JPH10211487A - 活性炭処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発生した酸素ガスが容易に上方に抜け、チャ
ネリングによる短絡を防止する。 【構成】 活性炭塔１０は、逆円錐台上に形成されてお
り、上方に向けて断面積が大きくなっている。従って、
その内部の活性炭層１２もその断面積が上方に向けてだ
んだん大きくなっている。被処理液は、活性炭塔１０の
底部に導入され、処理液は上部から排出される。従っ
て、被処理液は、活性炭層１２の底部の活性炭と最初に
接触し、この部分でたくさんの酸素ガスが発生し、これ
が大径化しながら上方に抜ける。ここで、活性炭層１２
の活性炭は上部ほど移動しやすい。従って、気泡が抜け
る際に上部の活性炭は気泡と入れ替わりやすくチャネリ
ングによる短絡を効果的に防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過酸化水素を含む
被処理液を粒状活性炭を充填した活性炭塔に導入し、被
処理液を粒状活性炭と接触させ過酸化水素を分解する活
性炭処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種半導体デバイスや液晶表示装置など
の製造工程から排出される排水中には、過酸化水素が含
まれる場合が多い。これは、半導体ウエハの洗浄工程な
どにおいて、過酸化水素を含む洗浄液が使用されるから
である。通常の場合、これら排水における過酸化水素濃
度は、数１０〜数１００ｍｇ／Ｌ程度であり、そのまま
では公共水域に放流したり、再利用することができな
い。そこで、排水中の過酸化水素を分解除去する必要が
あり、被処理液を粒状の活性炭と接触させることにより
過酸化水素を酸素と水に分解させる方法が広く採用され
ている。

【０００３】ところが、この方法では、処理によって発
生する酸素ガスがスムーズには上方に抜けず、ある程度
活性炭層内に蓄積し大気泡になってから間欠的に抜ける
傾向がある。そして、このような状態では、流体の流れ
にチャネリングが生じ、粒状活性炭と被処理液の接触が
十分に行われなくなり、過酸化水素を十分に分解できな
いという問題があった。

【０００４】このようなチャネリングを防止するため、
活性炭層内に被処理液を上向流で流通することが行われ
ている。上向流とすれば、それだけ気泡の上方への動き
が促進され、発生した酸素ガスが活性炭層内から抜けや
すくなり、チャネリングが起きにくくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、過酸化水素濃
度が上述のような濃度の場合には、上向流とすること
が、チャネリング防止に効果がある。しかし、過酸化水
素濃度がさらに高濃度になった場合には、上向流の活性
炭処理塔であっても、十分なチャネリング防止が達成で
きないことがわかってきた。

【０００６】特に、近年では製造上の都合などにより、
一時的に数１０００〜１００００ｍｇ／Ｌ、さらにはそ
れ以上の高濃度の過酸化水素を含む排水が排出される場
合もある。このような排水について活性炭処理を行う
と、一時的に過酸化水素が十分分解できなくなる。さら
に、大量に発生する気泡が上方に十分には抜けきらず、
チャネリングが生じ、そのために高濃度排水の一時的な
排出が終了して排水中の過酸化水素濃度が低下したあと
でも、過酸化水素の漏出が長時間にわたって継続される
という問題ががあった。

【０００７】本発明は、高濃度の過酸化水素を含有する
排水について、チャネリングの発生を最小限に抑制し、
安定して過酸化水素を分解できる活性炭処理装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、過酸化水素を
含む被処理液を粒状活性炭を充填した活性炭塔に底部側
から上部側へ向けて上向流で流通し、被処理液を粒状活
性炭と接触させて過酸化水素を分解する活性炭処理装置
であって、活性炭塔内部に充填された粒状活性炭によっ
て形成される活性炭層の上部側の断面積を底部側に比べ
大きくしたことを特徴とする。

