JP2021130106A - 難分解性有機物を促進酸化する鉄と炭素からなる触媒 - Google Patents
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Abstract
【課題】 促進酸化処理法には、強い酸化力をもつオゾン・紫外線・過酸化水素などを併用する方法やフェントン酸化法があるが、廃水の１次処理として難分解性有機物を分解するにはコストが高いことや十分な処理ができていない。【解決手段】 本発明は、鉄粉を５０％以上、炭素粉を４０％に加えて、多孔質材の木炭及び酸化銅などの触媒を混合攪拌し、３ｃｍ程度に造粒成型し加熱乾燥した後に、４００度から７００度の熱で６０分から１８０分焼結加工することで得る鉄・炭素ペレットであるので、使用する装置が図１のような簡易でありペレットの取扱いも安全かつ簡易なもので極めて低コストで利用することを可能とした。【選択図】図１
Description
本発明は、分解処理処理しにくい難分解性の有機物を分解処理する目的で、鉄粉と炭素粉を混合して焼結成型して得るペレット状の触媒。
近年、生殖阻害や変異性の発現が問題となる難分解性の化学物質による環境汚染が注目されている。この難分解性物質の除去方法として、二次廃棄物の発生がなく、様々な種類の難分解性有機物を分解可能とする促進酸化処理法（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ）がある。
この促進酸化処理法には、強い酸化力をもつオゾンや紫外線、過酸化水素などを単独で使用するか、オゾンと過酸化水素もしくはオゾンと紫外線を組合せることで、さらに酸化還元力の強いヒドロキシラジカルを生成し酸化分解する方法や装置がある。
さらに、鉄塩と過酸化水素を反応させるフェントン酸化法や金属腐食原理を基本とする鉄くずフィルタ法や内電解法などの方法が考案されている。
促進酸化法の特徴は、汚染物質の分解除去が可能であること、脱色・脱臭・殺菌・ＣＯＤなどを低減すること、汚泥や濃縮廃水・廃吸着剤などの二次的廃棄物の発生がないこと、使用条件により有機物の完全分解も可能であることなど効果が複合的である。
促進酸化処理法のうち、オゾンと過酸化水素を組合せる方法やオゾンと紫外線と組合せる方法とも、ヒドロキシラジカルの反応がオゾン単独に比して酸化力や反応速度が速く連鎖的に酸化が進むために、オゾン注入量に対する反応の制御と過酸化水素や紫外線の最適添加量及び添加タイミングの制御が難しいなどの課題がある。
課題の第二は、効率よく反応させるための反応器の技術開発が重要となる。それは酸化反応が速いために、例えばオゾン注入方法としては従来の気泡式ではなくエジェクター方式の開発やさらに注入オゾン濃度をさらに高濃度とする利用技術開発などが考えられている。
課題の第三は、効率的な装置の開発には最適な注入量の把握と制御装置に加え、その生成装置の導入を必要としているために導入コストが高いこと、それら装置のメンテナンスコストがかかることなどから、現状では導入の範囲が大型の上水道施設など限定的であり、幅広い工業廃水の処理への利用拡大が難しい。
現在、広く利用されている廃水処理方法としての活性汚泥による生物処理の前処理に、フェントン酸化反応を利用した化学処理を組合せて実施しているが、複雑化する難分解性物質の処理は十分にできていない。
上記の課題を解決するために、鉄と炭素の粉末を特定の条件で配合しペレット形状に製造する触媒とすることで、取扱いや反応槽構造が極めて簡易で高い酸化力をもつ触媒を開発することを得た。
本発明は、鉄粉を５０％以上、炭素粉を４０％に加えて、多孔質材の木炭及び酸化銅などの触媒を混合攪拌し、３ｃｍ程度に造粒成型し加熱乾燥した後に、４００度から７００度の熱で６０分から１８０分焼結加工することで得る鉄・炭素ペレットである。
本発明により、紙・パルプ・食品・医薬品・染色・半導体工場などの工業廃水の前処理や１次処理に利用することを可能とし、取扱いが安全で簡易な触媒を得た。
すなわち請求項１に記載の本発明は、金属腐食原理を利用した促進酸化法と従来の内電解法や実際の廃水処理システムに利用することが難しく利用開発ができていない鉄くずフィルタ法とを組合せた効果による高い酸化分解により難分解性有機物を簡易に処理することを可能とする触媒である。
本発明の触媒は鉄粉と炭素粉を主原料とするので、特徴の第一として酸化還元反応は鉄金属腐食原理により産生されることにある。
