JP4135801B2 - Liquid passing method and apparatus for liquid passing capacitor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、その保有する一対の電極に直流電圧を印加して通液中の被処理液のイオン成分が除去された脱塩液を得、その後、短絡あるいは逆接続して一対の電極を再生すると共に、前記除去イオン成分を通液中の被処理液と共に回収するもので、その目的に合わせて被処理液のイオン成分を除去及び回収する長期間に亘り安定した通液が可能な通液型コンデンサの通液方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
通液型コンデンサは、静電力を利用して被処理液中のイオン成分の除去と回収(再生)を行うもので、その原理は以下の通りである。すなわち、通液型コンデンサは、その保有する一対の電極に直流電圧を印加して、通液中の被処理液のイオン成分、あるいは電荷のある粒子、有機物を一対の電極に吸着することにより除去し、イオン成分が除去された脱塩液を得て、その後一対の電極を短絡あるいは直流電源を逆接続して、一対の電極に吸着している前記イオン成分を離脱させ、一対の電極を再生しつつ除去イオン成分を通液中の被処理液と共に濃縮液として回収することを繰り返し行うものである。
【0003】
このような通液型コンデンサは、特開平5−258992号公報に開示されており、この公知例の一例では、カラムに被処理液を導入する入口と、イオン成分が除去された液を排出する出口とを設け、そのカラム内に上記一対の電極を収容している。これら一対の電極は、双方とも導電性支持層に高表面積導電性表面層が支持され、更に非導電性多孔のスペーサが含まれている。従って、一対の電極は、一方の電極の非導電性多孔のスペーサ、導電性支持層、高表面積導電性表面層、他方の電極の非導電性多孔のスペーサ、導電性支持層、高表面積導電性表面層の6層構造となっている。この一対の電極は、中空の多孔質中心管に高表面積導電性表面層を内側にして巻かれてカートリッジを形成している。一方の電極の導電性支持層及び他方の電極の導電性支持層からはリード線がカラム外に延出され、直流電源に接続されている。カラムの入口には被処理液供給源が接続され、出口にはイオン成分が除去された脱塩液とイオン成分を回収した濃縮液とを分ける切替え弁が接続されている。
【0004】
上記のような通液型コンデンサの通液方法を図8を参照して説明する。図8中、50は通液型コンデンサである。先ず、切替え弁51を開、切替え弁52を閉の状態とし、スイッチ53をオンして一対の電極54、55に直流電圧を印加し、被処理液供給源56から被処理液を通液型コンデンサ50に供給すると、一対の電極54、55にイオン成分が吸着され、切替え弁51の下流側でイオン成分が除去された脱塩液が得られる。この状態が継続すると、一対の電極54、55にイオン成分が徐々に吸着され飽和状態となり、イオン成分除去性能が徐々に低下することが水質監視装置57により測定されるから、ある時点で切替え弁51を閉、切替え弁52を開の状態にし、スイッチ53をオフして直流電圧の印加を止める。そして、イオン成分除去性能を再生させるために、スイッチ58をオンして一対の電極54、55間を短絡、あるいは直流電源59を逆接続すると、一対の電極54、55に吸着されていたイオン成分が離脱し、一対の電極54、55が再生されつつ、切替え弁52の下流側でイオン成分を回収した濃縮液が得られ、被処理液中のイオン成分の除去と回収(再生)の1サイクルが終了する。そして、被処理液供給源56から被処理液が常時に通液型コンデンサ50に供給され、上記サイクルが繰り返されてイオン成分が除去された脱塩液とイオン成分を回収した濃縮液とを交互に得ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の通液型コンデンサの通液方法では、通液型コンデンサの通液サイクルを重ねるにつれ、被処理液からのイオン成分の除去能が低下するという問題がある。このような電極の除去能を回復するものとして、一旦、被処理液の供給を停止し、酸やアルカリあるいは殺菌剤等の薬液を供給する洗浄工程を設ける方法もあるが、薬液の管理、薬液供給設備の設置、薬液の廃液処理等の諸問題がある。
【0006】
従って、本発明の目的は、電極の除去能を回復するための薬剤洗浄を不用とし、長期間に亘る運転においても通液型コンデンサのイオン成分の分離能を一定に保ち、電極材の長寿命化を図ることができる通液型コンデンサの通液方法及び装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、少なくとも一対の電極に直流電圧を印加して通液中の被処理液のイオン成分を除去した後、短絡あるいは逆接続して、該除去されたイオン成分を通液中の被処理水に回収する通液型コンデンサの通液方法において、当該被処理液を特定温度範囲又は特定pH値とするか、あるいは脱気処理又は還元処理等を行い通液すれば、長期間に亘る運転においても電極の有効表面積を減少させることなく維持することができ、通液型コンデンサのイオン成分分離能を一定に保つと共に、電極材の長寿命化を図ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明は、一対の電極に直流電圧を印加して通液中の被処理液のイオン成分を除去して脱塩液を得、その後前記一対の電極を短絡あるいは直流電源を逆接続して、前記除去されたイオン成分を通液中の被処理液と共に濃縮液として回収する通液型コンデンサの通液方法であって、前記被処理液は、pH5以下又はpH9以上で通液されることを特徴とする通液型コンデンサの通液方法を提供するものである。
【0010】
また、本発明は、一対の電極に直流電圧を印加して通液中の被処理液のイオン成分を除去して脱塩液を得、その後前記一対の電極を短絡あるいは直流電源を逆接続して、前記除去されたイオン成分を通液中の被処理液と共に濃縮液として回収する通液型コンデンサの通液方法であって、前記被処理液は、脱気処理されたものであることを特徴とする通液型コンデンサの通液方法を提供するものである。
【0012】
