JPS6142394A - 水処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水処理方法に関し、特に水中に溶存する臭気物
質、有機ハロゲン化合物等の有害物質を吸着除去する水
処理方法に関するものである。

最近、上水、工業用水の水源である河川、湖沼等が、各
種排水の流入により、汚濁が進んでおり、これらの水源
を利用するためには従来の水処理方法に加えて高度な処
理が要求されるようになっている。特に湖沼の富栄養化
による微生物の繁殖の結果から生ずる飲用水のかび奥、
あるいは工業用溶剤やドライクリーニング用洗浄剤の混
入による地下水源の汚染などの問題が発生しており、特
に後者は臭気の他に発がん性などの健康上の問題があり
、有機ハロゲン化合物の除去も水処理上の急務となって
いる。

本発明の目的は、通常の浄化処理では除去し得ない、こ
れらの有害物質を効率よく除去し、飲用水として適した
、不快臭がなく、かつ、保健上の問題がない高度処理水
を提供することにある。

〔従来の技術〕

このような水の高度処理、特に臭気成分や有機質成分を
含む原水の高度処理には、活性炭による吸着が利用され
ている。用いられる活性炭は粒状または粉末であり、粒
状活性炭は固定床かまたは流動床形式で用いられ、粉末
活性炭は原水中に混合攪拌された後、沈降分離される。

〔発明の解決しようとする問題点〕

上記の高度処理において、粉末活性炭の利用は処理水中
の粉末活性炭の沈降分離のために特別の設備を必要とし
、微細な粉末を沈降分離するために処理速度が遅く、か
つ、分離した活性炭粉末の再生利用は実際上行われない
ので、能率面からもコスト面からも極めて不利である。

一方、粒状活性炭の利用は使用ずみ活性炭の再生利用が
行われ、現実に上水の脱臭のための高度処理に実用され
ている。しかしながら、粒状活性炭を用いる方法は、固
定床で用いた場合に流動抵抗が大きく、かつ、活性炭粒
子の崩壊や水中の固形分の沈着等により使用と共に流動
抵抗は増大するので、頻繁に逆洗を行う必要がある。流
動床として用いる方法は流動抵抗の点からは有利である
が、粒子間の摩擦により生ずる微細炭素粒子の除去の問
題がある。史に粒状活性炭を用いる方法は、固定床であ
れ流動床であれ、吸着速度が遅いという根本的な問題が
ある。即ち粒状活性炭における吸着は粒子内部の細孔に
よって行われるため、吸着質の粒子内部への拡散が律速
段階となるからである。このため、例えば原水の脱臭を
目的とした場合、処理水量の空間速度（Ｓ　Ｖ）は、固
定床で５〜ｌＯ１流動床で１０〜１５　（静止層高基準
）程度であり、そのためにかなり大形の処理設備が必要
であり、広い敷地面積を必要とする。

また、固定床または流動床で用いられてその吸着能力の
低下した粒状活性炭は、分離して取出し別の再生処理装
置に送られて、そこで７００〜８００°Ｃの高温で、水
蒸気や炭酸ガス等の酸化性雰囲気中で処理される。従っ
て再生処理のための特別の高温処理設備を必要とする。

また、再生処理では、高温での反応により活性炭の損失
が生じ、この損失による活性炭の重量減少は一般に約５
重量％であり、脱臭力の回復のみを目的とする場合でも
３重量％程度の損失は避けられない。

〔問題点を解決するための手段〕

最近、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、ポリビ
ニルアルコールなどの合成高分子繊維を炭化した繊維状
活性炭が開発され、このものは従来の粒状活性炭と同様
な比表面積、細孔容積をもつのに加え、繊維の直径が５
〜２０μｍと極めて細く、粉末活性炭の粒径よりも小さ
いために外表面積が極めて大きく、吸着に際しての吸着
質の細孔へのアクセスが直接性われるので、粒状活性炭
におけるような粒子内部への拡散という律速段階がなく
、吸着速度が著しく大である。本発明は、この様な繊維
状活性炭の特性に注目し、水中の有害物質の吸着除去に
利用したところ、粒状活性炭に比して極めて大きなＳＶ
での水処理が可能であり、しかも使用ずみの繊維状活性
炭は粒状活性炭の場合より著しく低い温度で極めて容易
に再生し得ることを見出した。

即ち本発明は細孔半径１５ス以下の細孔の占める細孔容
積がｏ、＋ｔｃ；／　ｇ以上である繊維状活性炭に原水
を接触せしめて原水中の有害物質を吸着除去する工程、
この有害物質を吸着した該繊維状活性炭より繊維間に保
持された水の大部分を排除する工程、および保持水の排
除された繊維状活性炭を加熱ガスにより再生する工程を
含むことを特徴とする水処理方法である。

