JP3573385B2 - 被処理水の電解処理用電解槽 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、微生物を含有する各種被処理水の該微生物に起因する各種性能劣化を抑制するための被処理水の電解処理用電解槽に関し、より詳細には比較的大容量の被処理水例えば写真処理液、各種工場の純水、超純水あるいはプール水、製紙洗浄水、熱交換器冷却水、飲料水（上水道水）、カップ式自動販売機用貯水、養魚用水、薬剤希釈水、浴場水及びガス洗浄塔用循環水等の微生物を含有しあるいは微生物発生の可能性のある各種被処理水、中でも特に水質改良及び保持が要求される飲料水を電解処理するための炭素電極を使用する電解槽に関し、特に該炭素電極の目詰まりに起因する電解操作の不安定化を防止できる電解槽に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から各種用途に多種類の水溶液や他の物質を溶解していない単独の水又は純水が使用されている。これらの水溶液等は溶質が適度な養分を提供し、あるいは該水溶液の液温が繁殖に好ましい比較的高温度であると、細菌等の微生物が繁殖して該微生物は前記水溶液等の性能劣化を起こしたり、又製品に悪影響を与えたり、処理装置内に浮遊したり蓄積して処理装置の機能を損なうことが多い。通常の水道水中の微生物数は残留塩素を殺菌剤として残すことで３０個／ミリリットル以下にされているが、この水道水を例えば熱交換器用冷却水として使用すると前記微生物が飛躍的に繁殖して配管の腐食や悪臭が発生する。
これらの現象を防止するために従来は防黴剤や沈澱抑制剤等の各種薬剤を被処理水中に投入したり各種フィルタを配管途中に設置したりしているが、前記薬剤投入は前述の通り薬剤の残留による被処理水への悪影響や薬剤使用のコスト面での問題点が指摘されている。更に添加薬剤に対する抗菌が暫くすると発生し、次の薬剤を検討したり必要量以上に多量の薬剤を供給する等の必要が生ずるという問題点を抱えている。又、フィルター操作で生菌を濾過分離することは原理的に不可能であり、永続する菌除去はできない。
【０００３】
前述の各被処理水のうち、特に飲料水は人間の健康に直結するもので、それに含有される細菌の滅菌や黴の繁殖の防止つまり微生物の死滅除去は不可欠であり、該滅菌や防黴の方法としては塩素による方法が主流である。しかし都市部の水道滅菌はその原水となる河川水、湖水等が各種有機物等で汚染され微生物の死滅に必要な量以上の塩素を添加するため、有機ハロゲン化物等を生起したり、カルキ臭を発生する等の弊害を生じている。該塩素法による前記欠点を解消するために、塩素法以外の滅菌方法が提案されている。
本出願人は飲料水を含む前記各被処理水における前述の欠点を解消するために、複数の炭素質三次元固定床型電極が収容された電解槽に前記被処理水を供給し電解処理することにより該被処理水中の微生物を滅菌する水処理装置及び方法を提案した。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】
このいわゆる電解滅菌法は、前記炭素電極に通電することにより該電極を分極させ主としてプラスに分極した電極部分に接触した微生物を滅菌するものであり、通電が継続されている限り微生物の滅菌が継続され、塩素やオゾン等の薬剤を使用しないため処理が長期間に亘っても微少量の電気代が必要なだけで経済的な運転が可能になるという長所がある。
しかしながら、前記炭素電極は比較的開孔径が小さく目詰まりを起こし易く、更に比較的脆弱であるため、周縁部が欠けたり微少な粉体として電解槽中に懸濁して前記目詰まりを加速し易いという欠点がある。
前記炭素電極が電解槽内を流れる被処理水の圧力のために槽内で移動しターミナル電極に接触し、炭素電極に予定の分極が発生しないという欠点も生ずる。
【０００５】
図１は従来の炭素電極を収容した被処理水処理用電解槽の一例を示す縦断面図である。
