WO2002072481A1

WO2002072481A1 - Procede et appareil pour produire de l'ozone par electrolyse

Info

Publication number: WO2002072481A1
Application number: PCT/JP2002/002094
Authority: WO
Inventors: Yasuhito Kondo; Naoki Hiro; Kazuo Ikegami; Yasuhiko Shimizu; Masahiro Iseki
Original assignee: Sanyo Electric Co., Ltd.
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2002-09-19
Also published as: JP2002263650A; US20030168348A1; EP1394119A1; EP1394119A4

Description

明細

電解によるオゾン発生方法及びオゾン発生装置技術分野

本発明は、アノードと力ソード間に電流を流し、電解によって被処理水中にオゾンを発生させる方法及び装置に関するものである。背景技術

従来より家庭用飲料水や、厨房などにおいて使用される被処理水中における細菌やカビ、原虫などの微生物を除去する方法として、次亜塩素酸ナトリウムなどの塩素系薬剤を用いて殺菌■浄化処理を行う方法が用いられている。しかしながら、前記被処理水中には、塩素耐性菌や芽胞及び原虫などが存在しており、これらは、次亜塩素酸のみでは、除去が困難であり、オゾンを用いて殺菌つ'争化処理を行う方法が用いられている。

この場合のオゾン発生方法として、二酸化鉛から構成される電極を用い、オゾンを発生させることが一般的に行われていた。

しかしながら、上述の如き二酸化鉛を電極に用いる方法では、鉛による健康被害の問題から、直接人体に影響を与える場合、即ち、調理用又は野菜や調理機器の洗浄に用いられる場合には、使用することができず、上記方法により生成されたオゾン含有の被処理水は、厨房の床面の洗浄など、直接人体に影響を及ぼさない場合にのみ使用されていた。

そのため、上述の如き調理用水や野菜や調理機器の洗浄に用いられる場合における水道水等の飲用水（被処理水）の殺菌■浄化処理の際には、例えば別置きの装置により大気中で電極間に高電圧を印加して電極表面に沿面放電を発生させ、この放電によって酸素からオゾンを生成し、該生成されたオゾンを処理槽などに貯留された被処理水中に溶解させ、殺菌浄化処理を行っていた。

しかしながら、上記被処理水の殺菌浄化方法では、被処理水中に溶解されるオゾン量が少ないため、あまりオゾンによる殺菌効果は芳しいものではなかった。また、被処理水中に溶解されたオゾンは、時間の経過に伴って、存在量が減少するため、オゾン溶解後、配管等により使用箇所に搬送された際には、既にオゾンの存在量が微量となってしまい、該被処理水中に存在するオゾン量は、殺菌に必要とされるオゾン量に満たないという問題があった。

更に、上記方法におけるオゾン発生方法では、著しくエネルギー消費が大きいため、実用には適さないという問題があった。

そこで、本発明は、従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、被処理水中におけるオゾンの生成量を著しく増大させることができるオゾン発生方法及び装置を提供することを目的とする。発明の開示

本発明の電解によるオゾン発生方法は、アノードと力ソード間に電流を流し、電解によって被処理水中にオゾンを発生させる方法であって、アノードを構成する材料として貴金属を用いると共に、被処理水はハロゲンイオン又はハロゲンイオンを含有する化合物を含むことを特徴とする。

更に、本発明の電解によるオゾン発生方法は、上記発明に加えて、ハロゲンイオンは塩化物イオンであることを特徴とする。また、本発明の電解によるオゾン発生方法は、上記各発明に加えて、アノードを、白金、又は、白金被覆チタン、又は白金被覆チタン合金、若しくは、白金一イリジウム合金を被覆したチタン、又は白金一イリジゥム合金を被覆したチタン合金、或いは、白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン合金により構成することを特徴とする。

更に、本発明の電解によるオゾン発生方法は、上記各発明に加えて、アノードと力ソード間に陽イオン交換膜を設けることを特徴とする。

また、本発明の電解によるオゾン発生方法は、上記各発明に加えて、被処理水を冷却することを特徴とする。

更に、本発明の電解によるオゾン発生方法は、上記各発明に加えて、アノードと力ソード間に流す電流値を制御することを特徴とする。

本発明のオゾン発生装置は、電解槽内の被処理水に浸潰されるァノード及び力ソードを備えたものであって、アノードを貴金属にて構成し、該アノードと力ソード間に電流を流して、ハロゲンイオン又はハロゲンィオンを含有する化合物を含む被処理水の電解を行うことにより、当該被処理水中にオゾンを発生させることを特徴とする。

