JP5497325B2 - 多孔質吸着材の付着物脱離方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は多孔質吸着材から、細孔内に付着した付着物を脱離する方法および装置に関する。なお、本願において「付着」とはファンデルワールス力により物理的に付着している場合と共有結合などにより化学的に結合して付着している場合の両方が含まれる。また、「脱離」とはいわゆる脱離反応を意味するものではなく、単に吸着材から付着物が離れることを意味する。

従来より、吸着材により有害物質を吸着させた後、吸着材から有害物質を脱離することが行われている。例えば、重金属イオン物質を取り込んだイオン交換樹脂から重金属イオン物質を脱離する場合は、当該イオン交換樹脂を多量の高濃度の酸またはアルカリ溶液中に浸漬し、化学的に重金属イオンをイオン交換樹脂から分離させる方法がある。
また、有機物質が吸着した多孔質吸着材である活性炭から有機物質を脱離する場合には、高温の過熱水蒸気に数十分さらすことで、有機物質を気化分解する方法がある。

イオン交換樹脂から重金属イオン物質を除去する場合、大量の高濃度アルカリ溶液を大量に使用するため、大型の施設が必要であり、また大量の廃液が発生する。さらに、処理に数時間を要し、脱離後のイオン交換樹脂を再生するために大量の水で水洗する必要がある等種々の欠点がある。
また、活性炭から有機物質を脱離する場合は大量の反応溶液を要することはないが、処理にエネルギーと時間がかかるという問題がある。例えば、３００℃の過熱水蒸気を用いて有機物質を分解する場合は、６０分以上の時間がかかり、より高温の５００℃の過熱水蒸気を用いる場合でも、３０分から４０分の時間を掛ける必要がある。
以上のように従来の吸着材からの付着物の脱離には時間を要し、さらに危険な化学薬品を用いたり、高エネルギーを要したりするという問題がある。本願発明は、このような問題に鑑み、安全かつ高速に吸着材から付着物を脱離することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有する。
請求項１に記載の発明は、付着物が付着した粒状多孔質の吸着材の細孔内に水分を含ませる水分付加工程と、水分付加工程の後、細孔内に水分を含んだ状態で、大気中において前記吸着材にマイクロ波加熱を行うマイクロ波照射工程と、マイクロ波照射工程の後、前記吸着材を洗浄する洗浄工程とを有する多孔質吸着材の付着物脱離方法である。
請求項２に記載の発明は、前記多孔質吸着材の付着物脱離方法において、前記マイクロ波照射工程中に、前記吸着材に対して空気を吹き付けるものである。
請求項３に記載の発明は、前記多孔質吸着材の付着物脱離方法において、前記洗浄工程は、前記吸着材を洗浄液で少なくとも１回、浸漬するものである。

請求項４に記載の発明は、前記多孔質吸着材の付着物脱離方法において、前記水分付加工程では、前記吸着材を液体内に浸漬させることで、細孔内に水分を含ませるものである。
請求項５に記載の発明は、前記多孔質吸着材の付着物脱離方法において、前記水分付加工程は、液体を前記吸着材が入った容器に通水することにより行われるものである。
請求項６に記載の発明は、前記多孔質吸着材の付着物脱離方法において、前記水分付加工程の前に、前記吸着材に酸性溶液又はアルカリ性溶液を接触させ、その後、前記水分付加工程として前記吸着材を水洗するものである。
請求項７に記載の発明は、前記多孔質吸着材の付着物脱離方法において、前記水分を酸性溶液又はアルカリ性溶液としたものである。
請求項８に記載の発明は、前記多孔質吸着材の付着物脱離方法において、前記水分付加工程の後、前記マイクロ波照射工程の前に、前記吸着材に対して空気を吹き付けるエアー照射工程を有するものである。
請求項９に記載の発明は、前記多孔質吸着材の付着物脱離方法において、前記マイクロ波照射工程の前に、前記吸着材を液体に浸漬し、この液体内にマイクロバブルを放出し、その後、マイクロバブルで満たされた前記液体中に超音波を照射するマイクロバブル超音波照射工程を有するものである。なお、マイクロバブル放出と超音波照射に対する水分付加工程の前後は問わず、また、マイクロバブル放出と超音波照射は液体に吸着材を浸漬するので、これらにより水分付加工程を兼ねることもできる。
請求項１０に記載の発明は、マイクロは照射工程の前に、前記吸着材に蒸気を当てる蒸気工程を有するものである。なお、水蒸気工程に対する水分付加工程の前後は問わず、また、水蒸気工程は吸着材細孔内に水分を付与することができるので、水分付加工程を兼ねることもできる。

