JPH07275696A - 生物活性炭の製造方法及び再生方法並びに微生物膜除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 活性炭を微生物懸濁液に接触させて生物活性
炭化する。使用済みの生物活性炭を加熱再生する前に微
生物膜を除去する。生物活性炭を超音波処理して微生物
を脱離させる。 【効果】 活性炭の生物活性炭化及び使用済み生物活性
炭の加熱再生を効率よく行うことができる。使用済みの
生物活性炭から微生物を活性を保持したまま脱離するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生物活性炭の製造方法
及び再生方法並びに微生物膜除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】生物活性炭は、活性炭表面に微生物が付
着して微生物膜を形成したものであり、活性炭の吸着作
用と、微生物の活性利用とにより効率よく作用する。そ
のため、生物活性炭を使用した水処理方法は水中の微量
有機汚染物質などを効率的に除去できる水処理方法であ
る。

【０００３】生物活性炭を製造する方法としては、従来
は、原料となる賦活した活性炭をカラムに充填するなど
して、活性炭上に自然発生的に生育する微生物膜の成長
を長期間をかけて待つより他に方法がなかった。この方
法は、生物活性炭の製造に長期間を要するため効率的な
方法とは言えない。

【０００４】また、長期間使用して処理効率の低下した
生物活性炭の再生方法については有効な方法は知られて
いない。そのため、生物活性炭の再生方法としては従来
より水処理において行われていた使用済みの活性炭の再
生方法である水蒸気による加熱再生法が採用されている
に過ぎない。この方法では、活性炭表面に付着している
微生物も活性炭の失活原因物質とともに処理してしまう
ため、活性炭の再生の効率が悪い。すなわち、使用済み
活性炭上に付着している微生物のために、揮発分が高く
且つ灰分も高くなる傾向があり、これらの傾向は効率的
な加熱再生のためには障害となる。さらに、加熱再生さ
れた活性炭はその吸着性能は回復しているものの、生物
は死滅しているので、再度、微生物膜を形成して生物活
性炭化する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、水の高度
処理分野において生物活性炭法による水処理技術は水中
の微量有機物の除去に効果のある方法として評価されて
いるが、生物活性炭を効率的に製造乃至再生する方法に
ついては知られていない。本発明は、効率的な生物活性
炭の製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明は、また、長期間使用して処理効率の低下してき
た生物活性炭を再生して使用するための技術に関するも
ので、活性炭の加熱再生と生物活性炭化の効率化を図る
ことを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記のよう
な課題を解決するため鋭意研究を行った結果、活性炭を
微生物懸濁液に接触させると活性炭表面に効率よく微生
物膜が形成すること、付着している微生物を脱離させる
と生物活性炭を効率よく加熱再生できること、及び使用
済みの生物活性炭を超音波処理すると付着している微生
物を効率よく脱離させることができることを見出し、本
発明を完成した。

【０００７】すなわち、本発明は、活性炭を微生物懸濁
液に接触させて微生物を付着させることを特徴とする生
物活性炭の製造方法にある。

【０００８】本発明は、また、微生物膜を除去した生物
活性炭を加熱処理することを特徴とする生物活性炭の再
生方法にある。

【０００９】さらに、本発明は、微生物膜を除去した生
物活性炭を加熱処理した後、微生物懸濁液に接触させて
微生物を付着させることを特徴とする生物活性炭の再生
方法にある。

【００１０】また、本発明は、生物活性炭を超音波処理
し、付着している微生物を脱離させることを特徴とする
生物活性炭の微生物膜の除去方法にある。

【００１１】生物活性炭の製造方法 本発明の生物活性炭の製造方法において、原料として使
用する活性炭については、特に限定はなく、公知の活性
炭を使用することができる。具体的には、ヤシ殻活性
炭、石炭系活性炭、木質系活性炭、石油系又は石炭系の
ピッチを原料として得られるピッチ系活性炭等を使用す
ることができる。また、本発明において使用する原料活
性炭は、新たに製造されたものでも、使用済みのものを
再生したものでもよい。例えば、使用済みの生物活性炭
を加熱処理して再生した活性炭を使用することもでき
る。

