(57)【要約】  本発明は、水を改善するための電解法を提供する。本発明の１つの態様は、有機不純物及び／又は無機不純物を中に有する水を処理するための電解法を提供する。この方法は、下記を含む。（ａ）少なくとも１つの第１の電極装置に水を接触させることと、（ｂ）非物理的で電気的な態様で水と接触する少なくとも１つの第２の電極装置を設けることと、（ｃ）第２の電極装置と第１の電極装置との間に電流を通し、水の中に次の各プロセス、即ち、（ｉ）水から無機不純物を分離するのを助けるために、それらの集積を局所化すること、及び（ii）水を電離して、有機不純物及び／又は無機不純物を処理するための溶存酸素種及び溶存水素種を生成すること、の一方又は両方を実施するのに十分な強度及び継続時間の電界を構築すること。更に、非導電性筐体と、筐体内に配置された１つ又は複数の電極と、筐体内の入口及び出口であって、上記１つ又は複数の電極と接触するような形で不純物含有水にその筐体を通過させるための入口及び出口と、上記１つ又は複数の電極を電源装置に接続するための手段と、を具備する電極装置も提供されている。
2011511709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機不純物及び／又は無機不純物を中に有する水を処理するための電解法であって、
（ａ）少なくとも１つの第１の電極装置に前記水を接触させることと、
（ｂ）非物理的で電気的な態様で前記水と接触する少なくとも１つの第２の電極装置を設けることと、
（ｃ）前記水の中に、
（ｉ）前記水から前記無機不純物を分離するのを助けるために、それらの集積を局所化すること、及び
（ii）水を電離して、前記有機不純物及び／又は無機不純物を処理するための溶存酸素種及び溶存水素種を生成すること、
の一方又は両方のプロセスを実施するのに十分な強度及び継続時間の電界を構築するように、前記第２の電極装置と前記第１の電極装置との間に電流を通すことと、
を含む方法。
【請求項２】
使用時に、前記第１の電極装置が陰極性であり、前記第２の電極装置が陽極性である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記水が、水盤、水槽、池、湖、川、パイプライン、貯水槽、又は廃水処理システムに、収容された、汚水等の、静止中又は流動中の汚水の、水塊から得られており、前記水塊が水収容手段に収容されている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記水塊が、相互に流体連通した複数の小室を含んでいる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の小室が、下水処理システムで使用されるような網状の廃水処理システムの一部である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記網状の廃水処理システムが、１つの小室から隣接する小室に水を移動させるのにガスポンプを利用しており、前記ガスポンプが、好ましくは空気揚水ポンプとして構成された空気ポンプである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記水に酸化体を導入することを更に含む、上記請求項の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記酸化体が、好ましくは前記水の曝気によって導入される酸素ガスである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記曝気が、前記第１の電極装置の所で又はその近傍で実施される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記曝気が、空気揚水ポンプによって実施される、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の電極装置が、大地と接触状態にあって、好ましくは前記水から遠く離れて接地棒を備えている、上記請求項の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の電極装置が、前記水収容手段の壁の少なくとも一部を構成している、請求項１〜１０の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の電極装置が、非導電性筐体を具備するとともに、その中に電極を具備し、前記筐体が、前記電極と接触するような形で中に水を流すための導管を提供している、上記請求項の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の電極装置が、前記水に浸漬された、電極メッシュ、棒材、又はプレートから選択される、請求項１〜１２の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記電流がＤＣである、上記請求項の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記無機不純物が、プロセス（ｉ）の間に、前記第１の電極装置、及び、前記水収容手段の内面に、集積される、陽イオン及び陰イオン、を含んでいる、請求項３項に記載の方法。
【請求項１７】
プロセス（ii）で生成される前記溶存酸素種が、有機不純物の生物学的消化を高め、プロセス（ii）で生成される前記溶存水素種が、生物学的脱窒を促進する、上記請求項の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
曝気及び／又はプロセス（ii）の間に導入された酸素が、溶液中で、過酸化水素及び超酸化物等の病原体を酸化するための活性酸素種を生成する反応を受ける、請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
非導電性筐体と、
前記筐体内に配置された１つ又は複数の電極と、
前記筐体内の入口及び出口であって、前記１つ又は複数の電極と接触するような形で不純物含有水にその筐体を通過させるための入口及び出口と、
前記１つ又は複数の電極を電源装置に接続するための手段と、
を具備している電極装置。
【請求項２０】
前記筐体を通過する酸化体の流れを取り込む手段を更に具備している、請求項１９に記載の電極装置。
【請求項２１】
前記１つ又は複数の電極がステンレス鋼で作製されている、請求項１９又は２０に記載の電極装置。
【請求項２２】
前記非導電性筐体が、好ましくはプラスチック材料、より好ましくはポリ塩化ビニル、で作製された、１つ又は複数の管体を具備している、請求項１９〜２１の内のいずれか１項に記載の電極装置。
【請求項２３】
前記１つ又は複数の電極が、好ましくは実質的に同軸の状態で、該当する管体内に設けられている、請求項２２に記載の電極装置。
【請求項２４】
前記酸化体の流れを取り込む手段が、酸化ガス、好ましくは空気、の供給源に接続するための開口を備えている、請求項２０に記載の電極装置。
【請求項２５】
前記開口が、圧縮ガスの供給源に接続して空気揚水ポンプを形成するようになっている、請求項２４に記載の電極装置。
【請求項２６】
１つの管体の前記出口から隣接する管体の前記入口に前記不純物含有水が流れるように、２つ以上の前記管体が相互に流体連通している、請求項２２に記載の電極装置。
【請求項２７】
前記管体が直径ｄ及び開放端部を有し、前記管体開放端部が、最大４ｄ、好ましくは０．５ｄ〜４ｄ、の距離だけ前記電極を越えて延在している、請求項２３に記載の電極装置。
【請求項２８】
前記１つ又は複数の電極の上流に配置されたガス拡散手段を更に具備し、前記ガス拡散手段が、前記酸化ガスのマイクロバブルを形成するための核形成部位を提供するように構成され且つ配設された１つ又は複数の基体を具備する、請求項２４に記載の電極装置。
【請求項２９】
前記１つ又は複数の基体が、前記非導電性筐体の内面から垂れ下がり且つ略下流方向に延在する、複数の帯上に、設けられている、請求項２８に記載の電極装置。
【請求項３０】
前記１つ又は複数の電極の電極表面積を増大させる手段を具備する、請求項１９〜２９の内のいずれか１項に記載の電極装置。
【請求項３１】
前記電極表面積を増大させる前記手段が、前記１つ又は複数の電極に取り付けられ又はその中に組み込まれた１つ又は複数の導電性部材を具備している、請求項３０に記載の電極装置。
【請求項３２】
前記１つ又は複数の導電性部材が実質的に平坦である、請求項３０又は３１に記載の電極装置。
【請求項３３】
有機不純物及び／又は無機不純物を中に有する水を処理するための電解法で使用するシステムであって、
（ａ）前記水と接触する少なくとも１つの第１の電極装置と、
（ｂ）非物理的で電気的な態様で前記水と接触する少なくとも１つの第２の電極装置と、
（ｃ）前記水の中に、
（ｉ）前記水から前記無機不純物を分離するのを助けるために、それらの集積を局所化すること、及び
