JP2015003302A - 無隔膜電解の前処理方法、並びに水処理システム及び水処理方法 - Google Patents

無隔膜電解の前処理方法、並びに水処理システム及び水処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】薬剤コストを含む運転コストを低く抑えながら、安定して水処理システムを運転する。
【解決手段】カルシウムイオンを含む溶液を両性イオン交換樹脂4に通過させた後、無隔膜電解を行う電解槽5に供給する無隔膜電解の前処理方法。両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンが除去された溶液のカルシウムイオン濃度を200mg/l以下とすることが好ましい。カルシウムイオンを含む溶液から該カルシウムイオンを除去する両性イオン交換樹脂と、該両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンが除去された溶液に対して無隔膜電解を行う電解槽とを備え、該電解槽の処理液を水処理薬剤として用いる水処理システムとすることもできる。水処理システムからの放流水の一部を前記両性イオン交換樹脂に通過させた後、前記電解槽で無隔膜電解を行い、該電解槽の処理液を該水処理システムにおける水処理薬剤として用いることが好ましい。
【選択図】図2

Description

本発明は、無隔膜電解の前処理方法、並びに水処理システム及び水処理方法に関し、特に、無隔膜電解の処理対象となる溶液からカルシウムイオン(Ca2+)を除去する前処理方法、並びに無隔膜電解を用いた水処理システム及び水処理方法に関する。
近年、窒素成分による水質汚濁が問題視されており、環境負荷を低減する目的から無隔膜電解を用いた水処理システムが実用化されている。このような水処理システムでは、処理対象となる溶液に対して無隔膜電解を行うことにより、処理に必要な次亜塩素酸ソーダを生成して溶液に添加することで、溶液中の窒素成分の濃度を低減する。
ところで、カルシウムイオンを含む溶液に対して無隔膜電解を行うと、無隔膜電解を行う電解槽の電極にカルシウムスケールが付着し、安定運転が阻害されるという問題があった。そのため、従来は、溶液に炭酸ナトリウム等の薬剤を添加し、溶液中のカルシウムイオンを除去する方法が一般的に用いられる。
特開2002−11466号公報
しかし、上記の方法では、多量の炭酸ナトリウムを添加する必要があるため、薬剤コストが嵩み、運転コストが高騰するという問題があった。
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えながら、安定して水処理システムを運転することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、カルシウムイオンを含む溶液を両性イオン交換樹脂に通過させた後、無隔膜電解を行う電解槽に供給することを特徴とする。
本発明によれば、無隔膜電解を行う電解槽に導入される溶液中のカルシウムイオンを両性イオン交換樹脂で除去するため、従来必要とされた炭酸ナトリウム等の薬剤を添加しなくとも電解槽の電極へのカルシウムスケールの付着を抑制することができ、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えながら、安定して水処理システムを運転することができる。
上記無隔膜電解の前処理において、前記カルシウムイオンが除去された溶液のカルシウムイオン濃度を200mg/l以下とすることで、電解槽の電極へのスケール付着を効果的に抑制することができる。
また、本発明の水処理システムは、カルシウムイオンを含む溶液から該カルシウムイオンを除去する両性イオン交換樹脂と、該両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンが除去された溶液に対して無隔膜電解を行う電解槽とを備え、該電解槽の処理液を水処理薬剤として用いることを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えながら、安定して水処理システムを運転することができる。
上記水処理システムにおいて、水処理システムからの放流水の一部を前記両性イオン交換樹脂に通過させた後、前記電解槽で無隔膜電解を行い、該電解槽の処理液を該水処理システムにおける水処理薬剤として用いることができる。これにより、両性イオン交換樹脂を小型化できると共に、両性イオン交換樹脂での処理に必要な工水の量を低減することができる。
