JP2009274976A - 生物付着防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、環境および人体へ悪影響を及ぼすことなく、海水または水を流通させる、ならびに貯留する設備への水棲生物等の付着を確実に防止することが可能な生物付着防止方法を提供することを目的としている。
【解決手段】 本発明にかかる生物付着防止方法の代表的な構成は、海水または水を流通させる、ならびに貯留する設備の生物付着防止方法において、設備の海水または水との接触面に、表層に銀を有する陽極２０２と、電源２０６を介して陽極と接続された陰極２０４とを設置し、陽極および陰極に電圧を印加することにより、陽極から銀イオンを放出させることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、取水路や排水路等の海水または水を流通させる、ならびに貯留する設備への水棲生物等の付着を防止する生物付着防止方法に関する。

工業施設においては、工業用水を取得するための取水路や、使用後の排水を排出するための排水路等の設備が設けられている。例えば、火力発電所においては、発電に使用した蒸気を冷却するための冷却水として海水が利用されており、かかる海水は取水路を通じて海から取水されている。

海水は、水量が豊富であり、温度が安定している等の冷却水としての利点を備えている。しかし、その反面、海水中には多様な種類の水棲生物が生息するため、かかる水棲生物が海水取水路に付着および繁殖することにより、海水取水路の汚損が生じ、取水阻害を引き起こす等の問題が発生するおそれがある。上記の汚損を生じさせる主たる原因として、ムラサキイガイの付着が挙げられており、取水路壁面に、細菌類が繁殖した層であるバイオスライム層が存在すると、ムラサキイガイの付着を助長するとされている。

そこで、殺菌効果のある次亜塩素酸を海水取水路内に注入することにより、海水取水路（取水管）への水棲生物の付着を防止することが考えられる。しかし、次亜塩素酸は水中のフミン質と反応し、環境および人体に有害なトリハロメタンを生成することがわかってきた。したがって、環境および人体へ悪影響を及ぼさず、且つ水棲生物の取水路への付着および繁殖を防止する方法の開発が望まれている。

また、上述したような水棲生物の付着および繁殖による取水阻害は、海から取水する場合だけでなく、河川や湖沼から取水する場合においても問題となっている。河川や湖沼から取水する場合においては、カワヒバリガイなどによる取水障害が報告されているが、現状では有効な対策が確立されていない。特に、上記の河川や湖沼が飲料用原水である場合には、極めて安全性の高い防汚方法の開発が求められている。

上記の問題を解決するため、従来からも様々な試みがなされている。例えば特許文献１には、抗菌性金属成分および抗菌性有機成分を担持させたポリマーを用いた防汚塗料が開示されている。特許文献１では、かかる防汚塗料を被処理材に適用することにより、被処理材に対する水棲生物の付着を防止できるとしている。

また、例えば特許文献２には、銅イオンを用いて管路内面への水棲生物の付着を防止する方法が開示されている。特許文献２では、管路内部を通過する海水中に所定の濃度の銅イオンを溶出させることにより、管路内面への水棲生物の付着を防止することができるとしている。
特開２００３−０７３６２７号公報 特開平６−２４７８１９号公報

しかし、上記の特許文献１に記載の技術では、かかる防汚塗料による被膜の厚みを形成するために、複数回に亘って被処理材に防汚塗料を塗布しなければならず、防汚処理に煩雑さが伴っていた。さらに、ポリマーによる付着防止の効果は数年しか保たれず、被膜が脆弱になった場合や被膜の防汚効果が低減した場合、再度上記のような煩雑な処理を行わなくてはならなかった。また、ポリマーは衝撃に弱く、何かがぶつかった衝撃で容易に剥離し、効力を失う場合もあった。

また、上記の特許文献２に記載の技術において用いる銅は、水道法および水質汚濁防止法の規制対象物質であるため、そのイオンを海水中に溶出することは好ましくない。特に、飲料用原水が流通する設備においては、水質基準は更に厳しいため、当該技術を適用することができない。すなわち次亜塩素酸と同様に、生物付着防止に対する効果は確かに認められるものの、環境や人体への影響、法規制などを勘案すれば、事実上採用することのできない技術である。

