JP4131708B2

JP4131708B2 - レジオネラ属菌の殺菌装置

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Publication number: JP4131708B2
Application number: JP2004042508A
Authority: JP
Inventors: 輝義加藤; 光男渡辺
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Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: JP2005230675A

Description

本発明はレジオネラ属菌の殺菌装置に関し、例えば循環式浴場の塩素殺菌方式の循環システムにおいて塩素殺菌法の補助手段として併用することができ、レジオネラ属菌を完全に殺菌できるようにした装置に関する。

平成６年に全国主要温泉の調査においてレジオネラ属菌の発見が報告され、２４時間風呂の普及に対して平成９年にレジオネラ属菌の危険性が指摘されて以来、従来の菌類対策に加えてレジオネラ属菌に対する対策が求められている。

そこで、紫外線の照射によってレジオネラ属菌を殺菌する方法（特許文献１、特許文献２、特許文献３）、塩素と紫外線によってレジオネラ属菌を殺菌する方法（特許文献４）、光触媒によってレジオネラ属菌を殺菌する方法（特許文献５）、等が提案されているが、厚生労働省が２００１年１２月に定めた「循環式の場合に主として塩素で殺菌し、その濃度は１リットル当たり０．２〜．０４ｍｇを２時間以上保つことが望ましい」という要領（公衆浴場の衛生管理に関する要領）に従っているのが実情である。
特開平１１−１０４４０６号公報特開２０００−２１０２１７号公報特開２００１−２３２３９５号公報特開２００３−７１４６３号公報特開２００３−１９０９８９号公報

レジオネラ属菌は中性域のｐＨで、３０°Ｃ〜４２°Ｃの温度範囲でよく生育し、６０°Ｃを越えると死滅する菌で、温泉や浴場はレジオネラ属菌の生育に適した環境であることがよく知られている。

厚生労働省によって指導されている塩素の注入法は一定濃度の次亜鉛素酸ナトリウムの溶液を自動的に注入するか、自動注入装置が設置されていない施設ではフロルイソシアヌル酸ナトリウム錠剤（一錠１０ｇ含有する濃度５５％）を湯１０ｔ当り１個の割合で投入するという方法をとっていることが多い。そして、温泉や入浴施設でレジオネラ属菌の事故が起こると、塩素投入の行政指導をこれまで以上に強化する傾向にある。

しかし、人間が塩素を感ずる濃度は０．３５ｍｇ／ｌであり、塩素濃度がこの上限に近づけば塩素くさいとの苦情が頻発する一方、下限程度にすれば温泉での塩素濃度は０．０６５ｍｇ／ｌ程度の低い値となり、レジオネラ属菌の増加がみられることがある。

また、温泉の塩素濃度もその日の入浴者の多少、同じ人数でも平均して入浴される場合と一度に多くの入浴者がある場合とでは湯の撹伴される程度、湯の汚れ具合が変化し、塩素の濃度も変わるなどの事情で塩素の調節に苦労しているのが現状である。

また、配管の曲り角に“ぬめり”が生成していることがよく見られる。この“ぬめり”はレジオネラ属菌等の菌類の繁殖場所になっている。湯中の大きい浮遊物は塩素を注入した後に、濾過機のフィルタ−で除かれるが、生物の分泌物、蛋白質、脂肪、無機微粒子等の極微細コロイドは濾過機のフィルタ−で濾過されず、時間をかけてゲル状物質化し、沈積しやすい。この沈積したものが“ぬめり”であり、菌類の栄養源となり、塩素も“ぬめり”の中へは届き難く、レジオネラ属菌の培養場所になっている。この“ぬめり”の除去は浴槽設備の運転を停止し、清掃の頻度を上げることによって行う必要があった。

