WO2021166368A1 - イオン交換装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an ion exchange device capable of removing impurity ions in a liquid to be treated.
- the applicant does not require an expensive ion exchange resin and exchanges the raw water portion containing the liquid to be treated, which is composed of a liquid containing impurity ions, with the impurity ions in order to reduce the size of the apparatus.
- the ion exchange device provided was examined.
- Such an ion exchange device can satisfactorily remove impurity ions in the raw water part by interposing an ion exchanger between the raw water part and the treatment part, but with respect to the raw water part of the treated substance in the treatment part. Since further demands for increasing the amount of impurity ions removed while reducing the amount of permeation are expected, the applicant has come to diligently study an ion exchange device capable of satisfying the demands as well.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and the ion exchange capacity can be increased without the need for an expensive ion exchanger, and the amount of permeation of the treated substance through the raw water portion can be reduced. At the same time, it is an object of the present invention to provide an ion exchange device capable of increasing the amount of impurity ions removed.
- the invention according to claim 1 is a raw water unit containing a liquid to be treated, which is a liquid containing impurity ions, and a processing unit, which contains a processing substance containing exchange ions composed of ions that can be exchanged with the impurity ions.
- An ion exchange device including an ion exchanger that allows passage of the impurity ions from the raw water portion to the treatment unit and passage of the exchanged ions from the treatment portion to the raw water portion.
- a voltage applying means capable of applying a voltage is provided, and when the impurity ion of the raw water portion is a cation, the voltage applying means applies a voltage at which the ion exchanger becomes a negative electrode, and the raw water portion is provided with a voltage.
- the impurity ion is an anion
- the ion exchanger applies a voltage that becomes a positive electrode.
- the invention according to claim 2 is the ion exchange apparatus according to claim 1, wherein the ion exchanger is provided with an electrode in the ion exchanger, and a pair of electrodes is provided in a raw water portion containing a liquid to be treated. Therefore, it is characterized in that a voltage is applied using the film itself as an electrode.
- the invention according to claim 3 is characterized in that, in the ion exchange device according to claim 1 or 2, the exchange ion is composed of a Group 1 element ion or a hydroxide ion.
- the invention according to claim 4 is the ion exchange apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the exchange ion is a first treatment unit composed of Group 1 element ions, and the exchange ion is a hydroxide.
- a second processing unit made of ions is provided, and the first processing unit and the second processing unit are connected to the raw water unit via the ion exchanger, respectively, and the voltage applying means is the first processing. It is characterized in that a voltage at which the ion exchanger of the second processing unit becomes a negative pole is applied, and a voltage at which the ion exchanger of the second processing unit becomes a positive pole is applied.
- the invention according to claim 5 is the ion exchange apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the voltage applying means has a current of 0.01 A or less when a voltage is applied to the ion exchanger. It is characterized by being set.
- the invention according to claim 6 is characterized in that, in the ion exchange device according to any one of claims 1 to 5, the molar concentration of the treated substance in the treated portion is higher than that in the liquid to be treated in the raw water portion. And.
- the invention according to claim 7 is characterized in that, in the ion exchange device according to claim 6, the molar concentration of the treated substance in the treated portion is 2 mol / L or more.
- the invention according to claim 8 is characterized in that, in the ion exchange device according to any one of claims 1 to 7, the raw water portion can circulate the liquid to be treated.
- the invention according to claim 9 is characterized in that, in the ion exchange device according to any one of claims 1 to 8, the processing unit is provided with a stirring means capable of stirring the processed substance. ..
- the invention according to claim 10 is the ion exchange apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the impurity ions pass from the raw water section to the processing section, and the exchange ions are passed from the processing section to the raw water section.
- the raw water portion is filled with the ion exchanger in contact with the ion exchanger that allows the passage of the ion exchanger.
- the invention according to claim 11 is characterized in that, in the ion exchange device according to claim 10, the ion exchanger filled in the raw water portion is made of an ion exchange fiber.
- the invention according to claim 12 is the ion exchange apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the joint portion between the raw water portion and the ion exchanger, and the processing portion and the ion exchanger. It is characterized in that a sealing means for sealing at least one of the joints with and is provided.
- the invention according to claim 13 is characterized in that, in the ion exchange device according to any one of claims 1 to 12, the ion exchanger is formed on a support made of a sheet-like fiber layer. do.
- a raw water portion containing a liquid to be treated composed of a liquid containing impurity ions
- the voltage applying means applies a voltage at which the ion exchanger becomes a negative pole when the impurity ion in the raw water portion is a cation, and when the impurity ion in the raw water portion is an anion, the ion exchanger becomes a positive pole. Since a voltage is applied, the ion exchange capacity can be increased without the need for an expensive ion exchanger, and the amount of impurity ions removed can be increased while reducing the amount of permeation of the treated substance into the raw water portion. Can be done.
- Schematic diagram showing an ion exchange device according to the first embodiment of the present invention Graph showing the technical effect of the ion exchange device
- Schematic diagram showing another ion exchange device according to the same embodiment Schematic diagram showing another ion exchange device according to the same embodiment
- Schematic diagram showing another ion exchange device according to the same embodiment Schematic diagram showing another ion exchange device according to the same embodiment
- Schematic diagram showing another ion exchange device according to a second embodiment of the present invention Schematic diagram showing an ion exchange device according to a third embodiment of the present invention.
- Schematic diagram showing an ion exchange device according to another embodiment of the present invention Schematic diagram showing an ion exchange device according to a fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 1 Schematic diagram showing an ion exchange device according to another embodiment of the present invention.
- the ion exchange device removes impurity ions in the liquid to be treated to soften industrial water or produce pure water, purify drinking water, cooling water for vehicles, and the like.
- a raw water tank 1 raw water section
- a treatment tank 2 treatment section
- an ion exchanger 3 ion exchanger 3
- a voltage applying means E are provided. Can be mentioned.
- the raw water tank 1 is a portion containing a liquid to be treated, which is a liquid containing impurity ions.
- the liquid to be treated contains K + (potassium ion) and Na + (sodium ion) as impurity cations. solution, CO 3 2-(carbonate ions) as impurities anions, Cl - mentioned solution containing (chloride ions).
- the raw water tank 1 according to the present embodiment contains a predetermined volume of a liquid to be treated (water to be treated) containing these impurity cations and impurity anions.
- the treatment tank 2 is a portion containing a treatment substance (liquid in this embodiment) containing exchange ions composed of ions that can be exchanged with impurity ions.
- a solution tank containing an acid or a solution tank containing an alkali may be used. Can be mentioned.
- a solution bath containing an acid specifically, in addition to H + as exchange ions, Cl - solution containing
- a solution containing H as exchange ions + (hydrogen ions) contained in the case of a solution tank containing an alkali, for example, a solution containing OH ⁇ (hydroxide ion) as an exchange ion (specifically, OH ⁇ as an exchange ion) and Na + were contained. Solution) is contained.
- the ion exchanger 3 allows the passage of impurity ions from the raw water tank 1 to the treatment tank 2, or the passage of exchange ions from the treatment tank 2 to the raw water tank 1.
- an ion exchange resin, a chelate resin, or a phosphoric acid-treated gypsum. , Nafion, zeolite, hydrotalcite, metal oxide and the like can be used.
- the ion exchanger 3 according to the present embodiment is formed of a flat film shape interposed between the raw water tank 1 and the treatment tank 2, and when the impurity ion is a cation, the ion exchanger 3 is treated with the impurity ion by using the cation exchanger.
- an anion exchanger is used to mutually pass only the impurity ion and the exchangeable anion in the treated substance. It functions by passing it through, and impurity ions can be removed from the raw water.
- the molar concentration of the solution (treated substance) in the treatment tank 2 is set higher than that in the liquid to be treated in the raw water tank 1.
- the concentration (molar concentration) of the exchanged ions contained in the treatment tank 2 is set higher than that of the impurity ions in the liquid to be treated contained in the raw water tank 1, so that the impurity ions are transferred to the ion exchanger 3.
- the impurity ions move in the ion exchanger 3 due to the difference in concentration and are released into the treatment tank 2, and the exchange ions in the treatment tank 2 move in the ion exchanger 3 to move in the raw water tank. It will be released in 1.
- the impurity ions in the raw water tank 1 come into contact with the ion exchanger 3 due to the concentration difference and the ion selectivity, the impurity ions are replaced with the ions of the ion exchanger 3 and the ions reach the ion exchanger 3 on the treatment tank 2 side. Will be replaced in sequence.
- the impurity ions that have come into contact with the ion exchanger 3 pass through the ion exchanger 3 from the raw water tank 1 toward the treatment tank 2, and the molar concentration of the treatment tank 2 (concentration of the exchange ions) is high, so that the treatment is carried out. It replaces the exchanged ions in the tank 2 and moves into the processing tank 2. Thereby, the impurity ions in the raw water tank 1 can be removed.
- a film-like ion exchanger 3 (anion exchanger) containing OH ⁇ , which is represented by a structural formula, is used, and a solution containing Cl ⁇ as an impurity ion (anion) in the raw water tank 1 and treatment.
- the tank 2 Na + and OH - ion exchange device processing material is housed including the exchange ions, such as will be described.
- ion-selective higher has high valence ions larger exchanged sensitive characteristics as those of the atomic and molecular size
- impurity ions of the raw water tank 1 Cl - is of the ion exchanger 3 OH - and They are replaced and incorporated into the ion exchanger 3, and the incorporated impurity ions (Cl ⁇ ) are sequentially replaced with OH ⁇ ions in the ion exchanger 3.
- the molar concentration of the treated substance in the treatment tank 2 is higher than that in the liquid to be treated in the raw water tank 1, so that the impurity ions (Cl ⁇ ) incorporated in the ion exchanger 3 exchange the treatment tank 2.
- the impurity ions (Cl ⁇ ) in the raw water tank 1 move to the treatment tank 2 and are removed. Since Na + , which is a cation , repels N + in the ion exchanger 3, it is difficult to move to the raw water tank 1.
- the anions in the raw water tank 1 repel the anions such as sulfonic acid groups in the ion exchanger 3 (cation exchanger) and exchange the ions.
- the cations in the raw water tank 1 are quaternary ammonium groups in the ion exchanger 3 (anion exchanger) or the like. It repels the cations of the above and cannot pass through the ion exchanger 3.
- the ion exchanger 3 has a property of blocking the passage of ions of different codes having different charges from each other and allowing only the ions of the same code having the same charges to pass through. It is composed of shaped members for the purpose of filtering impurity ions.
- the ion exchanger 3 that allows only cations to pass through is called a cation exchange membrane (cation exchange membrane), and the ion exchanger 3 that allows only anions to pass through is called an anion exchange membrane (anion exchange membrane).
- the pressure in the raw water tank 1 is higher than the pressure in the treatment tank 2 (the pressure of the liquid to be treated in the raw water tank 1 is higher than the pressure of the solution in the treatment tank 2).
- the pressure in the raw water tank 1 can be made higher than the pressure in the treatment tank 2 due to the flow resistance.
- the ion exchange device includes a voltage applying means E capable of applying a voltage to the ion exchanger 3, and the voltage applying means E has cations as impurity ions in the raw water tank 1.
- the ion exchanger 3 is configured to apply a voltage that becomes a negative pole, and when the impurity ion in the raw water tank 1 is an anion, the ion exchanger 3 can apply a voltage that becomes a positive pole.
- the voltage applying means E is composed of a means capable of passing a direct current such as a battery, and is connected to a connection terminal a connected to the ion exchanger 3 and a portion of the raw water tank 1 facing the ion exchanger 3. It is configured to have a connection terminal b.
- the ion exchanger 3 according to the present embodiment is formed with an electrode to which a voltage can be applied to the whole or a part of the ion exchanger 3 by the voltage applying means E.
- the connection terminal a may be formed on the outer peripheral edge thereof.
