JPH11262762A - 殺菌処理方法および殺菌処理装置 - Google Patents
殺菌処理方法および殺菌処理装置Info
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- JPH11262762A JPH11262762A JP10069738A JP6973898A JPH11262762A JP H11262762 A JPH11262762 A JP H11262762A JP 10069738 A JP10069738 A JP 10069738A JP 6973898 A JP6973898 A JP 6973898A JP H11262762 A JPH11262762 A JP H11262762A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、病原体の殺菌を簡便に、かつ環境に
悪影響を及ぼさずに殺菌すること。 【解決手段】飲用水に超音波を照射し、飲用水に微小キ
ャビテーション気泡を発生させ、例えば病原原虫の殻を
破壊すると共に水道水中の残留塩素と超音波の酸化作用
効果を併用することにより殺菌のみでなく、脱臭、脱色
等も行えるように構成した殺菌処理方法および装置。
悪影響を及ぼさずに殺菌すること。 【解決手段】飲用水に超音波を照射し、飲用水に微小キ
ャビテーション気泡を発生させ、例えば病原原虫の殻を
破壊すると共に水道水中の残留塩素と超音波の酸化作用
効果を併用することにより殺菌のみでなく、脱臭、脱色
等も行えるように構成した殺菌処理方法および装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中の病原体を殺
菌あるいは除去する殺菌処理方法および殺菌処理装置に
関し、更に詳しくは上水道に利用して好適で殻を有する
病原原虫やその他の細菌等を安全に殺菌あるいは除去す
ることが可能な殺菌処理方法および装置に関する。
菌あるいは除去する殺菌処理方法および殺菌処理装置に
関し、更に詳しくは上水道に利用して好適で殻を有する
病原原虫やその他の細菌等を安全に殺菌あるいは除去す
ることが可能な殺菌処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、上水道における水の消毒は、塩素
を利用して行われている。しかし、塩素による消毒によ
れば、例えばクリプトスポリジウム等の病原原虫には殻
を有するため殺菌としては効果がない。
を利用して行われている。しかし、塩素による消毒によ
れば、例えばクリプトスポリジウム等の病原原虫には殻
を有するため殺菌としては効果がない。
【０００３】殺菌効果を高めるには、強力な薬物を使用
することが考えられるが、この場合殺菌効果が得られた
としても環境を汚染する問題があり、人体に悪影響を及
ぼす問題があり、安易に使用できない。
することが考えられるが、この場合殺菌効果が得られた
としても環境を汚染する問題があり、人体に悪影響を及
ぼす問題があり、安易に使用できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、環境
を汚染することなく、例えばクリプトスポリジウム等の
ように殻を有する病原原虫あるいはそれ以外の細菌等を
簡便に消毒・殺菌することが可能な殺菌処理方法および
装置を提供することにある。
を汚染することなく、例えばクリプトスポリジウム等の
ように殻を有する病原原虫あるいはそれ以外の細菌等を
簡便に消毒・殺菌することが可能な殺菌処理方法および
装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、飲用水に超音波を照射し、飲用水にキャ
ビテーション気泡を発生させ、水中に含まれる病原体を
殺菌する手段を設けた。
に、本発明は、飲用水に超音波を照射し、飲用水にキャ
ビテーション気泡を発生させ、水中に含まれる病原体を
殺菌する手段を設けた。
【０００６】超音波による酸化作用効果と水道水中の残
留塩素を併用することにより、殺菌のみでなく、脱臭、
脱色等も行うことができる。
留塩素を併用することにより、殺菌のみでなく、脱臭、
脱色等も行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】浄水場あるいは自家用水道設備に
おいて、飲用水に超音波を照射し、超音波による殺菌作
用があることについては多くの報告がる。しかし、本発
明者の知る限りではクリプトポリジウム等のように殻を
有する病原原虫の殺菌についての報告は見受けられな
い。超音波による殺菌作用はキャビテーションによる機
