JP2007105673A - Treating method and treating apparatus of waste water containing nitrate nitrogen and electrolytic cell for treating waste water - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高濃度、小規模の排水処理に有効な、硝酸性窒素を含む排水を電解により処理して脱窒する硝酸性窒素を含む排水を処理する方法及び装置、並びにそれに使用する電解槽に関する。
より詳しくは、本発明は、高濃度、小規模の排水処理に有効な、硝酸性窒素を含む排水を電解により処理してアンモニア及び塩素を生成し、生成した塩素とアンモニアを更に反応させて脱窒する排水処理において、効率的、特に使用電気量を低減させることができる処理方法及び装置、並びにそれに使用する電解槽に関する。
The present invention relates to a method and an apparatus for treating wastewater containing nitrate nitrogen, which is effective for high-concentration, small-scale wastewater treatment, and denitrifying wastewater containing nitrate nitrogen by electrolysis, and an electrolytic cell used therefor About.
More specifically, the present invention is effective for high-concentration, small-scale wastewater treatment. The wastewater containing nitrate nitrogen is electrolyzed to produce ammonia and chlorine, and the produced chlorine and ammonia are further reacted to remove it. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a treatment method and apparatus that can efficiently reduce the amount of electricity used in wastewater treatment for nitriding, and an electrolyzer used therefor.
硝酸性窒素成分を含む排水は、凝集沈殿法その他の薬剤添加による処理が難しく、専ら嫌気性細菌による生物処理が行われる。
その生物処理方法は、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工程により行われるため、2つの異なる反応槽が必要となると共に、著しく長い処理時間を要するため、処理効率が著しく悪いという問題があった。
Wastewater containing nitrate nitrogen components is difficult to treat by the coagulation sedimentation method and other chemical additions, and is biologically treated exclusively by anaerobic bacteria.
Since the biological treatment method 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 different reaction tanks are required. However, since a very long processing time is required, there is a problem that the processing efficiency is extremely poor.
また、この生物処理方法では、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、設備建設コスト高騰、装置設置面積の増大を招くという問題もある。
さらに、この脱窒素細菌の活動は、周囲の温度環境、被処理水中に含有される成分等により著しく影響される。
そのため、特に温度が低くなる冬場になると活動が低下し、その結果脱窒素作用が低下し処理効率が不安定となるという問題もある。
In addition, in this biological treatment method, a large-capacity anaerobic tank is required in order to retain denitrifying bacteria, and there is a problem that the equipment construction cost increases and the installation area of the apparatus increases.
Furthermore, the activity of the denitrifying bacteria is significantly affected by the ambient temperature environment, components contained in the water to be treated, and the like.
Therefore, especially in the winter when the temperature is low, the activity is reduced, and as a result, the denitrification action is lowered and the treatment efficiency becomes unstable.
このようなことに加えて、近年排水中の窒素の総量が規制されるなど排水処理基準の厳格化などとあいまって有効、かつ、簡易な処理方法の開発機運が高まっている。
特に、高濃度、小規模の排水処理ニーズに対応できる処理方法が求められている。
近年、それに対処する方法として電解を利用した硝酸性窒素含有排水の処理方法が提案されている。
In particular, there is a need for a treatment method that can meet the needs of high-concentration, small-scale wastewater treatment.
In recent years, a method for treating nitrate nitrogen-containing wastewater using electrolysis has been proposed as a method for dealing with it.
その方法は、非特許文献1等が開示する方法であり、それは電解槽の陰極において硝酸イオン(NO3 -)を還元して亞硝酸イオン(NO2 -)を生成し、次いでそのNO2 -を更に還元してアンモニアを生成し、他方陽極においては塩素あるいは活性酸素を生成し、それら生成したアンモニアと塩素あるいは活性酸素とを反応させて、アンモニアを窒素にすることにより排水を脱窒する方法であり、それは特許文献1においても従来技術として開示されている。
The method is disclosed in
その提案されている電解を利用した硝酸性窒素含有排水の処理方法においては、陽極側で塩素あるいは活性酸素の生成に加えて、陰極側で生成した亞硝酸イオンが陽極側に拡散し、そこにおいて酸化して硝酸イオンを生成する逆反応も副次的に発生し、窒素除去効率を低下させるという問題が生じている。
さらに、陰極側においても、陽極で生成した塩素が陰極側に拡散し、そこにおいて還元されて塩素イオンを生成する逆反応も副次的に発生し、窒素除去効率を低下させるという問題が生じている。
In the proposed method for treating wastewater containing nitrate nitrogen using electrolysis, in addition to the generation of chlorine or active oxygen on the anode side, the nitrite ions produced on the cathode side diffuse to the anode side, where A reverse reaction that oxidizes to generate nitrate ions also occurs as a side effect, causing a problem of reducing nitrogen removal efficiency.
Furthermore, on the cathode side, chlorine generated at the anode diffuses to the cathode side, and a reverse reaction that is reduced there to generate chlorine ions also occurs as a side effect, resulting in a problem of reducing nitrogen removal efficiency. Yes.
以上のとおりであり、この硝酸性窒素含有排水の処理方法においては、電気エネルギーが副次反応にも消費され非効率となっている。
この問題を解消するための技術も前記特許文献1で既に提案されており、それはイオン交換膜を隔膜として陰極室と陽極室とに区画した電解槽を用いて、硝酸性窒素を含有する排水を陰極室に供給して電解を行い、アンモニアを生成した後、そのアンモニアを溶存する排水を陽極室に移動させ、アンモニアと陽極室で生成した次亜塩素酸又は酸素とを反応させて窒素を生成させて脱窒する方法である。
As described above, in this method for treating nitrate-nitrogen-containing wastewater, electric energy is also consumed in side reactions and is inefficient.
A technique for solving this problem has already been proposed in
ところで、この特許文献1で提案されたイオン交換膜を隔膜として用いる電解による脱窒方法では、電解とアンモニアからの窒素の生成反応とが交互に行われており、その硝酸性窒素含有排水の処理は、間欠的で不連続なものとなっている。
また、この方法では、前記したとおり隔膜が存在し、陰極室と陽極室の間では、陰極室から陽極室に処理液を移送するためのポンプが設置されている。
以上のとおりであり、隔膜を使用して電解により脱窒する場合には、装置構造及び処理操作が複雑となることが避けられず、十分に満足すべきものではなかった。
By the way, in the denitrification method by electrolysis using the ion exchange membrane proposed in
In this method, the diaphragm is present as described above, and a pump for transferring the processing liquid from the cathode chamber to the anode chamber is installed between the cathode chamber and the anode chamber.
As described above, in the case of denitrification by electrolysis using a diaphragm, it is inevitable that the structure of the apparatus and the processing operation become complicated, which is not satisfactory.
そこで、本発明者は、前記した電解による排水処理の長所を生かし、かつ無隔膜で電解を用いて硝酸性窒素を含有する排水を脱窒する方法の簡単な構造及び単純操作等の利点を生かしつつ、電気エネルギーの浪費を極力低減できる、効率的な硝酸性窒素含有排水の処理方法を開発すべく鋭意努めた。
その結果、本発明者は、例えばアンモニア性窒素1000ppm前後の単純なアンモニア溶液中では溶解し難いアルミニウムが、それに加えて陰極として電荷を印加した場合、具体的には硝酸性窒素の存在下においてアンモニアが生成するような電解条件下では、局部電池を形成し容易に硝酸イオンを還元しながら溶解するという意外な現象を見出したものである。
Therefore, the present inventor takes advantage of the drainage treatment by electrolysis described above, and takes advantage of the simple structure and simple operation of the method of denitrifying wastewater containing nitrate nitrogen using electrolysis with a diaphragm. At the same time, we sought to develop an efficient treatment method for wastewater containing nitrate nitrogen that can reduce waste of electrical energy as much as possible.
