溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置
【課題】直接的且つ効率的に排水などの水（原水）から溶存硫化物を除去することが可能な溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置を提供する。
【解決手段】処理槽５内に活性炭層６を備えてなる装置本体１と、処理槽５内に、硫化物が溶存する原水Ｗを供給して活性炭層６に流通させる原水供給手段２と、処理槽５内に酸素を含む気体Ｓを供給して活性炭層６に流通させる気体供給手段３とを備えて除去装置Ａを構成する。そして、活性炭層６に原水Ｗと気体Ｓを同時に流通し、活性炭の触媒作用を利用して溶存硫化物を酸化させ、硫黄に転換して除去する。
【解決手段】処理槽５内に活性炭層６を備えてなる装置本体１と、処理槽５内に、硫化物が溶存する原水Ｗを供給して活性炭層６に流通させる原水供給手段２と、処理槽５内に酸素を含む気体Ｓを供給して活性炭層６に流通させる気体供給手段３とを備えて除去装置Ａを構成する。そして、活性炭層６に原水Ｗと気体Ｓを同時に流通し、活性炭の触媒作用を利用して溶存硫化物を酸化させ、硫黄に転換して除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水に溶存している硫化物を除去するための溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水に、硫化水素（Ｈ２Ｓ）などの分子態硫化物、水硫化物イオン（ＨＳ−）や硫化物イオン（Ｓ２−）などのイオン態硫化物が溶存していると、硫化水素として揮散し、悪臭の発生、コンクリート腐食、金属腐食などを招くおそれがある。このため、食品加工工場、下水処理場、し尿処理場などでは、排水などからこの種の溶存硫化物を除去する対策や揮散した硫化水素を気相から除去する対策を講じるようにしている。
【０００３】
そして、従来、排水などの処理原水から溶存硫化物を除去する対策には、ｐＨを調整した原水をエアレーション（曝気）することによって溶存硫化物を強制的に揮散させ、気化した硫化物（硫化水素）を活性炭で吸着除去したり、脱硫剤で捕捉除去する方法が多用されている。
【０００４】
また、揮散した硫化水素を気相から除去する方法として、活性炭で吸着除去する方法や、脱硫剤で捕捉除去する方法の他に、活性炭を触媒として用いる方法が特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された方法では、洗浄塔内の上部に設けたスプレーからアルカリ水溶液を噴出させつつ硫化水素を含む悪臭ガスを洗浄塔内に流通させ、アルカリ水溶液に硫化水素を吸収させる。そして、硫化水素を吸収して溶存硫化物を含むアルカリ水溶液に活性炭を添加してエアレーションし、活性炭による触媒作用を利用して空気酸化させることにより溶存硫化物を硫黄（単体硫黄、コロイド状の硫黄）に転換する。このように活性炭の触媒作用によって溶存硫化物を再度硫化水素に転換することのない化学的に安定な硫黄まで酸化させることができるため、このまま処理水を放流することも可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６２−４１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の処理原水から溶存硫化物を除去する方法では、エアレーションを行って気相に硫化水素を揮散させるため、処理原水の量に対し空気の量が非常に多く必要になる。これにより、処理量に対しエアレーションタンクや脱硫装置を組み合わせた装置全体（溶存硫化物の除去装置）の規模が大きくなるという問題があった。
【０００７】
また、エアレーションによる処理原水からの溶存硫化物の揮散（揮散工程）と、気相からの硫化水素（気化した硫化物）の除去（除去工程）の二段の工程を要することになるため、処理効率が悪く、直接的に処理原水から溶存硫化物を除去する手法が強く望まれていた。なお、処理原水に活性炭を添加して直接的に溶存硫化物を吸着除去することも考えられるが、活性炭の吸着量には限界があり、溶存硫化物濃度が高濃度であるほどに処理効率ひいては経済性の面で問題が生じるため、実用的ではない。
【０００８】
一方、特許文献１に開示された方法を利用し、活性炭の触媒作用で溶存硫化物を硫黄に酸化させて、直接的に処理原水から溶存硫化物を除去することも考えられる。しかしながら、この方法においても、処理原水に添加した活性炭をエアレーションによって撹拌しながら溶存硫化物の酸化反応を促進させるようにするため、やはり処理原水の量に対し空気の量が非常に多く必要になり、処理装置全体の規模が大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、直接的且つ効率的に排水などの原水から溶存硫化物を除去することが可能な溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１１】
本発明の溶存硫化物の除去方法は、硫化物が溶存する原水から溶存硫化物を除去する方法であって、活性炭層に前記原水とともに酸素を含む気体を流通させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の溶存硫化物の除去装置は、硫化物が溶存する原水から溶存硫化物を除去するための溶存硫化物の除去装置であって、処理槽内に活性炭層を備えてなる装置本体と、前記処理槽内に前記原水を供給して前記活性炭層に流通させるための原水供給手段と、前記処理槽内に酸素を含む気体を供給して前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させるための気体供給手段とを備えて構成されていることを特徴とする。
