JPH0567386U - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トリクロロエチレン等の有機物を系外に排出
することなく、有機物の吸着除去用の活性炭素繊維を再
生して、水の浄化処理を効果的、効率的に行なうことが
でき、また、装置全体をコンパクトに構成できるように
する。 【構成】 原水ａ中に含まれるトリクロロエチレン等の
有機物を貯留するタンク２を設け、このタンク２から排
出される水Ｗに含まれた有機物を吸着する活性炭素繊維
を備えた処理手段３に、水蒸気のような再生流体Ｓ１を
供給する再生流体源４を接続し、処理手段３を出た再生
流体Ｓ１を還流路５を経て上記タンク２に還流させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、例えば半導体生産工程や衣類のクリーニング工程などで発生する トリクロロエチレン、１，１，１−トリクロロエタン、またはテトラクロロエチ レンなどのハロゲン化炭化水素（トリクロロエチレン等と称する）などの有機物 を含む廃水のごとき原水から上記トリクロロエチレン等の有機物を除去する場合 に用いられる水処理装置に関するものである。

【従来の技術】

【０００２】 半導体生産工場、衣類のクリーニング工程などで発生するトリクロロエチレン 等の溶剤のごとき低沸点有機物の蒸気を含有する排気は、通常、粒状活性炭を充 填した浄化装置を通すことにより、該有機物を吸着除去したのち放出される。こ の方法では、粒状活性炭を十分な吸着性能を保持した状態で長期にわたって使用 するために、有機物を吸着した粒状活性炭は水蒸気で再生処理される。この再生 処理で発生する有機物は再使用可能である。一方、分離された水は有機物が高濃 度で溶存していることから、そのまま廃棄することが不可能である。

【０００３】 このようなトリクロロエチレン等の有害な有機物を高濃度に含む廃水の処理方 法としては、トリクロロエチレン等を含む水を粒状活性炭に通して、トリクロロ エチレン等をその粒状活性炭に吸着させることで、水中のトリクロロエチレン等 の濃度を０．５ｐｐｍ以下に低下させる方法が一般的であるが、このような一般 的な水処理方法においては、トリクロロエチレン等を吸着した粒状活性炭の処理 が問題となる。すなわち、トリクロロエチレン等を吸着した粒状活性炭は焼却処 分することができないため、土中に埋没する等の廃棄処分を行うか、あるいは完 全に密封した容器内に使用済の活性炭を入れて永久的に保存するか、のいずれか の廃棄方法をとらねばならない。

【０００４】 しかし、土中への埋没廃棄方法の場合は、環境中にトリクロロエチレン等が次 第に発散してゆくという問題があり、また、容器内に入れて永久的に保存する廃 棄方法の場合は、処理コストが高く付くだけでなく、近年の廃棄物処理場の不足 という点から大きな問題がある。

【０００５】 一方、トリクロロエチレン等の有機物を含む原水を、活性炭素繊維に接触させ て、その原水中のトリクロロエチレン等を活性炭素繊維に吸着させて除去する一 方、そのトリクロロエチレン等を吸着した活性炭素繊維を、水蒸気などの加熱ガ スにより再生する水処理方法が提案されている（特開昭６１−４２３９４号公報 参照）。この方法では空間速度（ＳＶ）を３０〜５０以上に上げた状態において も有機物の除去が可能であることが提示されている。ＳＶを上げることによって 浄水装置を小型にすることができる。また、この方法においては有機物質を吸着 した活性炭素繊維を１００℃〜３００℃の水蒸気によって十分に再生することが できることが提示されている。

