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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-130080(P2021-130080A)
(43)【公開日】2021年9月9日
(54)【発明の名称】活性炭の再生方法
(51)【国際特許分類】
B01J 20/34 20060101AFI20210813BHJP
B01J 20/20 20060101ALI20210813BHJP
C02F 1/28 20060101ALI20210813BHJP
【ＦＩ】
B01J20/34 A
B01J20/34 B
B01J20/20 B
C02F1/28 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】27
(21)【出願番号】特願2020-25709(P2020-25709)
(22)【出願日】2020年2月18日
(71)【出願人】
【識別番号】000175272
【氏名又は名称】三浦工業株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】505247867
【氏名又は名称】Ｊトップ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100126000
【弁理士】
【氏名又は名称】岩池 満
(74)【代理人】
【識別番号】100145713
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 竜太
(72)【発明者】
【氏名】大崎 和隆
(72)【発明者】
【氏名】松友 伸司
【テーマコード（参考）】
4D624
4G066
【Ｆターム（参考）】
4D624AA04
4D624AB06
4D624BA02
4D624BC01
4D624CA01
4D624DA07
4G066AA05B
4G066AA09D
4G066AA10D
4G066AA14D
4G066CA04
4G066CA05
4G066CA15
4G066DA08
4G066GA01
4G066GA06
4G066GA14
4G066GA31
4G066GA32
4G066GA33
4G066GA37
(57)【要約】
【課題】高沸点、或いは沸点が不明である多種多様な有機物が吸着した活性炭の再生方法であって、加熱コストや設備コストを低減することが可能で、活性炭の消耗や損傷を抑制した活性炭の再生方法を提供する。【解決手段】活性炭の再生方法であって、有機物を含む水から、ろ過塔に収容される活性炭を用いたろ過により、有機物を吸着ろ過した後に、少なくとも活性炭の一部が２００℃以上６００℃未満になるまで加熱する加熱工程であって、活性炭の発火温度以上の領域においては不活性ガスの雰囲気下で加熱する加熱工程と、活性炭の一部が２００℃以上６００℃未満に到達した時点で、ろ過塔の減圧を開始する第１減圧工程とを備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
活性炭の再生方法であって、
有機物を含む水から、ろ過塔に収容される前記活性炭を用いたろ過により、前記有機物を吸着ろ過した後に、
少なくとも前記活性炭の一部が２００℃以上６００℃未満になるまで加熱する加熱工程であって、前記活性炭の発火温度以上の領域においては不活性ガスの雰囲気下で加熱する加熱工程と、
前記活性炭の一部が２００℃以上６００℃未満に到達した時点で、前記ろ過塔の減圧を開始する第１減圧工程とを備える、活性炭の再生方法。
有機物を含む水から、ろ過塔に収容される前記活性炭を用いたろ過により、前記有機物を吸着ろ過した後に、
少なくとも前記活性炭の一部が２００℃以上６００℃未満になるまで加熱する加熱工程であって、前記活性炭の発火温度以上の領域においては不活性ガスの雰囲気下で加熱する加熱工程と、
前記活性炭の一部が２００℃以上６００℃未満に到達した時点で、前記ろ過塔の減圧を開始する第１減圧工程とを備える、活性炭の再生方法。
【請求項2】
前記加熱工程において、前記活性炭の一部が３００℃以上６００℃未満になるまで加熱する、請求項１に記載の活性炭の再生方法。
【請求項3】
前記加熱工程は、
前記活性炭の一部が１００℃以上２５０℃未満になるまでは、空気又は水蒸気で加熱する第１のステップと、
不活性ガスを導入して、少なくとも前記活性炭の一部が２５０℃以上６００℃未満になるまで加熱する第２のステップとを備える、請求項１又は請求項２に記載の活性炭の再生方法。
前記活性炭の一部が１００℃以上２５０℃未満になるまでは、空気又は水蒸気で加熱する第１のステップと、
不活性ガスを導入して、少なくとも前記活性炭の一部が２５０℃以上６００℃未満になるまで加熱する第２のステップとを備える、請求項１又は請求項２に記載の活性炭の再生方法。
【請求項4】
前記第１のステップと前記第２のステップとの間で、前記ろ過塔を減圧する第２減圧工程を実行する、請求項３に記載の活性炭の再生方法。
【請求項5】
前記第２のステップ及び前記第１減圧工程を２回以上繰り返す請求項３又は請求項４に記載の活性炭の再生方法。
【請求項6】
前記第２のステップにおいて、前記不活性ガスによる循環加熱を実行する、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の活性炭の再生方法。
【請求項7】
前記不活性ガスは水蒸気である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の活性炭の再生方法。
【請求項8】
前記水蒸気は、前記ろ過塔への水の注入により発生する水蒸気である、請求項７に記載の活性炭の再生方法。
【請求項9】
前記不活性ガスは窒素、又は排ガスである、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の活性炭の再生方法。
【請求項10】
前記第１減圧工程においては、前記ろ過塔を絶対圧力として５０ｋＰａ以下の真空度まで減圧する、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の活性炭の再生方法。
【請求項11】
前記第１減圧工程においては、前記ろ過塔の減圧を開始してから、５分以上の時間、減圧状態を保持する、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の活性炭の再生方法。
【請求項12】
前記有機物を含む水は、工場排水である、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の活性炭の再生方法。
【請求項13】
前記工場排水は、食品・飲料業、化学工業、製紙業、染色業、リネンサプライ業、クリーニング業のいずれかの工場からの排水である、請求項１２に記載の活性炭の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、活性炭の再生方法に関する。とりわけ、本発明は、高沸点、或いは沸点が不明である多種多様な有機物を含む水を活性炭の吸着作用により浄化する水処理方法において、加熱コストや設備コストを低減することが可能で、活性炭の消耗や損傷を抑制した再生方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、有機物が吸着した活性炭を再生させる方法として、活性炭を収容した活性炭塔に蒸気を供給して活性炭を加熱し、吸着した有機物を脱着したり活性炭を再賦活したりする方法が古くから用いられている。しかし、単純に活性炭塔に蒸気を供給し続けて活性炭を再生することは加熱コストや設備コストの増大に繋がると共に、大量の凝縮水が発生してその排水処理費用もかかり、更には活性炭の消耗も激しいことから、活性炭の再生にあたっては様々な方法が提案されてきた。例えば、特許文献１〜３に記載の技術が挙げられる。
【0003】
例えば、特許文献１は、脱着効率が高いと共に、排水処理が容易であり、溶剤の加水分解及び溶剤中の安定剤の溶出を防止できる溶剤回収方法として、溶剤吸着剤を収納した吸着塔に対し、溶剤含有空気を通流させて、溶剤吸着剤に溶剤を吸着させる吸着工程と、吸着塔内を減圧排気し、次いでこの減圧排気を停止し又は継続した状態で、吸着塔内に水蒸気を導入した後、この水蒸気の導入を停止して吸着塔内を減圧排気することにより、溶剤を脱着する脱着工程とを、交互に繰り返して行う溶剤回収方法を開示している。
