，氯离子通过阴离子交换膜，移动到酸生成室，通过上述阳离子交换作 用基，与排放的氢离子相遇生成盐酸为特征。

本发明中，向上述脱盐室供应氯化钠水溶液的生产线是向上述阳极水储 存槽供应氯化钠水溶液的生产线的分支生产线为特征，向上述酸生成室与碱 生成室供应水的生产线是向上述阴极水储存槽供应水的生产线的分支生产线 为特征。

发明效果，本发明作为根据有隔膜电解槽生成次氯酸钠的次氯酸钠发生 装置，可提供提高阳极的氯发生效率，气液接触时，符合物质平衡，将副产 物-氯酸(ClO3-)的发生进行最小化的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装 置。

另外，因本发明中，有隔膜方式的次氯酸钠发生装置只利用盐生成的化 学药品，无使用困难，高价化学药品的使用，可提供安全性及经济性优秀的 消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置。

附图说明

图1所示为次氯酸钠发生装置的有隔膜电解槽的示意图。

图2所示为次氯酸钠发生装置的有隔膜电解槽中发生的电解反应的示意 图。

图3所示为本发明的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置进行改善 的有隔膜电解槽的示意图。

图4所示为本发明的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置的水分解 电透析槽的示意图。

符号说明

10：有隔膜电解槽12：阳极室

14：阴极室16：阳离子交换膜

20：阳极水储存槽30：阴极水储存槽

40：气液接触部位50：水分解电透析槽

53：阴离子交换膜54：阳离子交换膜

55：两性电离子膜56：阴离子交换作用基

57：阳离子交换作用基60：盐酸储存槽

62：氢氧化钠储存槽64：脱盐室

66：碱生成室68：酸生成室

具体实施方式

以下，是根据附件示意图及正确的实施范例，对本发明进行的详细说明。

图3是表示本发明的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置进行改善 的有隔膜电解槽(10)的示意图，图4是表示本发明的消毒副产物减少型高效 次氯酸钠发生装置的水分解电透析槽(50)的示意图。

如图3所示，本发明的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置作为包 括流入氯化钠水溶液的阳极室(12)与流入水的阴极室(14)及具备区划阳极室 (12)与阴极室(14)的阳离子交换膜(16)的有隔膜电解槽(10)；通过上述阳极 室(12)的电解反应，生成的氯气与储存阳极水的阳极水储存槽(20)；通过上 述阴极室(14)的电解反应，储存生成的氢氧化钠，排放氢气的阴极水储存槽 (30)；及为了生成次氯酸钠，在上述阳极水储存槽(20)进行供应的氯气与在 阴极水储存槽(30)生成的氢氧化钠进行反应的气液接触部位(40)；而构成的 次氯酸钠发生装置，还包括利用氯化钠水溶液与水，生产盐酸与氢氧化钠， 各自供应成阳极水与阴极水的水分解电透析槽(50)。

在上述次氯酸钠发生装置中，流入上述阳极室(12)的氯化钠水溶液是饱 和氯化钠水溶液，流入阴极室(14)的水是进行预处理的纯水。

此时，盐酸供应到阳极水储存槽(20)，向阳极室(12)进行循环供应，或 者从阳极水储存槽(20)流出，向储存阳极水的其他槽供应盐酸，将阳极水内 的残存氯进行汽化后，可移送到气液接触部位(40)。另外，氢氧化钠可以另 外安装生产线或槽进行供应。

本发明中，是利用现有有隔膜方式的次氯酸钠发生装置上所使用的饱和 氯化钠水溶液，运用在水分解电透析槽(50)生成盐酸(HCl)与氢氧化钠 (NaOH)，根据需要，各自注入到阳极水与阴极水，符合物质平衡的方法。

另外，本发明的消毒副产物减少型高效次氯酸钠发生装置还可包括储存 从上述水分解电透析槽(50)供应的盐酸，供应成阳极水的盐酸储存槽(60)； 及储存从上述水分解电透析槽(50)供应的氢氧化钠，供应成阴极水的氢氧化 钠储存槽(62)。

另外，上述水分解电透析槽(50)如图4所示，阳极与阴极之间，面向阳 极的一面开始按阴离子交换膜(53)，阳离子交换膜(54)，两性电离子膜(55)， 阴离子交换膜(53)，阳离子交换膜(54)的次序排列的电解槽，上述两性电离 子膜(55)面向阳离子交换膜(54)的一侧具备阴离子交换作用基(56)，面向阴 离子交换膜(53)的另一侧具备阳离子交换作用基(57)为特征。

另外，水分解电透析槽(50)包括位于上述各阴离子交换膜(53)与阳离子 交换膜(54)之间的脱盐室(64)；位于上述阳离子交换膜(54)与阴离子交换作 用基(56)之间的碱生成室(66)；及上述阴离子交换膜(53)与阳离子交换作用 基(57)之间形成的酸生成室(68)；构成的隔室而构成。