本発明はかかる問題点に鑑み、塩素殺菌法と併用し、レジオネラ属菌を完全に殺菌できるようにしたレジオネラ属菌の殺菌装置を提供することを課題とする。

そこで、本発明に係るレジオネラ属菌の殺菌装置は、密閉構造のタンク側壁面の下部及び上部の一方には処理すべき流体を配管から取り込む取込み口部が、他方には処理後の流体を配管に排出する排出口部が各々接続され、上記タンク内には第１容器が上記取込み口部に接近して配置され、該第１容器は少なくとも側面及び後述の第２容器に対向する壁面が流体を通過し得る構造を有し、上記第１容器内には天然放射性元素を含む希土類鉱物製の複数のセラミックスボ−ルが遊動可能に内蔵されている一方、上記タンク内には第２容器が上記排出口部に接近して配置され、該第２容器は少なくとも側面及び上記第１容器に対向する壁面が流体を通過し得る構造を有し、上記第２容器内にはトルマリン鉱物製のセラミックスボ−ルが内蔵され、上記タンク内には上記第１容器と上記第２容器との間に紫外線ランプが配置され、該紫外線ランプの周囲に光触媒体が配置されていることを特徴とする。

本発明の特徴の１つはタンク内に第１容器を取込み口部に接近して配置し、この第１容器に天然放射性元素を含む希土類鉱物のセラミックスボ−ルを内蔵した点にある。

このセラミックスボ−ルはタンク側壁面の取込み口部からの流体圧によって第１容器内を遊動し、取込み口部から排出口部に向かう流体の流れに乱流を与え、タンク内の流体を均一化する。他方、このセラミックスボ−ルからの放射線は殆どが流体に吸収されて水イオンや水酸ラジカルを生じ、これが流体中に分布している微細な有機物、例えば人間の垢を分解し、それに寄り集まっている菌類を流体中に放り出すので、菌類を確実に殺菌し得る状況にすることができる。

また、本発明の他の特徴はタンク内の第１容器の流体下流側に、主としてＵＶ−Ｂ波（波長２００μｍ〜３００μｍ）及びＵＶ−Ａ波（波長３００μｍ〜４００μｍ）を放射する紫外線ランプを設け、その周囲に光触媒体を配置するようにした点にある。

紫外線ランプからの紫外光のうち、波長２５３μｍのＵＶ−Ｂ光は流体中の菌類を光により直接死滅させることができる。他方、紫外線ランプからの紫外光のうち、ＵＶ−Ａ光は光触媒体の二酸化チタン表面で流体中の菌を殺菌することができる。そこで、表面に二酸化チタン薄膜を生成させた光触媒体を紫外線ランプ軸と平行に、好ましくは筒状に配置し、紫外光と流体を効率よく光触媒体に接触させるのがよい。この露光によってレジオネラ属菌等の菌類を殺菌することができる。

即ち、紫外線ランプを円筒状のタンクの中心線上に配置し、光触媒体を表面に二酸化チタンをコーティングした金網で円筒状に製作し、紫外線ランプの周囲には光触媒体を異なる半径の同心円上に配置するのが好ましい。

紫外線ランプによるレジオネラ菌類の殺菌効果と滞留時間との関係を試験した。内容積６リットルタンクを用い、タンク内の滞流時間を、０、３０，６０，１２０、１８０，３００秒になるようポンプ流量を変化させ、菌類の生死を計数した。その試験結果を表１に示す。

試験結果から、殺菌には最低２分の滞流時間が必要であることが分かり、以後の装置設計の基準とした。なお、レジオネラ属菌を殺菌できれば、他の菌も同時に殺菌できることも分かった。

本発明の更に他の特徴はタンク内に第２容器を排出口部に接近して配置し、この上方容器にトルマリン鉱物製のセラミックスボ−ルを内蔵した点にある。

トルマリン鉱物は自発電極を有する鉱物で、その微細粒子は１０ｅＶの電圧を持ち、その表面には０．００３ｍＡ（人体を流れる電流と同じ程度）の微弱電流が流れる。この微弱電流を流体に与えると、紫外線の露光や光触媒との接触によって流体中に生成するイオンや電子もこれに加わって“ぬめり”の原因物質の段階でイオンに変化させ、“ぬめり”の生成を阻止することができるものと考えられる。

