JP2005013858A - 高電圧パルスを利用した排水処理装置及び該方法 - Google Patents
高電圧パルスを利用した排水処理装置及び該方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005013858A JP2005013858A JP2003181669A JP2003181669A JP2005013858A JP 2005013858 A JP2005013858 A JP 2005013858A JP 2003181669 A JP2003181669 A JP 2003181669A JP 2003181669 A JP2003181669 A JP 2003181669A JP 2005013858 A JP2005013858 A JP 2005013858A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wastewater
- treatment
- voltage pulse
- hypochlorous acid
- tank
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Abstract
【課題】処理コストが安価でかつ高濃度の有機性物質を含有する排水であっても有機性物質を高除去率で以って処理可能な高電圧パルスを利用した排水処理装置及び該方法を提供する。
【解決手段】高電圧パルス電源に接続された一対以上の電極を有する処理槽２と、前記処理槽２に次亜塩素酸系物質含有液を添加する次亜塩素酸系薬剤含有液タンク１６と、電気導電体で形成された気体供給ノズル３を備えた気体供給手段６とを設け、前記気体供給ノズル３を前記高電圧パルス電源５と接続するとともに、該ノズル３先端を露出させた状態で該ノズルの外周を絶縁被覆することにより該ノズル３を前記電極のうち一方の電極と為し、前記気体供給ノズル３からなる電極と他方の電極４間に高電圧パルスを印加しながら気体を供給して排水中に気泡放電を発生させ、該気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進させる構成とする。
【選択図】 図１
【解決手段】高電圧パルス電源に接続された一対以上の電極を有する処理槽２と、前記処理槽２に次亜塩素酸系物質含有液を添加する次亜塩素酸系薬剤含有液タンク１６と、電気導電体で形成された気体供給ノズル３を備えた気体供給手段６とを設け、前記気体供給ノズル３を前記高電圧パルス電源５と接続するとともに、該ノズル３先端を露出させた状態で該ノズルの外周を絶縁被覆することにより該ノズル３を前記電極のうち一方の電極と為し、前記気体供給ノズル３からなる電極と他方の電極４間に高電圧パルスを印加しながら気体を供給して排水中に気泡放電を発生させ、該気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進させる構成とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、畜産糞尿、し尿、下水、埋立て浸出水、食品加工廃液、及び工場廃液等の有機性物質含有排水を対象とした排水処理装置及び該方法に関し、特に電気化学的に有機性物質を分解除去する高電圧パルスを利用した排水処理装置及び該方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機性物質を含む排水の処理は、主として活性汚泥法、間欠曝気消化法、脱窒法等によって行われている。しかしながら、これらの方法はいずれも生物分解法であるため、処理されるべき排水が難分解性の有機性物質を多量に含有している場合、該排水を大量の水を加えることにより希釈しなければならず、排水の処理量を増大させることとなるため、電力消費量の増大及び排水処理コスト高を生じていた。また、生物分解のための長い反応時間（数日〜数週間）が必要という問題点を有していた。
【０００３】
このような問題点を改善する目的で、近年、電気化学的な処理装置の開発が活発に行われている。電気化学的な排水処理としては、米国特許第５４６４５１３号公報（特許文献１）等に開示されるように、有機性物質含有排水を水中高圧パルス放電処理することにより該有機性物質を分解処理する方法が挙げられる。
かかる方法は、高圧パルス放電により殺菌を行うとともに、放電により発生する酸化物により有機性物質を分解する方法であり、薬品を使用することなく汚泥も発生しないという利点を有している。
さらに、高圧パルス放電と、沈殿分離装置及び濾過分離装置等の分離装置とを組み合わせて汚濁物も同時に除去可能とした排水処理装置も提案されている。（例えば特許文献２）
【０００４】
また、別の電気化学的な処理として、図１３に示すように、有機性物質を含有する排水を保持した処理槽０２内に陽極０４と陰極０３を対向させて配置し、ガスタンク０６より両電極間に気泡１３を発生させながら、高電圧パルス電源５より該電極間に高電圧パルスを印加し、水中高圧パルス放電処理することにより有機性物質を分解する装置も用いられている。このとき、特開２００１−２９３４７８公報（特許文献３）に開示される処理装置は、前記ガスタンク０６をオゾン発生器としてオゾンからなる気泡を処理槽０２内に導入する構成としている。
【０００５】
これは、前記電極間に印加した高電圧パルスにより気泡存在域に電界が形成され、気泡内での放電（気泡放電）が生じたり、気泡から液に、又は電極から液へ延びた液中放電が生じ、酸化力の大きいＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル）等の酸化ラジカルが発生し、該酸化ラジカルにより排水中の有機性物質の分解が促進される作用を利用した方法である。さらに、前記気泡がオゾンであることから、気泡放電若しくは液中放電によりオゾンを原料としてＯＨラジカルが発生し易くなり、有機性物質の分解が促進されることとなる。（例えば、特許文献４等）かかる処理法により、電力消費量並びに排水処理コストの低減や、反応時間の短縮化が図られるようになってきた。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５４６４５１３号公報
【特許文献２】
特開平１０−３２３６７４号公報
【特許文献３】
特開２００１−２９３４７８公報
【特許文献４】
特表２００２−５３８９６０公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１乃至３等に開示される処理法では低濃度の有機性物質を含む排水の処理には適しているが、水中放電を生じさせるために高電圧が必要となり、高濃度の有機性物質を含有する排水の場合は導電率が高いため、高電圧を印加するためには大電流の供給が必要で処理効率が悪化するという問題があり、実用化に際してはさらに分解性能を向上させる必要が生じていた。
【０００８】
また、特許文献４に開示される処理では、高濃度の有機性物質を含有する排水であっても有機性物質を比較的高除去率で処理可能であるが、オゾンは人体に有害であるため取り扱いが困難であるとともに、オゾンが高価であるためランニングコストが嵩むという問題を有している。
従って本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、処理コストが安価でかつ高濃度の有機性物質を含有する排水であっても有機性物質を高除去率で以って処理可能な高電圧パルスを利用した排水処理装置及び該方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する処理槽を備えた排水処理装置において、
前記処理槽若しくはその前段に次亜塩素酸系物質含有液を添加する液体供給手段を設けるとともに、前記処理槽に気体供給手段を設け、
高電圧パルスによる気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進させる構成としたことを特徴とする。
【００１０】
また、高電圧パルス電源に接続された一対以上の電極を有する処理槽を備え、該処理槽内で排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する排水処理装置において、
前記処理槽に次亜塩素酸系物質含有液を添加する液体供給手段と、電気導電体で形成された気体供給ノズルを備えた気体供給手段とを設け、
前記気体供給ノズルを前記高電圧パルス電源と接続するとともに、該ノズル先端を露出させた状態で該ノズルの外周を絶縁被覆することにより該ノズルを前記電極のうち一方の電極と為し、
前記気体供給ノズルからなる電極と他方の電極間に高電圧パルスを印加しながら気体を供給して排水中に気泡放電を発生させ、該気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進させる構成としたことを特徴とする。
【００１１】
