JPS5819324B2 - 吸着処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えば活性炭による水処理やイオン交換樹
脂によるイオン成分の吸着除去などに用いられる吸着処
理装置に関する。

さらに詳しくは、液下向流式の吸着処理装置において、
間欠的に新しい吸着剤を吸着剤層の下部に導入し、上部
から吸着飽和に達つした古い吸着剤を排出するように構
成したことを特徴とした吸着剤の部分充填が容易に、か
つ短時間で行なえる吸着処理装置に関する。

一般に粒状の吸着剤によって被処理液を吸着処理する装
置では、粒状の吸着剤を固定床として使っていた。

そのため、吸着処理が進むにつれて吸着剤と被処理液と
が最初に接する位置にある吸着剤から順次吸着飽和に達
して行くが、流れの最下流の吸着剤にも吸着が起りはじ
めると、処理液中に被吸着成分がもれだしてくる。

そして、この濃度がゆるされる範囲を超えると吸着剤を
取りかえるようにしているがこの場合流れの下流側の吸
着剤は、一部吸着したのみでまだ吸着飽和に達していな
いが、従来の装置ではこの未飽和の吸着剤まで取りかえ
ることになり不経済であるという欠点があった。

吸着処理装置について更に詳述すると、液下向流式の吸
着処理装置については、理想的には吸着飽和に達した最
上層の吸着剤のみを頻度高く少量づつできれば連続的に
とりだし、同時に最下層に新しい吸着剤を充填すればよ
い。

このようにすれば、取り出された吸着剤は吸着飽和に達
したもののみであり、被処理液は常に吸着剤層最下部の
新しい吸着剤を通過して常に安定に処理されてでてくる
。

したがって、未飽和の吸着剤を取り出す不経済もな゛く
、被吸着物質の除去率も常に一定となる。

なお、上向流式の吸着処理装置の場合は、被処理液は吸
着剤層の下部から入り、上部に処理液が排出されるが、
この場合は、吸着飽和の部分は吸着剤層の最下部になる
ので、吸着処理槽下部から液とともに重力で排出するな
ど下部の飽和した活性炭のみを比較的容易に取り出せる
。

また、新しい吸着剤の導入も上部から容易に行なうこと
ができる。

したがって、上向流式の吸着処理装置では頻度高く少量
づつ取り出しと、充填ができ、この点では理想に近いも
のであるが、上向流のため次の欠点がある。

すなわち、被処理液が上向流のため吸着剤粒子が浮遊状
態になって濾過作用が低下し被処理液中の懸濁物質が除
去されにくい。

また、浮遊状態になり流動性が高まるため、使用中に吸
着剤層の上部と下部との吸着剤が混合しやすく、結局、
下部から取り出した吸着剤に未飽和のものが含まれるし
、また、新しい吸着剤を充填した上部にも吸着の進んだ
古い吸着剤が混合し不満足である。

一方、下向流式では上記のような浮遊状態とならず、流
動を生じない。

したがって、下部から新しい吸着剤を充填し、上部から
古い吸着剤を取り出すようにできれば理想的な吸着処理
装置となる。

従来、このような吸着処理装置が実現していない理由は
、吸着剤層の下部に新しい吸着剤を充填する適切な方法
がみいだされていなかったためである。

なお液下向流式の場合、上部にある古い吸着剤の取り出
しは、例えば下部から吸着剤充填のために注入した液と
ともに、スラリーとして排出するなどの方法により特別
の困難なしに行なうことができる。

