(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中から有機塩素化合物を吸着した粒状活性炭の再生炉のアフターバーナー（排ガス燃焼装置）の温度を８５０℃以上に設定し、前記アフターバーナー内の排ガスの滞留時間を１秒以上とし、該排ガス中の該有機塩素化合物の分解処理をも行うことを特徴とする粒状活性炭再生方法。
【請求項２】
前記アフターバーナーの後段に湿式スクラバーを設置し、そこで塩化水素ガス及び炭酸ガス等を水中に溶解することを特徴とする請求項１に記載の粒状活性炭再生方法。
【請求項３】
前記の粒状活性炭の再生炉が、竪型多段再生炉であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粒状活性炭再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒状活性炭再生方法に関し、特にクロロホルムやトリクロロエチレン等の有機塩素化合物を吸着した粒状活性炭をアフターバーナー（排ガス燃焼装置）付き再生炉により再生する粒状活性炭再生方法に関するものである。
【０００２】
例えば、上水（水道水）や食品加工水等の浄水中には微量ながら塩素含有トリハロメタン類が溶存しているが、塩素含有トリハロメタン類自体が発癌性物質であるとの疑いが持たれているため、近年の健康に対する関心の高まりと共に、浄水中における塩素含有トリハロメタン類の存在がクローズアップされてきた。塩素含有トリハロメタン類は、クロロホルム、ブロモジクロロメタン、ジブロモクロロメタン等の有機塩素化合物であり、浄水中に含まれる塩素含有トリハロメタン類の内の約４０〜５０％をクロロホルムが占めている。なお、トリハロメタン類は、上水原水中に含まれるフミン質と殺菌のために用いられる塩素との反応により生成することが知られている。
【０００３】
また、地下水等には半導体関連製造工業やドライクリーニング工業に由来すると考えられるトリクロロエチレン等の塩素含有ハロエチレン類等が浄水中のトリハロメタン類よりも遙に高濃度に含まれ、これらも一般に有毒であることから健康被害が懸念される。
【０００４】
上記の状況から、近年、浄水や地下水等を粒状活性炭等を用いてクロロホルムやトリクロロエチレン等の有機塩素化合物類を吸着除去する活性炭処理が利用されてきた。
【０００５】
【従来の技術】
これらの活性炭処理により生じる使用済粒状活性炭は、活性炭再生炉を用いて再生されてきた。このような粒状活性炭再生炉としては、竪型多段炉、加熱ロータリー炉、流動床炉、移動床炉等の各種の再生炉が用いられている。
【０００６】
例えば、竪型多段再生炉で粒状活性炭を再生する場合、使用済粒状活性炭を脱水した後に乾燥段階を経て再生段階に入る。このような乾燥段階と再生段階から排出される排ガスに、例えば、臭気や煤塵が含まれる場合には、通常、アフターバーナーを設置し、排ガスを再燃焼させて脱臭及び煤塵除去処理を行ってきた。この場合におけるアフターバーナーの温度は精々８００℃程度で、アフターバーナー内の排ガスの滞留時間は１秒程度で、粒状活性炭からの脱臭及び煤塵除去を主目的とするものであった。また、アフターバーナーは、竪型多段再生炉に限られるものではなく、他の形式の再生炉においても必要に応じて設置される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の状況から、単なる脱臭及び煤塵除去処理では、クロロホルム等の有機塩素化合物は充分に分解しないか分解しても他の有機塩素化合物類に分解するのみで大気中に放出していることになり、一般的に有機塩素化合物類が多かれ少なかれ毒性を有することから、根本的に環境に配慮し、延いては健康被害の防止を図ることにはならない。
【０００８】
本発明は、かかる状況に鑑みて成されたもので、粒状活性炭を再生炉で再生するに当たって、大気中に排出される排気ガス中のクロロホルムやトリクロロエチレン等の有機塩素化合物類の含有量を可及的に低減することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等が鋭意検討したところ、水中からクロロホルム等の有機塩素化合物を吸着した使用済粒状活性炭では、乾燥段階中の温度で使用済粒状活性炭からクロロホルム等の有機塩素化合物が脱着することが分かった。つまり、例えば、クロロホルムを吸着した粒状活性炭を再生する時には、乾燥段階からの排ガス中にクロロホルムが含まれてくることが予想される。このことから、粒状活性炭再生炉からクロロホルム等の有機塩素化合物類を排出させない様にするためには、これらの有機塩素化合物類を分解処理する必要がある。
