JP2007275842A - 流体の殺菌装置及び殺菌方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の殺菌処理効果が高い、簡単な構造からなる殺菌装置及び殺菌方法の提供を目的とする。
【解決手段】流体が通過する流路体１と超音波振動子２と超音波反応拡散体３とを備え、流路体１中に超音波振動子２を配設するとともに超音波が照射される途中に超音波反応拡散体３を配設したことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は水等の流体を殺菌処理する装置及び方法に関する。

塩素消毒を用いない水の殺菌方法としては、超音波照射による方法が報告されている（特許文献１）。
特許文献１には、水道管の水流路をクランク状にして、超音波波面を水の流れ方向と直交するように照射を行う技術を開示する。
しかし、超音波照射による殺菌は超音波が物体に当たりキャビテーションが発生し、それが圧壊するときに生じる衝撃波及び微局地的高温によるとされているところ、単に流体に超音波に照射するだけでは、充分な殺菌効果が得られなかった。

また、二酸化チタンのような光触媒に４００ｎｍ以下の波長の紫外線照射にて水中にヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）が発生し殺菌作用があることは知られているが光触媒の極表面での反応であること及び流体の殺菌方法としては実用的ではなかった。

特開平１１−２６２７６２公報

本発明は上記技術的課題に鑑みて、流体の殺菌処理効果が高い、簡単な構造からなる殺菌装置及び殺菌方法の提供を目的とする。

本発明に係る殺菌装置は、流体が通過する流路体と超音波振動子と超音波反応拡散体とを備え、流路体中に超音波振動子を配設するとともに超音波が照射される途中に超音波反応拡散体を配設したことを特徴とする。
ここで流体とは水のみならず殺菌処理の対象となる流体をいう。
また、超音波反応拡散体とは、超音波が当たり、キャビテーションを誘導する物体をいい、表面積を多く確保しやすい網目形状、繊維状等メッシュ体や、流体の流れがプレート面に当たるような不織布、金属板等のプレート体が例として挙げられる。
ここでプレート体としたのは、流体の流れに直交するような単一の板のみならず流体が当たるとともに超音波が照射される反応表面を有する表面部を有するものを意味する。
さらには、超音波反応拡散体は、ボール状、螺旋状、コイル状等の三次元構造体であってもよい。
これらも超音波が当たる表面積が多く殺菌効果が向上する。
超音波反応拡散体の材質は流体と反応しない材質であれば限定する必要がないが超音波照射下で光触媒作用を示す物質であれば、超音波照射にて約３２０ｎｍの波長光が二次的に発生することで水中にヒドロキシルラジカルが生成されることでより殺菌効果が高くなることが明らかになった。
光触媒作用を示す物質としては二酸化チタンが代表例であり、アナターゼ型でもルチル型でもよい。

流路体の構造としては、流体に均一に超音波を照射しやすく、超音波反応拡散体を均等に配置しやすい点からは流路体が円筒体で、且つ超音波振動子が棒状体であって、円筒体と超音波振動子とは中心軸が一致していない状態に配置されているのがよい。
ここで中心軸をずらした趣旨は超音波振動子の軸中心が円筒体の軸中心と一致すると、超音波が円筒体の内面に同心円状に当たることになり相互に干渉することになるからである。

本発明における流体の殺菌方法は、流体が通過する途中に超音波反応拡散体を配設し、超音波を流体及び超音波反応拡散体に照射することで流体を殺菌処理することを特徴とする。
この場合にも超音波反応拡散体は、メッシュ体、プレート体、三次元構造体のいずれかであってもよく、光触媒作用を示す物質が含まれていることが好ましい。
超音波周波数は２０ｋＨｚ〜数ＭＨｚの範囲でよいが理想的には２０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚである。

本発明に係る殺菌装置にあっては、超音波が超音波反応拡散体の表面に照射された際にその表面にてキャビテーションが発生し、微小の気泡の圧壊により衝撃波と微局地的な高温域が発生することでヒドロキシルラジカル等のラジカルが発生し、大腸菌等の細菌、微生物を殺菌する。
また、この際に超音波反応拡散体に二酸化チタンのような光触媒物質が含まれていると、より殺菌効果が高くなる。

本発明に係る殺菌装置の構造例の模式図を図２及び図３に示す。
流路体１は円筒形で注入口１ａと流出口１ｂを有している。
内部に超音波振動子２をその軸中心が流路体の軸中心とずれるように配設してある。
流路体内に超音波反応拡散体３、４を配置するが図２に示した例はメッシュ体タイプ３であり、図３に示した例は不織布を用いたプレート体タイプ４である。
なお、超音波反応拡散体の形状が分かりやすいように図２、図３においては流路体を正面視で表現しつつ、超音波反応拡散体のみを斜視図で表現した。

