JP4212856B2 - 電気脱塩方法及び電気脱塩装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、正又は負の極性の形成された活性炭繊維シートにより液体中のイオン性物質を除去するための電気脱塩方法又は電気脱塩装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、イオン性物質を含まない水を製造するために、静電気を利用してイオン性物質を除去する方法が知られている。
【0003】
例えば、特開平6−325983号公報には、電気絶縁性多孔質通水性シートからなるセパレータを挟んで、高比表面積活性炭を主材とする活性炭層を配置し、その活性炭層の外側に通水口を有する集電極を配置し、さらにその集電極の外側に給水口、排水口を有する押え板を配置した構成の通水液型電気二重層コンデンサが開示されている。この通水型電気二重層コンデンサでは、押さえ板の給水口からイオン性物質を含む水を流入させながら各集電極に直流定電圧を引加し次いで短絡させるサイクルを交互に繰り返すことにより、電圧引加時に正極側にアニオン性のイオン性物質が、負極側にカチオン性のイオン性物質がそれぞれ吸着されて、押え板の排水口からは、イオン性物質の除去された水が排出される。
【0004】
集電極に印加される電圧は、所定のタイミングで短絡され、あるいは逆転され、この操作によって活性炭に吸着されたイオン性物質は活性炭から離脱して高いイオン濃度の水が押え板の排水口から排出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方法では、通水口を有する集電極が水の通路を遮るように配置されているため長期間実施していると集電極の表面にスケールが堆積してイオンの除去効率が低下するという問題があった。また、通過する水が集電極表面に沿って流れて給水口から活性炭層に流入するため、集電極の給水口から離れた部分では水の流れが活性炭層に平行になり、イオン性物質の除去効率が低下するという問題があった。
【0006】
さらに、対向する集電極が活性炭層/セパレータ/活性炭層を介して配設されているため、電極間隔が広くなって電極間の電位傾度が小さくなってイオン保持量が小さくなるという問題もあった。
【0007】
したがって、本発明は、集電極にスケールが堆積しない、しかも活性炭層に垂直に通液することが可能で、電極間の電位傾度を大きくすることのできるイオン性物質除去効率、イオン保持量の高い電気脱塩方法及び電気脱塩装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気脱塩方法は、通液性の電気絶縁シートと活性炭繊維シートを少なくとも活性炭繊維シートが2層以上となるように交互に積層して積層体を形成し、前記積層体の各活性炭繊維シート層を互いに隣接する層が異極となるよう正負の電極に接続して直流低電圧を印加しながら、前記積層体の厚さ方向にイオン性物質を含む液体を通液することを特徴としている。通液を続けていると、活性炭が破過してイオンが通過するようになるので、所定のタイミングで異極となっている活性炭繊維シートを短絡させ、または逆電圧を印加して活性炭繊維シートに静電気的に吸着されているイオン性物質を離脱させ、イオン性物質を高い濃度で含む液体を排出させる。この直流低電圧の印加と短絡又は逆電圧を所定のタイミングで繰り返しながら電気脱塩が行われる。
【0009】
また、本発明の電気脱塩装置は、通液性の電気絶縁シートと活性炭繊維シートを少なくとも活性炭繊維シートが2層以上となるように交互に積層してなる積層体と、側板内面で前記積層体を液密的に保持し対向する端板には通液口を設けてなる容器本体と、前記各活性炭繊維シートに接続されて前記各活性炭繊維シートに交互に正負の極性を発生させる電極装置とを有することを特徴としている。
【0010】
本発明に使用される活性炭繊維シートとしては、例えば比表面積が700〜2500m2 /gで、シートに130±50g/m2 程度の活性炭を含有する厚さが0.4〜1.0mm程度のものが適している。このような市販の活性炭繊維シートとしては、例えばクラレケミカル社製「クラクティブ」(商品名)や日本カイノール社製「カイノール活性炭繊維」等が例示される。
【0011】
