(57)【要約】【課題】被処理水の不純物を十分に分解および除去する。【解決手段】被処理水が供給される電解槽１１と、気泡を発生して電解槽１１に供給する気泡発生手段１４と、電解槽１１の内部に配置され、被処理水に含まれる不純物に電圧を与えて電気分解する電極１２，１３とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水が供給される電解槽と、
気泡を発生して前記電解槽に供給する気泡発生手段と、
前記電解槽の内部に配置され、被処理水に含まれる不純物に電圧を与えて電気分解する電極と、
を備えることを特徴とする電解装置。
【請求項２】
前記気泡発生手段は、微細気泡を発生することを特徴とする請求項１に記載の電解装置。
【請求項３】
前記気泡発生手段は、窒素、酸素、空気又はオゾンのうちいずれかの気体を利用して気泡を発生することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の電解装置。
【請求項４】
被処理水をオゾンで酸化処理するオゾン処理装置の前段に備えられ、電気分解した電解処理水を被オゾン処理水として前記オゾン処理装置に供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の電解装置。
【請求項５】
水源から取水する被処理水を一時的に貯水する着水池を前記電解槽とし、
前記気泡発生手段は、前記着水池に気泡を供給し、
前記電極は、前記着水池の内部に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の電解装置。
【請求項６】
被処理水から夾雑物をろ過するろ過池を前記電解槽とし、
前記気泡発生手段は、前記ろ過池に気泡を供給し、
前記電極は、前記ろ過池の内部に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の電解装置。
【請求項７】
被処理水を凝集沈殿処理する凝集沈殿処理装置の前段に備えられ、電気分解した電解処理水を被凝集沈殿処理水として前記凝集沈殿処理装置に供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の電解装置。
【請求項８】
前記電極では、陽極と陰極の間隔を１０乃至３０ｍｍにすることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の電解装置。
【請求項９】
前記電極では、陽極と陰極との間に１０乃至５０Vの電圧を与えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１に記載の電解装置。
【請求項１０】
請求項１乃至３のいずれか１に記載の前記電解装置と、
前記電解装置の後段に設置され、電気分解された電解処理水が供給されるオゾン処理槽及び電解処理水をオゾンで酸化処理するためにオゾンの気体を前記オゾン処理槽に供給するオゾン発生手段を備えるオゾン処理装置と、
を有することを特徴とする水処理システム。
【請求項１１】
被処理水が供給されるオゾン処理槽と、
オゾンを含む気泡を発生し、被処理水をオゾンで酸化処理するために前記オゾン処理槽に発生した気泡を供給するオゾン気泡発生手段と、
前記オゾン処理槽の内部に配置され、被処理水に含まれる不純物に電圧を与えて電気分解する電極と、
を有することを特徴とする水処理システム。
【請求項１２】
前記オゾン気泡発生手段で発生されたで気泡を微細気泡とした後、前記オゾン処理槽に供給する微細気泡発生手段をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水に含まれる不純物を電気化学的に分解及び処理する電解装置及びこの電解装置を有する水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水処理においては、塩素による殺菌や消毒が一般的に行なわれてきた。一方、原水（被処理水）に含まれる有機物濃度が高い場合、トリクロロエチレン等の発癌性物質が生成されることや、塩素自体も人体に有害であることから、近年、塩素に変わってオゾンを水処理に利用することもある。オゾン処理は、臭気や有機物系の不純物を酸化分解する方法として有効であり、浄水処理及び下水処理で広く普及している（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１０を用いて、従来の浄水場におけるオゾン処理を利用する水処理システム１の一例について説明する。河川表流水を被処理水とする水処理システム１では、着水池２０、凝集沈殿装置３０、オゾン処理装置４０及び活性炭吸着装置５０を備える。
【０００４】
着水池２０は、水源から取水した被処理水を一時的に貯水した後、凝集沈殿装置３０に送水する。
【０００５】
凝集沈殿装置３０では、混和槽３１において着水池２０から送水される被処理水と薬品添加手段３２によって添加される薬品とが攪拌機３３によって攪拌される。また、凝集沈殿装置３０では、混和槽３１で薬品と混和された被処理水が凝集槽３４に送水され、凝集槽３４でフロックに成長させた後で沈殿槽３５に送水される。沈殿槽３５では、フロックが沈殿し、フロックと分離された処理水はオゾン処理装置４０に送水される。
【０００６】
オゾン処理装置４０では、供給された被処理水がオゾン処理槽４１ａ，４１ｂにおいてオゾン処理される。具体的には、散気手段４２ａ，４２ｂがオゾン発生器４３で発生されたオゾンＢ（オゾン含有ガス）を被処理水に供給する。また、オゾン処理装置４０では、オゾン滞留槽４４でオゾン処理する。さらに、オゾン処理装置４０では、被処理水に溶けきらずに排オゾンとなるオゾンを排オゾン処理手段４５によって無害化する。
【０００７】
活性炭吸着装置５０では、オゾン処理装置４０によってオゾン処理で分解された有機物を活性炭によって吸着することで、被処理水から有機物を回収した処理水を得ている。
