JP2005169174A - 水処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理水中の有機化合物を二酸化炭素、水などの無機化合物にまで効率よく分解処理する水処理方法および装置を提供する。
【解決手段】 貯留槽６内の有機化合物を含有する処理水は、第１電解反応槽１１で電解処理し、その後、第２電解反応槽２０で電解処理する。好適には、第１電解反応槽１１に供給する処理水をＵＦ膜２１で分離し、ＵＦ膜２１を通過する処理水を第１電解反応槽に供給して電解処理し、有機性ＳＳを含む処理水を第２電解反応槽２０に供給して電解処理する。好適には、第１電解反応槽の陽極となる電極１１ａを白金などのＶIII属金属または合金で構成し、第２電解反応槽の陽極となる電極２０ａをダイヤモンド電極で構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、有機化合物を含有する処理水を電気分解によって分解処理する水処理方法および装置に関するものである。

従来、有機化合物を含有する排水の水処理方法の一つとして、電気分解処理が知られている。電気分解処理は、白金などからなる電極を排水中に浸漬し通電することによって排水中の有機化合物を分解するものである。最近、この電気分解処理に用いられる白金などの従来の電極に替わり、導電性ダイヤモンド電極が注目されている。導電性ダイヤモンド電極は、電流密度を高くできることと、ヒドロキシラジカルの発生を利用した強力な酸化分解力を持っており、排水に含まれる有機性ＳＳの分解も可能である（例えば特許文献１、２）。
特開平７−２９９４６７号公報 米国特許第５３９９２４７号明細書

しかし、前記導電性ダイヤモンド電極は、現状では、大型（例えば３０ｃｍ×３０ｃｍ程度）のものを製造することは困難であり、比較的小型のダイヤモンド電極を複数枚組み合わせて使用しなければならないという問題がある。
一方、従来の金属電極、合金電極あるいは金属イオンドープした酸化物電極では、処理水に有機性ＳＳが含まれていると、有機性ＳＳにより電極表面が被毒され、活性が低下するという問題がある。
また、平板電極による電気分解処理では、電気分解反応が電極への有機化合物の移動速度で律速されるため、有機化合物濃度が低い処理水では、電流効率が低下するという問題がある。電流効率を高く維持するためには、電流密度を小さくする必要があり、わずかな有機化合物を分解するのに大きな電極を必要とするという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、電気分解処理を基本にし、所望によりＵＦ膜処理、ＲＯ膜処理、蒸発濃縮処理および生物処理を適宜組み合わせて、処理水中の有機化合物をほぼ完全に二酸化炭素、水などの無機化合物にまで効率よく分解処理する水処理方法および装置を提供する。

上記課題を解決するため本発明の水処理方法のうち請求項１記載の発明は、有機化合物を含む処理水に陽極および陰極を用いて第１の電気分解処理を行った後、前記電気分解で用いた陽極と異なる材質からなる陽極および陰極を用いて第２の電気分解処理を行うことを特徴とする。

請求項２記載の水処理方法の発明は、請求項１記載の発明において、有機化合物を含む処理水を限外濾過膜（ＵＦ膜）によって有機性ＳＳを含むＵＦ膜非通過水と、有機性ＳＳを排したＵＦ膜通過水とに分離し、前記ＵＦ膜通過水に前記第１の電気分解処理を行うとともに、前記ＵＦ膜非通過水に前記第２の電気分解処理を行うことを特徴とする。

請求項３記載の水処理方法の発明は、請求項２記載の発明において、前記ＵＦ膜通過水を、前記第１の電気分解処理に先立って、逆浸透膜（ＲＯ膜）によって濃縮処理し、ＲＯ膜濃縮水に前記第１の電気分解処理を行うとともに、ＲＯ膜通過水に微生物を用いて生物処理を行うことを特徴とする。

請求項４記載の水処理方法の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第２の電気分解処理に先立って処理水を蒸発濃縮処理した後、該第２の電気分解処理を行うことを特徴とする。

請求項５記載の水処理方法の発明は、請求項４記載の発明において、前記蒸発濃縮処理によって蒸発した蒸発水を逆浸透膜（ＲＯ膜）によって濃縮処理し、ＲＯ膜濃縮蒸発水に前記第１の電気分解処理を行うとともに、ＲＯ膜通過蒸発水に微生物を用いて生物処理を行うことを特徴とする。

請求項６記載の水処理装置の発明は、有機化合物を含有する処理水を電気分解する陽極および陰極を備えた第１の電解反応槽と、該第１の電解反応槽に備えられた陽極と異なる材質からなる陽極および陰極を備え、少なくとも電気第１の電解反応槽で電気分解処理された処理水を電気分解する第２の電解反応槽とを有することを特徴とする。

請求項７記載の水処理装置の発明は、請求項６記載の発明において、前記第１の電解反応槽の前段に、処理水に含まれる有機性ＳＳを分離する限外濾過膜（ＵＦ膜）を備えるとともに、該限外濾過膜を通過して有機性ＳＳを排した処理水を前記第１の電解反応槽に供給するＵＦ膜通過水移送ラインと、該限外濾過膜で非通過分離されて有機性ＳＳを含む処理水を前記第２の電解反応槽に供給するＵＦ膜非通過水移送ラインとを備えることを特徴とする。

