WO1995000442A1

WO1995000442A1 - Method and apparatus for purifying water

Info

Publication number: WO1995000442A1
Application number: PCT/JP1994/000518
Authority: WO
Inventors: Masami Hiasa; Nobuyuki Ashie; Susumu Saito; Takayuki Ohtani
Original assignee: Toto Ltd.
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1995-01-05
Also published as: JP3458380B2; TW309505B; AU6291894A; EP0657388A4; US5607595A; EP0657388A1; CA2136181A1; KR950701601A; KR100298977B1

Description

明細書水の浄化方法および装置技術分野

本発明は、水道水の浄化方法および装置に鬨する。

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（C 1 0 - )若しくは次亜塩素酸 ( H C 1 0 ) 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（クロ口ホルム C H C 1 ₃やプロモジクロロメタン C H C 1 ₂ B r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 C H H ₂。0 (以下、 2— M I B )やジォスミン C _{1 2} H _{2 2}〇が知られており、徴くさい臭いがするので徵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、トリハロメタンゃ有機発臭物質は、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（次亜塩素酸ィ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 1 0 ο〜ι 5 crc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- 704 50号；特開昭 63- 62591号）。また、加熱により、トリノ、ロメタン（クロ口ホルムの沸点は 61 .2で；プロモジクロロメタンの沸点は 90. C ) 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 - 0 _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鬨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— M I Bとジォスミンはトリハロメタンよりも大きな分子 iを有し（夫々、 1 6 8と 1 8 2 ) 、従って、それらの沸点は水の沸点より高いので（夫々、約2 0 8 と約2 5 4 ）、煮沸によつ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— M I Bとジォスミン）を長期間にわたつて完全に除去しょ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図のダ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（ 1 5 0人未満は窒素吸着法により測定し Cranston & Inkley法により解析； 1 5 0人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ょ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鬨連するものである。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。

アクリル系やフエノール系等の繊維を炭化し活性化（賦话〉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— M I Bやジォ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鬨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、 1 0 0〜2 0◦での加圧又は過熟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— M I Bやジォ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 3 5 0〜4 0 TC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〜 2 O z m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口に熱劣化するので、 2— M I Bやジォ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やジォ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やジォ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— M I Bやジォスミンのような大きな分子量をもつ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）という技術思想と、

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、水蒸気吸着法にょる測定で約1.8〜3.011111 (好ましくは、約 2. 0〜2.7 nm) の中心細孔直径（第 4図に基づいて後程定義する）を有する话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-M I Bやジォ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话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. 8〜3.0 nm (好ましくは、約 2.0〜2.7 nm) の中心細孔直径を有する话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 1.8〜3.0 nm (好ましくは、約 2.0〜2.7 nm) 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、発臭物質に鬨する话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 . 0 n m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、発臭物質に鬨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 " F T - 2 5 " および " F T— 2 0 " や大阪市の大阪ガス（株）の活性炭素繊維 " A— 2 0 " を好適に使用することができる。

活性炭素繊維 " F T— 2 5 " 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が実線力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 A V/Alog D 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 2.7 nm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 2.4 nmから 3.0 nm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 2.7 nm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— MI B) を選択的に吸着するのに適している。これは、 2— MI B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 ^ Z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 40〜70 g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沪過段を設け、水道水中の赤鑌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糟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^eC、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—M I B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— M I Bの流出率を示し；

第 9図および第 1 0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— M I Bの流出率を示し；

第 1 1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 1 2図および第 1 3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— M I Bの流出率を示し；

第 1 4図は、本発明の浄水器の実施例の斜視図；

第 1 5図は、第 1 4図の XV— XV線に沿った断面図；

第 1 6図は、第 1 4図と第 1 5図に示した浄水器の制御回路のブロック図；第 1 7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— 1 0 " (水蒸気吸着法による測定で中心細孔直径 1 . 6 5 n m ) 2 0 0 gと " A— 2 0 " (中心細孔直径 2 . 7 3 n m ) 2 0 0 gを、夫々、 0 . 1 5 g /m の充填密度で容積 1 3 3 5 m 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— M I Bの瀵度を測定した。被処理水としては、北九州市の水道水に 2— M I Bを 1 0 0 n g Z 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— M I B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— M I Bの流出率を示す。

