JP2005074256A

JP2005074256A - 配水管への有機物の付着及び堆積防止方法並びに装置

Info

Publication number: JP2005074256A
Application number: JP2003305003A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Takahashi; 正浩高橋; Eisuke Wada; 英輔和田; Masao Kasai; 雅夫笠井
Original assignee: JONAN KK
Current assignee: JONAN KK
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】経済性な負担が小さく、配水管に細菌等の微生物が存在していても、有機物が配水管に付着及び堆積するのを防止する方法並びに装置を提供すること。
【解決手段】配水と接触するように陽極電極及び陰極電極が設けられた配水管において、陽極電極及び陰極電極間に有効電極面積に対して０．１ｍＡ／ｃｍ^２〜１５ｍＡ／ｃｍ^２の直流電流を通電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、配水管への有機物の付着及び堆積を防止する方法並びに装置に関する。さらに詳しくは、配水管の配水中に存在する細菌や真菌等の微生物によってもたらされる有機物の配水管への付着及び堆積を防止する方法並びに装置に関する。

現在、生活用水から工業用水、さらには医療用水まで、種々の目的で天然水または加工水が配水管を通して給水されている。このような産業活動や―般生活に欠くことのできない配水には、安全で清潔な水を供給することが要求されるが、経済性との関係からも解決すべき問題が多い。

より安全で清潔な水を供給するために、配水供給元で殺菌あるいは滅菌処理した水を配水管によって末端利用者に届ける方策が多用されており、上水道水がその代表例である。上水道水の処理システムは、殺菌あるいは滅菌処理するために塩素消毒処理及び残留塩素の濃度管理がされた処理システムであり、広く普及している。しかしながら、この残留塩素は金腐その他の配管材料に吸着されるため、水が滞留すると著しく減少する。その結果、細菌などの微生物が繁殖し、配水管、配管の継手部分、又は配管のバルブ部分などの内壁には、「生物膜」又は「バイオフィルム」と呼ばれる微生物が作り出した膜状の微生物由来の有機物が付着堆積する。生物膜は、微生物が増殖を繰返してグルカン系多糖類などの代謝物質で保護膜を造りながら形成されていき、配水管内壁に付着する。生物膜が配水管内壁に一旦形成されると除去し難く、配水を汚染させるのみならず、微生物の居住場所となり、生物膜内の微生物は殺菌剤などの侵入を防御しながら増殖を繰返し、その結果水質の細菌汚染を増長するため、生物膜の付着及び堆積を防止するための対応に苦慮している。

この対応の多くは、次亜塩素酸、電解水、オゾン水、過酸化水素などの薬剤を比較的高濃度（数ｐｐｍ〜数十ｐｐｍ）で用いて生物膜内から吐き出されてくる微生物の殺菌処理を行っているのが実情である。しかしながら、上記のような薬剤を用いて殺菌処理を行うと配水管材料の腐食や劣化が起こり、安全性や利便性などの観点から問題がある。

一方、金属製配水管の内部に陽極電極を設け、配水中に一定電流を供給して金属製配水管を防食するとともに、一般細菌を滅菌する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、電流で処理された処理水の浸透力向上によって既設配水管内に堆積した付着物を洗い流しているだけであり、生物膜の発生、付着、及び堆積防止する条件については示されていない。

特開平１０―２３７６８１号公報

以上のように、従来では、薬剤処理等により殺菌処理を行っても配水中に生き残りの微生物が存在する場合にはその微生物が生物膜を生成し、配水管へ生物膜等の有機物を付着及び堆積してしまうという問題があった。また、上記殺菌処理を行うための装置及び設備に対する経済的な負担も大きい。

本発明の目的は、経済性な負担が小さく、配水管に細菌等の微生物が存在していても、有機物が配水管に付着及び堆積するのを防止する方法並びに装置を提供することである。

本発明者らは、陽極電極と陰極電極を設けた配水管の配水内に特定値の微小直流電流を流し、微少量の電極反応生成物を発生させて、微生物の生殖活動を抑制することで、より経済的に、配水管へ生物膜が付着及び堆積するのを防止できることを見出した。

すなわち、本発明の最初の実施態様において、配水と接触するように陽極電極及び陰極電極が設けられた配水管において、前記陽極電極及び陰極電極間に有効電極面積に対して０．１ｍＡ／ｃｍ^２〜１５ｍＡ／ｃｍ^２の直流電流を通電することを特徴とする配水管への有機物の付着及び堆積防止方法を提供する。

上記本発明の方法において、前記陽極電極と前記陰極電極との極性を交互に変換させながら前記直流電流を流すことができる。

上記本発明の方法において、前記配水管は歯科診療用配水管とすることができる。

本発明の別の実施態様において、配水と接触するように陽極電極及び陰極電極が設けられた配水管において、前記陽極電極及び陰極電極間に有効電極面積に対して０．１ｍＡ／ｃｍ^２〜１５ｍＡ／ｃｍ^２の直流電流を通電することを特徴とする配水管への有機物の付着及び堆積防止装置を提供する。

