JP3928980B2

JP3928980B2 - 土壌の殺菌および肥沃化方法

Info

Publication number: JP3928980B2
Application number: JP08903395A
Authority: JP
Inventors: 孝之島宗; 正志田中; 保夫中島; 善則錦
Original assignee: Permelec Electrode Ltd
Current assignee: De Nora Permelec Ltd
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1995-04-14
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: JPH08283714A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ゴルフ場等の草地や畑等に散布して土壌を殺菌すると共に、チッ素肥料成分を補給、更に土壌をアルカリ性に保持させるための土壌の消毒方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴルフ場の芝、牧草地等の緑草地では、病害虫により、芝あるいは牧草が食害を受けたり、生育不良を引き起こし、ゴルフのプレーに影響する等の問題があった。そこで、これらの病害虫対策として従来は薬剤散布を行っていたが、薬剤が水質の汚染等の環境問題を引き起こすおそれがあるという問題があった。また、芝等の植物の成育には、肥料は欠かせないものであるが、肥料による土壌の酸性化や団塊化で土壌を固くしてしまい、かえって植物の成育を阻害してしまう結果ともなり、土壌の入れかえを定常的に実施しなければならない等の問題もあった。
【０００３】
これらを防止するために、最近では、害虫駆除の目的で、電解酸性水が使われるようになった。電解酸性水は、隔膜で仕切られた２室型の電解槽の陽極室側に、数百から数千ｐｐｍ程度の極めて低い濃度の食塩水を供給し、電気分解を行うことによって、

