JP2018176071A - 廃棄物浸出水の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最終処分場からの浸出水を電気分解により窒素処理する際に問題となる電極のスケーリングを抑制し、また、スケールが生じた場合でも物理的に電極からスケールを除去する操作を行い易い構造の水処理装置を提供する。
【解決手段】不燃性の廃棄物に雨水が浸透し生ずる浸出水を取水し、処理する装置であって、陽極と陰極を交互に配列した電極群を有して、前記浸出水中の電解質を電気分解し有効塩素を生成する電解槽と、該電解槽と互いの槽内が連通し、前記浸出水中のアンモニア態窒素を前記有効塩素と反応させて窒素ガスに酸化処理する反応槽と、該反応槽から前記電解槽に向かう槽外の戻り配管と、該戻り配管中に設けた循環ポンプとを備え、当該循環ポンプと前記戻り配管とによって前記反応槽から前記電解槽に向けて前記浸出水の取水量以上の流量の水流を前記陽極と前記陰極の間に流入させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、最終処分場で生じた浸出水の処理装置に係り、前記浸出水を電解槽にて電気分解して得られる有効塩素により、当該浸出水中のアンモニア態窒素を窒素ガスに酸化処理するに当たり、前記電解槽における電極のスケーリングを抑制する技術に関する。

一般廃棄物や産業廃棄物などを焼却処分すると不燃物の主灰や飛灰などが発生する。こうした不燃性の廃棄物は最終処分場に移送され堆積保管されるが、この施設は広大なので屋根は設けられておらず、不燃性廃棄物は雨ざらしの状態にある。そして、不燃性廃棄物に雨水が浸透し、有機物や重金属、リン、窒素などを含有した有害な浸出水が生ずる。このような浸出水は、そのまま河川や海等に放流することはできないため、施設の管理者には、その含有成分に応じた水処理が義務付けられている。

こうした水処理に際し、浸出水に含有される成分のうち窒素に対しては、一般的には嫌気性と好気性の微生物を利用した生物処理技術を採用する場合が多い。しかし、この場合は処理設備が大きくなることによって、ランニングコストが嵩む他、これを維持・管理する者に一定の技術が必要であるといった難点があった。

そこで、浸出水が含有する電解質を電気分解して有効塩素を生成し、この有効塩素と浸出水中のアンモニア態窒素を反応させることで、アンモニア態窒素を窒素ガスに酸化処理する水処理方法が有効である。本出願人もその有効性に鑑み、当該方法を採用して、浸出水の電解処理で生成された有効塩素を含有する処理水を、施設に堆積保管している廃棄物に散布する工程を付加した水処理方法を提案した（特許文献１）。これによれば、浸出水中の窒素をできるだけアンモニア態窒素にとどめて、有効塩素で処理する窒素の割合を増加させることにより、簡易かつ安価な廃棄物浸出水の窒素処理方法を提供することができた。

なお、上記浸出水を電解処理する他の技術としては、特許文献２や３に掲載された水処理方法等も公知である。

特開２０１３−８１８８９号公報 特開２０１６−４９４７１号公報 特開２０１６−４９４７２号公報

ところで、上述した浸出水はカルシウム、カリウム、マグネシウム等の陽イオンを大量に含有しているため、これを電気分解すると電極の陰極に上記陽イオンが水酸化物、炭酸塩、単体等の形態でスケールとして付着したり析出したりする。こうしたスケーリングは、整流器の電圧上昇や電極の発熱の原因となって、電気分解の効率が低下するという問題がある。

そこで、スケールを除去するといった電極の保守が必要となるが、特許文献２の技術では、処理槽を容易に開閉することができない構成であるため 、これを分解せずに、電極を槽内残置の状態で洗浄することが前提となる。特許文献３はこれに適用可能である。しかしながら当該技術の場合、スケールが生じた電極を１０％塩酸の薬液で洗浄しており、毎回、薬液を使用すれば、高価な電極の腐食・劣化を早めることになる。