【０００８】
また、水処理システムに微細気泡（マイクロバブル、ナノバブル）を利用した場合の効果が明らかとなり、微細気泡の水処理システムへの適用が進められている。ここで、マイクロバブルとは、直径がマイクロメートルオーダー（例えば、１０〜５０μｍ）の気泡であり、ナノバブルとは、直径がナノメートルオーダー（例えば、数十〜数百ｎｍ）の気泡である。これらの微細気泡の自己特性として、下記のような例が挙げられる。
【０００９】
（特性１）気泡が小さいため、単位体積あたりの表面積が大きい。
【００１０】
（特性２）自己加圧効果を有する。（５０μｍ以下の気泡は、自身の縮もうとする働きにより小さくなり、消滅する。消滅する瞬間の泡の内部は高温高圧になる。）
（特性３）マイナスに帯電しているため、吸着効果がある。（気泡同士が合体しにくい。）
また、このような自己特性により微細気泡が生み出す現象には、気体溶解（効率上昇）、付着性、比重低減、持続性・拡散性、圧壊等がある。例えば、圧壊現象には、病原性の微生物やウィルス等の低減効果が確認されている。この圧壊現象では、発生した微細気泡が自己加圧効果で縮小していく過程で物理的な刺激が生じることにより、局所的な高温高圧の場（ホットスポット）が形成されることによる。
【００１１】
これらの微細気泡の生み出す減少を利用する技術として、オゾン難分解性有機物の農薬や環境ホルモン等を分解するため、オゾンを微細気泡にし、オゾン溶解速度を向上させたり、超音波照射による微細気泡の圧壊現象を利用する強酸化力のＯＨラジカルを発生させたりする処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
微細気泡を発生させる方法には、細孔（フィルタ）法、加圧溶解法、衝撃波法、旋回法、超音波法、剪断法等、様々な方法がある。具体的には、エジェクタ式で発生する微細気泡を利用する高濃度オゾン水の製造方法（例えば、特許文献２参照）、気泡の微細化を目的とした散気装置（例えば、特許文献３参照）等が知られている。
【００１３】
一方、オゾン処理による消毒副生物である臭素酸イオンの人体への悪影響が懸念されている。臭素酸イオンは、処理水中に臭素イオンが含まれる場合にオゾンと臭素イオンの反応によって生成されるもので、上水水質基準では１０μｇ／ｌ以下にする必要がある。したがって、臭素酸イオンの発生を抑えるため、被処理水に十分な量のオゾンを投入することができない場合がある（例えば、特許文献４参照）。
【００１４】
そこで、臭素酸イオンの発生を防止するため、オゾンに過酸化水素を添加するか、オゾンに紫外線を照射する、或いは、オゾンに過酸化水素を添加しさらに紫外線を照射することにより、強酸化力のＯＨラジカルを発生させ、発生したＯＨラジカルを利用する水処理もある。臭素酸イオンは、臭素イオンとオゾンとの反応によって発生するため、処理水中の溶存オゾン濃度を低下させることで臭素酸イオンの発生を抑制できる（例えば、特許文献５参照）。
【００１５】
その他、電気化学的な手法によって不純物を分解（電気分解）することもできる。例えば、水中の有機物を直接電気分解することで、水中のトリハロメタン、ＢＯＤ成分、ＣＯＤ成分を低減することができる（例えば、特許文献６参照）。また、電極と被処理水の接触により水を電気分解し、陽極表面では発生する活性酸素で殺菌し、陰極表面では発生する活性水素で殺菌することもできる（例えば、特許文献７参照）。さらに、電極表面で電気化学的に強酸化力をもつＯＨラジカルを発生させて、水中の不純物を酸化分解することもできる（例えば、特許文献８参照）。
【００１６】
また、塩素処理により、トリクロロエチレン等の発癌性物質を生成する水中のハロゲン化合物、ハロゲンイオンを電気化学的に酸化して、ハロゲンイオンを電気化学的に酸化して、ハロゲンイオン濃度を低減させることにより、トリクロロエチレン等の発癌性物質の生成を抑制することもできる（例えば、特許文献９参照）。
【００１７】
この特許文献９に記載される技術を応用して、電気化学的な処理とオゾン処理を組み合わせ、臭素酸イオンの生成を抑制する技術もある。具体的には、オゾン処理により臭素酸イオンが生成する原因物質である処理水中の臭素イオンを電気化学的に除去する、すなわち、臭酸イオンを臭素に電解酸化して臭素酸イオンの生成を抑制している（例えば、非特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−１１０５５２号公報
【特許文献２】特開平６−２９２８２２号公報
【特許文献３】特開２００４−３３９０８号公報
【特許文献４】特開２００５−３０５３２８号公報
【特許文献５】特開２００５−３２９３１２号公報
【特許文献６】特開２００５−１１８６８２号公報
【特許文献７】特開平１０−１９２８６１号公報
【特許文献８】特開２００８−１７３５２３号公報
【特許文献９】US2007/0187337 A1
【非特許文献１】オゾンの基礎と応用  光琳  杉光英俊  Ｐ．１９７  １９９６年２月
【非特許文献２】Practical Studies of the Electrolysis and Volatilization of the Bromide from Drinking Water to Minimize Bromate Production by Ozonation, David Eugene Kimbrough,Lina Boulos,Paul Westerhoff,I.H.”Mel”suffet,2007 World Congress on Ozone and Ultraviolet Technologies,2007.8,Los Angeles,Califonia USA
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上述したような電解処理のみの水処理では、水中の不純物を完全に分解することは困難である。例えば、比較的分解しやすい不純物であっても、不純物を完全に分解するには必要な電気エネルギーや処理時間が増加して電力コストが増大するとともに、装置が大型化する。
