(57)【要約】【課題】  水処理施設から排出される使用済みの廃活性炭を処理して、再利用する方法を提供する。【解決手段】  本発明は、活性炭吸着設備を備えた水処理施設の活性炭吸着設備より排出される使用済みの粒状活性炭を回収し、熱再生処理した後、粉砕することを特徴とする廃活性炭の処理方法に関する。更に、本発明の他の態様は、凝集沈殿設備及び活性炭吸着設備を備えた水処理施設の活性炭吸着設備より排出される使用済みの粒状活性炭を回収し、熱再生処理し、粉砕して、前記水処理施設の凝集沈殿設備に供給することを特徴とする、廃活性炭の再利用方法に関する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭吸着設備を備えた水処理施設の活性炭吸着設備より排出される使用済みの粒状活性炭を回収し、熱再生処理した後、粉砕することを特徴とする廃活性炭の処理方法。
【請求項２】
熱再生処理した粒状活性炭を、水中ミルによってスラリー状態で粉砕する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
熱再生処理によって、活性炭のヨウ素吸着性能を２００mg/g以上に回復させる請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
凝集沈殿設備及び活性炭吸着設備を備えた水処理施設の活性炭吸着設備より排出される使用済みの粒状活性炭を回収し、熱再生処理し、粉砕して、前記水処理施設の凝集沈殿設備に供給することを特徴とする、廃活性炭の再利用方法。
【請求項５】
熱再生処理した粒状活性炭を、水中ミルによってスラリー状態で粉砕し、得られた水スラリーを水処理施設の凝集沈殿設備に供給する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記熱再生処理及び粉砕を、前記水処理施設のオンサイトで行なうことを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
凝集沈殿設備及び活性炭吸着設備を備えた水処理施設の活性炭吸着設備より排出される使用済みの粒状活性炭を回収し、熱再生処理し、粉砕して、前記水処理施設とは異なる水処理施設の凝集沈殿設備に供給することを特徴とする、廃活性炭の再利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理施設から回収される使用済みの廃活性炭の処理（再生）方法及び再生された廃活性炭を再利用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性炭は、排ガス処理、汚水処理、浄水処理などにおいて、種々の物質の吸着除去剤として幅広く使用されている。現代においては環境改善が求められており、今後、活性炭の用途と使用量が益々増大するものと考えられる。いずれの用途において用いる活性炭も、永久的に使用できるものではなく、一定の使用後には吸着能力が低下するので新しい活性炭と交換する必要がある。使用済みの活性炭については、浄水場などの水処理施設においては、吸着処理に用いられた粒状活性炭を、加熱処理や薬品賦活処理することで吸着能力を再生させて再利用するということが行なわれてきた。この場合、再生活性炭を再び水処理施設で吸着剤として用いるためには、吸着力を新しい活性炭の吸着力の９割程度まで復活させることが求められる。しかしながら、加熱などによる再生には限界があり、許容範囲を超えて使用された活性炭などについては、再生処理によっても新しい活性炭（新炭）に近いレベル、例えば新炭の９割程度のレベルにまで吸着能力を復活させることはできない。