(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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又は回収用水と共に濃縮液として回収する通液型コンデンサにおいて、前記通液型コンデンサから得られる脱塩液又は濃縮液を気液分離装置に通液して、気泡が除去された脱塩液又は濃縮液を得ることを特徴とする通液型コンデンサの通液方法。
【請求項２】
前記通液型コンデンサの印加電圧が、水の電気分解が生じる印加電圧Ｖ1 （Ｖ）〜該水の電気分解が生じる印加電圧より２．０Ｖ高い値Ｖ2 （Ｖ）の範囲であることを特徴とする請求項１記載の通液型コンデンサの通液方法。
【請求項３】
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又は回収用水に回収する通液型コンデンサと、前記通液型コンデンサから得られる脱塩液又は濃縮液を気液分離する気液分離装置とからなることを特徴とする通液型コンデンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【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通液型コンデンサの通液方法及び装置に関する。
【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５を参照して説明する。図５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、ある時点でスイッチ５３をオフして直流電圧の印加を止める。そして、切替え弁５１を閉、切替え弁５２を開の状態にしておき、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、処理液（脱塩液又は濃縮液）に気泡が含まれることがある。特に印加電圧を高めて、高度にイオン成分を除去する運転を行った場合に気泡が含まれる。このような気泡は、通液型コンデンサの後段において、様々な障害を引き起こす。例えば、脱塩液又は濃縮液をポンプを用いて更にユースポイントへ送液する場合、該気泡はポンプの円滑な通液を妨げることとなり、場合によってはポンプを停止に至らしめることもある。また、イオン成分を更に低減せしめるために、脱塩液をイオン交換樹脂塔へ通液する場合には、該気泡がイオン交換樹脂の分離を引き起こし、イオン成分の低減が十分に行われなくなる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、通液型コンデンサの通液方法において、気泡を含まない脱塩液又は濃縮液を得ることが可能で、且つイオン成分除去率が高められた脱塩液を得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、本発明者は鋭意検討を行った結果、気泡の発生は主に、水の電気分解によって生じる酸素ガスと水素ガスであること、従って、通液型コンデンサの後段に気液分離装置を設け、通液型コンデンサの印加電圧を意図的に高めて、例えば、水の電気分解が生じる印加電圧Ｖ1 （Ｖ）〜該水の電気分解が生じる印加電圧より２．０Ｖ高い値Ｖ2 （Ｖ）の範囲で通液処理を行えば、イオン成分除去率が高められ、且つ気泡が除去された脱塩液を得ることができることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明（１）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又は回収用水と共に濃縮液として回収する通液型コンデンサにおいて、前記通液型コンデンサから得られる脱塩液又は濃縮液を気液分離装置に通液して、気泡が除去された脱塩液又は濃縮液を得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。かかる構成を採ることにより、簡易な方法で気泡が除去された脱塩液又は濃縮液を得ることができ、その結果、脱塩液又は濃縮液をポンプを用いて更にユースポイントへ送液する場合、気泡が原因となるポンプの停止を回避でき、イオン成分を更に低減せしめるために、脱塩液をイオン交換樹脂塔へ通液する場合、気泡がイオン交換樹脂の分離を引き起こすることなく、安定したイオン成分の低減が可能となる。
【０００９】
また、本発明（２）は、前記通液型コンデンサの印加電圧が、水の電気分解が生じる印加電圧Ｖ1 （Ｖ）〜該水の電気分解が生じる印加電圧より２．０Ｖ高い値Ｖ2 （Ｖ）の範囲であることを特徴とする前記発明（１）記載の通液型コンデンサの通液方法を提供するものである。かかる構成を採ることにより、前記発明と同様の効果を奏する他、イオン成分除去率が更に高めらた脱塩液を得ることができる。
【００１０】
また、本発明（３）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又は回収用水に回収する通液型コンデンサと、前記通液型コンデンサから得られる脱塩液又は濃縮液を気液分離する気液分離装置とからなることを特徴とする通液型コンデンサ装置を提供するものである。かかる構成を採ることにより、前記発明（１）及び（２）を実施できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１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は本発明の第１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の下流側は流出配管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１０は切替え弁１２Ａを有する脱塩液流出配管１７により気液分離装置２に接続している。また、流出配管１０はこれから分岐する切替え弁１２Ｂを有する濃縮液流出配管２１を有している。通液コンデンサ１の上流側は接続配管３により被処理液供給源５に接続している。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）。気液分離装置２は液相に接する装置部分、ここでは底面部に接続される処理液流出配管２２と、気相に接する装置部分、ここでは天板部に接続される排気管２３とを備える。
