(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水の取水口と排出口とを有した容器内に、金属窒化物又は金属ホウ化物、金属ケイ化物から選ばれた材料からなる作用電極と、直流電流を通電しても溶解しない材料からなる対向電極とを配置し、この作用電極と対向電極とを極性変換可能な直流電源によって接続したことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
作用電極と対抗電極とが接触しないように、被処理水の取水口から排出口に向かって交互に配置されたことを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
作用電極がフィルターである請求項１又は２記載の水処理装置。
【請求項４】
直流電源は、印加可能な電位が被処理水を電気分解しない電位に印加可能である請求項１乃至３の何れかに記載の水処理装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、微生物を含む河川、工業用水、水道水などの各種被処理水を電気化学的な微生物殺菌により浄化するための水処理装置に関する。特に、家庭用浄水器、上水道の水処理、化粧品や医薬品、食品などの工場で使用される水の処理装置などに好適に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
海水中や淡水中には多くの微生物が存在するが、この微生物の中には、病原性を示したり、水中構造物表面に付着して様々な問題を引き起こすものが存在する。そこで、上記微生物を除菌したり、殺菌したりする水の処理装置や処理方法が種々提案されている。水中の微生物を除菌する装置としては、活性炭や活性炭素繊維などを利用した水処理装置が知られている。また、水中の微生物を殺菌する方法としては、次亜塩素酸塩又は塩素、オゾンなどを被処理水中に添加する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、活性炭を利用した水処理装置には、以下の問題がある。
１．粒状の活性炭が配管内に流出し、この流出した活性炭に吸着した微生物が増殖して配管内に付着し、増殖した微生物が水中に再浮遊することで、新たな汚染源が発生する。
２．活性炭や活性炭素繊維に吸着した微生物が時間の経過に伴って増殖し、この増殖した微生物が水中に再浮遊することで、新たに汚染が発生する。また、次亜塩素酸塩又は塩素、オゾンなどを被処理水中に添加する方法に添加する方法には、以下の問題がある。
１．次亜塩素酸塩や塩素は、刺激臭や皮膚に対する刺激が強いため、抵抗力の弱い幼児では皮膚のかぶれや目の痛みなどが発生することが指摘されており、多量に用いることは出来ない。
２．次亜塩素酸塩や塩素は、水中の有機物と反応して消費されることから、例えば、水道水の浄化に使用した場合、給水管の距離が長くなると末端での塩素濃度が低下し、微生物の殺菌が不十分となる。
３．次亜塩素酸塩や塩素は、水中に存在する有機物と反応して発癌性のトリハロメタンを生成する。
４．オゾンは、オゾンがそれ自体に発癌性を誘発する問題がある。
５．生物種の中には、次亜塩素酸塩又は塩素、オゾンによって殺菌できないものも存在する。例えば、集団感染のあった病原虫であるクリプトスポリジウムは塩素で殺菌されないことが確認されている。
６．微生物の状態によっては、次亜塩素酸塩又は塩素、オゾンによって殺菌が困難になる場合もある。例えば、水中の構造物などに付着してた微生物は増殖して微生物皮膜を形成し、この微生物被膜は塩素に対する耐性が高いことが知られており、塩素を注入しても微生物皮膜内への塩素の浸透性が低いことから、微生物皮膜内に存在する微生物を完全に殺菌することは困難である。
以上のような問題点から、新たな汚染源となることなく、長期間、安全で、水中の問題となる生物を完全に殺菌し得る新たな殺菌装置が望まれている。
【０００４】
本発明はこれらの問題に鑑みなされたものであり、電気化学的な生物の制御により水中に存在する微生物を電気化学的に殺菌する装置に関するものであって、被処理水の取水口と排出口とを有した容器内に、金属窒化物又は金属ホウ化物、金属ケイ化物から選ばれた材料からなる作用電極と、直流電流を通電しても溶解しない材料からなる対向電極とを配置し、この作用電極と対向電極とを極性変換可能な直流電源によって接続したことを特徴とする水処理装置を要旨とするものである。
【０００５】
【作用】