【００１９】
また、浄水分野で電解水処理を適用した場合、被処理水の電気伝導率が１００〜２００μＳ／ｃｍと小さいため通電抵抗による損失が大きく、電力コストが大きくなる。これは、不純物の分解反応とは無関係な損失で電力を消費することとなり、処理効率は悪い問題がある。
【００２０】
一方、オゾン処理のみの水処理では、不純物を十分に分解するには、上述したようにオゾン注入量を増やして水中の溶存濃度を上げる必要があり、被処理水中に臭素イオンが含まれる場合には発癌性のある臭素酸イオンが発生する。そのため、オゾン注入量は増やすことが出来ない。また、オゾンの微細気泡を利用する場合も、溶存オゾンを増加させることになるため、同様に臭素酸イオンが発生することとなる。
【００２１】
オゾン処理において、過酸化水素を被処理水に注入することで、臭素酸イオンの発生を抑制することができる。しかしながら、新たな薬品（過酸化水素）の注入が必要になるに加え、必要な薬品（過酸化水素）の量が多量な問題がある。また、過酸化水素の腐食性が高いために保管に注意が必要であるとともに、過酸化水素は発癌性を有しているために処理水に残留しないようにする必要がある。
【００２２】
他に、紫外線を照射する水処理では、ＯＨラジカルを多量に発生させるためには、紫外線照射量が必要となり、電力コストが高い問題がある。また、オゾン気泡が存在する被処理水の紫外線透過度でも十分に照射させる必要がある。注入したオゾンを紫外線で即ＯＨラジカルにする必要があり、ＯＨラジカルにできない場合、溶存オゾンとして臭素酸イオンが生成される。
【００２３】
非特許文献２に記載される、電気化学的な処理とオゾン処理とを組み合わせて、臭素酸イオンの生成を抑制する方法でも、臭素酸イオンを十分に除去できていないため、臭素酸イオン濃度が１００μｇ／Ｌ以上となり、浄水水質基準の１０μｇ／Ｌ以下に遠く及ばない。
【００２４】
上記課題に鑑み、本発明は、被処理水の不純物を十分に分解および除去することができる電解装置及びこの電解装置を有する水処理システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係る電解装置は、被処理水が供給される電解槽と、気泡を発生して電解槽に供給する気泡発生手段と、電解槽の内部に配置され、被処理水に含まれる不純物に電圧を与えて電気分解する電極とを備える。
【００２６】
本発明に係る水処理システムは、電解装置と、電解装置の後段に設置され、電気分解された電解処理水が供給されるオゾン処理槽と、電解処理水をオゾンで酸化処理するためにオゾンの気体をオゾン処理槽に供給するオゾン発生手段とを備えるオゾン処理装置とを有する。
【００２７】
また、本発明に係る他の水処理システムは、被処理水が供給されるオゾン処理槽と、オゾンによって気泡を発生し、被処理水をオゾン洗浄するためにオゾン処理槽に気泡を供給するオゾン気泡発生手段と、オゾン処理槽の内部に配置され、被処理水に含まれる不純物に電圧を与えて電気分解する電極とを有する。
【００２８】
さらに、本発明に係る他の水処理システムは、電解装置と、電解装置の後段に設置され、電気分解された電解処理水が供給される凝集沈殿処理槽と、電解処理水に含まれる不純物を凝集する凝集剤を電解処理水に添加する薬品添加手段とを備える凝集沈殿処理装置とを有する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、被処理水の不純物を十分に分解および除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、図面を用いて各実施形態に係る電解装置又はこの電解装置を有する水処理システムについて説明する。以下の説明において、同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
〈第１の実施形態〉
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る電解装置１０は、水処理プロセスにおいて用いられる装置であって、原水（被処理水又は被電解処理水）が導入されると、この被処理水に含まれる環境ホルモン等の難分解性の不純物質を電気化学的に分解（電気分解）する。
【００３２】
この電解装置１０は、不純物質を電気分解するため、被処理水が導水される電解槽１１、電解槽１１の内部に配置される陽極１２及び陰極１３、微細気泡Ａを発生する気泡発生手段１４、気泡発生手段１４で発生された気泡を電解槽１１内の被処理水に散気する散気手段１５を備えている。また、電解装置１０は、気泡発生手段１４に液体（被処理水）を送水する送水ポンプ１６と、気泡発生手段１４に空気（大気）を供給する気体供給手段１７を備えている。
【００３３】
電解装置１０には、水源から取得した被処理水が流入する。この被処理水は、ハロゲン化合物、有機物、微生物等の除去又は不活性化したい不純物を含んでいる。電解装置１０に流入した被処理水の一部が抜き取られて送水ポンプ１６によって気泡発生手段１４に送水され、残りの被処理水が電解槽１１に送水される。
【００３４】
気泡発生手段１４は、送水ポンプ１６によって高速で送水される被処理水と、気体供給手段１７から供給される空気とによって微細気泡Ａを発生し、発生した微細気泡Ａを電解槽１１に供給する。具体的には、気泡発生手段１４は、気体を狭路部に供給して衝撃波（キャビテーション）を与えることにより、気体を微細気泡化する「衝撃波法（エジェクタ式）」や、気泡と水との旋回流により空洞を発生させ、その空洞前後の旋回流差で微細気泡を発生する「旋回法」によって発生した微細気泡Ａを電解槽１１に供給する。
【００３５】
