(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽と、該水槽内に配置された陰極及び陽極とを有し、両極間に直流電流を通電することにより、該水槽内の水を電気的に処理する電気的処理装置において、
該陰極面に析出が予想される物質又はその類似物質の種晶を、少なくとも該陰極の近傍の、通電によりスケールが該種晶上に析出するような位置に存在させる手段を設けたことを特徴とする水の電気的処理装置。
【請求項２】
請求項１において、電気分解装置であることを特徴とする水の電気的処理装置。
【請求項３】
請求項１において、スケール成分除去装置であることを特徴とする水の電気的処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記種晶を、少なくとも前記陰極の近傍の、通電によりスケールが該種晶上に析出するような位置に存在させる手段が、前記水槽内に前記種晶を懸濁状に保持する手段であることを特徴とする水の電気的処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水槽内に配置した陰極、陽極間に直流電流を通電することにより、該水槽内の水を電気的に処理する電気的処理装置に係り、特に、このような電気的処理装置における電極面へのスケールの付着の問題を解決する水の電気的処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水槽内に配置した陰極、陽極間に直流電流を通電することにより、該水槽内の水を電気的に処理する電気的処理装置としては、次のようなものがある。
▲１▼  水を電気分解して水素と酸素又はオゾンを発生させる電気分解装置
▲２▼  塩水を電気分解して遊離塩素又は過酸化水素を発生させる殺菌水製造装置▲３▼  水を電気分解してイオン水を製造するイオン水製造装置
▲４▼  汚水を電気分解して汚濁物を酸化分解する酸化分解装置
【０００３】
これらの電気的処理装置では、電気分解を継続すると、主として水に含まれる硬度成分（カルシウムイオン、マグネシウムイオンなど）が水酸化物を形成してスケールとして電極面に付着し、電流値の低下、電気分解効率の低下等のスケール障害を引き起こす。
【０００４】
塩水を電気分解して遊離塩素を発生させる殺菌水製造装置では、このようなスケールを防止するために、一定時間毎に陽極と陰極を入れ替える転極という操作が行われている。しかし、転極を行うためには、双方の電極素材を高価な貴金属を用いた不溶性電極とする必要があり、また、印加電圧を反転させるための制御システムを組み込む必要があり、装置が高価となるという欠点がある。
【０００５】
従来、水中の硬度成分を除去する方法としては、イオン交換樹脂を用いた軟化処理や、ｐＨ調整と種晶添加とを組み合わせた方法などがあるが、イオン交換樹脂は再生のための薬品を必要とし、またｐＨ調整のためにも薬品を必要とするため、薬品の調製（溶解）、貯蔵、搬入、在庫管理等の手間を要する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来の問題点を解決し、硬度成分等の電極面でスケール化し易い成分を含む水を処理する場合であっても、スケールを生成させることなく、安定して処理を継続することができる水の電気的処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明はまた、薬品を使用することなく、ボイラ給水等の水中の硬度成分を除去することができるスケール成分除去装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の水の電気的処理装置は、水槽と、該水槽内に配置された陰極及び陽極とを有し、両極間に直流電流を通電することにより、該水槽内の水を電気的に処理する電気的処理装置において、該陰極面に析出が予想される物質又はその類似物質の種晶を、少なくとも該陰極の近傍の、通電によりスケールが該種晶上に析出するような位置に存在させる手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
陰極面に析出することが予想される物質又はその類似物質を種晶として存在させることにより、スケールは、電極面で析出せずに、この種晶の表面で析出するようになるため、電極面でスケール化することによるスケール障害は防止される。通常、スケールは、直流電流の通電でアルカリ性となった陰極側に移動した水中のカルシウムイオン、マグネシウムイオン等の硬度成分が水酸化物を形成することにより陰極面で析出するものであり、従って、種晶は、陰極の近傍に存在させることにより、良好なスケール防止効果を得ることができる。
【００１０】
本発明の電気的処理装置は、各種の電気分解装置として好適であるが、水中の硬度成分を種晶表面にスケールとして析出させることにより、ボイラ給水等の水から硬度成分を除去するスケール成分除去装置としても有効である。即ち、陰極の周辺には、カルシウムイオン等が移動してきてその濃度が高くなり、炭酸カルシウム等のスケールが析出し易い条件となっている。従って、水中の硬度成分から陰極近傍の種晶上にこれらのスケールが析出することにより、硬度成分が除去される。このような薬品不使用のスケール成分除去装置を、例えば軟化装置の前処理装置として用いることにより、軟化装置のイオン交換樹脂の負荷を軽減して、再生頻度、薬品使用量を低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