- the impurity ion of the raw water tank 1 is changed by applying a voltage by the voltage applying means E so that the connection terminal a becomes a negative pole and the connection terminal b becomes a positive pole.
- the negative electrode ion exchanger 3 is attracted and easily exchanged, and the anions in the treatment tank 2 (ions having a different sign from the exchanged ions) repel the negative electrode ion exchanger 3 and are repelled by the negative electrode ion exchanger 3 on the raw water tank 1 side. The passage to is suppressed.
- the impurity ion of the raw water tank 1 When the impurity ion of the raw water tank 1 is an anion, the impurity ion of the raw water tank 1 can be removed by applying a voltage with the voltage applying means E so that the connection terminal a becomes a positive pole and the connection terminal b becomes a negative pole. , The positive electrode ion exchanger 3 is attracted and easily exchanged, and the cations in the treatment tank 2 (ions having a different sign from the exchange ion) repel the positive electrode ion exchanger 3 and are repelled by the positive electrode ion exchanger 3 on the raw water tank 1 side. The passage to is suppressed.
- the experimental results as shown in FIG. 2 were obtained by operating the voltage applying means E and applying the voltage. That is, when the voltage applied to the ion exchanger 3 is increased to 0 (V), 8.5 (V) and 20 (V), the permeation amount of the processing substance (ion having a different code from the exchange ion in the processing tank 2). It was found that the amount of permeation into the raw water tank 1) was reduced and the amount of impurities removed (the amount of impurity ions exchanged in the raw water tank 1) was increased. Further, it was found that the voltage applying means E preferably sets the current when the voltage is applied to the ion exchanger 3 to 0.01 A or less.
- the liquid to be treated in the raw water tank 1 and the solution (treated substance) in the raw water tank 2 according to the present embodiment are in a state of not flowing, but as shown in FIG. 3, the inflow port 1a and the flow into the raw water tank 1
- An outlet 1b is formed to flow the liquid to be treated in the raw water tank 1, and as shown in FIG. 4, an inflow port 2a and an outlet 2b are formed in the treatment tank 2 to form a solution in the treatment tank 2 (treatment substance).
- an inflow port 1a and an outflow port 1b are formed in the raw water tank 1 to allow the liquid to be treated to flow, and an inflow port 2a and an outflow port 2b are formed in the treatment tank 2.
- the processing substance may be made to flow.
- impurity ions can be continuously removed with a simple structure, which is preferable.
- a gasket or the like is formed at the joint portion between the raw water tank 1 (raw water portion) and the ion exchanger 3 and the joint portion between the treatment tank 2 (treatment portion) and the ion exchanger 3.
- the sealing means 4 of the above may be arranged.
- the sealing means 4 is applied to at least one of the joint portion between the raw water tank 1 (raw water portion) and the ion exchanger 3 and the joint portion between the treatment tank 2 (treatment portion) and the ion exchanger 3. It suffices if it is arranged.
- the processing tank 2 (processing unit) may be provided with a stirring means 5 such as an impeller capable of stirring the solution (processed substance).
- a stirring means 5 such as an impeller capable of stirring the solution (processed substance).
- the molar concentration of the solution (processed substance) in the processing tank 2 is preferably 2 mol / L or more. If it is 2 mol / L or more, it is possible to provide an ion exchange device having an ion exchange capacity higher than that of an existing ion exchange resin.
- the exchange ions in the treatment tank 2 are preferably composed of Group 1 element ions or hydroxide ions, and may contain weak acids or weak bases.
- the ion exchanger 3 may be one made of an ion exchange resin film, one made of a double network gel, or one formed on a support made of a sheet-like fiber layer.
- the double network gel (DN gel) is composed of a polymer having a three-dimensional network structure insoluble in various solvents and a swollen body thereof, and is composed of a gel having high strength and low friction performance. More specifically, the double network gel is composed of a hard and brittle strong electrolyte gel and a soft neutral gel entwined to have a mutually independent double polymer network structure. It is preferable to use a double network gel because the ion exchanger has high strength and is not easily torn.
- the sheet-shaped fiber layer as a support is made of, for example, cellulose fibers and has a thickness dimension of 0.05 mm or more and 0.3 mm or less, preferably about 0.15 mm. Is preferable. More specifically, the fiber layer is preferably made of pulp such as cellulose or PET fiber having high water resistance and molded into a sheet shape (paper shape) by a papermaking method (papermaking method).
- the ion exchange device removes impurity ions in the liquid to be treated to soften industrial water or produce pure water, and for drinking water, cooling water for vehicles, and the like.
- the raw water tank 1, the first treatment tank 6 (first treatment section), the cation exchanger 7, and the second treatment tank 8 (second treatment section) are used for purification.
- the anion exchanger 9 and the voltage applying means E are provided.
- the raw water tank 1 is formed with an inflow port 1a and an outflow port 1b so that the liquid to be treated can flow. Further, in the raw water tank 1, as in the first embodiment, a solution containing K + (potassium ion) and Na + (sodium ion) as impurity cations, CO 3 2- (carbonate ion) as impurity anions, and so on. Cl - solution containing (chloride ions) are accommodated and flow. However, the types of impurity ions are not limited to this.
- the first treatment tank 6 is a portion containing a solution (treatment substance) containing exchange ions composed of Group 1 element ions, and is, for example, a solution containing H + (hydrogen ions) as exchange ions (specifically). the addition to H + as exchange ions, Cl - accommodates a solution) containing a.
- the second treatment tank 8 is a portion containing a solution (treated substance) containing an exchange ion composed of hydroxide ions, and is, for example, a solution containing OH ⁇ (hydroxide ion) as an exchange ion (specifically). Specifically, it contains a solution containing Na + in addition to OH ⁇ as an exchange ion).
- first treatment tank 6 and the second treatment tank 8 are connected to the raw water tank 1 via ion exchangers (cation exchanger 7 and anion exchanger 9), respectively.
- the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9 are the same as the ion exchanger 3 in the first embodiment, and the impurity ions pass from the raw water tank 1 to the treatment tank 2 or the exchange ion treatment tank 2 is used. Therefore, it is allowed to pass through the raw water tank 1.
- the molar concentration of the solution (treated substance) in the first treatment tank 6 and the solution (treated substance) in the second treatment tank 8 is higher than that in the liquid to be treated in the raw water tank 1. It is set high. As a result, the concentration (molar concentration) of the exchange ions contained in the first treatment tank 6 and the second treatment tank 8 is set higher than that of the impurity ions in the liquid to be treated contained in the raw water tank 1.
- the impurity ions When the impurity ions are adsorbed on the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9, the impurity ions move in the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9 due to the difference in concentration, respectively, and the first treatment tank While being released into the 6 and the 2nd treatment tank 8, the exchange ions in the 1st treatment tank 6 and the 2nd treatment tank 8 move in the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9, respectively, and the raw water tank 1 It will be released inside.
- the impurity ions in the raw water tank 1 come into contact with the cation exchanger 7 due to the concentration difference and the ion selectivity, the impurity ions are replaced with the ions of the cation exchanger 7. Ions are sequentially replaced up to the cation exchanger 7 on the first treatment tank 6 side. In this way, the impurity ions that have come into contact with the cation exchanger 7 pass through the cation exchanger 7 from the raw water tank 1 toward the first treatment tank 6, and at the same time, the molar concentration of the first treatment tank 6 (concentration of exchange ions).
- the impurity ions in the raw water tank 1 come into contact with the anion exchanger 9
- the impurity ions are replaced with the ions of the anion exchanger 9
- the second treatment Ions are sequentially replaced up to the anion exchanger 9 on the tank 8 side.
- the impurity ions that have come into contact with the anion exchanger 9 pass through the anion exchanger 9 from the raw water tank 1 toward the second treatment tank 8, and at the same time, the molar concentration of the second treatment tank 8 (concentration of exchange ions). ) Is high, so that the ions are replaced with the exchange ions in the second treatment tank 8 and move into the second treatment tank 8.
- impurities (anionic impurities) in the raw water tank 1 can be moved into the second treatment tank 8 and removed.
- the anions in the raw water tank 1 can repel anions such as sulfonic acid groups in the cation exchanger 7 and pass through the cation exchanger 7.
- the cations in the raw water tank 1 repel cations such as quaternary ammonium groups in the anion exchanger 9 and pass through the anion exchanger 9. Can not be done.
- the ion exchange device includes a voltage applying means E capable of applying a voltage to the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9.
- the voltage applying means E includes a connection terminal a formed on the cation exchanger 7 and a connection terminal b formed on the anion exchanger 9, and the cation exchanger 7 is negative. A voltage can be applied so that the pole and the anion exchanger 9 have a positive pole.
- the impurity ion composed of the cations in the raw water tank 1 is easily sucked and exchanged by the cation exchanger 7 of the negative electrode, and the anion in the first treatment tank 6 (an ion having a different code from the exchange ion).
- Repels the negative pole cation exchanger 7 and the passage to the raw water tank 1 side is suppressed.
- the impurity ion composed of the anion of the raw water tank 1 is easily sucked and exchanged by the anion exchanger 9 of the positive electrode, and the cation (ion having a different code from the exchange ion) of the second treatment tank 8 is easily exchanged. , It repels the anion exchanger 9 of the positive pole and the passage to the raw water tank 1 side is suppressed.
- the pressure in the raw water tank 1 is made higher than the pressure in the first treatment tank 6 and the second treatment tank 8 (the hydraulic pressure of the liquid to be treated in the raw water tank 1 is made higher than the pressure in the first treatment tank 6 and the second treatment tank 8). It is preferable to make it higher than the pressure of the solution in 8. In this case, it is possible to suppress the passage of the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9 of the ions in the first treatment tank 6 and the second treatment tank 8 that are not desired to be moved into the stock solution tank 1. ..
- the pressure in the raw water tank 1 can be made higher than the pressure in the first treatment tank 6 and the second treatment tank 8 due to the flow resistance.
- the junction between the raw water tank 1 (raw water part) and the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9, the first treatment tank 6 and A sealing means 4 such as a gasket may be provided at the joint between the second treatment tank 8 and the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9.
- the sealing means 4 includes a joint portion between the raw water tank 1 (raw water portion) and the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9, and the first treatment tank 6 and the first. 2 It is preferable to install the treatment tank 8 at least one or both of the joints between the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9.
- the first treatment tank 6 and the second treatment tank 8 are provided with stirring means 5 such as an impeller capable of stirring the solution (processed substance). It may be a thing.
- stirring means 5 such as an impeller capable of stirring the solution (processed substance). It may be a thing.
- the impurity ions from the liquid to be treated in the raw water tank 1 pass through the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9 and reach the first treatment tank 6 and the second treatment tank 8 as a solution (treatment substance). Since the mixture is mixed in and then stirred by the stirring means 5, the efficiency for ion exchange can be further improved.
- the molar concentration of the solution (processed substance) in the treatment tanks 6 and 8 is preferably 2 mol / L or more.
- the exchange ions in the treatment tanks 6 and 8 are preferably composed of Group 1 element ions or hydroxide ions, and may contain weak acids or weak bases.
- the cation exchanger 7 and the anion exchanger 9 are made of an ion exchange resin film, a chelate resin, a phosphate-treated gypsum, nafion, zeolite, hydrotalcite, a metal oxide, or the like, or a double network gel. It may be formed on a support made of a sheet-like fiber layer.
- a raw water tank 1 containing a liquid to be treated composed of a liquid containing impurity ions and a treatment tank containing a processing substance containing exchange ions composed of ions exchangeable with impurity ions ( 2,6,8) and ions that allow the passage of impurity ions from the raw water tank 1 to the treatment tank (2,6,8) and the passage of exchanged ions from the treatment tank (2,6,8) to the raw water tank 1.
- the exchange body (3, 7, 9) is provided, and the voltage application means (E) capable of applying a voltage to the ion exchanger (3, 7, 9) is provided, and the voltage application means (E) is provided.
