(57)【要約】【課題】液体の殺菌を、環境を害することなく、低コストで、かつ高い殺菌効果をもって行うことを可能とする液体の殺菌方法及び殺菌装置を提供すること。【解決手段】菌を含む被処理液体を金属イオン及び溶存気体を用いて殺菌処理することを特徴とする被処理液体の殺菌方法及び殺菌装置。殺菌処理は、被処理液体に金属イオンを含む溶液を導入し、かつ気体を溶解させることにより行われる。【選択図】図１
2017196578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
菌を含む被処理液体を金属イオン及び溶存気体を用いて殺菌処理することを特徴とする被処理液体の殺菌方法。
【請求項２】
前記殺菌処理は、被処理液体に金属イオンを含む溶液を導入し、かつ気体を溶解させることにより行われることを特徴とする請求項１に記載の被処理液体の殺菌方法。
【請求項３】
前記金属イオンを含む溶液は金属化合物の溶液であり、前記被処理液体への気体の溶解は、前記被処理液体中に気体を供給することにより行われることを特徴とする請求項２に記載の被処理液体の殺菌方法。
【請求項４】
前記殺菌処理は、被処理液体に金属イオン及び溶存気体を含む殺菌液を導入することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の被処理液体の殺菌方法。
【請求項５】
金属イオン及び溶存気体を含む殺菌液は、金属化合物を溶媒に溶解し、かつ気体を溶媒中に供給することにより作成されることを特徴とする請求項４に記載の被処理液体の殺菌方法。
【請求項６】
前記金属イオンは、銅、銀、及び鉄からなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の被処理液体の殺菌方法。
【請求項７】
前記溶存気体は、二酸化炭素、窒素及び空気からなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の被処理液体の殺菌方法。
【請求項８】
前記殺菌処理は、加圧下で行われることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の被処理液体の殺菌方法。
【請求項９】
菌を含む被処理液体に金属イオンを含む溶液を導入する手段、菌を含む被処理液体に気体を溶解させる手段、前記金属イオンを含み、気体が溶解した被処理液体を反応器に導入する手段、及び前記被処理液体を金属イオン及び溶存気体により殺菌処理する反応器を具備することを特徴とする被処理液体の殺菌装置。
【請求項１０】
菌を含む被処理液体に、金属イオン及び溶存気体を含む殺菌液を導入する手段、前記被処理液体と金属イオン及び溶存気体を含む殺菌液との混合物を反応器に導入する手段、及び前記被処理液体を金属イオン及び溶存気体により殺菌処理する反応器を具備することを特徴とする被処理液体の殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海水、河川水、上下水等の液体を殺菌する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水道水等の液状流体の殺菌には、塩素やオゾンを用いた殺菌処理が行われているが、これらの処理方法はコストが高く、また環境に悪影響を与えるという問題がある。
これに代わる殺菌技術として、微量な銅により液体を殺菌する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）が、この方法は殺菌に時間がかかり、また大流量の液体を処理する場合には、滞留時間を長くする必要から装置のコンパクト化が困難であるという問題がある。更に、銅を高濃度にすると、排水基準を超える恐れがあるという問題もある。
また、被処理液体に二酸化炭素を溶解させ、放圧することにより殺菌する方法も提案されている（例えば、特許文献３及び４参照）が、殺菌効果が低く、実用には未だ多くの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８４４９３号公報