械的破壊による場合と、超音波加熱による熱的効果によ
る場合と、酸化作用等による化学効果による場合があ
り、殺菌対象の細菌によりどの方法を取るか決め、最適
設計を行っているのが現状である。ここで、本発明者は
クリプトポリジウム等のように殻を有する病原体（病原
原虫）の殺菌においては、殻を破壊することができれ
ば、水道水における残留塩素により菌を死滅することか
ら、まず、機械的破壊による処理を基本として考え、キ
ャビテーションが重要な要素であることに気づいた。こ
のキャビテーションは、ポンプの回転翼により簡単に発
生させることができる。しかし、このようなキャビテー
ションによる効果的な殺菌は現実問題として不可能であ
る。その理由は、キャビテーションによる殺菌作用のメ
カニズムによる。つまりキャビテーションによる殺菌作
用は、キャビテーション気泡の表面に存在する細菌が、
気泡が収縮消滅する時に、反対側から突進してきた液体
分子と激突することにより破壊されると考えられる。従
って、この破壊メカニズムから、気泡の面積が大きいほ
ど殺菌効果が大きいことになる。ここで、通常のポンプ
の回転翼等によるキャビテーションにより発生する気泡
の大きさは半径１０センチメートル程度であり、面積は
１０００立法センチメートル、体積は４０００立法セン
チメートル程度である。ところで、同一の体積で、半径
が１ミリメートルとなると、一個の面積が１／１０００
０となり、個数が１００００００倍となるため、面積は
１００倍となる。このように、微小なキャビテーション
気泡を発生する技術が、効率的な殺菌のためには必須と
なる。
おいて、飲用水に超音波を照射し、超音波による殺菌作
用があることについては多くの報告がる。しかし、本発
明者の知る限りではクリプトポリジウム等のように殻を
有する病原原虫の殺菌についての報告は見受けられな
い。超音波による殺菌作用はキャビテーションによる機
械的破壊による場合と、超音波加熱による熱的効果によ
る場合と、酸化作用等による化学効果による場合があ
り、殺菌対象の細菌によりどの方法を取るか決め、最適
設計を行っているのが現状である。ここで、本発明者は
クリプトポリジウム等のように殻を有する病原体（病原
原虫）の殺菌においては、殻を破壊することができれ
ば、水道水における残留塩素により菌を死滅することか
ら、まず、機械的破壊による処理を基本として考え、キ
ャビテーションが重要な要素であることに気づいた。こ
のキャビテーションは、ポンプの回転翼により簡単に発
生させることができる。しかし、このようなキャビテー
ションによる効果的な殺菌は現実問題として不可能であ
る。その理由は、キャビテーションによる殺菌作用のメ
カニズムによる。つまりキャビテーションによる殺菌作
用は、キャビテーション気泡の表面に存在する細菌が、
気泡が収縮消滅する時に、反対側から突進してきた液体
分子と激突することにより破壊されると考えられる。従
って、この破壊メカニズムから、気泡の面積が大きいほ
ど殺菌効果が大きいことになる。ここで、通常のポンプ
の回転翼等によるキャビテーションにより発生する気泡
の大きさは半径１０センチメートル程度であり、面積は
１０００立法センチメートル、体積は４０００立法セン
チメートル程度である。ところで、同一の体積で、半径
が１ミリメートルとなると、一個の面積が１／１０００
０となり、個数が１００００００倍となるため、面積は
１００倍となる。このように、微小なキャビテーション
気泡を発生する技術が、効率的な殺菌のためには必須と
なる。
【０００８】超音波によるキャビテーション気泡は、音
圧が負の部分に発生することから、波長以下の気泡直径
となる。７．５ｋＨｚの超音波は、波長が２０ｃｍであ
ることから、通常のポンプの回転翼等によるキャビテー
ションにより発生する半径１０ｃｍよりも小さな気泡を
発生することになる。従って、これ以上の周波数の超音
波によりキャビテーション気泡を発生させると、効率の
良い殺菌が可能となる。
圧が負の部分に発生することから、波長以下の気泡直径
となる。７．５ｋＨｚの超音波は、波長が２０ｃｍであ
ることから、通常のポンプの回転翼等によるキャビテー
ションにより発生する半径１０ｃｍよりも小さな気泡を
発生することになる。従って、これ以上の周波数の超音
波によりキャビテーション気泡を発生させると、効率の
良い殺菌が可能となる。
【０００９】ここで、２０ｋＨｚ以下の周波数において
は、超音波による酸化作用が弱いことが知られている
「超音波技術便覧：日刊工業新聞社（新訂版）８５８
頁」。従って、周波数が２０ｋＨｚ以上の超音波を照射
しキャビテーションを発生させると、キャビテーション
