JP4606183B2

JP4606183B2 - 医療廃棄物の加熱殺菌装置

Info

Publication number: JP4606183B2
Application number: JP2005017373A
Authority: JP
Inventors: 義彦国枝
Original assignee: NIPPOU KOUSAN CO., LTD.
Current assignee: NIPPOU KOUSAN CO., LTD.
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: JP2006204374A

Description

本発明は、電磁波加熱方法及び電磁波加熱滅菌方法に関する。

マイクロ波やラジオ波などの電磁波加熱方法は、物質内部より自己発熱させる方法で、外部からの熱の移動による外部加熱方式に比べて、急速かつ均一加熱が可能であり、加熱効率が良くまた選択加熱ができるなど多くの利点を有している。ここで、加熱は被加熱体の誘電特性に基づく自己発熱であり、被加熱体の誘電特性などによって目的とする到達温度に達しないものがあったり、均一な加熱が困難な場合があるなど、その適用には種々の制限がある。

例えば医療廃棄物は、使用済みガーゼ、注射針、注射器、ゴム手袋、紙おむつなど金属製品、ガラス製品、紙製品など誘電率の大きく相違する種々のものが混在した状態で収集される。特に紙おむつなどは嵩が大きく緻密でないために加熱されにくく、また不均一な加熱になりやすい。従って、医療廃棄物などを電磁波により加熱滅菌処理を行うには種々の工夫を必要とする。

一般に細菌は１００°Ｃ以下の温度でも加熱すれば死滅するものが多く、１００°Ｃの煮沸水により滅菌をすることができる。しかし、バシリス菌などの芽胞を形成する耐熱性菌では、１００°Ｃの煮沸消毒では芽胞まで完全には死滅させることができない。耐熱性菌を滅菌するには、乾燥状態で１６０°Ｃで６０分の温度と時間を必要とする。一方、水蒸気の存在下では１２１°Ｃで２０分、１３５°Ｃでは５分で滅菌できる。このため、耐熱性菌をも死滅させる加熱滅菌では、水蒸気の存在下で１２１°Ｃ以上とした条件下で処理されている。特に、医療廃棄物は耐熱性菌にも汚染されている可能性のあるために、現在では病院などの発生施設内で耐熱性菌をも滅菌することが求められている。

なお、本明細書では医療廃棄物の語を、耐熱性菌により汚染されている可能性のある廃棄物の他、一般細菌により汚染されている可能性のある廃棄物等、滅菌処理を必要とする廃棄物の意味で使用している。発生源は病院などの医療施設、耐熱性菌を取扱う研究所などの他、ＨＩＶ（エイズウイルス）、ＨＢＶ（肝炎ウイルス）、鳥インフルエンザやＯ１５７などのウイルスや細菌に汚染された可能性のある種々の廃棄物も含まれる。

マイクロ波により医療廃棄物を加熱滅菌する従来技術としては、特許文献１や特許文献２などに開示されている。
特許文献１の発明は、電子レンジのように多数の電磁界モードが存在するマルチモード発振器では、電界の不均一により被加熱物に温度分布を生じて焼きむらを生じたり、エネルギー効率が悪く高温まで加熱できないとの知見の下に、電磁界を一カ所に集中できるシングルモードの空洞発振器を用いている。そして、この空洞発振器内の電界強度の最大のところに被処理物を配置し、水を添加した状態でマイクロ波加熱し、発生するスチームにより加圧し、滅菌処理を行っている。

特許文献２の発明は、医療廃棄物を収容した処理袋内に水を加えた上でプレスにより減容し、さらに真空処理後に密閉することにより、密着度の高い内容物として、マイクロ波加熱による温度上昇を確保するとともに加熱むらの発生を防止する前処理を施している。この前処理を施した処理袋を圧力容器内に収容し、マイクロ波加熱して加熱滅菌処理を施している。特に一個のマグネトロンだけでは十分な加熱を行えないとして圧力容器の底部と側部に２個のマグネトロンを配置して、交互にマイクロ波照射を行っている。

特表平１１−５０５９５６号公報特開２００４−１８１０２２号公報

特許文献１の発明では、蒸気滅菌であるために、耐熱性菌まで確実に滅菌することが困難であり、また、大容量のシングルモードの空洞発振器を必要とするばかりか、圧力容器の構造が複雑であり、さらに、長い加熱処理時間を必要としていた。

特許文献２の発明では、内容物の密着性を高めるために、マイクロ波加熱する前の前処理として、医療廃棄物を収容した処理袋内に水を加えた後に、圧縮減容し、さらに真空処理後に密閉する作業を必要とし、その作業が煩雑であった。また、医療廃棄物全体が滅菌温度の１２０°Ｃに達するのに約１００分以上マイクロ波照射を繰り返す必要があり（特許文献２の図３参照）、非常に長い処理時間を必要としていた。