本発明に用いられる繊維状活性炭は、例えばセルローズ
系繊維、フェノール樹脂系繊維、ポリアクリロニトリル
系繊維、ポリビニルアルコール系繊維等を２００〜３０
０″Ｃで炭化し、更に高温水蒸気等の賦活ガスによって
賦活化したものである。

但し、本発明に用いられる繊維状活性炭は上記の製造法
に限定されず、例えばピッチコークス等より繊維化され
たものでも、必要な吸着能力を有すれば使用し得る。

本発明で原水中より吸着除去する有害物質は、例えばか
び臭で代表される臭気物質あるいはトリクロロエチレン
等の溶存有機溶媒で、水中の全有機炭素（ＴＯＣ）中で
比較的低分子量のものである。従って、これらを吸着除
去する繊維状活性炭の細孔分布も細孔半径の小さい方が
有効であり、半径１５ス以下の細孔容積が水蒸気吸着法
による測定でｏ、３ｃｃ／ｇ以上のものが用いられる。

また全細孔容積も０．５ＣＣ／ｇ以上、好ましくは０．
６ｃｃ／ｇ以上のものが用いられる。細孔容積が上記よ
り小さい場合、繊維状活性炭の単位重量当りの処理水量
が小さく、頻繁な再生処理が必要となり実用的でない。

繊維状活性炭はヤーン状もあるが、通常フェルト状また
は織物に成形されており、原水処理のための吸着層はこ
れらのフェルトまたは織物を重ねた形で用いられ、その
充填密度は圧縮の程度にもよるが大体０．Ｉｇ／。。前
後である。

本発明の水処理方法における吸着層の形式は任意である
。繊維状活性炭のフェルトまたは織布を吸着塔の断面に
合わせて切取り、その切片を所望の層高に重畳して吸着
層とし、−に向流または下向流で原水を通水してもよい
し、あるいは断面角状の吸着塔であれば繊維状活性炭の
フェルトまたは織布を折重ねて充填してもよい。また透
水性シリンダーに繊維状活性炭のフェルトまたは織布を
所填してもよい。

吸着工程 本発明で処理される原水は、低分子量の有害物質、特に
湖沼等に発生する微生物によるかび臭原因物質（２−メ
チルイソボルネオールやジオスミンで代表される）、お
よび工業用やドライクリーニング用に使用される低分子
有機ハロゲン化合物（トリクロロメタン、トリクロロエ
チレン等）が溶存している水である。本発明の目的は、
通常の浄化処理では除去し得ないこれらの有害物質を除
去する高度処理にあるので、原水としては他の要処理物
質、即ちＳ　Ｓ　、　、Ｂ　ＯＤ等が予め処理されてい
るか、あるいはそれらの物質の少ない地下水等を用いる
ことが好ましい。

原水処理のための通水量は、脱臭を目的とする場合、水
質の程度により吸着層容積に対する空間速度（ＳＶ）で
４０〜２００を採用することができ、更に低級有機ハロ
ゲン化合物の除去を目的とする場合、例えばトリクロロ
エチレンの除去の場合には８２００以上の高速処理も可
能である。

脱臭処理の場合、吸着層を通過した処理水より採取した
検水を、例えば日本水道協会上水試験法により臭気濃度
（Ｔｏ）を測定し、ＴＯが一定規準、例えば７を超えた
ら通水を止め、その吸着層は再生処理される。低級有機
ハロゲン化合物除去の場合には、ガスクロマトグラフ、
あるいは分光光度計による吸光度等により濃度測定を行
う。

原水処理によって吸着能の低下した吸着塔は再生処理さ
れるが、その際、予め吸着層より繊維状活性炭の繊維間
に滞留する保持水の脱水を行う。

脱水工程 再生処理に際しては吸着塔内の水が抜かれるが、水を抜
いた状態でも吸着層の繊維間になお大量の水が保持され
て残り、この水は再生に当っての熱水蒸気のエネルギー
を吸収して、再生に必要なン晶度までの昇流に時間がか
＼す、かつ、大量のエネルギーを消費する。エアーブロ
ーすることにより繊維間の水はかなり押出されるが、最
初に空気の通り抜けた部分の流通抵抗が小さくなるため
、エアーチャンネルが形成され、チャンネル以夕）の吸
着層の繊維間保持水は容易に排除されないおそれがあり
、その結果再生むらを生ずることがある。

