JP2005021864A - Method and apparatus for treating water - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工場排水などの水(被処理水)を除菌処理するための水処理方法及び水処理装置に関するものである。 The present invention relates to a water treatment method and a water treatment apparatus for sterilizing water (treated water) such as factory effluent.
従来より例えば食品工場では、飲料容器を洗浄水にて洗浄する処理が行われている。係る飲料容器には芽胞菌(微生物)が多く付着しており、洗浄水は芽胞菌により汚染されることになる。そこで、従来では洗浄水をアルカリ性とし、適当な温度に加温することで除菌洗浄する方法を採っていたが、芽胞菌は耐熱性が高く、除菌効果にも限界があった。 Conventionally, for example, in food factories, processing for washing beverage containers with washing water has been performed. A lot of spore bacteria (microorganisms) are attached to the beverage container, and the washing water is contaminated by the spore bacteria. Therefore, conventionally, a method has been adopted in which washing water is made alkaline and sterilized by heating to an appropriate temperature. However, spore bacteria have high heat resistance and have a limited sterilizing effect.
他方、此の種被処理水中に含まれる細菌やカビ、原虫などの微生物を除去する方法としては、微生物を収集可能な濾過材を流水路中に配設し、この濾過材に微生物を固着させることによって、浄化する方法もある(特許文献1参照)。
そこで、微生物を含む被処理水を処理するに際して、その除菌効果の改善を図ることを目的とする。 Then, when processing the to-be-processed water containing microorganisms, it aims at improving the sterilization effect.
請求項1の発明の水処理方法は、被処理水を、少なくとも微生物を収集可能な濾過材により濾過すると共に、この濾過材上の微生物の周囲環境のpHを、アルカリ性又は酸性に調整することにより処理するものである。 In the water treatment method of the first aspect of the invention, the water to be treated is filtered at least with a filter medium capable of collecting microorganisms, and the pH of the surrounding environment of the microorganisms on the filter medium is adjusted to be alkaline or acidic. It is something to process.
請求項2の発明の水処理方法は、上記において濾過材上の微生物の周囲環境をpH10乃至pH13に調整することを特徴とする。
The water treatment method of the invention of
請求項3の発明の水処理方法は、上記各発明において濾過材上の微生物の周囲環境を加熱することを特徴とする。
The water treatment method of the invention of
請求項4の発明の水処理方法は、上記において濾過材上の微生物の周囲環境を+40℃以上+100℃以下に加熱することを特徴とする。
The water treatment method of the invention of
請求項5の発明の水処理方法は、上記各発明においてpHの調整を電解により行うことを特徴とする。 The water treatment method of the invention of claim 5 is characterized in that in each of the above inventions, the pH is adjusted by electrolysis.
請求項6の発明の水処理方法は、上記各発明において濾過材が浸漬された被処理水を曝気することを特徴とする。 A water treatment method according to a sixth aspect of the invention is characterized in that the water to be treated in which the filter medium is immersed in the above inventions is aerated.
請求項7の発明の水処理方法は、上記各発明において濾過材を浸漬型平膜で構成したことを特徴とする。
The water treatment method of the invention of
請求項8の発明の水処理装置は、少なくとも被処理水中の微生物を収集可能な濾過材を備え、この濾過材上の微生物の周囲環境のpHを、アルカリ性又は酸性に調整するものである。
The water treatment device of the invention of
請求項9の発明の水処理装置は、上記において濾過材上の微生物の周囲環境をpH10乃至pH13に調整することを特徴とする。
The water treatment device of the invention of claim 9 is characterized in that the ambient environment of the microorganisms on the filter medium is adjusted to
請求項10の発明の水処理装置は、上記各発明において濾過材上の微生物の周囲環境を加熱することを特徴とする。 A water treatment device according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that in each of the above-mentioned inventions, the surrounding environment of microorganisms on the filter medium is heated.
