JP2004033992A

JP2004033992A - 廃水の処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP2004033992A
Application number: JP2002198306A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Kamimura; 上村　一秀
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】長期にわたって装置類を保守することを可能とし、かつ、ランニングコストの低減を図ることができるようにした廃水の処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【解決手段】廃水１中の有機物を電気化学的に分解処理する際、陽極１２と陰極１３との間に陰イオン交換膜１４を介在させ、金属イオンの移動を阻止することにより、陰極１３へ金属が析出し付着することを防止する。また、陽極１２にダイヤモンド電極を用いることにより、塩素化合物の添加に代えて高い電位で有機物を分解させ、酸性溶液においても塩素系有毒ガスの発生を防止するとともに効率よく処理する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物及び金属イオンが共存する廃水中の有機物を、主として電解処理によって除去する方法及び処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
めっき工場、化成被膜処理工場、又は酸洗い工場等からは、高濃度の有機物及び金属イオンの共存する廃水が排出される。
【０００３】
これら廃水の一般的な処理方法として、金属イオンは凝集沈殿法等により、また、有機物は活性汚泥法等によって処理した後、ごく少量の残留成分がイオン交換法や活性炭吸着法等によって処理される。
【０００４】
しかし、廃水中に金属イオンが含まれ特定の有機物とキレート化合物を形成している場合、凝集沈殿処理では不溶性の化合物となることが阻止されるため好ましい処理性能が得られないことがある。有機物成分を活性汚泥処理する場合は、金属イオンが微生物に対する有毒物質として作用するため処理性能が大幅に低下するおそれがある。さらに、後続処理としてこれらの処理水につき活性炭処理やイオン交換処理を行うにしても、前段から流入する処理液中の残留成分の濃度が高いため十分な処理性能が得られないことがあり、活性炭やイオン交換樹脂の劣化を促進し、ランニングコストの上昇をまねくおそれがある。さらに、アルコール系有機物の場合は活性炭吸着性能が著しく低い。
【０００５】
したがって、このような性状の廃水で上記した処理を適用できない場合は、電解処理によって有機物成分を除去することがある。電解処理は、当業者に知られた方法を採用することができる。ここで、その一例についてその概要を図５に示す。
【０００６】
図５の装置では、電解槽２１内の電解室２４に廃水２０を導入し、同電解槽２１に対峙する陽極２２と陰極２３に電圧を印加して通電することにより電解処理を行うものである。図示した例では、廃水２０を廃水貯槽２７よりポンプ２６で汲み上げて電解室２４内を上向に通過させ、電解処理した後、処理液２５を再び貯槽２７に戻し循環処理するものである。
【０００７】
各電極のうち特に消耗し易い陽極２２には、ＤＳＡ電極（チタン表面を酸化イリジウム等で処理した抗酸化型電極）が使用される。
【０００８】
各電極に通電することにより、廃水中の金属イオンは電気化学的に中和されて遊離し金属として析出する。例えば、廃水中の金属イオンが銅イオンの場合は次のごとく反応する。
陰極：　２Ｃｕ^２＋＋４ｅ→２Ｃｕ
陽極：　４ＯＨ⁻→２Ｈ_２Ｏ＋Ｏ_２＋４ｅ
【０００９】
その際、廃水２０にはあらかじめ塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を０．１〜５重量％程度溶解させておく。そして、各電極を介して通電することにより次式のごとく反応し、陽極２２で次亜塩素酸イオン（ＣｌＯ⁻）を生成する。なお次亜塩素酸イオンは、酸性側で分解するため、廃水のｐＨをアルカリ性側に維持しておく必要がある。この次亜塩素酸イオにンは強い酸化作用があるため、それによって有機物が分解される。

