〈一般研究課題〉 食品廃棄物を原料とする殺菌・ウイルス除去機能を付与した水浄化剤の開発
助 成 研 究 者

名城大学

片桐

誠之

食品廃棄物を原料とする殺菌・ウイルス除去機能を付与した水浄化剤の開発
片桐 誠之（名城大学）Development of Water Purification Agent with Sterilization
and Virus Inactivation Functions Made from Food Waste
Nobuyuki Katagiri(Meijo University)

Abstract：
We attempted to purify water using chitosan derived from crab shells, combined with calcined
shell powder and demonstrated that sterilization, virus inactivation, and flocculation andsedimentation of the components of turbidity occurred. Consequently, sanitary, safe, and clear
water was obtained. Bacteria and viruses were inactivated by calcined shell powder, which ismainly composed of calcium oxide. Clay particles, bacteria, and calcined shell powder, which arecomponents of turbidity, formed flocs with chitosan, a cationic polymer, and the flocs quickly
settled. The addition of calcined shell powder facilitated the incorporation of fine particles into theflocs, and the combined use of chitosan and calcined shell powder was effective in obtaining highly
clarified water with a smaller amount of chitosan. The proposed method leads to the effective
utilization of food waste because the additives for water purification are made from crab shells andseashells. In addition, since the process is simple, requiring only stirring and no special equipment,
it has the advantage of purifying water anywhere in the world, making it a useful method for
obtaining safe water in unsanitary conditions.
1．はじめに世界では、安全な水を手に入れることができず、河川や湖沼などの未処理の地表水をそのまま利－ 141 －

用している人々がいる。水に含まれる病原性細菌やウイルスにより水系伝染病に感染するリスクがあり、簡便な操作で安心して飲用できる水へと浄化する技術が必要とされている。
未処理水には、土壌鉱物、細菌、ウイルスなどの様々な濁質や微粒子が含まれており、これらを取り除くことができ、特殊な装置を必要としないシンプルな浄化法として凝集沈殿があげられる。
撹拌のみで処理を行うことができるため、水を入れる容器と棒があれば世界中のどこにおいても水浄化が可能である。ただし、一般的な凝集操作では、細菌やウイルスをすべて取り除くことはできない 1)。そこで、衛生的に安全な水を容易に得るために、殺菌効果やウイルス不活化効果を付与した凝集剤を開発することが解決策として考えられる。
一方、我が国におけるごみ事情に着目すると、大量の食品廃棄物が排出されており、その削減を図ることも重要な課題となっている。食品廃棄物の一つであるカニ殻は、主成分としてキチンを含んでおり、これを脱アセチル化することでキトサンが得られる。キトサンは天然由来のカチオン性ポリマーであり、濁液には負に帯電した物質が多く存在することから凝集剤として利用できることが知られている 2,3)。水産系廃棄物としては貝殻も大量に排出されており、主成分が炭酸カルシウムであるため、高温で焼成することで酸化カルシウムとなり、貝殻焼成粉末は抗菌活性を示すことが知られている 4)。水処理への適用効果やウイルス不活化効果は評価されていないが、カニ殻由来キ
トサンと貝殻焼成粉末を一緒に用いることで、濁質の凝集だけでなく殺菌効果を付与した高度な水処理が期待でき、延いては食品廃棄物の有効利用に繋がるものと考えられる。
本研究では、カニ殻由来キトサンの凝集効果と貝殻焼成粉末の殺菌およびウイルス不活化効果を明らかにするとともに、両者を併用することで土壌粒子、細菌、ウイルスを含む濁液の浄化が可能となるか調査する。併用時の相乗効果、添加順序や貝殻粉末の粒子径の影響などを検討し、濁液の清澄・安全化を実現できる殺菌・ウイルス除去機能を付与した水浄化剤の開発を試みる。
2．試料および実験方法
濁質として粘土粒子である平均粒子径10 μmのカオリン（林純薬工業）、モデル細菌として大腸菌（Echerichia coli, NBRC3301）、モデルウイルスとしてバクテリオファージQβ（NBRC20012）を用いた。濁液は、純水を用いて、カオリン1000 mg/L、炭酸ナトリウム100 mg/Lで調製し、細菌やウイルスを含む場合は、それぞれの条件で培養した大腸菌とバクテリオファージの培養液を添加して調製した 5)。カニ殻由来キトサンは、酢酸を含侵させたフジクリーンKT-250（富士エンジニア
リング）を用いた。貝殻焼成粉末は、ホタテ殻を原料とする貝殻焼成カルシウムKM（カワイマテリアル）および宮城県産カキ殻から作製した粉末を用いた。粉砕機（ワンダークラッシャーWC-3, 大
阪ケミカル）にて5～20 min粉砕したカキ殻粉末を、卓上小型電気炉（NHK-170, 日陶科学）で1000℃、1～3 hの条件で焼成した。
凝集試験は、カオリン懸濁液にキトサン溶液を添加した後、ジャーテスター（JMD-4E, 宮本理研
工業）
にて150 rpmで3 minの急速撹拌、続いて50 rpmで10 minの緩速撹拌を行い、凝集フロックを形成させた 6)。10 min静置してフロックを重力沈降させた後、沈殿物の粒子径分布をレーザー回折
式粒度分布測定装置（SALD2200, 島津製作所）で、上澄液の浮遊物質濃度SS（Suspended Solids）を
水質分析計（DR-2500, HACH）で測定した。殺菌試験は、大腸菌懸濁液に貝殻焼成粉末を添加し、150 rpmで撹拌を行いつつ所定時間ごとに採取した処理液中に生存している大腸菌数を希釈平板法－ 142 －

