JP2012531303A - 排水の電気化学的処理のための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明の排水処理装置は、少なくとも１つの陽極及び少なくとも１つの陰極を備える汚染物質除去のための電気凝固ユニットと、少なくとも１つの陽極及び少なくとも１つの陰極を備える汚染物質酸化のための電気酸化ユニットとを備え、ここでオキシダント類が電気的に生成される。排水の種類に基づき、この装置は、電気凝固ユニットと電気酸化ユニットとの間に電気浮上ユニットを備えてもよい。この装置はまた、残留オキシダント類と反応し、除去するための金属イオン遊離電極を備え得るオキシダント除去ユニットを備える。ある場合には、このオキシダント除去ユニットからの流出液の一部は、効率を増大するために電気凝固ユニットに対して再循環されてもよい。

Description

技術分野
本発明は、排水処理の分野に関する。さらに詳細には、本発明は、排水の電気化学的な汚染除去のための装置およびプロセスに関する。

背景技術
人々の小規模なコミュニティー（地域社会）、企業およびグループが、地方自治体の排水処理システムにアクセスしない（または種々の理由によって利用できない）場合は多くある。例としては、隔離された居住環境、船舶および海上プラットフォーム、小島、研究または軍隊の前哨基地、遠隔の農業上および工業上の作業、および排水の発生源が挙げられる。

これらの種々のコミュニティーで、台所排水（グレーウォーター）、トイレ排水（ブラックウォーター）、汚水、油水、ならびに病原体、有機物および無機物、溶解されるかまたは懸濁された固体で汚染された任意の他の排水を含む広範な液体廃棄物が生じる。

これらの小さいコミュニティーのうちでも、多数の排水の流れを生じるのは船舶である。これらの流れは、エンジンルームからのビルジ水、トイレおよび男性用小便器からのトイレ排水、ならびにシャワー、洗濯場、調理場および調理室からの雑排水を含む。

地方および国際的な地上の流出液排出規制および海洋の流出液投棄基準は、ますます厳しくなっている。地上での規制は、水域の近くに位置する居住環境にとって特に厳しくなっており、ここでは汚染物質、例えば、リン酸塩、硝酸塩および糞便性大腸菌が主な懸念である。

国際的な海洋規制および他の規制機関はまた、オイル、糞便性大腸菌群数、生物学的酸素要求量、塩素などの汚染物質、ならびに影響度の高い水中のリンおよびアンモニアなどの栄養に関して、エコシステムに対するそれらの負の影響に起因して、ますます厳しくなっている。実際、多くの海洋領域では、船舶が生じる排水は、もはや前処理なしに廃棄することはできない。

Ｌｅｆｆｌｅｒらの特許文献１および特許文献２によって教示されるシステムなどの船舶ベースの化学物質なしの水処理システムの必要性を記述する先行技術の引用文献が存在する。Ｌｅｆｆｌｅｒらは、空気および電気を用いて、バラスト、トイレおよび洗濯室から生じる水流のような種々の水流の汚染除去を補助する、反応性の気体状の酸素および窒素イオン性種を生じる工程を教示する。Ｌｅｆｆｌｅｒらのシステムはまた、塩水を用いて、消毒目的のために水の中の塩の電気分解から塩素を生じる工程を教示する。

いくつかの先行技術の引用文献は、特定の順序で機能する種々の組み合わせの電気化学的デバイスを用いて、汚染除去された流出液を生じる工程を記載する。例えば、Ｍｅｈｌ（特許文献３）は、電気凝固の連続的な工程を通じた空間の要件および流出液の質を効率的に考慮する排水処理システム、回転加圧磁気媒体フィルターシステム、ＵＶベースの殺菌および最終沈殿工程を教示する。

Ｂｒａｄｌｅｙ（特許文献４）は、浸出液および排水の改善のためのシステムであって、大きい方の粒子を除去するための初期濾過スクリーン、続いて、オゾン前処理、粒子を凝集するための電気凝固ユニット、酸化ユニットおよびイオン交換ユニットを用いて残余のアンモニウム汚染物質を除去するためのポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）ユニットを備える、システムを教示する。

しかし、化学的な添加物、生物学的処理の使用も、または高度に酸化するガスの発生もなしに、かつ全自動およびオン・オフ能力でもって、複合流および／または異種の流れを同時に処理できるコンパクトな装置および方法が必要である。このような装置は、空間が限られている適用で、集中排水処理システムへのアクセスのない遠隔のコミュニティーで、利用可能な排水処理システムに排出できない排水を生じるコミュニティーで、および従来の処理のアプローチでは除去も分解もされない汚染物質を含む排水流のために（例えば、製剤の残渣）、用いられ得る。従って、この装置および方法は、先行技術の限界および欠点を克服する。

米国特許第６，９２３，９０１号明細書 米国特許公開公報第２００４００９９６０７号明細書 米国特許第７，３５４，５０９号明細書 米国特許第６，９６０，３０１号明細書

発明の概要
作動するための電気および定期的な低コストの電極交換しか必要としない電気化学的処理ユニットに基づく、排水電気化学的処理技術（Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）（ＷＥＴＴ）と呼ばれる簡易使用のシステムは、異種の排水流を個々にまたは同時に効率的に処理することができるということが発見された。このシステムの重要な特徴は、このシステムが雑食性（ｏｍｎｉｖｏｒｏｕｓ）であり、かつ外部からの化学物質の追加も、処理剤も、生物学的処理も必要としないということである。ＷＥＴＴの別の重要な特徴は、これが生物学的な処理および多くの他の処理アプローチに比較して速いということである。

ほとんどの排水処理技術と異なり、出願人らのシステムは、いくつかのおよび異なる排水を処理できる雑食性のシステムであり、再使用または周囲の環境への排出に関して安全となる。多くの排水処理のアプローチは、単一の種類の排水しか処理できないが、出願人らの技術は、最も容易（通常は大型または容易に回収）で始まり、最も困難（通常は小型、溶存または不応性）にまでいたる、ほとんどの種類の汚染物質を組織的に除去する連続プロセスとして設計された。

ほとんどの排水処理技術とは異なり、出願人らのシステムは、高価であり、かつ安全な取り扱いおよび貯蔵を必要とする化学物質（多くの遠隔のコミュニティーは、これらを提供することもできず、および／または定期的な船荷に対するアクセスもない）も使用せず、生物学的な処理（多くの遠隔のコミュニティーには訓練を受けた人がおらず、利用可能な空間もなく、これらのシステムを作動するために適切な条件もなく、このシステムは、簡単に調子が悪くなる）も使用しない。

従って、本発明の目的は、排水を処理するための装置を提供することであり、この装置は、排水から汚染物質を除去するための電気凝固ユニットであって、排水を受容するための少なくとも１つの入り口ならびに少なくとも１つの陽極および少なくとも１つの陰極を備え、この陽極および陰極が、電源に接続されている電気凝固ユニットと、排水中の汚染物質を酸化するための電気酸化ユニットであって、電気凝固ユニットから排水を受容するための少なくとも１つの入口、少なくとも１つの陽極、少なくとも１つの陰極（ここでオキシダント類が電気化学的に生成される）、排水を排出するための少なくとも１つの出口を備える電気酸化ユニットと、排水からオキシダント類を除去するためのオキシダント除去ユニットであって、電気酸化ユニットから排水を受容するための少なくとも１つの入口、オキシダント除去プロセスの間に排水を含むための容器、この装置から処理された排水を廃棄するか、または処理された排水を電気酸化ユニットに戻すように適合された少なくとも１つの出口を備え、処理された排水の再循環のための閉鎖ループ回路を形成する、オキシダント除去ユニットと、を備える。

本発明のいくつかの実施形態では、この装置はさらに、逆浸透ユニットまたは蒸発凝縮ユニットを、オキシダント除去ユニットの後に備え、ここで追加のユニットは、飲料水を生成することができる。

排水を受容するための少なくとも１つの入口を備える、排水からオキシダント類を除去するためのオキシダント除去装置を提供することが本発明の別の目的である。さらに、このオキシダント除去容器は、電源に接続された少なくとも１つの陽極および少なくとも１つの陰極を備え、ここで少なくとも１つの陽極は、残留オキシダント類と反応して金属酸化物類を形成する金属イオンを排水中に遊離するように適合された金属陽極であり、かつここでこの装置は、排水から金属酸化物類を分離するように適合されている装置と、オキシダント除去のレベルを決定するための酸化還元電位センサーおよび塩素センサーのうちの少なくとも１つからの入力を受容するコントローラーと、処理された流出液を排出するための出口と、を備える。

