JP3553242B2

JP3553242B2 - 血液透析装置殺菌消毒用弱酸性電解酸性水生成装置

Info

Publication number: JP3553242B2
Application number: JP30857795A
Authority: JP
Inventors: 庸三笠井; 晶男曽我
Original assignee: Nikkiso Co Ltd
Current assignee: Nikkiso Co Ltd
Priority date: 1995-11-02
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2015-11-02
Also published as: JPH09122651A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用機器、特に血液透析装置に用いられて透析液の配管内を殺菌、消毒するための弱酸性電解酸性水の生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
漂白、殺菌作用を有する物質として、次亜塩素酸がよく知られている。そのため従来、血液透析装置の透析液配管内の殺菌や消毒においては、次亜塩素酸の塩である次亜塩素酸ソーダ（ＮａＯＣｌ）が用いられている。しかし、この次亜塩素酸ソーダは反応し易く危険なため、次亜塩素酸ソーダを扱う病院スタッフは十分な注意が必要であり、又、上記装置における金属腐食性が高いことが知られている。又、殺菌後の廃液中の塩素濃度が高いため、汚水浄化槽等へ悪影響を及ぼすといった問題があった。
【０００３】
一方、近年水の中で、ある種の活性を持つものを活性水と表現し、更に特定の機能を備える水を特に機能水として区別している。水を活性化する方法には電磁気エネルギーを用いる方法が一般的であり、その活性化処理には電気分解法や高電圧処理等様々な方法がある。又、通常の水道水をより機能化しようとする傾向が高まってきており、特に電気分解の促進のために０．０５％の食塩を添加して隔膜を介して電気分解し、その陽極側から得られる酸性の水が、殺菌水として機能するといった理論的な解説がなされるようになってきた。
【０００４】
上述のように隔膜を介して電気分解した陽極側に塩素や酸素を含み、水素イオン濃度（ｐＨ）２．７以下の溶液として得られる水は、酸化還元電位（ＯＲＰ：ｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ）１，１００ｍＶ以上で、微生物の生活圏の限界であるとされる９００ｍＶをはるかに越える高ポテンシャルとなり、酸化反応がおこりやすい状況をつくると共に、含有塩素系化合物の作用により速効性の強い殺菌力を示す。この機能水は、正確には「強酸性電解生成水溶液」と呼ばれているが、一般的には「電解酸性水」、「電解酸化水」等の呼び名で扱われているため、本明細書中では「電解酸性水」と称する。そして、上述のように血液透析装置等の医療用機器の殺菌用に、上記次亜塩素酸ソーダの代替として、最近この強酸性電解酸性水が用いられるようになってきた。
【０００５】
ここで、上記強酸性電解酸性水の生成方法及びその原理を図を用いて説明する。図１３は強酸性電解酸性水を生成するための装置の概略構成を示しており、混合槽２０及び電解槽１０から構成されている。そして、電解槽１０では、陽極２及び陰極３の電極材として白金（Ｐｔ）が用いられ、陽極２で生成される酸性成分と陰極３で生成されるアルカリ成分とが混ざらないように物理的に排除するため、上記電解槽１０の中心部に隔膜１が設けられている。このような構成において、まず上記混合槽２０に水と、電解添加液として食塩（ＮａＣｌ）とを導入して混合し、混合された食塩水は上記電解槽１０に送られ、陽極２及び陰極３の間に電圧が印加されて電気分解される。
【０００６】
このときに、陽極２及び陰極３で起こっている反応を図８、図９及び図１０を用いて説明する。図８は陽極２で起こっている反応を段階的に示す図であり、最初に塩素イオン（Ｃｌ⁻）及び水酸化物イオン（ＯＨ⁻）が陽極にそれぞれ電子（ｅ⁻）を放出し、それぞれ塩素ラジカル（・Ｃｌ）及びヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）になる。それぞれの反応は、下記の化１及び化２で表される。
【化１】

