(57)【要約】  隔膜（１２）またはフィルタ面として構成された機械式分離のための手段を含む水処理をする装置において、機械式分離のための手段がアノードとして構成されており、カソード（１８）がこれと間隔をおいて配置されることが提案される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロスフロー濾過として作動する、隔膜（１２）とカソード（１８）とを含む水処理をする装置において、前記隔膜（１２）は、直流電圧または交流電圧が印加されたときに間隔をおいて配置されたカソード（１８）とともに電場を形成するアノードとして構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記隔膜（１２）はセラミック、ポリマー、または金属の材料で製作されていることを特徴とする、請求項１に記載の水処理をする装置。
【請求項３】
カソード（１８）が浸透液側（１６）に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記カソード（１８）は流入側ないし残液側（１４）に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記カソード（１８）は流入側または残液側（１４）に配置されており、第２のカソード（２５）が浸透液側（１６）に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
デッドエンド濾過として作動する、フィルタ面（２６）とカソード（１８）とを含む水処理をする装置において、前記フィルタ面（２６）はアノードとして構成されており、直流電圧または交流電圧が印加されたときに間隔をおいて配置されたカソード（１８）とともに電場を形成することを特徴とする装置。
【請求項７】
前記フィルタ面（２６）は紙または織物として製作されていることを特徴とする、請求項６に記載の水処理をする装置。
【請求項８】
前記カソード（１８）が濾液側（１６）に配置されていることを特徴とする、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記カソード（１８）は流入側（１４）に配置されていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記カソード（１８）は流入側（１４）に配置されており、第２のカソード（２５）が濾液側（１６）に配置されていることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記カソード（１８）は白金またはダイヤモンドからなる表面を有するように不活性に製作されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
犠牲陽極が流動方向で見て隔膜１２ないしフィルタ面２８の前または後に配置されており、これと設計的に結合されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過または隔膜分離法によって水処理をする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生水、プロセス水、または排水を処理するために、さまざまな方法が別々のプロセス段階で適用される。濾過や隔膜分離法による、機械式の浄化が知られている。デッドエンド動作で適用されるフィルタでは、あるいはいわゆるクロスフローで作動する隔膜では、時間の経過とともに被覆層が形成される。このような被覆層はフィルタや隔膜の機能性を損なうので、エネルギー面と装置工学面の高いコストをかけて除去しなくてはならない。部分的には被覆層形成は不可逆的であり、したがって除去は不可能であり、隔膜全体を取り換えなくてはならない。さらに隔膜やフィルタは、藻や細菌のような微生物による菌汚染を生じやすい傾向があるので、望ましくない副生成物を形成する化学品を殺菌のために使用せざるを得ない。
【０００３】
さらに別のプロセス段階として、生水、プロセス水、または排水の電解酸化による化学式の処理が行われる。その際には電気化学式のプロセスにより、殺菌作用のある物質が水そのものから、およびそのもともとの含有物質から生成される。電気分解によって、水が酸素と水素の元素に分解される。副反応で、アノードでは殺菌作用のある物質であるオゾン（Ｏ３）やＯＨラジカルが生成され、カソードでは過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が生成される。これに加えて、飲料水に最初から含まれる塩素イオン（Ｃｌ−）が次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）ないし次亜塩素酸塩イオン（ＣｌＯ−）に変換されることで、殺菌作用のある成分が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／１６３４１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、飲料水やプロセス水を処理する改良された方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の根底にある思想は、不活性の導電性材料で隔膜を製作し、それにより、機械式の分離方法のためだけでなく、電解酸化の際にヒドロキシルラジカルと反応性の酸素を形成するためのアノードとしても利用できるようにするというものである。それにより本発明では、隔膜分離法と化学的な浄化方法とを水処理で結びつけるという好ましい可能性が創出される。それにより設備や装置をいっそうコンパクトに、エネルギー効率的に、かつ低コストに構成することができる。
