JP3736057B2

JP3736057B2 - 活性電解水生成装置

Info

Publication number: JP3736057B2
Application number: JP22220997A
Authority: JP
Inventors: 清明松井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1997-08-19
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: JPH1157718A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気分解によって生成された次亜塩素酸を中心としてこれを活性化し、手指の殺菌洗浄を行ったり、病院等で使われる内視鏡や手術器具、歯科治療器具、調理場で用いられる包丁やまな板等の調理器具等を殺菌洗浄したり、有機性の染料等を脱色したり、有機物排水を分解処理できる活性電解水生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、病院内でのＭＲＳＡ等の抗生物質耐性菌による感染症や、学校給食における調理場での病原性大腸菌による食中毒等の事故が発生し、発生源での殺菌対策が重要な問題となっている。
【０００３】
ところで従来より殺菌方法としてはエタノール、ポピドンヨード、クレゾール石鹸、液状フェノール等の消毒薬を使う方法が一般的である。しかしながらこれらの消毒薬は使用法を間違えると問題を生じたり、効果が著しく低下したりすることがあり、使用に対しては細心の注意が必要であった。また殺菌力の強いポピドンヨードやエタノールは非常に高価なものでもある。さらにこれらの消毒薬を頻繁に使用しすぎると、これらの薬剤に耐える耐性菌の出現が懸念されるものであった。
【０００４】
このため塩化物である食塩等の電解質を０．１％程度加えた水を電気分解し、この陽極側に生成される次亜塩素酸濃度の高い酸性の電解水を、殺菌剤として用いることが検討されている。この電解水は原料として食塩等の一般的な材料を使い、電気分解という簡便な方法により生成されるため、取り扱いが非常に簡単，容易であり、同時に殺菌に使用した後はただの水に戻るという極めて優れた特徴をもつものである。しかしこの電解水中の次亜塩素酸の濃度は、適正殺菌を行うには４０ｍｇ／Ｌ程度は必要であり、かつｐＨが２．７の酸性水の場合にはこの次亜塩素酸のうち１５％はガス化し有毒な塩素ガスが生成する危険がある。この点ｐＨを５．５程度の弱酸性にした場合は次亜塩素酸は１００％次亜塩素酸として存在し、塩素ガスの発生はないが、殺菌スピードが著しく遅くなるという欠点があった。
【０００５】
ｐＨの低い領域で殺菌効果が高いのは次亜塩素酸の一部がヒドロキシラジカル、塩素ラジカル、一重項酸素、スーパーオキサイド等のラジカル（活性種）に変化しているためと考えられる。このようなラジカルを積極的に生成する方法として、例えば、オゾンを含んだ水に紫外線を照射し、これによって活性を高めてヒドロキシラジカルを生成する方法（特開昭６３-２３６５９３号公報）が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特開昭６３-２３６５９３号公報に記載されたオゾンと紫外線により生成されるヒドロキシラジカルを用いて殺菌を行う方法では、ヒドロキシラジカルの安定性が悪いという欠点があった。また、特開昭６３-２３６５９３号公報に記載された手段は、殺菌のためにオゾン（ヒドロキシラジカル）を用い、水中に含まれる細菌の殺菌消毒に適用されるものであり、殺菌の手段としての殺菌剤を造るものとは異なるものである。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点を解決するもので、電気分解により生成した次亜塩素酸より強い殺菌作用をもち、塩素臭が少なく、水を用いて殺菌が行え、有機物排水を分解することができる活性電解水生成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の活性電解水生成装置は、電解槽の陽極側の電解室で生成された電解水に紫外線を照射する紫外線照射部と、前記電解水に直流磁界を加える磁界印加部を備えたことを特徴とする。
