JPH0663558A - 被処理水の電気化学的処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各種被処理水の電気化学的処理を三次元電極
電解槽を使用して行う際に、前記被処理水がカルシウム
イオンやマグネシウムイオンを含んでいると、これらの
イオンがその水酸化物等として陰極表面に析出して被処
理水の円滑な流通を妨げることがある。本発明は前記電
気化学的処理を阻害することなく、前記析出物を被処理
水中に再溶解させる方法を提供することを目的とする。 【構成】 微生物と、カルシウムイオン及び／又はマグ
ネシウムイオンを含有する被処理水を、固定床型三次元
電極を有する三次元電極式電解槽22に供給し、前記被処
理水の電気化学的処理を行いながら、前記三次元電極25
（固定床）の極性を変化させることにより、陰極側に析
出するカルシウムやマグネシウムの水酸化物等を酸化的
に前記被処理水中に再溶解させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微生物を含有する被処
理水を電気化学的に処理することにより前記微生物の滅
菌等を行う際に電極面に付着するカルシウムやマグネシ
ウムの水酸化物、酸化物あるいは炭酸塩を除去しながら
前記被処理水の電気化学的処理を行う方法に関し、より
詳細には電解槽内の前記被処理水に通電して電気化学的
処理を行うことにより該電解槽の陰極面上に付着生成す
るカルシウムイオンやマグネシウムイオンの水酸化物等
を、電極の極性を逆転させることによりつまり前記水酸
化物等の付着面を陽分極させることによりカルシウムイ
オン及びマグネシウムイオンとして被処理水中に再溶解
させて電極から除去しながら、前記被処理水の電気化学
的処理をおこなうための方法に関する。

【０００２】

【従来技術】従来から各種用途に多種類の水溶液や他の
物質を溶解していない単独の水が使用されている。これ
らの水溶液等は溶質が適度な養分を提供し、あるいは該
水溶液の液温が繁殖に好ましい比較的高温度であると、
細菌等の微生物が繁殖して該微生物は前記水溶液等に必
要な本来の性能の劣化を起こしたり処理装置内に浮遊し
たり蓄積したりして処理装置の機能を損なうことが多
い。

【０００３】例えば写真感光材料は画像露光の後、ペー
パー感光材料処理の場合は、発色現像、漂白定着、水洗
及び／又は安定化の処理工程を経て処理され次いで乾燥
される。そしてこのような写真処理工程においては、発
色現像液、漂白液、漂白定着液、定着液、安定液、水洗
水等の各種写真処理液が使用されているが、前記感光材
料はゼラチン質や各種無機塩類を含有し微生物繁殖に適
した環境を提供するため、前記写真処理液中に混入した
微生物が繁殖して感光材料処理の効率を低下させるとと
もに得られるプリントに色むらが生じたり黴発生等によ
り画像が汚染するという欠点が生じている。この微生物
繁殖による写真処理液の劣化の抑制は、従来から殺菌剤
や防黴剤の投入等により前記微生物を滅菌して性能を賦
活する方法が主流であるが、この方法では添加する防黴
剤が多量に必要となり、かつ該防黴剤が写真処理液や前
記感光材料中に残留し易くなり、感光材料に悪影響を及
ぼすことがある。又前記防黴剤の多くは人体に対して無
害とは言い難く、種々の法規制の下に管理された状態で
なければその使用が困難である。又このように選択した
防黴剤も暫くするとその防黴剤に対する抗菌が発生する
ことになり、再度この抗菌に対して防黴剤を選択すると
いう煩わしい問題が生ずる。

【０００４】更に夏季スポーツとして最も一般的な水泳
の人気は衰えることなく、幅広い年齢層の人々に親しま
れており、水泳を楽しむために都市部ではプールが多く
利用されている。このプールに使用されるプール水には
人体に有害な大腸菌や細菌類等の微生物が数多く生息
し、該プール水は利用者の眼や傷などに直接接触して疾
患を生じさせることがあるため、プール水には次亜塩素
酸ソーダ等の薬剤を投入して事前に滅菌を行って疾患の
発生を防止している。しかしながら前記薬剤として滅菌
効果の強い次亜塩素酸や液体塩素等の塩素系試薬が使用
され、該塩素系試薬はそれ自体あるいは分解物が刺激性
を有し、該試薬により殺菌等の効果が生じても、該試薬
による眼の痛みや皮膚のかぶれ等の副作用が発生し、特
に抵抗力の弱い幼児の場合は大きな問題となっている。
又塩素系試薬は分解するため永続使用することができず
毎日のようにプール水に添加を続ける必要があり、かつ
プールに使用されるプール水の量は莫大なものであるた
め、使用する薬剤のコストも大きな負担となっている。

