JP4896211B2 - 微生物量抑制装置およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、主として生活環境に存在する液体中の微生物量、とくに水環境中の微生物量を抑制する微生物量抑制装置およびシステムに関するものである。

水環境、例えば地下水、温泉、プール水、生活排水、工場排水、食品の処理水などには、人体に悪影響を及ぼす細菌である、レジオネラ菌やサルモネラ菌などが存在することは知られている。これらの細菌を含む微生物を検出する最近の検出技術の進歩に伴い、これまでの培養法で検出された以上の微生物量が検出できるようになった。たとえば蛍光顕微鏡で直接観察・計数する蛍光染色法などにより（非特許文献１参照）、これまで知られていたよりも１０〜１０００倍以上多くの微生物が存在することが明らかになった。そこで、生活環境の安全かつ安心の確保のためには、高精度なモニタリングとともに、生活環境中に生息する微生物量をこれまで以上に抑制することが要望される。
一方、微生物量を抑制するため、これまで様々な対策が採用されてきた。例えば、加熱殺菌、紫外線殺菌およびフィルタによる除菌などが知られており、また水道水、プール水、温泉等は塩素殺菌されている。

しかしながら、塩素殺菌は簡単であるが臭いなどの問題もあり、温泉やプールなどに大量に投入することができない。加熱殺菌は液体が加熱に適さない場合に役立たない。紫外線による方法では高価になる。フィルタによる除菌ではフィルタが必要であり、使用期間を過ぎると交換する必要があり、また使用後の管理面での問題がある。

さらに微生物量を抑制できる他の手段として、高圧加圧後急激な減圧を施すことにより微生物の活性を失わせること、すなわち増殖不能な損傷を与たり破壊死滅させること、も古くから知られている（非特許文献２参照）。この種の従来例として、油圧シリンダによりピストンを駆動して、タンク内の液体を高圧に加圧した後減圧し、微生物を不活化する加圧減圧殺菌装置がある（特許文献１参照）。

しかしこのような装置は、タンク内で微生物を含む液体を高圧加圧後減圧した後、タンクから取り出し、別の液体をタンク内で高圧加圧後に減圧するというバッチ処理であり、大量に処理する処理効率が悪く、しかも弁装置による切り換え機構が必要である。さらに、３０ＭＰａ（メガパスカル）〜５０ＭＰａ（約３００ｋｇｆ／ｃｍ^２〜約５００ｋｇｆ／ｃｍ^２）という高圧に耐えるタンクは、小形ならともかく、大形では製造容易でないうえ途方もなく高額となり実現困難である。そのため、この装置は、水環境に対する上記要望に適切に対応することができない。

したがって、本発明の目的は、加圧減圧して微生物量を制御するものにおいて、微生物を含む液体を連続して大量に処理でき、しかも比較的簡単な機構で安価に提供することができる微生物量抑制装置およびシステムを提供することである。

本発明の微生物量抑制装置は、微生物を含む液体を取り込む流入口を有し前記液体を送出する流出口を有して前記流入口から取り込んだ前記液体を前記流出口へ圧送する加圧ポンプと、前記加圧ポンプの前記流出口に一端が接続されて前記加圧ポンプにより圧送される前記液体を前記一端から他端へ導く導管と、前記導管の前記他端に設けられ前記導管よりも断面積が小さい絞り部を有し前記液体を前記導管の外部へ噴出させる排出口とからなり、前記導管内を前記液体が移動する間、前記加圧ポンプによって加圧される前記液体の圧力が１４ＭＰａから５０ＭＰａの範囲であり、前記液体の圧力により前記液体中の前記微生物を高圧に加圧し、前記液体が前記排出口で噴出して前記液体の前記圧力が低下することで前記微生物を前記高圧から急激に開放させて不活化するものである。

上記構成において、前記排出口は排出部の一部として構成され、前記排出部は前記排出口から排出される前記液体を受けるタンクと、前記タンク内の液体を前記流入口に戻す帰還路を有する。

本発明の微生物量抑制システムは、上記構成の装置の複数を直列に接続し、前記液体を複数の微生物量抑制装置に順次通して複数回の微生物量の抑制を行うものである。

本発明の微生物量抑制装置およびシステムによれば、液体が加圧ポンプにより導管内に導入されるとともに、液体内の微生物が導管内を流れる時間中、液体により微生物に高圧が印加され、排出口で液体が排出されると同時に微生物が高圧から急激に開放され減圧されるため微生物が不活化し、これにより微生物量を抑制することができる。しかも、加圧ポンプを運転している間中、連続して液体を加圧しながら移動させ排出口より排出するため大量処理が可能であり、構造も比較的簡単になる。さらに、導管は加圧するだけのため故障が起こりにくく長期利用が可能である。また高圧に印加されるものが導管であり、排出口は断面積が導管よりも小さいだけでよいため、大型のタンクと異なり高圧に耐える導管を安価に製造することができる。

