JP2019214005A - 活性炭処理システムと同システムにおける活性炭塔の熱水殺菌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱水殺菌の際に熱水のリークが発生しにくく、かつコストへの影響が抑制された活性炭処理システムを提供する。【解決手段】活性炭処理システム１は、活性炭が充填される活性炭塔１１，２１と、活性炭塔１１，２１に原水を供給する原水供給ラインＬ１〜Ｌ５と、活性炭塔１１，２１で処理された処理水を送水する処理水ラインＬ６，Ｌ７と、処理水ラインＬ６，Ｌ７から分岐して原水供給ラインＬ４，Ｌ５に接続された還流ラインＬ８〜Ｌ１２と、還流ラインＬ１０上に設けられ、還流ラインＬ８〜Ｌ１２を流通する水を加熱する加熱装置５１と、を有している。活性炭塔１１と原水供給ラインＬ４と処理水ラインＬ６と還流ラインＬ８，Ｌ１０，Ｌ１１は、加熱装置５１で生成された熱水が循環する熱水循環系６１を構成する。熱水循環系６１は、熱水循環系６１を熱水が流れるときに開放状態を維持する弁１０を有している。【選択図】図３

Description

本発明は、活性炭処理システムと同システムにおける活性炭塔の熱水殺菌方法に関する。

食品製造プロセス等において、水の脱臭脱色を目的として活性炭が充填された活性炭塔が用いられている（特許文献１，２）。活性炭は一定時間通水すると微生物が繁殖するため、定期的に熱水殺菌が行われることがある。

特開平５−９２１８２号公報 特開平５−９２１８３号公報

活性炭塔の熱水殺菌を行う際、熱水の有効利用のため、活性炭塔を含む熱水循環系を一時的に構成し、活性炭塔から流出した熱水を活性炭塔に戻し熱水を循環通水することがある。しかしながら、熱水循環系が熱水によって加圧されることで、活性炭塔と配管の接続部や、熱水循環系を構成する配管同士の接続部から熱水のリークが発生する可能性がある。このため、活性炭塔に半開放型の膨張タンク（バッファタンク）を設けることがある。膨張タンクは熱水循環系の圧力上昇を緩和するため、上述のリークが発生しにくくなる。しかしながら，膨張タンクを設置するためのコストの増加や設置スペースの確保などの問題があり、解決が望まれている。

本発明は熱水殺菌の際に熱水のリークが発生しにくく、かつコストへの影響が抑制された活性炭処理システムと、同システムにおける活性炭塔の熱水殺菌方法を提供することを目的とする。

本発明の活性炭処理システムは、活性炭が充填される活性炭塔と、活性炭塔に原水を供給する原水供給ラインと、活性炭塔で処理された処理水を送水する処理水ラインと、処理水ラインから分岐して原水供給ラインに接続された還流ラインと、還流ライン上に設けられ、還流ラインを流通する水を加熱する加熱装置と、を有している。活性炭塔と原水供給ラインと処理水ラインと還流ラインは、加熱装置で生成された熱水が循環する熱水循環系を構成する。熱水循環系は、熱水循環系を熱水が流れるときに開放状態を維持する弁を有している。

本発明の活性炭塔の熱水殺菌方法は、活性炭が充填される活性炭塔と、活性炭塔に原水を供給する原水供給ラインと、活性炭塔で処理された処理水を送水する処理水ラインと、処理水ラインから分岐して原水供給ラインに接続された還流ラインと、を有する活性炭処理システムにおける活性炭塔の熱水殺菌方法であって、当該熱水殺菌方法は、活性炭塔と原水供給ラインと処理水ラインと還流ラインとによって構成される熱水循環系に熱水を循環させることと、熱水循環系を熱水が流れるときに、熱水循環系に設けられた弁を開放状態に維持することと、を有する。