本発明は、吸着剤層の下部へ新しい吸着剤を整然と充填
する新規な方法を見いだしたことにより、従来の欠点を
除去し、理想に近い吸着処理装置を提供するものである
。

第１図は本発明になる吸着処理装置の一実施例を示す断
面図であり、図において１は吸着処理槽、２はこの吸着
処理槽１に収納された吸着剤の形成する吸着剤層、２１
は後述する仕切部材４の下部に充填された吸着剤の形成
する吸着剤層、３はこれらの吸着剤層２及び２１を支持
すると共に処理液中に吸着剤の粒子が流出するのを防止
するストレーナ−１４は前記吸着剤層２及び２１を分断
するように配置された仕切部材、４１はこの仕切部材に
設けられ、吸着剤粒子を十分に流通し得る開孔、５はこ
の開孔４１に連通して接続され、吸着剤層２１の底部方
向に延在して被処理液もしくは吸着剤を流通し得る所定
の長さを有する連通管、６は吸着処理槽１に被処理液を
導入するための被処理液導入口、６１は前記被処理液の
導入を制御する開閉弁、７は処理液を排出するための処
理液排出口、７１は開閉弁、８は所定時に前記仕切部材
４の上面部に新しい吸着剤を導入する手段として用いる
吸着剤スラリー供給口、８１は開閉弁、９は通水時の吸
着剤層２の上面より高い位置に設けられ、前記新しい吸
着剤の導入によって押し上げられた吸着剤層２の表層部
分を排出するための；吸着剤排出口、９１は開閉弁、１
０は前記吸着剤スラリー中の液体を溢流させるための溢
流口、１０１は開閉弁、１０２は吸着剤の粒子径より小
さな穴のあいたストレーナ−を示す。

なお、図中の矢印は被処理液Ａもしくは処理液Ｂの流れ
の方向を示す。

上記のように構成された本発明に係る吸着処理装置につ
いて以下その作用を説明する。

開閉弁９１，８１、及び１０１を閉じ、開閉弁６１及び
７１を開いて被処理液導入口６より被処理液を矢印Ａの
如く流入させ、処理液排出ロアより処理液を矢印Ｂの如
く流出させる。

この操作を続けている内に、吸着剤層２の上部より吸着
剤が吸着飽和に達して行く。

吸着飽和に達した吸着剤が、ある深さ、例えは前記第１
図に示したレベルＬよりレベルＭに達した段階にて開閉
弁６１及び７１を閉じ、被処理液の通水を停止し、吸着
剤層２の移動を行なわせる。

それには、開閉弁８１及び９１を開け、吸着剤スラリー
供給口８より押上液（後述のように吸着剤を押上げるた
めに用いる液体なのでこのように呼ぶ。

この押上液自体は、例えば処理液の一部をタンクなどに
貯留したものを用いるとよい。

）を吸着剤層２の流動化開始速度以上にて第２図に示す
矢印Ｃの如く流入させる。

押上液は、一旦連通管５の下端に達し、この連通管５の
中を上昇するが、その流速は吸着剤の流動開始速度より
も十分に大きい（吸着剤層２の流速００ ×聞手り率）ので連通管５内の吸着剤は仕切部材４の上
に押し上げられようとする。

しかし、仕切部材４の上の吸着剤層２が上昇しない限り
、これが連通管内の吸着剤の上昇をさまたげ、上昇は起
こらない。

ところで、吸着剤スラリー供給口８から送入する押上液
の流速は、実際は仕切部材４の上部の吸着剤層２の流動
化開始速度より大きいので吸着剤層２が押上げられて仕
切部材４の直上に押上液のみの部分、もしくは少なくと
も空隙率の大きい部分（他の部分より吸着剤に対し液の
割合の多い部分）が生ずる。

この状態になると、連通管５内の吸着剤は上昇し得るわ
けで、連通管５内の吸着剤の流速は吸着剤層２の流速よ
りはるかに速いので、吸着剤層２の上昇速度より速い速
度で吸着剤が上昇し、仕切部材４の押上液のみの部分、
もしくは少なくとも空隙率の大きくなった部分を充して
しまう。

かくして仕切部材４の上面近傍に新しい吸着剤が充填さ
れる。

このようにして連通管５内には押上液の流れとともに周
辺の吸着剤が流入し、第２図に示す如く連通管５内は常
に吸着剤で充填されて押し上げられる。

一方、吸着飽和に達した吸着剤は吸着剤排出口９から矢
印りの如く排出される。

もちろん仕切部材４下部の吸着剤が減少し、連通管５の
下端より下ってしまうと、押上液のみが連通管５内に入
ってしまうので、その前に吸着剤スラリー供給口８から
の押上液の送入を止める。

第３図は、このようにして押上液の導入を止めた状態を
示す断面図である。

なお、前記押上液の代りに吸着剤の混合した液（スラリ
ー）を送入してもよいが、その場合は、スラリー中の吸
着剤の混合量が適当であれば、仕切部材４の上に移動す
る量と補給がバランスして仕切部材下部の吸着剤層のレ
ベルは下がらない。

混合量が多すぎると吸着剤スラリー供給口８に吸着剤が
つまってくる。

混合量が少ないと当然吸着剤のレベルがさがるが、押上
液だけを入れる場合よりはもちろん低下の速さはおそい
。

実用的には、前記したように、まず押上液のみを送って
吸着剤を仕切部材４の上に移動し、仕切部材４の下部の
吸着剤のレベルがあるところまでさがったところで停止
し、ついで以下に述べるように新しい吸着剤のスラリー
を供給するようにするのが操作しやすい。

