(57)【要約】【課題】電気分解により発生する水素、酸素の気泡をナノバブルまで微細化し、長時間にわたって殺菌効果が持続する水に対する殺菌性付加処理方法の提供。【解決手段】処理対象水中に一対の交流電極と１つの接地電極により、交流電源を通電させて電気分解を行い、交流の発振周波数約５〜１００ＫＨｚを中心に変動幅±３〜５ＫＨｚのＦＭ変調をかけ、ランダム信号発生器を内蔵した装置で、ゆるやかな上下周波数変動中に急激に周波数上昇又は下降の変化する部分をもたらすことによって電界干渉を発生させ衝撃波を発生させ、上記電気分解により発生した水素・酸素の泡をナノバブルまで小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象水中に一対の交流電極と１つの接地電極により、交流電源を通電させて電気分解を行い、交流の発振周波数約５〜１００ＫＨｚを中心に変動幅±３〜５ＫＨｚのＦＭ変調をかけ、ランダム信号発生器を内蔵した装置で、ゆるやかな上下周波数変動中に急激に周波数上昇又は下降の変化する部分をもたらすことによって電界干渉を発生させ衝撃波を発生させ、上記電気分解により発生した水素・酸素の泡をナノバブルまで小さくすることを特徴としてなる水に対する殺菌性付加処理方法。
【請求項２】
前記急激な変動幅を、５ｍS〜１０ｍSで山・谷間又は山〜山間を１００〜３００ｍS毎に発生させる請求項１に記載の水に対する殺菌性付加処理方法。
【請求項３】
前記一対の交流電極と１つの設置電極からなる３つの電極をＶ字型に３枚対称電極にして交流電極と接地電極を切換交流電極の１つを接地電極とすることにより、クリーニングが行われかつ水中に有る塩化ナトリウムに酸素が付加させ、殺菌力のある次亜塩素を多く発生させるようにしてなる請求項１又は２の何れか１に記載の水に対する殺菌性付加処理方法。
【請求項４】
前記３つの電極はチタンに白金メッキした長期的に安定した電極材料を使用する請求項１，２又は３の何れか１に記載の水に対する殺菌性付加処理方法。
【請求項５】
前記の電気分解処理中にその処理対象水中に銅を入れ、該処理対象水中に銅イオンを増加させる請求項１〜３又は４の何れか１に記載の水に対する殺菌性付加処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気分解処理により廃水や加工用水、或いは飲料水等の大量の処理対象水に殺菌性を付与する水に対する殺菌性付加処理方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の水処理方法として及び装置としては、いずれも処理対象の水中に配置した１対の印加電極に高周波の交流電極を交互に印加する事により水の酸化還元電位を下げる事によって水を汚染している有機物、無機物の凝集沈殿あるいは浮揚等を促進して水の改質処理をなすものであるほか交流電解により水素、酸素のバブルの発生し、これが水中に溶存して除菌力を示すほか、電極周辺に発生する活性酸素によっても除菌力がえられるものがある(特許文献１〜３)。
【特許文献１】特許第２６１５３０８号公報
【特許文献２】特許第３３２５０８１号公報
【特許文献３】特許第２６２３２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のごとき従来の水処理方法にあっては、長時間水処理を続けるうちに印加電極及び接地電極にスケールが吸着して電極電流値が低下し、処理効率が低下する場合があり、長時間に亘る安定した水処理に解決すべき課題を有していた。
【０００４】
また、発生する電気分解により発生する水素、酸素のバルブは、従来の方法では、交流周波数を高周波化し微細なバブルを発生させることが出来るが、例えば３０ＫＨｚ（中心周波数３０ＫＨｚ）、３〜５ＫＨｚの変調で発生バブルの実測値は粒子直径が０．５μｍ程度であったため、発生したバブルの水中滞留時間が限られ、除菌効果の持続時間も短いものであった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題にかんがみ、電気分解により発生する水素、酸素の気泡をナノバブルまで微細化し、長時間にわたって殺菌効果が持続する水に対する殺菌性付加処理方法の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述のごとき従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、処理対象水中に一対の交流電極と１つの接地電極により、交流電源を通電させて電気分解を行い、交流の発振周波数約５〜１００ＫＨｚを中心に変動幅±３〜５ＫＨｚのＦＭ変調をかけ、ランダム信号発生器を内蔵した装置で、ゆるやかな上下周波数変動中に急激に周波数上昇又は下降の変化する部分をもたらすことによって電界干渉を発生させ衝撃波を発生させ、上記電気分解により発生した水素・酸素の泡をナノバブルまで小さくすることを特徴としてなる水に対する殺菌性付加処理方法にある。
