JP2022067576A - Water treatment apparatus and water treatment method - Google Patents

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達則 清川
Tatsunori Kiyokawa
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Abstract

To provide water treatment apparatus and a water treatment method capable of recovering and utilizing energy by electrode reaction and performing desulfurization treatment in anaerobic treatment of treated water, and suppressing the decrease in electrode reaction efficiency.SOLUTION: There is provided a water treatment method and a water treatment apparatus including a reaction part that performs an electrode reaction using a reducing substance in treated water as an electron donor in an anaerobic treatment of treated water, and water content adjustment means that adjusts the water content on the cathode side of the reaction part. According to the present invention, by installing a reaction part using electrodes, efficient power generation and desulfurization treatment can be carried out in a series of treatment processes in water treatment. In addition, by adjusting the amount of water in the cathode solution, the decrease in concentration of electrode reaction components in the cathode solution due to water generated by the electrode reaction can be suppressed. This prevents the decrease in the electrode reaction efficiency and enables the improvement of the efficiency of power generation and desulfurization treatment.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、水処理装置及び水処理方法に関するものである。 The present invention relates to a water treatment apparatus and a water treatment method.

被処理水を処理する水処理としては、様々な処理方法が知られている。このような水処理は、被処理水に含まれる成分や、排出される被処理水の量などのように、被処理水自体に係る物性上の特徴や、処理効率とコストのバランスなどのように、水処理を実施するための設備や運用に係る特徴などを考慮し、処理方法が選択されている。
また、水処理においては、異なる水処理方法を複数組み合わせることで、水処理の効率化を図ることが行われている。
Various treatment methods are known as water treatment for treating water to be treated. Such water treatment includes physical characteristics related to the water to be treated, such as the components contained in the water to be treated and the amount of water to be discharged, and the balance between treatment efficiency and cost. In addition, the treatment method is selected in consideration of the equipment for carrying out water treatment and the characteristics related to operation.
Further, in water treatment, the efficiency of water treatment is improved by combining a plurality of different water treatment methods.

例えば、特許文献1には、有機物を含む被処理水の処理として、被処理水中に一対の電極を浸漬し、電気化学処理を行った後、被処理水を生物処理する水処理について記載されている。 For example, Patent Document 1 describes, as a treatment of water to be treated containing an organic substance, a water treatment in which a pair of electrodes are immersed in the water to be treated, an electrochemical treatment is performed, and then the water to be treated is biologically treated. There is.

特開2004-330182号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-330182

特許文献1に記載されるように、電気化学処理と生物処理とを組み合わせた水処理においては、それぞれの処理ごとに反応効率のよい反応を進行させ、水処理全体としての処理効率を向上させることが可能となる。その一方で、一般的に、電気化学処理は電力消費に係るランニングコストの負担が大きいという課題がある。特許文献1に記載された水処理では、電気化学処理単独よりはランニングコストの低減が可能とされている。しかしながら、特許文献1に記載された水処理では、水処理の系外から電気化学処理及び生物処理に係るエネルギーを供給する必要がある。したがって、水処理時における更なる省エネルギー化が求められている。 As described in Patent Document 1, in water treatment that combines electrochemical treatment and biological treatment, a reaction with high reaction efficiency is allowed to proceed for each treatment, and the treatment efficiency of the entire water treatment is improved. Is possible. On the other hand, in general, electrochemical treatment has a problem that the burden of running cost related to power consumption is large. In the water treatment described in Patent Document 1, it is possible to reduce the running cost as compared with the electrochemical treatment alone. However, in the water treatment described in Patent Document 1, it is necessary to supply energy related to electrochemical treatment and biological treatment from outside the water treatment system. Therefore, further energy saving during water treatment is required.

近年、水処理時における設備駆動電力を抑え、省エネルギー化に優れるものとするために、水処理の工程上でエネルギーの回収・利用が可能な技術が検討されている。
このような技術の一つとして、生物処理により発生したバイオガスを利用したエネルギーの回収が行われているが、バイオガスの貯留・精製設備や、バイオガスの燃焼により得られた熱エネルギーをガスエンジンやガスタービンを介して電気エネルギーに変換する設備など、付帯設備が必要となる。したがって、水処理において、より簡便かつ効率的にエネルギーを回収・利用する技術が求められている。
In recent years, in order to suppress equipment drive power during water treatment and to improve energy saving, a technique capable of recovering and utilizing energy in the water treatment process has been studied.
As one of such technologies, energy recovery using biogas generated by biological treatment is performed, but the heat energy obtained by the storage and purification equipment of biogas and the combustion of biogas is used as gas. Ancillary equipment such as equipment that converts electric energy into electric energy via an engine or gas turbine is required. Therefore, in water treatment, there is a demand for a technique for recovering and utilizing energy more easily and efficiently.

水処理においてエネルギーを簡便かつ効率的に回収する技術としては、水処理工程上に電極を設け、電極反応により直接電気エネルギーを回収することが考えられる。このとき、電極反応に供する電子供与体として被処理水中の還元性物質を用いることで、電極反応によるエネルギー回収と同時に、被処理水に対する電気化学処理を行うことができ、水処理の効率向上と省エネルギー化の実現が期待できる。特に、嫌気処理に伴い発生する硫化水素を電子供与体として用いることにより、併せて脱硫処理を行うことも可能となる。 As a technique for recovering energy easily and efficiently in water treatment, it is conceivable to provide an electrode on the water treatment process and recover electrical energy directly by an electrode reaction. At this time, by using a reducing substance in the water to be treated as an electron donor to be subjected to the electrode reaction, it is possible to perform electrochemical treatment on the water to be treated at the same time as energy recovery by the electrode reaction, and the efficiency of water treatment is improved. Realization of energy saving can be expected. In particular, by using hydrogen sulfide generated by the anaerobic treatment as an electron donor, it is possible to perform the desulfurization treatment at the same time.

一方、本発明者らは、水処理工程上に電極を設けて電極反応を行う際、カソード側に水が生成することで、電極反応成分の濃度が低下し、電極反応効率が低下するという課題があることを見出した。 On the other hand, the present inventors have a problem that when an electrode is provided on the water treatment step and an electrode reaction is performed, water is generated on the cathode side, so that the concentration of the electrode reaction component is lowered and the electrode reaction efficiency is lowered. I found that there is.

本発明の課題は、被処理水に対する嫌気処理において、電極反応によるエネルギーの回収・利用や脱硫処理を可能とするとともに、電極反応効率の低下を抑制することができる水処理装置及び水処理方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a water treatment apparatus and a water treatment method capable of recovering and utilizing energy by an electrode reaction and desulfurization treatment in anaerobic treatment of water to be treated and suppressing a decrease in electrode reaction efficiency. To provide.

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、被処理水を嫌気処理する際に、被処理水中の還元性物質を電子供与体として電極反応を行うことにより、効率的なエネルギーの回収・利用や脱硫処理が可能となること、及び、電極反応におけるカソード側の水分量を調整することで、電極反応におけるカソード側の電極反応成分の濃度低下を抑制し、電極反応の効率低下を抑制することが可能となることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の水処理装置及び水処理方法である。
As a result of diligent studies on the above-mentioned problems, the present inventor performs an electrode reaction using the reducing substance in the treated water as an electron donor when anaerobically treating the water to be treated, thereby efficiently recovering energy. By making it possible to use and desulfurization treatment and adjusting the water content on the cathode side in the electrode reaction, it is possible to suppress the decrease in the concentration of the electrode reaction component on the cathode side in the electrode reaction and suppress the decrease in the efficiency of the electrode reaction. The present invention was completed by finding that it is possible.
That is, the present invention is the following water treatment apparatus and water treatment method.

上記課題を解決するための本発明の水処理装置は、被処理水に対する嫌気処理を行う水処理装置であって、被処理水中の還元性物質を電子供与体とする電極反応を行う反応部と、反応部のカソード側において水分量を調整する水分量調整手段と、を備えるという特徴を有する。 The water treatment apparatus of the present invention for solving the above problems is a water treatment apparatus that performs anaerobic treatment on the water to be treated, and has a reaction unit that performs an electrode reaction using a reducing substance in the water to be treated as an electron donor. It is characterized by including a water content adjusting means for adjusting the water content on the cathode side of the reaction unit.

本発明の水処理装置は、水処理装置に電極を用いた反応部を設置することで、水処理における一連の処理過程の中で発電を実施することが可能となる。これにより、設備を大型化することなく、効率的な発電を実施し、エネルギーの回収・利用が可能となる。また、脱硫処理のための設備を別途設けることなく、効率的な脱硫処理を実施することが可能となる。さらに、カソード溶液中の水分量を調整する手段を設けることにより、電極反応で発生する水によるカソード溶液中の電極反応成分の濃度低下を抑制することができる。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。 In the water treatment apparatus of the present invention, by installing a reaction unit using electrodes in the water treatment apparatus, it becomes possible to carry out power generation in a series of treatment processes in water treatment. As a result, efficient power generation can be performed and energy can be recovered and used without increasing the size of the equipment. Further, it is possible to carry out an efficient desulfurization treatment without separately providing equipment for the desulfurization treatment. Further, by providing a means for adjusting the amount of water in the cathode solution, it is possible to suppress a decrease in the concentration of the electrode reaction component in the cathode solution due to water generated in the electrode reaction. As a result, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of the electrode reaction and improve the efficiency of power generation and desulfurization treatment.

また、本発明の水処理装置の一実施態様としては、水分量調整手段は、カソード溶液と気体との接触機会を増やす接触機会向上手段を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、比較的簡易な構造により、カソード溶液中の水分量を調整することが可能となる。また、カソード溶液中の水分量を調整するにあたり、必要とするエネルギーが少ないため、水処理装置のランニングコストを低減することが可能となる。
Further, as one embodiment of the water treatment apparatus of the present invention, the water content adjusting means is characterized by including a contact opportunity improving means for increasing the contact opportunity between the cathode solution and the gas.
According to this feature, the water content in the cathode solution can be adjusted by a relatively simple structure. Further, since the energy required for adjusting the water content in the cathode solution is small, it is possible to reduce the running cost of the water treatment device.

また、本発明の水処理装置の一実施態様としては、接触機会向上手段は、曝気であるという特徴を有する。
この特徴によれば、簡易な構造により、カソード溶液中の水分量を調整することが可能となる。また、曝気量の制御は比較的容易に行うことができるため、カソード溶液中の水分量調整を容易かつ適切に行うことが可能となる。
Further, as one embodiment of the water treatment apparatus of the present invention, the contact opportunity improving means is characterized by aeration.
According to this feature, the simple structure makes it possible to adjust the amount of water in the cathode solution. Further, since the aeration amount can be controlled relatively easily, the water content in the cathode solution can be easily and appropriately adjusted.

また、本発明の水処理装置の一実施態様としては、接触機会向上手段は、カソード溶液を吸い上げる揮散体を備え、揮散体は、吸い上げたカソード溶液中の水分を自然蒸散させるという特徴を有する。
この特徴によれば、簡易な構造により、カソード溶液中の水分量を調整することが可能となる。また、カソード溶液中の水分量を調整するにあたり、動力を必要としないため、水処理装置のランニングコストを大幅に低減することが可能となる
Further, as one embodiment of the water treatment apparatus of the present invention, the contact opportunity improving means includes a volatilizer that sucks up the cathode solution, and the volatilizer has a feature that the water in the sucked up cathode solution is naturally evaporated.
According to this feature, the simple structure makes it possible to adjust the amount of water in the cathode solution. In addition, since power is not required to adjust the amount of water in the cathode solution, the running cost of the water treatment device can be significantly reduced.

また、本発明の水処理装置の一実施態様としては、水分量調整手段は、加温手段を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、カソード溶液中の水分量を効率的に調整することが可能となる。また、水処理に伴い発生する熱を用いることで、カソード溶液中の水分量調整に係るランニングコストを低減させることも可能となる。
Further, as one embodiment of the water treatment apparatus of the present invention, the water content adjusting means is characterized by including a heating means.
According to this feature, it is possible to efficiently adjust the amount of water in the cathode solution. Further, by using the heat generated by the water treatment, it is possible to reduce the running cost related to the adjustment of the water content in the cathode solution.

また、本発明の水処理装置の一実施態様としては、水分量調整手段は、膜を用いた膜分離手段を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、膜を介してカソード溶液中の水分の一部を排出することで、カソード溶液中の水分量を調整することが可能となる。また、カソード溶液に対して外部から与える影響を最小限として水分量を調整することができ、カソード溶液中の電極反応成分への影響を少なくすることが可能となる。
Further, as one embodiment of the water treatment apparatus of the present invention, the water content adjusting means is characterized by including a membrane separating means using a membrane.
According to this feature, it is possible to adjust the amount of water in the cathode solution by discharging a part of the water in the cathode solution through the membrane. Further, the water content can be adjusted by minimizing the influence on the cathode solution from the outside, and the influence on the electrode reaction component in the cathode solution can be reduced.

また、本発明の水処理装置の一実施態様としては、反応部内のカソード溶液中の水分量又は溶質濃度を検知する検知手段を備えるという特徴を有する。
この特徴によれば、カソード溶液中の水分量又は溶質濃度を検知する検知手段を設けることで、カソード溶液中の水分量が適切であるか否かの判断を行うことが可能となる。また、この判断に基づき、水分量調整手段を作動させることで、カソード溶液中の水分量を適切に調整し、電極反応効率の低下をより効果的に抑制することが可能となる。
Further, one embodiment of the water treatment apparatus of the present invention is characterized by comprising a detecting means for detecting the water content or the solute concentration in the cathode solution in the reaction unit.
According to this feature, by providing a detecting means for detecting the water content or the solute concentration in the cathode solution, it is possible to determine whether or not the water content in the cathode solution is appropriate. Further, based on this determination, by operating the water content adjusting means, it is possible to appropriately adjust the water content in the cathode solution and more effectively suppress the decrease in the electrode reaction efficiency.