【特許文献２】特開２００７−２６８４０２号公報
【特許文献３】特開平７−２８９２２０号公報
【特許文献４】特開２００６−３３３８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、液体の殺菌を、環境を害することなく、低コストで、かつ高い殺菌効果をもって行うことを可能とする液体の殺菌方法及び殺菌装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、以上の目的を達成するために検討した結果、金属イオンと溶存気体を併用することにより、液体の殺菌効果を大幅に向上できることを見出し、本発明をなすに至った。本発明は、かかる知見に基づくものである。
【０００６】
本発明の第１の態様は、菌を含む被処理液体を金属イオン及び溶存気体を用いて殺菌処理することを特徴とする被処理液体の殺菌方法を提供する。
このような第１の態様に係る被処理液体の殺菌方法において、前記殺菌処理を、被処理液体に金属イオンを含む溶液を導入し、かつ気体を溶解させることにより行うことができる。この場合、前記金属イオンを含む溶液を金属化合物の溶液とし、前記被処理液体への気体の溶解を、前記被処理液体中に気体を供給することにより行うことができる。
【０００７】
あるいは、前記殺菌処理を、被処理液体に金属イオン及び溶存気体を含む殺菌液を導入することにより行うことができる。この場合、前記金属イオン及び溶存気体を含む殺菌液の作成を、金属化合物を液体に溶解し、かつ気体を液体中に供給することにより行うことができる。
【０００８】
以上の被処理液体の殺菌方法において、前記金属イオンを、銅、銀、及び鉄からなる群から選ばれた少なくとも１種とすることができる。また、前記溶存気体を、二酸化炭素、窒素及び空気からなる群から選ばれた少なくとも１種とすることができる。
また、前記殺菌処理を、加圧下で行うことができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、菌を含む被処理液体に金属イオンを含む溶液を導入する手段、菌を含む被処理液体に気体を溶解させる手段、前記金属イオンを含み、気体が溶解した被処理液体を反応器に導入する手段、及び前記被処理液体を金属イオン及び溶存気体により殺菌処理する反応器を具備することを特徴とする被処理液体の殺菌装置を提供する。
【００１０】
本発明の第３の態様は、菌を含む被処理液体に、金属イオン及び溶存気体を含む殺菌液を導入する手段、前記被処理液体と金属イオン及び溶存気体を含む殺菌液との混合物を反応器に導入する手段、及び前記被処理液体を金属イオン及び溶存気体により殺菌処理する反応器を具備することを特徴とする被処理液体の殺菌装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、液体の殺菌を、環境を害することなく、低コストで、かつ高い殺菌効果をもって行うことを可能とする液体の殺菌方法及び殺菌装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液体の殺菌方法を工程順に示すフロー図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る液体の殺菌方法を工程順に示すフロー図。
【図３】本発明の実施例で用いた殺菌装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の液体の殺菌方法は、被処理液体を金属イオン及び溶存気体を用いて処理することを特徴とする。
本発明の方法により処理される被処理液体は、特に限定されず、例えば、海水、河川水、湖沼水等の自然水に限らず、給水・給湯装置における水、工場における冷却水等、様々な水性流体に適用可能である。加えて、船舶に搭載されるバラスト水は、環境保護のため、排出される前に殺菌されることが望ましいが、このような場合のバラスト水を被処理液体として本発明の方法により処理することが出来る。
