JP2000233186A

JP2000233186A - 水熱電気分解装置

Info

Publication number: JP2000233186A
Application number: JP11033455A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Nishimura; 達也西村; Robelt Masahiro Serikawa; 芹川ロベルト正浩; Keisen So; 慶泉蘇; Masahiro Isaka; 正洋井坂
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-02-10
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 2000-08-29

Abstract

(57)【要約】【解決課題】大量の廃液を効率よく処理できる水熱電
気分解装置を提供する。【解決手段】水熱電気分解装置は、被処理物を高温高
圧下で電気分解するための反応室３１を備える。反応室
３１は、一対の電極３１ａ、４１を有する。一対の電極
３１ａ、４１の総表面積は、被処理物の体積１ｍ³当た
り０．０５ｍ²以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水熱反応と電気分
解とを同時に行う装置及び方法に関する。本明細書にお
いて、水熱反応と電気分解とを同時に行うことを水熱電
気分解という。本発明では、有機物（合成高分子を含
む）、アンモニア等の還元性物質を含有する被処理物、
例えば、有機性排液、ハロゲン化物イオンを含む各種産
業廃液等を大量、且つ連続的に処理することがででき
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明の解決しようとする課題】１９９
８年８月１０日に出願された国際出願、ＰＣＴ／ＪＰ９
８／０３５４４号には、水熱電気分解方法及び装置が記
載されている。水熱反応と電気分解とを同時に行うこと
により、有機物（合成高分子を含む）、アンモニア等の
還元性物質を効果的に酸化分解することができる。ま
た、被処理物中に酸化剤が含まれる場合、ハロゲン化物
イオン等の強酸イオンが含まれる場合などには、水熱電
気分解において、水素の発生を抑制することができる。
国際出願、ＰＣＴ／ＪＰ９８／０３５４４号の全ての開
示は、本明細書に援用される。

【０００３】水熱電気分解では、高圧が求められるた
め、反応容器は典型的には密閉されている。そこで、水
熱電気分解により廃液を浄化する場合には、バッチ処理
又はバッチ処理を繰り返す準連続処理により廃液の処理
を行うことがあった。

【０００４】しかし、バッチ処理や準連続処理では、一
回に少量の廃液しか処理できず、大量の廃液を処理する
ことが困難であった。例えば、バッチ処理の場合には廃
液の供給と処理液の交換をその都度おこなう必要があ
る。しかし、高温高圧で反応を行うためには、フランジ
等のボルト締め作業も労力と注意を必要とする。また、
運転時間やランニングコストの面で効率的でない。

【０００５】一方、連続的に大量の廃液を処理する場合
には、廃液の量に対応して大量の電力を供給することが
求められる。また、電極の材質に依存して、許容電流密
度には限界があることを考慮すると、数百〜千アンペア
の直流電流を通電することが困難となる場合がある。ま
た反応容器が大きくなるにつれて、電極の表面で均一に
電力を供給し、反応を均一に進行することも困難にな
る。

【０００６】したがって、本発明の目的は、大量の廃液
を効率良く処理することも可能な水熱電気分解装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の課
題を解決すべく検討した結果、高圧容器内で電極の表面
積を増大させることにより、大量の廃液を効率良く処理
できることを見出した。

【０００８】本発明の一側面によれば、水及び還元性物
質を含有する被処理物を高温高圧下で電気分解するため
の反応室を備えた水熱電気分解装置であって、上記反応
室は、チャンバーを画定し、かつ、一対の電極を有し、
上記反応室中のチャンバーの体積１ｍ³あたりの上記チ
ャンバーに曝される一対の上記電極の総表面積は、０．
０５ｍ²以上であることを特徴とする水熱電気分解装置
が提供される。

【０００９】本発明において、下方に被処理物を導入す
る導入口と、上方に処理物を排出する排出口とを有する
ことが好ましい。これにより、被処理物の連続処理が容
易になる。

【００１０】また、上記反応室は、２以上の筒形状の反
応室を有し、前記反応室の各々は陰極として作用する金
属製の内壁を有し、前記反応室の各々の内部に、陽極が
配置されていることが好ましい。陽極及び陰極が前記の
一対の電極を構成することができる。

【００１１】あるいは、前記一対の電極が、同心円筒形
状を有する２以上の第１側壁と、前記第１側壁を互いに
連結する第１連結部材とを有する第１電極と、同心円筒
形状を有する２以上の第２側壁と、前記第２側壁を互い
に連結する第２連結部材とを有する第２電極と、を有し
ていて、前記第１側壁と前記第２側壁との間に被処理物
の流路を形成するように、前記第１電極の前記第１側壁
と前記第２電極の前記第２側壁とが交互に配置されてい
ることが好ましい。

【００１２】高圧ポンプを有し、前記反応室に被処理物
を供給する被処理物ラインと、前記反応室に酸化剤を供
給する酸化剤ラインと、前記反応室から処理物を排出す
る排出ラインと、を更に有することが好ましい。

