(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導水管と排水管とを有する円柱型の殺菌槽と、該殺菌槽のほぼ中心長手方向に配置された１又は２以上のパルス光を照射することができるランプと、前記殺菌槽の内側壁の長手方向に沿って配設された複数の所定形状の障害物からなる、殺菌槽内の流水に乱流を生じせしめることができる攪拌手段とを備え、前記導水管が円柱型の殺菌槽の一端に接線方向に取り付けられており、前記排水管が円柱型の殺菌槽の他端に、円柱型の殺菌槽の中心軸の反対側で前記導水管と同方向から接線方向に取り付けられていることを特徴とする水の殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中に存在する微生物をパルス光を照射して殺菌する水の光殺菌方法や該水の光殺菌方法に用いられる光殺菌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、飲料水をはじめとして、清涼飲料の原料水、醸造用水、医薬品・化粧品の原料水、電子工場の超純水等の原料用水、各種工場における機械・材料・容器などの洗浄水や冷却水、工場排水、カキ・稚魚等の養殖事業における循環養殖水、洗浄水、養殖孵卵用水、養殖排水、水耕栽培用水、医療施設の手洗水、プール用水など、様々な分野で使用あるいは排出される水に存在する微生物を殺菌あるいは除菌するために、加熱、ろ過、紫外線、オゾン等による物理的殺菌・除菌処理や、あるいは塩素系殺菌剤等を用いた化学的殺菌・静菌処理が利用されてきた。また最近、高電圧パルス処理やパルス光照射を利用した新たな殺菌方法も提案され、その実用化技術についての研究・開発が検討されており、飲料水などに存在するクリプトスポリジウムに対する殺菌効果も明らかにされ、米国では水殺菌装置の開発も行われている。
【０００３】
上記パルス光照射は、海水面での太陽光の約９００００倍の強さをもつ光をパルス的に発生させて、食品や包装用資材の表面あるいは水などに存在する微生物を殺菌する方法であり、照射対象物に高エネルギーの光を照射するため、紫外線などで殺菌することが困難な芽胞細菌や黒麹カビなどを１秒以内に効果的に殺菌することができるといわれている。また、殺菌処理を行う際の１回のパルス光照射が、カメラのフラッシュと同じような極短時間で行われるため、加熱殺菌や紫外線照射などに比較し、殺菌対象物における品質面でのダメージも非常に少ないといわれている。
【０００４】
パルス光照射を利用した殺菌技術に関しては、例えば、特開昭６３−６０１９号公報には、稀ガス、あるいは稀ガスと水銀、亜鉛、カドミウムもしくは錫の内の少なくとも１種の金属とを発光成分とする閃光放電灯を発光せしめ、該発光を菌類に照射せしめて殺菌する殺菌方法、特に発光のエネルギー密度を０．０３（ジュール／ｃｍ2・ｍ・sec.）以上とする殺菌方法が開示されている。また、特開平１−５０１５１号公報や特開平３−５０５１５９号公報には、パルス光を使用して食品表面や水の微生物を殺菌したり、食品表面に存在する酵素の活性を低減させたりすることにより、食品の保存性を延長させる方法や装置、特にパルス光を発する光源をジャケットで囲い、光源とジャケットの間に水を流し、水に存在する微生物を殺菌する方法や装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、パルス光による殺菌の応用開発の一環として、様々な産業分野で使用あるいは排出される水の殺菌への利用について検討を行ったところ、水中に存在する微生物の多くを短時間に殺菌することができるものの、パルス光処理前の水中に存在する微生物数が多い場合、照射エネルギーを高くしても、また照射（フラッシュ）回数を増加させても、微生物を滅菌することができないという問題があることがわかった。しかし、これまでパルス光照射による水の殺菌で、このような問題が発生することやその解決策などについて明らかにされていない。また、微生物は自己増殖能を有することから、特に各種食品用の原料水として、滅菌水、すなわち生存微生物が全く存在しない水を用いることは、パルス光による水の殺菌の実用化上極めて重要であるといえる。本発明の課題は、水中に存在する微生物数が多い場合であっても、簡便な処理にて滅菌水とすることができる水の殺菌方法や、かかる水の殺菌方法に用いることができる殺菌装置を提供することにある。
【０００６】