【0004】
また、特許文献２は、排水の汚れ物質を活性炭に吸着させる汚れ物質吸着槽と、前記活性炭を誘導加熱により賦活する誘導加熱機構とを有し、前記汚れ物質吸着槽の活性炭の一部を抜き出して上方の誘導加熱機構に移送するようにし、前記活性炭を上方に移送する際に前記誘導加熱機構で発生した水蒸気を及ぼすようにしたことを特徴とする排水処理機構を開示している。
【0005】
更に、特許文献３は、排水問題が生じないドライシステムを得ると共に、水溶性溶剤、凝縮温度の比較的低い溶剤等にも対応できる活性炭の再生方法として、再生処理に於ける活性炭の加熱をマイクロ波で行うと共に、この活性炭を収納する活性炭塔と循環ブロアとに渡って循環路を設け、この循環路内を、不活性ガスをキャリアガスとして循環させ、この循環路から不活性ガスと脱着対象の溶剤ガスとの混合ガスを吸気し、このガスを冷却して、被吸着物を凝縮させて、これを分離・回収する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平５−８４４１７号公報
【特許文献2】特許第５９１１４５７号公報
【特許文献3】特開平６−３１１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献１においては、活性炭からの脱着対象である溶剤分子自体が比較的低沸点の場合が多く、溶剤の沸点も事前に把握することができるが、水の浄化に使用した活性炭の場合には、高沸点、或いは沸点が不明である多種多様な有機物が脱着対象になるため、再生条件を設定することが難しい。また、水蒸気による溶剤の加水分解や熱分解を起こしてしまうと溶剤を再利用できなくなるため、溶剤回収の場合には温度を上げすぎることは好ましくなく、更には、脱着工程の時間を短くして溶剤の加水分解を減少させるために、用いる活性炭の種類として繊維状活性炭フェルト及びハニカム活性炭を使用することが必要である。
【0008】
また、特許文献２においては、活性炭を誘導加熱（例えば６００℃以上に昇温）により賦活する誘導加熱機構を有し、活性炭の一部を抜き出して上方の誘導加熱機構に移送するため、加熱コストや設備コストが比較的高くなる。更に、熱と水蒸気によって賦活化すると、活性炭の細孔の表皮層が剥離して新しい界面が再生するため、賦活化によって吸着能力が再生する反面、活性炭が消耗してしまう。
【0009】
また、特許文献３においては、活性炭をマイクロ波加熱しているが、マイクロ波が照射される活性炭の電気抵抗が無いと放電現象が起こり易く、火花のために活性炭を損傷することがあり、使用できる活性炭の種類やマイクロ波の照射方法が制限される。また、マイクロ波の人体に対する有害性や他の電波機器への干渉防止の観点から、使用できる周波数帯や電波漏洩に対する法規制が厳しく、加熱コストや設備コストがかかる。
【0010】
本発明は、高沸点、或いは沸点が不明である多種多様な有機物が吸着した活性炭の再生方法であって、加熱コストや設備コストを低減することが可能で、活性炭の消耗や損傷を抑制した活性炭の再生方法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】
【0011】
本発明は、活性炭の再生方法であって、有機物を含む水から、ろ過塔に収容される前記活性炭を用いたろ過により、前記有機物を吸着ろ過した後に、少なくとも前記活性炭の一部が２００℃以上６００℃未満になるまで加熱する加熱工程であって、前記活性炭の発火温度以上の領域においては不活性ガスの雰囲気下で加熱する加熱工程と、前記活性炭の一部が２００℃以上６００℃未満に到達した時点で、前記ろ過塔の減圧を開始する第１減圧工程とを備える、活性炭の再生方法に関する。
【0012】
また、上記の再生方法に含まれる前記加熱工程において、前記活性炭の一部が３００℃以上６００℃未満になるまで加熱することが好ましい。
【0013】
また、上記の再生方法に含まれる前記加熱工程は、前記活性炭の一部が１００℃以上２５０℃未満になるまでは、空気又は水蒸気で加熱する第１のステップと、不活性ガスを導入して、少なくとも前記活性炭の一部が２５０℃以上６００℃未満になるまで加熱する第２のステップとを備えることが好ましい。
【0014】
また、上記の再生方法において、前記第１のステップと前記第２のステップとの間で、前記ろ過塔を減圧する第２減圧工程を実行することが好ましい。
【0015】
また、上記の再生方法において、前記第２のステップ及び前記第１減圧工程を２回以上繰り返すことが好ましい。
【0016】
また、上記の再生方法に含まれる前記第２のステップにおいて、前記不活性ガスによる循環加熱を実行することが好ましい。
【0017】
また、上記の再生方法において、前記不活性ガスは水蒸気であることが好ましい。
【0018】
また、上記の再生方法において、前記水蒸気は、前記ろ過塔への水の注入により発生する水蒸気であることが好ましい。
【0019】
また、上記の再生方法において、前記不活性ガスは窒素、又は排ガスであることが好ましい。
【0020】
また、上記の再生方法に含まれる前記第１減圧工程においては、前記ろ過塔を絶対圧力として５０ｋＰａ以下の真空度まで減圧することが好ましい。
【0021】
また、上記の再生方法に含まれる前記第１減圧工程においては、前記ろ過塔の減圧を開始してから、５分以上の時間、減圧状態を保持することが好ましい。
【0022】
また、上記の再生方法において、前記有機物を含む水は、工場排水であることが好ましい。
【0023】
また、上記の再生方法において、前記工場排水は、食品・飲料業、化学工業、製紙業、染色業、リネンサプライ業、クリーニング業のいずれかの工場からの排水であることが好ましい。
【発明の効果】
【0024】
本発明によれば、高沸点、或いは沸点が不明である多種多様な有機物が吸着した活性炭の再生方法であって、加熱コストや設備コストを低減することが可能で、活性炭の消耗や損傷を抑制した活性炭の再生方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の実施形態に係る活性炭の再生装置の構成の一例を示す図である。
【図2】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法を示すフローチャートである。
【図3】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法におけるフローチャートの各ステップにおける、活性炭再生システム内の原水、空気、蒸気等の流路を示す図である。
【図4】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法におけるフローチャートの各ステップにおける、活性炭再生システム内の原水、空気、蒸気等の流路を示す図である。
【図5】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法におけるフローチャートの各ステップにおける、活性炭再生システム内の原水、空気、蒸気等の流路を示す図である。
【図6】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法におけるフローチャートの各ステップにおける、活性炭再生システム内の原水、空気、蒸気等の流路を示す図である。
【図7】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法におけるフローチャートの各ステップにおける、活性炭再生システム内の原水、空気、蒸気等の流路を示す図である。
【図8】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法におけるフローチャートの各ステップにおける、活性炭再生システム内の原水、空気、蒸気等の流路を示す図である。
【図9】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法におけるフローチャートの各ステップにおける、活性炭再生システム内の原水、空気、蒸気等の流路を示す図である。
【図10】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法におけるフローチャートの各ステップにおける、活性炭再生システム内の原水、空気、蒸気等の流路を示す図である。
