JP4120098B2

JP4120098B2 - 液中微生物の殺菌方法および装置

Info

Publication number: JP4120098B2
Application number: JP19231699A
Authority: JP
Inventors: 孝明徳富
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2019-07-06
Also published as: JP2001017980A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液中に存在する微生物を高電圧パルスにより殺菌するための方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水は冷媒としてボイラー、熱交換器、冷却塔などに広く用いられているが、それらにおいてはしばしば配管中に微生物スライムが発生し、熱交換効率、冷却効率の低下を引き起こしている。純水、超純水等においても微生物の存在が水質低下の原因となっている。
また製造工程においても使用する水中に微生物が繁殖すると製品の品質が落ちたり、目的とする製品が製造できなくなる場合もある。
【０００３】
水中で微生物が繁殖するのを防ぐために、殺菌剤を用いる殺菌方法が広く普及しているが、殺菌に用いる化学物質の安全性が問題になる。また熱による殺菌方法は、残留性等の問題はないが、配管材料を耐熱性にする必要があり、殺菌時はラインを止めなくてはならない欠点がある。また膜ろ過によって水と菌体を分離する方法は膜が閉塞を起こすため定期的な洗浄、交換が必要である。
【０００４】
このほか高電圧パルスによって微生物の細胞膜を破壊し殺菌を行う方法が提案されており、無薬注で殺菌できるが、殺菌効率が低く実用化段階には入っていない。このような方法において、高電圧パルスを用いる殺菌効果を高めるために、被処理液を通過させる微孔を有する絶縁隔壁を電極間に配設する方法（例えば実公平４−３８８３３号）、あるいは被処理液を高い圧力で流す方法（例えば特開平２−２４５２９０号）が提案されている。しかしこの方法によっても殺菌効果を大幅に高めることは困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、簡単な装置と操作により、薬剤等を使用することなく高効率で液中の微生物を殺菌することが可能な液中微生物の殺菌方法および装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の液中微生物の殺菌方法および装置である。
（１）対向する板状の電極間の陽極側および陰極側に、それぞれ開口部を有する絶縁シートおよび／または多孔質絶縁シートからなる電界の絞り部を形成し、電極間隙の陽極側および陰極側の絞り部間に電極と平行な方向に被処理液を流し、電極間に同じ極性の高電圧パルスを印加し、電気泳動および誘電泳動により液中の微生物を移動させ電界の絞り部で捕捉して殺菌することを特徴とする液中微生物の殺菌方法。
（２）高電圧パルスに直流を重畳して印加し、電気泳動および誘導泳動を行う上記（１）の方法。
（３）対向する板状の電極と、
電極間の陽極側および陰極側にそれぞれ形成される開口部を有する絶縁シートおよび／または多孔質絶縁シートからなる電界の絞り部と、
電極間の陽極側および陰極側の絞り部間に電極と平行な方向に被処理液を流す通液装置と、
電極間に同じ極性の高電圧パルスを印加する電源装置と
を含む液中微生物の殺菌装置。
（４）電源装置は高電圧パルスと直流を重畳して印加するものである上記（３）の装置。
【０００７】
本発明において処理の対象となる被処理液は微生物を含む液である。このような被処理液は河川水、地下水、工業用水、上水、排水、下水処理水など電気泳動と誘電泳動が可能なものがすべて対象になるが、特に純水、超純水のような比電導度の低い高純度水が対象として適している。このような高純度水は比電導度１００μＳ／ｃｍ以下のものが好ましい。
【０００８】
除去対象となる微生物は被処理液中に存在する微生物であり、微生物としては細菌、かび、酵母、藻類など、汚染の原因となるすべての微生物が含まれる。これらは元々被処理液に含まれているもののほか、処理の途中で外部から混入あるいは生成したもの、ならびに系内において器壁等から剥離等により混入したものなどがある。
【０００９】
本発明ではこのような微生物を殺菌するために、対向する板状の電極間の陽極側および陰極側に、それぞれ開口部を有する絶縁シートおよび／または多孔質絶縁シートからなる電界の絞り部を形成し、電極間の陽極側および陰極側の絞り部間に電極と平行な方向に被処理液を流して電極間に同じ極性の高電圧パルスを印加し、電気泳動および誘電泳動により液中の微生物を移動させ電界の絞り部で捕捉して殺菌する。
