(57)【要約】【課題】構成が比較的簡易であり、また徒に大型化することなく、高濃度のオキシダント溶液を生成させることができるオキシダント溶液の生成装置を提供する。【解決手段】槽体１０の底部にスポンジ担体５が配置され、その上側ゾーンが多孔仕切り３によってアノード設置領域とカソード設置領域とに区画されている。アノード設置領域に複数のメッシュ状又はスパイラル状アノード１が配置され、その周囲に導電性粒状体４が充填されている。カソード２の周囲にはスポンジ担体５が充填されている。被処理水は槽体１０の底部から導入され、アノード１及び導電性粒状体４と接触することによりオキシダント溶液が生成する。【選択図】　図１
2004105779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
槽体と、
該槽体内に配置されたアノード及びカソードと、
該槽体内に水を流通させ、アノードの電解作用により生じたオキシダント溶液とカソードの電解作用により生じたカソード電解液とを別々に槽体外に取り出す手段と
を有するオキシダント溶液の生成装置において、
該アノードの周囲に、該アノードに導通するように導電性粒状体が配置されていることを特徴とするオキシダント溶液の生成装置。
【請求項２】
請求項１において、導電性粒状体は少なくとも表面の一部が遷移金属よりなることを特徴とするオキシダント溶液の生成装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、アノードが複数個設けられていることを特徴とするオキシダント溶液の生成装置。
【請求項４】
請求項３において、各アノードの電流又は電位を独立して制御する手段を備えたことを特徴とするオキシダント溶液の生成装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、該カソードの周囲に非導電性の粒状体を配置したことを特徴とするオキシダント溶液の生成装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、該槽体内が多数の開口を有した仕切り部材によってアノード設置領域とカソード設置領域とに区画されており、該アノード設置領域に前記導電性粒状体が充填されていることを特徴とするオキシダント溶液の生成装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、槽体から取り出したオキシダント溶液の一部を該槽体に戻す手段を備えたことを特徴とするオキシダント溶液の生成装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項において、該槽体から取り出すカソード電解液の量を調整する手段を備えたことを特徴とするオキシダント溶液の生成装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項において、アノードはメッシュ状又はスパイラル状であることを特徴とするオキシダント溶液の生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解処理によりオキシダント溶液を生成させるオキシダント溶液の生成装置に関するものである。このオキシダントとしては、上水処理、排水処理、環境修復処理などにおける水中有害物の酸化分解に用いる酸化剤や、衛生保持、医薬および食品関連分野、上下水処理、冷却水処理、紙パルプ水系などにおいて問題となる微生物を殺菌するために用いる酸化剤などが例示される。
【０００２】
【従来の技術】
水中有害物の酸化分解や殺菌処理においてオゾンや塩素などの酸化物（オキシダント）を用いるには、従来からは外部で生成あるいは合成し、それを被処理水に添加することが一般的であった。
【０００３】
近年では、運搬時の危険性回避や貯蔵時の環境管理作業の低減を目的として、使用現場においてオキシダントを発生させる装置も用いられるようになっており、例えば、食塩等の強電解質を含む溶液を電解してオキシダントを発生させ、被処理水にその場で添加する。
【０００４】
電解によってオキシダントを生成させる装置として、下記特許文献１，２に記載のものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８９６１２２号
【特許文献２】
特表平７−５０５４４１号公報
【０００６】
特許文献１の装置では、アノード、カソードの間にイオン透過性を有する隔膜を設置し、アノードからオキシダントを生成させる。
【０００７】
特許文献２の装置では、平板状のアノードとカソードとを所定間隙を介して対置させ、該間隙の一端側から水を流し、他端側からオキシダント溶液を取り出す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の装置では、隔膜を採用しており、コスト高になり易い。また、排水などの懸濁物を含む水溶液の電解では汚れ付着による性能低下が起こりやすい。
【０００９】
