汚染水の塩素殺菌処理方法および塩素殺菌処理装置
【課題】クロロアミン類濃度を低減し、遊離塩素による殺菌力を向上させることができ、塩素臭と皮膚刺激の少ない塩素殺菌処理方法を提供することを目的とする。
【解決手段】アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方と菌類とを含む汚染水の塩素殺菌処理方法であって、前記汚染水に、光触媒の存在下で超音波を照射する工程と、前記照射工程で生成したアンモニアおよびアミン類の少なくとも一方を除去する工程とを有することを特徴とする。
【解決手段】アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方と菌類とを含む汚染水の塩素殺菌処理方法であって、前記汚染水に、光触媒の存在下で超音波を照射する工程と、前記照射工程で生成したアンモニアおよびアミン類の少なくとも一方を除去する工程とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染水の塩素殺菌処理方法および塩素殺菌処理装置に関し、特には、温浴水、プール水などのアンモニアおよび／またはアミン類を含む菌汚染水の循環型塩素殺菌方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温浴水、プール水の塩素殺菌は、殺菌効果を維持するため、遊離塩素が規定濃度（温浴水では０．２〜０．４ｍｇ／Ｌ以上、プール水では０．４ｍｇ／Ｌ以上）になるように、次亜塩素酸ナトリウムなどを添加して実施される。温浴水、プール水は、菌類だけでなく、人体から分泌されたアンモニアや尿素等のアミン類を含む。尿素は、分解してアンモニアを生成する。菌汚染水がこのようにアンモニアやアミン類を含む場合には、遊離塩素がアンモニアおよび／またはアミン類と反応してクロロアミン類として固定化されるため、遊離塩素濃度を規定範囲内に維持するために、過剰の塩素を添加しているのが現状である。しかし、塩素、特には次亜塩素酸ナトリウムなどを過剰に添加すると、塩素臭が強くなり、皮膚刺激を生じるという問題がある。
【０００３】
一方、クロロアミン類は、固定塩素としてある程度の殺菌力は期待できるものの、遊離塩素の殺菌力には及ばない。温浴水、プール水では、入浴者の増加により、急激に菌数、アンモニアなど汚濁物が増加する可能性があることから、塩素殺菌による強い殺菌力が必要とされている。さらに、クロロアミン類は、塩素臭と皮膚刺激の原因物質であるという問題を有することから、温浴場、プールでは、クロロアミン類濃度の低減が望まれている。
【０００４】
ところで、特許文献１には、疎水性の有害有機化合物および病原性微生物を二酸化チタン粒子表面で生成するヒドロキシラジカルを用いて分解させる水処理方法において、ヒドロキシラジカルによる分解速度を向上させるために被処理水に超音波を照射することが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３５１３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、クロロアミン類濃度を低減し、遊離塩素による殺菌力を向上させることができ、塩素臭と皮膚刺激の少ない塩素殺菌処理方法および塩素殺菌処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の汚染水の塩素殺菌処理方法は、アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方と菌類とを含む汚染水の塩素殺菌処理方法であって、前記汚染水に、光触媒の存在下で超音波を照射する工程と、前記照射工程で生成したアンモニアおよびアミン類の少なくとも一方を除去する工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の汚染水の塩素殺菌処理装置は、アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方と菌類とを含む汚染水を塩素殺菌処理する塩素殺菌処理装置であって、前記汚染水に光触媒を接触させる手段と、光触媒の存在下で前記汚染水に超音波を照射する手段とを有する光触媒接触装置を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、クロロアミン類濃度を低減し、遊離塩素による殺菌力を向上させることができる塩素殺菌処理方法および塩素殺菌処理装置を提供することができる。また、クロロアミン類に起因する塩素臭および皮膚刺激の少ない循環型塩素殺菌処理手段を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
超音波の照射による殺菌作用については、多くの報告がある。超音波の照射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、ラジカルの発生による酸化作用などによる場合がある。
【００１０】
本発明は、これらの技術とは異なり、大腸菌やレジオネラ菌等の菌類に対する塩素殺菌を基本とし、光触媒と超音波の作用により、クロロアミン類を遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とに分解することに基づく。遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とは、短時間で結合してクロロアミン類を生成するため、本発明方法では、遊離したアンモニアおよび／またはアミン類を除去して、クロロアミン類の再合成を回避するとともに、遊離塩素の強力な殺菌効果を発現させる。ここでいう「遊離塩素」には、強力な殺菌力を発揮し得る塩素単体、次亜塩素酸、次亜塩素酸イオンなどが含まれる。また、「アミン類」としては、人体から分泌された尿素の他、クレアチニン等のアミノ基を有する有機化合物を挙げることができる。また、「アンモニア」は、アンモニウムイオンを含み得る。
【００１１】
すなわち、クロロアミン類を光触媒と超音波の照射により、遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とに分解する。この遊離塩素により、強力な殺菌効果を発現させることができる。さらに、遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とが再結合して、クロロアミン類を生成する前にアンモニアおよび／またはアミン類を除去する。このようにして、クロロアミン類濃度を低減することができると共に、塩素臭や皮膚刺激を解消することができる。
