JP2566230B2 - 流体の処理法及び処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景および説明 本出願は1984年４月30日出願の米国特許第605,652号
の継続出願である。

本発明は一般に流体の処理法、より詳細には改良され
た流体処理を行うのに適した装置および方法に関する。
工業用および家庭用の上水道は望ましくない成分をしば
しば含有し、使用前にこれらを処理する必要がある。本
発明は多様に利用できるが、水を処理してそこに含有さ
れる望ましくない成分、たとえば溶存塩素および細菌成
分を除去し、または増殖を抑制する際に利用できること
が認められた。

これに関連して、工業およびユーティリティの各過程
ではしばしば大量の冷却用水を必要とする。多くの水冷
操作は一次熱調整のために熱交換を利用し、その結果装
置を通過する冷却用水の温度が上昇する。この温度上昇
は水中に存在する生物の増殖を促進し、その結果たとえ
ばそのシステムが目詰りすることにより、または生物学
的スライム層が熱交換面上に蓄積してそれらの効率を大
幅に低下させることにより、装置が機能を失う。

冷却水系においても飲料水系においても塩素処理が細
菌制御のために最も一般的な手段である。次亜塩素酸の
殺生物性は細菌を死滅させるのに有効であるが、次亜塩
素酸自体は用いられる他の装置または処理システムに対
して有害となる可能性がある。さらに飲料水中の過剰の
塩素はしばしば水に望ましくない味および臭気を与え、
流出水が環境に対し有害となる可能性がある。これにつ
いてEPAは流出水の残留塩素に関する制限を設け、EPAの
指針に従うため過剰塩素処理により生じる過剰の残留塩
素を除去する脱塩素処理をしばしば採用しなければなら
ない。

流体処理の分野、特に商業用、工業用および家庭用の
水の処理の分野で、多数のシステムが提案されている
が、それらの一部または全部には何らかの望ましくない
特性、欠点または不利が伴う。

たとえばイオン交換システムは水を軟化し、水から特
定の不純物を選択的に除去するために慣用されている。
イオン交換装置の有効媒体は、望ましくない成分を流体
から除去し、これらの望ましくない成分を望ましくない
程度がより低い成分と置換すべくデザインされたイオン
交換樹脂である。たとえば硬度を生じるカルシウムおよ
びマグネシウムなどの元素を除去するために用いられる
陽イオン交換樹脂は、イオン交換体を通過した水に含有
されるナトリウム（カルシウムおよびマグネシウムと交
換されたもの）は同時にあきらめるべくデザインされる
であろう。用いられる個々のイオン交換樹脂と関係なく
最終的に樹脂床は消耗し、そのユニットは操作から取り
はずされ、再生されて再び有効なものにされなければな
らない。化学的消耗のほかに、鉄細菌が速やかにイオン
交換樹脂槽に充満し、薬品供給ノズルその他のオリフィ
スを目詰りさせる可能性がある。この樹脂はたとえば細
菌処理過程により存在する過剰の塩素による化学的分解
も受けやすい。従ってイオン交換体ユニットは持続的な
受容できる性能を保証するためには注意深く保守および
監視されなければならない。

他の一般的な型の水処理法は逆浸透法である。この場
合、流体の浸透圧を越える圧力を用いて、未処理の水を
普通は周囲温度において、選択的膜に浸透法で普通に見
られるものと反対の方向に強制的に送る。選択的膜は水
を透過させるが溶存する望ましくない成分は排除すべく
デザインされている。この方法の成功は大部分は適切な
膜の開発に依存している。逆浸透法に用いられる膜は一
般に種々の温度、化学薬品および圧力に対する安定性の
問題、ならびに速度および容量の制限などを受ける。細
菌が熱交換器を汚染する可能性があるのと全く同様に、
これは逆浸透膜上に汚染フィルムを生じる可能性があ
る。上水道が抗菌剤としての塩素で処理されている場
合、溶存塩素は細菌と戦う際にはきわめて有効である
が、逆浸透膜に対してはしばしば有害な作用をもつ。さ
らに、逆浸透装置も慎重に組立てられ、保守され、かつ
監視されなければならない。従って用いる技術が複雑で
あるにもかかわらず、最終使用者がそのシステムを保守
しかつそのシステムが設計明細書に従って機能している
のを確認するために必要なサンプリングを行うことがで
きなかった場合、処理に際して故障が起こる可能性があ
る。

さらに他の一般的な水処理法は活性炭の使用である。
これは味および臭気の制御のため、ならびに吸着により
水から有機汚染物質を除去するために広く用いらてい
る。活性炭はガス、蒸気、およびコロイド状固体に対し
て高い吸着性をもつことを特色とするからである。しか
しイオン交換装置における樹脂と同様に、炭素の吸着容
量は最終的には消耗するので、炭素を再生または交換し
なければならない。従って活性炭を採用したシステムも
媒体の有効性を判定するために注意深く監視する必要が
ある。完成炭の他の欠点は、これが有害な細菌を含む微
生物を集め、この種の有害な細菌が増殖しうる培地を提
供することである。その結果、水を精製する予定の活性
炭が有害な細菌によって水を汚染させることとなる可能
性がある。この欠点を克服する試みにおいて製造業者は
活性炭に銀を含浸させることにより静菌活性をもつ炭素
を得ることを試みた。しかしこの種の試みは完全に満足
できるものではなかった。銀の有効静菌濃度を達成し、
かつ溶存銀含量に関して確立されたEPA指針の範囲内に
維持するのは困難だからである。銀はその使用に伴う他
の欠点ももつ。すなわち銀の原価自体が経済的な水処理
に対する妨害となる可能性がある。

