(57)【要約】【課題】  取付のために複雑な構成を必要とせず、リアルタイムに状況を的確に判断して、破過状態に迅速に対応することができる吸着処理方法及び装置を提供する。【解決手段】  被処理流体１４中に吸着材を配置し、被処理流体１４中の物質を該吸着材１２に吸着させて除去する吸着処理方法において、前記吸着材１２の少なくとも一部を挟んで放射線の線源１６と検出器１８を配置し、前記検出器１８により、前記吸着材１２を通過した後の放射線量を測定することにより吸着材１２の破過を検知することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理流体中に吸着材を配置し、被処理流体中の物質を該吸着材に吸着させて除去する吸着処理方法において、
前記吸着材の少なくとも一部を挟んで放射線の線源と検出器を配置し、
前記検出器により、前記吸着材を通過した後の放射線量を測定することにより吸着材の破過を検知することを特徴とする吸着処理方法。
【請求項２】
前記放射線量の測定を前記吸着材の複数箇所において行うことを特徴とする請求項１に記載の吸着処理方法。
【請求項３】
前記測定結果を基に、吸着材の破過曲線を求め、これに基づいて吸着材の破過を検知することを特徴とする請求項２に記載の吸着処理方法。
【請求項４】
前記放射線が、Ｘ線またはガンマ線であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の吸着処理方法。
【請求項５】
被処理流体中に吸着材を配置し、被処理流体中の物質を該吸着材に吸着させて除去する吸着処理装置において、
前記吸着材の少なくとも一部を挟んで放射線の線源と検出器を配置し、
前記検出器により、前記吸着材を通過した後の放射線量を測定することにより吸着材の破過を検知することを特徴とする吸着処理装置。
【請求項６】
前記放射線量の測定を前記吸着材の複数箇所において行うために、前記線源または前記検出器が複数箇所に取付可能になっていることを特徴とする請求項５に記載の吸着処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭など吸着材を用いて、溶液やガス中の不純物や有用物の除去または回収するための手段において、吸着材の破過状態を検知することができる吸着処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性炭などの吸着材は、環境関連技術分野において水処理や大気汚染物質の浄化等の種々の分野に利用されている。このような吸着材の破過状況を検知することは、有害物を外部に放出しないためにも必要であり、一方、有用物を回収する場合には、回収効率を上げるために必要である。吸着材を利用した水処理装置としては、大別すれば、吸着材を槽内に投入して攪拌するものと、吸着材を充填した吸着層に通水するものが有る。後者（固定層吸着法）においては、通水するに従い、上流側から吸着材への被処理物質の吸着が進み、さらに吸着が下流側まで進むと、被処理物質が除去されずに残ってしまう。
【０００３】
このように、吸着材の破過状況を検知するための一般的な方法は、吸着材の下流側で、被処理液や被処理ガス中の被除去物質濃度を測定することであり、それにより得られた曲線は破過曲線と呼ばれる。この測定値を基に、被処理液中の被除去物質濃度が許容値を超えた時点を破過状態であると判断し、吸着材の交換を行う。除去物質濃度の測定のために、処理側すなわち吸着材の分析操作を定期的に行ったり、センサを設置して濃度変化を自動的にモニタする方法が採用されている。
【０００４】
また、特許文献１には、リアルタイムに吸着材の破過状況を判断する方法として、吸着材の超音波の伝搬速度変化を観察し、その破過を検知する方法が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１７２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような被処理物質の濃度分析を行う方法は、頻繁に分析を行う必要があり人手がかかることと、分析に時間を要するためにリアルタイムに状況を判断することができないという欠点が有る。また、処理側にセンサを設置する方法は、リアルタイム計測は可能であるが、被処理物質を検知できるセンサがない場合には適応できない欠点がある。さらに、超音波により活性炭の破過を観察する方法は、水中の被吸着物を吸着除去する場合には有効であるが、ガス中の被吸着物を除去する場合は対応できない。すなわち、超音波は、水中や固体中を伝わるときに比べ、空気中を伝わるときの方が減衰量が大きい。ガス吸着塔の場合は、塔内の吸着剤の間隙にガス層が多く存在するため、超音波が伝わらず、計測ができないので、ガス吸着設備の破過検知には適さない。