(57)【要約】  【課題】  排水・廃液・地下水等の処理水からアルミナを主成分とする多孔質吸着剤を用いて有害物質を吸着除去する方法および装置において、吸着剤の吸着能力を高めることで、処理に必要な吸着剤量を大幅に削減させることを課題とする。  【解決手段】  アルミナを主成分とする多孔質吸着剤を充填したフィルターと、前記フィルターへの通水を制御する通水制御手段とを有し、前記通水制御手段は、前記フィルターへ一定時間通水させた後に５秒以上停止させる通水パターンを繰り返すように制御するものである水処理装置を用いて、通水工程と停止工程とを交互に繰り返す。【選択図】  図１
2008119585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄化処理を行う処理水をアルミナを主成分とする多孔質吸着剤を充填したフィルター内に一定時間通水させる通水工程と、通水工程の後に５秒以上通水を停止する停止工程と
を交互に繰り返す水処理方法。
【請求項２】
前記フィルターを複数並列に配置するとともに、各フィルターに対し前記通水工程と停止工程とを交互に繰り返すとともに、すべてのフィルターの停止工程が重なることがないように通水のタイミングが設定される請求項１に記載の水処理方法。
【請求項３】
前記フィルターは、２組に分けられ、いずれか一方の組が通水工程を行っている間は、いずれか他方の組は停止工程となり、いずれか一方の組が停止工程を行っている間は、いずれか他方の組は通水工程となるように通水タイミングが設定される請求項２に記載の水処理方法。
【請求項４】
前記通水タイミングは３分以上の時間間隔で各組の通水工程と停止工程とが交互に入れ替わるよう設定される請求項３に記載の水処理方法。
【請求項５】
前記フィルターは最大内径に対して長さが８倍以上に設定されるものである請求項１から４のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項６】
前記フィルターの注水口の前にバッファタンクが設けられる請求項１から５のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項７】
前記停止工程にある前記フィルター内の処理水の移動を停止又は処理水の流速を低下させる処理水保持工程を含む請求項１から６のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項８】
前記停止工程にある前記フィルターを冷却する冷却工程を含む請求項１から６のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項９】
前記冷却工程は、前記フィルターに冷却水を通水するものである請求項８に記載の水処理方法。
【請求項１０】
前記冷却工程は、前記フィルターに冷却空気を通すものである請求項８に記載の水処理方法。
【請求項１１】
前記停止工程にある前記フィルターに酸性溶液を通す酸性溶液注入工程を有する請求項１から６及び８のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項１２】
アルミナを主成分とする多孔質吸着剤を充填したフィルターと前記フィルターへの通水を制御する通水制御手段とを有し、前記通水制御手段は、前記フィルターへ一定時間通水させた後に５秒以上停止させる通水パターンを繰り返すように制御するものである水処理装置。
【請求項１３】
前記フィルターは複数並列に配列されるものであって、前記通水制御手段は、すべてのフィルターが同時に通水が停止することがないように制御する請求項１２に記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記フィルターは２組に分かれるものであって、前記通水制御手段は、２組のフィルターに交互に通水と、通水の停止を繰り返す請求項１３に記載の水処理装置。
【請求項１５】
前記通水制御手段は、３分以上の時間間隔で通水と、通水の停止を繰り返す請求項１４に記載の水処理装置。
【請求項１６】
前記フィルターは最大内径に対して長さが８倍以上に設定されるものである請求項１２
から1５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１７】
前記フィルターの注水口の前にバッファタンクが設けられる請求項１２から１６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１８】
前記バッファタンクは柱状に形成され、前記フィルターは前記バッファタンクを取り巻くように管体を螺旋状に巻いた形状に形成される請求項１７に記載の水処理装置。
【請求項１９】
前記フィルター内において処理水の移動を停止又は処理水の流速を低下させる処理水保持手段を有する請求項１２から１８のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２０】