請求項８記載の水処理装置の発明は、請求項７記載の発明において、前記ＵＦ膜通過処理水供給ラインに、ＵＦ膜通過処理水を濃縮処理する逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えるとともに、該逆浸透膜（ＲＯ膜）で濃縮された処理水を前記第１の電解反応槽に供給するＲＯ膜濃縮水移送ラインと、該逆浸透膜（ＲＯ膜）で通過分離された処理水を移送するＲＯ膜通過水移送ラインと、該ＲＯ膜通過処理水移送ラインに接続された生物処理槽とを備えることを特徴とする。

請求項９記載の水処理装置の発明は、請求項６〜８のいずれかに記載の発明において、前記第２の電解反応槽の前段にあって、該第２の電解反応槽に導入される処理水を蒸発濃縮する蒸発濃縮装置を備えることを特徴とする。

請求項１０記載の水処理装置の発明は、請求項６〜９のいずれかに記載の発明において、前記蒸発濃縮装置で発生する蒸発水を濃縮する逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えるとともに、該逆浸透膜で濃縮されたＲＯ膜濃縮蒸発水を前記第１の電解反応槽に供給するＲＯ膜濃縮蒸発水移送ラインと、該逆浸透膜で通過分離された蒸発水を移送するＲＯ膜通過蒸発水移送ラインと、該ＲＯ膜通過蒸発水移送ラインに接続された生物処理槽とを備えることを特徴とする。

請求項１１記載の水処理装置の発明は、請求項６〜１０のいずれかに記載の発明において、前記第１の電解反応槽に備えられた陽極および陰極のうち、少なくとも陽極の材質がＶIII族金属あるいはＶIII族合金もしくは金属イオンをドーピングした酸化物であり、前記第２の電解反応槽に備えられた陽極および陰極のうち、少なくとも陽極の材質が導電性ダイヤモンドであることを特徴とする。

本発明では、有機性化合物を含む種々の処理水を対象に水処理を行うことができ、その種別は特に限定されるものではない。例えば、工場排水、家庭排水などの処理に適用することができる。特に有機性ＳＳを含有するものに好適である。

本発明で用いられるＵＦ膜には、適宜の大きさの透過孔を有する中空糸などの形状の多孔質材などを選択することができるが、処理水に含まれ、分離を所望する有機性ＳＳの大きさを考慮して、該有機性ＳＳを非通過分離できるものを選択する。
また上記ＲＯ膜には、処理水の有機化合物を濃縮できるように、適宜の材質、適宜の大きさの透過孔を有するＲＯ膜からなるスパイラル型や中空糸型などから選択することができる。なお、上記ＵＦ膜やＲＯ膜において分離能力や濃縮度を向上させたい場合にはそれぞれを直列に接続し、処理量を増やしたい場合にはそれぞれを並列に接続してもよい。

また、本発明では、ＲＯ膜で通過分離した処理水に対し微生物を利用した生物処理を行うことができる。生物処理の方法は、公知の方法も含めて適宜の方法を採用でき、微生物の種別も処理水に含まれる含有物質の種別によって適宜選択できる。

また、本発明で採用する蒸発濃縮処理には、公知の方法も含めて適宜の方法が採用できる。例えば、処理水を加熱蒸発させて含有有機化合物を濃縮する方法や減圧蒸発させる方法が挙げられる。

また、前記第２の電解反応槽での有機物電気分解量と該第２の電解反応槽における電極の電解有効面積との比を３０ｍｇ−ＴＯＣ／（ｈ・ｃｍ^２）以下にすることが望ましい。ここで、有機物電気分解量とは、電気分解による単位時間当たりのＴＯＣ（全有機性炭素）分解量（ｍｇ−ＴＯＣ／ｈ）をいい、電解有効面積とは、電極において電気分解に有効な電極面積（ｃｍ^２）をいう。なお、上記範囲を示すのは、３０ｍｇ−ＴＯＣ／（ｈ・ｃｍ^２）を超えると効率的でないためである。

また、前記第１の電解反応槽に備えられた陽極および陰極のうち、少なくとも陽極の材質には、白金、ロジウム、ルテニウムおよびパラジウムなどのＶIII族金属またはこれらの合金を用いることができる。また、これらの金属以外にも、Ｎｂなどの金属イオンをドーピングした酸化チタンなどの酸化物を用いることもできる。この際に、前記第２の電解反応槽の電極のうち少なくとも陽極の材質を導電性ダイヤモンドとすることができる。なお、第１の電解反応槽に備えられた陽極および陰極、第２の電解反応槽に備えられた陽極および陰極とも、それぞれ単数枚または複数枚で構成することができ、バイポーラ電極を備えることもできる。

上記で示す導電性ダイヤモンド電極としては、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ等の導電性金属材料を基盤とし、これらの基盤の表面に導電性ダイヤモンド薄膜を析出させたものや、シリコンウエハ等の半導体材料を基盤とし、このウエハ表面に導電性ダイヤモンド薄膜を合成させたもの、さらに、基盤を用いない条件で板状に析出合成した導電性多結晶ダイヤモンドを挙げることができる。

なお、導電性ダイヤモンド薄膜は、ダイヤモンド薄膜の合成の際にボロンまたは窒素の所定量をドープして導電性を付与したものであり、通常はボロンドープしたものが一般的である。これらのドープ量は、少なすぎると技術的意義が発生せず、多すぎてもドープ効果が飽和するため、ダイヤモンド薄膜の炭素量に対して、５０〜２０，０００ｐｐｍの範囲のものが適している。