【０００５】更に近年の情報化社会の進展により各種紙
類特に高質紙の需要が増大している。この紙類は製紙用
パルプから各種工程を経て製造されるが、この工程中に
製紙前のパルプを洗浄して不要な成分を洗い流す工程が
ある。該パルプは適度な温度に維持されかつ適度な養分
を含むため、黴や細菌等の微生物が繁殖し易くこの黴や
細菌が多量に最終製品中に残存すると、紙類の褪色等の
性能の劣化が生ずる。従ってこの洗浄工程で使用される
莫大な量の洗浄水中には、防黴剤や殺菌剤が含有され最
終製品の性能劣化を極力防止するようにしている。しか
しこの方法では、防黴剤や殺菌剤のコストが高くなるだ
けでなく前記防黴剤や殺菌剤が製品中に残存して黴や細
菌類に起因する性能劣化とは別の性能劣化を来すことが
あるという問題点がある。更に近年におけるマンション
等の集合住宅あるいは多数の企業が集合して形成される
ビル等の建築物の増加に伴い、該建築物等に設置される
各種冷暖房設備の設置台数も飛躍的に増加している。こ
のような多数の冷暖房設備が設置されているマンション
やビル等では、通常該冷暖房設備の冷却水の熱交換器用
設備例えばクーリングタワーがその屋上に設置されてい
る。この熱交換器設備の冷却水も長期間使用を継続する
と黴や細菌類等の微生物が繁殖し前記熱交換器の熱交換
面に析出して熱交換性能を悪化させたり、微生物が塊状
に発生して配管等を閉塞したり熱交換能力を低下させる
こともある。又多量に発生する微生物の排棄物により配
管や機器に腐食等の重大な問題を引き起こすことがあ
る。

【０００６】更に近年の家庭用浴槽の普及や温泉ブーム
から浴場水の使用量が増大しているが、該浴場水は40℃
前後の微生物が最も繁殖し易い液温を有するため、入浴
に使用せずに単に放置しておくだけでも微生物が急速に
繁殖して汚染され、使用を継続できなくなり、入浴を繰
り返すと人体の垢等が浮遊してこの傾向はより顕著にな
る。繁殖した微生物は微小であるため濾過操作では除去
しにくく、特に銭湯などではその使用量が膨大であるた
め、汚染された浴場水の再生を簡単な処理操作で行うこ
とができれば大幅なコストダウンが可能になる。更に各
種魚類資源として海や川に繁殖している天然の魚類の他
に最近では養殖場における養殖魚類が注目され、養殖魚
が市場に数多く供給されている。養殖場におけるこれら
魚類の飼育の際には、養魚用水中に含まれる細菌や黴等
の微生物が魚類を汚染し、あるいは魚類に付着してその
商品価値を低下させる等の悪影響を抑制するために殺菌
剤や防黴剤等の全部又は大部分の微生物を死滅させるた
めの各種薬剤が前記養魚用水へ多量に添加され、更に前
記薬剤による魚類の損傷を最小限に抑えるためにビタミ
ン剤等の多量の栄養剤が魚類に投与され、その上に餌が
与えられる。従って養殖場等で飼育される魚類は餌の量
に比較して人工的に投与される各種薬剤、ビタミン剤の
添加が多く、防黴剤や殺菌剤が魚類の体内に蓄積して人
体に有害な各種薬剤で汚染された魚類が市場に供給され
ることになる。

【０００７】更に飲料水は、貯水池等の水源に貯水され
た水を浄水場で滅菌処理した後、各家庭や飲食店等に上
水道を通して供給される。飲料水の前記滅菌は塩素ガス
による処理が一般的であるが、該塩素処理によると飲料
水の滅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。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る。

