JP2011161408A

JP2011161408A - 細菌の繁殖抑制方法と装置

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Publication number: JP2011161408A
Application number: JP2010029683A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Aiko; 雅彦愛甲; Yasunori Suzuki; 靖紀鈴木; Toshihiko Sakata; 俊彦坂田; Shingo Morimoto; 伸吾森元; Masayoshi Takahashi; 正好高橋
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Panasonic Environmental Systems and Engineering Co Ltd
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Panasonic Environmental Systems and Engineering Co Ltd
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-15
Also published as: JP5534414B2

Abstract

【課題】電界物質を含む水系での細菌が繁殖しやすい中性液域において、設備コスト、ランニングコスト、環境負荷を抑えて、細菌の繁殖を抑制できるようにする。
【解決手段】電解物質を含む水処理系１００でのｐＨ中性液域１にマイクロバブル１３を供給して、前記中性液域１中の疎水性の細菌２ａを供給したマイクロバブル１３の表面に吸着し、中性液域１から浮遊分離することにより、中性液域１での細菌２の繁殖を抑制することにより、上記の課題を達成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水処理系統内にて繁殖する事例がある細菌の繁殖を抑制する細菌の繁殖抑制方法と装置に関するものである。

水処理系統、例えば、排水処理系統内では、葉根菜類に土壌伝染病害を及ぼす病原菌として知られるカビの一種であるフザリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）などの、細菌が繁殖する事例がある。このような細菌の繁殖は主に中和槽にて生じやすい。これは、中和槽での溶存酸素（ＤＯ：ＤｉｓｓｏｌｂｅｄＯｘｙｇｅｎ）、水温、ｐＨ中性などの点で、繁殖の好条件となりやすいことが原因している。

このような中和槽は、下記の特許文献１〜４などで知られるように、排水処理において処理の促進、排水条件の満足、といった種々な目的で多用されるが、菌の繁殖によって、ＳＳ（ＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄ：浮遊物質）濃度が上昇したり、魚類への影響、配管やポンプの詰まりなど諸問題が発生する。

そこで、従来、図４に示すように原水槽ａからの排水を中和槽ｂに受け入れて、排水のｐＨ値に見合った中和剤、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、塩酸（ＨＣｌ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などを選択して添加し、放流槽ｃを経て放流するのに、排水中に細菌ｄが繁殖していることにつき、放流槽ｃにて次亜塩素酸ナトリウム（殺菌剤）の添加（０．３〜０．６ｐｐｍ程度）や、酸ショックによって殺菌し、対応している。

一方、下記特許文献５は、マイクロバブルからナノバブルを発生させるときの回転剪断流によってマイクロバブル内に超高温の極限反応場が形成されるのを利用して、マイクロバブルの局部が高温高圧状態となり、フリーラジカルが生じ、これが強い酸化作用を発揮して細菌やウイルスを殺菌する技術を開示している。具体的には、第１段階で、マイクロバブル発生部において、水と気液混合物を高速流体運動させることにより流体力学的に圧力を制御して、負圧形成部分から気体を吸入しそこに形成される負圧部にマイクロバブルを発生させている。また、第２段階で、第１段階で発生したマイクロバブルを第１気体剪断部に圧送して、そこに備える攪拌翼とその回転数制御によってマイクロバブルを高速流体運動させて竜巻状に細くするのに併せて、気体剪断部の配管サイズをマイクロバブル発生部のそれより小さくしてさらに高速流体運動させることにより、マイクロバブル内に前記超高温の極限反応場を伴って発生する回転剪断流の剪断力で、マイクロバブルを剪断、破壊してナノマイクロバブルを発生させている。

また、下記の特許文献５は、ナノバブルはマイナスに帯電しているので、水中またはナノバブルが接触した面の菌や有機物質を吸着する性質があることを開示し、これによって殺菌作用および洗浄作用を有しているとしている。

さらに、下記の非特許文献１は、第８８頁２−３分離操作における泡工学において、水中に浮遊している気泡の表面は物理化学的に疎水性であることによって、疎水的な物質を気泡表面に吸着して分離濃縮できる旨開示している。併せて、分離する物質の量は、吸着に利用できる面積、すなわち、気液界面積の大きさによって決まり、以下に小さな気泡を、かつ、いかに沢山つくるかが気液界面を利用する分離技術の鍵となると指摘している。

また、下記非特許文献２などで、細菌は疎水性と親水性との２種類存在することが知ら
れている。

さらに、マイクロバブルの液中での表面電位（ゼータ電位ζ）は、マイクロバブルの大きさに影響されないが、電位の極性は電界物質を含む水系でのｐＨによって図２（下記非特許文献３）に示すように操作できることが、非特許文献３の第７２頁図１と共に説明されたマイクロバブルの供給装置（Ｍｉｃｒｏｂｕｂｂｌｅａｅｒａｔｏｒ）の概要に併せ知られている。

