JP3458380B2 - 水の浄化方法および装置 - Google Patents

水の浄化方法および装置

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伸之 芦江
進 斎藤
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、水道水の浄化方法および装置に関する。
背景技術 水道水は塩素ガスや次亜塩素酸ソーダなどによる塩素
殺菌処理に付されているので、水道水には残留塩素が次
亜塩素酸イオン（ClO-）若しくは次亜塩素酸（HClO）の
形で溶存している。残留塩素による臭いは俗にカルキ臭
（晒し粉臭）とも言われ、嫌われることが多い。また、
水道水中には、塩素と有機物との反応により生成する微
量の有機塩素化合物（クロロホルムCHCl3やブロモジク
ロロメタンCHCl2Brを主とするトリハロメタン）が溶存
しており、トリハロメタンは発癌性を有する有害物質と
して注目されている。さらに、近年では、水源の水質汚
濁と富栄養化に伴い水源において植物性プランクトンが
繁殖する傾向にあり、プランクトンの代謝物又は分泌物
と考えられる発臭性の有機物が水道水に低濃度で溶存し
ている。斯るプランクトン由来の発臭物質としては２−
メチルイソボルネオールC11H20O（以下、２−MIB）やジ
オスミンC12H22Oが知られており、黴くさい臭いがする
ので黴臭物質又は臭気物質と言われ、やはり敬遠されて
いる。
斯る有害物質や発臭物質を除去し、健康的で美味しい
水を得るため、従来、家庭用または業務用の浄水器が使
用されている。初期の浄水器は粒状活性炭を使用したも
ので、残留塩素のほか、一時的ではあるがトリハロメタ
ンや有機発臭物質を除去することができる。残留塩素は
粒状活性炭表面の活性サイト（Ｃ−O-結合）の化学吸着
により除去されるものと考えられており、従って塩素に
対する吸着性能は粒状活性炭の比表面積に依存するもの
と考えることができる。これに対し、トリハロメタンや
有機発臭物質は、水和されたそれらの分子が粒状活性炭
の細孔に捕捉されることにより、物理的に吸着されるも
のと考えられている。
活性炭に水道水を接触させることより残留塩素（次亜
塩素酸イオン若しくは次亜塩素酸）を除去すると、浄水
器の非使用時には、活性炭にバクテリアが繁殖し、衛生
的でない。そこで、活性炭を100〜150℃の温度で煮沸す
ることによりバクテリアを死滅させ、活性炭を殺菌する
ことが提案されている（特開昭49−70450号；特開昭63
−62591号）。また、加熱により、トリハロメタン（ク
ロロホルムの沸点は61.2℃；ブロモジクロロメタンの沸
点は90.1℃）が活性炭の細孔から脱着されて空気中に放
逐されると共に、活性炭表面のＣ−O-結合が解離して活
性点が復活するので、トリハロメタンと塩素に関しては
粒状活性炭が再生され、寿命が延長すると考えられてい
る。しかしながら、２−MIBとジオスミンはトリハロメ
タンよりも大きな分子量を有し（夫々、168と182）、従
って、それらの沸点は水の沸点より高いので（夫々、約
208℃と約254℃）、煮沸によっては殆ど駆逐されない。
煮沸による殺菌と再生の可能性は別とし、塩素由来の
トリハロメタンとプランクトン由来の発臭物質（主とし
て、２−MIBとジオスミン）を長期間にわたって完全に
除去しようという観点から見れば、細孔での物理吸着に
基づく粒状活性炭の吸着性能は、次の２つの理由によ
り、十分でないものと考えられる。
第１に、物理吸着の原理に基づいて活性炭に物質を吸
着させるためには物質毎に最適の細孔直径があると考え
られているが、粒状活性炭の細孔直径分布は、一般に、
特定の物質を選択的に吸着するのに適していない。第１
図および第２図のグラフにより説明するに、第１図のグ
ラフは市販の３種の粒状活性炭Ａ〜Ｃの累積細孔容積
（150Å未満は窒素吸着法により測定しCranston ＆ Ink
ley法により解析;150Å以上は水銀圧入法により測定）
を示す。第２図のグラフは、粒状活性炭の細孔直径分布
を調べるため、第１図の累積細孔容積Ｖを細孔直径Ｄで
微分したものである。第１図および第２図のグラフか
ら、粒状活性炭においては、細孔直径は非常に広い範囲
に分布していることが分かる。この事実は、粒状活性炭
は、小さな粒子サイズの物質から大きな粒子サイズの物
質に至る種々のサイズの物質を同時に吸着するには適し
ているが、特定の物質にターゲットを絞りにくいことを
意味している。
より詳しくは、トリハロメタンと上記発臭物質の吸着
について言えば、粒状活性炭は、トリハロメタンや発臭
物質とは粒子サイズの異なる他の物質を吸着できる直径
の細孔をかなり有し、トリハロメタンや発臭物質以外の
物質を吸着できるだけの余分な吸着容量を有するが故
に、その分だけトリハロメタンと発臭物質に対する吸着
容量が限られていることになる。従って、トリハロメタ
ンと発臭物質をターゲットにし、それらを集中的かつ選
択的に吸着除去しようという観点からは、粒状活性炭が
有する吸着性能を充分有効に利用することができない。
これは、これらの物質（いわば、ターゲット物質）に対
する粒状活性炭の寿命が短いことを意味している。
第２の難点は、粒状活性炭の吸着速度に関連するもの
である。粒状活性炭の細孔構造は正確には解明されてい
ないが、第２図のグラフの細孔分布から想像すると、粒
状活性炭は第３図のモデルに示したような細孔構造を有
するものと考えられている（石崎著「繊維状活性炭とそ