次いで、開閉弁１０１を開け、新しい吸着剤を分散した
スラリーを吸着剤スラリー供給口８から第４図の矢印Ｃ
′のように供給する。

このときスラリーの液体成分は溢流口１０から第４図の
矢印Ｅの如く溢流させる。

もちろん、開閉弁７１を開いて処理液排出ロアから出す
こともできるし、スラリーと共に入る液流量が吸着剤層
２の流動開始速度より小さければ被処理液導入口６ある
いは吸着剤排出口９から開閉弁６１または９１を開いて
出すこともできる。

このようにして新しい吸着剤を供給すると、第５図に示
すように仕切部材４の下面部まで吸着剤が充填される。

なお、連通管５を通して吸着剤を上部へ移動（押上げ）
させる過程の動作をわかりやすくするため分解的に述べ
たため、吸着剤の上部への移動の初期に仕切部材４の上
部に押上液のみの部分、もしくは少なくとも空隙率の大
きくなった部分が生ずるように説明したが、実際にはこ
のような状態が起ろうとすると下からの吸着剤が上昇し
てきて押上液のみの部分や、空隙率の大きな部分を充し
てしまうので、そのような部分は生じない。

また、このようにして仕切部材４の下から吸着剤が上に
移動しうる状況のもとでは、吸着剤層２の流速が流動開
始速度以上であっても層の膨張がほとんど生ぜず、した
がってまた、流動化によって層が乱れ上方の吸着剤と下
方の吸着剤が混合することも起らないし、また、粒径や
比重の異なる吸着剤が入っていても分級が起らない。

このように、層の膨張が起らず、したがって層の乱れや
分級の起らない状態での粒または粉の移動（流動）はス
ラッギング流動として知られているが、このような状態
を短時間は実現できても、長時間にわたり実現すること
は従来困難であった。

スラッギング流動が長時間安定に保てない理由は、本発
明者らの研究によると、スラッギング流動の際、その後
部（上に移動させる場合は下部）に液のみの部分か、少
なくとも空隙率の大きい部分が生じ、この部分から充填
層の乱れが伝播するためであるが、本発明に係る吸着処
理装置の場合はいちはやく、その部分を下部から連通管
５を通して上昇してくる吸着剤で充すことによって、ス
ラッギング流動を安定に保つことを可能にしている。

また、仕切部材４の下部から仕切部材上部に移動する吸
着剤は開孔４１の直上にのみ堆積するという懸念がある
が、本発明になる処理装置では開孔４１の直上の部分の
みでなく仕切部材４上に実用上充分に均一に層状に分配
される。

このように層状に均一に分配される理由は、前述の原理
の分解的説明で述べたように、仕切部材の直上に均一に
液のみの部分、または空隙率の大きい部分ができようと
するため、連通管５を通して仕切部材の上にでてきた吸
着剤は仕切部材４の上面と平行力 。

向に移動しやすいためである。

なお、吸着剤を仕切部材の下部から上部に押し上げるに
あたって押上液を吸着剤スラリー供給口８から入れるか
わりに処理液排出ロアから入れてもよい。

この場合、連通管５下部の吸着剤が押し上げられて減少
すると吸着剤粒子は自重で連通管５の下部に流れ落ちて
くる。

しかしその場合の安息角は小さい。

（２０°前後）ので、すりばち状になる度合はわずかで
あり、連通管を図のように多数設けた場合は、実際はす
りばち状にならず均一に吸着剤のレベルが低下すること
を観察した。

一方、前記仕切部材４に突設した連通管５の長さは１回
に仕切部材の上部に移動させようとする吸着剤の量に見
合った長さにしておけばよい。

例えば頻度高く少量づつ行なう場合は、短かくてよい。

頻度を少なくし、１回に多量に行ないたい場合は、長く
しておく必要がある。

また、仕切部材４を配置する場合の位置は、特に限定は
ないが吸着剤層２及び２１の深さ方向に対し、１／２よ
りも下方に設けることが好ましい。

１／２よりも上方に設けた場合には、吸着剤の有効な量
が小さくなることがある。

また、連通管５の孔の開孔率（個々の連通管の孔の断面
積の和／吸着剤層の断面積を％で示したもの）は実際的
観点から１％〜２０％の範囲が好適である。

前記開孔率をあまり小さくすると、パイプ中での液の圧
力損失が大きくなり、不都合である。

一方、あまり大きくすると次の点で不都合である。

すなわち、仕切部材の下部は、上部に移動させる吸着剤
の１回分の貯槽としての機能をもっているわけであるが
、前記開孔率があまり太きいと、この部分のパイプによ
って占められる容積が大部分となり、貯槽としての容積
が極端に少なくなり不都合である。