かかる発明では、ＣｌＯ−またはＨＣｌＯ等の次亜塩素酸系物質を含有する溶液を高電圧パルス放電処理することにより、有機性物質の分解反応を促進するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）及び酸素ラジカル（・Ｏ）等の酸化ラジカルが有効に生成されるため、有機性物質の除去率が向上する。このとき生成した酸化ラジカルは、非常に強力な酸化力を有するために排水中の有機性物質と反応して該有機性物質を酸化分解し、最終的にはＣＯ２として排出される。
これらの発明によれば、安価な薬剤を利用し、また電力消費量も抑えることができるためランニングコストを低廉化することができる。
また、非常に強力な酸化力を有する酸化ラジカルを効率良く発生させることができるため、高濃度の有機性物質を含有する排水であっても有機性物質を高除去率で以って除去すること可能となり、処理水性状を向上させることができる。
【００１２】
また、これらの発明において、前記処理槽内にｐＨ調整手段を設け、該処理槽内の排水中の次亜塩素酸存在率が大となるようにｐＨ調整することを特徴とする。このとき、排水のｐＨ値がｐＨ５〜１０の範囲内となるように調整することが好適である。前記酸化ラジカルは、次亜塩素酸から直接的に反応して生成するため、排水中に次亜塩素酸イオン若しくはその他の形態として存在する次亜塩素酸系物質のうち、次亜塩素酸の存在確率を大とすることにより酸化ラジカルが生成し易くなる。
【００１３】
さらに、前記処理槽内に過酸化水素を添加する手段を設け、前記次亜塩素酸系物質とともに酸化ラジカルの生成を促進するように構成すると良い。かかる発明は、排水中で次亜塩素酸系物質と同様に気泡放電により酸化ラジカルを生成する過酸化水素を添加することで、酸化ラジカルの生成効率をより一層向上させるものである。
また、前記液体供給手段が、前記処理槽の前段に設けられ、直流電源若しくはパルス電源に接続された一対以上の電極を有する前処理槽であり、該電極間に直流電圧若しくはパルス電圧を印加することにより生成した次亜塩素酸系物質を前記処理槽に供給することを特徴とする。これにより、次亜塩素酸系物質や過酸化水素等の薬剤を外部より供給する必要がなくなり、次亜塩素酸系物質のオンサイトでの供給が可能となる。
【００１４】
また、排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する処理槽を備えた排水処理方法において、
前記処理槽内に次亜塩素酸系物質を添加するとともに気体を供給し、高電圧パルスによる気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進することを特徴とする。
【００１５】
さらに、排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する処理槽を備えた排水処理方法において、
一対以上の電極を有する前処理槽にて、該電極間に直流電圧若しくはパルス電圧を印加して電界反応により次亜塩素酸系物質を生成した後、
前記処理槽にて、前記生成した次亜塩素酸系物質を含有する排水に高電圧パルスによる気泡放電を発生させ、該気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進することを特徴とする。
【００１６】
これらの処理方法の発明において、前記処理槽内の排水中の次亜塩素酸存在率が大となるようにｐＨ調整することを特徴とする。このとき、排水のｐＨ値がｐＨ５〜１０の範囲内となるように調整することが好適である。
また、前記処理槽内の排水に過酸化水素を添加し、前記次亜塩素酸系物質とともに前記酸化ラジカルの生成を促進させると良い。
これらの発明によれば、前記処理装置に関する発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明に係る第１実施例の排水処理装置の構成図、図４は本発明に係る第２実施例、図７は本発明に係る第３実施例、図９は本発明に係る第４実施例、図１１は本発明に係る第５実施例を夫々示す排水処理装置の構成図である。尚、従来技術に関する図面を含め全図に亘り同一部分には同一の符号を付している。
【００１８】
まず、図１を参照して本発明に係る第１実施例の排水処理装置を説明する。
図１では、有機性排水１を保持する処理槽２内にガス供給機構を兼用する陰極ノズル３及び陽極４が配置されている。前記陽極４は液体供給口に配設しても良い。両電極には高電圧パルス電源５が接続され、処理条件に適合したパルス電力が供給される。前記陰極ノズル３には、気泡放電を行わせるために、ガスタンク６からガス供給配管７を通じて所望の種類及び量のガスが供給される。該ガスタンク６はコンプレッサで代替することも可能である。このガス供給により、排水１中の前記陰極ノズル３の先端に気泡１３が発生する。
【００１９】
前記処理槽２は、液供給管８及び液供給ノズル９を介して前処理槽１０と、また液排出管１１を介して後処理槽１２と夫々接続される。さらに、該処理槽２には、次亜塩素酸系薬剤含有液タンク１６から添加液供給管１７ａを介して前記陰極ノズル３に次亜塩素酸系薬剤含有液が供給される構成となっている。該次亜塩素酸系薬剤含有タンク１６には、ＣｌＯイオン、ＨＯＣｌ等の次亜塩素酸系薬剤を所定濃度で含有する液体が保持されている。前記ガス供給配管７、添加液供給管１７ａは夫々バルブ等の液量制御手段により適宜添加量を調整可能な構成とする。さらに、かかる処理槽２内の排水１は前記陰極ノズル３からの気泡１３により撹拌状態となっているが、撹拌翼、排水循環手段（不図示）等の機械的撹拌手段を設ける構成としても良い。かかる構成により処理槽２内には気体と液体が別個に供給され、処理槽２内で混合される。
【００２０】
本実施例では図１に示すように、前記陰極ノズル３に一方の電極（陰極３）を、これと対向させて他方の電極（陽極４）を配置し、該電極が処理槽外部に設けられた高電圧パルス電源５に夫々接続されている。また、金属導電体からなる陰極ノズル３の電極の外周表面を絶縁体１５により絶縁被覆すると共に陰極ノズル３の端部のみを被覆露出させている。
そして、前記高電圧パルス電源５により両電極間にパルスを含む高周波電圧を印加することにより、排水１中に生じた気泡１３で放電１４を発生させて、ラジカルを生成し、排水中の有機性物質を分解処理するとともに、該高電圧パルスを印加処理する排水に次亜塩素酸系薬剤含有液を添加することにより、有機分解性を向上させることが出来る。
【００２１】
このように、ＣｌＯ−またはＨＣｌＯを含む溶液を高電圧パルス処理することにより、下記反応（１）、（２）、（３）が生じ、有機性物質の分解反応を促進するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）及び酸素ラジカル（・Ｏ）等の酸化ラジカルが有効に生成される。
Ｈ＋ ＋ＣｌＯ− → ＨＣｌＯ …（１）
ＨＣｌＯ → Ｃｌ− ＋・ＯＨ …（２）
ＨＣｌＯ → ＨＣｌ ＋・Ｏ …（３）
このとき生成した酸化ラジカルは、非常に強力な酸化力を有するために排水中の有機性物質と反応して該有機性物質を酸化分解し、最終的にはＣＯ２として排出される。
【００２２】
図１の構成における具体的な実施例として、陰極ノズル３にＴｉパイプ（外径φ１０ｍｍ×内径φ８ｍｍ）を用い、該パイプの外周を絶縁体１５であるテフロン（登録商標）で被覆し、Ｔｉパイプ内側にガラスパイプ（外径φ４ｍｍ×内径φ２ｍｍ）を配置し、また陽極４としてＴｉ（外径φ６０ｍｍ×内径φ５４ｍｍ）を用いて、処理槽２である容積約０．５Ｌの処理槽ビーカ内に同軸状に設置した。
かかる処理方法は、陰極ノズル３に大気エアを供給し、Ｔｉ陰極内側とガラス外周との隙間流路にエアを１〜２Ｌ／分供給しながら、一定時間、陰極３と陽極４間に高電圧パルス電源５から電圧２ｋＶ、パルス幅約１μｓの高電圧パルスを繰り返し周波数１ｋＨｚにて印加した。
【００２３】
処理対象液（排水１）として蒸留水にＮａ２ＳＯ４を溶解させた模擬液（液導電率約１〜２Ｓ／ｍ）を使用し、ＮａＣｌＯ溶液を５０〜３０００ｍｇ／Ｌの範囲で添加した。図２にＮａＣｌＯを添加して高電圧パルス処理を３０分実施した場合の塩素酸イオン濃度計測結果を示す。該処理によりＣｌＯ濃度が低減していることから、ＣｌＯが分解消滅していることが明白である。
また、処理対象液としてし尿にポリ塩化アルミニウム（以下、ＰＡＣと記載）を加えてＳＳ分（浮遊物質）を沈殿除去した上澄み液を使用し、これにＮａＣｌＯ溶液を１０００ｍｇ／Ｌ添加した場合に、高電圧パルス処理を３０分実施した際の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）濃度特性を図３に示す。ＮａＣｌＯ添加に伴い、ＴＯＣ分解の効率が向上していることが明白である。
ＣｌＯイオン量は多い方が酸化ラジカル生成には好ましいと考えられるが、液導電率も増加し、高電圧パルス印加時の放電電圧が低下（または電流が増加）するため、これに応じて適宜ＣｌＯイオン量を設定する。好適には本実施例により好適な結果が得られたＣｌＯイオン濃度１０〜１５００ｍｇ／Ｌの範囲であることが望ましい。
