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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022176160
(43)【公開日】2022-11-25
(54)【発明の名称】水処理装置
(51)【国際特許分類】
C02F 1/461 20060101AFI20221117BHJP
【ＦＩ】
C02F1/461 A
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022078795
(22)【出願日】2022-05-12
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-11-08
(31)【優先権主張番号】202110523876.4
(32)【優先日】2021-05-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】520272961
【氏名又は名称】ウェンジョウ ユニバーシティ
【氏名又は名称原語表記】Ｗｅｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
【住所又は居所原語表記】Ｃｈａｓｈａｎ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｔｏｗｎ， Ｏｕｈａｉ， Ｗｅｎｚｈｏｕ， Ｚｈｅｊｉａｎｇ， Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井芹 寧
(72)【発明者】
【氏名】▲ハオ▼▲愛▼民
(72)【発明者】
【氏名】小林 草平
(72)【発明者】
【氏名】夏冬
(72)【発明者】
【氏名】▲鄭▼向勇
(72)【発明者】
【氏名】▲陳▼▲剣▼▲鷹▼
(72)【発明者】
【氏名】▲趙▼▲敏▼
【テーマコード（参考）】
4D061
【Ｆターム（参考）】
4D061DA09
4D061DB07
4D061DB08
4D061EA02
4D061EB01
4D061EB04
4D061EB11
4D061EB13
4D061EB16
4D061EB19
4D061EB29
4D061EB30
4D061EB31
4D061EB34
4D061EB37
4D061GA04
4D061GA30
(57)【要約】 （修正有）
【課題】細胞壁を破壊することなくアオコを除去することができるだけでなく、アオコの増殖を効率的に阻害することができ、アオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を防ぐことができる水処理装置を提供する。
【解決手段】水処理装置は、陰極１１１が配置されている陰極室１１０と陽極１２１が配置されている陽極室１２０とを有する電解室１０と、陰極室１１０及び陽極室１２０へ原水を導入する原水導入部２０と、アルカリ性電解水を排出するためのアルカリ性電解水排出部３０と、酸性電解水を排出するための酸性電解水排出部４０と、陰極室１１０で生成されるガスを排出するための陰極排気口５０と、陽極室１２０で生成されるガスを排出するための陽極排気口６０を備え、陰極１１１及び陽極１２１がいずれも中空柱状に形成されている。
【選択図】図１
【解決手段】水処理装置は、陰極１１１が配置されている陰極室１１０と陽極１２１が配置されている陽極室１２０とを有する電解室１０と、陰極室１１０及び陽極室１２０へ原水を導入する原水導入部２０と、アルカリ性電解水を排出するためのアルカリ性電解水排出部３０と、酸性電解水を排出するための酸性電解水排出部４０と、陰極室１１０で生成されるガスを排出するための陰極排気口５０と、陽極室１２０で生成されるガスを排出するための陽極排気口６０を備え、陰極１１１及び陽極１２１がいずれも中空柱状に形成されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
陰極が配置されている陰極室と陽極が配置されている陽極室とを有する電解室と、
前記陰極室及び前記陽極室にそれぞれ接続され、前記陰極室及び前記陽極室へ原水を導入する原水導入部と、
前記陰極室に接続され、アルカリ性電解水を排出するためのアルカリ性電解水排出部と、
前記陽極室に接続され、酸性電解水を排出するための酸性電解水排出部と、
前記陰極室の上方に配置され、前記陰極室で生成されるガスを排出するための陰極排気口と、
前記陽極室の上方に配置され、前記陽極室で生成されるガスを排出するための陽極排気口と、
を備え、
前記陰極及び前記陽極は、いずれも中空柱状に形成されている、
ことを特徴とする水処理装置。
前記陰極室及び前記陽極室にそれぞれ接続され、前記陰極室及び前記陽極室へ原水を導入する原水導入部と、
前記陰極室に接続され、アルカリ性電解水を排出するためのアルカリ性電解水排出部と、
前記陽極室に接続され、酸性電解水を排出するための酸性電解水排出部と、
前記陰極室の上方に配置され、前記陰極室で生成されるガスを排出するための陰極排気口と、
前記陽極室の上方に配置され、前記陽極室で生成されるガスを排出するための陽極排気口と、
を備え、
前記陰極及び前記陽極は、いずれも中空柱状に形成されている、
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項2】
前記陰極室に配置され、中空柱状の前記陰極を囲むように形成されている陰極導水板と、
前記陽極室に配置され、中空柱状の前記陽極を囲むように形成されている陽極導水板と、
をさらに含み、
前記陰極室内の液体は、前記陰極導水板に沿って上下に回流し、
前記陽極室内の液体は、前記陽極導水板に沿って上下に回流する、
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
前記陽極室に配置され、中空柱状の前記陽極を囲むように形成されている陽極導水板と、
をさらに含み、
前記陰極室内の液体は、前記陰極導水板に沿って上下に回流し、
前記陽極室内の液体は、前記陽極導水板に沿って上下に回流する、