【発明を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題の解決を目指して鋭意研究を重ねてきた結果、パルス光を照射して水中に存在する微生物を殺菌する場合、パルス光照射を間歇的に繰り返す間に、殺菌処理対象物である水を撹拌することにより、かかる処理対象水を滅菌水とすることができることをたまたま見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、（１）導水管と排水管とを有する円柱型の殺菌槽と、該殺菌槽のほぼ中心長手方向に配置された１又は２以上のパルス光を照射することができるランプと、前記殺菌槽の内側壁の長手方向に沿って配設された複数の所定形状の障害物からなる、殺菌槽内の流水に乱流を生じせしめることができる攪拌手段とを備え、前記導水管が円柱型の殺菌槽の一端に接線方向に取り付けられており、前記排水管が円柱型の殺菌槽の他端に、円柱型の殺菌槽の中心軸の反対側で前記導水管と同方向から接線方向に取り付けられていることを特徴とする水の殺菌装置に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明におけるパルス光としては、光のパルス照射により微生物を死滅させることができるものであれば特に制限されるものではないが、波長１５０ｎｍ以上の広帯域スペクトルの白色光が好ましく、パルス光発生装置のパルス光照射ランプから発光される、遠紫外線から可視光線、赤外線に及ぶ非電離性波長域を含み、波長約４５０ｎｍに放射ピークを有し、全体の約２５％が紫外線の波長にある広帯域スペクトルの白色光を具体的に挙げることができる。また、パルス１回あたりのパルス光の照射時間としては特に制限されないが、５０〜１０００μ秒とすることが好ましい。
【００１０】
本発明における殺菌処理対象水としては、殺菌、好ましくは滅菌の対象となる水であれば特に制限されるものではなく、飲料水をはじめとして、清涼飲料の原料水、醸造用水、医薬品・化粧品の原料水、電子工場の超純水等の原料用水、各種工場における機械・材料・容器などの洗浄水や冷却水、工場排水、カキ・稚魚等の養殖事業における循環養殖海水、洗浄水、養殖孵卵用水、養殖排水、水耕栽培用水、医療施設の手洗水、プール用水など、様々な分野で使用あるいは排出される水を具体的に例示することができ、特に細菌やカビ等の微生物が比較的多く存在する水、例えば微生物が１０2ＣＦＵ／ｍｌ以上、特に１０4ＣＦＵ／ｍｌ以上存在する水が、本発明を好適に実施する上で好ましい。
【００１１】
本発明の水の殺菌方法は、パルス光を照射して水を殺菌する方法であって、パルス光の照射中又は照射を間歇的に繰り返す間に、殺菌処理対象水に乱流を生じせしめることを特徴とする。そして、かかる殺菌処理は、殺菌槽（殺菌タンク）と、該殺菌槽の内部に配置された１又は２以上のパルス光を照射することができるランプと、殺菌槽内の殺菌処理対象水に乱流を生じせしめることができる攪拌手段とを備えた水の殺菌装置を用いるバッチ処理、又は、導水管と排水管とを有する殺菌槽（殺菌セル）と、該殺菌槽のほぼ中心長手方向に配置されたパルス光を照射することができるランプと、殺菌槽内の流水に渦等を含む乱流を生じせしめることができる攪拌手段とを備えた水の殺菌装置を用いる連続処理があるが、処理効率の点からして殺菌槽内の流水に連続的に殺菌処理する連続処理が好ましい。
【００１２】
図１には、上記バッチ処理に用いられる水の殺菌装置の概略が示されている。このバッチ式殺菌装置は、殺菌槽（タンク）１と、４本のパルス光照射ランプ２と、殺菌タンク１の底部に設けられた攪拌羽根３とから構成されている。また、バッチ処理の一形態として、殺菌槽を２槽設け、第１槽でパルス光照射殺菌処理を行った後、撹拌を行い、第２槽でさらにパルス光照射殺菌処理を行う方法を挙げることができる。
【００１３】
図２には、上記連続処理に用いられる殺菌装置が示されている。この連続式殺菌装置は、殺菌処理対象水を搬送するポンプ４と、導入管５と排水管６を有する殺菌槽（殺菌セル）７と、該殺菌セル７のほぼ中心長手方向に配置されたパルス光照射ランプ２とを備えている。なお図２において、８は流量計、９はサンプリングライン、１０はランプ用電源を示す。以下、殺菌セル７中の流水に乱流を生じせしめることができる攪拌手段について説明する。
【００１４】
