JP3529431B2

JP3529431B2 - 液体流から帯電した粒子を分離するための改良されたフィルタおよび方法

Info

Publication number: JP3529431B2
Application number: JP14889794A
Authority: JP
Inventors: セイラムエリ
Original assignee: ザグレイヴァーカンパニー
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 2004-05-24
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JPH07136426A; DE69409716D1; MX9405034A; US5376278A; FI943144A0; EP0633066A1; KR950002828A; FI943144A; CN1111542A; CA2126739A1; CA2126739C; EP0633066B1; DE69409716T2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、濾過並びに吸着によ
り、液体から帯電粒子を分離することに関連する。本発
明は、また改良されたフィルタにも係わる。

【０００２】

【技術的背景】表面濾過(surface filtration)におい
て、固体は、多孔性フィルタ媒体の表面において支配的
なフィルタケーキを生成する。表面濾過は深部濾過(dep
th filtration)とは区別され、該深部濾過では固体の大
部分がフィルタ媒体の比較的深部部分にトラップされ
る。表面および深部濾過において、該フィルタ媒体はし
ばしば逆洗可能であるか、使い捨て型であり得るカート
リッジ形状にある。このフィルタ媒体は、例えば綿、ポ
リプロピレン、ナイロン、ポリエチレン、ポリエステル
または金属金網で作成できる。プレコート濾過(precoat
filtration)は濾過の特別な部類のものである。プレコ
ート濾過フィルタエレメントはセプタムと呼ばれる多孔
性支持構造体上に適用されるフィルタ媒体を使用して、
該セプタムから実質的に分離されたフィルタケーキを生
成する。該プレコートは、例えば珪藻土、パーライトま
たはセルロース繊維等の粒状物質であり得る。このセプ
タムは織布、糸巻きエレメント(yarn-wound element)、
堆積(laid)不織布、または比較的剛性の有孔エレメント
であり得る。このプレコートは濾過機能を果たし、結果
として該セプタムの堆積(fouling) を防止する。典型的
には、該プレコート媒体の寸法は該セプタムの孔サイズ
よりも大きい。該セプタムは、主として支持部材として
機能し、また該プレコート媒体は起こり得る濾過の殆ど
を達成する。該プレコートを、周期的に、例えば逆洗に
より除去し、別のプレコートを適用する。

【０００３】該濾過機能を達成することに加えて、幾つ
かのプレコートは処理液体流中の異物と化学的に相互作
用することもある。例えば、イオン交換樹脂を含むプレ
コートが、レベンダスキー(Levendusky)に付与された米
国特許第3,250,702 号、同第3,250,703 号、同第3,250,
704 号および同第3,250,705 号に記載されている。粉末
化したカチオンおよびアニオン交換樹脂の混合物を、加
圧シェル内のフィルタカートリッジエレメントの外部上
に約1/60〜約２インチ(0.042〜5.08cm) の厚みのプレコ
ートを適用する。開示されたイオン交換樹脂は約100 〜
400 メッシュの範囲の粒径を有する。粉末化したカチオ
ンおよびアニオン交換樹脂の混合物でプレコートされた
フィルタを横切る圧力差は、該樹脂が清浄である場合に
は比較的低い。圧力差の改良は、カチオンおよびアニオ
ン交換粒子を凝集して、該混合物を液体流に対してより
透過性とする傾向のある静電力に帰せられるものであ
る。他の材料、例えばセルロース繊維をカチオンおよび
アニオン樹脂の混合物に配合して、より一層凝集性かつ
透過性の凝集混合物を生成する。濾過助剤物質の反対電
荷で帯電した粒子からなる凝集フィルタプレコートを使
用する不純物の除去法は、米国特許第4,177,142 号に記
載されている。ここに開示された濾過助剤物質は珪藻
土、セルロース繊維、チャーコール、発泡パーライト、
アスベスト繊維、イオン交換樹脂、および無機イオン交
換体を包含する。フィルタ床は濾過助剤物質の反対電荷
で帯電した粒子の混合物として記載されており、該濾過
助剤物質の幾つかは通常の表面電荷を有し、かつ他方は
化学的に誘発される表面電荷をもつものである。この反
対電荷で帯電した粒子のプレコートは上記の凝集現象を
示す。

【０００４】特殊化された装置が、機械的並びにイオン
交換プレコートの利点を首尾よく発揮させるために開発
された。例えば、UK特許出願GB2 214 447Aは長手方向に
襞をもつセプタムを有するプレコートフィルタ用のフィ
ルタエレメントを開示している。逆洗中は、円周方向の
バンドで該セプタムを締めつける。最小の厚み約５mm
(0.2インチ）をもつプレコートが記載されている。この
出願は、原子力発電システム用の給水および復水(conde
nsate)の処理において、プレコート型フィルタをイオン
交換樹脂被覆と共に使用すること、および該フィルタを
逆洗して該プレコートを除去できることを述べている。
種々の型の限外濾過および精密濾過装置が、水流、特に
ボイラー補給水および復水返還流から金属腐食生成物を
分離するために利用されている。限外濾過は分子尺度で
の、圧力で稼働する濾過であり、これはシートフィルタ
あるいはまた孔径約0.01μの中空繊維を通して液体流を
通過させることを含む。精密濾過は、シートフィルタ、
例えば膜、カートリッジフィルタ、または孔径約0.1 μ
の襞付きフィルタを使用して、比較的大きなコロイドお
よび懸濁粒子を分離することを意図する。また、孔径約
0.1 μの中空繊維を精密濾過で使用することもできる。
中空繊維が約0.1 〜約１mmの範囲内の内径を有するチュ
ーブである点で、該中空繊維はシートフィルタ膜とは異
なる。シートフィルタは通常平坦なシートまたはシート
から作成した螺旋状に巻いた膜である。しかしながら、
中空繊維精密濾過およびシート精密濾過は、しばしば同
一の材料、例えば酢酸セルロース、ポリアミド、ポリス
ルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフラン、ナイロン
およびポリエチレンから形成される。該シートフィルタ
は、通常注型により製造される中空繊維と比較して、織
り、堆積し、注型し、巻き、押出しまたはホットメルト
並びに噴霧によって作成できる。シートフィルタはセプ
タムの単位面積当たり、比較的高い流量の液体を処理で
き、しかも該中空繊維よりも設置並びに稼働が一般的に
より経済的である。

【０００５】特開平02-83020は、イオン性の不純物、例
えば鉄および銅イオンを除去するための、粉末化したカ
チオン交換樹脂で被覆した中空繊維による循環水の濾過
について記載している。この特許出願は、場合により酸
化鉄を該被覆として使用できると述べている。この特許
出願に記載されたカチオン交換樹脂の使用は粒状物質と
いうよりも、寧ろイオンの除去を意図しているものと考
えられる。中空繊維フィルタを使用した濾過法が特開昭
62-87023、同62-220200 および特開平011-80205 に記載
されている。酸化鉄の微粒子を含有する水を、該中空繊
維フィルタに繰り返し通して、該膜上に薄い酸化鉄また
は水酸化鉄の被膜を形成する。この薄い被膜が、後に該
フィルタ上に捕集される不純物の逆洗を容易にすると述
べている。この報告による限り、該酸化鉄の層は該再循
環流中の鉄(II)イオンから該膜を遮蔽し、これにより該
膜表面上への該鉄(II)イオンの沈析を防止している。中
空繊維フィルタおよびシートフィルタは原子力発電ステ
ーションで使用するのに極めて適している。というの
は、これらが効果的な逆洗を可能とし、しかも比較的少
量の放射性廃棄物の逆洗排水を生成するからである。中
空繊維フィルタを使用した場合、シートフィルタを使用
した場合と比較して、単位体積当たりの表面積が比較的
高いフィルタエレメントを製造することができる。他
方、該シートフィルタは比較的高い流束速度、低い初期
コストおよび低い置換コストをもたらす。