【０００７】
請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記急激な変動幅を、５ｍS〜１０ｍSで山・谷間又は山〜山間を１００〜３００ｍS毎に発生させることにある。
【０００８】
請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の何れか１の請求項の構成に加え、前記一対の交流電極と１つの設置電極からなる３つの電極をＶ字型に３枚対称電極にして交流電極と接地電極を切換交流電極の１つを接地電極とすることにより、クリーニングが行われかつ水中に有る塩化ナトリウムに酸素が付加させ、殺菌力のある次亜塩素を多く発生させることにある。
【０００９】
請求項４に記載の発明の特徴は、１，２又は３の何れか１の請求項の構成に加え、前記３つの電極はチタンに白金メッキした長期的に安定した電極材料を使用することにある。
【００１０】
請求項５に記載の発明の特徴は、請求項１〜３又は４の何れか１の請求項の構成に加え、前記の電気分解処理中にその処理対象水中に銅を入れ、該処理対象水中に銅イオンを増加させることにある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水に対する殺菌性付加処理方法においては、例えば、水溶性油の切削液又は空調に使用する冷却部用真水等の水中処理対象水に、一対の交流電極と１つの接地電極により、交流の電気分解を行い、交流の発振周波数約５〜１００ＫＨｚを中心に変動幅±３〜５ＫＨｚのＦＭ変調をかけ、ランダム信号発生器を内蔵した装置で、ゆるやかな上下周波数変動中に急激に周波数上昇又は下降の変化する部分をもたらすことによって電界干渉を発生させる。例えば急激な変動幅５ｍS〜１０ｍSで山・谷間又は山〜山間を１００〜３００ｍS毎に発生することにより、電界干渉が急激な変動点に発生し、衝撃波となる。この衝撃波によって電気分解により発生した水素・酸素の泡は高周波と衝撃波によりナノバブルにまで小さくなる。実測値で０．５μm以下の微少バブルになる事により水中の滞留時間が長くなり、数時間では減少の変化がなかった殺菌力があり、無臭化、赤錆防止に長時間の効果がある。また閉鎖性水域の場合より有効果である。
【００１２】
また、本発明方法によれば、長時間の使用であっても印加電極へのスケール付着はほとんど無く、従って長時間に亘って安定した水処理が可能である。交流電極の近傍には、常に活性酸素が発生しているが、電極にゴミが付着すると電解効果が低下するため、３つの電極をＶ字型に３枚対称電極にして交流電極と接地電極を切換えて、交流電極の１つを接地電極とすることにより、クリーニングが行われかつ水中にある塩化ナトリウムに酸素が添加され、殺菌力のある次亜塩素が多く発生するので、殺菌力のある電解水が得られる。
【００１３】
また、本発明においては、処理対象の湖沼、河川、工業廃水や、加工用水、飲料水等の水中に１対の印加電極を配置して同印加電極に交流電圧を印加すればよく、これによって短時間で対象水の酸化還元電位が下がり、水中の有機物は分解されてほとんどガス化し、一部は凝集沈殿して浄水され乃至は溶存酸素量・水素量が増える等の改質がされるが、処理が長時間に亘っても印加電極にはほとんどスケールが付着せず処理能力も低下しない。
【００１４】
更に、本発明においては、使用する印加電極にチタンに白金メッキ又は、チタン、白金等の安定した金属を用いることによって長期的に安定した作用がえられる。
【００１５】
更に、本発明では、３つの電極をＶ字型に３枚対称電極にして交流電極と接地電極を切換交流電極の１つを接地電極とすることにより、クリーニングが行われかつ水中に有る塩化ナトリウムに酸素が付加され、殺菌力のある次亜塩素が多く発生するので、殺菌力のある水となる。
【００１６】