特許文献２の装置は、平板状のアノードとカソードとの間に水を流通させるものであるため、アノード、カソードと水の接触面積を大きくしてオキシダント濃度の高いオキシダント溶液を生成させる場合、装置が徒に長大になる。
【００１０】
本発明は、比較的簡易な構成でありながら、オキシダント濃度の高いオキシダント溶液を生成させることができるオキシダント溶液の生成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のオキシダント溶液の生成装置は、槽体と、該槽体内に配置されたアノード及びカソードと、該槽体内に水を流通させ、アノードの電解作用により生じたオキシダント溶液とカソードの電解作用により生じたカソード電解液とを別々に槽体外に取り出す手段とを有するオキシダント溶液の生成装置において、該アノードの周囲に、該アノードに導通するように導電性粒状体が配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
かかる本発明のオキシダント溶液の生成装置にあっては、アノードに導通した導電性粒状体が配置されているため、アノード電極面積が著しく大きい。また、導電性粒状体の存在により、アノード周囲での水の乱流化が促進される。このようなことから、装置を大型化することなく、オキシダント濃度の高い溶液を生成させることができる。また、この装置は、構成が比較的簡易である。
【００１３】
この導電性粒状体の少なくとも表面の一部を遷移金属とすることにより、オキシダント生成効率がさらに向上する。
【００１４】
本発明では、アノードを複数個配置し、これらのアノードの間に導電性粒状体を配材することにより、多数の導電性粒状体の全体に、十分な電流を通電したり、オキシダント生成に適した電位を印加することができる。この場合、各アノードの電流又は電位を独立して制御可能としてもよく、このようにすれば、槽体から取り出されるオキシダント溶液中のオキシダント濃度を容易に調整することができる。
【００１５】
本発明では、カソードの周囲に非導電性の粒状体を配置してもよく、このようにすれば、カソードに沿って流れる水の乱流化を促進させ、電解効率を向上させることができる。
【００１６】
本発明では、槽体内が多数の開口を有した仕切り部材によってアノード設置領域とカソード設置領域とに区画されており、該アノード設置領域に前記導電性粒状体が配置されている構成としてもよい。このようにすれば、導電性粒状体を確実にアノード周囲のアノード設置領域のみに配材することができる。
【００１７】
本発明では、槽体から流出したオキシダント溶液の一部を槽体に戻すようにしてもよい。このようにすれば、オキシダント濃度の高い溶液を槽体から取り出すことが可能となる。
【００１８】
本発明では、槽体から取り出すカソード電解液の量を調整する手段を設けてもよい。このようにカソード電解液の取出量を調整することにより、槽体内におけるカソード周囲のｐＨを制御することができ、アノードでの反応により生じるオキシダント生成量を調整することができる。
【００１９】
本発明では、アノードは、液との接触面積を大きくするために、メッシュ状又はスパイラル状とすることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は実施の形態に係るオキシダント溶液の生成装置の系統図であり、槽体については模式的な縦断面として図示してある。
【００２１】
槽体１０の下端部に被処理水の導入口が設けられ、該槽体１０の底部に、被処理水を槽体１０内に分散させるためのスポンジ担体５が充填されている。なお、槽体１０は、底部が下向きのテーパ状となっており、スポンジ担体５はこのテーパ状底部及びそれよりも若干上側のゾーンに充填されている。
【００２２】
このスポンジ担体５の充填ゾーンの上側においては、上下方向に延設された多孔仕切り３によって槽体１０内がアノード設置領域とカソード設置領域とに区画されている。このアノード設置領域に複数のアノード１が設置され、カソード設置領域にカソード２が設置されている。
【００２３】
アノード１及びカソード２はいずれも上下方向に延在している。
【００２４】
アノード設置領域にあっては、複数のアノード１間に多数の導電性粒状体４が充填されており、各導電性粒状体４はアノード１に導通している。
【００２５】
カソード設置領域にあっては、カソード２の周囲に多数の非導電性粒状体としてスポンジ担体５が充填されている。
【００２６】
アノード１とカソード２とに対し電源６から直流電圧が印加される。通電電流を検出するために電流計７が設けられている。
【００２７】
被処理水は、配管１７から導入用配管１８を介して槽体１０の下端に導入され、スポンジ担体５によって槽体２０の全体に分散される。カソード設置領域に流入した水の一部は、カソード２と接触して陰極還元作用を受け、カソード電解液として配管１１より取り出される。
【００２８】
