JP2010149069A - 排水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排水に油分が含有されていても電気分解による浄化を従来よりも上手く行うことができる排水処理方法を提供しようとするもの。
【解決手段】水とプロトン性の両親媒性溶媒と非プロトン性の両親媒性溶媒と疎水性有機成分とを相溶させて電気分解することにより疎水性有機成分を浄化するようにした。前記疎水性有機成分としてＶＯＣガスを浄化することとし、前記ＶＯＣガスを水とプロトン性の両親媒性溶媒と非プロトン性の両親媒性溶媒からなる液滴で捕捉して電気分解するようにしてもよい。
【選択図】なし

Description

この発明は、例えばベンゼン、トルエン、キシレン、スチレンなどのような疎水性物質が含有されていても上手く浄化することができる排水処理方法に関するものである。

従来、排水の処理、特に電車等の車両を洗浄したときに生じる排水の処理に好適に用いられる、という排水処理装置に関する提案があった（特許文献１）。
この排水処理装置は、ＣＯＤ成分、ＢＯＤ成分、油分、重金属を含む排水を貯溜する原水槽と、原水槽から供給された排水を汚泥の発生を抑制しながら電解処理する電解処理槽とを、具備する排水処理装置において、電気分解によって生成され、かつ排水によって消費される成分の量を測定する測定手段を電解処理槽に設けると共に、測定手段による測定結果に基づいて電流密度を増減させる電解制御手段を設けてある、というものである。
そしてこの排水処理装置によれば、排水中の残留塩素量等に基づいて電流密度を増減させることによって、汚濁負荷の大きい排水を安定して処理することができる。またＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）や凝集助剤等のように環境負荷の大きい薬品を使用しないで、電気分解によって排水を処理するので、汚泥量を著しく低減することができる、というものである。
しかし、このように排水に油分が含有されていると電気分解による浄化が実際には上手くいかないという問題があった。
特開２００８−２１２８１６号公報

そこでこの発明は、排水に油分が含有されていても電気分解による浄化を従来よりも上手く行うことができる排水処理方法を提供しようとするものである。

前記課題を解決するためこの発明では次のような技術的手段を講じている。
(１)この発明の排水処理方法は、水とプロトン性の両親媒性溶媒と非プロトン性の両親媒性溶媒と疎水性有機成分とを相溶させて電気分解することにより疎水性有機成分を浄化するようにしたことを特徴とする。
前記排水として、工場系排水、飲食店系排水、一般家庭系排水、汚染土壌系排水、塗装工場その他のＶＯＣガスをスクラバー（scrubber、排ガス洗浄装置）により水中に置換した排水などを例示することができ、何らかの浄化をする必要がある水は全て含まれるものであって、必ずしも捨てるものに限られるのではなく、工場系排水などのように浄化して再利用するものや浄化しつつ循環利用するものなども含まれる。

前記両親媒性溶媒としてプロトン性のIPA（イソプロピルアルコール）、エタノール、メタノール、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）、非プロトン性のDMSO（ジメチルスルホキシド）、ＤＭＡｃ（ジメチルアセトアミド）などを例示することができ、これらプロトン性と非プロトン性とを適宜に組み合わせて使用する。
前記疎水性有機成分としてベンゼン、トルエン、キシレン、スチレンなどを例示することができる。また、土壌汚染が問題となっているダイオキシン類、PCBなどの難分解性有機化合物、人体の皮膚表面などから溶出した汚れ成分などを例示することができる。前記汚染された土壌を水とプロトン性の両親媒性溶媒と非プロトン性の両親媒性溶媒で洗浄し、この洗浄水を前記のようにして浄化することができる。

電気分解による浄化作用は、生成したヒドロキシルラジカル（ＯＨ・）や残留塩素（次亜塩素酸や塩素）などが疎水性有機成分の分子を攻撃したり、陽極電極から疎水性有機成分の分子に直接酸化作用が及ぼされることにより生じる。
前記電気分解時には、過酸化水素や、食塩のような塩化物や次亜塩素酸を共存させることができる。また臭化ナトリウム、臭化カリウム、次亜臭素酸などのように臭素を共存させておくと、有効塩素の活性領域を中性領域からアルカリ性領域にまで拡大させることができる。すなわち、臭素を共存させると酸化力の強い次亜臭素酸の形態の割合が多いｐＨが5.5から8に及ぶと共に、アルカリ領域で次亜臭素酸イオンの形態となっても次亜臭素酸と同等の酸化力を有する。

