JPH04219193A - 被処理水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、飲料水等の被処理水の改質処理方法に関し、
より詳細には上水道から家庭用及び業務用等として供給
される飲料水を三次元陰極を収容した電解槽を使用して
電気化学的に処理することにより効率良くかつ比較的小
型の電解槽を使用して該飲料水の味覚の改質を行うため
の方法に関する。

（従来技術） 飲料水は、貯水池等の水源に貯水された水を浄水場で殺
菌処理した後、各家庭や飲食店等に上水道を通して供給
される。飲料水の前記殺菌は塩素ガスによる処理が一般
的であるが、該塩素処理によると飲料水の殺菌は比較的
良好に行われる反面、残留塩素の影響により処理された
飲料水に異物質が混和したような違和感が生じて天然の
水の有するまろやかさが損なわれるという欠点が生ずる
。

飲料水は人間の健康に直結するもので、それに含有され
る細菌の殺菌や黴の繁殖の防止つまり微生物の死滅除去
は不可欠であり、該殺菌や防黴の方法としては前述の塩
素による方法が主流である。

しかし都市部の水道滅菌はその原水となる河川水、湖水
等が各種有機物等で汚染され微生物の死滅に必要な量以
上の塩素を添加するため、有機ハロゲン化物、次亜塩素
酸イオン及び残留塩素等の有効塩素成分を生起するとい
う弊害を生じている。該塩素法による前記欠点を解消す
るために、塩素法以外の殺菌方法が提案されている。

例えば前記飲料水をオゾン添加処理や活性炭吸着処理す
ることにより改質する方法が提案されているが、処理す
べき飲料水が例えば浄水場の水である場合には処理量が
莫大であるためにそれらの方法を経済的に実施し難い。

又浄水場で処理しても水道管末端の蛇口に至るまでに再
度微生物が繁殖するという問題があり、現在のところ塩
素添加処理に優る方法はない。

従って前述の通り人体に有害な有機塩素化合物や飲料水
の味を損ない易い次亜塩素酸イオン等を生じさせ易い塩
素処理に代わり得る人体に害がなくかつ天然水に近い味
を有する飲料水の処理方法が要請されている。

更に飲料水以外にも食品類の処理水等の間接的に体内に
摂取される各種生活用水があり、これらの生活用水につ
いても塩素処理以外の方法が望まれている。

（発明が解決しようとする問題点） このように飲料水等の従来の改質処理方法は、主として
塩素法によるものであり、該方法では次亜塩素酸イオン
が生成しあるいは塩素ガスが残留していわゆるカルキ臭
が生じ、処理後の飲料水等の味が悪くなるという欠点が
あり、このカルキ臭を除去するには該カルキ臭源である
次亜塩素酸イオン（有効塩素）を活性炭等に吸着させる
方法が使用されている。

しかしこの方法では、活性炭の吸着能力の限界があり、
しばらく使用すると有効塩素分解が生じないという寿命
の点で致命的な欠点があり、又活性炭の交換といった煩
雑な操作が必要であるとともに、完全なカルキ臭の除去
が達成できないことがある。

（発明の目的） 本発明は、有効塩素成分を含有する飲料水等を電気化学
的に処理することにより、次亜塩素酸イオン等の有効塩
素が飲料水等に混入して味覚を悪化させるカルキ臭成分
をほぼ完全に分解除去して味がまろやかな飲料水等を供
給する際の処理操作をより効率的に行うための方法を提
供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明方法は、有効塩素成分を含有する被処理水を、そ
の内部を液流通が可能な固定床型三次元陰極が設置され
た電解槽に供給し、該陰極で前記有効塩素成分を分解又
は還元して前記被処理水の改質を行うことを、特徴とす
る被処理水の処理方法である。なお本発明では電極等の
表面上で実質的な電気化学反応を生起しないことがある
ため本発明に使用される槽は電気化学的処理槽というべ
きであるが、一般呼称に従って電解槽と称する。

以下本発明を詳細に説明する。

本発明は、飲料水等に含まれるカルキ臭を除去するため
に、該カルキ臭源である有効塩素成分を含有する飲料水
や食品処理水等の被処理水を、活性炭処理等の不確実で
煩雑な操作に代えて、多孔質の三次元電極方式の陰極等
を収容した電解槽に供給し該三次元陰極等に十分接触さ
せることにより前記有効塩素成分特に次亜塩素酸イオン
を電気化学的に還元分解する際に、三次元陰極を収容し
た電解槽を使用することにより被処理水が莫大な表面積
で電極と接触することを可能にし、処理の効率化、装置
の小型化等を図ることを特徴とする。

本発明方法により処理される被処理水は人体に摂取され
る飲料水や食品処理水を対象とし、飲料水は、上水道を
流れて家庭や飲食店等の水道の蛇口から注出される水道
水等を含み、食品処理水としては生鮮食品の洗浄水や豆
腐等の含水食品に含有される水等が含まれる。

前記三次元陰極との接触により被処理水中の有効塩素成
分の主成分である次亜塩素酸イオンは次の式に従って塩
素イオンと水に分解される。

更に被処理中の残留塩素は陰極に接触し次の式に従って
塩素イオンに還元される。

この分解又は還元反応では、陰イオンである次亜塩素酸
イオンあるいは中性の塩素が陰極面上で反応することが
必要であり、該反応はこれらの陰イオン又は中性分子の
陰極面への拡散移動が律速となる反応である。この拡散
を良好に行わせるためには陰極上で発生し前記分解又は
還元反応自体には不要である水素ガスが拡散イオン又は
分子の陰極面上への接近を阻害しないとともに、陰極表
面積自体が大きいことが必要である。

本発明では細孔が内部まで入り込んで莫大な表面積を有
する固定床型三次元陰極を収容した電解槽を使用して被
処理水が十分に陰極表面に接触して該被処理水中の有効
塩素成分が分解又は還元されるようにする。