また、上記課題を解決するための本発明の水処理方法としては、被処理水に対する嫌気処理を行う水処理方法であって、被処理水中の還元性物質を電子供与体とする電極反応を行う反応工程と、反応工程のカソード側において水分量を調整する水分量調整工程と、を備えるという特徴を有する。
本発明の水処理方法は、水処理において電極を用いた電極反応工程を設けることで、水処理における一連の処理過程の中で発電を実施することが可能となる。これにより、設備を大型化することなく、効率的な発電を実施し、エネルギーの回収・利用が可能となる。また、脱硫処理のための設備を別途設けることなく、効率的な脱硫処理を実施することが可能となる。さらに、カソード溶液中の水分量を調整する水分量調整工程を設けることにより、電極反応で発生する水によるカソード溶液中の電極反応成分の濃度低下を抑制することができる。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。
Further, the water treatment method of the present invention for solving the above-mentioned problems is a water treatment method for performing anaerobic treatment on the water to be treated, in which an electrode reaction using a reducing substance in the water to be treated as an electron donor is performed. It is characterized by including a reaction step and a water content adjusting step for adjusting the water content on the cathode side of the reaction step.
In the water treatment method of the present invention, by providing an electrode reaction step using an electrode in water treatment, it becomes possible to carry out power generation in a series of treatment processes in water treatment. As a result, efficient power generation can be performed and energy can be recovered and used without increasing the size of the equipment. Further, it is possible to carry out an efficient desulfurization treatment without separately providing equipment for the desulfurization treatment. Further, by providing a water content adjusting step for adjusting the water content in the cathode solution, it is possible to suppress a decrease in the concentration of the electrode reaction component in the cathode solution due to water generated in the electrode reaction. As a result, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of the electrode reaction and improve the efficiency of power generation and desulfurization treatment.

本発明によれば、被処理水に対する嫌気処理において、電極反応によるエネルギーの回収・利用や脱硫処理を可能とするとともに、電極反応効率の低下を抑制することができる水処理装置及び水処理方法を提供することができる。 According to the present invention, a water treatment apparatus and a water treatment method capable of recovering and utilizing energy by an electrode reaction and desulfurization treatment in anaerobic treatment of water to be treated and suppressing a decrease in electrode reaction efficiency are provided. Can be provided.

本発明の第1の実施態様における水処理装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the water treatment apparatus in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施態様の水処理装置における水分量調整手段を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the water content adjusting means in the water treatment apparatus of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施態様の水処理装置における水分量調整手段の別態様を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows another aspect of the water content adjusting means in the water treatment apparatus of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施態様の水処理装置における水分量調整手段の別態様を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows another aspect of the water content adjusting means in the water treatment apparatus of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施態様の水処理装置における水分量調整手段の別態様を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows another aspect of the water content adjusting means in the water treatment apparatus of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施態様における水処理装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the water treatment apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施態様における水処理装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the water treatment apparatus in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施態様における水処理装置の別態様を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the other aspect of the water treatment apparatus in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施態様における水処理装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the water treatment apparatus in 4th Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る水処理装置及び水処理方法の実施態様を詳細に説明する。本発明における水処理方法は、本発明における水処理装置の作動の説明に置き換えるものとする。
なお、実施態様に記載する水処理装置及び水処理方法については、本発明に係る水処理装置及び水処理方法を説明するために例示したにすぎず、これに限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of the water treatment apparatus and the water treatment method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The water treatment method in the present invention shall be replaced with the description of the operation of the water treatment device in the present invention.
The water treatment apparatus and the water treatment method described in the embodiments are merely exemplified for explaining the water treatment apparatus and the water treatment method according to the present invention, and the present invention is not limited thereto.

本発明の水処理装置において、処理対象である被処理水は、還元性物質を含むものであれば特に限定されない。なお、還元性物質は、水処理装置に導入する前の被処理水に含有されているものであってもよく、水処理装置における処理経過に伴って生成され、被処理水中に存在するものであってもよい。具体的な被処理水の例としては、例えば、食品工場、化学工場、紙パルプ工場等の各種工場から排出される工業排水や、下水などの生活排水などが挙げられる。なお、以下の実施態様においては、被処理水として、処理を経ることで還元性物質が生成するものについて主に説明するが、これに限定されるものではない。 In the water treatment apparatus of the present invention, the water to be treated is not particularly limited as long as it contains a reducing substance. The reducing substance may be contained in the water to be treated before being introduced into the water treatment device, or is generated as the treatment progresses in the water treatment device and is present in the water to be treated. There may be. Specific examples of water to be treated include industrial wastewater discharged from various factories such as food factories, chemical factories, and paper and pulp factories, and domestic wastewater such as sewage. In the following embodiments, the water to be treated, which produces a reducing substance through the treatment, will be mainly described, but the present invention is not limited thereto.

また、本発明において、被処理水中に含まれる還元性物質とは、電子供与体として機能するものであればよく、特に限定されない。ある物質が電子供与体として機能するか否かは、電子受容体として機能する物質(以下、単に「電子受容体」と呼ぶ)との組み合わせによって相対的に決まるものである。つまり、本発明における還元性物質は、電子受容体よりも電子を放出しやすいもの、すなわち電子受容体よりも酸化還元電位が低いものとすることが挙げられる。例えば、電子受容体として酸素を用いた場合、本発明における還元性物質は、酸素よりも酸化還元電位が低いものであればよく、このような還元性物質としては、硫化水素、水素、アンモニアなどが挙げられる。 Further, in the present invention, the reducing substance contained in the water to be treated is not particularly limited as long as it functions as an electron donor. Whether or not a substance functions as an electron donor is relatively determined by the combination with a substance that functions as an electron acceptor (hereinafter, simply referred to as "electron acceptor"). That is, the reducing substance in the present invention may be one that is more likely to emit electrons than the electron acceptor, that is, one having a lower redox potential than the electron acceptor. For example, when oxygen is used as an electron acceptor, the reducing substance in the present invention may have a lower redox potential than oxygen, and such reducing substances include hydrogen sulfide, hydrogen, and ammonia. Can be mentioned.

〔第1の実施態様〕
[水処理装置]
図1は、本発明の第1の実施態様における水処理装置の構造を示す概略説明図である。
本実施態様における水処理装置1Aは、図1に示すように、処理槽2と、反応部3と、反応部3のカソード側における水分量調整手段4とを備えるものである。また、水処理装置1Aは、処理槽2に被処理水Wを導入する導入配管L1と、処理槽2と反応部3を接続し、処理槽2で被処理水Wが処理された後の処理水W1を反応部3に供給する接続配管L2と、電極反応後の処理水W2を反応部3から排出する排出配管L3とを備えている。
[First Embodiment]
[Water treatment equipment]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing the structure of a water treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the water treatment apparatus 1A in the present embodiment includes a treatment tank 2, a reaction unit 3, and a water content adjusting means 4 on the cathode side of the reaction unit 3. Further, the water treatment device 1A connects the introduction pipe L1 for introducing the water to be treated W into the treatment tank 2, the treatment tank 2 and the reaction unit 3, and treats the water to be treated W after being treated in the treatment tank 2. It is provided with a connection pipe L2 for supplying water W1 to the reaction unit 3 and a discharge pipe L3 for discharging the treated water W2 after the electrode reaction from the reaction unit 3.

(処理槽)
処理槽2は、被処理水Wに対して処理を行うための槽である。
処理槽2で行う処理は、被処理水W中に含まれる処理対象に合った処理であり、処理後の処理水W1中に還元性物質を含むものであれば、特に制限されない。例えば、嫌気的な環境下での生物処理(嫌気処理)として、酸生成菌及びメタン生成菌によるメタン発酵や、脱窒菌により硝酸・亜硝酸の還元を行う脱窒処理や、硫酸還元菌により硫酸の還元を行う硫酸還元処理等が挙げられる。また、生物処理の他の例としては、好気的な環境下での生物処理(好気処理)として、活性汚泥を用いる活性汚泥処理などが挙げられるが、曝気動力が不要で、余剰汚泥がほとんど発生しないことなど、導入のメリットが高いことから、本実施態様の処理槽2で行う処理は嫌気処理が好ましい。さらに、処理コストや生成ガスの有用性の観点から、メタンを生成するメタン発酵が特に好ましい。
(Processing tank)
The treatment tank 2 is a tank for treating the water to be treated W.
The treatment performed in the treatment tank 2 is a treatment suitable for the treatment target contained in the water to be treated W, and is not particularly limited as long as the treated water W1 after the treatment contains a reducing substance. For example, as biological treatment (anaerobic treatment) in an anaerobic environment, methane fermentation by acid-producing bacteria and methanogenic bacteria, denitrification treatment in which nitric acid and nitrite are reduced by denitrifying bacteria, and sulfuric acid by sulfate-reducing bacteria. Sulfate reduction treatment and the like for reducing the above can be mentioned. Further, as another example of biological treatment, as biological treatment (aerobic treatment) in an aerobic environment, activated sludge treatment using activated sludge can be mentioned, but aeration power is not required and excess sludge is generated. The treatment performed in the treatment tank 2 of the present embodiment is preferably an anaerobic treatment because it has a high merit of introduction such that it hardly occurs. Further, methane fermentation that produces methane is particularly preferable from the viewpoint of processing cost and usefulness of the produced gas.

処理槽2において、嫌気処理のうち、特にメタン発酵を行う場合、被処理水Wを処理した後の処理水W1中には、メタンのほか、硫化水素、水素、アンモニア等が生成する。なお、これら生成物は、本発明における還元性物質に相当するものである。 In the treatment tank 2, especially when methane fermentation is performed in the anaerobic treatment, hydrogen sulfide, hydrogen, ammonia and the like are generated in the treated water W1 after the treated water W is treated, in addition to methane. In addition, these products correspond to the reducing substance in this invention.

処理槽2で処理された被処理水Wは還元性物質を含有する処理水W1となり、接続配管L2を介して、反応部3へ導入される。 The water to be treated W treated in the treatment tank 2 becomes the treated water W1 containing a reducing substance, and is introduced into the reaction unit 3 via the connecting pipe L2.

(反応部)
反応部3は、処理水W1中の還元性物質を電子供与体とした電極反応を行うためのものである。また、反応部3では、この電極反応によって発電や脱硫処理を行うことができる。
以下、本実施態様の反応部3の構造について、発電に係る観点から説明する。なお、本実施態様の反応部3による脱硫処理の詳細については後述する。
(Reaction part)
The reaction unit 3 is for performing an electrode reaction using the reducing substance in the treated water W1 as an electron donor. Further, in the reaction unit 3, power generation and desulfurization treatment can be performed by this electrode reaction.
Hereinafter, the structure of the reaction unit 3 of the present embodiment will be described from the viewpoint of power generation. The details of the desulfurization treatment by the reaction unit 3 of this embodiment will be described later.

本実施態様の反応部3は、図1に示すように、処理槽2の後段に設けられ、第1のセル31a及び第2のセル31bと、セル31a、31bの間を仕切るように設けられたイオン交換体35と、セル31a、31bにそれぞれ配置された電極33a、33bとを備えている。ここで、第1のセル31aは、処理槽2から接続配管L2を介して導入された処理水W1が電極33aに接触するように形成されており、第1のセル31aに配置された電極33aはアノードとして機能する。一方、第2のセル31bは、電子受容体を貯留ないしは供給するように形成されており、第2のセル31bに配置された電極33bはカソードとして機能する。また、電極33a、33bは導線により外部回路と接続されている(不図示)。これにより、反応部3において、還元性物質が電子供与体として作用することで発生する電気エネルギーの回収及び利用が可能となる。 As shown in FIG. 1, the reaction unit 3 of the present embodiment is provided after the treatment tank 2 and is provided so as to partition between the first cell 31a and the second cell 31b and the cells 31a and 31b. The ion exchanger 35 and the electrodes 33a and 33b arranged in the cells 31a and 31b, respectively, are provided. Here, the first cell 31a is formed so that the treated water W1 introduced from the treatment tank 2 via the connecting pipe L2 comes into contact with the electrode 33a, and the electrode 33a arranged in the first cell 31a. Acts as an anode. On the other hand, the second cell 31b is formed to store or supply an electron acceptor, and the electrode 33b arranged in the second cell 31b functions as a cathode. Further, the electrodes 33a and 33b are connected to an external circuit by a conducting wire (not shown). This makes it possible to recover and utilize the electrical energy generated by the reducing substance acting as an electron donor in the reaction unit 3.

第1のセル31aは、電極33aを備え、処理水W1が電極33aに接触するように形成されているものであればよく、特に素材や形状は問わない。例えば、図1に示すように、接続配管L2を介して処理水導入口32aから導入された処理水W1を一時的に貯留可能なスペースを有し、電極33aに接触した後の処理水W2を処理水排出口32bから排出するための排出配管L3を備えるものとすること等が挙げられる。これにより、処理水W1中の還元性物質は電子供与体として電極33aに電子を供与した後、排出配管L3を介して速やかに排出される。
なお、接続配管L2及び/又は排出配管L3に、バルブ等の流量調整機構を設けるものとしてもよい。これにより、電極33aに接触させる処理水W1の量及び流速を調整し、電極33aに対する物質移動速度を制御することが可能となる。
The first cell 31a may be any as long as it includes an electrode 33a and is formed so that the treated water W1 comes into contact with the electrode 33a, and the material and shape are not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1, the treated water W2 having a space capable of temporarily storing the treated water W1 introduced from the treated water introduction port 32a via the connection pipe L2 and contacting the electrode 33a is stored. It is possible to include a discharge pipe L3 for discharging from the treated water discharge port 32b. As a result, the reducing substance in the treated water W1 donates electrons to the electrode 33a as an electron donor, and then is rapidly discharged through the discharge pipe L3.
The connection pipe L2 and / or the discharge pipe L3 may be provided with a flow rate adjusting mechanism such as a valve. This makes it possible to adjust the amount and flow velocity of the treated water W1 in contact with the electrode 33a and control the mass transfer rate with respect to the electrode 33a.