の利用」、『ケミカル・エンジニアリング』（1984年７
月号）、図７による）。このように、粒状活性炭の細孔
は粒子内部まで入り組んで延長しており、物質が細孔へ
アクセスするのに時間を要するので、粒状活性炭は吸着
速度が遅い。このため、トリハロメタンや発臭物質のよ
うに水道水中に低濃度で溶存する物質を完全に吸着させ
るにはかなりの接触時間を要する。
このような理由により、粒状活性炭を用いた浄水器で
は、大量の活性炭を使用するか、或いは、活性炭を頻繁
に交換することが必要になる。大量使用は浄水器が大型
になるという不具合がある。家庭用であると業務用であ
るとを問わず、浄水器は台所のような環境で使用される
ものであるから、出来るだけ小型であることが要請され
ている。
アクリル系やフェノール系等の繊維を炭化し活性化
（賦活）することにより製造される活性炭素繊維は、粒
状活性炭に比べて、吸着速度が速く、かつ、細孔直径分
布が狭いという利点があるので、最近の浄水器に使用さ
れつつある。しかし、この場合においても、小型の浄水
器では活性炭素繊維の充填量に自ずと限界があるので、
今日市販されている一般的な浄水器は活性炭素繊維のカ
ートリッジを半年から１年毎に交換するように設計され
ている。従って、定期的なカートリッジ交換を要すると
共に、高額なカートリッジを購入するためにランニング
コストが嵩む。
水蒸気により活性炭素繊維を再生することは提案され
ている（実開昭55−39095号；特開昭60−225641号）。
しかし、前述したようにプランクトン由来の発臭物質で
ある２−MIBやジオスミンの沸点は水の沸点よりかなり
高いので、これらの物質に対する吸着性能に関しては大
気圧下の水蒸気による再生が殆ど効かない。特開昭61−
42394号には、100〜200℃の加圧又は過熱水蒸気を用い
て活性炭素繊維を再生することが提案されている。この
方法は工業用水処理には応用可能であろうが、２−MIB
やジオスミンを揮散させ得るような温度の加圧・過熱水
蒸気を通過させるためには大きな電力と吸着槽の耐圧設
計が必要となるので、家庭用や業務用の浄水器には適用
するのが困難である。
活性炭素繊維を空気中で350〜400℃の温度で加熱し再
生することも提案されている（実開昭58−146595号）。
しかし、活性炭素繊維は、通常、直径５〜20μｍの非常
に細い繊維からなり、加熱により容易に焼損すると共に
ボロボロに熱劣化するので、２−MIBやジオスミンを揮
散させ得るような温度にまで加熱するのは好ましくな
い。
発明の開示 本発明の目的は、水道水中に溶存する塩素殺菌由来の
有機塩素化合物と水源微生物由来の発臭物質を、限られ
た量の活性炭素繊維により長期間にわたって効果的に除
去することが可能な水浄化方法および装置を提供するこ
とにある。
本発明の他の目的は、水道水中に溶存するトリハロメ
タンのような健康上有害な物質と、２−MIBやジオスミ
ンのように高い沸点を有し脱着の困難な物質を、限られ
た量の活性炭素繊維により長期間にわたって効果的に除
去することが可能な水浄化方法および装置を提供するこ
とにある。
本発明の他の目的は、水道水中に低濃度で溶存する塩
素殺菌由来の有機塩素化合物と水源微生物由来の発臭物
質を効果的に除去することが可能で、小型でコンパクト
な浄水器を提供することにある。
本発明の他の目的は、トリハロメタンのような有害物
質と２−MIBやジオスミンのような発臭物質を効果的に
除去することが可能で、活性炭素繊維の寿命が長く、数
年もの長期間にわたり活性炭素繊維を交換することなく
使用することの可能な、ランニングコストの小さな水浄
化方法および装置を提供することにある。
本発明は： １）限られた量の活性炭素繊維を使用しながらも長期間
にわたって水道水を効果的に浄化するためには、２−MI
Bやジオスミンのような大きな分子量をもった発臭物質
にターゲットを絞り、これらの物質をできるだけ大量に
吸着することが可能な（つまり、これらの物質に対する
吸着容量が大きな）活性炭素繊維を主として使用するこ
とにより、通常の煮沸温度では脱着しにくいこれらの物
質に対する活性炭素繊維の寿命を、再生によることな
く、出来るだけ延長させなければならない（発臭物質の
選択的吸着）という技術理想と、 ２）分子量160〜190の物質を選択的かつ大量に吸着する
のに最適な活性炭素繊維は、水蒸気吸着法による測定で
約1.8〜3.0nm（好ましくは、約2.0〜2.7nm）の中心細孔
直径（第４図に基づいて後程定義する）を有する活性炭
素繊維であるという知見（活性炭素繊維の中心細孔直径
の最適化）と、 ３）２−MIBやジオスミンのような大きな分子量をもっ
た物質を選択的に吸着するに適した中心細孔直径を有す
る活性炭素繊維は、しかしながら、分子量のより小さな
トリハロメタンの少量を一時的に吸着するに充分な吸着
性能を有する（トリハロメタンに対する一時的吸着性能
の存在）という知見と、 ４）斯る活性炭素繊維のトリハロメタンに対する僅かな
吸着性能を加熱により随時回復させながら活性炭素繊維
の使用を継続することにより、トリハロメタンに対する
活性炭素繊維の寿命を充分に延長させることができる
（トリハロメタンに対する活性炭素繊維の吸着性能の再
生）という技術思想、 に立脚している。
このため、本発明の浄水器および浄水方法は、水蒸気
吸着法による測定で約1.8〜3.0nm（好ましくは、約2.0
〜2.7nm）の中心細孔直径を有する活性炭素繊維を主と
して使用し、水道水を活性炭素繊維に接触させることに
より水道水中に溶存し約160〜190の分子量を有する発臭
