JP3277015B2 - 液体中の有機物の除去処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体中の有機物の除去
処理方法に関するもので、特に、公害問題となっている
用廃水で生成するトリハロメタン等の原因物質であるハ
ロゲン化有機化合物、高分子有機化合物等の除去処理方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、半導体、液晶、医薬品の製造に際
しては、その用水として、超純水や純水を始めとする高
純度の液体が使用されており、たとえば、ＬＳＩ等の半
導体を製造する際には、半導体の洗浄水として超純水が
使用されているが、この超純水は、通常の場合、イオン
交換装置、超濾過膜装置、逆浸透膜装置等を組み合わせ
た超純水製造システムによって製造されている。

【０００３】しかし、この超純水製造システムは、被処
理対象である原水中に含まれている各種の不純物イオ
ン、有機物、懸濁粒状物等の除去には適しているが、バ
クテリア、パイロジェン（発熱性物質）、細菌、その他
の有機物の除去には適してなく、処理液である超純水中
にリークする問題があり、特に、超純水中の有機物の含
有量が微量であると、通常の測定機器では測定すること
がきずに、見逃されて超純水中に残留したままであるこ
とが多く、このような超純水を半導体の洗浄水として使
用した場合、有機物が半導体に汚染物として付着し、半
導体の汚染、回路破壊等のトラブルの発生原因となるこ
ともあった。

【０００４】一方、飲料水用水道水においては、プラン
クトン、浮遊生物、藻類等が原因で生じたカビ臭の除去
が問題となっているが、最も重要な問題として、水道水
の原水中に含まれている有機物の酸化分解やバクテリ
ア、パイロジェン（発熱性物質）、細菌等の殺菌のため
に添加する塩素によって、水道水中にハロゲン化有機化
合物、高分子有機物化合物、たとえばトリハロメタンお
よびその前駆物質（フミン酸とその誘導体やフルボ酸、
桂皮酸とその誘導体等）の発癌物質の生成が指摘されて
おり、これらのハロゲン化有機化合物、高分子有機物化
合物の除去が緊急の技術課題となっていることは周知の
事実である。

【０００５】これらのハロゲン化有機化合物、高分子有
機化合物を除去するために、従来、凝集濾過処理を始め
とする種々の処理方法が採用されているが、十分な除去
が困難であるのが実情であった。そこで、ハロゲン化有
機化合物、高分子有機化合物が発生する塩素添加を止め
て、これらの有機化合物が発生しないオゾン添加または
紫外線照射に切り替えて、有機物の酸化分解やバクテリ
ア、パイロジェン、細菌等の殺菌が行われているが、十
分な有機物の酸化分解効果や殺菌効果を達成するために
は、多量のオゾン添加または紫外線照射を必要とし、処
理コストがかかる欠点があった。

【０００６】また、近年、各種の産業排水中に放流され
る有害有機化合物が地下水や河川水に混入して、地下水
や河川水が汚染することも問題になっており、この有害
有機化合物としては、たとえば、ドライクリーニング用
テトラクロロメタン、あるいは半導体洗浄用トリクロロ
エチレン、トリクロロエタン、トリクロロメタン、ベン
ゼン、四塩化炭素等が指摘されている。

【０００７】そして、これらの有害有機化合物の地下水
や河川水への混入を防止するために、重点的な規制が従
来より行われているが、さらに１９９２年１２月に厚生
省より１９９３年実施の水質規制が発表され、また１９
９３年１月に中央公害対策審議会は、環境庁に対して、
従来の監視項目の２５件に追加して前述した有害有機化
合物を含む１５件を加える要請をし、１９９３年中に新
たな環境基準が設定され、一段と厳しい排水規制が実施
される。

