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2008 年度 研究成果報告書

吸着剤の超微粒度化が拓く高効率・高速度浄水技術

研究課題

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研究課題/領域番号 19360235
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 土木環境システム
研究機関北海道大学

研究代表者

松井 佳彦  北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00173790)

研究分担者 松下 拓  北海道大学, 大学院工・学研究科, 准教授 (30283401)
大野 浩一  北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教 (00322834)
研究期間 (年度) 2007 – 2008
キーワード上下水道
研究概要

市販の粉末活性炭(Powdered activated carbon, PAC)を微粉砕し粒径が1μm以下のサブミクロン粒度の微粉炭(Suoper-powdered activated carbon, S-PAC)を製造し, 臭気物質ジェオスミンや2-メチルイソボルネオール(2-MIB), 自然由来有機物質(NOM)の吸着性, セラミック膜ろ過の吸着前処理として用いた際のそれらの除去性, および微粉炭添加が膜ろ過のろ過性に及ぼす影響について検討した. その結果, サブミクロン粒度まで微小化した微粉炭は, 少添加量, 短時間で吸着が進行し, 市販粉末活性炭に比べて, NOM やジェオスミン, 2-MIB の除去性が格段に優れていることが分かった. さらにNOM の吸着除去性の向上には, 吸着容量の増加によるものであることを見出した. 特に, NOM の中でもSUVA 値が高いフミン質的なNOM において吸着量の増加が顕著に見られた. 活性炭の微粉砕の前後で活性炭内部の細孔分布・容量に変化が見られず, 吸着容量の増加は, 高分子モデル物質ポリスチレンスルホン酸(PSS)では見られ, より分子量の大きいポリエチレングリコール(PEG)では見られないことから, 吸着容量増加は吸着質の化学的な性質が関与していると推定された. ジェオスミンを対象に微粉炭に対する吸着速度をhomogeneous surface diffusion model (HSDM)とbranched pore kinetic model (BPKM)で解析したところ, 活性炭粒子の微粒度化に伴い, 吸着除去速度の律速段階が, 粒子内のマクロ孔やメソ孔を通じた半径方向の拡散から, ローカルなミクロ孔の拡散へ移行することがわかった. そのためHSDM では見かけ上拡散係数が減少することになる. 微粉炭の粒度と吸着除去性の関連をBPKMで検討し, 除去対象をジェオスミンに想定した場合の最適粒径は1μm付近であり, 1μm以下まで粉砕しても除去効率の向上はあまりないことがわかった. 微粒度化は市販の木質, ヤシ殻, 石炭系のすべての活性炭で有効であることも確認した.
膜の前処理としての微粉炭の添加は, 薬品洗浄までの長期的膜間差圧上昇のみならず逆洗浄までの短期的膜間差圧上昇の抑制にも効果的なことが分かった. この理由は微粉炭添加により膜ファウリング物質が活性炭へ吸着されるためと, 微粉炭添加により粒子間の衝突頻度が高まりさらに凝集剤消費物質であるNOMが予め吸着除去されるためにより大きな透水性の高いフロック粒子が形成されるためであることを明らかにした.

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2009 2008 2007

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (19件)

  • [雑誌論文] Branched pore kinetic model analysis of geosmin adsorption on Branched pore kineticmodel analysis of geosmin adsorption onsuper-powdered activated carbon2009

    • 著者名/発表者名
      Matsui, Y., Ando, N., Sasaki, H., Matsushita,T. and Ohno, K
    • 雑誌名

      Water Research (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 活性炭の微粉化が活性炭吸着に与える効果2008

    • 著者名/発表者名
      安藤直哉, 松井佳彦, 松下拓, 大野浩一, 佐々木洋志, 中野優
    • 雑誌名

      環境工学研究論文集 45

      ページ: 309-315

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Submicron-sizedactivated carbon particles for the rapidremoval of chlorinous and earthy-mustycompounds. Journal of Water Supply2008

    • 著者名/発表者名
      Matsui, Y., Murai, K., Sasaki, H., Ohno, K. and Matsushita, T
    • 雑誌名

      Research and Technology-AQUA 57(8)

      ページ: 577-583

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous removal of cyanobacteria and an earthy odor compoundby a combination of activated carbonadsorption, coagulation, and ceramicmicrofiltration, Journal of Water Supply2008

    • 著者名/発表者名
      Matsushita, T., Matsui, Y., Ohno, K. and Sawaoka, D
    • 雑誌名

      Research and Technology-AQUA, accepted Volume 57 Number 7

      ページ: 481-487

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of chlorine onorganophosphorus pesticides adsorbed onactivated carbon2008