アノード設置領域に流入した水の多くは、アノード１及び導電性粒状体４と接触して陽極酸化作用を受ける。これにより、オキシダント溶液が生成する。このオキシダント溶液は、配管１２より受槽１３に取り出され、その一部は配管１４より系外に取り出される。受槽１３のオキシダント溶液の残部は配管１５、ポンプ１６及び配管１８を介して槽体１０の底部に戻される。
【００２９】
上記アノード１の設置個数は、槽体１０の大きさに応じて選定される。なお、アノード相互の間隔は５〜１００ｍｍ程度であることが好ましい。
【００３０】
アノード１はメッシュ状又はスパイラル状であることが好ましい。メッシュ状アノードの場合は、方形板状としたメッシュを上下方向に配置するのが好ましい。
【００３１】
スパイラル状アノードとしては、金属板などの板状材料をスパイラル状に巻回した形状のものが用いられ、この巻回の軸心線方向が上下方向となるように槽体１０内に配置される。
【００３２】
アノード１の構成材料としては、チタンやステンレス鋼などの耐腐食性導電性金属や炭素材料を用いることができるが、オキシダント生成力を高めるために、オキシダント生成能力が知られている遷移金属（合金であってもよい。）やその酸化物をチタンなどの耐腐食性導電性基材上に担持したものが好ましい。オキシダント生成能力を有する遷移金属としては、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）などが例示される。アノード１は、チタンと前記遷移金属の合金製のものであってもよい。
【００３３】
カソード２は、板状もしくはメッシュ状やスパイラル状など各種形状のものを用いることができるが、電解電流が局部的に集中しないようにするために、電極面積を広くとることができるものが望ましい。カソード２の構成材料は、被処理液による腐食を防止するために、チタンやステンレス鋼、炭素材料などの耐腐食性材料が望ましい。
【００３４】
多孔仕切り３は、導電性粒状体４の散逸を防ぐと共に、アノード設置領域とカソード設置領域とを区画するために設置される。多孔仕切り３の材料としては、被処理水による腐食などの劣化が発生しないものが望ましく、各種プラスチック材料に孔をあけたものや、網状のもの、メッシュ状やパンチングで孔あけ処理したステンレス鋼などの耐腐食性金属を用いることができる。この孔の径は１〜２０ｍｍ程度が好ましい。なお、孔は円形孔に限定されるものではなく、角形孔等であってもよい。
【００３５】
アノード１間に充填される導電性粒状体４としては、活性炭などの導電性を有するものを用いることができるが、オキシダント生成能力を高めるために、前記遷移金属（合金であってもよい。）やその酸化物をチタンなどの基材上に担持したものを用いることが望ましい。この金属又は合金、酸化物の具体例としては、Ｐｔ／Ｔｉ、ＰｂＯ２／Ｔｉ、Ｓｎ／Ｔｉ、ＳｎＯ２／Ｔｉ、Ｉｎ／Ｔｉ、ＩｎＯ２／Ｔｉ等が挙げられる。また、遷移金属とチタン材料の合金材を粒状にしたものを導電性粒状体４として用いることもできる。導電性粒状体４の粒径は１〜２０ｍｍ程度が好ましい。
【００３６】
オキシダント発生力を調節するために、プラスチック材などの非導電性粒状物質と導電性粒状体４とを混合してアノード１間に充填することもできる。なお、この場合には、非導電性粒状物質と導電性粒状体４との比重が近いことが望ましい。
【００３７】
図１のオキシダント溶液の生成装置では、乱流を発生させて電解反応を促進させるために、カソード設置領域及び槽体１０底部の被処理水導入部に非導電性スポンジ担体５を充填しているが、このスポンジ担体５は本発明においては必須ではなく、被処理液の電気伝導度が高い場合などでは、スポンジ担体５は省略することもできる。なお、スポンジ担体５の代りに他の非導電性粒子を用いてもよい。
【００３８】
前記電源６はアノード１とカソード２との間に直流電圧を印加するものであるが、連続電解によってカソード部にスケールが発生する場合は、定期的にアノード１とカソード２の電位を反転させて、カソード２へのスケール付着を防止することが望ましい。
【００３９】
電解条件の制御は電流制御に代えて電圧制御の方法をとることもできる。複数のアノードのそれぞれに電流計又は電圧計を接続し、各アノードの電流又は電圧を測定して制御することにより、オキシダント生成量を制御することができる。なお、電解時の電流密度は１０−６〜１０−１Ａ／ｃｍ２程度が好適である。
【００４０】
被処理水は、図１のように、槽体１０に底部より導入し、上向流によって通水することが望ましい。これは、電解によって発生する気体を槽体１０外に排出し易くするためである。
【００４１】
このように構成されたオキシダント溶液の生成装置において、被処理水は槽体１０の底部から槽体１０内に導入され、アノード１及び導電性粒状体４と接触してオキシダント溶液が生成し、このオキシダント溶液が配管１２から取り出される。
【００４２】
このオキシダント溶液の生成装置をオキシダント溶液生成のために用いる場合には、生成したオキシダント溶液は配管１４から取り出され、オキシダント溶液の需要箇所（例えば食品製造ラインや冷却水系等での殺菌剤としての需要箇所）へ供給される。この場合、配管１２から受槽１３に導入されたオキシダント溶液の全量をそのまま需要箇所へ送り出してもよく、一部を配管１５，１８を介して槽体１０へ戻してもよい。