また、本発明のオゾン発生装置は、上記発明に加えて、ハロゲンィオンは塩化物イオンであることを特徴とする。

更に、本発明のオゾン発生装置は、上記各オゾン発生装置の発明に加えて、アノードは、白金、又は、白金被覆チタン、又は白金被覆チタン合金、若しくは、白金一イリジウム合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム合金を被覆したチタン合金、或いは、白金一イリジウムータンタル合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン合金により構成されていることを特徴とする。

また、本発明のオゾン発生装置は、上記各オゾン発生装置の発明に加えて、アノードと力ソード間に設けられた陽イオン交換膜を備えることを特徴とする。

更に、本発明のオゾン発生装置は、上記各オゾン発生装置の発明に加えて、被処理水を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする。

また、本発明のオゾン発生装置は、上記各オゾン発生装置の発明に加えて、アノードと力ソード間に流す電流値を制御する制御装置を備えることを特徴とする。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明のオゾン発生装置の概略説明図であり、第 2図は、白金被覆チタン電極を使用した場合における電流に対する電位を示す図であり、第 3図は、白金とイリジウムを被覆したチタン電極を使用した場合における電流に対する電位を示す図であり、第 4図は、白金とイリジゥムとタンタルを被覆したチタン電極を使用した場合における電流に対する電位を示す図であり、第 5図は、被処理水温度に対するオゾンの存在量を示す図であり、第 6図は、上記各電極における被処理水温度に対する有効塩素濃度を示す図であり、第 7図は、環境ホルモンの電解処理濃度を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。第 1図は本発明のオゾン発生方法を実現するためのオゾン発生装置 1の概要を示す説明図である。本実施例におけるオゾン発生装置 1は、内部に図示しない被処理水の流入口と流出口を有する処理室 4を構成する電解槽 2 と、該処理室 4内の被処理水中に少なくとも一部が浸漬するように対向して配置される一対の電極、即ち、アノード 5と、力ソード 6と、該電極 5， 6に通電するための電源 7と、該電極 5、 6及び電流値を制御する制御装置 8とから構成されている。尚、図中において電解槽 2内のアノード 5 及び力ソード 6の間に位置する 9は、陽イオン交換膜であり、電解槽 2 の例えば底面に設けられている 1 0は、電解槽 2内の被処理水を冷却するための冷却装置である。

前記アノード 5は、貴金属、例えば、白金、又は白金被覆チタン、又は白金被覆チタン合金、若しくは、白金一イリジウム合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム合金を被覆したチタン合金、或いは、白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン合金により構成されている。他方カソード 6は、アノード 5と同様の貴金属若しくは、不溶性材料又はカーボンにより構成されている。

また、本実施例における被処理水は、例えば塩化物イオンが予め含まれている水道水を使用するものとする。

, 以上の構成により、電解槽 2内の処理室 4に被処理水を貯留し、前記制御装置 8により電源 7を O Nとし、アノード 5及び力ソード 6に通電する。これにより、被処理水中に含まれる微生物は一般的に負電位に帯電していることから正電位とされたアノード 5に引き寄せられるようになる。また、アノード 5では、被処理水中に含まれる塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成する。その後、この塩素は、水に溶解し次亜塩素酸を生成する。これにより、アノード 5の近傍ではこの塩素又は次亜塩素酸によって被処理水中の微生物が殺菌されるようになる。

また、アノード 5は、上述の如く白金、又は白金被覆チタン、又は白金被覆チタン合金、若しくは、白金一イリジウム合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム合金を被覆したチタン合金、或いは、白金一イリジゥム一タンタル合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン合金により構成されていると共に、被処理水中には、塩化物イオンが存在しているため、電位が上昇し、オゾンが発生する。

ここで、上記塩化物イオンの有無による電位の上昇について、第 2図を参照して説明する。第 2図は、電極に白金被覆チタン電極を使用しており、塩化物イオン含有時と塩化物イオン非含有時における電流に対する電位を示している。尚、被処理水は、塩化物イオン含有時は、 10 o/o塩化カリウム含有 1 M硫酸を用い、塩化物イオン非含有時は、 1 M硫酸を用いるものとする。

これによると、塩化物イオンが含有された被処理水である場合、電流を 6乃至 8mA流した時点で、 1. 2V力、ら 1. 5 Vに急激に電位が上昇し、 60 m Aでは、 2. 1 Vにまで電位が上昇している。これに対し、塩化物ィオン非含有時には、 0. 1 mAから 60mAまで電流を徐々に上昇させていくと、なだらかに 0. 8Vから 1. 8Vまで上昇される。これにより、被処理水中に塩化物イオンが含有されていると、塩化物イオン非含有時に比して電位が著しく上昇されることが分かる。

