(57)【要約】【課題】水系において形成されるスライムを剥離する際に使用される化学物質を用いることなく、また、微生物の細胞外多糖類の発生を抑制することにより微生物の分散状態を維持して、効果的にスライムの発生を抑制させる方法を提供する。【解決手段】水系中の微生物に起因するスライムの発生を抑制するスライム抑制方法であって、平均径が１〜１００μｍである微細気泡を微細気泡発生手段から前記水系に供給する微細気泡供給工程を含み、前記微細気泡発生手段が振動手段を具備し、該振動手段が、前記微細気泡が前記水系側に通過する１以上の貫通孔を有し、かつ、前記水系側に突出し前記貫通孔を含む突部を有してなり、前記振動手段を振動させながら前記貫通孔を通じて前記微細気泡を前記水系に供給する、スライム抑制方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水系中の微生物に起因するスライムの発生を抑制するスライム抑制方法であって、
平均径が１〜１００μｍである微細気泡を微細気泡発生手段から前記水系に供給する微細気泡供給工程を含み、
前記微細気泡発生手段が振動手段を具備し、該振動手段が、前記微細気泡が前記水系側に通過する１以上の貫通孔を有し、かつ、前記水系側に突出し前記貫通孔を含む突部を有してなり、
前記振動手段を振動させながら前記貫通孔を通じて前記微細気泡を前記水系に供給する、スライム抑制方法。
【請求項２】
前記貫通孔は前記水系側に向かって径が小さくなっている、請求項１に記載のスライム抑制方法。
【請求項３】
前記貫通孔が前記突部にのみ設けられている、請求項１又は２に記載のスライム抑制方法。
【請求項４】
前記貫通孔の水系側の孔径が４〜１０μｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスライム抑制方法。
【請求項５】
前記微細気泡により、前記微生物を分散状態とし、材料表面へのスライム付着量を減少させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスライム抑制方法。
【請求項６】
前記微細気泡の総気泡密度を５００個／ｍＬ以上とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のスライム抑制方法。
【請求項７】
環境中に存在する細菌種により構成されるスライムに対して適用する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスライム抑制方法。
【請求項８】
前記スライムがシュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属により構成されるスライムに対して適用する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスライム抑制方法。
【請求項９】
前記スライムがシュードモナス・プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ）に属する細菌により構成されるスライムに対して適用する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のスライム抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスライム抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各工場やビルの冷却水プロセス、製紙プロセス、膜処理プロセスでは、細菌等の微生物によってスライム（バイオフィルム）が系内に発生し、熱交換効率低下や水質劣化、膜の閉塞等の障害を引き起こす。このバイオフィルムは、微生物が環境ストレス等に晒された際に、これに対して抵抗性を高めるために、細胞外多糖類（細胞外マトリックスや細胞外ポリマーともいう）を分泌することで、細胞同士を接着させ集合体を形成させていると考えられている。このようなスライムによる障害を防ぐ方法として、原因となる微生物の死滅や増殖抑制を目的とした抗菌剤を添加したり、形成したスライムを剥離・洗浄したりする方法が利用されている。従来、殺菌剤としては次亜塩素酸ナトリウムや有機系抗菌剤のＣｌ−ＭＩＴ（５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン）やＤＢＮＰＡ（２，２−ジブロモ−３−ニトリロプロピオンアミド）、剥離剤としてはヒドラジン、過酸化水素等が使用されてきた。
【０００３】
近年、環境規制等の強まりや薬剤コストの低減のために、化学物質使用量の低減が求められている。薬剤使用量を低減できる新たな方法の一つとして微細気泡によるスライムコントロール技術が挙げられる。
【０００４】
