(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染された液体から汚染物質を取り除く方法であって、
電気化学的に再生可能な炭素系吸着物質を粒子のベッドの形態で底部に収容する処理槽に、液体を供給する工程と、
ベッドを攪拌して、液体中に吸着物質を分散させて、汚染物質を吸収する工程と、
攪拌を停止して、物質のベッドを沈殿させる工程と、
ベッドに電流を流して吸着物質を再生し、汚染物質由来のガス生成物を、処理槽内の液体を通って上昇する泡として吸着物質から放出する工程と、
タンクから除染された液体を除去する工程とを含む方法。
【請求項２】
ベッドを攪拌し、ベッドを沈殿させる工程と、吸着物質を再生する工程とが繰り返されて、液体を除去する前に液体から更に汚染物質が除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
吸着物質のベッドがある底部に流体を供給することで、吸着物質のベッドが攪拌される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
流体は汚染された液体、又は空気などの気体である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
汚染されたガスから汚染物質を取り除く方法であって、
電気化学的に再生可能な炭素系吸着物質を粒子のベッドの形態で底部に収容する処理槽に、液体を供給する工程と、
汚染されたガスを吸着物質のベッドに供給して、ベッドを攪拌して吸着物質を液体中に分散し、汚染されたガスから汚染物質を吸収し、除染されたガスを放出する工程と、
攪拌を停止して物質のベッドを沈殿させる工程と、
ベッドに電流を流して吸着物質を再生し、汚染物質由来のガス生成物を、処理槽内の液体を通って上昇する泡として吸着物質から放出する工程とを含む方法。
【請求項６】
処理槽の底部に流体用の分散機を装着する事前の工程を含んでおり、
分散機の上に吸着物質のベッドが形成され、分散機は、そこに供給される流体のソースと繋がっている、請求項３、４又は５に記載の方法。
【請求項７】
汚染されたガスの少なくとも一部は、液体に溶解する、請求項５又は請求項６に記載の方法。
【請求項８】
処理槽は、液体を受け入れる上部と、吸着物質のベッドを収容する下部を備えており、下部の断面は上部の断面よりも小さく、吸着物質のベッドは、下部で再形成されて再生される、請求項１乃至７の何れかに記載の方法。
【請求項９】
請求項１乃至４の何れかに記載された方法を用いて汚染された液体から汚染物質を取り除く、又は、請求項５に記載された方法を用いて汚染されたガスから汚染物質を取り除く液体処理用装置であって、
上部と下部とを有しており、電気化学的に再生可能な炭素系吸着物質を粒子のベッドの形態で底部に収容する処理槽と、
ベッドを攪拌して、処理槽に収容された液体中に粒子を分散する攪拌機と、
処理槽の下部の両側にあり、粒子のベッドを通る電流を与えるための電極とを備えている装置。
【請求項１０】
攪拌機は、ベッドの下にチャンバを有し、チャンバは、ベッドへと上方に向き付けられた放出用オリフィスと、加圧された流体を放出用オリフィスを通してベッドへと供給して、ベッドの粒子を分散する手段とを含む請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
攪拌機は、加圧された流体をベッドへと上方に供給して、ベッドの粒子を分散する複数のノズルを含む、請求項９又は請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
攪拌機は、処理槽内に着脱自在に取り付けられる、請求項９乃至１１の何れかに記載の装置。
【請求項１３】
処理槽の少なくとも下部の水平断面は正方形か又は矩形である、請求項９乃至１２の何れかに記載の装置。
【請求項１４】
処理槽の下部の水平断面はその上部の水平断面よりも小さい、請求項９乃至１３の何れかに記載の装置。
【請求項１５】
複数の電極は、処理槽の下部の両側の各々に配置される、請求項９乃至１３の何れかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染された液体を吸着物質と接触させて処理する製品に関する。それは有機汚染物質を除去するための液体の処理にとりわけ使用されるが、他の用途を排除するものではない。それは、我々の国際特許公開公報ＷＯ２００７／１２５，３３４及びＷＯ２００８／０４７，１３２、未公開国際特許出願第ＧＢ０７／２０４２９．０及び未公開英国特許出願第０８２３１６５．６号とに開示された技術を用いている。これらの公開された出願と未公開の出願の全ての開示内容は、引用を以て本明細書の一部となる。