にて測定した。大腸菌生存数NEは、寒天培地上で確認される大腸菌のコロニーを計測し、液1 mLあたりのコロニー形成単位数（Colony Forming Unit）CFU/mLで表した。ウイルス不活化試験は、
ウイルス溶液に貝殻焼成粉末を添加し、150rpm で撹拌を行いつつ所定時間ごとに採取した処理液
ウイルス溶液に貝殻焼成粉末を添加し、150rpmで撹拌を行いつつ所定時間ごとに採取した処理液中に生存しているウイルス数を二層寒天法にて測定した。ウイルス生存数 N
V は、宿主菌として中に生存しているウイルス数を二層寒天法にて測定した。ウイルス生存数N
V は、宿主菌として
Echerichia
NBRC13965 を用い、ウイルスが作るプラーク（溶菌斑）を計測し、液1 mL あたり
Echerichia
colicoli
NBRC13965を用い、ウイルスが作るプラーク（溶菌斑）を計測し、液1 mLあたりの5)のプラーク形成単位数（PlaqueFormingUnit）PFU/mLで表した。キトサンと貝殻焼成粉末の併用
5)プラーク形成単位数（Plaque Forming
Unit）
PFU/mLで表した。キトサンと貝殻焼成粉末の併用試
試験では、
濁液に貝殻焼成粉末を添加し 150 rpm で 1 min 撹拌した後、キトサン溶液を添加し 150 rpm
験では、濁液に貝殻焼成粉末を添加し150 rpmで1 min撹拌した後、キトサン溶液を添加し150 rpm
で 3 min の急速撹拌と 50 rpm で 10 min の緩速撹拌を行った。重力沈降後、沈殿物の粒子径分布とで3 minの急速撹拌と50 rpmで10 minの緩速撹拌を行った。重力沈降後、沈殿物の粒子径分布と上上澄液の SS、および大腸菌数とウイルス数を測定した。なお、凝集操作のみで細菌やウイルスが澄液のSS、および大腸菌数とウイルス数を測定した。なお、凝集操作のみで細菌やウイルスが除除去される割合を明らかにするため、カオリンと大腸菌の濁液あるいはカオリンとウイルスの濁液
去される割合を明らかにするため、カオリンと大腸菌の濁液あるいはカオリンとウイルスの濁液ににキトサン溶液を添加し、150 rpm で 3 min の急速撹拌と 50 rpm で 10 min の緩速撹拌を行った後、キトサン溶液を添加し、150 rpmで3 minの急速撹拌と50 rpmで10 minの緩速撹拌を行った後、上上澄液の大腸菌数あるいはウイルス数を測定した。
澄液の大腸菌数あるいはウイルス数を測定した。

cを大きく受け、最適な添加濃度があることが確認さがあることが確認された。平均径 dp が最大値を示れた。平均径dp が最大値を示すCc = 15 mg/Lの条件
す Cc = 15 mg/Lの条件では、カオリンの平均粒径