【００１３】本発明の他の側面によれば、水と還元性物
質とを有する被処理物を上記水熱電気分解装置の反応室
に導入する工程と、前記反応室中、１００℃以上前記被
処理物の臨界温度以下の温度にて、前記被処理物中の水
が液相を維持する圧力の下直流電流を供給する工程と、
前記反応室から処理物を排出する工程と、を有すること
を特徴とする、浄化した水の製造方法が提供される。こ
の浄化した水を他のプロセスに再利用してもよいし、放
流してもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい一実施形
態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１５】図１は、第１の実施形態の水熱電気分解装
置の要部である反応容器１の内部構造を示す長手方向断
面図であり、図２は、反応容器の内部構造を示す幅方向
断面図である。図３は、図１のＢの拡大断面図である。
図４は、図２のＣの拡大断面図である。なお、図４は、
スペーサ４３が配置されている部分の断面を示す。

【００１６】本実施形態の水熱電気分解装置は、図１〜
４に示すように、水を含有する被処理物を高温高圧下で
電気分解するための反応室３１を備えている。反応室３
１は、チャンバー７を画定し、かつ、一対の電極３１
ａ、４１を有する。即ち、反応室３１の内面が電極３１
ａとして作用する。反応室３１中のチャンバー７の体積
１ｍ³あたりのチャンバーに曝される一対の電極３１
ａ、４１の総表面積は、０．０５ｍ²以上であり、好ま
しくは０．１ｍ²以上であり、更に好ましくは、０．２
ｍ²以上である。

【００１７】一対の電極３１ａ、４１の総表面積が０．
０５ｍ²未満であると、十分な電力を被処理物に供給す
ることができず、迅速に水熱電気分解を行うことができ
ない。

【００１８】本発明の第１の実施形態では、反応室３１
は、２以上の筒形状の反応室３１を有する。反応室３１
の各々は陰極として作用する金属製の内壁３１ａを有
し、前記反応室３１の各々の内部に、陽極として作用す
る放電電極４１が配置されている。

【００１９】本発明の第１の実施形態は反応容器１を有
する。そして、反応容器１は、容器下方部２と容器中間
部３と容器上方部４とからなる。容器下方部２には、被
処理物を導入する導入口２１、酸化剤を導入する酸化剤
導入口２２、及び導入口２１から導入された被処理物と
酸化剤導入口２２から導入された酸化剤とを混合する混
合室２３が設けられている。容器中間部３には、酸化剤
と混合された被処理物を加圧・加熱状態で電気分解する
反応室３１が設けられている。

【００２０】容器上方部４には、各々の反応室３１に対
応した電流導入端子４２が設けられている。電流導入端
子４２は、反応容器１と絶縁するための絶縁部材を有す
ることが好ましい。各々の電流導入端子４２には、放電
電極４１が設けられており、放電電極４１は更に反応室
３１の内部にまで伸びている。

【００２１】容器下方部２、容器中間部３及び容器上方
部４は、それぞれ、ガスケット５を介して内部を密封し
て、連結されている。これにより、反応容器１全体が耐
圧容器となされている。

【００２２】導入口２１及び酸化剤導入口２２は、それ
ぞれ、容器下方部２の下面側の壁部２ａに一つ設けられ
ている。導入口２１は、供給物ラインに連結されてい
て、酸化剤導入口２２は酸化剤ラインに連結されてい
る。

【００２３】混合室２３は、抵抗板２４で仕切られてお
り、内部に撹拌機２５が設置されている。抵抗板２４
は、被処理物の流れを乱すことにより混合するものであ
り、公知のものを特に制限なく用いることができる。ま
た、撹拌機２５は、混合を促進するために用いられるも
のであり、撹拌羽２５ａを有する通常のもので、モータ
一（図示せず）に連結されている。

【００２４】容器下方部２と容器中間部３との連結部分
には、混合室２３で酸化剤と混合された被処理物を反応
室３１にスムーズに導入するための導入室６が設けられ
ている。容器中間部３の壁部３ａは、マイナスライン３
２に接続されており、マイナスライン３２は、直流定電
流電圧電源のマイナス端子（図示せず）に接続されてい
る。

【００２５】また、反応室３１を形成する筒状体は、容
器中間部３の壁部３ａと導通している。例えば、ステン
レス鋼製の容器中間部３にステンレス鋼製の筒状体が溶
接されていてもよい。これにより、反応室３１の内面３
１ａ全面が陰極となされている。尚、反応室３１は、容
器中間部３と一体成形しても良いし、また、別体として
成形し嵌め込むなどして一体化しても良い。このよう
に、反応室３１の内面３１ａがマイナス電極として作用
するため、電気分解による腐食が防止される。

【００２６】放電電極４１は、反応室３１の内径よりも
径の細い棒状体であり、各反応室３１に一つずつ挿入さ
れるように所定位置に配置されている。もっとも、放電
電極は、メッシュ又は網を円筒形状に形成したものでも
よいし、軸方向に中空部が形成されている円筒形状であ
ってもよい。