【００１２】なお、特に限定するものでないが、本発明
において使用する活性炭としては、よう素吸着性能が６
００ｍｇ／ｇ以上、好ましくは８００ｍｇ／ｇ以上、更
に好ましくは９００〜１５００ｍｇ／ｇ程度の活性炭
が、比表面積（Ｎ₂ −ＢＥＴ法）が６００ｍ² ／ｇ以
上、好ましくは８００ｍ² ／ｇ以上、更に好ましくは９
００〜１５００ｍ² ／ｇ程度の活性炭が、細孔容積（Ｎ
₂ −ＢＥＴ法）が０．４ｍｌ／ｇ以上、好ましくは０．
５ｍｌ／ｇ以上、更に好ましくは０．６〜０．８ｍｌ／
ｇ程度の活性炭が、灰分が１０％以下、好ましくは８％
以下、更に好ましくは２．０〜７．０％程度の活性炭
が、また、揮発分が３％以下、好ましくは２．５％以
下、更に好ましくは０．１〜２．０％程度の活性炭が好
適である。

【００１３】活性炭表面に微生物膜を形成させる微生物
の種類については特に限定はなく、生物活性炭の使用目
的に従って選択することができる。具体的には、好気的
環境下に生息する微生物が望ましく、細菌、硝化細菌、
原生動物等の微生物を使用することができる。例えば、
浄水用の生物活性炭の場合に使用する微生物としては、
Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、Ｆｌａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕ
ｍ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ、Ａｃｉｎｅｔｏｂａｃｔｅｒ、
Ａｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ等の微生物が好適である。

【００１４】本発明においては、原料活性炭を微生物懸
濁液に接触させることにより生物活性炭を得る。すなわ
ち、活性炭を微生物懸濁液に接触させると、懸濁液中の
微生物が活性炭表面に付着して微生物膜を形成する。使
用する微生物懸濁液は、活性炭表面に付着させる微生物
が分散した液状物であれば特に限定はない。但し、本発
明において使用する微生物懸濁液としては水性懸濁液が
好ましい。例えば、使用済みの活性炭を水性媒体に懸濁
し、超音波処理することにより、生物活性炭に付着して
いる微生物が脱離して水性媒体中に分散するが、このと
き得られる懸濁液から活性炭を除去したものを、そのま
ま使用することもできる。

【００１５】原料活性炭と微生物懸濁液とを接触させる
方法については、特に限定はないが、例えば、回分式の
方法として、原料活性炭と微生物懸濁液とを混合した
後、僅かに振とうを加えながら放置する方法（回分振と
う法）を挙げることができ、また、連続式として、原料
活性炭を充填したカラムに微生物懸濁液を通水する方法
（カラム通水法）を挙げることができる。

【００１６】回分振とう法における原料活性炭に対する
微生物懸濁液の使用割合については、微生物懸濁液の種
類及び濃度並びに原料活性炭の性状等により好ましい範
囲が異なるが、一般に、微生物懸濁液に対して５〜５０
％、好ましくは１０〜４０％、更に好ましくは１５〜３
０％（体積基準）の原料活性炭を混合するのがよい。ま
た、回分振とう法における振とう放置時間についても、
得られる生物活性炭の微生物付着量や処理効率を考慮し
て、適宜選定することができるが、一般に、１〜３０日
間、好ましくは５〜２０日間、更に好ましくは７〜１５
日間とするのがよい。該放置時間が短すぎると、微生物
の付着量が十分でなく、逆に、必要以上に長くしても効
果は少なく、また、処理時間が長くなるので製造効率が
低下するので好ましくない。