本発明は、金属粒状物を用いる流体処理装置および方
法を提供することにより先行技術の望ましくない特性、
欠点、および不利を克服するものであり、この物質は処
理したい望ましくない成分の酸化還元電位に対比して、
該金属と望ましくない成分との自発的酸化還元反応の方
を好む酸化還元電位をもち、および／または処理したい
望ましくない成分が細菌である場合には静菌性または殺
菌性をもつ。金属粒状物は種々のメッシュサイズ（好ま
しくは米国標準スクリーンサイズに基づき４〜400メッ
シュ）の、希望するいかなる形状のものであってもよ
く、一般に粒状物の逃酸は阻止するが、同時に流体がこ
れを貫流するのは許容する手段によって処理槽内に制限
されたゆるい充填床内に配置されている。あるいはこれ
らの粒子を接着して、表面領域が自由に露出した状態の
凝集多孔体となる方法も採用できる。この種の凝集多孔
体を形成するのに適した方法には、焼結法、および結合
剤を用いて粒子の表面領域がすべて（または実質的にす
べて）これにより処理すべき流体との接触のために自由
に露出させる方法が含まれる。本発明の重要な実施態様
は金属粒状物（たとえば亜鉛および銅、ならびにそれら
の混合物および合金）を用いて望ましくない汚染物質
（たとえば塩素および細菌）を除去する氷処理装置およ
び水処理法を目的とする。これに関連して本発明の重要
な観点は、この方法がこの種の望ましくない汚染物質を
経済的にかつ長期間にわたって除去することができ、こ
れにより大部分の処理システムにおける弱点、すなわち
比較的頻繁なシステムの保守および監視が大幅に除かれ
るという知見を伴う。

本発明の他の特色は、この種の金属粒状物床を他の流
体処理装置、たとえば活性炭、逆浸透またはイオン交換
処理と併用する方法を伴う。これに関連して本発明の重
要な観点は、他の処理法たとえば活性炭、逆浸透および
イオン交換などの方法の操作および寿命に有害となる可
能性のある望ましくない元素および化合物、たとえば塩
素および細菌の除去を伴う。

本発明の他の特色は、この種の金属粒状物床を他の型
の流体処理装置、たとえば活性炭、イオン交換、または
逆浸透と併用した装置および方法を提供することを伴
う。これに関連して本発明の重要な観点は、この種の媒
体上における細菌の増殖の遅延および／またはこの種の
媒体上に存在する可能性のある細菌の破壊を伴う。

本発明の他の特色は流体のpHを調整したのちこれを上
記の金属粒状物床に導通することを伴う。これに関連し
て本発明の重要な観点は、pH依存性の酸化還元活性をも
つ汚染物質の除去を高めるために、処理前に流体のpHを
調整することを伴う。

本発明の他の特色は、この種の金属粒状物床を含む２
個の容器をこれらの間に挿入されたpHフィーダーと共に
順次配列された状態で併用することを伴う。この流体処
理法により、利用者は第１容器の入口における供給流体
のpHを利用して当初の供給流体のpHにおける処理に対し
てより反応しやすい汚染物質を処理し、次いで他のpHに
おいてより効果的に処理されると思われる汚染物質を処
理するためにpHを調整したのち流体を再び第２容器内で
処理することができる。

従って本発明の重要な目的は、改良された流体処理装
置および方法を提供することである。

本発明の他の目的は、経済的に使用でき、比較的長い
寿命をもつため頻繁な保守および監視が避けられ、また
処理媒体を再生する必要性が除かれ、従って他の一般的
処理法、たとえば逆浸透法およびイオン交換法などに固
有の濃縮された汚染物質を廃棄する必要性が除かれる流
体処理装置および方法を提供することである。

本発明の他の目的は、水などの流体中に存在する望ま
しくない成分、たとえば塩素および細菌を、この種の成
分が処理媒体中に濃縮されることなく処理するための新
規な方法を提供することである。

本発明の他の目的は、処理したい望ましくない成分の
酸化還元電位に対比して流体が金属粒子と接触した際に
金属粒状物と望ましくない成分との間で自発的な酸化還
元反応が起こる条件を確立することを特色とする金属粒
状物床に、望ましくない成分を含有する原料流体を導通
することによる流体処理を含む流体処理法を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は、流体をまず金属粒状物床に導通
して存在する望ましくない成分、たとえば逆浸透圧法ま
たはイオン交換法など一般的に流体処理法に有害な塩素
などを処理し、次いでこの流体をこの種の一般的な処理
過程に導通する、改良された流体処理法を提供すること
である。

本発明の他の目的は、流体をまず一般的な流体処理過
程、たとえば活性炭処理過程に導通し、次いでこの流体
を金属粒状物床に導通して望ましくない成分、たとえば
有害細菌を処理するための装置および改良法を提供する
ことである。

本発明の他の目的は、金属粒状物および一般的な処理
媒体、たとえば活性炭、イオン交換樹脂もしくは逆浸透
膜の双方を含む床に流体を導通して、望ましくない成分
を処理するための装置および改良法を提供することであ
る。

本発明のこれらの目的ならびに他の目的および利点
は、金属粒状物床を含む流体処理装置、ならびに望まし
くない元素および化合物を含有する流体をこの種の金属
粒状物床に導通することを含む流体処理法を提供するこ
とにより達成される。粒状物は好ましくは亜鉛および銅
などの金属ならびにそれらの混合物および合金から選ば
れ、処理したい望ましくない成分（たとえば塩素）に対
比して、流体が金属粒子と接触した際に金属粒状物と望
ましくない性分との間で自発的な酸化および還元反応が
起こる条件を確立するために好ましい酸化還元電位をも
ち、ならびに／あるいは処理したい望ましくない成分が
細菌である場合には静菌性または殺菌性をもつ。

