JP3573385B2 - Electrolyzer for electrolytic treatment of water to be treated - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、微生物を含有する各種被処理水の該微生物に起因する各種性能劣化を抑制するための被処理水の電解処理用電解槽に関し、より詳細には比較的大容量の被処理水例えば写真処理液、各種工場の純水、超純水あるいはプール水、製紙洗浄水、熱交換器冷却水、飲料水(上水道水)、カップ式自動販売機用貯水、養魚用水、薬剤希釈水、浴場水及びガス洗浄塔用循環水等の微生物を含有しあるいは微生物発生の可能性のある各種被処理水、中でも特に水質改良及び保持が要求される飲料水を電解処理するための炭素電極を使用する電解槽に関し、特に該炭素電極の目詰まりに起因する電解操作の不安定化を防止できる電解槽に関する。
【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又は純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の性能劣化を起こしたり、又製品に悪影響を与えたり、処理装置内に浮遊したり蓄積して処理装置の機能を損なうことが多い。通常の水道水中の微生物数は残留塩素を殺菌剤として残すことで30個/ミリリットル以下にされているが、この水道水を例えば熱交換器用冷却水として使用すると前記微生物が飛躍的に繁殖して配管の腐食や悪臭が発生する。
これらの現象を防止するために従来は防黴剤や沈澱抑制剤等の各種薬剤を被処理水中に投入したり各種フィルタを配管途中に設置したりしているが、前記薬剤投入は前述の通り薬剤の残留による被処理水への悪影響や薬剤使用のコスト面での問題点が指摘されている。更に添加薬剤に対する抗菌が暫くすると発生し、次の薬剤を検討したり必要量以上に多量の薬剤を供給する等の必要が生ずるという問題点を抱えている。又、フィルター操作で生菌を濾過分離することは原理的に不可能であり、永続する菌除去はできない。
【0003】
前述の各被処理水のうち、特に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滅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、該滅菌や防黴の方法としては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、有機ハロゲン化物等を生起したり、カルキ臭を発生する等の弊害を生じている。該塩素法による前記欠点を解消するために、塩素法以外の滅菌方法が提案されている。
本出願人は飲料水を含む前記各被処理水における前述の欠点を解消するために、複数の炭素質三次元固定床型電極が収容された電解槽に前記被処理水を供給し電解処理することにより該被処理水中の微生物を滅菌する水処理装置及び方法を提案した。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】
このいわゆる電解滅菌法は、前記炭素電極に通電することにより該電極を分極させ主としてプラスに分極した電極部分に接触した微生物を滅菌するものであり、通電が継続されている限り微生物の滅菌が継続され、塩素やオゾン等の薬剤を使用しないため処理が長期間に亘っても微少量の電気代が必要なだけで経済的な運転が可能になるという長所がある。
しかしながら、前記炭素電極は比較的開孔径が小さく目詰まりを起こし易く、更に比較的脆弱であるため、周縁部が欠けたり微少な粉体として電解槽中に懸濁して前記目詰まりを加速し易いという欠点がある。
前記炭素電極が電解槽内を流れる被処理水の圧力のために槽内で移動しターミナル電極に接触し、炭素電極に予定の分極が発生しないという欠点も生ずる。
【0005】
図1は従来の炭素電極を収容した被処理水処理用電解槽の一例を示す縦断面図である。
この電解槽1は、底板2中央の被処理水供給口3及び天板4中央の被処理水取出口5をそれぞれ有する電解槽本体6内部に、炭素質材料等から形成される短寸円柱形の計3個の多孔質炭素電極7が前記本体6の内壁と実質的に液流動の生じないような僅かな間隙しか形成しないように収容され、最上位の炭素電極7のやや上方には給電用陽極ターミナル8が、又最下位の炭素電極7のやや下方には給電用陰極ターミナル9がそれぞれ設置されている。又前記炭素電極7間及び該炭素電極7と前記両電極ターミナル8、9間に4枚のメッシュ状隔膜又はスペーサー10が挟持されている。
このような構成から成る電解槽1は例えば水道配管の途中や水道の蛇口に設置され、その電解槽本体6内に被処理水供給口3から、微生物や有効塩素成分等を含有する被処理水を供給すると、該被処理水はまず炭素電極7の陽分極した下面に接触し主として該陽分極面で前記微生物の滅菌が起こり、その後液流によって前記炭素電極7内を透過して該炭素電極7の上面つまり陰分極面に達し、主として金属の析出や有効塩素成分の分解等が起こる。
【0006】
この電解処理操作を微生物滅菌の面から見ると、微生物の滅菌が生ずる陽分極部では死滅した微生物の死骸が蓄積し、微生物の滅菌効果が弱い陰分極部や実質的な分極が生じていない中央部では微生物が繁殖することがあり、微生物が繁殖するとその数が飛躍的に増加するため、前記炭素電極の前記陰分極部及び中央部で該電極の開孔を閉塞して目詰まりが生じ、被処理水の流通を阻害するという欠点がある。
前記電解処理操作では前記陽極ターミナル及び陰極ターミナルを定期的に反転させて分極の正負を反転させることがある。この場合には前記炭素電極7の両端面における微生物の繁殖は防止できるが、依然として前記炭素電極7の中央部での微生物の繁殖に起因する開孔の目詰まりを防止できない。
【0007】
又、 図1の従来の被処理水の電解処理用電解槽では、各炭素電極7を通過する被処理水の抵抗が大きいため、被処理水は被処理水供給口3から比較的高圧で電解槽本体6内に供給される。従って機械的強度がさほど大きくない前記炭素電極7は特にその周縁部が欠けたりあるいは被処理水の高速流通により粉体化して被処理水中に懸濁する。そして一旦被処理水中に懸濁すると比較的容易に前記メッシュ状隔膜又はスペーサー10を透過して上方の炭素電極7に達し、該炭素電極7の目詰まりを引き起こすことがある。
【0008】
【発明の目的】
従って本発明は、前述の従来技術の欠点を解消し、炭素電極を使用する被処理水の電解処理用電解槽における炭素電極の目詰まりを最小限に抑制できほぼ理想的な電極を装着した被処理水の電解処理用電解槽を提供することを目的とする。
【0009】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、1又は2以上の多孔質ブロック状又はスポンジ状の三次元固定床型炭素電極を、給電用陽極ターミナル及び給電用陰極ターミナル間に設置し、微生物を含有する被処理水を、前記炭素電極に供給し電解処理する電解槽において、前記炭素電極の前記被処理水の流通方向の開孔径又は開孔率を異ならせた被処理水の電解処理用電解槽である。なお本発明に係わる電解槽では電極表面上で実質的な酸化還元反応のような電気化学反応を生起していないことがあるので本発明に係わる電解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。
【0010】
以下本発明を詳細に説明する。
本発明に係わる電解槽は、飲料水、カップ式自動販売機用貯水、写真処理液、各種工場の純水、超純水あるいはプール水、製紙洗浄水、熱交換器冷却水、養魚用水、薬剤希釈水、浴場水及びガス洗浄塔用循環水等の微生物を含有しあるいは微生物発生の可能性のある各種被処理水、特に微生物の混入を十分に抑制しなければならない飲料水を処理対象とし、該被処理水を本発明に係わる被処理水の電解処理用電解槽に供給し該電解槽に直流又は交流電圧を印加し前記被処理水中の微生物の制菌、殺菌あるいは滅菌を行なう。
この際に処理効率に直接かつ直ちに悪影響は及ぼさないものの、前述の従来の炭素電極の欠点に起因する炭素電極の目詰まりは長期的に見ると処理効率の低下を招き、交換によるコストや時間のロスを生じさせる。
【0011】
前述した炭素電極固有の目詰まりに関する欠点を、前述の手法により解消しようとするものである。なお本発明の微生物には、細菌(バクテリア)、菌、糸状菌(黴)、大腸菌、酵母、変形菌、単細胞の藻類、原生動物、ウイルス等が含まれる。
本発明は、前述の電解処理用電解槽に収容される炭素電極のうち微生物が繁殖する可能性の高い部分の開孔径又は開孔率を、微生物が繁殖する可能性の殆どない部分より大きくしたことを特徴とする。具体的には前記炭素電極のうち陽分極しない部分つまり陰分極する部分と分極しない部分との開孔径又は開孔率を、陽分極する部分の開孔径又は開孔率より大きくする。このように構成すると、微生物の滅菌を生じさせる陽分極する部分の開孔径又は開孔率を比較的小さく維持して被処理水と炭素電極内部の細孔の壁面が十分に接触して被処理水中の微生物の死滅効果を十分に維持するとともに、微生物が十分死滅せずその繁殖が生じ易い、従って被処理水と炭素電極との十分な接触を必要としない陰分極部又は非分極部の開孔径又は開孔率を比較的大きく維持して仮に該部分で微生物が繁殖しても被処理水が流通する炭素電極の開孔を閉塞しないようにすることができる。
【0012】
