JPH0236869A

JPH0236869A - 滅菌装置とその方法

Info

Publication number: JPH0236869A
Application number: JP63185584A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Morikawa; 徹夫森川; Toshio Tsuemoto; 杖本　敏夫; Takeshi Namikoshi; 浪越　武
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1990-02-06
Also published as: JPH0458341B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野１本発明は、微生物を電気化学的に非活性化して滅菌させ
る装置及びその方法に関し、詳しくは確実に非活性化し
て滅菌に至らせようとする技術に係るものである。

［従来の技術１処理水は最終段階として滅菌処理がなされなければなら
ない。従来多くの滅菌法が行なわれ、塩素を利用する方
法は最も広く適用されているものである。そして他の滅
菌法として、オゾン法、銅・銀イオンを用いる法、高分
子化合物による吸着法、紫外線滅菌法等がある。そして
オゾン法としては特公昭５２−１５４２５３号公報、塩
素法としては特開昭５９−４４９０号公報、紫外線法と
しては実開昭５７−１．２８３９０号公報等がある。

又、微生物を電気化学的に非活性化して滅菌に至らせる
電気化学滅菌法も提案され、光半導体微粒子を用いたも
のとして、特開昭６１−７６１１６０号公報及び特公昭
６２−６６８６１号公報等のものがある。

［発明が解決しようとする課題］ところが、塩素を利用する方法においては、発癌の問題
、水生生物への影響、その他いろいろな問題が指摘され
ている。又、オゾン法、銅・銀イオンを用いる法、高分
子化合物による吸着法、紫外線滅菌法においては、形状
がコンパクトであること、運転、保全が容易であること
、騒音や健康への悪影響がないこと等を考慮しなけれは
ならないものである。そして近年注目され提案されてい
る電気化学滅菌法においては、その良さが充分ありなが
ら、上述した光に反応する光半導体を使用するものや、
電極を使用するものもあるが、実用化に至らせ難いもの
となっていた。

ところで、微生物の生細胞を電極に接触させると、生細
胞内の補酵素（例えばｃｏｅｎｚｙ＋ｎｅ　八；　Ｃｏ
Ａ　）が関係して電流が生じ、そしてこの補酵素は電極
上で酸化され、これに伴い生細胞の破壊や活性が低下し
、滅菌されることが判っている。このことを利用して、
生細胞に特有の電位を印加し、生細胞内の補酵素を酸化
し、生細胞を破壊し、その活性を低下させ滅菌させるの
が電気化学滅菌法の原理である。かかる原理は判ってい
るが、実用化に至らせるのが困難なのが現実である。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、電気化学滅菌法を実用化でき
、実際面で容易に使用することができる滅菌装置及びそ
の方法を提供することにあ：（る。

［課題を解決するための手段］本発明の滅菌装置は、一方が作用電極１、他方が対極２
となる電極要素３及び参照電極１３としての甘汞電極１
３ｇをリアクター４内に装填し、リアクター４に処理液
１１を導入する導入口５と、各電極間を通過させた処理
済液１２を導出させる導出１コロとを形成し、甘汞電極
１３ａと作用電極１間の電位差を０．７ボルト以上に、
そして作用電極１の面積とリアクター４の容積の比率を
略０゜０５以下に設定して成ることを特徴とするもので
ある。

［作用］このように、処理液が通過する作用電極１と参照電極１
３としての甘汞電極１．３ａ間の電位差を０．７ボルト
以上に、そして作用電極１の面積Ｓとリアクター４の′
＠−積Ｖの比率Ｖ／Ｓを略（）、０５以下に設定するこ
とで、後述する実施例に示す種々の実験結果によって、
効率よく滅菌させることができることが判り、上記電気
化学滅菌法を実用化に至らせることができたのである。

すなわち、作用電極１の面積Ｓとリアクター４の容積Ｖ
の比率Ｖ／Ｓを略０．０５以下に設定した条件下で、か
つ生細胞に特有の電位を印加することで、生細胞内の補
酵素の酸化を効率よく行い、生細胞を効率よく破壊し、
その活性を効率よく低下させ滅菌さるに至ったのである
。