請求項１に記載の発明は、水分を含んだ吸着材の細孔内部に、マイクロ波加熱が行われることで、細孔内部に含まれる水分は振動して高温になり水蒸気へと変化する。狭い細孔内で発生した水蒸気の蒸気圧は急激に高くなり、圧力の低い粒状物２の表面側へ勢いよく噴出する。このような細孔内部から外部に水蒸気が排出される過程で、細孔内部に残留していた付着物を水蒸気が押し出し、外部に排出する。最後に吸着材を洗浄することで外部に押し出された付着物を洗い流し、付着物を脱離させることができる。
請求項２に記載の発明は、マイクロ波を照射している間に、吸着材に空気を吹き付けることで、排出された付着物を吹き飛ばし、また、粒状の吸着材を振動させることで、比較的むらなくマイクロ波を吸着材に照射することができる。
請求項３に記載の発明は、洗浄工程で洗浄液に吸着材を浸漬することで、細孔内部にも洗浄液が入り、完全に排出されず、剥離状態にある付着物も洗浄液とともに排出することができる。

請求項４に記載の発明は、吸着材を浸漬することで高い確率で細孔内部に水分を行き渡らせることができる。
請求項５に記載の発明は、液体を吸着材に通水することで細孔内部に水分を含ませるので短時間で吸着材に水分を含ませることができる。
請求項６に記載の発明は、吸着材に予め付着物が溶解する酸性溶液又はアルカリ性溶液に接触させておくことで、吸着材をはがれやすくし、その後の、マイクロ波照射による吸着材の脱離効果を高めることができる。また、前処理工程で酸性溶液又はアルカリ性溶液を洗浄することで、最後の洗浄工程で得られる液内に酸性物質又はアルカリ性物質を混合しないようにすることができる。
請求項７に記載の発明は、付着物が溶解する酸性溶液又はアルカリ性溶液に吸着材を浸漬することで、吸着材をはがれやすくし、その後の、マイクロ波照射による吸着材の脱離効果を高めることができる。
請求項８に記載の発明は、吸着材に空気を吹き付けることで、細孔内部以外の吸着材表面の水分を飛ばし、マイクロ波による加熱を細孔内部の水分に集中させることができ、より短時間で細孔内部の水分を加熱することができる。
請求項９に記載の発明は、前記吸着材を浸漬した状態でマイクロバブルを放出し、さらに、超音波を照射することで、吸着材表明および細孔内部に入ったマイクロバブルが超音波により破壊され、この破壊圧力の衝撃により吸着物がはがれやすくなるので、その後の、マイクロ波照射による吸着材の脱離効率を高めることができる。
請求項１０に記載の発明は、蒸気を吸着材に当てることで、細孔内部に水分を含ませるので、細孔内部の内壁に蒸気が触れると蒸気が急激に液体になる凝結作用が起こることで、付着物がはがれやすくなり、その後の、マイクロ波照射による吸着材の脱離効果を高めることができる。

実施形態に係る水処理装置の構成を模式的に示す概略図である。 本発明に係る方法で活性アルミナ吸着材に吸着した６価クロムを脱離した場合の脱離率を示すグラフである。 本発明に係る方法で活性アルミナ吸着材に吸着したリン酸イオンを脱離した場合の脱離率を示すグラフである。 本発明に係る方法で脱離する場合における１サイクルと２サイクルでの脱離率の違いを示すグラフである。 吸着材の付着物脱離装置の構成を模式的に示す概略図である。 本発明に係る方法で市販活性アルミナ吸着材から不純物を脱離した場合の脱離率を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（１）水処理装置の構成
図１に実施形態に係る水処理装置Ｘの構成を模式的に表す概略図を示す。水処理装置Ｘは、並列に配置されている粒状多孔質の吸着材２の入った筒状の容器１ａと１ｂを有し、容器１ａ、１ｂのいずれか一方に廃液が通水されて廃液などから有害物質などを除去する水処理が行われている間に、容器１ａ、１ｂのいずれか他方において吸着材から吸着した有害物質などを脱離して吸着材を再生する吸着材再生処理を行うものである。