【００１４】
このような被処理液体の処理は、下記の２つの方法により行うことが出来る。
即ち、本発明の第１の実施形態に係る液体の殺菌方法では、被処理液体に金属化合物を溶解させ、かつ気体を吸収させることにより、金属イオン及び溶存気体により被処理液体を殺菌処理する。
【００１５】
図１は、第１の実施形態に係る液体の殺菌方法のフロー図である。
図１において、破線により囲まれた部分が本実施形態に係る液体の殺菌方法を実施する殺菌装置である。図１に示すように、被処理液体は、フィルターを通されて塵等の固形物質を除去された後、殺菌装置に入る。殺菌装置では、被処理液体がポンプにより送られる過程において、まず金属イオンが供給され、次いでコンプレッサーにより気体がミキサー内に導入され、そこで金属イオンを含む被処理液体と混合され、被処理液体中に溶解される。被処理液体への金属イオンと気体の供給の順序は逆でもよい。
このようにして溶解された金属イオン及び溶存気体を含む被処理液体は、次いで反応器としての殺菌槽に送られる。殺菌槽内では、そこでの滞留時間内に被処理液体が金属イオン及び溶存気体により殺菌処理される。殺菌処理された液体は、処理済液として殺菌槽から排出される。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る液体の殺菌方法では、別途準備した液体に金属化合物を溶解させ、かつ気体を吸収させることにより、金属イオン及び溶存気体を含む殺菌液を作成し、この殺菌液により被処理液体を殺菌処理する。
図２は、第２の実施形態に係る液体の殺菌方法のフロー図である。
【００１７】
図２において、破線により囲まれた部分が本実施形態に係る液体の殺菌方法を実施する殺菌装置である。図２に示すように、被処理液体は、フィルターを通されて塵等の固形物質を除去された後、殺菌装置に入る。殺菌装置では、殺菌液溶媒に金属イオンが供給され、かつコンプレッサーにより気体が圧入されて、金属イオンを含み気体が溶解した殺菌液が形成される。この殺菌液はポンプにより送られて、別途ポンプにより送られた被処理液体と合流する。合流した被処理液体及び殺菌液はミキサーに送られ、そこで混合され、殺菌槽に送られる。殺菌槽内では、そこでの滞留時間内に被処理液体が金属イオン及び溶存気体により殺菌処理される。殺菌処理された液体は、処理済液として殺菌槽から排出される。
なお、殺菌液溶媒としては、水、海水等を用いることができる。
【００１８】
以上説明した第１及び第２の実施形態に係る液体の殺菌方法において、被処理液体又は殺菌液溶媒への金属イオンの供給は、殺菌液溶媒に溶解が可能な金属化合物を被処理液体又は殺菌液溶媒に供給することにより行われる。金属化合物は被処理液体又は殺菌液溶媒中に溶解し、金属化合物から金属イオンが解離される。
【００１９】
金属化合物としては、殺菌作用を有する銅、銀、鉄等の金属の化合物であって、被処理液体に溶解して金属イオンを放出するもの、例えば上記金属の塩化物、硫化物、炭酸化物等を挙げることができる。
銅化合物としては、塩化銅二水和物、硫酸銅五水和物、硝酸銅(II)等を挙げることができる。
銀化合物としては、硝酸銀等を挙げることができる。
鉄化合物としては、硫酸鉄(II)七水和物、硫酸鉄(III)九水和物、硝酸鉄(II)六水和物、硝酸鉄(III)九水和物、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)六水和物、臭化鉄(II)等を挙げることができる。
【００２０】
被処理液体中の金属イオンの濃度は、被処理液体中の菌濃度によるが、好ましくは０．１〜３ｐｐｍ、より好ましくは２〜３ｐｐｍである。