【００１０】
前述した処理方法では、各電極のうち特に陽極２２にＤＳＡ電極を使用した例を示した。一方、近年この電極に代わるものとして、消耗が少なく耐久性のあるダイヤモンドコート電極が開発されている。これは、例えば、特開平９−２６８３９５号公報、特開２０００−２５４６９０号公報等に記載されている。
【００１１】
上記特開平９−２６８３９５号公報には、ダイヤモンドコート電極とそれを使用した電解槽が紹介されている。また、特開２０００−２５４６９０号公報では、陰極に酸素ガスを供給し、陽極に塩酸等を供給して過酸化水素や次亜塩素酸塩を生成させ、殺菌力を付与するとともに、陰極を酸性側に維持して金属水酸化物の析出を抑制している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように廃水を電解処理する方法では、廃水中に含まれる有機物と金属イオンは同時に処理される。
【００１３】
しかしながら、金属が陰極に付着することによって短期間での取替えを余儀なくされ、消耗することによってランニングコストが上昇するという問題点があった。
【００１４】
また、電解処理する際の電極としてＤＳＡ電極を用いる方法は、両電極間の電位が低いため、単に通電するだけでは電気化学的に有機物を分解させることが難しい。したがって、廃水中に塩化ナトリウム等の電解性塩素化合物を添加し、発生する次亜塩素酸塩の酸化性を利用して間接的に分解処理することになる。ところが、塩化ナトリウム等の塩素化合物は装置材料等への腐食性が問題となり、また、生成した次亜塩素酸塩が悪臭源となって作業環境の悪化をきたすうえ、特に酸性で分解して塩素ガスとなり人体に対して好ましくない影響を与えるおそれがあった。
【００１５】
本発明は、上記した従来技術の有する課題を解決するべくなされたもので、長期にわたって装置類を保守することを可能とし、かつ、ランニングコストの低減を図ることができるようにした廃水の処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、有機物及び金属イオンが共存する廃水中に陽極と陰極よりなる電極を対峙させ、この両電極間に電圧を印加して通電することにより電解処理して有機物を除去する廃水の処理方法において、両電極間に陰イオン交換膜を介在させるにより陽極側から陰極側への金属イオンの移動を阻止しつつ廃水中の有機物を電気化学的に分解処理することを特徴とする。
本発明に係る廃水の処理方法では、上記廃水中の有機物を電気化学的に分解処理する際、該廃水中に溶解性の塩素化合物又は他のハロゲン化合物を添加することなく電解処理することが好適である。
【００１７】
本発明は、別の側面で廃水の処理装置であり、有機物及び金属イオンが共存する廃水中に陽極と陰極とを対峙させ、これら両電極間に電圧を印加して通電することにより有機物を電解処理して除去する廃水の処理装置において、上記両電極間に陰イオン交換膜を介在させたことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る廃水の処理装置では、上記陰イオン交換膜を上記両電極間に介在させることによって、陽極室と、陰極室とを形成し、上記陽極側に形成される陽極室に廃水を循環させ、上記陰極側に形成される陰極室に電解質溶液を循環させるようにすることが好適である。
【００１９】
本発明に係る廃水の処理方法及び処理装置では、上記陰イオン交換膜を、強塩基型陰イオン選択透過性交換膜とすることが好適である。また、上記陽極としてダイヤモンドコート電極を用いて電解処理することが好適である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る廃水の処理方法及び処理装置を、さらに詳細に説明する。
本発明に係る廃水の処理方法及び処理装置で、廃水中に含まれ、処理対象となる金属としては、銅イオン（Ｃｕ^２＋）、カドミウムイオン（Ｃｄ^２＋）、パラジウム（Ｐｄ^２＋）等、陰極に金属として析出する成分を挙げることができる。
【００２１】