本発明において、導電性ダイヤモンド電極は、通常は板状のものを使用するが、網目構造物を板状にしたものも使用できる。また、炭素粉末などにダイヤモンドをコーティングした粉末を電解液によって流動させて、流動床を構成することもできる。さらに、三次元構造の基質にダイヤモンド粉末を担持させ、高表面積を有する固定床を構成し、反応速度を大きくすることもできる。

導電性ダイヤモンド電極は、従来の白金等の金属電極に比べると、電位窓が極めて広く、水の電気分解による水素発生や酸素発生を抑えながら目的の有機化合物のみを選択的に電気分解できる。また、有機性ＳＳについても電気分解処理が可能である。

この導電性ダイヤモンド電極を用いて行う電気分解処理は、導電性ダイヤモンド電極表面の電流密度を１０〜１００，０００Ａ／ｍ^２とし、処理水を導電性ダイヤモンド電極面と平行に、通液線速度１０〜１０，０００ｍ／ｈで接触させることが望ましい。また、電解反応槽内の液温度は通常１０〜９５℃で処理することが望ましい。

また、処理水の電気分解の際には、電気分解反応を促進するために電解質を添加してもよい。該電解質としては、硫酸イオンを含んだ化合物が望ましく、電解質濃度としては、０．１Ｍから０．５Ｍが適当である。

以上説明したように、本発明の水処理方法によれば、有機化合物を含有する処理水に第１の電気分解処理を行った後、前記電気分解処理で用いた陽極と異なる材質の陽極を用いて第２の電気分解処理を行うので、異なる陽極材質の特性に従って第１、第２の電気分解処理でそれぞれ異なる所望の電解作用を得ることができる。これにより全体として効率的な電解処理を行って処理水中の有機化合物をほぼ完全に二酸化炭素、水などの無機化合物にまで分解処理することが可能になる。例えば、原水または原水に近くて有機物を多く含む処理水を、陽極が前記ＶIII族金属、ＶIII族合金または金属イオンをドーピングした酸化物からなる電極によって効率的に処理し、分解が進んだ有機化合物を、酸化処理能力の高いダイヤモンド電極からなる電極を用いて効果的に分解処理することができる。また、有機化合物を含む処理水を有機性ＳＳの分離によって分配し、それぞれに適した陽極材質の電解処理に供することができる。また、第１、第２電解処理間で安価な電極と高価な電極とを組み合わせて処理するものとすれば、全体の電極コストを低減することもできる。

また、処理水中に有機性ＳＳを含む場合、ＵＦ膜によって該有機性ＳＳをＵＦ膜非通過水側に分離して該ＵＦ膜非通過水に前記第２の電気分解処理を行うようにすれば、有機性ＳＳにより被毒されて活性が低下しやすい電極は第１の電解処理に用い、有機性ＳＳによる被毒が少なく、該有機性ＳＳを効果的に分解できる電極は第２の電解処理に用いることで、有機性ＳＳを含む処理水を効果的に電気分解でき、また、電気分解に用いる電極の損傷を防止することができる。

また、前記ＵＦ膜通過水をＲＯ膜によって濃縮して第１の電気分解処理を行うことで、第１の電気分解における電流効率を高く維持でき、処理水中の有機化合物を高効率で電気分解処理することができる。

また、有機化合物を含む処理水を蒸発濃縮処理した後、前記第２の電気分解処理を行うことで、第２の電気分解における電流効率を高く維持でき、処理水中の有機化合物を高効率で電気分解処理することができる。

また、前記蒸発濃縮処理によって蒸発した処理水をＲＯ膜によって濃縮して前記第１の電気分解処理を行うことで、蒸発濃縮で蒸発水に移行した有機化合物を効果的に分解処理でき、系外への有機化合物の排出を抑えることができる。

また、本発明の水処理装置によれば、上記水処理方法を容易かつ確実に実行して上記効果を得ることができる。

以下、本発明の水処理装置の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。
本発明の水処理装置１は、有機化合物を含有する排水を処理水として導入し貯水する原水槽２を備えており、原水槽２には、槽内の処理水を撹拌する撹拌装置３が備えられている。原水槽２の排出側は、ポンプ５を介設した原水送液ライン４で第１貯留槽６に接続されている。

第１貯留槽６には、槽内処理水を撹拌する撹拌装置７および槽内処理水に電解質を添加する電解質供給器８が備えられている。第１貯留槽６の出水側は、ポンプ１０を介設した第１電解送液ライン９によって第１電解反応槽１１の入水側に接続されている。第１電解反応槽１１には、陽極となる電極１１ａと陰極となる電極１１ｂとを備えており、各電極は図示しない通電装置に接続される。これら電極１１ａ、１１ｂの少なくとも陽極となる電極１１ａは、好適には白金、ロジウム、ルテニウムおよびパラジウムなどのＶIII族金属電極またはこれらの合金電極で構成される。また、これらの金属電極以外にも、Ｎｂをドーピングした酸化チタン電極など、金属イオンをドーピングした酸化物電極を用いることができる。第１電解反応槽１１の出水側には、第１電解出水ライン１２が接続されており、第１電解出水ライン１２は、三方弁１３の１ポートに接続されている。三方弁１３の他ポートの一つは、第１電解水移送ライン１５を介して第２貯留槽１６に接続されており、三方弁の他の一つのポートは第１返流ライン１４を介して前記第１貯留槽６に接続されている。