また、マイクロバブルは図３（非特許文献３第７３頁の図２から）に見られるように、水中での上昇速度は１０００μｍ／ｓｅｃよりも遅く、水中に長時間浮遊していることが特徴である。

特開平１１−１９６８２号公報特開平１０−２３５３８６号公報特開平１０−２４４２８６号公報特開２０００−２１０６６３号公報特開２００８−２９６０９５号公報

拓殖秀樹／海野肇著「泡」技術 ―使う、作る、排除する― Ｋｂｏｏｋｓｓｅｒｉｅｓ工業調査会出版ＵＲＬ：ｗｗｗ.ｔｅｃｈ.ｎｅｄｏ.ｇｏ.ｊｐ/ＰＤＦ/１０００１３９２２.ｐｄｆ「開発項目: 「微生物機能を活用した高度製造基盤技術開発/酸素添加酵素の高機能化・多様化技術の研究開発」平成１８年度〜平成２１年度のうち平成２０年度分中間年報作成者: メルシャン株式会社生物資源研究所有澤章」ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＰＨＹＳＩＣＡＬＣＨＥＭＩＳＴＲＹＢ，１０９−，ｐｐ．２１８５８−２１８６４、２００５／１１に掲載されたＭａｓａｙｏｓｈｉＴａｋａｈａｓｈｉ（高橋正好）氏によるｔｈｅζＰｏｔｅｎｔｉａｌｏｆＭｉｃｒｏｂｕｂｂｌｅｓｉｎＡｑｕｅｏｕｓＳｏｌｕｔｉｏｎｓ --Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｏｆｔｈｅｇａｓ‐ｗａｔｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ-- と題する研究発表

しかし、従来のように、薬品を添加して殺菌するのでは、薬品消費と手間が掛かることによりコスト高になる。また、放流先河川への薬品添加による影響の問題がある。

また、特許文献５に記載の殺菌技術は、発生させたマイクロバブルを剪断、破壊してナノバブルとする２段階操作が必要であるし、マイクロバブルの剪断、破壊のための剪断力を、マイクロバブル内に前記超高温の極限反応場を伴って発生する回転剪断流を形成させる特殊な手段（通路、攪拌翼、回転数制御手段、マイクロバブル圧送手段など）を必要とし、設備コスト、ランニングコスト共に高価につく。また、特許文献５はマイクロバブルがマイナスに帯電していて、水中や接触した面の細菌や有機物を吸着し、殺菌作用や洗浄作用を有している旨記載しているが、マイクロバブルを殺菌性や洗浄性のあるガスにより形成する必要があるし、殺菌や洗浄の対象はプラスに帯電したものに限られる。

本発明は、非特許文献２で知られる細菌には疎水性と親水性の２種類がある点、非特許文献１で知られる水中での気泡の表面が疎水性で、疎水的な物質を気泡表面に吸着して分
離濃縮でき、気泡は微小なほど、塑性物質吸着性を発揮する気液界面の総面積を高められる点から、マイクロバブルが持つ疎水的物質の吸着性とその微細性を利用して疎水性細菌の繁殖を抑制することで、残る細菌については薬品やマイクロバブルの帯電電位の操作によるマイナス帯電した細菌の吸着性など、を利用したその種類を問わない従来手法に依存しても、設備コスト、ランニングコスト、環境負荷を抑えられることに着眼して、電解物質を含む水処理系での細菌の繁殖環境域での細菌の繁殖を、設備コスト、ランニングコスト、環境負荷を軽減して、抑制できる方法と装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明の細菌の繁殖抑制方法は、電解物質を含む水処理系でのｐＨ中性液域にマイクロバブルを供給して、中性液域中の疎水性の細菌を供給したマイクロバブルの表面に吸着し、中性液域から浮遊分離することにより、中性液域での細菌の繁殖を抑制することを特徴としている。

このような構成では、中性液域に供給したマイクロバブルは、同液中の疎水性細菌を、疎水性の液中表面に吸着しながら浮上するので、中性液中の疎水性の細菌を浮遊分離、浮遊濃縮する。これにより、細菌が存在して繁殖しやすい環境域である中性液域において、細菌中の疎水性細菌に限り液中から分離、除去して繁殖を抑制することができる。

これを達成する本発明の細菌の繁殖抑制装置としては、中性液域を有した電解物質を含む水処理系において、前記中性液域にマイクロバブルを供給するマイクロバブル供給手段を設けたことを特徴として、上記の方法を自動的に達成する。