- the impurity ion in the raw water tank 1 is a cation
- a voltage at which the ion exchanger (3, 7) becomes a negative pole is applied
- the impurity ion in the raw water tank 1 is an anion
- the amount of ions removed can be increased.
- a raw water tank containing a liquid to be treated composed of a liquid containing impurity ions and a treatment tank containing a processing substance containing exchange ions composed of ions exchangeable with impurity ions.
- ion exchangers that allow the passage of impurity ions from the raw water tank to the treatment tank and the exchange ions from the treatment tank to the raw water tank.
- the treatment substance in the treatment tank has a higher molar concentration than the liquid to be treated in the raw water tank. Therefore, an inexpensive ion exchange device is provided without using many expensive ion exchangers. Can be provided. Further, since the amount of exchangeable ions (density) contained in the treated substance is higher than that of the existing ion exchange resin, the ion exchange capacity per volume can be increased.
- the ion exchange device removes impurity ions in the liquid to be treated to soften industrial water or produce pure water, for drinking water, cooling water for vehicles, and the like.
- the raw water tank 1 contains a filled ion exchanger F filled in contact with the ion exchanger 3.
- the packed ion exchanger F has the same composition and properties as the ion exchanger 3, has a spherical shape, and can secure a large surface area.
- the packed ion exchanger F is filled in the raw water tank 1 and adsorbs the impurity ions in the liquid to be treated, and at the same time, the impurity ions pass through the filled ion exchanger F due to the concentration difference between the inside and the outside. It can be moved to the ion exchanger 3 in contact state. Impurity ions that have moved to the ion exchanger 3 in this way can be removed by passing through the inside of the ion exchanger 3 and passing to the treatment tank 2. As shown in FIG. 10, the raw water tank 1 in this case may form an inflow port 1a and an outflow port 1b, and allow the liquid to be treated to flow in a space filled with the spherical packed ion exchanger F. ..
- the raw water tank 1 is filled with the ion exchange body F in contact with the ion exchange body 3.
- This ion exchanger F has the same role as the ion exchanger 3, adsorbs impurity ions, and due to the difference in concentration, the impurity ions pass through the inside of the ion exchanger F and move to the ion exchanger 3. After that, the impurity ions can be moved to the processing substance tank 2 by passing through the inside of the ion exchanger 3. Since the ion exchanger F can have a spherical shape or a fiber shape and can have a larger surface area than the ion exchanger 3, it is possible to efficiently remove impurity ions in the raw water.
- the fiber shape is a sheet shape such as a non-woven fabric because a wide path for moving impurity ions to the ion exchanger 3 can be secured by entanglement of the fibers, and a high ion exchange rate can be obtained.
- the ion exchange device removes impurity ions in the liquid to be treated to soften industrial water or produce pure water, for drinking water, cooling water for vehicles, and the like.
- the raw water tank 1 contains a filled ion exchanger G that is filled in contact with the ion exchanger 3.
- the packed ion exchanger G has the same composition and properties as the ion exchanger 3, and its shape is fibrous, so that a larger surface area can be secured.
- the packed ion exchanger G is filled in the raw water tank 1 and adsorbs the impurity ions in the liquid to be treated, and at the same time, the impurity ions pass through the filled ion exchanger G due to the concentration difference between the inside and the outside. It can be moved to the ion exchanger 3 in the contact state, and in particular, the movement path of the impurity ion can be widely secured by the entanglement of the fibers. Impurity ions that have moved to the ion exchanger 3 in this way can be removed by passing through the inside of the ion exchanger 3 and passing to the treatment tank 2. In this case, as shown in FIG. 12, the raw water tank 1 forms an inflow port 1a and an outflow port 1b so that the liquid to be treated can flow in the space filled with the fibrous packed ion exchanger G. good.
- a solution containing ions having a predetermined concentration is prepared, and the solution is subjected to a glass container having an inner diameter of ⁇ 51 ⁇ 76 mm (internal volume of 150 ml) and an opening of ⁇ 25 mm (with two openings in opposite directions).
- 150 ml is stored inside to make raw water (solution to be treated), and a cation exchanger is sandwiched between one opening by a ring-shaped butyl rubber (outer diameter ⁇ 50 mm, inner diameter ⁇ 26 mm, thickness 0.1 mm). Then, the SUS plate electrode was sandwiched and installed in the other opening using the same butyl rubber.
- the same glass container as above is superposed on the part where the cation exchanger is installed using a ring-shaped butyl rubber (outer diameter ⁇ 50 mm, inner diameter ⁇ 26 mm, thickness 0.1 mm), and pressure is applied with a clamp to liquid.
- the treatment substance was filled with 150 ml and covered with a lid so as not to leak.
- AGC's cation exchange membrane Selemion CMVN was used as such an ion exchanger.
- a voltage applying means (DC power supply device) was connected so that the electrode of the CMVN became a negative electrode and the SUS plate became a positive electrode, and a predetermined voltage was applied to measure the current.
- the impurity ion concentration of the liquid to be treated (raw water) and the treatment substance was measured every hour using an ion chromatograph (Metrome: 940 Professional IC Vario) until no change was observed. .. If exchangeable ions remain in the treated substance, replace the liquid to be treated (raw water) again and measure until there is no change in the concentration of the ions that can be exchanged with the impurity ions in the liquid to be treated. By repeating the process, the ion exchange capacity was calculated from the amount of impurity ions contained in the treated substance.
- the time until the impurity ions could be removed was calculated by extrapolating the time from the ion concentration every hour to 0, and the pH in the liquid to be treated after the test was measured with a pH meter. For other conditions, the test was conducted with the contents shown in FIG. Then, according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, it can be seen that the higher the applied voltage, the shorter the time until the impurity ions in the liquid to be treated can be removed, and the higher the ion exchange capacity. It is considered that this is because the movement of ions was promoted by applying a voltage and the permeation of negative ions through the cation exchange membrane was suppressed.
- Example 6 is an example in which a hole of ⁇ 8 mm is made in the raw water tank, a Teflon (registered trademark) tube is connected, and the liquid to be treated is circulated using a pump.
- the other test methods were carried out under the same conditions as in Example 3. According to Examples 3 and 6, it can be seen that the time until the impurity ions can be removed by circulating the liquid to be treated is shortened.
- Example 7 is an example in which the treated substance is sodium diphosphate. The solution was prepared by weighing sodium diphosphate to 3 mol / L. However, there was some undissolved powder, and the solid and liquid coexisted in the treatment tank. The other test methods were carried out under the same conditions as in Example 6.
- Example 1 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 2.5 (mol / L), and the concentration of NaCl as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) is 2 (mol / mol / s). L), an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 4 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0 (A). In this case, the impurity removal time was 10.1 (h), the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 8, and the ion exchange capacity was 1.9 (meq / cm 3 ).
- Example 2 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 2.5 (mol / L), and the concentration of NaCl as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) is 2 (mol / mol / s).
- L an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 20 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0.052 (A).
- the impurity removal time was 7.5 (h)
- the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 2.6
- the ion exchange capacity was 2 (meq / cm 3 ).
- Example 3 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 0.1 (mol / L), and the concentration of NaCl as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) is 3 (mol / mol / s).
- L an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 4 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0 (A).
- the impurity removal time was 9.2 (h)
- the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 7.8, and the ion exchange capacity was 2.7 (meq / cm 3 ).
- Example 4 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 0.1 (mol / L), and the concentration of NaCl as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) is 3 (mol / mol / s). L), an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 14 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0.009 (A). In this case, the impurity removal time was 8.1 (h), the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 4.5, and the ion exchange capacity was 2.9 (meq / cm 3 ).
- Example 5 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 0.1 (mol / L), and the concentration of NaCl as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) is 3 (mol / mol / s).
- L an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 20 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0.011 (A).
- the impurity removal time was 6.7 (h)
- the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 3.9
- the ion exchange capacity was 3 (meq / cm 3 ).
- Example 6 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 8 cm / s) is 0.1 (mol / L), and the concentration of NaCl as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) is 3 (mol / mol / s). L), an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 4 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0 (A). In this case, the impurity removal time was 1.2 (h), the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 7.8, and the ion exchange capacity was 2.9 (meq / cm 3 ).
- Example 7 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 8 cm / s) is 0.1 (mol / L), and the concentration of Na 4 P 2 O 7 as the treated substance (flow velocity 0 cm / s). 3 (mol / L), an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 4 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0 (A). .. In this case, the impurity removal time was 1.4 (h), the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 7.9, and the ion exchange capacity was 7.7 (meq / cm 3 ).
- a cation exchanger is ring-shaped in one opening of ⁇ 25 mm.
- the butyl rubber (outer diameter ⁇ 50 mm, inner diameter ⁇ 26 mm, thickness 0.1 mm) is sandwiched and installed, and the anion exchanger is sandwiched and installed in the other opening using butyl rubber in the same manner, and 150 ml of raw water (Liquid to be treated) was housed.
- Example 11 the test was conducted by circulating the liquid to be treated under the same conditions as in Example 6. Further, in Example 12, a hole having a diameter of 8 mm was further formed in the treatment tank, a Teflon (registered trademark) tube was connected to the treatment tank, and the treatment substance was circulated using a pump. According to Examples 8, 9, 10 and Comparative Example 3, the higher the applied voltage, the shorter the time until the impurity ions of the liquid to be treated (raw water) can be removed, the higher the ion exchange capacity, and the higher the current value. When is 0.01 or less, it can be seen that the pH of the liquid to be treated does not fall below 4.
- the time required to remove the impurity ions of the liquid to be treated is shorter when the liquid to be treated is circulated, and the impurity ions are further removed by further circling the treatment substance. It can be seen that the time to do can be shortened.
- Example 8 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 0.1 (mol / L), and H 3 PO as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) in the first treatment section. Ions with a film area of 4.9 (cm 2 ), with a concentration of 4 of 2 (mol / L) and a concentration of NaOH as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) in the second treatment section of 2 (mol / L). While using the exchanger, a voltage of 4 (V) was applied by the voltage applying means to set the current to 0 (A).
- the impurity removal time is 8.8 (h)
- the raw water pH pH of the liquid to be treated
- the ion exchange capacity of the first treatment unit is 3.7 (meq / cm 3 ) and the second.
- the ion exchange capacity of the processing unit was 1.8 (meq / cm 3 ).
- Example 9 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 0.1 (mol / L), and H 3 PO as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) in the first treatment section. Ions with a film area of 4.9 (cm 2 ), with a concentration of 4 of 2 (mol / L) and a concentration of NaOH as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) in the second treatment section of 2 (mol / L). While using the exchanger, a voltage of 14 (V) was applied by the voltage applying means to set the current to 0.008 (A).
- the impurity removal time is 7.4 (h)
- the raw water pH (pH of the liquid to be treated) is 5.5
- the ion exchange capacity of the first treatment unit is 3.8 (meq / cm 3 ) and the second.
- the ion exchange capacity of the processing unit was 1.9 (meq / cm 3 ).
- Example 10 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 0.1 (mol / L), and H 3 PO as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) in the first treatment section. Ions with a film area of 4.9 (cm 2 ), with a concentration of 4 of 2 (mol / L) and a concentration of NaOH as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) in the second treatment section of 2 (mol / L). While using the exchanger, a voltage of 20 (V) was applied by the voltage applying means to set the current to 0.012 (A).
- the impurity removal time is 6.2 (h)
- the raw water pH (pH of the liquid to be treated) is 3.2
- the ion exchange capacity of the first treatment unit is 4.0 (meq / cm 3 ) and the second.
- the ion exchange capacity of the processing unit was 2.0 (meq / cm 3 ).
- Example 11 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 8 cm / s) is 0.1 (mol / L), and H 3 PO as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) in the first treatment section. Ions with a film area of 4.9 (cm 2 ), with a concentration of 4 of 2 (mol / L) and a concentration of NaOH as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) in the second treatment section of 2 (mol / L). While using the exchanger, a voltage of 4 (V) was applied by the voltage applying means to set the current to 0 (A).
