(57)【要約】【課題】強い殺菌作用が得られ、効率的に殺菌処理を行うことのできる殺菌方法及び該殺菌方法に用いられる殺菌装置を提供する。【解決手段】光触媒を利用して水中の微生物を殺菌する殺菌装置において、光触媒を保持し該光触媒と処理対象水を接触させる光触媒反応部１１と、前記光触媒に励起光線を照射する光源１２と、水に溶解して塩化物イオンを生じる塩類を前記処理対象水に所定量添加する塩類添加手段１６とを設ける。処理対象水は循環ポンプ１３によって流路中を循環し、光触媒反応部１１を通過する際に該光触媒反応部１１に収容された光触媒によって殺菌される。このとき、塩類添加手段１６によって処理対象水に少量の塩類を添加することにより光触媒による殺菌作用を高めることができ、強い殺菌力で効率よく処理を行うことが可能となる。【選択図】図１
2009000678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象水を光触媒に接触させ、該光触媒を励起光線によって励起することにより前記処理対象水を殺菌するにあたり、水に溶解して塩化物イオンを生じる塩類を前記処理対象水に添加することで前記光触媒による殺菌効果を増強する方法。
【請求項２】
上記塩類がアルカリ金属又はアルカリ土類金属の塩化物であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記処理対象水の塩濃度が２０重量ｐｐｍ以上となるように上記塩類を添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
上記光触媒が紫外光応答性化合物又は可視光応答性化合物から成るものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
上記紫外光応答性化合物又は可視光応答性化合物が二酸化チタン又はその誘導体であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
光触媒を利用して水中の微生物を殺菌する殺菌装置において、
a) 光触媒を保持し、該光触媒と処理対象水を接触させる光触媒反応部と、
b) 前記光触媒に励起光線を照射する光源と、
c) 水に溶解して塩化物イオンを生じる塩類を前記処理対象水に所定量添加する塩類添加手段と、
を有することを特徴とする微生物殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を利用した水の殺菌効果を増強する方法、及び殺菌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中に存在する細菌やウィルス等の微生物を殺菌する技術として、従来より、水道水の殺菌等に用いられる次亜塩素酸処理や、食品工場等で用いられるオゾン処理、養殖場やアクアリウム等で用いられる紫外線処理などが知られている。しかし、前記次亜塩素酸処理には、発がん性が指摘されているトリハロメタン発生の問題があり、前記オゾン処理には、ランニングコストが高くつくという問題がある。また、前記紫外線処理は、有害物質の発生がなく且つ低コストに実現可能であるものの、必ずしも十分な殺菌効果が得られない場合があった。
【０００３】
そのような中で、近年、強い殺菌力が得られ安全且つ省エネルギーに実現可能な殺菌技術として、光触媒による水中微生物の殺菌に大きな関心が集まっている。これまでの研究から、光触媒は微生物細胞壁を部分的に酸化分解することにより細胞を死滅させることが知られており（非特許文献１、２）、特に、飲料水市場、温泉地を含む公衆浴場、プール、及び養殖場等での利用が期待されている。
【０００４】
【非特許文献１】エンバイロメンタル・サイエンス・アンド・テクノロジー（Environ. Sci. Technol.）、第32巻、p. 726、(1998)
