JP2006175398A - Water treatment method and water treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば有機物、有機態窒素、亜硝酸窒素、硝酸態窒素、アンモニア態窒素などの窒素化合物や例えばリン酸、リン酸イオンなどのリン化合物を含む被反応物質を含む被処理水を電気化学的に処理する水処理方法及び水処理装置に関するものである。 The present invention electrically treats water to be treated containing nitrogen compounds such as organic matter, organic nitrogen, nitrogen nitrite, nitrate nitrogen, and ammonia nitrogen and reactants containing phosphorus compounds such as phosphoric acid and phosphate ions. The present invention relates to a water treatment method and a water treatment apparatus for chemical treatment.
従来より、川や湖の富栄養化の原因の一つに窒素化合物の存在があることは周知である。また、この窒素化合物は、一般家庭の生活排水中や工場排水中に多く存在するが、浄化処理が困難なものであり、有効な対策がとれないのが現状である。一般には、生物的処理が行われているが、先ずアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する硝化工程と、硝酸態窒素を窒素ガスに変換する脱窒工程の2つの工程により行われるため、2つの反応槽が必要となると共に、処理時間が長いため、処理効率が低くなる問題があった。 It has been well known that nitrogen compounds are one of the causes of eutrophication of rivers and lakes. In addition, this nitrogen compound is present in a large amount in domestic household wastewater and factory wastewater, but it is difficult to purify and no effective measures can be taken. In general, biological treatment is performed. First, it is performed by two steps, a nitrification step for converting ammonia nitrogen to nitrate nitrogen and a denitrification step for converting nitrate nitrogen to nitrogen gas. Two reaction vessels are required, and the processing time is long, so that there is a problem that the processing efficiency is lowered.
また、該生物的処理では、硝化細菌及び脱窒素細菌を保有するために大容量の嫌気槽が必要となり、設備建設コストの高騰、装置設置面積の拡大を招く問題があった。更に、これら硝化細菌及び脱窒素細菌は、周囲の温度環境、その他、被処理水中に含まれる成分などに著しく影響されるため、特に温度が低くなる冬場になると、活動が低下して脱窒素作用が低下し、処理効率が不安定となる問題もあった。 In addition, in the biological treatment, a large-capacity anaerobic tank is required to hold nitrifying bacteria and denitrifying bacteria, and there is a problem that the equipment construction cost increases and the installation area of the apparatus increases. Furthermore, since these nitrifying bacteria and denitrifying bacteria are significantly affected by the ambient temperature environment and other components contained in the water to be treated, the activity decreases and the denitrifying action particularly in winter when the temperature is low. As a result, the processing efficiency becomes unstable.
そこで、上記技術的課題を解決するために、被処理水に電流を流してアンモニア、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素を酸化、又は、還元分解して窒素ガスにする方法がある(例えば、特許文献1参照。)。この場合、被処理水中にアノードとなる電極及びカソードとなる電極を浸漬し、これらに所定の電流を流すことで、電気化学的に処理を行うものであった。 Therefore, in order to solve the above technical problem, there is a method in which ammonia, nitrite nitrogen, and nitrate nitrogen are oxidized or reductively decomposed into nitrogen gas by passing an electric current through the water to be treated (for example, patents). Reference 1). In this case, the treatment is performed electrochemically by immersing the electrode serving as the anode and the electrode serving as the cathode in the water to be treated and passing a predetermined current through them.
また、これ以外にも、被処理水中の例えば微生物フロックなどから形成される汚泥を処理する方法として、被処理水中に磁性体粉末を添加混合し、当該被処理水を磁気処理することでフロックを凝集させ、固液分離する方法がある(例えば、特許文献2参照。)。また、当該特許文献2に、磁性粉末添加に先立ち、他の凝集剤を添加する凝集処理方法として、特許文献3に示す処理方法がある。
In addition to this, as a method for treating sludge formed from, for example, microbial flocs in the treated water, magnetic powder is added and mixed in the treated water, and the treated water is magnetically treated to produce floc. There is a method of aggregating and solid-liquid separation (for example, see Patent Document 2). Further, in
当該凝集処理方法は、被処理水に凝集剤を添加して凝集を行い、当該被処理水を磁化磁性体粉末を含む流動床を通過させ、凝集フロックを捕捉して分離するものである。凝集剤としては塩化第二鉄等が用いられている。
上述した特許文献2及び特許文献3による被処理水の処理方法では、何れも被処理水中の微生物等の被処理物を磁性体粉末によって凝集フロックを形成し、当該凝集フロックを分離することで被処理水の処理を行うものである。しかしながら、かかる方法では、被処理水中の被処理物を凝集することにより分離するため、分離されるフロックが大量に生成されると共に、分離後のフロックを更に処理しなければならない問題が生じる。
In both of the methods for treating water to be treated according to
また、当該方法では、磁性体粉末の周囲は有機物で覆われてしまうため、磁性体表面における物理化学的反応を用いることは期待できない。 Moreover, in the said method, since the circumference | surroundings of magnetic body powder will be covered with organic substance, it cannot anticipate using the physicochemical reaction in a magnetic body surface.
そこで、特許文献1に記載の発明の如く電気化学的に被処理水を処理することで、被処理水中のアンモニア態窒素を酸化又は、還元分解して窒素ガスに変換する方法があるが、かかる方法では、被処理水中に電極を浸漬し、所定の電位を印加する必要があるため、処理に際し、多大な消費電力量が必要となり、ランニングコストが高騰する問題がある。また、取扱い次第では、爆発の危険性を含んでいる。そのため、電気化学的処理の高度化に加えて、より安価で安全な処理方法を開発が望まれている。
Therefore, there is a method of converting ammonia nitrogen in the water to be treated by oxidation or reductive decomposition into nitrogen gas by electrochemically treating the water to be treated as in the invention described in
そこで、本発明は従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、ランニングコストを低減しつつ、効果的に、被処理水を処理可能とする水処理方法及び水処理装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the conventional technical problems, and provides a water treatment method and a water treatment apparatus that can effectively treat water to be treated while reducing running costs. The purpose is to do.
本発明の水処理方法は、磁場中で誘導起電力を発生する処理物質を被処理水中に投入し、処理物質が磁場中を移動し、当該処理物質が通過する磁束を変化させることにより、被処理水中の被反応物質を処理することを特徴とする。 In the water treatment method of the present invention, a treatment substance that generates an induced electromotive force in a magnetic field is introduced into the treatment water, the treatment substance moves in the magnetic field, and the magnetic flux that the treatment substance passes is changed. It is characterized by treating a reaction substance in the treated water.
請求項2の発明の水処理方法は、上記発明において、処理物質に、被処理水中の被反応物質の酸化還元電位より卑、或いはより貴、若しくはより卑、より貴の両者となる起電力を発生させることを特徴とする。
According to the water treatment method of the invention of
請求項3の発明の水処理方法は、上記各発明において、静磁場中で処理物質を運動させるか、若しくは、磁場自体を変化させることによって処理物質を通過する磁束を時間的に変化させることを特徴とする。
According to the water treatment method of the invention of
請求項4の発明の水処理方法は、上記各発明において、異なるレストポテンシャルを有する複数種類の処理物質を被処理水中に投入することを特徴とする。 A water treatment method according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in each of the above inventions, a plurality of types of treatment substances having different rest potentials are introduced into the water to be treated.
請求項5の発明の水処理方法は、上記各発明において、処理物質として酸化鉄を用いることを特徴とする。
The water treatment method of the invention of
請求項6の発明の水処理方法は、上記発明において、処理物質は酸化鉄(III)であり、被処理水中に光を照射することを特徴とする。 The water treatment method of the invention of claim 6 is characterized in that, in the above invention, the treatment substance is iron (III) oxide, and the water to be treated is irradiated with light.
請求項7の発明の水処理方法は、上記各発明において、被処理水中に塩化物イオンを投入することを特徴とする。 The water treatment method of the invention of claim 7 is characterized in that, in each of the above inventions, chloride ions are introduced into the water to be treated.