排出配管L3を介して排出された処理水W2は、河川などへの放流が可能な水質を満たすものであれば、そのまま放流することが可能である。また、排出配管L3の後段に、処理水W2を更に処理するための処理設備を設け、処理水W2を処理した後、系外へ排出するものとしてもよい。このような処理設備としては、処理水W2が系外あるいは河川への放流が可能な水質となるように処理できるものであれば特に限定されない。例えば、曝気槽やpH調整槽などが挙げられる。 The treated water W2 discharged through the discharge pipe L3 can be discharged as it is as long as it satisfies the water quality that can be discharged to a river or the like. Further, a treatment facility for further treating the treated water W2 may be provided in the subsequent stage of the discharge pipe L3, and the treated water W2 may be treated and then discharged to the outside of the system. Such treatment equipment is not particularly limited as long as it can be treated so that the treated water W2 can be discharged to the outside of the system or to a river. For example, an aeration tank, a pH adjustment tank, and the like can be mentioned.

第2のセル31bは、電極33bを備え、処理水W1中の還元性物質に対する電子受容体を貯留ないしは供給するように形成されているものであればよく、特に素材や形状は問わない。 The second cell 31b may be any as long as it has an electrode 33b and is formed so as to store or supply an electron acceptor for a reducing substance in the treated water W1, and the material and shape thereof are not particularly limited.

ここで、電子受容体の形態は、気体、液体のいずれであってもよいが、本実施態様における電子受容体の形態は、液体とすることが好ましい。これにより、本発明による電極反応効率の低下抑制という効果を十分に発揮することが可能となる。
なお、液体としては、固体薬剤を溶解させた溶液であってもよく、気体を混合(溶解)させた溶液であってもよい。
特に、電子受容体の溶液を用い、電極33bを配置する第2のセル31b内を満たすことが挙げられる。これにより、後述する水分量調整手段4による電極反応効率の低下を抑制する機能が効果的に発揮される。
Here, the form of the electron acceptor may be either a gas or a liquid, but the form of the electron acceptor in the present embodiment is preferably a liquid. This makes it possible to fully exert the effect of suppressing the decrease in the electrode reaction efficiency according to the present invention.
The liquid may be a solution in which a solid drug is dissolved or a solution in which a gas is mixed (dissolved).
In particular, a solution of the electron acceptor may be used to fill the inside of the second cell 31b in which the electrode 33b is arranged. As a result, the function of suppressing the decrease in the electrode reaction efficiency by the water content adjusting means 4, which will be described later, is effectively exhibited.

本実施態様において電子受容体の具体的な例としては、例えば、液体として、溶存酸素を含む溶液や、フェリシアン化カリウム水溶液のような酸化剤の水溶液等が挙げられる。電子受容体として液体を用いた場合、電子受容体として効果の高い化合物(酸化剤)の取り扱いが容易となるため、電極反応効率をより向上させることができるという利点がある。なお、電極反応効率を向上させるという観点からすると、電子受容体としては、フェリシアン化カリウム水溶液を用いることが特に好ましい。 Specific examples of the electron acceptor in the present embodiment include, for example, as a liquid, a solution containing dissolved oxygen, an aqueous solution of an oxidizing agent such as an aqueous solution of potassium ferricyanide, and the like. When a liquid is used as the electron acceptor, the compound (oxidizing agent) having a high effect as the electron acceptor can be easily handled, so that there is an advantage that the electrode reaction efficiency can be further improved. From the viewpoint of improving the electrode reaction efficiency, it is particularly preferable to use an aqueous potassium ferricyanide solution as the electron acceptor.

第2のセル31bとしては、例えば、図1に示すように、第2のセル31bに、液体を貯留可能なスペースを設け、電子受容体供給口34a及び電子受容体排出口34bとして、それぞれ電子受容体の溶液の供給及び反応後の溶液の排出が可能なものを設けることが挙げられる。
これにより、電極33aからの電子を、電極33bを介して電子受容体が受け取ることができ、電極33aと電極33bの間に電流が流れて発電が行われる。また、反応後の電子受容体は電子受容体排出口34bを介して速やかに反応部3の外部に排出される。
As the second cell 31b, for example, as shown in FIG. 1, a space capable of storing a liquid is provided in the second cell 31b, and electrons are used as the electron acceptor supply port 34a and the electron acceptor discharge port 34b, respectively. It is possible to provide a solution capable of supplying a solution of the receptor and discharging the solution after the reaction.
As a result, the electrons from the electrode 33a can be received by the electron acceptor via the electrode 33b, and a current flows between the electrodes 33a and 33b to generate electricity. Further, the electron acceptor after the reaction is rapidly discharged to the outside of the reaction unit 3 via the electron acceptor discharge port 34b.

また、本実施態様における第2のセル31bは、図1に示すように、電子受容体供給口34a及び電子受容体排出口34bを介し、後述する水分量調整手段4のリザーバー40と接続されている。 Further, as shown in FIG. 1, the second cell 31b in the present embodiment is connected to the reservoir 40 of the water content adjusting means 4 described later via the electron acceptor supply port 34a and the electron acceptor discharge port 34b. There is.

図1において、電子受容体供給口34a及び電子受容体排出口34bは、それぞれ1つずつ設けたものを示しているが、これに限定されるものではない。例えば、電子受容体供給口34a及び電子受容体排出口34bを複数設けるものとしてもよい。例えば、電極33bにおける反応に伴い、第2のセル31b内に気体と液体が存在する場合等に対応するため、電子受容体排出口34bを複数設け、気体を排出するものと液体を排出するものをそれぞれ分けること等が挙げられる。 In FIG. 1, an electron acceptor supply port 34a and an electron acceptor discharge port 34b are provided one by one, but the present invention is not limited thereto. For example, a plurality of electron receptor supply ports 34a and electron receptor discharge ports 34b may be provided. For example, in order to deal with the case where gas and liquid are present in the second cell 31b due to the reaction at the electrode 33b, a plurality of electron acceptor discharge ports 34b are provided to discharge the gas and the liquid. It is possible to separate each of them.

イオン交換体35は、イオンを透過することのできる公知の構成であればよく、特に限定するものではない。特に、電極33a(アノード側)で発生する水素イオンを透過することのできる陽イオン交換膜とすることが挙げられる。これにより、電極33a(アノード側)から電極33b(カソード側)へ水素イオンが移動することで、電極33bでの電子受容体の反応効率を高めることができ、電極反応効率を向上させることができる。また、イオン交換体35は、酸素透過性が低いものとすることがより好ましい。これにより、電極33b(カソード側)に供給される電子受容体(特に酸素)が電極33a側に移動することを抑制し、電極33aにおける電子供与体の反応効率が酸素により低下することを抑制することが可能となる。
なお、図1において、イオン交換体35は、電極33a及び電極33bと別体として設けるものを示しているが、これに限定されるものではない。例えば、イオン交換能を有する材料と電極33a及び/又は電極33bを一体とすること等が挙げられる。これにより、反応部3全体を小型化することが可能となるとともに、メンテナンス作業に係る時間短縮が可能となる。
The ion exchanger 35 may have a known structure capable of allowing ions to pass through, and is not particularly limited. In particular, a cation exchange membrane capable of transmitting hydrogen ions generated at the electrode 33a (anode side) can be mentioned. As a result, hydrogen ions move from the electrode 33a (anode side) to the electrode 33b (cathode side), so that the reaction efficiency of the electron acceptor at the electrode 33b can be increased, and the electrode reaction efficiency can be improved. .. Further, it is more preferable that the ion exchanger 35 has low oxygen permeability. As a result, the electron acceptor (particularly oxygen) supplied to the electrode 33b (cathode side) is suppressed from moving to the electrode 33a side, and the reaction efficiency of the electron donor at the electrode 33a is suppressed from being lowered by oxygen. Is possible.
Note that, in FIG. 1, the ion exchanger 35 is provided as a separate body from the electrode 33a and the electrode 33b, but is not limited thereto. For example, the electrode 33a and / or the electrode 33b may be integrated with a material having an ion exchange ability. As a result, the entire reaction unit 3 can be miniaturized, and the time required for maintenance work can be shortened.

電極33aは、処理水W1中の還元性物質から電子を回収する電極であり、いわゆるアノードとして機能するものである。また、本実施態様における電極33aは、処理槽2で処理された後の処理水W1と接触するように第1のセル31a内に配置されている。 The electrode 33a is an electrode that recovers electrons from the reducing substance in the treated water W1 and functions as a so-called anode. Further, the electrode 33a in the present embodiment is arranged in the first cell 31a so as to come into contact with the treated water W1 after being treated in the treatment tank 2.

電極33aとしては、アノードとして機能するものであればよく、材質及び形状については特に限定されない。電極33aの材質及び形状については、材料調達や加工に係るコスト、電極33aにおける還元性物質の反応効率などを鑑みて、適宜選択することができる。電極33aの材質の例としては、例えば、電気化学分野で電極材料として広く用いられている炭素や金属(ステンレス、白金、銅等)が挙げられる。また、電極33aの形状の例としては、例えば、平板状、棒状、メッシュ状などが挙げられる。
特に、本実施態様の電極33aとしては、電極反応効率を鑑み、多孔質体からなるものを用いることが好ましい。例えば、電極33aとしては、多孔質体であるカーボンペーパーやカーボンクロスのような炭素繊維を用いることのほか、発泡金属、多孔質金属、金属メッシュを用いることが挙げられる。
The electrode 33a may be any as long as it functions as an anode, and the material and shape are not particularly limited. The material and shape of the electrode 33a can be appropriately selected in consideration of the cost related to material procurement and processing, the reaction efficiency of the reducing substance in the electrode 33a, and the like. Examples of the material of the electrode 33a include carbon and metals (stainless steel, platinum, copper, etc.) widely used as electrode materials in the electrochemical field. Further, examples of the shape of the electrode 33a include a flat plate shape, a rod shape, a mesh shape, and the like.
In particular, as the electrode 33a of this embodiment, it is preferable to use one made of a porous body in view of the electrode reaction efficiency. For example, as the electrode 33a, in addition to using carbon fibers such as carbon paper and carbon cloth which are porous bodies, foamed metal, porous metal, and metal mesh can be used.

電極33bは、電極33aの対極であって、電子受容体へ電子を受け渡す電極であり、いわゆるカソードとして機能するものである。また、本実施態様における電極33bは、第2のセル31b内に配置されている。 The electrode 33b is the opposite electrode of the electrode 33a, is an electrode that transfers electrons to an electron acceptor, and functions as a so-called cathode. Further, the electrode 33b in this embodiment is arranged in the second cell 31b.

電極33bとしては、カソードとして機能するものであればよく、材質及び形状については特に限定されない。電極33bの材質及び形状については、材料調達や加工に係るコスト、電極33bにおける電子受容体の反応効率などを鑑みて、適宜選択することができる。電極33bの材質の例としては、例えば、電気化学分野で電極材料として広く用いられている炭素や金属(ステンレス、白金、銅等)が挙げられる。また、電極33bの形状の例としては、例えば、平板状、棒状、メッシュ状などが挙げられる。
特に、本実施態様の電極33bとしては、電極反応効率を鑑み、多孔質体からなるものを用いることが好ましい。例えば、電極33bとしては、多孔質体であるカーボンペーパーやカーボンクロスのような炭素繊維を用いることのほか、発泡金属、多孔質金属、金属メッシュを用いることが挙げられる。
The electrode 33b may be any as long as it functions as a cathode, and the material and shape are not particularly limited. The material and shape of the electrode 33b can be appropriately selected in consideration of the cost related to material procurement and processing, the reaction efficiency of the electron acceptor in the electrode 33b, and the like. Examples of the material of the electrode 33b include carbon and metals (stainless steel, platinum, copper, etc.) widely used as electrode materials in the electrochemical field. Further, examples of the shape of the electrode 33b include a flat plate shape, a rod shape, a mesh shape, and the like.
In particular, as the electrode 33b of the present embodiment, it is preferable to use one made of a porous body in view of the electrode reaction efficiency. For example, as the electrode 33b, in addition to using carbon fibers such as carbon paper and carbon cloth which are porous bodies, foamed metal, porous metal, and metal mesh may be used.

以下、図1に基づき、本発明の第1の実施態様の水処理装置における電極反応に係る反応及び工程を説明する。
本実施態様の水処理装置1Aにおける電極反応に係る反応及び工程は、被処理水Wを嫌気処理することで生成した還元性物質を電子供与体として用い、酸化剤や酸素を含む溶液を電子受容体として用いるものについて説明するものである。
なお、図1に基づく反応及び工程に係る説明は、本実施態様における電極反応の一例について示すものであり、これに限定されるものではない。また、以下の説明は、処理槽2から反応部3に係る反応及び工程について述べたものであり、その他の構成(導入配管L1、排出配管L3など)に係る反応及び工程については説明を省略している。さらに、反応R1~R4及び工程S1~S3の表記については、説明のために番号を付したものであり、反応及び工程順序を特定するものではない。
Hereinafter, the reaction and the process related to the electrode reaction in the water treatment apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the reaction and step related to the electrode reaction in the water treatment apparatus 1A of the present embodiment, a reducing substance produced by anaerobic treatment of the water to be treated W is used as an electron donor, and a solution containing an oxidizing agent and oxygen is received as an electron. It explains what is used as a body.
The description of the reaction and the process based on FIG. 1 shows an example of the electrode reaction in this embodiment, and is not limited thereto. Further, the following description describes the reaction and process related to the treatment tank 2 to the reaction unit 3, and the description of the reaction and process related to other configurations (introduction pipe L1, discharge pipe L3, etc.) is omitted. ing. Further, the notations of reactions R1 to R4 and steps S1 to S3 are numbered for the sake of explanation, and do not specify the reaction and the process sequence.

図1に示すように、処理槽2に導入された被処理水Wは、処理槽2内の嫌気性微生物(酸生成菌及びメタン生成菌)により嫌気処理される(工程S1)。このとき、メタンのほかに、還元性物質(水素、硫化水素、アンモニア等)が生成する。 As shown in FIG. 1, the water W to be treated introduced into the treatment tank 2 is anaerobically treated by anaerobic microorganisms (acid-producing bacteria and methane-producing bacteria) in the treatment tank 2 (step S1). At this time, in addition to methane, reducing substances (hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia, etc.) are generated.

