JPH07509536A - 水の電気化学処理装置 - 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】 水の電気化学処理装置 発明の分野 本発明は化学工学に関わり、より詳しくは、水の精製、あるいは水の酸塩基特性 、酸化還元特性及び触媒活性のモニターのだめの水の電気化学処理装置に関し、 この装置は水の精製及び消毒（汚染水から飲料水が得られるまで）あるいは洗剤 及び消毒溶液の製造に用いることができる。

発明の背景 応用電気化学では各種の電気分解装置が水処理のために用いられている。

ケースを隔膜によってアノード室とカソード室とに分割し、各電極室中において 有孔の電極が隔膜に対してその接触表面を電気絶縁材料で覆って押圧され、その 電極の孔が同軸性である、水処理用電気分解装置が公知である（ソ連国発明者証 第８８２９４４号、Ｃ０２Ｆｌ／４６Ｐ１９７９）。

この電気分解装置の隔膜の作用表面は電極の孔の面積によって制約されるので、 装置の重量と寸法が増大し、装置か複雑な設計になり、また電極の多数の孔を一 致させながら電極の平板パックとその間に押圧される隔膜を組立て、分解し、シ ールすることにかなりの労力を消費する。電流の分布が不均一なので、隔膜材料 の化学的劣化と電気分解装置の特性の低下が起きる。医学においてそれぞれ洗剤 及び消毒溶液として使用された塩水からアノード画室及びカソード画室（即ち、 カソード液及びアノード液）で処理される水の分離製造装置も知られている（ｒ 医学用電気化学活性化装置」、１９８７年２月２７日の情報文献０３０４９）。

この装置は電極板を持つ隔膜流動型電気分解装置と、制御装置を組込んだ供給装 置を含む。慣用の手法では、相当員の流れの隔膜を用いる場合、電気化学反応の 生成物の混合が流体力学的に不適切であり、また電極板を持つ電気分解装置の組 立及び修理に人手を要する欠点がある。

技術的解決手段及び成果において本発明の装置にもっとも近い水の電気分解装置 （特開平０１−１０４３８７号公報）は、同軸の電極を持つ円筒形の電気分解装 置からなり、その中間に誘電体スリーブ内に配置した隔膜を有し、この隔膜によ って内部空間はカソード室とアノード室に分割している。各電極には電気分解装 置の下部スリーブに入口、上部スリーブに出口が設けられ、これらの入口及び出 口は加圧水流の導入及び排出配管と連結されている。この装置は、切り換え装置 を介して電気分解装置の電極と接続された直流電源を含み、切り換え装置は電極 の極性の交換を行い、同時に配管を切り換えてアノード室とカソード室からの溶 液を混合することなく連続的に供給してカソード析出がないようにしている。こ の装置では殺菌性を持つ電気化学処理水を得ることができると記載されている。

公知の方法の欠点は、水処理における、特に水の無機物成分か時間変化する水の 処理における、大きなエネルギー損失である。水の無機物成分の可能性ある変動 の範囲が広いほど、用いる直流電源の電力が大きくなければならない。特に電源 の電力が存効に完全に使用される場合はない。

また、上記の装置は、原料水の無機物成分がほとんどない得られた水の特性を安 定にしてお（ことができない。

装置の容量の増加又は減少か必要な場合、それに対応する寸法の電気分解装置及 び従って設計変更が必要である。各個別に設計された部品は所定の操作条件に最 適化されており、広範囲の無機物成分、流量、電気エネルギー出力その他の因子 に適合することができず、また本体及びスペアの部品及びユニット、組立用具の セットを別々に必要として、また調整、修理及び保守も異なる。同じ設計の回路 を使用しても幾何学的寸法が異なる電気分解装置は電気化学特性か異なる。その ため電気化学装置ごとに各種の保守規定を開発しなければならない。

高容量の電気化学装置の組立及び分解にはかなりの労力及び材料を使用する。

高容量の電気化学装置では、大面積の隔膜及び電極が水の圧力及び流量の変化に よって変形力にされされる。そのため装置の信頼性と寿命が低下し、また電極室 の形状か歪むために特性が悪化する。

特にひとい悪化は処理水が低濃度塩水の場合に起きる。と言うのは、この場合、 電解生成物の局所濃度が自発的に上昇するプロセスが起こって、淀みゾーンの形 成、局所的な熱の蓄積、及び導電率に生じるむらをもたらすからである。

発明の開示 本発明の目的は、装置の流体回路を簡単化し一体化することにより、電力消費を 低減し、設計を簡単化し、装置の組立及び分解の労力を低減し、また機能的可能 性を広げることである。