【００１０】
電気泳動は荷電粒子が電界中で反対の電荷を持つ電極に向って移動する現象であり、均一電界中でも不均一電界中でも起こるが、これに対して誘電泳動は不均一電界中に置かれた誘電体が分極し、その誘起双極子と電界との相互作用によって生じる力により粒子が移動する現象である。この場合微粒子は電界の絞り部、すなわち電気力線の集中する部分に移動して電極に集められる。電気泳動は直流または同じ極性のパルスである必要があるが、誘電泳動は交流であってもまたパルスであってもよい。
【００１１】
本発明ではこのような誘電泳動を行うために対向する板状の電極間の陽極側および陰極側に、それぞれ開口部を有する絶縁シートおよび／または多孔質絶縁シートからなる電界の絞り部を形成する。電界の絞り部は電界が集中する部分であって、この部分で電気力線の密度が高くなり、この部分に向って粒子が移動して集められる。板状の電極を対向させる場合、特に平板状の電極を平行に対向させる場合は、絶縁体例えばテトラフルオロエチレン樹脂のパンチングシート、網、スリット、格子等の開口部を有する絶縁シートを電極間に介在させると、開口部に電界が集中し絞り部が形成される。このような開口部を有する絶縁シートに替えて、あるいはこれらの絶縁シートとともに、電極面または電極間に濾紙、濾布等の多孔質絶縁シートを設けて電界の絞り部を形成させることができる。このような多孔質絶縁シートは微細な開口部が多いので、集まった微生物の保持部としても用いることができるが、開口部が多いと電界の絞り効果が大きくならない場合があるため、前記開口部を有する絶縁シートと組合せて使用するのが好ましい。
【００１２】
これらの絶縁シートは電極の近くに配置されるのが好ましい。絶縁シートは電極間の陽極側および陰極側の両側に配置した方が両側に絞り部が形成されて好ましい。このような絶縁シートは、電極近傍だけではなく、電極間の空間に濾紙、絶縁シートを設置しても絞り部が形成されるので好ましい。
【００１３】
このような電界の絞り部は対向電極の電極間隙に沿ってほぼ全域に均一に分散して配置されるのがよく、例えば電極間に開口部を有する絶縁シートを介在させる場合、絶縁シートに設けられる開口部が絶縁シートのほぼ全域にわたって均一に配置されるのが好ましい。また一方の電極に凹凸部によりエッジ部を形成する場合、あるいは一方の電極を針状電極とする場合も、これらのエッジ部および針状電極は他方の電極面に対してほぼ全域にわたり均一に配置するのが好ましい。
【００１４】
電極の材質としては陽極、陰極ともにステンレス鋼やトリウム合金を使用することができるが、液体中への電極成分の溶出を防ぐためにはチタン酸バリウムなどの強誘電体セラミックスを金属面にコーティングした電極、あるいはカーボン電極等を利用することができる。
電極間に介在させる開口部を有する絶縁シートとしては、フッ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン）のほか、ガラス、セラミックスなどが使用できる。また多孔質絶縁シートとして濾紙、濾布のような多孔質材質が使用できる。
【００１５】
電極の形式としては、平行平板電極の他、同心円筒状のシリンダタイプ、平行平板電極を巻いたスパイラルタイプ電極などが利用できる。平行平板電極などの平等電界を形成する電極においては前記絶縁シートを間に挟んで電界を絞ることによって局所的に電界の集中した絞り部を作り、誘電泳動効果を利用して捕集効率を上げることができる。
【００１６】
電極間に電圧を印加する電源装置としては、同じ極性の高電圧パルスを印加できる電源が使用できるが、高電圧パルスに直流を重畳して印加できる電源が好ましい。高電圧パルス電源の場合ピーク電圧１ｋＶ〜１００ｋＶ、好ましくは１ｋＶ〜５０ｋＶ、パルス幅１０^-9〜１０^-3秒、好ましくは１０^-6〜１０^-3秒、絞り部における電界強度５〜５０ｋＶ／ｃｍ、好ましくは５〜２５ｋＶ／ｃｍとすることができる。電源は、ダイオードを用いて半波整流したものでもよい。直流を重畳する場合、直流としては電圧５０〜５００Ｖ、好ましくは７０〜１３０Ｖのものが好ましい。
電源装置は処理時にＯＮ、洗浄時および休止時にＯＦＦになるように切換えられるが、洗浄時は逆電圧印加するように構成することができる。
【００１７】
電極間の陽極側および陰極側の絞り部間に被処理液を通液する通液装置は、処理時に電極間隙の一端側の給液路から被処理液を導入して電極に平行に流し、他端側の処理液路から処理液を取出し、洗浄時には流路を切り換えて洗浄液路から洗浄液を供給し、洗浄排液路から洗浄排液を排出するように構成される。
【００１８】