ところで、海水が流通する管路の形状が直線状であれば、海水が常に流れ続けているため、管路内面への水棲生物の付着は少ない。しかし、管路の屈曲部等の海水の流れが緩やかになる箇所においては澱みが生じ、バイオスライム層も形成されやすいため、その壁面には水棲生物等が付着してしまう。このことから、水棲生物が付着しやすい所定の箇所のみを対象とすればよいことがわかる。

本発明は、このような課題に鑑み、環境および人体へ悪影響を及ぼすことなく、海水または水を流通させる、ならびに貯留する設備への水棲生物等の付着を確実に防止することが可能な生物付着防止方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる生物付着防止方法の代表的な構成は、海水または水を流通させる、ならびに貯留する設備の生物付着防止方法において、設備の海水または水との接触面に、表層に銀を有する陽極と、電源を介して陽極と接続された陰極とを設置し、陽極および陰極に電圧を印加することにより、陽極から銀イオンを放出させることを特徴とする。

上記の構成により、陽極から銀イオンを放出し、かかる銀イオンの殺菌効果によって陽極が設置された箇所におけるバイオスライム層の発生、および水棲生物等の付着を確実に防止することができる。また、銀イオンは殺菌域が広いため、さまざまな菌を銀イオンのみで効果的に殺菌できるという利点も有する。なお、上記の印加電圧は０．２Ｖ以下とすることが好ましい。これは、高電圧を印加すると海水の電気分解により次亜塩素酸が生成され、これに伴い有害物質であるトリハロメタンの生成が懸念されるからである。したがって、海水の電気分解が生じる電圧よりも極めて低い電圧、すなわち０．２Ｖ以下の印加電圧とすることにより、残留塩素濃度も通常海水と同程度であったため、海水の電気分解が生じていないことが確認できた。

また、銀は金属の中で最も電気伝導性に優れるため、電極面での電位分布の偏りが小さく、電極（陽極および陰極）の大型化にも適する。更に、銀イオンは、環境および人体への安全性が極めて高いため、水道法および水質汚濁防止法等による規制対象物質でない。したがって、飲料用原水等が流通する設備においても、本発明を適用することが可能である。

上記の陰極は表層に銀を有し、電源は、交互に極性を切り替えるとよい。

かかる構成により、電源の極性を切り替えるだけで、陽極とされている極を陰極として、陰極とされている極を陽極として作用させることが可能となる。したがって、陽極および陰極の両極において水棲生物等の付着を防止できるため、付着防止が可能な面積が拡大される。

上記の電圧は、間欠的に印加されるとよい。

水棲生物が壁面に付着するまでには、その生物によってある程度の時間、例えば数時間から数日を要する。そして、付着する水棲生物の中には、取水管等に接触してから付着するまでに要する時間が特定されている生物もいる。したがって、当該時間よりも短い間隔で間欠的に電圧を印加すれば、特定されている生物の付着を防止し、且つ電力消費量を低減することが可能となる。

上記の陽極および陰極間に流れる電流の電流密度は、３００ｍＡ／ｍ^２以下であるとよい。

電流密度が上記の範囲内であることにより、海水の電気分解による次亜塩素酸を生成させることなく、海水中に銀イオンを放出させることが可能となる。したがって、次亜塩素酸の反応に起因するトリハロメタンの生成を防止し、環境および人体への悪影響を排除することができる。

上記の陽極は、海水または水を流通させる、ならびに貯留する設備の滞留部に配置するとよい。

上記の設備の滞留部では海水の流れが緩やかになるため、澱みが生じる。その結果、バイオスライム層が形成されやすく、その壁面（管路内面）への水棲生物の付着が生じやすい。したがって、かかる箇所に当該陽極を設置することにより、その箇所への水棲生物の付着を効果的に防止することが可能となる。

本発明によれば、海水またはおよび水を流通させる、ならびに貯留する設備の形状に拘わらず当該設備への水棲生物等の付着を、環境および人体へ悪影響を及ぼすことなく、確実に防止することができる。