被処理液体又は殺菌液溶媒への気体の溶解は、例えばコンプレッサーにより被処理液体又は殺菌液溶媒中に気体を供給し、吸収させることにより行うことが出来る。気体を圧入する圧力は、好ましくは０．１〜２．５ＭＰａ、より好ましくは２〜２．５ＭＰａである。
【００２１】
気体としては、二酸化炭素、空気、窒素等を用いることができるが、特に、二酸化炭素を好ましく用いることができる。
被処理液体又は殺菌液溶媒への気体の溶解は、反応により気体を放出する化合物を被処理液体又は殺菌液溶媒へ導入することによっても行うことができる。そのような方法として、例えば、被処理液体又は殺菌液溶媒へ炭酸カルシウムと希塩酸を加え、両者の反応により二酸化炭素を放出する方法、被処理液体又は殺菌液溶媒へ炭酸水素ナトリウムを加え、加熱し、二酸化炭素を放出する方法を挙げることができる。
また、被処理液体又は殺菌液溶媒への気体の溶解は、気泡系の極めて小さいウルトラファインバブルを被処理液体又は殺菌液溶媒内で形成することによっても行うことが可能である。
【００２２】
なお、被処理液体又は殺菌液溶媒への気体の溶解は、加圧下で行われ、ガス圧が高いほど高濃度の気体が溶解されるため殺菌効果が高く、また滞留時間を短くすることが出来るが、常圧下で溶解させることも可能である。
また、溶存気体を含む被処理液体から気体が抜けてしまわないように、殺菌槽の出口に背圧弁を配置し、加圧下で殺菌処理を行うことが好ましいが、背圧弁を配置せずに、常圧下で殺菌処理を行うことも可能である。
【００２３】
実施例
以下、本発明の実施例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
最初に、実施例において用いた、大腸菌を含む被処理液体（以下、菌水と呼ぶ）及び銅イオンを含み二酸化炭素が溶存した殺菌液について説明する。
【００２４】
菌水及び殺菌液は以下のようにして調製される。
１）菌水の調製
本発明の殺菌方法は、上述したように海水に適用し得るが、海水に適用する場合、自然に存在する海水は、時と場所により菌濃度が大きく異なり、発明の効果を検証するのに適していないと考えられるため、実施例では、以下に示すように、人工海水に培養した大腸菌液を少量添加することで処理すべき菌水の調製を行なった。なお、人工海水は、水道水１０００ｃｃに対して３７ｇの「マリンソルト：カイスイマレン社」を溶解させることにより調製した。
【００２５】
菌株としては、大腸菌（No.ATCC11303, Lot no.60798483）を（株）UBE科学分析センターで培養した2代目の株をさらに培養した3代目の株を用いた。培養された菌株をエチレングリコール水溶液に添加し、容量５ｃｃのアンプル容器に入れ、冷凍庫中で−８０℃で保管（フリーズストック）した。菌液の調製は、このフリーズストック菌株を室温で解凍し、液体培地で一夜培養することにより行った。液体培地は、ＬＢ培地Miller (cat. No. 526-04035; 和光純薬工業株式会社製）を蒸留水１００ｃｃに０．８ｇ溶解し、オートクレーブ中で１２０℃で１５分間加熱滅菌した後、室温に戻したものを用いた。
【００２６】
この液体培地１００ｃｃと長さ２５ｍｍのテフロン製スターラーピースを容量２００ｃｃの三角フラスコに入れ、解凍したフリーズストック菌株を０．１ｃｃ、ピペッターで入れた。この三角フラスコを温水バスで３６℃に保ち、２００ｒｐｍで攪拌を行ない、２２時間培養した。培養終了後の菌液を温水バスから取り出し、５℃の冷蔵庫に三角フラスコごと入れて保管した。実施例では、この菌液を培養終了後から1週間以内に使用した。
【００２７】
２２時間培養後の菌液を人工海水１０００ｃｃに対して1ｃｃ添加することにより所定菌濃度の菌水を調製することが出来るが、後述のように、実施例では、菌水と殺菌液を別々に調製し、それらを等量混合して殺菌を行なう形態を取るため、処理すべき菌水の菌濃度が半分になる。そこで、実施例では、倍の２ｃｃの培養した菌液を人工海水１０００ｃｃに加えることで、倍の菌濃度にして、処理されるべき菌水２を調製した。
【００２８】
２）殺菌液の調製
