JPWO2015087536A1 - 殺菌用酸化水を生成する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(ii)従来の殺菌用酸化水を生成するpH2〜3強い酸性の酸化水が生成される。
(iii)通常の三室電解槽を用いたとき、主立った酸化性物質として次亜塩素酸イオンである。この次亜塩素酸イオンは、アルカリ性pHで殺菌効力が無くなるとともに有機物と共存したときも殺菌効力が低減する問題点があった。
(2)次亜塩素酸イオンは、細菌と有機物が共存すると、殺菌力が低下することがしられている。
(高山雅彦その他、J.Antibact,Antifung,Agent VOL.23, No.7, pp401)
解槽を用いて電解した場合、残留塩素濃度が0.1ppm以下となり、殺菌効果を期待するには低濃度である。これらの電解槽を用いて水道水を電解する場合、目標となる殺菌効果を得ることが可能になるように電解する為には、水道水の電導度が低いので、電流密度〜10mA/cm2において電解電圧圧が100V以上と高くなり、実用上問題点を残す。実用的には、電解電圧として約30V以下で目標となる塩素濃度が達成されることが望ましい。
具体的に、アノ−ド極をフッ素系カチオン交換膜に密着させて電解すると、オゾンが発生効率が上がることが知られている。生成されたオゾンは以下の式の通り、塩素イオンと酸化反応し高次の塩素酸化物が生成される。(特開平8-134677号公報、特開2000-234191号公報)
図4に示すように、アノ−ド室2とカソード室4の間に中間室を設けた3室型電解槽において、多孔性アノ−ド極1を陰イオン交換膜である隔膜1(31)に密着させ、多孔性カソード極をカチオン交換膜である隔膜2に密着させた。隔膜1と隔膜2(32)の間に中間室6を設け、中に陰イオン交換樹脂9を充填した。この陰イオン交換樹脂9に水道水中の塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン等のハロゲンイオンを補足し、電解に寄与するハロゲンイオンとして補足ハロゲンイオンを活用して酸化分解する。この補足したイオンを利用することにより殺菌性のCl2、Br2、I2 が生成する効率を向上する。
図4における3室型電解槽において隔膜1(31)の陰イオン交換膜は一般的に酸化により劣化が加速されることが知られている。そこで、図5(a)に示すように,陰イオン交換膜からなる隔膜1(31)と多孔性アノ−ド極の間にフッ素系カチオン交換膜33を挟んだ。このフッ素系カチオン交換膜の存在により陰イオン交換膜の寿命が延びる。更に重要な点は、フッ素カチオン交換膜は水で膨潤し、陰イオンも通過し易くなると共に、オゾンの発生効率が高いことで知られている。この発生したオゾンは殺菌性があることに加えて、オゾンが塩素イオンを酸化して二酸化塩素(ClO2)が生成される。
図5(a)、(b)に示す3室型電解槽におけるオゾンと塩素イオンとの反応性を改良する為に、図6に示すように、3室型電解槽において、アノ−ド極1の表面に多孔質膜によりカバーをした。この具体的なカバーとしてフッ素系の不織布36を用いた。この不織布を設けることにより、発生したオゾンガスと塩素イオンとの反応効率を上げることが可能となる。
図3に示すように8×6cm2白金メッキチタン製多孔性アノ−ド及びカソード電極を用い、さらに中間室の厚さを1cmとした。図2,4,5及び6に示す電解槽の酸化性物質生成効率を比較検討した。試験装置として、図7に示すシステムを用いた。図7のシステムでは、カソード極を汚染させる可能性が高い2価の金属イオンを除去する為に塩素イオン濃度が〜100ppmの水道水をまず、カチオン交換樹脂塔10に通過させる。2価金属イオン濾過水を図2,4、5,6に示す電解槽の中間室に供給した。カチオン交換樹脂塔10に水道水を注入するために、水道水入口12を取り付ける。イオン交換樹脂は定期的に再生塩添加口11から再生塩として食塩等を添加して攪拌ポンプ101を利用して、再生塩水溶液を攪拌して効率的に再生する。
次に図8に、3室型電解槽の中間室に浄化水道水と、食塩水の両者を適宜交換して供給可能なシステム例を示す。この例では図5(b)に示す電解槽を組み込んだ。この電解槽では、陰イオン交換膜31とフッ素系カチオン交換膜33を隔膜構造とし、この構造の隔膜をアノ−ド極1に密着する。隔膜構造と反対側のアノ−ド室2側に多孔性の隔膜35を設ける。電解槽の中間室にはイオン交換樹脂塔10を通過した水道水と、食塩水タンク13から定量ポンプ150を使用して食塩水を中間室の供給する方法を選択することが可能である。