三次元陰極を収容した電解槽としては単極式電解槽と複
極式電解槽があり、本発明方法はいずれの電解槽を使用
してもよいが、単極式電解槽を使用することが望ましい
。単極式電解槽とは通常陰極が１個で陽極が１個である
ことを意味するが、これに限定されず陰極や陽極が物理
的に複数個存在してもそれぞれの陰極あるいは陽極が電
気的に接続されて単一電解槽内で同一電位になっていれ
ば単極式電解槽に含まれる。単極式電解槽は同一電位の
陽極及び陰極はそれぞれ１個しか存在しないため印加電
圧が複極式電解槽よりも小さくてすみ、特に家庭用の飲
料水処理には市販の乾電池程度の電圧で十分なため装置
の小型化に寄与することができる。

本発明方法に使用できる電解槽における陰極は、前記被
処理水が透過可能な多孔質三次元材料、例えば粒状、球
状、フェルト状、網状、織布状、多孔質ブロック状、多
数の貫通孔を形成した中実体等の形状を有する活性炭、
グラファイト、炭素繊維等の炭素系材料、あるいはその
中に例えば銅、ニッケル、鉄及び貴金属等を含有する前
記炭素系材料、あるいはニッケル等の金属焼結体等を使
用して形成する。本発明による被処理水処理を行うため
には該被処理水が前記三次元陰極と可能な限り接触する
ことが必要であり、これを達成するためには被処理水の
前記三次元陰極内の滞留時間をなるべく長く、換言する
と被処理水が可能な限り前記三次元陰極の内部に浸透し
かつ透過することが必要である。被処理水を三次元陰極
内に浸透させるためには、該陰極の材料の導体抵抗が小
さくかつ過電圧が大きいことが望ましい。つまり導体抵
抗が小さいと電流が電極全体に均一に分散でき、過電圧
が大きいと表面だけでなく内部でも所定の反応が生じ易
くなるのである。過電圧が小さいと陽極に面した陰極表
面のみで反応が生ずるため三次元陰極を使用する意味が
減殺される。

前記炭素系材料はこの要件つまり導体抵抗が小さく過電
圧が大きいという要件を満足する本発明において有効に
使用される材料である。更に該炭素系材料は毒性が全く
なくかつイオンやその水酸化物を形成しないため飲料水
等の体内に摂取される被処理水の処理用として好ましい
。又表面積が莫大であり有効塩素成分が接触する機会が
非常に大きくなり処理効率が大幅に上昇する。更に炭素
系材料は安価であり、他の金属材料極と異なり電解を停
止しても腐食が生じないため、経済的にも操作性の面か
らも有利である。なおこれらの三次元陰極の開口率は流
通する被処理水の移動を妨害しないように１０％以上９
５％以下好ましくは２０％以上８０％以下とし、貫通孔
の開孔径は被処理水が透過できる程度の孔径の微細孔と
することが好ましい。

本発明に使用される陽極では有効塩素成分の分解や酸化
は生ずることがない。従って前記被処理水は該陽極に接
触する必要はなくその形状は特に限定されないが、該陽
極を通って被処理水が流れる場合にはその形状は多孔質
でなくともよいが被処理水の流通を円滑にするためメッ
シュ状とすることが好ましい。陽極として多孔質陽極を
使用する場合にはその多孔質度は陰極の多孔質度より小
さく（陽極電流密度を陰極電流密度より大きく）するこ
とが望ましい。又該陽極の材質としてはグラファイト材
、炭素材、白金族金属酸化物被覆チタン材（寸法安定性
電極）、白金被覆チタン材、ニッケル、フェライト等を
使用することができる。

本発明方法では陰極で分解又は還元反応により生成する
塩素イオンが陽極に接触しても元の次亜塩素酸イオンや
塩素ガスに酸化されることがないため、本発明方法の電
解槽を隔膜を使用して区画して陰極室及び陽極室を形成
することは必要ではないが、本発明は隔膜の使用を排除
するものではなく、織布、素焼板、粒子焼結プラスチッ
ク、多孔板、イオン交換膜等の隔膜を使用してもよい。

両極を接近させて電圧の低減を意図する場合には、両極
間の短絡防止のため電気絶縁性のスペーサとして例えば
有機高分子材料で作製した網状スペーサ等を挿入するこ
上が好ましい。

この単極式電解槽を使用して被処理水の処理を行う場合
には陽極側から陰極側に被処理水が流れるように被処理
水の供給及び電解槽の構造を選択することが望ましく、
これにより分解又は還元により生じた塩素イオンが他の
副反応を生じることなく電解槽外に取り出される。

本発明方法では前述の単極式電解槽の他に複極式電解槽
も使用することができる。該複極式電解槽は、陽陰極に
分極する多孔質誘電体を使用する電解槽と、単独で陽極
及び陰極として機能する陽極材料及び三次元陰極材料を
交互に設置した電解槽を含む。前者の電解槽では多孔質
誘電体の一端が分極して三次元陰極を構成し、後者では
三次元陰極自体が陰極として機能する。

この複極式電解槽を使用して被処理水の処理を行う場合
には被処理水が最後の接触する電極が陰極となるように
被処理水の供給及び電解槽の構造を選択することが望ま
しく、これにより分解又は還元により生じた塩素イオン
が他の副反応を生じることなく電解槽外に取り出される
。

前記電解槽内を流通する被処理水を効率良く、望ましく
は全ての被処理水を前記三次元陰極と接触させるため、
該電解槽の被処理水の流通方向の断面積と実質的に同一
の断面積を有する三次元陰極を前記電解槽内に該電解槽
の内壁との間に間隙が生じないように収容することが好
ましい。これにより被処理水内の実質的に全ての有効塩
素成分が塩素イオンに分解あるいは還元されてカルキ臭
が除去される。

陰極で発生する水素ガスが陰極面上又はその近傍に滞留
すると、前述のように処理効率が低下するので、ガス滞
留防止手段を設けてもよい。例えば被処理水を電解槽の
下方から該被処理水の流れが上方向を向くように供給す
ると、発生ガスが該被処理水とともに槽外に取り出され
るためガス滞留が殆どなくなり処理効率が上昇する。