【０００９】過酸化水素を含む被処理液が活性炭塔にそ
の底部から導入されると、被処理液は内部に充填された
粒状活性炭と接触し、その触媒作用により酸素ガスと水
に効果的に分解される。このため、活性炭層内におい
て、さかんに酸素ガスが発生する。発生した酸素ガスの
気泡は、近くのものと合体し大径化する。そして、大径
化した気泡が活性炭層内を上昇するが、本発明装置にお
いては塔内部に形成された活性炭層の断面積が上方ほど
大きくなっているので、大径化した気泡は活性炭層から
容易に抜けるようになる。なお、活性炭層の断面積が上
方ほど大きくなるようにすることにより、気泡が抜け易
くなる理由は明らかではないが、充填された粒状活性炭
は上方に行くほど移動の自由度が増し、動きやすくなっ
ていると考えられる。そのため、下部の粒状活性炭を押
しのけて上昇してきた気泡は、その上方で移動が妨げら
れることなく、活性炭層の上方に抜け、また気泡の通過
によって押しのけられた粒状活性炭も速やかに元の位置
に戻ると考えられる。いずれにしても、本発明により従
来のようなチャネリングによる短絡を効果的に防止する
ことができることは後述の実施例で示すごとく明らかで
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１１】図１に本発明の一実施形態に係る活性炭処
理装置の構成を示す。活性炭塔１０の内部には、粒状活
性炭が充填され活性炭層１２が形成されている。また、
活性炭塔１０の底部には、被処理液を活性炭塔１０の内
部に導入する流入管１４が接続され、活性炭塔１０の上
部には、処理液の流出管１６が接続されている。

【００１２】ここで、流入管１４は、その先端が活性炭
層１２内の底部にまでのびており、先端には、目板１８
が配置されている。この目板１８は、流入管１４からの
被処理液を活性炭層１２内に供給しながら、活性炭が流
入管１４内に逆流してくるのを防止している。また、流
出管１６は、その先端が活性炭塔１０の上部までのびて
おり、ここにコレクタ２０が接続されている。このコレ
クタ２０は、活性炭塔１０内の上部から均等に処理液を
採取するものであり、多数の開口を有するパイプ状のも
のなどが採用される。

【００１３】そして、本実施形態においては、活性炭塔
１０は、下方に向けて直径が小さくなる略逆円錐台状
（ホッパ状）の形状を有している。従って、その内部に
収容されている活性炭層１２の断面積は、下方に向けて
だんだん小さくなっている。

【００１４】このような装置において、流入管１４を介
し、活性炭塔１０の内部に被処理液を導入する。この被
処理液は、例えば半導体デバイスの製造工程からの排水
であり、高濃度の過酸化水素を含んでいる。なお、図示
していないが、被処理液は通常の場合一旦排水貯槽に貯
留され、ポンプにより圧送されてくる。この被処理液が
活性炭塔１０にその底部から導入されると、被処理液は
粒状活性炭と接触し、その触媒作用により酸素ガスと、
水に効果的に分解される。このため、活性炭層１２内に
おいて、さかんに酸素ガスが発生する。発生した酸素ガ
スの気泡は、近くのものと合体し、大径化する。そし
て、大径化した気泡が上昇するが、本実施形態では、活
性炭層１２の断面積が上方ほど大きくなっている。従っ
て、活性炭層１２の粒状活性炭は上方に行くほど移動の
自由度が増し、動きやすくなっている。そこで、下部の
粒状活性炭を押しのけて上昇してきた気泡は、その上方
で移動が妨げられることなく、活性炭層１２の上方に抜
け、また気泡の通過によって押しのけられた粒状活性炭
も速やかに元の位置に戻る。このため、従来のようなチ
ャネリングによる被処理液の短絡を効果的に防止するこ
とができる。

【００１５】「その他の構成」図２に、他の実施形態を
示す。この例では、活性炭塔１０が小径の下部直胴部１
０ａと下部直胴部１０ａより大径の上部直胴部１０ｂと
から形成され、両者の中間が逆円錐台状の中間部１０ｃ
となっており、かつ活性炭層１２が上部直胴部１０ｂに
まで至っている。したがって、この実施形態において
も、上述の場合と同様に、活性炭層１２の上部が下部よ
り断面積が広い。従って、上述の場合と同様に気泡の上
方への抜けが効果的に行われ、チャネリングによる被処
理液の短絡が防止される。

