JP3722537B2 - 有機性汚泥の酸化処理方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性汚泥の酸化処理に係り、特に、汚水の生物処理により発生する余剰の有機性汚泥を湿式酸化処理する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
標準活性汚泥法に代表される汚水の生物処理方法は有機性汚水の浄化に広く用いられている。しかし、この方法においては、分解した有機物の量に比例して余剰の有機性汚泥が発生し、その処理が大きな課題となっている。有機性汚泥の処理方法は焼却や溶融等の乾式処理方法と、アルカリ処理・嫌気消化や好気消化等の湿式処理方法とに分けられるが、湿式処理方法の中では、１５０℃以上の高温において有機性汚泥を可溶化させる熱処理法や、高温高圧条件下で空気や過酸化水素等の酸化剤と酸化触媒とを添加して有機性汚泥を酸化分解する湿式酸化法が提案されていた。
【０００３】
しかし、従来の熱処理法では、有機性汚泥が可溶化した処理液が着色し、後処理工程においても脱色できない問題点と、処理液が悪臭を帯びる問題点があった。
一方、湿式酸化法では、高価な酸化触媒を使用することや酸化薬剤を過剰に加える必要があることから、ランニングコストがかかる問題があった。また、酸化剤として空気や酸素ガスを使用する場合では、高圧のコンプレッサーが必要となるので装置コストがかさむという問題もあった。
さらには、熱処理法、とりわけ湿式酸化処理は高温高圧条件下における酸化反応なので、金属に対する腐食性が極めて厳しく、反応器材料の耐食性に対する高い要求から、反応器の製造コストが高くならざるを得ない等の問題も生じた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、高価な薬剤とか装置を用いることなく、処理液が着色せず、また、反応器の腐食も抑制できる有機性汚泥の酸化処理方法と装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、有機性汚泥を湿式酸化処理する方法において、該汚泥に高温高圧条件下で直流電圧を印加し、汚泥中の有機物を電気分解反応によって酸化剤の供給なしに酸化分解処理することを特徴とする有機性汚泥の酸化処理方法としたものである。
前記酸化処理方法において、酸化処理を内壁面が金属製の反応器で行い、該金属製の内壁面を陰極として作用させることができ、また、被処理汚泥は、塩素イオン濃度が０．５ミリモル／リットル以上となるように調整しておくのがよく、さらに、直流電圧の印加を、陽極として塩素発生型電極を用いて行うこともできる。
また、本発明では、有機性汚泥を高温高圧条件下に酸化剤の供給なしに酸化分解処理する装置であって、該装置には、前記汚泥を電気分解するための直流電圧を印加する陽極と陰極が備えられていることを特徴とする有機性汚泥を酸化分解処理する装置としたものである。
前記装置において、内壁面を金属製とし、該金属製の内壁面を陰極とすることができ、また、陽極は、塩素発生型電極とすることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、従来行なわれている湿式酸化法における高温高圧条件、即ち、１２０〜３７０℃で水飽和蒸気圧以上の亜臨界条件、又は更に超臨界条件下で、反応槽に少なくとも１対の電極を備え付けて、被処理汚泥に連続的又は断続的に（パルスでも良い）直流電圧を印可することにより、陽極で発生した塩素系酸化剤又は酸素によって、汚泥中の有機物を分解するものである。
また、反応器の内壁そのものを陰極として用いることにより、反応器の腐食を防止することができる。このことにより、陰極に用いられる反応器の材質は金属製のものが好ましく、従来のハステロイドやチタンの他に、安価な炭素鋼やステンレス鋼等も用いることができる。
