JP2005103391A - 排水処理方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 難分解性有機化合物含有排水から難分解性有機化合物を分解除去する排水処理方法において、前記排水中に浸漬される電極に直流電圧を印加して前記排水を電気分解し、陰極電極にて水酸基イオンを発生させるとともに、前記排水にオゾンを供給し、前記水酸基イオンと前記オゾンとを反応させてOHラジカルを生成させる。
【選択図】 図1
Description
又前記技術は同公報の段落0005に記載されているように高電圧パルスを用いても有効にOHラジカル生成が促進されることなく、該放電槽内には、pH調整装置や光触媒機能部材を付設して、OHラジカル生成を促進することが実際上必要となる。
又、本発明の他の目的は高効率でしかも作業者に危険がなく、しかも高効率にOHラジカル生成を可能にした有機物含有排水の処理方法及び装置を提供することを目的とする。
OHラジカルは、以下のような反応を経て生成される。
H2O→H++OH−(電気分解工程) (1)
OH−+O3→・O3 −+・OH(オゾン接触工程) (2)
OH−+O3→・O2 −+・OOH (3)
・OOH⇔H++・O2 − (4)
O3+・O2 −→・O3 −+O2 (5)
・O3 −+H+→・O3H (6)
・O3H→・OH+O2 (7)
また、電極上に吸着したオゾンは、下記(8)のような反応で・O2 −と・OOHを生成する。ここで生成した・O2 −と・OOHの場合は、上記(4)〜(7)式の反応により、OHラジカルを生成する。
O3+H2O+e−→1/2H2+・O2 −+・OOH (8)
上記反応により生成したOHラジカルは酸化還元電位が2.85Vと非常に強い酸化剤であり、大部分の難分解性有機化合物を分解・無機化することが可能である。オゾンがOH−と反応あるいは、オゾンが電極上で直接電子を受け取っても生成するOHラジカルに違いはない。
前記排水中に直流安定化電源により制御された電流密度の直流電圧を印加して、その電気分解により前記排水中に水酸基イオンを発生させて局所的にアルカリ性の水塊を生成するとともに、該アルカリ性の水塊域にオゾンを供給して、前記水酸基とオゾンとを反応させてOHラジカルを生成させる有機物処理工程が存在することを特徴とする。
この場合にオゾンは曝気だけではなく過酸化水素(H2O2)の供給により行うことも可能である。
又前記有機物処理工程に存在する排水中に印加されている直流電極間の電流密度が、0.2mA/cm2以上であることが好ましく、又前記有機物処理工程は排水が流れる流路中に存在させてもよいが、電気化学的処理による電気分解とオゾン接触は同時に且つ所定時間必要なために、前記排水処理経路に形成されたオゾン曝気槽内に直流安定化電源に接続された電極を介してオゾン曝気域に所定密度の直流電流を流すのがよい。
前記排水経路中にオゾン曝気域を設け、該曝気域に、直流安定化電源に接続された陽極と陰極とよりなる前記排水の電気分解用の直流電極が浸漬配置されていることを特徴とする。
そして本発明においても前記曝気域に浸漬配置されている直流電極間の電流密度が、0.2mA/cm2以上になるように直流安定化電源の電力制御がなされているのがよく、又前記オゾン曝気域が処理排水を所定時間貯溜させるオゾン曝気槽であり、該曝気槽内でオゾン曝気と該曝気槽に浸漬配置されている直流電極間の電圧印加が同時におこなわれるように構成しているのがよく、更には前記排水経路のオゾン曝気域の上流側に、前記排水中の窒素成分を除去する工程は例えば活性汚泥槽等の生物処理槽と沈殿槽の組み合わせ若しくは活性汚泥槽とアンモニアストリッピングと沈殿槽の組み合わせ工程等が存在し、該オゾン曝気域の下流側にOHラジカルにより難分解性有機化合物を分解除去した処理水の着色処理を行う工程、例えば活性炭処理槽が存在するのがよい。
又電気化学的処理により排水の電気分解を行い、陰極電極にて水酸基イオンを発生させて電極近傍を局所的にアルカリ性とするために基本的には、pH調整剤等の薬剤は原則不要であり、メンテナンスの手間も軽減できる。
又水酸基イオンにより生成されたアルカリ性水塊域にオゾンを作用させてOHラジカルを生成して該OHラジカルにより難分解性有機化合物を酸化分解処理するためにオゾン供給域が陰極電極近傍のアルカリ性水魂域であればよく、処理槽全域に供給する必要がないために効率的であるとともに、オゾンと水酸基イオンとが直接反応してOHラジカルを生成するために高効率である。
