JPH0592182A

JPH0592182A - 酸・アルカリによる活性炭の殺菌中和方法

Info

Publication number: JPH0592182A
Application number: JP18045891A
Authority: JP
Inventors: Kanroku Naganami; 勘六長南; Satoshi Ozaki; 智尾崎; Shigeo Miya; 茂夫宮; Kenichi Sasaki; 賢一佐々木; Takayuki Saito; 孝行斉藤
Original assignee: Ebara Research Co Ltd; Ebara Infilco Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1993-04-16
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPH07121388B2

Abstract

(57)【要約】【目的】活性炭塔を用いる水処理プロセスにおいて、
活性炭の酸による殺菌と、殺菌後残留する酸の効果的か
つ実用的な中和方法を得る。【構成】活性炭２を充填した微生物の増殖した活性炭
塔１を殺菌する方法において、前記活性炭塔１内を無機
酸１１と接触させ、活性炭中及び活性炭塔内の微生物を
殺菌した後、前記酸を排出し、次いで活性炭塔内にアル
カリ金属の炭酸塩又は重炭酸塩２１を導入して残留する
酸を中和する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、活性炭の薬品による殺
菌・中和方法に係わり、特に食品製造用水、半導体製造
用水のように処理水中の微生物をできるだけ少くするこ
とが求められる処理プロセスにおける、活性炭の酸・ア
ルカリを用いた殺菌・中和方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】活性炭を用いる水処理プロセスにおいて
は、通水が進むと活性炭の脱臭脱色、有害有機物除去、
あるいは残留塩素除去等の能力が十分維持されていて
も、活性炭層中に微生物が次第に増殖する。このため、
例えば、塩素殺菌等により活性炭層入口で細菌数が殆ど
検出されない場合でも、処理水中への一般細菌のリーク
は１０³〜１０⁷コ／mlに達する。更にひどい時には微
生物のスライムやマッドボールが生成し、活性炭の性能
を劣化させるとともに、臭気物質を生じ、処理水中にリ
ークし、処理水質の悪化をまねく。

【０００３】活性炭塔の後処理施設として例えば混床式
脱塩塔が設けられるが、この様に多量の微生物や臭気成
分がリークすると、混床式脱塩塔を経ても製造用水とし
ての利用は望めない。混床式脱塩塔のかわりに逆浸透膜
装置を設けた場合でも完全な微生物除去は不可能で、長
期的には後汚染と称される後置処理水貯槽の微生物汚染
が生じる。また膜自体の汚染のため、殺菌又は薬品洗浄
頻度が増加する。

【０００４】食品製造用水の脱臭脱色には活性炭塔がよ
く単独で用いられるが、この場合従来微生物リーク対策
として、活性炭塔の蒸気殺菌、熱水殺菌あるいは活性炭
塔処理水の紫外線殺菌等が行われている。しかし、いず
れの処理方法によっても活性炭自体の微生物汚染、微生
物のリーク、そして後置の各機器の微生物による汚染は
避けられず、活性炭塔を効率的に殺菌し、静菌効果を有
する処理プロセスとすることが課題となっている。

【０００５】蒸気殺菌は塔内へ直接蒸気を吹き込む方法
であるが、活性炭層にチャンネリングを生じ易く、均一
な温度上昇が得にくい。塔内温度をムラなく上昇させる
ためには殺菌操作に５〜７時間を要している。また、こ
の間蒸気を一過式で用いるために経費が高くつく。熱水
殺菌は図５の例に示す様に熱水循環系を形成させ、循環
系の水を熱交換器２５で８５〜９０℃に加熱して殺菌す
る方法である。この方法は間接加熱のため低効率で、塔
径が大きい程活性炭塔自体からの熱損失も大きく、殺菌
操作に４〜５時間を要する。また、活性炭層２を均一に
最低８０℃以上に加熱するために多大な燃料経費がかか
る。