前記フィルターを冷却する冷却手段を有する請求項１２から１８のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項２１】
前記冷却手段は、冷却水を貯めた冷却水タンクと前記フィルターの通水口もしくは排水口との間に設けられるバルブと、前記バルブを制御するバルブ制御装置とからなる請求項２０に記載の水処理装置。
【請求項２２】
前記冷却手段は、前記フィルターの通水口もしくは排水口に接続される冷却空気を送り込む冷却空気送風器と、冷却空気送風器を制御する送風制御装置とからなる請求項２０に記載の水処理装置。
【請求項２３】
前記フィルターに酸性溶液を通す酸性溶液注入手段を有する請求項１１から２１のいずれか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排水・廃液中・地下水などから有害物質を除去処理する水処理方法及び水処理装置に関し、特に吸着剤を用いるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、含有する有害物質の濃度が高い、排水・廃液・地下水などから有害物質を除去するには、有害物質の種類に対応した凝集剤を用いて処理する一次排水処理装置と、一次処理では十分に除去できなかった低濃度の有害物質を、その種類に応じたキレート樹脂などで吸着除去する二次排水処理を行うことが一般的である。しかし、この方法では、一次処理において凝集剤を機能させるために酸性の排水等をアルカリ性に調整する必要があるため凝集剤のみならず大量のアルカリ性薬剤が必要となり、また、凝集剤により沈殿した多量の有害物質含有汚泥が副生成物として発生することが問題となっていた。
これを解決する方法として、下記特許文献１には、凝集剤やキレート樹脂などを使わずに、活性アルミナ及び二酸化ケイ素を主成分とするセラミック系の吸着剤を用いて、排水・廃液のｐＨ値を２〜４に希釈した後に、有害物質を吸着除去処理する方法が示されている。
この方法によると、薬剤をほとんど用いることがなく、また有害物質が含有する汚泥も発生することがない。
【特許文献１】特開２００４−３１４０５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記特許文献１に記載の方法では、吸着剤を扁平なカートリッジ内に充填してカラム内に配置し、このカラムに上下方向から排水等の処理水を連続通水することにより、吸着剤と処理水とが多く接触するように流動させることで、有害物質を吸着剤に吸着させるように構成されている。
しかし、この方法では吸着剤表面全体がすぐに処理水中の有害物質濃度とほぼ等しくなってしまい、吸着剤表面の平衡濃度作用により、順次注入される同一の有害物質濃度をもつ処理水に対しては有害物質をほとんど吸着しないという現象が生じていた。即ち、従来の方式では連続的に処理が必要とされる排水・廃液等の有害物質吸着除去の連続的な処理ができなかった。
【０００４】
具体例を挙げると、従来の方法では、２ｋｇの吸着剤で２０ｐｐｍのフッ素を含有する排水を連続通水すると１８ｌ目の排水量で吸着能力が飽和し（濃度平衡）、排水基準（８ｐｐｍ）を超えてしまった（後述する図７参照）。一方、一般的に連続して排水される工業用排水・廃液の処理量は、日量３０ｔ（３０,０００ｌ）は少なくともあるので、２０ｐｐｍのフッ素を含有する排水を３０ｔ処理すると仮定すると、従来の方法で飽和しない吸着剤の重さをは約３３００ｋｇとなる。これから、現在吸着剤の購入単価は約１,５００円／ｋｇであるため、一日当たり約５００万円のランニングコストが排水量３０ｔ／日の事業所でかかることとなり、凝集沈殿処理法等による排水処理コストの５０倍〜１００倍程度のランニングコストが発生するため、アルミナを主成分とした吸着剤を用いる処理方法の実施は現実的ではない。
【０００５】
本発明は、このような問題を鑑み、排水・廃液・地下水等の処理水からアルミナを主成分とする多孔質吸着剤を用いて有害物質を吸着除去する方法および装置において、吸着剤の吸着能力を高めることで、処理に必要な吸着剤量を大幅に削減させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有する。
請求項１に記載の発明は、浄化処理を行う処理水をアルミナを主成分とする多孔質吸着剤を充填したフィルター内に一定時間通水させる通水工程と、通水工程の後に５秒以上通水を停止する停止工程とを交互に繰り返す水処理方法である。
請求項２に記載の発明は、前記水処理方法において、前記フィルターを複数並列に配置するとともに、各フィルターに対し前記通水工程と停止工程とを交互に繰り返すとともに、すべてのフィルターの停止工程が重なることがないように通水のタイミングが設定されるものである。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の水処理方法において、前記フィルターは、２組に分けられ、いずれか一方の組が通水工程を行っている間は、いずれか他方の組は停止工程となり、いずれか一方の組が停止工程を行っている間は、いずれか他方の組は通水工程となるように通水タイミングが設定されるものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の水処理方法において、前記通水タイミングは３分以上の時間間隔で各組の通水工程と停止工程とが交互に入れ替わるよう設定されるものである。
