(57)【要約】  簡易で安価な装置で、塩素などの薬剤を使用せずに、殺菌すべき液体を密閉容器１に圧力をかけてノズル３から噴出させ、容器１の壁に液体を衝突させて液膜を生成させることによって気体を高濃度に溶解させる。液体中の微生物にその形態を保持するため高濃度に気体が溶解された液体を体内に取り込ませた後、圧力を解放するなどの減圧によって微生物の体内において液体に溶解していた気体を発泡させて膨張させ、液体中の微生物を破裂させて殺菌する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を含む液体に加圧気体を溶解させ、溶解した気体を微生物の体内にとりこませ、圧力を急激に減圧して溶解した気体を微生物の体内で発泡・膨張させることによって微生物を殺菌する溶解気体の膨張を利用した殺菌方法。
【請求項２】
前記加圧気体の圧力が０．１５ＭＰａ乃至１ＭＰａであり、前記急激な減圧が大気圧までの減圧である請求項１記載の殺菌方法。
【請求項３】
前記加圧気体中に前記微生物を含む液体を供給して、該液体中に気体を溶解させることを特徴とする請求項２記載の殺菌方法。
【請求項４】
前記微生物を含む液体中に前記加圧気体を供給して、該液体中に気体を溶解させることを特徴とする請求項２記載の殺菌方法。
【請求項５】
前記微生物を含む液体を前記加圧気体が存在する密閉容器内に噴出し、前記密閉容器の壁面に前記微生物を含む液体を衝突させることにより前記加圧気体を該液体に溶解させることを特徴とする請求項３記載の殺菌方法。
【請求項６】
前期微生物を含む液体が水であり、前記溶解させる気体が、空気、酸素、二酸化炭素のいずれか１種又は２種以上である請求項１乃至５のいずれかの項に記載の殺菌方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水、河川・湖沼等、または、液体食品産業、飲食産業において、液体中に存在する微生物を化学薬品や物理的分離膜を使用することなく殺菌する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水道水や液体の殺菌・消毒には、塩素処理、オゾン処理などの消毒や膜処理による除菌が行われており、液体食品の分野では加熱殺菌処理や高圧殺菌処理が行われ、あるいは、超臨界二酸化炭素を利用した殺菌方法が知られている。【０００３】
膜処理による除菌では、ウィルスなどの微生物を除去するためには孔径の小さい膜を複数段に使用する必要があり、維持管理費・施設費などの経費がかかるため、除菌のための経費がコスト高となるという問題点があった。【０００４】
水道水の消毒には塩素処理が最も一般的に行われているが、塩素の量を増やすとカルキ臭が強くなり飲料に適さないと嫌う人がおり、また、高濃度の塩素が環境を汚染する、あるいは、塩素と有機物が反応することにより生成される発ガン性を示すトリハロメタン等が環境を汚染する、あるいは、取り扱いの過ちにより塩素ガスが漏れ出すなどの危険も存在する。また、最近では塩素の効かない微生物が出現している。【０００５】
そこで、塩素にかえて、オゾン、臭素や塩素化シアヌル酸等を使用する方法も提案されている。しかし、これらの方法は塩素による方法の２倍以上のコストがかかり、経済的ではない。更に問題なのが殺菌に使用した薬剤と液体中の有機物質の反応によって、人体に悪影響を与える物質が生成されることによる影響である。【０００６】
これらの点を総合的に勘案すると、多種多様な微生物や種々の物質が水中に存在する現状では、化学反応による殺菌は問題があり、導入や維持管理が非常に高コストとなる。【０００７】
そこで、液体食品の分野では、加熱殺菌装置が代表的な殺菌装置として用いられている。そのほかにも、超高圧処理装置も使用されているが、高圧処理装置においては、微生物を殺すために液体を加圧し、２０ＭＰａ以上の高い圧力に維持しなければならないので、高圧処理容器に強度が要求され、また高圧であるため危険であり、維持管理にコストがかかると共に、高圧装置自体が、極めて高価である。【０００８】
また特許文献１、特許文献２に開示されているように、超臨界二酸化炭素を利用した殺菌方法が提案されている。超臨界二酸化炭素を利用した殺菌方法は、殺菌すべき試料に液化炭酸ガスを混合して溶解し、液化炭酸ガスを溶解した試料を送液しながら所定の温度と圧力の超臨界状態に保持して殺菌を行い、その後、試料の圧力を常圧にして排出するというものである。この方法にあっては、液化炭酸ガスの使用や超臨界状態を形成するための装置等が必要となり、ランニングコストが比較的高くなるという問題があった。【０００９】