請求項8の発明の水処理装置は、被処理水中に投入され、磁場中で誘導起電力を発生する処理物質と、該処理物質を磁場中にて移動させる作用手段とを備えたことを特徴とする。 The water treatment apparatus according to an eighth aspect of the present invention includes a treatment substance that is introduced into water to be treated and generates an induced electromotive force in a magnetic field, and an action unit that moves the treatment substance in the magnetic field. And
請求項9の発明の水処理装置は、上記発明において、作用手段は、被処理水中の被反応物質の酸化還元電位より卑、或いはより貴、若しくはより卑、より貴の両者となる起電力を処理物質に発生させることを特徴とする。 In the water treatment apparatus of the invention according to claim 9, in the above invention, the action means generates an electromotive force that is lower than the oxidation-reduction potential of the reactant in the water to be treated, or more noble, more base, and more noble. It is generated in a treated substance.
請求項10の発明の水処理装置は、上記各水処理装置の発明において、作用手段は、静磁場中で処理物質を運動させるか、若しくは、磁場自体を変化させることによって処理物質を通過する磁束を時間的に変化させることを特徴とする。
The water treatment apparatus according to
請求項11の発明の水処理装置は、上記各水処理装置の発明において、異なるレストポテンシャルを有する複数種類の前記処理物質が被処理水中に投入されていることを特徴とする。 The water treatment device according to an eleventh aspect of the present invention is characterized in that, in each of the above water treatment devices, a plurality of types of the treatment substances having different rest potentials are introduced into the water to be treated.
請求項12の発明の水処理装置は、上記各水処理装置の発明において、処理物質は微細寸法を有して被処理水中に複数投入されると共に、被処理水を濾過する濾過手段を備え、作用手段は、被処理水中に静磁場を発生させる磁場発生手段と、被処理水を攪拌する攪拌手段とから構成されていることを特徴とする。 A water treatment device according to a twelfth aspect of the present invention is the invention of each of the water treatment devices described above, wherein the treatment substance has a fine size and a plurality of treatment substances are introduced into the water to be treated, and includes a filtering means for filtering the water to be treated. The action means includes a magnetic field generating means for generating a static magnetic field in the water to be treated and a stirring means for stirring the water to be treated.
請求項13の発明の水処理装置は、上記各水処理装置の発明において、処理物質は酸化鉄を用いることを特徴とする。 A water treatment device according to a thirteenth aspect of the invention is characterized in that, in the invention of each of the water treatment devices, the treatment substance uses iron oxide.
請求項14の発明の水処理装置は、上記発明において、処理物質は酸化鉄(III)であり、被処理水中に光を照射する光発生手段を備えたことを特徴とする。 The water treatment device according to the invention of claim 14 is characterized in that, in the above invention, the treatment substance is iron (III) oxide, and comprises light generating means for irradiating light into the water to be treated.
本発明の水処理方法によれば、磁場中で誘導起電力を発生する処理物質を被処理水中に投入し、処理物質が磁場中を移動することにより、誘起される誘導起電力を用いて、被処理水中の被反応物質を電気化学的に処理することが可能となる。 According to the water treatment method of the present invention, a treatment substance that generates an induced electromotive force in a magnetic field is introduced into the water to be treated, and the treatment substance moves in the magnetic field, thereby using the induced electromotive force induced. It becomes possible to electrochemically treat the reaction substance in the for-treatment water.
特に、請求項2の発明の如く処理物質に、被処理水中の被反応物質の酸化還元電位より卑、或いはより貴、若しくはより卑、より貴の両者となる起電力を発生させることにより、被反応物質の酸化還元処理が可能となる。そのため、例えば被処理水中の被反応物質が硝酸態窒素やアンモニア態窒素である場合には、当該硝酸態窒素やアンモニア態窒素を酸化及び還元処理することで、無害な窒素ガスにまで処理することが可能となる。
In particular, by generating an electromotive force in the treatment substance as in the invention of
これにより、高度な被反応物質の処理能力を実現することができるようになる。また、本発明によれば、従来の如く電極に所定電位を印加する必要が無く、且つ、通常、処理効率の向上を図るために必要な撹拌を利用して反応を促進するため、ランニングコストの低減を図ることができると共に、処理における安全性を確保することができるようになる。 Thereby, it becomes possible to realize a high processing capability of the reactant. In addition, according to the present invention, it is not necessary to apply a predetermined potential to the electrodes as in the prior art, and usually the reaction is promoted by using agitation necessary for improving the processing efficiency. Reduction can be achieved, and safety in processing can be ensured.
また、請求項3の発明によれば、上記各発明において、静磁場中で処理物質を運動させるか、若しくは、磁場自体を変化させることによって処理物質を通過する磁束を時間的に変化させるため、簡単な構成にて磁場を時間的に変化させることができるようになり、当該発明を実現するための装置の構造の簡素化を図ることができるようになる。
According to the invention of
また、請求項4の発明によれば、上記各発明において、異なるレストポテンシャルを有する複数種類の処理物質を被処理水中に投入することにより、処理物質に対応した酸化還元電位を実現でき、且つ、処理物質に応じた誘導起電力によって、当該複数の酸化還元電位より、卑或いは貴、若しくは、その両者が実現できるため、被処理物質を還元、或いは、酸化、若しくは酸化及び還元することが可能となる。
According to the invention of
また、請求項5の発明によれば、上記各発明において、処理物質として酸化鉄を用いることにより、レストポテンシャルが負である酸化鉄を請求項1の発明の如く時間的に変化する磁場を与えることにより、誘導された起電力により、硝酸態窒素の還元反応と、塩化物イオンの酸化反応を生起することができる。
According to the invention of
また、当該酸化鉄は、誘導起電力により、分極することで形成されたカソードにおいて、電位が酸化鉄の還元電位に達すると、鉄を生じる。他方、分極することで形成されたアノードにおいて、電位が鉄の酸化電位に達すると、鉄の溶解が生じる。当該溶解鉄の酸化に共役して、硝酸態窒素の還元反応と共に、被処理水中のリン酸イオンと反応することでリン酸鉄を形成することができる。 Further, the iron oxide generates iron when the potential reaches the reduction potential of iron oxide at the cathode formed by polarization by induced electromotive force. On the other hand, when the potential reaches the oxidation potential of iron in the anode formed by polarization, iron dissolution occurs. In combination with oxidation of the dissolved iron, iron phosphate can be formed by reacting with phosphate ions in the water to be treated together with the reduction reaction of nitrate nitrogen.
また、請求項6の発明によれば、上記発明において、処理物質として酸化鉄(III)であり、被処理水中に光を照射する酸化鉄(III)を光触媒として被処理水中の有機物を酸化して分解処理すると共に、窒素、リン除去処理を行うことができるようになる。 According to the invention of claim 6, in the above invention, the treatment substance is iron (III) oxide, and the iron oxide (III) that irradiates light into the treated water is used as a photocatalyst to oxidize organic matter in the treated water. As a result, the nitrogen and phosphorus removal treatment can be performed.
また、請求項7の発明によれば、上記各発明において、被処理水中に塩化物イオンを投入することにより、被処理水中に高効率で次亜塩素酸等の酸化剤を生成することができるようになる。これにより、被処理水中に生成された次亜塩素酸等の酸化剤により、誘導起電力により各処理物質に形成されるカソードにおいて生成されたアンモニア等の脱窒処理を行うことができるようになる。そのため、硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分をより一層効果的に処理することができるようになる。 According to the invention of claim 7, in each of the above inventions, by introducing chloride ions into the water to be treated, an oxidizing agent such as hypochlorous acid can be generated with high efficiency in the water to be treated. It becomes like this. As a result, denitrification treatment of ammonia and the like produced at the cathode formed on each treatment substance by the induced electromotive force can be performed by an oxidizing agent such as hypochlorous acid produced in the water to be treated. . Therefore, nitrogen components such as nitrate nitrogen, ammonia nitrogen, and nitrogen compounds can be treated more effectively.