請求項５に記載の発明は、前記水処理方法において、前記フィルターは最大内径に対して長さが８倍以上に設定されるものである。
請求項６に記載の発明は、前記水処理方法において、前記フィルターの注水口の前にバッファタンクが設けられるものである。
【０００８】
請求項７に記載の発明は、前記水処理方法において、前記停止工程にある前記フィルター内の処理水の移動を停止又は処理水の流速を低下させる処理水保持工程を含むものである。
請求項８に記載の発明は、前記水処理方法において、前記停止工程にある前記フィルターを冷却する冷却工程を含むものである。
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の水処理方法において、前記冷却工程は、前記フィルターに冷却水を通水するものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の水処理方法において、前記冷却工程は、前記フィルターに冷却空気を通すものである。
請求項１１に記載の発明は、請求項１から６及び８のいずれかの水処理方法において、前記停止工程にある前記フィルターに酸性溶液を通す酸性溶液注入工程を有するものである。
【０００９】
請求項１２に記載の発明は、アルミナを主成分とする多孔質吸着剤を充填したフィルターと、前記フィルターへの通水を制御する通水制御手段とを有し、前記通水制御手段は、前記フィルターへ一定時間通水させた後に５秒以上停止させる通水パターンを繰り返すように制御するものである水処理装置である。
請求項１３に記載の発明は、前記水処理装置において、前記フィルターは複数並列に配列されるものであって、前記通水制御手段は、すべてのフィルターが同時に通水を停止することがないように制御するものである。
請求項１４に記載の発明は、前記フィルターは２組に分かれるものであって、請求項１２に記載の水処理装置において、前記通水制御手段は、２組のフィルターに交互に通水と、通水の停止を繰り返すものである。
請求項１５に記載の発明は、請求項１３に記載の水処理装置において、前記通水制御手段は、３分以上の時間間隔で通水と、通水の停止を繰り返すものである。
【００１０】
請求項１６に記載の発明は、前記水処理装置において、前記フィルターは最大内径に対して長さが８倍以上に設定されるものである。
請求項１７に記載の発明は、前記水処理装置において、前記フィルターの注水口の前にバッファタンクが設けられるものである。
請求項１８に記載の発明は、請求項１６に記載の水処理装置において、前記バッファタンクは柱状に形成され、前記フィルターは前記バッファタンクを取り巻くように管体を螺旋状に巻いた形状に形成されるものである。
【００１１】
請求項１９に記載の発明は、前記水処理装置において、前記フィルター内において処理水の移動を停止又は処理水の流速を低下させる処理水保持手段を有する請求項１２から１８のいずれか１項に記載の水処理装置。
請求項２０に記載の発明は、前記水処理装置において、前記フィルターを冷却する冷却手段を有するものである。
請求項２１に記載の発明は、請求項２０に記載の水処理装置において、前記冷却手段は、冷却水を貯めた冷却水タンクと前記フィルターの通水口もしくは排水口との間に設けられるバルブと、前記バルブを制御するバルブ制御装置とからなるものである。
請求項２２に記載の発明は、請求項２０に記載の水処理装置において、前記冷却手段は、前記フィルターの通水口もしくは排水口に接続される冷却空気を送り込む冷却空気送風器と、冷却空気送風器を制御する送風制御装置とからなるものである。
請求項２３に記載の発明は、請求項１１から２１のいずれかの水処理装置において、前記フィルターに酸性溶液を通す酸性溶液注入手段を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により本発明は、次のような効果を奏する。
請求項１に記載の発明は、一定時間の通水工程により吸着剤の外表面近傍の高まった有害物質の濃度が、短時間の停止工程によって有害物質が吸着剤内部へと浸透していく結果低下するので、吸着剤濃度の飽和がほとんど起こらない。このように吸着剤の能力を内部まで十分活用することにより、アルミナを主成分とする多孔質吸着剤の処理能力を飛躍的に向上させることができる。
請求項２に記載の発明は、フィルターを複数並列に配置して各フィルターに通水工程と停止工程を行わせる場合に、すべてのフィルターの停止工程が重ならないようにすることで、常にいずれかのフィルターを通して連続通水処理が可能となる。
請求項３に記載の発明は、フィルターを2組に分けて交互に通水工程と停止工程を入れ替えることで簡易な制御を行うことができる。