［実施例１以下本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。

第１図は本発明装置の概略図を示していて、リアクター
４はガラス製もしくは絶縁性プラスチック等の円筒ケー
シング７内にカーボンクロス８の２枚の一方を作用電極
１とし、他方を対極２とし、これらの２枚のカーボンク
ロス８．８間にイオン交換膜１４を介装して画電極１，
２間の短絡防止を図った電極要素３を渦巻き状に巻いて
挿入し、円筒ケーシング７の下端に形成された導入口５
がらポンプ９を介して圧送された処理液１１を作用電極
１と対極２との闇に通して作用電極１及び対極２に接触
させ、ポテンショスタット１０を介して作用電極１と参
照電極１３としてのＵ′木組電極１３８開印加された後
述する特定電位により、処理液１１中の微生物の生細胞
の補酵素を酸化させ、しかしてその活性を奪い、滅菌す
るようにし、そして滅菌がなされた処理済液１２を円筒
ケーシング７の上部に形成した導出口６から導出するよ
うにしたものである。又、円筒ケーシング７の上端には
、参照電極（甘汞電極；以下Ｓ、Ｃ，Ｅと言う）１３と
しての甘汞電極１３ａを配設しである。この参照電極１
３としての甘汞電極１３ａは化学反応の生起による電位
の変動を抑制するものであり、さらにたとえば、処理液
１１又は処理済液１２中の有機質成分が還元剤として働
くことがあり、かかる場合に安定性がよいものである。

以下に実験結果を示す。

実験条件（１）試料水（！ｌ！擬排水）実験に使用した大腸菌は、Ｎｕｔｒｉｅｎｔ培地（肉エ
キス１％、ペルトン１％、ＮａＣ１０，５％）を使用し
、３７°Ｃ１１２時間好気的に振どう培養したものを用
いた。培養に先立ち、培地は調整後１２０°Ｃ１１０分
間オートクレーブにより加熱滅菌した。培養した大腸菌
を集菌後、滅菌水道水に１０２〜１０３個／ｍｌになる
ように懸濁させたものを試料水とした。

（２）滅菌効果の測定方法測定すべき試料水から、ピペットで１Ｖｌｌを採取し、
滅菌したシャーレ上にまき、その上にあらかじめ溶解し
ておいた寒天培地（ＮｕｔｒｉｅｎＬ培地に寒天を２％
加えたもの）を約２０ｍ１注ぎ、ただちにシャーレを静
かに振とうして、菌をよく分散させながら、平板に固め
た。これを３７°Ｃ１２４時間培養した後、生成したコ
ロニー数から菌数を測定した。滅菌効果は以下の式によ
って求めた。

滅菌効率（大腸菌残存率、％）＝試験後の試料水中のコロニー数／試験前の試料水中の
コロニー数×１００（３）実験装置の概要は第１図及び第２図に示している
。そしてリアクター４のＮ法、容積等の概要を表−１に
示す。

＝７ φ１及びφ２はリアクターの直径、１１はリアクターの
高さを示す実験−１（印加電圧の影響把握）リアクター４に加える電位が滅菌効果に与える影響を把
握する為に、（Ｒも効果的な印加電圧の把握）リアクタ
ーＮｏ、（電極表面積；　３００　ｃ、τへ２、容量１
５ｃｍ’）を用いて実験を行った。

（１）実験方法リアクター４に、模擬排水を流速０．５ｍｌ／ｍ１ｎ（
１５分間滞留）、１．５ｍｌ／ｍ１ｎ（１０分滞留の速
度で注入し、リアクター４内１こ満水にした後、更に３
０＋ｎｌの模擬排水をリアクター４内を通過せしめた後
電位を印加した。）印加電位はＯ■〜１，５Ｖ（対Ｓ、Ｃ，Ｅ）の範囲で変
化せしめた。菌数測定用サンプルとしては、ＦＡ擬擬木
水サンプル−１）、電位印加直前の流出水（サンプル−
２）、及び電位印加後、リアクター４の容量の１．５倍
の模擬排水がリアクター４内を通過した後の流出水（サ
ンプル−３）を採取した。