【化２】

【０００７】
上記塩素ラジカル（・Ｃｌ）と、ヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）とが結合して次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）が生成される。このときの反応は、化３で表される。
【化３】

よって、上記化１〜化３をまとめると、下記の化４のように表せることができる。
【化４】

【０００８】
次に、図９は上記同様、陽極２での二次的な反応を段階的に示す図であり、陽極２に吸着した塩素イオン（Ｃｌ⁻）が、陽極に電子を放出し塩素ガス（Ｃｌ_２）になり、化５のように表せる。
【化５】

そして、塩素ガス（Ｃｌ_２）は速やかに水分子（Ｈ_２Ｏ）と反応し、次の化６に表されるように、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）及び塩酸（ＨＣｌ）を生成する。
【化６】

上記化５及び化６をまとめると、次の化７のようになる。
【化７】

【０００９】
つまり、上記化４及び化７から、塩素イオン（Ｃｌ⁻）が電子（ｅ⁻）を放出し、次亜塩素（ＨＯＣｌ）及び塩酸（ＨＣｌ）になる酸化反応を起こしていることがわかる。又、塩素ガス（Ｃｌ_２）が生成するため、装置にはこのガスを排出するためのガス抜きが必要である。
【００１０】
逆に陰極３では、図１０に示すように、まずナトリウムイオン（Ｎａ^＋）が陰極３に吸着して電子（ｅ⁻）を受けとり、ナトリウム金属（Ｎａ）になる。この反応は化８で表される。
【化８】

こうして生成されたナトリウム金属（Ｎａ）は、化９に表されるように速やかに水分子（Ｈ_２Ｏ）と激しく反応して水素ガス（Ｈ_２）及び水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）になる
【化９】

【００１１】
又、このとき水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）は、水溶液中で電離しているため化９は、化１０のように表される。
【化１０】