    • 著者名/発表者名
      Ohno, K., Minami, T., Matsui, Y., and Magara, Y
    • 雑誌名

      Desorption and oxonformation, Water Research 42(6-7)

      ページ: 1753-1759

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Adsorptive removal of geosmin by ceramicmembrane filtration with super-powderedactivated carbon. Journal of Water Supply2008

    • 著者名/発表者名
      Matsui, Y., Aizawa, T., Kanda, F.,Nigorikawa, N., Mima, S., and Kawase, Y.
    • 雑誌名

      Research and Technology-AQUA 56(6-7)

      ページ: 411-418

    • 査読あり
  • [学会発表] 活性炭の微粉化が活性炭吸着に与える効果, 309-3152008

    • 著者名/発表者名
      安藤直哉, 松井佳彦, 松下拓, 大野浩一, 佐々木洋志, 中野優
    • 学会等名
      第45回環境工学研究フォーラム
    • 発表場所
      大阪工業大学, 大阪
    • 年月日
      20081128-30
  • [学会発表] Branched-porediffusion model analysis of geosminadsorption on submicron-sized activatedcarbon.2008

    • 著者名/発表者名
      Matsui, Y., Sasaki, H., Ando, N., Murai, K.,Ohno, K. and Matsushita, T.
    • 学会等名
      The 8th IWA Conference on Off-Flavours
    • 発表場所
      Deajeon Convention Center, Deajeon, Korea
    • 年月日
      20081005-09
  • [学会発表] Removal ofchlorinous odor compounds bysubmicron-sized powdered activated carbon2008

    • 著者名/発表者名
      Murai, K., Shiratori, Y., Ando, N., Matsui, Y., Ohno, K. and Matsushita, T.
    • 学会等名
      The 8th IWA Conference on Off-Flavours
    • 発表場所
      Deajeon Convention Center, Deajeon, Korea, 10
    • 年月日
      20081005-09
  • [学会発表] NOM adsorption capacity on submicron activated carbon, pp. 135-1432008

    • 著者名/発表者名
      Ando, N., Matsui, Y., Nakano, Y., Ou, H-H.,Ohno, K. and Matsushita, T.
    • 学会等名
      4th IWA Specialist Conference Natural Organic Matter : from Source to Tap
    • 発表場所
      Hilton Bath City Hotel, Bath, UK
    • 年月日
      20080905-09
  • [学会発表] Super-powederd activated carbon : benefitsto ceramic membrane filtration, in CD-ROM#4142008

    • 著者名/発表者名
      Matsui, Y., Hasegawa, H., Ohno, K.,Matsushita, T., Aizawa, T. and Kawase, Y.
    • 学会等名
      2008 IWA North AmericanMembrane Research Conference
    • 発表場所
      University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA
    • 年月日
      20080810-13
  • [学会発表] Super-powderedactivated carbon pretreatment effectivelyreduces transmembrane pressure buildup2008

    • 著者名/発表者名
      Matsui, Y., Matsushita, T., Hasegawa, H.,Mima, S. and Ohno, K.
    • 学会等名
      Keynote Lecture IWA RegionalConference-Membrane Technologies inWater and Waste Water Treatment
    • 発表場所
      CrocusExpo International Exhibition Center, Moscow, Russia
    • 年月日
      20080602-04
  • [学会発表] Combination of ceramic membrane andS-PAC to improve dissolved compoundremoval and filterability2008

    • 著者名/発表者名
      Matsui, Y., Hasegawa, H., Ohno, K.,Matsushita, T., Aizawa, T. and Kawase, Y.
    • 学会等名
      5th IWA Leading-Edge Conference
    • 発表場所
      ETH, Zurich, Switzerland
    • 年月日
      20080601-04
  • [学会発表] 活性炭の微紛化による吸着性の向上2008

    • 著者名/発表者名
      安藤直哉, 中野優, 大野浩一, 松下拓, 松井佳彦
    • 学会等名
      第59回全国水道研究発表会
    • 発表場所
      仙台国際センター, 仙台
    • 年月日
      20080523-25
  • [学会発表] 微粉末活性炭とMF 膜処理2007

    • 著者名/発表者名
      松井佳彦
    • 学会等名
      第24回ニューメンブレンテクノロジーシンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20071204-07
  • [学会発表] Desorption and oxon formationof organophosphorus pesticides onceadsorbed on activated carbon surface as aresult of contact with chlorine. 2nd2007