本発明のさらに別の目的は、ＣＯ_２、ｐＨ、塩素、およびＯＲＰ測定値のうちの１つ以上の関数として排水処理システム中の酸化反応を制御するためのデバイスを提供することであり、このデバイスは、排水の汚染物質の酸化を可能にするように適合された酸化チャンバと、この酸化チャンバと流体連絡してＣＯ_２、ｐＨ、塩素、およびＯＲＰのセンサーのうちの１つ以上を備え、このセンサーがＣＯ_２、ｐＨ、塩素、およびＯＲＰの量に対する入力を、処理のレベルおよび／または進行を制御するために、酸化チャンバコントローラーに送る。

本発明のさらに別の目的は、排水を処理するためのプロセスを提供することであり、このプロセスは、電気凝固ユニット中で排水の汚染物質を電気凝固する工程と、電気酸化ユニット中で排水の汚染物質を電気酸化する工程と、電極から金属イオンを遊離して、残留オキシダント類と反応させ、オキシダント除去ユニット中で排水から分離され得る金属酸化物類を生じる工程と、最終的には、処理された流出液を排出する工程とを包含する。ある場合には、例えば、少量のまたは既知の残留オキシダント類が、電気酸化ユニットから排出される場合、オキシダント除去ユニットの金属イオン遊離電極は、オキシダント分解のための紫外照射源と置き換えてもよい。

本発明のいくつかの局面では、排水を処理するための方法が提供され、この方法は、排水を酸化工程に供する工程と、電源に接続された電極の間で排水をパスすることによってオキシダント除去工程に対して酸化された排水を供する工程であって、この電源により少なくとも１つの犠牲電極が金属イオンを排水中に遊離させ、この金属イオンは、オキシダント類と反応して、金属酸化物類を生じる工程と、を包含する。

本発明のいくつかの局面では、オキシダント類を含有する排水を処理するための方法が提供され、この方法は、電源に接続された電極の間で再循環ループ中で排水をパスすることによってオキシダント除去工程に対して排水を供する工程であって、この電源により少なくとも１つの犠牲電極が金属イオンを排水中に遊離させ、この金属イオン類は、オキシダント類と反応して、金属酸化物類を生じる工程と、ＯＲＰおよび／または塩素のセンサーを用いて排水中のオキシダントレベルを測定する工程と、最終的には、排水中のオキシダント類の量の関数として排水を排出する工程とを包含する。

本発明のさらに他の局面では、酸化チャンバ中の酸化反応を制御するための方法が提供され、この方法は、酸化チャンバ中で汚染物質を酸化する工程と、ＯＲＰ、遊離塩素、ｐＨおよび二酸化炭素などの処理進行を示す１つ以上の処理の指標を測定する工程と、次いで、処理指標の関数として酸化反応を調節する工程とを包含する。

本発明のいくつかの局面では、オキシダント除去ユニットと任意の他の上流の電気化学的ユニットとの間にループを備え、その結果オキシダント除去ユニットからの金属酸化物含有排水が上流の位置に送達されて、天然の有機または他の物質の凝集および吸着が増強され、さらにシステムのエネルギー効率が増大され得る装置が提供される。
本発明は、添付の図面を参照して本発明の実施形態の詳細な説明に従えばさらによく理解される。

図面の簡単な説明
ＷＥＴＴプロセスの略図であって、このプロセスは、電気凝固、電気浮上、電気酸化およびオキシダント減少のための処理ユニット、用いられる主要オンラインセンサー、ならびに酸化鉄のリサイクリングを備える。 ３０ｍＡで作動する実験室規模のオキシダント減少（ＯＲ）ユニットを用いた処理時間に対する遊離塩素除去を示すグラフである。 １５ｍＡで作動する実験室規模のオキシダント減少（ＯＲ）ユニットを用いた処理時間に対する塩素除去を示すグラフである。 トイレ排水／台所排水の処理のためのＷＥＴＴユニットの略図である。 油水の成分を有するトイレ排水／台所排水の処理のためのＷＥＴＴユニットの略図である。 ＣＯＤ、ＣＯ_２およびｐＨのセンサーからの実験結果を示しており、酸化処理進行とのそれらの相関を強調するグラフである。 ＯＲＰ値が７００ｍＶに達するときに起動される遊離塩素センサーによるオキシダント減少（ＯＲ）処理の間の溶液中のＯＲＰおよび遊離塩素の発生を示す。 種々のレベルの金属酸化物Ｆｅ（ＯＨ）_３添加によるトイレ排水（ＢＷ）および台所排水（ＧＷ）に関するジャーテスト（ｊａｒ ｔｅｓｔ）で測定した総懸濁固体量（ＴＳＳ）および色に関する実験結果を示す。 流入液流動回路および制御回路を備える、ＷＥＴＴ装置の略図である。

発明の詳細な説明
図１は、種々の電気化学的処理ユニット、用いられ得る主要オンラインセンサー、ならびに前の電気化学的処理ユニットに対する酸化鉄のリサイクリング（破線として示される）を備えるＷＥＴＴプロセスの略図である。図１には、処理されるべき排水中のバルク固体およびオイルの濃度しだいで必要である場合がある、バルク固体または遊離オイルを除去するための前処理ユニットは示されない。周知の装備、例えば、バー・スクリーン、粗ろ過機およびオイル・コアレッサーを用いて、この課題を達成してもよい。前処理ユニットはまた、グラインダーなど、バルク固体の大きさを小さくするための機構であってもよい。

排水汚染除去プロセスに関与し得るＷＥＴＴユニットは、下におよび図１に列挙される。１つの好ましい実施形態では、このプロセスは、一連の４つの電気化学的ユニットからなる。
１．電気凝固（ＥＣ）
２．電気浮上（ＥＦ）
３．電解酸化（ＥＯ）
４．オキシダント除去（ＯＲ）

電気凝固因子などの上記のユニットのいくつかは個々には、先行技術において公知であるが、その他、例えば、オキシダント除去ユニットは新規である。出願人らの発明は、化学的または生物学的な処理の使用のない、種々の排水の処理のためのこれらのユニットの各々の配置、作動および制御にあり、かつ固有で以前には未知であったプロセスで装置であるＷＥＴＴを構築する多くの革新的な局面を包含する。

排水とは、本発明による電気化学的な処理から利益を得る場合がある全ての流入液および流出液流を包含することを意味すると理解される。電気凝固とは、電気凝固が、液体の表面に対して特定の汚染物質を浮上させることができるガスの気泡を生じるような場合に、電気浮上を包含すると解釈されるべきであることも理解される。

さらに、特定の配列および作動方式が記載され、この方式は、船上で生じる３つの主な廃棄流（トイレ排水、台所排水および油水）を同時に処理できる。当該分野の現状の技術では、別々の装備を用いて、単に特定の流れを個々に処理するか、または流れの特定の組み合わせを処理し得るシステムおよび方法が提供されている。

図１に模式的に示される、ＷＥＴＴプロセスの部分の各々を、下にさらに詳細に考察する。

電気凝固（ＥＣ）
出願人らは、排水中に含まれる、懸濁された固体、コロイド、金属イオン、オイルおよびエマルジョンを不安定化し、それらを凝固するための電気凝固プロセスを用いる。ＥＣは、処理されるべき排水中に浸された金属電極（通常はアルミニウムまたは鉄）の１つ以上の対に対して電圧を印加する工程からなる。この陽極（単数または複数）は、凝固効果を有する、犠牲および遊離の金属イオンである。同時に、水素ガスの気泡が陰極（単数または複数）で作成され、排水の幾何学および流動方向次第で、これらを用いて、処理されている液体の表面に対して凝固された汚染物質（遊離された金属イオンを含めて）を浮上してもよい。当業者に公知である電極の極性の反転は、陰極（単数または複数）表面上の沈着形成を妨げ、これによって、電極の寿命を延ばし、かつ電気凝固ユニットにおける電気損失を最小限にする。