仕切部材の上に移動させる原理からのみすれば開孔率は
１００％より小さければよい。

一方、前記連通管５の孔径は吸着剤が充分通過しうる大
きさが必要で、ブリッジングを生じないよう吸着剤粒径
の少なくとも５倍は必要である。

孔径の上限は仕切部材４に連通管５を１本のみ突設した
場合で、このときの直径は開孔率によってきめられるわ
けである。

上記第１図では多数の連通管を突設した仕切部材を用い
ているが吸着処理層１の直径が小さい（３０ｃｒｆＬ程
度以下）の場合は１本でも充分である。

また、吸着剤を仕切部材の上部へ押し上げるための押上
液の流量の条件は、前述のように吸着剤＠２の流動開始
速度以上の流量であればよい。

例えば吸着剤として粒径約２ｍｍの球形活性炭を使い、
押上液として水を使った場合は、この活性炭流動開始速
度は空塔速度で約１８ｍ／Ｈであり、実際上は２０〜３
５ｍ／Ｈが適描であった。

この流速範囲で移動距離として１０に７７２の押上げ量
（移動量）を６０〜１０秒で押し上げることができる。

流速が流動開始速度にあまり近くなると押上げ速度が遅
くなるし、スムーズに押し上げられないので、押し上げ
の流速は流動開始速度の少なくとも１．１倍は必要であ
る。

逆にあまり流速が早すぎると押し上げ時間があまり短か
すぎて、押上液の流入を止めるタイミングがむづかしい
。

押上げの停止は仕切部材の下の吸着剤層上面のレベルを
検知して開閉弁を閉じるか、押上液を付勢するための図
示しないポンプを停止するようにする。

具体的には例えば仕切部材に他の連通管より少し短かく
、しかも、この連通管に液が流れても影響しない程度の
細いパイプを別に設けておき仕切部材の下の吸着剤層上
面がこのパイプの下端より低下した場合、液のみが早い
流速で流れるようにしておく。

そしてこのパイプ中の流速の増加をヒト−管などで検知
する方法などが考えられる。

以上のように、吸着剤層の底部にＬ新しい］吸着剤を整
然と導入し、上面部から吸着頷旧こ達したＬ古い］吸着
剤を好適に排出できる理想に近い液下向流式の吸着処理
装置が実現された。

第６図は本発明の他の実施例を示す断面図であり、仕切
部材４の下部に連通ずる吸着剤供給管１１と、この吸着
剤供給管１１に連通ずるホッパー１２を設け、このホッ
パー１２から導入液と新しい吸着剤２２とを供給して重
力により吸着剤２２を仕切部材４の下部に導入するよう
にしたものである。

吸着剤２２と共に供給された導入液は必要に応じ溢流口
１０から排出され、このときの導入液の流れによって吸
着剤は均一に充填される。

なお、押上液は処理液排出ロアまたは溢流口１０から導
入される。

第７図はさらに、他の実施例を示す断面図であり、吸着
剤供給管１２の取付部分に設けた給液口１３から導入液
を噴流として供給し、吸着剤２２を均一に充填するよう
にしたものである。

この場合、導入液はストレーナ３を通って処理液排出口
７から流出させる。

第８図はさらに、他の実施例を示す断面図、第９図及び
第１０図はそれぞれ前記第８図に示したＩＸ−ＩＸ断面
端面図及びＸ−Ｘ断面図である。

この実施例では先ずストレーナ３はリング状に形成され
ている。

すなわち、パイプ材をリング状に形成し、下面に多数の
小孔（スリットでもよい）を設け、吸着剤をさえぎり液
体だけ流通するようにしている。

リング状のストレーナ３に入った処理液は排出管７２を
通してとりだされる。

このリング状ストレーナは第８図かられかるように、仕
切部材４の下面に近接もしくは当接して設けられている
ので被処理液導入口６から導入された被処理液は仕切部
材４の上部の吸着剤層２をまず下向し、さらに連通管５
を通過してさらに、その下端から仕切部材下部の吸着剤
層を、上方向に流れリング状のストレーナ３に到達する
。