【０００７】
このような構成とすることにより、反応器の内壁にスケールが生じる場合においては、極性反転を行うことによってスケールを容易に除去することができる。なお、処理液中の塩化物イオン濃度が低い場合には、塩化物（例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩酸等）を添加し、また、陽極に塩素発生型電極を用いることにより、有機物の酸化分解を促進する。
本発明の反応機構は以下のように考えられる。
陰極と陽極との間に直流電圧を印可して直流電流を付加すると、陽極において３種類の反応が進行する。
【０００８】
・有機物の直接陽極酸化
有機物 → ＣＯ₂ ↑ ＋ Ｈ₂ Ｏ ＋ ｅ^- （１）
・Ｈ₂ Ｏの電気分解による酸素の生成
Ｈ₂ Ｏ → 1/2Ｏ₂ ↑ ＋ ２Ｈ⁺ ＋ ２ｅ^- （２）
・Ｃｌ^- の電気分解による塩素の生成
２Ｃｌ^- → Ｃｌ₂ ↑ ＋ ２ｅ^- （３）
さらには、反応（２）で生成した酸素は有機物と反応し、
有機物 ＋ Ｏ₂ → ＣＯ₂ ↑ ＋ Ｈ₂ Ｏ （４）
そして、反応（３）で生成した塩素ガスは加水分解を経て
Ｃｌ₂ ＋ Ｈ₂ Ｏ → ＨＣｌ ＋ ＨＣｌＯ （５）
有機物と反応する
有機物 ＋ ＨＣｌＯ → ＣＯ₂ ↑ ＋ Ｈ₂ Ｏ ＋ ＨＣｌ （６）
と考えられる。
【０００９】
このように、電気分解を付加することによって、陽極において有機物を直接に酸化分解したり、反応性が極めて高い発生期酸素や塩素系の酸化剤をその場所で生成することができる。また、処理液中の塩化物イオン濃度を高くすると共に塩素発生効率の高い塩素発生型電極を使用することにより、有機物の分解率をさらに上げることも可能である。
一方、陰極においては、主反応としてＨ₂ Ｏが電気分解し、
Ｈ₂ Ｏ ＋ ｅ^- → 1/2Ｈ₂ ↑ ＋ ＯＨ^- （７）
水素ガスが生成する。ここで、反応器の内壁を陰極として用いると反応器はいわゆるカソード防食される。
【００１０】
反応器に備え付ける陽極としては、不溶性電極であれば何れでも良い。例えば、ステンレス又はチタンの基材に、白金をメッキ又は焼成した電極を用いることができるが、塩素発生効率が高い塩素発生型電極、例えばチタンの基材にルテニウムをメッキした電極、又はチタンの基材に二酸化ルテニウムの皮膜を焼成した電極を用いるのがより好ましい。陽極の形状は、反応器内壁と電極との間隙がどこでも均等となるように、例えば反応器が円筒状の場合は電極も円筒状の方が好ましい。また、電極自体はメッシュ状、網状又は板状のいずれでもよい。反応器内壁と陽極の距離、即ち電極の極間距離は狭いほど電解電圧が下がるが、浮遊固形物に詰まりの恐れがあるので、３〜１０ミリ程度が望ましい。
塩素発生型陽極を用いる場合においては、処理液中の塩化物イオン濃度が１リットル当たり０．５ミリモル以上となるように、塩化ナトリウム又は塩化カリウムを添加するのが望ましい。勿論、塩化物イオン源として海水を添加することもできる。処理液中の塩化物イオン濃度が、１リットル当たり０．５ミリモル以下になると塩素系酸化剤の生成効率が低くなり、有機物の酸化分解率が不十分となる場合がある。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
図１に、実施例で用いた実験装置の概略構成図を示す。
図１において、１はオートクレーブ、２は白金メッキ電極、３は電源、４は攪拌機、５はオートクレーブの蓋、６はバックプレシャー弁である。
【００１２】
オートクレーブ１（内容積３００ｍｌのＳＵＳ３０４製）に白金メッキ電極２を装備し、室温で有機性汚泥を１５０ｍｌ入れ、ついでアルゴンガスを７０気圧相当圧入した。用いた有機性汚泥の主な性状を表１に示すが、塩化物イオン濃度は０．５ｍｍｏｌ／リットルであった。反応は、温度２５０℃、白金メッキ電極２を陽極、オートクレーブ本体１を陰極として電解電流６Ａ、電解電圧１０Ｖの一定条件で２時間行った。反応圧力は、バックプレッシャー弁６により常に７０気圧に保った。２時間通電後、オートクレーブ加熱用ヒータ及び電極への通電を停止して、オートクレーブの急冷を行った。