電気凝固ユニットの好ましい実施形態は、垂直のアルミニウムの平行電極プレートを用いるが、汚染物質の凝固を可能にするＥＣユニット電極の任意の他の配列も用いる。排水は、底からユニット中にポンピングされ、電極プレートの間で上へ向かい、ここで凝固金属イオンが遊離され、気泡の生成が生じる。電極プレートは、凝集槽におかれてもよいし、または凝集槽から隔てられて、そのメンテナンスおよび交換を容易にしてもよい。陰極でのガス気泡の放出によって生じる乱流は、凝固粒子を凝集させ、上向き流と組み合わされた綿状塊（ｆｌｏｃｓ）に対する気泡の接着は、羊毛状の（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ）汚染物質が液体の表面であぶく（ｆｒｏｔｈ）を形成するようにさせる。このあぶくは、吸引またはスキマー・ブレードなどの任意の他のあぶく除去の機構によって連続的に除去され、もし脱水が必要な場合は、濃縮されたあぶくが廃棄物処理に送られ、あぶくの脱水から抽出された液体が、排水処理システムの先頭に、またはＥＣ、ＥＦ、ＥＯもしくはＯＲを含む任意の個々のユニット中に戻される。現在の密度および用いられる表面積比は、この技術に典型的であり、かつ作動様式は連続であるが、このプロセスは、バッチ様式で容易に作動され得る。２〜３ヶ月程度ごとに電極アセンブリの交換を要する配置が好ましい。全ての電気化学的ユニットは、電力消費を低下するかまたは処理効率を向上するために、パルス電流を利用し得る。

電気浮上（ＥＦ）
出願人は、このプロセスを、ＥＣ処理の間に除去されなかった綿状塊（ｆｌｏｃｓ）を浮遊させるためのポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）段階として用いる。図１は、ＥＣおよびＥＦユニットを分離区画として示すが、ＥＦユニットは、ＥＣユニット中に組み込まれてもよい。ＥＦユニットの目的は、ＥＣ処理後の溶液中に残っている綿状塊を浮遊させるように働くガスのミクロンの泡を提供することである。水素および酸素の泡は、電流が与えられる非犠牲電極を用いて電気化学的に生成される。この場合、陰極にはチタンメッシュを用いるが、陽極は、酸化イリジウムでコーティングされたチタンメッシュからなる。任意の他の種類の電極材料、例えば、陽極および陰極の両方についてのプラチナコーティングしたチタニウムは、それがＥＦの要件を果たし、かつ極性反転を可能にする限り用いられてもよい。さらに、陰極がマイクロバブルを放出するが犠牲陽極が凝固因子を放出する他のＥＦユニットが可能である。

作動の様式は連続である。ＥＣ／ＥＦ処理後、ほとんどの懸濁された固体、金属イオン、遊離および乳化されたオイルは、溶液中の化学的酸素要求量（ＣＯＤ）によって示されるように、溶解された固体のかなりの部分とともに除去された。電極の極性反転はまた、陰極表面上の沈着形成を妨げるためにこのユニット中で用いられてもよい。

電解酸化（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）（ＥＯ）
出願人らは、このプロセスを用いて、化学的酸素要求量を含む残りの溶存物質を酸化する。電解（または電気化学的）酸化は、電流が与えられる電極の対を利用する電気化学的なプロセスである。これは、陽極の表面上でおよび／またはバルク溶液中で酸化種を生成する。有機分子の完全な酸化は、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガスの遊離を生じる。従って、このプロセスは、時に、電気化学的燃焼と呼ばれる。無機分子も、このプロセスで酸化され得る。ＣＯ_２ガスに加え、水素ガス（陰極で作製される）および酸素などの少量の他のガスが陽極で作製され、ＥＯ処理の間に連続して排気される。この陰極は、ＥＯユニット中で水素ガスの生成をさせない材料から作製される。なぜならこれによってＣＯ_２レベルの決定が容易になり、かつ電気酸化ユニット中で水素ガスの排気の必要性が省かれるからである。

ＥＯプロセスは、ケイ素、チタニウムまたは他の基板を覆うホウ素浸漬ダイヤモンド（ＢＤＤ）コーティングからなる電極を利用する。これらは、ステンレス鋼またはプラスチックリアクター本体に囲まれてもよい。ＥＯ電極は、薄膜化学蒸着などの技術によって純粋なＢＤＤプレートから作製されてもよい。陰極表面上の沈着形成を妨げる極性反転は、陽極および陰極の両方がＢＤＤ電極である場合に可能である。ＢＤＤ電極は、陽極表面近くでヒドロキシル基を作製するために大容量を有するが、類似の能力を有する２〜３の他の種類の電極があり、これも用いられ得る。ヒドロキシル基は、塩素およびオゾンなどのほとんどの周知のオキシダント類よりも強力である。

同様に、ＢＤＤ電極は、塩（または海水）が処理される排水中に存在する場合、バルク溶液中で有意なレベルの酸化化合物を作製する。詳細には、溶液のｐＨに応じて次亜塩素酸と平衡である次亜塩素酸ナトリウムが作製されれば、ヒドロキシル基と組み合わせて、溶解された汚染物質、不活性な病原体、例えば、細菌を酸化するように働き、かつヒドロキシル基のみを用いて達成され得る酸化の速度および程度を向上する。

このプロセスは典型的には、バッチ再循環方式で作動される。なぜならヒドロキシル基は、短命であって、バルク流に入るのではなく、陽極表面に近くに残るからである。高濃度の汚染物質では、このプロセスは電流制限的であるが、汚染物質の濃度は、特定のレベルより下に低下するので、ヒドロキシル基による酸化は、物質移動制限になる。ＥＯリアクターを通る多くの通過が、ＣＯＤを低レベルに低下するために必要である。しかし、溶液中に、塩水または海水の電解から生成される次亜塩素酸ナトリウムなどの他のオキシダント類が存在する場合、十分な酸化がバルク流中で生じて、ＥＯプロセスが連続様式で作動することを可能にし得る。従って、作動条件およびＣＯＤ減少の所望のレベル次第で、ＥＯプロセスの作動の連続様式もまた可能である。処理のために必要な表面積比および電力消費量を最小化するような方法で、ＥＯプロセスを設計することが望ましい。

オキシダント除去（ＯＲ）
これは、ＷＥＴＴプロセスにおける最終ユニット操作である。その機能は、ＥＯ処理後に残っている残留オキシダントを、それが必要な場合（ほとんどの場合）分解することである。例えば、国際海事機関（ＩＭＯ）および船舶による汚染の防止のための国際条約に関する議定書（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｓｈｉｐｓ）ＩＭＯ／ＭＡＲＰＯＬの規制は、船舶が、０．５ｍｇ／Ｌを超えて含有する残留塩素オキシダントを含む処理された排水を排出することを禁じている。海水が排水の１つに存在するか、または排水の伝導率を改善するために添加され、電解プロセスが酸化のために用いられる場合、塩素ベースのオキシダント類が作製され、典型的には、排出可能なＣＯＤのレベルに到達される場合、ＩＭＯ／ＭＡＲＰＯＬの排出標準を超える塩素レベルである。総塩素値は、遊離の塩素およびあわせた塩素（一般的には、クロラミン）の合計からなり、他のアプローチとは異なり、出願人らのアプローチは、両方の種類の塩素ベースのオキシダント類、ならびに電解プロセスによって作製される（例えば、臭素ベース）か、または化学物質もしくはガスとして添加され得る他の種類のオキシダント類を分解可能である。図２および図３は、実験室規模のＯＲユニットを用いる遊離の塩素およびクロラミン減少についての代表的な結果を示す。

先行技術では、周知の化学的還元剤、顆粒の活性炭、触媒または他のこのような消費材の使用を通じた脱塩素が記載されている。これらのアプローチには多くの欠点があり、これには、それらの高い費用、ならびに化学的な生成物の取り扱いおよび廃棄に必要な安全性予防措置、ならびに多くの隔離されたコミュニティーでは脱塩素を定期的には得ることができないという事実が挙げられる。

代わりに、ＷＥＴＴのコアユニットを形成する電解アプローチと調和して、出願人らは、安価でかつ迅速である残留オキシダントの除去のための電解アプローチを開発した。

ＯＲユニット操作は、鉄（例えば、炭素鋼）から主に作製される平行電極プレートを利用し、ここに電流が加えられる。この電極は、ステンレス鋼リアクターに包み込まれ、処理されるべき流体は、所望のレベルのオキシダント除去が得られるまでリアクターを通して循環される。あるいは、電極スタックは、排水が保持されかつ攪拌される構造の適切な材料の保持タンクの内側に配置され得る。操作の方式は、バッチであるが、残留オキシダント濃度および他の項目次第で、連続運転が想定されてもよい。

