JP2001000979A - 浄化装置 - Google Patents
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Abstract
質汚濁物質を流水中より除去する。 【解決手段】 流水床に負極板を、また、この負極と対
向して上面に正極板を配置した流れの浄化装置であっ
て、正極板の流水流れ方向の前後および左右の少くとも
いずれかには浮子が配置されて正極板が流水水面下に沈
むようにされており、正極板には負極への対向上面位置
への配置手段、そして必要に応じて正極板の上下可動手
段やガス捕集手段が配設されており、正極板と負極板と
には電場発生機構が備えられて、高電場パルス発生によ
り流水中に含まれる水質汚濁物質が酸化分解されるよう
に浄化装置を構成する。
Description
化装置に関するものであ る。さらに詳しくは、この出
願の発明は、河川流水の富栄養化の原因物質である窒素
やリンの除去等に有用な、河川の水質汚濁物質の酸化分
解による浄化装置に関するものである。
浄化に関しては、河川内を微生物の棲息する膜が自然に
発達する生物膜による接触酸化方が開発され応用されて
いるが、この方法は主として廃水に含まれる炭素源の浄
化に適しているが、富栄養化の原因物質である窒素やリ
ンの除去には適していない。
ためには炭素源以外の窒素やリンの分解除去が必要で、
必ずしもこれらの生物膜処理法は十分でなく、また、生
物膜をさらに強化した栄養塩包括固定法による硝化・脱
窒やMg塩を用いたリン酸アンモニア結晶法の応用など
を検討されているが、河川でアンモニアを除去する場合
には窒素の除去率が60%を越えないこと、C/N比の
範囲によって十分な除去率が確保できないこと、アンモ
ニア態窒素の硝化には硝化菌の反応速度が低いために、
河川の流れの中で十分溶存酸素を確保しても硝化が進行
しないなどの大きな欠点がある。従って、窒素やリン除
去率を90%以上に高める手段が是非とも必要になって
きている。
の従来技術の問題点を解消し、河川等の流水中の窒素や
リン等の水質汚濁物質を効果的に除去することのできる
新しい浄化装置を提供することを課題としている。
の課題を解決するものとして、流水床に負極板を、ま
た、この負極と対向して上面に正極板を配置した流水の
浄化装置であって、正極板の流水流れ方向の前後および
左右の少くともいずれかには浮子が配置されて正極板が
流水水面下に沈むようにされており、正極板には負極へ
の対向上面位置への配置手段が配設されており、正極板
と負極板とには電場発生機構が備えられて、高電場パル
ス発生により流水中に含まれる水質汚濁物質が酸化分解
されるようにしたことを特徴とする流水の浄化装置を提
供する。
パルス発生によって発生する酸化力の強いO−ラジカル
(酸素ラジカル)やOH−ラジカル(ヒドロキシラジカ
ル)をナノ秒〜マイクロ秒の間で金属面で発生させ、こ
れに衝突する汚濁水の炭素源、窒素源を主として酸化さ
せ、この時に発生するH+ イオンの浮遊性懸濁物質への
帯電に伴う粒子の凝集反応でリンを凝集沈降分離するこ
とで、従来技術で達成できなかった90〜95%の汚染
物質の除去を1パスの操作で達成することをもって問題
の解決を図ろうとしている。
浄化装置の構造とともに、流水の水位と流量が非常に変
動するので、これに対応するために投入電力量を水の流
量、SSの濃度によって適宜最適な電力量になるように
自動的に制御し、汚濁物質の除去率を一定に保持する必
要があることが考慮される。例えば、水河川の流水は1
日のうちの時間的変動が大きく、最小時と最大時の比は
1:10〜20に達するので、流量の大きさは通過速度
に比例することになり、これを追尾した電力を投入する
ために、流速、浮遊性懸濁物の濃度、水深に対し、最適
で最小の電力の投入量を調整する制御装置の付設が必要
である。また、洪水など緊急時には本装置が流水中で障
害にならないように退避することも設備されねばならな
い。
おいては、限定的ではないが、以下の形態が適当なもの
として、考慮される。 <1> 正極板には、その上下可動のための手段が設け
られる。 <2> ガス補集手段(酸化分解によって発生するガス
を捕集する)が設けられる。 <3> 正極板は、金属(合金を含む。以下同様であ
る。)および金属酸化物のうちの少くとも1種の正極物
質を有している。 <4> 正極板は、たとえば、金属、セラミックス、樹
脂またはそれらの2種以上の複合体である基板と正極物
