(57)【要約】【課題】  大規模なセル内であっても一定の防汚効果を長期にわたり維持できる電解防汚処理方法を提供する。【解決手段】  陰陽の反応用電極６・７の電位を電位検出用電極８・９にて検出し、その検出電位の推移からこれら反応用電極６・７における反応を解析し、その解析結果に応じて陽極と陰極の極性切り替えタイミングを制御する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩分を含む液体を陽極と陰極による電気化学的反応により防汚処理する電解防汚処理方法であって、前記陽極と陰極の少なくとも一方の電位を電位検出手段にて検出し、その検出電位の推移からこれら陽極及び陰極における反応を解析し、その解析結果に応じて陽極と陰極の極性切り替えタイミングを制御することを特徴とする液体の電解防汚処理方法。
【請求項２】
電位検出手段にて検出した検出電位が予め決めた閾値を越えたとき、極性切り替えのトリガーとすることを特徴とする請求項１に記載の液体の電解防汚処理方法。
【請求項３】
電位検出手段にて検出した検出電位の変化率が予め決めた閾値を越えたとき、極性切り替えのトリガーとすることを特徴とする請求項１に記載の液体の電解防汚処理方法。
【請求項４】
陽極と陰極のそれぞれの電位をそれぞれの電位検出手段にて検出し、そのいずれか一方の電位又は検出電位の変化率が予め決めた閾値を越えたとき、極性切り替えのトリガーとすることを特徴とする請求項１に記載の液体の電解防汚処理方法。
【請求項５】
陽極と陰極間に流れる電流も制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液体の電解防汚処理方法。
【請求項６】
陽極及び陰極を船体のバラスト水タンク内に設置し、バラスト水を防汚処理することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の液体の電解防汚処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩分を含む液体を陽極と陰極による電気化学的反応により防汚処理する電解防汚処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽極と陰極とによる電気化学反応により水生生物の殺菌を行う場合、水に塩分が含まれていると、一般的に、次のようなハロゲン生物破壊（殺菌）が生ずることは周知である。
【０００３】
Ｃｌ-   →   Ｃｌ2 ＋ ２e-
Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ  →   ＨＣｌＯ  ＋  ＨＣｌ
ＨＣｌＯ＋Ｈ2Ｏ  →  ＯＣｌ- ＋ Ｈ3Ｏ
【０００４】
このような生物破壊効果は、ｐｐｍレベルの濃度中で次亜塩素酸塩の酸化作用により生ずる。同様に、一定の有害な金属イオンの放出、例えば水流中のＣｕやＡｇイオンは、付着した有機物の成長に影響を与え、その成長を抑制する。金属イオンは、次亜塩素酸塩より少ない濃度、すなわちｐｐｂレベル時に効果的である。
【０００５】
通常、金属のイオン分離が金属の活性な電極を必要であるのに対し、次亜塩素酸塩又はオゾンは、不活性な陽極表面に生ずる。また、両方のケースにおいて、生物破壊効果は、化学的付加手段か、又は予備の直流電源やその他の同等の機器により電気化学的に生成することが可能である。
【０００６】
特許文献１（特開２００２−１４３８５９号公報）には、水中構造物の防汚面を耐食性金属材料により構成し、この防汚面に対して水中において対極（電極）を対向させ、或いは更にこれら防汚面と対極との間に基準電位を与えるための参照電極を配置し、＋１．５Ｖ vs.ＳＣＥ以下の正電位と−０．１〜−１０Ｖ vs.の負電位とが防汚面に交互に周期的に印加されるように、防汚面と対極との間に正負の電圧を交互に、しかも正電位の印加時間ｔ１よりも負電位の印加時間ｔ２の方を長くして周期的に印加することによって、防汚面の腐食防止、水性生物の付着防止、殺菌を図るようにした水中構造物の防汚方法が開示されている。
【０００７】
この特許文献１の技術では、水中微生物の殺菌には正電位を印加する必要があるが、その反面、正電位の印加は、金属材料の腐食を加速させることになるとの観点から、防汚面と対極との間に正負の電圧を交互に印加しているが、その際に印加時間をｔ２＞ｔ１とするのは、Ｃｒ、Ｆｅ等の溶出量がより減少するためであり、また正電位を＋１．５Ｖ vs.ＳＣＥ以下とするのは、正電位がこの値を越えると、電極からの金属の溶出量が増大し、かつ塩素が発生するおそれがあるためであり、負電位を−０．１〜−１．０Ｖ vs.ＳＣＥとするのは、負電位が−０．１Ｖ vs.ＳＣＥより高い（負の値が小さい）と菌体離脱の効果が不十分になり、負電位が−１．０Ｖ vs.ＳＣＥより低い（負の値が大きい）と、水素の発生やこれにより電極周辺のｐＨが変化するおそれがあるためである。
【０００８】