本発明は上述した課題を解決するもので、その目的とするところは、最終処分場からの浸出水を電気分解により窒素処理する際に問題となる電極のスケーリングを抑制し、スケールが生じた場合でも物理的に電極からスケールを除去する操作を行い易い構造の水処理装置を提供することにある。

上述した目的を達成するために本発明装置では、陽極と陰極を交互に配列した電極群を有して、前記浸出水中の電解質を電気分解し有効塩素を生成する電解槽と、該電解槽と互いの槽内が連通し、前記浸出水中のアンモニア態窒素を前記有効塩素と反応させて窒素ガスに酸化処理する反応槽と、該反応槽から前記電解槽に向かう槽外の戻り配管と、該戻り配管中に設けた循環ポンプとを備え、当該循環ポンプと前記戻り配管とによって前記反応槽から前記電解槽に向けて前記浸出水の取水量以上の流量の水流を前記陽極と前記陰極の間に流入させるという手段を用いることによって、不燃性の廃棄物に雨水が浸透し生ずる浸出水を取水し、処理することとした。この手段において、循環ポンプの駆動後は、電解槽においても有効塩素とアンモニア態窒素が反応することになり、反応槽は反応を進める時間を保持すると共に、原水（浸出水）を取水した後、これと電解水を均一に混合して電解槽へ循環するクッション槽として機能する。

電解槽は、電極群の流入側に陽極と陰極の間隔と相対する通水用スリットが複数形成された整流板を有することが好ましい。

本発明において重要なことは循環ポンプ等によって液循環を構成することであるが、より確実にスケーリングを抑制するために、陽極と陰極の間に流入させる流量は浸出水の取水量の４倍以上とする。

また、戻り配管は循環ポンプの二次側を分岐してなる複数の分岐流入管を構成すると共に、当該分岐流入管ごとに流量調整弁を設けることが好ましい。

さらに、電解槽と反応槽との間に、前記電解槽を上流槽、前記反応槽を下流槽として、その流れ面の断面積が徐々に縮小するテーパ状の通流路を有することが好ましい。

他方、電解槽は、その底板を反応槽に向かって下るように傾斜させると共に、分岐流入管の一部を当該傾斜底板に蓄積した例えば陽極から剥がれたスケールなどを前記反応槽に流出可能なノズル付きの配管とすることが好ましい。

なお、電解槽と反応槽での各処理を確実に実行するために、両槽を合わせた原水の滞留時間は５〜１０分であることが好ましく、その手段として各槽の容量を決定する。

また、電解槽は、電極群を装置外に取り出し可能な開閉蓋を備えることが好ましい。

さらにまた、電解槽及び反応槽に、槽内気相部分のガスを吸引して槽外に排出する吸気式の排気装置を設けることが好ましい。

本発明によれば、循環ポンプによって電解槽への供給水量を調整し、もって電極のスケーリングを抑制することができた。

また、電解槽に開閉蓋を設けて電極群を取出し可能としたので、薬液洗浄の頻度も少なくすることができた。

有効塩素の発生効率の変化を示したグラフ 本発明の一実施形態に係る処理装置全体の概略図 同、電解槽の要部斜視図 同、水流を示す断面図 同、水流を示す平面図

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。

まず、幅２０ｍｍ、水深６０ｍｍ、長さ８５ｍｍの電解槽（容量１０２ｍＬ）と幅９５ｍｍ、水深６０ｍｍ、長さ１００ｍｍの反応槽（容量５７０ｍＬ）が一体になった処理装置と５０ｍｍ×５０ｍｍの電極を、電極間を４ｍｍにして一対にして電解槽へセットし、実験室内で原水（浸出水）の電気分解の試験を行った。