また、本発明は、一対の電極に直流電圧を印加して通液中の被処理液のイオン成分を除去し、前記一対の電極を短絡あるいは直流電源を逆接続して、除去されたイオン成分を通液中の被処理液と共に回収する通液型コンデンサと、前記通液型コンデンサの上流側に位置して被処理液を脱気する脱気手段とを有することを特徴とする通液型コンデンサの通液装置を提供するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態における通液型コンデンサの通液方法を図1に基づいて説明する。図1は本発明の実施の形態である通液型コンデンサの通液方法を示すフロー図である。図中、1は通液型コンデンサであり、通液型コンデンサ1の上流側は供給配管2により前処理装置4に接続され、更に接続配管3により被処理液供給源5に接続されている。一方、その下流側は接続配管6により水質監視装置8に接続し、更に、水質監視装置8の流出配管7は切替え弁11を有する脱塩液流出配管9と切替え弁12を有する濃縮液流出配管10の二つに分岐している。被処理液供給源5は被処理液タンクと、これから被処理液を定量的に供給するための送液ポンプとを含んでいる(不図示)。
【0015】
前記通液型コンデンサ1は、少なくとも一対の電極30、31を内蔵し、電極30はスイッチ32を介して直流電源34の陰極に接続され、電極31は直流電源34の陽極に接続されている。また、通液型コンデンサ1の一対の電極30、31はスイッチ35を介して互いに接続されている。そして、これらの図1に表示の機器類の運転制御は、シーケンサー、マイコン等の公知の制御機器で行われ、その詳細な運転制御としては、例えば、後述の通液型コンデンサの通液方法が挙げられる。
【0016】
前記通液型コンデンサ1の構造は、特に制限されないが、ここではカラム中に金属、黒鉛等の集電極に高表面積活性炭を接してなる電極30、31を収容し、これら電極30、31間に非導電性のスペーサを介在させたものである。そして、この通液型コンデンサ1は、一対の電極30、31に直流電源34を接続し、直流電圧、例えば、1〜2Vを印加した状態で、カラム中にイオンを含有する被処理液を通すと、一対の電極30、31がイオンを吸着して、イオン成分が除去され脱塩液を得ることができ、その後、一対の電極30、31を短絡させると、電気的に中和し吸着していたイオンが一対の電極30、31から離脱し、一対の電極30、31を再生させると共に、濃厚なイオン成分を回収した濃縮液を得ることができるものである。なお、一対の電極30、31間に印加する電圧は任意に設定することができる。
【0017】
通液型コンデンサ1の他の構造例としては、非導電性多孔質通液性シートからなるスペーサを挟んで、高比表面積活性炭を主材とする活性炭層である一対の電極を配置し、該電極の外側に一対の集電極を配置し、更に該集電極の外側に押さえ板を配置した平板形状とし、集電極に直流電源を接続し、更に集電極間の短絡又は直流電源の逆接続を行うものであってもよい。また、電極と集電極とは一体化されたものでもよい。
【0018】
前処理装置4は、通液型コンデンサ1に供給する被処理液を特定の性状に調整するためのものであり、被処理液の温度を30℃以下又は50℃以上に調節する熱交換器、被処理液のpHをpH5以下又はpH9以上に調節するpH調節手段、被処理液を脱気処理する脱気装置及び被処理液を還元処理する還元装置(還元手段)が挙げられる。これらの前処理装置は単独又は2種以上を組み合わせて設置してもよい。ここで、被処理液としては、特に制限されず、例えば市水、工業用水、河川の水又はこれらを逆浸透膜処理した透過水、あるいは半導体ウエハーや液晶ディスプレイ等の電子部品部材を超純水で洗浄した際に排出される洗浄排水、発電所の蒸気タービンの循環系の復水等が挙げられ、これらが例えば上記温度範囲等に含まれるものであれば、当該前処理装置4は省略できる。本発明の被処理液は、上記前処理とは異なる、いわゆる純水製造等の場合に行われる凝集沈殿処理、濾過処理等の原水の前処理がされていてもよい。
【0019】
被処理液の温度を30℃以下、好ましくは0〜20℃に調節する熱交換器としては、冷却器及びヒータが挙げられ、被処理液の温度を50℃以上、好ましくは60℃〜沸点以下に調節する熱交換器としては、ヒータが挙げられる。また、被処理液を加熱する場合には、気泡が発生し易くなり、活性炭電極の表面や微細ポア内にガスが蓄積し、有効な電極表面を減少させる点で好ましくなく、従って、後述するような脱気処理を加熱処理の前又は後に行うことが好ましい。被処理液を上記温度範囲とすることにより、通液型コンデンサ内に微生物が発生することを防止し、炭素電極表面を微生物又は微生物の代謝物が覆うことによる、有効な電極表面積の減少を抑制できる。従来、液体処理装置において、微生物の発生を防止する方法として、酸化剤を連続又は間欠的に注入する方法があるが、酸化剤の使用は活性炭電極を酸化して、イオン成分除去性能を低下させる。
【0020】
被処理液のpHをpH5以下、好ましくはpH1〜pH3に調節するpH調節手段としては、酸性液貯留槽、酸性液供給ポンプを備え、酸性液供給点と通液型コンデンサ間にpH計を配置するものが使用できる(不図示)。酸性液としては、硫酸溶液、塩酸溶液等が挙げられる。被処理液のpHをpH9以上、好ましくはpH10〜pH13に調節するpH調節手段としては、アルカリ性液貯留槽、アルカリ性液供給ポンプを備え、アルカリ性液供給点と通液型コンデンサ間にpH計を配置するものが使用できる(不図示)。アルカリ性液としては、苛性ソーダ、トリメチルアンモニウムハイドロオキサイド等が挙げられる。被処理液を上記pH範囲とすることにより、通液型コンデンサ内に微生物が発生することを防止し、炭素電極表面を微生物又は微生物の代謝物が覆うことによる、有効な電極表面積の減少を抑制できる。
【0021】
また、被処理液はTOC濃度が低いものほど、微生物の影響を低減できる点で好ましい。被処理液はTOC濃度としては、1000ppb 以下、好ましくは100ppb 以下である。被処理液のTOC濃度を低減するには、通常用いられる公知の方法を適用すればよい。
【0022】
被処理液を脱気する脱気装置としては、被処理液中に溶存している窒素、酸素、アンモニア、メタン及び揮発性有機炭化水素等のガス成分を予め除去するものであればよく、例えば真空脱気装置、膜脱気装置及び加熱脱気装置等が挙げられる。これらの脱気装置により、被処理液は、例えば溶存酸素ガス濃度1.0mg/L以下、好ましくは0.1mg/L以下に調節される。また、脱気装置は、これ以外にも減圧したタンク内に液体を給水する方法も使用できる。また、超音波振動を被処理液に与えることにより、気泡の発生を促進し、発生した気泡を通液型コンデンサの直前で除去する方法も使用できる。被処理液を脱気することにより、例えば活性炭電極の表面や微細ポア内にガスが蓄積することを防止し、該ガスの蓄積に伴う有効な電極表面積の減少を抑制できる。