本発明に係る水処理装置の作用電極は、金属窒化物又は金属ホウ化物、金属ケイ化物から選ばれた材料からなっている。従って、作用電極は、電気抵抗が低く、耐食性が高く、さらに、電位印加による溶解や酸化がなく非常に安定で、劣化が無いものである。よって、本発明に係る水処理装置は、水中に存在する微生物を短時間に殺菌し、また、長期間の使用が可能となるものである。そして、作用電極は、極性変換可能な直流電源を接続し、作用電極の極性を変換することにより、作用電極に付着して殺菌された微生物が除去できることから、長期間、水中の微生物を殺菌でき、また、印加する電位は被処理水が電気分解しないので、処理された水のｐＨの変化がない。
【０００６】
【実施例】
本発明の実施例を図面を基に詳述する。尚、図面で示した水処理装置は発明の一例であり、これによって本発明は限定されない。図１は、実施例１を示す模式図である。参照符号１ａは容器である。この容器１ａ内には板状の作用電極２ａと対向電極３ａとが設置されている。また、４ａは取水口、５ａは排出口を示す。また、板状の作用電極２ａと対向電極３ａとはリード６ａにより極性が変換できる直流電源７ａに接続されている。
【０００７】
上記容器１ａは、作用電極２ａ及び対向電極３ａが固定できて、且つ、水を取水口４ａから通しても溶解したり腐食したりせず、電気的に絶縁性を有した材料から形成されている。また、形状は特に限定されない。具体的な材料としては、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリリルニトリル−スチレン共重合体、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂、シリコン樹脂、ニトリルブチレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンエラストマー、ポリエチレンエラストマーなどのエラストマー樹脂などが挙げられる。また、アルミニウムおよびその合金、鉄およびその合金、銅およびその合金、ステンレスなどの金属材料も用いることができる。但し、この場合、これらの金属材料上には電気的な絶縁性の高い材料が被覆されることが必要である。
【０００８】
容器１ａ内に設置されている板状の作用電極２ａは、金属窒化物又は金属ホウ化物、金属ケイ化物の導電性材料からなるものである。金属窒化物としては、窒化チタン、窒化ジルコニア、窒化バナジウム、窒化タンタル、窒化ニオブ、窒化クロム等が挙げられ、金属ホウ化物としては、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ハーフニウム、ホウ化バナジウム、ホウ化ニオブ、ホウ化タンタル、ホウ化クロム、ホウ化モリブデン、ホウ化タングステン等が挙げられ、金属ケイ化物としてはケイ化チタン、ケイ化ジルコニウム、ケイ化ニオブ、ケイ化タンタル、ケイ化バナジウム、ケイ化タングステン等が挙げられる。尚、ここに記載した材料はその一部であり、形成方法によっては２種類以上の金属を含んだり、酸化物の一部を含んだり、さらには、これらの化合物を２種以上混合して用いても良い。
【０００９】
容器１ａ内に設置されている対向電極３ａは、作用電極２ａと接触しないように配置される。対向電極３ａは板状のものやメッシュ状のものなどを限定無く用いることができる。対向電極３ａは直流電流を通電しても溶解しない材料からなり、その材料は作用電極２ａと同様の材料から構成されているが、その他に、白金、パラジウム、金、ロジウム、ルテニウム、イリジウムおよびこれらの酸化物が被覆されたチタンやタンタルなどのバルブ金属メッシュ、カーボン繊維の織物、カーボンブラックやグラファイト、活性炭などの炭素材料の燒結体などが用いられる。
【００１０】
板状作用電極２ａと対向電極３ａとの間に直流電流を通電するためには、極性変更可能な直流電源７ａが用いられるが、電灯線により電力が供給できない場合では、マンガン電池、アルカリ電池などの１次電池、電池やニッケルーカドミウム電池、ニッケルー水素電池、ニッケルー亜鉛電池、鉛蓄電池などの２次電池が用いられる。この場合では極性を変換できる装置を別に設置する必要がある。
【００１１】
本実施例において、被処理水は図１中で矢印が示した様に、取水口から排出口に方向に流れ、作用電極と接触するが、このとき、被処理水中に存在する微生物も作用電極と接触して殺菌される。以下、微生物を作用電極と接触させて殺菌する電気化学的制御における作用にについて説明する。微生物を含む被処理水を水処理装置内に通し、作用電極に正電位を印加すると、水中の微生物は作用電極に吸着させることができる。そして、作用電極に印加されている正電位には、この作用電極に接触した微生物を電気化学的に殺菌する作用がある。すなわち、微生物は、正電位によって作用電極表面に吸着させられ、作用電極表面上で殺菌される。印加する正電位は＋０〜３．０Ｖｖｓ．ＳＣＥ、好ましくは＋０．５〜＋２Ｖｖｓ．ＳＣＥであり、印加電位が０Ｖｖｓ．ＳＣＥ以下では微生物を作用電極に吸着させて殺菌することができない。
