JP5794789B2 - 排水滅菌システム - Google Patents

Description

本発明は、バイオハザード施設等から排出される排水を高温高圧で滅菌処理するための排水滅菌システムに関するものである。

遺伝子組み換え植物工場などバイオハザード施設や医療施設、動物などを扱う実験研究施設、食品・医療品施設から排出される排水中には、遺伝子組み換え植物片や遺伝子組み換え細胞、病原菌、動植物細胞等の各種汚染源が活性状態のまま含んでいる。これらの活性状態の汚染源を含んだ排水の外部への漏出を防止するためには、各種汚染源を滅菌処理して外部に排水する必要がある。

この排水の滅菌処理は、特許文献１に示されるように、培養液等の排水をフィルタを通して植物片や細胞を捕捉して排水し、その後植物片や細胞を捕捉したフィルタに高温・高圧の蒸気を供給して植物片や細胞を不活化して滅菌処理することが提案されている。しかし、フィルタで植物片や細胞を捕捉するためには、フィルタサイズの問題があり、また高温高圧の蒸気をフィルタに供給すると、滅菌後に蒸気がドレンとして大量に発生してしまう問題がある。

特許文献２は、排水を密閉タンク内に導入し、密閉タンク内を高温高圧に保って排水を直接滅菌処理するもので、各種汚染された排水中に含まれる汚染源を排水毎処理するため、より安全な滅菌処理システムとすることが可能である。

この滅菌処理システムを図２により説明する。

図２の滅菌処理システムは、植物工場などからの培養液などの排水を貯留する排水タンク４０と、排水タンク４０内の排水を真空吸引し、これを高温高圧で滅菌処理する密閉タンク４１と、密閉タンク４１内を真空引きする水封式真空ポンプ４２とから主に構成される。

ここで排水タンク４０は、ハザード管理区域内の植物工場内に設けられ、また密閉タンク４１と水封式真空ポンプ４２とは、植物工場と仕切られ、同じくハザード管理区域内の機械室に設けられている。

この滅菌処理システムにおいては、排水タンク４０内の排水を密閉タンク４１に吸引する吸引ライン４３の開閉弁４４を閉じると共に密閉タンク４１の排水ライン４５の開閉弁４６を閉じ、水封式真空ポンプ４２を駆動して密閉タンク４１内を真空引きする。この真空引きの際に、水道水等の給水を給水ライン４７から水封式真空ポンプ４２に供給し、水封式真空ポンプ４２の真空シール、回転部の潤滑、摺動部の冷却を行い、密閉タンク４１内の空気を吸引し、これを、水封式真空ポンプ４２下流側の給水ライン４７から給水と共に排水ライン４５に排水する。

密閉タンク４１を真空引きした後、開閉弁４４を開くことで、排水タンク４０内の排水が密閉タンク４１に吸引され、その後開閉弁４４を閉じ、ヒータ４８にて密閉タンク４１内の排水を１２１℃（約０．２ＭＰａ）に加熱して高温高圧状態とし、これを約２０分間保つことで、排水中の汚染源が滅菌処理される。滅菌処理後は、排水ライン４５の開閉弁４６を開くことで、密閉タンク４１内の排水が排出される。この際、排水は高温のため、給水ライン４７から分岐した冷水ライン４９から冷水（水道水）を排水ライン４５に供給し、排水の温度を、一般排水系に流してもよい耐熱温度以下（例えば６０℃以下）に下げて排水を行う。

滅菌処理後の密閉タンク４１内の排水は、自身の圧力で排出されるが、排出と共に密閉タンク４１内が負圧となるため、空気導入弁５０を開いて密閉タンク４１内に空気を導入して排出する。滅菌処理後の排水を排水した後は、再度水封式真空ポンプ４２で真空引きして上述のように滅菌処理を行う。