【0023】
被処理液を還元する還元装置(還元手段)としては、還元剤注入手段、水素ガス溶解手段、活性炭又は活性炭繊維による濾過装置等が挙げられ、これらは単独又は2種以上を組み合わせて用いる。還元剤としては、亜硫酸ソーダ、重亜硫酸ソーダが挙げられる。還元剤の注入量としては、被処理液中の酸化剤を還元して中和するに十分な量であればよい。被処理液が市水の場合、市水中の酸化剤の例としては、次亜塩素酸ソーダ、クロラミン等が挙げられ、電子部品の洗浄排水等に含まれる酸化剤の例としてはオゾン、過酸化水素等が挙げられる。また、水素ガス溶解手段による水素ガスの溶解は、通液型コンデンサ内に気泡の発生を生じる可能性があり、水素ガスの飽和溶解度以下に制御することが好ましい。この場合、別途の被処理液供給配管を設け、一部の被処理液に水素ガスを添加し、水素ガスを溶解していない被処理液に混合する方法等で溶解量を制御すればよい。被処理液を還元装置(還元手段)で還元することにより、被処理液中の酸化剤が還元されて中和するため、通液型コンデンサの活性炭電極の表面の酸化が抑制され、有効な電極表面積の減少を抑制できる。
【0024】
また、水質監視装置8は、液質を測定するものでイオン除去の程度を正確に把握できる指標の測定機器であれば特に限定されず、導電率計、比抵抗計が挙げられ、本実施の形態では導電率計である。なお、水質監視装置は、処理水を一部バイパスして計測してもよい。
【0025】
次に、本発明の通液型コンデンサの通液方法を説明する。先ず、スイッチ32をオンして直流電圧を一対の電極30、31に印加し、切替え弁11を開、切替え弁12を閉の状態とし、水質監視装置8を監視可能状態にして、被処理液供給源5のポンプ及び前処理装置4を作動させ、前処理された被処理液を通液型コンデンサ1に定量的に供給する。この段階で通液型コンデンサ1はイオン成分除去工程に入り、被処理液は通液型コンデンサ1の一対の電極30、31にイオン成分を吸着され、イオン成分が除去された脱塩液となり、脱塩液流出配管9により流出される。
【0026】
この状態を継続すると、やがて一対の電極のイオン吸着能が飽和状態に近づき、イオン除去能は低下し、徐々に脱塩液の導電率が上昇する。水質監視装置8にて測定された導電率が脱塩液の採液不可値になると、切替え弁11を閉、切替え弁12を開として、直ちにスイッチ32をオフして直流電圧の印加を止め、更にスイッチ35をオンして一対の電極30、31を短絡させ、吸着したイオン成分を一対の電極30、31から離脱させ、液側に移動させて一対の電極30、31を再生する、イオン回収工程に入る。
【0027】
上記除去工程及び回収工程を1サイクルとし、このサイクルを繰り返して行うことにより、被処理液からイオン成分が除去された脱塩液及び前記除去されたイオン成分を回収したイオン濃度の高い濃縮液を得ると共に、通液型コンデンサ1の一対の電極30、31の飽和・再生の繰り返しを図るものである。
【0028】
本発明において、当該前処理は基本的に連続的処理が望ましいが、間欠的処理であっても表面の気泡を除去することで性能低下した通液型コンデンサのイオン除去能を著しく回復することもできる。
【0029】
本発明において、脱塩液としては、軟化水、脱塩水、純水、溶液脱塩液等が挙げられる。これらの脱塩液はボイラー用水、飲料水及び洗浄用水等に使用される。また、濃縮液は、有価物回収等に利用できる。
【0030】
本発明において、通液型コンデンサーは複数台であってもよく、例えば2台を並列配置して、一方の通液型コンデンサをイオン成分除去工程とし、他方の通液型コンデンサをイオン成分回収工程とし、これを交互に繰り返して行う通液方法にも適用できる。
【0031】
【実施例】
次に、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
参考例1
被処理液は導電率330μS/cm、pH5.9、温度23℃、TOC0.8ppm の工業用水を用い、通液型コンデンサは関西熱化学社製のものを使用し、図1に示すように、1台を配置接続した。前処理装置は膜脱気装置(脱気膜としてLiqui-cel2.5インチタイプ( セルガード社製) を装備) を用い、絶対圧100torrの真空脱気処理を行い、溶存酸素濃度0.1mg/Lの工業用水を通液型コンデンサに通液するようにした。また、通液型コンデンサに対する印加電圧は直流1.2Vとした。被処理水を250ml/ 分で通液型コンデンサに連続的に供給し、前述のような除去工程と回収工程を繰り返し、これを50回(サイクル)行った。その際、通液型コンデンサの流出水の水質を導電率計でモニターした。その結果を図3に示す。
【0032】
ここで、通液型コンデンサのイオン除去能は、被処理水の流量が一定であれば、除去工程における所定濃度までイオン成分が除去された脱塩水の得られる量で決定される。そこで、被処理水の10%濃度を保つ時間(以下、「10%濃度値に至る時間」と言う。)を通液型コンデンサのイオン除去能の指標とした。これを図2を参照して説明する。図2は時間経過に対する流出水の導電率の関係の典型例を示す。図中、除去工程当初には被処理水の導電率330μS/cmは20μS/cmまで低下し、イオン成分は除去されて脱塩水が得られる。その後、電極内にイオン成分が蓄積されて飽和状態に近づくと、流出水の水質は低下し、26分後には被処理水の導電率の1/10である33μS/cmを上回る。その後、電極間を短絡して電極の再生工程、すなわち回収工程を実施することにより、通液型コンデンサ内に蓄積したイオン成分の濃縮液が得られ、被処理液の導電率は上昇する。図2では10%濃度値に至る時間は26分である。従って、10%濃度値に至る時間が当初運転の10%濃度値に至る時間よりも短ければ、通液型コンデンサのイオン成分除去能は低下していると判る。
【0033】
参考例1では図3から明らかなように、被処理水の前処理として、膜脱気処理を行ったため、50サイクル後であっても、運転当初のイオン成分除去能を維持したままであった。
【0034】
比較例1
