(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのイオン化装置と、
オゾンを発生させるオゾン発生装置と、
前記オゾン発生装置によって提供されるオゾンと水とを混合するオゾン混合機とを備え、
前記イオン化装置は、
流水のための入水口と出水口とを備える円筒形チャンバと、
同軸の円筒形誘電体被覆層で囲まれた少なくとも一つのアノード棒と、
同軸の円筒形誘電体被覆層で囲まれた少なくとも一つのカソード棒と、
前記カソード棒を同軸で囲む少なくとも一つの円筒形網状格子とを含み、
前記円筒形チャンバの両端部は、防水性の嵌合になるよう取付具で蓋をして密閉されていることを特徴とする浄水システム。
【請求項２】
前記オゾン発生装置はコロナ放電型であることを特徴とする請求項１に記載の浄水システム。
【請求項３】
前記オゾン混合機は停止型ライン混合装置であることを特徴とする請求項１に記載の浄水システム。
【請求項４】
前記イオン化装置と前記オゾン混合機との間に位置して、前記イオン化装置によって処理された水に浮遊しているスラッジ、綿状物及び沈殿物を除去するフィルタ手段をさらに含む請求項１に記載の浄水システム。
【請求項５】
オゾン混合機の下流に位置して、オゾン混合機を通過した水の中に浮遊しているスラッジ、綿状物及び沈殿物を除去するためのフィルタ手段をさらに含む請求項１に記載の浄水システム。
【請求項６】
オゾン混合機の下流に位置して、オゾン混合機を通じて通過した水に磁場を印加する磁場印加手段をさらに含む請求項１に記載の浄水システム。
【請求項７】
前記イオン化装置には、周波数を４０乃至６０ｋＨｚ範囲とする１０乃至２５ｋＶ程度の範囲の高電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の浄水システム。
【請求項８】
流水のための入水口と出水口とを備え、その内部で入水口から出水口方向に流路に沿って水が流れるようにする円筒形チャンバと、
同軸の円筒形誘電体被覆層で囲まれた少なくとも一つのアノード棒と、
同軸の円筒形誘電体被覆層で囲まれた少なくとも一つのカソード棒と、
前記カソード棒を同軸で囲む少なくとも一つの円筒形網状格子とを含み、
前記円筒形チャンバの両端部は、防水性の嵌合になるよう取付具で蓋をして密閉されていることを特徴とする浄水システムに使用されるイオン化装置。
【請求項９】
前記円筒形チャンバの内面上には、アルミニウム層が形成されることを特徴とする請求項８に記載の浄水システムに使用されるイオン化装置。
【請求項１０】
前記アルミニウム層は、所定の幅を有して前記チャンバの内面の内周面に沿って形成されていることを特徴とする請求項９に記載の浄水システムに使用されるイオン化装置。
【請求項１１】
前記イオン化装置に、周波数を４０乃至６０ｋＨｚとする１０乃至２５ｋＶ程度の範囲の高電圧が印加されることを特徴とする請求項８に記載の浄水システムに使用されるイオン化装置。
【請求項１２】
前記網状格子は、接地されていることを特徴とする請求項１１に記載の浄水システムに使用されるイオン化装置。
【請求項１３】
誘電体被覆層の材料は、セラミック又はガラスであることを特徴とする請求項８に記載の浄水システムに使用されるイオン化装置。
【請求項１４】
（ａ）電界を発生させるのに適したイオン化装置であって、流水のための入水口と出水口とを備え、その内部で入水口から出水口方向に流路に沿って水が流れるようにする円筒形チャンバと、同軸の円筒形誘電体被覆層で囲まれた少なくとも一つのアノード棒と、同軸の円筒形誘電体被覆層で囲まれた少なくとも一つのカソード棒と、前記カソード棒を同軸で囲む少なくとも一つの円筒形網状格子とを含み、前記円筒形チャンバの両端部が防水性の嵌合になるよう取付具で蓋をして密閉されているイオン化装置を少なくとも一つ提供する工程と、
（ｂ）電界を発生させるように前記イオン化装置に高電圧を加える工程と、
（ｃ）難分解性物質の分解及び酸化が行われるように前記イオン化装置を通じて水を通過させる工程と、
（ｄ）前記工程で形成されたスラッジをフィルタリングする工程と、