本発明の方法においては、エアーブローも採用し得るが
、好ましくは空気を過飽和に溶解した水により、吸着層
の繊維間の保持水と置換せしめる方法が採用される。空
気過飽和水は、例えば３　ｋｇ／ｃｉ程度の加圧下に空
気を水に溶解せしめたものを常圧下で用いるか、あるい
は低温で空気の飽和溶解した水を常温または加温下に用
いることにより得られる。空気過飽和水はすでに微細気
泡を含有し、更に繊維間を流通する際に微細な泡を発生
する。これらの泡は繊維間に捕集され、その分だけ保持
水は排除される。微細気泡の滞留により、その部分の流
動抵抗が増すので、空気過飽和水は捕集気泡の少ない部
分に流れ、その部分で気泡捕集が行われる。その結果と
して吸着層全体に均一に気泡が充満し、効果的に保持水
の排除が行われる。空気過飽和水の吸着層での流通抵抗
は、気泡の捕集が進むにつれて増大し、１　ｋｇ　／　
ｃＪ程度に達する。次いで、空気過飽和水の通水を停止
し、水抜きした後、必要あればエアーブローを行なう。

第１表は各種の脱水方法による残留水量を示すもので、
空気過飽和水（気泡水ともいう）はすぐれた保持水排除
効果を有する。

保持水の排除された繊維状活性炭の吸着層は、熱水蒸気
によって再生処理される。

再生工程 再生は１００〜２００°Ｃの水蒸気を吸着層に通すこと
によって行われる。この水蒸気はボイラーからの低圧蒸
気、中圧蒸気をそのまま用いてもよいが、好ましくは低
圧蒸気を加熱した過熱水蒸気が用いられる。また、窒素
ガスあるいは燃焼ガス等の不活性ガスを再生ガスとして
用いることができ、この場合はガスの熱容量の関係もあ
り、好ましくは３００″Ｃ近い高温加熱ガスが用いられ
る。

原水処理工程において、吸着層には有害物質のみでなく
原水中のＴＯＣも吸着されており、この吸着されたＴＯ
Ｃの脱着には１００〜２００’Ｃの水蒸気では充分とは
いえないが、前記脱水工程で残存している保持水が、水
蒸気の導入によって蒸発する際に、水蒸気蒸留の効果に
よって脱着Ｔ○Ｃを吸着層から留出せしめるので、吸着
ＴＯＣの７０〜８０％程度は脱着除去される。

脱着物質を含む水蒸気は凝縮させて別途排水として処理
される。

再生処理された吸着塔は、再び原水処理工程に使用され
る。

再賦活 本発明の方法に従って、原水処理と再生とを繰返してい
ると、吸着能力の低下がみられる。これは原水中のＴＯ
Ｃが吸着蓄積したためであり、この場合吸着層の繊維状
活性炭を再賦活することにより吸着能力を回復すること
ができる。

一般に、地下水からの有機ハロゲン化合物の吸着除去の
場合には原水中のＴＯＣ量が少ないので、再賦活の頻度
も少ないが、かび臭の除去の場合は湖沼水を水源とする
ため、原水中のＴＯＣ量が多く、再賦活の頻度は大きく
なる。

再賦活は通常の活性炭の賦活と同様に行うことができ、
例えば８００’Ｃ以上のＬＰＧ燃焼ガスで１〜２０分処
理する方法により行われる。

〔作用および効果〕

本発明の水処理方法は、吸着剤として繊維状活性炭を用
いることにより、原水の高度処理とじて臭気物質、低級
有機ハロゲン化合物等の有害物質を、高流速で処理する
ことができるので、従来の粒状活性炭による処理に比し
て、装置が小型化される。吸着層の再生処理も吸着塔に
充填されたまま低圧スチームや燃焼ガスにより簡易に行
われ、かつ、再生の都度吸着塔は加熱ガスによって殺菌
処理が行われる形であるので、衛生上の問題も生じない
。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１ ポリアクリロニ）　ＩＪル系の活性炭素繊維（東邦ベス
ロン社製、ファインガード特殊試料）を用いて、浄水場
の急速濾過池の出口水の脱臭処理を行った。用いた試料
の細孔特性は次のとおりであった。

（１）ＢＩＴ表面積　　　　　１２００ｍ／ｇ（２）細
孔容積（水蒸気吸着法） 半径１５％以下　　　０．３５８０Ｃ／ｇ１５〜３ｏＸ
　　　　　ｏ、３４４ｃｃ／ｇ３０Ｘ以上　　　０．０
４１ｃｃ／ｇ 全細孔容積　　　　　Ｊ７４３ｃｃ／ｇ活性炭素繊維の
フェルト状シートを、直径１００ｍｍの円板状に切抜い
たものを、内径１００　ｍｍのステンレス製カラムに積
層充填した。充填量は１０９ｇで、充填層の高さは１６
５　ｍｍであった。