2000

平均粒子径 dp [μm]3. 実験結果
3．実験結果3.1 カニ殻由来キトサンの凝集効果
3.1 カニ殻由来キトサンの凝集効果凝集試験によりカニ殻由来キトサンの凝集効
凝集試験によりカニ殻由来キトサンの凝集効果を果を確認したところ、濁質である粘土粒子カオリ確認したところ、濁質である粘土粒子カオリンの凝
ンの凝集とその後の凝集フロックの沈降が確認
集とその後の凝集フロックの沈降が確認され、清澄
され、清澄液が得られた。図 1 に○プロットで示液が得られた。図1に○プロットで示すように、沈すように、沈殿物の平均粒子径 dp はキトサンの添
殿物の平均粒子径dp はキトサンの添加濃度Cc の影響
加濃度 C の影響を大きく受け、最適な添加濃度

1500

Flocculation
Flocculation andsterilization
Cs = 0.5 mg/mL

1000

500

では、カオリンの平均粒径は処理前の10μmからは処理前の 10 m から 1540 m 程度へと著しく増

01540μm程度へと著しく増大した。キトサン添加量大した。キトサン添加量をさらに増加させると、をさらに増加させると、平均径dp は徐々に減少して平均径 dp は徐々に減少していくが、C
c = 45 mg/L
いくが、Cμm程度の大c = 45においても350mg/Lにおいても350m 程度の大きさであり凝集フロ

Kaolindp = 10 m

0

図1.

50
30
40
10
20
キトサン添加濃度 Cc [mg L-1]
カニ殻由来キトサンの凝集効果

図 1. カニ殻由来キトサンの凝集効果きさであり凝集フロックの速やかな沈降が確認されックの速やかな沈降が確認された。
た。 清澄度の観点から、凝集沈殿後の上澄液の SS
著な減少が観察され、図 2 に○プロットで示すよ
定したところ、処理前の1000
mg/Lからの顕著な減
うにキトサンの添加濃度 Cc の増加とともに SS が少が観察され、図2に○プロットで示すようにキト
減少し清澄度が向上していくといった特徴的な
サンの添加濃度Ccの増加とともにSSが減少し清澄度挙動が得られた。図 1 より沈殿物の粒径は Cc = 15が向上していくといった特徴的な挙動が得られた。
mg/L で最大であるが、この条件のSS は 17 mg/L
図1より沈殿物の粒径はC
c = 15 mg/Lで最大であるであり清澄度はそれほど高くない。これは、粒径が、この条件のSSは17
mg/Lであり清澄度はそれほの観点における最適条件では、わずかな量の微細ど高くない。これは、粒径の観点における最適条件
粒子が浮遊している状態にあり、キトサンをさらでは、わずかな量の微細粒子が浮遊している状態にに加えることで、これらの微細粒子がフロックにあり、キトサンをさらに加えることで、これらの微取り込まれるようになることを示している。なお、－ 143 －

3

浮遊物質濃度 SS [mg/ L]を測定したところ、処理前の 1000 mg/L からの顕
清澄度の観点から、凝集沈殿後の上澄液のSSを測

40
KaolinSS = 1000 mg/L

30

Flocculation
Flocculation andsterilization
Cs = 0.5 mg/mL

20

10

0

0

50
30
40
10
20
-1
キトサン添加濃度 Cc [mg L ]カニ殻由来キトサンの清澄化効果
図図
2. 2 . カニ殻由来キトサンの清澄化効果

細粒子がフロックに取り込まれるようになることを示している。なお、本研究におけるキトサンの最大添加濃度C
mg/Lとなった。
c = 45 mg/Lの条件では、SSは最小の1本研究におけるキトサンの最大添加濃度
Cc = 45 mg/Lの条件では、SS は最小の 1 mg/L となった。
3.23.貝殻焼成粉末の殺菌・ウイルス不活化効果
2 貝殻焼成粉末の殺菌・ウイルス不活化効果