【０００８】本出願人は、前述の各種被処理水中の微生
物を除去するために被処理水を高表面積の三次元電極を
収容した電解槽に供給し該被処理水中の微生物を電解槽
内の前記三次元電極と接触させることにより死滅させて
前記被処理水の電気化学的処理を行う方法を提案した。
この方法による電気化学的処理では薬剤等の被処理水中
への残存を生じさせることなく確実に被処理水の改質を
行うことができる。しかも使用する電極が多孔質の三次
元電極であるため、被処理水が該三次元電極内を流通し
て十分に電極と接触して高処理効率で、前記被処理水の
処理を行うことを可能にしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする問題点】しかし被処理水が水
道水等のカルシウムイオンやマグネシウムイオン等のア
ルカリ土類金属イオンを含有した水であると、該イオン
が前記電解槽内の三次元陰極表面にそれらの水酸化物、
酸化物あるいは炭酸塩として析出することが多い。この
析出物は多孔質三次元電極の陰極側の目詰まりを生じさ
せることがある。陰極側に目詰まりが生ずると被処理水
の陰極との接触が阻害されるだけでなく、被処理水の円
滑な流通を確保しにくくなり、単位時間当たりの処理能
力が減少するという欠点が生ずる。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、簡便かつ安価に微生物を含有
する被処理水の電気化学的処理を行う際に生ずることの
ある三次元電極の陰極側の目詰まりを解消して、長期間
に亘り高い処理効率で被処理水の処理を行うことのでき
る方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【問題点を解決するための手段】本発明は、微生物と、
カルシウムイオン及び／又はマグネシウムイオン等のア
ルカリ土類金属イオンを含有する被処理水を、固定床型
三次元電極を有する三次元電極式電解槽に供給し、前記
被処理水を電気化学的に処理する方法において、前記三
次元電極の極性を変化させながら処理を行うことを特徴
とする被処理水の電気化学的処理方法である。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
ない場合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。

【００１２】以下本発明を詳細に説明する。本発明は、
熱交換器用冷却水や滅菌処理前の飲料水等のカルシウム
やマグネシウム等のイオンと微生物を含む被処理水を三
次元電極式電解槽に供給し、該電解槽に直流又は交流電
圧を印加して電解によるガスを伴いあるいは伴わずに前
記被処理水を処理して前記被処理水の滅菌処理を行う際
に、前記三次元電極の陰極側に析出する前記カルシウム
やマグネシウムの水酸化物、酸化物あるいは炭酸塩を、
前記三次元電極の極性を反転させることにより除去し、
陰極の目詰まりによる被処理水の流通阻害等を生じさせ
ることなく、前記被処理水の電気化学的処理を行うこと
を特徴とするものである。特に通電を停止することなく
電極表面からカルシウムやマグネシウムの水酸化物、酸
化物あるいは炭酸塩を除去することが可能であるため非
常に有効である。

【００１３】例えば水道水にはカルシウムイオンやマグ
ネシウムイオンが含有され水道水の配管の内壁へのこれ
らのイオンの析出による配管の閉塞は大きな問題となっ
ているが、多くの場合水道水を水源として使用する熱交
換器用冷却水中にもカルシウムイオンやマグネシウムイ
オンが含有され、該イオンは熱交換器の熱交換面に付着
し易く付着すると冷却水と被冷却水間の熱交換効率を低
下させる。このように熱交換器の性能を低下させる熱交
換器用冷却水中のカルシウムイオン及びマグネシウムイ
オンは、該冷却水を電気化学的に処理すると三次元電極
式電解槽の三次元陰極上で還元されて水酸化マグネシウ
ムや炭酸カルシウム等として該陰極面上へ析出して冷却
水から除去され前記熱交換面に析出して熱交換効率を低
下させることがなくなる。しかし前記水酸化物等の析出
が継続すると前述の通り、三次元電極陰極に目詰まりが
生ずる。本発明方法では、この場合に極性を変えること
により、つまり電流の方向を反転させて、反転前に陽極
として機能していた側を陰極に、又反転前に陰極として
機能していた側を陽極に変化させることにより、反転前
の陰極表面に析出している水酸化物等を酸化的に溶解さ
せて電極面から除去しようとするものである。