（ii）水を電離して、前記有機不純物及び／又は無機不純物を処理するための溶存酸素種及び溶存水素種を生成すること、
の一方又は両方のプロセスを実施するのに十分な強度及び継続時間の電界を構築する目的で、前記第１及び第２の電極装置と電気的に接続するための電源装置と、
を具備するシステム。
【請求項３４】
前記水が、水盤、水槽、池、湖、貯水槽、又は廃水処理システムに、収容された、汚水を、含んでいる、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記水が、相互に流体連通した複数の小室に入れられている、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記複数の小室が、下水処理システムで使用されるような網状の廃水処理システムの一部である、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記第１の電極装置が、
非導電性筐体と、
前記筐体内に配置された１つ又は複数の電極と、
前記筐体内の入口及び出口であって、前記１つ又は複数の電極と接触するような形で不純物含有水にその筐体を通過させるための入口及び出口と、
前記１つ又は複数の電極を前記電源装置に接続するための手段と、
を具備している、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３８】
酸化体の流れを前記水塊に導入する前記手段が、好ましくは空気揚水ポンプとして構成されたガスポンプである、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３９】
前記電極装置が、前記ガスポンプからの空気の流れを取り込むための開口を具備している、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
水が、複数の小室を具備する網状の廃水処理システムに収容され、前記小室それぞれに該当する電極装置が設けられ、隣接する電極装置それぞれの筐体が相互に流体連通しており、それにより、前記不純物含有水が、１つの筐体の前記出口から隣接する筐体の前記入口に流れる、請求項３３〜３９の内のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４１】
前記第１の電極装置の上流に配置されたガス拡散手段を更に具備し、前記ガス拡散手段が、前記酸化体のマイクロバブルを形成するための核形成部位を提供するように構成され且つ配設された１つ又は複数の基体を具備する、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記ガス拡散手段が、拡散器筐体の内面から垂れ下がる複数の帯を有する拡散器筐体を具備し、各帯が、その上に、少なくとも１つの前記基体を有している、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４３】
前記拡散器筐体が非導電性筐体である、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４４】
請求項１９〜３２の内のいずれか１項に係る電極装置を具備する、請求項３３〜４３の内のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４５】
請求項１９〜３２の内のいずれか１項に係る電極装置を使用することを含む、請求項１〜１８の内のいずれか１項に記載の水の電解処理のための方法。
【請求項４６】
ガスを含有する水流を通すための入口及び出口を具備した、拡散器筐体と、
前記拡散器筐体内の１つ又は複数の基体であって、前記酸化ガスのマイクロバブルを形成するための核形成部位を提供するように構成され且つ配設された１つ又は複数の基体と、
を具備するガス拡散装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機不純物及び／又は無機不純物を含有する水を処理するための方法及びシステムに関する。更に、本発明は、上記の方法及びシステムで使用する電極装置に関する。加えて、本発明は、例えば上記の方法及びシステムで使用可能なガス拡散装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
不純物含有水を処理するためのシステムは、長年の間に多種多様になってきた。水処理システムが用いられる環境は、貯水槽、池、湖、及び下水処理プラントといった大規模のものから、家庭用浄化槽システム、水槽、池、及びため池といった小規模のものまで及ぶ。これらの用途の全てにおいて、処理プロセスの目的は、植物由来物質若しくは動物由来物質、下水汚物及び病原体、といった有機汚染物質又は金属イオン、燐酸塩、及び硝酸塩を含む無機不純物を除去又は中和することである。処理によって生まれる水の良質性の尺度の例として、総懸濁物質（ＴＳＳ）、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、総窒素（ＴＮ）、大腸菌群数、溶存酸素（ＤＯ）、及び無機化学種の濃度が挙げられる。
【０００３】
下水処理の場合、下水の処理で以前に用いられていたシステムは、簡単で純粋に嫌気性の浄化槽から、複数のフィルタ層を組み込んだ複雑なフィルタシステムまで及んでいた。このフィルタシステムでは、嫌気性バクテリアの活動及び好気性バクテリアの活動はどちらも、栄養分の摂取と汚染物質の除去を連続的に行い、水をより純粋な形で残すことができる。
【０００４】
浸透放水路の分散フィールドシステムに放出される排出物の水準が、水質の尺度として慣行的に用いられる全有害品質項目、即ちＴＳＳ、ＢＯＤ、総窒素、及び大腸菌群数、で極めて高いことが、多くの場合、上記の簡単な浄化槽の共通した特徴である。
【０００５】
更に、これらのパラメータの実測値が地方当局の最大許容レベルを超えることが、多くの場合、上記の複雑な方の汚水処理システムの共通した特徴である。
【０００６】
最大許容カウント数より低いカウント数をいつも達成するシステムは、多くの場合、設置するのに費用がかかる上に、システムの耐用年数全体にわたって、厳格且つ高価な保守体制を必要とする。
【０００７】
無機汚染物質を除去するシステムは、典型的には有機物を除去するシステムとは全く異なり、通常、熱技術、膜技術、又は電解技術を要する。これらも多くの場合複雑であり、大量のエネルギー量に対する出費及び高い保守費用を伴う。
【０００８】
更に、有機不純物及び無機不純物を共に除去することは、単一の方法又はシステムを使うことでは通常は実施することができず、このため、両方のタイプの不純物を含有する水の処理は複雑になる。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、従来技術の１つ又は複数の難点を解決又は少なくとも軽減する、不純物含有水の処理方法を提供することである。
【発明の概要】
【００１０】
本発明によれば、有機不純物及び／又は無機不純物を中に有する水を処理するための電解法が提供される。この方法は下記を含む。
（ａ）少なくとも１つの第１の電極装置に水を接触させることと、
（ｂ）非物理的で電気的な態様で上記水と接触する少なくとも１つの第２の電極装置を設けることと、
（ｃ）上記第２の電極装置と上記第１の電極装置との間に電流を通し、上記水の中に次のプロセスの一方又は両方を実施するのに十分な強度及び継続時間の電界を構築すること。
（ｉ）水から無機不純物を分離するのを助けるために、それらの集積を局所化すること。
（ii）水を電離して、有機不純物及び／又は無機不純物を処理するための溶存酸素種及び溶存水素種を生成すること。
【００１１】
上記の方法は、本明細書に記載の電極装置の内のいずれかを使用することを含むことができる。
【００１２】
更に、本発明は、前段の方法で使用する電極装置も提供する。この電極装置は下記を具備する。
非導電性筐体と、
上記筐体内に配置された１つ又は複数の電極と、
上記筐体内の入口及び出口であって、上記１つ又は複数の電極と接触するような形で不純物含有水にその筐体を通過させるための入口及び出口と、
上記１つ又は複数の電極を電源装置に接続するための手段。
【００１３】
本発明は更に、有機不純物及び／又は無機不純物を中に有する水を処理するための電解法で使用するシステムを提供する。このシステムは下記を具備する。
（ａ）水と接触する少なくとも１つの第１の電極装置と、
（ｂ）非物理的で電気的な態様で上記水と接触する少なくとも１つの第２の電極装置と、
（ｃ）上記第１及び第２の電極装置と電気的に接続し、上記水の中に次のプロセスの一方又は両方を実施するのに十分な強度及び継続時間の電界を構築する電源装置。
（ｉ）水から無機不純物を分離するのを助けるために、それらの集積を局所化すること。
（ii）水を電離して、有機不純物及び／又は無機不純物を処理するための溶存酸素種及び溶存水素種を生成すること。
【００１４】
システムは、本明細書に開示の電極装置の内のいずれかを使用することを含むことができる。
【００１５】