この排水滅菌システムにおいては、排水を直接高温高圧にするため、フィルタで除去できない、フィルタ孔径以下の汚染源も滅菌処理することができる。

特開２０１０−１６６８３０号公報 特開２００８−２００５６４号公報

しかしながら、密閉タンク４１内をヒータ４８で高温高圧にするため、その加熱のためのエネルギーが大きい。また真空引きの際には、６０Ｌの密閉タンク４１を真空引きし、水封式真空ポンプ４２を１０分間駆動するとした場合、その間に３０Ｌの水道水を給水する必要がある。また、密閉タンク４１内に導入する空気は、機械室内の空気であるが、機械室内の空気に汚染源が含まれている場合には、真空引きの際に、汚染源を含んだ空気が給水と共に排水ライン４５に漏出してしまう問題がある。さらに滅菌処理後に密閉タンク４１で１２１℃に加熱された排水を、一般排水系に流すためには、一般排水系の耐熱温度以下にする必要があり、１０分かけて、例えば６０℃以下に排水するとした場合には、冷水ライン４９から、４００Ｌもの多量の水道水を供給しなければならない問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、加熱エネルギーと使用水量を削減でき、しかも真空排気の際の空気中に含まれる汚染源の漏出を防止できる排水滅菌システムを提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、排水タンク内の排水を、真空引きして密閉タンク内に導入した後、その密閉タンク内の排水を高温高圧に保って排水を滅菌する排水滅菌システムにおいて、前記密閉タンクに水封式真空ポンプを接続し、前記密閉タンクに、排水ラインを介して滅菌処理後の処理水を貯留する貯留タンクを接続し、前記排水ラインに滅菌処理後の処理水と前記排水タンク内の排水と熱交換する排水加熱用熱交換器を接続し、前記貯留タンクに、その貯留タンク内の前記処理水を、前記水封式真空ポンプに供給循環する処理水循環ラインを接続してなり、前記貯留タンクには、上端が貯留タンク内の上部に開口すると共に貯留タンクの下部から外部に延びた放水ラインが接続され、その放水ラインの上端に形成される気相部と前記密閉タンクとが、空気給排ラインで接続されることを特徴とする排水滅菌システムである。

請求項２の発明は、排水タンク内の排水を、真空引きして密閉タンク内に導入した後、その密閉タンク内の排水を高温高圧に保って排水を滅菌する排水滅菌システムにおいて、前記密閉タンクに水封式真空ポンプを接続し、前記密閉タンクに、排水ラインを介して滅菌処理後の処理水を貯留する貯留タンクを接続し、前記排水ラインに滅菌処理後の処理水と前記排水タンク内の排水と熱交換する排水加熱用熱交換器を接続し、前記貯留タンクに、その貯留タンク内の前記処理水を、前記水封式真空ポンプに供給循環する処理水循環ラインを接続してなり、前記貯留タンクから前記水封式真空ポンプに至る処理水循環ラインと前記排水加熱用熱交換器の上流側の排水ライン間に、前記貯留タンク内の処理水を、前記排水ラインを介して前記排水加熱用熱交換器に供給循環する熱回収ラインが接続されることを特徴とする排水滅菌システムである。

請求項３の発明は、前記貯留タンクは密閉型に形成され、前記密閉タンクに対して５〜１０倍の容積に形成される請求項１又は２に記載の排水滅菌システムである。

請求項４の発明は、前記排水タンクは、前記密閉タンクに対して３〜６倍の容積に形成され、その排水タンクに、前記排水加熱用熱交換器に排水を供給循環する排水加熱用循環ラインが接続される請求項１〜３のいずれかに記載の排水滅菌システムである。

請求項５の発明は、前記排水加熱用熱交換器の下流側の排水ラインには、培養液などの供給液を加温する加温用熱交換器が接続される請求項１〜４のいずれかに記載の排水滅菌システムである。

本発明は、密閉タンク内を水封式真空ポンプで真空引きし、その密閉タンク内に排水を導入して高温高圧にして滅菌処理する際に、貯留タンクの処理水を水封式真空ポンプに供給循環することで、水道水等の給水量を削減できる。また密閉タンクから滅菌処理後の処理水を貯留タンクに排水する際に、処理前の排水タンク内の排水と熱交換してその熱を回収することで加熱エネルギーを削減できると共に、処理水を冷却するための水道水等の給水量を削減することができるという優れた効果を発揮する。

本発明の一実施の形態を示す図である。 従来例を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の排水滅菌システムの一実施の形態を示す図である。

