JP3552912B2 - 活性炭の理化学的再生装置及び再生方法 - Google Patents

活性炭の理化学的再生装置及び再生方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水産業及び環境産業分野等において、汚染物質を吸着して除去するために使用される活性炭の再生装置及び再生方法に関するもので、特に理化学的な方法で活性炭を再生する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に活性炭を使用して水、大気等から汚染物質を吸着除去する技術は、その効果及び適用妥当性が立証されており、先進国では以前からその技術を導入し使用してきた。
【０００３】
この活性炭を使用した吸着施設を一定期間運転した後は、吸着性能の回復のために必ず活性炭を再生しなければならない。再生を行うことにより、活性炭の吸着性能が回復され、再生された活性炭を吸着工程で再使用することができるようになる。
【０００４】
使用された活性炭を再生する従来の方法としては、例えば、熱再生、溶媒抽出、湿式酸化等による方法があり、活性炭に吸着された汚染物質の性質により再生方法が選択される。
【０００５】
熱再生を利用する場合は、活性炭の製造に使用されるものと同様の９００℃〜１０００℃の高温の再生炉を使用する方法がある。しかし、その再生施設を設置するためには多大な施設費が必要である。又、現場に再生施設がないため再生サービスを受ける場合にも新活性炭価格の６０〜７０％程度の費用が必要とされる。従って、粒状活性炭の吸着技術を応用及び実用化することに対する一番大きい障害要素として、再生施設費及び運転、維持管理費を挙げることができる。さらに、活性炭を再生するには多くの費用がかかるため、実際に活性炭の吸着工程の設計に影響を及ぼし、かつ、運転及び維持管理面からも多くの制限を受ける。
【０００６】
また、単なる溶媒抽出による再生方法では再生効率が低く、使用した溶媒が活性炭に残留する可能性がある。そのため活性炭の再使用が制限されるという短所がある。
【０００７】
また、湿式酸化方法は、活性炭に不可逆的に吸着した物質の分解又は脱着が不十分であり、実用性が低いと報告されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点を解決すべくなされたもので、活性炭の吸着性能を高度に回復させることができ、かつ、運転及び操作管理費が高価でないような、使用された活性炭を再生するための活性炭の理化学的再生装置及び再生方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、汚染物質が吸着された活性炭を再生する方法において、活性炭をエタノール、水酸化ナトリウム溶液および水の混合溶液を使用して汚染物質を脱着させる第１段階を備えた活性炭の理化学的再生方法を提供する。
【００１０】
さらに、本発明は、再生活性炭を洗浄する第２段階をさらに備える活性炭の理化学的再生方法を提供する。
【００１１】
さらに、本発明は、第１段階で生じた廃液および前記第２段階で使用した洗浄液から前記エタノールを回収する第３段階をさらに備える活性炭の理化学的再生方法。
【００１２】
さらに、本発明は、混合溶液がエタノール１０〜５０重量％、水酸化ナトリウム溶液１〜４％及び残部に水を含有する活性炭の理化学的再生方法を提供する。
【００１３】
さらに、本発明は、混合溶液の温度が常温から１００℃である活性炭の理化学的再生方法を提供する。
【００１４】
さらに、本発明は、第１段階を６〜２４時間行う活性炭の理化学的再生方法を提供する。
【００１５】
さらに、本発明は、水の貯蔵手段、エタノールの貯蔵手段および水酸化ナトリウム溶液の貯蔵手段から所定量ずつ供給された水、エタノールおよび水酸化ナトリウムを混合するための混合器と、混合器から混合された反応溶液が供給され、充填された活性炭の汚染物質を脱着させるための再生反応器と、再生反応器内の混合溶液の温度を制御するための温度制御手段と、再生された活性炭を貯蔵する再生活性炭貯蔵手段とを含める活性炭の理化学的再生装置を提供する。
【００１６】
さらに、本発明は、再生反応器から排出される廃液が供給され廃液中のエタノールを回収するためのエタノール回収手段をさらに含める活性炭の理化学的再生装置を提供する。