本発明では、被加熱物に界面活性剤を添加すれば、例えマルチモード発振器を使用しても、界面活性剤による発熱によって、被加熱物が急速に加熱され、また、加熱される界面活性剤が分散して存在するすることにより、均一に加熱されることを見出し、発明に至った。

請求項１の発明では、医療廃棄物を加熱滅菌する医療廃棄物の加熱滅菌装置において、界面活性剤を添加した水分を分散した医療廃棄物を収容する密閉容器と、該密閉容器内を加圧する加圧装置と、医療廃棄物をマイクロ波加熱するマルチモードのマイクロ波発振器とを設けている。

電磁波により、界面活性剤はその誘電損率（＝誘電率×誘電正接）に基づいて急速に発熱し、昇温する。特に界面活性剤が分散されていると、被加熱物を急速に均一に加熱する。ここで、本明細書では、「分散」の語を粒状、粉状の界面活性剤を分散する意味の他、水などの溶媒に溶かした液状のものを被加熱物に含浸させることも含めることを意図している。特に液状にした界面活性剤は均一に分散させることが容易であり、急速かつ均一な加熱が達成されやすい。

界面活性剤として、カチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤のいずれも使用することができる。特にアニオン系の水溶液はハンドソープなシャンプーなどの洗剤として広く用いられており、取り扱いが容易であり望ましい。また、両性界面活性剤は取り扱いが容易であるばかりか、滅菌作用のあるものも多く望ましい。界面活性剤はそれぞれ所定の温度まで加熱されると熱分解するから、目的とする温度に達すると熱分解する界面活性剤を選択することができる。アニオン系のラウリン酸ナトリウムは界面活性剤の代表例であり、その熱分解温度は１３０〜１４０°Ｃにある。このため、マイクロ波により１３０〜１４０°Ｃまで急速に加熱され、この温度に達すると熱分解し、過熱することが防止される。

特に、一般に加熱滅菌に必要な１００°Ｃ以上、１４０°Ｃ程度で熱分解する界面活性剤は、滅菌に好適である。また、従来電磁波加熱では困難とされている耐熱性菌をも滅菌することが要求されている医療廃棄物を被加熱物としている。

さらに、液体状態の水が共存する条件下１２０°Ｃ以上の加熱が必要とされている耐熱性菌をも滅菌することが要求される医療廃棄物の滅菌に適用するため、界面活性剤を水とともに添加することを特徴している。

なお、医療廃棄物を密閉容器内に収容し、電磁波加熱することにより、１００°Ｃで一部の水が沸騰して気化し、密閉容器内が加圧された状態になり、残存する液体状態の水が共存する条件下で耐熱性菌を滅菌することもできる。

さらに医療廃棄物を密閉容器内に収容し、容器内を加圧する。加圧することにより、水の沸騰温度を高めて、液体状態の水が共存する条件下で耐熱性菌をも急速に滅菌することができる。

容器内を加圧しないで実施する場合と比較すると、加圧しない場合に、１００°Ｃ以上に加熱するには、水の気化に伴う吸熱により、所定温度に達するのに処理時間が長くなる。特に大型の容器では、水の気化に伴う吸熱により処理時間が長くなるのに対して、短時間で滅菌温度まで加熱でき、処理時間をさらに短縮することができる。

さらに、シングルモードのマイクロ波発振器に比べて、簡素な装置とすることができるマルチモードのマイクロ波発振器を使用することができる。

界面活性剤を被加熱物に分散して電磁波加熱すると、電磁波加熱されにくい被加熱物であっても、分散している界面活性剤の誘電損率に基づいて急速に且つ均一に加熱することができる。

特に、誘電率が大きく相違する種々のものも混在し、また緻密でないために加熱されにくく、また不均一な加熱になりやすい医療廃棄物であっても急速に加熱滅菌することができる。

これにより、被加熱物内に含まれる細菌を急速に加熱滅菌することができる。また、界面活性剤を水とともに添加して分散することことにより、耐熱性菌の滅菌をもできる。

医療廃棄物を密閉容器内に収容し、容器内を加圧して電磁波加熱しているので、加熱処理時間の短い医療廃棄物の滅菌方法とすることができる。

また、電磁波をマイクロ波とすることにより、ラジオ波などの加熱装置に比べて構造の簡単な装置で医療廃棄物の滅菌方法とすることができる。さらに、マルチモードのマイクロ波発振器を使用しているので、シングルモードの発振器を使用する場合と比較して、簡素な装置で電気容量が小さいにもかかわらず、急速かつ均一に加熱することができる。

