(57)【要約】【課題】  活性炭による処理水のｐＨ調整を容易にする水処理用活性炭およびその製造方法を提供する。また、これらの水処理用活性炭を用いた、水処理装置および水処理方法を提供する。【解決手段】  活性炭を酸により中和した後、活性炭に保持された酸を除去することにより得られる水処理用活性炭を用いる。酸の除去方法としては、水洗浄、アルカリ洗浄、超音波洗浄、加熱洗浄および乾燥からなる群より選択される少なくとも１種により行われることが好ましい。また、上記の水処理用活性炭を充填したカラムと、前記カラムに被処理水を供給するポンプと、を備えたことを特徴とする水処理装置を用いる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭を酸により中和した後、活性炭に保持された酸を除去することにより得られる水処理用活性炭。
【請求項２】
酸の除去が、水洗浄、アルカリ洗浄、超音波洗浄、加熱洗浄および乾燥からなる群より選択される少なくとも１種により行われることを特徴とする、請求項１に記載の水処理用活性炭。
【請求項３】
酸が、揮発性の酸であることを特徴とする、請求項１または２に記載の水処理用活性炭。
【請求項４】
酸が、塩酸および／または炭酸であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の水処理用活性炭。
【請求項５】
ＪＩＳ  Ｋ１４７４により測定されるｐＨが４．０〜７．０であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の水処理用活性炭。
【請求項６】
１１５±５℃で３時間乾燥した後、ＪＩＳ  Ｋ１４７４に準じて測定されるｐＨが４．０〜７．０であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の水処理用活性炭。
【請求項７】
活性炭を酸により中和する工程、
前記中和された活性炭に保持された酸を除去する工程、
を含むことを特徴とする、水処理用活性炭の製造方法。
【請求項８】
酸の除去が、水洗浄、アルカリ洗浄、超音波洗浄、加熱洗浄および乾燥からなる群より選択される少なくとも１種により行われることを特徴とする、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
酸が、揮発性の酸であることを特徴とする、請求項７または８に記載の製造方法。
【請求項１０】
酸が、塩酸および／または炭酸であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜６のいずれかに記載の水処理用活性炭を充填したカラムと、前記カラムに被処理水を供給するポンプと、を備えたことを特徴とする、水処理装置。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれかに記載の水処理用活性炭を用いることを特徴とする、水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理用活性炭に関する。さらに詳しくは、本発明は、特定の方法によりｐＨを調整した水処理用活性炭に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性炭は、炭化物を賦活して得られるが、製造直後の活性炭はアルカリ金属の酸化物が多く含まれており、これを例えばＪＩＳ  Ｋ１４７４によりｐＨを測定すると、アルカリ性となる。このため、水処理工程においてこれらの活性炭を使用すると、処理水のｐＨはアルカリ性を示すようになり、飲料水としては適さなくなる。また、同様に工業用途で用いる場合や廃水処理に用いる場合にも、アルカリ性の処理水では、用途に適さなくなる場合も生じる。
【０００３】
このため、一般的には、製造された活性炭を酸で洗浄し、活性炭の持つアルカリ成分を中和して活性炭のｐＨを中性領域まで低くした後、それぞれの工程に用いている。ここで、酸により洗浄した後、通常は、水による洗浄を経て、ｐＨ調整活性炭として各種工程に用いられることとなる。
【０００４】