質とにより構成される。 <5> 正極物質は、たとえば、酸化チタン、酸化ルテ
ニウム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化スズ、およ
び白金のうちの少くとも1種である。 <6> より具体的な例では、正極板では、多孔質のチ
タン、多孔質のセラミックスまたはステンレスの板に、
酸化チタン、酸化ルテニウム、酸化コバルト、酸化ニッ
ケル、酸化スズおよび白金のうちの少くとも1種が一体
化されている。 <7> 正極板は、水面からの沈み込み深さが、水深の
1/5〜1/10とされている。
る水質汚濁物質が酸化分解されるようにしたこの出願の
発明においては、高電場パルスの発生とこれによる前記
ラジカルの作用を効果的なものとするために、正極板を
どのように構成するかは実施上の大変に重要な点であ
る。より好適には、この発明においては、正極物質とし
て金属酸化物あるいは貴金属を用いる。前記のとおりの
酸化チタン、酸化ルテニウム、酸化コバルト、酸化ニッ
ケル、酸化スズという金属酸化物、あるいは白金が効果
的である。
は、それらの粒子を圧粉体とし、これを焼成、あるいは
焼結して成形したものでもよいし、適宜な基板にこれら
の物質やその粒子を担持させるようにしたものでもよ
い。この際の担持のための基板としては、耐食性の良好
な、たとえば多孔質のチタンや多孔質のセラミックス、
あるいはステンレス板等であってよく、これら正極物質
が膜状に正極面部を構成するのが好ましい。基板そのも
のを導電性としてもよいし、これら膜状の正極物質が導
電性を有するものとしてもよい。
による付着一体化、あるいはゾル溶液の塗布による焼結
等の手段で一体化してもよい。
し、あるいは白金箔を付着させて用いてもよい。
は表面金属被覆したものであれば各種であってよい。た
とえばステンレス板や白金箔被覆した金属板が例示され
る。
み込むようにするのが実際的であり、また、正極板に
は、その近傍に、酸化分解により発生するガスの捕集手
段を設けるのが望ましい。
を有していることが、高電圧パルスの発生や分解ガスの
捕集の点において、この発明においては好ましい。
明の酸化分解による浄化装置では、ステンレス板または
白金箔を配設した金属板を負極とし、これらの金属板と
面平行に上面に酸化チタン、酸化ルテニウム、酸化コバ
ルト、酸化ニッケル、酸化スズ、もしくは白金箔を電導
性の多孔質なチタンまたはステンレスのダイカスト板等
に溶着等により付着させ、かつこの面が負極板に対し凹
状態の緩やかなカーブを描いたものを正極板とし、その
流れ前後に浮子がつき、水深の1/5〜1/10の正極
が沈む構造を持ち、この浮子は正極板の四隅部において
上下に可動できる構造を持つものとする。また、分解に
より発生したガスが逃げないようにシールし、ガス溜め
を設け、発生ガスを捕集できるようにする。
パルス波によって水流が乱流状態で、酸化電極面(正極
板)に衝突し、汚染物の酸化反応が少なくとも2〜3秒
継続するようにするのが好ましい。また前記のとおり、
酸化分解により発生したガスが空中に放出するのを防止
することが望ましい。酸化反応は物理化学的反応で発生
するのでN源に関してはN2 、NOX 、S源に関しては
SOX やH2 Sの有害ガスが発生し、C源はCO2 ガス
が大部分発生し、COガスはわずかに発生する。これら
の中間生成物は水素等によって還元処理することが望ま
しい。これらのための処理手段、処理装置もこの出願の
発明において提案される。
出願の発明の実施の形態について例示説明する。まず、
図1はこの発明の浄化装置の構成の主要部を示した横断
面図(a)と正断面図(b)である。正極板は、たとえ
ばチタン等の電導性多孔質金属(A)を基板とし、これ
に酸化チタン、酸化ルテニウム、酸化コバルト、酸化ニ
ッケル、酸化スズ等の酸化物や白金からなる酸化電極ま
たは白金電極(B)を一体化したものとして構成されて
いる。これらの電極(B)は流水の流れ方向(α)に直
交して複数配置されている。
おいて前後に配置された空気溜めの浮力を利用した空気
浮(浮子)(F)によって浮上し、可動リュウズ(h)
によって上下動するようになっている。
(I)によってその位置が検出されるようにしている。
する基板としての多孔性金属(A)の背面にガスシール
のための手段としてシール板(D)を配設一体化し、正
極板の下流側にガス溜(C)を装着し、電極(B)の表
面で発生したガスが、直接的に、あるいは多孔性金属
(A)に入り込み、次いで、ガス溜(C)に回収され、