【０００６】原子力発電プラントで使用するためのフィ
ルタを選択する際の重要なファクタは特定の使用におけ
る逆洗の頻度および該フィルタが逆洗後に比較的低い圧
力差を示すか否かである。比較的小さな孔をもつフィル
タはその外表面に鉄腐食生成物を蓄積する傾向があり、
これは多分その孔が多くの異物よりも小さなサイズを有
するからであろう。比較すると、比較的大きな孔を有す
るフィルタは該異物、例えば鉄腐食生成物の幾分かをそ
の表面の背後に透過する傾向がある。比較的大きな孔を
有するフィルタは、元の状態の圧力差を回復するよう
に、完全に逆洗することをより困難にする恐れがある。
もう一つの重要な選択上のファクタは、フィルタの逆洗
または棄却の結果として廃棄される材料の量である。廃
物の廃棄は通常経費が掛かる。幾つかの用途において
は、使用済みのプレコート媒体および使用済みの逆洗水
は放射性物質または危険な廃物として処理する必要があ
る。比較的高い効率で、水流から鉄腐食生成物を除去
し、かつ該フィルタをほぼその元の清浄な状態に戻すよ
うに除去することのできるフィルタケーキを生成する、
改良された濾過法に対する要求がある。この改良法は比
較的低い初期圧力差および詰まりまたはプレコートの消
耗により中断されることのない、長い使用サイクルをも
たらすべきである。この改良法は棄却しなければならな
い廃物を、必要以上に生成するものであってはならな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題および課題を解決するた
めの手段】本発明は、比較的高い効率で、かつ低い差圧
にて、水流から腐食生成物、クレー、錆、灰および凝集
した廃物等の帯電した粒子を除去する方法を提供するこ
とにある。この方法において、シートフィルタの濾過表
面は、比較的少量のイオン交換物質を該フィルタ表面上
に分配することによりコンディショニングされる。この
イオン交換物質の量はプレコート濾過において従来使用
されていた量よりも著しく低いが、該腐食生成物の比較
的微細な部分を吸着するのに有効である。カチオン交換
物質は正に帯電した粒子を除去するのに使用され、一方
でアニオン交換物質は負に帯電した粒子を除去するのに
使用される。次いで、腐食生成物を含有する液体流を比
較的高い流量で該シートフィルタに通じる。高い濾過効
率および有利に低い差圧が得られる。このコンディショ
ニングされたシートフィルタは比較的長いランレングス
を示し、その間に該フィルタ上に保持された帯電粒子の
量は適用されたイオン交換物質の重量を越える可能性が
ある。一局面において、本発明は帯電粒子の除去方法を
提供する。この方法は汚染された液体流と接触する濾過
媒体をもつシートフィルタを作成することを含む。この
濾過媒体は約0.1 〜約25μの中央平均サイズ（median a
verage size)をもつ孔を有する濾過表面を画成する。多
重濾過媒体層を直列式に使用できる。このシートフィル
タの濾過表面上に、帯電粒子を吸着し得る比較的少量の
イオン交換物質を適用することにより、該シートフィル
タをコンディショニングする。該イオン交換物質は、該
濾過表面１平方フィート当たり平均約0.0005〜約0.075
ポンド(2.44 〜366.2g/m²)の量で適用される。

【０００８】その後、該液体流を１分当たりかつ該濾過
表面１平方フィート当たり約0.2 ガロン(0.979g/分/c
m³) の流量で、該フィルタに通される。同様に、約20lb
/in²(14.1g/cm²) 未満の該フィルタを横切る圧力差が観
測され、一方で該液体流中の該帯電粒子の約90% を越え
る量が該フィルタ上に保持される。驚くべきことに、こ
の方法は該フィルタ上に保持された帯電粒子の量が該適
用されたイオン交換物質の重量に少なくとも等しいか、
あるいはそれを越える量となるまで、継続することがで
きる。もう一つの局面によれば、本発明はアモルファス
および他の酸化鉄腐食生成物を分離する方法に関連す
る。この方法において、濾過表面を画成する濾過媒体を
有するシートフィルタが水流と接触状態にある。この濾
過表面は約0.1 〜約25μの範囲の平均サイズをもつ該濾
過媒体を介して完全に連通している孔を有する。約0.3
〜約200 μの範囲内の重量平均中央サイズ(median siz
e) をもつ粒状イオン交換樹脂を適用することにより、
該フィルタをコンディショニングする。このイオン交換
樹脂はアモルファス酸化鉄および他の腐食生成物を吸着
でき、平均して該粒子の単層に相当する量の約1/5 〜約
20倍の量で該濾過表面上に存在する。また、このイオン
交換樹脂は該濾過表面１平方フィート当たり約0.0005〜
約0.075 ポンド(2.44 〜366.2g/m²)の量で存在する。そ
の後、該液体流を１分当たりかつ該濾過表面１平方フィ
ート当たり少なくとも約0.2 ガロン(0.979g/分/cm³) の
流量で、該フィルタに通され、一方で、約20lb/in²(14.
1g/cm²) 未満の圧力降下が生ずる。該フィルタ上に保持
される腐食生成物重量が該適用されたイオン交換物質の
重量と少なくともほぼ等しくなるまで、該腐食生成物の
分離効率が約90重量％を越えるように操作を継続するこ
とができる。

【０００９】第三の局面においては、本発明は比較的広
い粒径範囲をもつ金属腐食生成物を分離する方法を提供
する。該腐食生成物の比較的微細な部分はイオン交換物
質粒子により構成される吸収性バリヤーに吸着される。
この吸着性バリヤーは、イオン交換物質粒子の単層に対
応する量の約1/5 〜約20倍に相当する量で存在する。ま
た、この吸収性のバリヤーは該濾過表面１平方フィート
当たり約0.0005〜約0.075 ポンド(2.44 〜366.2g/m²)の
量で存在する。該粒子は汚染した水流と接触状態にある
多孔性シートフィルタの上流側濾過表面上に分布してい
る。該腐食生成物の微細部分は、該シートフィルタ孔の
中央サイズの約1/10〜約５倍の重量平均の平均サイズを
有する。該腐食生成物の比較的粗い部分は該濾過表面近
傍に実質的に機械的に保持される。この粗い部分は該シ
ートフィルタの孔の中央の約５〜約50倍の重量平均サイ
ズを有する。該腐食生成物の微細部分を吸着することに
より、該吸着性バリヤーは、該腐食生成物が該シートフ
ィルタに侵入して、これをファウリングするのを防止す
る。同時に、完全に該シートフィルタを透過してしまう
であろう極端に微細な粒子も吸着されかつ保持される。
結局、このシートフィルタは、腐食生成物の全重量が該
イオン交換物質の粒子の初期重量に少なくともほぼ等し
いか、もしくはそれよりも大きくなるまで動作し得る。
更に別の局面において、本発明は帯電粒子を分離するた
めのシートフィルタを提供する。このシートフィルタ
は、上流側の濾過表面を画成する濾過媒体を有するシー
トフィルタエレメントを含む。該表面は比較的広い範囲
の粒径をもつ帯電粒子を担持する液体流を実質的に濾過
するのに適している。該表面は約0.1 〜約25μの中央サ
イズを有する孔を画成する。このシートフィルタは、ま
た粒状イオン交換物質から構成される吸着性バリヤーを
も含む。該イオン交換物質は該帯電粒子を吸着でき、か
つ該濾過表面１平方フィート当たり平均約0.0005〜約0.
075ポンド(2.44 〜366.2g/m²)の量で該濾過表面上に分
配される。好ましくは、このシートフィルタは、２以上
の、相互に異なる量で分配されたイオン交換物質を有す
る濾過媒体層を含む。