前記したように本発明の炭素電極では、両端部の開孔径又は開孔率を中央部の開孔径又は開孔率より小さくすることが前提となるが、陽分極する両端部の開孔径が20〜500μmであり、陽分極しない中央部の開孔径が50〜5000μmとすることが好ましい。
両端部の開孔径を20〜500 μmとするのは20μm未満では被処理水の円滑な流通が阻害され、500μmを越えると炭素電極表面に接触せずに電極を通過する微生物が生ずるからである。又中央部の開孔径を50〜5000μmとするのは50μm未満では開孔径を異ならせる意味がなくなり、5000μmを越えると機械的強度の低下が生ずるからである。
又、より好ましい炭素電極の性状は(炭素電極の空隙容量)/(炭素電極の体積)×100(%)で表される開孔率において、前記陽分極する両端部の開孔率が20〜80%で陽分極しない中央部の開孔率が25〜95%であり、陽分極する両端部の開孔率と陽分極しない中央部の開孔率との比は0.2 〜0.85が好ましい。両端部の開孔率を20〜80%とするのは20%未満では被処理水の円滑な流通が阻害され、80%を越えると炭素電極表面に接触せずに電極を通過する微生物が生ずるからである。又中央部の開孔率を25〜95%とするのは25%未満では開孔率を異ならせる意味がなくなり、95%を越えると機械的強度の低下が生ずるからである。
【0013】
更に望ましい形態は、陽分極する両端部の炭素電極と陽分極しない中央部の炭素電極からなる炭素電極が全体として平均気孔径で25〜125 μmとし、又開孔率が20〜80%となるように設定することが望ましい。
このような開孔径又は開孔率の異なる炭素電極は、例えば開孔径又は開孔率の大きい1枚の薄肉円板の炭素電極板と開孔径又は開孔率の小さい2枚の薄肉円板状の炭素電極板とを準備し、前者の炭素電極板を後者の2枚の炭素電極板で挟みそのまま使用することもできるが、更に確実に使用するためには、炭素電極板を樹脂などで接着する方法あるいは接着したのち1000〜3000℃の温度で熱処理する方法により一体化することができる。この際に使用するそれぞれの炭素電極板の開孔径又は開孔率は前もって予期できる繁殖微生物数等を考慮して決定する。又該炭素電極は、有機質繊維からなる紙例えばセルロース系ペーパーを所定の開孔径又は開孔率分布になるように、つまり個々のペーパー等の開孔径又は開孔率を適宜調節して全体として例えば上下両面の開孔径又は開孔率が小さく中央部の開孔径又は開孔率が大きくなるように熱硬化性樹脂を用いて積層体を得て、その後1000〜3000℃の熱処理を行うことで、所望の性能の炭素電極を得ることもできる。
【0015】
これまで述べた本発明に係わる電解槽は、固定床型三次元電極電解槽つまり固定床型単極式電解槽及び固定床式複極式電解槽であり、これらの電解槽では該電解槽の三次元電極が莫大な表面積を有するため電極表面と被処理水との接触面積を増大させることができ、これにより装置サイズを小さくし、かつ電解処理の効率を上げることができる点で有利である。
【0016】
本発明の固定床型三次元電極電解槽における電極は、一般に分極現象を生じる炭素質電極と給電用電極ターミナルを含み、該炭素質電極は前述の使用する電解槽に応じた形状を有し多孔質ブロック状又はスポンジ状として構成され、前述した通り前記被処理水が透過可能な炭素質材料、例えば活性炭、グラファイト、炭素繊維等の炭素系材料から形成される。このような構成から成る1又は2以上の前記炭素電極の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1対の給電用陽極ターミナル及び給電用陰極ターミナル間に直流電圧を印加して前記炭素電極を分極させその一端及び他端にそれぞれ陽分極部及び陰分極部を形成する。又必要に応じて前記給電用陽極ターミナルと給電用陰極ターミナルの極性を定期的に変換してあるいは10Hz以下の交流電圧を印加することにより陽分極部及び陰分極部が一定時間ごとに生ずるようにしても良い。
【0017】
前記電極が炭素質であるため、電解反応生成物である酸素ガスにより酸化され炭酸ガスとして電極崩壊することがある。これを防止するためには前記電極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やチタン等の基材上に白金族金属をメッキ等で被覆した電極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。
前記被処理水を、本発明に係わる炭素電極を設置した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分極した前記電極に接触しそれらの表面で高電位のエネルギー供給を受け強力な酸化反応が微生物細胞内で生じ、その活動が弱まったり微生物自身が死滅して滅菌が行われると考えられる。
このような電解処理により被処理水の微生物の滅菌がほぼ完全に行なわれるが、前記電解処理された被処理水は直ちに飲用あるいは他の用途に供されるとは限らず、電解処理を行なう箇所と使用する箇所が離れ、比較的長時間経過した後に各種用途に供されることが多い。
【0018】
上述の本発明に係わる被処理水の電解処理用電解槽を使用する電解処理では、前記炭素電極が適正に分極しかつ供給される被処理水が確実に該炭素電極のプラスに分極した部分に接触する限り微生物の滅菌が行なわれ、この条件のいずれかが欠落すると電解槽から取り出される被処理水中の微生物殺菌効率が高くならない。
電解時に測定可能なデータとして、被処理水の温度、液量及び電気伝導度、及び電解槽の電圧及び電流などがあるが、これらのデータを単独又は組み合わせてもそれのみで運転が正常に行なわれているか異常であるかは決定できない。仮に処理済の被処理水中の微生物濃度が許容限度以上になっている場合には、微生物濃度の変動との比較検討により初めて異常運転の原因を明確にしたり、あるいは電解槽の運転は正常であり、被処理水中の微生物濃度の増加は他の原因に帰されるべきであるとの結論を導いたりすることができる。
【0019】
そのためには電解槽運転時の全時間に亘るデータが記録されていることが望ましく、該データと後ほど得られる微生物濃度のデータとの対比による電解槽の運転状況の把握が可能になる。
従って本発明の電解槽を使用する被処理水の電解処理では、該電解処理と同時に、被処理水の温度、液量及び電気伝導度、及び電解槽の電圧及び電流から選択されるデータの少なくとも1種類、望ましくはこれらの全てのデータを電解槽の運転とともに連続的に記録し例えばコンピューターに記憶させることができる。一般に電解処理に適した上記各条件の範囲は、被処理水温度5〜45℃、電解槽内通過の線速は5〜30mm/秒、被処理水電気伝導度は0〜5000μs/cm、電解電圧は2.0 〜8.0 V/電解槽、電流密度は0〜5.0 A/dm2 であり、電解槽内に収容された炭素電極の高さと前記線速の関係が〔電解槽高さ(mm)〕/〔線速値(mm/秒)〕≧1.0 (秒)を満足すると効率良く被処理水の処理ができる。これらの値は相互に関連しながら変動するため、いずれかの値がこの範囲内にあっても微生物濃度が満足できる低レベルにあるとは限らず、逆にいずれかの値がこの範囲外にあっても微生物濃度が満足できる低レベルとなることもあり、単にこれらの値の測定のみでは運転が正常に行なわれているかを確認できない。
【0020】
このデータの記録とともに、処理済の被処理水のサンプリングを行ない該サンプル中の微生物濃度の測定を平行して行ない、微生物濃度に関するデータが得られる2〜3日後に、微生物濃度の異常が検出された場合には、各データの経時変化と対比することにより電解条件のどの項目が微生物濃度の異常に結びつくのかを特定できる。又微生物濃度が満足できる低レベルに維持されている場合には、各データの対応する経時変化に応じた正常な運転が行なわれていることが把握できる。更に微生物濃度が異常であるにもかかわらず各データに異常が見られない場合には、電解槽の運転条件以外の要因で微生物濃度の異常が起きていることが推測され、その場合には前記他の要因の検討を行なうことができる。
【0021】
特にPL法の施行以後は製品の欠陥の原因を追求し明確にすることが企業の存続にも影響すると予想される。本発明の電解槽による電解処理を人体の健康に直結する飲料水に適用する場合には特にその影響が大きく、単に微生物濃度のデータのみでは製品の欠陥が電解槽や該電解槽を使用する処理方法の欠陥に起因するのか、あるいは他の要因によるものであるのか特定できない場合も生ずる。
しかし上述のように、電解条件に関する各種データを記録し後日に残すことにより、後に得られる微生物濃度に関するデータと組み合わせることにより、製品の欠陥原因を確実に特定することが可能になる。
又微生物濃度に異常がない場合にも電解処理が正常に行なわれていたことの補助データとして使用できる。
【0022】
次に添付図面に基づいて本発明に係わる被処理水の電解処理用電解槽の好ましい例を説明するが、該電解槽はこれらに限定されるものではない。