【００２７】本発明では、陽極と陰極との距離が均等で
あることが好ましい。この距離にばらつきがある場合に
は、距離が短い部分に局部的に過大な電流が流れ、その
部分の陽極の劣化が促進されるからである。本実施態様
では、反応室３１の内壁３１ａが、円筒形状を有するこ
とが好ましい。また、放電電極４１の外周面も円筒形状
を有し、放電電極４１の中心軸が反応室３１の内壁３１
ａの中心軸と実質的に一致することが好ましい。

【００２８】また、放電電極４１の先端には、反応室３
１の内面と接触しないように絶縁スペーサ４３が設置さ
れている。絶縁スペーサ４３は、放電電極４１の外表面
の形状と反応室３１の内面の形状に合致するように形成
されていることが好ましい。また、絶縁スペーサ４３に
は、被処理物が通過するように、貫通孔が形成されてい
ることが好ましい。

【００２９】電流導入端子４２は、プラスライン４４に
接続されており、プラスライン４４は別途設置の直流定
電流電源のプラス端子（図示せず）に接続されている。
すなわち放電電極４１は陽極となる。

【００３０】そして、反応室３１の内面と放電電極４１
との間にチャンバー７が形成されており、チャンバー７
は、容器中間部３と容器上方部４との連結部分に形成さ
れた排出流路８に連通されている。排出流路８は、容器
中間部４の上端側に設けられた、処理終了後の被処理物
を反応容器１から排出する排出口３４に連通されてい
る。

【００３１】すなわち、本実施形態の水熱電気分解装置
において、反応容器は、その下方に被処理物を導入する
導入口を有し、且つその上方に処理物を排出する排出口
を有する。これにより、処理物を連続的に水熱電気分解
することが容易になる。また、反応容器は、複数の棒状
の放電電極を備えており、また、これと同数の反応室を
有する。

【００３２】本明細書において、「反応室中のチャンバ
ーの体積」には、反応室３１中の放電電極４１の体積は
含まれず、被処理物が、高温、高圧で電気分解される部
分の体積を意味する。具体的には、本実施形態において
は、反応室３１内において、電極３１ａ、４１間に位置
するチャンバー７の体積を意味する。

【００３３】本実施形態において、「チャンバーに曝さ
れる一対の電極の総表面積」とは、チャンバー７に曝さ
れる電極３１ａの表面積と、放電電極４１の表面積との
合計になる。放電電極４１の面積であっても、チャンバ
ー７に曝されていない部分、例えば、容器上方部４の内
部の表面積、排出流路８に曝されている部分の表面積は
含まれない。これらの部分は、被処理物の電気分解に関
与していないからである。

【００３４】また、各部材の形成材料は、容器中間部３
及び反応室３１の形成材料として導電性の素材を用いる
こと、及び反応容器全体が耐熱・耐圧性の材料からなる
必要がある点を除いて任意である。容器中間部３及び反
応室３１の形成材料としては、例えば、ステンレス鋼が
用いられる。また、反応室３１が多層構造を有してい
て、最も内側の層がステンレス鋼等の導電性材料であ
り、その他の層がセラミックスであってもよい。

【００３５】本実施形態の水熱電気分解装置は、次のよ
うに使用することができる。被処理物を、その臨界温度
以下の温度まで昇温した後、導入口２１から導入する。
これと同時に、酸化剤導入口２２から、酸素溶存水のよ
うな酸化剤を導入し、混合室２３内で混合させる。酸化
剤と混合された被処理物は、順次導入される被処理物及
び酸化剤の圧力により上方に押し出され、反応室３１の
下方開口３１ｂから反応室３１内に導入される。反応室
３１内に導入された被処理物には、チャンバー７を移動
する間に水熱反応及び電気分解による酸化反応とが生
じ、被処理物中の還元性物質が分解する。処理された被
処理物は、反応室３１の上方開口３１ｃから排出流路８
に導入され、排出口３４より排出される。排出された処
理後の被処理物は、公知の処理方法と同様に、各種タン
クなどに導入される。本実施形態の装置では、これらの
一連の反応処理は連続して行うことができる。

【００３６】本実施形態の水熱電気分解装置によれば、
上述の如く、反応容器が特定の面積の電極を有するの
で、処理能力が増加されると共に均一反応を促進させる
ことができるので、被処理物の大量処理が可能である。
また、本実施形態のように、反応容器を下方に導入口を
有し且つ上方に排出口を有するものを用いて連続処理を
行っても、上記電極が上述の特定の面積を有することか
ら、大量の被処理物を連続的に処理することが可能であ
る。また、電流導入端子の取り付けが容易で、作業性が
良いという利点も奏する。

【００３７】したがって、本発明の装置は、水熱電気分
解反応の効率を高め、投入エネルギーを有効に利用し、
さらに装置の小型化をも図ることができるものである。
次に、本発明の第２の実施形態について図５〜８を参照
しつつ説明する。ここで、図５は、第２の実施形態の水
熱電気分解装置の要部である反応容器の内部構造を示す
長手方向断面図であり、図６は、反応容器の内部構造を
示す幅方向断面図である。図７は、図５のＥの拡大断面
図である。図８は、図６のＦの拡大断面図である。図９
は、図５のＧの拡大断面図である。尚、以下の説明にお
いては、上述の第１の実施形態と異なる点を特に詳述す
る。特に説明しない点については上述の第１の実施形態
における説明が適宜適用される。

