JP3294681B2 - 活性炭塔の微生物の殺菌方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、活性炭塔の微生物の殺
菌方法に係り、特に、飲料水供給、食品、医薬産業、半
導体工業分野等で広く水処理装置として用いられる活性
炭塔の塔内の微生物増殖を抑制し殺菌する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来実施されているように、水の浄化処
理において、殺菌剤として０．１〜２．５ｍｇ／リット
ル程度の低濃度残留塩素又はイオンを含む水を活性炭塔
に通水すると、水中の微生物の殺菌又は増殖活動の抑制
をしていた殺菌剤は、活性炭の吸着触媒作用によって接
触分解されて、その効果をなくす。一方、水中に含まれ
る有機物、異味・異臭成分等も、活性炭に吸着除去さ
れ、処理水質はよくなる。

【０００３】しかし、前記の如く殺菌剤の効果がなくな
るため、活性炭塔では吸着した有機物等を栄養源として
微生物が増殖してしまい、短期間のうちに処理水中に一
般細菌数で最大１０⁶ 〜１０⁷ コ／ｍｌに増加、リーク
してしまう。すなわち、活性炭自身が微生物の温床とな
ってしまうといってよい。そして、活性炭塔に併設して
後置する、例えば、０．２〜０．４μｍポアサイズを有
するメンブレンフィルタの目詰りを早期に生じさせてし
まい、フィルタの交換労力、交換コストが多大になる。
そのため、従来は活性炭塔内殺菌を、熱水や蒸気を用い
て定期的に行っている。

【０００４】熱水による殺菌法の例を図２に示す。被処
理水１の流入弁９及び処理水２の流出弁１０を開とし
て、採水処理を行っている活性炭塔３について、下記の
ように熱水殺菌を行う。弁１１、弁１２を開として、逆
洗ポンプ２０を起動し逆洗を行った後、活性炭層４、
砂、砂利の支持層５に上向流で系統水を利用して弁１
５、弁１６を開として、循環ポンプ６を起動する。そし
て熱交換器１８で蒸気１９を導入し、間接加温して４５
〜６０分間で、活性炭塔３の外壁の温度が８５℃〜９５
℃になるようにし、１〜２時間その温度を保持し殺菌す
る。保持工程後、弁１３、１５、１７を開とし、冷却用
水を導入し４５〜６０分間かけて徐々に冷却していく。

【０００５】この図２では、活性炭層４に上向流で熱水
を循環していくため、活性炭層が若干流動し、活性炭層
内に温度むらが生じにくいといわれる。熱水を下向流で
循環して殺菌する方法も行われている。熱水による殺菌
法は自動化が可能であるが、熱交換器による間接加熱で
あるため、熱効率が低く、配管系、活性炭塔における熱
損失も大きい。また、微生物の増殖抑制を充分にするた
めには、２〜３日毎のかなり高頻度の熱水殺菌処理が一
般的に必要となっている。

【０００６】また、蒸気を直接活性炭塔内に注入する蒸
気殺菌法も行われている。熱水殺菌法よりも１００℃以
上の高温が得られるため殺菌効果が高いといわれてい
る。しかし、蒸気殺菌法は自動化しにくく現在ほとんど
手動操作に頼っている現状である。また、殺菌操作に４
〜７時間と長時間かかり、その殺菌頻度が多いと多大の
労力を要するとともに、熱水殺菌と同様に高温による塔
構成材、活性炭、支持材のわれ、粉化、硬度の低下等の
劣化が生じ易くなる等の問題があるといわれる。

【０００７】一方、清涼飲料用原料水製造のため、原水
に１５〜２５ｍｇ／リットルの残留塩素となるように常
に塩素を注入するスーパークロリネーション法も行われ
ている。原水中の有機物、アンモニア、鉄、マンガン等
によって残留塩素が消費されても、殺菌上問題のない残
留塩素レベル条件にすることによって、微生物上の問題
をなくしている。そして、高濃度塩素を注入すると共
に、凝集沈殿装置に消石灰、塩化カルシウム、硫酸第１
鉄等を注入し、凝集反応、化学酸化反応を生起し、アル
カリ度、硬度等の水質調整及び塩素による有機物分解、
殺菌を行っている。