【０００８】なお、日本標準規格（ＪＩＳ）Ｋ０１２５
においては、有害有機化合物の分析法を１９９０年に制
定されているが、しかし、前述した有害有機化合物を始
めとする他の有機物は、液体中の含有量が微量である
と、かなり高度で、精密な測定機器で慎重に測定しても
測定が難しいという問題があり、さらに、有害有機化合
物の除去は一段と難しく、適切な除去手段の開発が切望
されているが、決め手となる有効な方法が見当たらない
のが現状である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、各種
の産業製品を製造する際に産業用水として使用する液体
から、製造工程や製品に悪影響をもたらす有機物を簡
単、容易に、低コストで低減、除去し、高純度の産業用
水として使用するものである。

【００１０】また、本発明の目的は、飲料水用の水道水
または地下水において、発癌物質として問題になってい
るトリハロメタン等のハロゲン化有機化合物、高分子有
機化合物を、水道水または地下水等の飲料水より簡単、
容易に、低コストで低減、除去し、健康で、安全な飲料
水として使用するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、液体中の有機
物を除去処理する方法に関するものであり、鉄芯を用い
た外鉄形円形巻線変圧器の一次側回路の一次巻線を交流
電源に接続し、また変圧器の二次側回路の二次巻線の一
端を絶縁するとともに、その他端を絶縁性素材よりなる
液体処理タンク内に設けたステンレス電極に接続し、さ
らに液体処理タンクを碍子等の絶縁体によって接地と絶
縁状態になるように構成し、液体処理タンク内のステン
レス電極に発生させた５００〜３５００Ｖの電圧と０．
５〜１．５μＡの電流によって構成される交流電界内に
有機物を含有する液体を流入させて、静電誘導による誘
電分極、電子分極を行うことによって液体中の有機物を
分解分解して除去するものである。

【００１２】前述した液体中の有機物の除去処理方法に
おいて、鉄芯を用いた外鉄形円形巻線変圧器の一次側回
路の一次巻線の２００〜２５０巻とし、また二次側回路
の二次巻線を２８０００〜４００００巻とし、さらに、
この二次巻線のうち、第一巻線群を１６８００〜２２０
００巻とし、第二巻線群を１１２００〜１８０００巻と
することに特徴があり、これによって発生する高電圧微
小電圧で効率的に液体中の有機物を分解して低減、除去
するものである。

【００１３】さらに、本発明は、前述した液体中の有機
物の除去処理方法において、有機物として公害上特に問
題になるハロゲン化有機化合物、高分子有機化合物を低
減、除去することに特徴があるものである。

【００１４】

【作用】以上のような方法で、液体中の有機物を処理す
ると、液体処理タンク内のステンレス電極に発生する交
流電界、すなわち静電誘導による誘導分極、電子分極に
よって、液体処理タンク内に流入した液体および液体中
の分子に回転、振動を与え、分子集団の離合分散を促進
し、液体中の有機物を二酸化炭素、塩素、塩素ガス、低
分子物等に分解して低減、除去する。

【００１５】本発明の液体中の有機物の除去処理方法を
実施する装置の一例について説明すると、図１に示すよ
うに、１は交流高電圧発生用の変圧器であり、成層の鉄
芯２を用いた外鉄形円形巻線タイプのもを用い、変圧器
１の一次側回路の一次巻線３を交流電源に接続し、また
変圧器１の二次側回路の二次巻線４の一端５ａを絶縁す
るとともに、二次側回路の二次巻線４の他端５ｂを、別
途に設置した液体処理タンク６内に設けたステンレス電
極７に接続する。また液体処理タンク６を碍子等の絶縁
体８と接地（アース）９とによって絶縁状態になるよう
に構成するとともに、接地９と変圧器１の一次側回路を
電気回路によって接続する。

【００１６】変圧器１は、図２に示すように、鉄芯２の
中央部に筒状の絶縁フィルム１０を嵌め込み、さらに絶
縁フィルム１０の外周面に、前述した一次巻線３と二次
巻線４とを巻き付ける。一次巻線３としては、たとえば
直径０．６ｍｍのポリエステルで被覆した導線を使用し
て２３０回巻とし、また二次巻線４としては、たとえば
直径０．０９ｍｍのエナメルで被覆した導線を使用して
４００００回巻とし、この二次巻線４の４００００回巻
のうち、第一巻線群４イを２２０００巻とし、第二巻線
群４ロを１８０００巻とするが、これらの導線の直径、
種類、導線の巻数等は、液体中の有機物の除去処理条件
に応じて適宜決定する。