【００２４】
次に、図４に基づき本発明の第２実施例について説明する。図４において、前記第１実施例と同様に、処理槽２には前処理槽１０及び後処理槽１２が夫々液供給管８、液供給ノズル９及び液排出管１１を介して接続され、また次亜塩素酸系薬剤含有液タンク１６が添加液供給管１７ａを介して接続されている。さらに、前記第１実施例と同様の構成を有する陰極ノズル３と陽極４とがケーブルを介して高電圧パルス電源５に接続され、処理条件に適合したパルス電力が供給される。前記陰極ノズル３は、ガスタンク６よりガス供給配管７を介して空気等の気体が供給され処理槽２内に気泡を発生させる構成となっている。また、該陰極ノズルは絶縁体１５により絶縁被覆され、先端を露出させている。
【００２５】
さらに、本第２実施例では液ｐＨ調整タンク２６を設け、排水１のｐＨ値を測定するｐＨセンサ２４からの測定値に基づき、該液ｐＨ調整タンク２６からのｐＨ調整薬剤添加量を、排水のｐＨ値が酸化ラジカルの発生し易い値となるように液ｐＨ制御装置２５により制御している。
かかる実施例では、両電極間にパルスを含む高周波電圧を印加することにより、排水中に生じた気泡で放電を発生させて、酸化ラジカルを生成し、排水中の有機性物質を分解処理すると共に、該高電圧パルスを印加処理する溶液にＣｌＯまたはＨＯＣｌを添加する処理方法において、排水の液性をｐＨ＝５〜１０程度に調整する機構を具備することにより、有機分解性をさらに向上させることが出来る。
【００２６】
これは、以下のことから説明される。
図５（Ｃｌイオン濃度３５５０ｐｐｍの場合）に示すように、有効塩素の存在形態は液ｐＨに依存する特性を有している。即ち、ＨＣｌＯ、ＣｌＯ−、Ｃｌ２間の存在確率は、ｐＨ依存性を有しているため、かかる実施例のように液性をｐＨ＝５〜１０程度に調整することにより、効率的にＨＣｌＯの存在確率を向上させることが出来る。
従って、ｐＨを適正な値とすることにより前記式（１）の反応を効率良く誘起することが出来、その結果、式（２）、（３）に示す反応にて有機性物質の分解に有効な・Ｏや・ＯＨなどの酸化ラジカルが容易に生成され、排水を効率的に分解処理することが可能となる。
尚、前記ｐＨ調整薬剤は、例えば酸剤として硫酸、塩酸及びアルカリ剤として苛性ソーダ、炭酸ナトリウム、消石灰等が挙げられる。
【００２７】
図４の構成における具体的な実施例として以下のような装置を用いた実験を行った。処理対象液（排水１）としてし尿にＰＡＣを加えてＳＳ分を沈殿除去した上澄み液を使用し、これにＮａＣｌＯ溶液を１０００ｍｇ／Ｌ添加し、かつＨ２ＳＯ４を適量追加してｐＨ＝６．５に調整し、高電圧パルス処理を３０分間実施した。
このときの全有機炭素濃度（ＴＯＣ）濃度特性を図６に示す。ＮａＣｌＯ添加に加えてｐＨ調整することにより、ＴＯＣ分解の効率が向上していることが明白である。ＣｌＯイオン量は、前記第１実施例と同様に、処理に際して好適な範囲に設定する。
【００２８】
図７は本発明の第３実施例を示し、前記第１実施例と同様に処理槽２に接続された前処理槽１０’、後処理槽１２を有するとともに、高電圧パルス電源５に接続された陰極ノズル３及び陽極４と、該陰極ノズル３に気体を供給するガスタンク６を有する構成としている。
また本第３実施例では、前記前処理槽１０’に設けられた直流電源（またはパルス電源）２２にケーブル２１を介して夫々接続された一対以上の陰極１９及び陽極２０を排水中に浸漬させており、該電極間に直流電圧またはパルス電圧を印加して、電界反応を利用することにより酸化ラジカルを生成するイオン（または分子）種を供給している。
この場合、前記第１、第２実施例のように薬液保管及び供給機構を設置する必要がなく、電気エネルギーを用いて直接該イオン（または分子）種を供給することが出来るので、設備コンパクト化、設備保守の簡素化が図られる。
【００２９】
かかる実施例の具体例として、前記前処理槽１０’に容積約３Ｌのアクリル容器を用い、排水１としてし尿にＰＡＣを加えてＳＳ分を沈殿除去した上澄み液にＣａＣｌ２を添加した溶液（導電率１〜２Ｓ／ｍ）を前処理槽１０’内に保持し、該前処理槽１０’内に１５０ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ５ｍｍのＴｉ陰極１９、及び金属酸化物被覆Ｔｉ陽極２０を配置し、直流電源２２を用いて電流密度約２５０Ａ／ｍ２にて電気分解処理した。そして、ここで得られた処理排水１を後段の処理槽２に循環供給（液流量３Ｌ／分）した。
【００３０】
前記陰極ノズル３としてＴｉ（外径φ１０ｍｍ×内径φ８ｍｍ）の外周をテフロンからなる絶縁体１５で被覆した管の内側にガラスパイプ（外径φ４ｍｍ×内径φ２ｍｍ）を配置し、陽極としてＴｉ（外径φ６０ｍｍ×内径φ５４ｍｍ）を用いて、容積約０．５Ｌの処理槽ビーカ内に同軸状に設置した。処理方法として、陰極ノズル３にガスタンク６より大気エアを供給し、Ｔｉ陰極内側とガラス外周との隙間流路にエアを１〜２Ｌ／分供給しながら、所定時間、陰極ノズル３と陽極４間に高電圧パルス電源５から電圧２ｋＶ、パルス幅約１μｓのパルス高電圧を繰り返し周波数１ｋＨｚにて印加した。
【００３１】
ここで前記排水を用い、処理前液を参照とし、比較例として▲１▼処理槽での電解処理（以下、電解槽処理と呼称）のみの場合、▲２▼高電圧パルス処理のみの場合、の各処理と、本第３実施例における処理装置を用いた▲３▼電界槽処理＋高電圧パルス処理併用の場合の夫々の処理におけるＴＯＣ濃度計測結果を図８に示す。その結果、電界槽処理＋高電圧パルス処理併用にて最も有機分解性能が向上することが確認できた。
尚、本願に記述した効果を得るに際して何れの実施例においてもこれらの寸法、材料仕様、電解条件に限定されるものではない。
【００３２】
さらに、図９に示す本発明の第４実施例では、前記第１実施例と同様に処理槽２に接続された前処理槽１０、後処理槽１２を有するとともに、高電圧パルス電源５に接続された陰極ノズル３及び陽極４と、該陰極ノズル３に気体を供給するガスタンク６と、処理槽２内に次亜塩素酸系薬剤を供給する次亜塩素酸系薬剤含有液タンク１６とを有する構成としている。
また本第４実施例では、Ｈ２Ｏ２含有液タンク２３が設けられ、該Ｈ２Ｏ２含有液タンク２３から添加液供給管１７ｂを通じて処理槽２内にＨ２Ｏ２含有液が供給される構成としている。このように、ＣｌＯ、ＨＯＣｌに加えて、Ｈ２Ｏ２も同時に添加供給することにより、有機分解性能を向上することが出来る。
【００３３】
これは、前記式（１）〜（３）反応に加えて、下記式（４）の反応が同時に生じるため、有機分解に有効な・ＯＨの生成効率が増加するためである。
Ｈ２Ｏ２ → ２・ＯＨ …（４）
また、添加するＨ２Ｏ２濃度が高い方がＯＨ生成に有効と考えられるが、過多となると下記反応式（５）により・ＯＨを消費する反応も共存することとなり、適正なＨ２Ｏ２濃度範囲が存在する。
・ＯＨ ＋Ｈ２Ｏ２ →ＨＯ２ ＋Ｏ２ …（５）
従って、経験的にはＣｌＯイオン濃度１００〜１５００ｍｇ／Ｌ、Ｈ２Ｏ２濃度０．１〜１００ｍｇ／Ｌの範囲であることが望ましい。
【００３４】
図９の処理装置における具体的な実施例として、陰極ノズル３としてＴｉ（外径φ１０ｍｍ×内径φ８ｍｍ）の外周をテフロンからなる絶縁体１５で被覆した管の内側に、ガラスパイプ（外径φ４ｍｍ×内径φ２ｍｍ）を配置し、陽極４としてＴｉ（外径φ６０ｍｍ×内径φ５４ｍｍ）を用いて、容積約０．５Ｌの処理槽ビーカ２内に同軸状に設置した。
かかる実施例の処理方法として、陰極ノズル３に大気エアを供給し、Ｔｉ陰極内側とガラス外周との隙間流路にエアを１〜２Ｌ／分供給しながら、一定時間、陰極３と陽極４間に高電圧パルス電源５から電圧２ｋＶ、パルス幅約１μｓのパルス高電圧を繰り返し周波数１ｋＨｚにて印加した。処理対象液（排水１）としてし尿にＰＡＣを加えてＳＳ分を沈殿除去した上澄み液を使用し、これにＮａＣｌＯ溶液を１０００ｍｇ／Ｌ、Ｈ２Ｏ２を５０ｍｇ／Ｌ添加した場合に、前記高電圧パルス処理を３０分実施した。
このときのＴＯＣ濃度特性を図１０に示す。ＮａＣｌＯ及びＨ２Ｏ２添加に伴い、ＴＯＣ分解の効率が向上していることが明白である。
【００３５】
図１１は本発明の第５実施例であり、かかる実施例では酸化ラジカルを生成するイオン（または分子）種を前記実施例１のように薬液添加ではなく、前処理槽１０”内の排水１中に設けられた二対の電極に、直流電源（またはパルス電源）２２により直流電圧またはパルス電圧を印加し、電界反応を利用してイオン（または分子）種を生成し、処理槽２に供給する構成としている。
この場合、薬液保管及び供給機構を設置する必要がなく、電気エネルギーを用いて直接該イオン（または分子）種を供給することが出来るので、設備コンパクト化、設備保守の簡素化が図られる。
【００３６】