【００１２】
以下、本発明の種々の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る循環方式塩素殺菌処理装置のブロック図である。
【００１４】
この塩素殺菌処理装置は、プール１から供給される汚染水（循環水）９の毛髪などを収集除去するヘアーキャッチャ２と、ヘアーキャッチャ２を通過した循環水を加圧するポンプ３と、加圧された循環水の汚れ成分をろ過分離するろ過器４と、ろ過器４を通過した循環水に光触媒の存在下で超音波照射する超音波照射装置１０を有する光触媒接触装置５と、光触媒接触装置５を通過した循環水中のアンモニアおよびアミン類の少なくとも一方を除去するアンモニアおよび／またはアミン類除去装置６と、アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方が除去された循環水を加熱する加熱器７と、加熱された循環水に遊離塩素を供給する塩素供給装置８とを具備する。
【００１５】
プール１から供給される循環水９としては、温浴水、プール水、温水プール水等を挙げることができる。
【００１６】
ヘアーキャッチャ２には、毛髪などの大きなサイズの汚染物をろ過・除去できるものであればいかなるものでも使用することができる。
【００１７】
ろ過器４には、ヘアーキャッチャ２で除去することができなかったより小さなサイズの汚染物や汚れ成分をろ過・除去できるものであればいかなるものでも使用することができる。
【００１８】
ポンプ３としては、循環水を加圧してろ過器４を通過させるのに十分な流速や圧力とすることができるものであればいかなるものでも使用することができる。
【００１９】
光触媒接触装置５は、光触媒接触手段と超音波照射装置１０とを備えている。超音波照射装置１０としては、いかなる構造を有するものでも使用することができるが、例えば、超音波を出射する円柱状のホーンを有するものである。ホーンの形状は円柱に限定されるものではなく、角柱状や円錐状、あるいは平板状とすることもできる。光触媒には、光触媒作用を有する化合物、例えば酸化チタンなどを使用することができる。光触媒は、その形態が特に限定されるものではないが、触媒活性に優れることから粉末状のものを使用することが好ましい。粉末状の光触媒を使用する場合には、次工程に光触媒粉が流出しないように、光触媒接触手段に分離膜などを設けることが望ましい。また、粉末状の光触媒を、繊維、布、あるいは、粒体等に固定化したものを光触媒接触手段として使用することも好ましい例として挙げることができる。粉末状の光触媒を固定化する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、特許文献２（特開２００３−１７５３３３号公報）および特許文献３（特開平９−１０５８２号公報）に開示されている方法を用いることができる。
【００２０】
また、ウイルスや菌体を吸着する吸着剤を光触媒と混合して用いることにより、汚染水からウイルスや菌体を選択濃縮して光触媒に接触させることができ、より効率的な殺菌処理を実現することができる。ウイルスや菌体を吸着する吸着剤としては、例えば、ヒドロキシルアパタイトを挙げることができる。
【００２１】
アンモニアおよび／またはアミン類除去装置６には、例えば、多孔の容器に、アンモニアおよび／またはアミン類を吸着する作用を有する吸着剤を充填したものを使用することができる。装填する吸着剤は、ゼオライトなどイオン交換材が適用できる。特に、ゼオライトは、アンモニアおよびアミン類の吸着能に優れることから、アンモニアおよび／またはアミン類除去装置６はゼオライト充填槽であることが好ましい。アンモニアおよび／またはアミン類を吸着した吸着剤は、酸液でアンモニアおよび／またはアミン類を遊離し、再生して再利用に供することができる。
【００２２】
加熱器７は、循環水の温度を調整できるものであればいかなるものでも使用することができる。
【００２３】
塩素供給装置８には、加熱器７で加温された循環水に、遊離塩素濃度が規定範囲となるように遊離塩素を供給することができるものであればいかなるものでも使用することができる。例えば、塩素供給装置８では、次亜塩素酸ソーダ液が循環水に添加・混合される。
【００２４】
以下、この塩素殺菌処理装置を用いて、循環水に塩素殺菌処理を行う方法について説明する。
【００２５】
プール１から供給される循環水９は、ヘアーキャッチャ２で毛髪などを収集除去され、ポンプ３により加圧され、ろ過器４で汚れ成分がろ過分離される。次に、光触媒接触装置５において、光触媒との接触および超音波の照射の作用により、循環水に含まれるクロロアミン類が、遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とに分解される。次に、この循環水を除去装置６に通し、循環水に含まれるアンモニアおよび／またはアミン類の少なくとも一部を吸着除去する。その後、循環水は、加熱器７で加温され、塩素供給装置８で遊離塩素が所定濃度になるように次亜塩素酸ソーダ液を添加され、プール１に戻される。上述した機器と機器との間は、例えば配管により接続されており、循環水はこの配管を介して上述した装置内を循環している。
【００２６】
その後、連続的あるいは断続的に、プール１に収容されている水（循環水）は、上記の塩素殺菌処理装置へと再循環に供される。このとき、循環水の中には、塩素供給装置８で添加された遊離塩素とプール１において発生したアンモニアおよび／またはアミン類とが反応して生成されるクロロアミン類が存在している。このクロロアミン類を光触媒接触装置５において遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とに分解することにより、クロロアミン類濃度を低減して塩素臭と皮膚刺激を低減することができると共に、遊離塩素による殺菌力を高めることができる。また、この循環水には、クロロアミン類の分解により生成された殺菌力の高い遊離塩素がすでに含まれている状態にあるため、後段の塩素供給装置８での遊離塩素の添加を少量とすることができ、循環水の塩素臭や皮膚刺激をさらに低減することができる。さらには、光触媒接触装置５で生成したアンモニアおよび／またはアミン類やプール１において発生したアンモニアおよび／またはアミン類を除去装置６で除去あるいは低減することができるため、後段の塩素供給装置８で添加された遊離塩素がクロロアミン類として固定化されるのを抑制することもできる。