（ｅ）オゾンと水とが混合されるように水にオゾンを投入する工程と、
（ｆ）前記工程で形成されたスラッジをフィルタリングする工程とを含む浄水方法。
【請求項１５】
前記（ｂ）高電圧を印加する工程において、前記イオン化装置に周波数を４０乃至６０ｋＨｚの範囲とする１０乃至２５ｋＶ程度の範囲の高電圧が印加されることを特徴とする請求項１４に記載の浄水方法。
【請求項１６】
水に磁場を加える工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の浄水方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水システム及び方法に関し、さらに具体的にはイオン化装置とオゾン処理装置を使用して難分解性汚染物質を分解及び酸化して汚染された水を浄化する浄水システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
殆どの水質汚染問題は、化学物質及び／又は化合物を地下水源、小川、湖、川に無分別に捨てることから生じる。このような汚染された水を処理するのには他の汚染源となったり生態系を破壊する可能性がある他の化学物質を添加せずに汚染された水を処理するのが好ましい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
塩素、電解液、又はその他の沈殿剤のような化学物質を添加して有機体、金属及び化学物質を除去する廃水処理システムはそれを使用する前にそのような化学物質を生産しなければならないので、処理過程で用いられる化学物質をさらに生産する必要がない浄水システムを提供することが生態学的に好ましい。
【０００４】
従来、塩素処理は、上水道及び下水道を全て殺菌処理するのに用いられてきたが、塩素は処理される水中に存在するフミン質のような物質と反応してクロロホルムのようなトリハロメタン（ＴＨＭ）を生成する。トリハロメタンは、動物の発癌性物質として知られている。
【０００５】
場合によっては、電気化学的方法が水中の化学不純物を除去又は分解するのに用いられる。陽極酸化は、シアン化物、フェノール、アンモニア及び有機染料を分解するのに用いられる。
【０００６】
また、オゾンは、はやく１９０３年から飲料水を処理するのに用いられてきたが、主に殺菌剤としてだけ認識されてその用途にだけ用いられ、強力な酸化剤特性を利用することができなかった。つまり、従来は、オゾンが汚染物質を分解及び/又は除去するのに用いられることよりはバクテリアを殺菌するのに用いられていた。
【０００７】
本発明の目的は、イオン化装置とオゾン処理を使用して化学物質を添加しなくても大部分の重金属と、炭化水素、フェノール、ＴＨＭ、シアン化物、殺虫剤を含む多数の有機物及びその他の無機物のような難分解性汚染物質を効果的にイオン化、分解又は酸化させる浄水システム及び方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、高周波高電圧によって励起電子を発生させて加速させることができるイオン化装置を提供して、水中にある難分解性物質をイオン化したり分解したりすることである。
【０００９】
本発明の好ましい実施例の利点は、飲料水の処理、家庭用、産業用及び畜産廃水の処理などを含むものの、それに限定されない様々な種類の水処理に適用できるということである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的及び課題を達成するために提案される本発明は、少なくとも一つのイオン化装置と、オゾンを発生させるオゾン発生装置と、前記オゾン発生装置によって提供されるオゾンと水とを混合するオゾン混合機とを含み、前記イオン化装置は、流水のための入水口と出水口を備えた円筒形チャンバと、同軸の円筒形誘電体被覆層（sheath）で囲まれた少なくとも一つのアノード棒と、同軸の円筒形誘電体被覆層で囲まれた少なくとも一つのカソード棒と、前記カソード棒を同軸で囲む少なくとも一つの円筒形網状格子とを含み、前記円筒形チャンバの両端部を、防水性の嵌合になるよう取付具で蓋をして密閉するようにしたものである。
【００１１】