微細気泡（ファインバブルまたはウルトラファインバブル）を用いた技術は様々な産業分野で利用されている。ファインバブルとはおおむね１００μｍから１μｍの径を持つ気泡を指し、ウルトラファインバブルとはおおむね１μｍ以下の径の気泡を指す。これらの微細気泡は、高い酸素溶解効率を示すだけでなく、気泡表面の帯電や圧壊によるフリーラジカルの発生、生物の活性化等の物理的特徴をもつことから、スライムコントロールへの利用も行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１では冷却水系内に設けた担体上の微生物を微細気泡で活性化し、その有機物分解能力を高めることで系内を清澄に保つ技術が開示されている。また、特許文献２では微細気泡への吸着により微生物を除去する技術が開示されている。特許文献３では、微細気泡と殺菌剤との併用効果について検討されており、浮遊性の細菌やスライム中の細菌の殺菌に効果を示すことが開示されている。
【０００６】
従来の微細気泡の発生方法は、旋回流で気体と液体を高速に混合させて発生させる方法（高速旋回流方式）や、高速回転するプロペラ等で気体をせん断して微細気泡化する方法（気液せん断方式）が主流であった。この他、微細気泡を発生させる方法には、気体を加圧して液体に溶解させた後で圧力を開放する方法（圧力開放方式）や、液体中に超音波を与えてキャビテーションにより発生させる方法（超音波方式）がある。
【０００７】
また、特許文献４では、振動板を具備する微生物培養装置による微生物分散培養法や細胞外多糖類抑制方法が開示されている。当該装置によって、既述の方式よりも細菌へのストレスが少ない状態の培養が可能となり、細胞外多糖類の生成が抑制され、細菌を分散状態で培養することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許４１８４３９０号公報
【特許文献２】特許５５３４４１４号公報
【特許文献３】特開２０１３−１８０９５６号公報
【特許文献４】特開２０１４−１５０７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１〜３では微細気泡によるスライムの抑制が開示されているが、いずれの方法も発生機構に特徴をもつものはなく、一般的な発生方式を用いている。また、既述の圧力開放方式や超音波方式も含め、これらの方法では水系に存在する微生物に損傷を与えてしまう可能性がある。また、いずれの方法も液体そのものに高流速やせん断や圧力などの負荷を与える方法である。このような気泡発生機構が原因となる細菌の損傷により、微生物の生産する細胞外多糖類の形成量は増加する（例えば、特許文献４参照）。細胞外多糖類はスライム形成に関与する重要な因子であるため、従来の気泡発生方式では細胞損傷によるスライム形成促進が起こり、スライム量の減少効果が低下することが予想される。
【００１０】
特許文献４では、ストレスを与えることなく微細な気泡を発生させ続けることにより、細胞外多糖類の生成を抑制し、微生物を分散状態で維持して培養することが可能であるが、スライム発生の抑制効果について評価はされていない。
【００１１】
以上から本発明は、水系において形成されるスライムを剥離するための化学物質を用いることなく、また、微生物の細胞外多糖類の発生を抑制することにより微生物の分散状態を良好に維持して、効果的にスライムを低減させる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明者らは、下記本発明に想到し当該課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明は下記のとおりである。
【００１３】
［１］  水系中の微生物に起因するスライムの発生を抑制するスライム抑制方法であって、平均径が１〜１００μｍである微細気泡を微細気泡発生手段から前記水系に供給する微細気泡供給工程を含み、前記微細気泡発生手段が振動手段を具備し、該振動手段が、前記微細気泡が前記水系側に通過する１以上の貫通孔を有し、かつ、前記水系側に突出し前記貫通孔を含む突部を有してなり、前記振動手段を振動させながら前記貫通孔を通じて前記微細気泡を前記水系に供給する、スライム抑制方法。
［２］  前記貫通孔は前記水系側に向かって径が小さくなっている、［１］に記載のスライム抑制方法。
［３］  前記貫通孔が前記突部にのみ設けられている、［１］又は［２］に記載のスライム抑制方法。
［４］  前記貫通孔の水系側の孔径が４〜１０μｍである、［１］〜［３］のいずれかに記載のスライム抑制方法。
［５］  前記微細気泡により、前記微生物を分散状態とし、材料表面へのスライム付着量を減少させる、［１］〜［４］のいずれかに記載のスライム抑制方法。
［６］  前記微細気泡の総気泡密度を５００個／ｍＬ以上とする、［１］〜［５］のいずれかに記載のスライム抑制方法。
［７］  環境中に存在する細菌種により構成されるスライムに対して適用する、［１］〜［６］のいずれかに記載のスライム抑制方法。
［８］  前記スライムがシュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属により構成されるスライムに対して適用する、［１］〜［６］のいずれかに記載のスライム抑制方法。