超音波振動子及び流路体として新科産業有限会社製ＳＲＴ−４０−０２型（超音波出力５００Ｗ、周波数４０ｋＨｚ、振動子径３０ｍｍ、有効振動子長さ２６４ｍｍ）を用いた。
図３に示したような不織布からなるプレートタイプの超音波反応拡散体４を上下６枚配設したものを用いて二酸化チタンなしのものと二酸化チタン処理したチタン片を表面に担持したものを比較調査した。
不織布としては日本バイリーン株式会社のポリオレフィン系不織布を用いて不織布のみと二酸化チタンを担持させたものを用いた。
殺菌効果を調査すべく大腸菌を用いて次のような試験評価をした。
（使用菌株）

（培養）
大腸菌の培養液にはＬＢ培地（組成 Tripton １０ｇ／Ｌ，Yeast extract ５ｇ／Ｌ，NaCl ５ｇ／Ｌ，それぞれを超純水に溶解）を用いた。
フラスコ（容量３００ｍＬ）にＬＢ培地を１００ｍＬ調製し，これにＬＢ寒天培地に保存してある大腸菌を採取・懸濁後バイオシェーカー（Bio Shaker ＢＲ−４０ＬＦ，TAITEC）を用いて振とう培養を行った（３７℃，１４０ｒｐｍ）。
実験には培養開始から１２時間後の大腸菌を用いた。
（超音波照射）
大腸菌を濃度が１×１０^４ ｃｆｕ／ｍＬとなるように０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ ７．０）に懸濁した。大腸菌懸濁液（容量５Ｌ）を流量調節ポンプ（MASTERFLEX L/S DIGITAL ECONOMY DRIVE，Cole-Parmer instrument Company）を用いて循環させた（流速 ３００ｍＬ／分）。
超音波照射は出力５００Ｗ、発振周波数４０ｋＨｚで実施した。超音波照射により装置内の温度が上昇するため、冷却装置（thermo controller UNI ACE ＵＡ−１１００，EYELA）を用いて大腸菌懸濁液の温度を２０℃に保った。
（コロニーカウントによる菌数の測定）
大腸菌懸濁液を希釈し，ＬＢ寒天培地に撒き、３７℃で１２時間培養した。形成したコロニー数をカウントし、以下の式によってコロニー形成単位（Colony forming units；cfu）を算出した。

その結果、図１の折れ線（１）に示すように二酸化チタンのみで超音波照射しないものは大腸菌濃度に変化はなかったが、折れ線（４）に示すように二酸化チタン＋超音波を照射したものは大腸菌濃度が時間とともに減少した。
なお、折れ線（２）は二酸化チタンを有していない不織布に超音波照射した結果であり、このことから二酸化チタンが存在しない超音波照射だけでも超音波反応拡散体があることで、殺菌効果があることが明らかになった。
また、折れ線（３）は図２に示したようなメッシュタイプの二酸化チタン処理した超音波反応拡散体を用いて測定した結果である。
このことから超音波照射する際に超音波反応拡散体を流体中に配置することで殺菌作用が向上し、その結果は流路断面積以上の面積があればその効果が認められ、不織布のように表面積の大きい方がよいことも明らかになった。
なお、二酸化チタンの処理方法に特に限定はないが、例えばサスティナブル・テクノロジー株式会社のＳＴｉチタニアハイコートＺ（Ｚ１８−１０００ Ｓｕｐｅｒ Ａ）を用いることができる。
ＳＵＳ製の螺旋状コイルをさらにボール状に巻いた超音波反応拡散体に上記の方法で、二酸化チタン被膜処理したものを用いて試験評価した結果、図１の折れ線（４）と同等レベルの殺菌効果が得られた。

本発明に係る殺菌装置を用いた試験評価結果を示す。 メッシュ体からなる超音波反応拡散体の例を示す。 不織布（プレート体）からなる超音波反応拡散体の例を示す。

Claims (9)

1. 流体が通過する流路体と超音波振動子と超音波反応拡散体とを備え、
   流路体中に超音波振動子を配設するとともに超音波が照射される途中に超音波反応拡散体を配設したことを特徴とする超音波殺菌装置。
2. 超音波反応拡散体は、メッシュ体であることを特徴とする請求項１記載の超音波殺菌装置。
3. 超音波反応拡散体は不織布、金属板等のプレート体からなり、流体の流れがプレート面に当たるように配置してあることを特徴とする請求項１記載の超音波殺菌装置。
4. 超音波反応拡散体はボール状、螺旋状又はコイル状等の三次元構造体であることを特徴とする請求項１記載の超音波殺菌装置。
5. 流路体は円筒体であり、且つ超音波振動子は棒状体であり、円筒体と超音波振動子とは中心軸が一致しない状態で配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波殺菌装置。
6. 超音波反応拡散体は、二酸化チタンのような超音波照射下にて光触媒作用を示す物質が含まれていることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の超音波殺菌装置。
7. 流体が通過する途中に超音波反応拡散体を配設し、超音波を流体及び超音波反応拡散体に照射することで流体を殺菌処理することを特徴とする流体の殺菌処理方法。
8. 超音波反応拡散体がメッシュ体、プレート体、三次元構造体のいずれかであることを特徴とする請求項７記載の流体の殺菌処理方法。
9. 超音波反応拡散体は光触媒作用を示す物質が含まれていることを特徴とする請求項７又は８記載の流体の殺菌処理方法。

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