【００１２】
前記第１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、３１はスイッチ３３Ａを介して互いに接続され、また、電極３０はスイッチ３２Ａを介して直流電源３４の陰極に接続されている。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。
【００１３】
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、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。
【００１４】
なお、一対の電極３０、３１間に印加する電圧としては任意に設定することができるが、本発明においては、特に、水の電気分解が生じる印加電圧Ｖ1 （Ｖ）〜該水の電気分解が生じる印加電圧より２．０Ｖ高い値Ｖ2 （Ｖ）の範囲、好ましくは（Ｖ1 ＋０．１）〜（Ｖ1 ＋１．０）Ｖの範囲であることが、イオン成分除去率が高められた脱塩液を得るとともに、後段の気液分離装置で気泡が除去された脱塩液を得ることができる点で本発明の効果を顕著に奏する。図２に通液型コンデンサの通水で得られる印加電圧と脱塩水の導電率又は気泡発生量の関係の一例を示すが、この例によれば、水の電気分解が生じる印加電圧Ｖ1 （Ｖ）は１．５Ｖであり、該Ｖ1 値より少し高めの印加電圧で脱塩率の導電率は極小値を示す。すなわち、通液型コンデンサでイオン成分の除去率を高めるために印加電圧を上げると、気泡発生の問題を生じることとなる。
【００１５】
従って、印加電圧は上記の範囲として、気泡を含む脱塩液は後段で気液分離処理される。水の電気分解が生じることのない印加電圧であれば、イオン成分が十分に除去された脱塩液を得ることができず、（Ｖ1 ＋２．０）Ｖ値を越える印加電圧では気泡の発生量が多くなりすぎて、活性炭からなる電極表面に吸着するガスが増え、イオン吸着サイトが減少するため好ましくない。ここで、水の電気分解が生じる印加電圧Ｖ1 （Ｖ）は、被処理液の組成、性状及び通液型コンデンサの電極表面の格子欠損や不純物の付着等の電極の状態により異なるものである。従って、該Ｖ1 値は、通常、通液型コンデンサから流出される脱塩液に気泡が目視できるようになる電圧で定義される。なお、図２中、「気泡発生量」は脱塩水に含まれる気体を水上置換法により水槽内にてメスシリンダに捕集して計測したものに基づくものである。
【００１６】
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。
【００１７】
また、水質監視装置８は、いずれも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。
【００１８】
気液分離装置２は、気液分離能を有する装置であり、被処理液流入口１７１と、気体を実質的に分離除去した液を排出する処理液流出口２２１を備え、気相に接する液面を有するタンク構造のものである。該タンクは塵埃などが処理液に混入するのを防止するため上面に蓋をするものであり、該蓋にはガスを外部へ誘導する排気管２３を備える。また、気液分離装置２は蓋を持たず液面が大気開放されたものを使用してもよい。また、タンク内に邪魔板を設けた構造のものであってもよい。
【００１９】
上記のような通液型コンデンサ１に水を通水する方法について説明する。先ず、スイッチ３２Ａをオンして、例えば、水の電気分解が生じる直流電圧を一対の電極３０、３１に印加し、切替え弁１２Ａを開、切替え弁１２Ｂ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のポンプを作動させ、被処理液を通液コンデンサ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る。この時、水の電気分解が起こり、酸素ガスと水素ガスが発生し、気泡を含んだ水が接続配管１７（脱塩液流出配管）により排出され、後段の気液分離装置２に送られる。
【００２０】
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により測定された導電率が脱塩液採液不可値になると、切替え弁１２Ａを閉、切替え弁１２Ｂを開として、直ちに通液型コンデンサへの直流電圧の印加を止める。この状態で、スイッチ３２Ａをオフ、スイッチ３３Ａをオンすると、一対の電極３０、３１に吸着されていたイオン成分が脱離し、一対の電極３０、３１を再生するイオン回収工程に入る。また、濃縮工程においては、通液中の水と一緒に又は別途に純水や工業用水等の回収用水を通液することによりイオン成分を回収し、濃縮液流出配管２１を通って系外へ排出するか、又は次工程へ送っている。
【００２１】
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の飽和と再生の繰り返しを図るものである。この場合、前記イオン成分回収工程中は通液型コンデンサから脱塩液を得ることはできない。このため、イオン成分回収工程中も脱塩液を得たい場合は、複数の通液型コンデンサを設置し、必要最小量が確保されるように、各通液型コンデンサのイオン成分回収工程実施の時機を制御すればよい。
【００２２】
除去工程（脱塩工程）から排出される気泡を含んだ脱塩液は、気液分離装置２に供給され、気液が分離され、ガスは排気管２３から排気され、気泡が消失した脱塩液は処理液流出管２２を通って、例えば、イオン交換樹脂塔などの次工程へ送られる。本実施の形態例によれば、イオン成分が高度に除去されると共に、気泡が除去された脱塩液を得ることができる。
【００２３】