As a result, the present inventor, for example, when aluminum that is difficult to dissolve in a simple ammonia solution of around 1000 ppm of ammonia nitrogen is applied with a charge as a cathode in addition to that, specifically, ammonia in the presence of nitrate nitrogen The present inventors have found an unexpected phenomenon of forming a local battery and easily dissolving nitrate ions while reducing them under the electrolysis conditions in which N is generated.
また、その際には、その溶解に伴って電子を放出すると共に合わせて硝酸性窒素成分をも還元し、それにより硝酸イオンを生成する逆反応あるいは塩素イオンを生成する逆反応により浪費した電気量を見掛上補填できることをも見出した。
そして、本発明者は、それら発見した事実を利用して効率的に硝酸性窒素含有排水を処理し、脱窒することを可能とした、新たな硝酸性窒素を含む排水の処理技術の開発に成功し、既に特許出願した(特願2005−247764号)。
In this case, the amount of electricity wasted due to the reverse reaction of generating nitrate ions or the reverse reaction of generating chloride ions by releasing electrons along with the dissolution and reducing the nitrate nitrogen component. It was also found that it can be compensated apparently.
Then, the present inventor has developed a new wastewater treatment technology including nitrate nitrogen that makes it possible to efficiently treat and denitrify nitrate nitrogen containing wastewater using the facts found. Successful and already filed a patent application (Japanese Patent Application No. 2005-247774).
その出願した排水の処理技術は、硝酸性窒素を含む排水に塩素イオン源化合物を添加して、導電体の陰極と塩素発生用の陽極とを備えた無隔膜電解槽を使用して電解処理することにより、陽極で生成する次亜塩素酸イオンと、陰極で硝酸イオンが電解還元されてできるアンモニウムイオンとを反応させて脱窒する硝酸性窒素を含む排水の処理技術において、
前記電解槽の陰極がアルミニウム又はそれを主成分とする合金であり、前記電解還元反応と共に陰極材料の溶解による還元反応を併用して生成する次亜塩素酸イオンとアンモニウムイオンとを反応させて排水中の硝酸性窒素成分を還元して脱窒することを特徴とするものである。
The applied wastewater treatment technology is such that a chlorine ion source compound is added to wastewater containing nitrate nitrogen, and electrolytic treatment is performed using a diaphragm membrane electrolytic cell equipped with a conductor cathode and an anode for chlorine generation. In the treatment technology of wastewater containing nitrate nitrogen which reacts with hypochlorite ions generated at the anode and ammonium ions formed by electrolytic reduction of nitrate ions at the cathode to denitrify,
The cathode of the electrolytic cell is aluminum or an alloy containing it as a main component, and drains by reacting hypochlorite ions and ammonium ions, which are generated by using the electrolytic reduction reaction together with the reduction reaction by dissolving the cathode material. It is characterized by denitrifying by reducing the nitrate nitrogen component therein.
本発明者が開発し、特許出願した前記した排水の処理技術は、電解処理時に浪費した電気量をアルミニウムの溶解により補填することができ、効率的に硝酸性窒素含有排水を処理することができる優れたものである。
しかしながら、その反面アルミニウムの溶解に伴って水酸化アルミニウムスラッジを生成することになり、その生成量も補填した電気量が増大するほど大きなものとなる。
さらに、この排水処理後の排水を放流するには、水質汚染を回避することが必要であり、そのためには水酸化アルミニウムスラッジを濾過等で固液分離することが必要となるが、そのスラッジは、そのままでは濾過性が悪く、それを向上させるには熟成させて結晶構造を改善する等の付加的な手段が必要であることがわかった。
The above-mentioned wastewater treatment technology developed and patented by the present inventor can compensate for the amount of electricity wasted during electrolytic treatment by dissolving aluminum, and can efficiently treat nitrate nitrogen-containing wastewater. It is excellent.
However, on the other hand, aluminum hydroxide sludge is generated with the dissolution of aluminum, and the amount of generation increases as the amount of electricity compensated increases.
Furthermore, in order to discharge the wastewater after the wastewater treatment, it is necessary to avoid water pollution, and for that purpose, it is necessary to separate the aluminum hydroxide sludge by solid-liquid separation by filtration or the like. It has been found that the filterability is poor as it is, and additional means such as aging to improve the crystal structure are necessary to improve it.
そこで、本発明者は、アルミニウム以外の金属で、アルミニウムと同様に、硝酸性窒素の存在下においてアンモニアが生成するような電解条件下では、局部電池を形成し容易に硝酸イオンを還元しながら溶解し、電解処理時に浪費した電気量を補填することができる金属を探すべく、鋭意努めたところ、鉄に同様の性質があることを見出した。
また、鉄がアルミニウムに比較し、溶解量が少なく、その結果スラッジ発生量も少ないことがわかった。
さらに、発生したスラッジも水酸化アルミニウムスラッジに比し濾過性がよいこともわかった。
Therefore, the present inventor is a metal other than aluminum and, like aluminum, dissolves while forming a local battery and easily reducing nitrate ions under electrolytic conditions in which ammonia is generated in the presence of nitrate nitrogen. As a result of diligent efforts to find a metal that can compensate for the amount of electricity wasted during the electrolytic treatment, it was found that iron has similar properties.
It was also found that iron was less dissolved than aluminum, and as a result, less sludge was generated.
It was also found that the generated sludge has better filterability than aluminum hydroxide sludge.
したがって、本発明は、無隔膜電解により生成する次亜塩素酸イオンと、アンモニウムイオンとを反応させて脱窒する硝酸性窒素を含有する排水の処理技術において、電解による排水処理の利点を生かしつつ、電気エネルギーの浪費を極力低減できる効率的なものを提供することを発明の解決すべき課題とするものである。
また、その電解時には、スラッジの発生量が少なく、かつ発生したスラッジは濾過性の良いものである処理技術を提供することも発明の解決すべき課題とするものである。
Therefore, the present invention makes use of the advantages of wastewater treatment by electrolysis in wastewater treatment technology containing nitrate nitrogen that is denitrified by reacting hypochlorite ions produced by electroless membrane electrolysis with ammonium ions. Therefore, it is an object of the present invention to provide an efficient device that can reduce waste of electric energy as much as possible.
It is also an object of the present invention to provide a treatment technique in which the amount of sludge generated during electrolysis is small and the generated sludge has good filterability.
本発明は、前記課題を達成するための硝酸性窒素を含む排水の処理方法及び処理装置、並びに該排水処理用電解槽を提供するものであり、前者の処理方法は、硝酸性窒素を含む排水に塩素イオン源化合物を添加して、導電体の陰極と塩素発生用の陽極とを備えた無隔膜電解槽を使用して電解処理することにより、陽極で生成する次亜塩素酸イオンと、陰極で硝酸イオンが電解還元されてできるアンモニウムイオンとを反応させて脱窒する硝酸性窒素を含む排水の処理方法において、
前記電解槽の陰極が鉄であり、前記電解還元反応と共に鉄の溶解による還元反応を併用して生成する次亜塩素酸イオンとアンモニウムイオンとを反応させて排水中の硝酸性窒素成分を還元して脱窒することを特徴とするものである。
The present invention provides a method and apparatus for treating wastewater containing nitrate nitrogen and the electrolytic cell for wastewater treatment for achieving the above object, and the former treatment method is a wastewater containing nitrate nitrogen. A hypochlorite ion produced at the anode by adding a chlorine ion source compound to the substrate and subjecting it to an electrolytic treatment using a non-diaphragm electrolytic cell equipped with a conductor cathode and an anode for generating chlorine, and a cathode In the method for treating wastewater containing nitrate nitrogen, which denitrifies by reacting ammonium ions formed by electrolytic reduction of nitrate ions in
The cathode of the electrolytic cell is iron, and the nitrate nitrogen component in the waste water is reduced by reacting hypochlorite ions and ammonium ions, which are produced by using the electrolytic reduction reaction together with the reduction reaction by dissolving iron. This is characterized by denitrification.