更に、海外から安価な活性炭が十分な量で供給される現在においては、浄水施設などの水処理施設などから排出される使用済みの廃活性炭は、その殆どが産業廃棄物として廃棄されているのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、例えば浄水施設から廃棄される廃活性炭の量は１回で数千トンにもなり、産業廃棄物処分費がコスト上昇の大きな要因となっている。また、廃活性炭を再生して再利用する場合であっても、上記のように膨大な量の廃活性炭が排出されるので、再生処理にあたって貯蔵する場所の確保が困難である。更には、省資源の必要性が叫ばれている昨今においては、可能な限り廃活性炭を処理して再利用できるようにすることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記のような現状の問題点を解決し、水処理施設から排出される使用済みの廃活性炭を処理して、再利用する方法を提供することを目的とする。かかる目的を達成するための手段としては、本発明の一態様は、活性炭吸着設備を備えた水処理施設の活性炭吸着設備より排出される使用済みの粒状活性炭を回収し、熱再生処理した後、粉砕することを特徴とする廃活性炭の処理方法を提供する。
【０００５】
以下、本発明の各種実施形態を説明するが、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。
上述のように、本発明の一態様は、活性炭吸着設備を備えた水処理施設の活性炭吸着設備より排出される使用済みの粒状活性炭を回収し、熱再生処理した後、粉砕することを特徴とする廃活性炭の処理方法に関する。
【０００６】
本発明に係る処理方法は、水処理施設から排出される使用済みの廃活性炭に広く適用することができるが、特に浄水施設から排出される使用済みの廃活性炭に有効に適用することができる。浄水工程では、水道原水を凝集沈殿処理や砂濾過処理した後に、残留するカビ臭や発ガン性物質であるトリハロメタンやトリハロメタンの前駆物質であるフミン質などの種々の有機物を、粒状活性炭或いはこれをオゾンとの組み合わせによって分解吸着除去する活性炭吸着処理がある。この工程は一般に高度処理と呼ばれる。浄水の高度処理では、流入水の除去対象物質濃度が１mg/L以下と非常に低濃度であるので、活性炭の交換頻度は５〜７年に１回と少ないが、交換時には１回に排出される廃活性炭の量が数千トンにのぼる。また、浄水の高度処理施設は、地方の清流を水道原水とする浄水場には設置する必要はなく、主として、都市部や大都市近郊の汚染の進んだ河川の表流水や伏流水を水道原水とする浄水場に設置されるが、このような浄水場の浄水能力は１日あたり数十万〜数百万トンと極めて大きく、これらの浄水場の高度処理設備から排出される廃活性炭の量は非常に多量になる。従って、本発明に係る処理方法は、このような浄水場から排出される廃活性炭を処理するのに極めて好適に利用することができる。
【０００７】
本発明によって処理することのできる使用済みの廃活性炭は、粉末状の形状以外のものであればよく、粒状、破砕状、円柱状などの形状のものを本発明によって処理することができる。本発明においては、これらの形態を「粒状」と総称する。
【０００８】
本発明によれば、水処理施設の活性炭吸着設備から排出される使用済みの廃活性炭を処理することができるが、対象となる水処理施設としては、上水用の浄水場や、汚水などの下水処理施設などを挙げることができる。また、活性炭吸着設備としては、例えば、浄水場でカビ臭などを除去する高度処理設備や、汚水処理施設において被処理水のＣＯＤや色度を除去する高度処理設備などを挙げることができる。
【０００９】