【００１７】カラム通水法における微生物懸濁液の通水
時間及び原料活性炭の量に対する通水量については、得
られる生物活性炭の微生物付着量や処理効率を考慮し
て、適宜選定することができ、カラムの大きさや形状に
もよるが、一般に、ＬＶ（ｍ／Ｈ）で０．１〜３、好ま
しくは１〜２、更に好ましくは１．２〜１．５程度、Ｓ
Ｖ（１／Ｈ）で１〜１５、好ましくは３〜１０、更に好
ましくは４〜７程度の条件で、３０〜１５０時間、好ま
しくは５０〜１２０時間、更に好ましくは７０〜１００
時間程度通水するのが効果的である。

【００１８】生物活性炭の再生方法 本発明の微生物活性炭の再生方法においては、微生物膜
を除去した生物活性炭を加熱処理することにより再生活
性炭を得る。すなわち、本発明においては、使用済みの
微生物活性炭を加熱再生する前に、付着している微生物
の一部又は全物を脱離させる。生物活性炭から微生物膜
を除去する方法については、特に限定はなく、加熱処理
の際に揮発物又は灰分として作用する物質を脱離させる
ことができればよい。例えば、使用済みの生物活性炭を
水中で超音波処理することにより、微生物を脱離させる
ことができる。この方法は、微生物を生きたまま脱離さ
せることができるので、脱離した微生物を再使用する場
合に有効である。

【００１９】微生物を脱離させる程度については、特に
限定はなく、例えば、加熱処理の効率等を考慮して適宜
選定することができ、また、生物活性炭に付着している
微生物の量によっても好ましい程度が異なる。通常は、
生物活性炭の灰分又は揮発分が、加熱処理前の灰分又は
揮発分の値に対して５重量％以上、好ましくは１０〜２
０重量％、更に好ましくは７〜１５重量％程度減少する
まで微生物を脱離させるのがよい。脱離の程度が低いと
微生物を脱離させた効果が小さく、逆に、脱離の程度を
高くすることは技術的に困難であり、また、付着してい
る微生物の量にもよるが、前記の程度を超えた範囲で脱
離させることはあまり技術的な意義がない。

【００２０】微生物膜を除去した生物活性炭の加熱処理
については、特に限定はなく、通常の活性炭を製造（賦
活）する際、又は再生する際に採用されている加熱処理
方法及び条件を採用することができる。例えば、水蒸気
を用いた加熱処理方法を挙げることができ、その場合の
条件としては、６５０℃以上、好ましくは７００〜１０
００℃、更に好ましくは８００〜９００℃の温度で、５
分間以上、好ましくは１０〜６０分間、更に好ましくは
１５〜３０分間加熱処理するのがよい。

【００２１】本発明の活性炭の加熱再生方法における処
理条件の制御方法については、特に限定はないが、得ら
れる再生活性炭のよう素吸着性能が６００ｍｇ／ｇ以
上、好ましくは８００ｍｇ／ｇ以上、更に好ましくは９
００〜１５００ｍｇ／ｇ程度、比表面積（Ｎ₂ −ＢＥＴ
法）が６００ｍ² ／ｇ以上、好ましくは８００ｍ² ／ｇ
以上、更に好ましくは９００〜１５００ｍ² ／ｇ程度、
細孔容積（Ｎ₂ −ＢＥＴ法）が０．４ｍｌ／ｇ以上、好
ましくは０．５ｍｌ／ｇ以上、更に好ましくは０．６〜
０．８ｍｌ／ｇ程度、灰分が１０％以下、好ましくは８
％以下、更に好ましくは２．０〜７．０％程度、また、
揮発分が３％以下、好ましくは２．５％以下、更に好ま
しくは０．１〜２．０％程度となるように調節するのが
よい。

【００２２】本発明の生物活性炭の再生方法において
は、必要に応じて、上記のようにして得られた再生活性
炭に微生物を付着させることにより、生物活性炭として
再生（生物活性炭化）することもできる。微生物を付着
させる方法については、特に限定はなく、従来の微生物
膜を自然発生的に成長させる方法でも、また、再生活性
炭を微生物懸濁液に接触させる方法でもよいが、前記本
発明の微生物活性炭の製造方法に準じて再生活性炭を微
生物懸濁液に接触させる方法が有効である。