本発明によれば、熱水循環系は、熱水循環系を熱水が流れるときに開放状態を維持する弁を有している。熱水循環系は、熱水循環系を熱水が流れるときに、当該弁を介して、系外に圧力的に開放された状態を維持する。従って、本発明によれば、熱水殺菌の際に熱水のリークが発生しにくく、かつコストへの影響が抑制された活性炭処理システムと、同システムにおける活性炭塔の熱水殺菌方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る活性炭処理システムの概略図である。 通常運転時における活性炭処理システムの水の流れを示す図である。 熱水殺菌時における活性炭処理システムの熱水の流れを示す図である。

図面を参照して本発明の一実施形態に係る活性炭処理システム１の構成について説明する。本発明の活性炭処理システム１は原水の脱臭脱色が必要とされる食品製造プラントに好適に適用できるが、活性炭の熱水殺菌が必要なあらゆる設備に適用することができる。図１を参照すると、活性炭処理システム１は、活性炭が充填される第１及び第２の活性炭塔１１，２１を有している。第１及び第２の活性炭塔１１，２１には第１〜第５の原水供給ラインＬ１〜Ｌ５によって原水（市水ないし井水）が供給される。第１の原水供給ラインＬ１は原水の供給源（図示せず）に接続され、第１の分岐点Ｐ１で第２及び第３の原水供給ラインＬ２，Ｌ３に分岐している。第４の原水供給ラインＬ４は第２の原水供給ラインＬ２と第４の還流ラインＬ１１とが合流する第２の合流点Ｐ２と第１の活性炭塔１１とを接続している。第５の原水供給ラインＬ５は第３の原水供給ラインＬ３と第５の還流ラインＬ１２とが合流する第３の合流点Ｐ３と第２の活性炭塔２１とを接続している。第４及び第５の原水供給ラインＬ４，Ｌ５はそれぞれ、第１及び第２の活性炭塔１１，２１の上部、好ましくは天板１３，２３に接続されている。第２の原水供給ラインＬ２と第３の原水供給ラインＬ３にはそれぞれ第１の弁Ｖ１と第２の弁Ｖ２が設けられている。第１及び第２の弁Ｖ１，Ｖ２は第１及び第２の活性炭塔１１，２１の運転切り替えの他、熱水殺菌時に原水の供給を停止して熱水循環系６１（図３参照）を構成する目的で設けられている。

第１及び第２の活性炭塔１１，２１は同じ構造を有しており、原水の処理量に応じて２基の同時並行運転、１基のみの単独運転が可能とされている。第１及び第２の活性炭塔１１，２１は天板１３，２３と側壁１２，２２と底板１４，２４とからなる円筒形の容器の内部に活性炭が充填されたものである。第１及び第２の活性炭塔１１，２１の内部には多数の開口を備えた円形の保持板１５，２５が設けられ、保持板１５，２５の上に砂利層１６，２６と活性炭層１７，２７がこの順で形成されている。第４及び第５の原水供給ラインＬ４，Ｌ５によって第１及び第２の活性炭塔１１，２１の上部に供給された原水は、活性炭層１７，２７を通過して塩素成分などが除去され、さらにその下方の砂利層１６，２６及び保持板１５，２５の開口を通過して活性炭塔１１，２１の下部空間１８，２８に流出する。砂利層１６，２６は微粉末状の活性炭を保持するとともに、活性炭の下部空間１８，２８への流出を抑制する。

