(57)【要約】      （修正有）【課題】溶液中の微生物（細菌、ウイルス、プリオンなど）を除去する事により、生活排水のリサイクル水の安全性を高め公共施設への排水と農業用水などに再利用する事を可能とする技術を提供する。この技術は、具体的に（ａ）細菌の除去、（ｂ）ウイルスおよびプリオン除去、（ｃ）カビの除去、（ｄ）酵母の除去の4種類の要求をもしくは組合せで満足させる排水中の微生物およびウイルス除去を可能にする。【解決手段】溶液中の微生物除去するために微生物が持つ水溶液中での表面荷電を利用する。すなわち水酸化第２鉄コロイド溶液を特定された膜を用いて濾過して作製したヘキサアクア鉄ピコ粒子を使用する事で表面電荷の反発力で安定に分散した微生物の表面電荷の中和により不安定化し、同時に該ピコ粒子を不安定化し両粒子の凝集により大粒子化させることにより凝集沈澱させての除去あるいは沈澱していない状態で膜除去する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
浴液中に存在する微生物を除去する方法において、粒子径が１から１０ｎｍ未満のヘキサアクア鉄ピコ粒子を含む水溶液を添加する事によって大粒子化させ、該大粒子を沈澱除去または膜濾過によって除去することを特徴とする微生物除去方法。
【請求項２】
請求項１において、ヘキサアクア鉄ピコ粒子は、粒径１０から１００ｎｍの水酸化第２鉄コロイド粒子を含むPHが２．５から５．０である水溶液を０．００１から０．３のＭPa圧力で膜厚１０から１００μｍ、平均孔径５から２０ｎｍのウイルス除去膜で透過させて得られる濾液として作製される粒子であることを特徴とする方法。
【請求項３】
膜濾過の方法においてイオン交換性を持つ不織布で予備濾過後、多層構造膜で濾過あるいは孔拡散・濾過することを特徴とする微生物除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶液中に分散している微生物除去に関する。詳しくは溶液中に分散している細菌、ウイルスやプリオン等の微生物を粒径１ｎｍから１０ｎｍ未満のヘキサアクア鉄ピコ粒子を使用することで大粒子化して除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液中の微生物、ウイルス、細菌、マイコプラズマ、プリオン等からの感染防止対策として滅菌工程での不活性化と精製工程での除去とをバイオ医薬品や食品業界で採用が義務づけられている。滅菌処理法としては蒸気滅菌やエタノール噴霧、加熱、ガス滅菌が採用されている。一方、上水道の安全対策として沈澱、凝集、濾過、吸着工程に加えて塩素を添加しているが多くの工程と時間を要する。しかし細菌対策として使用されているこれらの工程がウイルスやプリオン対策として十分かどうかは明らかでない。生活排水のリサイクル方法としてＭＢＲ法が採用されているが、この場合にもウイルスやプリオンへの安全対策を必要とするが、現在まで有効な手段がないためＭＢＲ処理後の水の農業用水として利用できない。除去についての方法は膜法やクロマト法とがあるがこれらは処理対象量が小さい場合のみに適用される。
【０００３】
一般的な微生物除去処理としては、濾過法を使用する事が多いが、この方法は膜の平均孔径によってほぼ除去対象が定まる。さかし微生物の大きさを決めることの困難さのため除去用膜の平均孔径を小さく設定せざるを得ない。平均孔径より小さい微生物を除去するには微生物を分散している溶液のＰＨを酸性側に設定し、共存イオンを少なくすることにより微生物を大粒子化させる方法も提案されている（特許文献１）が漏れる可能性が大きい点が問題である。