【００１７】しかし、通常の場合、これらの導線の直径
は０．０３〜３ｍｍのものを用いることができ、また導
線の種類はポリエステルやエナメルで被覆したもの以外
に普通に導線として使用しているものを用いることがで
き、さらに導線の巻数等は、一次巻線３を２００〜２５
０巻とし、また二次巻線４を２８０００〜４００００巻
とするとともに、この二次巻線４のうち、第一巻線群４
イを１６８００〜２２０００巻とし、第二巻線群４ロを
１１２００〜１８０００巻としてもよい。

【００１８】二次巻線４の巻数のうち、第二巻線群４ロ
の巻数と第一巻線群４イの巻数に差をつけることによっ
て、図３に示すように、第二巻線群４ロの外径を第一巻
線群４イの外径より小さくし、すなわち、第二巻線群４
ロと鉄芯２とのキャップＧ２を、第一巻線群４イと鉄芯
２とのキャップＧ１より１．５〜２倍大きくする。

【００１９】第一巻線群４イの外周面の引き出し線であ
る二次巻線４の他端５ｂを、出力線として液体処理タン
ク６内のステンレス電極７に接続するとともに、第二巻
線群４ロの外周面の引き出し線である二次巻線４の他端
５ａを絶縁状態にすることは、前述した通りである。

【００２０】そして、変圧器１に交流を通電して変圧器
１の一次電圧を１００Ｖまで上昇させると、変圧器１内
の二次側には、約１８０００Ｖの電圧が発生するが、二
次側回路の二次巻線４の第二巻線群４ロの他端５ａを絶
縁しているので、二次巻線４の第一巻線群４イの外周面
の引き出し線である二次巻線４の他端５ｂと接続してい
る液体処理タンク６内のステンレス電極７に５００〜３
５００Ｖの電圧で、０．５〜１．５μＡの電流を発生さ
せる。すなわち、液体処理タンク６内のステンレス電極
７と液体処理タンク６外の接地９との間に、液体処理タ
ンク６内に流入させた液体中の有機物を静電誘導して誘
電分極（電子分極）発生に必要な交流電界を構成する。

【００２１】変圧器１内の二次側に発生した約１８００
０Ｖの電圧が、液体処理タンク６内のステンレス電極７
において５００〜３５００Ｖの電圧（０．５〜１．５μ
Ａの電流）になるのは、液体処理タンク６外の接地９か
ら、前述した変圧器１の一次側回路の一次巻線３、変圧
器１の二次側回路の二次巻線４を経て、二次巻線４の他
端５ｂによって液体処理タンク６内のステンレス電極７
に接続させることによって形成した交流抵抗回路による
ものである。

【００２２】以上述べたような交流抵抗回路によって発
生させた、液体処理タンク６内のステンレス電極７の電
圧は５００〜３５００Ｖもあるが、電流が０．５〜１．
５μＡと小さいので人体に対して安全であり、感電や火
災等のトラブルを起こすこともない。また、ステンレス
電極７に発生させる電圧と電流は、液体中の有機物の除
去処理条件に応じて、交流電源側に設けた電圧調整器
（スライダック）１１によって適宜変更するが、通常の
場合は、電圧を５００〜３５００Ｖ、電流を０．５〜
１．５μＡにすると、液体中の有機物を静電誘導され誘
電分極、電子誘導を行うに適した交流電界を構成するこ
とができる。