図１において、１０は、遺伝子組み換え植物工場や医療施設などハザード管理区域に設けられ、遺伝子組み換え植物工場などで使用された使用済の培養液、医療施設などで蒸気殺菌後のドレン水などの排水（被滅菌水）Ｗｄを貯留する排水タンクであり、図では示していないが外周に断熱材が貼り付けられ高断熱性の排水タンク１０とされる。排水タンク１０には、ライン１１から排水Ｗｄが、連続的に或いは間欠的に供給され、これを貯留するようになっている。この排水Ｗｄは、排水タンク１０に貯留する際に、排水中に含まれる粒径１００μｍ以上の大きな汚染源は、予めフィルタで取り除かれている。

排水タンク１０には、吸引ライン１２が接続される。吸引ライン１２の吸込口は、排水タンク１０内の排水Ｗｄ内に位置するよう設けられ、排水タンク１０が設けられた工場内などから、図示の二点線で囲ったハザード管理区域である機械室ＭＲに延出されて密閉タンク１３に接続される。なお排水タンク１０は、植物工場などのハザード管理区域に設ける他に機械室ＭＲに設けられてもよい。

密閉タンク１３は、排水ライン１４を介して貯留タンク１５に接続される。貯留タンク１５は、排水タンク１０と同様に断熱材が貼り付けられ高断熱性の貯留タンク１５とされる。

吸引ライン１２には入口側開閉弁１６が接続され、排水ライン１４には出口側開閉弁１７が接続される。排水タンク１０は、密閉タンク１３に対して３〜６倍の容積に形成され、貯留タンク１５は、密閉タンクに対して５〜１０倍の容積に形成される。

密閉タンク１３には、導入した排水Ｗｄを１２１℃以上に加熱するヒータ１８が設けられる。また密閉タンク１３には密閉タンク１３内を真空引きする水封式真空ポンプ２０が吸入ライン１９を介して接続される。水封式真空ポンプ２０は、円型ケーシング２０ｃ内にインペラ２０ｉを偏芯させて設けて構成される。

この水封式真空ポンプ２０には、貯留タンク１５内の滅菌後の処理水Ｗｔを供給循環する処理水循環ライン２１が接続される。処理水循環ライン２１は、貯留タンク１５と水封式真空ポンプ２０を結ぶ上流側循環ライン２１ａと水封式真空ポンプ２０と排水ライン１４に接続された下流側循環ライン２１ｂとからなり、上流側循環ライン２１ａに処理水循環ポンプ２２が接続され、下流側循環ライン２１ｂにポンプ用開閉弁２３が接続される。

出口側開閉弁１７の下流側の排水ライン１４には、排水タンク１０内の排水Ｗｄを加熱する排水加熱用熱交換器２４が接続されると共に培養液を加温する加温用熱交換器２５が接続される。

排水タンク１０と排水加熱用熱交換器２４とは、排水タンク１０内の排水Ｗｄを、排水加熱用熱交換器２４に供給循環する排水循環ポンプ２６を有する排水循環ライン２７が接続される。また培養液タンク２８と加温用熱交換器２５とは、培養液タンク２８内の培養液を加温用熱交換器２５に供給循環する培養液循環ポンプ２９を有する培養液循環ライン３０が接続される。

貯留タンク１５は、密閉型に形成され、排水ライン１４の下端１４ａは、貯留タンク１５内の処理水Ｗｔ内に浸るように設けられる。貯留タンク１５には、上端３１ａが貯留タンク１５内の上部に開口すると共に貯留タンク１５の下部から延出されると共に機械室ＭＲから外部に延出された放水ライン３１が接続される。放水ライン３１の上端３１ａの上部に形成される気相部１５ｇと密閉タンク１３とが、空気給排ライン３２で接続され、その空気給排ライン３２に給排用開閉弁３３が接続される。また、放水ライン３１には、気相部１５内の空気が、放水ライン３１を通して排出されないようにＵ字状に形成された水封部３１ｓが形成される。

加温用熱交換器２５の下流側排水ライン１４には、貯留タンク１５内に水道水等を給水する給水ライン３４が接続され、その給水ライン３４に給水弁３５が接続される。

貯留タンク１５には、処理水Ｗｔの温度を検出する温度計３６が設けられる。処理水循環ライン２１の上流側循環ライン２１ａには、その上流側循環ライン２１ａから分岐し、処理水を排水加熱用熱交換器２４に供給循環する熱回収ライン３７が接続され、その熱回収ライン３７に熱回収用開閉弁３８が接続される。この熱回収用開閉弁３８は、温度計３６の検出値で開閉制御されると共に、温度計３６の検出値で排水循環ポンプ２６と培養液循環ポンプ２９とが駆動制御されるようになっている。