一般的にはこれらの電気化学的反応では電子が消費され
るため電流を流して実質的な電解反応を生じさせること
が必要である。しかし被処理水中に含有される有効塩素
成分が微量つまり数ｐｐｍであり、陰極上に滞留する電
荷が存在すれば十分に被処理水の処理を行うことができ
る。従って本発明における被処理水処理ではガス発生を
伴っても伴わなくてもよいが、ガス発生が生ずると被処
理水に変化が生じ該変化に起因する味覚変化等が生ずる
恐れがあるため、実質的なガス発生が生じない陰極電位
つまり−０．１〜−１．０Ｖ（ｖｓ．ＳＨＥ）の陰極電
位が生ずるよう電圧を印加することが好ましい。

実質的なガス発生を生じさせない電圧を印加しながら処
理を行うと流れる電流量がほぼ零に等しく従って消費さ
れる電気量も零に等しいため、電力コストをほぼ零に維
持したまま従来の塩素添加法や高電力消費を伴う電解法
とほぼ等しい効率で飲料水等の被処理水の改質処理を行
うことができる。

本発明方法では処理される被処理水中の有効塩素成分が
微小量であることが多いため電流量を上昇させることは
不要であり、むしろ副反応を生じさせることになるため
、電流量は比較的小さい範囲例えば陰極電流濃度が０．
１Ａ／ｌ未満となる範囲に維持することが好ましい。

水道水にはカルシウムイオンやマグスンウムイオンが含
有され該イオンは多量に存在すると飲料水等の味を悪く
する一因となっているが、該イオンは前記飲料水等を電
気化学的に処理を行うと前記三次元陰極上に水酸化カル
シウムや水酸化マグネシウムとして析出して飲料水等か
ら除去されて該飲料水等の味を向上させることもある。

又飲料水や食品処理水中には前記カルシウムをはじめと
する微量のイオンや熔解物がその周囲に水和水を有する
クラスターとして存在するが、この水和水は飲料水等の
まろやかさを失わせる一因となっている。本発明により
前記水和水を含む飲料水等に実質的な電解反応が生じな
い程度の電圧を印加すると、電位勾配に従って該飲料水
中のイオンが液中で高速で泳動や移動をするために前記
クラスターは移動できずに巨大クラスターが破壊されて
、あるいは前述の通り水和水を有するイオンが三次元陰
極等で破壊され前記水和水の数が大きく低減されて飲料
水等の改質効果が生ずるものと考えられる。

上述の構成から成る電解槽は、浄水場の貯留水のライン
中あるいは家庭や飲食店の水道の蛇口に近接させ又は食
品処理水等の他の被処理水の用途に応じた箇所に設置さ
れ、これらの被処理水の全部又は一部を前記電解槽に導
入して該被処理水を処理し有効塩素成分の分解や還元に
よる除去を行うようにする。これにより有効塩素成分が
十分に陰極に接触して被処理水中の該成分をほぼ完全に
分解又は還元処理して、カルキ臭のない飲料水等を提供
することができる。この電解槽では単位体積の陰極当た
りの処理能力が大きいため、同等規模の電解槽と比較し
て大量の被処理水の有効塩素成分の分解又は還元を行う
ことができ、あるいは同等量の被処理水の処理を行うた
めの電解槽の容量を小さくして装置の小型化を図ること
ができる。

被処理水が電解槽中に長く留まると被処理水と電極との
接触の機会は増加するが、大量の被処理水を処理するこ
とができない。本発明の電解槽では被処理水をさほど長
時間電解槽中に滞留させなくとも被処理水が三次元陰極
に接触することにより殆どの有効塩素成分を除去するこ
とができ、例えば三次元陰極上の被処理水の線速として
は０．１ｃｍ／秒以上１０．０ｃｍ／秒以下、被処理水
の空間速度としては１（ｈｒ−１）以上の比較的速い速
度で被処理水を処理することができる。なお、この空間
速度は〔被処理水の供給速度（ｌ／ｈｒ）〕÷〔電解槽
の容積（ｌ）〕で定義され、ここでいう空間速度１以上
とは電解槽の容積と等しいかあるいはより以上の量の被
処理水が１時間で電解槽に供給されかつ処理されて取り
出されることを意味する。

なお電解槽に供給される被処理液が層流であると陰極の
表面と充分に接触することなく前記電解槽を通過するこ
とがあるため、前述のように前記三次元陰極を電解槽内
に間隙なく収容するだけでなく、電解槽内を通過する被
処理液は５００以上のレイノルズ数を有する乱流として
、横方向の移動を十分に行わせてながら前記電解槽を通
過させることが好ましい。

このような電解槽を使用して被処理水の処理を行うと、
多くの場合該電解槽を１回通過させるのみでつまり一過
性処理（ワンパス処理）で十分有効塩素成分の除去を行
うことができ、操作効率が向上する。

又本発明方法に使用できる電解槽では該電解槽に漏洩電
流が生じ該漏洩電流が電解槽から処理すべき被処理水を
通して他の金属製部材例えば水道管に流れ込み、該部材
に溶出等の電気化学的な腐食を生じさせることがある。

そのため電解槽内の両極が相対しない該電極背面部及び
／又は前記電解槽の出入口配管内に、被処理水より導電
性の高い部材をその一端を接地可能なように設置して前
記漏洩電流を遮断することができる。

次に添付図面に基づいて本発明に係わる電解槽の好まし
い例を説明するが、該電解槽及び本発明方法に使用でき
る電解槽は、この電解槽に限定されるものではない。

第１図は、本発明方法の電解槽として使用可能な単極型
固定床式電解槽の第１の例を示す概略縦断面図である。

底板中央に被処理水供給口１を、又天板中央に被処理水
取出口２をそれぞれ有する円筒状の電解槽本体３内の下
部には、炭素質材料や金属焼結体等から形成される短寸
円柱形の多孔質固定床型陰極４が前記本体３の内壁と僅
かな間隙を形成するように収容され、該陰極４上には若
干の間隙を介して例えばメッシュ状の白金族金属酸化物
被覆チタン材から成る陽極５が収容されている。前記電
解槽本体３は、長期間の使用又は再度の使用にも耐え得
る電気絶縁材料で形成することが好ましく、特に合成樹
脂であるポリエピクロルヒドリン、ポリビニルメタクリ
レート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリ塩化エチレン、フェノール−ホルムアルデヒド
樹脂等が好ましく使用できる。

