JPH05161890A - 塩素ガスによる二酸化塩素水の生成方法及び水処理への適用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水道の酸化設備、消毒設備、下水道の脱臭設
備、消毒設備として、また水泳プ−ル、公衆浴場での消
毒用などに適用される方法に関する。 【構成】 飽和塩化物溶液（例えばＮａＣｌ）の電気分
解による塩素ガス発生装置から得られる塩素ガスを吸引
して、高濃度塩素水を発生させ、この塩素水を自由水面
を有する塩素水調整槽に一時貯留し、前記塩素水の流水
中、又は前記塩素水調整槽の底部に、適度に希釈した亜
塩素酸塩水溶液を注入し、反応させる方法ならびに二酸
化塩素水を用いて任意の注入率で被処理水に二酸化塩素
を注入するに際し、その前段階において前記被処理水
に、前記電解槽より生成したアルカリ溶液を注入して、
被処理水のｐＨを若干高めておき、二酸化塩素の殺菌力
を向上させる方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水道における酸化設
備、消毒設備、下水道における脱臭設備、消毒設備とし
て、また水泳プ−ル、公衆浴場での消毒用などに適用さ
れる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来行なわれてきた効率のよい二酸化塩
素の製法技術として、高圧塩素ガス容器から得られた塩
素ガスを水に溶解させ、それによつて生じた塩素水と希
釈した亜塩素酸塩水溶液との混合によつて、亜塩素酸塩
を酸化させ、二酸化塩素水を得る方法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この従来の方法は、二
酸化塩素を消毒等に使用する欧米諸国の浄水場等にきわ
めて多く採用されているが、塩素高圧ガス容器の取り扱
いの危険性及びそれに関係した事例として、二酸化塩素
注入点の背圧が異状に高まり、二酸化塩素水を注入でき
なくなり、亜塩素酸塩注入ポンプの圧力移送により、高
濃度の亜塩素酸塩が、発生装置内の配管中を逆流し、塩
素ガス溶解アスピレ−タから、塩素計量機を通り、塩素
ガス容器に達してしまうという事例があり、塩素ガスに
よる二酸化塩素の製法は、その運転管理、安全管理上、
多くの解決を要する課題が残されている。

【０００４】また上記した従来の塩素ガス法において
は、多くの発生装置は、反応を完全に進行させるため
に、塩素ガスを過剰に使用して、二酸化塩素を生成して
おり、得られた二酸化塩素水中に未反応の残留塩素が混
入し、その純度を著しく低下させているという点も解決
を要する課題である。そして、上記した従来の塩素ガス
法、またその他の製法によつて得る二酸化塩素水のすべ
ては酸性溶液であり、そのｐＨ値はきわめて低い（１〜
３程度）。一般的に従来、二酸化塩素は水の消毒剤とし
て用いられ、その殺菌力は被処理水のｐＨ値が酸性側で
あるよりも、むしろアルカリ性側である方が高い。被処
理水の水質によつては、ｐＨ値の低い酸性の二酸化塩素
水を注入した場合、その二酸化塩素処理した水のｐＨ値
が著しく低下し、二酸化塩素の本来有する殺菌力を十分
に発揮できない問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】ここにおいてこの発明
は、塩素ガス発生装置から得られる塩素ガスを、圧力水
インジエクタにより吸引して、高濃度塩素水を発生さ
せ、この塩素水を自由水面を有する塩素水調整槽に一時
貯留し、内部の前記塩素水を圧力移送又は自然流下する
ことにより得られる流水中、若しくは前記塩素水調整槽
の底部に、適度に希釈した亜塩素酸塩水溶液を注入し、
反応させることを特徴とする二酸化塩素水を得る方法を
提案し、その実施に当つて、前記塩素ガスが、陽陰極間
にイオン交換膜を有する飽和塩化物溶液（例えばＮａＣ
ｌ）電気分解槽の陽極から生成する塩素ガスであるよう
にし、かつ又前記塩素ガスから生じる塩素水の流水中
に、特殊極細ノズルを介して、亜塩素酸塩水溶液を注入
することによつて、攪拌混合を活発にし、二酸化塩素を
得るための反応を促進し、二酸化塩素水を効率よくかつ
純度よく得るようにし、更に二酸化塩素水を用いて任意
の注入率で被処理水に二酸化塩素を注入するに際し、そ
の前段階において前記被処理水に、アルカリ溶液を注入
して、被処理水のｐＨを若干高めておき、二酸化塩素の
殺菌力を向上させることを特徴とする二酸化塩素処理方
法を提案するものである。