第 6図のグラフは、 2.73 nmの中心細孔直径を有する活性炭素繊維 "A— 20" は 2 _M I Bを良く吸着するが、中心細孔直径 1.65 nmの "A- 10" 活性炭素繊維は 2— M I B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 2.73 nmの活性炭素繊維 "A— 20" よりは、中心細孔直径 1.65 n の "A— 1 0" の方が遥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 2.73 nmの活性炭素繊維 "A— 20" は、 2 - M I B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 2.73 nm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 の容器に 40 gの活性炭素繊維 "A— 20" を充填した。充填密度は 0.15 gZmj?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— MI B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、同様に流出镳度を測定した。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 2.73 n m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、より長期間にわたつ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— MI Bに鬨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期間にわたって試験した。被処理水としては茅ケ崎市の水道水に 2— M I B漶度が 1 OOng / 、トリハロメタン濃度が 100 gZj?になるように 2— MI Bとクロ口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 2.64 nm) を用いた。 6.7gの " FT— 25"活性炭素繊維を容積 45m の容器に充填し (充填密度 0.15 g/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— M I Bの流出率（％) 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つてトリハロメタンおよび 2— MI B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、 2.06 nmの中心細孔直径を有する。トリハロメタンと 2— ΜΪ B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—MI B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鑌ゃ微生物などの粒子成分を沪過作用により除去するための沪過段 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— MI Bやジォスミン）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 1 4からなり、吸着段 1 4は電気ヒータ一 1 6により周期的に加熟されるようになっている。

より詳しくは、浄水器 1 0は、基台 1 8と、この基台に固定された中央ハウジング 2 0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 2 2と、この上ハウジングに載置されたキヤップ 2 4とを有する。基台 1 8に固定された下ケーシング 2 6と、この下ケーシングに液密に螺合された上ケーシング 2 8とで、浐過室 3 0が形成され、この F過室 3 0には従来型の中空糸膜フィルター ·モジュール 3 2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 3 2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 3 4と入口スィベル継手 3 6を介して浐過室 3 0に送られ、フィルター · モジュール 3 2の複数の入口開口 3 8を介してフィルター ·モジュール 3 2内に入り、中空糸膜により浐過された水道水は出口スィベル継手 4 0とホース 4 2を介して吸着段 1 4に送られる。

吸着段 1 4には、活性炭素繊維を収容した交換可能なカートリッジ 4 4の形の処理糟が配置されている。话性炭素繊維カートリッジ 4 4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 4 6とステンレス鋼板製の円環形の蓋 4 8 とを有し、両者は周縁 5 0に沿って気密に卷締めてある。蓋 4 8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 4 2から送られた水がカートリッジ 4 4内に流入するようになっている。カートリッジ 4 4の中央にはステンレス製多孔円筒 5 2が配置してあり、この円筒 5 2の周りには活性炭素繊維 5 4 の不織布が約 0 . 1 5 g /m ^の充填密度でぐるぐると卷き付けて拘束してある。活性炭素繊維 5 4はバインダーを用いて成形してもよい。発臭物質（ 2— M I B やジォスミン）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 4 4を出来るだけ小型にするためには、活性炭素繊維 5 4としては、約 2 . 0〜 2 . 7 n m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 4 4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 4 4には約 7 0 gの活性炭素繊維を充填するのが好ましい。この点に鬨し、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— M I B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^X365曰 X7年 =38、300 J?

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、

38.300/90, 000 = 0.426 ^=426m

を要する。活性炭素繊維の充填密度は 0.15 gZm であるから、重量は、

426X0.15 = 64g

となる。同様に、 4年分では、 37 gとなる。従って、 4〜7年間の使用に対して、約 40〜70 g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によつて支持され、上蓋兼用マ二ホールド 58によって閉鎖されている。マ二ホールド 58には入口 60が設けてあり、浐過段 12で浐過されホース 42から入来する水がマ二ホールド 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ゃ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、マ二ホールド 58 の出口 64からサーモスタツト ·バルブ 66に送られる。サーモスタツト ·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 8 TC以下の時にはマ二ホールド 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つている。

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が伝熱鬨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つている。ヒーター 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 4 6底部の裏面には、また、伝熱接触鬨係でサーミスタ 7 6のような温度検出素子が配置してあり、容器 4 6の底部の溫度を監視するようになっている。第 1 5図からよく分かるように、容器 4 6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 7 6が接触させてある。サーミスタ 7 6の出力は制御回路 7 2に送られる。第 1 4図に示したように、浄水器 1 0の基台 1 8には、液晶表示パネル 7 8と再生時刻設定スイッチ 8 0と手動再生スイッチ 8 2を備えた操作表示部 8 4が設けてある。

第 1 6図に制御回路 7 2の一例を示す。サーミスタ 7 6の出力は制御回路 7 2 に入力され、制御回路 7 2は操作表示部 8 4の液晶表示パネル 7 8とスィッチ 8 0および 8 2に接続されている。図示した実施例では、制御回路 7 2はプロダラムされたマイクロプロセッサ 8 6を備え、このマイクロプロセッサ 8 6はソリッド -ステート . リレー（ S S R ) 8 8を介してヒーター 1 6への通電を制御するようになつている。電源回路 9 0の交流出力は、 S S R 8 8と溫度ヒューズ 9 2 を介して電気ヒ^"ター 1 6に供耠される。