請求項４に記載の発明は、３分間隔で通水工程と停止工程を入れ替えることで、十分な有害物質処理と吸着剤の回復を図ることができ、より吸着剤の処理能力を高めることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、フィルターの形状を最大内径に対して長さが８倍以上と長いものとすることで、充填される吸着剤は多重に重なって配置されることとなる。これにより、通水時には、まず、通水口近傍の吸着剤表面から有害物質濃度が飽和し、順次通水方向に飽和していくので、従来のように吸着剤を拡散して処理する場合は直ぐに全体の吸着剤表面が飽和することに比較して、長時間にわたって徐々に飽和していくこととなり容易に飽和しないので、それだけ吸着剤の処理能力が高くなる。
請求項６に記載の発明は、前記フィルターの注水口の前にバッファタンクが設けられることで、停止工程によりフィルターへの注水が停止していても処理水をバッファタンクに溜めることで連続的に処理水を流すことが可能となる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、停止工程中にある処理水の移動を停止又は流速を低下させることで、吸着剤の内部にまで十分に有害物質を浸透させることができ、吸着剤の処理能力を向上させることができる。
請求項８に記載の発明は、停止工程中にフィルターを冷却することで発熱していた吸着剤が冷やされ、吸着剤の処理能力をさらに向上させることができる。
請求項９に記載の発明は、冷却工程としてフィルターに冷却水を通水することで、吸着剤の冷却に加えて吸着剤表面を洗浄することができ、これによっても吸着剤の処理能力を高めることができる。
請求項１０に記載の発明は、冷却工程としてフィルターに冷却空気を通すものであり、吸着剤の冷却に加えて吸着剤表面を乾燥させることができ、これによっても吸着剤の処理能力を高めることができる。
請求項１１に記載の発明は、停止工程中にフィルターに酸性溶液を通すことで、有害物質が最も吸着している吸着剤表面を剥離させ、吸着剤の処理能力をさらに向上させることができる。
【００１５】
請求項１２に記載の発明は、やはり、一定時間の通水により吸着剤の外表面近傍の高まった有害物質の濃度を、通水の停止によって有害物質を吸着剤内部へと浸透させることで低下させ、吸着剤の処理能力を向上させることができる。
請求項１３に記載の発明は、フィルターを複数並列に配置して通水制御手段により各フィルターに通水と通水停止を、すべてのフィルターの停止が重ならないように行わせることで、いずれかのフィルターを通して連続通水処理が可能となる。
請求項１４に記載の発明は、2組のフィルターを交互に通水工程と停止工程を入れ替えるように制御することで簡易な制御を行うことができる。
請求項１５に記載の発明は、３分間隔で通水と通水停止を繰り返すようにすることで、十分な有害物質処理と吸着剤の回復を図ることができ、吸着剤の処理能力の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項１６に記載の発明は、フィルターの形状を最大内径に対して長さが８倍以上と長いものとすることで、充填される吸着剤は多重に重なって配置されることとなり、長時間にわたって通水口側から徐々に飽和していくこととなり全体として飽和に達しにくいことから、それだけ吸着剤の処理能力を向上させることができる。
請求項１７に記載の発明は、前記フィルターの注水口の前にバッファタンクが設けられることで、フィルターへの注水が停止していても処理水をバッファタンクに溜めることで連続的に処理水を流すことが可能となる。
請求項１８に記載の発明は、前記フィルターがバッファタンクを取り巻くように管体を螺旋状に巻いた形状で形成されることで装置をコンパクトにまとめることができる。
【００１７】
請求項１９に記載の発明は、通水の停止中に処理水保持手段によりフィルター内において処理水の移動を停止又は処理水の流速を低下させることにより、吸着剤の内部にまで十分に有害物質を浸透させることができ、吸着剤の処理能力を向上させることができる。
請求項２０に記載の発明は、前記フィルターを冷却手段により冷却することで発熱していた吸着剤が冷やされ、吸着剤の処理能力をさらに向上させることができる。
請求項２１に記載の発明は、冷却手段をバルブとバルブ制御手段とから構成することにより、バルブを空けてフィルターに冷却水を通水することで、吸着剤を冷却するとともに吸着剤表面を洗浄することができ、これによっても吸着剤の処理能力を高めることができる。
請求項２２に記載の発明は、冷却手段として冷却空気送風器と送風機制御手段とから構成することにより、冷却空気送風器によりフィルターに冷却空気を通すことで、吸着剤の冷却に加えて吸着剤表面を乾燥させることができ、これによっても吸着剤の処理能力を高めることができる。