【００２７】
なお、上記の塩素殺菌処理装置において、ヘアーキャッチャ２、ポンプ３、ろ過器４、加熱器７および塩素供給装置８等の機器の配置は、図１に示したものに限定されるものではなく、塩素殺菌処理において通常使用されている装置であればいかなるものでも使用することができる。また、これらの機器のうちの２つ以上を一体型としたものや、処理対象である循環水（汚染水）の種類に応じてさらなる機器を追加したものを使用することもできる。
【００２８】
次に、光触媒接触装置について、図２〜４を参照して説明する。
【００２９】
図２は、光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物を適用した光触媒接触装置の部分断面模式図である。
【００３０】
この光触媒接触装置２０は、超音波照射ホーン１０を囲むように配置された光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物が装着されたモジュール１１を具備する。図２においてモジュール１１は断面を示している。このフィルタ状成形物とは、例えば、光触媒を固定化した繊維をシート状に成形し、さらにこのシートを円筒状に成形したものである。
【００３１】
超音波照射ホーン１０は外周面から超音波を出射可能な構造となっている。
【００３２】
ろ過処理後の循環水（ろ過処理水）１２は、光触媒接触装置２０の下方から配管を介して供給され、続いて、超音波照射ホーン１０から出射される超音波に曝されると共に、超音波照射ホーン１０を囲むように配置されたモジュール１１を透過するか、あるいはモジュール１１の近傍を通過する。その後、光触媒接触装置２０の側方からクロロアミン類分解水１３として排出され、配管を介して後段であるアンモニアおよび／またはアミン類除去装置６に供給される。
【００３３】
超音波照射ホーン１０は、一般には、円柱状で先端から、超音波を発する構造を有するが、超音波照射ホーンの側面から超音波を発する構造とすれば、光触媒に接触した処理水に効率よく超音波を照射することができ、有利である。特に、光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物として、上記したように光触媒含有繊維を不織布などに加工して円筒状に成形したものを用いる場合には、円筒状光触媒の中空部の中心部に側面出射型の超音波ホーンを挿入して用いることが、さらに望ましい。
【００３４】
図３は、光触媒含有粒状成形物を適用した光触媒接触装置の部分断面模式図であり、図４は、図３の光触媒接触装置を適用した塩素殺菌処理装置のブロック図である。
【００３５】
図３に示すように、光触媒接触装置３０は、通常のろ過材が充填されたろ過材層部１５の上部に、砂状の光触媒含有成形物が充填された砂状光触媒層部１４が設けられている。この砂状の光触媒含有成形物とは、例えば粉末状の光触媒が固定化された粒体である。超音波照射ホーン１０は、砂状光触媒層部１４に挿入されている。この光触媒接触装置３０を適用する場合には、図４に示すようにろ過器４は省略することができる。
【００３６】
加圧された循環水（加圧水）２１は、砂状光触媒層部１４の上方に供給され、超音波照射されると共に、光触媒層部１４を透過し、引き続き、ろ過材層部１５を透過して、光触媒接触装置３０から排出され、後段であるアンモニアおよび／またはアミン類除去装置６に供給される。すなわち、この光触媒接触装置３０では、クロロアミン類の分解と汚れ成分のろ過分離とが同時に実施される。この光触媒接触装置３０の内部は強い殺菌環境になるため、レジオネラ菌などが繁殖し易いスライムの発生を防止できる。
【００３７】
また、光触媒接触装置に砂状の光触媒含有成形物を単独で充填することもできる。この場合には、図１に示したように、ろ過器と光触媒接触装置とを分離型とする。
【００３８】
図２に示した光触媒含有繊維にヒドロキシルアパタイトなどの吸着剤を固定化した繊維を混合したり、図３に示した砂状光触媒含有成形物に砂状のヒドロキシルアパタイトなどの吸着剤成形物を混合して用いることにより、汚染水が含むウイルスや菌体を光触媒の近傍に集中させることにより、光触媒作用によるより高効率な殺菌を実現できる。
【００３９】
さらに、図５に示すように、循環水のライン、例えばヘアーキャッチャ２とポンプ３との間のラインに、センサ１６を設けることができる。このセンサ１６により、温浴の入浴者やプールの利用者の増加などによる菌数の急激な増加を検知して、超音波照射装置１０の起動あるいは出力を制御し、クロロアミン類の分解効果を向上させることができると共に、超音波による殺菌効果を向上させることもできる。センサ１６には、例えば蛍光染色法などの原理による菌数センサが適用でき、あるいは、簡易には、濁度計、パーティクルカウンタが適用できる。センサの種類はこれに限定されるものではなく、また、その設置場所も図５に示すものに限定されるものではない。例えば、センサをヘアーキャッチャ２の上流側やポンプ３とろ過器４との間、あるいは、ろ過器４の下流側に設置することもできる。
【００４０】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００４１】
［実施例］
以下、本発明を実施例により説明する。
【００４２】
塩素殺菌における光触媒作用と超音波照射の効果を以下に説明するようにして評価した。
【００４３】
（実施例１）
この例では、大腸菌１０万個／ｍＬを含有する水２リットルに対して、アンモニウムイオンが３ｍｇ／Ｌになるように汚染水を調製した。この汚染水に、次亜塩素酸ナトリウムを２０ｍｇ／Ｌを加え、さらに光触媒として、平均粒径０．５ｍｍのアナターゼ型酸化チタン粒を５０ｇ／Ｌを加えて混合し、消費電力量０．６ｋｗの超音波照射ホーンを使用して、３分間の照射を行った。超音波照射を開始して１分後と３分後の汚染水に含有されていた大腸菌の個体数および死滅率を表１に示す。
【００４４】
（比較例１）
実施例１と同様にして得られた汚染水に次亜塩素酸ナトリウムを２０ｍｇ／Ｌを加えた（条件（ｂ））。次亜塩素酸ナトリウムを加えて１分後と３分後の汚染水に含有されていた大腸菌の個体数および死滅率を表１に示す。