【０００６】

【作用】この発明は、従来行なわれてきた、塩素ガスに
よる二酸化塩素水の発生及び運転技術をより安全にかつ
効率的に著しく改良するものであり、原料の塩素ガスの
取り扱いに関しては、取り扱いが困難な塩素高圧ガス容
器の使用を避け、イオン交換膜を有する電解槽を用いた
飽和塩化物溶液（例えばＮａＣｌ）の電気分解で得られ
る塩素ガスを用いるものとする。

【０００７】また假令、塩素高圧ガス容器を使用する場
合についても安全なように、発生した塩素水を一時、自
由水面を持つ小型の塩素水調整槽を設け、このような塩
素水調整槽を設けることにより、存在する自由水面が、
発生した二酸化塩素水の自然流下又は原料である亜塩素
酸塩のポンプの圧力移送による塩素容器への逆流を防止
することができる。

【０００８】上述のようにして、塩素高圧ガス容器、塩
素気化装置及び塩素水発生部から構成される塩素ガス系
と、高濃度では危険である亜塩素酸塩貯留槽、亜塩素酸
塩注入ポンプ及び二酸化塩素発生部から構成される亜塩
素酸塩注入系（又は二酸化塩素発生系ともいう）の２つ
の系を機構的に分離することにより、運転中の塩素水の
状態と、発生した二酸化塩素の状態を監視することによ
り、二酸化塩素の反応を明らかにできると共に、塩素高
圧ガス容器に関する危険を最小に抑えることが可能であ
り、上述したように機構的に塩素ガス系と亜塩素酸塩注
入系とを分離する発生方法は、前記電解法により生成す
る塩素ガスについても同様に適用可能である。

【０００９】

【実施例】図１には前述の小型の塩素水調整槽を示し、
塩素水の入口１と出口２とを開口させた槽体３内には溢
流管４を植設し、この溢流管４の出口５は図にあらわれ
ない安全装置へ連通しており、かつこの溢流管４の溢流
渠を構成する上縁６は前記入口１と出口２との中間にお
いて前記槽体３内に開口しており、前記出口２から槽体
３内へ逆流した塩素水は溢流管４から安全に排出され
て、入口１から塩素容器側へ逆流することはない。

【００１０】塩素ガスにより生じる高濃度塩素水と、反
応に適する濃度に希釈した亜塩素酸塩水溶液とを効率よ
くかつ効果的に攪拌混合するために作成した前述の特殊
極細ノズル７を、図２ないし図５に示す。このノズル７
は配管８内を流れる塩素水の流れ方向に対して直角に亜
塩素酸塩水溶液を接触させるもので、前記配管８にはノ
ズル７の前後において、乱流を効果的に発生させるため
のバツフル９を設けてあり、ノズル７の先端１０は、配
管８の中心か又はそれにより２〜３ｍｍ低い位置に形成
させるものとする。この場合、塩素水は水平方向に流れ
る。

【００１１】先ず、図１に示す小型の塩素水調整槽内の
塩素水の、濃度における安定性を調べる。二重円筒構造
の隔膜式飽和塩化物溶液（ＮａＣｌ）電解装置（型式Ｃ
ＭＤ−Ｍ１０）の陽極に、圧力水インジエクタ（後述）
を取り付け、通電を行なうと同時に、この圧力水インジ
エクタのポンプを作動させ、塩素水をつくる。得られた
塩素水を、前記塩素水調整槽に送り、この槽内の塩素濃
度を経時的に測定した。表１に電解塩素ガスによる塩素
水の前記塩素水調整槽内の濃度変化の実験デ−タを示
す。

