JPH0712471B2

JPH0712471B2 - 活性炭の殺菌・除染方法

Info

Publication number: JPH0712471B2
Application number: JP2016031A
Authority: JP
Inventors: 賢一佐々木; 祐子七森
Original assignee: Ebara Research Co Ltd; Ebara Infilco Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1990-01-29
Filing date: 1990-01-29
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH03221187A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、活性炭の殺菌・除染方法に係り、特に、Fe、
Mnなどの無機物による汚染及びバクテリアが繁殖した医
薬・食品分野の用水処理用活性炭の殺菌・除染方法に関
する。

〔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
めにばかりでなく、残留塩素、O₃等の酸化剤を分解除去
等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
長くなるに従って、たとえ活性炭の吸着能力がまだ充分
であったとしても、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、運転管理によっては、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。

また、市水、井水などを活性炭を用いて処理した際に見
られる障害として、これら原水に含有されるコロイド状
ならびに溶解性のFe、Mn、Al等の無機成分が、活性炭層
内において抑留・捕捉され活性炭の表面ならびに細孔を
汚染、閉塞し、活性炭の吸着能ならびに塩素、オゾンな
どの酸化剤除去能力が低下することがある。このような
障害が生じると、生産用水に残留した臭気、酸化剤によ
って製品の風味、色調がそこなわれ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）銀担持防菌方法３）全量交換方法また、無機物による汚染に対しては、通常、全量交換方
法が用いられている。

〔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、まず設備が大掛り
となるため、多量の活性炭を殺菌処理する場合には、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、運転管理によっては、
熱耐性菌が繁殖する場合もある。また、活性炭に担持さ
せる方法は、厚生省の調査結果で明らかなように、防菌
もしくは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。このため、活性炭の使用量が
比較的少量である場合は、活性炭を定期的に全量交換す
ることで対処していた。

また、無機物により汚染された活性炭は、使用量の多少
にかかわらず、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、経済的でかつ処理効果
が充分期待できるものはなく、活性炭の殺菌と除染効果
を同時に期待出来る処理方法に関して、積極的な検討が
されていない。

そこで、本発明は、活性炭の殺菌と除染を同時に達成で
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〕

上記課題を解決するために、本発明では、活性炭を、pH
1.5以下に保持した無機酸溶液に、浸漬させて接触させ
ることを特徴とする活性炭の殺菌・除染方法としたもの
である。

本発明の方法において、使用する無機酸としては、塩酸
又は硫酸がよく、また、無機酸溶液のpHを1.5以下に保
持するために、使用する無機酸溶液の濃度は0.1N〜0.4N
を用いるのがよく、活性炭との接触時間は30分〜90分が
よい。そして活性炭の無機酸溶液による接触後に、活性
炭は残留する酸を希アルカリ溶液を用いて中和するのが
よく、一方、無機酸溶液は回収して再利用するのがよ
い。

本発明は、比較的少量の活性炭や、食品工業等のプロセ
ス用水に用いる活性炭で耐熱性菌が繁殖し、原水中に含
まれるFe、Mn等の無機物により汚染されたものを、同時
に殺菌・除染処理する方法を提供する。

本発明の特徴は、バクテリアが繁殖し、無機物により汚
染された活性炭を、無機物の低濃度溶液とりわけ0.1N〜
0.4Nの溶液に接触させ、活性炭層の無機酸溶液pHを1.5
以下に保持することにあり、更に殺菌・除染処理に用い
た前記無機酸の溶液を回収し、再利用することで経済性
を格段に高め、更に、活性炭に残留する酸液を、少量の
アルカリ溶液で中和することにより、処理後の洗浄水量
および洗浄時間を大幅に低減することができるものであ
る。

〔作用〕

本発明を殺菌工程の手順にもとづいて説明すれば、バク
テリアが繁殖し、原水中のFe、Mn等の無機物により汚染
された活性炭を逆洗し、活性炭層に捕捉された懸濁質を
除去し、次にあらかじめ酸溶液タンクに調整した酸溶液
を、活性炭層に導入する。