本発明において、陰極面に付着が予想される物質（スケール）は、通常、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等であり、これらの粒子を種晶として使用することができる。また、カルシウムやマグネシウムを含有する難溶性化合物であっても種晶として作用することから、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸マグネシウムカルシウム等、或いは、これらを含有する鉱石等も種晶として使用することもできる。これらの種晶物質は、１種を単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。
【００１３】
種晶の粒径は、その存在形態によっても異なるが、通常、粒径０．１〜３ｍｍ程度の粒状であることが好ましい。
【００１４】
種晶は、少なくとも陰極の近傍に存在させることができれば良く、その存在形態には特に制限はなく任意であるが、例えば、次のような方法を採用することができる。
▲１▼  電解槽内に懸濁状に保持する。この場合、処理水の排出時に種晶が電解槽内に流出しないように、電解槽の処理水流出口にネット等の透水性で種晶を通過させない種晶流出防止部材を設けるか、或いは流出した種晶を処理水から分離して電解槽に循環させる手段を設けることが好ましい。
▲２▼  種晶を任意の支持材に固定して電解槽内に保持する。
【００１５】
なお、前述の如く、種晶は、電解槽内の全域に存在する必要はなく、陰極の近傍に存在すれば良い。
【００１６】
従って、種晶を電解槽内に懸濁状態で保持する場合、例えば、種晶を陰極近傍のみに存在させるために、電解槽の陰極側を透水性で種晶を通過させないセパレータ、例えば素焼きプレート、紙、樹脂等の多孔質板により仕切り、陰極室を形成し、この陰極室内に種晶を存在させるようにしても良い。
【００１７】
また、種晶を支持材に固定して保持する方法としては、種晶を紙、樹脂等のシート状の支持材に接着又は漉き込みにより固定して保持する方法が挙げられるが、この場合、このシート状支持材を陰極近傍に配置することにより、種晶を陰極近傍に存在させることができる。
【００１８】
電極槽内の種晶は、静止状態ではなく、流動状態ないし移動状態で存在させるのが好ましい。即ち、種晶が静止状態であると新たに析出するスケールを介して種晶同士或いは種晶と電極とが結合してスケール障害に到るおそれがあるが、種晶を流動ないし移動状態とすることにより、このような問題を防止することができる。
【００１９】
従って、種晶を流動させるために、電解槽又は電解槽の陰極室内の種晶を撹拌機による撹拌又は散気管による曝気で流動させたり、種晶を水流により流動させるために、種晶を電解槽に導入される被処理水の水流、好ましくは上向流により流動させたり、電解槽内又は電解槽外に設けたスラリーポンプにより、槽内水を循環させるようにしても良い。種晶を被処理水の水流により流動させる場合、種晶を被処理水と共に流動させ、電解槽に導入される被処理水に種晶を添加し、電解槽から取り出した処理水から種晶を固液分離して被処理水の導入側に戻すようにしても良く、また、被処理水の上向流により、電解槽内に種晶の流動床を形成するようにしても良い。
【００２０】
また、電極板を若干傾斜させて設置し、種晶を電極板上方から供給して、電極板上を下方に向かって傾斜面に沿って移動させるようにしても良い。この場合、電極板の下方に沈殿した種晶は、スラリーポンプ等で上方に移動、循環させる。
【００２１】
また、支持材に固定した種晶を移動させる方法としては、種晶を固定した支持材を、任意の方法で往復動又は回動させる方法が挙げられる。例えば、支持材の上端を電解槽の槽壁の上端等に設けた懸架部材に固定し、この懸架部材により陰極の近傍で支持材を往復動させる方法や、支持材をロールに取り付け、このロールを回転させる方法などを採用することができる。
【００２２】
このような種晶を固定した支持材の移動、又は前述の懸濁状態の種晶の流動は、常時連続的に行う必要はなく、種晶同士或いは種晶と電極板との間にスケール化によるブリッジが形成される前に再流動又は再移動させることができるような間隔で間欠的に行っても良い。
【００２３】
ところで、このように種晶の存在下で電気分解を継続すると、種晶表面にスケール成分が析出して種晶が次第に粗大化する。種晶を懸濁状態で電解槽内に保持する場合、粗大化した種晶は、槽底部に沈降するようになるため、適宜、槽底部から抜き出して粗大粒子を排出することが望ましい。従って、このために、電解槽の底部に種晶の沈降部となるピットと、このピットに連絡する開閉弁付き種晶排出管を設け、定期的に又は必要に応じて、種晶の粗大粒子を抜き出すことが好ましい。或いは、スラリーポンプで種晶を流動させる場合、スラリーポンプによる種晶循環配管に開閉弁付き種晶抜き出し配管を分岐して設け、定期的に又は必要に応じて、種晶の粗大粒子を含む循環水の一部を抜き出すようにしても良い。
【００２４】
以下に図面を参照して本発明の電気的処理装置の構成をより具体的に説明する。
【００２５】
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の電気的処理装置の実施の形態を示す概略的な断面図である。なお、図１（ａ）〜（ｃ）において、１は電解槽、２は陽極、３は陰極、４は直流電源を示し、５は種晶を示す。
【００２６】
