公害防止管理者の過去問｜令和3年 汚水処理特論 問６ 問題と解説

問題６

問題６の解答

正解は「１」です。

問題６の解説

この問題は「活性炭が物質を吸着する“起こりやすさ（平衡＝どれだけ吸着するか）”」と「吸着が進む“速さ（速度＝どれくらい早く吸着するか）”」を区別できるかを問う典型です。

• 平衡（等温線）：最終的にどれだけ吸着できるか
• 速度（物質移動）：そこに到達するまでどれくらい早いか

誤りになっているのは、この「速度」を不適切な比例関係で言い切っている選択肢1です。

1. 活性炭の吸着速度は、活性炭表面積の2乗に比例する。

誤り。吸着速度は一般に、

• 活性炭周りの液境膜（境界層）での物質移動
• 活性炭粒子内部の拡散などに支配され、速度式では「境界膜の総括物質移動係数 $K_f$Kf​」や「外部表面積（単位容積当たり） $a_v$av​」が一次（線形）で効く形で表されます。例えば、公的機関等が公開している実務マニュアルでは、液相活性炭吸着の速度が KfK_fKf​ と ava_vav​ によって表される（＝これらが大きいほど速度が上がる）旨が示されています。

つまり、「表面積の2乗に比例」といった一般則は採れず、誇張された誤った断定です。（表面積が大きいほど速くなりやすい、という方向性はあり得ても、“2乗比例”と決め打ちする根拠がありません。）

2. 活性炭には疎水性の強い物質ほど吸着されやすい。

正しい。一般に、水への溶解度が低い（疎水性が高い）有機物ほど活性炭に吸着されやすい、という整理が広く用いられます。環境省資料でも、活性炭処理は「水溶解度が低い疎水性物質が吸着されやすい」趣旨が明記されています。

3. Freundlich式 $X=kC^n$X=kCn のとき、kが大きくnが小さいほうが低濃度から高濃度にわたってよく吸着する。

概ね正しい（試験的な表現として妥当）。Freundlich 等温線では、定数は「吸着のしやすさ（親和性）」「等温線の形（濃度依存の強さ）」を表すパラメータとして解釈されます。学術・技術資料でも、Freundlich 定数（例：$K$K、$1/n$1/n）が吸着の親和性・等温線の性状を表す旨が説明されています。

本設問の言い回し（k大、n小が有利）は、少なくとも「低濃度域でも吸着量が出やすい」方向性を述べるものとして、誤りとはされにくい内容です。

4. 活性炭の使用量を節減し、処理水の濃度を低くするには向流多段吸着が用いられる。

正しい。向流多段（カウンターカレント）接触は、一般に「同じ目標水質を達成するための吸着剤量を減らしやすい」「より低い出口濃度を狙いやすい」代表的なプロセス配置です。多段向流吸着における吸着剤量最適化等を扱う研究・解説でも、この考え方が前提になっています。

5. 活性炭の吸着速度は、活性炭近傍の液境膜の総括物質移動係数が大きいほど大きくなる。

正しい。液相吸着では、溶質が活性炭表面に到達するまでに「液境膜」での移動抵抗が効くことがあり、総括物質移動係数 $K_f$Kf​ が大きいほど速度が上がる、という整理が一般的です。実務マニュアルでも吸着速度が $K_f$Kf​ を含む形で示され、$K_f$Kf​ が速度を支配する要因であることが説明されています。

問題を解くポイント

1. 「平衡（どれだけ吸う）」と「速度（どれだけ早い）」を分ける。
2. 速度については、液境膜の物質移動係数 KfK_fKf​ や 外部表面積 ava_vav​ といった“移動のしやすさ”で整理されるのが基本で、「表面積の2乗比例」などの断定は疑う。
3. 疎水性が高いほど吸着されやすい、向流多段が有利、といったのは実務でも頻出の基本。