また、第 3図は、塩化物イオンの有無と白金とイリジウムを被覆したチタン電極を使用した場合の電位の上昇について説明する図である。尚、第 3図は、電極に白金とイリジウムを被覆したチタンを使用し、塩化物イオン含有時と塩化物イオン非含有時における電流に対する電位を示しており、被処理水は、塩化物イオン含有時は、 10 %塩化カリウム含有 1 M硫酸を用い、塩化物イオン非含有時は、 1 M硫酸を用いるものとする。

これによると、塩化物イオンが含有された被処理水である場合、電流を 60mA流すと、約 1. 48 Vにまで電位が上昇しているのに対し、塩化物イオン非含有時には、同様に電流を 60 m A流すと、約 1. 4 Vにまでフ電位が上昇されている。これによつても、被処理水中に塩化物イオンが含有されていると、塩化物イオン非含有時に比して電位が上昇されることが分かる。

第 4図は、塩化物イオンの有無と白金とイリジウムとタンタルを被覆したチタン電極を使用した場合の電位の上昇について説明する図である。尚、第 4図は、電極に白金とイリジウムとタンタルを被覆したチタンを使用し、塩化物イオン含有時と塩化物イオン非含有時における電流に対する電位を示しており、被処理水は、塩化物イオン含有時は、 1 0 %塩化カリウム含有 1 M硫酸を用い、塩化物イオン非含有時は、 1 M硫酸を用いるものとする。

これによると、塩化物イオンが含有された被処理水である場合、電流を 6 0 m A流すと、約 1 . 7 Vにまで電位が上昇しているのに対し、塩化物イオン非含有時には、同様に電流を 6 0 m A流すと、約 1 . 6 Vにまで電位が上昇されている。この場合、あまり塩化物イオンの有無による電位の差は大きくないが、これによつても、被処理水中に塩化物イオンが含有されていると、塩化物イオン非含有時に比して電位が上昇されることが分かる。

尚、本実施例では、特に水道水に含まれている塩化物イオンを例として説明しているが、これ以外に、他のハロゲンイオンであっても良いものとする。

上述より、塩化物イオン含有の被処理水を白金を被覆したチタン電極又は、白金とイリジウムを被覆したチタン電極、又は白金とイリジゥムとタンタルを被覆したチタン電極で電解を行うと、電位上昇により容易にオゾンが発生させることができるようになる。これにより、比較的低電流でオゾンを発生させることができるため、非常に殺菌力の優れたォゾンにより容易に被処理水中に含まれる微生物及び塩素耐性菌や、芽胞、原虫を死滅させることができるようになる。

また、本発明で用いられる電極は、白金を被覆したチタン電極であるため、同一の電解槽 2内において、殺菌力に優れた塩素又は次亜塩素酸とオゾンを発生させることができ、効率的に被処理水の殺菌■浄化処理を行うことができるようになる。

また、同一の電解槽 2内において、オゾンを発生させながら、被処理水の殺菌 '浄化処理を行うことができるため、別置きの装置において発生されたオゾンを被処理水に溶解させる工程を行う必要がなくなると共に、従来のオゾン溶解量よりも著しく多いオゾンを被処理水中に存在させることができるようになる。これにより、より確実に、効率的に被処理水の殺菌■浄化処理を行うことができるようになる。

更に、本発明では、二酸化鉛を使用することなくオゾンを発生させるため、人体に影響を与えることなく、殺菌■浄化処理された被処理水を直接、飲料用又は調理用具等の殺菌に適用することができるようになる。

また、更に本実施例では、電解槽 2内において、アノード 5と力ソード 6との間に位置して陽イオン交換膜 9が設けられているため、電解によリ生じる水素イオンが、アノード 5側から力ソード 6側に移動されるため、力ソード 6における水素の生成を促進させることができ、これによつても電位を上昇させることができるようになり、電位の上昇に伴ってオゾンの生成量も増加させることができるようになる。

一方、本実施例では、電解槽 2は、既存の冷却装置 1 0により冷却しながら被処理水の電解を行っている。ここで、冷却しながら電解を行うことによる効果を示す実験結果を第 5図に示す。

第 5図は、被処理水温度に対するオゾンの存在量を示す図であり、白金を被覆したチタン電極又は、白金とイリジウムを被覆したチタン電極又は白金とイリジウムとタンタルを被覆したチタン電極の各電極を使用し、 400mAの電流で、電解を行ったものである。