本発明は更に、下記を具備するガス拡散装置を提供する。
ガスを含有する水流を通すための入口及び出口を具備している拡散器筐体と、
上記拡散器筐体内の１つ又は複数の基体であって、上記ガスのマイクロバブルを形成するための核形成部位を提供するように構成され且つ配設された１つ又は複数の基体。
【００１６】
本明細書で説明しているように、かかるガス拡散装置は、例えば電解法又は電解システムと一緒に使用することができる。
【００１７】
したがって、本発明は、水に電解処理を施して有機不純物及び無機不純物を除去するための方法、システム、及び装置を提供するものである。この水は、任意の適切な環境から出てきたもので構わず、静止していてもよければ運動していてもよい。例えば、水は、水盤、水槽、池、湖、貯水槽、又は廃水処理システムに収容されている汚水の水塊から得られるものでもよければ、川又はパイプラインの水の如く動いている水から得られるものでもよい。この水は、通常は水収容手段の中に収容される。
【００１８】
本明細書では、「水」という用語は、任意の水溶液又は部分的水溶液を含むように意図されている。部分的水溶液は、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、アセトン、エチレングリコール、トリクロロエチレン、テレビン油、揮発油、及びキシレンといった有機溶剤及び無機溶剤、等の水以外の溶剤を含むことができる。以下の説明では、下水処理システムで行われているような廃水の処理に焦点を合わせることにする。但し、本発明は上記の用途に限定されないのであり、このことは理解されている必要がある。
【００１９】
この方法とシステムは共に、第１の電極装置及び第２の電極装置を使用することを含む。第１の電極装置は、直接物理的に且つ電気的に水と接触しており、通常は陰極性である。そのため、それは通常、使用時に負の帯電を呈する。この第１の電極装置又は各第１の電極装置は、非導電性筐体を具備するとともに、その中に電極を具備し、この電極と接触するような形で水を流すための導管をこの筐体が提供していることが好ましい。別の実施形態において、第１の電極装置は、水に浸漬された電極メッシュ又は電極プレートにより構成することが可能である。
【００２０】
第２の電極装置は、水と電気的に接触しているが物理的には接触しておらず、通常は陽極性である。そのため、それは通常、使用時に正の帯電を呈する。第２の電極装置は大地と接触するのがよく、水から遠く離れて接地棒を備えていることが好ましい。別の実施形態において、第２の電極装置は、水を保持する収容手段の壁の少なくとも一部を構成していてもよい。
【００２１】
したがって、第２の電極装置は、水とは電気的に接触しているものの、物理的には直接接触していない。上記は、（例えば、湖又は下水処理プラントなど、大きな水塊を室外で処理する場合に）第２の電極装置を水塊から離して大地に埋めることによって実施される。或いは、（例えば、水槽又は池など、小さな水塊が処理される場合に）電極は、水塊を保持する収容手段の外壁により構成することが可能である。いずれにせよ、水と第２の電極装置との間に電気的接触を存在させるために、水塊を包囲する水収容手段（例えば壁、周囲の大地、等）は、導電性である必要がある。
【００２２】
本発明の重要な特徴は、水を第２の電極装置と物理的に接触させないことによって、水の化学的性質を制御できることである。理論による制約を望むものではないが、第１の電極装置に関連する半電池反応は進行できるが、第２の電極装置に関連する半電池反応は進行できないと考えている。というのは、関連する水溶性化学種は第２の電極装置の電荷点に到達することができず、したがって、第２の電極装置に関連する半電池反応が水の中で進行して完了するにはイオンのマイグレーションの存在が不十分だからである。むしろ、第２の電極と、第２の電極と収容手段の内面との間の領域と、が半電池になる。
【００２３】
第２の電極装置を水塊と直接物理的に接触させないことに関連する別の利点は、電極のガルバニック腐食が最小限に抑えられることである。
【００２４】
前述のように、第１の電極装置が陰極性であり、第２の電極装置が陽極性であることが好ましい。
【００２５】
陰極性の第１の電極装置は、多くの理由で好適である。第１に、陽極性の第２の電極装置が水と物理的に接触していないため、通常は陽極に関連している半電池反応を完了するには、イオンマイグレーションの存在が不十分である。具体的には、気相としての酸素の生成及び溶液からの放出を伴う半電池反応は、水の電気分解中の典型的な陽極性半電池反応だということである。しかし、本発明の方法の好適な実施形態では、陽極性の第２の電極装置が水の外側に存在するために、これらの半電池反応に関与する陰イオンは、陽極性の電荷点に到達することができない。したがって、反応の結果が気相としての酸素の溶液からの放出（「ガスになって出て行く」）に帰着するには、水の中の電流の密度が不十分である。したがって、酸素は溶液中に溶解され、この溶液は、酸素でおそらく過飽和状態になっている酸素リッチな溶液に帰着する。この環境は、有機不純物を処理する際に、特に有利である。
【００２６】
陰極性の第１の電極装置が好適であるもう一つの理由は、ほとんどの無機汚染物質が陽イオン性（とりわけ金属イオン）だということである。これは、陽イオンがカソードまで移動することになり、そこで陽イオンに半電池反応及び／又は塩としての沈殿が起こる可能性があることを意味する。この反応及び沈殿は、溶液から汚染物質を除去することができる。
【００２７】
更に、共通電極材料の安定性は、陽極性条件下よりも陰極性条件下の方が高い。陽極性条件下では、多くの共通電極金属は酸化（ガルバニック腐食）を受け易くなるであろう。酸化が起こると、水は陽極金属の水酸化物で一層汚れることになるであろう。したがって、第１の電極装置が陽極性である場合に、白金等の耐酸化性材料でそれを作製することが好ましい。
【００２８】
いくつかの実施形態において、電極の極性を反転することができる。例えば、第１の電極装置が陰極性であり、第２の電極装置が陽極性である場合に、電極を定期的に清浄する目的で少なくとも一時的に電極の極性を反転し、電気分解時に電極上に堆積した物質、例えば金属塩、を除去することができる。
【００２９】
電流が電極を通過する際に、水の中に電界が構築される。この電流は、極性の反転を要する一部の用途ではＡＣ電流が使用される場合もあるが、通常はＤＣである。電界は、次のプロセスの一方又は両方を実施するのに十分なだけの強度及び継続時間を有する必要がある。
（ｉ）水から無機不純物を分離するのを助けるために、それらの集積を局所化すること。
（ii）水を電離して、有機不純物及び／又は無機不純物を処理するための溶存酸素種及び溶存水素種を生成すること。
電界の強度に影響を及ぼす要因の例として、処理される水の容積及び電極装置、特に第１の電極装置、の数量と大きさが挙げられる。
【００３０】
不純物が無機物、特に金属イオン等の無機イオン、である場合に、それらを除去するメカニズムは、プロセス（ｉ）を含む可能性が高いであろう。無機不純物の局所的集積は、溶液中のイオン性不純物がそれぞれ反対電荷の電極に移動することによって起こる。したがって、第１の電極装置が陰極性である場合に、陽イオン不純物はそこに引き寄せられる。その不純物はそこで還元され且つ／又は溶液中の陰イオン種とでおそらく塩を形成するであろう。同様に、陰イオン不純物は、水収容手段の内面に引き寄せられる。したがって、これらの無機不純物は電極及び水収容手段の内面に集積され、中間領域では不純物が比較的取り除かれた形で水が残り、その水を取り出して使用することができる。
【００３１】
電界も、通常は、上記に追加的に又は上記に代えて水の電離を起こすのに十分なだけの強度及び継続時間を有しており、プロセス（ii）に従って、水の中に溶存酸素及び溶存水素を生成する。このメカニズムは、一部の無機不純物のみならず、有機不純物の除去についても、大きく関与している。全体の反応は、下記の通りである。
２Ｈ２Ｏ（ｌ）→２Ｈ２（ｇ）＋Ｏ２（ｇ）
【００３２】
半電池反応は、水のｐＨに応じて、下記のようになっている。
アルカリ性（例えばｐＨ＝８）
陰極反応：
２Ｈ２Ｏ（ｌ）＋２ｅ−→Ｈ２（ｇ）＋２ＯＨ−（ａｑ）
陽極反応：
４ＯＨ−（ａｑ）→Ｏ２（ｇ）＋２Ｈ２Ｏ（ｌ）＋４ｅ−
酸性（例えばｐＨ＝６）
陽極反応：
２Ｈ２Ｏ（ｌ）→Ｏ２（ｇ）＋４Ｈ＋（ａｑ）＋４ｅ−
陰極反応：
２Ｈ＋（ａｑ）＋２ｅ−→Ｈ２（ｇ）
【００３３】
しかし、前に述べたように、水の中で物理的に非接触状態の第２の電極装置に対する半電池反応は、完了には進まない。
【００３４】
典型的には、第２の電極装置は陽極性であろう。これは、上記陽極反応に対する水中の電流密度が不十分であり、ガス状になるには不十分な濃度で酸素が発生することを意味する。酸素はむしろ、溶液中に溶解される。溶存酸素は、好気性微生物の呼吸及び成長を速めるのを支援する。これは、有機汚染物質及び／又は無機汚染物質から成る栄養分のより迅速な生物学的消化をもたらす。汚染物質がひとたび消化されれば、溶液のＢＯＤは減少し、これらの好気性微生物は自然に死滅する。
