JPH03224684A - 被処理液の電気化学的処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、被処理液特に体内に摂取される飲料水等の殺
菌や性能向上のための電気化学的処理方法に関し、より
詳細には上水道から家庭用及び業務用等として供給され
る飲料水を三次元電極電解槽を使用して電気化学的に処
理することにより該飲料水の殺菌や改質等を行ってその
性能向上を図るための方法に関する。

（従来技術） 飲料水は、貯水池等の水源に貯水された水を浄水場で殺
菌処理した後、各家庭や飲食店等に上水道を通して供給
される。飲料水の前記殺菌は塩素ガスによる処理が一般
的であるが、該塩素処理によると飲料水の殺菌は比較的
良好に行われる反面、残留塩素の影響により処理された
飲料水に異物質が混和したような違和感が生じて天然の
水の有するまろやかさが損なわれるという欠点が生ずる
。

飲料水は人間の健康に直結するもので、それに含有され
る細菌の殺菌や黴の繁殖の防止つまり微生物の死滅除去
は不可欠であり、該殺菌や防黴の方法としては前述の塩
素による方法が主流である。

しかし都市部の水道滅菌はその原水となる河川水、湖水
等が各種有機物等で汚染され微生物の死滅に必要な量以
上の塩素を添加するため、有機ハロゲン化物等を生起す
るという弊害を生じている。該塩素法による前記欠点を
解消するために、塩素性以外の殺菌方法が提案されてい
る。

例えば前記飲料水をオゾン添加処理や活性炭吸着処理す
ることにより改質する方法が提案されているが、処理す
べき飲料水が例えば浄水場の水である場合には処理量が
真人である。又浄水場で処理しても水道管末端の蛇口に
至るまでに再度微生物が繁殖するという問題があり、現
在のところ塩素添加処理に優る方法はない。

しかし前述の通り人体に有害な有機塩素化合物を生じさ
せ易い塩素処理に代わり得る人体に害のない飲料水の処
理方法が要請されている。

更に飲料水以外にも食品類の処理水等の間接的に体内に
摂取される各種生活用水があり、これらの生活用水につ
いても塩素処理以外の方法が望まれている。

（発明が解決しようとする問題点） このように飲料水等の従来の改質処理方法は、主として
塩素法と電解法によるものであり、前者の方法では処理
後の飲料水等の味が悪くなるとともに有害な化合物があ
り、又後者の方法では処理コストが高くなりかつ該コス
トが嵩むほどには改質効果が生じないという欠点がある
。

（発明の目的） 本発明は、飲料水等の味を悪くすることなく、低コスト
で効果的に飲料水等の滅菌等の改質処理を行うための方
法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、被処理液を炭素系材料から成る三次元電極を
有する三次元電極式電解槽に供給し、前記被処理液を前
記三次元電極と接触させて電気化学的に処理する被処理
液の電気化学的処理方法である。なお本発明では電極等
の表面上で実質的な電気化学反応を生起しないことがあ
るため本発明に使用される槽は電気化学的処理槽という
べきであるが、一般呼称に従って電解槽と称する。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、飲料水等の被処理液を炭素系材料から成る三
次元電極を有する三次元電極式電解槽に供給し、該電解
槽に直流電圧や低周波数の交流電圧を印加して電解によ
るガス発生を伴いあるいは伴わず前記被処理液の殺菌処
理等を行うことを特徴とするものである。本発明方法に
より処理される被処理液は主として人体に摂取される飲
料水や食品処理水を対象とし、飲料水は、上水道を流れ
て家庭や飲食店等の水道の蛇口から注出される水道水の
他に、浄水場に貯留されている未処理水なども含み、食
品処理水としては生鮮食品の洗浄水や豆腐等の含水食品
に含有される水等が含まれる。