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項3】
前記陰極室における前記陰極の上端と前記陰極排気口との間に配置され、前記陰極排気口へ流れる気液を遮断し液体及びガスに分離させる陰極気液分離板と、
前記陽極室における前記陽極の上端と前記陽極排気口との間に配置され、前記陽極排気口へ流れる気液を遮断し液体及びガスに分離させる陽極気液分離板と、
をさらに備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理装置。
前記陽極室における前記陽極の上端と前記陽極排気口との間に配置され、前記陽極排気口へ流れる気液を遮断し液体及びガスに分離させる陽極気液分離板と、
をさらに備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項4】
前記陰極気液分離板は、陰極導水板の上端と前記陰極排気口との間に配置され、その鉛直投影が前記陰極導水板の鉛直投影範囲を覆うように形成され、
前記陽極気液分離板は、陽極導水板の上端と前記陽極排気口との間に配置され、その鉛直投影が前記陽極導水板の鉛直投影範囲を覆うように形成されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
前記陽極気液分離板は、陽極導水板の上端と前記陽極排気口との間に配置され、その鉛直投影が前記陽極導水板の鉛直投影範囲を覆うように形成されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
【請求項5】
前記陰極気液分離板と前記陽極気液分離板は、別体型又は互いに連結された一体型である、
ことを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
ことを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
【請求項6】
前記電解室における前記陰極室と陽極室との間に、前記陰極室と前記陽極室との間でのイオンの移動を可能とするセパレータが配置されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理装置。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項7】
前記原水は、アオコ、アオコ毒素、アオコ異臭味物質のうちの少なくとも一つを含む液体である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理装置。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項8】
前記陰極室は、
前記陰極室の上部に配置され、且つ前記陰極室内のガス圧力と前記陰極室外の大気圧力の差を感知するための陰極側圧力計、及び、
前記陰極排気口に配置され、且つ、前記陰極室内のガス圧力と前記陰極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、前記陰極室内のガスを前記陰極室外へ吸引するための陰極側ガス吸引ポンプを備え、
前記陽極室は、
前記陽極室の上部に配置され、且つ前記陽極室内のガス圧力と前記陽極室外の大気圧力の差を感知するための陽極側圧力計、及び、
前記陽極排気口に配置され、且つ、前記陽極室内のガス圧力と前記陽極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、前記陽極室内のガスを前記陽極室外へ吸引するための陽極側ガス吸引ポンプを備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
前記陰極室の上部に配置され、且つ前記陰極室内のガス圧力と前記陰極室外の大気圧力の差を感知するための陰極側圧力計、及び、
前記陰極排気口に配置され、且つ、前記陰極室内のガス圧力と前記陰極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、前記陰極室内のガスを前記陰極室外へ吸引するための陰極側ガス吸引ポンプを備え、
前記陽極室は、
前記陽極室の上部に配置され、且つ前記陽極室内のガス圧力と前記陽極室外の大気圧力の差を感知するための陽極側圧力計、及び、
前記陽極排気口に配置され、且つ、前記陽極室内のガス圧力と前記陽極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、前記陽極室内のガスを前記陽極室外へ吸引するための陽極側ガス吸引ポンプを備える、
ことを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、水処理装置に関し、特に、貯水池、湖又は河川などのアオコ、アオコ毒素、アオコ異臭味物質を防除する水処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、水域の富栄養化は、水質に深刻な影響を及ぼす環境問題となっており、水質汚染や生態環境への悪影響をもたらす可能性がある。そのうち、アオコによる水の華（ａｌｇａｌ ｂｌｏｏｍ）は、水の富栄養化の重要な特徴の一つである。アオコは、シアノバクテリア（Ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａ）とも呼ばれ、人間の健康を危険にさらす一連の毒性の高い天然毒素（アオコ毒素、ｃｙａｎｏｔｏｘｉｎ）や異臭味物質を生成する可能性がある。貯水池、湖又は河川などで大量のアオコが増殖されて水の華が形成される場合、人間に大きな害を及ぼす。
【0003】
アオコ及びアオコ生産物質を除去する従来技術は、主に、物理的処理技術と化学的処理技術に分けられ、物理的除去技術は、主に、超音波やキャビテーション及びノズルから加圧水を噴射することにより行われ、化学的アオコ除去技術は、主に、化学物質を水に溶解させてアオコと相互作用させることにより行われる。
【発明の概要】
【0004】
