水処理装置
【課題】吸着素子の再生エネルギーの削減を課題としてなされたものであって、吸着性能を維持しながら、吸着素子の再生エネルギー量を低減することができる、水処理装置を提供することを課題とする。
【解決手段】有機化合物を含有する水を、繊維径２１〜４０μｍ、トルエン吸着容量２００〜７５０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維を含む吸着素子に通流させて該吸着素子に有機化合物を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通気させて該吸着素子に吸着された有機化合物を脱着する脱着工程とを、交互に行うことを特徴とする水処理装置。
【解決手段】有機化合物を含有する水を、繊維径２１〜４０μｍ、トルエン吸着容量２００〜７５０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維を含む吸着素子に通流させて該吸着素子に有機化合物を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通気させて該吸着素子に吸着された有機化合物を脱着する脱着工程とを、交互に行うことを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を含有する水から有機化合物を除去して浄化する装置に関し、特に各種工場、研究施設等から排出される有機溶剤等の有機化合物を含有した産業排水の浄化に用いられる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機化合物など被吸着物を含有する水を浄化する装置として、活性炭などの吸着材からなる交換可能な吸着素子を用いた交換式吸着装置が広く用いられている。交換式吸着装置においては、被吸着物を含有する水が吸着材を充填された槽に流入されて、吸着材が被吸着物を吸着することにより、水中に含まれる被吸着物が除去される。
【０００３】
しかしながら、交換式吸着装置は被吸着物を一定時間吸着し続け、吸着材の吸着能力が飽和に達すれば、新品への交換、もしくは一度装置から吸着材を取り出して再生が必要となって連続浄化ができず、更に、水の浄化は、空気の浄化と異なり、微生物の繁殖が不可避であり、吸着材の寿命を縮めることもあって、交換および再生への労力、コスト増大が問題であった。
また、従来の浄化装置では、吸着材使用開始時と使用終了前では吸着性能が変化しており、安定に浄化処理することができないという問題点も有していた。
【０００４】
特許文献１には、有機化合物など被吸着物を含有する水を連続浄化可能で、基本的に吸着材の交換の必要がない水処理装置が記載されている。この水処理装置においては、活性炭素繊維を含む吸着素子に被吸着物を含有する水を通流させて被吸着物を吸着させる吸着工程、その後被吸着物を吸着した吸着素子に高速のガスを通風させて吸着素子に付着する付着水を除去するパージ（脱水）工程、高温の加熱ガスを通気させることにより、吸着素子に吸着された被吸着物を脱離させて吸着素子を再生する脱着工程を連続的に行なっている。
【０００５】
特許文献１の水処理装置において、吸着素子の再生エネルギーとしては、吸着素子に吸着された被吸着物の脱離のほかに、吸着素子に吸着した水の脱離および吸着素子表面に残存した付着水の乾燥に使用される加熱ガスの供給に必要なエネルギーが必要となる。そのため、付着水を高効率に脱水除去させることができれば、吸着素子の再生エネルギーの削減が可能となる。
【０００６】
また、特許文献１の水処理装置において、吸着素子の再生エネルギーとしては、加熱ガスの給気手段である送風機やブロワーなどに使用される電気エネルギーがかかるが、吸着素子に含まれる吸着材の圧力損失が高い場合、給気に使用する電気エネルギーが多くかかる。そのため、低圧力損失な吸着材を吸着素子として使用することができれば、吸着素子の再生エネルギーの削減が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８８４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、吸着素子の再生エネルギーの削減を課題としてなされたものであって、吸着性能を維持しながら、吸着素子の再生エネルギー量を低減することができる、水処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。すなわち本発明は以下の構成からなる。
【００１０】
１．有機化合物を含有する水を、繊維径２１〜４０μｍ以、トルエン吸着容量２００〜７５０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維を含む吸着素子に通流させて該吸着素子に有機化合物を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通気させて該吸着素子に吸着された有機化合物を脱着する脱着工程とを、交互に行うことを特徴とする水処理装置。
２．前記脱着工程の前に高速ガスを前記吸着素子に通風させて、該吸着素子表面に付着する水分を除去する脱水工程を含む上記１に記載の水処理装置。
３．前記付着水を前記吸着素子の前に返送させて、再度、該吸着素子に吸着させる上記２に記載の水処理装置。
４．前記活性炭素繊維が、フェノール樹脂に、脂肪酸アミド類、リン酸エステル類、セルロース類よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物を混合した混合物を紡糸し、硬化して得たフェノール系繊維を炭化・賦活して得られる活性炭素繊維である上記１〜３のいずれかに記載の水処理装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水処理装置によれば、吸着素子の再生エネルギー量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好ましい一形態の例である、ダンパー切替方式の水処理装置。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明にかかる水処理装置は、有機化合物を含有する水を吸着素子に通流させて該吸着素子に有機化合物を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通流させて該吸着素子に吸着された有機化合物を脱着する脱着工程を備え、かかる工程を交互に行う水処理装置である。かかる構造を採用することにより、処理を連続的に行うことができるからである。
【００１４】
より好ましい装置の構造としては、吸着素子が幾つかに分割されており、それらの吸着工程と脱着工程をダンパー等にて切替操作を行い、吸着と脱着を連続的に行う水処理装置である。また、吸着素子が回転することができ、吸着工程で有機化合物を吸着した吸着素子の部位が、吸着素子の回転により、脱着工程へ移動する構造を有する水処理装置も好ましい装置の構造である。