【００１３】
これらの発明においては、活性炭層に溶存硫化物を含む排水などの原水と酸素を含む気体を流通させることにより、単に活性炭に溶存硫化物が吸着されるのではなく、活性炭が触媒として作用し原水中の溶存硫化物が気体中の酸素によって酸化されて、溶存硫化物を硫黄に転換させることが可能になる。これにより、溶存硫化物を含む原水とともに酸素を含む気体を活性炭層に流通させるだけで、溶存硫化物濃度が低下した処理水を得ることが可能になる。
【００１４】
本発明の溶存硫化物の除去方法においては、前記気体を微細気泡として前記原水中に分散させた状態で前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の溶存硫化物の除去装置においては、前記気体供給手段が、前記気体を微細気泡として前記原水中に分散させた状態で前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させるための微細気泡発生装置を備えていることが望ましい。
【００１６】
これらの発明においては、例えばマイクロバブル発生装置、ナノバブル発生装置などの微細気泡発生装置を用いて、気体を微細気泡（例えば数μｍ〜数十μｍ程度のマイクロバブル）として原水中に分散させる。そして、この状態で原水とともに気体を活性炭層に流通させることにより、原水中の気体（微細気泡）の滞留時間を著しく長くすることができるため、原水に対し気体が早期に活性炭層を流通してしまうようなことがない。これにより、確実に気体に含まれる酸素を利用して活性炭の触媒作用を発揮させることが可能になる。よって、酸化反応を促進させて確実に原水中の溶存硫化物を硫黄に転換させることができ、溶存硫化物濃度が低下した処理水を確実に得ることが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置によれば、活性炭層に溶存硫化物を含む原水と酸素を含む気体を流通させることにより、原水中の溶存硫化物の酸化反応を気体中の酸素によって促進させ、溶存硫化物を硫黄に転換させることが可能になる。これにより、溶存硫化物を含む原水とともに酸素を含む気体を活性炭層に流通させるだけで、溶存硫化物濃度が低下した処理水を得ることが可能になる。
【００１８】
そして、従来のようにエアレーションを行って溶存硫化物を除去する場合と比較し、直接的に原水中の溶存硫化物を除去することが可能であるとともに、酸素を含む気体の供給量を大幅に低減することが可能になる。このため、装置全体の規模を大幅に小さくして効率的に処理を行うことが可能になる。
【００１９】
また、活性炭の吸着作用ではなく触媒作用を利用しているため、溶存硫化物が破過するようなことがない。さらに、酸化反応により生成した硫黄が活性炭層に目詰まりした場合においても例えば砂ろ過装置などと同様に逆洗や通気洗浄などを行って、活性炭層内の硫黄を洗浄除去することが可能であり、活性炭の触媒としての性能を容易に回復させる（再生する）ことが可能である。よって、この点からも処理効率の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶存硫化物の除去装置（及び溶存硫化物の除去方法：実証試験のケース３の除去装置及び除去方法）を示す図である。
【図２】ガラスビーズ層を備えて構成した除去装置（実証試験のケース１の除去装置及び除去方法）を示す図である。
【図３】活性炭層を備えて構成した除去装置（実証試験のケース２の除去装置及び除去方法）を示す図である。
【図４】実証試験の結果を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る溶存硫化物の除去装置（及び溶存硫化物の除去方法）の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置について説明する。本実施形態は、活性炭の触媒作用によって硫化物が溶存する排水などの原水から溶存硫化物を除去するための溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置に関するものである。
【００２２】
本実施形態の溶存硫化物の除去装置Ａは、図１に示すように、装置本体１と、原水供給手段２と、気体供給手段３とを備えて構成されている。
【００２３】
本実施形態において、装置本体１は、例えばカラムなどの処理槽５内に粒状の活性炭を層状に充填してなる活性炭層６を備えて形成され、軸線Ｏ１方向（原水流通方向）を上下方向に配して設けられている。また、この装置本体１は、処理槽５が上端と下端を閉塞して形成され、処理槽５内の軸線Ｏ１方向中央部側に活性炭層６を設けて形成されている。これにより、処理槽５内の活性炭層６を挟んで軸線Ｏ１方向上端部側と下端部側とにそれぞれ空所５ａ、５ｂを設けて形成されている。また、処理槽５の上端部側には、略Ｔ字状の排出管７が取り付けられており、この排出管７は、一端を上方の空所５ａに繋げ、他端側の気体排出口７ａが上方に、処理水排出口７ｂが下方にそれぞれ配されるようにして取り付けられている。
【００２４】
原水供給手段２は、給水管２ａを介して処理槽５の下端部に繋がる送水ポンプ２ｂを備えて構成されている。すなわち、本実施形態の原水供給手段２は、送水ポンプ２ｂを駆動することにより、排水などの硫化物が溶存する原水Ｗを貯留した原水タンク２ｃから処理槽５の下方の空所５ｂに原水Ｗを供給し、この原水Ｗを活性炭層６に下方から上方に向けて流通させるように構成されている。
【００２５】