【００１０】本発明は、液体流から帯電粒子を分離する
方法を提供する。例えば、この方法は化石燃料型および
原子力型両者の蒸気発生器におけるボイラー給水として
使用するのに適した比較的純粋な水を製造できる。この
方法は、トランジスターおよびコンピュータチップ等の
高品位電子部品の製造において使用するのに適した水を
製造できる。この方法は、広範囲の流体流から腐食生成
物、クレー、錆、灰または凝集した廃物を除去するのに
利用できる。更に、この方法は貯蔵中に放射性燃料要素
を水中に沈めるのに使用された「低レベルの放射性廃棄
流」からの放射性粒子の分離を可能とする。この方法
は、「脱塩処理(condensate polishing)」と呼ばれる復
水流処理の全体または一部を与え、またスチーム系から
腐食生成物を除去するための一次的な手段として機能で
きる。本発明は適当な液体流から比較的僅かに帯電した
殆どあらゆる型の粒子を分離するのに有用であると考え
られる。ここで、「帯電粒子」なる用語は、所定の液体
に分散された場合に、イオン交換物質により吸着できる
帯電粒子となるのに十分な大きさの静電荷をもつ小さな
固体物質または別々の液滴を意味するものとする。この
静電荷の大きさおよび極性は、該帯電粒子が分散されて
いる該液体の組成に依存する。適当な液体は、即座にイ
オン交換物質に堆積(foul)せず、あるいは本発明の方法
により分離することを意図しているもの以外の、比較的
高濃度のイオンまたは帯電粒子を担持するものである。
好ましくは一局面（本発明を例示するものであって、限
定するものではない）においては、本発明はスチーム発
生システムにより生成される復水流から腐食生成物を分
離する方法を提供する。このスチームシステムは鉄製の
チューブおよび銅合金チューブを備えたスチーム発生ゾ
ーンを含む。このスチーム発生ゾーンは、液相が気体相
から分離されるボイラードラムを含む。また、このスチ
ーム発生ゾーンは、特に超臨界的圧力下で稼働するため
には、ドラムレス設計であり得る。このスチーム発生ゾ
ーンは、核反応装置、化学反応装置または幾つかの他の
熱源、例えば熱加工流を包含する。蒸気または超臨界ス
チームは熱の付与により発生する。このスチームは該ス
チーム発生ゾーンを出て、エネルギーを抽出するための
タービンに通される。

【００１１】該タービンを出たスチームはコンデンサ内
で冷却されて、復水流を形成する。復水用ポンプは該復
水を再利用のために輸送する。この復水流は、場合によ
り再利用前に一時的に保存され、該スチームシステムに
より消耗された水を置換すべく補充された処理済みボイ
ラー給水と併合される。この復水流は比較的少量の補充
水と共に、１以上の工程で脱塩処理工程に付される。こ
の脱塩処理工程の主な目的は、該復水流から金属腐食生
成物を除去することにある。殆ど全てのスチームシステ
ムにおいて、水が鉄または銅合金製のチューブ、容器壁
またはバルブと接触している。該合金の幾分かの腐食
は、細心の操作手順を使用したとしても避けられない。
かかる腐食の生成物を該スチームシステム中に残してお
いた場合には、重大な損傷が起こるであろう。例えば、
鉄を含有する腐食生成物は高熱移動領域におけるチュー
ブの内部に堆積層を形成し、ボイラーチューブの破損を
もたらすことが知られている。このような堆積物の除去
に必要な酸洗浄手順は経費か嵩み、しかも多大の時間を
浪費する。同様に、鉄含有腐食生成物はタービンのブレ
ード上に蓄積される傾向があり、かくしてタービン効率
の大幅な損失を生じ、該タービンブレードの不釣合いを
生じ、しかも場合によっては該タービンの停止を余儀な
くする恐れがある。

【００１２】最も一般的な鉄含有腐食生成物は酸化鉄で
ある。酸化鉄はFe₂O₃、Fe₃O₄およびFeOOH を包含す
る。これらは結晶またはアモルファス状態の何れかで存
在し得る。ボイラーの給水中に見られるおもな結晶型の
ものはFe₃O₄、α-Fe₂O₃、α-Fe₃O₄、α-FeOOHおよびΓ
-FeOOHである。しかしながら、該酸化鉄の実質的部分は
アモルファスであり、かつ該アモルファス物質は、公知
のフィルタを包含する機器の堆積において特に大きな影
響をもつ。この鉄含有腐食生成物は、一般的にこれらを
懸濁する水が十分に低いpHにて酸性とされた場合には分
解する。しかしながら、多くの高圧ボイラーはpH6.5 以
上、幾つかの場合にはpH8.5 以上に制御されていて、該
腐食生成物は主として固体粒子として存在する。該鉄化
合物は、しばしば約0.1 〜約５μの粒径をもつコロイド
粒子として存在する。例えば、酸化鉄、酸化コバルトお
よび酸化ニッケルが本発明を利用して除去でき、この場
合これら酸化物は懸濁状態、コロイド状態または溶解状
態の何れであっても良い。この方法を、一般的には復水
並びに他の水流から遷移金属酸化物を除去するために利
用することを意図している。該遷移金属はハンドブック
オブケミストリー＆フィジックス(Handbook of Chemist
ry and Physics),第51版、ザケミカルラバー社(The Che
mical Rubber Company) 刊の裏表紙の内側に記載された
ような元素周期律表の第3b、4b、5b、6b、7b、８、1bお
よび2b族に見られる遷移金属元素である。異物の濃度
は、該水性系の重量を基準として、約0.1 〜約1,000pp
m、好ましくは約１〜約500ppm、より好ましくは約10〜
約30 ppmの範囲内である。この異物の濃度を、本発明の
方法により少なくとも約90重量％減じることが好まし
い。

【００１３】ここで、フィルタはアセンブリーであり、
濾過表面を画成する１以上の濾過媒体層および該フィル
タエレメントを支持し、かつ流体流の流れを導くフィル
タハウジングを含む。このフィルタは予備濾過媒体層お
よび後−濾過媒体層を含むことができる。このフィルタ
は、また直列または並列流配列で、多数のフィルタエレ
メントを含むこともできる。バルブ、計装および他の機
器を、場合によりこのフィルタと共に使用する。この方
法はシートフィルタの濾過表面でまたはその近傍で実施
する。本明細書で定義した如く、シートフィルタとは、
実質的に平坦な層あるいはまた実質的に平坦な層から変
形した形状の多孔性濾過媒体を有するフィルタを意味す
る。シートフィルタは薄片状、環状、襞付き、平坦な膜
および螺旋状に巻かれた膜フィルタを包含する。このシ
ートフィルタの濾過媒体は凝集媒体、例えば堆積され
た、織られた、ホットメルト成形および吹き込み成形し
たマット、または繊維等の比較的小さな構造体の集合体
から巻き取ったものであり得る。また、該シートの濾過
媒体は実質的に一体型の媒体、例えば押出しまたは注型
膜であってもよい。本明細書で使用する用語「シートフ
ィルタ」とは、濾過媒体として中空繊維を使用するフィ
ルタを含まない。例えば、米国特許第4,269,707 号、同
第4,293,414 号、英国特許出願第GB2214447A号（これら
を本発明の参考文献とする）に記載されたフィルタエレ
メントが本発明の方法で使用するのに適している。一般
に、適当なシートフィルタは、分離すべきターゲットで
ある粒状の金属腐食生成物の最小の有意な部分のサイズ
とほぼ同等またはそれよりも大きい孔を画成する濾過表
面を有する。好ましくは、該シートフィルタの該濾過表
面は約0.1 〜約25μ、より好ましくは約0.3 〜約５μ、
最も好ましくは約0.3 〜約1.0 μの範囲の中央平均サイ
ズを有する孔を画成する。

【００１４】該シートフィルタを形成する繊維はその起
源において天然または合成の、例えば綿またはポリエス
テル繊維であり得る。また、該シートフィルタは金属、
例えばステンレススチール等から形成した網篩であり得
る。このフィルタエレメントは、該フィルタが著しい損
傷を受けずに逆洗に耐え得る程度に実質的に強靱である
ことが好ましい。このフィルタエレメントは、これを強
化するために構造的な支持体を備えていてもよい。例え
ば、外部バンド、有孔チューブまたは付随的な繊維マト
リックスを組み込んで、逆洗並びに通常の操作中該濾過
表面を支持することができる。このシートフィルタは、
該濾過媒体の該濾過表面に、イオン交換物質を、吸着バ
リヤーを形成するのに十分な量で適用することによりコ
ンディショニングされ、該バリヤーは帯電粒子、例えば
金属腐食生成物、灰、クレーまたはフロック等の比較的
微細な部分を吸着する。該イオン交換物質は、該金属腐
食生成物の比較的粗い部分を実質的かつ機械的に維持で
きる床またはプレコート層を形成するには不十分であ
る。該比較的粗い部分は、該粗い粒子間にギャップをも
って該多孔性濾過表面上またはその近傍に実質的に止ま
る。該ギャップは比較的微細な粒子を担持する液体の該
イオン交換物質の流下を可能とする。このように、該イ
オン交換物質は該微細な粒子を維持でき、かくして該粒
子の除去性を改善し、しかも該フィルタの使用の際に、
該フィルタエレメントを横切って観測される圧力差に有
意に寄与することなく、比較的長期間に渡り該濾過表面
の詰まりを防止する。