【０００６】 粒状活性炭を十分に再生する場合には、通常５００℃〜７００℃程度に加熱す ることが必要であることと比較すれば、１００℃〜３００℃という温度は極めて 低い温度である。このため、粒状活性炭を再生する場合には特別な加熱炉を必要 とするが、活性炭素繊維を再生するためには専用の加熱炉は必要ではなく、活性 炭素繊維を詰めた管内に水蒸気を送り込むことで再生することができる。なお、 現在活性炭素繊維は粒状活性炭と比較し、重量あたりは高価であるが、上記の再 生温度とＳＶに関する特長があるために総合的なコストとしては有利になる場合 がある。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、上記のような従来の水処理方法においては、活性炭素繊維の再生に 使用した後の水蒸気を凝縮させて別途排水として処理しているために、その排水 系にトリクロロエチレン等の有機物が排出されることになり、それが再びトリク ロロエチレン等の有機物を含む廃水の発生源になりかねない。なお、排水系でト リクロロエチレン等の有機物を除去処理しようとすると、処理装置が大型化しや すいという新たな問題を生じる。

【０００８】 この考案は上記実情に鑑みてなされたもので、全体をコンパクトに構成しなが ら、トリクロロエチレン等の有機物を系外に出すことなく、水中の有機物を効率 良く除去することができる水処理装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、この考案に係る水処理装置は、有機物を含む原水 を貯留する貯留タンクと、この貯留タンク中の水層に含まれる有機物を吸着除去 して処理水を得る活性炭素繊維を備えた処理手段と、該処理手段に温水もしくは 水蒸気からなる再生流体を供給する再生流体源と、上記処理手段を出た再生流体 を上記貯留タンクに送る還流路とを備えてなるものである。

【００１０】

【作用】

この考案によれば、トリクロロエチレン等の有機物は、まず、貯留タンクに貯 留される。この貯留タンクで上記有機物から層分離された水層を、活性炭素繊維 を備えた処理手段に通すことにより、その水層中に溶存する有機物が活性炭素繊 維により吸着除去されて、その処理水が系外に排出される。

【００１１】 次に、上記処理手段に温水もしくは水蒸気からなる再生流体が供給されること により、上記活性炭素繊維に吸着されているトリクロロエチレン等の有機物が脱 着されて、活性炭素繊維が再生される一方、脱着された有機物は再生流体ととも に上記貯留タンクに還流される。有機物は貯留タンク内で水と層分離することか ら、回収し再利用できる。 このような操作の繰り返しによって、トリクロロエチレン等の有機物を系外へ 排出することなく、それを含む原水の処理を効率良く行うことができる。

【００１２】

【実施例】

まず、この考案の原理を図１に基づいて説明する。 同図において、トリクロロエチレンのような有機物Ｔを含有する原水ａは、有 機物Ｔを使用する工程を含む原水発生源１から、貯留タンク２内に貯留される。 貯留タンク２内では、水Ｗの層と有機物Ｔの層とが比重差のために上下２層に分 離される。水Ｗには有機物Ｔが溶存しているが、この水Ｗは処理手段３に供給さ れ、ここで有機物Ｔが吸着除去されて浄化された処理水Ｗ１が得られ、これが系 外に排出される。

【００１３】 上記処理手段３は、上記貯留タンク２から排出される有機物Ｔが溶存している 水Ｗを通過させて、その中に含まれているトリクロロエチレン等に代表される有 機物Ｔを吸着する活性炭素繊維（以下、ＡＣＦ＝Activated Carbon Fiberと称す る）を有する浄水器である。この浄水器３には、開閉バルブＶ２を介して、再生 流体Ｓ１を供給する再生流体源４が接続されるとともに、浄水器３を出た再生流 体Ｓ１を上記貯留タンク２に送る還流路５が接続されている。なお貯留タンク２ 内で層分離した有機物Ｔは、上記原水発生源１内の所望の工程に供給され、そこ で再利用される。

【００１４】 つぎに、有機物含有排気の発生源、その排気を処理するための活性炭タンクお よび該活性炭タンク内の活性炭を再生するための再生流体源と組み合わせたこの 考案の一実施例を、概略図である図２に基づいて説明する。 図２において、衣類のクリーニング工程または半導体の生産工程のような有機 物含有排気の発生源６から、トリクロロエチレン等の有機物を含有する排気ｂが 排出される、この排気ｂが、粒状（粉状でも果粒状でもよい）活性炭を充填した タンク７に通される。これにより、上記排気ｂ中に含まれているトリクロロエチ レン等の有機物が吸着され除去されたのち、処理ずみの排気ｂ１が放出される。