第１及び第２の活性炭塔１１，２１の底板１４，２４には第１及び第２の活性炭塔１１，２１で処理された処理水を送水する第１及び第２の処理水ラインＬ６，Ｌ７が接続されている。第１及び第２の処理水ラインＬ６，Ｌ７には第１及び第２の活性炭塔１１，２１から流出する可能性のある活性炭を捕捉するための第１及び第２のフィルタ３１，４１が設けられている。また、第１及び第２の処理水ラインＬ６，Ｌ７の第１及び第２のフィルタ３１，４１の上流側には第１及び第２のポンプ３２，４２が設けられている。第１及び第２のポンプ３２，４２は通常の運転モードで処理水を移送するとともに、熱水殺菌モードで熱水を熱水循環系６１に沿って循環させる。第１及び第２の処理水ラインＬ６，Ｌ７は第７の合流点Ｐ７で合流し、その下流で純水製造装置などの他の水処理装置（図示せず）に接続されている。第１の処理水ラインＬ６と第２の処理水ラインＬ７にはそれぞれ第３の弁Ｖ３と第４の弁Ｖ４が設けられている。第３及び第４の弁Ｖ３，Ｖ４は、通常の運転モードで処理水を下流側の水処理設備に移送するとともに、熱水殺菌時に熱水循環系６１を構成する。

第１及び第２の処理水ラインＬ６，Ｌ７は第１〜第５の還流ラインＬ８〜Ｌ１２によって第４及び第５の原水供給ラインＬ４，Ｌ５に接続されている。第１の還流ラインＬ８は第１の処理ラインＬ６から第４の分岐点Ｐ４で、第２の還流ラインＬ９は第２の処理ラインＬ７から第５の分岐点Ｐ５でそれぞれ分岐し、第６の合流点Ｐ６で合流して第３の還流ラインＬ１０となる。第３の還流ラインＬ１０は第８の分岐点Ｐ８で第４及び第５の還流ラインＬ１１，Ｌ１２に分岐している。第４の還流ラインＬ１１は第２の合流点Ｐ２で第２の原水供給ラインＬ２と合流し、第５の還流ラインＬ１２は第３の合流点Ｐ３で第３の原水供給ラインＬ３と合流している。第１の還流ラインＬ８と第２の還流ラインＬ９にはそれぞれ第５の弁Ｖ５と第６の弁Ｖ６が設けられている。また、第４の還流ラインＬ１１と第５の還流ラインＬ１２にはそれぞれ第７の弁Ｖ７と第８の弁Ｖ８が設けられている。第５〜第８の弁Ｖ５〜Ｖ８は通常の運転モードでは閉じられているが、熱水殺菌時に開かれ熱水循環系６１を構成する。

第３の還流ラインＬ１０上には、第３の還流ラインＬ１０を流通する水を加熱する加熱装置５１が設けられている。加熱装置５１は蒸気供給ラインＬ１３から供給される高温蒸気と第３の還流ラインＬ１０を流通する水との間で熱交換を行う熱交換器であるが、第３の還流ラインＬ１０を流通する水を加熱することができる限り加熱装置５１の種類は問わない。加熱装置５１は第１及び第２の活性炭塔１１，２１の熱水殺菌を行うための熱水を生成する。加熱装置５１で熱交換された蒸気は加熱装置５１の下流側で第４の排水部Ｄ４に排水される。蒸気供給ラインＬ１３には第１２の弁Ｖ１２が設けられている。

第３の還流ラインＬ１０には第３の還流ラインＬ１０内の圧力を調整する調整弁（第９の弁）Ｖ９が設けられている。調整弁Ｖ９は、第２の合流点Ｐ２（第４の還流ラインＬ１１と第２の原水供給ラインＬ２の接続部）と加熱装置５１の間で、且つ、第３の合流点Ｐ３（第５の還流ラインＬ１２と第３の原水供給ラインＬ３の接続部）と加熱装置５１との間（本実施形態では、第８の分岐部Ｐ８と加熱装置５１との間になる）に設けられている。調整弁Ｖ９は所定の第１の設定圧力に達すると開き、所定の第２の圧力を下回ると閉じる自動弁である。調整弁Ｖ９には排水ラインＬ１６が接続されており、排水ラインＬ１６は調整弁Ｖ９が開放されたときに熱水を第３の排水部Ｄ３に排出する。調整弁Ｖ９は加熱装置５１の上流側、すなわち加熱装置５１と第６の合流部Ｐ６との間に設けられてもいいが、加熱装置５１の下流側に設けることが好ましく、加熱装置５１の下流側近傍に設けることがさらに好ましい。換言すれば、調整弁Ｖ９は第２の合流点Ｐ２より加熱装置５１に近く、且つ、第３の合流点Ｐ３より加熱装置５１に近い位置に設けられていることが好ましい。加熱装置５１の下流側近傍は第３の還流ラインＬ１０の温度、圧力が最も高くなっているため、この位置に設けることで調整弁Ｖ９をより確実に開放させることができる。調整弁Ｖ９は後述する第１０及び第１１の弁Ｖ１０，１１が何らかの原因で作動（開放）しなかった場合に熱水循環系６１の圧力の増加を緩和する機能を有している。従って、調整弁Ｖ９の代わりに圧力を検知して開閉するコントロール弁を用いる方法や、第３の還流ラインＬ１０に圧力計を設け、圧力計の指示値に応じて第３の還流ラインＬ１０の圧力を調整する方法もあるが、信頼性の観点から機械的な作動のみで開放される調整弁Ｖ９を用いることがより好ましい。