請求項２３に記載の発明は、酸性溶液注入手段によりにフィルターに酸性溶液を通すことで、有害物質が最も吸着している吸着剤表面を剥離させ、吸着剤の処理能力をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
図１に実施形態１に係る水処理装置Ｘの構造を表す模式図を示す。水処理装置Ｘは、フィルター１０、バッファタンク２０、ポンプ３０、配管４０、制御装置１００とから構成される。バッファタンク２０は中空の円柱体であり、フィルター１０はバッファタンク１０の外周に沿うように管体を螺旋状に巻いた形状をしている。
図２（ａ）にバッファタンク２０とフィルター１０の斜視図を示す。バッファタンクには底面に外部に連通する底部連通部２１が、側部底面近傍に外部に連通する側部連通部２２が設けられている。
フィルター１０は合成樹脂素材を螺旋形状に形成した外部ケース１１内に粒径１〜５ｍｍ程度のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とし二酸化ケイ素等を含有するセラミック系の多孔質構造をもつ吸着剤１２を封入したものである。図２（ｂ）にフィルター１０の拡大一部破断斜視図を示す。図に示すように、外部ケース１１内には吸着剤１２が充填されていおり、結果として吸着剤１２は多層構造をもって外部ケース１１内に配されることとなる。外部ケース１１の長さは仕様に応じて種々のものが採用できるが、十分な吸着剤の多層構造を実現するためには、少なくとも内径の最大値の８倍以上の長さを有することが望ましい。
【００１９】
配管４０は、浄化処理を行う処理水をバッファタンク２０の底部連通部２１に導く第１配管４１、バッファタンク２０の側部連通部２２とフィルター１０の上部通水口とを接続する第２配管４２、ファイルター１０の下部排水口を図示しない排水槽へ導く第３配管４３とから構成される。第２配管４２にはポンプ３０と電磁弁４２ａが設けられている。
制御部１００は、プログラムに従ってポンプ３０と電磁弁４２ａとを制御するものであり、公知のマイコンにより構成される。具体的には、ポンプ３０によってフィルター１０の容量分を処理水が送り出される所定時間の間、通水工程として電磁弁４２ａを開放し、ポンプ３０を作動させ、その後、停止工程として約５秒、ポンプ３０を停止させるとともに、電磁弁４２ａを閉じることを１サイクルとして、処理水量に応じて複数サイクル繰り返すように設定されている。所定時間はフィルター１０の容量が大きくなればなるほど大きくなるものであり、数十リットルの容量を有する場合は１００秒以上になるので、５秒程度の停止時間を設けても大きなロスにはならない。
【００２０】
次に、このような構成を有する水処理装置Ｘの動作について説明する。なお、配管４１には図示しないポンプによって処理水が送られてくるようになっているものとし、また、このポンプの吐出し量は、ポンプ３０の吐き出し量よりやや少なく、かつ、停止工程で溜まるバッファタンク２０の処理水が通水工程の処理時間ではなくならない程度に設定されているものとする。以下の動作は制御部１００により行われる。まず、最初の動作時には、電磁弁４２ａを閉じてバッファタンク２０に所定量の処理水を溜めるようにする。次に、通水工程として電磁弁４２ａを開放するとともに、前記所定時間だけポンプ３０を駆動させる。その後、停止工程として5秒間ポンプを停止させるとともに電磁弁４２ａを閉じる。この状態において、フィルター２０内の処理水は静止状態となる。即ち、ポンプ３０及び電磁弁４０ａは、フィルター内において処理水の移動を停止又は処理水の流速を低下させる処理水保持手段を構成する。そして、再び、電磁弁４２ａを開いてポンプ３０を作動させる通水工程に移行すると、浄化処理された処理水が配管４３から図示しない排水タンクへ排出される。以下、通水工程と停止工程とが所定の処理量に達するまで交互に行われる。
【００２１】
このように停止処理中にフィルター１０内の処理水の移動を停止させる処理水保持工程を設けることでアルミナを主成分とする吸着剤の能力を大きく向上させることができる。図３に処理水保持工程を設ける場合と設けない場合の比較実験結果を表すグラフを示す。この比較実験は、前記吸着剤１２を所定長さのフィルター１１に充填させて、フッ素濃度４０ｍｇ／ｌ程度の処理水を処理水保持工程を設けずに連続通水した場合と、５秒間の処理水保持工程を設けた場合における処理水量と浄化処理後のフッ素濃度の関係を計測したものである。図に示すように、連続通水した場合には通水量は約８ｌで浄化処理後の処理水は排水基準である８ｍｇ／ｌに達したが、停止工程を設けた場合には８ｌの通水量では浄化処理後のフッ素濃度は４．８ｍｇ／ｌと約半分であった。グラフの傾きも停止工程を設けることで緩やかになることから、５秒の処理水保持工程を設けることで約２倍の処理能力の向上があると推測することができる。
【００２２】
