JP2014205113A - 吸着成分の脱着方法及び脱着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸着剤に吸着した成分を脱着させる脱着方法で、脱着液を繰り返し使用する場合に、脱着処理の効果を低下させることなく脱着作用成分の補充量を抑制できる、脱着方法及び脱着装置を提供する。【解決手段】 吸着剤が充填された吸着剤容器１に脱着液を通液し、吸着剤に吸着された成分を脱着する方法であって、脱着液の吸着剤容器１への通液を開始後に、吸着剤容器１から流出する初期流出液を所定量貯留する工程と、吸着剤容器１への脱着液の通液完了後に、初期流出液を吸着剤容器１に通液する工程と、を有する脱着方法。【選択図】図１

Description

本発明は、吸着剤に吸着した成分の脱着方法及び脱着装置に関するものである。特に、吸着成分の脱着処理において、脱着作用成分の濃度低下を抑制する技術に関する。

液体中の成分を吸着した吸着剤から吸着された成分を脱着させる方法としては、吸着剤が充填された吸着剤容器に脱着液を通液する方法が一般的に知られている（特許文献１）。

しかし、この方法では脱着液を吸着剤容器に通液した際に吸着剤容器内に存在している液体（例えば脱着処理の前の工程である吸着処理で吸着剤容器内に供給した吸着原水）が通液された脱着液と混合することにより、脱着液中の脱着作用成分の濃度が低下してしまうという問題がある。そのため、脱着液を繰り返し脱着処理に使用するためには、脱着作用成分を脱着液へ補充することにより、脱着液中の脱着作用成分の濃度を必要な値にまで高めなければならなかった。

特開２００６−３４６５４６号公報

上記問題点を改良する方法として、脱着液の通液前に吸着剤容器内に存在している吸着原水などの液体を完全に抜いてしまう方法が考えられる。しかしこの場合は、吸着剤層が空気中に露出することで吸着層内に空気による空隙が形成され、脱着液を通液する際の吸着剤と脱着液との接触効率が悪くなり、脱着処理の効果が低下するという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するものであり、脱着液を繰り返し使用する場合に脱着処理の効果を低下させることなく脱着作用成分の補充量を抑制できる、脱着方法及び脱着装置を提供することを目的とする。

本発明者は、脱着処理において、脱着液を吸着剤容器へ通液開始後に吸着剤容器から流出する初期流出液を所定量貯留し、脱着液の通液完了後に初期流出液を吸着剤容器に通液することで、脱着処理後の脱着液中の脱着作用成分の濃度低下が抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は下記の通りである。
［１］吸着剤が充填された吸着剤容器に脱着液を通液し、吸着剤に吸着された成分を脱着する方法であって、脱着液の吸着剤容器への通液開始後に、吸着剤容器から流出する初期流出液を所定量貯留する工程と、吸着剤容器への脱着液の通液完了後に、初期流出液を吸着剤容器に通液する工程と、を有する脱着方法。
［２］初期流出液の貯留量の体積が、脱着液の通液開始前の吸着剤容器内の液体の体積と吸着剤の体積との和の０．５〜３倍である［１］の脱着方法。
［３］初期流出液を取り置き液タンクに所定量を貯留させた後、吸着剤容器からの流出液を脱着液タンクに貯留する工程を更に備える、［１］または［２］の脱着方法。
［４］吸着剤が充填された吸着剤容器に脱着液を通液し吸着剤に吸着された成分を脱着する脱着装置であって、脱着液を貯留する脱着液タンクと、吸着剤容器からの初期流出液を貯留する取り置き液タンクとを備える、脱着装置。
［５］初期流出液が吸着剤容器と取り置き液タンクとを循環するための流路を備える、［４］の装置。
［６］流出液が吸着剤容器と脱着液タンクとを循環するための流路を備える、［４］または［５］の装置。

本発明によれば、吸着剤の脱着処理における脱着液中の脱着作用成分の濃度低下を抑制することにより、脱着液を繰り返し使用する際の脱着作用成分の補充量を抑制できる、脱着方法及び脱着装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態における脱着方法の一例を示す概略図である。 本発明の一実施形態における脱着方法の一例を示す概略図である。 比較例における脱着方法を示す概略図である。