上記従来技術によってアオコを除去する場合、アオコは、細胞壁が破壊されやすいため、アオコの細胞内の毒素（例えば、ミクロシスチン）の流出が生じ、水域に二次汚染をもたらすだけでなく、他の水生動物の死亡も引き起こす。
【0005】
なお、多くの藻類は、光合成の炭素源として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用する。アオコは、二酸化炭素以外にも、重炭酸イオン（ＨＣＯ３－）も使用することができる。貯水池、湖又は河川などの表層でアオコが異常増殖すると、ｐＨが上昇し、二酸化炭素が重炭酸イオン又は炭酸イオン（ＣＯ３
２－）になり、アオコ以外の藻類は、炭素栄養素として二酸化炭素を使用することができないため、アオコ以外の藻類の増殖が妨げられる。また、アオコの競合藻類の増殖が阻害されるため、アオコのみが優勢に増殖する。
【0006】
下記式１は、水中での二酸化炭素の反応を示す。
上記式１において、左側は、酸性環境であり、右側は、アルカリ性環境である。
【数1】
【0007】
酸性イオン水によるｐＨ値の低下により上記の式１を左にシフトさせて、二酸化炭素ガスの比率を上げると、アオコの競合藻類である緑藻類、珪藻類及びその他の光合成藻類の増殖を促進することができ、さらにアオコの優先的な増殖を防止することもできる。
【0008】
さらに、アオコ生成の原因となる水底層の貧酸素化を改善することができれば、アオコの成長を抑制することが可能になる。
【0009】
本願は、上記課題に鑑みて行われたものであり、細胞壁を破壊することなくアオコを除去することができるだけでなく、アオコの増殖を効率的に阻害することができ、アオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を防ぐことができる水処理装置を提供することを目的とする。
【0010】
本願は水処理装置を提供し、前記水処理装置は、陰極が配置されている陰極室と陽極が配置されている陽極室とを有する電解室と、前記陰極室及び前記陽極室にそれぞれ接続され、前記陰極室及び前記陽極室へ原水を導入する原水導入部と、前記陰極室に接続され、アルカリ性電解水を排出するためのアルカリ性電解水排出部と、前記陽極室に接続され、酸性電解水を排出するための酸性電解水排出部と、前記陰極室の上方に配置され、前記陰極室で生成されるガスを排出するための陰極排気口と、前記陽極室の上方に配置され、前記陽極室で生成されるガスを排出するための陽極排気口と、を備え、前記陰極及び前記陽極は、いずれも中空柱状に形成されている。
【0011】
選択的に、前記陰極及び前記陽極の断面形状は、円形、楕円形又は多角形である。
【0012】
選択的に、前記陰極及び前記陽極は、それぞれ、表面に導電性材料が塗布されている多層構造、又は、導電性材料からなる単層構造であり、前記導電性材料は、グラファイト、超伝導カーボン、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンドット、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノファイバー、チタン、亜鉛、スズ、リチウム、銀、パラジウム、白金、金のうちの少なくとも一つである。
【0013】
選択的に、前記原水は、アオコ、アオコ毒素、アオコ異臭味物質のうちの少なくとも一つを含む液体である。
【0014】
上記水処理装置を用いると、原水中の電解質成分を電気分解させて、酸性電解水及びアルカリ性電解水を生成することができる。生成された酸性電解水は、貯水池、湖又は河川などの表層のアオコに直接排出されて、細胞壁を破壊することなくアオコを殺滅することができ、アオコの成長を効率的に抑制することができ、さらにアオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を抑制することもできる。また、上記水処理装置は、さらに、水分子を水素ガスと酸素ガスに分解させ、水素ガスは、燃料電池などの燃料として回収利用され、酸素ガスは、還元的環境下でリン酸などがイオン化しアオコに栄養を供給する原因となる底層貧酸素水域への曝気空気中に混入されることで、従来の曝気技術と比較して、効率的な酸素供給を可能とする。
【0015】
選択的に、上記水処理装置は、前記陰極室に配置され、中空柱状の前記陰極を囲むように形成されている陰極導水板と、前記陽極室に配置され、中空柱状の前記陽極を囲むように形成されている陽極導水板と、をさらに含み、前記陰極室内の液体は、前記陰極導水板に沿って上下に回流し、前記陽極室内の液体は、前記陽極導水板に沿って上下に回流する。
【0016】
選択的に、前記陰極導水板は、前記陰極と形状が一致し、前記陽極導水板は、前記陽極と形状が一致する。
【0017】
上記水処理装置の導水板を用いて陰極室又は陽極室内で上下方向の回流を形成させて、さらに陰極室又は陽極室内の電解質成分及び水分子を充分に電気分解させ、陰極又は陽極の近くで生成されたガスを陰極室又は陽極室の上方へより効率的に導くことができる。
【0018】
選択的に、上記水処理装置は、前記陰極室における前記陰極の上端と前記陰極排気口との間に配置され、前記陰極排気口へ流れる気液を遮断し液体及びガスに分離させる陰極気液分離板と、前記陽極室における前記陽極の上端と前記陽極排気口との間に配置され、前記陽極排気口へ流れる気液を遮断し液体及びガスに分離させる陽極気液分離板と、をさらに備える。
【0019】
選択的に、前記陰極気液分離板は、前記陰極導水板の上端と前記陰極排気口との間に配置され、その鉛直投影が前記陰極導水板の鉛直投影範囲を覆うように形成され、前記陽極気液分離板は、前記陽極導水板の上端と前記陽極排気口との間に配置され、その鉛直投影が前記陽極導水板の鉛直投影範囲を覆うように形成されている。
【0020】
選択的に、前記陰極気液分離板と前記陽極気液分離板は、別体型又は互いに連結された一体型である。
【0021】
上記水処理装置の気液分離板は、導水板とともに上下方向の回流を形成するだけでなく、気液分離を効率的に行うこともでき、陰極室又は陽極室でそれぞれ生成されたガスを効率的に回収することもできる。