容器１ａ、１ｂは容器内に球状または破砕状の粒状物である多孔質吸着材（以下、吸着材２と称す）が充填されている。多孔質吸着材として、ここでは活性アルミナを主成分としその他の成分として二酸化ケイ素・酸化ナトリウムを含有する無機系の多孔質構造をもつ粒状の吸着材を用いる。

容器１ａと１ｂは金属製であり内面にはフェライト磁性体膜７３ａ、７３ｂがコーティングされている。また、容器１ａ、１ｂの上面にはマイクロ波発生装置７０a、７０ｂに導波管により接続された複数のマイクロ波照射器７１a、７１ｂが設けられている。ここで用いるマイクロ波発生装置７０ａ、７０ｂは、波長2400MＨｚ以上、出力2000Ｗ以上のものが用いられる。容器１ａ、１ｂ内部はフェライト磁性体膜７３ａ、７３ｂによりコーティングされているために、上部からマイクロ波照射器７１a、７１ｂにより照射されたマイクロ波は外部に透過せず損失を抑えられ、底面まで反射しながら伝搬していく。

また、容器１ａと１ｂの上面には、内部と外部を連通する縦に延びる高圧空気を導入するエアー導入管３６ａ、３６ｂと、これに連なる補強部材により互いが連結される複数の縦に延びる管体からなるエアー導入管３６ａ、３６ｂが設けられている。エアー管５４ａ、５４ｂを構成する各管の上端はエアー導入管３６ａ、３６ｂの下端から分岐してエアー導入管３６ａ、３６ｂ内部に連通するように構成される。エアー管５４ａ、５４ｂを構成する各管の側面には４方にジグザグに多数の貫通孔が一定間隔で配置され、さらに、この貫通孔から吸着材が入らないように金網が巻かれている。また、エアー管５４ａ、５４ｂを構成する各管の底には雌ねじが切られており、これに係合する雄ねじの着脱、および係合量を調整することで、噴出する空気の量を調節することができるようになっている。
エアー導入管３６ａ、３６ｂの外部側に連なる上端側は電動弁１２ａ、１２ｂを有するエアー配管３７が連結され、エアー配管３７は圧力調整器１８を介して高圧空気を発生させるエアーコンプレッサー１６に連結されている。

そして、容器１ａ、１ｂの内部上部には廃液や洗浄水などを上面に均一に散水するために、シャワーヘッドが設けられ、容器１ａ、１ｂの下部には、内部の液体を排出するための開閉弁２２ａ、２２ｂにより開閉されるドレイン口が設けられている。
さらに、容器１ａ、１ｂには、処理する廃液等を溜める原水槽５、希硫酸を溜めた酸性溶液タンク２６、水を溜めた水洗タンク２７、温水を溜めた湯洗タンク２８、廃液処理後の処理水を溜める処理水タンク５２、再生時の排出液を回収した液体をためる回収液貯留タンク３１と、ポンプ、電動弁を介して接続される。ポンプ及び電動弁、マイクロ波発生装置、エアーコンプレッサー、圧力調整器は制御用マイコン３３にプログラムされた動作に従って作動するようになっている。なお、制御用マイコン３３と各部品・機器類は電気的につながっているが接続を図示すると非常に図が煩雑になるため電気的な接続は省略している。

原水槽５は、原水６の導電率を測定する導電率計７と、原水６を容器１ａ、１ｂ側に通水する原水ポンプ８と、通水量を示す流量計９とを有し、原水ポンプ８につながるライン配管３４から３方電動弁１０により容器１ａのシャワーヘッドつながっているライン配管３５ａ、容器１ｂのシャワーヘッドにつながっているライン配管３５ｂのいずれかへ通水が切り替えられるように制御されている。