【００１５】 この粒状活性炭タンク７には、その粒状活性炭の再生流体の一例である１１０ ℃〜１５０℃の水蒸気を発生する蒸気発生源４が配管接続されており、この蒸気 発生源４からタンク７内に水蒸気Ｓ２を供給することにより、トリクロロエチレ ン等の有機物を吸着した粒状活性炭の再生を行うようになっている。これにより 、吸着能力は７０％程度回復する。 タンク７へは、バルブＶ３，Ｖ４を開閉操作することにより、通常の処理工程 における排気ｂと、再生工程における水蒸気Ｓ２とが選択的に供給される。

【００１６】 再生工程において上記タンク７から排出されるトリクロロエチレン等の有機物 を含む水蒸気ｃは、冷却水ＣＷが通水されるコンデンサ８内を通過するときに冷 却されて原水ａとなり、貯留タンク２内に貯留される。この貯留タンク２内で、 上記水Ｗとトリクロロエチレン等の有機物Ｔとは、比重差のために、上下２層に 分離され、そのうち、トリクロロエチレン等の有機物Ｔは、衣類のクリーニング 工程または半導体の生産工程などの有機物含有排気発生源６に戻されて再使用さ れる。

【００１７】 一方、上記貯留タンク２内に存在しトリクロロエチレン等を飽和濃度（多くの 場合１００〜１０００ｐｐｍ程度）含む水Ｗは、バルブＶ５を経て処理手段３に 供給され、ここで上記トリクロロエチレン等が吸着除去されて排出許容濃度以下 （通常０．１ｐｐｍ以下）に浄化された処理水Ｗ１が得られ、これが系外に排出 される。

【００１８】 上記処理手段３は、上記貯留タンク２から排出されるトリクロロエチレン等を 含む水Ｗを通過させて、その中に含まれているトリクロロエチレン等を吸着する ＡＣＦを有する浄水器である。この浄水器３には、開閉バルブＶ２を介して、再 生流体としての１１０℃〜１５０℃の水蒸気Ｓ１を供給する蒸気発生源４（再生 流体源）が接続されるとともに、浄水器３を出た再生用水蒸気Ｓ１を冷却水ＣＷ が通水されるコンデンサ９で冷却させて液体としたのち上記貯留タンク２に戻す 還流路５が接続されている。浄水器３へは、バルブＶ５，Ｖ２を開閉操作するこ とにより、トリクロロエチレン等を含む水Ｗと水蒸気Ｓ１とが選択的に供給され る。

【００１９】 ところで、浄水器３内に装填されているＡＣＦは、粒状活性炭と比較して、飽 和吸着量において２〜８倍程度優れており、さらに吸着速度も極めて大きい。従 って、トリクロロエチレン等の濃度を０．１ｐｐｍ以下に低下させるために必要 なＡＣＦ量が、粒状活性炭の場合に比べて非常に少なくて済む。また、再生に必 要な水蒸気の量も粒状活性炭の場合に比べて非常に少なくて済む。

【００２０】 例えば、ＡＣＦの代わりに粒状活性炭を使用した場合は、水中のトリクロロエ チレン等の濃度を０．１ｐｐｍ以下に低下させるために必要な活性炭量が、ＡＣ Ｆを使用した場合に比較して約１０倍となり、また、その多量の粒状活性炭を再 生するために必要な水蒸気の量が、ＡＣＦを使用した場合に比較して約３０倍以 上となる。また、このようにＡＣＦを使用する場合は再生用の水蒸気量が少ない ことから、上記還流路５を経て貯留タンク２へ送られる液体の量が少なくて済む 。すなわち、ＡＣＦを使用した場合には、水Ｗを浄化したＡＣＦを再生するため の水蒸気Ｓ１の量をその水Ｗの量に比べて大幅に少なくすることができる。 なお、ＡＣＦは粒状活性炭と比較して高価なため、この実施例では、排気処理 用に安価な粒状活性炭を用いているが、ＡＣＦに代えてもよいことは言うまでも ない。