これは、アルミナを主成分とする吸着剤１２は、多孔質で大きな比表面積をもつが、連続通水による吸着は、一般的に吸着剤１２表面における平衡吸着反応であり、処理水の有害物質濃度と吸着剤１２表面の濃度が等しくなれば吸着反応は生じなくなるという現象が生じていることが原因であると考えられる。これに対し、一時的に通水が休止する処理水保持工程を設ける場合、処理水の流動がほぼ静止する間に、多孔質吸着剤１２の内部の細孔内に有害物質が浸透していく現象を起こる結果、吸着能力が高まるものと考えられる。この浸透のための時間として最低５秒程度が必要となる。このように、５秒以上の処理水保持工程を設けることで吸着剤１２の内部での吸着作用効果が得られ多孔質で大きな比表面積をもつ吸着剤１２の本来の能力を十分に発揮することができる。
【００２３】
さらに、フィルターを長尺の構造にすることによってもアルミナ（Al２O3）を主成分とする吸着剤１２の能力を高めることができる。図４にフィルターの長さごとに処理能力を比較した実験結果を表すグラフを示す。この比較実験は、前記吸着剤１２を１ｍ、２ｍ、３ｍの異なる長さのフィルター１０に充填させて、フッ素濃度４０ｍｇ／ｌ程度の処理水を連続通水した場合の通水量と浄化処理後のフッ素濃度との関係を計測したものである。図からわかるように排水基準値である８ｍｇ／ｌを越えるのが１ｍの場合は約１８ｌ、２ｍの場合は約７５ｌ、３ｍの場合は約１６０ｌとなり、１ｍから約２倍の２ｍの場合は処理能力は約４倍以上、３倍の３ｍの場合は処理能力は約９倍以上となる。吸着剤の量は長さに比例した分のみしか増加しないので、明らかに長尺のフィルターを用いることで吸着剤の能力が高くなっていることがわかる。図５に、フィルター１０を３ｍとした場合と、これから推定されるフィルター１０を６ｍとした場合の通水量と浄化処理後のフッ酸濃度の関係を表すグラフを示す。なお、このグラフには、従来の攪拌型のカラムによる吸着剤の吸着処理による通水推量と処理水のフッ酸濃度の関係も示されている。このように、フィルター長を長くすればそれだけ処理能力が高まり、排水基準値の８ｍｌに達する通水量は、６ｍの場合で約６５０ｌ以上、１２ｍの場合は１，４００ｌ、１８ｍの場合なら６,０００ｌ以上（約６ｔ以上）となると推定される。なお、従来の攪拌型による吸着はフィルター１ｍを連続通水した場合の吸着能力とほぼ同じであり、フィルターを長尺にすることにより従来の吸着処理よりも大幅に吸着剤の処理能力を高めることができることがわかる。そして、上述したように、停止工程を設けることにより約２倍の処理能力の向上が見込めることから、本発明に係る水処理装置は吸着剤を大量に消費することなく飛躍的に処理能力の向上を図ることができる。
【００２４】
（実施形態２）
図６に実施形態２に係る水処理装置Ｙの構造を模式的に表す模式図を示す。水処理装置Ｙは、フィルター１０Ａ、１０Ｂ、バッファタンク２０Ａ、２０Ｂ、ポンプ３０、配管４０、酸性溶液注水部５０、制御装置１１０とから構成される。
フィルター１０Ａ、１０Ｂ、バッファタンク２０Ａ、２０Ｂ及びポンプ３０の構成は実施形態１に係る水処理装置Ｘのフィルター１０、バッファタンク２０、ポンプ３０と同じであるので説明は省略する。
配管４０は、浄化処理を行う処理水をバッファタンク２０Ａ、２０Ｂのそれぞれの底部連通部２１に導く第１配管４１Ａと、バッファタンク２０Ａ、２０Ｂのそれぞれの側部連通部２２と、フィルター１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの上部通水口とを接続する第２配管４２Ａと、フィルター１０Ａ、１０Ｂの下部排水口を図示しない排水槽へ導く第３配管４３Ａとから構成される。第２配管４２Ａは、バッファタンク２０Ａ、２０Ｂのそれぞれの側部連通部２２からの流路を結ぶ三方電磁弁４２Ａｂが設けられ、三方電磁弁から出る流路にポンプ３０が設けられる。さらに、ポンプ３０からの流路は二股に分かれてフィルター１０Ａ、１０Ｂのそれぞれの上部通水口に流入する。この二股に分かれた流路の途中にもそれぞれ三方電磁弁４２Ａｃ、４２Ａｄが設けられる。
【００２５】
酸性溶液注水部５０は、ｐＨ４未満の酸性溶液を溜める酸性溶液槽５２と、酸性溶液槽５２と前記電磁弁４２Ａｃ、４２Ａｄに接続する配管５４と、配管５４の途中に設けられるポンプ５１と、電磁弁５３とから構成される。
制御装置１１０はポンプ３０、５１、電磁弁４２Ａｂ、４２Ａｃ、４２Ａｄ、５３をプログラムに従って制御するものであって、公知のマイコンにより構成される。具体的には、まず、電磁弁４２Ａｂ、４２Ａｃ、４２Ａｄを約３分ごとに切り替えることにより、フィルター１０Ａとフィルター１０Ｂに処理水を交互に通水させる。そして、フィルター１０Ａ、フィルター１０Ｂの通水が行われていない側に対して、ポンプ５１、電磁弁５３を作動させることにより酸性溶液を注入させる。
【００２６】