【００１７】
さらに、本発明は、エタノール回収手段は、再生反応器から排出される廃液が供給され廃液内の前記エタノールを蒸留させるための蒸留器と、蒸留したエタノールを液体にするための冷却器と、冷却器からエタノールが供給され、混合器に再供給するための回収エタノール貯蔵器を含める活性炭の再生装置を提供する。
【００１８】
さらに、本発明は、蒸留器が温度制御手段により加熱される活性炭の理化学的再生装置を提供する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態で共通する部分、部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１に本発明の活性炭の理化学的再生工程のフローシートを示す。
【００２１】
図示するように、混合溶液がＮａＯＨを１〜４％、エタノ−ルを１０〜５０％及び水を含むように混合槽内で混合し、混合槽内で混合した混合溶液は脱着用水溶液として、再生しようとする活性炭が充填された再生反応器に送られる。
【００２２】
次に、再生反応器を完全に密閉した後、常温から１００℃において６〜２４時間維持する。その結果、吸着された汚染物質が活性炭から脱着される。
【００２３】
次いで、脱着反応後の廃液を廃液貯蔵タンクに循環させ、この温度を８０℃前後に維持して廃液中のエタノールを蒸発及び凝縮させて回収する。この回収されたエタノールを、混合タンクに循環させて次の再生工程で再活用する。
【００２４】
一方、汚染物質の脱着が完了した活性炭を再使用するために、活性炭に残留するエタノール及びＮａＯＨ等が完全に除去されるように洗浄する。この時、洗浄液は必ずしも純粋である必要はないため、一般の水道水等を使用する。又、ここで使用した洗浄液中に包含されたエタノールも、回収し再使用することができる。
【００２５】
以後、再生が完了した活性炭を、再生活性炭の貯蔵槽又は吸着地へ移送することにより再生工程が完了する。
【００２６】
図２に本発明の再生工程設備の構成を示す。
【００２７】
図２において、１は水貯蔵タンク、２はエタノール貯蔵タンク、３はＮａＯＨ溶液貯蔵タンク、４は水とエタノールとＮａＯＨ溶液の混合槽、５は再生反応器、７は再生活性炭貯蔵槽、８は廃液貯蔵槽、９は蒸留器、１０はエタノール回収用冷却器、１１は回収エタノール貯蔵槽、１２はヒ−ター、Ｐ１からＰ８はポンプ、ＴＣは温度制御機、ＴＩは温度計、ＦＩフロー絶縁体をそれぞれ示す。
【００２８】
これを詳細に説明すると、先ず活性炭を再生する際に使用する脱着水溶液を製造するために、水貯蔵タンク１、エタノール貯蔵タンク２及びＮａＯＨ溶液の貯蔵タンク３それぞれから、適量の水、エタノール、ＮａＯＨ溶液が混合槽４に供給されて混合される。
【００２９】
次に、混合槽４において混合された脱着水溶液が再生反応器５に供給され、この中に充填されている活性炭を理化学的方式により再生させる。この時、ボイラー６とヒーター１２とにより温度の調節が行われ、再生が完了した活性炭は洗浄工程を経て再生活性炭貯蔵槽７に移送され、使用された廃液は廃液貯蔵槽８に排出される。
【００３０】
次に、蒸留器９に廃液及び使用された洗浄液が供給され、廃液及び使用された洗浄液中に包含されているエタノールを蒸発させる。ここで、廃液及び使用された洗浄液の加熱はボイラー６により行う。又、蒸発されたエタノールは冷却器１０で回収されて回収エタノール貯蔵槽１１に貯蔵された後、混合槽４に供給され再使用される。
【００３１】
前述のような理化学的再生工程を使用して、実際の浄水場で１年４ヶ月間吸着に使用していた活生炭を再生した。活性炭としては、三千里（株）社製（石炭系活性炭製品）及びＣａｌｇｏｎ社製（商品名Ｆ−４００）を使用した。この活性炭の再生工程条件はエタノールが１０〜５０％、ＮａＯＨが１〜４％、及び温度（常温〜１００℃）をそれぞれ組み合せて１０８種の場合を設定し、再生工程に使用した後の廃液に含まれている自然背景有機物の相対的な量を表わす指標として、廃液のＵＶ２５４ｎｍにおける吸光度を測定して、活性炭から脱着した有機物質の相対的な量を表わした。この測定結果は次の通りである。
【００３２】