【０００８】次いで、生成したフロック等の懸濁物質を
砂ろ過で除去後、１５〜２５ｍｇ／リットルの残留塩素
を活性炭塔で除去している。活性炭塔では、この高濃度
の残留塩素を除くと共に、原水の有機物と塩素が反応し
て生成したトリハロメタン等の低分子有機化合物及び前
処理で除去できなかった異味、異臭成分も除去してい
る。

【０００９】しかしスーパークロリネーション法にも下
記の如き問題点がある。 活性炭の負荷となる残留塩素が採水時、逆洗時とも
に高濃度なため、活性炭の硬度低下、それに伴う摩耗粉
化が大きく、粉化したものが逆洗によって排出されるこ
とから充填量が減少していく割合が大きい。活性炭と残
留塩素の反応は下記の如く、活性炭が ２Ｃｌ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ＋ Ｃ（活性炭）→ ４ＨＣｌ＋ＣＯ
₂ 触媒的に分解していく反応といわれ、残留塩素の濃度が
高い程、又接触する積算水量が多い程、その分解粉化は
避けられない。

【００１０】 １５〜２５ｍｇ／リットルの残留塩素
を含む砂ろ過水を原水として採水及び逆洗を行ってい
る。この時活性炭層の殺菌がしやすいように活性炭の層
高を５００〜６００ｍｍ以上と低くしている。そのた
め、塔径が大きく塔高の低い構造となり設置面積が大き
くなるとともに、採水用のポンプと逆洗専用の高流量ポ
ンプが必要になっている。それ故逆洗１回当たりの排水
量も大きくなっている。 １５〜２５ｍｇ／リットルの残留塩素と濃度が高い
ため腐食対策を充分にする必要がある。

【００１１】一方活性炭塔をオゾンで殺菌する方法とし
て特開昭５９−１４５０８８号公報“活性炭ろ過装置の
殺菌方法”が提案されている。この方法では活性炭層を
下部から空気バブリングにより活性炭層を流動した状態
のところにオゾン２〜３ｍｇ／リットルを３０分程度接
触させている。しかしこの方法は下記の欠点を有してい
る。 （１）活性炭層を下部から空気バブリングで流動させる
ことによって活性炭同志の衝突によって摩耗粉化が水逆
洗よりも非常に大きい。通常活性炭塔においては空気バ
ブリングは行っていないのが実状である。

【００１２】（２）空気バブリング状態でオゾンを注入
するためオゾンが空気とともに活性炭層に有効に作用し
ないで大気に排出されてしまう。すなわち活性炭とオゾ
ンとの接触が効率的でないことから殺菌効果が充分でな
い。また、大気に排オゾンがでると有害であるので排オ
ゾン処理装置、オゾン濃度対策等を設けねばならない。 （３）次亜塩素酸ソーダ等の液体注入装置よりも高価な
オゾン発生装置を必要とする。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の種々の欠点を解消し、活性炭塔における活性炭
層、砂、砂利等の支持層、塔内壁及び付属する配管、弁
等における微生物を常温における適切な薬品殺菌によっ
て、安価に増殖を抑制し、殺菌できる方法を提供するこ
とを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、下向流で水を浄化処理する活性炭塔の
微生物を殺菌する方法において、 （ａ）定期的に浄化処理を停止して、塔下部から２〜３
０ｍｇ／リットルの高濃度の残留塩素を含む水を用いて
上向流で逆洗処理する工程、 （ｂ）次いで、活性炭塔上部の空間部にも、塔上部の注
水口より前記高濃度残留塩素を含む水を注入させる工
程、 （ｃ）そのまま塔内に高濃度残留塩素を含む水を存在さ
せた状態を保持する工程、 （ｄ）その後、塔内を洗浄した後、再び被処理水を処理
する工程、の（ａ）〜（ｄ）の工程で処理することとし
たものである。本発明は、スーパークロリネーション法
で行われている活性炭塔の運転状況の詳細な調査及び実
験から得られたものである。