処理槽2で処理され、還元性物質を含む処理水W1は、接続配管L2を介して反応部3における第1のセル31a内に導入される(工程S2)。ここで、還元性物質(水素、硫化水素、アンモニア等)が電極33aに接触することで、還元性物質が電子供与体として機能し、電極33aへ電子が供与される。このとき、電子供与体として機能する還元性物質として、硫化水素を例にとると、電極33aにおける反応(反応R1)は、以下の反応式(式1)で示される。

Figure 2022067576000002
The treated water W1 treated in the treatment tank 2 and containing the reducing substance is introduced into the first cell 31a in the reaction unit 3 via the connecting pipe L2 (step S2). Here, when the reducing substance (hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia, etc.) comes into contact with the electrode 33a, the reducing substance functions as an electron donor, and electrons are donated to the electrode 33a. At this time, taking hydrogen sulfide as an example of the reducing substance that functions as an electron donor, the reaction (reaction R1) at the electrode 33a is represented by the following reaction formula (formula 1).
Figure 2022067576000002

また、硫化水素の一部は硫化水素イオンとして反応する。このときの反応は、以下の反応式(式2)で示される。

Figure 2022067576000003
In addition, part of hydrogen sulfide reacts as hydrogen sulfide ions. The reaction at this time is represented by the following reaction formula (formula 2).
Figure 2022067576000003

式1及び式2で示されるように、反応R1において、処理槽2で処理された後の処理水W1に含まれる硫化水素は電極33aに電子を供与するとともに、硫化水素自身は酸化処理されることで無害化、無臭化する。このため、本実施態様の水処理装置1Aは、発電とともに、脱硫処理・脱臭処理が可能となる。なお、硫化水素以外の有害物質・臭気物質である還元性物質(アンモニア等)についても、同様に電子供与体として機能し、反応が進行することで、無害化・無臭化が可能になる。 As shown by the formulas 1 and 2, in the reaction R1, the hydrogen sulfide contained in the treated water W1 after being treated in the treatment tank 2 donates electrons to the electrode 33a, and the hydrogen sulfide itself is oxidized. This makes it harmless and odorless. Therefore, the water treatment device 1A of the present embodiment can perform desulfurization treatment and deodorization treatment as well as power generation. Reducing substances (ammonia, etc.), which are harmful substances and odorous substances other than hydrogen sulfide, also function as electron donors, and as the reaction proceeds, detoxification and deodorization become possible.

式1及び式2に示された反応式に基づき、電極33aにおける反応が進行した後、電子は電極33aから導線を介して電極33bへ移動する(反応R2)。なお、このとき、電極33aにおける反応で生成した水素イオンは、イオン交換体35を介して第2のセル31b側へ移動する(反応R3)。 Based on the reaction formulas shown in the formulas 1 and 2, after the reaction at the electrode 33a proceeds, the electrons move from the electrode 33a to the electrode 33b via the conducting wire (reaction R2). At this time, the hydrogen ions generated by the reaction at the electrode 33a move to the second cell 31b side via the ion exchanger 35 (reaction R3).

一方、第2のセル31bには、電子受容体供給口34aから電子受容体(溶液)を導入する(工程S3)。ここで、反応R2により、電極33aから電極33bに移動した電子を、電極33bを介して電子受容体が受け取る。また、このとき、反応R3により、イオン交換体35を介して第2のセル31b側に移動した水素イオンも電子受容体と反応する。このときの電極33bにおける反応(反応R4)は、以下の反応式(式3)で示される。なお、式3における酸素が、電子受容体に相当する。

Figure 2022067576000004
On the other hand, an electron acceptor (solution) is introduced into the second cell 31b from the electron acceptor supply port 34a (step S3). Here, the electron acceptor receives the electrons transferred from the electrode 33a to the electrode 33b by the reaction R2 via the electrode 33b. At this time, the hydrogen ion that has moved to the second cell 31b side via the ion exchanger 35 also reacts with the electron acceptor by the reaction R3. The reaction (reaction R4) at the electrode 33b at this time is represented by the following reaction formula (formula 3). Oxygen in Equation 3 corresponds to an electron acceptor.
Figure 2022067576000004

上述した反応R1~R4及び工程S1~S3に基づき、電極33aと電極33bの間に電流が流れる。これにより、被処理水W中の還元性物質(処理水W1に含まれる還元性物質)を電子供与体とする反応が進行し、本実施態様の水処理装置1Aにおける発電及び脱硫処理が行われる。
また、発電により得られた電気エネルギーは、電極33a及び電極33bに接続した外部回路を通じて回収・利用することができる。なお、電気エネルギーの利用については、特に限定されない。例えば、水処理装置の設備駆動に用いるものであってもよく、水処理装置外で利用するものであってもよい。
A current flows between the electrodes 33a and 33b based on the above-mentioned reactions R1 to R4 and steps S1 to S3. As a result, the reaction using the reducing substance (reducing substance contained in the treated water W1) in the water to be treated W as an electron donor proceeds, and the water treatment apparatus 1A of the present embodiment performs power generation and desulfurization treatment. ..
Further, the electric energy obtained by power generation can be recovered and used through an external circuit connected to the electrode 33a and the electrode 33b. The use of electric energy is not particularly limited. For example, it may be used for driving the equipment of the water treatment device, or may be used outside the water treatment device.

本実施態様の水処理装置における電極反応では、上述したように、反応R3によりカソード側に水素イオン(H)が移動することで、式3に基づく反応R4が進行する。このとき、カソード溶液中に水(HO)が増加するため、カソード溶液中の電子受容体の濃度が低下する。これにより、電極反応効率が低下するという問題が生じる。このため、本実施態様における水処理装置1Aに、反応部3におけるカソード側の水分量を調整するための手段を設けることが好ましい。 In the electrode reaction in the water treatment apparatus of the present embodiment, as described above, the reaction R3 causes the hydrogen ion (H + ) to move to the cathode side, so that the reaction R4 based on the formula 3 proceeds. At this time, water ( H2O ) increases in the cathode solution, so that the concentration of electron acceptors in the cathode solution decreases. This causes a problem that the electrode reaction efficiency is lowered. Therefore, it is preferable that the water treatment apparatus 1A in the present embodiment is provided with means for adjusting the water content on the cathode side in the reaction unit 3.

(水分量調整手段)
水分量調整手段4は、カソード側の水分量を調整することができるものであればよく、特に限定されない。水分量調整手段4としては、例えば、第2のセル31b内のカソード溶液中の水分量を調整する手段を含むものが挙げられる。このとき、第2のセル31b内にてカソード溶液中の水分量を直接調整することのほか、第2のセル31bから一度排出されたカソード溶液中の水分量を調整することなどが挙げられる。
ここで、第2のセル31bにおける電極反応への影響を抑制するという観点から、本実施態様における水分量調整手段4としては、第2のセル31bから一度排出したカソード溶液に対して水分量調整を行うものについて主に説明する。
(Moisture content adjusting means)
The water content adjusting means 4 is not particularly limited as long as it can adjust the water content on the cathode side. Examples of the water content adjusting means 4 include those including means for adjusting the water content in the cathode solution in the second cell 31b. At this time, in addition to directly adjusting the water content in the cathode solution in the second cell 31b, the water content in the cathode solution once discharged from the second cell 31b may be adjusted.
Here, from the viewpoint of suppressing the influence on the electrode reaction in the second cell 31b, the water content adjusting means 4 in the present embodiment adjusts the water content with respect to the cathode solution once discharged from the second cell 31b. I will mainly explain what to do.

以下、本実施態様における水分量調整手段4の具体例について説明する。なお、以下に示す水分量調整手段4に係る説明は、本実施態様における水分量調整手段4の一例について示すものであり、これに限定されるものではない。 Hereinafter, a specific example of the water content adjusting means 4 in this embodiment will be described. The following description of the water content adjusting means 4 is based on an example of the water content adjusting means 4 in the present embodiment, and is not limited thereto.

図2は、本実施態様の水分量調整手段4に係る概略説明図である。なお、図2は、水処理装置1Aにおける反応部3及び水分量調整手段4周辺の拡大図であり、処理槽2については図示を省略している。 FIG. 2 is a schematic explanatory view according to the water content adjusting means 4 of the present embodiment. Note that FIG. 2 is an enlarged view of the periphery of the reaction unit 3 and the water content adjusting means 4 in the water treatment apparatus 1A, and the treatment tank 2 is not shown.

図2に示すように、水分量調整手段4としては、第2のセル31bと接続されたリザーバー40と、リザーバー40内のカソード溶液と気体との接触機会を増やす接触機会向上手段4aとを備えるものが挙げられる。ここで、電子受容体排出口34bとリザーバー40を接続する配管L4を介し、第2のセル31bからカソード溶液を回収するとともに、電子受容体供給口34aとリザーバー40を接続する配管L5を介し、水分量調整後のカソード溶液を第2のセル31bに返送する。これにより、リザーバー40内のカソード溶液中に含まれる水分量を調整し、適切な水分量となったカソード溶液を第2のセル31b内に再度返送することで、反応部3における電極反応効率の低下を抑制することが可能となる。 As shown in FIG. 2, the water content adjusting means 4 includes a reservoir 40 connected to the second cell 31b and a contact opportunity improving means 4a for increasing the contact opportunity between the cathode solution and the gas in the reservoir 40. Things can be mentioned. Here, the cathode solution is recovered from the second cell 31b via the pipe L4 connecting the electron acceptor discharge port 34b and the reservoir 40, and through the pipe L5 connecting the electron acceptor supply port 34a and the reservoir 40. The cathode solution after adjusting the water content is returned to the second cell 31b. As a result, the amount of water contained in the cathode solution in the reservoir 40 is adjusted, and the cathode solution having an appropriate amount of water is returned to the second cell 31b again to improve the electrode reaction efficiency in the reaction unit 3. It is possible to suppress the decrease.

本実施態様におけるリザーバー40は、第2のセル31bから一度排出したカソード溶液を貯留することができる貯留槽としての構造を有するものであればよく、さらに上部が開放されている構造を有することが好ましい。これにより、接触機会向上手段4aによりカソード溶液内から排出される水分が効果的にリザーバー40外に放出され、カソード溶液中の水分量を適切に調整することが可能となる。なお、本実施態様における水処理装置1Aは、第2のセル31bに対するカソード溶液の供給源を別途設けるものとしてもよいが、リザーバー40をカソード溶液の供給源として機能させることが好ましい。これにより、水処理装置1Aに係る設備コストを低減させることが可能となる。 The reservoir 40 in the present embodiment may have a structure as a storage tank capable of storing the cathode solution once discharged from the second cell 31b, and may further have a structure in which the upper portion is open. preferable. As a result, the water discharged from the cathode solution by the contact opportunity improving means 4a is effectively discharged to the outside of the reservoir 40, and the amount of water in the cathode solution can be appropriately adjusted. The water treatment apparatus 1A in the present embodiment may be provided with a separate source of the cathode solution for the second cell 31b, but it is preferable that the reservoir 40 functions as a source of the cathode solution. This makes it possible to reduce the equipment cost related to the water treatment device 1A.

本実施態様における接触機会向上手段4aは、リザーバー40内のカソード溶液と気体との接触機会を増やすことで、カソード溶液中の水分をカソード溶液外に放出するものである。 The contact opportunity improving means 4a in the present embodiment discharges the water in the cathode solution to the outside of the cathode solution by increasing the contact opportunity between the cathode solution in the reservoir 40 and the gas.

接触機会向上手段4aの具体的な例としては、図2に示すように、リザーバー40に対し、気体を供給する給気口41を設け、給気口41には、ブロワーなどの気体供給源(不図示)から気体を供給するための配管42を接続することが挙げられる。
ここで、給気口41及び配管42は、気体の供給・移送に係る公知の構成を用いることができる。より具体的には、曝気(散気)に係る構造を用い、給気口41から微細気泡を供給することが挙げられる。これにより、給気口41から供給された気体とカソード溶液とが効率的に接触し、簡易な構造により、カソード溶液中の水分量を効率的に調整(低減)することが可能となる。
なお、気体供給源から供給される気体については特に限定されない。例えば、空気のように曝気(散気)処理において通常用いられる気体を供給することが挙げられる。
As a specific example of the contact opportunity improving means 4a, as shown in FIG. 2, an air supply port 41 for supplying gas to the reservoir 40 is provided, and the air supply port 41 is provided with a gas supply source such as a blower. A pipe 42 for supplying gas from (not shown) may be connected.
Here, the air supply port 41 and the pipe 42 can use a known configuration related to gas supply / transfer. More specifically, it is possible to supply fine bubbles from the air supply port 41 by using a structure related to aeration (aeration). As a result, the gas supplied from the air supply port 41 and the cathode solution come into efficient contact with each other, and the simple structure makes it possible to efficiently adjust (reduce) the amount of water in the cathode solution.
The gas supplied from the gas supply source is not particularly limited. For example, supplying a gas usually used in aeration (aeration) treatment such as air can be mentioned.

接触機会向上手段4aとしては、図2に示すように、曝気に係る構造を設けるものに限定されない。図3は、本実施態様の水分量調整手段4における接触機会向上手段4aの別の態様を示す概略説明図である。なお、図3は、図2と同様に、水処理装置1Aにおける反応部3及び水分量調整手段4周辺の拡大図であり、処理槽2については図示を省略している。 As shown in FIG. 2, the contact opportunity improving means 4a is not limited to the one provided with a structure related to aeration. FIG. 3 is a schematic explanatory view showing another aspect of the contact opportunity improving means 4a in the water content adjusting means 4 of the present embodiment. Note that FIG. 3 is an enlarged view of the periphery of the reaction unit 3 and the water content adjusting means 4 in the water treatment apparatus 1A, as in FIG. 2, and the treatment tank 2 is not shown.