前処理装置の運転を停止した以外は、参考例1と同様の方法で行った。結果を図3に示す。図3から、約20サイクル運転頃から通液型コンデンサのイオン成分除去能は低下し、50サイクル運転では、当初の約40%程度にまで除去能が低下した。
【0035】
参考例2
比較例1の50サイクル運転後、前処理装置の運転を稼働して参考例1と同様の方法で運転を継続した。結果を図3に示す。図3から、イオン成分除去能が低下した通液型コンデンサは脱気水が供給されたことにより、徐々に除去能が回復した。これは、電極の微細ポアに蓄積したガスが脱気水に溶解して除去され、電極の有効表面積が回復したものと思われる。
【0036】
参考例3〜8、比較例2及び3
前処理装置を膜脱気装置と熱交換器とし、被処理水の温度23℃を10℃(参考例3)、20℃(参考例4)、30℃(参考例5)、35℃(比較例2)、40℃(比較例3)、50℃(参考例6)、60℃(参考例7)又は70℃(参考例8)とし、50サイクル運転を100サイクル運転とした以外は、参考例1と同様の方法で行った。結果を図4に示す。なお、上記いずれの温度においても、10サイクル運転のような初期においては、当初の除去能を維持していた。図4から、長期間に亘る運転においては、被処理水の通液温度が30℃を超え、50℃未満の範囲のものは、除去能が低下することが判る。
【0037】
実施例1〜7、比較例4〜6
前処理装置を熱交換器(ヒータ)、膜脱気装置及びpH調節器として上流側よりこの順序で配置し、被処理水の温度23℃を30℃とし、被処理水のpH5.9をpH2(実施例1)、pH3(実施例2)、pH4(実施例3)、pH5(実施例4)、pH6(比較例4)、pH7(比較例5)、pH8(比較例6)、pH9(実施例5)、pH10(実施例6)又はpH11(実施例7)とし、50サイクル運転を100サイクル運転とした以外は、参考例1と同様の方法で行った。結果を図5に示す。
【0038】
実施例8〜14、比較例7〜9
被処理水の温度30℃を35℃とした以外は、実施例1〜7並びに比較例4〜比較例6と同様の方法で行った。結果を図6に示す。
【0039】
実施例15〜21、比較例10〜12
被処理水の温度30℃を40℃とした以外は、実施例1〜7並びに比較例4〜比較例6と同様の方法で行った。結果は図6と同様のものであった。
【0040】
図5及び図6から、イオン成分除去能の低下が認められた通液温度領域30℃〜40℃においても、被処理水のpH値を4以下又は9以上に維持すれば、イオン成分除去能の低下は防止できることが判る。
【0041】
参考例9、比較例13
被処理液として工業用水の代わりに、導電率330μS/cm、pH6.0、温度20℃の市水を使用し、50サイクル運転を1500サイクル運転とする以外は、参考例1と同様の方法で第1通水処理を行った。次いで、引き続き、市水を市販の活性炭処理装置(PCF−500A型、オルガノ社製)を用いてろ過を行う活性炭処理(前処理)を行い、これを500サイクル運転とする第2通水処理を行った。次いで、引き続き、活性炭処理の代わりに、重亜硫酸ソーダを3ppm 注入する還元処理(前処理)を行い、これを500サイクル運転とする第3通水処理を行った。次いで、引き続き、市水に戻し前記第1通水処理と同様の方法で運転する第4通水処理を行った。結果を図7に示す。
【0042】
図7から、第1通水処理及び第4通水処理では極めて僅かではあるが、徐々に除去能の低下が認められた。これは、市水中の次亜塩素酸ソーダ等の酸化性物質が電極をアタックし、電極表面積を減少させたためである。また、第2通水処理及び第3通水処理では電極の除去能の低下傾向は止まり、その後の第4通水処理では再び低下傾向を示した。第2通水処理及び第3通水処理において、電極の除去能の低下傾向が止まったのは、活性炭や重亜硫酸ソーダによる還元処理により、市水中の上記酸化剤が中和され電極の酸化が抑制されたためである。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、被処理液の通液温度を30℃以下又は50℃以上とし、又は、被処理液のpH値をpH5以下又はpH9以上とするため、電極内に微生物が発生することを防止し、炭素電極表面を微生物又は微生物の代謝物が覆うことによる、有効な電極表面積の減少を抑制できる。また、被処理液を脱気処理して供給するため、活性炭電極の表面や微細ポア内にガスが蓄積することを防止し、該ガスの蓄積に伴う有効な電極表面積の減少を抑制できる。また、被処理液を還元処理して供給するため、活性炭電極の表面の酸化が抑制され、酸化物皮膜による有効な電極表面積の減少を抑制できる。このため、処理サイクルを重ねるにつれ、被処理液からのイオン成分の除去能が低下するという問題が解決される。また、被処理液の上記前処理手段を複数組み合わせて前処理を行えば、上記効果は更に顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態である通液型コンデンサの通液方法を示すフロー図である。
【図2】本発明の実施の形態である通液型コンデンサの通液方法における流出液の導電率と時間との関係を示す特性図である。
【図3】実施例1、2及び比較例1の通液型コンデンサの通液サイクルの影響を示す図である。
【図4】実施例3〜8及び比較例2、3の通液型コンデンサの通液温度の影響を示す図である。
【図5】実施例9〜15及び比較例4〜6の通液型コンデンサの通液pHの影響を示す図である。
【図6】実施例16〜22及び比較例7〜9の通液型コンデンサの通液pHの影響を示す図である。
【図7】実施例30及び比較例13の通液型コンデンサの通液サイクルの影響を示す図である。
【図8】従来の通液型コンデンサの通液方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
1、50 通液型コンデンサ
2、3 供給配管
4 前処理装置
6、7、9、10 接続配管
5、56 被処理液供給源
8、57 水質監視装置
30、31、54、55 電極
32、35、53、58 スイッチ
34、59 直流電源