本発明方法において、回収された使用済みの廃活性炭の熱処理としては、加熱による炭化処理、水蒸気賦活、薬品賦活などの処理を挙げることができる。加熱による炭化処理は、回収された使用済みの廃活性炭を、無酸素状態において６００℃〜１０００℃に加熱することによって、活性炭に吸着されている有機物を炭素化することによって行なうことができる。また、水蒸気賦活では、例えば、回収された使用済みの廃活性炭を、１００℃程度の温度で乾燥した後、９００℃前後の温度で、無酸素状態において水蒸気によって処理して水性ガス化反応を進行させることで、活性炭に吸着されている有機物の酸化と活性炭内部の細孔形成を行なうことができる。また、薬品賦活では、回収された使用済みの廃活性炭に、賦活剤として、塩化亜鉛、リン酸、リン酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどの薬品を含浸させて、４００℃〜８００℃に加熱することによって、活性炭内部の細孔形成を行なうことができる。
【００１０】
熱処理の条件は、処理された活性炭の用途に応じて任意の条件とすることができる。例えば、活性炭の通常の加熱再生処理においては、粒状活性炭の硬さを維持するために処理条件を穏やかにするのが通常であるが、本発明による処理方法においては、熱処理した活性炭を粉砕して再利用するので、硬さは求められず、吸着性能がある程度回復されれば十分である。活性炭の吸着性能としては、被処理水の有機物やＣＯＤの吸着量や、ヨウ素吸着性能、メチレンブルー吸着性能などのような任意の指標を用いることができる。
【００１１】
本発明にかかる処理方法によれば、使用済みの廃活性炭を上記に説明したような熱再生処理にかけた後、粉砕して粉末状の活性炭とする。本発明において、活性炭を粉砕するために用いる粉砕機としては、市販されている任意のタイプのものを用いることができる。粉砕機には、粉砕媒体のロッドボールが入った容器を駆動して粉砕媒体に遠心力を与え、媒体同士及び媒体と容器壁との間で、衝撃力、剪断力、摩擦力によって活性炭を粉砕するボールミルや、ボールミルの一種でコンパクトミル又はコンパウンドミルとも称されるチューブミル、或いは、円盤状テーブル又は円筒壁面にローラを油圧と遠心力で押えつけながら回転させることによって、ローラとテーブル又は壁面との間で活性炭を粉砕するロールミルなどがあり、これらのいずれのタイプのものも本発明において使用することができる。
【００１２】
本発明においては、再生活性炭の用途に応じて、熱処理された活性炭（概ね粒径０．３mm〜２．５mm程度）を粉砕によって数μm〜１mm程度の粒径、例えば水道用粉末活性炭の選定標準である粒径７５μm以下のものが９０％となるように粉砕して微粉化することが好ましい。本発明方法においては、このように熱処理された粒状活性炭を粉砕することによって次のような効果が得られる。まず、粒状の活性炭を粉末状とすることにより、例えば、再生処理後に水処理施設の凝集沈殿設備において被処理水中の溶存有機物の吸着除去剤として用いた場合に、流入水との接触効率が高まり、活性炭の見かけ上の吸着速度が向上する。また、粒状活性炭の粒子内部には、廃活性炭であっても未使用の部分が残存しており、粒子を粉砕して微粉にすることにより、この未使用の領域を有効に利用することができる。
【００１３】
水処理施設の活性炭吸着設備から排出される廃活性炭は多量の水分を含有しており、十分に水切りをしても水分含有率５０％以下にすることができない。従って、例えば、廃活性炭をコークス原料や製鉄の焼結原料として石炭の代替で利用する場合には水分を除去する工程が不可欠であり、この工程に多大なエネルギーが消費されてしまう。しかしながら、本発明方法によれば、廃活性炭を熱処理し、更に粉砕機で粉砕するので、熱処理工程で廃活性炭の含水率が低減されると共に、粉砕機による粉砕の際に摩擦熱によって水分が更に蒸発除去されるので、処理された活性炭をコークス原料や製鉄の焼結原料としての石炭の代替などのように水分を除去する必要のある用途で用いる場合でも、何ら問題なく利用することができる。
【００１４】
