JP2003245663A

JP2003245663A - 貯留水の微生物増殖抑制方法及び装置

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Publication number: JP2003245663A
Application number: JP2002100641A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kono; 雅弘河野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2003-09-02
Anticipated expiration: 2022-02-25
Also published as: JP4069167B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】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。【解決手段】貯水槽１には、上部に注水口２、底部に取
水口３が設けられている。貯水槽１内部側面には、上
限，下限設定水位Ｕ，Ｌを検出する上限水位センサー１
２Ｕ，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。コン
トローラー１９は、超音波発振子１３ａ，１３ｂ，１４
ａ，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、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。

Description

【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
発生させすることにより細菌等微生物の増殖を抑制する
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、貯水容器中の貯留水に超音波を照射す
るための超音波発生手段を設けた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（０．２５ｍ
Ｍｏｌ／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（１
００ｗ）、１００ｋＨｚ（１００Ｗ）、９５０ｋＨｚ
（３００Ｗ）、と１６５０ｋＨｚ（３０Ｗ）、２０００
ｋＨｚ（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９５０ｋＨ
ｚ−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１６
５０ｋＨｚ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、１０^６個の芽胞菌や１０^６個の
Ｅｕｇｌｅｎａｇａｒａｃｉｌｉｓ（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１０^２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０．０１ｍＭｏ
ｌ／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、１
６：温度センサー、１７：オーバーフロー排出口、１
９：コントローラー

フロントページの続きＦターム(参考） 4D034 CA01 CA21 4D037 AA02 AA08 AB03 BA26 BB01 BB06 CA01 CA03 4D038 AA04 AA05 AB26 BA02 BA04 BA06 BB01 BB06 BB07 BB16 BB17 4D050 AA04 AA08 AB06 BB20 BC01 BC09 BD02 BD04 BD06 CA06 CA09 CA20

Claims

【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・）を発生させすることにより細菌等
微生物の増殖を抑制す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】貯留水中に０．１ｍＭｏｌ／ｌ（３．
２ｍｇ／ｌ）以上の溶存酸素を保持することを特徴とす
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】超音波の周波数が１０００ｋＨｚ〜２０
００ｋＨｚの範囲に選定されていることを特徴とする請
求項１又は２記載の貯留水の微生物増殖抑制方法。
【請求項４】超音波の周波数が１６５０ｋＨｚ±１０
０ｋＨｚの範囲に選定されていることを特徴とする請求
項３記載の貯留水の微生物増殖抑制方法。
【請求項５】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乃至４のいずれかに記載の貯留
水の微生物増殖抑制方法。
【請求項６】貯水容器中の貯留水に超音波を照射する
ための超音波発生手段を設けたことを特徴とする貯留水
の微生物増殖抑制装置。
【請求項７】貯留水中に０．１ｍＭｏｌ／ｌ（３．２
ｍｇ／ｌ）以上の溶存酸素を保持することを特徴とする
請求項６記載の貯留水の微生物増殖抑制装置。
【請求項８】超音波の周波数が１０００ｋＨｚ〜２０
００ｋＨｚの範囲に選定されていることを特徴とする請
求項６又は７記載の貯留水の微生物増殖抑制装置。
【請求項９】超音波の周波数が１６５０ｋＨｚ±１０
０ｋＨｚの範囲に選定されていることを特徴とする請求
項８記載の貯留水の微生物増殖抑制装置。
【請求項１０】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６乃至９のいずれかに
記載の貯留水の微生物増殖抑制装置。
【請求項１１】貯水容器の貯留水取り出し流路に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６乃至１０のいず
れかに記載の貯留水の微生物増殖抑制装置。