この目的は、誘電性スリーブに取り付けられた垂直の、同軸の円筒状電極及び棒 状電極から構成された電気化学セル、これらの電極間で前記スリーブに同軸に取 り付けられていて、電極の間隔を電極室に分割しているセラミック隔膜、切り換 えユニットを通して前記電極に接続された電源、並びに処理される水を当該電気 化学セルの電極室に供給し排出するための装置を含み、上部のスリーブと下部の スリーブには処理される水を棒状電極室に供給し排出するための導管が備えられ ている、電気化学的に水を処理するための装置であって、少なくとも一つのセル を備えており、前記スリーブの管路は当該スリーブの側面に開口しており、前記 円筒状電極の上部と下部には処理される水を日商状電極室に供給しｔＪＦ出する ための開口が設けられていて、それによりこの室の作業部分を画定しており、前 記棒状電極はその中間部分の直径の０．７５であり、この棒状電極はより大きな 直径を有するその中間部分が前記円筒状電極の上部と下部の開口により画定する レベルにあるように取り付けられており、前記隔膜は、酸化ジルコニウムを基礎 材料とするセラミックから酸化アルミニウムと酸化イツトリウムを添加して製造 された限外ろ過隔膜であって、この隔膜は前記セルの幾何学的寸法が、Ｋ　Ｄｓ 　Ｓｓ □＝□　及び　□＝０．７〜０．８ Ｉｎ（Ｌ）　Ｄｂ　Ｓｂ ここで、Ｋ　＝電極間隔、　ｍｍ Ｌ　＝円筒状電極の下部及び上部の開口間の間隔、　ｍｍＤｓ＝円箇状電極の内 径、　ｍｍ Ｄｂ＝棒状電極の中間部分の直径、　ｍｍ５ｓ、Ｓｂ＝それぞれ円筒状電極と棒 状電極の室の断面積の関係を満たすように取り付けられている電気化学的水処理 装置でもって達成される。

また、誘電性スリーブ及び円筒状電極は同じ外径を有する。下部開口の上及び上 部開口の下のそれぞれの円筒状電極の表面に、及び導管の開口の下及び上のそれ ぞれのスリーブの表面に溝を設ける。

水を供給及び排出する装置を、それぞれ誘電体材料からなり、おのおの円筒形ソ ケットを付け、また供給導管及び排出導管を持つ下部ヘッダー及び上部ヘッダー として作成する。前記セルはスリーブ及び円筒状電極の溝に適合した弾性ガスケ ットを用いて上記ソケットにしっかりと固定されている。セルの供給導管及び排 出導管及びヘッダーは共通の水力学的空間を形成する。

上記へっダーは複数のソケットを付けた一体の部材として作成してもよいし、単 一のソケットを付けたユニットの組立構造体としてその構造をシールし補強する 手段を用いてもよい。ソケットに装着したセルは水力学的に並列に接続され、切 り換え手段は全てのセルれかに接続される。

このような設計によれば、いろいろな容量を持つ電気化学装置の構造を単純化す ることができ、最小限のコストで安定な特性を得ることができる。また、このよ うな設計によれば、処理される水の要件及び解決されるべき課題の条件に依存す る必要な補助装置（例えば、流量制御装置、触媒容器、処理水に添加される試薬 の測定装置）を装備した装置を準備しておくことができる。

上記寸法の電極及び隔膜の組合せによれば、電極室断面における水流の均一な分 布及び同様な流量が確実になる。電気化学反応特性に対して悪影響があり、自発 的に発生し拡大する可能性のある、淀みゾーンの形成条件がない。淀みゾーンに は電気化学反応の生成物が集まり、いろいろな密度の沈澱を形成する。これらの 領域における導電率は流動領域におけるよりも高い。これが、淀みゾーンではか なりの電流が水を加熱するために消費され、また流れている水を電気化学的に変 換するのではなく局所的に電解生成物を合成することの理由である。

電極室の幅は次の２つの要請を満たす。電極表面と隔膜の距離は電極間のオーム 抵抗が増さないように、大きくないこと。しかしながら、気泡による水の自由な 流れを妨害するカポラリ−（ｃａｐｐｏｌａｒｙ）効果及びウェッジアウト（ｗ ｅｄｇｅ−ｏｕｔ）効果を引き起こさないように、小さすぎてもいけない。電極 室の長さは実際の操作条件を考慮に入れて指定される。それらは、水のガス充満 が、出口に近づ（に従って余りに急激に起こらないように、大き過ぎてもいけな い。しかし、それらの長さは装置を通しての単一の流れで、水の変換が充分に行 われるように充分に大きくなければならない。電極室の幅と長さの間の上に述べ た関係は、全ての水の微小体積（ｍｉｃｒｏｖｏｌｕｍｅｓ）か電極と良好に接 触することを可能にする。気泡は、対流条件下にある電極室中の水の自由な流れ を妨害せず、キャピラリーウェツジングアウト（ｃａｐｉｌｌａｒｙ　ｗｅｄｇ ｉｎｇ−ｏｕｔ）による淀みゾーンを作らず、電極空間中の電気抵抗を増加せず 、即ち、電極室中に気泡の合着が起こらず、そして相当な放出速度が水の弱いガ ス充満を確保する。電極室中の水の全体積は、相当に不均一な電界作用に曝され ており、これによって、電界の強さが数百万ボルト／ｃｍである電極表面上の電 気二重層中で促進された物質移動を伴う微小循環次元の（ｍ　ｉ　ｃ　ｒｏｃｉ ｒｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｒｄｅｒｅｄ）流れを引き起こす。