【００２３】この際に使用する微生物懸濁液としては、
新たに調製した微生物懸濁液を使用してもよいが、生物
活性炭から除去した微生物膜に由来する微生物の懸濁液
を使用することもできる。具体的には、微生物膜を除去
する方法として、使用済みの生物活性炭を水中で超音波
処理し、付着している微生物を脱離させる方法を採用す
る場合には、この工程で副生する微生物懸濁液〔超音波
脱離液〕を使用することが有効である。

【００２４】微生物膜の除去方法 本発明の微生物膜の除去方法においては、生物活性炭を
超音波処理し、付着している微生物を脱離させる。すな
わち、本発明においては、使用済みの生物活性炭を水等
の分散媒体に分散させ、超音波処理を行うことにより、
付着している微生物が脱離して分散媒体中に分散する。
分散媒体については、特に限定はないが、副生する超音
波脱離液を微生物懸濁液として再使用する観点より、水
性媒体が好適である。

【００２５】超音波としては周波数が２０ＫＨｚ以上の
音波が有効であり、特に２２〜１５０ＫＨｚ、好ましく
は２５〜１００ＫＨｚ、更に好ましくは２８〜５０ＫＨ
ｚの超音波が好適である。超音波処理を行う時間につい
ては、特に限定はないが、通常５〜６０分間、好ましく
は１０〜４５分間、更に好ましくは１０分間〜３０分間
程度でよい。なお、超音波処理による微生物膜の除去の
程度は、生物活性炭の灰分及び揮発分の減少並びによう
素吸着性能の向上によって判定することができる。

【００２６】

【作用】本発明では、生物活性炭の再生に関し、活性炭
上に付着している微生物膜を超音波などの方法により脱
離し、活性炭の加熱再生の効率を高めるとともに、脱離
した微生物膜に由来する微生物懸濁液をいったん回収
し、再生した活性炭と接触させることにより微生物を付
着させて、速やかに生物活性炭化させる。すなわち、加
熱再生に際して微生物を取り除くことにより、効率的な
再生が可能であり、かつ取り除いた脱離液は微生物懸濁
液として、再生された活性炭と接触させることにより生
物活性炭化を迅速且つ容易に達成することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば原料活性炭の生物活性炭
化において微生物懸濁液を使用するので、生物活性炭を
迅速且つ容易に製造することができる。

【００２８】本発明によれば活性炭の再生を効率よく行
うことができる。すなわち、本発明によれば、使用済み
の生物活性炭から微生物膜を取り除くため、従来法に比
べて、加熱再生を行うときの使用済み炭の性状として、
灰分及び揮発分が少ない。このため、同一の条件で加熱
再生を行うと、従来法に比べて、得られる再生活性炭の
灰分及び揮発分が減少し、さらに比表面積やよう素吸着
性能などが高くなり効率の良い再生が行える。また、本
発明によれば再生活性炭の生物活性炭化において微生物
懸濁液を使用するので、微生物活性炭を迅速且つ容易に
再生することができる。

【００２９】本発明によれば、生物活性炭に付着してい
る微生物を超音波処理により脱離させるので、効率よく
微生物膜を除去することができ、しかも、副生する超音
波脱離液は、生物活性炭の製造及び再生の生物活性炭化
工程において使用する微生物懸濁液として再使用でき
る。

【００３０】

【実施例】実施例１：超音波処理による微生物膜の除去 浄水高度処理に使用した使用済みの生物活性炭上の微生
物を取り除く目的で、水溶液中で超音波処理を行なっ
た。具体的には、容積２００ｍ の容器中で乾燥重量換
算で約１０ｇの生物活性炭を１００ｍ の水に分散させ
て超音波処理した。超音波装置は１００Ｗの出力のもの
で周波数を２８ＫＨｚと１００ＫＨｚでそれぞれ１０
分、３０分の条件で超音波処理を行なった。未処理およ
び超音波処理した生物活性炭の灰分、揮発分、よう素吸
着性能について測定した。結果を表１に示す。表１に示
した結果より、超音波処理したものは未処理のものに比
べて、灰分および揮発分が減少し、よう素吸着性能が向
上することが判った。この傾向はいずれの超音波処理条
件でも同様であった。