また、本発明の水処理方法は、水処理システムからの放流水の一部を両性イオン交換樹脂に通過させることによってカルシウムイオンを含む前記放流水の一部から該カルシウムイオンを除去し、該両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンが除去された溶液に対して、電解槽で無隔膜電解を行うことによって次亜塩素酸ソーダを発生させ、該次亜塩素酸ソーダを含む前記電解槽の処理液を水処理薬剤として用いることを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えながら、安定して水処理システムを運転することができる。
以上のように、本発明によれば、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えながら、安定して水処理システムを運転することが可能になる。
本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したし尿処理施設の一例を示すブロック図である。 両性イオン交換樹脂を用いた無隔膜電解の前処理について説明するための概略図である。 本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したし尿処理施設の他の例を示すブロック図である。 本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したメタン発酵施設の一例を示すブロック図である。 本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したメタン発酵施設の他の例を示すブロック図である。
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したし尿処理施設を示し、このし尿処理施設10は、図示しないし尿浄化槽から排出された汚泥からし尿以外の混入物であるし渣類を除去する前処理設備1と、前処理設備1で前処理されたし尿等からBOD(Biochemical Oxygen Demand)や窒素成分を処理する生物処理設備2と、生物処理設備2から排出された溶液L1からカルシウムイオンを除去する両性イオン交換樹脂4と、両性イオン交換樹脂4から排出された、カルシウムイオンが除去されたCa除去水L2を無隔膜電解して次亜塩素酸ソーダを生成する電解槽5と、生物処理設備2から排出された溶液に電解槽5から排出された次亜塩素酸ソーダを含む電解処理液L4を水処理薬剤として添加する混和凝集処理設備6と、混和膜7と、混和膜7から排出された溶液から色度成分等を吸着除去し、公共用水域への放流が可能な放流水として排出する活性炭吸着処理設備8と、生物処理設備2や混和膜7で分離された汚泥を処理する汚泥処理設備9とを備える。
両性イオン交換樹脂4は、生物処理設備2から排出された溶液L1に含まれるカルシウムを除去するために備えられる。両性イオン交換樹脂とは、母体を架橋ポリスチレン等とし、同一官能基鎖中に四級アンモニウム基とカルボン酸基等を持たせて、陽イオン及び陰イオンの両方とイオン交換させる機能を持たせた樹脂である。例えば、三菱化学株式会社製の両性イオン交換樹脂、ダイヤイオン(登録商標)、AMP03を用いることができる。この両性イオン交換樹脂4は、水溶液中の電解質と非電解質の分離を行うことができると共に、電解質の相互分離を行うこともできる。
電解槽5は、無隔膜電解を行うことができる電解槽であり、槽の内部に陽極板及び陰極板が設けられ、両極間を仕切る隔膜が存在しない。電解槽5では、供給されたCa除去水L2が電解され、陽極で塩素が、陰極では水素が発生し、水酸イオンが生成される。陰極側では、ナトリウムイオンと水酸イオンで苛性ソーダが生成され、陽極で生じた塩素と陰極で生じた苛性ソーダが反応して次亜塩素酸ソーダ(NaClO)が生成される。生成された次亜塩素酸ソーダは、このし尿処理施設10における水処理薬剤として用いられる。
次に、電解槽5による無隔膜電解を行う場合の溶液に対する両性イオン交換樹脂4による前処理について、図2を参照して具体的に説明する。
両性イオン交換樹脂4は、バッチ処理を連続的に行うものであり、予め水を充填し、その後、生物処理設備2から両性イオン交換樹脂4に溶液L1を導入し、次に両性イオン交換樹脂4の再生を行うための工水(再生水)IWを導入する。すると、まずカルシウムイオンが除去されたCa除去水L2が排出され、その後、カルシウム成分を含むCa含有水(CaCl2水)L3が時間経過と共にこの順序で排出される。尚、両性イオン交換樹脂4に導入される溶液L1は、ろ過等により固形分を含まない水とする。
