JP2016036803A - ドライ粉末活性炭注入設備及びドライ粉末活性炭注入 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライ粉末活性炭の注入に際して、より細かな注入量制御を可能にする。
【解決手段】上記課題は、ドライ粉末活性炭を貯留する活性炭貯留槽１１と、活性炭貯留槽１１に貯留されたドライ粉末活性炭ＤＣを切り出して定量供給する供給量可変の供給部１２〜１４と、この供給部１２〜１４から供給されるドライ粉末活性炭ＤＣと、別途流量一定で供給される溶解水とを混合して所定濃度の活性炭のスラリーを連続的に製造する溶解槽１５と、この溶解槽１５で連続的に製造されるスラリーを貯留するための活性炭スラリー貯留槽３２と、この活性炭スラリー貯留槽３２に貯留されたスラリーを注入点に圧送供給する流量可変の注入ポンプ３３と、を備えたことを特徴とするドライ粉末活性炭注入設備により解決される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ドライ粉末活性炭注入設備及びドライ粉末活性炭注入方法に関するものである。

近年では、通常の浄水処理では十分に対応できない臭気物質やトリハロメタン生成物質、陰イオン界面活性剤、アンモニア態窒素などを処理するために、いわゆる高度浄水処理が採用されている。高度浄水処理としては、オゾン処理法、活性炭処理法及び生物処理方法等があり、被処理水の状況によってこれらの処理方法が単独又はいくつか組み合わされて用いられている。

このうち、活性炭処理法には、浄水場の急速ろ過池の上流側又は下流側に、粒状活性炭層によるろ過を行う活性炭ろ過池を設けるものの他、図１〜図３に示すように、活性炭ろ過池を設けず、着水井６又はその上流の導水路５において原水ＲＷに粉末活性炭ＤＣ、ＷＣを注入（添加）するものが知られている。図示例は、より詳細には、導水路５を経て着水井（又は原水槽）６に供給された河川水などの原水（被処理水）ＲＷを、凝集剤等を添加混合するための混和池１、フロックを形成するためのフロック形成池２、フロックを沈殿させるための沈殿池３、及び砂層等で水をろ過するろ過池４を経て浄化する一般的な浄水形態を基本として、原水ＲＷの混和池１への供給に先立ち、粉末活性炭添加設備１０、２０により着水井６又はその上流の導水路５等の注入点で原水ＲＷに粉末活性炭ＤＣ、ＷＣを添加するようにしたものである。粉末活性炭注入設備（粉末活性炭添加設備ともいわれる）の例としては、図１及び図２に示すような乾燥状態のドライ粉末活性炭を利用する設備１０と、図３示すような水分を含有するウエット粉末活性炭ＷＣを利用する設備２０とが知られている。

ウエット粉末活性炭注入設備２０は、フレコンバッグ（フレキシブルコンテナバッグ）ＦＢで搬入されるウエット粉末活性炭ＷＣを作業員がクレーンを操作して攪拌機付の溶解槽２１に投入し、溶解槽２１内で給水ＳＷと混合して所定濃度の活性炭のスラリーを製造し、このスラリーを注入ポンプ２２により注入点に供給して原水ＲＷに混合するものである。この場合、スラリーの製造がバッチ式となるため、通常、溶解槽２１は複数設置され、スラリーの製造が終了した溶解槽２１から注入を行いつつ、他の溶解槽２１では次の注入に備えてスラリーの製造を行うことになる。また、常に規定量のフレコンバッグＦＢを使用し、かつ規定量の給水ＳＷと混合することにより、溶解槽２１内に規定濃度のスラリーを製造し、注入ポンプ２２の供給流量を変化させることにより、原水ＲＷに対する活性炭注入量を制御することができる。

ウエット粉末活性炭注入設備２０は、ドライ粉末活性炭注入設備１０と比較して、設備が簡素で、設備建設費が比較的安価となる利点があるものの、フレコンバッグＦＢを移動し溶解槽２１へ投入する作業のための作業員が必要であり、全自動化が困難であるという問題点の他、フレコンバッグＦＢによる活性炭溶解のため、活性炭注入量の精度が低くならざるを得ない、といった問題点も有している。

一般に活性炭注入設備では、ランニングコスト低減のため、原水の水質変化に応じて活性炭注入量を変化させ、活性炭使用量を必要最小限にすることが行われている。しかし、原水の水質変化に対して細かく対応するためには、人員作業を必須とし活性炭注入量の精度が低いウエット粉末活性炭方式では限界があり、この観点ではドライ粉末活性炭方式が優位である。

ドライ粉末活性炭注入設備１０は、図１及び図２に示すように、ジェットパック車ＪＣ等で搬入される乾燥状態のドライ粉末活性炭（原料炭）ＤＣを、活性炭貯留槽１１に貯留しておき、この活性炭貯留槽１１のドライ粉末活性炭ＤＣを、供給量可変の供給部１２〜１４、１８を介して攪拌機付の溶解槽１５に定量供給し、溶解槽１５内で、場内給水ＳＷから流量一定で別途供給される溶解水と混合して所定濃度の活性炭のスラリーを連続的に製造し、溶解槽１５から一定流量でオーバーフローするスラリーを、場内給水ＳＷからポンプ１６により流量一定で別途供給される駆動水と、エジェクタ１７により注入点に供給して原水ＲＷに添加するものである。エジェクタ１７の代わりにポンプを用いて溶解槽１５からのスラリーを注入点に供給するものもある。なお、図１の符号１９は溶解槽１５へ溶解水を定流量で供給するための流量調整弁を示している。また、図１に示す設備例では、供給部１２〜１４が、活性炭貯留槽１１の排出口に設けられた振動排出機１２と、この振動排出機１２により排出されるドライ粉末活性炭ＤＣを所定の切り出し量で切り出すロータリーバルブ１３と、このロータリーバルブ１３により切り出されたドライ粉末活性炭ＤＣを溶解槽１５に定量供給する供給量可変の粉末定量供給機１４とから主に構成されており、かつ粉末定量供給機１４として、計量槽減量制御方式（フィードバック制御）のものが採用されている。この計量槽減量制御方式の粉末定量供給機１４とは、ドライ粉末活性炭ＤＣを一時的に貯留して計量するための計量槽と、この計量槽の重量を計測するロードセルと、計量槽内のドライ粉末活性炭ＤＣを所定の容積で切り出す切り出し供給部とを備え、ロードセルによる計量槽の減量を排出量とみなして、排出量が一定となるように切り出し速度（回転式の切り出し機構の場合は回転数）を可変制御するものである。計量槽減量制御方式の粉末定量供給機の例としては、粉研パウテックス社の粉体用定量供給機「フンケンオートフィーダー」等を挙げることができる。

一方、図２に示す設備例では、供給部１８が、活性炭貯留槽１１に貯留されているドライ粉末活性炭ＤＣを所定の切り出し量で切り出して溶解槽１５に供給する供給量可変の粉末定量供給機１８のみから主に構成されており、かつ粉末定量供給機１８として連続計量制御方式のものが採用されている。この連続計量制御方式の粉末定量供給機１８とは、ドライ粉末活性炭ＤＣを所定の容積に切り出す切り出し部と、切り出した所定容積のドライ粉末活性炭ＤＣの重量を計測する重量計側部とを備え、重量計測結果及び切り出し速度（回転式の切り出し機構の場合は回転数）に基づいてドライ粉末活性炭ＤＣの実供給量を算出し、この実供給量が設定供給量となるように切り出し速度を可変制御するものである。重量制御方式の粉末定量供給機１８の例としては、大盛工業社のロードセル内蔵型定量供給機「セルインチェッカー」を挙げることができる。前述の計量槽減量制御方式の粉末定量供給機１４は、小供給量時（時間あたりの切り出し量が小さい時）に外乱影響（風や人の歩行による振動）供給精度誤差が大きくなり易いのに対して、重量制御方式の粉末定量供給機１８は、外乱影響を受けないため、供給精度が高く、外乱対策費用が削減可能であるとともに、計量槽減量制御方式における振動排出機１２、ロータリーバルブ１３及び粉末定量供給機１４の計量槽が不要となるため、設備費低減及び設備設置高さの抑制の点では優位なものである。

図１、２に示す設備例１０は、ウエット粉末活性炭注入設備と比べて全自動化が容易であり、溶解槽１５への活性炭供給は定量供給機１４、１８によって行われるため活性炭注入量の精度が高く、また、注入量変更の応答性が早いため、より細かな制御に向いており、緊急時の対応にも向いている等の優位性がある。