【００１０】
本発明者等は、上記課題を解決するために粒状活性炭再生炉のアフターバーナーで炉体炉床からの排ガス中のクロロホルム等の有機塩素化合物類を酸化分解処理し、且つ、その際の副生物としての異なった有機塩素化合物類量も可及的に低減するための処理温度を鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は、水中から有機塩素化合物を吸着した粒状活性炭の再生炉のアフターバーナー（排ガス燃焼装置）の温度を８５０℃以上に設定し、前記アフターバーナー内の排ガスの滞留時間を１秒以上とし、該排ガス中の該有機塩素化合物の分解処理をも行うことを特徴とする粒状活性炭再生方法を提供するものである。
【００１２】
ここで、使用済粒状活性炭の再生プロセスを説明しておく。この再生プロセスは、（１）乾燥（drying）、（２）炭化（distillation）、（３）炭化物のガス化（gasification）の３段階からなる。段階（１）では活性炭に付着した水分を蒸発させ、段階（２）では吸着した有機不純物の乾留や炭化を行い、最終段階（３）で炭化してコークス状となった分解残渣炭素（Ｃ＊）をガス化する。
【００１３】
乾燥と炭化の段階は単に加熱作用によるプロセスと考えてよく、活性炭粒子の温度が１００℃を越えると粒子内の水分は蒸発し、更にその温度が概略４００℃を越えると活性炭に吸着している有機不純物が分解し、炭化水素、水素、水蒸気となって活性炭粒子の細孔から出て来るが、コークス状残渣炭素（Ｃ＊）は活性炭粒子の細孔内に残留する。
【００１４】
最終段階（３）でコークス状残渣炭素（Ｃ＊）をガス化するが、活性炭自身もカーボンであるため、この段階では粒状活性炭の燃焼による損失が最少になるように選択的にコークス状残渣炭素（Ｃ＊）のみをガス化（ＣＯ生成）させることが必要である。
【００１５】
空気中の酸素は活性炭粒子もその細孔中のコークス状残渣炭素（Ｃ＊）も区別すること無く酸化燃焼させてしまうため、その儘では活性炭の再生には使用できない。従って、酸素及び二酸化炭素の供給をコントロールしながら水蒸気の注入を行う。
【００１６】
すると、水蒸気と燃焼ガス中の二酸化炭素が選択的に有機物の炭化したコークス状残渣炭素（Ｃ＊）と緩やかに反応し、これをガス化（ＣＯ生成）させ、分解し、活性炭はその吸着能力を回復する。
Ｈ2 Ｏ  ＋  Ｃ＊  ＝  ＣＯ  ＋  Ｈ2   −  ｑ
ＣＯ2   ＋  Ｃ＊  ＝  ２ＣＯ  −  ｑ
【００１７】
この反応は吸熱反応であり（上式で、ｑは熱を表す）、８００℃以上の時に進行し、温度の上昇と共に次第に活発になり、温度範囲が９２０〜１０００℃且つ多量のＨ2 ＯとＣＯ2 の存在する条件下で最も活発に進行する。水蒸気（スチーム）添加量は活性炭に吸着された不純物の量と質によって異なるが、例えば、ヘレショフ型再生炉の場合、１ｋｇの活性炭当たり０．５〜１．５ｋｇの範囲が一般的である。
【００１８】
従来、乾燥段階（１）から生じる排ガス及び炭化段階（２）と最終のガス化段階（３）の反応から生じる排ガスは、合流させ、前述の様なアフターバーナーにより再燃焼させて脱臭及び煤塵除去処理を行う。従って、従来の様に精々８００℃程度のアフターバーナーの設定温度では、クロロホルムやトリクロロエチレン等の有機塩素化合物類は充分に分解しないか分解しても他の有機塩素化合物に転化するだけである。本発明者等は、アフターバーナーの温度を８５０℃以上に設定するとクロロホルムやトリクロロエチレン等の有機塩素化合物類を充分に酸化分解させ得ることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００１９】
