(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留水中に超音波を照射し、ヒドロキシルラジカル（ＨＯ・）を発生させることにより細菌等微生物の増殖を抑制する貯留水の微生物増殖抑制方法であって、超音波の周波数が１６５０ｋＨｚ±１００ｋＨｚの範囲に選定されていることを特徴とする貯留水の微生物増殖抑制方法。
【請求項２】
超音波を間欠的に照射するようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯留水の微生物増殖抑制方法。
【請求項３】
貯留水中に超音波を照射することにより細菌等微生物の増殖を抑制する貯留水の微生物増殖抑制装置であって、超音波の周波数が１６５０ｋＨｚ±１００ｋＨｚの範囲に選定されていることを特徴とする貯留水の微生物増殖抑制装置。
【請求項４】
貯留水の水温を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の貯留水の微生物増殖抑制装置。
【請求項５】
貯水容器の貯留水取り出し流路に貯留水への超音波照射によるヒドロキシルラジカルの発生に関連して貯留水中に生成される過酸化水素を分解する２価あるいは３価金属酸化物を含む部材を貯留水に接するように設置したことを特徴とする請求項３又は４に記載の貯留水の微生物増殖抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水、特に精製水を貯留するに際し、微生物の増殖を抑制することの出来る方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動販売機の貯水槽や非常用飲料水貯水装置あるいは、クーリングタワー冷却水循環装置などには、水中での微生物の増殖を抑制する装置が付属している。このような微生物増殖抑制装置の中で、最近、注目されている薬品を用いない殺菌滅菌装置の一つに、電気分解を利用して殺菌・滅菌する装置がある。このような装置では、水道水等の塩素イオンを含む水を対象としており、塩素イオンを含む水を電気分解することで次亜塩素酸等の活性塩素種（有効塩素という）を発生させ、発生した有効塩素による殺菌、増殖抑制効果を利用している。
【０００３】
貯留対象となる水道水等は、殺菌処理あるいは配水中の細菌繁殖制御のための塩素注入（水と反応して次亜塩素酸として存在する）以外に、水源由来の塩素イオンを含んでおり、非常にきれいな地下水を水源とした場合でも最少２ｍｇ／ｌ、平均４ｍｇ／ｌ、河川の中流域を水源とした場合、最大４５ｍｇ／ｌ、平均２０〜２５ｍｇ／ｌの塩素イオンを含んでいる。このような塩素イオンを含む水を電気分解すると、陽極面で塩素が発生し、発生した塩素が水と反応して次亜塩素酸が生成され、その次亜塩素酸により殺菌あるいは制菌されるとされている。
【０００４】
一方、塩素の存在に起因する、カルキ臭や塩素イオンが有機物と結びついて生じるトリハロメタン等の発がん性を持つ有機塩素化合物の発生を避けるため、最近、逆浸透膜濾過或は蒸留等により精製された有効塩素や塩素イオンを含まない或は検出限界以下しか含まない水（以下精製水という）の需要が増加している。
【０００５】
このような精製水の場合、電解しても有効塩素は発生せず、有効塩素による殺菌、制菌は期待できない、有効塩素を発生させるために精製水中に食塩等の塩素イオン原料を加えることは、化学的、生物学的な影響を与えるのみならず電気分解の結果ｐＨまでも変化し精製水の本質を損なう。従って精製水の微生物抑制に電気分解を用いることは有効な手段とはみなされていなかった。
【０００６】
そこで、精製水の微生物増加抑制には、紫外線照射或はオゾン注入などの方法が用いられている。紫外線照射の場合、水中では照射された紫外線により水が分解されＯＨラジカルを発生することで微生物抑制作用を発揮する。また、オゾン注入では、オゾンの強い酸化作用により、微生物の増加を抑制する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、紫外線照射の場合、紫外線は水中で散乱吸収されるため、紫外線が届く表層部しか作用が及ばず、表層から離れた箇所での微生物制御には充分に対応できない。また、紫外線ランプの有効寿命は数百時間しかないため、ランプ状態のチェックやランプ交換等頻繁にメンテナンスする必要がある。さらに、紫外線ランプを水中設置する場合、水密パッキンの劣化対策にコストがかかり、水面上から照射する場合、紫外線により発生するオゾンの漏れ対策を充分に行って安全性を確保する必要がある。