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、取付のために複雑な構成を必要とせず、リアルタイムに状況を的確に判断して、破過状態に迅速に対応することができる吸着処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の吸着処理方法は、被処理流体中に吸着材を配置し、被処理流体中の物質を該吸着材に吸着させて除去する吸着処理方法において、前記吸着材の少なくとも一部を挟んで放射線の線源と検出器を配置し、前記検出器により、前記吸着材を通過した後の放射線量を測定することにより吸着材の破過を検知することを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の吸着処理方法によれば、被処理流体中に配置された吸着材の少なくとも一部を挟んで放射線の線源と検出器を配置し、検出器により、吸着材を通過した後の放射線量を測定することにより、吸収線量が求められる。吸収線量は、密度に相関する値であるので、密度変化を推定でき、その変化量は吸着量と判断でき、これが特定の値に達したときに吸着材が破過したと判断される。
【００１０】
請求項２に記載の吸着処理方法は、請求項１に記載の発明において、前記放射線量の測定を前記吸着材の複数箇所において行うことを特徴とする。これにより、吸着材の複数箇所において密度変化が推定されるので、吸着材の吸着量が全体として把握され、これを基に吸着処理の状況を判断することができる。
【００１１】
請求項３に記載の吸着処理方法は、請求項２に記載の発明において、前記測定結果を基に、吸着材の破過曲線を求め、これに基づいて吸着材の破過を検知することを特徴とする。これにより、吸着材の破過曲線に基づいて吸着材の破過が確実に検知される。
【００１２】
請求項４に記載の吸着処理方法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明において、前記放射線が、Ｘ線またはガンマ線であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の吸着処理装置は、被処理流体中に吸着材を配置し、被処理流体中の物質を該吸着材に吸着させて除去する吸着処理装置において、前記吸着材の少なくとも一部を挟んで放射線の線源と検出器を配置し、前記検出器により、前記吸着材を通過した後の放射線量を測定することにより吸着材の破過を検知することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の吸着処理装置は、請求項５に記載の発明において、前記放射線量の測定を前記吸着材の複数箇所において行うために、前記線源または前記検出器が複数箇所に取付可能になっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１ないし請求項６に記載の発明によれば、取付のために複雑な構成を必要とせず、リアルタイムに状況を的確に判断して、破過状態に迅速に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の基本的な構成を示すもので、吸着装置は、筒状の充填塔１０の内部に活性炭等の吸着材１２を充填した吸着装置の上方から下方に向けて被処理流体１４が流通させられる構成となっている。充填塔１０の断面形状は、矩形、多角形、楕円等適宜であるが、この実施の形態では円筒形である。被処理流体１４は、気体及び液体のいずれであっても、これらの混合体であってもよい。吸着材１２としては、被吸着物質を物理的に吸着したり化学反応させた後に吸着して分離する機能を有する物質であれば何であってもよい。本発明には、活性炭のほかに、ゼオライト、脱硫剤、シリカゲルなどの乾燥剤など、吸着により自重が変化するものであれば、使用が可能である。
【００１７】
充填塔１０には、これを挟んで対向する位置に、所定の波長の放射線を発する線源１６と、線源１６からの放射線を定量的に検出する検出器１８が設けられ、放射線検出装置Ｄを構成している。放射線としては、Ｘ線、ガンマ線が好適であり、線源１６としては、２４Ｎａ、５７Ｃｏ、６０Ｃｏ、９９Ｍｏ、−９９ｍＴｃ、９９ｍＴｃ、１２５Ｉ、１３１Ｉ、１３３Ｘｅ、１３７Ｃｓ、１９２Ｉｒ、１９８Ａｕ、２２６Ｒａなどがあげられる。放射線検出器１８としては、ＧＭ計数管、ＮａＩ（ＴＩ）シンチレーション式、電離箱、半導体式などが挙げられる。また、吸着材１２の幅（透過距離）が長くなった場合は、必要に応じて線源１６のエネルギーの大きなものを用いる必要がある。検出器１８の出力は計測器２０に入力されてデータ処理される。
【００１８】
このような構成において、一般に放射線が物質を透過するとき、透過放射線量が減少する。その様子は次式で表される。
log(I/I0)＝−μρt