【００１５】次に、本発明を詳細に説明する。本発明で
使用できる殺菌剤としては、一般的に使用され、かつ使
用しやすい次亜塩素酸ソーダが好適に利用できるが、残
留塩素を生じさせる高度サラシ粉、塩素ガスも利用で
き、またオゾンも利用できる。まず、被処理水の浄化処
理においては、活性炭塔入口水に常時殺菌剤を存在させ
るが、その殺菌剤としては、残留塩素では０．５〜２５
ｍｇ／リットル、好ましくは１〜１５ｍｇ／リットルで
あり、また残留オゾンでは０．５〜５ｍｇ／リットル、
好ましくは０．５〜１．５ｍｇ／リットルで存在させる
のがよい。残留塩素とオゾンは同時に共存させずに、ど
ちらかを用いる。活性炭塔入口までの前処理工程で殺菌
剤が注入されて、塔入口水として残留した濃度が前記の
値程度あればよい。殺菌剤としては、前記に限らず、殺
菌剤として機能し、活性炭自身で分解できるものであれ
ば利用でき、例えば二酸化塩素等でもよい。また、入口
水は殺菌剤によらないで、紫外線による殺菌方法を用い
て殺菌したものでもよい。

【００１６】次いで、上記浄化処理を停止して、本発明
の（ａ）〜（ｄ）の工程により処理を行う。（ａ）〜
（ｄ）の工程を説明する。 （ａ）逆洗時期の定期的とは、水温の高い夏期は、１日
２回から数日に１回の頻度、春、秋期は、１日１回から
１週間に１回の頻度、水温の低い冬期は、数日に１回か
ら２〜３週間に１回の頻度が好ましく、高濃度の残留塩
素として残留塩素２〜３０ｍｇ／リットル、好ましくは
５〜１５ｍｇ／リットルを含む活性炭塔入口水又は処理
水を用いて逆洗するのがよい。逆洗流速は０．３〜０．
４ｍ／ｍｉｎ、逆洗時間は〜１５分程度でよい。本工程
の目的は逆洗によって、捕捉した活性炭層中の濁質を除
去すると共に、主目的は活性炭塔下部の通常採水時は残
留塩素、又は残留オゾンがなくなり殺菌効果がなく微生
物が増殖している塔下部配管、弁類の部分、砂・砂利層
の支持層部、活性炭層部の殺菌である。

【００１７】（ｂ）ついで前記高濃度残留塩素を含む活
性炭塔入口水又は処理水を活性炭層より上部の空間部に
満水工程を兼ねて注入する。その１つの方法は活性炭塔
入口弁、塔頂部の空気抜弁を開として注入する方法であ
る。また、他の方法として活性炭表層近くに専用の注入
管を設ける方法、前記逆洗浄水とは別個に塔内に直接次
亜塩素酸ソーダ等を注入する方法である。

【００１８】（ｃ）、（ａ）（ｂ）工程の操作によって
活性炭塔の、塔下部、塔上部、配管、弁、支持層、空間
部には高濃度残留塩素がみたされることになる。この状
態を３０分以上、好ましくは運転上さしつかえない範囲
で長く保持するのがよい。特に週末の土、日は月曜日の
運転開始までそのまま保持しておくのが好ましい。ま
た、（ａ）（ｂ）工程の操作時はサンプル弁等のデッド
スペースとなりがちなところの手動弁も開閉し残留塩素
又はオゾンのあることを確認しておく。

【００１９】（ｄ）保持終了後は通常の洗浄を行った後
再び採水を開始する。本発明はこのように塔上下から高
濃度残留塩素を、塔上下配管、支持層、活性炭層、及び
活性炭層上部の空間部に注入し、保持することによって
微生物の増殖抑制を行うことを基本にしている。

【００２０】

【作用】給水施設の受水槽等に存在する汚染菌としての
水生の微生物は大半プロトモナス（Protomanas) 、シュ
ードモナス（Pseudomonas)、コリネフォーム（Corynefo
rm) 、フラボバクテリウム（Flavobacterium) 、アルカ
リジナス（Alcaligienus) 、ミクロコッカス（Micrococ
cus)、バチルス（Bacillus) 等であるといわれる。胞子
を形成するバチルス（Bacillus) を除くと残留塩素に対
する抵抗性はプロトモナス（Protomonus) が最も強く、
死滅させるには残留塩素０．５ｍｇ／リットルで３０
分、１ｍｇ／リットルで１５分といわれる。

【００２１】また多くの水生微生物は殺菌剤がないか、
少ないと給水系のタンク、配管等の表面に付着し、増殖
し、その菌体は莢膜や粘性物質を形成するのが多くスラ
イム、フロック状を呈することが観察される。そして菌
体表面の粘液層によって殺菌剤への抵抗性も増すと推定
されている。本発明の用途ではこのようなスライム、フ
ロックの形成は絶対に避けねばならない。