この排水処理方法は、両親媒性溶媒としてプロトン性のものと非プロトン性のものを共に相溶させるようにしたので、プロトン性の両親媒性溶媒（ＩＰＡなど）は疎水性有機成分（ベンゼンなど）側に疎水基が配位し水側にプロトン性の親水基（水酸基など）が配位することとなり、非プロトン性の両親媒性溶媒（ＤＭＳＯなど）は疎水性有機成分（ベンゼンなど）側に疎水基が配位し水側に非プロトン性の親水基（カルボニル酸素など）が配位することとなり、水側に配位する親水基はプロトン性か非プロトン性かのどちらかだけに偏ることないので相互間の親和性が増大することとなり、疎水性有機成分と水との相溶性を高めて電解効率を向上させることができる。

具体的には、水とプロトン性の両親媒性溶媒（ＩＰＡなど）のみで（非プロトン性は配合せず）疎水性有機成分（ベンゼンなど）を相溶させようとするとなかなか相溶せずかなりの量の溶媒が必要となり、水と非プロトン性の両親媒性溶媒（ＤＭＳＯなど）のみで（プロトン性は配合せず）疎水性有機成分（ベンゼンなど）を相溶させようとするとなかなか相溶せずかなりの量の溶媒が必要となったが、両親媒性溶媒としてプロトン性のものと非プロトン性のものを共に相溶させることにより、これら溶媒の量が単独の場合より相対的に少ない場合でも疎水性有機成分を相溶させることができるようになった。この両親媒性溶媒は、疎水性有機成分を電気分解するため水中に導入するという意義の他に浄化されるべき有機成分としての一面を有しており、その量を少なくできると最終的な浄化度（例えばＣＯＤ量など）の向上に寄与することができる。

また、分子間力などにより会合していた疎水性有機成分（ベンゼンなど）相互間に両親媒性溶媒（ＩＰＡ、ＤＭＳＯなど）と水が介在し相溶させた状態で電気分解することとなり、会合していた疎水性有機成分の分子の相互間は分離・離反され元々の集合が細分化されていることとなり、疎水性有機成分の分子は酸化作用を周囲からダイレクトに受けて分子内の結合が分断されていくこととなる。両親媒性溶媒は電気分解時に水と疎水性有機成分との間に介在する助剤として作用し、疎水性有機成分は酸化作用を有効に及ぼしめられる。

（２）前記疎水性有機成分としてＶＯＣガスを浄化することとし、前記ＶＯＣガスを水とプロトン性の両親媒性溶媒と非プロトン性の両親媒性溶媒からなる液滴（ミスト）で捕捉して電気分解するようにしてもよい。
このように構成すると、VOCガスの主要な成分であるベンゼン、トルエン、キシレンなどのガス（気相）を水中に移行せしめることによって電気分解により好適に浄化することができる。また、前記液滴には両親媒性溶媒が含まるようにしているので、VOCガスの吸着効率が高いものとなっている。このようにしてVOCガスを浄化して空気を清浄化して脱臭を図ることができる。

この発明は上述のような構成であり、次の効果を有する。
疎水性有機成分の分子は酸化作用を周囲からダイレクトに受けて分子内の結合が分断されていくこととなるので、排水に油分が含有されていても電気分解による浄化を従来よりも上手く行うことができる排水処理方法を提供することができる。

（実施形態１）
以下、この発明の実施の形態を説明する。
この実施形態の排水処理方法は、水とプロトン性の両親媒性溶媒と非プロトン性の両親媒性溶媒と疎水性有機成分とを相溶させて電気分解することにより疎水性有機成分を浄化するようにしている。
前記排水として、工場系排水、飲食店系排水、一般家庭系排水、汚染土壌系排水、塗装工場その他のＶＯＣガスをスクラバー（scrubber、排ガス洗浄装置）により水中に置換した排水などを例示することができ、何らかの浄化をする必要がある水は全て含まれるものであって、必ずしも捨てるものに限られるのではなく、工場系排水などのように浄化して再利用するものや浄化しつつ循環利用するものなども含まれる。

前記両親媒性溶媒としてプロトン性のIPA（イソプロピルアルコール）、エタノール、メタノール、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）、非プロトン性のDMSO（ジメチルスルホキシド）、ＤＭＡｃ（ジメチルアセトアミド）などを例示することができ、これらプロトン性と非プロトン性とを適宜に組み合わせて使用する。
前記疎水性有機成分としてベンゼン、トルエン、キシレン、スチレンなどを例示することができる。また、土壌汚染が問題となっているダイオキシン類、PCBなどの難分解性有機化合物、人体の皮膚表面などから溶出した汚れ成分などを例示することができる。前記汚染された土壌を水とプロトン性の両親媒性溶媒と非プロトン性の両親媒性溶媒で洗浄し、この洗浄水を前記のようにして浄化することができる。