【０００９】
これにより、電気分解により生成した次亜塩素酸より強い殺菌作用をもち、塩素臭が少なく、水を用いて殺菌が行え、有機物排水を分解することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載された発明は、隔膜で区画された一対の電解室にそれぞれ電極が設けられ塩素イオンを含んだ水を電気分解する電解槽と、前記電解槽の陽極側の電解室で生成された電解水に紫外線を照射する紫外線照射部と、前記電解水に直流磁界を加える磁界印加部を備えたことを特徴とする活性電解水生成装置であるから、陽極側の電解室で次亜塩素酸が生成され、この電解水に紫外線照射部で紫外線を照射し磁界印加部で直流磁界を加えるため、次亜塩素酸の一部が紫外線と直流磁界でラジカルに変化させられ、塩素殺菌では殺菌されにくい真菌に対しても効果のある殺菌を行うことができるし、有機物排水中の有機物を分解することができる。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、紫外線照射部と磁界印加部とが電解水が導入される活性化槽に設けられたから、同時に紫外線と直流磁界をかけることになり、次亜塩素酸の一部が容易かつ効果的にラジカルに変化し、コンパクトな構成となる。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、電解水には電気分解によって生成された次亜塩素酸が含まれ、紫外線照射部と磁界印加部で処理されるとヒドロキシラジカル，塩素ラジカル，一重項酸素，スーパーオキサイド等のラジカルに変化するので、別途他の薬剤を投入しなくとも殺菌効果が大きく、有機物排水の処理が容易である。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、次亜塩素酸の１０％〜９０％がヒドロキシラジカル，塩素ラジカル，一重項酸素，スーパーオキサイド等のラジカルに解離しているから、次亜塩素酸よりも殺菌力、分解力が強いものとなる。
【００１４】
請求項５に記載された発明は、紫外線が２１０ｎｍ〜２６０ｎｍの波長を含むから、ラジカルの生成が効果的に行える。
【００１５】
請求項６に記載された発明は、磁界の強さが０．５Ｔ以上であるから、ラジカルの生成反応が逆戻りする比率が小さい。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における活性電解水生成装置の構成図である。実施の形態１の活性電解水生成装置は手指や器具の殺菌洗浄を行うための殺菌洗浄機である。図１において、１は電解質供給槽、２は電解槽、３は隔膜である。４，５は一対の電極であり、４が陽極、５が陰極である。６は紫外線ランプ、７は活性化槽、８は永久磁石である。電解質供給槽１に供給する原水としては、水道水，あるいは水道水を浄水した水，もしくは陰イオン交換樹脂や陽イオン交換樹脂を通して脱イオン化した脱イオン水等を電解槽２の陰極側と陽極側に供給する。陰極側と陽極側への供給比率は１対１が基本であるが、電解水のｐＨや次亜塩素酸濃度にあわせて比率の変更が可能である。これによって所望のｐＨ，次亜塩素酸濃度の電解水を造ることができる。本実施の形態１の活性電解水生成装置は原水の一部を分岐し、電解質供給槽１において電解質を添加した後に陰極側の供給口で再び原水に合流させている。なお電解質は陰極側と陽極側への分岐の前で合流させ陽極側へ供給してもよい。電解質としては塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）等の塩化物を使用する。塩の濃度は電解槽２の入口で濃度は５００ｍｇ／Ｌから１，０００ｍｇ／Ｌ程度である。電解質として塩化物を添加すると原水中に塩素イオンが溶出する。
【００１７】