本発明の第１の実施の形態の微生物量抑制装置の説明図である。 第２の実施の形態の微生物量抑制システムの説明図である。 第３の実施の形態の微生物量抑制装置の説明図である。 液体を微生物量抑制装置に通す回数（Ｐａｓｓ数）が、０回、２回、５回、１０回、２０回の場合のコロニーの写真である。 処理前の細菌の走査形電子顕微鏡像である。 微生物量抑制装置に液体を１０回通したときの液体中の細菌の走査形電子顕微鏡像である。

本発明の第１の実施の形態を図１により説明する。すなわち、微生物量抑制装置は、加圧ポンプ１と、導管２と、排出部３とを備える。加圧ポンプ１は微生物を含む液体を取り込む流入口４を有し、液体を送出する流出口５を有して、流入口４から取り込んだ液体を流出口５へ圧送する。たとえばスイミング用プールの水中の微生物を減少させる場合、流入口４をプールに接続して水を取り込む。加圧ポンプ１は、圧送力のあるレシプロピストンポンプやアキシアルピストンポンプなど公知の容積型のポンプが好ましい。導管２は加圧ポンプ１の流出口５に一端６が接続されて加圧ポンプ１の圧送力により液体を一端６から他端７へ導く。排出部３は導管２の他端７に設けられて導管２の液体を外部に排出するもので、導管２よりも断面積が小さい絞り部８ａのある排出口８を有する。この排出口８の絞り部８ａは、導管２内の液体を加圧ポンプ１の圧送力により所定の高圧に保持するとともに、その液体を高圧から開放し噴水のように噴出させる働きをする。この場合の所定の高圧は、微生物が導管２内を移動する時間中微生物を液体により十分に加圧するのに適する圧力であり、また液体が絞り部８ａから噴出する際の急激な減圧により微生物の体内のガスが膨張して微生物の体を増殖不能に損傷させまたは破壊させる、すなわち微生物を不活化する、のに適する圧力である。この所定の高圧はたとえば３４ＭＰａ（約３４０ｋｇｆ／ｃｍ^２ ）に設定される。なお、導管２は所定の高圧に耐える材質たとえばステンレスで造られ、排出口８も所定の高圧に耐えるように構成されている。また絞り部８ａは断面積の大きさを調整できる絞り弁を設けてもよく、あるいは予め設定した断面積に固定してもよい。

排出部３はさらに、排出口８から噴出液を受けるタンク９を設け、タンク９に放出口１０を設け、放出口１０がプールに接続されており、流入口４から取り込んだ水が最終的に活性な微生物が減少した状態でプールに戻される。

この微生物量抑制装置によれば、上記のように、プールから流入口４に吸い込まれ加圧ポンプ１に入った水は、流出口５より導管２の一端６に送り込まれ、導管２内を他端７まで移動し、断面積の小さい排出口８より噴水し、タンク９を経て放出口１０よりプールに返される。このとき、導管２内の水中の微生物は、加圧ポンプ１の圧送力により水が一端６から他端７まで移動する時間中加圧され、排出口８で導管２から開放されることにより急激に減圧されて微生物が不活化する。その結果、流入口４から入る活性な微生物の多くは放出口１０において不活化されているので、プールの水の活性な微生物量が抑制されることとなる。

第１の実施の形態において、微生物の不活化に必要な最小の加圧時間は微生物によって異なるが、いずれも加圧時間が長いほど、微生物の体を十分に圧迫した後急激な減圧により、増殖不能な程度に損傷または破壊させることができるので、微生物の不活化に必要な加圧時間を設定することが可能である。また、導管２内の圧力の大きさおよび導管２内の液体の移動速度は、加圧ポンプ１の吐出量／分、導管２の断面積および長さ、ならびに絞り部８ａの断面積などに依存し、加圧時間は導管２の長さおよび液体の移動速度によって決まるので、あらかじめ決めた所定の高圧の大きさおよび加圧時間に基づいて、導管２の断面積（径）、長さ、絞り部８ａの断面積および加圧ポンプ１の吐出量／分を設定ないし調整する。

この場合において、導管２内の圧力は導管２に設けられた圧力計１１により測定される。また導管２内の液体に印加される圧力の範囲は１４ＭＰａから５０ＭＰａが好ましい。圧力が１４ＭＰａよりも小さいと加圧時間内の微生物の圧迫が不十分となり減圧時に微生物を損傷・破壊できない割合が大きくなるからである。一方、圧力が５０ＭＰａを超えると加圧ポンプ１が大型化するとともに導管２の剛性をより強くする必要が生じる。

