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技術 殺菌水生成方法

出願人 TOTO株式会社
発明者 田端研二河野秀平早川信高野幸夫
出願日 1996年5月30日 (24年6ヶ月経過) 出願番号 1996-174071
公開日 1997年12月9日 (22年11ヶ月経過) 公開番号 1997-314147
状態 未査定
技術分野 電気・磁気による水処理
主要キーワード 正方形板 電気分解前 塩素残存率 ネスラー 電気分解槽内 電気分解水 残留効果 液体流出口
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この項目の情報は公開日時点(1997年12月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

亜硝酸イオンアンモニウムイオン塩素イオンを含有する水において、水質に応じて、生成する遊離塩素生成量を調節することにより、生成する結合塩素濃度を制御し、該水自体を殺菌する、あるいは該水に殺菌性を付与する方法を提供すること。

解決手段

亜硝酸イオン、アンモニウムイオン、塩素イオンを含有する水を電気分解して殺菌水を生成する方法であって、該水の電気分解により瞬間的に生成する遊離塩素濃度をC(F−Cl)、該水に含有される亜硝酸性窒素濃度をC(NO2−N)とした時、

C(F−Cl)/C(NO2−N)≧0.05

の条件を満たすように電気分解することを特徴とする殺菌水生成方法を提供する。

概要

背景

従来より、浄水場において、水の殺菌消毒を目的とした次亜塩素酸ナトリウム等の殺菌性塩素の添加が行われている。ところで、水中に亜硝酸イオンが存在すると、次亜塩素酸ナトリウム等からの次亜塩素酸等の遊離塩素が亜硝酸イオンと優先的に反応し、少量の次亜塩素酸ナトリウムの添加では遊離塩素等の殺菌性塩素が残留しないと考えられてきた。そのため、浄水場における殺菌消毒では亜硝酸イオンとの反応量よりも余分の遊離塩素を添加する方法が取られてきた(「上水試験方法」、日本水道協会(1993)、262ページ)。一方、塩素イオン含有水電気分解して殺菌水を生成する方法も、例えば、特開平6−182344に開示されているように、廃水処理時の脱窒素の目的に付随的に組み合わせた方法が考えられ、複雑な工程が提案されていた。

概要

亜硝酸イオン、アンモニウムイオン塩素イオンを含有する水において、水質に応じて、生成する遊離塩素の生成量を調節することにより、生成する結合塩素濃度を制御し、該水自体を殺菌する、あるいは該水に殺菌性を付与する方法を提供すること。

亜硝酸イオン、アンモニウムイオン、塩素イオンを含有する水を電気分解して殺菌水を生成する方法であって、該水の電気分解により瞬間的に生成する遊離塩素濃度をC(F−Cl)、該水に含有される亜硝酸性窒素濃度をC(NO2−N)とした時、

C(F−Cl)/C(NO2−N)≧0.05

の条件を満たすように電気分解することを特徴とする殺菌水生成方法を提供する。

目的

本発明は上記問題に鑑み、亜硝酸イオン、アンモニウムイオン、塩素イオンを含有する水において、水質に応じて、電気分解により瞬間的に生成する遊離塩素の生成量を調節することにより、生成する結合塩素濃度を制御し、該水自体を殺菌する、あるいは該水に殺菌性を付与する方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

亜硝酸イオンアンモニウムイオン塩素イオンを含有する水を電気分解して殺菌水を生成する方法であって、該水の電気分解により瞬間的に生成する遊離塩素濃度をC(F−Cl)、該水に含有される亜硝酸性窒素濃度をC(NO2−N)とした時、C(F−Cl)/C(NO2−N)≧0.05の条件を満たすように電気分解することを特徴とする殺菌水生成方法

請求項2

C(F−Cl)/C(NO2−N)≧0.1の条件を満たすように電気分解することを特徴とする請求項1に記載の殺菌水生成方法。

技術分野

0001

亜硝酸イオンアンモニウムイオン塩素イオンを含有する水を電気分解して、該水自体の殺菌はもとより該水に殺菌性を付与する方法、より詳しくは亜硝酸イオンを含有する中水に殺菌性を付与する方法に関する。

