(57)【要約】【課題】構造材料の金属が腐食関連微生物の活動し得る環境に長時間接している場合でも、大規模な制御装置などの機器を用いずに嫌気性微生物等の活動を抑制できる機器の腐食抑制構造を提供する。【解決手段】水を流通させる機器系統において、系統水２の流速が小さく系統水２の滞留箇所を形成し易い機器１または運用が間欠的であり系統水２の滞留箇所を形成し易い機器１に、系統水１中に含まれる微生物の活動を低下させる物質を暴露する活動低減機構３を設けることにより微生物による機器の腐食を低減することを特徴とする機器の腐食抑制構造である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統水を流通させる機器系統において、系統水の流速が小さく系統水の滞留箇所を形成し易い機器または運用が間欠的であり系統水の滞留箇所を形成し易い機器に、系統水中に含まれる微生物の活動を低下させる物質を暴露する活動低減機構を設けることにより微生物による機器の腐食を低減することを特徴とする機器の腐食抑制構造。
【請求項２】
請求項１記載の機器の腐食抑制構造において、前記活動低減機構が機器の少なくとも一部を構成する通気性素材であり、この通気性素材が前記機器外部の外気から空気を取り込み系統水中に酸素を暴露することを特徴とする機器の腐食抑制構造。
【請求項３】
請求項２記載の機器の腐食抑制構造において、前記通気性素材がポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする機器の腐食抑制構造。
【請求項４】
請求項２記載の機器の腐食抑制構造において、前記機器が配管である場合には、前記通気性素材は系統水の圧力がより低い箇所に設ける一方、前記機器が槽類である場合には、その槽類の底部に前記通気性素材を設けることを特徴とする機器の腐食抑制構造。
【請求項５】
請求項２記載の機器の腐食抑制構造において、前記活動低減機構が、管状の通気性素材の端部を閉鎖した管体から構成され、この管体の端部が閉鎖されており、この管体の側面から系統水中に空気が暴露されていることを特徴とする機器の腐食抑制構造。
【請求項６】
請求項１記載の機器の腐食抑制構造において、前記活動低減機構が通気性素材で構成されたカプセルであり、このカプセル内部に高圧の空気が封入された状態で機器底部に配置されることにより、系統水中に徐々に酸素が暴露されることを特徴とする機器の腐食抑制構造。
【請求項７】
請求項２ないし６のいずれかに記載の機器の腐食抑制構造において、前記通気性素材の厚さを増減することにより系統水の溶存酸素濃度が制御されていることを特徴とする機器の腐食抑制構造。
【請求項８】
請求項１記載の機器の腐食抑制構造において、前記微生物の活動を低下させる物質が酸化性気体あるいは系統水のｐＨを変化させる気体であることを特徴とする機器の腐食抑制構造。
【請求項９】
請求項８記載の機器の腐食抑制構造において、前記微生物の活動を低下させる物質が、微生物が嫌気性細菌であれば、空気、酸素、過酸化水素、オゾンの少なくとも１種である一方、前記微生物が好気性細菌であればヒドラジンであることを特徴とする機器の腐食抑制構造。
【請求項１０】
請求項８記載の機器の腐食抑制構造において、前記ｐＨを変化させる気体がアンモニアまたは二酸化炭素であることを特徴とする機器の腐食抑制構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微生物活動に起因する機器の腐食抑制構造に係り、特に機器構成材料の金属が腐食関連微生物の活動し得る環境に長時間接触している場合においても、大規模な制御装置などの機器を用いずに微生物の活動を抑制でき、微生物による機器の腐食を効果的に抑制することが可能な機器の腐食抑制構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、腐食は機器の構造材である金属がイオンまたは酸化物となることにより材料強度が減少する経年事象であり、機器寿命を決定する重要な要素である。また腐食が進行すると、機器の破損により重大な事故・損害を招く可能性が高くなるために、機器の安全性維持の観点からも腐食対策は必要である。
【０００３】
上記金属の腐食の具体例として、基本成分である鉄（Ｆｅ）の腐食反応を下記（１）式に示す。  
［化１］
Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ−      ……（１）
【０００４】
また、腐食反応の際は鉄イオンと共に電子（ｅ−）が放出されるため、対となる電子消費反応が同時に起こる。電子消費反応の一例を下記（２）、（３）式に示す。  
［化２］
Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−    ……（２）
２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２                ……（３）
【０００５】
（２）式の反応は酸素（Ｏ２）を還元する反応であり、主に大気開放環境で支配的な反応である。（３）式の反応は水素イオンを還元する反応であり、水素イオン濃度の高い酸性環境および（２）式の反応が小さい低酸素環境下で支配的な反応である。腐食に関連する（１）、（２）、（３）式のいずれの酸化還元反応も材料表面で起こる化学反応であり、反応の速度は材料の種類、材料の表面状態、材料の使用環境に大きく影響される。このうち使用環境での腐食要因としては塩化物イオンに代表されるハロゲンイオン濃度、ｐＨ、温度が腐食に大きな影響を与える。
【０００６】
通常の河川水、湖水での環境因子を考えると、腐食影響が大きい塩化物濃度が低い上に、ｐＨも腐食性の低い中性範囲であり、これらの環境因子が腐食に与える影響は小さい。これに対し、腐食に関係する微生物が活動可能な環境であり、微生物の影響による腐食が発生することが知られている。
【０００７】
図１に腐食に影響を与え得る細菌などの微生物が活動するｐＨ範囲を示す。これらの各種細菌のうち、河川水のような中性環境で活動する細菌として鉄細菌、硫酸塩還元細菌、メタン生成細菌が挙げられる。
【０００８】
上記鉄細菌は酸素濃度が高い大気環境等で活動する好気性細菌である一方、硫酸塩還元細菌、メタン生成細菌は低酸素環境で活動する嫌気性細菌である。好気性細菌である鉄細菌は２価の鉄イオン（Ｆｅ２＋）を酸化させ、鉄酸化物（Ｆｅ３Ｏ４等）とする反応からエネルギーを得ており、反応を起こすための酸素（Ｏ２）が存在する好気性環境で活動を行うものである。
【０００９】
また、鉄細菌の活動により、自然水中に微量に溶解している鉄イオン（Ｆｅ２＋）が固体の鉄酸化物に酸化されて配管内に付着し、主に配管閉塞などの問題を誘発する場合もある。一方、硫酸還元菌は硫酸イオン（ＳＯ４２−）の酸素分子を利用し、溶存水素（Ｈ２）や固体表面に吸着している水素を水（Ｈ２Ｏ）とする反応からエネルギーを得ている。硫酸イオンは脱酸素により硫黄イオン（Ｓ２−）等に還元される。好気性環境では酸素の酸化作用で利用可能な水素量が減少するため、硫酸還元菌は利用可能な水素が多い嫌気性環境で活動を行う。また、この反応の際に水素（Ｈ２）を消費するため、腐食反応と対で起こる上記（３）式の還元反応を促進する。
【００１０】
また、生成される硫黄イオン（Ｓ２−）により、構造材金属が硫化物などに変化する腐食も発生する。メタン生成細菌も同様に酢酸（Ｃ２Ｈ４Ｏ２）等の有機物をメタン（ＣＨ４）とし、この際に水素（Ｈ２）を消費するため、腐食反応と対で起こる（３）式の反応を促進し、結果的に腐食反応を促進すると考えられている。
【００１１】
また、前記鉄細菌は主に配管閉塞を誘発する微生物であり、腐食による機器破損への影響は比較的小さいと考えられる。そのため、嫌気性細菌である硫酸塩還元細菌及びメタン生成細菌の影響による腐食を防止することが極めて重要となる。
【００１２】
これらの細菌の活動を予防する方法として、微生物の栄養となる有機物を除去する薬剤の特許（特許文献１）などが提案されている。また、メタン生成細菌による塗装劣化を防止し、防食性を高めるための特許（特許文献２および特許文献３参照）も提案されている。また、水中生物などにより形成されるバイオフィルムであり、嫌気性の環境を誘発するバイオフィルムを除去する特許（特許文献４参照）に記載された方法でも嫌気性菌の活動抑制に繋がると考えられる。また、腐食との関連は無いが、環境制御により嫌気性の細菌を利用している水処理技術に関する特許（特許文献５参照）も提案されている。
【００１３】
また、特許文献５では電解滅菌装置で腐食活動をする微生物を電解滅菌装置で滅菌して微生物の活動を阻止する方法が開示されている一方、特許文献６では有機塩素化合物を使用した処理装置が開示されている。しかしながら、何れの処理装置内においても処理対象とする水等を処理装置内に導入する機器およびその動力が必要であり、処理装置が大掛りになる難点があった。また、例えば防火用貯水タンクなど、長期に亘り停滞水の保管を実施する箇所では、その膨大な維持コストが必要になるなど、処理の経済性が低下してしまう問題点もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００９−１０６８９８号公報
【特許文献２】特開２００９−２２８０２８号公報
【特許文献３】特開２００９−２２８０２９号公報
【特許文献４】特開２００４−２７５９７９号公報
【特許文献５】特開平０６−３１２１９６号公報