【００３８】図５及び図６に示す第２の実施形態では、
容器下方部２は、被処理物を供給する導入口２１がその
下面中央に設けられており、導入口２１には容器下方部
２から容器中間部３の上方に伸びるパイプ２６が連結さ
れている。被処理物は、所望により、酸化剤とあらかじ
め混合機（図示せず）で混合されている。また、被処理
物は、１００℃以上、臨界温度以下の温度まで予め昇温
されていることが好ましい。

【００３９】容器中間部３には、陽極３５ａと、陰極３
５ｂとが配置されている。陽極３５ａは、同心円筒形状
を有する２以上の側壁３７ａと、側壁３７ａを互いに連
結する連結部材３６ａとを有する。同様に、陰極３５ｂ
は、同心円筒形状を有する２以上の側壁３７ｂと、側壁
３７ｂを互いに連結する連結部材３６ｂとを有する。そ
して、側壁３７ａと側壁３７ｂとの間に被処理物の流路
を形成するように、陽極３５ａの側壁３７ａと陰極３５
ｂの側壁３７ｂとが交互に配置されている。

【００４０】パイプ２６が連結部材３６ｂと電気的に接
続し、陰極３５ｂとして作用することが好ましい。パイ
プ２６及び反応容器本体のカソード防食ができるからで
ある。

【００４１】連結部材３６ａ、３６ｂは、何れも円盤状
で導電性である。連結部材３６ａは、陽極３５ａを電流
導入端子４２に固定する。一方、連結部材３６ｂは、陰
極３５ｂを容器下方部２に固定する。

【００４２】すなわち、本実施形態の水熱電気分解装置
においては、同心円筒状に連続した反応流路を有してい
る。さらに、反応流路は、反応容器の中心から外周に向
けて連続して配置されており、被処理物が、反応容器の
中心から外周に向けて流れるようになされている。容器
上方部４では、複数の電流導入端子４２が設置されてい
る。尚、図９に示すように、容器上方部４と電流導入端
子４２は絶縁体４２ａにより電気的に絶縁されている。

【００４３】本実施形態では、「反応室中のチャンバー
の体積」は、容器中間部３中にて、被処理物が、水熱電
気分解される部分の体積を意味する。「反応室中のチャ
ンバーの体積」には、陽極３５ａの体積、陰極３５ｂの
体積、パイプ２６が画定する体積は含まれない。

【００４４】パイプ２６が陰極として作用する場合に
は、パイプ２６の径方向に外側の流路はチャンバーに含
まれる。これに対して、パイプ２６が導電性ではなく電
極として作用しない場合には、パイプ２６の径方向に外
側の流路はチャンバーに含まれない。

【００４５】本実施形態の装置では、被処理物は、導入
口２１から導入され、パイプ２６を介して反応容器の上
部に移送され、次いで、その外側において、反応容器の
下部から上部に移送され、次いで、その更に外側で下部
から上部に移送される。このようにして、反応容器の中
心から外側に順次、移送されていく。この過程におい
て、被処理物中の還元性物質が水熱電気分解により酸化
分解される。処理された被処理物は、排出口３４から反
応容器１の外部に排出される。

【００４６】本実施形態の装置においては、第１の実施
形態と同じ効果が奏される他、反応流路を長くとること
ができ、電気分解の効率を向上させることができる。こ
のため、濃度の低い被処理物の処理も効果的に行うこと
ができる、という利点を奏するものである。

【００４７】なお、本発明の水熱電気分解装置は、上述
の実施形態に制限されず本発明の趣旨を逸脱しない範囲
で種々種変更が可能である。例えば、第１の実施形態に
おいては、混合室に攪拌機を設けたものを例示して説明
したが、第２の実施形態に示すように、そもそも混合室
を設けることは必ずしも必要でない。また、混合室で
は、被処理物と酸化剤等とが混合すればよく、撹拌機を
設けることは必ずしも必要ではないし、同様に、抵抗板
を設けることも必ずしも必要ではない。

【００４８】図２及び図３の代わりに、図１０及び図１
１に示す実施態様であってもよい。即ち、容器中間部３
の内部であって、反応室３１の外側に断熱材３９を充填
してもよい。

【００４９】あるいは、断熱材を設ける代わりに、容器
中間部３にポートを設け、真空ポンプにて内部を減圧し
真空断熱できるようにして、保温してもよい。あるい
は、図１２に示すように、容器中間部３の外周面に加熱
ヒータ４５を設置して温度を保つようにしてもよい。更
に、図１２に示すように、容器中間部３にポート４６及
びポート４７を設けてもよい。これにより、ポート４６
から容器中間部３の内部に熱媒体を流し、容器中間部３
の内部を直接、熱媒体で加熱することにより温度を一定
に保つことができる。熱媒体はポート４７から排出され
る。なお、熱媒体は加熱のみではなく、冷却のために用
いても良い。

【００５０】特に、第２の実施形態においては、容器の
周面に近づくにつれて被処理物の温度が低下することも
考えられるが、このような場合に、図１２と同様に、容
器中間部３の外周面に加熱ヒーターを設置することが有
用である。