気体供給手段３は、給気管３ａを介して処理槽５の下端部に繋がる給気ポンプ３ｂを備えて構成されている。すなわち、本実施形態の気体供給手段３は、給気ポンプ３ｂを駆動することにより、処理槽５の下方の空所５ｂに空気（酸素を含む気体）Ｓを供給し、この空気Ｓを活性炭層６に下方から上方に向けて流通させるように構成されている。
【００２６】
そして、上記構成からなる溶存硫化物の除去装置Ａを用いて原水Ｗから溶存硫化物を除去する際には、原水供給手段２の送水ポンプ２ｂと気体供給手段３の給気ポンプ３ｂを駆動して、装置本体１の活性炭層６に原水Ｗと空気Ｓを同時に流通させる（原水Ｗとともに空気Ｓを流通させる）。このとき、例えば原水Ｗの量と同量程度となるように空気Ｓを流通させる。
【００２７】
このように活性炭層６に原水Ｗと空気Ｓを流通させると、原水Ｗ中の溶存硫化物が活性炭に吸着されるのではなく、活性炭が触媒として作用し、溶存硫化物が空気Ｓ中の酸素によって酸化される。これにより、溶存硫化物を含む原水Ｗとともに空気Ｓを活性炭層６に流通させるだけで、分子態硫化物（Ｈ２Ｓ）は、酸化反応によって水硫化物イオン（ＨＳ−）、硫化物イオン（Ｓ２−）のイオン態硫化物に転換され、さらにイオン態硫化物（ＨＳ−、Ｓ２−）が、酸化反応によって化学的に安定な単体及び／又はコロイド状の硫黄に転換される。これにより、溶存硫化物を除去した処理水Ｗ’が得られる。なお、処理水Ｗ’を適宜ろ過するなどして容易に溶存硫化物を硫黄として回収、除去でき、溶存硫化物を除去した清浄な処理水Ｗ’を得ることができる。
【００２８】
ここで、本発明に係る溶存硫化物の除去方法（及び溶存硫化物の除去装置Ａ）の優位性を確認した実証試験について説明する。
【００２９】
まず、本実証試験は、図２に示すように、カラム（処理槽５）内にガラスビーズを充填してなるガラスビーズ層８を備えた除去装置１０（ケース１（図２））と、図１及び図３に示すように、カラム５内に活性炭層６を備えた除去装置Ａ、２０（ケース２（図３）、ケース３（図１））とを用いて行っている。
【００３０】
そして、ケース１では、図２に示すように、ガラスビーズ層８に原水Ｗとともに空気（酸素を含む気体）Ｓを流通させ、ケース２では、図３に示すように、活性炭層６に原水Ｗのみを流通させ、ケース３では、図１に示すように、活性炭層６に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させている。すなわち、ケース１では、単に原水Ｗに加えて空気Ｓを流通させた場合の溶存硫化物の除去性能を確認し、ケース２では、単に活性炭層６による除去性能を確認し、ケース３では、活性炭層６に原水Ｗと空気Ｓを同時に流通させた場合の除去性能（すなわち本発明による効果）を確認している。そして、本実証試験では、これらのケース１、２、３の除去性能を比較することにより、本発明に係る溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置の優位性を確認するようにしている。
【００３１】
また、原水Ｗは、硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）を用いて溶存硫化物濃度が約９０ｍｇ／Ｌとなるようにした。さらに、塩酸（ＨＣｌ）を用いてｐＨを７．０に調整した。そして、本実証実験では、原水Ｗの処理速度（流通速度）を約１０ｍＬ／ｍｉｎとし、ＳＶ（空間速度）が５となるようにして流通させている。また、空気Ｓを流通させるケース１とケース３では、原水Ｗに合わせて空気Ｓの流通速度を約１０ｍＬ／ｍｉｎとして流通させている。
【００３２】
図４は、排出管７の処理水排出口７ｂから順次排出される各ケースの処理水Ｗ’の溶存硫化物濃度を、検知管を用いて測定した結果を示している。そして、この図から、ガラスビーズ層８に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させたケース１では、処理水Ｗ’の溶存硫化物濃度が原水Ｗとほぼ同じ濃度になり、単に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させただけでは溶存硫化物の除去性能が発揮されないことが確認された。
【００３３】
また、活性炭層６に原水Ｗのみを流通させたケース２では、試験開始当初は活性炭の吸着作用により溶存硫化物が除去されているが、２０時間経過した段階で活性炭の吸着能力（吸着量）が限界に達し、急激に溶存硫化物濃度が上昇する破過が確認された。
【００３４】
一方、活性炭層６に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させたケース３では、３０時間を超えた段階で僅かに溶存硫化物が検出されたが、７０時間を超えても顕著な濃度上昇は確認されず、良好に溶存硫化物の除去性能が発揮されることが確認された。
【００３５】
また、ケース２の処理水Ｗ’は無色透明であるのに対し、ケース３の処理水Ｗ’は黄白色を呈して懸濁していた。そして、これらケース２とケース３の同量の処理水Ｗ’を採取し、ガラスフィルターでろ過するとともに乾燥させ、ガラスフィルターの表面に捕捉された物質を蛍光Ｘ線分析で分析した。この結果、表１に示すように、ケース２に対しケース３で多くの硫黄が検出され、活性炭層６に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させると、活性炭の触媒作用が発揮され、酸化反応で原水Ｗ中の溶存硫化物が化学的に安定な硫黄に転換することが確認された。なお、全てのケースにおいて処理水Ｗ’の硫酸イオン濃度の測定を行っているが、硫酸イオンは検出されていない。
【００３６】
【表１】
【００３７】
