水の高度処理に向けた生物活性炭での細孔容積の閉塞機構と吸着性能の劣化に関する研究

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本研究では,吸着機能と生物機能を合わせ持つ生物活性炭に河川水を長期間通水した際の活性炭の細孔容量の変化を解析し,細孔容積の閉塞機構と吸着性能の劣化との関係を考察した。まず,活性炭細孔の閉塞に及ぼす活性炭の細孔分布と有機物の分子量の影響を検討したところ,有機物分子の大きさによって細孔の占有体積が異なり,大きめの細孔が少ない活性炭ほど,また,分子量が大きい有機物ほど占有体積が大きくなり,一部の細孔が見かけ上閉塞してしまうことが明らかになった。フミン質などの分子量の多きめの有機物を含む水を処理する場合には,細孔分布の広い石炭原料の活性炭が適していた。次に,活性炭細孔内に蓄積して吸着能力を低下させる原因物質について検討したところ,細孔容積を減少させる蓄積物のほとんどは,難分解性の有機物であることが明らかになった。使用済み活性炭を硝酸洗浄した場合,一部の金属類は抽出できたが細孔容積は大きく回復しないことがわかった。また,約0.5gの使用済み活性炭を1N-NaOH溶液100mLに入れて溶媒を取り替えながら7回程度抽出することで,吸着していた有機物のほとんどを回収することができた。このとき,細孔分布測定法により活性炭細孔容積が未使用の新炭とほぼ同程度にまで回復されたことが確認できた。また,新炭と使用済み活性炭で吸着容量の変化から定量する方法は,多成分系での適用が難しいことや,低濃度での分析をどのように行うかが今後の課題として浮かび上がった。河川水中の有機物を生物膜効果で除去可能な生分解背の高い有機物,活性炭で吸着された後に生物再生を受けて分解される有機物,吸着された後に蓄積する有機物,および,生分解も吸着もしない有機物の4分類してミニカラムでモデル解析するモデルを考案し,流出率と吸着率の計算値が実測値と比較的良く一致する結果を得た。