次に、以上のような構成を有する水処理装置Ｙの動作について説明する。なお、やはり配管４１Ａには図示しないポンプによって処理水が送られてくるようになっているものとする。以下の動作は制御部１１０により行われる。まず、最初は三方電磁弁４２Ａｂを閉じることでバッファタンク２０Ａ、２０Ｂにある程度の処理水を溜める。その後、電磁弁４２Ａｂを作動させて、例えばバッファタンク２０Ａに連なる流路がポンプ３０に連通するようにし、ポンプ３０を作動させる。同時に三方電磁弁４２Ａｃを作動させてポンプ３０と、フィルター２０Ａの上部通水口とが連通するようにする。また、三方電磁弁４２Ａｄを作動させてフィルター２０Ｂと酸性溶液注入部５０の配管５４とを連通するようにしておく。これにより、処理水はフィルター２０Ａのみに通水され、フィルター２０Ｂには何も通水されない。この状態で３分作動したら、三方電磁弁４２Ａｂを切り替えてバッファタンク２０Ｂに連なる流路がポンプ３０に連通するようにするとともに、三方電磁弁４２Ａｃを作動させてフィルター２０Ａと酸性溶液注入部５０の配管５４とを連通するようにし、さらに、三方電磁弁４２Ａｄを作動させてバッファタンク２０Ｂに連なる流路がポンプ３０に連通するようにする。これにより、今度は、処理水はフィルター２０Ｂにのみに通水されることとなる。さらに、一度処理水が通ったフィルター２０Ａには、酸性溶液注入部５０の電磁弁５３を開くとともにポンプ５１を作動させることで、酸性溶液を注入する。この状態で３分作動させたら、再び、フィルター２０Ａに処理水を注水するようにするとともに、フィルター２０Ｂには酸性溶液を注入するようにする。以下、３分ごとに処理水の通水と酸性溶液の注入がフィルター２０Ａ、２０Ｂに交互に繰り返されることとなる。この動作は、所定の処理水量に達するまで行われる。
【００２７】
このように交互に一方を通水工程とし一方を停止工程とするようにすると、処理水の通水を止める必要が無く完全な連続処理が可能となるだけでなく、吸着剤１２の処理能力も向上させることができる。図７に交互にフィルターに通水させる場合におけるサイクル時間ごとの処理能力を比較した実験結果を表すグラフを示す。この実験は、２本のフィルターにフッ素濃度４０ｍｇ／ｌ程度の処理水をサイクル時間を３分、５分、１０分としてときの処理水の通水量と、浄化処理後のフッ素濃度との関係を計測したものである。なお、図の中で点線で表しているのは単純に連続注水した場合の予測直線である。図に示されるように、交互にフィルターを通水すると、一時的に処理能力が高くなり、グラフがジクザグに推移することがわかった。この効果は３分を臨界値として現れ、５分を越えると処理能力の向上度合いは小さくなる。このことから、フィルターの容積にあわせて３分以上、望ましくは５分以上のサイクルを持って交互に通水することで、吸着剤の処理能力を高めることができると考えられる。
【００２８】
さらに、停止工程中にフィルターに酸性溶液を通すことで吸着剤の処理能力はさらに高められる。図８に交互にフィルターに通水させ、かつ、停止工程時のフィルターに酸性溶液を注入した場合における処理能力を表すグラフを示す。これは、２ｍのフィルター１０Ａ、１０Ｂで３分サイクルにて交互にフッ素濃度４０ｍｇ／ｌ程度の処理水の通水を行うとともに、通水が行われていないフィルターには酸性溶液を流した場合における通水量と浄化処理後のフッ素濃度との関係を示している。なお、点線で表しているのは単純に連続注水した場合の予測直線である。この予測直線は図４の試験結果にほぼ合致する。図で示すとおり、交互処理をしつつ停止工程時に酸性溶液を通すと、吸着剤の処理能力は定期的に急激に回復し、平均して水平に近いジグザグの曲線となる。この結果、連続通水の場合は約７０ｌで排水基準値の８ｍｇ／ｌに達するが、交互処理をしつつ停止工程時に酸性溶液を通す場合は３倍の通水量でも８ｍｇ／ｌに達することは無く、４倍以上の処理能力の向上があるものと推測できる。
これは、吸着剤１２には表面近傍側ほど有害物質の吸着量が多く、飽和状態に近くなっているが、ｐH４未満の酸性溶液をフィルターに通すことで吸着剤１２の表面近傍部分を剥離させて、吸着剤１２の上層部分の濃度が濃い部分を取り除き、吸着剤１２表面の有害物質濃度を低下させることにより吸着剤の能力が回復するためであると考えられる。
さらに、吸着剤は吸着反応をすることで発熱を起こすが、酸性溶液を通すことでこの発熱した吸着剤が冷やされ、これによっても吸着剤の能力が回復すると考えられる。この点において、酸性溶液注入部５０は冷却水を通水する冷却手段としても機能する。
【００２９】
以上のように本実施形態にかかる水処理装置Ｙは、交互に２組のフィルターに通水を行うともに、停止工程にある側のフィルターには酸性溶液を通すことで、交互停止による吸着剤の機能向上に加えて酸性溶液による吸着剤の表面剥離及び冷却により、飛躍的に吸着剤の機能を向上させることが可能となる。
また、実施形態１で説明したように、フィルターの長さを長くすることで、この効果はさらに向上する。即ち、１８ｍのフィルターを連続通水する場合、６ｔ程度の処理水の浄化が可能であると推測されたが、交互処理と酸性溶液の注入によりさらに４倍以上の処理能力の向上が推測できる。そして、実施形態１で実施した処理水保持工程を併用すれば、さらに2倍の処理能力の向上が見込めるので、合わせて6ｔの８倍、即ち４８トンの処理水の浄化が可能になる。これは、連続的に排水が流れてくる一般的な事業所で想定される、フッ素濃度２０ｍｇ／ｌの排水量３０ｔ／日に対しても十分に対応できる量である。この場合、内径４０ｍｍ、長さ１８ｍのフィルターには約２３ｋｇの吸着剤１２を充填でき、これを並列に２本並べると約４６ｋｇの吸着剤で足りることとなる。従来の方式で２０ｍｇ／ｌのフッ素を含有する排水を３０ｔ／日で処理する場合、一日あたり約３３００ｋｇの吸着剤が必要であることを考えると、この方法により、ランニングコストを従来の方式の７０分の１程度に低減することが可能であることになる。