前記電圧印加により被処理液が殺菌されあるいはその性
能が改質される理由は必ずしも明確ではないが、次のよ
うに推測することができる。

飲料水や食品処理水特に浄水場に貯留されている水は適
度な温度を有して黴や細菌等が繁殖し易い環境にある。

本発明によりこの被処理液に電圧を印加すると、該被処
理液中の黴や細菌類は液流動によって三次元電極式電解
槽の陽極や陰掻あるいは後述する誘電体や粒子等の三次
元電極に接触しそれらの表面で強力な酸化還元反応を受
けてその活動が弱まったり自身が死滅したりすると考え
られる。この場合の殺菌効果は三次元電極の電位のみに
依存し流れる電流量には依存しない。従って従来法のよ
うに酸素や水素発生を伴う高電位を印加し電流を流して
水処理を行っても電位に比例する殺菌効果が生ずるのみ
で、電流を流すために必要な電力量が大きくなるほどに
は実質的な処理効果の増大は望めない。本発明方法では
実質的なガス発生を生じさせながら電解処理を行っても
よくこの場合には実際に電解処理が行われていることを
該ガス発生により確認することができる。実質的なガス
発生を生じさせない電圧を印加しながら処理を行うと流
れる電流量がほぼ零に等しく従って消費される電力量も
零に等しいため、電力コストをほぼ零に維持したまま従
来の塩素添加法や高電力消費を伴う電解法とほぼ等しい
効率で飲料水等の被処理液の改質処理を行うことができ
る。

水道水にはカルシウムイオンやマグネシウムイオンが含
有され該イオンは飲料水等の味を悪くする一因となって
いるが、該イオンは前記飲料水等の電気化学的に処理を
行うと三次元電極式電解槽の陰極上に水酸化カルシウム
や水酸化マグネシウムとして析出して飲料水等から除去
されて該飲料水等の味を向上させる。

又飲料水や食品処理水中には前記カルシウムをはじめと
する微量のイオンや溶解物がその周囲に水和水を有する
クラスターとして存在するが、この水和水は飲料水等の
まろやかさを失わせる一因となっている。本発明により
前記水和水を含む飲料水等に実質的な電解反応が生じな
い程度の電圧を印加すると、電位勾配に従って該飲料水
中のイオンが液中で高速で泳動や移動をするために前記
クラスターは移動できずに巨大クラスターが破壊されて
、あるいは前述の遺り水和水を有するイオンが三次元電
極等で破壊され前記水和水の数が大きく低減されて飲料
水等の改質効果が生ずるものと考えられる。

本発明方法に使用される電解槽は三次元電極電解槽とし
、特に複極式固定床型三次元電極電解槽とすることが好
ましい。本発明による被処理液の処理では、処理される
該被処理液が電極あるいは後述する誘電体あるいは粒子
等と接触する機会が多いほど処理効率が上昇する。従っ
て電極等の表面積が大きい三次元電極電解槽、及び該三
次元電極電解槽の中でも特に電極等の表面積が大きい複
極式固定床三次元電極電解槽を使用すると従来の飲料水
等の電解処理に使用されている他の電解槽を使用する場
合よりも処理効率を上昇させることができ、これにより
同一の処理効率を達成するために必要な装置サイズを他
の電解槽よりも小さくできる点で有利である。

本発明の三次元電極電解槽における三次元電極は、前記
被処理液が透過可能な多孔質材料、例えば粒状、球状、
フェルト状、織布状、多孔質ブロック状、多数の貫通孔
を形成した中実体等の形状を有する活性炭、グラファイ
ト、炭素繊維等の炭素系材料、あるいはその中に例えば
銅、ニッケル、鉄及び貴金属等を含有する前記炭素系材
料から形成された複数個の誘電体から成り、該三次元電
極は直流又は低周波数の交流電場内に置かれ、両端に設
置した平板状又はエキスバンドメツシュ状やバーフォレ
ーティソドプレート状等の多孔板体から成る給電用陽陰
極間に電圧を印加して前記誘電体を分極させ該誘電体の
一端及び他端にそれぞれ正及び負の電荷が形成されて分
極する。この他に給電用陽極及び陰極とは別個に、単独
で陽極としであるいは陰極として機能する三次元材料を
交互に短絡しないように設置しかつ電気的に接続して複
極型固定床式電解槽とすることができる。なお前述の多
数の貫通孔を形成した中実体を三次元電極として使用す
る場合には、流通する被処理液の移動を妨害しないよう
にその開口率を１０％以上９５％以下好ましくは２０％
以上８０％以下とし、貫通孔の開孔径は被処理液が透過
できる程度の孔径の微細孔とすることが好ましい。前記
炭素系材料は毒性が全くなくかつイオンやその水酸化物
を形成しないため飲料水等の体内に摂取される被処理液
の処理用として好ましい。又表面積が真人であり細菌が
接触する機会が非常に大きくなり滅菌効率が大幅に上昇
する。更に炭素系材料は安価であり、他の金属製電橋と
異なり電解を停止しても腐食が生じないため、経済的に
も操作性からも有利である。

