(57)【要約】【課題】  液化塩素の安全性、操作性、設備に関する問題点、次亜塩素酸ナトリウムの分解性、メンテナンス性、アルカリ性移行による凝集および消毒効果の低下に関する問題点を解消し、被消毒水の消毒において、安全性、操作性、設備、メンテナンス性、アルカリ性移行による凝集および消毒効果の低下を防止できる消毒剤およびそれを用いた消毒方法ならびに消毒装置を提供する。【解決手段】  塩素水和物製造装置１と塩素水和物貯槽２と塩素水和物の供給ポンプ３とを備え、供給ポンプ３によって塩素水和物を被消毒水流路４に供給して、被消毒水を消毒する。被消毒水流路４の途中にスタティックミキサー５を設けて、速やかに塩素水和物を溶解する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩素水和物を実質的成分とすることを特徴とする消毒剤。
【請求項２】
被消毒水を格納する容器と、前記被消毒水に、請求項１記載の消毒剤を供給する装置とを備えることを特徴とする消毒装置。
【請求項３】
請求項１記載の消毒剤を製造する装置を備えることを特徴とする、請求項２記載の消毒装置。
【請求項４】
請求項１記載の消毒剤を被消毒水に直接供給し、溶解させることにより、前記被消毒水を消毒することを特徴とする消毒方法。
【請求項５】
ｐＨ調整剤を添加しないことを特徴とする、請求項４記載の消毒方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水処理、特に、浄水処理、下水処理、し尿処理、ごみ浸出水処理、各種産業排水、プールおよび温泉等の消毒処理で用いることのできる消毒剤およびそれを用いた消毒方法ならびに消毒装置に関するものである。
【０００２】
なお、本願明細書において「被消毒水」とは、消毒剤により消毒される水の意味であるが、水以外のものが混在するものまで排除する意図ではなく、また、特に、消毒剤がこの発明に係る消毒剤である場合には、この発明が効果を奏する限り、この発明が対象とする被消毒水に該当するものとする。
【背景技術】
【０００３】
従来、浄水処理、下水処理、し尿処理、ごみ浸出水、各種産業排水、プールおよび温泉等の中間処理工程もしくは放流直前において、細菌類、大腸菌類および原虫類等の殺菌・消毒を目的に塩素系の消毒剤が使用されているが、その主な消毒剤は、液化塩素および次亜塩素酸ナトリウムである。
【０００４】
浄水処理を例に取った場合、液化塩素を用いた消毒方法が実施されている。液化塩素は、ほぼ１００％塩素であることから有効塩素濃度は１００％であり、輸送および貯蔵では最もコンパクトであり、有効塩素あたりの薬剤単価も安価である。
【０００５】
しかしながら、液化塩素は毒性が強く、また、圧力は、３５℃において０．３ＭＰａＡ以上になるため高圧ガス保安法に準拠した取り扱いをしなければならない。従って、その安全性への格段の配慮が必要になる。
【０００６】
被消毒水への注入例として、水道施設設計指針（日本水道協会、２０００年）に示されている方法は、液化塩素を一旦、気化させて水に吸収させ、それを被消毒水に添加する２段階の操作を行うものである。従って、気化器、吸収装置および添加装置が必要であり操作が煩雑である。さらに、万一の漏洩に備えて除外設備も必要であり、装置全体も大型化するので設備コストがかかる。従って、近年は、液化塩素の使用から、比較的安全性が高く、操作性も容易な次亜塩素酸ナトリウムへ切り替える施設が増加している。
【０００７】
これに対し、消毒用に流通している６〜１２％の溶液状態の次亜塩素酸ナトリウムは、液化塩素のような法的規制を受けず、被消毒水への注入もポンプで行えるため、安全性および操作性が液化塩素と比較して高くなっている。
【０００８】
しかしながら、次亜塩素酸ナトリウムは、常温では４ヶ月で半分程度にまで有効塩素濃度が低下し、塩素ガスが発生したり、塩の析出によって注入ポンプが詰まったりする等、メンテナンスに注意を要するといった問題があった。また、次亜塩素酸ナトリウムは、分解性が高いことから早めの使用を行なおうとすると、少量ずつの頻繁な搬入が必要となるため輸送コストが増大する。しかも、有効塩素が６〜１２％溶液と低いことから、輸送および貯蔵の容量が大きくなり、有効塩素濃度あたりの薬剤単価も液化塩素の５倍以上であり高価である。
【０００９】
さらに、次亜塩素酸ナトリウムの使用によって、被消毒水のｐＨは、アルカリに傾くことになる。以下に、塩素および次亜塩素酸ナトリウムを水に溶解させたときの反応式を示す。
【００１０】
Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ→ＨＣｌＯ＋Ｈ+＋Ｃｌ-
ＮａＣｌＯ＋Ｈ2Ｏ→ＨＣｌＯ＋Ｎａ+＋ＯＨ-
【００１１】
液化塩素等の塩素が水に溶解すると、水素イオンを出して酸性に傾くのに対し、次亜塩素酸ナトリウムが水に溶解すると、上述したように、水酸化物イオンを出してアルカリに傾くこととなる。
【００１２】