また、装置自体の構成も、従来の方法のように攪拌手段、ｐＨ調整手段、排水・廃液手段等の構成要素を必要とせず、比較的簡単な構成で実現することができるので、装置事態のコストも低減できるとともに、簡易な構成によりメンテナンス等も簡易に行うことができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では酸性溶液注入部５０が冷却手段を兼ねていたが、冷却手段としては酸性溶液注入部５０に代えて、水道水などに接続される電磁弁５５の開閉によりフィルター１０Ａ、１０Ｂに冷却水に注入することで、フィルター１０Ａ、１０Ｂ内の吸着剤を冷却し、洗浄させるような構成を取ることができる。さらに冷却手段としてエアーポンプでフィルター１０Ａ、１０Ｂ内に空気を通すことで、フィルター１０Ａ、１０Ｂ内の吸着剤を冷却し、乾燥させるような構成を取ることも可能である。これらの構成によっても、実験により通水量と浄化処理後の有害物質濃度との関係は、それぞれ図８に示すものとほぼ近似したジグザグの曲線をもって推移することがわかっている。また、このような冷却手段を設けなくても、フィルターへの注水を止めるとともに、処理水をフィルターから自然に落下させることで、フィルター内に自然に周囲の空気が流入して、冷却、乾燥の効果が奏されることも考慮することができる。
【００３１】
また、図９に示すように、フィルター１０の長さを長くするために螺旋状の単位フィルター１０ｐ、１０ｐを直列に繋いだ長尺フィルター１０Ｗを用いることもできる。なお、図９では、バッファタンク２０ｐ、２０ｐ・・・の前段にもさらに、予備バッファタンク２０ｆが設けられている。
また、実施形態１に係る水処理装置Ｘでは酸性溶液注水部や冷却手段が設けられていないが、停止時間を長くする場合には、酸性溶液注水部や冷却手段を設けることも可能である。
さらに、実施形態２に係る水処理装置Ｙでは、並列に２つフィルターを配列したが、３つ以上のフィルターを配列するようにしてもよい。この場合、すべてのフィルターが同時に停止工程とならないように制御することが望ましい。
そして、上記実施形態では、主として有害物質としてフッ素を取り上げているが、アルミナを主成分とした多孔質吸着剤では除去できる有害物質はこれに限られず、六価クロム・ニッケル・銅等の重金属有害物やリン・シアン・砒素・窒素などの有害物も吸着除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態１に係る水処理装置の構成を模式的に示す模式図である。
【図２】フィルター及びバッファタンクを示す斜視図である。
【図３】フィルターに連続通水する場合と処理水保持工程を設ける場合の通水量と浄化処理後の有害物質濃度との関係を示すグラフ図である。
【図４】フィルターの長さを代えて連続通水する場合の通水量と浄化処理後の有害物質濃度との関係を示すグラフ図である。
【図５】フィルターの長さを３ｍ、６ｍとした場合および従来方式の場合の通水量と浄化処理後の有害物質濃度との関係を示すグラフ図である。
【図６】実施形態２に係る水処理装置の構成を模式的に示す模式図である。
【図７】交互にフィルターに通水させる場合におけるサイクル時間ごとの通水量と浄化処理後の有害物質濃度との関係を示すグラフ図である。
【図８】交互にフィルターに通水させ、かつ、停止工程時のフィルターに酸性溶液を注入した場合における通水量と浄化処理後の有害物質濃度との関係を示すグラフ図である。
【図９】螺旋部分を直列に並べたフィルターを用いた水処理装置の構成を例示する模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０ｗ  フィルター
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０ｐ  バッファタンク
３０  ポンプ
４０  配管
５０  酸性溶液注入部
５５  電磁弁（冷却水用）
５６  エアーポンプ
１００、１１０、１２０  制御部
【図１】
2008119585.tif 000003
【図２】
2008119585.tif 000004
【図３】
2008119585.tif 000005
【図４】
2008119585.tif 000006
【図５】
2008119585.tif 000007
【図６】
2008119585.tif 000008
【図７】
2008119585.tif 000009
【図８】
2008119585.tif 000010
【図９】
2008119585.tif 000011