【図11】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法を示すフローチャートである。
【図12】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法におけるフローチャートの各ステップにおける、活性炭再生システム内の原水、空気、蒸気等の流路を示す図である。
【図13A】本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法を用いて再生した時の、当該活性炭の平均温度と、経過時間との関係の例を示すグラフである。
【図13B】従来技術に係る活性炭の再生方法を用いて再生した時の、当該活性炭の平均温度と、経過時間との関係の例を示すグラフである。
【図14A】人工的に調合した模擬排水を、各活性炭に通水することによる吸着試験の結果を示すグラフである。
【図14B】本発明に係る再生方法と、従来技術に係る再生方法との間における、凝縮水量（使用蒸気量）、相分離の有無、及び微粉炭発生（活性炭消耗）の有無の相違を示す表である。
【図15】本発明の実施形態に係る高温保持時間及び保持温度の根拠データを得るために用意した実験装置１０の構成を示す図である。
【図16A】実際の工場排水をろ過処理した後の活性炭を段階的に昇温再生して有機物の気化量を確認した試験の結果を示すグラフである。
【図16B】実際の工場排水をろ過処理した後の活性炭を段階的に昇温再生して有機物の気化量を確認した試験の結果を示すグラフである。
【図17A】変形例としての加熱手段の構成を示す図である。
【図17B】変形例としての加熱手段の構成を示す図である。
【図17C】変形例としての加熱手段の構成を示す図である。
【図17D】変形例としての加熱手段の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
〔１．１ 実施形態の構成〕図１は、本実施形態に係る活性炭再生システムの構成を示す。活性炭再生システム１は、ろ過塔２、圧力調整弁３、加熱器４、ブロワ５、冷却器６、気液分離器７、真空ポンプ８を備える。更に、活性炭再生システム１は、第１開閉弁Ｖ１〜第１１開閉弁Ｖ１１、第１原水供給ラインＬ１、第２原水供給ラインＬ２、第１処理水排出ラインＬ３、第２処理水排出ラインＬ４、第１熱風供給ラインＬ５、第１循環ラインＬ６、圧力逃がしラインＬ７、第２熱風供給ラインＬ８、第１不活性ガス供給ラインＬ９、第２循環ラインＬ１０、第１外気供給ラインＬ１１、気体排出ラインＬ１２、第２外気供給ラインＬ１３、第２不活性ガス供給ラインＬ１４、第３外気供給ラインＬ１５、分離ガス排気ラインＬ１６、分離水排出ラインＬ１７を備える。
【0028】
第１原水供給ラインＬ１は、系外から、活性炭再生システム１に有機物を含む原水を供給するラインである。また、第１原水供給ラインＬ１は第１開閉弁Ｖ１を備え、第１開閉弁Ｖ１を開閉することにより、活性炭再生システム１への原水の供給を制御することが可能となる。第１原水供給ラインＬ１は、接続点Ｊ１において、第２原水供給ラインＬ２及び第１熱風供給ラインＬ５に接続される。
【0029】
なお、本発明は、高沸点、或いは沸点が不明である多種多様な有機物が吸着した活性炭の再生に適している。また、一つの装置の中で吸着処理と再生処理の両方が可能であることから、上記の「有機物を含む原水」として、処理量や有機物濃度の変動が大きい工場排水の処理に適しており、活性炭で効率よく吸着できる油分や色素、非イオン界面活性剤等を多く含む食品・飲料業、化学工業、製紙業、染色業、リネンサプライ業、クリーニング業の総合排水やプロセス排水の処理により適している。
【0030】
第２原水供給ラインＬ２は、第１原水供給ラインＬ１によって供給される、有機物を含む原水を、ろ過塔２に供給するラインである。第２原水供給ラインＬ２は、接続点Ｊ１と反対側の端部において、ろ過塔２に接続される。
【0031】
ろ過塔２は、活性炭を収容し、当該活性炭を用いたろ過により、原水に含まれる有機物を吸着ろ過する。ろ過塔２において、活性炭によって有機物が吸着ろ過された後の処理水は、第１処理水排出ラインＬ３から排出される。
【0032】
なお、この「ろ過塔２」としては、活性炭を収容でき、水や２００℃以上の流体を流通させることができるものであれば特に限定されないが、後述のように、活性炭の加熱効率を上げるため、ヒータ等の加熱機器や熱流体の照射管、或いは金属棒等の熱伝導体を内包した固定床式でもよいし、ロータリーキルン等の流動床式であってもよい。或いは、複数の細管に活性炭を分割収容してモジュール化して一つのろ過塔とし、細管の外部からヒータや熱流体で活性炭を間接加熱できるようにしてもよい。また、当該ろ過塔２は、逆洗機構や通水方向の切替機能を備えているとよい。更に、このようなろ過塔を並列又は直列で２塔以上設置した上でその他の構成部品を共通化し、適宜ラインを切替て通水や再生のタイミングにおいて、メリーゴーランド方式等の時間差を設けて運用してもよい。
【0033】
更に、当該ろ過塔２は、吸光度やｐＨ、電気伝導度、温度、色度、濁度、臭気、表面張力、ＴＯＣ、トレーサー等の監視システムを備えることにより、給水や処理水、廃蒸気や凝縮液を継続又は断続的に監視しながら、各処理に移行するタイミングや、各処理の温度や時間等の処理条件をフィードバック制御できるようにしてもよい。
【0034】
また、この「活性炭」の種類としては特に限定されることはないが、比較的大きい細孔を多く有する活性炭は、有機物の吸脱着が容易となる。例えば、ＪＩＳ Ｋ １４７４ に規定されているメチレンブルー吸着能が２５０ｍＬ/ｇ以上、更により好ましくは３００ｍＬ/ｇ以上の活性炭であることがより好ましい。
【0035】
この「活性炭」の原材料としては、流通性や汎用性の観点から、石炭、ヤシガラ、木材、繊維、樹脂が好ましく、再生後の微粉炭発生を極力抑えられる観点から、靱性の高い石炭を原材料としたコール炭とヤシガラを原材料としたヤシガラ炭がより適している。
【0036】
この「活性炭」の形状としては、ろ過塔での通水や再生ガスの圧損を抑え、逆洗時の良好な展開性や流出防止効果を得られる観点から、粒状活性炭が好ましく、平均粒径が０．５ｍｍ以上の粒状活性炭であることがより好ましい。
【0037】
また、２種類以上の活性炭や、アルミナやシリカゲル、ゼオライト等の活性炭以外の吸着体を多段に充填、或いは混合して、ろ過塔２に収容してもよい。
【0038】
第１処理水排出ラインＬ３は、ろ過塔２において、活性炭によって有機物が吸着ろ過された後の処理水を、ろ過塔２の外に排出する。第１処理水排出ラインＬ３は、接続点Ｊ２において、第２処理水排出ラインＬ４及び第１循環ラインＬ６に接続される。
【0039】
第２処理水排出ラインＬ４は、接続点Ｊ２を介して、第１処理水排出ラインＬ３から流入される処理水を系外に排出する。第２処理水排出ラインＬ４は第２開閉弁Ｖ２を備え、第２開閉弁Ｖ２を開閉することにより、活性炭再生システム１の系外への処理水の排出を制御することが可能となる。
【0040】
第１熱風供給ラインＬ５は、ろ過塔２に対して熱風を供給するラインである。より詳細には、第１熱風供給ラインＬ５は、接続点Ｊ１、及び第２原水供給ラインＬ２を介して、ろ過塔２に対して熱風を供給する。第１熱風供給ラインＬ５は第３開閉弁Ｖ３を備え、第３開閉弁Ｖ３を開閉することにより、ろ過塔２に対する熱風の供給を制御することが可能となる。また、第１熱風供給ラインＬ５は、接続点Ｊ１とは反対側の接続点Ｊ３において、上記圧力逃がしラインＬ７、第２熱風供給ラインＬ８、及び気体排出ラインＬ１２に接続される。
【0041】
第１循環ラインＬ６は、後述のように、ろ過塔２に収容される活性炭の再生のため、再生温度に到達するまで不活性ガスを系内で循環させる際、当該不活性ガスが循環する流路となるラインである。第１循環ラインＬ６は第４開閉弁Ｖ４を備え、第４開閉弁Ｖ４を開閉することにより、第１循環ラインＬ６における不活性ガスの流通を制御することが可能となる。また、第１循環ラインＬ６は、接続点Ｊ２とは反対側の接続点Ｊ５において、第１不活性ガス供給ラインＬ９、第２循環ラインＬ１０、及び第２不活性ガス供給ラインＬ１４に接続される。
【0042】
なお、この「不活性ガス」としては、６００℃未満で活性炭を分解させないものであればよく、水蒸気や窒素、二酸化炭素、希ガス、ボイラや焼却施設等から排出される排ガス等が挙げられるが、ガス単価やガス純度の観点から水蒸気がより適している。
