JP2772362B2 - 液体中の溶存炭酸ガス除去装置 - Google Patents

液体中の溶存炭酸ガス除去装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は純水や超純水のような脱塩水あるいはその他
の水中に溶存している炭酸ガスを気液接触法により分離
除去する液体中の溶存炭酸ガス除去装置に関する。
〔従来の技術〕
溶存炭酸ガスの除去が求められる用途分野に適合する
脱塩水を得るため、これまでは、空気をそのまゝ脱塩
水に接触させて曝気する方法、空気をあらかじめNaOH
水溶液等のアルカリと接触させて炭酸ガスを低減させた
後、脱塩水に接触させて曝気する方法、窒素ガス等を
高圧ボンベ等から処理槽内に供給し脱塩水と接触させて
曝気する方法、真空脱気による方法、加熱による方
法、薬注によるpH調整を行い平衡関係に変化を与えて
除去を容易にする方法、等が単独であるいは組み合わせ
て利用されている。
〔発明が解決しようとする課題〕 前記した従来法のうち、の空気をそのまゝ脱塩水に
接触させる方法に関しては、空気中の炭酸ガス濃度300p
pmと平衡となる液中濃度2ppm程度にまでしか除去でき
ず、溶存炭酸ガスの除去が求められる用途分野に適合す
る脱塩水を得ることができない。
また、の空気をNaOH水溶液等のアルカリと接触させ
て炭酸ガスを低減させた後、脱塩水に接触させる方法に
ついては、アルカリのミストが改質空気に同伴し、脱塩
水に混入するという問題点があり、さらに、の窒素ガ
ス等を高圧ボンベ等から処理槽内に供給し脱塩水と接触
させる方法については、窒素ガスの使用量との関係でボ
ンベの交換頻度が多く手間が掛かると共にランニングコ
ストが割高になるという問題点がある。また、の真空
脱気による方法によった場合は、従来公知のように高さ
10m程度の脱気塔が必要となり建設設備費が嵩むという
欠点があり、の加熱による方法によった場合は、加熱
に必要なエネルギーが大きく処理に多大な費用を要する
という不具合点がある。また、の薬注によるpH調整を
行い平衡関係に変化を与えて除去を容易にする方法に関
しては、安定したpHを維持するのが難しく、炭酸ガス濃
度に変化を生じ、不均一な脱塩水になるという問題点が
ある。
そこで、本発明者はこれら従来方法に伴う不具合点を
解決すべく種々検討した結果、液相中の炭酸ガス濃度が
気相中の炭酸ガス濃度と平衡関係にあることから、液相
中の炭酸ガス濃度を低減するには気相中の炭酸ガス濃度
を低減すればよいことに着目し、被処理液である脱塩水
中の炭酸ガス濃度を低減化にするにあたり、空気中の炭
酸ガス濃度を非化学的手段、すなわちガス分離膜装置で
低減化した改質空気を用いれば、脱塩水中の炭酸ガス濃
度を各種用途分野で要求される程度にまで低減させるこ
とができると共に、脱塩水中に従来のようにアルカリ等
を混入させるおそれがないことを見出し本発明を完成す
るに到ったものである。
従って、本発明は気液接触を行わせて脱塩水中の溶存
炭酸ガスを除去するにあたり、処理槽内にガス分離膜装
置によって炭酸ガスを分離除去した改質空気を処理槽内
に供給し、低コストであるにも拘らずきわめて効率良く
脱塩水中の炭酸ガスを除去できるようになした液体中の
溶存炭酸ガス除去装置を提供することを目的とするもの
である。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するための本発明の構成を詳述すれ
ば、第1請求項に係る発明は、脱塩水等の被処理液と空
気を処理槽内で接触させることにより被処理液中に溶存
している炭酸ガスを分離除去するようになした被処理液
中の溶存炭酸ガス除去装置において、処理槽内に空気を
供給する送気管の管路中にガス分離膜装置を付設し、当
該ガス分離膜装置によって空気中の炭酸ガスを分離除去
した改質空気を用いて処理槽内で気液接触を行わせるよ
うに構成したことを特徴とする液体中の溶存炭酸ガス除
去装置であり、また、第2請求項に係る発明は、ガス分
離膜装置の後段にエアフィルターを付設し、当該エアフ
ィルターにて除塵した改質空気を処理槽内に送り込むよ
うになした第1請求項記載の液体中の溶存炭酸ガス除去
装置である。
〔実施例〕
以下、本発明装置の具体的構成を被処理液として脱塩
水を用いる場合を例にして、図示の実施例に基づき詳細
に説明する。
第1図は処理槽を充填式の気液接触装置とした本発明
の一実施例を示す概略図、第2図は処理槽を曝気式の気
液接触装置とした本発明の一実施例を示す概略図、第3
図は2段式逆浸透膜装置の中間に本発明装置を付設した
概略図、第4図は2段式逆浸透膜装置の後段に本発明装
置を付設した概略図である。