ここにおいて、
I：透過放射線量      I0：透過前放射線量    μ：質量吸収係数
ρ：物質の密度       t：物質の厚さ
である。
【００１９】
充填塔１０においては、装置の稼動に伴い、吸着材１２に被吸着物質が吸着され、この過程で、密度ρが増える方向に変化していく。したがって、上式を書き換えた以下の式によって、ρの変化を知ることができる。
ρ=−(μt)-1log(I/I0)
したがって、吸着材１２自体の密度ρａとの差ρ−ρａが被吸着物質量を表す。
ρ−ρａ=−(μt)-1{log(I/I0)-log(Ia/I0)}
ここで、Ｉａは吸着開始前の吸着材１２のみを透過した放射線量である。
【００２０】
なお、平均値としての質量吸収係数μも変化するが、吸着材１２と被吸着物質の質量比を考慮すると、吸着材１２の質量吸収係数を用いても大きな誤差は生じない。勿論、質量吸収係数μも理論的及び／又は実験的に補正することにより、さらに精度を向上させることができる。
【００２１】
この装置においては、吸着材１２への被吸着物質の吸着量が密度変化として測定される。この吸着量が所定値に達すると、吸着量が飽和してそれ以上の吸着がされなくなり、被吸着物質は下流側に通過してしまう、いわゆる破過状態となる。この吸着量の変化と破過状態との対応関係は、実験的に求めることができ、これにより、破過曲線を作成することができる。
【００２２】
ここで、本装置による放射線量の測定は、放射線のビーム径で照射される領域のみを測定するのに対して、破過状態の確認は充填塔１０全体として判断する事項である。図１のような被処理流体１４を供給して処理する装置では、吸着は充填塔１０の上流側から進行すると考えられ、最後に飽和するのは下流側部分である。したがって、破過を最終的に判断するには、充填塔１０の下流側部分で線量を測定すればよい。一方、破過を事前に予測したり、この測定を被処理物質濃度等を推定するために用いるには、より上流側の部分で線量を測定するのが好ましい。また、複数の箇所で測定を行えば、より詳しく装置の稼動状況を判断する有用なデータが得られる。
【００２３】
充填塔１０の複数の箇所で測定を行うための装置を、図２ないし図３に示す。図２に示すのは、放射線の線源１６と検出器１８とを含む放射線検出装置Ｄを、充填塔１０の上下方向に、すなわち、被処理流体１４の流れの方向に往復移動可能に設けたものである。すなわち、基端側で一体となった一対のアーム２２ａ，２２ｂの先端に、それぞれ線源１６と検出器１８が充填塔１０を挟むように互いに対向して取り付けられている。そして、充填塔１０の外部にこれと平行にガイドレール２４が配置されているとともに、アーム２２ａ，２２ｂの基端側には、ガイドレール２４に摺動自在なスライド部材と、このスライド部材をガイドレール２４に沿って移動させるアクチュエータ（いずれも図示略）が設けられ、これらのアクチュエータと検出装置Ｄを制御する制御装置（計測器を含む）２０とが設けられている。アクチュエータとしては、流体シリンダのような直線駆動装置、あるいはモータの回転を直線方向移動に変えるラック・ピニオン機構等の適宜の装置を採用することができる。
【００２４】
この装置では、制御装置が所定の時間経過後に、または所定量の被処理流体１４を処理した時に、アクチュエータと放射線検出装置Ｄを制御して作動させ、充填塔１０の上下方向に沿った所定箇所で透過放射線量の測定を行う。これにより、充填塔１０内の各領域における吸着材１２への吸着量のデータが順次入手できるので、吸着材１２の破過をより詳細に予測でき、また被吸着物質の濃度変化等の事態への対処も容易となる。上記において、アクチュエータを制御してスライド部材を微速で移動しながら検出装置Ｄを動作させて、流れ方向に連続的に測定を行っても良い。
【００２５】
図３は、充填塔１０の流れ方向に沿った複数（この例では、４箇所）の箇所に線源１６ａ〜１６ｄと検出器１８ａ〜１８ｄとを含む放射線検出装置Ｄをそれぞれ設置したものである。制御装置（計測器を含む）２０は、これらを適宜に選択して作動させ、あるいは同時に作動させて、各位置での放射線透過量のデータを入手することができる。この実施の形態では、先の実施の形態に比較して駆動装置が不要であり、装置コスト、メンテナンスコストを低下させることができる利点がある。
【００２６】
なお、図２及び図３の装置については、複数箇所での測定を自動化することを前提とした構成としたが、処理に必要な時間に対して測定時間が大幅に短いことを考慮すれば、必ずしも自動化することが必要ではない。したがって、例えば、図２の装置においては、アクチュエータを設けることなく、スライダ部材を人力で上下してから位置決めし、測定を行うようにしても充分実用的である。また、図３の装置においては、放射線検出装置Ｄを複数設置する替わりに、取付用の穴や治具を設置しておき、人力で取付位置を変更して測定を行うようにしても充分実用的である。