３２１．９ｍｇの塩化銅二水和物（和光特級、分子量１７０．４８）を容量５０ｃｃのバイアル瓶に測り取り、そこに４０ｃｃの蒸留水を導入した。得られた銅含有水溶液１ｃｃを１０００ｃｃの人工海水に滴下することにより、Ｃｕ濃度３ｐｐｍの人工海水約１０００ｃｃを調製することが出来るが、実施例では、菌水と殺菌液を別々に調製し、それらを等量混合して殺菌を行なう形態を取るため、処理すべき菌水２のＣｕ濃度が半分になる。そこで、銅含有水溶液２ｃｃを１０００ｃｃの人工海水に滴下することにより、倍のＣｕ濃度（６ｐｐｍ）の人工海水とし、菌水と混合されてＣｕ濃度が３ｐｐｍとなるようにした。
【００２９】
このようにして得たＣｕ濃度６ｐｐｍの海水３００ｃｃを、テフロン製の撹拌翼を備えた容量５００ｃｃのオートクレーブに収容し、上方から気体を圧入して、１０００ｒｐｍで攪拌を行ない、この状態で1時間保持することにより、気体を海水に溶解させ、殺菌液を調製した。
【００３０】
図３は、実施例において用いた実験用殺菌装置であり、上述した第２の実施形態に係る殺菌方法を実施するための装置である。図３において、デュラン瓶１には、上述のようにして調整された、大腸菌を含む被処理液体２が収容されており、オートクレーブ３には上述のようにして調整された、銅イオンを含み二酸化炭素が溶存した殺菌液４が収容されている。
【００３１】
菌水２はプランジャーポンプ５により、殺菌液４はプランジャーポンプ６により、それぞれ圧送されて合流し、反応器としてのリアクター７に導入される。なお、デュラン瓶１には圧力計Ｐ１が取り付けられ、リアクター７の入り口には圧力計Ｐ２が取り付けられている。圧力計Ｐ１は溶解ガス圧を計測し、圧力計Ｐ２は液圧を計測している。
リアクター７は、外径６ｍｍ（内径４ｍｍ）のステンレス配管をコイル状に巻いたものであり、９０ｃｃの容積を有する。リアクター７内に導入された菌水２と殺菌液４の混合液について、リアクター７内での所定の滞留時間において殺菌処理が行われる。即ち、菌水２は銅イオン及び溶存二酸化炭素により殺菌され、リアクター７から排出され、処理済液槽８に収容される。
【００３２】
リアクター７内での滞留時間は、コイル状配管の長さとプランジャーポンプ５，６による菌水２と殺菌液４の混合液の流速を変えることにより、制御することができる。なお、本実施例では、加圧下で二酸化炭素を溶解させており、殺菌装置内で二酸化炭素が抜けてしまわないように、リアクター７の出口に背圧弁９を用いている。
【００３３】
リアクター７から排出された処理済液は、すぐにサンプリングされて培養皿に塗抹され、菌数評価が行なわれる。このため、リアクター７内での菌水２の滞留時間が、菌と気体／金属イオンが接触している実質的な殺菌時間であるといえる。
なお、以下に示す実施例では、リアクター７を構成するコイル状配管の長さとプランジャーポンプ５，６による菌水２と殺菌液４の流量を下記表１に示すように設定することで滞留時間の制御を行った。
【００３４】
【表１】
2017196578.tif 000003
【００３５】
大腸菌群数の評価には、既製品のデソキシコレート寒天培地を用いて、塗抹法により行なう。前節の通り装置から流出した菌水を２０ｃｃバイアル瓶にサンプリングし、そこから１ｃｃピペッターで０．１ｃｃ測り取り培地に滴下する。アルコール滅菌したガラス製コンラージ棒でこの菌液を即座に塗り広げ、ふたをする。この培養皿を天地逆にして３７℃に設定したインキュベーターに入れて、１８〜２４時間培養を行なう。培養後、シャーレの上から大腸菌群のコロニーの数をカウントする。
得られたコロニー数は菌液０．１ｃｃの値なので、それを１０倍して菌濃度（個／ｍＬ）とする。
【００３６】
実施例１
図３に示す実験用殺菌装置を用いて、０．３ＭＰａの圧力で二酸化炭素が溶解され、かつ３ｐｐｍの銅イオンを含む殺菌液により、１９，３２０個／ｍＬの大腸菌を含む菌水を殺菌処理した。リアクター７内の滞留時間は３０分であった。