背景技術

0002

従来より、浄水場において、水の殺菌消毒を目的とした次亜塩素酸ナトリウム等の殺菌性塩素の添加が行われている。ところで、水中に亜硝酸イオンが存在すると、次亜塩素酸ナトリウム等からの次亜塩素酸等の遊離塩素が亜硝酸イオンと優先的に反応し、少量の次亜塩素酸ナトリウムの添加では遊離塩素等の殺菌性塩素が残留しないと考えられてきた。そのため、浄水場における殺菌消毒では亜硝酸イオンとの反応量よりも余分の遊離塩素を添加する方法が取られてきた(「上水試験方法」、日本水道協会(1993)、262ページ)。一方、塩素イオン含有水を電気分解して殺菌水を生成する方法も、例えば、特開平6−182344に開示されているように、廃水処理時の脱窒素の目的に付随的に組み合わせた方法が考えられ、複雑な工程が提案されていた。

発明が解決しようとする課題

0003

本発明は上記問題に鑑み、亜硝酸イオン、アンモニウムイオン、塩素イオンを含有する水において、水質に応じて、電気分解により瞬間的に生成する遊離塩素の生成量を調節することにより、生成する結合塩素濃度を制御し、該水自体を殺菌する、あるいは該水に殺菌性を付与する方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0004

本発明者は、水の電気分解により生成する遊離塩素を利用して該水に殺菌性を付与する場合は、該水に亜硝酸イオンが存在しても、同時にアンモニウムイオンも存在すれば、遊離塩素とアンモニウムイオンとの反応(結合塩素生成反応)が、遊離塩素と亜硝酸イオンとの反応と競争的に生じることを見い出した。この結果を基に、特定条件に従い電気分解することにより、水から亜硝酸イオンを予め除去しなくても、殺菌性を有する結合塩素含有水を生成する方法を発明した。その特定条件とは、C(F−Cl)/C(NO2−N)≧0.05である。したがって、本発明では上記問題を解決すべく、亜硝酸イオン、アンモニウムイオン、塩素イオンを含有する水を電気分解して殺菌水を生成する方法であって、該水の電気分解により瞬間的に生成する遊離塩素濃度をC(F−Cl)、該水に含有される亜硝酸性窒素濃度をC(NO2−N)とした時、
C(F−Cl)/C(NO2−N)≧0.05
の条件を満たすように電気分解することを特徴とする殺菌水生成方法を提供する。電気分解することにより、亜硝酸イオンの除去等の工程なしに、中水等の亜硝酸イオン、アンモニウムイオン、塩素イオンを含有する水に、殺菌性を有する結合塩素を発生させることが可能となり、薬剤等を添加することなしに結合塩素による水の殺菌消毒が可能となる。

0005

より好ましくは、上記電気分解条件はC(F−Cl)/C(NO2−N)≧0.1の条件を満たすように電気分解する。この条件を満たすように電気分解することにより、中水等の亜硝酸イオン、アンモニウムイオン、塩素イオンを含有する水により多くの結合塩素を生成することが可能となり、水自体の殺菌を行うだけでなく、水に殺菌性を付与することも可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0006

中水等の亜硝酸イオン、アンモニウムイオン、塩素イオンを含有する水を電気分解して得られる殺菌水中の結合塩素の濃度は、該水中の亜硝酸イオン濃度アンモニウムイオン濃度および該水の電気分解時に瞬間的に生成する遊離塩素濃度の3者の関係で規定される。遊離塩素はアンモニウムイオンと接触すると、結合塩素となることが知られている。結合塩素とは、アンモニウムイオンの少なくとも1つの水素イオンが、塩素イオンに置き換わったものである。アンモニウムイオンの水素1つを塩素と置換したものをモノクロラミン、2つを置換したものをジクロラミンといい、殺菌力を有する。これらの生成については種々の反応が想定されているが、簡単には以下に示す(1)、(2)により表される。
NH3 + HClO → NH2Cl + H2O・・・・・・・(1)
NH2Cl + HClO → NHCl2 + H2O・・・・・(2)
結合塩素は殺菌力を持つこと、その殺菌速度は遊離塩素に比べ約100分の1と非常に小さい(遅い)こと、遊離塩素に比べ残留効果があること、塩素臭を発するような成分を生成しないことが知られている。