殺菌セル７中の流水に乱流を生じせしめることができる攪拌手段は、殺菌セル７内に設けてもよいし、殺菌セル７外に設けてもよい。殺菌セル７外に設けられる攪拌手段としては、殺菌セル７内の流水に回転力を与えることによって乱流を生じせしめるものが好ましく、かかる攪拌手段の形状としては、水流に回転状の流れを発生させるものであればどのような形状のものでもよいが、スクリュー状の攪拌羽根を挙げることができる。この攪拌羽根は駆動手段により回転させてもよいが、流水により自動的に回転する構造のものでもよい。図３には、導水管５の殺菌セル７側近傍に配設され、流水により自動的に回転する攪拌羽根１１からなる攪拌手段を備えた殺菌セル７が示されている。図４は、上記攪拌羽根１１の拡大図である。なお、殺菌セル７内の流水に回転力を与えることによって乱流を生じせしめる上記攪拌手段を、導水管に隣接する殺菌セル７内に設けることもできる。
【００１５】
本発明における殺菌セル７内に設けられる攪拌手段としては、殺菌セル７内の流水に乱流を生じせしめることができるものが好ましく、例えば、図５〜図９に示される攪拌手段を例示することができる。図５及び図６には、殺菌セル７内の流水を攪拌することによって乱流を生じせしめることができる、殺菌セル７の内側壁１２の長手方向に沿って配設された複数の所定形状の障害物１３を備えた殺菌セル７が示されている。所定の形状としては、三角柱１４等の角柱、断面台形１５等の角錐台柱、断面半円形１６等の半円柱などを例示することができる。これら障害物１３は、同一形状のものを複数配設してもよいし、異種の形状のものを配設してもよい。殺菌槽では、ランプ長さ方向に複数の撹拌板を設け、撹拌板と撹拌板の間には面積が大、中、小と、それぞれ流れ抵抗の異なるような連絡孔を設けることにより、撹拌を促進させることも可能となる。
【００１６】
図７〜図９には、殺菌セル７内の流水を攪拌することによって乱流を生じせしめることができる、殺菌セル７内に配設された複数の所定形状の撹拌板を備えた殺菌セル７が示されている。かかる攪拌板としては、１又は２以上の通水孔を有する攪拌円板や、攪拌半円板を例示することができる。図７及び図８には、１つの円形通水孔１７を有する複数の攪拌円板１８を備えた殺菌セル７が示されている。かかる通水孔の形状・大きさ・配設位置は特に制限されないが、乱流を促進させるために、図７及び図８に示されるように、その配設位置を交互としたり、その大きさを変えたり、その形状を濾斗状とし、それぞれの攪拌円板１８を通過するときの流れ抵抗が異なるようにすることが好ましい。また、流水を蛇行させることにより乱流を発生させることもできる。図９には、攪拌手段として偏芯させた楕円形通水孔１９を備えた殺菌セル７が、また図１０には、攪拌手段として攪拌半円板２０を備えた殺菌セル７が示されている。
【００１７】
上記本発明の殺菌装置を用いて水の殺菌処理を行う場合の、流速、パルス光照射エネルギー、１秒あたりの照射パルス回数、殺菌セルの内径・長さ等の殺菌条件としては、殺菌処理対象水の種類、殺菌処理対象水における初発菌数、目標とする殺菌の程度等を考慮して適宜選択することができるが、滅菌することができる条件を選択することが好ましい。かかる殺菌条件は、目的に応じた予備実験等により、当業者であれば適宜選択・決定することができるが、前記のように、通常パルス光の照射時間としては５０〜１０００μ秒とすることが、また１秒あたりの照射パルス回数としては４〜１０回とすることが好ましい。
【００１８】
次に、水に存在する微生物をパルス光によって殺菌した場合の死滅状況と撹拌の影響を確認するために実施した試験例を示して、本発明を詳しく説明する。供試微生物としては、バチラス・ピュミラス（Bacillus pumilus IFO14367）を用いた。なお、比較のために通常の紫外線照射における殺菌試験も併せて実施した。試験方法を以下に示す。
【００１９】
バチラス・ピュミラスは、普通寒天平板培地にあらかじめ芽胞を形成させ、生理食塩水で培地上の芽胞を回収した。次いで、ガラスビーズを使用して撹拌した後、ナイロンメッシュでろ過した。ろ過液を８０℃で２０分間加熱処理した後、遠心し、沈殿物を滅菌水に懸濁して、２℃で保管した。なお、滅菌水中の芽胞数は、照射試験に供する前に測定した。また、照射試験する際、菌液を滅菌蒸留水に懸濁して所定の濃度とした。次いで、ガラス製時計皿（直径８０ｍｍ）を照射殺菌装置台の中央に置き、所定の濃度に設定された菌液３ｍｌを時計皿中央部に静かに注入した。
【００２０】