図3に示すように、接触機会向上手段4aの他の例としては、リザーバー40内にカソード溶液を吸い上げる揮散体43を備えるものが挙げられる。
揮散体43は、カソード溶液を吸い上げるとともに、吸い上げたカソード溶液中の水分を自然蒸散させるものである。より具体的には、揮散体43は、溶液を吸い上げる機能を有するとともに、吸い上げた溶液と大気中の空気とが揮散体43表面で接触し、溶液中の水分が大気中に自然蒸散する機能を有する材質あるいは構造からなるものである。なお、本実施態様における揮散体43の具体例としては、不織布やスポンジ状の構造を有する構造体が挙げられる。
As shown in FIG. 3, another example of the contact opportunity improving means 4a includes a reservoir 40 provided with a volatilizer 43 that sucks up the cathode solution.
The volatilizer 43 sucks up the cathode solution and naturally evaporates the water in the sucked up cathode solution. More specifically, the volatilizer 43 has a function of sucking up a solution, and also has a function of contacting the sucked up solution with air in the atmosphere on the surface of the volatilizer 43 and spontaneously evaporating the moisture in the solution into the atmosphere. It is made of the material or structure of the material. Specific examples of the volatilizer 43 in this embodiment include a non-woven fabric and a structure having a sponge-like structure.

この揮散体43の一部をリザーバー40内のカソード溶液に浸漬させるように配置する。そして、リザーバー40内のカソード溶液は揮散体43に吸い上げられ、大気に面した揮散体43の表面から水分が自然蒸散する。これにより、カソード溶液中の水分量を調整することが可能となる。また、カソード溶液中の水分量を調整するにあたり、動力を必要としないため、水処理装置1Aのランニングコストを大幅に低減することが可能となる。 A part of the volatilizer 43 is arranged so as to be immersed in the cathode solution in the reservoir 40. Then, the cathode solution in the reservoir 40 is sucked up by the volatilizer 43, and water naturally evaporates from the surface of the volatilizer 43 facing the atmosphere. This makes it possible to adjust the amount of water in the cathode solution. Further, since no power is required to adjust the amount of water in the cathode solution, the running cost of the water treatment device 1A can be significantly reduced.

また、本実施態様の水分量調整手段4としては、接触機会向上手段4a以外の手段を設けるものとしてもよい。図4及び図5は、本実施態様の水分量調整手段4の別の態様を示す概略説明図である。なお、図4及び図5は、図2と同様に、水処理装置1Aにおける反応部3及び水分量調整手段4周辺の拡大図であり、処理槽2については図示を省略している。 Further, as the water content adjusting means 4 of the present embodiment, means other than the contact opportunity improving means 4a may be provided. 4 and 5 are schematic explanatory views showing another aspect of the water content adjusting means 4 of the present embodiment. Note that FIGS. 4 and 5 are enlarged views of the periphery of the reaction unit 3 and the water content adjusting means 4 in the water treatment apparatus 1A, and the treatment tank 2 is not shown.

本実施態様における水分量調整手段4の別態様の一つとしては、図4に示すように、加温手段4bを設けることが挙げられる。
加温手段4bにより、カソード溶液を加温することで、カソード溶液中の水分を排出(蒸散)させることができる。これにより、カソード溶液中の水分量を効率的に調整することが可能となる。
As one of the other aspects of the water content adjusting means 4 in this embodiment, as shown in FIG. 4, the heating means 4b may be provided.
By heating the cathode solution with the heating means 4b, the water content in the cathode solution can be discharged (transpiration). This makes it possible to efficiently adjust the amount of water in the cathode solution.

加温手段4bとしては、カソード溶液を加温することができるものであればよく、構造や配置については特に限定されない。例えば、図4に示すように、配管L4上に加温部44を設けることが挙げられる。また、他の例としては、リザーバー40に加温部を設けることが挙げられる。
加温部44は、公知の加温装置を用いることのほか、水処理装置1A内の他の処理工程で利用される加温設備を用いることが挙げられる。特に、水処理に伴い発生する熱を用いることで、カソード溶液中の水分量調整に係るランニングコストを低減させることも可能となる。
The heating means 4b may be any as long as it can heat the cathode solution, and its structure and arrangement are not particularly limited. For example, as shown in FIG. 4, a heating unit 44 may be provided on the pipe L4. Further, as another example, a heating unit may be provided in the reservoir 40.
In addition to using a known heating device, the heating unit 44 may use a heating device used in another treatment step in the water treatment device 1A. In particular, by using the heat generated by the water treatment, it is possible to reduce the running cost related to the adjustment of the water content in the cathode solution.

また、本実施態様における水分量調整手段4の別態様の一つとしては、図5に示すように、膜を用いた膜分離手段4cを設けることが挙げられる。
膜分離手段4cにより、カソード溶液中の水分を一部分離することができる。これにより、カソード溶液中の水分量を調整することが可能となる。また、カソード溶液に対して外部から与える影響を最小限として水分量を調整することができ、カソード溶液中の電極反応成分への影響を少なくすることが可能となる。
Further, as another aspect of the water content adjusting means 4 in this embodiment, as shown in FIG. 5, a membrane separating means 4c using a membrane may be provided.
The membrane separation means 4c can partially separate the water content in the cathode solution. This makes it possible to adjust the amount of water in the cathode solution. Further, the water content can be adjusted by minimizing the influence on the cathode solution from the outside, and the influence on the electrode reaction component in the cathode solution can be reduced.

膜分離手段4cとしては、膜を用いてカソード溶液中の水分を一部分離することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、図5に示すように、配管L4上に、半透膜45で仕切られた空間46a、46bを備える膜分離部46を設け、配管L4側の空間46aにカソード溶液を導入し、半透膜45を介して空間46bにカソード溶液中の水分を一部透過させることが挙げられる。これにより、空間46aから排出され、リザーバー40に導入されるカソード溶液について、水分量を調整することが可能となる。 The membrane separating means 4c is not particularly limited as long as it can partially separate water in the cathode solution using a membrane. For example, as shown in FIG. 5, a membrane separation portion 46 having spaces 46a and 46b partitioned by a semipermeable membrane 45 is provided on the pipe L4, a cathode solution is introduced into the space 46a on the pipe L4 side, and the semipermeable membrane is introduced. Partially permeating the water in the cathode solution into the space 46b via the membrane 45 can be mentioned. This makes it possible to adjust the water content of the cathode solution discharged from the space 46a and introduced into the reservoir 40.

半透膜45としては、空間46a内のカソード溶液から溶媒(水)を空間46b側へ透過させることができるものであればよく、正浸透膜、逆浸透膜のいずれであってもよい。例えば、半透膜45として正浸透膜を用いる場合、空間46bにカソード溶液よりも高濃度の溶液を満たすことで、カソード溶液中の水分を空間46b側に透過させる。一方、半透膜45として逆浸透膜を用いる場合、空間46bにカソード溶液よりも低濃度の溶液を持たすことで、カソード溶液中の水分を空間46b側に透過させる。これにより、カソード溶液中の水分量の調整が可能となる。 The semipermeable membrane 45 may be either a forward osmosis membrane or a reverse osmosis membrane, as long as the solvent (water) can be permeated from the cathode solution in the space 46a to the space 46b side. For example, when a forward osmosis membrane is used as the semipermeable membrane 45, the space 46b is filled with a solution having a concentration higher than that of the cathode solution so that the water in the cathode solution is permeated to the space 46b side. On the other hand, when a reverse osmosis membrane is used as the semipermeable membrane 45, the space 46b is provided with a solution having a concentration lower than that of the cathode solution, so that the water content in the cathode solution is permeated to the space 46b side. This makes it possible to adjust the amount of water in the cathode solution.

本実施態様の水分量調整手段4は、接触機会向上手段4a、加温手段4b、膜分離手段4cのうち、いずれか一つとしてもよく、複数を組み合わせるものとしてもよい。 The water content adjusting means 4 of the present embodiment may be any one of the contact opportunity improving means 4a, the heating means 4b, and the membrane separating means 4c, or a combination of a plurality of them.

また、上記した水分量調整手段4に加え、電子受容体供給口34a、電子受容体排出口34b、配管L4、配管L5のいずれか一つあるいは全てにバルブ等の流量調整機構を設け、第2のセル31bにおける電子受容体の濃度を調整できるものとしてもよい。さらに、電極33aにおける反応により生成した電子量に応じた電子受容体濃度が維持されるように流量調整機構を制御する制御機構を設けるものとしてもよい。これにより、電極33a及び電極33b間の電子移動に係る反応効率の低下を抑制し、電極反応効率の低下を抑制することが可能となる。 Further, in addition to the above-mentioned water content adjusting means 4, a flow rate adjusting mechanism such as a valve is provided in any one or all of the electron acceptor supply port 34a, the electron acceptor discharge port 34b, the pipe L4, and the pipe L5, and the second. The concentration of the electron acceptor in the cell 31b of the cell 31b may be adjusted. Further, a control mechanism for controlling the flow rate adjusting mechanism may be provided so that the electron acceptor concentration corresponding to the amount of electrons generated by the reaction at the electrode 33a is maintained. This makes it possible to suppress a decrease in the reaction efficiency related to electron transfer between the electrodes 33a and 33b, and to suppress a decrease in the electrode reaction efficiency.

本実施態様における水処理装置1Aは、被処理水W中の還元性物質を電子供与体として用い、電気化学反応(電極反応)により発電を行い、エネルギーを回収・利用するものである。一般に、電気化学反応を行う場合、実際に電気化学反応を行う箇所(反応部3)以外へ電子が移動することで、電気化学反応の効率が低下するという問題が生じる。したがって、本実施態様における水処理装置1Aは電気化学反応を行う箇所(反応部3)以外を絶縁処理することが好ましい。絶縁処理の具体例としては、例えば、処理槽2を絶縁体の上部に設置することのほか、処理槽2の外壁あるいは内壁を絶縁体で構成することや、処理槽2の外壁あるいは内壁を絶縁材料でコーティングすることなどが挙げられる。また、導入配管L1、接続配管L2及び排出配管L3の絶縁処理としては、例えば、それぞれの配管を絶縁体からなるものとすることや、それぞれの配管に絶縁材料をコーティングすること等が挙げられる。 The water treatment apparatus 1A in the present embodiment uses the reducing substance in the water to be treated W as an electron donor, generates electricity by an electrochemical reaction (electrode reaction), and recovers and utilizes the energy. Generally, when an electrochemical reaction is carried out, there arises a problem that the efficiency of the electrochemical reaction is lowered due to the movement of electrons to a place other than the place where the electrochemical reaction is actually carried out (reaction unit 3). Therefore, it is preferable that the water treatment apparatus 1A in the present embodiment is subjected to insulation treatment except for the portion where the electrochemical reaction is performed (reaction unit 3). Specific examples of the insulation treatment include, for example, installing the treatment tank 2 on the upper part of the insulator, configuring the outer wall or the inner wall of the treatment tank 2 with an insulator, and insulating the outer wall or the inner wall of the treatment tank 2. For example, coating with a material. Insulation treatment of the introduction pipe L1, the connection pipe L2, and the discharge pipe L3 includes, for example, making each pipe made of an insulator, coating each pipe with an insulating material, and the like.

以上のように、本実施態様の水処理装置1A及び水処理装置1Aを用いた水処理方法により、水処理における一連の処理過程の中で電極反応を実施することが可能となる。これにより、設備を大型化することなく、効率的な発電を実施し、エネルギーの回収・利用が可能となる。また、脱硫処理のための設備を別途設けることなく、効率的な脱硫処理を実施することが可能となる。さらに、カソード溶液中の水分量を調整する手段を設けることにより、電極反応で発生する水によるカソード溶液中の電極反応成分の濃度低下を抑制することができる。これにより、電極反応の効率が低下することを抑制し、発電及び脱硫処理の効率向上が可能となる。 As described above, the water treatment method using the water treatment device 1A and the water treatment device 1A of the present embodiment makes it possible to carry out the electrode reaction in a series of treatment processes in the water treatment. As a result, efficient power generation can be performed and energy can be recovered and used without increasing the size of the equipment. Further, it is possible to carry out an efficient desulfurization treatment without separately providing equipment for the desulfurization treatment. Further, by providing a means for adjusting the amount of water in the cathode solution, it is possible to suppress a decrease in the concentration of the electrode reaction component in the cathode solution due to water generated in the electrode reaction. As a result, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of the electrode reaction and improve the efficiency of power generation and desulfurization treatment.

〔第2の実施態様〕
図6は、本発明の第2の実施態様における水処理装置を示す概略説明図である。
第2の実施態様に係る水処理装置1Bは、第1の実施態様における水処理装置1Aに対し、カソード溶液中の水分量又は溶質濃度を検知する検知手段5を備えるものである。なお、水分量調整手段4としては、第1の実施態様に示した水分量調整手段4のうち、いずれを適用するものであってもよく、特に限定されない。また、第1の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a schematic explanatory view showing a water treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The water treatment device 1B according to the second embodiment is provided with the detection means 5 for detecting the water content or the solute concentration in the cathode solution with respect to the water treatment device 1A according to the first embodiment. The water content adjusting means 4 may be any of the water content adjusting means 4 shown in the first embodiment, and is not particularly limited. Further, the description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.

本実施態様の水処理装置1Bは、検知手段5を設けることで、カソード溶液に含まれる水分量や溶質濃度を把握することが可能となる。また、検知手段5の結果に基づき、水分量調整手段4を制御することで、カソード溶液中の水分量を適切に維持することが可能となる。
なお、検知手段5と水分量調整手段4は自動制御可能となるように接続するものとしてもよく、検知手段5の結果を基に、作業者が水分量調整手段4を作動させるものとしてもよい。作業者の負荷を低減させるという観点からは、検知手段5と水分量調整手段4を接続し、自動制御可能とすることが好ましい。
By providing the detecting means 5 in the water treatment apparatus 1B of the present embodiment, it is possible to grasp the water content and the solute concentration contained in the cathode solution. Further, by controlling the water content adjusting means 4 based on the result of the detecting means 5, it is possible to appropriately maintain the water content in the cathode solution.
The detecting means 5 and the water content adjusting means 4 may be connected so as to be automatically controllable, or the operator may operate the water content adjusting means 4 based on the result of the detecting means 5. .. From the viewpoint of reducing the load on the operator, it is preferable to connect the detecting means 5 and the water content adjusting means 4 so that they can be automatically controlled.