更に、本発明の他の態様によれば、上記に説明したような熱再生処理を行なった粒状の活性炭を、水中に懸濁させて、水中ミルによってスラリー状態で粉砕することができる。本発明方法によって得られる粉砕された再生活性炭は、例えば、水処理施設の凝集沈殿設備において被処理水中の溶存有機物の吸着除去剤や加重剤などとして使用することができるが、被処理水中に加える際には粉砕された活性炭を水スラリー状態とする必要がある。これは、活性炭を乾燥粉末状の形態で被処理水に加えると、粉末状活性炭と水との接触効率が悪く、ブリッジの形成などのために被処理水中に十分に分散されないためである。したがって、本発明によって得られる粉砕された再生活性炭を水処理施設の凝集沈殿設備などにおいて用いる場合のように、水スラリー状態とする必要がある場合には、熱再生処理された粒状の活性炭を、粒状のまま水中に懸濁させ、水スラリー状態で粉砕処理すると、得られた粉末状活性炭の水スラリーをそのまま被処理水中に加えて容易に分散させることができるので、極めて好ましい。なお、かかる方法によって形成される粉末状活性炭の水スラリーを輸送する場合には、輸送効率上、スラリー濃度は２０％以下とすることが好ましい。一方、水中ミルによる粉砕の際には、スラリー濃度は３０％程度が好ましい。従って、本発明の好ましい態様によれば、熱再生処理された粒状の活性炭に水を加えてスラリー濃度３０％程度として、水中ミルによって粉砕した後、更に水を加えて２０％以下のスラリー濃度とすることが好ましい。この目的で使用できる水中ミルとしては、当該技術において公知の通常のタイプの水中ミルを用いることができる。
【００１５】
本発明によって熱再生処理及び粉砕処理することによって得られる粉末状の活性炭は、例えば、水処理施設の凝集沈殿処理設備の混合槽や混和池に添加して、被処理水の有機物などの吸着除去剤や沈降速度改善のための加重剤としても使用することができる。これらの分野では、従来、新炭の粉末状活性炭が用いられており、使用済みの廃活性炭を再生処理してこのような用途で再利用することは考えられていなかった。しかし、本発明者らの研究により、本発明による熱再生処理及び粉砕処理を行なって得られた粉末状活性炭は、凝集沈殿処理設備の吸着除去剤や加重剤などとして新炭に匹敵する性能を示し、有効に利用することができることが明らかになった。また、本発明によって得られる粉末状の活性炭は、各種燃焼炉の排ガス処理施設において、ダイオキシン類、塩化水素、水銀等の各種微量有害物質の吸着除去剤としても利用することができる。更に、本発明によって得られる粉末状の活性炭は、コークス原料や製鉄の焼結原料の石炭の代替としても利用することができる。更には、本発明によって得られる粉末状の活性炭は、有機物を含む廃水の生物処理システムにおいて、生物反応槽内での生物担体としても利用することができる。
【００１６】
本発明によって得られる粉末状の活性炭を水処理施設の凝集沈殿処理設備で再利用する場合、再利用の対象となる水処理施設としては、上水用の浄水場、下水処理施設、屎尿処理施設、埋立処分場浸出水処理施設、工業廃水処理施設などを挙げることができる。なお、凝集沈殿処理設備は、一般に、凝集剤を被処理水中に注入するための混和槽（池）と、形成されたフロックを沈降させる沈降槽（池）とから構成されるが、本発明によって得られる粉末状の活性炭を凝集沈殿処理設備において使用する場合には、流入水との接触時間をできるだけ大きく確保するために、混和槽（池）の更に前段の着水井などに注入することが好ましい。
【００１７】
本発明の方法によって得られる粉末活性炭を水処理施設の凝集沈殿設備において被処理水中の溶存有機物の吸着除去剤として再利用する場合には、熱処理によって活性炭の吸着性能をヨウ素吸着性能として２００mg/g以上に回復せしめることが好ましい。熱処理後のヨウ素吸着性能が２００mg/g以下の活性炭の場合には、ヨウ素吸着性能が１０００mg/g程度の新炭を混合して使用することにより、凝集沈殿処理設備において有効に用いることができる。一方、本発明の方法によって再生処理した粉末活性炭を、水処理施設の凝集沈殿設備において沈降速度完全のための加重剤として再利用する場合には、ヨウ素吸着性能には無関係に使用することができる。なお、上記で示すヨウ素吸着性能とは、ＪＩＳ−Ｋ１４７４（活性炭試験方法）にしたがって、試験対象の活性炭にヨウ素を初期濃度１２．６９g/Lから吸着させてヨウ素の平衡到達濃度２．５g/Lとなった時点の吸着量を意味する。