このような構成から成る電解槽本体３は例えば水道配管
の途中や水道の蛇口に設置され、該本体３にその被処理
水供給口１から、次亜塩素酸イオン等の有効塩素成分を
含有する飲料水を供給すると、該飲料水は三次元陰極４
の下面に接触し、更に該陰極４内を透過しその間に十分
に次亜塩素酸イオンや塩素イオン等の有効塩素成分が分
解あるいは還元されて塩素イオンに変換されカルキ臭が
除去されあるいはマグネシウムやカルウシムの析出除去
が行われた後、前記被処理水取出口２から槽外へ取り出
される。なお本電解槽では液流が上向きであるため、電
解反応によって微量発生する水素ガスや酸素ガスが容易
に液流とともに電解槽外へ排出される。

この場合に飲料水中の次亜塩素酸イオン等は十分に陰極
３と接触しかつ前記分解又は還元反応は電気化学の法則
に従って進行する。つまり活性炭吸着処理のような不確
実で手間の掛かる方法と異なり、確実に飲料水等の改質
処理を行うことができる。更に活性炭吸着処理と異なり
、処理を長期間継続しても消耗する部材が殆どなく、分
解や洗浄あるいは部材の交換を必要とすることなく大量
の飲料水等の処理を行うことができる。

なお第１図の電解槽では被処理水が最初に陰極に接触す
るように構成したが、最初に陽極に接触しその後陰極に
接触するようにしてもよい。

第２図は、本発明方法の電解槽として使用可能な単極型
固定床式電解槽の第２の例を示す概略縦断面図であり、
第２図の電解槽は第１図の電解槽の改良に係わるもので
あり、第１図と同一部材には同一符号を付して説明を省
略する。

電解槽本体３′は第１図の電解槽本体３よりも縦方向の
長さが長くなるよう成形され、該電解槽本体３′内には
上下１対の三次元陰極４と５陰極４間に挟まれたメッシ
ュ状陽極５が収容され、両陰極４と前記陽極５間には短
絡防止用の例えば有機高分子材料製のスペーサ６が設置
されている。

前記両三次元陰極４は電気的に接続されて同一電位に維
持されている。

このような構成から成る電解槽本体３′に第１図の場合
と同様にその被処理水供給口１から、飲料水を供給する
と、該飲料水は下側の三次元陰極４の下面に接触して該
陰極４内を透過し次いで上側の三次元陰極４で更に十分
に有効塩素成分の分解等が行われた後、前記被処理水取
出口２から槽外へ取り出される。

第３図は、本発明方法の電解槽として使用可能な単極型
固定床式電解槽の第３の例を示す概略縦断面図であり、
第３図の電解槽は第１図及び第２図の電解槽の改良に係
わるものであり、第１図あるいは第２図と同一部材には
同一符号を付して説明を省略する。

電解槽本体３″は第２図の電解槽本体３′よりも縦方向
の長さが僅かに短くなるよう成形され、該電解槽本体３
″内には上下１対のメッシュ状陽極５と該陽極５間に挟
まれた三次元陰極４が収容され、前記両陽極５は電気的
に接続されて同一電位に維持されている。

このような構成から成る電解槽本体３″に第１図の場合
と同様にその被処理水供給口１から、飲料水を供給する
と、該飲料水は下側の陽極５のメッシュを透過した後、
三次元陰極４に接触して該陰極４内を透過して十分に有
効塩素成分の分解等が行われた後、上側の陽極５のメッ
シュを透過して前記被処理水取出口２から槽外へ取り出
される。

第４図は、本発明方法の電解槽として使用可能な単極型
固定床式電解槽の第４の例を示す概略縦断面図である。

底板中央に被処理水供給口１１を、又天板中央に被処理
水取出口１２をそれぞれ有する円筒状でその内壁面が陽
極としての機能を有する電解槽本体１３内の内部には、
その上面に邪魔板１４が該本体１３の内上面との間に若
干の間隙が形成されるように一体的に設置された円柱形
の三次元陰極１５が収容され、該陰極１５にはその下面
中央から切込み１６が切設され該切込み１６は前記邪魔
板１４の若干下方に達している。該陰極１５の下面と前
記本体１３の内下面との間にはＯリング１７が設置され
て被処理水の該間隙への漏入を防止している。

このような構成から成る電解槽本体１３にその被処理水
供給口１１から、飲料水を供給すると、該飲料水は前記
Ｏリング１７により本体１３内下面と陰極１５下面間の
間隙を透過することが抑止されるため、前記切込み１６
内を上昇した後、前記三次元陰極１５を透過して該陰極
１５の外周面に達し更に上昇して前記邪魔板１４の上面
の間隙を通って前記被処理水取出口１２から槽外に取り
出される。

第５図は、本発明方法の電解槽として使用可能な単極型
固定床式電解槽の第５の例を示す概略縦断面図である。

上面が開口する円筒箱型の電解槽本体２１の内部中央に
は棒状の陽極２２が設置され、かつ該陽極２２の周囲に
は間隙を介してドーナツ状の三次元陰極２３が、前記本
体２１の内下面とＯリング２４を介して接触するように
収容されている。前記本体２１の側面上外端部には螺部
２５が形成され、該螺部２５には周縁部が下向きに折曲
された円板状蓋体２６の前記折曲部内面に形成された螺
部が螺合されかつ前記本体２１の側面上部及び蓋体２６
内面間に配設されたＯリング２７により密封状態を形成
している。前記蓋体２６の上面中央には被処理水取出口
２８が又該蓋体２６の該取出口２８のやや円周側には被
処理水供給口２９が設置され、該蓋体２６下面と前記陰
極２３上面間にはＯリング３０が配設されている。