特開平１０−３０９５６７号公報 特許４４６８８９５号公報 特開平９−１５５３３４号公報 特開２０００−２９６３２０号公報 特開２００３−２７５５６８号公報

他方、活性炭注入法の必要性は予想をはるかに超えて高まり続けており、その結果として近年では活性炭の消費コストが問題になりはじめている。すなわち、安心安全でおいしい水に対する要望の高まりに伴い、水道事業体が定める自主基準も非常に高いものとなっており、これを達成するためには活性炭処理法への依存度が大きくならざるを得ない。例えば、降雨等により生じる極めて僅かな異臭味にも対応するには、活性炭注入は常態化せざるを得ない現状にある。また、近年特に問題視されるようになったゲリラ豪雨や河川等の取水源の汚染のように、突発的に大規模な処理が要求される場合、即応性のある活性炭注入法に頼らざるを得ない。
しかしながら、従来は、大規模処理への対応を可能にすると細かな注入量制御ができず、そのため活性炭消費を節約しようとしても限界があった。具体的には、従来のドライ粉末活性炭注入設備は、注入量制御を溶解槽１５に対する定量供給機１４、１８のみで行うため、注入量の制御幅が定量供給機１４、１８の性能により制限され、非常時の高注入量を可能にする設計を基準にした場合、注入量の下限が高くなり、活性炭使用量を必要最小限にできないおそれがあった。例えば、活性炭を微粉化して吸着性能を向上させる（特許文献１、２参照）場合、吸着性能が向上するため微粉化しない場合と比べて活性炭使用量を低減できるものの、常に活性炭使用量を必要最小限とするためには、より低注入率での注入が必要となり、従来のドライ粉末活性炭注入方式の注入量制御幅では対応が困難であった。

そこで、本発明の主たる課題は、注入量の制御幅を拡大すること等にある。

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
ドライ粉末活性炭を貯留する活性炭貯留槽と、
前記活性炭貯留槽に貯留されたドライ粉末活性炭を切り出して定量供給する供給量可変の供給部と、
この供給部から供給されるドライ粉末活性炭と、別途流量一定で供給される溶解水とを混合して所定濃度の活性炭のスラリーを連続的に製造する溶解槽と、
この溶解槽で連続的に製造されるスラリーを貯留するための活性炭スラリー貯留槽と、
この活性炭スラリー貯留槽に貯留されたスラリーを注入点に圧送供給する流量可変の注入ポンプと、を備えたことを特徴とするドライ粉末活性炭注入設備。

（作用効果）
本発明では、注入点に対するドライ粉末活性炭の注入量を制御するにあたり、供給部による溶解槽へのドライ粉末活性炭の供給量、及び注入ポンプによるスラリーの圧送量の両方の制御を利用することができる。よって、例えば、溶解槽へのドライ粉末活性炭の供給量の可変幅が最小値：最大値＝１：７０で、かつ注入ポンプによるスラリーの供給量の可変幅が最小値：最大値＝１：７０であるとすれば、全体での可変幅が１：４９００となり、注入量制御の幅を桁違いに拡大するため、活性炭使用量を従来よりも適切に制御でき、より一層の節約が可能となる。

＜請求項２記載の発明＞
前記活性炭貯留槽と前記溶解槽との間のドライ粉末活性炭の経路に、前記ドライ粉末活性炭を微粉化する粉砕機を備えた、請求項１記載のドライ粉末活性炭注入設備。

（作用効果）
前述のように、活性炭を微粉化して吸着性能を向上させる場合、微粉化しない場合と比べて活性炭使用量を低減できるものの、常に活性炭使用量を必要最小限とするためには、より低注入率での注入が必要となる。よって、本発明は上述のような粉砕機による微粉化との組み合わせに非常に好適である。

＜請求項３記載の発明＞
前記供給部が前記粉砕機と前記溶解槽との間のドライ粉末活性炭の経路に設けられている、請求項２記載のドライ粉末活性炭注入設備。

（作用効果）
粉砕機よりも上流側の供給部でドライ粉末活性炭の供給量を制御する場合、粉砕機による粉砕品の分布をシャープにするためには、供給部の供給量を粉砕機の性能や運転条件に合わせて一定とすることが望ましいが、その場合、注入ポンプの流量のみで注入量制御を行うことになってしまう。よって、粉砕機に対するドライ粉末活性炭の供給量を可変としない場合には、供給部の位置を粉砕機と溶解槽との間にし、供給部による溶解槽へのドライ粉末活性炭の供給量、及び注入ポンプによるスラリーの圧送量の両方の制御を利用して注入量制御をできるようにすることが望ましい。

＜請求項４記載の発明＞
前記粉砕機を経由して前記溶解槽に導く経路の他に、前記粉砕機の上流側から前記粉砕機を経由せずに前記溶解槽に導く経路を備え、これらの経路を切り替えるための切り替え装置を備えた、請求項２又は３記載のドライ粉末活性炭注入設備。

（作用効果）
このように、ドライ粉末活性炭の粉砕の有無を選択できる構成とすることにより、原水の水質変化に対して、ドライ粉末活性炭の吸着性能を選択することができ、吸着性能の観点からは活性炭注入量の制御幅が拡大したのと等しくなる（換言すれば、溶解槽へのドライ粉末活性炭の供給量が可変でなくとも、吸着性能は可変となる）。また、これにより、少なくとも粉砕機を経由しない場合には、供給部の位置に関係なく、供給部による溶解槽へのドライ粉末活性炭の供給量、及び注入ポンプによるスラリーの圧送量の両方の制御を利用して注入量制御をできるようになる。

＜請求項５記載の発明＞
ドライ粉末活性炭を溶解槽に定量供給し、溶解槽でドライ粉末活性炭を及び溶解水を混合して所定濃度の活性炭のスラリーを製造し、溶解槽で製造したスラリーを活性炭スラリー貯留槽に貯留し、この活性炭スラリー貯留槽に貯留されたスラリーを注入ポンプにより注入点に圧送供給するドライ粉末活性炭注入方法であって、
前記溶解槽に対するドライ粉末活性炭の供給量、及び前記注入ポンプによるスラリーの圧送量を制御することにより、前記注入点に対するドライ粉末活性炭の注入量を制御することを特徴とするドライ粉末活性炭注入方法。

（作用効果）
請求項１記載の発明と同様の作用効果を奏する。

以上のとおり、本発明によれば、ドライ粉末活性炭の注入に際して、注入量の制御幅が拡大する、等の利点がもたらされる。

従来のドライ粉末活性炭利用浄水処理設備のフロー図である。 従来のドライ粉末活性炭利用浄水処理設備のフロー図である。 従来のウエット粉末活性炭利用浄水処理設備のフロー図である。 第１の形態のドライ粉末活性炭注入設備のフロー図である。 第２の形態のドライ粉末活性炭注入設備のフロー図である。 第３の形態のドライ粉末活性炭注入設備のフロー図である。 第４の形態のドライ粉末活性炭注入設備のフロー図である。 第５の形態のドライ粉末活性炭注入設備のフロー図である。 粒度Ｄ５０と２−ＭＩＢ価との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ１０と２−ＭＩＢ価との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ９０と２−ＭＩＢ価との関係を示すグラフである。 粒度と２−ＭＩＢ価との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ５０と２−ＭＩＢ価（原料比）との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ１０と２−ＭＩＢ価（原料比）との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ９０と２−ＭＩＢ価（原料比）との関係を示すグラフである。 粒度と２−ＭＩＢ価（原料比）との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ１０、Ｄ５０及びＤ９０の関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
＜第１の形態＞
図４は、第１の形態のドライ粉末活性炭注入設備を示しており、この設備は、前述の図１に示す例を基本として、溶解槽１５と注入点ＡＰとの間に、溶解槽１５で連続的に製造されるスラリーを貯留するための攪拌機付の活性炭スラリー貯留槽３２と、この活性炭スラリー貯留槽３２に貯留されたスラリーを注入点に圧送供給する流量可変の注入ポンプ３３とを介在させたところに特徴を有するものである。注入ポンプ３３としては、活性炭スラリーを圧送することができ、かつ流量可変のものであれば特に限定無く使用でき、例えば一軸ネジ式ポンプ等を使用することができる。また、図４中の符号３１は溶解槽１５からのオーバーフロースラリーを活性炭スラリー貯留槽に供給するための移送ポンプを示しているが、この移送ポンプ３１は省略し、自然流下とすることもできる。

また、第１の形態では、供給部１２〜１４と溶解槽１５との間のドライ粉末活性炭ＤＣの経路に、ドライ粉末活性炭ＤＣを微粉化する粉砕機４１を備えるとともに、供給部１２〜１４から粉砕機４１を経由して溶解槽１５に導く経路の他に、供給部１２〜１４から粉砕機４１を経由せずに直接に溶解槽１５に導く経路を備えており、これらの経路を切り替えるための切り替え装置４２を備えている。

粉砕機４１としては、湿式粉砕機を用いることもできるが、安定的にシャープな粒度分布が得られにくいため、一回の粉砕処理によりシャープな粒度分布が得られる点で、乾式ビーズミル、ジェットミル等の乾式粉砕機が好ましく、中でも乾式ビーズミルが特に好ましい。また、粉砕機４１としてはバッチ式のものより、連続式のものが好ましい。