11、12、51、52 切替弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention obtains a desalting solution from which the ionic components of the liquid to be treated are removed by applying a DC voltage to the pair of electrodes held therein, and then regenerates the pair of electrodes by short-circuiting or reversely connecting them. In addition, the removal ionic component is collected together with the liquid to be treated, and the ionic component of the liquid to be treated is removed and collected according to the purpose. The present invention relates to a method for passing a type capacitor.
[0002]
[Prior art]
The liquid-passing capacitor uses an electrostatic force to remove and recover (regenerate) ionic components in the liquid to be treated, and its principle is as follows. In other words, a liquid-flowing capacitor is removed by applying a DC voltage to the pair of electrodes it holds and adsorbing ionic components, charged particles, or organic substances in the liquid to be treated to the pair of electrodes. To obtain a desalted solution from which the ionic components have been removed, and then short-circuit the pair of electrodes or reversely connect a DC power source to release the ionic components adsorbed on the pair of electrodes and regenerate the pair of electrodes. However, the removal ion component is repeatedly collected as a concentrated liquid together with the liquid to be treated in the liquid.
[0003]
Such a liquid passing type capacitor is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-258992. In this example of the known example, an inlet for introducing a liquid to be processed into a column and a liquid from which ion components have been removed are discharged. An outlet is provided, and the pair of electrodes is accommodated in the column. In both of these pairs of electrodes, a high surface area conductive surface layer is supported on a conductive support layer, and a nonconductive porous spacer is further included. Therefore, a pair of electrodes is a non-conductive porous spacer of one electrode, a conductive support layer, a high surface area conductive surface layer, a non-conductive porous spacer of the other electrode, a conductive support layer, a high surface area conductive. The surface layer has a six-layer structure. The pair of electrodes are wound around a hollow porous central tube with a high surface area conductive surface layer inside to form a cartridge. Lead wires extend from the conductive support layer of one electrode and the conductive support layer of the other electrode to the outside of the column and are connected to a DC power source. A liquid supply source to be processed is connected to the inlet of the column, and a switching valve for separating the desalted liquid from which the ionic component has been removed and the concentrated liquid from which the ionic component has been recovered is connected to the outlet.