【０００６】そして、前記の蒸気あるいは熱水殺菌での
確実な殺菌効果の持続時間は２〜３日である。従って、
ほぼ完全に微生物リークを防止する為には、２〜３日毎
の殺菌が必要である。実際には活性炭塔の殺菌周期を７
日〜１か月とし、その間の微生物リークに対しては、製
品のレトルト殺菌で対処している例も見られる。しかし
レトルト殺菌のできない炭酸飲料、ビール用水等では後
置に膜を用いた除菌工程を設けた上、少なくとも２〜７
日毎の頻繁な殺菌操作が必要となっており、コスト面で
の問題が大きい。また、蒸気、熱水殺菌においては活性
炭の使用が進むにつれて、活性炭層が原水中の鉄、マン
ガン等の無機性ＳＳに被われ、残留塩素除去や有機物吸
着の能力が低下することがみとめられており、運転管理
に注意を要する。

【０００７】他に、薬品を用いる殺菌方法も検討されて
来た。塩素を用いる方法は塩素自体が活性炭と反応して
しまい、活性炭中の微生物に対しては効果が殆ど無い。
殺菌効果向上のため数十ｐｐｍと高濃度で流動接触させ
ると、活性炭の破砕、粉末化を生じ、充填量が次第に減
少する。一方、活性炭粒内の微生物は生存しており、殺
菌処理効果の持続時間は極短い。同様にオゾン（Ｏ₃）
による流動状態での殺菌も提案されているが（特公昭５
９−１４５０８８号公報）、塩素と同様、活性炭粒内部
までは殺菌できず、殺菌効果の持続性に問題があり、実
用性に乏しい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような諸問題を
解決するために、酸を用いる活性炭の殺菌方法が、開発
されている（特願平２−１６０３１号）。この方法によ
れば、無機酸（塩酸、硫酸）の殺菌効果が優れており、
ｐＨ１．５以下に保持した酸に活性炭を３０〜９０分接
触させることで下記の様に充分な殺菌効果を得ることが
できる。殺菌効果の持続時間が６〜７日間と長い。（熱水殺
菌は２〜３日間）活性炭中の微生物数は熱数殺菌でのそれの１／１０
０以下と少ない。活性炭表面を覆っていた鉄、マンガン等が溶解除去
され、表面が活性化する。（例えば塩素除去能も、酸処
理前の活性炭処理水質０．１mg／ｌが、処理後は０．０
５mg／ｌ以下に回復する。）

【０００９】この様に殺菌上有効な方法ではあるが、殺
菌処理後の処理水のｐＨ回復のために多量の洗浄水を要
する。図２は塩酸ならびに苛性ソーダを用いた場合の洗
浄時間とｐＨの回復状況を示す例である。＜実験条件＞５０φ×１３００^Hmmアクリルカラム活性炭：１．５リットル充填充填層高８００mm 原水：水道水ｐＨ７．２導電率２４０μＳ／cm at ２５℃ Ｃｌ₂ １〜２mg／ｌＭアルカリ度４０〜４５mg／ｌ薬品：２％ＨＣｌ２％ＮａＯＨ手順：１）薬品１．８リットルを下向流にてＳＶ６で循環６０分２）保持３０分３）原水（水道水）で押出し、ＳＶ６２０分（排水量：３．０リットル）４）カラム最上部から原水導入して洗浄ＳＶ２０（排水量：図２による）

【００１０】塩酸による洗浄では、ｐＨ６．０程度まで
は洗浄時間１４０分、洗浄水量４６．７リットル／リッ
トル−ＡＣで回復するが、その後のｐＨ回復は緩慢で、
通水時間４００分を超えてもｐＨ６．３程度であり、原
水のｐＨ７．２までは達しない。苛性ソーダの場合も、
水道水基準のｐＨ８．６以下とするために洗浄時間１６
０分、洗浄排水量約５４リットル／リットル−ＡＣを要
している。塩酸を殺菌に用いる場合、６〜７日毎に殺菌
操作が必要となるが、活性炭塔の活性炭充填量は多くの
場合１ｍ³〜１０ｍ³あり、その洗浄排水は膨大な量と
なる。

