(57)【要約】  電気凝固法による汚染水を処理するための携帯用装置。該装置は、少なくとも２個の電極（１、２）を含む。該装置は、また、少なくとも２個の電極から電気的に分離された筐体（４）、相互に相隔たって固定されている少なくとも２個の電極（１、２）を含む。少なくとも２個の電極（１、２）が汚染水に部分的に浸水され、電位が供給された時、少なくとも２個の電極の１個（２）が、汚染水にイオンをもたらすように犠牲的である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２個の電極；
前記少なくとも２個の電極を電気的に隔離する筐体（前記少なくとも２個の電極は相互に相隔たって固定されている）を含む電気凝固法による携帯用汚染水処理装置であって、
前記少なくとも２個の電極が、汚染水中で少なくとも部分的に浸水され、電位を与え、前記少なくとも２個の電極の１個が、汚染水にイオンを与えるように犠牲的である携帯用汚染水処理装置。
【請求項２】
少なくとも２個の電極の１個が、汚染水に凝固イオンを与えるように犠牲的である、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも２個の電極が、約１５ｋｇ未満の結合質量を有する、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも２個の電極が、約５ｋｇ未満の結合質量を有する、請求項１又は２記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも２個の電極が、約２ｋｇ未満の結合質量を有する、請求項１又は２記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも２個の電極が、約１ｋｇ未満の結合質量を有する、請求項１又は２記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも２個の電極が、約０．２ｋｇ未満の結合質量を有する、請求項１又は２記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも２個の電極が、
固体の周囲を包む金属箔；
薄い湾曲した金属板；
平らな金属プレート；及び
円筒状の金属棒のいずれかから生成されている、前記請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも２個の電極が、
楕円形；
円形；
長方形；
環状；及び
閉鎖形状又はほぼ閉鎖形状のいずれかの断面を有する、前記請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも２個の電極の少なくとも１個に、前記電位を供給するために適した電源を更に含む、前記請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
電源用のオンオフ制御を更に含む、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記電源が、約１〜約１００ボルトの電圧を発生する、請求項１０又は１１記載の装置。
【請求項１３】
前記電源が、約２〜約４０ボルトの電圧を発生する、請求項１０又は１１記載の装置。
【請求項１４】
前記電源が、約３〜約１５ボルトの電圧を発生する、請求項１０又は１１記載の装置。
【請求項１５】
前記電源が直流電源である、請求項１０〜１４のいずれか１項記載の装置。
【請求項１６】
前記直流電源が、
充電式電池；
使い捨て電池；
ソーラーパネル；
携帯用の手動式発電器；
風力発電機；及び
コンセントから得られるＤＣ電源のいずれかを含む、請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記電源が、ゆっくりと変化する交流電源である、請求項１０〜１４のいずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
前記電源が、整流交流電源である、請求項１０〜１４のいずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも２個の電極のそれぞれが、ほぼ同じ表面積を有し、それらの相隔たっている分離中でほぼ平行である、前記請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項２０】
電極の相隔たっている分離を維持するために、少なくとも２個の電極の遠位端の間に絶縁スペースを更に含む、前記請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項２１】
実質的に平行に配置された３個の前記電極を含み、３個の前記電極の最も外側の２個に供給される電位と並び、相隔たっている、前記請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項２２】
実質的に平行に配置された３個の前記電極を含み、３個の前記電極のそれぞれに供給される電位と並び、相隔たっており、同一の極性を有する最も外側の２個の電極、及び反対の極性を有する内部電極を有する、請求項１〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項２３】
実質的に平行に配置された５個の前記電極を含み、５個の前記電極の最も外側の２個に供給される電位と並び、相隔たっている、請求項１〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項２４】
実質的に平行に配置された５個の前記電極を更に含み、５個の前記電極の最も外側の２個及び中心の１個に供給される電位と並び、相隔たっている、請求項１〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項２５】
前記少なくとも２個の電極が棒状形態であり、シリンダー内に実質的に同心円状に配置される、請求項１〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項２６】
前記少なくとも２個の電極が、内側及び外側シリンダーに実質的に同心円状に配置された形態、及び内側のシリンダー内に実質的に同心円状に配置された棒状であり、電位が棒及び外側シリンダーに供給される、請求項１〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項２７】
前記少なくとも２個の電極が、内側及び外側シリンダーに実質的に同心円状に配置された形態、及び内側のシリンダー内に実質的に同心円状に配置された棒状であり、電位が棒、内側シリンダー及び外側シリンダーに供給される、請求項１〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項２８】
前記少なくとも２個の電極が、棒に実質的に平行に相隔たっている第一及び第二の形態である、請求項１〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項２９】
前記少なくとも２個の電極が、中央の長手方向の軸の周りに約９０°の角度で相隔たっている４本の実質的に平行な棒の形態であり、電位が全ての棒に供給される、請求項１〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項３０】
前記少なくとも２個の電極が、中央の長手方向の軸の周りに約９０°の角度で相隔たっている、交互に実質的に平行な対に配置された、４枚の平板の形態であり、電位が全ての平板に供給される、請求項１〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項３１】
前記少なくとも２個の電極が、平板、及び相隔たった２本の実質的に平行な棒の形態であり、電位が、平板及び両方の棒に供給される、請求項１〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項３２】
前記少なくとも２個の電極が、相対的に広い平板、及び相互に平行な、相対的に広い平板から相隔たっている相対的に狭い２枚の平板の形態であり、電位が、２枚の相対的に狭い平板に供給される、請求項１〜２０のいずれか１項記載の装置。
【請求項３３】
前記少なくとも２個の電極が、
アルミニウム；
鉄；
マグネシウム；
銅；
ステンレス鋼；
白金被覆チタン；及び
銀のいずれか１から別々に製造されている、前記請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項３４】
前記少なくとも２個の電極が、
アルミニウム；
鉄；
マグネシウム；
銅；
ステンレス鋼；
白金被覆チタン；及び
銀の１以上を含む、請求項１〜３２のいずれか１項記載の装置。
【請求項３５】
前記筐体が、手動の保持に適したハンドルの形態である、前記請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項３６】
前記装置が、少なくとも２個の電極を横断する電圧監視回路を更に含む、前記請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項３７】