【００２３】なお、液体処理タンク６内のステンレス電
極７においては、図４に示すように、ステンレス電極７
が正電荷になると、接地９に負電荷が誘電され、反対に
ステンレス電極７が負電荷になると、接地９に正電荷が
誘電され、以後、交流電気の周波数に応じて、ステンレ
ス電極７は１秒間に波数分（５０〜６０回）だけ正電荷
と負電荷が入れ替わり、これに応じて接地９の電荷も誘
電されて正電荷と負電荷が入れ替わることになり、この
ような静電誘導による誘電分極と後述する電子誘導によ
って、液体処理タンク６内に流入した液体中の有機物を
分解する。

【００２４】一般の物質は原子より成り立っており、こ
の原子は原子核と電子より構成され、さらに原子核は中
性子と陽子より構成されている。そして、原子核の周り
には負の電荷を持つ電子が円運動をしており、外部より
電界等が作用しない定常状態においては、陽子の正電荷
と電子の負電荷が同量であって安定した状態になってい
る。しかし、外部より電界が印加されると、この電界に
引かれて電子は一方に移動し、また陽子は他方に移動す
るために、原子の電気的重心が一致しなくなり、原子は
１個の電気双極子を形成することになり、電荷のバラン
スによって内部電界が発生して分極を起こすことにな
る。

【００２５】この場合、原子（分子）が外部電界によっ
て分極するので電子分極あるいは原子分極といい、液体
の分子を始めとして、液体に含まれているすべて分子を
含めて、その正電荷の分子は一方に移動し、また負電荷
の分子は他方に移動する。そして、この分子の移動は、
前述した静電誘導による正電荷と負電荷が入れ替わりに
応じて、１秒間に５０〜６０回切り替わり、以後、これ
が繰り返されることになる。

【００２６】前述したような、液体処理タンク６内のス
テンレス電極７に発生する交流電界、すなわち静電誘導
に基づく誘導分極、電子分極によって、液体処理タンク
６内に流入した液体および液体中の分子に回転、振動を
与え、分子集団の離合分散を促進し、特に液体中の有機
物有機物は二酸化炭素、塩素、塩素ガス、低分子物等に
分解して除去される。

【００２７】静電誘導に基づく誘導分極、電子分極によ
る液体処理タンク６内の液体中の有機物の分解除去処理
時間は、液体中の有機物の種類、濃度やステンレス電極
７の電圧、電流等に従って適宜決定するが、通常の場合
は、２〜７８時間の有機物の分解除去処理を行えば十分
である。

【００２８】二次巻線４の一端５ａは、変圧器内におい
て、その先端部分を絶縁テープを巻き付けた上、タール
ピッチ等の絶縁物を変圧器内に充填して二次巻線４の一
端５ａを覆い包むようにして絶縁すが、絶縁物としては
タールピッチ以外にも絶縁油、不飽和ポリエステル樹
脂、ポリウレタン樹脂等も用いることもできる。

【００２９】液体処理タンク６の素材にはポリエチレン
樹脂を用いることが好ましいが、ポリエチレン樹脂以外
にも、絶縁性素材のある素材で溶出物が液体中に流出し
ないものであればどんなものでも用いることができる。
ステンレス電極７としては金網円筒状のものが最適であ
るが、これ以外にも、スリット状のもの、多孔板状のも
の、その他の形状のものでもかまわない。

【００３０】

【実施例１】本発明の方法によって有機物を除去する被
処理液として、１００ｍｌのメタノール溶液にテトラク
ロロエチレン、トリクロロエチレン、1.1.1.トリクロロ
エタン（いずれも特級試薬）の三種の低分子ハロゲン化
有機物を各々３ｐｐｍ溶解（１５℃ ）した溶液を例と
して具体的に説明をする。交流高電圧発生用変圧器とし
ては、図１に示した構成のもの、すなわち変圧器の一次
巻線は０．６ｍｍのポリエステルで被覆した導線を２３
０回巻とし、二次巻線は、０．０９ｍｍのエナメルで被
覆した導線を３００００回巻（第一巻線群を１８０００
巻、第二巻線群を１２０００巻）ものを用い、また、液
体処理タンクとしては１００ｍｌのポリエチレン樹脂製
のタンクに金網円筒状のステンレス電極を内蔵させると
ともに、タンクの下部に設けた碍子と接地とによって絶
縁状態に構成したものを用いた。