請求項11の発明の水処理装置は、上記において濾過材上の微生物の周囲環境を+40℃以上+100℃以下に加熱することを特徴とする。
The water treatment device of the invention of
請求項12の発明の水処理装置は、上記各発明においてpHを調整するための電解手段を備えることを特徴とする。 A water treatment apparatus according to a twelfth aspect of the present invention is characterized in that in each of the above-mentioned inventions, an electrolysis means for adjusting pH is provided.
請求項13の発明の水処理装置は、上記各発明において濾過材が浸漬された被処理水を曝気する曝気手段を備えることを特徴とする。 A water treatment device according to a thirteenth aspect of the present invention is characterized in that in each of the above inventions, the water treatment device includes aeration means for aeration of the water to be treated in which the filter medium is immersed.
請求項14の発明の水処理装置は、上記各発明において濾過材は浸漬型平膜で構成されていることを特徴とする。 The water treatment apparatus according to the invention of claim 14 is characterized in that, in each of the above inventions, the filter medium is constituted by a submerged flat membrane.
請求項15の発明の水処理装置は、上記各発明において被処理水が流通する配管を備え、この配管を耐アルカリ性又は耐酸性の材料により構成したことを特徴とする。 A water treatment apparatus according to a fifteenth aspect of the present invention is characterized in that in each of the above-mentioned inventions, a pipe through which water to be treated flows is provided, and the pipe is made of an alkali-resistant or acid-resistant material.
本発明によれば、被処理水を少なくとも微生物を収集可能な濾過材により濾過すると共に、濾過材上の微生物の周囲環境のpHを、アルカリ性又は酸性に調整するので、濾過材により被処理水中の微生物を捕集し、且つ、この捕集された微生物をアルカリ性若しくは酸性環境において死滅させることができる。これにより、耐熱性の高い芽胞菌等の除菌能力を改善することができる。 According to the present invention, the water to be treated is filtered with at least a filter medium capable of collecting microorganisms, and the pH of the surrounding environment of the microorganisms on the filter medium is adjusted to be alkaline or acidic. Microorganisms can be collected and the collected microorganisms can be killed in an alkaline or acidic environment. Thereby, disinfection ability, such as highly heat-resistant spore bacteria, can be improved.
特に、濾過材上の微生物の周囲環境を+40℃以上+100℃以下に加熱することで、微生物の弱体化を促進し、除菌能力を一層向上させることができるようになる。また、電解により被処理水のpHを調整すれば、薬剤の投入が不要となる。更に、濾過材が浸漬された被処理水を曝気することで、濾過材の目詰まりも解消することが可能となる。 In particular, by heating the surrounding environment of the microorganism on the filter medium to + 40 ° C. or higher and + 100 ° C. or lower, it is possible to promote weakening of the microorganism and further improve the sterilization ability. Further, if the pH of the water to be treated is adjusted by electrolysis, it is not necessary to supply a chemical. Furthermore, clogging of the filter medium can be eliminated by aeration of the water to be treated in which the filter medium is immersed.