ここで、上水場の活性炭吸着池に用いるｐＨ調整活性炭の納品規格は、ｐＨ５．８〜８．６（ＪＩＳ  Ｋ１４７４またはＪＷＷＡ  Ｋ１１３）の場合が多い。
【０００５】
そして、ｐHの測定方法としては、例えばＪＩＳ  Ｋ１７４７に規定されており、その概略を示すと以下のようになる（非特許文献１参照）。
【０００６】
（ａ）試料を乾燥質量換算し、粉末試料では１．０ｇ、粒状試料では３．０ｇを量り取り、三角フラスコ２００ｍｌに移し入れる。
（ｂ）水１００ｍｌを加えて、静かに沸騰が続くように５分間加熱する。
（ｃ）室温まで冷却後、水を加えて１００ｍｌとし、よくかき混ぜ、ｐＨ計を用いて懸濁液のｐＨ値を測定する。
【０００７】
ここで、乾燥質量換算値から未乾燥試料の採取量を求めるには、下記の操作により乾燥減量を求め、次の式によって、算出する。
Ｓ’＝Ｓ×１／（１００−Ｗ）×１００
ここで、Ｓ’は未乾燥試料採取量（ｇ）、Ｓは試料の質量（乾燥質量換算）（ｇ）、Ｗは乾燥減量（％）を示す。
【０００８】
そして、乾燥減量は、以下のようにして求められる。
【０００９】
（ａ）試料約５ｇを質量既知の平形はかり瓶に取り、はかり瓶の底面になるべく均等な厚さに広げ、ふたをした後、１０ｍｇのけたまで量る。
（ｂ）ふたを取り、はかり瓶及びふたを１１５±５℃に調節した恒温乾燥器中で3時間乾燥する。
（ｃ）デシケーター（乾燥剤  シリカゲル）中で放冷した後、ふたをして質量を量り減量を求める。
（ｄ）乾燥減量は、次の式によって算出する。
Ｆ＝Ｎ／Ｓ×１００
ここで、Ｆは乾燥減量（％）、Ｎは減量（ｇ）、Ｓは試料の質量（ｇ）を示す。
【００１０】
そして、上記のＪＩＳ  Ｋ１４７４に従い、ｐＨ調整活性炭の未乾燥試料を乾燥質量換算してｐＨを測定した場合と、ｐＨ調整活性炭の乾燥試料を用いてｐＨを測定した場合とを比較すると、両者のｐＨ測定値に大きな違いが生じることが確認された。
【００１１】
表1に、ｐＨ調整活性炭を乾燥した後にｐＨを測定した場合と、乾燥質量換算でｐＨを測定した場合の例を示す。
【００１２】
【表１】
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表１からわかるように、乾燥質量換算してｐＨを測定した場合の方が、ｐＨが低くなる傾向があった。これは、未乾燥のｐＨ調整活性炭に含まれる水分中には、活性炭の中和に用いた酸が含まれているためと考えられる。即ち、活性炭試料を乾燥させた場合、水分に含まれる塩酸などの酸成分が揮発するため、乾燥後に測定した活性炭のｐＨは高くなり、乾燥質量換算して測定したｐＨは低くなることによるものと考えられる。
【００１３】
そして、ｐＨ調整活性炭を製造する工程において、酸洗浄の後、水による洗浄を行うことにより、活性炭粒子間に存在する酸成分は、洗浄除去されるものの、活性炭細孔内や表面上に収着している酸成分は、水洗浄のみでは除去されにくい。このため、酸洗浄の後に水洗浄を行ったのみのｐＨ調整活性炭を、例えば飲料水処理工程に用いると、残留した酸成分が徐々に処理水にリークして、処理水のｐＨが飲料水基準を外れる場合があることがわかった。
【００１４】
表１に示した各ｐＨ調整活性炭をカラムに充填し、ＳＶ＝５ｈ-1で通水して、処理水のｐＨの経時変化を観察した結果を図１に示す。
【００１５】
比較例１の活性炭では、乾燥質量換算して測定したｐＨ調整活性炭のｐＨは、３．９であり、これを用いて水処理を行った場合、通水の初期でｐＨが５．０以下に低下し、ｐＨを７付近に回復させるには、８０倍以上の通水が必要であった。
【００１６】
また、比較例３および４の活性炭では、乾燥質量換算して測定したｐＨは、それぞれ７．５および８．２であり、これを用いて水処理を行った場合、通水初期では中性付近であるが、通水を続けると、処理水のｐＨが増大し、アルカリ側に飲料水基準を外れることとなった。
【００１７】
このように、残留している酸が多い場合には、処理水のｐＨが低くなりすぎる一方、酸洗浄の酸濃度を低くして通水初期の処理水ｐＨを中性付近にした場合、その後の処理水ｐＨがアルカリ側に外れることがある。
【００１８】
従って、活性炭の酸の保持量が変われば、活性炭処理水のｐＨはその時々に異なってしまうこととなるため、活性炭の納入規格または製品規格を、従来の方法で規定するのは難しいこととなる。