これによると、被処理水温度が + 3°Cでは、白金被覆チタン電極では、約 0. 48mgZdm³のオゾン濃度であり、白金一イリジウム被覆チタン電極では、約 0. 1 OmgZdm³のオゾン濃度であり、白金—イリジウム —タンタル被覆チタン電極では、約 0. 1 8 mgZdm³のオゾン濃度である。そして、各電極において、被処理水温度を上昇させていくと + 22°C では、白金被覆チタン電極では、約 0. 1 2mgZdm³のオゾン濃度であリ、白金一イリジウム被覆チタン電極では、約 0. 01 mgZdm³のォゾン濃度であり、白金一イリジウム一タンタル被覆チタン電極では、約 0. 05 m g Z d m ³のオゾン濃度である。そして、更に、各電極において、被処理水温度を上昇させていくと + 60 °Cでは、各電極ともオゾンは、殆ど存在していないことが分かる。

これにより、電解槽 2を例えば + 3 °Cに冷却しながら電解を行うことにより、被処理水中におけるオゾンの濃度が著しく増加され、より一層殺菌，浄化効果を向上させることができるようになる。

尚、第 6図は、上記各電極における被処理水温度に対する有効塩素濃度を示す図であり、上記第 5図と同様の条件で行ったものである。これによると、各被処理水温度に対して、白金被覆チタン電極は、他の電極と比して著しく有効塩素濃度が低いことが分かる。これは、優先的にオゾンの生成反応が生じているためであると考えられる。

また、第 7図は、昨今、問題とされている環境ホルモンの電解による濃度の減少を示す図である。前記被処理水中に環境ホルモンとしての例えばフタル酸ジ _ 2 _ェチルへキシルが含まれている場合、上述の如く発生されるオゾンにより、電解時間の経過と共に、フタル酸ジ一 2 一ェチルへキシルが減少されていることが分かる。これにより、被処理水中に環境ホルモン、例えばフタル酸ジ一 2—ェチルへキシルが含まれていても、効率的にオゾンにより、環境ホルモンを分解することができ、被処理水の浄化効率を向上させることができるようになる。

更に、本実施例では、制御装置 9により電流値制御を行うことができるため、被処理水の水質に応じて電流値を制御し、これにより、必要なオゾンを発生させることができるようになる。

これにより、本発明のオゾン発生方法及びオゾン発生装置 1では、電力消費を低く抑えながらオゾンによる被処理水の浄化処理を効果的に行うことができるようになる。産業上の利用可能性

本発明の電解によるオゾン発生方法によれば、アノードと力ソード間に電流を流し、電解によって被処理水中にオゾンを発生させる方法であって、アノードを構成する材料として貴金属を用いると共に、被処理水はハロゲンイオン又はハロゲンイオンを含有する化合物を含むので、効率的にオゾンを発生させることができるようになる。被処理水は、塩素耐性菌など従来は殺菌が困難であったものについても、オゾンにより効率的に殺菌することができるようになり、特に、飲料水に適用することができるようになる。

また、本発明によれば、上記においてハロゲンイオンは塩化物イオンとするので、オゾン発生と同時に、次亜塩素酸を発生させることができるようになる。被処理水は、オゾン及び次亜塩素酸により効果的に殺菌することができるようになる。

更にまた、上記において、アノードを、白金、又は、白金被覆チタン、又は白金被覆チタン合金、若しくは、白金一イリジウム合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム合金を被覆したチタン合金、或いは、白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン、又は白金一イリジゥムータンタル合金を被覆したチタン合金により構成するので、よリー層効率よくオゾンを生成することができるようになる。また、従来の如く、アノードに二酸化鉛を使用していないため、被処理水を飲料用又は、調理用具等の殺菌に適用することができるようになる。

また、上記において、アノードと力ソード間に陽イオン交換膜を設けるので、アノード側に存在する水素イオンを効率的に力ソード側に移動させることができるようになり、電流が流れ易くなる。これにより、オゾンの発生量も増加される。

更に、上記において、被処理水を冷却するので、上述の如く発生したオゾンをより比較的長い時間被処理水中に存在させることができるようになり、被処理水中のオゾン存在量を増加させることができるようになる。