【背景技術】
【０００２】
吸着物質は、液体処理装置に一般的に使用されている。炭素系の吸着物質が特に有用であって、電流を流すことによって再生可能である。汚染された水の処理に炭素系吸着剤を使用することは、マンチェスター工科大学(現在のマンチェスター大学)が２００４年に発表した下記の論文に記載されている。その開示内容は、引用を以て本明細書の一部となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Electrochemical regeneration of a carbon-based adsorbent loaded with crystal violet dye by N W Brown, E P L Roberts, A A Garforth and R A W Dryfe Electrachemica Acta 49 (2004) 3269-3281
【非特許文献２】Atrazine removal using adsorption and electrochemical regeneration by N W Brown, E P L Roberts, A Chasiotis, T Cherdron and N Sanghrajka Water Research 39 (2004) 3067-3074
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、連続処理プロセスではなく、個々の量の流体をバッチ式で処理することに特に関係している。本発明によれば、汚染液体から汚染物質を除去方法において、汚染された液体は、電気化学的に再生可能な炭素系吸着物質を含む処理槽に供給され、炭素系吸着物質は、処理槽の底部にて吸着物質のベッド(bed)を形成する。このベッドは、一定期間攪拌されて、液体中に吸着物質を分散し、液体から汚染物を吸収し、その期間が終わって攪拌が止まると、物質のベッドが沈殿(settle)する。この沈殿期間中に、吸着剤は、液体から分離される。分離の度合いは、許容される時間の長さに依存する。処理される液体の特性に応じてタイムスケールを調節できる。そして、吸着剤は、沈殿中又は沈殿後に、ベッドを通る電流が流されて再生され、汚染物質由来のガス生成物が、槽内の除染された液体中を上昇する泡として放出され、その後、除染された液体が除去される。当然ながら、吸着剤が最終的に再生される前に、液体が除去されてもよい。再生期間の様々な段階において、電流が調節されてよい。例えば、再生期間の初期では、非常に薄い層の吸着剤だけが沈殿しているので、その後、再生期間にてほとんど沈殿した場合よりも必要とされる電流は小さい。
【０００５】
本発明の方法では、吸着は、吸着ゾーンに加えて再生ゾーン内でも起こるので、コンパクトで移動可能な装置を容易にする。また、それは、再生ゾーンをより大きくすることもできる。電極サイズの増加は、高濃度の汚染物質を含む液体を処理するのに有益であろう。
【０００６】
上記方法に特有の利点は、処理される特定の液体用に処理サイクルを選択できることである。この方法は、ベッドを攪拌し、それを沈殿させる工程と、吸着物質を再生する工程とを繰り返すことによって、液体を除去する前に、液体から汚染物質をより一層除去できる。言い換えると、液体の除染の度合いが測定されて、それに応じて、この方法が適用されてよい。再生ゾーンと吸着ゾーンの相対的な大きさは、必要とされる処理に応じて変え得ることが理解されるであろう。タンクへ加えられる吸着剤の量は、液体内に存在する汚染物質の量と種類に適合させ得る。この方法と、吸着剤の量と、吸着ゾーンと再生ゾーンの相対的な大きさとを変更する能力は、プロセスに有意な適応性をもたらす。
【０００７】
本発明の方法で用いられる好適な吸着物質は、非膨張インターカレートグラファイト(unexpanded intercalated graphite)を含み、パウダー状又はフレーク状であることが好ましい。この物質は、非膨張インターカレートグラファイトのみを含んでよく、又は、我々の出願“Absorbents for treating contaminated Liquid”に記載されているように、その種のグラファイトと１又は複数種の他の吸着物質との混合物であってもよい。吸着剤の個々の粒子は、２種以上の吸着物質の混合物を含んでよい。
