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公開番号2024146411
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-15
出願番号2023059278
出願日2023-03-31
発明の名称活性炭の酸化剤分解性能評価方法、活性炭の酸化剤分解性能評価装置、造水方法及び造水装置
出願人水ing株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C02F 1/28 20230101AFI20241004BHJP(水,廃水,下水または汚泥の処理)
要約【課題】活性炭の酸化剤分解性能を評価して余命を推定し、適時に活性炭を交換する造水方法及び装置を提供する。
【解決手段】活性炭が最密充填されたシャローベッド試験カラム12と、被処理水をシャローベッド試験カラムに供給する供給ラインL1と、それに設けられている流量計13と、被処理水中酸化剤濃度を測定する第1酸化剤濃度測定装置14と、シャローベッド試験カラムからの流出水の酸化剤濃度を測定する第2酸化剤濃度測定装置15と、第1、第2酸化剤濃度測定装置からの測定結果に基づいて、活性炭の反応速度定数と分解された酸化剤の物質量との相関関係を導出し、当該相関関係に基づいて処理水中の酸化剤濃度が許容濃度となるときの反応速度定数及び酸化剤の物質量を算出し、許容濃度となるまでにかかる時間を算出して活性炭塔に充填されている評価対象活性炭の余命を予測する演算装置16と、を具備する活性炭の酸化剤分解性能評価装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
酸化剤を含む被処理水を活性炭塔に通水して処理水を得る造水方法において、
活性炭をシャローベッド試験カラムに充填して、被処理水を通水して、当該活性炭による酸化剤の分解反応の加速試験を行い、シャローベッド試験カラムからの流出水中の酸化剤濃度を経時的に測定し、測定した酸化剤濃度の経時的変化に基づいて当該活性炭の反応速度定数及び当該活性炭が分解した酸化剤の物質量を求めて、当該活性炭の反応速度定数と当該活性炭が分解する酸化剤の物質量との相関関係を導出し、
当該相関関係に基づいて、活性炭塔からの処理水中の酸化剤濃度が許容濃度となるときの反応速度定数及び酸化剤の物質量を算出し、
許容濃度となるまでにかかる時間を算出して、活性炭塔に充填されている評価対象活性炭の余命を予測する
ことを特徴とする活性炭の酸化剤分解性能を評価する方法。
続きを表示（約 6,500 文字）【請求項２】
前記加速試験は、活性炭を高さＬ（ｍ）となるように最密充填したシャローベッド試験カラムに、初期酸化剤濃度Ｃ0（ｍｇ／Ｌ）の被処理水を、活性炭塔への被処理水の線速度ｖ（ｍ／ｓ）で通水して、当該シャローベッド試験カラムからの流出水の酸化剤濃度Ｃ1（ｍｇ／Ｌ）を経時的に測定することを含み、
初期酸化剤濃度Ｃ0と流出水の酸化剤濃度Ｃ1とから求めた活性炭による酸化剤の分解率Ｄ＝Ｃ1／Ｃ0を用いて、活性炭による酸化剤の分解反応の反応速度定数Ｋ（１／ｓ）を下記式１に従って算出し、
稼働時間Ｈa（ｈ）における反応速度定数Ｋa（１／ｓ）と物質量Ｍa（ｍｏｌ／ｍ
３
）とを１組の変数として、反応速度定数Ｋ（１／ｓ）と物質量Ｍ（ｍｏｌ／ｍ
３
）との関係を求め、
活性炭塔の稼働時間Ｈa（ｈ）、活性炭塔への通水流量Ｑ（ｍ
３
／ｓ）、活性炭塔に充填されている評価対象活性炭の体積Ｖ（ｍ
３
）、酸化剤の物質量Ａ（ｇ／ｍｏｌ）から、稼働時間Ｈa（ｈ）における評価対象活性炭１ｍ
３
あたりの分解された酸化剤の物質量Ｍa（ｍｏｌ／ｍ
３
）を下記式２に従って算出し、
活性炭塔からの処理水の酸化剤濃度が許容濃度Ｃp（ｍｇ／Ｌ）となるときの反応速度定数Ｋmin（１／ｓ）を下記式３に従って算出し、
反応速度定数Ｋ（１／ｓ）と物質量Ｍ（ｍｏｌ／ｍ
３
）との関係に基づいて、反応速度定数Ｋmin（１／ｓ）に対応する酸化剤の物質量Ｍmax（ｍｏｌ／ｍ