また、硝酸性窒素を含む排水の処理装置は、導電体の陰極と塩素発生用の陽極とを備えた無隔膜電解槽を使用して塩素イオン源化合物を添加して電解し、陽極で生成する次亜塩素酸イオンと、陰極で硝酸イオンが電解還元されてできるアンモニウムイオンとを反応させて脱窒する硝酸性窒素を含む排水の処理装置であって、
前記電解槽の陰極が鉄であり、前記電解還元反応と共に鉄の溶解による還元反応を併用して生成する次亜塩素酸イオンとアンモニウムイオンとを反応させて排水中の硝酸性窒素成分を還元して脱窒することを特徴とするものである。
In addition, a treatment apparatus for wastewater containing nitrate nitrogen uses a non-diaphragm electrolyzer equipped with a conductor cathode and an anode for chlorine generation, adds a chlorine ion source compound, electrolyzes it, and produces it at the anode. A wastewater treatment apparatus containing nitrate nitrogen that reacts with hypochlorite ions and ammonium ions formed by electrolytic reduction of nitrate ions at the cathode to denitrify,
The cathode of the electrolytic cell is iron, and the nitrate nitrogen component in the waste water is reduced by reacting hypochlorite ions and ammonium ions, which are produced by using the electrolytic reduction reaction together with the reduction reaction by dissolving iron. This is characterized by denitrification.
そして、それら排水の処理方法及び処理装置においては以下のことを採用するのが好ましい。
(1)陰極を構成する鉄にスクラップ片を使用すること
(2)陰極を構成する鉄のスクラップ片に接触させて直流電流を供給するための集電体として、ステンレス製多孔板状体又はチタン合金製多孔板状体を使用すること
(3)塩素発生用の陽極と直流電流を供給するための集電体との中間に、鉄の陰極片が存在する構造となっていること
(4)塩素発生用の陽極として、表面に酸化ルテニウム層、それを含む複合酸化物層、又は白金/イリジウムの重量比が3/7となるようにした白金とイリジウムの複合酸化物質層を被覆したチタン製多孔板状体を使用すること
(5)排水に添加する塩素イオン源化合物の塩素イオンの全量が電解開始前の排水中の硝酸性窒素成分量に対しモル比で0.5〜1.5であること
And it is preferable to employ | adopt the following in the processing method and processing apparatus of these waste_water | drain.
(1) Use scrap pieces for the iron constituting the cathode
(2) A stainless steel porous plate or a titanium alloy porous plate is used as a current collector for contacting a scrap of iron constituting the cathode to supply a direct current.
(3) A structure in which an iron cathode piece exists between the anode for generating chlorine and the current collector for supplying direct current.
(4) As a cathode for generating chlorine, a ruthenium oxide layer, a composite oxide layer containing the same, or a composite oxide material layer of platinum and iridium with a platinum / iridium weight ratio of 3/7 is coated on the surface. Using a porous titanium plate
(5) The total amount of chlorine ions of the chlorine ion source compound added to the waste water is 0.5 to 1.5 in molar ratio with respect to the amount of nitrate nitrogen component in the waste water before the start of electrolysis.
さらに、本発明の排水処理用電解槽は、棒状の陰極集電体、その周囲に鉄片からなる陰極片を充填できる間隔をおいて配置された樹脂製多孔性筒状内カゴ、その周囲に狭い間隙を以って配置された多孔性筒状陽極、その周囲に狭い間隙を以って更に配置された樹脂製多孔性筒状中カゴ、その周囲に前記陰極片を充填できる間隔をおいて配置された多孔性筒状陰極集電体、更にその周囲に狭い間隙を以って配置された樹脂製多孔性筒状外カゴを配置したことを特徴とするものがより好ましく、本発明の排水処理装置は、前記電解槽の構造を採用して、電解還元反応と共に陰極材料の溶解による還元反応を併用して生成する次亜塩素酸イオンとアンモニウムイオンとを反応させて排水中の硝酸性窒素成分を還元して脱窒するのがより好ましい。
Furthermore, the electrolytic cell for wastewater treatment according to the present invention is a rod-shaped cathode current collector, a resin porous cylindrical inner cage arranged at intervals around which a cathode piece made of iron can be filled, and narrow around it. A porous cylindrical anode arranged with a gap, a resin-made porous cylindrical basket further arranged with a narrow gap around the porous anode, and arranged at intervals around which the cathode pieces can be filled More preferably, the porous cylindrical cathode current collector is disposed, and further, a resinous porous cylindrical outer cage disposed with a narrow gap around the porous cylindrical cathode current collector is disposed. The apparatus adopts the structure of the electrolytic cell, and reacts hypochlorite ions and ammonium ions, which are produced by using both the electrolytic reduction reaction and the reduction reaction by dissolving the cathode material, thereby causing the nitrate nitrogen component in the waste water to react. More preferably, denitrification is carried out by reducing.
本発明の硝酸性窒素を含む排水の処理方法及び処理装置は、隔膜を使用することなく電解を行うことにより硝酸性窒素を含む排水を処理するものであり、隔膜を使用する場合に比し、装置構造が簡単で、処理操作が単純である。
さらに、本発明では、鉄の溶解に伴って硝酸性窒素成分を還元することができるから硝酸イオンを生成する逆反応あるいは塩素イオンを生成する逆反応により浪費した電気量を見掛上補填することができ、本発明は、効率的に硝酸性窒素含有排水を処理し、脱窒することができる。
The method and apparatus for treating wastewater containing nitrate nitrogen according to the present invention treats wastewater containing nitrate nitrogen by electrolysis without using a diaphragm, as compared to the case of using a diaphragm. The device structure is simple and the processing operation is simple.
Furthermore, in the present invention, the nitrate nitrogen component can be reduced as the iron dissolves, so that the amount of electricity wasted by the reverse reaction that generates nitrate ions or the reverse reaction that generates chlorine ions is compensated apparently. In the present invention, nitrate nitrogen-containing wastewater can be efficiently treated and denitrified.
また、本発明では、陰極に用いている鉄の溶解量は、本発明者が開発し、既に特許出願したところの、前記した硝酸性窒素を含む排水の処理技術において用いているアルミニウムの場合に比し、溶解量が少なく、そのためスラッジの発生量も少ない。
しかも、副生したスラッジは、アルミニウムの場合に比し濾過性も良く付加的手段を用いなくても分離が容易である。
なお、本発明の排水の処理方法及び処理装置においても、電解による排水処理の利点である、高濃度及び小規模の排水処理ニーズに対応できるという点は勿論存続するものである。
In the present invention, the amount of iron dissolved in the cathode is the same as that in the case of aluminum used in the above-described wastewater treatment technology containing nitrate nitrogen, which the inventor has developed and has already applied for a patent. In comparison, the amount of dissolution is small, and therefore the amount of sludge generated is also small.
Moreover, by-product sludge has better filterability than aluminum and can be easily separated without using additional means.
In the wastewater treatment method and treatment apparatus of the present invention, it is a matter of course that the high concentration and small scale wastewater treatment needs, which are the advantages of wastewater treatment by electrolysis, can be met.
以下において、本発明に関し発明を実施するための最良の形態に関し図1及び図2を用いて詳述するが、本発明は、この実施の形態によって何等限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもない。
その図1は、本発明の好ましい排水処理装置の全体像を示すものであり、図2は排水の処理装置に使用する好ましい無隔膜電解槽を図示するものである。
In the following, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 and FIG. 2, but the present invention is not limited in any way by this embodiment, and claims Needless to say, it is specified by.
FIG. 1 shows an overall view of a preferred wastewater treatment apparatus of the present invention, and FIG. 2 shows a preferred non-diaphragm electrolytic cell used in a wastewater treatment apparatus.