貝殻焼成粉末の殺菌効果の確認は、モデル細菌
貝殻焼成粉末の殺菌効果の確認は、モデル細菌とふん便汚染の指標として水質環境基準や水道水
ん便汚染の指標として水質環境基準や水道水質基準
質基準の項目として定められている。図 3 には殺の項目として定められている。図3には殺菌挙動を示
菌挙動を示しており、処理時間 t の経過とともに Eしており、処理時間tの経過とともに大腸菌生存数N
6
大腸菌生存数 NE は、実験開始時のNE0 = 1.0×106
は、実験開始時のN
E0 = 1.0× 10 CFU/mLから減少

CFU/mL から減少し、貝殻焼成粉末の添加濃度
Cs
し、貝殻焼成粉末の添加濃度Csが大きいほど大腸菌がが大きいほど大腸菌が早く死滅する傾向が見ら
早く死滅する傾向が見られた。いずれの添加濃度にれた。いずれの添加濃度においても大腸菌の生存おいても大腸菌の生存率N
E/NE0 が片対数プロットで直大腸菌生存率 NE/NE0 [-]として用いた大腸菌に対して行った。大腸菌数は、して用いた大腸菌に対して行った。大腸菌数は、ふ

100

10

E. coli
NE0 = 1.0×106 CFU/mL
Cs = 0.1 mg/mL
Cs = 0.2 mg/mL
Cs = 0.3 mg/mL
Cs = 0.5 mg/mL

-4

10-6

率 NE/NE0 が片対数プロットで直線関係となって線関係となっており、貝殻焼成粉末による殺菌が1次
おり、貝殻焼成粉末による殺菌が1 次反応を想定
反応を想定した速度式N/N = exp(−kt)にしたがうこ
E

10-2

0

4
8
12
処理時間 t [min]16

図3. 貝殻焼成粉末の殺菌効果

E0

ウイルス残存率 NV/NV0 [-]

図 3. 貝殻焼成粉末の殺菌効果
した速度式 NE/NE0 = exp(−kt)にしたがうことがわとがわかる。ここで、kは殺菌速度定数である。Cs =かる。ここで、k は殺菌速度定数である。Cs = 0.5100
0.5 mg/mLの条件では、4 min経過後には大腸菌の完mg/mL の条件では、4 min 経過後には大腸菌の完全な死滅が確認された。貝殻の主成分は炭酸カルシ
全な死滅が確認された。貝殻の主成分は炭酸カル
10-2ウムであるが、焼成することで成分の91％以上が酸
Cs = 0.03 mg/mL
シウムであるが、焼成することで成分の 91％以上
化カルシウムとなっており、貝殻焼成粉末を水中にCs = 0.05 mg/mLが酸化カルシウムとなっており、貝殻焼成粉末をCs = 0.07 mg/mL-4
投入すると粒子表面が発熱を伴いながら一部溶解し、10水中に投入すると粒子表面が発熱を伴いながら水酸化カルシウムが生成される。液中の大腸菌が、一部溶解し、水酸化カルシウムが生成される。液溶解が生じつつある貝殻焼成粉末の表面近傍に接触
10-6
Virus
中の大腸菌が、溶解が生じつつある貝殻焼成粉末
NV0 = 1.0×108 PFU/mL
すると、溶解熱や強アルカリの影響を受け死滅するの表面近傍に接触すると、溶解熱や強アルカリのものと考えられる。なお、処理液のpHは11－12程度
10-8
8
0
2
4
6
影響を受け死滅するものと考えられる。なお、処となり、貝殻焼成粉末は完全には溶解しなかった。
処理時間 t [min]理液の pH は 11－12 程度となり、貝殻焼成粉末は水酸化ナトリウムで溶液のpHを11－12程度にした場
図4. 貝殻焼成粉末のウイルス不活化効果
図 4. 貝殻焼成粉末のウイルス不活化効果
完全には溶解しなかった。水酸化ナトリウムで溶合、部分的な大腸菌の死滅は生じるものの、酸化カ液の pH を 11－12 程度にした場合、部分的な大腸
ルシウム粉末を添加する場合とは挙動が異なることが報告されている 4)。また、撹拌速度が小さく、菌の死滅は生じるものの、酸化カルシウム粉末を添加する場合とは挙動が異なることが報告されて貝殻焼成粉末が液中に充分に分散されていない系では、大腸菌の生存率が高くなることが確認されいる 4)。また、撹拌速度が小さく、貝殻焼成粉末が液中に充分に分散されていない系では、大腸菌た。したがって、液のpH変化だけでは充分な効果は得られず、効率的な殺菌を行うには酸化カルの生存率が高くなることが確認された。したがって、液の pH 変化だけでは充分な効果は得られず、シウムが主成分の貝殻焼成粉末と菌を接触させることが重要となる。
効率的な殺菌を行うには酸化カルシウムが主成分の貝殻焼成粉末と菌を接触させることが重要と次に、人には感染しないバクテリオファージをモデルウイルスとして用い、貝殻焼成粉末によるなる。
ウイルス不活化効果を確認した。図4には、ウイルスの残存率NV/NV0 と処理時間tの関係を片対数プ
次に、人には感染しないバクテリオファージをモデルウイルスとして用い、貝殻焼成粉末によるロットした。図3に示した大腸菌の殺菌挙動と同様に、貝殻焼成粉末のいずれの添加濃度C
sにおい
ウイルス不活化効果を確認した。図 4 には、ウイルスの残存率 N /N と処理時間 t の関係を片対V

