(57)【要約】【課題】水道水等に含まれる残留塩素やその他有害物質の除去を目的として、圧力損失を低下させ、しかも、安価で利便性のある水処理用濾過材を提供する。【解決手段】水の流入側には、粒径１００μｍ〜３００μｍの粒状活性炭を単一活性炭成分とする成形吸着層で構成され、水の流出側には、比表面積１，０００ｍ２／ｇ以上の繊維状活性炭を主成分とする成形吸着層で構成され、バインダーに天然繊維を含み、水の流入側の吸着層と水の流出側の吸着層が単独若しくは、順に成形されている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の流入側が、粒状活性炭を含み繊維状活性炭を含まない成形体で構成されるとともに、水の流出側が繊維状活性炭を含む成形体で構成されていることを特徴とする水処理用濾過材。
【請求項２】
水の流入側の成形体に含まれる粒状活性炭が、粒径１００〜５００μｍのものである請求項１に記載の水処理用濾過材。
【請求項３】
水の流出側の成形吸着体に含まれる繊維状活性炭が、比表面積１，０００ｍ２／ｇ以上のものである請求項１に記載の水処理の濾過材。
【請求項４】
成形体がバインダーとして天然繊維を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理用濾過材。
【請求項５】
水の流入側の成形体の充填密度が水の流出側の成形体の充填密度より０．１０ｇ／ｃｍ３以上大きい請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理用濾過材。
【請求項６】
繊維状活性炭とバインダーとを水に分散させたスラリーを通液性をもつ基材に吸引させ該基材上に繊維状活性炭とバインダーからなる第１の成形体層をつくり、次いで粒状活性炭とバインダーとを水に分散させたスラリーを、該成形体層を表面にもつ該基材に吸引させて第１の形成体層上に第２の成形体層をつくることを特徴とする水処理用濾過材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭を用いた水処理用濾過材に関するものであり、特に水道水中の残留塩素イオン類や臭気物質の除去を目的とする浄水器カートリッジで、とりわけ流量が大きいカートリッジにおいて用いるに適する、圧力損失が小さく、効率よく残留塩素等の不純物を除去し、長期間にわたり安全な飲用水を供給するための、水処理用濾過材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
活性炭には、粉末状、粒状及び繊維状のものがあり、それぞれの特性を有している。粉末状活性炭は粒状活性炭を更に細かく破砕したもので、粒状活性炭よりも比表面積が大きく、水との接触面積が大きくなる。そのため、残留塩素の分解や、水中の不純物除去が効率的であるという利点がある。また、粉末状、粒状活性炭は充填密度を高くすることができるので、単位体積当たりの吸着量が大きくなり、残留塩素の分解性能が高い。しかし、粉末状、粒状活性炭を用いて成形しカートリッジとした場合、圧力損失が大きくなり、流体が固体充填物の層内を局部的に流れる現象（所謂チャンネリング）が発生する場合があり、一時的に水の浄化性能が悪くなる問題がある。
【０００３】
一方、繊維状活性炭は、粉末状、粒状活性炭と比べても比表面積が更に大きく、吸着速度や残留塩素の分解性能の点で最も優れる。また、繊維状であるため、成形体にした時の空隙が多く、圧力損失が大きくなりにくいという特性を持つ。しかし、粉末状、粒状活性炭と比べて充填密度が低くなり、単位体積当たりの吸着量は小さい。
【０００４】