物質を活性炭素繊維に選択的に吸着させると同時に分子
量の小さなトリハロメタンも一時的に吸着させ、非使用
時にトリハロメタンの沸点以上（好ましくは、水の沸点
以上）の温度で、かつ、発臭物質の沸点以下の温度に活
性炭素繊維を随時加熱することにより、活性炭素繊維に
吸着されたトリハロメタンを活性炭素繊維から脱着さ
せ、トリハロメタンに対する吸着性能について活性炭素
繊維を再生することを特徴とするものである。
このように約1.8〜3.0nm（好ましくは、約2.0〜2.7n
m）の中心細孔直径を有する活性炭素繊維を使用するこ
とにより、分子量の大きな発臭物質に対しては最初から
充分な吸着容量が確保されているので、浄水器を充分小
型に設計した場合でも、通常の水質条件下では活性炭素
繊維を交換することなく４〜７年もの長期間にわたって
発臭物質を吸着させることができ、発臭物質に関する活
性炭素繊維の寿命を著しく延長させることができる。
トリハロメタンの除去については、1.8〜3.0nmの中心
細孔直径を有する活性炭素繊維は少量のトリハロメタン
を一時的に吸着するに充分な吸着性能があることと、加
熱により低沸点のトリハロメタンを容易に揮発させてト
リハロメタンに対する吸着容量を随時回復できることと
相俟って、発臭物質に関する活性炭素繊維の所与の寿命
期間（好ましくは、４〜７年）を通じてトリハロメタン
に対する吸着性能を充分に維持することができる。
このように、加熱脱着の困難な発臭物質については活
性炭素繊維の細孔直径の最適化により充分な吸着容量
（細孔容積）を確保することができるという観点と、加
熱脱着の容易なトリハロメタンについては活性炭素繊維
の再生を伴いながら実用上充分な吸着を行うことができ
るという観点において、活性炭素繊維の有する吸着性能
が二重に利用され、従って、活性炭素繊維の有する吸着
性能が有効にフルに利用されるので、限られた量の活性
炭素繊維によりトリハロメタンと発臭物質の双方を長期
間にわたって効果的に除去することができる。
本発明に使用可能な活性炭素繊維は種々のメーカーか
ら入手することができるもので、本発明者の知るところ
によれば、岡山県備前市のクラレケミカル（株）の活性
炭素繊維“FT−25"および“FT−20"や大阪市の大阪ガス
（株）の活性炭素繊維“Ａ−20"を好適に使用すること
ができる。
活性炭素繊維“FT−25"は第４図のグラフに示したよ
うな細孔特性を有する。第４図のグラフにおいて縦軸は
累積細孔容積Ｖを表し、細孔直径Ｄを表す横軸は対数目
盛りになっている。水蒸気吸着法によって測定した累積
細孔容積Ｖが実線カーブによりプロットしてある。鎖線
カーブはこの活性炭素繊維の細孔直径分布を示すための
もので、実線カーブで示された累積細孔容積Ｖを細孔直
径Ｄで微分したものである（従って、細孔直径分布につ
いては、縦軸は△V/△logDとなる）。この鎖線カーブか
ら、細孔直径分布は特定の細孔直径においてピークを呈
し、累積細孔容積のうちでこの直径の細孔が占める割合
が最も高いことが分かる。本明細書（請求の範囲を含
む）において使用する“中心細孔直径”の用語は、この
ピークに対応する細孔直径Ｄを意味する（なお、細孔の
断面形状は必ずしも真円ではないと考えられるが、慣習
に従い横断方向サイズは“直径”の語で表現する）。
“FT−25"は約2.7nmの中心細孔直径を有する。また、こ
の活性炭素繊維の場合には、直径2.4nmから3.0nmまでの
細孔の占める細孔容積はほぼ0.4m/gであることが分か
る。
本発明者の知見によれば、約2.7nmの中心細孔直径を
有する活性炭素繊維は、プランクトン由来の発臭物質
（特に、２−MIB）を選択的に吸着するのに適してい
る。これは、２−MIBの分子の直径が水和によって大き
くなり、活性炭素繊維の細孔直径に適合するからである
と考えられる。
活性炭素繊維は不織布の形のものを使用することがで
き、家庭用の浄水器として約５／分の流量で４〜７年
の期間にわたり活性炭素繊維を交換することなく水道水
を浄化する場合には、約40〜70gの活性炭素繊維を処理
槽に充填することができる。活性炭素繊維への懸濁粒子
成分の負荷を軽減し、活性炭素繊維の寿命を延長させる
ため、処理槽の上流には中空糸膜等のフィルターを備え
た過段を設け、水道水中の赤錆等の粒子成分を予め除
去するのが好ましい。
活性炭素繊維を充填した処理槽をトリハロメタンの沸
点以上、好ましくは、水の沸点以上、例えば100〜120
℃、の温度に加熱することにより、活性炭素繊維を随時
再生することができる。加熱は浄水器の非使用時に定期
的に行うことができ、例えば、タイマー制御の電気ヒー
ターを使用して毎日夜間約60分間程度自動的に行うのが
好ましい。加熱により処理槽内の水は沸騰し、活性炭素
繊維は煮沸殺菌されると同時に、それまでに吸着されて
いたトリハロメタンは活性炭素繊維から脱着され、トリ
ハロメタンについて活性炭素繊維は再生される。
図面の簡単な説明 第１図は、粒状活性炭の累積細孔容積を示すグラフ； 第２図は、第１図のグラフの累積細孔容積を細孔直径
で微分したもので、細孔直径の分布を示し； 第３図は、粒状活性炭の細孔構造のモデルを示す模式
図； 第４図は、活性炭素繊維“FT−25"の累積細孔容積と
細孔直径分布を示すグラフ； 第５図および第６図は、実験例１の結果を示すグラフ
で、夫々、トリハロメタンの流出率および２−MIBの流
出率を示し； 第７図および第８図は、実験例２の結果を示すグラフ
で、夫々、トリハロメタンの流出率および２−MIBの流