電解セルの寸法の定まった関係の故に、本発明によれば、電力消費を減らすこと ができる。実験に示されるように、前記式で与えられた関係が観察されれば、他 の条件が同じであれば、水道水の電気エネルギー消費率は０．７５〜１．２５ｋ Ｗｈ／ｍ２であるのに対して、これらの関係が観察されないときは、電気エネル ギー消費は約３．０ｋＷｈ／ｍ”である。この問題、セルの寸法の関係に対する 公知の解答は、特に条件が付けられていないので、そこでの電力消費は、上記関 係の外側では本発明の解答と少なくとも同じであろう。しかし、この場合には、 他の設計上の条件により付随的な効果、即ち、電極空間中の水力学的条件の改善 、本発明の隔膜の使用によるプロセスの最適化、及び装置の充填、が達成される 。

前記セル隔膜は、アルミニウム酸化物及びイツトリウム酸化物を加えたジルコニ ウム酸化物をベースとするセラミックスから作られる。これ故に、この隔膜は、 酸、アルカリ、酸化剤、還元剤、腐食性ガス　塩素、オゾンの高濃度の又は低濃 度の水溶液の作用に対して高度に安定であり、１０，０００時間を越える寿命を 存する。

この隔膜は限外ろ過膜であり、流れ容量０５〜２．０ｍｌ／ｍ２ｈＰａを存する 。電解過程においては、荷電されたイオン層が隔膜表面に形成され、この層を横 切る電位差は２５ボルトである。荷電された表面イオン層の故に、隔膜中の電解 強さは３０〜４０Ｖ／ｃｍに増加し、これは電導性であり、孔中のイオンの移動 度を増し、その電気抵抗を減らす。更に、親水性セラミック隔膜は幾つかの好ま しい性質を有する。それは、有機物質、重金属カチオンによる水の汚染に影響を 受けない。それは、酸で洗浄することによりカソード沈着物を容易に何回も清浄 にてきる。隔膜は剛性を有するから、取り付けや取り外しが容易であり、変化す る圧力下での操作を可能にする。

電極材料は、反応器の目的によって定まる使用条件に依存して、当技術分野で知 られたものから選ばれる。アノード分極及びカソード分極の両方に安定な白金又 は白金−イリジウム皮膜、又は二酸化ルテニウムもしくは二酸化マンガン皮膜、 又は熱分解グラファイト皮膜を有するチタン電極、又は磨きチタン電極を用いつ る。

棒状電極を、例えばその端部の直径か中央部の直径の０．７５であるように、種 々の断面にすること及びそれを比較的大きな中央部が円筒状電極中の開口部によ って画定されるレベルの間にあるように組み立て配置することは、開口部におい ては電極間の電界の形状が変化し、それが局所的電圧の上昇及び電極の不均一な 消耗を引き起こすために、電極の消耗を減らすことを可能にする。この場所での 電極の間隔を増すことも隔膜の安定的な運転を可能にする。そのほかに、電極材 料の消耗も減る。棒状電極の端部の直径をその中央部の直径の０．７５よりも小 さくするのは不合理である。それは淀みゾーンを形成するからである。それらを ０．７５よりも大きくするのは電極の安定的な運転の予め設定された度合いを確 保するのに失敗する。

処理される水の供給配管及び排出配管にそれぞれ結合される円筒状電極の下部及 び上部に開口部を設けると、円筒状電極室中の最適な水力学的条件を作りだすこ とができる。更に、このことは構造を全体として簡単にする。即ち、誘電性スリ ーブの製作と設置を簡単にし、円筒状電極室を通過する水流の制御を簡単にする 。

スリーブ及び円筒状電極の表面上で水の供給及び排出のための閉した水力学的空 間中の存在しうる水力学的抵抗を防ぐ為に、開口部が溝中に位置するように開口 部のレベルに溝が設けられる。従って、形成された流れ区画の領域は水力学的圧 力を開放するに充分であるから、組み立てに当たってヘッダー及び電解反応器中 の導管の厳密な配列は要求されない。

電解モジュールの数を増加することにより、装置の容量を増すことは知られてい る（ソ連邦発明者証Ｎｏ、９４４４３０．Ｃ０２Ｆｌ／４６．１９８１）。しか しながら、公知の装置中のモノニールは共通のケースに入れられ、これは装置の 寸法を増す。更に、各モノニールからの生成物の排出のための設備がない。