電解槽１１では、複数の単極系の平板電極である陽極１２と陰極１３とが交互に配置されている。この電解槽１１に不純物を含む被処理水が流入すると、被処理水が陽極１２と陰極１３の間を流れる間に電気分解される。この電解槽１１内の被処理水には、気泡発生手段１４で発生された微細気泡Ａが散気手段１５によって拡散されるため、電解槽１１内を流れる被処理水は、微細気泡Ａを含んでいる。
【００３６】
例えば、被処理水に含まれる不純物がハロゲン化合物であるとき、電解槽１１内では、電気分解によって、ハロゲン化合物からハロゲンイオン又はハロゲン化合物のイオンが生成される。反応（１）〜（５）は、被処理水に含まれるハロゲンが臭素である場合の一例である。
【００３７】
陰極（Cathode）
２H2O（ｌ）＋２ｅ-→Ｈ2（ｇ）＋２ＯＨ-（ａｑ）  Ｅ0＝−０．８３Ｖ  ・・・（１）
Br2＋２ｅ-→２Br-  Ｅ0＝１．１０Ｖ・・・（２）
O2（ｇ）＋２H2O（ｌ）＋４ｅ-→４OH-（ａｑ）  Ｅ0＝０．４０Ｖ・・・（３）
陽極（Anode）
２H2O（ｌ）→O2（ｇ）＋４H+＋４ｅ-  Ｅ0＝−１．２３Ｖ・・・（４）
２Ｂｒ-→Ｂｒ2＋２ｅ-  Ｅ0＝−１．１Ｖ・・・（５）
気泡発生装置１４による微細気泡Ａの供給により被処理水中の気体の溶存濃度が増加し、新たな気体発生反応である反応（１）及び（４）を抑制することができる。また、例えば微細気泡Ａの気体を空気、酸素とした場合、被処理水中の酸素濃度が高くなるため、反応（３）が進行し、結果的に反応（２）を抑えることができる。すなわち、陽極で反応（５）の臭素イオンの酸化が進み、酸化された臭素が陰極の反応（２）によって、再びイオン化することを抑えることができる。これは、ハロゲン化合物の電気分解により生成するハロゲンイオン（Br-）を反応系外に取り除くことになり、結果的にハロゲン化合物の電気分解反応が進む。
【００３８】
この電解装置１０において、被処理水の電気伝導率は１００〜２００μＳ／ｃｍであるとき、各陽極１２と陰極１３の間隔を１０〜３０ｍｍとし、各電極１２，１３の間に１０〜５０Ｖ（好ましくは、２０〜４０Ｖ）の電圧をかけることが望ましい。すなわち、電極１２，１３間の距離を離しすぎると通電抵抗による消費電力の損失が大きくなり、電極１２，１３間の距離を狭くすると電極１２，１３間に流れる水流抵抗が大きくなって圧力損失が大きくなる。また、電解槽１１において陽極１２と陰極１３の間は絶縁材料で固定する必要があるが、電極１２，１３間の距離が狭い場合、電極１２，１３の固定が困難になるためである。
【００３９】
したがって、電極１２，１３間の距離を１０〜３０ｍｍとし、電極１２，１３間に１０〜５０Ｖ（好ましくは、２０〜４０Ｖ）の電圧をかけることにより、電流密度が１〜２０ｍＡ／ｃｍ2（３〜１０ｍＡ／ｃｍ2）となり、不純物の分解とは関係がない水の電気分解反応を抑制することができる。
【００４０】
電気分解に必要な電極間電圧は、電気分解反応の標準電位やネルンストの式などから計算される電極電位差である理論電解電圧に、過電圧や液体の電気抵抗（溶液抵抗）を加えた値となる。過電圧は、電解反応を進行させるため分解反応物質の活性化する活性化過電圧、電極表面の反応物資質の濃度差（拡散）による濃度過電圧、電極間の抵抗による抵抗過電圧の総和になる。すなわち、電極１２，１３によって被処理水に与える電圧は、上記の反応（１）〜（５）の標準電位と被処理水に含まれる反応物質の濃度に応じて定められる陽極１２と陰極１３の電位差に、電極１２，１３間の抵抗と流す電流と積となる抵抗成分による過電圧の和であり、電極１２，１３間の距離と被処理水の電気伝導率によって定められる。例えば、電解槽１１内で陰極１３で反応（３）、陽極１２で反応（５）が起こるとき、標準電極電位はそれぞれ０．４Ｖと−１．１Ｖであるが、電極電位差は、それらに酸素（Ｏ2）、水酸化物イオン（ＯＨ−）、臭素イオン（Ｂｒ−）、臭素（Ｂｒ2）の濃度に応じて定められる。なお、水（Ｈ2Ｏ）は多くの量を占めているため、関係しない。また、電解槽１１内では、反応（１）、（２）、（４）及びその他の反応も起こっているため、電極電位差は実験により求め、本実施形態の電解装置１０の場合には１〜数Ｖになる。図２に、電解装置１０において、被処理水の電気伝導率が２００μＳ／ｃｍ前後であり、電極１２，１３間の距離が各距離の場合の過電圧と電流密度の関係を示す。図２に示す過電圧と電極電位差の和が、電解装置１０で被処理水に印加する電圧になる。ここで、電解槽１１や電極１２，１３のサイズは、被処理水の処理量によって定まるため、電極１２，１３間の距離や電圧には依存しない。具体的には、被処理水と電極１２，１３の接触時間が５〜６０ｓｅｃ、電流密度が１〜２０ｍＡ／ｃｍ2（３〜１０ｍＡ／ｃｍ2）になるようにする。
【００４１】
一方、電解槽１１のサイズが大きい場合や、被処理水の電気伝導率が高い場合、電極１２，１３が汚れやすい場合には、目詰まりや電極１２，１３間の短絡を防止するため、電極１２，１３間を広くすることが望ましく、３０ｍｍ以上としても構わない。
【００４２】
上述した電解装置１０によれば、第１の効果として、被処理水に気泡を含ませることにより、電解槽１１中の気体の溶存濃度を高くすることによって、電解槽１１における分解を促進させることができる。すなわち、電解槽１１中の気体の溶存濃度が高くなることで、不純物の分解反応とは、関係がない水素発生反応（反応（１））と酸素発生反応（反応（４））を抑制され、さらに、ハロゲンイオン（Br-）の酸化の促進によりハロゲンイオン（Br-）が反応系外に取り除かれ、不純物の分解を促進させる。また、電極表面のスケールを剥がし、スケールの堆積による通電抵抗増加および電解反応効率の低下を抑制できる。
【００４３】