本発明の他の態様は、浄水方法であり、この浄水方法は、（ａ）電界を発生させるのに適したイオン化装置であって、流水のための入水口と出水口とを備え、その内部で入水口から出水口方向に流路に沿って水が流れるようにする円筒形チャンバと、同軸の円筒形誘電体被覆層で囲まれた少なくとも一つのアノード棒と、同軸の円筒形誘電体被覆層で囲まれた少なくとも一つのカソード棒と、前記カソード棒を同軸で囲む少なくとも一つの円筒形網状格子とを含み、前記円筒形チャンバの両端部が防水性の嵌合になるよう取付具で蓋をして密閉されているイオン化装置を少なくとも一つ提供する工程と、（ｂ）電界を発生させるように前記イオン化装置に高電圧を加える工程と、（ｃ）難分解性物質の分解及び酸化が行われるように前記イオン化装置を通じて水を通過させる工程と、（ｄ）前記工程で形成されたスラッジをフィルタリングする工程と、（ｅ）オゾンと水とが混合されるように水にオゾンを投入する工程と、（ｆ）前記工程で形成されたスラッジをフィルタリングする工程とを含む。
【００１２】
本発明は、更に、浄水システムで用いられるイオン化装置であって、流水のための入水口と出水口を備え、その内部で入水口から出水口方向に流路に沿って水が流れるようにする円筒形チャンバと、同軸の円筒形誘電体被覆層で囲まれた少なくとも一つのアノード棒と、同軸の円筒形誘電体被覆層で囲まれた少なくとも一つのカソード棒と、前記カソード棒を同軸で囲む少なくとも一つの円筒形網状格子とを含み、円筒形チャンバの両端部が防水性の嵌合になるよう取付具で蓋をして密閉されている。
【００１３】
前述した一般的な説明及び以下の詳細な説明は、請求の範囲に記載された本発明を例示したものであって、本発明の内容を更に具体的に説明するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１５】
図１を参照して、本発明の好ましい実施例の浄水システムを説明する。浄水システムは、図面に示すように、多数のイオン化装置１１と、これらイオン化装置１１に高周波の高電圧を印加する多数の電源１７と、イオン化装置１１を通過した水から汚染物質とスラッジをろ過する第１フィルタ部１２を含む。また、浄水システムは、更に、オゾン処理のためのオゾン混合機１３と、オゾン混合機１３にオゾンを供給するオゾン発生器１４と、オゾン混合機１３を通過した水から汚染物質とスラッジをろ過する第２フィルタ部１５を含む。本発明に係る浄水システムは、処理された水に磁界を印加して飲用に適したものに処理するための磁界発生装置１６をさらに含むことができる。
【００１６】
多数のイオン化装置１１には、図示していない貯水源からパイプを通じて水が供給される。高周波、高電圧の電源による強い電界によってイオン化装置１１内で難分解性物質を含む汚染物質がイオン化及び/又は分解される。
【００１７】
図２乃至図３を参照して、本発明の好ましい実施例によるイオン化装置が詳細に説明される。イオン化装置１１は、水の流れのために入水口２２と出水口２３を備えた円筒形チャンバ２１を備える。円筒形チャンバ２１には、入水口２２から出水口２３に至る流路に沿って水が流れる。
【００１８】
円筒形チャンバ２１内には多数の電極が設置されており、これらはカソード棒２６とアノード棒２７を含む。カソード棒２６は、アノード棒２７の周囲に配置されている。図面には一つのアノード棒だけが示されているが、多数のアノード棒が配置されて、それら周囲に多数のカソード棒が配置される構成も可能である。それぞれのカソード棒２６は、セラミック又はガラスのような物質からなる同軸の円筒形誘電体被覆層２４で囲まれていて、カソード棒が水と直接接触することを防止する。それぞれのカソード棒２６周囲には、同軸の円筒形網状格子２５が形成されている。
【００１９】
アノード棒２７もやはり同軸の円筒形誘電体被覆層２８で囲まれていてアノード棒が水と直接接触することを防止しており、誘電体被覆層２８の材料は誘電体被覆層２４と同一の材料が用いられている。円筒形チャンバ２１の両端部は、防水できるように嵌合されて作られた取付具３０により密閉されるように蓋がされる。取付具３０は、電極、誘電体被覆層及び網状格子を支持する。