リアクター４の滅菌率は、サンプル−２とサンプル−３
の比率によって求めた。又同時に、リアクター４の吸着
現象による見かけ上の滅菌効果についても、サンプルー
ツとサンプル−２のコロニー数の比率によって検討を加
えた。

（２）実験結果及び考察第４図に印加電位と滅菌率の関係を示す。第４図より明
らかなように、流速０．５〜１．５＋ｎｌ／ｍ１ｎ（滞
留時間３０分〜１０分間）の範囲では、滞留時間とは関
係なく　、０．５Ｖ以下ではほとんど滅菌効果は認めら
れず、０，６Ｖでも５５〜６５％の滅菌率であるが、０
．７■では顕着な滅菌率の向上が認められ９０％以」−
の滅菌率を示した。

又、それ以上の電位を加えても、実質上有意の差は認め
られなかった。これは原理的検討段階において明らかに
されている。約０．７ｖにて大腸菌と電極との間での電
極反応が生じることが裏付けるものであり実装置レベル
においても０．７Ｖ以上の電位を印加すれば滅菌が可能
であることを示している。

実験−２（接触時間の影響把握）（１）実験方法接触時間の滅菌効果に対する影響を把握するために、印
加電位を０．７Ｖ（対Ｓ、Ｃ，ｌミ、）に設定し、リア
クターＮｏ１．３．４．５．６．９の６種類のりアクク
ー４を用いて、リアクター容量／電極表面積（Ｖ／Ｓ）
を変化せしめて実験を行った。模擬排水を夫々のリアク
ター４に注入、充満させた後、更に、リアクター容量の
２倍相当の模擬排水がリアクター４より流出した時点で
、通水を中止し、０〜２０分の範囲で一定時間電位を印
加、保持した。

又、連続系での効果を把握するために、リアクターＮｏ
２．３を用いて、接触時開が０−１５分間の範囲になる
ように通水速度を変化せしめ、連続通水実験を行った。

滅菌効果の測定は静止系、連続系ともに、電位印加前後
の模擬排水の大腸菌数を測定、比較することにより求め
た。

第５図に静止系での接触時間と大腸菌残存率の関係を示
し、第６図に連続系での接触時間と大腸菌残存率の関係
を示す。

第５図より明らかなように、リアクターＮｏ１、Ｎｏ３
、Ｎｏ５においては、５分間の接触時間で約５０％、１
０分間の接触時間では略１００％の滅菌効果が１］得られた。これに対し、リアクターＮｏ６では接触時間
１０分で略７０％の滅菌効果であり時間を更に延長して
も実験範囲内では１００％には達し得なかった。

又、リアクターＮｏ４、Ｎｏ９においては最大でも約２
５％の滅菌効果しか得られなかった。

リアクターＮｏ４、Ｎｏ５、Ｎｏ６はその電極の表面積
寸法等に差はないにもかかわらず、結果に天外な差が認
められる。これはリアクター４の有効容量に対する電極
の充填密度（Ｖ／Ｓ）の差によるものと考えられる。即
ち、リアクターＮｏ４では、■／Ｓ値は０，０９７、Ｎ
ｏ５では０．０５６、Ｎｏ６では０．０７２であり、そ
の充填密度の順に応じて（Ｖ／Ｓ値が小さい程、充填密
度は高くなる）、滅菌効果の向上が認められている。

又他のリアクター４についても、Ｖ／Ｓ値と滅菌効果の
間には同様の関係が認められ、この■／Ｓ値を滅菌装置
の重要な設定値と考えてよいことが明確となった。

実験の範囲では、Ｖ／Ｓ値は０．０５近辺であれば約１
０分間の接触時間が必要であることがわかった。

又、第６図に示すように、連続系についても実験範囲内
においては、Ｖ／Ｓ値が０．０５近辺であれば、１０分
間の接触時間になる通水速度であれば、充分滅菌可能で
あることが判った。

しかして詳述した種々の実験結果によって、作用電極１
の面積Ｓとリアクター４の容積■の比率Ｖ／Ｓを略０．
０５以下に設定した条件下で、かつ生細胞に特有の電位
を印加することで、生細胞内の補酵素の酸化を効率よく
行い、生細胞を効率よく破壊し、その活性を効率よく低
下させることが判った。