    • 著者名/発表者名
      Ohno, K., Shiratori, Y., Minami, T. Matsui, Y.
    • 学会等名
      IWA-ASPIRE Asia-Pacific Regional GroupConference & Exhibition, Perth Convention Exhibition Center, Perth
    • 発表場所
      Australia
    • 年月日
      20071028-20071101
  • [学会発表] Release of a musty odorcompound from cyanobacteria during ceramic microfiltration and its effective remove by a combination of activated carbon adsorption, coagulation, and ceramic microfiltration2007

    • 著者名/発表者名
      Matsushita, T., Matsui, Y., Sawaoka, D. and Ohno, K.
    • 学会等名
      2nd IWA-ASPIRE Asia-Pacific Regional Group Conference & Exhibition
    • 発表場所
      Perth Convention Exhibition Center, Perth, Australia
    • 年月日
      20071028-1101
  • [学会発表] Desorption and oxon formationof organophosphorus pesticides onceadsorbed on activated carbon surface as aresult of contact with chlorine2007

    • 著者名/発表者名
      Ohno, K., Shiratori, Y., Minami, T. and Matsui, Y.
    • 学会等名
      2nd IWA-ASPIRE Asia-Pacific Regional Group Conference & Exhibition
    • 発表場所
      Perth Convention Exhibition Center, Perth, Australia
    • 年月日
      20071028-1101
  • [学会発表] Submicron-sizedactivated carbon particles for the rapidremoval of chlorinous and earthy-mustycompounds2007

    • 著者名/発表者名
      Matsui, Y., Murai, K., Kurihara, S., Ohn, k. and Matsushita, T.
    • 学会等名
      IWA International Conference on Particle Separation (PS 2007)
    • 発表場所
      Universite Paul Sabatier, Toulouse, France
    • 年月日
      20070709-12
  • [学会発表] Simultaneous removal ofcyanobacteria and a musty odor compoundby a combination of activated carbonadsorption, coagulation, and ceramicmicrofiltration2007

    • 著者名/発表者名
      Matsushita, T., Matsui, Y., Ohno, K. and Sawaoka, D.
    • 学会等名
      IWA International Conference on Particle Separation (PS2007)
    • 発表場所
      Universite Paul Sabatier, Toulouse, France
    • 年月日
      20070709-12
  • [学会発表] Reactionof chlorine with organophosphoruspesticides adsorbed on activated carbonsurface. IWA Specialised Conference on Assessment & Control of2007

    • 著者名/発表者名
      Ohno, K., Minami, T., Matsui, Y.
    • 学会等名
      Micropolluntants/Hazardous Substances in Water, DECHEMA e.V.
    • 発表場所
      Frankfurt/Main,Germany
    • 年月日
      20070617-20
  • [学会発表] 活性炭の微粉化によるジェオスミン除去性の向上.2007

    • 著者名/発表者名
      佐々木洋志, 村井謙二, 栗原沙織, 大野浩一, 松下拓, 松井佳彦
    • 学会等名
      58回全国水道研究発表会
    • 発表場所
      釧路市観光国際交流センター, 釧路
    • 年月日
      20070523-27
  • [学会発表] 塩素による有機リン系農薬等の酸化と活性炭からの脱着2007

    • 著者名/発表者名
      白鳥良樹, 南岳宏, 大野浩一, 松下拓,松井佳彦
    • 学会等名
      第58回全国水道研究発表会
    • 発表場所
      釧路市観光国際交流センター, 釧路
    • 年月日
      20070523-27
  • [学会発表] 超微粉化活性炭添加がセラミック膜ろ過性に及ぼす影響2007

    • 著者名/発表者名
      長谷川広樹, 澤岡大輔, 大野浩一, 松下拓, 松井佳彦
    • 学会等名
      第58回全国水道研究発表会
    • 発表場所
      釧路市観光国際交流センター, 釧路
    • 年月日
      20070523-27
  • [学会発表] Removal of geosmin and al gae by ceramic membrane filtration with super-powdered activated carbon adsorption pretreatment2007

    • 著者名/発表者名
      Matsui, Y., Aizawa, T., Suzuki, M. and Kawase, Y.
    • 学会等名
      IWA 4th InternationalConference on Membranes for Water andWastewater Treatment
    • 発表場所
      Harrogate International Conference Centre, Harrogate, UK
    • 年月日
      20070513-16

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公開日: 2010-06-10   更新日: 2016-04-21  

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