更に、本発明では、電解中の処理対象水内に銅を入れ、銅イオンの増加を行うことにより、配管内のスケール並びに珪藻類の除去・除菌効果を有し、この処理水を農薬の代用として野菜に４〜５日毎に噴霧することにより害虫卵の孵化を阻害・抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の水処理方法及びその装置にかかる実施例について添付図面を参照しつつ更に詳細に説明する。図１は、本発明の水処理装置の回路図であり、水槽１内の水中に３つの電気分解を起こす白金メッキ板からなる電極板２Ａ，２Ｂ，２Ｃが配置されている。この３つの電極は１つだけの電極が接地電極となり他電極２つが交流電極となるようになっており、これらの電極はクリーニングのために３〜５分毎に切り換えられるようになっている。
【００１８】
電極板２Ａ，２Ｂ，２Ｃの下側には銅板１９が、これら電極板と接触しない位置に設置されている。
【００１９】
上記印加電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃと直流電源３の間には可変抵抗４を介して、直流電源からの直流電流を高周波の交流に変換して印加電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃの２つに与え１つは接地電極に与える。高周波スイッチ５Ａ，５Ｂ，５Ｃにデータセレクタ１８より高周波交流２本と直流１本が接続されているが、カウンタ１７によりデータセレクタ１８の出力切替を行い、接地電極と交流電極を交換し接地電極を交流電極に切り換えることにより、電極に付着したスケールを取りはらっている。
【００２０】
高周波スイッチ６Ａ，６Ｂ，６Ｃと高周波スイッチ７Ａ，７Ｂ，７Ｃは抵抗９Ａ，９Ｂ，９Ｃそれぞれを介して当該データセレクタ１６を経て高周波切換指令を与えるＦＦ回路よりなる高周波切り換え回路１０が接続され、この高周波切換指令回路１０には制御信号に応動して発振周波数が変化する電圧制御発信器（ＶＣＯ）からなる高周波発振回路１１が接続されている。この高周波発振回路１１にはランダム電圧発生器を内蔵した制御回路１２が接続されている。
【００２１】
高周波発振回路１１は可変周波数の発振回路であって、電圧制御発信器（ＶＣＯ）に与えられる制御信号の電圧値によってその発振周波数が制御される。このときの周波数の変動幅は、例えば、中心周波数（３０ＫＨｚ）の上下に３〜５ＫＨｚとしている。
【００２２】
制御回路１２は前期発振回路１１へその発振周波数を制御するための制御電圧を供給するものである。この制御回路１２はランダム信号発生器を内蔵していて、それが発生するランダム信号に応じて電圧値の変化する制御信号を出力する。図中のシストレジスタ（ＳＦＲ）１３は１６ステージ構成のものであり、その蓄積情報は端子Ｑ０〜Ｑ１５より並列に読み取ることが出来るように構成されている。このシフトレジスタ１３のシフト動作はシフトレジスタ１３の端子ＣＫにパルス発生器（ＰＧ）１４より供給されるシフトパルスによって制御される。パルス発生器１４が反転動作を行い、反転する毎に図２の「ｉ」部分の急激な周波数変動を行っている。
【００２３】
ゲートＧＴは両入力端子に入力される信号が同一であれば“１”、相違すれば“０”の信号を出力する。所謂排他的論理和動作を行うゲートであり、一致検出回路として作用する。このゲートＧＴの入力端子の一方には前期シフトレジスタＳＦＲの偶数ステージ、例えば、第６ステージの端子Ｑ６より出力される信号が、また、他方には奇数ステージ、例えば、第９ステージの端子Ｑ９より出力される信号が各々入力される。このゲートＧＴによる一致検出の結果はシフトレジスタＳＦＲの端子Ｄより最下位の第０ステージへ入力される。この情報を逐次上位へシフトして行くことによってシフトレジスタ１３内に乱数情報が蓄えられる。
【００２４】
このシフトレジスタ１３内に蓄えられた乱数情報は、適当に選択された約半数のステージから抵抗器１によって取り出される。本実施例に於いては、第１、第３、第８、第１０、第１２〜１５の各ステージから信号を取り出している。抵抗器ｒはこれら各ステージの端子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ８、Ｑ１０、Ｑ１２〜Ｑ１５を共通の接続点Ａに接続している。この接続点Ａは発振回路１１を構成する電圧制御発振器（ＶＣＯ）に接続されている。また一方、電圧制御発振器（ＶＣＯ）はパルス発生器(ＰＧ)１４に接続されている。
【００２５】