上記方法において、さらに、前記中性液域にＮａＣｌＯ（次亜塩素酸ソーダ）に代表されるような殺菌剤を添加して、親水性細菌の繁殖を抑制するようにできる。

このような構成では、上記に加え、さらに、中性液域に前記マイクロバブルによって吸着されず繁殖を抑制されない親水性の細菌が存在していても、添加した殺菌剤によって殺菌し、繁殖を抑制することができる。それには、殺菌剤は親水性細菌の存在量に見合って添加すればよい。

それには、上記装置としては、前記中性液域に殺菌剤を添加する殺菌剤添加手段を設け、前記疎水性細菌の浮遊分離後に働かせるようにすればよい。

それには、上記装置としては、中性液域の中性液をｐＨ４以下に調整するｐＨ調整手段を設け、前記疎水性細菌の浮遊分離後、前記マイクロバブル供給手段と共に働かせればよい。

本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ自体単独で、あるいは可能な限り種々の組み合わせで複合して採用することができる。

本発明の細菌の繁殖抑制方法と装置によれば、電解物質を含む水処理系での中性液域では細菌が繁殖しやすいが、そこに供給するマイクロバブルが疎水性表面に同液中の疎水性細菌を吸着しながら浮上し、同液中から浮遊分離、浮遊濃縮するので、疎水性の細菌が繁殖するのを、設備コスト、ランニングコスト、環境負荷を軽減して、抑制することができる。

また、中性液域にマイクロバブルによって吸着されず繁殖を抑制されない親水性の細菌が存在しても、それの存在量に見合った消費量に抑えた殺菌剤によって、ランニングコスト、環境付加を軽減して、殺菌し、繁殖を抑制することができる。

本発明に係る実施の形態の細菌の繁殖抑制方法を採用した水処理系の具体例を示すフロー図である。マイクロバブルの液中での表面帯電電位と液のｐＨとの関係を示すグラフである。マイクロバブルの径と液中の上昇速度との関係を示すグラフである。従来の細菌の繁殖抑制方法を採用した水処理系の具体例を示すフロー図である。

以下、本発明に係る細菌の抑制方法と装置の実施の形態について、図１、図２を参照しながらいくつかの具体例について説明し、本発明の理解に供する。以下の説明は本発明の具体例であって、特許請求の範囲の記載を限定するものではない。

本実施の形態の細菌の繁殖抑制方法につき、図１に示す細菌の繁殖抑制装置を参照して説明する。本実施の形態の細菌の繁殖抑制方法は、電解物質を含む水処理系１００に設けられた中性液域１中の細菌２の繁殖を抑制するのに適用している。中性液域１は、通常、種々な排水ないしは廃水の水処理系１００において、処理水中の特定の電解物質の凝集、あるいは分散を図ったり、環境に影響しないよう放流前に処理水を中和したりする、といった種々な処理目的のために、他から仕切って設けられた図１に示す中和槽３などにてｐＨ調整することで形成される。

図１では中和槽３は、説明の簡略化のため、排水４を受け入れる原水槽５と、処理済の水を放流する放流槽６と、の間に設置した単純構成例としてある。従って、これに限られることはなく、電界物質を含む水系で、中和槽３のように中性液域１を持つ全ての水系に本発明は適用できる。図示例では、排水４を原水槽５に受け入れて処理原水８として一旦貯留し、貯留している処理原水８をポンプ７により中和槽３に定量供給して、中和槽３での中和を伴う処理に供する。中和槽３では供給された処理原水８をｐＨ中性となるようにｐＨ調整して中和、ないしはこれを含む所定の処理を行う。中和等処理水１１はポンプ９により放流槽６に給送し、所定のタイミングでポンプ１２により放流されるようにする。ｐＨ調整は、原水８のｐＨ値、つまりアルカリ度、酸性度に応じて、図示するようにＨ_２ＳＯ_４やＨＣｌまたはＮａＯＨなどを中和剤として選択し添加することで行う。

以上のような中和槽３での中性液域１では、そこで行う処理の別なく細菌２が繁殖しやすい。そこで、本実施の形態の細菌の繁殖抑制方法は、図示するように、電解物質を含む水処理系１００でのｐＨ中性液域１にマイクロバブル１３を供給して、中性液域１中の疎水性の細菌２ａを、供給したマイクロバブル１３の表面に吸着し、中性液域１から浮遊分離することにより、中性液域１での細菌２ａの繁殖を抑制するようにしている。このように、中性液域１に供給したマイクロバブル１３は、その液中で疎水性となっている表面に、同液中の疎水性細菌２ａを吸着しながら浮上するので、中性液中の疎水性の細菌２ａを浮遊分離、浮遊濃縮する。これにより、細菌２が存在して繁殖しやすい環境域である中性液域１において、細菌２中の疎水性細菌２ａに限り液中から分離、除去してその繁殖を抑制することができる。なお、前記マイクロバブルとしては、発生時の気泡個数が１０００個／ｍＬ以上では分布の中心粒径が５〜１５μｍのものであり、また気泡個数が１０００個／ｍＬ未満では分布の中心粒径が１５〜３５μｍのものである。

