JPH03254882A - 溶存有機物処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、液中溶存有機物の除去および濃縮を高性能に
てき、上水道における異臭味や発癌性トリハロメタン対
策の高度上水処理や再利用を目的とした下水２次処理水
の高次処理などの水処理分野、また溶存有機物の濃縮機
能を利用した化学工業や製薬工業分野などにおける有価
溶存有機物の回収・濃縮に好適な溶存有機物処理方法に
関する。

（従来の技術） 溶存有機物の処理には、好気性または嫌気性の生物処理
オゾンなとによる酸化処理、活性炭などによる吸着処理
、電気透析または逆浸透による膜分離など種々の方法が
用いられている。

しかし、処理性能、コスト、信頼性などの理由から一般
に生物処理と吸着処理が行われ、特に上水処理、下水再
利用の高次処理、あるいは処理水質保証などには活性炭
による吸着処理が行われている。

活性炭は、溶存有機物を効果的に吸着除去する能力に優
れ、水処理には古くから利用されている。

最近では、粉末、粉状の各種性状・用途の製品が製造市
販されており、水処理への適用は、脱臭。

トリハロメタンなど微量有害物質除去を目的とした上水
処理分野、また脱色、ＢＯＤ除去を行ない再利用も可能
となる工場廃水下水処理などばかりでなく、その他有害
ガス吸着除去の気相処理、不純物を除去し品質向上する
各種製造工業にとその利用は多岐にわたっている。

ところで、活性炭の水処理は、粉末と粉状のものが用い
られるが、取扱いの容易さ、シンプルな処理工程などか
らカラム通水方式の粉状活性炭が多用されている。

また、処理後における溶存有機物を吸着飽和した活性炭
の再生は、高温炉を用いた焼成処理が唯一の方法である
。

第４図に従来における粒状活性炭を用いた吸着カラムに
よる溶存有機物の除去および吸着飽和した粒状活性炭の
高温焼成再生処理のフローを示す。

溶存有機物を含有する被処理水１は、活性炭吸着カラム
２ａへ上部から下降流にて導入され、充填されている粒
状活性炭３ａにより溶存有機物が吸着除去される。性状
になった水は、下部から処理水４となり放流又は再利用
のため所定の場所へ送水される。この吸着除去操作は破
過するまで運転される。これが吸着処理操作である。

一方、既に吸着除去処理て破過に達し溶存有機物を飽和
した活性炭吸着カラム２ｂの粒状活性炭３ｂは高温焼成
により再生処理される。

先ず通水を停止した後、水と共に粒状活性炭３ｂの全量
を下部から引抜き活性炭貯溜槽５へ移す。

次にスラリー状のまま活性炭供給槽６へ圧送する。

ここでスクリーンにより粒状炭と骨炭を含む水に分離し
、粒状炭は多段再生炉８へ送られ、粉炭を含む水は活性
炭分離廃水７となり別の処理系へ送られる。

多段再生炉８には燃料用加圧空気９と燃料１０（重油な
ど）が注入され燃焼熱で炉内は６００〜９５０℃に加熱
保持され、さらに賦活用のスチーム１１も注入されてい
る。

炉上部から投入される粒状炭は徐々に下部へ移行するが
、その間にまず乾燥、吸着有機物の分解ガス化および炭
化、さらに炭化した炭素のガス化（水蒸気賦活作用）に
より再生される。賦活過程は Ｃ＋　Ｈ２０；　ＣＯ＋Ｈ２ ｃ　＋　ｃ　ｏ２　４２ＣＯ Ｃ＋２Ｈ２０ゴＣＯ２＋２Ｈ２ の反応で進行するか、いずれも吸熱反応であるため賦活
は温度が８００℃以上でなければ効果的に再生されず、
この温度を保持するため所要の燃料を必要とする。

炉内で発生するダストを含む高温の燃焼ガスは、炉頂部
から排出されスクラバー１２に入り洗浄水１３で洗浄さ
れると共に冷却され、清浄排水１４は別の処理系へ送ら
れ清浄となった燃焼ガスは排気１５として大気へ放出さ
れる。

再生を終了した高温の粒状活性炭は、多段再生炉８の底
部出口から再生炭受槽１６へ投入され冷却水１７により
冷却されスラリー状になる。

次に再生粒状活性炭スラリーはポンプにより空になって
いる活性炭吸着カラム２ｂへ、粒状活性炭３ｂが規定厚
さになるまで導入され次の吸着処理に備える。これが再
生処理操作である。