切り替え装置４２は特に限定されるものではないが、図示例では、スクリュー軸が逆転可能とされ、かつスクリュー軸の長手方向両端部に排出口を備えたスクリューフィーダを用い、一方の排出口を粉砕機４１に導く経路に接続し、他方の排出口を溶解槽１５に直接導く経路に接続している。スクリューフィーダ４２のスクリュー軸の回転方向を正逆切り替えることにより、ドライ粉末活性炭ＤＣの移送方向が切り替わり、ドライ粉末活性炭ＤＣが排出される排出口を切り替えることができる。その他は図１に示す例と同様であるため、図面に同じ符号を使用し、敢えて説明は省略する。

第１の形態の設備においてドライ粉末活性炭ＤＣを注入する際には、活性炭貯留槽１１のドライ粉末活性炭（原料炭）ＤＣを、供給量可変の供給部１２〜１４により切り出し、切り替え装置４２を粉砕機４１経由又は非経由のうち所望の方に切り替えて溶解槽１５に定量供給する。溶解槽１５内ではドライ粉末活性炭ＤＣ又は粉砕品ＦＣと別途流量一定で供給される溶解水ＳＷとを混合して所定濃度の活性炭スラリーを連続的に製造し、溶解槽１５から一定流量でオーバーフローさせ、このオーバーフローするスラリーを移送ポンプ３１（又は自然流下）により活性炭スラリー貯留槽３２に供給し、貯留する。そして、この活性炭スラリー貯留槽３２に貯留されたスラリーを流量可変の注入ポンプ３３により注入点ＡＰに圧送供給し、注入点ＡＰで原水に注入する。

原水の水質変化に応じて活性炭の注入量を変化させる場合は、粉末定量供給機１４による溶解槽１５へのドライ粉末活性炭ＤＣの供給量（すなわち図示形態では可変とされた）、及び注入ポンプ３３によるスラリーの圧送量の両方の制御を利用することができ、両方同時に変化させるか、又はいずれか一方のみを変化させることにより、注入点ＡＰにおける活性炭注入量を目標値に変化させることができる。よって、例えば、溶解槽１５へのドライ粉末活性炭ＤＣの供給量の可変幅が最小値：最大値＝１：７０（粉末定量供給機１４は通常の場合この程度が限界である）で、かつ注入ポンプ３３によるスラリーの供給量の可変幅が最小値：最大値＝１：７０（注入ポンプ３３も通常の場合この程度が限界である）であるとすれば、全体での可変幅が１：４９００となり、注入量制御の幅を桁違いに拡大するため、活性炭使用量を従来よりも適切に制御でき、より一層の節約が可能となる。また、設備系統数の削減を図ることができる。しかも、従来のドライ粉末活性炭注入設備１０と比較して、活性炭スラリー貯留槽３２及び注入ポンプ３３の追加のみで済むため、設備スペースの増加は少なくて済み、設備建設費もそれほど嵩まない。

また、第１の形態では、切り替え装置４２を切り替えて粉砕機４１経由で溶解槽１５に定量供給する状態を選択することにより、活性炭を微粉化して吸着性能を向上させることができる。つまり、ドライ粉末活性炭ＤＣの粉砕の有無を選択できる構成とすることにより、原水の水質変化に対して、ドライ粉末活性炭ＤＣの吸着性能を選択することができ、吸着性能の観点からは活性炭使用量の制御範囲が拡大したのと等しくなる（換言すれば、溶解槽へのドライ粉末活性炭ＤＣの供給量が可変でなくとも、吸着性能は可変となる）。

なお、第１の形態のように、粉砕機４１よりも上流側の定量供給機１４でドライ粉末活性炭ＤＣの供給量を制御する場合であっても、粉砕機４１による粉砕品の分布をシャープにするためには、定量供給機１４の供給量を粉砕機４１の性能や運転条件に合わせて一定とすることが望ましい。この場合、粉砕機４１経由で活性炭注入を行うと注入ポンプ３３の流量のみで注入量制御を行うことになるが、少なくとも粉砕機４１を経由しない場合には、前述のとおり定量供給機１４による溶解槽１５へのドライ粉末活性炭ＤＣの供給量、及び注入ポンプ３３によるスラリーの圧送量の両方の制御を利用することができる。

＜第２の形態＞
図５は、第２の形態のドライ粉末活性炭注入設備を示しており、この設備は、前述の図２に示す例を基本として、溶解槽１５と注入点ＡＰとの間に、溶解槽１５で連続的に製造されるスラリーを貯留するための攪拌機付の活性炭スラリー貯留槽３２と、この活性炭スラリー貯留槽３２に貯留されたスラリーを注入点に圧送供給する流量可変の注入ポンプ３３とを介在させたところに特徴を有するものである。その他は第１の形態と同様である。第１の形態及び第２の形態の違いは、前述の図１に示す例及び図２に示す例の違いと同じで、供給部１２〜１４、１８の違いである。この相違からも分かるように、本発明の供給部は、ドライ粉末活性炭ＤＣを定量供給でき、かつ供給量が可変なものであれば、具体的な機器構成に限定されるものではない。

＜第３の形態＞
第１の形態や第２の形態のように、粉砕機４１よりも上流側の定量供給機１４、１８でドライ粉末活性炭ＤＣの供給量を制御するためには、定量供給機１４、１８の供給量を粉砕機４１の性能や運転条件に合わせて一定とすることが望ましいが、その場合、注入ポンプ３３の流量のみで注入量制御を行うことになってしまう。よって、図６に示す第３の形態も提案される。すなわち、第３の形態は、第１の形態に対して、定量供給機１４の位置を粉砕機４１と溶解槽１５との間にして、定量供給機１４による溶解槽１５へのドライ粉末活性炭ＤＣの供給量、及び注入ポンプによるスラリーの圧送量の両方の制御を利用して注入量制御をできるようにするとともに、切り替え装置４２と粉砕機４１との間の経路に、粉砕機４１に応じた設定供給量で供給を行う粉砕機定量供給装置４３を介在させ、粉砕の均一性を高く維持するものである。粉砕機定量供給装置４３は、ドライ粉末活性炭ＤＣを定量供給できるものであれば特に限定されず、例えば図示形態のように排出側に向かって上りこう配で移送を行うスクリューフィーダとすることができる。

＜第４の形態＞
第４の形態は、図７に示すように、第１の形態から粉砕機４１及び切り替え装置４２を省略したものであり、原料のドライ粉末活性炭ＤＣを粉砕せずに溶解槽１５に供給する形態である。その他は第１の形態と同様であるため、敢えて説明を省略する。

＜第５の形態＞
第５の形態は、図８に示すように、第２の形態から粉砕機４１及び切り替え装置４２を省略したものであり、原料のドライ粉末活性炭ＤＣを粉砕せずに溶解槽１５に供給する形態である。その他は第２の形態と同様であるため、敢えて説明を省略する。第４の形態及び第５の形態からも判るように、本発明は粉砕を行わずに原料炭としてのドライ粉末活性炭ＤＣをそのまま注入するだけの注入方式とすることも可能である。

＜粉砕について＞
粉砕機４１によりドライ粉末活性炭（原料炭）ＤＣを粉砕する場合、Ｄ１０が０．５〜４μｍ、Ｄ９０が４〜２０μｍの粒度分布まで粉砕を行うことが望ましい。粉砕品のより好ましい粒度分布はＤ１０が２〜３μｍ、Ｄ９０が４〜５μｍである。Ｄ５０（周知のように、粒度分布における累積体積分布の小径側から累積５０％に相当する粒径を意味し、一般に平均粒径ともいわれている。粒径はレーザー回折散乱法により測定される粒径を意味する。）は特に限定されないが、２〜６μｍであるのが好ましく、特に３〜４μｍであるのが好ましい。一方、原料炭としては、市販品を用いることができ、特に取り扱い性の点でＤ５０が１０μｍ以上のものを好適に用いることができる。

粉砕機４１から排出される粉砕品ＦＣ（粉末活性炭）は、上流側に戻さずにそのまま（つまり一回だけ粉砕機４１に通す）下流側に供給することが望ましい。粉砕後の粉砕品ＦＣの粒度分布がシャープであると、吸着性能の向上により活性炭消費量（ひいては沈殿池３排泥及び排水処理汚泥量）を低減しつつ、ろ過池４で回収できないような超微粉を殆ど含まないことにより、ろ過池４からの超微粉の漏出のおそれも低減できるようになる。その結果、粉砕品ＦＣの除去のために膜分離を用い無くて済み、その分だけ付帯設備の減少及びそれに伴うイニシャルコストの低減を図ることができる。もちろん、必要に応じて膜分離を用いることもできる。

また、図示形態の場合、乾燥状態であるドライ粉末活性炭ＤＣを乾式粉砕し、粉砕品ＦＣを乾燥状態のまま溶解槽１５に定量供給するため、活性炭の供給をより高精度に行うことができるとともに、付帯設備が少なくて済み、それによってイニシャルコストも低く抑えることができる。