を起こしている。
【０００４】
陽極液は次亜塩素酸による強い酸化性を有しており、その消毒作用によって土壌の消毒を行うことができるとされている。散布後には消毒液中には塩素イオンが残留するのみであり、容易に水により流されてしまうので、長期的にも土壌への汚染のおそれはないとされている。
しかし、電解水の散布は消毒作用のみであり、芝生の育成には農薬散布の必要があり、農薬による酸性化は防げないとされている。また、同時に陰極側に生成するアルカリ性の液が必ずしも必要であるとは限らないので陰極液の処理が問題となる可能性がある。
【０００５】
さらに、酸性水の製造用の原料として、水に数百〜数千ｐｐｍの食塩を添加したものを使用した場合であっても電解液の電気抵抗が極めて大きく、大電流密度の電流を流すことは困難であった。このために、陽極−陰極間距離を５〜１０ｍｍとした場合でも電流密度は１〜２Ａ／ｄｍ²程度であり、槽電圧は５〜２０Ｖ程度を必要としていた。例えば、有効塩素濃度１００ｐｐｍ程度の水溶液を１ｍ³／時間の量で生成する場合には、電流密度２Ａ／ｄｍ²の場合、電流効率を１００％としても３８ｄｍ²の電極面積が必要であり、電流効率を加味すると１ｍ²に近い大きな電解槽が必要であり、電気分解に大量の電力を要するという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電気分解によって効率的に芝生等の植物の病害虫の駆除を行うことが可能な土壌の消毒剤とともに、同時に植物の生育に有効な肥料を生成する土壌の消毒等の処理方法を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、陽イオン交換膜の両面に密着した陽極および陰極を有するとともに、それらに給電する手段を有する電解槽の陽極室側に塩化アンモニウム水溶液を供給して電気分解を行い、得られた陽極液および陰極液を散布することによる土壌の処理方法である。
【０００８】
本発明の土壌の処理方法を図面を参照して説明する。
図１は本発明の土壌の処理方法に使用する電解槽の一例を説明する図である。
電解槽１は、陽イオン交換膜２の両面に陽極３と陰極４を密着して設けており、陽極および陰極には、エキスパンデッドメタル等の多孔性で可撓性のある集電体５を積層し、陽イオン交換膜、電極および集電体が密着するように電極室６が取り付けられている。電解槽の陽極室には塩化アンモニウム水溶液を供給する陽極液供給口７、陽極液および陽極で発生する気体を取り出す陽極液取出口８が設けられており、陰極室には陰極液および陰極で発生する気体を取り出す陰極液取出口９が設けられており、各集電体５には、導電接続装置１０によって電圧が印加される。
【０００９】
本発明の方法に使用する電解槽において使用する陽イオン交換膜は、炭化水素系合成樹脂からなるものであってもパーフルオロスルホン酸系合成樹脂からなるものであっても良いが、塩素イオンを含有している電解液の電気分解を行うので、陽極室では次亜塩素酸等の酸化性の物質が生成する。したがって、酸化に強い耐性を示すパーフルオロスルホン酸系のものが望ましい。また、本発明においては、陽イオン交換膜の両面に電極を密着して電気分解を行っているので、陽イオン交換膜は隔膜であるとともに、固体電解質としての作用を果たしており、これにより高い電流密度と低い電解電圧を得ることができる。すなわち、陽イオン交換膜の電気伝導度は４〜６Ωｃｍ程度であり、その厚さは２００μｍ程度であるので、従来の電解水の電気分解の場合の約１５倍の電流密度である３０Ａ／ｄｍ²でも３Ｖ程度の電圧で電気分解をすることができる。
【００１０】
陽イオン交換膜の両面に設ける陽極と陰極は、陽イオン交換膜の全面を覆う多孔質のものが好ましい。たとえば電極触媒物質、炭素等の導電性材料、ポリテトラフルオロエチレン等の結合剤からなる組成物をホットプレスによって板状に形成したもの、あるいはその様な組成物を陽イオン交換膜上に塗布してホットプレス等によって形成したものでもよい。また、めっき、溶射、蒸着、スパッタリング等によって陽イオン交換膜上に直接に形成したものであってもよく、多孔状、網状、細線を圧縮したもの等の多孔性の金属基体に電極触媒物質を熱分解法等により形成したものであっても良い。
具体的には、直径０．０５〜０．２ｍｍのチタンの細線を網状とした電極基体の表面に白金、酸化イリジウム等の電極物質を形成したものを挙げることができる。
例えば、電極基体を酸洗し清浄化した後、塩化イリジウム酸をブタノールに溶解した塗布液を電極基体表面に塗布し、空気中４５０〜５５０℃で１０〜１５分間焼成し、熱分解を行う。これを所望回数繰り返すことにより表面に酸化イリジウムを含む電極触媒を形成した電極を得ることができる。また、塩化イリジウム酸に代えて塩化白金酸とすることにより白金被覆を有する電極を得ることができる。
【００１１】
電極は、多孔体であって電極面に十分に電解液が供給されることが好ましいが、電気分解の際には、陽極室側から陰極室側への陽イオンの移動に伴って水が移動するので、陽イオン交換膜に密着する接触部の連続する電極の幅が２ｍｍ以下であれば、電極面には電解液が存在しない部分が生じることを防止することができるが、電極の個々の幅は小さいことが好ましく、連続した接触部分の幅が小さくなると均一な接触を形成することが容易となるので、電解電圧を低くし、陽イオン交換膜全面に均一に電流を流すためには微細な孔を多数有する電極基体が必要となる。このことは、陽極および陰極の両方について言えることである。