V0てもプロットは直線関係となり、ウイルスの不活化についても速度式N
V/NV0 = exp(−kt)が適用でき
数プロットした。図 3 に示した大腸菌の殺菌挙動と同様に、貝殻焼成粉末のいずれの添加濃度
Cs
ることがわかる。不活化が生じるのは、大腸菌と同様にウイルスが貝殻焼成粉末に接触することににおいてもプロットは直線関係となり、ウイルスの不活化についても速度式 N /N = exp(−kt)が適VV0よる溶解熱や強アルカリの影響と推察される。添加濃度C
sが0.07 mg/mLの条件では、4 min経過後用できることがわかる。不活化が生じるのは、大腸菌と同様にウイルスが貝殻焼成粉末に接触する

4－ 144 －

にはウイルスは検出されなくなった。大腸菌に比べて1/10程度の添加量で効果が確認されており、より少量の貝殻焼成粉末でウイルスの不活化が可能なことが明らかとなった。
ことによる溶解熱や強アルカリの影響と推察される。添加濃度 Cs が 0.07 mg/mL の条件では、4 min

経過後にはウイルスは検出されなくなった。大腸菌に比べて 1/10 程度の添加量で効果が確認され3.3 ており、より少量の貝殻焼成粉末でウイルスの不活化が可能なことが明らかとなった。
カニ殻由来キトサンと貝殻焼成粉末の併用効果
キトサンと貝殻焼成粉末を同時に用い、凝集と殺菌についての併用効果を確認した。キトサンによる貝殻焼成粉末の凝集が生じたことから、より高い殺菌効果が得られるように、先に貝殻焼成粉
3.3 カニ殻由来キトサンと貝殻焼成粉末の併用効果