脱着反応結果は、常温で実施すると、水道水の最低８，０００倍から最高３０，０００倍以上の高い吸光度を示し、６０℃の場合１５，０００倍から５０，０００倍以上、８０℃場合１６，０００倍から８０，０００倍以上、１００℃の場合１１，０００倍から８５，０００倍以上の非常に高い吸光度を示した。このことから吸着されていた汚染物質が、高濃度で抽出されたことが分かる。特に、これらの再生工程の条件を、１００℃〜８０℃に温度設定し、エタノールが２０〜５０％、ＮａＯＨが２〜４％となるような脱着溶液を使用し、脱着反応を１２〜２４時間実施する場合には、水道水の平均５０，０００倍以上の非常に高い吸光度を示した。
【００３３】
このように従来の単なるｐＨ上昇又は溶媒抽出による活性炭の再生法では得られなかった非常に高い濃度の活性炭汚染物質の抽出を達成できたことは、エタノール、ＮａＯＨ及び温度条件を適切に組み合わせることにより各脱着因子の相互間の上昇作用を誘導したためであると判断される。
【００３４】
図３及び図４は本発明の一実施例による再生活性炭の吸着能の回復率を得るため、種々の工程条件で４８時間、吸着実験を行った結果を示す。
【００３５】
図３は本発明について再生した活性炭について、可逆的な吸脱着反応を示すフェノールの吸着性能の回復を示す。ここで、再生工程１、２では、エタノールが２０％、ＮａＯＨが０．４％、温度１００℃、活性炭試料の質量をそれぞれ０．５ｇ及び１．５ｇの条件で再生工程を行った。又、再生工程３、４では、エタノール２０％、ＮａＯＨ０．４％，温度２００℃、活性炭試料の質量をそれぞれ０．３ｇ及び１．０ｇの条件で再生工程を行った。ここで、各再生工程は、全般的に８０〜１２０％の高い吸着性能の回復率を示し、特にエタノール２０％、ＮａＯＨ０．４％、温度１００℃の工程１及び２で１２０％前後の高い吸着性能の回復率を有することが分かる。
【００３６】
図４は活性炭について不可逆的な吸脱着反応を行う腐植質の吸着性能の回復率を示す。ここで、再生工程１及び２は、エタノールが２０％、ＮａＯＨ０．４％，温度１００℃、活性炭の試料の質量をそれぞれ０．５および１．５ｇとして再生工程を進行した場合である。又、再生工程３及び４は、エタノール２０％、ＮａＯＨ０．４％、温度２００℃、活性炭試料の質量をそれぞれ０．３ｇおよび１．０ｇにして再生工程を進行した場合を示す。図３で示したフェノールの場合と比較すると、図４では全体的に低い吸着性能の回復率８０〜１００％を示すが、従来の種々の再生工程と比較すると吸着能の回復率が相対的に高い値を示す。
【００３７】
次に実際浄水場で１年４ヶ月、吸着を行ってきた活性炭を用いて、図２の再生設備によりエタノール２０％、ＮａＯＨ ４％および水の混合溶液を使用して１００℃で１２時間、再生を実施した活性炭に腐植質についてのカラムテスト（ｃｏｌｕｍｎ ｔｅｓｔ）を実施した。カラムテストでは、グラスウ−ル、グラスビーズ及び活性炭を充填したカラムに、一定濃度のフェノール及びＭＢＡＳ（ＬＡＳ／ＡＢＳ）を蒸留水に添加した試料を、１４．５ｍｌ／ｓの一定流量で通過させながら時間ごとに自動試料測定器を使用して流出水を採取分析し、分析結果について漏出曲線（Ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ Ｃｕｒｖｅ）を作成して、各活性炭を用いたカラムテストの漏出曲線と比較した。この結果、再生活性炭と新活性炭の腐植質の除去率の差が１０％前後であった。これは従来の熱再生方式を使用して再生した場合と比較して同様の腐植質の除去率であった。
【００３８】
次に実際の浄水場で１年４ヶ月間、吸着を行った活性炭をエタノール２０％、ＮａＯＨ２％および水の混合溶液を使用して１００℃で２４時間、再生活性炭と新活性炭についてのヨード吸着能の実験を行った。この実験結果では８０〜９０％以上の非常に優れた吸着能の回復率を示した。韓国内の粒状活性炭の工業規格で規定している活性炭と、本発明の一実施例により再生した活性炭のヨード吸着能を下の表１に比較して示す。ヨード吸着能の評価は１９８５年に制定された粒状活性炭の試験方法ＫＳＭ１８０２により実施した。
【００３９】
【表１】ヨードの吸着能の比較
Figure 0003552912