この電解槽１は、底板２中央の被処理水供給口３及び天板４中央の被処理水取出口５をそれぞれ有する電解槽本体６内部に、炭素質材料等から形成される短寸円柱形の計３個の多孔質炭素電極７が前記本体６の内壁と実質的に液流動の生じないような僅かな間隙しか形成しないように収容され、最上位の炭素電極７のやや上方には給電用陽極ターミナル８が、又最下位の炭素電極７のやや下方には給電用陰極ターミナル９がそれぞれ設置されている。又前記炭素電極７間及び該炭素電極７と前記両電極ターミナル８、９間に４枚のメッシュ状隔膜又はスペーサー１０が挟持されている。
このような構成から成る電解槽１は例えば水道配管の途中や水道の蛇口に設置され、その電解槽本体６内に被処理水供給口３から、微生物や有効塩素成分等を含有する被処理水を供給すると、該被処理水はまず炭素電極７の陽分極した下面に接触し主として該陽分極面で前記微生物の滅菌が起こり、その後液流によって前記炭素電極７内を透過して該炭素電極７の上面つまり陰分極面に達し、主として金属の析出や有効塩素成分の分解等が起こる。
【０００６】
この電解処理操作を微生物滅菌の面から見ると、微生物の滅菌が生ずる陽分極部では死滅した微生物の死骸が蓄積し、微生物の滅菌効果が弱い陰分極部や実質的な分極が生じていない中央部では微生物が繁殖することがあり、微生物が繁殖するとその数が飛躍的に増加するため、前記炭素電極の前記陰分極部及び中央部で該電極の開孔を閉塞して目詰まりが生じ、被処理水の流通を阻害するという欠点がある。
前記電解処理操作では前記陽極ターミナル及び陰極ターミナルを定期的に反転させて分極の正負を反転させることがある。この場合には前記炭素電極７の両端面における微生物の繁殖は防止できるが、依然として前記炭素電極７の中央部での微生物の繁殖に起因する開孔の目詰まりを防止できない。
【０００７】
又、 図１の従来の被処理水の電解処理用電解槽では、各炭素電極７を通過する被処理水の抵抗が大きいため、被処理水は被処理水供給口３から比較的高圧で電解槽本体６内に供給される。従って機械的強度がさほど大きくない前記炭素電極７は特にその周縁部が欠けたりあるいは被処理水の高速流通により粉体化して被処理水中に懸濁する。そして一旦被処理水中に懸濁すると比較的容易に前記メッシュ状隔膜又はスペーサー10を透過して上方の炭素電極７に達し、該炭素電極７の目詰まりを引き起こすことがある。
【０００８】
【発明の目的】
従って本発明は、前述の従来技術の欠点を解消し、炭素電極を使用する被処理水の電解処理用電解槽における炭素電極の目詰まりを最小限に抑制できほぼ理想的な電極を装着した被処理水の電解処理用電解槽を提供することを目的とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、１又は２以上の多孔質ブロック状又はスポンジ状の三次元固定床型炭素電極を、給電用陽極ターミナル及び給電用陰極ターミナル間に設置し、微生物を含有する被処理水を、前記炭素電極に供給し電解処理する電解槽において、前記炭素電極の前記被処理水の流通方向の開孔径又は開孔率を異ならせた被処理水の電解処理用電解槽である。なお本発明に係わる電解槽では電極表面上で実質的な酸化還元反応のような電気化学反応を生起していないことがあるので本発明に係わる電解槽は電気化学的処理槽というべきであるが、一般呼称に従って電解槽と称する。
【００１０】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明に係わる電解槽は、飲料水、カップ式自動販売機用貯水、写真処理液、各種工場の純水、超純水あるいはプール水、製紙洗浄水、熱交換器冷却水、養魚用水、薬剤希釈水、浴場水及びガス洗浄塔用循環水等の微生物を含有しあるいは微生物発生の可能性のある各種被処理水、特に微生物の混入を十分に抑制しなければならない飲料水を処理対象とし、該被処理水を本発明に係わる被処理水の電解処理用電解槽に供給し該電解槽に直流又は交流電圧を印加し前記被処理水中の微生物の制菌、殺菌あるいは滅菌を行なう。
この際に処理効率に直接かつ直ちに悪影響は及ぼさないものの、前述の従来の炭素電極の欠点に起因する炭素電極の目詰まりは長期的に見ると処理効率の低下を招き、交換によるコストや時間のロスを生じさせる。
【００１１】
前述した炭素電極固有の目詰まりに関する欠点を、前述の手法により解消しようとするものである。なお本発明の微生物には、細菌（バクテリア）、菌、糸状菌（黴）、大腸菌、酵母、変形菌、単細胞の藻類、原生動物、ウイルス等が含まれる。