以上のように、従来、水道水や液体食品、或いは下水、河川、湖沼などの汚水等の殺菌方法として、安価な設備と低ランニングコストで、微生物に対して有効な殺菌方法の開発が期待されていた。
【特許文献１】特開２０００−８３６３４号公報
【特許文献２】特開平７−１７０９６５号公報
【特許文献３】特開２００３−３４０２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、化学薬品を用いず、しかも簡単な設備により低ランニングコストで、塩素殺菌と同等の殺菌効果が得られ、更に既存の設備への適用が容易である殺菌方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の殺菌方法は、微生物を含む液体に加圧気体を溶解させ、溶解した気体を微生物の体内にとりこませ、圧力を急激に低減して溶解した気体を微生物の体内で発泡・膨張させることによって微生物を殺菌するものである。【００１２】
本発明の好ましい態様は、加圧気体が０．１５ＭＰａ乃至１ＭＰａ程度の、それ程高くない加圧下に気体を微生物の存在する液体に溶解させた後、急激に減圧する。この減圧手段は、一般には大気圧のもとへ開放することで達成される。圧力開放手段は、加圧下に気体を溶解している液体を大気圧下にフラッシュするのが好ましい。【００１３】
本発明において、微生物の存在する液体に加圧気体を溶解する手段は何等限定されないが、加圧気体の存在する容器に微生物を含む液体を供給する手段、例えば加圧された吸収塔、一般には潅液塔、充填塔、薄膜吸収塔などの構造の容器、或いは図２に示す如く、容器内の底部に液体が溜った状態で壁面、特に底部液溜中に設けた衝突板（これも壁面に含まれる）に液を噴射して衝突させ、液を泡立たせる方法などが好適に採用される。【００１４】
その他、微生物を含む液が存在する容器の底部から、加圧気体を気泡として供給する方法も好適に採用される。この場合も容器内にラッシッヒリング（Raschig Ring）等の充填物を充填したり、棚段を設ける等、吸収効率を高める手段を講じるのが好ましい。【００１５】
本発明において使用される気体は特に限定されないが、コストの面からは空気を用いるのがよく、また殺菌効率を考慮すると、酸素（中でも嫌気性菌に対して）が有効であるが、特に、水媒体に対して溶解度の大きい、しかも圧力差による溶解度の変化の大きい二酸化炭素が、殺菌効率が高いので好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、液体に気体を溶解させるだけでよく、塩素のように有毒な物質を使用せず、人体に対して無害な気体を使用して殺菌効果が得られるので、管理設備が簡単でよく、消費エネルギーが小さくてすむ。また、井戸水をポンプで汲み上げて用いる簡易水道等の上水道圧程度の加圧でよいことから、気体溶解装置を既設の設備に簡単に付加することができ、大掛かりな工事をすることなく稼動させることが可能である。【００１７】
また、気体溶解装置の有効容積を小型化することが可能であるため、上下水道の施設ばかりでなく、各家庭の水道蛇口においても本発明を適用可能であり、この場合、水道水中に塩素を使用しなくてよい、もしくは、その使用量を減らせるので、殺菌と同時においしい水を供給することが可能となる。【００１８】
本発明は、比較的小さい圧力、一般に０．１５ＭＰａ（メガパスカル：１気圧≒０．１ＭＰａ）〜１ＭＰａ、好ましくは０．２〜０．６ＭＰａ程度の圧力を付加することにより、常圧下におけるより多量の気体を水などの液体中に溶解させ、この溶解液を急激に大気圧（０．１ＭＰａ）に戻すことにより気体を発泡させるものであるから、従来高圧殺菌に用いられていたような極めて高い圧力を要しないため、設備費は高価とはならないのである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は本発明の殺菌方法を説明する概念図である。
【図２】図２は気体溶解器の一例の断面図である。
【図３】図３は実験装置の概念図である。
【図４】図４は実験における殺菌効果を示すグラフである。