上記化８及び化１０をまとめると、次の化１１のように表される。
【化１１】

この結果より、あたかも水分子（Ｈ_２Ｏ）が直接電子（ｅ⁻）を受けとり、水素ガス（Ｈ_２）及び水酸化物イオン（ＯＨ⁻）となって還元反応が起こっているように見えのがわかる。尚、この陰極３で得られたアルカリ水は、石鹸水と同じような働きをする。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１３で示した装置の陽極２側で生成された強酸性電解酸性水の殺菌効果は、一般細菌では１５〜３０秒以内の短時間で殺滅可能であることが明らかとなっている。しかし、この強酸性電解酸性水を日常の臨床に用いる場合に最も注意しなければならないことは、血液などの有機物の存在により急激にその殺菌効果がなくなってしまうことである。ここで、一つの例を示す。例えば、温度２４℃で、ｐＨ２．４、ＯＲＰ１１２５ｍＶ、残留塩素２５ｐｐｍの強酸性電解酸性水２００ｍｌにヒト血清（総蛋白５．４８ｇ／ｄｌ、アルブミン５７．２％）を５０μｌ加えた場合と、上記同様の条件下で、ヒト血清のみを２００μｌにした場合の上記ｐＨ、ＯＲＰ、生菌数及び残留塩素が、経時的にどの様に変化するかを、図１１及び図１２を用いて説明する。
【００１３】
尚、上記各条件下では、最初に、ＭＲＳＡ（ＭｅｔｈｉｃｉｌｌｉｎＲｅｓｉｓｔａｎｔＳｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓＡｕｒｅｕｓ）菌液が５×１０^５ＣＦＵ／ｍｌ添加されており、又、上記残留塩素は、次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ⁻）、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）、塩素ガス（Ｃｌ_２）等の塩素化合物のすべてを包括している。そして図１１及び図１２は、上記条件下で、ヒト血清を２００μｌ加えた時の経時変化を表すグラフを示している。
【００１４】
まず、上記ヒト血清を５０μｌ加えた場合、ｐＨは１５秒後には、ｐＨ２．４、ＯＲＰ１１１３ｍＶとほとんど変化しなかったが、残留塩素は、１０ｐｐｍと急激な減少を認め、その後、経時的に観察した結果、ｐＨは２分後でも２．４と全く変化しなかった。そして、ＯＲＰは１１０４ｍＶにやや低下しており、残留塩素は１０ｐｐｍの低値が持続しており、又、最初に添加されたＭＲＳＡは１５秒以内に完全に死滅していた。
【００１５】
しかし、上記同様の条件下、ヒト血清のみを２００μｌに増量されると、図１１及び図１２に示されるように、グラフａで示されているｐＨは時間経過中全く変化を示さなかったが、グラフｂで示されているＯＲＰは経時的にゆっくりと減少して１５秒後では１０８３ｍＶとなる。又、グラフｃで示されている残留塩素も１５秒後には２ｐｐｍとなり、グラフｄで示されている生菌数は５×１０^３ＣＦＵ／ｍｌとなった。その後の菌数の減少は緩除であり、２分後でも４×１０^２ＣＦＵ／ｍｌの生菌数を認めた。
【００１６】
これらの実験結果からｐＨは殺菌効果の指標とはならず、酸化還元電位はほぼ残留塩素と相関を示しているため、ある程度の指標となり得るものの、その殺菌効果の本質は次亜塩素酸の量に強く影響を受けていることがわかる。そして、強酸性電解酸性水２００ｍｌにごく微量の血清を添加しても殺菌効果は急激に低下してしまい、その限界は強酸性電解酸性水に対して、０．１％の濃度の有機物であることが確認されている。
【００１７】
上記強酸性電解酸性水の中に含まれる塩素イオンは活性を持たないため失活するものではなく、又、空気中の酸素に暴露して失活することはない。即ち電解酸性水中には豊富な酸素があり、液中から空気中に酸素が放出してしまう可能性が高い。そして、殺菌効果の主成分である次亜塩素酸は紫外線により容易に還元され、分解して酸化還元電位も低下してしまう。このように不安定な化学物質であるために、強酸性電解酸性水を室温保存する場合には遮光密栓保存が原則であり、その限度も６０日間とされ、密栓容器のみでは１５日以内とし開放容器の場合には３２時間を目安とすることが望ましいと考えられており、可能な限り生成直後の新鮮なものを使用する必要がある。
【００１８】
そして、強酸性電解酸性水は上述のように塩素ガスを発生するため、その生成現場や貯蔵タンクにおいてはガスを安全に放散できるような対策も必要である。特に上記貯蔵タンクの上部空間空気中には、約１００ｐｐｍに近い塩素ガスが存在し、散布方式で使用する手洗いシンクの底付近でも約１０ｐｐｍの塩素ガス濃度が検出されることを念頭において使用する必要がある。更に、金属に対する腐食作用も強く、建造物設備を破壊することもあり、廃棄処理についても注意深い配慮が必要となる。大量に廃棄する場合においては、生成過程で同時にできるアルカリ水を混合して廃棄するか、アスコルビン酸を加えて塩素ガスの発生を抑制してから廃棄する等の対応をしなければならない。
【００１９】
本発明は上述した事情よりなされたものであり、本発明の目的は、医療用機器、特に血液透析用装置を短時間で殺菌、消毒でき、患者やスタッフに対し安全であり、機器への損傷も少なく、更には汚水処理環境への影響も少ない電解酸性水及びその供給装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、食塩及び塩酸を含有した電解添加液を貯留する電解添加液タンクと、前記電解添加液タンクから送られた前記電解添加液を電気分解する電解槽と、前記電解槽で得られた次亜塩素酸及び塩酸を水で希釈し、ｐＨ５．０〜５．５、残留塩素濃度２０ｐｐｍ以上、酸化還元電位８００〜１０５０ｍＶを示す弱酸性にコントロールした弱酸性電解酸性水を生成させるための混合槽とを具備した電解ユニットと、前記弱酸性電解酸性水を貯留するタンクと、モータバルブを介して接続された単身用及び多人数用血液透析装置に前記タンクに貯留された前記弱酸性電解酸性水を供給するためのマグネットタイプのポンプとを備えたことよって効果的に達成される。