なお、トルマリン鉱物製のセラミックスボ−ルの“ぬめり”に対する実際の効果は短時間に、また計数的に示せるものでなく、家庭用水（台所、風呂、トイレ等）の下水排出口を清掃時に観察し、通常の水道水を使用している場合と、家の入口でトルマリン鉱物製のセラミックスボ−ルの充填管を通した水を使用している場合を比較し、前者ではぬめり状物質がみられるが、後者ではさらさらした粘りの少ない土質状の沈積があるだけである、という経験的な観察を根拠にしている。

タンクは密閉構造であればよいが、タンクを円筒状とし、タンク内で流体に渦流を与えて流体をセラミックスボール、紫外線ランプ及び光触媒体と効率よく接触させるのがよい。また、取込み口部及び排出口部はタンク側壁面の上部と下部に設けるが、流体をタンク内で円滑に流動させる上で、タンク側壁面の下部に取込み口部を、上部に排出口部を設け、流体を上昇させるのがよい。

即ち、タンクを密閉構造の円筒状となし、取込み口部をタンク側壁面の下部に、排出口部がタンク側壁面の上部に各々接続するのがよい。

タンク内の流体に上昇渦流を確実に与えるとともに、流体をタンク内に所定時間だけ滞留させ、殺菌処理を確実に行う上で、取込み口部及び排出口部の口径を配管の口径よりも１／３〜２／３、好ましくは１／２程度に絞るのがよい。取込み口部及び排出口部の口径を配管よりも絞ると、タンク内に取り込まれる流体の時間当りの量は少なくなるが、流速は加速され、タンク内壁面に沿って上昇渦流となりやすい。このようにすると、タンク内での流体の滞留時間を長くできるとともに、タンク内で流体を均一に分布させることができる。

また、タンク内で流体の渦流を確実に発生させる上で、取込み口部及び排出口部を平面から見てタンク側壁面の相互に対向する位置においてタンク側壁面の接線方向に接続するのがよい。

第１容器及び第２容器は少なくとも側面及び他方の容器に対向する壁面が流体を通過し得る構造を有していればよく、例えば金網又はパンチングプレートで構成されることができる。

本発明に係るレジオネラ属菌の殺菌装置は単独で用いることができるが、塩素殺菌システムと併用すると、たとえ塩素処理の殺菌効果にバラツキが生じる環境下でも“ぬめり”の発生を抑えることによってレジオネラ属菌を確実に、具体的には規定値１０個／１００ｃｃ以下まで殺菌することができる。

さらに、下記の実施形態では循環式浴槽設備におけるレジオネラ属菌の殺菌装置を例に説明するが、本発明はこれに限定されず、水道施設、飲料水設備、その他の流体の施設や設備に適用できる。

以下、本発明を図面に基づいてさらに詳細に説明する。図１ないし図５は本発明に係るレジオネラ属菌の殺菌装置を好ましい実施形態を示す。一般に使用されている循環方式の浴槽設備では図１に示されるように、浴槽１の底部に排水口１０Ａが設けられ、排水口１０Ａには循環配管１１の取込み管部分１１Ａが接続され、循環配管１１の取込み管部分１１Ａの下流側にはフィルターを内蔵した集毛器（ヘアキャッチャ）１２及び循環ポンプ１３が接続され、循環ポンプ１３の下流側には公知の塩素注入装置１４、濾過機１５及び加熱器１６が接続され、浴槽１０の湯はこれらの集毛器１２、循環ポンプ１３、塩素注入装置１４、濾過機１５及び加熱器１６を経て循環配管１１の送込み管部分１１Ｂによって元の浴槽１０に戻されるようになっている。

本例のレジオネラ属菌の殺菌装置２０は循環ポンプ１３と塩素注入装置１４との間の循環配管１１に接続され、塩素剤の少ない注入量でレジオネラ属菌の殺菌効果を得るために相補って作用するようになっている。なお、本例のレジオネラ属菌の殺菌装置２０を塩素注入装置１４の下流側に設けると、直接塩素分解を引き起こす。