照射条件は、パルス光殺菌は表１に、紫外線殺菌は表２にそれぞれ示した試験区に従った。各試験区とも２回繰り返して行い、撹拌区は、パルス光の場合は１回照射するごとに、また紫外線照射の場合は２秒照射するごとに、滅菌済みガラス棒で時計皿中の菌液をかき混ぜるように、円形に１０回撹拌した。また、照射後、トリプトソーヤ寒天培地（日水社製）を用いて、３５℃で２４〜４８時間培養し、菌液１ｍｌあたりの菌数を測定した。なお、照射しない区（無照射区）も同様に菌数を測定した。パルス光殺菌の結果を表１に、紫外線殺菌の結果を表２に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
表１からもわかるように、パルス光の照射と照射の間で撹拌を行った攪拌区では、１０4ＣＦＵ／ｍｌ及び１０6ＣＦＵ／ｍｌといった高い汚染レベルでも、それぞれ０．２Ｊ、３フラッシュ、０．２Ｊ、４フラッシュ（パルス光照射時間の合計：約１秒）で、滅菌することができたのに対し、無攪拌区では０．２Ｊ、１０フラッシュでも滅菌することができなかった。これらの結果は、パルス光の照射と照射の間で撹拌を行うことにより、少なくとも４０％以下の照射回数で確実な殺菌効果が得られるということを示しており、このことは、パルス光照射による水殺菌において、殺菌効果の精度向上に大きく寄与するばかりでなく、処理能力、設備経費、エネルギーコストあるいはメンテナンス作業などにおいて、次のような画期的な効果をもたらす。
（１）同一容量の殺菌装置において、殺菌処理量を約２．５倍にすることができる。
（２）同一殺菌処理量を考えると、照射を行う殺菌タンク又は殺菌セル内の容量、ランプ本数、電力消費量は６割減とすることができる。また、殺菌設備コストの９割を占める蓄電装置容量も６割減となる。
（３）設備の小型化による設備面積の低減やランプ取り替えなどのメンテナンス作業も半減できる。一方、紫外線照射では、表２からもわかるように、攪拌による殺菌効果の向上は何ら見い出せなかった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明により、乱流を生じせしめた殺菌処理対象水にパルス光を照射すると、乱流を生じせしめない場合に比べ、少なくとも４０％以下の照射回数で確実に滅菌することができる。このことは、パルス光照射による水殺菌において、殺菌効果の精度向上に大きく寄与するばかりでなく、処理能力、設備経費、エネルギーコストあるいはメンテナンス作業などにおいて、多大な効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】バッチ処理に用いられる水の殺菌装置の概略図である。
【図２】連続処理に用いられる攪拌手段を備えた水の殺菌装置の概略図である。
【図３】流水により自動的に回転する攪拌羽根を備えた殺菌セルの概略斜視図である。
【図４】図３に示される攪拌羽根の拡大図である。
【図５】殺菌セル内の流水を攪拌することによって乱流を生じせしめることができるように配設された複数の所定形状の障害物を備えた殺菌セルの概略斜視図である。
【図６】図５に示される殺菌セルの概略横断面図である。
【図７】殺菌セル内の流水を攪拌することによって乱流を生じせしめることができるように１つの円形通水孔を有する攪拌円板を備えた殺菌セルの概略斜視図である。
【図８】図７に示される殺菌セルの概略縦断面図である。
【図９】殺菌セル内の流水を攪拌することによって乱流を生じせしめることができるように偏芯させた楕円形通水孔を備えた殺菌セルの概略斜視図である。
【図１０】殺菌セル内の流水を攪拌することによって乱流を生じせしめることができるように攪拌半円板を備えた殺菌セルの概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 殺菌槽（タンク）
２ パルス光照射ランプ
３ 攪拌羽根
４ ポンプ
５ 導入管
６ 排水管
７ 殺菌槽（殺菌セル）
８ 流量計
９ サンプリングライン
１０ ランプ用電源
１１ 攪拌羽根
１２ 内側壁
１３ 障害物
１４ 三角柱
１５ 断面台形
１６ 断面半円形
１７ 円形通水孔
１８ 攪拌円板
１９ 楕円形通水孔
２０ 攪拌半円板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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