処理水タンク５２は、容器１ａ、１ｂのそれぞれの底面に設けられるドレイン口から延びる排出ライン配管４５に接続される。また、処理水タンク５２には流入を制御するための開閉弁５０が設けられている。排出ライン配管４５には処理水のイオン成分の濃度を検知するための導電率計４７が設けられ、また、下水等に接続される放流弁４９、原水槽５に戻すための開閉弁５５、ポンプ３２を有する回帰ライン配管４６に接続されている。

回収液貯留タンク３１は、排出ライン配管４５に３方電動弁３０から分岐して接続される。回収液貯留タンク３１は内部に棒状のシーズヒーターが備え付けられており、さらに床面にはＩＨ加熱用のＩＨコンロが設けられ、中と外からの2重の加熱ができる構成になっている。

酸性溶液タンク２６は、容器１ａのシャワーヘッドつながっている開閉弁２１ａを有するライン配管４４、容器１ｂのシャワーヘッドにつながっている開閉弁２１ｂを有するライン配管４２にポンプ２３を介して接続される。
水洗タンク２７、湯洗タンク２８は、３方電動弁１０を介してポンプ２４に接続され、ポンプ２４は、容器１ａのシャワーヘッドつながっている開閉弁２０ａを有するライン配管４３、容器１ｂのシャワーヘッドにつながっている開閉弁２０ｂを有するライン配管４１に接続される。

（２）水処理
次に、以上のような構成を有する水処理装置Ｘの動作について説明する。ここでは、処理する廃液としてリン酸イオンを含有する廃液を処理する動作について説明するが、多孔質吸着材に吸着できる物質であればどのようなものを含有する水でも処理は可能である。

まず、原水６はライン配管３４をから3方電磁弁１０により、まず容器１ａ側のライン配管３５ａを通って容器１ａに入る。原水６は容器１ａの上部のシャワーヘッドから散水され容器内下方へ移動する過程で容器１ａ内に充填されている吸着材２と接触する。このように原水６をシャワー状に散水することで吸着材２と原水６とを均一に接触させることができ、原水２は時間をかけながら次々と下部の吸着材２と接触することでろ過されつつ容器１ａの底面に向かい落下しながら通水されることになる。

活性アルミナを主成分とする吸着材２は多孔質体であり、その表面または細孔内部にファンデルワールス力を持つ構造となっている。従って、原水６が容器１ａ内に通水される過程で、原水６に含有するリン酸イオンは吸着材２の表面または細孔内部で働いているファンデルワールス力により表面・細孔内部に吸着・付着し捕捉される。一方、原水６は、含有していたリン酸イオンが除去されて、リン酸をほとんど含有しない処理水５１として排出されていく。容器１ａ（１ｂ）は内径に対し、高さ方向に長い筒状の形であるため充填されている吸着材２のろ過抵抗が大きくなり、これによって原水６中含まれるリン酸イオンが吸着材２に付着しやすくなる構造を持つので、排出される処理水５１に含まれるリン酸成分濃度を非常に小さくすることができる。

吸着材２の吸着・付着作用でリン酸イオンが除去された処理水５１はドレインから排出ライン配管４５に移り、処理水タンク５２に溜められていく。この処理水はリン酸成分を除去した処理水５１のため洗浄水などに再利用することも可能である。なお、この処理水５１を溜めずに放流電磁バルブ４９を開放することで放流してもよい。

排出ライン配管４５では、導電率計４７により、導電率が計測され、制御マイコン３３によりあらかじめ設定した基準値と比較される。リン酸イオンの吸着が適切に行われた処理水５１はリン酸イオンが除去されているためイオン成分がほとんどなく導電率は小さな値を示す。一方、導電率値が基準値以上であれば、処理水５１は処理が不十分なものとみなして開閉弁５０を閉じ、開閉弁５５を開いて、回帰ライン配管４６を介して原水槽５へ戻すようになっている。戻された処理水５１は、再度、処理されることとなる。