【００１８】
本発明によって得られる粉末状の活性炭を水処理施設の凝集沈殿処理設備において有機物の吸着除去剤又は沈降改善剤（加重剤）として用いる場合には、使用量は、流入水量に対して数十〜１０００mg/Lとすることが好ましい。また、本発明によって得られる粉末状の活性炭を廃水の生物処理システムの生物反応槽において生物担体として用いる場合には、使用量は、生物反応槽の容量に対して０．１〜５%w/wが好ましい。
【００１９】
本発明によって、水処理施設の活性炭吸着設備より排出される使用済みの粒状活性炭を回収し、熱再生処理し、粉砕して、凝集沈殿処理設備において再利用する場合には、廃活性炭が排出された活性炭吸着設備がある水処理施設内の凝集沈殿処理設備において、本発明による熱再生−粉砕処理を行なった粉末状活性炭を使用することができるし、或いは、廃活性炭が排出された活性炭吸着設備がある水処理施設とは異なる水処理施設の凝集沈殿処理設備において本発明による熱再生−粉砕処理を行なった粉末状活性炭を使用することもできる。更に、前者の場合には、本発明による熱再生処理及び粉砕処理を、廃活性炭が排出された活性炭吸着設備がある水処理施設内、即ちオンサイトで行なって、処理された粉末状活性炭を当該施設内の凝集沈殿処理設備に供給することができる。この場合、使用済みの廃活性炭を施設内において保管し、粉末活性炭の使用量に見合った量をオンサイトで再生処理して利用することにより、再生処理活性炭を貯蔵するスペースが不要となる。また、廃活性炭の回収、再生処理及び再利用を同じ施設内のオンサイトで行なうことにより、輸送費が大幅に節減される。
【００２０】
本発明の各種態様は次の通りである。
１．  活性炭吸着設備を備えた水処理施設の活性炭吸着設備より排出される使用済みの粒状活性炭を回収し、熱再生処理した後、粉砕することを特徴とする廃活性炭の処理方法。
２．  熱再生処理した粒状活性炭を、水中ミルによってスラリー状態で粉砕する上記第１項に記載の方法。
３．  熱再生処理によって、活性炭のヨウ素吸着性能を２００mg/g以上に回復させる上記第１項又は第２項に記載の方法。
４．  凝集沈殿設備及び活性炭吸着設備を備えた水処理施設の活性炭吸着設備より排出される使用済みの粒状活性炭を回収し、熱再生処理し、粉砕して、前記水処理施設の凝集沈殿設備に供給することを特徴とする、廃活性炭の再利用方法。
５．  熱再生処理した粒状活性炭を、水中ミルによってスラリー状態で粉砕し、得られた水スラリーを水処理施設の凝集沈殿設備に供給する上記第４項に記載の方法。
６．  前記熱再生処理及び粉砕を、前記水処理施設のオンサイトで行なうことを特徴とする上記第４項又は第５項に記載の方法。
７．  凝集沈殿設備及び活性炭吸着設備を備えた水処理施設の活性炭吸着設備より排出される使用済みの粒状活性炭を回収し、熱再生処理し、粉砕して、前記水処理施設とは異なる水処理施設の凝集沈殿設備に供給することを特徴とする、廃活性炭の再利用方法。
【００２１】
以下の実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の記載により限定されるものではない。
【００２２】
実施例１