とくに、被処理水に通常気泡ではなく、マイクロサイズ又はナノサイズ等の微細気泡Ａを含ませることにより、電解装置１０では、ボイド効果によって不純物の分解を促進させることができる。すなわち、微細気泡Ａは、ボイド率（Void fraction：気体体積率）が同じ場合、通常気泡と比較して体積表面積が大きい。また、被処理水における微細気泡Ａの溶解速度は通常気泡と比較して速い。さらに、微細気泡Ａは、液体中の滞留時間が長く、気体同士が合体する確率が低くて分散性に優れているため、被処理水中の気体溶解度や溶存濃度を十分に飽和状態にすることができる。したがって、微細気泡Ａを添加した場合、電解槽１１中の気体の溶存濃度が高くなることで、不純物の分解反応とは、関係がない水素発生反応（反応（１））と酸素発生反応（反応（４））を抑制され、さらに、ハロゲンイオン（Br-）の酸化の促進によりハロゲンイオン（Br-）が反応系外に取り除かれ、不純物の分解を促進させる。
【００４４】
また、電解装置１０によれば、第２の効果として、被処理水に微細気泡Ａを含ませることにより、圧壊によって電解槽１１における分解を促進させることができる。すなわち、気泡発生手段１４内では、微細気泡Ａの含有利率が多く、被処理水中の気体の溶存濃度が高いため、微細気泡Ａの縮小破壊による圧壊は起こり難い。一方、電解槽１１内では、微細気泡Ａを含む被処理水と、微細気泡Ａを含まない多量の被処理水とが混合され、気泡発生手段１４内よりも被処理水中の気体の溶存濃度が低下する。したがって、電解槽１１内では、微細気泡の特徴により、被処理水中で急激な圧力の変動（キャビテーション）や急激な気体の溶解による自己破壊（圧壊）が生じ、被処理水中の病原性の微生物等が殺菌される。また、圧壊の際にＯＨラジカルが発生し、分解が促進される。
【００４５】
さらに、電解装置１０によれば、第３の効果として、被処理水に微細気泡Ａを含ませることにより、電極１２，１３の圧力損失を軽減することができる。すなわち、電解槽１１内では、微細気泡Ａのバブルリングにより、被処理水の電気伝導率（μＳ／ｃｍ）が向上し、表面張力（ｄｙｎ／ｃｍ）及び相対粘土が低下する。これらの変化は、微細気泡Ａのサイズ、気体種類、バブリング量、バブリング時間及び被処理水の水質によって異なる。表面張力及び相対粘土の低下により、水流中の複数の電極１２，１３の抵抗による圧力損失を低減することができる。
【００４６】
また、電解装置１０によれば、第４の効果として、被処理水に微細気泡Ａを含ませることにより、電極１２，１３の汚れの付着を軽減することができる。微細気泡Ａは、液中の滞在時間が長く、比表面積が大きいことから、効率良く吸着効果を発揮し、汚れ（油脂等）を吸着する。特に、電解水処理では、電極１２，１３の表面の汚れが電解処理の妨げになり、処理効率が低下する。微細気泡Ａのもつ吸着特性がその汚れに対して有効に作用し、電極１２，１３の汚れを吸着する。すなわち、被処理水中に微細気泡Ａを含有させることで、気泡の表面への汚れの吸着が期待される。また、微細気泡Ａは浮力を有するため、付着した油脂を電極表面より剥がす。その結果、電極の汚れを低減することができ、処理効率の低下、電力コストの増加を抑制することができる。
【００４７】
なお、上述したように、微細気泡Ａはマイナスに帯電しているため、気泡同士は合体しにくく、被処理水中の滞留時間が長い。そのため、微細気泡Ａを電解槽１１の中で維持され、上述した不純物の分解の促進、殺菌、圧力損失の低減、電極１２，１３の汚れの防止の効果を得ることができる。
【００４８】
図１に示す電解装置１０では、電極１２，１３は、単極系の平板電極として説明したが、一枚の電極が表裏で陽極と陰極の働きをする電極板を複数並べる複極系の電極や、一枚の陰極又は陽極に対して、メッシュ形状等の多孔質な陽極又は陰極を複数並べる多重電極を利用してもよい。
【００４９】
また、気体供給手段１７は、空気を気泡発生手段１４に供給していたが、オゾン、酸素又は窒素等の気体が予め用意されているときには、気体供給装置１７は、空気に代えてこれらの気体を気泡発生手段１４に供給してもよい。例えば、オゾンが供給された気泡発生手段１４は、オゾンの微細気泡Ａを発生するため、電解処理の際にオゾンによる酸化分解効果を得ることができる。
【００５０】
さらに、気泡発生手段１４は、「衝撃波法」や「旋回法」によって微細気泡Ａを発生するものとしたが、その他にも、「細孔型（フィルタ型）法」（微細気泡の対象径と同一径のフィルタを用いて、通常気泡を微細気泡に変換する）、「加圧溶解法」（通常気泡を含む水に圧力をかけることにより、通常気泡を微細気泡に変換する）、「揃断法」（水ジェット等の機械的揃断力を与えることにより、微細気泡化する）、「超音波法」（超音波場の水中に、細い針先からガスを供給させることにより微細気泡化する）等の方式を利用して、気泡を発生することが考えられる。
【００５１】
〈第２の実施形態〉
図３に示すように、本発明の第２の実施形態に係る水処理システム１ａは、着水池２０、凝集沈殿装置３０、電解装置１０、オゾン処理装置４０及び活性炭処理装置５０を備えている。
【００５２】
着水池２０は、水源である河川の河川表流水等を原水（被処理水）として取得し、取得した被処理水を一時貯水する。着水池２０で貯水された被処理水（被凝集沈殿処理水）は、その後、凝集沈殿装置３０に送水される。この着水池２０から凝集沈殿装置３０に被処理水を送水する際には、送水ポンプ（図示せず）を利用してもよいし、高低差による自然流下を利用してもよい。
【００５３】
また、被処理水に粒径の大きくろ過し易い不純物が多く含まれるとき、着水池２０の後段にろ過池（図示せず）を設け、不純物を予め除去してから凝集沈殿装置３０に送水してもよい。
【００５４】
凝集沈殿装置３０は、図１０を用いて上述した凝集沈殿装置３０と同一の構成であり、混和槽３１内で着水池２０から供給される被処理水と薬品添加手段３２によって添加される薬品（ｐＨ調整剤や凝集剤）とを攪拌機３３で攪拌し、凝集槽３４内で凝集し、沈殿槽３５内で被処理水に含まれる不純物、特に濁度成分を沈殿させて除去する。また、水処理システム１ａの凝集沈殿装置３０は、不純物を除去後の被処理水を電解装置１０に送水する。この凝集沈殿装置３０から電解装置１０に被処理水を送水する際にも、送水ポンプ（図示せず）を利用してもよいし、高低差による自然流下を利用してもよい。