前記誘電体又は給電用陽陰極間外の陽極及び陰極を接近
させて電圧の低下を意図する際には、短絡防止のため電
気絶縁性のスペーサとして例えば有機高分子材料で作製
した網状スペーサ等を挿入することが好ましい。

処理すべき被処理液が流れる電解槽内に該被処理液が前
記誘電体や陽極又は陰極に接触せずに流通できる比較的
大きな空隙があると被処理液の処理効率が低下するため
、前記誘電体等は電解槽内の被処理液の流れがショート
バスしないように配置することが望ましい。

このような構成から成る電解槽あるいは三次元電極電解
槽は、浄水場の貯留水のライン中あるいは家庭や飲食店
の水道の蛇口に近接させ又は食品処理水等の他の被処理
液の用途に応じた箇所に設置され、これらの被処理液の
全部又は一部を前記電解槽に導入して該電解槽中で該被
処理液の殺菌等の処理を行うようにする。

なお電解槽に供給される被処理液が層流であると誘電体
等の表面と充分に接触することなく前記電解槽を通過す
ることがあるため、電解槽内を通過する被処理液は５０
０以上のレイノルズ数を有する乱流として、横方向の移
動を十分に行わせてながら前記電解槽等を通過させるこ
とが好ましい。

又本発明の電解槽では該電解槽に漏洩電流が生じ該漏洩
電流が電解槽から処理すべき被処理液を通して他の金属
製部材例えば水道管に流れ込み、該部材に溶出等の電気
化学的な腐食を生じさせることがある。そのため電解槽
内の給電用陽陰極が相対しない該電極苛百部及び／又は
前記電解槽の出入口配管内に、被処理液より導電性の高
い部材をその一端を接地可能なように設置して前記漏洩
電流を遮断することができる。

次に添付図面に基づいて本発明に使用できる電解槽の好
ましい例を説明するが、本発明方法に使用される電解槽
は、この電解槽に限定されるものではない。

第１図は、本発明の電解槽として使用可能な複極型固定
床式電解槽の一例を示す概略縦断面図、第２図は、第１
図の電解槽を浄水場の給水ラインに組み入れた状態を示
す概略図、第３図は、第１図の電解槽を家庭用水道管の
蛇口に組み入れた状態を示す概略図である。

上下にフランジ１を有する円筒形の電解槽本体２の内部
上端近傍及び下端近傍にはそれぞれメソシュ状の給電用
陽極３と給電用陰極４が設けられている。電解槽本体２
は、長期間の使用又は再度の使用にも耐え得る電気絶縁
材料で形成することが好ましく、特に合成樹脂であるポ
リエピクロルヒドリン、ポリビニルメタクリレート、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩
化エチレン、フヱノールーホルムアルデヒド樹脂等が好
ましく使用できる。正の直流電圧を与える前記給電用陽
極３は、例えば炭素材（例えば活性炭、炭、コークス、
石炭等）、グラファイト材（例えば炭素繊維、カーボン
クロス、グラファイト等）、炭素複合材（例えば炭素に
金属を粉状で混ぜ焼結したもの等）、活性炭素繊維不織
布（例えばＫ　Ｅ−１０００フエルト、東洋紡株式会社
）、又はこれに白金、白金、パラジウムやニッケルを担
持させた材料、更に寸法安定性電橋（白金族酸化物被覆
チタン材）、白金被覆チタン材、ニッケル材、ステンレ
ス材、鉄材等から形成される。又給電用陽極３に対向し
負の直流電圧を与える給電用陰極４は、例えば白金、ス
テンレス、チタン、ニッケル、ハステロイ、グラファイ
ト、炭素材、軟鋼あるいは白金族金属をコーティングし
た金属材料等から形成されている。