- the impurity removal time is 1.4 (h)
- the raw water pH (pH of the liquid to be treated) is 6.7
- the ion exchange capacity of the first treatment unit is 3.9 (meq / cm 3 ) and the second.
- the ion exchange capacity of the processing unit was 2.0 (meq / cm 3 ).
- Example 12 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 8 cm / s) is 0.1 (mol / L), and H 3 PO as the treated substance (flow velocity 8 cm / s) in the first treatment section.
- the concentration of 4 is 2 (mol / L)
- the concentration of NaOH as the treated substance (flow velocity 8 cm / s) in the second treatment unit is 2 (mol / L)
- a voltage of 4 (V) was applied by the voltage applying means to set the current to 0 (A).
- the impurity removal time is 0.9 (h)
- the raw water pH (pH of the liquid to be treated) is 6.6
- the ion exchange capacity of the first treatment unit is 3.9 (meq / cm 3 ) and the second.
- the ion exchange capacity of the processing unit was 2.0 (meq / cm 3 ).
- the concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated is 0.1 (mol / L), and H 3 PO as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) in the first treatment section.
- a replacement body was used, and the voltage was not applied by the voltage applying means.
- the impurity removal time is 12.8 (h)
- the raw water pH (pH of the liquid to be treated) is 7.5
- the ion exchange capacity of the first treatment unit is 3.5 (meq / cm 3 ) and the second.
- the ion exchange capacity of the processing unit was 1.6 (meq / cm 3 ).
- Example 13 is an example in which the processing tank is provided with a stirring means to stir the processed substance.
- the stirring means is made of a material made of PTFE having a diameter of 5 mm and a length of 15 mm, and is installed in a processing tank, and the processing tank is placed on a magnetic stirrer and rotated at a rotation speed of 100 rpm for testing. went. Other conditions are the same as in Example 3.
- Example 14 is an example in which a paper is impregnated with an ion exchanger using a paper support.
- An impregnated solution containing an ion exchanger (2-Acrylamido-2-methylpropanesulfonic Acid) capable of removing impurity ions, a cross-linking agent (N, N'-Methylenebis (acrylamide)) and a photopolymerization initiator (Oxoglutaric Acid) was prepared. It is obtained by impregnating a paper support made of PET fibers and then synthesizing it. Other conditions are the same as in Example 3. As described above, when the paper support is provided, the strength of the film-like ion exchanger is increased and the handleability is improved.
- Example 15 is an example in which a pair of electrodes is provided on the treatment tank side. The procedure was carried out under the same conditions as in Example 3 except that the SUS electrode was provided in the treatment tank.
- Example 16 is an example in which the sealing material is not provided. The test was conducted under the same conditions as in Example 3 except that the sealing material was not provided.
- Example 17 is an example in which the concentration of the treated substance is 2 mol or less. As described above, the test was conducted under the same conditions as in Example 3 except that the concentration of the treated substance was 2 mol or less.
- Example 13 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 0.1 (mol / L), and the concentration of NaCl as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) is 2 (mol / mol / s).
- L an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 4 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0 (A).
- the impurity removal time was 7.8 (h)
- the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 7.8, and the ion exchange capacity was 2.7 (meq / cm 3 ).
- Example 14 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 0.1 (mol / L), and the concentration of NaCl as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) is 2 (mol / mol / s). L), an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 4 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0 (A). In this case, the impurity removal time was 9.6 (h), the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 7.8, and the ion exchange capacity was 2.7 (meq / cm 3 ).
- Example 15 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 0.1 (mol / L), and the concentration of NaCl as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) is 3 (mol / mol / s).
- L an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 4 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0 (A).
- the impurity removal time was 9 (h)
- the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 7.8, and the ion exchange capacity was 2.6 (meq / cm 3 ).
- Example 16 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) is 0.1 (mol / L), and the concentration of NaCl as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) is 3 (mol / mol / s).
- L an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 4 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0 (A).
- the impurity removal time was 9.2 (h)
- the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 7.8, and the ion exchange capacity was 2.7 (meq / cm 3 ).
- Example 17 The concentration of the impurity ion CaCl 2 in the liquid to be treated (flow velocity 0 cm / s) was 0.1 (mol / L), and the concentration of NaCl as the treated substance (flow velocity 0 cm / s) was 1.9 (). It was set to mol / L), an ion exchanger having a film area of 4.9 (cm 2 ) was used, and a voltage of 4 (V) was applied by a voltage applying means to set the current to 0 (A). In this case, the impurity removal time was 9 (h), the raw water pH (pH of the liquid to be treated) was 7.8, and the ion exchange capacity was 1.6 (meq / cm 3 ).
- Example 18 This is an example in which the raw water tank 1 is filled with a spherical ion exchange resin F.
- the test was performed in the same manner as in Example 6.
- the treatment time until the ion exchange capacity becomes 2.9 (meq / cm 3 ) and the impurity ion (Ca ion) in the liquid to be treated becomes 1 ppm or less is 0.8 (h). )Met.
- Example 19 This is an example in which the raw water tank 1 is filled with the fibrous ion exchanger G.
- a fibrous ion exchanger G (nonwoven fabric) was processed to ⁇ 25 mm using Muromac NWF-SC manufactured by Muromachi Chemical Co., Ltd., and filled in contact with the ion exchanger 3.
- the test was performed in the same manner as in Example 18.
- the treatment time until the ion exchange capacity becomes 2.9 (meq / cm 3 ) and the impurity ion (Ca ion) in the liquid to be treated becomes 1 ppm or less is 0.4 (h). )Met.
- the present invention is not limited to this, and for example, the sizes and shapes of the raw water tank (raw water portion) and the treatment tank (first treatment tank and second treatment tank) are set in various ways. In addition, any liquid to be treated and a substance to be treated can be used.
