JPH0577479B2

JPH0577479B2 -

Info

Publication number: JPH0577479B2
Application number: JP2168271A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Sasaki; Takayuki Saito; Juko Shichimori
Original assignee: Ebara Research Co Ltd; Ebara Infilco Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1993-10-26
Also published as: JPH0461984A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、医薬、食品分野の用水処理に用いら
れる活性炭の静菌方法に関するものである。〔従来の技術〕活性炭は、液相中の有機物・臭気成分を吸着除
去するためばかりでなく、残留塩素、オゾン等の
酸化剤の分解除去などに広く用いられている。しかし異臭味成分の除去を目的とした家庭用浄
水器に代表されるように、水処理用の活性炭で
は、使用期間が長くなるに従つて、たとえ活性炭
の吸着能力がまだ充分あつたとしても、バクテリ
アが活性炭層で繁殖し思わぬトラブルを引き起こ
す例もある。特に食品工業や清涼飲料工業等で
は、プロセス用水中の有機物や異臭味成分を除去
するために、活性炭を使用している例が見られる
が、運転管理によつては活性炭がバクテリアの温
床となる恐れがあり、製品に重大な損失を与える
ことにもなりかねない。活性炭の殺菌あるいは静菌方法としては、従来
以下の方法が用いられている。１加熱殺菌方法（蒸気あるいは熱水による。）２銀担持静菌方法３全量交換方法４ PH制御静菌方法〔発明が解決しようとする課題〕蒸気や熱水を用いる加熱殺菌方法は、まず設備
が大掛かりとなるため、多量の活性炭を殺菌処理
する場合に有効であるが、比較的少量の活性炭を
殺菌処理する場合では経済的に不利である。更
に、運転管理によつては耐熱性菌が繁殖する場合
もある。また、熱殺菌法は定置殺菌法であり、通
水時における菌の繁殖は制御できない。通水時における菌の繁殖を制御する静菌方法に
は、銀を活性炭に担持させる方法と、活性炭の前
段で酸を加えるか、カチオン交換樹脂を通してPH
を２〜４程度に制御する方法がある。銀担持方法
は、厚生省の調査結果で明らかなように静菌効果
はあまり期待できないばかりでなく、銀が溶出す
る問題がある。 PHを２〜４に制御する方法は、細菌類の繁殖は
防止できる反面、低PH域で生育するカビ等の真菌
類が繁殖する場合があり、食品、医薬などの用水
としては好ましくない。また、PH制御方法は、酸
及び中和用のアルカリ剤の注入、制御設備が必要
であり、イニシヤルコスト、維持管理などの面で
不利である。このため活性炭の使用量が比較的少
量である場合には、活性炭を定期的に全量交換す
ることで対処していた。以上のごとく、従来の技術では、経済的にも不
利であり、かつ殺菌効果が充分期待できるもので
はなく、特に通水時における菌の繁殖を防止でき
る静菌方法に関して積極的な検討がされていな
い。そこで本発明は、通水時の活性炭における微生
物の繁殖を防止して静菌状態を達成でき、しかも
経済的な処理方法を提供することを課題とする。〔課題を解決するための手段〕上記の課題を解決するために、本発明では、原
水を活性炭に通して処理する工程において、活性
炭塔の前段に酸化系殺菌剤を注入し、活性炭塔出
口における処理水中に前記酸化系殺菌剤が残留す
るように酸化系殺菌剤の残留濃度を制御すること
を特徴とする活性炭の静菌方法としたものであ
る。本発明の方法において使用する酸化系殺菌剤と
しては、液相の脱色、脱臭に用いられるオゾン、
除鉄・除マンガンやアンモニア性窒素除去に用い
られる無機塩素剤の次亜塩素酸塩（次亜塩素酸ナ
トリウム、次亜塩素酸カルシウムなど）、塩素ガ
ス、二酸化塩素など従来より水処理用薬剤として
利用され、細菌類、真菌剤、ウイルスなど広く微