本発明は、前述の電解処理用電解槽に収容される炭素電極のうち微生物が繁殖する可能性の高い部分の開孔径又は開孔率を、微生物が繁殖する可能性の殆どない部分より大きくしたことを特徴とする。具体的には前記炭素電極のうち陽分極しない部分つまり陰分極する部分と分極しない部分との開孔径又は開孔率を、陽分極する部分の開孔径又は開孔率より大きくする。このように構成すると、微生物の滅菌を生じさせる陽分極する部分の開孔径又は開孔率を比較的小さく維持して被処理水と炭素電極内部の細孔の壁面が十分に接触して被処理水中の微生物の死滅効果を十分に維持するとともに、微生物が十分死滅せずその繁殖が生じ易い、従って被処理水と炭素電極との十分な接触を必要としない陰分極部又は非分極部の開孔径又は開孔率を比較的大きく維持して仮に該部分で微生物が繁殖しても被処理水が流通する炭素電極の開孔を閉塞しないようにすることができる。
【００１２】
前記したように本発明の炭素電極では、両端部の開孔径又は開孔率を中央部の開孔径又は開孔率より小さくすることが前提となるが、陽分極する両端部の開孔径が20〜500μｍであり、陽分極しない中央部の開孔径が50〜5000μｍとすることが好ましい。
両端部の開孔径を20〜500 μｍとするのは20μｍ未満では被処理水の円滑な流通が阻害され、500μｍを越えると炭素電極表面に接触せずに電極を通過する微生物が生ずるからである。又中央部の開孔径を50〜5000μｍとするのは50μｍ未満では開孔径を異ならせる意味がなくなり、5000μｍを越えると機械的強度の低下が生ずるからである。
又、より好ましい炭素電極の性状は（炭素電極の空隙容量）／（炭素電極の体積）×100（％）で表される開孔率において、前記陽分極する両端部の開孔率が20〜80％で陽分極しない中央部の開孔率が25〜95％であり、陽分極する両端部の開孔率と陽分極しない中央部の開孔率との比は0.2 〜0.85が好ましい。両端部の開孔率を20〜80％とするのは20％未満では被処理水の円滑な流通が阻害され、80％を越えると炭素電極表面に接触せずに電極を通過する微生物が生ずるからである。又中央部の開孔率を25〜95％とするのは25％未満では開孔率を異ならせる意味がなくなり、95％を越えると機械的強度の低下が生ずるからである。
【００１３】
更に望ましい形態は、陽分極する両端部の炭素電極と陽分極しない中央部の炭素電極からなる炭素電極が全体として平均気孔径で２５〜１２５ μｍとし、又開孔率が２０〜８０％となるように設定することが望ましい。
このような開孔径又は開孔率の異なる炭素電極は、例えば開孔径又は開孔率の大きい１枚の薄肉円板の炭素電極板と開孔径又は開孔率の小さい２枚の薄肉円板状の炭素電極板とを準備し、前者の炭素電極板を後者の２枚の炭素電極板で挟みそのまま使用することもできるが、更に確実に使用するためには、炭素電極板を樹脂などで接着する方法あるいは接着したのち１０００〜３０００℃の温度で熱処理する方法により一体化することができる。この際に使用するそれぞれの炭素電極板の開孔径又は開孔率は前もって予期できる繁殖微生物数等を考慮して決定する。又該炭素電極は、有機質繊維からなる紙例えばセルロース系ペーパーを所定の開孔径又は開孔率分布になるように、つまり個々のペーパー等の開孔径又は開孔率を適宜調節して全体として例えば上下両面の開孔径又は開孔率が小さく中央部の開孔径又は開孔率が大きくなるように熱硬化性樹脂を用いて積層体を得て、その後１０００〜３０００℃の熱処理を行うことで、所望の性能の炭素電極を得ることもできる。
【００１５】
これまで述べた本発明に係わる電解槽は、固定床型三次元電極電解槽つまり固定床型単極式電解槽及び固定床式複極式電解槽であり、これらの電解槽では該電解槽の三次元電極が莫大な表面積を有するため電極表面と被処理水との接触面積を増大させることができ、これにより装置サイズを小さくし、かつ電解処理の効率を上げることができる点で有利である。
【００１６】
