(57)【要約】粒状吸着材料と接触することによって液体を処理する装置は、処理される液体のリザーバ（２）内に再生チャンバ（１０）を備える。吸着材料は、再生チャンバ（１０）を通る通路を含む経路に沿って、リザーバ内の液体中でリサイクルされ、液体と接触して、これを処理する。吸着材料は、再生することができ、再生チャンバ（１０）が、電力源と結合することができる２つの電極（３６、３８）間で形成される。処理プロセスは、吸着材料がリサイクルされ、再生される間に、液体がリザーバを通って流れる状態で、連続的になり得る。別の方法としては、液体の個別的体積をバッチとして処理することができる。共通のリザーバ内で、例えばその軸に沿って位置合わせされたチャンバのバンク内に、複数の再生チャンバを配置することができる。【選択図】図１
2009535191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状吸着材料と接触することによって液体を処理する装置であって、処理される液体のリザーバと、前記リザーバ内の再生チャンバと、前記再生チャンバを通る通路を含む経路に沿って、前記リザーバの液体中で吸着材料をリサイクルする手段とを備え、前記吸着材料が再生可能であり、前記再生チャンバが電力源に結合する２つの電極間に形成される装置。
【請求項２】
前記リザーバの入口から出口へ前記リザーバを通して液体を移動させる手段を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記リザーバおよび再生チャンバが、吸着材料をリサイクルする少なくとも１つの無限経路と、前記液体および吸着剤を自身に沿って同じ方向に搬送するために、一部が前記無限経路の一部と一致する前記入口から前記出口への前記液体の経路とを形成する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記リザーバおよび再生チャンバが、吸着材料をリサイクルする少なくとも１つの無限経路と、前記液体および吸着剤を自身に沿って反対方向に搬送するために、一部が前記無限経路の一部と一致する前記入口から前記出口への前記液体の経路とを形成する、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
処理される液体の前記入口が前記リザーバの基部にあり、液体の前記出口が前記リザーバの上部位置にある、請求項２から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記リザーバからの液体の前記出口が、吸着材料をリサイクルする前記経路に対して、前記装置の使用時に前記経路の垂直上方に配置される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記リサイクル手段が、加圧された空気を前記リザーバの前記基部に送り込み、前記リサイクル経路に沿って前記吸着材料を移動させる手段を備える、前記請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記再生チャンバがアノードとカソードの間で形成され、少なくとも前記カソードが前記チャンバ内の前記液体および粒状材料から導電性膜によって保護される、前記請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記カソードが前記リザーバ内の別個の区画に収容される、前記請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
複数の再生チャンバが共通のリザーバ内に装着される、前記請求項１〜９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記再生チャンバが、前記リザーバの軸に沿って位置合わせされたチャンバのバンク内に配置される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記チャンバが密接に位置合わせされ、前記リザーバの対向する端壁まで延びる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記吸着材料の前記リサイクル経路が、前記リザーバ内の前記再生チャンバおよび少なくとも１つの隣接処理チャンバを備え、チャンバが前記リサイクル経路の実質的に平行な区間を形成する、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記再生チャンバが２つの処理チャンバの間に配置される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記再生チャンバが複数の処理チャンバに囲まれる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