【0022】
選択的に、上記水処理装置において、前記電解室における前記陰極室と陽極室との間に、前記陰極室と前記陽極室との間でのイオンの移動を可能とするセパレータが配置されている。
【0023】
上記セパレータは、陰極室及び陽極室内でそれぞれ個別の回流システムを形成することができる。これにより、陰極室及び陽極室内で電解分解によってより多くのアルカリ性及び酸性電解水を生成するだけでなく、陰極の近くで生成された水素ガス及び陽極の近くで生成された酸素ガスをより良好に回収することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本願の第１実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。
【図2】本願の第１実施形態に係る陰極及び陽極の断面構造の一例である。
【図3】本願の第２実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。
【図4】本願の第２実施形態に係る陰極導水板及び陽極導水板の断面構造の一例である。
【図5】本願の第３実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。
【図6】本願の第４実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。
【図7】本願の第５実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下，図面を参照して、本願の実施形態を説明する。なお、以下の説明において、本実施形態に係る水処理装置は、例として、貯水池、湖又は河川などに用いられるが、本願はこれらに限定されず、例えば、沼地、海水、汽水（半海水とも呼ばれる）、汚水などのさまざまな種類の水に適用することができる。また、本願は、以下の実施形態に限定されない。
【0026】
【0027】
図１に示すように、第１実施形態に係る水処理装置は、電解室１０、原水導入部２０、アルカリ性電解水排出部３０、酸性電解水排出部４０、陰極排気口５０及び陽極排気口６０を備える。電解室１０は、陰極室１１０及び陽極室１２０を有し、陰極室１１０には陰極１１１が配置され、陽極室１２０には陽極１２１が配置されている。
【0028】
原水導入部２０は、一端がポンプなどを介して外部に接続されて、外部から電解室１０へ原水を導入し、他端が分岐構造を介して陰極室１１０及び陽極室１２０にそれぞれ接続されて、原水を陰極室１１０及び陽極室１２０へそれぞれ導入する。原水導入部２０は、電解室１０の壁部の任意の位置に配置されてもよく、外部の原水を陰極室１１０及び陽極室１２０へ導入すればよい。一例として、原水導入部２０は、電解室１０の下方に配置されてもよい。このとき、原水は、電解室１０内で上下方向に流れることができ、陰極と陽極との間に容易に流れることができるため、原水に含まれる電解質を効率的に電気分解させることができる。これにより、原水から酸性電解水及びアルカリ性電解水を得ることができる。
【0029】
アルカリ性電解水排出部３０は、一端が陰極室１１０に接続され、他端が導管などの排水装置に接続されている。ユーザは、アルカリ性電解水排出部３０を用いて、アルカリ性電解水を表層水域の下方の低層水域に排出して、貯水池、湖又は河川などの底部領域におけるリン酸イオンが溶出され易い低いｐＨ値を中和させ、これによりｐＨ値を中性付近、例えば６～７に上げることができ、リン酸を固定化するカチオンを提供することができるため、リン酸塩の溶出を抑制し、ミクロキスティス属の浮遊生物体の増殖を防止して、水浄化の目的を達成することができる。
【0030】
酸性電解水排出部４０は、一端が陽極室１２０に接続され、他端が導管などの排水装置に接続されている。ユーザは、酸性電解水排出部４０を用いて、アオコが成長し易い貯水池、湖又は河川などの表層に酸性電解水を排出して、アオコを殺滅することができる。また、酸性電解水によるｐＨ値の低下により上記式１を左にシフトさせて、二酸化炭素ガスの比率を上げると、アオコの競合藻類である緑藻類、珪藻類及びその他の光合成藻類の増殖を促進することができ、アオコの優先的な増殖を防ぐこともでき，さらにアオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を防止することもできる。
【0031】
本実施形態において、陰極１１１及び陽極１２１は、いずれも中空柱状に形成され、その断面形状は、円形、楕円形又は多角形であり、好ましくは、前記多角形は、円形又は正多角形である。陰極１１１及び陽極１２１は、一体的に形成された電極であってもよく、複数の電極シートで構成された電極シート群であってもよい。陰極１１１及び陽極１２１の断面形状は、同じであっても異なってもよい。陰極１１１及び陽極１２１の高さは、同じであっても異なってもよい。陰極１１１及び陽極１２１の材料は、同じであっても異なってもよい。
【0032】
図２は、陰極１１１及び陽極１２１がいずれも四つの電極シートで構成される一例を示す。陰極１１１及び陽極１２１がいずれも中空柱状を用いるため、陰極室１１０内で水分子から水素ガスを生成し易く、陽極室１２０内で水分子から酸素ガスを生成し易い。
【0033】
陰極室１１０で生成された水素ガスは上方に移動して、陰極室１１０の上方に配置された陰極排気口５０から外部へ排出される。この水素ガスは、燃料電池などの燃料として回収利用することができる。
【0034】
陽極室１２０で生成された酸素ガスは上方に移動して、陽極室１２０の上方に配置された陽極排気口６０から外部へ排出される。具体的に、この酸素ガスは、還元的環境下でリン酸などがイオン化しアオコに栄養を供給する原因となる底層貧酸素水域への曝気空気中に混入されることで、従来の曝気技術と比較して、効率的な酸素供給を可能として、アオコの成長をより良好に抑制し、さらにアオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を抑制することもできる。
【0035】
【0036】