図2は、本発明の電解槽である複極式固定床型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11を有する円筒形の電解槽本体12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13と給電用陰極ターミナル14が設けられている。該両電極ターミナル13、14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炭素電極15が積層され、かつ該炭素電極15間及び該炭素電極15と前記両電極ターミナル13、14間に4枚のメッシュ状隔膜又はスペーサー16が挟持されている。各炭素電極15は、下方及び上方の両端部の1対の小開孔径(率)電極板15a、15bとこれら両小開孔径(率)電極板15a、15b間に設置された大開孔径(率)電極板15cは接着又は焼結等により一体化されており、かつ該炭素電極15は電解槽本体12の内壁に密着し、該炭素電極15の内部を通過せず、炭素電極15と電解槽本体12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。
【0023】
前記電解槽本体12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、ポリアクリロニトリル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、前記各炭素電極15の下方の小開孔径(率)電極板15aが正に分極し、各炭素電極15の上方の小開孔径(率)電極板15bが負に分極し、各炭素電極15の中央の大開孔径(率)電極板15cは分極しない。供給された被処理水は陽分極された計3個の下方の小開孔径(率)電極板15aに順に接触して滅菌が行なわれ、その後前記電解槽の上方に取り出され、蛇口等に導かれる。又前述の両電極ターミナル13、14は定期的にその極性を反転させても良く、この場合には図2の符号15bで表した小開孔径(率)電極板15bが正に分極し、被処理水中の微生物の滅菌を行なう。
【0024】
このように通電時には前記両小開孔径(率)電極板15a、15bのいずれかが正に分極して被処理水中の微生物の滅菌が行なわれる。図2に示した極性の場合には効果的に滅菌が行なわれるのは下方の小開孔径(率)電極板15aのみで、大開孔径(率)電極板15c及び上方の小開孔径(率)電極板15bでは微生物の滅菌は殆ど行なわれない。従ってこれらの部分に微生物が吸着存在すると繁殖してその数を増加する可能性がある。
しかし前述の通り極性を反転させると上方の小開孔径(率)電極板15bでも微生物の滅菌が行なわれ、定期的に極性反転を行なうことにより上下両小開孔径(率)電極板15a、15bでは滅菌が行なわれ、中央の大開孔径(率)電極板15cでのみ微生物の滅菌が効果的に行なわれないことになる。この電極板15cで微生物が繁殖してその数が増加しても炭素電極の開孔径を大きくしてあるため、その開孔が目詰まりすることがなく、被処理水が円滑に流れ、被処理水の電解処理を継続できる。
【0025】
図3は、本発明の電解槽である複極式固定床型電解槽の他の例を示すもので、該電解槽は図2の電解槽の改良であり、同一部材には同一符号を付してその説明を省略する。
炭素電極15′は下側つまり陽分極するサイドの開孔径(率)ほど小さく、上側つまり陰分極するサイドの開孔径(率)ほど大きくなるようにその開孔径(率)が調節され、かつ該炭素電極15′の給電用陰極ターミナル14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電極17を密着状態で設置したものであり、他の部材は図2と同一である。
この電解槽12aに図2の電解槽と同様にして通電すると、各炭素電極15′の下部つまり小開孔径(率)部が陽分極し、上部つまり大開孔径(率)部が陰分極する。そして陽分極する小開孔径(率)部で微生物の滅菌が行なわれ、この部分では微生物が繁殖しないため目詰まりは生じない。一方陰分極する大開孔径(率)部では前記小開孔径(率)部より効果的に滅菌が行なわれず、微生物が繁殖する可能性がある。しかし大開孔径(率)であるため繁殖した微生物が完全に開孔を閉塞することがなく、円滑に被処理水中の微生物の滅菌を継続できる。
なお図3の電解槽は図2の電解槽と異なり極性を反転させないことを前提とするものであり、極性を反転させる用途に使用する場合には分極が生じない中央部分の開孔径(率)がその両側の分極部分の開孔径(率)より大きくなるように調節すればよい。
【0026】
図4は、本発明の電解槽である複極式固定床型電解槽の更に他の例を示す縦断面図である。該電解槽は図2の電解槽の改良に関するもので図2に示された電解槽の部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
本電解槽12bでは図2のスペーサー16の代わりに多孔性電気絶縁材料18が開孔径(率)が全体的に均一である各炭素電極15″に密着して設置され、かつ電解槽本体12bの上部のフランジ11上には、中央部に上向き筒体21が形成された蓋体22が載置され、該筒体21の上端のフランジ部と被処理水排出管23の下端のフランジ部間にはフィルタ24が挟持されている。
25は、中央下面に被処理水供給管26が下向きに形成された底板である。
【0027】
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、前記各炭素電極15″が図示の如く下面が正に上面が負に分極して炭素電極15″内及び炭素電極15″間に電位が生じ、該電解槽内を流通する被処理水はこの電位を有する炭素電極15″に接触してその中に含有される微生物の滅菌等の改質処理が行われて該電解槽本体12bの被処理水排出管23から取り出される。被処理水の強い流れにより各炭素電極15″の上周縁部が損傷したり粉末化したりする恐れがあるが、本電解槽では各多孔性電気絶縁材料18が各炭素電極15″の上面に密着しているため、前述の損傷や粉末化が起こりにくく仮に起こっても炭素電極15″表面に留まり被処理水中には殆ど懸濁しないため、炭素電極15″の機械的強度が維持されかつ被処理水の汚染が防止されるとともに、下流側に位置する炭素電極の目詰まりも防止できる。
【0028】
図5は、本発明の電解槽である複極式固定床型電解槽の更に他の例を示す縦断面図である。該電解槽は図4の電解槽の改良に関するもので図4に示された電解槽の部材と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
図5の電解槽12cでは、最上位の炭素電極15″から給電用陽極ターミナル13までの距離(x)を最上位の炭素電極15″の幅(y)より長く取り、最上位の炭素電極15″と給電用陽極ターミナル13間に広い空間19を形成したものである。
このような構成から成る電解槽12c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、計3個の炭素電極15″を被処理水が透過しなければならないため、かなり高い水圧で被処理水が電解槽12c内に供給される。その場合、水圧が高過ぎると最下位及び中位の炭素電極15″は上の炭素電極15″の重量でその位置に停止するが最上位の炭素電極15″は上から押圧されていないため前記水圧により上方へ押し上げられることがある。
その際に本電解槽12cのように最上位の炭素電極15″と給電用陽極ターミナル13間に広い空間19が形成されていると、押し上げられた炭素電極15″が給電用陽極ターミナル13に接触することがない。従って最上位の炭素電極15″が硬質で鋭利な給電用陽極ターミナル13に接触することがなくなり、給電用陽極ターミナル13と炭素電極15の接触や炭素電極15の損傷もなく、炭素電極15″の交換を行なうことなく長期間に渡って被処理水の電解処理を継続できる。
【0029】
【実施例】
以下に本発明に係わる電解槽を使用する被処理水の電解処理の実施例を記載するが、該実施例は本発明方法を限定するものではない。
【実施例1】
次のようにして本実施例の電解槽を構成した。
まず、炭素繊維から成る直径39.5mm、厚さ3mmの小開孔径電極板(多孔質グラファイト、東海カーボン株式会社製、開孔径約45μm)2枚の間に、炭素繊維から成る直径39.5mm、厚さ3mmの大開孔径電極板(多孔質グラファイト、東海カーボン株式会社製、開孔径約100 μm)1枚を挿入して3層構造の電極前駆体を形成した。次いでこの前駆体を圧着して上下の開孔径が小さく、中央部の開孔径が大きい炭素電極(中央部の開孔率は85%)を製造した。
透明な硬質ポリ塩化ビニル樹脂製の高さ75mm、内径40mmのフランジ付円筒形である図2に示した電解槽内に、前述の通り製造した炭素電極5枚(図2では3枚)を、開口率80%で直径40mm及び厚さ1mmのポリエチレン樹脂製スペーサー6枚で挟み込み、上下両端の隔膜にそれぞれ白金をその表面にメッキしたチタン製である直径38mm厚さ1mmのメッシュ状給電用陽極ターミナル及び給電用陰極ターミナルを接触させて設置し、本実施例の電解槽を構成した。
【0030】
又上水道水に微生物を795 個/ミリリットル添加して試験用被処理水を調製した。
前記電解槽の下部からこの試験用被処理水を1.5 リットル/分の割合で供給し(通電開始時の被処理水供給圧は電解槽入口圧で2.03kg/cm2)直流電源により見掛け電流密度0.2 A/dm2 、電解電圧が4.3 〜8.8 V(平均電解電圧5.8 V)となるように調節して前記試験用被処理水の電解処理を行なった。得られた処理済被処理水中の微生物数は0〜5個/ミリリットルであった。
7日間通電後に試験用被処理水を1.5 リットル/分の割合で供給するために要した被処理水供給圧は2.16kg/cm2であり、僅かに上昇したのみであった。
