(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭塔上部に上部集水装置、塔下部に下部集水装置を設け、下部集水装置からの逆洗水によって膨潤し、沈静時表層の上部に生じる膨潤層内の位置に、あるいは沈静時における活性炭表層の若干下方の位置に水分散装置を設け、下部集水装置からの逆洗によって、活性炭層内の微細活性炭、及び比重が軽く強度の弱くなった活性炭粒子を、前記膨潤層に集中させ、この状態で前記水分散装置からも逆洗水を導入させ、前記水分散装置より上部の逆洗流速を、更に大きくすることによって、前記微細活性炭及び比重が軽く強度の弱くなった活性炭粒子を舞上がらせ、塔上部より排出することを特徴とする活性炭塔。
【請求項２】
砂利層、あるいは砂利層と砂層からなる支持層内に下部集水装置を設け、支持層の上に活性炭層が積層されており、塔上部の上部集水装置と前記膨潤層の表層の間の位置に、前記舞い上がった活性炭粒子を排出する専用排出管の開口部を位置させるとともに、前記の各装置及び配管には、水の導入配管又は排水管及び弁が付設されていることを特徴とする請求項１記載の活性炭塔。
【請求項３】
前記活性炭の排出管、逆洗水排出管及び原水流入管を兼用する配管、または塔上部に専用の活性炭排出管を設けることを特徴とする請求項１記載の活性炭塔。
【請求項４】
活性炭塔の下部集水装置からの逆洗水によって膨潤し、沈静時表層の上部に生じる膨潤層内の位置に、あるいは沈静時における活性炭表層の若干下方の位置に水分散装置を設け、下部集水装置からの逆洗によって、活性炭層内の微細活性炭、及び比重が軽く強度の弱くなった活性炭粒子を、前記膨潤層に集中させ、この状態で前記水分散装置からも逆洗水を導入させ、前記水分散装置より上部の逆洗流速を、更に大きくすることによって、前記微細活性炭及び比重が軽く強度の弱くなった活性炭粒子を舞上がらせ、塔上部より排出することを特徴とする活性炭塔の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水からの一般に有機物と言われる成分の除去、あるいは異味、異臭成分の除去及び水中の残留塩素、オゾン等の酸化剤の分解、除去に活性炭を利用する水処理技術に関する。本発明は、上水、食品製造用水、医薬品製造用水、半導体製造用水等の造水分野に利用される。本発明は、特に水の活性炭処理において微細な活性炭粉末が処理水に漏出することを防止するために利用される。
また、本発明は、ろ過材、吸着材、触媒などの固体粒子を充填材として使用する場合の、劣化し、破砕した固体粒子等の除去にも利用される。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、上記した広い技術分野に適用できるが、食品製造用の用水処理の場合を例として説明する。
食品製造工程の中で使用される水は、製品の品質を左右する重要なものである。活性炭塔は、食品製造用水を作るための水処理工程のいくつかの個所で使用されるが、最も問題となるのは、最終段近くで使用され場合である。従来、ビール工場等では活性炭塔から出た処理水を、更に珪藻土ろ過し、それも平均孔径が０．４μm、そして０．２μmのフィルタを用いるという三段ろ過等を行い、製品への微生物、懸濁物質、微細活性炭等の混入を防止している。
そして、これらのろ過工程及び活性炭に微生物が繁殖しないようにするために、活性炭やフィルタに対して熱水殺菌、蒸気殺菌あるいは新品の交換等をかなり頻繁に行う。
【０００３】
それゆえ、これら殺菌、及び交換の手間もかかるとともに、その処理処分も廃棄上の問題になっている。これらフィルタ類の交換は、前段からの微生物の漏出量、および活性炭塔からの微細活性炭の懸濁物質としての負荷が、その交換頻度を高めていると言ってよい。このことが、ランニングコストのアップ要因となっている。また、珪藻土は廃棄上の問題から、今後使用できなくなる等の課題があり、工程の改善が求められている。