【００１１】このように、酸を用いる方法は殺菌上有効
であるが、殺菌処理後の活性炭処理水のｐＨ回復のため
に多量の洗浄用水を要し、洗浄時間の短縮と洗浄排水の
減量が課題となっていた。本発明は、活性炭塔を用いる
水処理プロセスにおいて活性炭の酸による殺菌と、殺菌
後残留する酸の効果的かつ実用的な中和方法を提供する
ことを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、微生物の増殖した活性炭塔を殺菌する
方法において、前記活性炭塔内を無機酸と接触させ、活
性炭及び活性炭塔内の微生物を殺菌した後、前記酸を排
出し、次いで活性炭塔内にアルカリ金属の炭酸塩又は重
炭酸塩を導入して残留する酸を中和することを特徴とす
る活性炭の殺菌・中和方法としたものである。上記殺菌
・中和方法において、無機酸としては、塩酸、硫酸が好
適に使用でき、また中和剤としてはナトリウム、カリウ
ム等の炭酸塩、重炭酸塩が使用できる。また、上記殺菌
・中和方法は、数回、数十回繰返し行うと耐酸性菌が優
先的に増殖することがあるから、これを回避するために
数回〜数十回酸による殺菌・中和処理を行う度に、活性
炭塔を定期的に苛性ソーダと接触させるのがよい。

【００１３】次に、具体的手順の一例を図１の処理フロ
ー図を用いて説明する。活性炭塔１に充填した活性炭２
および活性炭塔内全てを殺菌するため次の例の様な工程
で実施する。（１）原水ポンプ３を起動し、弁５、６を開として、原
水４を処理し処理水７を得る。（２）採水終了後、活性炭２の圧密を緩めるため弁８、
９を開とし、原水ポンプ３を起動し原水にて逆洗を５分
程度行う。（３）次いで空気抜き弁１０を開とし、弁９を閉として
満水工程を１〜２分行う。（４）塩酸タンク１１から弁１２、１３、１４、１５、
１６を開として、エゼクターを用い原水を駆動水として
塩酸を設定量、活性炭塔内の上部集水装置１７を介して
導入する。塩酸タンク１１の塩酸濃度は３５％でも良
く、弁１８を開閉し塩酸を補給計量する。本例フローは
塩酸の回収を行わないが、塩酸タンク１１を回収塩酸タ
ンクとして用いる場合は、その容量を活性炭塔内容積に
見合うものとし、塩酸注入はエゼクターではなくポンプ
注入方式とする。

【００１４】（５）ついで、弁１５、１９を開として循
環ポンプ２０を起動し塩酸の循環を行う。循環流速はＳ
Ｖ４〜ＳＶ３０と幅広くとれるが、塩酸の均一な分散
と、活性炭２および活性炭塔１内に強制的に塩酸を接触
させるためＳＶ２０〜３０で１０〜３０分間循環させ
る。この時の塩酸濃度は１〜５％で良いが、好ましくは
１．０〜２．０％程度（０．２７〜０．５４Ｎ）とすれ
ば良い。（６）活性炭２の殺菌効果を確実にするため、活性炭２
が塩酸に浸った状態を１０〜６０分間保持する。（７）ついで塩酸の押出し置換を行うため弁１２、１
４、１５、１６を開としてＳＶ４〜１０で原水を通水す
る。

【００１５】（８）次に中和工程に入る。中和剤（アル
カリ）タンク２１に１０〜２０％Ｎａ₂ＣＯ₃または
５〜６％ＮａＨＣＯ₃を溶解し、弁１２、２２、２
３、１５、１６を開とし、原水ポンプ３を起動しエゼク
ターにて中和剤を設定量活性炭塔に注入する。（９）ついで塩酸循環と同様に弁１５、１９を開とし、
循環ポンプ２０を起動しＳＶ２０〜３０の流速で１０〜
３０分間循環させる。（１０）循環ライン配管内に薬品が残留しないように弁
１２、２３、１５、１０を開とし１〜２分間原水を通水
する。