前記両給電用電極３．４間には複数個の、図示の例では
３個の固定床５が積層され、かつ該固定床５間及び該固
定床５と前記両給電用電橋３．４間に４枚の多孔質の隔
膜あるいはスペーサー６が挟持されている。各固定床５
は電解槽本体２の内壁に密着し固定床５の内部を通過せ
ず、固定床５と電解槽本体２の側壁との間を流れる飲料
水の漏洩流がなるべく少なくなるように配置されている
。

隔膜を使用する場合には該隔膜として織布、素焼板、粒
子焼結プラスチック、多孔板、イオン交換ＩＰＪ　等が
用いられ、スペーサーとして電気絶縁性材料で製作され
た織布、多孔板、網、棒状材等が使用される。７及び８
は、それぞれ前記電解槽本体２の上下の開口部に設置さ
れ、飲料水取出口９及び飲料水供給口１０が形成された
蓋体である。

下方の蓋体９の飲料水供給口１０は、その途中に設けら
れた１対のフランジ１１により分割され、両フランジ１
１間には、外形がその全周が前記フランジ１１の外形と
ほぼ等しく下部に他端が接地されたアースターミナル１
２が接続された飲料水より導電度の高い物質例えばステ
ンレスから成るメソシュ体１３が挟持されている。該メ
ツシュ体１３には白金等の触媒がコーティングされてい
てもより、該メソシュ体１３は飲料水供給口１０内を流
れる飲料水と接触し電気化学反応により漏洩電流と電子
の授受を行って該飲料水内を流れる漏洩電流を前記メツ
シュ体１３から前記アースターミナル１２を通して地面
に放散する。このメソシュ体１３は前記飲料水の液流動
を妨げて圧力損失を高めることは好ましくないため、多
孔板状、網状、櫛状等の形状とする。

このような構成から成る電解槽２は、第２図に示すよう
に浄水場の浄水池２１に近接して設置され、該浄水池２
１に貯留された飲料水はポンプ２２を使用して汲み上げ
られ前記電解槽２に供給される。又該電解槽２は第３図
に示すように、水道管の蛇口２４の先端に連結管２５を
介して接続され、該蛇口２４からの水道水は電解槽２で
滅菌等の改質処理が行われた後、家庭用水あるいは飲食
店等の営業用水として供給されることもできる。

前記飲料水等の被処理液を第１図に矢印で示すように下
方から電解槽２に供給しながら通電を行うと、前記各固
定床５が図示の如く下面が正に上面が負に分極して固定
床５内及び固定床５間に電位が生じ、該電解槽内を流通
する被処理液はこの電位により正又は負に分極された固
定床５に接触して該被処理液中の黴や細菌の滅菌及びカ
ルシウムやマグネシウムイオンの析出除去あるいは味の
向上等の改質処理が行われて該電解槽２の上方から取り
出されて、第２図に示すようにライン２３を通して浄水
場から家庭や飲食店等へ上水道を通して供給され、ある
いは第３図のように家庭用水等として供給される。

第４図は、本発明に使用できる複極型固定床式電解槽の
他の例を示すものである。

上下にフランジ３１を有する円筒形の電解槽本体３２の
内部上端近傍及び下端近傍にはそれぞれメソシュ状の給
電用陽極３３と給電用陰極３４が設けられている。電解
槽本体３２は、長期間の使用又は再度の使用にも耐え得
る電気絶縁材料特に合成樹脂で形成することが好ましい
。