【０００４】
有機物を含有する酸性排水中の微生物処理においては、弱塩基性のアニオン交換樹脂を使用する場合があるが、これは被処理水中の酸成分におけるアニオン成分を除去し、生物処理に適用可能なPH範囲に調整し、また生物処理装置を微生物付着担体上に好気性生物膜を使用するため、好気性菌の除去には効果があるが嫌気性には効果がない点が問題であり、コストと工程が多い点が問題である。（特許文献２）
【０００５】
溶液中に炭素繊維を用いて電極を覆い電流を流す事によりマイナスにチャージしている微生物を正極側で電気吸着させる事により除去する方法があるが処理タンク装置が大きくコストも掛かる点が問題である。（特許文献３）
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１５１８４０
【特許文献２】特許第３２００３１４号
【特許文献３】特開２００７−１１７９１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明では溶液中の微生物を除去する事により、安全性を高め公共施設への排水と農業用水などに再利用する事を可能とする技術を提供する。この技術は、荷電している微生物の除去を可能にする。具体的に（ａ）細菌の除去、（ｂ）ウイルスおよびプリオン除去、（ｃ）カビの除去、（ｄ）酵母の除去の４種類の要求をもしくは組合せで満足させる排水中の微生物およびウイルス除去法を提供する。
【０００８】
生活排水の大部分は公共施設において処理され、処理後の排水の一部は中水道などの水洗トイレや工業用用水に使用される場合もある。排水中の微生物を除去して安全性を高め農業用水に使用されることが望まれている。しかし、この方法では時間とコストが掛かるし微生物およびウイルスも特定の物質しか除去できない、さらに人体の影響を考えると選定された微生物およびウイルス以外にもプリオン等の感染性のナノ粒子も同時に取除くことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は粒径１０〜１００ｎｍの水酸化第２鉄コロイド粒子を含む溶液たとえば（株）セパシグマ製ＦＣＰシリーズの様な水溶液を０．００１から０．３ＭＰａの圧力で膜厚１０〜１００μｍ、平均孔径５から２０ｎｍのウイルス除去膜たとえばセパシグマ製セパΣシリーズの様な膜で濾過する事で作製された透明溶液中には数百ｐｐｍの濃度の鉄原子の存在を発見したことによって達成された。すなわち該溶液中には鉄原子としては数百ｐｐｍの濃度での存在が観察されるが動的光散乱での測定では１０ｎｍ以上の粒径の微粒子の存在が認められない。しかし該溶液を微生物を含む溶液中に微量添加するのみで微生物は大粒子化し沈殿を生じることもある。この現象を発見して本発明に至った。すなわち本発明の第１の特徴は粒子径が１から１０ｎｍ未満の無定形の水酸化第２鉄コロイド粒子より産生したヘキサアクア鉄ピコ粒子を含む水溶液を用いる点である。該水溶液のPHを変化させた際の紫外吸収スペクトルの変化より該水溶液にはＦｅ３＋とは異なる水分子と結合したＦｅ３＋の化合物を成分とした会合体の存在が実証できる。この会合体をヘキサアクア鉄ピコ粒子と命名する。該ヘキサアクア鉄ピコ粒子を使用する事により微生物を凝集沈澱を生じさせる点に作用上の特徴がある。この粒子を構成する化合物の化学式は原子吸光光度計と紫外吸収スペクトルより（１）式で表現されると予測される。この化合物はほとんど無色であるが光の散乱能はＦｅ３＋よりはるかに大きい。
（化１）
２［Ｆｅ（Ｈ２Ｏ）６]３＋＝［Ｆｅ（Ｈ２Ｏ）４（ＯＨ）２Ｆｅ（Ｈ２Ｏ）４］４＋＋２Ｈ＋