【００２１】 また上記ＡＣＦとしては、細孔半径が８Å以上、１８Å以下のものがトリクロ ロエチレン等の吸着性能に優れ、かつ再生が容易に行えるので好ましい。以下こ の点について詳述する。

【００２２】 図３は、同系列のフェノール系ＡＣＦの比表面積（ｍ² ／ｇ）と細孔半径（Å ）との関係（実線）、およびトリクロロエチレン濃度が１００μｇ／リットルの ２０℃の水の場合における比表面積（ｍ² ／ｇ）とトリクロロエチレンの飽和吸 着量（ｍｇ／ｇ）との関係（点線）を示す。同図から明らかなように、細孔半径 が１２Å（比表面積１５００ｍ² ／ｇ）である場合の２０℃におけるトリクロロ エチレンの飽和吸着量が３０ｍｇ／ｇであるのに対して、細孔半径が１６Å（比 表面積２０００ｍ² ／ｇ）の場合の２０℃におけるトリクロロエチレンの飽和吸 着量は１５ｍｇ／ｇである。

【００２３】 このことから飽和吸着量が多い点を考慮すれば、ＡＣＦ細孔半径は１８Å以下 であることが好ましく、１５Å以下であることがより好ましく、１２Å以下であ ることがさらに好ましい。なお、上記細孔半径とは、横軸を細孔半径とし、縦軸 をその細孔半径を有する細孔の細孔容積とした対象のＡＣＦの細孔半径分布を示 すグラフにおいて、細孔容積が最大となっている細孔半径（グラフがピークトッ プを示すときの細孔半径）の値である。

【００２４】 この考案の装置に使用するＡＣＦとしては、飽和吸着量が多いだけではなく、 再生が容易に行えるものが好ましい。本考案者の検討結果によれば、再生を容易 に行う点からは、細孔半径が８Å以上であることが好ましい。

【００２５】 さらに、上記ＡＣＦの使用量は、重量基準において、接触させるトリクロロエ チレン等の量の５０〜３００倍程度が好ましく、さらに、上記ＡＣＦはフェノー ル系、ピッチ系、ＰＡＮ系、セルロース系のいずれのものを使用してもよいが、 細孔半径が１２Å程度のものが作りやすいという点から、フェノール系またはピ ッチ系のものが好ましい。

【００２６】 また、上記実施例では、ＡＣＦの再生流体として、蒸気発生源４で発生され、 粒状活性炭の再生にも使用される１１０℃〜１５０℃の水蒸気Ｓ１を使用したが 、６０℃以上、好ましくは８０℃以上の温水を使用してもよく、この場合、温水 の温度が高いほど再生に必要な温水量が少なくてすむ。

【００２７】 つぎに、この考案の実験例を詳細に説明する。 まず、各実験例において使用したＡＣＦの作製について説明する。 その１つは、フェノール系ＡＣＦであり、このフェノール系ＡＣＦは、特公昭 ４８−１１２８４号公報に記載されているのと同一の方法で作製した。具体的に は、熱可塑性ノボラック系フェノール樹脂を紡糸温度１８０℃の条件で繊維直径 １５μｍになるように紡糸を行い、その紡糸ノズルから出た後にトウ状の形態で 繊維を巻き取る。このようにして得られた繊維状フェノール樹脂を塩酸ホルマリ ン溶液中で４時間反応させることにより、不融化した。これで得られたフェノー ル樹脂繊維を加熱することにより、炭素化を行い、これをさらに９５０℃の高温 水蒸気中において２０分間賦活した。このようにして得られたＡＣＦの比表面積 は１５００ｍ² ／ｇ、細孔半径は１２Åで、不融化糸からの収率は３１重量％で あり、また、炭化および賦活後のフェノール系ＡＣＦの繊維直径は約１３μｍで あった。