【００１６】図３は、さらに他の実施形態を示してい
る。この装置では、活性炭塔１０の外形は、径が一定の
円筒状である。そして、活性炭塔１０の底部近傍には、
図３（ｂ）に示すようなドーナツ状の多孔板からなるス
トレーナ２２が配置され、その下方に被処理液室２４が
区画形成されている。活性炭層１２の粒状活性炭はスト
レーナ２２により落下が防止され、被処理液はストレー
ナ２２を介し活性炭層１２に供給される。そして、スト
レーナ２２の内側上方には、円錐状の封止体２６が設け
られており、ストレーナ２２の内側上方の円錐状空間を
占領している。従って、活性炭塔１０は、ストレーナ２
２の上方において、徐々に内側空間が広がるように形成
されている。すなわち、活性炭塔１０内に充填された粒
状活性炭によって形成される活性炭層１２の断面積は、
上方に向かって徐々に大きくなっている。

【００１７】また、活性炭塔１０の上部には、円盤状の
ストレーナ２８が設けられ、その上方に処理液室３０が
区画形成されている。従って、活性炭塔１０内の上部全
面から処理液が処理液室３０に集められ、ここから流出
管１６を通り排出される。

【００１８】この構成においても、上述の場合と同様
に、気泡の上方への抜けが好適に行われ、チャネリング
による被処理液の短絡が防止される。

【００１９】図４は、さらに他の実施形態を示してい
る。この例では、活性炭塔１０が球状に形成され、活性
炭層１２は下方から半分程度の場所までに設定されてい
る。また、その他は、図１の構成とほぼ同様である。こ
の構成によっても活性炭層１２は、上方に至るほどその
断面積が増加し、上述の場合と同様にチャネリングによ
る被処理液の短絡を防止することができる。

【００２０】図５は、さらに他の構成例を示している。
この例では、図１に示したのと同じ構成の活性炭塔１０
（第１の活性炭塔と呼ぶ）の後段に大気開放型の貯槽３
２、ポンプ３４を介し、第２の活性炭塔３６が接続され
ている。ここで、第２の活性炭塔３６は、下降流でも上
向流でもよく、その形状も任意の形状のものが採用可能
である。

【００２１】この装置においては、第１の活性炭塔１０
において上向流で処理された一次処理液が貯槽３２に一
旦貯留される。この貯槽３２は上方が大気に開放されて
いるため、一次処理液中に含まれる酸素ガスがここで除
去される。また、貯槽３２にある程度の容量があるた
め、第２の活性炭塔３６には、気泡を含まない一次処理
液が供給され、ここで粒状活性炭と更に接触され一次処
理液中に残留する過酸化水素がさらに除去される。この
ように２段の活性炭塔１０、３６により処理することに
より、一時的に高濃度の過酸化水素を含む排水が排出さ
れてもこれを確実に処理することができる。

【００２２】ここで、第２の活性炭塔３６を下降流の自
然流下式のものにすると共に、活性炭塔１０の上方を大
気に開放し、酸素ガスを大気中に排出できるようにすれ
ば、ポンプ３４及び貯槽３２を省略することもできる。

【００２３】図６は、さらに他の実施形態を示してい
る。この例では、第１及び第２の活性炭塔１０、３６が
同一形状の逆円錐状のものに形成されているとともに、
被処理液を第１の活性炭塔１０から第２の活性炭塔３６
の順に、あるいはその逆に第２の活性炭塔３６から第１
の活性炭塔１０の順に通液順序を変えて通液できるよう
に、かつ被処理液が最初に通液される活性炭塔を上向流
通液とし、後段の活性炭塔を下降流通液とすることがで
きるように流通経路が切り替えられるようになってい
る。