【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明においての医療用機器、特に血液透析用装置を殺菌消毒するための水は、上記強酸性を示す電解酸性水に対して、ｐＨ５．０〜５．５、残留塩素濃度２０ｐｐｍ以上、ＯＲＰ８００〜１，０５０ｍＶを示す弱酸性電解酸性水である。これは、図７で示される各ｐＨに対する遊離有効塩素の存在比のグラフからも明らかなように、次亜塩素酸の存在比率が最も高いｐＨ５付近を電気分解により生成し、次亜塩素酸ナトリウムを２００ｐｐｍに希釈した場合と同等以上の殺菌効果が得られ、残留塩素を有効に利用できるように工夫されたものである。
【００２２】
本発明の弱酸性電解酸性水の生成方法を図１を用いて説明する。図１は弱酸性電解酸性水を生成するための装置の概略図であり、電解槽３０及び混合槽４０から構成されている。又、電解槽３０では、上記従来の強酸性電解酸性水を生成する装置と同様に、電極は陽極３１、陰極３２ともに白金（Ｐｔ）で構成されている。そして、従来の強酸性水生成装置では、陽極で生成される酸性成分と陰極で生成されるアルカリ成分とが混合しないように電解槽の中心部に隔膜が設けられていたが、本発明の弱酸性電解酸性水生成電解槽では、陽極３１及び陰極３２で発生する成分を反応させるために、隔膜は備えられていない。つまり、弱酸性電解酸性水では、アルカリ成分（ＮａＯＨ）を塩酸（ＨＣｌ）で中和して化学的に排除させようとするものである。
【００２３】
ここで、上記弱酸性電解酸性水を生成する原理は、図８、図９及び図１０に示されるように上記強酸性電解酸性水の電気分解と同様の反応を示す。つまり、電解添加液として食塩（ＮａＣｌ）及び塩酸（ＨＣｌ）を少量含む水（Ｈ_２Ｏ）を電気分解すると、電解槽３０の陽極３１側では、まず上記化１で表されるように塩素イオン（Ｃｌ⁻）は、電極で電子を奪われて反応性の高い塩素ラジカル（・Ｃｌ）になる。そして、この塩素ラジカル（・Ｃｌ）は上記化５で表されるように互いに反応して塩素ガス（Ｃｌ_２）になる。更に、この塩素ガス（Ｃｌ_２）は、上記化６に表されるように水（Ｈ_２Ｏ）と反応して次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）及び塩酸（ＨＣｌ）が生成される。
【００２４】
一方、上記電解槽３０の陰極３２側では、上記化８で表されるようにナトリウムイオン（Ｎａ^＋）は電極で電子を貰い、反応性の高い金属ナトリウム（Ｎａ）になる。そして、この金属ナトリウムは上記化９に表されるように、水（Ｈ_２Ｏ）と反応して水素ガス（Ｈ_２）及び水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）になる。しかし、この弱酸性電解酸性水を生成する装置では、上述のように強酸性電解酸性水を生成する装置に設けられた隔膜がないため、上記陽極３１側で発生された塩酸（ＨＣｌ）と上記陰極３２側で発生された水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とが中和反応し、水（Ｈ_２Ｏ）及び食塩（ＮａＣｌ）になる。そして、上記電解槽３０で生成された次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）及び塩酸（ＨＣｌ）は、上記混合槽４０に送られ、ここで水により希釈され、弱酸性電解酸性水として取り出される。
【００２５】
【実施例】