本発明について、以下具体的に説明する。尚、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。

本実施形態の脱着方法は、吸着剤が充填された吸着剤容器に脱着液を通液し、吸着剤に吸着された成分を脱着する方法である。ここで、本脱着方法は、脱着液の吸着剤容器への通液開始後に吸着剤容器から流出する初期流出液を所定量貯留する工程と、吸着剤容器への脱着液の通液完了後に、所定量貯留された初期流出液を吸着剤容器に通液する工程と、を有する。

図１は、本実施形態の脱着方法の一例を示す概略図である。図１に示すとおり、本実施形態の脱着方法における貯留する工程においては、脱着液タンク３に貯留されている脱着液の吸着剤容器１への通液開始後に、吸着剤容器１から流出する初期流出液を所定量貯留する。また、吸着剤容器１への脱着液の通液完了後に、所定量貯留された初期流出液を吸着剤容器１に通液する。

本実施形態では、所定量の脱着液を、吸着剤が充填された吸着剤容器１に通液した後、初期流出液を再度吸着剤容器１に通液させ、吸着剤容器１中に残存している脱着液を初期流出液によって押し出すことで回収している。初期流出液によって吸着剤容器１中に残存している脱着液を押し出すことで、脱着成分の一部が初期流出液に混入した場合でも、その成分が系外に流出することを防止できる。

上記初期流出液は取り置き液タンク２に貯留することが好ましい。取り置き液タンク２を用いることによって、初期流出液を容易に貯留することが可能となる。また、吸着剤容器１への脱着液の通液完了後、貯留された初期流出液を速やかに吸着剤容器１に通液できる。

また、脱着処理における脱着液の吸着剤容器１への通液方法は、所定量の脱着液を吸着剤が充填された吸着剤容器１に１回だけ通液する１パス方式でもよいし、吸着剤容器１からの流出液を再度吸着剤容器１に通液させる循環方式でもよい。脱着処理で同程度の脱着性を達成する場合、循環方式は１パス方式に比較して、脱着処理に必要な脱着液量を少なくすることが可能で、脱着装置をよりコンパクトにできる利点がある。

図２は、本発明の一実施形態における脱着方法の一例を示す概略図である。図２の脱着方法においては、流出液回収タンク４が設けられていない点で上記図１の脱着方法と異なる。

このため、図２の脱着方法においては、吸着剤容器１からの流出液は流出液回収タンク４に貯留されず、初期流出液を取り置き液タンク２に所定量を貯留させた後、吸着剤容器１からの流出液は脱着液タンク３に貯留される工程を備えている。また、脱着液タンク３に貯留された流出液は、再度吸着剤容器１へ供給され、脱着液として循環的に用いられることも好ましい。

また、吸着剤容器１からの流出液は流出液回収タンク４や脱着液タンク３に貯留されることが好ましい（図１、図２参照）。これにより、脱着処理後の脱着液である流出液を回収することができる。

本実施形態では、吸着剤が充填された吸着剤容器１への脱着液の通液開始後の吸着剤容器１からの初期流出液を、所定量貯留する。貯留量は、初期流出液の体積量が、吸着剤容器１内に存在する吸着原水等の液の体積と吸着剤の体積との和の０．５〜３．０倍になるようにすることが好ましい。貯留量（取り置き液タンク２に貯留される量）がこの範囲であると、脱着終了後の脱着液の濃度低下抑制効果が大きくなる。

なお、本実施形態では、初期流出液に水等を加えて、初期流出液の体積を増加させてもよい。この場合、加える水等の体積は、脱着液の吸着剤容器１への通液開始時に、吸着剤容器１内に存在する吸着剤の体積と残存液の体積との和（Ａ）に対する、初期流出液の体積（Ｂ）と加える水等の体積（Ｃ）との和が、０．５〜３．０倍の範囲であることが好ましい。Ａ、Ｂ及びＣの関係を以下の式（１）に示す。

脱着液の通液速度は、特に制限はないが、通常ＳＶ（ｓｐａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ、1時間あたりの通液量／吸着剤の体積）が０．５〜１００（ｈ^-1）の範囲が好ましい。ＳＶが０．５より低いと、脱着時間が長時間となるため脱着処理の効率が悪くなる傾向にある。一方で、ＳＶが１００より大きいと、脱着液を吸着剤容器１に通液させるポンプ等が消費する電力量の増大に比べ、脱着率の明確な向上が認められないため、非効率となる傾向にある。より好ましくは１〜５０（ｈ^−１）である。