【表１】

【００１２】自由水面を持つ塩素水調整槽は、槽体３内
に貯留中に水面から塩素ガスが揮発し、濃度減少が著し
いと思われたが、表１の結果が示す通り、槽体３内の自
由水面からの揮発は少なく、食塩の電気分解から生成す
る塩素ガスによる塩素水の濃度はほぼ一定であつた。

【００１３】次に図６にフロ−シ−トで示す、二酸化塩
素発生装置を作製し、電解装置から生じる塩素ガスによ
る塩素水と亜塩素酸塩水溶液との反応による二酸化塩素
の収率、モル比、ｐＨ値、特殊極細ノズルによる攪拌混
合効果及び得られた生成二酸化塩素水の組成（純度）を
測定した。

【００１４】上記図６において、塩溶解水槽１１からポ
ンプ１２により電解槽１３に塩水が注入され、この電解
槽１３内で電解により生成された塩素ガスは、圧力水イ
ンジエクタ１４によつて吸引され、受水槽１５からポン
プ１６を介して圧送されて来た圧力水と混合される（塩
素濃度０．１％〜０．２％程度）。

【００１５】この塩素水は一定流量で配管１７内を流
れ、前記小型の塩素水調整槽の槽体３内に一時貯留し、
この槽体３の底部あるいはその二次側配管１８中に、亜
塩素酸塩水溶液貯留槽１９から、電磁ポンプ２０を介し
て、亜塩素酸塩４％〜８％水溶液を加え、混合されれ
ば、二酸化塩素が発生し、水溶液（濃度０．２％〜０．
５％程度）として生成される。この二酸化塩素水は、貯
留槽２１（滞留４時間程度）も経て、注入ポンプ２２に
より、被処理水の流れが形成される管路２３の注入点２
４に送液される。

【００１６】また前記電解槽１３内に生成されるアルカ
リ溶液は、薬液ポンプ２５で引き抜き、貯留槽２６に貯
留し、被処理水の管路２３に、前記二酸化塩素水の注入
点２４の前段階の注入点２７で、その貯留したアルカリ
溶液を注入し、被処理水のｐＨを若干高め、その後の二
酸化塩素の殺菌効果を高めるものとする。

【００１７】生成量制御は、二酸化塩素水の貯留タンク
２１の液位によつて行なわれ、液位上限によつて、前記
ポンプ１２，１６，２０，２５及び電解槽１３が停止
し、液位低下によつてこれらポンプ１２，１６，２０，
２５及び電解槽１３が起動される。これらの操作はすべ
て自動的に行なう。注入量の制御は注入ポンプ２２を調
節し、二酸化塩素の注入率は、０．１〜２．０ｍｇ／ｌ
の範囲で可変とすることができる。また、前記注入率の
変化、被処理水量の変化等に対して、ポンプ１６，２０
の流量及び電解槽１３の電流量を変化させ、二酸化塩素
貯留槽２１を使用しないで、直接、発生直後の二酸化塩
素水をポンプ２２で注入点に注入することもできる。

【００１８】（１）二酸化塩素収率について、塩素法に
おいては二酸化塩素は反応式（１）の反応にしたがつて
生成する。

【化１】 反応式（１）の反応による塩素と亜塩素酸塩との異なる
モル比に対する二酸化塩素の収率％ｍｏｌと二酸化塩水
の組成を表２に示す。

【表２】

【００１９】この表２から、最大収率はモル比０．５
（Ｃｌ₂／ＮａＣｌＯ₂）の時に得られ、反応式（１）に
示す理論値と実測の結果が一致した。文献及び諸外国の
二酸化塩素発生装置の運転報告によると、二酸化塩素の
収率を上げ、未反応の亜塩素酸塩を減少させるため、塩
素を過剰とし、重量比で１：１（モル比１．２８）での
運転が多い。しかしこの発明の実施例では、収率を上げ
得るその最適モル比は０．５で、モル比が大きすぎて
も、少な過ぎても、二酸化塩素の収率は低下した。

