JP2001162269A - 活性炭充填材およびそれを用いた浄水カートリッジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塩素やトリハロメタン類に対する除去特性を
バランスさせ吸着性能を向上させると共に、流量特性に
優れた活性炭充填材及び浄水カ−トリッジを提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 低分子有機物吸着性の粒状活性炭Ａと残
留塩素吸着性の粒状活性炭Ｂとをそれぞれ保持する複数
の透過吸着層を積層させて活性炭充填材およびそれを用
いた浄水カ−トリッジを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、飲料水等に含まれ
ている塩素及びトリハロメタン類等の低分子有機物に対
する吸着特性に優れた活性炭充填材とそれを用いた浄水
カートリッジに関する。

【０００２】

【従来の技術】飲料用に供される水道水等は、殺菌を目
的に添加される残留塩素を一定濃度以上含有させること
が必要である。この残留塩素の濃度は、水道法等に健
康、公衆衛生の観点から運用方法等が規定されている。
しかし、殺菌を目的に添加される残留塩素は、殺菌作用
の他に、無機物の酸化作用や有機物の酸化分解作用も持
っており、天然有機物の一種であるフミン質等を酸化分
解する際に、発ガン性物質であるトリハロメタン類等の
低分子有機物を生成してしまう。

【０００３】一方、水道水等に利用される原水の水質
は、汚染の拡大により近年劣化傾向にあり、これに伴い
原水中に含まれるフミン質等も増加してきており、フミ
ン質等の酸化分解により発生するトリハロメタン類の濃
度も増加傾向にある。また、水道原水中に含まれる有機
物により添加された塩素が分解されるため、浄水処理や
配水管途中で消費される分を見越した量の塩素を注入す
る必要があることから、残留塩素濃度は必要な量を超え
たものとなり、飲料水としての安全性は確保される反
面、性状としては飲用感を害う大きな原因となってい
る。

【０００４】このため、従来から残留塩素や発生したト
リハロメタン類の除去手段として、吸着作用を有する活
性炭による浄化処理が行われてきた。一般に、従来の水
処理用活性炭は、除去対象物の吸着容量を高めるため
に、ヨウ素吸着性能やメチレンブルー吸着性能等の特性
に優れた高表面積を有する活性炭が使用されてきたが、
トリハロメタン類の吸着除去には前記特性の他に、１０
０ｎｍ以下の細孔径を多く持つものが用いられてきた。

【０００５】これらの活性炭は水処理用であることから
親水性も高いことが望ましい。活性炭は水蒸気賦活され
るものが圧倒的に多いが、ほかに、水酸化アルカリで賦
活処理して得られる薬品賦活活性炭も用いられる。これ
らの形状は多様で、粉末状、破砕状、球状、粒状、繊維
状のほかに、成形された円筒状や円盤状、顆粒状、球状
のものなどが製造され使用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の活性炭
を用いる活性炭充填材は以下のような課題があった。

【０００７】（１）水蒸気によりガス賦活された活性炭
は、トリハロメタン等の低分子有機物や残留塩素の各成
分に対する浄化作用が異なっているため、残留塩素分解
処理容量の高い活性炭や低分子有機物分解処理容量の高
い活性炭を単一層で用いると、他方に対する吸着処理容
量は相対的に低くなるので、残留塩素及び低分子有機物
の両者を同時に効率的に処理することができず、活性炭
の分解、吸着性能が十分に発揮されないうちに活性炭充
填材の浄化性能が劣化して使用できなくなるという問題
点があった。

【０００８】（２）繊維状の活性炭からなる吸着帯中に
被処理水を通過させ、残留塩素やトリハロメタン類を浄
化する場合には、繊維状活性炭の嵩密度が低く、通水時
の水の圧力により圧密状態になり必要な処理水量が得ら
れず、また、体積の減少により吸着帯が維持できず性能
の低下をもたらすという課題があった。

【０００９】（３）椰子殻等の植物を原料とする活性炭
は表面積が大きく、水中に含まれる多くの物質に対し
て、広範な吸着特性を有する。しかし、トリハロメタン
類の吸着に寄与する特定の細孔のみを選択的に多く持つ
ように調整することが困難である。一方、繊維等を原料
とする活性炭は、選択的に形成された、特定の細孔がト
リハロメタン類の吸着に寄与し、平衡吸着時には高い吸
着特性を持たせることができるが、トリハロメタン類の
浄化処理法においては、高い平衡吸着容量を有するにも
関わらず、平衡到達速度が遅いため、平衡吸着時の高い
吸着特性を活かし切れないという課題があった。