このことは、食品だけでなく他の製造業でも同じである。すなわち、できるだけシンプルで、製品への影響の無い工程、および水使用量、熱使用量の低減等とともに、固形廃棄物量の低減が求められている。
【０００４】
活性炭塔からの微細活性炭の漏出問題は、従来は、やむをえないものとして、その対策は活性炭塔では充分に行われず、後段のろ過装置への負荷とし、一部が劣化しても活性炭全体の交換やフィルタ等の交換を頻繁に行うことで対処してきた。交換することにより、固形廃棄物が出るだけでなく、洗浄、殺菌工程も必要になり、その間、そのラインの製品製造は中断してしまう。
製品の中に微細な粉末活性炭が漏出すること自体が問題であるとともに、微細活性炭に付随して、微生物が漏出することは、製品の品質上、また外観上も問題となるためである。
ろ過材、吸着材、触媒などとして固形物を充填材として使用する場合には、処理水に漏出する場合は同じような問題が生ずる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の水処理において活性炭塔の処理水に漏出していた微細活性炭量を少なくすることを課題とする。特に、活性炭塔の後段に設置されているろ過装置の負荷を軽くすることにより、ろ過装置のフィルタ等の交換頻度を少なくし、もって水処理におけるランニングコストの低減、製造ラインの稼働率向上に資することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、活性炭塔からの微細活性炭の漏出の発生原因を、実機について調査検討し、その理由を明らかにし、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下に記載する手段によって前記課題を解決した。
【０００７】
（１）活性炭塔上部に上部集水装置、塔下部に下部集水装置を設け、下部集水装置からの逆洗水によって膨潤し、沈静時表層の上部に生じる膨潤層内の位置に、あるいは沈静時における活性炭表層の若干下方の位置に水分散装置を設け、下部集水装置からの逆洗によって、活性炭層内の微細活性炭、及び比重が軽く強度の弱くなった活性炭粒子を、前記膨潤層に集中させ、この状態で前記水分散装置からも逆洗水を導入させ、前記水分散装置より上部の逆洗流速を、更に大きくすることによって、前記微細活性炭及び比重が軽く強度の弱くなった活性炭粒子を舞上がらせ、塔上部より排出することを特徴とする活性炭塔。
（２）砂利層、あるいは砂利層と砂層からなる支持層内に下部集水装置を設け、支持層の上に活性炭層が積層されており、塔上部の上部集水装置と前記膨潤層の表層の間の位置に、前記舞い上がった活性炭粒子を排出する専用排出管の開口部を位置させるとともに、前記の各装置及び配管には、水の導入配管又は排水管及び弁が付設されていることを特徴とする前記（１）記載の活性炭塔。
（３）前記活性炭の排出管、逆洗水排出管及び原水流入管を兼用する配管、または塔上部に専用の活性炭排出管を設けることを特徴とする前記（１）記載の活性炭塔。
【０００８】
（４）活性炭塔の下部集水装置からの逆洗水によって膨潤し、沈静時表層の上部に生じる膨潤層内の位置に、あるいは沈静時における活性炭表層の若干下方の位置に水分散装置を設け、下部集水装置からの逆洗によって、活性炭層内の微細活性炭、及び比重が軽く強度の弱くなった活性炭粒子を、前記膨潤層に集中させ、この状態で前記水分散装置からも逆洗水を導入させ、前記水分散装置より上部の逆洗流速を、更に大きくすることによって、前記微細活性炭及び比重が軽く強度の弱くなった活性炭粒子を舞上がらせ、塔上部より排出することを特徴とする活性炭塔の運転方法。
【０００９】
最も分かりやすい例は、残留塩素を分解除去する場合の活性炭塔からの漏出である。
活性炭と残留塩素との反応は、下記の如く行われるといわれている。
【００１０】
【化１】
0003741366.tif 000002
【００１１】
Ｃ*は活性炭の反応表面を表わす。上記反応のように、活性炭と残留塩素の反応は物理吸着ではなく、化学的、触媒的作用であるために、活性炭自体が消耗されていく。すなわち、活性炭はこの炭素が炭酸ガスに変る反応があるため、使用が進むほど、活性炭自体の骨格を主に構成するCが少なくなり、強度が劣化していく。