根据上述水分解电透析槽(50)生成酸碱的原理如下。

首先，向水分解电透析槽(50)的阳离子交换膜(54)与阴离子交换膜(53) 之间的脱盐室(64)流入饱和氯化钠水溶液，在酸生成室(68)与碱生成室(66) 流入进行预处理的纯水。

如果流入到上述脱盐室(64)的饱和氯化钠水溶液供应直流电源，通过水 分解电透析槽(50)内的电离子移动，在脱盐室(64)进行脱盐并稀释，稀释的 氯化钠水溶液再注入到有隔膜方式的次氯酸钠发生装置的盐槽。

此时，上述两性电离子膜(55)将水在两性电离子膜(55)的内部以湿润状 态存在，如果向阳极与阴极供应各自的直流电源，两性电离子膜(55)内的水 通过电分解，分离成氢离子(H+)与氢氧化电离子(OH-)。上述分离的水分子 具备面向阳极方向的阴离子交换作用基(56)的一面排放阴离子-氢氧化电离 子(OH-)，具备面向阴极方向的阳离子交换作用基(57)的一面排放阳离子-氢 离子(H+)。

另外，脱盐室(64)的氯化钠水溶液中钠离子(Na+)通过阳离子交换膜 (54)，移动到碱生成室(66)，氯离子(Cl-)通过阴离子交换膜(53)，移动到酸 生成室(68)。

另外，在具备邻近阳离子交换膜(54)的两性电离子膜(55)的阴离子交换 作用基(56)的一面上，通过上述反应，氢氧化电离子(OH-)排放到碱生成室 (66)，与通过阳离子交换膜(54)移动过来的钠离子(Na+)相遇，生成碱-氢氧 化钠(NaOH)，氢氧化钠移动到氢氧化钠储存槽(62)。

另外，在具备邻近阴离子交换膜(53)的两性电离子膜(55)的阳离子交换 作用基(57)的一面上，通过上述反应，氢离子(H+)排放到酸生成室(68)，与 通过阴离子交换膜(53)移动过来的氯离子(Cl-)相遇，生成酸-盐酸(HCl)，盐 酸移动到盐酸储存槽(60)。

流入到上述氢氧化钠储存槽(62)与盐酸储存槽(60)的生成水-氢氧化钠 与盐酸在到达一定浓度时为止，各自在碱生成室(66)与酸生成室(68)进行循 环，流入碱生成室(66)与酸生成室(68)的纯水，各自到达氢氧化钠储存槽(62) 与盐酸储存槽(60)一定水位时为止进行注入，到达一定水位后，停止注入。

如果生成定为最终目标浓度的氢氧化钠与盐酸，向水分解电透析槽(50) 的电极进行供应的直流电源会停止供应，饱和氯化钠水溶液的注入也会停止， 氢氧化钠储存槽(62)与盐酸储存槽(60)的生成水的循环供应也会停止。

像这样生成的盐酸(HCl)与氢氧化钠(NaOH)提高阳极的氯气(Cl2)生成效 率，在气液接触反应上符合物质平衡，使副产物-氯酸(ClO3-)的发生进行最 小化，为了向阳极水储存槽(20)与阴极水储存槽(30)，各自可维持一定的pH 与浓度，根据各储存槽上安装的感应器的值，用作间歇增加注入的药品。

另外，根据盐酸与氢氧化钠的注入，盐酸储存槽(60)与氢氧化钠储存槽 (62)的水位如果将达到合理值以下，则反复上述过程，再生产并储存盐酸与 氢氧化钠。

本发明中，向上述脱盐室(64)供应饱和氯化钠水溶液的生产线是向上述 阳极水储存槽(20)供应饱和氯化钠水溶液的生产线的分支生产线，向上述酸 生成室(68)与碱生成室(66)供应水的生产线是向上述阴极水储存槽(30)供应 水的生产线的分支生产线为特征。

即，本发明在有隔膜方式的次氯酸钠发生装置上，向流入阳极水储存槽 (20)的饱和氯化钠水溶液生产线，通过分支生产线，连接成水分解电透析槽 (50)的脱盐室(64)的流入生产线而构成，可具备通过流入到有隔膜方式的次 氯酸钠发生装置的阴极水储存槽(30)的纯水生产线的分支生产线，向水分解 电透析槽(50)的酸生成室(68)与碱生成室(66)供应各自水的流入生产线而构 成。

此时，碱生成室(66)的流入生产线可再次与氢氧化钠储存槽(62)的循环 生产线连接，酸生成室(68)的流入生产线可与盐酸储存槽(60)的循环生产线 连接而构成，水分解电透析槽(50)的脱盐室(64)的排放生产线可连接到有隔 膜方式的次氯酸钠发生装置的盐槽而构成。

另外，碱生成室(66)的排放生产线可连接到氢氧化钠储存槽(62)，将氢 氧化钠生成水进行循环，酸生成室(68)的排放生产线可连接到盐酸储存槽 (60)，将生成的盐酸进行循环而构成。

像这样以一定浓度生成的盐酸与氢氧化钠，各自保管在盐酸储存槽(60) 与氢氧化钠储存槽(62)，有隔膜方式的次氯酸钠发生装置的阳极水与阴极水 以所需量进行供应。