＜吸着性能試験＞
一般的に粉末活性炭の性能指標として知られる項目のうち、微粉化することで飛躍的にその効果が向上するのは、臭気物質である２−ＭＩＢに対する吸着性能を表す２−ＭＩＢ価が主な指標あり、その他指標は原料炭と同等の値を示す。そこで、種々の粉砕方式により種々の粒度分布の粉砕品を得て、原料炭及び各粉砕品について２−ＭＩＢ価を測定し、粉砕方式や粒度分布の違いが２−ＭＩＢ価に及ぼす影響を調べた。この試験では、Ｄ５０＝３μｍを目標に粉砕を行った。なお、表１中の湿式ビーズミルを用いたものは循環粉砕を行い、その他のものは湿式・乾式ともに循環粉砕ではなく一回だけ粉砕機に通して粉砕を行った。

表１に試験結果を示す。また、図９〜図１２に粒度Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０と２−ＭＩＢ価との関係を示し、図１３〜図１７に粒度Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０と２−ＭＩＢ価（原料比）との関係を示す。なお、図中の用語「原料粉末炭」は粉砕前の原料炭（ドライ粉末活性炭）を意味し、「粉末炭」は粉砕品を意味する。

この結果から、粒度分布の小径化に対して２−ＭＩＢ価は減少していくが、その減少はある程度で底打ちする傾向があり、超微粉は吸着性能向上への寄与が少ないことが判明した。この試験結果から判明したこと及び考察を以下に列挙する。

・ ２−ＭＩＢ価に関して、原料炭が同等品であれば、各粉砕品の粒度Ｄ５０との間に相関が認められた（図９〜図１２）。
・ 粒度Ｄ５０が小さいほど、２−ＭＩＢ価が小さくなる（吸着性能が向上する）傾向が認められた。
・ 原料炭の値で基準化すると、原料炭が違ってもプロットが重なった。（図１３）
・ 粒度Ｄ５０原料比が０．２程度で２−ＭＩＢ価が下げ止まりつつある傾向にあることが認められた。よって原料炭に対する性能向上効果の限界粒度Ｄ５０は原料粒度Ｄ５０の０．２倍程度と考えられ、粉砕を行うにあたり、粉砕品の目標粒度Ｄ５０としては原料粒度Ｄ５０の０．１〜０．２倍程度がひとつの目安になることが判明した。ただし、原料粒度にばらつきがあるため性能安定性を考慮すると、目標粒度をＤ５０＝３〜４μｍとすることが望ましい。
・ なお、一般的な浄水場ではろ過池等の出口濁度を０．１度以下に維持するろ過設備が整備されている。クリプトスポリジウムは３〜８μｍ程度の大きさを示す原虫であり、上記３μｍを目標粒度とした粉砕品と同等な大きさである。よって、クリプトスポリジウムを濁質と見なせば、Ｄ１０が２〜３μｍ程度の粉砕品はろ過池にておおよそ現状の濁度管理下で補足可能であることは容易に推測される。逆に、現状濁度管理下では、クリプトスポリジウムの大きさでも極僅かなリークは許容されていることからも明らかなように、必要以上に微細な粉砕品が多くなるとろ過池から漏出することも容易に推測される。

＜粉砕方式の比較試験＞
表２に各種粉砕機の粉砕試験結果を示す。この試験では、吸着性能試験結果からＤ５０＝３μｍを目標に粉砕を行った。なお、表３中の活性炭処理エネルギーとは活性炭１ｋｇ処理するのに要する電力量を意味している。また、表３中の湿式に属するものは循環粉砕を行い、表２中のものは湿式・乾式ともに循環粉砕ではなく一回だけ粉砕機に通して粉砕を行った。

この試験結果からは乾式粉砕機、特に乾式ビーズミルが好適であることが分かる。表３の試験結果から判明したこと及び考察を以下に列挙する。
・ Ｎｏ．１と５との比較から、乾式は安価な５ｍｍビーズを使用しても、少ないエネルギーで同等の粒度Ｄ５０が得られることが判明した。
・ Ｎｏ．１と２との比較から、高価な微小セラミックビーズを使用しても、粒度Ｄ５０に顕著な変化は見られないことが判明した。
・ Ｎｏ．２と５との比較から、乾式は安価な５ｍｍビーズを使用しても、同じエネルギーでさほど変わらない粒度Ｄ５０が得られることが判明した。
・ Ｎｏ．３と７との比較から、乾式は安価な３ｍｍビーズを使用しても、同じエネルギーでほぼ同じ粒度Ｄ５０が得られることが判明した。
・ 同じエネルギー効率にも関わらず、乾式の方が圧倒的に安価なビーズで所望の粒度の微粉炭を得られることが判明した。
・ Ｎｏ．６と８との比較から、原料粒度に倍半分相違があるため、同じエネルギーではＮｏ．８の方が微粉炭粒度が大きくなる傾向が認められるが、Ｎｏ．７と９との比較から、わずかに小さいビーズにすることで、原料粒度が倍かつ同じエネルギーにも関わらず同等な粒度の微粉炭を得られることが判明した。
・以上より、乾式ビーズミルであれば、安価な２．８ｍｍ程度のビーズを使用しても、原料炭のバラつきに左右されず、低エネルギーにＤ５０＝３μｍ前後の微粉炭を得ることができる。

＜原料粒度の粉砕への影響の確認試験＞
粒径の異なる原料炭を用意し、乾式ビーズミルを用いて粒度Ｄ５０＝３μｍを目標に粉砕（循環粉砕ではなく一回だけ粉砕機に通して粉砕を行った）し、粉砕品のＤ１０、Ｄ５０、Ｄ９０を測定した。測定結果を表４に示す。また、この測定結果をグラフ化したものを図１７に示す。図１７中の下側の近似直線近辺に集中するプロットがＤ１０であり、上側の近似直線近辺に集中するプロットがＤ９０である。

この試験結果から、原料炭のバラつきや粉砕条件（粉砕エネルギー効率など）が異なっても、乾式ビーズミルで得られた粉砕品の粒度Ｄ５０とＤ１０、Ｄ９０の関係には一貫した傾向が認められた。つまり、乾式ビーズミルで得られる粉砕品の粒度分布は、粒度Ｄ５０に対して一定の比率でばらついた。図１７に示す直線近似より、Ｄ１０はＤ５０に対して、おおよそ０．４４０１倍の比率で変動しており、Ｄ９０はＤ５０に対して、おおよそ２．１１６２倍の比率で変動していることが分かる。粉砕品の目標粒度Ｄ５０が３μｍの場合、この比率を使用すると、Ｄ１０、Ｄ９０はそれぞれ下記の数値となり、原料炭のバラつきや粉砕条件（粉砕エネルギー効率など）が異なっても、得られる粉砕品は下記式からＤ１０〜９０＝１．３〜６．３μｍの範囲の粒度分布を示すことが推測される。
Ｄ１０ ＝ ０．４４０１×Ｄ５０（μｍ） ≒ １．３ μｍ
Ｄ９０ ＝ ２．１１６２ × Ｄ５０（μｍ） ≒ ６．３ μｍ

本発明は、河川水、各種工業用水等の被処理水を活性炭により浄化するのに利用される。

１…混和池、２…フロック形成池、３…沈殿池、４…ろ過池、１０…ドライ粉末活性炭注入設備、ＲＷ…原水、ＳＷ…給水、１１…活性炭貯留槽、１２…振動排出機、１３…ロータリーバルブ、１４、１８…粉末定量供給機、１５…溶解槽、１６…ポンプ、１７…エジェクタ、２０…ウエット粉末活性炭注入設備、２１…溶解槽、２２…注入ポンプ、３１…移送ポンプ、３２…活性炭スラリー貯留槽、３２…注入ポンプ、４１…粉砕機、ＷＣ…ウエット粉末活性炭、ＤＣ…ドライ粉末活性炭、ＣＷ…処理済み水、ＦＣ…粉砕品、ＡＰ…注入点。

本発明は、ドライ粉末活性炭注入設備及びドライ粉末活性炭注入方法に関するものである。

近年では、通常の浄水処理では十分に対応できない臭気物質やトリハロメタン生成物質、陰イオン界面活性剤、アンモニア態窒素などを処理するために、いわゆる高度浄水処理が採用されている。高度浄水処理としては、オゾン処理法、活性炭処理法及び生物処理方法等があり、被処理水の状況によってこれらの処理方法が単独又はいくつか組み合わされて用いられている。

このうち、活性炭処理法には、浄水場の急速ろ過池の上流側又は下流側に、粒状活性炭層によるろ過を行う活性炭ろ過池を設けるものの他、図１〜図３に示すように、活性炭ろ過池を設けず、着水井６又はその上流の導水路５において原水ＲＷに粉末活性炭ＤＣ、ＷＣを注入（添加）するものが知られている。図示例は、より詳細には、導水路５を経て着水井（又は原水槽）６に供給された河川水などの原水（被処理水）ＲＷを、凝集剤等を添加混合するための混和池１、フロックを形成するためのフロック形成池２、フロックを沈殿させるための沈殿池３、及び砂層等で水をろ過するろ過池４を経て浄化する一般的な浄水形態を基本として、原水ＲＷの混和池１への供給に先立ち、粉末活性炭添加設備１０、２０により着水井６又はその上流の導水路５等の注入点で原水ＲＷに粉末活性炭ＤＣ、ＷＣを添加するようにしたものである。粉末活性炭注入設備（粉末活性炭添加設備ともいわれる）の例としては、図１及び図２に示すような乾燥状態のドライ粉末活性炭を利用する設備１０と、図３示すような水分を含有するウエット粉末活性炭ＷＣを利用する設備２０とが知られている。