【００３５】
本発明のプロセスは、汚水の悪臭を、特にこの悪臭が嫌気性微生物の呼吸に関連する場合に、有利に低減する。
【００３６】
逆に、第２の電極装置が陰極性である場合は、陰極性半電池反応は、気相として放出されるには不十分な濃度で水素を生成し、溶液中で水素はおそらく過飽和になっているであろう。溶存水素は、溶液から硝酸塩を除去するのを支援する溶液中の水素酸化脱窒細菌（ＨＯＤ）によって摂取される。
【００３７】
Ｃｌ２、Ｎ２といった他の気相化学種の溶液中の濃度も、これらのガスを生成する関連の半電池反応が進行可能かどうかに応じて、同様の態様で制御することができる。
【００３８】
通常は、本発明の方法の期間中に、（ｉ）と（ii）の両方のプロセスが起こることになる。但し、水の中に存在する有機不純物及び無機不純物の相対的な量に応じて、一方が支配的になる場合がある。
【００３９】
更に、本発明は、本発明の電解法及びシステムで使用できる電極装置も提供する。この電極装置は、本発明の方法における第１の電極装置としての、即ち、処理される水と接触するような形での、使用が意図されていることが好ましい。電極装置は、非導電性筐体と、この筐体内に配置された１つ又は複数の電極と、を具備する。この筐体は、好ましくはプラスチック材料、より好ましくはポリ塩化ビニル、で作製された１つ又は複数の管体を具備することが好ましい。筐体は、好ましくは穿孔がなく、実質的に中実の壁を有する。このような壁は、電極の汚染を最小限に抑えるという利点を有する。
【００４０】
上記１つ又は複数の電極は、棒材であることが好ましく、中実であってもよければ中空であってもよい。この棒材は、ステンレス鋼で作製されることがより好ましい。
【００４１】
上記１つ又は複数の電極は、該当の管体内で実質的に同軸に配置されることがより好ましい。
【００４２】
更に、電極装置は、上記筐体内の入口及び出口であって、上記１つ又は複数の電極と接触するような形で不純物含有水にその筐体を通過させるための入口及び出口と、上記１つ又は複数の電極を電源装置に接続するための手段と、を具備する。
【００４３】
好適な実施形態において、上記１つ又は複数の電極は、開放端部を有する該当の管体内に装着される。この開放端部は、水の入口又は出口のいずれかとして機能する。管体の開放端部は、電極上のイオン性堆積物を最小限に抑えるのに十分な量だけ、電極を越えて延在する。電極の第１の端部は電源装置に接続するように適合され、上記該当の管体の開放端部は電極の第２の自由端部を越えて延在することが好ましい。
【００４４】
発明者は、電極の自由端部を管体の開放端部から遠ざけることによって、電極上のイオン性堆積物によって引き起こされる汚染の量を低減でき、ひいては電極を通過する水流が妨害される可能性を最小限に抑えることができることを見出した。発明者は、管体の直径の最大４倍、好ましくは直径の０．５〜４倍、の量だけ電極から管体の開放端部を離したときに最適の成果が得られることも見出した。理論による制約を望むものではないが、管体の開放端部から電極を遠ざけることによって、管体内部の電流流跡線がより収束し、その結果、管体の外側に比べてより集中化した電界が管体内部にもたらされると考えている。このような事情で、イオン性堆積物は、電極上ではなく、管体外面上に生じる傾向にある。
【００４５】
管体の開放端部から自由電極端部を遠ざけることの更に別の有利な効果は、収束された電界によって、最大７０〜８０％の如く、電力要件が大幅に低減することである。例えば、管体が１００ｍｍの直径を有し、電極の自由端部が管体の開放端部から約１００ｍｍ離して隔置される場合に、電流要件は、約２５０ｍＡから５０ｍＡに低減される。
【００４６】
電極装置は、筐体を通過する反応性流体、好ましくは酸化体を含有する反応性流体、の流れを取り込む手段を更に具備していることが好ましい。反応性流体の流れを取り込む手段は、ガスの供給源に接続するための開口を備えていることが好ましい。このガスは、本発明との関連で有用な任意のガスとすることができるが、空気又は他の酸化ガスであることが好ましい。圧縮空気の供給源に接続して空気揚水ポンプを形成するように、電極装置を適合させることができる。
【００４７】
一実施形態において、反応性流体の流れを取り込む手段は、空気のマイクロバブルを含有する曝気水の供給源に接続するための開口を備えている。
【００４８】
電極装置は、ガス拡散手段を更に具備することができる。このガス拡散手段は、酸化ガスの供給源と連通するときにはその供給源の下流となり、且つ電極の上流であるように配設された１つ又は複数の基体を具備することが好ましい。上記１つ又は複数の基体は、水の中に含有された酸化ガスと接触したときに微細なバブル（以降、「マイクロバブル」と呼ぶ）を形成するための核形成部位を提供するように構成され、配設されていることが好ましい。したがって、酸化ガスが基体を通過するとともにその周囲を流れるときに、核形成部位上に酸化ガスのマイクロバブルが発生する。
【００４９】
ガス拡散手段は、非導電性筐体の内面から垂れ下がる１つ又は複数の帯を具備することが好ましい。各帯は、マイクロバブルを上に形成するための上記１つ又は複数の基体を具備する。各帯は、通過する水の流れを妨げないような形で筐体内部に配置されることが好ましい。各帯は、実質的に水流の方向に延在することが好ましい。更に好ましくは、複数の帯が、筐体の内面から垂れ下がっている。これらの帯それぞれを一方の端部で固着し、自由端部は下流方向に延在させておくことが好ましい。
【００５０】
更に好ましくは、帯は、筐体内面の周囲に配置される。更に好ましくは、帯は、少なくとも１つの螺旋パターンで内面周囲に配置される。
【００５１】
帯は、メンブレン式散気器と同様の態様で、ガス拡散機能を発揮することができる。但し、メンブレン式散気器とは異なり、帯には、メンブレン上に薄膜が沈着することが原因で水流を封鎖せしめる傾向があるという不利益はない。
【００５２】
帯は、筐体の壁に設けられた該当の穴に装着されることが好ましい。この実施形態において、各帯は、それぞれをその穴に係止する拡大端部を具備している。筐体は、そこを流れる水の漏出を防止するために、各穴と帯の拡大端部との間に封水手段を更に具備していることが好ましい。筐体は、穴及び拡大端部の各組み合わせを密封するように被覆する外側密封スリーブを具備することができる。
【００５３】
更に、本発明は、例えば本発明の方法及びシステムでの使用に適すると思われるガス拡散装置も提供する。かかるガス拡散装置は、独立して使用することもできれば、本発明の電極装置と一緒に使用することもできる。このガス拡散装置は、ガス含有水を通すための入口及び出口を有する拡散器筐体を具備する。このガスは、典型的には空気又は酸素といった酸化ガスであろう。この装置は、１つ又は複数の基体を更に具備する。この基体は、水が接触したときにガスのマイクロバブルを形成するための核形成部位を提供する。
【００５４】
ガス拡散装置は、もし配設されているとすれば、通常は本発明の電極装置の上流側に配設されることになり、電極装置に進入する酸化ガスのバブルを数量的に増やすとともに寸法的に小さくする目的で、水流の経路内に配設される。
【００５５】
拡散器筐体は、通常は酸化ガスの供給源に接続可能になっている。酸化ガスは、好ましくは水入口の近くで拡散器筐体に進入し、そこで水と混じってバブルを形成するか又は溶液中に溶解する。基体は、拡散器筐体の内面から垂れ下がる１つ又は複数の帯によって提供されることが好ましい。各帯は、通過する水の流れを妨げないような形で筐体内部に配置されることが好ましい。各帯は、実質的に水流の方向に延在することが好ましい。更に好ましくは、複数の帯が、筐体の内面から垂れ下がっている。これらの帯それぞれを一方の端部で固着し、自由端部は下流方向に延在させておくことが好ましい。
【００５６】
更に好ましくは、帯は、筐体内面の周囲に配置される。更に好ましくは、帯は、少なくとも１つの螺旋パターンで内面周囲に配置される。
【００５７】
帯は、メンブレン式散気器と同様の態様で、ガス拡散機能を発揮することができる。但し、メンブレン式散気器とは異なり、帯には、メンブレン上に薄膜が沈着することが原因で水流を封鎖せしめる傾向があるという不利益はない。
【００５８】
帯は、筐体の壁に設けられた該当の穴に装着されることが好ましい。この実施形態において、各帯は、それぞれをその穴に係止する拡大端部を具備している。筐体は、そこを流れる水の漏出を防止するために、各穴と帯の拡大端部との間に封水手段を更に具備していることが好ましい。筐体は、穴及び拡大端部の各組み合わせを密封するように被覆する外側密封スリーブを具備することができる。
【００５９】