又通電停止後の最上位の炭素電極の上面には多数の傷が形成され、僅かなひび割れも観察された。
【0031】
【比較例1】
炭素電極として実施例1の炭素電極に代えて、炭素繊維から成る直径39.5mm、厚さ9mmでほぼ均一の開孔径分布を有する電極板(多孔質グラファイト、東海カーボン株式会社製開孔径約45μmを使用したこと以外は同一条件で被処理水の処理を行なった。
試験用被処理水を1.5 リットル/分の割合で供給するために要した通電開始時の被処理水供給圧は2.35kg/cm2であり、該供給圧は7日後には2.91kg/cm2まで上昇し、炭素電極の目詰まりが生じていることが推測できた。
【0032】
【実施例2】
スペーサーを、開孔径約60μmのNBC工業株式会社製の直径39.5mm、厚さ0.1 mmの円板状の多孔性電気絶縁材料(ポリプレン製織布)に代え、これを各炭素電極の上面に密着させたこと以外は実施例1と同一条件で被処理水の処理を行なった。
7日間通電後に試験用被処理水を1.5 リットル/分の割合で供給するために要した被処理水供給圧は2.09kg/cm2であり、極めて僅かに上昇したのみであった。
【0033】
【実施例3】
実施例1より高さの高い電解槽を使用し、かつ最上位の炭素電極と給電用陽極ターミナル間の距離を15mmとしたこと以外は実施例1と同一条件で被処理水の電解処理を行なった。
35日間通電後に各炭素電極を電解槽から取り出し洗浄及び乾燥後、最上位の炭素電極の上面を観察したが、僅かな傷が形成されたのみで、ひび割れは観察されなかった。
【0034】
【発明の効果】
本発明に係わる電解槽は、1又は2以上の多孔質ブロック状又はスポンジ状の三次元固定床型炭素電極を、給電用陽極ターミナル及び給電用陰極ターミナル間に設置し、微生物を含有する被処理水を、前記炭素電極に供給し電解処理する電解槽において、前記炭素電極の前記被処理水の流通方向の開孔径又は開孔率を異ならせたことを特徴とする被処理水の電解処理用電解槽(請求項1)である。
具体的には、陽分極し微生物の滅菌が起こる炭素電極の両ターミナルに近接する両端部の開孔径又は開孔率を、分極が殆ど起こらず従って微生物の滅菌も殆ど生じない炭素電極の中央部の開孔径又は開孔率より小さくする(請求項2)ことが好ましく、この態様は特に給電用電極ターミナルの極性を反転しながら被処理水の処理を行なう場合に特に好都合であり、その両端部の開孔径は20〜500μmとし、中央部の開孔径は50〜5000μmとすることが望ましい(請求項3)。
【0035】
この電解槽では、微生物の滅菌が行なわれ微生物の繁殖が生じない陽分極部の開孔径を小さくしてあるため、陽分極部では被処理水が十分に炭素電極の細孔の壁面に接触して電解処理による微生物滅菌が行なわれるのに対し、分極が起こらず炭素電極の細孔の壁面に被処理水が接触する必要のない炭素電極の中央部では被処理水の繁殖が起こり増殖した微生物により炭素電極の細孔が閉塞される傾向が生じても、当初からその開孔径(率)を大きく取っているため被処理水の流通を阻害する程度に前記炭素電極の細孔が閉塞されることがない。従ってこのような構成から成る電解槽を使用して被処理水の処理を行なうと処理効率を低下させることなく、炭素電極の閉塞を防止して被処理水の流通を操作開始時とほぼ同等に維持して長期間に渡って部材の交換を行なうことなく被処理水の処理を継続できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の被処理水処理用電解槽の一例を示す縦断面図。
【図2】本発明の電解槽である複極式固定床型電解槽の一例を示す概略縦断面図。
【図3】同じく他の例を示す概略縦断面図。
【図4】同じく更に他の例を示す概略縦断面図。
【図5】同じく更に他の例を示す概略縦断面図。
【符号の説明】
11・・・フランジ 12、12a、12b、12c・・・電解槽本体 13・・・給電用陽極ターミナル 14・・・給電用陰極ターミナル 15、15′、15″・・・炭素電極 15a、15b・・・小開孔径電極板 15c・・・大開孔径電極板 16・・・スペーサー 17・・・不溶性金属電極 18・・・多孔性電気絶縁材料 19・・・空間[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an electrolytic cell for electrolytic treatment of water to be treated for suppressing various performance deteriorations caused by the microorganisms in various kinds of water to be treated containing microorganisms, and more specifically, to a relatively large volume of treated water, for example, Photographic processing solutions, pure water from various factories, ultrapure water or pool water, paper washing water, cooling water for heat exchangers, drinking water (tap water), storage for cup-type vending machines, water for fish farming, chemical dilution water, baths Use of a carbon electrode for electrolytic treatment of water to be treated containing microorganisms such as water and circulating water for gas washing towers, or of various kinds of water to be treated with the possibility of generating microorganisms, especially drinking water requiring improvement and retention of water quality. Regarding the electrolytic cell, especially the clogging of the carbon electrodeRiniThe present invention relates to an electrolytic cell that can prevent instability of the electrolysis operation caused by the electrolysis.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various kinds of aqueous solutions or single water or pure water in which other substances are not dissolved have been used for various purposes. In these aqueous solutions and the like, when the solute provides an appropriate nutrient, or when the temperature of the aqueous solution is a relatively high temperature suitable for propagation, microorganisms such as bacteria propagate and the microorganisms deteriorate the performance of the aqueous solution or the like. Often, they cause damage to the product, float or accumulate in the processing apparatus, and impair the function of the processing apparatus. The number of microorganisms in ordinary tap water is reduced to 30 / ml or less by leaving residual chlorine as a disinfectant. However, when this tap water is used as, for example, cooling water for a heat exchanger, the microorganisms proliferate dramatically. Corrosion and bad smell of piping occur.