【００１２】
続いて、作用電極に負電位を印加すると、作用電極表面に吸着していた微生物やスケールを脱離させることができる。印加電位は−０〜−１．５Ｖｖｓ.ＳＣＥ、好ましくは−０．１〜１．０Ｖｖｓ.ＳＣＥである。印加電位が−０Ｖｖｓ. ＳＣＥ以上では、微生物を作用電極表面から脱離させることができず、−１．０Ｖｖｓ.ＳＣＥより低いとｐＨが上昇するので好ましくない。また負電位を印加する時間は作用電極表面に吸着している微生物の種類や量によっても異なるが、３０秒〜６０分、好ましくは１分〜３０分間行えば良い。３０秒よりも短いと殺菌された微生物の脱離が十分でなく、次に正電位を印加すると殺菌された微生物の上に他の微生物が付着してしまう。
【００１３】
図２は、実施例２を示す模式図である。参照符号１ｂは容器である。容器１ｂ内にはフィルター状の作用電極２ｂと対向電極３ｂとが設置されている。また、４ｂは取水口、５ｂは排出口を示す。また、フィルター状の作用電極２ｂと対向電極３はリード線６ｂにより直流電源７ｂに接続されている。さらに、作用電極の印加電位を正確に制御するために、照合電極８がリード線６ｂにより直流電源７ｂに接続されている。７ｂの直流電源は３極方式の電源であり、ポテンショスタットが用いられ、また、極性を変換するために関数発生器９がリード線６ｃにより直流電源７ｂに接続されている。
【００１４】
実施例２は、作用電極としてフィルター状のものを用い、作用電極２ｂと対向電極３ｂとの間に絶縁性の樹脂からなる０リング１０を用いて、作用電極２ｂと対向電極３ｂとを交互に設置した場合の接触を防止し、照合電極８及び関数発生器９を用いた以外は、実施例１とほぼ同様である。即ち、例えば、容器２は電極が固定でき、且つ、水によって溶解したり腐食せず、さらに、電気的に絶縁性を有した材料で形成されたものであり、その形状は特に限定されない。
【００１５】
フィルター状の作用電極２ｂは、上記、板状に作用電極と同様に金属窒化物又は金属ホウ化物、金属ケイ化物の導電性材料よりなるものであるが、さらに、吸着性を有する活性炭や活性炭繊維などを含んでも良い。このフィルター状の作用電極２ｂは、水を通す細孔が形成されてあれば良く、その厚さは、目的とする水の水質により適宜設定して用いられる。また、フィルター状の作用電極２ｂとして、上記導電性材料の粒子の一種もしくは２種以上が混合された燒結体や、チタンやタンタル、ニオブ、ジルコニアなどのバルブ金属材料のメッシュ上に上記導電性材料が被覆されたものや、バルブ金属材料のメッシュで成形された容器に上記導電性材料の粒子の一種もしくは２種以上が混合して充填されたものを用いることもできる。
【００１６】
実施例２に係る水処理装置の微生物に対する殺菌の作用効果は実施例１とほぼ同様であるが、実施例２は、作用電極としてフィルター用いているので、実施例１に比較して水中の微生物の作用電極への接触が高くなり、その結果、殺菌効果が高くなる。また、実施例２は、微生物の一部がフィルター状作用電極に捕獲されるので、実施例１に比較して除菌効果が高くなる。そして、フィルター状の作用電極２ｂと対向電極３ｂとが交互に設置されることで、各作用電極２ｂの両面に直流の電流が通電されることから、効率よく作用電極２ｂ上に捕獲された微生物が殺菌できる。なお、作用電極と対向電極との組合せを多数積層した場合、殺菌効果を維持したまま、一定時間で処理する水の量を増やすことができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係る水処理は、上記構成となしたので、長期間、水中の微生物を殺菌でき、また、印加する電位は被処理水が電気分解しないので、処理された水のｐＨの変化がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の模式図である。
【図２】 実施例２の模式図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 容器
２ａ、２ｂ 作用電極
３ａ、３ｂ 対向電極
４ａ、４ｂ 取水口
５ａ、５ｂ 排水口
７ａ、７ｂ 直流電源
【図１】
0003790346.tif 000002
【図２】
0003790346.tif 000003