その化学式は次のとおりである。
その化学式は次のとおりである。
第二に、鉄と炭素の結合により仮想電池を形成することで、廃水中に微弱電流による電位差が電解反応を産生することにある。
廃水中に１．２Ｖの電位差を生じさせて電解処理を行うが、この原理は内電解法や鉄くずフィルタ法によるものであり、実際にはペレット触媒の表面において微電解反応を産生するものである。
第三に、鉄・炭素の各電極間に形成された電位差は廃水中の帯電したコロイド粒子に作用することで、系内のゼータ電位に変化が生じるので分散状態のコロイド粒子に凝集性向移動を促す作用が産生される。この作用で産生されたＦｅ（ＯＨ）３は高活性の状態を維持し一般的なＦｅ（ＯＨ）３よりも吸着力が高く排水中のコロイド粒子や色素物質の吸着凝集を高める効果を発現する。
第四に、水中の鉄くずは多種類の金属イオンを吸着することは周知されていると共に、鉄・炭素ペレット中の炭素コロイド粒子は活性炭同様に金属イオンに対して強い吸着作用をもっている。また多孔物質を混入しているので活性炭同様に吸着作用があるので、水中の有機物を多く吸着する。
第五に、Ｐｈ３程度の強酸性中に投入した鉄は、大量のＦｅ２＋とＦｅ３＋を産生する。この反応を一定程度産生させた後にＰｈをアルカリ性に調整するとＦｅ（ＯＨ）２とＦｅ（ＯＨ）３は凝集沈殿する。この凝集反応により廃水中のコロイド粒子を強力に吸着するため、脱色や有機物除去に高い効果を生じる。
第六に、電解反応によって産生されたＦｅ２＋とＦｅ３＋の鉄イオンは有機物に加え、いくつかの無機物とも反応して析出作用を促し凝集沈殿作用することで除去することを可能とする。
後述の実施例の如く、フェントン酸化法単独実施後のＢＯＤ／ＣＯＤ比は３８％であるが、本発明の触媒反応処理後に同条件でフェントン酸化法実施後のＢＯＤ／ＣＯＤ比は８０％になったことで、次工程で一般的に実施する生物反応処理の効果を大きく高めることが可能となった。
上記及び後述の実施例のとおり、本発明の鉄・炭素ペレットの触媒は高い化学的活性をもち、正極で発生するＦｅ２＋と負極で発生する活性〔Ｈ〕ラジカルが、廃水中の多くの汚濁物質と酸化還元反応を生起し高分子と小分子に分解する効果を得る。
本発明により、反応槽構造は槽中央に本発明の鉄・炭素ペレット層を積層する棚を設け、下部から曝気ポンプの空気曝気装置を設けて噴き上げることで激しく酸化反応を産生するもので、極めて簡便な装置により低コストでの利用を可能としている。
本発明を実施するため、一般的なフェントン酸化法を組合せた後述の比較実証試験を実施した。
以下の原水に対して（Ａ）フェントン酸化処理単独実施と、（Ｂ）本発明処理後に（Ａ）のフェントン酸化処理を連続実施する方法を比較したところ表１の結果となった。
処理の方法及び処理フローは次のとおりである。
原水：コークス廃水（１０００ｍｌ）
方法：（Ａ）フェントン酸化処理を実施
ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ（１０００ｐｐｍ）→Ｈ２Ｏ２（３００ｐｐｍ）添加→ Ｐｈ３．５に調整→攪拌１．５ｈ
（Ｂ）本発明の鉄・炭素ペレット３００ｇを充填し、小さく曝気後反応時間１ｈ 後に、連続して（Ａ）方法のフェントン酸化処理を実施
結果：
処理の方法及び処理フローは次のとおりである。
原水：コークス廃水（１０００ｍｌ）
方法：（Ａ）フェントン酸化処理を実施
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（Ｂ）本発明の鉄・炭素ペレット３００ｇを充填し、小さく曝気後反応時間１ｈ 後に、連続して（Ａ）方法のフェントン酸化処理を実施
結果：
Claims (1)
- 廃水に含む難分解性有機物を酸化分解処理する触媒であって、鉄粉と炭素粉を主原料とし、これらを混合攪拌した後に造粒成型し、４００度から７００度の熱で焼結させて得ることを特徴とするペレット状の触媒。
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| JP2020039370A JP2021130106A (ja) | 2020-02-19 | 2020-02-19 | 難分解性有機物を促進酸化する鉄と炭素からなる触媒 |
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