0007

また、本出願人の特願平8−68901では、結合塩素による殺菌効果は、結合塩素濃度、殺菌対象菌濃度に依存するが、少なくとも結合塩素濃度が0.1ppm以上あれば、殺菌が可能であることを開示している。一方、遊離塩素は亜硝酸イオンと接触すると、亜硝酸イオンを酸化し、自らは消滅することも知られている。これは、(3)の反応と推定される。
NO2− + HClO → NO3− + HCl・・・・(3)
一般に、亜硝酸イオン、アンモニウムイオンを含む水に遊離塩素を添加すると、遊離塩素は亜硝酸イオンと優先的に反応するため、遊離塩素とアンモニウムイオンの反応により結合塩素を生成するためには亜硝酸イオンとの反応量以上の遊離塩素が必要であると考えられていた。

0008

しかし、本発明者は亜硝酸イオンとアンモニウムイオンを共に含有する水(例えば、中水)を電気分解する場合は、電気分解により生成した遊離塩素と夫々亜硝酸イオン、アンモニウムイオンとの反応は競争反応となり、亜硝酸イオンがなくならなくても、遊離塩素の一部はアンモニウムイオンと反応し、結合塩素となって残存することを見いだした。この場合の電気分解水は殺菌性を有する結合塩素を含むため、殺菌水となり、この殺菌水を利用することにより、本出願人の他の出願PCT/JP95/01650や特願平8−68901に記載しているような便器あるいは排水管殺菌洗浄、ひいては細菌に由来する尿石、ぬめり等の発生防止が可能となる。

0009

以下に、殺菌水の生成方法に関する具体的な実験について説明する。
実験1.亜硝酸イオン、アンモニウムイオンと遊離塩素との反応
アンモニウムイオン、亜硝酸イオン、瞬間生成遊離塩素の比と結合塩素残存率の関係を定量的に把握することにより、亜硝酸イオン、アンモニウムイオンを含有する水に所望量の結合塩素を残留させるために必要十分な条件を求めた.尚、瞬間生成遊離塩素とは電気分解により生成した遊離塩素のことをいう。

0010

(1)実験方法
電気分解装置図1に本発明の実施例に係わる電気分解装置の機器構成を示す。タンク12は中水等の被電気分解水を貯留するためのものである。タンク12の水は順に開閉弁7と、ポンプPと流量計16を介して、電気分解槽3へ導かれる構成となっている。整流回路を有する直流電源装置6をAC100ボルト家庭用電源に接続し、電気分解槽3内に配設した電極板4を直流電源装置6に接続した。電気分解槽3に流入する被電気分解水の流量はポンプPの回転数により調節可能とした。流量計16により流量を計測した。電流計8および電圧計11で測定し、電気分解電流が一定となるように電圧を調整した。

0011

図2に本発明に係わる電気分解槽3の応用に関する概念図を示す。水源より供給された水は電気分解槽3内の2枚の電極板4、4間の流路を流れ、電気分解された後電気分解槽3から排出し、殺菌対象の便器等に供給され、殺菌を行う。図3図4は本発明の実施例に係る電気分解槽の概念図である。図3は電気分解槽の平面図で、電気分解槽内液体の流れを矢印で表示している。図4図3のb−b断面図である。電気分解槽3は1対の電極板4、4と、電極間に形成された流路5と、流路に連通する液体流入口1と液体流出口2からなり、極性切り換え可能な直流電源6により電極直流電圧印加される。

0012

図5に本発明の実施例に係わる電気分解槽の分解斜視図を示す。電気分解槽3を、対角位置に液体流入口1及び液体流出口2を設け一端が閉鎖された長方形断面の筒状部材3aと、筒状部材3aの開放端液密に閉鎖する蓋部材3bとにより構成した。液体流入口1と液体流出口2を対角位置に設けることにより、電極間流路の液体の偏流の防止を行なった。電極板4は、縦×横×板厚が40mm×40mm×0.5mmの正方形板とした。各電極板4の接続端子4aを電気分解槽3の外部へ導出電源に接続する構造とした。電極板4の材質は、白金イリジウム重量比7:3の割合で含む白金・酸化イリジウム触媒被覆したチタンとした。電極板間距離は、0.5mmとした。電極板4、4間に電極板間距離と等しいポリエチレンテレフタレートからなる板厚0.5mmの3枚のスペーサー9、9、9(幅2mm)を挟んで電極板間距離を確保した。スペーサー9に当接する部分の面積を除いた実質の電極面積は、0.136dm2/極とした。