近年、浄水処理を例に取れば、河川および湖沼に発生する藻類の同化作用によりｐＨが上昇する傾向が多く報告され、ピーク時にはｐＨが９に達するケースも報告されている。そこへ、前塩素（原水に塩素を注入）により次亜塩素酸ナトリウムを添加すると、さらにｐＨ上昇が発生し、後段の凝集処理で添加する凝集剤の効果が著しく低下して、凝集剤の大量添加もしくはｐＨ調整のための薬剤添加を強いられることとなる。
【００１３】
参考に、凝集剤として硫酸アルミニウムを用いた場合のｐＨと凝集効果との関係を図１に示す（非特許文献１）。図１から明らかなように、ｐＨが７に近い場合に最も凝集効果が高く、上澄水の残留濁度が低くなり、十分に処理されていることが分かる。さらに、消毒効果では、水中で存在するＣｌＯ-イオンとＨＣｌＯ分子では、ＨＣｌＯ分子の細菌の細胞膜を透過性がＣｌＯ-イオンに対して１００倍大きいことから、ＨＣｌＯ分子の消毒効果は高いと言われている。
【００１４】
純水に次亜塩素酸ナトリウムを添加した場合のｐＨ変化、および、ＣｌＯ-イオンとＨＣｌＯ分子との比率を図２に示す。図２から明らかなように、ｐＨが７よりも高くなると、ＨＣｌＯ分子の比率は急速に減少し、消毒効果が著しく低下することが分かる。
【００１５】
【非特許文献１】大明化学工業株式会社編、「水処理凝集剤」、泉文社、１９８０年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
浄水処理に限らず、下水処理、し尿処理等はもともとのｐＨが中性付近で行われる。それ故、次亜塩素酸ナトリウムを入れることによるｐＨの上昇で発生する、上述する現象は、消毒処理における大きな問題となる。
【００１７】
従って、この発明の目的は、液化塩素の安全性、操作性、設備に関する問題点、次亜塩素酸ナトリウムの分解性、メンテナンス性、アルカリ性移行による凝集および消毒効果の低下に関する問題点を解消し、被消毒水の消毒において、安全性、操作性、設備、メンテナンス性、アルカリ性移行による凝集および消毒効果の低下を防止できる消毒剤およびそれを用いた消毒方法ならびに消毒装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明は、上述の目的を達成するためになされたものであり、下記を特徴とするものである。
【００１９】
請求項１記載の発明は、塩素水和物を実質的成分とすることに特徴を有するものである。
【００２０】
請求項２記載の発明は、被消毒水を格納する容器と、前記被消毒水に請求項１記載の消毒剤を供給する装置とを備えることに特徴を有するものである。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の消毒剤を製造する装置を備えることに特徴を有するものである。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の消毒剤を被消毒水に直接供給し、溶解させることにより、前記被消毒水を消毒することに特徴を有するものである。
【００２３】
請求項５記載の発明は、ｐＨ調整剤を添加しないことに特徴を有するものである。
【００２４】
なお、塩素水和物とは、水分子で構成される骨格上の隙間に塩素分子が入り込んで安定になった固形状物質であり、塩素水和物の場合には水分子４６個に対し、塩素分子の８個の比率で構成され、有効塩素濃度は３６％である。これは、液化塩素の１／３、１２％の次亜塩素酸ナトリウムの３倍である。ただし、この発明における塩素水和物は、その組成構成が１００％純粋なものである必要はなく、しかも、塊である必要もない。例えば、それは他の物質との混合物（スラリー状態のような搬送特性に優れた状態にあるものを含む）であって構わない。
【００２５】
また、消毒剤が塩素水和物を「実質的成分とする」とは、その消毒剤としての作用を実質的に発現する物質が塩素水和物であるという意味である。従って、この発明に係る消毒剤には、塩素水和物を主成分とする消毒剤が含まれることは言うまでもないが、塩素水和物以外の物質が混在しているが、消毒剤としての作用を依然として発現している塩素水和物を有する消毒剤も含まれる。また、塩素水和物以外の消毒物質が混在している消毒剤であっても、この発明にかかる消毒剤としての効果を奏する限り、その消毒剤は、この発明から排除されない。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によれば、従来の消毒剤の安全性、操作性、メンテナンス性を高め、しかもアルカリ性移行による凝集および消毒効果の低下を改善することができ、設備も簡素なもので対応でき、消毒コストを削減できるといった効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明の一実施態様について説明する。
【００２８】
この発明に係る消毒剤は、塩素水和物を実質的成分とすることを特徴とする。塩素水和物は、その比重が１．３のため、水に沈み、吸熱（３３０ｋＪ／ｋｇ・塩素水和物）を伴いながらスラリー状態であるため被消毒水中で適当に分散しながら徐々に溶解していく特性を有する。