【００１０】（４）活性炭の粒子サイズの小さいものを
用いた場合、活性炭と被処理水との接触効率は高くな
り、活性炭単位体積当たりの吸着容量は増加するが、通
水抵抗が級数的に増加してしまい、実質的に充填層の厚
みが制限され、必要量を充填する事が困難で十分な性能
を得ることができないという課題もあった。

【００１１】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、塩素やトリハロメタン類に対する除去特性を
バランスさせ吸着性能を向上させると共に、流量特性に
優れた活性炭充填材及び浄水カートリッジを提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の活性炭充填材
は、低分子有機物吸着性の粒状活性炭Ａと残留塩素吸着
性の粒状活性炭Ｂとをそれぞれ保持する複数の透過吸着
層を積層して構成されている。これにより、塩素やトリ
ハロメタン類に対する除去特性をバランスさせ吸着性能
を向上させると共に、流量特性に優れた活性炭充填材を
提供することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の活性炭充填材
は、低分子有機物吸着性の粒状活性炭Ａと残留塩素吸着
性の粒状活性炭Ｂとをそれぞれ保持する複数の透過吸着
層を積層して構成されている。

【００１４】これによって以下の作用が得られる。

【００１５】（ａ）低分子有機物及び残留塩素の吸着浄
化処理において、それぞれ特性の異なる粒状活性炭を独
立に配置して被処理液を透過させ、それぞれの粒状活性
炭の持つ固有の吸着能力を最大限に発揮させることがで
きる。

【００１６】（ｂ）単一層で活性炭を使用する場合に比
べて、除去が困難なトリハロメタン類に対し、より高い
除去効果が得られ、充填材中の活性炭単量重量当たりの
吸着容量を向上させることができる。

【００１７】（ｃ）トリハロメタン類の浄化処理に必要
な活性炭量を少なくすることができるようになり、活性
炭を有効に使うことで、処理コストの低減が実現でき
る。

【００１８】（ｄ）被処理液中のトリハロメタン等の低
分子有機物を粒状活性炭Ａで吸着させた後、トリハロメ
タンが除去された状態の被処理液中の残留塩素を次の粒
状活性炭Ｂでトリハロメタンによる吸着阻害を起こすこ
となく効率的に吸着させることができる。

【００１９】（ｅ）それぞれの粒状活性炭を分離した状
態で独立に配置するので、粒状活性炭の充填層やこれを
保持するカートリッジの小型化が可能で、活性炭の効率
的な利用を可能にして、低コスト化を実現できる。

【００２０】（ｆ）活性炭が粒状であるので、粉状の活
性炭を用いるような場合に比べて、再生処理等の際の取
り扱いが容易であり、品質管理においても簡単にでき
る。

【００２１】（ｇ）適用する被処理液の水質や処理量に
応じて、使用する粒状活性炭のトリハロメタン類、及び
残留塩素の吸着特性を調整でき、活性炭充填材を含むカ
ートリッジの最適設計を容易に行うことができる。

【００２２】ここで、低分子有機物吸着性の粒状活性炭
Ａ及び残留塩素吸着性粒状活性炭Ｂとしては、特にトリ
ハロメタン類等のような低分子有機物と残留塩素に対す
る吸着能力にそれぞれ優れた活性炭を用いる。粒状活性
炭Ａ及び粒状活性炭Ｂは、その比表面積、粒度、細孔
径、化学組成、結晶組成、細孔分布等の組織状態、添加
成分等の条件で変わり得る低分子有機物や窒素に対する
選択吸着性を高めて調整したものや、既存の活性炭の中
から適するものをそれぞれ選択して用いることができ
る。

【００２３】請求項２に記載の活性炭充填材は、請求項
１において、前記粒状活性炭Ａの比表面積が８００〜１
３５０ｍ²／ｇであり、前記粒状活性炭Ｂの比表面積が
１５００〜２３００ｍ²／ｇであるように構成されてい
る。

【００２４】これによって、請求項１の作用の他、以下
の作用が得られる。

【００２５】（ａ）低分子有機物及び残留塩素を効率的
に吸着できる範囲に各粒状活性炭の比表面積がそれぞれ
設定されるので、トリハロメタン及び残留窒素を適正か
つ有効に吸着させて被処理液の水質浄化を適切に行うこ
とができる。

【００２６】（ｂ）粒状活性炭Ｂは比表面積が大きく吸
着速度が大きいので、活性炭Ａでは低分子有機物を吸着
する時に妨害となる残留塩素や微粒子等が減少した被処
理水が通過するため、著しくその性能を高めることがで
きる。