【００１５】理論的には、該シートフィルタの理想的な
コンディショニングは、該濾過表面を横切って均一に分
布するイオン交換物質のほぼ一層からなるであろう。こ
こで、粒子が可能な最大の量で表面上に存在し、しかも
該粒子各々が同時に該表面と接触しかつ最大の隣接粒子
数をもつ場合に、該粒子は単層を形成する。即ち、該単
層の粒子は該表面に最密充填されるが、相互に積層状態
にはない。同様な粒子の一つの単層の重量に相当する粒
子の重量を定義することが便利である。例えば、単層の
約1/5 から構成される吸着性バリヤーは、完全な単層を
形成するのに必要とされる重量の1/5 に等しい重量のイ
オン交換物質粒子を含む。同様に、10個の単層に相当す
る量は、一つの単層を形成するのに必要とされる量の10
倍である。勿論、約１個の単層を越える量で粒子が表面
上に存在する場合、該粒子の幾分かは当然ながら、他の
粒子上に積層された状態にあるであろう。該イオン交換
物質の重量は、水和状態で測定され、一方で該濾過表面
で使用するはずの型の対イオンと実質的に会合したその
密度から計算される。該濾過表面１平方フィート当たり
の、該濾過表面上の該イオン交換物質のポンドで表した
最適の適用量は、該イオン交換物質の絶対湿潤密度を基
準として、好ましくは約0.0005〜約0.075lb/ft²(2.44〜
366.2g/m²)、より好ましくは約0.005 〜約0.05lb/ft²(2
4.4 〜 244g/m²) の範囲内にある。単層によれば、約1/
5 〜約20個の単層の範囲の量が好ましく、約1/2 〜約10
個の単層の範囲の量が特に好ましく、かつ約１個の単層
に相当する量が最も好ましい。

【００１６】真の密度とも呼ばれる、湿潤絶対密度の適
当な測定法については、R.クニン(Kunin),イオン交換樹
脂(Ion Exchange Resins), 325 (1990) を参照のこと。
該フィルタの任意の部分に維持された該イオン交換物質
の全てを総和することにより、分布したイオン交換物質
の重量が与えられる。しかしながら、該濾過媒体層の上
流側の表面、あるいはまた濾過媒体層の一つの上流側の
表面により表される面積のみが該装入量の計算に含めら
れる。該シートフィルタが多数の多孔性層を含む場合、
最大量の該イオン交換物質を保持する層が、該濾過媒体
層であって、計算の目的のための該上流側の表面を画成
する。他の層は該計算上の面積として入ってこない。該
濾過媒体層が襞をもつ場合、該層は取り外され、かつ平
坦化されるが、該上流側の表面積の計算のための測定前
には引き延ばされない。該イオン交換物質はカチオン交
換物質、好ましくは吸着性の樹脂を主成分とする強酸性
カチオン交換物質であり得る。カチオン交換物質は、中
性のpH乃至酸性水性流中に懸濁した場合に電気的に正の
表面電荷をもつ腐食生成物、例えば鉄腐食生成物を分離
する上で特に有効である。該吸着性樹脂ベースとして適
当な材料はスルホン化され、架橋されたポリスチレン樹
脂、アクリル樹脂およびフェノール樹脂を包含する。こ
れら樹脂は微視的網状または巨視的網状であり得る。

【００１７】該液体が水である場合、該カチオン交換物
質が二重形態型のカチオン交換樹脂であることが特に好
ましい。樹脂が可逆的に乾燥ゲル形状から、水との接触
により微視的網状で水和された形状に転化できる場合
に、該樹脂が二重形態型を示すと言われる。ゲル状形態
を呈する樹脂は、支配的にゲル型の孔を含み、該孔は分
子型のものであり、かつ該ゲル構造の一部である。巨視
的多孔質形態とも呼ばれる巨視的網状形態は超ゲル(ext
ra-gelular) 孔の大部分を含み、該孔は該ゲル構造の一
部ではない。好ましい二重形態型カチオン交換樹脂の例
はダイアイオン(Diaion 、登録商標) PK212Lなる商標の
下で日本国東京の三菱化成株式会社から市販品として入
手できる樹脂である。二重形態型カチオン交換樹脂は、
本発明と同一の譲受人に譲渡された米国特許第5,192,44
6 号に記載されている。この特許全体を本発明の参考文
献とする。該カチオン交換物質は、好ましくは水素、ナ
トリウム、カルシウム、マグネシウム、モルホリンまた
はアンモニア型、より好ましくは水素、モルホリンまた
はアンモニア型のものである。イオン交換樹脂が特定の
イオン型にあると言われる場合、該イオン交換物質によ
り保持される対イオンが実質的に該特定のイオンからな
る。例えば、ナトリウム型のカチオン交換物質には実質
的にナトリウムイオンが付着している。同様に、Fe(II)
型のカチオン交換物質は実質的にFe(II)対イオンと結合
している。好ましくは、ナトリウム型で測定した場合
に、該イオン交換物質は約0.1 〜約５meq/cm³の範囲内
のイオン交換容量を有する。より好ましくは、該イオン
交換物質は約1.2 〜約2.5meq/cm³の範囲内のイオン交換
容量を有する。

【００１８】また、このイオン交換物質はアニオン交換
樹脂であってもよい。アニオン交換物質は、pH約８以上
を有する水流から金属腐食生成物を分離するのに特に有
効である。本発明において使用する好ましいアニオン交
換樹脂はダイアイオン(Diaion 、登録商標) PK308 なる
商標の下で日本国東京の三菱化成株式会社から市販品と
して入手できる樹脂である。二重形態型イオン交換樹脂
については、既に上で述べた。二重形態型アニオン交換
樹脂は本発明と同一の譲受人に譲渡された継続中の米国
特許出願第08/002,997号に記載されている。この特許全
体を本発明の参考文献とする。カチオン交換物質に関連
して上記した吸着性樹脂ベースの全てがこのアニオン交
換物質で使用するのに適している。このアニオン交換物
質は強塩基性または弱塩基性アニオン交換物質、好まし
くは強塩基性アニオン交換物質であり得る。このアニオ
ン交換物質は該濾過表面上で、水酸化物、塩化物または
硫酸塩型、好ましくは水酸化物型で存在することが好ま
しい。該液体流が水流である場合、該アニオン交換物質
は水和されている。該アニオン交換物質は、微細に粉砕
された固体、例えば球状粒子、角型顆粒または棒状繊維
形状である。何れの場合にも、該形状の最大寸法がその
サイズとして採用される。ここでいう、粒状試料の重量
平均中央サイズとは、該試料中に存在する大きな粒子お
よび小さな粒子の重量が等しいような粒径として定義さ
れる。好ましくは、該イオン交換物質は約10〜約200
μ、より好ましくは約20〜約100 μの範囲内の重量平均
中央サイズを有する。比較的大きなサイズをもつイオン
交換物質はより適したサイズまで粉砕して、本発明で使
用することができる。上記のようなサイズをもつイオン
交換物質は単位体積当たりの所望の大きな表面積を与
え、これは該腐食生成物の吸着を増進する。