前記電圧監視回路が、電位が汚染水へのイオンの供給に十分な場合に、指示するのに適した指示計を含む、請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
前記電圧監視回路が筐体内にある、請求項３６又は３７記載の装置。
【請求項３９】
前記電圧監視回路が筐体の外部にある、請求項３６又は３７記載の装置。
【請求項４０】
前記絶縁された筐体が、容器の一部を形成する、前記請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項４１】
前記少なくとも２個の電極が、約５〜２０ｍｍ相隔たっている、前記請求項のいずれか１項記載の装置。
【請求項４２】
前記少なくとも２個の電極が、約２〜１０ｍｍ相隔たっている、請求項４１記載の装置。
【請求項４３】
携帯用装置を用いて電気凝固法により汚染水を処理する方法であって；
前記装置が、
少なくとも２個の電極；及び
前記少なくとも２個の電極を電気的に隔離する筐体（前記少なくとも２個の電極は相互に相隔たって固定されている）を含み；
前記方法が、
汚染水中で、少なくとも２個の電極を少なくとも部分的に浸水させる工程；
少なくとも２個の電極に電位を供給して、少なくとも２個の電極の少なくとも１個を犠牲的にし、汚染水にイオンを供給する工程；
汚染水中の凝固の程度を測定する工程；及び
測定した凝固を調整するために、筐体を保持して汚染水中の少なくとも２個の電極の浸水の程度を手動で調整する工程を含む方法。
【請求項４４】
少なくとも１個の犠牲的な電極が、汚染水に凝固イオンを供給する、請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
汚染水中の凝固を測定する工程が、材料の層が、数分以内に水の表面の全体を覆って形成し始めるかどうか、少なくとも２個の電極の周囲の水を観察し、このような層が形成し始めない場合、汚染水中の少なくとも２個の電極の浸水を少なくすることを含む、請求項４３又は４４記載の方法。
【請求項４６】
汚染水中の凝固を測定する工程が、少なくとも２個の電極を横断する電圧を監視し、電圧が予め決めたレベルより低下した場合に、電圧が予め決めた電圧以上になるまで水中の少なくとも２個の電極の浸水を少なくすることを含む、請求項４３又は４４記載の方法。
【請求項４７】
汚染水中の凝固を測定する工程が、処理される水の導電率の範囲と一緒に供給する電位の特性を測定し、凝固に十分な予め決められた電圧を維持するために汚染水に浸水すべき少なくとも２個の電極の領域を計算することを含む、請求項４３又は４４記載の方法。
【請求項４８】
電気凝固法により汚染水を処理する携帯用装置であって、
該装置が、
容量を規定する第一の電極；
少なくとも１個の第二の電極；
前記少なくとも１個の第二の電極から前記第一の電極を電気的に分離し、前記第一の電極に接触することなく、前記容量に、前記少なくとも１個の第二の電極の導入を可能にする手段を有し、
汚染水が前記容量に、少なくとも部分的に浸水するように導入された場合に、
前記少なくとも１個の第二の電極及び電位が前記第一の電極及び前記第二の電極に供給され、第一の電極及び少なくとも１個の第二の電極の少なくとも１個が、汚染水にイオンを供給するように犠牲的である装置。
【請求項４９】
前記第一の電極が開放上端を有する容器の形態であり、
前記第二の電極が一方の端に絶縁キャップを、他の端又はその近傍に周辺スペーサーを有する棒状の形態である、請求項４８記載の装置。
【請求項５０】
前記少なくとも１個の第二の電極が犠牲的である、請求項４８又は４９記載の装置。
【請求項５１】
携帯用装置を用いて電気凝固法により汚染水を処理する方法であって；
前記装置が、
容量を規定する第一の電極；
少なくとも１個の第二の電極；
前記少なくとも１個の第二の電極から前記第一の電極を電気的に分離する手段を含み、
汚染水を前記容量に導入する工程；
前記少なくとも１個の第二の電極を汚染水に少なくとも部分的に浸水させる工程；
電位を、前記第一の電極及び前記少なくとも１個の第二の電極に供給し、汚染水にイオンを供給し、前記第一の電極及び前記少なくとも１個の第二の電極の少なくとも１個が、汚染水にイオンを供給するように犠牲的とする工程を含む方法。
【請求項５２】
前記少なくとも１個の第二の電極が犠牲的である、請求項５１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、水処理装置に関し、特には、電気凝固法により汚染水を処理するための携帯用装置に関する。
【０００２】
本発明は、主として、水を飲用に適した基準にきれいにするために用いられるために開発され、本出願に関して以下に説明する。しかし、本発明は特定の用途に限定されず、例えば、排出に適した、少量の工業汚染水の正常にも適している。
【背景技術】
【０００３】
飲用にとって安全でないか、又は不快を示す水となる、粘土、動物のし尿、工業的汚水及び汚染物質の他の源等の、汚染物質を含む天然水が供給される多くの局面が存在する。それらは、孤立した領域及びハイカー、旅行者、キャンパー及び人里離れた地域における同様の移動における遠隔コミュニティを含む。安全な飲料水の完全な供給を実施することは高価で大きい。
【０００４】
また、利用できる適切な量の水があるが、下水管／腐敗物のオーバーフロー、有機物質又は他の汚染物質が原因で汚染されるという、自然又は人工の災害が、網目状の給水に対して損傷又は破壊を引き起こす多くの局面が存在する。このような水の飲用は、消費者に、コレラ又は他の多くの水によって感染する疾病への感染をもたらし得る。このような水を飲用しないことは、脱水による急死をもたらす。
【０００５】
前記問題を解決するために努力するための多くの公知の手段、塩素錠（水を消毒するため）；汚染物質を除去するためのフィルター；等がある。たとえ塩素を水に加えたとしても、塩素の不都合は、得られた水の魅力のない水が、大衆に好まれないことである。また、塩素錠の保存は困難であり、それらは多くの局面において容易に利用できるものではない。非常用フィルターの不都合は、それらが詰まってしまう前に短期間のみ用いることができることである。ほとんどの汚染物質を除去することができる再利用可能なフィルターの不都合は、それらが高価であることである。また、フィルターは、水銀、鉛、ヒ酸塩等のある種の汚染物質を除去しない。更に、多くのいわゆる「非常用」フィルターはある種の小さい粘度粒子を除去せず、従って、ろ過された水は、たとえ安全であっても、飲用には受け入れがたいものである。
【０００６】
本発明の目的は、１以上の上記不都合を実質的に克服し、又は少なくとも改善することである。
【０００７】
更なる背景のために、凝固工程は、良好な水処理の結果を達成するために、産業において首尾よく用いられる。この工程においては、水をきれいにするために、三価の金属、通常はアルミニウム及び／又は鉄が用いられる。それらのイオン、Ａｌ＋＋＋及びＦｅ＋＋＋はそれぞれ、みょうばん（硫酸アルミニウム）又は塩化第二鉄の形態で、汚染された水に添加される。金属イオンは汚染物質と結合し、水から汚染物質を除去するのに役立ち、底に沈め（沈殿池）、頂上に浮遊させる（気泡浮上分離法）か、又は汚染物質のサイズを大きくし、ろ過しやすくする。除去のメカニズムとは関係なく、それらイオンの使用は、水処理産業において広くひろがっている。水の化学処理は、それが水の塩分を加えてしまい、化学薬品は相当危険であるので、しばしば実行不可能である。
【０００８】
電気凝固法として知られる方法いおいて、同一のイオンが電気的に水に添加される。この方法においては、汚染された水中に犠牲電子が配置され、それらに電圧がかけられる。これは電極間の流れに電流を生じ、以下の反応によって溶液内に陽極金属を遊離する。
Ａｌ−３ｅ−  はＡｌ＋＋＋を与え    （１
及び  Ｆｅ−３ｅ−  はＦｅ＋＋＋を与える  （２
【０００９】
また、電気は陰極で反応を起こし、以下の反応によって、電子が陰極から離れて水中に遊離する。
２Ｈ２Ｏ−４ｅ−  は、２（ＯＨ）−＋２Ｈ２を与える。  （３
【００１０】
この反応は水素ガスを遊離する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
反応の複雑さ及び大量の水を処理するための所要電力を考慮し、このタイプの公知のシステムは大きな電源に接続され、大量、通常は１日あたり多くの立方メートルの水を処理するために用いられる。該方法は関連するパラメータの厳密な監視を必要とし、どの過程も失敗することなく、水はきれいにならない。大規模な用途については適しているが、小規模の「第一段階」の水処理、又は非常に小さな資金調達の可能性の領域については適していない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第一の態様においては、本発明は、少なくとも２個の電極；
前記少なくとも２個の電極を電気的に隔離する筐体（前記少なくとも２個の電極は相互に相隔たって固定されている）を含む電気凝固法による携帯用汚染水処理装置であって、
前記少なくとも２個の電極が、汚染水中で少なくとも部分的に浸水され、電位を与え、前記少なくとも２個の電極の１個が、汚染水にイオンを与えるように犠牲的である携帯用汚染水処理装置を提供する。
【００１３】