【００５１】なお、本発明に用いる部材の材料、条件等
について更に述べる。放電電極又は陽極の表面が、ルテ
ニウム、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、錫
若しくはこれらの酸化物又はフェライトを有することが
好ましい。例えば、放電電極そのものがこれらの物質で
構成されていてもよい。あるいは、放電電極の基材の表
面がこれらの物質で被覆されていてもよい。

【００５２】ルテニウム、イリジウム、白金、パラジウ
ム、ロジウム、錫は、金属元素そのものであってもよい
し、酸化物であってもよい。また、これらの金属の合金
も好適に用いられる。合金としては、例えば、白金−イ
リジウム、ルテニウム−錫、ルテニウム−チタンなどが
挙げられる。上記した金属等は、耐食性に優れており、
陽極として用いる場合に優れた不溶性を示す。実施態様
によっては、特に、パラジウム、ルテニウム、白金とイ
リジウムとの合金を主成分とするものが好ましい。

【００５３】電気分解の際には、陽極の表面の電流密度
は、０．１ｍＡ／ｄｍ²〜５００Ａ／ｄｍ²であることが
好ましい。電流密度が５００Ａ／ｄｍ²より高い場合に
は、陽極の表面が剥離したり、溶出し易くなる。一方、
電流密度が０．１ｍＡ／ｄｍ ²より低い場合には、陽極
の面積を大きくする必要があり、装置が大型化する。電
流密度は、１０ｍＡ／ｄｍ²〜１００Ａ／ｄｍ²であるこ
とが更に好ましく、１００ｍＡ／ｄｍ²〜５０Ａ／ｄｍ²
であることが更になお好ましい。なお、陽極の新材料が
開発された場合などには、陽極の電流密度を更に高くす
ることもできる。

【００５４】被処理物は、水及び還元性物質を含有す
る。従って、各種廃液中の還元性物質を酸化分解するこ
とができる。本発明で分解できる有機物としては、アル
カン、アルケン、アルキン等の脂肪族炭化水素及び芳香
族炭化水素；アルコール；アルデヒド；ケトン；アミ
ン；酢酸等のカルボン酸；エステル、アミド、酸無水物
等のカルボン酸誘導体；ハロゲン化炭化水素；フェノー
ル類；スルホキサイド、メルカプトン、チオール、ポリ
スルホン等の含硫黄有機化合物；等が挙げられる。有機
物には、合成高分子も含まれる。

【００５５】被処理物は、流動性があることが好まし
く、懸濁液、乳化液、水溶液、スラリーの何れでもよ
い。被処理物には、液体又は固体の還元性物質が混合し
ていてもよい。被処理物には、非沈降性の固体粒子が水
に分散している懸濁液、液体粒子が水に分散している乳
化液、液体の有機物又は無機物が溶存している水溶液、
又は、これらの混合物が含まれる。例えば、被処理物
は、水、液体有機物、溶解塩類とを含有する連続相と、
粒子等の固体有機物とを含有する分散相とを含有し、更
に、灰など不燃性固体を含有してもよい。

【００５６】被処理物には、強酸イオンが含有している
ことが好ましい。強酸イオンは、無機酸イオンであって
もよいし、有機酸イオンであってもよい。もっとも、強
酸は無機酸イオンであることが好ましい。有機酸イオン
は、水熱電気分解が進行するにつれて、分解する場合が
あるからである。

【００５７】無機強酸イオンとしては、例えば、ハロゲ
ン化物イオン、硫酸イオン（ＳＯ₄ ² ^-）、硝酸イオン
（ＮＯ₃ ^-）、リン酸イオン（ＰＯ₄ ^3-）が挙げられる。
有機強酸イオンとしては、例えば、トリフルオロ酢酸イ
オン（ＣＦ₃ＣＯＯ^-）等が挙げられる。

【００５８】ハロゲン化物イオンとしては、塩化物イオ
ン（Ｃｌ^-）、臭化物イオン（Ｂｒ^-）、ヨウ化物イオン
（Ｉ^-）、又は、これらの任意の組み合わせが挙げら
れ、塩化物イオン又は臭化物イオンがイオンが特に好ま
しい。ハロゲン化物イオンを生成する塩が被処理物に溶
解していてもよい。また、塩化水素（ＨＣｌ）、臭化水
素（ＨＢｒ）、ヨウ化水素（ＨＩ）等の酸が被処理物に
含まれていてもよい。被処理物にポリ塩化ビニルが含ま
れているときには、水熱反応が進行するにつれて、塩化
物イオンが水相に移動し、塩化物イオンが含まれるよう
になる。

【００５９】酸化剤としては、酸素ガス、オゾンガス、
過酸化水素、次亜ハロゲン酸が好ましく、酸素ガスが更
に好ましい。酸素ガスとしては、酸素ガスを含有する気
体を用いてもよく、例えば、空気が好適に用いられる。
即ち、空気を水等に吹き込み、酸素を溶存させ、この酸
素溶存水を酸化剤として、酸化剤導入孔２２から導入す
ることができる。