その図1において、硝酸性窒素含有排水aは、給液管10により循環液槽2に供給され、その後循環ポンプ5により電解槽1に循環供給され、そこにおいて陽極15及び陰極とにより電流が供給され定電流電解される。
なお、電解中には、アンモニウムイオンの生成により被処理液のpHが上昇するので、必要に応じて添加剤槽3内の硫酸を添加剤ポンプ6により循環液槽2に供給して排水aに添加し排水aのpH調整をする。
In FIG. 1, nitrate nitrogen-containing waste water a is supplied to a circulating
During the electrolysis, the pH of the liquid to be treated rises due to the production of ammonium ions. Therefore, if necessary, sulfuric acid in the
その際には、電解中に塩素を生成させるために給液管10等から循環液槽に食塩等の塩素イオン源化合物を添加する。
その添加量は、塩素イオン源化合物の塩素イオンの全量が電解開始前の排水中の硝酸性窒素成分量に対しモル比で0.5〜1.5とするのがよい。
なお、そこにおける排水中の硝酸性窒素は、硝酸性窒素が該当するのは勿論のこと、それ以外に、硝酸が窒素に還元されるまでの間の中間生成物である亞硝酸及びアンモニアが共存した場合にはそれらの窒素成分も含むものである。
In that case, in order to generate chlorine during electrolysis, a chlorine ion source compound such as sodium chloride is added to the circulating liquid tank from the
The addition amount of the chlorine ion source compound is preferably 0.5 to 1.5 in terms of molar ratio with respect to the amount of nitrate nitrogen component in the waste water before the start of electrolysis.
It should be noted that nitrate nitrogen in the waste water there is not only nitrate nitrogen, but also nitric acid and ammonia which are intermediate products until nitric acid is reduced to nitrogen. In such a case, those nitrogen components are also included.
その電解により陽極において塩素が発生し、陰極においてアンモニアが生成し、その両者を反応させることにより窒素を生成して硝酸性窒素含有排水aは脱窒される。
その際に生成した窒素等の排気cは、排気管17を経て気液接触室4に導かれ、ここにおいて排気c中に中間生成物であるアンモニアあるいは塩素等が同伴された場合には洗浄され、除去された後に大気中にポンプ7により放出される。
その洗浄には、循環液槽2に供給された硝酸性窒素含有排水aの一部が分水され利用される。
The electrolysis generates chlorine at the anode and ammonia is generated at the cathode. Nitrogen-containing waste water a is denitrified by generating nitrogen by reacting both.
The exhaust c such as nitrogen generated at this time is guided to the gas-liquid contact chamber 4 through the
For the cleaning, a part of the nitrate nitrogen-containing waste water a supplied to the circulating
図2は、前記したとおり本発明の排水処理装置に使用するのに好ましい無隔膜電解槽1を図示するものであり、その電解槽1は、絶縁性の樹脂製で円筒状の外カゴ21内に、多孔性で円筒状の陰極集電体14bを配置し、その内側に絶縁性の樹脂製で多孔性の円筒状中カゴ22が配置される。
さらに、その内側には多孔状の円筒状陽極15が配置され、その内側には絶縁性の樹脂製で多孔性の円筒状内カゴ23が配置され、その中心に棒状の陰極集電体14aが配置される。
FIG. 2 illustrates a
Further, a porous
その電解槽1の形状については、図2に図示するとおりの円筒状のものが好ましいが、角筒状であってもよく、それらは外側の外カゴから内側の内カゴまで内部に順に配置できるように相似形であるのがよい。
なお、角筒状の場合には、それを形成可能な3角形以上であればよいが、好ましい形状である円形により近い方がよいので、画数の多い6角以上がよい。
その電解槽1においては、陰極集電体14bと樹脂製中カゴ22の間には、幅のある環状の間隙があり、この間隙には陰極材料片が挿入される。
As for the shape of the
In addition, in the case of a rectangular tube shape, it is sufficient if it is a triangle or more that can form it.
In the
本発明においては、その陰極材料には鉄を使用するものであり、その鉄には特に制限されることなく各種の鉄材料が使用でき、それには純鉄、炭素鋼、鉄を主成分とする合金鋼等が例示できる。
前記間隙には、大きさ25×25mm〜150×150mm程度に切断された鉄片が挿入され陰極片とされる。
さらに、その内カゴ23と陰極集電体14a間にも前記と同様の環状の間隙があり、この間隙に前記と同様の鉄片が挿入され陰極とされる。
In the present invention, iron is used for the cathode material, and various iron materials can be used for the iron without any particular limitation. Pure iron, carbon steel, and iron are the main components. Examples include alloy steel.
An iron piece cut to a size of about 25 × 25 mm to 150 × 150 mm is inserted into the gap to form a cathode piece.
Further, an annular gap similar to the above is also present between the
その電解槽に使用される陰極集電体材料については、ステンレス製あるいはチタン合金製のものがよく、その構造は網又は多数のパンチング孔を持つ板状体等の多孔性のものがよく、更にそれが円筒状になっているのが好ましい。
その陽極材料については、表面に酸化ルテニウム層、それを含む複合酸化物層、又は白金/イリジウムの重量比が3/7となるようにした白金とイリジウムの複合酸化物質層が被覆されたチタン製多孔板状体がよく、更にはそれが円筒状を形成しているのが好ましい。
その陽極を形成する多孔性板状体についても網又はパンチング孔を持つ板状体等の多孔性のものがよく、更にそれが円筒状になっているのが好ましい。
The cathode current collector material used in the electrolytic cell is preferably made of stainless steel or titanium alloy, and its structure is preferably a porous material such as a net or a plate-like body having a number of punching holes. It is preferably cylindrical.
The anode material is made of titanium coated with a ruthenium oxide layer, a composite oxide layer containing the same, or a platinum and iridium composite oxide layer having a platinum / iridium weight ratio of 3/7. A porous plate-like body is good, and it is preferable that it forms a cylindrical shape.
The porous plate forming the anode is also preferably a porous plate such as a plate having a net or punching holes, and is preferably cylindrical.
絶縁性樹脂製の中カゴ22及び内カゴ23については、電解槽内の排水aが自由に移動する必要があり円筒状の多孔体とする。
なお、絶縁性樹脂製の外カゴ21に関しても多孔性の円筒状であってもよいが、その場合には外カゴから液体が漏出しないように液漏れしない容器に更に収容することが必要となる。
それら3つの樹脂製のカゴについては、一体成形したものは相互間で移動することもなく安定した構造となるので好ましいが、3つのカゴを個別に製造し、図2に示す位置関係になるように単に配置したものでもよく、その際には接着し固定するのがよい。
The
The
As for the three resin cages, an integrally molded one is preferable because it has a stable structure without moving between each other. However, the three cages are manufactured individually and have the positional relationship shown in FIG. In this case, it is preferable to adhere and fix.
陰極集電体14bと樹脂製の中カゴ22との間にある環状の間隙については、切断された陰極片である鉄片が充填できる幅が必要であり、鉄片の大きさにもよるが、具体的には10〜200mm程度がよい。
なお、陰極集電体14aと樹脂製の内カゴ23との間にある環状の間隙についても、前記の場合と同様に鉄片が充填されるので同様の幅が必要である。
The annular gap between the cathode
The annular gap between the cathode
その環状の間隙に充填される鉄片については、未使用のものを切断して用いても勿論よいがスクラップ片で十分であり、その大きさは25〜100mm程度がよい。
そのスクラップ片としては、具体的には、切断片、プレス打抜片及び切削屑等が利用でき、切断片あるいはプレス打抜片の場合には、前記サイズにするために必要により更に切断することになる。
なお、前記環状の間隙、並びに鉄片の形状及び大きさについては、電解中に補充することが必要となることを考慮して選定するのがよい。
As for the iron piece filled in the annular gap, an unused piece may be cut and used, but a scrap piece is sufficient, and its size is preferably about 25 to 100 mm.