【0043】
圧力逃がしラインＬ７は、ろ過塔２に収容される活性炭の再生のため、再生温度に到達するまで不活性ガスを系内で循環させる際、不活性ガスが熱せられることによって膨張した気体を系外に排出するラインである。圧力逃がしラインＬ７は、接続点Ｊ３と反対側の端部において、圧力調整弁３に接続される。
【0044】
圧力調整弁３は、活性炭再生システム１の内部の圧力が所定の値よりも上昇した場合に、膨張した気体を系外に排出して活性炭再生システム１の圧力を調整する。圧力調整弁３には、後述する減圧の際に外気がろ過塔２内に逆流することを防ぐために逆止機構が備わることが好ましく、具体的には、逆止弁やリリーフ弁、安全弁等が挙げられる。また、上記の「所定の値」は、安全面を考慮して１０ｋＰａＧ以内であることが好ましい。
【0045】
第２熱風供給ラインＬ８は、接続点Ｊ３、第１熱風供給ラインＬ５、接続点Ｊ１、及び第２原水供給ラインＬ２を介して、ろ過塔２に熱風を供給するラインである。第２熱風供給ラインＬ８は、接続点Ｊ３と反対側の接続点Ｊ４において、第１不活性ガス供給ラインＬ９及び第２外気供給ラインＬ１３に接続される。第２熱風供給ラインＬ８には、加熱器４が配置される。
【0046】
加熱器４は、後述のように、第１外気供給ラインＬ１１、第３外気供給ラインＬ１５、ブロワ５、第２外気供給ラインＬ１３を介して第２熱風供給ラインＬ８に流入する外気や、第２不活性ガス供給ラインＬ１４、第１不活性ガス供給ラインＬ９を介して第２熱風供給ラインＬ８に流入する不活性ガス、或いは、第１循環ラインＬ６、第２循環ラインＬ１０、第３外気供給ラインＬ１５、ブロワ５、第２外気供給ラインＬ１３を介して第２熱風供給ラインＬ８に循環させる不活性ガスを加熱する装置である。加熱器４として、具体的には、カートリッジヒータ、フランジヒータ、赤外線ヒータ、テープヒーター、セラミックヒータ等の直接加熱装置、又は、誘導加熱装置、誘電加熱装置、マイクロ波加熱装置等の間接加熱装置が挙げられる。また、加熱器４に対し、過加熱を防止するための温度センサや温度ヒューズ等の安全装置を取り付けてもよい。加熱器４の取付位置は、導入する外気や不活性ガスを加熱でき、且つ、後述する不活性ガスの循環流路内であればどこでもよいが、放熱を少なくするためろ過塔２の上流側でより近い位置、或いはろ過塔２の内部であることが好ましい。また、加熱器４として、複数の加熱器を設置してもよい。
【0047】
また、後述するように、有機物を含むガスを触媒燃焼や直接燃焼等で処理する場合、ろ過塔２と真空ポンプ８との間に加熱器４を配置することによって、燃焼に必要な加熱機構を兼用化することができる。この場合、図１における加熱器４の位置は、第２原水供給ラインＬ２又は第１熱風供給ラインＬ５上に配置されることになる。
【0048】
第１不活性ガス供給ラインＬ９は、後述のように、第２不活性ガス供給ラインＬ１４から流入する不活性ガスを、接続点Ｊ４を介して、加熱器４に供給するラインである。第１不活性ガス供給ラインＬ９は、第５開閉弁Ｖ５を備え、第５開閉弁Ｖ５を開閉することにより、第１不活性ガス供給ラインＬ９における不活性ガスの流通を制御することが可能となる。また、第１不活性ガス供給ラインＬ９は、接続点Ｊ５において、第１循環ラインＬ６、第２循環ラインＬ１０、第２不活性ガス供給ラインＬ１４に接続される。
【0049】
第２循環ラインＬ１０は、後述のように、ろ過塔２に収容される活性炭の再生のため、再生温度に到達するまで不活性ガスを系内で循環させる際、当該不活性ガスが循環する流路となるラインである。第２循環ラインＬ１０は第６開閉弁Ｖ６を備え、第６開閉弁Ｖ６を開閉することにより、第２循環ラインＬ１０における不活性ガスの流通を制御することが可能となる。また、第２循環ラインＬ１０は、接続点Ｊ５とは反対側の接続点Ｊ６において、第１外気供給ラインＬ１１、及び第３外気供給ラインＬ１５に接続される。
【0050】
第１外気供給ラインＬ１１は、系外から、活性炭再生システム１に外気を供給するラインである。また、第１外気供給ラインＬ１１は第７開閉弁Ｖ７を備え、第７開閉弁Ｖ７を開閉することにより、活性炭再生システム１への外気の供給を制御することが可能となる。
【0051】
気体排出ラインＬ１２は、ろ過塔２から除去され、第２原水供給ラインＬ２、及び第１熱風供給ラインＬ５を介して流入する気体を排出するラインである。気体排出ラインＬ１２は、接続点Ｊ３と反対側の端部において、冷却器６及び気液分離器７に接続される。
【0052】
冷却器６は、ろ過塔２から除去され、第２原水供給ラインＬ２、及び第１熱風供給ラインＬ５を介して流入する流体を冷却する装置である。冷却器６は、空冷式や水冷式であってもよいし、熱交換器やヒートポンプ等の熱回収装置によって熱を回収して再利用できる形態でもよい。
【0053】
気液分離器７は、冷却器６から排出される、冷却後の気体と有機物が高濃縮された少量の凝縮液を、気体と凝縮液に分離する装置である。気液分離器７は、重力式や遠心式、フィルター式等、気体と液体を分離できるものであれば特に制限されない。
【0054】
また、気体排出ラインＬ１２は第８開閉弁Ｖ８を備え、第８開閉弁Ｖ８を開閉することにより、気体排出ラインＬ１２での流体の流通を制御することが可能となる。
【0055】
第２外気供給ラインＬ１３は、第１外気供給ラインＬ１１及び第３外気供給ラインＬ１５を経て、ブロワ５から流入する外気、或いは、第１循環ラインＬ６、第２循環ラインＬ１０、第３外気供給ラインＬ１５を経て、ブロワ５から流入されることにより、循環する不活性ガスを、接続点Ｊ４を介して、加熱器４に供給するラインである。第２外気供給ラインＬ１３は、接続点Ｊ４と反対側の端部において、ブロワ５に接続される。
【0056】
ブロワ５は、後述の第３外気供給ラインＬ１５から流入する外気又は循環する不活性ガスを、第２外気供給ラインＬ１３へ流して供給する。ブロワ５には、高温下で使用できるものであれば特に制限がないが、気体の漏洩や有機物の付着による障害を少なくするため、キャンド構造やラビリンス構造を有することが好ましい。
【0057】
また、流入する外気又は循環させる不活性ガスの圧力や流速も特に制限されないが、ろ過塔２に高流速で気体が流れると、活性炭が物理的に破損して再生後の吸着除去の際に微粉炭が混入することがある。このことから、活性炭上での線速度ＬＶを１．０ｍ／ｓｅｃ以下、より好ましくは０．１ｍ／ｓｅｃ以下とすると良く、更により好ましくはインバータ等でブロワ５の駆動電力の周波数を変換して流量を制御してもよい。
【0058】
また、第２外気供給ラインＬ１３は第９開閉弁Ｖ９を備え、第９開閉弁Ｖ９を開閉することにより、第２外気供給ラインＬ１３での外気の流通を制御することが可能となる。
【0059】
第２不活性ガス供給ラインＬ１４は、系外から、活性炭再生システム１に不活性ガスを供給するラインである。また、第２不活性ガス供給ラインＬ１４は第１０開閉弁Ｖ１０を備え、第１０開閉弁Ｖ１０を開閉することにより、活性炭再生システム１への不活性ガスの供給を制御することが可能となる。
【0060】
なお、第１外気供給ラインＬ１１と第２不活性ガス供給ラインＬ１４は共通化することも可能である。
【0061】
第３外気供給ラインＬ１５は、第１外気供給ラインＬ１１から流入する外気、又は第１循環ラインＬ６から流入され、循環する不活性ガスを、ブロワ５に供給するラインである。
【0062】
分離ガス排気ラインＬ１６は、気液分離器７によって分離された気体を系外に排出するラインである。分離ガス排気ラインＬ１６には、真空ポンプ８が配置される。
【0063】
真空ポンプ８は、気液分離器７から排出された空気を、系外に向けて圧送（吐出）する機器である。真空ポンプ８には、特に限定されないが、水分や有機物がポンプ内に流入する可能性がある場合は、水封式やダイヤフラム式の真空ポンプを用いることが好ましい。更に、ろ過塔２から排出される気体の排出量を制御するために、真空ポンプ８に対して、インバータから周波数が変換された駆動電力が供給され、駆動電力の周波数（駆動周波数）に応じた回転速度、ひいては排気速度や到達真空度で駆動できることが好ましい。
【0064】
分離水排出ラインＬ１７は、気液分離器７によって分離された凝縮液を系外に排出するラインである。分離水排出ラインＬ１７は、第１１開閉弁Ｖ１１を備え、第１１開閉弁Ｖ１１を開閉することにより、分離水排出ラインＬ１７からの凝縮液の系外への排出を制御することが可能となる。
【0065】