また、処理物質が酸化鉄である場合には、当該酸化鉄に形成される不動態酸化被膜を塩化物イオンにて破壊することができることから、鉄溶解を促進させることができ、より一層、効果的に被反応物質を処理することが可能となる。 In addition, when the treatment substance is iron oxide, the passive oxide film formed on the iron oxide can be destroyed with chloride ions, so that iron dissolution can be promoted and the effect is further improved. Thus, it becomes possible to treat the reaction substance.
請求項8の発明の水処理装置によれば、被処理水中に投入され、磁場中で誘導起電力を発生する処理物質と、処理物質を磁場中にて移動させる作用手段とを備えたので、磁場の時間変化により誘起される誘導起電力を用いて、被処理水中の被反応物質を電気化学的に処理することが可能となる。 According to the water treatment device of the invention of claim 8, since the treatment substance is introduced into the treated water and generates an induced electromotive force in the magnetic field, and the action means for moving the treatment substance in the magnetic field, By using the induced electromotive force induced by the time change of the magnetic field, it becomes possible to electrochemically treat the reaction substance in the for-treatment water.
特に、請求項9の発明の如く作用手段は、被処理水中の被反応物質の酸化還元電位より卑、或いはより貴、若しくはより卑、より貴の両者となる起電力を処理物質に発生させることにより、被反応物質の酸化還元処理が可能となる。そのため、例えば被処理水中の被反応物質が硝酸態窒素やアンモニア態窒素である場合には、当該硝酸態窒素やアンモニア態窒素を酸化及び還元処理することで、無害な窒素ガスにまで処理することが可能となる。 In particular, the action means as in the invention of claim 9 causes the treatment substance to generate an electromotive force that is lower than the oxidation-reduction potential of the reaction substance in the water to be treated, or more noble, or both lower and more noble. As a result, it becomes possible to perform oxidation-reduction treatment of the reactant. Therefore, for example, when the substance to be treated in the water to be treated is nitrate nitrogen or ammonia nitrogen, the nitrate nitrogen or ammonia nitrogen is oxidized and reduced to be treated to harmless nitrogen gas. Is possible.
これにより、高度な被反応物質の処理能力を実現することができるようになる。また、本発明によれば、従来の如く電極に所定電位を印加する必要が無く、且つ、通常、処理効率の向上を図るために必要な撹拌を利用して反応を促進するため、ランニングコストの低減を図ることができると共に、処理における安全性を確保することができるようになる。 Thereby, it becomes possible to realize a high processing capability of the reactant. In addition, according to the present invention, it is not necessary to apply a predetermined potential to the electrodes as in the prior art, and usually the reaction is promoted by using agitation necessary for improving the processing efficiency. Reduction can be achieved, and safety in processing can be ensured.
また、請求項10の発明によれば、上記各水処理装置の発明において、作用手段は、静磁場中で処理物質を運動させるか、若しくは、磁場自体を変化させることによって処理物質を通過する磁束を時間的に変化させることにより、簡単な構成にて磁場を時間的に変化させることができるようになり、装置の構造の簡素化を図ることができるようになる。
According to the invention of
また、請求項11の発明によれば、上記各水処理装置の発明において、異なるレストポテンシャルを有する複数種類の前記処理物質が被処理水中に投入されているので、処理物質に対応した酸化還元電位を実現でき、且つ、処理物質に応じた誘導起電力によって、当該複数の酸化還元電位より、卑或いは貴、若しくは、その両者が実現できるため、被処理物質を還元、或いは、酸化、若しくは酸化及び還元することが可能となる。 According to the invention of claim 11, in the inventions of the respective water treatment apparatuses, since a plurality of types of the treatment substances having different rest potentials are introduced into the water to be treated, the oxidation-reduction potential corresponding to the treatment substance In addition, the induced electromotive force according to the treatment substance can realize base, noble, or both from the plurality of oxidation-reduction potentials. Therefore, the substance to be treated is reduced, oxidized, or oxidized and It can be reduced.
また、請求項12の発明によれば、上記各水処理装置の発明において、処理物質は微細寸法を有して被処理水中に複数投入されると共に、被処理水を濾過する濾過手段を備え、作用手段は、被処理水中に静磁場を発生させる磁場発生手段と、被処理水を攪拌する攪拌手段とから構成されているので、磁場発生手段により、微細寸法を有する処理物質に磁場を与えることができると共に、撹拌手段により被処理水を撹拌することで、当該処理物質に時間的に変化する磁束を与えることができ、各処理物質は各処理物質固有の誘導起電力を得ることができる。
Further, according to the invention of
これにより、各処理物質が当該誘導起電力により、分極し、それぞれカソードとアノードを形成することで、被処理水中に存在する硝酸態窒素の還元反応と、塩化物イオンの酸化反応を生起することができる。 As a result, each treatment substance is polarized by the induced electromotive force and forms a cathode and an anode, respectively, thereby causing a reduction reaction of nitrate nitrogen present in the water to be treated and an oxidation reaction of chloride ions. Can do.
特に、処理物質は、微細寸法に形成されていることから、撹拌手段により容易に加速させることができ、当該処理物質の速度が大きくなることで、各処理物質に生じる誘導起電力を増大させることができるようになる。 In particular, since the processing substance is formed in a fine size, it can be easily accelerated by the stirring means, and the induced electromotive force generated in each processing substance can be increased by increasing the speed of the processing substance. Will be able to.
また、被処理水は、濾過手段を備えているので、処理後の被処理水と共に微細寸法の処理物質が排出される不都合を回避することができるようになる。これにより、メンテナンス作業を簡素化することができると共に、コストを削減することができる。 Moreover, since the to-be-processed water is provided with the filtration means, it becomes possible to avoid the inconvenience that the processing substance having a fine dimension is discharged together with the to-be-processed water to be processed. Thereby, the maintenance work can be simplified and the cost can be reduced.
また、請求項13の発明によれば、上記各水処理装置の発明において、処理物質は酸化鉄を用いることにより、レストポテンシャルが負である酸化鉄に請求項7の発明の如く時間的に変化する磁場を与えることにより、誘導された起電力により、硝酸態窒素の還元反応と、塩化物イオンの酸化反応を生起することができる。 According to the invention of claim 13, in the invention of each water treatment apparatus, the treatment substance uses iron oxide, so that the iron oxide having a negative rest potential changes over time as in the invention of claim 7. By applying a magnetic field, the induced electromotive force can cause a reduction reaction of nitrate nitrogen and an oxidation reaction of chloride ions.
また、当該酸化鉄は、誘導起電力により、分極することで形成されたカソードにおいて、電位が酸化鉄の還元電位に達すると、鉄を生じる。他方、分極することで形成されたアノードにおいて、電位が鉄の酸化電位に達すると、鉄の溶解が生じる。当該溶解鉄の酸化に共役して、硝酸態窒素の還元反応と共に、被処理水中のリン酸イオンと反応することでリン酸鉄を形成することができる。 Further, the iron oxide generates iron when the potential reaches the reduction potential of iron oxide at the cathode formed by polarization by induced electromotive force. On the other hand, when the potential reaches the oxidation potential of iron in the anode formed by polarization, iron dissolution occurs. In combination with oxidation of the dissolved iron, iron phosphate can be formed by reacting with phosphate ions in the water to be treated together with the reduction reaction of nitrate nitrogen.
また、請求項14の発明によれば、上記発明において、処理物質は酸化鉄(III)であり、被処理水中に光を照射する光発生手段を備えたことにより、酸化鉄(III)を光触媒として被処理水中の有機物を酸化して分解処理すると共に、窒素、リン除去処理を行うことができるようになる。 According to the invention of claim 14, in the above invention, the treatment substance is iron (III) oxide, and the light generation means for irradiating light into the water to be treated is provided. As a result, it is possible to oxidize and decompose organic substances in the water to be treated, and to perform nitrogen and phosphorus removal treatment.
