JP3881120B2 - 通液型コンデンサの通液方法 - Google Patents

Description

【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４を参照して説明する。図４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、被処理液供給源５６から被処理液が常時通液型コンデンサ５０に供給され、切替え弁５１、５２が切替えられて、脱塩液→濃縮液→脱塩液→濃縮液を交互に得ており、短絡時も被処理液が流れているため、濃縮液の濃度分布は、図５に示すように、ブロード型となり、イオン濃度のより高い濃縮液を得ることができない。また、切替え弁５１、５２が切替えられて、脱塩液あるいは濃縮液を交互に得ているから、これら両液とも連続して得ることができないという問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、蓄積されたイオン成分を回収した濃縮液の濃度を高めて、より高濃度の濃縮液を得ること、また、脱塩液を連続して得ることができる通液型コンデンサの通液方法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、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、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た後、短絡あるいは逆接続させて通液型コンデンサに蓄積された当該イオン成分を回収するイオン回収工程中に、被処理液を通液型コンデンサに所定時間滞留させる停滞時間を設けると、濃縮液はその濃度分布が高められたシャープ型となり、高濃度の濃縮液を得ることができることを見出し、更に、通液型コンデンサを並列に配置接続し、一方の通液型コンデンサが被処理液のイオン成分の除去工程中に、他方の通液型コンデンサが蓄積されたイオン成分の回収工程中にすれば、常時被処理液を通液して、イオン成分が除去された脱塩液を連続して得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、請求項１の発明は、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と共に濃縮液として回収する通液型コンデンサであって、前記除去されたイオン成分の回収工程中に、被処理液を前記通液型コンデンサに所定時間滞留させる停滞時間を設けた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。
【０００９】
また、請求項２の発明は、前記通液型コンデンサを並列に配置接続し、一方の通液型コンデンサが被処理液のイオン成分の除去工程中に、他方の通液型コンデンサが被処理液のイオン成分の回収工程中とし、常時、被処理液を通液して、イオン成分が除去された脱塩液を連続して得るようにした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を提供するものである。
【００１０】
また、請求項３の発明は、前記通液型コンデンサによって被処理液のイオン成分が除去された脱塩液及び当該イオン成分を回収した濃縮液の液質をそれぞれ測定し、該各液の液質の測定値に基づき、前記イオン成分が除去された脱塩液及びイオン成分を回収した濃縮液の集液のタイミングを図ることを特徴とする請求項２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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明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〜図３に基づいて説明する。図１は本発明の実施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、図２は本発明の実施形態である通液型コンデンサの通液方法を示す工程とその工程中の濃縮液の導電率とを示した工程図である。図中、通液型コンデンサ１は、第１通液型コンデンサ１ａ及び第２通液型コンデンサ１ｂを備え、それらの上流側はいずれも供給配管３、供給配管４により被処理液供給源５に接続され、一方、その下流側はいずれも接続配管６、接続配管７により第１水質監視装置８及び第２水質監視装置９にそれぞれ接続されている。そして、これら第１水質監視装置８及び第２水質監視装置９は、いずれも接続配管１０、接続配管１１により第１自動弁１２及び第２自動弁１３に接続され、これら第１自動弁１２及び第２自動弁１３は互いに接続配管１４により接続されている。更に、配管１４は集合排出管１５により濃縮液回収槽１６に接続され、第１自動弁１２は接続配管１７及び集合排出管１８により脱塩液回収槽１９に接続され、第２自動弁１３は接続配管２０及び集合排出管１８により脱塩液回収槽１９に接続されている。