生物に抗菌作用を持つ殺菌剤がよい。活性炭塔の前段で注入する酸化系殺菌剤の濃度
は、原水水質に応じて任意でもよいが、好ましく
は活性炭塔入口で、無機塩素剤を使用する場合は
遊離塩素濃度で６±２mg／、オゾンを使用する
場合、その溶存濃度は２±１mg／程度がよい。ここで、遊離塩素濃度とは、単体塩素、次亜塩
素酸、次亜塩素酸イオン等の遊離型有効塩素の濃
度を意味し、具体的な遊離塩素の測定法として
は、ジエチル−ｐ−フエニレンジアミン法
（DPD法）等が挙げられる。酸化系殺菌剤を原水に注入する方法は、特に、
制限なく活性炭塔入口で該所定の濃度が得られれ
ばよく、原水の活性炭塔通水の直前に注入しても
原水通水前に注入して所定原水量を貯留・保持し
て後通水してもよい。活性炭塔出口における処理水中に酸化系殺菌剤
が残留するようにし、その残留濃度は、静菌作用
を発揮させるため、無機塩素剤を使用した場合は
残留遊離塩素濃度で0.05mg／以上、オゾンを使
用した場合は、その残留溶存濃度は0.01mg／以
上あればよい。また、食品、医薬品分野の場合、
活性炭処理水への酸化系殺菌剤の残留濃度が高い
と製品の劣化をまねく恐れがあり、好ましくは残
留遊離塩素濃度は0.05〜0.10mg／、残留オゾン
濃度は0.01〜0.04mg／の範囲がよい。尚、処理
水の使用目的に応じて所望により、これら処理水
は塩素、オゾン等を除去する他の処理工程へ導い
てもよい。活性炭塔出口における酸化系殺菌剤の残留濃度
は、活性炭への通水速度と酸化系殺菌剤の注入濃
度で制御、維持する。活性炭による酸化系殺菌剤の除去性能は、通水
速度と酸化系殺菌剤の注入濃度に比例する。ま
た、活性炭の除去性能は、活性炭自体が酸化系殺
菌剤を分解除去する反応により劣化したり、活性
炭のマクロポアーが原水に含まれるSS成分等に
よつて閉塞することにより経日的に低下するなど
により変動する。活性炭塔出口の酸化系殺菌剤の残留濃度を上述
の範囲内に制御、維持する手段としては、例え
ば、活性炭塔における通水速度を制御し、または
活性炭塔入口の酸化系殺菌剤注入量を制御し、あ
るいはこれらの両方を制御し、活性炭塔出口の残
留濃度は、残留濃度を測定し、その値に基づいて
通水速度及び／又は前段の注入量を変化させて制
御、維持するのがよい。この内、通水速度を調整
して残留濃度を制御維持するのが好ましい。本発明は、食品工業等のプロセス用水を得るた
め、原水を活性炭に通して処理する工程におい
て、従来より原水に添加されている水処理薬剤で
広い抗菌スペクトルをもつオゾン、無機塩素剤を
活性炭塔出口に一定量残留するよう制御すること
で、従来技術のように大幅な付帯設備を設けるこ
となく、通水時の活性炭における細菌類、真菌類
などの微生物を静菌する方法を提供するものであ
る。〔作用〕本発明を処理工程順に説明すれば、原水を活性
炭に通じて処理する工程において、まず活性炭塔
の前段で酸化系殺菌剤を注入する。ここで注入す
る酸化系殺菌剤としては、従来より水処理薬剤と
して広く利用され、殺菌効果と水質改善効果、例
えば色度、異臭味、アンモニア性窒素の除去、除
鉄、除マンガンなどの効力を兼ね備え、更に有機
系殺菌剤のように活性炭の有機物吸着能を低下さ
せることがなく、活性炭で分解除去できる無機系
の塩素殺菌剤、オゾン等がよい。活性炭の前段での酸化系殺菌剤注入濃度は、任
意でもよいが、殺菌剤の殺菌効果を充分に発揮さ
せ、かつ活性炭塔出口に一定量を残留させるため
には、上述の通り無機塩素剤であれば遊離塩素と
して６±２mg／、オゾンでは２±１mg／が好
ましい。通常、用水処理に用いられる無機塩素殺菌剤の
使用濃度範囲における殺菌効果は、遊離塩素濃度
５〜７mg／前後で限界に達し、それ以上に濃度
を上げても大差は得られない。仮に、高濃度にし
た場合は、活性炭の劣化が早まり、活性炭の寿命
が短縮することにより、交換頻度の増加をまねき
好ましくない。また活性炭による脱塩素反応は、
塩素を分解する際に活性炭自身も分解して微粉末
炭を発生し、逆洗水量、通水開始時の捨て水量の
増加をまねき、更には処理水への微粉炭流出をま
ねく恐れがある。このように活性炭塔の前段で必
要以上に酸化系殺菌剤を注入することは、コス