【０００７】
セラミック、ポリマー、または金属の材料で隔膜が製作されていると特別に有益である。セラミックやポリマーの材料は、通常、化学的に不活性であり、たとえば導電性の成分を混ぜ合わせることで、簡単な仕方により出発材料にすることができる。隔膜がたとえば箔のような金属材料で製作されると、いっそう簡単に本発明を具体化することができる。このような材料はすでにそれ自体として導電性である。
【０００８】
本発明の１つの好ましい実施形態は、アノードが浸透液側に配置されることを意図している。それにより、特にアノードで形成される酸化剤が、たとえば次亜塩素酸塩イオン、オゾン、水酸化物ラジカルなどが、酸化されるべき媒体中で直接形成され、機械式の分離および電解酸化という両方のプロセスステップが統合されるという利点がある。それにより、水処理をする装置をいっそうコンパクトに、エネルギー効率的に、かつコスト効率的に構成することができる。
【０００９】
さらに、カソードが残液側に配置されることが提案される。それにより酸化剤が主として供給流で形成され、そのようにして隔膜表面に作用する。酸化作用およびこれに伴う殺菌作用により、隔膜の表面ないし内部での微生物学的な活性が妨げられる。相応に高いエネルギーコストと装置コストを必要とする高い流速と結びついた、微生物被覆層を除去するための再洗浄は必要ない。それによって特に、たとえば海水脱塩の場合における、セラミック隔膜への藻の不可逆的な付着が削減される。ここで不可逆的とは、隔膜表面での藻の成長により、再洗浄や相応の化学品の添加によっては除去することができず、そのため隔膜の早期の交換を強いる被覆層が形成されることを意味している。このように、本発明の構造によって隔膜をいっそう長期的に使用可能である。
【００１０】
さらに別の好ましい実施形態の要諦は、カソードが流入側ないし残液側に配置され、第２のカソードが浸透液側に配置されることにある。それにより、殺菌作用のある物質を生成するための電場を、設計面または資金面の多大なコストをかけることなく、残液側と浸透液側で同時に形成することができる。本発明の構造により、残液、浸透液、および隔膜が同時に殺菌される。それにより、浸透液または残液を殺菌するための別個の装置のためのコストが節減される。
【００１１】
さらに、デッドエンド濾過として作動するフィルタ面を含む水処理をする装置を、フィルタ面がアノードとして構成されるように構成することが提案される。それによりフィルタ面は、水処理にとっての主要な２つの機能を兼ね備える。一方では、フィルタ面は濾過のときのフィルタ媒体としての役目を果たし、他方では、電解殺菌のときのアノードとしてフィルタ面を利用することができる。それにより、濾過による排水の機械式の浄化と、電解酸化による化学的な処理とを装置的に組み合わせることができるという利点があり、それによって水処理をする装置設備がいっそうコンパクトに、かついっそう低コストになる。
【００１２】
製造工学的に簡単な１つの解決法は、フィルタ面が紙または織物で製作されていることにある。天然繊維または人工繊維からなる紙または織物は通常不活性であり、導電性繊維の組み込みも簡単な仕方で行うことができる。
【００１３】
本発明の１つの好ましい実施形態は、カソードが濾液側に配置されることを意図している。それにより、殺菌のために必要な酸化物質が酸化されるべき媒体中で直接的に、かつ媒体そのものから電気分解によって形成される。それにより、場合によっては有毒な副生成物を形成することがある危険な化学品の添加を省略することができる。さらに、たとえば飲料水のオゾン化を必要とするような複雑な設備工学も必要ない。
【００１４】
本発明による装置の別の好ましい実施形態は、カソードを流入側に配置することを意図している。それにより、電気分解によって形成される酸化物質がフィルタ表面ないしフィルタクーヘンに作用し、そこで有害物質や微生物をただちに破壊することができるので、フィルタ通過の危険性が最低限に抑えられる。
【００１５】
さらに、カソードが流入側に配置され、第２のカソードが濾液側に配置されることが提案される。それにより、殺菌作用のある物質を生成するための電場を、多大な設計上または資金上のコストを要することなく、流入側と濾液側で同時に形成することができる。本発明の構造により、フィルタクーヘン、濾液、およびフィルタが同時に殺菌される。それにより、濾液またはフィルタクーヘンを殺菌するための別個の装置のためのコストが節減される。
【００１６】
アノードが白金またはダイヤモンドからなる表面を備えるように不活性に製作されていると特別に有益である。水を電気分解するとき、このような表面をもつアノードは、特別に多い量の酸化物質がそこで形成されるという特徴がある。特にダイヤモンド表面では、主として水酸化物ラジカル（ＯＨ・）が形成される。このような水酸化物ラジカルはきわめて反応性が高く、したがって非常に優れた殺菌剤となる。
【００１７】
さらに、犠牲陽極が流動方向で見て隔膜またはフィルタ面の前または後に配置されており、設計的にこれと結合されていると好都合である。たとえば鉄やアルミニウムのような不活性でない材料をアノードに使用することで、水酸化物フロックを電気分解によって的確に形成することができる。このような化学品は的確な水処理に適している。たとえば水酸化鉄は腐敗防止作用を有しており、それに対して水酸化アルミニウムはリン酸塩結合作用がある。