【００１４】前記被処理水を固定床型三次元電極電解槽
に供給すると、該被処理水中の微生物は液流動によって
前記電解槽の陽極や陰極あるいは後述する誘電体や固定
床形成用粒子等に接触しそれらの表面で強力な酸化還元
反応を受けたり高電位の電流に接触し、その活動が弱ま
ったり自身が死滅して滅菌が行われると考えられる。そ
して微生物の滅菌と同時に被処理水中の前記カルシウム
及びマグネシウムイオンが陰極に接触して水酸化物ある
いは酸化物として陰極表面に析出する。該析出は被処理
水中から該カルシウム及びマグネシウムイオンを除去す
るという効果を有する反面、前述の通り陰極側に目詰ま
りを生じさせ円滑な液流通を阻害するといった問題が生
ずる。そして前記固定床型三次元電極の極性を反転させ
ると、つまり電流の方向を逆にすると、前記水酸化物等
が析出した側が陽極となり該陽極の有する酸化力により
前記水酸化物等が再度イオンに酸化されて被処理水中に
溶解して電極表面から除去される。

【００１５】極性を反転させる時間的割合は水酸化物等
を溶解させることができる範囲で適宜選択されるが、前
記水酸化物等は一回の極性反転で全てが再溶解する必要
はなく、又全ての水酸化物を再溶解させた後も極性反転
を継続してもよく、極性反転の状態でも特別の支障なく
被処理水の滅菌処理が行われる。通常は極性を正方向と
する通電と極性を逆方向と（反転）する通電の時間的割
合を１：１から10：１の範囲で行うことが望ましい。極
性を反転する運転時に電解槽から取り出される処理済の
被処理水にはカルシウムイオンやマグネシウムイオンが
含有されている。これらのイオンを含むことが望ましく
ない被処理水の場合、例えば熱交換器用冷却水や飲料水
の場合には極性反転運転の時間をなるべく短くし、極性
反転時に取り出される被処理水は廃棄するようにするこ
とが望ましい。

【００１６】本発明方法では、被処理水中の微生物が電
圧が印加された電極や誘電体や固定床形成用粒子等に接
触すれば充分であり、両極間に電流を流して水素及び酸
素等のガス発生を伴う実質的な電解反応を生起させるこ
とは必須ではなく、むしろ実質的な電解反応が生じない
低い電位を電極表面に印加することが好ましい。これは
実質的な電解反応が生じた場合に被処理水成分にガス発
生に起因する化学的変化を与えてしまい、これにより複
雑な作用が写真処理液等の被処理水に起こることがあ
り、一定の処理性能を常に維持することが難しくなるか
らであり、更に微生物を滅菌する以外のガス発生反応に
無駄な電力を使うことになり不経済でもあり、更に前述
の通り使用電極が炭素電極であると、発生する酸素ガス
により電極の劣化が起こりやすいからである。特に多量
の酸素ガスや水素ガスの発生が生ずる電位では、これら
ガスによる酸化還元反応が例えば写真処理液との間で生
じ、該写真処理液の写真処理性能に著しい変化を与えて
しまうことが多く、又それら発生ガスが電極表面上を覆
ってしまい微生物が電極表面と接触する効率も低下させ
滅菌効率を悪くする。