ここで用いられる無機酸は、HC1,H₂SO₄が好ましく、そ
の選択基準は電離度が高い強酸であり、なおかつ、食品
添加物として公定されるものである。即ち、本発明の殺
菌・除染効果はpH（水素イオン濃度）に依存するため、
水素イオンの電離度が高いpKa1.5以下の強酸が好まし
い。

更に、本発明の殺菌・除染処理の対象となる活性炭は、
食品プロセス用水処理用のものが含まれ、その処理水は
食品製造工程において使用されるため、食品添加物とし
て認定されたHC1.H₂SO₄が好ましい。

更に、ここで用いられる酸溶液の濃度は、酸溶液を導入
したのちの活性炭層のpHを1.5以下とするため、0.1〜0.
4Nであり、酸溶液と活性炭の接触時間は30分〜90分であ
る。通常、薬剤による殺菌・除染効果は、薬剤濃度と接
触時間により左右され、特に殺菌効果は、その対象とな
るバクテリアの種類によって大きく異なる。酸による殺
菌作用は、大腸菌（B.coli）などの特定細菌を用いた実
験から、酸が解離して生じる水素イオン濃度に、殺菌効
果は比例することが知られている。このpHを酸性にする
ことにより生じる抗菌作用は、古来より食品の保存方法
などで利用されている。なお、従来、応用されてきた酸
性条件下における処理方法は、対象物を常にpH2〜５程
度の酸性条件下に保持することにより、有害な微生物の
繁殖を抑制、防止することを特徴としている。

本発明者等は、活性炭に繁殖するバクテリア・フローラ
ならびに、そこに生息する代表的なバクテリア群の耐酸
性、また酸による活性炭の汚染無機物の除染効果の両面
について検討を加えた結果、0.1〜0.4N濃度の酸溶液を
用いてpHを1.5以下としたのち、30〜90分接触させるこ
とにより、活性炭上に繁殖したバクテリア群を殺滅し、
更に無機物をも溶脱できることを知見し、活性炭を酸溶
液に短時間接触させる一過性の処理方法を考案した。な
お、無機酸の濃度及び接触時間の設定理由を検討結果に
もとづき以下に説明する。

活性炭を汚染、閉塞させる無機物の大半は市水、井水中
に含まれるFe、Mn、Alの水和物であり、pH2〜３前後の
常温条件下では容易に溶脱できず、無機酸濃度を0.1N以
上とし、活性炭層のpHを1.5以下にすることにより、効
果的にこれらの無機物、特に水酸化物などが溶脱され、
活性炭の処理性能をが回復する。

また、無機酸は通常の殺菌剤と称される薬剤、たとえば
NaClOなどの塩素系殺菌剤のように数mg/l（ppm）程度の
低濃度域では顕著な殺菌効果はみられず、pH2〜３程度
の条件下でも静菌作用程度の抑制効果が生じるにすぎな
い。特に、本発明で処理対象とする活性炭に繁殖した細
菌群中には、生細胞、胞子細胞とともに熱、pH等の環境
因子の変化に極めて強い耐性能を示す耐熱性細菌が優占
種として存在し、これらの細菌群を殺滅するためには、
無機酸濃度0.1N〜0.4Nのものを用いて、活性炭層のpHを
1.5以下にしたのち、30分以上の接触時間を取る必要が
ある。

殺菌効果ならびに除染効果は酸濃度を上げpHを低くし、
接触時間が長いほど効果は上がるが、その反面、酸処理
後に活性炭層に残留する酸分が多くなり、中和処理に要
するアルカリ量の増加、中和、洗浄工程の所要時間の延
長など、経済的に好ましくない。また、酸濃度を0.4N以
上として長時間接触した場合、活性炭塔、容器の腐食、
劣化をまねく恐れも生じる。

以上のように、無機酸の濃度範囲と接触時間は、殺菌な
らびに除染効果の両面を満足し、なおかつ経済性を考慮
して設定したものである。

活性炭と酸溶液との接触方法は、単に活性炭を酸溶液に
浸漬する回分式でもよく、また、循環ポンプを介して活
性炭層と酸溶液タンクとの間で酸溶液を循環する連続方
式でもよい。