【特許文献６】特開平１０−１５１４６３号公報
【特許文献７】特開２０００−３５４８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら上記従来技術で提案された腐食抑制方法では、酸素の導入にあたっては処理水中に空気等を曝気して溶解させる（暴露する）ための曝気装置及び動力が必要であり、機器の運転費を含めて処理コストが膨大になる問題点がある。また、処理対象となる水量が大規模であれば、薬剤注入装置、薬剤注入ポンプなど多くの施工装置および制御機器が必要となる等の問題点があった。
【００１６】
本発明は、構造材料の金属が腐食関連微生物の活動し得る環境に長時間接している場合でも、大規模な制御装置などの機器を用いずに嫌気性微生物等の活動を抑制できる機器の腐食抑制構造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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明に係る機器の腐食抑制構造は、水を流通させる機器系統において、系統水の流速が小さく系統水の滞留箇所を形成し易い機器または運用が間欠的であり系統水の滞留箇所を形成し易い機器に、系統水中に含まれる微生物の活動を低下させる物質を暴露する活動低減機構を設けることにより微生物による機器の腐食を低減することを特徴とする。
【００１８】
上記機器の腐食抑制構造によれば、活動低減機構から微生物の活動を低下させる物質が系統水中に暴露（注入）されるために、系統水中の嫌気性細菌の増殖が効果的に抑制でき、嫌気性細菌による機器の生物腐食を防止することができる。
【００１９】
また、上記機器の腐食抑制構造において、前記活動低減機構が機器の少なくとも一部を構成する通気性素材であり、この通気性素材が前記機器外部の外気から空気を取り込み系統水中に酸素を暴露することが好ましい。槽類または配管などの機器を構成する少なくとも一部を通気性素材で構成することにより、通気性素材が機器外部の外気から空気を取り込み系統水中に酸素を暴露することができ、系統水中の嫌気性細菌の増殖が効果的に抑制でき、嫌気性細菌による機器の生物腐食を防止することができる。
【００２０】
さらに上記機器の腐食抑制構造において、前記通気性素材がポリテトラフルオロエチレンであることが好ましい。通気性素材がポリテトラフルオロエチレンで構成されていれば、ある程度の構造強度が確保でき、活動低減機構の構造強度を高めることができる。
【００２１】
また、上記機器の腐食抑制構造において、前記機器が配管である場合には、前記通気性素材は系統水の圧力がより低い箇所に設ける一方、前記機器が槽類である場合には、その槽類の底部に前記通気性素材を設けることが好ましい。機器が配管である場合、前記通気性素材を系統水の圧力がより低い箇所に設けることにより、通気性素材を通して系統水中に、微生物の活動を低下させる物質を効率的に注入することができる。一方、機器が槽類である場合には、その槽類の底部に前記通気性素材を設けることにより、通気性素材を通して槽類の底部から上部方向全体に、生物活動を低下させる物質を効率的に注入することができる。
【００２２】
さらに上記機器の腐食抑制構造において、前記活動低減機構が、管状の通気性素材の端部を閉鎖した管体から構成され、この管体の端部が閉鎖されており、この管体の側面から系統水中に空気が暴露されていることが好ましい。系統水中に暴露（注入）された空気中の酸素成分により、系統水中の嫌気性細菌の増殖が効果的に抑制でき、嫌気性細菌による機器の生物腐食を防止することができる。
【００２３】
また、上記機器の腐食抑制構造において、前記活動低減機構が通気性素材で構成されたカプセルであり、このカプセル内部に高圧の空気が封入された状態で機器底部に配置されることにより、系統水中に徐々に酸素が暴露されることが好ましい。この場合、カプセル内に封入された高圧の空気が通気性素材を通り、系統水中に徐々に注入されるので空気中の酸素が槽類の底部から上部方向まで全体に拡散し槽類全体の系統水中における嫌気性細菌の増殖が抑制され嫌気性細菌による機器の生物腐食を防止することができる。
【００２４】
さらに上記機器の腐食抑制構造において、前記通気性素材の厚さを増減することにより系統水の溶存酸素濃度が制御されていることが好ましい。この場合、通気性素材の厚さを増減することにより系統水の溶存酸素濃度が微生物の生息範囲外に制御できるので、嫌気性細菌による機器の生物腐食を防止することができる。
【００２５】
