JP2005193218A

JP2005193218A - 二酸化塩素を含む殺菌水の生成装置および方法

Info

Publication number: JP2005193218A
Application number: JP2004031352A
Authority: JP
Inventors: Masaki Suzuki; 正喜鈴木
Original assignee: Hokuetsu Co Ltd
Current assignee: Hokuetsu Co Ltd
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】安全で高い殺菌効果のある二酸化塩素を含有する溶液を効率よく生成する方法とその安価な装置を提供する。
【解決手段】槽の中に２枚の電極板５及び６を略平行に相対するように設置し、該２枚の電極板に給電し、該２枚の電極板を浸すように槽に供給された塩素イオン溶液を電気分解する電解槽を、それぞれの電極板の他方の電極板から見た背面側の流水路２及び３と２枚の電極板に挟まれた流水路４の計３の流水路が形成されており、それぞれの流水路は、少なくとも一部が、それぞれの流水路を流下する液体が流下の途中で相互に混合しないように構成した。さらに、それぞれの電極の背面側の２個の流水路を流下した液が、電極板の間の流水路を流下した液の一部とそれぞれ別個に混合された後に、混合合一されるような構造とした。
【選択図】図１

Description

本発明は塩素イオン溶液を電解し殺菌力のある液体を生成する技術に関する。さらに詳しくは、塩素イオンを電極酸化しさらに化学反応により二酸化塩素を含む殺菌力のある液体を生成する技術に関する。

食塩溶液などの塩素イオンを含む溶液を電気分解し、殺菌力のある液体を生成する技術は過去から多数見られる。例えば特許文献１は食塩溶液を無隔膜電解槽で電気分解し次亜塩素酸ナトリウム溶液を生成する技術に関するものである。また、特許文献２は隔膜式電解槽を使ってｐＨの低い「強酸性電解水」と称する次亜塩素酸を主成分とする溶液を生成する技術に関するものである。これらは何れも次亜塩素酸を主な殺菌成分とする溶液を生成するものである。次亜塩素酸は強力な殺菌作用を持つが有機物の混入により容易に失活し殺菌力を失うこと、ｐＨの影響を受けやすく、低いｐＨでは不安定になりすぐに殺菌力を失い、高いｐＨでは著しく殺菌力が低下すること、さらに、有機物との接触によりトリハロメタンを生成するなどの欠点がある。

一方、特許文献３に示した技術は食塩溶液を電気分解しオゾンを含む溶液を生成する技術である。無隔膜電解槽の電極間に下流部分に仕切りを設け、無隔膜で電解した後、一旦、陽極側の溶液と陰極側の溶液を分離した後、再び混合しオゾンを含む溶液を生成するという。しかし、この方法では効率良く目的物質を生成するために陽極表面で生成した反応物と陰極表面で生成した反応物を分離して、仕切りのある部位まで流下させる必要があるが、電解部分のほとんどを占める部位が無隔膜電解槽であるため、陽極流と陰極流を実質的に分離することは困難で、液の対流や乱流により混合され、生成効率は悪化しかつ不安定であるという欠点がある。また、電極の間に構造物を配置するために電流の妨害となり効率が悪化するという欠点もある。

ところで近年、二酸化塩素が有機物の混入による殺菌効果の影響を受けにくく、また有機物と接触した場合もトリハロメタンの生成がほとんど無く、ｐＨの影響もほとんど受けないという特徴を持っており、環境汚染負荷が低いという特徴に注目され、上水の殺菌や、有機物の混入が避けられない遊泳プールや公衆浴場の湯水の殺菌に使われ始めている。

二酸化塩素の生成には多くの方法が知られているが、大別すると亜塩素酸塩を酸化する方法と塩素酸塩を還元する方法があり、それぞれに多くの生成法がある。しかし、それらは亜塩素酸塩や塩素酸塩の他に酸化剤あるいは還元剤を必要とし、複数の薬剤の取り扱いや反応の制御など極めて煩雑な装置や管理を必要とした。

したがって、二酸化塩素を含んだ殺菌水を効率よく、手軽にかつ安価に生成する技術を提供することは、安全な衛生維持手段としての意義は大であり、社会への貢献度は大きいといえる。
特開２００１−１７０６４３特開平１１−２４４８６０特許第３０５１１７５号