被加熱物に界面活性剤を添加することにより、マイクロ波により加熱されにくい被加熱物を急速に加熱できる加熱方法を実現した。

（界面活性剤を添加した加熱試験）
最初に、界面活性剤がどの程度のマイクロ波吸収体であるかを数種類について試験した。実施例１は、市販されて入手容易な噴霧式洗剤である商標「マジックリン（花王株式会社製）」であり、界面活性剤として８％アルキルアミンオキシドを含有している。実施例２は、ハンドソープ商標「アルボース」であり、ラウリル硫酸塩を含有している。また、実施例３はゼフィラミン（Ｃ_２３Ｈ_４２ＣｌＮ）の２．６％溶液、実施例４はラウリル硫酸エステルナトリウム塩の２．５％を調製した。

マルチモード発振器による電子レンジ（６００Ｗ、２４５０ＭＨ_Ｚ松下電器産業株式会社製商標「ＮＥーＳ３３Ｆ」）のガラス製皿上に直接試料を置いて、加熱試験を行った。

被加熱試料として、約５ｃｍ四方の木綿布を使用した。比較例１として、木綿布に水を５ｃｃ含ませた。実施例１では、約５ｃｃ吹き付け、また実施例２では約５ｃｃ滴下した。また実施例３及び実施例４はそれぞれ３ｃｃを滴下した。

表１及び図１はその加熱試験結果であって、比較例１では、６分後においても９２．９°Ｃの温度上昇に止まり、大気圧下の水の沸点とされる１００°Ｃまでに到達しなかった。他方実施例１では、５分後には１２７°Ｃ、６分後に１３５°Ｃまで上昇した。また、実施例２では４分後に１５８°Ｃまで上昇した。また、実施例３では５分後に１１２°Ｃに、実施例４では２分後に１０７°Ｃまで上昇した。これにより、被加熱物に界面活性剤を添加してマイクロ波照射を行うと、界面活性剤自体が発熱し、大気圧下における水の沸点である１００°Ｃを越える高温に速やかに到達することが判明した。特にマルチモードのマイクロ波であっても十分に発熱して、急速に加熱されることを確認した。

次に実施例２において使用したハンドソープの熱的挙動を熱重量分析により確認した。４６ｍｇのハンドソープのみについて熱重量分析した。図２は、その確認試験結果であって、温度上昇カーブから１００°Ｃから水の蒸発による吸熱反応を示し、その後約１２５°Ｃからラウリル硫酸塩の分解に伴う発熱反応による急激な温度上昇を示している。この確認試験から主成分であるラウリル硫酸塩は、熱分解温度である約１２５°Ｃを越えてもマイクロ波を吸収する発熱体として機能することが確認できた。また、この熱重量分析では、高い粘性の液体状ハンドソープが試験試料であったため、熱分解温度を超えても熱分解は緩慢に行われて試験後に未だ３５％重量のハンドソープが残存していた。

（滅菌試験）
界面活性剤の加熱試験を基に、医療廃棄物の加熱滅菌をマルチモード発振器による電子レンジ（６００Ｗ、２４５０ＭＨ_Ｚシャープ株式会社製商標「ＲＥーＮＢ６」）により、大気圧下での滅菌試験を行った。折り畳んだ１枚の高齢者用紙おむつを重ねて置いた。中央の紙おむつには、その中央に実施例２において使用したハンドソープ（ラウリル酸ナトリウム液）を吹きかけて湿らせるとともに、テスト用耐熱性菌（北里環境科学センター提供ステアローサ−サーモフィルス１０−６）とサーモラベルを置き、これらをくるんだ上で、５分間マイクロ波加熱した。この結果、紙おむつ内部の温度は１５０°Ｃに達し、耐熱性菌も１／１００程度まで死滅していた。この大気圧の条件下における試験でも、耐熱性菌までほとんど死滅することが判明した。

次に、耐熱性菌数を１０^−６まで死滅させるために、加圧条件下で滅菌試験を行った。図３は、加圧加熱処理装置の概略を示し、密閉容器１は、ベース１０とベース１０上に被さる口径６０ｃｍの蓋状の容器本体１１とからなり、容器本体１１の開口側がベース１０にロック１２により密着してロックされる。なお、本体容器１１をベース１０から開放するには、ロック１２を解除して図示しない昇降装置により容器本体１１がリフトアップされる。