［９］  前記スライムがシュードモナス・プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ）に属する細菌により構成されるスライムに対して適用する、［１］〜［６］のいずれかに記載のスライム抑制方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水系において形成されるスライムを剥離するための化学物質を用いることなく、また、微生物の細胞外多糖類の発生を抑制することにより微生物の分散状態を良好に維持して、効果的にスライムを低減させる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る微細気泡発生装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る微細気泡発生装置における振動板の一例を示す概略構成図である。
【図３】実施例で使用した試験装置の概略構成図である。
【図４】通水日数と染色スライム抽出液の吸光度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施態様（「以下、「本実施態様」ということがある」）に係るスライム抑制方法は、水系中の微生物に起因するスライムの発生を抑制するスライム抑制方法であって、平均径が１〜１００μｍである微細気泡を微細気泡発生手段から前記水系に供給する微細気泡供給工程を含み、前記微細気泡発生手段が振動手段を具備し、該振動手段が、前記微細気泡が前記水系側に通過する１以上の貫通孔を有し、かつ、前記水系側に突出し前記貫通孔を含む突部を有してなり、前記振動手段を振動させながら前記貫通孔を通じて前記微細気泡を前記水系に供給する、スライム抑制方法である。
【００１７】
以下では、まず、微細気泡発生手段としての微細気泡発生装置について説明し、さらにこれを用いた微細気泡供給工程について説明する。
【００１８】
（１）微細気泡発生装置
本実施態様に係る微細気泡発生装置としては特許文献４に記載された装置を適用することが好ましい。
【００１９】
具体的な構成を図１及び図２に示す。図１は、振動板２を水槽１内の下端に設けた例の概略図であり、当該微細気泡発生装置は、水槽１内の下端に突部を上（水槽１内部側）にして設置された、突部に１つ以上の貫通孔を有する振動板２と、振動板２の下側に接続され、水槽１にその振動板２の貫通孔を通じて所定の気体を供給するためのコンプレッサーまたはボンベ３と、振動板２に超音波振動を与えるための発振機４とを具備する。
なお、微細気泡発生装置は、水槽１でなく水系が存在する配管内に設けてもよい。この場合、微細気泡発生装置の突部を配管内部側に設置する。
【００２０】
微生物培養に必要な所定の気体が、コンプレッサーまたはボンベ３から、振動板２の貫通孔を通して水槽１に供給される。このとき、所定の周波数振動が、発振機４から高周波電圧を印加された圧電振動素子５から振動板２に与えられる。
【００２１】
図２（Ａ）は、振動板２の断面図であり、ドーム状の突部８に複数の貫通孔６を有する。そして、水槽１内の下端に、突部８が上（水槽１内部）側にくるように設置される。そして図中下部はコンプレッサーまたはボンベ３に繋がっている。
【００２２】
図２（Ｂ）は、振動板２を上方から見た上面図であり、当該図においてドーナツ状に見えるのは、発振機４からの高周波電圧を受けて超音波振動を振動板２に伝える圧電振動素子５であり、突部８は、ドーナツ状の中央部に位置する。このドーナツ状の圧電振動素子５が、発振機４からの高周波電圧の印加により振動すると、ドーナツ状の圧電振動素子５の中央部に位置する突部８も同様に振動する。そして、振動板２に振動を与えることにより、コンプレッサーまたはボンベ３から供給された気体は、突部８の貫通孔６を通るときに細かくちぎられ、微細気泡７となって水槽１内に放出される。
【００２３】
振動板２に超音波振動を伝える圧電振動素子５としては、例えば、国際公開第２００７／０２６８７２号に記載の圧電セラミックスを有する超音波振動ユニットを好適に使用できるが、発振機４からの超音波を振動板２に伝えることができるものであれば制限なく使用できる。
【００２４】
本実施態様における上記微細気泡とは、平均径１００μｍ以下のものであることが微生物の細胞外多糖類生成抑制の観点などから好ましく、平均径５０μｍ以下であることがより好ましい。微細気泡の平均径の下限は、通常１μｍである。
【００２５】
微細気泡の大きさ（気泡径）は、振動板２の形状、及び振動板２が有する貫通孔の形状、孔径及びピッチ間隔等を変更することにより、調整することが可能である。振動板２は、１枚で使用しても、２枚重ねて使用してもよく、２枚の振動板２の間にスペーサーメッシュを挟んでもよい。２枚重ねの場合は、２枚とも突部を有しても、水槽１に近い側の振動板２だけが突部を有するものでもよい。
【００２６】
振動板２に存在する貫通孔は、１つだけでもよいが複数であることが好ましい。複数の場合、振動板２全体に存在しても、突部８にのみ存在してもよい。また、貫通孔の配置は、振動板２に１列に存在しても、千鳥配置であってもよいが、突部８のみに千鳥配置とするのが好ましい。