以上の結果から、硫化物が溶存する原水Ｗとともに空気（酸素を含む気体）Ｓを活性炭層６に流通させることにより、活性炭の触媒作用を発揮させて原水Ｗから溶存硫化物を好適に除去することができることが確認され、本発明に係る溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置Ａの優位性が実証された。
【００３８】
したがって、本実施形態の溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置Ａにおいては、活性炭層６に溶存硫化物を含む原水Ｗと酸素を含む気体（空気Ｓ）を流通させることにより、単に活性炭に溶存硫化物が吸着されるのではなく、活性炭が触媒として作用し原水Ｗ中の溶存硫化物が気体Ｓ中の酸素によって酸化されて、溶存硫化物を硫黄に転換させることが可能になる。これにより、溶存硫化物を含む原水Ｗとともに酸素を含む気体Ｓを活性炭層６に流通させるだけで、溶存硫化物濃度が低下した処理水Ｗ’を得ることが可能になる。
【００３９】
そして、従来のようにエアレーションを行って溶存硫化物を除去する場合と比較し、直接的に原水Ｗ中の溶存硫化物を除去することが可能であるとともに、酸素を含む気体Ｓの供給量を大幅に低減することが可能になる。このため、装置全体の規模を大幅に小さくして効率的に処理を行うことが可能になる。
【００４０】
また、活性炭の吸着作用ではなく触媒作用を利用しているため、溶存硫化物が破過するようなことがなく、溶存硫化物を硫黄として回収、除去することが可能であるため、処理に伴う廃棄物コストを大幅に削減することが可能になる。さらに、活性炭を吸着材として使用する場合と比較し、本実施形態のように触媒として使用することで活性炭の寿命が長くなるため、この点からも効率的且つ経済的な処理を実現することが可能である。
【００４１】
また、酸化反応により生成した硫黄が活性炭層６に目詰まりした場合においても例えば砂ろ過装置などと同様に逆洗や通気洗浄などを行うことで、活性炭層６内の硫黄を容易に洗浄除去することが可能になる。すなわち、活性炭の触媒としての性能を容易に回復させる（再生する）ことが可能である。よって、この点からも処理効率の向上、コストの削減を図ることが可能になる。
【００４２】
以上、本発明に係る溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、活性炭層６に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させるものとして説明を行ったが、本発明において、活性炭層６に流通させる気体Ｓは酸素を含んでいればよく、原水Ｗの溶存硫化物濃度や触媒としての活性炭の性能などに応じて適宜純酸素や酸素の割合を調整した気体などを用いてもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、気体供給手段３の給気ポンプ３ｂを駆動して直接的に処理槽５の下方の空所５ｂに空気Ｓを供給するようにしているが、例えば図５に示すように、マイクロバブル発生装置、ナノバブル発生装置などの微細気泡発生装置９を備えて気体供給手段３を構成し、酸素を含む気体Ｓを微細気泡（例えば数μｍ〜数十μｍ程度のマイクロバブル）Ｓ１として原水Ｗ中に分散させ、この状態で原水Ｗとともに気体Ｓを活性炭層６に流通させるようにしてもよい。この場合には、原水Ｗ中の気体Ｓ（微細気泡Ｓ１）の滞留時間を著しく長くすることができるため、原水Ｗに対し気体Ｓが早期に活性炭層６を流通してしまうようなことがない。これにより、確実に気体Ｓに含まれる酸素を利用して活性炭の触媒作用を発揮させることが可能になる。よって、酸化反応を促進させて確実に原水Ｗ中の溶存硫化物を硫黄に転換させることができ、溶存硫化物濃度が低下した処理水Ｗ’を確実に得ることが可能になる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 装置本体
２ 原水供給手段
２ａ 給水管
２ｂ 送水ポンプ
２ｃ 原水タンク
３ 気体供給手段
３ａ 給気管
３ｂ 給気ポンプ
５ 処理槽（カラム）
５ａ 上方の空所
５ｂ 下方の空所
６ 活性炭装置
７ 排出管
７ａ 気体排出口
７ｂ 処理水排出口
８ ガラスビーズ層
９ 微細気泡発生装置
Ａ 溶存硫化物の除去装置
Ｏ１ 装置本体の軸線
Ｓ 空気（酸素を含む気体）
Ｓ１ 微細気泡
Ｗ 原水（硫化物が溶存する水）
Ｗ’ 処理水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水に溶存している硫化物を除去するための溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水に、硫化水素（Ｈ２Ｓ）などの分子態硫化物、水硫化物イオン（ＨＳ−）や硫化物イオン（Ｓ２−）などのイオン態硫化物が溶存していると、硫化水素として揮散し、悪臭の発生、コンクリート腐食、金属腐食などを招くおそれがある。このため、食品加工工場、下水処理場、し尿処理場などでは、排水などからこの種の溶存硫化物を除去する対策や揮散した硫化水素を気相から除去する対策を講じるようにしている。
【０００３】
そして、従来、排水などの処理原水から溶存硫化物を除去する対策には、ｐＨを調整した原水をエアレーション（曝気）することによって溶存硫化物を強制的に揮散させ、気化した硫化物（硫化水素）を活性炭で吸着除去したり、脱硫剤で捕捉除去する方法が多用されている。
【０００４】