電極及び隔膜を存し、電解セルを通る電解質が単一流である別々の電解セルから 組み立てられた電解セルを作ることによる電気化学的プロセスの予定された出力 を得ることは、応用電気化学において公知である。この問題に対する公知の解答 は、平板状電極を含み、従ってこれら電極に、それらが正常に運転されるために 、組み立てにおいて厳密に平行でなければならないという高度な要請か課される 点で、この問題に対する公知の解答は不利である（“Ａｐｐｌｉｅｄｅｌｅｃｔ ｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ”、Ｎ、Ｔ、　Ｋｕｄｒｙａｖ−ｔｓｅｖａ、Ｍｏｓｃ ｏｗ、　Ｋｈｉｍｉｙａ、　１９７５゜ｐ、１５５．　Ｆｉｇｓ　５〜１６）。

更に、別々のセルを分離するには電解セルを全体として分解する必要がある。

本発明の装置では、セルは上部及び下部のヘッドの平滑な円筒状ソケットに取り 付けられる。その様な配列は、組み立てと解体の労働消費を減らし、平滑な円筒 状の同様なソケットは非常に製造が簡単であり、且つ多数の代替品に頼ることが できるから材料の節約になり、ヘッダーの周囲材料の体積を最小にして同様な強 度を有する。

各ヘッダーは、下部ヘッドに電解セルの電極室への入口を有し、上部ヘッダーに これら室の出口を有する２つの導管を有する。これは、別々の配管の適用なしに 、全ての水力学的連結の単一のユニフト（上部及び下部ヘッダーに）を作ること により、構造を簡素化する。

各電解セルは、電解セル及びスリーブの表面並びに開口部上の環状に配置された ３つの統合されたパツキンリングでソケット中にソールされている。即ぢ、電極 室の入口及び出口はこれらリングの間の２つの位置に設けられる。そのような配 列は材料の節約になり、寸法を小さくし、設計を簡単にする。標準的パツキンリ ングは反応器の迅速な組立てと修理時における効率的な電解セルの取り替えを提 供する。

ヘッダーを誘電材料から作ることは、切り換え装置を用いないて電解セルの間の 抵抗カップリング（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を防ぐ。

ヘッダーは電解セル用のソケット、主たる流れのための溝及び水の分配のための 開口部を備えた単一の部品として作り得る。これは電解セルを設計においてコン パクトにする。

ヘッダーは別々のモジュールから作ることができ、これによって最適な数のセル を選ぶことにより各場合に応して必要な容量が提供される。この場合、ヘッダー は側面に引き上げられた導管を有するコレクタープレートを含み、これはビンの 助けによりコレクターソニーとなり、これは電解セルのソケット及び開口部はパ ツキンを通して整列され、コレクタープレートの開口部は主たる流れのダクトに つながれる。この場合、設計の簡素化と機能的可能性の拡大が実現される。即ち 、コレクターシューを用いて適当な長さのコレクタープレートに固定した電解セ ルを用いて最小限の労力であらゆる容量の電気化学装置を組み立てられることが 示される。電気化学装置の組立と補修時のセルの交換が簡素化される。電気化学 装置の各電極は、電解セルの直列、並列及びそれを混合した相互接続を許容する 装置に接続する。これによって、被処理水のミネラル分に応じて電解セルを最適 の電気回路に接続することが可能になりまた電力の節約が確保され、従って、装 置の効率が向上すると共に水のミネラル分の許容範囲が拡大する。

図面の簡単な説明 第１図〜第７図に装置を示す。

第１図は本発明による装置の概念図であり、第２図は装置の基本ユニットである ドミュラー型電解セルを示し、第３図はセルを接続した流れ図であり、第４図は 装置のセル電極を接続する慣用の回路図であり、第５〜７図は本発明の装置の好 ましい態様のブロック図である。

好ましい態様の説明 以下に記載する本発明の具体的態様は本発明の唯一の可能な態様ではない。以下 の全ての例示態様において、ルテニウムで被覆したチタン製陽極（アノード）、 チタン製陰極（カソード）、及び酸化ンルコニウム６０％、酸化ンルコニウム３ ％、酸化アルミニウム２７％からなる限外ろ過隔膜を用いた。

例１ 水の電気化学処理の装置（第１図）は、バッキングリング２の補助によりしっか り固定されたコレクタツユ−１１セル５を収納する上部および下部へノダー３， ４を含むことを示す。