さらに脱着液を吸着剤容器１へ通液する前に、吸着剤容器１内に残存している液体を一定量排出してもよい。例えば、吸着剤容器１内に残存している液体（残存液）としては、脱着処理の前の工程である吸着処理で吸着剤容器に供給した吸着原水や、吸着処理後に吸着剤容器１内及び吸着剤を洗浄した洗浄水等が考えられる。この場合、吸着剤層が完全に残存液に浸っている状態であり、かつ吸着剤容器１内の残存液の量を最小にすることが好ましい。これにより、吸着剤上層部の残存液のみからなる液層を少なくすることができるため、脱着液を通液した際に、脱着液の通液による残存液と脱着液との混合を抑制することができ、本脱着方法の効果がより現れやすくなる。

また、脱着液の通液は、上述したように吸着剤容器１内の吸着剤が残存液または脱着液に完全に浸った状態を保持しながら行うことが好ましい。吸着剤が空気中に露出してしまうと、吸着剤間に空気による空隙が形成される場合があり、この空隙を液体で満たすためには所定の時間を要するため吸着剤と脱着液等の液体との接触効率が悪くなってしまう傾向にある。吸着剤が残存液または脱着液により完全に浸った状態を保持させることで、吸着剤と脱着液との接触効率低下を防止することができる。

次に、本実施形態で用いる吸着剤について説明する。吸着剤とは、水等の液体中に存在しているアニオン、カチオン等の吸着対象成分を吸着でき、かつ、吸着対象成分を吸着した吸着剤と脱着液とを接触させる脱着処理により、吸着された吸着対象成分を脱着できるものであれば、特に制限はない。

吸着剤の構成成分であるイオン吸着体としては、金属酸化物を含有しているものが好ましい。金属酸化物は、リン酸イオン、ホウ酸イオン、フッ素イオン、ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオン等に対する吸着性能が高く、また繰り返し使用に対する耐久性能が高い。金属酸化物としては、活性アルミナ、水和酸化鉄、水和酸化チタン、水和酸化ジルコニウム、水和酸化スズ、水和酸化セリウム、水和酸化ランタン及び水和酸化イットリウムからなる群から選ばれる一種またはニ種以上の金属酸化物をイオン吸着体として含有しているものがさらに好ましい。

また、吸着剤は、金属酸化物を、高分子樹脂をバインダーとして造粒したものであることが特に好ましい。これは、当該吸着剤が、吸着処理、脱着処理等で取り扱いやすいためである。

吸着剤の粒径、形状については特に制限はないが、平均粒径が１００〜２５００μｍで、球状に近い形状であることが好ましい。

本実施形態の吸着剤は、吸着剤容器１に充填した状態で脱着処理に供されるが、吸着剤容器１の形状については、吸着剤と脱着液とが接触できるものであれば、特に制限はない。例えば、円筒状、円柱状、多角柱状、箱型の吸着剤容器１に吸着剤を充填した状態で、脱着処理に供することができる。また、吸着剤容器１は、吸着剤容器から吸着剤が流出しないような固液分離機構、例えば目皿やメッシュ等を備えていることが好ましい。

吸着剤容器１の材質は、特に限定されるものではなく、ステンレス、ＦＲＰ(ガラス繊維入り強化プラスチック)、ガラス、各種プラスチック等が例示できる。酸性の脱着液を使用する場合や、アルカリ性脱着液での脱着処理後に吸着剤の吸着能力を回復させるために酸処理を行う場合には、耐酸性を考慮して吸着剤容器１の内面をゴムやフッ素樹脂ライニングとすることもできる。

吸着剤容器１における吸着剤と脱着液との接触方式についても、吸着剤と脱着液とが接触できるのであれば、特に制限はない。吸着剤層を固定床とし、円柱型、多角柱型または箱型の吸着剤層に、垂直方向の上昇流または下降流により脱着液を通液する方式や、水平方向に通液する方式が例示できる。また、円柱型の吸着剤容器の中心部同心円状の内筒を有する構造とし、円筒型の吸着剤層に吸着剤円周方向外側から内筒へ通液する外圧方式や、その逆方向に通液する内圧方式等も例示できる。なお、吸着剤層は、固定床に限らず、移動床方式や流動床方式としてもよい。