ここで、Ca除去水L2を電解槽5で無隔膜電解すると、Ca除去水L2に残留するカルシウムイオンにより、電解槽5の電極にカルシウムスケールが付着する。このカルシウムスケールは、電解槽5における電解反応を妨害し、電解槽5の運転可能時間に影響を与えるため、Ca除去水L2に残留するカルシウムイオンの濃度は、可能な限り低くすることが好ましく、例えば、200mg/l以下とすることが好ましい。また、両性イオン交換樹脂4に導入される溶液L1の通過量は、後述する電解槽5で生成される次亜塩素酸ソーダの必要量に応じて決定される。
両性イオン交換樹脂4から排出されたCa除去水L2は、電解槽5に導入され、電解槽5における無隔膜電解によって次亜塩素酸ソーダが生成され、この次亜塩素酸ソーダを含む電解処理液L4が排出され、この電解処理液L4を利用して混和凝集処理設備6で脱窒素処理を行う。また、両性イオン交換樹脂4から排出されたCaCl2水L3は、放流される。
次に、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したし尿処理施設の他の例について、図3を参照して説明する。尚、図1に示すし尿処理施設10と共通する部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
し尿処理施設100は、前処理設備1、生物処理設備2、両性イオン交換樹脂14、電解槽5、混和凝集処理設備6、混和膜7、活性炭吸着処理設備8及び汚泥処理設備9を備える。このし尿処理施設100においては、活性炭吸着処理設備8から排出される放流水L5を両性イオン交換樹脂14に導入する点で、図1に示すし尿処理施設10と異なる。
両性イオン交換樹脂14は、活性炭吸着処理設備8から排出された放流水L5からカルシウムイオンを除去し、Ca除去水L6及びCaCl2水L7をバッチ処理的に排出する。電解槽5は、両性イオン交換樹脂14から排出されたCa除去水L6を無隔膜電解して次亜塩素酸ソーダを生成し、次亜塩素酸ソーダを含む電解処理液L8を排出する。
ここで、両性イオン交換樹脂14には、活性炭吸着処理後の放流水L5が導入されるので、図1に示す両性イオン交換樹脂4に導入される溶液L1と比較して、溶液(放流水L5)中の鉛やCOD(Chemical Oxygen Demand)等の成分が少ない。そのため、両性イオン交換樹脂4と同サイズの両性イオン交換樹脂14を用いた場合には、処理量が増加する。すなわち、両性イオン交換樹脂4と同じ処理量を必要とする場合には、両性イオン交換樹脂14を小型化することができる。また、両性イオン交換樹脂14での処理に必要な工水IWの量についても、図1に示す場合と比較して少なくすることができる。
上述の例では、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態をし尿処理施設に適用した場合について説明したが、これに限られず、他の廃棄物処理施設、例えば、有機性廃棄物からメタンガスを生成するメタン発酵施設に適用することもできる。
図4は、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したメタン発酵施設の一例を示し、このメタン発酵施設20は、有機性廃棄物である廃水が導入され、メタンガスを生成するメタン発酵槽21と、メタン発酵槽21から排出された消化汚泥を溶液L11及び汚泥に固液分離する固液分離設備22と、固液分離設備22から排出された溶液L11からカルシウムイオンを除去する両性イオン交換樹脂23と、両性イオン交換樹脂23から排出された、カルシウムイオンが除去されたCa除去水L12を無隔膜電解して次亜塩素酸ソーダを生成する電解処理設備(電解槽)24と、電解処理設備24から排出された電解処理液L14に対して生物学的脱窒素法等を利用して脱窒素処理を行う生物処理設備25と、固液分離設備22から排出された汚泥を堆肥化する堆肥化設備26とを備える。
両性イオン交換樹脂23は、図1及び図3に示す両性イオン交換樹脂4と同様に、固液分離設備22から排出された溶液L11からカルシウムイオンを除去し、Ca除去水L12及びCaCl2水L13をバッチ処理的に排出する。
電解処理設備24は、図1及び図3に示す電解槽5と同様に、無隔膜電解を行うことができる電解槽である。電解処理設備24は、両性イオン交換樹脂23から排出されたCa除去水L12を無隔膜電解して次亜塩素酸ソーダを生成し、次亜塩素酸ソーダを含む電解処理液L14を排出する。電解処理設備24では、生成された次亜塩素酸ソーダにより、電解処理液L14中の窒素成分を除去することができる。