電極に与えられる電流は、陽極からＦｅ^２＋イオンを遊離する効果を有し、これは残留オキシダントと即時的に反応して、さびとしても公知の中性のｐＨで不溶性の沈殿であるＦｅ（ＯＨ）_３を生じる。例として、オキシダント、次亜塩素酸ナトリウムは、Ｆｅ^２＋イオンをＦｅ^３＋イオンに酸化するが、それ自体は、無害なナトリウムおよび塩素のイオン（溶解したＮａＣｌまたは塩）に還元される。オキシダント除去の速度は主に、水中に放出されるキシダント類およびＦｅ^２＋の濃度によって決定され、後者は、電流密度の関数であるが、オキシダント除去の程度は、処理時間および速度の関数である。

あるいは、オキシダント除去はまた、他の方法、例えば、顆粒の活性炭、イオン交換、フィルター、化学還元剤、エアレーションデバイス、オキシダント類の熱分解のための加熱デバイスおよび紫外線（ＵＶ）照射によっても達成され得る。例えば、オキシダント除去装置の別の実施形態では、ＵＶ照射源は、塩素およびＥＯ装置で生成される他のオキシダント類を分解する。

ＥＣ陽極と同様に、犠牲ＯＲ電極を、それらの交換が２〜３カ月程度ごとに必要となり運転中に極性の反転があるようにサイズ化することが好ましい。処理された流出液の意図する用途次第で、少量の残留オキシダントが望まれ（例えば、地方自治体の排水処理システムで行われるように）。この場合、ＯＲプロセスは、残留オキシダントの全てを分解する前に終了される。

処理された流出液からのＦｅ（ＯＨ）_３粒子の除去（もしあれば）の程度はまた、処理された流出液の最終の意図される使用に依存する。飲用水からの鉄の除去は、ヒトの健康または環境に対する危険性というよりも審美的な懸念（味覚、染色または蓄積に関連する）のせいで一般的な方法である。鉄は、実際には、良好なヒトの健康に関して本質的であり、鉄が飲料水に存在する場合、鉄は、４０ｐｐｍ程度の高さの濃度（井戸水では多くの場合）で見出され得るが、これは通常は１０ｐｐｍ未満である。しかし、審美的な理由のために、推奨される限界は０．３〜１．０ｐｐｍである。

海軍の艦艇の場合には、海洋への少量のさびの粒子の廃棄の懸念はわずかなはずである。実際、大量のガラスおよび金属廃棄物が定期的に、浮遊しないように船内で粉砕された後に投棄されている。さらに、海洋学者は、鉄の不足が海洋で不毛地帯を生じると仮説しており、鉄を用いて海洋を播種することを含めた多くの大規模フィールド実験が行われた。

Ｆｅ（ＯＨ）_３粒子を除去することが所望される場合には、Ｆｅ（ＯＨ）_３の濃度、ＴＳＳ廃棄基準、および種々の他の要因に応じていくつかのアプローチを用いてもよい。

Ｆｅ（ＯＨ）_３粒子の濃度が大きい場合、浄化装置を用いて処理された排水からＦｅ（ＯＨ）_３粒子を分離することができる。浄化装置は、適用に応じてバッチ方式または連続方式で作動し得る。ＷＥＴＴプロセスによって必要なオキシダント減少の典型的なレベルについて、Ｆｅ（ＯＨ）_３の濃度および粒子サイズ分布は、いくつかの場合には、粒子の沈降の合理的な速度を可能にするのに十分であり、この粒子は、浄化装置のコーン形状の底に取り付けられた出口パイプに位置するバルブを作動することによってバッチ様式で作動している浄化装置の底から濃縮スラリー中に除去され得る。この期間中の流れは、固定液体中の旋回または乱流を最小化するために層流であるように設計される。

Ｆｅ（ＯＨ）_３濃度が高く、高度に濃縮される必要がある固体である場合の適用に関しては、液体遠心分離機、フィルタープレスまたはロータリードラムフィルターなどの装備が使用され得る。あるいは、Ｆｅ（ＯＨ）_３濃度が低い場合、逆流フィルターまたは他の濾過手段を用いて、粒子を除去して、透明な流れおよび高濃度のＦｅ（ＯＨ）_３粒子を含むスラリーを生じてもよい。Ｆｅ（ＯＨ）_３粒子を含むスラリーは、廃棄に送られても、または未処置もしくは部分的に処理された排水流に戻されてもよく、ここで下に記載されるような有意な利点が得られる。

ＷＥＴＴプロセスの説明
トイレ排水（ＢＷ）および台所排水（ＧＷ）または油水（ＯＷ）の流れが合流された場合には、処理されるべき排水は単純に、図４Ａに示されるように、各々のＷＥＴＴユニットを通過し得る。ほとんどの排水流は、このプロセスを作動するのに十分に伝導性であり、ＥＯの間に生成されたヒドロキシル基は、塩類溶液の電解質に基づくアプローチで典型的には生成される塩素ベースのオキシダント類の寄与なしに、ＣＯＤおよび生物学的な剤を溶液中で減少するのに十分である。

塩（または逆浸透脱塩プロセス由来の海水もしくは鹹水）の添加を、ＷＥＴＴプロセスによって処理されている排水の電気伝導率を増大するために必要な場合、用いてもよい。この塩添加は、過剰量の塩素ベースのオキシダント類の生成を防ぐために、最小限にしなければならない。

図４Ａに記載されるアプローチは、塩の添加の有無において、処理された汚水（ＧＷ、またはＢＷ＋ＧＷ）についてＩＭＯ／ＭＡＲＰＯＬ排出基準の全てを満たす流出液を生成できる（表１）。さらに、図４Ａに記載されるアプローチは、影響度の高い領域についてさえ、処理されたＯＷの国際海洋投棄基準（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ）の全てを満たす流出液を生成し得る（表２）。さらに、ＢＷ＋ＧＷおよびＯＷの流れはまた、図４Ｂに示されるように処理されて、単一の最終処理流出液を生じ得るが、現在、これらの流の同時処理のための排出基準の要点をまとめた改訂基準はまだない。

地上の適用に関しては、ほとんどの先進国は、合流式下水道または家庭内下水道中、雨水管へ、または水路への排出のための排出基準を有する。これらの基準は、国、州、省および自治体によって変化する。従って、排出基準は極めて場所および位置に特異的であるので、それらの基準は本出願では示さない。にもかかわらず、さらに厳格な地上の排出基準は、ＩＭＯ／ＭＡＲＰＯＬ規制と同様であって、重金属、リン酸塩類、硝酸塩類、フェノール類、硫化物類、硫酸塩類、ＴＨＭおよび温度などの他の規制されたパラメーターをさらに有する。図４Ａに記載されるＷＥＴＴアプローチはまた、排水に関するさらに厳格な地上排出基準を満たし得る。

船舶で生成されるトイレ排水（ＢＷ）、台所排水（ＧＷ）および油水（ＯＷ）を厳密に模倣するように開発された３種のモデルの排水に関して、ＥＣ、ＥＦおよびＥＯを用いる実験室規模のＷＥＴＴ処理で得られる結果を表３に示す。これらの流れの混合に関する結果も示す。実験室規模のＷＥＴＴプロセスは、総懸濁固体（ＴＳＳ）、ＣＯＤおよびオイルに関して高い除去速度を可能にし、最終の処理された流出液の値は、これらのパラメーターに必要とされるＩＭＯ／ＭＡＲＰＯＬの投棄基準を満たすことが理解され得る。同様に、ＥＣ、ＥＦ、ＥＯおよびＯＲを用いる、実際の船舶で生成される排水（ＯＷ、ＧＷ、ＢＷ＋ＧＷ）および家庭の排水（ＢＷ＋ＧＷ）のパイロット規模のＷＥＴＴ処理で得られる結果を、表４に示す。ＷＥＴＴ処理は、ＯＷおよびＢＷ＋ＧＷに関する全てのＩＭＯ／ＭＡＲＰＯＬ投棄基準を満たす。

ＷＥＴＴプロセスは、１５ｐｐｍを超えるオイル含量を含むＯＷ流入液を処理し得、この処理された流出液は、１５ｐｐｍ未満のオイル含量についての投棄基準と適合する。

ＷＥＴＴプロセスはまた、３５ｐｐｍを超える総懸濁固体量（ＴＳＳ）、１２５ｐｐｍを超える化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、２５ｐｐｍを超える生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）および１００ＣＦＵ／１００ｍｌを超える糞便性大腸菌群数（Ｆ．Ｃ．）を含む汚水または台所排水流入液を処理し得、この処理された流出液は、ＭＡＲＰＯＬ投棄基準と適合する。