以上説明の吸着処理と再生処理を交互に繰返すことによ
り連続的に被処理水の溶存有機物の処理を行なうもので
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、活性炭による溶存有機物の吸着除去は、
高性能で信頼性も高く有効な処理法ではあるが、破過に
なり吸着飽和した活性炭の再生は簡便、安価な化学処理
が不可能であり、前述したように複雑、高価な高温焼成
処理が唯一の方法になっている。

すなわち、活性炭の再生は、前記のごとく多段高温炉、
搬送設備、洗浄冷却設備、その付帯設備。

排液処理設備など、また燃料、加圧空気、洗浄・冷却水
などを必要とするため、イニシアル・ランニングコスト
ともに高価であり、総処理コストを上昇させる。このた
め活性炭吸着法は優れた処理能力を有しているにもかか
わらず、その適用は制限されているのが現状であった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目
的は優れた有機物処理性能を有しながら、簡便で安価な
処理性能の再生を可能にする方法を実現するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 活性炭の吸着は、気相吸着では物理吸着が支配的なので
加熱上記で離脱再生が可能である。しかし溶存有機物の
ごとく液相吸着は化学吸着が支配的であるので、簡便か
つ安価な加熱蒸気や薬品類を使用した薬品再生法が適用
できず、前記の高温焼成処理が唯一の再生法になってい
る。従って活性炭を吸着材に使用する限りは高価な高温
焼成再生法の適用は避けることができず、低価再生かで
きる薬品再生法を適用するには活性炭に代る別の吸着材
によらねばならない。

本発明らは、溶存有機物吸着能に優れる活性炭と同等の
性能をもち、かつ低価、簡便な薬品再生が可能な吸着材
について、種々材料の特性比較評価と総合検討を鋭意実
施した結果、鉄の酸化物あるいは含水酸化物の１種又は
２種以上含有するものが上記目的を満足できる吸着材で
あることを見出した。

具体的化学成分は、ヘマタイト（Ｆｅ２０３　）あるい
は含水ヘマタイト（Ｆｅ３０４　　・ｘＨ２Ｏ）および
マグネタイト（Ｆｅ３０４）あるいは含水マグネタイト
（Ｆｅ３０４　　・ｘＨ２Ｏ）で吸着材においてはこれ
ら化学成分を１種又はそれ以上を含むものである。

上記鉄化合物は、溶存有機物を効率的に吸着除去すると
共に吸着有機物をアルカリ液て容品に離脱再生が可能で
ある特性を適用することにより、上記課題を解決する手
段になることを確認した。

また、被処理液はｐＨ２乃至ｐＨ９、好ましくは中性乃
至弱酸性に調整した後、有機物吸着体に接触する必要が
あることも確認した。

（実施例） 実施例１ 試験対象として河川水、湖沼水に常時存在し、トリハロ
メタンの前駆物質となり、かつ活性炭への吸着速度が小
さいフミン酸を模擬溶存有機物に選定した。

鉄化合物の鉄酸化物として、ヘマタイト（Ｆｅ２０３　
）　、マグネタイト（Ｆｅ３０４）、　およびＦｅ２Ｏ
３とＦｅ３Ｏ４の１＝１混合物の３種粉末吸着材を選定
した。

先ず、フミン酸をアルカリ処理した後メンブランフィル
タ−でろ過したフミン酸原液を稀釈しＴＯＣ濃度５２ｐ
ｐｍのフミン酸原水とした。

次に、このフミン酸原水を２２０ｍ１ビーカーへ取りｐ
Ｈを３．５，７，９．１１．１３にそれぞれ調整した試
験水を用い、これに上記３種の粉末鉄酸化物を添加撹拌
し、１０分撹拌後遠心分離し、上澄液のＴＯＣ濃度を測
定した。

この測定結果を第１図に、Ｆｅ２Ｏ３吸着材。

Ｆｅ２Ｏ４吸着材、　　Ｆ　ｅ２０３　＋Ｆ　ｅ３０４
混合吸着材の各ｐＨ吸着特性として示した。

これより、ｐＨ−１２以上ではいずれの吸着材であって
も吸着せず、ｐＨの降下につれて吸着能が向上し中性か
ら弱酸領域で良好な吸着性能を示すことがわかった。ま
た、吸着材ではＦｅ２Ｏ３が最も良好な吸着性能を示し
、次にＦｅ２Ｏ３＋Ｆｅ３Ｏ４混合吸着材、さらにＦｅ
３Ｏ４吸着材の順に良好な結果を得た。いずれの吸着材
も低いｐＨでは充分の吸着能を有し、かつ吸着速度は活
性炭よりかなり大きいことが確認された。