第２貯留槽１６には、槽内処理水を撹拌する撹拌装置１７が備えられており、第２貯留槽１６の出水側は、ポンプ１９を介設した第２電解送液ライン１８によって第２電解反応槽２０の入水側に接続されている。第２電解反応槽２０は、陽極となる電極２０ａと陰極となる電極２０ｂと、電極２０ａ、２０ｂ間に位置する複数のバイポーラ電極２０ｃとを備えており、電極２０ａ、２０ｂに図示しない通電装置が接続される。これら電極２０ａ、２０ｂのうち、少なくとも陽極となる電極２０ａは、好適には導電性ダイヤモンド電極で構成される。
第２電解反応槽２０の出水側には、第２電解出水ライン２１が接続されており、第２電解出水ライン２１は三方弁２２の１ポートに接続されている。三方弁２２の他ポートの一つには、系外に伸長する第２電解水移送ライン２４が接続され、三方弁２２の他の一つのポートには、第２返流ライン２３を介して前記第２貯留槽１６に接続されている。

次に、上記水処理装置１の作用について説明する。
原水槽２内に導入された処理水は、撹拌装置３により撹拌され、ポンプ５により原水送液ライン４を通して第１貯留槽６に送液される。第１貯留槽６では、電解質供給器８により０．１〜０．５Ｍの濃度で硫酸イオンを含んだ電解質が添加され、撹拌装置７により撹拌されつつ、ポンプ１０により第１電解送液ライン９を通して第１電解反応槽１１に送液される。第１電解反応槽１１では、処理水を電極１１ａ、１１ｂ間に通水させて第１電解出水ライン１２へと流す。この際に、三方弁１３では、第１電解出水ライン１２と第１返流ライン１４とを開通させておくことにより、上記処理水は第１電解出水ライン１２から三方弁１３、第１返流ライン１４を通って第１貯留槽６に返流される。これを繰り返すことで、第１貯留槽６と第１電解反応槽１１との間で処理水が循環する。この際に、第１電解反応槽１１では、電極１１ａ、１１ｂに通電することで、該電極間を通過する処理水に含まれる有機化合物が電気分解される。この第１電気分解処理により処理水中の有機化合物濃度が所望量にまで低減したならば、三方弁１３を切り替えて第１電解出水ライン１２と第１電解水移送ライン１５とを開通させ第１電解処理済みの処理水を第２貯留槽１６に送液する。

第２貯留槽１６では撹拌装置１７により処理水を撹拌しつつ、ポンプ１９により第２電解送液ライン１８を通して第２電解反応槽２０に送液する。第２電解反応槽２０では処理水を各電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間に通水して第２電解出水ライン２１へと流す。この際に、三方弁２２では、第２電解出水ライン２１と第２返流ライン２３とを開通させておくことで、処理水は第２電解出水ライン２１から三方弁２２、第２返流ライン２３を通って第２貯留槽１６に返流される。これを繰り返すことで、第２貯留槽１６と第２電解反応槽２０との間で処理水が循環する。この際に、第２電解反応槽２０では、電極２０ａ、２０ｂに通電することで、各電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃ間を通過する処理水に含まれる有機化合物が電気分解される。この第２電気分解処理により処理水中の有機化合物濃度が所望量にまで低減したならば、三方弁２２を切り替えて第２電解出水ライン２１と第２電解水移送ライン２４とを開通させて処理済水を系外に排出する。以上の動作を行うことにより、処理水中の有機化合物をほぼ完全に二酸化炭素、水などの無機化合物にまで分解処理することができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
この形態の水処理装置１ａは、上記第１の実施形態において、原水槽２の出水側と第１貯留槽７の入水側との間の経路に有機性ＳＳを分離する限外濾過膜（ＵＦ膜）３１を備えるＵＦ膜処理装置３０を設けるように変更したものである。
ＵＦ膜処理装置３０はＵＦ膜３１…３１が並列設置されており、その入水側に原水槽２に接続した原水送液ライン４に接続されている。ＵＦ膜処理装置３０の出水側には、ＵＦ膜３１を通過した処理水を移送するＵＦ膜通過水移送ライン３２と、ＵＦ膜３１を通過しなかった非通過水を移送するＵＦ膜非通過水移送ライン３３とが接続されている。なお、上記ＵＦ膜３１は、処理水に含まれる有機性ＳＳを通過させず、溶解有機化合物は通過させる透過性能を有するものとする。前記ＵＦ膜通過水移送ライン３２は第１貯留槽６の入水側に接続され、ＵＦ膜非通過水移送ライン３３は、第２貯留槽１６の入水側に接続されている。その他の構成は、上記第１の実施形態と同様である。