【０００８】
また、オゾン注入の場合、オゾンは強い酸化力があり人体粘膜を激しく侵食する危険な気体であるので、オゾン発生装置から貯留水への吹き込みノズルまでのオゾン流路の材料選定と管理、貯留水から気中に放散される余剰オゾンの消去装置などの安全対策が必要な他、オゾン発生を安定化するための原料空気の湿度管理、原料空気に含まれる浮遊塵埃による精製水の汚染を防止するためのフィルター管理等が必要で、製造と保守管理にコストがかかるため、大規模に精製、貯水する設備でないと実用化のメリットが少ない。
【０００９】
このように、塩素、塩素イオンを含まない水の微生物増殖抑制手段は、効果保持や安全性の確保のために製造や保守管理にコストがかかるものであった。
【００１０】
本発明は、上述した諸点に鑑み成されたものであり、塩素、塩素イオンを含まない水の微生物増殖抑制を低コストで効率よく行うことの出来る方法及び装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の貯留水の微生物増殖抑制方法は、貯留水中に超音波を照射し、ヒドロキシルラジカル（ＨＯ・）を発生させることにより細菌等微生物の増殖を抑制する貯留水の微生物増殖抑制方法であって、超音波の周波数が１６５０ｋＨｚ±１００ｋＨｚの範囲に選定されていることを特徴としている。また、本発明の貯留水の微生物増殖抑制装置は、貯留水中に超音波を照射することにより細菌等微生物の増殖を抑制する貯留水の微生物増殖抑制装置であって、超音波の周波数が１６５０ｋＨｚ±１００ｋＨｚの範囲に選定されていることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明を実施した精製水貯水装置の一例を示す断面図である。図において１は貯水槽であり、精製水は、上部に設けられた注水口２から貯水槽内に供給され、貯水された後、必要に応じて底部に設けられた取水口３から取出される。注水口２には、水道水を活性炭濾過器４及び逆浸透膜濾過器５を通すことにより作成された精製水が供給される。水道水路と活性炭濾過器４との間の流路には、電磁弁６及び水圧センサー７が設置されており、また、活性炭濾過器４と逆浸透膜濾過器５との間の流路には、濾過器を通過させるために圧力を加えるブースターポンプ８が設置されている。
【００１３】
一方、取水口３に繋がる排出流路には、吐水ポンプ９、過酸化水素分解装置１０及び逆止弁１１が設置されている。
【００１４】
前記貯水槽１内部側面には、上限設定水位Ｕを検出する上限水位センサー１２Ｕと下限設定水位Ｌを検出する下限水位センサー１２Ｌが設置されている。さらに、貯水槽１の内部側面には、下限設定水位Ｌより下の位置に超音波発振子１３ａ，１３ｂが対向して取り付けられており、上限設定水位Ｕと下限設定水位Ｌとの間の位置に超音波発振子１４ａ，１４ｂが対向して取り付けられている。
【００１５】
また、貯水槽１の内底部にはヒーター１５が、そして側面の下限設定水位Ｌより下の位置には水温を検出する温度センサー１６がそれぞれ設置されている。１７はオーバーフロー排出口で、この排出口１７からオーバーフローした貯留水は、逆止弁１８を介して外部へ排出される。１９はコントローラーで、超音波発振子１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂへの高周波電力の供給、温度センサー１６からの検出信号に基づくヒーター１５への加熱電力の供給、２つの水位センサー１２Ｕ，１２Ｌからの検出信号に基づくブースターポンプ８の制御などを行う。２０は、貯水槽１の頂部に設けられた通気口である。
【００１６】
このような構成において、貯水槽１には、活性炭濾過器及び逆浸透膜濾過器を介して精製された精製水が供給され、上限設定水位Ｕに達したことが上限水位センサー１２Ｕにより検出されると、コントローラー１９がポンプ８を停止して供給が停止され、取水や蒸発により水位が下限設定水位Ｌから下がると再び供給される。