次に、排水Ｗｄの滅菌処理を説明する。

先ず、入口側開閉弁１６と出口側開閉弁１７が閉じられた状態で、密閉タンク１３内が、水封式真空ポンプ２０により真空引きされる。

水封式真空ポンプ２０による真空引きは、円型ケーシング２０ｃ内のインペラ２０ｉが回転駆動されることで、貯留タンク１５内の処理水Ｗｔが上流側循環ライン２１ａを介して円型ケーシング２０ｃ内に導入され、その処理水がインペラ２０ｉで回転され、円型ケーシング２０ｃ内で遠心力により円環状となり、インペラ２０ｉの円型ケーシング２０ｃの側壁に形成した吸気口から吸入ライン１９を介して密閉タンク１３内の空気が吸引され、排気口から吸引した空気を処理水Ｗｔと共に下流側循環ライン２１ｂを介して貯留タンク１５に排出される。貯留タンク１５内では処理水Ｗｔと空気が分離され、空気が気相部１５ｇ内に溜まる。

この真空引きは、１０分程度行い、処理水量は、３０Ｌとなるが、貯留タンク１５内の処理水Ｗｔを循環して用いるため、水道水等を多量に消費することを防止できる。

密閉タンク１３内を真空引きした後は、水封式真空ポンプ２０と処理水循環ポンプ２２を停止し、入口側開閉弁１６を開く。これにより排水タンク１０内の排水Ｗｄが吸引ライン１２を介して密閉タンク１３内に導入される。

密閉タンク１３内に排水Ｗｄを導入した後、再度入口側開閉弁１６を閉じ、ヒータ１８にて排水Ｗｄを１２１℃に加熱する。加熱により密閉タンク１３は、飽和水蒸気圧（約０．２ＭＰａ）まで上昇し、この高温高圧状態を２０分程度維持することで、排水中の植物片や細胞などの汚染源が不活化されて滅菌される。

滅菌後、出口側開閉弁１７を開くことで、密閉タンク１３内の圧力により、排水ライン１４を介して貯留タンク１５に排水する。この際、排水循環ポンプ２６を駆動し、排水循環ライン２７にて排水タンク１０内の排水Ｗｄを排水加熱用熱交換器２４に流すことで、排水ライン１４を流れる滅菌処理後の処理水Ｗｔと熱交換し、その熱が高断熱性の排水タンク１０内に回収される。

密閉タンク１３内の滅菌処理後の処理水Ｗｔが貯留タンク１５内に全て排出された後は、出口側開閉弁１７を閉じ、密閉タンク１３内を、水封式真空ポンプ２０により再度真空引きする。

この際、貯留タンク１５の処理水Ｗｔの温度が温度計３６にて検出され、貯留タンク１５内の処理水Ｗｔの温度が高い場合には、水封式真空ポンプ２０で真空引きする前に、或いは真空引きと同時に処理水循環ポンプ２２を駆動し、熱回収用開閉弁３８を開として、上流側循環ライン２１ａから熱回収ライン３７を介して排水ライン１４に処理水Ｗｔを流すことで、排水加熱用熱交換器２４で、排水タンク１０の排水Ｗｄを加熱して、さらに熱回収することができる。

このように密閉タンク１３から排出される高温の処理水の熱を、処理前の排水に熱回収することで、密閉タンク１３に導入される排水温度を常温より十分高く（６０〜８０℃程度）できるため、ヒータ１８での加熱エネルギーを削減することができる。

また上述したように密閉タンク１３を真空引きした後、密閉タンク１３内に導入された排水Ｗｄをヒータ１８で高温高圧で処理している間に、培養液循環ポンプ２９を駆動し、培養液循環ライン３０にて培養液を加温用熱交換器２５に供給循環することで、培養液を加温することで、さらなる熱回収が行える。

この熱回収において排水タンク１０の容積は、密閉タンク１３の容積に対して３〜６倍の容積に形成されており、密閉タンク１３内で１２１℃に加熱された処理水Ｗｔの熱を、排水タンク１０内の排水Ｗｄで回収しても、排水Ｗｄの温度は、６０〜８０℃程度であり過度に上昇することはない。