また、揮散した硫化水素を気相から除去する方法として、活性炭で吸着除去する方法や、脱硫剤で捕捉除去する方法の他に、活性炭を触媒として用いる方法が特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された方法では、洗浄塔内の上部に設けたスプレーからアルカリ水溶液を噴出させつつ硫化水素を含む悪臭ガスを洗浄塔内に流通させ、アルカリ水溶液に硫化水素を吸収させる。そして、硫化水素を吸収して溶存硫化物を含むアルカリ水溶液に活性炭を添加してエアレーションし、活性炭による触媒作用を利用して空気酸化させることにより溶存硫化物を硫黄（単体硫黄、コロイド状の硫黄）に転換する。このように活性炭の触媒作用によって溶存硫化物を再度硫化水素に転換することのない化学的に安定な硫黄まで酸化させることができるため、このまま処理水を放流することも可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６２−４１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の処理原水から溶存硫化物を除去する方法では、エアレーションを行って気相に硫化水素を揮散させるため、処理原水の量に対し空気の量が非常に多く必要になる。これにより、処理量に対しエアレーションタンクや脱硫装置を組み合わせた装置全体（溶存硫化物の除去装置）の規模が大きくなるという問題があった。
【０００７】
また、エアレーションによる処理原水からの溶存硫化物の揮散（揮散工程）と、気相からの硫化水素（気化した硫化物）の除去（除去工程）の二段の工程を要することになるため、処理効率が悪く、直接的に処理原水から溶存硫化物を除去する手法が強く望まれていた。なお、処理原水に活性炭を添加して直接的に溶存硫化物を吸着除去することも考えられるが、活性炭の吸着量には限界があり、溶存硫化物濃度が高濃度であるほどに処理効率ひいては経済性の面で問題が生じるため、実用的ではない。
【０００８】
一方、特許文献１に開示された方法を利用し、活性炭の触媒作用で溶存硫化物を硫黄に酸化させて、直接的に処理原水から溶存硫化物を除去することも考えられる。しかしながら、この方法においても、処理原水に添加した活性炭をエアレーションによって撹拌しながら溶存硫化物の酸化反応を促進させるようにするため、やはり処理原水の量に対し空気の量が非常に多く必要になり、処理装置全体の規模が大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、直接的且つ効率的に排水などの原水から溶存硫化物を除去することが可能な溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１１】
本発明の溶存硫化物の除去方法は、硫化物が溶存する原水から溶存硫化物を除去する方法であって、活性炭層に前記原水とともに酸素を含む気体を流通させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の溶存硫化物の除去装置は、硫化物が溶存する原水から溶存硫化物を除去するための溶存硫化物の除去装置であって、処理槽内に活性炭層を備えてなる装置本体と、前記処理槽内に前記原水を供給して前記活性炭層に流通させるための原水供給手段と、前記処理槽内に酸素を含む気体を供給して前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させるための気体供給手段とを備えて構成されていることを特徴とする。
【００１３】
これらの発明においては、活性炭層に溶存硫化物を含む排水などの原水と酸素を含む気体を流通させることにより、単に活性炭に溶存硫化物が吸着されるのではなく、活性炭が触媒として作用し原水中の溶存硫化物が気体中の酸素によって酸化されて、溶存硫化物を硫黄に転換させることが可能になる。これにより、溶存硫化物を含む原水とともに酸素を含む気体を活性炭層に流通させるだけで、溶存硫化物濃度が低下した処理水を得ることが可能になる。
【００１４】
本発明の溶存硫化物の除去方法においては、前記気体を微細気泡として前記原水中に分散させた状態で前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の溶存硫化物の除去装置においては、前記気体供給手段が、前記気体を微細気泡として前記原水中に分散させた状態で前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させるための微細気泡発生装置を備えていることが望ましい。
【００１６】
これらの発明においては、例えばマイクロバブル発生装置、ナノバブル発生装置などの微細気泡発生装置を用いて、気体を微細気泡（例えば数μｍ〜数十μｍ程度のマイクロバブル）として原水中に分散させる。そして、この状態で原水とともに気体を活性炭層に流通させることにより、原水中の気体（微細気泡）の滞留時間を著しく長くすることができるため、原水に対し気体が早期に活性炭層を流通してしまうようなことがない。これにより、確実に気体に含まれる酸素を利用して活性炭の触媒作用を発揮させることが可能になる。よって、酸化反応を促進させて確実に原水中の溶存硫化物を硫黄に転換させることができ、溶存硫化物濃度が低下した処理水を確実に得ることが可能になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置によれば、活性炭層に溶存硫化物を含む原水と酸素を含む気体を流通させることにより、原水中の溶存硫化物の酸化反応を気体中の酸素によって促進させ、溶存硫化物を硫黄に転換させることが可能になる。これにより、溶存硫化物を含む原水とともに酸素を含む気体を活性炭層に流通させるだけで、溶存硫化物濃度が低下した処理水を得ることが可能になる。
【００１８】