上記表１のように本発明の一実施例による再生活性炭が吸着したヨウ素は１０２３ｍｇ／ｇであり、韓国標準値２の１０００〜１１００（ｍｇ／ｇ）に該当する。このことから再生活性炭は、工業規格（ＫＳ）で２等級に該当するヨード吸着能を有することが分かる。又、再生工程条件を異にすればさらに吸着能を向上させることができる。
【００４０】
以上のように、本発明は前述した実施例と図面に限定されることなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、種々の置換及び変更が可能であることは当然のことである。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は浄水場、下水・廃水処理場、大気汚染防止施設等で汚染物質を吸着処理した活性炭再生する際に、それらの施設の規模にかかわらず、現場に簡単に設置でき、再生が比較的低温行えるという利点がある。
【００４２】
また、本発明は食品添加が可能なエタノール、水酸化ナトリウムなどを使用して、特に水道水などの飲料水の浄水に適合し、運転及び管理にも高度の技術を必要としないという利点がある。
【００４３】
また、本発明は使用されをエタノールは蒸留及び凝縮により回収し、反復して使用することができるため、浄水場に応用する場合に概略的な費用算定の結果、従来の５〜１５％程度の再生費用で済むため経済的な波及効果が大きい。
【００４４】
また、本発明を実施する場合、多様な汚染物質について再生活性炭の吸着能が新活性炭の８０〜１２０％回復するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る活性炭の理化学的再生工程のフローシート
【図２】本発明に係る活性炭の理化学的再生装置の構成図
【図３】本発明により再生された活性炭のフェノールについての吸着能の回復率の実験結果のグラフ
【図４】本発明により再生された活性炭の腐植質についての吸着能の回復率の実験結果のグラフ
【符号の説明】
１：水貯蔵タンク
２：エタノール貯蔵タンク
３：ＮａＯＨ溶液貯蔵タンク
４：混合槽
５：再生反応器
６：ボイラー
７：再生活性炭の貯蔵槽
８：廃液貯蔵槽
９：蒸留器
１０：エタノール回収用冷却器
１１：回収エタノール貯蔵槽
１２：ヒーター
Ｐ１〜Ｐ８：ポンプ
ＴＣ：温度制御機
ＴＩ：温度計
ＦＩ：フロー絶縁体

Claims (6)

  1. 汚染物物質の吸着された活性炭を再生する方法において、前記活性炭を、エタノール１０〜５０重量％、水酸化ナトリウム１〜４重量％及び残部水を含有する混合溶液中に、常温から１００℃で６〜２４時間維持して、前記汚染物質を脱着させる第１段階を備える活性炭の理化学的再生方法。
  2. 前記再生活性炭を洗浄する第２段階をさらに備える請求項１に記載の活性炭の理化学的再生方法。
  3. 前記第１段階で生じた廃液及び前記第２段階で使用した洗浄液からエタノールを回収する第３段階をさらに備える請求項２に記載の活性炭の理化学的再生方法。
  4. 水の供給手段、エタノールの貯蔵手段および水酸化ナトリウム溶液の貯蔵手段から、エタノール１０〜５０重量％、水酸化ナトリウム１〜４重量％及び残部水となるように混合するための混合器と、
    前記混合器から混合された前記反応溶液が供給され、充填された活性炭の汚染物質を脱着させるための再生反応器と、
    前記再生反応器内の前記反応溶液の温度を、６〜２４時間の間、常温から１００℃に制御するための制御手段と、
    再生された前記活性炭を貯蔵する再生貯蔵活性炭貯蔵手段と、
    を備える活性炭の理化学的再生装置。
  5. 前記再生反応器から排出される廃液が供給され前記廃液中の前記エタノールを回収するためのエタノール回収手段をさらに備える請求項４に記載の活性炭の理化学的再生装置。
  6. 前記エタノール回収手段は、
    前記再生反応器から排出される廃液が供給され前記廃液内のエタノールを蒸留されるための蒸留器と、
    蒸留した前記エタノールを液体にするための冷却器と、
    前記冷却器から前記エタノールが供給され、前記混合器に再供給するための回収エタノール貯蔵器を備える請求項５に記載の活性炭の再生装置。
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