以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図1は本発明を実施するための水処理装置1の構成を示している。実施例の水処理装置1は、食品工場において飲料容器(リターナル容器)の洗浄を行う洗浄水(以下、被処理水と云う)の除菌処理を行うものであり、図中2は上記飲料容器を洗浄する被処理水(洗浄水)3を貯溜する水槽である。図示しない飲料容器はこの水槽2内において被処理水(洗浄水)により洗浄される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a
図中4は加熱装置としての電気ヒータ(シーズヒータ)であり、水槽2内の被処理水を加温するものである。図中6は処理槽であり、この処理槽6内には濾過材7が配設され、その下方には曝気手段としての曝気ノズル8が配設されている。また、処理槽6内にも加熱装置としての電気ヒータ(シーズヒータ)15が設けられている。処理槽6内には後述する如く水槽2内の被処理水3が循環供給され、前記濾過材7及び曝気ノズル8はこの被処理水3中に浸漬される。
In the figure,
図2に処理槽6部分の拡大図を示し、図3には前記濾過材7の断面図を示している。濾過材7は、浸漬型平膜等の少なくとも微生物を収集可能なメッシュ状の一対の濾過膜11、11と、これら濾過膜11、11を所定間隔を存して固定する枠部材12とから構成されている。13はこの枠部材12の上部からこれら濾過膜11、11間の被処理水3を外部に導出する導出配管であり、14はこの導出配管13を介して強制的に外部に被処理水3を引き出す排水ポンプ(搬送手段)16である。
FIG. 2 shows an enlarged view of the
枠部材12は前面及び後面に開口が形成された矩形体により構成されており、上下端及び左右側端が一体に構成されている。そして、この前面及び後面に形成された開口に、それぞれ濾過膜11、11が所定間隔を存して固定されている。これにより、濾過膜11、11は、枠部材12と一体に構成されることとなり、容易に処理対象となる被処理水3中に投入可能となる。そして、後述する如く実際には係る濾過材7が複数枚処理槽6内に投入され、各濾過材7・・・に前記導出配管13は接続されるかたちとなる。
The
そして、枠部材12の上面には、前述した如き導出配管13を接続するための挿入孔が形成され、当該挿入孔を介して両濾過膜11、11間の被処理水3を外部に引き出すための導出配管13が挿入されている。
An insertion hole for connecting the
図1に戻って、14はポンプであり、このポンプ14は運転されて取水配管16により水槽2内の被処理水3を汲み上げ、吐水配管17により処理槽6に搬送する。前記導出配管13は弁18を介してポンプ19に接続されている。このポンプ19は運転されて導出配管13を介し前記両濾過膜11、11間の被処理水3を吸い上げ、弁21を介して吐水配管22により水槽2に搬送する。
Returning to FIG. 1, reference numeral 14 denotes a pump. The pump 14 is operated to pump up the water to be treated 3 in the
23は濾過材7の逆洗用の被処理水3を貯溜するためのタンクであり、このタンク23は濾過材7の上方に配置されており、下部に接続された流出配管28は弁24を介して弁18の濾過材7側の導出配管13に接続されている。また、吐水配管22は分岐し、この分岐配管26は弁27を介してタンク23内に開口している(尚、図2では弁18や24を示していない)。
31はブロワーファンであり、フィルタ32を介して曝気ノズル8に接続されている。このブロワーファン31は運転されて空気を吸引し、曝気ノズル8より処理槽6内に吐出し、濾過材7が浸漬された処理槽6内の被処理水を曝気する。図2における33は制御装置(制御手段)であり、この制御装置33により前記各ポンプ14、19、電気ヒータ4、弁18、21、24、27及びブロワーファン31が制御される。
A
尚、上記各配管13、16、17、22、26、28は例えば高密度ポリエチレン(PE)、ポリスチレン、フッ素樹脂等の耐アルカリ性及び耐酸性の材料にて構成されている。これにより、被処理水3のpHを後述するアルカリ性或いは酸性としても各配管に腐食などの損傷が生じることがなくなる。また、制御装置33には水槽2内の被処理水3の温度を検出する温度センサや各配管内の圧力を検出する圧力センサ(図中PTで示す)が接続されているものとする。