【００１５】
本発明の水処理装置は、有機化合物の吸着工程後に吸着素子表面に残存する付着水を、ガスの通流により除去する脱水工程を有することが好ましい。付着水を気流で除去することにより、加熱による有機化合物の脱着が容易になるからである。除去した水滴は、戻りラインより装置入口の有機化合物を含有する原水に戻すことが好ましい。かかる方法によれば、工程数を省略でき、効率的だからである。
【００１６】
本発明の吸着素子は回転し、脱水工程の後工程で脱着領域にて加熱ガスにより吸着素子を加熱することで吸着した有害物質を脱着して再度吸着が行える状態に再生される脱着工程を有することが好ましい。加熱により有機化合物を脱着した後、連続的に吸着工程に移動することができるからである。脱着工程により発生した有機化合物を含有したガスは、直接燃焼装置や触媒燃焼装置、蓄熱式燃焼装置等の燃焼装置や活性炭素繊維を使用した溶剤回収装置等の一般的に用いられるガス処理装置にて処理することができる。
【００１７】
本発明の吸着素子は、性能面から活性炭素繊維を用いたものである。つまり、活性炭素繊維は表面にミクロ孔を有することと繊維状構造であることで、水との接触効率が高く、特に水中の有機化合物の吸着速度が速くなり、他の吸着材に比べて、極めて高い除去効率を発現できるからである。
【００１８】
本発明で用いる活性炭素繊維は、繊維径が２１〜４０μｍである。繊維径が２２μｍ未満では、繊維表面に付着する水分量が多くなることで、脱着効率が低下する。繊維径が４０μｍを超えると、繊維径が大きくなることにより、水中の被吸着物質と吸着素子との接触効率が低下するために、吸着速度が低下する。
【００１９】
本発明で用いる活性炭素繊維の前駆体であるフェノール繊維としては、フェノール樹脂に、脂肪酸アミド類、リン酸エステル類、セルロース類よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物を混合した混合物を紡糸し、硬化して得られるフェノール系繊維であることが好ましい。前記化合物を混合させることで、化合物を混合させていない太繊維径のフェノール繊維では、引張伸度が低く、不織布の製造が困難であったり、例え不織布が製造できても炭化・賦活後の活性炭素繊維不織布の引張強度が低いという問題を、解決でき、引張強度の高い活性炭素繊維不織布を得ることができる。
【００２０】
本発明で用いるフェノール系繊維としては、フェノール樹脂に脂肪酸アミド類、リン酸エステル類、セルロース類よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物（配合物）を混合した混合物を紡糸して得られるフェノール系繊維が好適に用いられる。
【００２１】
フェノール樹脂としては、酸性触媒の存在下でフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、塩基性触媒の存在下でフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られるレゾール型フェノール樹脂、各種変性フェノール樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。
【００２２】
本発明では、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂を用いることが好ましい。フェノール樹脂は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
【００２３】
本発明において配合物として用いられる脂肪酸アミド類とは、アンモニア又はアミンの窒素原子に結合する水素原子の１以上がアシル基によって置換された構造をもつ非重合体を意味し、該窒素原子に水素原子が２つ結合する第１級アミド、該窒素原子に水素原子が１つ結合する第２級アミド、該窒素原子に水素原子が結合していない第３級アミド、ラクタム、及び１分子中にアミンの窒素原子を２個以上有するものを包含する。したがって、本発明における「脂肪酸アミド類」は、ナイロン−６、ナイロン−６，６に代表される所謂、脂肪族ポリアミドのような重合体とは異なる。なお、「脂肪酸アミド類」は脂肪酸アマイド類とも称される。
【００２４】
上脂肪酸アミド類のなかでも、原料混合物の取扱い性、安定性又は紡糸性等の点から、第１級アミド、第２級アミドが好ましく、第１級アミドがより好ましく、飽和脂肪酸モノアミド、不飽和脂肪酸モノアミドが特に好ましい。
【００２５】
本発明において配合物として用いられるリン酸エステル類の「リン酸」とは、十酸化四リン（Ｐ4Ｏ10）が加水分解を受けて生ずる種々のオキソ酸の総称であり、オルトリン酸、ピロリン酸（二リン酸）、三リン酸、四リン酸、メタリン酸等を包含する。
【００２６】
本発明において「リン酸エステル類」とは、リン酸における−ＯＨの一つ以上が下記一般式（１）で表される基に置換されたもの（リン酸エステル）又はその塩を意味する。
【００２７】
【化１】
［式中、Ｒ13はヘテロ原子（炭素と水素以外の原子）を有していてもよい炭素数４以上の炭化水素基であり、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基であり、ｎは平均付加モル数であり、０〜１００の数を示す。］
【００２８】
リン酸エステル類としては、特に太径のフェノール系繊維とした際に機械的強度が高まりやすいことから、オルトリン酸における−ＯＨの一つ以上が前記式（１）で表される基に置換されたもの（オルトリン酸エステル）又はその塩が好ましい。
【００２９】
リン酸エステルの塩としては、リン酸エステルのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アミン塩等が挙げられる。リン酸エステル類は、単独で用いても、二種以上を併用してもよい。
【００３０】
本発明において配合物として用いられるセルロース類としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。セルロース類は、単独で用いても、二種以上を併用してもよい。
【００３１】
本発明で用いる活性炭素繊維は、前記フェノール繊維を前駆体とし、炭化・賦活処理することで得られる。
【００３２】
本発明で用いる活性炭素繊維の上記以外の物性は特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積が９００〜２０００ｍ２／ｇで、細孔容積が０．４〜０．９ｃｍ３／ｇで平均細孔経が１４〜１８Åのものが好ましい。ＢＥＴ比表面積が９００ｍ２／ｇ未満、細孔容積が０．４ｃｍ３／ｇ未満、細孔径が１４Å未満では、有機化合物の吸着量が低くなり、ＢＥＴ比表面積が２０００ｍ２／ｇを超え、細孔容積が０．９ｃｍ３／ｇを超え、細孔径が１８Åを超えると、細孔径が大きくなることで、有機化合物の吸着能力が低下したり、吸着素子の強度が弱くなり、また素材のコストが高くなり経済的では無くなる。