次に、上記水処理装置１ａの作用について説明する。なお、上記第１の実施形態と共通する部分については説明を省略または簡略化する。
原水送液ライン４を通してＵＦ膜処理装置３０に送液される処理水は、ＵＦ膜３１によって有機性ＳＳを含む非通過水と、有機性ＳＳを排した通過水とに分離される。通過水はＵＦ膜通過水移送ライン３２を通して第１貯留槽６に送液され、以降、第１電解反応槽１１において電気分解処理が行われる。このＵＦ膜通過水は、有機性ＳＳが排されており、第１電解反応槽１１の電極を有機性ＳＳが被毒して活性を低下させることがない。
一方、ＵＦ膜非通過水は、ＵＦ膜非通過水移送ライン３３を通して第２貯留槽１６に送液され、以降、第１電解反応槽１１で電気分解処理した処理水とともに、第２電解反応槽２０において電気分解処理が行われる。ＵＦ膜非通過水には有機性ＳＳが含まれているが、第２電解反応槽２０のダイヤモンド電極は、有機性ＳＳによって被毒しにくく、かつ有機性ＳＳを効果的に電気分解できるので、電極活性の低下を招くことなく処理水を効果的に電解処理できる。

次に、本発明の第３の実施形態を図３に基づいて説明する。なお、上記実施形態１、２と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
この形態の水処理装置１ｂは、上記第２実施形態において、ＵＦ膜通過水移送ライン３２と第１貯留槽６との間にＲＯ膜用貯留槽３６とＲＯ膜処理装置４０とを介設するようにして変更したものである。
ＲＯ膜用貯留槽３６は、ＵＦ膜通過水移送ライン３２が入水側に接続され、出水側は、ポンプ３９を介設したＲＯ膜用送液ライン３８により、ＲＯ膜４１、４１を直列設置したＲＯ膜処理装置４０に接続されている。ＲＯ膜処理装置４０には、有機化合物が濃縮された濃縮水を移送するＲＯ膜濃縮水移送ライン４２と、ＲＯ膜４１を通過した通過水を移送するＲＯ膜通過水移送ライン４３とが接続されている。ＲＯ膜濃縮水移送ライン４２は、前記ＲＯ膜用貯留槽３６の入水側に接続され、前記ＲＯ膜通過水移送ライン４３は、生物処理槽５０に接続されている。生物処理槽５０の排出側は、処理済水を移送する処理済水移送ライン５１に接続されている。なお、図中３７は、ＲＯ膜用貯留槽３６内の処理水を撹拌する撹拌装置、５２は、生物処理槽５０内の処理水を撹拌する撹拌装置である。
そして前記ＲＯ膜用貯留槽３６の出水側には、さらにポンプ４５を介設したＲＯ膜濃縮水移送ライン４４が接続されており、ＲＯ膜濃縮水移送ライン４４の他端は第１貯留槽６に接続されている。
また、第２電解処理側の三方弁２２に接続された第２電解水移送ライン２４は、前記生物処理槽５０の入水側に接続されている。その他の構成は、上記第２の実施形態と同様である。

次に、上記水処理装置の作用について以下に説明する。なお、上記第２の実施形態と共通する部分については説明を省略または簡略化する。
前記実施形態と同様にＵＦ膜処理装置３０で分離処理がなされ、有機性ＳＳを含む処理水は、ＵＦ膜非通過水移送ライン３３を通して第２貯留槽１６に送液されて第２電解反応槽２により電解処理される。第２電解処理後には第２電解水移送ライン２４を通して後述する生物処理槽５０に移送される。一方、ＵＦ膜通過水は、ＵＦ膜通過水移送ライン３２を通してＲＯ膜用貯留槽３６に送液され、撹拌装置３７により撹拌されつつ、ポンプ３９によってＲＯ膜用送液ライン３８を通してＲＯ膜処理装置４０に送液される。ＲＯ膜処理装置４０では、ＲＯ膜４１による濃縮処理がされ、一方ＲＯ膜４１を通過した処理水は多くの有機物が排され、ＲＯ膜通過水移送ライン４３を通して生物処理槽５０に送液される。生物処理槽５０では、撹拌装置５２により処理水を撹拌しつつ処理水に残存する有機化合物を微生物による生物処理によって分解する。生物処理がなされた処理済水は処理済水移送ライン５１を通して系外に排出される。

一方、ＲＯ膜４１で濃縮された処理水は、ＲＯ膜用貯留槽３６とＲＯ膜処理装置４０との間を循環することによりさらに濃縮される。所望程度に濃縮されたＲＯ膜濃縮水は、ＲＯ膜用貯留槽３６からポンプ４５によりＲＯ膜濃縮水移送ライン４４を通して第１貯留槽６に送液され、以降、第１電解反応槽１１において上記第２の実施形態と同様に電気分解処理が行われる。
以上の動作を行うことにより、ＵＦ膜で分離した処理水中の溶解有機化合物をＲＯ膜処理装置４０で濃縮してから第１電解反応槽１１で電気分解処理を行うので、第１電解処理において第２の実施形態に比べてさらに電流効率を高く維持でき、処理水中の溶解有機化合物を高効率で分解処理することができる。

次に、本発明の第４の実施形態を図４に基づいて説明する。なお、上記実施形態１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
この実施形態の水処理装置１ｃは、第１の実施形態において、第２貯留槽１６と第２電解反応槽２０との間の経路に蒸発濃縮装置６０を設けるようにして変更したものである。
蒸発濃縮装置６０の入水側には、第２電解送液ライン１８が接続されており、蒸発濃縮装置６０の濃縮水出側は、ポンプ６２を介設した蒸発濃縮水送液ライン６１によって第２電解反応槽２０の入水側に接続されている。第２電解反応槽２０の出水側には、第２電解出水ライン２１が接続されており、その他端は前記蒸発濃縮装置６０の入水側に接続されている。
一方、蒸発濃縮装置６０の蒸発水出側は、蒸発水移送ライン６３を通して第１貯留槽６に接続されている。また、蒸発濃縮装置６０には、処理済水を移送する処理済水移送ライン６４が接続されている。その他の構成は、上記第１の実施形態と同様である。