【００１９】
このため、酸による中和と水による洗浄によって、ｐＨ調整活性炭を得た場合は、処理水のｐＨを飲料基準内に維持するための活性炭のｐＨ範囲は非常に狭いこととなり、従来の浄水場のｐＨ納入規格では対応しづらいことがわかった。また、ｐＨが飲料水基準から外れた場合に、これを飲料水基準に戻すには、多量の通水が必要であり、時間と使用水量がかさむという問題があった。
従って、ｐＨを特定の基準内に納めるのに適した水処理用の活性炭が望まれていた。
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｋ１４７４  活性炭試験方法、日本規格協会発行、平成３年１１月１日改正
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の課題は、活性炭による処理水のｐＨ調整を容易にする水処理用活性炭およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の課題は、これらの水処理用活性炭を用いた、水処理装置および水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、活性炭を酸により中和した後、活性炭に保持された酸を除去することにより得られる水処理用活性炭である。
【００２２】
また、本発明は、酸の除去が、水洗浄、アルカリ洗浄、超音波洗浄、加熱洗浄および乾燥からなる群より選択される少なくとも１種により行われることを特徴とする、上記の水処理用活性炭である。
【００２３】
また、本発明は、酸が、揮発性の酸であることを特徴とする、上記の水処理用活性炭である。
【００２４】
また、本発明は、酸が、塩酸および／または炭酸であることを特徴とする、上記の水処理用活性炭である。
【００２５】
これらの発明により、ｐＨの調整が容易となる水処理用活性炭を得ることができる。
【００２６】
また、本発明は、ＪＩＳ  Ｋ１４７４により測定されるｐＨが４．０〜７．０であることを特徴とする、上記の水処理用活性炭である。
【００２７】
また、本発明は、１１５±５℃で３時間乾燥した後、ＪＩＳ  Ｋ１４７４に準じて測定されるｐＨが４．０〜７．０であることを特徴とする、上記の水処理用活性炭である。
【００２８】
これらの発明により、安定した製品規格の水処理用活性炭を提供することができることとなる。
【００２９】
また、本発明は、活性炭を酸により中和する工程、前記中和された活性炭に保持された酸を除去する工程、を含むことを特徴とする、水処理用活性炭の製造方法である。
【００３０】
また、本発明は、酸の除去が、水洗浄、アルカリ洗浄、超音波洗浄、加熱洗浄および乾燥からなる群より選択される少なくとも１種により行われることを特徴とする、上記の製造方法である。
【００３１】
また、本発明は、酸が、揮発性の酸であることを特徴とする、上記の製造方法である。
【００３２】
また、本発明は、酸が、塩酸および／または炭酸であることを特徴とする、上記の製造方法である。
【００３３】
これらの発明により、ｐＨの調整が容易となる水処理用活性炭を製造することができることとなる。
【００３４】
また、本発明は、上記の水処理用活性炭を充填したカラムと、前記カラムに被処理水を供給するポンプと、を備えたことを特徴とする、水処理装置である。
【００３５】
また、本発明は、上記の水処理用活性炭を用いることを特徴とする、水処理方法である。
【００３６】
これらの発明により、ｐＨの調整が容易となる水処理装置および水処理方法を提供することができることとなる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明により、活性炭による処理水のｐＨ調整を容易にする水処理用活性炭およびその製造方法を提供することができる。また、本発明により、これらの水処理用活性炭を用いた、水処理装置および水処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明に用いられる活性炭としては、特に制限はなく、水処理に通常用いられるものを利用することができる。また、活性炭の形状としては、特に制限はなく、粒状ものもの粉末状のものなど、いずれの形状のものも用いることができる。