【００６０】図１３では、反応容器１に、被処理物を供
給するための被処理物ライン６０が接続する。被処理物
ライン６０は、供給タンク６１、高圧ポンプ６６、熱交
換器７０、及び、加熱装置７４を有することが好まし
く、被処理物はこの順序に移動することができる。反応
容器１としては、第１の実施態様の反応容器、第２の実
施態様の反応容器等を用いることができる。

【００６１】供給タンク６１は被処理物を保持すること
ができる。供給タンク６１には、供給タンク６１に排水
を導入する排水ライン６２及び供給タンク６１に塩化物
イオン（Ｃｌ^-）等のハロゲン化物イオン源を供給する
ハロゲン化物ライン６３が接続している。このハロゲン
化物イオン源としては海水を用いてもよい。ハロゲン化
物ライン６３は、塩化物イオン等のハロゲン化物イオン
を供給タンク６１に供給して、供給タンク６１に保持さ
れている被処理物のハロゲン化物イオン濃度を調整する
ことができる。

【００６２】供給タンク６１は、ライン６４を介して、
高圧ポンプ６６に接続し、被処理物を移送させることが
できる。ライン６４には水道水を供給するための水道水
ライン６８が接続していることが好ましい。図１３の水
熱電気分解装置を始動させる場合又は停止させる場合に
は、還元性物質が実質的に含まれていない水道水を一時
的に流すことができるからである。

【００６３】高圧ポンプ６６は、被処理物を水熱反応で
求められる圧力にまで加圧し、この圧力により被処理物
を熱交換器７０、加熱装置７４を介して、反応容器１に
送り込む。

【００６４】被処理物ライン６０は、熱交換器７０を有
することが好ましい。熱交換器７０は被処理物ライン６
０及び排出ライン１００に接続し、熱交換器７０は、被
処理物ライン６０を流れる被処理物と排出ライン１００
を流れる処理液との間の熱交換を行う。高圧ポンプ６６
で加圧された被処理物は、室温であることが多い。一
方、反応容器１から排出される処理液は水熱反応を経
て、高温に保たれている。そこで、熱交換器７０によ
り、被処理物ライン６０を流れる被処理物を加熱する一
方、排出ライン１００を流れる処理液を冷却する。な
お、熱交換器が設けられていない場合であっても、熱効
率が低下するのに留まる。

【００６５】被処理物ライン６０は、熱交換器７０で加
温された被処理物を更に加熱するための加熱装置７４を
有することが好ましい。反応容器１の外側から反応容器
１の内部の被処理物５２を加熱する場合には、反応容器
１の直径が大きい場合、特に効率が悪い。加熱装置７４
は、例えば、水熱反応で求められる温度にまで被処理物
を加熱する。なお、被処理物の加熱は、反応容器１にお
いての還元性物質の酸化反応による発熱及び電気分解に
よる発熱することも考慮して温度を設定する。また、反
応容器１の外側を加熱するための加熱装置を更に設けて
もよい。

【００６６】被処理物ライン６０と別個に、酸化剤ライ
ン８０を設けることが好ましい。酸化剤としては、例え
ば、酸素ガスを含有する気体、例えば、空気が用いられ
る。例えば、酸化剤ライン６０のコンプレッサ８６によ
り、直接、高圧の空気を反応容器５０に導入してもよ
い。

【００６７】あるいは、酸素ガスが溶解した水等の液体
を反応容器５０に導入してもよい。酸素ガス（空気とし
て添加する場合を含む。）のようなガス形態の酸化剤
は、温度が低いほど、又は、圧力が高いほど、水への溶
解度が高い。従って、高圧下において、温度が低い又は
室温の水にガス形態の酸化剤を溶解させ、次いで、この
冷水を反応容器に供給してもよい。あるいは、過酸化水
素水、次亜塩素酸又は固体の酸化剤を水に溶解させ、高
圧ポンプ等により反応容器に供給しても良い。なお、水
分を多く含む酸化剤を入れる場合には、高圧ポンプ８８
と反応容器１の間に別の加熱器を設けてもよい。

【００６８】酸化剤ライン８０は、反応容器１に直接、
接続するのが好ましい。酸化剤ライン８０が被処理物ラ
イン６０に接続した場合には、加熱装置７４と反応容器
５０との間のライン７６が腐食され易くなるからであ
る。一方、酸化剤が反応容器５０に直接、導入される場
合において、反応容器１の内壁が電気分解の陰極として
作用するときには、反応容器５０の内壁の腐食を防止す
ることができる。

【００６９】反応容器１としては、上記した第１の実施
形態又は第２の実施形態の反応容器を用いることができ
る。反応容器１は、軸方向に長い筒形状を有することが
好ましく、円筒形状を有することが好ましい。直流電源
９４の正極端子９６及び負極端子９７は、それぞれ、ラ
イン９８、９９を介して、陽極及び陰極に接続される。

【００７０】図１３では、反応容器１に、水熱電気分解
された被処理物を排出するための排出ライン１００が接
続している。排出ライン１００は、熱交換器７０と、気
液分離器１０２と、処理水タンク１１０とを有すること
が好ましく、反応容器５０で水熱分解された処理水が、
この順序で移送され得る。熱交換器７０については既に
説明してある。