上記説明した第１図、第６図、及び第７図の実施例の場
合は連通管５を通過した被処理液はその直下に設けられ
たストレーナに直接流入してしまい仕切部材下部の吸着
剤層２１は被処理液の吸着に有効に使われないが、この
実施例では有効に活用される。

さらにこの場合、仕切部材下部への吸着剤の充填は、吸
着剤供給管１２の取付部近傍の吸着処理槽１壁面に開口
して第１０図に示すように、外周部から流入するように
接続された給液口１３から導入された液体によって吸着
剤導入管１２から導入された新しい吸着剤を円周方向に
押し流する共に、旋回流を作り、仕切部材４の下部にま
んべんなく吸着剤が充填される。

供液口１３から導入された液体は旋回しながらリング状
のストレーナ３に入り排出管７２から排出される。

一方、吸着飽和に達した吸着剤層上部の吸着剤の上面か
らの排出は、押上液と共に吸着剤排出口９から排出され
るが第９図かられかるように、吸着剤を中心に集め吸着
剤排出口９から排出しやすいように本体に対して円周方
向に設けられた給液口１４から供給された液体によって
旋回流を作るようになっている。

さらに、仕切部材下部の吸着剤の上部への押し上げは、
リング状のストレーナ３から押上液を送り込むことによ
って有効に行なわれる。

ところで上記実施例では、吸着剤として活性炭を用いる
場合について説明したが、他の吸着剤、例えばゼオライ
ト、イオン交換樹脂などを用いても同様の効果が期待で
きることは勿論である。

なお、前記イオン交換樹脂を用いる場合陽イオン交換樹
脂と、陰イオン交換樹脂では比重が異なるが、本発明で
は比重が異なる粒子でも分級しないので、混床式のイオ
ン交換樹脂槽の場合とくに特徴を発揮する。

また、本発明によれば頻度高く、少量づつ吸着飽和に達
した吸着剤を排出できるので、例えば吸着剤の連続再生
装置と組合せることも好都合である。

この発明は、以上説明した通り吸着剤層を上下に分断す
るように配置され、その開孔に被処理液を上下に流通し
得る連通管を下方向に突設した仕切部材を設けることに
より、新しい吸着剤の供給と吸着飽和に達した吸着剤の
排出を整然と行なわしめるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、この発明の一実施例による吸着
処理装置、もしくはその動作状況を示す断面図であり、
第１図は、被処理液の吸着処理の状況、第２図は新しい
吸着剤を導入する状況、第３図は、前記導入を終了した
ときの状況、第４図は、吸着剤スラリーを導入する状況
、及び第５図は、前記吸着剤スラリーの導入を完了した
状況をそれぞれ順を追って示したもの、第６図は、他の
実施例として新しい吸着剤をホッパーから導入するよう
にしたもの、第７図はさらに他の実施例としてホッパー
から供給される吸着剤を給液口から導入される液体とと
もに、吸着処理槽に導入するようにしたもの、第８図は
、さらにまた他の実施例としてリング状のストレーナを
配置したもの、第９図は、前記第８図に示す■−ＩＫ断
面端面図、第１０図は前記第９図に示すＸ−Ｘ断面図で
ある。 図中、２は吸着剤層、３はストレーナ、４は仕切部材、
４１は開孔、４は連通管、８は吸着剤スラリー供給口、
９は吸着剤排出口を示す。 なお、各図中同一符号は同一もしくは相当部分を示すも
のである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被処理液が流通される吸着剤層、吸着層の上部に設
   けられた被処理液入口とその下部に設けられた吸着剤ス
   ラリー排出口、この吸着剤層を上下に分断する仕切部材
   、この仕切部材に設けられた吸着剤粒子の通過を許す開
   孔、この開孔に一端開口部が接続され、他端が前記下方
   に分断された吸着剤層内に開口する連通管、該連通管が
   突出した側の仕切部材と吸着塔外壁とに囲まれた部分に
   設けられた被処理液流出口と吸着剤スラリー供給口を備
   えてなる吸着処理装置。 ２ 吸着剤として活性炭を用いるようにした特許請求の
   範囲第１項記載の吸着処理装置。 ３ 仕切部材を吸着剤層の２分の１よりも下側に配置す
   るようにした特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   吸着処理装置。