Sterilization of mold by ozoneless barrier discharge using water column electrodes and its application to hydroponics

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水耕栽培における高導電性の養液中に残存する真菌や細菌を，オゾンを発生させない放電技術で不活化させる。本手法が栽培溶液中の菌類に対する殺菌効果を有する一方で，生産物である野菜類がオゾンによる成長阻害を引き起こされないことを実験的に明らかにする。肥料を含む栽培養液は高い導電性を有するがゆえに，養液中で放電プラズマを進展させることは困難である。そこで本研究では，放水用ノズルから細線状に吐出された養液を水柱電極として用い，これとガラスバリアとのギャップ間で放電を引き起こすという手法を提案する。本手法が独創的であることの理由のもう一つは，死滅の機序について，電流由来なのかあるいはラジカル由来なのかについて議論することができる点にある。システムを回路的に見れば，負荷は水抵抗，空気ギャップとガラスのコンデンサである。抵抗値，キャパシタンス，角周波数をパラメータとすれば，これらの調整により水で消費される熱エネルギーと，プラズマ中の荷電粒子群に投入されるエネルギーの比を変更できる。１年目，水柱電極を用いた放電現象の基礎特性を把握することを目的として，青色染料（インジゴカルミン水溶液）を模擬溶液として，染料脱色のエネルギー効率に対する導電率の影響を調べた。一般的な放電処理では導電率の上昇とともにエネルギー効率は低下する。これに対し本手法を用いた場合には導電率とエネルギー効率との関係はV字特性を示し，導電率がある値以上になると，導電率の上昇とともにエネルギー効率も上昇する傾向が認められた。このようなV字特性を示す理由を，等価回路モデルを用いて説明した。次に，大腸菌を含む塩化ナトリウム水溶液を用いて，殺菌処理能力を調査した。その結果，塩化ナトリウム濃度の上昇に伴い大腸菌殺菌に要する時間が短縮されるという興味深い実験事実を得た。