【図５】図５は本発明のワン・パスによる殺菌装置の概念図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  気体溶解装置
２  圧力容器
３  ノズル
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、微生物が存在する液体、特に水性媒体に加圧下で気体を溶解させ、溶解した気体を微生物の体内にとり込ませた後、圧力を急激に低減することにより殺菌する。【００２２】
気体は一般にほぼヘンリーの法則に従って、液体上に存在する気体の分圧に比例して溶解する。その量は常圧近傍ではヘンリー定数と分圧によってほぼ決まると考えられる。【００２３】
表１に炭酸ガス、空気及び酸素の２０℃及び２５℃におけるヘンリー定数を示す。【００２４】
【表１】
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【００２５】
また、表２及び表３に、例として、２０℃及び２５℃における水に対する炭酸ガス、空気及び酸素の０．３５ＭＰａ及び０．１ＭＰａ時のガス溶解度を示す。【００２６】
これらは推算値であり、しかも実気体にあっては必ずしもヘンリーの法則が正確にはあてはまらないが、一応の目安にはなるものである。【００２７】
表２及び表３から理解されるように、２０℃〜２５℃においては０．３５ＭＰａから０．１ＭＰａ（約大気圧）まで、圧力を低減した場合、炭酸ガス、空気及び酸素共に概ね７１〜７２％の溶存気体が放出されるのである。【００２８】
【表２】
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【００２９】
【表３】
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【００３０】
このような溶解気体の放出が、微生物体内で急激に生じた場合、微生物はその変化に対応できず、あたかも人間が潜水病に罹患した場合の如くなるか、或いは微生物が破裂することによって殺菌されるのである。【００３１】
これを模式的に図１に示す。すなわち、図１の左側の図（１）は微生物体内に加圧により多量に気体が溶解した液体（水）が取り込まれた状態を示す。【００３２】
また、図１の右の図（２）は、圧力が開放され溶解気体が液中から発泡し、ガス状となり、体積が増大したため微生物が破裂した状態を示している。【００３３】
気体を液体に溶解させるには、一般に吸収塔に用いられる構造、すなわち灌液塔、充填塔等を用いて上部から液体を落下させる方法、或いは液を入れた充填塔、目皿又は泡鐘等の棚段塔に、下部から気体を圧入する方法、更には圧力タンク上部から液体をノズルで気体中に噴射して溶解させる方法や、圧力タンク内で液体と気体をミキシングして溶解させる方法等が採用される。【００３４】
本発明の方法に使用する気体溶解器としては、例えば、特許文献３（特開２００３−３４０２５１号公報）に開示されたものを利用するのが、気体溶解のための消費エネルギーが少なく最適である。【００３５】
図２に、好ましい気体溶解装置１の概念図を示す。タンク５に収納された処理すべき液体をポンプＰによって加圧して、密閉容器２内のノズル３から流速を上げて噴出させ、ノズル３から噴出する噴流を密閉容器２の壁２１に衝突させて処理すべき液体の非常に薄い膜（以下、液膜）を壁２１の近傍に形成する。液膜の周辺は気体で満たされており、密閉容器２内の気体と処理すべき液体の接触面積が増大すると共に、密閉容器２内は、徐々に液面が上昇し、気相の体積が減少し、気体は圧縮（加圧）され、密閉容器２内の大量の気体が処理すべき液体に溶解する。【００３６】
形成された液膜は、密閉容器２の底部で液体に戻り、気体が高濃度に溶解された状態となる。密閉容器２からの処理すべき液体の取り出しは、バルブ２２の開度によって調整する。気体を処理すべき液体に溶解させる際の運転指標は、密閉容器２内の圧力であり、運転条件は、ポンプＰの吐出圧力と密閉容器２から処理液を排出するためのバルブ２２によって容器内圧が制御される。ポンプの吐出圧力及び密閉容器２内の圧力は、それぞれ、圧力計４１、４２によって計測する。【００３７】
勿論、供給ガス圧により制御可能であり、実際にはこれらの要素を適宜組み合わせて運転を行う。バルブ２２により密閉容器２から取り出された処理すべき液体は、大気圧下にフラッシュされ、溶解された気体が析出・発泡して膨張し、処理される液体内の微生物が死滅する。【００３８】