【００１９】特に好ましいシートフィルタエレメントは
襞を有し、かつ一緒にカレンダー処理された２またはそ
れ以上の層、好ましくは３層で構成されるものである。
好ましくは、少なくとも一つのカレンダー処理された層
は、好ましくは約0.1 〜約25μ、より好ましくは約0.3
〜約1.0 μの中程度のサイズの孔を画成する。既知サイ
ズ分布をもつ大量のイオン交換物質を保持することが期
待される該カレンダー処理された層（１または複数）は
濾過表面（１または複数）を画成し、濾過媒体層と呼ば
れる。比較的大きな孔を有する付随的な多孔性層は、好
ましくは該濾過媒体層の上流側および下流側に配置され
て、後−濾過、排液、または逆洗および通常の操作中の
機械的支持を与える。特に好ましくはシートフィルタエ
レメントはザグレーバー社(The Graver Company)からア
エギス(Aegis、登録商標) AFA なる商品名の下で市販品
として入手できる。該イオン交換物質は、好ましくは該
濾過表面に適用され、結果として該イオン交換物質を含
有するスラリーを該フィルタに導くことにより、該フィ
ルタをコンディショニングする。好ましくは、該スラリ
ーは、通常の操作中に水流が流れるのと同一の方向に該
フィルタを介して循環される。濾過媒体層を含む多数の
多孔性層を直列式に使用する場合、該イオン交換物質は
変動する量で該層上またはその内部で停滞する。各層上
のイオン交換物質の量およびサイズは主として該層中の
孔サイズ分布に依存する。該イオン交換物質は任意の時
点に適用できるが、好ましくは該フィルタを使用する前
に適用する。また、該イオン交換物質は、該フィルタの
上流側の該イオン交換物質を液体加工流に「ボディーフ
ィード(body feed) 」し、一方で該フィルタを通常の使
用に付すことにより適用される。該イオン交換物質のボ
ディーフィードは、連続、間欠または単一添加の何れで
あってもよい。

【００２０】本発明では、表面電荷をもつイオン交換物
質と、反対表面電荷をもつもう一つの物質、例えば反対
電荷をもつイオン交換物質または反対電荷をもつ濾過助
剤物質との混合物を使用できる。該反対電荷は化学的処
理によって該濾過助剤物質に付与できる。この場合、
「凝集(clumping)」と呼ばれる広く知られた現象が体積
増加を生成し、この体積増加は以前は比較的厚い層、例
えばフィルタプレコート層を介する水圧差における減少
と関連させていた。また、本発明のイオン交換物質は同
様のまたは中性の表面電荷をもつ濾過助剤物質と共に使
用できる。好ましくは、同様な表面電荷をもつ物質、例
えばある型のイオン交換物質（アニオン交換物質または
カチオン交換物質何れでもよい）による該フィルタのコ
ンディショニングは多くの用途において利点をもたら
す。第一に、比較的少量の上記のイオン交換物質による
該フィルタのコンディショニングは、初期操作中に比較
的低い該フィルタを横切る圧力差を発生する。また、該
吸着機能は、該濾過表面の孔を後の操作中のファウリン
グから保護する傾向がある。結果として、例えば反対表
面電荷により生ずる凝集を斟酌することにより、該イオ
ン交換物質を横切る圧力降下を更に減ずる誘因はない。
第二に、多くの用途があり、そこでは該濾過表面に適用
する物質の量を最小化することが重要である。例えば、
本発明を、原子力プラントからの復水の脱塩に利用する
場合、該フィルタ上に残された金属腐食生成物は放射性
であり、特別な取扱い並びに棄却技術を必要とする。該
濾過表面に適用された該イオン交換物質は、当然のこと
ながらこれらの放射性腐食生成物と混合され、特別な取
扱い並びに棄却を要する物質の質量および体積の増大に
寄与する。この点に関連して、凝集濾過助剤の使用は使
用済み濾過助剤物質の棄却体積を増大する傾向があるこ
とに注意すべきである。

【００２１】第三に、単一の共通した表面電荷をもつ粒
状物質の適用が、凝集性粒状物質と比較して、より均一
な適用性をもたらす傾向があることが観測された。例え
ば、凝集性濾過助剤により均一にプレコートすることが
従来は困難であると考えられていた、襞をもつ幾つかの
フィルタを、カチオン交換樹脂によって首尾よくコンデ
ィショニングできる。結局、棄却される質量および体積
を最小化することが重要な用途においては、該シートフ
ィルタを、カチオン交換物質を含むが、本質的にアニオ
ン交換樹脂を含まないイオン交換物質を適用することに
よりコンディショニングすることが好ましい。また、こ
のような用途においては、該イオン交換物質がアニオン
交換樹脂を含むが本質的にカチオン交換樹脂を含まない
ものであることが好ましい。例えば、沸騰水型原子力プ
ラントは、放射性腐食生成物を含むpH約7.0 の復水流を
発生する。このような流れはカチオン交換樹脂であっ
て、かつ本質的にアニオン交換樹脂を含まない樹脂でコ
ンディショニングしたフィルタで処理することが好まし
い。もう一つの例として、本質的にカチオン交換樹脂を
含まないアニオン交換樹脂は、約10〜約11のpHをもつ鉄
−および亜鉛−含有廃水流を処理するのに適しているで
あろう。

【００２２】比較的低い初期差圧および比較的堆積を生
じないことは、本発明のシートフィルタが適度に高い流
束速度および滞留効率にて長い稼働時間に渡って動作す
ることを可能とする。長時間の操作中、従来のフィルタ
と比較して、大量の腐食生成物が該フィルタ上に残され
る可能性がある。該濾過表面１平方フィート当たりかつ
１分当たり約0.2 ガロン(0.979g/cm²/分）を越える、好
ましくは約0.4 ガロン(1.96g/cm²/ 分）を越える高い流
量を、工業的に実施可能な該フィルタを横切る圧力差約
20psi(1.36atm)未満、好ましくは約30psi(2.04atm)未
満、より好ましくは約12psi(0.816 atm)未満において、
維持することができる。この操作中に、約90重量％を越
える、好ましくは約95重量％を越える水流中の腐食生成
物が、保持された腐食生成物の重量を該適用されたイオ
ン交換物質の重量と少なくともほぼ等しいまたはそれ以
上の、好ましくは少なくとも約３倍とするまで、該フィ
ルタ上に保持される。より好ましくは、フィルタの操作
は、保持された腐食生成物の重量が該適用されたイオン
交換物質の重量の少なくとも約５倍となるまで、このよ
うにして継続する。通常、該フィルタを横切る該差圧が
予め定めた最大値を越えた場合に、あるいはまた該イオ
ン交換物質が吸着された腐食生成物によって実質的に飽
和された場合に、フィルタの稼働が停止される。水処理
のための稼働中、上記の如き二重形態型のイオン交換物
質は、公知のイオン交換物質に比して、飽和に達する前
に、該イオン交換物質の単位重量当たり、比較的多量の
腐食生成物を吸着するものと考えられている。ここで、
飽和とは、イオン交換物質が吸着し得る最大の理論的量
の約90重量％以上を吸着した場合に達成されるものと理
解される。この稼働後に該コンディショニングされたシ
ートフィルタエレメントは、場合により、投棄される。
好ましくは、このフィルタエレメントを清浄化し、再度
コンディショニングし、再利用する。より好ましくは、
水処理工業において周知の技術を利用して逆洗すること
により、該フィルタを清浄化する。

【００２３】本発明の成功は如何なる理論にも依存しな
いが、該吸着性バリヤーが、該濾過表面の該腐食生成物
の比較的微細な部分による堆積から保護するように機能
するものと推定される。使用した比較的少量のイオン交
換物質は該腐食生成物との相互作用に関して、比較的短
い滞留時間をもたらす。この短い滞留時間中に、微細な
腐食生成物は該イオン交換物質の樹脂ベースの表面上に
保持されるものと考えられる。更に、該イオン交換物質
の対イオンおよび固定されたイオンが該イオン交換物質
粒子上に有利な電気的表面電荷を誘発し、これが該帯電
粒子の該樹脂ベース表面への接近を助けているものと推
定される。従って、該吸着性バリヤーが、樹脂物質で構
成されるベースに結合した交換サイトを有する、イオン
交換物質粒子で構成されていることが好ましい。水流を
精製するためには、該イオン交換物質が上記の如く二重
形態型の交換物質であることが特に好ましく、このよう
な交換物質は、従来のイオン交換物質と比較して、より
多くの帯電粒子を飽和前に吸着する傾向がある。この吸
着性バリヤーは実質的に該濾過表面上に配置される。該
帯電粒子の比較的粗い部分は、その大部分が該濾過表面
にあるいはその近傍に保持される。該微細部分の吸着
は、実質的に比較的微細な帯電粒子の該フィルタ媒体の
透過を、結果として堆積を、従来の濾過技術と比較して
比較的長い時間に渡り阻害する。該微細部分の吸着は、
また除去効率をも改善する。