本第５実施例の具体例として以下の装置を用いた。まず前処理槽１０”として容積約３Ｌのアクリル容器を用い、排水１としてし尿にＰＡＣを加えてＳＳ分を沈殿除去した上澄み液にＣａＣｌ２を添加した溶液（導電率１〜２Ｓ／ｍ）を容器に保持し、該容器内に１５０ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ５ｍｍのＴｉ陰極１９’、金属酸化物被覆Ｔｉ陽極２０’を配置し、直流電源２２を用いて電流密度約２５０Ａ／ｍ２にて電気分解処理した。ここで得られた処理排水１を後段の処理槽２に循環供給（液流量３Ｌ／分）した。本実施形態では同時に、容器中に１５０ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ５ｍｍのＰｔ陰極１９”、Ｐｔ陽極２０”を配置し、電極電位を制御して直流電源２２を用いて電流密度約６０Ａ／ｍ２にて電気分解処理を合わせて実施し、ここで得られた処理排水１を処理槽２に供給した。
【００３７】
前記処理槽２内には陰極ノズル３としてＴｉ（外径φ１０ｍｍ×内径φ８ｍｍの）外周をテフロンからなる絶縁体１５で被覆した管の内側にガラスパイプ（外径φ４ｍｍ×内径φ２ｍｍ）を配置し、陽極４としてＴｉパイプ（外径φ６０ｍｍ×内径φ５４ｍｍ）を用いて、容積約０．５Ｌの処理槽ビーカ２内に同軸状に設置した。
処理方法としては、陰極ノズル３に大気エアを供給し、Ｔｉ陰極内側とガラス外周との隙間流路にエアを１〜２Ｌ／分供給しながら、一定時間、陰極と陽極間に高電圧電源から電圧２ｋＶ、パルス幅約１μｓのパルス高電圧を繰り返し周波数１ｋＨｚにて印加した。
図１２に、前記排水を用いて処理前液を参照とし、比較例として▲１▼電解槽処理のみの場合、▲２▼高電圧パルス処理のみの場合、の各処理と、本第５実施例における処理装置を用いた▲３▼電界槽処理＋高電圧パルス処理併用の場合でのＴＯＣ濃度計測結果を示す。その結果、電界槽処理＋高電圧パルス処理併用にて有機分解性能が向上することが確認できた。
【００３８】
尚、本第１乃至第５実施例では一例としてノズル電極を用いた高電圧パルス気泡放電によるラジカル生成方式の場合について記述したが、高電圧パルスを用いて電極表面反応を利用したラジカル生成方式などの場合についても適用可能であることはいうまでもない。
また、これらの実施形態に記述した効果を得るに際して、ＣｌＯ−、ＨＯＣｌと、Ｈ２Ｏ２を同一の電解槽にて生成・供給する例を示したが、別個の電解槽にて生成・供給しても構わない。また、これらの寸法、材料仕様、電解条件に限定されるものではない。
【００３９】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、有機性物質を含有する排水の処理において、安価な薬剤を利用し、また電力消費量も抑えることができるためランニングコストを低廉化することができる。
また、非常に強力な酸化力を有する酸化ラジカルを効率良く発生させることができるため、高濃度の有機性物質を含有する排水であっても有機性物質を高除去率で以って除去すること可能となり、処理水性状を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施例の排水処理装置の構成図である。
【図２】第１実施例における塩素酸イオン濃度処理特性を示すグラフである。
【図３】第１実施例におけるＴＯＣ濃度処理特性を示すグラフである。
【図４】本発明に係る第２実施例の排水処理装置の構成図である。
【図５】第２実施例における液ｐＨに対する有効塩素存在比を示すグラフである。
【図６】第２実施例におけるＴＯＣ濃度処理特性を示すグラフである。
【図７】本発明に係る第３実施例の排水処理装置の構成図である。
【図８】第３実施例におけるＴＯＣ濃度処理特性を示すグラフである。
【図９】本発明に係る第４実施例の排水処理装置の構成図である。
【図１０】第４実施例におけるＴＯＣ濃度処理特性を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る第５実施例の排水処理装置の構成図である。
【図１２】第５実施例におけるＴＯＣ濃度処理特性を示すグラフである。
【図１３】従来の排水処理装置の構成図である。
【符号の説明】
２ 処理槽
３ 陰極ノズル
４ 陽極
５ 高電圧パルス電源
６ ガスタンク
８ 液供給管
１０、１０’、１０” 前処理槽
１２ 後処理装置
１５ 絶縁体
１６ 次亜塩素酸系薬剤含有液タンク
１７ａ、１７ｂ 添加液供給管
１８ 電解処理槽
２２ 直流電源（パルス電源）
２３ Ｈ２Ｏ２含有液タンク
２６ ｐＨ調整液タンク
【発明の属する技術分野】
本発明は、畜産糞尿、し尿、下水、埋立て浸出水、食品加工廃液、及び工場廃液等の有機性物質含有排水を対象とした排水処理装置及び該方法に関し、特に電気化学的に有機性物質を分解除去する高電圧パルスを利用した排水処理装置及び該方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機性物質を含む排水の処理は、主として活性汚泥法、間欠曝気消化法、脱窒法等によって行われている。しかしながら、これらの方法はいずれも生物分解法であるため、処理されるべき排水が難分解性の有機性物質を多量に含有している場合、該排水を大量の水を加えることにより希釈しなければならず、排水の処理量を増大させることとなるため、電力消費量の増大及び排水処理コスト高を生じていた。また、生物分解のための長い反応時間（数日〜数週間）が必要という問題点を有していた。
【０００３】
このような問題点を改善する目的で、近年、電気化学的な処理装置の開発が活発に行われている。電気化学的な排水処理としては、米国特許第５４６４５１３号公報（特許文献１）等に開示されるように、有機性物質含有排水を水中高圧パルス放電処理することにより該有機性物質を分解処理する方法が挙げられる。
かかる方法は、高圧パルス放電により殺菌を行うとともに、放電により発生する酸化物により有機性物質を分解する方法であり、薬品を使用することなく汚泥も発生しないという利点を有している。
さらに、高圧パルス放電と、沈殿分離装置及び濾過分離装置等の分離装置とを組み合わせて汚濁物も同時に除去可能とした排水処理装置も提案されている。（例えば特許文献２）
【０００４】
また、別の電気化学的な処理として、図１３に示すように、有機性物質を含有する排水を保持した処理槽０２内に陽極０４と陰極０３を対向させて配置し、ガスタンク０６より両電極間に気泡１３を発生させながら、高電圧パルス電源５より該電極間に高電圧パルスを印加し、水中高圧パルス放電処理することにより有機性物質を分解する装置も用いられている。このとき、特開２００１−２９３４７８公報（特許文献３）に開示される処理装置は、前記ガスタンク０６をオゾン発生器としてオゾンからなる気泡を処理槽０２内に導入する構成としている。
【０００５】
これは、前記電極間に印加した高電圧パルスにより気泡存在域に電界が形成され、気泡内での放電（気泡放電）が生じたり、気泡から液に、又は電極から液へ延びた液中放電が生じ、酸化力の大きいＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル）等の酸化ラジカルが発生し、該酸化ラジカルにより排水中の有機性物質の分解が促進される作用を利用した方法である。さらに、前記気泡がオゾンであることから、気泡放電若しくは液中放電によりオゾンを原料としてＯＨラジカルが発生し易くなり、有機性物質の分解が促進されることとなる。（例えば、特許文献４等）かかる処理法により、電力消費量並びに排水処理コストの低減や、反応時間の短縮化が図られるようになってきた。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第５４６４５１３号公報
【特許文献２】
特開平１０−３２３６７４号公報
【特許文献３】
特開２００１−２９３４７８公報
【特許文献４】
特表２００２−５３８９６０公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１乃至３等に開示される処理法では低濃度の有機性物質を含む排水の処理には適しているが、水中放電を生じさせるために高電圧が必要となり、高濃度の有機性物質を含有する排水の場合は導電率が高いため、高電圧を印加するためには大電流の供給が必要で処理効率が悪化するという問題があり、実用化に際してはさらに分解性能を向上させる必要が生じていた。
【０００８】
また、特許文献４に開示される処理では、高濃度の有機性物質を含有する排水であっても有機性物質を比較的高除去率で処理可能であるが、オゾンは人体に有害であるため取り扱いが困難であるとともに、オゾンが高価であるためランニングコストが嵩むという問題を有している。
従って本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、処理コストが安価でかつ高濃度の有機性物質を含有する排水であっても有機性物質を高除去率で以って処理可能な高電圧パルスを利用した排水処理装置及び該方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する処理槽を備えた排水処理装置において、
前記処理槽若しくはその前段に次亜塩素酸系物質含有液を添加する液体供給手段を設けるとともに、前記処理槽に気体供給手段を設け、