出率を示し； 第９図および第10図は、実験例３の結果を示すグラフ
で、夫々、トリハロメタンの流出率および２−MIBの流
出率を示し； 第11図は実験例４に用いた活性炭素繊維の累積細孔容
積と細孔直径分布を示すグラフ； 第12図および第13図は、実験例４の結果を示すグラフ
で、夫々、トリハロメタンの流出率および２−MIBの流
出率を示し； 第14図は、本発明の浄水器の実施例の斜視図； 第15図は、第14図のXV−XV線に沿った断面図； 第16図は、第14図と第15図に示した浄水器の制御回路
のブロック図； 第17図は、制御回路の動作を示すフローチャートであ
る。
発明を実施するための最良の形態 最初に、実験例１および２に基づいて本発明の原理を
より詳しく説明する。
実験例１ 大阪ガス（株）の活性炭素繊維“Ａ−10"（水蒸気吸
着法による測定で中心細孔直径1.65nm）200gと“Ａ−2
0"（中心細孔直径2.73nm）200gを、夫々、0.15g/mの
充填密度で容積1335mの容器に別々に充填し、被処理
水を通水しながら、流出水中のトリハロメタンと２−MI
Bの濃度を測定した。被処理水としては、北九州市の水
道水に２−MIBを100ng/の濃度になるように添加した
ものを使用した。トリハロメタンは元々水道水に含まれ
ている分だけであり、添加はしなかった。測定結果を第
５図および第６図のグラフに示す。これらのグラフにお
いて、縦軸は水道水の初期濃度に対する流出濃度を表
し、トリハロメタンおよび２−MIBに対する活性炭素繊
維の吸着性能を示す。横軸は活性炭素繊維容積に対する
通水倍数（積算通水量を活性炭素繊維の充填容積で割っ
たもの）を表す。第５図のグラフは総トリハロメタン
（クロロホルム、ブロモジクロロメタン、その他のトリ
ハロメタンの合計）の流出率を示し、第６図のグラフは
２−MIBの流出率を示す。
第６図のグラフは、2.73nmの中心細孔直径を有する活
性炭素繊維“Ａ−20"は２−MIBを良く吸着するが、中心
細孔直径1.65nmの“Ａ−10"活性炭素繊維は２−MIBの吸
着にはあまり効果がないことを示している。
他方、第５図のグラフは、トリハロメタンの吸着に
は、中心細孔直径2.73nmの活性炭素繊維“Ａ−20"より
は、中心細孔直径1.65nmの“Ａ−10"の方が遙かに適し
ていることを示している。しかしながら、通水倍数（積
算通水量）が小さい間は、中心細孔直径の大きな“Ａ−
20"でもある程度トリハロメタンを吸着できることが判
る。
以上から、中心細孔直径2.73nmの活性炭素繊維“Ａ−
20"は、２−MIBの吸着に適しているが、トリハロメタン
に対する吸着性能は皆無ではなく、多少のトリハロメタ
ンを吸着できることが判る。
実験例２ この実験例は、中心細孔直径2.73nmの活性炭素繊維
“Ａ−20"において、トリハロメタンに対する吸着性能
が再生可能であることを示す。
容積269mの容積に40gの活性炭素繊維“Ａ−20"を充
填した。充填密度は0.15g/mであった。150通水（通
水倍数にして558倍）毎に30分間にわたり活性炭素繊維
を煮沸して再生しながら、実験例１と同じ被処理水を通
水し、トリハロメタンと２−MIBの流出濃度を測定し
た。また、比較のため、煮沸再生をすることなく通水し
ながら、同様に流出濃度を測定した。結果を第７図およ
び第８図のグラフに示す。
第７図のグラフから、煮沸を繰り返しながら中心細孔
直径2.73nmの活性炭素繊維“Ａ−20"を使用する場合に
は、煮沸しない場合に比べ、より長期間にわたってトリ
ハロメタンに対する吸着性能を維持することができるこ
とが判る。これは、煮沸によりトリハロメタンが活性炭
素繊維から放逐されることで活性炭素繊維が再生され、
トリハロメタンに対する吸着性能が回復するからである
と考えられる。これに対し、第８図のグラフから判るよ
うに、２−MIBに関する吸着性能については、煮沸・再
生の効果は顕著ではない。
以下の実験例は本発明の実施例に係わるものである。
実験例３ 実験例２よりも再生頻度と再生時間を増加しながらよ
り長時間にわたって試験した。被処理水としては茅ヶ崎
市の水道水に２−MIB濃度が100ng/、トリハロメタン
濃度が100μg/になるように２−MIBとクロロホルムを
添加したものを使用し、活性炭素繊維としてはクラレケ
ミカル（株）の活性炭素繊維“FT−25"（水蒸気吸着法
による測定で中心細孔直径2.64nm）を用いた。6.7gの
“FT−25"活性炭素繊維を容積45mの容積に充填し（充
填密度0.15g/m）、12通水（通水倍数で266倍）毎に
80分間煮沸することにより活性炭素繊維を再生しなが
ら、トリハロメタンと２−MIBの流出量（％）を測定し
た。結果を第９図および第10図のグラフに示す。
第９図および第10図のグラフから判るように、実用上
充分な長期間にわたってトリハロメタンおよび２−MIB
を効果的に除去することができた。
実験例４ クラレケミカル（株）の活性炭素繊維“FT−20"を用
いた点を除いては、実験例３と同様の条件で試験した。
活性炭素繊維“FT−20"の累積細孔容積と細孔直径分布
を第11図に示す。第11図のグラフから分かるように、活
性炭素繊維“FT−20"は、水蒸気吸着法による測定で、
2.06nmの中心細孔直径を有する。トリハロメタンと２−
MIBの流出率を第12図および第13図のグラフに示す。こ
れらのグラフから分かるように、中心細孔直径2.06nmの
活性炭素繊維“FT−20"によっても、活性炭素繊維“FT