次に、吸着材へ吸着されたフミン酸の離脱特性を調査し
た。

先ず、ｐＨ−３で吸着試験した後の各吸着材を遠心分離
で溶液から分離し、ｐＨ−３の純水で洗浄した各吸着材
にｆ）Ｈ−１２のアルカリ土類金属ｍｌを加え２０分撹
拌して吸着有機物を離脱する。

離脱後、遠心分離し上澄液中のＴＯＣ濃度をそれぞれの
吸着材について判定し、結果を第１図中に示した。

図かられかるようにいずれの吸着材も吸着したフミン酸
の９５％以上か溶離することか確認され、アルカリ溶離
による離脱か有効であることか実証された。

実施例２ 含水酸化鉄吸着材を用いたカラム法による特性試験を行
った。

カラムはアクリル製陶径３０ｍｍｐ、高さ５００ｍｍの
ものを用い、これにスチールウール１００ｇｒを３００
ｍｍＨの高さに充填したものである。

このカラムへ上向流にて純水を連続通水し、溶存酸素と
水により充填しであるスチールウール表面に含水鉄酸化
物を形成させる。含水鉄酸化物は、ヘマタイトの含水物
であるＦｅ２Ｏ３・ｘＨ２Ｏ、またマグネタイトの含水
物であるＦｅ３Ｏ４・ＸＨ２０、またこれらの混合物か
ら成っている。

充分含水鉄酸化物形成後、第１図に示した実施例１と同
様の方法てＴＯＣ２０ｐｐｍ、ｐＨ，ｐＨ−５，５に調
整した試験原水を上向流式にカラムへ通水し動的吸着試
験を行なった。通水条件は常温ＬＶ５ｍ／ｈ、５Ｖ１７
、通水流量３．５３ｅ　／　ｈて、４時間吸着処理を行
ない、出口のＴ。

Ｃ濃度を測定した。その測定結果を第２図（Ａ）に示し
た。

同図から理解されるようにカラムによるフミン酸除去率
は９０％の高除去率であることか示された。

次に、４時間の吸着処理後、アルカリ溶離液による吸着
フミン酸の離脱処理を行なった。溶離液は、ｐＨ−１３
のアルカリ溶液２愛を用い、水抜きした吸着後カラムへ
上向流にて連続循環方式で通液し離脱処理を行なった。

離脱開始から１５分毎にアルカリ溶離液中のＴＯＣを測
定し結果を第２図（Ｂ）に示した。

同図から理解されるように、溶離液中のＴＯＣ濃度は処
理時間と共に上昇し７５分でほぼ一定値１３０ｐｐｍに
達した。この離脱処理特性から含水酸化鉄吸着材に吸着
された有機物の約９５％かアルカリ溶離液により離脱さ
れることか確認された。

以上説明したように、ヘマタイトあるいは含水ヘマタイ
トおよびマグネタイトあるいは含水マグネタイトなどの
鉄酸化物又は含水鉄酸化物の吸着材は中性から弱酸性の
ｐＨ領域においてフミン酸など溶存有機物を効率的に吸
着除去する知見を得た。

また、有機物を吸着した吸着材は、ｐＨ１２以上のアル
カリ溶離液により活性炭ではできない薬品による離脱再
生が容易にできるという知見も得た。従って、この特性
をもつ上記鉄化合物を使用することにより高性能、低コ
ストの水処理が可能になる。

次に、本発明方法が適用された水処理装置の一例を第３
図に基づいて説明する。

溶存有機物を含有する河川水、湖沼水、あるいは下水２
次処理水又は化学工業の工程水などを中性〜弱酸性にｐ
Ｈ調整した被処理水１は、鉄化合物吸着カラム１８ａへ
下降流にて導入される。カラム１８ａ　（１８ｂ）内に
はへマタイトあるいは含水ヘマタイトおよびマグネタイ
トあるいは含水マグネタイトの鉄化合物吸着材１９ａ　
（１９ｂ）か充填されており、これにより水中の溶存有
機物は効率的に吸着除去され、清浄となった水は、下部
から処理水４となり所定の場所へ送水される。