The
以上の構成で、次に水処理装置1による被処理水3の除菌処理動作について説明する。尚、被処理水3は微生物の一例として芽胞菌が含まれる。
(1)除菌処理
この除菌処理の開始にあたり、被処理水3中に水酸化ナトリウム(NaOH)を投入して被処理水をアルカリ性の滅菌標準水とする。実施例ではNaOHとポリアクリル酸を被処理水3に添加し、pHを11.5に調整する。
Next, the sterilization processing operation of the water to be treated 3 by the
(1) Disinfection treatment At the start of this disinfection treatment, sodium hydroxide (NaOH) is introduced into the treated
また、制御装置33は弁18、21を開き、弁24及び27を閉じる。そして、ポンプ14を運転して水槽2内の被処理水3を処理槽6に搬送すると共に、ポンプ19を運転して濾過材7の濾過膜11、11間の被処理水3を導出配管13に吸い上げる。これにより、処理槽6内の被処理水3は外側から濾過膜11、11を通過して当該濾過膜11、11間に流入する。その際に、被処理水3に含まれる芽胞菌(微生物)が濾過膜11、11の外面に捕獲され、収集されていく。
The
濾過膜11、11を通過する際にそれに含まれる芽胞菌は濾過材7の濾過膜11、11上に捕集され、分離される。このとき被処理水3のpHは前述の如く11.5に調整されているので、濾過膜11、11上に捕集された芽胞菌の周囲環境のpHは11.5のアルカリ性である。そして、導出配管13に吸い上げられた被処理水3は、ポンプ19によって吐水配管22から水槽3内に戻される。これによって、水槽2内の被処理水3中の芽胞菌は除去されていく。
When passing through the
また、制御装置33は電気ヒータ4及び15の通電を制御して水槽2及び処理槽6内の被処理水3を加熱調整する。また、ブロワーファン31を運転して曝気ノズル8より空気(泡)を吐出し、濾過材7が浸漬された処理槽6内の被処理水3を曝気する(0.3L/min)。これにより、濾過膜11、11の目詰まりを解消する。
The
ここで、最初に濾過膜11の処理能力を検証する。図4は一枚の濾過膜11の処理流速の変化を示している。図4の横軸は時間、縦軸は単位膜面積当たりの一日の処理量(Flux)を示している。初期処理流量は約0.6L/minであったが、徐々に目詰まりして行き、65時間経過後には約0.05L/minまで低下した。その後は約0.04L/minの一定の処理量で略推移した。
Here, the processing capability of the
そこで、実施例ではポンプ19によって前述した如く濾過膜11、11に通される被処理水3の流量を0.02L/minに設定した。係る濾過膜11により濾過した後の被処理水3中の芽胞菌数を図5に示す。図5の横軸は時間、縦軸は1mL当たりの菌数である。この図からも明らかな如く濾過膜11の濾過により芽胞菌は略全て除去できることが分かる。
Therefore, in the embodiment, as described above, the flow rate of the water to be treated 3 passed through the
次に、NaOHなどのアルカリ薬剤を加えてpH11.5に調整した被処理水(洗浄水)中に、芽胞菌を加え、+50℃に加熱調整した場合の被処理水中の芽胞菌数(CFU)の変化を実験で調べたものを図6に示す。図6の横軸は時間、縦軸は1mL当たりの菌数である。 Next, the number of spore bacteria in the treated water (CFU) when the spore bacteria are added to the treated water (washing water) adjusted to pH 11.5 by adding an alkaline agent such as NaOH and heated to + 50 ° C. FIG. 6 shows the change in the results of experiments. The horizontal axis of FIG. 6 is time, and the vertical axis is the number of bacteria per mL.