先ず、図1乃至図5を参照して本発明の基本的原理について説明する。図1は誘導起電力の模式図であり、図2は処理物質(担体)のレストポテンシャル状態を示す図、図3乃至図5は処理物質(担体)のレドックスポテンシャル(酸化還元電位)を示した図である。 First, the basic principle of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram of an induced electromotive force, FIG. 2 is a diagram showing a rest potential state of a treatment substance (carrier), and FIGS. 3 to 5 are redox potentials (oxidation reduction potential) of the treatment substance (carrier). FIG.
図1に示すように処理物質(以下、担体と称す。)Sを所定の磁場中に存在させ、所定の速度vにて時間的に担体Sの位置を変化させることにより、誘導起電力eが発生する。当該誘導起電力の算出式を式1に示す。
式1 e=vBl
尚、式中Bは、担体Sを通過する磁束密度であり、lは、担体の長さ寸法を示している。
As shown in FIG. 1, a treatment substance (hereinafter referred to as a carrier) S is present in a predetermined magnetic field, and the induced electromotive force e is changed by temporally changing the position of the carrier S at a predetermined speed v. appear. A formula for calculating the induced electromotive force is shown in
Formula 1 e = vBl
In the formula, B is the magnetic flux density that passes through the carrier S, and l indicates the length of the carrier.
また、担体Sは、図2に示すように当該担体Sを構成する材料に応じて所定のレストポテンシャルを有している。そのため、担体Sの一側には、少なからず正又はより正に近い電位を有するアノードとなり、他側には、負又はより負に近い電位を有するカソードを形成する。当該担体Sを上述したように磁場中に存在させ、所定の速度vにて時間的に担体Sの位置を変化させることにより、担体Sには、誘電起電力eが生じる。 The carrier S has a predetermined rest potential according to the material constituting the carrier S as shown in FIG. Therefore, an anode having a positive or near positive potential is formed on one side of the carrier S, and a cathode having a negative or near negative potential is formed on the other side. By causing the carrier S to exist in the magnetic field as described above and changing the position of the carrier S with time at a predetermined speed v, a dielectric electromotive force e is generated in the carrier S.
これにより、担体Sは電磁誘導によって更に分極し、より正又は正に近い電位を有するアノードと、より負又は負に近い電位を有するカソードを形成することとなる。例えば、図3に示すように担体S(処理粒子)は正のレストポテンシャルを有しており、当該担体Sに起電力を誘起し、一端にアノードを形成すると共に、他端にカソードを形成する。このとき、当該担体Sが添加された被処理水中に被反応物質が存在しており、当該被反応物質のレドックスポテンシャル(酸化還元電位)よりもアノードに生じた酸化還元電位がより貴、即ち、正である場合には、当該担体Sに生じたアノードにおいて被反応物質の酸化反応を生起させることができる。尚、正のレストポテンシャルを有するものとしては、例えば、銅、白金、金、酸化マンガン、パラジウムなどがある。 As a result, the carrier S is further polarized by electromagnetic induction to form an anode having a more positive or near positive potential and a cathode having a more negative or near negative potential. For example, as shown in FIG. 3, the carrier S (treated particles) has a positive rest potential, induces an electromotive force in the carrier S, forms an anode at one end, and forms a cathode at the other end. . At this time, there is a reactant in the treated water to which the carrier S is added, and the oxidation-reduction potential generated at the anode is more noble than the redox potential (oxidation-reduction potential) of the reactant, If it is positive, an oxidation reaction of the reactant can be caused in the anode generated in the carrier S. Examples of those having a positive rest potential include copper, platinum, gold, manganese oxide, and palladium.
他方、図4に示すように担体S(処理粒子)が負のレストポテンシャルを有しており、当該担体Sに起電力を誘起し、一端にアノードを形成すると共に、他端にカソードを形成する。このとき、当該担体Sが添加された被処理水中に被反応物質が存在しており、当該被反応物質のレドックスポテンシャルよりもカソードに生じた酸化還元電位より卑、即ち、負である場合には、当該担体Sに生じたカソードにおいて被反応物質の還元反応を生起させることができる。尚、このような負のレストポテンシャルを有するものとしては、例えば、鉄などがある。 On the other hand, as shown in FIG. 4, the carrier S (treated particles) has a negative rest potential, induces an electromotive force in the carrier S, forms an anode at one end, and forms a cathode at the other end. . At this time, when the target substance exists in the target water to which the carrier S is added, and is lower than the redox potential generated at the cathode than the redox potential of the target substance, that is, negative. The reduction reaction of the reactant can be caused at the cathode generated on the carrier S. Examples of such a negative rest potential include iron.
また、図5に示すように担体Sを磁場中で運動させることによって起電力を誘起し、一端にアノードを形成すると共に、他端にカソードを形成する。このとき、当該担体Sが酸化還元電位の異なる複数種類の物質からなり、且つ、添加された被処理水中に複数種類の被反応物質が存在している場合、被反応物質のレドックスポテンシャルよりもアノードに生じた酸化還元電位がより貴、即ち、正である場合には、当該担体Sに生じたアノードにおいて被反応物質の酸化反応を生起させることができる。また、担体Sに生じたカソードにおける酸化還元電位が被反応物質のレドックスポテンシャルよりもより卑、即ち、負である場合には、当該カソードにおいて被反応物質の還元反応を生起させることができる。このように、担体Sに生じる誘導起電力eが大きく正負を生じ、各アノード及びカソードにおいて所定の電位を生じることが可能な物質では、アノード及びカソードの両者において酸化還元反応を生起することが可能となる。また、複数の担体Sの組み合わせとして、一方に酸化、他方に還元反応を担わせることが可能となる。このような物質としては、例えば、白金と鉄の組み合わせなどがある。 Further, as shown in FIG. 5, an electromotive force is induced by moving the carrier S in a magnetic field, and an anode is formed at one end and a cathode is formed at the other end. At this time, when the carrier S is composed of a plurality of types of substances having different oxidation-reduction potentials and a plurality of types of the reactants are present in the added treated water, the anode is more than the redox potential of the reactants. When the oxidation-reduction potential generated in the step is more noble, that is, positive, an oxidation reaction of the reactant can be caused in the anode generated in the carrier S. In addition, when the redox potential at the cathode generated in the carrier S is more base, that is, negative than the redox potential of the reactant, a reduction reaction of the reactant can be caused at the cathode. As described above, a substance capable of generating a positive and negative induced electromotive force e generated in the carrier S and generating a predetermined potential at each anode and cathode can cause a redox reaction at both the anode and the cathode. It becomes. Further, as a combination of a plurality of carriers S, it is possible to have one side carry out oxidation and the other carry out a reduction reaction. An example of such a substance is a combination of platinum and iron.
そのため、担体Sは、磁場中において動かすことで誘導起電力は発生するものであれば、本発明を実現することが可能となる。即ち、アルミニウムなどの非磁性体、又は、酸化鉄(III)(ヘマタイト)等の常磁性体であっても、磁束を吸収するものであれば、本発明を実現することができる。 Therefore, if the carrier S generates an induced electromotive force by moving it in a magnetic field, the present invention can be realized. That is, even if it is a nonmagnetic material such as aluminum or a paramagnetic material such as iron (III) oxide (hematite), the present invention can be realized as long as it absorbs magnetic flux.