特許文献２（特開平９−２４８５５４号公報）には、水中に浸漬した導電性基材に、電解質の分解が起こらない正電位を印加することにより導電性基材表面に直接的又は間接的に接触した水生生物の細胞を殺菌する工程と、電解質の分解が起こらない正電位よりも高い正電位を印加することにより水生生物、その一部の細胞、殺菌された水生生物の細胞及び／又はその破壊物や有機物を殺菌及び/又は脱離する工程と、負電位を印加することにより導電性基材に付着した水生生物の細胞およびスケールを脱離する工程とを組み合わせることにより、水生生物の細胞を殺菌したり、付着した細胞やその分解物を被防汚面である導電性基材表面から脱離させる防汚方法が開示されている。
【０００９】
すなわち、この特許文献２の技術は、三段階の電位印加工程、つまり殺菌のための正電位の印加と、更なる殺菌及び有機物等の脱離のための、電解質の分解が起こらない正電位よりも高い正電位の印加と、被防汚面である導電性基材表面から付着物を脱離させるための負電位の印加とを、適宜に電位印加時間を調節しながら行う。
【００１０】
これらの従来例を含めて、従来技術には、次のような問題に対する配慮が欠けている。
（１）熱やガスの過剰発生及びその放出
（２）陽極での不用な反応の生成や、電極電位の変化による電極表面での反応の変化。
（３）異極の阻害によるセル内電流の減少。陰極の反応はその表面のｐＨを変化させ、種々の溶解塩の化学的析出を起こす。
【００１１】
ところで、塩分を含む液体の電気分解では、陽極及び陰極において次のような反応が時間の経過によって生ずる。図１に、陽極及び陰極の各電極表面の電気化学的電位とこれらの表面での反応の典型的な転移モデルを、零電位を基準にして示す。
【００１２】
第１段階の主な反応として、陽極側では金属溶解が生ずるのに対し、陰極側では酸素還元が生じ、第２段階の主な反応として、陽極側では塩素が生成されるのに対し、陰極側では塩化物が析出し、第３段階の主な反応として、陽極側では酸素が生成されるのに対し、陰極側では水素が生成されるという対照的関係になる。そして、このような推移に伴い析出した塩化物の電極表面への堆積（スケール）が増加したり、電圧損失が増大したり、陽極と陰極間を流れる電流が減少したり、更に電極自体の劣化も進行する。
【００１３】
陽極及び陰極でこのような様相になることから、目的とする防汚効果が時間の経過と共に減衰し、長期にわたる防汚効果を期待できない。小規模なセル内での防汚処理では、さほど問題にはならなくとも、大規模なセル内で一定の防汚効果を長期にわたり維持したい場合には、重大な問題である。
【特許文献１】特開２００２−１４３８５９号公報
【特許文献２】特開平９−２４８５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明者らは、上記のような知見、つまり陽極及び陰極での反応転移及びその程度は、各電極表面での電気化学的電位と相関関係があることに鑑み、これを踏まえた制御を行うことによって、大規模なセル内であっても一定の防汚効果を長期にわたり維持できる本発明を案出し、上述した問題点を解決したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、塩分を含む液体を陽極と陰極による電気化学的反応により防汚処理する電解防汚処理方法であって、陽極と陰極の少なくとも一方の電位を電位検出手段にて検出し、その検出電位の推移からこれら陽極及び陰極における反応を解析し、その解析結果に応じて陽極と陰極の極性切り替えタイミングを制御することを特徴とする。
【００１６】
陽極側と陰極側では、図１にモデル化したような反応転移が対照的に起こり、それは各電極表面の電位を検出することで予測、つまり陽極及び陰極における反応を、検出した電位をパラメータとして監視（解析）できるので、その解析結果に応じて陽極と陰極の極性切り替えタイミングを制御すれば、電極の極性反転により両電極で反応が反転すると共に、その反転タイミングを検出電位の変化と関連させることにより、塩化物の析出や、ガス及び熱の過剰発生等による悪影響を適切に回避し、防汚処理を長期にわたり効率良く行える。
【００１７】
極性切り替えタイミングは、電位検出手段にて検出した検出電位が予め決めた閾値を越えたとき、極性切り替えのトリガーとしても、又は、電位検出手段にて検出した検出電位の変化率が予め決めた閾値を越えたとき、極性切り替えのトリガーとしてもよい。更に、陽極と陰極のそれぞれの電位をそれぞれの電位検出手段にて検出し、そのいずれか一方の電位又は検出電位の変化率が予め決めた閾値を越えたとき、極性切り替えのトリガーとすることも可能である。
【００１８】
上記のような極性切り替えに加えて、陽極と陰極間に流れる電流も制御すれば、塩化物の析出を低減できるとともに、ガスや熱による問題も適切に回避できる。
【００１９】
具体的な適用例としては、陽極及び陰極を船体のバラスト水タンク内に設置し、バラスト水を防汚処理することが挙げられる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、陽極と陰極の少なくとも一方の電位を検出して、その検出電位の推移からこれら陽極及び陰極における反応を解析し、つまり陽極及び陰極での反応転移及びその程度を解析し、その解析結果に応じて陽極と陰極の極性切り替えタイミングを制御するので、陽極と陰極のそれぞれで図１のように起こる反応転移を抑制して、反応転移に起因する上述したような各種の問題を一掃できる。すなわち、塩化物の析出や、ガス及び熱の過剰発生等による悪影響を適切に回避し、防汚処理を長期にわたり効率良く行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００２２】