【００３１】

【表１】 No. 超音波処理条件 灰 分 揮発分 よう素吸着性能 周波数 処理時間 （％） （％） （ｍｇ／ｇ） １ 未処理（比較例） ７．０ ８．３ ８２０ ２ ２８ＫＨｚ １０分間 ６．２ ７．３ ８４０ ３ ２８ＫＨｚ ３０分間 ６．０ ７．２ ８７０ ４ １００ＫＨｚ １０分間 ５．９ ７．６ ８５０５ １００ＫＨｚ ３０分間 ６．７ ７．１ ８７０ 。

【００３２】実施例２：微生物（超音波）脱離液の生物
活性試験 使用済みの生物活性炭を超音波処理することにより、活
性炭上に付着していた微生物が活性を保持したまま脱離
されることを確認するため、ここでは生物活性炭を超音
波処理した際に副生した微生物懸濁液〔超音波脱離液〕
をいったん回収し、その生物活性をアンモニアの硝化作
用から評価した。超音波処理は２条件（２８ＫＨｚ：３
０分〔実施例１のNo. ３〕、１００ＫＨｚ：３０分〔実
施例１のNo. ５〕）とし、この微生物懸濁液に塩化アン
モニウム溶液（アンモニア濃度：０．５ｐｐｍ）を添加
して、３日間のアンモニア濃度を追跡した。

【００３３】測定結果をアンモニアの除去率として図１
に示した。いずれの条件でもアンモニアの分解除去が起
こっており、微生物懸濁液における硝化細菌の存在が確
認できた。すなわち、超音波脱離液には微生物が存在し
ていることが明らかになった。また、超音波処理の周波
数の違いでは２８ＫＨｚの方が１００ＫＨｚに比べて、
アンモニアの分解除去が優れていることが判った。

【００３４】実施例３：微生物を脱離させた生物活性炭
の加熱再生 使用済みの生物活性炭を超音波処理（２８ＫＨｚ、３０
分）したもの〔実施例１のNo. ３〕と未処理のもの〔実
施例１のNo. １〕について、同一の加熱処理条件（加熱
温度：８５０℃、処理時間２０分間）で水蒸気による加
熱再生を行った。それぞれの再生活性炭の性状を表２に
示した。超音波処理を行なったものは未処理のものに比
べて、灰分および揮発分が減少し、よう素吸着性能、比
表面積（Ｎ₂ −ＢＥＴ法）および細孔容積（Ｎ₂ −ＢＥ
Ｔ法）の向上が認められており、超音波処理は加熱再生
における活性炭の性能向上の面で有利であることが判っ
た。

【００３５】

【表２】 No. 灰 分 揮発分 よう素吸着性能 比表面積 細孔容積 （％） （％） （ｍｇ／ｇ） （ｍ ² ／ｇ） （ml/g） １ ７．８ ２．２ １０２０ ８７４ ０．５７ （比較例）３ ７．６ ２．０ １０３０ ９２９ ０．６１ 。

【００３６】実施例４：再生活性炭の生物活性炭化（回
分式振とう法） ここでは、実施例３において加熱再生した再生活性炭
〔No. ３〕を、実施例２において微生物が存在している
ことが明らかになった実施例１〔No. ３〕において得ら
れた超音波脱離液〔微生物懸濁液〕に接触させることに
より、微生物を再生活性炭に付着させ、生物活性炭とし
て再生した。