図面の簡単な説明 第１図は、ゆるく充填した金属粒状物床を示す本発明
の流体処理装置の一形態の垂直断面図である。

第２図は、互いに分離されているが共通のハウジング
に内包された活性炭床および金属粒状物床を示す本発明
の流体処理装置の一形態の垂直断面図である。

第３図は、連続した活性炭床および金属粒状物床を示
す本発明の流体処理装置の一形態の垂直断面図である。

第４図は、共通のハウジングに内包された活性炭床な
どおよび金属粒状物床による一般的処理法を示す本発明
の流体処理装置の一形態の垂直断面図である。

本発明の重要な観点は水、特に飲料水の処理を目的と
するが、本発明の装置および方法は各種の望ましくない
汚染物質を含む他の種々の供給流体の処理にも有利に採
用できることは認められるであろう。従って説明だけの
ために本発明は大部分において水が被処理供給流体であ
る形態に関して記述されるであろう。

特定の上水道の組成をそこに含まれる特定の汚染物
質、たとえば溶存塩素およびニトレートに関して、この
水をアルミニウム、鉄、亜鉛、スズおよび銅などの金
属、ならびにそれらの混合物および合金と接触させるこ
とによって変更しうることが今回見出された。たとえば
高濃度の溶存塩素を含有する水を、金属粒状物（たとえ
ば黄銅）を収容したキャニスターに導通すると、流出水
に検出される塩素水準がすべて除かれないにしても大幅
に低下することが認められた。

またこの流体処理法は特定の条件下で流出水のニトレ
ート濃度を著しく低下させ、および／または除去するの
にも有効であることも見出された。さらに黄銅粒状物を
含有する処理媒体は一般の細菌性汚染物質、たとえば大
腸菌（E.coli）およびシュードモナス属菌（Pseudomona
s）に関して有効な殺菌剤および／または静菌剤として
作用することが見出された。また接触した際に衣服を汚
染する可能性のある溶存鉄、たとえば鉄（II）を含有す
る水を黄銅床に導通すると、流出水は見掛け上溶存鉄を
含まず、これと接触しても衣服を汚染しないことが見出
された。さらに、タンニンで汚染された水を黄銅床に導
通すると流出水が透明であり、見掛け上タンニンを含ま
ないことが見出された。これらの知見の結果、本発明に
より開発されたものは他の種類の無機不純物、たとえば
硫化水素および二酸化イオウ（数例を挙げたにすぎな
い）、ならびに有機汚染物質に広く利用されると考えら
れる。

さらに普通の操作条件下でこの種の流体処理法の有効
寿命は他の一般的な処理システムの有効寿命をはるかに
越えると考えられる。従ってこの知見は一般的システム
の主な欠点の１つ、すなわち有効処理源を頻繁に補充す
る必要性、および同時にシステムを定期的に保守し、監
視する必要性を除くのに役立つ点で、当技術分野におけ
るかなりの前進をもたらす。

さらにこの方法は家庭、商業および工業における各種
の用途について広範な潜在的利用性をもつ。たとえば塩
素およびヨウ素が有効な抗菌薬であることを留意して、
飲料水（特に外国地における）はまず水を塩素処理また
はヨウ素処理により処理し次いで塩素処理またはヨウ素
処理された水を本発明に従って金属粒子と接触させるこ
とによって処理水をより口に合う安全な形に変えること
ができるであろう。

前記のように、この開発は水処理以外に、他の液状流
体媒質およびガス状流体媒質自体および液体に溶存する
ガス状流体媒質を含む他の流体媒質にも適用することを
意図したものである。たとえば有害ガス、特にハロゲ
ン、たとえば塩素、臭素およびフッ素を金属性物質床が
収容されたキャニスターに導通することにより除去する
ことが本発明により考慮され、その範囲に含まれる。こ
の種の用途はたとえばガスマスクにおいて汚染空気精製
の別法を提供し、あるいはさらに一般的なスクラビング
法の別法として、またはこれと組合わせて使用できる。

ここで図面について述べると、第１図は一般に10と表
示される流体（水など）処理用の装置において典型的に
具体化された本発明を示し、この装置が入口12、出口1
4、および金属粒状物18の充填床を含む処理槽16を含む
ことを示す。処理槽16は目的とする用途に応じて種々の
形状および寸法のものであってもよい。たとえば処理槽
16は第１図に示すキャニスターの形をとってもよい。

第１図に示すように、流体処理槽16は不透過性の側壁
20、ならびに上壁および底壁22および24からなる。上壁
22および底壁24には処理される流体をそれぞれ処理槽16
に流入させ、これから流出させる入口12および出口14が
含まれる。流体処理槽16はさらに有孔性または透過性の
上板26および28を含む。これらはそれぞれ流体を流体処
理槽16へ導入し、これから排出させ、一方金属粒状物18
が逃散するのを防止する。本発明の他の観点によれば、
金属粒状物床を他の流体処理媒体と組合わせて、または
連結して使用し、増強された流体処理システムを得るこ
とができる。

第２〜４図はこの種の増強された流体処理システムの
例を示す。第２図において装置40は流体処理槽16を含
み、これはさらに有孔性または透過性の中板42を含み、
これが槽16を上室44および下室46に分割している。上室
には一般的な流体処理媒体、たとえば活性炭48が含ま
れ、下室に金属粒状物18の充填床が含まれる。第４図の
場合、装置50には、金属粒状物18と混和された一般的な
流体処理媒体、たとえば活性炭48を含む処理槽16が含ま
れる。処理媒体48はもちろんいかなる一般的な処理媒体
であってもよく、他の例としては逆浸透媒体があげら
れ、この場合微細なメッシュの金属粒状物18をその膜上
にフロック処理（flock）することができる。