セル５（第２図）は、外部円筒状電極６および内部棒状円筒電極７並びにそれら の間に挟まれた管状セラミック隔膜８の同軸の配置をもった電解槽の縮小図であ る。電極および隔膜は、セルの外部円筒状表面の（円筒状電極６の）延長にある 誘電性材料でてきた末端のスリーブ１１において弾性のバッキングリング９．１ ０により剛直にしっかりと固定されている。電極室の出口１２．１３および入口 １４．１５かセルの外部表面に取り付けられている。それらは、末端のスリーブ ｌｌ内およびバッキングリングのための溝の間の円筒状電極６の末端で開口部を 形成する。電解セルの組み立ておよび密閉は、電極７の末端でワッシャー１８と ナツト１７により電極６の末端に対するスリーブ１１の振れ止めによって行われ る。電極６および７ど隔膜８の間の間隔は、１．２ｍｍであり、限外濾過隔膜８ の厚さは０．５８〜０．６２ｍｍの間にある。内部棒電極の直径は６〜８ｍｍで ある。隔膜の有効部分長さは２００ｍｍである。隔膜の有効表面はバッキングリ ング９の間に閉じ込めらている。円筒状電極の有効表面積は８８　ｃｍ”であり 、棒電極の有効表面積は５０ｃｍ”である。それぞれの電極室における溶液体積 に対する電極表面積の比は３．３ｍである。

装置の機能は下記のとおりである。原料水はセルの陽極および陰極室に流量計を 通して水サービスラインに沿って容器から別々に供給される。陰極液（カソード 液）および陽極液（アノード液）の体積流量の必要とされろ比は流量計により設 定される。電流源のスイッチを入れる。電気化学処理が終了した後、陽極液およ び陰極液は別々の配管を通って容器アキュムレーターに送られる。電気化学水処 理は、セルの陰極および陽極室に水が上に向かってｌパスで進む間に行われる。

表１は、異なる数の電解セルを有する装置の技術データである。

第３図は、反応器の接続の流れ図である。これらの接続回路は基本的なものであ る。他の回路は回路の構成を種々のコンフィグレーションに組み合わせることに より得られる。

陽極液および陰極液の体積流量は、同じであるか、または数倍（２〜１００倍） 異なるかのいずれかである。陽極液および陰極液の体積流量制纒は、入口配管で の反応器への液圧抵抗を増加すること、よりまれには出口配管での液圧抵抗を増 加することにより行われうる。異なるまたは同じ無機物成分が陽極および陰極室 に供給されうる。陽極および陰極室へ供給される水流の無機物成分の比は１〜１ ００以上にすることができる。

もし反応器中での電解質水処理の間に、反対の極性の電極の室から隔膜を通して 水中にイオンの電気移行が起こらないようにする必要かある場合、従来より「ワ ーキング」または「ヘーシックＪと呼ばれる室の水圧を上げる必要かある。圧力 増加は、ワーキング室の出口での水圧を増加するか、または水の流量を増加する ことにより達成される。もし逆に、ワーキング室中に隔膜を通してイオンの電気 移行を強める必要が存る場合、反対の極性の電極の室（補助と呼ばれる）の圧力 を上げるか、ワーキング室の圧力を下げなければならない。

セルの電気相互接続は、第４図に示す通常の回路を用いて行われる。

直列のセルの電気接続がより好ましい。と言うのは、等強度の電流が、抵抗に関 係なく全てのセルを通して流れるからであり、また、反応器により大きな部分の ワイヤーを接続することなしにかなりの電気化学的出力が得られるからである。

反応器能力 （陽極または陰極 室を通して 水の流れる体積流量） ｆ／ｈ　５　１０　２０　４０　５０ 〜３５　〜７０　〜１４０〜２８０〜３５０装置を通しての 直流電流の強度 並列接続セルの 最大値Ａ　Ｉｏ　２０　４０　８０　１００直列接続セルの セルの並列接続　１００　１００　１００　１００　１００直列接続　１００　 ２００　４００　６００処理水　全て０．００１〜３．００ 装置の圧力、ｋＰａ　全て１５０ 隔膜での差圧、ｋＰａ　全で５０ 濾過表面、ｍ”　０．００７０．０１４０．０２８　０．０５６　０．０７隔膜 の 濾過定数、ｌ／ｍ”　ｈＰａ　全て０．５〜２．０最大温度、°Ｃ 入口　全て３５ 出口　全て４０ 隔膜での 電流密度１００Ａ／ｍ”での 運転寿命、ｈ　全で１００００ 全体寸法、ｍｍ　１００　１００　１００　１８０　２４０ｘｌｏｏ　ｘｌｏｏ 　ｘｌｏＯｘ　８０　ｘ　８０Ｘ２５０　Ｘ２５０　Ｘ２５０　Ｘ２６０　Ｘ２ ６０重量、ｋｇ　Ｏ，３０，６＋、５　３．２　４．０第５図は電気化学水処理 装置のブロック図である。

装置は、円筒電極６が陽極（アノード）であり、棒電極７が陰極（カソード）で あるように電極が電源の端子に接続された少なくとも一つの電気化学セル５（図 には示されていない）、電極室か並列に接続された処理される水の源Ｉ９、電極 室への水供給配管および陽極室から排出される水の配管で取り付けられた流量制 御装置２０を含む。装置は、容器２２から供給される試薬の計量のための水ノエ ットボンブ２１をも含み、前記のポンプは水供給配管に取り付けられている。

