JP2020186229A - バイオフィルムの除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水冷塔、浴槽配管などの水と接触する部材を含んだ装置、設備などの水系システムで形成されたバイオフィルムを効果的に除去できる、バイオフィルムの除去方法を提供する。【解決手段】水系システムで形成されたバイオフィルムを、所定の測定方法により得られるヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体に曝す、バイオフィルムの除去方法。【選択図】なし

Description

本発明は、水系システムに発生したバイオフィルム除去するバイオフィルムの除去方法に関する。

バイオフィルムは生物膜又はスライムともいわれ、一般に菌等の微生物が物質の表面に付着して増殖する際に、微生物が産生する多糖、タンパク質及び核酸などの高分子物質により微生物を包み込むように形成された構造体を指す。バイオフィルムが形成されると、微生物による種々の問題が発生するため、様々な産業分野で問題となっている。例えば、食品プラントの配管内にバイオフィルムが形成されると、このバイオフィルムが剥がれ落ちて製品内へ異物として混入されたり、菌に由来する毒素により食中毒が発生する原因となったりする。更に、金属表面へのバイオフィルム形成は金属腐食の原因となり、設備の老朽化を促進する。

水冷式冷却塔を用いた工場設備やビルの冷却システムや、冷却プールなど、水媒体を利用したシステムが従来使用されている。このようなシステムにおいて、使用する水の微生物汚染は問題である。例えば、水冷式冷却塔を用いた冷却システムにおいて、冷却水に混入した微生物は、配管中、特に熱交換器においてバイオフィルムを形成する。熱交換器に形成されたバイオフィルムは、熱交換の効率を低下させ、冷却システムの電力使用量を増加させる。バイオフィルム形成防止のためには、定期的な水の入れ替えや清掃が必要であるが、これらはシステムのメンテナンスコストを上昇させる。水冷式冷却塔などの冷却水を用いる設備や装置などでは、冷却水にスライムコントロール剤と呼ばれる微生物殺菌剤や増殖抑制剤を添加して、バイオフィルムを抑制することも行われることがあるが、安全性、金属配管の腐食、薬剤コストなどの観点からは、スライムコントロール剤を用いない処理の方が望ましい。

微生物により被る汚染などへの対策として、従来、種々の提案がされている。
特許文献１には、ビタミン、金属イオン、表面活性化合物、及び所定の抗微生物性作用物質を含む消毒−及び汚染除去剤を、バイオフィルムの分解のために使用できることが開示されている。
特許文献２には、冷却塔で冷却された冷却水が熱交換器に循環通水され、該冷却塔に補給水が供給される冷却水系におけるバイオフィルムを防止する方法において、補給水中のリン酸を除去し、かつ防食剤として非リン系防食剤を用いる、冷却水系における水処理方法が開示されている。
特許文献３には、内部オレフィンスルホン酸塩を１質量％以上、４０質量％以下含有する硬質表面用バイオフィルム除去剤組成物が開示されている。
特許文献４には、特定の環状アルデヒド化合物と有機溶媒とを含有するバイオフィルム形成抑制用組成物が開示されている。
特許文献５には、バイオフィルムにより影響される表面を、界面活性剤水酸化物の容量モル濃度が２〜９の所定の水性アルカリ界面活性剤組成物と接触させる工程を含む、処理方法が開示されている。

特表２０１２−５１２１９９号公報 特開２０１６−１０２２２７号公報 特開２０１６−０３５００９号公報 特開２０１８−１６８０９７号公報 特表２０１７−５１８４３２号公報

本発明は、水冷塔、浴槽配管などの水と接触する部材を含んだ装置、設備などの水系システムで形成されたバイオフィルムを効果的に除去できる、バイオフィルムの除去方法を提供する。