第３図において、装置60は順次連結された２個の流体
処理槽62および16を含む。流体処理槽62は入口64、およ
び出口66を含み、これは流体処理槽16の入口12に連結し
ている。流体処理槽62は一般的な処理媒体、たとえば活
性炭66の充填床を含む。流体処理槽62は不透過性の側壁
68、ならびに上壁および底壁70および72からなる。上壁
70および底壁72には、処理すべき流体をそれぞれ処理槽
62に流入され、これから流出させる入口64および出66が
含まれる。流体処理槽62はさらに有孔性または透過性の
上板および底板74および76を含み、これらは流体をそれ
ぞれ処理槽62に導入し、これから排出させ、一方活性炭
66の逃散を防止する。

第２図および第３図に示した上記の流体処理媒体の相
対位置は、目的とする用途に応じて逆転させうることは
認識されるであろう。たとえば前記のように一般的な処
理媒体が活性炭である場合は、金属粒状物床を活性炭の
下流に置き、活性炭から排出される流体に含有される有
害な細菌を処理することが望ましいであろう。他方、一
般的な処理媒体が逆浸透媒体またはイオン交換媒体であ
る場合、金属粒状物床をこの種の媒体の上流に置き、こ
れらの媒体にとって有害となる可能性のある溶存塩素な
どの成分を除去することが望ましいであろう。

本発明は数種の異なる金属ならびにそれらの混合物お
よび合金の使用をも考慮する。本発明はいかなる特定の
理論にも限定されないが、本発明の処理法は少なくとも
無機成分、たとえば溶存塩素に関しては自発的な酸化−
還元反応により達成されると仮定さる。従って金属粒状
物は、処理したい望ましくない成分と対比して相対的に
良好な酸化還元剤であり、これにより流体が金属粒状物
と接触した際に金属粒状物と望ましくない成分との間で
自発的な酸化反応および還元反応の条件が確立される一
群の金属（それらの混合物および合金を含む）から選ば
れるべきであると考えられる。

異種のものの相対的な還元または酸化されやすさは、
それらの標準還元電位（25℃におけるＥ゜値）から予想
できる。異種のものについてのＥ゜値を比較することに
よって、酸化還元が自発的に起こるか否かを判定するこ
とができる。本発明によれば、処理したい元素または化
合物と対比して相対的に良好な酸化還元剤である金属
は、この種の元素および化合物と自発的に反応すると予
想される金属である。

たとえば約７のpHをもつ25℃の水に溶解した塩素はHO
ClおよびClO^-として存在し、酸性側ではHOClが優位であ
り、塩基側ではClO^-が優位である。簡単にするためClO^-
が反応種であると仮定すると、下記の酸化還元反応が本
発明により考慮される代表的なものである。

Zn（ｓ）→Zn²⁺（aq）＋2e^- Ｅ゜＝0.76VClO^-（aq）＋H₂O＋2e^-→Cl^-（aq）＋2OH^-（aq） Ｅ゜＝0.89V Zn（ｓ）＋ClO^-（aq）＋H₂O→Zn²⁺＋Cl^-（aq）＋2OH^-（aq） Ｅ ＝1.65V Cu（ｓ）→Cu²⁺（aq）＋2e^- Ｅ゜＝−0.34VClO^-（aq）＋H₂O＋2e^-→Cl^-（aq）＋2OH^-（aq） Ｅ゜＝ 0.89V Cu（ｓ）＋ClO^-（aq）＋H₂O→Cu⁺²（aq）＋Cl^-＋2OH^- Ｅ ＝＋0.55V 計算されるように亜鉛および銅は双方とも次亜塩素酸塩
（ClO^-）とそれぞれ自発的に反応し、亜鉛の方がより大
きな正の電位をもつので理論的にはいっそう自発的であ
ろう。

亜鉛および銅は共に一般的な無機汚染物質、たとえば
塩素に関して、相対的に良好な還元剤であるので、かつ
両者とも溶液中で適度の濃度において、不利な影響を与
えることなく耐容されるので、好ましい金属である。他
の金属、たとえば鉄およびアルミニウムも理論的には良
好な還元剤であるが、これらの金属は欠点をもち、この
ためこれらを一般的な商業的用途に利用することは制限
される。たとえば比較的高い濃度の鉄の飲料水中におい
て毒作用を与えることなく耐容されるが、このような濃
度は鉄細菌を供給しやすく、また家庭用として用いた場
合衣服などの品物を汚染しやすい。これに関連して、接
触した際に衣服を汚染する可能性のある溶存鉄、たとえ
ば鉄（II）を含有する水を黄銅床に導通した場合、溶出
水は見掛け上溶存鉄を含有せず、これと接触しても衣服
を汚染しないことが今回見出された。さらに鉄を基礎と
する金属粒子床は早期に目詰りしやすい。またアルミニ
ウムを基礎とする処理床はスキャブを生じやすく（Sca
b）、すなわち表面に酸化物被膜を生じやすく、従って
短期間の使用後に実際上無効となる。

実施に際して亜鉛および銅の合金、たとえば黄銅は、
溶存塩素の除去に際し純粋な亜鉛もしくは純粋な銅また
はそれらの不均質な混合物よりも有効であることが認め
られた。特筆した黄銅の有効性のほかに、黄銅は化学的
安全性の見地からも好ましい金属である。これは水性媒
体中において特にそうである。黄銅は純粋なナトリウ
ム、カリウム、カルシウムまたは亜鉛などの金属が示す
ような水性流体に対する激しい反応性をもたないからで
ある。

銅／亜鉛合金、たとえば黄銅は流出物に溶存した金属
濃度の見地からも好ましい金属である。これに関連し
て、亜鉛、銅およびそれらの合金と無機汚染物質、たと
えば溶存塩素との酸化還元反応の副生物はそれぞれ溶存
亜鉛、溶存銅、およびそれらの混合物であることが注目
される。亜鉛または銅を単独で用いて過度に塩素処理さ
れた飲料水を処理する場合、比較的希薄ではあるがEPA
が推奨する指針を越える溶存金属濃度を生じる可能性が
ある。さらにのちに述べるように、生じる望ましくない
金属濃度はさらに一般的な処理法、たとえばイオン交換
法または逆浸透法による処理によって効果的に除くこと
はできるが、銅／亜鉛合金、たとえば黄銅を処理媒体と
して用いた場合、生じる溶存金属濃度は飲料水中の溶存
亜鉛および溶存銅について十分に現行EPA指針の範囲内
にあることが認められた。