検知手段5は、カソード溶液中の水分量又は溶質濃度を検知することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、図6に示すように、配管L4上に検知部51を設け、検知部51と水分量調整手段4(例えば、給気口41に気体を送る給気用ブロワーB等)を制御可能に接続することが挙げられる。このとき、検知部51の具体例としては、カソード溶液の水分量あるいは溶質濃度を検知するための各種分析装置・測定装置を用いることが挙げられる。例えば、電子受容体としてフェリシアン化カリウム水溶液を用いる場合、カソード溶液の溶質濃度を検知する検知部51としては、吸光度測定装置や電気伝導率の測定装置などを用いることが挙げられる。 The detecting means 5 is not particularly limited as long as it can detect the water content or the solute concentration in the cathode solution. For example, as shown in FIG. 6, a detection unit 51 is provided on the pipe L4 so that the detection unit 51 and the water content adjusting means 4 (for example, an air supply blower B that sends gas to the air supply port 41) can be controlled. It is possible to connect. At this time, as a specific example of the detection unit 51, it is possible to use various analyzers / measuring devices for detecting the water content or the solute concentration of the cathode solution. For example, when an aqueous potassium ferricyanide solution is used as the electron acceptor, the detection unit 51 for detecting the solute concentration of the cathode solution may include an absorbance measuring device, an electric conductivity measuring device, or the like.

検知手段5の他の例としては、反応部3における電極反応による発電効率(出力)を検知するものや、水分量調整手段4におけるリザーバー40の水位変動を検知するものなどが挙げられる。これにより、反応部3における発電効率(出力)の低下や、リザーバー40の水位上昇により、カソード溶液中に過剰な水分が含まれていると判断することができ、この判断に基づき水分量調整手段4を作動させることにより、カソード溶液中の水分量を適切に調整することが可能となる。 Other examples of the detecting means 5 include those that detect the power generation efficiency (output) due to the electrode reaction in the reaction unit 3 and those that detect the water level fluctuation of the reservoir 40 in the water content adjusting means 4. As a result, it can be determined that the cathode solution contains excess water due to the decrease in power generation efficiency (output) in the reaction unit 3 and the increase in the water level in the reservoir 40. Based on this determination, the water content adjusting means By operating 4, it becomes possible to appropriately adjust the amount of water in the cathode solution.

また、本実施態様の水処理装置1Bにおいては、第1の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。 Further, in the water treatment apparatus 1B of the present embodiment, it is possible to perform power generation and desulfurization treatment by the same process as that of the first embodiment.

以上のように、本実施態様における水処理装置1B及び水処理装置1Bを用いた水処理方法は、カソード溶液中の水分量又は溶質濃度を検知する検知手段を設けることで、カソード溶液中の水分量が適切であるか否かの判断を行うことが可能となる。また、この判断に基づき、水分量調整手段を作動させることで、カソード溶液中の水分量を適切に調整し、電極反応効率の低下をより効果的に抑制することが可能となる。 As described above, in the water treatment method using the water treatment device 1B and the water treatment device 1B in the present embodiment, the water content in the cathode solution is provided by providing a detecting means for detecting the water content or the solute concentration in the cathode solution. It becomes possible to judge whether or not the amount is appropriate. Further, based on this determination, by operating the water content adjusting means, it is possible to appropriately adjust the water content in the cathode solution and more effectively suppress the decrease in the electrode reaction efficiency.

本発明の水処理装置において、処理槽2の態様や、処理槽2と反応部3の位置関係については、第1及び第2の実施態様に示した水処理装置1A、1Bに限定されるものではない。
以下、本発明の水処理装置における処理槽2、反応部3の別態様について例示する。
In the water treatment apparatus of the present invention, the aspect of the treatment tank 2 and the positional relationship between the treatment tank 2 and the reaction unit 3 are limited to the water treatment apparatus 1A and 1B shown in the first and second embodiments. is not.
Hereinafter, another embodiment of the treatment tank 2 and the reaction unit 3 in the water treatment apparatus of the present invention will be illustrated.

〔第3の実施態様〕
図7は、本発明の第3の実施態様における水処理装置を示す概略説明図である。また、図8は、本発明の第3の実施態様における水処理装置の別態様を示す概略説明図である。
第3の実施態様に係る水処理装置1Cは、処理槽2が、酸生成槽21とメタン発酵槽22からなるものである。また、反応部3が、処理槽2(酸生成槽21及びメタン発酵槽22)に設けられた循環流路上に設けられるものである。ここで、図7と図8に示す水処理装置1Cは、それぞれ反応部3の設置箇所が異なるものを示している。なお、水分量調整手段4としては、第1の実施態様に示した水分量調整手段4のうち、いずれを適用するものであってもよく、特に限定されない。また、第1の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a schematic explanatory view showing a water treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention. Further, FIG. 8 is a schematic explanatory view showing another aspect of the water treatment device according to the third embodiment of the present invention.
In the water treatment apparatus 1C according to the third embodiment, the treatment tank 2 includes an acid generation tank 21 and a methane fermentation tank 22. Further, the reaction unit 3 is provided on the circulation flow path provided in the treatment tank 2 (acid generation tank 21 and methane fermentation tank 22). Here, the water treatment apparatus 1C shown in FIGS. 7 and 8 shows different installation locations of the reaction unit 3. The water content adjusting means 4 may be any of the water content adjusting means 4 shown in the first embodiment, and is not particularly limited. Further, the description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.

本実施態様における水処理装置1Cは、図7及び図8に示すように、処理槽2は、接続配管L6により接続された酸生成槽21とメタン発酵槽22からなる。また、図7においては、酸生成槽21とメタン発酵槽22間に、循環配管L7による循環流路が形成されているものを示している。一方、図8においては、循環配管L8によりメタン発酵槽22内における循環流路が形成されているものを示している。
なお、図7に示す水処理装置1Cにおいては、反応部3が循環配管L7上に設けられている。一方、図8に示す水処理装置1Cにおいては、反応部3が循環配管L8上に設けられている。
In the water treatment apparatus 1C in the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the treatment tank 2 includes an acid generation tank 21 and a methane fermentation tank 22 connected by a connection pipe L6. Further, FIG. 7 shows a circulation flow path formed by the circulation pipe L7 between the acid generation tank 21 and the methane fermentation tank 22. On the other hand, FIG. 8 shows a circulation flow path formed in the methane fermentation tank 22 by the circulation pipe L8.
In the water treatment device 1C shown in FIG. 7, the reaction unit 3 is provided on the circulation pipe L7. On the other hand, in the water treatment apparatus 1C shown in FIG. 8, the reaction unit 3 is provided on the circulation pipe L8.

本実施態様における処理槽2は、酸生成槽21及びメタン発酵槽22を備えるものである。また、酸生成槽21及びメタン発酵槽22は、内部に収容する微生物により、被処理水Wを嫌気処理するための反応槽である。なお、酸生成槽21及びメタン発酵槽22は、嫌気的条件の維持のために、天井を有し、閉じた空間を形成していることが好ましい。 The treatment tank 2 in this embodiment includes an acid generation tank 21 and a methane fermentation tank 22. Further, the acid generation tank 21 and the methane fermentation tank 22 are reaction tanks for anaerobically treating the water to be treated W by the microorganisms contained therein. The acid generation tank 21 and the methane fermentation tank 22 preferably have a ceiling and form a closed space in order to maintain anaerobic conditions.

酸生成槽21は、導入配管L1により導入される被処理水Wに対し、内部に収容する酸生成菌(主として嫌気性の酸生成菌)により、糖、蛋白質及び油分などの固体や高分子有機物を分解して、単糖類、アミノ酸、低級脂肪酸及び酢酸を生成する酸生成処理を行うものである。酸生成槽21で処理された被処理水Wは、接続配管L6を介してメタン発酵槽22へ供給される。 The acid-producing tank 21 is a solid or high-molecular-weight organic substance such as sugar, protein, and oil due to the acid-producing bacteria (mainly anaerobic acid-producing bacteria) contained therein with respect to the water W to be treated introduced by the introduction pipe L1. Is decomposed to carry out an acid production treatment to produce monosaccharides, amino acids, lower fatty acids and acetic acid. The water to be treated W treated in the acid generation tank 21 is supplied to the methane fermentation tank 22 via the connecting pipe L6.

なお、酸生成槽21は、内部の水温調整手段、pH調整剤の投入手段、菌が必要とする栄養源である窒素、リン、コバルト及びニッケル等の金属類を添加する手段を備えたものとしてもよい(不図示)。 The acid generation tank 21 is provided with an internal water temperature adjusting means, a pH adjusting agent charging means, and a means for adding metals such as nitrogen, phosphorus, cobalt and nickel which are nutrient sources required by the fungus. May be good (not shown).

メタン発酵槽22は、接続配管L6により供給される酸生成槽21で処理された被処理水Wに含まれる単糖類、アミノ酸、低級脂肪酸及び酢酸等からメタンを生成するメタン発酵処理を行うものである。メタン発酵処理は、浮遊法、固定床法、流動床法、UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)法、EGSB(Expanded Granular Sludge Bed)法等により保持されたメタン生成菌により溶存酸素のない嫌気性雰囲気で行うものである。 The methane fermentation tank 22 performs a methane fermentation treatment that produces methane from monosaccharides, amino acids, lower fatty acids, acetic acid, etc. contained in the water to be treated W treated in the acid generation tank 21 supplied by the connecting pipe L6. be. The methane fermentation treatment is performed in an anaerobic atmosphere without dissolved oxygen by methanogens maintained by the floating method, fixed bed method, fluidized bed method, UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) method, EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) method, etc. It is something to do.

メタン発酵槽22には、嫌気処理に適した嫌気性菌が存在するグラニュール層が形成される。そして、酸生成槽21から被処理水Wがメタン発酵槽22内に導入されると、グラニュール層に含まれる嫌気性菌によってメタン発酵が行われる。その結果、メタン発酵槽22内では、メタン及び二酸化炭素を主成分とするガスが発生するとともに、還元性物質を含む処理水W1を生成する。なお、メタン発酵槽22の内部には気固液分離手段であるセトラー23が設けられていてもよい。メタン発酵槽22内で発生したガスは槽外に放出又は回収される(不図示)。また、メタン発酵槽22で生成された処理水W3は排出配管L9を介して処理系外に排出される。 In the methane fermenter 22, a granule layer in which anaerobic bacteria suitable for anaerobic treatment are present is formed. Then, when the water W to be treated is introduced into the methane fermentation tank 22 from the acid generation tank 21, methane fermentation is performed by the anaerobic bacteria contained in the granule layer. As a result, in the methane fermenter 22, gas containing methane and carbon dioxide as main components is generated, and treated water W1 containing a reducing substance is generated. A settler 23, which is a gas-solid-liquid separation means, may be provided inside the methane fermentation tank 22. The gas generated in the methane fermentation tank 22 is released or recovered to the outside of the tank (not shown). Further, the treated water W3 generated in the methane fermentation tank 22 is discharged to the outside of the treatment system via the discharge pipe L9.

なお、メタン発酵槽22は、さらに付帯する各種設備を設けることができる。例えば、内部の水温調整手段、pH調整剤の投入手段、菌が必要とする栄養源である窒素、リン、コバルト及びニッケル等の金属類を添加する手段を備えたものとしてもよい(不図示)。 The methane fermentation tank 22 can be further provided with various incidental equipment. For example, it may be provided with an internal water temperature adjusting means, a means for adding a pH adjusting agent, and a means for adding metals such as nitrogen, phosphorus, cobalt and nickel which are nutrient sources required by the fungus (not shown). ..

メタン発酵槽22は、メタン発酵槽22内で発生したガスのうち、メタンガスの回収、精製及び貯留を行う手段を備えるものとすることが好ましい。これにより、反応部3による発電以外に、被処理水Wから有用なエネルギー源であるメタンガスを回収して有効利用することが可能となる。なお、メタンガスの活用として、ガス燃焼による発電を行う場合、このガス燃焼に用いる燃焼装置から排出される熱を、水分量調整手段4の加温手段4bに用いるものとしてもよい。これにより、水処理により生じた排出物を用いて、反応部3の電極反応効率の低下を抑制することが可能となる。 It is preferable that the methane fermentation tank 22 is provided with means for recovering, purifying and storing the methane gas among the gases generated in the methane fermentation tank 22. As a result, in addition to the power generation by the reaction unit 3, methane gas, which is a useful energy source, can be recovered from the water to be treated W and effectively used. When power is generated by gas combustion as the utilization of methane gas, the heat discharged from the combustion device used for this gas combustion may be used for the heating means 4b of the water content adjusting means 4. This makes it possible to suppress a decrease in the electrode reaction efficiency of the reaction unit 3 by using the waste generated by the water treatment.

また、メタン発酵槽22は、メタン発酵槽22内で発生したガスのうち、二酸化炭素ガスの回収、精製及び貯留を行う手段を備え、反応部3における電子受容体供給口34aから第2のセル31b内へ二酸化炭素ガスを導入可能な手段を備えるものとしてもよい。これにより、二酸化炭素ガスを電子受容体として有効利用し、電子受容体の供給コストを低減させことが可能となる。また、上述した二酸化炭素を導入可能な手段は、水分量調整手段4の接触機会向上手段4aと別体で設けるものであってもよく、水分量調整手段4の接触機会向上手段4aの一部と重なるものであってもよい。これにより、第2のセル31b内には二酸化炭素が安定して供給されるため、カソード側の水分量調整を容易に行うことが可能となる。 Further, the methane fermentation tank 22 is provided with means for recovering, purifying and storing carbon dioxide gas among the gases generated in the methane fermentation tank 22, and is a second cell from the electron acceptor supply port 34a in the reaction unit 3. A means capable of introducing carbon dioxide gas into 31b may be provided. This makes it possible to effectively utilize carbon dioxide gas as an electron acceptor and reduce the supply cost of the electron acceptor. Further, the above-mentioned means capable of introducing carbon dioxide may be provided separately from the contact opportunity improving means 4a of the water content adjusting means 4, and is a part of the contact opportunity improving means 4a of the water content adjusting means 4. It may overlap with. As a result, carbon dioxide is stably supplied to the second cell 31b, so that the water content on the cathode side can be easily adjusted.