本例のレジオネラ属菌の殺菌装置２０では図２及び図３に示されるように、円筒状のタンク本体２１の上端開口に蓋２２を着脱自在に取付けて密閉構造の円筒状タンクが構成され、タンク本体２１及び蓋２２は塩分を溶在する温湯に加圧状態で接触するので、これに対応できる種類及び厚さのステンレス鋼で製作されるのがよい。

タンク本体２１の側壁面の下端部には循環配管１１が接続され、循環配管１１の先端には管路面積を１／２程度に絞った取込み口部２３が接続され、取込み口部２３はタンク本体２１の側壁面のほぼ接線方向に指向されている。

また、タンク本体２１の側壁面の上端部には取込み口部２３の取付け部位に対して１８０°の位置に口径を循環配管１１の１／２程度に絞った排出口部２４が取付けられ、排出口部２４には循環配管１１が接続され、又排出口部２４はタンク本体２１の側壁面のほぼ接線方向に指向されている。

ここで、取込み口部２３及び排出口部２４は循環配管１１の口径に比して大きく絞り込むとともに、タンク２０の側壁面の接線方向に接続している。その理由は次の通りである。温泉施設における湯の循環が１時間に１回以上と規定されており、これに対応するためには循環湯の流速を考慮してタンク２０の内容積を設計する必要がある。例えば、タンク２０の内容積が１０ｔの場合、これを１時間で湯を循環させるとすると、その流速は１６０リットル／分であるので、タンク２０の内容積をこれに合わせると、滞流時間は１分となる。しかし、前述したようにレジオネラ菌類の殺菌に要する滞流時間は最低２分であるので、これを満足するタンク２０の内容積は３２０リットル（１０ｔ）、６４０リットル（２０ｔ）と大きくなって実用的でない。

そこで、取込み口部２３及び排出口部２４の口径を１／２に絞り込むと、その面積比は１／４になり、計算では内容積１６０リットルのタンク２０でも４分間の滞流時間になり、２０ｔまでの浴槽に使用できる。それ以上になれば、タンク２０の内容積を大きくすればよい。取込み口部を絞れば、それに応じて流速も増大し、上昇渦流が確実に得られる。

タンク２０内の構造を詳細に説明すると、図４及び図５に示されるように、タンク１０内の下部にはステンレス鋼製の底方かご（第１容器）３０が配置され、底方かご３０内には天然放射性元素を含む希土類鉱物製のセラミックスボ−ル３１が遊動可能に内蔵され、底方かご３０の中央には紫外線ランプ４０が縦方向に取付けられるとともに、紫外線ランプ４０の周囲には円筒状の光触媒金網４１が多重に配置され、光触媒金網４１は金網の表面に二酸化チタンの薄膜をコーティングして構成されている。

紫外線ランプ４０及び光触媒金網４１の上方にはステンレス鋼製の上方かご（第２容器）５０が設けられ、上方かご５０内にはトルマリン鉱物製のセラミックスボ−ル５１が遊動可能に内蔵されており、タンク２０下部の取込み口部２３から流入した循環湯が渦流となって上昇し、タンク２０の最上部の排出口部２４から排出されるようになっている。

底方かご３０はタンク２０内の底部に嵌め込まれる大きさの円筒形状をなし、網目径は例えば５ｍｍ程度に設定され、又底方かご３０の中央には穴３２が上下に貫通して形成され、又底方かご３０の側面には取込み口部２３を嵌め込む穴（図示せす）が形成されている。他方、紫外線ランプ４０の底部には脚部４２が設けられ、この脚部４２は底方かご３０の中央の穴３２を貫通してタンク２０の底壁面で受けられるようになっている。