上記本発明の装置において、前記陽極電極と前記陰極電極との極性を交互に変換させながら前記直流電流を流すことができる。

上記本発明の装置において、前記配水管は歯科診療用配水管とすることができる。

本発明に係る方法及び装置では、種々の目的の配水管に設けられた陽極及び陰極電極間に微小電流を通電するだけであるので、従来にない低コストで、配水管中の生物膜の発生、付着及び堆積を防止できる。また、従来の薬剤滅菌処理に見られる配水管材料の腐食や劣化の問題点もない。

上記の通り、本発明は、配水と接触するように陽極電極及び陰極電極が設けられた配水管において、陽極電極及び陰極電極間に有効電極面積に対して０．１ｍＡ／ｃｍ^２〜１５ｍＡ／ｃｍ^２の直流電流を通電することにより、配水管へ有機物の付着及び堆積を防止する方法及び装置である。

以下、本発明を詳細に説明するために、図も参考にして説明するがこれらの図は例示として用いるものであり、これらの図に示されたものに限定するものではない。図１及び図２はそれぞれ陽極電極と陰極電極が配水管に設置された電極ユニットの概略構成図である。図１に示される電極ユニットは歯科診療用などの特殊な用途に好適な例示であり、図２に示される電極ユニットは汎用のフランジに電極ユニットを組み込んだものであって家庭用その他一般の水道水のような簡易構造に適している例示であるが、本発明に用いられる電極ユニットをこれらに限定するものではない。電極ユニット１１は、配水管１２に陽極電極（または陰極電極）１３と陰極電極（または陰極電極）１４を設置した部位である（図中、１３及び１４の電極は反対の電極であればよく、以下、陽極電極及び陰極電極をそれぞれ１３及び１４とする）。配水管１２ヘの両極挿入部１５は適当なシール材又は接着剤などを用いて内圧に耐え、漏水しない構造を採っている。配水管１２の外部に設けられたリード線接続端子１６は、直流電力装置からの出力配線であるリード線１７と接続されている。図３は、本発明を実施するための一態様としての配水管システムの概略図であり、貯水槽２１の水を送液ポンプ２２で送水し、配水管２４を経由して、再び貯水槽２１に配水を循環させるものであり、配水ユニット２３が設けられている。以下に、本発明に係る方法及び装置について詳細に説明する。

本発明に係る方法及び装置において適用される配水の例としては、上水道水のほか、井戸水、河川水などの天然水、各種の工業用水を用いる産業ライン配水などがあり、広範囲の配水に適用できる。なお、配水を通して陽極及び陰極間に直流電流を流すことから適当な無機電解質を含有する水に適用され、５ｍＳ／ｍ〜８０ｍＳ／ｍの電気電導度を有する配水が好適に使用できる。５ｍＳ／ｍ以上の電気電導度を有する配水では水の電気抵抗がより低いため生物膜の付着及び堆積防止の効果がより高くなり、経済性の観点から８０ｍＳ／ｍ以下の電気電導度を有する配水が好ましい。

したがって、本発明の方法及び装置は、上水道水用配水管や歯科用配水管などの広範な用途の配水管に適用できる。特に、配水の停滞によって残留塩素濃度が低下して生物膜の付着堆積が起こる、一般家庭や病院などの年間を通して定常的に水が使用されている配水管で効果が大きい。また、歯科用配水管の例として、歯科治療用配水管や歯科診療用配水管がある。歯科治療用配水管では配管内径が数ｍｍ〜１０ｍｍ以下と細く、配水の停滞時問が長いため、生物膜の付着堆穣が着しい。また、歯科診療用配水管では、末端にタ―ビンと呼ばれる３〜４個の細孔の付いた水と空気の噴射する器具があるため、堆積した生物膜は細菌汚染のみならずこのタービン細孔の目詰まり原因になっている。このような歯科用配水管内の生物膜の付着及び堆積防止において、本発明は特に大きな効果を発揮する。

本発明に係る方法及び装置では、陽極電極及び陰極電極を介して、配水中に微小な直流電流を流す。微小な直流電流を流すことにより、微小量の電気分解生成物及び電極反応生成物が配水中に分散し、これらの電気分解生成物及び電極反応生成物が配水液流に広がっていくため、配水管内壁では細菌などの微生物の増殖活動（細胞分裂）が著しく抑制される。上記の通り、生物膜は、微生物が増殖を繰返してグルカン系多糖類などの代謝物質で保護膜を造りながら形成されていくものであるため、微生物の増殖活動を抑えることにより生物膜の生成を抑制し、配水管への付着及び堆積が防止される。殺菌および微生物の増殖活動を抑制している作用物質としての上記の電気分解生成物及び電極反応生成物は、オゾン、ヒドロキシ、塩素イオンから変化した次亜塩素酸イオンなどであり、これらが複合的に関与して微生物の増殖活動を抑制している。