【実施例】
【００３３】
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。実施例中に示した特性は以下の方法で測定した。
【００３４】
（ＢＥＴ比表面積）
ＢＥＴ比表面積は、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）雰囲気下、相対圧力０．０〜０．１５の範囲で上昇させたときの試料への窒素吸着量を数点測定し、ＢＥＴプロットにより試料単位質量あたりの表面積（ｍ２／ｇ）を求めた。
【００３５】
（細孔容積）
細孔容積は、相対圧０．９５における窒素ガスの気体吸着法により測定した。
【００３６】
（平均細孔径）
平均細孔径は、以下の式で求めた。
ｄｐ＝４００００Ｖｐ／Ｓ（ただし、ｄｐ：平均細孔径（Å））
Ｖｐ：細孔容積（ｃｃ／ｇ）
Ｓ：ＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）
【００３７】
（トルエン吸着容量）
トルエン吸着容量は、ＪＩＳ Ｋ１４７７に定める方法で測定した。
【００３８】
（有機化合物濃度）
装置入口・出口の水中の有機化合物濃度は、ガスクロマトグラフ法により分析し測定した。
【００３９】
（平衡吸着量）
平衡吸着量（ｑ＊）は、５０％破過時間を測定し、以下の式で求めた。
ｑ＊（ｍｇ／ｇ）＝有機化合物供給量×５０％破過時間／吸着材重量
【００４０】
（吸着帯厚み）
吸着帯厚み（１０％Ｚａ）は、１０％破過する破過時間を測定し、以下の式で求めた。
１０％Ｚａ＝（５０％破過時間−１０％破過時間）×２／（５０％破過時間）
【００４１】
（付着水分量）
付着水分量は、脱水操作後の吸着材の重量を測定し、以下の式で求めた。
付着水分量（ｇ／ｇ）＝脱水操作後の吸着材重量（ｇ）／絶乾時の吸着材重量（ｇ）
【００４２】
（吸着材の平均圧力損失）
吸着材の平均圧力損失は、脱水及び脱着操作中の装置入口・出口の圧力をマノスターケージにて測定し、装置入口・出口の圧力の平均値より以下の式で求めた。
吸着材の平均圧力損失（ｋＰａ）＝装置入口の圧力（ｋＰａ）−装置出口の圧力（ｋＰａ）
【００４３】
（ブロワー動力）
ブロワー動力は、以下の式で求めた。
ブロワー動力（Ｗ）＝風量（ｍ３／ｍｉｎ）×装置入口の圧力（ｋＰａ）／６１２０／９．８１／０．７×１０６
【００４４】
（脱着熱量）
脱着熱量は、以下の式で求めた。
脱着熱量（ｋＪ）＝付着水の加温熱量（ｋＪ）＋付着水の蒸発熱量（ｋＪ）
【００４５】
[実施例１ ]
フェノール１０００質量部と３７質量％ホルマリン７３３質量部とシュウ酸５質量部を、還流冷却器を備えた反応容器に仕込み、４０分間で常温から１００℃に昇温させ、さらに１００℃で４時間反応させた後、２００℃まで加熱して脱水濃縮した後、冷却してノボラック型フェノール樹脂を得た。
【００４６】
上記ノボラック型フェノール樹脂４７５ｋｇとベヘン酸アミド２５ｋｇとを、二軸混練機（高速二軸連続ミキサー）に投入して、１５０℃で混練（溶融混合）を行い、室温まで冷却して、淡黄色透明なブロック状物を得た。なお、ベヘン酸アミドは日本精化社製のベヘニン酸アミド（ＢＮＴ−２２Ｈ）を用いた。
【００４７】
次に、このブロック状物を粗粉砕し、溶融紡糸装置（グリッドメルター式）を用いて２００℃で溶融し、該溶融により得られた溶融物を、１７０℃に保たれた孔径０．１ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３、ホール数１０個の紡糸口金から一定吐出量を保ちながら紡糸速度７５ｍ／分で紡糸（溶融紡糸）して糸条を得た。
【００４８】
得られた糸条を、長さ７０ｍｍにカットして容器に入れ、塩酸１４質量％かつホルムアルデヒド８質量％の水溶液に常温で３０分間浸漬した後、２時間で９８℃まで昇温し、さらに９８℃で２時間保持することにより硬化を行った。
【００４９】
次いで、得られた硬化物を、前記容器から取出して十分に水洗した後、３質量％アンモニア水溶液で６０℃、３０分間の中和を行った。その後、再度十分に水洗し、９０℃、３０分間乾燥することにより、単繊維繊度１１ｄｔｅｘ、繊維長７０ｍｍ、繊維クリンプなしのフェノール系繊維を得た。
【００５０】
得られたフェノール系繊維を使用し、ニードルパンチ機により、針密度５００本／ｉｎｃｈ2、針深度１２ｍｍ（裏）、７ｍｍ（表）の条件で裏表処理を行い、ＡＣＦ不織布前駆体を得、その前駆体を不活性雰囲気（窒素雰囲気）中３０分かけて、常温から８９０℃まで加熱して炭化させ、次に水蒸気１２質量％を含有する雰囲気中８９０℃の温度で１００分間賦活して、繊維径が２４μｍ、平均細孔径１４Å、ＢＥＴ比表面積１６５０ｍ２／ｇ、全細孔容積０．７ｃｍ３／ｇ、トルエン吸着容量４９０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維からなる不織布を得た。
【００５１】
得られた活性炭素繊維不織布を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの絶乾重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図１のダンパー切替方式の水処理装置に設置して１０００ｍｇ／lの１,４−ジオキサンを含む原水を通水線速３．６ｃｍ／ｍｉｎで導入した。その際の出口濃度の経時変化を確認した結果、表１に示すように吸着帯厚み（Ｚａ１０％）が３９ｍｍであり、平衡吸着量（ｑ＊）が１７７ｍｇ／ｇと良好な吸着性能であった。
【００５２】
次に、水処理装置の脱水工程のガスとして３０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで５ｍｉｎ通風し、吸着素子に付着する水分を脱水除去した。その際の付着水分量は１．９ｇ／ｇであった。
【００５３】
次に、脱着工程における加熱ガスとして１２０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで通風した。その際の吸着材の平均圧力損失は４．８ｋＰａであった。また、ブロワー動力は４６Ｗ、脱着熱量は９６９ｋＪと試算された。
【００５４】
[実施例２ ]
実施例１で製造したフェノール系繊維を使用し、実施例１と同様のＡＣＦ不織布前駆体を得、その前駆体を、不活性雰囲気中１８分かけて、常温から８７０℃まで加熱して炭化させ、次に水蒸気１２質量％を含有する雰囲気中８７０℃の温度で１２０分間賦活して、繊維径が２４μｍ、平均細孔径１４Å、ＢＥＴ比表面積１１００ｍ２／ｇ、全細孔容積０．５ｃｍ３／ｇ、トルエン吸着容量３２０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維からなる不織布を得た。
【００５５】