［実施形態］
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

以下の実施形態では、理解を容易にするため、最初に本実施形態にかかる生物付着防止方法を適用できる設備として火力発電所に備わる取水管について説明し、その後当該生物付着防止方法の特徴を詳述する。なお、ここでは当該生物付着防止方法を適用できる設備として火力発電所に備わる取水管を例に挙げているが、これに限定されず、海水または水を流通させる、ならびに貯留する設備に利用することができる。

図１は、火力発電所１００の全体構成を説明する図である。火力発電所１００は、ボイラー１０２と、蒸気配管１０４と、復水給水配管１０６と、タービン１０８と、発電機１１０と、復水器１１２と、取水管１２０と、排水管１２２を含んで構成される。

ボイラー１０２では、石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料資源を燃焼させ、大量の熱を発生させる。復水給水配管１０６から供給された復水および給水は、ボイラー１０２に運ばれボイラー１０２で発生した熱によって高温高圧の水蒸気となり蒸気配管１０４を経由してタービン１０８へと送られる。

タービン１０８は、蒸気配管１０４によって運ばれた蒸気が保有するエネルギーを動力に変える機械である。ボイラー１０２にて発生した水蒸気は、タービン１０８を構成する羽根に衝突し回転力を作出する。タービン１０８は発電機１１０と同軸でつながっており、タービン１０８の回転が直接発電機１１０に伝わり電気を発生させる。発電機１１０にて発生した電気は変圧器へと送電され、電力として様々な場所へ供給される。

復水器１１２は、タービン１０８を回した水蒸気を回収し、冷却し、水に戻して、再度復水給水配管１０６を通じてボイラー１０２へ送る。復水器１１２には、海水が取水管１２０から取得され、排水管１２２から排出されることにより、常に海水が循環している。そして、復水器１１２ではかかる海水を利用して、水蒸気を急激に冷却し液化する。このとき、水蒸気の体積が急激に減少するので圧力が低下し、タービン１０８付近の水蒸気の流通がよくなり、タービン１０８の回転を増大させることができる。

図２は取水管の詳細を説明する図であって、図２（ａ）は取水管の接続部分を示す図であり、図２（ｂ）は本実施形態適用前の状態を説明する平面断面図である。図３は本実施形態適用後の状態を説明する平面断面図である。

取水管１２０は設置される設備の形状により、図２（ａ）に示すような接続部分１２４（屈曲部分）を有する。接続部分１２４の内部には、図２（ｂ）に示すように室（空間）が形成されている。取水管１２０の形状が直線状の部分では海水の流速が速いため、水棲生物の管内への付着は生じにくい。しかし、接続部分１２４（屈曲部分）では海水の流速が低下してしまうため、水棲生物の付着が生じやすくなってしまう。特に滞留部１２４ａは海水の流れがよどんでしまうため、水棲生物が付着しやすい。

そこで図３（ａ）に示すように、滞留部１２４ａのような海水がよどむ場所に、少なくとも表層に銀を有する陽極２０２を設置し、また水中に陰極２０４を適宜配置し、それぞれに電源２０６を接続する。これら陽極２０２、陰極２０４、電源２０６をあわせて、銀イオン放出装置２００と称する。なお、図３（ａ）において取水管１２０中に陰極２０４および電源２０６を配置するかのように図示しているが、これらは説明の便宜上の配置に過ぎず、陰極２０４は流れを邪魔しない水中に配置すればよく、電源はこれらと電気的に接続しつつ管外に配置すればよい。

更に、図３（ｂ）に示すように、電源２０６の極性を交互に切り替えることにより、陽極とされている極を陰極として、陰極とされている極を陽極として作用させることができる。図３（ｂ）では全ての電極を陽極２０２と表示し、電源は交流電源２０６ａとして表示している。このとき、全ての電極において少なくともその表層に銀を有している必要がある。このように構成することにより、電源に接続された全ての電極（陽極２０２および陰極２０４）から交互に（かつ間欠的に）銀イオンを放出させることが可能となる。これにより、陽極２０２が設置された箇所においてだけでなく、陰極２０４が設置された箇所においても水棲生物等の付着を防止できるため、付着が防止可能な面積が拡大される。