また逆洗工程などによる活性炭同士の衝突により、徐々に破砕していく。
【００１２】
一般に活性炭塔は、通常０．３〜０．４ｍ／ｍｉｎの逆洗流速で逆洗される。しかし、このような運転では前述の如く、実機の調査から、表層から５〜２０ｍｍの深さ程度まで、排出されなかった微細活性炭、比重が小さくなった強度の弱い活性炭粒子が残留している。
０．４〜０．４５ｍ／ｍｉｎ以上の強流速で逆洗すればある程度排出できるが、次のような理由で強流速の逆洗は、現状の方法では採用できない。
すなわち、逆洗時、膨潤した表層付近の集中する前記の劣化活性炭は、塔の断面積の全面に広がっており、排出口から遠いところの劣化活性炭が、排出口に達するまでに、排出口から他の活性炭粒子も排出され、表層の位置が低下してしまい、結局は排出口から遠いところの劣化活性炭は排出されないことになる。これが水力学上の大きな理由である。また、実用的には、過大な流速による逆洗を行うと、支持層の砂利層、砂層等が乱れてしまう。特に、砂利層として大、中、小のように積層とした支持層は一度乱れると、回復は不可能で、廃棄し、新砂利層とする必要が生じてしまう。
【００１３】
また、逆洗時の活性炭層の膨潤の割合は、充填活性炭の質、粒径分布、逆洗水の水温などによって異なり、表層近くの前記の劣化した活性炭のみを上部集水装置からの排出を確認することが困難である。これは、塔自体に微生物増殖抑制のため、光が入らないよう、また熱水殺菌、蒸気殺菌時の安全のためサイトグラスを設けないことから、逆洗状態を監視できないことも大きな理由でもある。上部集水装置の逆洗排水管出口で監視することは、活性炭の大量流出と言う不測の事態を招く危険が大きいのである。確実に前記の劣化した活性炭を充分に排出する方法が、自動ではできていないのである。
逆洗後、水抜きをし、手動でマンホールを開閉し、塔内に人が入り、表層を掻き取るのが確実であるが、それに要する手間、時間がかかり過ぎて、１〜２日間その生産ラインが停止してしまうため、１回／年程度の定期検査時しか実施できないのが実情である。このため自動でできることが望まれているのである。
【００１４】
このことは、活性炭がどの程度の残留塩素量を分解除去するか実験してみると、残留塩素との接触量（Ｃｌ2濃度×流量／ｈ×通水時間）が増すほど、活性炭の強度は劣化していく。ついには活性炭自体が、超微細な墨のような粉末状態になってしまう。
活性炭の残留塩素の除去性能を、活性炭充填カラムを用いて通水実験を行うことにより調べた。
【００１５】
＜実験方法＞
カラム    ：７０φＩＤ×２０００ｍｍＨ  透明アクリル樹脂製
活性炭層高：１０００ｍｍ
原水：市水に次亜塩素酸ソーダを残留塩素１５ｍｇ／リットルになるよう注入。
ろ過：重力式、ＬＶ  １０ｍ／ｈ，  ＳＶ  １０、通水は連続  ３５００時間
逆洗：１回／日、１０分間、０．３５〜０．４ｍ／ｍｉｎ
水温：１５〜２５℃
＜結果＞
通水前後の活性炭の物性値変化
第１表に物性の変化を示す。
【００１６】
【表１】
0003741366.tif 000003
【００１７】
分析法；当社の分析法による。
３５００時間通水後の活性炭はいずれも、ほとんどの項目で性能の低下が見られる。ｐＨと硬さは規格外となった。
（１）供試活性炭の脱塩素性能（推定）
３５００時間までの性能低下傾向から、破過時間、単位塩素除去量を推定した。
【００１８】
【表２】
0003741366.tif 000004
【００１９】
１）第２表の値は、前述の如く、充填した活性炭が微細化し、墨のような粉化状態である。ここで得られた単位塩素除去量を実機に適用はできない。
２）通水時間が２０００時間を越えると、いずれの活性炭も、逆洗時の逆洗排水中の懸濁物質量（微細化した活性炭）が増加していた。
このことから、活性炭のライフは微細化の観点、すなわち、処理水への微細活性炭の漏出防止上から、第２表の単位塩素除去量の最大４０％程度、約０．５〜０．６ｋｇ―Ｃｌ／ｋｇ―ＡＣ以下と推測された。