図３は、本願の第２実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。第２実施形態に係る水処理装置と第１実施形態に係る水処理装置との相違とは、陰極導水板１１２及び陽極導水板１２２をさらに含み得ることである。
【0037】
図３に示すように、陰極導水板１１２は、陰極室１１０に配置され、中空柱状的陰極１１１を囲むように形成され、陽極導水板１２２は、陽極室１２０に配置され、中空柱状的陽極１２１を囲むように形成されている。
【0038】
陰極室１１０において、液体は、陰極導水板１１２に沿って上下に回流することができ、具体的に、陰極導水板１１２内で液体を下から上へ導き、陰極導水板１１２の上方に導いた後、陰極導水板１１２外で、上から下へ流れる。このような回流により、より多くの電解質が陰極１１１と陽極１２１との間を流れるため、電解質をより充分に分解することができる。また、陰極導水板１１２が陰極１１１外に配置され、且つ陰極導水板１１２内の液体を下から上へ流動させるため、陰極１１１の近くで生成された水素ガスを陰極室１１０の上方により効率的に移動させることができ、陰極室１１０で生成された水素ガスを効率的に回収することがより容易である。
【0039】
同様に、在陽極室１２０において、液体は、陽極導水板１２２に沿って上下に回流することができ、具体的に、陽極導水板１２２内で液体を下から上へ導き、陽極導水板１２２の上方に導いた後、陽極導水板１２２外で、上から下へ流れる。このような回流により、より多くの電解質が陰極１１１と陽極１２１との間を流れるため、電解質をより充分に分解することができる。また、陽極導水板１２２が陽極１２１外に配置され、且つ陽極導水板１２２内の液体を下から上へ流動させるため、陽極１２１の近くで生成された酸素ガスを陽極室１２０の上方により効率的に移動させることができ、陽極室１２０で生成された酸素ガスを効率的に回収することがより容易である。
【0040】
陰極導水板１１２及び陽極導水板１２２の断面形状は、任意の形状であってもよいし、同じであっても異なっていてもよい。好ましくは、陰極導水板１１２の断面形状は、陰極１１１の断面形状と一致し、陽極導水板１２２の断面形状は、陽極１１２の断面形状と一致する。図４は、陰極導水板１１２及び陽極導水板１２２の断面形状がそれぞれ陰極１１１及び陽極１１２の断面形状と一致する一例を示す。
【0041】
陰極導水板１１２と陽極導水板１２２の高さは、同じであっても異なっていてもよい。陰極導水板１１２と陰極１１１の高さは、同じであっても異なっていてもよいが、好ましくは、陰極導水板１１２と陰極１１１の高さが実質的に同じである。陽極導水板１２２と陽極１２１の高さは、同じであっても異なっていてもよいが、好ましくは、陽極導水板１２２と陽極１２１の高さが実質的に同じである。
【0042】
好ましくは、陰極導水板１１２は、陰極１１１と形状が一致し、陽極導水板１２２は、陽極１２１と形状が一致する。このような構造により、陰極１１１内の液体を含む陰極導水板１１２内の液体の回流をより良好に行うことができ、陽極１２１内の液体を含む陽極導水板１２２内の液体の回流をより良好に行うことができるため、電解質をより効率的に分解させることができ、生成されたガスをそれぞれ陰極室１１０及び陽極室１２０の上方に流動させることができる。
【0043】
［第３実施形態］
次に、図５を参照して、本願の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係る水処理装置の構造において、第２実施形態に係る水処理装置的構造と同一構造に対する説明は省略する。
次に、図５を参照して、本願の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係る水処理装置の構造において、第２実施形態に係る水処理装置的構造と同一構造に対する説明は省略する。
【0044】
図５は、本願の第３実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。第３実施形態に係る水処理装置と第２実施形態に係る水処理装置との相違とは、陰極気液分離板１１３及び陽極気液分離板１２３をさらに含み得ることである
【0045】
図５に示すように、陰極気液分離板１１３は、陰極室１１０における陰極１１１の上端と陰極排気口５０との間に位置し、陰極排気口５０へ流れる気液を遮断し、気液を液体及びガスに分離させることができる。陽極気液分離板１２３は、陽極室１２０における陽極１２１の上端と陽極排気口６０との間に位置し、陽極排気口６０へ流れる気液を遮断し、気液を液体及びガスに分離させることができる。
【0046】
本実施形態において、陰極気液分離板１１３及び陽極気液分離板１２３の形状は特に限定されず、任意の形状であってもよいが、好ましくは、陰極気液分離板１１３は、陰極導水板１１２の上端と陰極排気口５０との間に位置し、その鉛直投影が陰極導水板１１２の鉛直投影範囲を覆うように形成され、陽極気液分離板１２３は、陽極導水板１２２の上端と陽極排気口６０との間に位置し、その鉛直投影が陽極導水板１２２の鉛直投影範囲を覆うように形成されている。
【0047】
陰極室１１０において、陰極１１１内の液体を含む陰極導水板１１２内の液体は、陰極導水板１１２に沿って下から上へ流動し、陰極気液分離板１１３で周囲に移流・拡散され、陰極室１１０の壁部に沿って上から下へ流動し、これにより回流をより良好に形成することができる。一方では、このような回流により、より多くの電解質が陰極１１１と陽極１２１との間に導かれるため、分解によってより多くのアルカリ性電解水を生成して、貯水池、湖又は河川などの底部領域におけるリン酸イオンが溶出され易い低いｐＨ値を中和させ、これによりｐＨ値を中性付近に上げることができ、リン酸塩の溶出を抑制し、ミクロキスティス属の浮遊生物体（例えば、アオコ）の増殖を防止して、水浄化の目的を達成することができる。他方では、このような回流により、陰極１１１の近くで生成された水素ガスが陰極気液分離板１１３の近くにより良好に導かれ、陰極気液分離板１１３の壁部に沿って陰極排気口５０に移動し、陰極排気口５０によって外部へ排出されて、燃料電池などの燃料として回収利用することができる。