【非特許文献２】アプライド・アンド・エンバイロメンタル・ミクロバイオロジー（Appl. Environ. Microbiol.）、第65巻, p. 4094、(1999)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の光触媒による殺菌では、紫外線処理やオゾン処理に比べて殺菌効果が改善されているものの、十分な殺菌を行うためには光触媒と処理対象水を長時間接触させる必要があり、処理効率の点で改善の余地があった。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、強い殺菌作用が得られ、効率的に殺菌処理を行うことのできる殺菌方法及び殺菌装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために成された本発明に係る方法は、光触媒による殺菌効果を増強する方法であって、処理対象水を光触媒に接触させ、該光触媒を励起光線によって励起することにより前記処理対象水を殺菌するにあたり、水に溶解して塩化物イオンを生じる塩類を前記処理対象水に添加することで前記光触媒による殺菌効果を増強することを特徴としている。
【０００８】
また、上記課題を解決するために成された本発明に係る殺菌装置は、光触媒を利用して水中の微生物を殺菌する殺菌装置において、a) 光触媒を保持し、該光触媒と処理対象水を接触させる光触媒反応部と、b) 前記光触媒に励起光線を照射する光源と、c) 水に溶解して塩化物イオンを生じる塩類を前記処理対象水に所定量添加する塩類添加手段とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記本発明に係る方法によれば、光触媒と接触させる処理対象水に少量の塩類を添加することにより、従来の光触媒による殺菌方法に比べて高い殺菌効果を得ることができる。また、これにより、処理対象水と光触媒の接触時間を短縮することができるため、光触媒による殺菌処理の効率を向上させることができる。
【００１０】
更に、本発明に係る方法は、処理対象水に塩類を添加するという簡便な方法によって光触媒による殺菌効果を増強することができるため、大幅なコスト増大を招来することなく廉価に実施することができる。また、本発明の方法において光触媒の殺菌効果を増強するために必要な塩類の最小濃度は極めて微量であるため、動植物の成育等に悪影響を及ぼすことなく高い殺菌効果を実現することが可能である。このため、本発明に係る方法は、例えば、淡水性魚介類の飼育水の殺菌処理や水耕栽培の培養液の殺菌処理等を含む幅広い用途に適用することができる。
【００１１】
また、上記本発明に係る殺菌装置は、上記本発明に係る方法を実施するための装置であって、光触媒による殺菌効果の増強に必要な所定量の塩類を、前記塩類添加手段によって処理対象水に自動的に添加することができるため、上記本発明に係る方法をより簡便に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
光触媒とは、光を吸収して触媒作用を発揮する物質の総称であり、励起光によって電荷分離が起き、その効果により酸化還元反応を進行させるものである。本発明の方法及び殺菌装置における光触媒としては、この定義に合うものであればいずれも使用可能であるが、紫外線応答性化合物又は可視光応答性化合物から成るものを用いることが望ましく、特に、近紫外線を発するブラックライト等の安価な光源を利用することのできる二酸化チタン又はその誘導体を用いることが望ましい。
【００１３】
また、処理対象水に添加する塩類は、水に溶解して塩化物イオンを生じるものであればカチオン種は何でもよいが、特に、水への溶解性が良好なアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩を用いることが望ましい。
【００１４】
本発明の方法において、前記塩類は、処理対象水の塩濃度が２０重量ｐｐｍ（０．００２重量％）以上となるように添加することが望ましく、特に、０．０１重量％以上とすることがより望ましい。また、塩濃度の上限値は特に限定されるものではないが、淡水性魚介類の飼育水の殺菌処理や水耕栽培の培養液の殺菌処理、公衆浴場やプール等における水の殺菌処理等に適用する場合は、塩濃度が２重量％以下、より望ましくは１重量％以下となるようにすることが望ましい。また、本発明に係る殺菌装置における塩類添加手段は、例えば、塩濃度センサ等を有し、処理対象水の塩濃度が所定の範囲となるよう適切な量の塩類を適宜添加する機能を備えたものとすることが望ましい。
【００１５】