次に、図6乃至図10を参照して、本発明の実施形態の一例について詳述する。図6は本発明の被処理水としての排水を処理する方法を実現するための排水処理装置1の概要を示す説明図である。本実施例における排水処置装置1は、例えば、硝酸態窒素やアンモニア態窒素などを含む窒素化合物やリン化合物などを含む排水を処理するためのものであり、本実施例では特に、養豚場などから排出される排水を処理するものである。
Next, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 6 is an explanatory view showing an outline of the waste
この排水処理装置1は、内部に図示しない排水の流入口と流出口とを有する処理室4を構成する処理槽2と、当該処理槽2内に貯溜された排水中に静磁場を発生させる磁場発生手段としての永久磁石3と、処理槽2内に配設された濾過手段としての複数の微孔性薄膜24と、当該微孔性薄膜24により濾過処理された排水を汲み上げるための吸引ポンプ26と、処理室4の下部に設けられ、微孔性薄膜24に旋回流を与えるためのブロワー28と、処理室4内の排水中に可視光を照射するための光照射装置6を備えている。
The
そして、この処理室4内に貯溜された排水中には、前述した如き処理物質としての担体Sが所定量投入されている。本実施例において担体Sは、酸化鉄(強磁性を有する酸化鉄(III)鉄(II)(Fe3O4)、酸化鉄(常磁性を有する酸化鉄(III)(Fe2O3)及び白金(Pt)であり、これらは、例えば1ミクロン程度の微細粒子として処理室4内の排水中に投入される。
In the wastewater stored in the
前記微孔性薄膜24は、浸漬型平膜であり、図7に示すように前後面を形成する膜体30、30と、これら膜体30、30の周囲を囲繞する枠体33とから構成されている。この膜体30、30の内部には、スペーサ32、32及び支持体34が形成されている。また、枠体33の上部には、膜体30、30間と連通すると共に、前記吸引ポンプ26に接続するための集水出口36が形成されている。
The microporous
ここで、膜体30は、所定の径以下の微孔を形成した膜部材であり、本実施例における担体Sや、排水中に含まれる油分、微粒子及びバクテリア等の移動を阻止し、水分のみを透過可能とする。これにより、排水中の担体S、油分、微粒子及びバクテリア等は膜体30により分離され、膜体30内に吸引された水分のみが微孔性薄膜24の上部に形成された集水出口36に達する。
Here, the
また、処理槽2の下部に設けられたブロワー28は、処理槽2内に気泡を供給するものである。この気泡は処理槽2内に収容された担体Sを速度vにて運動させると共に、各担体Sと排水中の硝酸態窒素やアンモニア態窒素、リン化合物などの被反応物質との衝突回数を増加させ、当該担体Sにおける電気化学的反応を促進するものである。
The
また、ブロワー28により排水中に供給される気泡は、旋回流となり、微孔性薄膜24の表面に付着した微粒子をばっ気洗浄する。これにより、微孔性薄膜24をばっ気洗浄しながら排水中の水分のみを吸引して、膜体30を通過させるので、膜体30の微孔の閉塞を抑制しながら、安定した濾過処理を行うことができる。これにより、高濃度排水中で長期間運転が可能となり、濾過効率の向上を図ることができるようになる。
Further, the bubbles supplied into the waste water by the
他方、吸引ポンプ26には、膜体30内に吸引され、微孔性薄膜24の上部に形成された集水出口36に収集された排水を外部に排水するための排水管が接続されている。
On the other hand, the
また、前記光照射装置6は、処理槽2内に収容された排水に可視光を照射する装置であり、当該処理槽2内に収容された担体S、なかでも酸化鉄(III)に可視光を照射することで、当該酸化鉄(III)を光触媒とし、排水中の有機物を酸化分解処理する。
Further, the light irradiation device 6 is a device that irradiates the wastewater accommodated in the
前記永久磁石3は、それぞれ例えば処理槽2を介して対向する位置に複数設けられるものであり、これら永久磁石3、3間に位置する処理槽2内に貯溜された排水中には、例えば磁束密度が10mTの静磁場が発生している。
A plurality of the
以上の構成により、処理槽2内に所定量の担体Sと排水が貯溜された状態でブロワー28を運転することにより、排水中には上述した如く気泡による旋回流が生成される。これにより、担体Sが静磁場中を移動するため、担体S上に起電力が誘起され、図8に示すように、担体Sを構成する酸化鉄がレストポテンシャルの状態(図8左上)から誘導起電力が生じることで、分極が生じ、各担体Sの一端においてFe3O4からFeが還元され(図8左下)、更に、当該Feに還元された側にアノードが形成されることで、他方にカソードが形成され、当該担体Sに生じる電位がFeの酸化電位よりも正となることで、Feが酸化され、これにより、担体Sのアノードから鉄(II)イオン(Fe2+)が排水中に溶出することとなる。
With the above configuration, by operating the
そして、排水中では、図9に示す如き各反応が生じることで、排水中の硝酸態窒素やリン化合物が処理される。即ち、排水中に溶出された鉄(II)イオンは、排水中において鉄(III)イオンにまで酸化される(反応A)。
反応A Fe2+→Fe3++e-
Then, in the waste water, the reactions as shown in FIG. 9 occur, whereby nitrate nitrogen and phosphorus compounds in the waste water are treated. That is, iron (II) ions eluted in the waste water are oxidized to iron (III) ions in the waste water (reaction A).
Reaction A Fe 2+ → Fe 3+ + e −
このとき、担体Sとしての酸化鉄に誘起された起電力が、本実施例における排水中の被反応物質としての硝酸イオンの酸化還元電位及び亜硝酸イオンの酸化還元電位を越える大きさであることから、担体Sのカソード側では、アノード側において放出された電子が供給され、排水中に含まれる硝酸態窒素としての硝酸イオンを亜硝酸イオンに還元する反応を生起する(反応B)。更に、亜硝酸イオンに還元された硝酸態窒素は、担体Sのカソード側において電子が供給され、アンモニア(アンモニウムイオン)にまで還元される(反応C)。以下に、反応B及び反応Cを示す。
反応B NO3 -+H2O+2e-→NO2 -+2OH-
反応C NO2 -+5H2O+6e-→NH3(aq)+7OH-
At this time, the electromotive force induced in the iron oxide as the carrier S is larger than the redox potential of nitrate ion and the nitrite ion as the reactants in the waste water in this embodiment. Therefore, on the cathode side of the carrier S, electrons released on the anode side are supplied, and a reaction for reducing nitrate ions as nitrate nitrogen contained in the waste water to nitrite ions occurs (reaction B). Further, the nitrate nitrogen reduced to nitrite ions is supplied with electrons on the cathode side of the carrier S and is reduced to ammonia (ammonium ions) (reaction C). Reaction B and reaction C are shown below.
Reaction B NO 3 − + H 2 O + 2e − → NO 2 − + 2OH −
Reaction C NO 2 − + 5H 2 O + 6e− → NH 3 (aq) + 7OH −
一方、排水中には、担体Sとして白金も用いられていることから、当該担体Sとしての白金においても酸化鉄と同様に起電力が誘起される。当該白金において誘起された起電力は、排水中の被反応物質としての塩化物イオンの酸化還元電位を越える大きさであることから、白金により構成される担体Sのアノード側では、図10に示すように塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成する反応が生じる。更に、排水中において生成された塩素は、水に溶解して次亜塩素酸を生成する(反応D)。尚、本実施例では排水中に塩化物イオンが含有されているため、次亜塩素酸が生成されているが、これ以外に他のハロゲン化物イオンが排水中に含有されている場合には、次亜フッ素酸や次亜臭素酸などの他の次亜ハロゲン酸が生成されても同様の効果を奏するものとする。
反応D 2Cl-→Cl2+2e-
Cl2+H2O→HClO+HCl
On the other hand, since platinum is also used as the carrier S in the waste water, an electromotive force is induced in the platinum as the carrier S in the same manner as iron oxide. Since the electromotive force induced in the platinum has a magnitude exceeding the redox potential of chloride ions as the reactants in the waste water, it is shown in FIG. 10 on the anode side of the support S composed of platinum. Thus, a reaction occurs in which chloride ions release electrons to generate chlorine. Furthermore, the chlorine produced | generated in waste water melt | dissolves in water, and produces | generates hypochlorous acid (reaction D). In this example, since chloride ions are contained in the waste water, hypochlorous acid is generated, but when other halide ions are contained in the waste water in addition to this, Even if other hypohalous acid such as hypofluoric acid or hypobromous acid is generated, the same effect is obtained.