繊維状活性炭は、吸着速度が速いことから、家庭用浄水器用途などの濾過材に、好んで使用される傾向にある。一般に、濾過材の体積に対する水処理流量を「ＳＶ値」で表す。ＳＶ値が大きいほど、残留塩素などの不純物を除去する効率が悪くなり、ＳＶ値が小さいほど除去効率は良くなる。工業用途の水処理においては、処理水量は大きいが使用する濾過材の体積を大きくできるので、比較的ＳＶ値を小さくすることができる。一方、家庭用浄水器などにおいては、濾過材の体積が特に小さく制限されるために、このＳＶ値が大きくなり、より効率的に不純物を除去できる性能が必要となる。しかし、繊維状活性炭の市場価格は、粉末状活性炭や粒状活性炭に比べ、１０〜３０倍程と高くなっており、カートリッジに成形した場合のコストが高くなるという問題がある。
【０００５】
粉末状、粒状活性炭または繊維状活性炭を各々単独で使用する場合の欠点を解消するために、例えば特許文献１では、粒状活性炭と繊維状活性炭とを組み合わせて濾過吸着層を形成した浄水用濾過吸着ユニットが提案されている。このユニットの水の流入側に存在する粒状活性炭は流動層となっており、比較的圧力損失を小さくできる。しかしながら、粒状活性炭の充填密度が低いために、単位体積当たりの吸着量が小さく、遊離残留塩素の分解性能は不十分であるといわざるを得ない。また、水の流入側に存在する粒状活性炭の粒径が小さくなると圧力損失が大きくなり、通水が不可能になりやすい。しかも流入側に存在する粒状活性炭が流動し、チャンネリングを発生しやすくなることもある。このような問題を解決するために、例えば特許文献２では、水の流入側の固定吸着層を粉粒状活性炭と繊維状活性炭で構成し、水の流出側の固定吸着層を繊維状活性炭で構成している水処理用濾過材が提案されている。この水処理用濾過材において、水の流入側における固定吸着層の構成は、繊維状活性炭と粉粒状活性炭が主成分あり、粉粒状活性炭のみで構成される固定吸着層の場合に比べて、圧力損失を小さくできる。しかし、特許文献２で提案されるような水処理用濾過材では、繊維状活性炭を水の流入側及び流出側の両方でリッチに使用するため、カートリッジに成形したときのコストが高くなる。
【０００６】
【特許文献１】実公昭６３−２７８２８号公報
【特許文献２】特開平８−５２３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、前述の問題点を解決することにあり、特にＳＶ値の大きな環境下においても圧力損失が小さく、水道水中の残留塩素イオン類や臭気物質を効率的に除去することのできる、安価なコストで製造可能な水処理用濾過材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１に水の流入側が、粒状活性炭を含み繊維状活性炭を含まない成形体で構成されるとともに、水の流出側が繊維状活性炭を含む成形体で構成されていることを特徴とする水処理用濾過材である。
【０００９】
水の流入側の成形体に含まれる粒状活性炭は、粒径１００〜５００μｍのものであることが好ましい。
水の流出側の成形体に含まれる繊維状活性炭は、比表面積１，０００ｍ２／ｇ以上のものであることが好ましい。
成形体はバインダーとして天然繊維を含むことが好ましい。
水の流入側の成形体の充填密度が水の流出側の成形体の充填密度より０．１０ｇ／ｃｍ３以上大きいことが好ましい。
【００１０】
繊維状活性炭とバインダーとを水に分散させたスラリーを通液性をもつ基材に吸引させ該基材上に繊維状活性炭とバインダーからなる第１の成形体層をつくり、次いで粒状活性炭とバインダーとを水に分散させたスラリーを、該成形体層を表面にもつ該基材に吸引させて第１の成形体層上に第２の成形体層をつくることを特徴とする水処理用濾過材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水処理用濾過材は、ＳＶ値の大きな環境下においても圧力損失が小さく、水道水中の残留塩素イオン類や臭気物質を効率的に除去することができると共に、粒状活性炭の構成比率を繊維状活性炭よりも多く使用することで、より安価なコストで製造することもでき、水道水用の浄水器カートリッジに好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の水処理用濾過材は、水の流入側が粒状活性炭を含む成形体で構成されており、水の流出側が繊維状活性炭を含む成形体で構成されている。これら２つの成形体は一体的に成形されている。水処理用濾過材は円筒状に成形しても、ブロック状に成形積層したものでもよい。