そして本発明装置及び方法は、家庭からの生活排水を再
利用するのに用いたり、又、工業排水を再利用するのに
用いることができるが、特に家庭において用いるのに、
部品、薬剤の補給、交換等を行わなくてもよく、運転及
び保守が容易であり、又、騒音も無く、２次生成物もな
く、簡易に使用することができるものである。

［発明の効果］以上要するに本発明は、処理液が通過する作用電極と参
照電極としての甘汞電極間の電位差を０゜７ボルト以上
に、そして作用電極の面積とリアクターの容積の比率を
略０．０５以ｆに設定しであるから、種々の実験結果に
より、効率よく滅菌させることができることが判り、電
気化学滅菌法を実用化に至らせることができたのである
。

すなわち、作用電極の面積とリアクターの容積の比率を
略０．０５以下に設定した条件下で、かつ生細胞に特有
の電位を印加することで、生細胞内の補酵素の酸化を効
率よく行い、生細胞を効率よく破壊し、その活性を効率
よく低下させ滅菌させるに至ったのである。しかもリア
クターー二参照電極としての甘汞電極を設けであるから
、処理水中での化学反応の生起に起因する電位変動を抑
制でき、処理水の連続処理を安定して行うことができる
という利点がある。

又、作用電極と対極とが多孔質で形成されているから、
処理液との接触面積を大きくでき、接触効果を高めるこ
とができる。

又、作用電極及び対極がカーボンクロスで形成されてい
るから、電極の耐久性を増し、安価で容易に多孔質の電
極を得ることができる。

又、作用電極と対極間にイオン透過性の膜を配置し、膜
がイオン交換樹脂膜であるから、電極間の絶縁を図り、
イオン透過を可能にできる。

又、作用電極間に膜を配置して爪ねて渦巻き状にしであ
るから、処理水との接触面積を増すことかで外ながら、
リアクター内で処理水が混合するのを防止でき、処理効
率を高めることができる。

又、リアクターの下方から処理液を導入し、上方から処
理済液を導出するから、最も適切、かつ効率的な処理が
できる。

又、処理液と作用電極及び対極との接触時間を１０分以
上にすることで、充分な滅菌を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略説明図、第２図は同上
の斜視図、ｖＪ３図は同上の破断斜視図、第４図は同上
の印加電圧と滅菌率との関係を示すグラフ、第５図は同
」二の静止系での接触時間と大＝１５腸菌残存率の関係を示すグラフ、第６図は同上の連続系
での接触時間と大腸菌残存率の関係を示すグラフであり
、１は作用電極、２は対極、３は電極要素、４はリアク
ター、５は導入口、６は導出口、１３は参照電極、１３
ａは甘汞電極である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一方が作用電極、他方が対極となる電極要素及び
参照電極としての甘汞電極をリアクター内に装填し、リ
アクターに処理液を導入する導入口と、各電極間を通過
させた処理済液を導出させる導出口とを形成し、甘汞電
極と作用電極間の電位差を０．７ボルト以上に、そして
作用電極の面積とリアクターの容積の比率を略０．０５
以下に設定して成ることを特徴とする滅菌装置。
（２）作用電極と対極とが多孔質で形成されていること
を特徴とする請求項１記載の滅菌装置。
（３）作用電極及び対極がカーボンクロスで形成されて
成ることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の
滅菌装置。
（４）作用電極と対極間にイオン透過性の膜を配置して
成ることを特徴とする請求項１記載の滅菌装置。
（５）膜がイオン交換樹脂膜であることを特徴とする請
求項４記載の滅菌装置。
（６）作用電極と対極間に膜を配置して重ねて渦巻き状
にして成ることを特徴とする請求項１もしくは請求項４
記載の滅菌装置。
（７）リアクターの下方から処理液を導入し、上方から
処理済液を導出することを特徴とする請求項１記載の滅
菌装置。
（８）処理液と作用電極及び対極との接触時間を１０分
以上にすることを特徴とする請求項１記載の滅菌方法。