浄水処理施設の高度処理設備（活性炭吸着設備）から粒状廃活性炭（粒径は１００％が０．５０〜２．３６mm、含水率４０％）を採取し、１１５℃で３時間乾燥させた後、９００℃で３時間、窒素雰囲気にて過熱水蒸気による熱処理にかけることで水蒸気賦活処理を行なった。処理後の再生活性炭（含水率５％）１００gをボールミルで３０分間粉砕した。同様に、水蒸気賦活処理前の粒状廃活性炭１００gをボールミルで３０分間粉砕した。粉砕後の活性炭は、含水率約８％であった。更に、廃活性炭と同じ新炭（荏原製作所製、エバダイヤＬＧ１０Ｓ）１００gをボールミルで３０分間粉砕した。水蒸気賦活処理による再生後の活性炭、処理前の廃活性炭、及び新炭の性状を表１に示す。なお、上記粉砕処理後の各活性炭の粒径は１００％が７５μm以下であった。
【００２３】
浄水処理工程の流入原水に、上記で得られた粉砕された再生活性炭、廃活性炭及び新炭を表２に示す割合で投入すると共に、ＰＡＣ（凝集剤）を３０mg/Lを投入し、苛性ソーダでｐＨ６．５に調整して、１分間急速撹拌し、続いて１０分間緩速撹拌した後に１０分間静置することにより、凝集沈殿処理した。流入原水の性状は、ｐＨ７．２、濁度３２度、ＴＯＣ濃度１５．１mg/Lであった。凝集沈殿処理によって得られた処理水の性状を表２に示す。
【００２４】
【表１】
2005034742.tif 000002
【００２５】
【表２】
2005034742.tif 000003
【００２６】
表２から、本発明によって熱再生−粉砕処理された活性炭が、凝集沈殿処理における有機物吸着除去剤として良好な性能を示すことが分かる。特に、本発明によって熱再生−粉砕処理された活性炭を新炭と混合して用いることで、新炭１００％を使用した場合と遜色のない、処理性能が得られた。
【００２７】
実施例２
実施例１の水蒸気賦活処理によって得られた粒状再生炭及び水蒸気賦活処理前の粒状廃活性炭１重量部に、それぞれ５重量部の水道水を加えて実施例１で用いたボールミルを用いて粉砕し、得られた活性炭粉末のスラリーを水道水でスラリー濃度１０％に調整した。得られた活性炭スラリーを実施例１と同様に浄水処理工程の流入原水に投入して凝集沈殿処理を行なった。処理水の性状を表３に示す。
【００２８】
【表３】
2005034742.tif 000004
【００２９】
粒状活性炭を水中で粉砕処理しても、有機物の除去性能は変わらなかったが、実施例１においては、粉砕した活性炭粉末を流入水に投入する際に、活性炭粉末を投入した被処理水を十分に撹拌する必要があり、均一な懸濁状態に達するまで約２分かかったのに対して、粒状活性炭を水中で粉砕処理した場合には、得られた水スラリーをそのまま被処理水に投入するだけでよく、操作が簡便であった。
【００３０】
実施例３
実施例１の水蒸気賦活処理−粉砕処理によって得られた粉末状再生活性炭と、同じく実施例１の粉砕処理によって得られた粉末状廃活性炭を、表４に示す割合で、団地下水の２次処理水に投入すると共に、ＰＡＣを１００mg/Lを投入し、苛性ソーダでｐＨ６．５に調整して、１分間急速撹拌し、続いて１０分間緩速撹拌した後に１０分間静置することにより、凝集沈殿処理した。被処理水（団地下水２次処理水）の性状は、ｐＨ６．８、ＳＳ濃度２２．３mg/L、ＣＯＤ濃度２０．６mg/L、色度３８度であった。凝集沈殿処理によって得られた処理水の性状を表４に示す。
【００３１】
【表４】
2005034742.tif 000005
【００３２】
下水２次処理水の凝集沈殿処理において本発明によって熱再生−粉砕処理された活性炭を用いることにより、ＣＯＤや色度の除去が向上した。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、水処理施設の活性炭吸着設備から大量に発生する廃活性炭を有効に利用することができ、廃棄物量の削減や処分費の低減が可能となる。本発明によって得られる再生粉末状活性炭は、浄水処理における凝集沈殿処理設備において使用することができ、処理水の性状を向上して、後段の高度処理における負荷を低減することができる。更には、本発明によって得られる再生粉末状活性炭を、汚濁物の多い下水などの汚水の凝集沈殿処理などにおいて再利用することにより、粒状活性炭の内部の未利用の吸着能を有効に活用することができる。