さらに、導電率が一定時間継続して基準値以上になった場合は、吸着材２の吸着飽和が生じていると判断され、制御マイコン３３は３方電動弁１０をライン配管３５aからライン配管３５ｂ側にすることで原水６の通水方向を容器１ｂ側に切り替える。なお、容器１ａのドレインにつながる開閉弁２２ａは容器１ａ内の原水がなくなるまで開放され、それから閉じられる。以下、容器１ｂにおいて、上記容器１ａと同様の原水６の吸着処理が行われる。一方、容器１ａでは、リン酸イオンを脱離させて吸着材２を再生させる処理（吸着材再生処理）が行われる。

（３）吸着材再生処理
再生処理において、まず、容器１ａでは、開閉弁２１ａを開いて酸性溶液タンク２６に溜められた希硫酸を容器１ａのシャワーヘッドから容器１ａ内へ散水する。この際、容器１ａのドレイン口の開閉弁２２ａは閉じておく。散水された希硫酸は吸着材２が積層された範囲を時間をかけながら接触しろ過されていくがドレインの電動バルブ２２aが閉じているため希硫酸は筒状の容器１ａに溜まってゆき、吸着材２は浸漬状態になる。希硫酸は、弱い溶解作用により吸着材２の表面と細孔内部全体に吸着又は付着しているリン酸イオンを剥がす作用を持つ。この溶解作用は吸着材２と吸着しているリン酸イオンとの結合を切り離す程度の溶解力であり吸着材２を大きく溶かす作用は持っていない。あくまでも一皮をむくような小さな溶解力である。

一定時間吸着材２を希硫酸に浸漬させた後に、ドレインの電動バルブ２２ａを開け、希硫酸を抜く。なお、排出される希硫酸および洗浄液は三方電動弁３０ａを切り替えることで回収液貯留タンク３１に溜められるようになっている。その後、水洗タンク２７または湯洗タンク２８から水又は湯を容器１ａに送り、吸着材２に水洗水シャワー又は湯洗水シャワーによる洗浄を行う。

次に、エアーコンプレッサー１６を稼動させて高圧エアーをエアー管５４ａから照射する。この高圧エアーは圧力調整器１８により適切な圧力に制御され、容器１ａ内に充填された吸着材２を攪拌または振動させる作用と、前記浸漬で濡れている吸着材２に含まれる水分量を減らす脱水効果を有する。この脱水効果により、吸着材２に含有する水分量を減らすことができるので、後述するマイクロ波の照射時間を短くすることができる。

一定時間高圧エアーによるエアー照射工程の完了後、さらに高圧エアーは連続的に照射した状態で、マイクロ波発生装置７０ａを起動させマイクロ波照射器７１ａからマイクロ波を一定時間照射させ、容器１ａ内の吸着材２にマイクロ波加熱を行う。前記エアー照射工程で吸着材２に含水する水分量を減少しているが、細孔内部には水分を若干含んでいる。この状態の吸着材に、マイクロ波加熱を行うと、マイクロ波が吸着材２の細孔内部に含まれる水分を振動させることで高温になり、細孔内部の水分は水蒸気へと変化する。
このように細孔内部で水蒸気が発生することで細孔内部の蒸気圧が高まり、発生した水蒸気は圧力の低い吸着材２の表面側へ出ようとする。このような細孔内部から外部に水蒸気が排出される過程で、細孔内部に残留していたリン酸イオンを水蒸気が押し出し、水蒸気とともに外部に排出する。

また、高圧エアーを照射しながらマイクロ波を照射しているため吸着材２は撹拌され振動しながらマイクロ波と接触しているため底面側にある粒状物２にも均一にマイクロ波が当たり、さらに、吸着材２の表面に排出されたリン酸イオンを吹き飛ばして底面側方向への落下を促進させる効果も得られる。マイクロ波の照射時間は、吸着材２の細孔内部が完全に乾燥する状態まで照射するのではなく、微小な空間である細孔内部での蒸気圧発生が生じ、吸着材２の表面および細孔内部は多少湿った状態を維持できる程度の短時間照射で足りる。

