紫外線殺菌とは、短波長紫外線(UV-C)が微生物に照射されて紫外線を吸収すると、隣接したDNA同士が光反応で重合され、機能の損傷が生じ、微生物が複製されない不活性化を意味する。

紫外線殺菌による敏感度は原生動物＞バクテリア＞ウイルス順に報告されてきた。
Adenovirusのような紫外線に強いウイルスを不活性化させるためには、高いレベルの紫外線照射が必要なので、紫外線殺菌の場合、ウイルスよりはバクテリアや原生動物にさらに効果的である。
一般的に原生動物が塩素やオゾンのような科学薬品に対する耐性を持っていると報告されている。

紫外線殺菌の場合、クリプトスポリジウム(Cryptosporidium parvum)やジアルジア(Giardia)のような原生動物は、ウイルスやバクテリアに比べ、紫外線によって簡単に不活性化されると見られていて、下水および浄水の処理をする際にその使用が増えており、残留性がなく、消毒副産物を発生させないので、塩素に耐性を持っている病原性微生物を制御するにも、紫外線照射が効果的だと報告されている。

• 紫外線殺菌装置の構造 一般の紫外線殺菌装置は、殺菌が行われる殺菌部、紫外線ランプ、水中で紫外線ランプを保護する石英管、石英管を固定する石英管固定部、水が流入および排出される流入口および流出口で構成されている。
  
  
  
  一体型紫外線殺菌装置の構造図および外形図 紫外線ランプから照射される紫外線によって殺菌が行われる殺菌部は、円筒形のパイプ型で、側面部に入口および出口が設置されていて、殺菌部の片方の端の部分に紫外線ランプが挿入された石英管を固定する石英管固定部が設置される構造で、紫外線殺菌装置が開発されて100年以上その形や構造の変化がほとんどなく、初期の形を今まで使用している。
  
  

紫外線殺菌装置は、処理する容量によって微生物殺菌に必要な十分な紫外線が照射できるように、殺菌部に一個以上の紫外線ランプを設置し、入口および出口が設置される構造上の特性がある。短波長紫外線の水中透過力が低いので、大容量の殺菌装置であるほど殺菌力の低下が大きくみられ、殺菌装置内部の紫外線照射の死角領域が存在するため、1回の処理で100％殺菌することが困難である。　そのため、殺菌装置を直列または並列に繋いで使用するしかなく、設置および維持に掛る費用が増加する高額の殺菌技術として知られている。

• 殺菌部に入口および出口が設置された一体型の構造で殺菌力減少 紫外線殺菌装置は容量が増加すると殺菌部の側面部に設置される出入口の配管の大きさもまた増加するので、有効殺菌部の長さが減少され、水が殺菌部に滞留する時間、すなわち紫外線の照射量が小容量の殺菌装置に比べて少なくなり、大容量になるほど殺菌力が大きく減少する。
  また、大容量の殺菌装置は殺菌部の直径も小容量の殺菌装置より大きく、出入口の配管が設置された殺菌部の両端の水の流れと反対側の水の流れが円滑でない流れの死角領域もまた増加し、殺菌力が減少する。(下の図参照)
  殺菌装置の容量増加による殺菌部減少により殺菌力が減少
  結果的に大容量の殺菌装置は小容量の殺菌装置に比べ、出入口の配管の大きさが増加された分、紫外線ランプが殺菌する長さが短くなり、殺菌部の両端の流れが留まり、紫外線ランプ全体が殺菌作用に使用できなくなる。そのため、微生物の殺菌に必要な紫外線の量が減り、殺菌力が減少する構造上の特徴がある。
  
  上記のような殺菌装置の大容量化による殺菌力減少の問題を解決するために、殺菌力の減少が少ない中小型殺菌装置を必要な容量だけ並列に繋げて使用すれば、殺菌力の減少を最小限にすることは出来るが、多数の殺菌装置を製作することにより費用の増加、配管およびバルブ、連結部品など資材の所要量、設置場所の増加はもちろん、維持・管理が困難であるという問題点がある。しかし、現実的な代案がなく、現在まで使用している。
  
  
  殺菌装置の大容量化による殺菌力の減少で並列に繋がった殺菌装置
• 紫外線照射の死角領域があり、100%殺菌することが出来ない 殺菌線と呼ばれる短波長の紫外線(254nm)は水中での透過力がとても小さく、ランプを中心に同心円の方向に、強度に比例して、一定の距離のみ透過される特性がある。殺菌装置の内部ではランプとランプの間、ランプと殺菌部のハウジング内面に紫外線が到達しえない紫外線照射の死角領域が存在する。
  
  こうした紫外線照射の死角領域を通過する水中の微生物は、紫外線の照射領域を通過したものより殺菌に必要な紫外線の量（強度や頻度）が足りず、生存状態で殺菌装置を通過することになるので、100％の殺菌処理は困難である。
  
  紫外線照射の死角領域による問題を最小限にするため、高出力の紫外線ランプを使用したり、ランプの使用量を増加して解決することは出来るが、各紫外線ランプから照射される紫外線を重ねる方法は紫外線に対する使用効率を落し、エナジーの消耗はもちろん、設置費用と維持・管理の費用をも増加させる。
  