【００１７】従って本発明においては、印加電位を陽極
電位が実質的な酸素発生を伴わない＋0.2 〜＋1.2 Ｖ(v
s.SCE)、陰極電位が実質的に水素発生を伴わない０〜−
1.0Ｖ(vs.SCE)となるようにすることが望ましいが、液
中物質が酸化還元反応を受けず液性の変化が生じない場
合や又その反応量がさほど問題にならない場合には、陽
極電位を＋2.0 Ｖ(vs.SHE)より卑な電位とし、陰極電位
が−2.0 Ｖ(vs.SHE)より貴な電位とすることも出来る。
本発明方法に使用する電解槽は固定床式三次元電極電解
槽とし、該三次元電極電解槽には、複極式三次元電極電
解槽及び単極式三次元電極電解槽が含まれ、複極式三次
元電極電解槽を使用することが好ましい。本発明による
熱交換器用冷却水や飲料水等の被処理水の処理では、処
理される該被処理水が電極あるいは後述する誘電体ある
いは粒子等と接触する機会が多いほど処理効率が上昇し
て効率良く微生物が滅菌されて被処理水の処理が行われ
る。従って電極等の表面積が大きい複極式固定床三次元
電極電解槽を使用すると他の電解槽を使用する場合より
も処理効率を上昇させることができ、これにより同一の
処理効率を達成するために必要な装置サイズを他の電解
槽よりも小さくできる点で有利である。

【００１８】本発明の三次元電極電解槽における三次元
電極は、前記被処理水が透過可能な多孔質材料、例えば
粒状、球状、フェルト状、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から、ある
いは同形状を有するニッケル、銅、ステンレス、鉄、チ
タン等の金属材料、更にそれら金属材料に貴金属のコー
ティングを施した材料から形成された複数個の誘電体か
ら成ることが好ましく、該三次元電極は直流電場内に置
かれ、両端に設置した平板状又はエキスパンドメッシュ
状やパーフォレーティッドプレート状等の多孔板体から
成る給電用陽陰極間に直流電圧を印加して前記誘電体を
分極させ該誘電体の一端及び他端にそれぞれ正及び負の
電荷が形成されて分極する。この他に給電用陽極及び陰
極とは別個に、単独で陽極としてあるいは陰極として機
能する三次元材料を交互に短絡しないように設置しかつ
電気的に接続して複極型固定床式電解槽とすることがで
きる。なお前述の多数の貫通孔を形成した中実体を三次
元電極として使用する場合には、流通する冷却水の移動
を妨害しないようにその開口率を10％以上95％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。単極式三次元電極電解槽の場合には、陽極及び陰極
の少なくとも一方を前記三次元電極により構成し、他方
は板状あるいは棒状の電極としてもよい。

【００１９】前記誘電体として活性炭、グラファイト、
炭素繊維等の炭素系材料を使用しかつ陽極から酸素ガス
を発生させながら被処理水を処理する場合には、前記誘
電体が酸素ガスにより酸化され炭酸ガスとして溶解し易
くなる。これを防止するためには前記誘電体の陽分極す
る側にチタン等の基材上に酸化イリジウム、酸化ルテニ
ウム等の白金族金属酸化物を被覆し通常不溶性金属電極
として使用される多孔質材料を接触状態で設置し、酸素
発生が主として該多孔質材料上で生ずるようにすればよ
い。そしてこの場合には極性反転はなるべく短時間に抑
えることが望ましい。前記誘電体又は給電用陽陰極以外
の陽極及び陰極を接近させて電圧の低下を意図する際に
は、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
とが好ましい。処理すべき被処理水が流れる電解槽内に
該被処理水が前記誘電体や陽極又は陰極にに接触せずに
流通できる比較的大きな空隙があると被処理水の処理効
率が低下するため、前記誘電体等は電解槽内の被処理水
の流れがショートパスしないように配置することが望ま
しい。

【００２０】本発明では前記したカルシウムイオン等が
対応する水酸化物、酸化物あるいは炭酸塩に変換される
ために十分な量の電流量が供給されれば陽陰極間に印加
される直流電圧の値は特に限定されず、又変換されるカ
ルシウムイオン等の量が僅少であり電極表面に僅かに電
位が生じていれば処理は行われる。従って本発明方法は
電流が流れ電極表面でガス発生が生ずる電解処理でも、
又電流が流れず電極表面でガス発生が生じない処理のい
ずれでもよいが、本発明方法を実施する際には、実際に
効率良く処理が行われていることを確認するため電流を
流し、僅かのガスを発生させながら電解処理することが
望ましい。このような構成から成る三次元電極電解槽
は、処理すべき被処理水の種類に応じて該被処理水の処
理が必要な箇所に近接させて設置し、例えば熱交換器用
冷却水の場合には、ビルやマンションの屋上等に設置さ
れた熱交換器に近接して設置し、熱交換器内の冷却水の
一部を循環させて前記電解槽でカルシウムイオン等によ
る電極の目詰まりを防止しながらカルシウムイオン等の
除去を行った後に前記熱交換器に戻すようにして使用す
ることができる。又本発明の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熱交換器に流れ込み、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給電用陽陰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。又熱
交換器用冷却水等には配管内を流れる間に固形の不純物
が混入することがあり、上記した電気化学的処理の他に
該不純物を除去するために熱交換器の前後好ましくは前
にフィルターを設置することが望ましい。