この吸着処理は破過するまで運転される。これが吸着処
理操作である。

一方、既に吸着除去処理で破過に達した鉄化合物吸着カ
ラム１８ｂの有機物を飽和した鉄化合物吸着材１９ｂは
離脱再生処理に移行する。

先ず通水を停止した後、カラム内の充填水を弓抜き、次
いで溶離液貯槽２０ａからｐＨ−１２以上のアルカリ溶
液である溶離液２１ａを鉄化合物吸着カラム１８ｂへ上
向流にて導入する。ここで鉄化合吸着材１９ｂに吸着さ
れている溶存有機物を溶離させた後の溶離液２１ａは再
びもとの溶離液貯槽２０ａへ戻る。この循環処理を吸着
有機物が完全に溶離するまで行う。

溶離が完了したら通液を停止し、鉄化合物吸着カラム１
８ｂにある溶離液は全てもとの溶離液貯槽２０ａへ返し
、次の吸着処理に備える。これか離脱再生処理操作であ
る。

次に溶離した有機物の処理を行う。

まず溶離液貯槽２０ｂに純水を規定量大れた後、電気透
析装置２２を作動させ有機物を含有する溶離液２１ａか
らアルカリ分（ＮａＯＨなど）を透析する。透析された
アルカリ分は溶離液貯槽２゜ｂへ有機物はもとの溶離液
貯槽２０ａへ戻す、この操作をアルカリ分と有機物が完
全に分離するまで行う。この電気透析操作により溶離液
貯槽２゜ａには濃縮された有機物溶液か、溶離液貯槽２
゜ｂにはｐＨ１２以上のアルカリ溶液が分離される。

分離された有機物溶液は濃縮有機物溶液２３として、回
収、蒸発濃縮、焼却、廃棄又は生物処理される。一方の
アルカリ溶液は再び溶離液２１ｂとして利用される。こ
れが溶離液処理操作である。

以上の操作を順次繰返すことにより、連続的に被処理水
の溶存有機物の吸着除去による浄化と溶存有機物の濃縮
を行うものである。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明の溶存有機物処理方法によ
れば、現行の活性炭吸着法ではできない薬品再生が、鉄
酸化物あるいは含水酸化物吸着材を適用することにより
可能になり、再生コストを活性炭吸着法に比べ大幅に低
減することか可能となる。

また、活性炭吸着法の処理と同等もしくはそれ以上の性
能を有し、活性炭ではできなかった有機物濃縮と遣水コ
スト等の大幅低減か実現できるため工業的効果が極めて
大きいという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における鉄化合物吸着材のバ
ッチテストによるフミン酸ｐＨ吸着特性とアルカリ溶離
液による吸着有機物の離脱特性図第２図は本発明の実施
例２におけるスチールウール表面に形成させた含水鉄酸
化物吸着材のカラムテストによるフミン酸吸着除去特性
とアルカリ溶離液による吸着有機物の離脱再生特性図、
第３図は本発明溶存有機物処理方法が適用された水処理
装置の一構成図、第４図は従来の活性炭を用いる吸着処
理と高温焼成再生処理のフロー図である。 １・・・被処理水 １８ａ、１８ｂ・・・鉄化合物吸着カラム］、９ａ、１
９ｂ・・・鉄化合物吸着材２０ａ、２０ｂ・・・溶離液
貯槽 ２１ａ、２１ｂ−・溶離液 ２２・・・電気透析装置 ２３・・・濃縮有機物溶液 処理ＰＨ 第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶存有機物を含有する被処理液を、鉄の酸化物ま
   たは／および含水鉄酸化物を１種または２種以上含む有
   機物吸着体に接触させ、処理対象液中の溶存有機物を吸
   着・除去する工程を有する溶存有機物処理方法。
2. （２）溶存有機物を吸着し飽和した前記有機物吸着体を
   有機溶離液に接触させ、吸着有機物を離脱して該有機物
   吸着体を再生する工程を有する請求項（１）記載の溶存
   有機物処理方法。
3. （３）前記被処理液をｐＨ２乃至ｐＨ９、好ましくは中
   性乃至弱酸性に調整した後、前記有機物吸着体に接触さ
   せる請求項（１）記載の溶存有機物処理方法。
4. （４）前記有機物吸着体は、ヘマタイトもしくは含水ヘ
   マタイトまたは／およびマグネタイトもしくは含水マグ
   ネタイトである請求項（１）乃至（３）のいずれかに記
   載の溶存有機物処理方法。
5. （５）前記有機物溶離液は、ｐＨ９以上、好ましくは強
   アルカリ溶液である請求項（２）記載の溶存有機物処理
   方法。