- a voltage applying means capable of applying a voltage to the ion exchanger is provided, and when the impurity ion in the raw water portion is a cation, the voltage applying means applies a voltage at which the ion exchanger becomes a negative pole and applies a voltage to the raw water portion.
- the impurity ion of is an anion, it can be applied to an ion exchanger to which other means are added as long as the ion exchanger applies a voltage at which the ion exchanger becomes a positive pole.
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Abstract
高価なイオン交換体を必要とすることなくイオン交換容量を増加させることができ、且つ、処理物質の原水部に対する透過量を減少させつつ不純物イオンの除去量を増大させることができるイオン交換装置を提供する。 不純物イオンを含有した液体から成る被処理液が収容された原水槽1と、不純物イオンと交換可能なイオンから成る交換イオンを含有した処理物質が収容された処理槽2と、不純物イオンの原水槽1から処理槽2に対する通過、及び交換イオンの処理槽2から原水槽1に対する通過を許容するイオン交換体3とを具備したイオン交換装置であって、イオン交換体3に電圧を印加し得る電圧印加手段Eを具備したものである。
Description
本発明は、被処理液の不純物イオンを除去可能なイオン交換装置に関するものである。
被処理液中の不純物イオンを除去することにより、工業用水の軟水化または純水製造、飲料水や車両用冷却水等の浄化を行うためのイオン交換装置について、近時より種々提案されており、例えばイオン交換体を粒状に成形したイオン交換樹脂を充填したものが提案されている。例えば、従来、特許文献1、2等に開示されているように、粒状のイオン交換樹脂を容器に充填し、当該容器に被処理液を通過させることにより不純物イオンを吸着して除去するものが挙げられる。
しかしながら、上記従来技術においては、イオン交換容量が1.5~2meq/cm3程度と少ないため、それ以上の性能が要求される場合、高価なイオン交換樹脂を必要として製造コストが嵩んだり、或いは、イオン交換樹脂の大きな保持部が必要とされてイオン交換装置全体が大型化してしまう等の問題がある。
そこで、本出願人は、高価なイオン交換樹脂を必要とせず、且つ、装置の小型化を図るべく、不純物イオンを含有した液体から成る被処理液が収容された原水部と、不純物イオンと交換可能なイオンから成る交換イオンを含有した処理物質が収容された処理部と、不純物イオンの原水部から処理部に対する通過、及び交換イオンの処理部から原水部に対する通過を許容するイオン交換体とを具備したイオン交換装置について検討した。
このようなイオン交換装置は、原水部と処理部との間にイオン交換体を介在させることにより、原水部の不純物イオンを良好に除去することができるものの、処理部の処理物質の原水部に対する透過量を減少させつつ不純物イオンの除去量を増大したいという更なる要求が予想されるため、本出願人は、当該要求も併せて満たすことができるイオン交換装置を鋭意検討するに至った。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高価なイオン交換体を必要とすることなくイオン交換容量を増加させることができ、且つ、処理物質の原水部に対する透過量を減少させつつ不純物イオンの除去量を増大させることができるイオン交換装置を提供することにある。
請求項1記載の発明は、不純物イオンを含有した液体から成る被処理液が収容された原水部と、前記不純物イオンと交換可能なイオンから成る交換イオンを含有した処理物質が収容された処理部と、前記不純物イオンの前記原水部から処理部に対する通過、及び前記交換イオンの前記処理部から原水部に対する通過を許容するイオン交換体とを具備したイオン交換装置であって、前記イオン交換体に電圧を印加し得る電圧印加手段を具備するとともに、当該電圧印加手段は、前記原水部の不純物イオンが陽イオンである場合、前記イオン交換体がマイナス極となる電圧を印加し、前記原水部の不純物イオンが陰イオンである場合、前記イオン交換体がプラス極となる電圧を印加することを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のイオン交換装置において、前記イオン交換体は、前記イオン交換体に電極を具備し、対となる電極を被処理液が収容された原水部に設けて、膜自体を電極として電圧を印加することを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2記載のイオン交換装置において、前記交換イオンは、第一族元素イオンまたは水酸化物イオンから成ることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1~3の何れか1つに記載のイオン交換装置において、前記交換イオンが第一族元素イオンから成る第1処理部と、前記交換イオンが水酸化物イオンから成る第2処理部とを具備し、これら第1処理部及び第2処理部がそれぞれ前記イオン交換体を介して前記原水部に接続されるとともに、前記電圧印加手段は、前記第1処理部の前記イオン交換体がマイナス極となる電圧を印加し、前記第2処理部の前記イオン交換体がプラス極となる電圧を印加することを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1~4の何れか1つに記載のイオン交換装置において、前記電圧印加手段は、前記イオン交換体に電圧を印加したときの電流が0.01A以下に設定されたことを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項1~5の何れか1つに記載のイオン交換装置において、前記原水部の被処理液より前記処理部の処理物質の方がモル濃度が高いことを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項6記載のイオン交換装置において、前記処理部における前記処理物質のモル濃度は、2モル/L以上であることを特徴とする。
請求項8記載の発明は、請求項1~7の何れか1つに記載のイオン交換装置において、前記原水部は、前記被処理液を流通させ得ることを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項1~8の何れか1つに記載のイオン交換装置において、前記処理部は、前記処理物質を攪拌可能な攪拌手段が配設されたことを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項1~9の何れか1つに記載のイオン交換装置において、前記不純物イオンの前記原水部から処理部に対する通過、及び前記交換イオンの前記処理部から原水部に対する通過を許容するイオン交換体と接触する形で、前記原水部にイオン交換体が充填されたことを特徴とする。
請求項11記載の発明は、請求項10に記載のイオン交換装置において、前記原水部に充填されたイオン交換体はイオン交換繊維からなることを特徴とする。
請求項12記載の発明は、請求項1~11の何れか1つに記載のイオン交換装置において、前記原水部と前記イオン交換体との間の接合部、および前記処理部と前記イオン交換体との間の接合部の少なくとも一方をシールするシール手段が配設されたことを特徴とする。
請求項13記載の発明は、請求項1~12の何れか1つに記載のイオン交換装置において、前記イオン交換体は、シート状の繊維層から成る支持体上に形成されたことを特徴とする。
本願発明によれば、不純物イオンを含有した液体から成る被処理液が収容された原水部と、不純物イオンと交換可能なイオンから成る交換イオンを含有した処理物質が収容された処理部と、不純物イオンの原水部から処理部に対する通過、及び交換イオンの処理部から原水部に対する通過を許容するイオン交換体とを具備し、イオン交換体に電圧を印加し得る電圧印加手段を具備するとともに、当該電圧印加手段は、原水部の不純物イオンが陽イオンである場合、イオン交換体がマイナス極となる電圧を印加し、原水部の不純物イオンが陰イオンである場合、イオン交換体がプラス極となる電圧を印加するので、高価なイオン交換体を必要とすることなくイオン交換容量を増加させることができ、且つ、処理物質の原水部に対する透過量を減少させつつ不純物イオンの除去量を増大させることができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係るイオン交換装置は、被処理液中の不純物イオンを除去することにより、工業用水の軟水化または純水製造、飲料水や車両用冷却水等の浄化を行うもので、第1の実施形態に係るイオン交換装置として、図1に示すように、原水槽1(原水部)と、処理槽2(処理部)と、イオン交換体3と、電圧印加手段Eとを有したものが挙げられる。
本実施形態に係るイオン交換装置は、被処理液中の不純物イオンを除去することにより、工業用水の軟水化または純水製造、飲料水や車両用冷却水等の浄化を行うもので、第1の実施形態に係るイオン交換装置として、図1に示すように、原水槽1(原水部)と、処理槽2(処理部)と、イオン交換体3と、電圧印加手段Eとを有したものが挙げられる。
原水槽1は、不純物イオンを含有した液体から成る被処理液が収容された部位であり、例えば被処理液として、不純物陽イオンとしてK+(カリウムイオン)、Na+(ナトリウムイオン)を含有する溶液、不純物陰イオンとしてCO3
2-(炭酸イオン)、Cl-(塩化物イオン)を含有する溶液が挙げられる。本実施形態に係る原水槽1は、これら不純物陽イオンや不純物陰イオンを含有した被処理液(被処理水)が所定容量収容されている。
処理槽2は、不純物イオンと交換可能なイオンから成る交換イオンを含有した処理物質(本実施形態においては液体)が収容された部位であり、例えば酸を含む溶液槽やアルカリを含む溶液槽が挙げられる。酸を含む溶液槽とした場合には、例えば交換イオンとしてのH+(水素イオン)を含有した溶液(具体的には、交換イオンとしてのH+に加え、Cl-を含有した溶液)が収容され、アルカリを含む溶液槽とした場合には、例えば交換イオンとしてのOH-(水酸化物イオン)を含有した溶液(具体的には、交換イオンとしてのOH-に加え、Na+を含有した溶液)が収容される。
イオン交換体3は、不純物イオンの原水槽1から処理槽2に対する通過、或いは交換イオンの処理槽2から原水槽1に対する通過を許容するもので、例えばイオン交換樹脂、キレート樹脂、リン酸処理石膏、ナフィオン、ゼオライト、ハイドロタルサイト又は金属酸化物等を用いることができる。本実施形態に係るイオン交換体3は、原水槽1及び処理槽2の間に介在した平膜形状のものから成り、不純物イオンが陽イオンの場合、陽イオン交換体を用いて不純物イオンと処理物質中の交換可能な陽イオンのみを相互に通過させることで機能し、不純物イオンが陰イオンの場合、陰イオン交換体を用いて不純物イオンと処理物質中の交換可能な陰イオンのみを相互に通過させることで機能し、不純物イオンを原水から除去することができる。
また、本実施形態に係るイオン交換装置は、原水槽1の被処理液より処理槽2の溶液(処理物質)の方がモル濃度が高く設定されている。これにより、原水槽1に収容された被処理液における不純物イオンより処理槽2に収容された交換イオンの方が濃度(モル濃度)が高く設定されているので、不純物イオンがイオン交換体3に吸着されると、その不純物イオンが濃度差によってイオン交換体3内を移動し、処理槽2内に放出されるとともに、処理槽2内の交換イオンがイオン交換体3内を移動し、原水槽1内に放出されることとなる。
すなわち、濃度差やイオン選択性により、原水槽1内の不純物イオンがイオン交換体3に接触すると、その不純物イオンがイオン交換体3のイオンと入れ替わり、処理槽2側のイオン交換体3までイオンが順次入れ替わることとなる。こうして、イオン交換体3に触れた不純物イオンは、原水槽1から処理槽2に向かってイオン交換体3内を通過するとともに、処理槽2のモル濃度(交換イオンの濃度)が高いため、処理槽2の交換イオンと入れ替わり、当該処理槽2内に移動することとなる。これにより、原水槽1内の不純物イオンを除去することができる。
例えば、OH-を含有する構造式で表される膜状のイオン交換体3(陰イオン交換体)を用いるとともに、原水槽1に不純物イオン(陰イオン)としてCl-を含有する溶液、及び処理槽2にNa+やOH-等の交換イオンを含む処理物質が収容されたイオン交換装置について説明する。この場合、イオン選択性(イオンの価数が高いものほど、原子・分子サイズの大きいものほど交換されやすい特性)により、原水槽1の不純物イオンであるCl-がイオン交換体3のOH-と入れ替わってイオン交換体3内に取り込まれるとともに、その取り込まれた不純物イオン(Cl-)がイオン交換体3内のOH-イオンと順次入れ替わる。
そして、本実施形態においては原水槽1の被処理液より処理槽2の処理物質の方がモル濃度が高いので、イオン交換体3に取り込まれた不純物イオン(Cl-)が処理槽2の交換イオン(OH-)と入れ替わることにより、原水槽1の不純物イオン(Cl-)が処理槽2に移動して除去されることとなる。なお、陽イオンであるNa+は、イオン交換体3内のN+と反発するため、原水槽1内まで移動し難い状態となっている。
なお、処理槽2が酸を含む溶液を収容する場合、原水槽1内の陰イオンは、イオン交換体3(陽イオン交換体)中のスルホン酸基などの陰イオンと反発して当該イオン交換体3を通過することができず、処理槽2がアルカリを含む溶液を収容する場合、原水槽1内の陽イオンは、イオン交換体3(陰イオン交換体)中の第4級アンモニウム基などの陽イオンと反発して当該イオン交換体3を通過することができないようになっている。
このように、本実施形態に係るイオン交換体3は、互いに異なる電荷を帯びた異符号のイオンの通過を阻止し、同一の電荷を帯びた同符号のイオンのみを通過させる性質を有した膜状の部材から成り、不純物イオンの濾過を目的として構成されている。なお、陽イオンのみ通過させるイオン交換体3は、陽イオン交換膜(カチオン交換膜)、陰イオンだけを通過させるイオン交換体3は陰イオン交換膜(アニオン交換膜)と称される。
しかるに、原水槽1内の圧力を処理槽2内の圧力よりも高くする(原水槽1内の被処理液の液圧を処理槽2内の溶液の圧力よりも高くする)のが好ましい。この場合、処理槽2内のイオンであって原液槽1内に移動させたくないイオンのイオン交換体3の通過を抑制することができる。例えば、原水槽1内を被処理液が流動するものとし、その流動抵抗によって原水槽1内の圧力を処理槽2内の圧力よりも高くすることができる。