As the scrap piece, specifically, a cut piece, a press punched piece, a cutting waste, or the like can be used. In the case of a cut piece or a press punched piece, further cutting is performed as necessary to obtain the above-mentioned size. become.
Note that the annular gap and the shape and size of the iron piece are preferably selected in consideration of the necessity of supplementation during electrolysis.
内カゴ23と中カゴ22とは隣接して配置されており、その間隔については、その間に円筒状の陽極15が内・中両カゴに接触することなく配置できる幅があればよく、具体的には0.5〜50mm程度がよい。
特に、その際には排水の電気抵抗による電圧上昇をできる限り抑制するのがよく、そのためにも該幅はできるだけ狭い方が好ましい。
外カゴ21と陰極集電体14bも隣接して配置されており、その間隔についても同様に両者が接触することなく配置できる隙間があればよい。
The
In particular, in this case, it is preferable to suppress the voltage increase due to the electrical resistance of the drainage as much as possible. For this reason, it is preferable that the width is as narrow as possible.
The
なお、外カゴ21、中カゴ22、及び内カゴ23はいずれも樹脂製であるが、その材料については絶縁性樹脂であれば特に制限されることなく各種のものが使用でき、それにはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)あるいはガラス繊維等の補強材を含むビスフェノール、エポキシ等の耐食性熱硬化性樹脂成形品(FRP)等が例示できる。
The
その図2に図示された電解槽1を具備する本発明の排水処理装置を用いた硝酸性窒素含有排水の処理操作に関し以下において更に詳述する。
硝酸性窒素含有排水aは、前記したとおり給液管10よりまず循環液槽2に供給され、その後循環ポンプ5により電解槽1に供給され、陰極集電体14a、bに電気的に接続された鉄片の陰極において電子が供給され、硝酸性窒素(NO3−N)がまず亜硝酸性窒素(NO2−N)に還元され、更に還元されてアンモニアを生成する。
その反応式は下記式(1)及び(2)に示すとおりである。
NO3 -+H2O+2e-→NO2 -+2OH- 式(1)
NO2 -+5H2O+6e-→NH3+7OH- 式(2)
なお、亞硝酸イオン及びアンモニウムイオンは、排水のpHが7を超えて上昇すると濃度が増加することがわかっている。
The treatment operation of nitrate nitrogen-containing wastewater using the wastewater treatment apparatus of the present invention having the
The nitrate nitrogen-containing waste water a is first supplied from the
The reaction formula is as shown in the following formulas (1) and (2).
NO 3 − + H 2 O + 2e − → NO 2 − + 2OH − Formula (1)
NO 2 - + 5H 2 O + 6e - →
It is known that the concentration of oxalate ion and ammonium ion increases when the pH of the wastewater rises above 7.
他方、陽極15においては、塩素イオンが酸化されて塩素が発生し、その塩素と水が反応して次亜塩素酸が生成する。
その生成した次亞塩素酸はアンモニアと反応して窒素を生成することにより、硝酸性窒素含有排水は脱窒され浄化される。
なお、電解槽1においてアンモニアと塩素とが反応して生成した窒素ガス(N2)の排気cは、アンモニアや塩素が同伴することは回避し難く、その場合には、気液接触室4を併設し、そこにおいて循環液槽2と電解槽1の間で循環されている硝酸性窒素含有排水の一部を気液接触室4に分水供給して排気を洗浄した後排出するのがよい。
On the other hand, in the
The produced hypochlorous acid reacts with ammonia to produce nitrogen, whereby the nitrate nitrogen-containing waste water is denitrified and purified.
In addition, the exhaust c of nitrogen gas (N 2 ) generated by the reaction of ammonia and chlorine in the
本発明において使用する電解槽には隔膜が存在しないので、隔膜を具備する電解槽とは異なり、電解により生成した亞硝酸イオン、アンモニア及び塩素は自由移動できる。
すなわち、陰極において生成した亞硝酸イオン及びアンモニアは陽極側に移動でき、逆に陽極において生成した塩素は陰極に移動することができ、それらは移動後の電極において逆反応を起こし、電気エネルギーを浪費することになる。
Since there is no diaphragm in the electrolytic cell used in the present invention, unlike the electrolytic cell having the diaphragm, oxalate ions, ammonia and chlorine generated by electrolysis can freely move.
That is, oxalate ions and ammonia generated at the cathode can move to the anode side, and conversely, chlorine generated at the anode can move to the cathode, causing a reverse reaction at the moved electrode and wasting electrical energy. Will do.
本発明は、隔膜を用いることなく、この浪費を見掛上回避するものであり、それは陰極の鉄の溶解により局部電池が生成することによるものである。
すなわち、陰極において、鉄が溶解することにより局部電池が生成し、使用した外部電源から供給される電気量以上に還元反応を行い、亜硝酸性窒素及びアンモニアを生成することができ、そのため陽極において起こる硝酸生成等の逆反応により浪費される電気エネルギーを結果的に補填することになる。
さらに、陰極において塩素から塩素イオンを生成する逆反応の際にも、同様に鉄が溶解することにより生ずる電気を用いることにより外部電源から供給される電気エネルギーの浪費を結果的に補填し低減することになる。
The present invention apparently avoids this waste without the use of a diaphragm, which is due to the local battery being produced by melting of the cathode iron.
That is, at the cathode, a local battery is produced by the dissolution of iron, and a reduction reaction can be performed in excess of the amount of electricity supplied from the used external power source, so that nitrite nitrogen and ammonia can be produced. As a result, electric energy wasted due to the reverse reaction such as nitric acid generation that occurs is compensated.
Furthermore, also in the reverse reaction of generating chlorine ions from chlorine at the cathode, the waste of electric energy supplied from an external power source is compensated and reduced by using electricity generated by dissolving iron in the same manner. It will be.
本発明においては、前記したとおり、電解により生成した塩素により硝酸性窒素を含む排水を電解することにより生成したアンモニアを分解し、塩素を発生させるのに塩素イオン源化合物を使用するものであり、その使用量は塩素イオンの全量が電解開始前の排水中の硝酸性窒素成分量に対しモル比で0.5〜1.5であるのがよい。
なお、ここにおける排水中の硝酸性窒素は、硝酸性窒素が該当するのは勿論のこと、それ以外に、硝酸が窒素に還元されるまでの間の中間生成物である亞硝酸及びアンモニアが共存した場合にはそれらの窒素成分も含むものである。
電解中の排水のpHについては、アンモニアの生成により次第に上昇するので、前記陽極における逆反応を回避するためには硫酸を添加しながらpHを計測し7前後に維持するのが好ましい。
In the present invention, as described above, the chlorine ion source compound is used for decomposing ammonia generated by electrolyzing wastewater containing nitrate nitrogen by chlorine generated by electrolysis and generating chlorine, The amount used is preferably such that the total amount of chloride ions is 0.5 to 1.5 in molar ratio with respect to the amount of nitrate nitrogen component in the waste water before the start of electrolysis.
The nitrate nitrogen in the waste water here is not limited to nitrate nitrogen. In addition, nitric acid and ammonia, which are intermediate products until nitric acid is reduced to nitrogen, coexist. In such a case, those nitrogen components are also included.
Since the pH of the wastewater during electrolysis gradually increases due to the generation of ammonia, it is preferable to measure the pH while adding sulfuric acid and maintain it around 7 in order to avoid the reverse reaction at the anode.
前記のとおり硫酸を添加し、pH計によりpHを測定して中性の7前後に制御しても、電極近傍における局部的なpHの変動をゼロにすることはできない。
そのため、pH7では、局部的に7以下になることがあり、塩素ガスの溶解度が下がり、塩素イオンの損失が増えると共に有害な塩素ガスの放出が増加する。
したがって、その塩素イオンの損失を回避するためにはpHは8〜9に維持するのが最適であるが、その場合には、鉄の溶解度が低下し電流効率が低下するので、pHは前記したとおり7前後に維持するのが好ましい。
As described above, even if sulfuric acid is added and the pH is measured by a pH meter and controlled to around neutral 7, the local pH fluctuation in the vicinity of the electrode cannot be made zero.