前記両給電用電極３３．３４間には、導電性材料例えば
炭素系材料で形成された多数の固定床形成用粒子３５と
該固定床形成用粒子３５より少数の例えば合成樹脂製の
絶縁粒子３６とがほぼ均一に混在している。該絶縁粒子
３６は、前記給電用陽極３３及び給電用陰極３４が完全
に短絡することを防止する機能を有している。

このような構成から成る電解槽に下方から矢印で示すよ
うに被処理液を供給しながら通電を行うと、前記各固定
床形成用粒子３５が給電用陽極３３側が負に又給電用陰
極３４側が正に分極して表面積が真人な三次元電極とし
て機能し、第１図の電解槽と同様にして前記被処理液の
黴や細菌の殺菌、カルシウムやマグネシウムの除去及び
被処理液の味の向上等の改質処理が行われて該電解槽の
上方から取り出される。

（実施例） 次に本発明方法による飲料水改質処理の実施例を記載す
るが、該実施例は本発明を限定するものではない。

大施阻土 透明な硬質ポリ塩化ビニル樹脂製の高さ４００鶴、内径
１００ｍｍのフランジ付円筒形である第１図に示した電
解槽を河川から導いた河川水の水槽にポンプとともに設
置した。該電解槽内には、炭素繊維から成る直径１０（
ｂｅ、厚さ１０１ｍの固定床２５個を、開口率８０％で
直径１００１■及び厚さ１．２鶴のポリエチレン樹脂製
隔膜２６枚で挾み込み、上下両端の隔膜にそれぞれ白金
をその表面にメツキしたチタン製である直径９８１１厚
さ１．Ｏｎｍのメソシュ状給電用陽極及び給電用陰極を
接触させて設置した。該電解槽の上下の開口部は蓋体に
より閉塞し、下方の蓋体の飲料水供給口に１対のフラン
ジを形成し、該フランジ間に他端が接地されその表面が
白金メツキされたステンレス製のメソシュ体を挟持させ
た。

塩素処理を行っていない河川水を５１／分の速度で前記
電解槽に供給し、かつ前記給電用電極間に第１表に示す
電解電圧を印加して前記河川水の処理を行った。該処理
操作における肉眼観察による発生ガスの有無、電解槽通
過前後の河川水のカルシウム及びマグネシウムイオン濃
度、細菌数及び消費電力量を第１表に纏めた。

第 １ 表 第１表から河川水は電解槽で処理されることによりカル
シウム及びマグネシウムイオン濃度及び細菌数が大幅に
減少することが判る。

３０日経過後に通電を停止し電解槽を解体して電解槽の
河川水供給口及び被処理液取出口内部を肉眼で観察した
が、変化はみられなかった。

去施斑主 固定床を形成する電極物質を代えたこと以外は実施例１
と同一の電解槽を使用して被処理液の電気化学的処理を
行った。

被処理液としては水道水を３０日間貯水槽に溜めた試験
水（細菌数３３８個／ｍ１）を使用し、該試験水を５．
３１　／分の流速で第２表に示した物質を使用して構成
した三次元電極式電解槽に供給して前記被処理液の改質
処理を行い、その殺菌率〔（入口細菌数）−（出口細菌
数）／入口細菌数〕及び電解電圧を測定した。その結果
を第２表に纏めた。

第　　　　２　　　　表 第２表から電極構成物質が炭素系材料であると殺菌率が
ほぼ１００％に近い値となるのに対し、金属材料では殺
菌率が大幅に減少することが判る。

失旌班ユ 電極構成物質をグラファイトとした実施例２の電解槽を
使用し、グラファイトの開口率を変化させた場合の殺菌
率への影響及び電解槽の入口と出口の圧力差つまり圧力
損失を測定した。その結果を第３表に纏めた。

第　　　　３　　　　表 第３表から１０〜９５％の開口率の範囲で満足できる殺
菌率を得ることができたことが判る。

（発明の効果） 本発明方法は、飲料水等の被処理液を炭素系材料から成
る三次元電極を有する三次元電極式電解槽に供給し、前
記被処理液を前記三次元電極と接触させて電気化学的に
処理する被処理液の電気化学的処理方法である（請求項
１）。