本発明の固定床型三次元電極電解槽における電極は、一般に分極現象を生じる炭素質電極と給電用電極ターミナルを含み、該炭素質電極は前述の使用する電解槽に応じた形状を有し多孔質ブロック状又はスポンジ状として構成され、前述した通り前記被処理水が透過可能な炭素質材料、例えば活性炭、グラファイト、炭素繊維等の炭素系材料から形成される。このような構成から成る１又は２以上の前記炭素電極の両端に設置した平板状又はエキスパンドメッシュ状やパーフォレーティッドプレート状等の多孔板体から成る１対の給電用陽極ターミナル及び給電用陰極ターミナル間に直流電圧を印加して前記炭素電極を分極させその一端及び他端にそれぞれ陽分極部及び陰分極部を形成する。又必要に応じて前記給電用陽極ターミナルと給電用陰極ターミナルの極性を定期的に変換してあるいは１０Ｈｚ以下の交流電圧を印加することにより陽分極部及び陰分極部が一定時間ごとに生ずるようにしても良い。
【００１７】
前記電極が炭素質であるため、電解反応生成物である酸素ガスにより酸化され炭酸ガスとして電極崩壊することがある。これを防止するためには前記電極の陽分極する側にチタン等の基材上に酸化イリジウム、酸化ルテニウム等の白金族金属酸化物を被覆し通常不溶性金属電極として使用される多孔質材料やチタン等の基材上に白金族金属をメッキ等で被覆した電極材料を接触状態で設置し、酸素発生が主として該多孔質材料上で生ずるようにすればよい。
前記被処理水を、本発明に係わる炭素電極を設置した電解槽に供給すると、該被処理水中の微生物は液流動によって分極した前記電極に接触しそれらの表面で高電位のエネルギー供給を受け強力な酸化反応が微生物細胞内で生じ、その活動が弱まったり微生物自身が死滅して滅菌が行われると考えられる。
このような電解処理により被処理水の微生物の滅菌がほぼ完全に行なわれるが、前記電解処理された被処理水は直ちに飲用あるいは他の用途に供されるとは限らず、電解処理を行なう箇所と使用する箇所が離れ、比較的長時間経過した後に各種用途に供されることが多い。
【００１８】
上述の本発明に係わる被処理水の電解処理用電解槽を使用する電解処理では、前記炭素電極が適正に分極しかつ供給される被処理水が確実に該炭素電極のプラスに分極した部分に接触する限り微生物の滅菌が行なわれ、この条件のいずれかが欠落すると電解槽から取り出される被処理水中の微生物殺菌効率が高くならない。
電解時に測定可能なデータとして、被処理水の温度、液量及び電気伝導度、及び電解槽の電圧及び電流などがあるが、これらのデータを単独又は組み合わせてもそれのみで運転が正常に行なわれているか異常であるかは決定できない。仮に処理済の被処理水中の微生物濃度が許容限度以上になっている場合には、微生物濃度の変動との比較検討により初めて異常運転の原因を明確にしたり、あるいは電解槽の運転は正常であり、被処理水中の微生物濃度の増加は他の原因に帰されるべきであるとの結論を導いたりすることができる。
【００１９】
そのためには電解槽運転時の全時間に亘るデータが記録されていることが望ましく、該データと後ほど得られる微生物濃度のデータとの対比による電解槽の運転状況の把握が可能になる。
従って本発明の電解槽を使用する被処理水の電解処理では、該電解処理と同時に、被処理水の温度、液量及び電気伝導度、及び電解槽の電圧及び電流から選択されるデータの少なくとも１種類、望ましくはこれらの全てのデータを電解槽の運転とともに連続的に記録し例えばコンピューターに記憶させることができる。一般に電解処理に適した上記各条件の範囲は、被処理水温度５〜４５℃、電解槽内通過の線速は５〜３０ｍｍ／秒、被処理水電気伝導度は０〜５０００μｓ／ｃｍ、電解電圧は２．０ 〜８．０ Ｖ／電解槽、電流密度は０〜５．０ Ａ／ｄｍ^２ であり、電解槽内に収容された炭素電極の高さと前記線速の関係が〔電解槽高さ（ｍｍ）〕／〔線速値（ｍｍ／秒）〕≧１．０ （秒）を満足すると効率良く被処理水の処理ができる。これらの値は相互に関連しながら変動するため、いずれかの値がこの範囲内にあっても微生物濃度が満足できる低レベルにあるとは限らず、逆にいずれかの値がこの範囲外にあっても微生物濃度が満足できる低レベルとなることもあり、単にこれらの値の測定のみでは運転が正常に行なわれているかを確認できない。
【００２０】