基本的に図8のシステムと同じであるが、電解槽アノ−ド室を迂回するバイパスラインを設けたシステムを図9に示す。このシステムを用いることにより、全体の酸化水流量を維持しながら、アノ−ド室内の原料水である水道水の流量を大幅に低減することが可能となる。実施例5と同様な電解条件下で、アノ−ド室内の流量を0.2l/min.に絞り、全体の水道水流量を1l/min.にしたとき、残留塩素濃度は85ppmと向上した。
最後に、水の使用量を低減するために、3室型電解槽の改造構造を図10に示す。図に示すように、カソード室を取り除きカソード電極を空気極とする。カソード側の隔膜にフッ素系カチオン交換膜を用いた場合、フッ素系カチオン交換膜の特性である、膨潤性を利用すると、中間室の水が一部多孔性カソード極側に移行するので、持続的に電解が可能となる。
2 アノード室
21 アノード室出口
22 アノード室入口
31 隔膜1
32 隔膜2
33 フッ素系カチオン交換膜
35 多孔性仕切り板
36 不織布
4 カソード室
41 カソード室出口
42 カソード室入口
5 多孔性カソード極
6 中間室
61 中間室入口
62 中間室出口
9 陰イオン交換樹脂
2HClO + 2H+ ⇔ Cl2 + 2H2O (2)
(ii)従来の殺菌用酸化水を生成する場合、pH2〜3の強い酸性の酸化水が生成される。
(iii)通常の3室電解槽を用いたとき、主立った酸化性物質は次亜塩素酸イオンである。この次亜塩素酸イオンは、アルカリ性pHで殺菌効力が無くなるとともに有機物と共存したときも殺菌効力が低減する問題点があった。
(2)次亜塩素酸イオンは、細菌と有機物が共存すると、殺菌力が低下することが知られている。
(高山雅彦その他、J.Antibact,Antifung,Agent VOL.23, No.7, pp401)
具体的に、アノ−ド極1をフッ素系カチオン交換膜33に密着させて電解すると、オゾンの発生効率が上がることが知られている。生成されたオゾンは以下の反応式(3)の通り、塩素イオンと酸化反応し高次の塩素酸化物が生成される。(特開平8-134677号公報、特開2000-234191号公報)
ClO3 − + OH・ + 3H+ → ClO2 + 2H2O (5)
2ClO3 −+2Cl−+4H+ → 2ClO2+2H2O+Cl2 (6)
Cl2 + 2H2O ⇔ 2H+ + 2Cl− + O2 (8)
図4に示すように、アノ−ド室2とカソード室4の間に中間室6を設けた3室型電解槽において、多孔性アノ−ド極1を陰イオン交換膜である隔膜31(本発明のアノード隔膜)に密着させ、多孔性カソード極5をカチオン交換膜である隔膜32に密着させた。隔膜31と隔膜32(本発明のカソード隔膜)の間に中間室6を設け、中間室6の中に陰イオン交換樹脂9を充填した。この陰イオン交換樹脂9に水道水中の塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオン等のハロゲンイオンを捕捉し、電解に寄与するハロゲンイオンとして捕捉ハロゲンイオンを活用して酸化分解する。この捕捉したイオンを利用することにより殺菌性のCl2、Br2、I2 が生成する効率を向上する。
図4における3室型電解槽において、隔膜31の陰イオン交換膜は一般的に酸化により劣化が加速されることが知られている。そこで、図5(a)に示すように、陰イオン交換膜と多孔性アノ−ド極1の間にフッ素系カチオン交換膜33を挟み、陰イオン交換膜及びフッ素系カチオン交換膜33によって隔膜31を構成した。このフッ素系カチオン交換膜33の存在により、陰イオン交換膜の寿命が延びる。更に重要な点は、フッ素系カチオン交換膜33は水で膨潤し、陰イオンも通過し易くなると共に、オゾンの発生効率が高いことで知られている。この発生したオゾンは殺菌性があることに加えて、オゾンが塩素イオンを酸化して二酸化塩素(ClO2)が生成される。
図5(a)、(b)に示す3室型電解槽におけるオゾンと塩素イオンとの反応性を改良する為に、図6に示す3室型電解槽において、アノ−ド極1の表面を多孔質膜によりカバーした。この具体的なカバーとしてフッ素系の不織布を用いた。この不織布を設けることにより、発生したオゾンガスと塩素イオンとの反応効率を上げることが可能となる。