次に、上記水処理装置１ｃの作用について以下に説明する。なお、上記第１の実施形態と共通する部分については説明を省略または簡略化する。
第１電解反応槽１１で電気分解処理が行われた後、第２貯留槽１６に送液された処理水は、ポンプ１９により第２電解送液ライン１８を通して蒸発濃縮装置６０に送液され、蒸発濃縮処理が行われる。蒸発濃縮処理によって処理水は、濃縮水と蒸発水とに分離される。濃縮水は、ポンプ６２により蒸発濃縮水送液ライン６１を通して第２電解反応槽２０に送液され、該第２電解反応槽２０内を通過した後、第２電解出水ライン２１を通って蒸発濃縮装置６０に返流される。これを繰り返すことで、蒸発濃縮装置５０と第２電解反応槽２０との間で処理水が循環する。この際に、第２電解反応槽２０では、電極２０ａ、２０ｂへの通電によって処理水に含まれる有機化合物が電気分解されるとともに、有機化合物濃度が低下した処理水が再度蒸発濃縮されて第２電解反応槽２０で電解処理される。一方、蒸発濃縮によって蒸発し、その後、凝縮した蒸発水は、蒸発水移送ライン６３を通して第１貯留槽６に返送され、第１電解処理に供される。
上記処理を繰り返すことにより蒸発水の有機物濃度が十分に低下したものと認められると、蒸発濃縮装置６０における蒸発水の移送経路を蒸発水移送ライン６３から処理済水移送ライン６４に切り替えて系外に排出する。
本実施形態では、第１電解処理によって有機化合物濃度が低下した処理水を蒸発濃縮装置６０により濃縮してから第２電解反応槽２０で電気分解処理するので、有機化合物の濃度を高くして電流効率を高く維持でき、処理水中の有機化合物を高効率で分解処理することができる。また、上記のように循環処理することで有機化合物の濃度を高く維持して効率よく電解処理ことができる。

次に、本発明のさらに他の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、上記各実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
この形態の水処理装置１ｄは、上記第４の実施形態において、蒸発濃縮装置６０に接続された蒸発水移送ライン６３をＲＯ膜処理装置７０に接続し、ＲＯ膜で濃縮した処理水を第１貯留槽６に移送し、ＲＯ膜を通過した処理水を生物処理槽５０で処理するように変更したものである。
すなわち、蒸発水貯留槽６６の出側は、ポンプ６９を介設した蒸発水送液ライン６８によって複数のＲＯ膜７１を直列設置したＲＯ膜処理装置７０に接続されている。なお図中６７は、蒸発水貯留槽６６内の処理水を撹拌する撹拌装置である。
ＲＯ膜処理装置７０には、ＲＯ膜７１で濃縮した濃縮蒸発水を移送するＲＯ膜濃縮蒸発水移送ライン７２と、ＲＯ膜７１を通過したＲＯ膜通過水を移送するＲＯ膜通過蒸発水移送ライン７３とが接続されている。前記ＲＯ膜通過蒸発水移送ライン７３は、生物処理槽５０に接続され、前記ＲＯ膜濃縮蒸発水移送ライン７２は、第１貯留槽６に接続されている。生物処理槽５０の排出側は、処理済水を移送する処理済水移送ライン５１が接続されている。その他の構成は、上記第４の実施形態と同様である。

次に、上記水処理装置の作用について説明する。なお、上記第４の実施形態と共通する部分については説明を省略または簡略化する。
蒸発濃縮装置６０から排出される蒸発水は、蒸発水移送ライン６３を通して蒸発水貯留槽６６に送液され、撹拌装置６７により適宜の撹拌処理が行われつつ、ポンプ６９により蒸発水送液ライン６８を通してＲＯ膜処理装置７０に送液される。ＲＯ膜処理装置７０では、ＲＯ膜７１を通過する処理水が分離され、その一方でＲＯ膜を通過しない側では有機化合物を含有する蒸発水が濃縮される。該ＲＯ膜濃縮蒸発水は、ＲＯ膜濃縮蒸発水移送ライン７２を通して第１貯留槽６に返送され、以降、第１電解反応槽１１において電気分解処理が行われる。また、前記ＲＯ膜通過水は、ＲＯ膜通過蒸発水移送ライン７３を通して生物処理槽５０に送液されて生物処理が行われる。生物処理がなされた処理済水は処理済水移送ライン５１を通して系外に排出される。
本実施形態では、蒸発濃縮装置５０から排出される蒸発水をＲＯ膜によって濃縮するので、蒸発水に含まれる有機化合物を第１電解処理によって効率よく分解することができる。また、ＲＯ膜で通過水側に移行した有機化合物も生物処理によって分解処理される。