ト、水質の両面から好ましくない。ただし活性炭の有機物除去能、脱色・脱臭性能
などを上げる場合、通水速度をSV5〜10h^-1程度
にすることがある。この場合は通水速度を低下さ
せることにより酸化系殺菌剤の除去量が上昇する
ため、先の注入濃度範囲では、活性炭塔出口残留
濃度を所定量に維持できなくなる。このような場
合は、例外的に過剰注入が必要となる。先に述べたごとく、酸化系殺菌剤のオゾンや無
機塩素剤は、活性炭表面で接触分解される。活性
炭での微生物の繁殖は、微生物の生育を抑制する
殺菌剤が活性炭の除去作用により消失し、活性炭
層内に微生物が生育できる部分ができるためであ
ることは経験的に知られている。従来、食品工業
等のプロセス用水では無菌性が高く、かつ製品に
悪影響を与えない水が要求され、酸化系殺菌剤、
主に無機塩素殺菌剤で充分に殺菌したのち、活性
炭を用いて酸化系殺菌剤を完全に除去した水を利
用してきた。そのために活性炭で微生物が再繁殖
し、しばしばトラブルの原因となつてきた。発明者は、この活性炭における酸化系殺菌剤の
除去と微生物の再繁殖現象について鋭意、検討を
加えた結果、活性炭層出口に一定量の酸化系殺菌
剤を残留させることにより再繁殖を完全に防止で
きることを認めた。ここで活性炭塔出口に残留させる酸化系殺菌剤
濃度は、無機塩素剤であれば残留遊離塩素で0.05
mg／以上であり、オゾンは0.01mg／以上であ
る。殺菌剤による抗菌作用は、その濃度により静
菌作用、殺菌作用に区別され、濃度が高くなるほ
ど、その効果は通常、上昇する。しかし活性炭に
おける再繁殖防止効果、即ち、静菌効果は、活性
炭塔出口の残留濃度が上述の一定量を越えても大
差がないことが分かつた。従来、生物学分野における酸化系殺菌剤の静
菌・殺菌作用に関する知見では、給水設備の静菌
作用の発現濃度域は、水道法の残留塩素濃度の規
定に見られるように0.1mg／以上とされており、
給水設備の細菌数を調査した報告では、0.1mg／
以下の高架水槽で最高2.0〜5.1×10⁴個／10mlの
菌を検出しており、0.1mg／以下での静菌効果
は認めにくく、0.1mg／でも不充分とする報告
が多い。本発明における活性炭の静菌作用が残留遊離塩
素濃度において0.05mg／より充分に認められる
原因は、次のように考えられる。活性炭に流入する原水中の微生物は、活性炭の
前段で充分量の酸化系殺菌剤、例えば、遊離塩素
として６±２mg／と接触し、大半が死滅ないし
は極めて激しい損傷を受け、生残菌の増殖速度は
沈滞する。損傷を受けた菌は、正常な菌に比べ殺
菌剤に対する感受性が高くなり、活性炭塔出口の
残留遊離塩素濃度が0.05mg／でも充分に静菌作
用が認められるようになる。また、酸化系殺菌剤
は、菌が壁面に付着する際、接着剤の役割をにな
う菌体外粘性物質を変質させ、活性炭への付着率
は大幅に低下する。仮に活性炭に付着できたとし
ても、増殖速度が沈滞しているため、すぐさま増
殖して活性炭への付着力を強化することが出来
ず、正常な菌が付着した場合に比べ、水の流れに
より生ずる剪断力により容易に剥離して系外に流
出する。以上のことより活性炭では、0.05mg／
程度の残留塩素で有効に静菌作用が働くものと考
えられる。逆に活性炭塔出口の残留濃度を必要以上に高く
することは、製品に対して悪影響を与えることに
なり好ましくない。因みにビール製造の仕込み用
水などの場合、塩素臭などが問題となる濃度は
0.1mg／以上であり、活性炭塔出口の残留濃度
は、無機塩素殺菌剤であれば残留遊離塩素濃度を
0.1mg／以下、またオゾンの場合は残留オゾン
濃度を0.04mg／以下に本発明により制御してお
くことが好ましい。また、水の用途によつては酸化系殺菌剤が極微
量でも存在することが好ましくない場合もある。
従来、大量の水から酸化系殺菌剤を効率よく、安
価に除去する手段は活性炭以外なく、活性炭で完
全に酸化系殺菌剤を除去するがために微生物トラ
ブルをまねいてきた。近年では、活性炭以外に紫
外線照射などにより酸化系殺菌剤を除去できる手
段が確立されつつあり、上述の活性炭出口の残留
濃度範囲であれば、活性炭の後段に紫外線装置を
設置することにより充分に除去することが可能で