【００２４】すなわち、被処理液は、バルブ４０を介し
第１の活性炭塔１０の下部に、あるいはバルブ４２を介
して第２の活性炭塔３６の下部にそれぞれ供給可能にな
っている。また、第１の活性炭塔１０から第２の活性炭
塔３６への直列通液による最終処理液は、バルブ４４を
介し、第２の活性炭塔３６の下部から排出可能に、また
その逆の順序で処理された最終処理液はバルブ４６を介
して第１の活性炭塔１０の下部から排出可能になってい
る。さらに、第１の活性炭塔１０の上部からはバルブ５
０を介し、貯槽３２に第１の活性炭塔１０で処理された
一次処理液が排出可能であり、またこの活性炭塔１０の
上部には貯槽３２からポンプ３４及びバルブ５２を介し
第２の活性炭塔３６で処理された貯槽３２内の一次処理
液が供給可能になっている。また、第２の活性炭塔３６
の上部には貯槽３２からポンプ３４及びバルブ５４を介
し、第１の活性炭塔１０で処理された貯槽３２内の一次
処理液が供給可能になっており、更にこの第２の活性炭
塔３６の上部からはバルブ５６を介し、貯槽３２に第２
の活性炭塔３６で処理された一次処理液が排出可能にな
っている。

【００２５】そこで、バルブ４０、５０、５４、４４を
開、バルブ４２、５２、５６、４６を閉とすることによ
って、被処理液は、バルブ４０、配管５８を介して第１
の活性炭塔１０の下部から流入され第１の活性炭塔１０
を上向流で通ったあと一次処理液として配管６０を介し
て塔上部から排出されてバルブ５０を介して貯槽３２に
導入され、その後貯槽３２からポンプ３４、バルブ５４
及び配管６２を介し第２の活性炭塔３６の上部に供給さ
れ、第２の活性炭塔３６を下降流で通り、処理液は最終
処理液として塔下部より配管６４、バルブ４４、配管６
６を介して排出される。一方、バルブ４０、５０、５
４、４４を閉、バルブ４２、５２、５６、４６を開とす
ることによって、被処理液を、第２の活性炭塔３６を上
向流で通液したあと貯槽３２を介し第１の活性炭塔１０
を下降流で通液させることができる。

【００２６】このように、本実施形態では、２つの活性
炭塔１０または３６のいずれかを先の段として使用する
かを切り替えることができる。ここで、２つの活性炭塔
１０及び３６はそのいずれもが逆円錐状をなし、上方に
向けて大径になっている。そして、先の段として使用さ
れる活性炭塔１０または３６が上向流、後の段として使
用される活性炭塔１０または３６が下降流で通液される
ようになっている。

【００２７】従って、被処理液が最初に通液される第１
段目の活性炭塔１０または３６において、大量に発生す
る酸素ガスを効果的に上方に排出でき、一方２段目の活
性炭塔１０または３６においては、その活性炭塔１０ま
たは３６内を流れる液の流速は、塔の出口側（下側）で
流速が速くなる。従って、過酸化水素が低濃度になって
いる部分において流速が速い状態で粒状活性炭と被処理
液とが接触する。流速が速いと活性炭層１２を流通する
被処理液のレイノルズ数が高くなり、それだけ活性炭表
面と被処理液の接触が行われやすくなる。従って、低濃
度となった過酸化水素を効果的に除去できる。