以下に本発明の実施例について説明する。本実施例では、前記実施形態で説明した図１に示す水処理装置を用い、下記条件にて水処理を実施した。
排水性状及び流量：有機物濃度（ＴＯＣ）＝７１２ｍｇ／Ｌ
流入温度＝２５℃
流量＝１５ｍ^３／ｄａｙ
電解質添加：硫酸ナトリウム（０．１Ｍ）
１段目電解反応槽
電 極 ：白金電極
電流密度＝１５Ａ／ｄｍ^２
２段目電解反応槽
電 極 ：導電性ダイヤモンド電極（ボロンドープ量５，０００ｐｐｍ）
電流密度＝２５Ａ／ｄｍ^２
電極間電圧＝１０Ｖ
処理水濃度（ＴＯＣ）＝２５ｍｇ／Ｌ
液温度 ：６０℃
通液線速度 ：２，０００ｍ／ｈ。
有機物電気分解量／電解面積：、３０ｍｇ−ＴＯＣ／（ｈ・ｃｍ^２）
上記条件で水処理をした結果、処理水のＴＯＣ濃度を７１２ｍｇ／Ｌから１８ｍｇ／Ｌへと大幅に低減することができた。

次に前記実施形態で説明した図２に示す水処理装置を用い、下記条件にて水処理を実施した。
排水性状及び流量：有機物濃度（ＴＯＣ）＝７２５ｍｇ／Ｌ
流入温度＝２５℃
流量＝１５ｍ^３／ｄａｙ
電解質添加：硫酸ナトリウム（０．１Ｍ）
１段目電解反応槽
電 極 ：白金電極
電流密度＝１５Ａ／ｄｍ^２
２段目電解反応槽
電 極 ：導電性ダイヤモンド電極（ボロンドープ量５，０００ｐｐｍ）
電流密度＝２５Ａ／ｄｍ^２
電極間電圧＝１０Ｖ
処理水濃度（ＴＯＣ）＝２５ｍｇ／Ｌ
液温度 ：６０℃
通液線速度 ：２，０００ｍ／ｈ。
有機物電気分解量／電解面積：、３０ｍｇ−ＴＯＣ／（ｈ・ｃｍ^２）
上記条件で水処理をした結果、処理水のＴＯＣ濃度を７２５ｍｇ／Ｌから２５ｍｇ／Ｌへと大幅に低減することができた。

次に前記実施形態で説明した図３に示す水処理装置を用い、下記条件にて水処理を実施した。
排水性状及び流量：有機物濃度（ＴＯＣ）＝６９８ｍｇ／Ｌ
流入温度＝２５℃
流量＝１５ｍ^３／ｄａｙ
電解質添加：硫酸ナトリウム（０．１Ｍ）
１段目電解反応槽
電 極 ：白金電極
電流密度＝１５Ａ／ｄｍ^２
２段目電解反応槽
電 極 ：導電性ダイヤモンド電極（ボロンドープ量５，０００ｐｐｍ）
電流密度＝２５Ａ／ｄｍ^２
電極間電圧＝１０Ｖ
処理水濃度（ＴＯＣ）＝２５ｍｇ／Ｌ
液温度 ：６０℃
通液線速度 ：２，０００ｍ／ｈ。
有機物電気分解量／電解面積：、３０ｍｇ−ＴＯＣ／（ｈ・ｃｍ^２）
上記条件で水処理をした結果、処理水のＴＯＣ濃度を６９８ｍｇ／Ｌから２８ｍｇ／Ｌへと大幅に低減することができた。

次に前記実施形態で説明した図４に示す水処理装置を用い、下記条件にて水処理を実施した。
排水性状及び流量：有機物濃度（ＴＯＣ）＝７１１ｍｇ／Ｌ
流入温度＝２５℃
流量＝１５ｍ^３／ｄａｙ
電解質添加：硫酸ナトリウム（０．１Ｍ）
１段目電解反応槽
電 極 ：白金電極
電流密度＝１５Ａ／ｄｍ^２
２段目電解反応槽
電 極 ：導電性ダイヤモンド電極（ボロンドープ量５，０００ｐｐｍ）
電流密度＝２５Ａ／ｄｍ^２
電極間電圧＝１０Ｖ
処理水濃度（ＴＯＣ）＝２５ｍｇ／Ｌ
液温度 ：６０℃
通液線速度 ：２，０００ｍ／ｈ。
有機物電気分解量／電解面積：、３０ｍｇ−ＴＯＣ／（ｈ・ｃｍ^２）
上記条件で水処理をした結果、処理水のＴＯＣ濃度を７１１ｍｇ／Ｌから２７ｍｇ／Ｌへと大幅に低減することができた。

次に前記実施形態で説明した図５に示す水処理装置を用い、下記条件にて水処理を実施した。
排水性状及び流量：有機物濃度（ＴＯＣ）＝７０６ｍｇ／Ｌ
流入温度＝２５℃
流量＝１５ｍ^３／ｄａｙ
電解質添加：硫酸ナトリウム（０．１Ｍ）
１段目電解反応槽
電 極 ：白金電極
電流密度＝１５Ａ／ｄｍ^２
２段目電解反応槽
電 極 ：導電性ダイヤモンド電極（ボロンドープ量５，０００ｐｐｍ）
電流密度＝２５Ａ／ｄｍ^２
電極間電圧＝１０Ｖ
処理水濃度（ＴＯＣ）＝２５ｍｇ／Ｌ
液温度 ：６０℃
通液線速度 ：２，０００ｍ／ｈ。
有機物電気分解量／電解面積：、３０ｍｇ−ＴＯＣ／（ｈ・ｃｍ^２）
上記条件で水処理をした結果、処理水のＴＯＣ濃度を７０６ｍｇ／Ｌから２１ｍｇ／Ｌへと大幅に低減することができた。