【００１６】（１１）ついで注入した中和剤と塩酸の接
触により活性炭２内に生成した気泡と、酸による殺菌・
中和によって生じた若干量の活性炭粉末、および採水時
に流入したＳＳを除去することを目的に原水による逆洗
を行い中和剤を排出する。弁８、９を開とし、原水ポン
プ３を起動しＬＶ０．３〜０．４ｍ／min の流速で１５
分間逆洗する。（１２）沈静後、弁５、１６を開とし原水ポンプ３を起
動し、洗浄水のｐＨが設定範囲に達するまで洗浄する。
この工程は始め空気抜き弁１０を１分間程度開とし、活
性炭塔内を満水として行う。

【００１７】

【作用】本発明は活性炭塔の洗浄時間の短縮、洗浄排水
量の低減のため、残留している酸の中和用としてアルカ
リの炭酸塩（例：Ｎａ₂ＣＯ₃，Ｋ₂ＣＯ₃）、重炭酸
塩（例：ＮａＨＣＯ₃，ＫＨＣＯ₃）が有効であること
を見出したことによる。また、ＮａＯＨは注入量が過剰
になると図２の様にｐＨ回復に多量の洗浄水を要し、実
用に適し難いことがわかった。Ｎａ₂ＣＯ₃，ＮａＨＣ
Ｏ₃は安価で、かつ水道用あるいは食品添加物用として
許可されているものである。

【００１８】Ｎａ₂ＣＯ₃，ＮａＨＣＯ₃を用いた場合
の中和処理のデータ例として洗浄時間とｐＨ回復の状況
を図３及び図４に示した。実験条件は、前述図２で示し
た事例と同様であり、同例の手順３）の押出しを実施
後、次の工程を行った。イ）各条件の中和剤をカラム最上部より流入、カラム最
下部より取出し、ＳＶ２０でポンプ循環を３０分行っ
た。ロ）その後、中和剤の排出を兼ね、イ）と同じ流路にお
いてＳＶ２０で原水を用いた洗浄を行った。図３は原水
として緩衝性の高い水道水を用いた場合である。原水ｐＨ７．２〜７．３導電率１５０〜１６０μＳ／cm Ｃｌ₂濃度１〜２mg／ｌＭ−アルカリ度３５〜４０mg／ｌ図３中の各記号の条件は次の表１のとおりである。

【００１９】

【表１】

【００２０】ｐＨ緩衝性の高い水道水等の原水を対象と
する時は図３からＮａ₂ＣＯ₃よりもＮａＨＣＯ₃を用
いて中和する方が好ましい。ＳＶ２０洗浄時間１０分で
活性炭出口のｐＨは６．３〜６．４と一気に回復した。
安全を見て洗浄時間を１５分としても、その洗浄排水量
は５リットル／リットル−ＡＣと少ない。従って水道水
を対象とする活性炭塔の薬品、殺菌中和条件は次の様に
行えば良い。殺菌剤：塩酸、１〜４％（好ましくは２％程度（０．
５４Ｎ））中和剤：ＮａＨＣＯ₃、１５〜２５ｇ／リットル−Ａ
Ｃ薬剤量：塩酸、活性炭塔内が満水となる量ＮａＨＣＯ₃、〃薬品の接触時間：塩酸３０〜９０分ＮａＨＣＯ₃ １０〜３０分洗浄時間及び流速：〜１５分、ＳＶ２０（１５分後の
導電率は１６０〜１７０μＳ／cmに回復）

【００２１】以上の様な条件で殺菌・中和処理を行った
場合の全所要時間は次例の様になった。設定時間（分）排水量（ｌ）（１）逆洗Ｉ５２．６（２）塩酸通薬〜１００．５（３）塩酸循環ＳＶ２０２０ − （４）塩酸保持２０〜４０ − （５）塩酸押出（置換）ＳＶ２０７２．３（６）５％ＮａＨＣＯ₃注入〜１００．５（７）５％ＮａＨＣＯ₃循環ＳＶ２０〜３０ − （８）逆洗II １０５．４（９）沈静５ − （10）洗浄ＳＶ２０〜１５５．１ ────────────────── 計１３２〜１６．４リットル１５２分／ｌ−ＡＣ（通常約１４０分）