Conventionally, in order to prevent these phenomena, various chemicals such as a fungicide and a precipitation inhibitor have been introduced into the water to be treated and various filters have been installed in the middle of the piping. It has been pointed out that adverse effects on the water to be treated due to residual chemicals and problems with the cost of using chemicals have been pointed out. Furthermore, there is a problem that antibacterial action against the added drug occurs after a while, and it is necessary to examine the next drug or to supply a drug in a larger amount than necessary. Further, in principle, it is impossible to filter and separate live bacteria by a filter operation, and permanent bacteria cannot be removed.
[0003]
Of the above-mentioned water to be treated, drinking water in particular is directly linked to human health, and it is essential to sterilize bacteria contained therein and prevent the growth of fungi, that is, kill and remove microorganisms. The main method is chlorine. However, in city water sterilization, river water and lake water, which are raw water, are contaminated with various organic substances and chlorine is added in excess of the amount necessary for the elimination of microorganisms. It has adverse effects such as occurrence. In order to solve the above-mentioned disadvantages caused by the chlorine method, sterilization methods other than the chlorine method have been proposed.
In order to solve the above-mentioned drawbacks in the respective treated waters including drinking water, the present applicant supplies the treated water to an electrolytic cell containing a plurality of carbonaceous three-dimensional fixed-bed electrodes and performs electrolytic treatment. Accordingly, a water treatment apparatus and method for sterilizing microorganisms in the water to be treated have been proposed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
This so-called electrolytic sterilization method is to sterilize microorganisms that are in contact with the positively polarized electrode portion by polarizing the electrode by energizing the carbon electrode, and sterilization of the microorganisms is continued as long as the energization is continued. In addition, since chemicals such as chlorine and ozone are not used, there is an advantage that even if the treatment is performed for a long period of time, only a small amount of electricity is required and economical operation becomes possible.
However, the carbon electrode has a relatively small opening diameter and is likely to cause clogging, and is relatively brittle, so that the peripheral portion is chipped or suspended in an electrolytic cell as a fine powder to accelerate the clogging. There is a disadvantage that.
Due to the pressure of the water to be treated flowing in the electrolytic cell, the carbon electrode moves in the cell and comes into contact with the terminal electrode, so that the carbon electrode does not have a predetermined polarization.
[0005]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional electrolytic cell for treating water to be treated containing a carbon electrode.
The electrolytic cell 1 has a short columnar shape made of a carbonaceous material or the like inside an
The electrolytic cell 1 having such a configuration is installed, for example, in the middle of a water supply pipe or at a faucet of a water supply. When the water is supplied, the water to be treated first contacts the positively polarized lower surface of the
[0006]
From the viewpoint of microbial sterilization, this electrolytic treatment operation shows that dead microorganisms accumulate in the positively polarized part where microbial sterilization occurs, and the negatively polarized part where the microbial sterilization effect is weak or the central part where substantially no polarization occurs. In the part, microorganisms may propagate, and as the number of microorganisms increases dramatically, the number of the microorganisms increases dramatically, so that the negatively polarized part and the central part of the carbon electrode are clogged by closing the opening of the electrode, There is a drawback that the flow of the water to be treated is hindered.