【００２８】 また、上記の作製過程において、賦活時間を変化させることにより、比表面積 が１０００ｍ² ／ｇ、２０００ｍ² ／ｇ、２５００ｍ² ／ｇのフェノール系ＡＣ Ｆも作製した。それら各フェノール系ＡＣＦそれぞれの比表面積における細孔半 径（Å）および収率（重量％）は、図４に示す通りである。

【００２９】 他の１つは、ピッチ系ＡＣＦであり、このピッチ系ＡＣＦは、等方性ピッチ系 カーボンファイバー（（株）呉羽化学社製、繊維直径は約１５μｍ）を９５０℃ の高温水蒸気中において２５分間賦活した。このようにして得られたＡＣＦの比 表面積は約１０００ｍ² ／ｇで、カーボンファイバーからの収率は６５重量％で あり、また、その繊維直径は約１４μｍであった。細孔半径は１１Åであった。 フェノール系繊維または等方性のピッチ系炭素繊維の場合、賦活を行うことに より、比表面積が７００ｍ² ／ｇ以上のＡＣＦを作製することが容易であった。

【００３０】 実験例１． 一般的に使用されている小型の衣類のドライクリーニング装置から発生するト リクロロエチレンを含む排気を、図２の水処理装置を使用して処理した。 蒸気発生源４からの水蒸気Ｓ２を使用した粒状活性炭タンク７の再生工程にお いて、この粒状活性炭タンク７からトリクロロエチレンと水との混合液（原水） ａが排出された。この混合液ａは貯留タンク２で集められ、トリクロロエチレン と水とが層状に分離された。その分離されたトリクロロエチレンは元の工程に戻 されることにより再使用された。

【００３１】 一方、直径が１５ｃｍ、長さが３０ｃｍのステンレス製の筒の中に、上記のよ うにして作製された、比表面積が１０００ｍ² ／ｇ、細孔半径が９Åのフェノー ル系ＡＣＦを６００ｇ充填して、浄水器３を作製した。この浄水器３における筒 の両側には１００メッシュのステンレス製の金網を付けて、ＡＣＦの脱落を防止 した。

【００３２】 １日目に、貯留タンク２内で分離されたトリクロロエチレンを濃度１０００ｐ ｐｍで含む約２０リットルの廃水Ｗを、小型のポンプを使用して上記貯留タンク ２より上記浄水器３に通過させたところ、その通過後の処理水Ｗ１のトリクロロ エチレンの濃度は、０．０１ｐｐｍであって、そのままで系外への廃棄が可能に なっていた。

【００３３】 つぎに、トリクロロエチレンを吸着した上記のフェノール系ＡＣＦを充填する 浄水器３に対し、１１５℃の水蒸気（スチーム）Ｓ１を通過させることにより、 そのフェノール系ＡＣＦを再生した。フェノール系ＡＣＦを通過した後の水蒸気 Ｓ１はコンデンサ９により液体とされ、この液体を貯留タンク２に送った。貯留 タンク２内で分離された水は約５リットルであった。

【００３４】 次の日、再び上記衣類のクリーニング装置を運転し、粒状活性炭タンク７の再 生を行ったところ、水とトリクロロエチレンの混合液ａが排出され、貯留タンク ２内には合計２５リットルの水層が貯留された。この水Ｗを上記浄水器３に通過 させることにより、フェノール系ＡＣＦにより浄化したところ、やはりトリクロ ロエチレンの濃度は０．０１ｐｐｍであった。この後、再び水蒸気Ｓ１により浄 水器３のフェノール系ＡＣＦを再生した。このような操作を繰り返すことにより 、トリクロロエチレンを含む混合液ａの浄化処理を大幅に改善することができた 。