【００３９】
本発明に用いられる酸としては、活性炭のアルカリ成分を中和できるものであれば特に制限はないが、例えば、塩酸、炭酸、硫酸、硝酸等の無機酸、蟻酸、酢酸、クエン酸等の有機酸を挙げることができ、これらの中でも、揮発性の酸であることが好ましく、塩酸または炭酸をより好ましい例として挙げることができる。
【００４０】
本発明において、活性炭を酸で中和する方法としては、特に制限はないが、酸の水溶液中に活性炭を浸漬すること等を挙げることができる。
【００４１】
この際に用いる酸の濃度としては、中和する活性炭に含まれるアルカリ成分の量や強さにより適宜決定されるものであるが、一般に０．０１〜０．３Ｎのものを挙げることができる。
【００４２】
この中和操作により、活性炭に含まれるアルカリ成分が中和されることとなるが、通常活性炭には過剰の酸が保持されることとなる。
【００４３】
次に、活性炭に保持された酸を除去することにより本発明の水処理用活性炭を得ることができる。本発明に用いられる酸の除去方法としては、特に制限はないが、例えば、水洗浄、アルカリ洗浄、超音波洗浄、加熱洗浄および乾燥等を挙げることができる。
【００４４】
即ち、酸による中和の後、活性炭を濾別し、これを水またはアルカリ水を用いて洗浄することにより、活性炭に保持された酸を除去することができる。ここで用いられる水の量としては、活性炭に保持された酸を除去できるものであれば特に制限はないが、例えば、活性炭の体積に対し、１〜１００００倍、好ましくは１０〜１０００倍、より好ましくは５０〜５００倍の水量を挙げることができる。また、ここで用いられるアルカリ水としては、活性炭に保持された酸を除去できるものであれば特に制限はないが、例えば、ｐＨ８〜１０程度のアルカリ水を挙げることができる。さらに、この場合に用いられるアルカリ成分としては、特に制限はないが、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸水素ナトリウム等を挙げることができる。例えば、水酸化ナトリウムを用いる場合は、０．０００１〜１０Ｎ、好ましくは０．００１〜１Ｎ、より好ましくは０．０１〜０．１Ｎのものを挙げることができる。
【００４５】
超音波を照射して洗浄する場合には、例えば活性炭を水またはアルカリ水に分散させ、これに超音波を照射する方法を挙げることができる。この際に照射される超音波のエネルギー量としては、活性炭に保持された酸を除去できるものであれば特に制限はない。
【００４６】
また、加熱洗浄する場合には、例えば、活性炭を水またはアルカリ水に分散させ、これを加熱する方法を挙げることができる。この際に加熱される温度としては、活性炭に保持された酸を除去できるものであれば特に制限はないが、例えば、４０〜１１０℃、好ましくは５０〜１００℃、より好ましくは７０〜９０℃を挙げることができる。
【００４７】
また、乾燥により酸を除去する場合には、例えば、活性炭を乾燥雰囲気中に保持する方法を挙げることができる。この場合の乾燥の程度としては、特に制限はないが、例えば、含水率として１０％以下、好ましくは５％以下、より好ましくは３％以下とすることが挙げられる。具体的には、気流乾燥機、加熱型乾燥機、流動乾燥機等を用い、２００℃程度の雰囲気に、湿潤状態の洗浄後の活性炭を投入して、数十分から数時間乾燥を行うことにより、含水率３％以下の乾燥した活性炭を得ることができる。
【００４８】
本発明の水処理用活性炭は、ＪＩＳ  Ｋ１４７４によりｐＨを測定した場合、４．０〜７．０となるものが好ましく、４．５〜６．５となるものがさらに好ましい。
【００４９】
さらに、本発明の水処理用活性炭は、１１５±５℃で３時間乾燥した後、ＪＩＳ  Ｋ１４７４に準じてｐＨを測定した場合、４．０〜７．０となるものが好ましく、４．５〜６．５となるものがさらに好ましい。
【００５０】