そして、従来のようにエアレーションを行って溶存硫化物を除去する場合と比較し、直接的に原水中の溶存硫化物を除去することが可能であるとともに、酸素を含む気体の供給量を大幅に低減することが可能になる。このため、装置全体の規模を大幅に小さくして効率的に処理を行うことが可能になる。
【００１９】
また、活性炭の吸着作用ではなく触媒作用を利用しているため、溶存硫化物が破過するようなことがない。さらに、酸化反応により生成した硫黄が活性炭層に目詰まりした場合においても例えば砂ろ過装置などと同様に逆洗や通気洗浄などを行って、活性炭層内の硫黄を洗浄除去することが可能であり、活性炭の触媒としての性能を容易に回復させる（再生する）ことが可能である。よって、この点からも処理効率の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶存硫化物の除去装置（及び溶存硫化物の除去方法：実証試験のケース３の除去装置及び除去方法）を示す図である。
【図２】ガラスビーズ層を備えて構成した除去装置（実証試験のケース１の除去装置及び除去方法）を示す図である。
【図３】活性炭層を備えて構成した除去装置（実証試験のケース２の除去装置及び除去方法）を示す図である。
【図４】実証試験の結果を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る溶存硫化物の除去装置（及び溶存硫化物の除去方法）の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置について説明する。本実施形態は、活性炭の触媒作用によって硫化物が溶存する排水などの原水から溶存硫化物を除去するための溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置に関するものである。
【００２２】
本実施形態の溶存硫化物の除去装置Ａは、図１に示すように、装置本体１と、原水供給手段２と、気体供給手段３とを備えて構成されている。
【００２３】
本実施形態において、装置本体１は、例えばカラムなどの処理槽５内に粒状の活性炭を層状に充填してなる活性炭層６を備えて形成され、軸線Ｏ１方向（原水流通方向）を上下方向に配して設けられている。また、この装置本体１は、処理槽５が上端と下端を閉塞して形成され、処理槽５内の軸線Ｏ１方向中央部側に活性炭層６を設けて形成されている。これにより、処理槽５内の活性炭層６を挟んで軸線Ｏ１方向上端部側と下端部側とにそれぞれ空所５ａ、５ｂを設けて形成されている。また、処理槽５の上端部側には、略Ｔ字状の排出管７が取り付けられており、この排出管７は、一端を上方の空所５ａに繋げ、他端側の気体排出口７ａが上方に、処理水排出口７ｂが下方にそれぞれ配されるようにして取り付けられている。
【００２４】
原水供給手段２は、給水管２ａを介して処理槽５の下端部に繋がる送水ポンプ２ｂを備えて構成されている。すなわち、本実施形態の原水供給手段２は、送水ポンプ２ｂを駆動することにより、排水などの硫化物が溶存する原水Ｗを貯留した原水タンク２ｃから処理槽５の下方の空所５ｂに原水Ｗを供給し、この原水Ｗを活性炭層６に下方から上方に向けて流通させるように構成されている。
【００２５】
気体供給手段３は、給気管３ａを介して処理槽５の下端部に繋がる給気ポンプ３ｂを備えて構成されている。すなわち、本実施形態の気体供給手段３は、給気ポンプ３ｂを駆動することにより、処理槽５の下方の空所５ｂに空気（酸素を含む気体）Ｓを供給し、この空気Ｓを活性炭層６に下方から上方に向けて流通させるように構成されている。
【００２６】
そして、上記構成からなる溶存硫化物の除去装置Ａを用いて原水Ｗから溶存硫化物を除去する際には、原水供給手段２の送水ポンプ２ｂと気体供給手段３の給気ポンプ３ｂを駆動して、装置本体１の活性炭層６に原水Ｗと空気Ｓを同時に流通させる（原水Ｗとともに空気Ｓを流通させる）。このとき、例えば原水Ｗの量と同量程度となるように空気Ｓを流通させる。
【００２７】
このように活性炭層６に原水Ｗと空気Ｓを流通させると、原水Ｗ中の溶存硫化物が活性炭に吸着されるのではなく、活性炭が触媒として作用し、溶存硫化物が空気Ｓ中の酸素によって酸化される。これにより、溶存硫化物を含む原水Ｗとともに空気Ｓを活性炭層６に流通させるだけで、分子態硫化物（Ｈ２Ｓ）は、酸化反応によって水硫化物イオン（ＨＳ−）、硫化物イオン（Ｓ２−）のイオン態硫化物に転換され、さらにイオン態硫化物（ＨＳ−、Ｓ２−）が、酸化反応によって化学的に安定な単体及び／又はコロイド状の硫黄に転換される。これにより、溶存硫化物を除去した処理水Ｗ’が得られる。なお、処理水Ｗ’を適宜ろ過するなどして容易に溶存硫化物を硫黄として回収、除去でき、溶存硫化物を除去した清浄な処理水Ｗ’を得ることができる。
【００２８】
ここで、本発明に係る溶存硫化物の除去方法（及び溶存硫化物の除去装置Ａ）の優位性を確認した実証試験について説明する。
【００２９】
まず、本実証試験は、図２に示すように、カラム（処理槽５）内にガラスビーズを充填してなるガラスビーズ層８を備えた除去装置１０（ケース１（図２））と、図１及び図３に示すように、カラム５内に活性炭層６を備えた除去装置Ａ、２０（ケース２（図３）、ケース３（図１））とを用いて行っている。
【００３０】