このヘキサアクア鉄ピコ粒子による微生物の凝集機構はシュルツェーハーディ理論で反対電荷を持つ粒子との凝集により説明される。水溶液中のコロイド粒子間の電気的反発作用とコロイド粒子のファン・デル・ワールスの分子間力に起因する普遍的引力とが作用の結果として粒子間の位置エネルギーが説明される。この２つの作用の和が正の場合は２つの粒子が接近しても反発して凝集しても負になると凝集を生じる。微生物の凝集はこの理論の応用である。
【００１０】
本発明では細菌およびウイルスやプリオン等の微生物の除去においてその種類によらず対象とする水溶液のPH値をあらかじめ変動させることは必ずしも必要なく本発明のピコ粒子を含む水溶液を添加することによるＰＨ値の変動で十分である。該ピコ粒子が安定して存在するＰＨ域１．４から５．０であり、特に２．５から５．０であれば安定である。該ピコ粒子を含む水溶液を添加することによりＰＨが変化し、該ピコ粒子が不安定となり混在していた微生物と共に大粒子化することにより微生物を除去することに特徴がある。酸性側およびアルカリ側処理をする事なく、ヘキサアクア鉄ピコ粒子の核形成および成長（造核）が微生物の存在によって加速化させる事により、微生物を取り込んで粒子を成長させ、微生物の中でも小粒子であるウイルスやプリオンではこれらを取囲んで凝集させる事ができる。ヘキサアクア鉄ピコ粒子の作製の方法としては（株）セパシグマ製のＦＣＰシリーズの水酸化第２鉄コロイド溶液をセパΣシリーズの濾過モジュールでの濾液作製で実現される。
【００１１】
本発明の第２の特徴は本発明のピコ粒子を含む水溶液を処理対象液と添加後該液静置して沈澱させるかあるいは５０ｎｍ以上の大きさまで大粒子化させた後に該液を膜濾過によって大粒子を除去する点にある。静置時間としては３時間で十分であるが膜濾過を採用する場合はより短時間で良い。
【００１２】
本発明の第３の特徴は粒径１０から１００ｎｍの水酸化第２鉄コロイド粒子溶液（ＰＨが２．５から５．０）を０．００１ＭＰａから０．３ＭＰａ圧力で膜厚１０μｍから１００μｍ、平均孔径５ｎｍから２０ｎｍのウイルス除去膜を用いて濾過する事で作製されるヘキサアクア鉄ピコ粒子を使用する事により微生物およびウイルスを除去する点である。ピコ粒子の核を形成する鉄イオンに水分子が配位した構造を該ピコ粒子は、とっていると予想される。ピコ粒子は該粒子表面あるいは微粒子表面に電気的相互作用で吸着する事により粒子の成長が進み沈澱すると考えられる。
【００１３】
本発明の第４の特徴はタンパク質などの共存下でもタンパク質を沈澱することなく、微生物およびウイルスを除去できる点である。これはこのヘキサアクア鉄ピコ粒子と微生物あるいはタンパク分子との結合反応がピコ粒子―タンパク分子との結合よりもピコ粒子―微生物との結合反応が速く、かつ結合によって生じる大粒子の凝集沈殿速度が非常に速いため結合生成物が反応系外になるためと考えられる。
【００１４】
処理後の水溶液の安全性および精製度を高めるためには該水溶液の膜処理が不可欠である。膜処理の方法として例えば再生セルロース製の多層構造膜で平均孔径２０ｎｍ、膜厚７０μｍセパシグマ製ＳＥＰAΣ２０を用いた濾過あるいは孔拡散がその例である。ウイルス除去膜を使用する事で微生物のほぼ完全な除去が可能となる。孔拡散を用いた場合には利用される膜の平均孔径は３００ｎｍでも十分である。
【００１５】
本発明により水溶液中の微生物の除去は低コストでしかも簡素化された装置で可能である。さらに処理後の上清水中の微生物の残存率はＨｙｇｉｅｎａ製ＳＵＲＥＰｌｕｓ  ＡＴＰ生物発光テスト簡易試験法で２０％以下である。そのため沈澱除去あるいは膜除去を加えると濾液中の残存率はさらに低い。