また、本発明に係る方法及び装置においては、上記直流電流を継続して流すことにより、微生物の増殖をより抑制し、微生物が有機物を生成するのを抑制することから、生物膜の付着及び堆積防止の効果は特に高まる。すなわち、長時間通電を中断すると微生物の増殖活動が可能な環境に復元する危険性が高まり、この増殖が始まると上記生物膜の生成が避けられない。一旦生物膜が形成されてしまうとこれを除去するのは困難であるため、継続して通電することが好ましい。

なお、直流電流を流すために直流電源及び交流電源のいずれも用いることができる。交流電源が広く普及しているため、交流から直流に変換する整流器を装備することが好適である。また、使用する電圧はほとんど２０Ｖ以下で済むため、変圧器で電圧を下げて使用する。１０Ｖ〜３０Ｖ程度にすると安全上好ましい。

本発明に係る方法及び装置では、陽極電極及び陰極電極間に、有効電極面積に対して０．１ｍＡ／ｃｍ^２〜１５ｍＡ／ｃｍ^２の直流電流を配水に通電する。ここで、「有効電極面積」とは、配水に接している陽極の面積と配水に接している陰極の面積のうち、いずれか小さい方の面積（面積が等しい場合にはいずれでもよい）をいう。ただし、配水に接している陽極の面積と配水に接している陰極の面積は等しいことが望ましい。また、配水中に通電するための好適な電流密度は、有効電極面積に対して０．１ｍＡ／ｃｍ^２〜１５ｍＡ／ｃｍ^２、好ましくは０．５ｍＡ／ｃｍ^２〜１０ｍＡ／ｃｍ^２、より好ましくは１．０ｍＡ／ｃｍ^２〜６ｍＡ／ｃｍ^２、最も好ましくは１．５ｍＡ／ｃｍ^２〜５ｍＡ／ｍ^２である。０．１ｍＡ／ｃｍ^２以下では、電極面積を狭くしても電流値を小さくしても生物膜の付着及び堆積防止の効果が減少する一方で、１５ｍｍＡ／ｃｍ^２以上では、通電した電流量に対して水の電気分解で生成する水素と酸素の発生率が増し、生物膜の付着及び堆積防止の効果は減少する。生物膜の付着及び堆積防止効果を高めるため、水中の電解質濃度（電導度）に応じて好適な上記電流密度を決定することができる。

本発明に係る方法及び装置では、陽極電極及び陰極電極の極性を交互に変換させながら直流電流を流すことが好ましい。上水道水や河川水等の天然水等中には、カルシウムやマグネシウムなどの硬度成分が共存しているため、本発明の実施に用いられる微小電流であっても配水中に長期間電流を流し続けると電極近傍に硬度成分が沈析してくる。そこで、陽極電極及び陰極電極の極性を交互に変換させることにより、電極近傍に硬度成分が沈析してくることを効果的に防止できる。陽極電極及び陰極電極の極性を交互に変換するために、予めプログラムされたタイムサイクルで行ってもよい。反転のタイムサイクルは電極近傍に硬度成分が沈析してくることを防止するものであれば適宜決定でき、例えば、日本の平均的河川水の場合には２０分〜６０分／回が良く、井戸水のように硬度成分が多い場合は５分〜２０分／回が良い。

本発明に係る方法及び装置に用いられる陽極電極及び陰極電極の材料は、電流を流すために陽極電極及び陰極電極として慣用されるものを用いることができる。極性を変換するためには、陽極電極及び陰極電極の材料は同じであることが好ましく、例えば、白金メッキチタン、カーボン、チタン、バナジウムなどを用いることができるが、信頼性や耐久性の観点から白金メッキチタン電極を用いることが好ましいが、これらに限定するものではない。

また、上記陽極電極及び陰極電極の形状は、配水の液流抵抗などに支障を及ぼさないものであれば、格子状、スリット状、または棒状など特に制限されない。また、本発明の対面する両電極極間に通電される直流電流の大きさが同じになるような形状及び各電極の配置とすることが特に好ましい。陽極及び陰極電極間の間隔に大きな差異があると近距離対面部の電流密度が大きくなり、配水管中の有機物の形成防止の効果が低減するためである。したがって、各電極としては、対面する両電極間の距離が同一になるような電極を用いることが好ましい。例えば、図１及び図２に示されているように、陽極及び陰極電極が棒状であれば、両者が平行に設置されていることが好ましい。