種々の組成物の排水（例えば、油水および台所排水）を処理することができる分割壁を図４Ｂに提示するが、ＥＣユニット（ならびにＥＦ、ＥＯおよびＯＲユニット）が、装置の費用、占有面積／かさ高さを最小化するために、いくつかの末端の装備を共有しながら、複数の他の同様のユニットと組み合わせて、連続してまたは平行して配置されてもよいことが理解される。

ＷＥＴＴプロセスの制御
プロセスの制御は本発明の重要な局面である。上述のとおり、このシステムは、流入液の流速および／または質における変動によって生じる汚染物質負荷の広範な変動に対して適合できなければならない。

予測され得る多くの異なるアプローチが存在し、そのいくつかは極めて複雑かつ高価である。ＷＥＴＴプロセスを単純に保ち、センサーおよび装備の費用を最小化し、多数の排出パラメーターの処理要件を首尾よく満たすため、以下のアプローチを各々の主なユニットの操作について選択するが、他のプロセス制御ストラテジーが、各々のユニットの作動様式に依存して適用され得る。
ＥＣ：好ましくは、一定流速で、ワンススルーモードで作動する。オンラインセンサーで測定する入口の濁度および／またはオイル含量に基づいて必要である場合、電流を一定値に維持するか、または調節する。
ＥＦ：好ましくは、一定流速で、ワンススルーモードで作動する。オンラインセンサーで測定する濁度および／またはオイル含量に基づいて必要である場合、電流を一定値に維持するか、または調節する。
ＥＯ：好ましくは、一定流速、一定電流で、バッチ再循環様式で作動して、オンラインのＣＯ_２ガス濃度、ＯＲＰ、Ｃｌ_２およびｐＨのセンサーの１つまたは組み合わせからの読み取りに基づいて処理を終わる。
ＯＲ：オンラインの酸化還元電位（ＯＲＰ）および／またはＣｌ_２センサーからの読み取りに基づいて必要である場合、一定流速によるバッチ再循環様式でもしくは連続方式で作動するか、電流を一定に維持するか、または調節し、オンラインのＯＲＰセンサーおよび／もしくはオンラインのＣｌ_２センサーから、またはオンラインのＯＲＰセンサーのみからの読み取りに基づいて処理を終わる。

操作のための選択された半バッチアプローチおよびユニット操作の制御とは、このプロセスの種々の部分に多数の汚水槽が必要であることを意味する。この操作および制御アプローチは、図１に示され、ここでは、プロセス制御のために利用される主なオンラインのセンサーの位置を示すが、各々の処理ユニットに関連する汚水槽は描写していない。

制御目的のために、出願人らは、ＣＯ_２ガスセンサーをＥＯプロセスと組み合わせて用いる。高価でかつ洗練されたオンラインのＣＯＤセンサーがプロセスを制御するためＥＯ処理の間に用いられる他の制御のアプローチに反して、ＣＯ_２ガスセンサーの使用は、簡易でかつかなりコストが少ない。あるいは、遊離塩素のセンサーまたはｐＨセンサーを用いて、ＥＯユニット中の処理進行の程度を間接的に検出してもよい。

実験室規模のおよびパイロット規模の実験では、特定の排水の種類に関して、ＣＯ_２発生曲線の形状を、ｐＨ測定と組み合わせれば、バッチＥＯ処理の間に生じる反応のほとんどが終わる時点の明確な指標が示されるということが発見された。これを図５に示す。

別の制御アプローチは、ＯＲプロセスの間の高濃度の残留オキシダントをモニタリングするためのオンラインの酸化還元電位（ＯＲＰ）プローブの使用である。一旦ＯＲＰシグナルが特定の値より下になれば、従来の塩素センサー（高い残留オキシダント濃度では用いることができない）を、オンラインに持ち込み、ＯＲプロセスの進行を正確にモニターして、終了される時点を示す。特定の溶液についてＯＲＰレベルとＣｌ_２濃度との間で正確な相関が一旦得られれば、ＯＲプロセスを制御するためにＯＲＰプローブだけを用いることも可能である。図６は、ＯＲプロセスの間のＯＲＰおよび遊離塩基センサーの典型的な測定値を示す。

合流された船舶で生じる排水の処理
海洋で作業する船舶またはプラットフォームによって生じる排水（またはＢＷ、ＧＷおよびＯＷを模倣する排水の任意の組み合わせ）の特定の場合に関して、種々の流れの同時の処理を可能にする、オリジナルのアプローチがここで記載される。種々の流れの同時の処理は、標準ではないことに注意すべきである。典型的には各々の排水流は、特定の種類の装備およびプロセスでの処理を必要とする。しかし、このようなアプローチの開発を見込んでいる海洋投棄基準の発展で行われている進歩によって証明されるとおり、全ての排水流を保持できる組み込み型の雑食性システムが極めて望ましい。

図４Ｂは、３つの主な船舶で生じる排水流、すなわちＢＷ、ＧＷおよびＯＷを処理するためのアプローチを示す。全ての排水が全てのＷＥＴＴユニット操作によって処理されるのではないことに注意すべきである。同様に、塩および海水は、ＷＥＴＴ操作についての最小の必要な溶液伝導率を得るために必要である場合のみ、ＢＷ＋ＧＷブレンドに添加される。ＢＷが塩水を用いて重力収集される場合（淡水での真空収集とは対照的に）、高い塩分含量の流れが生じて、塩の添加は必要が無い。ＯＷ流（外航船について）は、高い割合の海水を含み、塩の添加は必要としない。

ＢＷ＋ＧＷの流れおよびＯＷの流れを、連結されるが２つの流れの間の接触を可能にするものではない、平行なＥＣ／ＥＦユニットで処理する。これらの平行なＥＣ／ＥＦユニットは、装備の重複を省くために、いくつかのシステム構成要素（例えば、あぶくの除去システム、電源など）を共有する場合がある。

ＥＣ／ＥＦ処理は、ＯＷ中に含まれるほとんどのオイルを除去するのに通常は十分であって、ＥＯ処理に進むことはない。これは、ＥＯ処理時間および／または装備の大きさを、これがＷＥＴＴプロセスの最も高価で、かつエネルギー消費部分であるということに留意して、小さくする。さらに、ＥＯからのＯＷ流を迂回することは、有利である。なぜなら、塩含量の上昇は、過剰に高濃度のバルクのオキシダントを生じ、これによって、ＯＲユニット中の分解に対して大きい労力が必要となるからである。しかし、ＢＷ＋ＧＷ流は、一般に塩含量がかなり低くなるにつれて、ＣＯＤを低下するために必要であるＥＯ処理へと前方に進行する。

ＥＯユニット後、ＢＷ＋ＧＷ流を、ＥＣ／ＥＦ−処理したＯＷ流と混合する。ＢＷ＋ＧＷ流に含まれる残留オキシダントは、ＯＷ流に含まれるある程度の残留ＣＯＤを酸化し、ＯＲユニットによって必要とされる処理の程度を下げる。最終的に、ＢＷ＋ＧＷ流およびＥＣ／ＥＦ処理されたＯＷ流を、ＯＲユニット中で処理して、残留オキシダント類を減少する。表５は、図４Ｂで示されるプロセスを用いる、ＢＷ＋ＧＷおよびＯＷ流の処理結果を示す。

最終的には、ＷＥＴＴプロセスは、ＯＷおよび汚水を合流して、１５ｐｐｍを超えるオイル含量、３５ｐｐｍを超えるＴＳＳ、１２５ｐｐｍを超えるＣＯＤ、２５ｐｐｍを超えるＢＯＤおよび１００ＣＦＵ／１００ｍｌを超えるＦ．Ｃ．を有する流入液を処理し得、この処理された流出液は、１５ｐｐｍ未満のオイル含量、３５ｐｐｍ未満のＴＳＳ、１２５ｐｐｍ未満のＣＯＤ、２５ｐｐｍ未満のＢＯＤ、６〜８．５のｐＨ、０．５ｐｐｍ未満の塩素、および１００ＣＦＵ／１００ｍｌ未満のＦ．Ｃ．を含む。