【００１８】
その他の利点や好ましい実施形態は、以下の図面とその説明、および特許請求の範囲から明らかとなる。図面とその説明、および特許請求の範囲に開示されているすべての構成要件は、単独でも任意の相互の組み合わせの形でも、発明の要部となり得る。
【００１９】
図面は模式的な図として次のものを示している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】隔膜分離法のための第１の構造による本発明の実施例である。
【図２】隔膜分離法のための第２の構造である。
【図３】隔膜分離法のための第３の構造である。
【図４】濾過法のための第１の構造による本発明の第２の実施例である。
【図５】濾過法のための第２の構造である。
【図６】濾過法のための第３の構造である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、隔膜分離法における本発明の第１の実施例を示している。水処理をする装置のハウジング１０が、模式的な図面として示されている。装置の流入側または残液側１４を流出側１６から分離するアノードとして構成された隔膜１２が、その中に配置されている。流出側１６にはカソード１８が配置されている。
【００２２】
フィード２０として供給される液体が隔膜１２を通過する。このとき、分離されるべき物質は流入側１４に残り、そこで濃縮されて残液２２として運び出される。それと同時に、カソード１８とアノードの間で印加される直流電圧または交流電圧は、酸素または塩素をベースとする酸化物質ないし殺菌作用物質の形成につながる。このとき水が電気化学反応により、酸素と水素の元素に分解される。その際に副生成物として、アノード１８にはオゾン（Ｏ３）やＯＨラジカルが生じ、カソード１２には過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が生じる。これらの物質は殺菌作用を有している。水にもともと含まれる塩素イオン（Ｃｌ−）は直流電圧のもとで反応して、同じく殺菌作用のある次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）ないし次亜塩素酸塩イオン（ＣｌＯ−）となる。
【００２３】
このようにして形成される物質は、流入側１４の処理されるべき水の中に直接入り、浄化された水２４が流出側１６で装置から出ていく。
【００２４】
酸化物質ないし殺菌作用物質の種類と量は、特に、使用するアノード材料や水の含有物質に依存して決まる。
【００２５】
図２は、隔膜分離法のための本発明による第２の構造を示しており、カソード１８が流入側１４に配置されている。ここでは酸化物質ないし殺菌作用物質は流入側１４で形成され、そこで残液２２およびカソード１２の表面の酸化ないし殺菌を惹起する。
【００２６】
図３には、隔膜分離法のための本発明による第３の構造が示されている。ここではカソード１８は流入側ないし残液側１４に配置されており、第２のカソード２５が浸透液側１６に配置されている。電気的な直流電圧または交流電圧を印加することで、カソード１８および２５とアノード１２の間に電場が生じ、その影響のもとで殺菌作用物質が形成される。本発明の構造により、このような物質が浸透液側１６でも残液側１４でも形成される。それにより、残液２２、隔膜表面、および浸透液２４の殺菌と酸化が同時に行われる。
【００２７】
図４には、濾過法における本発明の適用例が示されている。ここではフィルタ面２６がアノードとして構成されている。フィルタ面２６はハウジング１０の中で、流入側１４を流出側１６から分離している。カソード１８は流入側１４に配置されている。フィード２０として供給される液体が、フィルタ面２６を通過する。フィード２０の中で一緒に運ばれる物質がフィルタ面２６で析出され、フィルタクーヘン（図示せず）を漸次的に形成する。濾液２８は、流出側１６でハウジング１０から出ていく。カソード１８と、アノードとして構成されたフィルタ面２６との間では、直流電圧の印加により、上に説明した隔膜分離法と同じメカニズムに基づき、殺菌力と酸化力のある物質が形成される。
【００２８】
このような物質はフィルタクーヘン中の生物学的活性を妨げ、フィルタ面２６またはフィルタクーヘンの中の有害物質を分解する。
【００２９】
図５は、濾過法のための本発明による第２の構造を示している。ここではアノード１８が流出側１６に配置されている。酸化力と殺菌力のある物質は濾液２８の中で形成され、そこで作用するので、殺菌、酸化された濾液２８が運び出される。
【００３０】
図６には、濾過法のための本発明の第３の構造が示されている。ここではカソード１８が流入側１４に配置されており、第２のカソード２５が濾液側１６に配置されている。これらの間には、アノードとして構成されたフィルタ面２６が配置されている。電気的な直流電圧または交流電圧が印加されると、カソード１８および２５とアノード２６の間で電場が生じ、その影響のもとで殺菌作用のある物質が形成される。本発明の構造により、濾液側１６でも流入側１４でも物質がこうした形成される。それにより、フィルタクーヘン、フィルタ面２６、および濾液の殺菌と酸化が同時に行われる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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