電極装置の一実施形態は、電極の表面積を増大させる手段を具備する。このような表面積の増大化は、渦巻き状若しくは他の方法で回旋状にした電極を使用すること及び／又は１つ又は複数の導電性部材を電極に取り付け若しくは組み込むこと、等の当業者に知られた任意の手段によって達成することができる。簡易な実施形態では、１つ又は複数の実質的に平坦な部材が、棒状電極に取り付けられる。取り付け箇所は、通常は水没される任意の箇所とすることができ、この電極の末端部位若しくは末端部上であってもよければ、電極の長さに沿った任意の箇所であってもよい。この導電性部材は、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形、及び卵型を含む任意の形状とすることができる。但し、上記１つ又は複数の導電性部材は、典型的には中央に配置された窓を有する実質的に円盤状の部材であり、この円盤は、電極棒材上を滑らせて嵌め込まれる。当然、この部材と棒状電極との間の導電手段は確保されており、したがって、この導電性部材は、本質的にこの電極の一部になる。場合によっては、電気的導通は、棒材に導電性部材をはんだ付け又は溶接することによって提供される。他の場合に、円盤の棒材への嵌入は、導電性を確保する特別な手段を要しない程度に十分に固いであろう。一実施形態において、電極の表面積を増大させる手段を具備する電極装置は、空気揚水筐体内に配置される。理論による制約を望むものではないが、空気揚水で電子の活動が増大し、そのことが、酸素ラジカルのレベルを上昇させるのであろう。発生されるラジカル（１つ又は複数）の化学種が、存在する溶剤（１つ又は複数）の化学種に応じて異なり、用いられるガス（１つ又は複数）の化学種にも応じて異なることは、当業者であれば理解するであろう。そのため、本発明は、空気と水との間の電解反応による酸素ラジカルの生成に限定されるものと解されるべきではない。更に、電流線を、導電性部材と空気揚水筐体底部との間に集中させることができる。したがって、この電流線の結果として溶質は結晶化することができ、これによって電極上に堆積物が生じる。場合によっては、これらの堆積物は、鍾乳石又は石筍の外観を有し、電極表面積を一層増加させるように機能して、ひいては拡散及び電子の可用性を促進する。更に、電流線は、陰イオンのスピン運動も引き起こすことができ、水クラスタを介したラジカルの分散及び露出を更に促進する。
【００６０】
空気揚水筐体に関して、電極表面積を増大させる上記の手段は、十分なプロセス効率を維持するために、筐体を通過する流動をあまり妨げるべきではないことは、当業者であれば理解するであろう。例えば、そこでは、導電性部材は筐体の壁まで延在しないのがよい。上記は、筐体の直径又は断面形状よりも小さな直径又は断面形状を有し、したがって水が周囲を流れることができる部材を使用することによって達成することができる。好適な代替例は、筐体の直径と同一又はほぼ同等の直径を有する実質的に円形で平坦な部材を用いることである。この場合、その部材は、部材表面上の１つ又は複数の線に沿って屈曲される。円盤の形態を成す例示的部材を、図９ｂ及び図９ｃに示す。円盤が直径（ｄ）を有する一実施形態において、円盤は、中心から約０．５ｄの線に沿って屈曲される。この折り曲げは、円盤平面に対して任意の角度で行うことができるが、４５度〜９０度の角度であることが好ましい。典型的には、折り曲げは９０度で行われる。折り曲げは、任意の向きに行うことができるが、典型的には、意図した水流の向きである。
【００６１】
空気揚水筐体を通過する適度な流量を可能にする任意の態様で、電極棒材に沿って導電性部材を配置することができる。例えば、水流の妨げを最小限に抑えるように、この部材を交互交替的にしてもよければ穴を開けてもよく、傾けてもよい。導電性部材が図９に示すような屈曲円盤である場合、各傾斜表面が上方又は下方の円盤上の傾斜表面に対して実質的に対向するような形で、電極棒材に沿って各円盤が配置される（図１０参照）。
【００６２】
本明細書に記載の電極配列体は、ガス拡散及び／又は酸素レドックスを増大させることができるが、更なる利点は、空気揚水の電力レベルを参照することによって、溶存酸素レベルを決定することができることである。この場合、空気揚水筐体内に電極が配置される（図１０参照）。
【００６３】
電解法の期間中に外部の供給源から酸化体を導入すれば、酸素等の酸化体が溶液に溶解する溶解性は、特に第１の電極装置が陰極性である場合に、大幅に高まる。導入された酸素は、電気分解中に生成された溶存酸素と共に、酸素で過飽和状態の溶液をもたらすことができる。活性酸素種、オキシアニオン、及びフリーラジカルを生成することが好まれている。例えば、下記の反応の内の１つによって過酸化水素を発生することができる。
【００６４】
アルカリ性の条件下で（例えばｐＨ＝８）
２Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ−＋Ｏ２→３Ｈ２Ｏ２＋２ｅ−
【００６５】
酸性の条件下で（例えばｐＨ＝６）
Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ２
【００６６】
過酸化水素及び他の活性酸素種は、病原性微小生物体の数量を低減するのを支援する。特に、過剰酸素及び活性酸素種は、大腸菌等の嫌気性病原体の繁殖を抑制する働きをする。大腸菌は、好気性条件下で生き抜くことができるが、より攻撃的で支配的な好気菌が存在するときには食料源となる。
【００６７】
本発明の電極装置は、廃水処理に、特に導入された酸化体の存在下で、特に有用である。より詳細には、電極装置は、下水処理システム等の網状の廃水処理システムに使用される際に、本発明の方法の第１の電極装置としての使用に適用可能である。網状の廃水処理システムは、水の浄化を段階的に行うための多数の小室を具備するシステムであることが好ましい。かかる小室は、典型的には、一次小室又は嫌気性小室、二次小室又は好気性小室、及び三次小室又は清浄化小室を具備する。本発明の電極装置は、これらの小室の内の少なくとも１つの小室、好ましくは一次（嫌気性）小室を除く全ての小室、に設けることができる。電極装置は、導入された酸化体、好ましくは酸素、と一緒に用いられることが好ましい。酸素は、廃水を曝気することにより都合よく導入されるが、酸素ガスとして導入される場合もある。或いは、他の酸化体、好ましくはＮＯ、オゾン、又はこれらがイオン化したもの、等の酸化ガス、が代わりに導入される場合がある。本明細書の他の箇所で述べているように、使用時に電極及びガス拡散器の両方の働きをすることができるような形に、電極装置を構成することができる。両方の能力を有する装置を使用すれば、ガス拡散レベル又は酸素レドックスレベルが上昇することが分っている。酸素レドックスレベルの上昇は、処理下の溶液中の酸素ラジカル（１つ又は複数）のレベルが上昇した結果であろう。即ち、酸素レドックスレベルの上昇は、酸素ラジカル（１つ又は複数）のレベルが上昇したときに現れるであろう。場合によっては、電極及びガス拡散器の両方の能力を有する装置を使用することで、ガス拡散レベル及び酸素レドックスレベルが上昇する。上記の装置を使用することで更に、上記の利点に加えて又は上記の利点に代えて、流量に全く又は少ししか影響を与えずにガス拡散レベル及び／又は酸素レドックスレベルを上昇させることも可能である。
【００６８】
或いは、酸化体は、前に説明したようなガス拡散器から得られる酸化体含有水等の酸化体含有水、好ましくは空気のマイクロバブルを含有する水、の形態で電極装置に導入される。
【００６９】
網状の廃水システムの１つの小室から次の小室へ水を移送することは、ガスポンプ、より好ましくは空気揚水ポンプとして構成された空気ポンプ、によって実施されることが好ましい。このようにして、空気ポンプは、小室間で水を移動させる手段の他に簡単で低コストの酸化体供給源も提供することができる。各電極装置は、空気ポンプからの空気の流れを取り込むための開口を具備していることが好ましい。これらの電極装置は、１つの管体の出口から隣接する管体の入口に水が流れるように、相互に流体連通して接続されることが好ましい。
【００７０】
したがって、本発明は、下記の重要な諸利点の内の１つ又は複数の利点を達成することを可能にする。
１．無機不純物、とりわけイオン性不純物、の集積を効率的に局所化すること。
２．栄養分を消化させるのに望ましい微生物の成長を支援する気相、とりわけ酸素、の溶解性を増大させること。
３．水と接触させないことによって第２の電極の腐食を低減すること。
４．単一のプロセス及びシステムで有機不純物と無機不純物の両方を処理する能力。
５．発明者らは更に、本発明の電極装置の使用に併用させた曝気によって、曝気だけの場合に比べて大幅に上昇した酸素化レベルが達成されることも見出した。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の方法及びシステムの第１の実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の方法及びシステムの第２の実施形態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の方法及びシステムの第３の実施形態を示す概略断面図である。