ここで、本実施形態に係るイオン交換装置は、イオン交換体3に電圧を印加し得る電圧印加手段Eを具備するとともに、当該電圧印加手段Eは、原水槽1の不純物イオンが陽イオンである場合、イオン交換体3がマイナス極となる電圧を印加し、原水槽1の不純物イオンが陰イオンである場合、イオン交換体3がプラス極となる電圧を印加し得るよう構成されている。
具体的には、電圧印可手段Eは、電池等の直流電流を流し得る手段から成り、イオン交換体3に接続された接続端子aと、原水槽1におけるイオン交換体3と対向する部位に接続された接続端子bとを有して構成されている。また、本実施形態に係るイオン交換体3は、その全体又は一部が電圧印加手段Eで電圧を印加可能な電極が形成されるようになっている。なお、導電性のイオン交換体3を用いる場合、その外周縁部に接続端子aを形成してもよい。
そして、原水槽1の不純物イオンが陽イオンの場合、接続端子aがマイナス極及び接続端子bがプラス極となるよう電圧印加手段Eにて電圧を印可することにより、原水槽1の不純物イオンは、マイナス極のイオン交換体3に吸引されて交換され易くなるとともに、処理槽2の陰イオン(交換イオンと異符号のイオン)は、マイナス極のイオン交換体3と反発して原水槽1側への通過が抑制されることとなる。
また、原水槽1の不純物イオンが陰イオンの場合、接続端子aがプラス極及び接続端子bがマイナス極となるよう電圧印加手段Eにて電圧を印可することにより、原水槽1の不純物イオンは、プラス極のイオン交換体3に吸引されて交換され易くなるとともに、処理槽2の陽イオン(交換イオンと異符号のイオン)は、プラス極のイオン交換体3と反発して原水槽1側への通過が抑制されることとなる。
このようなイオン交換装置を用いて原水槽1の不純物イオンを除去した場合、電圧印加手段Eを作動させて電圧を印可することにより、図2に示すような実験結果が得られた。すなわち、イオン交換体3に印加する電圧を0(V)、8.5(V)及び20(V)と増加させると、処理物質の透過量(処理槽2内の交換イオンと異符号のイオンの原水槽1への透過量)は低減するとともに、不純物の除去量(原水槽1内の不純物イオンの交換量)は増加することが分かった。また、電圧印加手段Eは、イオン交換体3に電圧を印加したときの電流が0.01A以下に設定するのが好ましいことが分かった。
一方、本実施形態に係る原水槽1の被処理液及び処理槽2の溶液(処理物質)が流動しない状態とされているが、図3に示すように、原水槽1に流入口1a及び流出口1bを形成して原水槽1内の被処理液を流動させるもの、図4に示すように、処理槽2に流入口2a及び流出口2bを形成して処理槽2内の溶液(処理物質)を流動させるもの、或いは図5に示すように、原水槽1に流入口1a及び流出口1bを形成して被処理液を流動させるとともに、処理槽2に流入口2a及び流出口2bを形成して処理物質を流動させるものとしてもよい。ただし、被処理液のみを流通させる場合は簡易な構成で連続的に不純物イオンを除去できるため、好ましい。
また、図6に示すように、原水槽1(原水部)とイオン交換体3との間の接合部、および処理槽2(処理部)とイオン交換体3との間の接合部にガスケット等のシール手段4が配設されたものとしてもよい。この場合、シール手段4は、原水槽1(原水部)とイオン交換体3との間の接合部、および処理槽2(処理部)とイオン交換体3との間の接合部の少なくとも一方に配設されていれば足りる。
さらに、図7に示すように、処理槽2(処理部)は、溶液(処理物質)を攪拌可能なインペラ等の攪拌手段5が配設されたものであってもよい。これにより、原水槽1内の被処理液からイオン交換体3を通過して処理槽2内に至った不純物イオンが溶液(処理物質)中に混合した後、撹拌手段5にて撹拌されるので、イオン交換のための効率をより向上させることができる。
また、本実施形態に係るイオン交換装置として、処理槽2における溶液(処理物質)のモル濃度は、2モル/L以上であるのが好ましい。2モル/L以上であれば、既存のイオン交換樹脂よりも高いイオン交換容量のイオン交換装置を提供することができる。さらに、処理槽2内の交換イオンは、第一族元素イオンまたは水酸化物イオンから成るものが好ましく、弱酸または弱塩基を含むものであってもよい。またさらに、イオン交換体3は、イオン交換樹脂膜から成るもの、ダブルネットワークゲルから成るもの、またはシート状の繊維層から成る支持体上に形成されたものであってもよい。
ダブルネットワークゲル(DNゲル)とは、種々の溶媒に対して不溶の三次元網目構造を持つ高分子およびその膨潤体から成り、高強度及び低摩擦の性能を有したゲルから成るものである。より具体的には、ダブルネットワークゲルは、硬くて脆い強電解質性のゲルとやわらかい中性のゲルを絡み合わせ、相互独立な二重高分子網目構造を持たせて構成されている。ダブルネットワークゲルを使用するとイオン交換体が高強度で破れにくいため、好ましい。
また、支持体としてのシート状の繊維層は、例えばセルロース繊維から成り、0.05mm以上0.3mm以下の厚さ寸法、好ましくは0.15mm程度の厚さ寸法を有して構成されたものが好ましい。より具体的には、繊維層は、セルロース等のパルプや耐水性の高いPET繊維を材料とし、抄造法(抄紙法)によりシート状(ペーパー状)に成形されたものが好ましい。
次に、本発明に係る第2の実施形態について説明する。
本実施形態に係るイオン交換装置は、第1の実施形態と同様、被処理液中の不純物イオンを除去することにより、工業用水の軟水化または純水製造、飲料水や車両用冷却水等の浄化を行うもので、図8に示すように、原水槽1と、第1処理槽6(第1処理部)と、陽イオン交換体7と、第2処理槽8(第2処理部)と、陰イオン交換体9と、電圧印加手段Eとを有して構成されている。
本実施形態に係るイオン交換装置は、第1の実施形態と同様、被処理液中の不純物イオンを除去することにより、工業用水の軟水化または純水製造、飲料水や車両用冷却水等の浄化を行うもので、図8に示すように、原水槽1と、第1処理槽6(第1処理部)と、陽イオン交換体7と、第2処理槽8(第2処理部)と、陰イオン交換体9と、電圧印加手段Eとを有して構成されている。
なお、本実施形態に係る原水槽1には、流入口1a及び流出口1bが形成されており、被処理液が流動し得るようになっている。また、原水槽1は、第1の実施形態と同様、不純物陽イオンとしてK+(カリウムイオン)、Na+(ナトリウムイオン)を含有する溶液、不純物陰イオンとしてCO3
2-(炭酸イオン)、Cl-(塩化物イオン)を含有する溶液が収容及び流動している。ただし、不純物イオンの種類はこれに限定されるものではない。
第1処理槽6は、第一族元素イオンから成る交換イオンを含有した溶液(処理物質)が収容された部位であり、例えば交換イオンとしてのH+(水素イオン)を含有した溶液(具体的には、交換イオンとしてのH+に加え、Cl-を含有した溶液)を収容している。第2処理槽8は、水酸化物イオンから成る交換イオンを含有した溶液(処理物質)が収容された部位であり、例えば交換イオンとしてのOH-(水酸化物イオン)を含有した溶液(具体的には、交換イオンとしてのOH-に加え、Na+を含有した溶液)を収容している。
また、第1処理槽6及び第2処理槽8は、それぞれイオン交換体(陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9)を介して原水槽1に接続されている。これら陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9は、第1の実施形態におけるイオン交換体3と同様のもので、不純物イオンの原水槽1から処理槽2に対する通過、或いは交換イオンの処理槽2から原水槽1に対する通過を許容するものとされている。
さらに、本実施形態に係るイオン交換装置は、原水槽1の被処理液より第1処理槽6の溶液(処理物質)及び第2処理槽8の溶液(処理物質)の方がそれぞれモル濃度が高く設定されている。これにより、原水槽1に収容された被処理液における不純物イオンより第1処理槽6及び第2処理槽8にそれぞれ収容された交換イオンの方が濃度(モル濃度)が高く設定されているので、不純物イオンが陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9にそれぞれ吸着されると、その不純物イオンが濃度差によって陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9内をそれぞれ移動し、第1処理槽6及び第2処理槽8内に放出されるとともに、第1処理槽6及び第2処理槽8内の交換イオンが陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9内をそれぞれ移動し、原水槽1内に放出されることとなる。
すなわち、第1処理槽6側においては、濃度差やイオン選択性により、原水槽1内の不純物イオンが陽イオン交換体7に接触すると、その不純物イオンが陽イオン交換体7のイオンと入れ替わり、第1処理槽6側の陽イオン交換体7までイオンが順次入れ替わることとなる。こうして、陽イオン交換体7に触れた不純物イオンは、原水槽1から第1処理槽6に向かって陽イオン交換体7内を通過するとともに、第1処理槽6のモル濃度(交換イオンの濃度)が高いため、第1処理槽6の交換イオンと入れ替わり、当該第1処理槽6内に移動することとなる。これにより、原水槽1内の不純物(陽イオン不純物)を第1処理槽6内に移動させて除去することができる。
また、第2処理槽8側においては、イオン選択性により、原水槽1内の不純物イオンが陰イオン交換体9に接触すると、その不純物イオンが陰イオン交換体9のイオンと入れ替わり、第2処理槽8側の陰イオン交換体9までイオンが順次入れ替わることとなる。こうして、陰イオン交換体9に触れた不純物イオンは、原水槽1から第2処理槽8に向かって陰イオン交換体9内を通過するとともに、第2処理槽8のモル濃度(交換イオンの濃度)が高いため、第2処理槽8の交換イオンと入れ替わり、当該第2処理槽8内に移動することとなる。これにより、原水槽1内の不純物(陰イオン不純物)を第2処理槽8内に移動させて除去することができる。
なお、第1処理槽6側においては、原水槽1内の陰イオンは、陽イオン交換体7中のスルホン酸基などの陰イオンと反発して当該陽イオン交換体7を通過することができず、第2処理槽8側においては、原水槽1内の陽イオンは、陰イオン交換体9中の第4級アンモニウム基などの陽イオンと反発して当該陰イオン交換体9を通過することができないようになっている。
ここで、本実施形態に係るイオン交換装置は、陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9に電圧を印加し得る電圧印加手段Eを具備している。かかる電圧印加手段Eは、陽イオン交換体7に形成された接続端子aと、陰イオン交換体9に形成された接続端子bとを有して構成されており、陽イオン交換体7がマイナス極及び陰イオン交換体9がプラス極となるよう電圧を印加可能とされている。
これにより、原水槽1の陽イオンから成る不純物イオンは、マイナス極の陽イオン交換体7に吸引されて交換され易くなるとともに、第1処理槽6の陰イオン(交換イオンと異符号のイオン)は、マイナス極の陽イオン交換体7と反発して原水槽1側への通過が抑制されることとなる。また、原水槽1の陰イオンから成る不純物イオンは、プラス極の陰イオン交換体9に吸引されて交換され易くなるとともに、第2処理槽8の陽イオン(交換イオンと異符号のイオン)は、プラス極の陰イオン交換体9と反発して原水槽1側への通過が抑制されることとなる。
しかるに、原水槽1内の圧力を第1処理槽6及び第2処理槽8内の圧力よりも高くする(原水槽1内の被処理液の液圧を第1処理槽6及び第2処理槽8内の溶液の圧力よりも高くする)のが好ましい。この場合、第1処理槽6及び第2処理槽8内のイオンであって原液槽1内に移動させたくないイオンの陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9の通過を抑制することができる。例えば、原水槽1内を被処理液が流動する際、その流動抵抗によって原水槽1内の圧力を第1処理槽6及び第2処理槽8内の圧力よりも高くすることができる。
また、第1の実施形態で示した図6に示すように、原水槽1(原水部)と陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9との間の接合部、および第1処理槽6及び第2処理槽8と陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9との間の接合部にガスケット等のシール手段4が配設されたものとしてもよい。この場合、第1の実施形態と同様、シール手段4は、原水槽1(原水部)と陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9との間の接合部、および第1処理槽6及び第2処理槽8と陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9との間の接合部の少なくとも一方、若しくは両方に設置することが好ましい。
さらに、第1の実施形態で示した図7に示すように、第1処理槽6及び第2処理槽8は、溶液(処理物質)を攪拌可能なインペラ等の攪拌手段5が配設されたものであってもよい。これにより、原水槽1内の被処理液から陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9を通過して第1処理槽6及び第2処理槽8内に至った不純物イオンが溶液(処理物質)中に混合した後、撹拌手段5にて撹拌されるので、イオン交換のための効率をより向上させることができる。
また、本実施形態に係るイオン交換装置として、処理槽6及び8における溶液(処理物質)のモル濃度は、2モル/L以上であるのが好ましい。さらに、処理槽6及び8内の交換イオンは、第一族元素イオンまたは水酸化物イオンから成るものが好ましく、弱酸または弱塩基を含むものであってもよい。またさらに、陽イオン交換体7及び陰イオン交換体9は、イオン交換樹脂膜、キレート樹脂、リン酸処理石膏、ナフィオン、ゼオライト、ハイドロタルサイト又は金属酸化物等から成るもの、ダブルネットワークゲルから成るもの、またはシート状の繊維層から成る支持体上に形成されたものであってもよい。
上記実施形態によれば、不純物イオンを含有した液体から成る被処理液が収容された原水槽1と、不純物イオンと交換可能なイオンから成る交換イオンを含有した処理物質が収容された処理槽(2、6、8)と、不純物イオンの原水槽1から処理槽(2、6、8)に対する通過、及び交換イオンの処理槽(2、6、8)から原水槽1に対する通過を許容するイオン交換体(3、7、9)とを具備し、イオン交換体(3、7、9)に電圧を印加し得る電圧印加手段(E)を具備するとともに、当該電圧印加手段(E)は、原水槽1の不純物イオンが陽イオンである場合、イオン交換体(3、7)がマイナス極となる電圧を印加し、原水槽1の不純物イオンが陰イオンである場合、イオン交換体(3、9)がプラス極となる電圧を印加するので、高価なイオン交換体を必要とすることなくイオン交換容量を増加させることができ、且つ、処理物質の原水槽1に対する透過量を減少させつつ不純物イオンの除去量を増大させることができる。