0013

(被電気分解水)実験の被電気分解水には、実験室にて調製したアンモニウムイオン、亜硝酸イオンを含有する水(以後模擬中水と呼ぶ)を用いた。神奈川県ケ崎市の上水に、紫外線ランプ照射して、上水中の遊離塩素を分解し、DPD法により同処理上水中に残留する遊離塩素のないことを確認した。この紫外線処理水にアンモニア水和光純薬工業(株)、精密分析用25%)および亜硝酸ナトリウム(和光純薬工業(株)、特級)を夫々所定量添加した。アンモニウムイオン中の窒素濃度(以後、アンモニア性窒素濃度と呼ぶ)と亜硝酸イオン中の窒素濃度(以後、亜硝酸性窒素濃度と呼ぶ)に関して、亜硝酸性窒素比率(=亜硝酸性窒素濃度/(亜硝酸性窒素濃度+アンモニア性窒素濃度))がほぼ0.1、0.25、0.5、0.8、1となるように各種模擬中水を調製した。

0014

(アンモニア性窒素濃度の測定)アンモニア性窒素濃度は、上記方法で調製した電気分解前の模擬中水を25mlサンプリングし、ネスラー法により測定した。また、上水についても同様の測定を行い、上水にはアンモニア性窒素が含まれないことを確認した。
(亜硝酸性窒素濃度の測定)亜硝酸性窒素濃度は、上記方法で調製した電気分解前の模擬中水を25mlサンプリングし、ジアゾ化法により測定した。また、上水についても同様の測定を行い、上水には亜硝酸性窒素が含まれないことを確認した。
(遊離塩素濃度および結合塩素濃度の測定)遊離塩素濃度および結合塩素濃度は、電気分解水を10mlサンプリングし、DPD法により測定した。また電気分解前の紫外線処理上水と模擬中水についても測定を行い、遊離塩素および結合塩素が含まれていないことを確認した。
(電気分解条件)図1の電気分解装置を用いて、紫外線処理上水を電気分解し、電気分解水の遊離塩素濃度を測定した。遊離塩素濃度が所望の値となる電気分解条件を把握した。同じ電気分解条件で、上記の各模擬中水を電気分解し、電気分解水の結合塩素濃度を測定した。電気分解時の被電気分解水の流量は0.25l/min又は0.1l/minで行った。

0015

(結合塩素としての塩素残存率の算出)亜硝酸イオン、アンモニウムイオン、塩素イオンを含有する水を電気分解すると、まず最初に塩素イオンから塩素が生成し、該生成塩素が次亜塩素酸等の遊離塩素となる。次に、遊離塩素が亜硝酸イオンと反応し消滅し、あるいは遊離塩素がアンモニウムイオンと反応し結合塩素が生成する。ところで、これらの反応は瞬間的に起こるため、生成した遊離塩素を測定することは難しい。そこで、本実験ではアンモニウムイオンや亜硝酸イオンを含まない紫外線処理上水を電気分解した際の遊離塩素濃度を求めることにより、瞬間生成遊離塩素濃度とした。同じ条件で模擬中水を電気分解した際の結合塩素濃度を残存結合塩素濃度とし、瞬間生成遊離塩素濃度との比をとることにより、その電気分解条件における結合塩素残存率として算出した。

0016

(2)実験結果
(瞬間生成遊離塩素濃度と電気分解条件)本実験で得られた瞬間生成遊離塩素濃度と電気分解条件(電気分解電流、流量)を表1に示す。

0017

0018

尚、この条件は原水比電導度と塩素イオンの輸率に依存するものである。
原水水質と結合塩素残存率の関係)比較として、従来の考えに従う亜硝酸性窒素比率と、反応量比と、結合塩素残存率の関係を図6に、本実験により得られた模擬中水中の亜硝酸性窒素比率と、反応量比と、結合塩素残存率の関係を図7に、詳細データを表2に示す。

0019

0020

なお、亜硝酸性窒素比率、反応量比、結合塩素残存率の定義は以下の通りとした。
亜硝酸性窒素比率:亜硝酸性窒素濃度/(亜硝酸性窒素濃度+アンモニア性窒素濃度)
反応量比:瞬間生成遊離塩素濃度/亜硝酸性窒素濃度
結合塩素残存率:残存結合塩素濃度/瞬間生成遊離塩素濃度
従来の考えでは亜硝酸性窒素と遊離塩素の反応量比は1:2.5であり、亜硝酸性窒素比率の大小と無関係に、反応量比2.5より大きい条件で遊離塩素が供給されないと有効塩素は残留しないことになる(図6)。しかし、遊離塩素を電気分解により供給する場合には図7に示すようにはるかに少ない反応量比でも有効塩素が残存していることが確認された。