【００２０】
カソード棒２６により電子が発生するのに必要な高電圧は、電源１７により発生される。電源１７は、１００Ｖ、２２０Ｖ、３８０Ｖ又は４４０Ｖのように、家庭用／産業用交流低電圧を一般的に１０乃至２５ｋＶの間の整流された高電圧に昇圧させることができる電力変換器を含む。電源１７は、整流器と絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のようなインバータで構成された周波数変換回路をさらに含み、周波数変換回路は４０から６０ｋＨｚの間の範囲の高周波数に変換する。
【００２１】
本発明の発明者等は、多数の実験を通じて電子放出に必要な高電圧が１０乃至２５ｋＶであるということを見出した。一定の電圧で、電子が放出される量は最大周波数になるまでは略周波数に比例する。有効に電子を放出するのに必要な実質的な周波数範囲は、通常４０から６０ｋＨｚの間である。
【００２２】
電源１７が電極に高電圧を印加する場合、励起された電子はカソードから放出され、具体的には誘電体被覆層２４によって、好ましくは接地されている網状格子によって加速される。加速された電子は水分子だけでなく汚染物質と衝突してそれらをイオン化及び/又は分解する。具体的に、重金属、ＣＦＣ、ＴＨＭなどのような難分解性物質である汚染物質は加速された電子と衝突してイオン化される。
【００２３】
水分子が加速された電子と衝突する場合、水素イオンを発生する。水素イオンは、次のように水中の窒素を除去する機能をする。
【００２４】
Ｈ２Ｏ+加速された  ｅ−→１／２Ｈ２+ＯＨ−
２ＮＯ３−（硝酸塩から発生）+５Ｈ２→Ｎ２+４Ｈ２Ｏ+２ＯＨ−
２ＯＨ−→１／２Ｏ２+Ｈ２Ｏ+２ｅ−
溶解されたＮｉ、Ｃｄのような重金属はまた、加速された電子によってイオン化できる。これらは、水酸化イオン（ＯＨ）−と結合して綿状沈殿物を形成する。溶解した有機物質も、イオン化されて水素イオンと結合する。
【００２５】
チャンバ２１は、水からリン酸塩を除去するためにその内面の壁上にアルミニウム層２９を含む。アルミニウム層２９は、好ましくはチャンバの内壁の内周面に沿って形成されていて所定の幅を有する。アルミニウム層２９の幅は、チャンバ長さの一部からチャンバ長さ全体に至る範囲である。
【００２６】
アルミニウム層２９は加速された電子の衝突によってイオン化されてアルミニウムイオンＡｌ３+を供与する。アルミニウムイオンはリン酸塩からのリンイオンと結合することができる。
【００２７】
ＰＯ４３−（リン酸塩から発生）+Ａｌ３+→ＡｌＰＯ４
アルミニウムイオンはまた、水中に浮遊している油と泥と結合することができ、これは油と泥の表面電荷が陰の値を有するためである。
【００２８】
本発明の好ましい実施例では、それぞれの電源がそれぞれのイオン化装置に高電圧電力を提供すると記載されているが、具体的な適用時には一つの電源が並列に連結された複数のイオン化装置に電力を供給することも可能である。さらに、イオン化装置の個数は様々な応用時に必要なだけの数を備えることも可能である。
【００２９】
イオン化装置１１内に形成された不溶性生成物は、フィルタリングによって水から除去される。つまり、イオン化装置１１によって水中に形成された様々な種類のスラッジ、沈殿物等は第１フィルタ部１２を通過しながら除去できる。
【００３０】
次に、水は第１フィルタ部１２から下流に位置するオゾン混合機１３に流れる。オゾンはオゾン発生器１４で発生してオゾン混合機１３に提供される。
【００３１】
本発明の好ましい実施例において、オゾン発生器１４は、コロナ放電型の発生器であってもよい。コロナ放電型のオゾン発生器１４は、出発ガスに非常に強い電界を加えてオゾンを発生する。出発ガスとしてはフィルタリングされた空気、又はＰＳＡ（プレッシャースイング吸着）型の酸素生産施設によって発生した酸素である。強い電界は一般に変圧器、整流器及び絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のようなインバータとからなる電源（図示せず）から供給される。