【００２７】ここで、粒状活性炭Ａ、粒状活性炭Ｂの比
表面積がそれぞれ８００ｍ²／ｇ、１５００ｍ²／ｇより
小さいと、それぞれの目的成分を吸着させるための活性
が不足して実質的な浄化処理を行うことが困難になる。
一方、粒状活性炭Ａ、粒状活性炭Ｂの比表面積がそれぞ
れ１３５０ｍ²／ｇ、２３００ｍ²／ｇより大きいして
も、それほど吸着能力が向上せず、この比表面積増加の
ためのコストアップに繋がるので好ましくない。

【００２８】請求項３に記載の活性炭充填材は、請求項
１又は２において、前記粒状活性炭Ａと前記粒状活性炭
Ｂの粒子サイズが異なるように構成されている。

【００２９】これによって、請求項１又は２の作用の
他、以下の作用が得られる。

【００３０】（ａ）粒子サイズの異なる活性炭を有する
透過吸着層を独立に用いることより、被処理水との全体
の接触効率が高くなり、活性炭単位体積当たりの吸着容
量を増加させることができる。

【００３１】（ｂ）充填する活性炭の量の割には、通水
抵抗の増加を軽減できるので、低い通水圧力で使用する
ことができ、低コストで経済的に運用できる。

【００３２】（ｃ）粒子のサイズが吸着層の通過方向に
沿って小さくなるようにできるので、空隙率に勾配がで
き、粒成分が被処理水中に含まれる場合に、目詰まりが
発生しにくくなる。

【００３３】粒状活性炭Ａ及び粒状活性炭Ｂの粒子サイ
ズがそれぞれ４０メッシュ、１２０メッシュ未満、又は
粒状活性炭Ａ及び粒状活性炭Ｂの粒子サイズがそれぞれ
１２０メッシュ、４０メッシュ未満である場合には、被
処理水との接触効率が低分子有機物及び残留塩素を効率
的に吸着できる範囲を外れ、吸着効率を低下させる。逆
に、粒状活性炭Ａ及び粒状活性炭Ｂの粒子サイズがそれ
ぞれ１００メッシュ、２００メッシュ以上、又は粒状活
性炭Ａ及び粒状活性炭Ｂの粒子サイズがそれぞれ２００
メッシュ、１００メッシュを越える場合には、被処理水
との接触効率が低下して、透過吸着層に充填するそれぞ
れの粒状活性炭の量を増加させるので好ましくない。

【００３４】請求項４に記載の活性炭充填材は、請求項
１乃至３のいずれか１項において、前記粒状活性炭Ａ及
び前記粒状活性炭Ｂが、フェノール樹脂，アクリロニト
リル樹脂，メラニン樹脂，ポリビニルアルコール樹脂等
の高分子樹脂材料や、木屑や籾殻等の植物質材料、石
炭、ピッチ等の鉱物質材料のいずれか１種から選ばれた
それぞれ種類の異なる材料で製造されて構成されてい
る。

【００３５】これによって、請求項１乃至３のいずれか
１項の作用の他、以下の作用が得られる。

【００３６】（ａ）残留塩素分解特性に優れるセルロー
ス質を含む植物質材料や石炭、ピッチなどの鉱物質の活
性炭と、トリハロメタン類に対して高い選択的な吸着特
性を有するフェノール樹脂，アクリロニトリル系樹脂や
メラニン樹脂，ポリビニルアルコール樹脂などの高分子
樹脂材料を用いることで、使用する活性炭の特性を所定
の範囲に調整することができる。

【００３７】（ｂ）使用する被処理水の水質に応じて、
充填層の最適設計を行うことができ、活性炭を効率的に
利用して低コスト化を実現できる。

【００３８】（ｃ）活性炭の原料となる各々の材料に含
まれる炭素密度が異なっているため、作られた活性炭の
密度も異なっており、目的とするかさ密度を得ることが
できる。

【００３９】請求項５に記載の活性炭充填材を用いた浄
水カートリッジは、請求項１乃至４に記載の活性炭充填
材を備えて構成されている。

【００４０】これによって、以下の作用が得られる。

【００４１】（ａ）浄水カートリッジの最適設計が行う
事により、粒状活性炭の充填層やカートリッジの小型化
が可能で、活性炭を効率的に利用をすることで低コスト
化を実現できる。

【００４２】（ｂ）トリハロメタン類の吸着に必要な活
性炭量を低減し、残留塩素の除去に対しての吸着バラン
スがよくなり、浄水カートリッジの活性炭充填量を減少
できるので、カートリッジの小型化、長寿命化が実現で
きる。