この図からも明らかな如く、係る状況では約1週間で99.9%の芽胞菌を死滅させることができた。これは、芽胞菌は短時間では死滅することはないが、常時+50℃、pH11.5の環境におかれることで、自然に死滅するためである。そこで、制御装置33は電気ヒータ4、15への通電を制御し、被処理水3の温度を+50℃に加熱調整するように設定した。これにより、水槽3内の被処理水3中の芽胞菌や処理槽6の濾過膜11、11上に収集された芽胞菌の周囲環境も+50℃に加熱されることになり、それらは円滑に死滅していくようになる。
As is apparent from this figure, 99.9% of the spore bacteria could be killed in about 1 week in this situation. This is because spore bacteria do not die in a short period of time, but naturally die when placed in an environment of + 50 ° C. and pH 11.5 at all times. Therefore, the
次に、濾過材7の数によって決まる水処理装置1の処理能力について検証する。図7は此の種食品工場において例えば飲料容器を洗浄する前記水槽2中の芽胞菌数の変化の測定結果を示している。図中横軸は時間、縦軸は1mL当たりの菌数である。また、黒ポイントは冬季、白抜きポイント夏季の変化を示している。この図からも明らかな如く冬季には菌数の変化は殆どないが、夏季には平均40CFU/mL/hrで増加することが分かる。そこで、係る夏季の菌数増加を抑えるのに必要な濾過材7の数を検証する。
Next, the processing capability of the
今、水槽2の容量を700mL、経過時間における水槽2内の芽胞菌の濃度をR(CFU/mL)、水槽2内の芽胞菌の初期濃度をR0(CFU/mL)、飲料容器から持ち込まれる芽胞菌量をA(CFU/mL/hr)、濾過材7によって処理された量をB(L/hr)とすると、
ΔR=AΔt−B/700・RΔt ・・・[1]
とおくことができる。ここで、C1=A、C2=B/700とおくと、
dR/dt=C1−C2R ・・・[2]
となる。これを積分すると、
∫[1/(C1−C2R)]dR=∫dt ・・・[3]
この式を展開すると、
−1/C1[ln(C1−C2R)−ln(C1−C2R0)]=t
R=1/C2[C1−(C1−C2R0)exp(−C2t)]
・・・[4]
となる。この式4に実測値を代入して計算する。ここで、R0は夏季のデータ120(CFU/mL)、Aも夏季のデータ40(CFU/mL/hr)を使用する。また、Bは濾過膜11[有効膜面積0.84平方メートル、10.08L/hr(濾過膜11(有効膜面積0.1平方メートル)当たりの処理流量0.02L/minから算出)]を指定枚数使用した場合に処理できる水量(L)である。計算結果を図8に示す。この図において横軸は時間、縦軸は1mL当たりの菌数である。そして、各ポイントは濾過材7の枚数(0枚〜400枚)毎の菌数変化を示している。
Now, the capacity of the
ΔR = AΔt−B / 700 · RΔt (1)
It can be said. Here, if C1 = A and C2 = B / 700,
dR / dt = C1-C2R [2]
It becomes. When this is integrated,
∫ [1 / (C1-C2R)] dR = ∫dt [3]
If this expression is expanded,
-1 / C1 [ln (C1-C2R) -ln (C1-C2R0)] = t
R = 1 / C2 [C1- (C1-C2R0) exp (-C2t)]
... [4]
It becomes. Calculation is performed by substituting the actual measurement value into Equation (4). Here, R0 uses summer data 120 (CFU / mL), and A uses summer data 40 (CFU / mL / hr). B designates the filtration membrane 11 [effective membrane area 0.84 square meters, 10.08 L / hr (calculated from the treatment flow rate 0.02 L / min per filtration membrane 11 (effective membrane area 0.1 square meters))] This is the amount of water (L) that can be treated when used. The calculation results are shown in FIG. In this figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the number of bacteria per mL. Each point indicates a change in the number of bacteria for each number (0 to 400) of the
この結果から図8の×ポイントで示す濾過材100枚以上を用いれば水槽2内の芽胞菌数を低く抑えることができることが分かる。従って、処理槽6内には100枚の濾過材7を並列配置し、それぞれ導出配管13に接続して用いた。
From this result, it can be seen that the number of spore bacteria in the
このように本発明では被処理水3を濾過材7により濾過すると共に、この濾過材7上の芽胞菌の周囲環境のpHをアルカリ性とすることで、濾過材7により被処理水3中の芽胞菌を捕集し、且つ、この捕集された芽胞菌をアルカリ性環境において死滅させることができる。これにより、耐熱性の高い芽胞菌の除菌能力を改善することができるようになり、被処理水を廃棄する際にも、外部環境に高濃度の芽胞菌を排出することがなくなる。特に、被処理水3を加熱することで、芽胞菌の弱体化を促進し、除菌能力を一層向上させることができるようになる。また、濾過材7が浸漬された被処理水3を曝気しているので、濾過材7の目詰まりも解消することが可能となる。