装置の機能は次の通りである。処理される原料水は、流量制御装置２０を通して 源１９から別々に反応器５の電極室に供給される。

流量制御装置２０は、陽極液および陰極液の体積流量の要求される比に設定され る。電流のスイッチを入れる。電気化学処理の後に、陽極液および陰極液は反応 器から容器アキュムレーター（図に示していない）に別々の配管を通して供給さ れる。アルカリ陰極液および酸性陽極液が得られるように全ての流量制御装置（ 弁）２０を開いて行われ、陽極室からの入口および出口で若干閉した弁並びに陰 極室への入口での開いた弁により中性の陰極液（ｐＨ＝９）か得られ、陰極室へ の入口で若干閉じた弁並びに陽極室の入口および出口での開いた弁は中性の陽極 液（ｐＨ＝７）を与える。電気化学水処理は反応器の陰極および陽極室中、下か ら上への単一流の間に起こる。

例２の装置で種々の鉱質の水から陽極液および陰極液を製造して得た実験データ を表２に示す。

得られた溶液は、予備殺菌洗浄のだめの、金属、ゴム、プラスチックから作られ る殺菌および滅菌の医療用器具、特に内視鏡、外科小力、口腔ドリル等のための 薬品用の道具を洗浄する殺菌および洗剤溶液として用いられつる。

表２ 電流　陽極液　陰極液　陰極液の　陽極液の　電気消費量消費量　ｐＨｐＨＯＲ Ｐ　０ＲＰ ５００　４．２　９．０　＋９００　−６００　５．１５００　６．４　８．３ 　＋６００　−５００　２．５１０００　３．５　１０．１　＋９５０　−７０ ０　１０．２１０００　６．７　８．５　＋６５０　−５５０　５．０１５００ 　３．０　１０．３　＋＋０００　−８００　１５．２１５００　７．０　８． ８　＋７００　−６００　１０．０５００　３．８　１０．２　＋１０５０　− ７００　２．５５００　６．４　’８．４　＋６２０　−５５０　１．２１００ ０　３．０　１１．３　＋＋１００　−８００　５．１１０００　６．６　ａ、 ６　＋６７０　−６００　２．５１５００　２．６　１１．９　＋ｌ＋５０　− ３５０　７．６１５ｏ０　７．０　８．９　、＋７２０　−６５０　５．０５０ ０　３．０　１０．６　＋１１００　−８００　１．３５００　６．３　８．５ 　＋６３０　−６００　０．６１０００　２．７　１２．０　＋１１５０　−８ ２０　２．７１０００　６．５　８．７　＋６８０　−６５０　１．２１５００ 　２．３　１２．２　＋１２００　〜８５０　４．１１５００　６．９　９．０ 　＋７３０　−７５０　２．５０ＰＲは塩素−銀参照電極に対する酸化還元電位 である。

例３ 第６図は水の殺菌および精製のための装置の図を示す。

装置は、円筒電極６が陽極（アノード）であり、棒電極７が陰極（カソード）で あるように電源（図示せず）の端子に接続した電極を有する少なくとも一つのセ ル５、電極室がフィルター２３を通して並列に接続された処理される水の源１９ 、電極室への水供給配管で取り付けられた流量制御装置２０を含む。装置は、陽 極室からの水排出配管にある触媒を含む容器２４をも含む。

装置の機能は次の通りである。処理される原料水は、ヘッド源１９からフィルタ ー２３を通して多孔質限外濾過セラミック隔膜８を有する高圧運転のモジュール 式電気化学フロー反応器５の陽極室に供給される。陽極室を通した流れの間に、 水の天然無機成分を構成する活性塩素塩化合物の生成が起こる。活性塩素化合物 は全ての微生物を殺し、有機不純物を酸化し、それにより人間に毒性のない安全 な物質を生成する。陽極室から出てきた後、水は触媒入りの容器２４を通り、こ こで活性塩素化合物は分解される。

触媒はグラファイトのような緻密の炭素材料により製造され、その表面に二酸化 マンガンの薄い層（約１μｍ）を有する。このような触媒上での活性塩素化合物 の分解速度は軟マンガン鉱によるのと同様に１．８である。水の流れは容器を通 して方向付けられ、触媒は下向きに送られ、それにより他のいかなる流れの方向 よりも全ての水の微小体積の触媒粒子表面とのより均一な接触を確実にする。

同時に、水は電気化学反応器５の陰極室へ供給される。その圧力は陽極室の圧力 よりも低い。というのは、流量制御装置２０は陰極室を通して水の流れを抑制す るからである。このため、重金属イオンが、陽極室から陰極室へ電気移行力の作 用の下で送られ、排水中に出てくる。

水中に含有する全ての微生物の９９．９％は、本装置中で１．　０〜１．５秒の 間に殺された。

モジュール設計を使用すれば、１００〜１５００ｆ／ｈの要求装置能力をたやす く得ることが可能である。比動力消費量は０．２ｋＷｈ／１０００β第７図は、 水の消毒及び精製のための装置の流れ図を例示している。