次に、本発明による弱酸性電解酸性水を生成供給装置を、具体例を用いて詳細に説明する。図２（Ａ）は、弱酸性電解酸性水を生成供給装置の正面図、同図（Ｂ）及び（Ｃ）は側面図であり、同図（Ｄ）は平面図である。この生成供給装置は、ポンプモータ／バルブコントロールユニット４、電気ユニット５、電解ユニット６、貯留タンク７及び弱酸性水供給ポンプ８で構成されており、電解用添加液タンク９は別置きされている。図３は上記装置における水及び生成水の一連の流れを、図２に対応させて示す図であり、まずポンプモータ／バルブコントロールユニット４及び電気ユニット５を介して電解用添加液タンク９から送られた食塩及び塩酸は、ＲＯ水と共に電解ユニット６で電気分解され、生成された次亜塩素酸及び塩酸は貯留タンク７に送られる。貯留タンク７に蓄えられた生成水は、生成装置にモータバルブ１１Ａを介して接続された多人数用血液透析システム１２に供給ポンプ８を介して送られる。多人数用血液透析システムに送られた生成水は、そのシステムと、更にその先に位置する配管及びベッドサイドモニターの殺菌消毒を行う。尚、上記電気ユニット５は上述した一連の流れを制御するためのものである。
【００２６】
そして、装置全体の寸法は、９００（Ｗ）×４５０（Ｄ）×１，１６５（Ｈ）であり、運転重量は１６０ｋｇ、電源はＡＣ１００Ｖ×８００Ｗ、５０／６０Ｈｚを使用する。又、製造能力は１０００リットル／Ｈｒであり、供給ポンプ８はマグネットタイプを使用し、各タンクの容量は生成水タンクが１００リットル、電解添加液タンクが２０リットルとなっている。尚、原水はＲＯ水（１．５〜２．５ｋｇｆ／ｃｍ^２）が用いられている。この生成装置を用いることにより、ｐＨ５．０〜５．５、残留塩素濃度５０〜８０ｐｐｍ及びＯＲＰ８００〜１０００ｍＶの生成水が得られた。
【００２７】
ここで、上述のようにして得られた弱酸性電解酸性水と、強酸性電解酸性水とを比較する。はじめに、図４及び図５に強酸性電解酸性水と弱酸性電解酸性水の殺菌力に対する有機物の影響を示した図で比較する。図４では強酸性電解酸性水２００ｍｌを温度２４．６℃、ｐＨ２．３９、ＯＲＰ１１２２ｍＶ及び残留塩素濃度を２５ｐｐｍとした条件下で、血清を１００μｌ、２００μｌ、５００μｌ及び１０００μｌを加え、一定時間経過後の各菌の生菌数（単位ＣＦＵ／ｍｌ）を示している。一方、図５は弱酸性電解酸性水２００ｍｌを温度２４．６℃、ｐＨ５．５５、ＯＲＰ８９０ｍＶ及び残留塩素濃度を８０ｐｐｍとした条件下で、血清を１０００μｌ、２０００μｌ及び５０００μｌを加え、一定時間経過後の各菌の生菌数（単位ＣＦＵ／ｍｌ）を示している。
【００２８】
有機物による失活試験においても上記強酸性電解酸性水では上述したように、０．１％以上の濃度で殺菌効果が消失していたものが、図４及び図５からも明らかなように、弱酸性電解酸性水では約１０倍の１％の有機物でも失活していない。即ち有機物の不活化を受けにくいことが明らかである。又、室温保存による失活試験においても残留塩素量が多く、効果が長期間持続して安定性がある。特に保存容器の上部に貯留する気体中に発生する塩素ガス濃度は強酸性電解酸性水の場合には、約１００ｐｐｍであるのに対し、弱酸性電解酸性水では１ｐｐｍ程度である事実からもその残留塩素が揮発しにくいことがわかる。
【００２９】