このデータの記録とともに、処理済の被処理水のサンプリングを行ない該サンプル中の微生物濃度の測定を平行して行ない、微生物濃度に関するデータが得られる２〜３日後に、微生物濃度の異常が検出された場合には、各データの経時変化と対比することにより電解条件のどの項目が微生物濃度の異常に結びつくのかを特定できる。又微生物濃度が満足できる低レベルに維持されている場合には、各データの対応する経時変化に応じた正常な運転が行なわれていることが把握できる。更に微生物濃度が異常であるにもかかわらず各データに異常が見られない場合には、電解槽の運転条件以外の要因で微生物濃度の異常が起きていることが推測され、その場合には前記他の要因の検討を行なうことができる。
【００２１】
特にＰＬ法の施行以後は製品の欠陥の原因を追求し明確にすることが企業の存続にも影響すると予想される。本発明の電解槽による電解処理を人体の健康に直結する飲料水に適用する場合には特にその影響が大きく、単に微生物濃度のデータのみでは製品の欠陥が電解槽や該電解槽を使用する処理方法の欠陥に起因するのか、あるいは他の要因によるものであるのか特定できない場合も生ずる。
しかし上述のように、電解条件に関する各種データを記録し後日に残すことにより、後に得られる微生物濃度に関するデータと組み合わせることにより、製品の欠陥原因を確実に特定することが可能になる。
又微生物濃度に異常がない場合にも電解処理が正常に行なわれていたことの補助データとして使用できる。
【００２２】
次に添付図面に基づいて本発明に係わる被処理水の電解処理用電解槽の好ましい例を説明するが、該電解槽はこれらに限定されるものではない。
図２は、本発明の電解槽である複極式固定床型電解槽の一例を示す概略縦断面図である。
上下にフランジ１１を有する円筒形の電解槽本体１２の内部上端近傍及び下端近傍にはそれぞれメッシュ状の給電用陽極ターミナル１３と給電用陰極ターミナル１４が設けられている。該両電極ターミナル１３、１４間には複数個の図示の例では３個のスポンジ状の固定床炭素電極１５が積層され、かつ該炭素電極１５間及び該炭素電極１５と前記両電極ターミナル１３、１４間に４枚のメッシュ状隔膜又はスペーサー１６が挟持されている。各炭素電極１５は、下方及び上方の両端部の１対の小開孔径（率）電極板１５ａ、１５ｂとこれら両小開孔径（率）電極板１５ａ、１５ｂ間に設置された大開孔径（率）電極板１５ｃは接着又は焼結等により一体化されており、かつ該炭素電極１５は電解槽本体１２の内壁に密着し、該炭素電極１５の内部を通過せず、炭素電極１５と電解槽本体１２の側壁との間を流れる被処理水の漏洩流がなるべく少なくなるように配置されている。
【００２３】
前記電解槽本体１２は、長期間の使用又は再度の使用にも耐え得る電気絶縁材料で形成することが好ましく、特に合成樹脂であるポリエピクロルヒドリン、ポリビニルメタクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化エチレン、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂等が好ましく使用できる。
このような構成から成る電解槽に下方から矢印で示すように被処理水を供給しながら通電を行うと、前記各炭素電極１５の下方の小開孔径（率）電極板１５ａが正に分極し、各炭素電極１５の上方の小開孔径（率）電極板１５ｂが負に分極し、各炭素電極１５の中央の大開孔径（率）電極板１５ｃは分極しない。供給された被処理水は陽分極された計３個の下方の小開孔径（率）電極板１５ａに順に接触して滅菌が行なわれ、その後前記電解槽の上方に取り出され、蛇口等に導かれる。又前述の両電極ターミナル１３、１４は定期的にその極性を反転させても良く、この場合には図２の符号１５ｂで表した小開孔径（率）電極板１５ｂが正に分極し、被処理水中の微生物の滅菌を行なう。
【００２４】
このように通電時には前記両小開孔径（率）電極板１５ａ、１５ｂのいずれかが正に分極して被処理水中の微生物の滅菌が行なわれる。図２に示した極性の場合には効果的に滅菌が行なわれるのは下方の小開孔径（率）電極板１５ａのみで、大開孔径（率）電極板１５ｃ及び上方の小開孔径（率）電極板１５ｂでは微生物の滅菌は殆ど行なわれない。従ってこれらの部分に微生物が吸着存在すると繁殖してその数を増加する可能性がある。