本発明は、水系システムで形成されたバイオフィルムを、下記ヒドロキシルラジカル量の測定方法により得られるヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体に曝す、バイオフィルムの除去方法に関する。
〔ヒドロキシルラジカル量の測定方法〕
ヒドロキシルラジカル量の測定対象である液体に、終濃度が５０μＭとなるように酸化水酸化鉄、終濃度が５％（体積比）となるように５，５−ジメチル−１−ピロリンＮ−オキシド（ＤＭＰＯ）を添加し、１０分後に電子スピン共鳴装置（ＥＳＲ）による信号強度値を測定する。反応により生成したヒドロキシルラジカルはＤＭＰＯに捕捉されスピンアダクトとなる。このスピンアダクトのスペクトルの２つ目と３つ目の信号強度値を平均し、これをＭｎマーカーの信号強度値で除し、相対的にヒドロキシルラジカル量を求め、その値をヒドロキシルラジカル生成能とする。ＥＳＲは、キーコム株式会社製ＥＳＲ装置（ＥＳＲ−Ｘ１０ＳＡ）と、有限会社フラッシュポイント製石英フラットセル（ＲＦＩＣ−７）を用いて、次の条件で測定する。内部標準としてキーコム株式会社製Ｍｎ Ｍａｒｋｅｒ ｆｏｒ ＥＳＲ Ｓｙｓｔｅｍ Ｍｏｄｅｌ：ＭＧ０１の目盛りを１３．５に合わせ使用する。
・Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：９．５０３２１ＧＨｚ
・Ｒｅｓｏｎ．ＭＦ：３３０．３ｍＴ
・ＳｗｅｅｐＷｉｄｔｈ：１６ｍＴ
・Ｍｏｄ．Ｗｉｄｔｈ：０．５ｍＴ
・ＡＤＣ Ｇａｉｎ：１
・Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｇａｉｎ：１０
・ＳｗｅｅｐＴｉｍｅ：３０ｓｅｃ
・ＴｉｍｅＣｏｎｓｔ：３００ｍｓ
・Ａｖｅｒａｇｅ：１
・ＭＷＰｏｗｅｒ：０
・ＭｏｖｉｎｇＡｖｅｒａｇｅ：５
・ＭｕｌｔｉＡｃｃｕｍｕ：０

以下、ヒドロキシルラジカル生成能という場合は、特記しない限り、この特定の方法で測定されるバイオフィルム生成能をいう。

本発明によれば、水系システムで形成されたバイオフィルムを効果的に除去できる、バイオフィルムの除去方法が提供される。

本発明のバイオフィルムの除去方法による効果発現機作は、必ずしも全てが解明されたわけではないが、以下のように考えられる。本発明者らは、水系システム中のバイオフィルムがヒドロキシルラジカルによって分解あるいは水中に分散することによって設備からのバイオフィルム除去に寄与できることを見出した。ヒドロキシルラジカルと設備に形成しているバイオフィルムの作用効率において、バイオフィルム表面にヒドロキシルラジカルが存在しても効率が悪く、設備に形成しているバイオフィルム内部に広くヒドロキシルラジカルを発生させることができれば高いバイオフィルム除去効率が期待できる。本発明者らは、バイオフィルムを曝す雰囲気である液体のヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上であると、より高いバイオフィルム除去効果が得られることを見出した。
尚、本発明の効果は上記作用機作に制限されるものではない。

ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体は、水を含有する液体であってよい。ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体は、特に限定されるものではないが、一態様として、（ａ）ヒドロキシルラジカル生成能を有する化合物（以下、（ａ）成分ともいう）、（ｂ）還元剤（以下、（ｂ）成分ともいう）及び水を含有する液体組成物により提供できる。該液体組成物は、更に（ｃ）第一解離定数（以下、ｐＫａ１という）が１．２以上４．６以下の、１価又は２価の有機酸又はその塩（以下、（ｃ）成分ともいう）を含有することが好ましい。

本発明のバイオフィルム除去方法はヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上となる液体にバイオフィルムを曝すことによって達成される。ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上となる液体を達成できれば、その手段は特に限定されるものではないが、一つの態様としては、（ａ）成分、（ｂ）成分、及び水、更には（ｃ）成分を含有する液体組成物をバイオフィルムと接触させる方法を挙げることができる。水系システムで発生するバイオフィルムには、例えば、設備素材や水系システムに供給される水に起因する金属イオンが酸化物等として水に不溶化して蓄積されていることが分かった。前記液体組成物のうち、ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上であるものは、とりわけ水系システムで発生したバイオフィルム内に蓄積している金属からの金属イオンを利用してバイオフィルム内のいたるところでヒドロキシルラジカルをより効率よく生成させることができるため、バイオフィルムの分解あるいは微細化がより進みやすいものと考えられる。

なお、バイオフィルムを曝す液体のヒドロキシルラジカル生成能が０．１５未満の場合には、各反応点での反応、分解は生じても、反応点間の距離が長く互いの相互作用が起こりにくく、マクロなバイオフィルムの分解や分断が起こりにくいものと考えられる。
尚、本発明の効果は上記作用機作に制限されるものではない。

〔（ａ）成分〕
（ａ）成分は、ヒドロキシルラジカル生成能を有する化合物である。
（ａ）成分としては、フェントン様反応によりヒドロキシルラジカルを生成する化合物が挙げられる。
（ａ）成分としては、過酸化水素、過炭酸塩、及び有機過酸から選ばれる１種以上の化合物が挙げられ、入手容易性、経済性及びヒドロキシルラジカル生成能の観点から、過酸化水素及び過炭酸塩から選ばれる１種以上の化合物が好ましい。過炭酸塩としては、過炭酸ナトリウム、過炭酸カリウムなどの過炭酸アルカリ金属塩が挙げられ、入手容易性、経済性及びヒドロキシルラジカル生成能の観点から、過炭酸ナトリウムが好ましい。