マイクロプロセッサ 8 6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 1 6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、再生時刻設定スィツチ 8 0を押すことにより、例えば 1時間単位で再生時刻をィ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ィツチ 8 2を押した時にもヒーター 1 6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 8 6は、ヒーター 1 6 への通電開始後はサーミスタ 7 6の出力を監視することにより活性炭容器 4 6の中央上げ底部の溫度を監視し、この温度に応じて S S R 8 8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 1 0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 3 4は水道管に接続し、出口ホース 6 8は蛇口に接統することができる。浄水器の使用時には、水道管からの水道水は、先ず、沪過段 1 2のフィルター 3 2の浐過作用により予備処理され、次に、吸着段 1 4の活性素繊維 5 4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 1 7図のフローチャートを併せ参照しながら、活性炭素繊維 5 4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ィツチ 8 2が押されると、マイクロプロセッサ 8 6は S S R 8 8を励磁し、ヒーター 1 6への通電を開始させる。同時に、液晶表示パネル 7 8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 1 6に通電が行われると、活性炭容器 4 6の底部は加熱され、容器 4 6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、マ二ホールド 5 8の出口 6 4からサーモスタツト ·バルブ 6 6に向かって上昇する。サーモスタット ·バルブ 6 6の温度が 8 0。C以上になると、サーモスタットバルブ 6 6は第 1 5図において左方に移動し、水蒸気が蒸気放出口 7 0から大気に放出されるのを可能にする。

活性炭容器 4 6内に滞留する水が沸騰するに伴い、活性炭素繊維 5 4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。

ヒーダー 1 6への通電は、サーミスタ 7 6により検出される容器 4 6の中央上げ底部の温度が 1 2 CTCを超えるまで継続される。容器 4 6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 4 6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 7 6により検出される中央上げ底部の温度が 1 2 CTCになった時でも、容器 4 6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 7 6により 1 2 0 °C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熟劣化を防止することができる。

容器 4 6の中央上げ底部の温度が 1 2 TCを超えると、マイクロプロセッサ 8 6はヒーター 1 6への通電を終了させる。活性炭カートリッジ 4 4が放熱により冷却され、サーモスタット ·バルブ 6 6の雰囲気温度が 8 CTC以下になると、サ一モスタツト ■バルブ 6 6はマ二ホールド 5 8の出口 6 4をホース 6 8に接続し、浄水器の使用に備える。容器 4 6が更に放熱冷却し、サーミスタ 7 6の出力により容器底部の温度が 4 CTCに低下したことが検出されると、マイクロプロセッサ 8 6は液晶表示パネル 7 8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 2 0 7〜2 5 4 ^eC ) 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— M I Bやジォスミンのような物質にターゲットを絞って、約 1 . 8〜 3 . 0 n m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閭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つ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つたのに対し、本発明によれば话性炭素繊維寿命を 4〜 7年にまで延長させることができょう。

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 . 0 n m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 3 2を備えた沪過段 1 2は不可欠ではなく、フィルタ一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 7 0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。

Claims

請求の範囲

1 . 水蒸気吸着法による測定で約 1 . 8〜3 . 0 n m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低い沸点を有する有害な第 1の物質と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ベく活性炭素繊維を再生する工程、

とを繰り返すことを特徴とする水道水の浄化方法。

2 . 水蒸気吸着法による測定で約 1 . 8〜3 . 0 n m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低い沸点を有する有機塩素化合物と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織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ベく活性炭素繊維を再生する工程、

とを繰り返すことを特徴とする水道水の浄化方法。

3 . 水の沸点より高い沸点を有する分子量約 1ら 0〜1 9 0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卜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话性炭素繊維の吸着性能を回復させるベく活性炭素繊維を再生する工程、とを繰り返すことを特徴とする水道水の浄化方法。

4 . 前記再生工程において 1 0 0〜1 2 0での温度で：^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 . 活性炭素繊維の中心細孔直径は約 2 . 0〜2 . 7 n mである請求項 1から 4のいづれかに基づく浄化方法。

6 . 活性炭素繊維に接 ¾ (させる水道水を予め沪過することを特徴とする請求項 1から 5の t、づれかに基づく浄化方法。

7 . 水蒸気吸着法による測定で約 2 . 0〜2 . 7 n mの中心細孔直径を有する话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低い沸点を有する有害な第 1の物質と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吸着させて水道水から除去する工程と、

とを繰り返すことを特徴とする水道水の浄化方法。

8 . 水蒸気吸着法による測定で約 1 . 8〜3 . 0 n m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、前記活性炭素繊維を加熱する加熱手段と、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 - 前記活性炭素繊維の中心細孔直径は約 2 . 0〜2 . 7 n mである請求項 8 に基づく浄水器。

1 0 . 水道水を沪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。

1 1 . 水蒸気吸着法による測定で約 2 . 0〜2 . 7 ri mの中心細孔直径を有する活性炭素繊維を充填した処理糟と、前記活性炭素繊維を加熟する加熱手段と、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糟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、

1 2 . 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約 2 . 0〜3 . 0 n mの中心細孔直径を有し前記処理糟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 1 0 ο〜ι 2 crc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。