この装置は、円筒状電極６がアノードであり、棒状電極７がカソードであるよう に電源（図示せず）の端子に電極を接続させた少なくとも一つの電気化学セル５ 、アノード室がフィルター２３を通してつながれる、処理される水の源１９を含 む。この装置はまた、アノード室からカソード室へのオーバーフローの管路も含 み、触媒２４の入った容器がそこに配置される。

この装置は次のように作用する。

処理される水は、電気化学反応器が多孔質の限外ろ過セラミック隔膜８を用いて 高圧で運転されるよう、ヘッド源１９から流動アノード室へフィルター２３を通 して供給される。アノード室を流れる間に、水の天然無機物を構成する塩類から 活性塩素が生成される。活性塩素化合物は全ての微生物を完全に殺し、有機の不 純物を酸化して人間に危険のない非毒性物質を生成する。アノード室を出てから 、水は触媒２４を通り抜け、そこで活性塩素は分解する。触媒入りの容器を上部 から下方へと流れる水の流れは、他のし）ずれの方向の流れの場合よりも、微小 容積の全ての水を触媒粒子の表面と均一（こ接触させる。

例３におけるように、触媒は二酸化マンガンの薄０（約１　ｍｍ）層を有するグ ラファイトから作られる。

次に、水は反応器５のカソード室に到達し、ここで（ま重金属イオンが中性の原 子に変わって人体にとって無毒性になる。と言うのに！、それらは生物学的酸化 反応に関与するからである。この装置の力゛ノード室で、酸化還元電位は人体の 内部媒質（ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｍｅｄｉｕｍ）　（こ相当するレベルにされる。

結果として、水の生物学的値、セノし隔膜に浸透しそして新陳代謝プロセスに関 係する能力が上昇する。

本発明の装置は、機械による不純物は除外して、何回も極限容認濃度を超える汚 染度の高い水から飲料水を得ることを可能（こする。

水質についてのデータを表３に示す。

極限容認濃度 パラメーター　源水　の超過　精製水 １ｍＮの水中の細菌の総量　１０００　１００回　正　常１１の水中の棒状腸管 内細菌の！　３００　１００回　正　常７　エンール含有量（ｍｇ／ｌ）　０． １　１００回　正　常その上、他の全ての条件が同等でありながらも、水道水を 本発明に従って処理すると、比動力消費量は問題となる知られてしする溶液（こ おける３、ＯｋＷｈ／ｍ’に比へて０．７５〜１．２５ｋＷｈ／ｍ３になる。

産業上の利用可能性 最も類似した従来技術の装置に比へて本発明による装置は、電力消費量を低下さ せるのを可能にし７、製造と組み立てに多くの時間を要する部品がないため製造 するのがより簡単であり、多方コックを組み込まないより簡単で効果的な水力学 的接続系統を有する。本発明の装置の機能的な可能性は設計面の特徴と統合した 集成装置を使用することからより広くなり、このことは解決される問題の条件に 応じているいろな能力について装置をたやすく組み立てさせるものである、とい うことにも注目すべきである。本発明による装置での水処理は、効果的に進行す る精製プロセスと消毒プロセス、そして装置を通る水の流動条件と水の性質の変 動とを制御することの両方のために、汚染されている水から飲料水を得るのを可 能にし、また広範囲に応用することができる洗剤及び消毒溶液を得るのを可能に する。

ｆ”／ＩＪに、３θ Ｆ尻今 フロントページの続き （５１）　Ｉｎｔ、　Ｃ１，６識別記号　庁内整理番号Ｃ２５Ｂ　１１１０２　 ３０２　９０４６−４Ｋ（３１）優先権主張番号　５０３５７５７／２６（３２ ）優先日　１９９２年４月３日 （３３）優先権主張国　ロシア（ＲＵ）（３１）優先権主張番号　５０３５７６ ７／２６（３２）優先日　１９９２年４月３日 （３３）優先権主張国　ロシア（ＲＵ）（８１）指定国　ＤＥ、　ＧＢ、ＪＰ、 　ＵＳ（７２）発明者　ナイダ、イゴール　ニコラエビチロシア連邦、　１２５ ４３８．モスコー、ウリツァオネズスカヤ、１８−３−６５ （７２）発明者　ナイダ、ニコライ　ニコラエビチロシア連邦、　１０５２７５ ．モスコー、８−アヤウリツァ　ソコリノイ　ゴリ、８−２−Ｉ （７２）発明者　ジェイラニシビリ、ヌグザル　フラディスラポビチ ロシア連邦、　１１５５８３．モスコー、ウリツァポロネズスカヤ、８−３−２ ０４ （７２）発明者　ブチイン、セルゲイ　クロミドビチロシア連邦、　１０１００ ０．モスコー、クリポコレンニイ　ペレウロク、　１１／１３−１８（７２）発 明者　レオノフ、ポリス　イバノビチロシア連邦、　１１７１４９．モスコー、 オクティアブルス力ヤ　プロスチャド、１−２３（７２）発明者　ベデンコフ、 ビクトル　グリゴリエビチロシア連邦、　１１３４５２．モスコー、チェルノモ ルスキイ　プルパル、４−３４９