〔（ｂ）成分〕
（ｂ）成分は、還元剤である。
（ｂ）成分は、金属、例えば鉄の還元作用を有する化合物であってよい。尚、本発明の（ｂ）成分が還元作用を及ぼす金属は、還元されうる状態の金属を示す。
（ｂ）成分としては、
（ｂ−１）エンジオール構造を有する化合物：例えばアスコルビン酸又はその塩、天然物から抽出したビタミンＣ、タンニン酸、エリソルビン酸又はその塩、
（ｂ−２）ヒドロキシルアミン：例えばＮ，Ｎ−ジエチルヒドロキシルアミン、
（ｂ−３）フェノール系還元剤：例えば没食子酸、メチルヒドロキノン、ジメチルヒドロキノン、トリメチルヒドロキノン、ｔ−ブチルヒドロキノン、メトキシヒドロキノン、クロロヒドロキノン、
（ｂ−４）その他の還元剤：アスコルビン酸誘導体又はその塩、ハイドロサルファイト、ピロ亜硫酸塩、亜硫酸塩、亜硫酸水素塩、チオ硫酸塩、二酸化チオ尿素、
から選ばれる１種以上の化合物が挙げられる。これらの化合物の塩としては、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属塩、カルシウム塩などのアルカリ土類金属塩が挙げられる。
（ｂ）成分としては、入手容易性及びバイオフィルムの除去効果を高める（以下、バイオフィルム除去性ともいう）観点から、アスコルビン酸又はその塩が好ましい。

〔（ｃ）成分〕
本発明では、バイオフィルム除去効果がより高くなる観点から、（ａ）成分及び（ｂ）成分と共に（ｃ）第一解離定数（以下、ｐＫａ１という）が１．２以上４．６以下の、１価又は２価の有機酸又はその塩（（ｃ）成分）を含有する液体を用いることが好ましい。かかる有機酸又はその塩のうち、還元作用を有する化合物は、（ｂ）成分として取り扱う。

（ｃ）成分のｐＫａ１は、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、好ましくは１．８以上、より好ましくは２．５以上、そして、好ましくは３．９以下、より好ましくは３．３以下である。

（ｃ）成分の有機酸の分子量は、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、例えば、７０以上更に７５以上、更に９５以上、そして、２００以下、更に１８０以下、更に１６５以下、更に１６０以下であってよい。（ｃ）成分の有機酸は、炭素数は、バイオフィルム除去性の観点から、好ましくは２以上４以下である。（ｃ）成分の有機酸は、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、カルボン酸が好ましく、モノカルボン酸又はジカルボン酸がより好ましい。

（ｃ）成分としては、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、分子量７０以上２００以下、更に１８０以下の炭素数２又は３のヒドロキシモノカルボン酸、分子量７０以上２００以下、更に１８０以下の炭素数３又は４のジカルボン酸、分子量７０以上２００以下の炭素数５以上８以下のヒドロキシカルボン酸、及びこれらの塩から選ばれる１種以上の有機酸又はその塩が挙げられる。

分子量７０以上２００以下の炭素数２又は３のヒドロキシモノカルボン酸としては、グリコール酸（ｐＫａ１：３．８３、Ｍｗ：７６．１）、乳酸（ｐＫａ１：３．８６、Ｍｗ：９０．１）、３−ヒドロキシプロピオン酸（ｐＫａ１：４．５、Ｍｗ：９０．１）が挙げられる。

分子量７０以上２００以下の炭素数３又は４のジカルボン酸としては、酒石酸（ｐＫａ１：２．９８、Ｍｗ：１５０．１）、フマル酸（ｐＫａ１：３．０２、Ｍｗ：１１６．１）、マレイン酸（ｐＫａ１：１．９２、Ｍｗ：１１６．１）、リンゴ酸（ｐＫａ１：３．４、Ｍｗ：１３４．１）、コハク酸（ｐＫａ１：４．１９、Ｍｗ：１１８．１）、マロン酸（ｐＫａ１：２．９、Ｍｗ：１０４．１）が挙げられる。

分子量７０以上２００以下の炭素数５以上８以下ヒドロキシカルボン酸としては、グルコン酸（ｐＫａ１：３．８６、Ｍｗ：１９６）が挙げられる。

（ｃ）成分は、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、マロン酸、リンゴ酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、コハク酸、乳酸、酒石酸、グリコール酸、マレイン酸、フマル酸、グルコン酸、及びこれらの塩から選ばれる１種以上の有機酸又はその塩が好ましい。
（ｃ）成分は、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、酒石酸、フマル酸、マレイン酸、グルコン酸、及びこれらの塩から選ばれる１種以上の有機酸又はその塩がより好ましい。