Reaction D 2Cl − → Cl 2 + 2e −
Cl 2 + H 2 O → HClO + HCl
ここで、排水中に含まれる塩化物イオン濃度が低い場合には、排水中に例えば塩化物イオンを含む化合物として、例えば、塩化カリウムなどを添加しても良い。 Here, when the concentration of chloride ions contained in the wastewater is low, for example, potassium chloride or the like may be added as a compound containing chloride ions in the wastewater.
上述した如く白金により構成される担体Sにおいて生成された塩素は、水に溶解することで、次亜塩素酸が精鋭され、当該次亜塩素酸は、上記反応Cにおいて排水中に生成されたアンモニア(アンモニウムイオン)と反応し、複数の化学変化を経た後、窒素ガスに変換される(反応E)。
反応E NH3+HClO→NH2Cl+H2O
NH2Cl+HClO→NHCl2+H2O
NH2Cl+NHCl2→N2↑+3HCl
As described above, the chlorine produced in the carrier S composed of platinum dissolves in water, so that hypochlorous acid is sharpened. The hypochlorous acid is converted into ammonia produced in the waste water in the reaction C. After reacting with (ammonium ion) and undergoing a plurality of chemical changes, it is converted into nitrogen gas (reaction E).
Reaction E NH 3 + HClO → NH 2 Cl + H 2 O
NH 2 Cl + HClO → NHCl 2 + H 2 O
NH 2 Cl + NHCl 2 → N 2 ↑ + 3HCl
これにより、排水に含まれる被反応物質としての硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素などの窒素化合物を担体Sに発生する誘導起電力により処理することができる。 Thereby, nitrogen compounds, such as nitrate nitrogen, nitrite nitrogen, and ammonia nitrogen, which are contained in the waste water, can be treated by the induced electromotive force generated in the carrier S.
他方、排水にリン化合物としてのリン酸イオンが含まれている場合には、上記反応Aにおいて、生成された鉄(III)イオンと反応Fに示す如く脱リン反応を生じることにより、排水中のリン酸イオンと凝集沈殿し、水に難溶性のリン酸鉄を生成する。
反応F Fe3++PO4 3-→FePO4↓
これにより、排水中に含有されたリン化合物としてのリン酸イオンをリン酸鉄として沈殿処理することができる。
On the other hand, in the case where phosphate ion as a phosphorus compound is contained in the wastewater, in the reaction A, a dephosphorization reaction occurs as shown in the reaction F with the generated iron (III) ion, so that Coagulates and precipitates with phosphate ions to produce iron phosphate that is sparingly soluble in water.
Reaction F Fe 3+ + PO 4 3- → FePO 4 ↓
Thereby, the phosphate ion as a phosphorus compound contained in the waste water can be precipitated as iron phosphate.
また、電子の供給のために排水中に鉄(II)イオンの状態で溶出し、排水中で酸化された鉄(III)イオンの一部は、この場合に酸化鉄により構成される担体Sであって誘導起電力により形成されるカソード側において、再度電子が供給され、鉄(II)イオンに還元されて再びアノード側において酸化される。 Further, in order to supply electrons, some of the iron (III) ions eluted in the state of iron (II) ions in the waste water and oxidized in the waste water are supported by the carrier S which is composed of iron oxide in this case. On the cathode side formed by induced electromotive force, electrons are supplied again, reduced to iron (II) ions, and oxidized again on the anode side.
上述した如く処理槽2に貯溜された排水中の硝酸態窒素、亜硝酸態窒素、アンモニア態窒素などの窒素化合物やリン化合物などは、担体Sに誘起された起電力により、電気化学的に処理される。ここで、処理槽2内には、上述した如き濾過手段としての微孔性薄膜24が設けられていることから、吸引ポンプ26により処理された後の排水は、微孔性薄膜24にて油分や微粒子、バクテリア、更には、前記担体Sを分離した後、膜体30内に吸引された水分のみが集水出口36を介して外部に排出される。
As described above, nitrogen compounds such as nitrate nitrogen, nitrite nitrogen, ammonia nitrogen and phosphorus compounds in the wastewater stored in the
そのため、処理後の排水と共に微細寸法の担体Sが排出される不都合を回避することができるようになる。これにより、メンテナンス作業を簡素化することができると共に、コストを削減することができる。 For this reason, it is possible to avoid the inconvenience that the carrier S having a fine dimension is discharged together with the waste water after the treatment. Thereby, the maintenance work can be simplified and the cost can be reduced.
これにより、本実施例によれば、静磁場中において担体Sをある速度において運動させることにより、当該担体Sに起電力を誘起させることができ、当該誘導起電力を用いて、排水中の硝酸態窒素やアンモニア態窒素などを電気化学的に処理することができるようになる。特に、本実施例では、担体Sとしてレストポテンシャルが負である酸化鉄を用いているため、硝酸態窒素やアンモニア態窒素の酸化還元電位を越える起電力を発生させることが可能となり、容易に、誘導起電力による電気化学的処理を実現することができるようになる。そのため、排水中の硝酸態窒素や亜硝酸態窒素などの高度な処理能力を実現することができるようになる。 Thus, according to the present embodiment, an electromotive force can be induced in the carrier S by moving the carrier S at a certain speed in a static magnetic field, and using the induced electromotive force, nitric acid in waste water can be induced. It becomes possible to electrochemically treat nitrogen and ammonia nitrogen. In particular, in the present embodiment, since iron oxide having a negative rest potential is used as the carrier S, it is possible to generate an electromotive force exceeding the redox potential of nitrate nitrogen or ammonia nitrogen. Electrochemical treatment by induced electromotive force can be realized. Therefore, it becomes possible to realize a high treatment capacity such as nitrate nitrogen and nitrite nitrogen in the waste water.
特に、担体Sをある速度において運動させる手段として、上述した如き微孔性薄膜24に付着した物質を水泡により除去する撹拌手段としてのブロワー28を共用させることが可能となる。そのため、通常、微孔性薄膜による処理効率を向上させるのに必要な撹拌手段を利用して担体Sの処理能力を向上させることができる。
In particular, as a means for moving the carrier S at a certain speed, it is possible to share the
また、当該酸化鉄は、誘導起電力により、分極することで形成されたカソードにおいて、電位が酸化鉄の還元電位に達すると、鉄を生じる。他方、分極することで形成されたアノードにおいて、電位が鉄の酸化電位に達すると、鉄の溶解が生じる。当該溶解鉄の酸化に共役して、硝酸態窒素の還元反応と共に、被処理水中のリン酸イオンと反応することでリン酸鉄を形成することができる。 Further, the iron oxide generates iron when the potential reaches the reduction potential of iron oxide at the cathode formed by polarization by induced electromotive force. On the other hand, when the potential reaches the oxidation potential of iron in the anode formed by polarization, iron dissolution occurs. In combination with oxidation of the dissolved iron, iron phosphate can be formed by reacting with phosphate ions in the water to be treated together with the reduction reaction of nitrate nitrogen.
また、本実施例では、被処理水中に塩化物イオンが存在している、又は、上述した如く塩化物イオンを添加しているため、係る塩化物イオンによって、担体S、例えば鉄表面に形成される不動態被膜を破壊することが可能となり、鉄溶解を促進させることができるようになる。 Further, in this embodiment, chloride ions are present in the water to be treated, or chloride ions are added as described above. Therefore, the chloride ions are formed on the support S, for example, the iron surface by the chloride ions. It becomes possible to destroy the passive film, and to promote iron dissolution.
これにより、排水中に被反応物質として硝酸態窒素やリン酸イオンが含まれている場合には、当該酸化鉄に生じた誘導起電力により、効果的に酸化・還元処理を行うことができ、高度な被処理水の処理を実現することができるようになる。 As a result, when nitrate nitrogen or phosphate ions are contained in the wastewater as the reactants, the induced electromotive force generated in the iron oxide can effectively perform oxidation / reduction treatment, It becomes possible to realize advanced water treatment.