【００３７】具体的には、再生活性炭と微生物懸濁液を
混合して再生活性炭配合量が２０％（体積基準）になる
ように調製して、２５℃の恒温下で僅かに振とうを加え
ながら１０日間放置した。この活性炭を、水切り程度の
状態にして微生物懸濁液と分離した後、あらかじめ作成
した塩化アンモニウム溶液のｐＨ値の異なる溶液中（ｐ
Ｈ６、７、８）に投入して再生活性炭の生物活性試験を
行なった。また、生物接触を行なっていない再生活性炭
についてｐＨ７の塩化アンモニウム溶液中で同様の操作
を行なった。

【００３８】それぞれのアンモニア除去率の傾向を図２
に示した。生物接触を行なっていない再生活性炭は、６
日間後でも硝化活性を発現しないのに対し、生物接触を
行った再生活性炭は３日後には溶液のｐＨ値が６から８
の範囲において、ほぼ９０％以上のアンモニア除去活性
を示し、６日後ではいずれも１００％となった。このこ
とは実施例１のようにして生物活性炭を超音波処理する
際に副生する超音波脱離液を利用することにより、再生
活性炭に生物付与して生物活性炭として再生又は製造で
きることを示すものである。

【００３９】実施例５：再生活性炭の生物活性炭化（カ
ラム通水法） ガラスカラム（直径３０ｍｍ、長さ１ｍ）に再生活性炭
〔実施例３のNo. ３〕を充填し、蒸留水中に浸した後、
これに実施例１〔No. ３〕で副生した超音波脱離液〔微
生物懸濁液〕を下向流で通水した。その後、この活性炭
カラムに通水液として、塩化アンモニウム溶液（濃度
０．５ｐｐｍ）をＬＶ＝１．３（ｍ／Ｈ）、ＳＶ＝５
（１／Ｈ）の条件で８８時間の通水を行なった。また、
別のカラムに、同様にして再生活性炭を充填し、微生物
懸濁液による処理を行なわずに、塩化アンモニウム溶液
の通水を同様にして行なった。

【００４０】図３、図４にアンモニアの除去率と紫外部
吸光度の波長２６０ｎｍ（Ｅ２６０）の除去率をそれぞ
れ示した。生物接触した再生活性炭と未処理の再生活性
炭では基本的に生物の有無に違いがある。このため紫外
部吸光度Ｅ２６０ではともに高い除去率を示したが、ア
ンモニアの除去率を見ると両者の差は顕著に現われてい
る。未処理の再生活性炭はアンモニアの除去は認められ
ないのに対して、生物付与した再生活性炭は徐々にアン
モニア除去率が上昇する傾向にある。これは活性炭カラ
ム内での微生物の増殖が起こっていると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 生物活性炭の超音波脱離液〔微生物懸濁液〕
についての生物活性試験の結果を示すグラフ（実施例
２）。

【図２】 回分振とう法により再生した生物活性炭の生
物活性試験の結果を示すグラフ（実施例４）。

【図３】 カラム通水法により再生した生物活性炭の生
物活性試験の結果を示すグラフ（実施例５）。

【図４】 カラム通水法により再生した生物活性炭のＥ
２６０の除去率を示すグラフ（実施例５）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 重和 兵庫県芦屋市茶屋之町８番21号406

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性炭を微生物懸濁液に接触させて微生
   物を付着させることを特徴とする生物活性炭の製造方
   法。
2. 【請求項２】 微生物膜を除去した生物活性炭を加熱処
   理することを特徴とする生物活性炭の再生方法。
3. 【請求項３】 微生物膜を除去した生物活性炭を加熱処
   理した後、微生物懸濁液に接触させて微生物を付着させ
   ることを特徴とする生物活性炭の再生方法。
4. 【請求項４】 微生物懸濁液が、生物活性炭から除去し
   た微生物膜に由来する微生物の懸濁液である請求項３に
   記載の生物活性炭の再生方法。
5. 【請求項５】 生物活性炭を超音波処理し、付着してい
   る微生物を脱離させることを特徴とする生物活性炭の微
   生物膜の除去方法。