【００５５】
薬品添加手段３２が被処理水に添加する凝集剤には、例えば、ポリ塩化アルミニウムを利用することができる。凝集剤の注入率は、２０〜４０ｍｇ／Ｌ程度であることが望ましいが、不純物の濃度が高い場合には、１００ｍｇ／Ｌ以上注入する必要がある。凝集槽３４内では、添加された凝集剤（ポリ塩化アルミニウム）が濁度成分である微粒子を吸着し、さらに、微粒子を吸着した凝集剤が凝集して次第に大きく重いフロックに成長する。沈殿槽３５では、凝集槽３４で形成されたフロックが沈降し、不純物が除去された被処理水（凝集沈殿処理水、被電解処理水）が電解装置１０に送水される。
【００５６】
電解装置１０は、図１を用いて上述した電解装置１０と同一の構成であり、凝集沈殿装置３０で不純物が除去された後の被処理水（凝集沈殿処理水、被電解処理水）が供給されると、供給された被処理水を電解処理する。具体的には、電解装置１０では電気分解することにより、被処理水中のハロゲン化合物や有機物の分解、微生物の不活化又はハロゲンイオンの電解酸化が行なわれる。また、水処理システム１ａの電解装置１０は、電解処理後の被処理水（電解処理水、被オゾン処理水）をオゾン処理装置４０に送水する。この電解装置１０からオゾン処理装置４０に被処理水を送水する際には、高低差による自然流下を利用することが望ましいが、電解槽１１とオゾン処理槽４１ａ，４１ｂの位置関係により自然流下ができないときには送水ポンプ（図示せず）を利用する。
【００５７】
オゾン処理装置４０は、図１０を用いて上述したオゾン処理装置４０と同一の構成であり、オゾン処理槽４１ａ，４１ｂ内に供給される被処理水（電解処理水、被オゾン処理水）にオゾン発生器４３によって発生されるオゾンを散気させ、オゾン滞留槽４４で滞留してオゾン処理を施し、電解装置１０で電解処理できなかった有機物や、電解処理で生成された分解物をオゾンにより酸化する。ここで、オゾン発生器４３は、大気をとり込み、大気に含まれる酸素からオゾンを生成して散気手段４２ａ，４２ｂを介してオゾン処理槽４１ａ，４１ｂの被処理水に散気する。また、水処理システム１ａのオゾン処理装置４０は、オゾン処理後の被処理水（オゾン処理水、被活性炭処理水）を活性炭処理装置５０に送水する。このオゾン処理装置４０から活性炭処理装置５０に被処理水を送水する際には、高低差による自然流下を利用することが望ましいが、オゾン滞留槽４４と活性炭処理装置５０の位置関係により自然流下ができないときには送水ポンプ（図示せず）を利用する。
【００５８】
活性炭処理装置５０も、図１０を用いて上述した活性炭処理装置５０と同一の構成であり、オゾン処理後の被処理水（オゾン処理水、被活性炭処理水）からオゾン処理で生成された分解物を活性炭で吸着除去して被処理水を無害化して処理水を得る。
【００５９】
仮に、臭素イオン（Br-）を含む凝集沈殿処理水を、電解処理を施さずにオゾン処理装置４０に送水した場合、オゾン処理槽４１ａ，４１ｂ内では、臭素イオンを含む被処理水（凝集沈殿処理水、被電解処理水）により（６）〜（８）の反応が起こり、発癌性のある臭素酸イオン（BrO3-）が発生する。
【００６０】
Br-＋O3⇔BrO-＋O2  ・・・（６）
BrO-＋O3⇔BrO2-＋O2  ・・・（７）
BrO2-＋O3⇔BrO3-＋O2  ・・・（８）
また、仮に、電解処理のみによっては、被処理水に含まれる有機物やハロゲン化合物を完全に分解することは困難であり、分解量を最大にしようとした場合には電極１２，１３間の電圧を高くする必要があり、電圧を高くすることにより、上述した反応（１）及び（４）が促進する問題がある。また、電流密度が高くなるため被処理水の電気伝導率すなわち通電抵抗による損失が増える問題がある。
【００６１】
このように、水処理システム１ａでは、オゾン処理装置４０の前段に電解装置１０を設け、電解装置１０とオゾン処理装置４０を併用し、ハロゲン化合物等の電気分解しやすい不純物を電解装置１０で処理し、残りの不純物をオゾン処理装置４０で処理する。
【００６２】
上述した水処理システム１ａによれば、電解装置１０を備えているため、第１の実施形態で上述した第１乃至第４の効果（不純物の分解の促進効果、殺菌効果、圧力損失の低減効果、電極の汚れの防止効果）を得ることができる。
【００６３】
また、水処理システム１ａによれば、第５の効果として、オゾン処理の前に電解処理を行なうことにより、上述した反応（５）のように、凝集沈殿水中の臭素イオン（Br-）が臭素（Br2）に電解酸化された被処理水を利用してオゾン処理を行なう。したがって、オゾン処理において、臭素イオン（Br-）が減少し、反応（６）〜（８）が抑制されて発癌性物質（臭素酸イオン）の生成を抑制することができる。
【００６４】
さらに、水処理システム１ａでは、第６の効果として、オゾン処理の前に電解処理を行なうことにより、オゾン処理と電解処理のそれぞれ分解しやすい不純物を分解し、電解処理で完全に分解するのではなく、オゾン処理で分解しやすい状態に不純物を分解するため、電解による電力コストとオゾンの注入量を低減することができる。
【００６５】
〈第３の実施形態〉
図４に示すように、本発明の第３の実施形態に係る水処理システム１ｂは、着水池２０、電解装置１０、凝集沈殿装置３０、オゾン処理装置４０及び活性炭処理装置５０を備えている。
【００６６】
この水処理システム１ｂを、図３を用いて上述した水処理システム１ａと比較すると、電解装置１０が凝集沈殿装置３０の後段ではなく凝集沈殿装置３０の前段に配置されている点で異なる。したがって、着水池２０で貯水された被処理水（被電解処理水）が電解装置１０に送水され、電解処理された被処理水（電解処理水、被凝集沈殿処理水）が凝集沈殿装置３０に送水され、凝集沈殿処理された被処理水（凝集沈殿処理水、被オゾンン処理水）がオゾン処理装置４０に送水される。着水池２０と電解装置１０間及び各装置１０，３０，４０，５０間での被処理水の送水には、送水ポンプを利用してもよいし、高低差があれば自然流下を利用してもよい。