Therefore, at pH 7, it may become 7 or less locally, so that the solubility of chlorine gas decreases, the loss of chlorine ions increases, and the release of harmful chlorine gas increases.
Therefore, in order to avoid the loss of chlorine ions, it is optimal to maintain the pH at 8-9. In this case, the solubility of iron is lowered and the current efficiency is lowered. It is preferable to maintain around 7.
本発明においては、前記特許出願した発明と同様に、陰極が溶解することによりスラッジを生成するが、排水処理の後工程に悪影響を及ぼすようなケースにおいては、ろ過装置を併用してスラッジを分離することが有効であり、それには各種既知手段を利用できる。
なお、本発明において発生するスラッジは水酸化鉄又は酸化鉄のスラッジであり、アルミニウムを用いた際に発生する水酸化アルミニウムスラッジより生成量が少なく、かつ濾過性もよく、取扱い易い。
さらに、このスラッジは処理条件によっては磁性を帯びていることを見出しており、この点でも分離性が優れたものとなる。
In the present invention, sludge is generated by dissolving the cathode as in the invention for which the patent application has been filed. However, in cases where the subsequent process of wastewater treatment is adversely affected, the sludge is separated using a filtration device. It is effective to use various known means.
The sludge generated in the present invention is iron hydroxide or iron oxide sludge. The amount of generated sludge is smaller than that of aluminum hydroxide sludge generated when aluminum is used, the filterability is good, and it is easy to handle.
Furthermore, it has been found that this sludge is magnetic depending on the processing conditions, and in this respect, the separation property is excellent.
以上の図1及び図2に図示した実施の形態においては、陰極には鉄を使用し、かつ陰極への電源の接続には陰極集電体を用いているが、陰極には鉄を主成分とする合金が使用できることは、前記したとおりである。
その際の主成分とは鉄が80%以上であり、好ましくは95%以上である。
そのような鉄合金には、Fe−Cu系合金、Fe−Mn系合金あるいはFe−Si系合金等が例示できる。
In the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2, iron is used for the cathode and a cathode current collector is used for connecting the power source to the cathode. As described above, the alloy can be used.
In this case, the main component is 80% or more of iron, preferably 95% or more.
Examples of such iron alloys include Fe—Cu alloys, Fe—Mn alloys, Fe—Si alloys, and the like.
また、本発明の排水の処理装置で用いる排水処理用電解槽では、陰極集電体を用いることなく陰極に直接電源を接続しても勿論よい。
その場合には、陰極は小さな陰極片の集合体ではなく、一枚の鉄板あるいは鉄棒等がよい。
図3には、円筒状の鉄板を陰極とする排水処理用電解槽が図示されており、この陰極には直接電源が接続することができ、陰極集電体を用いる必要はない。
なお、図3の電解槽では、陰極には鉄板が使用されており、短期間で消耗するので、板材に代え棒状又はある程度太さのある線材等を用いることで長期間連続して使用することができる。
In the wastewater treatment electrolytic cell used in the wastewater treatment apparatus of the present invention, it is of course possible to connect the power source directly to the cathode without using the cathode current collector.
In that case, the cathode is not an aggregate of small cathode pieces, but a single iron plate or iron bar.
FIG. 3 shows an electrolyzer for wastewater treatment using a cylindrical iron plate as a cathode, and a power source can be directly connected to the cathode, and it is not necessary to use a cathode current collector.
In the electrolytic cell of FIG. 3, an iron plate is used for the cathode, and it will be consumed in a short period of time. Therefore, it should be used continuously for a long time by using a rod or a wire with a certain thickness instead of the plate. Can do.
以下において、本発明の複数の実施例及び比較例を示すが、本発明は、これらの実施例によって何等限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもない。
まず、図1に図示する排水の処理装置及び図2に図示する無隔膜電解槽を用いて硝酸性窒素を含む排水の脱窒を行った実施例1を示す。
その電解槽1においては、陰極には厚み1.6mmの一般構造用炭素鋼板端材を約30×50mmのサイズに切断したスクラップ片、陽極には酸化ルテニウムを焼付けした1.5mmt×目開き5mmH×10mmLチタンラス板を使用した。
In the following, a plurality of examples and comparative examples of the present invention will be shown, but the present invention is not limited by these examples, and it is needless to say that the present invention is specified by the claims. Absent.
First, Example 1 in which denitrification of wastewater containing nitrate nitrogen was performed using the wastewater treatment apparatus shown in FIG. 1 and the non-diaphragm electrolytic cell shown in FIG.
In the
硝酸性窒素を含む排水には、硝酸性窒素をNとして1077mg/L、塩素イオンを2180mg/L(Cl-/NO3 -のモル比=0.88)を含むものを用いた。
その排水aは、給液管10から循環液槽2に受け入れ、循環ポンプ5により70L/分で循環しながら380Aの定電流で電解した(バッチ電解)。
なお、塩素イオン源化合物の食塩も給液管10から循環液槽2に受け入れ前記のとおりの濃度とした。
炭素鋼片の陰極は、ポリエチレン製の外カゴ21内に配置された線径2mm×25メッシュSUS304網を円筒状とした陰極集電体14b内に収容した。
さらに、該集電体中央部に配置された円筒状のチタンラス板製陽極15内の内側に配置されたポリエチレン製の内カゴ23内にも収容した。
As the waste water containing nitrate nitrogen, one containing nitrate nitrogen as N and 1077 mg / L and chloride ion as 2180 mg / L (Molar ratio of Cl − / NO 3 − = 0.88) was used.
The waste water a was received from the
In addition, the salt of the chlorine ion source compound was also received from the
The cathode of the carbon steel piece was accommodated in a cathode
Furthermore, it was also accommodated in an
その電解中には、アンモニウムイオンの生成により排水のpHが上昇するので、添加剤槽3内に収容してある、25%硫酸を添加剤ポンプ6により排水に添加してpH調整する。 そのpHの設定値は7とし、前記硫酸の添加により自動調節した。
なお、電解槽1においてアンモニアと塩素とが反応して生成した窒素(N2)等の排気cは、窒素にアンモニアや塩素が同伴することは回避し難く、その場合を想定して、気液接触室4には、前回の脱窒処理の際に使用した循環液槽2と電解槽1の間で循環されている硝酸性窒素含有排水の一部を分水供給し、そこで洗浄してから大気中に排出する。
During the electrolysis, the pH of the wastewater rises due to the production of ammonium ions, so 25% sulfuric acid contained in the
The exhaust c such as nitrogen (N 2 ) generated by the reaction of ammonia and chlorine in the
そして、この実施例1における電解について、排水組成及び前記反応式(1)(2)に基づく硝酸イオン還元(NH3生成)に対する電流効率(陰極の溶解による還元も電流効率として換算)を時間の経過にしたがって逐次測定した。
その結果は以下のとおりである。
電解開始から40分後の排水組成は、アンモニア性窒素[NH3−N(Nとして)]0.8mg/L、亜硝酸性窒素[NO2−N(Nとして)]0mg/L、硝酸性窒素[NO3−N(Nとして)]637mg/Lであり、硝酸イオン還元(NH3生成)に対する電流効率は105%であった。
Then, the electrolyte in the first embodiment, the waste water composition and the reaction formula (1) (2) nitrate ion reducing based on (NH 3 generated) (reduction also calculated as current efficiency by cathodic dissolution of the) current efficiency with respect to time Sequential measurements were made according to the course.
The results are as follows.
The drainage composition 40 minutes after the start of electrolysis was ammonia nitrogen [NH 3 —N (as N)] 0.8 mg / L, nitrite nitrogen [NO 2 —N (as N)] 0 mg / L, nitrate Nitrogen [NO 3 —N (as N)] was 637 mg / L, and the current efficiency for nitrate ion reduction (NH 3 production) was 105%.