３
）を求め、
活性炭塔からの処理水の酸化剤濃度が許容濃度Ｃp（ｍｇ／Ｌ）となるまでの時間Ｂ（ｈ）を下記式４に従って算出する
ことを特徴とする請求項１の活性炭の酸化剤分解性能評価方法。
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【請求項３】
被処理水を活性炭塔に通水して処理水を得る造水方法において用いる活性炭の酸化剤分解性能評価装置であって、
活性炭が最密充填されているシャローベッド試験カラムと、
当該シャローベッド試験カラムに被処理水を供給する供給ラインと、
当該供給ラインに設けられている流量計と、
当該供給ラインに設けられている第１酸化剤濃度測定装置と、
当該シャローベッド試験カラムからの流出水中酸化剤濃度を測定する第２酸化剤濃度測定装置と、
当該第１酸化剤濃度測定装置及び当該第２酸化剤濃度測定装置からの測定値に基づいて活性炭の反応速度定数と活性炭により分解された酸化剤の物質量との相関関係を導出し、当該相関関係に基づいて活性炭塔からの処理水中の酸化剤濃度が許容濃度となるときの反応速度定数及び酸化剤の物質量を算出し、許容濃度となるまでにかかる時間を算出して活性炭塔に充填されている評価対象活性炭の余命を予測する演算装置と、
を具備し、
当該シャローベッド試験カラムに、酸化剤水溶液を通水して、当該活性炭による酸化剤の分解反応の加速試験を行なうことを特徴とする活性炭の酸化剤分解性能評価装置。
【請求項４】
前記演算装置は、
活性炭を高さＬ（ｍ）となるように最密充填したシャローベッド試験カラムに、初期酸化剤濃度Ｃ0（ｍｇ／Ｌ）の被処理水を、活性炭塔への被処理水の線速度ｖ（ｍ／ｓ）で通水して、当該シャローベッド試験カラムからの流出水の酸化剤濃度Ｃ1（ｍｇ／Ｌ）を経時的に測定して得た結果に基づき、
初期酸化剤濃度Ｃ0と流出水の酸化剤濃度Ｃ1とから求めた活性炭による酸化剤の分解率Ｄ＝Ｃ1／Ｃ0を用いて、活性炭による酸化剤の分解反応の反応速度定数Ｋ（１／ｓ）を下記式１に従って算出し、
稼働時間Ｈa（ｈ）における反応速度定数Ｋa（１／ｓ）と物質量Ｍa（ｍｏｌ／ｍ
３
）とを１組の変数として、反応速度定数Ｋ（１／ｓ）と物質量Ｍ（ｍｏｌ／ｍ
３
）との関係を求め、
活性炭塔の稼働時間Ｈa（ｈ）、活性炭塔への通水流量Ｑ（ｍ
３
／ｓ）、活性炭塔に充填されている評価対象活性炭の体積Ｖ（ｍ
３
）、酸化剤の物質量Ａ（ｇ／ｍｏｌ）から、稼働時間Ｈa（ｈ）における評価対象活性炭１ｍ
３
あたりの分解された酸化剤の物質量Ｍa（ｍｏｌ／ｍ
３
）を下記式２に従って算出し、
活性炭塔からの処理水の酸化剤濃度が許容濃度Ｃp（ｍｇ／Ｌ）となるときの反応速度定数Ｋmin（１／ｓ）を下記式３に従って算出し、
反応速度定数Ｋ（１／ｓ）と物質量Ｍ（ｍｏｌ／ｍ
３
）との関係に基づいて、反応速度定数Ｋmin（１／ｓ）に対応する酸化剤の物質量Ｍmax（ｍｏｌ／ｍ
３
）を求め、
活性炭塔からの処理水の酸化剤濃度が許容濃度Ｃp（ｍｇ／Ｌ）となるまでの時間Ｂ（ｈ）を下記式４に従って算出する
ることを特徴とする請求項３の活性炭の酸化剤分解性能評価装置。
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【請求項５】
被処理水を活性炭塔に通水して処理水を得る造水方法において用いる活性炭の酸化剤分解性能評価装置であって、
被処理水を貯留する貯留槽と、
活性炭を最密充填したシャローベッド試験カラムと、
当該貯留槽からの被処理水を当該シャローベッド試験カラムに供給する供給ラインと、
当該供給ラインに設けられている流量計と、
当該供給ラインに設けられている第１酸化剤濃度測定装置と、
当該シャローベッド試験カラムからの流出水を当該貯留槽に循環させる循環ラインと、
当該循環ラインに設けられているシャローベッド試験カラムからの流出水中の酸化剤濃度を測定する第２酸化剤濃度測定装置と、