【００１２】
前記第１通液型コンデンサ１ａ及び第２通液型コンデンサ１ｂは、いずれも一対の電極３０、３１を内蔵し、双方の電極３０はスイッチ３２、３３を介して直流電源３４の陰極に接続され、双方の電極３１は直流電源３４の陽極に接続されている。また、第１通液型コンデンサ１ａの一対の電極３０、３１はスイッチ３５を介して互いに接続され、第２通液型コンデンサ１ｂの一対の電極３０、３１はスイッチ３６を介して互いに接続されている。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、この通液型コンデンサ１は、一対の電極３０、３１に直流電源３４を接続し、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】
前記被処理液供給源５は、被処理液タンクと、これから被処理液を２台の通液型コンデンサー１ａ、１ｂに独立して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）。また、前記第１水質監視装置８及び第２水質監視装置９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。また、第１自動弁１２及び第２自動弁１３は三方弁であり、いずれも上流側の受入ポート１２ａ及び１３ａ、回収ポート１２ｂ及び１３ｂ、除去ポート１２ｃ及び１３ｃがあり、受入ポート１２ａ及び１３ａは第１水質監視装置８及び第２水質監視装置９に、回収ポート１２ｂ及び１３ｂは濃縮液回収槽１６に、除去ポート１２ｃ及び１３ｃは脱塩液回収槽１９にそれぞれ接続している。
【００１５】
次に、本発明の通液型コンデンサの通液方法を図１及び図２に基づいて説明する。先ず、図１中、二点鎖線で囲った通液型コンデンサが１台あるいは１系列の場合は、スイッチ３５をオフ、スイッチ３２をオンして直流電圧を一対の電極３０、３１に印加し、第１自動弁１２を回収ポート１２ｂに操作し、第１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、被処理液を第１通液型コンデンサ１ａに定量的に供給する。被処理液は第１通液型コンデンサ１ａ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り、第１水質監視装置８にて導電率が測定される。しかし、この脱塩液は最初の運転段階では導電率が高いので充分イオン成分を除去したものとなっていないため、第１自動弁１２の回収ポート１２ｂから接続配管１４、集合排出管１５を通り濃縮液回収槽１６に排出される。なお、イオン成分濃縮液として、濃度の高いものを必要とする場合は、この最初の運転段階のイオン成分除去液を濃縮液回収槽１６に入れずに被処理液に戻したり他に移す等の操作をして、最初の運転段階を終了させる。
【００１６】
次に、第１水質監視装置８にて測定された導電率が図３に示す採液可能値になると、第１自動弁１２を除去ポート１２ｃに操作し、イオン成分が除去された液を脱塩液回収槽１９に排出する。すなわち、この段階で初めて第１通液型コンデンサ１ａはイオン成分除去工程に入る。
【００１７】
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。第１水質監視装置８にて測定された導電率が図３に示す採液不可値になると、第１通液型コンデンサ１ａへの通液を停止し第１自動弁１２を回収ポート１２ｂに操作し、直ちにスイッチ３２をオフして直流電圧の印加を止め、更にスイッチ３５をオンして一対の電極３０、３１を短絡させ、吸着したイオン成分を一対の電極３０、３１から離脱させ、液側に移動させて一対の電極３０、３１を再生する。すなわち、第１通液型コンデンサ１ａは被処理液を所定時間滞留させる停滞時間を有するイオン回収工程の前半部分の再生工程に入る。次に、被処理液により濃縮液を押し出す回収工程の中間部分の押し出し工程に入る。
【００１８】
この初期のイオン成分を回収した濃縮液は導電率が上昇し、その後下降して第１水質監視装置８にて測定された導電率が図３に示す待機値に至ると、回収工程は終了する。このように、回収工程においては、直流電圧の印加を止め電極を短絡させた状態で、通液の停止→通液→通液の停止、を順次行うため、濃縮液回収槽１６にはイオン濃度の薄いイオン成分を回収した濃縮液が入らず、結果的に濃いイオン成分濃縮液が得られる。
【００１９】
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１ａの一対の電極３０、３１の飽和・再生の繰り返しを図るものである。
【００２０】