密閉容器２内の気体が二酸化炭素の場合、水道水の圧力である０．２〜０．３ＭＰａで加圧した場合でも十分な殺菌効果が得られるので、駆動源を新たに設置することなく殺菌することが可能であり、２４時間風呂、家庭用浄水装置にも適用可能となる。【００３９】
更に、図３は、溶解された気体の発泡・膨張を繰返し、より完全に殺菌するための装置の例である。微生物を含む液溜５は大気に開放されており、濁水等微生物を含む被処理水が入れられている。これをポンプＰにより加圧して、密閉容器２に送り、図２の場合と同様に密閉容器２の気体を加圧して密閉容器２内に導入された液体に加圧溶解させた後、バルブ２２から大気圧下の液溜５に急激に排出することにより減圧し殺菌を行う。大気圧下へのフラッシュを１回行うワン・パスでは十分な殺菌が得られない場合は、数回、処理液を循環させることにより殺菌をより高度に達成することができるのである。
【実施例１】
【００４０】
下水処理場の汚泥貯留槽及び曝気槽より採取した濁水に対して、図３に示す実験装置によって殺菌処理の実験をおこなった。気体溶解装置２は図２に示したものと同様である。【００４１】
【表４】
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【００４２】
微生物を含む試料の処理水を加圧ポンプＰで密閉容器２内にノズル３から噴出させ、微生物を含む試料に溶解させる気体は空気を用い、密閉容器２内の圧力を圧力調整弁２２で調整した。ポンプの吐出圧は０．３ＭＰａであり、密閉容器２の内圧は０．２６ＭＰａで、その差圧は０．０４ＭPａとし、２０分間の繰り返し運転を実施した。その間、微生物を含む処理水は４〜６回循環したことになる。【００４３】
実験に用いた試料は、試料の水温を１０℃と２５℃、ｐＨ（potential Hydrogen:水素イオン指数）を７と９．５、濁度を２０ＮＴＵ（Nephelometric Turbidity Unit:ネフェロメ濁度単位）と２０００ＮＴＵとしてそれらを組み合わせたものであり、表３に示す。【００４４】
この実験における大腸菌群の数（CFU：Colony Forming Unit）の変化を図４に示す。運転開始後、１０分で大腸菌群の数は半分に減少しており、運転開始後２０分では、大腸菌群の数は当初の約２０％に減少しており、殺菌効果が確認できた。【００４５】
また、温度及び、濁度は殺菌効果に与える影響は小さかったが、ｐＨが９．５のほうが７．０よりも殺菌効果が有意に高いことが確認された。
【実施例２】
【００４６】
使用した気体を炭酸ガスとし、図５に示す装置を用い、大気圧下へのフラッシュを１回のみ行うワン・パスによる殺菌効果を測定した。ポンプＰの吐出圧０．３ＭＰａ、密閉容器内気相部は全圧炭酸ガスとし、内圧との差圧を０．０４ＭＰａ（内圧０．２６ＭＰａ）として実施を行った。【００４７】
濁度２０ＮＴＵ、８００ＮＴＵの場合、それぞれ、大腸菌群の数が９５％及び８７％減少する高い殺菌率が得られた。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月18日(2008.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に微生物を含む液体をノズルから噴出し、密閉容器の壁面に衝突させて液膜を形成させることにより、０．１５ＭＰａ乃至１ＭＰａの加圧気体を溶解し、該溶解した気体を微生物の体内にとりこませ、圧力を急激に大気圧まで減圧して溶解した気体を微生物の体内で析出・発泡させることによって、微生物を殺菌する溶解気体の膨張を利用した殺菌方法。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記加圧気体中に前記微生物を含む液体を供給して、該液体中に気体を溶解させることを特徴とする請求項１記載の殺菌方法。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
前記微生物を含む液体が水であり、前記溶解させる気体が、空気、酸素、二酸化炭素のいずれか１種又は２種以上である請求項１又は３のいずれかの項に記載の殺菌方法。
【請求項７】
前記微生物を含む液体が水であり、前記溶解させる気体が二酸化炭素である請求項６記載の殺菌方法。
【国際調査報告】
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