電源装置により各電極間に同極性の高電圧パルス、またはこれに直流重畳して印加した状態で通液装置により被処理液を電極間に通液すると、電気泳動と誘電泳動により水中の微粒子が電界の絞り部に移動して捕捉され、この状態で高電圧が繰り返し印加されるので、微生物は細胞膜が破壊されて殺菌される。微生物を除去した処理液は処理液路から取出される。電界の絞り部を形成しないで流動状態の被処理液に高電圧パルスを印加しても、パルスの印加されている時間が短いため、被処理液に含まれている微生物の殺菌は困難である。電極間に電界の絞り部を形成する場合でも電界の絞り部付近に存在する微生物のみが殺菌されるだけであり、他の部分に存在する微生物は殺菌されない。これに対して絞り部に微生物を捕捉し、保持した状態で高電圧パルスを印加すると、捕捉された微生物に高電圧パルスが繰り返し印加されるため、殺菌効率は高くなる。
【００１９】
電極に集められた微生物は電界の絞り部を構成する開口部に保持されるが、多量に蓄積すると処理水とともに漏出するので、間欠的に洗浄を行う。洗浄は電圧の印加を停止して洗浄液を流すことにより、電極付近に蓄積した微生物を洗い流すことができるが、このとき逆電圧を印加してもよい。洗浄液としては被処理液を用いてもよく、また処理液を用いてもよい。
【００２０】
１００Ｖ程度の低電圧の直流電圧を印加しても電気泳動と誘電泳動によって微生物を移動および捕捉することができるが、殺菌することはできない。殺菌のためには高電圧の印加が必要であるが、この場合電気分解によりガスが発生し、集まった微生物が分散する。これに対して同じ極性の高電圧パルスを印加することによりガスの発生を防止して電気泳動と誘電泳動を行うことができる。特に高電圧パルスに直流電圧を重畳して印加すると、直流電圧による泳動効果が大きくなり、微生物の捕捉が促進される。
【００２１】
【発明の効果】
以上の通り本発明によれば、対向する板状の電極間の陽極側および陰極側に、それぞれ開口部を有する絶縁シートおよび／または多孔質絶縁シートからなる電界の絞り部を形成し、電極間隙の陽極側および陰極側の絞り部間に電極と平行な方向に被処理液を流し、電極間に同じ極性の高電圧パルスを印加し、電極泳動および誘電泳動により水中の微生物を捕捉して殺菌するようにしたので、少ない消費電力で水中に存在する微生物を効率よく移動させて捕捉し、殺菌することが可能である。この場合高電圧パルスを印加することにより、ガスを発生させることなく、電気泳動および誘電泳動の併用による微生物の捕捉と殺菌をさらに効率よく行うことができ、さらに直流の重畳により電気泳動による移動を促進することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は実施形態の液中微生物殺菌装置を示す構成図である。
【００２３】
図１において、１０は液中微生物殺菌装置であって、容器９内に陽極１および陰極２からなる平行の平板電極が対向して設けられている。陽極１および陰極２のそれぞれの対向する電極面１ａ、２ａはそれぞれ平滑面となっていて、濾紙からなる多孔質絶縁シート３、４が密着して設けられている。そして一方の電極（陽極１）に近接してポリテトラフルオロエチレンのパンチングシートからなる開口部５ａを有する絶縁シート５が濾紙からなる多孔質絶縁シート３に密着して設けられ、他方の電極（陰極２）に近接して開口部６ａを有する絶縁シート６が濾紙からなる多孔質絶縁シート４に密着して設けられている。開口部５ａ、６ａは電極間隙７に沿って、電極１、２のほぼ全面にわたり均一に設けられ、電界の絞り部を形成している。
【００２４】
陽極１には、電源装置８が接続し、陰極２側は接地され、正極性の高電圧パルスまたはこれに直流電圧を重畳した電圧を印加するようになっている。
電極間隙７の一方の側には給排液路１１が連絡し、他方の側には給排液路１２が連絡している。給排液路１１は、流路の切換により被処理液路１３または洗浄排液路１４となり、給排液路１２は流路の切換により処理液路１５または洗浄液路１６となる。
【００２５】
上記の装置による液中微生物の殺菌方法は、電源装置８により陽極１、陰極２間に正極性の高電圧パルスまたはこれに直流電圧を重畳した電圧を印加し、電極間隙７に被処理液路１３から被処理液を導入し、処理液路１５から処理液を取出しながら処理を行う。このとき陽極１、陰極２間には電界が形成されるため、電気泳動により微生物が電極に向って移動する。その際、絶縁シート５、６の開口部５ａ、６ａに電界の絞り部が形成されるため、この部分に向って誘電泳動により水中の微粒子が移動する。そしてその内側にさらに多孔質絶縁シート３、４にも無数の絞り部が形成されるため、これらに捕捉されて保持され、電圧の繰り返し印加により殺菌される。この場合誘電泳動は電極の極性に関係なく電界密度の高い部分に粒子が移動するため両側の絶縁シート５、６の開口部５ａ、６ａ付近に集まり、さらに電極側の絶縁シート３、４の多孔質の開口部付近に集まり保持される。