本発明の水処理装置の第１実施形態を示す説明図である。 同じく第２の実施形態を示す説明図である。 同じく第３の実施形態を示す説明図である。 同じく第４の実施形態を示す説明図である。 同じく第５の実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 水処理装置
２ 原水槽
６ 第１貯留槽
８ 電解質供給器
１１ 第１電解反応槽
１１ａ 電極（陽極）
１１ｂ 電極（陰極）
１６ 第２貯留槽
２０ 第２電解反応槽
２０ａ 電極（陽極）
２０ｂ 電極（陰極）
３０ ＵＦ膜処理装置
３１ ＵＦ膜
３２ ＵＦ膜通過水移送ライン
３３ ＵＦ膜非通過水移送ライン
４０ ＲＯ膜処理装置
４１ ＲＯ膜
４２ ＲＯ膜濃縮水移送ライン
４３ ＲＯ膜通過水移送ライン
４４ ＲＯ膜濃縮水移送ライン
５０ 生物処理槽
５１ 処理済水移送ライン
６０ 蒸発濃縮装置
６１ 蒸発濃縮水送液ライン
６３ 蒸発水移送ライン
７０ ＲＯ膜処理装置
７１ ＲＯ膜
７２ ＲＯ膜濃縮蒸発水移送ライン
７３ ＲＯ膜通過蒸発水移送ライン

Claims (11)

1. 有機化合物を含む処理水に陽極および陰極を用いて第１の電気分解処理を行った後、前記電気分解で用いた陽極と異なる材質からなる陽極および陰極を用いて第２の電気分解処理を行うことを特徴とする水処理方法。
2. 有機化合物を含む処理水を限外濾過膜（ＵＦ膜）によって有機性ＳＳを含むＵＦ膜非通過水と、有機性ＳＳを排したＵＦ膜通過水とに分離し、前記ＵＦ膜通過水に前記第１の電気分解処理を行うとともに、前記ＵＦ膜非通過水に前記第２の電気分解処理を行うことを特徴とする請求項１記載の水処理方法。
3. 前記ＵＦ膜通過水を、前記第１の電気分解処理に先立って、逆浸透膜（ＲＯ膜）によって濃縮処理し、ＲＯ膜濃縮水に前記第１の電気分解処理を行うとともに、ＲＯ膜通過水に微生物を用いて生物処理を行うことを特徴とする請求項２記載の水処理方法。
4. 前記第２の電気分解処理に先立って処理水を蒸発濃縮処理した後、前記第２の電気分解処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水処理方法。
5. 前記蒸発濃縮処理によって蒸発した蒸発水を逆浸透膜（ＲＯ膜）によって濃縮処理し、ＲＯ膜濃縮蒸発水に前記第１の電気分解処理を行うとともに、ＲＯ膜通過蒸発水に微生物を用いて生物処理を行うことを特徴とする請求項４記載の水処理方法。
6. 有機化合物を含有する処理水を電気分解する陽極および陰極を備えた第１の電解反応槽と、該第１の電解反応槽に備えられた陽極と異なる材質からなる陽極および陰極を備え、少なくとも電気第１の電解反応槽で電気分解処理された処理水を電気分解する第２の電解反応槽とを有することを特徴とする水処理装置。
7. 前記第１の電解反応槽の前段に、処理水に含まれる有機性ＳＳを分離する限外濾過膜（ＵＦ膜）を備えるとともに、該限外濾過膜を通過して有機性ＳＳを排した処理水を前記第１の電解反応槽に供給するＵＦ膜通過水移送ラインと、該限外濾過膜で非通過分離されて有機性ＳＳを含む処理水を前記第２の電解反応槽に供給するＵＦ膜非通過水移送ラインとを備えることを特徴とする請求項６記載の水処理装置。
8. 前記ＵＦ膜通過水移送ラインに、ＵＦ膜通過水を濃縮処理する逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えるとともに、該逆浸透膜（ＲＯ膜）で濃縮された処理水を前記第１の電解反応槽に供給するＲＯ膜濃縮水移送ラインと、該逆浸透膜（ＲＯ膜）で通過分離された処理水を移送するＲＯ膜通過水移送ラインと、該ＲＯ膜通過水移送ラインに接続される生物処理槽とを備えることを特徴とする請求項７記載の水処理装置。
9. 前記第２の電解反応槽の前段にあって、該第２の電解反応槽に導入される処理水を蒸発濃縮する蒸発濃縮装置を備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の水処理装置。
10. 前記蒸発濃縮装置で発生する蒸発水を濃縮する逆浸透膜（ＲＯ膜）を備えるとともに、該逆浸透膜で濃縮されたＲＯ膜濃縮蒸発水を前記第１の電解反応槽に供給するＲＯ膜濃縮蒸発水移送ラインと、該逆浸透膜で通過分離された蒸発水を移送するＲＯ膜通過蒸発水移送ラインと、該ＲＯ膜通過蒸発水移送ラインに接続された生物処理槽とを備えることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の水処理装置。
11. 前記第１の電解反応槽に備えられた陽極および陰極のうち、少なくとも陽極の材質がＶIII族金属あるいはＶIII族合金もしくは金属イオンをドーピングした酸化物であり、前記第２の電解反応槽に備えられた陽極および陰極のうち、少なくとも陽極の材質が導電性ダイヤモンドであることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の水処理装置。

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