本発明が解決しようとする課題は、安全で高い殺菌効果のある二酸化塩素を含有する溶液を効率よく生成する方法とその安価な装置を提供することである。

本発明者は課題を解決するために、槽の中に２枚の電極板を略平行に相対するように設置し、該２枚の電極板に給電し、該２枚の電極板を浸すように槽に供給された塩素イオン溶液を電気分解する電解槽を、それぞれの電極板の他方の電極板から見た背面側と２枚の電極板に挟まれた空間の計３の流水路が形成されており、それぞれの流水路は、少なくとも一部が、それぞれの流水路を流下する液体が流下の途中で相互に混合しないように構成した。
さらに、それぞれの電極の背面側の２個の流水路を流下した液が、電極板の間の流水路を流下した液の一部とそれぞれ別個に混合された後に、混合合一されるような構造ともした。
さらに、電解の原料として用いる塩素イオン溶液としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩酸の１または２以上の溶液を用いることとし、相対する電極間に印加する電圧は４Ｖ以上、より望ましくは１０Ｖ以上とした。

このように構成された電解槽に塩素イオン溶液を流下し電解すると、それぞれの電解槽の部位で次のような反応が生起する。
まず陽極の背面の流路においては、塩素イオン（Ｃｌ⁻）が電極酸化を受けて、塩素（Ｃｌ_２）となり、さらに周りの水と反応し、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）と塩酸（ＨＣｌ）を生じる。一方、両電極に挟まれた流路では塩素酸（又は塩素酸塩）（ＭＣｌＯ_３）、次亜塩素酸（又は次亜塩素酸塩）が生成される。次に、陽極背面流路を流下した液と電極に挟まれた流路を流下した液が混合されると、次の反応によって二酸化塩素が生成されるのである。
ＭＣｌＯ_３＋２ＨＣｌ＋→ＣｌＯ_２＋ＭＣｌ＋１／２Ｃｌ_２＋Ｈ_２Ｏ、Ｍはアルカリ金属または水素陰極の背面の流路では水素ガス（又は水酸化アルカリも）が生成し、結局全体が混合されると、弱酸性〜弱アルカリ性の二酸化塩素および次亜塩素酸塩溶液が生成されるのである。
電極に挟まれた流路で効率よく塩素酸（又は塩素酸塩）を生成させるためには相対する電極間に４Ｖ以上の電圧、より望ましくは８Ｖ以上の電圧を印加する必要がある。次に、その理由を電解電圧と塩素酸の生成の関係を調べた試験例によって示す。

試験例

次に示す条件で塩化ナトリウム溶液を回分電解した。
・電解槽：ホクエツ製チタン平板にプラチナメッキ、４０ｍｍ×４０ｍｍ、極間隔１０ｍｍ
・電解容器：アクリル製５０ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ
・電解液：１％塩化ナトリウム溶液３００ｍｌ
・直流電源：電圧可変型（ホクエツ社製ＤＣ−１０）
・電解電圧：２、４、６、８、１０（Ｖ）
・電解時間：３分
電解後イオンクロマト法により測定した塩素酸イオンの濃度を次表に示した。

この試験により、電解電圧を４Ｖ以上とする心要があること、また、８Ｖ以上がより望ましいことを確認した。

発明の効果

二酸化塩素は有機物の混入により殺菌効果に影響を受けにくく、また有機物と接触した場合もトリハロメタンの生成がほとんど無く、ｐＨの影響もほとんど受けないという優れた特徴を持っている。しかし、現在知られている二酸化塩素の生成法は複雑でかつ、複数の特殊な化学薬品を使用する必要がある。そのために、複数の薬剤の取り扱いや反応の制御などに極めて煩雑な装置や管理を必要とし、装置も高価で、特殊な用途に利用されているにすぎなかった。
このような状況を改善すべく、本発明者は原料として塩素イオン溶液のみを使用し、簡単な装置で二酸化塩素を含む殺菌力のある液体を効率よく生成する技術を提供し、手軽に、広くその優れた効果を享受することを可能にした。さらに、この技術を用いると上水の殺菌や遊泳プールの殺菌において必要条件である、有効塩素濃度も同時に維持できるため別途の塩素添加などの作業は不要となる。