この値以上で使用すると、処理水への微細活性炭の漏出は、数ｍｇ／リットル〜数十ｍｇ／リットル程度、常に生じてしまうことが分かった。
【００２０】
しかし、前記のライフ、約０．５〜０．６ｋｇ―Ｃｌ／ｋｇ―ＡＣでも、実機においては、処理水への微細活性炭の漏出の問題は生じている。更に、この原因について実機を調査してみると、下記のことが重要であることが分かった。
１）実機および前記のカラム実験でも１日に１〜２回の逆洗を、逆洗流速０．３〜０．４ｍ／ｍｉｎで５〜１５分間行い、その後沈静工程を経て、捨水工程を５〜１０分間行って、ろ過工程に入っている。
２）逆洗終了後、塔内に入り、表層から深さ方向に活性炭をサンプリングし分析してみた。
０．５年間運転し、処理水への微細活性炭の漏出が問題となっていた２４００φの活性炭塔の結果を第３表に示す。
【００２１】
【表３】
0003741366.tif 000005
【００２２】
表層から２０ｍｍまでのサンプルの硬さが大幅に低下していた。粒度は規格を維持していても強度が低下し、比重が小さくなっていることが分かる。
３）第３表の状態の活性炭塔に、残留塩素を２〜３ｍｇ／リットル含む原水を通水すると、処理水に、２〜１５μｍの微細活性炭粒子を主体に、最大５０μmの粒子までの大小の粒子が認められる。これらは後段のカートリッジフィルタ（Ａｂｓｏｌｕｔｅ  ５μｍ）の負荷になり、通水日数１ヶ月足らずで、圧力損失が大きくなり、フィルタ交換する必要があった。
しかし、０．４ｍ／ｍｉｎでの逆洗を１５分間行った後、静置、水抜き後、マンホールを開として、前記の第３表の表層〜２０ｍｍまでの活性炭を人力で掻き取り、廃棄し、その分の新しい洗浄した活性炭を充填し、殺菌後使用に供した。その結果、処理水への微細活性炭の漏出は大幅に少なくなり、フィルタ交換までの日数は長くなり、約３〜４ヶ月有効であった。
【００２３】
４）前記の第３表の表層〜２０ｍｍまでの活性炭の掻き取りを１ヶ月毎に行ったところ、フィルタ交換までの日数は更に長くなり、約９〜１２ヶ月間有効であった。
５）このような事実から、微細活性炭の処理水への漏出は、次のような機構で生ずると考えられた。
（１）逆洗工程によって、比重の小さい、強度の弱い活性炭粒子および同様な性状の微細化した活性炭粒子が表層部に集中する。
（２）この状態で、原水中の残留塩素が最初に、強度の弱くなった通常の大きさ、あるいは微細化していた活性炭粒子と反応する。そして更に微細化してしまう。
（３）この更に微細化した活性炭粒子は、表層部下の活性炭層、支持層としての砂層、砂利層で捕捉できず、下部集水装置から漏出し、後段のフィルタの負荷となる。
（４）１サイクルの運転が終了すると、「逆洗→ろ過」が行われ、前記（１）〜（３）が繰返され、微細活性炭の漏出は続き、後段のフィルタの負荷となり、ついには交換が必要になる。
【００２４】
６）活性炭のライフは、その除去目的にもよるが、食品製造工場などの製造用水システムの最終工程近くで使用する場合、そのライフの指標となるのは、一般に、残留塩素の除去性能、異味異臭成分（人による官能試験）、ＴＯＣ、トリハロメタンなどあるが、後段のフイルタヘの微生物負荷だけでなく、微細活性炭による懸濁物質としての負荷をも考慮する必要がある。
【００２５】
活性炭を残留塩素の除去に使用する限り、活性炭粒子の強度が弱くなり、比重が軽くなり、微細化することは避けられない。
実機において前記の（１）〜（４）の影響をできるだけ少なくするためには、逆洗工程の終了後において、活性炭の表層部の通常の大きさで強度の弱い、比重の軽い、活性炭粒子、そして同様な性状の微細活性炭粒子をできるだけ存在させないようにすること、すなわち塔外に排出してしまうことが重要である。その対策として下記のような方法が考えられる。
１）定期的に人力で表層部を掻き取る。
２）従来の０．３〜０．４ｍ／ｍｉｎの逆洗流速でなく、超高流速で塔外に排出する。
３）２）の考えに更に、半自動、あるいは自動の確実な排出操作を定期的に行う。