As described above, in the present invention, the water to be treated 3 is filtered by the
次に、水処理装置1の逆洗浄処理について説明する。
(2)逆洗処理
このような除菌処理により濾過材7の濾過膜11外面には芽胞菌が蓄積されていくため、目詰まりが進行する。そこで、定期的に濾過材7を逆洗する。その場合には、制御装置33はポンプ14を停止し、弁21、24を閉じ、弁18、27を開いてポンプ19を運転することで、被処理水3をタンク23に汲み上げて貯溜する。次に、ポンプ19を停止し、弁18を閉じ、弁24を開いてタンク23から流出配管28、導出配管13を介して濾過材7の濾過膜11、11間に被処理水3を逆流させる。
Next, the reverse cleaning process of the
(2) Backwashing treatment As spore bacteria accumulate on the outer surface of the
これにより、濾過膜11、11の内面から外面に向けて被処理水3が流通するので、濾過膜11の外面に付着した芽胞菌(死滅している)を取り除くことができ、以後の除菌処理の効率改善を図ることが可能となる。
Thereby, since the to-
尚、実施例では被処理水をpH11.5に調整したが、pH10乃至pH13の範囲のアルカリ性が好適である。また、被処理水3をpH8以上のアルカリ性か、pH6以下の酸性環境に調整し、被処理水3のpHを芽胞菌(微生物)の至適pHから外すことでも芽胞菌の除去効果がある。更に、実施例では被処理水を+50℃に加熱したが、+40℃以上+100℃以下の範囲に調整することで芽胞菌の除去効果は期待できる。 In addition, although the to-be-processed water was adjusted to pH11.5 in the Example, the alkalinity of the range of pH10 thru | or pH13 is suitable. Further, adjusting the water to be treated 3 to an alkaline environment having a pH of 8 or more or an acidic environment having a pH of 6 or less and removing the pH of the water to be treated 3 from the optimum pH of the spore bacteria (microorganisms) can also have an effect of removing spore bacteria. Furthermore, in the examples, the water to be treated was heated to + 50 ° C., but the effect of removing spore bacteria can be expected by adjusting the temperature within the range of + 40 ° C. to + 100 ° C.
また、実施例では被処理水3のpHを調整することで濾過材7に捕集された芽胞菌の周囲環境pHを調整したが、それに限らず、被処理水3のpHは調整せずに一定時間毎に水処理装置1内の被処理水の循環を停止し、例えば処理槽6内の被処理水のpHのみを調整して濾過材7上の芽胞菌の周囲環境pHを調整するようにしてもよい。
Moreover, although the surrounding environment pH of the spore bacteria collected by the
更に、実施例では水酸化ナトリウムを投入することで被処理水のpH調整を行ったが、図2に破線で示すように例えば処理槽6内の被処理水3にアノード61とカソード62から成る電解手段を浸漬し、これら電極を使用した電解により当該被処理水3のpH調整を行っても良い。その場合には制御装置33は被処理水3のpHに基づき、アノード61とカソード62に印加する電流を制御して濾過膜11、11周囲の被処理水3のpHを上記の如きアルカリ性若しくは酸性に自動調整するものとする。係る電解手段を用いれば前述した薬剤の投入も不要となる。
Furthermore, in the embodiment, the pH of the water to be treated was adjusted by adding sodium hydroxide. As shown by the broken line in FIG. 2, for example, the water to be treated 3 in the
更にまた、実施例では食品工場の飲料容器洗浄用の洗浄水中の芽胞菌を処理対象としたが、それに限らず、種々の雑菌や微生物の処理に本発明は有効である。 Furthermore, in the examples, spore bacteria in washing water for washing beverage containers in food factories are targeted for treatment. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is effective for treating various germs and microorganisms.
1 水処理装置
2 水槽
3 被処理水
4、15 電気ヒータ
6 処理槽
7 濾過材
8 曝気ノズル
13 導出配管
14、19 ポンプ
33 制御装置
61 アノード
62 カソード
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