による細菌殻の機械的破壊と同時に、細菌内容物の酸化
作用による分解無毒化、溶存色素の脱色あるいは無臭化
が可能となる。超音波の酸化作用は、５００ｋＨｚ以上
の周波数において、特に強力であることが知られてい
る。従って、５００ｋＨｚ以上の周波数の超音波を利用
することが、脱色あるいは脱臭等の付随的な目的におい
て特に顕著な効果を示すことになる。
は、超音波による酸化作用が弱いことが知られている
「超音波技術便覧：日刊工業新聞社（新訂版）８５８
頁」。従って、周波数が２０ｋＨｚ以上の超音波を照射
しキャビテーションを発生させると、キャビテーション
による細菌殻の機械的破壊と同時に、細菌内容物の酸化
作用による分解無毒化、溶存色素の脱色あるいは無臭化
が可能となる。超音波の酸化作用は、５００ｋＨｚ以上
の周波数において、特に強力であることが知られてい
る。従って、５００ｋＨｚ以上の周波数の超音波を利用
することが、脱色あるいは脱臭等の付随的な目的におい
て特に顕著な効果を示すことになる。
【００１０】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。図１は本発明の殺菌処理装置の基本構成図である。
図１において、１は水道管の水流路を示し、水道管の側
面には超音波送波器２を含む超音波装置が配置してあ
る。超音波送波器２は、水道管の一部に超音波を照射す
るものであり、該超音波は水流路１の一部に図示するよ
うな超音波面８が生じるような週は数を有する。入路４
からの飲料水は超音波照射領域３を通過する途中で超音
波照射により殺菌され、出路５から飲用に供される。
る。図１は本発明の殺菌処理装置の基本構成図である。
図１において、１は水道管の水流路を示し、水道管の側
面には超音波送波器２を含む超音波装置が配置してあ
る。超音波送波器２は、水道管の一部に超音波を照射す
るものであり、該超音波は水流路１の一部に図示するよ
うな超音波面８が生じるような週は数を有する。入路４
からの飲料水は超音波照射領域３を通過する途中で超音
波照射により殺菌され、出路５から飲用に供される。
【００１１】斯る基本構成においては、超音波音場が干
渉し、超音波波面８に示すように音圧の節が発生する。
従って、この部分を通過する細菌は破壊されないで出力
されることになる。
渉し、超音波波面８に示すように音圧の節が発生する。
従って、この部分を通過する細菌は破壊されないで出力
されることになる。
【００１２】図２はその問題点を考慮してなされ、水道
管の水流路がクランク状となるように構成し、このクラ
ンク部の横幅の広い部分を照射領域３ー１とし、該領域
に超音波を照射して超音波波面８ー１のように水の流れ
方向と直交するように照射を行う構成としたものであ
る。この構成によれば、細菌が、音圧の腹を通過するこ
とになり、細菌の破壊をより効果的に行うことができ
る。
管の水流路がクランク状となるように構成し、このクラ
ンク部の横幅の広い部分を照射領域３ー１とし、該領域
に超音波を照射して超音波波面８ー１のように水の流れ
方向と直交するように照射を行う構成としたものであ
る。この構成によれば、細菌が、音圧の腹を通過するこ
とになり、細菌の破壊をより効果的に行うことができ
る。
【００１３】図３は殺菌もれを更に改善した本発明の他
の実施例を示す模式図である。図３において、水道管の
水流路を２つの水流路１ー２、１ー３とし、それぞれの
水流路の一部に水流路の径より大きい径を有する貯水槽
６ー１、６ー２を設け、該貯水槽の側面にそれぞれ超音
波送波器２、２を配置し、該送波器を切り替えて駆動す
る構成としている。１８ａは入路４からの水を水流路１
ー２または１ー３のいずれか一方に導くための流路切り
替え弁であり、また１８ｂは貯水槽６ー１、６ー２のい
ずれか一方の水を出路５に導く流路切り替え弁である。
弁１８ａにより例えば水流路１ー２が選択された場合に
は、弁１８ｂは貯水槽６ー２を選択する方向に切り替え
られる。またこのとき、水流路１ー２側の貯水槽６ー１
に超音波を照射して殺菌処理を行い、その間は他方の殺
菌済みの水流路１ー３側の貯水槽６ー２から飲用水を出
路５に導かれる。
の実施例を示す模式図である。図３において、水道管の
水流路を２つの水流路１ー２、１ー３とし、それぞれの
水流路の一部に水流路の径より大きい径を有する貯水槽
６ー１、６ー２を設け、該貯水槽の側面にそれぞれ超音
波送波器２、２を配置し、該送波器を切り替えて駆動す
る構成としている。１８ａは入路４からの水を水流路１
ー２または１ー３のいずれか一方に導くための流路切り
替え弁であり、また１８ｂは貯水槽６ー１、６ー２のい
ずれか一方の水を出路５に導く流路切り替え弁である。