【００４３】以下、本発明の実施の形態について、図表
を用いて説明する。

【００４４】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における活性炭充填材の構成図である。

【００４５】図１において、１は実施の形態１の活性炭
充填材、２は低分子有機物吸着性の粒状活性炭Ａからな
る透過吸着層、３は残留塩素吸着性の粒状活性炭Ｂから
なる透過吸着層、４は各透過吸着層を分離保持する仕切
材、５は被処理水の通過方向、６は処理水の通過方向で
ある。

【００４６】活性炭充填材１は略円筒形の容器に吸着特
性の異なる粒状活性炭Ａ、粒状活性炭Ｂからなる透過吸
着層２、３を流れに対して直角に敷き詰て形成され、活
性炭充填材１は図示しない浄水カートリッジの一部を構
成するようになっている。

【００４７】実施の形態１では、活性炭原料として椰子
ガラを主材とし、賦活ガスを用い常法により反応させて
得られた活性炭を用いた。この賦活時には温度、圧力、
処理時間等の条件を変えて、比表面積を１２００ｍ²／
ｇ、１８００ｍ²／ｇに調整し、これらをそれぞれ粒状
活性炭Ａ及び粒状活性炭Ｂとして使用した。

【００４８】活性炭はその製造過程で、賦活により活性
炭の比表面積を大きくしようとすると、主材の炭素が気
化するため活性炭の機械強度が低下するばかりでなく、
作られた活性炭の重量や容積が減少するため、実用上は
比表面積が３０００ｍ²／ｇ以下の物が選択される。こ
れを、篩等により粒子サイズを揃え、６０〜５０メッシ
ュのものを用いた。上記の粒状活性炭Ａ、粒状活性炭Ｂ
を体積容量２００ｍｌ、厚さ１００ｍｍの円筒形カラム
に、各活性炭層が混合しないように水透過性の仕切材４
を介挿させ２種類の粒状活性炭Ａ、粒状活性炭Ｂをそれ
ぞれ上下に充填した。

【００４９】次に、このような比表面積が異なる粒状活
性炭Ａ、粒状活性炭Ｂを選択した根拠となる実験例につ
いて以下説明する。

【００５０】図２は椰子ガラを原料とする活性炭の残留
塩素の処理水量と比表面積の関係図であり、図３は椰子
ガラを原料とする活性炭のトリハロメタン類の処理水量
と比表面積の関係図である。

【００５１】図２において、縦軸は上水試験法における
残留塩素の除去試験に基づく残留塩素の処理水量（単
位：リットル）を示し、横軸は活性炭の比表面積（単
位：平方メートル／グラム）を示している。

【００５２】図３において、縦軸は上水試験法における
トリハロメタン類の除去試験に基づくトリハロメタン類
の処理水量（単位：リットル）を示し、横軸は活性炭の
比表面積（単位：平方メートル／グラム）を示してい
る。

【００５３】まず、活性炭と０．２μｍの粒子を捕捉で
きるフィルターを用いて浄化処理した水道浄化水を試験
原水とし、残留塩素除去試験では、次亜塩素酸ナトリウ
ムを２ｐｐｍに成るように添加し、残留塩素調整原水と
した。この原水をＳＶ値６８０で通水処理した。なお、
ＳＶ値とは、濾材と被処理液との単位時間当たりの相対
比である。

【００５４】この残留塩素調整原水をカラム中に充填し
た比表面積のそれぞれ異なる活性炭層に通過させ、活性
炭層の流入前後で、オルトトリジン吸光光度法で残留塩
素の濃度を定量測定した。

【００５５】この活性炭層の通過前後で、流入水に対す
る流出水の残留塩素の水中濃度が２０％以上になる点を
破過点とし、活性炭充填材としての寿命とし、この破過
点までに通過した被処理水量を活性炭充填材の処理水量
として示している。

【００５６】トリハロメタン類の場合も同様に、試験原
水にトリハロメタン類を１００ｐｐｂに成るように添加
したものを調整原水とし、この調整原水を、ＳＶ値６８
０で通水処理する。このトリハロメタン調整原水を、カ
ラム中に充填した比表面積のそれぞれ異なる活性炭層に
前記ＳＶ値で通過させ、活性炭層の流入前後で抽出し
た。これをパージ・アンド・トラップ法で濃縮前処理
し、トリハロメタン類の濃度をガスクロマトグラフ質量
分析装置で定量測定した。この活性炭層通過前後で、流
入水に対する流出水のトリハロメタン類の水中濃度が２
０％以上になる点を破過点とし、この時点までに通過し
た被処理水量を活性炭充填材の処理水量として図３及び
（表１）に示している。