あり、完全に無菌性を保ち、かつ酸化系殺菌剤を
全く含まない水を製造することも可能である。また、発明者は、活性炭における酸化系殺菌剤
の除去性能について検討した結果、活性炭の除去
性能は、活性炭の種類、即ち性状によりことな
り、その処理水残留濃度は通水速度と原水濃度に
正比例することが分かつた。活性炭に通水される原水の酸化系殺菌剤濃度を
一定とした場合、通水速度が小さいほど処理水の
残留濃度は低下し、通水速度が大きいほど処理水
の残留濃度は上昇すること、また、通水速度を一
定として原水濃度を変化させた場合、原水濃度が
低いほど処理水残留濃度は低下し、高いほど上昇
することが分かつた。また、除去性能は定常状態になる前の通水初期
では高目となり、使用期間がのびると逆に、原水
中の汚染物質、取り分けSS成分によつて活性炭
のマクロポアーが閉塞して接触分解に利用される
表面積が減少することにより低下したり、酸化系
殺菌剤を接触分解する反応で活性炭自身の表面が
劣化して性能が低下するなど経日的に、その除去
性能は変動する。なお、従来の原水を活性炭に通して処理する工
程では、活性炭塔の仕様を決める場合、単純に脱
色、脱臭、脱有機物などの処理条件を優先し、原
水水質と処理水目標値から設計仕様値を決定し、
微生物対策は加熱殺菌などの定置殺菌法に依存し
てきた。また、処理方式も活性炭前段に酸化系殺
菌剤注入設備を配して定量注入を行つたのち、活
性炭に一定通水速度で通して処理する安易な方式
を採用してきた。そのため酸化系殺菌剤は、活性
炭層の上層部で完全に除かれて残留濃度が不検出
の状態となり、微生物が再繁殖して製品を汚染し
た。逆に原水水質の変化などによつて活性炭の除
去性能が急速に低下した場合は、酸化系殺菌剤が
処理水に多量に残留してトラブルが発生してき
た。本発明では、処理に使用する活性炭について、
予め原水の酸化系殺菌剤注入濃度、活性炭への通
水速度と出口残留濃度及び生菌数の関係を終日変
動を含めて検討し、酸化系殺菌剤の除去性能曲線
を求めておき、他の処理水目標値を加味した上で
基本となる通水速度を決定する。処理方式は、活性炭塔の入口及び出口に酸化系
殺菌剤の濃度計を配置し、入口濃度計により活性
炭塔の前段に設けた酸化系殺菌剤注入設備の注入
量を制御し、活性炭塔入口の酸化系殺菌剤濃度を
一定に維持するとともに、活性炭塔出口濃度計の
指示値を除去性能曲線に基づく演算回路を組み込
んだ制御装置によつて適性通水速度を算出し、そ
の値に基づき活性炭前段の送水ポンプ及び原水ポ
ンプ、酸化系殺菌剤が無機塩素剤の場合は薬注ポ
ンプ、オゾンの場合は発生器の電圧をインバータ
制御し、処理水の残留濃度を一定に維持、制御す
る。また、活性炭出口の残留濃度が通水速度による
制御範囲を越えた場合は、制御装置を介して活性
炭前段の酸化系殺菌剤注入濃度を増減して処理水
の残留濃度を一定に維持、制御する。なお、本発明の維持、制御方法は人手によつて
も可能ではあるが、原水水質が経時的に変動する
ことを考えれば酸化系殺菌剤濃度計、演算回路を
組み込んだ制御装置を設けて自動化することが最
善である。以上のごとく、本発明は、従来より水処理薬剤
として使用されてきた酸化系殺菌剤の活性炭出口
残留濃度を一定に維持、制御することによつて、
通水時における活性炭での菌の再繁殖を防止でき
る合理的な静菌方法であり、そのために必要な設
備は制御装置のみであり、従来のPH制御静菌方法
のように新たに注入設備を設け、処理設備を複雑
化させることがなく、極めて経済的に優れてい
る。〔実験例及び実施例〕以下、本発明を説明するための実験例および本
発明の具体的実施例を説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではない。実験例１酸化系殺菌剤に無機塩素剤の次亜塩素酸ナトリ
ウム（NaClO）を遊離塩素濃度一定の条件で通
水速度を変化させた場合の活性炭の遊離塩素除去
性能を示す性能曲線及びこれに対応した静菌性能
を評価した実験例を説明する。まず、この実験に使用する第１図に示した実験
装置について説明する。第１図に示した実験装置１は、原水（水道水）
２に所定量のNaClOが添加されて所定の遊離塩