【００３１】そして、前述した三種の低分子ハロゲン化
有機化合物の溶液を液体処理タンク内に流入させた後、
交流高電圧発生用変圧器に交流を通電して、変圧器内の
二次側に発生した１８０００Ｖの電圧によって、液体処
理タンク内のステンレス電極に１２５０Ｖの電圧（約１
μＡの電流）の交流電界を発生させて、本発明の静電誘
導に基づく誘電分極、電子分極による有機物の分解除去
処理を６０時間（温度１５℃）行ったところ、液体処理
タンク内の溶液の低分子ハロゲン化有機化合物は、図５
に示したように除去され、４８時間を経過すると、ほと
んどの低分子ハロゲン化有機化合物が存在しない処理液
を得ることができた。

【００３２】

【実施例２】本発明の方法によって有機物を除去する被
処理液として、高分子有機化合物であるフミン酸（化学
用試薬）を５０ｐｐｂ溶解した水溶液１００ｍｌに次亜
塩素酸ソーダ（有効塩素量９．８３ｗ／ｖ％）を０．５
添加した溶液を例として具体的に説明をする。交流高電
圧発生用変圧器の一次巻線は０．６ｍｍのポリエステル
で被覆した導線を２３０回巻とし、二次巻線は、０．０
９ｍｍのエナメルで被覆した導線を２８０００回巻（第
一巻線群を１６０００巻、第二巻線群を１２０００巻）
ものを用い、また、液体処理タンクとしては実施例１と
同じものを用いた。

【００３３】次に、一次側電圧の電圧調整器（スライダ
ック）によって、二次側電極、すなわち液体処理タンク
内のステンレス電極の電圧を５００、１０００、１２０
０Ｖになるように設定し、そして、前述したフミン酸水
溶液を液体処理タンク内に流入させた後、交流高電圧発
生用変圧器に交流を通電して、液体処理タンク内のステ
ンレス電極に５００、１０００、１２００Ｖの電圧（約
１μＡの電流）の交流電界を発生させて、本発明の静電
誘導に基づく誘電分極、電子分極による有機物の分解除
去処理を１００時間（温度２５℃）行い、液体処理タン
ク内の溶液に含まれているフミン酸と次亜塩素酸ソーダ
によって生成したクロロホルム量５００ｐｐｂを指標と
して測定（ＪＩＳ ＫＯ１２５ 低分子ハロゲン化炭化
水素試験方法）したところ、図６に示したように、クロ
ロホルム量は時間の経過とともに減少し、高分子有機化
合物であるフミン酸が除去された処理液を得ることがで
きた。

【００３４】

【実施例３】本発明の方法によって有機物を除去する被
処理液として、発熱性物質であるリポポリサッカライド
を１０ｐｐｂ含む水溶液を例として具体的に説明をす
る。交流高電圧発生用変圧器の一次巻線は０．６ｍｍの
ポリエステルで被覆した導線を２３０回巻とし、二次巻
線は、０．０９ｍｍのエナメルで被覆した導線を４００
０回巻（第一巻線群を２２０００巻、第二巻線群を１８
０００巻）ものを用い、また、液体処理タンクとしては
実施例１と同じものを用いた。

【００３５】そして、前述したリポポリサッカライドを
含む水溶液を液体処理タンク内に流入させた後、交流高
電圧発生用変圧器に交流を通電して、液体処理タンク内
のステンレス電極に３３００Ｖの電圧（約１μＡの電
流）の交流電界を発生させて、本発明の静電誘導に基づ
く誘電分極、電子分極による有機物の分解除去処理を２
０時間（温度２５℃）行い、リムラステスト（第１２改
正日本薬局方一般試験法、エンドトキシン試験法（Ｂ−
５７））によるリポポリサッカライドの濃度変化を測定
したところ、図７に示したように、リポポリサッカライ
ド量は時間の経過とともに減少し、発熱性物質であるリ
ポポリサッカライドが除去された処理液を得ることがで
きた。