In the electrolytic treatment operation, the polarity of the polarization may be reversed by periodically inverting the anode terminal and the cathode terminal. In this case, the growth of microorganisms on both end surfaces of the
[0007]
Further, in the conventional electrolytic cell for electrolytic treatment of the water to be treated shown in FIG. 1, since the resistance of the water to be treated passing through each
[0008]
[Object of the invention]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned drawbacks of the prior art, and the clogging of the carbon electrode in the electrolytic cell for electrolytic treatment of the water to be treated using the carbon electrode.TheAn object of the present invention is to provide an electrolytic cell for electrolytic treatment of water to be treated, which is provided with an electrode which can be suppressed to a minimum and has almost ideal electrodes.
[0009]
[Means for solving the problem]
The present inventionIs 1Or two or more porous block-shaped or sponge-shaped three-dimensional fixed bed type carbon electrode, placed between the power supply anode terminal and the power supply cathode terminal, to supply treated water containing microorganisms to the carbon electrode. In an electrolytic cell for electrolytic treatment, electrolysis for electrolytic treatment of water to be treated in which the opening diameter or porosity of the carbon electrode in the flow direction of the treated water is varied.It is a tank. WhatIn the electrolytic cell according to the present invention, an electrochemical reaction such as a substantial oxidation-reduction reaction may not occur on the electrode surface, so the electrolytic cell according to the present invention should be called an electrochemical treatment tank. , According to a general name.
[0010]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The electrolytic cell according to the present invention includes drinking water, water storage for cup-type vending machines, photographic processing solutions, pure water from various factories, ultrapure water or pool water, paper washing water, heat exchanger cooling water, fish farming water, and chemicals. Various treated water containing microorganisms such as dilution water, bath water and circulating water for gas cleaning towers, or other treated water that may generate microorganisms, especially drinking water that must sufficiently suppress the contamination of microorganisms, is to be treated. The water to be treated is supplied to the electrolytic cell for electrolytic treatment of the water to be treated according to the present invention, and a DC or AC voltage is applied to the electrolytic cell to sterilize, sterilize or sterilize the microorganisms in the water to be treated.
At this time, although the processing efficiency is not directly and immediately affected, the carbon electrode is clogged due to the above-mentioned disadvantages of the conventional carbon electrode.RihaIn the long term, the processing efficiency is reduced, and cost and time are lost due to replacement.
[0011]
The carbon electrode specificAbout cloggingDisadvantages,By the method described aboveIt is something to try to eliminate. The microorganism of the present invention includes bacteria (bacteria), fungi, filamentous fungi (molds), Escherichia coli, yeast, deformed fungi, unicellular algae, protozoa, viruses and the like.
In the present invention, the carbon electrode contained in the electrolytic cell for electrolytic treatment described above has a larger pore diameter or percentage of a portion where microorganisms are highly likely to grow than a portion where there is little possibility of microorganisms growing. It is characterized by the following. Specifically, the opening diameter or porosity of the non-positively polarized portion of the carbon electrode, that is, the portion that is negatively polarized and the portion that is not polarized, is made larger than the opening diameter or porosity of the positively polarized portion. With this configuration, the pore diameter or pore ratio of the portion that is positively polarized causing microbial sterilization is kept relatively small, and the water to be treated sufficiently contacts the wall surfaces of the pores inside the carbon electrode to be treated. While maintaining a sufficient killing effect of the microorganisms in the water, the microorganisms are not sufficiently killed and their propagation is liable to occur. It is possible to maintain the pore diameter or the pore ratio relatively large so that even if microorganisms propagate in the portion, the pores of the carbon electrode through which the water to be treated flows are not closed.
[0012]
As mentioned aboveThe present inventionIn the case of the carbon electrode, it is premised that the opening diameter or the opening ratio at both ends is smaller than the opening diameter or the opening ratio at the center, but the opening diameter at both ends to be anodic polarized is 20 to 500 μm. It is preferable that the non-polarized central portion has an opening diameter of 50 to 5000 μm.
The reason why the opening diameter at both ends is 20 to 500 μm is that if it is less than 20 μm, smooth flow of the water to be treated is hindered, and if it exceeds 500 μm, microorganisms that pass through the electrode without contacting the carbon electrode surface are generated. . The reason why the diameter of the opening at the center is 50 to 5000 μm is that if the diameter is less than 50 μm, there is no point in changing the diameter of the opening, and if it exceeds 5000 μm, the mechanical strength decreases.
Further, the more preferable properties of the carbon electrode are as follows: the porosity expressed by (pore volume of the carbon electrode) / (volume of the carbon electrode) × 100 (%) is 20 to 50%. It is preferable that the porosity of the central portion that is not positively polarized at 80% is 25 to 95%, and the ratio of the porosity of both ends that are positively polarized and the porosity of the central portion that is not positively polarized is 0.2 to 0.85. When the porosity of both ends is 20 to 80%, if it is less than 20%, smooth flow of the water to be treated is hindered, and if it exceeds 80%, microorganisms that pass through the electrode without contacting the carbon electrode surface are generated Because. The reason why the opening ratio at the center is 25 to 95% is that if the opening ratio is less than 25%, there is no point in changing the opening ratio, and if it exceeds 95%, the mechanical strength is reduced.
[0013]
In a more desirable form, the carbon electrode composed of the carbon electrodes at both ends that are positively polarized and the carbon electrode at the central part that is not positively polarized has an average pore diameter of 25 to 125 μm as a whole and a porosity of 20 to 80%. It is desirable to set as follows.
Such carbon electrodes having different opening diameters or opening ratios include, for example, a single thin-walled carbon electrode plate having a large opening diameter or opening ratio and two thin circular plates having a small opening diameter or opening ratio. The carbon electrode plate can be used as it is, and the former carbon electrode plate can be used as it is by sandwiching it between the latter two carbon electrode plates. Or by heat treatment at a temperature of 1000 to 3000 ° C. after bonding. The opening diameter or opening ratio of each carbon electrode plate used at this time is determined in consideration of the number of breeding microorganisms that can be expected in advance. Also, the carbon electrode is a paper made of organic fibers such as cellulose-based paper having a predetermined opening diameter or opening ratio distribution, that is, by appropriately adjusting the opening diameter or opening ratio of individual paper or the like as a whole, for example, By obtaining a laminate using a thermosetting resin such that the opening diameter or opening ratio of the upper and lower surfaces is small and the opening diameter or opening ratio of the central portion is large, and then heat-treated at 1000 to 3000 ° C, A carbon electrode having desired performance can be obtained.
[0015]
ThisElectrolysis according to the present invention described aboveTankA fixed-bed type three-dimensional electrode electrolytic cell, that is, a fixed-bed type monopolar electrolytic cell and a fixed-bed type bipolar electrolytic cell. In these electrolytic cells, the three-dimensional electrode of the electrolytic cell has an enormous surface area. This is advantageous in that the contact area between the surface and the water to be treated can be increased, whereby the size of the apparatus can be reduced and the efficiency of the electrolytic treatment can be increased.