（ｃ）成分の有機酸の塩としては、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属塩、カルシウムなどのアルカリ土類金属塩が挙げられる。

（ｃ）成分を用いる場合、特定の構造の有機酸（（ｃ）成分）が蓄積された不溶性金属または金属イオンと錯形成することによりバイオフィルム中により金属イオンとして水溶化しやすくなり、金属イオンと（ｂ）成分による還元が促進されるため、（ａ）成分からのヒドロキシルラジカルの生成も促進され、ヒドロキシルラジカル生成能が向上するものと考えられる。

〔バイオフィルムの除去方法〕
本発明のバイオフィルムの除去方法では、水系システムで形成されたバイオフィルムを、ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体に曝す。本発明のバイオフィルムの除去方法は、水系システムで形成されたバイオフィルムに、ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体を接触させる方法であってよい。ここで、前記液体のヒドロキシルラジカル生成能は、下記のヒドロキシルラジカル量の測定方法により得られるものである。この方法で得られるヒドロキシルラジカル生成能は、Ｍｎに対するヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）の相対ＥＳＲピーク強度である。ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体は、分散液、溶液のいずれであってもよい。下記の測定方法では、ヒドロキシルラジカル量の測定対象である液体は、水を含有する液体であってよい。ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体が水を含有する液体であり、下記の測定方法でのヒドロキシルラジカル量の測定対象が水を含有する液体である態様は、本発明に包含される。

≪ヒドロキシルラジカル量の測定方法≫
ヒドロキシルラジカル量の測定対象である液体に、終濃度が５０μＭとなるように酸化水酸化鉄、終濃度が５％（体積比）となるように５，５−ジメチル−１−ピロリンＮ−オキシド（ＤＭＰＯ）（スピントラップ剤）を添加し、１０分後に電子スピン共鳴装置（ＥＳＲ）による信号強度値を測定する。反応により生成したヒドロキシルラジカルはＤＭＰＯに捕捉されスピンアダクトとなる。このスピンアダクトのスペクトルの２つ目と３つ目の信号強度値を平均し、これをＭｎマーカーの信号強度値で除し、相対的にヒドロキシルラジカル量を求め、その値をヒドロキシルラジカル生成能とする。ＥＳＲは、キーコム株式会社製ＥＳＲ装置（ＥＳＲ−Ｘ１０ＳＡ）と、有限会社フラッシュポイント製石英フラットセル（ＲＦＩＣ−７）を用いて、次の条件で測定する。内部標準としてキーコム株式会社製Ｍｎ Ｍａｒｋｅｒ ｆｏｒ ＥＳＲ Ｓｙｓｔｅｍ Ｍｏｄｅｌ：ＭＧ０１の目盛りを１３．５に合わせ使用する。
・Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：９．５０３２１ＧＨｚ
・Ｒｅｓｏｎ．ＭＦ：３３０．３ｍＴ
・ＳｗｅｅｐＷｉｄｔｈ：１６ｍＴ
・Ｍｏｄ．Ｗｉｄｔｈ：０．５ｍＴ
・ＡＤＣ Ｇａｉｎ：１
・Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｇａｉｎ：１０
・ＳｗｅｅｐＴｉｍｅ：３０ｓｅｃ
・ＴｉｍｅＣｏｎｓｔ：３００ｍｓ
・Ａｖｅｒａｇｅ：１
・ＭＷＰｏｗｅｒ：０
・ＭｏｖｉｎｇＡｖｅｒａｇｅ：５
・ＭｕｌｔｉＡｃｃｕｍｕ：０

本発明では、前記液体のヒドロキシルラジカル生成能は、フェントン様反応によるヒドロキシルラジカル生成能であってよい。

本発明において、「フェントン様反応」とは、フェントン反応と、鉄イオン以外の金属種と過酸化水素との反応によるヒドロキシルラジカルの生成反応（便宜的に擬フェントン反応という）とを指すことができる。すなわち、本発明において、「フェントン様反応」とは、鉄イオンによるフェントン反応と、鉄イオン以外の金属種によるフェントン反応に準じたヒドロキシルラジカルの生成反応を含めた概念であってよい。擬フェントン反応は、鉄イオン以外の金属イオンを触媒としてヒドロキシルラジカルを生成する化合物からヒドロキシルラジカルが発生する化学反応であってよい。
フェントン反応は、二価鉄を触媒として過酸化水素からヒドロキシルラジカルが発生する化学反応とされる。
一方、擬フェントン反応は、金属種として、二価鉄と同様の反応が起こすことが知られている金属種、又は、本発明によって見出した周期表の第４周期の遷移元素（スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅）から選ばれる金属種を、ヒドロキシルラジカルを生成する化合物として、前記金属種に対して過酸化水素と同様の反応を起こすことが知られている化合物、又は、本発明によって見出した過酸化水素、過炭酸塩、及び有機過酸から選ばれる化合物を、用いた反応である。