図１（ａ）の装置は、電解槽１内に対面配置された陽極２と陰極３との間に種晶５を投入し、この種晶５を電解槽１に導入した被処理水の上向流と散気球６からの曝気により流動させるようにしたものである。処理水の排出口には、種晶の流出を防止するためのネット等の種晶流出防止部材７が設けられている。
【００２７】
図１（ｂ）の装置は、種晶５を被処理水の上向流と、ポンプ８による循環で流動させるものである。即ち、電解槽１内で沈降する種晶５は、ポンプ８で電解槽１の底部から引き抜かれ、電解槽１の上部に循環されることにより、電極２，３間で流動状態に保持される。この装置にあっても、処理水の排出口に種晶の流出を防止するための流出防止部材７が設けられている。
【００２８】
図１（ｃ）の装置は、種晶５を被処理水と共に流動させるものであり、被処理水と共に電解槽１内に導入された種晶は、電解槽１内を上昇し、処理水と共に電解槽１の上部から取り出された後、固液分離装置９で処理水と分離され、分離された種晶が被処理水の導入側に循環されるように構成されている。
【００２９】
いずれの装置においても、被処理水は電解槽１の下部から導入されて槽内を上昇する間に電極２，３で電気分解される。電気分解処理水は槽上部から排出される。この電気分解処理において、被処理水中の硬度成分は、電極２，３に析出することなく、電極２，３間の種晶５の表面に析出するため、スケール障害は防止される。
【００３０】
本発明の電気的処理装置は、水を電気分解して水素と酸素又はオゾンを発生させる電気分解装置、塩水を電気分解して遊離塩素又は過酸化水素を発生させる殺菌水製造装置、水を電気分解してイオン水を製造するイオン水製造装置、汚水を電気分解して汚濁物を酸化分解する酸化分解装置等の様々な電気的処理装置に有効であるが、水中の硬度成分を種晶表面にスケールとして析出させることにより、ボイラ給水等の水から硬度成分を除去するスケール成分除去装置としても好適であり、このような薬品不使用のスケール成分除去装置を、例えば軟化装置の前処理装置として用いることにより、軟化装置のイオン交換樹脂の負荷を軽減して、再生頻度、薬品使用量を低減することができる。
【００３１】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３２】
実施例１、比較例１
電気伝導度：約２０ｍＳ／ｍ、硬度成分濃度：約５０ｍｇ／Ｌ（Ｃａ硬度：３５ｍｇ／Ｌ）の水を電解槽で電気分解して遊離塩素を生成させる電気分解装置において、本発明によるスケール防止効果を確認する実験を行った。
【００３３】
用いた電解槽の構成は図１（ａ）に示す通りであり、電極（陽極，陰極）としては、ＴｉにＰｔメッキを施した、寸法５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１ｍｍ厚さのものを用いた。電極間距離は１０ｍｍとし、電極間に設けた散気球６により５０ｍＬ／ｍｍで曝気した。電解槽の容量は８０ｍＬであり、水の流量は６００ｍＬ／ｈｒとした。
【００３４】
実施例１においては、種晶５として炭酸カルシウム粒（粒径０．５ｍｍ）を電解槽１に投入し、電極２，３間において曝気により流動させた。また、種晶５が電解槽１から流出しないように、処理水の流出口部分をサランネットで塞いだ。
【００３５】
比較例１では、種晶は用いなかった。
【００３６】
実施例１及び比較例１共に、電圧１５Ｖを印加し、初期電流は０．１６Ａで、処理水の遊離塩素濃度は２．２ｍｇ／Ｌであった。
【００３７】
電圧１５Ｖ一定で処理を継続したときの電流及び処理水中の遊離塩素濃度及びカルシウム硬度の経時変化を調べ、結果を表１に示した。
【００３８】
また、電極面へのスケールの付着状況を調べるために、３０日間処理を継続した後、電極を酸で洗浄し、洗浄液中のカルシウム量を測定し、結果を表１に示した。
【００３９】
【表１】
0004013527.tif 000002
【００４０】
表１より次のことが明らかである。
【００４１】
電解槽に種晶を投入しなかった比較例１では、電極面に多量のスケールが付着していることが確認され、この電極面でのスケール析出のために経時による電流値の低下が認められ、遊離塩素の発生量も低下した。
【００４２】
これに対して、電解槽に種晶を投入した実施例１では、電極面でのスケールの析出が防止され、電流値の低下、遊離塩素の発生量の低下の問題はなかった。
【００４３】
しかも、実施例１では、硬度成分も除去されており、従って、本発明の電気的処理装置は、スケール成分除去装置としても有効であることが確認された。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の水の電気的処理装置によれば、硬度成分等のスケール化し易い成分を含む水を処理する場合であっても、電極面でのスケールの析出、及び析出したスケールによる電流値の低下等のスケール障害を防止して、長期に亘り安定な処理を継続することができる。
【００４５】
本発明によればまた、水中の硬度成分等のスケール化し易い成分を、薬品を用いることなく、電気的な処理のみで効率的に除去するスケール成分除去装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気的処理装置の実施の形態を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
１  電解槽
２  陽極
３  陰極
４  直流電源
５  種晶
６  散気球
７  種晶流出防止部材
８  ポンプ
９  固液分離装置
【図１】
0004013527.tif 000003