[0016]
The electrode in the fixed-bed type three-dimensional electrode electrolytic cell of the present invention generally includes a carbonaceous electrode which causes a polarization phenomenon and a power supply electrode terminal, and the carbonaceous electrode has a shape corresponding to the electrolytic cell used as described above and is porous. As described above, it is formed of a carbonaceous material such as activated carbon, graphite, carbon fiber or the like, which is configured as a porous block or sponge and through which the water to be treated can pass. A pair of a power supply anode terminal and a power supply cathode terminal formed of a perforated plate such as a flat plate, an expanded mesh, or a perforated plate disposed at both ends of one or more carbon electrodes having such a configuration. A direct current voltage is applied to polarize the carbon electrode to form a positively polarized portion and a negatively polarized portion at one end and the other end, respectively. If necessary, the polarity of the power supply anode terminal and the power supply cathode terminal is periodically converted or an AC voltage of 10 Hz or less is applied so that the positively polarized portion and the negatively polarized portion are generated at regular intervals. May be.
[0017]
Since the electrode is made of carbon, the electrode may be oxidized by oxygen gas, which is an electrolytic reaction product, and collapse as carbon dioxide gas. In order to prevent this, a material such as titanium or the like is coated with a platinum group metal oxide such as iridium oxide or ruthenium oxide on the positively polarized side of the electrode to form a porous material or titanium which is usually used as an insoluble metal electrode. An electrode material in which a platinum group metal is coated by plating or the like on a substrate such as the above may be placed in contact with each other so that oxygen generation mainly occurs on the porous material.
When the water to be treated is supplied to the electrolytic cell provided with the carbon electrode according to the present invention, the microorganisms in the water to be treated come into contact with the electrodes polarized by the liquid flow, receive high-potential energy supply on their surfaces, and receive strong power. It is considered that an oxidative reaction occurs in the microbial cells, and its activity is weakened or the microorganism itself is killed and sterilization is performed.
Such electrolytic treatment almost completely sterilizes microorganisms in the water to be treated. However, the water to be treated after the electrolytic treatment is not necessarily provided immediately for drinking or other uses. Are often used for various purposes after a relatively long time has passed.
[0018]
In the electrolytic treatment using the electrolytic bath for electrolytic treatment of the water to be treated according to the present invention, the carbon electrode is appropriately polarized and the supplied water to be treated is surely applied to the positively polarized portion of the carbon electrode. The microorganisms are sterilized as long as they come in contact with each other, and if any of these conditions are missing, the efficiency of disinfecting the microorganisms in the water to be taken out of the electrolytic cell will not increase.
The data that can be measured during electrolysis include the temperature, liquid volume and electrical conductivity of the water to be treated, and the voltage and current of the electrolytic cell. Even if these data are used alone or in combination, the operation can be performed normally. It cannot be determined whether it is abnormal or abnormal. If the concentration of microorganisms in the treated water is higher than the allowable limit, the cause of the abnormal operation can be clarified only by comparing with the fluctuation of the concentration of microorganisms, or the operation of the electrolytic cell is normal. And the conclusion that increased microbial concentrations in the treated water should be attributed to other causes.
[0019]
For this purpose, it is desirable that data over the entire time during the operation of the electrolytic cell is recorded, and the operating state of the electrolytic cell can be grasped by comparing the data with data on the concentration of microorganisms obtained later.
Therefore, in the electrolytic treatment of the water to be treated using the electrolytic cell of the present invention, at the same time as the electrolytic treatment, the temperature, liquid volume and electric conductivity of the treated water, and at least data selected from the voltage and current of the electrolytic cell. One type, preferably all of these data, can be continuously recorded with the operation of the electrolytic cell and stored, for example, in a computer. Generally, the range of the above conditions suitable for the electrolytic treatment is as follows: the temperature of the water to be treated is 5 to 45 ° C., the linear velocity passing through the electrolytic bath is 5 to 30 mm / sec, the electric conductivity of the water to be treated is 0 to 5000 μs / cm, The voltage is 2.0 to 8.0 V / electrolyzer, and the current density is 0 to 5.0 A / dm.2And the relationship between the height of the carbon electrode accommodated in the electrolytic cell and the linear velocity satisfies [electrolytic cell height (mm)] / [linear velocity value (mm / sec)] ≧ 1.0 (second) Then, the water to be treated can be efficiently treated. Since these values may fluctuate in relation to each other, any value within this range does not necessarily mean that the concentration of microorganisms is at a sufficiently low level, and conversely, any value outside this range. Even in such cases, the concentration of microorganisms may be at a sufficiently low level, and it is not possible to confirm whether the operation is performed normally simply by measuring these values.
[0020]
With the recording of this data, the treated water to be treated is sampled, and the concentration of microorganisms in the sample is measured in parallel. Two to three days after data on the concentration of microorganisms is obtained, abnormalities in the concentration of microorganisms are detected. In such a case, it is possible to identify which item of the electrolysis condition is associated with abnormal microorganism concentration by comparing the change with time of each data. When the microorganism concentration is maintained at a sufficiently low level, it can be understood that normal operation is performed according to the corresponding temporal change of each data. Further, if there is no abnormality in each data even though the microorganism concentration is abnormal, it is presumed that an abnormality in the microorganism concentration has occurred due to factors other than the operating conditions of the electrolytic cell. Other factors can be considered.
[0021]
In particular, after the enforcement of the PL Act, it is expected that pursuing and clarifying the causes of product defects will affect the survival of the company. Especially when the electrolytic treatment by the electrolytic cell of the present invention is applied to drinking water which is directly linked to human health, the effect is particularly large. In some cases, it cannot be determined whether the defect is caused by a method defect or other factors.
However, as described above, by recording various data relating to electrolysis conditions and leaving them at a later date, it is possible to reliably identify the cause of a product defect by combining it with data relating to the concentration of microorganisms obtained later.
Even when there is no abnormality in the microorganism concentration, it can be used as auxiliary data indicating that the electrolytic treatment was performed normally.
[0022]
Next, preferred examples of the electrolytic cell for electrolytic treatment of the water to be treated according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the electrolytic cell is not limited thereto.
FIG. 2 is a schematic vertical sectional view showing an example of a bipolar fixed-bed type electrolytic cell which is the electrolytic cell of the present invention.
A mesh-type power
[0023]
The electrolytic cell
When electricity is supplied to the electrolytic cell having such a configuration while supplying water to be treated from below as indicated by an arrow, the small aperture (ratio)
[0024]
In this way, at the time of energization, one of the two small opening diameter (rate)
However, as described above, when the polarity is reversed, the microorganisms are sterilized also in the upper small opening diameter (rate)
[0025]
FIG. 3 shows another example of a bipolar fixed-bed type electrolytic cell which is the electrolytic cell of the present invention. The electrolytic cell is an improvement of the electrolytic cell of FIG. 2, and the same members are denoted by the same reference numerals. The description is omitted.
The opening diameter (rate) of the
When electricity is supplied to the electrolytic cell 12a in the same manner as in the electrolytic cell of FIG. 2, the lower part of each carbon electrode 15 ', that is, the small opening diameter (rate) part is positively polarized, and the upper part, that is, the large opening diameter (rate) part is negatively polarized. Then, the microorganism is sterilized in the small opening diameter (rate) portion that is positively polarized, and no clogging occurs because the microorganism does not propagate in this portion. On the other hand, sterilization is not performed more effectively in the large opening diameter (ratio) portion where the polarization is negative than in the small opening diameter (ratio) portion, and microorganisms may propagate. However, because of the large pore diameter (rate), the propagated microorganisms do not completely block the pores, and the microorganisms in the water to be treated can be smoothly sterilized.
