JPH10216726A - 電気分解による水の殺菌方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 残留塩素など健康上または水の利用面で好ま
しくない成分を残すことなく強力に且つ低コストで殺菌
する。 【解決手段】 本発明の方法は塩素などのハロゲン分子
の酸化力を用いる殺菌方法であるが、水中に導入添加す
るのではなく電気分解によって水中に発生させて殺菌
し、処理後の水中に残留する塩素などを電解還元して元
に戻すことが特徴である。希薄な溶液の電解を可能とす
るために多孔質の電極を用いて反応の表面積を大きくす
ること、通水性のある電極を用いて電極間に水を流しな
がら電気分解を行い、電気分解反応面への塩イオンの供
給を力学的に加速することが特徴である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工業用水、農業用水、生
活用水、スポーツ・レジャー用水などの用水の殺菌方法
である。近年、生活水準の向上、産業の拡大などにより
水の需要は増加の一途をたどっているのに対し、降水量
は降雪量の減少などにより今後むしろ減少する傾向にあ
り、節水が非常に重要なテーマになっている。このため
に、水を循環して使うことが重要であるが、この場合、
細菌が繁殖するなど健康上の問題が生ずることがあり、
強力かつ低コストでの殺菌方法が求められている。本発
明による方法は、用水を強力に殺菌することができ、残
留塩素なども無いので、これらを嫌うプール、２４時間
風呂、バイオ、水耕栽培などの用水の殺菌には特に適し
た方法である。

【０００２】

【従来の技術】水の殺菌方法としては、塩素を導入して
その酸化力によって殺菌することが一般に用いられてい
る方法である。この方法は安価であり且つ殺菌力にも優
れているので、上水道、プール用水の殺菌など大部分が
本方法によっている。本方法は残留塩素があるため、長
時間にわたり殺菌状態が保たれ最も確実な方法である
が、腐食や成育障害とか更には人間の健康上塩素分を嫌
う用水の場合には問題となっている。

【０００３】 このために、上記のような場合には残留
塩素を活性炭によって吸着除去するとか、その他の殺菌
方法として、オゾンの酸化力によって殺菌する方法、紫
外線照射によって殺菌する方法、高温にして殺菌した後
冷却する方法などがある。

【０００４】 しかしながら、活性炭によって塩素を吸
着除去する方法は、活性炭にかかる費用が大であり、少
量の水の処理には適しているが多量の場合には好ましく
ない。オゾンまたは紫外線照射による方法は実用化され
てはいるが、設備費が極めて高い上に殺菌力が弱いなど
の問題がある。高温殺菌した後冷却する方法は、１００
％の熱交換はできないので、温度の高い用水には良いが
常温の用水には適さない上に設備費も非常に高い。

【０００５】 本発明による方法に似ている技術とし
て、濃度の高い食塩水を電気分解して、発生する塩素を
直接用水中に導き、殺菌する方法も公知であるが、上記
同様残留塩素があり、更に、副生する苛性ソーダの処理
の問題もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】食塩などのハロゲン元
素イオンからなる塩の水溶液を電気分解すると、陽極に
塩素などのハロゲン分子、陰極には水酸化アルカリなど
が生成することは公知である。しかしながら、これは塩
の濃度の高い溶液を用いて、電極間も比較的狭い場合に
可能なことであり、普通の水のように極めて希薄な塩溶
液の場合には分解に非常に長時間を要し、一見電気は殆
ど流れず、塩素の発生も見られないので、電気分解によ
って水を殺菌することは実用上できないのである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明では、まず第一に、通水性能を持った多孔質電極
を用いることが特徴である。一般に電気分解に用いられ
る電極としては、棒状または板状のものが使われている
が、このような電極では電解反応の起こる表面積が小さ
いのでイオンの量が極めて多い高濃度溶液の電解には問
題ないが、本発明が目的としている極めて希薄な塩溶液
の電解には非常に長時間を要することになる。この問題
を解決するために、本発明では電極として表面積の非常
に多い多孔質カーボンなどを用いて反応表面積を多くす
ることにより解決したものである。本発明の多孔質カー
ボン電極を用いることにより反応表面積は数万から数十
万倍にもなるので、ｐｐｍオーダーの塩溶液の場合でも
高濃度溶液の場合と同じような反応速度が可能となる。

【０００８】 しかしながら、多孔質電極を用いて電解
反応の表面積を多くしただけでは、表面または表面近く
にあるイオンの電解反応は直ちに起こるが反応表面への
イオンの供給が間に合わず反応を継続することができな
い。これも高濃度溶液の場合にはイオンの量が多いため
に実用上問題とならないが、一般に使われている用水の
場合にはイオン量が数万分の一程度であるため、極めて
微量の反応しか起こらない。このため本発明では、第二
として、多孔質電極間に殺菌しようとする水を流しなが
ら電解することが特徴であり、電極の表面にイオンを力
学的に供給することにより電解反応を促進するものであ
る。

【０００９】 一般の電気分解では反応によって生成す
る産物を得ることが目的であるので、溶液を攪伴したり
流したりすることは全く論外のことであるが、本発明で
は、産物を得ることが目的ではなく、むしろ殺菌後の水
は元の状態であることが好ましいことでもあるためにで
きることであり、本発明の極めて特徴的なことである。

【００１０】 電極間に水を流す方向は必ず陽極から陰
極の方向へ流すことが必要であり逆方向では本発明の目
的を達することはできない。陽極で発生する塩素などの
ハロゲン分子は水に溶けるので水と一緒に陰極に運ばれ
るが、この間にハロゲン分子の酸化力によって水中にあ
る菌は殺される。残ったハロゲン分子は陰極の多孔質カ
ーボンなどの表面に吸着された後直ちに還元されて元の
ハロゲンイオンに戻る。電極間を流れる間に殺菌に使わ
れたハロゲン分子はイオンとなるので陰極では理論上は
これに相当する水素と水酸化物が発生することになる。
水酸化物は上記ハロゲンと当量なので中和されて元の状
態となる。