【００５７】

【表１】

【００５８】図２に示すように残留塩素除去性能は、比
表面積が１５００〜２３００ｍ²／ｇの範囲で高いが、
図３に示すようにトリハロメタン類に対する除去性能
は、比表面積が１０００〜１３５０ｍ²／ｇの範囲で高
くなっているのが分かる。

【００５９】（表１）は、比表面積の異なる２種類の活
性炭層を組み合わせた場合のデータであり、充填材中２
種類（比表面積：１２００ｍ²／ｇと１８００ｍ²／ｇ）
の活性炭層の容積比率と、上水試験法に基づく残留塩素
及びトリハロメタン類の除去水量の測定数値を示してい
る。

【００６０】本発明の実験例１のように、被処理水の通
過順に、比表面積が大きな粒状活性炭Ｂ（１２００ｍ²
／ｇ）と比表面積の小さい粒状活性炭Ａ（１２００ｍ²
／ｇ）を積層配置することにより、（表１）に示すよう
に、除去が困難なトリハロメタン類に対して、単一層で
活性炭を使用する場合に比べて、より高い除去効果が得
られることが解る。

【００６１】（実施の形態２）図４は本発明の実施の形
態２における活性炭充填材の構成図である。

【００６２】図４において、１０は実施の形態２の活性
炭充填材、１１は低分子有機物吸着性の粒状活性炭Ａか
らなる透過吸着層、１２は残留塩素吸着性の粒状活性炭
Ｂからなる透過吸着層、１３は各透過吸着層を分離保持
する仕切材、１４は被処理水の通過方向、１５は処理水
の通過方向である。

【００６３】活性炭充填材１０は略円筒形の容器の内側
が同心円状に２層で形成され、それぞれ吸着特性の異な
る粒状活性炭Ａ、粒状活性炭Ｂからなる透過吸着層１
１、１２が配置されている。被処理液が円筒形をなす活
性炭充填材１０の外周部側から供給され、各透過吸着層
１１、１２を通った処理液が活性炭充填材１０の内部を
通って中心軸側上方から排出されるようになっている。

【００６４】なお、活性炭充填材１０は水道の蛇口部に
取付けられる家庭用の浄水カートリッジや工場設備等の
浄水カートリッジの一部を構成するようになっている。

【００６５】実施の形態２では、粒状活性炭Ａの原料と
して椰子ガラを、粒状活性炭Ｂの原料としてフェノール
樹脂を主材として用いた。

【００６６】これらの原料の異なる活性炭骨材を水蒸気
などの賦活ガスを用いて賦活した活性炭を用いるが、賦
活時には温度、圧力、処理時間などの条件を変え、活性
炭の比表面積を調整することができる。ここで粒状活性
炭Ａの比表面積を１０５０ｍ ²／ｇ、粒状活性炭Ｂの比
表面積を１６００ｍ²／ｇとした。この時フェノール樹
脂を原料とする粒状活性炭Ｂでは、賦活により活性炭の
比表面積を大きくしようとすると、主材の炭素が気化す
るため活性炭の機械強度が低下するばかりでなく、体積
や重量が減少し、原料重量に対する製品の完成品重量が
著しく低下するため、実用上は比表面積が１８００ｍ²
／ｇ以下の物が選択される。これを篩等の手段を用いて
分別し、粒状活性炭Ａの粒子サイズを１００〜２００メ
ッシュ、粒状活性炭Ｂの粒子サイズを６０〜１５０メッ
シュに揃えて使用した。上記の活性炭を体積容量２００
ｍｌ、厚さ１００ｍｍの円筒形カラムに活性炭層が混合
しないように仕切り材を挟んで２種類の活性炭を充填し
た。

【００６７】図５はフェノール樹脂を原料とする活性炭
のトリハロメタン類の処理水量と比表面積の関係図であ
る。図５において、縦軸は上水試験法に基づくトリハロ
メタン類の除去試験による、トリハロメタン類の処理水
量をリットル表示し、横軸は使用する活性炭の１グラム
当たりの比表面積を平方メートルで示す。

