活性炭
活性炭吸着装置が蒸気を吸着する仕組みと、交換のタイミング
活性炭吸着装置は、水もポンプも使わないシンプルな設備に見えます。しかし大きな弱点があります。活性炭は前触れなく飽和するということです。ファンは回り、空気も流れていても、蒸気はとっくに煙突から漏れ出しているかもしれません。
吸着（Adsorption）とは
吸着とは、ガスや蒸気の分子が固体の表面に付着する現象です。空気が活性炭層を通るとき、それらの分子が活性炭の表面に捕捉されます。分子を保持する力には2種類あります。
- 分子間力（ファンデルワールス力）：保持する力は比較的弱く、物理的で可逆的な現象です。
- 化学吸着（Chemisorption）：より強い力で保持します。
活性炭は最も広く使われている吸着材です。ほかに、活性アルミナ、シリカゲル、モレキュラーシーブなどもあります。物質が液に溶け込む必要があるウェットスクラバーの「吸収」とは、異なる原理です。
飽和と「破過」（Breakthrough）
活性炭の表面が保持できる分子の量には限りがあります。使用を続けると、活性炭層は入口側から順に飽和し、やがて蒸気が出口側へ抜け始めます。これを破過（Breakthrough）といいます。この時点を過ぎると、吸着装置はほとんど処理を行っていません。
問題は、この時点が目に見えず、装置の差圧にも表れないことです。差圧が上昇するのは、たいてい粉じんやミストによる詰まりであって、活性炭の飽和ではありません。
活性炭を交換すべきタイミング
一言で言えば、感覚ではなくデータで交換することです。工学的には、交換周期と破過に関するデータがなく、破過を検知する手段もない状態で、空気清浄装置を運転すべきではないとされています。実際には次のようにします。
- 出口濃度を定期的に測定する：通常運転中に測定します。これが最も信頼できる指標です。
- 結果を毎回記録する：出口濃度は時間や生産状況によって変動するため、運転条件の幅を網羅するデータを蓄積し、破過の前に余裕をもった交換周期を決めます。
- 破過を検知する手段を持つ：警報付きの出口モニターなど。処理した空気を建物内に戻す場合は特に重要です。
- 現場のサインに注意する：臭気が戻ってきた、煙突の測定値が上昇したという場合は、すでに交換時期を過ぎています。これを交換周期の主な判断基準にすべきではありません。
活性炭の寿命は、物質の種類、濃度、風量、装置内の活性炭の量によって変わります。そのため、どの工場にも当てはまる既製の交換周期はありません。寿命の見積もりには、活性炭メーカーのデータと実際の測定結果の両方が必要です。
活性炭を長持ちさせるには
- 装置の前で粉じんとミストを取り除く：固体の粒子は活性炭層を詰まらせ、風量を低下させ、活性炭が使われる前にその表面をふさいでしまいます。
- 装置内で水蒸気を凝縮させない：凝縮した水は乾式の吸着材を固め、詰まらせます。湿度の高い工程からの空気では特に注意が必要です。
- 交換しやすい設計にする：投入口と排出口、装置周りの作業スペースを確保します。交換しにくいと、交換はどんどん先延ばしにされがちです。
使用済み活性炭の扱い
取り出した活性炭には、捕集した物質がたっぷり含まれています。検査で確認されるまでは有害廃棄物の可能性があるものとして扱い、産業廃棄物の管理に関する法令に従って処理します。一般ごみと一緒に廃棄してはいけません。