少なくとも２個の電極の１個は、好ましくは汚染水に凝固イオンを供給する。
【００１４】
少なくとも２個の電極は、好ましくは約１５ｋｇ未満の結合質量を有する。更に好ましくは、少なくとも２個の電極は、約５、２、１又は０．２ｋｇの結合質量を有する。
【００１５】
電極は、好ましくは、
固体の周囲を包む金属箔；
薄い湾曲した金属板；
平らな金属プレート；及び
円筒状の金属棒のいずれか１から形成される。
【００１６】
少なくとも２個の電極は、好ましくは、
楕円形；
円形；
長方形；
環状；及び
閉鎖形状又はほぼ閉鎖形状のいずれかの断面を有する。
【００１７】
前記装置は、好ましくは、少なくとも２個の電極に前記電位を供給するのに適した電源を更に含む。該電源は、好ましくは１〜１００ボルトの電圧を発生することができる。更に好ましくは、該電源は、２〜４０ボルトの電圧を発生することができる。更に好ましくは、該電源は、３〜１５ボルトの電圧を発生することができる。
【００１８】
前記装置は、好ましくは、少なくとも２個の電極に前記電位を供給するのに適した電源を更に含む。該装置は、好ましくは電源用のオンオフ制御を更に含む。
【００１９】
一形態においては、電源は直流電源である。更に好ましくは、直流電源は、
充電式電池；
使い捨て電池；
ソーラーパネル；
携帯用の手動式発電器；
風力発電機；及び
化石燃料発電器、及び
コンセントから得られるＤＣ電源のいずれかを含む。
【００２０】
他の形態においては、電源はゆっくりと変化する交流電源である。更に他の形態においては、電源は整流交流電源である。
【００２１】
少なくとも２個の電極のそれぞれは、好ましくは、ほぼ同じ断面積を有し、それらの相隔たっている分離中でほぼ平行である。
【００２２】
装置は、好ましくは、電極の相隔たっている分離を維持するために、少なくとも２個の電極の遠位端の間に絶縁スペースを更に含む。
【００２３】
一実施態様においては、装置は、実質的に平行に配置された３個の前記電極を含み、３個の前記電極の最も外側の２個に供給される電位と並び、相隔たっている。他の実施態様においては、装置は、実質的に平行に配置された３個の前記電極を含み、３個の前記電極のそれぞれに供給される電位と並び、相隔たっており、同一の極性を有する最も外側の２個の電極、及び反対の極性を有する内部電極を有する。
【００２４】
更に他の実施態様においては、装置は、実質的に平行に配置された５個の前記電極を含み、５個の前記電極の最も外側の２個に供給される電位と並び、相隔たっている。更に他の実施態様においては、実質的に平行に配置された５個の前記電極を更に含み、５個の前記電極の最も外側の２個及び中心の１個に供給される電位と並び、相隔たっている。
【００２５】
更なる実施態様においては、少なくとも２個の電極が棒状形態であり、シリンダー内に実質的に同心円状に配置される。更なる実施態様においては、少なくとも２個の電極が、内側及び外側シリンダーに実質的に同心円状に配置された形態、及び内側のシリンダー内に実質的に同心円状に配置された棒状であり、電位が棒及び外側シリンダーに供給される。更なる実施態様においては、少なくとも２個の電極が、内側及び外側シリンダーに実質的に同心円状に配置された形態、及び内側のシリンダー内に実質的に同心円状に配置された棒状であり、電位が棒、内側シリンダー及び外側シリンダーに供給される。
【００２６】
他の実施態様においては、少なくとも２個の電極が、棒に実質的に平行に相隔たっている第一及び第二の形態である。更に他の実施態様においては、少なくとも２個の電極が、中央の長手方向の軸の周りに約９０°の角度で相隔たっている４本の実質的に平行な棒の形態であり、電位が全ての棒に供給される。
【００２７】
更に他の実施態様においては、少なくとも２個の電極が、中央の長手方向の軸の周りに約９０°の角度で相隔たっている、交互に実質的に平行な対に配置された、４枚の平板の形態であり、電位が全ての平板に供給される。更に他の実施態様においては、少なくとも２個の電極が、平板、及び相隔たった２本の実質的に平行な棒の形態であり、電位が、平板及び両方の棒に供給される。更に他の実施態様においては、少なくとも２個の電極が、相対的に広い平板、及び相互に平行な、相対的に広い平板から相隔たっている相対的に狭い２枚の平板の形態であり、電位が、２枚の相対的に狭い平板に供給される。
【００２８】
少なくとも２個の電極は、好ましくは、
アルミニウム；
鉄；
マグネシウム；
銅；
ステンレス鋼；
白金被覆チタン；及び
銀のいずれか１から別々に製造される。
【００２９】
少なくとも２個の電極は、
アルミニウム；
鉄；
マグネシウム；
銅；
ステンレス鋼；
白金被覆チタン；及び
銀の１以上を含んでいてもよい。
【００３０】
筐体は、好ましくは、手動の保持に適したハンドルの形態である。
【００３１】
前記装置は、好ましくは、少なくとも２個の電極を横断する電圧監視回路を更に含む。前記電圧監視回路は、好ましくは、電位が汚染水へのイオンの供給に十分な場合に、指示するのに適した指示計を含む。一形態においては、電圧監視回路が筐体内にある。他の形態においては、前記電圧監視回路が筐体の外部にある。
【００３２】
一つの配置においては、前記絶縁された筐体が、容器の一部を形成する。
【００３３】
第二の態様においては、本発明は、携帯用装置を用いて電気凝固法により汚染水を処理する方法であって；
前記装置が、
少なくとも２個の電極；及び
前記少なくとも２個の電極を電気的に隔離する筐体（前記少なくとも２個の電極は相互に相隔たって固定されている）を含み；
前記方法が、
汚染水中で、少なくとも２個の電極を少なくとも部分的に浸水させる工程；
少なくとも２個の電極に電位を供給して、少なくとも２個の電極の少なくとも１個を犠牲的にし、汚染水にイオンを供給する工程；
汚染水中の凝固の程度を測定する工程；及び
測定した凝固を調整するために、筐体を保持して汚染水中の少なくとも２個の電極の浸水の程度を手動で調整する工程を含む方法を提供する。
【００３４】
少なくとも１個の犠牲的な電極は、好ましくは汚染水に凝固イオンを供給する。
【００３５】
一形態においては、汚染水中の凝固を測定する工程が、材料の層が、数分以内に水の表面の全体を覆って形成し始めるかどうか、少なくとも２個の電極の周囲の水を観察し、このような層が形成し始めない場合、汚染水中の少なくとも２個の電極の浸水を少なくすることを含む。
【００３６】
他の形態においては、汚染水中の凝固を測定する工程が、少なくとも２個の電極を横断する電圧を監視し、電圧が予め決めたレベルより低下した場合に、電圧が予め決めた電圧以上になるまで水中の少なくとも２個の電極の浸水を少なくすることを含む。
【００３７】
更に他の形態においては、汚染水中の凝固を測定する工程が、処理される水の導電率の範囲と一緒に供給する電位の特性を測定し、凝固に十分な予め決められた電圧を維持するために汚染水に浸水すべき少なくとも２個の電極の領域を計算することを含む。
【００３８】
第三の態様においては、本発明は、電気凝固法により汚染水を処理する携帯用装置であって、
該装置が、
容量を規定する第一の電極；
少なくとも１個の第二の電極；
前記少なくとも１個の第二の電極から前記第一の電極を電気的に分離し、前記第一の電極に接触することなく、前記容量に、前記少なくとも１個の第二の電極の導入を可能にする手段を有し、
汚染水が前記容量に、少なくとも部分的に浸水するように導入された場合に、
前記少なくとも１個の第二の電極及び電位が前記第一の電極及び前記第二の電極に供給され、第一の電極及び少なくとも１個の第二の電極の少なくとも１個が、汚染水にイオンを供給するように犠牲的である装置を提供する。
【００３９】
第一の電極は、好ましくは、開放上端を有する容器の形態であり、第二の電極は一方の端に絶縁キャップを、他の端又はその近傍に周辺スペーサーを有する棒状の形態である。少なくとも１個の第二の電極は、好ましくは犠牲的である。
【００４０】
第四の態様においては、本発明は、携帯用装置を用いて電気凝固法により汚染水を処理する方法であって；
前記装置が、
容量を規定する第一の電極；
少なくとも１個の第二の電極；
前記少なくとも１個の第二の電極から前記第一の電極を電気的に分離する手段を含み、
汚染水を前記容量に導入する工程；
前記少なくとも１個の第二の電極を汚染水に少なくとも部分的に浸水させる工程；
電位を、前記第一の電極及び前記少なくとも１個の第二の電極に供給し、汚染水にイオンを供給し、前記第一の電極及び前記少なくとも１個の第二の電極の少なくとも１個が、汚染水にイオンを供給するように犠牲的とする工程を含む方法を提供する。
【００４１】
少なくとも１個の第二の電極は、好ましくは犠牲的である。
【００４２】
更なる態様においては、本発明は、単純化のために、プレートと呼ぶべき、金属板、細長い一片又はブレードのセットを提供する。これらのプレートは、好都合な長さ、幅及び厚みの形状を有することができ、好ましくは、たいていの人が片手で容易に保持し、移動することができるサイズ及び重量である。たいていの人のために、１５ｋｇ未満の重さであれば、アイテムを保持することができる。しかし、装置は、０．２ｋｇ以下、約１ｋｇ、２ｋｇ、５ｋｇ又は適切であると考えられる他の値を含む重量以下の任意の合計重量を有していてもよい。これらのプレートの構築物は、それら自身の強度によって支持することのできる任意のものであり得、固体の周囲を包む金属から、強度を加えるために湾曲した薄い金属板、任意の厚みの平らな材料まで及んでいる。それらは、楕円形、円形又は任意の閉鎖形状又はほぼ閉鎖形状であってもよい。プレートの数は最低２でなければならず、それらのプレートのうちの１枚は金属容器の表面であり、それより多い便利な数であってもよい。この数は、利用できる電圧源に依存する。