前記のように本発明の他の形態は、水を金属粒状物
（たとえば黄銅）床、および一般的な処理法、たとえば
逆浸透もしくはイオン交換もしくは活性炭の双方に導通
することによる精製法である。逆浸透処理法にしばしば
用いられる半透膜、たとえば酢酸セルロースは、イオン
交換樹脂の架橋にしばしば用いられるジビニルベンゼン
の場合と同様に溶存塩素による分解を受けやすい場合が
多いという事実から特に有利である。逆浸透膜またはイ
オン交換装置と連結して黄銅床を用いることにより、膜
または樹脂の寿命を実質的に延長することができる。さ
らに逆浸透、イオン交換および活性炭を用いる一般的処
理法はそれぞれ細菌による汚染および／または細菌の蓄
積を生じやすい。これに関連して、一般に下水により汚
染された上水道中に見出される大腸菌、および他の望ま
しくない生物、たとえばシュードモナス属菌などの細菌
と戦うために、銅または銅合金、たとえば黄銅を処理シ
ステムに用いるのが有効であることが認められた。

“黄銅”という語はここでは銅−亜鉛合金一般を示す
ために用いられること、ならびにこの種の合金は他の成
分を含有する可能性があり、および／または一般に異な
る命名法により呼ばれていることは認められるであろ
う。たとえば銅および亜鉛を含有する一般に青銅と呼ば
れる合金、たとえば（以下のものに限定されない）ほぼ
57％ Cu−40％ Zn−３％ Pbから構成される美術青銅、
ほぼ58.5％ Cu−39％ Zn−1.4％ Fe−１％ Sn−0.1％ M
nから構成されるマンガン青銅Ａ、およびほぼ65.5％ Cu
−23.3％ Zn−4.5％ Al−3.7％ Mn−３％ Feから構成さ
れるマンガン青銅Ｂ、ならびに他の金属、たとえば60％
Cu−40％ Znから構成されるムンツメタルがここでは一
般に黄銅と呼ばれ、本発明の範囲に含まれる。

選ばれた金属が黄銅である場合、たとえば塩酸溶液で
黄銅を洗浄し、次いで黄銅をリンスすることにより黄銅
の表面から汚染物質、たとえば鉄やすり屑その他の異物
（黄銅の活性を妨げる可能性がある）が洗い流されるで
あろう。しかし大気または供給流体（たとえば水）に暴
露されている黄銅表面は緑色のさびを生じる場合がある
ことが認められている。これはカーボネートおよび／ま
たは酸化物複合体であると思われる。その表面自体を物
理的に掻き取って緑色のさびを除くと、除かれたさびも
優れた精製作用を示す。

塩素を添加し、黄銅床を通過させることにより処理し
た水の定性分析により、この種の処理は水中の塩素の量
を一貫して減少させることが示された。以下に示す実施
例ＩおよびIIは、水処理に用いた黄銅および処理された
水それぞれについて処理前および処理後の双方の組成の
定性分析を別個の研究所で行ったものを記載する。下記
の実施例Ｉに記載するように、黄銅の分析から、水を黄
銅床に導通することにより酸化−還元過程が起こった場
合に予想されるように黄銅の組成が実際に変化したこと
が示された。また下記の実施例IIに示すように、流入水
および黄銅床を通過した流出水についての別個の研究室
の分析により、流入水に含有されていた塩素が実質的に
除かれたことが実際に確認された。

実施例 Ｉ 黄銅の逃散を防止するためのスクリーン間に捕捉され
た14＋30メッシュの黄銅の7.6cm×15.2cm（３インチ×
６インチ）充填床を収容した円筒に水を導通した。黄銅
床に導通した水はミシガン州ビレッジ・オブ・コンスタ
ンチン給水所から得たものであり、塩素処理されてはい
ないが約10〜13ppmの溶存ニトレートを含有する。塩素
水準低下の程度を調べるために約２〜13ppmの量の塩素
を流入水に導入した。約193m³（51,000ガロン）の水が
黄銅床を通過したのちに、黄銅床の高さは約1.3m（1/2
インチ）縮小した。黄銅床を構成した新鮮な黄銅試料、
および約193m³（51,000ガロン）の水が通過したのちの
黄銅床から取り出した黄銅試料を分析した。

これらの試料の元素組成はベックマン・スペクトラス
パンVIスペクトロメーターを用いて、直結プラズマー原
子発光分析法により測定した。0.1000gを50/50濃硝酸／
蒸留水混合物20mlに溶解することによりプラズマ発光分
析用試料を調製した。次いで蒸溜水の添加により総溶液
重量を100.00gにした。

元素組成は各元素につき下記の発光系列から得た値の
平均として測定された。銅:213.598nm.,233.008nm;鉄:2
38.204nm.,259.940nm.,371.994nm.;亜鉛:213.856nm.,20
6.200nm.,202.548nm.;鉛:104.783nm.,283.306nm,.368.3
48nm..結果は下記のとおりであった。 黄銅の分析 処理前 処理後 銅 ％ 59.2 65.0 亜鉛％ 35.2 27.8 鉛 ％ 2.5 2.5 鉄 ％ 0.2 0.2 スズおよびアルミニウムについての発光波長も調べた
が、これらの元素は１対1000の試料希釈度で検出できな
かった。