【００７１】排出ライン１００に、気液分離器１０２が
接続していることが好ましい。気液分離器１０２は、処
理水中の気体と液体とを分離する。気液分離器１０２の
内部では、一定のレベル１０４にまで処理水が保持され
ている。このレベル１０４の上部の空間と、このレベル
１０４の下部の処理水とのの間で導圧管を設け、この導
圧管に、気液界面又はスラリーレベルを定めるためのレ
ベル検出器を設けてもよい。レベル検出機構１０６は、
気体と液体との差圧でレベル１０４を測定し、処理水の
排出量は、このレベル１０４が一定ないし一定の範囲に
なるように行ってもよい。なお、気液分離器１０２にお
いて、レベル１０４の上部と下部との各々に、圧力を電
気信号に変換する圧電素子を設け、この電気信号がレベ
ル検出器に入力されることにより、差圧を検出してもよ
い。

【００７２】気液分離器１０２は、気液分離器１０２の
内部の被処理物のレベルを一定の範囲に定めるレベル調
節機構１０６を有することが好ましい。かかるレベル調
節機構は、ガスと被処理物の圧力の差を検出するための
レベル検出器、被処理物を排出するための弁、レベル検
出器からの信号で弁を制御する制御器を有してもよい。
レベル調節機構は、導圧管を有してもよいし、又は、圧
電素子を有してもよい。

【００７３】気液分離器１０２には、弁１０８が接続し
ていて、弁１０８が開放した際に、気液分離器１０２の
内部の処理水を容器１１０に放出することができる。レ
ベル調節機構１０６からの信号により、弁１０８の開閉
を制御することが好ましい。

【００７４】気液分離器１０２は、気液分離器の内部の
圧力を一定の範囲に調節する圧力調節機構を有していて
もよい。かかる圧力調節機構は、例えば、気相の圧力を
検出するための圧力検出器、ガスを排出するための弁、
圧力検出器からの信号で弁を制御する制御器を有しても
よい。圧力調節機構は、例えば、被処理物が液相を保持
する圧力以上であって、反応容器１及び気液分離器１０
２を安全に運転できる圧力以下の圧力に調節する。圧力
検出器は、圧電素子を有していてもよい。

【００７５】気液分離器１０２には、弁１０９が接続し
ていて、弁１０９が開放した際に、気液分離器１０２の
内部の気体を大気に放出することができる。図示してい
ない圧力調節機構からの信号により、弁１０９の開閉を
制御することが好ましい。

【００７６】次に、図１３の水熱電気分解装置を用いる
水熱電気分解方法を説明する。まず、始動時の説明をす
る。反応容器１には未だ液体は導入されていないものと
する。まず、室温、大気圧中、水道水ライン６８より、
被処理物ライン６０に水道水を導入する。そして、高圧
ポンプ６６により、水道水を熱交換器７０、加熱装置７
６、次いで、反応容器５０に導入する。水道水が加熱装
置７４に導入された後に、加熱装置７４を始動し、水道
水を加熱する。そして、加熱された水道水を反応容器１
から排出ライン１００に排出し、気液分離器１０２を経
て、容器１１０に排出する。

【００７７】システムが安定した後に、水道水ラインか
ら被処理物ライン６０への水道水の供給を停止するとと
もに、供給タンク６１から被処理物ライン６０への被処
理物の供給を開始する。被処理物のハロゲン化物イオン
濃度等は、予め、ハロゲン化物ライン６３等により調整
する。加熱装置７４で被処理物の加熱を継続しつつ、被
処理物を反応容器１に導入する。また、酸化剤ライン８
０より、酸化剤を反応容器１に導入する。

【００７８】被処理物及び酸化剤が反応容器１に導入さ
れた後に、電気分解を開始する。即ち、直流電源９４の
スイッチをオンにし、陽極及び陰極として作用する反応
室３１に直流電流を供給する。高温、高圧下、液相に維
持されている被処理物が反応容器５０の内部を移動し、
この移動の際に水熱反応と電気分解とが同時に進行す
る。水熱反応及び電気分解に伴って、熱が発生するの
で、加熱装置７４による加熱する温度を適宜、低下させ
る。

【００７９】反応時間は、被処理物中の還元性物質が酸
化分解されるのに十分な時間とする。例えば、１秒〜４
８時間であり、１分〜２４時間が好ましい。また、反応
時間は、５時間以下が更に好ましく、２時間以下が更に
なお好ましい。反応時間は、反応容器１の体積と被処理
物の移動速度により調整する。

【００８０】反応を停止する場合には、供給タンク６１
から被処理物ライン６０への流入を停止し、水道水ライ
ンから水道水を被処理物ライン６０に導入する。また、
酸化剤ライン８０から酸化剤を反応容器５０に導入する
ことを停止する。次いで、直流電源のスイッチをオフに
して、電気分解を停止する。次いで、加熱装置７４の出
力を低下させ、反応容器５０に流入する被処理物の温度
を徐々に低下させる。