容器本体１１の上面にはマグネトロン２（２，５００Ｗ、２４５５ＭＨ_Ｚ松下電子応用機器株式会社製２Ｍ２６５−Ｍ１１）が配置されて、密閉容器１内にマイクロ波を照射可能とされている。また、容器本体１１の上面に接続された加圧装置としてのエアーコンプレッサー３と、排気経路４に接続された圧力調製バルブ４１および電磁弁４０により加圧可能とされている。そして、排気経路４に、医療廃棄物Ｗを加熱処理した際に発生する異臭を吸収するために、水溶液タンク４１内に貯められた水中をくぐらせ、さらに悪臭・有害ガス除去用ピュアスメルフィルタ４２を通して外部に排気される。

回収箱５は２００°Ｃ程度の温度に耐えられる耐熱プラスチック製からなり、縦２４ｃｍ、横３６ｃｍ、深さ５４ｃｍとしている。
紙おむつＷは、使用後の状態を想定して、それぞれ１００ｍｌの水を添加して、折り畳み、耐熱性のプラスチック袋６内に２０枚を収容した。このプラスチック袋６を回収箱５内に収容した。

第１回目の試験では、各紙おむつＷには使用後を想定して、それぞれ１００ｍｌの水を添加し、また、収容した中間部の紙おむつＷ中に１．８×１０^８ＣＦＵ／ｍｌの芽胞液（Bacillus stearothermophilus）を注入した。感染性廃棄物処理で問題となる代表的病原微生物はＨＩＶ（エイズウイルス）、ＨＢＶ（肝炎ウイルス）や結核菌等であるが、Bacillus stearothermophilusの芽胞はこれらの代表的病原微生物に比べて熱滅菌抵抗性が遙かに高いことから、滅菌の指標とされている。
また、収容した紙おむつＷの上部に界面活性剤として、両性界面活性剤であるアルキルジアミニノエチルグリシン１５％を主成分とする商標「ニッサンアノン＃３００」（製造元：株式会社大伸）を、収容した紙おむつの上部から散布した。なお、商標「ニッサンアノン＃３００」は粘性のある液体であり、収容されている紙おむつの下部へゆっくりと流れ落ちていくのが観察された。

なお、プラスチック袋６の口を閉じておけば、プラスチック袋６内が密閉されることになるが、試験はプラスチック袋５の口を開放した状態とした。
回収箱５の底がベース１０から７ｃｍ上部位置になるようにセットし、容器本体１１をベース１０上に降ろし、ロック２により密閉した。エアコンプレッサ３を５分間駆動して２．２気圧に加圧した。加圧後直ちにマグネトロン２によりマイクロ波加熱を行い、６分３０秒間マイクロ波加熱を行った。その後１気圧まで減圧した。なお、マイクロ波加熱開始後１分３０秒で１３５°Ｃに達していた。

続いて、第２回目の加熱滅菌試験を行った。第１回目の試験では各紙おむつＷに水のみを添加したが、第２回目の試験では商標「ニッサンアノン＃３００」の５％水溶液１００ｍｌの水を添加して、紙おむつＷの各部に界面活性剤を確実に分散させた。そして、第１回目の試験と同様に２．２気圧まで加圧した後５分間マイクロ波加熱した。

加熱滅菌試験後、財団法人北里環境科学センターにおいて、各紙おむつを１０００ｍｌのトリプチケースソイプロスで抽出し、そのまま５５°Ｃで４８時間培養し、さらにトリプチケースソイ寒天培養地で発育の有無を観察した。その結果、第１回、第２回目のいずれの加熱滅菌試験においても菌は検出されず、滅菌が行なわれていることを確認した。

なお、本加熱滅菌試験では、プラスチック袋６の口を開放した状態で加熱滅菌試験を行ったが、プラスチック袋６の口を閉じて密閉した状態でマイクロ波加熱すれば、プラスチック袋６内に水蒸気が充満してさらに確実に滅菌処理を行うことができる。また、マイクロ波加熱は１３５°Ｃに達した後５分間行ったが、この加熱時間は、界面活性剤の添加量、医療廃棄物の種類や処理量などに応じて適宜変更できる。

界面活性剤の温度上昇を示すグラフ界面活性剤の熱重量分析加熱滅菌試験装置の概略図

符号の説明

１…加圧容器
２…マイクロ波発振器
３…コンプレッサ
４…排気経路
５…回収箱
Ｗ…医療廃棄物

Claims

医療廃棄物を加熱滅菌する医療廃棄物の加熱滅菌装置において、
マイクロ波の吸収体である界面活性剤を水分とともに添加して分散した医療廃棄物を収容する密閉容器と、該密閉容器内を加圧する加圧装置と、医療廃棄物をマイクロ波加熱するマルチモードのマイクロ波発振器とを設けたことを特徴とする医療廃棄物の加熱滅菌装置。