ウエット粉末活性炭注入設備２０は、フレコンバッグ（フレキシブルコンテナバッグ）ＦＢで搬入されるウエット粉末活性炭ＷＣを作業員がクレーンを操作して攪拌機付の溶解槽２１に投入し、溶解槽２１内で給水ＳＷと混合して所定濃度の活性炭のスラリーを製造し、このスラリーを注入ポンプ２２により注入点に供給して原水ＲＷに混合するものである。この場合、スラリーの製造がバッチ式となるため、通常、溶解槽２１は複数設置され、スラリーの製造が終了した溶解槽２１から注入を行いつつ、他の溶解槽２１では次の注入に備えてスラリーの製造を行うことになる。また、常に規定量のフレコンバッグＦＢを使用し、かつ規定量の給水ＳＷと混合することにより、溶解槽２１内に規定濃度のスラリーを製造し、注入ポンプ２２の供給流量を変化させることにより、原水ＲＷに対する活性炭注入量を制御することができる。

ウエット粉末活性炭注入設備２０は、ドライ粉末活性炭注入設備１０と比較して、設備が簡素で、設備建設費が比較的安価となる利点があるものの、フレコンバッグＦＢを移動し溶解槽２１へ投入する作業のための作業員が必要であり、全自動化が困難であるという問題点の他、フレコンバッグＦＢによる活性炭溶解のため、活性炭注入量の精度が低くならざるを得ない、といった問題点も有している。

一般に活性炭注入設備では、ランニングコスト低減のため、原水の水質変化に応じて活性炭注入量を変化させ、活性炭使用量を必要最小限にすることが行われている。しかし、原水の水質変化に対して細かく対応するためには、人員作業を必須とし活性炭注入量の精度が低いウエット粉末活性炭方式では限界があり、この観点ではドライ粉末活性炭方式が優位である。

ドライ粉末活性炭注入設備１０は、図１及び図２に示すように、ジェットパック車ＪＣ等で搬入される乾燥状態のドライ粉末活性炭（原料炭）ＤＣを、活性炭貯留槽１１に貯留しておき、この活性炭貯留槽１１のドライ粉末活性炭ＤＣを、供給量可変の供給部１２〜１４、１８を介して攪拌機付の溶解槽１５に定量供給し、溶解槽１５内で、場内給水ＳＷから流量一定で別途供給される溶解水と混合して所定濃度の活性炭のスラリーを連続的に製造し、溶解槽１５から一定流量でオーバーフローするスラリーを、場内給水ＳＷからポンプ１６により流量一定で別途供給される駆動水と、エジェクタ１７により注入点に供給して原水ＲＷに添加するものである。エジェクタ１７の代わりにポンプを用いて溶解槽１５からのスラリーを注入点に供給するものもある。なお、図１の符号１９は溶解槽１５へ溶解水を定流量で供給するための流量調整弁を示している。また、図１に示す設備例では、供給部１２〜１４が、活性炭貯留槽１１の排出口に設けられた振動排出機１２と、この振動排出機１２により排出されるドライ粉末活性炭ＤＣを所定の切り出し量で切り出すロータリーバルブ１３と、このロータリーバルブ１３により切り出されたドライ粉末活性炭ＤＣを溶解槽１５に定量供給する供給量可変の粉末定量供給機１４とから主に構成されており、かつ粉末定量供給機１４として、計量槽減量制御方式（フィードバック制御）のものが採用されている。この計量槽減量制御方式の粉末定量供給機１４とは、ドライ粉末活性炭ＤＣを一時的に貯留して計量するための計量槽と、この計量槽の重量を計測するロードセルと、計量槽内のドライ粉末活性炭ＤＣを所定の容積で切り出す切り出し供給部とを備え、ロードセルによる計量槽の減量を排出量とみなして、排出量が一定となるように切り出し速度（回転式の切り出し機構の場合は回転数）を可変制御するものである。計量槽減量制御方式の粉末定量供給機の例としては、粉研パウテックス社の粉体用定量供給機「フンケンオートフィーダー」等を挙げることができる。

一方、図２に示す設備例では、供給部１８が、活性炭貯留槽１１に貯留されているドライ粉末活性炭ＤＣを所定の切り出し量で切り出して溶解槽１５に供給する供給量可変の粉末定量供給機１８のみから主に構成されており、かつ粉末定量供給機１８として連続計量制御方式のものが採用されている。この連続計量制御方式の粉末定量供給機１８とは、ドライ粉末活性炭ＤＣを所定の容積に切り出す切り出し部と、切り出した所定容積のドライ粉末活性炭ＤＣの重量を計測する重量計側部とを備え、重量計測結果及び切り出し速度（回転式の切り出し機構の場合は回転数）に基づいてドライ粉末活性炭ＤＣの実供給量を算出し、この実供給量が設定供給量となるように切り出し速度を可変制御するものである。重量制御方式の粉末定量供給機１８の例としては、大盛工業社のロードセル内蔵型定量供給機「セルインチェッカー」を挙げることができる。前述の計量槽減量制御方式の粉末定量供給機１４は、小供給量時（時間あたりの切り出し量が小さい時）に外乱影響（風や人の歩行による振動）供給精度誤差が大きくなり易いのに対して、重量制御方式の粉末定量供給機１８は、外乱影響を受けないため、供給精度が高く、外乱対策費用が削減可能であるとともに、計量槽減量制御方式における振動排出機１２、ロータリーバルブ１３及び粉末定量供給機１４の計量槽が不要となるため、設備費低減及び設備設置高さの抑制の点では優位なものである。

図１、２に示す設備例１０は、ウエット粉末活性炭注入設備と比べて全自動化が容易であり、溶解槽１５への活性炭供給は定量供給機１４、１８によって行われるため活性炭注入量の精度が高く、また、注入量変更の応答性が早いため、より細かな制御に向いており、緊急時の対応にも向いている等の優位性がある。

特開平１０−３０９５６７号公報 特許４４６８８９５号公報 特開平９−１５５３３４号公報 特開２０００−２９６３２０号公報 特開２００３−２７５５６８号公報

他方、活性炭注入法の必要性は予想をはるかに超えて高まり続けており、その結果として近年では活性炭の消費コストが問題になりはじめている。すなわち、安心安全でおいしい水に対する要望の高まりに伴い、水道事業体が定める自主基準も非常に高いものとなっており、これを達成するためには活性炭処理法への依存度が大きくならざるを得ない。例えば、降雨等により生じる極めて僅かな異臭味にも対応するには、活性炭注入は常態化せざるを得ない現状にある。また、近年特に問題視されるようになったゲリラ豪雨や河川等の取水源の汚染のように、突発的に大規模な処理が要求される場合、即応性のある活性炭注入法に頼らざるを得ない。
しかしながら、従来は、大規模処理への対応を可能にすると細かな注入量制御ができず、そのため活性炭消費を節約しようとしても限界があった。具体的には、従来のドライ粉末活性炭注入設備は、注入量制御を溶解槽１５に対する定量供給機１４、１８のみで行うため、注入量の制御幅が定量供給機１４、１８の性能により制限され、非常時の高注入量を可能にする設計を基準にした場合、注入量の下限が高くなり、活性炭使用量を必要最小限にできないおそれがあった。例えば、活性炭を微粉化して吸着性能を向上させる（特許文献１、２参照）場合、吸着性能が向上するため微粉化しない場合と比べて活性炭使用量を低減できるものの、常に活性炭使用量を必要最小限とするためには、より低注入率での注入が必要となり、従来のドライ粉末活性炭注入方式の注入量制御幅では対応が困難であった。

そこで、本発明の主たる課題は、注入量の制御幅を拡大すること等にある。

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
浄水場における着水井又はその上流の導水路の注入点で原水に粉末活性炭を注入するドライ粉末活性炭注入設備において、
ドライ粉末活性炭を貯留する活性炭貯留槽と、
前記活性炭貯留槽に貯留されたドライ粉末活性炭を切り出して定量供給する供給量可変の供給部と、
この供給部から供給されるドライ粉末活性炭と、別途流量一定で供給される溶解水とを混合して所定濃度の活性炭のスラリーを連続的に製造する溶解槽と、
この溶解槽で連続的に製造されるスラリーを貯留するための活性炭スラリー貯留槽と、
この活性炭スラリー貯留槽に貯留されたスラリーを前記注入点に圧送供給する流量可変の注入ポンプと、
前記原水の水質変化に応じて、前記供給部による溶解槽へのドライ粉末活性炭の供給量及び前記注入ポンプによるスラリーの圧送流量を制御することにより、前記注入点における前記原水に対する前記粉末活性炭の注入量を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするドライ粉末活性炭注入設備。