高電圧パルスによる気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進させる構成としたことを特徴とする。
【００１０】
また、高電圧パルス電源に接続された一対以上の電極を有する処理槽を備え、該処理槽内で排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する排水処理装置において、
前記処理槽に次亜塩素酸系物質含有液を添加する液体供給手段と、電気導電体で形成された気体供給ノズルを備えた気体供給手段とを設け、
前記気体供給ノズルを前記高電圧パルス電源と接続するとともに、該ノズル先端を露出させた状態で該ノズルの外周を絶縁被覆することにより該ノズルを前記電極のうち一方の電極と為し、
前記気体供給ノズルからなる電極と他方の電極間に高電圧パルスを印加しながら気体を供給して排水中に気泡放電を発生させ、該気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進させる構成としたことを特徴とする。
【００１１】
かかる発明では、ＣｌＯ−またはＨＣｌＯ等の次亜塩素酸系物質を含有する溶液を高電圧パルス放電処理することにより、有機性物質の分解反応を促進するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）及び酸素ラジカル（・Ｏ）等の酸化ラジカルが有効に生成されるため、有機性物質の除去率が向上する。このとき生成した酸化ラジカルは、非常に強力な酸化力を有するために排水中の有機性物質と反応して該有機性物質を酸化分解し、最終的にはＣＯ２として排出される。
これらの発明によれば、安価な薬剤を利用し、また電力消費量も抑えることができるためランニングコストを低廉化することができる。
また、非常に強力な酸化力を有する酸化ラジカルを効率良く発生させることができるため、高濃度の有機性物質を含有する排水であっても有機性物質を高除去率で以って除去すること可能となり、処理水性状を向上させることができる。
【００１２】
また、これらの発明において、前記処理槽内にｐＨ調整手段を設け、該処理槽内の排水中の次亜塩素酸存在率が大となるようにｐＨ調整することを特徴とする。このとき、排水のｐＨ値がｐＨ５〜１０の範囲内となるように調整することが好適である。前記酸化ラジカルは、次亜塩素酸から直接的に反応して生成するため、排水中に次亜塩素酸イオン若しくはその他の形態として存在する次亜塩素酸系物質のうち、次亜塩素酸の存在確率を大とすることにより酸化ラジカルが生成し易くなる。
【００１３】
さらに、前記処理槽内に過酸化水素を添加する手段を設け、前記次亜塩素酸系物質とともに酸化ラジカルの生成を促進するように構成すると良い。かかる発明は、排水中で次亜塩素酸系物質と同様に気泡放電により酸化ラジカルを生成する過酸化水素を添加することで、酸化ラジカルの生成効率をより一層向上させるものである。
また、前記液体供給手段が、前記処理槽の前段に設けられ、直流電源若しくはパルス電源に接続された一対以上の電極を有する前処理槽であり、該電極間に直流電圧若しくはパルス電圧を印加することにより生成した次亜塩素酸系物質を前記処理槽に供給することを特徴とする。これにより、次亜塩素酸系物質や過酸化水素等の薬剤を外部より供給する必要がなくなり、次亜塩素酸系物質のオンサイトでの供給が可能となる。
【００１４】
また、排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する処理槽を備えた排水処理方法において、
前記処理槽内に次亜塩素酸系物質を添加するとともに気体を供給し、高電圧パルスによる気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進することを特徴とする。
【００１５】
さらに、排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する処理槽を備えた排水処理方法において、
一対以上の電極を有する前処理槽にて、該電極間に直流電圧若しくはパルス電圧を印加して電界反応により次亜塩素酸系物質を生成した後、
前記処理槽にて、前記生成した次亜塩素酸系物質を含有する排水に高電圧パルスによる気泡放電を発生させ、該気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進することを特徴とする。
【００１６】
これらの処理方法の発明において、前記処理槽内の排水中の次亜塩素酸存在率が大となるようにｐＨ調整することを特徴とする。このとき、排水のｐＨ値がｐＨ５〜１０の範囲内となるように調整することが好適である。
また、前記処理槽内の排水に過酸化水素を添加し、前記次亜塩素酸系物質とともに前記酸化ラジカルの生成を促進させると良い。
これらの発明によれば、前記処理装置に関する発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明に係る第１実施例の排水処理装置の構成図、図４は本発明に係る第２実施例、図７は本発明に係る第３実施例、図９は本発明に係る第４実施例、図１１は本発明に係る第５実施例を夫々示す排水処理装置の構成図である。尚、従来技術に関する図面を含め全図に亘り同一部分には同一の符号を付している。
【００１８】
まず、図１を参照して本発明に係る第１実施例の排水処理装置を説明する。
図１では、有機性排水１を保持する処理槽２内にガス供給機構を兼用する陰極ノズル３及び陽極４が配置されている。前記陽極４は液体供給口に配設しても良い。両電極には高電圧パルス電源５が接続され、処理条件に適合したパルス電力が供給される。前記陰極ノズル３には、気泡放電を行わせるために、ガスタンク６からガス供給配管７を通じて所望の種類及び量のガスが供給される。該ガスタンク６はコンプレッサで代替することも可能である。このガス供給により、排水１中の前記陰極ノズル３の先端に気泡１３が発生する。
【００１９】
前記処理槽２は、液供給管８及び液供給ノズル９を介して前処理槽１０と、また液排出管１１を介して後処理槽１２と夫々接続される。さらに、該処理槽２には、次亜塩素酸系薬剤含有液タンク１６から添加液供給管１７ａを介して前記陰極ノズル３に次亜塩素酸系薬剤含有液が供給される構成となっている。該次亜塩素酸系薬剤含有タンク１６には、ＣｌＯイオン、ＨＯＣｌ等の次亜塩素酸系薬剤を所定濃度で含有する液体が保持されている。前記ガス供給配管７、添加液供給管１７ａは夫々バルブ等の液量制御手段により適宜添加量を調整可能な構成とする。さらに、かかる処理槽２内の排水１は前記陰極ノズル３からの気泡１３により撹拌状態となっているが、撹拌翼、排水循環手段（不図示）等の機械的撹拌手段を設ける構成としても良い。かかる構成により処理槽２内には気体と液体が別個に供給され、処理槽２内で混合される。
【００２０】
本実施例では図１に示すように、前記陰極ノズル３に一方の電極（陰極３）を、これと対向させて他方の電極（陽極４）を配置し、該電極が処理槽外部に設けられた高電圧パルス電源５に夫々接続されている。また、金属導電体からなる陰極ノズル３の電極の外周表面を絶縁体１５により絶縁被覆すると共に陰極ノズル３の端部のみを被覆露出させている。
そして、前記高電圧パルス電源５により両電極間にパルスを含む高周波電圧を印加することにより、排水１中に生じた気泡１３で放電１４を発生させて、ラジカルを生成し、排水中の有機性物質を分解処理するとともに、該高電圧パルスを印加処理する排水に次亜塩素酸系薬剤含有液を添加することにより、有機分解性を向上させることが出来る。
【００２１】
このように、ＣｌＯ−またはＨＣｌＯを含む溶液を高電圧パルス処理することにより、下記反応（１）、（２）、（３）が生じ、有機性物質の分解反応を促進するヒドロキシラジカル（・ＯＨ）及び酸素ラジカル（・Ｏ）等の酸化ラジカルが有効に生成される。
Ｈ＋ ＋ＣｌＯ− → ＨＣｌＯ …（１）
ＨＣｌＯ → Ｃｌ− ＋・ＯＨ …（２）
ＨＣｌＯ → ＨＣｌ ＋・Ｏ …（３）
このとき生成した酸化ラジカルは、非常に強力な酸化力を有するために排水中の有機性物質と反応して該有機性物質を酸化分解し、最終的にはＣＯ２として排出される。
【００２２】
図１の構成における具体的な実施例として、陰極ノズル３にＴｉパイプ（外径φ１０ｍｍ×内径φ８ｍｍ）を用い、該パイプの外周を絶縁体１５であるテフロン（登録商標）で被覆し、Ｔｉパイプ内側にガラスパイプ（外径φ４ｍｍ×内径φ２ｍｍ）を配置し、また陽極４としてＴｉ（外径φ６０ｍｍ×内径φ５４ｍｍ）を用いて、処理槽２である容積約０．５Ｌの処理槽ビーカ内に同軸状に設置した。
かかる処理方法は、陰極ノズル３に大気エアを供給し、Ｔｉ陰極内側とガラス外周との隙間流路にエアを１〜２Ｌ／分供給しながら、一定時間、陰極３と陽極４間に高電圧パルス電源５から電圧２ｋＶ、パルス幅約１μｓの高電圧パルスを繰り返し周波数１ｋＨｚにて印加した。
【００２３】