【００２９】
従って、塩素消費量の大きい比較的汚れた水に添加した際にも、塩素による消毒効果を徐々に発揮させるのに都合が良い。この場合、添加する箇所は、直接に配管中や槽に投入して構わない。また、逆に速く溶解させたければ、配管中であればスタティックミキサー等を、槽であれば攪拌機等を設けることにより、もともとスラリー状で分散性があることから、容易に溶解させることも可能である。漏洩を想定した場合、高い分解熱が供給されないと塩素が発生せず、また、多数の水分子に囲まれていることから、即座に塩素ガスが拡散し難い。
【００３０】
図３に示した液化塩素（実線）および塩素水和物（点線）の生成曲線から分かるように、塩素水和物は、液化塩素と比較して生成圧力が低いので安全性が高い。操作性も液化塩素のような、気化器、吸収装置は不要であり、被消毒水へポンプを用いて直接添加すれば良いため、設備が小型となり操作性が向上する。分解性等の安定性は、図３の平衡線図にしたがった状態で存在するため、次亜塩素酸ナトリウムのような分解による有効塩素の低下の問題は発生しない。塩素水和物が被消毒水に添加された場合、液化塩素を添加した場合と同様に、若干の酸性への移行が生じる。この結果、藻類発生時のｐＨがアルカリ側に傾いている場合には、中性の方向へ修正する働きとなるため、凝集効果および消毒効果を高めることとなり好都合である。
【００３１】
また、この発明は、上述した消毒剤を用いた消毒方法および消毒装置を提供する。すなわち、塩素水和物を被消毒水に直接供給して、溶解する消毒方法、消毒装置、および、消毒剤注入による被消毒水に生じたｐＨ変化に対し、ｐＨ調整が不要である消毒方法および装置を提供する。
【００３２】
以下、この発明に関する消毒装置の一例について、図４および図５を参照しながら説明する。
【００３３】
図４および図５において、１は、塩素水和物製造装置でありオンサイトにて塩素水和物を製造する。塩素水和物製造装置１をオンサイトに設置しない場合には、塩素水和物をデリバリーすることも可能である。２は、塩素水和物貯槽であり、製造もしくはデリバリーされた塩素水和物を、一時的に格納する槽である。塩素水和物貯槽２は、塩素水和物をより安定に長期間保存するためには、冷蔵装置が付帯することが望ましい。また、故障等により高温が長期間継続する場合には、念のため圧力容器であることが望ましい。３は、塩素水和物の供給ポンプであり、スラリー状の塩素水和物を安定的に注入するためには、スラリーポンプであることが望ましい。４は、被消毒水の流路であり、塩素水和物が水よりも比重が重いことから沈むため、開放型または管型等の何れであっても良い。速やかに塩素水和物を溶解するためには、被消毒水流路４の途中にスタティックミキサー５を設置すると良い。図５に示すように、被消毒水を攪拌槽６に投入しても良く、この場合には、速やかに塩素水和物を溶解するために攪拌機７を用いる。消毒装置は、このように極めて簡素な装置で十分である。
【実施例】
【００３４】
この発明を実施例によりさらに説明する。
【００３５】
同一箇所から日を変えて採取した実験１回目および実験２回目の下水に対して、この発明に係る消毒装置を用いて塩素水和物を有効塩素５ｍｇ／Ｌとなるようにポンプにて添加して消毒効果を調べた。この結果を図６に示す。塩素水和物との接触時間は５分、ｐＨの効果を比較するため、事前にｐＨ調整を実施し、ｐＨが変化した場合の大腸菌群数を比較した。
【００３６】
同図から消毒効果が発揮され、大腸菌群数が減少していることが分かった。また、ｐＨが高い場合には大腸菌群数の残存数が多く、消毒剤の効果が低くなった。この結果より、この発明による消毒剤を用いた消毒方法および消毒装置にて、消毒を容易に行うことができ、消毒効果も得られていることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】凝集剤として硫酸アルミニウムを用いた場合のｐＨと凝集効果との関係を示すグラフである。
【図２】純水に次亜塩素酸ナトリウムを添加した場合のｐＨ変化、および、ＣｌＯ−イオンとＨＣｌＯ分子との比率との関係を示すグラフである。
【図３】塩素および塩素水和物の平衡状態を示すグラフである。
【図４】消毒装置を示す構成図である。
【図５】別の消毒装置を示す構成図である。
【図６】下水におけるｐＨと塩素水和物の消毒効果との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１：塩素水和物製造装置
２：塩素水和物貯槽
３：供給ポンプ
４：被消毒水流路
５：スタティックミキサー
６：攪拌槽
７：攪拌機
【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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