一定時間、高圧エアーとマイクロ波の照射が完了したら、エアーコンプレッサー１６およびマイクロ波発生器７０ａを止め、水洗タンク２７または湯洗タンク２８から水又は湯を容器１ａに送り、吸着材２に水洗水シャワー又は湯洗水シャワーによる洗浄を行う。これにより吸着材２の表面に押し出されたリン酸イオンは洗い流されて粒状物２から脱離させることができ、リン酸イオンを含有した洗浄水は底面側に流れドレインから回収液貯留タンク３１へと排出される。
なお、水洗によりリン酸イオンを洗い流す方法としてはドレインの電動バルブ２２ａを閉じて、水または湯による浸漬を一定時間行い、その後ドレイン電動バルブ２２ａを開放して浸漬した液を抜くという工程を繰り返し行う浸漬洗浄方法と、ドレイン電動バルブ２２ａを開放した状態で水または湯をシャワーしながら洗い流すシャワー洗浄方法の２種類を使い分けて洗浄することができる。
また、洗浄に際して水と湯のいずれを選択するかは洗い流す物質の性質や物質の濃度を考慮し、より洗浄効果の高いものを選ぶことになる。以上のような処理で、リン酸イオンを６０％以上脱離することができるので、再び、吸着材２による水処理を行うことが可能となる。

なお、ここでは、吸着材として活性アルミナを使用し、吸着材に付着する物質としてリン酸イオンを使用したが、マイクロ波加熱による脱離は物理的な力によるものであるので、活性炭やゼオライトなど任意の多孔質吸着材を使用することができ、また、付着物も種々
のものに適用できる。さらに、ここでは希硫酸による浸漬処理をおこなったが、付着物を剥がすことに適した溶液を用いればよく、水酸化ナトリウム溶液などのアルカリ性溶液による浸漬処理を行ってよいことはいうまでもない。

本実施形態に係る吸着材の再生処理は、酸性溶液又はアルカリ性溶液などの浸漬後直ぐに洗浄が施され、吸着材自体が酸などにより溶解する量を少なくできるので、吸着材２の損失量を非常に小さくすることができる。
また、シャワーによる水洗では細孔内部までの洗浄することは困難であるために、酸性溶液又はアルカリ性溶液による浸漬処理により細孔内部に入った希薄な酸性溶液またはアルカリ性溶液は細孔内部に残留する。そして、マイクロ波の照射時により細孔内部に残留した希薄な酸性溶液またはアルカリ性溶液は水分の蒸発とともに濃縮されて濃度が高くなるので細孔内部の付着物を剥がす効果が高まり、蒸気圧で付着物を外部に押し出す作用と相まって効果的に付着物を細孔内部から外部に脱離させることができる。

さらに、細孔内部に付着物が多少残留していても、その後すぐに浸漬による洗浄処理をほどこすことで、細孔内部まで洗浄水が含水し、細孔内部で剥がれた付着物はこの洗浄水によって浮遊する状態となって、浸漬していた洗浄水をドレインから抜くことで、残留する付着分も細孔内部から流出させることができる。このような洗浄操作を複数回繰り返すことで吸着物２の細孔内部から付着物を効率よく脱離させることができる。

（４）試験
マイクロ波加熱による脱離効果を調べるために試験を行った、結果を表１、図２に示す。

本試験は、リン酸イオンを吸着して飽和した活性アルミナからなる多孔質吸着材からリン酸を脱離し、脱離率を求めたものである。なお、リン酸イオンはトータルリン濃度で評
価確認できるためトータルリンで分析評価した。

ここで脱離率は、粒状物に吸着したトータルリン含有量を（初期値）、脱離した粒状物中のトータルリン含有量を（残留量）とすると、（脱離量）は（初期値）−（残留量）で示されるので、下記の式から導かれる。
脱離率（％）＝脱離量÷初期値×１００
アルカリ溶液に関するブランクサンプルは、１％程度のアルカリ溶液で３分間浸漬したものであり、約１０％程度しかリン酸イオンは脱離しない。一方、アルカリ溶液に３分浸漬処理した後に、高圧エアーを噴射しながらマイクロ波を照射し、その後水洗を行った場合、マイクロ波照射時間２０秒で６０％、４０秒で７０％、１分４０秒で６５％の脱離率を得た。また、酸性溶液に関するブランクサンプルは、薄い酸性溶液に３分間浸漬したものであり、６％程度しか脱離率はない。一方、アルカリ溶液に３分浸漬処理した後に、高圧エアーを噴射しながらマイクロ波を照射し、その後水洗を行った場合、マイクロ波照射時間４０秒で５０％の脱離率を得た。このように、１分以下のマイクロ波照射で十分な脱離効果が得られることがわかる。