従って、これら各ステージに蓄積された乱数情報のパターンが変化すると、高レベルと低レベルとに接続される抵抗器ｒの合成値が夫々変化するため、接続点Ａの電圧がこれに応じて変動してランダム信号が作成される。接続点Ａの電圧は抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１によりゆるやかな変動になるが、パルス発生器１４からの信号により急激な上下変動が起こる。この動作はＣＰＵにより再現できる。
【００２６】
パルス発生器１４は例えば５Ｈｚを中心周波数とする連続パルスを送出するパルス発生器であって、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に入力される信号の電圧値に従って繰返しパルスの周期が変化するように構成されている。この周波数の変動範囲は中心周波数の上下に夫々数ＫＨｚ程度のものとなっている。このパルス発生器１４のＡ端子には、前記接続点Ａの電圧が抵抗器Ｒ５を介して与えられる。従って、このパルス発生器１４はシフトレジスタＳＦＲによるランダム信号に応じてそのパルス繰返し周期が変動することになる。シフトレジスタＳＦＲはこのパルス発生器１４の出力をシフトパルスとして用いている。従って、電圧制御発振器（ＶＣＯ）に出力される制御信号はその電圧値、変動周期共に全くランダムに変化することになるとともに、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ４により、接続点Ａの出力が図２に示す急変化部分「ｉ」を作り出している。
【００２７】
ここで、この制御回路１２に於いては制御信号をシフトレジスタ１３の約半数のステージに蓄積された乱数情報のパターンを利用して作成しており、その採用ステージにも偏りがあり、更に前述のようにシフトレジスタ１３の入力情報として、偶数、奇数の各々から１ステージずつ選ばれた情報の一致検出結果を用いているため、ゆるやかな変動電圧値が急上昇して急降下するような極めて変動の激しい部分が頻繁に現れ、この時に衝撃波が発生する。水中での衝撃波の測定は難しいため、空気中で超音波帯域のスピーカーを接続し、スピーカーの入力電圧は一定のレベルで変動はないが、１ｍ離れた地点で超音波の音圧を測定すると、音圧計の指針は大きく急激に振れ約１０〜２０ｄｂの変動があり、衝撃波の発生が確認できる。なお、水中では、処理中の水のステンレス容器外側でも微弱ながら振動を確認できる。また、短期間で同一の変化パターンを繰り返すようなことはない。
【００２８】
上述のように構成された水処理装置の直流電源３のスイッチがオンされると、該制御回路１２が上述のように動作してランダム信号に対応した制御信号が高周波発振回路１１に送出され、発振周波数が制御されてランダムに変化する。そして高周波発信回路から高周波切換指令回路１０にランダムに変化する高周波信号が与えられる。高周波切換指令回路１０にランダムな高周波信号が与えられると、当該高周波切換指令回路から高周波の切換指令が出され、第１、第２と１つの接地信号が高周波スイッチ５Ａ、５Ｂ、５Ｃに与えられ一対の交流信号が高周波スイッチでＯＮ、ＯＦＦされ、ランダムに変化する高周波交流が形成され、水中に配置されている電極板２Ａ、２Ｂ、２Ｃの一対に交互に印可され１つの電極は接地されるほか、銅板１９は電極に接続されていないが、微小な電流が流れ、溶解される。
【００２９】
ここで、高周波発振回路１１から送出される発振周波数は、図２に示すようにその電圧値及びその電圧値の持続時間が全くランダムに変化するとともに、電圧値が急上昇してから急降下する極めて激しく変動する部分を頻繁に含んでいる。
【００３０】
高周波発信回路１１から送出される高周波発振周波数がランダムに変動する本発明方法と変動しない従来方法を電源電圧４０Ｖ以下で水道水に適用して比較してみたところ、本発明方法に於ける電極表面への白い付着物は従来方法よりも顕著に少ないことが肉眼で確認されたほか、電極の底の部分に電気分解により析出された沈殿物が落ちていることが確認された。
【００３１】
抗菌力試験では、表１及び図３に示すごとく腐敗菌への効果が大きい。
抗菌力試験
試験方法：２００mlの精製水をビーカーに取り、装置を取り付けて３０分通電した。この水をサンプルとし、対照に精製水を用いた。減菌試験管に試験液９mlを取り、そこへ手よりの分離菌（gram陽性  球菌）１ml加えよく混合し、３７℃恒温とした。
この試験液を２時間、２４時間後標準寒天及びＰｏｔａｔｏ  ｄｅｘｔｒｏｓｅで生菌数を測定した。結果は表１に示す如くであった。