素濃度に調整された原水２ａを貯留するための原
水タンク３、原水２ａを調整するためのNaClO
水溶液を貯留したNaClO供給タンク４、原水タ
ンク３へNaClO水溶液を供給するためのNaClO
供給ポンプ５、原水２ａをテストカラム７へ供給
するための循環ポンプ６、原水２ａが通水されて
処理水８を得るための液相用ヤシ殻系破砕炭（10
〜32メツシユ）が1.4充填された活性炭塔のア
クリル製テストカラム（φ42×2000mmＬ）７、原
水2aのテストカラム通水量を測定する流量計９
から概略構成されている。原水２にNaClOを遊離塩素濃度として６mg／
となるように注入した原水２ａをテストカラム
に通水速度をSVで10h^-1、20h^-1、30h^-1、40h^-1
で通水し、処理水の残留遊離塩素濃度、生菌数を
測定し、除去性能曲線（第２図参照）を求めた。
残留遊離塩素濃度はDPD法、生菌数はASTM法
に準じたメンブラン・フイルタ培養法で行つた。第２図の流速（SV）と活性炭出口の残留遊離
塩素濃度から求めた除去性能曲線より、該残留遊
離塩素濃度が0.05mg／になる基準通水速度（基
準SV値）を算出すると23h^-1になる。また通水速
度により制御できる該濃度幅を基準残留濃度
（0.05mg／）の40％、±0.02mg／に設定した場
合、SV値の可変幅は±5h^-1程度となる。１ケ月間運転（１日１回洗浄）した時の処理水
水質を下記表−１で見ると、残留遊離塩素濃度が
0.05mg／以下のSV10h^-1、20h^-1では生菌数は
10⁵〜10⁷個／100ml程度と再繁殖が進行している
様子が認められる。一方、残留遊離塩素濃度が
0.05mg／以上のSV30h^-1、40h^-1では生菌数は
何れも1.00×10個／100ml程度であり、原水２ａ
菌数と大差がなく、静菌作用が認められる。

〔発明の効果〕

以上、述べたところから明らかなように本発明
は医薬、食品工業等のプロセス用水を得るため付
帯設備を最小限に止めながら、被処理水の通水時
の活性炭の静菌を容易かつ経済的に行うことがで
きると共に処理水中の細菌数を効果的に低減し、
かつ色度、異臭味成分等の汚水成分を効果的に除
去した高度な処理水を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するための実験例１に使
用した実験装置を説明する図、第２図は、実験例
１の結果を示し、原水通水速度と処理水の残留遊
離塩素濃度との関係を示すグラフ、第３図は実験
例２の結果を示し、原水の活性炭入口の遊離塩素
濃度を変化させた時の活性炭出口の残流遊離塩素
濃度を示すグラフ、第４図は実施例１に使用した
装置構成を説明するための図、第５図は実施例１
の結果を示すグラフ、第６図は実験例３の活性炭
によるオゾンの除去性能試験結果を示すグラフ、
第７図は実施例２に使用した装置構成を説明する
図および第８図は実施例２の結果を示すグラフで
ある。符号の説明、１……実験装置、２……原水（水
道水）、２ａ……所定の遊離塩素濃度に調整され
た原水、３……原水タンク（NaClO含有原水
用）、３ａ……原水タンク（オゾン含有原水用）、
４……NaClO供給タンク、５……NaClO供給ポ
ンプ、６……循環ポンプ、６ａ……送水ポンプ、
７……テストカラム、７ａ……活性炭塔、８……
処理水、９……流量計、１０……塩素濃度計、１
１……制御装置、１２……オゾン濃度計、１３…
…原水ポンプ、１４……オゾン発生器、１５……
オゾン反応塔。

Claims

【特許請求の範囲】１原水を活性炭に通して処理する工程におい
て、活性炭塔の前段に酸化系殺菌剤を注入し、活
性炭塔出口における処理水中に前記酸化系殺菌剤
が残留するように酸化系殺菌剤の残留濃度を制御
することを特徴とする活性炭の静菌方法。２活性炭塔出口の酸化系殺菌剤の残留濃度を活
性炭通水速度と酸化系殺菌剤注入濃度で制御する
請求項１記載の活性炭の静菌方法。３前記酸化系殺菌剤がオゾンまたは無機塩素剤
であり、かつ前記残留濃度をオゾンでは0.01mg／
以上に、無機塩素剤では遊離塩素で0.05mg／
以上に制御する請求項１または２記載の活性炭の
静菌方法。