−25"と同様に、トリハロメタンおよび２−MIBを効果的
に除去することができた。
次に、第14図および第15図を参照しながら、本発明の
浄水器の好適な実施例を説明する。図示した浄水器10
は、概略的には、水道水中に浮遊する赤錆や微生物など
の粒子成分を過作用により除去するための過段12
と、水道水中に溶存する塩素やトリハロメタンや発臭物
質（特に、２−MIBやジオスミン）のような有害な或い
は不本意な物質を活性炭素繊維の吸着作用により除去す
るための吸着段14からなり、吸着段14は電気ヒーター16
により周期的に加熱されるようになっている。
より詳しくは、浄水器10は、基台18と、この基台に固
定された中央ハウジング20と、この中央ハウジングにス
ナップ嵌合された上ハウジング22と、この上ハウジング
に載置されたキャップ24とを有する。基台18に固定され
た下ケーシング26と、この下ケーシングに液密に螺合さ
れた上ケーシング28とで、過室30が形成され、この
過室30には従来型の中空糸膜フィルター・モジュール32
が交換自在に配置されている。中空糸膜フィルター・モ
ジュール32に代えて、他の形式のフィルターを使用して
もよい。浄化処理すべき水道水は、入口ホース34と入口
スイベル継手36を介して過室30に送られ、フィルター
・モジュール32の複数の入口開口38を介してフィルター
・モジュール32内に入り、中空糸膜により過された水
道水は出口スイベル継手40とホース42を介して吸着段14
に送られる。
吸着段14には、活性炭素繊維を収容した交換可能なカ
ートリッジ44の形の処理槽が配置されている。活性炭素
繊維カートリッジ44は、ステンレス鋼板を深絞り成形し
てなる有底円筒形の容器46のステンレス鋼板製の円環形
の蓋48とを有し、両者は周縁50に沿って気密を巻締めて
ある。蓋48には円弧状の複数のスリット（図示せず）が
穿孔してあり、ホース42から送られた水がカートリッジ
44内に流入するようになっている。カートリッジ44の中
央にはステンレス製多孔円筒52が配置してあり、この円
筒52の周りには活性炭素繊維54の不織布が約0.15g/m
の充填密度でぐるぐると巻き付けて拘束してある。活性
炭素繊維54はバインダーを用いて成形してもよい。発臭
物質（２−MIBやジオスミン）に対する吸着性能を４〜
７年の期間にわたって維持しながらも、活性炭素繊維カ
ートリッジ44を出来るだけ小型にするためには、活性炭
素繊維54としては、約2.0〜2.7nmの中心細孔直径（水蒸
気吸着法による）を有するものを専ら使用するのが好ま
しい。しかし、カートリッジ44のサイズの若干の増加が
許容される場合には、中心細孔直径のより小さな又はよ
り大きな活性炭素繊維を少量併用してもよい。
平均的な水質条件下で使用する場合には、カートリッ
ジ44には約70gの活性炭素繊維を充填するのが好まし
い。この点に関し、前記実験例３の結果を示す第９図お
よび第10図のグラフから、90、000倍の通水まではトリ
ハロメタンおよび２−MIBの流出率を共に30％に抑える
ことができることがわかる。浄水器の１日の使用量（通
水量）を15／日とすると、７年分の累積通水量は、 15×365日×７年＝38、300 となる。この量が90、000倍であるためには、活性炭素
繊維の容積は、 38、000/90、000＝0.426＝426m を要する。活性炭素繊維の充填密度は0.15g/mである
から、重量は、 426×0.15＝64g となる。同様に、４年分では、37gとなる。従って、４
〜７年間の使用に対して、約40〜70gの活性炭素繊維で
充分であることがわかる。
活性炭素繊維カートリッジ44は中央ハウジング20の環
状支持部56によって支持され、上蓋兼用マニホールド58
によって閉鎖されている。マニホールド58には入口60が
設けてあり、過段12で過されホース42から入来する
水がマニホールド58の入口60から蓋48のスリットを介し
て矢印62で示したようにカートリッジ44内に流入し、活
性炭素繊維54の周囲に充満するようになっている。水は
そこから半径方向内向に活性炭素繊維54を通過し、その
際、水中に溶存する塩素やトリハロメタンや発臭物質は
活性炭素繊維に吸着される。処理された水は多孔円筒52
を通過してその内側に回収され、マニホールド58の出口
64からサーモスタット・バルブ66に送られる。サーモス
タット・バルブ66は熱膨脹性のワックスを用いたもの
で、温度が例えば80℃以下の時にはマニホールド58の出
口64を出口ホース68に連通し、温度が80℃を超えた時に
は出口64をキャップ24に形成された蒸気放出口70に連通
するようになっている。
活性炭素繊維カートリッジ44の容器46底部の裏面には
電気ヒーター16が伝熱関係で接触させてあり、ヒーター
に通電したときにカートリッジ44が加熱されるようにな
っている。ヒータ16としては、ニクロム線を雲母箔で挟
んだ従来型のものを使用することができる。ヒーター16
は基台18内に配置した制御回路72から通電され、この制
御回路には電気コード74を介して電力が供給される。制
御回路72は、後述するように、毎日深夜などの所定の時
刻に自動的にヒーターをタイマー駆動するようにプログ
ラムすることができる。容器46底部の裏面には、また、
伝熱接触関係でサーミスタ76のような温度検出素子が配
置してあり、容器46の底部の温度を監視するようになっ
ている。第15図からよく分かるように、容器46の中央部
は上げ底になっており、この中央上げ底部にサーミスタ