処理チャンバのいずれかの側に１つずつ、２つの再生チャンバを含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記再生チャンバが、吸着材料が垂直下方に移動する前記リサイクル経路の一部を形成するように配置される、前記請求項１〜１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
導電性粒状吸着材料を含む、前記請求項１〜１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
炭素系粒状吸着材料を含む、前記請求項１〜１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
粒状炭素系吸着材料で液体を処理する方法であって、リザーバ内の再生チャンバを通して前記吸着材料をリサイクルする間に、前記吸着材料を含む前記リザーバに前記液体を通過させることと、前記チャンバ内の前記吸着材料に電流を通して、前記吸着材料がリサイクルされるにつれて再生するように、電圧を加えることとを含む方法。
【請求項２１】
請求項１から１９のいずれかに記載の装置を使用する、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着材料との接触による汚染液体の処理に関する。本発明は、特に、有機汚染物質を除去するための液体の処理に適用されるが、それに限定されない。本発明は、有機化合物のアノード酸化に特に使用されるが、化合物のカソード還元にも使用することができる。また、殺菌にも使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
吸着材料は、通常、液体処理装置に使用される。炭素系のこのような材料は特に有用であり、それに電流を流すことによって再生することができる。汚染水の処理に炭素系吸着剤を使用することが、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年に発表した以下の論文に記載されている。その内容は、参照により本明細書に組み込むものとする。
【非特許文献１】「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｃａｒｂｏｎ−ｂａｓｅｄ  ａｄｓｏｒｂｅｎｔ  ｌｏａｄｅｄ  ｗｉｔｈ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｖｉｏｌｅｔ  ｄｙｅ」、Ｎ  Ｗ  Ｂｒｏｗｎ、Ｅ  Ｐ  Ｌ  Ｒｏｂｅｒｔｓ、Ａ  Ａ  ＧａｒｆｏｒｔｈおよびＲ  Ａ  Ｗ  Ｄｒｙｆｅ著（Ｅｌｅｃｔｒａｃｈｅｍｉｃａ  Ａｃｔａ  ４９  （２００４）３２６９−３２８１）
【非特許文献２】「Ａｔｒａｚｉｎｅ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｕｓｉｎｇ  ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ、Ｎ  Ｗ  Ｂｒｏｗｎ、Ｅ  Ｐ  Ｌ  Ｒｏｂｅｒｔｓ、Ａ  Ｃｈａｓｉｏｔｉｓ」、Ｔ  ＣｈｅｒｄｒｏｎおよびＮ  Ｓａｎｇｈｒａｊｋａ著（Ｗａｔｅｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ３９  （２００４）３０６７−３０７４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、汚染した液体の処理において再生可能な吸着材料を使用する能力を利用する装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、粒子状吸着材料との接触により液体を処理する装置は、処理される流体の入口および出口を有するリザーバを備え、このリザーバ内には再生チャンバがある。再生チャンバを通る通路を含む経路に沿って、リザーバの液体中で吸着材料をリサイクルする手段が設けられる。再生チャンバは、電力源に結合する２つの電極間に形成される。使用時には、電極間に連続的又は断続的に電圧を加えて、吸着材料に電流を流し、上記論文に記載された方法で吸着材料を再生することができる。吸着材料は、通常、炭素系である。
【０００５】
処理および再生プロセスは連続的又は半連続的とすることができる。液体のそれぞれの体積をバッチとして処理することができ、吸着材料は、個々のバッチが処理されるにつれ、又はバッチ処理の間に再生される。固体の導電性吸着材料を通してカソードとアノードの間に連続的電気接続がない限り、非分離セル内で幾つかの化合物を処理することもできる。連続的又は半連続的プロセスで、装置を通る液体の流量を決定し、制御して、リサイクル吸着剤との接触の十分な滞留時間を確保する。
【０００６】