また、上記機器の腐食抑制構造において、前記微生物の活動を低下させる物質が酸化性気体、あるいは系統水のｐＨを変化させる気体であることが好ましい。微生物の活動を低下させる物質が酸化性気体であれば、特に嫌気性細菌の増殖防止に効果があり、または微生物の活動を低下させる物質が系統水のｐＨを変化させる気体であれば、微生物の生息ｐＨ範囲外に系統水のｐＨを調整でき、同様に微生物による機器の生物腐食を防止することができる。
【００２６】
さらに上記機器の腐食抑制構造において、前記微生物の活動を低下させる物質が、微生物が嫌気性細菌であれば、空気、酸素、過酸化水素、オゾンの少なくとも１種である一方、前記微生物が好気性細菌であればヒドラジンであることが好ましい。
【００２７】
上記空気、酸素、過酸化水素、オゾンなどの酸化性成分は嫌気性細菌の増殖を効果的に抑制できる一方、ヒドラジンは好気性細菌の増殖を効果的に抑制できる。なおヒドラジンは無機化合物の１種であり示性式がＨ２ＮＮＨ２で表される弱塩基性物質であり、アンモニアに似た刺激臭を持つ無色の液体である。水に易溶であり、強い還元性をもち分解し易いが人体に対して強い毒性を有するので、その取扱いには細心の注意が必要である。
【００２８】
また上記機器の腐食抑制構造において、前記ｐＨを変化させる気体がアンモニアまたは二酸化炭素であることが好ましい。上記アンモニアまたは二酸化炭素によれば、系統水のｐＨ調整が容易であり、各微生物の活動範囲外のｐＨ値に容易に調整制御できる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る機器の腐食抑制構造によれば、機器構成材料の金属が腐食関連微生物の活動し得る環境に長時間接している場合でも、大規模な制御装置などの機器を用いずに微生物の活動を抑制でき、機器の腐食を効果的に抑制することができる。
【００３０】
特に、系統水中に酸素等を導入するに際しては系統水中に空気等を曝気して溶解させるための曝気装置及び動力が無用であり、処理コストが大幅に低減される効果が発揮される。また、処理対象量が大規模であっても、薬物注入設備等の施工装置が不要になり処理コストが大幅に低減される効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】腐食関連細菌の活動が可能なｐＨ範囲を示すグラフ。
【図２】通気性素材でタンク（機器）底部を構成した実施形態を示す模式的断面図。
【図３】通気性素材から成る活動低減機構をタンク（機器）上方から系統水中に挿入した実施形態を示す模式的断面図。
【図４】タンク（機器）内の系統水中に、通気性素材から成るカプセル状の活動低減機構を投入配置した実施形態を示す模式的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
次に本発明の実施形態について、添付図面を参照してより具体的に説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
まず図２を参照して第１の実施形態を説明する。第１実施形態に係る機器１の腐食抑制構造は、系統水を流通させる機器系統において、系統水２の流速が小さく系統水２の滞留箇所を形成し易い機器１または運用が間欠的であり系統水２の滞留箇所を形成し易い機器１に、系統水２中に含まれる微生物の活動を低下させる物質としての空気を暴露する活動低減機構３を設けることにより微生物による機器の腐食を低減するように構成される。
【００３４】
タンク等の槽類機器１で通常時に系統水２の流速が小さい機器１、あるいは配管等の流速が速い機器１においても、運用が間欠的で数週間以上の長期にわたり系統水２を含む液体が滞留する箇所において、機器１の全面または一部に通気性素材４から成る活動低減機構３が設けられる。この第１の実施形態では、機器１である槽類の底部を通気性素材４で構成している。この通気性素材４は通気性があり、さらには吸水性が低いポリテトラフルオロエチレンで構成されている。
【００３５】
この活動低減機構３を設ける位置は溶存酸素が低下し易い底部が好ましい。活動低減機構３を構成する通気性素材４を設置した部位の外面は大気等に接する環境とする。系統水の流速が小さい機器では微生物由来のバイオフィルム等が蓄積し易く、このバイオフィルムにより形成される嫌気雰囲気により嫌気性細菌が繁殖し得る環境となる。
【００３６】
また、停止期間が数週間となる機器の内部においても、内部の酸素濃度が徐々に低下し、嫌気性環境となり得る。これらの機器１の構成材の少なくとも一部を部分的に通気性素材４により構成することにより、外部大気中の酸素が通気性素材を通過して系統水中に取り込まれ、嫌気性細菌が活動する嫌気性雰囲気の形成を阻止することができる。
【００３７】
上記活動低減機構３を構成する通気性素材４から系統水２中への酸素の供給量は、処理対象となる液体中の酸素濃度、温度及び通気性素材４の厚さ、緻密度に依存する。そのため、通気性素材４の厚さ、緻密度を制御することにより、酸素の供給量を制御することが可能である。