水和された酸化鉄Ｆｅ（ＯＨ）_３粒子をリサイクリングする工程
ＷＥＴＴユニット作動を進行する効率を向上するために、ＯＲユニット中で作製された酸化鉄をリサイクルすることがＷＥＴＴプロセスの別の局面である。周知の吸着剤に加えて、酸化鉄（例えば、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_２）の添加によって作製される）は、ミョウバンが用いられるのと同じ方法で、排水処理において広く用いられる周知の凝固剤である。

懸濁された固体および汚染物質の凝固
ＥＣユニットの前の酸化鉄のリサイクリング（ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ）／再循環（ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）（図１）は、汚染物質の凝固および凝結（綿状沈殿）を補助し、ＥＣユニットから必要とされる寄与を減少する。これは、大きな利点である。なぜなら、ＥＣユニットの電力消費およびアルムニウムプレート交換の頻度が、低減され得るからである。

消毒副産物前駆体の吸着
飲料用途（環境または下水管への廃棄ではなく）のための排水処理の間の消毒副産物（ｄｉｓｉｎｆｅｃｔｉｏｎ ｂｙ−ｐｒｏｄｕｃｔｓ）（ＤＢＰ）の作製は、過去数十年にわたって大きな懸念となっている。しかし、オキシダント類の排除および水の公衆衛生で生じる不足は、ヒトの健康にかなり危険である。

地方自治体の水系の衛生のための塩素ベースの化合物という主要な用途の理由で、飲料水中のトリハロメタン類（ＴＨＭｓ）およびハロ酢酸類（ＨＡＡｓ）の許容可能なレベルに関して規制が存在し、そしてまた多くの非飲用の適用について考慮されている。なぜなら、それらは、ヒトに対して潜在的に発癌性であるとみなされるからである。これらの化合物類は、ｆｕｌｖｉｃ由来または腐植質由来であり得る、排水中に含まれる天然の有機物（ＮＯＭ）との塩素ベースの汚染物質の相互作用によって作製されることが公知である。同様の規制が、オゾン、二酸化塩素、臭素などに基づく他のオキシダント類の使用で作製されるＤＢＰに関して存在する。

ＤＢＰの形成を完全に排除する満足なアプローチは見出されていない。ＤＢＰの形成を軽減するための多くのアプローチは、公衆衛生の前のＮＯＭの除去を包含する。顆粒の活性炭および他のアプローチは、飲用水系のためにＮＯＭを除去できることが公知である。詳細には、種々の種類の酸化鉄類に対するＮＯＭの吸着は、文献中で広範に考察された。

ＥＯユニットの前の酸化鉄のリサイクリング（ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ）／再循環（ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）（図１）は、ＥＣ／ＥＦによって除去されなかった溶存ＮＯＭを標的するのにさらに有効である場合があるが、またＥＯプロセスの前または間に浄化または濾過の段階の使用を要する場合もある。ＤＢＰ形成能力の減少およびＥＯによって必要とされる処理の減少は、この選択肢の主な利点を構成する。図７は、ジャーテスト（排水処理の分野で当業者になじみのある方法）を示しており、ここでは異なる量のＦｅ（ＯＨ）_３粒子を、船舶で生じたＢＷ＋ＧＷに添加する。溶液の総懸濁固体（ＴＳＳ）のかなりの減少によって示されるとおり、Ｆｅ（ＯＨ）_３が有効な凝固因子であることが理解され得る。同様に、Ｆｅ（ＯＨ）_３粒子は、溶存汚染物質に関する場合が多く、一般には凝固によって除去されない、溶液の色におけるかなりの低下によって証明されるとおり、汚染物質を吸着するのに有効である。特定のレベル（この場合、約２，０００ｍｇ／ＬのＦｅ（ＯＨ）_３）を超えて、この特定の種類のＢＷ＋ＧＷ排水に関しては、Ｆｅ（ＯＨ）_３の追加の添加は有益ではないことが理解され得る。

表６は、アルミニウムベースの凝固剤（アルミニウムプレートでＥＣ中で生成され得るように）およびＦｅ（ＯＨ）_３添加の寄与が考慮される場合、ＢＷ＋ＧＷについて得られたジャーテストの結果を示す。両方の凝固剤をＢＷ＋ＧＷと混合する場合、２１ｐｐｍのＡｌ^３＋および１，０００ｐｐｍのＦｅ（ＯＨ）_３の濃度で、１７ｐｐｍというＴＳＳ値が得られる。これは、アルミニウムベースの凝固剤のみが用いられる場合に必要であるよりも５０％低いアルミニウムベースの凝固剤の消費（ＥＣエネルギー消費において対応する減少を伴う）を示す。さらに、Ｆｅ（ＯＨ）_３単独での使用では、かなり少量のアルミニウムベースの凝固剤で得られ得る低ＴＳＳレベルには達しないことが理解され得る。
表６

図８は、流出液流の回路（実線）および制御回路（破線）を備えるＷＥＴＴ装置の好ましい実施形態の詳細な略図である。操作の典型的な回路では、排水は装置へ流れて、操作者が排水の種類を（もし知っていれば）選択することを可能にするセレクター１２を通過する。排水（単数または複数）の組成または起源を知ることで、規定の処理プロトコールを実行することが可能になり得る。これはまた、コントローラー２４または複数のコントローラーを通じて自動的に行われ得る。ついで排水は、有害効果を有する場合があるので、所定のサイズの粒子物質がシステムへ入力されないように防ぐ、固体／液体の分離ユニット１を通じて進行する。固体／液体分離ユニット１は、スクリーンであってもよい。排水は、必要な排水組成および／または処理の種類の特徴づけを補助するために濁度またはオイルを感知し得る１つ以上のセンサー２と接触する。ついで、排水は、ＥＣユニット入口３を通ってＥＣユニット４に入り、陽極５および陰極６に遭遇する。これらの電極は、電気凝固電極として機能し、かつ当該分野で公知である。排水（本明細書において以降では、流入液を含むと理解される流出液、およびシステムを通じて流れる任意の排水を指す）は次に、ＥＣユニットを出て、ＥＦユニット入口８を通じてＥＦユニット９に入る。ＥＦユニット９では、流出液は、陽極１０５および陰極１０６に遭遇する。ＥＦユニット９を出た後、この流出液は、バルブ１０に遭遇し、このバルブ１０は、流出液を処理された流出液として出口に向かわせるか、または本発明のシステム中で連続して、ポンプ１１を通り、ＥＯユニット１４へＥＯユニット入口１３を通らせる。ＥＯユニット１４は、酸化チャンバ１７を備え、このチャンバ１７は、バルブ１１０ならびに陽極２０５および陰極２０６を備える電極チャンバ２０７を用いる閉鎖ループ回路を形成し得る。この閉鎖ループはさらに、溶出液の酸化レベルを評価するために、ｐＨセンサー２０を、コントローラー２４と連絡して備える。酸化チャンバは、ＥＯユニット１４の内側の圧力の増大を予防するためのガス出口２１を有する。ガス出口２１を通じてＥＯユニット１４を出る際に、このガスは、処理終了の指標であるＣＯ_２のレベルを定量するためのＣＯ_２センサー２２と接触する。必要に応じて、化学的手段または酵素的手段によってＣＯ_２をクエンチするためのＣＯ_２触媒２３が提供され得る。一旦閉鎖回路中の酸化が、ガス出口２１を通して発生したＣＯ_２によって示されるように完了すれば、バルブ１１０によって、流出液がＥＯユニット出口１８を通ってＯＲユニット３０に出ることが可能になる。ＯＲユニット３０は、ＯＲユニット入口３１から流出液を受容するＯＲ容器２９からなる。ＯＲユニット３０は、バルブ２１０の作動に起因して閉鎖ループシステムを形成し得る。「閉鎖ループ」システム中の流出液は、ＯＲ電極チャンバ３０７に入る前に、ＯＲＰセンサー２５およびＣｌ_２センサー２６と接触する。一旦ＯＲ処理が完了すれば（すなわち、予め決定したレベルのオキシダント類に到達すれば）、バルブ２１０は、処理された流出液から金属酸化物類を分離するように設計された固体／液体分離ユニット２８に流出液を差し向け得、この流出液は、ＯＲ出口３２を通ってこのシステムを出る。固体／液体分離ユニット２８中で回収される金属酸化物類は、このシステムの先頭に、示されるように固体／液体分離ユニット１の上流の排水保持タンクに、またはＥＣユニット４の上流に（示さず）リサイクルされてもよい。この金属酸化物類はまた、ポンプ１１の前後のいずれかにＥＯユニット１４の上流にリサイクルされ得る。全てのユニット、センサー、電極、バルブおよびポンプが、コントローラー２４（破線を参照のこと）と連絡され、その結果、コントローラー２４がセンサーからの入力を受容して、指示をアクチュエーターに送るということが理解されよう。全てのユニット操作は、電源７によって電力を供給され、この電源７は、単一の電源であってもよいし、または図８に示されるように多くの個々の電源であってもよい。