さらに、本実施態様におけるメタン発酵槽22は、循環配管L7及び/又は循環配管L8を備えている。循環配管L7は、メタン発酵槽22上部の被処理水Wを酸生成槽21に供給するものであり、酸生成槽21とメタン発酵槽22間の循環流路を形成するものである。また、循環配管L8は、メタン発酵槽22上部の被処理水Wをメタン発酵槽22下部に供給するものであり、メタン発酵槽22内における循環流路が形成されている。 Further, the methane fermentation tank 22 in the present embodiment includes a circulation pipe L7 and / or a circulation pipe L8. The circulation pipe L7 supplies the water W to be treated at the upper part of the methane fermentation tank 22 to the acid generation tank 21, and forms a circulation flow path between the acid generation tank 21 and the methane fermentation tank 22. Further, the circulation pipe L8 supplies the treated water W in the upper part of the methane fermentation tank 22 to the lower part of the methane fermentation tank 22, and a circulation flow path in the methane fermentation tank 22 is formed.

本実施態様における反応部3は、図7及び図8に示すように、循環配管L7及び循環配管L8により形成される循環流路上に設けられるものを例示している。
以下、本実施態様の水処理装置1Cにおけるメタン発酵槽22から反応部3への循環経路について説明する。
As shown in FIGS. 7 and 8, the reaction unit 3 in the present embodiment illustrates that the reaction unit 3 is provided on the circulation flow path formed by the circulation pipe L7 and the circulation pipe L8.
Hereinafter, the circulation route from the methane fermentation tank 22 to the reaction unit 3 in the water treatment apparatus 1C of the present embodiment will be described.

図7に示すように、循環配管L7上に反応部3を設けるものについては、メタン発酵槽22からの処理水W1を第1のセル31aに供給し、電極33aにおける反応後の処理水W2は、循環配管L7を介して、酸生成槽21に供給される。このとき、電極33aにおける反応後の処理水W2は、式1や式2に示すように水素イオン濃度が上昇し、pHが酸性を示す溶液となる。一般に、酸生成槽21内の反応を好適に進行させるためには、酸生成槽21内のpHは酸性寄りにあることが好ましいことが知られている。したがって、反応部3から酸生成槽21に排出される被処理水Wは、酸生成槽21内の反応を好条件下で進行するためのpH調整剤として利用するものとしてもよい。また、酸生成槽21側の循環配管L7上に、バルブなどの流量調整機構や活性炭などの吸着処理手段を設けるものとしてもよい。これにより、反応部3から排出される処理水W2が酸生成槽21内に流入することで酸生成槽21内のpH範囲が適切な範囲から外れる場合、処理水W2の流入量を制御することや酸生成槽21内の被処理水WのpHを制御することができ、酸生成槽21内の反応に対する阻害を抑制することが可能となる。 As shown in FIG. 7, in the case where the reaction unit 3 is provided on the circulation pipe L7, the treated water W1 from the methane fermentation tank 22 is supplied to the first cell 31a, and the treated water W2 after the reaction at the electrode 33a is , Is supplied to the acid generation tank 21 via the circulation pipe L7. At this time, the treated water W2 after the reaction at the electrode 33a becomes a solution in which the hydrogen ion concentration increases and the pH shows acidity as shown in the formulas 1 and 2. In general, it is known that the pH in the acid generation tank 21 is preferably closer to acid in order to allow the reaction in the acid generation tank 21 to proceed suitably. Therefore, the water W to be treated discharged from the reaction unit 3 to the acid generation tank 21 may be used as a pH adjuster for the reaction in the acid generation tank 21 to proceed under favorable conditions. Further, a flow rate adjusting mechanism such as a valve or an adsorption processing means such as activated carbon may be provided on the circulation pipe L7 on the acid generation tank 21 side. As a result, when the pH range in the acid generation tank 21 deviates from the appropriate range due to the inflow of the treated water W2 discharged from the reaction unit 3 into the acid generation tank 21, the inflow amount of the treated water W2 is controlled. The pH of the water to be treated W in the acid generation tank 21 can be controlled, and the inhibition of the reaction in the acid generation tank 21 can be suppressed.

また、図8に示すように、循環配管L8上に反応部3を設けるものについては、メタン発酵槽22上部からの処理水W1を第1のセル31aに供給し、電極33aにおける反応後の処理水W2は、循環配管L6を介してメタン発酵槽22下部に供給される。このとき、電極33aにおける反応後の処理水W2は、式1や式2に示すように溶存する硫化水素の濃度が低下した溶液となる。メタン発酵槽22内のグラニュール層に含まれるメタン菌は、硫化水素により代謝を阻害されることが知られている。このため、反応部3からメタン発酵槽22下部に供給される処理水W2は、メタン発酵を阻害することなくメタン発酵槽22内を循環することができるという効果を奏する。 Further, as shown in FIG. 8, in the case where the reaction unit 3 is provided on the circulation pipe L8, the treated water W1 from the upper part of the methane fermentation tank 22 is supplied to the first cell 31a, and the treatment after the reaction at the electrode 33a is performed. The water W2 is supplied to the lower part of the methane fermentation tank 22 via the circulation pipe L6. At this time, the treated water W2 after the reaction at the electrode 33a becomes a solution in which the concentration of dissolved hydrogen sulfide is reduced as shown in the formulas 1 and 2. It is known that the metabolism of methane bacteria contained in the granule layer in the methane fermenter 22 is inhibited by hydrogen sulfide. Therefore, the treated water W2 supplied from the reaction unit 3 to the lower part of the methane fermentation tank 22 has the effect of being able to circulate in the methane fermentation tank 22 without inhibiting the methane fermentation.

図7及び図8における反応部3において電子受容体として用いられた後のカソード溶液は、電子受容体排出口34bから排出され、水分量調整手段4へと送られる。そして、上述した水分量調整手段4によりカソード溶液中の水分量が調整された後、再度第2のセル31bに返送される。これにより、反応部3において電極反応効率が低下することを抑制することが可能となる。 The cathode solution after being used as an electron acceptor in the reaction section 3 in FIGS. 7 and 8 is discharged from the electron acceptor discharge port 34b and sent to the water content adjusting means 4. Then, after the water content in the cathode solution is adjusted by the water content adjusting means 4 described above, the water content is returned to the second cell 31b again. This makes it possible to suppress a decrease in the electrode reaction efficiency in the reaction unit 3.

なお、本実施態様の水処理装置1Cにおいて、排出配管L9を介して排出された処理水W3は、河川などへの放流が可能な水質を満たすものであれば、そのまま放流することが可能である。また、排出配管L9の後段に、処理設備を設けるものとしてもよい。これにより、処理設備による処理を経ることで更に被処理水Wに対する処理効率を向上させ、水処理装置1Cから被処理水Wを系外に放出することが可能となる。 In the water treatment device 1C of the present embodiment, the treated water W3 discharged through the discharge pipe L9 can be discharged as it is as long as it satisfies the water quality that can be discharged to a river or the like. .. Further, a processing facility may be provided after the discharge pipe L9. As a result, the treatment efficiency for the water to be treated W can be further improved by undergoing the treatment by the treatment equipment, and the water W to be treated can be discharged from the water treatment device 1C to the outside of the system.

また、本実施態様の水処理装置1Cにおいては、第1の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。 Further, in the water treatment apparatus 1C of the present embodiment, it is possible to perform power generation and desulfurization treatment by the same process as that of the first embodiment.

以上のように、本実施態様における水処理装置1C及び水処理装置1Cを用いた水処理方法は、処理槽2を酸生成槽21及びメタン発酵槽22とで構成することにより、それぞれの処理(酸生成処理及びメタン発酵)に適した条件下で水処理を行うことができるため、水処理効率をより向上させることができる。 As described above, in the water treatment method using the water treatment device 1C and the water treatment device 1C in the present embodiment, the treatment tank 2 is composed of the acid generation tank 21 and the methane fermentation tank 22, respectively. Since water treatment can be performed under conditions suitable for acid production treatment and methane fermentation), water treatment efficiency can be further improved.

また、本実施態様における水処理装置1Cは、反応部3の設置箇所を処理槽2(酸生成槽21及びメタン発酵槽22)に設けられた循環流路上とすることにより、第1のセル31a側に供給された処理水W1を、反応後、もう一度処理槽2(酸生成槽21又はメタン発酵槽22)に供給することになる。したがって、被処理水Wが繰り返し処理されることになり、反応部3から排出される処理水W2に対しても水処理を向上させることが可能となる。また、このとき反応部3から排出される処理水W2を処理槽2(酸生成槽21又はメタン発酵槽22)に再導入することで、処理槽2における反応を好条件下で進行させることを可能とするという効果も奏する。 Further, in the water treatment apparatus 1C in the present embodiment, the installation location of the reaction unit 3 is set on the circulation flow path provided in the treatment tank 2 (acid generation tank 21 and methane fermentation tank 22), so that the first cell 31a After the reaction, the treated water W1 supplied to the side is supplied to the treatment tank 2 (acid generation tank 21 or methane fermentation tank 22) again. Therefore, the water to be treated W is repeatedly treated, and it is possible to improve the water treatment with respect to the treated water W2 discharged from the reaction unit 3. Further, by reintroducing the treated water W2 discharged from the reaction unit 3 into the treatment tank 2 (acid generation tank 21 or methane fermentation tank 22) at this time, the reaction in the treatment tank 2 can proceed under favorable conditions. It also has the effect of making it possible.

〔第4の実施態様〕
図9は、本発明の第4の実施態様における水処理装置を示す概略説明図である。
第4の実施態様に係る水処理装置1Dは、図9に示すように、第1の実施態様に係る水処理装置1Aにおいて、反応部3の排出配管L3から排出された処理水W2を処理する曝気槽6を設け、曝気槽6と反応部3の第2のセル31bに設けられた電子受容体供給口34aとを接続配管L10で接続するものである。なお、本実施態様における水処理装置1Dにおける水分量調整手段4は、上述した水分量調整手段4を適宜選択することができる。また、第1の実施態様の構成と同じものについては、説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 9 is a schematic explanatory view showing a water treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 9, the water treatment device 1D according to the fourth embodiment treats the treated water W2 discharged from the discharge pipe L3 of the reaction unit 3 in the water treatment device 1A according to the first embodiment. An aeration tank 6 is provided, and the aeration tank 6 and the electron acceptor supply port 34a provided in the second cell 31b of the reaction unit 3 are connected by a connection pipe L10. As the water content adjusting means 4 in the water treatment device 1D in the present embodiment, the above-mentioned water content adjusting means 4 can be appropriately selected. Further, the description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.

本実施態様における水処理装置1Dは、曝気槽6内の処理水W2を反応部3に供給して、反応部3における電子受容体として用いるものである。なお、接続配管L10により反応部3に供給されるもの以外の処理水W2については、処理水W3として系外へ排出する。 The water treatment device 1D in the present embodiment supplies the treated water W2 in the aeration tank 6 to the reaction unit 3 and uses it as an electron acceptor in the reaction unit 3. The treated water W2 other than that supplied to the reaction unit 3 by the connecting pipe L10 is discharged to the outside of the system as the treated water W3.

曝気槽6は、曝気装置6aにより、槽内に導入された処理水W2に対し、酸素を含む気体(酸素、空気など)の曝気を行い、好気性微生物による好気処理や溶存酸素による酸化反応を進行させるものである。
本実施態様における曝気槽6は、図9に示すように、反応部3の第1のセル31aから排出された処理水W2が導入され、導入された処理水W2に対して曝気を行うものに限定されない。曝気槽6の他の例としては、例えば、処理槽2から直接処理水W1を導入し、曝気を行うもの等が挙げられる。
The aeration tank 6 aerates the treated water W2 introduced into the tank with a gas containing oxygen (oxygen, air, etc.) by the aeration device 6a, and aerates with aerobic microorganisms or an oxidation reaction with dissolved oxygen. Is to advance.
In the aeration tank 6 in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the treated water W2 discharged from the first cell 31a of the reaction unit 3 is introduced, and the introduced treated water W2 is aerated. Not limited. As another example of the aeration tank 6, for example, the one in which the treated water W1 is directly introduced from the treatment tank 2 to perform aeration can be mentioned.

曝気装置6aは、酸素を含む気体を曝気槽6内の処理水W2に供給することができるものであればよく、特に限定されない。例えば、曝気処理において広く用いられているものとして、ブロワーと曝気管の組み合わせからなるもの等が挙げられる。 The aeration device 6a is not particularly limited as long as it can supply a gas containing oxygen to the treated water W2 in the aeration tank 6. For example, those widely used in aeration treatment include those consisting of a combination of a blower and an aeration tube.

曝気槽6内には、曝気装置6aにより酸素を含む気体が導入されるため、曝気槽6内の処理水W2は、溶存酸素を含む液体となっている。したがって、接続配管L10を介して反応部3の第2のセル31b内に導入した処理水W2は、反応部3における電子受容体となる。これにより、水処理装置1D内における処理工程で発生するものを有効活用した電極反応を行うことができる。 Since a gas containing oxygen is introduced into the aeration tank 6 by the aeration device 6a, the treated water W2 in the aeration tank 6 is a liquid containing dissolved oxygen. Therefore, the treated water W2 introduced into the second cell 31b of the reaction unit 3 via the connection pipe L10 becomes an electron acceptor in the reaction unit 3. As a result, it is possible to carry out an electrode reaction that effectively utilizes what is generated in the treatment step in the water treatment device 1D.