得られた活性炭素繊維不織布を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの絶乾重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図１のダンパー切替方式の水処理装置に設置して１０００ｍｇ／lのイソプロピルアルコールを含む原水を通水線速３．６ｃｍ／ｍｉｎで導入した。その際の出口濃度の経時変化を確認した結果、表１に示すように吸着帯厚み（Ｚａ１０％）が４２ｍｍであり、平衡吸着量（ｑ＊）が１３０ｍｇ／ｇと良好な吸着性能であった。
【００５６】
次に、水処理装置の脱水工程のガスとして３０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで５ｍｉｎ通風し、吸着素子に付着する水分を脱水除去した。その際の付着水分量は１．８ｇ／ｇであった。
【００５７】
次に、脱着工程における加熱ガスとして１２０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで通風した。その際の吸着材の平均圧力損失は３．８ｋＰａであった。また、ブロワー動力は３６Ｗ、脱着熱量は９１８ｋＪと試算された。
【００５８】
[比較例１ ]
単繊維繊度５．６ｄｔｅｘ、繊維長７０ｍｍ、繊維クリンプなしのフェノール系繊維（群栄化学工業（株）社製、カイノールＫＦ−０５７０）を使用し、ニードルパンチ機により、針密度５００本／ｉｎｃｈ2、針深度１２ｍｍ（裏）、７ｍｍ（表）の条件で裏表処理を行いＡＣＦ不織布前駆体を得、その前駆体を不活性雰囲気中１８分かけて、常温から８９０℃まで加熱して炭化させ、次に水蒸気１２質量％を含有する雰囲気中８９０℃の温度で６０分間賦活して、繊維径１７μｍ、平均細孔径１４Å、ＢＥＴ比表面積１６５０ｍ２／ｇ、全細孔容積０．７ｃｍ３／ｇ、トルエン吸着容量４９０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維からなる不織布を得た。
【００５９】
得られた活性炭素繊維不織布を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの絶乾重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図１のダンパー切替方式の水処理装置に設置して１０００ｍｇ／lの１,４−ジオキサンを含む原水を通水線速３．６ｃｍ／ｍｉｎで導入した。その際の出口濃度の経時変化を確認した結果、表１に示すように吸着帯厚み（Ｚａ１０％）が４０ｍｍであり、平衡吸着量（ｑ＊）が１７５ｍｇ／ｇと良好な吸着性能であった。
【００６０】
次に、水処理装置の脱水工程のガスとして３０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで５ｍｉｎ通風し、吸着素子に付着する水分を脱水除去した。その際の付着水分量は２．６ｇ／ｇであった。
【００６１】
次に、脱着工程における加熱ガスとして１２０℃の空気を風速を風速５０ｃｍ／ｓで通風した。その際の吸着材の平均圧力損失は８．５ｋＰａであった。ブロワー動力は８１Ｗ、脱着熱量は１３２６ｋＪと試算され、実施例１と比較して１．７倍以上のブロワー動力、１．４倍以上の脱着熱量が必要であった。
【００６２】
[比較例２ ]
比較例１で製造したフェノール繊維を使用し、比較例１と同様のＡＣＦ不織布前駆体を得、その前駆体を、不活性雰囲気中１８分かけて、常温から８７０℃まで加熱して炭化させ、次に水蒸気１２質量％を含有する雰囲気中８７０℃の温度で６０分間賦活して、繊維径１７μｍ、平均細孔径１３Å、ＢＥＴ比表面積１１００ｍ２／ｇ、全細孔容積０．５ｃｍ３／ｇ、トルエン吸着容量３２０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維からなる不織布を得た。
【００６３】
得られた活性炭素繊維不織布を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの絶乾重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図１のダンパー切替方式の水処理装置に設置して１０００ｍｇ／lのイソプロピルアルコールを含む原水を通水線速３．６ｃｍ／ｍｉｎで導入した。その際の出口濃度の経時変化を確認した結果、表１に示すように吸着帯厚み（Ｚａ１０％）が４２ｍｍであり、平衡吸着量（ｑ＊）が１３０ｍｇ／ｇと良好な吸着速度と破過時間であった。
【００６４】
次に、水処理装置の脱水工程のガスとして３０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで５ｍｉｎ通風し、吸着素子に付着する水分を脱水除去した。その際の付着水分量は２．５ｇ／ｇであった。
【００６５】
次に、脱着工程における加熱ガスとして１２０℃の空気を風速を風速５０ｃｍ／ｓで通風した。その際の吸着材の平均圧力損失は７．０ｋＰａであった。ブロワー動力は６６Ｗ、脱着熱量は１２７５ｋＪと試算され、実施例２と比較して１．８倍以上のブロワー動力、１．４倍以上の脱着熱量が必要であった。
【００６６】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の水処理装置は、有機化合物を含む水の連続浄化を実現し、基本的に吸着材の交換が必要なく、多量の有機化合物を高効率かつ安定に除去することができる処理装置であるため、設備増大を必要とせずに、吸着材交換作業を省略でき、コスト低減、有害物質を安定除去でき、特に研究所や工場等の幅広い分野に利用することができ、産業界に寄与することが大である。
【符号の説明】
【００６８】
１１ 原水導入ライン
１２ 吸着素子
１３ 吸着領域
１４ 脱水領域
１５ 戻りライン
１６ 脱着領域
２１ 原水
２２ 処理出口水
２３ 脱着空気
２４ 濃縮ガス
２５ 吸着素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を含有する水から有機化合物を除去して浄化する装置に関し、特に各種工場、研究施設等から排出される有機溶剤等の有機化合物を含有した産業排水の浄化に用いられる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機化合物など被吸着物を含有する水を浄化する装置として、活性炭などの吸着材からなる交換可能な吸着素子を用いた交換式吸着装置が広く用いられている。交換式吸着装置においては、被吸着物を含有する水が吸着材を充填された槽に流入されて、吸着材が被吸着物を吸着することにより、水中に含まれる被吸着物が除去される。
【０００３】
しかしながら、交換式吸着装置は被吸着物を一定時間吸着し続け、吸着材の吸着能力が飽和に達すれば、新品への交換、もしくは一度装置から吸着材を取り出して再生が必要となって連続浄化ができず、更に、水の浄化は、空気の浄化と異なり、微生物の繁殖が不可避であり、吸着材の寿命を縮めることもあって、交換および再生への労力、コスト増大が問題であった。