前記液体は、バイオフィルム除去性及び機材損傷防止の観点から、ヒドロキシルラジカル生成能が、０．１５以上であり、好ましくは０．２０以上、より好ましくは０．３以上、更に好ましくは０．４以上、より更に好ましくは０．８以上、より更に好ましくは３．４以上、そして、好ましくは２０以下、より好ましくは１５以下であり、更に好ましくは１０以下であり、更に好ましくは７以下であり、より更に好ましくは６以下であってよい。

本発明では、液体媒体であるヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上の液体にバイオフィルムを曝すことにより、バイオフィルムを除去することができる。前記液体にバイオフィルムを曝す方法としては、例えば、水系システム中に流通、循環もしくは滞留する水を利用してバイオフィルムに接触させる方法が挙げられる。その際、外力を与えてもよい。配水管内部等直接手に触れることができない部分に関しては、前記液体を流通や循環等によりバイオフィルムが曝されるように用いてバイオフィルムを除去することができる。又、プールや浴場等直接手に触れることができる場合には、単に前記液体にバイオフィルムを曝すだけでも良いが、モップや雑巾等で擦る等の軽い外力を与えることにより、更にバイオフィルムの除去を確実なものとすることができる。

前記のように、（ａ）成分及び（ｂ）成分、必要により更に（ｃ）成分を含有する液体組成物の場合、（ａ）成分、（ｂ）成分の濃度、（ａ）成分／（ｂ）成分比、（ｃ）成分を添加及び添加量等により、ヒドロキシルラジカル生成能は変化する。成分の組み合わせが同じである場合、通常、（ａ）成分、（ｂ）成分、更に（ｃ）成分の濃度が高くなると、前記測定方法によるヒドロキシルラジカルの生成量は増加する傾向を示す。これを踏まえて該液体組成物のヒドロキシルラジカル生成能を調整できる。

一例として、本発明では、バイオフィルムを曝す液体が、（ａ）成分、（ｂ）成分及び水を含有し、ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体組成物であってよい。前記液体組成物は、更に（ｃ）成分を含有することが好ましい。

前記液体組成物中、（ａ）成分の濃度は、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、上限値と下限値とを、例えば、５０ｐｐｍ以上、更に６０ｐｐｍ以上、更に８０ｐｐｍ以上、そして、５０００ｐｐｍ以下、更に３０００ｐｐｍ以下、更に１０００ｐｐｍ以下、更に６００ｐｐｍ以下、更に５００ｐｐｍ以下から選択して組み合わせて設定することができる。
前記液体組成物中、（ｂ）成分の濃度は、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、上限値と下限値とを、例えば、５０ｐｐｍ以上、更に６０ｐｐｍ以上、更に８０ｐｐｍ以上、そして、５００００ｐｐｍ以下、更に３００００ｐｐｍ以下、更に１００００ｐｐｍ以下、更に５０００ｐｐｍ以下、更に３０００ｐｐｍ以下、更に１０００ｐｐｍ以下、更に６００ｐｐｍ以下、更に５００ｐｐｍ以下から選択して組み合わせて設定することができる。
（ｃ）成分を用いる場合、前記液体組成物中、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、（ｃ）成分の濃度は、上限値と下限値とを、例えば、５０ｐｐｍ以上、更に６０ｐｐｍ以上、更に８０ｐｐｍ以上、そして、５０００ｐｐｍ以下、更に３０００ｐｐｍ以下、更に１０００ｐｐｍ以下、更に６００ｐｐｍ以下、更に５００ｐｐｍ以下から選択して組み合わせて設定することができる。

本発明では、バイオフィルムを曝す液体が（ａ）成分及び（ｂ）成分を含有する場合、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、（ａ）成分と（ｂ）成分の質量比は、（ａ）成分／（ｂ）成分で０．０１以上、更に０．１以上、そして、１００以下、更に１０以下、更に９．５以下、更に４．５以下、更に１．５以下であることが好ましい。
前記液体組成物を用いる場合、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、該組成物中の（ａ）成分の濃度と（ｂ）成分の濃度の質量比である（ａ）／（ｂ）が、好ましくは０．０１以上、より好ましくは０．１以上、そして、好ましくは１００以下、より好ましくは１０以下、更に９．５以下、更に４．５以下、更に１．５以下である。