このような構成から成る電解槽本体２１にその被処理水
供給口２９から、飲料水を供給すると、該飲料水は前記
三次元陰極２３の周囲から該陰極２３を透過して有効塩
素成分の分解又は還元が行われた後、該ドーナツ状陰極
２３の内部に達し、該空間を上昇して前記被処理水取出
口２８から槽外に取り出される。

なお第５図の電解槽では被処理水が最初に陰極に接触す
るように構成したが、最初に陽極に接触しその後陰極に
接触するようにしてもよい。

第６図は、本発明方法の電解槽として使用可能な単極型
固定床式電解槽の第６の例を示す概略縦断面図である。

上面が開口する円筒箱型の電解槽本体３１の内部中央に
は円柱状の三次元陰極３２が設置され該陰極３２にはそ
の上面中央から切込み３３が切設され該切込み３３は該
陰極３２の下面中央のやや上方に達している。該陰極３
２の周囲には若干の間隙を介してドーナツ状でメッシュ
を有する陽極３４が同心状に設置され、該陽極３４の下
面はＯリング３５を介して前記本体３１の内下面に接触
している。該陽極３４の周囲にはドーナツ状の三次元陰
極３６が同心状に設置され、該陰極３６の下面はＯリン
グ３７を介して前記本体３１の内下面に接触している。

両三次元陰極３２、３６は電気的に接続されて同一電位
に維持されている。前記本体３１の側面上外端部には、
周縁部が下向きに折曲された円板状蓋体３８の前記折曲
部が係合しかつ前記本体３１の側面上部及び蓋体３８内
面間に配設されたＯリング３９により密封状態を形成し
ている。前記蓋体３８の上面中央には被処理水供給口４
０が又該蓋体３８の該供給口４０のやや円周側には被処
理水取出口４１が設置され、該蓋体３８下面と前記陰極
３６上面間及び該蓋体３８下面と前記陽極３４上面間に
はそれぞれ１対のＯリング４２、４３が配設されている
。

このような構成から成る電解槽本体３１にその被処理水
供給口４０から、飲料水を供給すると、該飲料水は中央
の前記三次元陰極３２の切込み３３から下降しながら該
陰極３２を透過してその周囲に達し、更に外側の陰極３
６で同様に処理されて該陰極３６の外側の空間を上昇し
て前記被処理水取出口４１から槽外に取り出される。

第７図は、本発明方法の電解槽として使用可能な単極型
固定床式電解槽の第７の例を示す縦断面図である。

有底円筒形の電解槽本体５１の底板５２中央に穿設され
た通孔５３を通して給電用ボルト５４が螺合され、該給
電用ボルト５４には前記底板５２上の絶縁体５５を介し
て陽極基部５６が螺合され、更に該陽極基部５６の上周
縁部には、メッシュ状円筒形の陽極５７が溶接等により
固定されている。前記底板５２には、前記通孔５３の他
に２個の通孔５８が前記通孔５３から等間隔で穿設され
、該通孔５８にはそれぞれ給電用長寸ボルト５９が螺合
されている。前記底板５２上には、前記通孔５３を中心
としかつ前記両通孔５８を通るように短寸ドーナツ状の
絶縁体６０が配置され、該絶縁体６０上には平面形状が
該絶縁体６０と同一である炭素系材料から成る長寸ドー
ナツ状の陰極６１が設置され、該陰極６１は前記絶縁体
６０とともに前記給電用長寸ボルト５９により前記底板
５２に締着されている。なお６２は電解槽本体５１の側
面下部に横向きに形成された被処理水取出口である。

前記装置本体５１の上周縁部には内向き膨出部６３が形
成され該膨出部６３の上面にはパッキング６４が配置さ
れ、かつ中央上面に被処理水供給口６５が上向きに形成
された円板状の蓋体６６の周縁部と前記膨出部６３とが
ねじ６７により締着されている。前記蓋体６６下面及び
陰極６１上面の対向箇所にはそれぞれ平面視円周形のＶ
字溝６８が刻設され、両Ｖ字溝６８間にはＯリング６９
が配設されている。

このような構成から成る電解槽本体５１の両極５７、６
１間に通電しながら被処理水供給口６５から飲料水等の
被処理水を供給すると、該被処理水は中央の前記メッシ
ュ状陽極５７を通過した後、炭素系多孔質材料から成る
陰極６１の内周面に達し、該陰極６１内を透過する際に
十分に改質処理が行われて該陰極６１の外周面に達し、
前記被処理水取出口６２から槽外に取り出される。

第８図は、本発明方法の電解槽として使用可能な単極型
固定床式電解槽の第８の例を示す横断面図、第９図は、
第８図のＩＸ−ＩＸ線縦断面図である。

底板７１のやや円周寄りの箇所に被処理水供給口７２が
下向きに形成された有底円筒形の電解槽本体７３内の下
側部には３個の断面視Ｌ字状の絶縁体７４がほぼ等間隔
をなすように設置されている。この３個の絶縁体７４上
には無孔の円板状邪魔板７５が載置され、該邪魔板７５
上には円周方向から中心に向かって順に、メッシュ状陽
極７６、絶縁用スペーサ７７、多孔質炭素系材料から成
る長寸ドーナツ陰極７８、メッシュ状給電材料７９が互
いに接触状態で設置されている。

前記陽極７６には、電解槽本体７３の底板７１を貫通し
て外部電源に達する陽極給電体８０が接続され、かつ前
記陰極７８には、前記メッシュ状給電材料７９を介して
、電解槽本体７３の底板７１を貫通して外部電源に達す
る陰極給電体８１が接続されて両極間に通電されるよう
になっている。

前記電解槽本体７３の上面開口部には、中央上面に被処
理水取出口８２が形成された蓋体８３が係合され、前記
本体７３の側壁上縁部と前記蓋体８３の下面に形成され
た取付溝８４間には、Ｏリング８５が配設されている。