殺菌処理後使用した酸溶液は、そのまま系外に排出する
ことはできず、アルカリ剤により中和処理する必要があ
り、経済性から考えても酸溶液タンクに回収し、再利用
することが最善である。

次に、NaOH,NaHCO₃等の低濃度のアルカリ溶液を通水
し、活性炭層に残留してしる酸を中和したのち、市水等
を通水し中和により生じた塩分を洗浄する。この活性炭
の中和洗浄終点は、活性炭出口水のpH、導電率を測定す
ることで容易に確認できる。

以上のごとく、本発明はバクテリアが繁殖し、無機物に
より汚染された活性炭を、無機酸溶液に短時間接触させ
ることにより、容易に活性炭の殺菌と除染ができ、経済
的にも優れている。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の方法を具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。

実施例１次に、本発明の回分試験で行った実施例を示す。

市水を２〜３ケ月分通水し、バクテリアと無機物により
汚染された活性炭50mlを、滅菌した密栓容器に分取し、
0.05N、0.1N、0.4N濃度のHCl溶液を150mlづつ添加し攪
拌したのち、30分間放置接触させた。酸添加後のpHは、
それぞれ1.80、1.40、0.55である。

次に、同等濃度のNaOH溶液を加えて中和処理したのち、
滅菌水で２〜３回洗浄したのち、更に滅菌水300mlを加
え、20℃恒温下に静置し、液中の細菌数の経日変化を測
定した。また0.05Nと0.1N濃度については、接触時間を1
5分、30分、60分間としたものも測定し比べた。その結
果を第１図と第２図に示す。

また、上述と同様に処理した各活性炭200mlを、内径2.5
cmφのアクリル製ミニカラムに充填し、市水にNaClOを5
mg/lasCl₂添加した原水をSV20h^-1で通水し、カラム出口
水の残留全塩素量を測定して、酸化剤の処理性能を比較
した。その結果は表−１に示す。

化学物質によって微生物の発育を阻害する場合、薬物の
濃度によって作用の強さが決定される。通常、化学物質
の濃度が高くなるに従って、無作用、増殖促進、増殖抑
制（静菌）、さらには殺菌というように、作用は次第に
強く発揮される。即ち、殺菌剤は、ある一定濃度に達す
ることにより増殖が停止し、それ以上の濃度域で増殖速
度は負となり、いわゆる殺菌作用が発揮される。第１図
のHCl濃度の影響をみたものでも同様の傾向がみられ
る。未処理の活性炭で10³個/mlあったものが、0.05N（p
H1.80）で処理するとバクテリア数は、処理直後で500個
/mlに減少するものの、１日経過した時点より菌数の増
加が生じている。

一方、0.1N（pH1.4）と0.4N濃度（pH0.55）で処理した
ものは、殺菌直後では不検出であり、５日経過した時点
で１個/ml前後であった。このように、0.05N濃度でpH1.
80のものでは初発菌数が1/2しか減少していないのに対
し、0.1NでpHが1.40のものでは1/1000以下にまで減少し
ており、明らかに0.1N、pH1.40で殺菌作用域に達してい
ることがわかる。

また、７日経過した時点では、0.05Nで処理したものは
未処理とほぼ同等の5.0×10⁴個/ml程度に増加するが、p
Hが1.5以下になる0.1N,0.4Nで処理したものは10〜100個
/ml程度であり、第１図からわかるように殺菌効果が極
めて高いと言える。

次の第２図は、0.05Nと0.1N濃度での接触時間の影響を
みたもので、0.05N濃度の場合、60分間接触させても、
その効果は30分処理したものと大差はみられず、濃度な
らびにpH低下が不十分であると考えられる。

また、0.1N濃度（pH1.40）について接触時間を15分、30
分間、60分間としたものの比較では、接触時間を15分間
としたものでは、殺菌直後は１個/ml程度まで菌数は減
少するが１日経過したころより、徐々に菌数は増加し
た。一方30分、60分間処理したものは、殺菌直後では不
検出、５日目で１個前後となり、７日目では50〜100個/
ml程度であった。以上のように活性炭に繁殖したバクテ
リア群は0.1N濃度、pH1.40の条件で接触時間を30分以上
とすることにより殺滅された。