【００４３】
電気凝固工程が作動するために、金属がプレートから水に移動することができるのに十分な電圧が必要である。例えば、アルミニウムが犠牲的電極として用いられる場合、一般に、これが発生するために、少なくとも２ボルト、好ましくは３ボルトの最低電圧を必要とする。Ａｌ及び塩化第一水銀電極の間の電位の相違は、わずか＋１．５５ボルトであるが、効果的な反応のためには、より大きい電圧が必要である。実験は、最適な性能は３〜４ボルトの電圧を必要とすることを示す。３ボルト未満では、反応が遅く、４ボルトを超えると、追加の電圧は、同じ作業をするために電力の上昇を必要とする。
【００４４】
装置にとって最低必要とされるものは、絶縁筐体又はアセンブリに取り付けられているか保持されている適切な電極、及び電圧源に接続するための性能のセットである。バッテリー又は変圧器／整流器である、ほとんどの電圧源は、電極が水中に配置された場合に、電流が流れ、電圧が電源の規定値よりも低下するような内部抵抗を有する。これは、必要な小さい携帯用の工程にとって特に真実である。電極間を流れる電流は、適用される電圧、及び水の導電率に依存する。導電率が非常に高いので、装置が多くの電流を引き出す場合、電圧は低下し、工程は機能しない。このタイプの用途に適していると考えられる導電率は、６０を超える導電率の範囲で、３５マイクロジーメンズ／ｃｍ未満から２，０００マイクロジーメンス／ｃｍ以上の間で変化する。導電率のかなりの範囲を扱うことができる電源／電極の組み合わせを提供することは、いかなる固定面積電極にとって常に可能ではない。
【００４５】
研究は、電極が固定されない場合、水の異なる導電率を有する十分な結果を達成するために、異なる領域が挿入され得ることを示した。水が導電率において低い場合、例えば、汚染のない熱帯雨林において、全ての電極が最大の表面積を得るために挿入され得る。流れる電流は、十分に低下するため、反応が起こるのを防止するのに十分でない。導電率が高い場合、例えば、地下水に塩水が移入する場合、電極の一部のみを水に浸す必要がある。これは電流の流れを制限し、最小の電圧が維持され、電気凝固反応が起こることを確実にする。しかし、電極が固定される場合、電流の流れは高導電率の水中で非常に高く、それは非常に電圧を低下させ、反応が起こるのを防止する。
【００４６】
水の導電率範囲により選択される、例えば熱帯雨林又は沼地の水等の水のタイプを選択することは、電極領域及び電源の適切な選択によって、特定の電源及び固定電極を用いてシステムを作動するのを可能にすることを示すべきである。この点に関しては、反応が起こるために要求される最小電圧を維持するように、特定の導電率範囲についての電圧源及び電極領域を固定することは、それが最小電圧を維持するための計算を用いるので、本発明の一部であると考えられる。この最小電圧の維持は、それが作用することなしに、本発明の重要な部分である。作用の率は電圧と逆に変化するが、必要な最小電圧は１ボルト未満であり得る。
【００４７】
また、異なるバッテリー及び電源の内部抵抗間の広い変動性が、適切な電極領域及び電圧の規格を困難にすることを示すべきである。例えば１２ボルトの自動車用バッテリーは内部インピーダンスを有し、電圧における大きな低下なしに、かなりの電流を供給することができる。自動車用電池のような電流能力を提供することができない、１２ボルトのトーチのバッテリーから同じ装置を動かすことは、作用するために必ずしも必要な装置を本発明に提供するというわけでない。電極領域のいくつかの計算が、同じ公称電圧であるが、異なる内部インピーダンスの電源についての適切な最小電極電圧を維持するために必要であることは当業者に明らかである。
【００４８】
電極間の電圧についての必要性が最小３ボルト（２ボルト〜４ボルトの好ましい範囲の代表）であることを心にとどめておき、用いられる電極の数は、電源の効果的電圧によって変化することができる。３ボルト〜６ボルトの電圧源について、陽極としての１個及び陰極としての１個の２枚のプレートがプレートの好ましい数である。６ボルト〜１２ボルトの利用できる効果的な電圧で、陽極として作用する外側の１枚のプレート、陰極として作用する他の外側のプレート、及び一方の側で陰極として作用し、他方の側で陽極として作用する中央のプレートが並んだ３枚のプレートを有する、３枚のプレートは好ましい電極の数である。
【００４９】
これらのプレートは、電気絶縁体であるハンドル中の一端に保持される。それらは、ハンドルに永久に固定されていてもよく、プレートの容易な交換が可能なように、一時的に固定されていてもよい。プレートの向かい合った距離は、１ｍｍ〜５０ｍｍのいずれであってもよいが、５〜１０ｍｍが好ましい距離である。ハンドルの末端で、いくつかの又は全てのプレートは、適当な電源に順々に接続された導電体に接続されている。都合のよい距離で、好ましくはプレートの開放端の近くで、電気絶縁体は、それが作用する間、接触しないことを確実にするためにプレートの間に配置することができる。好ましいが、これは本発明の必須の特徴ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
図１〜図８は、電気凝固法により水を処理するための形態用装置のいくつかの可能な実施態様を示す。全てのケースにおいて、プレート電極は前記アセンブリの一カ所に保持されている。好ましくは、このアセンブリは５個のハンドルを有し、簡便性のため、今後は１個のハンドルとして言及する。電気的接続は、いくつか又は全ての電極になされる。全てが離れて端を維持している電気絶縁体で示されているが、電極が十分に剛性である場合、これは基本的な特徴でなく、電極がそれら自身の剛性によって離れてとどまるほど十分に剛性である場合には必要でない。しかし、それらは全て、お互いから分離される種々の可能性においてプレートを維持する単一構造においてプレートが支持されるメカニズムを含無必要がある。プレートは直流電源、又はゆっくりと変化する交流電流に接続される必要がある。直流電流は、
ａ）充電式、又は使い捨て電池、
ｂ）ソーラーパネル、
ｃ）携帯用の手動式発電機、
ｄ）整流交流電源、
ｅ）電流能力を有する、単極性の極性電圧を供給する他の任意の電源のいずれかからなる。
【００５１】
電圧整流器は、装置のハンドル中に構築され、整流したＡＣ又は平滑ＤＣ電圧を生成する。変圧器は、コンセントからのＡＣが水の棒（water wand）に適用され、同じ所望の効果を発揮することができるように、ハンドル中に構築することができる。同じ方法で、２０サイクル／秒未満の頻度で変化する電圧を生成する回路を供給することができる。これは、５０サイクル／秒又は６０サイクル／秒で商業的に得られる交流電流とは異なる、電圧が変化する直流電流として言及される。これらの全ての変形は、本発明の開示された実施態様に対して適用可能であると考えられる。
【００５２】
プレート又は電極の配置
プレートの形状及び配置に関する限りは、プレートはほぼ同じ面積を有し、それらの分離内でほぼ平行であることが望ましい。これは、均一に電極を消耗し、最小の電力を必要とする。しかし、プレートが規則正しい形態でなく、ほぼ一様に間隔があいている場合、装置はさらに作用するが、このような操作は大きな電力を必要とする。従って、均一な、及び平行な、又はほぼ平行なプレートが好ましい。しかし、一様でない、及び／又は不規則なプレートを用いることができる。
【００５３】
図１は、絶縁ハンドル４に連結した２枚のプレート１及び２を有する水処理装置の第一の実施態様を示す。各プレートは、それぞれ接続した電気的接続５及び６を有する。絶縁スペーサーアセンブリ７は、遠端から離れてプレートを有する。図１に示したが、絶縁ハンドルアセンブリがプレートの全長に強固に自己的に支持するほど十分に強い場合は必要でない。また、ハンドルは、必ずしも絶縁アセンブリの一部でなけれなならないことはないことに注意すべきである。ハンドルは導体であってもよく、プレートの１つであってもよい。しかし、絶縁アセンブリは、２個のアッセイプレートを分離しなければならない。これらのプレートは、平行な側面であるか、平行に配置される必要はない。実際には、絶縁ハンドルから離れた末端に一緒に近接してプレートを有することに利点があり、それらは、末端でより早く摩耗し、交換する前に水の最大量を生産するためのプレートの完全な使用を可能にする。それらが水との接触は別として相互に電気的に孤立していたままで残っているのみであるのは重要である。操作において、前述したように、プレート１、２は水中及びＤＣ電源に配置され、５及び６を横断して約１ボルトの電源がかけられる。実用的な目的のために、反応を起こすために、３Ｖを超える電圧が好ましい。
【００５４】