リアクター７から排出された直後の処理済液をサンプリングし、培養皿に塗抹して菌数評価を行った。また、リアクター７から排出されて処理済液槽８に収容され、２５分静置後の処理済液をサンプリングし、培養皿に塗抹して菌数評価を行った。それらの結果を下記表２に示す。
【００３７】
実施例２
殺菌液溶媒中に溶解させる気体として二酸化炭素の代わりに空気を用いたことを除いて実施例１と同様の殺菌液により、実施例１と同様にして６，６２０個／ｍＬの大腸菌を含む菌水を殺菌処理し、リアクター７から排出された直後と、２５分静置後の処理済液をサンプリングし、培養皿に塗抹して菌数評価を行った。それらの結果を下記表２に示す。
【００３８】
実施例３
殺菌液溶媒中に溶解させる気体として二酸化炭素の代わりに空気を用い、かつ溶解ガス圧ゼロで溶解させたことを除いて実施例１と同様の殺菌液により、実施例１と同様にして１８，５２０個／ｍＬの大腸菌を含む菌水を殺菌処理し、リアクター７から排出された直後と、２５分静置後の処理済液をサンプリングし、培養皿に塗抹して菌数評価を行った。それらの結果を下記表２に示す。
【００３９】
比較例１
殺菌液中に溶解させる気体として二酸化炭素を用い、かつ銅イオンを含まない殺菌液により、２６，０００個／ｍＬの大腸菌を含む菌水を殺菌処理したことを除いて、実施例１と同様にして殺菌処理を行い、リアクター７から排出された直後と、２５分静置後の処理済液をサンプリングし、培養皿に塗抹して菌数評価を行った。それらの結果を下記表２に示す。
【００４０】
【表２】
2017196578.tif 000004
【００４１】
上記表２から、気体が溶存し、銅イオンを含む殺菌液を用いて殺菌処理を行った実施例１〜３では、いずれも一定の殺菌効果が認められているのに対し、二酸化炭素は溶存するが、銅イオンを含まない殺菌液を用いて殺菌処理を行った比較例１では、殺菌効果が認められず、特に２５分静置後には菌濃度が増加していることがわかる。
実施例１〜３のうちでは、気体として二酸化炭素を用い、溶解ガス圧０．３ＭＰａで二酸化炭素を溶解させ、かつ銅イオンを含む殺菌液を用いて殺菌処理を行った実施例１が最もすぐれた殺菌効果を示していることがわかる。
【００４２】
実施例４
二酸化炭素を溶解ガス圧２．５ＭＰａで溶解させたことを除いて実施例１と同様の殺菌液により、実施例１と同様にして４１，４４０個／ｍＬの大腸菌を含む菌水を、滞留時間１０分で殺菌処理し、リアクター７から排出された直後と、２５分静置後の処理済液をサンプリングし、培養皿に塗抹して菌数評価を行った。それらの結果を下記表３に示す。
【００４３】
実施例５
二酸化炭素を溶解ガス圧２．５ＭＰａで溶解させたことを除いて、実施例１と同様の殺菌液により、実施例１と同様にして１６，６８０個／ｍＬの大腸菌を含む菌水を、滞留時間５分で殺菌処理し、リアクター７から排出された直後と、２５分静置後の処理済液をサンプリングし、培養皿に塗抹して菌数評価を行った。それらの結果を下記表３に示す。
【００４４】
実施例６
二酸化炭素を溶解ガス圧２．５ＭＰａで溶解させたことを除いて、実施例１と同様の殺菌液により、実施例１と同様にして１８，５２０個／ｍＬの大腸菌を含む菌水を、滞留時間１０秒で殺菌処理し、リアクター７から排出された直後と、２５分静置後の処理済液をサンプリングし、培養皿に塗抹して菌数評価を行った。それらの結果を下記表３に示す。
【００４５】
【表３】
2017196578.tif 000005
【００４６】
上記表３から、滞留時間を短くしても、溶解ガス圧を上昇させることにより、25分静置後の菌濃度はゼロとなり、十分な殺菌効果が得られていることがわかる。
【符号の説明】
【００４７】
１…デュラン瓶
２…被処理液体
３…オートクレーブ
４…殺菌液
５，６…プランジャーポンプ
７…リアクター
８…処理済液槽
９…背圧弁
【図１】
2017196578.tif 000006
【図２】
2017196578.tif 000007
【図３】
2017196578.tif 000008