〔１．２ 第１実施形態の動作〕図２は、活性炭再生システム１の動作を示すフローチャートである。また、図３〜図１０は、フローチャートの各ステップにおける、活性炭再生システム１内の原水、空気、蒸気等の流路を示す図である。
【0066】
以降の各ステップを実行する前段として、ろ過塔２には、有機物が吸着された活性炭が収容される。
【0067】
例えば、図３に示すように、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２を開き、他の開閉弁を閉めることで、第１原水供給ラインＬ１、及び第２原水供給ラインＬ２を介して、原水がろ過塔２に供給され、ろ過塔２に収容される活性炭に、原水に含まれる有機物が吸着されることにより、原水が処理水となる。処理水は、第１処理水排出ラインＬ３、及び第２処理水排出ラインＬ４を経由して、系外に排出され、各種用途に利用される。
【0068】
なお、ここでは、ろ過塔２内において水が下方に流通する、下向流通水の例で示したが、ろ過塔２内において水が上方に流通する、上向流通水を実施してもよい。この場合、第２処理水排出ラインＬ４、及び第１処理水排出ラインＬ３を介して、原水がろ過塔２に供給され、ろ過塔２に収容される活性炭に、原水に含まれる有機物が吸着されることにより、原水が処理水となる。処理水は、第２原水供給ラインＬ２、及び第１原水供給ラインＬ１を経由して、系外に排出され、各種用途に利用される。
【0069】
下向流通水の場合は、活性炭が密に充填されているため水と活性炭との接触効率が高く、高い有機物除去率が得られる一方、原水が高濁質である場合には、濁質が堆積して圧損上昇が大きくなってしまう。上向流通水の場合は活性炭が展開しながら流れるため水と活性炭との接触効率が低く、有機物除去率が低下する一方、濁質が素通りしやすく高濁質の水に対して圧損上昇が生じにくい。
【0070】
この有機物を含む原水は、工場排水であると好適である。なぜならば、本実施形態においては、有機物を高温で加熱することで分解し低分子化するが、工場排水においては、低沸点である揮発性有機化合物（ＶＯＣ）処理や、予め沸点を把握しやすい溶剤回収の場合に比較して、沸点が幅広く異なり、且つ、未知の有機成分が多種多様に含まれた水が排出されるため、本実施形態により低分子化することによって、より大きな効果が奏されるからである。この工場排水は、食品・飲料業、化学工業、製紙業、染色業、リネンサプライ業、クリーニング業のいずれかの工場からの排水であると更に好適である。この前段において有機物を含む原水のろ過に用いられ、有機物が吸着された活性炭が、ステップＳ１以降の本実施形態の活性炭再生システム１の各工程により再生される。
【0071】
ステップＳ１において、ろ過塔２に収容される活性炭の少なくとも一部が１００℃以上２５０℃未満になるまで、ろ過塔２を空気で加熱する。
【0072】
より詳細には、図４に示すように、図３の状態から、第３開閉弁Ｖ３、第７開閉弁Ｖ７、第９開閉弁Ｖ９を開け、第１開閉弁Ｖ１を閉じ、その他の開閉弁は図３の状態を維持するとする。更に、この状態で、ブロワ５を駆動させる。これにより、外気が、第１外気供給ラインＬ１１から、第３外気供給ラインＬ１５を経由してブロワ５に供給され、ブロワ５で圧送された外気が、第２外気供給ラインＬ１３により加熱器４に供給される。加熱器４に供給された外気は、加熱器４で加熱されることによって熱風となり、当該熱風は、第２熱風供給ラインＬ８、第１熱風供給ラインＬ５、第２原水供給ラインＬ２を経由して、ろ過塔２に供給される。これによりろ過塔２に収容された活性炭は加熱される。ろ過塔２を加熱した後の熱風と、ろ過塔２内に保有される水分は、第１処理水排出ラインＬ３、及び第２処理水排出ラインＬ４を経由して系外に排出される。
【0073】
なお、ステップＳ１において、活性炭は水をろ過した後の状態であることから、ろ過塔２には相当量の水分が含まれており、水分に由来する顕熱量と潜熱量が高いために、加熱には多くの熱流体の供給が必要となる。そのため、少なくとも水分の大半がろ過塔２の外に押し出されるか、蒸発して消失するまでは、活性炭の加熱に高価な不活性ガスで加熱することは経済的ではなく、空気で加熱することが好ましい。
【0074】
また、活性炭の少なくとも一部が１００℃を超え始めると、水分の大半が消失したことを指し示す間接的な証拠となる。
【0075】
更に、空気加熱を行って活性炭の温度が１５０℃を超え始めると、活性炭に吸着した有機物の一部が、熱分解及び酸化分解によって低分子化され、ひいては沸点の低下による再生の促進効果が得られ始める。一方、酸素を含む状態で１５０℃を超えると、吸着された有機物の種類によってはその一部が熱分解及び酸化分解によって一酸化炭素にまで分解される場合があり、更に２５０℃を超えると活性炭自身が発火して燃焼し始める。そのため、空気で加熱を行う場合、活性炭の損傷を考慮すると、活性炭の少なくとも一部が１００℃以上２５０℃未満になるまで加熱するのが好ましく、安全性を考慮すると１００℃以上１５０℃未満になるまで加熱するのがより好ましい。
【0076】
この工程により、ろ過塔２から余分な水分が効率的に排出され、ろ過塔２内が乾燥状態を保つことが可能となる。
【0077】
なお、ステップＳ１においては、空気の代わりに、凝縮熱伝達による高い加熱効果が得られる水蒸気を用いてもよい。ボイラ等から発生できる水蒸気は空気に比べれば高価であるが、窒素や二酸化炭素、希ガスに比べれば安価に扱える熱流体であり、排ガスに比べると不純物が少ないメリットがある。また、活性炭に吸着した有機物の一部が加水分解によって低分子化され、ひいては低沸点化されることによる再生の促進効果も得られる。
【0078】
ステップＳ２において、ろ過塔２に不活性ガスを導入する。
【0079】
より詳細には、最初に、図５に示すように、ステップＳ１においてろ過塔２内の温度が、ろ過塔２に収容される活性炭の発火点（例えば、略２５０℃）に近づいたら、外気の供給を停止した上で、第５開閉弁Ｖ５を開き、第７開閉弁Ｖ７及び第９開閉弁Ｖ９を閉じ、他の開閉弁は、図４における開閉状態を維持する。更に、第２不活性ガス供給ラインＬ１４から不活性ガスを供給する。これにより、不活性ガスが、第２不活性ガス供給ラインＬ１４、第１不活性ガス供給ラインＬ９、及び第２熱風供給ラインＬ８を経由して、加熱器４に供給される。加熱器４に供給された不活性ガスは、加熱器４で加熱されることによって熱風となり、当該熱風は、第２熱風供給ラインＬ８、第１熱風供給ラインＬ５、第２原水供給ラインＬ２を経由して、ろ過塔２に供給される。これによりろ過塔２に収容された活性炭は、不活性ガスで加熱される。ろ過塔２を加熱した後の熱風は、第１処理水排出ラインＬ３、及び第２処理水排出ラインＬ４を経由して系外に排出される。
【0080】
この工程により、ろ過塔２内に含まれる酸素を不活性ガスで置換し、後述の循環加熱で活性炭が燃えてしまうことを防ぐ。
【0081】
ステップＳ３において、活性炭の少なくとも一部が２５０℃以上６００℃未満になるまで、ステップＳ２で導入した不活性ガスを循環加熱する。なお、活性炭の少なくとも一部が３００℃以上６００℃未満になるまで循環加熱することが好ましい。より詳細には、図６に示すように、ろ過塔２内の酸素を不活性ガスに置換できたら、図５の状態から、第４開閉弁Ｖ４、及び第６開閉弁Ｖ６、及び第９開閉弁Ｖ９を開き、第２開閉弁Ｖ２、及び第５開閉弁Ｖ５を閉じ、他の開閉弁は開閉状態を維持した状態で、ブロワ５を駆動する。これにより、不活性ガスは、ろ過塔２から、第１循環ラインＬ６、第２循環ラインＬ１０、第３外気供給ラインＬ１５、ブロワ５、第２外気供給ラインＬ１３、第２熱風供給ラインＬ８、第１熱風供給ラインＬ５、第２原水供給ラインＬ２を経由して、ろ過塔２に戻ることにより、これらの経路を循環する。
【0082】
また、加熱によって膨張した過剰な不活性ガスは、圧力逃がしラインＬ７から系外に排出される。
【0083】
なお、ステップＳ３においては、有機物は１５０℃以上になると熱分解が起こり始め、更に酸素や水蒸気が存在すると、酸化分解や加水分解も温度上昇に伴って促進されるようになる。より温度を上げることにより、これらの分解反応を積極的に行って低分子化すると、沸点が幅広く異なり、且つ、未知の有機成分が多種多様に吸着されている活性炭を、より効率的に再生できるようになる。一方、６００℃を超えると活性炭自身が分解したり、賦活化によって細孔が広がり始めるため、ステップＳ２において活性炭の少なくとも一部が２５０℃以上６００℃未満になるまで循環加熱するとよく、好ましくは３００℃以上６００℃未満になるまで循環加熱するとよい。この工程により、不活性ガスを用いた循環加熱を行うことで、水蒸気を供給し続けて加熱する従来の再生法と比較して、不活性ガス使用量を減らすことが可能となると共に、ろ過塔２を通過してきた不活性ガスの排熱を再利用することになるため、加熱器４のヒータ容量低減や活性炭の加熱にかかる時間の短縮効果も見込まれる。