また、従来の浄化装置では、吸着材使用開始時と使用終了前では吸着性能が変化しており、安定に浄化処理することができないという問題点も有していた。
【０００４】
特許文献１には、有機化合物など被吸着物を含有する水を連続浄化可能で、基本的に吸着材の交換の必要がない水処理装置が記載されている。この水処理装置においては、活性炭素繊維を含む吸着素子に被吸着物を含有する水を通流させて被吸着物を吸着させる吸着工程、その後被吸着物を吸着した吸着素子に高速のガスを通風させて吸着素子に付着する付着水を除去するパージ（脱水）工程、高温の加熱ガスを通気させることにより、吸着素子に吸着された被吸着物を脱離させて吸着素子を再生する脱着工程を連続的に行なっている。
【０００５】
特許文献１の水処理装置において、吸着素子の再生エネルギーとしては、吸着素子に吸着された被吸着物の脱離のほかに、吸着素子に吸着した水の脱離および吸着素子表面に残存した付着水の乾燥に使用される加熱ガスの供給に必要なエネルギーが必要となる。そのため、付着水を高効率に脱水除去させることができれば、吸着素子の再生エネルギーの削減が可能となる。
【０００６】
また、特許文献１の水処理装置において、吸着素子の再生エネルギーとしては、加熱ガスの給気手段である送風機やブロワーなどに使用される電気エネルギーがかかるが、吸着素子に含まれる吸着材の圧力損失が高い場合、給気に使用する電気エネルギーが多くかかる。そのため、低圧力損失な吸着材を吸着素子として使用することができれば、吸着素子の再生エネルギーの削減が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８８４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、吸着素子の再生エネルギーの削減を課題としてなされたものであって、吸着性能を維持しながら、吸着素子の再生エネルギー量を低減することができる、水処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。すなわち本発明は以下の構成からなる。
【００１０】
１．有機化合物を含有する水を、繊維径２１〜４０μｍ以、トルエン吸着容量２００〜７５０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維を含む吸着素子に通流させて該吸着素子に有機化合物を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通気させて該吸着素子に吸着された有機化合物を脱着する脱着工程とを、交互に行うことを特徴とする水処理装置。
２．前記脱着工程の前に高速ガスを前記吸着素子に通風させて、該吸着素子表面に付着する水分を除去する脱水工程を含む上記１に記載の水処理装置。
３．前記付着水を前記吸着素子の前に返送させて、再度、該吸着素子に吸着させる上記２に記載の水処理装置。
４．前記活性炭素繊維が、フェノール樹脂に、脂肪酸アミド類、リン酸エステル類、セルロース類よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物を混合した混合物を紡糸し、硬化して得たフェノール系繊維を炭化・賦活して得られる活性炭素繊維である上記１〜３のいずれかに記載の水処理装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水処理装置によれば、吸着素子の再生エネルギー量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好ましい一形態の例である、ダンパー切替方式の水処理装置。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明にかかる水処理装置は、有機化合物を含有する水を吸着素子に通流させて該吸着素子に有機化合物を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通流させて該吸着素子に吸着された有機化合物を脱着する脱着工程を備え、かかる工程を交互に行う水処理装置である。かかる構造を採用することにより、処理を連続的に行うことができるからである。
【００１４】
より好ましい装置の構造としては、吸着素子が幾つかに分割されており、それらの吸着工程と脱着工程をダンパー等にて切替操作を行い、吸着と脱着を連続的に行う水処理装置である。また、吸着素子が回転することができ、吸着工程で有機化合物を吸着した吸着素子の部位が、吸着素子の回転により、脱着工程へ移動する構造を有する水処理装置も好ましい装置の構造である。
【００１５】
本発明の水処理装置は、有機化合物の吸着工程後に吸着素子表面に残存する付着水を、ガスの通流により除去する脱水工程を有することが好ましい。付着水を気流で除去することにより、加熱による有機化合物の脱着が容易になるからである。除去した水滴は、戻りラインより装置入口の有機化合物を含有する原水に戻すことが好ましい。かかる方法によれば、工程数を省略でき、効率的だからである。
【００１６】
本発明の吸着素子は回転し、脱水工程の後工程で脱着領域にて加熱ガスにより吸着素子を加熱することで吸着した有害物質を脱着して再度吸着が行える状態に再生される脱着工程を有することが好ましい。加熱により有機化合物を脱着した後、連続的に吸着工程に移動することができるからである。脱着工程により発生した有機化合物を含有したガスは、直接燃焼装置や触媒燃焼装置、蓄熱式燃焼装置等の燃焼装置や活性炭素繊維を使用した溶剤回収装置等の一般的に用いられるガス処理装置にて処理することができる。
【００１７】
本発明の吸着素子は、性能面から活性炭素繊維を用いたものである。つまり、活性炭素繊維は表面にミクロ孔を有することと繊維状構造であることで、水との接触効率が高く、特に水中の有機化合物の吸着速度が速くなり、他の吸着材に比べて、極めて高い除去効率を発現できるからである。
【００１８】
本発明で用いる活性炭素繊維は、繊維径が２１〜４０μｍである。繊維径が２２μｍ未満では、繊維表面に付着する水分量が多くなることで、脱着効率が低下する。繊維径が４０μｍを超えると、繊維径が大きくなることにより、水中の被吸着物質と吸着素子との接触効率が低下するために、吸着速度が低下する。
【００１９】
本発明で用いる活性炭素繊維の前駆体であるフェノール繊維としては、フェノール樹脂に、脂肪酸アミド類、リン酸エステル類、セルロース類よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物を混合した混合物を紡糸し、硬化して得られるフェノール系繊維であることが好ましい。前記化合物を混合させることで、化合物を混合させていない太繊維径のフェノール繊維では、引張伸度が低く、不織布の製造が困難であったり、例え不織布が製造できても炭化・賦活後の活性炭素繊維不織布の引張強度が低いという問題を、解決でき、引張強度の高い活性炭素繊維不織布を得ることができる。