次に、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したメタン発酵施設の他の例について、図5を参照して説明する。尚、図4に示すメタン発酵施設20と共通する部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
メタン発酵施設200は、メタン発酵槽21、固液分離設備22、両性イオン交換樹脂33、電解槽34、生物処理設備25及び堆肥化設備26を備える。このメタン発酵施設200においては、生物処理設備25から排出される放流水L15を両性イオン交換樹脂33に導入する点で、図4に示すメタン発酵施設20と異なる。
両性イオン交換樹脂33は、生物処理設備25から排出された放流水L15からカルシウムイオンを除去し、Ca除去水L16及びCaCl2水L17をバッチ処理的に排出する。電解槽34は、両性イオン交換樹脂33から排出されたCa除去水L16を無隔膜電解して次亜塩素酸ソーダを生成し、次亜塩素酸ソーダを含む電解処理液L18を排出する。
ここで、両性イオン交換樹脂33においては、図3に示す両性イオン交換樹脂14と同様に放流水L15が導入されるため、図4に示す両性イオン交換樹脂23と比較して、両性イオン交換樹脂33を小型化することができる。また、両性イオン交換樹脂33での処理に必要な工水IWの量についても、図4に示す場合と比較して少なくすることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、溶液中のカルシウムイオンを除去するために両性イオン交換樹脂を用いるため、従来のようにカルシウムイオンを除去する際に溶液中に添加される炭酸ナトリウム等の薬剤が不要となり、薬剤コストを含む運転コストを低減することができる。
また、両性イオン交換樹脂を用いてカルシウムイオンを適切に除去するため、電解槽の電極へのスケール付着を最小限に留めることができ、電解槽の清掃等のメンテナンスの頻度を抑制すると共に、水処理システムの安定運転を行うことができる。
尚、上記実施の形態においては、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法をし尿処理施設やメタン発酵施設に適用した場合を説明したが、その他の水処理システムに適用してもよく、両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンを除去した溶液を無隔膜電解し、電解槽で生成した次亜塩素酸ソーダを窒素成分の除去等に利用して種々の水処理を行うことができる。
1 前処理設備
2 生物処理設備
4、14 両性イオン交換樹脂
5 電解槽
6 混和凝集処理設備
7 混和膜
8 活性炭吸着処理設備
9 汚泥処理設備
10、100 し尿処理施設
20、200 メタン発酵施設
21 メタン発酵槽
22 固液分離設備
23、33 両性イオン交換樹脂
24 電解処理設備(電解槽)
25 生物処理設備
26 堆肥化設備
34 電解槽

Claims (5)

  1. カルシウムイオンを含む溶液を両性イオン交換樹脂に通過させた後、無隔膜電解を行う電解槽に供給することを特徴とする無隔膜電解の前処理方法。
  2. 前記両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンが除去された溶液のカルシウムイオン濃度を200mg/l以下とすることを特徴とする請求項1に記載の無隔膜電解の前処理方法。
  3. カルシウムイオンを含む溶液から該カルシウムイオンを除去する両性イオン交換樹脂と、
    該両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンが除去された溶液に対して無隔膜電解を行う電解槽とを備え、
    該電解槽の処理液を水処理薬剤として用いることを特徴とする水処理システム。
  4. 水処理システムからの放流水の一部を前記両性イオン交換樹脂に通過させた後、前記電解槽で無隔膜電解を行い、該電解槽の処理液を該水処理システムにおける水処理薬剤として用いることを特徴とする請求項3に記載の水処理システム。
  5. 水処理システムからの放流水の一部を両性イオン交換樹脂に通過させることによってカルシウムイオンを含む前記放流水の一部から該カルシウムイオンを除去し、
    該両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンが除去された溶液に対して、電解槽で無隔膜電解を行うことによって次亜塩素酸ソーダを発生させ、
    該次亜塩素酸ソーダを含む前記電解槽の処理液を水処理薬剤として用いることを特徴とする水処理方法。
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