また、本発明に係る廃水の処理方法及び処理装置で、廃水中に含まれ、処理対象となる有機物としては、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、蟻酸、酢酸等の低級脂肪酸、ホルムアルデヒド等のアルデヒド類、アセトン等のケトン類、各種工一テル類を挙げることができる。
また、本発明に係る廃水の処理方法及び処理装置では、廃水中に含まれる処理対象として、無機化合物も想定することができ、例えば、シアン化合物やフッ素化合物等にも適用が可能である。しかし、水に溶解し難い化合物の処理には適さない。
【００２２】
図１に、本発明に係る廃水の処理方法を実施する装置について、その一実施の形態を示す。この装置は、いわゆる循環型の電解処理方式を行なう。この実施の形態では、電解槽１１内で陽極１２と陰極１３を対峙させ、電解槽１１を区画するごとく両電極間に陰イオン交換膜１４を介して仕切っている。これにより、陽極１２側の陽極室１５と陰極１３側の陰極室１６を形成している。
ここに、本実施の形態では、陽極にＤＳＡ電極又はダイヤモンドコート電極を採用する。ダイヤモンドコート電極は、フラウンホファーゲゼルシャフト社が開発したもので、理論分解電圧が３〜５ボルトと高いため幅広い分野での応用が可能とされている。
ＤＳＡ電極を使用する場合は、廃水１に食塩などの塩素を含む化合物を添加し、ｐＨ８以上のアルカリ性に調整する。塩素イオン濃度は０．０５〜３重量％に調整する。アルカリ性とする根拠は電解によって生成する次亜塩素酸塩が塩素ガスとなることを防止するためである。
【００２３】
陰イオン交換膜１４としては、アルカリ領域で使用することのできる強塩基性陰イオン交換膜が好ましく、例えば（株）トクヤマ製の「ネオセプタＡＨＡ」等を使用することができる。この陰イオン交換膜１４は良好に洗浄すれば数年程度の使用に耐え得る。
【００２４】
図１の実施の形態では、廃水貯槽１７中の廃水１をポンプ５により陽極室１５の下方から導入して充満させ、その上方から抜き出して、処理液２を廃水貯槽１７に戻すといったように、廃水１を循環させる。
【００２５】
一方、薬品貯槽１８には電解質溶液３を貯留させる。そして、電解質溶液３をポンプ６により陰極室１６の下方から導入して充満させ、その上方から抜き出して、循環液４を薬品貯槽１８に戻すといったように、電解質溶液３を循環させる。
電解質溶液３としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ剤を使用することができるが、費用を考慮すれば水酸化ナトリウムが最も好ましい。しかし、金属水酸化物のうち陰極１３の表面に金属として析出するものは不適であり、また、アンモニウム塩のように還元する可能性のあるものは別途の弊害をもたらすため好ましくない。さらに、硫酸ナトリウム等の中性塩は、硫酸イオンがイオン交換膜１４を通過し、結果的には陰極室１６に水酸化ナトリウムが存在するだけであるから大きな意味がない。
【００２６】
本実施の形態では、この状態で、各電極に通電する。このとき、電流値は処理時において電極面積当たりの電流値である両電極間の電流密度に変化がないようできるだけ一定値とするのが好ましく、金属イオンの種類や濃度、廃水量によって大きく異なるものの、１００Ａ／ｍ^２ないし５０００Ａ／ｍ^２程度の範囲から適宜設定する。一方、電圧はこの電流値を一定に維持することが可能なように０〜３０ボルト程度の範囲で可変状態に設定する。
【００２７】
こうして廃水１中の金属イオンが銅イオンの場合は、陽極１２側から陰極１３側に移動しようとし、また、水酸基は陰極１３側から陽極１２側に移動する。この水酸基は水酸化ナトリウム等の電解質に起因するもので、この電解質が存在することによって電気抵抗値を一定値以下となり電気的特性を妨げることなく処理される。
【００２８】
しかし、銅イオンは陰極１３に達するまでにあるイオン交換膜１４に阻まれて陽極室１５に留まり、銅が陰極１３に鍍着することなく、陰極１３は常に新鮮に維持される。
【００２９】
陽極１２がＤＳＡの場合、廃水中に含まれる有機物は、陽極１２で酸化されて発生した次亜塩素酸イオン（Ｃ１Ｏ⁻）の酸化作用によって分解する。例えば、イソプロピルアルコールの例では、次式のごとく分解反応が起きる（途中の複雑な過程を省略して対象物質と最終生成物とのみ示す）。