ガス収集ポンプ(P)によって排出される構造となって
いる。図1(b)に示されているように、電極(B)の
断面は凹型として発生ガスの捕集を容易にしている。ま
た、乱流を維持するため負極板(E)の表面に乱流発生
板(G)を置き、乱流の発生を容易にし酸化分解効率を
高めるようにしている。
ズ(h)に設けた差動トランスにより、正極板と負極板
の両間電圧を200V/cm〜10KV/cmの間で変
動させるようにし、また、流れの前方には濃度検出器と
しての濁度計(Tu)を設け、この濃度に応じて電流値
を1〜100mAの間で変動させる。また、流速計
(V)を同様に設置し、流速から周波数を10kHzか
ら150kHzの間で変動させる。このような自動制御
機構によって、水質汚濁の負荷量に応じた酸化分解がよ
り効果的に実施されることになる。自動制御機構につい
てはさらに例示することができる。
(I)によって正負の位置を検出し、さらに流速計
(V)にて流量を、濁度計(Tu)によってSS量を検
出し、制御装置(CPU)および電場発生装置(PA)
を用い、これをデジタル制御によって常に最適な電場処
理として電圧、周波数、パルスタイミング、デューテイ
比の制御が実施できるようにする。
ては、図1(b)および図2(b)にも示したように、
浄化装置は、コンクリート等の側壁(β)の幅内に配置
している。このように配置することが実際上望ましいの
である。
は、図1および図2のように、負極板(E)上に金属製
の突起からなる乱流発生板(G)の複数を、その高さが
極板間の高さの10〜15%を限界として水流が乱流を
形成する構造としたものが好適なものとして示される。
ことが、また水流の流れ方向に2〜10個程度配置する
ことが考慮される。
の侵入が考えられること、SS濃度が高い事による電極
面の劣化の防止のため、図3のように、ブラシや水噴射
によって電極面の清掃を定期的に自動制御で実施するの
が好ましい。また洪水時は計画水量より流出が大きくな
るので、正の電極を水中から引き上げパルス波の負荷を
即時停止する装備を施すことも有効である。
有毒ガスの分解には水の電気分解により発生させた水素
や、図4のようにH2 ボンベ(B)で供給した水素をガ
ス混合装置(C)で混合させ触媒(d)で還元し有毒ガ
スの発生の防止を図ることができる。
水位より上部に浮上した時、直ちにこの電極は電動モー
ターによって水面以上に持ち上げ、装置の保全を図るよ
うにするのが望ましい。
てSSは沈澱するが下流側にポンプによるバイパス方式
又は直接方式で沈澱槽を設け重力沈澱させ、上澄を元の
河川に戻す(図5)ことによって、汚濁水中のリンとS
Sが80〜90%除去できる。
発明について実施例として説明する。
字溝において約200世帯の家庭排水の流量1〜20L
/分の側溝を図2および図4に例示したこの発明の装置
で処理した。原水と処理水水質は表1に示すとおりであ
る。
水素添加によるニッケル、銅による触媒処理した後のガ
スは有害ガスが減少し痕跡程度であった。
た。正極板としては、30%の空隙をもつ多孔質セラミ
ックスの表面にTiO2 粒子ゾルを厚さ2〜3mmとな
るように部分塗布し、乾燥後、500〜600℃で焼結
し、塗布部が電極面となるようにしたものを用いた。
ようにしてその後捕集した。
表4に示した。
コバルト、酸化ニッケル、酸化スズを用いた場合にもほ
ぼ同様の結果が得られた。
発明は、従来困難であった窒素・リン等の水質汚濁物質
の効果的な除去が可能となり、河川等の流れの浄化が高
効率に実施可能とされる。
と正断面図である。
正断面図である。
る。
ある。
ある。
Claims (25)
- 【請求項1】 流水床に負極板を、また、この負極と対
向して上面に正極板を配置した流水の浄化装置であっ
て、正極板の流水流れ方向の前後および左右の少くとも
いずれかには浮子が配置されて正極板が流水水面下に沈
むようにされており、正極板には負極への対向上面位置
への配置手段が配設されており、正極板と負極板とには
電場発生機構が備えられて、高電場パルス発生により流
水中に含まれる水質汚濁物質が酸化分解されるようにし
たことを特徴とする流水の浄化装置。 - 【請求項2】 正極板には、その上下可動のための手段
が配設されている請求項1の浄化装置。 - 【請求項3】 ガス補集手段が配設されている請求項1
または2の浄化装置。 - 【請求項4】 正極板に対し流水の流れ方向後部にガス
捕集手段が配設されている請求項3の浄化装置。 - 【請求項5】 負極対向面とは逆の正極板背面上部にガ