【００４５】
（比較例２）
実施例１と同様にして得られた汚染水に次亜塩素酸ナトリウムを２０ｍｇ／Ｌを加えて、実施例１と同条件で超音波を照射した（条件（ｃ））。超音波照射を開始して１分後と３分後の汚染水に含有されていた大腸菌の個体数および死滅率を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
その結果は、表１に示すように、光触媒の存在下で超音波照射を行った実施例１では、大腸菌の死滅率は、１分後では９９．７％以上、３分後では９９．９９％以上であり、非常に優れた殺菌力を発揮した。
【００４８】
これに対して、光触媒の添加と超音波の照射を行わなかった比較例１では、３分後の大腸菌の死滅率が８０％、光触媒を添加することなく超音波の照射を行った比較例２では、３分後の大腸菌の死滅率が９９％であり、比較例１，２共に実施例１よりも殺菌力が低かった。
【００４９】
以上の結果から、アンモニウムイオンが存在する系における塩素殺菌では、光触媒の存在下での超音波照射による殺菌効果が高いことが確認できた。これは、アンモニウムイオンと次亜塩素酸ナトリウムとが反応して生成されたクロロアミンを、光触媒と超音波の作用により次亜塩素酸イオンとアンモニウムイオンとに分解し、次亜塩素酸イオンの殺菌効力を十分に発揮させることができたためと考えられる。
【００５０】
（実施例２）
実施例１と同様にして得られた汚染水を実施例１と同様にして光触媒の存在下で超音波照射（３分間処理）して得られた供試液を、粒状のゼオライトを充填した槽に通過させた。
【００５１】
ゼオライト充填槽の通過前と通過後の供試液のアンモニウムイオン濃度を測定したところ、通過前の供試液は、アンモニウムイオン濃度が３．０ｍｇ／Ｌであったのに対して、通過後の供試液は、アンモニウムイオンを検出することができず、その濃度は０．１ｍｇ／Ｌ未満であった。
【００５２】
以上の結果から、汚染水に光触媒の存在下で超音波を照射することによりクロロアミンを分解してアンモニウムイオンを生成させることができ、これをゼオライトに接触させることにより、アンモニウムイオンを高効率で除去できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る循環方式塩素殺菌処理装置のブロック図。
【図２】光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物を適用した光触媒接触装置の部分断面模式図。
【図３】光触媒含有粒状成形物を適用した光触媒接触装置の部分断面模式図。
【図４】図３の光触媒接触装置を適用した塩素殺菌処理装置のブロック図。
【図５】センサを備える循環方式塩素殺菌処理装置のブロック図。
【符号の説明】
【００５４】
１…プール、２…ヘアーキャッチャ、３…ポンプ、４…ろ過器、５，２０，３０…光触媒接触装置、６…アンモニアおよび／またはアミン類除去装置、７…加熱器、８…塩素供給装置、９…循環水、１０…超音波照射装置（超音波照射ホーン）、１１…モジュール、１２…ろ過処理水、１３…クロロアミン類分解水、１４…砂状光触媒層部、１５…ろ過材層部、１６…センサ、２１…加圧水。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚染水の塩素殺菌処理方法および塩素殺菌処理装置に関し、特には、温浴水、プール水などのアンモニアおよび／またはアミン類を含む菌汚染水の循環型塩素殺菌方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温浴水、プール水の塩素殺菌は、殺菌効果を維持するため、遊離塩素が規定濃度（温浴水では０．２〜０．４ｍｇ／Ｌ以上、プール水では０．４ｍｇ／Ｌ以上）になるように、次亜塩素酸ナトリウムなどを添加して実施される。温浴水、プール水は、菌類だけでなく、人体から分泌されたアンモニアや尿素等のアミン類を含む。尿素は、分解してアンモニアを生成する。菌汚染水がこのようにアンモニアやアミン類を含む場合には、遊離塩素がアンモニアおよび／またはアミン類と反応してクロロアミン類として固定化されるため、遊離塩素濃度を規定範囲内に維持するために、過剰の塩素を添加しているのが現状である。しかし、塩素、特には次亜塩素酸ナトリウムなどを過剰に添加すると、塩素臭が強くなり、皮膚刺激を生じるという問題がある。
【０００３】
一方、クロロアミン類は、固定塩素としてある程度の殺菌力は期待できるものの、遊離塩素の殺菌力には及ばない。温浴水、プール水では、入浴者の増加により、急激に菌数、アンモニアなど汚濁物が増加する可能性があることから、塩素殺菌による強い殺菌力が必要とされている。さらに、クロロアミン類は、塩素臭と皮膚刺激の原因物質であるという問題を有することから、温浴場、プールでは、クロロアミン類濃度の低減が望まれている。
【０００４】
ところで、特許文献１には、疎水性の有害有機化合物および病原性微生物を二酸化チタン粒子表面で生成するヒドロキシラジカルを用いて分解させる水処理方法において、ヒドロキシラジカルによる分解速度を向上させるために被処理水に超音波を照射することが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３５１３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、クロロアミン類濃度を低減し、遊離塩素による殺菌力を向上させることができ、塩素臭と皮膚刺激の少ない塩素殺菌処理方法および塩素殺菌処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の汚染水の塩素殺菌処理方法は、アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方と菌類とを含む汚染水の塩素殺菌処理方法であって、前記汚染水に、光触媒の存在下で超音波を照射する工程と、前記照射工程で生成したアンモニアおよびアミン類の少なくとも一方を除去する工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の汚染水の塩素殺菌処理装置は、アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方と菌類とを含む汚染水を塩素殺菌処理する塩素殺菌処理装置であって、前記汚染水に光触媒を接触させる手段と、光触媒の存在下で前記汚染水に超音波を照射する手段とを有する光触媒接触装置を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、クロロアミン類濃度を低減し、遊離塩素による殺菌力を向上させることができる塩素殺菌処理方法および塩素殺菌処理装置を提供することができる。また、クロロアミン類に起因する塩素臭および皮膚刺激の少ない循環型塩素殺菌処理手段を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