【００２２】それ故活性炭塔の前処理設備例えば〔原水
槽（受水槽）→ろ過設備→ろ過水槽〕等における原水中
の鉄、マンガン、アンモニア、有機物が配管系から発生
する鉄、及び処理操作中に殺菌剤が消失する危険を考慮
し、殺菌の安全性を高くするため、活性炭塔入口水で
０．５〜２５ｍｇ／リットルの殺菌剤、すなわち残留塩
素では好ましくは１〜１５ｍｇ／リットル、残留オゾン
では好ましくは０．５〜１．５ｍｇ／リットル程度にな
るようにしている。このような殺菌剤濃度を用いると、
採水時、活性炭塔入口側の配管、活性炭層上部の空間部
（フリーボード）等の構造上デッドスペースがないかぎ
り、ほとんど微生物の増殖は抑制できる。

【００２３】しかし、活性炭層中では採水時、殺菌剤が
分解しその効果がなくなる。そして前回の殺菌操作で生
き残った微生物が活性炭に吸着した有機物等を栄養源と
して再び増殖し始める。ところで前述の条件で採水をつ
づけ、処理水に微生物をある程度検出した時点、もしく
は定期的に、代表的には図１の処理フローを用いて表１
の例の如く本発明の（ａ）〜（ｄ）の操作を行うことに
よって処理水の微生物数を一定レベル以下に抑制でき
る。

【００２４】

【表１】

【００２５】活性炭塔中の微生物の存在状態は粒子表
面、微細孔内、あるいは塔壁、塔内のデッドスペースに
なり易すい部分（上下集水管、活性炭取出口、液がみた
されていない部分）等に付着しているものと思われるが
明確ではない。しかし表１のａ）〜ｄ）の工程を定期的
に行うことによって微生物を抑制できる各工程の役割は
次の如くであり、各役割が総合されて効果を発揮する。

【００２６】１）逆洗兼塔下部塩素張り 採水時、微生物が増殖していると思われる塔下部配
管、弁、支持層の殺菌ができる。 活性炭層は流動化
し、活性炭粒子が上下残留塩素と接触する機会が多い。
例えば、静置時層高で１０００ｍｍ程度までは逆洗水残
留塩素１５〜２０ｍｇ／リットル、逆洗流速０．３５〜
０．４ｍ／ｍｉｎで残留塩素が〜０．５ｍｇ／リットル
残留し殺菌効果がある。

【００２７】２）満水兼塔上部塩素張り 逆洗によって塔上部空間の残留塩素は０．０５ｍｇ
／リットル以下となっても、本工程によって再度通常採
水時よりも高濃度残留塩素を注入するので耐塩素性菌も
殺菌しやすい条件となる。 逆洗によって充分殺菌されず浮上分離してくる活性
炭に付着している微生物、もしくは粘液層を形成した菌
も殺菌しやすい。 満水となっておりデッドスペースがない。

【００２８】３）保持 充分殺菌できる保持時間（３０分以上）及び残留塩
素濃度としている。殺菌の効果はｐＨ条件、微生物存在
状態にもよるが一般的には〔保持時間×残留塩素濃度〕
に支配される。

【００２９】４）洗浄 逆洗時、残留塩素が低くなり充分殺菌できなかった
活性炭表層〜上層の粒径の比較的小さい活性炭粒子も空
間部内の高濃度残留塩素の下向流洗浄（採水と同一方
向）により殺菌される。表層から〜４００ｍｍ程度まで
残留塩素が残ることによって殺菌効果ができる。

【００３０】 の効果を向上させるため活性炭充填
層高が高い時、洗浄時も高濃度残留塩素水を通水するの
も効果がある。このようにすると表層から２００〜４０
０ｍ下までは残留塩素０．０５ｍｇ／リットル以上が維
持され殺菌効果が得られる。通常活性炭層の出口残留塩
素濃度が０．０２５〜０．０５ｍｇ／リットルとわずか
でも存在していると微生物増殖値が抑制されることが判
明している。