アフターバーナーでの酸化分解処理温度は、例えば、クロロホルムを吸着した粒状活性炭について行った下記の実施例でも分かるように、８５０℃以上であることが必要で、９００℃以上であるのが好ましい。これが８５０℃未満であると、四塩化炭素、テトラクロロエチレン、ヘキサクロロエチレン等の有機塩素化合物類の副生物の量が多い。アフターバーナーでの酸化分解処理温度の上限は特に限定されず、アフターバーナーの構成部材の素材の種類に主に依存して大きく異なるが、一般的にアフターバーナーの構成部材の素材として用いられている鉄合金やニッケル合金の場合は約１０００℃である。
【００２０】
アフターバーナーでの酸化分解処理時間、即ち、アフターバーナー内での排ガスの滞留時間は、酸化分解温度によって大きく異なってくるが、１秒以上、より好ましい滞留時間は２秒以上、更に好ましい滞留時間は５秒以上である。滞留時間の上限は特に限定されないが、経済上の観点からは１０秒である。
【００２１】
クロロホルムやトリクロロエチレン等の有機塩素化合物類は、上述の様な酸化分解処理により、最終的には塩化水素ガスと炭酸ガス等に分解される。通常は、アフターバーナーの後段に湿式スクラバー（ガス洗浄装置）等が設置されており、そこで塩化水素ガスと炭酸ガス等は水中に溶解する。これらが溶解した水は、ＮａＯＨで中和され、無害化される。
【００２２】
本発明の方法で用いることができる粒状活性炭の再生炉としては、例えば、ヘレショフ型再生炉等の竪型多段再生炉、加熱ロータリーキルン等のロータリー再生炉、流動床再生炉、内熱竪型移動床式再生炉や間接加熱式竪型移動床式再生炉等の移動床再生炉などを挙げることができる。中でも、ガス組成のコントロールの容易なこと、再生損失が少なく再生効率が良いこと、負荷変動の対応性が良好なこと、小さな設置面積で大きな炉床面積が確保できる等の点でヘレショフ型再生炉等の竪型多段再生炉が好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、好ましい再生炉である竪型多段再生炉の構成を示す図１と図２を参照しつつ本発明の実施の形態を説明するが、本発明がこれに限定されるもので無いことは言うまでもない。なお、図１と図２では、再生炉に供給される使用済活性炭を脱水する脱水機は図示されていない。
【００２４】
図１は、ヘレショフ型の竪型多段再生炉の構成の一例を示す図である。多段炉床炉体１０は、各炉床上に延びる攪拌アーム１４を有する中央回転軸１２を備えている。全攪拌アーム１４は、１６で例示されるような攪拌歯（ラブルティース）を有し、各炉床上で周期的に原料（使用済粒状活性炭）を掻き混ぜて落下口に向かって漸次前進させる。中央に放出開口を有する炉床１８と周辺に放出開口を有する炉床２０が交互に配置されているので、原料は各炉床上を実質的に水平に移動しつつ掻き混ぜられ、落下口としての放出開口へ向かって前進し、上段の炉床から下段の炉床へと放出開口を介して炉体の下方へと落下していく。被処理原料である使用済粒状活性炭は、矢印２２で示される様に炉体の上部から供給され、完成品（再生粒状活性炭）は、矢印２４で示される様に炉体の下部から取り出される。炉体内を上から下へ落下していく過程で、使用済活性炭は、乾燥段階、炭化段階、ガス化段階の各段階を順次経ることとなる。なお、炉体内の活性炭は比較的穏やかに取り扱われ、機械的に破壊されることなく顕著な再生効果が得られる。
【００２５】
また、スチーム供給ライン５０、５２と内熱用のバーナー５４が設けられている。バーナー５４の部分からは完全燃焼されたガスが供給され、スチーム供給ライン５０、５２から供給される水蒸気量と燃焼ガスに含まれて供給される二酸化炭素との比率が使用済活性炭の再生に好適な値となる様にガスコントロールが行われる。
【００２６】
使用済活性炭の乾燥段階から生じる排ガスは、使用済活性炭の再生段階（炭化段階とガス化段階）の反応を終えて上昇する排ガスと炉体の上部で合流し、アフターバーナー２６で再燃焼される。
【００２７】
アフターバーナー２６は炉体の上部に設置されている。ここでは、バーナー２８の補助で排ガスの再燃焼工程を完了する。アフターバーナー２６で生成する排気ガスと蒸気は、ライン３０を経由して湿式スクラバー３２に導入される。スクラバー３２には吸い出し送風機３４が取り付けられている。スクラバー３２で浄化された清浄ガスは、ライン３６を経由して吸い出し送風機３４によってライン３８を経由して放出される。
【００２８】