【００２０】
本発明で用いるフェノール系繊維としては、フェノール樹脂に脂肪酸アミド類、リン酸エステル類、セルロース類よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物（配合物）を混合した混合物を紡糸して得られるフェノール系繊維が好適に用いられる。
【００２１】
フェノール樹脂としては、酸性触媒の存在下でフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、塩基性触媒の存在下でフェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られるレゾール型フェノール樹脂、各種変性フェノール樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。
【００２２】
本発明では、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂を用いることが好ましい。フェノール樹脂は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
【００２３】
本発明において配合物として用いられる脂肪酸アミド類とは、アンモニア又はアミンの窒素原子に結合する水素原子の１以上がアシル基によって置換された構造をもつ非重合体を意味し、該窒素原子に水素原子が２つ結合する第１級アミド、該窒素原子に水素原子が１つ結合する第２級アミド、該窒素原子に水素原子が結合していない第３級アミド、ラクタム、及び１分子中にアミンの窒素原子を２個以上有するものを包含する。したがって、本発明における「脂肪酸アミド類」は、ナイロン−６、ナイロン−６，６に代表される所謂、脂肪族ポリアミドのような重合体とは異なる。なお、「脂肪酸アミド類」は脂肪酸アマイド類とも称される。
【００２４】
上脂肪酸アミド類のなかでも、原料混合物の取扱い性、安定性又は紡糸性等の点から、第１級アミド、第２級アミドが好ましく、第１級アミドがより好ましく、飽和脂肪酸モノアミド、不飽和脂肪酸モノアミドが特に好ましい。
【００２５】
本発明において配合物として用いられるリン酸エステル類の「リン酸」とは、十酸化四リン（Ｐ4Ｏ10）が加水分解を受けて生ずる種々のオキソ酸の総称であり、オルトリン酸、ピロリン酸（二リン酸）、三リン酸、四リン酸、メタリン酸等を包含する。
【００２６】
本発明において「リン酸エステル類」とは、リン酸における−ＯＨの一つ以上が下記一般式（１）で表される基に置換されたもの（リン酸エステル）又はその塩を意味する。
【００２７】
【化１】
［式中、Ｒ13はヘテロ原子（炭素と水素以外の原子）を有していてもよい炭素数４以上の炭化水素基であり、ＡＯは炭素数２〜４のオキシアルキレン基であり、ｎは平均付加モル数であり、０〜１００の数を示す。］
【００２８】
リン酸エステル類としては、特に太径のフェノール系繊維とした際に機械的強度が高まりやすいことから、オルトリン酸における−ＯＨの一つ以上が前記式（１）で表される基に置換されたもの（オルトリン酸エステル）又はその塩が好ましい。
【００２９】
リン酸エステルの塩としては、リン酸エステルのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、アミン塩等が挙げられる。リン酸エステル類は、単独で用いても、二種以上を併用してもよい。
【００３０】
本発明において配合物として用いられるセルロース類としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。セルロース類は、単独で用いても、二種以上を併用してもよい。
【００３１】
本発明で用いる活性炭素繊維は、前記フェノール繊維を前駆体とし、炭化・賦活処理することで得られる。
【００３２】
本発明で用いる活性炭素繊維の上記以外の物性は特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積が９００〜２０００ｍ２／ｇで、細孔容積が０．４〜０．９ｃｍ３／ｇで平均細孔経が１４〜１８Åのものが好ましい。ＢＥＴ比表面積が９００ｍ２／ｇ未満、細孔容積が０．４ｃｍ３／ｇ未満、細孔径が１４Å未満では、有機化合物の吸着量が低くなり、ＢＥＴ比表面積が２０００ｍ２／ｇを超え、細孔容積が０．９ｃｍ３／ｇを超え、細孔径が１８Åを超えると、細孔径が大きくなることで、有機化合物の吸着能力が低下したり、吸着素子の強度が弱くなり、また素材のコストが高くなり経済的では無くなる。
【実施例】
【００３３】
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。実施例中に示した特性は以下の方法で測定した。
【００３４】
（ＢＥＴ比表面積）
ＢＥＴ比表面積は、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）雰囲気下、相対圧力０．０〜０．１５の範囲で上昇させたときの試料への窒素吸着量を数点測定し、ＢＥＴプロットにより試料単位質量あたりの表面積（ｍ２／ｇ）を求めた。
【００３５】
（細孔容積）
細孔容積は、相対圧０．９５における窒素ガスの気体吸着法により測定した。
【００３６】
（平均細孔径）
平均細孔径は、以下の式で求めた。
ｄｐ＝４００００Ｖｐ／Ｓ（ただし、ｄｐ：平均細孔径（Å））
Ｖｐ：細孔容積（ｃｃ／ｇ）
Ｓ：ＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）
【００３７】
（トルエン吸着容量）
トルエン吸着容量は、ＪＩＳ Ｋ１４７７に定める方法で測定した。
【００３８】
（有機化合物濃度）
装置入口・出口の水中の有機化合物濃度は、ガスクロマトグラフ法により分析し測定した。
【００３９】
（平衡吸着量）
平衡吸着量（ｑ＊）は、５０％破過時間を測定し、以下の式で求めた。
ｑ＊（ｍｇ／ｇ）＝有機化合物供給量×５０％破過時間／吸着材重量
【００４０】
（吸着帯厚み）
吸着帯厚み（１０％Ｚａ）は、１０％破過する破過時間を測定し、以下の式で求めた。
１０％Ｚａ＝（５０％破過時間−１０％破過時間）×２／（５０％破過時間）
【００４１】
（付着水分量）
付着水分量は、脱水操作後の吸着材の重量を測定し、以下の式で求めた。
付着水分量（ｇ／ｇ）＝脱水操作後の吸着材重量（ｇ）／絶乾時の吸着材重量（ｇ）
【００４２】
（吸着材の平均圧力損失）
吸着材の平均圧力損失は、脱水及び脱着操作中の装置入口・出口の圧力をマノスターケージにて測定し、装置入口・出口の圧力の平均値より以下の式で求めた。
吸着材の平均圧力損失（ｋＰａ）＝装置入口の圧力（ｋＰａ）−装置出口の圧力（ｋＰａ）
【００４３】
（ブロワー動力）