別の実施形態では、ＯＲユニットは、犠牲電極を使うのではなくＵＶ源を提供することによって排他的に機能し得る。このような装置では、紫外線源は、電極チャンバ３０７を取り換え得る。オキシダント除去能力が、電極よりもＵＶ照射源によって提供される場合、ＯＲユニット３０は、ＵＶ源が流出液導管の内側に直接提供され得る場合、ＯＲ容器２９を必要とし得ないということが理解されよう。ＵＶ照射が、犠牲電極の代わりに用いられる場合、固体／液体分離ユニット２８は、必要なく、金属酸化物のリサイクルも必要が無いということも理解されよう。

別の実施形態では、ＯＲユニット３０は、ＥＯユニット１４と合わせて閉鎖ループ系で提供され得る。このような実施形態では、汚染物質は電極チャンバ２０７を通過する際に酸化されるが、全ての未使用または未反応のオキシダント類が、閉鎖ループシステム中で直接除去され得る。この閉鎖ループシステムのＯＲユニットは、標準的な犠牲電極型であっても、または紫外線ベースのオキシダント除去技術であってもよいことが理解されよう。

このシステムに関して多数の順列が可能であること、およびこのような順列が本発明の本質から逸脱しないことが、当業者によって理解されよう。

Claims (54)