実施例 II 流入水、および実施例Ｉの黄銅床を約193m³（51,000
ガロン）の水の処理に使用したのちに通過した流出水の
２組の試料を別個の研究室に分析のために送った。試料
セットＡはミシガン州ビレッジ・オブ・コンスタンチン
給水所により給水された非塩素処理水道水であり、試料
セットＢは塩素を添加した水道水であった。各分析の結
果は下記のとおりであった。 試料セットＡ パラメーター 単位 流入 流出 ニトリット態窒素 mg/ 10.35 9.34 ニトレート＋ニトリット mg/ 0.01 0.01 有機窒素 mg/ 10.35 9.35 アルミニウム（Al） mg/ 0.5 0.5 銅（Cu） mg/ 0.04 0.27 鉄（Fe） mg/ 0.05 0.34 カリウム（Ｋ） mg/ 1.00 1.47 ナトリウム（Na） mg/ 3.8 5.2 亜鉛（Zn） mg/ 0.12 1.3 試料セットＢ パラメーター 単位 流入 流出 塩化物 mg/ 29.5 32.0 塩素 mg/ 13.0 0.1 ニトレート態窒素 mg/ 11.35 10.69 ニトリット態窒素 mg/ 0.01 0.01 ニトレート＋ニトリット mg/ 11.35 10.69 アルミニウム（Al） mg/ 0.5 0.5 カルシウム（Ca） mg/ 93.0 94 銅（Cu） mg/ 0.05 0.26 マグネシウム（Mg） mg/ 24.0 24.4 カリウム（Ｋ） mg/ 1.02 1.06 ナトリウム（Na） mg/ 17.1 17.8 亜鉛（Zn） mg/ 0.11 4.5 以上の各例は本発明方法およびこれにより得られる効
果を説明するために提示されたものであり、その一般的
範囲を限定するためのものではない。実施例IIの試料セ
ットＢの結果によって最も良く示されるように、本発明
方法は望ましくはない汚染物質、たとえば溶存塩素の除
去に有効である。陽イオン、たとえば亜鉛および銅の陽
イオンの濃度は、酸化−還元過程に起こった場合に予想
されたように流出水中で実際に上昇した。

さらに約6.9のpHをもつ流入水道水は黄銅床を通過し
たのち約7.2のpHをもつことが認められた。さらに水
の、特に酸性のpH値をもつ水のpH値が黄銅系処理床を通
過した結果上昇したことが注目される。これは、クロリ
ドイオンは一般に飲料水中に存在するので、またクロリ
ドは塩素が標的汚染物質である場合に黄銅処理後に生じ
るイオンであるので、本発明の特に有利な特色である。
クロリドイオンは酸性媒質中では潜在的に腐食性の物質
である。処理水のpHが処理と同時に上昇することによ
り、存在するクロリドイオンの潜在的腐食作用は中和さ
れる傾向を示す。

実施例IIの試料セットＡおよびＢ双方の結果により示
されるように、この処理法により水中の溶存ニトレート
の水準も低下した。流体が少なくともわずかに酸性であ
り、たとえば6.5以下のpHをもつ場合、本発明の処理法
によって溶存ニトレートの転換が促進され、溶存ニトレ
ートの濃度が著しく低化することが認められた。酸性媒
質中での溶存ニトレートの転換はある程度は可逆的であ
ること、すなわちその後流出水のpH値を上昇させること
により溶存ニトレートの存在を検出しうることが認めら
れた。これに関連してきわめて意外なことに、比較的高
いpH値、たとえば10〜12のpH値においてはニトレートの
除去を効果的に、かつ見掛け上不可逆的に行いうること
が認められた。

従って、望ましくない成分が酸性媒質中でより効果的
に除去されるならば、一般的な酸供給装置を水処理法に
取り入れることができる。あるいは望まくない成分が塩
基性媒質中でより効果的に除去されるならば、一般的な
塩基供給装置による前処理を採用することができる。異
なるpHを要求する複数の元素または化合物を処理する場
合は、一般的な適宜な酸または塩基の供給装置が間に挿
入された状態で順次配置された金属粒状物（たとえば黄
銅）の連続床に被処理水を導通することができる。

さらに、汚染物質除去の速度および程度は金属と流体
の接触時間に依存することが認められた。従ってたとえ
ばより小さなメッシュの金属を用いることにより充填床
の接触表面積を増大させると、除去の速度および程度が
高まるであろう。あるいはまたはこれと共に流体の流速
を低下させて、より長い接触期間を得ることもできる。
さらに、たとえば空気を流体に噴入するか、または金属
粒状物床を大気に暴露することにより流体または金属粒
状物に酸素を供給すると処理過程を高めうることが認め
られた。

金属粒子のメッシュサイズを適宜変えることができ、
これも流体の処理に際して影響を与えることが認められ
た。たとえば金属粒状物の一般的なメッシュサイズは米
国標準スクリーンサイズに基づき４〜400メッシュであ
ろう。この範囲よりも高いメッシュサイズおよびこれよ
りも低いもの双方を採用できるが通常は４〜30メッシュ
のメッシュサイズが大部分の用途にとって好ましいであ
ろう。金属粒状物を他の別形態で、たとえばこれらの粒
状物を接着して希望する形状の多孔体にすることにより
製造された凝集多孔体の形で供給しうることは認められ
るであろう。この種の凝集多孔体を製造するのに適した
方法には、焼結法、および結合剤を使用し、これにより
粒子の表面領域がすべて、もしくは実質的にすべて、こ
れで処理される流体との接触のために自由に露出してい
る状態となす方法が含まれる。