図２は本発明の概要を示すシステム構成図で、塩分を含む液体１が入ったセル２内に反応器３が設置されている。この反応器３は、ケーブル４を介してセル外の制御・電源ユニット５に接続され、制御・電源ユニット５により電源供給されるとともに制御される。セル２は防汚対象となるもので、例えば船体のバラスト水タンクなどである。バラスト水タンクの場合には、その内部にサーキュレーションポンプが設置されている。
【００２３】
反応器３内には、液体１が入り込めるようになっており、その内部には、図３に示すように陰陽両極となる２つの反応用電極６・７が配置されているとともに、これら電極６・７のそれぞれに対して、その表面電位を無接触で検出する電位検出手段として電位検出用電極８・９が対向配置されている。反応用電極６・７には、制御・電源ユニット５から正負の電圧が印加されるとともに、電位検出用電極８・９による検出電位に基づいて制御・電源ユニット５にて次のように制御される。
【００２４】
制御・電源ユニット５にはコンピュータが組み込まれており、電位検出用電極８・９により反応用電極６・７のそれぞれの電位を検出すると、その検出電位をパラメータとして、その推移から、陽極と陰極となる反応用電極６・７での図１に示したような反応をコンピュータ解析することができる。制御・電源ユニット５は、その解析結果から反応用電極６・７の極性を交互に切り替えるとともに、その極性切り替えタイミングを制御し、更に電流も制御する。
【００２５】
極性切り替えタイミングの制御は、電位検出用電極８・９の一方又は両方の検出電位の推移を見て、（１）検出電位が予め決めた閾値を越えたときをもって極性切り替えのトリガーとする場合と、（２）検出電位の変化率が予め決めた閾値を越えたときをもって極性切り替えのトリガーとする場合と、（３）その両方の閾値を越えたときをもって極性切り替えのトリガーとする場合とがある。図４にそのタイミングチャートを示し、Ｔ１時間及びＴ２時間（Ｔ１≠Ｔ２）での切り替えは上記の（１）の場合、Ｔ３時間（Ｔ１≠Ｔ２≠Ｔ３）での切り替えは（２）の場合を示している。
【００２６】
図５は（１）の場合の制御フローチャートで、ステップＳ１で陽極側の検出電位に対する閾値を設定しておいてから、ステップＳ２で陽極側の検出電位を取り込み、ステップＳ３でその検出電位が閾値を越えたか否か判断し、越えたらステップＳ４で極性切り替えのトリガーを発する。
【００２７】
図６は（２）の場合の制御フローチャートで、ステップＳ１１で陰極側の検出電位の変化率に対する閾値を設定しておいてから、ステップＳ１２で陰極側の検出電位を取り込み、ステップＳ１３でその検出電位を記憶し、ステップＳ１４で陰極側の検出電位の変化率を計算し、ステップＳ１５でその変化率が閾値を越えたか否か判断し、越えたらステップＳ１６で極性切り替えのトリガーを発する。
【００２８】
なお、制御・電源ユニット５は、検出電位の推移から両反応用電極６・７に対してこのような極性切り替え制御を行うとともに、電流の制御も行う。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上、本発明の一実施例について説明したが、電位検出用電極８・９は一方の電極側だけに設けて、片方の電極だけの電位を検出してもよく、また電位検出用電極８・９に代えて既製の表面電位センサ等を用いてもよい。更に、反応用電極６・７の電位を検出し、その検出電位をパラメータとして制御したが、それに加えて、温度やｐＨ等をそれぞれのセンサで検出し、温度やｐＨ等もパラメータとして利用すれば、より精度の高い制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】陽極及び陰極の各電極表面の電気化学的電位とこれらの表面での反応の典型的な転移モデルを示すグラフである。
【図２】本発明の概要を示すシステム構成図である。
【図３】図２に示した反応器内の電極配置を示す模式図である。
【図４】極性切り替え制御を示すタイミングチャートである。
【図５】検出電位が予め決めた閾値を越えたときをもって極性切り替えのトリガーとする場合の制御フローチャートである。
【図６】検出電位の変化率が予め決めた閾値を越えたときをもって極性切り替えのトリガーとする場合の制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１  液体
２  セル
３  反応器
４  ケーブル
５  制御・電源ユニット
６・７  反応用電極
８・９  電位検出用電極
【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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