【００２０】このことは、この発明の特殊極細ノズルに
おける混合攪拌効果が、二酸化塩素を発生する反応系の
理想的状態を生じさせるのに、大きな貢献を果たしてい
ることを示唆している。 （２）得られた二酸化塩素水の純度 表２の発生二酸化塩素水の組成からわかるとおり、最適
モル比０．５以上で未反応の塩素が急激に増加し、モル
比０．８６では、全生成物質に対してほぼ５０％以上の
有効塩素が残存している。

【００２１】この結果から、水道水におけるトリハロメ
タン対策としての二酸化塩素消毒は、モル比０．５以上
で発生装置の運転は行なうべきではない。上記実験装置
では、最高収率を示すモル比０．５において、全生成物
質に対する未反応塩素の割合は、約１％存在した。これ
によると、例えば二酸化塩素水発生濃度を約２０００ｍ
ｇ／ｌとすると、未反応塩素濃度は、２０ｍｇ／ｌ程度
となる。二酸化塩素注入率２ｍｇ／ｌにおいては、有効
塩素も共に０．０２ｍｇ／ｌ注入されることになる。

【００２２】なお亜塩素酸イオン濃度については、モル
比０．５付近では全組成の３．２％程度であつた。ま
た、塩素酸イオンにおいては、すべて異なるモル比にお
いて、殆ど検出されなかつた。

【００２３】

【発明の効果】塩素ガス法による二酸化塩素の製法に
おいては、その塩素ガスを飽和塩化物溶液の電気分解に
よつて得ることにより、安定した濃度の塩素水を得るこ
とができ、安全管理上、運転管理上すぐれた利点を有す
る。 塩素ガス法によつて二酸化塩素を得る製法において
は、塩素水の流れ（ポンプによる圧力移送又は自然流
下）中に特殊ノズルが、その効果を発揮し、二酸化塩素
の収率、モル比及び二酸化塩素水の純度向上に大きな貢
献を果す。 塩素ガス法による二酸化塩素の発生装置において、小
型の塩素水調整槽を設け、機構的に塩素ガス系、亜塩素
酸塩注入系と分離することにより、塩素ガスに関わる危
険を最少限度に低減化することができる。 電解装置から生成されるアルカリ溶液は、被処理水を
二酸化塩素処理する前の被処理水のアルカリ処理剤とし
て使用することにより、二酸化塩素の殺菌効果を高め、
水処理効果向上及びランニングコスト等の面で有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明で使用される小型の塩素水調整槽の竪
断面図である。

【図２】この発明で使用される特殊微細ノズルの断面図
である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図２のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】図２の一部分の拡大断面図である。

【図６】この発明を実施すべき二酸化塩素発生装置のフ
ロ−シ−トである。

【符号の説明】

３ 槽体 ７ 特殊極細ノズル ２１ 貯留槽 ２２ 注入ポンプ ２３ 管路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽陰極間にイオン交換膜を有する飽和塩
   素物溶液電気分解槽の陽極から生成する塩素ガスを、圧
   力水インジエクタにより吸引して、高濃度塩素水を発生
   させ、この塩素水を自由水面を有する塩素水調整槽に一
   時貯留し、内部の前記塩素水を圧力移送又は自然流下す
   ることにより得られる流水中、若しくは前記塩素水調整
   槽の底部に、適度に希釈した亜塩素酸塩水溶液を注入
   し、反応させることを特徴とする二酸化塩素水を得る方
   法。
2. 【請求項２】 前記塩素ガスから生じる塩素水の流水中
   に、特殊極細ノズルを用いて、亜塩素酸塩水溶液を注入
   することによつて、攪拌混合を活発にし、二酸化塩素を
   生じるための反応を促進し、二酸化塩素水を効率よくか
   つ純度よく得ることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 二酸化塩素水を用いて任意の注入率で被
   処理水に二酸化塩素を注入するに際し、その前段階にお
   いて前記被処理水に、アルカリ溶液を注入して、被処理
   水のｐＨを若干高めておき、二酸化塩素の殺菌力を向上
   させることを特徴とする二酸化塩素処理方法。