【０００８】
本発明の方法では、吸着物質のベッドは、通常、底部のベッドに流体を供給することで攪拌される。この流体は、通常、空気等の気体であるが、状況次第で液体を用いることができる。液体は、水のように中性であってよく、処理槽に供給される汚染された液体そのものであってよく、又は、処理槽に供給される液体の一部であってもよい。別の言い方をすると、汚染された液体は、少なくとも最初の除染段階で、攪拌プロセスの一部として処理槽に供給されてもよい。次の除染段階が必要であれば、空気等の異なる攪拌流体が使用されてもよい。必要であれば、この攪拌流体に、処理成分、つまり処理される成分を含めることができる。
【０００９】
本発明の方法を実施する装置は、方法の工程を実施できるようにシンプルに設計されてよい。この装置は、上部と下部とを備えている液体用槽を含む。この槽は、電気化学的に再生可能な粒子状の吸着物質を収容し、吸着物質は、上述した種類のものが好ましく、下部にて槽の底部で支持されるベッドの形態をとる。攪拌機が、ベッドを攪拌するために装着されて、上部を含む槽内の液体中に粒子を分散し、粒子のベッドに電流を流すために、電極が下部の両側に配置される。攪拌機は、典型的には、ベッドの下にあるチャンバ(chamber)を備えており、チャンバは、ベッドへと上方に向き付けられた放出用オリフィスを備えており、加圧された流体をオリフィスを通してベッドへと供給して、ベッドの粒子を分散する手段が与えられる。攪拌機は、典型的には、マニホールド(manifold)の形態をとる複数のノズルを備えており、それらノズルは、加圧された流体をベッドの粒子へと上向きにする。攪拌機は、上側に多孔板があるチャンバの形態でもよい。攪拌機には、それを加圧流体の外部ソースに接続する手段が設けられてよいが、攪拌機は、それ自体に装着されている加圧流体の外部ソースと完全に独立にされてもよい。これによって、汚染された液体を現場で処理するために、既に存在する処理槽に攪拌機を取り付けることが可能となる。攪拌機の大きさが槽の大きさと適合するならば、攪拌機を槽に装着でき、粒子のベッドの上又は下から汚染された液体が供給される前に、粒子のベッドが形成される。
【００１０】
槽の中身を攪拌する追加手段には、吸着物質と処理される液体との凝集を避ける特別な機能を有する機械式のミキサーが含まれる。凝集は問題であり、攪拌気泡を閉じ込め、吸着物質の密度を減少させて、吸着物質を浮上させる原因となる。これにより、吸着効率が減少し、不完全な分離が起こり得る。これは、例えば、処理される液体中に界面活性剤又は油がある場合に問題となる。本手法の好ましい実施形態では、ミキサーは、槽の上部に配置され、蓋又はカバーが使用される場合にはそれに取り付けられるが、チャンバの吸着部のどこにでも組み込まれてよい。機械式ミキサーは、加圧流体を用いる代わりに、ベッドを流動するのにも使用できる。これは、汚染された液体が、例えば、発泡剤や高揮発性剤のように、気泡に曝されるべきではない性質のときに必要とされる。
【００１１】
本発明の装置の槽は、概して、ほぼ一様な水平断面を有しており、吸着粒子のベッドが、断面の全体に渡って存在している。しかしながら、槽の上部と下部の断面は同じである必要はなく、特に、汚染された液体の量が比較的少ないときは、吸着物質のベッドは、上部よりも断面が小さい下部にて規定されて、沈殿する際にはそこに吸着物質が流れる。この実施例において、槽は、上部と下部との間に中間部を具えるホッパーの形態とすることができ、中間部の周りは、吸着ベッドが形成される下部に向けて狭くなるようにして、槽の１又は複数の壁で形成される。
【００１２】
槽は、蓋又はカバー(図示せず)で閉じられてよく、攪拌プロセスの実施下で圧力を上昇させて攪拌の効率を上げる。反応チャンバ内の所望の圧力を維持するために、１又は複数のバルブが、発生したガスの放出を制御するために必要とされ、又は、攪拌プロセスで使用されるであろう。
【００１３】
本発明の方法の実施では、攪拌された吸着ベッドの物質の沈殿がなされると、ベッドに電流を通すことで、吸着物質が再生される。この電流は、ベッドの両側にある電極間に電圧を印加して生成される。通常、ベッドの断面又は槽の下部は、正方形か又は矩形であり、下部の両側に電極が配置される。複数の電極が、両側の各々に沿って配置されてよい。例えば、２００×１００ｃｍの均一な矩形の断面を有する槽では、３０個の電極が両長手側に沿って配置されてよい。複数の電極が水平に装着されて、再生中に、ベッド内の様々な高さにて様々な電流が与えられてよい。