【００３２】
表１
０時間          ２時間            ２４時間
Ｓａｍｐｌｅ水    ７．７×１０７    ５．９×１０６      ＜  １０
精製水            ７．７×１０７    ５．９×１０６      １．３×１０６
腐敗菌試験
切削加工機から排出される水溶性切削液に対して本発明を実施した結果、図３に示す如くであった。図３において「におい値」は、腐敗菌数が０になっても配管や容器に付着して残り、数ヶ月で０になる。
農業への応用
害虫は夕方〜夜間にかけて活発に活動するので、夕方、ナノバブル水を霧状に散布すると害虫の動きが抑制される。（交流電気分解でナノバブル水を作製する近傍に銅を配置して銅イオンを生成することにより、ナノバブル水中に銅イオンが添加され、）銅イオンとの相乗効果により虫の皮膚呼吸に妨害を与え弱らせる。但し皮膚が丈夫な、大きな虫には効果が少ない。
【００３３】
特に幼虫の孵化が妨害されるのと忌避効果があり、農家からの報告によるとアブラムシ、ダニ、絵描き虫、夜盗虫、葉巻虫、蝶々等に効果がある。
【００３４】
本発明方法に用いられている装置は、一対のチタン白金メッキ電極１Ａ、１Ｂ、１Ｃが１つの接地電極に３〜４分毎に低周波で切り換えられることにより分周期１８とカウンター１７により、データセレクタ１６が切り換えられる。
【００３５】
データセレクタ１６の入力はフリップフロップ（ＦＦ）１０と接地入力が入力されており、カウンター１７の動作周期により切り換えられる。
【００３６】
上述のごとく、本発明方法によれば、印加電極及び接地電極への付着物が生じ難く、従って長時間に亘って安定した水処理が可能となった。また、本発明装置によれば、上記方法の実施を可能とするコンパクトで効率的、かつ安価な装置が提供できるようになった。
このほか、交流電極反転により、水素、酸素のバブルが小さくなり、交流周波数を変えることにより調整できる。衝撃発生により、バブル量が調整できる。処理時間でもバブル量が調整できる。低周波交流で除菌データを調べたら効果はなかった。その原因はバブルの大きさが１００μｍと大きいためであった。例えば３０ＫＨｚで０．５〜０．１μｍのバブルを発生させることができ、２リットルの水を２０分処理することで酸素・水素のバブル数は２７，０００／ｍｌが計測され、この処理水は２４時間経過後にバブルを計測して２６，０００／ｍｌと減衰量は少ない。８リットルの水を６時間処理すると酸素・水素のバブル数は８４４，０００／ｍｌと非常に大量になる。
【００３７】
２リットルの水を３０ＫＨｚで２０分処理した場合のバブル数２７，０００／ｍｌが、衝撃波変調有りでは５４，０００／ｍｌと大量になる。バブルの大きさは０．５〜０．１μｍと変化はなかった。
【００３８】
機械的にナノバブルを発生させる装置は大きく高価であるが、本発明の装置は小型・安価であり、少量を生産して廃水や加工水、農業や飲料水に用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の水処理方法に用いられる水処理装置の一実施例に於ける回路図である。
【図２】同上の制御回路から送出される制御周波数の変化を示すグラフである。
【図３】切削加工機から排出される水溶性切削液に対して本発明を実施した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１  水入り容器
２Ａ,２Ｂ,２Ｃ,  電極板
３  直流電源
４  可変抵抗
５Ａ,５Ｂ,５Ｃ,  第１、第２，第３高周波スイッチ
６Ａ,６Ｂ,６Ｃ，７Ａ,７Ｂ,7Ｃ  トランジスタ
９Ａ,９Ｂ,９Ｃ  抵抗
１０  フリップフロップ（FF）、高周波切り換え回路
１１  高周波発振器
１２  制御回路
１３  シフトレジスタ
１４  パルス発生器
１６  データセレクタ
１７  ３進カウンタ
１８  分周器
１９  銅板
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４  コンデンサ
Ｒ５、Ｒ４、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ６  抵抗
Ｔｒ１  トランジスタ
ＶＲ１  可変抵抗器
【図１】
2010207778.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010207778.tif 000005