また、本実施形態によれば、不純物イオンを含有した液体から成る被処理液が収容された原水槽と、不純物イオンと交換可能なイオンから成る交換イオンを含有した処理物質が収容された処理槽(第1処理槽及び第2処理槽含む)と、不純物イオンの原水槽から処理槽に対する通過、及び交換イオンの処理槽から原水槽に対する通過を許容するイオン交換体(陽イオン交換体及び陰イオン交換体含む)とを具備し、原水槽の被処理液より処理槽の処理物質の方がモル濃度が高いことを特徴とするので、高価なイオン交換体を多く使うことなく安価なイオン交換装置を提供することができる。また、処理物質中に含まれる交換可能なイオン量(密度)が既存のイオン交換樹脂と比較して高いため、体積当りのイオン交換容量を増加させることができる。
次に、本発明に係る第3の実施形態について説明する。
本実施形態に係るイオン交換装置は、既述の実施形態と同様、被処理液中の不純物イオンを除去することにより、工業用水の軟水化または純水製造、飲料水や車両用冷却水等の浄化を行うもので、図9に示すように、原水槽1は、イオン交換体3と接触した状態で充填された充填イオン交換体Fが収容されている。かかる充填イオン交換体Fは、組成及び性質がイオン交換体3と同等なものであり、その形状が球状とされ、大きな表面積を確保可能とされている。
本実施形態に係るイオン交換装置は、既述の実施形態と同様、被処理液中の不純物イオンを除去することにより、工業用水の軟水化または純水製造、飲料水や車両用冷却水等の浄化を行うもので、図9に示すように、原水槽1は、イオン交換体3と接触した状態で充填された充填イオン交換体Fが収容されている。かかる充填イオン交換体Fは、組成及び性質がイオン交換体3と同等なものであり、その形状が球状とされ、大きな表面積を確保可能とされている。
すなわち、充填イオン交換体Fは、原水槽1に充填されて被処理液中の不純物イオンを吸着するとともに、その内部と外部との間の濃度差によって充填イオン交換体F内を不純物イオンを通過させ、接触状態のイオン交換体3まで移動させることができるようになっている。このようにイオン交換体3まで移動した不純物イオンは、イオン交換体3の内部を通過して処理槽2まで通過させて除去することができる。この場合の原水槽1は、図10に示すように、流入口1a及び流出口1bを形成し、球状の充填イオン交換体Fが充填された空間において被処理液を流通させるようにしてもよい。
ここで、本実施形態に係るイオン交換装置は、イオン交換体Fがイオン交換体3と接触する形で原水槽1に充填されている。このイオン交換体Fはイオン交換体3と同じ役割で、不純物イオンを吸着し、その濃度差によってイオン交換体Fの内部を不純物イオンが通過し、イオン交換体3まで移動する。その後はイオン交換体3の内部を通過して処理物質槽2へと不純物イオンを移動させることができる。イオン交換体Fは球状や、繊維形状とすることができ、イオン交換体3よりも表面積を大きくすることができるため、効率良く原水中の不純物イオンを除去することが可能となる。特に繊維形状は不織布などのシート形状とすることにより、繊維の絡み合いによって不純物イオンをイオン交換体3まで移動させる経路を広く確保できるため、高いイオン交換速度を得ることができるため好ましい。
次に、本発明に係る第4の実施形態について説明する。
本実施形態に係るイオン交換装置は、既述の実施形態と同様、被処理液中の不純物イオンを除去することにより、工業用水の軟水化または純水製造、飲料水や車両用冷却水等の浄化を行うもので、図11に示すように、原水槽1は、イオン交換体3と接触した状態で充填された充填イオン交換体Gが収容されている。かかる充填イオン交換体Gは、組成及び性質がイオン交換体3と同等なものであり、その形状が繊維状とされ、より一層大きな表面積を確保可能とされている。
本実施形態に係るイオン交換装置は、既述の実施形態と同様、被処理液中の不純物イオンを除去することにより、工業用水の軟水化または純水製造、飲料水や車両用冷却水等の浄化を行うもので、図11に示すように、原水槽1は、イオン交換体3と接触した状態で充填された充填イオン交換体Gが収容されている。かかる充填イオン交換体Gは、組成及び性質がイオン交換体3と同等なものであり、その形状が繊維状とされ、より一層大きな表面積を確保可能とされている。
すなわち、充填イオン交換体Gは、原水槽1に充填されて被処理液中の不純物イオンを吸着するとともに、その内部と外部との間の濃度差によって充填イオン交換体G内を不純物イオンを通過させ、接触状態のイオン交換体3まで移動させることができる、特に繊維の絡み合いにより不純物イオンの移動経路を広く確保することができるようになっている。このようにイオン交換体3まで移動した不純物イオンは、イオン交換体3の内部を通過して処理槽2まで通過させて除去することができる。この場合の原水槽1は、図12に示すように、流入口1a及び流出口1bを形成し、繊維状の充填イオン交換体Gが充填された空間において被処理液を流通させるようにしてもよい。
次に、本発明の技術的優位性を示す実験結果について実施例及び比較例を用いて説明する。
(実施例1~7及び比較例1、2について:図1及び図13参照)
1つの原水槽及び1つの処理槽を具備し、これら原水槽及び処理槽の間にイオン交換体(陽イオン交換体)を配置したものである。具体的には、イオン交換体3は、φ60mmの円形状に加工されるとともに、外周縁部5mmの幅で化研テック製のAgペーストCR-2800を塗布し、70℃で1h乾燥させることにより電極を形成した。
(実施例1~7及び比較例1、2について:図1及び図13参照)
1つの原水槽及び1つの処理槽を具備し、これら原水槽及び処理槽の間にイオン交換体(陽イオン交換体)を配置したものである。具体的には、イオン交換体3は、φ60mmの円形状に加工されるとともに、外周縁部5mmの幅で化研テック製のAgペーストCR-2800を塗布し、70℃で1h乾燥させることにより電極を形成した。
そして、所定濃度のイオンを含有させた溶液を調整し、その溶液を内径φ51×76mm(内容積150ml)及び開口部φ25mm(反対方向に向かって2つの開口部有)の大きさのガラス製容器内に150ml収容させて原水(被処理液)とするとともに、一方の開口部に対し、リング状のブチルゴム(外径φ50mm、内径φ26mm、厚み0.1mm)により陽イオン交換体を挟持させて設置し、他方の開口部にも同様のブチルゴムを用いてSUS板電極を挟持させて設置した。
その後、上記と同じガラス製容器を陽イオン交換体が設置された部位に対してリング状のブチルゴム(外径φ50mm、内径φ26mm、厚み0.1mm)を用いて重ね、クランプで圧力を加えて液が漏れないようにして、処理物質150mlを充填して蓋をした。かかるイオン交換体は、AGC製の陽イオン交換膜セレミオンCMVNを使用した。このCMVNの電極がマイナス極、SUS板がプラス極となるよう電圧印加手段(直流電源装置)を接続し、所定の電圧を印加して電流を測定した。
このように電圧を印加した後、1時間毎に被処理液(原水)と処理物質の不純物イオン濃度をイオンクロマトグラフ(メトローム製:940 Professional IC Vario)を用いて変化が見られなくなるまで測定した。また、処理物質に交換可能なイオンが残っている場合は、再度被処理液(原水)を入れ替え、処理物質の被処理液の不純物イオンと交換可能なイオンの濃度変化が見られなくなるまで測定を繰り返すことにより、処理物質に含まれる不純物イオンの量よりイオン交換容量を算出した。
なお、不純物イオンが除去できるまでの時間は1時間おきのイオン濃度から0になるまでの時間を外挿して算出するとともに、試験後の被処理液中のpHをpHメーターで測定した。その他の条件は図13に記載した内容で試験を行った。そして、実施例1、2と比較例1により、印加する電圧が高いほど被処理液の不純物イオンが除去できるまでの時間が短く、イオン交換容量も高くなっていることが分かる。これは電圧を印加することによりイオンの移動が促進されたことと、マイナスイオンの陽イオン交換膜を介した透過が抑制されたことと考えられる。
さらに、実施例3、4、5と比較例2により、印加する電圧が高いほど被処理液の不純物イオンが除去できるまでの時間が短く、イオン交換容量も高くなっていること、さらに電流値が0.01A以下であれば、被処理液のpHが4を下回らないことが分かる。しかるに、pHが4を下回ると配管などの劣化が進行し易くなるため好ましくない。これは電流が流れると、マイナス極側で塩素イオンの電気分解が起こり、溶液が酸性になるが、0.01A以下の電流であれば大きく酸性に傾かないと考えられるためである。
一方、実施例6は、原水槽にφ8mmの穴をあけてテフロン(登録商標)チューブを接続し、ポンプを用いて被処理液を流通させた例である。それ以外の試験方法は、実施例3と同一の条件で行った。実施例3及び実施例6により、被処理液を流通させることにより不純物イオンが除去できるまでの時間が短くなることが分かる。さらに、実施例7は処理物質を2リン酸ナトリウムとした例である。2リン酸ナトリウムを3mol/Lとなるように秤量して溶液を調整した。ただし、一部溶け残った粉末があり、固体と液体が共存した状態で処理槽に収容した。それ以外の試験方法は、実施例6と同一の条件で行った。
実施例6および実施例18、19に係わる以下の実験結果により、原水部にイオン交換体3と接する形で球状のイオン交換体Fを設置するとイオン交換に必要な時間が短くなり、さらにイオン交換体Fをイオン交換繊維とすることで不純物イオン除去に必要な時間がさらに短くできることが確認できた。
(実施例1):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を2.5(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を2(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が10.1(h)、原水pH(被処理液のpH)が8となり、イオン交換容量が1.9(meq/cm3)であった。
(実施例2):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を2.5(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を2(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて20(V)の電圧を印加して電流を0.052(A)とした。この場合、不純物除去時間が7.5(h)、原水pH(被処理液のpH)が2.6となり、イオン交換容量が2(meq/cm3)であった。
(実施例3):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を3(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が9.2(h)、原水pH(被処理液のpH)が7.8となり、イオン交換容量が2.7(meq/cm3)であった。
(実施例4):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を3(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて14(V)の電圧を印加して電流を0.009(A)とした。この場合、不純物除去時間が8.1(h)、原水pH(被処理液のpH)が4.5となり、イオン交換容量が2.9(meq/cm3)であった。
(実施例5):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を3(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて20(V)の電圧を印加して電流を0.011(A)とした。この場合、不純物除去時間が6.7(h)、原水pH(被処理液のpH)が3.9となり、イオン交換容量が3(meq/cm3)であった。
(実施例6):被処理液(流速8cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を3(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が1.2(h)、原水pH(被処理液のpH)が7.8となり、イオン交換容量が2.9(meq/cm3)であった。
(実施例7):被処理液(流速8cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNa4P2O7の濃度を3(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が1.4(h)、原水pH(被処理液のpH)が7.9となり、イオン交換容量が7.7(meq/cm3)であった。
(比較例1):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を2.5(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を2(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段による電圧の印加を行わないものとした。この場合、不純物除去時間が15(h)、原水pH(被処理液のpH)が8.1となり、イオン交換容量が1.7(meq/cm3)であった。
(比較例2):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を3(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段による電圧の印加を行わないものとした。この場合、不純物除去時間が14.1(h)、原水pH(被処理液のpH)が7.8となり、イオン交換容量が2.5(meq/cm3)であった。
(実施例8~12及び比較例3について:図8、及び図14、15参照)
1つの原水槽及び2つの処理槽を具備し、これら原水槽及びそれぞれの処理槽の間にイオン交換体(陽イオン交換体及び陰イオン交換体)を配置したものである。具体的には、陽イオン交換体(CMVN)及び陰イオン交換体(旭硝子製AMVN)は、φ60mmの円形状に加工されるとともに、外周縁部5mmの幅で化研テック製のAgペーストCR-2800を塗布し、70℃で1h乾燥させることにより電極を形成した。
1つの原水槽及び2つの処理槽を具備し、これら原水槽及びそれぞれの処理槽の間にイオン交換体(陽イオン交換体及び陰イオン交換体)を配置したものである。具体的には、陽イオン交換体(CMVN)及び陰イオン交換体(旭硝子製AMVN)は、φ60mmの円形状に加工されるとともに、外周縁部5mmの幅で化研テック製のAgペーストCR-2800を塗布し、70℃で1h乾燥させることにより電極を形成した。
そして、内径φ51×76mm(内容積150ml)、開口部φ25mm(反対方向に向かって2つの開口部有)の大きさのガラス製容器において、φ25mmの一方の開口部に陽イオン交換体をリング状のブチルゴム(外径φ50mm、内径φ26mm、厚み0.1mm)により挟持して重ねて設置し、他方の開口部にも同様にブチルゴムを用いて陰イオン交換体を挟持させて設置して150mlの原水(被処理液)を収容させた。
その後、上記と同じガラス製容器をイオン交換体が設置された部位にリング状のブチルゴムを用いてそれぞれ重ね、クランプで圧力を加えて液が漏れないようにして、処理物質150mlをそれぞれ充填して蓋をした。このうち陽イオン交換膜がマイナス極、陰イオン交換膜がプラス電極となるよう電圧印加手段(直流電源装置)を接続し、所定の電圧を印加して電流を測定した。なお、それ以外の条件は、実施例3と同じとした。