図４は、本実施形態にかかる銀イオン放出装置を説明する図である。図４（ａ）は銀イオン放出装置の構成を説明する図であり、図４（ｂ）は当該銀イオン放出装置の設備への設置例である。

図４（ａ）に示すように、銀イオン放出装置２００は、陽極２０２と、陰極２０４と、電源２０６と、導線２０８を備えている。陽極２０２および陰極２０４は純銀板で構成されている。また、陽極２０２および陰極２０４は、導線２０８によって電源２０６と接続されている。なお、本実施形態においては、陽極２０２および陰極２０４は純銀板で構成されているがこれに限定されるものではなく、かかる陽極２０２および陰極２０４は表層に銀を有すればよい。これにより、陽極２０２および陰極２０４の部材にかかるコストを低減することが可能である。更に、陰極２０４においては、表層に銀を有さなくてもよく、様々な材質を選択することができる。

そして陽極２０２に電流を流すことによって、その表層に有する銀がイオンとなって水中に放出される。放出された銀イオンは、海水中の塩分と反応して早期に無害な塩化銀となり、沈殿（流失）する。しかし電極近傍は銀イオンがイオンの状態で浮遊しているため、銀イオンの殺菌効果によって細菌類の繁殖を防止し、電極表面にバイオスライム層が形成することを防止することができる。したがって、これを頼りに繁殖するムラサキイガイ（海水）やカワヒバリガイ（淡水）などの水棲生物の付着を防止することができる。

すなわち、海水中においては、銀イオンを放出したとしても、水棲生物の付着を防止できるのは、ほぼ陽極表面のみである。しかし上述したように、流速が速い場所にはそもそも水棲生物は付着しにくく、流速が遅い要所のみについて付着防止すれば足りる。したがって、滞留部１２４ａなどの流れがよどむ場所に陽極２０２を設置することにより、充分に取水管１２０中の水棲生物の付着を防止することができる。

また、海水中においてはほぼ陽極表面しか付着防止できないことから、陽極は単に海水中に浸漬するのみでは足りず、設備（取水管１２０）の表面を覆う必要がある。換言すれば、海水または水を流通させる、ならびに貯留する設備の、海水または水との接触面に設置する必要がある（図４（ｂ）参照）。

ただし、淡水においては銀イオンが塩化銀になりにくいため、水流中に放出された銀イオンは、長時間イオンの状態を維持する。したがって水流の到達する広範囲に亘って殺菌効果を生じ、周辺全体に対してバイオスライム層の発生、および水棲生物等の付着を防止することができる。またなにより銀イオンは周辺環境を汚染するおそれがなく、飲料用原水等が流通する設備においても、本発明を適用することが可能である。このとき、必ずしも設備の表面を覆う必要はなく、単に淡水中に浸漬するのみでもその効果を得ることができる。

上記の電圧は、間欠的に印加してもよい。水棲生物が取水管等に接触してから付着するまでにはある程度の時間が必要であることから、それに要する時間よりも短い間隔で間欠的に電圧を印加する（銀イオンを放出させる）ことにより、電力消費量を低減しつつ、かかる水棲生物の付着を防止することが可能である。

また、陽極２０２および陰極２０４間に流れる電流の電流密度は、３００ｍＡ／ｍ^２以下とするとよい。これにより、海水の電気分解による次亜塩素酸を生成させることなく、海水中に銀イオンを放出させることが可能となる。したがって、トリハロメタンの生成を防止し、環境および人体への悪影響を排除することができる。