当該第２酸化剤濃度測定装置からの測定値に基づいて活性炭の反応速度定数と活性炭により分解された酸化剤の物質量との相関関係を導出し、当該相関関係に基づいて活性炭塔からの処理水中の酸化剤濃度が許容濃度となるときの反応速度定数及び酸化剤の物質量を算出し、許容濃度となるまでにかかる時間を算出して活性炭塔に充填されている評価対象活性炭の余命を予測する演算装置と、
を具備し、
当該シャローベッド試験カラムに、酸化剤水溶液を通水して、当該活性炭による酸化剤の分解反応の加速試験を行なうことを特徴とする活性炭の酸化剤分解性能評価装置。
【請求項６】
前記演算装置は、
活性炭を高さＬ（ｍ）となるように最密充填したシャローベッド試験カラムに、初期酸化剤濃度Ｃ0（ｍｇ／Ｌ）の被処理水を、活性炭塔への被処理水の線速度ｖ（ｍ／ｓ）で通水して、当該シャローベッド試験カラムからの流出水の酸化剤濃度Ｃ1（ｍｇ／Ｌ）を経時的に測定して得た結果に基づき、
初期酸化剤濃度Ｃ0と流出水の酸化剤濃度Ｃ1とから求めた活性炭による酸化剤の分解率Ｄ＝Ｃ1／Ｃ0を用いて、活性炭による酸化剤の分解反応の反応速度定数Ｋ（１／ｓ）を下記式１に従って算出し、
稼働時間Ｈa（ｈ）における反応速度定数Ｋa（１／ｓ）と物質量Ｍa（ｍｏｌ／ｍ
３
）とを１組の変数として、反応速度定数Ｋ（１／ｓ）と物質量Ｍ（ｍｏｌ／ｍ
３
）との関係を求め、
活性炭塔の稼働時間Ｈa（ｈ）、活性炭塔への通水流量Ｑ（ｍ
３
／ｓ）、活性炭塔に充填されている評価対象活性炭の体積Ｖ（ｍ
３
）、酸化剤の物質量Ａ（ｇ／ｍｏｌ）から、稼働時間Ｈa（ｈ）における評価対象活性炭１ｍ
３
あたりの分解された酸化剤の物質量Ｍa（ｍｏｌ／ｍ
３
）を下記式２に従って算出し、
活性炭塔からの処理水の酸化剤濃度が許容濃度Ｃp（ｍｇ／Ｌ）となるときの反応速度定数Ｋmin（１／ｓ）を下記式３に従って算出し、
反応速度定数Ｋ（１／ｓ）と物質量Ｍ（ｍｏｌ／ｍ
３
）との関係に基づいて、反応速度定数Ｋmin（１／ｓ）に対応する酸化剤の物質量Ｍmax（ｍｏｌ／ｍ
３
）を求め、
活性炭塔からの処理水の酸化剤濃度が許容濃度Ｃp（ｍｇ／Ｌ）となるまでの時間Ｂ（ｈ）を下記式４に従って算出する
ることを特徴とする請求項５の活性炭の酸化剤分解性能評価装置。
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【請求項７】
酸化剤を含む被処理水を活性炭塔に通水して処理水を得る造水装置であって、
被処理水の流入部と処理水の流出部とを有し、活性炭が最密充填されている活性炭塔と、
当該活性炭塔の流入部に被処理水を流通させる供給ラインと、
当該活性炭塔の流出部からの処理水を流通させる流出ラインと、
当該供給ラインに設けられていて、当該活性炭塔の流入部に流入する被処理水の流量を測定する第１流量計と、
当該供給ラインに接続されていて、当該活性炭塔に充填されている活性炭の酸化剤分解性能を評価する活性炭の酸化剤分解性能評価装置と、を具備し、
当該活性炭の酸化剤分解性能評価装置は、
活性炭を最密充填するシャローベッド試験カラムと、
当該供給ラインに接続されていて、当該シャローベッド試験カラムに被処理水を流通させる試験用被処理水供給ラインと、
当該シャローベッド試験カラムからの流出水を流通させる試験用処理水流出ラインと、
当該試験用被処理水供給ラインに設けられていて、当該シャローベッド試験カラムに流入する被処理水の流量を測定する第２流量計と、
当該試験用被処理水供給ラインに設けられていて、当該シャローベッド試験カラムに流入する被処理水の流量を制御する流量制御手段と、
当該試験用被処理水流入ラインに設けられていて、当該シャローベッド試験カラムに流入する被処理水の酸化剤濃度を測定する第１酸化剤濃度測定装置と、
当該試験用処理水流出ラインに設けられていて、当該シャローベッド試験カラムからの流出水の酸化剤濃度を測定する第２酸化剤濃度測定装置と、
当該第１流量計及び当該第２流量計からの測定結果に基づいて、当該第２流量計の流量が当該第１流量計の流量と等しくなるように当該流量制御手段を制御する流量調整部と、