本発明に使用する前記活性炭繊維シートの形状は通常、正方形又は正方形に近い矩形とされ、一辺には給電部となる舌片が形成される。これらの舌片は、正負の極性ごとに後述する容器本体の異なる側面から液密的に導出されて、それぞれ電極装置の正負の電極に接続される。なお、活性炭繊維シートと電気絶縁性シートとを多数枚交互に積層する場合には、正負の極性ごとに容器本体の異なる側面から導出して、それぞれ複数まとめて導電接着剤により接着してそれぞれ導電性の金属テープのような電極に接続し、この電極を一括してそれぞれリード線を介して電極装置の異極に接続する。なお、各電極間の電位を均等にするため、複数まとめる際に、各活性炭繊維シートをそれぞれ良導電性の金属箔に導電性接着剤で接着して、並列的に各金属箔を直流電源に接続するようにしてもよい。また、必要に応じて、活性炭繊維シートの舌片を複数重ねて導電接着剤により接着し、舌片自体を電極として用いることも可能である。
【0012】
本発明に用いる通液性の電気絶縁性シートとしては、例えば合成樹脂繊維を集積させた不織布や射出成型等により形成されたメッシュ状の成形体が使用される。本発明に使用される電気絶縁性シートの形状は、活性炭繊維シートと同形であることが望ましい。電気絶縁性シートの厚さは、0.01〜0.5mm程度、殊に0.02〜0.3mm程度が適当である。電気絶縁性シートとして使用し得る不織布としては、例えばクラレ社製「メルトブロー」(商品名)のような多数の透孔を穿設して通液性を改善した合成樹脂不織布が例示される。
【0013】
活性炭繊維シートと電気絶縁性シートとは、通常、それぞれ1枚ずつを矩形の枠体の内側に固定して使用される。枠体としては、合成ゴムのような弾性があり、液密性が良好で、活性炭繊維シートと電気絶縁性シートとを重ねた厚さとほぼ等厚か、わずかに厚いものが適している。枠体には、活性炭繊維シートの舌片を導出するための凹部を形成することが望ましい。このような凹部を形成することにより、枠体を横切って舌片を導出する際に大きい隙間が生じることを防止することができる。合成樹脂製で成型したメッシュを電気絶縁性シートとして使用する場合には、枠体とメッシュを同時成型し、メッシュで構成された電気絶縁性シート上に活性炭繊維シートを配置するようにしてもよい。
【0014】
本発明における容器本体の側面部は、これらの枠体を積層して構成することができる。容器本体の前後部は、別に容易した通液口を有する1組の端板を前後端の枠体に当接し、これらの端板をボルトにより締め付け固定して構成される。
【0015】
端板を容器本体の対向面として構成する場合には、端板の内側に縦横に凹部を形成して通液口から入った液体の圧力が積層体の面に直接加わるようにし、さらに必要に応じて多孔性の中間板を端板と積層体の間に介在させるようにする。
【0016】
後述するように、容器本体は、このような枠体を使用せずに、別に合成樹脂で成形し、活性炭繊維シートと電気絶縁性シートとの積層体を収容するように構成することも可能である。
【0017】
電極装置の電極は、銅板、アルミニウム板、カーボン板、フォイル状グラファイトなどの電気良導体であって、活性炭繊維シートとの緊密な接触が可能なものが用いられる。厚さは特に限定はないが、0.1〜0.5mm程度のものを用いることが多い。電極には、リード線を介して電圧が印加される。
【0018】
活性炭繊維層の電位を均一にする為、電極にリード線を取り付け定電圧装置により給電することが望ましい。活性炭繊維シート間の隙間を少なくするため、各活性炭繊維の電極にリード線を取り付ける場合には、複数の舌片を重ねて1本のリード線に接続することも可能である。
【0019】
活性炭繊維シートとリード線の接続にも、導電性接着材を使用することが望ましい。
通液量は、水を対象とする場合には、活性炭繊維に付着した活性炭1gに対して0.1〜10ml/min.好ましくは0.5〜2ml/min.とすることが望ましい。
【0020】
【作用】
各活性炭繊維シートに、交互に正負の極性が形成されるように電極装置の電極を接続して直流電圧を印加しながら通液すると、液体中に溶存しているカチオン性物質は負に帯電した活性炭繊維シートに吸着され、アニオン成分は正に帯電した活性炭繊維シートに引かれて吸着される。吸着性能が低下したところで、又は適当なタイミングで活性炭繊維シートの隣接する層間を短絡するか、又は隣接する層間に逆電圧を印加して活性炭繊維シートに吸着されたイオン性物質を離脱させ、排出する。活性炭繊維シートは、静電気的作用によりイオン性物質を捕捉するほか、濁質が低い液体に対しては活性炭繊維がフィルターとして機能して濁質を除去する作用をする。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