76が接触させてある。サーミスタ76の出力は制御回路72
に送られる。第14図に示したように、浄水器10の基台８
には、液晶表示パネル78と再生時刻設定スイッチ80と手
動再生スイッチ82を備えた操作表示部84が設けてある。
第16図に制御回路72の一例を示す。サーミスタ76の出
力は制御回路72に入力され、制御回路72は操作表示部84
の液晶表示パネル78とスイッチ80および82に接続されて
いる。図示した実施例では、制御回路72はプログラムさ
れたマイクロプロセッサ86を備え、このマイクロプロセ
ッサ86はソリッド・ステート・リレー（SSR）88を介し
てヒーター16への通電を制御するようになっている。電
源回路90の交流出力は、SSR88と温度ヒューズ92を介し
て電気ヒーター16に供給される。
マイクロプロセッサ86は、予め設定された所定時刻
（好ましくは、深夜の所定時刻）が到来すると毎日自動
的にヒーター16に通電するようにプログラムすることが
できる。使用者は、再生時刻設定スイッチ80を押すこと
により、例えば１時間単位で再生時刻をインクレメント
或いはデクレメントすることができる。また、使用者が
手動再生スイッチ82を押した時にもヒーター16に通電さ
れるようにプログラムすることができる。マイクロプロ
セッサ86は、ヒーター16への通電開始後はサーミスタ76
の出力を監視することにより活性炭容器46の中央上げ底
部の温度を監視し、この温度に応じてSSR88を後述する
ように制御する。
家庭で使用する場合には、この浄水器10は、例えば、
台所のカウンターの上に載置するか流し下の空間に設置
することができる。入口ホース34は水道管に接続し、出
口ホース68は蛇口に接続することができる。浄水器の使
用時には、水道管からの水道水は、先ず、過段12のフ
ィルター32の過作用により予備処理され、次に、吸着
段14の活性炭素繊維54の化学吸着作用と物理吸着作用に
より浄化される。浄化された水は飲用や料理に供するこ
とができる。
次に、第17図のフローチャートを併せ参照しながら、
活性炭素繊維54の再生について説明する。設定された時
刻が到来するか手動再生スイッチ82が押されると、マイ
クロプロセッサ86はSSR88を励磁し、ヒーター16への通
電を開始させる。同時に、液晶表示パネル78には“再生
中”または“準備中”などの使用禁止表示がなされ、使
用者が誤って浄水器を使用するのを防止する。
ヒーター16に通電が行われると、活性炭容器46の底部
は加熱され、容器46内に滞留する水は熱水となり、やが
て沸騰するであろう。発生した水蒸気は、マニホールド
58の出口64からサーモスタット・バルブ66に向かって上
昇する。サーモスタット・バルブ66の温度が80℃以上に
なると、サーモスタット・バルブ66は第15図において左
方に移動し、水蒸気が蒸気放出口70から大気に放出され
るのを可能にする。
活性炭容器46内に滞留する水が沸騰するに伴い、活性
炭素繊維54は煮沸滅菌されると共に、活性炭素繊維に吸
着された塩素や、沸点が水の沸点より低いトリハロメタ
ンは熱水と水蒸気の作用により容易に脱着され、活性炭
素繊維が再生される。
ヒーター16への通電は、サーミスタ76により検出され
る容器46の中央上げ底部の温度が120℃を超えるまで継
続される。容器46内の滞留水が蒸発するにつれて滞留水
の水位が下がるが、容器46は上げ底になっているので、
蒸発と水位低下に伴い先ずこの中央上げ底部が滞留水か
ら露出し、他の部分より早く温度が上昇する。このた
め、サーミスタ76により検出される中央上げ底部の温度
が120℃になった時でも、容器46の底部には少量の滞留
水が残留している。従って、サーミスタ76により120℃
の温度が検出された時にヒーターへの通電を終了させる
ことにより、活性炭素繊維の過熱を防止し、活性炭素繊
維の焼損と熱劣化を防止することができる。
容器46の中央上げ底部の温度が120℃を超えると、マ
イクロプロセッサ86はヒーター16への通電を終了させ
る。活性炭カートリッジ44が放熱により冷却され、サー
モスタット・バルブ66の雰囲気温度が80℃以下になる
と、サーモスタット・バルブ66はマニホールド58の出口
64をホース68に接続し、浄水器の使用に備える。容器46
が更に放熱冷却し、サーミスタ76の出力により容器底部
の温度が40℃に低下したことが検出されると、マイクロ
プロセッサ86は液晶表示パネル78に“使用可能”又は
“READY"と表示させ、浄水器が使用可能な状態にあるこ
とを使用者に知らせる。
このように、本発明によれば、トリハロメタンに比較
して大きな分子量と高い沸点（沸点207〜254℃）を有し
大気圧下の通常の煮沸では活性炭から脱着することが不
可能な２−MIBやジオスミンのような物質にターゲット
を絞って、約1.8〜3.0nmの中心細孔直径を有する活性炭
素繊維が使用されるので、これらの物質に対する活性炭
素繊維の充分な吸着容量（細孔容積）が最初から確保さ
れる。従って、これらの物質を長期間にわたって活性炭
素繊維に選択的に吸着させることができる。更に、活性
炭素繊維の煮沸・加熱により活性炭素繊維は随時再生さ
れ、トリハロメタンに対する吸着性能が長期間にわたっ
て維持される。このように、活性炭素繊維の有する大き
な分子量の物質に対する大容量の選択的吸着性能とトリ
ハロメタンに対する一時的吸着性能がフルに利用される
ので、限られた量の活性炭素繊維によりトリハロメタン
と発臭物質の双方を長期間にわたって効果的に除去する
ことができ、活性炭素繊維の寿命を著しく延長させるこ