【００８１】

【発明の効果】本発明の水熱電気分解装置は、大量の廃
液を効率良く処理でき、さらには連続的に処理すること
もできる。本発明の水熱電気分解装置は、連続処理に好
適に用いられるが、バッチ処理、準連続処理にも適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、第１の実施形態の水熱電気分解装置の
要部である反応容器の内部構造を示す長手方向断面図で
ある。

【図２】図２は、反応容器の内部構造を示す横断面図で
ある。

【図３】図３は、図１のＢの拡大断面図である。

【図４】図４は、図２のＣの拡大断面図である。

【図５】図５は、第２の実施形態の水熱電気分解装置の
要部である反応容器の内部構造を示す長手方向断面図で
ある。

【図６】図６は、反応容器の内部構造を示す横断面図で
ある。

【図７】図７は、図５のＥの拡大断面図である。

【図８】図８は、図６のＦの拡大断面図である。

【図９】図９は、図５のＧの拡大断面図である。

【図１０】図１０は、本発明の第１の実施態様の変形例
である。

【図１１】図１１は、本発明の第１の実施態様の変形例
である。

【図１２】図１２は、本発明の第１の実施態様の変形例
である。

【図１３】図１３は、本発明の水熱電気分解装置の説明
図である。

【符号の説明】

１…反応容器、２…容器下方部、２ａ…壁部、２１…導
入口、２２…酸化剤導入口、２３…混合室、２４…抵抗
板、２５…攪拌機、２６…パイプ、３… 容器中間部、
３１…反応室、３２…マイナスライン、３４…排出口、
３５ａ…陽極、３５ｂ…陰極、３６ａ、３６ｂ…連結部
材、３７ａ、３７ｂ…側壁、３９…断熱材、４…容器上
方部、４１…放電電極、４２…電流導入端子、４３…絶
縁スペーサー、５…ガスケット、６…導入室、７…チャ
ンバー、８…排出流路、５０…反応容器、６０…被処理
物ライン、６１…供給タンク、６３…ハロゲン化物ライ
ン、６４…ライン、６６…高圧ポンプ、６８…水道水ラ
イン、７０…熱交換器、７４…加熱装置、８０…酸化剤
ライン、８６…コンプレッサ、９４…直流電源、９６…
正極端子、９７…負極端子、９８、９９…ライン、１０
０…排出ライン、１０２…気液分離器、１０４…レベ
ル、１０６…レベル検出機構、弁…１０８、１１０…処
理水タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２５Ｂ 1/04 Ｃ２５Ｂ 1/04 (72)発明者蘇慶泉東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者井坂正洋神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号株式会社荏原総合研究所内Ｆターム(参考） 4D050 AA13 AB12 AB14 AB15 AB16 AB17 AB18 AB19 AB27 AB35 AB37 AB40 AB44 AB47 BB01 BB06 BB09 BC01 BC02 BC10 BD02 BD08 CA20 4D061 DA08 DB19 DC08 DC09 DC15 EA03 EB19 EB28 EB30 EB31 EB34 EB35 EB39 ED01 ED20 4K021 AA01 BA02 BC01 BC04 CA01 CA02 DA10 DC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水及び還元性物質を含有する被処理物を
高温高圧下で電気分解するための反応室を備えた水熱電
気分解装置であって、上記反応室は、チャンバーを画定し、かつ、一対の電極
を有し、上記反応室中のチャンバーの体積１ｍ³あたり
の上記チャンバーに曝される一対の上記電極の総表面積
は、０．０５ｍ²以上であることを特徴とする水熱電気
分解装置。
【請求項２】下方に被処理物を導入する導入口と、上
方に処理物を排出する排出口とを有する請求項１記載の
水熱電気分解装置。
【請求項３】上記反応室は、２以上の筒形状の反応室
を有し、前記反応室の各々は陰極として作用する金属製
の内壁を有し、前記反応室の各々の内部に、陽極が配置
されている請求項１に記載の水熱電気分解装置。
【請求項４】前記一対の電極が、同心円筒形状を有する２以上の第１側壁と、前記第１側
壁を互いに連結する第１連結部材とを有する第１電極
と、同心円筒形状を有する２以上の第２側壁と、前記第２側
壁を互いに連結する第２連結部材とを有する第２電極
と、を有していて、前記第１側壁と前記第２側壁との間に被処理物の流路を
形成するように、前記第１電極の前記第１側壁と前記第
２電極の前記第２側壁とが交互に配置されている請求項
１に記載の水熱電気分解装置。
【請求項５】高圧ポンプを有し、前記反応室に被処理
物を供給する被処理物ラインと、前記反応室に酸化剤を供給する酸化剤ラインと、前記反応室から処理物を排出する排出ラインと、を更に
有する水熱電気分解装置。
【請求項６】水と還元性物質とを有する被処理物を請
求項１〜５の何れかに記載の水熱電気分解装置の反応室
に導入する工程と、前記反応室中、１００℃以上前記被処理物の臨界温度以
下の温度にて、前記被処理物中の水が液相を維持する圧
力の下直流電流を供給する工程と、前記反応室から処理物を排出する工程と、を有すること
を特徴とする、被処理物の浄化方法。