【0048】
同様に、陽極室１２０において、陽極１２１内の液体を含む陽極導水板１２２内の液体は、陽極導水板１２２に沿って下から上へ流動し、陽極気液分離板１２３で周囲に拡散され、陽極室１２０の壁部に沿って上から下へ流動し、これにより回流をより良好に形成することができる。一方では、このような回流により、より多くの電解質が陰極１１１と陽極１２１との間に導かれるため、分解によってより多くの酸性電解水を生成して、アオコを殺滅し、また、酸性電解水によるｐＨ値の低下によって二酸化炭素ガスの比率を上げることができるため、アオコの競合藻類である緑藻類、珪藻類及びその他の光合成藻類の増殖を促進することができ、アオコの優先的な増殖を防ぐこともでき，さらにアオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を防止することもできる。他方では、このような回流により、陽極１２１の近くで生成された酸素ガスが陽極気液分離板１２３の近くにより良好に導かれ、陽極気液分離板１２３の壁部に沿って陽極排気口６０に移動し、陽極排気口６０によって外部へ排出され、具体的に、このような酸素ガスは、還元的環境下でリン酸などがイオン化しアオコに栄養を供給する原因となる底層貧酸素水域への曝気空気中に混入されることで、アオコの成長をより良好に抑制し、さらにアオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を抑制することもできる。
【0049】
陰極気液分離板１１３と陽極気液分離板１２３は、別体型又は互いに連結された一体型であってもよく、必要に応じて設計することができる。
【0050】
［第４実施形態］
次に、図６を参照して、本願の第４実施形態を説明する。第４実施形態に係る水処理装置の構造において、第３実施形態に係る水処理装置的構造と同一構造に対する説明は省略する。
次に、図６を参照して、本願の第４実施形態を説明する。第４実施形態に係る水処理装置の構造において、第３実施形態に係る水処理装置的構造と同一構造に対する説明は省略する。
【0051】
図６は、本願の第４実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。第４実施形態に係る水処理装置と第３実施形態に係る水処理装置との相違とは、陰極室１１０と陽極室１２０との間にセパレータ１３０を有することである。
【0052】
本願において、電解室１０における陰極室１１０と陽極室１２０は、接続されてもよいし、接続されていなくてもよい。図６は、電解室１０における陰極室１１０と陽極室１２０との間にセパレータ１３０が設けられる一例を示す。当該セパレータ１３０は、陰極室１１０と陽極室１２０との間で、イオンを交換することができる。なお、当該セパレータ１３０は、陰極室１１０と陽極室１２０との間で、水分子ではなくイオンのみを交換してもよい。また、当該セパレータ１３０は、陰極室１１０と陽極室１２０との間で、イオンを交換するだけでなく、水分子も交換する透水膜であってもよい。
【0053】
このような構造により、陰極室１１０及び陽極室１２０において個別の回流システムを形成することができる。これにより、一方では、陰極室１１０内で電解によってより多くのアルカリ性電解水を生成して、貯水池、湖又は河川などの底部領域におけるリン酸イオンが溶出され易い低いｐＨ値を中和させることができ、他方では、陰極１１１の近くで生成された水素ガスをより良好に回収することができる。同様に、一方では、陽極室１２０内で電解によってより多くの酸性電解水を生成して、アオコを殺滅することができ、他方では、陽極１２１の近くで生成された酸素ガスをより良好に回収することができる。
【0054】
本願の効果をよりよく説明するために、本願の発明者らは、本願の第４実施形態に係る水処理装置を用いて中国温州市汚濁河川の浄化を行った。
【0055】
まず、５００ｍＬビーカーに，温州市汚濁河川の水を入れ，ビーカー内に装置を設置した。装置はＺｈａｏｘｉｎ社製 ＫＰＳ－３００５Ｄの荷電装置を用い３ｃｍ四角のチタン電極を両極とし，電極間の距離を５ｃｍに設定し電極中間部に２ｍｍ厚の繊維状膜で陽極側、陰極側の処理水区に区分した。過電圧は２０Ｖ，０．１４Ａの条件で処理を行った。
【0056】
次に、２５℃で、本実験で生成された酸素ガスを曝気空気に混入し、上記実験で生成された酸素ガスの混入前後の試験結果を測定した。本実験において、曝気量が１Ｌ／ｍｉｎ、水量が１０Ｌである。表１は、曝気０ｍｉｎ、５ｍｉｎ、１０ｍｉｎ後の水中酸素含有量を示し、ここで、単位は、ｍｇ／Ｌである。
【0057】
【表1】
【0058】
本願技術のアオコ抑制効果を実証するために、アオコ、緑藻、珪藻混合１０Ｌ水に対し、本願で生成した酸性イオン水を１ｍＬ／分の流量で、水面に３０分間添加した。添加は毎日１回実施した。５日後の各藻類の割合を比較した。このとき、アオコ、緑藻、珪藻の培養条件はいずれも３０００Ｌｕｘ ２４ｈｒ、２０℃である。表２は、その試験結果を示す。
【0059】
【表2】
【0060】
上記表１及び表２から分かるように、本願に係る水処理装置は、原水中の電解質成分を効率よく電気分解して酸性電解水及びアルカリ性電解水を生成することができ、生成された酸性電解水は、細胞壁を破壊せずにアオコを殺滅することができるだけでなく、アオコの成長を効率的に抑制することもできる。また、上記水処理装置は、水分子を水素ガスと酸素ガスに分解させることができ、水素ガスは、燃料として回収利用することができ、酸素ガスは、還元的環境下でリン酸などがイオン化しアオコに栄養を供給する原因となる底層貧酸素水域への曝気空気中に混入されることで、従来の曝気技術と比較して、効率的な酸素供給を可能とし、アオコの成長をより良好に抑制することができる。
【0061】
［第５実施形態］
図７は、本願の第５実施形態に係る水処理装置の構造概略図を示す。なお、第５実施形態は、第３実施形態に比べて、水処理装置が、陰極側圧力計５１、陰極側ガス吸引ポンプ５２、陽極側圧力計６１、及び陽極側ガス吸引ポンプ６２をさらに備える点で異なる。