（作用効果）
本発明では、注入点における原水に対する粉末活性炭の注入量を制御するにあたり、供給部による溶解槽へのドライ粉末活性炭の供給量、及び注入ポンプによるスラリーの圧送流量の両方の制御を利用することができる。よって、例えば、溶解槽へのドライ粉末活性炭の供給量の可変幅が最小値：最大値＝１：７０で、かつ注入ポンプによるスラリーの供給量の可変幅が最小値：最大値＝１：７０であるとすれば、全体での可変幅が１：４９００となり、注入量制御の幅を桁違いに拡大するため、活性炭使用量を従来よりも適切に制御でき、より一層の節約が可能となる。

＜請求項２記載の発明＞
前記活性炭貯留槽と前記溶解槽との間のドライ粉末活性炭の経路に、前記ドライ粉末活性炭を微粉化する粉砕機を備えた、請求項１記載のドライ粉末活性炭注入設備。

（作用効果）
前述のように、活性炭を微粉化して吸着性能を向上させる場合、微粉化しない場合と比べて活性炭使用量を低減できるものの、常に活性炭使用量を必要最小限とするためには、より低注入率での注入が必要となる。よって、本発明は上述のような粉砕機による微粉化との組み合わせに非常に好適である。

＜請求項３記載の発明＞
前記供給部が前記粉砕機と前記溶解槽との間のドライ粉末活性炭の経路に設けられている、請求項２記載のドライ粉末活性炭注入設備。

（作用効果）
粉砕機よりも上流側の供給部でドライ粉末活性炭の供給量を制御する場合、粉砕機による粉砕品の分布をシャープにするためには、供給部の供給量を粉砕機の性能や運転条件に合わせて一定とすることが望ましいが、その場合、注入ポンプの流量のみで注入量制御を行うことになってしまう。よって、粉砕機に対するドライ粉末活性炭の供給量を可変としない場合には、供給部の位置を粉砕機と溶解槽との間にし、供給部による溶解槽へのドライ粉末活性炭の供給量、及び注入ポンプによるスラリーの圧送流量の両方の制御を利用して注入量制御をできるようにすることが望ましい。

＜請求項４記載の発明＞
ドライ粉末活性炭を貯留する活性炭貯留槽と、
前記活性炭貯留槽に貯留されたドライ粉末活性炭を切り出して定量供給する供給量可変の供給部と、
この供給部から供給されるドライ粉末活性炭と、別途流量一定で供給される溶解水とを混合して所定濃度の活性炭のスラリーを連続的に製造する溶解槽と、
この溶解槽で連続的に製造されるスラリーを貯留するための活性炭スラリー貯留槽と、
この活性炭スラリー貯留槽に貯留されたスラリーを注入点に圧送供給する流量可変の注入ポンプと、
前記活性炭貯留槽と前記溶解槽との間のドライ粉末活性炭の経路に、前記ドライ粉末活性炭を微粉化する粉砕機とを備え、
前記粉砕機を経由して前記溶解槽に導く経路の他に、前記粉砕機の上流側から前記粉砕機を経由せずに前記溶解槽に導く経路を備え、これらの経路を切り替えるための切り替え装置を備えたことを特徴とする、ドライ粉末活性炭注入設備。

（作用効果）
このように、ドライ粉末活性炭の粉砕の有無を選択できる構成とすることにより、原水の水質変化に対して、ドライ粉末活性炭の吸着性能を選択することができ、吸着性能の観点からは活性炭注入量の制御幅が拡大したのと等しくなる（換言すれば、溶解槽へのドライ粉末活性炭の供給量が可変でなくとも、吸着性能は可変となる）。また、これにより、少なくとも粉砕機を経由しない場合には、供給部の位置に関係なく、供給部による溶解槽へのドライ粉末活性炭の供給量、及び注入ポンプによるスラリーの圧送流量の両方の制御を利用して注入量制御をできるようになる。

＜請求項５記載の発明＞
浄水場における着水井又はその上流の導水路の注入点で原水に粉末活性炭を注入するドライ粉末活性炭注入方法において、
ドライ粉末活性炭を溶解槽に定量供給し、溶解槽でドライ粉末活性炭を及び溶解水を混合して所定濃度の活性炭のスラリーを連続的に製造し、溶解槽で連続的に製造したスラリーを活性炭スラリー貯留槽に貯留し、この活性炭スラリー貯留槽に貯留されたスラリーを流量可変の注入ポンプにより前記注入点に圧送供給するとともに、
前記原水の水質変化に応じて、前記溶解槽に対するドライ粉末活性炭の供給量、及び前記注入ポンプによるスラリーの圧送流量を制御することにより、前記注入点における前記原水に対する粉末活性炭の注入量を制御することを特徴とするドライ粉末活性炭注入方法。

（作用効果）
請求項１記載の発明と同様の作用効果を奏する。

以上のとおり、本発明によれば、ドライ粉末活性炭の注入に際して、注入量の制御幅が拡大する、等の利点がもたらされる。

従来のドライ粉末活性炭利用浄水処理設備のフロー図である。 従来のドライ粉末活性炭利用浄水処理設備のフロー図である。 従来のウエット粉末活性炭利用浄水処理設備のフロー図である。 第１の形態のドライ粉末活性炭注入設備のフロー図である。 第２の形態のドライ粉末活性炭注入設備のフロー図である。 第３の形態のドライ粉末活性炭注入設備のフロー図である。 第４の形態のドライ粉末活性炭注入設備のフロー図である。 第５の形態のドライ粉末活性炭注入設備のフロー図である。 粒度Ｄ５０と２−ＭＩＢ価との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ１０と２−ＭＩＢ価との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ９０と２−ＭＩＢ価との関係を示すグラフである。 粒度と２−ＭＩＢ価との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ５０と２−ＭＩＢ価（原料比）との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ１０と２−ＭＩＢ価（原料比）との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ９０と２−ＭＩＢ価（原料比）との関係を示すグラフである。 粒度と２−ＭＩＢ価（原料比）との関係を示すグラフである。 粒度Ｄ１０、Ｄ５０及びＤ９０の関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
＜第１の形態＞
図４は、第１の形態のドライ粉末活性炭注入設備を示しており、この設備は、前述の図１に示す例を基本として、溶解槽１５と注入点ＡＰとの間に、溶解槽１５で連続的に製造されるスラリーを貯留するための攪拌機付の活性炭スラリー貯留槽３２と、この活性炭スラリー貯留槽３２に貯留されたスラリーを注入点に圧送供給する流量可変の注入ポンプ３３とを介在させたところに特徴を有するものである。注入ポンプ３３としては、活性炭スラリーを圧送することができ、かつ流量可変のものであれば特に限定無く使用でき、例えば一軸ネジ式ポンプ等を使用することができる。また、図４中の符号３１は溶解槽１５からのオーバーフロースラリーを活性炭スラリー貯留槽に供給するための移送ポンプを示しているが、この移送ポンプ３１は省略し、自然流下とすることもできる。

また、第１の形態では、供給部１２〜１４と溶解槽１５との間のドライ粉末活性炭ＤＣの経路に、ドライ粉末活性炭ＤＣを微粉化する粉砕機４１を備えるとともに、供給部１２〜１４から粉砕機４１を経由して溶解槽１５に導く経路の他に、供給部１２〜１４から粉砕機４１を経由せずに直接に溶解槽１５に導く経路を備えており、これらの経路を切り替えるための切り替え装置４２を備えている。

粉砕機４１としては、湿式粉砕機を用いることもできるが、安定的にシャープな粒度分布が得られにくいため、一回の粉砕処理によりシャープな粒度分布が得られる点で、乾式ビーズミル、ジェットミル等の乾式粉砕機が好ましく、中でも乾式ビーズミルが特に好ましい。また、粉砕機４１としてはバッチ式のものより、連続式のものが好ましい。

切り替え装置４２は特に限定されるものではないが、図示例では、スクリュー軸が逆転可能とされ、かつスクリュー軸の長手方向両端部に排出口を備えたスクリューフィーダを用い、一方の排出口を粉砕機４１に導く経路に接続し、他方の排出口を溶解槽１５に直接導く経路に接続している。スクリューフィーダ４２のスクリュー軸の回転方向を正逆切り替えることにより、ドライ粉末活性炭ＤＣの移送方向が切り替わり、ドライ粉末活性炭ＤＣが排出される排出口を切り替えることができる。その他は図１に示す例と同様であるため、図面に同じ符号を使用し、敢えて説明は省略する。