超音波の照射による殺菌作用については、多くの報告がある。超音波の照射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、ラジカルの発生による酸化作用などによる場合がある。
【００１０】
本発明は、これらの技術とは異なり、大腸菌やレジオネラ菌等の菌類に対する塩素殺菌を基本とし、光触媒と超音波の作用により、クロロアミン類を遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とに分解することに基づく。遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とは、短時間で結合してクロロアミン類を生成するため、本発明方法では、遊離したアンモニアおよび／またはアミン類を除去して、クロロアミン類の再合成を回避するとともに、遊離塩素の強力な殺菌効果を発現させる。ここでいう「遊離塩素」には、強力な殺菌力を発揮し得る塩素単体、次亜塩素酸、次亜塩素酸イオンなどが含まれる。また、「アミン類」としては、人体から分泌された尿素の他、クレアチニン等のアミノ基を有する有機化合物を挙げることができる。また、「アンモニア」は、アンモニウムイオンを含み得る。
【００１１】
すなわち、クロロアミン類を光触媒と超音波の照射により、遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とに分解する。この遊離塩素により、強力な殺菌効果を発現させることができる。さらに、遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とが再結合して、クロロアミン類を生成する前にアンモニアおよび／またはアミン類を除去する。このようにして、クロロアミン類濃度を低減することができると共に、塩素臭や皮膚刺激を解消することができる。
【００１２】
以下、本発明の種々の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る循環方式塩素殺菌処理装置のブロック図である。
【００１４】
この塩素殺菌処理装置は、プール１から供給される汚染水（循環水）９の毛髪などを収集除去するヘアーキャッチャ２と、ヘアーキャッチャ２を通過した循環水を加圧するポンプ３と、加圧された循環水の汚れ成分をろ過分離するろ過器４と、ろ過器４を通過した循環水に光触媒の存在下で超音波照射する超音波照射装置１０を有する光触媒接触装置５と、光触媒接触装置５を通過した循環水中のアンモニアおよびアミン類の少なくとも一方を除去するアンモニアおよび／またはアミン類除去装置６と、アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方が除去された循環水を加熱する加熱器７と、加熱された循環水に遊離塩素を供給する塩素供給装置８とを具備する。
【００１５】
プール１から供給される循環水９としては、温浴水、プール水、温水プール水等を挙げることができる。
【００１６】
ヘアーキャッチャ２には、毛髪などの大きなサイズの汚染物をろ過・除去できるものであればいかなるものでも使用することができる。
【００１７】
ろ過器４には、ヘアーキャッチャ２で除去することができなかったより小さなサイズの汚染物や汚れ成分をろ過・除去できるものであればいかなるものでも使用することができる。
【００１８】
ポンプ３としては、循環水を加圧してろ過器４を通過させるのに十分な流速や圧力とすることができるものであればいかなるものでも使用することができる。
【００１９】
光触媒接触装置５は、光触媒接触手段と超音波照射装置１０とを備えている。超音波照射装置１０としては、いかなる構造を有するものでも使用することができるが、例えば、超音波を出射する円柱状のホーンを有するものである。ホーンの形状は円柱に限定されるものではなく、角柱状や円錐状、あるいは平板状とすることもできる。光触媒には、光触媒作用を有する化合物、例えば酸化チタンなどを使用することができる。光触媒は、その形態が特に限定されるものではないが、触媒活性に優れることから粉末状のものを使用することが好ましい。粉末状の光触媒を使用する場合には、次工程に光触媒粉が流出しないように、光触媒接触手段に分離膜などを設けることが望ましい。また、粉末状の光触媒を、繊維、布、あるいは、粒体等に固定化したものを光触媒接触手段として使用することも好ましい例として挙げることができる。粉末状の光触媒を固定化する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、特許文献２（特開２００３−１７５３３３号公報）および特許文献３（特開平９−１０５８２号公報）に開示されている方法を用いることができる。
【００２０】
また、ウイルスや菌体を吸着する吸着剤を光触媒と混合して用いることにより、汚染水からウイルスや菌体を選択濃縮して光触媒に接触させることができ、より効率的な殺菌処理を実現することができる。ウイルスや菌体を吸着する吸着剤としては、例えば、ヒドロキシルアパタイトを挙げることができる。
【００２１】
アンモニアおよび／またはアミン類除去装置６には、例えば、多孔の容器に、アンモニアおよび／またはアミン類を吸着する作用を有する吸着剤を充填したものを使用することができる。装填する吸着剤は、ゼオライトなどイオン交換材が適用できる。特に、ゼオライトは、アンモニアおよびアミン類の吸着能に優れることから、アンモニアおよび／またはアミン類除去装置６はゼオライト充填槽であることが好ましい。アンモニアおよび／またはアミン類を吸着した吸着剤は、酸液でアンモニアおよび／またはアミン類を遊離し、再生して再利用に供することができる。