また、貯留タンク１５では、水封式真空ポンプ２０で真空引き時に密閉タンク１３内の空気が、気相部１５ｇに溜まるが、貯留タンク１５は密閉タンク１３の容積に対して５〜１０倍にされ、気相部１５ｇの容積も密閉タンク１３の容積の約２倍程度あるため、真空引きが支障なく行える。

高温高圧で滅菌処理後の処理水Ｗｔは、密閉タンク１３の圧力で、貯留タンク１５に排出されるが、密閉タンク１３内の圧力が排出とともに下がり、貯留タンク１５の気相部１５ｇの圧力と同じとなった後は、空気給排ライン３２の給排用開閉弁３３を開くことで、密閉タンク１３内の処理水Ｗｔは、重力で貯留タンク１５に流下し、同時に気相部１５ｇの空気が空気給排ライン３２を介して密閉タンク１３内に導入される。密閉タンク１３と貯留タンク１５とは共に密閉型であり、空気は、密閉タンク１３と貯留タンク１５を移動するだけであり、機械室ＭＲから取り込んだ空気中に汚染源が含まれていても外部に漏出することはない。

貯留タンク１５内の処理水Ｗｔの液面が、放水ライン３１の上端３１ａより上昇した際には、処理水Ｗｔは、機械室ＭＲから放水ライン３１より外部に排出される。

なお、滅菌処理前は、貯留タンク１５内は空であるため、給水ライン３４から水道水等を給水しておく。また貯留タンク１５から放水ライン３１を介して処理水Ｗｔを外部に排出する際に、その処理水Ｗｔの温度が、過度に高い場合には、温度計３６でこれを検出して貯留タンク１５に適宜給水を行う。

１０ 排水タンク
１３ 密閉タンク
１４ 排水ライン
１５ 貯留タンク
２０ 水封式真空ポンプ
２１ 処理水循環ライン
２４ 排水加熱用熱交換器

Claims (5)

1. 排水タンク内の排水を、真空引きして密閉タンク内に導入した後、その密閉タンク内の排水を高温高圧に保って排水を滅菌する排水滅菌システムにおいて、前記密閉タンクに水封式真空ポンプを接続し、前記密閉タンクに、排水ラインを介して滅菌処理後の処理水を貯留する貯留タンクを接続し、前記排水ラインに滅菌処理後の処理水と前記排水タンク内の排水と熱交換する排水加熱用熱交換器を接続し、前記貯留タンクに、その貯留タンク内の前記処理水を、前記水封式真空ポンプに供給循環する処理水循環ラインを接続してなり、
   前記貯留タンクには、上端が貯留タンク内の上部に開口すると共に貯留タンクの下部から外部に延びた放水ラインが接続され、その放水ラインの上端に形成される気相部と前記密閉タンクとが、空気給排ラインで接続されることを特徴とする排水滅菌システム。
2. 排水タンク内の排水を、真空引きして密閉タンク内に導入した後、その密閉タンク内の排水を高温高圧に保って排水を滅菌する排水滅菌システムにおいて、前記密閉タンクに水封式真空ポンプを接続し、前記密閉タンクに、排水ラインを介して滅菌処理後の処理水を貯留する貯留タンクを接続し、前記排水ラインに滅菌処理後の処理水と前記排水タンク内の排水と熱交換する排水加熱用熱交換器を接続し、前記貯留タンクに、その貯留タンク内の前記処理水を、前記水封式真空ポンプに供給循環する処理水循環ラインを接続してなり、
   前記貯留タンクから前記水封式真空ポンプに至る処理水循環ラインと前記排水加熱用熱交換器の上流側の排水ライン間に、前記貯留タンク内の処理水を、前記排水ラインを介して前記排水加熱用熱交換器に供給循環する熱回収ラインが接続されることを特徴とする排水滅菌システム。
3. 前記貯留タンクは密閉型に形成され、前記密閉タンクに対して５〜１０倍の容積に形成される請求項１又は２に記載の排水滅菌システム。
4. 前記排水タンクは、前記密閉タンクに対して３〜６倍の容積に形成され、その排水タンクに、前記排水加熱用熱交換器に排水を供給循環する排水加熱用循環ラインが接続される請求項１〜３のいずれかに記載の排水滅菌システム。
5. 前記排水加熱用熱交換器の下流側の排水ラインには、培養液などの供給液を加温する加温用熱交換器が接続される請求項１〜４のいずれかに記載の排水滅菌システム。

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