【００２６】
１）は装置を止め、マンホールを開にして、人力で行うことになる。新炭補充後、熱水あるいは蒸気による殺菌工程が不可欠であり、充分準備していても、マンホールを開にしていること等から、処理水の微生物の測定、確認を行うと、１日程度の運転停止は必要となろう。
また１）の操作頻度が多いほど、工場稼動時間は少なくなり、好ましくない。
２）の方法は単純で魅力があるが、目的の活性炭の排出の確認、確実性に難点がある。また高流速で通水するため、活性炭の支持層が維持できるよう工夫する必要がある。
３）の方法は、本発明で採用した方法であり、下部集水装置からの逆洗で膨潤している活性炭層内に位置せしめた水分散装置から水を噴出させ、膨潤した層内にある徴細活性炭および、比重が軽く、強度の弱くなった活性炭粒子を舞上がらせ、目的の微細活性炭の排出の確実性を増し、半自動、自動で行えるシステムとしている。水分散装置の位置は静置時の表層より若干下であってもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施態様例を図１及び図２に基づいて説明する。
図１は活性炭塔１の構造例を示し、図２は水分散装置４の例を示す。活性炭塔１は、塔下部の鏡部を埋め込み（斜線部）平面とし、下部集水装置２として、ウェジワイヤー式のスリット巾が０．１５〜０．２ｍｍの多孔管方式の集水装置２を設けている。集水装置２を２〜１０ｍｍφ程度の砂利混層５で覆い、その上に砂層６を６０〜１００ｍｍ程度充填している。そして活性炭７を充填し、使用に供している。
活性炭７の静置時の表層１０は逆洗により膨潤する。そして好ましくは、その膨潤状態にある膨潤層８の中に位置するように、かつ表層１０より若干上の位置になるよう水分散装置４を設けることが好ましい。しかし、水分散装置４は、表層１０の若干下方になっても、本発明の実施上、問題とはならない。
【００２８】
下部集水装置２から、０．３５〜０．４５ｍ／ｍｉｎ程度の逆洗流速によって、活性炭７が膨潤した状態で、水分散装置４から、更に水を流速０．２〜０．４ｍ／ｍｉｎで導入し、膨潤層８中の比重の軽くなった、強度の弱い活性炭、あるいは微細な活性炭を舞い上げる。
この舞い上がった活性炭粒子１１を上部集水装置３から排出する。あるいは活性炭粒子１１を専用排出管９から排出してもよい。
本発明においては、水分散装置４から下の逆洗流速は０．３５〜０．４５ｍ／ｍｉｎ程度であり、水分散装置４より上部は、逆洗流速が０．５〜０．８ｍ／ｍｉｎと大きくなっている。
【００２９】
この専用排出管９の開口部は、排出管径より広げたラッパ状であることが実用上は好ましい。こうすることにより、舞い上がった活性炭粒子１１を効率的に排出でき、使用水量の節約ができる。また、下部集水装置２及び水分散装置４からの逆洗水導入を停止し、閉としていた前記専用排出管９を、直ちに開とし、その上部の舞い上がった活性炭粒子１１を排出する方法も効率的である。
しかし、この専用の排出管９は、塔内の構造及び配管系が複雑になるため、熱水殺菌、蒸気殺菌を行う活性炭塔１では、構造をシンプルにするため、設けなくてもかまわない。
塔内の空気抜き用配管１４を設け、これを熱水殺菌、蒸気殺菌時の膨潤圧を抜く機能も兼ねるようにする。
【００３０】
前述した各装置、各配管には、必要な水の導入配管、排水管および弁が設けられている。
本発明においては、活性炭表層部１０の比重の軽くなった、強度の弱い活性炭、あるいは微細な活性炭を排出する操作を毎サイクル行う必要はなく、また１回の操作で、前記の活性炭粒子を全量排出するようにする必要はない。
要は、処理水に問題となるような、微細活性炭などが漏出しない程度に、実施する頻度を決めればよいのである。この点を考慮し、装置構造、運用方法を決めればよいのである。
【００３１】
図２及び図３は水分散装置４の構造例を示す図である。
塔径や劣化した活性炭の生成状況に応じて，前記の劣化活性炭の除去排出操作の頻度、水分散装置４の構造は異なるようにした方がよい。図２（ａ）は短管を用いた場合であり、塔径の小さい場合に適している。短管は二重管とし、外側のウェジワイヤーのスリット巾を０．１５〜０．２ｍｍ程度とし、短管の先端からも吹き出るようにするのがよい。