同様にして、図２は、絶縁ハンドル１４によって保持され、それぞれ電気的接続１５及び１６に接続された、３個の電極１１、１２、及び１３を有する水処理装置の第二の実施態様を示す。電気的接続は１５及び１６まで形成されている。このアセンブリが水中に配置される場合、電流は１１から１３に流れ、前述した反応を起こす。しかし、中間の電極１２は２個の電極の間にあるので、１１及び１３の間で進行する際に、電流は１２の中を流れなければならない。これは、電流が２回使用され、電流が関連する限りは、更に効果的な装置が製造されることを意味する。これの唯一の不利な点は、直流電流が図１に示される２枚のプレートの配置に必要な２倍の電圧でなければならないということである。内側プレート１２は、２枚の外側プレート１１、１３よりもわずかに大きいとして示される。これは、プレート１１〜１３まで直接に進む電流を防止するために実際的な観点から望ましい。
【００５５】
図３は、それぞれが電気接続を有する、３個の電極を用いた水処理装置の第三の実施態様を示す。それは、２つの作用モードを有する。
【００５６】
一作用モードにおいて、電気接続２８を通じて、１つの極性電極は内側プレート２２に印加される。他の２枚のプレート、２１及び２３は、電気接続２５及び２６を通じて、反対の極性と電気的に接続している。このように、作用は低電圧高電流電源により適している。実際には、適切な電流能力については、３Ｖ〜６Ｖの範囲の電源に最適である。第二の作用モードにおいては、反対の電気的接続は、電気接続２５及び２６を通じた外部電極２１及び２３にのみなされる。内側電極は浮遊したままである。これは、図２に示されたように、同じ状況を形成する。この状況は、高電圧低電圧能力を有する電源のために最大の効率を提供する。これら２個の間の選択は、
ａ）電源及び水の導電率に依存するハードワイヤード選択、
ｂ）適合するか、又は電源及び水の導電率に依存するかのいずれかの間の機械スイッチ、
ｃ）電源のパラメータを検出し、自動的に状況を調整することができる電気回路によって自動的に、
等の好都合な任意の方法によって実施することができる。
【００５７】
図４は、絶縁ハンドル３４に接続した、５個の電極、３１、３２、３３、３９及び４０を用いた水処理装置の第四の実施態様を示す。２個の外部電極、３１及び４０のみは、それぞれ、リード３５及び３６を通じて直流電源に接続している。作用において、電流は３１及び４０の間を流れるが、介在するプレート３２、３３及び３９のため、同じ電流が数回用いられることを本質的に意味して、電流は、これらのプレートのそれぞれを通じて流れる。プレートを分離する電気的に絶縁されたアセンブリ又はハンドル等の全ての他の特徴が更に適用される。
【００５８】
このように、２、３及び５枚のプレートの実施例のみが接続されたが、いかなる数のプレートも用いることができる。より多くのプレートの使用は、必要な電圧を大きくし、制限は、電気ショック及びいくつかの中間の電極を回避するための電流の傾向を経験することが可能である電圧であり、方法の効率は低下する。
【００５９】
図５は、絶縁ハンドル５４に接続した、５個の電極、５１、５２、５３、５９及び６０を用いた、水処理装置の第五の実施態様を示す。外側電極、５１及び６０は、それぞれリード５５及び５６を通じて直流電源の１個の極性と接続しているが、内部電極５３は、リード５８を通じて反対の極性と接続している。この状況は、電源が低電圧高電流能力を有する状況についての図４に与えられた状況を支持する。かわりの電極は、また正及び負の電極に等しく接続され得る。これは、電極の表面積を効果的に増加させ、相対的に低電圧で高電流を維持したままで、水の導電率が低い、又は直流電源の供給能力が比較的低い状況を支持する。
【００６０】
平行に接続することができる電極の数に制限はない。これは、各極性についての電極の表面積を効率的に増加させる。
【００６１】
水処理装置は、多くの異なる方法で構成することができる。例えば、電極が材料の管からなる、図６〜８のいずれかに示される実施態様は、そのような配置を示す。中心の棒８１は、作用の本質に影響することなく、管であることができる。それは、接続８６を通じて１つの極性に接続するが、外側電極８２は、接続８７を通じて他の極性に接続する。全体のアセンブリは、電極の物理的分離を維持するための絶縁スペーサー７４をも含む、絶縁ハンドル７５によって支持される。このような配置が水中に配置され操作される場合、式３で示される反応による気泡の生成のために汚染物質は表面に上昇することが明らかである。このように、これらの閉鎖経路電極の上部に水が移動することができる開口部７９があることが望ましいが、重要ではない。この開口部は孔として示されるが、それは細長い切り口であり得、そのことは図８の参照番号１００によって示される。
【００６２】
図７及び８は、３本の材料のシリンダーを用いている実施態様を示す。図７に示すように、内側電極８１及び外側電極８３のみが、それぞれ接続８５及び８７を通じて電源に接続されている。中間の電極８２は電流にそれを通過することを強いて中性の電極になり、電流の通過効果を２倍にする。全てのアセンブリは、相互に電気的に絶縁されている電極を保持する絶縁アセンブリ８４及び８５によって、いまだに一緒に保持されている。また、クローズドループ電極における孔は、ある状況においては望ましいが、本発明の本質的部分ではない。図８は、全ての３個の電極９１、９２及び９３と電気的に接続している実施態様を示す。この場合においては、内側電極９２は９８を通じて１個の極性に接続するが、他の２個の電極は、一緒に結合した接続９６及び９７を通じて反対の極性に通常に接続する。アセンブリは、水がアセンブリを通じて再循環することができるメカニズムを供給している溝を有する、絶縁アセンブリ及びハンドル９４及び９５によって、いまだに一緒に保持されている。また、溝がある状況、特に全ての装置が水中に挿入されていない場合においては有利である。溝は、図６及び７に記載される実施態様に等しく適用することができる。これらの円形又は円筒状の電極の数は、１０個の電極の最大セットについては、ここで示される３を超えることができ、それが１０個を超える電極を含むシステムを製造するには非常に高価であると考えられる。
【００６３】
電極は外観上はプレート様である必要はなく、それらは、図９に示すように棒であってもよい。２個のみの棒状電極、１０１及び１０２は、１０５及び１０６と電気的に接続している絶縁ハンドル１０４によって離れて保持される。電源の１つの極性は電極の１つに適用され、他の極性は他の電極に適用される。棒は、正方形、長方形、円筒形又はそれらの組み合わせでさえある円形の棒以外の断面形状であり得る。いずれも、電極の数は２に限定されない。図１０は、それぞれ、電気的接続１１５、１１６、１１８及び１１９を有する絶縁アセンブリ１１４によって適切に保持されている、４個の棒状電極１１１、１１２、１１３及び１１７を示す。具体例として、接続１１５及び１１６は極性の１つに接続するが、１１８及び１１９は、他の電源極性に接続する。更に他の実施態様が図１１に示され、内側電極１３０を囲んだ、４本の棒様電極、１２１、１２２、１２３及び１２７を有する。内側電極１３０は、接続１３１によって１つの極性に接続されているが、他の外側電極１２１、１２２、１２３及び１２７は、接続１２５、１２６、１２８及び１２９によって他の極性に接続している。
【００６４】
例えば、異なる極性の内側電極を囲む１つの極性の電極の「円」として、追加数の棒状電極も用いることができる。同様に、代替えの極性電極のアレイも可能である。同様に、電極は同じであるか、同じ形状のものでさえある必要はない。図１２に示すように、いくつかの電極が、他のものから異なった形態であることが可能である。２本の棒状電極、１４１及び１４２は、プレート電極１４３の反対側に位置する。それらは、絶縁ハンドル／支持機構中に一緒に保持される必要がある。それらは、それらの接続１４５及び１４６を通じて適用される反対の極性を有する１４１及び１４２、及び接続せず、２個の活性電極１４１及び１４２の間の中性電極として作用する中心電極１４３と接続している。また、１４５及び１４６を通じた１４１及び１４２との電気的接続は同じであってよいが、中心電極１４３は、１４８によって反対の電極に接続する。図１３に示される他の変形においては、電極１５１及び１５２は、接続１５５及び１５６によって代わりの極性と接続し、電極１５３は、それらの両方に対して中性である。２個の電極１５１及び１５２を同じ極性に接続し、１５３を反対の極性にすることは、図１に示す配置と同じである。
【００６５】
ハンドルは絶縁材料で製造することができ、電極は任意の安定な手段によって接続することができる。それらは、いくつかのクイックフィット（quick fit）法を介して永久に連結又は接続することができる。永久的な連結は、装置を一度使用及び使い捨て装置にするが、クイックフィット法は、装置を、入れ替え可能な電極を有する連続使用のものにする。ハンドルは握ることができるものであることができ、又は、単にそれぞれ図１、２、３及び４の７、１７、２７又は３７等に示すのと同様のスペーサーのセットであってもよい。ハンドルは、適切な電極への電気的接続を可能にするものでなければならない。
【００６６】