【００４３】
このオキシダント溶液供給運転を行う場合、被処理水に食塩等を添加することにより、オキシダント溶液のオキシダント濃度を高めることができる。
【００４４】
本発明のオキシダント溶液の生成装置は、配管１７，１８から槽体１０に導入される被処理水として排水（生活排水、産業排水など）とし、この排水中の有機物等の被酸化性成分をオキシダントによって分解するように運転することもできる。この場合、酸化分解を十分に行わせるために、受槽１３に取り出された水の一部を槽体１０に循環させ、再度酸化処理を行うのが好ましい。
【００４５】
上記実施の形態は、本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態をもとりうる。例えば、本発明では、スポンジ担体５等の非導電性粒状体をカソード２の周囲に充填するときには、多孔仕切り３を省略してもよい。
【００４６】
なお、配管１４からの流出水は酸性であるので、放流に際しては、配管１１から取り出されるアルカリ性の水と混合して中和してもよい。
【００４７】
【実施例】
以下、実施例について説明する。
［実施例１］
槽体として、幅７５ｍｍ、奥行き３０ｍｍ、全深さ１００ｍｍ（電解部深さ６０ｍｍ）のものを用いた。多孔仕切りとしては、目開き１ｍｍの３０×６０ｍｍステンレス製メッシュ材を用いた。このメッシュ材を上下方向に配置してアノード設置領域とカソード設置領域とを区画した。アノード設置領域とカソード設置領域との水平面積割合は２０：５５である。
【００４８】
なお、非導電性粒状体として平均直径１．５ｍｍのガラスビーズを装置の底部に深さ方向の層厚が４０ｍｍとなるように充填し、この上に上記の多孔仕切りを配置した。なおこの多孔仕切りとアノード、カソードは絶縁した。
【００４９】
カソードとして縦６０×横３０ｍｍのＰｔ／Ｔｉ製メッシュ（目開き１ｍｍ）を用い、これをカソード設置領域のアノードと対極側の端に配置した。このカソードと多孔仕切りとの間に上記と同様のガラスビーズを充填した。
【００５０】
アノードとして縦６０×横３０ｍｍのＰｔ／Ｔｉ製メッシュ（目開き１ｍｍ）を２個用いた。両者の間隔を２０ｍｍとしてこれらをアノード設置領域の中央部に配置し、その周囲に直径３ｍｍ、高さ５ｍｍの円柱形のＰｔ／Ｔｉ粒状体を充填した。なお、各アノードとカソードとは平行方向に配置した。
【００５１】
被処理水としては０．０１モル／Ｌの塩化ナトリウム溶液を用い、これを滞留時間１ｈｒの速度で装置底部に供給した。供給水量に対するカソード部からの水の取出割合（引き抜き率）は、運転開始から２０ｈｒまでは６０％とし、その後１２０ｈｒかけて５％まで低下させた。
【００５２】
アノード部からの取出水は、循環させることなく全量をそのまま系外に取り出した。このアノード部からの取出水量は、導入水量からカソード取出水量を差し引いた残量である。
【００５３】
アノード部から系外に取り出した水のｐＨとインジゴ法（社団法人日本水道協会：上水試験法、１９９３、ｐｐ．２２１−２２３）による吸光度の経時変化を図２に示す。
【００５４】
図２の通り、運転開始から２０ｈｒ経過するまで、アノード水のｐＨは約２．５まで低下し、また、インジゴ吸光度も０．５まで大きく低下している。このことから、この間、高濃度のオキシダントが生成したことが認められる。その後、カソード部からの引き抜き率を経時的に低下させたことに伴ってアノード水のｐＨは約４．５まで上昇し、インジゴ吸光度も０．７まで上昇した。これは、カソード部からの引き抜き率を低下させたことに伴って、オキシダント生成量が低下するためであると考えられる。
【００５５】
なお、種々の実験の結果、カソード部からの引き抜き率を小さくし、被処理水をより多くアノード水として用いても、幅広い領域で高濃度のオキシダントを発生させることができることが認められた。
【００５６】
カソード部からの引き抜き率を変化させることによってアノード水のｐＨを変化させることができるところから、種々のｐＨをもつ被処理水に対して、最適なオキシダント生成条件をつくりだすことができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上の通り、本発明のオキシダント溶液の生成装置は、構成が比較的簡易であり、また徒に大型化することなく、高濃度のオキシダント溶液を生成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るオキシダント溶液の生成装置の構成図である。
【図２】実施例の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１　アノード
２　カソード
３　多孔仕切り
４　導電性粒状体
５　スポンジ担体
６　直流電源
７　電流計
１０　槽体
１６　ポンプ
【図１】
2004105779.tif 000003
【図２】
2004105779.tif 000004