本発明の装置は、１つの再生チャンバで、又はより実質的な機器では複数の再生チャンバで使用することができる。このような複数のチャンバは、共通のリザーバ内に装着されたバンクの形態であってもよく、これはチャンバがリザーバの軸に沿って密接に位置合わせされ、リザーバの対向する端壁へと延びる状態で、チャンバのいずれかの側からの吸着材料のみの循環に対応することができる。別の配置では、バンクは、リザーバ内で密接に位置合わせされ、その端壁から隔置されたバンクの側部および端部からの循環に対応することができる。さらに別の配置では、循環がリザーバ内で隣接するチャンバから隔置された各チャンバの周囲から生じたものであってもよい。この方法で共通のリザーバを使用すると、吸着材料のリサイクル、および機器を通るより多くの量の液体の流れを容易にする。処理される液体に共通の入口および出口を使用することができ、吸着剤のリサイクルに１つのシステムを使用することができる。チャンバはバンク状に配置されるが、通常は、吸着剤を再生するために個々の電極が各チャンバに関連付けられる。
【０００７】
本発明の装置では、吸着材料を様々な異なる経路に沿ってリサイクルすることができ、少なくともその一部は、リザーバを通って処理される液体の経路と一致する。その部分では、液体と吸着剤が同じ方向又は反対方向に通過することができる。通常、汚染された液体はリザーバの基部に送出されて上方の位置から排出され、吸着材料はリザーバ内の少なくとも１つの連続経路を辿る。
【０００８】
吸着剤のリサイクルは、基部に、又は自身内で材料を上方に搬送する経路の１つ又は複数の区画に空気を送出することによって、最も容易に遂行される。この動作は、再生チャンバの頂部にある境界を越えて材料を搬送し、次にこの材料が重力で落下する。この材料が再生チャンバを通過するにつれ、加えられた電圧によって材料に電流が流れ、吸着された汚染物質を破壊する。破壊の生成物は気体の形態で放出し、適宜、別個に処理することができる。
【０００９】
吸着材料のリサイクルに空気を使用することは、言うまでもなくそれ自体が処理プロセスにとって有利である。これは汚染された液体を曝気して、さらにリサイクル中の吸着材料を攪拌し、それにより汚染液体へのその曝露を増大させる。流入する液体も、吸着剤を同伴し、再生チャンバの底部からのその循環を助けるために使用することができる。これは、泡立つことがある界面活性化合物を含む液体を処理する場合に有利な場合がある。もちろん、装置内の様々な液体の異なる処理を遂行するために、異なる流体を使用することができる。
【００１０】
吸着材料リサイクル経路および再生チャンバは、処理される液体の要件、処理される液体の接触時間、および液体が曝露される材料の量に応じて、リザーバ内で異なる配置にすることができる。好ましい配置では、再生チャンバはリザーバ内の中心に配置され、吸着材料がそれを通って落下し、リザーバ内で上方向にリサイクルされ、チャンバの外側で処理される液体を通過するような構成である。装置の都合のよい設計は、２つの処理チャンバの間に配置された再生チャンバを有し、これは各側に１つずつで、２次元の配置が効果的である。再生チャンバの電極は、その対向する面に配置することができ、この面は処理チャンバが形成された側部とは異なる。しかし、この配置はもちろん、再生チャンバが複数の処理チャンバに囲まれている状態で３次元に延びることができる。これらの配置は、１つの処理チャンバを環状再生チャンバ内に、又はアレイ状の再生チャンバで囲んで中心に配置した状態で逆転することもできる。
【００１１】
本発明で使用するのに適切な吸着材料は、液体相から容易に分離することができる導電性固体材料である。材料は、粉末、薄片、又は顆粒の形態で使用することができる。粒子のサイズは重大ではないが、最適なサイズは吸着剤の特性によって決定される。使用される材料および特に粒子のサイズは、表面積と導電性と分離の容易さとの折り合いをつけたものである。好ましい材料は、黒鉛層間化合物（ＧＩＣ）である。特に好ましいＧＩＣは重亜硫酸層間生成物である。これは、硫酸が存在する酸化状態で黒鉛薄片を化学的又は電気化学的に処理することによって形成することができる。しかし、多数の異なるＧＩＣ材料が製造されており、異なる材料は異なる吸着特性を有し、これは特定の材料を選択する要因となる。
【００１２】
吸着材料の粒子サイズを小さくすると、吸着に使用可能な表面積が大幅に増加する。しかし、粒子サイズが小さくなると、固体相の分離が更に困難になる。本発明を実践する際に、典型的な粒子サイズは０．２５〜０．７５ｍｍである。非常に細かい粒子（＜５０ミクロン）を吸着材料として使用することができる。何故なら、有機ポリマを綿状沈殿物として使用した場合、液体相から容易に分離できるからである。次に、この有機綿状沈殿物は、再生により破壊される。導電性および密度がこれより低い他の材料を使用する場合は、比較的大きい粒子の恩恵を受ける。
【００１３】