同様に、図１４に示す実施態様において示すように、容器によって電極を支持することが可能である。電極１６１及び１６２は、反対の極性電圧が適用される電気的接続１６５及び１６６を有する取り付け機構１６４によって容器１６３内に適切に保持される。この全てのアセンブリは、いまだに手で持っていくことができる。取り付け機構１６４は、容器１６３に永久に固定するものであるか、又は取り外し可能なもののいずれかであり、容器なしのアセンブリは図１に示すものと同様である。図１〜１３に示す配置は、本明細書に示す２個の電極配置の代わりに用いることができる。しかし、電極が容器から取り外し可能である場合、図１〜１３に示すのと同様の装置の機能及び携帯性は維持される。
【００６７】
同様に、図１５の実施態様に示すように、電極の１つとして、金属製容器を用いることもできることを示すべきである。アイテム１７２は、コネクタ１７６によって電源に接続される、容器及び１個の電極の両方である。他の電極１７１はコネクタ１７５及びそれとの電気的接続なしで容器１７２内で配置することができる、絶縁部品１７４を有する。
【００６８】
また、電極１７１が容器１７２に永久に固定されない場合、携帯性は維持される。
【００６９】
他の電極配置も用いることができる。特に、外側電極からの電気的接続がアセンブリから除去され、容器に接続される場合、図６及び７に示す実施態様は、また有用である。
【００７０】
１５ｋｇ未満の重量は、平均的な成人男性によって容易に取り扱われると考えられる。これらの装置は基本的に固定して用いられるべきであるので、これは空の容器及び電極のセットの重量である。水がいったん加えられると、重量は容器を扱うことができるものであってもよい。
【００７１】
水処理装置にとって、多くの異なる形状が可能であり、実際の構成は、電源から得られる電圧及び電流、及び水の導電率によって決定される。
【００７２】
電極の面積は、片手で用いる平均的な成人男性により容易に扱うことが出来るのに好都合な面積であることができる。好都合な面積は、１００ｍｍ幅、５００ｍｍ長及び３ｍｍ厚みである。しかし、それらは、６ｍｍ直径、１０００ｍｍ長、又は２０ｍｍ直径、１００ｍｍ長と等しい。面積は重要な特徴ではない。それは、重要である凝固化学イオン及び気泡を生成する犠牲的な電極の使用である。
【００７３】
電極は任意の好都合な間隔を有することができる。しかし、電極の間の間隔からもれる、凝固した汚染粒子にとって間隔は非常に小さいので、１ｍｍよりも小さく離れた面積は考えられない。同様に、２個の電極間を移動するのに必要な電力は工程が効率的であるためには非常に大きいために、２００ｍｍを超える間隔を有する電極は考えられない。５ｍｍ〜２０ｍｍの間隔の電極は、最も効果的な範囲と考えられる。更に、２ｍｍ〜１０ｍｍの間隔の電極も、また特定の利点を与える。これらの距離は、電極間の空間をきれいにすることを可能にし、同時に、それほどすばらしくなく、水を通じてイオンによって運ばれ、相当の効果が電流の移動によって失われる。
【００７４】
プレート又は電極の組成
前述した水処理装置のこの実施態様は、金属／水の表面を通って電流の通過によって活性金属イオンを遊離し、犠牲的であるいくつかの電極の原理を作動させる。式１及び２で与えられる反応は、陽極で起こる。このような陽極−正の極性−は、適切なイオンを犠牲にする犠牲的な金属からならなければならない。好ましい陽極金属はアルミニウム（Ａｌ）であるが、鉄（Ｆｅ）、であってもよく、それらの両方は三価金属である。他の適切な金属は、汚染水からいくつかのタイプの粒子を除去するのを補助することができるマグネシウム（Ｍｇ）である。他の変形においては、陽極は、強力な殺藻剤であり、汚染水から藻類を除去することのできる銅（Ｃｕ）からなっていてもよい。更に、銀陽極の使用は、多くの病原体を殺傷し、それ故、水を殺菌するイオンを供給する。
【００７５】
陰極は、陽極と同じ金属、それらの金属の１種、又はステンレス鋼等の任意の他の不活性金属からなっていてもよい。最良の陰極材料の１種は、白金被覆チタンであり、それは、水に汚染物を混入させない不活性金属である。それは、アルミニウムが陰極として用いられる場合、以下の反応を示すことを注意すべきである。
Ａｌ＋４Ｈ２Ｏ＋ｅ−  は  Ａｌ（ＯＨ）４−＋２Ｈ２  を与える。  （４
【００７６】
又は、それと同様なものは陰極でも起こり得る。これは、それが、より少ない電気使用でより早くきれいにしながら、より多くのアルミニウムを水中に遊離するのを補助するという利点を有する。式３及び４における反応は、反応４がアルミニウム陰極で起こる全ての反応でないことを意味する競争陰極反応である。
【００７７】
どんな中性電極も、必要に応じて、陰極として作用する１つの側及び陽極として作用する他方の側を有するだろう。そういうものとして、中性電極は、陽極、例えば、アルミニウム、鉄、マグネシウム又は銅等の同じ材料からなっていてもよい。または、それは２種の金属からなっていてもよく、その陰極作用側は、ステンレス鋼又は白金被覆チタン（又は不活性材料と同等）等の不活性材料からなってもよい。他方の側は陽極金属（Ａｌ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｕ）からなる。このケースにおいては、２種の異なる金属は電気的に結合しなければならない。
【００７８】
陰極材料としてアルミニウムを用いた場合、陰極の活性表面上に酸素リッチな絶縁層が形成される。除去しない場合、反応が起こるのが停止し、この層は、結局、陰極を通して電流が流れるのを防止する。
【００７９】
これが起こるとき、なんらかの物理的又は化学的工程により、この材料の「酸化物」層を除去しなければならない。通常、硬い鋭い物で表面をこすり落とすことは、材料の適切な除去を確実にするのに十分である。また、極端なゼータ電位、及び残りの電荷の他の源を有する材料の存在は、電極の表面における材料の蓄積をもたらすことができる。また、これは、電極が、電圧をかけられている水の中にある場合、電流の通過を防止するために十分であり得る。また、これが起こる場合、硬い鋭い表面でそれらをこすり落とすことによって、材料のアセンブリを除去することが必要であろう。
【００８０】
必要な電極の数は、以下の組み合わせ、すなわち
１）利用可能な電源。６ボルト未満、全ての電極が正又は負に接続されていることが好ましい。しかし、これは、他の接続された電極のために、より高い電圧の使用を排除しない。単に、工程の効果減少する。
２）６ボルト以上、陽極及び陰極電極の間の単一の中性電極を用いることが更に効果的であり得る。
３）１２ボルト以上、陽極及び陰極電極の間の２個の中性電極を用いることが更に効果的であり得る。
４）１５ボルト以上、陽極及び陰極電極の間の３個の中性電極を用いることが更に効果的であり得る。
によって決定される。
【００８１】
これは、より高い電圧、及びより多くの中性電極に拡大することができるが、一般に、電源が都合よく利用できないかもしれないことを意味する。その状況下における更なる電極の使用は記載しないが、より多くの電極の使用は、この技術の包含を防止しない。
【００８２】
同様に、プレートの大きさ及び形状は可変である。一端に接続した長い長方形のプレートは製造しやすい。短い正方形又はスクワット形状は、浅いバケツに容易に適合し、大きな表面積を与え、それ故、図１及び４に示される細長いプレートよりも早くきれいになる。
非長方形のプレートは製造することが困難であるが、組み立て及び取り替えに利点を有する。図７及び８に示したようなクローズドループ電極は、１個の電極から他の電極へ中性電極を迂回して水を通して電流を流すことを困難にするので、高い導電率の水中で利点を有する。
【００８３】
同様に、プレートとの外部の接続を用いることができ、必要に応じて用いられるバッテリーによって、接続を加えるか又は除去することができる。従って、凝固カチオン及び気泡を生成するためのＤＣ電源に電気的に接続されたプレートの使用は、少量の汚染水をきれいにすることを補助するだろう。これらのプレートは曲げるか湾曲させることができる。プレートは、気泡がそれらが発生した近傍から逃避し、捕らえた凝固物が表面に浮遊するのを可能にするように開く必要がある。
【００８４】
プレートの側面は開いている。これは、浮遊する綿状の塊が電極の近傍から離れ、表面で形をなすことを可能にする。工程は、次により容易に除去されやすくなる汚染粒子を凝固させることによって機能する。水中において、病原体の「電気分解」の可能性があるが、この工程がそれらを除去するか又は殺傷するという保証はない。水が飲用に適していることを確信するために、全ての残留病原体を殺傷することが望ましい。これを達成することができるいくつかの方法があり、伝統的な塩素又は臭素消毒又は他の化学的方法が含まれる。それらには、追加補給を必要とするという不都合がある。全ての病原体の殺傷を確実にする他の方法は、微生物に有害な金属を加えることである。このような金属の２種は銅及び銀である。いずれかの少量の水への添加は、細菌及びウイルスと反応し、それらを無害にするだろう。少なくとも陽極の1つがこれらの金属の1つを含んでいるか、それらの1つが陽極の1つ以上と電流の接触であるか、又はこれらの金属のいずれかを含む追加陽極が採用しているのを確実にすることによって、これらを加えることができる。 このように、電気凝固工程の間、少量の銀又は銅を水に加える。これの少量の一部は、安定した工程の間に除去され得る。
【００８５】