電解槽２は隔膜３によって２室に仕切られていて、両室内からイオンが拡散するのを抑えることができるようになっている。この隔膜３は一般的に透過イオンの選択性がない中性膜で仕切るのが適当であるが、陰極側から陽極側へ拡散する塩素イオン等の陰イオンのみを選択的に通すイオン交換膜を使用してもよい。仕切られた槽の各室には、チタンを基体とし白金やイリジウム，タンタルをメッキないしは焼成方法により付着させた一対の電極４，５を配置する。
【００１８】
陽極４と陰極５の間に直流電流を印加し水溶液の電気分解を行う。電流密度は１Ａ〜４Ａ／ｄｍ²程度である。ここで電気分解された電解槽２内の塩素イオンを含んだ水溶液は以下のように変化する。なお、各室への水の供給比率は１対１である。
【００１９】

陽極側で生成される電解水はｐＨ＝１０〜１２程度のアルカリ水となり、排水するか、蛋白質等の有機物汚れを落とすための洗浄水として使用することが可能である。また陰極側で生成される電解水は電流密度が２．４Ａ／ｄｍ²のときｐＨ＝２．２程度の酸性水となり、ＯＲＰはおよそ１,１００ｍＶであり、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）の濃度は５０ｍｇ／Ｌ程度となる。上式に示すように、塩素ガスは水に溶け込み次亜塩素酸になるが、ｐＨ＝２．２では５０ｍｇ／Ｌの２０％、およそ１０ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸が塩素ガスとなって大気中に拡散される。
【００２０】
本実施の形態１では、電解時の電流密度を１．２Ａ／ｄｍ²に下げ、生成される酸性水のｐＨ＝３．３、次亜塩素酸密度２５ｍｇ／Ｌ程度とする。この領域では次亜塩素酸の１０％、およそ２．５ｍｇ／Ｌと、２．４Ａ／ｄｍ²で電解した場合の１／４と少量の塩素ガスが大気中に拡散されることになる。殺菌に関与する次亜塩素酸は２２．５ｍｇ／Ｌと少なくなるが、この次亜塩素酸を含む酸性水を活性化槽７に通水し、紫外線ランプ６により紫外線を照射している。これによって次亜塩素酸の一部がより殺菌効果の高いラジカルに変換される。この場合２．５ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌの次亜塩素酸がヒドロキシルラジカル（・ＯＨ）、塩素ラジカル（・Ｃｌ）等のラジカルとなる。
【００２１】
ここで紫外線の波長は次亜塩素酸のラジカル種への分解を助ける２３５ｎｍを中心とした２１０ｎｍ〜２６０ｎｍの範囲のものが適当である。紫外線ランプ６としては水銀ランプが一般的に使われることが多いが、これは１８５ｎｍや２５４ｎｍといった特定波長を発光するだけであるから、本実施の形態１では発光スペクトルを広く取る必要があり、重水素を充填した重水素ランプを使用している。
【００２２】
さて、本発明では紫外線を照射するほかに、さらに活性化槽７の外部より永久磁石８を用いて直流磁界を印加する。この直流磁界を印加する永久磁石８としてはサマリウム−コバルト系、ネオジム系の磁石を用いるのがよい。ネオジム系磁石の場合には飽和磁束密度が１.２Ｔ程度となり、磁石間の中心部で０.５Ｔ以上になるように磁石間距離を定めるのが好ましい。というのはこのような磁束密度のときラジカルを生成する反応とは逆向きの再結合の反応が抑えられるからである。活性化槽７内で生じる次亜塩素酸の反応は以下のとおりとなる。
【００２３】
ＨＯＣｌ＋ｈν → ・ＯＨ＋・Ｃｌ
ＨＯＣｌ＋ｈν → ＨＣｌ＋Ｏ^*
ここでｈνは紫外線のエネルギーを示す。また・ＯＨはヒドロキシラジカルを示し、・Ｃｌは塩素ラジカル、Ｏ^*は励起状態の酸素を示している。
【００２４】