【００１３】
本発明の水処理用濾過材において、水の流入側を構成する成形体は、粒状活性炭を含むものであるが、粒状活性炭としては粒径１００〜５００μｍの粒状活性炭を使用することが好ましい。このような粒径の粒状活性炭を使用することで、圧力損失を小さくすることができ、且つ、効率的に遊離残留塩素イオン類や臭気物質を除去することができる。粒径１００μｍ未満の粉状活性炭含む場合は、圧力損失が大きくなり、チャンネリングや成形体の亀裂や破損等が発生する恐れがある。一方、粒径５００μｍを超える粉状活性炭を含む成形体では、活性炭の比表面積が小さくなるため、特にＳＶ値が大きい場合などに、効率的に遊離残留塩素イオン類や臭気物質を除去することができなくなる。
【００１４】
また、水の流入側に使用する粒状活性炭は、成形体に対して９０重量％以上含まれることが望ましい。水の流入側の成形体に対して、粒状活性炭の含有量が９０重量％未満であると、残留塩素イオン類などの不純物を除去する性能が不足する。なお、水の流入側に使用する粒状活性炭には繊維状活性炭は共存させない。
【００１５】
水の流入側を構成する成形体は、その充填密度を０．３０〜０．３５ｇ／ｃｍ３とすることが好ましい。水の流入側の成形体を、このような充填密度とすることで、その内部に含まれる活性炭量を多くでき、残留塩素除去性能を低下させることなく、圧力損失を小さくすることができる。粒状活性炭で構成される成形体の充填密度が０．３０ｇ／ｃｍ３未満の場合、バインダー間や活性炭同士間の空隙が大きいため、活性炭の脱落が発生しやすくなる。また、空隙が大きいために原水との接触機会が減り、効率的に遊離残留塩素イオン類の除去が行われなくなる。一方、粒状活性炭で構成される成形体の充填密度が０．３５ｇ／ｃｍ３を超える場合、圧力損失が増大し、水圧などに対する耐性が失われ、亀裂や破損等を引き起こす虞がある。
【００１６】
水の流出側を構成する成形体は、繊維状活性炭を含むものであるが、繊維状活性炭としては、比表面積１，０００ｍ２／ｇ以上のものが好ましく、更にコストを考慮した場合、１，０００〜２，０００ｍ２／ｇのものがより好ましい。比表面積１，０００ｍ２／ｇ未満の繊維状活性炭を使用した場合には、効率的に残留塩素イオン類を除去することが困難となる。また、水の流出側に使用する繊維状活性炭は、成形体に対して９０重量％以上含むことが好ましい。
【００１７】
水の流出側を構成する成形体は、水の透過性をよくするために、充填密度を０．１３〜０．２０ｇ／ｃｍ３とすることが好ましい。成形体の充填密度が０．１３ｇ／ｃｍ３未満では、活性炭及びバインダー同士の空隙が大きく、水圧等が水処理濾過材にかかった場合に収縮を起こし、濾過材が「痩せる」といった現象を起こしやすくなる。濾過材が痩せると、強固になり衝撃に弱くなり、亀裂や破損等を引き起こす懸念がある。一方、成形体の充填密度が０．２０ｇ／ｃｍ３より大きい場合には、使用する繊維状活性炭量が多くなり、コストが大きくなる。
【００１８】