電解開始から80分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)1.7mg/L、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)323mg/Lであり、硝酸イオン還元(NH3生成)に対する電流効率は90.4%であった。
電解開始から120分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)1.7mg/L、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)135.5mg/Lであり、硝酸イオン還元に対する電流効率は75.6%であった。
電解開始から160分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)0.8ミリグラム/リットル、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)49.7mg/Lであり、硝酸イオン還元に対する電流効率は62.0%であった。
The drainage composition 80 minutes after the start of electrolysis was ammonia nitrogen (as N) 1.7 mg / L, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 323 mg / L, nitric acid The current efficiency for ion reduction (NH 3 production) was 90.4%.
The wastewater composition 120 minutes after the start of electrolysis is ammonia nitrogen (as N) 1.7 mg / L, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 135.5 mg / L The current efficiency for nitrate ion reduction was 75.6%.
The drainage composition 160 minutes after the start of electrolysis was ammonia nitrogen (as N) 0.8 mg / liter, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 49.7 mg / L The current efficiency for nitrate ion reduction was 62.0%.
そして、排水中の鉄含有量について、測定したところ127mg/Lであった。
なお、その測定は電解開始から160分後の排水についてスラッジを溶解して測定したものである。
また、同様の条件でアルミニウムを陰極として電解を行った場合について測定したところ、アルミニウムの含有量は2470mg/Lであった。
And when it measured about iron content in waste_water | drain, it was 127 mg / L.
In addition, the measurement is performed by dissolving sludge for waste water 160 minutes after the start of electrolysis.
Moreover, when it measured about the case where it electrolyzed by making aluminum into a cathode on the same conditions, content of aluminum was 2470 mg / L.
この実施例では、実施例1と同一の装置を用い、pH設定値を10とした点を除き実施例1と同様に電解を行い、その場合と同様に排水組成及び硝酸イオン還元(NH3生成)に対する電流効率(陰極の溶解による還元も電流効率として換算)を時間の経過にしたがって逐次測定した。
その結果は以下のとおりである。
電解開始から40分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)17.5mg/L、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)657.2mg/Lであり、硝酸イオン還元(NH3生成)に対する電流効率は87.0%であった。
In this example, the same apparatus as in Example 1 was used, and electrolysis was performed in the same manner as in Example 1 except that the pH set value was set to 10. The drainage composition and nitrate ion reduction (NH 3 production) were performed in the same manner as in this case. ) (Reduction by dissolution of the cathode is also converted into current efficiency) was sequentially measured over time.
The results are as follows.
The drainage composition 40 minutes after the start of electrolysis is ammonia nitrogen (as N) 17.5 mg / L, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 657.2 mg / L The current efficiency for nitrate ion reduction (NH 3 production) was 87.0%.
電解開始から80分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)14.8mg/L、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)314mg/Lであり、硝酸イオン還元(NH3生成)に対する電流効率は85.9%であった。
電解開始から120分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)0.8mg/L、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)110.7mg/Lであり、硝酸イオン還元に対する電流効率は73.2%であった。
The drainage composition 80 minutes after the start of electrolysis was ammonia nitrogen (as N) 14.8 mg / L, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 314 mg / L, nitric acid The current efficiency for ion reduction (NH 3 production) was 85.9%.
The wastewater composition 120 minutes after the start of electrolysis is ammonia nitrogen (as N) 0.8 mg / L, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 110.7 mg / L The current efficiency for nitrate ion reduction was 73.2%.
電解開始から160分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)0.8ミリグラム/リットル、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)31.6mg/Lであり、硝酸イオン還元に対する電流効率は59.6%であった。
なお、電解槽1においてアンモニアと塩素とが反応して生成した窒素(N2)等の排気cは、窒素にアンモニアや塩素が同伴することは回避し難く、その場合を想定して、気液接触室4には、前回の脱窒処理の際に使用した循環液槽2と電解槽1の間で循環されている硝酸性窒素含有排水の一部を分水供給し、そこで洗浄してから大気中に排出する。
The drainage composition 160 minutes after the start of electrolysis was ammonia nitrogen (as N) 0.8 mg / liter, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 31.6 mg / L The current efficiency for nitrate ion reduction was 59.6%.
The exhaust c such as nitrogen (N 2 ) generated by the reaction of ammonia and chlorine in the
[比較例]
この比較例においては、実施例1において使用した図1に図示する排水の処理装置及び図2に図示する無隔膜電解槽を用いて硝酸性窒素を含む排水の脱窒を行うが、その際には炭素鋼片を陰極として用いることなく、陰極集電体を陰極として用いた。
それ以外は、実施例1と同一の排水を使用し、同一の条件下において電解し、排水の処理を行った。
なお、pH調節は実施例1と同様に行った。
[Comparative example]
In this comparative example, the waste water containing nitrate nitrogen is denitrified using the waste water treatment apparatus shown in FIG. 1 and the non-diaphragm electrolytic cell shown in FIG. 2 used in Example 1. Used a cathode current collector as a cathode without using a carbon steel piece as a cathode.
Other than that, the same waste water as Example 1 was used, and it electrolyzed on the same conditions, and processed the waste water.
The pH was adjusted in the same manner as in Example 1.
電解開始から40分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)0.8mg/L、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)749.7mg/Lであり、硝酸イオン還元(NH3生成)に対する電流効率は53.0%であった。
電解開始から80分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)5mg/L、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)546.5mg/Lであり、硝酸イオン還元に対する電流効率は47.4%であった。
The drainage composition 40 minutes after the start of electrolysis is ammoniacal nitrogen (as N) 0.8 mg / L, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 749.7 mg / L The current efficiency with respect to nitrate ion reduction (NH 3 production) was 53.0%.
The drainage composition 80 minutes after the start of electrolysis was ammonia nitrogen (as N) 5 mg / L, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 546.5 mg / L, nitric acid The current efficiency for ion reduction was 47.4%.
電解開始から100分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)1mg/L、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)453.9mg/Lであり、硝酸イオン還元に対する電流効率は45.1%であった。
電解開始から120分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)0.8ミリグラム/リットル、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)365.8mg/Lであり、硝酸イオン還元に対する電流効率は43.4%であった。
The drainage composition 100 minutes after the start of electrolysis was ammonia nitrogen (as N) 1 mg / L, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 453.9 mg / L, nitric acid The current efficiency for ion reduction was 45.1%.
The wastewater composition 120 minutes after the start of electrolysis was ammonia nitrogen (as N) 0.8 mg / liter, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 365.8 mg / L The current efficiency for nitrate ion reduction was 43.4%.
この実施例3では、陰極集電体を使用することなく、炭素鋼陰極に電源を直接接続する構造の図3に図示する電解槽を用いて、硝酸性窒素を含む排水の脱窒を行った実施例を示すものである。
この電解槽は、形状が円筒状であり、その中央にスペーサ35が配置されており、その外側に円筒状の内側陰極31、その外側に円筒状陽極32、更にその外側に円筒状の外側陰極33が順に配置されている。
In Example 3, drainage containing nitrate nitrogen was denitrified using the electrolytic cell shown in FIG. 3 having a structure in which a power source was directly connected to a carbon steel cathode without using a cathode current collector. An example is shown.
The electrolytic cell has a cylindrical shape, and a
そのスペーサ35は、電解槽の中心部分で被処理水が滞留するのを防ぎ、各電極間を通過する被処理水の流れを均一にして安定した電流効率を得るために配置した。
その電解槽を通過する被処理水の流速は0.05m/sec以上が好ましく、この実施例では0.113m/secとした。
なお、内側陰極31と円筒状陽極32との間、及び円筒状陽極32と外側陰極33との間にはそれぞれ絶縁性樹脂製の網状の短絡防止筒体34が配置されている。
The
The flow rate of the water to be treated passing through the electrolytic cell is preferably 0.05 m / sec or more, and in this example, it was set to 0.113 m / sec.