通気口２０は貯水槽１の上限設定水位Ｕより上方に設けられ、精製水の供給や取水に従って生じる水位変動による空気の出入口となるが、通気口を通じて大気中の塵埃や微生物等が貯水槽内部に入り込むことを防ぐために、孔径１μｍ以下のフィルター及びその目詰まりを防ぐための比較的大きな粒子を捕捉するプレフィルターから成る２枚重ねの構造とすることが望ましい。この装置が塵埃、繊維埃、油滴などが発生し易い環境で使用される場合、プレフィルターの設置は有効な目詰まり対策となる。これらのフィルターは、必要に応じて交換できる構造であることが望ましい。
【００１７】
そして、貯水槽１内部に設けられた超音波発振素子１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂにコントローラ１９から高周波電力が投入されると、貯留水に超音波が照射される。超音波が照射されるとキャビテイションにより貯留水にミクロの泡が発生する。
【００１８】
本発明者の実験によれば、精製水に超音波を照射すると、酸素を溶解した水から、選択的にヒドロキシルラジカルを生成することが見出された。また、酸素が無い場合にはヒドロキシルラジカルと水素原子の両方が生成していた。これは水の超音波分解により、ヒドロキキシルラジカルと水素原子（最後は水素ガスや酸素と反応して過酸化水素になる）が生成するものと推測される。酸素が生成する場合のヒドロキシルラジカルの生成は、過酸化水素に由来に由来しないことを発見しており、新しいヒドロキシルラジカルの生成法を確立した。通常、過酸化水素は金属イオンが存在すると反応してヒドロキシラジカルを生成させる。
【００１９】
しかしながら、過酸化水素が水に高い濃度溶解する（１０ｍｏｌｅ／ｌ）と、大量のヒドロキシルラジカルラジカルが生成され、微生物の殺菌は当然のこととして、生物傷害を引き起こすことになる。そのため、適度な濃度のヒドロキシルラジカルを発生させ水中の微生物や汚染物質を酸化分解することが望ましい。本発明の装置の場合は、水に溶解した酸素量（０．２５ｍＭｏｌ／ｌ程度）がヒドロキシルラジカル生成の上限となるので、過剰なヒドロキシルラジカルを発生させることはなく、適度な濃度のヒドロキシルラジカルにより生体障害を招くことなく微生物の殺菌作用を利用できることが確かめられている。また、超音波を照射した精製水中には、適度な量の気泡が発生し、この気泡の移動により水の移動も引き起こす。その結果、超音波装置では、気泡による循環流を貯留水容器内に発生させると同時に、生成したヒドロキシルラジカルを拡散させる。ポンプ等の水流発生装置を用いなくても、効率の良い循環流を発生させることができる。
【００２０】
超音波発振装置は、周波数が数１０ｋＨｚから数ＭＨｚで、出力が最大１０００Ｗのものがある。低出力で効率よくヒドロキシルラジカルを生成する装置が望ましい。２８ｋＨｚ（１００Ｗ）、４８ｋＨｚ（１００ｗ）、１００ｋＨｚ（１００Ｗ）、９５０ｋＨｚ（３００Ｗ）、と１６５０ｋＨｚ（３０Ｗ）、２０００ｋＨｚ（３０Ｗ）、２５００ｋＨｚ（３０Ｗ）の超音波発生装置を用いた実験にて、周波数が１６５０ｋＨｚで、出力が３０Ｗの装置を用いると、他の周波数の超音波装置に比べ、１０−２０倍のヒドロキシルラジカルの生成を観測した。これは、９５０ｋＨｚ（３００Ｗ）の装置の５倍程度の効率であった。
【００２１】
測定結果を総合すると、周波数９５０ｋＨｚ−２０００ｋＨｚの範囲の超音波を使用することにより、その他の範囲の周波数よりも高い効率でのヒドロキシルラジカルの生成が見られたので、この範囲の周波数を使用することが好ましい。その中でも、周波数が１６５０ｋＨｚを中心とした±１００ｋＨｚの範囲の周波数では、先に述べたように、９５０ｋＨｚ（３００Ｗ）の場合の５倍程度の効率でヒドロキシルラジカルの生成が観測できたので、この範囲の周波数の利用がさらに好ましい。
【００２２】
どのような超音波発振装置を用いる場合であっても、塩素、塩素イオンを含まない貯留水中に微生物増殖を阻害できるに足る０．０１ｍＭｏｌ／ｌ以上のヒドロキシルラジカルを発生させるように出力を選定することにより、微生物の増殖を抑制することができる。
【００２３】
本発明者の実験によれば、１６５０ｋＨｚ−３０Ｗの超音波発生装置は、３ｘ１０−３Ｍ／ｓｅｃのヒドロキシルラジカルを発生させることができ、６０秒以内の超音波照射で、１０６個の芽胞菌や１０６個のＥｕｇｌｅｎａ  ｇａｒａｃｉｌｉｓ（単細胞真核生物）の殺菌ができる。
【００２４】
超音波を水に連続的に照射すると、２０℃／３０分の温度上昇が観測されたことから、タイマー機構を設けることで、貯留する水の状態によって超音波照射する時間と照射を休止する時間割合を設定することにより、貯留水中のヒドロキシルラジカルの生成量を所定の濃度範囲に制御することができる。