【００２４】もう一つの局面において、本発明は帯電粒
子を除去するためのシートフィルタをも提供する。この
ような粒子が液体流中に存在する場合、これらはしばし
ば比較的広い範囲の粒径を有する。さて、図１を参照す
ると、本発明の特に好ましいシートフィルタが図示さ
れ、これはシートフィルタエレメント100 を含み、該エ
レメントは多孔性内部濾過媒体層140 を有し、該媒体層
は水流から粒状の金属腐食生成物を機械的に濾過するの
に適した上流側の濾過表面144 を画成する。この内部濾
過媒体層140 の孔は好ましくは0.1 〜約20μ、より好ま
しくは約0.3 〜約１μの中央サイズを有する。このフィ
ルタは、更に図１には図示しなかった公知のハウジング
をも含み、これは該フィルタエレメント100 を実質的に
包囲している。このシートフィルタエレメント100 はプ
ラスチック末端封止110 および外部包囲構造体120 を含
み、該構造体は該内部濾過表面144 が保持するように工
夫された粒子よりも大きな、好ましくは上記の粒状イオ
ン交換物質よりも大きな孔を画成する。該外部支持構造
体の背後には、多孔性外部濾過媒体層130 がある。この
外部濾過媒体層130 の孔は該外部支持構造体120 の孔よ
りも小さいが、該内部濾過媒体層140 の殆どの孔よりも
大きい。好ましくは、該外部予備濾過媒体層130の孔の
サイズは約10〜約100 μ、より好ましくは約30〜約50μ
である。該フィルタエレメント100 は、排液層150 およ
び内部有孔中心コア160 をも含み、これらは該内部濾過
媒体層140 の下流側に位置する。該内部有孔中心コア16
0 は該外部濾過媒体層130 の孔と同様なまたはそれより
も大きなサイズを有する。

【００２５】該内部濾過媒体層140 は、好ましくはポリ
マー材料で作成される。均一な多孔度をもつ濾過媒体を
与えることのできる任意のポリマー材料が利用できる
が、好ましい濾過媒体材料はポリエステルである。該内
部濾過媒体層140 はアコーディオン状の襞170 様に配列
され、かつ該排液層150 および該中心コア160 の回りに
円筒状に巻かれる。該内部濾過媒体層140 をカレンダー
処理して、外部濾過媒体層130 および該排液層150 とす
る。該内部濾過媒体層140 の端部を一緒に、例えば熱結
合、エポキシ化または超音波溶接し、かつ端部シール11
0 に付着することが好ましい。該襞170 の深さおよび長
さは該シートフィルタエレメント100 の単位長さ当たり
のフィルタ表面積を決定する。該襞170 のサイズは、該
フィルタエレメント100 の10インチ(25.4cm)長さ当た
り、少なくとも３ft²(2787cm²)の該濾過表面144となる
ようなサイズである。最適のフィルタ性能を得るために
は、該フィルタエレメント100 の10インチ(25.4cm)長さ
当たり、７ft²(6503cm²)未満の該濾過表面144 であるこ
とが好ましい。このシートフィルタエレメントは種々の
加工並びに逆洗条件下で操作可能でなければならない。
というのは、これらを含む装置が種々の加工に適したも
のであることを意図しているからである。このフィルタ
に通される加工流の圧力は50ポンド/in²(psi)(3.4 atm)
〜600psi(40.8 atm)の範囲で変えることができる。温度
は約32〜150 °F(0 〜65℃）で変えることができる。該
シートフィルタエレメントは、また種々の逆洗条件に耐
え得る必要がある。既に述べた如く、該フィルタエレメ
ントを逆洗して、該フィルタを通る該加工流の圧力降下
が約５〜約20psi(約0.34〜 1.36 atm)まで増加した場合
に該エレメント上に蓄積された粒子を除去する。このフ
ィルタエレメントを空気と水との組み合わせを使用して
逆洗することが好ましいが、該フィルタエレメントは、
空気を入手し難い場合には、水のみを使用して逆洗する
ことも可能である。

【００２６】この装置を使用する工程に依存して逆洗条
件は変動する。本発明の装置を使用して、加圧水型原子
力発電プラント、あるいはまた化石燃料（または石油ま
たは石炭）燃焼式発電の蒸気プラントのボイラー給水か
ら不純物を除去する場合、逆洗中に該装置に通じる空気
の流量は、１分当たりかつフィルタエレメントの表面積
１ft²当たり、約１〜約1.5 標準立方フィート(scfm)
(0.305〜0.458m³/min/m²) である。逆洗中に該装置に通
じる水の流量は、１分当たりかつフィルタエレメントの
表面積１ft²当たり、約１〜約1.5 ガロン(gpm)(4.894
〜7.341g/cm²/min) である。好ましくは、この装置は約
２〜約12分間、同時に水と空気とで逆洗して、その中の
フィルタエレメントから粒状生成物を除去する。全ての
逆洗流量は、該フィルタエレメントの外部によって画成
されるシリンダの表面積に基くものである。本発明の装
置を、沸騰水型原子力発電プラントのボイラー給水から
粒子を除去するのに使用した場合、逆洗中の空気の流量
はフィルタ面積１ ft²当たり好ましくは約1.5 scfm(0.4
58m³/min/m²)である。水の流量は、好ましくはフィルタ
面積１ ft²当たり約0.5 〜約１gpm(2.447 〜4.894g/cm²
/min) である。この逆洗サイクルは約14分間続ける。こ
こにおいても、該フィルタを同時に空気と水とで逆洗す
る。該フィルタエレメントは、またエアーサージ(Air S
urge、登録商標) 逆洗サイクルを利用して逆洗すること
も可能である。このエアーサージ逆洗サイクル中、水を
連続的に該装置に流し、かつ高圧空気によるサージング
を周期的に行う。フィルタエレメント表面積１ ft²当た
り約0.25gpm(1.22g/cm²/min)の割合で、水を流す。該エ
アーサージ中の空気の流量はフィルタエレメント表面積
１ ft²当たり約12scfm(3.66m³/min/m²) である。空気は
約50〜約100psi(3.4〜68 atm) の圧力下にある。該エア
ーサージは該14分間の逆洗サイクル中に約８回実施し、
その各サージングは約２秒間継続する。

【００２７】上記の如く、粒状のイオン交換物質で構成
される吸着性バリヤー（図示せず）は、該内部濾過表面
144 および該外部濾過表面134 上に、該外部濾過表面13
4 の１ ft²当たり、該イオン交換物質を約0.0005〜約0.
075lb(2.44〜366.2g/m²)、より好ましくは約0.005 〜約
0.05lb(24.4〜244g/m²)の範囲の量で分布している。該
フィルタの任意の部分上に保持された該イオン交換物質
の全てが計算の目的としてのイオン交換物質の重量に寄
与する。しかしながら、その量の計算において、該濾過
媒体層(130または140)の一つの上流側の面積のみが考慮
される。例えば、該内部濾過媒体層140 におけるよりも
多くの該イオン交換物質が該外部濾過媒体層130 上に蓄
積されている場合には、該外部濾過媒体層130 の上流側
の表面積のみが考慮される。該吸着性バリヤーは、該腐
食生成物の比較的微細な部分が該濾過媒体層140 を透過
し、結果としてこれが堆積する前に、該微細部分を実質
的に分離するためのものである。