0021

この結果から、以下のことがわかった。
1.亜硝酸性窒素比率は小さい、つまり存在するアンモニア性窒素と亜硝酸性窒素の和に占める亜硝酸性窒素の割合が小さい方が結合塩素残存率が大きい。
2.反応量比は大きい、つまり亜硝酸性窒素濃度に対する瞬間生成遊離塩素濃度が大きい方が結合塩素残存率が大きい。
以上から結合塩素残存率、すなわち電気分解により供給する遊離塩素中のアンモニウムイオンと反応する遊離塩素の割合は原水中のアンモニウムイオン、亜硝酸イオンおよび瞬間生成遊離塩素の比に密接に関係し、亜硝酸イオンに対しアンモニウムイオンが多いほど、また、亜硝酸イオンに対し瞬間生成遊離塩素が多いほど、結合塩素の残存率は大きくなることがわかった。

0022

反応量比が0.05以上であれば亜硝酸性窒素比率に係わらず電気分解水中に瞬間的に生成した遊離塩素が結合塩素として残存し、より好ましくは反応量比が0.1以上であれば、亜硝酸性窒素比率が0.5以下の領域で、遊離塩素の10%以上が結合塩素として残存する。さらに反応量比が2以上であれば亜硝酸性窒素比率に係わらず電気分解水中に瞬間的に生成した遊離塩素の約20%が結合塩素として残存する。したがって、いずれの場合も、電気分解により瞬間的に生成する遊離塩素の量を電気分解条件の調整することにより、従来の考えに反して、アンモニウムイオン、亜硝酸イオンを含有する水から結合塩素を有する殺菌水を生成することが可能となった。

0023

実験2.中水の電気分解による殺菌水の生成
実験1の結果を参考にして、実際に利用されているアンモニウムイオンと亜硝酸イオンを含有する中水を用いて、殺菌水の生成を行った。
(1)実験方法
(電気分解装置)実験1の装置を用いた。
(被電気分解水)福岡県福岡市にて採取した中水A、中水Bを用いた。電気分解時の被電気分解水の流量は1.0l/minとした。
(遊離塩素濃度および結合塩素生成濃度の測定)遊離塩素濃度および結合塩素濃度は、電気分解後の中水から10mlサンプリングし、DPD法により測定した。電気分解前の中水も同様に測定し、いずれも0であることを確認した。

0024

(2)実験結果
各中水の水質、電気分解条件、実験結果を表3に示した。

0025

0026

A、Bいずれの中水でも、記載の電気分解条件により1ppmの結合塩素が得られ、17%の結合塩素残存率となり、図6の模擬中水のデータと近い結果が実際に使用さている中水からも確認できた。

発明の効果

0027

本発明は亜硝酸イオン、アンモニウムイオン、塩素イオンを含有する水を電気分解して殺菌水を生成する方法であって、前記電気分解により、瞬間的に生成する遊離塩素濃度をC(F−Cl)、水中に含有される亜硝酸性窒素濃度をC(NO2−N)とした時、C(F−Cl)/C(NO2−N)≧0.05の条件を満たすように、より好ましくは、C(F−Cl)/C(NO2−N)≧0.1の条件を満たすように電気分解することを特徴とする殺菌水生成方法を提供し、電気分解することにより、亜硝酸イオンの除去や薬剤の添加なしに、塩素を消費する亜硝酸イオンを含む水にも容易に殺菌性を付与することが可能となった。

図面の簡単な説明

0028

図1本発明の実施例に係わる実験装置装置の構成図
図2電気分解装置の応用に関する概念図
図3本発明に係わる電気分解槽の概念図
図4本発明に係わる電気分解槽の概念図
図5本発明の実施例に係わる電気分解槽の分解斜視図
図6従来の亜硝酸性窒素比率、反応量比、結合塩素残存率の関係
図7本発明に係わる実験の亜硝酸性窒素比率、反応量比、結合塩素残存率の関係

--

0029

1液体流入口
2液体流出口
3電気分解槽
4電極
5電極間流路
6電源
7開閉弁
8電流計
9スペーサー
11電圧計
12タンク
16流量計
P ポンプ

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