【0084】
なお、図７に示すように、不活性ガスの代わりに、配管内やろ過塔内に直接水を注入し、加熱器４や既に高温になっている配管やろ過塔内に当該水を接触させることで不活性ガスとしての水蒸気を発生させてろ過塔２に供給してもよい。これにより、不活性ガスとしての水蒸気を発生させるためのボイラが不要となる。
【0085】
また、空気や不活性ガスの導入時又は循環時は、加圧環境であってもよいし、負圧環境であってもよい。
【0086】
ステップＳ３により、活性炭に含まれる有機物を低分子化し、且つ気化させる状態とすることが可能となる。更には、活性炭の再生に必要となるガス量や、加熱のための燃料や電気代を削減することが可能となる。
【0087】
なお、ステップＳ１における空気又は水蒸気による加熱、ステップＳ２における不活性ガス導入、ステップＳ３における不活性ガスの循環について、ここでは、加熱器４で加熱された空気又は不活性ガスがろ過塔２内において下方に流通する、下向流加熱の例で示したが、加熱器４で加熱された空気又は不活性ガスがろ過塔２内において上方に流通する、上向流加熱を実施してもよい。
【0088】
下向流加熱の場合は、活性炭の上部から下部に向かって順次加熱されるのに対し、上向流加熱の場合は、活性炭の下部から上部に向かって順次加熱されるため、空気又は不活性ガスの流通方向に応じた温度勾配が生じる。下部が先に加熱される上向流加熱の場合では、上昇気流発生による熱移動効果が加わるため、ろ過塔２内の加熱効率の上昇が期待される。
【0089】
ステップＳ４において、ろ過塔２を減圧する。
【0090】
より詳細には、ろ過塔２内の温度が、ろ過塔２に収容される活性炭の再生温度（例えば、略３００℃）に近づいたら、図８に示すように、ステップＳ３の状態から、第８開閉弁Ｖ８を開け、第４開閉弁Ｖ４、第６開閉弁Ｖ６、第９開閉弁Ｖ９を閉じ、その他の開閉弁の開閉状態は維持する。また、ステップＳ３における不活性ガスの供給及び加熱器４による加熱を停止する。更に、第２開閉弁Ｖ２、及び第４開閉弁Ｖ４を閉じた状態で、真空ポンプ８を駆動することにより、ろ過塔２を減圧する。この際、ろ過塔２内の不活性ガスは、第２原水供給ラインＬ２、第１熱風供給ラインＬ５、気体排出ラインＬ１２を経て、冷却器６に流入して冷却される。これにより、冷却器６から排出される、冷却後の不活性ガスと有機物が高濃縮された少量の凝縮液との混合物は、気液分離器７で不活性ガスと凝縮液とに分離される。分離された不活性ガスは、分離ガス排気ラインＬ１６、真空ポンプ８を経て系外に排出される。また、凝縮液は、気液分離器７内に貯留された後、分離水排出ラインＬ１７を経て系外に排出される。
【0091】
なお、ろ過塔２内では減圧による吸着有機物の沸点や昇華点の低下効果によって、気化、すなわち当該有機物の活性炭からの脱着が促進される。また、ステップＳ２で導入する不活性ガスとして水蒸気を用いた際に気液分離器７に貯留される凝縮水は、有機物が高濃縮された状態であるから、有機相と水相が分離しやすくなり、加圧浮上法や凝集法、各種ろ過法等の物理的な分離処理が容易になる。一部水相に溶け込んでしまう分離困難な有機物は低分子化された状態であるから、フェントン酸化や促進酸化法等の化学的処理、或いは、活性汚泥法や担体法等の生物学的処理が容易になる。油相はエネルギー源とすることができる。
【0092】
また、図９に示すように、冷却器６及び気液分離器７を用いた冷却トラップを行わず、第１熱風供給ラインＬ５から排出される、有機物を含む不活性ガスを、真空ポンプ８のみにより系外に排出してもよい。この場合、真空ポンプ８から排出される、有機物を含む不活性ガスは、ボイラの燃焼室や焼却炉、バーナー等で直接燃焼させてもよく、真空ポンプ８の前段又は後段で触媒燃焼やプラズマ分解させてもよく、これらの燃焼熱を新たなエネルギー源としてもよい。
【0093】
なお、ステップＳ４においては、真空度が高ければ高い程、沸点や昇華点が指数関数的に低下して高い再生効率を得ることができるが、有機成分の気化がはじまると真空度が低下して一時的に再生効率が落ちる。そのため、高い再生効率を常に維持するために、ろ過塔２を、絶対圧力として５０ｋＰａ以下の真空度まで減圧するとよく、より好ましくは１０ｋＰａ以下に保持するとよい。更に、減圧を開始したからといって、瞬時にすべての有機物が気化するわけではなく、一定温度、一定圧力の下では、有機物の気化量は初期程多く、時間の経過と共に指数関数的に減少していく。そのため、ろ過塔２の減圧を開始してから５分以上の時間、減圧状態を保持するとよく、より好ましくは３０分以上の時間、減圧状態を保持するとよい。
【0094】
ステップＳ４により、ろ過塔２内の圧力が低下することで、活性炭に吸着している有機物の沸点が低下し、有機物の気化（脱着）が促進される。これにより、気化状態となった、活性炭内の有機物が系外に排出されると共に、多種多様な有機物が吸着した活性炭を、良好に再生できる。
【0095】
なお、上記のステップＳ３とステップＳ４は、２回以上繰り返してもよい。
【0096】
ステップＳ５において、ろ過塔２内の活性炭の再生処理が終了した後、ろ過塔２を冷却する。
【0097】
より詳細には、活性炭の発火点温度以下に下がったら、図１０に示すように、ステップＳ４の状態から、第２開閉弁Ｖ２、第７開閉弁Ｖ７、第９開閉弁Ｖ９を開け、第８開閉弁Ｖ８を閉じ、その他の開閉弁は開閉状態を維持した状態でブロワ５を駆動する。これにより、第１外気供給ラインＬ１１から取り込まれた外気は、第３外気供給ラインＬ１５を経由して、ブロワ５で圧送され、その後、第２外気供給ラインＬ１３、第２熱風供給ラインＬ８を経て、加熱器４に供給されるものの、加熱器４で加熱されることなく、第２熱風供給ラインＬ８、第１熱風供給ラインＬ５、第２原水供給ラインＬ２を経て、ろ過塔２に達し、ろ過塔２を冷却した後、第１処理水排出ラインＬ３、及び第２処理水排出ラインＬ４を経て、系外に排出される。
【0098】
なお、活性炭の発火点温度（略２５０℃）以下に温度が下がるまでは、自然放熱による温度低下を待ってもよいし、水を注入することで水の蒸発潜熱を利用した冷却促進を行ってもよいし、低温の不活性ガスの導入や循環によって冷却を促進してもよいが、ステップＳ４における減圧過程を終了した時点で発火点以下になっていれば、この操作は不要である。
【0099】
ステップＳ５により、ろ過塔２内の活性炭が冷却され、急速に活性炭の再使用が可能となる。
【0100】
〔１．３ 第１実施形態が奏する効果〕本実施形態に係る再生方法は、活性炭の再生方法であって、有機物を含む水から、ろ過塔に収容される活性炭を用いたろ過により、有機物を吸着ろ過した後に、少なくとも活性炭の一部が２００℃以上６００℃未満になるまで加熱する加熱工程であって、活性炭の発火温度以上の領域においては不活性ガスの雰囲気下で加熱する加熱工程と、活性炭の一部が２００℃以上６００℃未満に到達した時点で、ろ過塔２の減圧を開始する第１減圧工程とを備える。
【0101】
これにより、熱分解や酸化分解、加水分解によって、活性炭に吸着した有機物を低分子化することが可能となり、低分子化により、有機物の沸点を低くすることが可能となる。これにより、加熱工程から減圧工程に移行する際の温度帯を低くすることができる。また、凝縮液中の有機物が低分子化されるため、微生物も有機物を栄養化しやすくなり、凝縮液の生分解性も向上して、生物処理が簡単になる。更には、処理に時間がかかり、管理も面倒で、広大な敷地が必要な生物処理の負荷低減が可能となる等、大型の排水処理設備は不要となる。また、活性炭の加熱温度を６００℃未満とすることにより、活性炭の細孔の広がりを抑制することが可能となる。更には、減圧工程において、ろ過塔内の温度が徐々に下がったとしても、圧力低下によって沸点や昇華点が下がり、有機物が気化されるとほぼ同時に真空ポンプ８によって系外に排出されるため、有機物の再付着化を防ぐことができる。これらにより、多種多様な有機物が付着した活性炭を良好に再生することが可能となる。