【００１６】
本発明方法を利用すると最終的に得られた濾液中の鉄イオン濃度が数ｐｐｍ増加する。この増加を防止するには処理溶液のＰＨを６以上にし、さらに膜濾過の際の予備濾過としてイオン交換性能を持つ不織布で濾過後、多層構造膜で濾過あるいは孔拡散・濾過することで微生物除去できる。この不織布での濾過の速度を小さくすると該不織布のイオン交換容量の１０倍量の鉄イオンの除去が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ヘキサアクア鉄ピコ粒子の造核に伴いピコ粒子により大粒子化した微生物の模式図
【実施例１】
【００１８】
大腸菌（ＵＫ５０６）を含む溶液の２ｍｌにヘキサアクア鉄ピコ粒子を鉄原子濃度で２００ｐｐｍ含む水溶液（ＰＨ＝３．３）を滅菌した注射器で０．０５ｍｌ注入して３０分間静置した。また、同等の操作を鉄換算濃度５０００ｐｐｍの粒子径１０ｎｍの水酸化第２鉄コロイド溶液（ＰＨ＝２．７）で実施し比較した。注入前と注入３０分後の溶液の上清水をＨｙｇｉｅｎａ製ＳＵＲＥＰｌｕｓ  ＡＴＰ生物発光テスト簡易試験法で行った結果、ヘキサアクア鉄ピコ粒子を用いた場合の生存菌の残存率１７％、５０００ｐｐｍの粒子径１０ｎｍの水酸化第２鉄コロイド溶液（ＰＨ＝２．７）では３８．７％であった。
【実施例２】
【００１９】
ファージＭＳ２を含む水溶液２ｍｌ中にヘキサアクア鉄ピコ粒子を鉄原子濃度で２００ｐｐｍ含む水溶液（ＰＨ＝３．３）を滅菌した注射器で０．０５ｍｌ注入して３０分間静置した。また、同等の操作を鉄換算濃度５０００ｐｐｍの粒子径１０ｎｍの水酸化第２鉄コロイド溶液（ＰＨ＝2.7）実施し比較した。注入前と３０分後の溶液の上清水をＨｙｇｉｅｎａ製ＳＵＲＥＰｌｕｓ  ＡＴＰ生物発光テスト簡易試験法で行った結果、ヘキサアクア鉄ピコ粒子を用いた場合のＭＳ２の残存率は１４％、５０００ｐｐｍの粒子径１０ｎｍの水酸化第２鉄コロイド溶液（ＰＨ＝2.7）では９１％であった。
【実施例３】
【００２０】
大腸菌（ＵＫ５０６）を含む水溶液中に濃度として３ｗｔ％になるように牛血清アルブミン（ＢＳＡと略する）を含む混合溶液の２ｍｌにヘキサアクア鉄ピコ粒子を鉄原子濃度で２００ｐｐｍ含む水溶液（ＰＨ＝３．３）を滅菌した注射器で０．０５ｍｌ注入して３０分間静置した後ウイルス除去膜（（株）セパシグマ製ＳＥＰＡΣ２０）を用いて上澄みを濾過した。また、同等の操作を鉄換算濃度５０００ｐｐｍの粒子径１０ｎｍの水酸化第２鉄コロイド溶液（ＰＨ＝2.7）で実施し比較した。注入前と３０分間静置し上清水を濾過後の溶液をＨｙｇｉｅｎａ製ＳＵＲＥＰｌｕｓ  ＡＴＰ生物発光テスト簡易試験法で行った結果、残存率はヘキサアクア鉄ピコ粒子では検出限界以下、５０００ｐｐｍの粒子径１０ｎｍの水酸化第２鉄コロイド溶液（ＰＨ＝2.7）では８８％であった。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
生活排水等から農業用水へ水のリサイクルをにする時に微生物（特にウイルス）のような感染粒子を除去していなくては農作物に致命的な影響を与える可能性がある。農業用水は安全な水でなくてはならない。本発明は生活排水から農業用水および飲料水を作製する方法として利用される。
【符号の説明】
【００２２】
１：容器
２：ヘキサアクア鉄ピコ粒子
３：サブミクロンの微生物（細菌、マイコプラズマ等）
４：ナノメートルスケールの大きさの微生物、ウイルスあるいはプリオン
【図１】
2012040478.tif 000002