  
  A. ランプ使用量の増加 / B. 高出力のランプ /C. 殺菌装置を直列に繋ぐ 紫外線照射の死角領域による殺菌力の低下と解決方法
• 紫外線殺菌技術による100％殺菌処理の重要性 紫外線殺菌装置は水中の微生物を殺菌することを目的とする装置で、食品、飲料、医薬品などのように長期間にわたり保管・流通するものの場合、100％殺菌処理がされていないと、微生物が増殖して腐敗してしまい、全部廃棄しなくてはならなくなるので、100％殺菌が出来ない殺菌装置は殺菌装置としても機能を失うことになる。このような理由により/このため、紫外線殺菌装置の場合、100％殺菌ではなく殺菌率の程度を比較して殺菌装置の優秀性を議論することには何の意味もない。
  
  
  100％殺菌処理をするために直列で繋がった紫外線殺菌装置

第一に、従来の紫外線殺菌装置の殺菌部に設置された入口と出口を分離し、殺菌部の両端に入口および出口を設置して、出入口の配管の大きさによって殺菌部の大きさに影響を与えない出入口分離型の構造で、容量増加による殺菌力低下の問題を解決した。

第二に、一つの殺菌部に多数のランプが設置された構造で発生する紫外線照射の死角領域問題は、紫外線ランプごとに紫外線の照射距離に相応の直径を持つ個別殺菌部の構造に変えて、殺菌力低下の問題を解決した。

容量増加および紫外線照射の死角領域による殺菌力の低下がなく、一度の通過で100％殺菌できる新しい紫外線殺菌装置を世界で初めて開発して、アメリカ、中国、日本、イギリスでの特許をとり、2014年性能認証および優秀調達物品として認証された。

出入口の位置および殺菌部の構造による紫外線ランプ2個の殺菌装置構造

• 紫外線照射および流れの死角領域のない新しい紫外線殺菌装置 下の図は、2個のランプを使用する紫外線殺菌装置の断面構造と殺菌部に存在する紫外線照射の死角領域を象徴的に表したもので、紫外線ランプを中心に紫外線の透過距離を繋いだ同心円は紫外線の照射領域に、同心円の外は紫外線の死角領域に、概略的に表したものである。
  
  従来の殺菌装置の断面図 S&環境の殺菌装置の断面図 紫外線照射の死角領域および紫外線の照射領域を持つ殺菌装置の断面図
  上記の紫外線の照射領域を表す同心円の大きさを増加させ、殺菌部内部に同心円を重ねて紫外線照射の死角領域を減らす現実的な方法は、従来の一体型殺菌装置では、高出力の紫外線ランプを使って照射の強度を増加させる方法と、ランプの数を増やす方法があるが、分離型個別殺菌部を持つ殺菌装置では、ランプの出力とランプの数を増やさなくても可能である。
  
  
• 紫外線殺菌装置の構造による殺菌力の比較 下の図は同じランプを２つ使用する殺菌部に出入口が設置された従来の殺菌装置と、出入口を殺菌部から分離して紫外線ランプごとに個別殺菌部を持っている分離型個別殺菌部構造のS&P環境の殺菌装置を図で表したものである。
  
  従来の一体型殺菌装置は紫外線ランプより殺菌部の長さが小さくなる構造で、分離型殺菌部の構造を持つ殺菌装置はランプの長さと殺菌部の長さが同じでランプごとに個別の殺菌部を持つ構造であることを確認できる。
  
  
  紫外線照射の死角領域の有無による２つのランプを持った紫外線殺菌装置
  従来の一体型殺菌装置との殺菌力の違いを確認するため、多量の細菌が含まれた下水処理場の放流水を実験対象にして、同じ条件で殺菌力を比較した。
  実験の均等性を確保するために殺菌装置ごとに同じ出力ランプ(39W)、流量計を設置して同じ流量を維持して実験し、各殺菌装置の100％の殺菌力を達成したかどうかを確認するために、低流量での殺菌力の比較実験と、その殺菌の死角領域がない殺菌装置との弁別力を確認するために、高流量での殺菌力の比較実験を進めた後、各条件ごとに同時に試料を採取して光州広域市保健環境　　　　研究院と当社の敷設研究所で分析したが、当社では実験の信頼度を得るために、5つの試料を培養して最高および最低の値を除いた3つの試料を平均して分析した。
  殺菌の死角領域の存在による殺菌力の比較実験の装置

紫外線照射の死角領域による高流量の領域での殺菌率の比較

従来の一体型殺菌装置は、殺菌装置の流量が多い場合、流量により殺菌率の変化が大きく、個別殺菌部の構造を持つ殺菌装置は変化が少ないことを確認できた、また下の表は紫外線の死角領域による100％の殺菌力を達成したかどうかを確認するために、同じ条件で低流量で下水放流水を流して殺菌力を比較したもので、殺菌の死角領域がない殺菌装置の場合、50ℓ/min以下では100％の殺菌力を達成することが出来るが、殺菌の死角領域がある殺菌装置は低流量の場合でも100％の殺菌処理は出来なかった。

低流量での殺菌装置の100％殺菌力達成の比較