【図４】本発明の方法及びシステムの第４の実施形態を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第１の電極装置の第１の好適な実施形態の一部切欠斜視図である。
【図６】本発明の第１の電極装置の第２の好適な実施形態を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第１の電極装置の第３の好適な実施形態を示す概略断面図である。
【図８ａ】本発明の第１の電極装置の第４の好適な実施形態の一部切欠斜視図である。
【図８ｂ】本発明の第１の電極装置の第４の好適な実施形態の一部切欠斜視図である。
【図９ａ】電極表面積を増大させるために用いられる円盤の平面図である。円盤を横切る線は屈曲線である。
【図９ｂ】図９ａに示す円盤を屈曲線に沿って９０度の角度で屈曲した後の平面図である。
【図９ｃ】図９ｂに示す円盤の断面側面図である。各円盤の中央の窓は、矢印で表示している。
【図１０】図９ｂ及び図９ｃの円盤が中央棒状電極の長さに沿って多数配置されている電極の概略断面図である。電極は、空気揚水筐体の中に組み込まれている。
【発明を実施するための形態】
【００７２】
下掲の付属図面を参照して、本発明を以下、より詳細に説明する。
【００７３】
図面についての以下の説明において、類似の参照番号は類似の要素を示す。図１は、本発明の方法及びシステムの第１の実施形態の概略断面図１０を示す。この実施形態は、湖、池、又は貯水槽といった自然の水塊１２の中の不純物を処理するのに用いられる。実質的に平坦な陰極（例えばメッシュ又はプレート）１４を具備する第１の電極装置は、水塊１２の中に浸漬され、水塊１２内の一定領域を覆っている。陽極棒材１６を具備する第２の電極装置は、水塊１２を包囲する大地１８に埋設されている。大地１８は、水塊１２用の水収容手段として有効に機能する。実質的に平坦な陰極１４及び陽極棒材１６は、ＤＣ電圧供給源２０を具備する電源装置の負端子及び正端子にそれぞれ接続されている。ＤＣ電圧供給源２０は可調節になっていて、０Ｖ〜−１００Ｖの電圧を提供するようになっており、それによって、電流流跡線２２で示される電界が水塊１２及び周辺大地１８に発生する。電圧が調節されて、最終的に、次のプロセスの一方又は両方を実施するのに十分な強度及び継続時間の電界が実現される。
（ｉ）水から無機不純物を分離するのを助けるために、それらの集積を局所化すること。
（ii）水を電離して、有機不純物及び／又は無機不純物を処理するための溶存酸素種及び溶存水素種を生成すること。
【００７４】
本発明の方法及びシステムの第２、第３、及び第４の実施形態をそれぞれ図解する図２、図３、及び図４についての以下の説明では、第１の実施形態のものとは異なるこれら実施形態の特徴に焦点を合わせて論じることにする。
【００７５】
図２では、導電性の容器１２４を具備する水収容手段の中に水塊１１２が入れられている。したがって、電流流跡線１２２は、電源装置１２０から埋設された陽極１１６、大地１１８、導電性容器１２４の壁を経由して水塊１１２に進入し、次いで、浸漬された実質的に平坦な陰極１１４に進んで電源装置１２０に戻る。
【００７６】
図３は変形例を示している。同図において、第１の電極装置は、非導電性筐体２２８内部に陰極２２６を具備した、浸漬状態の陰極性装置２１４である。後で行う図５の論述において、陰極装置２１４をより詳細に説明する。
【００７７】
図４は、更に別の変形例を示している。同図において、第２の電極装置は、導電性の容器３２４の外壁内に設けられた陽極３１６を備えている。陽極３１６は、容器３２４の外壁の中に組み込まれた導電性のメッシュを備えている。外壁は、物理的には水と接触していない。したがって、電流流跡線３２２で表される電界は、完全に導電性容器３２４及び水塊３１２の内部にあるのであって、外方向に延伸して周辺の大地３１８まで及ぶことはない。
【００７８】
図５は、図３に関連して説明された電極装置２１４を一層詳細に示している。電極装置２１４は、ステンレス鋼の棒状電極２２６を中に収容する非導電性筐体２２８を具備する。この非導電性筐体２２８は、ポリ塩化ビニルで構成されるとともに、ＰＶＣの管体２３０を具備する本体を具備しており（一部が切り欠かれて図５に示されている）、同じくＰＶＣで作られた流出導管２３２は、そこから横方向に延伸している。
【００７９】
ＰＶＣ管体２３０の上方端部には、装着キャップ２３４が設けられている。電極２２６の端部２３６は、このキャップを貫通して延在するとともに、ナット２３８によってそこに装着されている。電極端部２３６とナット２３８は一体的に端子を形成しており、そこに電気ケーブル２４０を取り付けて電源装置２２０との接続を行うことができる。
【００８０】
ＰＶＣ管体２３０の下方開放端部には、水塊２１２からの不純物含有水がそこから電極装置２１４に入る入口２４２が設けられている。
【００８１】
流出導管２３２の端部には出口２４４が設けられており、水は処理を受けた後、そこを通って電極装置から出て行く。
【００８２】
電極装置は、符号２４８で模式的に示す圧縮空気ポンプに接続するための開口２４６を含む酸化体の流れ取り込み用の手段を更に具備している。空気ポンプ２４８は、空気揚水ポンプとして動作するように構成されており、汚水が、入口２４２からＰＶＣ管体２３０を通り、そこで電極に接触しながら流出導管２３２の外に移動するのを支援する。加えて、空気ポンプ２４８によって酸素を導入することは、電解プロセスによって生成される溶存酸素のレベルを高め、溶液中でおそらく酸素の過飽和をもたらすであろう。かかる化学的環境は、微生物の呼吸及び成長を速め、有機不純物及び／又は無機不純物を含む栄養分の消化能力を高める。
【００８３】
更に、この電解プロセスはイオンの電極への移動をもたらし（この場合、電極が電源供給手段の負端子に接続されているときは陽イオン）、そこでこれらのイオンは酸化又は還元され、且つ／又は溶液に陰イオンが存在する状態で結晶格子を形成する。
【００８４】
本発明の第２、第３、及び第４の電極装置をそれぞれ図解する図６、図７、及び図８についての以下の説明では、電極装置の第１の実施形態のものとは異なるこれら実施形態の特徴に焦点を合わせて論じることにする。
【００８５】
図６は、電極装置４１４の別の実施形態を示す。この電極装置は、２つの小室４６２，４６４間を分離する壁４６０を、水塊４１２内で横切って延在する。
【００８６】
電極装置４１４は、個別の第１の電極４２６ａ，ｂが中に設けられた筐体４２８を備えている。これら第１の電極は、第１のＰＶＣ管体及び第２のＰＶＣ管体４３０ａ，ｂそれぞれの中に実質的に同軸状に装着されている。ＰＶＣ管体４３０ａ，ｂは、やはりＰＶＣ管体を含んで構成された、分離壁４６０を貫通する架橋コンポーネント４６６によって、上方近位端部付近で互いに連結されている。
【００８７】
汚水の流れは、第１のＰＶＣ管体４３０ａの下方遠位端部に位置する第１の入口４４２ａを介して電極装置４１４に進入する。この水の流れは、点線４６８で表される経路を辿り、第１の電極４２６ａの周囲を移動しながら通過し、第１の出口４４４ａを経由して架橋コンポーネント４６６に進入する。次いで、流れは、第２のＰＶＣ管体４３０ｂの上方近位端部に位置する第２の入口４４２ｂに入り、第２の電極４２６ｂの周囲を流れながら通過し、第２のＰＶＣ管体４３０ｂの下方遠位端部に位置する第２の出口４４ｂを通って流出する。
【００８８】
図６に示す構成は、水が処理されているときの再循環を促進し、それによって溶存酸素に対する不純物の露出を最大化し、ひいては浄化の効率を高める。
【００８９】
次に図７について説明する。同図には、非導電性筐体５２８内部に螺旋又は渦巻き状の電極５２６が設けられた電極装置５１４が示されている。非導電性筐体５２８は、筐体５２８の下方端部に位置する入口５４２と、それの上方端部に位置する出口５４４と、を具備する。入口５４２に隣接して開口５４６が設けられており、全体として５４８で表される圧縮空気の供給源に接続される。螺旋電極５２６は汚水と接触する比較的大きな表面積を有し、それによって電極の影響に対する不純物の露出を最大化している。
【００９０】
図８ａ及び図８ｂは、本発明の電極装置の第４の実施形態を示す。非導電性筐体６２８と、電極と、を具備する電極装置６１４が示されているが、この電極は上方端部６３６だけが見えている。非導電性筐体６２８は、筐体６２８の下方端部に位置する入口６４２と、それの上方端部に位置する出口６４４と、を具備する。
【００９１】
圧縮空気の供給源６４８は、圧縮空気管体６４９を介して、分散小室６４７を具備する開口６４６で非導電性筐体に接続されている。この小室は、合算した断面積が圧縮空気管体６４９の断面積より小さい多数の穴（図示せず）で構成されている。
【００９２】