この条件において処理装置に供する液量による電極スケーリングの多寡を比較した。結果は次の通りであった。

結果１：原水２０ｍＬ／ｍｉｎのみの供給において２４時間連続で電気分解すると電極にスケールが多量に付着（析出）した。循環水と原水の比率を循環倍率とすると、この場合の倍率は０である。
結果２：原水２０ｍＬ／ｍｉｎ＋循環４４０ｍＬ／ｍｉｎの供給では電極にスケールが付着しなかった。循環の倍率は２２倍である。
結果３：原水２０ｍＬ／ｍｉｎ＋循環１１０ｍＬ／ｍｉｎの供給でも電極にスケールは付着しなかった。循環の倍率は５．５倍である。
結果４：原水２０ｍＬ／ｍｉｎ＋循環５５ｍＬ／ｍｉｎの供給では電極にスケールが付着した。循環の倍率は２．７５倍である。

以上の試験結果から、処理装置への供給水量が電極のスケーリングに影響を及ぼすことが分かった。

次に、上述した処理装置を使い、原水の供給量を変化させながら発生する有効塩素の量を実測した。ここで、（有効塩素の実測値／理論値）×１００（％）を有効塩素発生効率とすると、原水の電解槽での滞留時間（ＨＲＴ）ごとの変化は図１のようになった。即ち、図１の通り、電解槽での滞留時間が５分までの原水供給量では有効塩素の発生効率は４０％以上であったが、供給量を少なくして滞留時間を長くすると発生効率は徐々に低下した。

これは、原水の供給量を少なくして電解槽での滞留時間を長くすると電極面では電気分解により水素や酸素、塩素などのガスが発生しこれらの気泡が滞留するので、有効塩素の発生効率すなわち電気分解の効率が低下するものと推測される。

一方、有効塩素の理論発生量は、１．３２４ｇ−塩素／Ａ・ｈというように、単位時間に流す電流値で決まる。従って単位時間に供給する原水量を増やすということは処理すべき窒素量も増え、発生させなければならない有効塩素量も増え、必要とされる電流値も大きくなっていくことになる。ただし電極の電流密度（Ａ／ｍ^２）は限度があるので供給できる原水量も限度がある。したがって、原水だけの水量でスケーリングは防止できない。

また、アンモニア態窒素と有効塩素の反応による脱窒は３〜５分程度で完了する。なお、本発明においてはアンモニア態窒素と有効塩素の反応は、電解槽と反応槽の両方で進行することになる。

上記知見から、原水は電極の電流密度を過度に上げない程度で電解槽において数分の滞留時間を持ち、且つ反応槽を含めて全体で５分から１０分程度の滞留時間を持つようにし、電極へのスケーリングを防止するためには原水の流量だけでは不充分であるので、反応槽から電気分解槽へ液循環する構造が適当である。

さらに、上記装置とは別に、幅２３０ｍｍ、水深５６０ｍｍ、長さ９３０ｍｍの電解槽（容量１２０Ｌ）と、これと連通する容量６８０Ｌの反応槽、及び３．１ｍ^２の電解面積を持つ電極を使って最終処分場浸出水中の窒素を処理した。

その結果、原水１５６Ｌ／ｍｉｎを含む循環水３１２Ｌ／ｍｉｎの条件で運転したが電極にスケールが付着した。この場合の循環倍率は１倍である。

以上の結果から装置の大型化に際しても、原水の取水量に比例して循環水量を増加させる必要があり、そのために前記取水量以上の循環水量を確保する。なお、循環倍率は３倍以上であることが好ましく、望ましくは５倍以上がより好ましい。循環倍率の調整は、循環ポンプの能力を可変とすることで実現する。ただし、当該調整の手段については別途公知の手段を利用してもよい。

図２は、上記試験結果に基づいて構成した本発明の一実施形態に係る処理装置全体の概略図であり、図中、１は電解槽、２は反応槽であり、両槽１・２は邪魔板によって構成したテーパ状の通流路３を介して互いに槽内が連通している。なお、通流路３は、電解槽１を上流槽、反応槽２を下流槽として、その流れ面の断面積が徐々に縮小するテーパ状流路である。

電解槽１は、電極群４と、その片側に整流板５を備えている。これらの詳細な構成は、図３に示すように、陽極４ａと陰極４ｂを適当な枚数を適当な間隔をおいて交互に配列することで電極群４をなしている。こうした電極群４によって、浸出水中の電解質を電気分解して有効塩素を生成する。