当該第２流量計、当該第１酸化剤濃度測定装置、及び当該第２酸化剤濃度測定装置からの測定結果に基づいて活性炭の反応速度定数と活性炭により分解された酸化剤の物質量との相関関係を導出し、当該相関関係に基づいて活性炭塔からの処理水中の酸化剤濃度が許容濃度となるときの反応速度定数及び酸化剤の物質量を算出し、許容濃度となるまでにかかる時間を算出して活性炭塔に充填されている評価対象活性炭の余命を予測する演算手段を含む活性炭性能予測部と、
を備えることを特徴とする、造水装置。
【請求項８】
前記演算装置は、
活性炭を高さＬ（ｍ）となるように最密充填したシャローベッド試験カラムに、初期酸化剤濃度Ｃ0（ｍｇ／Ｌ）の被処理水を、活性炭塔への被処理水の線速度ｖ（ｍ／ｓ）で通水して、当該シャローベッド試験カラムからの流出水の酸化剤濃度Ｃ1（ｍｇ／Ｌ）を経時的に測定して得た結果に基づき、
初期酸化剤濃度Ｃ0と流出水の酸化剤濃度Ｃ1とから求めた活性炭による酸化剤の分解率Ｄ＝Ｃ1／Ｃ0を用いて、活性炭による酸化剤の分解反応の反応速度定数Ｋ（１／ｓ）を下記式１に従って算出し、
稼働時間Ｈa（ｈ）における反応速度定数Ｋa（１／ｓ）と物質量Ｍa（ｍｏｌ／ｍ
３
）とを１組の変数として、反応速度定数Ｋ（１／ｓ）と物質量Ｍ（ｍｏｌ／ｍ
３
）との関係を求め、
活性炭塔の稼働時間Ｈa（ｈ）、活性炭塔への通水流量Ｑ（ｍ
３
／ｓ）、活性炭塔に充填されている評価対象活性炭の体積Ｖ（ｍ
３
）、酸化剤の物質量Ａ（ｇ／ｍｏｌ）から、稼働時間Ｈa（ｈ）における評価対象活性炭１ｍ
３
あたりの分解された酸化剤の物質量Ｍa（ｍｏｌ／ｍ
３
）を下記式２に従って算出し、
活性炭塔からの処理水の酸化剤濃度が許容濃度Ｃp（ｍｇ／Ｌ）となるときの反応速度定数Ｋmin（１／ｓ）を下記式３に従って算出し、
反応速度定数Ｋ（１／ｓ）と物質量Ｍ（ｍｏｌ／ｍ
３
）との関係に基づいて、反応速度定数Ｋmin（１／ｓ）に対応する酸化剤の物質量Ｍmax（ｍｏｌ／ｍ
３
）を求め、
活性炭塔からの処理水の酸化剤濃度が許容濃度Ｃp（ｍｇ／Ｌ）となるまでの時間Ｂ（ｈ）を下記式４に従って算出する
ることを特徴とする請求項７の造水装置。
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【請求項９】
酸化剤を含む被処理水を活性炭塔に通水して処理水を得る造水方法であって、
請求項１又は２に記載の活性炭の酸化剤分解性能評価方法を行って、活性炭塔に充填されている活性炭の余命を予測し、適時に活性炭を交換することを含むことを特徴とする造水方法。
【請求項１０】
酸化剤を含む被処理水を活性炭塔に通水して処理水を得る造水方法であって、
当該活性炭塔から採取した活性炭をシャローベッド試験カラムに充填して、請求項１又は２に記載の活性炭の酸化剤分解性能評価方法を行って、活性炭塔に充填されている活性炭の余命を予測し、適時に活性炭を交換することを含むことを特徴とする造水方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭の酸化剤分解性評価方法及び装置、並びに造水方法及び装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、井戸水等の原水を浄化処理し、飲料水として提供する造水技術が実用化されている。たとえば、アンモニアを含む原水に次亜塩素酸ソーダ等の酸化剤を注入して、アンモニアの分解、無機物の酸化、除菌等を施した後、砂ろ過処理を行い、次いで、砂ろ過水を活性炭に通水して処理水中の脱塩素処理を行う手法が広く用いられている。活性炭は分解性能が劣化すると十分な脱塩素処理が行えないため、定期的に活性炭を交換することが必要である。活性炭の交換時期が不適切であると、まだ使用可能な活性炭を廃棄処分することになり不経済であるばかりでなく、環境的な観点からも好ましくない。
【０００３】