さらに、陽イオンである６価クロムの脱離においても前記と同様な方法で試験を行った。結果を、表２、図３に示す。

アルカリ溶液に関するブランクサンプルは、１％程度のアルカリ溶液で３分間浸漬したものであり、約１４％程度しかリン酸イオンは脱離しない。一方、アルカリ溶液に３分浸漬処理した後に、高圧エアーを噴射しながらマイクロ波を照射し、その後水洗を行った場合、マイクロ波照射時間４０秒で６５％の脱離率を得た。また、酸性溶液に関するブランクサンプルは、薄い酸性溶液に３分間浸漬したものであり、９％程度しか脱離率はない。一方、薄い酸性溶液に３分浸漬処理した後に、高圧エアーを噴射しながらマイクロ波を照射し、その後水洗を行った場合、マイクロ波照射時間４０秒で５０％の脱離率を得た。このように、リン酸以外でも、同様の短いマイクロ波照射時間で効果的な脱離ができることがわかる。

また、さらに脱離率を向上させるには、複数サイクル行うことが有効である。図４に試験結果を示す。これは、薄い水酸化ナトリウム溶液に５分浸漬後、洗浄し、マイクロ波を１分以上照射し、その後２回湯に浸漬した後に、水洗する工程を１サイクルとし、１サイクルと２サイクルとで、脱離率を比較したものである。図からわかるように、複数サイクルを行うことで脱離率は明確に向上する。また、１サイクルの時間も従来の脱離方法に比べて極めて短いので、複数サイクル繰り返しても時間的な負担は少ない。

（５）その他
上記実施形態では、水処理装置における吸着材の再生処理に、マイクロ波加熱を用いるものであったが、水処理装置に一体化する必要はなく、専用の吸着材の脱離処理装置にマイクロ波加熱を用いてもよい。この場合の装置構成例としては、上記の水処理装置Xを構成する一方の容器から廃水処理ラインを省いたものでよい。一例を図５に示す。脱離処理方法は上記の吸着材の再生処理と同じなので、説明は省略する。
脱離処理装置による試験データを以下に示す。試験では、活性アルミナからなる粒状の多孔質吸着材に付着している不純物を脱離する処理を行った。活性アルミナからなる多孔質吸着材は多くの場合、内部にナトリウムやアルミニウムなどの不純物を含んでいる場合が多く、有価金属などを廃液から吸着し、これを回収するような場合、不純物を含んでいない吸着材を利用することが望ましいため、吸着材から不純物を脱離させる処理は、吸着材の事前処理として有用である。

試験では、市販の活性アルミナ吸着材を希硫酸溶液に一定時間浸漬させた後水洗処理を行い、マイクロ波を数分間、２サイクル以上照射したものである。これをクロム酸溶液に浸漬して溶出するナトリウムおよびアルミニウムの濃度を測定した。図６に結果を示す。なお、ＢＬは比較対象であるブランクサンプルであり、脱離処理を行わなかった場合である。図からわかるように、ナトリウムの場合、ブランクサンプルではＮａ溶出濃度は約５０ｐｐｍであるのに対し、脱離処理を行った場合は、Ｎａ溶出濃度は約２ｐｐｍと約２５分の１以下の溶出濃度になった。また、アルミニウムの場合はブランクサンプルではＡｌ溶出濃度は約６４０ｐｐｍであるのに対し、脱離処理を行った場合のＡｌ溶出濃度は約５０ｐｐｍ以下と約１３分の１以下の溶出濃度となった。以上のように、本発明の方法により、吸着材に含まれる不純物を大幅に低減できることがわかる。