光触媒に励起光線を照射するための光源としては、使用する光触媒の種類に応じた適切なものを使用する。光触媒として上記二酸化チタンを用いる場合には、自然光又は人工光源、例えば、殺菌灯若しくはブラックライトなど、３６０ｎｍ以下の波長領域の光を発する光源であればいずれも使用可能であるが、コストパフォーマンスを鑑みると、安価なブラックライトを使用することが望ましい。また、光源として殺菌灯を用いた場合は、殺菌灯が発する紫外線自体が殺菌に働くほか、近紫外光を発するブラックライトに比べてより大きなエネルギーを光触媒に与えることができるため、一層高い殺菌効果が期待される。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明に係る殺菌装置の一実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る殺菌装置の概略構成を示す図である。本実施例に係る殺菌装置は、光触媒リアクター１１、ブラックライト１２、循環ポンプ１３、試料容器１４、及びエアーポンプ１５から成る閉鎖循環式の光触媒反応システムであり、更に、該閉鎖循環式光触媒反応システムの循環流路中に食塩を添加するための食塩添加部１６を備えている。
【００１７】
光触媒リアクター１１はガラス管で構成されており、該ガラス管内には二酸化チタンでコーティングされたガラスビーズ等が充填されている。ブラックライト１２は、光触媒リアクター１１を取り囲むように複数本が配置されており、該ブラックライト１２によってリアクター１１内の光触媒に紫外線が照射される。処理対象水は試料容器１４に収容され、循環ポンプ１３によって該処理対象水を光触媒リアクター１１に送出して循環させることにより処理対象水を光触媒と効率よく接触させることができる。
【００１８】
本実施例に係る殺菌装置は、上述のように循環流路中に食塩を添加する食塩添加部１６を備えており、該食塩添加部１６によって、光触媒による殺菌効果の増強に必要な適当量の塩類（この場合、塩化ナトリウム）を自動的に処理対象水に添加することができる。なお、エアーポンプ１５は、光触媒による酸化作用に必要な空気を循環水中に導入するためのものである。
【００１９】
なお、本発明に係る殺菌装置の構成は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容されるものである。例えば、光触媒リアクター１１は、必ずしも上記のような直管型の形状で励起光を外部より照射する外部照射型でなくてもよく、曲管型のガラス管や内側が中空の二重ガラス管等に光触媒でコーティングしたガラスビーズ等を充填し、ガラス容器の内側にランプを配置して内部より励起光を照射する内部照射型の構成としてもよい。また、光触媒を保持する担体はガラスビーズでなくてもよく、光触媒をその活性が妨げられない状態で安定に保持できるものであれば、高分子等のようなものでもよい。
【００２０】
また、本実施例に係る殺菌装置は試料容器１４内に処理対象水を収容し、該試料容器１４と光触媒リアクター１１との間で処理対象水を循環させる構成としたが、例えば、本発明に係る殺菌装置を公衆浴場又は養殖場等に適用する場合には、該公衆浴場の浴槽又は養殖場の飼育水槽等と光触媒リアクターとの間で処理対象水を循環させる構成とする。更に、本発明に係る殺菌装置の構造は、上記のような循環式のものに限定されず、例えば、試料容器や水槽等から送出された処理対象水を光触媒リアクターを通して他所に排出する方式としてもよい。なお、この場合は、処理対象水の流速を循環式のものに比べて遅くすることにより、光触媒と処理対象水の接触時間が十分に確保されるようにする。
【実施例２】
【００２１】
続いて、本発明の効果を確認するために行った殺菌試験について説明する。
【００２２】
試験では、殺菌対象として大腸菌（Escherichia coli）Ｋ−１２株を使用し、食塩水を用いて調製した大腸菌懸濁液（ＮａＣｌ濃度：０．００２ｗｔ％、０．０２ｗｔ％、０．８５ｗｔ％、３．６ｗｔ％）を処理対象水として殺菌処理を行った（なお、本殺菌試験では、予め大腸菌懸濁液に食塩水を加え、懸濁液の塩濃度を上記の各濃度に調整している）。本殺菌試験における光触媒としては、二酸化チタンを担持したシリカゲルビーズから成る光触媒シリカゲルを使用し、該光触媒シリカゲル２５ｇを入れた２Ｌビーカーの下にブラックライト（１５Ｗ、２本）を配置して光触媒への紫外線照射を行った。上記大腸菌懸濁液を前記ビーカーに入れて、該ビーカーに取り付けた攪拌機で大腸菌懸濁液を撹拌しながら紫外線を照射し、処理開始から０分後、１０分後、２０分後、３０分後、６０分後、及び９０分後の各懸濁液をサンプリングして大腸菌数を計測した。また、比較例１として食塩を添加しない脱イオン水で調製した大腸菌懸濁液（即ちＮａＣｌ濃度０ｗｔ％）について上記同様の条件で処理及びサンプリングを行い、大腸菌数を計測した。