ブロワー動力は、以下の式で求めた。
ブロワー動力（Ｗ）＝風量（ｍ３／ｍｉｎ）×装置入口の圧力（ｋＰａ）／６１２０／９．８１／０．７×１０６
【００４４】
（脱着熱量）
脱着熱量は、以下の式で求めた。
脱着熱量（ｋＪ）＝付着水の加温熱量（ｋＪ）＋付着水の蒸発熱量（ｋＪ）
【００４５】
[実施例１ ]
フェノール１０００質量部と３７質量％ホルマリン７３３質量部とシュウ酸５質量部を、還流冷却器を備えた反応容器に仕込み、４０分間で常温から１００℃に昇温させ、さらに１００℃で４時間反応させた後、２００℃まで加熱して脱水濃縮した後、冷却してノボラック型フェノール樹脂を得た。
【００４６】
上記ノボラック型フェノール樹脂４７５ｋｇとベヘン酸アミド２５ｋｇとを、二軸混練機（高速二軸連続ミキサー）に投入して、１５０℃で混練（溶融混合）を行い、室温まで冷却して、淡黄色透明なブロック状物を得た。なお、ベヘン酸アミドは日本精化社製のベヘニン酸アミド（ＢＮＴ−２２Ｈ）を用いた。
【００４７】
次に、このブロック状物を粗粉砕し、溶融紡糸装置（グリッドメルター式）を用いて２００℃で溶融し、該溶融により得られた溶融物を、１７０℃に保たれた孔径０．１ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３、ホール数１０個の紡糸口金から一定吐出量を保ちながら紡糸速度７５ｍ／分で紡糸（溶融紡糸）して糸条を得た。
【００４８】
得られた糸条を、長さ７０ｍｍにカットして容器に入れ、塩酸１４質量％かつホルムアルデヒド８質量％の水溶液に常温で３０分間浸漬した後、２時間で９８℃まで昇温し、さらに９８℃で２時間保持することにより硬化を行った。
【００４９】
次いで、得られた硬化物を、前記容器から取出して十分に水洗した後、３質量％アンモニア水溶液で６０℃、３０分間の中和を行った。その後、再度十分に水洗し、９０℃、３０分間乾燥することにより、単繊維繊度１１ｄｔｅｘ、繊維長７０ｍｍ、繊維クリンプなしのフェノール系繊維を得た。
【００５０】
得られたフェノール系繊維を使用し、ニードルパンチ機により、針密度５００本／ｉｎｃｈ2、針深度１２ｍｍ（裏）、７ｍｍ（表）の条件で裏表処理を行い、ＡＣＦ不織布前駆体を得、その前駆体を不活性雰囲気（窒素雰囲気）中３０分かけて、常温から８９０℃まで加熱して炭化させ、次に水蒸気１２質量％を含有する雰囲気中８９０℃の温度で１００分間賦活して、繊維径が２４μｍ、平均細孔径１４Å、ＢＥＴ比表面積１６５０ｍ２／ｇ、全細孔容積０．７ｃｍ３／ｇ、トルエン吸着容量４９０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維からなる不織布を得た。
【００５１】
得られた活性炭素繊維不織布を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの絶乾重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図１のダンパー切替方式の水処理装置に設置して１０００ｍｇ／lの１,４−ジオキサンを含む原水を通水線速３．６ｃｍ／ｍｉｎで導入した。その際の出口濃度の経時変化を確認した結果、表１に示すように吸着帯厚み（Ｚａ１０％）が３９ｍｍであり、平衡吸着量（ｑ＊）が１７７ｍｇ／ｇと良好な吸着性能であった。
【００５２】
次に、水処理装置の脱水工程のガスとして３０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで５ｍｉｎ通風し、吸着素子に付着する水分を脱水除去した。その際の付着水分量は１．９ｇ／ｇであった。
【００５３】
次に、脱着工程における加熱ガスとして１２０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで通風した。その際の吸着材の平均圧力損失は４．８ｋＰａであった。また、ブロワー動力は４６Ｗ、脱着熱量は９６９ｋＪと試算された。
【００５４】
[実施例２ ]
実施例１で製造したフェノール系繊維を使用し、実施例１と同様のＡＣＦ不織布前駆体を得、その前駆体を、不活性雰囲気中１８分かけて、常温から８７０℃まで加熱して炭化させ、次に水蒸気１２質量％を含有する雰囲気中８７０℃の温度で１２０分間賦活して、繊維径が２４μｍ、平均細孔径１４Å、ＢＥＴ比表面積１１００ｍ２／ｇ、全細孔容積０．５ｃｍ３／ｇ、トルエン吸着容量３２０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維からなる不織布を得た。
【００５５】
得られた活性炭素繊維不織布を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの絶乾重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図１のダンパー切替方式の水処理装置に設置して１０００ｍｇ／lのイソプロピルアルコールを含む原水を通水線速３．６ｃｍ／ｍｉｎで導入した。その際の出口濃度の経時変化を確認した結果、表１に示すように吸着帯厚み（Ｚａ１０％）が４２ｍｍであり、平衡吸着量（ｑ＊）が１３０ｍｇ／ｇと良好な吸着性能であった。
【００５６】
次に、水処理装置の脱水工程のガスとして３０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで５ｍｉｎ通風し、吸着素子に付着する水分を脱水除去した。その際の付着水分量は１．８ｇ／ｇであった。
【００５７】
次に、脱着工程における加熱ガスとして１２０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで通風した。その際の吸着材の平均圧力損失は３．８ｋＰａであった。また、ブロワー動力は３６Ｗ、脱着熱量は９１８ｋＪと試算された。
【００５８】
[比較例１ ]
単繊維繊度５．６ｄｔｅｘ、繊維長７０ｍｍ、繊維クリンプなしのフェノール系繊維（群栄化学工業（株）社製、カイノールＫＦ−０５７０）を使用し、ニードルパンチ機により、針密度５００本／ｉｎｃｈ2、針深度１２ｍｍ（裏）、７ｍｍ（表）の条件で裏表処理を行いＡＣＦ不織布前駆体を得、その前駆体を不活性雰囲気中１８分かけて、常温から８９０℃まで加熱して炭化させ、次に水蒸気１２質量％を含有する雰囲気中８９０℃の温度で６０分間賦活して、繊維径１７μｍ、平均細孔径１４Å、ＢＥＴ比表面積１６５０ｍ２／ｇ、全細孔容積０．７ｃｍ３／ｇ、トルエン吸着容量４９０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維からなる不織布を得た。
【００５９】