【００３８】
上記通気性素材により取り込む気体は大気中の酸素が簡便であるが、オゾンなど酸化性の気体であれば同様に嫌気性細菌の活動阻害が見込める。また、ｐＨを変化させる二酸化炭素などを供給することにより、嫌気性細菌が活動不能となる環境に変化させることも可能である。
【００３９】
上記のような機器の腐食抑制構造によれば、系統水の溶存酸素の低下を防止でき嫌気性細菌の活動を抑制することができる。また、上記構造では電気等の動力を必要としないため、電気設備の設置が困難な環境においても使用可能である。
【００４０】
（第２の実施形態）
図３を用いて第２の実施形態を説明する。本実施形態に係る機器の腐食抑制構造は、活動低減機構３ａが、管状の通気性素材４ａの端部を閉鎖した管体８から構成され、この管体の端部が閉鎖されており、この管体８の側面から系統水中に空気または殺菌剤が暴露（注入）されるように構成した点以外は、前記第１の実施形態と同様な構成を有する。
【００４１】
上記活動低減機構３ａは、通気性を有し吸水性が低いポリテトラフルオロエチレンで構成された管状の通気性素材４ａと、その通気性素材４ａの内部に封入された、微生物の活動を低下させる物質５としての空気または殺菌剤とから成る。
【００４２】
上記通気性素材４ａと、微生物の活動を低下させる物質５としての空気または殺菌剤とから成る中空棒状の活動低減機構３ａは、例えば機器に設けた図示しないサンプリング孔から機器１内部に挿入される。上記中空棒状の活動低減機構３ａの内部は、大気などに連通されており、常に内部の酸素濃度が大気と同程度となる状況に設定されている。
【００４３】
上記構成によれば、機器１の内部の系統水には通気性素材４ａを通して酸素または殺菌剤が供給され嫌気性細菌の増殖が効果的に防止され嫌気性環境となることを回避することができる。これにより既設設備等、機器の一部を通気性素材に変更することが困難な機器においても、第１の実施形態と同様に嫌気性化を防止することができる。また、活動低減機構３ａの内部には大気の他にオゾン等の酸化性気体を使用することも可能である。特に微生物の活動を低下させる物質５としてオゾンを使用した場合には、滅菌効果も期待できる。
【００４４】
（第３の実施形態）
図４を用いて第３の実施形態を説明する。本実施形態に係る機器の腐食抑制構造は、活動低減機構３ｂが系統水の量、温度、封入空気圧に応じて厚さ、緻密度が設定された通気性素材４ｂで構成されたカプセル６であり、このカプセル６内部に高圧空気が封入された状態で機器底部に配置されることにより、系統水中に徐々に酸素が暴露されるように構成される点を除いて前記第２の実施形態と同様な構成を有する。
【００４５】
すなわち、系統水２の流速が小さいタンク等の機器１の内底部に、前記実施形態と同様なポリテトラフルオロエチレンで構成されたカプセル状の通気性素材から成る中空体のカプセル６を複数個挿入配置する。各カプセル６内には、高圧の大気、酸素、オゾンなど、嫌気性細菌の活動を抑制し、または滅菌効果を有する気体を封入しても良い。その際に処理対象の系統水の比重よりもカプセル６全体の比重が大きくなるように内部の気体容積とカプセルの重さとを設定する。上記活動低減機構３ｂがカプセル状であるため、棒状の機器の挿入が困難な形状の機器や閉鎖系であっても、停滞水域に活動低減機構３ｂとしてのカプセル６を投入するだけで、カプセル６内に封入した高圧空気等を、通気性素材を通して系統水中に供給することができ、系統水２内において嫌気性細菌が活動する嫌気性雰囲気の形成を阻止することができる。
【００４６】
上記第３の実施形態に係る機器の腐食抑制構造によれば、「第１の実施形態」および「第２の実施形態」の構築が困難であるような機器においても、高圧空気７等を封入したカプセル６を単に系統水２中に投入配置するだけで高圧空気７等を経時的に系統水２中に供給することが可能であり、「第１の実施形態」と同様に、系統水２内において嫌気性細菌が活動する嫌気性雰囲気の形成を阻止することができ、機器１を構成する金属成分の微生物腐食を効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  機器
２  系統水（自然環境水）
３，３ａ，３ｂ  活動低減機構
４，４ａ，４ｂ  通気性素材
５  微生物活動の低下剤
６  （通気性素材製）カプセル
７  高圧空気（大気）または殺菌剤
８  管体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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