添加される殺菌用の金属、銀又は銅、イオンの量は、添加される凝固性金属の量に比例していることが重要である。これは、凝固性金属、殺菌用金属、イオンの原子価、及びそれらの原子量の相対的な表面積によって制御される。銀は、原子量１０８で一価であるが、アルミニウムは原子量２７で三価である。具体例として、０．５ｍｇ／Ｌの銀及び１０ｍｇ／Ｌのアルミニウムを加えることが望ましい場合、銀の、２０×３／４＝１５倍のアルミニウムの表面積を必要とする。１０／０．５の比から２０が、銀に比べアルミニウムイオンを遊離するため３倍の電子が必要なことから３が生じる。アルミニウム及び銀の相対的な減少の相違から４が生じる。この計算は、アルミニウム及び銀が陰極から等しく離れていることを仮定する。これらの金属の合金の使用、例えば、真鍮が銅及び亜鉛の合金であり、主な金属の作用がいまだに起こっていることは当業者に明らかである。
【００８６】
操作
開示された水処理装置の実施態様の使用をこれから記載する。最初にきれいにするための水を容器に入れる。この容器はどのような適当なサイズ及び形状であってもよく、プラスチック（透明、半透明又は不透明）、鋼、銅又は他の適切な材料等の任意の適切な材料で製造することができる。金属容器を用いる場合、電極アレイは金属容器の上に電極を置くことによって金属容器を通って電気的に互いに接触するようにならないものでなければならない。また、容器は、装置の電極を挿入するのに十分なほど大きい、頂上に開口部を有しなければならない。それは、底部に、きれいになった水を排水するためのドレインタップを有していても有していなくてもよい。容器が透明なプラスチックで製造されている場合、水がきれいであるか、反応が完了したかを決めるのが容易であろう。容器の大きさは重要でないが、深さは電極及びその表面積の長さが電極の「きれいになった」領域の２０倍よりもあまり大きくならないように、大きさが同じ程度であるべきである。この目的のため、電極のきれいになった領域は、電極を完全に包囲する円の直径である。きれいになった領域の２０倍の図は実用的な目的のためのガイドであるにすぎず、きれいになった領域がはるかに大きくてもシステムはまだ作動しているだろう。５０倍、又は１００倍でさえも大きな「きれいになった」領域は、いまだにきれいにする動作を受けているだろう。
大きな容量又は大きなきれいになった領域は、単に、水をきれいにするのに長い時間がかかり、結局、水の容量が大きすぎる場合は、それをきれいにするのが可能でないかもしれないことを意味する。
【００８７】
容器は型にはまったものである必要はなく、水を保持する容器はいずれも用いることができる。これらは、電極を挿入することができるように、十分な深さを有する容量を保持するための容量を可能にする方法で適切に覆われるプラスチックシートを含むことができる。結局、粘土表面に保持される水たまりさえこの方法で処理することができ、処理された水は、使用のために適切に除去される。
【００８８】
最初に図１を参照すると、電極が水の容器に置かれ、電極１及び２の間に電流の流れを起こす。陽極で、式１又は２（又は他の金属について等価なもの）で示される反応が起こり、凝固した金属イオンが遊離するが、陰極ではガスが遊離する。図２を参照し、及び１以上の中間の中性電極がある状況で、陽極に最も近い表面は陰極のように作用するが、陰極に最も近い表面は陽極のように作用する。陽極のように作用する表面は、反応１又は２のいずれかに従って金属イオンを発生し、陰極のように作用する他の表面はガスを発生する。
【００８９】
金属イオンは汚染物質を凝集（すなわち、結合）し、それらを大きくする。それらは、また、遊離した気泡と結合した、凝集した汚染物質をもたらすだろう。これは、多くの汚染物質が水中を上昇し、それらがしばしば表面において安定構造を形成する表面に到達するだろう。電極を逆流する気泡の特徴のため、気泡の近傍中の水は気泡と一緒に上方に飛び散る。この理由のため、装置が、水が電極から飛び散ることを可能にする、上端における開口部を有することは好ましい。これは、プレート及び棒状の電極のもともとの特徴であるが、図６〜８に示される設計のクローズドループ電極では必ずしもそうではない。棒の中の電極の全てが、水の表面の下に位置する場合、水を外に排出する、このような穴の存在は必ずしも必要ではない。装置がこの開口部を有しない場合、工程はいまだに機能するが、効果は低下する。そのようなものとして、これらの開口部、穴又は細い切り口は望ましい。
【００９０】
式１〜４で示される反応が起こるために十分なエネルギーになるように、陽極及び陰極の間に十分な電圧を維持しなければならないことに注意すべきである。一般に、陽極−陰極セットあたり、少なくとも３ボルトのＤＣ電源が必要である。現実的な目的のためには、４ボルトを超えることが望ましい。しかし、陽極−陰極セットあたり、２ボルトと同じくらいの電圧でいくつかの反応を起こすことは可能である。そのようなものとして、シリーズにおける陽極−陰極のセットあたり、本発明の一部を形成する最小の陽極−陰極電圧は、２ボルトで設定される。また、この電圧は自乗平均ではなく、整流されたＡＣ電源が関与する限り、最大限にするピークであることに注意すべきである。１ボルト未満の電圧は実用的な使用には低すぎると考えられる。
【００９１】
ほとんどの電源には、電圧及び電流の制限がある。電圧がいったん電極に適用されると、水と電極との間の抵抗は、それらの間を流れる電流を決定する。水の導電率が電極表面のために非常に高い場合、電源の電圧出力が低下するかもしれず、最小の電圧がもはや維持されない。この段階で、陰極で気泡が発生したとしても、陽極には、金属イオンを遊離し、工程を機能させるのに十分ではない。与えられた電源及び水の導電率について、これは、電圧が増加し、再び反応がおこるような時間まで、水中に電極のより少ない領域を入れることによって克服することができる。
【００９２】
電極のどのくらいを水中に挿入すべきかを決定するための３つのメカニズムがある。第一のメカニズムにおいては、処理される水の伝導率範囲を、バッテリー又は電源の特徴（特徴は、電圧及び内部抵抗特性を含む）と一緒に決定し、適切な電圧を維持し、それによって工程を機能させるための電極の領域を計算する。
【００９３】
第二のメカニズムにおいては、工程は、材料の層が数分以内に電極の表面で形成を開始するかどうかを見ることが観察される。このような層が形成を開始しない場合、電極を少し引き抜き、再度観察する。電極が水から引き上げられるか、材料の層が、表面に形成を開始するのが観察されるまで、工程は数分単位で繰り返される。これは、明らかに、それをするのに時間がかかり、不十分な方法である。
【００９４】
第三のメカニズムにおいては、陽極と陰極との間の電圧が監視される。これを達成する１つの方法は、陽極及び陰極を横切って電圧計を接続し電圧を監視することである。電圧が非常に低くなった場合、電圧が最小限必要な電圧を超えるまで、電極を引き抜く。同じ結果を達成する他の方法は、陽極及び陰極を横切って回路を監視する電圧を供給することである。電圧が最小電圧を超えた場合、回路を監視する電圧は発光ダイオード（又は、ランプ、液晶ディプレイ中のシグナル等の他の適切な指示器、又は電圧が十分であることを示す他の方法）を照射する。電圧が必要な最小限より低下した場合、異なるシグナルが得られる。これは、ＬＥＤが消されるか、色が変化する（又は、失敗を示す、他の適切なエレクトロ−メカニカル−オーディオ−ビジュアルシグナル）。この段階において、本発明の一部を構成する電極セットは、電気的、機械的、オーディオ又は視覚的な信号が、電圧が適当であり、工程が効果的に作動することを示すまで、引き抜かれる。
【００９５】
電圧を監視する能力は望ましい特徴である。しかし、電極の領域が、電源の能力及び水の導電率に適切に適合するように選択される場合、デザインは、電圧が、必要最小限の電圧を常に超えるのを確実にするだろう。前述したように、電圧が望まれる最小限より低下したとしても、使用者には、工程が特定量の利用可能な電源を用いてさえ、それを解決するメカニズムがある。
【００９６】
遊離した凝集金属イオンは周知の凝集反応により水中の汚染物質粒子と結合し、粒子をわずかに大きくするだろう。遊離ガスは、凝集した汚染物質の集合を捕らえ、それらを浮揚性にする微泡を形成するだろう。これらの浮揚性の集合は、次いで表面に浮上し、準安定な層を形成するだろう。汚染物質が上昇するにつれ、水は、よりきれいに見えるだろう。電極から上昇するガスの作用は、それと共に水を上昇させるだろう。これは、容器中の水がプレート電極を通して循環するのを確実にするだろう。これには２つの効果がある。第一は、それが水を通して電極を撹拌し、それらを全て通過させ、その結果、全てきれいにする必要がないことである（容器のサイズが非常に大きくないので、そのようなものが起こることができないなら）。第二は、水中の微生物がプレートを通り抜け、それらが強力な電力にさらされることである。そのようなものが、全ての微生物を殺傷するのに十分でないかもしれないが、多くの微生物の運動性を低下させ、綿状の塊からそれを除去した後に水中に残留する生細菌を相当減少させる。
【００９７】
更に、アルミニウム及び／又は鉄陽極に加え、銅及び／又は銀陽極の使用は、水中にＣｕ及び／又はＡｇイオンを放出するだろう。これらのイオンのいくつかは凝固している金属によって除去されるが、いくつかは、綿状の塊が水から沈殿することを可能にするのに必要な数時間を示す残留した病原体を固定したままである。このようにして、水は消毒されると共にきれいになる。