８６は前記陰極７８上面と蓋体８３下面間に設置された
ドーナツ状スペーサである。

このような構成から成る電解槽本体７３の両極７６、７
８間に両給電体８０、８１により通電しながら被処理水
供給口７２から飲料水等の被処理水を供給すると、該被
処理水は邪魔板７５に接触して本体７３内の周縁方向に
移動し、更にメッシュ状陽極７６、スペーサ７７を順に
通過して前記三次元陰極７８内を透過する際に十分に電
解処理が行われて該陰極７８の内周面に達して上昇し、
前記被処理水取出口８２から槽外に取り出される。

第１０図は、本発明方法の電解槽として使用可能な固定
床型複極式電解槽の一例を示す概略縦断面図である。

上下にフランジ９１を有する円筒形の電解槽本体９２の
内部上端近傍及び下端近傍にはそれぞれメッシュ状の給
電用陽極ターミナル９３と給電用陰極ターミナル９４が
設けられている。該両電極ターミナル９３、９４間には
複数個の図示の例では３個のスポンジ状の固定床９５が
積層され、かつ該固定床９５間及び該固定床９５と前記
両電極ターミナル９３、９４間に４枚のメッシュ状隔膜
又はスペーサー９６が挟持されている。各固定床９５は
電解槽本体９２の内壁に密着し固定床９５の内部を通過
せず、固定床９５と電解槽本体９２の側壁との間を流れ
る被処理水の漏洩流がなるべく少なくなるように配置さ
れている。

このような構成から成る電解槽に下方から矢印で示すよ
うに被処理水を供給しながら通電を行うと、前記各固定
床９５が図示の如く下面が正に上面が負に分極して各固
定床９５の上面に二次元陰極が形成され、前記被処理水
はこの三次元陰極に接触して次亜塩素酸イオンや塩素ガ
ス等の有効塩素成分が分解又は還元されて除去されその
後前記電解槽の上方に取り出され、飲料水等として所定
の用途に使用される。

第１１図は、本発明方法に使用できる複極型固定床式電
解槽の他の例を示すもので、該電解槽は第１０図の電解
槽の固定床９５の給電用陰極９４に向かう側つまり陽分
極する側にメッシュ状の不溶性金属材料９７を密着状態
で設置したものであり、他の部材は第１０図と同一であ
るので同一符号を付して説明を省略する。

直流電圧が印加された固定床９５はその両端部において
最も大きく分極が生し、ガス発生が伴う場合には該両端
部においてガス発生が生じ易い。従って最も強く陽分極
するつまり最も激しく酸素ガスが発生する固定床９５の
給電用陰極９４に向かう端部には最も速く溶解が生じる
。図示の通りこの部分に不溶性金属材料９７を設置して
おくと、該不溶性金属材料９７の過電圧が固定床９５を
形成する炭素系材料の過電圧より低いため殆どの酸素ガ
スが前記不溶性金属材料９７から発生し固定床９５は殆
ど酸素ガスと接触しなくなるため、前記固定床９５の溶
解は効果的に抑制される。又該電解槽９２に供給された
被処理水は第１０図の場合と同様に処理され有効塩素成
分の除去が行われる。

第１２図は、本発明方法に使用できる複極型固定床式電
解槽の他の例を示すものである。

上下にフランジ１０１を有する円筒形の電解槽本体１０
２の内部上端近傍及び下端近傍にはそれぞれメッシュ状
の給電用陽極１０３と給電用陰極１０４が設けられてい
る。電解槽本体１０２は、長期間の使用又は再度の使用
にも耐え得る電気絶縁材料特に合成樹脂で形成すること
が好ましい。

前記両給電用電極１０３、１０４間には、導電性材料例
えば炭素系材料で形成された多数の固定床形成用多孔質
粒子１０５と該固定床形成用粒子１０５より少数の例え
ば合成樹脂製の絶縁粒子１０８とがほぼ均一に混在して
いる。該絶縁粒子１０８は、前記給電用陽極１０３及び
給電用陰極１０４が完全に短絡することを防止する機能
を有している。

このような構成から成る電解槽に下方から矢印で示すよ
うに被処理水を供給しながら通電を行うと、前記各固定
床形成用多孔質粒子１０５が給電用陽極１０３側が負に
又給電用陰極１０４側が正に分極して表面積が莫大な多
孔質電極として機能し、第１０図及び第１１図の電解槽
と同様にして前被処理水中の有効塩素成分の分解又は還
元等の改質処理が行われて該電解槽の上方から取り出さ
れる。

第１３図は、本発明方法に使用できる他の単極型固定床
式電解槽を例示するものである。

上下にフランジ１１１を有する円筒形の電解槽本体１１
２の内部上端近傍及び下端近傍にはそれぞれメッシュ状
の給電用陽極１１３と給電用陰極１１４が設けられてい
る。電解槽本体１１２は、長期間の使用又は再度の使用
にも耐え得る電気絶縁材料特に合成樹脂で形成すること
が好ましい。

前記両給電用電極１１３、１１４間には、隔膜１１６を
挟んで導電性材料例えば炭素繊維をフェルト状に成形し
た１対の固定床１１５が陽極室内及び陰極室内に充填さ
れ、前記陽極室内及び陰極室内のフェルト状炭素繊維は
それぞれ前記給電用陽極１１３と給電用陰極１１４に電
気的に接続され、陽極室内の固定床は正に陰極室内の固
定床は負に帯電されている。

この電解槽に下方から矢印で示すように被処理水を供給
しながら通電を行うと、前述の電解槽の場合と同様に固
定床１１５が表面積が莫大な三次元電極として機能して
被処理水中の有効塩素成分の分解又は還元等の改質処理
が行われて該電解槽の上方から取り出される。

なお第１３図の電解槽では被処理水が最初に陰極に接触
するように構成したが、最初に陽極に接触しその後陰極
に接触するようにしてもよい。

（実施例） 次に本発明方法による飲料水改質処理の実施例を記載す
るが、該実施例は本発明を限定するものではない。

実施例１ 透明な硬質ポリ塩化ビニル樹脂製の高さ６０ｍｍ、内径
４０ｍｍの第１図に示した電解槽を使用して試験用被処
理水の処理を行った。該電解槽内には、炭素繊維から成
る開口率８０％で直径３９ｍｍ、厚さ１０ｍｍの陰極１
個と、直径３９ｍｍ、厚さ１ｍｍで開口率３８％の白金
を被覆したメッシュ状チタン材を図示のように設置した
。前記試験用被処理水は水道水に次亜塩素酸ナトリウム
水溶液を添加して有効塩素成分濃度が１〜２０ｐｐｍと
なるように調製した。