本発明では、バイオフィルムを曝す液体が（ａ）成分及び（ｃ）成分を含有する場合、（ａ）成分と（ｃ）成分の質量比は、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、（ａ）成分／（ｃ）成分で０．０１以上、更に０．１以上、そして、１００以下、更に１０以下であることが好ましい。
前記液体組成物を用いる場合、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、該組成物中の（ａ）成分の濃度と（ｃ）成分の濃度の質量比である（ａ）／（ｃ）が、好ましくは０．０１以上、より好ましくは０．１以上、そして、好ましくは１００以下、より好ましくは１０以下である。

本発明では、バイオフィルムを曝す液体が（ｂ）成分及び（ｃ）成分を含有する場合、（ｂ）成分と（ｃ）成分の質量比は、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、（ｂ）成分／（ｃ）成分で０．０１以上、更に０．１以上、そして、１００以下、更に１０以下であることが好ましい。
前記液体組成物を用いる場合、該組成物中の（ｂ）成分の濃度と（ｃ）成分の濃度の質量比である（ｂ）／（ｃ）が、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去性の観点から、好ましくは０．０１以上、より好ましくは０．１以上、そして、好ましくは１００以下、より好ましくは１０以下である。

本発明では、バイオフィルムを曝す液体が含有する界面活性剤が少量でも優れたバイオフィルム除去効果を示す。バイオフィルムを曝す液体、例えば、前記液体組成物は、界面活性剤の濃度が、１００ｐｐｍ未満、更に５０ｐｐｍ以下、更に１０ｐｐｍ以下、更に０ｐｐｍであってよい。バイオフィルムを曝す液体、例えば、前記液体組成物は、界面活性剤を実質的に含有しないものであってよい。ここで、界面活性剤を実質的に含有しないとは、界面活性剤の濃度が前記範囲であることを意味してよい。

本発明では、本発明では、バイオフィルムを曝す液体は、例えば、機材損傷防止の観点で、ｐＨ２．０以上、更に２．５以上、更に３．０以上、更に３．５以上、そして、ヒドロキシルラジカル生成能の制御及びバイオフィルム除去効果の観点で、１０．０以下、更に８．０以下、更に７．５以下、更に６．５以下であってよい。すなわち、本発明は、例えば、機材損傷防止の観点で、ｐＨ２．０以上、更に２．５以上、更に３．０以上、更に３．５以上、そして、１０．０以下、更に８．０以下、更に７．５以下、更に６．５以下の液体にバイオフィルムを曝すことができる。
前記液体組成物を用いる場合、同様の観点で、該組成物のｐＨが２．０以上、更に２．５以上、更に３．０以上、更に３．５以上、そして、１０．０以下、更に８．０以下、更に７．５以下、更に６．５以下であってよい。

本発明の対象となる水系システムは、水系液体との接触が起こるシステムであれば特に限定されるものではないが、例えば水系液体の流通や貯留によって機能するシステムをいい、配管、タンク、プールなどの水が接触する部材を含んで構成される装置及びそれを含む設備などであってよい。水は、水そのものの他、水と他の物質とを含む水性媒体であってよい。一例として、水系システムは、水冷式水冷塔を備えた冷却システムである。また、他の例として、水系システムは、配水管のような水の流通経路、例えば、ボイラーの温水配管部、及び貯湯槽より温水が供給される循環給湯管の温水配管部から選ばれる温水配管部を含んでよい。また、水系システムは、水の貯蔵槽を含んでよい。更に、水系システムの他の例としては、工業用の冷却プール、工業用の給水、貯水もしくは排水経路、排水処理設備、流湯式暖房システム、タンク、プール、浴場、ろ過設備、製紙工場の製紙設備、水族館の水槽及び水循環経路、超純水装置、養殖設備、植物工場などが挙げられる。

本発明は、水系システムで形成されたバイオフィルムを除去するものである。とりわけ、本発明は、水系システムの水が接触する部位で形成されたバイオフィルムを除去するものである。
本発明の対象となる水系システムは、水との接触が生じる機構、例えば水を定期的に流通させる機構や水を循環させる機構を備えたものが好ましい。その場合、接触させる水に本発明の（ａ）成分、（ｂ）成分、必要により（ｃ）成分を添加してヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体を生じさせ、当該水系システムを作動させて水を接触させることで、当該水系システムに発生したバイオフィルムを除去することができる。

ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体、例えば、前記液体組成物にバイオフィルムに曝す時間は、例えば、バイオフィルム除去性の観点から、５分以上、更に１０分以上、そして、４８時間以下、更に３０時間以下である。前記液体組成物を用いる場合、該液体組成物とバイオフィルムとの接触時間がこの範囲であってよい。