【００２５】
本装置の目的から超音波素子の表面は、超音波照射で生成するヒドロキシルラジカルの影響を受けない素材とするべきである。
超音波照射で発生するヒドロキシルラジカルの量は照射装置（超音波発振子）の数及び投入電力で決まり、照射に伴う殺菌効率もヒドロキシルラジカルの量に比例する。
微生物の増殖抑制に必要な濃度のヒドロキシルラジカルを発生、保持するための超音波照射時間は、貯水する水の微生物および有機物による汚染度と貯水装置の構造等の条件に左右されるが、精製水レベルで初発菌数が１０２単位以下の水を、ろ過装置などに接続する水路、貯水槽と蓋の接続部、通気口等から塵埃、微生物が入らない構造で、接水部が清潔な状態で貯水を始める場合は、貯水量あたり５０時間に１時間程度の割合で超音波照射を行うことで、水中の微生物を制御することが可能である。一方、供給される水に含まれる微生物や有機物が多い場合や、貯水容器に微生物、塵埃が入り易い構造であったり、貯水を始める際の貯水槽内壁が汚れている場合は、水中の微生物を減少させて増殖を制御するには上記よりも数倍の超音波照射が必要なこともある。
【００２６】
貯水槽１から取出された水に含まれる過酸化水素は、特別な措置を講じなくとも、大気開放下における自然分解と、水に含まれる極微量（ｐｐｂレベル）の金属イオンの触媒作用によって分解され酸素を放出して水に戻ることで経時的に減少する。飲食に使用する水を貯留する場合、取出された水を飲食する際に食品衛生法に定める検査によって検出されないことが必要であるため、貯留時の過酸化水素濃度の上限を０．０１ｍＭｏｌ／ｌ（０．３２ｍｇ／ｌ）以下に設定するのが望ましい。
【００２７】
取出す水の過酸化水素濃度を減少させる積極的な手段として、本実施例では取出し水路に２価あるいは３価金属酸化物を含むセラミック等などの物質から成る過酸化水素分解装置が設けられている。この分解装置において取出す水を２価あるいは３価金属酸化物を含む物質に接触させると、過酸化水素の分解と、その際に発生するヒドロキシルラジカルの働きにより水中の微生物を殺す効果の向上を図ることができる。
【００２８】
上限設定水位Ｕを検出する水位検出センサー１２Ｕとコントローラ１９による水位制御が十分に信頼の置けるものでない場合、本実施例のようにオーバーフロー排出口１７を設けることが好ましく、併せてオーバーフロー排水路中に逆止弁を設け、オーバーフロー排出口１７を介して細菌、塵埃、昆虫等が貯水槽１内へ侵入するのを防止することが望ましい。
【００２９】
本実施例では、ヒーター１５と温度センサー１６により水温を所定温度に制御することが出来る。このような温度制御は、本発明の方法を実施する上で重要な役割を果たす。すなわち、ヒドロキシルラジカルの生成量は水温の上昇に比例して増加するので、超音波の投入電力が一定でも水温が上昇するにつれて殺菌力が増すことになる。従って、水温を高めに設定することにより超音波の投入電力を低く設定できる。しかしながら、浄水器に用する場合は、水温は１８度前後が飲みやすいと言われており、一定温度にすることで、飲みやすい状態で均質の飲料水を確保できる。
【００３０】
また、装置を長期停止した場合は、最初に高温にして超音波を照射すると、効率よく殺菌ができるので、その後、定常の温度に低下させて運転すればよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、超音波を用いることにより、塩素、塩素イオンを含まない水の微生物増殖抑制を低コストで効率よく行うことのできる方法および装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施した精製水貯水装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：貯水槽、２：注水口、３：取水口、４：活性炭濾過器、５：逆浸透膜濾過器、８：ブースターポンプ、９：吐水ポンプ、１０：過酸化水素分解装置、１１：逆止弁、１２Ｕ，１２Ｌ：水位センサー、１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ：超音波発振子、１５：ヒーター、１６：温度センサー、１７：オーバーフロー排出口、１９：コントローラー
【図１】
0004069167.tif 000002