また、上記において、アノードと力ソード間に流す電流値を制御するので、被処理水中に存在するオゾン量を制御することができるようになる。

本発明の電解によるオゾン発生装置によれば、電解槽内の被処理水に浸潰されるアノード及び力ソードを備えたものにおいて、アノードを貴金属にて構成し、該アノードと力ソード間に電流を流して、ハロゲンィォン又はハロゲンイオンを含有する化合物を含む被処理水の電解を行うことにより、当該被処理水中にオゾンを発生される。これにより、効率的に電解槽内にオゾンを発生させることができるようになり、被処理水を効率的に殺菌することができるようになる。また、従来の如く被処理水中に含まれていた塩素耐性菌などをも効率的に殺菌することができ、被処理水を飲料水などにも適用することができるようになる。

また、上記オゾン発生装置において、ハロゲンイオンは塩化物イオンであるので、オゾン発生と同時に、次亜塩素酸を発生させることができるようになり、被処理水中に存在するオゾン及び次亜塩素酸によリ被処理水を効果的に殺菌することができるようになる。

また更に、上記オゾン発生装置において、アノードは、白金、又は、白金被覆チタン、又は白金被覆チタン合金、若しくは、白金一イリジゥム合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム合金を被覆したチタン合金、或いは、白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン合金により構成されているので、より一層効率よくオゾンを生成することができるようになる。また、従来の如く、アノードに二酸化鉛を使用していないため、被処理水を飲料用又は、調理用具等の殺菌に適用することができるようになる。

また、上記オゾン発生装置において、アノードと力ソード間に設けられた陽イオン交換膜を備えるので、アノード側に存在する水素イオンを効率的に力ソード側に移動させることができるようになり、電流が流れ易くなる。これにより、オゾンの発生量も増加される。

また、上記オゾン発生装置において、被処理水を冷却する冷却手段を備えたので、上述の如く発生したオゾンをより比較的長い時間被処理水中に存在させることができるようになり、被処理水中のオゾン存在量を增加させることができるようになる。

また、上記オゾン発生装置において、アノードと力ソード間に流す電流値を制御する制御装置を備えたので、容易に被処理水中に存在するオゾン量を制御することができるようになる。

Claims

請求の範囲

1 . アノードと力ソード間に電流を流し、電解によって被処理水中にォゾンを発生させる方法であって、

前記アノードを構成する材料として貴金属を用いると共に、前記被処理水はハロゲンイオン又はハロゲンイオンを含有する化合物を含むことを特徴とする電解によるオゾン発生方法。

2 . 前記ハロゲンイオンは塩化物イオンであることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電解によるオゾン発生方法。

3 . 前記アノードを、白金、又は、白金被覆チタン、又は白金被覆チタン合金、若しくは、白金一イリジウム合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム合金を被覆したチタン合金、或いは、白金一イリジウムータンタル合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン合金により構成することを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項記載の電解によるオゾン発生方法。

4 . 前記アノードと力ソード間に陽イオン交換膜を設けることを特徴とする請求の範囲第 1項、第 2項又は第 3項記載の電解によるオゾン発生方法。

5 . 前記被処理水を冷却することを特徴とする請求の範囲第 1項、第 2 項、第 3項又は第 4項記載の電解によるオゾン発生方法。

6 . 前記アノードと力ソード間に流す電流値を制御することを特徴とする請求の範囲第 1項、第 2項、第 3項、第 4項又は第 5項記載の電解によるオゾン発生方法。

7 . 電解槽内の被処理水に浸潰されるアノード及び力ソードを備えたォゾン発生装置において、

前記アノードを貴金属にて構成し、該アノードと前記力ソード間に電流を流して、ハロゲンイオン又はハロゲンイオンを含有する化合物を含む前記被処理水の電解を行うことにより、当該被処理水中にオゾンを発生させることを特徴とするオゾン発生装置。

8 . 前記ハロゲンイオンは塩化物イオンであることを特徴とする請求の範囲第 7項記載のオゾン発生装置。

9 . 前記アノードは、白金、又は、白金被覆チタン、又は白金被覆チタン合金、若しくは、白金一イリジウム合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム合金を被覆したチタン合金、或いは、白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン、又は白金一イリジウム一タンタル合金を被覆したチタン合金により構成されていることを特徴とする請求の範囲第 7項又は第 8項記載のオゾン'発生装置。

1 0 . 前記アノードと力ソード間に設けられた陽イオン交換膜を備えることを特徴とする請求の範囲第 7項、第 8項又は第 9項記載のオゾン発生

1 1 . 前記被処理水を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求の範囲第 7項、第 8項、第 9項又は第 1 0項記載のオゾン発生装置。

1 2 . 前記アノードと力ソード間に流す電流値を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求の範囲第 7項、第 8項、第 9項、第 1 0項又は第 1 1項記載のオゾン発生装置。