そして、ケース１では、図２に示すように、ガラスビーズ層８に原水Ｗとともに空気（酸素を含む気体）Ｓを流通させ、ケース２では、図３に示すように、活性炭層６に原水Ｗのみを流通させ、ケース３では、図１に示すように、活性炭層６に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させている。すなわち、ケース１では、単に原水Ｗに加えて空気Ｓを流通させた場合の溶存硫化物の除去性能を確認し、ケース２では、単に活性炭層６による除去性能を確認し、ケース３では、活性炭層６に原水Ｗと空気Ｓを同時に流通させた場合の除去性能（すなわち本発明による効果）を確認している。そして、本実証試験では、これらのケース１、２、３の除去性能を比較することにより、本発明に係る溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置の優位性を確認するようにしている。
【００３１】
また、原水Ｗは、硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）を用いて溶存硫化物濃度が約９０ｍｇ／Ｌとなるようにした。さらに、塩酸（ＨＣｌ）を用いてｐＨを７．０に調整した。そして、本実証実験では、原水Ｗの処理速度（流通速度）を約１０ｍＬ／ｍｉｎとし、ＳＶ（空間速度）が５となるようにして流通させている。また、空気Ｓを流通させるケース１とケース３では、原水Ｗに合わせて空気Ｓの流通速度を約１０ｍＬ／ｍｉｎとして流通させている。
【００３２】
図４は、排出管７の処理水排出口７ｂから順次排出される各ケースの処理水Ｗ’の溶存硫化物濃度を、検知管を用いて測定した結果を示している。そして、この図から、ガラスビーズ層８に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させたケース１では、処理水Ｗ’の溶存硫化物濃度が原水Ｗとほぼ同じ濃度になり、単に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させただけでは溶存硫化物の除去性能が発揮されないことが確認された。
【００３３】
また、活性炭層６に原水Ｗのみを流通させたケース２では、試験開始当初は活性炭の吸着作用により溶存硫化物が除去されているが、２０時間経過した段階で活性炭の吸着能力（吸着量）が限界に達し、急激に溶存硫化物濃度が上昇する破過が確認された。
【００３４】
一方、活性炭層６に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させたケース３では、３０時間を超えた段階で僅かに溶存硫化物が検出されたが、７０時間を超えても顕著な濃度上昇は確認されず、良好に溶存硫化物の除去性能が発揮されることが確認された。
【００３５】
また、ケース２の処理水Ｗ’は無色透明であるのに対し、ケース３の処理水Ｗ’は黄白色を呈して懸濁していた。そして、これらケース２とケース３の同量の処理水Ｗ’を採取し、ガラスフィルターでろ過するとともに乾燥させ、ガラスフィルターの表面に捕捉された物質を蛍光Ｘ線分析で分析した。この結果、表１に示すように、ケース２に対しケース３で多くの硫黄が検出され、活性炭層６に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させると、活性炭の触媒作用が発揮され、酸化反応で原水Ｗ中の溶存硫化物が化学的に安定な硫黄に転換することが確認された。なお、全てのケースにおいて処理水Ｗ’の硫酸イオン濃度の測定を行っているが、硫酸イオンは検出されていない。
【００３６】
【表１】
【００３７】
以上の結果から、硫化物が溶存する原水Ｗとともに空気（酸素を含む気体）Ｓを活性炭層６に流通させることにより、活性炭の触媒作用を発揮させて原水Ｗから溶存硫化物を好適に除去することができることが確認され、本発明に係る溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置Ａの優位性が実証された。
【００３８】
したがって、本実施形態の溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置Ａにおいては、活性炭層６に溶存硫化物を含む原水Ｗと酸素を含む気体（空気Ｓ）を流通させることにより、単に活性炭に溶存硫化物が吸着されるのではなく、活性炭が触媒として作用し原水Ｗ中の溶存硫化物が気体Ｓ中の酸素によって酸化されて、溶存硫化物を硫黄に転換させることが可能になる。これにより、溶存硫化物を含む原水Ｗとともに酸素を含む気体Ｓを活性炭層６に流通させるだけで、溶存硫化物濃度が低下した処理水Ｗ’を得ることが可能になる。
【００３９】
そして、従来のようにエアレーションを行って溶存硫化物を除去する場合と比較し、直接的に原水Ｗ中の溶存硫化物を除去することが可能であるとともに、酸素を含む気体Ｓの供給量を大幅に低減することが可能になる。このため、装置全体の規模を大幅に小さくして効率的に処理を行うことが可能になる。
【００４０】
また、活性炭の吸着作用ではなく触媒作用を利用しているため、溶存硫化物が破過するようなことがなく、溶存硫化物を硫黄として回収、除去することが可能であるため、処理に伴う廃棄物コストを大幅に削減することが可能になる。さらに、活性炭を吸着材として使用する場合と比較し、本実施形態のように触媒として使用することで活性炭の寿命が長くなるため、この点からも効率的且つ経済的な処理を実現することが可能である。
【００４１】
また、酸化反応により生成した硫黄が活性炭層６に目詰まりした場合においても例えば砂ろ過装置などと同様に逆洗や通気洗浄などを行うことで、活性炭層６内の硫黄を容易に洗浄除去することが可能になる。すなわち、活性炭の触媒としての性能を容易に回復させる（再生する）ことが可能である。よって、この点からも処理効率の向上、コストの削減を図ることが可能になる。
【００４２】