【００２２】この様に蒸気殺菌の５〜７時間、熱水殺菌
の４〜５時間に対し、全工程を２時間１０分〜２時間３
０分で終了できる。塩酸の替りに硫酸を用いた場合で
も、活性炭塔内をｐＨ１．５以下、好ましくは１〜３％
Ｈ₂ＳＯ₄液にて保ち塩酸と同様に行えば良い。また
使用した塩酸、硫酸の殺菌工程で消費される量は、希釈
によるロス、各工程での水ロスを考慮しても全注入量の
１０％以下であり、塩酸、硫酸の循環液を回収再使用す
ることが好ましく、３〜５回の再使用は殺菌に支障がな
い。図４は原水として緩衝性の殆どない脱塩水（純水）
に次亜塩素酸ソーダをＣｌ ₂として０．５〜１mg／ｌ添
加した条件のデータである。原水ｐＨ６．５〜７．４Ｃｌ₂濃度０．５〜１．０mg／ｌ導電率１０〜１５μＳ／cm 図４中の各記号の条件は次の表２のとおりである。

【００２３】

【表２】

【００２４】図４は原水として緩衝性の極小さい脱塩水
（純水）を使用し酸による殺菌を行った場合の中和の様
子を示す。中和剤としてＮａＨＣＯ₃を用いた場合、処
理水のｐＨは長時間洗浄を行ってもｐＨ５．０程度で、
水道水基準のｐＨ５．８以上への回復は困難である。こ
の場合、Ｎａ₂ＣＯ₃を用いることが好ましい。Ｎａ₂
ＣＯ₃１０〜２０ｇ／ｌ−ＡＣを用い、前述の水道水を
原水とする場合と同様に洗浄を行った場合、ＳＶ２０洗
浄時間２０〜３０分で処理水のｐＨは十分回復する。処
理水のｐＨを安定した値とするためには３０分程度の洗
浄時間が好ましい。

【００２５】この様に本発明においては、中和剤として
原水の緩衝性が高い場合ＮａＨＣＯ₃、原水の緩衝性が
極小さい場合Ｎａ₂ＣＯ₃を用いることが好ましく、週
１回程度の無機酸による殺菌操作で処理水中の微生物を
熱水殺菌処理水中の１／１００以下にすることができ
る。本発明による殺菌・中和処理を繰返し実施している
と、耐酸性菌が優占的に増殖する可能性が懸念される。
これを回避するため、数回〜数十回酸殺菌・中和工程を
行う度に１回程度、定期的に１〜５％ＮａＯＨ溶液を
３０〜９０分活性炭に循環接触させることが効果的であ
る。１〜５％ＮａＯＨ自体の殺菌能力は塩酸よりかな
り小さいが、スライム生成の防止、生成したスライムの
剥離および活性炭からの有機性物質脱離の効果を期待
し、一過性で通液しても良い。

【００２６】

【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ない。実施例１次の装置及び手順で殺菌・中和を実施した。アクリルカラム５０φ×１３００^Hmmに活性炭１．
５リットルを充填し、水道水を原水として２〜３ケ月通
水、微生物と無機物（主に鉄）で活性炭を汚染させた。同カラムの保有水量１．８リットルに対し０．６Ｎ
（約２．２％）となる様に塩酸３９．６ｇ（as １００
％ＨＣｌ）をカラム最上部より注入した。ついでポンプにより、カラム最上部より液を抜出
し、カラム最上部へと戻すラインで３０リットル／時の
流速で３０分間循環させた。この時の循環液は約ｐＨ
０．５であった。この状態を３０分保持した後、水道水により１２リ
ットル／時の流速で塩酸を押出し置換した。ついで５％ＮａＨＣＯ₃を７５０mlカラム上部か
ら注入し、塩酸循環時と同じラインで３０リットル／時
で循環した。４７リットル／時で水道水により逆洗を行った。沈静後、下向流にて３０リットル／時で洗浄を行っ
た。

【００２７】結果は次のとおりである。処理水のｐＨは洗浄時間１０分でｐＨ６．５、２０
分でｐＨ６．６を示し、導電率は各々１７５μＳ／cm、
１７０μＳ／cmに回復した。この時の水道水はｐＨ７．
２、導電率１６５μＳ／cmであった。殺菌前の一般細菌数はカラム出口で１０⁶コ／ml程
度であったが、殺菌後は次のとおりとなった。殺菌直後検出せず６日目３コ／ml ７日目２０コ／ml Ｃｌ₂除去能力の回復は次のとおりである。殺菌処理前：カラム処理水のＣｌ₂、０．１ mg／ｌ〃後：〃、０．０５mg／ｌ