被処理水供給量を２．５ｌ／分に、印加電圧値を３．５
Ｖに、電流値を６０ｍＡにそれぞれ固定し、該電解条件
下で被処理水中の次亜塩素酸イオン濃度を第１表に示す
ように変化させて該被処理水の処理を行い、電解槽通過
後の次亜塩素酸イオン濃度をオルソトルイジンに依る比
色分析を使用して測定したところ、第１表に示す結果が
得られた。

比較例１ 粒径２〜５ｍｍの活性炭４０ｇを直径４０ｃｍのガラス
製カラムに充填した。なおこの活性炭は既に有効塩素２
ｐｐｍの水を１５００ｌ通過させたものを使用した。こ
のカラムに第１表に示した濃度の次亜塩素酸ナトリウム
を有する実施例１と同一の試験用被処理水を２．５ｌ／
分の速度で供給し同一電解条件で処理し、該カラムから
流出する該被処理水中の次亜塩素酸イオン濃度を実施例
１と同一の方法で測定した。その結果を第１表に纏めた
。

比較例２ 陰極として直径３９ｍｍ、厚さ１ｍｍであるニッケル金
属製メッシュ状陰極を使用したこと以外は実施例１と同
様にして実施例１の試験被処理水の処理を行い、実施例
１と同一の方法で処理後の被処理水中の次亜塩素酸イオ
ン濃度を測定した。その結果を第１表に纏めた。

第１表から三次元陰極を使用することにより、メッシュ
状陰極あるいは活性炭処理の場合より次亜塩素酸イオン
濃度が大きく減少することが判る。

実施例２ 被処理水の有効塩素成分濃度を１０ｐｐｍに固定し、第
２表に示すように電流値を１０〜２００ｍＡ（見掛け陰
極電流密度を０．０８〜１．６７Ａ／ｄｍ２）まで変化
させたこと以外は実施例１と同様にして前記被処理水の
処理を行い、更に実施例１と同様にして電解槽通過後の
次亜塩素酸イオン濃度を測定し、第２表に示す結果が得
られた。

実施例３ 固定床を形成する電極物質を代えたこと以外は実施例１
と同一の電解槽を使用して被処理水の処理を行った。

試験用被処理水としては次亜塩素酸ナトリウムを添加し
て２ｐｐｍとした水道水を使用し、該試験用被処理水を
２．５ｌ／分の流速で第３表に示した物質を使用して構
成した電解槽に供給して前記被処理水の改質処理を行い
、その被処理水取出口における次亜塩素酸ナトリウムイ
オン濃度を実施例１と同一の方法で測定した。その結果
を第３表に纏めた。

第３表から電極構成物質が炭素系材料であると次亜塩素
酸イオンがほぼ１００％に近い値で分解するのに対し、
他の金属材料では分解効率が減少することが判る。

実施例４ 三次元陰極をグラファイトとした実施例１の電解槽を使
用し、グラファイトの開口率を変化させた場合の被処理
水取出口における次亜塩素酸イオン濃度（初期濃度２ｐ
ｐｍ）及び電解槽の被処理水供給口と被処理水取出口の
圧力差つまり圧力損失を測定した。その結果を第４表に
纏めた。

第４表から１０〜９５％の開口率の範囲で満足できる次
亜塩素酸イオンの分解を達成ができ又電解槽通過後の圧
力損失も満足できることが判る。

実施例５ 実施例１の電解槽を使用し、被処理水の供給速度を第５
表に示すように変化させて同一電解条件で次亜塩素酸イ
オン濃度１０ｐｐｍの被処理水の処理を行い、電解槽通
過後の次亜塩素酸イオン濃度を実施例１と同様の方法で
測定したところ、第５表に示す結果が得られた。

比較例３ 比較例２に示した電解槽及び電極を使用し、実施例５と
同様にして電解槽通過後の次亜塩素酸イオン濃度を実施
例１と同様の方法で測定した。その結果を第５表に示し
た。

第５表から、陰極上の線速が０．１ｃｍ／秒以上になる
と比較例２の電解槽では通過後の被処理水中の次亜塩素
酸イオン濃度が次第に上昇するのに対し、実施例１の三
次元陰極型電解槽を使用する実施例５の電解では線速が
０．１ｃｍ／秒を越えても処理効率に影響が及ばないが
１０．０ｃｍ／秒を越えると電解槽通過後の次亜塩素酸
イオン濃度が顕著に増加することが判る。

（発明の効果） 本発明方法は、有効塩素成分を含有する飲料水等の被処
理水を多孔質の固定床三次元陰極が設置された単極式電
解槽を使用して処理し、前記有効塩素成分を分解又は還
元して前記被処理水の改質処理する方法である（請求項
１）。

飲料水等の被処理水を本発明方法により処理すると、該
被処理水中に含有される次亜塩素酸イオンや残留塩素ガ
ス等が三次元陰極表面に十分接触して分解又は還元され
て有効塩素成分がほぼ完全に除去されて有効塩素成分を
殆ど含まない飲料水等を得ることができる。

活性炭処理を主とする従来の飲料水等の処理と異なり、
本発明では電気化学の法則を利用しているため、確実に
次亜塩素酸イオン等の有効塩素成分を分解あるいは還元
して無味無臭の塩素イオンに変換することができ、しか
も電解槽内の部材の消耗が殆ど無く、長期間に亘って被
処理水の処理を継続することができる。

本発明方法に使用する前記電解槽では単位体積の陰極当
たりの処理能力が大きいため、同等規模の電解槽と比較
して大量の被処理水の有効塩素成分の分解又は還元を行
うことができ、あるいは同等量の被処理水の処理を行う
ための電解槽の容量を小さくして装置の小型化を図るこ
とができる。