また、ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体、例えば、前記液体組成物の温度は、バイオフィルム除去性の観点から、例えば、５℃以上、更に１０℃以上、そして、８５℃以下、更に６０℃以下である。前記液体組成物を用いる場合、該液体組成物の温度がこの範囲であってよい。

本発明の（ａ）成分、（ｂ）成分、必要により（ｃ）成分を水系システムに適用するに際しては、予めこれらの成分を接触に適した濃度で含む組成物として製造したものを使用してもよいし、これらの成分を高濃度で含む組成物を製造してこれを水で希釈したものを使用してもよい。また、（ａ）成分、（ｂ）成分、必要により（ｃ）成分を個別に、又は、プレミックスしたものを水系システム中に流通、循環もしくは滞留する水に溶解させて使用してもよい。その必要に応じてｐＨを調整してもよい。（ａ）成分、（ｂ）成分、及び（ｃ）成分は、化合物によって、液体、固体、また、水溶液などの形態で供給することが可能であるが、前記液体組成物を用いる場合、該組成物の液安定性の観点から、水系システムに適用する直前に該組成物を製造することが好ましい。また、本発明の（ａ）成分、（ｂ）成分、必要により（ｃ）成分を、水系システム中に流通、循環もしくは滞留する水に溶解させて、これらの成分をバイオフィルムに接触させることも好ましい。

本発明は、ヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体がバイオフィルムの除去効果に優れることを見出したものである。これは、その一態様として、（ａ）成分、（ｂ）成分、任意に（ｃ）成分を組み合わせてバイオフィルムを接触させる液体を形成する場合の指標となり得るものである。
また、本発明で用いる所定の液体は、バイオフィルムの除去剤として機能してよい。

本発明で用いるヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体は、フェントン様反応に関与する金属イオン、具体的には、鉄、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅から選ばれる金属のイオン、更には金属イオンを含有しないもの又は実質的に含有しないものであってよい。ここで、前記金属イオンを実質的に含有しないとは、前記金属イオンを含有していたとしてもその量が極めて微量であり、フェントン様反応が十分に生じない状態の意味であってよい。

本発明は、その一態様として、（ａ）成分、（ｂ）成分、及び任意に（ｃ）成分と水とを混合して液体組成物を調製すること、該液体組成物のヒドロキシルラジカル生成能を前記測定方法により測定すること、測定した液体組成物のうちヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体組成物を水系システムに形成されたバイオフィルムに曝す液体として選択すること、を含む、バイオフィルム除去用液体の選択方法を提供する。
本発明は、その一態様として、（ａ）成分、（ｂ）成分、及び任意に（ｃ）成分と水とを混合して液体組成物を調製すること、該液体組成物のヒドロキシルラジカル生成能を前記測定方法により測定すること、測定した液体組成物のうちヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体組成物を選択すること、水系システムに形成されたバイオフィルムを選択した前記液体に曝すこと、を含む、バイオフィルムの除去方法を提供する。
本発明は、その一態様として、（ａ）成分、（ｂ）成分、及び任意に（ｃ）成分と水とを混合して液体組成物を調製すること、該液体組成物のヒドロキシルラジカル生成能を前記測定方法により測定すること、測定した液体組成物のうちヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体組成物を選択すること、水系システムに形成されたバイオフィルムに選択した前記液体組成物を接触させること、を含む、バイオフィルムの除去方法を提供する。
これらの態様には、本発明のバイオフィルムの除去方法で述べた事項を適宜適用することができる。例えば、これらの態様における（ａ）成分、（ｂ）成分、（ｃ）成分の具体例や好ましい態様は、本発明のバイオフィルムの除去方法と同じである。

＜試験例１〜１２＞
水系システムに形成されたバイオフィルムを曝す液体として、表１に示す成分を用いた液体組成物を調製し、以下の試験を行った。また、表１の液体組成物のヒドロキシルラジカル生成能を本文記載の方法で測定した。結果を表１に示す。なお、表１の組成物のｐＨは、１０ｍＭ酢酸緩衝液により調整し、その後、各成分が所定の濃度になるよう調製した。また、表１の組成物は、残部が水である。

〔バイオフィルム除去試験（水冷塔モデル）〕
（１）バイオフィルムの作製
バイオフィルム作製には、１００ｍＬ容量の培養槽を有するアニュラーリアクター（アート科学社製）を用いた水系システムモデルを使用した。アニュラーリアクターの培養槽には、毎分１６０回転の速度で回転する円筒形の回転体が設置され、この回転体にテストピース（ＳＵＳ３０４）を予め取り付けた。化学工場の反応槽設備冷却のための水冷式水冷塔から採集した冷却水をアニュラーリアクター培養槽（３０℃に維持）に供給し、３週間培養しテストピース上にバイオフィルムを形成させた。