【００１４】
この発明は、汚染された気体から汚染物を除去することに適用されてもよい。この変形例において、本方法は、電気化学的に再生可能な炭素系吸着物質を粒子のベッドの形態で底部に収容する処理槽に、液体を供給する工程と、汚染されたガスを吸着物質のベッドに供給して、ベッドを攪拌して吸着物質を液体中に分散し、汚染されたガスから汚染物質を吸収する工程とを含んでいる。除染されたガスは、液体を通って放出される。攪拌が停止すると、物質のベッドが沈殿し、ベッドに電流を流して吸着物質が再生されて、汚染物質由来のガス生成物が、処理槽内の液体を通って上昇する泡として吸着物質から放出される。各ガスは、個別に収集され、又は適当に排出されてよい。基本的に同じ装置が、上述したように使用できることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
以下、添付した概略図を参照して、本発明を例示的に説明する。
【図１】図１は、本発明の一実施例である装置の斜視図である。
【図２】図２は、図１の処理槽の底部の平面図であって、その上に吸着剤のベッドが支持されている。
【図３】図３は、本発明の装置内で、流動ベッドを支持するデバイスの斜視図である。
【図４】図４は、本発明の装置の別の形態の斜視図である。
【図５】図５は、分散プレートの高さの下方における、図１の処理槽の代替的な底部の上面図であって、再生電極の別の配置を示している。
【図６】図６は、本発明の装置の底部での複数のセルの使用を図示している。
【図７】図７は、本発明の装置の底部での複数のセルの使用を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、矩形の水平断面を有する１つのタンク(2)を示している。タンクの下部(4)では、粒子状の吸着物質のベッドがプレート(6)に支持されている。プレート(6)の下には、入口パイプ(10)から空気等の流動媒体を受け取るチャンバ(8)がある。
【００１７】
図２は、タンク(2)の下部(4)の水平断面図であって、特に、プレート(6)と入口パイプ(10)とを示している。図２は、また、下方のチャンバ(8)から流動媒体を通路させるプレートの開口(12)を示している。プレート(6)の両長手側では、電極(16)の２つのバンク(bank)(14)が、そこから上方に延びている。吸着物質のベッドは、電極(16)のバンク(14)(14)の間で、容器(2)の壁内にて、プレート(6)に支持されている。
【００１８】
本発明の実施例で用いられる吸着物質は炭素系であって、液体中を容易に流れる粒子形態で提供される。吸着剤は、上記で参照した特許公報及び出願書類の中で開示されているものが好ましい。図１及び図２の装置の使用において、汚染された液体は、通常、頂部が開いたタンク(2)へ運ばれる。そして、適当な媒体で搬送されることで、入口(10)を通って吸着物質が流動し、汚染された液体の中に分散されて、その結果、タンク内に収容される。吸着物質は、吸着粒子の表面に付着した液体から汚染物質を取り込む。所定期間経過後、流動媒体の流れが止まって、それにより吸着物質が、電極(16)のバンク(14)の間のプレート(6)上に沈殿する。この時点において、除染された液体を排出(18)させて除去できるが、液体の除去は遅らされてもよい。除染の度合いが測定されて、この値が許容可能であれば、その後、除染された液体は除去されてよい。さらなる除染が必要であれば、液体はタンク(2)内で保持される。
【００１９】
必要であれば、(15)で示される機械的な攪拌機によって、タンク(2)の上部内の液体が更に攪拌される。この攪拌機は、簡単なパドル(paddle)であってよい。プレート(6)を通じて運ばれる流動媒体と共に機能する場合には、通常、このパドルで十分であろう。それが唯一の攪拌機構であるならば、ベッド内かベッドの下に装着されて、吸着物質を上部に流動させてよい。しかしながら、攪拌機は上部に装着されてもよい。特に、処理槽の液面に配置される場合には、それは、凝集した粒子に使われてよい。
【００２０】