[0004]
The liquid passing method of the above liquid passing type capacitor will be described with reference to FIG. In FIG. 8, 50 is a liquid passing type capacitor. First, the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method for passing a liquid-type capacitor has a problem that the ability to remove ionic components from the liquid to be treated decreases as the liquid-pass capacitor is cycled. In order to recover the removal ability of such an electrode, there is also a method of once stopping the supply of the liquid to be treated and providing a cleaning process for supplying a chemical solution such as acid, alkali or bactericidal agent. There are various problems such as installation of supply equipment and waste liquid treatment of chemicals.
[0006]
Accordingly, the object of the present invention is to eliminate the need for chemical cleaning for recovering the electrode removal ability, to keep the separation ability of the ionic component of the liquid-flowing capacitor constant even during operation over a long period of time, and to extend the life of the electrode material. An object of the present invention is to provide a liquid passing method and apparatus for a liquid passing type capacitor which can be made into a liquid.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In such a situation, as a result of earnest studies, the present inventors applied a DC voltage to at least a pair of electrodes to remove the ionic component of the liquid to be treated and then short-circuited or reversely connected, In the flow method of the flow-through type condenser for recovering the removed ionic component to the water to be treated, the liquid to be treated is set to a specific temperature range or a specific pH value, or a deaeration treatment or a reduction treatment. If the liquid is passed through, etc., the effective surface area of the electrode can be maintained even during long-term operation without reducing the ionic component separation ability of the liquid-type capacitor, and the electrode material has a long service life. As a result, the present invention has been completed.
[0008]
That is, the present invention applies a DC voltage to a pair of electrodes to remove the ionic component of the liquid to be treated in the liquid flow to obtain a desalting solution, and then short-circuits the pair of electrodes or reversely connects a DC power source. The removed ionic component is passed through the liquid to be collected as a concentrated liquid together with the liquid to be processed, and the liquid to be processed is passed at
[0010]
The present invention also provides a desalting solution by applying a DC voltage to the pair of electrodes to remove the ionic components of the liquid to be treated while passing the solution, and then short-circuiting the pair of electrodes or reversely connecting a DC power source. The removed ion component is recovered as a concentrated liquid together with the liquid to be processed and the liquid is passed through the condenser. The liquid to be processed is degassed. The present invention provides a liquid passing method for a liquid passing type capacitor.
[0012]
Further, the present invention removes ionic components of the liquid to be treated by applying a DC voltage to the pair of electrodes, and removing the ionic components by short-circuiting the pair of electrodes or reversely connecting a DC power source. A liquid-flowing type comprising: a liquid-flowing condenser that collects the liquid to be treated together with the liquid to be treated; and a deaeration means that is located upstream of the liquid-flowing condenser and degasses the liquid to be treated. A liquid passing device for a capacitor is provided.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a liquid passing method of the liquid passing type capacitor according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a flowchart showing a liquid passing method of a liquid passing type capacitor according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a liquid-flow type capacitor. The upstream side of the liquid-flow type capacitor 1 is connected to a
[0015]
The liquid-flowing capacitor 1 includes at least a pair of
[0016]
The structure of the liquid-flowing capacitor 1 is not particularly limited, but here,
[0017]
As another example of the structure of the liquid-permeable capacitor 1, a pair of electrodes, which are activated carbon layers mainly composed of activated carbon with a high specific surface area, are arranged with a spacer made of a non-conductive porous liquid-permeable sheet interposed therebetween, A pair of collector electrodes is arranged outside the electrode, and a flat plate shape is formed with a holding plate arranged outside the collector electrode. A DC power source is connected to the collector electrode, and a short circuit between the collector electrodes or reverse connection of the DC power source is performed. You may do it. Further, the electrode and the collector electrode may be integrated.
[0018]
The
[0019]
Examples of the heat exchanger for adjusting the temperature of the liquid to be treated to 30 ° C. or less, preferably 0 to 20 ° C. include a cooler and a heater, and the temperature of the liquid to be treated is 50 ° C. or higher, preferably 60 ° C. to boiling point or lower. A heat exchanger is mentioned as a heat exchanger which adjusts to. In addition, when the liquid to be treated is heated, bubbles are likely to be generated, which is not preferable in that gas accumulates on the surface of the activated carbon electrode or in the fine pores, reducing the effective electrode surface. It is preferable to perform such deaeration treatment before or after the heat treatment. By setting the liquid to be treated within the above temperature range, microorganisms are prevented from being generated in the flow-through capacitor, and the reduction of the effective electrode surface area due to the microorganisms or microorganism metabolites covering the carbon electrode surface is suppressed. it can. Conventionally, in a liquid processing apparatus, there is a method of continuously or intermittently injecting an oxidant as a method for preventing the generation of microorganisms. However, the use of an oxidant oxidizes an activated carbon electrode to reduce ionic component removal performance. .
[0020]
As pH adjusting means for adjusting the pH of the liquid to be treated to
[0021]
In addition, the lower the TOC concentration of the liquid to be treated, the more preferable in terms of reducing the influence of microorganisms. The liquid to be treated has a TOC concentration of 1000 ppb or less, preferably 100 ppb or less. In order to reduce the TOC concentration of the liquid to be treated, a commonly used known method may be applied.