図７は、本願の第５実施形態に係る水処理装置の構造概略図を示す。なお、第５実施形態は、第３実施形態に比べて、水処理装置が、陰極側圧力計５１、陰極側ガス吸引ポンプ５２、陽極側圧力計６１、及び陽極側ガス吸引ポンプ６２をさらに備える点で異なる。
【0062】
陰極側圧力計５１は、陰極室１１０の上部に配置され、陰極側ガス吸引ポンプ５２は、陰極排気口５０に配置されている。陰極側圧力計５１は、陰極室内のガス圧力と当該陰極室外の大気圧力の差を感知するために用いられる。陰極側圧力計５１により測定した結果、陰極室内のガス圧力と当該陰極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、陰極側ガス吸引ポンプ５２は、陰極室内のガスを当該陰極室外へ吸引する。これにより、陰極室内のガス圧力を大気圧と同等に調整することができるため、水中への再溶解を防ぎ、効率的にガスを回収することができる。
【0063】
陽極側圧力計６１は、陽極室１２０の上部に配置され、陽極側ガス吸引ポンプ６２は、陽極排気口６０に配置されている。陽極側圧力計６１は、陰極室内のガス圧力と当該陰極室外の大気圧力の差を感知するために用いられる。陽極側圧力計６１により測定した結果、陽極室内のガス圧力と当該陽極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、陽極側ガス吸引ポンプ６２は、陽極室内のガスを当該陽極室外へ吸引する。これにより、陽極室内のガス圧力を大気圧と同等に調整することができるため、水中への再溶解を防ぎ、効率的にガスを回収することができる。
【0064】
上記第１乃至第５実施形態において、陰極１１１及び陽極１２１は、それぞれ、表面に導電性材料が塗布されている多層構造であってもよい。多層構造である場合、表面に導電性材料で被覆すればよく、表面以外の他の層は、特に限定されず、本分野で一般的に用いられる任意の材料で構成されてもよい。また、陰極１１１及び陽極１２１は、それぞれ、導電性材料からなる単層構造であってもよい。さらに、陰極１１１及び陽極１２１は、そのうちの一つが多層構造で、他の一つが単層構造であってもよい。なお、導電性材料は、グラファイト、超伝導カーボン、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンドット、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノファイバー、チタン、亜鉛、スズ、リチウム、銀、パラジウム、白金、金から選択される少なくとも１種類であってもよい。
【0065】
また、上記第１乃至第５実施形態において、陰極室１１０及び陽極室１２０のうちの少なくとも一つにｐＨ値感知センサを設けることもできる。陰極室１１０及び／又は陽極室１２０のアルカリ性及び／又は酸性のｐＨ値の閾値を事前設定してもよく、陰極室１１０及び／又は陽極室１２０のｐＨ値が閾値を超える場合、電解水を外部に排出することができる。
【0066】
さらに、上記第１乃至第５実施形態において、陰極室１１０及び陽極室１２０のうちの少なくとも一つに水位感知センサを設けることもできる。なお、水位感知センサを設けることにより、陰極室１１０及び／又は陽極室１２０の水位を監視することができるだけでなく、陰極室１１０及び／又は陽極室１２０内の液体が陰極気液分離板１１３及び／又は陽極気液分離板１２３の上方に流入して気液分離板の効果に影響を与えるか否かを監視することもできる。
【0067】
なお、本願の上記説明において、一つの電解室が一つの陰極室及び一つの陽極室を有することを例として説明したが、一つの電解室は、複数の陰極室及び一つの陽極室を有してもよいし、一つの陰極室及び複数の陽極室を有してもよいし、複数の陰極室及び複数の陽極室を有してもよい。
【0068】
また、本願の説明において、一つの電解室を例として説明したが、複数の電解室を並列、直列、並列と直列の混合配列で接続して、電解質成分及び水分子の電気分解をさらに効率的に行うこともできる。
【0069】
本願の説明において、「真中」、「中央」、「上」、「下」、「前」、「後」、「上下」、「左」、「右」、「内」、「外」などの方向又は位置関係を示す用語は、図面に示す方向又は位置関係を基にするものであり、言及される装置又は構成要素が必ず特定の方向を有し、特定の構造で構成し操作されると示したり暗示したりするのではなく、本願を明瞭に説明するためのものであるため、本願に対する制限として理解してはいけない。
【0070】
本願の説明において、特に明記しない限り、「装着」、「連結」、「接続」という用語は、広義に理解すべきであり、例えば、固定接続又は取り外し可能な接続又は一体的な接続であってもよいし、機械的接続又は電気的接続であってもよいし、直接接続又は中間媒体による接続又は二つの構成要素間の内部接続であってもよい。当業者は、特定の状況に応じて、本願での上記用語の特定の意味を理解することができる。
【0071】
また、本願は、上記実施形態に限定されるものではなく、本願の要旨から脱しない範囲内で適切な変更を行うことができる。上記の各実施形態は、実質的に同じ態様を含み、適切に組み合わせることができる。本願の実施形態に基づいて、創造的な努力なしに当業者によって得られる他のすべての実施形態は、本願の保護範囲に含まれる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2022-08-23
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
陰極が配置されている陰極室と陽極が配置されている陽極室とを有する電解室と、
前記陰極室及び前記陽極室にそれぞれ接続され、前記陰極室及び前記陽極室へ原水を導入する原水導入部と、
前記陰極室に接続され、アルカリ性電解水を排出するためのアルカリ性電解水排出部と、
前記陽極室に接続され、酸性電解水を排出するための酸性電解水排出部と、
前記陰極室の上方に配置され、前記陰極室で生成されるガスを排出するための陰極排気口と、