なお、マイクロ波加熱を利用した脱離においては、マイクロ波により水蒸気が発生した後の吸着材の細孔内部が高温になることで酸化作用が生じ、細孔内部のアルミニウム成分は酸化アルミニウム（活性アルミナ）皮膜に変化する効果も生じると考えられる。これにより、細孔内部が酸やアルカリ等の溶解作用による侵食にも強くなり、酸やアルカリに浸されても細孔内部からの更なる不純物の溶出が生じ難くなる。このため、活性アルミナ吸着材から不純物を除去する場合は、細孔内部の水分がなくなるまでマイクロ波加熱をすることが望ましい。

また、上記実施形態では、円筒上の容器を用いたが容器の形状は直方体状等種々の形態を採用することができる。また、上記実施形態では付着物を脱離しやすくするために吸着材をマイクロ波加熱する前に、酸性溶液やアルカリ性溶液に浸漬したが、脱離の前処理としては種々の方法が考えられる。例えば、浸漬した吸着材に対してマイクロバブルを放出するとともに超音波を照射することで、吸着材の細孔内部に入ったマイクロバブルを超音波で破壊し、この衝撃により吸着材を脱離しやすくする方法などを採用してもよい。さらに、乾燥状態の吸着材に水蒸気を当てることで、吸着材細孔内部に入った水蒸気が急激に凝結する作用により吸着材を脱離させやすくする方法なども採用できる。水蒸気を用いる場合は、吸着材の細孔内部に水分を含ませる役割を持たせることも可能である。

１ａ、１ｂ 容器
２ 吸着材
５ 原水槽
１０ 三方電磁弁
１６ エアーコンプレッサー
２２ａ、２２ｂ ドレイン開閉弁
２６ 酸性溶液タンク
２７ 水洗タンク
２８ 湯洗タンク
３６ａ、３６ｂ エアー導入管
５４ａ、５４ｂ エアー管
７０ａ、７０ｂ マイクロ波発生装置
７１ａ、７１ｂ マイクロ波照射器

Claims (10)

1. 付着物が付着した粒状多孔質の吸着材の細孔内に水分を含ませる水分付加工程と、
   水分付加工程の後、細孔内に水分を含んだ状態で、大気中において前記吸着材にマイクロ波加熱を行うマイクロ波照射工程と、
   マイクロ波照射工程の後、前記吸着材を洗浄する洗浄工程と
   を有する多孔質吸着材の付着物脱離方法。
2. 前記マイクロ波照射工程中に、前記吸着材に対して空気を吹き付けるものである請求項１に記載の多孔質吸着材の付着物脱離方法。
3. 前記洗浄工程は、前記吸着材を洗浄液で少なくとも１回、浸漬するものである請求項１又は２に記載の多孔質吸着材の付着物脱離方法。
4. 前記水分付加工程では、前記吸着材を液体内に浸漬させることで、細孔内に水分を含ませるものである請求項１から３いずれか１項に記載の多孔質吸着材の付着物脱離方法。
5. 前記水分付加工程は、液体を前記吸着材が入った容器に通水することにより行われる請求項１から３のいずれか１項に記載の多孔質吸着材の付着物脱離方法。
6. 前記水分付加工程の前に、前記吸着材に酸性溶液又はアルカリ性溶液を接触させ、その後、前記水分付加工程として前記吸着材を水洗する請求項１から５のいずれか１項に記載の吸着材の付着物脱離方法。
7. 前記水分は酸性溶液又はアルカリ性溶液である請求項１から５のいずれか１項に記載の多孔質吸着材の付着物脱離方法。
8. 前記水分付加工程の後、前記マイクロ波照射工程の前に、
   前記吸着材に対して空気を吹き付けるエアー照射工程を有する
   請求項１から７のいずれか１項に記載の多孔質吸着材の付着物脱離方法。
9. マイクロ波照射工程の前に、
   前記吸着材を液体に浸漬し、この液体内にマイクロバブルを放出し、その後、マイクロバブルで満たされた前記液体中に超音波を照射するマイクロバブル超音波照射工程を有する
   請求項１から７のいずれか１項に記載の多孔質吸着材の付着物脱離方法。
10. マイクロ波照射工程の前に、
    前記吸着材に蒸気を当てる蒸気工程を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の多孔質吸着材の付着物脱離方法。

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