(実施例1)
図1ないし図6を参照しながら第1の実施例について説明する。
活性炭繊維シート(厚さ0.5mm、活性炭量130g/m2 、比表面積1800〜2000m2 /g、商品名「クラクティブ」)を、80mm×80mmの正方形の一辺の角部に30mm×30mmの舌片を設けた形状に裁断して単位活性炭繊維シートを多数枚形成した。また、多数の透孔を形成した合成樹脂不織布(厚さ0.4mm、商品名「メルトブロー」)を、80mm×80mmの正方形部に裁断した単位電気絶縁性シートを多数枚形成した。
【0022】
さらに、厚さ1mmの合成ゴムシートを、外形100mm×100mm、内径80mm×80mmの枠状に裁断し、単位活性炭繊維シートの舌片に対応する位置に、枠体を横切って、幅10mm、深さ0.5mmの凹溝を形成して単位枠体とした。
【0023】
次に、単位活性炭繊維シート1と単位電気絶縁性シート2とを重ねて、図3に示すように、凹溝に活性炭繊維シート1の舌片1aを嵌合させて、単位活性炭繊維シート1と単位電気絶縁性シート2を単位枠体3内に嵌め込み、液状ゴムにより、単位活性炭繊維シート1と単位電気絶縁性シート2の周辺を単位枠体3の内面に、舌片1aを枠体1の凹溝内に接着させて単位ユニット4とした。
【0024】
しかる後、図4に示すように、単位ユニット4を単位活性炭繊維シート1が同じ側となり、かつ舌片1aが交互に対向する辺側となるように40枚積層し、この積層体の両端には、それぞれ通水口5a、6aを突設し内側に多数の縦横の溝(図示せず)を形成し、さらに全辺にわたって複数のボルト孔5b,6bを形成した端板5,6(120mm×120mm×5mm)を配置し、ステンレスボルトで締め付け固定して本発明の電気脱塩装置を構成した。このようにして得られる各単位ユニット4の枠体3は、互いに完全に密接して水密構造となり、端板5,6とともに液密の容器本体を構成している。
【0025】
この装置の両側に突出した舌片1aを同じ側の5枚ずつを重ねて導電接着剤で固定し、それぞれ銅箔からなる電極に導電接着剤で接続し、さらに左右それぞれの側の電極をリード線で共通に接続した。
【0026】
この装置に171.3μS/cmの供給水を15.8 l/min(LV=0.14)で流しながら、左右それぞれの電極に3Vの電圧を印加し(220〜400mA)処理水の導電率を所定の経過時間ごとに測定した。測定結果を図5に示す。
【0027】
さらに、約180μS/cmの供給水(市水)を23 ml/min(LV=0.2)で流しながら、左右それぞれの電極に直流電源DCから3Vの電圧を印加し、導電率が高くなったところで、左右の電極を短絡させて逆洗することを繰り返しながら導電率の変化を測定した。結果を図6に示す。
【0028】
実施例2
次に、図7を参照して、予め成形された容器本体7′を用いた実施例について説明する。同図において、図4と同一部分には、同一符号を付して重複する説明を省略する。
【0029】
同図において、容器本体7′は、アクリル系樹脂やエポキシ樹脂等により成形された上部が開放され底部に通水口(図示せず)が形成され、側板7aの対向する1組に舌片を露出するための切欠部7bが設けらた上部開口の箱状をなしている。容器本体7′の切欠部7bは、容器本体7′の垂直方向の軸に対して対象位置に形成されている。
【0030】
この実施例では、活性炭繊維シート1の舌片1aが単位電気絶縁性シート2を挟んで容器本体7′の中心軸に対して対象位置となり、かつ各舌片1aが交互に容器本体7′の対向する側板7aの切欠部7bから露出するようにして、周縁に接着剤を付着させた活性炭繊維シート1と単位電気絶縁性シート2が、交互に、容器本体内7′に堆積される。このとき、舌片1aの面にも接着剤を塗布しておき所定の枚数ごとに一体に接着するようにする。
【0031】
全部の単位活性炭繊維シート1と単位電気絶縁性シート2を堆積させた後、開口部に通水口を有する蓋体(図示せず)を当て、容器本体7′の切欠部7bと活性炭繊維シート1及び電気絶縁性シート2との間に生じた間隙にシリコーンシーラントを充填し、さら蓋体と容器本体7′との間の漏水部にはシリコンシーラントを充填して水密にする。