【００２２】
加熱器７は、循環水の温度を調整できるものであればいかなるものでも使用することができる。
【００２３】
塩素供給装置８には、加熱器７で加温された循環水に、遊離塩素濃度が規定範囲となるように遊離塩素を供給することができるものであればいかなるものでも使用することができる。例えば、塩素供給装置８では、次亜塩素酸ソーダ液が循環水に添加・混合される。
【００２４】
以下、この塩素殺菌処理装置を用いて、循環水に塩素殺菌処理を行う方法について説明する。
【００２５】
プール１から供給される循環水９は、ヘアーキャッチャ２で毛髪などを収集除去され、ポンプ３により加圧され、ろ過器４で汚れ成分がろ過分離される。次に、光触媒接触装置５において、光触媒との接触および超音波の照射の作用により、循環水に含まれるクロロアミン類が、遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とに分解される。次に、この循環水を除去装置６に通し、循環水に含まれるアンモニアおよび／またはアミン類の少なくとも一部を吸着除去する。その後、循環水は、加熱器７で加温され、塩素供給装置８で遊離塩素が所定濃度になるように次亜塩素酸ソーダ液を添加され、プール１に戻される。上述した機器と機器との間は、例えば配管により接続されており、循環水はこの配管を介して上述した装置内を循環している。
【００２６】
その後、連続的あるいは断続的に、プール１に収容されている水（循環水）は、上記の塩素殺菌処理装置へと再循環に供される。このとき、循環水の中には、塩素供給装置８で添加された遊離塩素とプール１において発生したアンモニアおよび／またはアミン類とが反応して生成されるクロロアミン類が存在している。このクロロアミン類を光触媒接触装置５において遊離塩素とアンモニアおよび／またはアミン類とに分解することにより、クロロアミン類濃度を低減して塩素臭と皮膚刺激を低減することができると共に、遊離塩素による殺菌力を高めることができる。また、この循環水には、クロロアミン類の分解により生成された殺菌力の高い遊離塩素がすでに含まれている状態にあるため、後段の塩素供給装置８での遊離塩素の添加を少量とすることができ、循環水の塩素臭や皮膚刺激をさらに低減することができる。さらには、光触媒接触装置５で生成したアンモニアおよび／またはアミン類やプール１において発生したアンモニアおよび／またはアミン類を除去装置６で除去あるいは低減することができるため、後段の塩素供給装置８で添加された遊離塩素がクロロアミン類として固定化されるのを抑制することもできる。
【００２７】
なお、上記の塩素殺菌処理装置において、ヘアーキャッチャ２、ポンプ３、ろ過器４、加熱器７および塩素供給装置８等の機器の配置は、図１に示したものに限定されるものではなく、塩素殺菌処理において通常使用されている装置であればいかなるものでも使用することができる。また、これらの機器のうちの２つ以上を一体型としたものや、処理対象である循環水（汚染水）の種類に応じてさらなる機器を追加したものを使用することもできる。
【００２８】
次に、光触媒接触装置について、図２〜４を参照して説明する。
【００２９】
図２は、光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物を適用した光触媒接触装置の部分断面模式図である。
【００３０】
この光触媒接触装置２０は、超音波照射ホーン１０を囲むように配置された光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物が装着されたモジュール１１を具備する。図２においてモジュール１１は断面を示している。このフィルタ状成形物とは、例えば、光触媒を固定化した繊維をシート状に成形し、さらにこのシートを円筒状に成形したものである。
【００３１】
超音波照射ホーン１０は外周面から超音波を出射可能な構造となっている。
【００３２】
ろ過処理後の循環水（ろ過処理水）１２は、光触媒接触装置２０の下方から配管を介して供給され、続いて、超音波照射ホーン１０から出射される超音波に曝されると共に、超音波照射ホーン１０を囲むように配置されたモジュール１１を透過するか、あるいはモジュール１１の近傍を通過する。その後、光触媒接触装置２０の側方からクロロアミン類分解水１３として排出され、配管を介して後段であるアンモニアおよび／またはアミン類除去装置６に供給される。
【００３３】
超音波照射ホーン１０は、一般には、円柱状で先端から、超音波を発する構造を有するが、超音波照射ホーンの側面から超音波を発する構造とすれば、光触媒に接触した処理水に効率よく超音波を照射することができ、有利である。特に、光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物として、上記したように光触媒含有繊維を不織布などに加工して円筒状に成形したものを用いる場合には、円筒状光触媒の中空部の中心部に側面出射型の超音波ホーンを挿入して用いることが、さらに望ましい。
【００３４】
図３は、光触媒含有粒状成形物を適用した光触媒接触装置の部分断面模式図であり、図４は、図３の光触媒接触装置を適用した塩素殺菌処理装置のブロック図である。
【００３５】
図３に示すように、光触媒接触装置３０は、通常のろ過材が充填されたろ過材層部１５の上部に、砂状の光触媒含有成形物が充填された砂状光触媒層部１４が設けられている。この砂状の光触媒含有成形物とは、例えば粉末状の光触媒が固定化された粒体である。超音波照射ホーン１０は、砂状光触媒層部１４に挿入されている。この光触媒接触装置３０を適用する場合には、図４に示すようにろ過器４は省略することができる。
【００３６】
加圧された循環水（加圧水）２１は、砂状光触媒層部１４の上方に供給され、超音波照射されると共に、光触媒層部１４を透過し、引き続き、ろ過材層部１５を透過して、光触媒接触装置３０から排出され、後段であるアンモニアおよび／またはアミン類除去装置６に供給される。すなわち、この光触媒接触装置３０では、クロロアミン類の分解と汚れ成分のろ過分離とが同時に実施される。この光触媒接触装置３０の内部は強い殺菌環境になるため、レジオネラ菌などが繁殖し易いスライムの発生を防止できる。
【００３７】
また、光触媒接触装置に砂状の光触媒含有成形物を単独で充填することもできる。この場合には、図１に示したように、ろ過器と光触媒接触装置とを分離型とする。
