粉末活性炭と顆粒活性炭: 知っておくべき違い

物理的構造における基本的な違い

活性炭について話すとき、異なる種類を区別する主な方法の一つは粒子サイズを見ることです。粉状活性炭、またはPACの略称で呼ばれるものは非常に細かく、その粒子の直径は通常0.2 mm未満です。それはほこりのように細かく、液体中の物質を迅速に吸着させるのに優れています。一方で、顆粒活性炭（GAC）は粒子が大きめで、0.2〜5 mmの範囲を持っています。これらの粒子は不規則で多孔質の構造をしており、これがガスろ過システムに最適です。なぜなら、ガスとの接触時間を長くできるからです。サイズの違いは流体中の挙動にも影響を与えます。PACは液体中に浮遊しますが、GACは固定床リアクターに設置することで最も効果的に機能します。

水処理システムにおける運用効率

PACとGACの物理的な違いについて理解したので、次にこれらが水処理システムでどのように機能するかを見てみましょう。市営の水道施設では、水の中にどのような汚染物質があるかに基づいて、PACを使うかGACを使うかを決定する必要があります。緊急時に迅速に汚染物質を取り除く必要がある場合、PACは非常に効果的です。例えば、季節的に発生する藻類毒素や突然水に現れる薬剤の残留物に対処するのに優れています。PACはすぐに水中に広がり、除去プロセスを助けます。一方、GACは長期的な解決策です。恒久的なろ過層を持ち、継続的な保護を提供します。特に農薬のような持続的な有機化合物の除去に優れています。最近の研究では、PACはわずか15分で揮発性有機化合物（VOC）を85〜92％削減できることが示されています。しかし、GACは95％以上の除去率を達成できますが、接触時間は通常約48時間かかります。

ライフサイクルの各段階におけるコストの考慮事項

私たちは、PACとGACが水処理でどのように機能するかを見てきましたが、コストも大きな要素です。最初に購入する際には、PACの方が安価です。通常、キログラムあたり1.50ドルから2.50ドル程度ですが、GACはより高価で、3ドルから5ドルの範囲です。しかし、これらの活性炭を使用するライフサイクル全体を見ると状況が変わります。GACは再生可能です。熱的活性化システムでは、3〜5回再使用できます。これは特に常時稼働する運用において、長期的なコストを大幅に削減できます。一方、PACは一回使いの製品です。したがって、汚染イベントが頻繁に発生しないバッチプロセスでは、コスト効果が高い場合があります。工業ユーザーがどちらを使うかを考える際には、炭素を追加する頻度、廃棄物を処理するコスト、そして炭素を再活性化するために必要なインフラストラクチャなどを考慮する必要があります。

産業応用の詳細

コストは重要ですが、異なる産業ではPACとGACが異なる方法で使用されます。食品および飲料産業では、脱色のためにPACがよく使用されます。これは、バッチ処理ではPACをどのくらい加えるかを簡単に制御できるためです。石油化学工業では、GACカートリッジが非常に役立ちます。これらは連続的な蒸気回収システムに使用されます。GACはその強固な構造により、高圧条件をよく処理できます。バイオガス浄化などの新興応用分野では、GACは6か月から9か月間、硫化水素（H2S）の98%を継続的に除去することができます。しかし、バイオガス浄化のためのスクラバーシステムでPACを使用する場合、毎時間少量ずつ追加する必要があります。したがって、工業的応用におけるPACとGACの選択は、プロセスの連続性と汚染の程度に大きく依存します。

メンテナンスおよび取り扱い要件

私たちはすでに、さまざまな産業がPACとGACを使用する方法について説明しましたが、それらを維持し扱う方法にも違いがあります。GACシステムには多くのインフラが必要です。GACを保持するための圧力容器、それを掃除するためのバックウォッシュポンプ、そしてその効果を回復させるための熱再活性化装置が必要です。これは、これらの設備すべてのために工場内で専用のスペースが必要であり、またそれを使う技術者も必要ということです。一方、PACの応用には、詰まりにくい特殊なインジェクターを持つ精密なスラリー準備システムが必要です。しかし、良い点は、設備にかかる費用をあまりかけなくても済むことです。安全性についてもそれぞれ異なります。PACを取り扱う際には、粉塵爆発を防ぐことに注意する必要があります。GACの場合、主な懸念は流れシステムでの粒子の摩耗を止めることです。そして、使用済みの炭素を処分する際にも違いがあります。PACは廃棄前に脱水する必要がありますが、GACはバルクプロセスで再生可能です。

最適なカーボン形式の選択

メンテナンスと取り扱いは重要な要素ですが、実際にPACとGACの間でどのように選択すればよいのでしょうか？プロセスエンジニアは7つの主要なポイントを考慮する必要があります。まず、水中にどのような種類の汚染物質が含まれており、その量はどれくらいかを知る必要があります。次に、どの程度の汚染物質を取り除く必要があるかを特定します。第三に、水やガスの流量がどのように変わるかを考える必要があります。第四に、活性炭が汚染物質と接触できる時間を確認する必要があります。第五に、廃棄物をどう処理するかを考える必要があります。第六に、予算内で作業を行う必要があります。そして第七に、利用可能なスペースを考慮する必要があります。バッチ運転で時折汚染が増加する場合、PACの柔軟性によりそれが良い選択肢となります。しかし、一定の流量を持つ連続プロセスの場合、GACの方が投資効果が高いです。また、一部の人々はハイブリッドシステムも使用し始めています。彼らは通常の継続的な保護にはGACを使用し、需要が高まる時期にはPACを注入できるようにしています。