【００６７】
第３の実施形態に係る水処理システム１ｂは、電解装置１０を備えているため、第１の実施形態で上述した第１乃至第４の効果（不純物の分解を促進、殺菌効果、圧力損失の低減効果、電極の汚れの防止効果）を得ることができる。また、水処理システム１ｂは、オゾン処理の前に電解処理を行なうため、第２の実施形態で上述した第５及び第６の効果（発癌性物質の生成の抑制効果、オゾン注入量の低減効果）を得ることができる。
【００６８】
この他、水処理システム１ｂでは、第７の効果として、凝集沈殿処理の前に電解処理を行なうことにより、電解酸化したハロゲンや分解物を凝集沈殿で処理することが可能となり、オゾン処理による有害物質の生成、すなわちハロゲンや分解物の臭素酸イオン生成やトリハロメタン生成前駆物質の生成を抑制することができる。また、オゾン処理装置４０では、ハロゲン物質や分解物を含まない被処理水をオゾン処理するため、オゾン注入量を低減することが可能となるとともに、不純物の分解率が向上する。
【００６９】
〈第４の実施形態〉
図５に示すように、本発明の第４の実施形態に係る水処理システム１ｃは、着水池２０、電解装置１０、凝集沈殿装置３０、オゾン処理装置４０及び活性炭処理装置５０を備えている。
【００７０】
この水処理システム１ｃを、図３を用いて上述した水処理システム１ａと比較すると、着水池２０を電解槽として着水池２０に電極１２，１３を配置し、着水池２０ｃにおいて電解処理を行なっている点で異なる。また、水処理システム１ｃでは、着水池２０で貯水されると当時に電解処理された被処理水（電解処理水、被凝集沈殿処理水）が凝集沈殿装置３０に送水され、凝集沈殿処理された被処理水（凝集沈殿処理水、被オゾン処理水）がオゾン処理装置４０に送水される。各装置１０、３０、４０、５０間の原水の送水には、送水ポンプを利用してもよいし、高低差があれば自然流下を利用してもよい。
【００７１】
第４の実施形態に係る水処理システム１ｃは、電解装置１０を備えているため、第１の実施形態で上述した第１乃至第４の効果（不純物の分解の促進効果、殺菌効果、圧力損失の低減効果、電極の汚れの防止効果）を得ることができる。また、水処理システム１ｃは、オゾン処理の前に電解処理を行なうため、第２の実施形態で上述した第５及び第６の効果（発癌性物質の生成の抑制効果、オゾン注入量の低減効果）を得ることができる。さらに、水処理システム１ｃは、凝集沈殿処理の前に電解処理を行なうため、第３の実施形態で上述した第７の効果（有害物質の生成の抑制効果、オゾン注入量の低減効果）も得ることができる。
【００７２】
この他、水処理システム１ｃでは、従来から存在する着水池２０を電解槽としているため、新たに電解装置１０の設置場所を確保する必要がない。また、着水池２０では、ある程度の時間、被処理水を貯水し、流速もないため、電極１２，１３を着水池２０ｃに設置することで、被処理水と電極１２，１３との接触時間を長くすることが可能となり、除去したい物質又は不活性化したい不純物を十分に分解することができる。
【００７３】
なお、図５に示す水処理システム１ｃでは、着水池２０を電解槽として着水池２０に電極１２，１３を配置しているが、取水池やろ過池等を有している場合、これらを電解槽賭して、取水池やろ過池の内部に電極を配置しても同様の効果をえることができる。
【００７４】
〈第５の実施形態〉
図６に示すように、本発明の第５の実施形態に係る水処理システム１ｄは、着水池２０、凝集沈殿装置３０、オゾン処理装置４０、電解装置１０及び活性炭処理装置５０を備えている。
【００７５】
この水処理システム１ｄを、図３を用いて上述した水処理システム１ａと比較すると、オゾン処理槽４１ａ，４１ｂを電解槽としてオゾン処理槽４１ａ，４１ｂに電極１２，１３を配置し、オゾン処理装置４０ｄにおいて電解処理を行なっている点で異なる。すなわち、オゾン処理装置４０ｄでは、被処理水にオゾン発生器４３で発生するオゾンＢをバブリングしながら陽極１２と陰極１３に接触させて電解処理をしており、被処理水に微細気泡Ａは添加していない。したがって、水処理システム１ｄの電解装置１０ｄでは、電極１２，１３のみを備えていればよく、気泡発生手段１４、散気手段１５、送水ポンプ１６及び気体供給手段１７を備える必要はない。
【００７６】
水処理システム１ｄの他の構成については図３を用いて上述した構成と同一である。また、水処理システム１ｄでは、着水池２０で貯水された被処理水（被凝集沈殿処理水）が凝集沈殿装置３０に送水され、凝集沈殿処理された被処理水（凝集沈殿処理水）がオゾン処理装置４０に送水されてオゾン処理と同時に電解処理がされる。着水池２０と凝集沈殿装置３０間及び各装置３０，４０，５０間での被処理水の送水には、送水ポンプを利用してもよいし、高低差があれば自然流下を利用してもよい。
【００７７】
第５の実施形態に係る水処理システム１ｄは、オゾン槽４１ａ，４１ｂに気泡としてオゾンＢを注入しているため、第１の実施形態で上述した第１の効果（不純物の分解の促進効果）を有している。また、水処理システム１ｄは、オゾン処理の前に電解処理を行なうため、第２の実施形態で上述した第５の効果（発癌性物質の生成の抑制効果）を有している。なお、水処理システム１ｄでは、微細気泡Ａではなく、通常気泡であるオゾンＢを添加しているため、上述した第１乃至第４の効果のように微細気泡で得られる効果は有していない。
【００７８】
この他、水処理システム１ｄでは、従来から存在するオゾン処理槽４１ａ，４１ｂを電解槽としているため、新たに電解装置１０ｄの設置場所を確保する必要がない。また、オゾン処理槽４１ａ，４１ｂでは、流速がないため、電極１２，１３をオゾン処理槽４１ａ，４１ｂに設置することで、被処理水と電極１２，１３との接触時間を長くすることが可能となり、除去したい物質又は不活性化したい不純物を十分に分解することができる。