処理後のガスは無臭であり、処理液は透明に近い薄黄色と沈殿物で構成されていた。処理液に含まれた固形物の沈降性は良好であった。なお、オートクレーブ内での腐食は全く見られなかった。処理結果を表１に示す。
【００１３】
実施例２
酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂ ）焼成電極を用いて、実施例１と同一の汚泥に、塩化物イオンＣｌ^- 濃度が１０．０ｍｍｏｌ／リットルとなるようにＮａＣｌを添加して、電解処理を行った。なお、その他の条件は実施例１と同じである。処理後のガスは完全に無臭であり、処理液は完全に透明であった。実施例１同様、処理液に含まれた固形物の沈降性は良好であり、オートクレーブ内の腐食は全く見られなかった。処理結果を表１に示す。
【００１４】
比較例１
電極を用いないで実施例１と同条件で汚泥の熱分解を行った。処理後のガスは激しい悪臭が感じられ、処理液は黒色であり、浮遊物の沈殿性は実施例１、２に比べてよくなかった。またオートクレーブ内壁に腐食が進行している傾向が多少見られた。処理結果を表１に示す。
【００１５】
比較例２
電極を装備せず、オートクレーブに有機性汚泥試料を１５０ｍｌ入れ、ついでアルゴンガスを６０気圧及び酸素を１０気圧相当圧入し、酸素湿式酸化処理を行った。ついでオートクレーブの加熱を開始し、オートクレーブ温度は１時間後で２５０℃を到達した。湿式酸化反応は、２５０℃、７０気圧の一定条件で２時間行い、ついでオートクレーブの急冷を行った。
処理後のガスは無臭であり、処理液は茶色であった。処理液に含まれた固形物の沈降性は良好であった。ここではオートクレーブ内の激しい腐食が見られた。処理結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
▲１▼ 空気や酸素を吹き込むための高圧コンプレッサーが不要となる。
▲２▼ 酸化触媒は使用せずにすむ。
▲３▼ 反応器の腐食が防止できる。
▲４▼ 反応器は安価な金属材料で製造できる。
▲５▼ 装置コストとランニングコストは共に安くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で用いた実験装置の概略構成図。
【符号の説明】
１：オートクレーブ、２：白金メッキ電極、３：電源、４：攪拌機、５：オートクレーブの蓋、６：バックプレシャー弁

Claims (7)

1. 有機性汚泥を湿式酸化処理する方法において、該汚泥に高温高圧条件下で直流電圧を印加し、汚泥中の有機物を電気分解反応によって酸化剤の供給なしに酸化分解処理することを特徴とする有機性汚泥の酸化処理方法。
2. 前記酸化処理は、内壁面が金属製の反応器で行い、該金属製の内壁面を陰極として作用させることを特徴とする請求項１記載の有機性汚泥の酸化処理方法。
3. 前記被処理汚泥は、塩素イオン濃度が０．５ミリモル／リットル以上となるように調整することを特徴とする請求項１記載の有機性汚泥の酸化処理方法。
4. 前記直流電圧の印加は、陽極として塩素発生型電極を用いることを特徴とする請求項１記載の有機性汚泥の酸化処理方法。
5. 有機性汚泥を高温高圧条件下に酸化剤の供給なしに酸化分解処理する装置であって、該装置には、前記汚泥を電気分解するための直流電圧を印加する陽極と陰極が備えられていることを特徴とする有機性汚泥を酸化分解処理する装置。
6. 前記装置は、内壁面が金属製であり、該金属製の内壁面を陰極とすることを特徴とする請求項５記載の有機性汚泥を酸化分解処理する装置。
7. 前記陽極が、塩素発生型電極であることを特徴とする請求項５又は６記載の有機性汚染を酸化分解処理する装置。

Images