【００２７】
貫通孔は、孔が振動板２を貫通していればよく、その形状に特段の制限はないが、図２（Ｃ）に示すように、図中上部の水槽１側に開口する面の径ａが図中下部の気体を供給する装置であるコンプレッサーまたはボンベ３接続側の面の径ｂよりも小さくなっていることが好ましく、ホーン形状、円錐台形状、テーパード形状などが例示される。ただし、貫通孔の水槽１内部側に面する部分の径ａと気体を供給する装置に接続する側に面する部分の径ｂがａ＜ｂの関係にあれば、それらをつなぐ両横（側面）はどのような形状であっても、良好な微細気泡を発生し得る。仮に、径ａと径ｂがａ＞ｂの関係にあれば、水槽１の液体が気体を供給する装置の側に向けて噴霧され続ける場合があり、送気に支障を生ずることがある。
【００２８】
微細気泡を平均径１００μｍ以下とするには、貫通孔の水槽１内部側の孔径は４〜１０μｍが好ましく、また、貫通孔を複数設ける場合の貫通孔の孔数は１２００個までが好ましく、１２６〜３５０個がより好ましい。
【００２９】
発振機４、コンプレッサーまたはボンベ３等の気体を供給するための装置、及びその他の装置や部材等については、特開２００９−０７８２２３号公報等に記載の既存のものを使用することができる。
【００３０】
本実施態様に係る装置においては、気体を供給するための装置として、コンプレッサーの他に、空気、酸素、水素、メタン、二酸化炭素、またはこれらの混合ガスなどの気体を供給することができる、ポンプ、またはガスボンベなども利用できる。ガス供給装置からの気体の種類及び流量は、培養する微生物に合わせて適宜設定し得るが、流量は０．５〜３．０ｍｌ／分が好ましい。
【００３１】
また、発振機４が発する周波数は、９０〜１３０ｋＨｚにある共振周波数の±５ｋＨｚの範囲が好ましく、振動板２が共振する共振周波数がより好ましい。この周波数による振動が振動板２に伝わると、水系中において気泡径が１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下の微細気泡が発生しやすい。
【００３２】
（２）微細気泡供給工程
微細気泡供給工程では、上記の微細気泡発生装置にて微細気泡を水系に供給することによりスライムの発生を抑制する。
【００３３】
当該工程では、平均径が１〜１００μｍである微細気泡を、好ましくは総気泡数密度が５００個／ｍＬ以上（より好ましくは１０００個／ｍＬ以上）で供給する。微細気泡によるスライム抑制機構は一般的には明確ではないが、疎水性物質に対する微細気泡の吸着と浮上効果、あるいは圧壊時の衝撃やフリーラジカルの発生などの物理的効果が提唱されている。本実施態様では、水流によるせん断力が極めて小さい条件で微細気泡が形成されるため、細菌のストレスが緩和され、スライムの形成が抑制される。
ここで、総気泡数密度は「水系に対する微細気泡の個数」であり、その測定は、ＳＡＬＤ−７５００ｎａｎｏ（島津製作所）を使用して行うことができる。
【００３４】
微細気泡を含む水を対象系内に注入する、または被処理水に直接微細気泡を吹き込む、あるいは被処理水の一部の水を採取し微細気泡を吹き込んだ後、もとに戻すこともできる。いずれにしても、スライムに作用する際に微細気泡が存在すればよい。
【００３５】
処理対象となる水系としては、スライムが発生する水系であれば特に限定されず、例えば、各種工場のプラント冷却水系、スクラバー、紙パルプ水系、廃水処理水系、排水処理水系、鉄鋼水系、切削油水系、ＲＯ膜等の分離膜を用いた膜プロセス水系などが挙げられ、これらの装置、通水配管などのスライムを抑制することができる。
【００３６】
本実施態様を適用することで、環境中に存在する細菌の細胞外多糖類の形成量を減少させ、各工場のビルや冷却水プロセス、製紙プロセス、膜処理プロセスで発生するスライムを効果的に減少させることができる。
【００３７】
特に、各工場のビルや冷却水プロセス、製紙プロセス、膜処理プロセスで発生するスライムに対する処理の観点から、（１）環境中に存在する細菌種により構成されるスライム、（２）シュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ）属により構成されるスライム、および（３）シュードモナス・プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ）に属する細菌により構成されるスライムに関連する環境に対して適用することが好ましい。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例及び比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
［実施例１、比較例１］
＜実験条件＞
図３に示す試験装置を用いてＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ由来スライムに対する抑制効果を評価する実験を行った。
【００４０】
Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａは、紙パルプ水系より単離され、１６Ｓ  ｒＤＮＡの配列より同定された細菌を使用した。
【００４１】
当該試験装置は、保有水量１．５Ｌの水槽２４と培地を供給するための配管２５が設けられており、不図示のポンプにより配管２６、シリコンチューブ２７、配管２８を通じて処理水を循環させる循環システムを備えている。水槽２４には、東京理化器械製微生物用ファーメンターＭＢＦ−２５０ＭＥを使用した。さらに、微細気泡または粗大気泡を水槽の保有水に供給するための振動板２９を有する（微細）気泡発生手段３０を備えている。また、攪拌翼２３も備えている。また、水量を一定量に保つための排水配管２０と不図示のポンプを備えている。なお、図中の矢印は気体や流体の流れ方向を示すものである。
【００４２】
実験はまず、グルコース４５ｍｇ／Ｌ、ポリペプトン９．２ｍｇ／Ｌ、酵母エキス３４．６ｍｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４０．６ｍｇ／Ｌ、Ｎａ２ＨＰＯ４０．９ｍｇ／Ｌ、残部脱塩素水道水からなる培地を３０℃の温度条件下で、配管２５を通じて水槽２４内に供給した。この際１／１０ＰＹ培地にて前培養したＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ溶液を水槽２４に対して１ｍＬ添加し、１日間の順化培養を行った。その後に配管２６を通じて、内径３ｍｍのシリコンチューブ２７内に０．２ｍ／秒の線速度で１４日間通水し、スライムを形成させた。このとき、水槽２４内では攪拌翼２３で攪拌（回転数：７５ｒｐｍ）しながら、微細気泡または粗大気泡による通気を行った。
【００４３】
微細気泡（実施例１）は特許文献４に記載された微細気泡発生装置を用いて供給した。当該気泡発生装置（気泡発生手段３０）における振動板２９は、水槽２４側に突出する突部を有し、その振動板２９が有する孔は、突部にのみ開いており、図２（Ｃ）のようなホーン形状であって、孔径ａは１０μｍ、孔数が３５０個、ピッチ間隔は１５０μｍであるものを使用した。振動板２９に超音波振動を伝えるものとしては、圧電セラミックスを有する国際公開第２００７／０２６８７２号に記載の超音波振動ユニットを使用した。通気には７ｍ３の空気ボンベ（伊藤忠工業ガス）、発振機はＴＥＸＩＯ製のＦＧ−２７４を使用した。また、当該装置は２台使用し、発振器が発する周波数は１０５〜１１２ｋＨｚ、気体（ガス種：空気）の流量は１ｍＬ／ｍｉｎであった。
この装置は気泡径が平均５０μｍの気泡（ただし、気泡径は１〜１００μｍで、総気泡密度は２０００個／ｍＬ）を発生させる。
【００４４】
また、粗大気泡の供給（比較例１）には、気泡発生手段３０として東京理化器械製微生物用ファーメンターＭＢＦ−２５０ＭＥの付属品であるリングスパージャーを使用し、直径約１０ｍｍの気泡を０．２Ｌ／ｍｉｎで供給した。
【００４５】
スライム量の測定は、下記の手順により実施した。シリコンチューブ２７の一部を採取し、１５ｃｍずつ切り取り、脱塩素水道水で洗浄した後、０．１％クリスタルバイオレット水溶液で２０分間染色した。染色後、再び脱塩素水道水で洗浄し、スライムに付着したクリスタルバイオレットを、４ｍＬのエタノールで抽出し５９０ｎｍの吸光度を測定した。
【００４６】
また、培養液の一部を採取し、０．４５μｍフィルターでろ過後、ＤＯＣ−Ｌａｂｏｒ製ＬＣ−ＯＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃａｒｂｏｎ）により測定を行うことで、溶解性有機物分子量分布を測定し、分子量約１０万の有機物濃度（高分子溶解性有機物の濃度）を算出した。
【００４７】
＜結果・考察＞
スライム量の結果を図４に示す。実施例１では微細気泡、比較例１では粗大気泡の供給を行った。１４日間の通水の間、比較例１と比較して実施例１は約３割程度のスライム量減少がみられた。
【００４８】
また、高分子溶解性有機物の濃度の測定結果を表１に示した。通水日数２〜１４日の間、実施例１は比較例１に対して２〜３割の有機物量であった。
【００４９】
【表１】
2017176979.tif 000002
【００５０】
以上の結果より、実施例１は、比較例１である粗大気泡の通気と比較して、スライム付着量を減少させる効果があることが分かった。微細気泡により細菌の高分子有機物の形成量が減少したことで、材料表面または細菌同士の結合能が低下し、スライム量が減少したことが推察される。
【符号の説明】
【００５１】
１      水槽
２      振動板
３      コンプレッサーまたはボンベ
４      発振機
５      圧電振動素子
６      貫通孔
７      微細気泡
８      突部
【図１】
2017176979.tif 000003
【図２】
2017176979.tif 000004
【図３】
2017176979.tif 000005
【図４】
2017176979.tif 000006