【００２８】実施例２原水として純水に次亜塩素酸ソーダを注入したものを用
いた。実施例１で用いたものと同じ仕様のアクリルカラムに原
水を１ケ月連続通水したところ、カラム出口の一般細菌
数は３．８×１０³コ／mlとなった。このカラムを実施
例１と同様に殺菌・中和した。用いた中和剤はＮａ₂Ｃ
Ｏ₃２２ｇであった。

【００２９】結果は次のとおりである。ｐＨ及び導電率の回復ｐＨ導電率（μＳ／cm）洗浄１０分後８．５２４２０〃７．２２０３０〃６．７１７洗浄はその後３０分実施したがｐＨ６．６、導電率１６
μＳ／cmで安定した。一般細菌数殺菌前：３．８×１０³コ／ml 殺菌直後：不検出〃６日後：１〜２コ／ml 〃７日後：５〜６コ／ml その後７日毎に殺菌操作を実施したが、一般細菌数は常
に１０コ／ml以下であった。

【００３０】実施例３実施例１と同じ仕様でアクリルカラムを用い、同一の実
験条件で硫酸を用いた殺菌・中和操作を行った。硫酸の
使用量は１．５％、３．６リットル（５．４ｇas Ｈ₂
ＳＯ₄／１サイクル）とした。結果は次のとおりであ
る。ｐＨ及び導電率の回復ｐＨ導電率（μＳ／cm）洗浄１０分後６．３１８０〃２０〃６．４１７５一般細菌数殺菌直後：不検出〃６日後：５〜６コ／ml 〃７日後：３０〜４０コ／ml

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果を奏する
ことができる。（１）無機酸を用いて殺菌するため殺菌効果は、持続時
間が熱水殺菌に比べ２倍以上と長く強力である。（２）活性炭表面を覆っている鉄、マンガン等を溶解除
去でき、また、スライムの生成防止等も期待でき、表面
が活性化する。（３）中和処理を炭酸塩、重炭酸塩で行うため、殺菌後
残留する酸が効果的に中和でき、洗浄排水の減量、洗浄
時間の短縮化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の殺菌・中和方法を示す処理フロー工程
図である。

【図２】塩酸と苛性ソーダを用いた場合の洗浄時間とｐ
Ｈの回復状況を示すグラフである。

【図３】水道水を用いた場合のＮａ₂ＣＯ₃，ＮａＨＣ
Ｏ₃を用いた中和処理の洗浄時間とｐＨの関係を示すグ
ラフである。

【図４】脱塩水を用いた場合のＮａ₂ＣＯ₃，ＮａＨＣ
Ｏ₃を用いた中和処理の洗浄時間とｐＨの関係を示すグ
ラフである。

【図５】従来の熱水殺菌処理のフロー工程図である。

【符号の説明】

１：活性炭塔、２：活性炭、４：原水、７：処理水、１
１：塩酸タンク、１７：集水装置、２１：中和剤タン
ク、２５：熱交換器、２６：蒸気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮茂夫東京都港区港南１丁目６番27号荏原インフイルコ株式会社内 (72)発明者佐々木賢一神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号株式会社荏原総合研究所内 (72)発明者斉藤孝行神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号株式会社荏原総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微生物の増殖した活性炭塔を殺菌する方
法において、前記活性炭塔内を無機酸と接触させ、活性
炭及び活性炭塔内の微生物を殺菌した後、前記酸を排出
し、次いで活性炭塔内にアルカリ金属の炭酸塩又は重炭
酸塩を導入して残留する酸を中和することを特徴とする
活性炭の殺菌・中和方法。
【請求項２】前記活性炭塔内を無機酸と接触させる前
に、苛性ソーダと接触させることを特徴とする請求項１
記載の活性炭の殺菌・中和方法。