キトサンと貝殻焼成粉末を同時に用い、凝集と殺菌についての併用効果を確認した。キトサンに末を添加して分散状態で殺菌を進行させ、1min後にキトサンを添加して急速撹拌と緩速撹拌を行よる貝殻焼成粉末の凝集が生じたことから、より高い殺菌効果が得られるように、先に貝殻焼成粉う操作法を採用した。貝殻焼成粉末を添加しない場合、凝集操作中の液pHは9－10程度であるが、末を添加して分散状態で殺菌を進行させ、1 min 後にキトサンを添加して急速撹拌と緩速撹拌を行
貝殻焼成粉末を添加することでpHは11－12程度となりpH変化が生じるため凝集効果に影響が及ぶ
う操作法を採用した。
貝殻焼成粉末を添加しない場合、凝集操作中の液 pH は 9－10 程度であるが、ことが考えられた。凝集沈殿後の沈殿物の平均粒子径dpを測定したところ、図1に△プロットで示
貝殻焼成粉末を添加することで pH は 11－12 程度となり pH 変化が生じるため凝集効果に影響が及すように凝集のみの○プロットと比較して最大値の粒径が減少したものの、キトサン添加濃度Ccがぶことが考えられた。凝集沈殿後の沈殿物の平均粒子径dp を測定したところ、図 1 に△プロット30および45
mg/Lの場合には大きな差はなく、いずれの条件でも凝集フロックの速やかな沈降が観で示すように凝集のみの○プロットと比較して最大値の粒径が減少したものの、キトサン添加濃度
察され清澄液が得られた。フロック径の粗大化や処理液を飲用することを考えると、キトサンを添Cc が 30 および 45 mg/L の場合には大きな差はなく、いずれの条件でも凝集フロックの速やかな沈加する際にpHを下げておくことが望ましい。上澄液の降が観察され清澄液が得られた。フロック径の粗SSは、図2に△プロットで示すようにいずれの条件で6

大腸菌対数減少値 LRV [-]大化や処理液を飲用することを考えると、キトサもほぼ0となり、凝集のみの場合よりも水質が良く、キンを添加する際に pH を下げておくことが望まし
トサンと貝殻焼成粉末の併用により清澄度について相Kaolinウイルス対数減少値 LRV [-]SS = 1000 mg/L
い。上澄液の SS は、図 2 に△プロットで示すよ
乗効果があることがわかった。本研究で用いた貝殻焼
4E. coli
うにいずれの条件でもほぼ 0 となり、凝集のみの
成粉末は平均径20 μm程度の粒子であり、主成分が酸NE0 = 1.0×106 CFU/mL
場合よりも水質が良く、キトサンと貝殻焼成粉末化カルシウムであるため溶解時に2価のカルシウムイオ
Flocculation
Flocculation and sterilizationの併用により清澄度について相乗効果があるこンが生成する。粒径とカルシウムイオンの影響を明ら
Cs = 0.5 mg/mL
2とがわかった。本研究で用いた貝殻焼成粉末は平かにするため、カキ殻を粉砕して種々の粒径の粉末を均径 20 m 程度の粒子であり、主成分が酸化カル作製し、未焼成および焼成粉末を用いて清澄度への影
シウムであるため溶解時に 2 価のカルシウムイオ
響を確認した。焼成粉末でのみ効果が得られるといっ
0
0
50
30
40
10
20
ンが生成する。粒径とカルシウムイオンの影響をた結果となり、未焼成粉末は主に炭酸カルシウムで水
キトサン添加濃度 Cc [mg L-1]
明らかにするため、カキ殻を粉砕して種々の粒径
凝集・殺菌による細菌除去効果にほとんど溶解しないことから、2価のカルシウムイオ
図 5.図5.凝集・殺菌による細菌除去効果の粉末を作製し、未焼成および焼成粉末を用いてンの存在が重要と推察される。また、焼成粉末を用い清澄度への影響を確認した。焼成粉末でのみ効果
6た場合でも、150 μm以上の大きな粒子や1 μm以下のが得られるといった結果となり、未焼成粉末は主小さな粒子が存在する場合には処理液のSSが大きく
Kaolinに炭酸カルシウムで水にほとんど溶解しないこSS = 1000 mg/Lなった。大粒子は凝集操作中に沈降するため懸濁粒子とから、2 価のカルシウムイオンの存在が重要と
4
Virusとの接触の機会が少なく凝集フロックの形成に関与し
NV0 = 1.3×106 PFU/mL
推察される。また、焼成粉末を用いた場合でも、ない、一方、小粒子は凝集フロックに取り込まれにく
Flocculation
150 m 以上の大きな粒子や 1 m 以下の小さな粒
Flocculation and sterilization
くなり処理後も浮遊するため、いずれの場合も効果がC
s = 0.5 mg/mL
2子が存在する場合には処理液の SS が大きくなっ得られなかったものと考えられる。したがって、粒径た。大粒子は凝集操作中に沈降するため懸濁粒子を制御した貝殻焼成粉末を用いることで、凝集促進効との接触の機会が少なく凝集フロックの形成に果を付与できることが明らかとなった。
0
関与しない、一方、小粒子は凝集フロックに取り
0
50
30
40
10
20
-1
殺 菌 効 果 に つ い て は、 図 5に 大 腸 菌 の 対 数 減 少 値
キトサン添加濃度
C
[mg
L
]
c
込まれにくくなり処理後も浮遊するため、いずれ
LRV（Log
Reduction
Value）=
Log
図6.
凝集・不活化によるウイ
ルス除去効果10 (NE 0 /NE)を 示 し た。の場合も効果が得られなかったものと考えられ 図 6. 凝集・不活化によるウイルス除去効果－ 145 －5

