(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含有率（％）で表した粒度分布において、粒度分布が７５から２７５（μｍ）で、粒度分布の７５から１６５（μｍ）の範囲と１６５から２７５（μｍ）の範囲に、それぞれ含有率（％）が１５％以上の少なくとも１個以上のピーク値を備えている（それぞれの分布が単独であるものを除く。）ことを特徴とする活性炭。
【請求項２】
請求項１記載の活性炭を充填して原水を濾過する浄水器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水処理において、水中の有害成分である有機塩素系化合物、特にトリハロメタン類等の吸着特性に優れ、さらに濁度除去性能にも優れた活性炭およびそれを備えた浄水器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
飲料用に供される水道水は、殺菌を目的に添加される残留塩素を一定濃度以上含有することが必要で、健康・公衆衛生の観点から水道法等によって運用方法等が規定されている。しかし、殺菌を目的に添加される塩素は、殺菌作用の他に、無機物の酸化作用や有機物の酸化分解作用も持っており、水道水の原水に含まれる天然有機物の一種であるフミン質等が酸化分解され、発ガン性物質であるトリハロメタン類を生成してしまう。一方、水道水等に利用される原水の水質は、汚染の拡大により近年劣化傾向にあり、これに伴い原水中に含まれるフミン質等も増加してきているので、フミン質等の酸化分解により発生するトリハロメタン類の濃度も増加傾向にある。
【０００３】
このため、トリハロメタン類の除去手段として、吸着作用を有する活性炭による浄化処理が種々検討されている。一般に、従来の水処理用活性炭は、除去対象物の単位容量当りの吸着容量を高めるために、ヨウ素吸着性能、メチレンブルー吸着性能等の特性が良い表面積が大きい活性炭が使用されてきたが、トリハロメタン類の吸着除去には表面積以外にも１０Å以下の細孔直径の孔部を多く有する活性炭が種々検討されている。
【０００４】
さらに活性炭の粒度を小さくすることによって、かさ比重を大きくし、浄水カートリッジ等に充填する効率を高め、接触効率の良い活性炭も検討されている。例えば、特開平９−１１０４０９号公報には、有機塩素系化合物を除去するため、フェノール樹脂を基材とした活性炭を用い、そのなかでも特に細孔直径１００Å以下の細孔容積に占める細孔直径６〜８Åの占める割合が６５ｖｏｌ％以上である活性炭が開示されている。
【０００５】
これらはトリハロメタン類の静的吸着力である平衡吸着量は大きく、その吸着容量は活性炭１ｇ当たり３ｍｇ以上であった。また、水処理用の活性炭は、親水性も高いことが望ましく、ガス賦活として水蒸気賦活されるものが圧倒的に多いが、ほかに、水酸化アルカリで賦活処理して得られる薬品賦活活性炭も用いられる。活性炭の形状は多様で、粉末状、破砕状、球状、粒状、繊維状のほかに、成形された円筒状や円盤状、顆粒状、球状のものなどが製造され使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の活性炭は、原水を通水するとトリハロメタンが吸着される吸着帯が形成されるが、１０Å以下の細孔直径の孔が少なく、トリハロメタン除去には吸着性能が十分でないという課題があった。
【０００７】
そこで、活性炭の粒径を小さくすると、充填効率が上がり、水と活性炭の接触効率が高まってトリハロメタンの通水吸着性能が高まるはずであるが、活性炭間の隙間が小さいため、濁度成分による急激な目詰まりが生じ、濁度寿命が短くなるという課題があった。
【０００８】
また、上記の課題を改善するため、粒度分布を従来の範囲よりも小さい方向のみ広げることによって、濁度寿命を従来とほぼ同等に保ち、トリハロメタン除去性能を高めようとすることが考えられるが、活性炭を造粒する場合にはその粒度分布の大きい方へ偏ってピークが形成される傾向があることから、１種類の活性炭からトリハロメタン除去性能に優れた理想的な粒度分布を作ることは困難という問題があった。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、原水からのトリハロメタン類の吸着容量が大きく、動的吸着特性が優れ、濁度除去寿命にも優れた活性炭と、これを備えた浄水器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の活性炭は、含有率（％）で表した粒度分布において、粒度分布が７５から２７５（μｍ）で、粒度分布の７５から１６５（μｍ）の範囲と１６５から２７５（μｍ）の範囲に、それぞれ含有率（％）が１５％以上の少なくとも１個以上のピーク値を備えている（それぞれの分布が単独であるものを除く。）ことを特徴とする。