次に、本発明の第２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３に基づいて説明する。図３は本発明の第２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３において、図１と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。すなわち、図３中、図１と異なる点は濃縮液流出配管２１に気液分離装置２ａを接続した点である。すなわち、通液型コンデンサ１はイオン成分回収工程において、一対の電極３０、３１を逆接続する場合、一対の電極３０、３１に水の電気分解が生じる印加電圧以上の電圧がかけられていると、濃縮液中に気泡を含むことがある。本実施の形態例においては、上記構成を採ることから、気泡が消失した脱塩液及び濃縮液をそれぞれ得ることができ、脱塩液のみならず、濃縮液も回収目的とする場合に好適である。
【００２４】
本発明において、気液分離装置２の設置位置としては、上記実施の形態例で示す位置の他、図１中、接続配管６の途中、接続配管１０の途中などが挙げられる。
【００２５】
【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。
実施例１
下記仕様の装置及び下記運転条件下、図１に示すフローで市水を通液型コンデンサに通水して実験運転を行った。結果は、脱塩水の導電率を測定し、イオン成分除去率を求めると共に、脱塩水の気泡の有無を確認した。
・被処理水；市水（導電率３３０μS/cm）
・通液型コンデンサの仕様及び運転条件
装置；（キャパシタ；関西熱化学社製）
活性炭電極の総活性炭量；２５３ｇ
活性炭電極の表面積；１５００m2/g
印加電圧；直流２．０Ｖ
運転方法は直流電圧２．０Ｖを印加して４５分間イオン成分の除去を行う脱塩工程と、次いで、１５分間電極を短絡して吸着したイオンを脱離する濃縮工程を繰り返して運転した。濃縮工程で排出される濃縮水は系外へ排出した。試験中、脱塩工程の処理水平均流速は０．３L/分であった。
・気液分離装置
装置；図４に示すような蓋付きステンレス製タンク（内径80mm、高さ200mm)
図４中、気液分離装置２ｂは容器本体２１０と、蓋２１１からなり、容器本体の一側下方部で液相に接する部分には脱塩液流出配管１７（被処理液流入配管）が接続される被処理液流入口１７１ｂ、他側の上方部で液相に接する部分には処理水流出配管２２が接続される処理液流入口２２１ｂが設けられ、蓋２１１にはガス排出管２３ｂが接続されている。
運転方法は容器本体２１０に流入する脱塩水をその液面が処理液流入口２２１ｂの上面で、且つ液面上に気相部が形成されるように満たし、その状態を維持するように処理液を排出することで気泡を除去する。
【００２６】
その結果、イオン成分が除去された水の導電率は約３０μS/cmであり、平均のイオン成分除去率は約９１％であり、しかも脱塩水は気泡を含まないものであった。
【００２７】
比較例１
気液分離装置２ｂを使用しない以外は、実施例１と同様の方法で行った。その結果、平均のイオン成分除去率は約９１％で実施例１と同じであったが、脱塩水は気泡を含むものであった。
【００２８】
比較例２
印加電圧２．０Ｖを１．５Ｖとした以外は、比較例１と同様の方法で行った。すなわち、印加電圧を水の電気分解が起こらない値とし、更に気液分離装置を使用しなかったものである。その結果、脱塩水は気泡を含まないものであったが、イオン成分が除去された水の導電率は約５０μS/cmであり、平均のイオン成分除去率は約８５％と低下した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明（１）によれば、簡易な方法で気泡が除去された脱塩液又は濃縮液を得ることができ、その結果、脱塩液又は濃縮液をポンプを用いて更にユースポイントへ送液する場合、気泡が原因となるポンプの停止を回避でき、イオン成分を更に低減せしめて、脱塩液をイオン交換樹脂塔へ通液する場合にも、気泡がイオン交換樹脂の分離を引き起こすことなく、安定したイオン成分の低減が可能となる。
【００３０】
本発明（２）によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、イオン成分除去率が更に高めらた脱塩液を得ることができる。また、本発明（３）によれば、前記発明（１）及び（２）を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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】通液型コンデンサにおける、印加電圧と脱塩水の導電率又は気泡発生量の関係の一例を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態である通液型コンデンサの通水方法を示すフロー図である。
【図４】実施例で使用した気液分離装置の概略図である。
【図５】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、２ａ、２ｂ  気液分離装置
３              供給配管
５、５６        被処理液供給源
６、１０、      接続配管
８、５７        水質監視装置
１２Ａ、１２Ｂ  切替え弁
１７            脱塩液流出配管
２１            濃縮液流出配管
２２            処理液流出配管
２３、２３ａ、２３ｂ    排気管
３０、３１、５４、５５    電極
３２Ａ、３３Ａ、５３、５８  スイッチ
３４、５９      直流電源
１７１、１７１ａ、１７１ｂ  処理液流入口
２１０、２１０ａ  容器本体
２１１            蓋
２２１、２２１ａ、２２１ｂ  処理液流出口
【図１】
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【図２】
0004121226.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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