【0032】
単位活性炭繊維シート1の舌片1aには、実施例1と同様にして電極が接続される。
【0033】
(実施例3)
この実施例は、実施例1,2における単位活性炭繊維シートの舌片を図8、9に示すようにステンレス板8に替えた単位活性炭繊維シート1′を用いた例である。このステンレス板8は正方形の単位活性炭繊維シート1′に導電接着剤で接着され、リード線は、このステンレス板8に直接接続される。同図において、図1と同一の符号は図1と同じ構成要素を示す。
【0034】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば、活性炭繊維自体に電圧を掛けているので、電極にスケーリングが生じることがなく構造を簡単にすることができる。また、活性炭繊維シートに電極を介さずに直接電圧を印加するので、正負に帯電した活性炭繊維シートの間隔が最小限の隙間となり、活性炭繊維シート間の電位傾度が大きくなりイオン保持量が大きくなる。さらに、活性炭繊維シートに対して垂直方向から通水するので、イオン除去性能が高い。さらに、活性炭繊維シート自体がフィルターの働きをするので、活性炭繊維シートにイオン交換とフィルターとして機能させることも可能である。なお、処理水質を活性炭繊維の枚数により調整することも可能となり、高い圧力で通水することがないので、ポンプのランニングコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に用いる活性炭繊維シートの正面図。
【図2】 図1に示した活性炭繊維シートの背面図。
【図3】 図1に示した活性炭繊維シートのIII−IIIに沿った要部の拡大断面図。
【図4】 本発明の一実施例の分解図。
【図5】 本発明の一実施例による効果を示すグラフ。
【図6】 本発明の一実施例による効果を示すグラフ。
【図7】 本発明の他の実施例に用いる活性炭繊維シートの正面図。
【図8】 図7に示した活性炭繊維シートのVIII−VIII線に沿う拡大断面図。
【図9】 本発明のさらに他の実施例の分解図。
【符号の説明】
1……単位活性炭繊維シート、1a……舌片、2……単位電気絶縁性シート、3……枠体、4……単位ユニット、5,6……端板、5a、6a……通水口、7′……容器本体、7a……側板、7b……切欠部。
Claims (6)
- 通液性の電気絶縁シートと活性炭繊維シートを少なくとも活性炭繊維シートが2層以上となるように交互に積層して積層体を形成し、前記積層体の各活性炭繊維シート層を互いに隣接する層が異極となるよう正負の電極に接続して、前記積層体の厚さ方向にイオン性物質を含む液体を通液することを特徴とする電気脱塩方法。
- 通液性の電気絶縁シートと活性炭繊維シートを少なくとも活性炭繊維シートが2層以上となるように交互に積層して積層体を形成し、前記積層体の各活性炭繊維シート層を互いに隣接する層が異極となるよう正負の電極に接続して、前記積層体の厚さ方向にイオン性物質を含む液体を通液し、所定のタイミングで隣接する前記活性炭繊維シート層を短絡させ、または逆電圧を印加して、イオン性物質を濃厚に含む液体を排出することを特徴とする電気脱塩方法。
- 通液性の電気絶縁シートと活性炭繊維シートを少なくとも活性炭繊維シートが2層以上となるように交互に積層してなる積層体と、
側板内面で前記積層体を液密的に保持し対向する端板には通液口を設けてなる容器本体と、
前記各活性炭繊維シートに接続されて前記各活性炭繊維シートに交互に正負の極性を発生させる電極装置と
を有することを特徴とする電気脱塩装置。 - 前記各活性炭繊維シートには、それぞれ前記容器本体を液密に貫通する舌片が形成され、前記電極装置の電極は前記各舌片に接続されていることを特徴とする請求項3記載の電気脱塩装置。
- 前記舌片は、正負の極性ごとに前記容器本体の異なる側面から導出され、それぞれ複数まとめて前記電極装置の各電極に接続されていることを特徴とする請求項4記載の電気脱塩装置。
- 前記容器本体の異なる側面から導出された各活性炭繊維シートの舌片には金属導体が接続され、前記各金属導体は各極性ごとにまとめられて、それぞれ前記電極装置の各電極に接続されていることを特徴とする請求項5記載の電気脱塩装置。
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