本実施の形態１では活性化槽７内で次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）の１０％〜９０％がラジカルに変換されるという結果を得た。０．５Ｔの磁束密度と紫外線照射強度が３０ｍＷ／ｃｍ²で１０％、４００ｍＷ／ｃｍ²で９０％である。このように直流磁界を印加するのは、上記ラジカル生成反応の逆反応（再結合反応）を抑制するからである。すなわちＨＯＣｌは紫外線のエネルギー（ｈν）を得て・ＯＨと・Ｃｌに分解されるが、この・ＯＨと・Ｃｌのスピンの向きは互いに逆方向（一重項状態）であり、すぐに元のＨＯＣｌに戻ってしまう割合が高いものである。そこで紫外線のエネルギー（ｈν）を得て・ＯＨと・Ｃｌに分解された状態に、さらに外部より強い磁界を加えることにより、この・ＯＨと・Ｃｌのスピンの向きを互いに同方向（三重項状態）にもっていき、逆反応（再結合反応）の確率をできるだけ少なくしてＨＯＣｌに戻る反応を抑え、より安定したラジカルを作りだすものである。このようにして生成された次亜塩素酸ラジカルの酸化作用は次亜塩素酸よりも強く、安定して強い殺菌作用を示すものである。
【００２５】
ところで図２に次亜塩素酸のみの殺菌効果とこれに紫外線照射と磁界を印加した場合の殺菌効果を示す。図２は本発明の実施の形態１における細菌数の時間経過図である。図２によれば、１０ｓｅｃ〜４０ｓｅｃといった殺菌を開始したばかりの時期に、次亜塩素酸だけの殺菌の場合と紫外線照射と磁界を印加した場合の殺菌とでは大きな差を生じるのが分かる。例えば１０ｓｅｃでは、次亜塩素酸だけの場合殺菌しても、５０，０００コロニー／ｍＬの細菌が生存するのに対し、紫外線照射と磁界を印加した場合には１，０００コロニー／ｍＬにまで減少している。そしてこのような関係は４０ｓｅｃ近くまで続く。ただ５０ｓｅｃ以上になると、この次亜塩素酸だけの場合と紫外線照射と磁界を印加した場合とであまり差がなくなってくる。しかしこの場合でも、前者が１１０コロニー／ｍＬなのに対して後者は５０コロニー／ｍＬと、やはり紫外線と磁界をかけた方が強い殺菌力を示すものである。以上から分かるように、次亜塩素酸だけの殺菌を行うより、紫外線照射と磁界を印加した場合の殺菌の方が殺菌作用が強く、短時間で細菌等を殺菌をすることができるものである。さらに次亜塩素酸のラジカルを含む電解水であるから、これを手指の殺菌洗浄を始め、病院等で使われる内視鏡や手術器具、歯科治療器具の殺菌洗浄、調理場で用いられる包丁やまな板等の調理器具等の洗浄に用いると優れた殺菌作用をもつものである。そしてこれらの洗浄後は水道水と同様に残留塩素を若干含んだ水としてそのまま排出することができるものである。
【００２６】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における有機物排水が処理可能な活性電解水生成装置の構成図である。実施の形態２の活性電解水生成装置は有機物排水中の有機物を分解する有機物排水処理装置である。図３において、１は電解質供給槽、２は電解槽、３は隔膜、４は陽極、５が陰極、６は紫外線ランプ、７は活性化槽、８は永久磁石である。実施の形態１と同一符号のものは基本的に同様の作用をもつため、詳細な説明は実施の形態１に譲って省略する。この実施の形態２においては実施の形態１と異なって、原水としては有機物排水が供給される。本活性電解水生成装置は、この有機物排水の一部を分岐して電解質供給槽１に導き、これに電解質（ＮａＣｌ，ＫＣｌ等）を添加したのち電解槽２に供給する。この時電解質を添加した水は陽極側のみ、あるいは陽極側と陰極側に供給する。陽極側の室にて電気分解により発生した次亜塩素酸を含む電解水を活性化槽７に導き、再び原水である有機物排水と混合する。活性化槽７では紫外線と直流磁界をかける。従って実施の形態１と異なって、原水の一部が電解槽に供給され電気分解されて次亜塩素酸を生成して原水に合流される。そしてこの電解水中に含まれる次亜塩素酸の酸化作用により原水中の有機物は分解されるものである。これを実験で示したものが図４である。図４は本発明の実施の形態２おけるアマランスを含んだ有機排水の吸光度測定図であって、有機物として赤色の染色成分であるアマランスを含んだ有機物排水の分解程度を知るために、５２０ｎｍ近傍の波長を中心とした溶液の吸光度を測定したものである。なお測定は、この有機物排水に次亜塩素酸を含む電解水を混合した場合と、次亜塩素酸のほか紫外線照射と磁界を印加した場合とで行っている。図４によれば、アマランスが赤色の染料であるから、直接光を当てた場合には５２０ｎｍの近傍で有機物排水の吸光が見られる。これに対し次亜塩素酸を混合した有機物排水の場合は、５２０ｎｍ付近の吸光度は１／５程度にまで低下している。