【００１１】
これにより、原水からのトリハロメタン類の吸着容量が大きく、悪臭成分や着色成分等の吸着特性にも優れた活性炭を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、含有率（％）で表した粒度分布において、粒度分布が７５から２７５（μｍ）で、粒度分布の７５から１６５（μｍ）の範囲と１６５から２７５（μｍ）の範囲に、それぞれ含有率（％）が１５％以上の少なくとも１個以上のピーク値を備えている（それぞれの分布が単独であるものを除く。）活性炭であるから、動的吸着特性が向上し吸着容量がさらに大きくなるので、濁度成分や残留塩素、色度成分、臭気成分等、その他の吸着特性にも優れる。
【００１３】
ここで、含有率（％）とは、活性炭のさまざまな粒度の総量の中で、所定の粒度の活性炭の占める割合である。
【００１４】
粒度分布の７５から２７５（μｍ）の範囲にピークがひとつだけであると、粒の成形上、大きな粒度の方にその分布が偏るので、濁度除去寿命は高いがトリハロメタン除去寿命は低くなる傾向にあり、好ましくない。
【００１５】
しかし、粒度分布が７５から２７５（μｍ）で、粒度分布が７５から１６５（μｍ）の範囲と１６５から２７５（μｍ）の範囲で、それぞれ少なくとも１個以上のピーク値を備えている（それぞれの分布が単独であるものを除く。）活性炭であるから、吸着力が高くなりトリハロメタン以外の各種成分に対しても吸着除去能力を高めることができる。
【００１６】
ここで、活性炭の原料は、ヤシガラであるヤシガラを主材として用いるものとして、ヤシガラ及び数種類の産地の異なるヤシガラの混合品や、混合物としてセルロース質（たとえば木屑や籾殻）や澱粉質（たとえば米、麦、粟、稗、トウモロコシ、芋類）の他に、有機質、或いは無機質のバインダーを混合したものを用いてもよい。
【００１７】
また、合成樹脂であるフェノール樹脂でもよく、そのほかに、炭素源となりうる合成樹脂（アクリロニトリル系樹脂やメラニン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂）やセルロース質（たとえば木屑や籾殻）や澱粉質（たとえば米、麦、粟、稗、トウモロコシ、芋類）の他、有機質、或いは無機質のバインダーを混合したものを用いることもできる。これにより、吸着帯を形成し、吸着帯中を披処理水が通過する、水中のトリハロメタン類の浄化処理法において、活性炭の吸着速度を高めることができるので、トリハロメタン類の吸着容量を向上させることができる。
【００１８】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の活性炭を充填して原水を濾過する浄水器であるから、濾過性能に優れた浄水器を得ることができる。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における活性炭の粒度分布を示す図、図２は本発明の実施の形態１における活性炭の混合比率を変えた場合の粒度分布を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の活性炭は、含有率（％）で表した粒度分布において、含有率（％）が、粒度分布の７５から２７５（μｍ）の範囲に含有率（％）が１５％以上の少なくとも２個以上のピーク値を備え、粒度分布が７５から１６５（μｍ）の範囲、１６５から２７５（μｍ）の範囲に、それぞれ少なくとも１個以上のピーク値を備えている。この粒度分布について以下説明する。
【００２１】
活性炭の除去性能の中でトリハロメタン除去寿命と濁度除去寿命は相反する性能である。活性炭の粒子径が２７５（μｍ）より大きければ、活性炭粒子の外表面積が小さくなるとともに活性炭粒子間の間隙が大きくなりすぎ、通水速度が上がることによって通水時の接触効率が低くなり、総トリハロメタン類の除去寿命は短くなる。これに対し活性炭の粒子径が７５（μｍ）より小さくなると微細なため逆に高密度となって圧力損失が大きくなり、濁度寿命が短くなる。このように、濁度除去のためには粒子径が７５（μｍ）より大きくなければならず、トリハロメタン除去のためには２７５（μｍ）以下でなければならなかった。トリハロメタンがクローズアップされなかった従来は濁度除去寿命を主に考えればよく、その粒度分布は図１の比較例１で示す１００から２７５（μｍ）であった。