更に、電極装置６１４は、全体として符号６７０で表されるガス拡散手段も具備する。このガス拡散手段は、マイクロバブルを上に形成するための多数の基体６７２を具備する。基体６７２は、非導電性筐体内部で実質的に軸方向に延在する複数のプラスチックの帯６７４の表面を構成する。各プラスチックの帯６７４は、拡大されたそれの一方の端部６７６によって、非導電性筐体６２８の壁の中に設けられた該当の穴６７８に係止される。穴６７８は、非導電性筐体６２８の周囲に実質的に螺旋パターンで配置されている。帯６７４は、係止された拡大端部６７６から実質的に下流方向に延在するように構成されている。
【００９３】
図８ｂは、各穴６７８とその中に挿着されたプラスチックの帯６７４の拡大端部との間を封着する目的で、非導電性筐体６２８の外面に装備された密封スリーブ６８０を具備する電極装置６１４を示す。密封スリーブ６８０は、水密封着を確保するために、縮められて非導電性筐体６２８に嵌着されている。
【００９４】
第４の実施形態６１４を使用する際に、空気が、バブルの流れとして、分散小室６４７を介して、入口６４２から流れて来る汚水に導入される。結果的に非導電性筐体６２８内の水の密度が下がると、この曝気水は、上昇するとともに更なる水を入口６４２に引き込む。曝気水は、上昇するときにガス拡散手段６７０を通過する。そこでは、上記の空気バブルが基体上の核形成部位と協働して、マイクロバブルを形成する。マイクロバブルを含有する水は、単に曝気を受けただけの水に比べて、遥かに高い溶存酸素レベルを呈する。溶存酸素のレベルは、電極端部６３６下方に延在する電極での電解による酸素の生成によって、一層高めることができる。
【００９５】
図９ａ，図９ｂ及び図９ｃは、導電性部材（直径１０３ｍｍの円盤）を示す。この部材は、表面積を増加させる目的で、本明細書に記載の任意の電極に嵌合することができる。この実施形態において、屈曲線は、円盤の中心から２６．５ｍｍである。矢印は、各円盤の中央装着窓の位置を示している。
【００９６】
図１０は、（図９ｂ及び９ｃに示すような）導電性部材７０２を多数嵌合させた棒状電極７００を示す。この電極は、密閉蓋７０６と、空気ライン入力部７０８と、取水部７１０と、水／空気流出部７１２と、を有する空気揚水筐体７０４の中に配置されている。水は取水部７１０に入り、入力ライン７０８によって導入された空気と一緒に拡散される。この水と空気との混合体は、上方向に、電極７００及び導電性部材７０２の周りを通って移動する。これらの導電性部材は、屈曲領域がこの棒状電極に付設されている上方及び下方の部材と対向する部材となるような形で配置されている。より回旋状の態様で筐体を上がって通過する経路を水及び空気に進ませる必要があることは明らかであるものの、導電性部材は、流量が大幅に妨げられないような形で設計されるとともに配置されている。
【００９７】
下記の非限定的実施例を参照して、本発明を以下に更に詳細に説明する。
【実施例】
【００９８】
［実施例１：網状の廃水の取り扱い］
本発明の電解処理法に従って、２種類の網状の廃水システムが取り扱われた。各システムは、図６に例示されているように、隣接する小室間に電極装置を備えていた。
【００９９】
システム１では、テスト期間全体にわたって空気揚水ポンプを介して空気を導入することにより、廃水は追加的に処理された。システム２の廃水は最初に曝気され、その後曝気は停止された。
【０１００】
各システムの水は、約５ヶ月隔てて、２回解析された。水は、提示のＡＰＨＡ  Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (20th Ed) 1998を用いて、下記の品質項目について解析された。
生物化学的酸素消費量  ＡＰＨＡ  ５２１０Ｂ
総懸濁物質  ＡＰＨＡ  ２５４０Ｄ
溶存酸素  ＡＰＨＡ  ４５００−ＯＣ
【０１０１】
解析結果は下記の通りである。
【０１０２】
【表１】
2011511709.tif 000003
【０１０３】
２５℃、圧力１ａｔｍにおける酸素の水溶性が４０ｍｇ／Ｌであることから、溶存酸素レベルは特に興味深い。通常の組成の空気では、酸素分圧は０．２ａｔｍである。この結果、曝気手段だけの場合に、溶解性は最大で４０×０．２＝８ｍｇ／Ｌということになる。（２０℃、海抜０ｍの高さで、機械的曝気による最大達成可能溶存酸素は９．１８ｍｇ／Ｌである。）
【０１０４】
これらの結果は、どちらのシステムでも、この最大レベル付近又はそれ以上のレベルで溶存酸素が維持されていることを示している。
【０１０５】
テスト期間全体にわたる連続的曝気を含むシステム１において、水は、後の測定日に、上記の結果の他に低減されたＢＯＤ値及び低減されたＴＳＳ値を明らかに呈している。
【０１０６】
［実施例２：網状の廃水の取り扱い（２）］
本発明の方法に従って、ある網状の廃水システムが取り扱われた。空気揚水ポンプ循環の構成の６０Ｗのコンプレッサを用いて２ヶ月間連続して曝気を行った後で、各好気性小室は、３〜５ｐｐｍの過酸化水素を示した。
【０１０７】
終わりにあたり、種々の他の変更及び／又は改変は、本明細書で概説した本発明の精神から逸脱することなく行い得るのであり、このことは理解されている必要がある。
【図１】
2011511709.tif 000004
【図２】
2011511709.tif 000005
【図３】
2011511709.tif 000006
【図４】
2011511709.tif 000007
【図５】
2011511709.tif 000008
【図６】
2011511709.tif 000009
【図７】
2011511709.tif 000010
【図８ａ】
2011511709.tif 000011
【図８ｂ】
2011511709.tif 000012
【図９Ａ】
2011511709.tif 000013
【図９Ｂ】
2011511709.tif 000014
【図９Ｃ】
2011511709.tif 000015
【図１０】
2011511709.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月23日(2009.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶存酸素含有量を増大させるために水を処理するための電解法であって、
（ａ）少なくとも１つの第１の電極装置に前記水を接触させることと、
（ｂ）非物理的で電気的な態様で前記水と接触する少なくとも１つの第２の電極装置を設けることと、
（ｃ）前記水に酸化体を導入することと、
（ｄ）水を電離して溶存酸素種及び溶存水素種を生成することを実施するのに十分な強度及び継続時間の電界を、前記水の中に構築するように、前記第２の電極装置と前記第１の電極装置との間に電流を通すことと、
を含む方法。
【請求項２】
前記水が、有機不純物及び／又は無機不純物を有しており、前記方法が、前記不純物を分離するのを助けるために、それらの集積を局所化する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
使用時に、前記第１の電極装置が陰極性であり、前記第２の電極装置が陽極性である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記水が、水盤、水槽、池、湖、川、パイプライン、貯水槽、又は廃水処理システムに、収容された、汚水等の、静止中又は流動中の汚水の、水塊から得られており、前記水塊が水収容手段に収容されている、上記請求項の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記水塊が、相互に流体連通した複数の小室を含んでいる、上記請求項の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の小室が、下水処理システムで使用されるような網状の廃水処理システムの一部である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記網状の廃水処理システムが、１つの小室から隣接する小室に水を移動させるのにガスポンプを利用しており、前記ガスポンプが、好ましくは空気揚水ポンプとして構成された空気ポンプである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記酸化体が、好ましくは前記水の曝気によって導入される酸素ガスである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記曝気が、前記第１の電極装置の所で又はその近傍で実施される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記曝気が、空気揚水ポンプによって実施される、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の電極装置が、大地と接触状態にあって、好ましくは前記水から遠く離れて接地棒を備えている、上記請求項の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の電極装置が、前記水収容手段の壁の少なくとも一部を構成している、請求項１〜１０の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の電極装置が、非導電性筐体を具備するとともに、その中に電極を具備し、前記筐体が、前記電極と接触するような形で中に水を流すための導管を提供している、上記請求項の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の電極装置が、前記水に浸漬された、電極メッシュ、棒材、又はプレートから選択される、請求項１〜１３の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記電流がＤＣである、上記請求項の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記無機不純物が、プロセス（ｉ）の間に、前記第１の電極装置、及び、前記水収容手段の内面に、集積される、陽イオン及び陰イオン、を含んでいる、請求項２〜１５の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