種々の重量％の銅および亜鉛から構成される黄銅は異
なる流出濃度の溶存金属を与えることが認められた。こ
れに関連してまた現在の排出液規制との関連において、
約1:1の比率の銅：亜鉛を含む黄銅が好ましく、約3:2の
比率の銅：亜鉛を含む黄銅がより好ましく、約7:3の比
率の銅：亜鉛を含む黄銅がきわめて好ましい。銅は亜鉛
よりも良好な殺菌および静菌薬であるため、黄銅中の銅
の％を高めることによって増強された雑菌性／静菌性の
処理剤が得られることは、もちろん認識されるであろ
う。

直径15.2cm（６インチ）の円筒に収容された14×30メ
ッシュの黄銅の51cm（60インチ）の充填床が家庭におけ
る利用者の全圧流水量を与え、長年にわたって黄銅床を
交換することなしに、塩素処理された流入水を効果的に
処理すると考えられる。

以下に示す実施例IIIおよびIVはそれぞれ大腸菌およ
びシュードモナス属菌を接種した水について、それぞれ
黄銅;50％黄銅と50％活性炭の混合物；亜鉛；銅；なら
びに活性炭による処理の前および後において別個の研究
室により行われた定量分析を示す。

実施例 III 初期接種用大腸菌は標準法寒天上に増殖され、リン酸
塩緩衝化食塩液に懸濁された一夜保存培養物から調製さ
れた。適度な濃度（Single strength）のトリプチック
大豆肉汁培地を接種用懸濁液に添加して、最終トリプチ
ック大豆肉汁培地濃度10％となし、従って細菌を増殖さ
せるために適切な利用栄養素を得た。

下記の被験材料それぞれ約100cm³を各400mlのビーカ
ーに入れた。

被験材料 1.黄銅削り屑（おおまかな元素組成:70％Cuおよび30％Z
n（重量））； 2.黄銅（上記と同じ）と市販の活性炭粒子の50:50混合
物； 3.粒状亜鉛； 4.粒状銅； 5.市販の活性炭。

接種物（上記により調製）を各ビーカーに液面が被験
材料の表面直下になるのに十分な量添加した。被験材料
の添加前に接種物の微生物を計数した。各ビーカーを室
温で16時間インキュベートし、次いで得られた流体1ml
につき微生物の計数を行った。

結果は下記のとおりであった。

黄銅、50％黄銅/50％活性炭、亜鉛および銅を用いる
試験は同じ日に同一接種物を用いて行われた。活性炭を
用いる試験は同じく別個の研究室において後日に、上記
と同じ様式で調製された異なる接種物を用いて行われ
た。

実施例 IV 初期接種用シュードモナス属菌を、標準法寒天上で増
殖され、リン酸塩緩衝化食塩液に験濁された一夜保存培
養物から調製した。適度な濃度（single strength）の
トリプチック大豆肉汁培地を接種用懸濁液に添加して、
最終トリプチック大豆肉汁培地濃度10％となし、従って
細菌を増殖させるために適切な利用栄養素を得た。

下記の被験材料それぞれ約100cm³を各400mlのビーカ
ーに入れた。

被験材料 1.黄銅削り屑（おおまかな元素組成:70％Cuおよび30％Z
n（重量））； 2.黄銅（上記と同じ）と市販の活性炭粒子の50:50混合
物； 3.粒状亜鉛； 4.粒状銅； 5.市販の活性炭 接種物（上記により調製）を各ビーカーに液面が被験
材料の表面直下になるのに十分な量添加した。被験材料
の添加前に接種物の微生物を計数した。各ビーカーを室
温で16時間インキュベートし、次いで得られた流体1ml
につき微生物の計数を行った。

結果は下記のとおりであった。

以上の各例は本発明方法およびそれにより得られる効
果を説明するための提示されたものであり、その一般的
範囲を限定するためのものではない。上記のように銅お
よび黄銅は共に単独で処理媒体として用いた場合にきわ
めて有効な殺菌薬であることが証明された。実施例III
に最も良く示されるように、活性炭は細菌の増殖に対す
る繁殖地を提供し、活性炭を単独で用いた場合100倍以
上の細菌増加が認められた。しかし黄銅削り屑を活性炭
と混合することにより、有効な殺菌性媒体が得られた。
もちろん銅または黄銅を他の流体処理法、たとえばイオ
ン交換法および逆浸透法と併用して同様な殺菌性／静菌
性媒体が得られることは認識されるであろう。さらに、
この金属系殺菌薬は他の処理媒体と分離されていてもよ
く、あるいはたとえば活性炭に銅または黄銅を含浸させ
ることによりこれと一体化されていてもよいことは認識
されるであろう。実施例IVは本発明が抗微生物薬に対し
て比較的大きな抵抗性をもつ生物、たとえばシュードモ
ナス属菌の増殖抑制にも有効であることを示す。

本発明方法は望ましくない成分を化学的に処理するほ
かに、望ましくない懸濁固体を物理的に過するために
も利用される。この観点の本発明は懸濁した鉄を除去す
るために特に利用される。この鉄は水中に天然に、塩素
処理などの前処理の結果、または本方法に用いられる金
属粒子床との反応の結果存在するものである。水を溶存
鉄の処理のために塩素で前処理する場合、本方法は生じ
る懸濁鉄を過するだけでなく、水中に残留する塩素を
も処理するであろう。金属粒状物床を収容したキャニス
ターは定期的に逆洗浄して、粒状物床中に集められた
過物を除去し、粒状物床の目詰りを除くことができる。
しかし他の処理法、たとえば逆浸透法およびイオン交換
法の場合と異なり、この種の逆洗浄は濃縮された望まし
くない成分落とすものではない。

本発明の他の別形態は、水を金属粒状物（たとえば黄
銅）床、ならびに過材および／または過助剤（たと
えば砂）床の双方に導通して、望ましくない懸濁物の
過を高めることによる精製法である。