Ｃ_３Ｈ_７ＯＨ十５Ｈ_２Ｏ−１８ｅ→３ＣＯ_２十１８Ｈ^＋
また、陽極がダイヤモンドコート電極の場合、廃水中に含まれる有機物は、陽極１２で発生した過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、オゾン（Ｏ_３）等の酸化作用によって分解する。
【００３０】
こうして、陽極室１５内で有機物が除去され、処理液２を再び廃水貯槽１７に返送して循環処理をする。そして処理液２中の溶存物質が所定濃度にまで電解した後処理を終了する。なお、廃水１中の金属が有機物とキレート化合物を形成することにより溶解している場合は、有機物が分解されることによって金属が溶解できなくなり通常は水酸化物として析出する。この析出物は処理液２とともに廃水貯槽１７に返送する。この析出物は廃水貯槽１７に蓄積させて必要に応じて取り出すか、又はライン途中に設けた別途の装置で取り除く。
【００３１】
前記のごとく、陽極としてダイヤモンドコート電極を用いる場合の本発明の実施の形態においては、処理効率がきわめて高く、また、塩化ナトリウム等の塩素化合物の添加が一切不要であるため、装置類の腐食や作業環境の悪影響をもたらすことなく円滑に処理することができる。
【００３２】
【実施例】
実施例１
有機物（ＣＯＤとして３，７００ｍｇ／１）及び硫酸銅（Ｃｕ^２＋として４３０ｍｇ／１）を含む廃水を図１に示す廃水貯槽１７に準備した。該廃水には塩化ナトリウムとして１重量％となるよう添加した。他方、電解質溶液として水酸化ナトリウム溶液（５ｇ／１）を薬品貯槽１８に準備した。そして廃水を陽極室１５へ上向流で供給するとともに、水酸化ナトリウム溶液を陰極室１６へ上向流で供給し、それぞれ、電解槽１１と各貯槽１７、１８との間を循環させながら、陽極１２としてＤＳＡ電極を用い、電流値２０Ａ（電流密度２，０００Ａ／ｍ^２）で電解処理をした。
【００３３】
その結果、図２に示すように、電解処理によって処理水中の有機物は、ＣＯＤ濃度として２ｍｇ／１まで低下した。一方、陰極１３側の電解質溶液中の銅濃度は処理終了後も０．ｌｍｇ／１未満であり、処理前後で陰極重量に変化が全く認められなかったことから、銅イオンが陰極室１６側に移動していないことが確認された。
【００３４】
これに対する比較例として、廃水に塩化ナトリウムとして１重量％となるよう添加し、図５に示す装置で実施例１と同時間処理した結果、処理水中のＣＯＤは２ｍｇ／１まで低下したが、処理終了後の陰極重量は廃水量２．５リットルに対して１．１ｇ増加していた。このことから陰イオン交換膜が金属イオンの移動を阻止するのに有効であることが確認された。
【００３５】
実施例２
硫酸銅（Ｃｕ^２＋として４４０ｍｇ／１）及び有機物（ＣＯＤとして３，６００ｍｇ／１）を含む廃水を図１に示す廃水貯槽１７に準備した。なお本実施例では塩化ナトリウムを添加しなかった。他方電解質溶液として水酸化ナトリウム溶液（５ｇ／１）を薬品貯槽１８に準備した。そして、廃水を陽極室１５へ上向流で供給するとともに、水酸化ナトリウム溶液を陰極室１６へ上向流で供給し、それぞれ電解槽１１と各貯槽１７、１８との間を循環させながら、陽極１２としてダイヤモンドコート電極を用い電流値１０Ａ（電流密度１，０００Ａ／ｍ^２）で電解処理をした。
【００３６】
その結果、図３に示すように有機物はＣＯＤ濃度として１ｍｇ／１まで分解された。一方、電解質溶液の銅濃度は処理終了後も０．１ｍｇ／１未満であり、処理前後で陰極１３の重量は認められなかったことから、この場合も銅イオンが陰極室１６側に移動していないことが確認された。
【００３７】
実施例３
硫酸カドミウム（Ｃｄ^２＋として７００ｍｇ／１）及び有機物としてメタノール（ＣＯＤ濃度で５８０ｍｇ／１）を含む廃水を図１に示す廃水貯槽１７準備した。該廃水には塩化ナトリウムを１重量％となるよう添加した。他方、電解質溶液として水酸化ナトリウム溶液（５ｇ／１）を薬品貯槽１８に準備した。そして、廃水を陽極室１５へ上向流で供給するとともに、水酸化ナトリウム溶液を陰極室１６へ上向流で供給し、それぞれ電解槽１１と各貯槽１７、１８との間を循環させながら、陽極としてＤＳＡ電極を用い電流値１０Ａ（電流密度１，０００Ａ／ｍ^２）で電解処理をした。