一方、実施例11は、実施例6と同様の条件で被処理液を流通させて試験を行った。また、実施例12は、さらに処理槽にもφ8mmの穴を明けてテフロン(登録商標)チューブを接続し、ポンプを用いて処理物質を流通させた。実施例8、9、10及び比較例3により、印加する電圧が高いほど被処理液(原水)の不純物イオンが除去できるまでの時間が短く、イオン交換容量も高くなっていること、さらに電流値が0.01以下であれば、被処理液のpHが4を下回らないことが分かる。加えて、実施例8、11、12により、被処理液を流通させた方が被処理液の不純物イオンを除去するまでの時間が短く、さらに処理物質を流通させることにより、さらに不純物イオンを除去する時間を短縮できることが分かる。
(実施例8):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、第1処理部における処理物質(流速0cm/s)としてのH3PO4の濃度を2(mol/L)及び第2処理部における処理物質(流速0cm/s)としてのNaOHの濃度を2(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が8.8(h)、原水pH(被処理液のpH)が6.8となり、第1処理部のイオン交換容量が3.7(meq/cm3)及び第2処理部のイオン交換容量が1.8(meq/cm3)であった。
(実施例9):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、第1処理部における処理物質(流速0cm/s)としてのH3PO4の濃度を2(mol/L)及び第2処理部における処理物質(流速0cm/s)としてのNaOHの濃度を2(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて14(V)の電圧を印加して電流を0.008(A)とした。この場合、不純物除去時間が7.4(h)、原水pH(被処理液のpH)が5.5となり、第1処理部のイオン交換容量が3.8(meq/cm3)及び第2処理部のイオン交換容量が1.9(meq/cm3)であった。
(実施例10):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、第1処理部における処理物質(流速0cm/s)としてのH3PO4の濃度を2(mol/L)及び第2処理部における処理物質(流速0cm/s)としてのNaOHの濃度を2(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて20(V)の電圧を印加して電流を0.012(A)とした。この場合、不純物除去時間が6.2(h)、原水pH(被処理液のpH)が3.2となり、第1処理部のイオン交換容量が4.0(meq/cm3)及び第2処理部のイオン交換容量が2.0(meq/cm3)であった。
(実施例11):被処理液(流速8cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、第1処理部における処理物質(流速0cm/s)としてのH3PO4の濃度を2(mol/L)及び第2処理部における処理物質(流速0cm/s)としてのNaOHの濃度を2(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が1.4(h)、原水pH(被処理液のpH)が6.7となり、第1処理部のイオン交換容量が3.9(meq/cm3)及び第2処理部のイオン交換容量が2.0(meq/cm3)であった。
(実施例12):被処理液(流速8cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、第1処理部における処理物質(流速8cm/s)としてのH3PO4の濃度を2(mol/L)及び第2処理部における処理物質(流速8cm/s)としてのNaOHの濃度を2(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が0.9(h)、原水pH(被処理液のpH)が6.6となり、第1処理部のイオン交換容量が3.9(meq/cm3)及び第2処理部のイオン交換容量が2.0(meq/cm3)であった。
(比較例3):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、第1処理部における処理物質(流速0cm/s)としてのH3PO4の濃度を2(mol/L)及び第2処理部における処理物質(流速0cm/s)としてのNaOHの濃度を2(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段による電圧の印加を行わないものとした。この場合、不純物除去時間が12.8(h)、原水pH(被処理液のpH)が7.5となり、第1処理部のイオン交換容量が3.5(meq/cm3)及び第2処理部のイオン交換容量が1.6(meq/cm3)であった。
(実施例13~17について:図16参照)
実施例13は、図7に示すように、処理槽に撹拌手段を具備して処理物質を攪拌させた例である。撹拌手段は、直径5mm、長さ15mmのPTFE製の材質から成り、処理槽内に設置されるとともに、当該処理槽をマグネティックスターラーの上に載置して回転数100rpmで回転させることにより試験を行った。それ以外の条件は、実施例3と同様である。
実施例13は、図7に示すように、処理槽に撹拌手段を具備して処理物質を攪拌させた例である。撹拌手段は、直径5mm、長さ15mmのPTFE製の材質から成り、処理槽内に設置されるとともに、当該処理槽をマグネティックスターラーの上に載置して回転数100rpmで回転させることにより試験を行った。それ以外の条件は、実施例3と同様である。
実施例14は、ペーパー支持体を用い、イオン交換体をペーパーに含浸させた例である。不純物イオンを除去可能なイオン交換体(2-Acrylamido-2-methylpropanesulfonic Acid)、架橋剤(N,N'-Methylenebis(acrylamide))および光重合開始剤(Oxoglutaric Acid)を含む含浸液を調製し、PET繊維から成るペーパー支持体を含浸させた後、合成することにより得られる。それ以外の条件は実施例3と同様である。このように、ペーパーの支持体を設けた場合は、膜状のイオン交換体の強度が高くなり、取り扱い性が向上した。
実施例15は、処理槽側に対となる電極を設けた例である。SUS電極を処理槽に設けた以外は実施例3と同様の条件で行った。実施例16は、シール材を設けない例である。シール材を設けない条件以外は実施例3と同様の条件で試験を行った。実施例17は、処理物質の濃度を2mol以下とした例である。このように、処理物質の濃度を2mol以下としたこと以外は実施例3と同様の条件で試験を行った。
(実施例13):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を2(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が7.8(h)、原水pH(被処理液のpH)が7.8となり、イオン交換容量が2.7(meq/cm3)であった。
(実施例14):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を2(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が9.6(h)、原水pH(被処理液のpH)が7.8となり、イオン交換容量が2.7(meq/cm3)であった。
(実施例15):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を3(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が9(h)、原水pH(被処理液のpH)が7.8となり、イオン交換容量が2.6(meq/cm3)であった。
(実施例16):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を3(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が9.2(h)、原水pH(被処理液のpH)が7.8となり、イオン交換容量が2.7(meq/cm3)であった。
(実施例17):被処理液(流速0cm/s)における不純物イオンCaCl2の濃度を0.1(mol/L)、処理物質(流速0cm/s)としてのNaClの濃度を1.9(mol/L)とし、膜面積が4.9(cm2)のイオン交換体を用いるとともに、電圧印加手段にて4(V)の電圧を印加して電流を0(A)とした。この場合、不純物除去時間が9(h)、原水pH(被処理液のpH)が7.8となり、イオン交換容量が1.6(meq/cm3)であった。
(実施例18、19について:図9、10、11、12、17参照)
実施例18、19に係る以下の実験結果により、原水槽1にイオン交換体3と接する形で球状の充填イオン交換体Fを充填させることにより、イオン交換に必要な時間が短くなり、さらに球状のイオン交換体Fに代えて、繊維状のイオン交換体Gを原水槽1に充填させることにより、不純物イオン除去に必要な時間がさらに短縮できることが確認できた。
実施例18、19に係る以下の実験結果により、原水槽1にイオン交換体3と接する形で球状の充填イオン交換体Fを充填させることにより、イオン交換に必要な時間が短くなり、さらに球状のイオン交換体Fに代えて、繊維状のイオン交換体Gを原水槽1に充填させることにより、不純物イオン除去に必要な時間がさらに短縮できることが確認できた。
(実施例18):原水槽1に球状のイオン交換樹脂Fを充填した例である。直径約0.5mmの球状のイオン交換体F(イオン交換樹脂)をイオン交換体3に接触させた状態で高さ3mmとなるまで充填した。それ以外は、実施例6と同じ方法で試験を行った。その結果、図17に示すように、イオン交換容量が2.9(meq/cm3)及び被処理液中の不純物イオン(Caイオン)が1ppm以下になるまでの処理時間が0.8(h)であった。
(実施例19):原水槽1に繊維状のイオン交換体Gを充填した例である。室町ケミカル製 Muromac NWF-SCを用いて繊維状のイオン交換体G(不織布)をφ25mmに加工し、イオン交換体3に接触させた状態で充填した。それ以外は、実施例18と同じ方法で試験を行った。その結果、図17に示すように、イオン交換容量が2.9(meq/cm3)及び被処理液中の不純物イオン(Caイオン)が1ppm以下になるまでの処理時間が0.4(h)であった。
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば原水槽(原水部)、処理槽(第1処理槽及び第2処理槽)の大きさ及び形状は、種々設定することができるとともに、任意の被処理液及び処理物質を用いることができる。
イオン交換体に電圧を印加し得る電圧印加手段を具備するとともに、当該電圧印加手段は、原水部の不純物イオンが陽イオンである場合、イオン交換体がマイナス極となる電圧を印加し、原水部の不純物イオンが陰イオンである場合、イオン交換体がプラス極となる電圧を印加するイオン交換装置であれば、他の手段が付加されたものにも適用することができる。
1 原水槽(原水部)
1a 流入口
1b 流出口
2 処理槽(処理部)
2a 流入口
2b 流出口
3 イオン交換体
4 シール手段
5 撹拌手段
6 第1処理槽(第1処理部)
7 陽イオン交換体
8 第2処理槽(第2処理部)
9 陰イオン交換体
E 電圧印加手段
a、b 接続端子
F 球状の充填イオン交換体
G 繊維状の充填イオン交換体
1a 流入口
1b 流出口
2 処理槽(処理部)
2a 流入口
2b 流出口
3 イオン交換体
4 シール手段
5 撹拌手段
6 第1処理槽(第1処理部)
7 陽イオン交換体
8 第2処理槽(第2処理部)
9 陰イオン交換体
E 電圧印加手段
a、b 接続端子
F 球状の充填イオン交換体
G 繊維状の充填イオン交換体
Claims (13)
- 不純物イオンを含有した液体から成る被処理液が収容された原水部と、
前記不純物イオンと交換可能なイオンから成る交換イオンを含有した処理物質が収容された処理部と、
前記不純物イオンの前記原水部から処理部に対する通過、及び前記交換イオンの前記処理部から原水部に対する通過を許容するイオン交換体と、
を具備したイオン交換装置であって、
前記イオン交換体に電圧を印加し得る電圧印加手段を具備するとともに、当該電圧印加手段は、前記原水部の不純物イオンが陽イオンである場合、前記イオン交換体がマイナス極となる電圧を印加し、前記原水部の不純物イオンが陰イオンである場合、前記イオン交換体がプラス極となる電圧を印加することを特徴とするイオン交換装置。 - 前記イオン交換体は、前記イオン交換体に電極を具備し、対となる電極を被処理液が収容された原水部に設けて、膜自体を電極として電圧を印加することを特徴とする請求項1記載のイオン交換装置。
- 前記交換イオンは、第一族元素イオンまたは水酸化物イオンから成ることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のイオン交換装置。
- 前記交換イオンが第一族元素イオンから成る第1処理部と、
前記交換イオンが水酸化物イオンから成る第2処理部と、
を具備し、これら第1処理部及び第2処理部がそれぞれ前記イオン交換体を介して前記原水部に接続されるとともに、前記電圧印加手段は、前記第1処理部の前記イオン交換体がマイナス極となる電圧を印加し、前記第2処理部の前記イオン交換体がプラス極となる電圧を印加することを特徴とする請求項1~3の何れか1つに記載のイオン交換装置。 - 前記電圧印加手段は、前記イオン交換体に電圧を印加したときの電流が0.01A以下に設定されたことを特徴とする請求項1~4の何れか1つに記載のイオン交換装置。
- 前記原水部の被処理液より前記処理部の処理物質の方がモル濃度が高いことを特徴とする請求項1~5の何れか1つに記載のイオン交換装置。
- 前記処理部における前記処理物質のモル濃度は、2モル/L以上であることを特徴とする請求項6記載のイオン交換装置。
- 前記原水部は、前記被処理液を流通させ得ることを特徴とする請求項1~7の何れか1つに記載のイオン交換装置。
- 前記処理部は、前記処理物質を攪拌可能な攪拌手段が配設されたことを特徴とする請求項1~8の何れか1つに記載のイオン交換装置。
- 前記不純物イオンの前記原水部から処理部に対する通過、及び前記交換イオンの前記処理部から原水部に対する通過を許容するイオン交換体と接触する形で、前記原水部にイオン交換体が充填されたことを特徴とする請求項1~9の何れか1つに記載のイオン交換装置。
- 前記原水部に充填されたイオン交換体はイオン交換繊維からなることを特徴とする請求項10に記載のイオン交換装置。
- 前記原水部と前記イオン交換体との間の接合部、および前記処理部と前記イオン交換体との間の接合部の少なくとも一方をシールするシール手段が配設されたことを特徴とする請求項1~11の何れか1つに記載のイオン交換装置。
- 前記イオン交換体は、シート状の繊維層から成る支持体上に形成されたことを特徴とする請求項1~12の何れか1つに記載のイオン交換装置。
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