【００２８】

【実施例】以下の実施例は、本発明を更に理解するため
に与えられる。これら実施例は本発明を何等限定するも
のではない。実施例１パイロットプラントテストを実施し、沸騰水型原子力発
電ステーションにおけるプラント運転条件下での、工業
的規模のシートフィルタエレメントの性能を実証した。
このパイロットプラントテスト用の装置のための流入液
としての復水流は該発電ステーションの一次復水ポンプ
の排出部から取った。本例において、コントロール実験
として、本発明で使用するのに適したフィルタをイオン
交換物質によるコンディショニングなしに使用した。該
流入液流の中の鉄粒子の濃度は20〜25ppb(重量基準）の
範囲内にあり、約５〜約10 ppbの範囲とされている典型
的な給水の鉄粒子濃度よりもかなり大きな値であった。
従って、該粒子の大部分は多分炭素鋼から抜き取ったス
チームおよびヒータードレン配管中に生じたと考えられ
る鉄腐食生成物で構成されていた。該発電ステーション
は深部−床ビーズ樹脂脱塩システムを備え、該システム
は該深部−床システムに侵入した粒状物の約70％を除去
した。この発電ステーションは近年水素水化学(hydroge
n water chemistry)を採用し、かつ減損した亜鉛を注入
していた。さて、図２を参照すると、該流入液流はフロ
ーインジケータ12とブロックバルブ14とを備えた導管10
によりフィルタハウジング20に輸送された。この第一サ
イクル中に、該流入液流は約9.0 ガロン／分(gpm)(4091
4cm³/min) なる流量に制御された。該フィルタハウジン
グ20は本方法で使用するのに適した襞付きフィルタエレ
メント、例えば図１に示されたフィルタエレメント100
を含んでいた。使用した該シートフィルタエレメントは
アエギス(Aegis、登録商標) AFA なる商標の下でグレー
バー社(Graver Company)から市販品として入手可能であ
る。しかしながら、該ハウジング20中の該シートフィル
タエレメントは、イオン交換物質を適用することによっ
てコンディショニングされず、従ってこれで公知の分離
法を代表した。

【００２９】該導管10からの該流入液流が外部から該フ
ィルタエレメントに流入し、該フィルタエレメントを介
して放射状に移動し、かつ正常な動作中に該フィルタエ
レメントの一端から長手方向に放出されるように、該ハ
ウジング20内にこのフィルタエレメントを設置した。差
圧インジケータ16を、該フィルタエレメントを横切る差
圧を測定するように設けた。精製された復水流が導管30
により該ハウジング20から取り出され、該導管30はベン
ト接続32、遮断バルブ34およびフローインジケータ36を
備えていた。該導管30は接続38で終端し、該接続は流出
液用導管40およびサンプルライン50と流体接続された。
該流出液用導管40により、大量の該精製された復水流を
該発電ステーションのビーズ樹脂脱塩部分に搬送した。
該サンプルライン50は遮断バルブ52、サンプリングフィ
ルタ54、圧力コントロールバルブ56およびフローインジ
ケータ58を備えていた。接続38において、該精製された
復水流から採取したサンプル流を該サンプリングフィル
タ54に通し、次いで棄却した。該サンプリングフィルタ
54は0.45μの濾紙を含んでいた。この濾紙を、サンプリ
ングの前後において秤量し、該フィルタを透過した粒状
腐食生成物の濃度を算出した。同様な配置を、該フィル
タハウジングの上流側でも使用して、該流入液流中の粒
状腐食生成物の濃度を測定した。これらの差によって、
分離効率を計算した。

【００３０】このシートフィルタエレメントを、真新し
い状態(brand new condition) で設置し、該流入液流を
該フィルタハウジング20に導入することによって、第一
のテストサイクルを開始した。この流入液流の温度は該
第一サイクル全体に渡りほぼ100 °であった。該差圧イ
ンジケータ16により示される差圧を観測し、ある期間に
渡り約12 psi(0.816atm)まで高めた。その時点で、逆洗
手順を実施した。逆洗可能なフィルタをテストする際に
一般的であるように、該フィルタエレメントの該第一の
サイクル由来のデータは無視された。というのは、該第
一のサイクルは通常長時間性能の指標とならないからで
ある。このシートフィルタエレメントを、バルブ64を開
放し、空気用の導管60を介して、濾過表面積１ft²(0.09
29m²) 当たり約1.5 標準ft³(0.0283m³) の空気を通すこ
とにより逆洗した。この空気用導管60はフローインジケ
ータ62を備えている。同時に、濾過表面１ft²(0.0929
m²) 当たり約0.7 ガロン／分(3182cm³/min) の逆洗用の
水を、接続64において、該導管60に導入した。従って、
空気と逆洗用の水との混合物は該フィルタエレメントの
中心に沿って長手方向に移動し、次いで該濾過媒体を介
して放射状にかつ外方向に通過し、結果として粒状物が
除去され、該粒状物は該濾過媒体中またはその上に残さ
れた。

【００３１】該逆洗用の液体は、バルブ82および接続88
を備えた導管80により該フィルタハウジング20から除去
した。該接続88を、ドレンライン84およびバルブ86を介
して該フィルタハウジング20と間欠的に連絡した。該逆
洗からの使用済み空気は接続98を経て、使用済み空気用
導管90を介して該フィルタハウジング20から除去した。
該導管90を、３個のベントバルブ92、94および96を介し
て該フィルタハウジング20と間欠的に連絡した。第二の
サイクルを開始するために、同一のフィルタエレメント
を、再度約8.9〜9.0gpm(4.04 〜4.08kg/min) にて、該
フィルタエレメントを放射状にかつ内部方向に通過する
流入液流を使用して作動させた。第二のサイクル用のフ
ィルタにはイオン交換物質を適用せず、即ちコンディシ
ョニングしなかった。所定の間隔で、差圧インジケータ
16を使用して、該フィルタエレメントを横切る圧力差を
測定した。この第二サイクルの圧力降下を、使用日数の
関数として添付した図３に三角によって示した。該第二
のサイクルの圧力が約12lb/in²(0.816atm)まで増大した
ら、該第二のサイクルを、該フィルタの逆洗により停止
した。この逆洗の手順は該第一サイクルの最後に利用し
たものと同一であった。鉄に関する除去効率は平均約90
％であった。

【００３２】実施例２該第二の逆洗後に、上記のシートフィルタエレメント
を、コンディショニングすることにより、第三のサイク
ル用のフィルタエレメントを調製した。この第三のサイ
クルを開始する前に、正常な流動方向に、該フィルタエ
レメントを介して微粉砕したカチオン交換樹脂45ｇを含
有する水性スラリーを通すことにより、該フィルタエレ
メントをコンディショニングした。このカチオン交換樹
脂はダイアイオン(Diaion 、登録商標) PK212Lなる商標
の下に日本国東京の三菱化成工業株式会社から市販品と
して入手可能である。このカチオン交換物質を、約60μ
なる中程度の重量平均粒径まで（20μ未満の粒子約10
％）粉砕した。使用したこのカチオン交換樹脂の粒径お
よび質量は、テストされる該フィルタの濾過表面に関し
て約１個の単層に相当した。次いで、流入液流を約8.9
〜9.0gpm(4.04 〜4.08kg/min) にて、該フィルタエレメ
ントを介して放射状にかつ内部方向に通過させた。この
第三のサイクルの圧力降下データを添付した図３に星型
により示した。