【００３８】
その結果、図４に示すように電解処理によりＣＯＤ濃度は１０ｍｇ／１まで低下し、カドミウムイオンが共存している場合も問題なく処理できることが判明した。また、カドミウムイオンが陰極室１６側に移動していないことが確認された。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなように、本発明に係る廃水の処理方法及び処理装置では、金属イオンをイオン交換膜により陰極への移動を阻止して電解処理することにより、金属が電極に付着することが全くないため、電極の寿命を飛躍的に長期に維持することができ、ランニングコストを大幅に低減化することができる。
【００４０】
また、本発明で、ダイヤモンドコート電極を用いる場合は、ＤＳＡ電極を用いる場合のように廃水中に塩化ナトリウム等の電解性塩素化合物を添加する必要がなく、このため酸性溶液においても次亜塩素酸塩由来の塩素ガスが発生することなく作業環境を良好にし、人体に対する悪影響を防止することができる。
【００４１】
さらに、強塩基性イオン交換膜や耐薬品性のダイヤモンドコート電極を用いることにより、幅広いｐＨ領域の廃水処理に対応することができることが了解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る廃水の処理方法を実施する処理装置の一実施の形態を説明する概念図である。
【図２】実施例１における有機物及び金属イオンを含む廃水の処理実験結果を示すグラフである。
【図３】実施例２における有機物及び金属イオンを含む廃水の処理実験結果を示すグラフである。
【図４】実施例３における有機物及び金属イオンを含む廃水の処理実験結果を示すグラフである。
【図５】従来の廃水の処理方法を実施する処理装置の一実施の形態を説明する概念図である。
【符号の説明】
１　廃水
２　処理液
３　電解質溶液
４　循環液
５　ポンプ
６　ポンプ
１１　電解槽
１２　陽極
１３　陰極
１４　陽イオン交換膜
１５　陽極室
１６　陰極室
１７　廃水貯槽
１８　薬品貯槽
２０　廃水
２１　電解槽
２２　陽極
２３　陰極
２４　電解室
２５　処理液
２６　ポンプ
２７　廃水貯槽

Claims

有機物及び金属イオンが共存する廃水中に陽極と陰極よりなる電極を対峙させ、この両電極間に電圧を印加して通電することにより電解処理して有機物を除去する廃水の処理方法において、両電極間に陰イオン交換膜を介在させるにより陽極側から陰極側への金属イオンの移動を阻止しつつ廃水中の有機物を電気化学的に分解処理することを特徴とする廃水の処理方法。
上記陰イオン交換膜を、強塩基型陰イオン選択透過性交換膜としたことを特徴とする請求項１に記載の廃水の処理方法。
上記陽極としてダイヤモンドコート電極を用いて電解処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の廃水の処理方法。
上記廃水中の有機物を電気化学的に分解処理する際、該廃水中に溶解性の塩素化合物又は他のハロゲン化合物を添加することなく電解処理することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の廃水の処理方法。
有機物及び金属イオンが共存する廃水中に陽極と陰極とを対峙させ、これら両電極間に電圧を印加して通電することにより有機物を電解処理して除去する廃水の処理装置において、上記両電極間に陰イオン交換膜を介在させたことを特徴とする廃水の処理装置。
上記陰イオン交換膜を上記両電極間に介在させることによって、陽極室と、陰極室とを形成し、上記陽極側に形成される陽極室に廃水を循環させ、上記陰極側に形成される陰極室に電解質溶液を循環させるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の廃水の処理装置。
上記陰イオン交換膜を、強塩基型陰イオン選択透過性交換膜としたことを特徴とする請求項５又は６に記載の廃水の処理装置。
上記陽極としてダイヤモンドコート電極を用いて電解処理することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の廃水の処理装置。