とができる。従来技術において活性炭素繊維を半年〜１
年で交換しなければならなかったのに対し、本発明によ
れば活性炭素繊維寿命を４〜７年にまで延長させること
ができよう。
また、このようにトリハロメタンと発臭物質の双方に
関する活性炭素繊維の寿命が延長するので、浄水器を小
型でコンパクトにすることができ、或いは浄水処理に要
するランニングコストを著しく低減することができる。
以上には本発明の特定の実施例について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、種々の修正や
変更を加えることができる。特に、本発明は、中心細孔
直径1.8〜3.0nmの活性炭素繊維に加えて、中心細孔直径
のより小さな或いはより大きな少量の活性炭素繊維や粒
状活性炭を使用することを排除するものではない。ま
た、本発明の目的を達成するためには、フィルター32を
備えた過段12は不可欠ではなく、フィルターは省略す
ることができる。さらに、活性炭素繊維の再生に当り発
生した水蒸気は浄水器の蒸気放出口70から大気中に放出
されるものとして説明したが、ドレーン配管により流し
やトラップなどに排出することもできる。
フロントページの続き (72)発明者 大谷 孝幸 福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番 １号 東陶機器株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−68966（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−42394（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−198165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−137811（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−171385（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−103979（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−13595（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−76588（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C02F 1/28 B01D 15/00 B01D 35/04

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】水蒸気吸着法による測定で1.8〜3.0nmの中
    心細孔直径を有する活性炭素繊維に水道水を接触させ
    て、水道水中に溶存する水の沸点より高い沸点を有する
    発臭性の第２の物質を活性炭素繊維に選択的に吸着させ
    ると共に水の沸点より低い沸点を有する有害な第１の物
    質を活性炭素繊維に一時的に吸着させて水道水から除去
    する工程と、 斯く物質を吸着した活性炭素繊維を電気的加熱手段を用
    いて前記第１物質の沸点以上、かつ、前記第２物質の沸
    点以下の温度で加熱し、活性炭素繊維に吸着された前記
    第１物質を活性炭素繊維から脱着することにより、前記
    第１物質に対する活性炭素繊維の吸着性能を回復させる
    べく活性炭素繊維を再生する工程、 とを繰り返し、 前記第２物質は、その沸点以下の温度での前記加熱によ
    り活性炭素繊維から脱着することなく、活性炭素繊維に
    累積的に吸着させることを特徴とする水道水の浄化方
    法。
  2. 【請求項２】水蒸気吸着法による測定で1.8〜3.0nmの中
    心細孔直径を有する活性炭素繊維に水道水を接触させ
    て、水道水中に溶存する水の沸点より高い沸点を有する
    水源微生物由来の発臭物質を活性炭素繊維に選択的に吸
    着させると共に水の沸点より低い沸点を有する有機塩素
    化合物を活性炭素繊維に一時的に吸着させて水道水から
    除去する工程と、 前記工程で使用した活性炭素繊維を電気的加熱手段を用
    いて水の沸点以上、かつ、前記発臭物質の沸点以下の温
    度で加熱し、活性炭素繊維に吸着された前記有機塩素化
    合物を活性炭素繊維から脱着することにより、前記有機
    塩素化合物に対する活性炭素繊維の吸着性能を回復させ
    るべく活性炭素繊維を再生する工程、 とを繰り返し、 前記発臭物質は、その沸点以下の温度での前記加熱によ
    り活性炭素繊維から脱着することなく、活性炭素繊維に
    累積的に吸着させることを特徴とする水道水の浄化方
    法。
  3. 【請求項３】水の沸点より高い沸点を有する分子量約16
    0〜190の有機発臭物質を選択的に吸着するに適合した中
    心細孔直径を有する活性炭素繊維に水道水を接触させる
    ことにより、水道水中に溶存する前記有機発臭物質を活
    性炭素繊維に選択的に吸着させると共にトリハロメタン
    を活性炭素繊維に一時的に吸着させて除去する工程と、 斯く有機発臭物質とトリハロメタンを吸着した活性炭素
    繊維を電気的加熱手段を用いて水の沸点以上、かつ、前