【００２６】
ここで正極性の高電圧パルスを印加することにより、電気泳動も起こり、負荷電を有する粒子が陽極側に移動して捕捉され、直流を重畳することによりこれが促進される。このため陰極２側よりも陽極１側にマイナス帯電した微生物が移動して捕捉される。このように誘電泳動と電気泳動の２つの現象が同時に起こることにより、効率よく微生物が移動し、一方の電極側の絶縁シート３に捕捉される。一方電界の絞り部では電気力線が集中するため、印加電圧よりもはるかに高電圧が得られ、誘電泳動と殺菌が効率的に行われる。そしてパルスにより電圧を繰り返し印加することにより電気分解を防止し、これによりガスの発生を防止して殺菌を行うことができる。このような微生物の捕捉殺菌と同時に他の微粒子の捕捉除去も行われる。
【００２７】
このように被処理水中の微生物が陽極１および陰極２側に移動して集められ、殺菌されて保持されるため、これらの微生物が除去された処理水が処理液路１５から取り出される。
処理が進行して微生物が大量に捕捉されると、一部が処理水中に漏出するので処理を停止して洗浄を行う。洗浄方法は電圧の印加を停止し、流路を切換えて洗浄液路１６から洗浄水を流し、洗浄排液路１４から洗浄排液を排出して行う。電圧印加の停止により電極の電気的な吸着力が消失するため、洗浄水により容易に微生物体が洗い流される。このとき逆電圧を印加することにより、微生物体の離脱を促進することができる。洗浄水としては処理水を用いるのが好ましい。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２９】
実施例１
図１の陽極１および陰極２として白金の平行平板電極（大きさ５ｃｍ×１０ｃｍ、電極間隔４ｍｍ）を用い、それぞれに多孔質絶縁シート３、４として濾紙（厚さ１０μｍ）を貼り付け、さらに電界を絞るために絶縁シート５、６としてポリテトラフルオロエチレンのパンチングシート（厚さ１μｍ、開口部５ａ、６ａは直径１ｍｍ、ピッチ１．５ｍｍ）を貼り付けた。電源装置として周波数２６ｋＨｚのネオントランスを用い、その出力をダイオードで半波整流した高電圧パルスを陽極１に印加し、陰極２を接地した。被処理液として大腸菌（生菌数として１×１０⁶ＣＦＵ／ｍｌ）を純水に懸濁させた模擬処理水を１００ｍｌ／ｍｉｎで流して、菌体の捕捉をおよび殺菌を行った。
【００３０】
比較例１
実施例１において絶縁シート３、４、５、６を設けず、陽極１、陰極２間に高電圧パルスを印加したところ、菌体はほとんど捕集できず、殺菌もできなかった。
【００３１】
比較例２
実施例１において高電圧パルスの絞りに１００Ｖの直流電圧を印加したところ、菌体は捕集されたが殺菌はできなかった。
【００３２】
上記実施例１および比較例１、２における生菌数の経時変化を図２に示す。
図２より、実施例１では通水開始５分後には殺菌効果が表われ、これが安定的に持続するか、比較例１、２では殺菌効果が認められないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例形態の液中微生物の殺菌装置の断面図である。
【図２】実施例１および比較例１、２の生菌数の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１陽極
２陰極
３、４多孔質絶縁シート
５、６開口部を有する絶縁シート
５ａ、６ａ開口部
７電極間隙
８電源装置
９容器
１０液中微生物殺菌装置
１１、１２給排液路
１３被処理液路
１４洗浄排液路
１５処理液路
１６洗浄液路

Claims

対向する板状の電極間の陽極側および陰極側に、それぞれ開口部を有する絶縁シートおよび／または多孔質絶縁シートからなる電界の絞り部を形成し、電極間隙の陽極側および陰極側の絞り部間に電極と平行な方向に被処理液を流し、電極間に同じ極性の高電圧パルスを印加し、電気泳動および誘電泳動により液中の微生物を移動させ電界の絞り部で捕捉して殺菌することを特徴とする液中微生物の殺菌方法。
高電圧パルスに直流を重畳して印加し、電気泳動および誘導泳動を行う請求項１の方法。
対向する板状の電極と、
電極間の陽極側および陰極側にそれぞれ形成される開口部を有する絶縁シートおよび／または多孔質絶縁シートからなる電界の絞り部と、
電極間の陽極側および陰極側の絞り部間に電極と平行な方向に被処理液を流す通液装置と、
電極間に同じ極性の高電圧パルスを印加する電源装置と
を含む液中微生物の殺菌装置。
電源装置は高電圧パルスと直流を重畳して印加するものである請求項３の装置。