処理対象液（排水１）として蒸留水にＮａ２ＳＯ４を溶解させた模擬液（液導電率約１〜２Ｓ／ｍ）を使用し、ＮａＣｌＯ溶液を５０〜３０００ｍｇ／Ｌの範囲で添加した。図２にＮａＣｌＯを添加して高電圧パルス処理を３０分実施した場合の塩素酸イオン濃度計測結果を示す。該処理によりＣｌＯ濃度が低減していることから、ＣｌＯが分解消滅していることが明白である。
また、処理対象液としてし尿にポリ塩化アルミニウム（以下、ＰＡＣと記載）を加えてＳＳ分（浮遊物質）を沈殿除去した上澄み液を使用し、これにＮａＣｌＯ溶液を１０００ｍｇ／Ｌ添加した場合に、高電圧パルス処理を３０分実施した際の全有機炭素濃度（ＴＯＣ）濃度特性を図３に示す。ＮａＣｌＯ添加に伴い、ＴＯＣ分解の効率が向上していることが明白である。
ＣｌＯイオン量は多い方が酸化ラジカル生成には好ましいと考えられるが、液導電率も増加し、高電圧パルス印加時の放電電圧が低下（または電流が増加）するため、これに応じて適宜ＣｌＯイオン量を設定する。好適には本実施例により好適な結果が得られたＣｌＯイオン濃度１０〜１５００ｍｇ／Ｌの範囲であることが望ましい。
【００２４】
次に、図４に基づき本発明の第２実施例について説明する。図４において、前記第１実施例と同様に、処理槽２には前処理槽１０及び後処理槽１２が夫々液供給管８、液供給ノズル９及び液排出管１１を介して接続され、また次亜塩素酸系薬剤含有液タンク１６が添加液供給管１７ａを介して接続されている。さらに、前記第１実施例と同様の構成を有する陰極ノズル３と陽極４とがケーブルを介して高電圧パルス電源５に接続され、処理条件に適合したパルス電力が供給される。前記陰極ノズル３は、ガスタンク６よりガス供給配管７を介して空気等の気体が供給され処理槽２内に気泡を発生させる構成となっている。また、該陰極ノズルは絶縁体１５により絶縁被覆され、先端を露出させている。
【００２５】
さらに、本第２実施例では液ｐＨ調整タンク２６を設け、排水１のｐＨ値を測定するｐＨセンサ２４からの測定値に基づき、該液ｐＨ調整タンク２６からのｐＨ調整薬剤添加量を、排水のｐＨ値が酸化ラジカルの発生し易い値となるように液ｐＨ制御装置２５により制御している。
かかる実施例では、両電極間にパルスを含む高周波電圧を印加することにより、排水中に生じた気泡で放電を発生させて、酸化ラジカルを生成し、排水中の有機性物質を分解処理すると共に、該高電圧パルスを印加処理する溶液にＣｌＯまたはＨＯＣｌを添加する処理方法において、排水の液性をｐＨ＝５〜１０程度に調整する機構を具備することにより、有機分解性をさらに向上させることが出来る。
【００２６】
これは、以下のことから説明される。
図５（Ｃｌイオン濃度３５５０ｐｐｍの場合）に示すように、有効塩素の存在形態は液ｐＨに依存する特性を有している。即ち、ＨＣｌＯ、ＣｌＯ−、Ｃｌ２間の存在確率は、ｐＨ依存性を有しているため、かかる実施例のように液性をｐＨ＝５〜１０程度に調整することにより、効率的にＨＣｌＯの存在確率を向上させることが出来る。
従って、ｐＨを適正な値とすることにより前記式（１）の反応を効率良く誘起することが出来、その結果、式（２）、（３）に示す反応にて有機性物質の分解に有効な・Ｏや・ＯＨなどの酸化ラジカルが容易に生成され、排水を効率的に分解処理することが可能となる。
尚、前記ｐＨ調整薬剤は、例えば酸剤として硫酸、塩酸及びアルカリ剤として苛性ソーダ、炭酸ナトリウム、消石灰等が挙げられる。
【００２７】
図４の構成における具体的な実施例として以下のような装置を用いた実験を行った。処理対象液（排水１）としてし尿にＰＡＣを加えてＳＳ分を沈殿除去した上澄み液を使用し、これにＮａＣｌＯ溶液を１０００ｍｇ／Ｌ添加し、かつＨ２ＳＯ４を適量追加してｐＨ＝６．５に調整し、高電圧パルス処理を３０分間実施した。
このときの全有機炭素濃度（ＴＯＣ）濃度特性を図６に示す。ＮａＣｌＯ添加に加えてｐＨ調整することにより、ＴＯＣ分解の効率が向上していることが明白である。ＣｌＯイオン量は、前記第１実施例と同様に、処理に際して好適な範囲に設定する。
【００２８】
図７は本発明の第３実施例を示し、前記第１実施例と同様に処理槽２に接続された前処理槽１０’、後処理槽１２を有するとともに、高電圧パルス電源５に接続された陰極ノズル３及び陽極４と、該陰極ノズル３に気体を供給するガスタンク６を有する構成としている。
また本第３実施例では、前記前処理槽１０’に設けられた直流電源（またはパルス電源）２２にケーブル２１を介して夫々接続された一対以上の陰極１９及び陽極２０を排水中に浸漬させており、該電極間に直流電圧またはパルス電圧を印加して、電界反応を利用することにより酸化ラジカルを生成するイオン（または分子）種を供給している。
この場合、前記第１、第２実施例のように薬液保管及び供給機構を設置する必要がなく、電気エネルギーを用いて直接該イオン（または分子）種を供給することが出来るので、設備コンパクト化、設備保守の簡素化が図られる。
【００２９】
かかる実施例の具体例として、前記前処理槽１０’に容積約３Ｌのアクリル容器を用い、排水１としてし尿にＰＡＣを加えてＳＳ分を沈殿除去した上澄み液にＣａＣｌ２を添加した溶液（導電率１〜２Ｓ／ｍ）を前処理槽１０’内に保持し、該前処理槽１０’内に１５０ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ５ｍｍのＴｉ陰極１９、及び金属酸化物被覆Ｔｉ陽極２０を配置し、直流電源２２を用いて電流密度約２５０Ａ／ｍ２にて電気分解処理した。そして、ここで得られた処理排水１を後段の処理槽２に循環供給（液流量３Ｌ／分）した。
【００３０】
前記陰極ノズル３としてＴｉ（外径φ１０ｍｍ×内径φ８ｍｍ）の外周をテフロンからなる絶縁体１５で被覆した管の内側にガラスパイプ（外径φ４ｍｍ×内径φ２ｍｍ）を配置し、陽極としてＴｉ（外径φ６０ｍｍ×内径φ５４ｍｍ）を用いて、容積約０．５Ｌの処理槽ビーカ内に同軸状に設置した。処理方法として、陰極ノズル３にガスタンク６より大気エアを供給し、Ｔｉ陰極内側とガラス外周との隙間流路にエアを１〜２Ｌ／分供給しながら、所定時間、陰極ノズル３と陽極４間に高電圧パルス電源５から電圧２ｋＶ、パルス幅約１μｓのパルス高電圧を繰り返し周波数１ｋＨｚにて印加した。
【００３１】
ここで前記排水を用い、処理前液を参照とし、比較例として▲１▼処理槽での電解処理（以下、電解槽処理と呼称）のみの場合、▲２▼高電圧パルス処理のみの場合、の各処理と、本第３実施例における処理装置を用いた▲３▼電界槽処理＋高電圧パルス処理併用の場合の夫々の処理におけるＴＯＣ濃度計測結果を図８に示す。その結果、電界槽処理＋高電圧パルス処理併用にて最も有機分解性能が向上することが確認できた。
尚、本願に記述した効果を得るに際して何れの実施例においてもこれらの寸法、材料仕様、電解条件に限定されるものではない。
【００３２】
さらに、図９に示す本発明の第４実施例では、前記第１実施例と同様に処理槽２に接続された前処理槽１０、後処理槽１２を有するとともに、高電圧パルス電源５に接続された陰極ノズル３及び陽極４と、該陰極ノズル３に気体を供給するガスタンク６と、処理槽２内に次亜塩素酸系薬剤を供給する次亜塩素酸系薬剤含有液タンク１６とを有する構成としている。
また本第４実施例では、Ｈ２Ｏ２含有液タンク２３が設けられ、該Ｈ２Ｏ２含有液タンク２３から添加液供給管１７ｂを通じて処理槽２内にＨ２Ｏ２含有液が供給される構成としている。このように、ＣｌＯ、ＨＯＣｌに加えて、Ｈ２Ｏ２も同時に添加供給することにより、有機分解性能を向上することが出来る。
【００３３】
これは、前記式（１）〜（３）反応に加えて、下記式（４）の反応が同時に生じるため、有機分解に有効な・ＯＨの生成効率が増加するためである。
Ｈ２Ｏ２ → ２・ＯＨ …（４）
また、添加するＨ２Ｏ２濃度が高い方がＯＨ生成に有効と考えられるが、過多となると下記反応式（５）により・ＯＨを消費する反応も共存することとなり、適正なＨ２Ｏ２濃度範囲が存在する。
・ＯＨ ＋Ｈ２Ｏ２ →ＨＯ２ ＋Ｏ２ …（５）
従って、経験的にはＣｌＯイオン濃度１００〜１５００ｍｇ／Ｌ、Ｈ２Ｏ２濃度０．１〜１００ｍｇ／Ｌの範囲であることが望ましい。
【００３４】
図９の処理装置における具体的な実施例として、陰極ノズル３としてＴｉ（外径φ１０ｍｍ×内径φ８ｍｍ）の外周をテフロンからなる絶縁体１５で被覆した管の内側に、ガラスパイプ（外径φ４ｍｍ×内径φ２ｍｍ）を配置し、陽極４としてＴｉ（外径φ６０ｍｍ×内径φ５４ｍｍ）を用いて、容積約０．５Ｌの処理槽ビーカ２内に同軸状に設置した。
かかる実施例の処理方法として、陰極ノズル３に大気エアを供給し、Ｔｉ陰極内側とガラス外周との隙間流路にエアを１〜２Ｌ／分供給しながら、一定時間、陰極３と陽極４間に高電圧パルス電源５から電圧２ｋＶ、パルス幅約１μｓのパルス高電圧を繰り返し周波数１ｋＨｚにて印加した。処理対象液（排水１）としてし尿にＰＡＣを加えてＳＳ分を沈殿除去した上澄み液を使用し、これにＮａＣｌＯ溶液を１０００ｍｇ／Ｌ、Ｈ２Ｏ２を５０ｍｇ／Ｌ添加した場合に、前記高電圧パルス処理を３０分実施した。
