JP2001017980A - 液中微生物の殺菌方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液中に存在する微生物を効率よく移動させて
捕集し殺菌することができる液中微生物の殺菌方法およ
び装置を提案する。 【解決手段】 対向する電極１、２、多孔質絶縁シート
３、４を挟んで開口部５ａ、６ａを有する絶縁シート
５、６を配置して、電極間に形成される電界の絞り部を
形成し、高電圧パルスを印加して電気泳動および誘電泳
動により液中の微生物を捕捉して殺菌する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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） 対向する電極間に電界の絞り部を形成し、電極
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） 電界の絞り部は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上記（１）の方
法。 （３） 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）または（２）の方
法。 （４） 対向する電極と、電極間に形成される電界の絞
り部と、電極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。 （５） 電界の絞り部は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である上記（４）の装置。 （６） 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（４）または（５）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１
００μＳ／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、対向する電極間に電界の絞り部を形成し、電極間
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の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
に対向する電極間に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。絶縁シートは片側の電極近くのみで
も、両側の電極近くに配置させてもよいが、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。このほか絞り部としては一方の電極板に凹
凸を形成してエッジ部を設けることにより、エッジ部に
電界が集中し電界の絞り部が形成される。このような対
向電極としては平行平板電極のほか同心円筒状のシリン
ダタイプでもよい。板状電極に対向して針状電極を設け
たものは針状電極に電界が集中して絞り部が形成され
る。

【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、針対平板電極、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
して電極を平行に流し、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、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１
０μｍ）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１ｍ
ｍ、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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向する電極間に電界の絞り部を形成
   し、電極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. 【請求項２】 電界の絞り部は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請求項１の
   方法。
3. 【請求項３】 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または２の方
   法。
4. 【請求項４】 対向する電極と、 電極間に形成される電界の絞り部と、 電極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。
5. 【請求項５】 電界の絞り部は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である請求項４の装
   置。
6. 【請求項６】 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４または５の装置。