【００３８】
図２に示した光触媒含有繊維にヒドロキシルアパタイトなどの吸着剤を固定化した繊維を混合したり、図３に示した砂状光触媒含有成形物に砂状のヒドロキシルアパタイトなどの吸着剤成形物を混合して用いることにより、汚染水が含むウイルスや菌体を光触媒の近傍に集中させることにより、光触媒作用によるより高効率な殺菌を実現できる。
【００３９】
さらに、図５に示すように、循環水のライン、例えばヘアーキャッチャ２とポンプ３との間のラインに、センサ１６を設けることができる。このセンサ１６により、温浴の入浴者やプールの利用者の増加などによる菌数の急激な増加を検知して、超音波照射装置１０の起動あるいは出力を制御し、クロロアミン類の分解効果を向上させることができると共に、超音波による殺菌効果を向上させることもできる。センサ１６には、例えば蛍光染色法などの原理による菌数センサが適用でき、あるいは、簡易には、濁度計、パーティクルカウンタが適用できる。センサの種類はこれに限定されるものではなく、また、その設置場所も図５に示すものに限定されるものではない。例えば、センサをヘアーキャッチャ２の上流側やポンプ３とろ過器４との間、あるいは、ろ過器４の下流側に設置することもできる。
【００４０】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００４１】
［実施例］
以下、本発明を実施例により説明する。
【００４２】
塩素殺菌における光触媒作用と超音波照射の効果を以下に説明するようにして評価した。
【００４３】
（実施例１）
この例では、大腸菌１０万個／ｍＬを含有する水２リットルに対して、アンモニウムイオンが３ｍｇ／Ｌになるように汚染水を調製した。この汚染水に、次亜塩素酸ナトリウムを２０ｍｇ／Ｌを加え、さらに光触媒として、平均粒径０．５ｍｍのアナターゼ型酸化チタン粒を５０ｇ／Ｌを加えて混合し、消費電力量０．６ｋｗの超音波照射ホーンを使用して、３分間の照射を行った。超音波照射を開始して１分後と３分後の汚染水に含有されていた大腸菌の個体数および死滅率を表１に示す。
【００４４】
（比較例１）
実施例１と同様にして得られた汚染水に次亜塩素酸ナトリウムを２０ｍｇ／Ｌを加えた（条件（ｂ））。次亜塩素酸ナトリウムを加えて１分後と３分後の汚染水に含有されていた大腸菌の個体数および死滅率を表１に示す。
【００４５】
（比較例２）
実施例１と同様にして得られた汚染水に次亜塩素酸ナトリウムを２０ｍｇ／Ｌを加えて、実施例１と同条件で超音波を照射した（条件（ｃ））。超音波照射を開始して１分後と３分後の汚染水に含有されていた大腸菌の個体数および死滅率を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
その結果は、表１に示すように、光触媒の存在下で超音波照射を行った実施例１では、大腸菌の死滅率は、１分後では９９．７％以上、３分後では９９．９９％以上であり、非常に優れた殺菌力を発揮した。
【００４８】
これに対して、光触媒の添加と超音波の照射を行わなかった比較例１では、３分後の大腸菌の死滅率が８０％、光触媒を添加することなく超音波の照射を行った比較例２では、３分後の大腸菌の死滅率が９９％であり、比較例１，２共に実施例１よりも殺菌力が低かった。
【００４９】
以上の結果から、アンモニウムイオンが存在する系における塩素殺菌では、光触媒の存在下での超音波照射による殺菌効果が高いことが確認できた。これは、アンモニウムイオンと次亜塩素酸ナトリウムとが反応して生成されたクロロアミンを、光触媒と超音波の作用により次亜塩素酸イオンとアンモニウムイオンとに分解し、次亜塩素酸イオンの殺菌効力を十分に発揮させることができたためと考えられる。
【００５０】
（実施例２）
実施例１と同様にして得られた汚染水を実施例１と同様にして光触媒の存在下で超音波照射（３分間処理）して得られた供試液を、粒状のゼオライトを充填した槽に通過させた。
【００５１】
ゼオライト充填槽の通過前と通過後の供試液のアンモニウムイオン濃度を測定したところ、通過前の供試液は、アンモニウムイオン濃度が３．０ｍｇ／Ｌであったのに対して、通過後の供試液は、アンモニウムイオンを検出することができず、その濃度は０．１ｍｇ／Ｌ未満であった。
【００５２】
以上の結果から、汚染水に光触媒の存在下で超音波を照射することによりクロロアミンを分解してアンモニウムイオンを生成させることができ、これをゼオライトに接触させることにより、アンモニウムイオンを高効率で除去できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る循環方式塩素殺菌処理装置のブロック図。
【図２】光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物を適用した光触媒接触装置の部分断面模式図。
【図３】光触媒含有粒状成形物を適用した光触媒接触装置の部分断面模式図。
【図４】図３の光触媒接触装置を適用した塩素殺菌処理装置のブロック図。
【図５】センサを備える循環方式塩素殺菌処理装置のブロック図。
【符号の説明】
【００５４】
１…プール、２…ヘアーキャッチャ、３…ポンプ、４…ろ過器、５，２０，３０…光触媒接触装置、６…アンモニアおよび／またはアミン類除去装置、７…加熱器、８…塩素供給装置、９…循環水、１０…超音波照射装置（超音波照射ホーン）、１１…モジュール、１２…ろ過処理水、１３…クロロアミン類分解水、１４…砂状光触媒層部、１５…ろ過材層部、１６…センサ、２１…加圧水。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方と菌類とを含む汚染水の塩素殺菌処理方法であって、
前記汚染水に、光触媒の存在下で超音波を照射する工程と、
前記照射工程で生成したアンモニアおよびアミン類の少なくとも一方を除去する工程と、
を有することを特徴とする汚染水の塩素殺菌処理方法。
【請求項２】
前記除去工程において、ゼオライトを使用することを特徴とする請求項１に記載の塩素殺菌処理方法。
【請求項３】
前記光触媒が、光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物の形態にあることを特徴とする請求項１または２のいずれか一方に記載の塩素殺菌処理方法。
【請求項４】
アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方と菌類とを含む汚染水を塩素殺菌処理する塩素殺菌処理装置であって、
前記汚染水に光触媒を接触させる手段と、光触媒の存在下で前記汚染水に超音波を照射する手段とを有する光触媒接触装置を具備することを特徴とする汚染水の塩素殺菌処理装置。
【請求項５】
前記光触媒接触装置の下流側に、前記汚染水中のアンモニアおよびアミン類の少なくとも一方を除去するアンモニアおよび／またはアミン類除去装置をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項６】
前記アンモニアおよび／またはアミン類除去装置が、ゼオライトを充填した槽を有することを特徴とする請求項５に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項７】
前記光触媒接触装置が、光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物を装着したモジュールと、超音波照射ホーンとを有することを特徴とする請求項４ないし６のうちのいずれか１項に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項８】
前記超音波照射ホーンが、側面部から超音波を出射可能なものであり、かつ前記フィルタ状成形物が、前記超音波照射ホーンの側面部の周囲に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項９】
前記光触媒接触装置が、光触媒含有粒状成形物を充填した槽と、超音波照射ホーンとを有することを特徴とする請求項４ないし６のうちのいずれか１項に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項１０】
前記超音波照射ホーンが、側面部から超音波を出射可能なものであり、かつ前記光触媒含有粒状成形物を充填した槽に挿入されていることを特徴とする請求項９に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項１１】
前記光触媒接触装置が、前記光触媒と共に、ウイルスおよび菌体の少なくとも一方を吸着する吸着剤を有することを特徴とする請求項４ないし１０のうちのいずれか１項に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項１２】
前記吸着剤が、ヒドロキシルアパタイトであることを特徴とする請求項１１に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項１】
アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方と菌類とを含む汚染水の塩素殺菌処理方法であって、
前記汚染水に、光触媒の存在下で超音波を照射する工程と、
前記照射工程で生成したアンモニアおよびアミン類の少なくとも一方を除去する工程と、
を有することを特徴とする汚染水の塩素殺菌処理方法。
【請求項２】
前記除去工程において、ゼオライトを使用することを特徴とする請求項１に記載の塩素殺菌処理方法。
【請求項３】
前記光触媒が、光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物の形態にあることを特徴とする請求項１または２のいずれか一方に記載の塩素殺菌処理方法。
【請求項４】
アンモニアおよびアミン類の少なくとも一方と菌類とを含む汚染水を塩素殺菌処理する塩素殺菌処理装置であって、
前記汚染水に光触媒を接触させる手段と、光触媒の存在下で前記汚染水に超音波を照射する手段とを有する光触媒接触装置を具備することを特徴とする汚染水の塩素殺菌処理装置。
【請求項５】
前記光触媒接触装置の下流側に、前記汚染水中のアンモニアおよびアミン類の少なくとも一方を除去するアンモニアおよび／またはアミン類除去装置をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項６】
前記アンモニアおよび／またはアミン類除去装置が、ゼオライトを充填した槽を有することを特徴とする請求項５に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項７】
前記光触媒接触装置が、光触媒含有繊維を含むフィルタ状成形物を装着したモジュールと、超音波照射ホーンとを有することを特徴とする請求項４ないし６のうちのいずれか１項に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項８】
前記超音波照射ホーンが、側面部から超音波を出射可能なものであり、かつ前記フィルタ状成形物が、前記超音波照射ホーンの側面部の周囲に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項９】
前記光触媒接触装置が、光触媒含有粒状成形物を充填した槽と、超音波照射ホーンとを有することを特徴とする請求項４ないし６のうちのいずれか１項に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項１０】
前記超音波照射ホーンが、側面部から超音波を出射可能なものであり、かつ前記光触媒含有粒状成形物を充填した槽に挿入されていることを特徴とする請求項９に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項１１】
前記光触媒接触装置が、前記光触媒と共に、ウイルスおよび菌体の少なくとも一方を吸着する吸着剤を有することを特徴とする請求項４ないし１０のうちのいずれか１項に記載の塩素殺菌処理装置。
【請求項１２】
前記吸着剤が、ヒドロキシルアパタイトであることを特徴とする請求項１１に記載の塩素殺菌処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２４７５４９（Ｐ２００６−２４７５４９Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６８９５９（Ｐ２００５−６８９５９）
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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