この底方かご３０の高さは内蔵するセラミックスボ−ル３１の必要数量に応じて決定されている。天然放射性元素を含む希土類鉱物製のセラミックスボール３１は例えばモナザイト（ＴｈＯ₂２、７％、ＲＥ₂Ｏ₃６０％、Ｐ₂Ｏ₅３０％）の３０％を粘土で固結した７〜９ｍｍ径のボ−ルで、タンク内の循環湯の上昇渦巻に乱流を与える役目の外に、それから出る放射線が循環湯と反応して１０^-8秒内にＨ₃Ｏ⁺、ＯＨ^-、水和電子（ｅ^-）のイオンの他、Ｏ₂の２倍の酸化力を持つ水酸ラジカル（・ＯＨ）を作り、主にこれが循環湯中に溶存する垢（タンパク質や脂肪）を分解する作用を連続的に強力に行い、それに寄生しているレジオネラ属菌を湯中に放り出し、次の紫外線殺菌の予備的役目を果たすようになっている。

紫外線ランプ４０はタンク２０内部の中央に組み込まれ、紫外線ランプ４０の底面はセラミックスボ−ル３１を内蔵した底方かご３０の上面の高さに位置され、底面から延びる４本の脚部４２でタンク２０の底面上に設置されている。上方かご４０の中央にも穴が上下に貫通して形成され、紫外線ランプ４０の上端は上方に配置される上方かご５０の中央穴の内周金網壁の下端部に喰い込ませるようにして固定されている。

ここで、紫外線ランプ４０は、ＵＶ−Ｂ波（波長２００μｍ〜３００μｍ）を８０％程度、ＵＶ−Ａ波（波長３００μｍ〜４００μｍ）を２０％程度から成る紫外線分布をもつ低電圧紫外線ランプが選定され、波長２５３μｍの紫外光は直接湯中のレジオネラ属菌に作用し、レジオネラ属菌のＤＮＡを破壊して死滅させる作用を持ち、ＵＶ−Ａ波の波長３６０μｍ付近の紫外光は二酸化チタン（ＴｉＯ₂）薄膜上に照射されると、その二酸化チタン薄膜中にｅ^-（電子）とｈ⁺（正孔）を作り、そのｈ⁺（正孔）に湯が反応して湯をＯＨ（ピドロキシルルラジカル）に変え、その酸化力（酸素の２倍）でレジオネラ属菌の生命酵素の蛋白質を分解して死滅させることができる。その為、本例では紫外光→ＴｉＯ₂触媒→湯の接触が十分に行われる構造にしている。

また、本例では紫外線ランプ４０に例えば東芝社製の無電極高出力低圧ランプ（型名、ＧＬ１５００ＭＳ／２１）を使用しているが、波長と出力が満足されれば、これに限定されるものではない。

光触媒金網４１は円筒状をなし、紫外線ランプ４０の縦軸を中心に等間隔に配置され、光触媒金網４１の上端は上方かご５０の底部に取付けられ、下端は底方かご３０の上部に受けられている。光触媒金網４１には太さ０．５ｍｍや１．０ｍｍのチタン線材が用いられ、例えばＰＩＰ法でチタン網表面に溶融チタンを吹付け、二酸化チタン薄膜を成膜しているが、金網表面に有機チタン化合物を塗布し、焼成により二酸化チタン被膜を得る方法等、他の方法によって製造することもできる。

上方かご５０はステンレス鋼製の金網で製作され、外径はタンク２０の上方内部に嵌まり込む寸法に設定され、上方かご５０の中央には上下方向に貫通する穴５２が形成され、全体として見たときにド−ナツ状をなし、この穴５２には紫外線ランプ４０の上端部が嵌め込まれ、又上方かご５０の高さは内蔵するトルマリン鉱物製のセラミックスボール５１の数量に応じて決定されている。また、上方かご５０はセラミックスボール５１の偏在を回避するため、金網で４室に分割され、上方かご５０の全体が上昇渦流に浸積されるようになっている。