加圧時間の範囲は５秒から６０秒の範囲が好ましい。加圧時間が５秒未満では、微生物が圧力によって十分に圧迫されないため減圧時に微生物を損傷・破壊できない割合が大きくなるためである。一方、加圧時間が６０秒を超えると微生物に対する押しつけ時間が必要以上となり無駄であり、また導管２が長く必要となるか、あるいは導管２内の液体の流速が遅くなり微生物抑制の効率が悪くなる。

導管２の管径の範囲は所定の高圧すなわち上記の圧力に耐えるものとして、外径の範囲がφ１６〜φ２０であり、内径の範囲がφ１２〜φ１５であることが好ましく、厚さは２．０ｍｍ〜２．５ｍｍ程度が好ましい。外径がφ２０を超えると導管２の製造コストが大きくなる。内径がφ１２未満では流量が少なくなり大量処理の効率が悪くなる。

絞り部８ａの絞り範囲は９０％〜９７％が好ましい。９０％未満では所定の高圧が得にくくなる。９７％を超えると流量の減少が著しくなり大量処理の効率が悪くなる。

この微生物量抑制装置は、上記のように微生物を不活化して増殖を妨げる。また加圧ポンプを作動している限り連続して液体を処理することができ、大量処理ができるため、生活環境に存在する液体、とくに水環境の地下水、温泉、プール水、生活排水、工場排水、食品の水処理などの微生物量の抑制に有益であるほか、微生物抑制装置の付いた暑さ対策用のミスト発生装置などにも利用可能である。また第１の実施の形態の変形例としてタンク９を設けずに、排出口８からの噴水を利用して微生物量を抑制した噴水装置としても使用することができる。

さらに、液体の加圧減圧に際して弁の開閉がないため構造が簡単になり、導管および排出口は比較的小径でよいため高圧に耐えるものとして安価に製造でき、かつ高圧が印加されるだけのため故障も起こりにくく長期利用が可能である。

本発明の第２の実施の形態を図２により説明する。すなわち、微生物量抑制システムは、第１の実施の形態の複数の微生物量抑制装置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を直列に接続するもので、微生物量抑制装置Ｐ１の放出口１０を微生物量抑制装置Ｐ２の流入口４に連結管１４により接続し、微生物量抑制装置Ｐ２の放出口１０を微生物量抑制装置Ｐ３の流入口４に連結管１５により接続している。液体を複数の微生物量抑制装置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に順次通して複数回加圧減圧することにより微生物量の抑制を行うことができる。

この結果、プールから取り込まれた水は加圧減圧する工程を３回繰り返した後プールに返されるので、効率よく微生物量を減少することができる。

なお、微生物量抑制装置数は上記のように３台に限らず、これよりも多くてもあるいは少なくてもよい。

本発明の第３の実施の形態を図３により説明する。すなわち、この微生物量抑制装置は、第１の実施の形態において、排出部３が、タンク９内の液体を流入口４に戻す帰還路１７と、帰還路１７と選択的に切り換えられてタンク９内の液体を外部に放出する放出部１２とを有する。帰還路１７はその一端が切り換え弁１３を介して放出口１０に接続され、他端が切り換え弁１６を介して流入口４に接続されている。切り換え弁１３により帰還路１７と放出部１２とを選択的に切り換える。また切り換え弁１６により流入口４に対して取り入れ口４ａと帰還路１７とを選択的に切り換えている。切り換え弁１３、１６は連動して帰還路１７が開くように設定されている。

この微生物量抑制装置によれば、切り換え弁１３、１６により帰還路１７が連通しているときは同じ液体が導管２を何回か通ることができ、その度に加圧減圧されて微生物の不活化が行われるので、活性な微生物の減少率がきわめて高い液体となる。一方、切り換え弁１３、１６を切り換えると帰還路１７が閉じ、放出部１２が開いて放出部１２から微生物の減少した水をプールに返し、また流入口４の取り入れ口４ａが開いてプールの水を新たに取り込むことができる。

以下、微生物の不活化の実験結果を示す。

（微生物量抑制装置）図１の第１の実施の形態を利用する場合、放出口１０に微生物量抑制装置で少なくとも１回分放出される液体を入れることができる容器を用意し、容器から試料採取する。微生物量抑制装置に通す回数(Pass数)が２以上の場合、微生物量抑制装置を通過して容器に入った液体を、再度微生物量抑制装置に通し、これを必要な回数繰り返す。試料採取に必要な回数に応じて容器から試料採取する。図３の第３の実施の形態を利用する場合、微生物量抑制装置に通す回数が１回の場合に要する時間を計測しておき、帰還路１７を利用して液体を巡回させ、試料採取に必要な回数に対応する時間の経過に応じてタンク９から試料採取する。