図２は、ヘレショフ型の竪型多段再生炉の構成の他の一例を示す図である。炉床炉体１０’は、図１の炉床炉体１０においてアフターバーナーが炉体内に設置されているのと異なり、炉体内にはアフターバーナーが設置されていない。炉体の上部にアフターバーナーが無いので、被処理原料である使用済粒状活性炭は、炉体の頂部から矢印２２’で示される様に炉体内に供給される。外部アフターバーナー５８は、炉体外に設けられている。炉体からの排ガスはライン５６を経由してアフターバーナー５８に送り込まれ、ここでバーナー６０の補助で再燃焼工程を完了する。アフターバーナー５８で生成する排気ガスと蒸気は、ライン６２を経由して湿式スクラバー３２’に導入される。その他については、図２の例は図１に示す構成と同じなので、同じ構成部分には図１と同じ符号を付けて、それらの説明を省略する。
【００２９】
再生段階で電気発熱体をバーナーと併用してもよい。また、集塵機を湿式スクラッバーに代えて又は組み合わせて用いてもよい。
【００３０】
図１や図２の竪型多段再生炉において、本発明によれば、アフターバーナー２６又は５８の温度を８５０℃以上、好ましくは９００℃以上に設定し、排ガスをアフターバーナー内の滞留時間が１秒以上、より好ましくは２秒以上となる様に通過させ、排ガスに含まれるクロロホルムやトリクロロエチレン等の有機塩素化合物を充分に酸化分解して、無害化する。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例により本発明をその効果と共に説明するが、本発明が実施例に限定されないのは言うまでもない。
【００３２】
実施例１
クロロホルム（ＣＨＣｌ3 ）を吸着させた粒状活性炭を１２０℃の温度で乾燥させた。この乾燥の際に生じた排ガスを空気雰囲気下でアフターバーナー内の滞留時間を５秒として、加熱温度を変えて、酸化分解処理した。その結果を表１に示す。表１において、（％）は塩素の量としての％である。
【００３３】
【表１】
0003646528.tif 000002
【００３４】
表１の結果から、クロロホルムを酸化分解し、副生物として有機塩素化合物類（四塩化炭素、テトラクロロエチレン、ヘキサクロロエチレン）を実質的に生成させないためには、８５０℃以上で酸化分解処理を行う必要があることが分かる。９００℃以上であれば、クロロホルムの酸化分解を９９％以上行うことができ、好ましい。
【００３５】
実施例２
アフターバーナー内の滞留時間を２秒として、実施例１と同様に排ガスを酸化分解処理した。その結果を表２に示す。表２において、（％）は塩素の量としての％である。
【００３６】
【表２】
0003646528.tif 000003
【００３７】
表２の結果から、加熱温度を上げると滞留時間が短くて良いことが分かる。実施例１と２の結果から、アフターバーナーにおけるクロロホルム等の有機塩素化合物類の酸化分解処理の加熱温度が８５０℃以上であることが必要であり、９００℃以上が好ましく、また、滞留時間は２秒以上であるのがより好ましいことが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、クロロホルムやトリクロロエチレン等の有機塩素化合物を吸着した粒状活性炭を再生炉で再生する際に、再生プロセスの乾燥段階、炭化段階、ガス化段階（特に乾燥段階）からの排ガスを送り込むアフターバーナー（排ガス燃焼装置）の温度を８５０℃以上に設定して、該排ガス中の有機塩素化合物を再燃焼し、酸化分解処理を行うことで、大気中に排出される排気ガスには有機塩素化合物類が殆ど含まれなくなり、排気ガスを実質的に無害とすることができ、環境汚染による健康被害を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ヘレショフ型の竪型多段再生炉の構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、ヘレショフ型の竪型多段再生炉の構成の他の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０、１０’  多段火床炉体
２６、５８    アフターバーナー
３２、３２’  スクラバー
【図１】
0003646528.tif 000004
【図２】
0003646528.tif 000005