【００３５】 比較例１． 実験例１において、ＡＣＦの再生を行なわなかったところ、２日目には、浄水 器３からの処理水Ｗ１の濃度は０．１５ｐｐｍに上昇していた。

【００３６】 実験例２． 衣類のドライクリーニング用の溶剤としてテトラクロロエチレンを使用する以 外は、上記実験例１と全く同様にして実験を行った。その結果、貯留タンク２の 水層中に含まれるテトラクロロエチレン濃度は約１５０ｐｐｍであったが、実験 例１の場合と同様に、テトラクロロエチレンを含む混合液ａの浄化処理が極めて 簡単に行えた。２日目の処理水Ｗ１中のテトラクロロエチレンの濃度は０．０１ ｐｐｍであった。

【００３７】 実験例３． 衣類のドライクリーニング用の溶剤として１，１，１−トリクロロエタンを使 用する以外は、上記実験例１と全く同様にして実験を行った。その結果、上記実 験例１と同じ条件で混合液ａの浄化処理が行えた。２日目の処理水Ｗ１中の１， １，１−トリクロロエタンの濃度は０．０１ｐｐｍであった。

【００３８】 実験例４． 前述のようにして作製されたピッチ系のＡＣＦを使用する以外は、実験例１と 全く同様にして実験を行った。その結果、上記実験例１の場合と同様に、極めて 簡単に混合液ａの浄化処理が行えた。２日目の処理水Ｗ１中のトリクロロエチレ ンの濃度は０．０１ｐｐｍであった。

【００３９】

【考案の効果】

以上のように、この考案によれば、原水を貯留タンクで貯留すること、貯留タ ンクの水層中に含まれるトリクロロエチレン等の有機物を吸着除去すること、そ の吸着除去用活性炭としてＡＣＦを使用すること、および、そのＡＣＦに再生流 体を供給してＡＣＦを再生することの組合せにより、所定の水の浄化処理を高効 率に行うことができるとともに、有機物を吸着保持した吸着剤の廃棄処分にとも なう問題を解消することができる。

【００４０】 しかも、ＡＣＦの再生に使用した再生流体を還流路によって上記貯留タンクに 送ることにより、この再生流体に含まれているトリクロロエチレン等の有機物を 系外に排出することなく、完全に回収することができる。

【００４１】 また、上記貯留タンクは原水の貯留とトリクロロエチレン等の有機物を含む再 生流体の貯留とに共用され、使用された再生流体の貯留のために別のタンクを必 要としない。しかも、ＡＣＦの使用により再生に必要な再生流体量が少なくて済 むため、貯留タンクを共用しながらも、その大きさは、ＡＣＦ浄水器のない場合 と同程度の大きさでよい。したがって、トリクロロエチレン等の有機物の系外へ の排出を完全に防止できる装置全体を、コンパクトに、かつ低コストに構成する ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の原理を示す概略構成図である。

【図２】この考案の一実施例を示す概略構成図である。

【図３】フェノール系ＡＣＦの比表面積と細孔半径との
関係および比表面積とトリクロロエチレンの飽和吸着量
との関係を示す説明図である。

【図４】実験例に使用したフェノール系ＡＣＦそれぞれ
の比表面積における細孔半径および収率を表示する図表
である。

【符号の説明】

１…原水発生源、２…貯留タンク、３…浄水器（処理手
段）、４…再生流体源、５…還流路、６…有機物含有排
気の発生源、７…粒状活性炭タンク、ａ…原水、ｂ…有
機物含有排気、ｃ…有機物含有蒸気、Ｓ１，Ｓ２…再生
流体、Ｔ…有機物、Ｗ…有機物を含む水（水層）、Ｗ１
…処理水。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機物を含む原水を貯留する貯留タンク
   と、この貯留タンク中の水層に含まれる有機物を吸着除
   去して処理水を得る活性炭素繊維を備えた処理手段と、
   該処理手段に温水もしくは水蒸気からなる再生流体を供
   給する再生流体源と、上記処理手段を出た再生流体を上
   記貯留タンクに送る還流路とを備えてなる水処理装置。