ス捕集手段が配設されている請求項3または4の浄化装
置。 - 【請求項6】 正極板は金属および金属酸化物の少くと
も1種の正極物質を有している請求項1ないし5のいず
れかの浄化装置。 - 【請求項7】 正極板は、金属、セラミックス、樹脂ま
たはその2種以上からなる複合体である基板と正極物質
とにより構成されている請求項1ないし6のいずれかの
浄化装置。 - 【請求項8】 正極板は多孔質板である請求項1ないし
7のいずれかの浄化装置。 - 【請求項9】 正極物質は、酸化チタン、酸化ルテニウ
ム、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化スズおよび白金
のうちの少くとも1種である請求項6ないし8のいずれ
かの浄化装置。 - 【請求項10】 正極板では、多孔質のチタン、多孔質
のセラミックスまたはステンレス板を基板としている請
求項7ないし9のいずれかの浄化装置。 - 【請求項11】 正極板では、正極物質を有する正極面
部が複数配設されている請求項6ないし10のいずれか
の浄化装置。 - 【請求項12】 正極板は、負極に対向する凹状曲面を
有している請求項1ないし11のいずれかの浄化装置。 - 【請求項13】 正極板にはガスシール手段が配設され
ている請求項1ないし12のいずれかの浄化装置。 - 【請求項14】 ガスシール手段は、負極対向面とは逆
の正極板背面に配設されている請求項13の浄化装置。 - 【請求項15】 正極板は、上下可動手段により水面か
らの沈み込み深さが、水深の1/5〜1/10とされて
いる請求項2ないし14のいずれかの浄化装置。 - 【請求項16】 ステンレス板または白金箔被覆を施し
た金属板を負極とする請求項1ないし15のいずれかの
浄化装置。 - 【請求項17】 正極板を重力方向の上下に可動とする
可動手段には差動トランスを設け、正極板と負極板の面
間電圧を200V/cm〜10KV/cmの間で変動さ
せる制御機構を構成した請求項2ないし16のいずれか
の浄化装置。 - 【請求項18】 正極板に対して流水流れの前方には濁
度検出器を設け、この濁度に応じて電流値を1〜100
mAの間で変動させる自動制御機構を構成した請求項1
ないし17のいずれかの浄化装置。 - 【請求項19】 流水には流速計を設置し、この流速か
ら周波数を10kHzから150kHzの間で変動させ
る自動制御機構を構成した請求項1ないし18のいずれ
かの浄化装置。 - 【請求項20】 正極板および負極板の少くとも一方の
極板上には金属製の突起を複数設け、その高さを正極板
と負極板との間の距離の10〜15%として流水が乱流
を形成する構造とした請求項1ないし19のいずれかの
浄化装置。 - 【請求項21】 高圧噴水装置またはロールブラシによ
り正極板および負極板の一方または双方の表面部を手動
または自動で洗浄する機構を備えた請求項1ないし20
のいずれかの浄化装置。 - 【請求項22】 ガス捕集手段はガス溜めを有し、ガス
溜めのガスを水圧または吸い込みポンプやブロアーで吸
引し、このガスと電気分解による水素ガスまたは水素ボ
ンベによる水素ガスとを混合して触媒によりガスをN2
と水とに還元する機構を備えた請求項3ないし21のい
ずれかの浄化装置。 - 【請求項23】 懸濁によって発生する沈降物を捕集分
離するための装置とともにその流れ方向後方に流速を減
ずる沈澱槽を付設するか、またはせき止めて一部ポンプ
で汲み上げ水流からバイパスさせて重力沈澱槽で沈澱さ
せ、上澄みを元の河川に戻す方式を付設した請求項1な
いし22のいずれかの浄化装置。 - 【請求項24】 洪水等異常流量時に、上下可動手段を
上部方向に油圧または電気モータによって吊り上げる緊
急避難装置を備えた請求項2ないし23のいずれかの浄
化装置。 - 【請求項25】 請求項1ないし24のいずれかの装置
を用いて処理することを特徴とする流水の浄化処理方
法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000118650A JP4428804B2 (ja) | 1999-04-19 | 2000-04-19 | 浄化装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP11-110911 | 1999-04-19 | ||
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