【００３１】以上述べた如く活性炭層の上下から高濃度
残留塩素を注入し、保持することを定期的に行うことに
よって、全体として微生物抑制効果が達成されるもので
ある。しかし本発明によっても充分殺菌できにくい、耐
塩素性菌及びバチルス（Bacillus) のような胞子形成菌
等の対策には本発明と、蒸気殺菌（１００℃以上）の数
ケ月毎の定期的殺菌を組み合わせることによって対応で
きる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。 実施例１ 図１に、本発明の方法に用いる装置の概略構成図を示
す。図１において、１は被処理水、２は処理水、３は活
性炭塔で、活性炭層４と支持層５を有し、２１は高温度
残留塩素を含む薬液を貯留するタンク、７、２２はポン
プ、８〜１７は弁である。

【００３３】この図１による本発明の操作を説明する
と、通常採水時は、流入弁９と流出弁１０が開となり、
被処理水はポンプ７により、活性炭塔に送られて処理さ
れ処理水２として排出される。そして、定期的に本発明
の工程（ａ）〜（ｄ）の処理が行われる。工程（ａ）の
逆洗処理は、弁９、１０を閉としてポンプ７、ポンプ２
２を駆動して弁１１と弁１３と弁１５を開とすることに
より、高濃度の残留塩素を含む水で活性炭塔を逆洗し、
塔下部に残留塩素を含む水を満す。

【００３４】工程（ｂ）の満水処理は、ポンプ７、２２
を駆動して弁９、弁１３、弁１６を開として、残留塩素
を含む水を活性炭塔３の上部に満す。手動サンプル弁
８、１７は各工程時に開閉し、残留濃度を確認するのに
用いる。そして、活性炭塔が残留塩素を含む水で満され
た状態を保持するのが工程（ｃ）である。次いで弁９、
弁１４を開としてポンプ７を駆動し、被処理水を導入し
て塔内を洗浄する（ｄ）工程となる。これらの操作条件
は前記表１に記載されている。

【００３５】上記のような処理工程にしたがって、活性
炭塔入口水として、河川水の凝集沈殿ろ過水（例１〜例
４、水温２０〜２２℃）及び井水（例５〜例２３、水温
１６〜１８℃）について処理した。週末の土、日は約４
０時間保持している。採水流速は、例１〜７はＳＶ２
０、例８〜例２３はＳＶ１０である。その他の条件は表
２に示され、また、その結果も表２に示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【発明の効果】上記のように、本発明を構成する工程、
手段は簡単であり、高濃度残留塩素を得るための次亜塩
素酸ソーダ液塔の注入機能を既設装置に追設するだけ
で、十分な微生物増殖抑制効果が得られる。また、被処
理水中に２〜５ｍｇ／リットル程度以上の、例えば残留
塩素がある場合には、この被処理水を用いて行っても、
同様の効果が得られる。 更に、本発明を１００℃以上の
高温殺菌（蒸気殺菌）と組合せることによって、微生物
の増殖抑制は一段と充分なものとなろう。この時の蒸気
殺菌の頻度は蒸気殺菌のみを行う場合より大巾に少なく
なり、多くとも３〜６０日毎となろう。更に、また、上
記組合せは９０℃熱水殺菌を２〜３日毎に繰り返す低温
殺菌方法よりも省エネルギ化、低コスト化が達成され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための装置の概略構成
図。

【図２】従来の熱水殺菌法の装置の概略構成図。

【符号の説明】

１：被処理水、２：処理水、３：活性炭塔、４：活性炭
層、５：支持層、６、７、２０、２２：ポンプ、８〜１
７：弁、１８：熱交換器、１９：蒸気、２０：残留塩素
を含む水の貯留タンク。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下向流で水を浄化処理する活性炭塔の微
   生物を殺菌する方法において、 （ａ）定期的に浄化処理を停止して、塔下部から２〜３
   ０ｍｇ／リットルの高濃度の残留塩素を含む水を用いて
   上向流で逆洗処理する工程、 （ｂ）次いで、活性炭塔上部の空間部にも、塔上部の注
   水口より前記高濃度残留塩素を含む水を注入させる工
   程、 （ｃ）そのまま塔内に高濃度残留塩素を含む水を存在さ
   せた状態を保持する工程、 （ｄ）その後、塔内を洗浄した後、再び被処理水を処理
   する工程、 の（ａ）〜（ｄ）の工程で処理することを特徴とする活
   性炭塔の微生物の殺菌方法。