【００１１】 本発明による方法は、電気分解によって
発生するハロゲン分子の酸化力によって水を殺菌するこ
とが特徴であるので、ハロゲンイオンの存在する水でな
ければできないことであるが、一般の水中には数十ｐｐ
ｍから数百ｐｐｍの塩素イオンを主とするハロゲンイオ
ンがあるので問題はない。また、必要であれば最適な量
の塩を添加することも可能であるし、循環水の場合に
は、最適量にコントロールすることが望ましい。又場合
によっては、臭素、ヨウ素などのハロゲンイオンがより
効果的の場合もある。

【００１２】 本発明の方法を実施すると、実際には上
記の他にかなりの量の水の分解も同時に進行する。しか
しながら、これは本発明の障害にはならず、むしろ補完
的な役割がある。即ち、水の電解によって陽極で発生す
る酸素は水には溶けないが、陽極の表面では活性酸素の
状態にあり、水がこの表面を通過する時にその酸化力に
よって殺菌がなされるのである。陰極に発生する水素
は、絶対量としては少量でもあり、上部を開放しておく
ことにより空中に拡散し危険性はない。

【００１３】

【作用】本発明の作用及び作用原理を添付の図を用いて
簡単に説明する。図１は本発明の作用原理を説明するた
めの概念図である。１は通水性のある多孔質の陽極、２
は同陰極、３は直流電源、４は殺菌しようとする水を流
すための円または角形の筒である。殺菌しようとする水
はこの筒中を陽極側より流れて入る。この水中の塩素イ
オンなどのハロゲンイオンは陽極中を通過する間に電解
酸化されて塩素分子などのハロゲン分子となり水中に溶
解する。そして陽極から陰極に至る間にこのハロゲン分
子の酸化力により水は殺菌される。この後水は陰極中を
通過するが、陰極表面で、残っているハロゲン分子は電
極より電子を受け取り還元されてハロゲンイオンとな
り、元の水の状態に戻る。このように、入口と出口の水
は全く変質することなく殺菌だけが行われることにな
る。

【００１４】

【実施例】

【実施例１】図２に示す装置は、本発明の実施例に用い
た装置の見取図である。５は多数の孔のあいたプラスチ
ック板の間に粒状の活性炭を詰めたものであり、陽極で
ある。６は同じ構造の陰極である。７は直流電源であ
り、電流を調節するための変圧器に連結されている。８
はプラスチックの長方形の容器であり、９は殺菌後の処
理水をうけるための容器である。１０は電流計である。
この装置を用いて塩素イオン濃度が１０から１００ｐｐ
ｍである河川水を１ｌ／ｍｉｎ．の流量で流し、電極間
に１アンペアーの電流が流れるように調節した。そし
て、電極間にある水の塩素濃度と処理後の水の塩素濃度
を測定した。その結果、電極間での水中の塩素濃度は１
０ｐｐｍであり、殺菌に必要とされる十分な濃度であっ
た。また、処理後の水の塩素濃度は０．０５ｐｐｍであ
った。また、本実施例では陽極で酸素、陰極で水素が副
生物として発生するのが見られた。しかし絶対量として
は微量であり、コストの点でも安全性の点でも問題とな
るようなものではなかった。

【００１５】

【発明の効果】本発明による方法を用いて水を処理する
ことにより容易に低コストで殺菌することができ、更に
残留する塩素が一般の浄水器で処理した水と同程度であ
るため健康上にも極めて好ましいものである。また、ハ
ロゲン分子による強力な酸化力を利用することと、濃度
も高い濃度での殺菌が可能であり、オゾンとか紫外線照
射によるものでは殺菌できないような細菌に対しても効
果的な殺菌ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の原理を説明するための概念図で
ある。殺菌しようとする水は図の左の陽極側より入り、
通水性のある多孔質の陽極中を通りハロゲン分子を含ん
だ水となって出てくる。この水図は更に陰極中を通過す
るが、ここで水中のハロゲン分子は還元されて元のハロ
ゲンイオンとなって出てくる。

【図２】図２は本発明の実施例に用いた実験装置の見取
図である。プラスチック製の長方形の容器中に多数の孔
のあいたプラスチック板で粒状の活性炭を挟んだものを
電極として２枚取り付けてある。この２枚の電極に電流
計を通して直流電源が接続されている。この容器の陽極
側より水を流し入れ陰極側の出口から流し出させるよう
にしたものである。水の流量は手動にて調節される。

【符号の説明】

（１）は通水性のある多孔質陽極、（２）は同陰極、
（３）は直流電源、（４）は円またわ角形の筒状容器、
（５）は粒状活性炭を孔のあいたプラスチック板で挟ん
だ電極で陽極として用いるもの、（６）は同陰極として
用いるもの、（７）は直流電源、（８）は処理実験用の
水を流すためのプラスチック製の容器、（９）は処理後
の水の受け容器である、（１０）は電流計である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通水性のある多孔質電極を用いて、陽極よ
   り陰極方向に水を流しながら両電極間に直流電圧をか
   け、陽極で発生するハロゲンで、水が陰極に到達する間
   に殺菌し、陰極で再度ハロゲンをハロゲンイオンにもど
   すことを特徴とする水の殺菌方法。
2. 【請求項２】多孔質電極が多孔質カーボン又は炭素繊維
   の布からなるか、炭素繊維又は粒状炭素を通水性のある
   プラスチックス又はセラミックスの布又は板で挟むこと
   により成形したものであることを特徴とする特許請求項
   １に記載する方法