る。したがって、粒径を制御した貝殻焼成粉末を用いることで、凝集促進効果を付与できることが明らかとなった。

3と図4に示した殺菌およびウイルス不活化のそれぞれに示した殺菌およびウイルス不活化のそれぞれの挙動の相違から推察されうるものである。なお、いの挙動の相違から推察されうるものである。なお、

対数減少値 LRV [-]殺菌効果については、図5 に大腸菌の対数減少値
LRV（Log Reduction Value）= Log10(NE0/NE)を
6
実験開始時の大腸菌数がN
E0 = 1.0×10 CFU/mLであることから、大腸菌がほぼ死滅するとLRVは示した。実験開始時の大腸菌数が NE0 = 1.0×106 CFU/mL であることから、大腸菌がほぼ死滅する
6程度を示すこととなり、図中の△プロットからキトサン添加濃度Ccに依存することなく大腸菌がと LRV は 6 程度を示すこととなり、図中の△プロットからキトサン添加濃度 Cc に依存することな死滅していることがわかる。なお、凝集により大腸菌が除去される割合を明確にするため、貝殻焼
く大腸菌が死滅していることがわかる。なお、凝集により大腸菌が除去される割合を明確にするた
成粉末を添加しないでキトサンのみを添加した時のLRVを測定し図中に○プロットで示した。凝め、貝殻焼成粉末を添加しないでキトサンのみを添加した時の LRV を測定し図中に○プロットで集フロック径が最大となるCc = 15 mg/Lの条件において、LRVが1程度となり約1/10に減少する示した。凝集フロック径が最大となる Cc = 15 mg/L の条件において、LRV が 1 程度となり約 1/10
ことが確認された。正に帯電したキトサンに大腸菌が吸着し、フロックに取り込まれたものと推察に減少することが確認された。正に帯電したキトサンに大腸菌が吸着し、フロックに取り込まれたされる。
ものと推察される。
次に、キトサンと貝殻焼成粉末の併用におけるウイルスの不活化効果を確認した。図6にはウイ
次に、キトサンと貝殻焼成粉末の併用におけるウイルスの不活化効果を確認した。図 6 にはウイ
ルスの対数減少値LRVを示しており、いずれのキトサン添加濃度CcにおいてもLRVは6程度となり
ルスの対数減少値 LRV を示しており、いずれのキトサン添加濃度 Cc においても LRV は 6 程度と（NV0 = 1.3×106 PFU/mL）、処理水中にウイルスは検出されなかった。なお、凝集操作のみの場合
なり（NV0 = 1.3×106 PFU/mL）、処理水中にウイルスは検出されなかった。なお、凝集操作のみのはキトサン添加濃度の影響が見られ、Cc = 15 mg/Lの条件において最も減少し、ウイルスはNV =場合はキトサン添加濃度の影響が見られ、Cc = 15 mg/L の条件において最も減少し、ウイルスは NV
6.0×105 PFU/mLとなり1/2程度になっていた。ウイルスは様々な物質の表面に吸着することが= 6.0×105 PFU/mL となり 1/2 程度になっていた。ウイルスは様々な物質の表面に吸着することが知知られており粘土粒子にも吸着することから 5)、凝集のみでの減少にはその効果が含まれるものとられており粘土粒子にも吸着することから 5)、凝集のみでの減少にはその効果が含まれるものと考考えられる。
えられる。
細菌とウイルスが共存する、すなわち大腸菌、ウイルスおよびカオリンの懸濁液にキトサンと貝細菌とウイルスが共存する、すなわち大腸菌、ウイルスおよびカオリンの懸濁液にキトサンと貝殻焼成粉末を添加した場合については、図7に示すよ殻焼成粉末を添加した場合については、図 7 に示すように Cs = 0.3 mg/mL 以上の貝殻焼成粉末添加
うにCs = 0.3 mg/mL以上の貝殻焼成粉末添加濃度で大濃度で大腸菌とウイルスが共に検出されなくな
6
腸菌とウイルスが共に検出されなくなることが確認さることが確認された。ウイルスはいずれの Cs にれた。ウイルスはいずれのCsにおいても検出されるこ
おいても検出されることはなかったが、大腸菌はとはなかったが、大腸菌は貝殻焼成粉末の添加濃度のFlocculation and sterilization
貝殻焼成粉末の添加濃度の影響が顕著で添加量
4Kaolin
影響が顕著で添加量を適切に設定することが重要となを適切に設定することが重要となる。このようなSS = 1000 mg/L
E. coliる。このような大腸菌とウイルスの効果の相違は、図
大腸菌とウイルスの効果の相違は、図 3 と図 462ずれの条件でも凝集フロックの形成と速やかな沈降がいずれの条件でも凝集フロックの形成と速やか生じ、清澄な処理液が得られており、本手法により濁な沈降が生じ、清澄な処理液が得られており、本質、細菌、ウイルスのすべてが除去された衛生的に安手法により濁質、細菌、ウイルスのすべてが除去
全な水が入手可能である。
された衛生的に安全な水が入手可能である。