以上、本発明に係る溶存硫化物の除去方法及び溶存硫化物の除去装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、活性炭層６に原水Ｗとともに空気Ｓを流通させるものとして説明を行ったが、本発明において、活性炭層６に流通させる気体Ｓは酸素を含んでいればよく、原水Ｗの溶存硫化物濃度や触媒としての活性炭の性能などに応じて適宜純酸素や酸素の割合を調整した気体などを用いてもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、気体供給手段３の給気ポンプ３ｂを駆動して直接的に処理槽５の下方の空所５ｂに空気Ｓを供給するようにしているが、例えば図５に示すように、マイクロバブル発生装置、ナノバブル発生装置などの微細気泡発生装置９を備えて気体供給手段３を構成し、酸素を含む気体Ｓを微細気泡（例えば数μｍ〜数十μｍ程度のマイクロバブル）Ｓ１として原水Ｗ中に分散させ、この状態で原水Ｗとともに気体Ｓを活性炭層６に流通させるようにしてもよい。この場合には、原水Ｗ中の気体Ｓ（微細気泡Ｓ１）の滞留時間を著しく長くすることができるため、原水Ｗに対し気体Ｓが早期に活性炭層６を流通してしまうようなことがない。これにより、確実に気体Ｓに含まれる酸素を利用して活性炭の触媒作用を発揮させることが可能になる。よって、酸化反応を促進させて確実に原水Ｗ中の溶存硫化物を硫黄に転換させることができ、溶存硫化物濃度が低下した処理水Ｗ’を確実に得ることが可能になる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 装置本体
２ 原水供給手段
２ａ 給水管
２ｂ 送水ポンプ
２ｃ 原水タンク
３ 気体供給手段
３ａ 給気管
３ｂ 給気ポンプ
５ 処理槽（カラム）
５ａ 上方の空所
５ｂ 下方の空所
６ 活性炭装置
７ 排出管
７ａ 気体排出口
７ｂ 処理水排出口
８ ガラスビーズ層
９ 微細気泡発生装置
Ａ 溶存硫化物の除去装置
Ｏ１ 装置本体の軸線
Ｓ 空気（酸素を含む気体）
Ｓ１ 微細気泡
Ｗ 原水（硫化物が溶存する水）
Ｗ’ 処理水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫化物が溶存した原水から溶存硫化物を除去する方法であって、
活性炭層に前記原水とともに酸素を含む気体を流通させることを特徴とする溶存硫化物の除去方法。
【請求項２】
請求項１記載の溶存硫化物の除去方法において、
前記気体を微細気泡として前記原水中に分散させた状態で前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させることを特徴とする溶存硫化物の除去方法。
【請求項３】
硫化物が溶存する原水から溶存硫化物を除去するための溶存硫化物の除去装置であって、
処理槽内に活性炭層を備えてなる装置本体と、前記処理槽内に前記原水を供給して前記活性炭層に流通させるための原水供給手段と、前記処理槽内に酸素を含む気体を供給して前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させるための気体供給手段とを備えて構成されていることを特徴とする溶存硫化物の除去装置。
【請求項４】
請求項３記載の溶存硫化物の除去装置において、
前記気体供給手段が、前記気体を微細気泡として前記原水中に分散させた状態で前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させるための微細気泡発生装置を備えていることを特徴とする溶存硫化物の除去装置。
【請求項１】
硫化物が溶存した原水から溶存硫化物を除去する方法であって、
活性炭層に前記原水とともに酸素を含む気体を流通させることを特徴とする溶存硫化物の除去方法。
【請求項２】
請求項１記載の溶存硫化物の除去方法において、
前記気体を微細気泡として前記原水中に分散させた状態で前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させることを特徴とする溶存硫化物の除去方法。
【請求項３】
硫化物が溶存する原水から溶存硫化物を除去するための溶存硫化物の除去装置であって、
処理槽内に活性炭層を備えてなる装置本体と、前記処理槽内に前記原水を供給して前記活性炭層に流通させるための原水供給手段と、前記処理槽内に酸素を含む気体を供給して前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させるための気体供給手段とを備えて構成されていることを特徴とする溶存硫化物の除去装置。
【請求項４】
請求項３記載の溶存硫化物の除去装置において、
前記気体供給手段が、前記気体を微細気泡として前記原水中に分散させた状態で前記原水とともに前記気体を前記活性炭層に流通させるための微細気泡発生装置を備えていることを特徴とする溶存硫化物の除去装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−３１２２８（Ｐ２０１１−３１２２８Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８３２５７（Ｐ２００９−１８３２５７）
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（５０４１９８１６４）アイダッシュ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（５０４１９８１６４）アイダッシュ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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