整流板５は、電極群４の反応槽２とは反対側（電極群４の上流側）において、陽極４ａと陰極４ｂの間隔（極間）と相対する通水用スリット５ａを有している。通水用スリット５ａの幅に関しては、例えば極間４ｍｍに対して１ｍｍであった場合でも、通水用スリット５ａを通過する間に流束が広がる 。ただし、通水用スリット５ａの幅は一例であって、これに限定されない。本発明において必要なことは、通水用スリット５ａを極間と相対させることである。

一方、反応槽２は、モータ２ａを駆動源とした攪拌機２ｂを備え、電解槽１で生成された有効塩素を浸出水中のアンモニア態窒素と反応させて窒素ガスに酸化処理する。こうして酸化処理された処理水の一部は、下部に流路を形成する邪魔板２ｃの下側を流れ、オーバーフローにより槽外に排出される。

そして、電解槽１と反応槽２の間には、反応槽２から電解槽１に向かう戻り配管６を槽外に配置している。この戻り配管６は、その途中に循環ポンプ７を備えると共に、循環ポンプ７の二次側を複数に分岐して、当該分岐流入管８・・・８を電解槽１に接続している。また、各分岐流入管８・・・８には、流量調整弁９を設けると共に、流量確認のためのフローチェッカー（サイトグラス）１０を設けている。

上記構成の処理装置では、反応槽２の上部に設けた取水口１１から原水である浸出水を取水し、循環ポンプ７を駆動することによって、反応槽２から電解槽１に対して取水量以上の流量の水流を供給する。この供給水量は取水量以上の流量で水流が供給されるのであれば特に限定するものではないが、好ましくは取水量の４倍以上とする。なお、４倍という数値は、原水の取水量に対する循環ポンプ７で調整された電解槽１への供給水量（流入水量）の量比であり、電解槽１への供給水量は、原水の取水量と装置内の循環水量を合わせた水量であるから、この場合、循環水量と取水量の比、即ち循環倍率は３倍となる。当該供給水流は、図４・５に示したように、分岐流入管８から整流板５の通水用スリット５ａを介して電解槽１における陽極４ａと陰極４ｂの間に確実に流入する。また、流量調整弁９とフローチェッカー１０によって、各分岐流入管８から電解槽１に対して均等に水流を供給することができる。

このような構成によって、電解槽１では絶えず反応槽２に向かう水流が発生し、当該水流によって電極群４のスケーリングを抑制することができる。

そして、電解槽１で処理された水は有効塩素を含んで反応槽２に流入するが、両槽１・２をテーパ状の通流路３で連通しているため、短絡流を防止すると共に、その出口側で流速が上昇して、電気分解した水がスムーズに反応槽２に流入することになる。その後、反応槽２が新たに取水する浸出水と電解槽１から流入する水が攪拌機２ｂで攪拌され、有効塩素との反応によるアンモニア態窒素の酸化処理後、当該処理水の一部はオーバーフローにより槽外に排出される一方、残りの処理水は戻り配管６を通じて循環ポンプ７の圧送によって、再度、電解槽１に供給され、上述した処理を繰り返す。

このように繰り返し処理を継続すると、電解槽１において析出するスケールが電解槽１の底部に沈積する。そこで、本実施形態では、電解槽１の底板１ａを反応槽２に向かって下るように傾斜させると共に、分岐流入管８の下段一部にノズル８ａを取付けて、該分岐流入管８に設けた開閉弁８ｂを定期的に開閉することで、前記底板１ａに沈積したスケールを反応槽２に流出させるようにしている。