また、反応部3において電子受容体として用いられた後のカソード溶液は、電子受容体排出口34bから排出され、水分量調整手段4へと送られる。そして、上述した水分量調整手段4によりカソード溶液中の水分量が調整された後、再度第2のセル31bに返送される。これにより、反応部3において電極反応効率が低下することを抑制することが可能となる。 Further, the cathode solution after being used as an electron acceptor in the reaction unit 3 is discharged from the electron acceptor discharge port 34b and sent to the water content adjusting means 4. Then, after the water content in the cathode solution is adjusted by the water content adjusting means 4 described above, the water content is returned to the second cell 31b again. This makes it possible to suppress a decrease in the electrode reaction efficiency in the reaction unit 3.

また、本実施態様の水処理装置1Dにおいては、第1の実施態様と同様の工程により発電及び脱硫処理を行うことが可能である。 Further, in the water treatment apparatus 1D of the present embodiment, it is possible to perform power generation and desulfurization treatment by the same process as that of the first embodiment.

以上のように、本実施態様における水処理装置1D及び水処理装置1Dを用いた水処理方法は、水処理装置1D内で進行する処理工程で生じたものを、反応部3における電子供与体及び電子受容体として利用することができ、電極反応に係るランニングコストを低減させることが可能となる。 As described above, in the water treatment method using the water treatment device 1D and the water treatment device 1D in the present embodiment, the one generated in the treatment step progressing in the water treatment device 1D is combined with the electron donor in the reaction unit 3 and the water treatment method. It can be used as an electron acceptor, and the running cost related to the electrode reaction can be reduced.

なお、上述した実施態様は、水処理装置及び水処理方法の一例を示すものである。本発明に係る水処理装置及び水処理方法は、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る水処理装置及び水処理方法を変形してもよい。 The above-described embodiment shows an example of a water treatment apparatus and a water treatment method. The water treatment apparatus and water treatment method according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and the water treatment apparatus and water treatment method according to the above-described embodiments can be used without changing the gist described in the claims. It may be deformed.

例えば、本実施態様における水処理装置は、複数の反応部3を備えるものとしてもよい。例えば、第3の実施態様において図7及び図8に示した反応部を両方備えること等が挙げられる。これにより、水処理装置内での被処理水Wの処理工程を有効活用した電極反応を複数箇所で行うことが可能となるとともに、水処理効率と電極反応効率の両方を向上させることが可能となる。 For example, the water treatment apparatus in this embodiment may include a plurality of reaction units 3. For example, in the third embodiment, both the reaction sections shown in FIGS. 7 and 8 may be provided. As a result, it is possible to carry out an electrode reaction at a plurality of locations by effectively utilizing the treatment process of the water to be treated W in the water treatment device, and it is possible to improve both the water treatment efficiency and the electrode reaction efficiency. Become.

また、例えば、本実施態様における水処理装置の水分量調整手段4は、カソード溶液中の水分量を低減させる手段を備えることだけではなく、カソード溶液に水分を添加する手段を備えるものとしてもよい。これにより、反応部3におけるカソード溶液量が不足した場合に、カソード溶液量を適切に維持することができ、電極反応効率の低下を抑制することが可能となる。 Further, for example, the water content adjusting means 4 of the water treatment apparatus in the present embodiment may include not only a means for reducing the water content in the cathode solution but also a means for adding water to the cathode solution. .. As a result, when the amount of the cathode solution in the reaction unit 3 is insufficient, the amount of the cathode solution can be appropriately maintained, and the decrease in the electrode reaction efficiency can be suppressed.

また、例えば、本実施態様における水処理装置の電極33a及び電極33bを、電極33a及び電極33bの表面が露出した状態で筐体内に配置し、反応部3から取り出し可能とした電極ユニットとして反応部3に設けるものとしてもよい。これにより、電極33a及び電極33bのメンテナンス時において、反応部3から取り出すことが容易となるため、メンテナンス作業が容易となる。 Further, for example, the electrode 33a and the electrode 33b of the water treatment apparatus according to the present embodiment are arranged in the housing with the surfaces of the electrode 33a and the electrode 33b exposed, and the reaction unit is a reaction unit that can be taken out from the reaction unit 3. It may be provided in 3. This facilitates maintenance work because it is easy to take out the electrode 33a and the electrode 33b from the reaction unit 3 at the time of maintenance.

また、例えば、本実施態様における水処理装置は、反応部3として、処理槽2(メタン発酵槽22)内のセトラー23部分に電極33a及び電極33bを設けるものとしてもよい。なお、セトラー23近傍に電極33a及び電極33bを設けるものであってもよく、セトラー23そのものを電極33a及び電極33bとして利用するものであってもよい。これにより、反応部3が処理槽2内に組み込まれる形となるため、より一層の設備の小型化が可能となる。 Further, for example, in the water treatment apparatus of the present embodiment, the electrode 33a and the electrode 33b may be provided in the settler 23 portion in the treatment tank 2 (methane fermentation tank 22) as the reaction unit 3. The electrodes 33a and 33b may be provided in the vicinity of the settler 23, or the settler 23 itself may be used as the electrodes 33a and 33b. As a result, the reaction unit 3 is incorporated in the processing tank 2, so that the equipment can be further miniaturized.

また、例えば、本実施態様における水処理装置は、電極33bを曝気槽6内に設け、曝気槽6が反応部3の第2のセル31bとして機能するものとしてもよい。これにより、反応部3と曝気槽6を一体化し、より一層の設備の小型化が可能となる。 Further, for example, in the water treatment apparatus of the present embodiment, the electrode 33b may be provided in the aeration tank 6, and the aeration tank 6 may function as the second cell 31b of the reaction unit 3. As a result, the reaction unit 3 and the aeration tank 6 are integrated, and the equipment can be further miniaturized.

また、例えば、本実施態様における水処理装置は、絶縁機構を設けるものとしてもよい。絶縁機構は、反応部3で反応する処理水W1以外の処理水(処理水W2)を絶縁することができるものであればよく、特に限定されない。
絶縁機構による絶縁手段としては、例えば、反応部3の電極33aと処理水W2との電気的な接触(液絡)の解消あるいは液絡時間の短縮が挙げられる。このような液絡解消手段又は液絡時間の短縮手段の例としては、処理水W2の流れを不連続(断続的)とする手段や、処理水W2に空気などの絶縁体を介在させる手段、あるいはこれらの手段を組み合わせるもの等が挙げられる。これにより、反応部3で生成した電子が電極33a及び電極33bの間以外に流れることを防ぎ、電極反応効率を向上させるものである。
なお、本実施態様における水処理装置は、第1の実施態様に示したような水処理装置を構成する構造物(処理槽や配管)に係る絶縁を併せて行うものとしてもよい。これにより、より一層の絶縁効果を得ることができ、反応部3における電極反応効率を向上させることが可能となる。
Further, for example, the water treatment apparatus in this embodiment may be provided with an insulating mechanism. The insulating mechanism is not particularly limited as long as it can insulate the treated water (treated water W2) other than the treated water W1 that reacts in the reaction unit 3.
Examples of the insulating means by the insulating mechanism include elimination of electrical contact (liquid entanglement) between the electrode 33a of the reaction unit 3 and the treated water W2, or shortening of the liquid entanglement time. Examples of such liquid entanglement eliminating means or means for shortening the liquid entanglement time include means for discontinuously (intermittently) flowing the treated water W2, means for interposing an insulator such as air in the treated water W2, and the like. Alternatively, a combination of these means may be mentioned. This prevents the electrons generated in the reaction unit 3 from flowing except between the electrodes 33a and 33b, and improves the electrode reaction efficiency.
The water treatment device in the present embodiment may also be insulated from the structures (treatment tanks and pipes) constituting the water treatment device as shown in the first embodiment. As a result, a further insulating effect can be obtained, and the electrode reaction efficiency in the reaction unit 3 can be improved.

また、例えば、本実施態様における水処理装置は、一部の構造を省略し、装置構成をより簡略化するものとしてもよい。
省略可能な構造としては、例えば、イオン交換体35が挙げられる。これにより、反応部3の簡略化が可能となるとともに、メンテナンス作業が容易となる。
また、省略可能な構造の他の例としては、第2のセル31bにおける電子受容体供給口34a及び電子受容体排出口34bが挙げられる。これにより、反応部3をより簡略化することが可能となる。このとき、電極33bの一面が処理水W1又はイオン交換体35に接触し、もう一方の面が全体的に外気(空気)に直接接触する構造とすること等が挙げられる。さらに、外気側の電極33b表面に交換又は洗浄容易な通気性素材を設けることが好ましい。これにより、塵などの固体不純物が電極33b表面に付着することを抑制することができる。
Further, for example, the water treatment apparatus in the present embodiment may omit a part of the structure to further simplify the apparatus configuration.
Examples of the structure that can be omitted include an ion exchanger 35. This makes it possible to simplify the reaction unit 3 and facilitate maintenance work.
Further, as another example of the structure that can be omitted, the electron acceptor supply port 34a and the electron acceptor discharge port 34b in the second cell 31b can be mentioned. This makes it possible to further simplify the reaction unit 3. At this time, one surface of the electrode 33b may be in contact with the treated water W1 or the ion exchanger 35, and the other surface may be in direct contact with the outside air (air) as a whole. Further, it is preferable to provide a breathable material that can be easily replaced or washed on the surface of the electrode 33b on the outside air side. This makes it possible to prevent solid impurities such as dust from adhering to the surface of the electrode 33b.

本発明の水処理装置及び水処理方法は、被処理水を処理する水処理に利用される。特に、被処理水を処理することにより還元性物質が発生する水処理において、好適に利用されるものである。 The water treatment apparatus and water treatment method of the present invention are used for water treatment for treating water to be treated. In particular, it is suitably used in water treatment in which a reducing substance is generated by treating water to be treated.

1A,1B,1C,1D 水処理装置、2 処理槽、21 酸生成槽、22 メタン発酵槽、23 セトラー、3 反応部、31a 第1のセル、31b 第2のセル、32a 処理水導入口、32b 処理水排出口、33a,33b 電極、34a 電子受容体供給口、34b 電子受容体排出口、35 イオン交換体、4 水分量調整手段、4a 接触機会向上手段、4b 加温手段、4c 膜分離手段、40 リザーバー、41 給気口、42 配管、43 揮散体、44 加温部、45 半透膜、46 膜分離部 46a,46b 空間、5 検知手段、51 検知部、6 曝気槽、6a 曝気装置、B ブロワー、L1 導入配管、L2,L6,L10 接続配管、L3,L9 排出配管、L4,L5 配管、L7,L8 循環配管、W 被処理水、W1,W2,W3 処理水 1A, 1B, 1C, 1D water treatment equipment, 2 treatment tanks, 21 acid generation tanks, 22 methane fermentation tanks, 23 settler, 3 reaction parts, 31a first cell, 31b second cell, 32a treated water inlet, 32b treated water discharge port, 33a, 33b electrode, 34a electron receptor supply port, 34b electron receptor discharge port, 35 ion exchanger, 4 water content adjusting means, 4a contact opportunity improving means, 4b heating means, 4c membrane separation Means, 40 Reservoir, 41 Air supply port, 42 Piping, 43 Volatilizer, 44 Heating part, 45 Semi-transparent film, 46 Membrane separation part 46a, 46b Space, 5 Detection means, 51 Detection part, 6 Air exposure tank, 6a Exposure Equipment, B blower, L1 introduction pipe, L2, L6, L10 connection pipe, L3, L9 discharge pipe, L4, L5 pipe, L7, L8 circulation pipe, W treated water, W1, W2, W3 treated water

Claims (8)

被処理水に対する嫌気処理を行う水処理装置であって、
前記被処理水中の還元性物質を電子供与体とする電極反応を行う反応部と、
前記反応部のカソード側において水分量を調整する水分量調整手段と、を備えることを特徴とする、水処理装置。
A water treatment device that performs anaerobic treatment on the water to be treated.
A reaction part that performs an electrode reaction using the reducing substance in the water to be treated as an electron donor, and
A water treatment apparatus comprising: a water content adjusting means for adjusting the water content on the cathode side of the reaction unit.
前記水分量調整手段は、カソード溶液と気体との接触機会を増やす接触機会向上手段を備えることを特徴とする、請求項1に記載の水処理装置。 The water treatment apparatus according to claim 1, wherein the water content adjusting means includes a contact opportunity improving means for increasing the contact opportunity between the cathode solution and the gas. 前記接触機会向上手段は、曝気であることを特徴とする、請求項2に記載の水処理装置。 The water treatment apparatus according to claim 2, wherein the contact opportunity improving means is aeration. 前記接触機会向上手段は、カソード溶液を吸い上げる揮散体を備え、
前記揮散体は、吸い上げたカソード溶液中の水分を自然蒸散させることを特徴とする、請求項2に記載の水処理装置。
The contact opportunity improving means includes a volatilizer that sucks up the cathode solution.
The water treatment apparatus according to claim 2, wherein the volatilizer spontaneously evaporates the water content in the sucked-up cathode solution.
前記水分量調整手段は、加温手段を備えることを特徴とする、請求項1に記載の水処理装置。 The water treatment apparatus according to claim 1, wherein the water content adjusting means includes a heating means. 前記水分量調整手段は、膜を用いた膜分離手段を備えることを特徴とする、請求項1に記載の水処理装置。 The water treatment apparatus according to claim 1, wherein the water content adjusting means includes a membrane separating means using a membrane. 前記反応部内のカソード溶液中の水分量又は溶質濃度を検知する検知手段を備えることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の水処理装置。 The water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a detecting means for detecting a water content or a solute concentration in the cathode solution in the reaction unit. 被処理水に対する嫌気処理を行う水処理方法であって、
前記被処理水中の還元性物質を電子供与体とする電極反応を行う反応工程と、
前記反応工程のカソード側において水分量を調整する水分量調整工程と、を備えることを特徴とする、水処理方法。

It is a water treatment method that performs anaerobic treatment on the water to be treated.
The reaction step of performing an electrode reaction using the reducing substance in the water to be treated as an electron donor, and
A water treatment method comprising: a water content adjusting step of adjusting the water content on the cathode side of the reaction step.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023074769A1 (en) * 2021-11-01 2023-05-04 住友重機械工業株式会社 Gas processing device, gas processing method, and methane fermentation system

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