ここで、水の流出側を構成する成形体と、水の流入側を構成する成形体との充填密度の差は、０．１０〜０．３０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。つまり、水の流出側を構成する成形体の充填密度に対して、水の流入側を構成する成形体の充填密度を高くし、密度勾配をつけることが好ましい。充填密度の差をこのように設定することで、残留塩素イオン等を効率的に除去しながら、圧力損失を低いレベルに抑えることが可能となる。水の流出側を構成する成形体と、水の流入側を構成する成形体との充填密度の差が、０．１０ｇ／ｃｍ３未満の場合には、圧力損失を抑える効果が低く、チャンネリングや成形体の亀裂や破損等が発生する虞がある。一方、前記充填密度の差が０．３０ｇ／ｃｍ３を越えるものを製造するには活性炭の使用量が増大し、コストの面で好ましくない。
【００１９】
本発明で用いられる粒状活性炭としては、ヤシ殻、石炭、木炭等があり、繊維状活性炭としては、セルロース系、アクリル系、フェノール系、石油ピッチ系、石炭ピッチ系等があげられる。これらのうち、いずれの活性炭をも使用することができ、残留塩素やその他対象となる除去物質の除去性能、及びコストを考慮して選択することが好ましい。
【００２０】
成形体は、用いる活性炭成分の吸着能を損なうことなく形体保持性を付与したものであり、通常、活性炭成分を天然繊維等のバインダーと絡ませて、水が通り抜けられるような空隙を有するフェルト状の成形体として用いられる。バインダーとしては、繊維等にフィックス剤を混合したものや熱溶融樹脂などを用いることができる。特にこの水処理用濾過材が家庭用浄水器等、飲用の浄化に用いられる場合、バインダーには天然繊維を用いることが好ましい。天然繊維としては、紙パルプ・麻などのセルロース系繊維を使用できる。これら天然繊維をビーターやリファイナーにより叩解して、絡みやすい微細な枝を持たせたもの（いわゆるフィブリル化繊維）を使用すると、成形性が充分にあり、飲用水の浄化に適した水処理用濾過材を得ることができる。
【００２１】
次に本発明の濾過材の好ましい製造方法の一例を述べる。
通液性のある成形用金型に多数の細孔をもつプラスチック製のコアや濾紙をセットし、繊維状活性炭とフィブリル化天然繊維等のバインダーとを水に分散させたスラリー中に、上記のセットした成形用金型を入れ、真空吸引にて第１の成形体層をつくり、乾燥処理して水の流出側の成形体を得る。その後粒状活性炭を用いて同様の操作を繰り返して流入側の成形体を得る。第１の成形体が成形用金型部材に付着した状態で第２の成形体をつくることが望ましいが、両成形体を別々につくってから積層してもよい。
【００２２】
また、原水中の金属イオンを除去したい場合には、成形の際にスラリー中に繊維状のナトリウム型陽イオン交換樹脂や粉末状の酸化還元用合金などを混合することもできる。また、原水中のミネラル分が少ない場合、これを補う目的で、サンゴ石や焼成マグネシウム等を混合することもできる。
［実施例］
次に本発明を実施例により具体的に説明する。
【実施例１】
【００２３】
水の流出側の成形体として、比表面積１，５００ｍ２／ｇ、細孔半径８Å、繊維径１２μｍの石炭ピッチ系繊維状活性炭９６重量％と、バインダーとして、ビーティングによりフィブリル化した天然繊維バインダー４重量％を配合し、水を混合してスラリーを形成した。湿式成形機において、ＰＥＴ／ＰＥコアをセットした後、前記スラリー内にコアを沈め両側から真空吸引して、繊維状活性炭を含む、外径７８．０ｍｍ、長さ２９７ｍｍの円筒状成形体を得た。次に、水の流入側の成形体として、比表面積９００〜１，２００ｍ２／ｇ、粒径１４０〜２９０μｍの植物系粒状活性炭９６重量％と前記バインダー４重量％を配合したスラリーを形成し、前記の繊維状活性炭を含む円筒状成形体をスラリー内に沈め、同様に真空吸引し、繊維状活性炭の成形体の外周に、粒状活性炭の成形体を総外径が１０８．５ｍｍになるよう成形した。その後、温度１２０℃、常圧下にて一昼夜乾燥させ、水の最流入側にあたる成形体をＰＥＴ／ＰＥ不織布にて覆い、円筒状成形体の両端に住友スリーエム株式会社製ホットメルト接着剤、商品名：ＪＥＴ−ＭＥＬＴ接着剤３７６４を用いてＡＢＳキャップを接着し、実施例１の水処理用濾過材を得た。