これに対し、総トリハロメタン除去寿命に優れているのは比較例３で示す７５から１５０（μｍ）である。この２つの事情から、両者の最大幅で粒度分布７５から２７５（μｍ）を構成すれば、トリハロメタン除去と濁度除去が同時にはかれる活性炭を得られるはずであるが、比較例１で示すとおり粒度分布のピークは２７５μｍに近いところに形成され、全体の中心である１６０（μｍ）付近には形成されない。活性炭を造粒する場合には、その粒度分布の大きい方へ偏ってピークが形成される傾向があることから、１種類の活性炭からトリハロメタン除去性能に優れた理想的な粒度分布を作ることは困難である。すなわち、１種類の活性炭によって粒度分布７５から２７５（μｍ）の粒度分布の活性炭を形成しても、７５から１５０（μｍ）の粒度で含有率（％）がピーク値をもつようなことはなく、濁度除去はできるがトリハロメタン除去性能は低くなるものである。
【００２２】
そこで、図１、２に示すとおり、本発明は、後述する実施例に代表される活性炭の粒度分布を得るために、７５から２７５（μｍ）の範囲の中で２種類の活性炭を混合することによって理想的な活性炭の粒度分布を実現したものである。この２種類の活性炭は、粒度分布が１００から２７５（μｍ）の範囲のものと７５から１５０（μｍ）の範囲のものの２つである。このように、２種類の活性炭を所定の比率で混合することで、含有率１５（％）以上に少なくとも２つのピークを形成させることができる。
【００２３】
次に、この２種類の活性炭がなぜ含有率１５（％）以上でないと２つ以上のピークを形成しないかという理由と、混合する比率を変化させたときどのように粒度分布が変化するかという点について説明する。
【００２４】
図２において混合されて作られた活性炭の粒度分布は、７５から２７５（μｍ）のうち、１００から２７５（μｍ）のものと７５から１５０（μｍ）のものとの比率が、それぞれ１：１（実施例３）、３：２（実施例１）、２：１（実施例２）のものである。この図２から分かるように、１００から２７５（μｍ）の粒度と７５から１５０（μｍ）の粒度との比率が２：１よりも大きくなると、７５から１５０（μｍ）の範囲に形成される粒度分布のピークが閾値１５％より低くなってしまい、単独の種類で作られた活性炭（比較例２）の６０から２７５（μｍ）の範囲の分布と特性がほぼ接近し、総トリハロメタン類除去性能が低くなってしまう。すなわち、トリハロメタン除去性能は、１種類の活性炭で構成した比較例２を超える性能を示さない。しかも、このときの１００から２７５（μｍ）のピーク値は、２３０（μｍ）付近で比較例２のように高くはならず、少なくとも濁度除去性能は比較例２より劣るものである。以上説明したような理由から、単独の粒度分布で構成した従来の活性炭（比較例２）よりトリハロメタン除去性能を向上させるには、少なくとも７５から１５０（μｍ）の範囲のピーク値を閾値１５（％）以上にする必要がある。図２から分かるように、上記２種類の活性炭の混合の比率を３．５：１を上回る比率にすると１５（％）以下になってしまうので避ける必要があるが、トリハロメタン除去のため顕著にピーク値を出現させるためには２：１（実施例２）以下の比率を選ぶのが適当である。
【００２５】
以上説明したように、粒度分布が７５から２７５（μｍ）で、粒度分布が７５から１６５（μｍ）の範囲と１６５から２７５（μｍ）の範囲で、それぞれ１個以上のピーク値を備えている（それぞれの分布が単独であるものを除く。）活性炭とするので、総トリハロメタン類除去性能と濁度除去性能が高い活性炭を実現することができる。さらに、吸着力が高くなり、とくに動的吸着特性に優れ、トリハロメタン以外の各種成分に対しても吸着除去能力を高めることができる。
【００２６】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態における浄水器の構造図である。
【００２７】
図３において、１は浄水器本体、２は実施の形態１で説明した活性炭、３は浄水器本体１に設けられた原水の流入口、４は活性炭２で処理された処理水の流出口、５は中空糸膜、６は原水として水道水を供給する蛇口である。水道水の蛇口６から吐出された原水は、浄水器本体１に設けられた流入口３から浄水器内に流入する。浄水器には活性炭２が充填されており、濁度除去とトリハロメタン除去が行われ、中空糸膜５によって一般細菌類を除去されて、流出口４から吐出される。
【００２８】