次に、通液型コンデンサが２台あるいは２系列の場合、各通液型コンデンサの操作方法は、第１自動弁１２及び第２自動弁１３、スイッチ３２、３３、３５及び３６の操作のタイミングが異なる以外は、通液型コンデンサが１台の場合と同じである。従って、最初の運転段階の説明は省略し、定常運転に入っているものとして説明する。すなわち、第１通液型コンデンサ１ａは、図２に示すように、除去工程に入っているから、スイッチ３５はオフ、スイッチ３２はオン、第１自動弁１２は除去ポート１２ｃに、第１水質監視装置８は監視可能状態にあり、被処理液供給源５のポンプは作動し、被処理液を第１通液型コンデンサ１ａに定量的に供給する状態となっている。被処理液はイオン成分が除去された脱塩液となり、脱塩液回収槽１９に送られる。
【００２１】
一方、第２通液型コンデンサ１ｂは、図２に示すように、回収工程にあり、通液を止めて停滞時間を設ける初期の再生工程に入る。すなわち、第２自動弁１３は回収ポート１３ｂに操作し、スイッチ３６はオン、スイッチ３３はオフにして一対の電極３０、３１を短絡させ、吸着したイオン成分を一対の電極３０、３１から離脱させ、液側に移動させて一対の電極３０、３１を再生する。次に、被処理液により濃縮液を押し出す回収工程の中間部分の押し出し工程に入る。
【００２２】
押し出し工程で押し出されたイオン成分を高濃度で回収した濃縮液は、濃縮液回収槽１６に送られる。次に、濃縮液を押し出した被処理液が第２通液型コンデンサ１ｂから排出されて第２水質監視装置９にて導電率が測定されると、これが待機値と判断され、第２自動弁１３を閉じ、濃縮液を濃縮液回収槽１６に送るのを停止して、第２通液型コンデンサ１ｂは待機工程に入る。なお、第１通液型コンデンサー１ａの除去工程が終了する直前に第２通液型コンデンサー１ｂを初期脱塩工程（脱塩ブロー工程）にしておくことが好ましい。また、上記待機値と判断された後は、前述の待機工程→初期脱塩工程とする方法の他、被処理水が第２通液型コンデンサ１ｂから排出された時点、すなわち、待機値とされた時点で直流電圧を印加し採液待ちとしてもよい。
【００２３】
前記第１水質監視装置８が採液不可値を測定すると、第１通液型コンデンサ１ａの回収工程の再生工程に入る。すなわち、通液を停止し、第１自動弁１２を回収ポート１２ｂに操作して、スイッチ３２をオフ、スイッチ３５をオンして一対の電極３０、３１を短絡させ一対の電極３０、３１を再生する。次に、通液を再開し、イオン成分を回収した濃縮液を濃縮液回収槽１６に入れる。次に、第１水質監視装置８が待機値を測定すると、第１自動弁１２を閉じ、濃縮液を濃縮液回収槽１６に送るのを停止して、第１通液型コンデンサ１ａは待機工程に入る。
【００２４】
第１通液型コンデンサ１ａが回収工程に入る際、第２通液型コンデンサ１ｂは除去工程に入る。すなわち、スイッチ３３をオン、スイッチ３６をオフ、第２自動弁１３を除去ポート１３ｃにし、第２通液型コンデンサ１ｂを除去工程にして、イオン成分が除去された脱塩液を脱塩液回収槽１９に送る。
【００２５】
上記第１通液型コンデンサ１ａ及び第２通液型コンデンサ１ｂにおける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行うことにより、被処理液からイオン濃度の低い脱塩液を常時連続して得ると共に、イオン濃度の高い濃縮液も得ることができる。このように、第１通液型コンデンサ１ａ及び第２通液型コンデンサ１ｂの各一対の電極３０、３１の使用、飽和、再生が繰り返えされる。
【００２６】
上記実施の形態では、通液型コンデンサーの並列配置を２台で行うが、これに制限されず、本発明においては３台以上の複数並列配置とすることもできる。
【００２７】
【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
被処理液は市水を用い、通液型コンデンサは、関西熱化学社製のものを使用し、図１に示すように、２台を配置接続した。また、通液型コンデンサに対する印加電圧は直流２Ｖとした。一方の通液型コンデンサに３０分間直流電圧を印加しイオン成分の除去工程とし、同時に他方の通液型コンデンサを２５分間短絡及び５分間の印加により、再生工程５分、押し出し工程１０分、待機工程１０分（以上が短絡時間）及び初期脱塩工程５分（印加時間）のイオン成分の回収工程とした。なお、初期脱塩工程の出口水は回収して被処理水に戻した。その後、一方の通液型コンデンサを２５分間短絡及び５分間の印加によりイオン成分の回収工程とし、同時に他方の通液型コンデンサに３０分間直流電圧を印加しイオン成分の除去工程とした。被処理水は２台の通液型コンデンサに各々０．３Ｌ／分で定量供給とした。この条件で、被処理水の導電率を測定し、更に、一方及び他方の通液型コンデンサからのイオン成分が除去された脱塩水の導電率を測定し、平均除去率を算定した。また、イオン成分を回収した濃縮水の導電率を測定し、被処理水のイオン成分濃度に対する倍率を算定した。
【００２８】
その結果、被処理水の導電率は３３０μＳ／cm、イオン成分が除去された脱塩水の導電率は約３０μＳ／cmであり、平均のイオン成分除去率は約９１％で、しかも連続して０．３Ｌ／分の脱塩水を得ることができた。一方、濃縮水の導電率は約９３０μＳ／cmであり、被処理水の約２．８倍の濃度の濃縮液を得ることができた。