【００７９】
〈第６の実施形態〉
図７に示すように、本発明の第６の実施形態に係る水処理システム１ｅは、着水池２０、凝集沈殿装置３０、オゾン処理装置４０、電解装置１０及び活性炭処理装置５０を備えている。
【００８０】
この水処理システム１ｅを、図６を用いて上述した水処理システム１ｄと比較すると、微細気泡発生装置１４を備え、オゾン処理槽４１ａ，４１ｂに、気泡発生手段１４で発生されたオゾンの微細気泡を添加している点で異なる。
【００８１】
水処理システム１ｅの他の構成については図３や図６を用いて上述した構成と同一である。また、水処理システム１ｅでは、着水池２０で貯水された被処理水（被凝集沈殿処理水）が凝集沈殿装置３０に送水され、凝集沈殿処理された被処理水（凝集沈殿処理水）がオゾン処理装置４０に送水される。着水池２０と凝集沈殿装置３０間及び各装置３０，４０，５０間での被処理水の送水には、送水ポンプを利用してもよいし、高低差があれば自然流下を利用してもよい。
【００８２】
第６の実施形態に係る水処理システム１ｅは、電解装置１０を備え、オゾン処理槽４１ａ，４１ｂに微細気泡Ａを添加しているため、第１の実施形態で上述した第１乃至第４の効果（不純物の分解の促進効果、殺菌効果、圧力損失の低減効果、電極の汚れの防止効果）を得ることができる。また、水処理システム１ｅは、電解処理を行なって電解酸化された被処理水にオゾン処理がされるため、第２の実施形態で上述した第５及び第の効果（発癌性物質の生成の抑制効果、オゾン注入量の低減効果）を得ることができる。
【００８３】
この他、水処理システム１ｅでは、従来から存在するオゾン処理槽４１ａ，４１ｂを電解槽としているため、新たに電解装置１０ｄの設置場所を確保する必要がない。また、オゾン処理槽４１ａ，４１ｂでは、流速がないため、電極１２，１３をオゾン処理槽４１ａ，４１ｂに設置することで、被処理水と電極１２，１３との接触時間を長くすることが可能となり、除去したい物質又は不活性化したい不純物を十分に分解することができる。
【００８４】
《変形例》
図８を用いて、第６の実施形態の変形例に係る水処理システム１ｆについて説明する。水処理システム１ｆは、図７を用いて上述した水処理システム１ｅと比較して、第１オゾン処理槽４１ａ、第２オゾン処理槽４１ｂ及びオゾン滞留槽４４に代えて、円柱形状のオゾン処理槽４７を備えている点で異なる。また、水処理システム１ｆでは、平型の電極１２，１３に代えて、径の異なる複数の筒型形状の電極１２，１３を備えている点で異なる。
【００８５】
図８に示す水処理システム１ｆのように、オゾン処理槽４７を円柱形状とし、電極１２，１３も円筒形状とした場合であっても、上述した第６の実施形態に係る水処理システム１ｅと同様の効果を得ることができる。また、円柱形状であることから、配管内に電極１２，１３を配置し、電解装置１０より微細気泡Ａを添加しているため、様々な配管形状にでき、第５の実施形態水処理システム１ｅの第１オゾン処理槽４１ａ、第２オゾン処理槽４１ｂ及びオゾン滞留槽４４のように設置場所面積、高さに制限なく、設置空間に合わせて配管形状を設計できる。
【００８６】
次に、図９を用いて、第６の実施形態の他の変形例に係る水処理システム１ｈについて説明する。水処理システム１ｈは、図８を用いて上述した水処理システム１ｆと比較して、円筒形状の電極１２，１３に代えて、複数の板型形状の電極１２，１３を備えている点で異なる。
【００８７】
図８に示す水処理システム１ｆのように、オゾン処理槽１４を円柱形状とした場合であっても、電極１２，１３は板型形状とすることができるし、このような水処理システム１ｆであっても、上述した第６の実施形態に係る水処理システム１ｅと同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】第１の実施形態に係る電解装置を説明する図である。
【図２】図１の電解装置の電圧と電流密度の関係について説明する図である。
【図３】第２の実施形態に係る水処理システムを説明する図である。
【図４】第３の実施形態に係る水処理システムを説明する図である。
【図５】第４の実施形態に係る水処理システムを説明する図である。
【図６】第５の実施形態に係る水処理システムを説明する図である。
【図７】第６の実施形態に係る水処理システムを説明する図である。
【図８】第６の実施形態の変形例２に係る水処理システムを説明する図である。
【図９】第６の実施形態の変形例３に係る水処理システムを説明する図である。
【図１０】従来の水処理システムを説明する図である。
【符号の説明】
【００８９】
１ａ〜１ｈ…水処理システム
１０，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ…電解装置
１１…電解槽
１２…陽極（電極）
１３…陰極（電極）
１４…気泡発生手段
１５…散気手段
１６…送水ポンプ
１７…気体供給手段
２０，２０ｃ…着水池
３０…凝集沈殿装置
３１…混和槽
３２…薬品添加手段
３３…攪拌機
３４…凝集槽
３５…沈殿槽
４０，４０ｄ，４０ｅ…オゾン処理装置
４１ａ…第１オゾン処理槽
４１ｂ…第２オゾン処理槽
４２ａ，４２ｂ…散気手段
４３…オゾン発生器
４４…オゾン滞留槽
４５…排オゾン処理手段
４７…オゾン処理槽
５０…活性炭処理装置
【図１】
2010137151.tif 000003
【図２】
2010137151.tif 000004
【図３】
2010137151.tif 000005
【図４】
2010137151.tif 000006
【図５】
2010137151.tif 000007
【図６】
2010137151.tif 000008
【図７】
2010137151.tif 000009
【図８】
2010137151.tif 000010
【図９】
2010137151.tif 000011
【図１０】
2010137151.tif 000012