第１の形態の設備においてドライ粉末活性炭ＤＣを注入する際には、活性炭貯留槽１１のドライ粉末活性炭（原料炭）ＤＣを、供給量可変の供給部１２〜１４により切り出し、切り替え装置４２を粉砕機４１経由又は非経由のうち所望の方に切り替えて溶解槽１５に定量供給する。溶解槽１５内ではドライ粉末活性炭ＤＣ又は粉砕品ＦＣと別途流量一定で供給される溶解水ＳＷとを混合して所定濃度の活性炭スラリーを連続的に製造し、溶解槽１５から一定流量でオーバーフローさせ、このオーバーフローするスラリーを移送ポンプ３１（又は自然流下）により活性炭スラリー貯留槽３２に供給し、貯留する。そして、この活性炭スラリー貯留槽３２に貯留されたスラリーを流量可変の注入ポンプ３３により注入点ＡＰに圧送供給し、注入点ＡＰで原水に注入する。

原水の水質変化に応じて活性炭の注入量を変化させる場合は、粉末定量供給機１４による溶解槽１５へのドライ粉末活性炭ＤＣの供給量（すなわち図示形態では可変とされた）、及び注入ポンプ３３によるスラリーの圧送流量の両方の制御を利用することができ、両方同時に変化させるか、又はいずれか一方のみを変化させることにより、注入点ＡＰにおける活性炭注入量を目標値に変化させることができる。よって、例えば、溶解槽１５へのドライ粉末活性炭ＤＣの供給量の可変幅が最小値：最大値＝１：７０（粉末定量供給機１４は通常の場合この程度が限界である）で、かつ注入ポンプ３３によるスラリーの供給量の可変幅が最小値：最大値＝１：７０（注入ポンプ３３も通常の場合この程度が限界である）であるとすれば、全体での可変幅が１：４９００となり、注入量制御の幅を桁違いに拡大するため、活性炭使用量を従来よりも適切に制御でき、より一層の節約が可能となる。また、設備系統数の削減を図ることができる。しかも、従来のドライ粉末活性炭注入設備１０と比較して、活性炭スラリー貯留槽３２及び注入ポンプ３３の追加のみで済むため、設備スペースの増加は少なくて済み、設備建設費もそれほど嵩まない。

また、第１の形態では、切り替え装置４２を切り替えて粉砕機４１経由で溶解槽１５に定量供給する状態を選択することにより、活性炭を微粉化して吸着性能を向上させることができる。つまり、ドライ粉末活性炭ＤＣの粉砕の有無を選択できる構成とすることにより、原水の水質変化に対して、ドライ粉末活性炭ＤＣの吸着性能を選択することができ、吸着性能の観点からは活性炭使用量の制御範囲が拡大したのと等しくなる（換言すれば、溶解槽へのドライ粉末活性炭ＤＣの供給量が可変でなくとも、吸着性能は可変となる）。

なお、第１の形態のように、粉砕機４１よりも上流側の定量供給機１４でドライ粉末活性炭ＤＣの供給量を制御する場合であっても、粉砕機４１による粉砕品の分布をシャープにするためには、定量供給機１４の供給量を粉砕機４１の性能や運転条件に合わせて一定とすることが望ましい。この場合、粉砕機４１経由で活性炭注入を行うと注入ポンプ３３の流量のみで注入量制御を行うことになるが、少なくとも粉砕機４１を経由しない場合には、前述のとおり定量供給機１４による溶解槽１５へのドライ粉末活性炭ＤＣの供給量、及び注入ポンプ３３によるスラリーの圧送流量の両方の制御を利用することができる。

＜第２の形態＞
図５は、第２の形態のドライ粉末活性炭注入設備を示しており、この設備は、前述の図２に示す例を基本として、溶解槽１５と注入点ＡＰとの間に、溶解槽１５で連続的に製造されるスラリーを貯留するための攪拌機付の活性炭スラリー貯留槽３２と、この活性炭スラリー貯留槽３２に貯留されたスラリーを注入点に圧送供給する流量可変の注入ポンプ３３とを介在させたところに特徴を有するものである。その他は第１の形態と同様である。第１の形態及び第２の形態の違いは、前述の図１に示す例及び図２に示す例の違いと同じで、供給部１２〜１４、１８の違いである。この相違からも分かるように、本発明の供給部は、ドライ粉末活性炭ＤＣを定量供給でき、かつ供給量が可変なものであれば、具体的な機器構成に限定されるものではない。

＜第３の形態＞
第１の形態や第２の形態のように、粉砕機４１よりも上流側の定量供給機１４、１８でドライ粉末活性炭ＤＣの供給量を制御するためには、定量供給機１４、１８の供給量を粉砕機４１の性能や運転条件に合わせて一定とすることが望ましいが、その場合、注入ポンプ３３の流量のみで注入量制御を行うことになってしまう。よって、図６に示す第３の形態も提案される。すなわち、第３の形態は、第１の形態に対して、定量供給機１４の位置を粉砕機４１と溶解槽１５との間にして、定量供給機１４による溶解槽１５へのドライ粉末活性炭ＤＣの供給量、及び注入ポンプによるスラリーの圧送流量の両方の制御を利用して注入量制御をできるようにするとともに、切り替え装置４２と粉砕機４１との間の経路に、粉砕機４１に応じた設定供給量で供給を行う粉砕機定量供給装置４３を介在させ、粉砕の均一性を高く維持するものである。粉砕機定量供給装置４３は、ドライ粉末活性炭ＤＣを定量供給できるものであれば特に限定されず、例えば図示形態のように排出側に向かって上りこう配で移送を行うスクリューフィーダとすることができる。

＜第４の形態＞
第４の形態は、図７に示すように、第１の形態から粉砕機４１及び切り替え装置４２を省略したものであり、原料のドライ粉末活性炭ＤＣを粉砕せずに溶解槽１５に供給する形態である。その他は第１の形態と同様であるため、敢えて説明を省略する。

＜第５の形態＞
第５の形態は、図８に示すように、第２の形態から粉砕機４１及び切り替え装置４２を省略したものであり、原料のドライ粉末活性炭ＤＣを粉砕せずに溶解槽１５に供給する形態である。その他は第２の形態と同様であるため、敢えて説明を省略する。第４の形態及び第５の形態からも判るように、本発明は粉砕を行わずに原料炭としてのドライ粉末活性炭ＤＣをそのまま注入するだけの注入方式とすることも可能である。

＜粉砕について＞
粉砕機４１によりドライ粉末活性炭（原料炭）ＤＣを粉砕する場合、Ｄ１０が０．５〜４μｍ、Ｄ９０が４〜２０μｍの粒度分布まで粉砕を行うことが望ましい。粉砕品のより好ましい粒度分布はＤ１０が２〜３μｍ、Ｄ９０が４〜５μｍである。Ｄ５０（周知のように、粒度分布における累積体積分布の小径側から累積５０％に相当する粒径を意味し、一般に平均粒径ともいわれている。粒径はレーザー回折散乱法により測定される粒径を意味する。）は特に限定されないが、２〜６μｍであるのが好ましく、特に３〜４μｍであるのが好ましい。一方、原料炭としては、市販品を用いることができ、特に取り扱い性の点でＤ５０が１０μｍ以上のものを好適に用いることができる。

粉砕機４１から排出される粉砕品ＦＣ（粉末活性炭）は、上流側に戻さずにそのまま（つまり一回だけ粉砕機４１に通す）下流側に供給することが望ましい。粉砕後の粉砕品ＦＣの粒度分布がシャープであると、吸着性能の向上により活性炭消費量（ひいては沈殿池３排泥及び排水処理汚泥量）を低減しつつ、ろ過池４で回収できないような超微粉を殆ど含まないことにより、ろ過池４からの超微粉の漏出のおそれも低減できるようになる。その結果、粉砕品ＦＣの除去のために膜分離を用い無くて済み、その分だけ付帯設備の減少及びそれに伴うイニシャルコストの低減を図ることができる。もちろん、必要に応じて膜分離を用いることもできる。

また、図示形態の場合、乾燥状態であるドライ粉末活性炭ＤＣを乾式粉砕し、粉砕品ＦＣを乾燥状態のまま溶解槽１５に定量供給するため、活性炭の供給をより高精度に行うことができるとともに、付帯設備が少なくて済み、それによってイニシャルコストも低く抑えることができる。

＜吸着性能試験＞
一般的に粉末活性炭の性能指標として知られる項目のうち、微粉化することで飛躍的にその効果が向上するのは、臭気物質である２−ＭＩＢに対する吸着性能を表す２−ＭＩＢ価が主な指標あり、その他指標は原料炭と同等の値を示す。そこで、種々の粉砕方式により種々の粒度分布の粉砕品を得て、原料炭及び各粉砕品について２−ＭＩＢ価を測定し、粉砕方式や粒度分布の違いが２−ＭＩＢ価に及ぼす影響を調べた。この試験では、Ｄ５０＝３μｍを目標に粉砕を行った。なお、表１中の湿式ビーズミルを用いたものは循環粉砕を行い、その他のものは湿式・乾式ともに循環粉砕ではなく一回だけ粉砕機に通して粉砕を行った。