なお、本発明に係る方法及び装置では、配水管には用途に応じて適当な数の電極ユニットを設けることができる。各の電極ユニット間の間隔は、用途に応じて決めればよく、例えば、歯科診療用ユニットの場合には配水管の長さ方向に対して約５ｍ、上水道水の場合には配水管の長さ方向に対して約３０ｍ間隔に取り付けることが望ましいが、これに限定されるものではない。また、電極ユニットは、配水管システムの中に受水槽や浴槽のように容破が著しく大きいユニットが存在する場合は、同ユニットの上流側直前ならびに下流直後に設置すると良い。

また、本発明を実施すると、陽極からは酸素ガス、陰極からは水素ガスが連続的に発生するが、微弱電流を流すために当該ガスの発生量も微量であり、多くの場合本発明の実施に支障はない。しかしながら、末端水の使用水量や使用頻度が著しく少ない場合には、蓄積したガスの圧縮によって末端のバルブ開放時に流出水が噴出することがある。これを回避する必要がある場合には、電極ユニットの下流側の適当な配水管に、フロート弁方式のエア抜き弁などの既存のエア抜き装置を取り付けて対処することができる。

次に、本発明の実施態様を以下の比較例及び実施例に従って具体的に説明するが、これらは例示であり、これらの内容に限定されるものではない。

（比較例１）
本比較例は図３に示した配水管システムを用いて行った。貯水槽２１の水を送液ポンプ２２で送水し、内径８ｍｍ、長さ６ｍ、塩ビ製配水管２４を経由して、再び貯水槽２１に配水を循環した。従属栄養細菌数が５２０ｃｆｕ／ｍｌの貯留水道水（電気電導度２４ｍＳ／ｍ）５Ｌを貯水槽に入れ、２Ｌ／ｈｒで循環した。送液ポンプ２２の２次側には予め電極ユニット２４を設置しているが、本比較例では通電しない状態に置いた。７日経過後には、配管内壁にヌメリ状の透明な生物膜が観測され、２４日後には黄白色の生物膜が明白に堆積していた。従属栄養細菌数も７日後に１２００ｃｆｕ／ｍｌ、２４日後には２８００ｃｆｕ／ｍｌまで増殖していた。

上記比較例１と同じ配水管システムを用い、従属栄養細菌数１３０００ｃｆｕ／ｍｌの貯留水道水（電気電導度２４ｍＳ／ｍ）を貯水槽に入れ、同―条件で貯留水道水を循環した。また、送液ポンプ２２の２次側には予め本発明の電極ユニット２４を設置しており、該電極ユニット２４には、直径３ｍｍ、接液部長さ１４ｍｍの棒状のＰｔメッキＴｉ電極２本（陽極電極及び陰極電極）が設けられている。電極ユニット２３には、整流器を用い、６ｍＡ（電流密度４．３ｍＡ／ｃｍ^２）の直流電流を連続して通電し、１０分／回のタイムサイクルで陽極と陰極との極性を反転変換した。７日後の従属栄養細菌数は４０００ｃｆｕ／ｍｌとまだ高い汚染状態にあったが、生物膜は観察されなかった。２４日後の従属栄養細菌数は７７ｃｆｕ／ｍｌまで下がっており、生物膜は観察されなかった。本実施例１と上記比較例１との結果の比較より、生物膜の付着堆積は配水中に存在する細菌数が高いレベルにあっても増殖を抑制する環境を維持すれば効果的に抑制できることを示している。

本発明の実施に用いられる陽極電極と陰極電極が配水管に設置されている電極ユニットの概略構成図である。本発明の実施に用いられる陽極電極と陰極電極が配水管に設置されている電極ユニットの概略構成図である。配水管システムの概略図である。

符号の説明

１１電極ユニット
１２配水管
１３陽極電極（または陰極電極）
１４陰極電極（または陽極電極）
１５電極挿入部
１６リード線接続端子
１７リード線
１８フランジ
１９パッキン
２１貯水槽
２２送液ボンプ
２３電極ユニット
２４配水管

Claims

配水と接触するように陽極電極及び陰極電極が設けられた配水管において、前記陽極電極及び陰極電極間に有効電極面積に対して０．１ｍＡ／ｃｍ^２〜１５ｍＡ／ｃｍ^２の直流電流を通電することを特徴とする配水管への有機物の付着及び堆積防止方法。
前記陽極電極と前記陰極電極との極性を交互に変換させながら前記直流電流を流すことを特徴とする講求項１に記載の配水管への有機物の付着及び堆積防止方法。
前記配水管が歯科診療用配水管であることを特徴とする請求項１または２に記載の配水管への有機物の付着及び堆積防止方法。
配水と接触するように陽極電極及び陰極電極が設けられた配水管において、前記陽極電極及び陰極電極間に有効電極面積に対して０．１ｍＡ／ｃｍ^２〜１５ｍＡ／ｃｍ^２の直流電流を通電することを特徴とする配水管への有機物の付着及び堆積防止装置。