電気分解による浄化作用は、生成したヒドロキシルラジカル（ＯＨ・）や残留塩素（次亜塩素酸や塩素）などが疎水性有機成分の分子を攻撃したり、陽極電極から疎水性有機成分の分子に直接酸化作用が及ぼされることにより生じる。
前記電気分解時には、過酸化水素や、食塩のような塩化物や次亜塩素酸を共存させることができる。また臭化ナトリウム、臭化カリウム、次亜臭素酸などのように臭素を共存させておくと、有効塩素の活性領域を中性領域からアルカリ性領域にまで拡大させることができる。すなわち、臭素を共存させると酸化力の強い次亜臭素酸の形態の割合が多いｐＨが5.5から8に及ぶと共に、アルカリ領域で次亜臭素酸イオンの形態となっても次亜臭素酸と同等の酸化力を有する。

次に、この実施形態の排水処理方法の使用状態を説明する。
この排水処理方法は、両親媒性溶媒としてプロトン性のものと非プロトン性のものを共に相溶させるようにしたので、プロトン性の両親媒性溶媒（ＩＰＡなど）は疎水性有機成分（ベンゼンなど）側に疎水基が配位し水側にプロトン性の親水基（水酸基など）が配位することとなり、非プロトン性の両親媒性溶媒（ＤＭＳＯなど）は疎水性有機成分（ベンゼンなど）側に疎水基が配位し水側に非プロトン性の親水基（カルボニル酸素など）が配位することとなり、水側に配位する親水基はプロトン性か非プロトン性かのどちらかだけに偏ることないので相互間の親和性が増大することとなり、疎水性有機成分と水との相溶性を高めて電解効率を向上させることができる。

具体的には、水とプロトン性の両親媒性溶媒（ＩＰＡなど）のみで（非プロトン性は配合せず）疎水性有機成分（ベンゼンなど）を相溶させようとするとなかなか相溶せずかなりの量の溶媒が必要となり、水と非プロトン性の両親媒性溶媒（ＤＭＳＯなど）のみで（プロトン性は配合せず）疎水性有機成分（ベンゼンなど）を相溶させようとするとなかなか相溶せずかなりの量の溶媒が必要となったが、両親媒性溶媒としてプロトン性のものと非プロトン性のものを共に相溶させることにより、これら溶媒の量が単独の場合より相対的に少ない場合でも疎水性有機成分を相溶させることができるようになった。この両親媒性溶媒は、疎水性有機成分を電気分解するため水中に導入するという意義の他に浄化されるべき有機成分としての一面を有しており、その量を少なくできると最終的な浄化度（例えばＣＯＤ量など）の向上に寄与することができる。

また、分子間力などにより会合していた疎水性有機成分（ベンゼンなど）相互間に両親媒性溶媒（ＩＰＡ、ＤＭＳＯなど）と水が介在し相溶させた状態で電気分解することとなり、会合していた疎水性有機成分の分子の相互間は分離・離反され元々の集合が細分化されていることとなり、疎水性有機成分の分子は酸化作用を周囲からダイレクトに受けて分子内の結合が分断されていくこととなり、排水に油分が含有されていても電気分解による浄化を従来よりも上手く行うことができる。
両親媒性溶媒は電気分解時に水と疎水性有機成分との間に介在する助剤として作用し、疎水性有機成分は酸化作用を有効に及ぼしめられる。

（実施形態２）
前記疎水性有機成分としてＶＯＣガスを浄化することとし、前記ＶＯＣガスを水とプロトン性の両親媒性溶媒と非プロトン性の両親媒性溶媒からなる液滴（ミスト）で捕捉して電気分解するようにした。
このように構成したので、VOCガスの主要な成分であるベンゼン、トルエン、キシレンなどのガス（気相）を水中に移行せしめることによって電気分解により好適に浄化することができる。また、前記液滴には両親媒性溶媒が含まるようにしているので、VOCガスの吸着効率が高いものとなっている。このようにしてVOCガスを浄化して空気を清浄化して脱臭を図ることができる。

排水に油分が含有されていても電気分解による浄化を従来よりも上手く行うことができることによって、各種排水処理の用途に適用することができる。

Claims (2)

1. 水とプロトン性の両親媒性溶媒と非プロトン性の両親媒性溶媒と疎水性有機成分とを相溶させて電気分解することにより疎水性有機成分を浄化するようにしたことを特徴とする排水処理方法。
2. 前記疎水性有機成分としてＶＯＣガスを浄化することとし、前記ＶＯＣガスを水とプロトン性の両親媒性溶媒と非プロトン性の両親媒性溶媒からなる液滴で捕捉して電気分解するようにした請求項１記載の排水処理方法