当業者には本発明の精神および範囲から逸脱すること
なく多くの修正および変更をなしうることは認識される
であろう。従って本発明の範囲は請求の範囲によっての
み制限されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 1/50 ５３１ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５３１Ｆ ５４０ ５４０Ｄ ５５０ ５５０Ｂ ５５０Ｈ ５６０ ５６０Ｂ ５６０Ｄ ５６０Ｅ 1/58 ＺＡＢ 1/58 ＺＡＢＡ 1/64 ＣＣＺ 1/64 ＣＣＺＺ 1/66 ５１０ 1/66 ５１０Ａ ５２１ ５２１Ｊ ５３０ ５３０Ｂ ５４０ ５４０Ａ ５４０Ｇ (56)参考文献 特開 昭61−502103（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−147283（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−64898（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−178089（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−72099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−111081（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−106697（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭54−45020（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体を処理して該流体の中に含まれる望ま
   しくない細菌成分を死滅させ、および抑制する方法であ
   って、上記成分を含有する流体を、銅を少なくとも50重
   量％含有する銅／亜鉛合金の微細な金属と接触させるこ
   とにより該成分を死滅させ、および抑制することからな
   る前記方法。
2. 【請求項２】接触を、流体を銅／亜鉛合金の微細な金属
   からなる床を導通させることによって行う、請求の範囲
   第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】微細な金属が金属粒子である、請求の範囲
   第１項又は第２項に記載の方法。
4. 【請求項４】合金中の銅対亜鉛の比率が重量で1:1であ
   る、請求の範囲第１項に記載の方法。
5. 【請求項５】合金中の銅対亜鉛の比率が重量で3:2であ
   る、請求の範囲第１項に記載の方法。
6. 【請求項６】合金中の銅対亜鉛の比率が重量で7:3であ
   る、請求の範囲第１項に記載の方法。
7. 【請求項７】活性炭と密に混和された、銅と亜鉛の微細
   な金属からなることを改良点とする、改良された活性炭
   型流体処理用媒体。
8. 【請求項８】微細な金属が金属粒子である、請求の範囲
   第７項に記載の活性炭型流体用媒体。
9. 【請求項９】銅と亜鉛が銅／亜鉛合金の形で存在する、
   請求の範囲第７項に記載の活性炭型流体処理用媒体。
10. 【請求項１０】銅／亜鉛合金中の銅含量が少なくとも50
    重量％である、請求の範囲第９項に記載の活性炭型流体
    処理用媒体。
11. 【請求項１１】流体を処理するための装置にして、該装
    置はこれを被処理流体の供給部に連結する装置入口手
    段；銅と亜鉛の微細な金属からなる第１の流体処理媒体
    および活性炭からなる第２の流体処理媒体を内包する室
    手段；並びに該室手段と連絡する流体入口通路および流
    体出口通路の組み合わせからなり；そして該室手段は該
    処理媒体に流体を貫流させかつ該処理媒体の逃散を防止
    するように構成および配置されている、前記流体処理装
    置。
12. 【請求項１２】微細な金属が金属粒子である、請求の範
    囲第11項に記載の流体処理装置。
13. 【請求項１３】銅と亜鉛が銅／亜鉛合金の形で存在す
    る、請求の範囲第11項に記載の流体処理装置。
14. 【請求項１４】銅／亜鉛合金中の銅含量が少なくとも50
    重量％である、請求の範囲第13項に記載の流体処理装
    置。
15. 【請求項１５】流体を処理するための装置にして、該装
    置はこれを被処理流体の供給部に連結する装置入口手
    段；銅と亜鉛の微細な金属からなる第１の流体処理媒体
    およびイオン交換樹脂処理媒体である第２の流体処理媒
    体を内包する室手段；並びに該室手段と連絡する流体入
    口通路および流体出口通路の組み合わせからなり；そし
    て該室手段は該処理媒体に流体を貫流させかつ該処理媒
    体の逃散を防止するように構成および配置されている、
    前記流体処理装置。
16. 【請求項１６】微細な金属が金属粒子である、請求の範
    囲第15項に記載の流体処理装置。
17. 【請求項１７】銅と亜鉛が銅／亜鉛合金の形で存在す
    る、請求の範囲第15項に記載の流体処理装置。
18. 【請求項１８】銅／亜鉛合金中の銅含量が少なくとも50
    重量％である、請求の範囲第17項に記載の流体処理装
    置。
19. 【請求項１９】流体を処理するための装置にして、該装
    置はこれを被処理流体の供給部に連結する装置入口手
    段；銅と亜鉛の微細に金属からなる第１の流体処理媒体
    および逆浸透型処理媒体である第２の流体処理媒体を内
    包する室手段；並びに該室手段と連絡する流体入口通路
    および流体出口通路の組み合わせからなり；そして該室
    手段は該処理媒体に流体を貫流させかつ該処理媒体の逃
    散を防止するように構成および配置されている、前記流
    体処理装置。
20. 【請求項２０】微細な金属が金属粒子である、請求の範
    囲第19項に記載の流体処理装置。
21. 【請求項２１】銅と亜鉛が銅／亜鉛合金の形で存在す
    る、請求の範囲第19項に記載の流体処理装置。
22. 【請求項２２】銅／亜鉛合金中の銅含量が少なくとも50
    重量％である、請求の範囲第21項に記載の流体処理装
    置。
23. 【請求項２３】含有される懸濁タンニンを除去するため
    の流体処理法であって、該タンニンを含有する該流体を
    銅／亜鉛合金の微細な金属と接触させることにより該タ
    ンニンを除去することからなる、上記方法。
24. 【請求項２４】流体のpHを上昇させるための流体処理法
    であって、該流体を銅／亜鉛合金の微細な金属と接触さ
    せることからなる、上記方法。
25. 【請求項２５】含有される溶存鉄を除去するための流体
    処理法であって、該溶存鉄を含有する該流体を銅／亜鉛
    合金の微細な金属と接触させることにより該溶存鉄を除
    去することからなる、上記方法。