本実施形態の脱着液とは、吸着剤に吸着された吸着対象成分を脱着させる作用を有する成分（脱着作用成分）を含んだ液であり、吸着剤と脱着液とが接触することで、吸着剤に吸着された吸着対象成分を脱着させることができる液である。当該機能を備えているのであれば、組成、濃度等については特に限定されないが、金属酸化物に吸着したリン酸イオン、ホウ酸イオン、フッ素イオン、ヒ酸イオン、亜ヒ酸イオン等の脱着液としては、例えばアルカリ溶液の使用が好ましい。

本実施形態の脱着装置は、吸着剤が充填された吸着剤容器１に脱着液を通液し、吸着剤に吸着された成分を脱着する脱着装置である。本脱着装置は、吸着剤容器１に加え、脱着液を貯留する脱着液タンク３、吸着剤容器１からの初期流出液を貯留する取り置き液タンク２を備える。

本実施形態の脱着装置は、吸着剤容器１と取り置き液タンク２とを初期流出液が循環するための流路を備えることが好ましく、また吸着剤容器１と脱着液タンク３とを流出液が循環するための流路を備えていることも好ましい。

以下、実施例及び比較例により本発明を説明する。なお、本発明はこれらに限られるものではない。

（実施例１）
水を満たした内径１５５ｍｍφの円筒型の吸着塔１（吸着剤容器）の内部に、水和酸化ジルコニウムとポリエーテルスルフォン樹脂からなる吸着剤１０Ｌを投入した。この吸着塔に、オルトリン酸態リン（ＯＰ）濃度１０ｍｇ／Ｌのリン酸二水素ナトリウム水溶液（吸着原水）を、空間速度（ＳＶ）２０ｈ^−１で１０時間、下降流で通液し、吸着剤にリンを吸着させた。

吸着処理終了後、吸着塔内の吸着原水を吸着剤層上面から２０ｍｍ上の高さまで抜き、図１の脱着液タンク３に貯留された１２０Ｌの脱着液（５．０ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液）の吸着塔１への通液を、通液速度ＳＶ２ｈ^−１の下降流で開始した。

通液初期に吸着塔１から流出した液（初期流出液）１０Ｌ（吸着塔内の残存液の体積と吸着剤の体積との和の０．９倍）を取り置き液タンク２に流入させて貯留し、その後の流出液は流出液回収タンク４に流入させた。この状態を継続し、脱着液タンク３の脱着液がなくなった時点で、取り置き液タンク２の初期流出液を吸着塔１へ通液させるように切り替えた。取り置き液タンク２の初期流出液を全量下降流で吸着塔１に通液速度ＳＶ１０ｈ^−１で通液させ、その際の吸着塔１からの流出液も流出液回収タンク４に流入させて、脱着処理を終了した。流出液回収タンク４に回収した流出液の量は１１９Ｌで、水酸化ナトリウム濃度は、４．８ｗｔ％だった。

すなわち、脱着液の濃度低下率は以下のとおりであった。
（５．０−４．８）／５．０×１００＝４．０％

（実施例２）
実施例１と同様の方法で、吸着塔１内の吸着剤にリンを吸着させた。吸着処理終了後、吸着塔１内の吸着原水を吸着剤層上面から１０ｍｍ上の高さまで抜いた。その後、図２の脱着液タンク３に貯めておいた４０Ｌの脱着液（８．０ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液）を吸着塔１へ通液速度ＳＶ３ｈ^−１の下降流で通液を開始した。通液初期に吸着塔１から流出した液（初期流出液）１２Ｌ（吸着塔内の残存液の体積と吸着剤の体積との和の１．２倍）を取り置き液タンク２に流入させて貯留し、その後の流出液は再び脱着液タンク３に流入させた。この状態を継続し、循環方式で延べ１００Ｌの脱着液を吸着塔１に通液した。その後、吸着塔１に通液させる液を取り置き液タンク２の初期流出液に切り替えた。初期流出液を全量下降流で吸着塔１に通液速度ＳＶ１０ｈ^−１で通液させ、その際の吸着塔１からの流出液も脱着液タンク３に流入させて、脱着処理を終了した。脱着液タンク３に回収した脱着液の量は３９Ｌで、水酸化ナトリウム濃度は、７．８ｗｔ％だった。