したがって、電解物質を含む水処理系１００での中性液域１では細菌２が繁殖しやすいが、そこに供給するマイクロバブル１３が自身の疎水性表面に同液中の疎水性細菌２ａを吸着しながら浮上し、同液中から浮遊分離、浮遊濃縮するので、疎水性の細菌２ａが繁殖するのを抑制することができ、設備コスト、ランニングコスト、放流時の環境負荷を軽減することができる。

これを達成する細菌の繁殖抑制装置２００としては、中性液域１を有した電解物質を含む水処理系において、中性液域１にマイクロバブル１３を供給するマイクロバブル供給手段として、マイクロバブル発生装置１０を設けたものとすれば足り、図示例ではマイクロバブル発生装置１０を中性液域１中に設けて同液中に直接吹き込むようにしてある。これにより、しかし、中性液域１外に設けてマイクロバブル１３を外部から吹き込むようにもできる。

上記方法において、さらに、中性液域１に殺菌剤を添加して、親水性細菌２ｂの繁殖を抑制するようにできる。これにより、中性液域１に前記マイクロバブル１３によって吸着されず繁殖を抑制されない親水性の細菌２ｂが存在していても、添加した殺菌剤によって殺菌し、繁殖を抑制することができる。それには、殺菌剤は親水性細菌の存在量に見合って添加すればよい。従って、マイクロバブル１３の疎水性細菌２ａの浮遊分離後に実行することで、薬品添加量を抑えられ、その分ランニングコストや環境負荷を軽減できる。それには、上記装置としては、前記中性液域１に殺菌剤を添加する殺菌剤添加手段１５を設けて、疎水性細菌の浮遊分離後に働かせればよい。殺菌剤添加手段１５は殺菌剤を必要量に調節して添加できるものとすれば、必要添加量が変化しても対応できる。

なお、非特許文献３は、マイクロバブルの帯電につき、その第７６頁において、電気泳動法にてゼータ電位を測定することで確認されるとし、水中でのマイクロバブルと水との境界面から水中へ向けての距離の増大に伴う表面電位の分布を示した上で、気泡と共に移動する水の層は極めて薄いため、滑り面でのゼータ電位ζの値で表面の電気的特性を議論して基本的に大きな問題がない旨指摘している。そこで、本実施の形態においてもマイクロバブル７の表面電位をゼータ電位ζとして取扱っている。このゼータ電位ζはバブルの大きさに左右されないので、前記滞留時間選択のための粒径の大きさの選択に支障はない。しかし、粒径が小さくなり過ぎると滞留中に消滅する確率が高くなる面からは、分離に必要な時間を確保する上で、ナノバブルオーダーを上回るマイクロバブルオ―ダーの粒径とするのが好適である。

本発明は、電界物質を含む水系での細菌が繁殖しやすい中性液域に実用して、設備コスト、ランニングコスト、環境負荷を抑えて、細菌の繁殖を抑制することができる。

１中性水域
２細菌
２ａ疎水性細菌
２ｂ親水性細菌
３中和槽
４排水
５原水槽
６放流槽
７、９、１２ポンプ
８原水
１０マイクロバブル発生装置
１１中和等処理水
１３マイクロバブル
１４ｐＨ調整手段
１５殺菌剤添加手段
１００水処理系
２００細菌の繁殖抑制装置

Claims

電解物質を含む水処理系でのｐＨ中性液域にマイクロバブルを供給して、前記中性液域中の疎水性の細菌を供給した前記マイクロバブルの表面に吸着し、前記中性液域から浮遊分離することにより、前記中性液域での細菌の繁殖を抑制することを特徴とする細菌の繁殖抑制方法。
前記中性液域に殺菌剤を添加して、親水性細菌の繁殖を抑制する請求項１に記載の細菌の繁殖抑制方法。
中性液域を有した電解物質を含む水処理系において、前記中性液域にマイクロバブルを供給するマイクロバブル供給手段を設けたことを特徴とする細菌の繁殖防止装置。
前記中性液域に殺菌剤を添加する殺菌剤添加手段を設けて、前記疎水性細菌の浮遊分離後働かせるようにした請求項３に記載の細菌の繁殖防止装置。