第１の活性炭塔１１の上部、例えば天板１３には第１の開放ラインＬ１４が、第２の活性炭塔２１の上部、例えば天板２３には第２の開放ラインＬ１５が設けられている。第１の開放ラインＬ１４には第１０の弁Ｖ１０が、第２の開放ラインＬ１５には第１１の弁Ｖ１１が設けられている。第１０及び第１１の弁Ｖ１０，Ｖ１１は空気作動式の調節弁であるが、油圧式若しくは電動式であってもよい。開放状態における第１０及び第１１の弁Ｖ１０，Ｖ１１の開度は固定されていても変動可能でもよい。本実施形態では、第１０及び第１１の弁Ｖ１０，Ｖ１１は予め設定された開度で開放状態を維持されるように設定されているが、第１及び第２の活性炭塔１１，２１の圧力に応じて開度が自動制御されるものであってもよい。第１の開放ラインＬ１４は第１の排水部Ｄ1に接続されており、熱水は第１の開放ラインＬ１４から第１の排水部Ｄ１に排出される。第２の開放ラインＬ１５は第２の排水部Ｄ２に接続されており、熱水は第２の開放ラインＬ１５から第２の排水部Ｄ２に排出される。第１の開放ラインＬ１４は第１の排水部Ｄ1で大気開放されており、第２の開放ラインＬ１５は第２の排水部Ｄ２で大気開放されている。従って、いずれの構成をとる場合も、第１０及び第１１の弁Ｖ１０，Ｖ１１は、一旦大気に対して開放されると、大気に対して開放された状態を維持する（自動で閉まらない）。さらに、第９の分岐部Ｐ９で第１の原水供給ラインＬ１から原水導入ラインＬ１７が分岐しており、原水導入ラインＬ１７は加熱装置５１と第６の合流部Ｐ６との間で第３の還流ラインＬ１０に合流している。原水導入ラインＬ１７には第１３の弁Ｖ１３が設けられている。第３の還流ラインＬ１０の加熱装置５１と第６の合流部Ｐ６との間から第１４の弁Ｖ１４が設けられた排水ラインＬ１８が分岐しており、排水ラインＬ１８は排水部Ｄ５に接続されている。なお、第１〜第５の排水部Ｄ１〜Ｄ５は便宜上別々の排水部として図示されているが、共通の排水部であってもよい。