このときのＴＯＣ濃度特性を図１０に示す。ＮａＣｌＯ及びＨ２Ｏ２添加に伴い、ＴＯＣ分解の効率が向上していることが明白である。
【００３５】
図１１は本発明の第５実施例であり、かかる実施例では酸化ラジカルを生成するイオン（または分子）種を前記実施例１のように薬液添加ではなく、前処理槽１０”内の排水１中に設けられた二対の電極に、直流電源（またはパルス電源）２２により直流電圧またはパルス電圧を印加し、電界反応を利用してイオン（または分子）種を生成し、処理槽２に供給する構成としている。
この場合、薬液保管及び供給機構を設置する必要がなく、電気エネルギーを用いて直接該イオン（または分子）種を供給することが出来るので、設備コンパクト化、設備保守の簡素化が図られる。
【００３６】
本第５実施例の具体例として以下の装置を用いた。まず前処理槽１０”として容積約３Ｌのアクリル容器を用い、排水１としてし尿にＰＡＣを加えてＳＳ分を沈殿除去した上澄み液にＣａＣｌ２を添加した溶液（導電率１〜２Ｓ／ｍ）を容器に保持し、該容器内に１５０ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ５ｍｍのＴｉ陰極１９’、金属酸化物被覆Ｔｉ陽極２０’を配置し、直流電源２２を用いて電流密度約２５０Ａ／ｍ２にて電気分解処理した。ここで得られた処理排水１を後段の処理槽２に循環供給（液流量３Ｌ／分）した。本実施形態では同時に、容器中に１５０ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ５ｍｍのＰｔ陰極１９”、Ｐｔ陽極２０”を配置し、電極電位を制御して直流電源２２を用いて電流密度約６０Ａ／ｍ２にて電気分解処理を合わせて実施し、ここで得られた処理排水１を処理槽２に供給した。
【００３７】
前記処理槽２内には陰極ノズル３としてＴｉ（外径φ１０ｍｍ×内径φ８ｍｍの）外周をテフロンからなる絶縁体１５で被覆した管の内側にガラスパイプ（外径φ４ｍｍ×内径φ２ｍｍ）を配置し、陽極４としてＴｉパイプ（外径φ６０ｍｍ×内径φ５４ｍｍ）を用いて、容積約０．５Ｌの処理槽ビーカ２内に同軸状に設置した。
処理方法としては、陰極ノズル３に大気エアを供給し、Ｔｉ陰極内側とガラス外周との隙間流路にエアを１〜２Ｌ／分供給しながら、一定時間、陰極と陽極間に高電圧電源から電圧２ｋＶ、パルス幅約１μｓのパルス高電圧を繰り返し周波数１ｋＨｚにて印加した。
図１２に、前記排水を用いて処理前液を参照とし、比較例として▲１▼電解槽処理のみの場合、▲２▼高電圧パルス処理のみの場合、の各処理と、本第５実施例における処理装置を用いた▲３▼電界槽処理＋高電圧パルス処理併用の場合でのＴＯＣ濃度計測結果を示す。その結果、電界槽処理＋高電圧パルス処理併用にて有機分解性能が向上することが確認できた。
【００３８】
尚、本第１乃至第５実施例では一例としてノズル電極を用いた高電圧パルス気泡放電によるラジカル生成方式の場合について記述したが、高電圧パルスを用いて電極表面反応を利用したラジカル生成方式などの場合についても適用可能であることはいうまでもない。
また、これらの実施形態に記述した効果を得るに際して、ＣｌＯ−、ＨＯＣｌと、Ｈ２Ｏ２を同一の電解槽にて生成・供給する例を示したが、別個の電解槽にて生成・供給しても構わない。また、これらの寸法、材料仕様、電解条件に限定されるものではない。
【００３９】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、有機性物質を含有する排水の処理において、安価な薬剤を利用し、また電力消費量も抑えることができるためランニングコストを低廉化することができる。
また、非常に強力な酸化力を有する酸化ラジカルを効率良く発生させることができるため、高濃度の有機性物質を含有する排水であっても有機性物質を高除去率で以って除去すること可能となり、処理水性状を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施例の排水処理装置の構成図である。
【図２】第１実施例における塩素酸イオン濃度処理特性を示すグラフである。
【図３】第１実施例におけるＴＯＣ濃度処理特性を示すグラフである。
【図４】本発明に係る第２実施例の排水処理装置の構成図である。
【図５】第２実施例における液ｐＨに対する有効塩素存在比を示すグラフである。
【図６】第２実施例におけるＴＯＣ濃度処理特性を示すグラフである。
【図７】本発明に係る第３実施例の排水処理装置の構成図である。
【図８】第３実施例におけるＴＯＣ濃度処理特性を示すグラフである。
【図９】本発明に係る第４実施例の排水処理装置の構成図である。
【図１０】第４実施例におけるＴＯＣ濃度処理特性を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る第５実施例の排水処理装置の構成図である。
【図１２】第５実施例におけるＴＯＣ濃度処理特性を示すグラフである。
【図１３】従来の排水処理装置の構成図である。
【符号の説明】
２ 処理槽
３ 陰極ノズル
４ 陽極
５ 高電圧パルス電源
６ ガスタンク
８ 液供給管
１０、１０’、１０” 前処理槽
１２ 後処理装置
１５ 絶縁体
１６ 次亜塩素酸系薬剤含有液タンク
１７ａ、１７ｂ 添加液供給管
１８ 電解処理槽
２２ 直流電源（パルス電源）
２３ Ｈ２Ｏ２含有液タンク
２６ ｐＨ調整液タンク
Claims (9)
- 排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する処理槽を備えた排水処理装置において、
前記処理槽若しくはその前段に次亜塩素酸系物質含有液を添加する液体供給手段を設けるとともに、前記処理槽に気体供給手段を設け、
高電圧パルスによる気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進させる構成としたことを特徴とする高電圧パルスを利用した排水処理装置。 - 高電圧パルス電源に接続された一対以上の電極を有する処理槽を備え、該処理槽内で排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する排水処理装置において、
前記処理槽に次亜塩素酸系物質含有液を添加する液体供給手段と、電気導電体で形成された気体供給ノズルを備えた気体供給手段とを設け、
前記気体供給ノズルを前記高電圧パルス電源と接続するとともに、該ノズル先端を露出させた状態で該ノズルの外周を絶縁被覆することにより該ノズルを前記電極のうち一方の電極と為し、
前記気体供給ノズルからなる電極と他方の電極間に高電圧パルスを印加しながら気体を供給して排水中に気泡放電を発生させ、該気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進させる構成としたことを特徴とする高電圧パルスを利用した排水処理装置。 - 前記処理槽内にｐＨ調整手段を設け、該処理槽内の排水中の次亜塩素酸存在率が大となるようにｐＨ調整することを特徴とする請求項１若しくは２記載の高電圧パルスを利用した排水処理装置。
- 前記処理槽内に過酸化水素を添加する手段を設け、前記次亜塩素酸系物質とともに酸化ラジカルの生成を促進するように構成したことを特徴とする請求項１若しくは２記載の高電圧パルスを利用した排水処理装置。
- 前記液体供給手段が、前記処理槽の前段に設けられ、直流電源若しくはパルス電源に接続された一対以上の電極を有する前処理槽であり、該電極間に直流電圧若しくはパルス電圧を印加することにより生成した次亜塩素酸系物質を前記処理槽に供給することを特徴とする請求項１若しくは２記載の高電圧パルスを利用した排水処理装置。
- 排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する処理槽を備えた排水処理方法において、
前記処理槽内に次亜塩素酸系物質を添加するとともに気体を供給し、高電圧パルスによる気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進することを特徴とする高電圧パルスを利用した排水処理方法。 - 排水に高電圧パルス放電処理を施し、生成した酸化ラジカルにより該排水中の有機性物質を分解処理する処理槽を備えた排水処理方法において、
一対以上の電極を有する前処理槽にて、該電極間に直流電圧若しくはパルス電圧を印加して電界反応により次亜塩素酸系物質を生成した後、
前記処理槽にて、前記生成した次亜塩素酸系物質を含有する排水に高電圧パルスによる気泡放電を発生させ、該気泡放電下に次亜塩素酸を存在させることにより酸化ラジカルの生成を促進することを特徴とする高電圧パルスを利用した排水処理方法。 - 前記処理槽内の排水中の次亜塩素酸存在率が大となるようにｐＨ調整することを特徴とする請求項６若しくは７記載の高電圧パルスを利用した排水処理方法