（２）バイオフィルム除去試験
表１の成分を表１の濃度で含有する液体組成物又はコントロール（超純水）５ｍＬを添加した６ｗｅｌｌプレートの各ｗｅｌｌに、バイオフィルムが形成されたテストピースを浸し、３０℃、６０ｒｐｍで１６時間振とうした。各テストピースを０．１％クリスタルバイオレットで染色した後、超純水で洗浄し、１ｍＬのエタノールで染色液を抽出し、吸光度（ＯＤ５７０）を測定した。測定したＯＤ５７０をもとに、下記式に従ってバイオフィルム除去率を測定した。尚、ブランクはエタノールのＯＤ５７０を指す。
バイオフィルム除去率（％）＝｛（コントロールＯＤ５７０−ブランクＯＤ５７０）−（試験例のＯＤ５７０−ブランクＯＤ５７０）｝×１００／（コントロールＯＤ５７０−ブランクＯＤ５７０）
尚、本試験におけるバイオフィルム除去率は、その値が大きいほど効果が高く、本試験におけるバイオフィルム除去率の５％の差は有意差として認識でき、１０％の差はより明確な差として認識できる。

外力を利用してバイオフィルムを除去する場合、例えば、モップ、雑巾などを用いて擦り洗いでバイオフィルムを除去するような場合には、この評価によるバイオフィルム除去率が３３％以上であれば、充分に効果が発現する。外力がより小さい場合、例えば、表１の組成物の流通や循環等によるバイオフィルム除去の場合には、バイオフィルム除去率が４０％以上であれば充分にバイオフィルムの除去が可能であり、より好ましい。

Claims (5)

1. 水系システムで形成されたバイオフィルムを、下記ヒドロキシルラジカル量の測定方法により得られるヒドロキシルラジカル生成能が０．１５以上である液体に曝す、バイオフィルムの除去方法。
   〔ヒドロキシルラジカル量の測定方法〕
   ヒドロキシルラジカル量の測定対象である液体に、終濃度が５０μＭとなるように酸化水酸化鉄、終濃度が５％（体積比）となるように５，５−ジメチル−１−ピロリンＮ−オキシド（ＤＭＰＯ）を添加し、１０分後に電子スピン共鳴装置（ＥＳＲ）による信号強度値を測定する。反応により生成したヒドロキシルラジカルはＤＭＰＯに捕捉されスピンアダクトとなる。このスピンアダクトのスペクトルの２つ目と３つ目の信号強度値を平均し、これをＭｎマーカーの信号強度値で除し、相対的にヒドロキシルラジカル量を求め、その値をヒドロキシルラジカル生成能とする。ＥＳＲは、キーコム株式会社製ＥＳＲ装置（ＥＳＲ−Ｘ１０ＳＡ）と、有限会社フラッシュポイント製石英フラットセル（ＲＦＩＣ−７）を用いて、次の条件で測定する。内部標準としてキーコム株式会社製Ｍｎ Ｍａｒｋｅｒ ｆｏｒ ＥＳＲ Ｓｙｓｔｅｍ Ｍｏｄｅｌ：ＭＧ０１の目盛りを１３．５に合わせ使用する。
   ・Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：９．５０３２１ＧＨｚ
   ・Ｒｅｓｏｎ．ＭＦ：３３０．３ｍＴ
   ・ＳｗｅｅｐＷｉｄｔｈ：１６ｍＴ
   ・Ｍｏｄ．Ｗｉｄｔｈ：０．５ｍＴ
   ・ＡＤＣ Ｇａｉｎ：１
   ・Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｇａｉｎ：１０
   ・ＳｗｅｅｐＴｉｍｅ：３０ｓｅｃ
   ・ＴｉｍｅＣｏｎｓｔ：３００ｍｓ
   ・Ａｖｅｒａｇｅ：１
   ・ＭＷＰｏｗｅｒ：０
   ・ＭｏｖｉｎｇＡｖｅｒａｇｅ：５
   ・ＭｕｌｔｉＡｃｃｕｍｕ：０
2. ヒドロキシルラジカル生成能が、フェントン様反応によるヒドロキシルラジカル生成能である、請求項１に記載のバイオフィルムの除去方法。
3. 前記バイオフィルムを前記液体に５分以上曝す、請求項１又は２に記載のバイオフィルムの除去方法。
4. 水系システムが、水冷式水冷塔を備えた冷却システムである、請求項１〜３の何れか１項記載のバイオフィルムの除去方法。
5. 水系システムが、水の流通経路及び／又は水の貯蔵槽を含む、請求項１〜４の何れか１項記載のバイオフィルムの除去方法。