尚、担体Sとして用いられる酸化鉄(III)は、本実施例のように光照射装置6により可視光が照射されることで、光触媒として作用することが可能となり、これにより、排水中の有機物を酸化して分解処理することができるようになる。 Incidentally, the iron (III) oxide used as the carrier S can act as a photocatalyst by being irradiated with visible light by the light irradiation device 6 as in the present embodiment, whereby the organic matter in the wastewater can be obtained. Can be oxidized and decomposed.
本発明では、従来の如く電極に所定電位を印加する必要が無く、且つ、通常必要な撹拌手段を利用して反応を促進するため、ランニングコストの低減を図ることができると共に、処理における安全性を確保することができるようになる。 In the present invention, it is not necessary to apply a predetermined potential to the electrodes as in the prior art, and the reaction is promoted by using a normally required stirring means, so that the running cost can be reduced and the safety in processing can be reduced. Can be secured.
更にまた、本実施例では担体Sを1ミクロン程度の微粒子により構成していることから、ブロワー28による気泡の発生により、容易に担体Sを所定の速度以上にて運動させることが可能となり、各担体Sに生じる誘導起電力を容易に増大させることができるようになる。
Furthermore, in this embodiment, since the carrier S is composed of fine particles of about 1 micron, it is possible to easily move the carrier S at a predetermined speed or more by the generation of bubbles by the
尚、本実施例では、静磁場中において担体Sをある速度において運動させることにより、担体Sに誘導起電力を発生させているが、これ以外にも、担体Sを静止又は運動させ、磁場を発生する永久磁石自体をモータなどにより時間的に変化させたり、電磁石を用いることにより、担体Sに誘導起電力を発生させても良いものとする。 In the present embodiment, an induced electromotive force is generated in the carrier S by moving the carrier S at a certain speed in a static magnetic field. However, in addition to this, the carrier S is stationary or moved to generate a magnetic field. An induced electromotive force may be generated in the carrier S by changing the generated permanent magnet itself with a motor or the like or using an electromagnet.
また、本実施例では、担体Sとして、異なるレストポテンシャルを有する酸化鉄と白金を用いているため、それぞれ異なる誘導起電力値を得ることが可能となり、これにより、それぞれの被反応物質に対する酸化還元電位に対応することが可能となり、円滑な処理を実現することができるようになる。 In the present embodiment, since iron oxide and platinum having different rest potentials are used as the carrier S, it is possible to obtain different induced electromotive force values. It becomes possible to cope with the potential, and smooth processing can be realized.
以下に、本発明の誘導起電力による排水の処理能力についての実験結果を示す。実験に用いた排水サンプルは、100mMの塩化カリウムと、10mMの硝酸カリウムと、10mMのリン酸二水素カリウムを混合することにより調整されたものを用いた。また、担体Sとしては、異なる二種類のフェライト粉体、Fe3O4(マグネタイト)と、NiFeO4を前記排水サンプルに対しそれぞれ0.3〜0.4g用いた。尚、何れのフェライト粉体も粒子径が1μm程度のものを使用した。 Below, the experimental result about the processing capacity of the waste_water | drain by the induced electromotive force of this invention is shown. The drainage sample used in the experiment was prepared by mixing 100 mM potassium chloride, 10 mM potassium nitrate, and 10 mM potassium dihydrogen phosphate. Further, as the carrier S, 0.3 to 0.4 g of two different types of ferrite powders, Fe 3 O 4 (magnetite) and NiFeO 4 were used for the drainage sample, respectively. All ferrite powders having a particle size of about 1 μm were used.
本実験では、図11に示すように永久磁石3、3間にモータ10の回転軸10Aにそれぞれ所定の容器12に収容された排水サンプル及び担体Sを配置させることにより行った。永久磁石3としては、ギャップ間隔を可変とするTM−YSV5509C−031型(玉川製作所製)を用い、ギャップ間隔は50mmとし、最大電流である10Aにて3.23kOe発生するものを用いた。本実験では8Aをコイルに流し、排水サンプルの容器12を中心部とコイル外に配置し、モータ10により1分間あたり約900回転させ、1〜3時間実施することにより行った。尚、中心部における中心磁束密度B1は、250mTであり、コイル外における中心磁束密度B2は、10mTである。また、処理後は、マイクロ遠心機にて12000rpm、1分間遠心沈降し、上澄みを得、当該上澄みに含まれるリン成分を比色法により、また窒素成分をイオンクロマトグラフィーにより測定した。
In this experiment, as shown in FIG. 11, the drainage sample and the carrier S accommodated in a
図12には、Fe3O4(マグネタイト)を担体Sとして用いた場合のリン除去率と磁束密度との関係を示した図である。これによると、担体Sが無く磁束密度が0mTである場合にはリン除去率は約13%であり、担体Sが無く磁束密度が250mTである場合には、リン除去率は約30%であった。担体Sがあり磁束密度が250mTである場合には、リン除去率は約82%であった。これにより、排水サンプル中のリン化合物は、担体Sの有無に拘わらず、除去処理が可能であることが分かる。しかしながら、排水サンプル中に磁場や担体Sが存在することによってリン除去率が数倍に増加することが分かる。これにより、時間的に変化する磁場に担体Sを存在させることにより、リン除去率が向上することが分かる。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the phosphorus removal rate and the magnetic flux density when Fe 3 O 4 (magnetite) is used as the carrier S. According to this, when there is no carrier S and the magnetic flux density is 0 mT, the phosphorus removal rate is about 13%, and when there is no carrier S and the magnetic flux density is 250 mT, the phosphorus removal rate is about 30%. It was. When the carrier S was present and the magnetic flux density was 250 mT, the phosphorus removal rate was about 82%. Thereby, it can be seen that the phosphorus compound in the drainage sample can be removed regardless of the presence of the carrier S. However, it can be seen that the presence of the magnetic field and the carrier S in the drainage sample increases the phosphorus removal rate several times. Thereby, it turns out that the phosphorus removal rate improves by making the support | carrier S exist in the magnetic field which changes temporally.
尚、時間的に変化する磁場や担体Sが存在しない場合にもリン除去が行われるのは、処理後の遠心処理によってSSが沈降するためである。担体Sが存在しない場合の磁場処理によるリン除去率の向上は、排水に本来含まれる磁性体等の担体Sや金属成分に磁場変化を発生させることによる分極形成あるいは、電流が生じることでSSの吸着等が生じたためであると考えられる。このことは、Fe3O4を担体Sとして添加することによって、リン除去率が向上していることからも推測できる。 The reason why phosphorus is removed even when there is no temporally changing magnetic field or carrier S is that SS settles down by the centrifugal treatment after the treatment. The improvement of the phosphorus removal rate by the magnetic field treatment in the absence of the carrier S is due to the formation of polarization by causing a magnetic field change in the carrier S such as a magnetic substance originally contained in the waste water or a metal component, or the generation of an electric current. This is thought to be because adsorption or the like occurred. This can also be inferred from the fact that the phosphorus removal rate is improved by adding Fe 3 O 4 as the carrier S.
図13は、リン除去率に与える塩化物イオンの影響を示した図である。これによると、排水サンプル中のKH2PO4が200mMであり、KClを添加していないものを磁束密度10mTで上記と同様の実験を行った場合のリン除去率は約3.8%であった。排水サンプル中のKH2PO4が200mMであり、KClを添加していないものを磁束密度0mTで上記と同様の実験を行った場合のリン除去率は約3.0%であった。これに対し、排水サンプル中のKH2PO4が10mMであり、KClを100mM添加したものを磁束密度10mTで上記と同様の実験を行った場合のリン除去率は約24.8%であった。尚、かかる場合には、KH2PO4を200mMとした場合にも略同様の結果であった。 FIG. 13 is a diagram showing the influence of chloride ions on the phosphorus removal rate. According to this, the phosphorus removal rate is about 3.8% when KH 2 PO 4 in the drainage sample is 200 mM and KCl is not added and the same experiment as described above is performed at a magnetic flux density of 10 mT. It was. When the same experiment as described above was performed at a magnetic flux density of 0 mT in which KH 2 PO 4 in the wastewater sample was 200 mM and KCl was not added, the phosphorus removal rate was about 3.0%. On the other hand, the phosphorus removal rate was about 24.8% when KH 2 PO 4 in the wastewater sample was 10 mM and KCl was added at 100 mM and the experiment similar to the above was performed at a magnetic flux density of 10 mT. . In this case, substantially the same result was obtained when KH 2 PO 4 was 200 mM.