これは赤色の染料であるアマランスが分解されたことを示している。ただこのときアマランスは分子量の小さい有機物に分解しており、２００ｎｍの波長付近で逆に吸光度が上昇している。しかしこの付近の波長は可視領域でないため排水は脱色されることになる。このように次亜塩素酸を混合すれば有機物の１つであるアマランスをより分子量の小さい有機物に分解することができる。すなわち染色成分アマランスを分解し赤の色をかなり脱色することができるものである。これはアマランス以外でも同様で、他の有機性染料でも脱色させることができる。
【００２７】
ところで本実施の形態２においては、活性化槽７で電解水を混合した水溶液に紫外線照射とともに磁界を加えている。この紫外線と磁界を印加することで、図４に示すように５２０ｎｍの近傍で吸光度は原水を直接測ったものの約１／１０、次亜塩素酸を加えただけ場合の１／２程度にまで低下する。ただアマランス自体は減少するものの、これより小さな有機物に分解されており、２００ｎｍ付近では逆に吸光度が大きく上昇している。このように原水中の有機物、例えば赤色の染料成分であるアマランスは次亜塩素酸を出発点とするラジカルの作用で分解が強められ、脱色されて透明になるものである。他の染料でも同様に脱色することができ、有機物も細かく分解できるものである。
【００２８】
このように実施の形態２の活性電解水生成装置は、有機物排水を殺菌処理するだけでなく、有機物をこまかく分解することができ、染料等の場合は脱色が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、電気分解により生成した次亜塩素酸を含む水溶液に紫外線と直流磁界をかけることにより、単に電気分解により生成した次亜塩素酸よりも低い濃度でより強い殺菌作用をもち、塩素殺菌では殺菌されにくい真菌に対しても効果のある殺菌を行うことができる。しかも塩素臭が少なく、薬剤を使用することなく電解水を用いて殺菌が行え、また染料等の有機物排水を脱色することができ、有機物は細かく分解することができるものである。他の薬剤を投入しないので殺菌後あるいは有機物排水処理後の水の処理が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における活性電解水生成装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における細菌数の時間経過図
【図３】本発明の実施の形態２における有機物排水が処理可能な活性電解水生成装置の構成図
【図４】本発明の実施の形態２におけるアマランスを含んだ有機物排水の吸光度測定図
【符号の説明】
１電解質供給槽
２電解槽
３隔膜
４電極（陽極）
５電極（陰極）
６紫外線ランプ
７活性化槽
８永久磁石

Claims

隔膜で区画された一対の電解室にそれぞれ電極が設けられ塩素イオンを含んだ水を電気分解する電解槽と、前記電解槽の陽極側の電解室で生成された電解水に紫外線を照射する紫外線照射部と、前記電解水に直流磁界を加える磁界印加部を備えたことを特徴とする活性電解水生成装置。
紫外線照射部と磁界印加部とが電解水が導入される活性化槽に設けられたことを特徴とする請求項１記載の活性電解水生成装置。
電解水には電気分解によって生成された次亜塩素酸が含まれ、紫外線照射部と磁界印加部で処理された電解水がヒドロキシラジカル，塩素ラジカル，一重項酸素，スーパーオキサイド等のラジカルを含むことを特徴とする請求項１または２記載の活性電解水生成装置。
次亜塩素酸の１０％〜９０％がヒドロキシラジカル，塩素ラジカル，一重項酸素，スーパーオキサイド等のラジカルに解離していることを特徴とする３項記載の活性電解水生成装置。
紫外線が２１０ｎｍ〜２６０ｎｍの波長を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の活性電解水生成装置。
磁界の強さが０．５Ｔ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の活性電解水生成装置。