吸着材料の導電性が高いほど、セルに必要な電圧が低くなり、従って電力消費量が低下する。典型的な個々のＧＩＣ粒子は、１０，０００Ω−１ｃｍ−１を超える導電性を有する。しかし、粒子床では、粒子と粒子の境界に抵抗があるので、導電性は大幅に低下する。従って、抵抗を可能な限り低く維持するために、可能な限り大きい粒子を使用することが望ましい。従って、濡れた微粒子の床は、より大きい粒子の床の０．３２Ω−１ｃｍ−１と比較して、０．１６Ω−１ｃｍ−１の導電性を有することが示されている。比較として、粒状および粉末状活性炭の床は、通常、それぞれ０．０２５および０．０１２Ω−１ｃｍ−１の導電性を有する。
【００１４】
本発明の実践に使用される好ましいＧＩＣは薄片の形態であり、通常は少なくとも９５％の炭素の組成、および約２．２２５ｇ／ｃｍ−３の密度を有する。しかし、ＧＩＣを生成する開始材料として、炭素含有率を非常に低下させた状態（８０％以下）で、薄片状炭素を使用することができる。これらの化合物をセル内で使用することもできるが、電気化学的再生段階で電圧がわずかに高くなる結果となる可能性が高い。ＧＩＣ内には他の元素も存在し、これらの化合物は薄片状黒鉛の初期組成および薄片を層間形態に変換するために使用する化学物質によって決定される。黒鉛の源が異なると、吸着特性が異なるＧＩＣを生成することができる。
【００１５】
次に、例示により添付略図を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図は、前壁４、後壁６、側壁８によって形成された全体が矩形断面のリザーバ２を示す。このリザーバ２内では、内壁１０が再生チャンバを形成し、これは前壁４と後壁６の間でリザーバの全幅に延びる（図２）。再生チャンバの基部は、収束する壁１２で形成され、これは再生チャンバから粒状吸着材料１６を放出する開口部１４を形成する。上壁１８は、再生チャンバ上の中心ゾーンを形成する。
【００１７】
装置が使用できる状態になると、吸着材料を必要な量だけ再生チャンバ１０に装填する。次に、処理する液体を入口２０からリザーバに送り込み、上壁１８間の放出出口２２のすぐ下のレベルまで充填する。次に、加圧した空気を、２４で示すように開口部１４に通してリザーバ２の基部に送り込む。これは液体中に気泡を生成し、再生チャンバ１０の底部にある開口部１４の下から粒状吸着材料を引き出し、リザーバ内で個々の側壁８と再生チャンバ１０の間に形成された処理チャンバ２６を通って上方向に搬送する。吸着材料が液体を通って上方向に搬送されるにつれ、液体中の汚染物質を吸収する。上昇する空気は、吸着材料を伴って、再生チャンバ１０の頂部上を搬送し、ここで上壁１８によって元の再生チャンバ１０へと誘導される。障害物２８および３０が再生チャンバ１０の頂部に設置されて、リザーバ内の固体、液体および気体相の流れを制御する。障害物２８および３０は、凝固した粒子があれば全て破壊し、チャンバ内に案内することができる。障害物２８および３０は、処理された液体が放出される上壁１８の間のゾーンに吸着剤粒子が入ることを阻止し、再生チャンバ１０内の吸着材料の床で発生した気泡がこのゾーンに入ることを防止する働きもする。
【００１８】
処理される液体は、リザーバ内で必要な滞留時間に一致するように選択された流量で入口２０を通過してリザーバに送り込まれ、そこから汚染物質を吸収できるのに十分な吸着材料と接触する。その全体的な流れはリザーバを通って上向きであり、放出出口２２を通って溢れることによって放出される。液体は、再生チャンバの頂部から上壁１８、１８の間を通る上向きの流れによってのみ放出出口２２に到達することができることに留意されたい。従って、上壁１８、１８は、処理チャンバ内の液体を通る気泡によって生じる動作から保護された静止ゾーンを形成する。
【００１９】
処理される液体は全体的に上向きに流れることが好ましいが、反対の配置も使用することができる。従って、処理される液体は、３２で示すポートで入り、放出ポート３４から引き出すことができる。吸着材料が近いので、放出ポート３４には何らかの形態のフィルタが必要となるが、リザーバ基部から上向きに流れる空気は閉塞を防止しなければならない。リザーバを通る液体の流れの方向は、言うまでもなくシステムの要件に基づいて選択されるが、液体の流れを処理チャンバ内の吸着材料の流れに対して全体的に反対にすると、多少有利なことがある。これは、リザーバ内の液体の流れの全体的方向が上向きではなく下向きであった場合に当てはまる。
【００２０】
上述したように、装置は個々の液体量を別個に処理するために使用することができる。この変形では、リザーバを必要なレベルまで液体で充填し、処理を終了するのに適切な期間だけ吸着材料を再生チャンバに通してリサイクルする。次に、例えば放出ポート３４から排出することによって、液体を除去し、新しい液体の供給物をリザーバに送り込む。吸着材料は、通常、処理プロセス中にリサイクルされる間に再生される。
【００２１】