【００２１】次に添付図面に基づいて本発明方法に使用
できる電解槽の好ましい例を説明するが、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。図１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、図
２は電極の極性を反転させた状態の図１に示す電解槽の
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陽極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、該陽極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陰極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。

【００２２】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、微生物とカルシウムイオ
ンやマグネシウムイオン等を含有する飲料水や熱交換器
用冷却水等の被処理水を供給すると、該被処理水はまず
前記多孔質陽極４の下面に接触し、更に該陽極４内を透
過しその間に十分に微生物の滅菌が行われ、更に陰極５
に接触してカルシウムイオンやマグネシウムイオンがそ
れらの水酸化物、酸化物あるいは炭酸塩として該陰極５
上に析出した後、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。そして陰極５
上への水酸化物等の析出量が増大して目詰まりが生じた
場合には、極性を逆にしてつまり通電方向を逆にして、
図２に示すように図１で陽極として作用した下側の電極
を陰極４′とし、又図１で陰極として作用した上側の電
極を陽極４′として通電を停止することなく処理を継続
する。これにより図１の陰極５表面に析出したカルシウ
ムやマグネシウムの水酸化物等が図２の状態の通電によ
り被処理水中にイオンとして溶解し、電極表面から除去
される。この極性反転時の取り出される被処理水中には
カルシウムイオンやマグネシウムイオンが含有され、該
イオンが含まれると好ましくない用途、例えば熱交換器
用冷却水や飲料水として被処理水を使用する場合には、
例えば前記通電の反転と連動させて前記被処理水取出口
２に設置したコック（図示略）を作動させて該被処理水
を廃棄等すればよい。

【００２３】図３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、図４は電極の極性を反転させた状態の図３に示す電
解槽の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11の内部中央には棒状の陰極12が設置され、
かつ該陰極12の周囲には間隙を介してドーナツ状の多孔
質陽極13が、前記本体11の内下面とＯリング14を介して
接触するように収容されている。前記本体11の側面上外
端部には螺部15が形成され、該螺部15には周縁部が下向
きに折曲された円板状蓋体16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11の側面上部及び蓋体
16内面間に配設されたＯリング17により密封状態を形成
している。前記蓋体16の上面中央には被処理水取出口18
が又該蓋体16の該取出口18のやや円周側には被処理水供
給口19が設置され、該蓋体16下面と前記陰極13上面間に
はＯリング20が配設されている。

【００２４】このような構成から成る電解槽本体11にそ
の被処理水供給口19から、飲料水等の被処理水を供給す
ると、該被処理水は前記多孔質陽極13の周囲から該陽極
13を透過して滅菌等の処理が行われた後、該ドーナツ状
陽極13の内部に達し、更に陰極12に接触して該陰極12表
面にカルシウムやマグネシウムの水酸化物等を析出させ
た後、陽極13と陰極12の間の空間を上昇して前記被処理
水取出口18から槽外に取り出される。この構造の電解槽
では目詰まりが生じても被処理水の流通には殆ど影響が
ないが、一定量以上の析出物が生じた際に電極の極性を
逆にすると、図４に示すように図３で陽極として作用し
た外側の電極が陰極13′となり、又図３で陰極として作
用した内側の電極が陽極12′となり、通電を停止するこ
となく処理を継続することができる。これにより図３の
陰極12表面に析出したカルシウムやマグネシウムの水酸
化物等が図４の状態の通電により被処理水中にイオンと
して溶解し、電極表面から除去される。