0NE0 = 1.0×10 CFU/mL
Virus
NV0 = 1.3×106 PFU/mL
Cc = 15 mg/L
E. coli
Virus

0.2
0.4
0.6
0
貝殻焼成粉末添加濃度 Cs [mg/mL]

併用時の殺菌・ウイルス不活化効果
図 7.図7.併用時の殺菌・ウイルス不活化効果

4．まとめ
4. まとめ
粘土粒子、大腸菌、ウイルスを含む濁液に、食品廃棄物を由来とするキトサンと貝殻焼成粉末を粘土粒子、大腸菌、ウイルスを含む濁液に、食品廃棄物を由来とするキトサンと貝殻焼成粉末を添加し、水浄化効果を検証した。貝殻焼成粉末により大腸菌とウイルスの不活化が確認され、いず
添加し、水浄化効果を検証した。貝殻焼成粉末により大腸菌とウイルスの不活化が確認され、いずれも不活化速度は 1 次反応を想定した速度式で記述でき、ウイルスの方がより少量で効果が得られれも不活化速度は1次反応を想定した速度式で記述でき、ウイルスの方がより少量で効果が得られることを明らかにした。貝殻焼成粉末の添加後にキトサンを添加すると、粘土粒子、大腸菌、貝殻ることを明らかにした。貝殻焼成粉末の添加後にキトサンを添加すると、粘土粒子、大腸菌、貝殻粉末が凝集し粗大なフロックが形成された。貝殻焼成粉末を添加しない場合は凝集フロックに取り粉末が凝集し粗大なフロックが形成された。貝殻焼成粉末を添加しない場合は凝集フロックに取り込まれない微粒子が浮遊し、清澄度を向上させるためにキトサンの添加量を増やす必要があった6が、貝殻焼成粉末の添加により微粒子の浮遊は見られなくなり、少量のキトサンで高清澄液が得られた。キトサンと貝殻焼成粉末を併用することで、凝集現象に殺菌・ウイルス不活化効果が加わっ－ 146 －

ただけでなく、清澄度が向上するという相乗効果が得られており、浄化剤として有用であることを
示した。
参考文献
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