（微生物量抑制装置の詳細）加圧ポンプ１はレシプロピストンポンプを用い、吐出圧力３５ＭＰａ、吐出量２．１ Ｌ/ｍinであった。加圧ポンプ１の駆動モータＭは定格出力５．５ｋｗを用い、回転数１５００ｒｐｍであった。導管２はステンレス（ＳＵＳ３０３）の圧力管を用い、外径φ１６、内径φ１２、長さ３０００ｍｍであり、圧力計１１による導管２内の圧力は３４ＭＰａであった。したがって、導管２内を流れる微生物の加圧時間は、約１０秒である。絞り部８ａはねじ込みタイプの絞り弁を用いた。タンク９はステンレス製であり、容量は２０Ｌである。

（試料採取）微生物量抑制の対象となる地下水を、微生物量抑制装置に通す回数(Pass数)が１、２、５、１０、２０のときに、上記のやり方で試料採取した。

（試料採取の計測）試料採取した水中の細菌のコロニー形成細菌数（Colony forming units；CFU/ml）の計測を行った。コロニー形成細菌数は、R2A培地において２５℃で７日間培養し、その結果形成されたコロニー（培地上に肉眼でみえる程度に増殖した細菌の集まり）を計測した数値である。R2A培地は水環境中の細菌の係数に用いられている寒天平板培地である。コロニー形成細菌数の計測では活性な細菌が培養されて増殖したものを計数するので、培養前に活性であった微生物量をほぼ示すこととなる。計測結果は表１のとおりである。

表１において、Ｐａｓｓ数が０は微生物量抑制装置に通す前の地下水（水温１０℃）の試料である。表１によれば、コロニー形成細菌数は、Ｐａｓｓ数０が約７７,０００であるのに対して、Ｐａｓｓ数１で約１,３００に減少し、Ｐａｓｓ数２でＰａｓｓ数１と比べて約１/２.６に減少していることがわかる。ＮＤは検出限界以下であることを示す。図４は、Ｐａｓｓ数０、２、５、１０、２０のときのコロニーの写真である。Ｐａｓｓ数の増加にしたがってコロニー数が減少していることがわかる。なお、図５はＰａｓｓ数０のときの細菌の走査形電子顕微鏡像であり、活性な細菌を示す。図６はＰａｓｓ数１０のときのものであり、細菌が微生物量抑制装置により損傷ないし破壊されている状態を示す。上記の結果、地下水を微生物量抑制装置に１回通すだけで、地下水の活性な細菌の量が相当抑制され、Ｐａｓｓ数の増加とともに活性な微生物量が激減していることが確認できた。

本発明は、大量処理が可能で、高圧に耐える導管を作りやすく、簡単かつ安価に製造することができ、微生物量抑制装置およびシステムとして、生活環境に存在する液体中の微生物量の抑制に有用である。

１ 加圧ポンプ
２ 導管
３ 排出部
４ 流入口
５ 流出口
６ 一端
７ 他端
８ 排出口
８ａ 絞り部
９ タンク
１１ 圧力計
１７ 帰還路

Claims (3)

1. 微生物を含む液体を取り込む流入口を有し前記液体を送出する流出口を有して前記流入口から取り込んだ前記液体を前記流出口へ圧送する加圧ポンプと、前記加圧ポンプの前記流出口に一端が接続されて前記加圧ポンプにより圧送される前記液体を前記一端から他端へ導く導管と、前記導管の前記他端に設けられ前記導管よりも断面積が小さい絞り部を有し前記液体を前記導管の外部へ噴出させる排出口とからなり、前記導管内を前記液体が移動する間、前記加圧ポンプによって加圧される前記液体の圧力が１４ＭＰａから５０ＭＰａの範囲であり、前記液体の圧力により前記液体中の前記微生物を高圧に加圧し、前記液体が前記排出口で噴出して前記液体の前記圧力が低下することで前記微生物を前記高圧から急激に開放させて不活化する微生物量抑制装置。
2. 前記排出口は排出部の一部として構成され、前記排出部は前記排出口から排出される前記液体を受けるタンクと、前記タンク内の液体を前記流入口に戻す帰還路を有する請求項１記載の微生物量抑制装置。
3. 請求項１記載の微生物量抑制装置の複数を直列に接続し、前記液体を複数の微生物量抑制装置に順次通して複数回の微生物量の抑制を行う微生物量抑制システム。