[0022]
As a degassing device for degassing the liquid to be treated, any device that removes in advance gas components such as nitrogen, oxygen, ammonia, methane and volatile organic hydrocarbons dissolved in the liquid to be treated can be used. Examples thereof include a vacuum deaerator, a membrane deaerator, and a heated deaerator. By these deaeration devices, the liquid to be treated is adjusted to, for example, a dissolved oxygen gas concentration of 1.0 mg / L or less, preferably 0.1 mg / L or less. Moreover, the deaeration apparatus can also use a method of supplying liquid into the decompressed tank. Moreover, the method of accelerating | stimulating generation | occurrence | production of a bubble by giving an ultrasonic vibration to a to-be-processed liquid, and removing the produced | generated bubble just before a liquid-type capacitor | condenser can also be used. By degassing the liquid to be treated, for example, gas can be prevented from accumulating on the surface of the activated carbon electrode or in the fine pores, and an effective electrode surface area reduction accompanying the gas accumulation can be suppressed.
[0023]
Examples of the reducing device (reducing means) for reducing the liquid to be treated include a reducing agent injection means, a hydrogen gas dissolving means, a filtration device using activated carbon or activated carbon fibers, and these are used alone or in combination of two or more. Examples of the reducing agent include sodium sulfite and sodium bisulfite. The injection amount of the reducing agent may be an amount sufficient to reduce and neutralize the oxidizing agent in the liquid to be treated. When the liquid to be treated is city water, examples of the oxidizing agent in the city water include sodium hypochlorite and chloramine, and examples of the oxidizing agent contained in the washing waste water of electronic parts include ozone and peroxidation. Hydrogen etc. are mentioned. Further, the dissolution of the hydrogen gas by the hydrogen gas dissolving means may cause the generation of bubbles in the liquid-flowing capacitor, and is preferably controlled to be equal to or lower than the saturation solubility of the hydrogen gas. In this case, the amount of dissolution may be controlled by a method in which a separate liquid to be processed is provided, hydrogen gas is added to a part of the liquid to be processed, and the hydrogen gas is mixed with the liquid to be processed that is not dissolved. By reducing the liquid to be treated with a reducing device (reducing means), the oxidizing agent in the liquid to be treated is reduced and neutralized, so that the oxidation of the surface of the activated carbon electrode of the flow-through capacitor is suppressed, and an effective electrode Reduction in surface area can be suppressed.
[0024]
The water quality monitoring device 8 is not particularly limited as long as it is a measuring device that measures liquid quality and can accurately grasp the degree of ion removal, and includes a conductivity meter and a specific resistance meter. In form it is a conductivity meter. Note that the water quality monitoring device may measure by bypassing a part of the treated water.
[0025]
Next, a method for passing the liquid-passing capacitor of the present invention will be described. First, the
[0026]
If this state is continued, the ion adsorption ability of the pair of electrodes eventually approaches a saturated state, the ion removal ability decreases, and the conductivity of the desalting solution gradually increases. When the electrical conductivity measured by the water quality monitoring device 8 becomes an unacceptable value for desalted liquid, the switching valve 11 is closed, the switching
[0027]
The removal step and the recovery step are defined as one cycle, and by repeating this cycle, a desalted solution from which the ionic component has been removed from the liquid to be treated and a concentrated solution having a high ion concentration from which the removed ionic component has been recovered. In addition, the saturation and regeneration of the pair of
[0028]
In the present invention, the pretreatment is basically preferably a continuous treatment, but even if it is an intermittent treatment, it is possible to remarkably recover the ion removal ability of the flow-through capacitor whose performance has been reduced by removing bubbles on the surface. it can.
[0029]
In the present invention, examples of the desalting solution include softened water, desalted water, pure water, and solution desalting solution. These desalting solutions are used for boiler water, drinking water, washing water, and the like. The concentrated liquid can be used for recovering valuable materials.
[0030]
In the present invention, there may be a plurality of liquid-flow type capacitors, for example, two units are arranged in parallel, and one liquid-flow type capacitor is used as an ionic component removal step, and the other liquid-flow type capacitor is used as an ionic component recovery step. It can also be applied to a liquid passing method in which this is alternately repeated.
[0031]
【Example】
EXAMPLES Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, this is merely an example and does not limit the present invention.
Reference example 1
The liquid to be treated used was industrial water having an electrical conductivity of 330 μS / cm, pH 5.9, temperature 23 ° C., TOC 0.8 ppm, and a liquid-flow condenser manufactured by Kansai Thermochemical Co., Ltd. was used, as shown in FIG. One unit was placed and connected. The pre-treatment device uses a membrane deaerator (equipped with a Liqui-cel 2.5 inch type (manufactured by Celgard) as a deaerator) and performs a vacuum deaeration treatment with an absolute pressure of 100 torr, resulting in a dissolved oxygen concentration of 0.1 mg / L. The industrial water was passed through a liquid condenser. The applied voltage to the liquid passing type capacitor was set to 1.2V DC. The water to be treated was continuously supplied to the flow-through condenser at 250 ml / min, and the above-described removal process and recovery process were repeated, and this was performed 50 times (cycle). At that time, the quality of the effluent of the liquid-flow condenser was monitored with a conductivity meter. The result is shown in FIG.
[0032]
Here, if the flow rate of the water to be treated is constant, the ion removal ability of the liquid-flow condenser is determined by the amount of deionized water from which ion components have been removed to a predetermined concentration in the removal step. Therefore, a time for maintaining the 10% concentration of the water to be treated (hereinafter referred to as “time to reach the 10% concentration value”) was used as an index of the ion removing ability of the liquid condenser. This will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a typical example of the relationship between the conductivity of the effluent water over time. In the figure, at the beginning of the removal step, the
[0033]
As is clear from FIG. 3 in Reference Example 1 , since the membrane deaeration treatment was performed as a pretreatment of the water to be treated, the ion component removal ability at the beginning of operation was maintained even after 50 cycles. .