図２は活性炭処理システム１が原水の処理を行う際の水の流れを示している。ここでは第１の活性炭塔１１が運転し、第２の活性炭塔２１が停止している場合を示しているが、第２の活性炭塔２１が運転し、第１の活性炭塔１１が停止していてもよく、両方の活性炭塔１１，２１が運転していてもよい。第１の弁Ｖ１、第３の弁Ｖ３が開かれ、その他の弁は閉じられている。第１の原水供給ラインＬ１から供給された原水は第２の原水供給ラインＬ２、第４の原水供給ラインＬ４を通って第１の活性炭塔１１に供給される。第４の還流ラインＬ１１の第７の弁Ｖ７は閉じられているため、第４の還流ラインＬ１１の水が第１の活性炭塔１１に流入することはない。第１の活性炭塔１１で処理された原水は処理水となり、第１のフィルタ３１を通って下流側の純水製造装置に供給される。なお、図示は省略するが、第２の活性炭塔２１を単独運転させる場合は、第２の弁Ｖ２、第４の弁Ｖ４を開き、その他の弁を閉じればよく、第１及び第２の活性炭塔１１，２１を同時並行運転させる場合は、第１〜第４の弁Ｖ１〜Ｖ４を開き、その他の弁を閉じればよい。

図３は活性炭処理システム１の熱水殺菌を行う際の熱水の流れを示している。ここでは第１の活性炭塔１１の熱水殺菌を行う場合を示しているが、第２の活性炭塔２１の熱水殺菌も同様に行うことができるが、本実施形態では熱水殺菌は１塔ずつ実施する設計としている。第１の活性炭塔１１の熱水殺菌では、第５の弁Ｖ５と第７の弁Ｖ７と第１０の弁Ｖ１０と第１２の弁Ｖ１２が開かれ、その他の弁は閉じられている。第１の活性炭塔１１と、第１の処理水ラインＬ６と、第１、第３、第４の還流ラインＬ８，Ｌ１０，Ｌ１１と、第４の原水供給ラインＬ４は、熱水が循環する熱水循環系６１を構成する。第３の還流ラインＬ１０を流通する水は加熱装置５１によって加熱され、熱水となる。加熱装置５１で生成された熱水は熱水循環系６１を循環し、これによって第１の活性炭塔１１の活性炭に付着した微生物が殺菌される。

第１０の弁Ｖ１０は、好ましくは第１２の弁Ｖ１２と同時に開かれ、熱水が熱水循環系６１を循環する前に開かれる。第１０の弁Ｖ１０は熱水が流れるときに開放状態を維持しているため、熱水循環系６１の圧力はほぼ一定に保たれる。仮に第１０の弁Ｖ１０が調整弁Ｖ９と同様の自動弁であると、第１の活性炭塔１１の圧力に応じて開閉を繰り返すことになる。このため、熱水循環系６１の圧力変動が生じ、熱水循環系６１のいずれかの部位、例えば第１の活性炭塔１１と第４の原水供給ラインＬ４または第１の処理水ラインＬ６の接続部、第４の原水供給ラインＬ４、第１の処理水ラインＬ６、第１、第３、第４の還流ラインＬ８，Ｌ１０，Ｌ１１における配管接続部等で熱水のリークが生じる可能性が高くなる。熱水殺菌は活性炭処理システム１の運用にもよるが、１〜２週間に１回程度の頻度で、かつ１回あたり数時間(例えば５〜６時間)かけて行われる。すなわち、熱水殺菌が行われる累積時間はかなりの長時間に達する。また、熱水殺菌が行われている間は、特に配管系に熱膨張による応力が発生する。このため、熱水殺菌の際に熱水循環系６１の圧力変動が生じると、これに伴い配管接続部等に生じる熱疲労とそれによって生じるクラックの発生可能性は無視できないレベルとなることがある。これに対して、本実施形態では熱水循環系６１の圧力変動がほとんど生じないため、熱水のリークが生じる可能性が低下する。なお、図示は省略するが、第２の活性炭塔２１を熱水殺菌する場合は、第６の弁Ｖ６と第８の弁Ｖ８と第１１の弁Ｖ１１と第１２の弁Ｖ１２を開き、その他の弁を閉じればよい。