- 前記処理槽内の排水に過酸化水素を添加し、前記次亜塩素酸系物質とともに前記酸化ラジカルの生成を促進させることを特徴とする請求項６若しくは７記載の高電圧パルスを利用した排水処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003181669A JP2005013858A (ja) | 2003-06-25 | 2003-06-25 | 高電圧パルスを利用した排水処理装置及び該方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003181669A JP2005013858A (ja) | 2003-06-25 | 2003-06-25 | 高電圧パルスを利用した排水処理装置及び該方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005013858A true JP2005013858A (ja) | 2005-01-20 |
Family
ID=34182306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003181669A Withdrawn JP2005013858A (ja) | 2003-06-25 | 2003-06-25 | 高電圧パルスを利用した排水処理装置及び該方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005013858A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100842435B1 (ko) | 2007-02-20 | 2008-07-01 | 주식회사 에스디알앤디 | 전기장 장치와 여과장치를 결합한 수처리시스템 및 방법 |
| JP2011117903A (ja) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Sekisui Chem Co Ltd | 環境試料の分析前処理方法及び環境試料の分析方法 |
| CN102372342A (zh) * | 2011-09-26 | 2012-03-14 | 厦门大学 | 大气压等离子体处理垃圾渗沥液装置 |
| CN102689974A (zh) * | 2010-11-20 | 2012-09-26 | 大连海事大学 | 一种氧活性粒子处理污水的设备 |
| CN103523856A (zh) * | 2013-09-09 | 2014-01-22 | 河海大学常州校区 | 水雾放电与超声协同降解废水处理装置及其运行方法 |
| WO2014077181A1 (ja) * | 2012-11-13 | 2014-05-22 | 三菱電機株式会社 | 水処理装置および水処理方法 |
| CN106241963A (zh) * | 2015-06-09 | 2016-12-21 | 松下知识产权经营株式会社 | 液体处理方法、对象物处理方法、液体处理装置及等离子体处理液 |
| JP2018202382A (ja) * | 2017-05-30 | 2018-12-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 液体処理装置 |
-
2003
- 2003-06-25 JP JP2003181669A patent/JP2005013858A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100842435B1 (ko) | 2007-02-20 | 2008-07-01 | 주식회사 에스디알앤디 | 전기장 장치와 여과장치를 결합한 수처리시스템 및 방법 |
| JP2011117903A (ja) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Sekisui Chem Co Ltd | 環境試料の分析前処理方法及び環境試料の分析方法 |
| CN102689974A (zh) * | 2010-11-20 | 2012-09-26 | 大连海事大学 | 一种氧活性粒子处理污水的设备 |
| CN102372342A (zh) * | 2011-09-26 | 2012-03-14 | 厦门大学 | 大气压等离子体处理垃圾渗沥液装置 |
| JP5889433B2 (ja) * | 2012-11-13 | 2016-03-22 | 三菱電機株式会社 | 水処理装置および水処理方法 |
| US9957170B2 (en) | 2012-11-13 | 2018-05-01 | Mitsubishi Electric Corporation | Water treatment device and water treatment method |
| WO2014077181A1 (ja) * | 2012-11-13 | 2014-05-22 | 三菱電機株式会社 | 水処理装置および水処理方法 |
| CN104797533A (zh) * | 2012-11-13 | 2015-07-22 | 三菱电机株式会社 | 水处理装置以及水处理方法 |
| CN103523856B (zh) * | 2013-09-09 | 2015-06-24 | 河海大学常州校区 | 水雾放电与超声协同降解废水处理装置及其运行方法 |
| CN103523856A (zh) * | 2013-09-09 | 2014-01-22 | 河海大学常州校区 | 水雾放电与超声协同降解废水处理装置及其运行方法 |
| CN106241963A (zh) * | 2015-06-09 | 2016-12-21 | 松下知识产权经营株式会社 | 液体处理方法、对象物处理方法、液体处理装置及等离子体处理液 |
| JP2017001021A (ja) * | 2015-06-09 | 2017-01-05 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 液体処理方法、対象物処理方法、液体処理装置及びプラズマ処理液 |
| JP2018202382A (ja) * | 2017-05-30 | 2018-12-27 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 液体処理装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101026641B1 (ko) | 전기분해와 광-펜톤산화공정이 결합된 복합산화공정을이용한 난분해성 폐수 처리장치 및 방법 | |
| JP4671743B2 (ja) | アンモニア性窒素含有廃水の電解処理方法及び装置 | |
| CN110759437B (zh) | 电化学-uv复合处理难降解有机物的方法 | |
| JP2005058887A (ja) | 高電圧パルスを利用した廃水処理装置 | |
| KR101598493B1 (ko) | 전기화학적 폐수처리 공정 | |
| JP4932529B2 (ja) | 水処理方法 | |
| JP2004143519A (ja) | 水処理方法および水処理装置 | |
| JP2003088870A (ja) | 窒素処理方法及び窒素処理システム | |
| KR20020089520A (ko) | 질소 처리 방법 및 질소 처리 시스템 | |
| JP2003126861A (ja) | 水処理方法及び装置 | |
| JP4865651B2 (ja) | 排水処理方法及び装置 | |
| JP2005013858A (ja) | 高電圧パルスを利用した排水処理装置及び該方法 | |
| JP4920255B2 (ja) | 水処理方法及びシステム | |
| JP5122074B2 (ja) | 水処理方法及びシステム | |
| JPH10130876A (ja) | 電解型オゾン水製造装置及びその再生方法 | |
| JP2003073876A (ja) | 電気化学的処理用電極、電気化学的処理方法及び電気化学的処理装置 | |
| JP2001293478A (ja) | 排水処理装置 | |
| JP2010137151A (ja) | 電解装置及び水処理システム | |
| TWI481567B (zh) | Drainage treatment method | |
| JP2009034625A (ja) | 排水処理装置及び方法 | |
| JP6319719B2 (ja) | 排水処理方法及び排水処理装置 | |
| JP2008264668A (ja) | 廃水の電解処理方法及びその装置 | |
| KR200305722Y1 (ko) | 살균수 생성 전해조 | |
| JPWO2003091166A1 (ja) | 有機化合物含有排水の処理方法および装置 | |
| JP3776091B2 (ja) | 有機性汚泥の処理装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060905 |