しかし前述の通り極性を反転させると上方の小開孔径（率）電極板１５ｂでも微生物の滅菌が行なわれ、定期的に極性反転を行なうことにより上下両小開孔径（率）電極板１５ａ、１５ｂでは滅菌が行なわれ、中央の大開孔径（率）電極板１５ｃでのみ微生物の滅菌が効果的に行なわれないことになる。この電極板１５ｃで微生物が繁殖してその数が増加しても炭素電極の開孔径を大きくしてあるため、その開孔が目詰まりすることがなく、被処理水が円滑に流れ、被処理水の電解処理を継続できる。
【００２５】
図３は、本発明の電解槽である複極式固定床型電解槽の他の例を示すもので、該電解槽は図２の電解槽の改良であり、同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
炭素電極１５′は下側つまり陽分極するサイドの開孔径（率）ほど小さく、上側つまり陰分極するサイドの開孔径（率）ほど大きくなるようにその開孔径（率）が調節され、かつ該炭素電極１５′の給電用陰極ターミナル１４に向かう側つまり陽分極する側にメッシュ状の不溶性金属電極１７を密着状態で設置したものであり、他の部材は図２と同一である。
この電解槽１２ａに図２の電解槽と同様にして通電すると、各炭素電極１５′の下部つまり小開孔径（率）部が陽分極し、上部つまり大開孔径（率）部が陰分極する。そして陽分極する小開孔径（率）部で微生物の滅菌が行なわれ、この部分では微生物が繁殖しないため目詰まりは生じない。一方陰分極する大開孔径（率）部では前記小開孔径（率）部より効果的に滅菌が行なわれず、微生物が繁殖する可能性がある。しかし大開孔径（率）であるため繁殖した微生物が完全に開孔を閉塞することがなく、円滑に被処理水中の微生物の滅菌を継続できる。
なお図３の電解槽は図２の電解槽と異なり極性を反転させないことを前提とするものであり、極性を反転させる用途に使用する場合には分極が生じない中央部分の開孔径（率）がその両側の分極部分の開孔径（率）より大きくなるように調節すればよい。
【００２６】
図４は、本発明の電解槽である複極式固定床型電解槽の更に他の例を示す縦断面図である。該電解槽は図２の電解槽の改良に関するもので図２に示された電解槽の部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本電解槽１２ｂでは図２のスペーサー１６の代わりに多孔性電気絶縁材料１８が開孔径（率）が全体的に均一である各炭素電極１５″に密着して設置され、かつ電解槽本体１２ｂの上部のフランジ１１上には、中央部に上向き筒体２１が形成された蓋体２２が載置され、該筒体２１の上端のフランジ部と被処理水排出管２３の下端のフランジ部間にはフィルタ２４が挟持されている。
２５は、中央下面に被処理水供給管２６が下向きに形成された底板である。
【００２７】
このような構成から成る電解槽に下方から矢印で示すように被処理水を供給しながら通電を行うと、前記各炭素電極１５″が図示の如く下面が正に上面が負に分極して炭素電極１５″内及び炭素電極１５″間に電位が生じ、該電解槽内を流通する被処理水はこの電位を有する炭素電極１５″に接触してその中に含有される微生物の滅菌等の改質処理が行われて該電解槽本体１２ｂの被処理水排出管２３から取り出される。被処理水の強い流れにより各炭素電極１５″の上周縁部が損傷したり粉末化したりする恐れがあるが、本電解槽では各多孔性電気絶縁材料１８が各炭素電極１５″の上面に密着しているため、前述の損傷や粉末化が起こりにくく仮に起こっても炭素電極１５″表面に留まり被処理水中には殆ど懸濁しないため、炭素電極１５″の機械的強度が維持されかつ被処理水の汚染が防止されるとともに、下流側に位置する炭素電極の目詰まりも防止できる。
【００２８】
図５は、本発明の電解槽である複極式固定床型電解槽の更に他の例を示す縦断面図である。該電解槽は図４の電解槽の改良に関するもので図４に示された電解槽の部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