8×6cm2白金メッキチタン製の図3に示す多孔性アノ−ド極1及び多孔性カソード極5を用い、さらに中間室6の厚さを1cmとした。図2,4,5及び6に示す電解槽において、酸化性物質の生成効率を比較検討した。試験装置として、図7に示すシステムを用いた。図7のシステムでは、カソード極5を汚染させる可能性が高い2価の金属イオンを除去する為に塩素イオン濃度が〜100ppmの水道水をまず、カチオン交換樹脂塔10に通過させる。2価の金属イオンを濾過した水を、図2,4,5,6に示す電解槽の中間室6に供給した。カチオン交換樹脂塔10に水道水を注入するために、水道水入口12をカチオン交換樹脂塔10に取り付ける。イオン交換樹脂は定期的に再生塩添加口11から再生塩として食塩等を添加して攪拌ポンプ101を利用して、再生塩水溶液を攪拌して効率的に再生する。
次に図8に、3室型電解槽の中間室6に浄化水道水と、食塩水の両者を適宜交換して供給可能なシステム例を示す。この例では図5(b)に示す3室型電解槽を組み込んだ。この3室型電解槽では、陰イオン交換膜とフッ素系カチオン交換膜33によって隔膜31を構成し、この隔膜31をアノ−ド極1に密着させる。アノード極1に対して隔膜31と反対側のアノ−ド室2側に多孔性の隔壁(平面状透過性部材)35を設ける。3室型電解槽の中間室6への水の供給方法としては、イオン交換樹脂塔10を通過した水道水を中間質6に供給する方法と、定量ポンプ131を介した食塩水タンク13からの食塩水を中間室6に供給する方法とを選択することが可能である。
基本的に図8のシステムと同じであるが、3室型電解槽のアノ−ド室2を迂回するバイパスラインを設けたシステムを図9に示す。このシステムを用いることにより、全体の酸化水の流量を維持しながら、アノ−ド室2内の原料水である水道水の流量を大幅に低減することが可能となる。実施例5と同様な電解条件下で、アノ−ド室2内の流量を0.2l/min.に絞り、全体の水道水流量を1l/min.にしたとき、残留塩素濃度は85ppmと向上した。
最後に、水の使用量を低減するために、3室型電解槽の改造構造を図10に示す。図10に示す構造では、カソード室4を取り除き、カソード極5を空気極とする。カソード側の隔膜32にフッ素系カチオン交換膜を用いた場合、フッ素系カチオン交換膜の特性である、膨潤性を利用して、中間室6の水の一部が多孔性カソード極5側に移行するので、持続的に電解が可能となる。
2 アノード室
21 アノード室出口
22 アノード室入口
31 隔膜
32 隔膜
33 フッ素系カチオン交換膜
35 平面状透過性部材
4 カソード室
41 カソード室出口
42 カソード室入口
5 多孔性カソード極
6 中間室
61 中間室入口
62 中間室出口
9 陰イオン交換樹脂
Claims (9)
- 隔膜を用いてアノ−ド室とカソード室の間に中間室を設けた3室型電解槽に於いて、アノード室と中間室を分ける隔膜をフッ素系カチオン交換膜と陰イオン交換膜で構成し、該隔膜のフッ素系カチオン交換膜に多孔性アノード極を密着させ、カソード室と中間室を分ける隔膜をカチオン交換膜又は陰イオン交換膜で構成し、該隔膜に多孔性カソード極を密着させ、中間室に陰イオン交換樹脂を充填した3室型電解槽を用いて塩素イオンを含有する水道水を電気分解し、水道水中に溶存した塩素イオンを補足して、この補足塩素イオンをアノ−ド電極上で電解酸化して二酸化塩素を含有する殺菌用酸化水を生成する方法。
- 1ミクロンφ以上の径の孔を明けたフッ素系カチオン交換膜を多孔性アノ−ド極に密着させた構造の電解槽を用いることにより二酸化塩素濃度を上げた請求項1記載の殺菌用酸化水を生成する方法。
- 三室型電解槽のアノ−ド室に供給するラインに平行にバイパスラインを設けたシステムを利用して二酸化塩素濃度を上げた請求項1又は2記載の殺菌用酸化水を生成する方法。
- 中間室に供給する水を、カチオン交換樹脂を充填した軟水器を用いて浄化した原水を利用する請求項1若しくは3のいずれか1項に記載の殺菌用酸化水を生成する方法。
- 多孔性アノ−ド極のアノ−ド室側に平面状透過性部材を設置することにより、塩素イオンの二酸化塩素に酸化反応を効率的にする請求項1もしくは4のいずれか1項に記載の殺菌用酸化水を生成する方法。
- 平面状透過性部材が多孔性仕切り板である請求項5に記載の二酸化塩素を含有する殺菌用酸化水を生成する方法。
- 平面状透過性部材が不織布である請求項5に記載の二酸化塩素を含有する殺菌用酸化水を生成する方法。
- 塩素イオン水溶液タンクを設け、必要に応じて中間室に塩素イオン塩水溶液を定量ポンプにて供給し、電解酸化することにより二酸化塩素濃度を上げた請求項1もしくは5のいずれか1項に記載の殺菌用酸化水を生成する方法。
- 電解効率を長期維持するために原料水をカチオン交換樹脂塔に通した水を中間室に供給することにより二酸化塩素を含有する請求項1もしくは5のいずれか1項に記載の殺菌用酸化水を生成する方法。
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