【0102】
また、加熱工程において、活性炭の一部が３００℃以上６００℃未満になるまで加熱してもよい。
【0103】
これにより、より高温な条件とすることで、沸点が幅広く異なり、且つ、未知の有機成分が多種多様に吸着されている活性炭を、より確実に再生することができる。
【0104】
また、加熱工程は、活性炭の一部が１００℃以上２５０℃未満になるまでは、空気又は水蒸気で加熱する第１のステップと、不活性ガスを導入して、少なくとも活性炭の一部が２５０℃以上６００℃未満になるまで加熱する第２のステップとを備えてもよい。
【0105】
これにより、発火温度になった際に空気で加熱すると、空気中の酸素と反応して活性炭が燃焼してしまうため、第１ステップにおいては、あくまで発火温度付近まで空気で加熱する。この第１ステップが存在することにより、加熱工程を通して不活性ガスを導入し続ける従来の再生手法に比較して、不活性ガスの消費量（延いては排出量）を抑えることができる。
【0106】
また、第２のステップ及び第１減圧工程を２回以上繰り返してもよい。
【0107】
絶対真空（０ＭＰａ）に到達することは技術的に不可能であり、最終的に到達した絶対圧のうち、分圧分の気化有機物はろ過塔外に排出されずに、有機気体分子として活性炭近傍に存在する。このため、ろ過塔２内の温度が下がったり、常圧に戻ったりした際に、活性炭近傍の有機物が活性炭に再吸着してしまう。そこで、減圧状態から不活性ガスを再導入し、加熱した後、更に減圧を行うことで、気化有機物の分圧を少なくし、ろ過塔外に排出されない有機気体分子の量、延いては活性炭に再吸着する有機物の量を削減することが可能となる。
【0108】
また、第２のステップにおいて、不活性ガスによる循環加熱を実行してもよい。
【0109】
不活性ガスを加熱媒体として使用し、垂れ流しにする従来方法と異なり、循環して再加熱することで未利用熱を再利用することとなるため、省エネ効果が得られる。
【0110】
また、不活性ガスは水蒸気であってもよい。
【0111】
加水分解により有機物を低分子化することが可能となり、低分子化により低沸点化も可能となる。これにより、加熱工程から減圧工程に移行する際の温度帯を低くすることが可能となる。また、凝縮液中の有機物が低分子化されるため、微生物も有機物を栄養化しやすくなり、凝縮液の生分解性も向上して、生物処理が簡単になる。更には、処理に時間がかかり、管理も面倒で、広大な敷地が必要な生物処理の負荷低減が可能となる等、大型の排水処理設備は不要となる。
【0112】
また、水蒸気は、ろ過塔２への水の注入により発生する水蒸気であってよい。
【0113】
ろ過塔２へ水を直接注入することにより、別途ボイラを設置することなく水蒸気を発生させることができる。
【0114】
また、不活性ガスは窒素、又は排ガスであってよい。
【0115】
これにより、不活性ガスとして窒素を用いた加熱分解が可能となる。また、不活性ガスとして排ガスを用いる場合には、加熱コストを下げることが可能となる。
【0116】
また、第１減圧工程においては、ろ過塔２を絶対圧力として５０ｋＰａ以下の真空度まで減圧してもよい。
【0117】
真空度を高めるほど、有機物が気化する沸点を下げることができるので、好適である。
【0118】
また、第１減圧工程においては、ろ過塔２の減圧を開始してから、５分以上の時間、減圧状態を保持してもよい。
【0119】
減圧を開始したから、或いは、有機物の沸点に到達したからといって、すぐに有機物の全量を活性炭から脱着させることできるという訳ではない。そこで、所定時間以上、減圧状態を保持することにより、活性炭中の有機物を確実に脱着することが可能となる。
【0120】
また、有機物を含む水は、工場排水であってよい。
【0121】
これにより、本実施形態に係る再生方法を、比較的分子量の大きい有機物が排出される工場排水をろ過する活性炭の再生に適用することが可能となる。
【0122】
また、工場排水は、食品・飲料業、化学工業、製紙業、染色業、リネンサプライ業、クリーニング業のいずれかの工場からの排水であってよい。
【0123】
これにより、本実施形態に係る再生方法を、多種多様な産業に係る工場からの工場排水をろ過する活性炭の再生に適用することが可能となる。
【0124】
〔２ 第２実施形態〕以下、図１１〜図１２を参照することにより、本発明の第２実施形態に係る活性炭再生システム１Ａについて説明する。なお、第２実施形態に係る活性炭再生システム１Ａの構成は、第１実施形態に係る活性炭再生システム１と同一であるため、その説明を省略する。
【0125】
〔２．１ 実施形態の動作〕図１１は、活性炭再生システム１Ａの動作を示すフローチャートである。また、図１２は、後述する、フローチャートのステップＳ１３における、活性炭再生システム１Ａ内の空気の流路を示す図である。
【0126】
以下のステップＳ１１〜Ｓ１６を実行する前段として、活性炭を用いたろ過により、有機物を吸着ろ過する。なお、この処理は、第１実施形態におけるステップＳ１の前段の処理と同一の処理であるため、その詳細な説明を省略する。
【0127】
ステップＳ１１において、ろ過塔２に収容される活性炭の少なくとも一部が１００℃以上２５０℃未満になるまで、ろ過塔２を空気又は水蒸気で加熱する。なお、この処理は、第１実施形態におけるステップＳ１と同一の処理であるため、その詳細な説明を省略する。
【0128】
ステップＳ１２において、ろ過塔２から空気を除去して、ろ過塔２を減圧する。
【0129】
より詳細には、図１２に示すように、ステップＳ１１の状態から、第８開閉弁Ｖ８を開け、第２開閉弁Ｖ２、第７開閉弁Ｖ７、及び第９開閉弁Ｖ９を閉じ、その他の開閉弁は開閉状態を維持する。更に、第２開閉弁Ｖ２、及び第４開閉弁Ｖ４を閉じた状態で、真空ポンプ８を駆動することにより、ろ過塔２を減圧する。この際、ろ過塔２内の空気は、第２原水供給ラインＬ２、第１熱風供給ラインＬ５、気体排出ラインＬ１２、分離ガス排気ラインＬ１６、真空ポンプ８を経て、系外に排出される。
【0130】
ステップＳ１２により、後述のステップＳ１３において、ろ過塔２内の空気を不活性ガスで置換する際、より確実に酸素を除去することが可能となる。
【0131】
ステップＳ１３において、ろ過塔２に不活性ガスを導入する。なお、この処理は、第１実施形態におけるステップＳ２と同一の処理であるため、その詳細な説明を省略する。
【0132】
ステップＳ１４において、活性炭の少なくとも一部が２５０℃以上６００℃未満になるまで循環加熱する。なお、この処理は、第１実施形態におけるステップＳ３と同一の処理であるため、その詳細な説明を省略する。
【0133】
ステップＳ１５において、ろ過塔２を減圧する。なお、この処理は、第１実施形態におけるステップＳ４と同一の処理であるため、その詳細な説明を省略する。
【0134】
ステップＳ１６において、ろ過塔２内の活性炭の再生処理が終了した後、ろ過塔２を冷却する。なお、この処理は、第１実施形態におけるステップＳ５と同一の処理であるため、その詳細な説明を省略する。
【0135】
〔２．２ 第２実施形態が奏する効果〕本実施形態においては、第１のステップと第２のステップとの間で、ろ過塔２を減圧する第２減圧工程を実行する。
【0136】
第１のステップと第２のステップとの間に、減圧のステップを入れることで、第１のステップで用いた空気、延いては酸素を除去することにより、第２のステップで不活性ガスを導入した際に、より効率的、且つ、確実にろ過塔内を不活性ガスに置換することができ、活性炭の発火や燃焼のリスクを抑えることが可能となる。
【0137】
〔３ 実験データ〕〔３．１ 吸着試験と再生処理時の温度データ〕
本発明の効果を確認するため、図１で示された構成にて活性炭を１Ｌ充填した実験装置を用意し、沸点３４０℃の粉末状の有機物をＴＯＣ（全有機炭素 Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）として２，６００ｍｇ/Ｌになるように完全に溶解して調製した、模擬的な排水である模擬排水を、新品のコール炭（新炭）に空間速度ＳＶ＝１０ＢＶ／ｈで通水し、本発明による再生を施した場合と、従来技術として単純な水蒸気供給による再生を施した場合とで、吸着性能、凝縮水量（使用蒸気量）、相分離の有無、及び微粉炭発生（活性炭消耗）の有無の相違を確認した。なお、従来技術による再生を施す場合は、図５で示した状態において、不活性ガスとして水蒸気を供給し、この状態のみを５時間継続することで再現した。