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．誘電性スリーブに取り付けられた垂直の、同軸の円筒状及び棒状電極から構 成された電気化学セル、これらの電極間で前記スリーブに同軸に取り付けられて いて、電極の間隔を電極室に分割しているセラミック隔膜、切り換えユニットを 通して前記電極に接続された電源、並びに処理される水を当該電気化学セルの電 極室に供給し排出するための装置を含み、上部のスリーブと下部のスリーブには 処理される水を棒状電極室に供給し排出するための導管が備えられている、電気 化学的に水を処理するための装置であって、この装置は少なくとも一つのセルを 含み、前記スリーブの管路は当該スリーブの側面に開口しており、前記円筒状電 極の上部と下部には処理される水を円筒状電極室に供給し排出するための開口が 設けられており、前記棒状電極は可変断面のものであって、前記円筒状電極の開 口のレベルに配置されたその端部の直径はその中間部分の直径の０．７５であり 、前記隔膜は、酸化ジルコニウムを基礎材料とするセラミックから酸化アルミニ ウムと酸化イットリウムを添加して製造された限外ろ過隔膜であって、この隔膜 は前記セルの幾何学的寸法が、 Ｋ／ｌｎ（Ｌ）＝Ｄｓ／Ｄｂ及びＳｓ／Ｓｂ＝０．７〜０．８ここで、Ｋ＝電極 間隔，ｍｍ Ｌ＝円筒状電極の下部及び上部の開口間の間隔，ｍｍＤｓ＝円筒状電極の内径， ｍｍ Ｄｂ＝棒状電極の中間部分の直径，ｍｍＳｓ，Ｓｂ＝それぞれ円筒状電極と棒状 電極の室の断面積の関係を満たすように取り付けられていることを特徴とする電 気化学的水処理装置。
2. ２．前記スリーブ及び円筒状電極が同じ外径に作製され、円筒状電極のそれぞれ 下部の開口の上及び上部の開口の下の表面と、スリーブの前記導管の開口のそれ ぞれ下及び上の表面が溝を付けて形成され、水を供給及び排出するための前記装 置が、誘電材料から、おのおのに円筒状ソケット付きで、且つ供給導管と排出導 管付きのそれぞれ上部ヘッダ−及び下部ヘッダーとして集まるものであり、前記 セルが前記スリーブ及び円筒状電極の溝に適合する弾力性のガスケットにより前 記ソケットにしっかり固定され、前記セル及びヘッダーの前記供給及び排出導管 が共通の水力学空間を形成していることを特徴とする、請求の範囲第１項記載の 装置。
3. ３．前記円筒状電極の表面と前記スリーブの周囲とが水を供給及び排出するため の開口を有する環状のくぼみを付けて形成されていることを特徴とする、請求の 範囲第１〜２項に記載の装置。
4. ４．前記ヘッダーがおのおのいくつかのソケットを有し、それらのソケットに取 り付けられた前記セルが水力学的に並列に接続され、そして前記切替えユニット が全部のセルの電極に接続されていることを特徴とする、請求の範囲第１〜３項 に記載の装置。
5. ５．前記ヘッダーが、おのおの一つのソケットを有するユニットから組立構造体 として作製され、そして当該構造体をシールし且つ補強するための手段を備えて なることを特徴とする、請求の範囲第１〜４項に記載の装置。
6. ６．前記セルが直列に、あるいは並列に、あるいは直−並列に、電気的に接続さ れていることを特徴とする、請求の範囲第１〜５項に記載の装置。
7. ７．前記円筒状電極室及び／又は前記棒状電極室に水を供給する配管に、及び／ 又はこれらの電極室からの出口に取り付けられた流量制御装置含むことを特徴と する、請求の範囲第１〜６項に記載の装置。
8. ８．水の供給配管に取り付けられ、例えば水ジェットポンプとして製作された、 試薬を計量するするための装置を更に含むことを特徴とする、請求の範囲第１〜 ７項に記載の装置。
9. ９．前記電源の正の端子が前記円筒状電極に接続され、負の端子が前記棒状電極 に接続されていて、当該装置が更に、上部に入口を有しそして下部に出口を有す る触媒入りの容器を含み、そしてこの触媒入り容器の入口が前記円筒状電極室の 出口に接続されていることを特徴とする、請求の範囲第１〜８項に記載の装置。
10. １０．前記水供給配管が前記円筒状電極室の入口に接続され、前記触媒入り容器 の出口が前記棒状電極室への入口に接続されていることを特徴とする、請求の範 囲第１〜９項に記載の装置。