先づ、第1図に示す実施例では、気液接触を行わせる
処理槽1を、ラシヒリングのような充填物を収容した充
填塔2と、この充填塔2の下部に配設した貯槽3とから
構成したものであり、充填塔2の上部に付設した被処理
液の供給管4より炭酸ガスを除去しようとする被処理液
である脱塩水を充填塔2内に供給すると共に、充填塔2
の下部に付設した送気管5より空気を供給し、互いに向
流接触させるようにしたものである。
そして、この実施例においては、前記送気管5の管路
中にガス分離膜装置6を付設し、当該ガス分離膜装置6
によって空気中の炭酸ガスを分離除去した低炭酸ガス濃
度の改質空気を処理槽1内に供給し得るようにしたもの
である。当該ガス分離膜装置6に装着する分離膜として
は、空気中の酸素(O2)や窒素(N2)ガスに比べて、炭
酸ガス(CO2)をより選択的に透過させる性質を有する
膜を使用する。本発明者の研究の結果、一般に酸素富化
膜もしくは窒素富化膜と称されている分離膜がこのよう
な性質を有していることを知見し、当該知見に基づいて
本発明を成すに到ったのであり、膜の具体例については
後述する。なお、上述の説明から明らかなごとく、当該
ガス分離膜装置6に空気を加圧下に供給することによ
り、空気中の炭酸ガスの多くは分離膜を透過して当該ガ
ス分離膜装置6の透過側に排出され、よって当該ガス分
離膜装置6の非透過側からは炭酸ガス濃度の低減された
改質空気を得ることができる。
その他、第1図中の7は空気をガス分離膜装置6に圧
送するためのコンプレッサー、8はガス分離膜装置6の
前段の送気管5中に付設したプレフィルター、29はガス
分離膜装置6の透過側に付設したガス排出管、9はガス
分離膜装置6の非透過側に接続した送気管5中に付設し
た改質空気の除塵フィルター、10は処理槽1をなす貯槽
3に付設した処理液の排出管をそれぞれ示すものであ
る。
この第1図に示す充填式の気液接触装置によった場
合、コンプレッサー7によりガス分離膜装置6に空気を
供給することによって、前述のごとく炭酸ガスとその他
の酸素や窒素ガスとの分離がなされ、炭酸ガス濃度の低
い改質空気が当該装置6の非透過側に付設した送気管5
から得られ、一方炭酸ガス濃度の高いガスが、当該装置
6の透過側に付設したガス排出管29から排出される。
従って、充填塔2内で被処理液と向流接触する、送気
管5を介して送られる改質空気は、ガス分離膜装置6に
よって低炭酸ガス濃度となっているので、被処理液中の
炭酸ガス濃度を従来より格段に低下させることができる
もので、脱炭酸ガス処理の済んだ処理液は貯槽3より排
出管10を通じて次段の処理装置等へ送られていくもので
ある。
次に、第2図に示す実施例では、気液接触を行わせる
処理槽1を曝気槽となしたものであり、図中11は処理槽
1内の上部に配設した散液手段、12は当該散液手段11に
被処理液を送る供給管、13は処理槽1内の下部に配設し
た散気手段、14はこの散気手段13に空気を送る送気管で
あり、15は当該送気管14の管路中に付設したガス分離膜
装置を示す。また、16はガス分離膜装置15に空気を圧送
するためのコンプレッサー、17はガス分離膜装置15とコ
ンプレッサー16の間の送気管14中に付設したプレフィル
ター、18はガス分離膜装置15の後段の送気管14中に付設
した除塵フィルター、19は処理槽1の上部と送気管14を
結ぶ改質空気の戻し管、20は当該戻し管19中に付設した
ブロアー、30はガス分離膜装置15の透過側に付設したガ
ス排出管、21は当該ガス排出管30の管路中に付設した真
空ポンプ、22は処理槽1の下部に付設した処理液の排出
管をそれぞれ示すものである。
この第2図に示す曝気式の気液接触装置によった場合
も、前記第1図に示す実施例の場合と同様に、曝気槽内
で被処理液と接触する空気は、ガス分離膜装置15によっ
て低炭酸ガス濃度となっているので、被処理液中の炭酸
ガス濃度を従来より格段に低下させることができるもの
で、処理液は処理槽1の下部に接続した排出管22を通じ
て次の処理装置等へ送られていくものであり、処理槽1
の上部に上った改質空気は場合により戻し管19を介して
再び送気管14中に戻すこともできるものである。なお、
第2図に示した実施例では、コンプレッサー16によって
ガス分離膜装置15に加圧空気を供給すると共に、真空ポ
ンプ21によって当該ガス分離膜装置6の透過側を吸引す
ることによって、より効率的なガス分離を行わせるよう
になしている。
本発明装置に用いるガス分離膜装置に装着する分離膜
としては、前述のごとく炭酸ガスを選択的に透過させる
性質を有する膜であれば如何なるものでもよいが、その
一例を示せば以下のごとくである。すなわち、膜素材と