電源は、商業用の５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの１００Ｖ、２２０Ｖ、３８０Ｖ又は４４０Ｖのような交流低電圧を、酸素分子を崩壊させるのに十分な程度の１０００Ｈｚの１５ｋＶのような整流された高電圧に変換する。整流された高電圧は、２つの電極、一つは正極で他の一つは負極である電極に供給される。２つの電極は、一種のキャパシタを形成し、普通２つの平行な板や同心円の円筒又はその他の電極の間が一定の距離を維持するようにする他の幾何学的構成を有する形態で構成される。オゾン発生器１４の説明は、類似した構造を説明することで変更することができるのでこれ以上の説明は省略する。
【００３２】
オゾン発生器１４により発生したオゾンは、オゾン混合機１３に提供される。オゾン混合機は、スタティック型のライン混合機であるかその他の形態の混合機を用いることができる。次に、フィルタリングされた水は、オゾンと混合されて所定の時間、好ましくは数分間オゾン混合機３６内に留まる。
【００３３】
水とオゾンを接触させるこのような工程は、有機成分を酸化させて微細粒子を凝固させる作用をして、下流のフィルタリング段階を改善して水中に存在する大部分のバクテリア、ウイルス及びその他の微生物を物理的に破壊する。つまり、オゾンは毒性の副産物を作らない強力な酸化剤、凝縮剤及び殺菌剤として作用する。
【００３４】
第２フィルタ部１５は、複数の多孔性セラミックフィルタを含み、このような多孔性セラミックフィルタは、大略１μｍ乃至０．０１μｍの範囲の微細粒子を除去することができる。本発明の好ましい実施例において、第２フィルタ部１５は、各々１μｍ、０．１μｍ及び０．０１μｍの範囲内でフィルタリングできる３個のフィルタを有するようにすることができる。オゾン混合機１３で水中に形成された様々な種類のスラッジ、綿状物、沈殿物は、第２フィルタ部１５を通過しながら除去できる。
【００３５】
本発明の機能を実現するためには必須の構成ではないが、本発明の機能を一層向上させるためには、排水口部分に磁石を設置することが望ましい。磁界発生装置１６は、フィルタリングされた水に磁場を印加する少なくとも一つの磁石を備えている。水は、イオン化装置１１で強い電界を受けることにより、一般的に構造がばらばらにされたイオンに分解された状態にされる。したがって、水が磁界発生装置１６から発生する磁場を通過するとき、六面の六角形の構造を有するようになり水を飲むのに適した構造となる。健康な細胞を囲んでいるヒトの体液は、六角形の分子構造を示すことが知られている。六角形の水は、ヒトの体液と一致して安定性を高めるので人体と健康にさらに適している。
【００３６】
表１は、本発明によるシステムを使用して得られた結果を示す。本発明により汚染物質は減少して水の純度が向上したことが分かる。
表１
0003910849.tif 000002
【００３７】
当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質と範囲から逸脱せずに本発明に様々な修正及び変更を加えることができることが分かる。本発明は、添付された特許請求の範囲とその均等物の範囲内にあるものであれば、本発明の修正及び変更事項を含む。
【図面の簡単な説明】
添付した図面は、本発明を一層明らかにするために提供されるものであって、発明の詳細な説明と共に本発明の原理を説明する。
【図１】  本発明に係る浄水システムの一例を示すブロック図である。
【図２】  本発明に係るイオン化装置の断面図である。
【図３】  本発明に係るイオン化装置の電極構成を例示する斜視図である。
【符号の説明】
１１  イオン化装置
１２  第１フィルタ部
１３  オゾン混合機
１４  オゾン発生器
１５  第２フィルタ部
１６  磁界発生装置
１７  電源
２１  円筒形チャンバ
２２  入水口
２３  出水口
２４  誘電体被覆層
２６  カソード棒
２７  アノード棒
２８  誘電体被覆層
２９  アルミニウム層
３０  取付具
【図１】
0003910849.tif 000003
【図２】
0003910849.tif 000004
【図３】
0003910849.tif 000005