The electrolytic cell shown in FIG. 3 is different from the electrolytic cell shown in FIG. 2 on the assumption that the polarity is not reversed. When the electrolytic cell is used for the purpose of reversing the polarity, the opening diameter (ratio) of the central portion where no polarization occurs. May be adjusted to be larger than the opening diameter (rate) of the polarized portions on both sides.
[0026]
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing still another example of a bipolar fixed-bed type electrolytic cell which is the electrolytic cell of the present invention. The electrolytic cell relates to an improvement of the electrolytic cell of FIG. 2, and the same members as those of the electrolytic cell shown in FIG.
In the present
[0027]
When current is supplied to the electrolytic cell having such a configuration while supplying water to be treated as indicated by an arrow from below, the
[0028]
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing still another example of a bipolar fixed-bed type electrolytic cell which is the electrolytic cell of the present invention. The electrolytic cell relates to an improvement of the electrolytic cell shown in FIG. 4, and the same members as those of the electrolytic cell shown in FIG.
In the
When current is supplied to the
At this time, if a
[0029]
【Example】
Hereinafter, examples of the electrolytic treatment of the water to be treated using the electrolytic cell according to the present invention will be described, but the examples do not limit the method of the present invention.
Embodiment 1
The electrolytic cell of this example was configured as follows.
First, a 39.5 mm diameter carbon fiber is placed between two small-diameter 39.5 mm diameter, 3 mm thick electrode plates (porous graphite, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd., approximately 45 μm in diameter). One electrode plate (porous graphite, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd., having a hole diameter of about 100 μm) having a thickness of 3 mm was inserted to form an electrode precursor having a three-layer structure. Then, the precursor was press-bonded to produce a carbon electrode having a small opening diameter at the top and bottom and a large opening diameter at the center (opening ratio at the center was 85%).
The five carbon electrodes (three in FIG. 2) produced as described above were placed in the electrolytic cell shown in FIG. 2 which is a transparent rigid polyvinyl chloride resin having a height of 75 mm and an inner diameter of 40 mm and having a flange and a cylindrical shape. A 38 mm diameter, 1 mm thick anode terminal for power supply made of titanium sandwiched between six polyethylene resin spacers having an aperture ratio of 80% and having a diameter of 40 mm and a thickness of 1 mm and made of titanium plated on the upper and lower diaphragms. And the power supply cathode terminal were placed in contact with each other to form an electrolytic cell of this example.
[0030]
Also, 795 microorganisms / milliliter were added to tap water to prepare treated water for testing.
The test water to be treated was supplied from the lower part of the electrolytic cell at a rate of 1.5 liter / minute (the supply pressure of the water to be treated at the start of energization was 2.03 kg / cm at the inlet pressure of the electrolytic cell).2) Apparent current density 0.2 A / dm by DC power supply2The electrolytic treatment of the water to be treated was performed by adjusting the electrolytic voltage to 4.3 to 8.8 V (average electrolytic voltage: 5.8 V). The number of microorganisms in the obtained treated water to be treated was 0 to 5 / ml.
The supply pressure of the water to be treated required to supply the water to be treated at a rate of 1.5 liter / min after the power was supplied for 7 days was 2.16 kg / cm.2And rose only slightly.
In addition, a large number of scratches were formed on the upper surface of the uppermost carbon electrode after the power supply was stopped, and slight cracks were also observed.
[0031]
[Comparative Example 1]
An electrode plate made of carbon fiber having a diameter of 39.5 mm and a thickness of 9 mm and having a substantially uniform pore size distribution (porous graphite, manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd .; The treatment of the water to be treated was carried out under the same conditions, except that.
The supply pressure of the water to be treated at the start of energization required to supply the test water to be treated at a rate of 1.5 L / min is 2.35 kg / cm.2The supply pressure is 2.91 kg / cm after 7 days.2It was estimated that the carbon electrode was clogged.
[0032]
Embodiment 2
The spacer was replaced with a disc-shaped porous electric insulating material (woven cloth made of polypropylene) having a diameter of 39.5 mm and a thickness of 0.1 mm manufactured by NBC Industries Co., Ltd. having an opening diameter of about 60 μm, and replacing this with the carbon electrode. The treatment of the water to be treated was carried out under the same conditions as in Example 1 except that it was brought into close contact with the upper surface.
After supplying electricity for 7 days, the supply pressure of the water to be treated required to supply the water to be treated at a rate of 1.5 L / min was 2.09 kg / cm.2And increased only slightly.
[0033]
Embodiment 3
The electrolytic treatment of the water to be treated was carried out under the same conditions as in Example 1 except that an electrolytic cell having a height higher than that in Example 1 was used, and the distance between the uppermost carbon electrode and the power supply anode terminal was set to 15 mm. Was.
After energization for 35 days, each carbon electrode was taken out of the electrolytic cell, washed and dried. After observing the upper surface of the uppermost carbon electrode, only slight scratches were formed and no cracks were observed.
[0034]
【The invention's effect】
According to the present inventionRudenDissolving tank, one or two or more porous block-shaped or sponge-shaped three-dimensional fixed bed type carbon electrode, placed between the power supply anode terminal and the power supply cathode terminal, the treated water containing microorganisms, An electrolytic cell for electrolytic treatment of water to be treated, wherein the diameter of the pores or the rate of opening in the flow direction of the water to be treated of the carbon electrode is varied in an electrolytic cell supplied to the carbon electrode for electrolytic treatment. Item 1).
Specifically, the pore diameter or porosity at both ends in the vicinity of both terminals of the carbon electrode, which is positively polarized and causes microbial sterilization, is determined by the central part of the carbon electrode where almost no polarization occurs and therefore microbial sterilization hardly occurs. (Claim 2). This embodiment is particularly advantageous when treating the water to be treated while reversing the polarity of the power supply electrode terminal. It is desirable that the opening diameter is 20 to 500 μm, and the opening diameter at the center is 50 to 5000 μm.
[0035]
In this electrolytic cell, the pore diameter of the positively polarized portion where the microorganisms are sterilized and the microorganisms do not grow is reduced, so that the water to be treated sufficiently contacts the wall surfaces of the pores of the carbon electrode in the positively polarized portion. Microorganisms are sterilized by electrolytic treatment, whereas microorganisms that have not been polarized and do not need to be in contact with the walls of the pores of the carbon electrode do not need to contact the water to be treated. Even if the pores of the carbon electrode tend to be closed due to, the pores of the carbon electrode are closed to the extent that the flow of the water to be treated is hindered because the pore diameter (ratio) is large from the beginning. Nothing. Therefore, when the treatment of the water to be treated is performed using the electrolytic cell having such a configuration, the flow of the water to be treated is substantially equal to that at the start of the operation by preventing the carbon electrode from being clogged without lowering the treatment efficiency. It is possible to maintain the treatment of the water to be treated without replacing the members for a long period of time while maintaining.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional electrolytic bath for treating water to be treated.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of a bipolar fixed-bed type electrolytic cell which is the electrolytic cell of the present invention.
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing another example.
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing still another example.
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing still another example.
[Explanation of symbols]
11 ...
Claims (3)
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