除染された液体が除去されたか否かにかかわらず、プレート(6)上に支持されたベッドの吸着物質を再生できる。再生は、ベッドの物質を通って電極(16)間に電流を流すことによって行われる。これによって、吸着した汚染物質は、炭素系ガスと水の形態で放出される。このガスは、タンク(2)の開いた頂部を通って放出されるか、又は頂部が閉じていれば、別個に設けられた排出ダクト(20)を通って放出されて、引き続き処理可能とされる。除染された液体がタンク内に残されている場合、放出されたガスは、その液体を通って単に泡立つだけである。吸着物質の再生後にタンクに残る汚染液体は、当然ながら、ベッドの再流動によって更に除染されて、粒子状の吸着物質を再度液体の中に分散する。この手順が繰り返されて、液体の除染の度合いが各処理後に測定されてよい。
【００２１】
図１の装置では、吸着物質のベッドと、ベッドを流動させてタンク中の液体中に物質を分散する手段と、除染処理後の吸着物質を再生する電極とが全てタンク構造内に纏められている。当然のことながら、このタンクは、移動可能な除染ユニットであって、１又は複数の液体バッチが汚染されているに違いないが、常設不要な場所の間で移動できる。適当なタンクが既に現場にある場合、それは、吸着物質のベッドと流動機構とを個別に与えられて、除染システムとなる。そのようなシステムは、図３に記載されている。当該システムは、図に示すように、流動媒体の入口(10)を除いて、図１のタンク(2)の下部にあるものと同じ構成要素を含んでいる。流動媒体の入口(10)は、パイプ(22)と置き換えられる。パイプ(22)は、現場にある容器の頂部を通って延びて、流動媒体のソースと接続されてよい。使用時には、図３に示されるシステムが、タンクの下部に装着される。端縁(24)(24)間は適切にシールされて、容器の壁には電極バンクが設けられる。吸着物質が運ばれて電極バンク(14)間のプレート(6)に載せられる。そして、汚染液体がタンクに運ばれて、上述したように処理される。除染が終了すると、タンクから液体が排出されて、システムは、プレート(6)上の吸着物質と共に、又は分離されて取り除かれる。
【００２２】
図４は、少ない量の汚染液体、例えば、実験的使用に適した本発明の別の装置を示している。この装置の構成要素は、基本的には図１及び図２と同様であるが、タンク(28)の下部(26)の断面は、上部(30)の断面よりも小さい。処理プロセスでは、プレート(6)上の吸着物質は、入口(10)を通じて普通の媒体を供給することによって、同じように流動し、流動媒体の供給が停止すると、吸着物質は、狭くなる容器の壁(32)によって、下部(26)へ戻される。拡大した上部領域が下部よりも十分に大きい場合、攪拌機が追加されてよく、これによって、上部領域にて更に攪拌されてよい。
【００２３】
図５は、本発明の他の実施例を示しており、多くの電極が、セル内に近接して並列に配置され得る。外側の電極(34)(36)に渡って電圧を印加することで、中間の電極(38)が分極するので、最も外側の陰極(34)と陽極(36)の間に、陰極と陽極が交互に連続して効果的に配置される。このように双極式電極を使用することで、電圧の比例増加により、何回も電流を発生させることが容易になる。これには、電圧を増加させて、電極間の領域にて、ベッドの吸着物質中により大きな電流が得られるという利点があり、得られる電流は、ベッドに渡ってより大きい電圧を全体的に単純に印加して得られる電流よりも大きい。電極間の距離は、約２５ｍｍ以内にされてよい。これは、吸着物質の塊を生成することなく、セル電圧を許容可能なレベルに維持することができ、汚染物質を気泡として逃がすのに十分な距離である。
【００２４】
本発明の装置の再生ゾーンでは、陰極は、通常、多孔膜又はろ過布によって画定された仕切りに収容されており、陰極が吸着物質と直接接触することが防がれる。多孔膜により、陰極液が仕切りを介して吸引され、陰極液は、ｐＨレベルを制御する手段として、及び、再生ゾーンから熱を除去する冷却剤として働く。
【００２５】
本発明の装置は、単一のセル、又は複数のセルを含んでよい。図６は、互いに隣接した配置が互いに同じ極性となるセルの配置を示している。図７は、配列されたセルを実線で示しており、不必要な電流消費を避けるために反対極性を具えている。図６及び図７に示された配置では、最外の各電極は並列に接続しなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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