得られた活性炭素繊維不織布を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの絶乾重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図１のダンパー切替方式の水処理装置に設置して１０００ｍｇ／lの１,４−ジオキサンを含む原水を通水線速３．６ｃｍ／ｍｉｎで導入した。その際の出口濃度の経時変化を確認した結果、表１に示すように吸着帯厚み（Ｚａ１０％）が４０ｍｍであり、平衡吸着量（ｑ＊）が１７５ｍｇ／ｇと良好な吸着性能であった。
【００６０】
次に、水処理装置の脱水工程のガスとして３０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで５ｍｉｎ通風し、吸着素子に付着する水分を脱水除去した。その際の付着水分量は２．６ｇ／ｇであった。
【００６１】
次に、脱着工程における加熱ガスとして１２０℃の空気を風速を風速５０ｃｍ／ｓで通風した。その際の吸着材の平均圧力損失は８．５ｋＰａであった。ブロワー動力は８１Ｗ、脱着熱量は１３２６ｋＪと試算され、実施例１と比較して１．７倍以上のブロワー動力、１．４倍以上の脱着熱量が必要であった。
【００６２】
[比較例２ ]
比較例１で製造したフェノール繊維を使用し、比較例１と同様のＡＣＦ不織布前駆体を得、その前駆体を、不活性雰囲気中１８分かけて、常温から８７０℃まで加熱して炭化させ、次に水蒸気１２質量％を含有する雰囲気中８７０℃の温度で６０分間賦活して、繊維径１７μｍ、平均細孔径１３Å、ＢＥＴ比表面積１１００ｍ２／ｇ、全細孔容積０．５ｃｍ３／ｇ、トルエン吸着容量３２０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維からなる不織布を得た。
【００６３】
得られた活性炭素繊維不織布を使用した１３０ｍｍφで、厚み１５０ｍｍの絶乾重量２００ｇの吸着素子を２個作成し、図１のダンパー切替方式の水処理装置に設置して１０００ｍｇ／lのイソプロピルアルコールを含む原水を通水線速３．６ｃｍ／ｍｉｎで導入した。その際の出口濃度の経時変化を確認した結果、表１に示すように吸着帯厚み（Ｚａ１０％）が４２ｍｍであり、平衡吸着量（ｑ＊）が１３０ｍｇ／ｇと良好な吸着速度と破過時間であった。
【００６４】
次に、水処理装置の脱水工程のガスとして３０℃の空気を風速５０ｃｍ／ｓで５ｍｉｎ通風し、吸着素子に付着する水分を脱水除去した。その際の付着水分量は２．５ｇ／ｇであった。
【００６５】
次に、脱着工程における加熱ガスとして１２０℃の空気を風速を風速５０ｃｍ／ｓで通風した。その際の吸着材の平均圧力損失は７．０ｋＰａであった。ブロワー動力は６６Ｗ、脱着熱量は１２７５ｋＪと試算され、実施例２と比較して１．８倍以上のブロワー動力、１．４倍以上の脱着熱量が必要であった。
【００６６】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の水処理装置は、有機化合物を含む水の連続浄化を実現し、基本的に吸着材の交換が必要なく、多量の有機化合物を高効率かつ安定に除去することができる処理装置であるため、設備増大を必要とせずに、吸着材交換作業を省略でき、コスト低減、有害物質を安定除去でき、特に研究所や工場等の幅広い分野に利用することができ、産業界に寄与することが大である。
【符号の説明】
【００６８】
１１ 原水導入ライン
１２ 吸着素子
１３ 吸着領域
１４ 脱水領域
１５ 戻りライン
１６ 脱着領域
２１ 原水
２２ 処理出口水
２３ 脱着空気
２４ 濃縮ガス
２５ 吸着素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物を含有する水を、繊維径２１〜４０μｍ、トルエン吸着容量２００〜７５０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維を含む吸着素子に通流させて該吸着素子に有機化合物を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通気させて該吸着素子に吸着された有機化合物を脱着する脱着工程とを、交互に行うことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記脱着工程の前に高速ガスを前記吸着素子に通風させて、該吸着素子表面に付着する水分を除去する脱水工程を含む請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記付着水を前記吸着素子の前に返送させて、再度、該吸着素子に吸着させる請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記活性炭素繊維が、フェノール樹脂に、脂肪酸アミド類、リン酸エステル類、セルロース類よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物を混合した混合物を紡糸し、硬化して得たフェノール系繊維を炭化・賦活して得られる活性炭素繊維である請求項１〜３のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１】
有機化合物を含有する水を、繊維径２１〜４０μｍ、トルエン吸着容量２００〜７５０ｍｇ／ｇの活性炭素繊維を含む吸着素子に通流させて該吸着素子に有機化合物を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通気させて該吸着素子に吸着された有機化合物を脱着する脱着工程とを、交互に行うことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記脱着工程の前に高速ガスを前記吸着素子に通風させて、該吸着素子表面に付着する水分を除去する脱水工程を含む請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記付着水を前記吸着素子の前に返送させて、再度、該吸着素子に吸着させる請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記活性炭素繊維が、フェノール樹脂に、脂肪酸アミド類、リン酸エステル類、セルロース類よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物を混合した混合物を紡糸し、硬化して得たフェノール系繊維を炭化・賦活して得られる活性炭素繊維である請求項１〜３のいずれかに記載の水処理装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−１１１５５１（Ｐ２０１３−１１１５５１Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６１７８２（Ｐ２０１１−２６１７８２）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００３１６０）東洋紡株式会社 (3,622)
【Ｆターム（参考）】
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