In addition, between the
その電解槽の具体的構造を更に示すと以下のとおりである。
陰極には、内側陰極に1.6mmt、目開き7mmH×14mmLの一般工業用炭素鋼ラス板を外径φ172mm×960mmHのサイズの円筒形としたものを用い、外側陰極に1.6mmt、目開き7mmH×14mmLの一般工業用炭素鋼ラス板を外径φ200mm×940mmHのサイズの円筒形にしたものを用いた。
さらに、陽極には酸化ルテニウムを焼き付けした1.5mmt、目開き5mmH×10mmLチタンラス板を外径φ186mm×940mmHの円筒形にしたものを用いた。
The specific structure of the electrolytic cell is further shown as follows.
The cathode used is a general industrial carbon steel lath plate with an outer diameter of 172 mm x 960 mmH and an outer cathode of 1.6 mmt with a mesh opening of 1.6 mmt and an aperture of 7 mmH x 14 mmL. A 7 mmH × 14 mmL general industrial carbon steel lath plate having a cylindrical shape with an outer diameter of φ200 mm × 940 mmH was used.
Further, a 1.5 mmt ruthenium oxide baked, 5 mmH × 10 mmL titanium lath plate with an outer diameter of 186 mm × 940 mmH was used as the anode.
この電解槽を図1に図示した電解槽に代えた点を除いて図1と同様の排水の処理装置を構成した。
この排水の処理装置を用いて、実施例1と同様の条件で硝酸性窒素を含む排水の脱窒処理を行った。
その結果は以下のとおりである。
電解開始から40分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)0.8mg/L、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)614.2mg/Lであり、硝酸イオン還元(NH3生成)に対する電流効率は112.3%であった。
Except that this electrolytic cell was replaced with the electrolytic cell shown in FIG. 1, a wastewater treatment apparatus similar to that shown in FIG. 1 was constructed.
Using this wastewater treatment apparatus, denitrification treatment of wastewater containing nitrate nitrogen was performed under the same conditions as in Example 1.
The results are as follows.
The drainage composition 40 minutes after the start of electrolysis is ammoniacal nitrogen (as N) 0.8 mg / L, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 614.2 mg / L The current efficiency with respect to nitrate ion reduction (NH 3 production) was 112.3%.
電解開始から80分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)0mg/L、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)257.4mg/Lであり、硝酸イオン還元(NH3生成)に対する電流効率は99.8%であった。
電解開始から120分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)0mg/L、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)92.6mg/Lであり、硝酸イオン還元に対する電流効率は77.5%であった。
電解開始から160分後の排水組成は、アンモニア性窒素(Nとして)0ミリグラム/リットル、亜硝酸性窒素(Nとして)0mg/L、硝酸性窒素(Nとして)27.1mg/Lであり、硝酸イオン還元に対する電流効率は63.6%であった。
The drainage composition 80 minutes after the start of electrolysis is ammonia nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 257.4 mg / L, nitric acid The current efficiency for ion reduction (NH 3 production) was 99.8%.
The wastewater composition 120 minutes after the start of electrolysis was ammonia nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 92.6 mg / L, nitric acid The current efficiency for ion reduction was 77.5%.
The drainage composition 160 minutes after the start of electrolysis is ammonia nitrogen (as N) 0 mg / liter, nitrite nitrogen (as N) 0 mg / L, nitrate nitrogen (as N) 27.1 mg / L, The current efficiency for nitrate ion reduction was 63.6%.
a 硝酸性窒素含有排水
1 電解槽
2 液循環槽
3 添加剤槽
4 気液接触室
10 給液管
14 陰極集電体
15 陽極
17 排気管
21 外カゴ
22 中カゴ
23 内カゴ
a Nitrate nitrogen-containing
Claims (13)
前記電解槽の陰極が鉄であり、前記電解還元反応と共に鉄の溶解による還元反応を併用して生成する次亜塩素酸イオンとアンモニウムイオンとを反応させて排水中の硝酸性窒素成分を還元して脱窒することを特徴とする硝酸性窒素を含む排水の処理方法。 By adding a chlorine ion source compound to waste water containing nitrate nitrogen and subjecting it to electrolysis using a diaphragm electrolyzer equipped with a conductor cathode and an anode for chlorine generation, hypochlorite produced at the anode In a method for treating wastewater containing nitrate nitrogen, which reacts with chlorate ions and ammonium ions formed by electroreduction of nitrate ions at the cathode to denitrify,
The cathode of the electrolytic cell is iron, and the nitrate nitrogen component in the waste water is reduced by reacting hypochlorite ions and ammonium ions, which are produced by using the electrolytic reduction reaction together with the reduction reaction by dissolving iron. A method for treating wastewater containing nitrate nitrogen, characterized by denitrification.
前記電解槽の陰極が鉄であり、前記電解還元反応と共に鉄の溶解による還元反応を併用して生成する次亜塩素酸イオンとアンモニウムイオンとを反応させて排水中の硝酸性窒素成分を還元して脱窒することを特徴とする硝酸性窒素を含む排水の処理装置。 Electrolyze by adding a chlorine ion source compound using a diaphragm electrolyzer equipped with a conductor cathode and an anode for chlorine generation, and hypochlorite ions generated at the anode and nitrate ions electrolyze at the cathode A wastewater treatment device containing nitrate nitrogen that reacts with reduced ammonium ions to denitrify,
The cathode of the electrolytic cell is iron, and the nitrate nitrogen component in the waste water is reduced by reacting hypochlorite ions and ammonium ions, which are produced by using the electrolytic reduction reaction together with the reduction reaction by dissolving iron. Waste water treatment equipment containing nitrate nitrogen characterized by denitrification.
前記電解槽の陰極片として鉄片を使用し、前記電解還元反応と共に陰極材料の溶解による還元反応を併用して生成する次亜塩素酸イオンとアンモニウムイオンとを反応させて排水中の硝酸性窒素成分を還元して脱窒することを特徴とする硝酸性窒素を含む排水の処理装置。 A rod-shaped cathode current collector, a resin-made porous cylindrical inner cage arranged at intervals around which a cathode piece can be filled, a porous cylindrical anode arranged with a narrow gap around the cage, A resin-made porous cylindrical inner cage further arranged with a narrow gap around the periphery, a porous cylindrical cathode current collector arranged with a space that can be filled with a cathode piece around it, and a narrower circumference Using an electrolytic cell with a resin porous outer cylindrical cage arranged with a gap, a chlorine ion source compound is added and electrolyzed, hypochlorite ions generated at the anode, and nitric acid at the cathode A wastewater treatment apparatus containing nitrate nitrogen that denitrifies by reacting ammonium ions formed by electrolytic reduction of ions,
Nitrate nitrogen component in waste water by reacting hypochlorite ions and ammonium ions produced by using iron pieces as the cathode pieces of the electrolytic cell and using the electrolytic reduction reaction together with the reduction reaction by dissolving the cathode material An apparatus for treating wastewater containing nitrate nitrogen, characterized in that denitrification is performed by reducing the amount of nitrogen.
A rod-shaped cathode current collector, a resin-made porous cylindrical inner cage arranged at intervals around which a cathode piece made of iron can be filled, and a porous cylindrical shape arranged with a narrow gap around it An anode, a resin-made porous cylindrical inner cage further arranged with a narrow gap around the anode, a porous cylindrical cathode current collector arranged with an interval at which the cathode pieces can be filled around the anode, and Hypochlorous acid produced by combining a reduction reaction by dissolving a cathode material together with an electrolytic reduction reaction, characterized in that a resin-made porous cylindrical outer cage arranged with a narrow gap is arranged around it An electrolytic cell for wastewater treatment containing nitrate nitrogen that reacts ions and ammonium ions to reduce nitrate nitrogen in the wastewater to denitrify.
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