【００２３】
表１に、ＮａＣｌを上記各濃度で添加した大腸菌懸濁液を紫外線照射下で処理した場合（実施例）、及び脱イオン水で調製した大腸菌を紫外線照射下で処理した場合（比較例１）の各処理時間における大腸菌数を示す。なお、表中の無処理区は、脱イオン水で調製した大腸菌懸濁液を光触媒シリカゲルを入れない２Ｌビーカーに収容し、紫外線照射を行わずに撹拌したもの（即ち、ＮａＣｌ濃度０％、光触媒なし、紫外線照射なし）である。
【００２４】
【表１】
2009000678.tif 000003
【００２５】
また、比較例２として脱イオン水で調製した大腸菌懸濁液を光触媒シリカゲルを入れない２Ｌビーカーに収容し、紫外線照射を行いながら撹拌したもの（即ちＮａＣｌ濃度０％、光触媒なし、紫外線照射あり）、及び比較例３としてＮａＣｌ濃度０．８５％の大腸菌懸濁液を光触媒シリカゲル２５ｇと共に２Ｌビーカーに入れ、紫外線照射を行わずに撹拌したもの（即ちＮａＣｌ濃度０．８５％、光触媒あり、紫外線照射なし）について、それぞれ処理開始から０分後、３０分後、６０分後、及び９０分後の各懸濁液をサンプリングして大腸菌数を計測した。表２に、比較例２、及び比較例３の各処理時間における大腸菌数を示す。
【００２６】
【表２】
2009000678.tif 000004
【００２７】
表１及び表２から明らかなように、無処理区、及び比較例２、３では、９０分間で大腸菌数に大きな変化は見られなかった。一方、比較例１では、９０分の処理で約９０％の殺菌効果が認められた。これに対し、表１のＮａＣｌ濃度０．００２％区では、処理開始後９０分間で、比較例１の約１０倍の殺菌効果が見られ、更にＮａＣｌ濃度が大きくなるにつれて殺菌効果の増大が見られた。以上の結果から、本発明の方法によって光触媒による殺菌効果を増強することができ、従来の光触媒による殺菌方法よりも高い殺菌効果が得られることが確かめられた。
【実施例３】
【００２８】
次に、各種の塩類が光触媒による殺菌効果に及ぼす影響を調べた殺菌試験について説明する。なお、この試験においても、実施例２の殺菌試験と同様に、光触媒シリカゲル２５ｇを入れた２Ｌビーカーに処理対象水を入れ、攪拌機で撹拌しながらブラックライトによる紫外線照射を行った。まず、脱イオン水で調製した大腸菌懸濁液をサンプリングした後、該懸濁液にＮａＣｌ、ＫＣｌ、又はＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏをそれぞれ８．５ｇ／Ｌ、１０．８ｇ／Ｌ、３５．８ｇ／Ｌとなるよう添加して撹拌し、その直後（処理時間０分）と処理開始から１０分後、３０分後、６０分後、及び９０分後に大腸菌懸濁液をサンプリングして各時点における大腸菌数を計測した。
【００２９】
【表３】
2009000678.tif 000005
【００３０】
その結果、表３に示すように、ＮａＣｌ又はＫＣｌを添加したものでは、処理開始から６０分の時点で処理対象水がほぼ完全に殺菌されていた。これに対し、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏを添加したものでは、添加直後の段階（即ち、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ濃度が３５．８ｇ／Ｌで処理時間０分のもの）で添加前（即ち、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ濃度が０ｇ／Ｌのもの）に比べて菌数が１０分の１以下に減少したが、その後ばらつきはあるものの、処理開始から９０分後も１０３細胞／ｍｌ以上の菌数を示していた。以上の結果から、光触媒による殺菌効果に影響を与えているのは塩化物イオンであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る殺菌装置の一実施例を示す概略構成図。
【符号の説明】
【００３２】
１１…光触媒リアクター
１２…ブラックライト
１３…循環ポンプ
１４…試料容器
１５…エアーポンプ
１６…食塩自動添加部
【図１】
2009000678.tif 000006