水資源消毒処理におけるチタン陽極およびチタン電極の基本的な応用

現在、水処理の殺菌には、塩素または塩化物を水に添加する酸化消毒法が一般的に使用されています。しかし、塩素消毒は飲料水中に「三因」(発癌性、催奇形性、変異原性)物質の生成を引き起こす可能性があることがわかっています。近年、紫外線、オゾン、超音波、磁化、静電気などの処理方法は、設備が複雑であったり、水処理の流量が少なかったり、処理コストが高かったりするため、広く適用されていません。良好な殺菌効果、強い実用性、二次汚染がない水処理殺菌技術として、電解法が人気です。

電解殺菌は、間接殺菌と直接殺菌の2種類に分けることができます：

I. 間接的滅菌：電解によって生成されるClO-、HClO3、H2O2、O2-、および·OH-などの物質を使用して微生物を殺す。既存の商業用消毒プロセッサのほとんどは、塩化ナトリウムなどの電解質を添加した後、二酸化塩素や次亜塩素酸ナトリウムなどの消毒剤を生成する。

II. 直接滅菌：直接滅菌は電解電極を使用して微生物に直接作用し、それらを死に至らしめます。

電解殺菌および消毒のメカニズム:

(1) 塩素を含む水を電解すると、ClO-と少量の高価値塩素酸塩が生成されます。電極での反応は次のとおりです。陽極：2Cl - 2e → Cl2、Cl2 + H2O → HClO + H+ + Cl-。OH-イオンは陽極周辺の液体層に拡散し、次亜塩素酸と反応してClO-を形成し、さらに反応して塩素酸を形成します：12ClO- + 6H2O - 12e → 4HClO3 + 8HCl + 3O2。生成されたHClOとHClO3はどちらも強力な酸化剤であり、微生物に対して強い殺菌効果を持っています。

(2) 塩化物イオンなしで水を電解すると、原水にCl-がなくても、良好な殺菌効果が得られ、電解中にHOCl以外の他の酸化物質が生成されることを示しています。分析を通じて、陽極側で以下の反応が発生します： ① H2O → H+ + OH-; ② 2OH- - 2e → [O] + H2O → H2O2; ③ 4OH- - 4e → 2H2O + O2; ④ [O] + O2 → O3。したがって、H2O2、O3、[O]などの強力な酸化消毒剤が生成され、電解後に処理された水は強力な殺菌効果を持ちます。

(3) 電気分解は細菌の細胞本体に直接作用し、細菌の特定の細胞小器官を破壊し、細菌を死に至らしめます。

塩素の殺菌作用に関する現代の見解は、主にHClOを介して作用するというものです。HClO分子が細菌の内部に到達すると、細菌の酵素系を酸化して破壊し、細菌を死に至らしめることができます。最終的な酸化生成物はCO2とH2Oです。したがって、塩素が継続的に使用されている場合でも、細菌は薬剤耐性を発展させることはありません。