前記陽極室の上方に配置され、前記陽極室で生成されるガスを排出するための陽極排気口と、
前記陰極室に配置され、中空柱状の前記陰極を囲むように形成されている陰極導水板と、
前記陽極室に配置され、中空柱状の前記陽極を囲むように形成されている陽極導水板と、
を備え、
前記陰極及び前記陽極は、いずれも中空柱状に形成されており、
前記陰極室内の液体は、前記陰極導水板に沿って上下に回流し、
前記陽極室内の液体は、前記陽極導水板に沿って上下に回流し、
前記酸性電解水排出部から排出される酸性電解水、及び前記陽極排気口から排出されるガスは、水域に供給される、
ことを特徴とする水処理装置。
前記陰極室及び前記陽極室にそれぞれ接続され、前記陰極室及び前記陽極室へ原水を導入する原水導入部と、
前記陰極室に接続され、アルカリ性電解水を排出するためのアルカリ性電解水排出部と、
前記陽極室に接続され、酸性電解水を排出するための酸性電解水排出部と、
前記陰極室の上方に配置され、前記陰極室で生成されるガスを排出するための陰極排気口と、
前記陽極室の上方に配置され、前記陽極室で生成されるガスを排出するための陽極排気口と、
前記陰極室に配置され、中空柱状の前記陰極を囲むように形成されている陰極導水板と、
前記陽極室に配置され、中空柱状の前記陽極を囲むように形成されている陽極導水板と、
を備え、
前記陰極及び前記陽極は、いずれも中空柱状に形成されており、
前記陰極室内の液体は、前記陰極導水板に沿って上下に回流し、
前記陽極室内の液体は、前記陽極導水板に沿って上下に回流し、
前記酸性電解水排出部から排出される酸性電解水、及び前記陽極排気口から排出されるガスは、水域に供給される、
ことを特徴とする水処理装置。
【請求項2】
前記陰極室における前記陰極の上端と前記陰極排気口との間に配置され、前記陰極排気口へ流れる気液を遮断し液体及びガスに分離させる陰極気液分離板と、
前記陽極室における前記陽極の上端と前記陽極排気口との間に配置され、前記陽極排気口へ流れる気液を遮断し液体及びガスに分離させる陽極気液分離板と、
をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
前記陽極室における前記陽極の上端と前記陽極排気口との間に配置され、前記陽極排気口へ流れる気液を遮断し液体及びガスに分離させる陽極気液分離板と、
をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項3】
前記陰極気液分離板は、前記陰極導水板の上端と前記陰極排気口との間に配置され、その鉛直投影が前記陰極導水板の鉛直投影範囲を覆うように形成され、
前記陽極気液分離板は、前記陽極導水板の上端と前記陽極排気口との間に配置され、その鉛直投影が前記陽極導水板の鉛直投影範囲を覆うように形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
前記陽極気液分離板は、前記陽極導水板の上端と前記陽極排気口との間に配置され、その鉛直投影が前記陽極導水板の鉛直投影範囲を覆うように形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
【請求項4】
前記陰極気液分離板と前記陽極気液分離板は、別体型又は互いに連結された一体型である、
ことを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
ことを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
【請求項5】
前記電解室における前記陰極室と陽極室との間に、前記陰極室と前記陽極室との間でのイオンの移動を可能とするセパレータが配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項6】
前記原水は、アオコ、アオコ毒素、アオコ異臭味物質のうちの少なくとも一つを含む液体である、
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項7】
前記陰極室は、
前記陰極室の上部に配置され、且つ前記陰極室内のガス圧力と前記陰極室外の大気圧力の差を感知するための陰極側圧力計、及び、
前記陰極排気口に配置され、且つ、前記陰極室内のガス圧力と前記陰極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、前記陰極室内のガスを前記陰極室外へ吸引するための陰極側ガス吸引ポンプを備え、
前記陽極室は、
前記陽極室の上部に配置され、且つ前記陽極室内のガス圧力と前記陽極室外の大気圧力の差を感知するための陽極側圧力計、及び、
前記陽極排気口に配置され、且つ、前記陽極室内のガス圧力と前記陽極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、前記陽極室内のガスを前記陽極室外へ吸引するための陽極側ガス吸引ポンプを備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。
前記陰極室の上部に配置され、且つ前記陰極室内のガス圧力と前記陰極室外の大気圧力の差を感知するための陰極側圧力計、及び、
前記陰極排気口に配置され、且つ、前記陰極室内のガス圧力と前記陰極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、前記陰極室内のガスを前記陰極室外へ吸引するための陰極側ガス吸引ポンプを備え、
前記陽極室は、
前記陽極室の上部に配置され、且つ前記陽極室内のガス圧力と前記陽極室外の大気圧力の差を感知するための陽極側圧力計、及び、
前記陽極排気口に配置され、且つ、前記陽極室内のガス圧力と前記陽極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、前記陽極室内のガスを前記陽極室外へ吸引するための陽極側ガス吸引ポンプを備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の水処理装置。