【００２４】
［比較例１］
実施例１における繊維状活性炭を含む成形体を成形せずに、実施例１で用いた粒状活性炭のみを用いて、外径１０８．５ｍｍの単層からなる長さ２９７ｍｍの円筒状成形体を成形し、その他は実施例１と同様にして比較例１の水処理用濾過材を得た。
【００２５】
［比較例２］
実施例１における粒状活性炭を含む成形体を成形せずに、実施例１で用いた繊維状活性炭のみを用いて、外径１０８．５ｍｍの単層からなる長さ２９７ｍｍの円筒状成形体を成形し、その他は実施例１と同様にして比較例２の水処理用濾過材を得た。
【００２６】
［比較例３］
実施例１における水の流出側の成形体を、実施例１で用いた粒状活性炭を含む成形体とし、水の流入側の成形体を比表面積２，０００ｍ２／ｇ、細孔半径１６Å、繊維径８〜１０μｍのフェノール樹脂系繊維状活性炭を含む成形体とし、その他は実施例１と同様にして比較例３の水処理用濾過材を得た。
【００２７】
［比較例４］
比表面積２，０００ｍ２／ｇ、細孔半径１６Å、繊維径８〜１０μｍのフェノール樹脂系繊維状活性炭２０重量％と、実施例１で用いた粒状活性炭７６重量％と、実施例１のバインダー４重量％とを混合し、単層の円筒状成形体を成形し、その他は実施例１と同様にして比較例４の水処理用濾過材を得た。
【００２８】
このようにして得られた実施例１及び比較例１〜４の水処理用濾過材に対し、ＪＩＳ  Ｓ  ３２０１  ６．３．１の濾過能力試験の遊離残留塩素濾過能力試験法に準じて通水試験を行い遊離残留塩素の除去性能の評価を実施した。また、上記通水試験において、濾過材の一次側及び二次側圧力を測定し、一次側圧力から二次側圧力を差引き、濾過材としての圧力損失を求めた。なお、評価試験は、専用のハウジングに濾過材をセットし、濾過材の面に対して垂直に円筒状成形体の外側から内側に向けて通水して行った。評価結果を表１に示す。
【００２９】
なお、このタイプの濾過材における目標値は、遊離残留塩素の除去性能として９０％、破過値を４００，０００Ｌ、圧力損失としては０．０４ＭＰａ以下を挙げた。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１において、除去性能は３５リットル／分で通水した時の、９０％除去率に低下するまでの原水処理量を示しており、コストとは実施例１及び比較例１〜４を相対的に比較したもので、実施例１を○とし、それよりもコストが大幅に高いものを×、若干高いものを△、コストが低いものを◎として評価した。
【００３２】
実施例１のものは、比表面積の小さな繊維状活性炭を使ったにもかかわらず、遊離残留塩素を効率的に除去し、圧力損失も比較例１〜３と比べ、さほど大きくならなかった。コストとしても大きくならなかった。
【００３３】
一方、比較例１のものは、粒状活性炭のみで成形された吸着層を持つが、実施例１と比較して、圧力損失が大きくなる傾向にあった。また、比表面積が、繊維状活性炭よりも小さいため、遊離残留塩素の除去性能も良くない結果が得られた。
【００３４】
比較例２のものは、繊維状活性炭のみで成形された吸着層を持つが、実施例１と比較し、格段にコストがかかるという欠点がある。繊維状活性炭であることから、圧力損失は大きくならない傾向にあるが、実施例１と同じ程度であり、経費対効果を考えると、メリットが見出されない結果となった。
【００３５】
比較例３、４のものは、濾過材を占める繊維状活性炭及び粒状活性炭の構成比は、実施例１と比較例３、４ともに同じであるが、構造がそれぞれ違うものである。
この中で一番圧力損失が低いのが実施例１であり、水の流出側に繊維状活性炭が配置されると、大幅に圧力損失を低下させる働きがある。また、比較例３、４は、実施例１よりも比表面積が大きい繊維状活性炭を使用したにもかかわらず、遊離残留塩素除去性能は、実施例１よりも劣っていた。