【００２９】
比較例１
実施例１と同様の通液型コンデンサを使用し、図４に示すように、１台を配置接続し、通液型コンデンサに３５分間２Ｖの直流電圧を印加し、最初の５分間の出口水は回収して被処理水に戻し、その後の３０分間をイオン成分の除去工程とし、その後、停滞時間を設けることなく通液を持続したまま通液型コンデンサを１５分間短絡させイオン成分の回収工程とした。被処理水の供給は実施例１と同様に０．３Ｌ／分で定量供給とした。この条件で、実施例１と同様に被処理水の導電率、脱塩水の導電率を測定し、平均除去率を算定し、更に、濃縮水の導電率を測定し、被処理水のイオン成分濃度に対する倍率を算定した。
【００３０】
その結果、被処理水の導電率は３３０μＳ／cm、脱塩水の導電率は約３０μＳ／cmであり、平均のイオン成分除去率は約９１％で、５０分間のうち３０分間だけ０．３Ｌ／分の脱塩水を得ることができた。一方、濃縮水の導電率は約６００μＳ／cmであり、被処理水の約１．８倍の濃度の濃縮水を得ることができた。
【００３１】
実施例及び比較例から明らかなように、実施例１では、平均イオン成分除去率が約９１％で、連続して０．３Ｌ／分の脱塩水を得ることができるのに対して、比較例１では、除去率が約９１％で同じであるが５０分間のうち３０分間しか、０．３Ｌ／分の脱塩水を得ることができない。更に、実施例では、被処理水の約２．８倍の濃度の濃縮水を得ることができるのに対して、比較例では、約１．８倍の濃度の濃縮水しか得られなかった。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、イオン成分の回収工程中に被処理液の供給を一時的に止める停滞時間を設け、濃縮液の濃度分布を高めたから、より高濃度の濃縮液を得ることができる。また、通液型コンデンサを並列に配置接続して、一方が脱塩液を得ている時は他方から濃縮液を得るようにしたから、連続して脱塩液を得ることができる。また、脱塩液及び濃縮液の液質を測定し、その測定値に基づいて両液の集液のタイミングを図るから、集液目的に沿って両液を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明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】本発明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工程とその工程中の濃縮液の導電率とを示した工程図である。
【図３】本発明の実施の形態である通液型コンデンサの通液方法における出口液の導電率と時間との関係を示す特性図である。
【図４】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。
【図５】従来の通液型コンデンサの通液方法における濃縮液の導電率と時間との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１、５０ 通液型コンデンサ
１ａ 第１通液型コンデンサ
１ｂ 第２通液型コンデンサ
３、４ 供給配管
６、７、１０、１１、１４、１７、２０ 接続配管
５、５６ 被処理液供給源
８ 第１水質監視装置
９ 第２水質監視装置
１２ 第１自動弁
１２ａ、１３ａ 受入ポート
１２ｂ、１３ｂ 回収ポート
１２ｃ、１３ｃ 除去ポート
１３ 第２自動弁
１６ 濃縮液回収槽
１５、１８ 集合排出管
１９ 脱塩液回収槽
３０、３１、５４、５５ 電極
３２、３３、３５、３６、５３、５８ スイッチ
３４、５９ 直流電源
５１、５２ 切替弁
５７ 水質監視装置

Claims (3)

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と共に濃縮液として回収する通液型コンデンサであって、前記除去されたイオン成分の回収工程中に、被処理液を前記通液型コンデンサに所定時間滞留させる停滞時間を設けたことを特徴とする通液型コンデンサの通液方法。
2. 前記通液型コンデンサを並列に配置接続し、一方の通液型コンデンサが被処理液のイオン成分の除去工程中に、他方の通液型コンデンサが被処理液のイオン成分の回収工程中とし、常時、被処理液を通液して、イオン成分が除去された脱塩液を連続して得るようにした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。
3. 前記通液型コンデンサによって、被処理液のイオン成分が除去された脱塩液及び当該イオン成分を回収した濃縮液の液質をそれぞれ測定し、該各液の液質の測定値に基づき、前記イオン成分が除去された脱塩液及びイオン成分を回収した濃縮液の集液のタイミングを図ることを特徴とする請求項２記載の通液型コンデンサの通液方法。

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