本表に記載の通り、理論効率としてオゾンと紫外線を用いた方法のOHラジカル発生効率は高い。しかし、紫外線の吸収効率はSS成分や着色成分に大きく左右されるため、結果として、オゾンと水酸化物イオンによるOHラジカル発生の効率が高くなる。一方、オゾンと過酸化水素併用では、低pH範囲ではより多量の過酸化水素が必要であり、高pHではOHラジカルの消費要因である炭酸イオンが卓越し、OHラジカルが無効消費される。本発明の方法によれば、アルカリ性の水塊中でオゾンと水酸化物イオンが反応するため、SSや着色成分さらにはpHといった処理対象液の性状に影響されないことから、OHラジカル生成効率は最も高くなる。
図3は本実験を行った処理対象物の減少速度を擬一次反応速度(電気分解速度)と電流値の関係を示し、本実験結果によれば、直流電極間の電流密度が、0.2〜0.3mA/cm2付近で擬一次反応速度は横ばい傾向になっている。
オゾンと水酸基の反応によりOHラジカルが生成していることをしていることを考慮すれば、0.2〜0.3mA/cm2以上ではオゾンの電極表面への供給が反応律速になっていることが理解される。又、直流電極間の電流密度の上限は特に言及しないがエネルギー効率及び作業者の安全上の配慮から5〜10mA/cm2程度と理解される。
電極対2には直流電圧を印加する直流安定化電源3が、電極対2間の電圧、電流、抵抗値などを監視するマルチメータ4を介して接続されている。排水処理槽1は、循環ポンプ5と循環管路6が接続されており、該循環経路5〜6により所定時間液循環されるように構成されている。また循環管路6の排水処理槽1の下部の出口開口部近傍にはオゾン供給管7が接続されており、該オゾン供給管7を通じてオゾナイザー8で発生させたオゾンが処理槽1内に供給され、オゾンの供給状態がオゾンモニター9によって監視される構成となっている。
又排水槽中のオゾンモニタ10は槽上部に設けられ、比較排水10Aとの比較の上でオゾンをモニターしている。
尚、循環時間は何れも30分、供給されるオゾン化酸素は、20mg/Lである。
本実験結果によれば、直流電極間の電流密度が、0.2〜0.3mA/cm2付近でを擬一次反応速度は横ばい傾向になっている。
オゾンと水酸基の反応によりOHラジカルが生成していることをしていることを考慮すれば、0.2〜0.3mA/cm2以上ではオゾンの電極表面への供給が反応律速になっていることが理解される。
2 電極対
3 直流安定化電源
5 循環ポンプ
6 循環管道
7 オゾン供給管
8 オゾナイザー
Claims (8)
- 有機化合物含有排水中にOHラジカルを生成させて該OHラジカルにより難分解性有機化合物を分解除去する排水処理方法において、
前記排水中に直流安定化電源により制御された電流密度の直流電圧を印加してその電気分解により前記排水中に水酸基イオンを発生させて局所的にアルカリ性の水塊を生成するとともに、該アルカリ性の水塊域にオゾンを供給して、前記水酸基とオゾンとを反応させてOHラジカルを生成させる有機物処理工程が存在することを特徴とする排水処理方法。 - 前記有機物処理工程に存在する排水中に印加されている直流電極間の電流密度が、0.2mA/cm2以上であることを特徴とする請求項1記載の排水処理方法。
- 前記排水処理経路に形成されたオゾン曝気槽内に直流安定化電源に接続された電極を介してオゾン曝気域に所定密度の直流電流を流すことを特徴とする請求項1記載の排水処理方法。
- 前記排水中の窒素成分を除去した後の排水処理経路に、請求項1記載の有機物処理工程が存在し、その下流側で処理水の着色処理がおこなわれることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一記載の排水処理方法。
- 有機化合物含有排水中にOHラジカルを生成させて該OHラジカルにより難分解性有機化合物を分解除去する排水処理装置において、
前記排水経路中にオゾン曝気域を設け、該曝気域に、直流安定化電源に接続された陽極と陰極とよりなる前記排水の電気分解用の直流電極が浸漬配置されていることを特徴とする排水処理装置。 - 前記曝気域に浸漬配置されている直流電極間の電流密度が、0.2mA/cm2以上になるように直流安定化電源の電力制御がなされていることを特徴とする請求項5記載の排水処理装置。
- 前記オゾン曝気域が処理排水を所定時間貯溜させるオゾン曝気槽であり、該曝気槽内でオゾン曝気と該曝気槽に浸漬配置されている直流電極間の電圧印加が同時におこなわれるように構成していることを特徴とする請求項5若しくは6記載の排水処理装置。
- 前記排水経路のオゾン曝気域の上流側に、前記排水中の窒素成分を除去する工程が存在し、該オゾン曝気域の下流側にOHラジカルにより難分解性有機化合物を分解除去した処理水の着色処理工程が存在することを特徴とする請求項5乃至7のいずれか一記載の排水処理装置。
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