本発明を実施するための最良の形態は、槽の中に２枚の電極平板を、相互の間隔が２ｍｍ以上４０ｍｍ以下、より望ましくは４ｍｍ以上３０ｍｍ以下、より一層望ましくは１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下で、略平行に相対するように設置し、それぞれの電極板の他方の電極板から見た背面側と２枚の電極板に挟まれた空間の計３の流水路が形成するように配置する。そして、それぞれの流水路は、少なくともその一部が、それぞれの流水路を流下する液体が流下の途中で相互に混合しないような構造とする。さらにまた、それぞれの電極の背面側の流水路を流下した液は、電極板の間の流水路を流下した液の一部とそれぞれ別個に混合された後で混合合一される構造も最良の形態とする。
さらに望ましくは、２枚の電極板に挟まれた流水路を流下した溶液の略半分が電極板の背面側の何れかの流水路を流下した溶液と混合され、残りの略半分がもう一方の背面側の流水路を流下した溶液と混合されるような構造とすることも最良の形態とする。
また、電極間に４Ｖ以上の電圧をかけること、より望ましくは１０Ｖ以上の電圧をかけることも最良の形態とする。
電解の原料水に溶解して塩素イオンを生成するものなら何でも使用できるが、取り扱いの便宜性の点で食塩、塩化カリウム、塩酸などを使用することが最良の形態である。また原料の濃度は希薄溶液から原料物質の溶解限度まで利用できるが、電解の効率の点で０．０１％以上、より望ましくは０．０５％以上、より一層望ましくは０．１％以上とすることも最良の形態である。
次に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲をこの実施例に限定する趣旨ではない。

実施例を図１〜３をもとに説明する。電極板５及び６を電解槽筺体１３の底面及び天板（図１では省略）に密着させて設置した。電極の入水口１側は筺体１３の側板との間に隙間を設けた。電極の出水口１３側は電解仕切り板７と密着させた。電解仕切り板７は両側板及び底板と密着しているが、高さは側板より低く、電解仕切り板と天板との間に流路が形成される。この結果電極背面に流路２，３と電極に挟まれた流路４の３個の流路が形成され、入水口１から入った原液は、流路２、３、４の３経路に分かれて、それぞれに電解作用を受けながら電解仕切り板の方向に流下する。縦仕切り板８は底板、天板及び電解仕切り板７及び混合仕切り板１１と密着している。それにより電極に挟まれた流路４を流下した液は二に分けられ、一部は混合室９で流路２を流下した液と混合され、残りは流路３を流下した液と混合室１０で混合される。混合仕切り板１１は電解仕切り板７より低くなっており、二つの混合室９、１０からオーバーフローした液は最終混合室１２で一つ混合されて出水口１３から排出される。電極材質はチタン平板に白金メッキを施したものでサイズは２０ｍｍ×６０ｍｍで、１０ｍｍの間隔で配置した。
この電解槽を使って図３に示したフロー図のように生成装置を構成し、電源２０（オムロン社製、形式Ｓ８２Ｋ−００７０５）から５Ｖ、１Ａを印加し、２０％塩化ナトリウム溶液を供給ポンプ１６（古江サイエンス社製、形式ＲＰ−ＰＡ）で４５ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給し電解した。さらに、電解槽１７から排出された電解液を、原水供給口１８から２５００ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給した原水で希釈し、殺菌水排出口１９から二酸化塩素５ｐｐｍの殺菌水が毎分２５００ｍｌの流量で得られた。

電解槽の斜視図（天板は省略）電解槽の側面透視図、上面透視図、入水口からの透視図殺菌水生成装置フロー図

符号の説明

１５原液送液配管

Claims

槽の中に２枚の電極板を略平行に相対するように設置し、該２枚の電極板に給電し、該２枚の電極板を浸すように該槽に供給された塩素イオン溶液を電気分解する電解槽であって、それぞれの電極板の他方の電極板から見た背面側と２枚の電極板に挟まれた空間の計３の流水路が形成されており、それぞれの流水路は、少なくとも一部が、それぞれの流水路を流下する液体が流下の途中で相互に混合しないように構成されていることを特徴とする電解槽
請求項１記載の電解槽において、それぞれの電極の背面側の流水路を流下した液は、電極板の間の流水路を流下した液の一部とそれぞれ別個に混合された後で相互に混合合一されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電解槽
請求項１または請求項２記載の電解槽を用いた殺菌水の生成法
請求項３記載の殺菌水の生成法において、請求項１記載の塩素イオン溶液が、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩酸の１または２以上の溶液であることを特徴とする請求項３記載の殺菌水の生成法
請求項３記載の殺菌水の生成法において、相対する電極間に印加する電圧が４Ｖ以上、より望ましくは８■以上であることを特徴とする請求項３、請求項４記載の殺菌水の生成法