表１に試験結果を示す。また、図９〜図１２に粒度Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０と２−ＭＩＢ価との関係を示し、図１３〜図１７に粒度Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０と２−ＭＩＢ価（原料比）との関係を示す。なお、図中の用語「原料粉末炭」は粉砕前の原料炭（ドライ粉末活性炭）を意味し、「粉末炭」は粉砕品を意味する。

この結果から、粒度分布の小径化に対して２−ＭＩＢ価は減少していくが、その減少はある程度で底打ちする傾向があり、超微粉は吸着性能向上への寄与が少ないことが判明した。この試験結果から判明したこと及び考察を以下に列挙する。

・ ２−ＭＩＢ価に関して、原料炭が同等品であれば、各粉砕品の粒度Ｄ５０との間に相関が認められた（図９〜図１２）。
・ 粒度Ｄ５０が小さいほど、２−ＭＩＢ価が小さくなる（吸着性能が向上する）傾向が認められた。
・ 原料炭の値で基準化すると、原料炭が違ってもプロットが重なった。（図１３）
・ 粒度Ｄ５０原料比が０．２程度で２−ＭＩＢ価が下げ止まりつつある傾向にあることが認められた。よって原料炭に対する性能向上効果の限界粒度Ｄ５０は原料粒度Ｄ５０の０．２倍程度と考えられ、粉砕を行うにあたり、粉砕品の目標粒度Ｄ５０としては原料粒度Ｄ５０の０．１〜０．２倍程度がひとつの目安になることが判明した。ただし、原料粒度にばらつきがあるため性能安定性を考慮すると、目標粒度をＤ５０＝３〜４μｍとすることが望ましい。
・ なお、一般的な浄水場ではろ過池等の出口濁度を０．１度以下に維持するろ過設備が整備されている。クリプトスポリジウムは３〜８μｍ程度の大きさを示す原虫であり、上記３μｍを目標粒度とした粉砕品と同等な大きさである。よって、クリプトスポリジウムを濁質と見なせば、Ｄ１０が２〜３μｍ程度の粉砕品はろ過池にておおよそ現状の濁度管理下で補足可能であることは容易に推測される。逆に、現状濁度管理下では、クリプトスポリジウムの大きさでも極僅かなリークは許容されていることからも明らかなように、必要以上に微細な粉砕品が多くなるとろ過池から漏出することも容易に推測される。

＜粉砕方式の比較試験＞
表２に各種粉砕機の粉砕試験結果を示す。この試験では、吸着性能試験結果からＤ５０＝３μｍを目標に粉砕を行った。なお、表３中の活性炭処理エネルギーとは活性炭１ｋｇ処理するのに要する電力量を意味している。また、表３中の湿式に属するものは循環粉砕を行い、表２中のものは湿式・乾式ともに循環粉砕ではなく一回だけ粉砕機に通して粉砕を行った。

この試験結果からは乾式粉砕機、特に乾式ビーズミルが好適であることが分かる。表３の試験結果から判明したこと及び考察を以下に列挙する。
・ Ｎｏ．１と５との比較から、乾式は安価な５ｍｍビーズを使用しても、少ないエネルギーで同等の粒度Ｄ５０が得られることが判明した。
・ Ｎｏ．１と２との比較から、高価な微小セラミックビーズを使用しても、粒度Ｄ５０に顕著な変化は見られないことが判明した。
・ Ｎｏ．２と５との比較から、乾式は安価な５ｍｍビーズを使用しても、同じエネルギーでさほど変わらない粒度Ｄ５０が得られることが判明した。
・ Ｎｏ．３と７との比較から、乾式は安価な３ｍｍビーズを使用しても、同じエネルギーでほぼ同じ粒度Ｄ５０が得られることが判明した。
・ 同じエネルギー効率にも関わらず、乾式の方が圧倒的に安価なビーズで所望の粒度の微粉炭を得られることが判明した。
・ Ｎｏ．６と８との比較から、原料粒度に倍半分相違があるため、同じエネルギーではＮｏ．８の方が微粉炭粒度が大きくなる傾向が認められるが、Ｎｏ．７と９との比較から、わずかに小さいビーズにすることで、原料粒度が倍かつ同じエネルギーにも関わらず同等な粒度の微粉炭を得られることが判明した。
・以上より、乾式ビーズミルであれば、安価な２．８ｍｍ程度のビーズを使用しても、原料炭のバラつきに左右されず、低エネルギーにＤ５０＝３μｍ前後の微粉炭を得ることができる。

＜原料粒度の粉砕への影響の確認試験＞
粒径の異なる原料炭を用意し、乾式ビーズミルを用いて粒度Ｄ５０＝３μｍを目標に粉砕（循環粉砕ではなく一回だけ粉砕機に通して粉砕を行った）し、粉砕品のＤ１０、Ｄ５０、Ｄ９０を測定した。測定結果を表４に示す。また、この測定結果をグラフ化したものを図１７に示す。図１７中の下側の近似直線近辺に集中するプロットがＤ１０であり、上側の近似直線近辺に集中するプロットがＤ９０である。

この試験結果から、原料炭のバラつきや粉砕条件（粉砕エネルギー効率など）が異なっても、乾式ビーズミルで得られた粉砕品の粒度Ｄ５０とＤ１０、Ｄ９０の関係には一貫した傾向が認められた。つまり、乾式ビーズミルで得られる粉砕品の粒度分布は、粒度Ｄ５０に対して一定の比率でばらついた。図１７に示す直線近似より、Ｄ１０はＤ５０に対して、おおよそ０．４４０１倍の比率で変動しており、Ｄ９０はＤ５０に対して、おおよそ２．１１６２倍の比率で変動していることが分かる。粉砕品の目標粒度Ｄ５０が３μｍの場合、この比率を使用すると、Ｄ１０、Ｄ９０はそれぞれ下記の数値となり、原料炭のバラつきや粉砕条件（粉砕エネルギー効率など）が異なっても、得られる粉砕品は下記式からＤ１０〜９０＝１．３〜６．３μｍの範囲の粒度分布を示すことが推測される。
Ｄ１０ ＝ ０．４４０１×Ｄ５０（μｍ） ≒ １．３ μｍ
Ｄ９０ ＝ ２．１１６２ × Ｄ５０（μｍ） ≒ ６．３ μｍ

本発明は、河川水、各種工業用水等の被処理水を活性炭により浄化するのに利用される。

１…混和池、２…フロック形成池、３…沈殿池、４…ろ過池、１０…ドライ粉末活性炭注入設備、ＲＷ…原水、ＳＷ…給水、１１…活性炭貯留槽、１２…振動排出機、１３…ロータリーバルブ、１４、１８…粉末定量供給機、１５…溶解槽、１６…ポンプ、１７…エジェクタ、２０…ウエット粉末活性炭注入設備、２１…溶解槽、２２…注入ポンプ、３１…移送ポンプ、３２…活性炭スラリー貯留槽、３２…注入ポンプ、４１…粉砕機、ＷＣ…ウエット粉末活性炭、ＤＣ…ドライ粉末活性炭、ＣＷ…処理済み水、ＦＣ…粉砕品、ＡＰ…注入点。

Claims (5)

1. ドライ粉末活性炭を貯留する活性炭貯留槽と、
   前記活性炭貯留槽に貯留されたドライ粉末活性炭を切り出して定量供給する供給量可変の供給部と、
   この供給部から供給されるドライ粉末活性炭と、別途流量一定で供給される溶解水とを混合して所定濃度の活性炭のスラリーを連続的に製造する溶解槽と、
   この溶解槽で連続的に製造されるスラリーを貯留するための活性炭スラリー貯留槽と、
   この活性炭スラリー貯留槽に貯留されたスラリーを注入点に圧送供給する流量可変の注入ポンプと、を備えたことを特徴とするドライ粉末活性炭注入設備。
2. 前記活性炭貯留槽と前記溶解槽との間のドライ粉末活性炭の経路に、前記ドライ粉末活性炭を微粉化する粉砕機を備えた、請求項１記載のドライ粉末活性炭注入設備。
3. 前記供給部が前記粉砕機と前記溶解槽との間のドライ粉末活性炭の経路に設けられている、請求項２記載のドライ粉末活性炭注入設備。
4. 前記粉砕機を経由して前記溶解槽に導く経路の他に、前記粉砕機の上流側から前記粉砕機を経由せずに前記溶解槽に導く経路を備え、これらの経路を切り替えるための切り替え装置を備えた、請求項２又は３記載のドライ粉末活性炭注入設備。
5. ドライ粉末活性炭を溶解槽に定量供給し、溶解槽でドライ粉末活性炭を及び溶解水を混合して所定濃度の活性炭のスラリーを製造し、溶解槽で製造したスラリーを活性炭スラリー貯留槽に貯留し、この活性炭スラリー貯留槽に貯留されたスラリーを注入ポンプにより注入点に圧送供給するドライ粉末活性炭注入方法であって、
   前記溶解槽に対するドライ粉末活性炭の供給量、及び前記注入ポンプによるスラリーの圧送量を制御することにより、前記注入点に対するドライ粉末活性炭の注入量を制御することを特徴とするドライ粉末活性炭注入方法。