【００２８】さらに、このように、第１、第２の活性炭
塔１０、３６の通液の順番を入れ替えることによって、
第１、第２の活性炭塔１０、３６内の活性炭層の粒状活
性炭の表面におけるスライムの発生を効果的に防止でき
る。すなわち、先の段として使用される活性炭塔１０ま
たは３６には、過酸化水素が高濃度に含まれた被処理液
が供給されるが、この時この活性炭塔の処理液中に過酸
化水素が少量残留するような流速で被処理液を通液する
ことにより、活性炭塔１０または３６内の粒状活性炭の
ほとんどすべてが過酸化水素にさらされる。従って、過
酸化水素の殺菌作用によって、スライムの発生が抑制さ
れる。一方、後の段の活性炭塔１０または３６には、前
段の活性炭塔で大部分の過酸化水素が分解されて、過酸
化水素濃度が薄くなった一次処理液が供給されるので、
活性炭層の上層部で過酸化水素がほとんど分解されてし
まい、中間層から下方に存在する活性炭は過酸化水素に
さらされなくなってしまう。そのため、中間層から下方
においてはスライムの発生が起こる。しかし、本実施形
態では、定期的に被処理液の流通順序が切り替えられる
ため、活性炭塔１０、３６の両方の活性炭層の活性炭が
間欠的ではあっても確実に殺菌され、スライムの発生が
全体として抑制される。

【００２９】スライムが発生すると、これが処理液中に
流出したり、デッドスペースができ処理液の短絡が生じ
たり、通水における圧損が増大するなどの問題が生じる
が、本実施形態によりこれらの問題発生を抑制すること
ができる。

【００３０】

【実施例】図２に示した装置を用いて過酸化水素含有水
の処理実験を行った。また、断面積一定の活性炭塔を用
いて比較例についての実験も行った。実施例の活性炭塔
１０の下部１０ａの直径は１．１ｍで直胴部の高さは
０．８ｍ（したがって、直胴部の容量は約８００Ｌ）、
上部１０ｂの直径は１．６ｍであり、粒状活性炭はダイ
ヤホープ００６（三菱化学製）を２４００Ｌ充填した。
比較例は、直径１．１ｍの円筒で、活性炭の充填量は同
じである。

【００３１】被処理液として、過酸化水素濃度５００ｍ
ｇ／Ｌの排水を用意し、これを流量１２ｍ³／ｈで２４
時間通水した。この結果、実施形態の装置では、処理水
の過酸化水素濃度は、通液中安定して、ゼロであった
が、比較例では２４時間後の濃度が８０ｍｇ／Ｌ程度と
かなり高濃度となり、短絡が起こっていることが推定さ
れた。

【００３２】また、被処理液の過酸化水素濃度を一時的
に５０００ｍｇ／Ｌに上昇させ、その後５００ｍｇ／Ｌ
に戻した。実施形態の装置では、処理液の過酸化水素濃
度が一時的に４ｍｇ／Ｌにまで上昇したが、その後すぐ
にゼロに戻った。一方、比較例では、１２０ｍｇ／Ｌに
まで上昇し、かつその後かなりの時間過酸化水素濃度が
高濃度となった。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
活性炭層の断面積が上方ほど大きくなっており、ここに
過酸化水素を含む被処理液が上向流で流通される。そこ
で、活性炭層内において発生した酸素ガスからなる気泡
は上方に効果的に抜ける。従って、チャネリングによる
短絡を防止して効果的な処理が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態の構成を示す図である。

【図２】 他の実施形態の構成を示す図である。

【図３】 さらに他の実施形態の構成を示す図である。

【図４】 さらに他の実施形態の構成を示す図である。

【図５】 さらに他の実施形態の構成を示す図である。

【図６】 さらに他の実施形態の構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 活性炭塔、１２ 活性炭層、１４ 流入管、１６
流出管、１８ 目板、２０ コレクタ、２２ ストレ
ーナ、２４ 被処理液室、２６ 封止体、２８ストレー
ナ、３０ 処理液室、３２ 貯槽、３４ ポンプ、３６
活性炭塔、４０，４２，４４，４６，５０，５２，５
４，５６ バルブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過酸化水素を含む被処理液を粒状活性炭
   を充填した活性炭塔に底部側から上部側へ向けて上向流
   で流通し、被処理液を粒状活性炭と接触させて過酸化水
   素を分解する活性炭処理装置であって、 活性炭塔内部に充填された粒状活性炭によって形成され
   る活性炭層の上部側の断面積を底部側に比べ大きくした
   ことを特徴とする活性炭処理装置。