[0034]
Comparative Example 1
The same procedure as in Reference Example 1 was performed except that the operation of the pretreatment device was stopped. The results are shown in FIG. From FIG. 3, the ionic component removal ability of the flow-through type capacitor decreased from about 20 cycle operation, and the removal ability decreased to about 40% of the initial value in 50 cycle operation.
[0035]
Reference example 2
After the 50-cycle operation of Comparative Example 1, the operation of the pretreatment device was started and the operation was continued in the same manner as in Reference Example 1 . The results are shown in FIG. From FIG. 3, the removal ability of the liquid-flowing type condenser whose ion component removal ability was reduced gradually recovered by supplying deaerated water. This is probably because the gas accumulated in the fine pores of the electrode was dissolved and removed in deaerated water, and the effective surface area of the electrode was recovered.
[0036]
Reference Examples 3-8, Comparative Examples 2 and 3
The pretreatment device is a membrane deaerator and a heat exchanger, and the temperature of the water to be treated is 23 ° C. ( Reference Example 3), 20 ° C. ( Reference Example 4), 30 ° C. ( Reference Example 5), 35 ° C. (Comparison) example 2), 40 ° C. (Comparative example 3), 50 ° C. (example 6), except that 60 ° C. (as reference example 7) or 70 ° C. (example 8) were 50 cycle operation and 100 cycle operation, reference The same method as in Example 1 was used. The results are shown in FIG. At any of the above temperatures, the initial removal ability was maintained in the initial stage such as 10-cycle operation. From FIG. 4, it can be seen that in the operation over a long period of time, the removal ability decreases when the temperature of the water to be treated exceeds 30 ° C. and is less than 50 ° C.
[0037]
Examples 1-7 , Comparative Examples 4-6
The pretreatment device is arranged in this order from the upstream side as a heat exchanger (heater), a membrane deaeration device, and a pH controller, the temperature of the water to be treated is 23 ° C., and the pH of the water to be treated is 5.9. (Example 1 ), pH 3 (Example 2 ), pH 4 (Example 3 ), pH 5 (Example 4 ), pH 6 (Comparative Example 4), pH 7 (Comparative Example 5), pH 8 (Comparative Example 6), pH 9 ( example 5), pH 10 (and example 6) or pH 11 (example 7), except that the 50 cycle operation and 100 cycle operation was conducted in the same manner as in reference example 1. The results are shown in FIG.
[0038]
Examples 8-14 , Comparative Examples 7-9
It was performed by the same method as Examples 1 to 7 and Comparative Examples 4 to 6 except that the temperature of the water to be treated was changed to 35 ° C. The results are shown in FIG.
[0039]
Examples 15-21 , Comparative Examples 10-12
It carried out by the method similar to Examples 1-7 and Comparative Examples 4-6 except that the temperature of to-be-processed water was 40 degreeC . The result was similar to FIG.
[0040]
From FIG. 5 and FIG. 6, if the pH value of the water to be treated is maintained at 4 or lower or 9 or higher even in a liquid passing temperature range of 30 ° C. to 40 ° C. in which a decrease in the ionic component removing ability is recognized, It can be seen that the decrease in the thickness can be prevented.
[0041]
Reference Example 9 and Comparative Example 13
In the same manner as in Reference Example 1, except that industrial water is used as the liquid to be treated instead of city water having a conductivity of 330 μS / cm, pH 6.0,
[0042]
From FIG. 7, the first water treatment and the fourth water treatment showed a slight decrease in the removal ability, although it was very slight. This is because an oxidizing substance such as sodium hypochlorite in the city water attacked the electrode and reduced the electrode surface area. Moreover, the fall tendency of the electrode removal ability stopped in the 2nd water flow treatment and the 3rd water flow treatment, and the 4th water flow treatment after that showed the downward trend again. In the second water treatment and the third water treatment, the reduction tendency of the electrode removal ability stopped because the oxidizing agent in the city water was neutralized by the reduction treatment with activated carbon or sodium bisulfite, and the electrode was oxidized. This is because it was suppressed.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the liquid passing temperature of the liquid to be treated is 30 ° C. or lower or 50 ° C. or higher, or the pH value of the liquid to be processed is
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a liquid passing method of a liquid passing type capacitor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the electrical conductivity of the effluent and time in the liquid passing method of the liquid passing type capacitor according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the influence of the liquid passing cycle of the liquid passing type capacitors of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1;
FIG. 4 is a diagram showing the influence of the liquid passing temperature of the liquid passing type capacitors of Examples 3 to 8 and Comparative Examples 2 and 3;
FIG. 5 is a diagram showing the influence of liquid passing pH of liquid passing type capacitors of Examples 9 to 15 and Comparative Examples 4 to 6.
6 is a graph showing the influence of liquid passing pH of liquid passing type capacitors of Examples 16 to 22 and Comparative Examples 7 to 9. FIG.
7 is a graph showing the influence of the liquid passing cycle of the liquid passing type capacitors of Example 30 and Comparative Example 13. FIG.
FIG. 8 is a flowchart showing a conventional liquid passing method for a liquid passing type capacitor.
[Explanation of symbols]
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