特開平９－１４１２４８号公報（特許文献１）には、水に互いに異なる処理を施す複数の処理槽として、活性炭により水中の不純物を除去する活性炭フィルタを備え、上記交換時期検出手段が、上記活性炭フィルタを通過した水の総量が所定値に達したとき、上記活性炭フィルタ交換時期を検出する水処理装置が開示されている。しかし、流量センサ、濁度計、電気抵抗検出器などを用いて交換時期を検出するため、装置構造が複雑であり、コストアップの要因となるなどの問題がある。
【０００４】
特開２０００－７０９２５号公報（特許文献２）には、活性炭を有するろ過材を備えた浄水カートリッジの下流側に、ろ過した浄水を加熱する加熱器を配設すると共に、該加熱器の近傍に浄水を加熱することによって発生した臭気を検出するガスセンサを配設して、そのガスセンサの検出値に基づいて浄水カートリッジの寿命時期を判断することができる浄水器が開示されている。しかし、加熱器、ガスセンサなどを用いて浄水カートリッジの交換時期を検出するため、装置構造が複雑であり、温度やガスの取り扱いが面倒であるなどの問題がある。
【０００５】
特開２００５－２７９５２８号公報（特許文献３）には、給水ラインに活性炭濾過装置が接続され、その下流側の給水ラインに水質改質用の濾過膜部が接続されて、該濾過膜部の給水ラインに接続された流量センサからの流量検知に基づき、積算通水量を求めると共に、該積算通水量と、予め設定した所定処理水量と、を比較して、あるいは、残留塩素濃度計による濃度と通水量とに基づいて、除去残留塩素濃度を求め、積算した通水量と所定の処理水量を比較することにより、制御部によって、活性炭濾過装置の活性炭交換時期になったか否かを判断する水質改質システムが開示されている。しかし、流量検知による積算通水量、残留塩素濃度計による濃度と通水量とから求めた除去残留塩素濃度などを指標として制御を行うため、制御が複雑であり、効率的ではなく、交換時期の精度にも問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開平９－１４１２４８号公報
特開２０００－７０９２５号公報
特開２００５－２７９５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、造水装置又は造水方法における従来の活性炭の交換時期評価における問題点を解消し、複雑な装置構造を要さずに比較的簡単に、取り扱いが容易な、活性炭の劣化による交換時期を定量的指標に基づいて予測する活性炭の酸化剤分解性能評価方法及び装置並びに活性炭塔で使用中の活性炭の余命を予測する方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、活性炭の余命を予測し、適切な時期に活性炭を交換することにより、活性炭の無駄を廃することができる造水方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、シャローベッド加速試験で活性炭の反応速度定数の経時劣化と、そのときの分解された酸化剤物質量との関係を求めることにより、活性炭の余命を簡易に予測できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明によれば、酸化剤を含む被処理水を活性炭塔に通水して処理水を得る造水方法において、
活性炭をシャローベッド試験カラムに充填して、被処理水を通水して、当該活性炭による酸化剤の分解反応の加速試験を行い、シャローベッド試験カラムからの流出水中の酸化剤濃度を経時的に測定し、測定した酸化剤濃度の経時的変化に基づいて当該活性炭の反応速度定数及び当該活性炭が分解した酸化剤の物質量を求めて、当該活性炭の反応速度定数と当該活性炭が分解する酸化剤の物質量との相関関係を導出し、
当該相関関係に基づいて、活性炭塔からの処理水中の酸化剤濃度が許容濃度となるときの反応速度定数及び酸化剤の物質量を算出し、
許容濃度となるまでにかかる時間を算出して、活性炭塔に充填されている評価対象活性炭の余命を予測する
ことを特徴とする活性炭の酸化剤分解性能評価方法が提供される。
（【００１１】以降は省略されています）

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