すなわち、脱着液の濃度低下率は以下のとおりであった。
（８．０−７．８）／８．０×１００＝２．５％

（実施例３）
実施例１と同様の方法で、吸着塔１の吸着剤にリンを吸着させた。吸着処理終了後、吸着塔１内の吸着原水を吸着剤層上面から５ｍｍ上の高さまで抜いた。その後、図２の脱着液タンク３に貯めておいた４０Ｌの脱着液（４．０ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液）を吸着塔１へ通液速度ＳＶ２ｈ^−１の下降流で通液を開始した。通液初期に吸着塔１から流出した液（初期流出液）８Ｌ（吸着塔内の残存液の体積と吸着剤の体積との和の０．８倍）を取り置き液タンク２に流入させて貯留し、その後の流出液は再び脱着液タンク３に流入させた。この状態を継続し、循環方式で延べ１２０Ｌの脱着液を吸着塔１に通液した。その後、吸着塔１へ通液させる液を取り置き液タンク２の初期流出液に切り替えた。初期流出液を貯留中に、水配管５から取り置き液タンク２に１Ｌの水を加えて取り置き液タンク２の初期流出液を９Ｌとし、全量下降流で吸着塔１に通液速度ＳＶ１０ｈ^−１で通液させ、その際の吸着塔１からの流出液も脱着液タンク３に流入させて、脱着処理を終了した。脱着液タンク３に回収した排出液の量は４０Ｌで、水酸化ナトリウム濃度は、３．９ｗｔ％だった。

すなわち、脱着液の濃度低下率は以下のとおりであった。
（４．０−３．９）／４．０×１００＝２．５％

（比較例１）
実施例１と同様の方法で、吸着塔１内の吸着剤にリンを吸着させた。その後、吸着塔１内の吸着原水を吸着剤層上面の上２０ｍｍの高さまで抜いた。その後、図３の脱着液タンク３に貯めておいた１２０Ｌの脱着液（５．０ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液）を吸着塔１へ通液速度ＳＶ２ｈ^−１の下降流で通液を開始した。通液初期に吸着塔１から流出した液（初期流出液）は、流出液回収タンク４に流入させた。脱着液タンク３の脱着液がなくなった時点で、吸着塔への流入液を水タンク６に予め貯めておいた水１２Ｌに切り替えた。この液を全量下降流で吸着塔１にＳＶ１０ｈ^−１で通液させ、その際の吸着塔１からの流出液も液回収槽に流入させて、脱着処理を終了した。流出液回収タンク４に回収した流出液の量は１３１Ｌで、水酸化ナトリウム濃度は、４．２ｗｔ％だった。

すなわち、脱着液の濃度低下率は以下のとおりであった。
（５．０−４．２）／５．０×１００＝１６％

本発明は、リン回収システムの脱着装置に利用することができる。

１・・・吸着塔（吸着剤容器）、２・・・取り置き液タンク、３・・・脱着液タンク、４・・・流出液回収タンク、５・・・水配管、６・・・水タンク。

Claims (6)

1. 吸着剤が充填された吸着剤容器に脱着液を通液し、前記吸着剤に吸着された成分を脱着する方法であって、
   前記脱着液の前記吸着剤容器への通液開始後に、前記吸着剤容器から流出する初期流出液を所定量貯留する工程と、
   前記吸着剤容器への前記脱着液の通液完了後に、前記初期流出液を前記吸着剤容器に通液する工程と、を有する脱着方法。
2. 前記初期流出液の貯留量の体積が、前記脱着液の通液開始前の前記吸着剤容器内の液体の体積と前記吸着剤の体積との和の０．５〜３倍である、請求項１に記載の方法。
3. 前記初期流出液を取り置き液タンクに所定量を貯留させた後、前記吸着剤容器からの流出液を脱着液タンクに貯留する工程を更に備える、請求項1または２に記載の方法。
4. 吸着剤が充填された吸着剤容器に脱着液を通液し、前記吸着剤に吸着された成分を脱着する脱着装置であって、
   前記脱着液を貯留する脱着液タンクと、
   前記吸着剤容器からの初期流出液を貯留する取り置き液タンクと、を備える脱着装置。
5. 前記初期流出液が前記吸着剤容器と前記取り置き液タンクとを循環するための流路を備える、請求項４に記載の装置。
6. 前記流出液が前記吸着剤容器と前記脱着液タンクとを循環するための流路を備える、請求項４または５に記載の装置。
   
   

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