【００９８】
オペレーターにより適切に調整される時間に（例えば、水がきれいに見える時、又は水の表面における綿状の塊が白くなり始めた時）、電極は水から完全に引き抜かれる。浮揚した汚染物質を含む、表面上の綿状の塊が乱されて水中に沈まないように、水をあまり撹拌しないように注意しなければならない。水が撹拌されず綿状の塊が水の上部に維持されることは有利である。また、棒から電源を除去することにより、又は電源と棒との間のスイッチを切るかのいずれかによって装置への電力を切断することができる。反応がいったん完了すると、綿状の塊が破壊され水中に再分配されるように水が撹拌されたとしても、それは水から分離されたままであり、ゆっくりと底に沈んでいく。たとえ、反応が停止したとしても、水域内にはいくつかの泡が存在したままである。従って、水の最大の洗浄を与える上昇する全ての泡のために、装置を取り除いた後、数分間、待つことが望ましい。この時間は、容器の大きさにより、約５〜３０分である。反応が停止した後、数時間水を静置することに利点がある。最も小さい泡は水から上昇し、凝集した汚染物質は容器の底に非常に長く沈殿している。未反応のアルミニウムは、汚染物質又は粒子を沈殿させるだろう。水をより長く、数時間放置すると、よりきれいに見える水は処理された水であろう。
【００９９】
綿状の塊が表面に上昇した後、都合のいい時間に、それを除去することができる。これは、容器を圧搾し、水のレベルを上昇し、綿状の塊が上部から流れるようにすること、又は表面から綿状の塊をすくい取ること等の技術、又は他の適当な技術によって実施することができる。この作用は、より少ない汚染物質を水中に沈殿させたままにしておく。綿状の塊の除去工程が、綿状の塊を乱す場合、水を撹拌して残っている泡を崩壊することができ、数時間後に綿状の塊は、非常にきれいな水を残して底に沈むだろう。この水は、多くの他の不適当な源由来の、人の消費に適した、透明な消毒された水を与えるために簡単に注ぐことができる。
【０１００】
適切であると判断された更なる時に、きれいになった水を容器から引き抜くことができる。これを行った時に、綿状の塊を除去していない場合、水を取り除く時に、表面の綿状の塊が乱されていないことが望ましい。これを実施するいくつかの方法がある。１つは、底に蛇口を有する容器を使用することである。適当な時に蛇口を開け水を排水する。このような容器を利用できない場合、小さいホースを用いて水を吸い上げることができる。ホースの一端をバケツ内に置き、外側の端で減圧を形成し、水を取り除く。これは、綿状の塊を破壊しないように制御した方法で実施するのが重要である。注意は、綿状の塊が破壊されず、汚染物質が水中に戻らないことを確実にするように実施する必要があることである。第三の方法は、注ぐ蛇口を有するバケツを用いて単に水を流れ出させることである。第四の方法は、注ぐ「へり」を有するバケツを用いることである。単に、へりから綿状の塊を押しのけ、バケツの内容物の大部分を流れ出させる。これらのケースにおいては、除去された汚染物質が水に再び汚染しないように、注がれる水を見続けることが望ましいことに注意してください。
【０１０１】
他の代替え手段は、処理された水を撹拌し、浮遊する綿状の塊を破壊し、全ての粒子を容器の底に沈殿させることを含む。これは、上部の水を全ての汚染物質がない状態にし、それは、単に注ぐか、別に除去することができる。他の代替え手段は、水を適当なフィルターに注ぐことである。あるケースにおいては、単に、電気凝固工程の前には粒子を除去しない粗いフィルターであってもよい。この後者の工程を用いる場合、水をフィルターに通す前に、数時間静置させることが最良であり、また２４時間以内が有利であると考えられる。
【０１０２】
一般的ルールとして、装置が切断されるか、又は水を取り除いたあとにより長く水を静置すると、与えられた容量の水をきれいにするのに必要な処理が少ない。
【０１０３】
結果
適切な方法で用いられた場合、この技術は、１つの簡単な操作で、９５％〜９９．９％＋の多くの汚染物質を除去することができる。除去される量は汚染物質の性質による。該システムは軽く汚染された水、すなわち泥及び腐敗／下水のオーバーフローによって汚染された水、及び、おそらく軽い工業用は鉱業汚染にのみ適していると考えられることに注意すべきである。腐敗又は下水廃水、又は激しい工業用汚水には適していないと考えられる。しかし、水処理装置が指示に従って使用される場合、汚染物質の除去速度は、通常は下記の通りである。
【０１０４】
【表１】
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【０１０５】
除去割合は、単に約９９％であるが、銅／銀の使用は、残留する病原体が不活性であることを意味する。
【０１０６】
処理の後、水はきれいに見え、ほとんどの汚染物質及び病原体は除去された。非常にきれいに見え、もとの原料水よりも味が良好であるべきである。ほとんどのケースにおいて、残留する活性病原体の割合は０であろう。しかし、この工程が全ての病原体を除去／破壊していることを保証しているのでなく、全ての合理的な源からの飲用に適した水の製造における、適切な単一工程法として考えられるわけではない。非常に汚染されている水源においては、消毒の他の源を考えるべきである。
【０１０７】
利点
前述した水処理装置の主要な利点は、多様な汚染物質を除去することができ、わずかな指示により人によって、用いられ、繰り返して再利用することが容易な簡単な装置であることである。
【０１０８】
前述した水処理装置は、わずかな技術力又は補助により、わずかな電力及び一人により、ほとんどどこでも、容易に製造し、運搬し、操作することができる。
【０１０９】
前述した携帯用水処理装置で処理された水は、ほとんどの汚染物質が除去され、飲用に非常に適している。他の利点は、下記を含む。
１）前述した携帯用水処理装置により必要な電力量は非常に小さい。通常、激しく汚染された水は、１００ＮＴＵの濁度を有し、微量の細菌を含む。前述した携帯用水処理装置は、１０リットルまでの水をきれいにするために、たったの３ボルトで０．１アンペア時しか使用しない。より高いレベルの汚染は、水をきれいにするためにさらに電力を必要とし、より低いレベルは、更に多くの水さえもきれいにできることを意味する。
２）前述した携帯用水処理装置によって必要な非常に少ない電力量は、単一の６ボルト５アンペア時のバッテリーが、５００リットルを超える水をきれいにすることができることを意味する。単一の小さい市販の９ボルトのバッテリーは、１５リットルの水をきれいにするために用いることができる。
３）前述した携帯用水処理装置は、ソーラーパネルによって用いることができる。よく晴れた日には、１２ボルト１０ワットのソーラーパネルが、２又は３個の装置に電気を与えることができ、１日あたり、１，０００〜２，０００リットルを超える汚染水をきれいにすることができる。これは、現在利用できる他のいずれのメカニズムよりも、効果的な水処理である。
４）小さい電源を利用できると、遠隔地にきれいな飲用水を提供する能力が、前述した携帯用水処理装置を用いて、かなり向上する。また、それは、遠隔地を旅行する人が、完全な補給品を運搬することの代わりに、道に沿って水を得ることを可能にする。等しく重要なことに、例えば、天災に続く救済等の、最小限の施設にきれいな水を供給することを可能にする。
【０１１０】
本発明を、好ましい実施態様を参照して説明したが、本発明が多くの他の形態において具体化できることは当業者に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】図１は、水処理装置の第一の実施態様の概略的な側面図、正面図及び平面図である。
【図２】図２は、水処理装置の第二の実施態様の概略的な側面図、正面図及び平面図である。
【図３】図３は、水処理装置の第三の実施態様の概略的な側面図、正面図及び平面図である。
【図４】図４は、水処理装置の第四の実施態様の概略的な側面図、正面図及び平面図である。
【図５】図５は、水処理装置の第五の実施態様の概略的な側面図、正面図及び平面図である。
【図６】図６は、水処理装置の第六の実施態様の概略的な側面図、正面図及び平面図である。
【図７】図７は、水処理装置の第七の実施態様の概略的な側面図、正面図及び平面図である。
【図８】図８は、水処理装置の第八の実施態様の概略的な側面図、正面図及び平面図である。
【図９】図９は、水処理装置の第九の実施態様の概略的な側面図、正面図及び平面図である。
【図１０】図１０は、水処理装置の第一の実施態様の概略的な平面図である。
【図１１】図１１は、水処理装置の第十一の実施態様の概略的な平面図である。
【図１２】図１２は、水処理装置の第十二の実施態様の概略的な平面図である。
【図１３】図１３は、水処理装置の第十三の実施態様の概略的な平面図である。
【図１４】図１４は、水処理装置の第十四の実施態様の概略的な透視図である。
【図１５】図１５は、水処理装置の第十五の実施態様の２つの透視図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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