【００６８】（表２）は、充填材中の活性炭層容積比率
と活性炭の比表面積、上水試験法に基づく残留塩素及び
トリハロメタン類の除去水量の測定数値である。

【００６９】

【表２】

【００７０】活性炭と０．２μｍフィルターにより浄化
処理した水道浄化水を試験原水とした。この試験原水
に、トリハロメタン類を１００ｐｐｂに成るように添加
したものを調整原水とした。この調整原水をＳＶ値６８
０で、カラム中に充填した活性炭層に通過させた。この
調整原水を活性炭層の流入前後で抽出し、パージ・アン
ド・トラップ法で濃縮前処理し、トリハロメタン類の濃
度をガスクロマトグラフ質量分析装置で定量測定した。
この時、活性炭層通過前後で、流入水に対する流出水の
トリハロメタン類の水中濃度が、２０％以上になる点を
破過点とし、活性炭充填材としての寿命とする。この時
点までに通過した被処理水量を活性炭充填材の処理水量
として図４及び（表２）に示す。図４に示すようにトリ
ハロメタン類の除去性能は、比表面積が８００〜１３５
０ｍ²／ｇの範囲で、椰子ガラ原料の活性炭の場合と同
様に高くなっているが、図３と図４との比較から解かる
ようにフェノール樹脂を原料とする活性炭では、最大で
２倍の性能を有している。この様に椰子ガラを原料とす
る粒状活性炭Ａと、トリハロメタン類に対して高い性能
を有するフェノール樹脂を原料とする粒状活性炭Ｂと
を、被処理水の通過順に配置して、活性炭充填材を構成
する。

【００７１】このように原料の異なる活性炭を積層配置
することにより、（表２）に示すように、除去が困難な
トリハロメタン類に対し、単一層で活性炭を使用する場
合に比べて、より高い除去効果が得られるばかりでな
く、原料が異なることで、更に高い除去効果を得られて
いることが解る。

【００７２】（実施の形態３）図６は本発明の実施の形
態３における活性炭充填材の構成図である。

【００７３】図６において、２０は実施の形態１の活性
炭充填材、２１は低分子有機物吸着性の粒状活性炭Ａか
らなる透過吸着層、２２は残留塩素吸着性の粒状活性炭
Ｂからなる透過吸着層、２３は透過吸着層２１と透過吸
着層２２の界面付近の部分拡大図である。

【００７４】活性炭充填材２０は略円筒形の容器に吸着
特性の異なる粒状活性炭Ａ、粒状活性炭Ｂからなる透過
吸着層２１、２２を流れに対して直角に敷き詰て形成さ
れ、活性炭充填材２０は浄水カートリッジの一部を構成
するようになっている。

【００７５】実施の形態３では、比表面積が１５００〜
２３００ｍ²／ｇ、メッシュサイズが４０〜１００とな
る残留塩素除去性能が高い粒状活性炭を配置した透過吸
着層２１を第一層として、また、比表面積が１０００〜
１３５０ｍ²／ｇ、メッシュサイズが１００〜２００で
あるトリハロメタン類の除去性能が高い粒状活性炭を配
置した透過吸着層２２を第二層として用いた。

【００７６】活性炭原料としては椰子ガラを主材とし
て、水蒸気により賦活して得られた活性炭を用いるが、
賦活時には温度、圧力、処理時間等の条件を変え、活性
炭の比表面積の異なるものを使用する。この時、活性炭
の比表面積を大きくしようとすると、主材の炭素が気化
するため活性炭の機械強度が低下するばかりでなく、活
性炭の重量や容積が減少するため、実用上は比表面積が
３０００ｍ²／ｇ以下のものが選択される。これを、篩
等により粒子サイズを揃えたものを用いた。

【００７７】上記の種類のそれぞれ異なる活性炭を体積
容量２００ｍｌ、厚さ１００ｍｍの円筒形カラムに積層
充填して、これを活性炭充填材とした。

【００７８】活性炭と０．２μｍフィルターにより浄化
処理した水道浄化水を試験原水とした。トリハロメタン
類の除去試験では、この試験原水にトリハロメタン類を
１００ｐｐｂに成るように添加したものを調整原水とし
た。この調整原水をＳＶ値６８０で、カラム中に充填し
た活性炭層に通過させ、活性炭層の流入前後で抽出し、
これをパージ・アンド・トラップ法で濃縮前処理して、
トリハロメタン類の濃度をガスクロマトグラフ質量分析
装置で定量測定した。この時、活性炭層通過前後で、流
入水に対する流出水のトリハロメタン類の水中濃度が２
０％以上になる点を破過点とし、この時点までに通過し
た被処理水量を活性炭充填材の処理水量として（表３）
に示した。

【００７９】また、充填材のＱ−Ｈ特性（通水量−通水
圧力特性）を、水温２０±３℃に調整して求め、各通水
圧力での１分間当たりの通過水量を通水量として（表
３）に示した。