しては、ポリトリメチルシリルアセチレン、ポリブチル
アセチレン、ポリジメチルシロキサン、三酢酸セルロー
ス等が好適に用いられる。それぞれの膜素材の特性を次
表に示す。なお、表において、最右欄の「CO2/N2分離
性」の数値が大きいほど炭酸ガスの選択的透過性に優れ
ていると言える。
本発明に利用し得る膜素材は、上記表に示したものに
限定されないのは勿論のこと、その形状も平膜状、スパ
イラル状、プレート&フレーム状、ホロファイバー型等
いずれでもよいものであり、ガス分離膜装置の運転方法
についても非透過側を加圧、透過側を減圧、あるいはそ
の組合わせとしてもよいものである。
本発明者による実験の結果、炭酸ガス濃度300ppmの空
気を7kg/cm2に加圧して2m2の分離膜を有するガス分離膜
装置に供給した場合、炭酸ガス濃度30ppmの改質空気が
回収率80%で得られることが判明した。本発明装置はこ
のようにして得た改質空気をそのまゝ、あるいは除塵フ
ィルターで改質空気中の微粒子等を除去してから被処理
液である脱塩水と接触させるようにしたもので、ガス分
離膜装置内に配設した分離膜の膜面積を変化させること
によって炭酸ガス濃度を調整することもできることが判
った。
第3図に示すように、2段式逆浸透膜装置からなる純
水製造装置の、2段に配設した逆浸透膜装置24,25の中
間に本発明装置23を配置して用いることもできるし、あ
るいは第4図に示すように2段に配設した逆浸透膜装置
24,25の後段に配置して用いることもでき、第4図に示
すように配置した場合には、中間のポンプを省略するこ
とが可能となるものである。なお、第3図及び第4図中
における26は被処理水貯槽、27は送水ポンプ、28は塔内
にH形のカチオン交換樹脂とOH形のアニオン交換樹脂と
の混合イオン交換樹脂を充填してなるカートリッジ式ポ
リシャーをそれぞれ示すものである。
〔発明の効果〕
本発明の液体中の溶存炭酸ガス除去装置は以上のよう
な構成からなるものであり、脱塩水中の溶存炭酸ガスを
非化学的手段で簡単に、しかも低コストで除去すること
ができるものである。
すなわち、改質空気をガス分離膜装置を用いて製造し
ているので従来のような薬品を使用することがなく、脱
塩水のpH調整も不要になると共に、連続運転が可能であ
り、窒素ガスを用いる従来法と比べボンベ交換もなくな
るものである。
また、本発明装置によった場合主なランニングコスト
はコンプレッサー駆動に要する電力費であるが、原料5m
3/Hrの空気を7kg/cm2に加圧するコンプレッサーの動力
は0.75Kwh程度であり、改質空気の回収率80%、電力コ
ストを150円/Kwhとした場合、改質空気の製造コストは3
0円/Nm3程度となり、従来法と比べて処理コストが格段
に安価となる。
さらに、真空脱気のときに必要となる脱気塔等大型の
構造物も不要となるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は処理槽を充填式の気液接触装置とした本発明の
一実施例を示す概略図、第2図は処理槽を曝気式の気液
接触装置とした本発明の一実施例を示す概略図、第3図
は2段式逆浸透膜装置の中間に本発明装置を付設した概
略図、第4図は2段式逆浸透膜装置の後段に本発明装置
を付設した概略図である。 1:処理槽、2:充填塔 3:貯槽、4:供給管 5:送気管、6:ガス分離膜装置 7:コンプレッサー、8:プレフィルター 9:除塵フィルター、10:排出管 11:散液手段、12:供給管 13:散気手段、14:送気管 15:ガス分離膜装置、16:コンプレッサー 17:プレフィルター、18:除塵フィルター 19:戻し管

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】脱塩水等の被処理液と空気を処理槽内で接
    触させることにより被処理液中に溶存している炭酸ガス
    を分離除去するようになした被処理液中の溶存炭酸ガス
    除去装置において、処理槽内に空気を供給する送気管の
    管路中にガス分離膜装置を付設し、当該ガス分離膜装置
    によって空気中の炭酸ガスを分離除去した改質空気を用
    いて処理槽内で気液接触を行わせるように構成したこと
    を特徴とする液体中の溶存炭酸ガス除去装置。
  2. 【請求項2】ガス分離膜装置の後段にエアフィルターを
    付設し、当該エアフィルターにて除塵した改質空気を処
    理槽内に送り込むようになした第1請求項記載の液体中
    の溶存炭酸ガス除去装置。
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