【００２５】図５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、
図６は電極の極性を反転させた状態の図５に示す電解槽
の概略縦断面図である。上下にフランジ21を有する円筒
形の電解槽本体22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23と給電用陰極
ターミナル24が設けられている。該両電極ターミナル2
3、24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25が積層され、かつ該固定床25間及び該固定床25
と前記両電極ターミナル23、24間に４枚のメッシュ状隔
膜又はスペーサー26が挟持されている。各固定床25は電
解槽本体22の内壁に密着し固定床25の内部を通過せず、
固定床25と電解槽本体22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。

【００２６】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25が図示の如く下面が正に上面が負に
分極して各固定床25の下面及び上面にそれぞれ多孔質陽
極及び多孔質陰極が形成され、前記被処理水はこの多孔
質陽極に接触して滅菌が行われ更に多孔質陰極に接触し
て被処理水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオン
がそれぞれの水酸化物等として前記多孔質陰極表面に析
出する。そして上側の多孔質陰極上への水酸化物等の析
出量が増大して目詰まりが生ずると被処理水の流通が阻
害される。このとき図６に示すように極性を逆にしてつ
まり図５で給電用陽極ターミナルとして機能したターミ
ナルを給電用陰極ターミナル23′とし、かつ図５で給電
用陰極ターミナルとして機能したターミナルを給電用陽
極ターミナル24′とすると、前記固定床25の分極が上下
反転して前記水酸化物等が析出した上側が陽分極して前
記水酸化物等の溶解が促進されて目詰まりが解消し、所
定時間経過後、再度極性を反転させて通常運転に戻すこ
とにより通電を停止することなく処理を継続することが
できる。

【００２６】次に本発明方法により被処理水の電気化学
的処理の実施例を例示するが、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50
ｍｍ、内径50ｍｍの図５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
から成る開孔率60％で直径49ｍｍ、厚さ10ｍｍの固定床
３個を、各固定床の下面に直径49ｍｍ、厚さ１ｍｍでチ
タン板に白金を被覆して成る補助電極を密着設置した状
態で収容した。これらの固定床を、開孔率85％で直径50
ｍｍ、厚さ１ｍｍのポリエチレン樹脂製スペーサ４枚で
挟み込んだ。水道水に細菌を添加して細菌数を750 個／
ミリリットルになるように調製し、かつ塩化カルシウム
及び塩化マグネシウムを溶解してカルシウムイオン濃度
及びマグネシウムイオン濃度がそれぞれ50ｍｇ／リット
ル及び30ｍｇ／リットルとした試験用被処理水を準備し
た。この被処理水の供給量を2.5 リットル／分に、初期
電圧値を20.0Ｖに、電流値を60ｍＡにそれぞれ固定し、
50分間は図５の状態で通電し、次の10分間は図６のよう
に極性を反転させて（極性反転５：１）、計５時間、前
記電解条件下で被処理水のワンパス処理を行い、電解槽
から取り出された被処理水中の細菌数、カルシウムイオ
ン濃度及びマグネシウムイオン濃度を経時的に測定した
ところ、表１に示す結果が得られた。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【実施例２】55分間図５の状態で通電し、次の５分間は
図６のように極性を反転させた（極性反転11：１）こと
以外は実施例１と同一条件で試験用被処理水の処理を行
い、電解槽から取り出される極性が正方向である場合及
び反転している場合の被処理水中の細菌数、カルシウム
イオン濃度及びマグネシウムイオン濃度を経時的に測定
したところ、表２に示す結果が得られた。表１及び表２
から極性反転率が５：１であると極性が正方向である場
合の被処理水からはカルシウム及びマグネシウムの両イ
オンとも検出されず極性反転の時間が十分に長くこの間
に陰極側に析出する水酸化物等が極性反転によりほぼ完
全に除去されていることが判る。そして極性反転率が1
1：１であると極性反転時間が不十分で極性反転時に前
記析出物が若干量が除去されず、正方向の場合の被処理
水中に混入することが判る。