さらに、電気分解処理の継続時間が長くなれば、不可避に電極へのスケール付着が想定されるため、これを除去するため電極を電解槽の外へ定期的に取り出し掃除できるようにする。そのための構成として、本実施形態では、電解槽１に開閉可能な開閉蓋１２を取り付けている。すなわち、開閉蓋１２を開蓋すれば、電極群４を容易に槽外に取り出すことができ、こそぎ落とすなどの物理的手段によってスケールの大半を除去することができる。その際、洗浄薬液は最後の仕上げに使用するだけで済むことから、常に薬液洗浄するよりも、電極の腐食や劣化を抑制することができ、高価な電極を長期に使用することができるようになる。また、この実施形態では、反応槽２にも同様の開閉蓋１２を取り付けており、反応槽２についても掃除を可能としている。

ところで、浸出水を電気分解すると水素や酸素、塩素ガスが発生する。これを系外に排出するため、図１に示したように、電解槽１と反応槽２とに槽内の気相部分のガスを槽外に排出する吸気式の排気装置１３を設ける。この排気装置１３は、フレキシブルホース１４と排気ファン１５とをダクト１６で接続したもので、排気ファン１５を駆動することで、図１中、点線矢印で示したように、槽内のガスを槽外に吸引排出することができる。なお、装置の各所には、空気孔１７が設けられており、吸引時に、当該空気孔１７から外気が取り込まれて、水素、酸素、塩素ガスなどを安全な濃度まで希釈し系外へ排出する構造になっている。

１ 電解槽
１ａ 底板
２ 反応槽
２ａ モータ
２ｂ 攪拌機
３ テーパ状通流路
４ 電極群
４ａ 陽極
４ｂ 陰極
５ 整流板
５ａ 通水用スリット
６ 戻り配管
７ 循環ポンプ
８ 分岐流入管
８ａ ノズル
９ 流量調整弁
１０ フローチェッカー
１１ 取水口
１２ 開閉蓋
１３ 排気装置
１４ フレキシブルホース
１５ 排気ファン
１６ ダクト
１７ 空気孔

Claims (8)

1. 不燃性の廃棄物に雨水が浸透し生ずる浸出水を取水し、処理する装置であって、陽極と陰極を交互に配列した電極群を有して、前記浸出水中の電解質を電気分解し有効塩素を生成する電解槽と、該電解槽と連通し、前記浸出水中のアンモニア態窒素を前記有効塩素と反応させて窒素ガスに酸化処理する反応槽と、該反応槽から前記電解槽に向かう槽外の戻り配管と、該戻り配管中に設けた循環ポンプとを備え、当該循環ポンプと前記戻り配管とによって前記反応槽から前記電解槽に向けて前記浸出水の取水量以上の流量の水流を前記陽極と前記陰極の間に流入させることを特徴とした廃棄物浸出水の処理装置。
2. 電解槽は、電極群の流入側に陽極と陰極の間隔と相対する通水用スリットが複数形成された整流板を有する請求項１記載の廃棄物浸出水の処理装置。
3. 陽極と陰極の間に流入させる流量は浸出水の取水量の４倍以上である請求項１または２記載の廃棄物浸出水の処理装置。
4. 戻り配管は循環ポンプの二次側を分岐してなる複数の分岐流入管を構成すると共に、当該分岐流入管ごとに流量調整弁を設けた請求項１、２または３記載の廃棄物浸出水の処理装置。
5. 電解槽と反応槽との間に前記反応槽に向かって流れ面の断面積が徐々に縮小する テーパ状の通流路を有する請求項１から４のうち何れか一項記載の廃棄物浸出水の処理装置。
6. 電解槽の底板を反応槽に向かって下るように傾斜させると共に、分岐流入管の一部を当該傾斜底板に蓄積した沈殿物を前記反応槽に流出可能なノズル付きの配管とした請求項４記載の廃棄物浸出水の処理装置。
7. 電解槽は、電極群を装置外に取り出し可能な開閉蓋を備えた請求項１から６のうち何れか一項記載の廃棄物浸出水の処理装置。
8. 電解槽及び反応槽に、槽内気相部分のガスを吸引して槽外に排出する吸気式の排気装置を設けた請求項１から７のうち何れか一項記載の廃棄物浸出水の処理装置。

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