飲料水等の被処理液を本発明により処理すると、塩素が
飲料水等中に残留する塩素法にほぼ匹敵する殺傷効果を
生じさせることができ、併せてカルシウムやマグネシウ
ムの除去を行うことができ、飲料水に必要な味の向上に
も寄与することができる。更に従来のガス発生を伴う従
来の電解法と異なり消費電力量をほぼ零にすることがで
きるため経済的であり、処理による効果も従来の電解法
と殆ど変わることがない。

本発明方法では表面積の大きい炭素系材料から成る三次
元電極を有する三次元電極電解槽を使用する。該炭素系
材料は毒性が全くなくかつイオンやその水酸化物を形成
しないため飲料水（請求項２）等の体内に摂取される被
処理液の処理用として好ましく、又表面積が真人であり
細菌が接触する機会が非常に大きくなり滅菌効率が大幅
に上昇する。更に炭素系材料は安価であり、他の金属製
電＋ｉと異なり電解を停止しても腐食が生じないため、
経済的にも氏作性からも有利である。

この炭素系材料は通常フェルト状又は繊維状の：次元電
極として使用さね、該三次元電極の開孔率は１０〜９５
％の範囲とするごとが望ましく　（請求項３）、他の条
件にも依存するがこの範囲内で殺菌率はほぼ１００％と
なる。

更に本発明の電解槽では該電解槽に漏洩電流が生じ該漏
洩電流が他の金属製部材例えば水道配管に流れ込み、該
部材に溶出等の電気化学的な腐食を生じさセるごとがあ
る。これを防止するためには給電用量陰極が相対しない
適切な箇所に、被処理液より導電性の高い部材をその一
端を接地可能なように設置して（請求項４）前記漏洩電
流を地面に放散させることができる。

又電解槽内を流れる被処理液が層流であると該被処理液
が該被処理液を処理する電極等と十分に接触することな
く三次元電極電解槽を通り抜けてしまうことがあるため
、前記被処理液はレイノルズ数が５００以上の乱流とし
て（請求項５）前記被処理液が横方向にも移動して十分
に前記電極等と接触するようにするが好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電解槽として使用可能な復権式固定
床型三次元電極電解槽の一例を示す縦断面図、第２図及
び第３図は、第１図の電解槽の設置状況を示す概略図、
第４図は、他の複極式固定床型電解槽の一例を示す縦断
面図である。 １．３１・・フランジ　２．３２・・電解槽本体３．３
３・・給電用陽極　４．３４・・給電用陰極５・・・固
定床　　６・・・スペーサー７．８・・・蓋体　９・・
・飲料水取出口１０・・・飲料水供給口　１１・・・フ
ランジ１２・・・アースターミナル １３・ ２２・ ２４・ ３５・ ・・メソシュ体　２１・・・浄水池 ・・ポンプ　２３・・・ライン ・・蛇口　２５・・・連結管 ・固定床形成用粒子　３６・・絶縁粒子第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理液を炭素系材料から成る三次元電極を有す
   る三次元電極式電解槽に供給し、前記被処理液を前記三
   次元電極と接触させて電気化学的に処理する被処理液の
   電気化学的処理方法。
2. （２）被処理液が飲料水である請求項１に記載の方法。
3. （３）炭素系材料から成る三次元電極の開口率が１０％
   以上９５％以下である請求項１又は２に記載の方法。
4. （４）三次元電極式電解槽内の給電用陽陰極が相対しな
   い該給電用電極背面及び／又は前記電解槽の出入口配管
   内に、被処理液より導電性の高い部材をその一端を接地
   可能に設置して処理を行う請求項１から３までのいずれ
   かに記載の方法。
5. （５）電解槽内を流れる被処理液のレイノルズ数が５０
   ０以上である請求項１から４までのいずれかに記載の方
   法。