【００３０】比較例 極性を反転させなかったこと以外は実施例１と同様に被
処理水の処理を行い、５時間経過後に通電を停止し、固
定床の陰極側の析出物を剥ぎ取り、成分分析を行った結
果、その殆どが炭酸カルシウムと水酸化マグネシウムで
あった。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、微生物と、カルシウムイオン
及び／又はマグネシウムイオンを含有する被処理水を三
次元電極を使用して電気化学的に処理する際に、前記三
次元電極の極性を変化させながら処理を行う方法である
（請求項１）。水道水に含まれるカルシウムイオンやマ
グネシウムイオン等の配管の内壁への水酸化物、酸化物
あるいは炭酸塩としての析出による配管の閉塞は大きな
問題となっているが、本発明方法によると微生物の他に
前記カルシウムイオンを含有する被処理水を莫大な表面
積を有する分極した三次元電極式電解槽に供給すると、
該電解槽の三次元電極に接触することにより微生物の滅
菌が行われ、更に前記イオンは分極した三次元電極上で
還元されて水酸化カルウシムや酸化カルシウムあるいは
炭酸カルシウムとして該陰極面上へ析出して被処理水か
ら除去される。

【００３２】該析出物量の増加により電極の目詰まり等
の不都合が生ずることがあるが、電極の極性を逆にする
ことにより陰極上に析出した水酸化物等は被処理水中に
再溶解して電極表面から除去され、前記水酸化物等の析
出による不都合を回避することができる。しかも電極の
極性反転は電気化学的処理を停止することなく行うこと
も可能なため、処理効率を低下させることなく前記析出
物の除去を行うことができる。本発明方法では前述の通
り莫大な表面積を有する三次元電極を使用するためカル
シウムやマグネシウムの水酸化物等の蓄積を抑制しつつ
卓越した効率でかつ電解槽に被処理水を供給するという
比較的簡単な操作で、被処理水の滅菌等の処理と前記カ
ルシウムイオン及びマグネシウムイオンの除去を行うこ
とができる。

【００３３】本発明方法は被処理水がカルシウムイオン
やマグネシウムイオンの混入を嫌う熱交換器用冷却水や
飲料水等の水道水の場合に特に効果があり（請求項
２）、該水道水を例えば熱交換器用冷却水として使用す
ると、カルシウムイオンやマグネシウムイオンがその水
酸化物等として熱交換面に析出して熱交換効率を低下さ
せることがなくなり、かつ熱交換器の配管の閉塞も防止
する。極性の反転つまり正方向の通電と逆方向の通電と
は１：１から10：１の時間的比率で行うことが望ましい
（請求項３）。そして特に炭素質材料を電極又は固定床
として使用しかつガス発生させながら処理を行う場合に
は、前記炭素質材料が酸素ガスに可能な限り接触しない
よう極性の反転を行い、前記炭素質材料の劣化を極力防
止することが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】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

【図２】電極の極性を反転した状態の図１に示す電解槽
の概略縦断面図

【図３】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

【図４】電極の極性を反転した状態の図３に示す電解槽
の概略縦断面図

【図５】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

【図６】電極の極性を反転した状態の図５に示す電解槽
の概略縦断面図

【符号の説明】

１・・被処理水供給口 ２・・被処理水取出口 ３・・
・電解槽本体 ４・・多孔質陽極 ４′・・・多孔質陰
極．５・・・陰極 ５′・・・陽極 11・・・電解槽本
体 12・・・陰極 12′・・・陽極 13・・・多孔質陽
極 13′・・・多孔質陰極 18・・被処理水取出口 19
・・被処理水供給口 22・・・電解槽本体 23・・・陽
極ターミナル 23′、24・・・陰極ターミナル 24′・
・・陽極ターミナル 25・・・固定床

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【手続補正書】

【提出日】平成５年８月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微生物と、アルカリ土類金属イオンを含
   有する被処理水を、固定床型三次元電極を有する三次元
   電極式電解槽に供給し、前記被処理水を電気化学的に処
   理する方法において、前記三次元電極の極性を変化させ
   ながら処理を行うことを特徴とする被処理水の電気化学
   的処理方法。
2. 【請求項２】 被処理水が水道水である請求項１に記載
   の方法。
3. 【請求項３】 正方向の通電と逆方向の通電を１：１か
   ら10：１の比率で行って三次元電極の極性を変化させる
   ようにした請求項１又は２に記載の方法。