本発明の水処理用活性炭を用いて水処理を行う方法としては、特に制限はなく、通常の水処理用の活性炭と同様にして水処理を行うことができる。例えば、本発明の水処理用活性炭をカラムに充填し、これに被処理水を通水することにより、水処理を行うことができる。また、被処理水に本発明の水処理用活性炭を投入し、撹拌後、活性炭をろ過することにより、水処理を行うこともできる。
【００５１】
次に、本発明の水処理装置について説明する。
本発明の水処理装置の１例を図２に示す。図２において、本発明の水処理装置１０は、ポンプ２、ポンプ２に配管４を介して接続されたカラム６、カラム６に配管８を介して接続されたｐＨ計１２を備えており、カラム６には、水処理用活性炭１４が充填されている。
【００５２】
そして、ポンプ２により供給された被処理水は、配管４を通ってカラム６に投入される。カラム６に投入された被処理水は、水処理用活性炭１４により処理され、処理水は、配管８を通って、ｐＨ計１２によりｐＨが測定された後、処理水が排出される。これにより、一連の水処理工程が終了することとなる。
【実施例】
【００５３】
＜実施例１〜４＞
活性炭（「エバダイヤＬＧ−２０」：荏原製作所社製（酸による洗浄を行っていない活性炭））１ｋｇを０．１５Ｎ塩酸４Ｌで中和した後、水４Ｌにより洗浄した。活性炭をろ過後、その一部をＪＩＳ  Ｋ１４７４によりｐＨ測定したところ、ｐＨ＝５．５であった。次に、ろ過した活性炭に、８０℃の熱水４Ｌを加えて約２０分間洗浄し、さらに活性炭をろ過することにより、本発明の水処理用活性炭を得た。
【００５４】
得られた水処理用活性炭について、ＪＩＳ  Ｋ１４７４に従い、乾燥質量換算によりｐＨを測定したところ、ｐＨ＝６．８であった。さらに、１１５℃で３時間乾燥した後、ＪＩＳ  Ｋ１４７４に準じてｐＨを測定したところ、ｐＨ＝６．６であった（実施例１）。
【００５５】
塩酸濃度を高くして、同様の操作を行うことにより、ｐＨの異なる水処理用活性炭を３種類得た（実施例２〜４）。
ｐＨの測定結果を表２に併せて示す。
【００５６】
【表２】
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次に、上記で得られた水処理用活性炭５００ｍｌを、図２に示す水処理装置に充填し、水処理試験を行った。なお、用いたカラム径は４０ｍｍであり、ＳＶ＝５ｈ-1とした。結果を図３に示す。
【００５７】
これより、本発明の水処理用活性炭を用いて水処理を行った場合、飲料水基準内に収まることがわかる。
【００５８】
＜実施例５〜８＞
実施例１と同様の操作により、活性炭を酸による中和および水による洗浄を行った。次に、水洗浄、アルカリ洗浄、加熱洗浄、乾燥の操作をそれぞれ行って、本発明の水処理用活性炭を得た（実施例５〜８）。
【００５９】
酸中和、水洗浄後の乾燥質量換算によるｐＨ測定結果、各操作後の乾燥後のｐＨ測定結果、各操作後の乾燥質量換算によるｐＨ測定結果を、表３に示す。
【００６０】
【表３】
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次に、得られた水処理用活性炭について、実施例１と同様の操作により水処理試験を行った。このときの処理水ｐＨの最大値および最小値を、表３に併せて示す。
【００６１】
これより、酸の除去操作を行うことにより、ｐＨ調整が容易となる水処理用活性炭が得られることがわかる。
【００６２】
以上より、本発明により、ＪＩＳ  Ｋ１４７４により測定されるｐＨが４．０〜７．０であり、かつ、１１５±５℃で３時間乾燥した後、ＪＩＳ  Ｋ１４７４に準じて測定されるｐＨが４．０〜７．０である水処理用活性炭が得られ、これを用いて水処理を行った場合、飲料水基準内におさまることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、従来のｐＨ調整活性炭を用いた水処理試験結果を示す図である。
【図２】図２は、本発明の水処理装置の１例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の水処理用活性炭を用いた水処理試験結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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