【００２７】
図４は、この発明の他の実施の形態であり、例えば、上水吸着池のような比較的大きな吸着設備に適用した例を示すものである。この吸着池３０では、吸着池壁３２の内部に多孔質状の吸着材支持体３４を設け、その上部に吸着材層３６を形成し、これに被処理水３８を流入させて吸着処理し、処理水４０は排出口より連続的にまたは間欠的に排水する。この例では、ガンマ線源１６は吸着材層３６の下面近くの位置に埋め込まれて設置され、検出器１８は吸着材層３６の上面に接して設置され、その出力は外部の計測器２０に導出されている。このように、線源１６と検出器１８を吸着装置の内部に設置することにより、装置の壁を透過させて放射線を透過することが難しいような吸着装置に対してもこの発明を適用することができる。
【００２８】
（実施例１）
図１の実施の形態の構成の吸着装置を、吸着材１２として活性炭を用い、下水処理場の臭気ガスを通気してこれを脱臭する脱臭装置に用いた。ガンマ線源１６として137Ｃｓを、検出器１８としてＮａＩシンチレーターをそれぞれ用い、充填塔１０の下から1／4の高さで透過量を測定した。処理条件は以下の通りである。試験結果を表１に示す。
活性炭充填量：  100L
吸着塔直径：    30cm
充填高さ：      140cm
試料：          下水処理場臭気
【００２９】
【表１】
2005351784.tif 000003
（実施例２）
実施例１と同様の装置及び吸着材１２を用い、排水処理した水を供給してＣＯＤ成分を除去した。他の条件も実施例１と同じである。試験結果を表２に示す。この結果から、通水した原水に対しては、活性炭密度が１６％程度上昇すると、すなわち、活性炭量の１６％以上の吸着量となると、破過が起こることが分かった。
【００３０】
【表２】
2005351784.tif 000004
以上の結果から、通ガスしたガスに対しては、活性炭密度が１６％程度上昇すると、すなわち、活性炭量の１６％以上の吸着量となると、破過が起こることが分かった。
（通水及び通ガス中の被吸着物質により、破過するときの密度増加量は異なるが、概ね２０％程度の上昇で破過する場合が多い。）
【００３１】
（実施例３）
実施例１の活性炭吸着塔に対し、50日目に高さ方向に測定装置を変えて、密度分布を調べた。測定結果を表３および図５に示した。活性炭の劣化にともなう密度変化が観測された破過の状況の観察ができた。
【表３】
2005351784.tif 000005
【００３２】
（実施例４）
各種の活性炭の密度をＪＩＳ法と、本発明の放射線を利用した密度測定器で測定した。表４及び図６にその結果を示す。なお、試料名は全て商品名であり、株式会社荏原製作所製の環境処理用の製品である。
【表４】
2005351784.tif 000006
【００３３】
これらの結果において、２つの側定方法の測定結果の相関係数はＲ２＝０．９８であり、かなりの相関性が得られた。エバダイヤLG-20Sとその劣化炭の充填密度の違いが判別できており、また、エバダイヤAG-400とエバダイヤAG-400Sのように充填密度の異なる吸着材１２が判別できている。
【００３４】
以上のように、活性炭使用前の充填密度を放射線密度測定器で測定しておき、それからの変化を測定することで、吸着材１２の吸着による重量増加が分かり、破過の様子が推測できる。また、被吸着物質の流れ方向にスキャンすれば、破過曲線の作成も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の吸着装置の基本的な構成を示す図である。
【図２】図１の実施の形態の装置の変形例を示す図である。
【図３】図１の実施の形態の装置の他の変形例を示す図である。
【図４】この発明の吸着装置のさらに他の実施の形態を示す図である。
【図５】この発明の実施例において、高さ方向に測定装置を変えて密度分布を調べた結果を示すグラフである。
【図６】本発明の放射線を利用した測定器で測定した活性炭の密度をＪＩＳ法と比較したグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  充填塔
１２  吸着材
１４  被処理流体
１６，１６ａ〜１６ｄ  線源
１８，１８ａ〜１８ｄ  検出器
【図１】
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【図２】
2005351784.tif 000008
【図３】
2005351784.tif 000009
【図４】
2005351784.tif 000010
【図５】
2005351784.tif 000011
【図６】
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