弁１８ａにより例えば水流路１ー２が選択された場合に
は、弁１８ｂは貯水槽６ー２を選択する方向に切り替え
られる。またこのとき、水流路１ー２側の貯水槽６ー１
に超音波を照射して殺菌処理を行い、その間は他方の殺
菌済みの水流路１ー３側の貯水槽６ー２から飲用水を出
路５に導かれる。
【００１４】図４は図３の貯水槽６ー１あるいは貯水槽
６ー２自体を複数の容器７ー１、７ー２で構成した場合
の例である。図４において、貯水槽６ー１の水はポンプ
２０により２つの容器７ー１、７ー２間に入れ替えられ
る。この入れ替え流路２１の部分（図では底面部に対向
する部分）に照射領域３が生じるように超音波送波器２
を配置し、殺菌処理を行えるようにする。このようにす
ると、超音波照射後の液体が照射前の液体から分離され
るため、更に効率良い殺菌が可能となる。ポンプ２０は
往復運動が可能である。
６ー２自体を複数の容器７ー１、７ー２で構成した場合
の例である。図４において、貯水槽６ー１の水はポンプ
２０により２つの容器７ー１、７ー２間に入れ替えられ
る。この入れ替え流路２１の部分（図では底面部に対向
する部分）に照射領域３が生じるように超音波送波器２
を配置し、殺菌処理を行えるようにする。このようにす
ると、超音波照射後の液体が照射前の液体から分離され
るため、更に効率良い殺菌が可能となる。ポンプ２０は
往復運動が可能である。
【００１５】図５は上述した飲料水殺菌処理装置におけ
る殺菌処理状況を監視する技術を説明するための構成図
である。図５において、９ー１、９ー２は水道管の流路
１の外周部に配置された一対の電極を示し、該電極９ー
１、９ー２は流路に電界を印可するものである。ここ
で、交流電界を印可すると、生存細菌１０は生理活性の
ため帯電していることから、図の矢印１１に示すような
蛇行運動を行う。一方超音波で破壊された細菌の残骸１
２は生理活性が失われるために電気的に中性となり、図
の矢印１３で示すような直線運動を行う。このような印
可電界に対する反応の差を水路内に配置された監視装置
１４により観測することにより、生存細菌の存在を確認
することが可能である。
る殺菌処理状況を監視する技術を説明するための構成図
である。図５において、９ー１、９ー２は水道管の流路
１の外周部に配置された一対の電極を示し、該電極９ー
１、９ー２は流路に電界を印可するものである。ここ
で、交流電界を印可すると、生存細菌１０は生理活性の
ため帯電していることから、図の矢印１１に示すような
蛇行運動を行う。一方超音波で破壊された細菌の残骸１
２は生理活性が失われるために電気的に中性となり、図
の矢印１３で示すような直線運動を行う。このような印
可電界に対する反応の差を水路内に配置された監視装置
１４により観測することにより、生存細菌の存在を確認
することが可能である。
【００１６】ここで、図６に示すように、電極９ー１、
９ー２に直流電界を印可すると、生存細菌１０は生理活
性のため帯電していることから、矢印１５に示すような
軌道変化が発生する。一方破壊された細菌の残骸１２は
電気的に中性であり、矢印１６に示すような直線運動を
行う。そこで図示のように水道管の流路に分取用の流路
１７を設けた構成とすることにより、生存細菌のみを高
濃度にて分取することが可能となる。このようにして分
離した細菌を、培養部１８において培養養殖してから、
生存細菌の有無を判定部１９により判定可能な構成とす
ることにより、殺菌処理完了の判定精度を向上すること
が可能となる。このような生存細菌の消滅を確認するこ
とにより、超音波照射を終了させるように構成とする
と、エネルギーの有効利用が図れる。
９ー２に直流電界を印可すると、生存細菌１０は生理活
性のため帯電していることから、矢印１５に示すような
軌道変化が発生する。一方破壊された細菌の残骸１２は
電気的に中性であり、矢印１６に示すような直線運動を
行う。そこで図示のように水道管の流路に分取用の流路
１７を設けた構成とすることにより、生存細菌のみを高
濃度にて分取することが可能となる。このようにして分
離した細菌を、培養部１８において培養養殖してから、
生存細菌の有無を判定部１９により判定可能な構成とす
ることにより、殺菌処理完了の判定精度を向上すること
が可能となる。このような生存細菌の消滅を確認するこ
とにより、超音波照射を終了させるように構成とする
と、エネルギーの有効利用が図れる。
【００１７】図７は図１〜図４に示す超音波による殺菌
処理技術と図６に示す技術を組み合わせた一例を示す図
である。即ち、図７は流路１の一部にサイドにくぼんだ
ような空洞の突き出し部を設け、該空洞部に生存細菌が