原水を５Ｖ５８で通水した。原水のＴＯ（臭気濃度）は
３０から６５の間で変動したが、処理水のＴＯが７を超
えるまでの処理水量は６４００１であった。

次いで３　ｋｇ／　ｃＪ　ａの加圧下に室温で空気を飽
和溶解させた原水を、加圧槽から直接吸着カラムにバル
ブで紋りながら下向流で供給し、吸着層内に気泡が充満
して加圧水が実質上通らなくなったところで加圧水の供
給を止め、水抜き後エアーブローした。

１５０°Ｃの過熱水蒸気を２．５ｋｐ／ｈｒの流量で２
時間流して再生処理を行った。

再生処理終了後、再び原水の脱臭処理を前と同一条件で
行ったところ、Ｔｏが７を超えるまでの通水量は６５０
０ｊであった。

実施例２ トリクロロエチレン５００　ｐｐｂが溶存する地下水を
フェノール系活性炭素繊維（クラレケミカル社製、ＦＴ
１５）１．ＯＯｇを充填したカラムに通水した。ＦＴ１
５の全細孔容積は０．５８３ｃｃ／ｇで、半径１５％以
下の細孔容積はｏ、５７３ｃｃ／ｇであった。

カラム内の充填層は直径１５闘で層高６６　ｍｍ、充填
密度は０．０８５ｇ／ｃｃであった。通水速度２．５ｚ
／ｈｒ　（Ｓ　Ｖ　：　２１０　）で前記地下水を流し
、処理水のサンプルを分光光度計で波長２１０ｍμの紫
外吸光度を測定して処理水中のトリクロロエチレン濃度
を算出した。通水時間３０時間までは処理水中のトリク
ロロエチレン濃度は５０ｐｐｂ以下のままであり、それ
以後濃度は急激に上昇し、４０時間でほぼ原水と同程度
となった。

次いで上記カラムに空気過飽和水を上向流で’ｔｍし、
充填カラム中に気泡を発生させ、気泡により大部分の水
を追出した後、下向流でエアーブローして余分の水を除
いた。

カラムの外部をリボンヒーターで１４０°Ｃに保温し、
１４０℃の過熱水蒸気を２００　ｇ／ｈｒの流量で１．
５時間通して脱着再生処理を行った。流出水蒸気をコン
デンサーで凝縮し、凝縮水中のトリクロロエチレン量を
測定したところ、留出トリクロロエチレンの合計量は吸
着トリクロロエチレン量の７２％であったが、絶対量が
少ないため、蒸発ロス等の存在が考えられる。一方、再
生後の活性炭素繊維を１００″Ｃの空気を流して乾燥し
、秤滑したところトリクロロエチレンの残留は認められ
なかった、 再生後の活性炭素繊維を用いて、同一条件で地下水中の
トリクロロエチレンの吸着除去を行ったところ、前回同
様に、通水量７０ｔまでは処理水のトリクロロエチレン
濃度は５０　ｐｐｂ　　以下であり、その後の再生、吸
着の繰返しによっても除去能力に変化は認められなかっ
た。

出願人　財団法人造水促進センター 河添邦太朗

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）細孔半径１５Å以下の細孔の占める細孔容積が０
   ．３ｃｃ／ｇ以上である繊維状活性炭に原水を接触せし
   めて原水中の有害物質を吸着除去する工程、この有害物
   質を吸着した該繊維状活性炭より繊維間に保持された水
   の大部分を排除する工程、および保持水の排除された繊
   維状活性炭を加熱ガスにより再生する工程を含むことを
   特徴とする水処理方法。
2. （２）有害物質が臭気物質である、特許請求の範囲第（
   １）項に記載の方法。
3. （３）有害物質が低級有機ハロゲン化合物である、特許
   請求の範囲第（１）項に記載の方法。
4. （４）保持水の排除が繊維状活性炭層に空気過飽和水を
   透過せしめ、保持水を気泡と置換せしめることにより行
   われる、特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。
5. （５）加熱ガスが１００〜２００℃の加圧または過熱さ
   れた水蒸気である、特許請求の範囲第（１）項から第（
   ４）項までのいずれかに記載の方法。
6. （６）加熱ガスが１００〜３００℃の不活性ガスである
   、特許請求の範囲第（１）項から第（４）項までのいず
   れかに記載の方法。