本発明の装置では、吸着材料はリサイクル経路内で再生チャンバを通過する間に、連続的又は断続的に再生される。これは、チャンバ１０の対向する面に配置されたアノード３６とカソード３８の間に電圧を加えることによって遂行される。汚染物質は、吸着材料を気体形態で再生することによって、リザーバの頂部から放出される。この放出された気体は、大気へ排出することができるが、言うまでもなく必要に応じて別個の処理をすることができる。カソード３８は、導電性膜４０によって形成された別個の区画４２に収容されている。これによってカソード液を区画に通して給送し、膜がカソードを吸着材料と直接接触しないように保護することができる。
【００２２】
導電性膜４０の目的は、固体吸着粒子がカソード３８と接触するのを防止することである。何故なら、接触すると、電子が水相を通過せずに、カソード３８からアノード３６へと直接進むことがあるからである。この場合は有機酸化がなく、吸着剤が再生されない。導電性膜４０は、イオン又は電子が自身を通って移動し、電気回路を完成できるようにしなければならない。しかし、これはシステムに追加の抵抗を導入してしまう。このような膜は、また、特定のｐＨレベルでしか良好に作用しない。この場合、アノード側で水が酸化し（酸性状態を与え）、カソード側で水を還元する（アルカリ状態を与える）には、膜が許容可能な電圧で機能し続けるようにｐＨを調整する必要がある。実際には、カソード液を監視し、例えば望ましくはないが酸を常に添加し、カソード区画を通してカソード液を給送し、適切なｐＨを監視して、タンク、ポンプおよびプローブを含む機器を調整することによって、酸性状態を維持するように調整する必要があるが、これでさらなる資本経費、運転費および保守費がかかる。
【００２３】
導電性膜を使用する代わりに、多孔質フィルタを使用することがある。これは、固体がカソードと接触するのを防止するが、水およびイオンは通過することができる。カソードで水を常に還元すると、カソード液が更にアルカリ性になり、導電性を高め、セル電圧を低下させる。
【００２４】
図３は、複数の再生チャンバ４４をリザーバ４８内にバンク４６の形態で装着する本発明の第２の実施形態を示す。再生チャンバ４４は密接に位置合わせされ、リザーバ４８の対向する端壁５０（一方の端壁のみ図示）へと延びる。再生チャンバ４４の側壁５２はチャンバ自体からプレート５４の形態で上および横方向に延び、これは循環する粒子および液体の混合物を再生チャンバ４４へと案内するのに役立つ。再循環する混合物の他のガイドとして、追加の壁５６が設けられて、静止ゾーンを形成し、液体がそこから出口ポート５８を通って溢れることにより排出される。
【００２５】
混合物内の吸着材料の循環は、加圧した空気をバンク４６のいずれかの側にある導管６０に送り込むことによって達成される。空気が導管６０の開口部（図示せず）から放出され、この空気は上向きに、およびプレート５４の外面に沿って上昇する。追加のプレート６２を取り付けて、元の再生チャンバ４４のバンク４６の入口に向かって、プレート５４と追加の壁５６の間で粒子状材料を案内することができる。
【００２６】
処理される液体は、ダクト６４を通ってリザーバ４８に導入される。ダクトからリザーバに入る複数の出口を使用することができる。吸着材料の所望の循環を達成するために、リザーバ内の導管６０およびダクト６４の実際の方向および相対的方向を、プレート５４および追加の壁５６および６２のサイズ、位置および方向として選択することができることを理解されたい。
【００２７】
図３に示す配置では、再生チャンバ４４が相互に密接に位置合わせされ、相互に、および端部チャンバと実質的に接触し、リザーバ４８の端壁と実質的に突き当たっている。この配置の結果、吸着材料の動作が予想でき、リザーバ軸のいずれかの側で全体的に円形の経路で移動する。しかし、再生チャンバ間にギャップを生成して、多少の吸着材料が再生チャンバを通過せずに再循環できるようにすることに、幾つかの利点があることがある。更に別の配置では、再生チャンバを位置合わせする必要がなく、リザーバ内の異なる位置に個別に装着する。
【００２８】
図３に示す装置では、吸着材料は、一般に図２に関して上述したように、そのリサイクル経路内の各再生チャンバを通過する間に再生される。しかし、アノードおよびカソードは通常、再生チャンバの側壁５２の下端に配置され、隣接するチャンバ内の再生との干渉を回避する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態による装置の縦断面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａでの水平断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す斜視部分破断図である。
【図１】
2009535191.tif 000003
【図２】
2009535191.tif 000004
【図３】
2009535191.tif 000005
【国際調査報告】
2009535191.tif 000006
2009535191.tif 000007