    記有機発臭物質の沸点以下の温度で加熱し、活性炭素繊
    維に吸着されたトリハロメタンを活性炭素繊維から脱着
    することにより、トリハロメタンに対する活性炭素繊維
    の吸着性能を回復させるべく活性炭素繊維を再生する工
    程、 とを繰り返し、 前記有機発臭物質は、その沸点以下の温度での前記加熱
    により活性炭素繊維から脱着することなく、活性炭素繊
    維に累積的に吸着させることを特徴とする水道水の浄化
    方法。
  4. 【請求項４】前記再生工程において100〜120℃の温度で
    活性炭素繊維を加熱することを特徴とする請求項１から
    ３のいづれかに基づく浄化方法。
  5. 【請求項５】活性炭素繊維の中心細孔直径は2.0〜2.7nm
    である請求項１から４のいづれかに基づく浄化方法。
  6. 【請求項６】活性炭素繊維に接触させる水道水を予め濾
    過することを特徴とする請求項１から５のいづれかに基
    づく浄化方法。
  7. 【請求項７】水蒸気吸着法による測定で2.0〜2.7nmの中
    心細孔直径を有する活性炭素繊維に水道水を接触させ
    て、水道水中に溶存する水の沸点より高い沸点を有する
    発臭性の第２の物質を活性炭素繊維に選択的に吸着させ
    ると共に水の沸点より低い沸点を有する有害な第１の物
    質を活性炭素繊維に一時的に吸着させて水道水から除去
    する工程と、 斯く物質を吸着した活性炭素繊維を電気的加熱手段を用
    いて前記第１物質の沸点以上、かつ、前記第２物質の沸
    点以下の温度で加熱し、活性炭素繊維に吸着された前記
    第１物質を活性炭素繊維から脱着することにより、前記
    第１物質に対する活性炭素繊維の吸着性能を回復させる
    べく活性炭素繊維を再生する工程、 とを繰り返し、 前記第２物質は、その沸点以下の温度での前記加熱によ
    り活性炭素繊維から脱着することなく、活性炭素繊維に
    累積的に吸着させることを特徴とする水道水の浄化方
    法。
  8. 【請求項８】請求項１から７のいづれかに基づく方法を
    実施するための浄水器であって、 水蒸気吸着法による測定で1.8〜3.0nmの中心細孔直径を
    有する活性炭素繊維を充填した処理槽と、前記処理槽を
    加熱することにより前記活性炭素繊維を加熱する電気的
    加熱手段と、前記加熱手段を制御する制御手段とを備
    え、 使用時には前記処理槽に水道水を通水することにより、
    水道水中に溶存し水の沸点より低い沸点を有する第１の
    物質と水の沸点より高い沸点を有する第２の物質を活性
    炭素繊維に吸着させ、 非使用時には前記制御手段は前記加熱手段を作動させて
    前記第１物質の沸点以上で第２物質の沸点以下の温度に
    活性炭素繊維を加熱することにより、活性炭素繊維に吸
    着された前記第１物質を活性炭素繊維から脱着させ、第
    １物質に対する吸着性能について活性炭素繊維を再生す
    るようになっていることを特徴とする浄水器。
  9. 【請求項９】前記活性炭素繊維の中心細孔直径は2.0〜
    2.7nmである請求項８に基づく浄水器。
  10. 【請求項１０】水道水を濾過する手段を前記処理槽の上
    流に配置し、活性炭素繊維への粒子成分の負荷を軽減す
    るようにしたことを特徴とする請求項８又は９に基づく
    浄水器。
  11. 【請求項１１】請求項１から７のいづれかに基づく方法
    を実施するための浄水器であって、 水蒸気吸着法による測定で2.0〜2.7nmの中心細孔直径を
    有する活性炭素繊維を充填した処理槽と、前記処理槽を
    加熱することにより前記活性炭素繊維を加熱する電気的
    加熱手段と、前記加熱手段を制御する制御手段とを備
    え、 使用時には前記処理槽に水道水を通水することにより、
    水道水中に溶存し水の沸点より低い沸点を有する第１の
    物質と水の沸点より高い沸点を有する第２の物質を活性
    炭素繊維に吸着させ、 非使用時には前記制御手段は前記加熱手段を作動させて
    前記第１物質の沸点以上で第２物質の沸点以下の温度に
    活性炭素繊維を加熱することにより、活性炭素繊維に吸
    着された前記第１物質を活性炭素繊維から脱着させ、第
    １物質に対する吸着性能について活性炭素繊維を再生す
    るようになっていることを特徴とする浄水器。
  12. 【請求項１２】請求項１から７のいづれかに基づく方法
    を実施するための浄水器であって、 水を流通させるようになった処理槽と、水蒸気吸着法に
    よる測定で2.0〜3.0nmの中心細孔直径を有し前記処理槽
    に充填された活性炭素繊維と、前記処理槽を加熱するた
    めの電気的加熱手段と、前記加熱手段を制御する制御手
    段とを備え、 使用時には前記処理槽に水道水を通水することにより、
    水道水中に溶存するトリハロメタンと有機発臭物質を活
    性炭素繊維に吸着させ、 前記制御手段は非使用時に前記加熱手段を作動させて10
    0〜120℃の温度に活性炭素繊維を加熱することにより、
    活性炭素繊維に吸着されたトリハロメタンを活性炭素繊
    維から脱着させ、トリハロメタンに対する吸着性能につ
    いて活性炭素繊維を再生することを特徴とする浄水器。
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