入り込むように流路１７を設け、その高濃度で生存細菌
を含む部分の流路１７に超音波送波器２を配置し、該流
路に超音波を照射させる構成としたものであり、斯る構
成によれば、効率的なエネルギー利用が期待できる。
処理技術と図６に示す技術を組み合わせた一例を示す図
である。即ち、図７は流路１の一部にサイドにくぼんだ
ような空洞の突き出し部を設け、該空洞部に生存細菌が
入り込むように流路１７を設け、その高濃度で生存細菌
を含む部分の流路１７に超音波送波器２を配置し、該流
路に超音波を照射させる構成としたものであり、斯る構
成によれば、効率的なエネルギー利用が期待できる。
【００１８】
【発明の効果】以上述べた本発明によれば、飲用水中に
含まれる細菌を環境に悪影響を及ぼすことなく、また簡
便な方法で殺菌することができる効果を奏する。
含まれる細菌を環境に悪影響を及ぼすことなく、また簡
便な方法で殺菌することができる効果を奏する。
【図１】本発明の殺菌処理装置の基本構造を示す図。
【図２】図１の改良例を示す図。
【図３】本発明の他の実施例を示す図。
【図４】図３の貯水槽の一例を示す図。
【図５】電界による生存細菌検出方式の説明図。
【図６】直流電界による生存細菌検出方式の説明図。
【図７】生存細菌分取いよる高効率超音波照射構成の説
明図。
明図。
１・・・流路、２・・・超音波送波器、３・・・超音波
照射領域、４・・・流路入り口、５・・・流路出口、６
・・・貯水槽、７・・・容器、９・・・電極、１４・・
・観察装置、１７・・・分取用流路、１８・・・弁、１
９・・・判定部、２１・・・入れ替え流路、２２・・・
培養部。
照射領域、４・・・流路入り口、５・・・流路出口、６
・・・貯水槽、７・・・容器、９・・・電極、１４・・
・観察装置、１７・・・分取用流路、１８・・・弁、１
９・・・判定部、２１・・・入れ替え流路、２２・・・
培養部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅村 晋一郎 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 川畑 健一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 鱒沢 裕 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (11)
- 【請求項１】飲用水が通過する流路にキャビテーション
を発生する強度を持つ超音波を照射し、前記流路を流れ
る水に含まれる病原体を殺菌することを特徴とする殺菌
処理方法。 - 【請求項２】前記超音波の周波数が７．７ｋＨｚ、２０
ｋＨｚ、５００ＫＨｚのいずれかでそれ以上である請求
項１記載の殺菌処理方法。 - 【請求項３】飲用水が流れる流路を有する水道管と、該
水道管の外周部に配置され、前記流路の水にキャビテー
ションを発生する強度を持つ超音波を照射する超音波装
置とを備え、前記超音波照射により前記水に含まれる病
原体を殺菌することを特徴とする殺菌処理装置。 - 【請求項４】前記水道管をクランク状として、該水道管
に流れる水の向きが変わるように構成し、該クランク部
に前記超音波装置の超音波を照射する構成とした請求項
３記載の殺菌処理装置。 - 【請求項５】前記水道管の流路を２つの流路とし、該流
路のそれぞれ流路より幅の大きな貯水槽をそれぞれ設
け、流路の入り口、出口部に前記２つの貯水槽の出入り
口部を開閉する流路切り替え弁装置を設け、前記２つの
貯水槽の側面に前記超音波装置を配置し、該超音波装置
により前記２つの貯水槽を選択的に超音波照射する構成
とした請求項３記載の殺菌処理装置。 - 【請求項６】前記貯水槽が複数の部分容器に区分された
構成とした請求項５記載の殺菌処理装置。 - 【請求項７】前記水道管の流路の一部に生存細菌を分離
する手段を設けたことを特徴とする請求項３記載の殺菌
処理装置。 - 【請求項８】前記生存細菌を分離する手段が、電界の印
可による生存細菌の移動現象を利用した構成である請求
項７記載の殺菌処理装置。 - 【請求項９】前記生存細菌を分離する手段にて分離した
生存細菌を培養する培養部を設けた請求項７記載の殺菌
処理装置。 - 【請求項１０】前記流路に生存細菌の消滅を確認する手
段を配置し、更に消滅を確認により前記超音波の照射を
終了する手段を設けてなる請求項３記載の殺菌処理装
置。 - 【請求項１１】前記生存細菌分離手段にて分離した生存
細菌を含む部分に対してのみ、前記超音波を照射してな
る請求項７記載の殺菌処理装置。
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