本実施の形態２の浄水器は、このように実施の形態１で説明した活性炭２を充填しているので、流入口３から流入した原水は、活性炭２によって濁度と総トリハロメタン類の両方を高効率に除去することができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、（表１）を用いて説明する。
【００３０】
【表１】
0003693544.tif 000002
【００３１】
（実施例１）
市販のヤシガラ粒状活性炭（クラレケミカル＝クラレコールＧＷ）の２種類の粒度分布である１００−２７５（μｍ）と７５−１５０（μｍ）を３：２の割合で混合したものでＢＥＴ法により求めた比表面積は１０２０ｍ2／ｇである。
【００３２】
（実施例２）
市販のヤシガラ粒状活性炭（クラレケミカル＝クラレコールＧＷ）の２種類の粒度分布である１００−２７５（μｍ）と７５−１５０（μｍ）を２：１の割合で混合したものでＢＥＴ法により求めた比表面積は１０２０ｍ2／ｇである。
【００３３】
（実施例３）
市販のヤシガラ粒状活性炭（クラレケミカル＝クラレコールＧＷ）の２種類の粒度分布である１００−２７５（μｍ）と７５−１５０（μｍ）を１：１の割合で混合したものでＢＥＴ法により求めた比表面積は１０２０ｍ2／ｇである。
【００３４】
（比較例１）
市販のヤシガラ粒状活性炭（クラレケミカル＝クラレコールＧＷ）の１種類の粒度分布である１００−２７５（μｍ）でＢＥＴ法により求めた比表面積は１０２０ｍ2／ｇである。
【００３５】
（比較例２）
市販のヤシガラ粒状活性炭（クラレケミカル＝クラレコールＧＷ）の１種類の粒度分布である７５−２７５（μｍ）でＢＥＴ法により求めた比表面積は１０２０ｍ2／ｇである。
【００３６】
（比較例３）
市販のヤシガラ粒状活性炭（クラレケミカル＝クラレコールＧＷ）の１種類の粒度分布である７５−１５０（μｍ）でＢＥＴ法により求めた比表面積は１０２０ｍ2／ｇである。
【００３７】
上述の特性を有する活性炭のトリハロメタンの吸着特性を以下の方法で測定した。ＪＩＳ Ｓ３２０１（１９９９）６．２．３揮発性有機化合物除去性能試験に準拠した。まず、予め活性炭と０．２μｍフィルターにより浄化処理した水道浄化水に、トリハロメタン類を１００ｐｐｂ添加したものを調整原水とした。ついで、体積容量５０ｍｌ、厚さ２０ｍｍの円筒形カラムに上述の特性を有する活性炭を充填し、前述の調整原水をＳＶ値９００で活性炭層に通過させた。活性炭層を通過した流出水中のトリハロメタン類の濃度を、パージ・アンド・トラップ法で濃縮前処理し、ガスクロマトグラフ−質量分析装置で定量測定した。この時、活性炭層通過前後で、流入水に対する流出水のトリハロメタン類の水中濃度が、２０％以上になる点を破過点とし、活性炭の吸着材としての寿命とした。また、上述の特性を有する活性炭の濁度性能は、ＪＩＳ Ｓ３２０１（１９９９）６．２．２濁り除去性能試験に準拠した。まず、予め活性炭と０．２μｍフィルターにより浄化処理した水道浄化水に、試験用カオリン添加し、濁度２±０．２度を保持したものを調整原水とした。圧力一定の条件下で流量（Ｌ／分）が初期の５０％となるところを寿命とした。
【００３８】
得られた実施例１から３と比較例１から３の粒状活性炭の濁度除去寿命と総トリハロメタン類除去寿命を（表１）に示す。いずれの実施例も比較例１に比べると総トリハロメタン類の除去性能は上回っており、その中でも特に実施例１は比較例１と比較して総トリハロメタン類は１．１倍となっており、濁度除去性能は比較例３に比べると１．６倍となっており、やはり比較例２の単独で作られた活性炭と比較すると濁度除去寿命と総トリハロメタン類除去寿命がバランスのとれた活性炭となっている。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の発明によれば、同じ材質の粒状活性炭で、濁度除去性能と総トリハロメタン類除去性能を高めることができる。動的吸着特性が優れた活性炭とすることができる。
【００４１】
本発明の請求項２に記載された発明によれば、濾過性の優れた浄水器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における活性炭の粒度分布を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における活性炭の混合比率を変えた場合の粒度分布を示す図
【図３】本発明の実施の形態における浄水器の構造図
【符号の説明】
１  浄水器本体
２  活性炭
３  流入口
４  流出口
５  中空糸膜
６  蛇口
【図１】
0003693544.tif 000003
【図２】
0003693544.tif 000004
【図３】
0003693544.tif 000005