（ｂ）は塔径分の長さの管とする場合、（ｃ）は管をＴ字状に設置した場合である。４ｂは枝管である。枝管４ｂと主管４ａはフランジでなく、ねじ込み式とし、熱水殺菌、蒸気殺菌工程にも接合部がゆるまないようにするのが好ましい。（ｂ）、（ｃ）は比較的大きな塔径の場合へ適用できる。
【００３２】
図３の（ｄ）は主管４ａに左右３本づつの枝管４ｂを設けた構造であり、大きい塔径の場合に対応できる。（ｅ）は枝管ｂを六角の形状としたものである。枝管を環状にしてもよい。
本発明で使用する水分散装置４は、水の均一な分散はそれほど必要なく、前記の劣化した活性炭粒子１１を塔上部に舞い上げる作用を有すればよいのである。それゆえ、塔径に見合ったシンプルな構造を採用することが実用上大切である。
【００３３】
図１を例に運転例を述べると下記の如くである。
食品製造用水の製造装置において、逆浸透（ＲＯ）膜処理の処理水に残留塩素が２〜４ｍｇ／リットル入っている原水を、残留塩素を除去し、異味異臭成分を除去する安全装置の役割も果たす、活性炭塔１とカートリッジフィルタ（ＣＦ）で構成されるシステム例である。
【００３４】
原水は、原水ポンプＰ−１をＯＮ、弁３Ａ、弁２Ａを開とすることにより活性炭塔１に導入され、上部集水装置３から入り、活性炭層７、支持層の砂層６、混層の砂利層５、下部集水装置２を通り、ＣＦ（Ａｂｓｏｌｕｔｅ  ５μｍ程度）を経て製造用水が製造される。１回／１日程度行われる通常の逆洗工程は次のように行う。
原水（ＲＯ処理水、残留塩素あり）を用いて、逆洗ポンプＰ−２をＯＮとし、弁２Ｂ、弁３Ｂを開とし、０．３〜０．４ｍ／ｍｉｎの流速で５〜１５分間逆洗を行う。
数日〜数ヶ月に１回程度、活性炭塔１の処理水の微生物量が増加したら、前記通常の逆洗後、熱水、あるいは蒸気により、活性炭塔の殺菌操作を行う。図１に熱水による下降流循環方式の殺菌方法の例を示す。
【００３５】
下部集水装置２からの水を加熱用蒸気管１３を有する加熱装置１２に通して加熱し、弁１２Ａ、弁１２Ｂを開とし、循環ポンプＰ−３により循環し、活性炭層７だけでなく配管系、サンプリング系（図示せず）も、９０℃程度に約１時間で上昇させ、約１時間保持する。ついで冷却を行うため、蒸気による加熱をやめ、循環ポンプＰ−３を循環した状態で原水ポンプＰ−１をＯＮにし、冷却用弁３Ｃを開、捨水弁２Ｃを開とし、約１時間かけて、ゆっくりと冷却していく。そのため、弁３Ｃ、弁１２Ａの開度を調整して行う。
加温していくと、活性炭塔１内の液体も膨張するため、空気抜きを兼ねる圧力調整弁１４Ａも開閉し、塔内圧力を調整する。
殺菌工程によって、活性炭は微細化するため、冷却工程後は充分逆洗し、微細活性炭を排出する。そして、原水ポンプＰ−１をＯＮにし、弁３Ａ、弁２Ｃを開とし捨水（洗浄）を１０〜１５分間行う。
【００３６】
このような運転を行っていくと、原水や逆洗水中の残留塩素と反応した活性炭は、その骨格の基本構成要素であるＣ分がＣＯ2などとして失われていき、その粒子の比重が軽くなり、表層付近に逆洗工程によって集中してくる。また、逆洗などによる活性炭粒子同士などの衝突により、微細化した粒子が、同様に表層に集中してくる。これらの活性炭は処理時、原水の残留塩素と最初に接触するため、ますます前記反応が進み、ついには処理時に、更なる微細化、粉化が生じ、これが処理水に漏出してくる。
【００３７】
本発明は、このような表層部での、微細粒子及びＣ分が失われ、比重が軽くなるとともに、強度が落ちた、いわゆる劣化した活性炭粒子の逆洗を、必要に応じて、すなわち殺菌工程を行ったとき、あるいは、１〜５週間毎のように定期的に行う。１回／１日のように毎サイクル行う必要性は小さいと言える。そして、その操作は下記例のように行う。
【００３８】