【００３３】図３のデータを検討すると、直接比較し得
る使用条件下でコンディショニングされていないフィル
タについて観測される値と比較して、コンディショニン
グしたフィルタが大幅に低い圧力降下を示したことがわ
かる。該コンディショニングされていないフィルタの圧
力降下は初め0.8lb/in²(psi)(0.0544atm) であり、30日
間の使用における11.9 psi(0.8092atm) までほぼ線形に
増加した。これとは対照的に、該コンディショニングし
たフィルタは0.6psi(0.048atm)の圧力降下で開始し、65
日間の使用後にも僅かに11.5 psi(0.782atm)の圧力降下
を示したに過ぎなかった。重要なことは、この圧力降下
における改良が、該フィルタエレメントが２回の使用並
びに逆洗サイクルを経験した後の第三の使用サイクルで
観測されたことである。図３のデータは、イオン交換物
質の比較的少量の適用が、公知の操作と比較して、予想
外に低い圧力降下を、長期の使用に渡り生じることを示
している。更に、改良された鉄の除去が観測された。こ
の鉄除去効率は99％程度であった。本発明の局面を明確
化の目的で記載してきたが、本発明はこれらの記載され
た局面に限定されない。本発明の範囲は上記の特許請求
の範囲により規定されるものである。更に、本発明の驚
くべき有効性に関する可能な説明として幾つかの推定を
提示したが、本発明は該理論に固執も拘泥もしない。本
発明は、上記の如く実施した場合には、水流から金属腐
食生成物を分離する技術における多大な進展をもたら
す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンディショニングされたシートフィ
ルタエレメントの、部分的に切除した斜視図である。

【図２】水流から帯電粒子を除去するための方法の効果
を立証するのに使用した、フィルタテスト装置の模式的
フロー図である。

【図３】コンディショニングされたシートフィルタおよ
び公知のフィルタを横切る差圧を使用テスト日数の関数
として示したグラフである。

【符号の説明】

１００・・・・シートフィルタエレメント１１０・・・・プラスチック末端シール１２０・・・・外部支持構造体１３０・・・・多孔性外部濾過媒体層１４０・・・・多孔性内部濾過媒体層１５０・・・・排液層１６０・・・・内部有孔中心コア１７０・・・・襞１０、３０、４０、６０、８０、９０・・・・導管１２、３６、５８、６２・・・・フローインジケータ１４、３４、５２・・・・遮断バルブ１６・・・・差圧インジケータ２０・・・・フィルタハウジング３２・・・・ベント接続３８、６４、８８、９８・・・・接続５０・・・・サンプルライン５４・・・・サンプルフィルタ５６・・・・圧力コントロールバルブ８２、８６・・・・バルブ８４・・・・ドレンライン９２、９４、９６・・・・ベントバルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 37/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液体流から帯電した粒子を分離する方法
であって、液体流と接触する、0.1〜25μの範囲の中央
平均サイズの孔をもつ濾過表面を画成する濾過媒体を有
するシートフィルタを作成し、該濾過表面１平方メート
ル当たり2.44〜366.2グラムの平均的量で、該濾過表面
上に帯電粒子を吸着できるイオン交換物質を適用するこ
とにより、該シートフィルタをコンディショニングし、
138kPa未満の該フィルタを横切る圧力差にて、１分当た
りかつ該濾過表面の平方メートル当たり8.2リットルを
越える流量で、該シートフィルタを介して該液体流を通
過させて、該液体流から該帯電粒子を実質的比率で分離
することを特徴とする上記方法。
【請求項２】更に、該フィルタ上に保持される帯電粒
子の重量が該適用されたイオン交換物質の重量と少なく
ともほぼ等しくなるまで、該液体流中の90重量％を越え
る量の帯電粒子を該フィルタ上に保持する工程を含む請
求項１記載の方法。
【請求項３】該イオン交換物質がカチオン交換物質を
含み、しかも本質的にアニオン交換物質を含まない請求
項１記載の方法。
【請求項４】該カチオン交換物質が、強酸性である請
求項２記載の方法。
【請求項５】該カチオン交換物質が、弱酸性である請
求項２記載の方法。
【請求項６】該カチオン交換物質が、水素型、モルホ
リン型およびアンモニア型からなる群から選ばれるイオ
ン型のものである請求項２記載の方法。
【請求項７】該イオン交換物質は二重形態型のカチオ
ン交換物質を含む請求項３記載の方法。
【請求項８】該イオン交換物質がアニオン交換物質を
含み、しかも本質的にカチオン交換物質を含まない請求
項１記載の方法。
【請求項９】該アニオン交換物質が強塩基性である請
求項８記載の方法。
【請求項１０】該アニオン交換物質が弱塩基性である
請求項８記載の方法。
【請求項１１】該アニオン交換物質が水酸化物型のイ
オン交換物質である請求項８記載の方法。
【請求項１２】該イオン交換物質が二重形態型のアニ
オン交換物質を含む請求項８記載の方法。
【請求項１３】該イオン交換物質が、0.1〜200μの範
囲内の重量平均中央サイズを有する粒子形状にある請求
項１に記載の方法。
【請求項１４】該フィルタ媒体には襞が付されてお
り、かつ外部濾過媒体層と共にカレンダー処理された内
部濾過媒体層により形成され、該カレンダー処理された
層の各々が少なくとも0.1μのサイズを有する孔を画成
する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】該イオン交換物質が、該濾過表面１平
方メートル当たり24.4〜244グラムの量で適用される請
求項１に記載の方法。
【請求項１６】更に、該フィルタを逆洗して、該適用
されたイオン樹脂物質および該保持された粒子を実質的
に除去する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項１７】該帯電粒子が実質的に酸化鉄で構成さ
れる請求項１に記載の方法。
【請求項１８】該シートフィルタの上記コンディショ
ニングが、該イオン交換物質の実質的部分をボディーフ
ィードし、一方で該液体流を該シートフィルタに通すこ
とを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１９】水流から酸化鉄腐食生成物を分離する
方法において、水流と接触する、0.1〜25μの範囲の平
均サイズの孔をもつ濾過表面を画成する濾過媒体を有す
るシートフィルタを作成し、該濾過表面上に、酸化鉄腐
食生成物を吸着できる、0.1〜200μの範囲内の重量平均
中央サイズの粒子形状のイオン交換物質を適用すること
により、該シートフィルタをコンディショニングし、１
分当たりかつ該濾過表面１平方メートル当たり少なくと
も8.2リットルの流量で、138kPa未満の該フィルタを横
切る圧力降下にて、該シートフィルタを介して該液体流
を通し、一方で該シートフィルタ上に該腐食生成物を実
質的に保持して、該水の流れから該腐食生成物を実質的
比率で分離することを特徴とする上記方法。
【請求項２０】該コンディショニングが、該粒子の単
層に対応する量の1/50〜20倍の平均量で、該イオン交換
物質を適用することを含む請求項19に記載の方法。
【請求項２１】該コンディショニングが、該濾過表面
１平方メートル当たり2.44〜366.2グラムの範囲内の量
で該イオン交換物質を適用することを含む請求項19に記
載の方法。
【請求項２２】該液体流の通過を、該シートフィルタ
上に保持される腐食生成物の重量が該適用されたイオン
交換物質の重量と少なくとも等しくなるまで、該水流中
の該腐食生成物の90重量％を越える量を該シートフィル
タ上に保持しつつ実施する請求項19に記載の方法。
【請求項２３】液体流から比較的広い粒径範囲をもつ
帯電粒子を分離するためのフィルタであって、帯電粒子
を担持する液体流を実質的に濾過するのに適した上流側
濾過表面を画成する濾過媒体を含み、かつ0.1〜25μの
範囲の中央サイズをもつ孔を画成するシートフィルタエ
レメントと、該濾過表面の１平方メートル当たり2.44〜
366.2グラムの平均的量で該濾過表面上に分布する粒状
のイオン交換物質から構成され、該帯電粒子を吸着する
ことのできる吸着剤バリヤーと、を含む上記フィルタ。
【請求項２４】該イオン交換物質が10〜200μの範囲
内の重量平均中央サイズを有する粒子形状にある請求項
23に記載のフィルタ。
【請求項２５】該イオン交換物質が二重形態型イオン
交換物質を含む請求項23に記載のフィルタ。
【請求項２６】該濾過媒体層が襞を有し、かつ外部濾
過媒体層と共にカレンダー処理された内部濾過媒体層に
より形成され、該カレンダー処理された層の各々が少な
くとも0.1μなる中央サイズを有する孔を画成する請求
項23に記載のフィルタ。
【請求項２７】該内部濾過媒体層が0.1〜20μなる中
央サイズをもつ孔を画成し、かつ該外部濾過媒体層が10
〜100μなる中央サイズをもつ孔を画成する請求項26に
記載のフィルタ。