そして、金属腐食作用についても強酸性電解酸性水に比較して腐食性は低い。即ち弱酸性の場合には、腐食電位は約４７０ｍＶ〜６００ｍＶで、上記次亜塩素酸ナトリウム（濃度２００ｐｐｍ）では約８００ｍＶとなり、前者のほうが腐食電位は低い。したがって、例えば耐腐食性ステンレス（ＳＵＳ−３１６）では通常の使用温度において腐食は生じないことになる。これらの金属腐食性の実験では次亜塩素酸ナトリウム、強酸性電解酸性水、弱酸性電解酸性水の順で腐食作用は弱くなっていることが判明した。上記強酸性電解酸性水と弱酸性電解酸性水の比較結果を図６に示しておく。
【００３０】
【発明の効果】
上記弱酸性電解酸性水を単身用及び多人数用の血液透析装置の殺菌消毒に用いた場合、５分以内には生菌の消滅をもたらし、従来の次亜塩素酸ソーダでは６０分要したものが、２０分の消毒で十分に目的を達成することができる。又、残留塩素濃度が０になるまでに要した水洗時間においては、従来の次亜塩素酸ソーダを用いると、後水洗に５０分かかっていたものが、弱酸性電解酸性水を用いると後水洗の大巾な短縮を可能とする。そして、滅菌能も従来の５００〜６００ｐｐｍ次亜塩素酸ソーダ（ｐＨ８．５〜９．０）とほぼ同等なものであった。更に、汚水浄化槽への影響に対しても、上記弱酸性電解酸性水を用いると消毒行程における廃液の塩素濃度は低く、電解添加液及び生成水の成分、又その残留性から安全性もより高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弱酸性電解酸性水を生成供給するための装置の概略構成図である。
【図２】弱酸性電解酸性水生成装置の一例を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は平面図である。
【図３】弱酸性電解酸性水を生成するための装置における水及び生成水の一連の流れを示す図である。
【図４】強酸性電解酸性水の殺菌力に対する有機物の影響を示す図である。
【図５】弱酸性電解酸性水の殺菌力に対する有機物の影響を示す図である。
【図６】強酸性電解酸性水と弱酸性電解酸性水の比較結果を示す図である。
【図７】ｐＨに対する遊離有効塩素の存在比のグラフを示す図である。
【図８】陽極で起こっている反応を段階的に示す模式図である。
【図９】陽極での二次的な反応を段階的に示す模式図である。
【図１０】陰極で起こっている反応を段階的に示す模式図である。
【図１１】血清に対する強酸性電解酸性水殺菌効果を示す図である。
【図１２】血清に対する強酸性電解酸性水殺菌効果を示す図である。
【図１３】強酸性電解酸性水を生成するための従来装置の概略図である。
【符号の説明】
１隔膜
２、３１陽極
３、３２陰極
４ポンプモータ／バルブコントロールユニット
５電気ユニット
６電解ユニット
７貯留タンク
８弱酸性水供給ポンプ
９電解用添加液タンク
１０、３０電解槽
１１モータバルブ
１２単身用又は多人数用血液透析システム
２０、４０混合槽

Claims

食塩及び塩酸を含有した電解添加液を貯留する電解添加液タンクと、前記電解添加液タンクから送られた前記電解添加液を電気分解する電解槽と、前記電解槽で得られた次亜塩素酸及び塩酸を水で希釈し、ｐＨ５．０〜５．５、残留塩素濃度２０ｐｐｍ以上、酸化還元電位８００〜１０５０ｍＶを示す弱酸性にコントロールした弱酸性電解酸性水を生成させるための混合槽とを具備した電解ユニットと、前記弱酸性電解酸性水を貯留するタンクと、モータバルブを介して接続された単身用及び多人数用血液透析装置に前記タンクに貯留された前記弱酸性電解酸性水を供給するためのマグネットタイプのポンプとを備えたことを特徴とする弱酸性電解酸性水の生成装置。