以下に、実施例および比較例を用いて、本発明の効果を説明する。かかる実施例においては、上記説明した純銀板からなる陽極２０２および陰極２０４の上端に通電用の導線２０８を各々２箇所取り付け、海水が流通する流路（流路断面：１２ｃｍ×１２ｃｍ、水深：８ｃｍ、海水流量５０Ｌ／ｍｉｎ）の側面に設置し、２年５ヶ月海水に浸漬させた。そして、陽極２０２および陰極２０４に０．２Ｖの直流電圧を印加し、６ｍＡ／ｍ^２の電流密度の電流を流した。なお、比較例には、樹脂系材料を用い、実施例と同様に流路側面に設置し、６ヶ月間海水に浸漬させた。

図５は、実施例における水棲生物の付着状態を説明する図である。図５（ａ）は海水への浸漬前の状態であり、図５（ｂ）は陽極の浸漬後の状態、図５（ｃ）は陰極の浸漬後の状態である。実施例においては、浸漬前は図５（ａ）に示す状態であり、浸漬後においても陽極では図５（ｂ）に示すように水棲生物の付着は全くない。これに対し、図５（ｃ）に示すように、浸漬後の陰極では水棲生物の付着が確認された。これは、陰極では銀イオンが放出されないため、バイオスライム層の発生、および水棲生物等の付着が生じたと考えられる。

以上の結果から、陽極では銀イオンが発生するため、銀イオンの殺菌効果によって陽極でのバイオスライム層の発生、および水棲生物等の付着を確実に防止できることが理解できる。したがって、水棲生物の付着を防止したい箇所に当該陽極を設置し、銀イオンを放出させることにより、かかる箇所への水棲生物の付着を確実に防止することが可能となることが確認された。なお、銀イオンは、環境および人体への安全性が極めて高く、水道法および水質汚濁防止法等による規制対象物質でないため、飲料用原水等が流通する設備においても、本発明を適用することが可能である。

また、浸漬後の陽極および陰極を観察したところ、２年５ヶ月間の試験後においても両極の銀板は、ほとんど損傷が生じていなかった。このことから、かかる陽極および陰極は長期の寿命を有することが確認された。

図６は、比較例における水棲生物の付着状態を説明する図である。図６（ａ）は海水への浸漬前の状態であり、図６（ｂ）は浸漬後の状態である。比較例においては、浸漬前は図６（ａ）に示す状態であったが、浸漬後は図６（ｂ）に示すように、多数の生物の付着が確認できる。このことから、比較例のように付着防止方法を適用しない場合、６ヶ月という短期間で水棲生物の付着が生じてしまうことが理解できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、取水路や排水路等の海水または水を流通させる、ならびに貯留する設備への水棲生物等の付着を防止する生物付着防止方法として利用することができる。

火力発電所の全体構成を説明する図である。 取水管の詳細を説明する図である。 本発明適用後の状態を説明する平面断面図である。 本実施形態にかかる銀イオン放出装置を説明する図である。 実施例における水棲生物の付着状態を説明する図である。 比較例における水棲生物の付着状態を説明する図である。

符号の説明

１００…火力発電所、１０２…ボイラー、１０４…蒸気配管、１０６…復水給水配管、１０８…タービン、１１０…発電機、１１２…復水器、１２０…取水管、１２２…排水管、１２４…接続部分、１２４ａ…滞留部、２００…銀イオン放出装置、２０２…陽極、２０４…陰極、２０６…電源、２０６ａ…交流電源、２０８…導線

Claims (5)

1. 海水または水を流通させる、ならびに貯留する設備の生物付着防止方法において、
   前記設備の前記海水または水との接触面に、表層に銀を有する陽極と、電源を介して該陽極と接続された陰極とを設置し、
   前記陽極および陰極に電圧を印加することにより、該陽極から銀イオンを放出させることを特徴とする生物付着防止方法。
2. 前記陰極は表層に銀を有し、
   前記電源は、交互に極性を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の生物付着防止方法。
3. 前記電圧は、間欠的に印加されることを特徴とする請求項１または２に記載の生物付着防止方法。
4. 前記陽極および陰極間に流れる電流の電流密度は、３００ｍＡ／ｍ^２以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の生物付着防止方法。
5. 前記陽極は、前記海水または水を流通させる、ならびに貯留する設備の滞留部に配置することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の生物付着防止方法。