1. 排水を処理するための装置であって、
   該排水を受容するための少なくとも１つの入口並びに少なくとも１つの陽極及び少なくとも１つの陰極を備える、該排水から汚染物質を除去するための電気凝固ユニットであり、該陽極及び該陰極が電源に接続されている電気凝固ユニットと、
   該排水中の汚染物質を酸化するための電気酸化ユニットであって、該電気凝固ユニットから該排水を受容するための少なくとも１つの入口と、少なくとも１つの陽極と、オキシダント類が電気的に生成される少なくとも１つの陰極と、排水を排出するための少なくとも１つの出口と、を備える電気酸化ユニットと、
   該排水からオキシダント類を除去するためのオキシダント除去ユニットであって、該電気酸化ユニットから該排水を受容するための少なくとも１つの入口と、オキシダント除去プロセスの間に該排水を含むための容器と、該装置から処理された排水を廃棄するための少なくとも１つの出口と、を備えるオキシダント除去ユニットと、
   を備える装置。
2. 前記オキシダント除去ユニットの出口が、該電気酸化ユニットに対して部分的に処理された排水を戻すように適合されており、該部分的に処理された排水のさらなる処理のための閉鎖再循環ループを形成する、請求項１に記載の装置。
3. 電気酸化ユニット中に生成されたガスを排気するための出口を備える該電気酸化ユニットをさらに備え、かつ該電気酸化ユニットが閉鎖容器である、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記オキシダント除去プロセスが、残留オキシダント類を前記金属イオンと反応させるための金属イオン遊離電極をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記オキシダント除去ユニットからの金属酸化物が、該上流位置に供給され得るように、該オキシダント除去ユニットと任意の他の上流位置との間にループをさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 特定のオキシダント類が、同じ閉鎖ループ回路中で生成されかつ除去されるように、前記電気酸化ユニット及びオキシダント除去ユニットが、該閉鎖ループ回路の一部である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 電気浮上ユニットをさらに備え、少なくとも１つの陽極及び少なくとも１つの陰極が、電源に接続され、該電気浮上ユニットは、前記電気凝固ユニットから下流で、かつ前記電気酸化ユニットから上流であって、該電気凝固ユニットから残留の懸濁された汚染物質の除去を保証することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. スクリーンの細孔サイズよりも大きい粒子を除去するために、所定の多孔性のスクリーンをさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 電気酸化ユニットにおいてホウ素をドープしたダイヤモンドコーティング電極をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 二酸化炭素、酸化還元電位、流速、圧力、温度、塩素、濁度、ｐＨ、伝導率、特定のイオン及び／又は表面張力、電流及び電圧に関する１つ以上のセンサーからの入力を受容するように適合されたコントローラーをさらに備え、該コントローラーが、各々のユニットにおける該入力の関数として処理パラメーターを制御するようにプログラムされている請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 排水の種類を選択するためのセレクターをさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記電気凝固ユニットから上流に位置するセンサーをさらに備え、該センサーは、前記排水の効率的な処理のために必要なユニットのシーケンスを制御するため、コントローラーに対して排水の特徴に関する入力を送出するものであり、該コントローラーは、各々のユニットへの又は各々のユニットからの排水の流量を制御するため、バルブ又はポンプなどのデバイスに対して出力を送出する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記電気凝固ユニットがさらに、いくつかの周辺装置を共有する少なくとも２つの独立した電気凝固の区画に該電気凝固ユニットを仕切るための少なくとも１つの分離壁を備え、該各々の区画が、任意の他の該ユニットに部分的に処理された排水を提供するように適合された入口及び出口を有する請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記残留オキシダントが、塩素ベースのオキシダントである、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記オキシダント除去ユニットが、紫外線放射に基づくオキシダント除去ユニットである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 排水からオキシダント類を除去するためのオキシダント除去装置であって、
    前記排水を受容するための少なくとも１つの入口と、
    電源に接続された少なくとも１つの陽極及び少なくとも１つの陰極を備えるオキシダト除去容器であって、該少なくとも１つの陽極が、残留オキシダント類と反応して金属酸化物類を形成する、金属イオンを排水中に放出するように適合された金属陽極である、オキシダント除去容器と、
    オキシダント類のレベルを決定するための、少なくとも１つの酸化還元電位センサー及び塩素センサーからの入力を受容するコントローラーと、
    処理された排水を排出するための出口と、
    を備える装置。
17. 処理された排水から金属酸化物類を分離するために適合された固体／液体分離ユニットをさらに備える、請求項１６に記載の装置。
18. 前記塩素センサーは、前記酸化還元電位センサーが所定の閾値に達する時に作動する、請求項１６又は１７に記載の装置。
19. 排水を処理するための装置であって、
    該排水中の汚染物質を酸化するための酸化ユニットであって、該排水を含み、かつ汚染物質の酸化を可能にするように適合された少なくとも１つの容器を備える酸化ユニットと、
    該排水中のオキシダント類の除去のためのオキシダント除去ユニットであって、該酸化ユニットから該排水を受容するための少なくとも１つの入口と、電源に接続された少なくとも１つの陽極及び少なくとも１つの陰極とを備え、ここで該少なくとも１つの陽極が、残留オキシダント類と反応して金属酸化物類を形成する、金属イオンを排水中に放出するように適合された金属陽極であり、かつここで該オキシダント除去ユニットが、該排水から金属酸化物類を分離するように適合される、オキシダント除去ユニットと、
    処理された流出液を排出するための出口と、
    を備える装置。
20. ＣＯ_２、ｐＨ、塩素及びＯＲＰ測定値のうちの１つ以上の関数として排水処理システム中の酸化反応を制御するためのデバイスであって、
    排水汚染物質の酸化を可能にするために適合された酸化チャンバと、該酸化チャンバと流体連通する１つ以上のＣＯ_２、ｐＨ、塩素及びＯＲＰセンサーとを備え、
    該酸化チャンバは、処理レベル及び／又は進行を制御するための酸化チャンバコントローラーに、ＣＯ_２、塩素及びＯＲＰの量に対する入力を送出するデバイス。
21. 電源に接続されかつ前記コントローラーからの入力を受容する少なくとも１つの陽極及び少なくとも１つの陰極を酸化チャンバ中にさらに備え、該酸化チャンバ中のオキシダント類の量は、電流の量、電圧又はパルス周波数及び該酸化チャンバの電極に達する時間によって制御される請求項２０に記載のデバイス。
22. 前記コントローラーから入力を受容して、前記酸化チャンバに対して所定の量のオキシダント類を加えるように適合されたディスペンサーをさらに備える請求項２０に記載のデバイス。
23. 前記酸化チャンバへの排水の流れを制御するために、前記コントローラーから入力を受容するように適合されたバルブ又はポンプをさらに備える請求項２０に記載のデバイス。
24. 汚染された排水が前記酸化チャンバ中で経過する時間を制御するために、前記コントローラーから入力を受容するように適合されたタイマーをさらに備える請求項２０に記載のデバイス。
25. ＥＯユニットから排出される気体状の二酸化炭素を除去するために酵素触媒又は化学触媒をさらに有する請求項２０〜２４のいずれか１項に記載のデバイス。
26. 排水を処理するためのプロセスであって、
    電気凝固ユニット中で該排水の汚染物質を電気凝固する工程と、
    電気酸化ユニット中で該排水の汚染物質を電気酸化する工程と、
    電極から金属イオンを遊離して、残留オキシダント類と反応させ、オキシダント除去ユニット中で排水から分離され得る金属酸化物類を生じる工程と、
    を包含するプロセス。
27. 前記残留オキシダントが少なくとも１つの塩素ベースのオキシダントを含む請求項２６に記載のプロセス。
28. 前記金属電極が鉄イオンを遊離する請求項２６又は２７に記載のプロセス。
29. 前記金属電極がアルミニウムイオンを遊離する請求項２６〜２８のいずれか１項に記載のプロセス。
30. 電気凝固ユニットの後又は電気酸化ユニットの前に電気浮上ユニットを介して排水を通過させる工程をさらに有する請求項２６〜２９のいずれか１項に記載のプロセス。
31. 電気凝固ユニットの後又は電気酸化ユニットの前に気泡浮上ユニットを介して排水を通過させる工程をさらに有する請求項２６〜２９のいずれか１項に記載のプロセス。
32. 油状の排水が１５ｐｐｍを超えるオイル含量を含み、かつ前記処理された排水が１５ｐｐｍ未満のオイル含量に対して国際海洋投棄基準に適合する請求項２６〜３１のいずれか１項に記載のプロセス。
33. ３５ｐｐｍを超える総懸濁固体量（ＴＳＳ）と、１２５ｐｐｍを超える化学的酸素要求量（ＣＯＤ）と、２５ｐｐｍを超える生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）と、１００ＣＦＵ／１００ｍｌを超える糞便性大腸菌群数（Ｆ．Ｃ．）とを含む流入液を提供する工程と、
    該流入液を処理する工程と、
    ３５ｐｐｍ未満のＴＳＳ、１２５ｐｐｍ未満のＣＯＤ、２５ｐｐｍ未満のＢＯＤと、６と８．５との間のｐＨと、０．５ｐｐｍ未満の塩素と、１００ＣＦＵ／１００ｍｌ未満のＦ．Ｃ．とを有する流出液を排出する工程と、
    をさらに有する請求項２６〜３１のいずれか１項に記載のプロセス。
34. 油水と汚水とを混合させ、かつ１５ｐｐｍ未満のオイル含量と、３５ｐｐｍを超えるＴＳＳと、２５ｐｐｍを超えるＢＯＤと、１００ＣＦＵ／１００ｍｌを超えるＦ．Ｃ．とを含む流入液を提供する工程と、
    該合流した流入液を処理する工程と、
    ３５ｐｐｍ未満のＴＳＳ、１２５ｐｐｍ未満のＣＯＤと、２５ｐｐｍ未満のＢＯＤと、６と８．５との間のｐＨと、０．５ｐｐｍ未満の塩素と、１００ＣＦＵ／１００ｍｌ未満のＦ．Ｃ．と、１５ｐｐｍ未満のオイル含量とを有する流出液を排出する工程と、
    をさらに有する請求項２６〜３３のいずれか１項に記載のプロセス。
35. 前記オキシダント除去ユニットから前記電気凝固ユニット又はオキシダント除去単位の任意の上流の位置へ前記金属酸化物類の少なくとも一部を再循環する工程をさらに有する請求項２６〜３４のいずれか１項に記載のプロセス。
36. 全ての処理剤が排水中でその場で生成される請求項２６〜３５のいずれか１項に記載のプロセス。
37. トイレ排水と、台所排水と、油水との内のいずれか１つ又は組み合わせから構成される混合された排水を生成する工程と、該排水をそれらが船上で生成される時に処理する工程と、をさらに有する請求項２６〜３６のいずれか１項に記載のプロセス。
38. 種々のセンサーで前記排水の物理化学的特性を特徴付ける工程と、該特徴付けに基づいて、処理の期間及びレベルを調節し、オキシダント類の量を調節し、特定のユニットを迂回するという処理様式を決定する工程とをさらに有する請求項２６〜３７のいずれか１項に記載のプロセス。
39. 前記酸化チャンバから排出された液体中のｐＨと、塩素含量と、気体中の二酸化炭素の量との内の１つ以上を測定する工程と、該結果を該排水の汚染除去のレベルとして用いる工程と、をさらに有する請求項２６〜３８のいずれか１項に記載のプロセス。
40. 各々のユニット中の前記排水の汚染除去のレベルに基づいて、各々のユニット中の電流及び電圧、パルス周波数、及び時間といった電気化学的パラメーターを調節する工程をさらに有する請求項２６〜３９のいずれか１項に記載のプロセス。
41. 各々のユニットへの及び各々のユニットからの排水の流速を調節する工程をさらに有する請求項２６〜３９に記載のプロセス。
42. 各々のユニット中で経過する時間を調節する工程と、後続ユニットへの排水の進行を可能にする工程と、をさらに有する請求項２６〜３９のいずれか１項に記載のプロセス。
43. 排水を処理するための方法であって、
    オキシダントレベルが制御され得る酸化工程に対して該排水を供する工程と、
    電源に接続された電極の間で該排水を通すことによってオキシダント除去工程に対して酸化された排水を供する工程であって、該電源により少なくとも１つの犠牲電極が金属イオンを該排水中に遊離し、該金属イオンは、オキシダント類と反応して金属酸化物類を生じる工程と、
    を包含する方法。
44. 前記オキシダント除去工程において、前記排水中で金属酸化物類を形成することによって酸化分子を減少する工程をさらに有する請求項４３に記載の方法。
45. 処理された排水から前記金属酸化物を分離する工程をさらに有する請求項４３又は４４に記載の方法。
46. 塩素センサーが効率的に用いられ得る閾値を決定するために、前記排水中の酸化還元電位を測定する工程をさらに有する請求項４３〜４５のいずれか１項に記載の方法。
47. 凝固剤及び／又は吸着剤として前記オキシダント除去ユニット中で生成される前記金属酸化物類を用いる工程をさらに有する請求項４３〜４６のいずれか１項に記載の方法。
48. 酸化チャンバ中で酸化反応を制御するための方法であって、
    酸化チャンバ中の汚染物質を酸化する工程と、
    ＯＲＰ、塩素、ｐＨ、又は二酸化炭素などの１つ以上の処理進行の指標を測定する工程と、
    該汚濁マーカーの関数として酸化反応を調節する工程と、
    を有する方法。
49. 酸化反応を調節する工程が、添加される酸化剤の量を変化することによって達成される請求項４８に記載の方法。
50. 酸化反応を調節する工程が、前記チャンバに対して及び／又は前記チャンバから流れる排水の量を変化することによって達成される請求項４８に記載の方法。
51. 酸化反応を調節する工程が、前記チャンバ中の前記排水の処理時間を変化することによって達成される請求項４８に記載の方法。
52. 酸化反応を調節する工程が、前記酸化チャンバ中の電圧及び電流及びパルス周波数及び／又は時間などの少なくとも１つの電気化学的パラメーターを変化することによって達成される請求項４８に記載の方法。
53. 酸化反応を調節する工程が、後続処理ユニットに対する排水の進行又は排出を可能にするか又はしないことによって達成される請求項４８に記載の方法。
54. オキシダント類を含む排水を処理するための方法であって、
    電源に接続された電極の間で該排水を通すことによってオキシダント除去工程に対して該排水を供する工程であって、該電源により少なくとも１つの犠牲電極が金属イオンを該排水中に遊離させ、該金属イオンはオキシダント類と反応して金属酸化物類を生じるようになっている工程と、
    ＯＲＰ及び／又は塩素センサーで該排水中のオキシダント類の量を測定する工程と、
    該排水中のオキシダント類の該量の関数として該排水を排出する工程と、
    を包含する方法。

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