【００８０】

【表３】

【００８１】（表３）に示すように、メッシュサイズが
１００〜２００のものがトリハロメタン類に対して高い
除去性能を有しているが、活性炭充填材として重要なＱ
−Ｈ特性においては、メッシュサイズが４０〜１００の
ものに比べ同一圧力における通水量が著しく低くなって
いる。このため、小型で大きな処理水量が必要な浄水器
のカートリッジでは、製品設計上必要な水量が得られ
ず、使用が困難であった。

【００８２】図６の構成図に示すように、活性炭充填材
２０の粒子ザイズの異なる活性炭同士が接する層界面で
は、両者が混ざり合って大きな粒子の間隙が小さな粒子
の活性炭で満たされた状態になっている。これによって
全体としては（表３）に示すように通水量を大幅に改善
するばかりでなく、トリハロメタン類の除去性能にも優
れていることが解る。こうして、小型で大きな処理流量
が必要な浄水カートリッジを実現することができる。

【００８３】以上、実施の形態１〜３の活性炭充填材に
ついて説明したが、本発明はこれら特定の原料の種類
や、数値のものに限定されるものではなく、低分子有機
物と残留塩素に対するそれぞれ特性の異なる粒状活性炭
を層状に積層させてなる活性炭充填材およびそれを用い
た浄水カートリッジに広く適用されるものである。例え
ば、実施の形態１に示した被処理水を上下に流す形式の
活性炭充填材と実施の形態２に示した被処理水を円筒状
の側面側から流し込む形式の活性材充填材とは相互に変
わりうるもので、いずれかの形式のものに限定されるも
のではない。

【００８４】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の活性炭充填材
によれば、これによって次の効果が得られる。

【００８５】（ａ）飲料水に添加されている残留塩素、
及び水中のトリハロメタン類の浄化処理法において、単
一層で活性炭を使用する場合に比べて、除去が困難なト
リハロメタン類に対し、より高い除去効果が得られ、そ
れぞれの活性炭が持つ固有の吸着能力を有効に発揮させ
ることができる。

【００８６】（ｂ）トリハロメタン類の浄化処理に必要
な活性炭量を少なくすることができるようになり、活性
炭を有効に使うことで、処理コストの低減が実現でき
る。

【００８７】（ｃ）被処理液中のトリハロメタン等の低
分子有機物を粒状活性炭Ａで吸着させた後、トリハロメ
タンが除去された状態の被処理液中の残留塩素を次の粒
状活性炭Ｂでトリハロメタンによる吸着阻害を起こすこ
となく効率的に吸着させることができる。

【００８８】（ｄ）それぞれの活性炭を分離した状態で
独立に配置するので、活性炭の充填層やこれを保持する
カートリッジの小型化が可能で、活性炭の効率的な利用
を可能にして、低コスト化を実現できる。

【００８９】（ｅ）活性炭が粒状であるので、粉状の活
性炭を用いるような場合に比べて、再生処理等の際の取
り扱いが容易であり、品質管理においても簡単にでき
る。

【００９０】（ｆ）適用する被処理液の水質や処理量に
応じて、使用する活性炭のトリハロメタン類、及び残留
塩素の吸着特性を調整でき、活性炭充填材を含むカート
リッジの最適設計を容易に行うことができる。

【００９１】請求項２に記載の活性炭充填材によれば、
請求項１の効果に加えて次の効果が得られる。

【００９２】（ｇ）低分子有機物及び残留塩素を効率的
に吸着できる範囲に各粒状活性炭の比表面積がそれぞれ
設定されるので、トリハロメタン及び残留窒素を適正か
つ有効に吸着させて被処理液の水質浄化を適切に行うこ
とができる。

【００９３】（ｈ）粒状活性炭Ｂは比表面積が大きく吸
着速度が大きいので、活性炭Ａでは低分子有機物を吸着
する時に妨害となる残留塩素や微粒子等が減少した被処
理水が通過するため、著しくその性能を高めることがで
きる。

【００９４】請求項３に記載の活性炭充填材によれば、
請求項１又は２の効果に加えて、以下の効果が得られ
る。

【００９５】（ｉ）粒子サイズの異なる活性炭を有する
透過吸着層を独立に用いることより、被処理水との全体
の接触効率が高くなり、活性炭単位体積当たりの吸着容
量を増加させることができる。

【００９６】（ｊ）充填する活性炭の量の割には、通水
抵抗の増加を軽減できるので、低い通水圧力で使用する
ことができ、低コストで経済的に運用できる。

【００９７】（ｋ）粒子のサイズが吸着層の通過方向に
沿って小さくなるようにできるので、空隙率に勾配がで
き、粒成分が被処理水中に含まれる場合に、目詰まりが
発生しにくくなる。