図５の電解槽１２ｃでは、最上位の炭素電極１５″から給電用陽極ターミナル１３までの距離（ｘ）を最上位の炭素電極１５″の幅（ｙ）より長く取り、最上位の炭素電極１５″と給電用陽極ターミナル１３間に広い空間１９を形成したものである。
このような構成から成る電解槽１２ｃに下方から矢印で示すように被処理水を供給しながら通電を行うと、計３個の炭素電極１５″を被処理水が透過しなければならないため、かなり高い水圧で被処理水が電解槽１２ｃ内に供給される。その場合、水圧が高過ぎると最下位及び中位の炭素電極１５″は上の炭素電極１５″の重量でその位置に停止するが最上位の炭素電極１５″は上から押圧されていないため前記水圧により上方へ押し上げられることがある。
その際に本電解槽１２ｃのように最上位の炭素電極１５″と給電用陽極ターミナル１３間に広い空間１９が形成されていると、押し上げられた炭素電極１５″が給電用陽極ターミナル１３に接触することがない。従って最上位の炭素電極１５″が硬質で鋭利な給電用陽極ターミナル１３に接触することがなくなり、給電用陽極ターミナル１３と炭素電極１５の接触や炭素電極１５の損傷もなく、炭素電極１５″の交換を行なうことなく長期間に渡って被処理水の電解処理を継続できる。
【００２９】
【実施例】
以下に本発明に係わる電解槽を使用する被処理水の電解処理の実施例を記載するが、該実施例は本発明方法を限定するものではない。
【実施例１】
次のようにして本実施例の電解槽を構成した。
まず、炭素繊維から成る直径３９．５ｍｍ、厚さ３ｍｍの小開孔径電極板（多孔質グラファイト、東海カーボン株式会社製、開孔径約４５μｍ）２枚の間に、炭素繊維から成る直径３９．５ｍｍ、厚さ３ｍｍの大開孔径電極板（多孔質グラファイト、東海カーボン株式会社製、開孔径約１００ μｍ）１枚を挿入して３層構造の電極前駆体を形成した。次いでこの前駆体を圧着して上下の開孔径が小さく、中央部の開孔径が大きい炭素電極（中央部の開孔率は８５％）を製造した。
透明な硬質ポリ塩化ビニル樹脂製の高さ７５ｍｍ、内径４０ｍｍのフランジ付円筒形である図２に示した電解槽内に、前述の通り製造した炭素電極５枚（図２では３枚）を、開口率８０％で直径４０ｍｍ及び厚さ１ｍｍのポリエチレン樹脂製スペーサー６枚で挟み込み、上下両端の隔膜にそれぞれ白金をその表面にメッキしたチタン製である直径３８ｍｍ厚さ１ｍｍのメッシュ状給電用陽極ターミナル及び給電用陰極ターミナルを接触させて設置し、本実施例の電解槽を構成した。
【００３０】
又上水道水に微生物を７９５ 個／ミリリットル添加して試験用被処理水を調製した。
前記電解槽の下部からこの試験用被処理水を１．５ リットル／分の割合で供給し（通電開始時の被処理水供給圧は電解槽入口圧で２．０３ｋｇ／ｃｍ^２）直流電源により見掛け電流密度０．２ Ａ／ｄｍ^２ 、電解電圧が４．３ 〜８．８ Ｖ（平均電解電圧５．８ Ｖ）となるように調節して前記試験用被処理水の電解処理を行なった。得られた処理済被処理水中の微生物数は０〜５個／ミリリットルであった。
７日間通電後に試験用被処理水を１．５ リットル／分の割合で供給するために要した被処理水供給圧は２．１６ｋｇ／ｃｍ^２であり、僅かに上昇したのみであった。
又通電停止後の最上位の炭素電極の上面には多数の傷が形成され、僅かなひび割れも観察された。
【００３１】
【比較例１】
炭素電極として実施例１の炭素電極に代えて、炭素繊維から成る直径３９．５ｍｍ、厚さ９ｍｍでほぼ均一の開孔径分布を有する電極板（多孔質グラファイト、東海カーボン株式会社製開孔径約４５μｍを使用したこと以外は同一条件で被処理水の処理を行なった。
試験用被処理水を１．５ リットル／分の割合で供給するために要した通電開始時の被処理水供給圧は２．３５ｋｇ／ｃｍ^２であり、該供給圧は７日後には２．９１ｋｇ／ｃｍ^２まで上昇し、炭素電極の目詰まりが生じていることが推測できた。
【００３２】
【実施例２】
スペーサーを、開孔径約６０μｍのＮＢＣ工業株式会社製の直径３９．５ｍｍ、厚さ０．１ ｍｍの円板状の多孔性電気絶縁材料（ポリプレン製織布）に代え、これを各炭素電極の上面に密着させたこと以外は実施例１と同一条件で被処理水の処理を行なった。