弁２Ｂ、弁３Ｂを開にし、逆洗ポンプＰ−２をＯＮにし、原水（ＲＯ処理水、残留塩素あり）を用いて、０．３〜０．４ｍ／ｍｉｎの流速で５〜１５分間逆洗を行う。逆洗水は、下部集水装置２から支持層としての砂利層５、砂層６を通り、活性炭層に均一に入り、５〜１５分間逆洗し、上部集水装置３を経て排水される。静置時の活性炭層７は、静置時の表層１０が逆洗により上昇して１０ａの位置までに膨潤し、その膨潤層８内に、前記の劣化した比重が軽くなるとともに、強度が落ちた粒子、及び微細粒子が集中してくる。この間、一部の前記の劣化した粒子は、上部集水装置３を経て排出されるが充分ではなく、膨潤層８内に残留してしまう。
【００３９】
このようになったら、原水ポンプＰ−１をＯＮ、弁４Ｂを開にし、前記の水分散装置４から水を０．１〜０．４ｍ／ｍｉｎの流速で５〜１０分間程度導入し、膨潤層８内に分散させ、前記の劣化した粒子を舞い上がらせる。前記下部集水装置２からの逆洗水も加算されるため、水分散装置４から上部は流速が０．５〜０．８ｍ／ｍｉｎと高流速になり、舞い上がった劣化した粒子１１は確実に上部集水装置３から排出される。劣化した粒子の舞い上がり状態を良くするため、水分散装置４からの分散方向は、できるだけ水平方向が多くなるように、水分散装置４の構造を考慮することが好ましい。水分散装置４は膨潤層８内に設けることが装置上好ましいが、表層１０の若干下方になっても、運転上さしつかえない。
また、下部集水装置２および水分散装置４からの逆洗水導入を停止し、閉としていた前記専用排出管９を、直ちに開とする操作などにより、その上部の舞い上がった活性炭粒子１１を排出するのも効率的である。
【００４０】
その後、捨水（洗浄）工程に入る。原水ポンプＰ−１をＯＮ、弁３Ａ、弁２Ｃを開とし、処理工程と同じ流速で１０〜１５分間程度行う。この間、塔内を満水にするため空気抜き弁１４Ａを開とし、確認する。また弁９Ａをも２〜４分間、開とし、劣化活性炭の専用排出管９内を洗浄する。
捨水工程終了後、弁２Ａを開、弁２Ｃを閉とし、処理水をカートリッジフィルタ（ＣＦ）に供給する。
しかし１回の排出操作で全ての劣化した粒子を排出することはできない。またその必要もないので、活性炭塔１の運用条件に応じて、定期的に繰返すことによって、膨潤層８内の劣化した粒子を少なくし、処理時に処理水に漏出する微細粒子を少なく維持することが好ましい。
単に下部集水装置２からの逆洗流速を大きくし、前記専用排出管９から排出すれば、劣化した活性炭粒子を排出できるように思える。しかし、排出する活性炭量を制御することは非常に難しい。すなわち、目的とする劣化した活性炭粒子の多くを排出し、劣化していない活性炭粒子はできるだけ排出しないようにすることが難しいのである。
【００４１】
【実施例】
本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこの実施例により限定されるものではない。
【００４２】
（実施例）
図１に示すフローの食品製造用水処理システムにおいて、下記の仕様にて処理した。
（１）原水；ＲＯ処理水（残留塩素が約３ｍｇ／リットル）。
【００４３】
（２）水処理装置の構成
活性炭塔；２０００φ×２０００Ｈ（胴長）  ＳＵＳ３０４製
カートリッジフィルタ；Ａｂｓｏｌｉｔｅ  ５μｍ（フィルタ材質はポリエチレン製）
塔内装品および配管系は、全てＳＵＳ３０４製である。
下部集水装置；ウェジワイヤー型の多孔管方式、スリット巾は０．２ｍｍＳＵＳ製
上部集水装置；同上、スリット巾０．５ｍｍ
水分散装置；図２において（ｂ）のタイプ、配管径１５０ｍｍφ
活性炭専用排出管；配管系１２０ｍｍφ、塔内の開口部はラッパ状とした。
支持層    ；砂利層：２〜５ｍｍφの混層で３５０ｍｍ層高
砂層：  有効径  ０．５ｍｍ、層高８０ｍｍ
活性炭    ；ヤシガラ系の１２〜３２メッシュ、静置時充填層高は１０００ｍｍＨ
【００４４】
１）通常の逆洗工程：１回／１日の頻度とし、原水を使用して行った。
ａ）逆洗      ０．４ｍ／ｍｉｎ  １２分間
ｂ）沈静                          ２分間
ｃ）捨水      ＬＶ  ２０ｍ／Ｈ  １２分間
ｄ）ろ過      ＬＶ  ２０ｍ／Ｈ  継続運転、