Fe、Mn等の無機物に汚染された活性炭を上述と同様の条
件下で処理し、酸除染による処理性能の回復効果を、酸
化剤であるNaClO除去性能で比べた結果が表１である。H
Cl濃度が0.05Nでは、接触時間15分から60分間のいずれ
のものも、カラム出口水の残留全塩素量は0.10±0.02mg
/lasCl₂前後であり、回復はみられないが、0.1N濃度で
接触時間を30分間としたものから効果がみられだし、0.
4N濃度で接触時間を30分間としたものでは、カラム出口
水の残留全塩素量は0.05±0.01mg/lasCl₂に減少し除染
効果が顕著にみられた。酸による除染効果も殺菌効果と
同様に処理濃度を0.1N以上としてpHを1.40にし、接触時
間を30分以上とすることが好ましいことがわかる。

以上のHClを用いた回分試験の結果からも、本発明の0.1
N〜0.4N濃度の無機酸溶液を用いて活性炭層pHを1.5以下
にしたのち、接触時間を30分以上とすることが必須であ
ることがわかる。また、本発明によりバクテリアおよび
無機物により汚染された活性炭が、十分に殺菌・除染さ
れることが実証された。

実施例２第３図に示すように、市水６を２〜３ケ月通水しバクテ
リアと無機物により汚染した活性炭１を、内径5cmφ
のアクリル製カラム１に充填し、HCl溶液タンク３から
循環ポンプ５を介してHCl溶液を循環した。HCl溶液の濃
度は0.4Nとし、循環時間は30分間とした。処理時のpHは
0.50である。HCl溶液は流路を切替え、市水で押し出
し、HCl溶液タンク３に回収した。次に、希アルカリ溶
液タンク４から循環ポンプ５を介して希アルカリ溶液を
循環した。希アルカリ溶液としたは0.01N NaOH溶液を用
い、循環時間は30分間とした。処理終了後は、直ちに市
水の通水を開始し、経時的にカラム出口水のバクテリア
数を計測した。バクテリア数の計測はASTM法に準じたメ
ンブランフィルタ培養法で行った。その結果を表２と第
４図に示す。

殺菌処理直後の活性炭カラム出口水の生菌数は、表１の
ように不検出であった。また、本発明と従来の80℃加熱
殺菌方法で処理したもののカラム出口水バクテリア数の
経日変化を比較すると、第４図のごとく本発明は従来法
より格段に優れた殺菌効果を示した。

次に、本発明の除染効果を酸化剤であるNaClOの除去性
能で調べた結果を第５図に示す。これは、本発明で処理
した活性炭と未処理の活性炭に対して、市水にNaClOを5
mg/lasCl₂で添加した原水を通水して、その除去性能を
カラム出口水の残留全塩素量で比べたものである。残留
全塩素量はDPD法で測定した。第５図のように、未処理
の活性炭ではカラム出口水の残留全塩素量は0.1〜0.15m
g/lasCl₂前後であり、本発明で処理した方は、0.05〜0.
07mg/lasCl₂前後となり、無機物が除去されたことによ
り明らかに処理性能が回復しており、除染効果が極めて
認められた。

〔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活性炭の
殺菌と除染を同時に容易かつ経済的に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、HCl濃度の差による殺菌効果を示すグラフ、
第２図は、各HCl濃度による接触時間の影響を示すグラ
フ、第３図は、本発明の一実施例に用いた工程図、第４
図は、カラム出口水のバクテリア数の経日変化を示すグ
ラフ、第５図はカラム出口水の残留全塩素量の経日変化
を示すグラフである。１……アクリル製カラム、２……活性炭、３……HCl溶
液タンク、４……希アルカリ溶液タンク、５……循環ポ
ンプ、６……市水、7,8……循環ライン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性炭を、pH1.5以下に保持した無機酸溶
液に、浸漬させて接触させることを特徴とする活性炭の
殺菌・除染方法。
【請求項２】使用する無機酸容液の濃度が0.1N〜0.4Nで
あり、接触時間が30分〜90分である請求項１記載の活性
炭の殺菌・除染方法。