トルマリン鉱物製のセラミックスボール５１は、ＮａＦｅ₃Ａｌ₃（ＢＯ₃）₆Ｓｉ₆Ｏ₁₈ （ＯＨ）₄の組成を有するトルマリン鉱物を、ＺｎＯ・Ｂ₂Ｏ₃のバインダ−で径７〜９ｍｍの球状に成形して焼成し、自発電極を持ち、微弱電流を流すように調製されている。これが、タンク４０内の上昇渦流に微弱電流を与え、又希土類鉱物製のセラミックスボール３１及び紫外線ランプ４０の照射によって生成される電子（ｅ^-）も加わって、循環湯中に存在する人体の分泌物、垢等から蛋白質や脂肪、本来水の中にあるミネラルの微細コロイドなどをイオンの形に変え、”ぬめり”にならないように働く。

本例の殺菌装置では清掃、セラミックスボール３１，５１や光触媒金網４２の補充や交換を容易に行えるように、底方かご３０、紫外線ランプ４０、光触媒金網４２及び上方かご５０はタンク２０の内部に固定されていない。その為、高い圧力の上昇渦流によって押し上げられるおそれがある。そこで、上方かご５０の上面にかごの直径に相当する長さで、例えば幅３ｃｍの板材５３をクロスして十状に取付け、その４ヶ所から金属棒５４を立て、その先端がタンク２０の蓋２１の裏面で支持されるようにしているが、これ以外の方式で支持するようにしてもよい。

本件発明者らはタンク容積７０リットルの装置を試作し、レジオネラ属菌の殺菌効果を測定したところ、２．５分の滞流時間で、９０％のレジオネラ属菌を死滅できることが確認された。

本発明に係るレジオネラ属菌の殺菌装置の好ましい実施形態が適用される循環浴場の塩素処理システムの例を示す図である。上記実施形態を示す全体斜視図である。上記実施形態における取込み口部及び排出口部の関係を示す図である。上記実施形態における断面構成図である。上記実施形態における底方かご、紫外線ランプ、光触媒金網及び上方かごの関係を示す図である。

符号の説明

１１循環配管（配管）
２０タンク
２３取込み口部
２４排出口部
３０上方かご（第１容器）
３１セラミックスボール
４０紫外線ランプ
４１光触媒金網（光触媒体）
５０上方かご
５１セラミックスボール

Claims

密閉構造のタンク側壁面の下部及び上部の一方には処理すべき流体を配管から取り込む取込み口部が、他方には処理後の流体を配管に排出する排出口部が各々接続され、上記タンク内には第１容器が上記取込み口部に接近して配置され、該第１容器は少なくとも側面及び後述の第２容器に対向する壁面が流体を通過させ得る構造を有し、上記第１容器内には天然放射性元素を含む希土類鉱物製の複数のセラミックスボ−ルが遊動可能に内蔵されている一方、
上記タンク内には第２容器が上記排出口部に接近して配置され、該第２容器は少なくとも側面及び上記第１容器に対向する壁面が流体を通過させ得る構造を有し、上記第２容器内にはトルマリン鉱物製のセラミックスボ−ルが内蔵され、上記タンク内には上記第１容器と上記第２容器との間に紫外線ランプが配置され、該紫外線ランプの周囲に光触媒体が配置されていることを特徴とするレジオネラ属菌の殺菌装置。
上記タンクが密閉構造の円筒状をなし、上記取込み口部が上記タンク側壁面の下部に、上記排出口部が上記タンク側壁面の上部に各々接続されている請求項１記載のレジオネラ属菌の殺菌装置。
上記取込み口部及び排出口部の口径が流体を流通させる上記配管の口径の１／３〜２／３である請求項１又は２記載のレジオネラ属菌の殺菌装置。
上記第１容器及び第２容器が金網又はパンチングプレートで構成されている請求項１記載のレジオネラ属菌の殺菌装置。
上記紫外線ランプが円筒状の上記タンクの中心線上に配置され、上記光触媒体が表面に二酸化チタンをコーティングした金網で円筒状に製作され、上記紫外線ランプの周囲には光触媒体が異なる半径の同心円上に配置されている請求項１記載のレジオネラ属菌の殺菌装置。