【００９８】請求項４に記載の活性炭充填材によれば、
これによって、請求項１乃至３のいずれか１項の効果の
他、以下の効果が得られる。

【００９９】（ｌ）残留塩素分解特性に優れるセルロー
ス質を含む植物質材料や石炭、ピッチなどの鉱物質の活
性炭と、トリハロメタン類に対して高い選択的な吸着特
性を有するフェノール樹脂，アクリロニトリル系樹脂や
メラニン樹脂，ポリビニルアルコール樹脂などの高分子
樹脂材料を用いることで、使用する活性炭の特性を所定
の範囲に調整することができる。

【０１００】（ｍ）使用する被処理水の水質に応じて、
充填層の最適設計を行うことができ、活性炭を効率的に
利用して低コスト化を実現できる。

【０１０１】（ｎ）活性炭の原料となる各々の材料に含
まれる炭素密度が異なっているため、作られた活性炭の
密度も異なっており、目的とするかさ密度を得ることが
できる。

【０１０２】請求項５に記載の活性炭充填材を用いた浄
水カートリッジによれば、これによって、以下の効果が
得られる。

【０１０３】（ｏ）浄水カートリッジの最適設計が行う
事により、粒状活性炭の充填層やカートリッジの小型化
が可能で、活性炭を効率的に利用をすることで低コスト
化を実現できる。

【０１０４】（ｐ）トリハロメタン類の吸着に必要な活
性炭量が低減し、残留塩素の除去に対しての吸着バラン
スがよくなり、浄水カートリッジの活性炭充填量を減少
できるので、カートリッジの小型化、長寿命化が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における活性炭充填材の
構成図

【図２】椰子ガラを原料とする活性炭の残留塩素の処理
水量と比表面積の関係図

【図３】椰子ガラを原料とする活性炭のトリハロメタン
類の処理水量と比表面積の関係図

【図４】本発明の実施の形態２における活性炭充填材の
構成図

【図５】フェノール樹脂を原料とする活性炭のトリハロ
メタン類の処理水量と比表面積の関係図

【図６】本発明の実施の形態３における活性炭充填材の
構成図

【符号の説明】

１ 活性炭充填材 ２ 粒状活性炭Ａからなる透過吸着層 ３ 粒状活性炭Ｂからなる透過吸着層 ４ 仕切材 ５ 被処理水の通過方向 ６ 処理水の通過方向 １０ 活性炭充填材 １１ 粒状活性炭Ａからなる透過吸着層 １２ 粒状活性炭Ｂからなる透過吸着層 １３ 仕切材 １４ 被処理水の通過方向 １５ 処理水の通過方向 ２０ 活性炭充填材 ２１ 粒状活性炭Ａからなる透過吸着層 ２２ 粒状活性炭Ｂからなる透過吸着層 ２３ 界面付近の部分拡大図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平石 裕二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4D017 AA01 BA04 BA11 CA03 CB01 DA01 EA05 4D024 AA02 AB11 BA02 CA04 CA11 4G046 HA01 HA02 HA03 HA04 HA05 HA07 HB02 HB05 4G066 AA05B AA14D AC02A AC08A AC12A AC17A AC25A BA09 BA26 BA36 BA42 CA31 CA33 DA07 FA18

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低分子有機物吸着性の粒状活性炭Ａと残留
   塩素吸着性の粒状活性炭Ｂとをそれぞれ保持する複数の
   透過吸着層を積層させたことを特徴とする活性炭充填
   材。
2. 【請求項２】前記粒状活性炭Ａの比表面積が８００〜１
   ３５０ｍ²／ｇであり、前記粒状活性炭Ｂの比表面積が
   １５００〜２３００ｍ²／ｇであることを特徴とする請
   求項１に記載の活性炭充填材。
3. 【請求項３】前記粒状活性炭Ａと前記粒状活性炭Ｂの粒
   子サイズが異なることを特徴とする請求項１又は２に記
   載の活性炭充填材。
4. 【請求項４】前記粒状活性炭Ａ及び前記粒状活性炭Ｂ
   が、フェノール樹脂，アクリロニトリル樹脂，メラニン
   樹脂，ポリビニルアルコール樹脂等の高分子樹脂材料
   や、木屑や籾殻等の植物質材料、石炭、ピッチ等の鉱物
   質材料のいずれか１種から選ばれたそれぞれ種類の異な
   る材料で製造されていることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれか１項に記載の活性炭充填材。
5. 【請求項５】請求項１乃至４に記載の活性炭充填材を備
   えて構成されていることを特徴とする活性炭充填材を用
   いた浄水カートリッジ。