【００３６】

【発明の効果】本発明の液体中の有機物の除去方法によ
ると、各種の製品を製造する際に用水として使用する液
体から、製造工程や製品に悪影響をもたらすあらゆる有
機物を簡単、容易、低コスト、安全に低減または除去す
ることが可能であり、有機物を含有しない高純度の産業
用水として使用できるという産業上優れた効果を達成で
きる。

【００３７】また、本発明は、飲料水用の水道水または
地下水より、特に発癌物質として問題になっているトリ
ハロメタン等のハロゲン化有機化合物、高分子有機化合
物を、簡単、容易、低コスト、安全に低減または除去す
ることが可能であり、有害有機物を含有しない、高純度
で、健康な飲料水として使用できるという生活上優れた
効果を達成できる。

【００３８】変圧器の一次側回路の一次巻線を２００〜
２５０巻とし、また二次側回路の二次巻線を２８０００
〜４００００巻とし、さらに、この二次巻線のうち、第
一巻線群を１６８００〜２２０００巻とし、第二巻線群
を１１２００〜１８０００巻とすることによって、液体
中の有機物の除去処理効果は一段と向上する。

【００３９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体中の有機物の除去方法に用いる装
置である交流高電圧発生用の変圧器とステンレス電極を
内蔵した液体処理タンクの構成説明図である。

【図２】本発明の液体中の有機物の除去方法に用いる交
流高電圧発生用の変圧器の説明図である。

【図３】本発明の液体中の有機物の除去方法に用いる交
流高電圧発生用の変圧器の二次巻線の第二巻線群の外径
を第一巻線群の外径より小さくした状態を示す説明図で
ある。

【図４】液体処理タンク内のステンレス電極における静
電誘導による誘電分極状態を示す説明図である。

【図５】液体処理タンク内の溶液の三種の低分子ハロゲ
ン化有機物の除去状態を示すグラフである。

【図６】液体処理タンク内の溶液のフミン酸と塩素によ
って生成したクロロホルム量を指標として、その減量を
測定して、溶液中の高分子有機化合物であるフミン酸の
除去状態を示すグラフである。

【図７】液体処理タンク内の溶液の発熱性物質であるリ
ポポリサッカライドの除去状態を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 交流高電圧発生用変圧器 ２ 鉄芯 ３ 一次巻線 ４ 二次巻線 ４イ 第一巻線群 ４ロ 第二巻線群 ５ａ 二次巻線４の一端 ５ｂ 二次巻線４の他端 ６ 液体処理タンク ７ ステンレス電極 ８ 絶縁体 ９ 接地 １１ 電圧調整器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 1/48

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄芯を用いた外鉄形円形巻線変圧器の一
   次側回路の一次巻線を２００〜２５０巻として交流電源
   に接続し、また変圧器の二次側回路の二次巻線を２８０
   ００〜４００００巻とし、さらに、この二次巻線のう
   ち、第一巻線群を１６８００〜２２０００巻とし、第二
   巻線群を１１２００〜１８０００巻として、その一端を
   絶縁するとともに、その他端を絶縁性素材よりなる液体
   処理タンク内に設けたステンレス電極に接続し、さらに
   液体処理タンクを碍子等の絶縁体によって接地と絶縁状
   態になるように構成し、液体処理タンク内のステンレス
   電極に発生させた５００〜３５００Ｖの電圧と０．５〜
   １．５μＡの電流によって形成される交流電界内に有機
   物を含有する液体を流入させて、静電誘導による誘電分
   極、電子分極を行うことによって液体中の有機物を分解
   する液体中の有機物の除去処理方法。
2. 【請求項２】 有機物として、ハロゲン化有機化合物、
   高分子有機化合物を除去する請求項１記載の液体中の有
   機物の除去処理方法。に関するものである。