飲料水中にはカルキ臭が残存していることが多いが、被
処理水が水道水等の飲料水であると（請求項２）、該飲
料水中を本発明方法で処理することによりこのカルキ臭
を除去してまろやかな味の飲料水を提供することができ
る。

又前記三次元陰極を炭素質材料で構成する（請求項３）
と、該炭素質材料から成る陰極は前述の通り表面積が莫
大であり、有効塩素成分が接触する機会が非常に大きく
なるだけでなく、導体抵抗が小さく過電圧が大きいとい
う要件を満足するため、被処理水の陰極内部への浸透を
促進し三次元陰極の全面で被処理水の処理を行うことを
可能にするため他の材料と比較して処理効率が大幅に向
上する。更に該炭素系材料は毒性が全くなくかつイオン
やその水酸化物を形成しないため飲料水等の体内に摂取
される被処理水の処理用として好ましい。又炭素系材料
は安価であり、他の金属材料極と異なり電解を停止して
も腐食が生じないため、経済的にも操作性の面からも有
利である。

又三次元陰極の開口率は１０％以上９５％以下であるこ
とが好ましく（請求項４）、この範囲において満足でき
る有効塩素成分の分解又は還元効果を達成することがで
きる。

又本発明の三次元陰極式電解槽では単位体積の陰極当た
りの処理能力が大きいため、同等規模の電解槽と比較し
て大量の被処理水の有効塩素成分の分解又は還元を行う
ことができ、つまり陰極上の被処理水の線速を０．１ｃ
ｍ／秒以上として単位時間当たりに電解槽で処理する被
処理水量を増加させても（請求項５）該線速が１０．０
ｃｍ／秒以下の範囲ならば被処理水の処理効率が低下す
ることがなく、同様に電解槽に供給されかつ取り出され
る被処理水の空間速度をｌ（ｈｒ−１）以上の比較的速
い速度としても（請求項６）処理効率が低下することが
ない。

又電解槽内を流れる被処理水が層流であると該被処理水
が三次元陰極と十分に接触することなく電解槽を通り抜
けてしまうことがあるため、前記被処理水はレイノルズ
数が５００以上の乱流として（請求項７）前記被処理水
が横方向にも移動して十分に前記陰極と接触するように
するが好ましい。

操作効率の面から、電解槽で処理した被処理水を再度該
電解槽に循環させないいわゆる一過性処理（ワンパス処
理）を行うことが望ましく（請求項８）、この一過性処
理を可能にするためには三次元陰極の設置法や開口率を
調整したりあるいは電解槽内で被処理水が乱流状態を形
成するようにする。

単極式電解槽を使用して本発明方法の被処理水の処理を
行う場合には陽極側から陰極側に被処理水が流れるよう
に被処理水の供給及び電解槽の構造を選択し（請求項９
）、複極式電解槽を使用して本発明方法の被処理水の処
理を行う場合には被処理水が最後の接触する電極が陰極
となるように被処理水の供給及び電解槽の構造を選択す
ることが望ましく（請求項１０）、これにより分解又は
還元により生じた塩素イオンが他の副反応を生じること
なく電解槽外に取り出される。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図及び
第７図は、それぞれ本発明方法に使用できる単極式電解
槽の第１から第７までの例を示す縦断面図、第８図は同
じく第８の例を示す横断平面図、第９図は第８図のＩＸ
−ＩＸ線縦断面図、第１０図、第１１図及び第１２図は
、それぞれ本発明方法に使用できる複極式電解槽の第１
から第３までの例を示す縦断面図、第１３図は、本発明
に使用できる単極式電解槽の他の例を示す縦断面図であ
る。 １…被処理水供給口　２…被処理水取出口３、３′、３
″…電解槽本体 ４…三次元陰極　５…陽極 １１…被処理水供給口　１２…被処理水取出口１３…電
解槽本体　１５…三次元陰極 ２１…電解槽本体　２２…陽極 ２３…三次元陰極　２８…被処理水取出口２９…被処理
水供給口　３１…電解槽本体３２、３６…三次元陰極　
３４…陽極 ４０…被処理水供給口　４１…被処理水取出口５１…電
解槽本体　５７…陽極 ６１…陰極　６２…被処理水取出口 ６５、７２…被処理水供給口　７３…電解槽本体７６…
陽極　７８…陰極 ８２…被処理水取出口　９２…電解槽本体９５…固定床
　９７…不溶性金属材料 １０２・電解槽本体　１０５…固定床形成粒子１０８…
絶縁粒子　１１２…電解槽本体１１５…固定床

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有効塩素成分を含有する被処理水を、その
   内部を液流通が可能な固定床型三次元陰極が設置された
   電解槽に供給し、該陰極で前記有効塩素成分を分解又は
   還元して前記被処理水の改質を行うことを特徴とする被
   処理水の処理方法。
2. 【請求項２】被処理水が飲料水である請求項１又は２に
   記載の方法。
3. 【請求項３】多孔質材料が炭素質材料である請求項１又
   は２に記載の方法。
4. 【請求項４】三次元陰極の開口率が１０％以上９５％以
   下である請求項１から３までのいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】三次元陰極上の被処理水の線速が０．１ｃ
   ｍ／秒以上１０．０ｃｍ／秒以下である請求項１から４
   までのいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】被処理水を１（ｈｒ−１）以上の空間速度
   で電解槽に供給するようにした請求項１から５までのい
   ずれかに記載の方法。
7. 【請求項７】電解槽内を流れる被処理水のレイノルズ数
   が５００以上である請求項１から６までのいずれかに記
   載の方法。
8. 【請求項８】被処理水を電解槽に供給して一過性処理を
   行う請求項１から７までのいずれかに記載の方法。
9. 【請求項９】電解槽が単極式電解槽であり、陽極側から
   陰極側に向かって被処理水を流すようにした請求項１か
   ら８までのいずれかに記載の方法。
10. 【請求項１０】電解槽が複極式電解槽であり、被処理水
    が最後に接触する電極が陰極である請求項１から８まで
    のいずれかに記載の方法。