両電極には、電解液を流通することが可能な多孔性の集電体を接触することによって外部から電解電流を供給することができる。
【００１２】
電解槽の陽極室には、電解液の供給口とともに、生成した消毒液および副生する酸素の取出口を必要とするが、陰極室には、電解液の供給口および取出口を設けるが、陰極室には電気分解によって移動する陽イオンに伴って水が供給されるので、液の供給口は設けなくても運転することが可能である。
電解槽の陽極液側に供給する塩化アンモニウム水溶液は、１００〜５０００ｐｐｍ程度が望ましい。５０００ｐｐｍを超えると、電解条件によっては、直接に塩素ガスが発生することもあり、また１００ｐｐｍ以下では、電流密度が高いため、必要とする陽イオンの供給が不足し、電流効率が低下して副反応である酸素発生が中心となる。
【００１３】
本発明の方法に使用する電解槽に供給する電解電流は、供給する塩化アンモニウム水溶液の濃度に応じて調整することが好ましいが、１０Ａ／ｄｍ²〜５０Ａ／ｄｍ²とすることが望ましい。
また、陰極室では、電気分解によって水素およびアンモニア水が生成する。したがって、陽極液を土壌の消毒剤として使用し、陰極液は、アンモニア水として窒素分を土壌中に供給し土壌の特性の保持を行うことができる。
なお、土壌の処理にあたっては、陽極液および陰極液をそのまま、あるいは水で希釈して使用することができる。また、それぞれの液の特性上、最初に陽極液を散布し、次いで陰極液を散布することが望ましいが、予め混合しておいてから散布してもよい。
すなわち、従来の方法では陽極液と陰極液を混合すると、土中に食塩が残る可能性が大であったが、本発明の場合は混合しても消毒剤としての機能を失わず、土壌中には植物の生育に有用なアンモニウムイオンが残留するのみである。
【００１４】
【作用】
本発明の土壌の処理方法は、塩化アンモニウム水溶液を、陽イオン交換膜に陽極および陰極を密着して電気分解をしたので、低い電解槽電圧で高効率で陽極室において消毒作用のある物質を生成するとともに、陰極室において肥料としての作用のある物質を生成し、それぞれの物質によって土壌の消毒と肥料の供給を行うことができる。
【００１５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示し、さらに詳細に説明する。
実施例１
直径２００ｍｍの陽イオン交換膜（デュポン社製ナフィオン１１７）の両面に、線径０．１ｍｍのチタンからなる８０メッシュのチタン金網上に、濃度５０ｇ／ｌの塩化白金酸塩の塩酸酸性水溶液を刷毛で塗布し、乾燥後４５０℃の電気炉にて１５分間焼成し、この操作を５回繰り返して５ｇ／ｍ² の白金層を形成した電極を積層した。これに、長径（ＬＷ）６ｍｍ、短径（ＳＷ）３ｍｍの開口を有する板厚さ０．８ｍｍのエキスパンデッドメタルを２枚積層して集電体として電解槽を組み立てた。
電解槽の陽極室に、濃度１０００ｐｐｍの塩化アンモニウム水溶液を毎分８００ｍｌの流量で供給するとともに、陰極側に毎分８００ｍｌの流量で水道水を供給し、電流密度３０Ａ／ｄｍ²で電気分解を行ったところ、電解槽電圧４．５Ｖで、陽極水としてｐＨ２．６、酸化還元電位１１２０ｍＶの酸性水が毎分８００ｍｌ得られ、陰極水としてｐＨ１０．５、酸化還元電位−７５０ｍＶのアルカリ水が毎分８００ｍｌ得られた。酸化還元電位の測定は、銀・塩化銀電極を基準電極とした酸化還元電位測定装置によって測定を行った。
【００１６】
実施例２
塩化アンモニウム水溶液の濃度を３０００ｐｐｍとして点を除き、実施例１と同様に電気分解を行ったところ、電解槽電圧４．２Ｖで、陽極水としてｐＨ２．１、酸化還元電位１１３０ｍＶの酸性水が毎分８００ｍｌ得られ、陰極水としてｐＨ８．５、酸化還元電位−７８０ｍＶのアルカリ水が毎分８００ｍｌ得られた。
【００１７】
比較例１
塩化アンモニウム水溶液の濃度を１０ｐｐｍとして点を除き、実施例１と同様に電気分解を行ったところ、電解槽電圧５．０Ｖで、陽極水としてｐＨ６．５、酸化還元電位４００ｍＶの酸性水が毎分８００ｍｌ得られ、陰極水としてｐＨ８．０、酸化還元電位−５２０ｍＶのアルカリ水が毎分８００ｍｌ得られた。
【００１８】
比較例２
陽イオン交換膜に代えて中性隔膜（ユアサアイオニクス社製ユミクロンＭＦ−４０）を用いて電極間隔５ｍｍで、塩化アンモニウム濃度１０００ｐｐｍの水溶液を電流密度１Ａ／ｄｍ²で電解を行ったところ、電解槽電圧２０Ｖで、陽極水としてｐＨ４．２、酸化還元電位７００ｍＶの酸性水が毎分８００ｍｌ得られ、陰極水としてｐＨ８．０、酸化還元電位−６００ｍＶのアルカリ水が毎分８００ｍｌ得られた。
【００１９】
【発明の効果】
陽イオン交換膜を隔膜とし、陽イオン交換膜に陽極および陰極を密着し、塩化アンモニウム水溶液を電気分解したので高効率での電気分解が可能で、陽極室から発生する物質によって土壌の消毒を行うとともに、陰極室で発生する物質を肥料とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の土壌の処理方法に使用する装置を説明する図である。
【符号の説明】
１…電解槽、２…陽イオン交換膜、３…陽極、４…陰極、５…集電体、６…電極室、７…陽極液供給口、８…陽極液取出口、９…陰極液取出口、１０…導電接続装置

Claims

土壌の殺菌および肥沃化方法において、陽イオン交換膜の両面に密着した陽極および陰極を有するとともに、それらに給電する手段を有する電解槽の陽極室側に塩化アンモニウム水溶液を供給して電気分解を行い、得られた陽極液および陰極液を散布して土壌の殺菌とチッソ肥料成分を補給することを特徴とする土壌の殺菌および肥沃化方法。