土日の停止時、及び長期停止時はろ過状態で停止せず、必ず逆洗し、更に逆洗後、活性炭上部のフリーボード部には原水にて塩素張りし、微生物の増殖防止処置を行った。
【００４５】
３）本発明の劣化活性炭排出工程
通常の逆洗工程に代わって、２週間毎に下記の工程を行った。
ａ）下部集水装置からの逆洗：０．４ｍ／ｍｉｎ、８分間、上部集水装置から排水、排出
ｂ）下部集水装置からの逆洗
＋水分散装置からの水の導入：０．２ｍ／ｍｉｎ、５分間、上部集水装置からの排水、排出
ｃ）沈静  ：３０秒
ｄ）活性炭専用排出管からの排出：５分間
ｅ）満水兼捨水：ＬＶ  ２０ｍ／Ｈ、１５分間
ｆ）ろ過  ：ＬＶ  ２０ｍ／Ｈ、断続運転
【００４６】
＜運転結果＞
（１）カートリッジフィルタの圧力損失の上昇による交換頻度は、下記の結果となった。
１）本発明法を実施したとき；フィルタ交換まで約６〜８ヶ月間になった。
２）従来法              ；１〜２ヶ月であった。
（２）活性炭塔の処理水中の微細活性炭量
１）本発明法を実施した時；図３（処理水中の活性炭粒子の分散状態を表す図）、非常に少ない。
２）従来法          ；図４（処理水中の活性炭粒子の分散状態を表す図）、かなり多い。
注）図３及び図４の目盛１ますは１０μｍである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、活性炭塔において、原水中の残留塩素と反応して、活性炭の骨格を形成しているＣが少なくなり、強度の弱い、比重の軽くなった大きい粒子、及び逆洗などによって生じた微細活性炭が、表層部に集中することによって、これらが原水中の残留塩素と接触するため、ろ過時に更に壊れ、微細化し、処理水に漏洩する原因となっていた、表層部に集中した劣化した活性炭を活性炭塔から効率的に排出することができる。
本発明によれば、活性炭塔から漏洩し、後段のカートリッジフィルタなどの負荷となっていた劣化活性炭量を大幅に低減することができる。それゆえ、後段に設けるろ過フィルタの交換頻度を少なくできるとともに、活性炭塔の稼働時間を安定させ、製品の品質向上とともに、製造ラインの安定操業に寄与するところ大である。
本発明は、活性炭塔に利用できるだけでなく、一般に充填剤が微細化する装置において、その微細化した、あるいは強度が弱くなり、比重の軽くなった粒子を除去するのにも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様、塔構造例を示す説明図である。
【図２】本発明で使用する水分散装置の各種の例を示す平面図である。
【図３】本発明で使用する水分散装置の各種の例を示す平面図である。
【図４】本発明で得られた処理水中の活性炭粒子の分散状態を表す図である。
【図５】従来法による処理水中の活性炭粒子の分散状態を表す図である。
【符号の説明】
ＣＦ    カートリッジフィルタ
１    活性炭塔
２    下部集水装置
２Ａ  処理水流出弁
３    上部集水装置
３Ａ  原水流入弁
３Ｂ  逆洗排水弁
３Ｃ  冷却水弁
４    水分散装置
４ａ  水分散装置の主管
４ｂ  水分散装置の枝管
４Ａ  水分散装置捨水弁
４Ｂ  水分散用水導入弁
５    支持層としての砂利層
６    支持層としての砂層
７    活性炭（静置時）
８    膨潤層
９    劣化活性炭の専用排出管
９Ａ  劣化活性炭排出弁
１０    静置時活性炭の表層
１０ａ  逆洗時の膨潤層の表層
１１    舞上った劣化活性炭粒子
１２    加熱装置（殺菌用）
１２Ａ  熱水入口弁
１２Ｂ  熱水出口弁
１３    加熱用蒸気管
１４    空気抜き兼圧力調整管
１４Ａ  空気抜き兼圧力調整弁
Ｐ−１  原水ポンプ
Ｐ−２  逆洗ポンプ
Ｐ−３  熱水循環ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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