７日間通電後に試験用被処理水を１．５ リットル／分の割合で供給するために要した被処理水供給圧は２．０９ｋｇ／ｃｍ^２であり、極めて僅かに上昇したのみであった。
【００３３】
【実施例３】
実施例１より高さの高い電解槽を使用し、かつ最上位の炭素電極と給電用陽極ターミナル間の距離を１５ｍｍとしたこと以外は実施例１と同一条件で被処理水の電解処理を行なった。
３５日間通電後に各炭素電極を電解槽から取り出し洗浄及び乾燥後、最上位の炭素電極の上面を観察したが、僅かな傷が形成されたのみで、ひび割れは観察されなかった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係わる電解槽は、１又は２以上の多孔質ブロック状又はスポンジ状の三次元固定床型炭素電極を、給電用陽極ターミナル及び給電用陰極ターミナル間に設置し、微生物を含有する被処理水を、前記炭素電極に供給し電解処理する電解槽において、前記炭素電極の前記被処理水の流通方向の開孔径又は開孔率を異ならせたことを特徴とする被処理水の電解処理用電解槽（請求項１）である。
具体的には、陽分極し微生物の滅菌が起こる炭素電極の両ターミナルに近接する両端部の開孔径又は開孔率を、分極が殆ど起こらず従って微生物の滅菌も殆ど生じない炭素電極の中央部の開孔径又は開孔率より小さくする（請求項２）ことが好ましく、この態様は特に給電用電極ターミナルの極性を反転しながら被処理水の処理を行なう場合に特に好都合であり、その両端部の開孔径は20〜500μｍとし、中央部の開孔径は50〜5000μｍとすることが望ましい（請求項３）。
【００３５】
この電解槽では、微生物の滅菌が行なわれ微生物の繁殖が生じない陽分極部の開孔径を小さくしてあるため、陽分極部では被処理水が十分に炭素電極の細孔の壁面に接触して電解処理による微生物滅菌が行なわれるのに対し、分極が起こらず炭素電極の細孔の壁面に被処理水が接触する必要のない炭素電極の中央部では被処理水の繁殖が起こり増殖した微生物により炭素電極の細孔が閉塞される傾向が生じても、当初からその開孔径（率）を大きく取っているため被処理水の流通を阻害する程度に前記炭素電極の細孔が閉塞されることがない。従ってこのような構成から成る電解槽を使用して被処理水の処理を行なうと処理効率を低下させることなく、炭素電極の閉塞を防止して被処理水の流通を操作開始時とほぼ同等に維持して長期間に渡って部材の交換を行なうことなく被処理水の処理を継続できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の被処理水処理用電解槽の一例を示す縦断面図。
【図２】本発明の電解槽である複極式固定床型電解槽の一例を示す概略縦断面図。
【図３】同じく他の例を示す概略縦断面図。
【図４】同じく更に他の例を示す概略縦断面図。
【図５】同じく更に他の例を示す概略縦断面図。
【符号の説明】
１１・・・フランジ １２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・電解槽本体 １３・・・給電用陽極ターミナル １４・・・給電用陰極ターミナル １５、１５′、１５″・・・炭素電極 １５ａ、１５ｂ・・・小開孔径電極板 １５ｃ・・・大開孔径電極板 １６・・・スペーサー １７・・・不溶性金属電極 １８・・・多孔性電気絶縁材料 １９・・・空間

Claims (3)

1. １又は２以上の多孔質ブロック状又はスポンジ状の三次元固定床型炭素電極を、給電用陽極ターミナル及び給電用陰極ターミナル間に設置し、微生物を含有する被処理水を、前記炭素電極に供給し電解処理する電解槽において、前記炭素電極の前記被処理水の流通方向の開孔径又は開孔率を異ならせたことを特徴とする被処理水の電解処理用電解槽。
2. 炭素電極の両ターミナル側の両端部の開孔径又は開孔率を中央部の開孔径又は開孔率より小さくした請求項１に記載の被処理水の電解処理用電解槽。
3. 炭素電極の両端部の開孔径が20〜500 μｍであり、中央部の開孔径が50〜5000μｍである請求項２に記載の被処理水の電解処理用電解槽。

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