熱水運転を終了する場合は、まず第１２の弁Ｖ１２を閉じて熱水の生成を停止し、第１３の弁Ｖ１３を開いて原水導入ラインＬ１７から冷却用の原水を導入しながら、しばらく熱水循環系６１を維持して循環運転を行う。さらに熱水循環系６１を循環する水が一定温度まで下がったところで第１３の弁Ｖ１３と第７の弁Ｖ７と第１０の弁Ｖ１０を閉じ、第１の弁Ｖ１と第１４の弁Ｖ１４を開けて第１の活性炭塔１１に冷却用の原水を導入する。熱水がさらに冷却され、通常運転可能な温度まで下がったところで第５の弁Ｖ５と第１４の弁Ｖ１４を閉じ、第３の弁Ｖ３を開く。弁によって原水が通るラインと熱水が通るラインが仕切られるため、一方の活性炭塔の運転を継続しながら他方の活性炭塔の熱水殺菌することもできる。

前述の通り、第１及び第２の開放ラインＬ１４，Ｌ１５はそれぞれ、第１の活性炭塔１１の天板１３と第２の活性炭塔２１の天板２３に設けられるのが好ましい。第１及び第２の開放ラインＬ１４、Ｌ１５は、塔内開放メンテナンス後に第１の活性炭塔１１ないし第２の活性炭塔２１を立上げる際その他の状況で塔内満水作業が必要となる場合に、エア抜き弁として活用することができる。

以上の説明から明らかなとおり、本発明は熱水殺菌の際の熱水循環系の圧力上昇の防止ないし緩和が、熱水循環系に設けられ開放状態を維持する弁によって行われる。従って、本発明は膨張タンクを併設する必要がなく、コスト及び設置スペースの観点から有利である。

１ 活性炭処理システム
１１，２１ 第１及び第２の活性炭塔
５１ 加熱装置
６１ 熱水循環系
Ｌ１〜Ｌ５ 原水供給ライン
Ｌ６，Ｌ７ 処理水ライン
Ｌ８〜Ｌ１２ 還流ライン
Ｌ１４，Ｌ１５ 第１及び第２の開放ライン
Ｖ９ 調整弁
Ｖ１０，Ｖ１１ 第１０及び第１１の弁

Claims (6)

1. 活性炭が充填される活性炭塔と、
   前記活性炭塔に原水を供給する原水供給ラインと、
   前記活性炭塔で処理された処理水を送水する処理水ラインと、
   前記処理水ラインから分岐して前記原水供給ラインに接続された還流ラインと、
   前記還流ライン上に設けられ、前記還流ラインを流通する水を加熱する加熱装置と、を有し、
   前記活性炭塔と前記原水供給ラインと前記処理水ラインと前記還流ラインは、前記加熱装置で生成された熱水が循環する熱水循環系を構成し、前記熱水循環系は、前記熱水循環系を前記熱水が流れるときに開放状態を維持する弁を有している、活性炭処理システム。
2. 前記弁は前記活性炭塔の上部に設けられている、請求項１に記載の活性炭処理システム。
3. 前記還流ラインは、前記還流ライン内の圧力を調整する圧力調整手段を有する、請求項１または２に記載の活性炭処理システム。
4. 前記圧力調整手段は安全弁である、請求項３に記載の活性炭処理システム。
5. 前記圧力調整手段は、前記還流ラインと前記原水供給ラインとの接続部と、前記加熱装置と、の間に設けられている、請求項３または４に記載の活性炭処理システム。
6. 活性炭が充填される活性炭塔と、前記活性炭塔に原水を供給する原水供給ラインと、前記活性炭塔で処理された処理水を送水する処理水ラインと、前記処理水ラインから分岐して前記原水供給ラインに接続された還流ラインと、を有する活性炭処理システムにおける活性炭塔の熱水殺菌方法であって、
   前記活性炭塔と前記原水供給ラインと前記処理水ラインと前記還流ラインとによって構成される熱水循環系に熱水を循環させることと、
   前記熱水循環系を前記熱水が流れるときに、前記熱水循環系に設けられた弁を開放状態に維持することと、を有する、活性炭塔の熱水殺菌方法。

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