プロセス（ｉｉ）で生成される前記溶存酸素種が、有機不純物の生物学的消化を高め、プロセス（ｉｉ）で生成される前記溶存水素種が、生物学的脱窒を促進する、上記請求項の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
曝気及び／又はプロセス（ｉｉ）の間に導入された酸素が、溶液中で、過酸化水素及び超酸化物等の病原体を酸化するための活性酸素種を生成する反応を受ける、請求項８〜１７の内のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
非導電性筐体と、
前記筐体内に配置された１つ又は複数の電極と、
前記筐体内の入口及び出口であって、前記１つ又は複数の電極と接触するような形で水にその筐体を通過させるための入口及び出口と、
前記筐体を通過する酸化体の流れを取り込む手段と、
前記１つ又は複数の電極を電源装置に接続するための手段と、
を具備している電極装置。
【請求項２０】
前記１つ又は複数の電極がステンレス鋼で作製されている、請求項１９に記載の電極装置。
【請求項２１】
前記非導電性筐体が、好ましくはプラスチック材料で作製された、１つ又は複数の管体を具備している、請求項１９又は２０に記載の電極装置。
【請求項２２】
前記プラスチック材料が、ポリ塩化ビニルである、請求項２１に記載の電極装置。
【請求項２３】
前記１つ又は複数の電極が、好ましくは実質的に同軸の状態で、該当する管体内に設けられている、請求項２２に記載の電極装置。
【請求項２４】
前記酸化体の流れを取り込む手段が、酸化ガスの供給源に接続するための開口を備えている、請求項１９〜２３の内のいずれか１項に記載の電極装置。
【請求項２５】
前記開口が、圧縮ガスの供給源に接続して空気揚水ポンプを形成するようになっている、請求項２４に記載の電極装置。
【請求項２６】
１つの管体の前記出口から隣接する管体の前記入口に前記不純物含有水が流れるように、２つ以上の前記管体が相互に流体連通している、請求項２２〜２５の内のいずれか１項に記載の電極装置。
【請求項２７】
前記管体が直径ｄ及び開放端部を有し、前記管体開放端部が、最大４ｄ、好ましくは０．５ｄ〜４ｄ、の距離だけ前記電極を越えて延在している、請求項２３〜２６の内のいずれか１項に記載の電極装置。
【請求項２８】
前記１つ又は複数の電極の上流に配置されたガス拡散手段を更に具備し、前記ガス拡散手段が、前記酸化ガスのマイクロバブルを形成するための核形成部位を提供するように構成され且つ配設された１つ又は複数の基体を具備する、請求項２４〜２７の内のいずれか１項に記載の電極装置。
【請求項２９】
前記１つ又は複数の基体が、前記非導電性筐体の内面から垂れ下がり且つ略下流方向に延在する、複数の帯上に、設けられている、請求項２８に記載の電極装置。
【請求項３０】
前記１つ又は複数の電極の電極表面積を増大させる手段を具備する、請求項１９〜２９の内のいずれか１項に記載の電極装置。
【請求項３１】
前記電極表面積を増大させる前記手段が、前記１つ又は複数の電極に取り付けられ又はその中に組み込まれた１つ又は複数の導電性部材を具備している、請求項３０に記載の電極装置。
【請求項３２】
前記１つ又は複数の導電性部材が実質的に平坦である、請求項３０又は３１に記載の電極装置。
【請求項３３】
溶存酸素含有量を増大させるために水を処理するための電解法で使用するシステムであって、
（ａ）前記水と接触する少なくとも１つの第１の電極装置と、
（ｂ）非物理的で電気的な態様で前記水と接触する少なくとも１つの第２の電極装置と、
（ｃ）前記水に酸化体を導入する手段と、
（ｄ）水を電離して溶存酸素種及び溶存水素種を生成することを実施するのに十分な強度及び継続時間の電界を、前記水の中に構築する目的で、前記第１及び第２の電極装置と電気的に接続するための電源装置と、
を具備するシステム。
【請求項３４】
前記水が、有機不純物及び／又は無機不純物を有しており、前記システムが、前記不純物を分離するのを助けるために、それらの集積を局所化する、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記水が、水盤、水槽、池、湖、貯水槽、又は廃水処理システムに、収容された、汚水を、含んでいる、請求項３３又は３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記水が、相互に流体連通した複数の小室に入れられている、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記複数の小室が、下水処理システムで使用されるような網状の廃水処理システムの一部である、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記第１の電極装置が、
非導電性筐体と、
前記筐体内に配置された１つ又は複数の電極と、
前記筐体内の入口及び出口であって、前記１つ又は複数の電極と接触するような形で水にその筐体を通過させるための入口及び出口と、
前記１つ又は複数の電極を前記電源装置に接続するための手段と、
酸化体の流れを前記水塊に導入する手段であって、好ましくは空気揚水ポンプとして構成されたガスポンプと、
を具備している、請求項３３〜３７の内のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３９】
前記電極装置が、前記ガスポンプからの空気の流れを取り込むための開口を具備している、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
水が、複数の小室を具備する網状の廃水処理システムに収容され、前記小室それぞれに該当する電極装置が設けられ、隣接する電極装置それぞれの筐体が相互に流体連通しており、それにより、前記不純物含有水が、１つの筐体の前記出口から隣接する筐体の前記入口に流れる、請求項３３〜３９の内のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４１】
前記第１の電極装置の上流に配置されたガス拡散手段を更に具備し、前記ガス拡散手段が、前記酸化体のマイクロバブルを形成するための核形成部位を提供するように構成され且つ配設された１つ又は複数の基体を具備する、請求項３０〜４０の内のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４２】
前記ガス拡散手段が、拡散器筐体の内面から垂れ下がる複数の帯を有する拡散器筐体を具備し、各帯が、その上に、少なくとも１つの前記基体を有している、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記拡散器筐体が非導電性筐体である、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
請求項１９〜３２の内のいずれか１項に係る電極装置を具備する、請求項３３〜４３の内のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４５】
請求項１９〜３２の内のいずれか１項に係る電極装置を使用することを含む、請求項１〜１８の内のいずれか１項に記載の水の電解処理のための方法。
【請求項４６】
ガスを含有する水流を通すための入口及び出口を具備した、拡散器筐体と、
前記拡散器筐体内の１つ又は複数の基体であって、前記酸化ガスのマイクロバブルを形成するための核形成部位を提供するように構成され且つ配設された１つ又は複数の基体と、
を具備するガス拡散装置。
【国際調査報告】
2011511709.tif 000017
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2011511709.tif 000019
2011511709.tif 000020
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