これにより、塩化物イオンが共存していないとリンをほぼ除去できないことが分かる。一般に、酸化雰囲気で形成され、鉄の溶解を防ぐ働きをしている不動態被膜が塩化物イオンによって破壊され、その結果、鉄腐食が発生することが知られている。従って、塩化物イオンの存在下でのみリン酸が除去されるということは、有機物中におけるSS吸着による除去以外では塩化物イオンの被膜アタックの結果発生する鉄表面からの鉄溶出を伴うリン酸鉄形成が、除去メカニズムとして妥当であることが分かる。 Thus, it can be seen that phosphorus cannot be almost removed unless chloride ions coexist. In general, it is known that a passive film formed in an oxidizing atmosphere and functioning to prevent dissolution of iron is destroyed by chloride ions, resulting in iron corrosion. Therefore, the removal of phosphoric acid only in the presence of chloride ions means that iron phosphate with iron elution from the iron surface generated as a result of chloride ion coating attack other than removal by SS adsorption in organic matter. It can be seen that formation is a reasonable removal mechanism.
図14は、リン除去率及び硝酸除去率とフェライト構成金属との関係を示した図である。これによると、担体SとしてFe3O4を一部Ni(ニッケル)で置換したNi−Fe2O4を用いた場合のリン除去率は約28.5%であり、硝酸除去率は約10.6%であった。これに対し、担体SとしてFe3O4を用いた場合のリン除去率は約50%であり、硝酸除去率は約9.4%であった。 FIG. 14 is a view showing the relationship between the phosphorus removal rate and the nitric acid removal rate and the ferrite constituent metals. According to this, when Ni—Fe 2 O 4 in which Fe 3 O 4 is partially substituted with Ni (nickel) is used as the carrier S, the phosphorus removal rate is about 28.5%, and the nitric acid removal rate is about 10 It was 6%. In contrast, when Fe 3 O 4 was used as the carrier S, the phosphorus removal rate was about 50%, and the nitric acid removal rate was about 9.4%.
これにより、鉄の組成比率とリン除去率に相関性があることが分かり、このことからもリン除去が鉄溶解に起因していることを裏付けることができる。尚、硝酸は何れの場合にも約10%程度処理されていた。 Thereby, it turns out that there is a correlation between the composition ratio of iron and the phosphorus removal rate, and this also confirms that phosphorus removal is caused by iron dissolution. In each case, nitric acid was treated at about 10%.
以上の実験結果を踏まえると、本発明の時間的に変化する磁場中で誘導起電力を発生する担体Sによる排水中のリン化合物及び窒素化合物の処理は、有効なものであることが分かる。当該発明は、担体Sを動かす機構、例えば排水を流す若しくは動かす機構があればリン化合物を除去することができるため、従来の如く、電源や配線などを不要とすることができ、更には、安全、低コストな排水処理システムの構築を実現することができるものである。 Based on the above experimental results, it can be seen that the treatment of phosphorus compounds and nitrogen compounds in waste water by the carrier S that generates an induced electromotive force in a time-varying magnetic field of the present invention is effective. Since the present invention can remove the phosphorus compound if there is a mechanism for moving the carrier S, for example, a mechanism for flowing or moving waste water, it is possible to eliminate the need for a power source and wiring as in the prior art. Therefore, it is possible to construct a low-cost wastewater treatment system.
尚、本実施例では、上述したように担体Sは、鉄を多く含む例えば酸化鉄が最も適しているが、本発明は、磁化を利用して実現するものではないため、これ以外にも、強磁性体に限らず、透磁率がゼロでないものであれば、実現が可能であるものとする。但し、透磁率が高い方が誘導起電力が大きくなるため、より好ましい。 In the present embodiment, as described above, the support S is most suitable, for example, iron oxide containing a large amount of iron as described above. However, the present invention is not realized using magnetization. Not only a ferromagnetic material but also a material having a non-zero magnetic permeability can be realized. However, higher permeability is more preferable because the induced electromotive force increases.
また、被処理水中のリン化合物の量に対し、過剰に鉄を溶出させることで、過剰に存在する鉄(II)イオンにより被処理水中に生成された次亜塩素酸イオンを塩化物イオンとすることが可能となる。これにより、被処理水中の次亜塩素酸除去をも実現することが可能となるため、格別に次亜塩素酸除去手段を設けることなく、処理後の被処理水を環境中に排出することが可能となる。 In addition, by eluting iron excessively with respect to the amount of phosphorus compound in the treated water, hypochlorite ions generated in the treated water by the excessive iron (II) ions are converted into chloride ions. It becomes possible. This makes it possible to achieve removal of hypochlorous acid in the water to be treated, so that the treated water after treatment can be discharged into the environment without any special means for removing hypochlorous acid. It becomes possible.
また、本実施例では、上述したように担体Sの表面及び当該担体Sから溶解された鉄イオンなどを用いて被反応物質の処理を行うものであるため、凝集剤などを必要とすることなく、被処理水中の被反応物質を電気化学的に分解処理することが可能となる。また、処理の形態によっては、当該担体Sに生じた磁力により被処理水中の有機物などが引きつけられると、担体S表面が有機物等にて被覆されてしまい、反応場が減少してしまうことから、常磁性体により担体Sを構成した方が望ましい場合もある。また、担体Sが有機物等にて完全に被覆されてしまうと、被反応物質との反応場が無くなってしまうため、例えば、処理対象とする被処理水が汚泥などである場合には、濾過処理など、前処理を施すことで、より一層処理効率が向上することとなる。 Further, in this embodiment, as described above, since the surface of the carrier S and iron ions dissolved from the carrier S are used for the treatment of the reactant, there is no need for a flocculant or the like. In addition, it becomes possible to electrochemically decompose the reactants in the water to be treated. Further, depending on the form of treatment, when organic matter or the like in the water to be treated is attracted by the magnetic force generated on the carrier S, the surface of the carrier S is covered with the organic matter and the reaction field is reduced. In some cases, it may be desirable to configure the carrier S with a paramagnetic material. In addition, when the support S is completely covered with an organic substance or the like, there is no reaction field with the substance to be reacted. For example, when the water to be treated is sludge, filtration treatment is performed. For example, by performing the pretreatment, the processing efficiency can be further improved.
S 担体(処理物質)
1 排水処理装置
2 処理槽
3 永久磁石(磁場発生手段)
4 処理室
6 光照射装置
10 モータ
10A 回転軸
12 排水サンプル
24 微孔性薄膜(濾過手段)
26 吸引ポンプ
28 ブロワー
30 膜体
32 スペーサ
33 枠体
34 支持体
S carrier (treated substance)
1
4 Processing chamber 6
26
Claims (14)
前記作用手段は、前記被処理水中に静磁場を発生させる磁場発生手段と、前記被処理水を攪拌する攪拌手段とから構成されていることを特徴とする請求項8、請求項9、請求項10又は請求項11の水処理装置。 The treatment substance has a fine dimension, and a plurality of the treatment substances are introduced into the water to be treated, and includes a filtering means for filtering the water to be treated.
The said action means is comprised from the magnetic field generation | occurrence | production means which generate | occur | produces a static magnetic field in the said to-be-processed water, and the stirring means to stir the said to-be-processed water, The claim | item 9, the claim | item 9 characterized by the above-mentioned. The water treatment apparatus of Claim 10 or Claim 11.
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JP2004373288A JP2006175398A (en) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | Water treatment method and water treatment apparatus |
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- 2004-12-24 JP JP2004373288A patent/JP2006175398A/en not_active Withdrawn
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