【0138】
図１３Ａは、本発明の実施形態に係る活性炭の再生方法を用いて再生した時の、当該活性炭の平均温度と、経過時間との関係の例を示すグラフである。
【0139】
上記のステップＳ１における、ろ過塔２の空気加熱の間に、活性炭の平均温度は、略３０℃から略１８０℃まで上昇した。
【0140】
上記のステップＳ２において、ろ過塔２に、０．３ｋｇ／ｈで５分間蒸気を導入して加熱する間に、活性炭の平均温度は、略１８０℃から略２００℃まで上昇した。上記のステップＳ３において、循環加熱する際、活性炭の平均温度は、略２００℃から略３３０℃まで上昇した。
【0141】
上記のステップＳ４において、ろ過塔２をゲージ圧で−９０ｋＰａＧ（絶対圧で１０ｋＰａ）で２時間減圧している間に、活性炭の平均温度は、略３３０℃から略２５０℃まで下降した。
【0142】
その後、ステップＳ５において、ろ過塔２内の活性炭の再生処理が終了した後、ろ過塔２を大気開放し冷却した。なお、この冷却を除いて再生処理に供した時間（ステップＳ１〜ステップＳ４の合計時間）は５時間である。
【0143】
図１３Ｂは、従来技術に係る活性炭の再生方法を用いて再生した時、当該活性炭の平均温度と、経過時間との関係の例を示すグラフである。
【0144】
従来技術に係る活性炭の再生方法においては、図５で示した状態で不活性ガスとしての水蒸気を０．３ｋｇ／ｈで５時間供給することで再現したが、活性炭の温度条件が本発明の実施形態に係る活性炭の再生時とほぼ同じになるように制御した。
【0145】
図１４Ａは、沸点３４０℃の粉末状の有機物を完全に溶解した、模擬的な排水である模擬排水を、各活性炭に通水することによる吸着試験の結果を示すグラフである。
【0146】
図１４Ａに示されるように、従来の再生方法による再生炭と、本発明に係る再生方法による再生炭共に、再生炭である以上、新炭に比較すれば通水時間の経過に伴う有機物除去率の低下の度合いは大きい。
【0147】
しかし、本発明に係る再生方法による再生炭は、従来の再生方法による再生炭に比較して、再生温度や再生時間をほぼ同条件にしているにも関わらず、通水時間が略１００（ｍｉｎ）を超えて以降は、有機物除去率の低下の度合いは小さいことが示された。
【0148】
図１４Ｂは、本発明に係る再生方法と従来の再生方法との間における、凝縮水量（使用蒸気量）、相分離の有無、及び微粉炭発生（活性炭消耗）の有無の相違を示す表である。
【0149】
廃蒸気の冷却により全量回収した凝縮水については、従来の再生方法によるドレン水が約１．８Ｌで、相分離していなかったのに対し、本発明に係る再生方法による再生炭では、凝縮水が約６０ｍＬで、水相と油相に自然分離していた。このことから、本発明に係る再生方法では、従来の再生方法に比較して、蒸気使用量、ひいては不活性ガス使用量を削減できることが示唆された。また、本発明に係る再生方法では、有機物を高濃縮することができ、粉末状の有機物を液状の有機物にまで低分子化でき、物理的な分離処理や、化学的又は生物学的な二次処理が容易になることが示唆された。更に、従来の再生方法による再生では、通水再開直後に微粉炭が多く混入しており、活性炭の消耗が確認されたのに対し、本発明に係る再生方法による再生炭では、微粉炭の発生はほとんどなく、活性炭の消耗が抑制されていることが確認できた。
【0150】
〔３．２ 高温保持時間及び保持温度の根拠データ〕図１５は、ろ過塔２で高温を保持する時間の根拠となるデータを取得するにあたって、凝縮水に含まれる有機物量を監視するために用意した実験装置１０の構成である。
【0151】
実験装置１０は、ろ過塔１２と、面ヒータ１３と、温調器１５Ａ及び１５Ｂと、熱電対１７Ａ及び１７Ｂとを備える。
【0152】
ろ過塔１２は、試験体となる活性炭を収容し、有機物を含む水をろ過したり、ろ過により吸着能が低下した活性炭を蒸気によって再生したりする装置であり、ＳＵＳ３０４の長ニップルであって、半径１０Ａ×長さ１２５Ｌである。また、ろ過塔１２に収容される活性炭の容量は、３０ｍＬである。
【0153】
熱電対１７Ａ及び１７Ｂでろ過塔１２内の活性炭の温度を測定しながら、面ヒータ１３によりろ過塔１２を加熱し、温調器１５Ａ及び１５ＢのＰＩＤ制御によりろ過塔１２内の活性炭の温度を調節した。
【0154】
その上で、多種多様な有機物が含まれる実際の工場排水を、ろ過塔１２に収容される３０ｍＬの活性炭に対して、空間速度ＳＶ＝１０ＢＶ／ｈで２４時間連続通水させた後、給水量３５０μＬ／ｍｉｎの蒸気で再生する際、活性炭温度を段階的に上げていき、ろ過塔２から出てくる廃蒸気を、５分間隔で３０ｍＬの純水でトラップして、そのトラップ水の２５４ｎｍ吸光度と電気伝導率を測定した。
【0155】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、高温を保持する時間の根拠となるデータであり、図１６Ａは、５段階で昇温した場合の有機物の排出量の変化を、図１６Ｂは、２段階で昇温した場合の有機物の排出量の変化を示すグラフである。このトラップ水の２５４ｎｍ吸光度や電気伝導率は、過熱蒸気で再生される際に排出された有機物量に依存して大きくなる。その上で、図１６Ａ及び図１６Ｂに示されるように、各温度帯の最初の５分間において排出される有機物量が最も多く、その後は指数関数的に排出量が減少し、約３０分間保持させると排出有機物量が横ばいになって、ほとんど排出されなくなることが分かる。
【0156】
従って、一定の温度や圧力の再生条件の下では、５分以上の時間その再生条件を保持するとよく、より好ましくは３０分以上の時間保持するとよいことが分かる。
【0157】
更に、２００℃を超えたあたりから有機物が顕著に排出されはじめ、３００℃〜４００℃で排出のピークを迎え、６００℃付近に到達する頃には有機物はほとんど排出されなくなっていることから、多種多様な有機物を含む実際の工場排水をろ過処理した活性炭の再生において、２００℃以上６００℃未満、より好ましくは３００℃以上６００℃未満で加熱することが有効であることが分かる。
【0158】
〔４ 変形例〕上記の実施形態では、加熱器４により加熱された空気や不活性ガスを、ろ過塔２に供給することにより、ろ過塔２に収容される活性炭を加熱していたが、これには限定されない。
【0159】
図１７Ａ〜図１７Ｄは、他の加熱方法の例を示す図である。例えば、図１７Ａに示すように、ろ過塔２の中に、枝分かれした加熱管２１とスーパーヒータ２２を設置し、当該スーパーヒータ２２で、枝分かれした加熱管を介してろ過塔２の中に充填された活性炭２３を加熱してもよい。
【0160】
或いは、図１７Ｂに示すように、ろ過塔２の中に、セラミックヒータ、ハロゲンヒータ等の赤外線ヒータ２４を設置すると共に、活性炭２３の周囲を、アルミ等の赤外線反射材２５で包囲することにより、ろ過塔２の中に充填された活性炭２３を加熱してもよい。
【0161】
或いは、図１７Ｃに示すように、並行して設置される金属柱２６を囲むように、高周波電源２７に接続された加熱誘導用コイル２８で、ろ過塔２の中に充填された活性炭２３を加熱してもよい。
【0162】
或いは、図１７Ｄに示すように、活性炭２３が充填された細管２９に面ヒータ３０を巻き付けたものをモジュール化し、このモジュール３１と、給水・蒸気・処理水・廃蒸気の分配／集水部３２とでろ過塔２を構成することにより、活性炭２３を加熱してもよい。
【0163】
或いは、図示はしないが、マイクロ波加熱や高周波誘電加熱により、ろ過塔２に充填された活性炭を加熱してもよい。
【符号の説明】
【0164】
１，１Ａ 活性炭再生システム２ ろ過塔
３ 圧力調整弁
４ 加熱器
５ ブロワ
６ 冷却器
７ 気液分離器
８ 真空ポンプ
Ｖ１ 第１開閉弁
Ｖ２ 第２開閉弁
Ｖ３ 第３開閉弁
Ｖ４ 第４開閉弁
Ｖ５ 第５開閉弁
Ｖ６ 第６開閉弁
Ｖ７ 第７開閉弁
Ｖ８ 第８開閉弁
Ｖ９ 第９開閉弁
Ｖ１０ 第１０開閉弁
Ｖ１１ 第１１開閉弁
Ｌ１ 第１原水供給ライン
Ｌ２ 第２原水供給ライン
Ｌ３ 第１処理水排出ライン
Ｌ４ 第２処理水排出ライン
Ｌ５ 第１熱風供給ライン
Ｌ６ 第１循環ライン
Ｌ７ 圧力逃がしライン
Ｌ８ 第２熱風供給ライン
Ｌ９ 第１不活性ガス供給ライン
Ｌ１０ 第２循環ライン
Ｌ１１ 第１外気供給ライン
Ｌ１２ 気体排出ライン
Ｌ１３ 第２外気供給ライン
Ｌ１４ 第２不活性ガス供給ライン
Ｌ１５ 第３外気供給ライン
Ｌ１６ 分離ガス排気ライン
Ｌ１７ 分離水排出ライン