JP4920255B2 - 水処理方法及びシステム - Google Patents
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特に、下水やし尿、浄化槽汚泥等の生活廃水又は工場廃水中には、有機物(BOD、COD)や窒素分(T−N)などの汚濁物質が含まれており、これらの汚濁物質は環境及び生態系に影響を及ぼすことから厳しい放流基準が設けられており、従来生物処理により処理されていたが、負荷変動等により処理機能が不安定になる場合があり、安定した処理が可能な電解法による処理技術は有用である。
特許文献1(特開2001−300538号公報)には、排水中に海水または塩化ナトリウムを添加して電解槽内へ導入し、排水を直接電解処理するアンモニウム塩又はアンモニアを含む排水の分解処理方法が開示されている。
また特許文献2においては、主に有機物を主体とした廃水に対し、電解により生成した酸化剤の添加によって有機物を除去する手段が記載されているが、電解による効果のみでは満足する値まで処理対象物を除去することができず、後段に活性炭除去設備を設けている。活性炭による有機物除去を行った際には高い頻度で活性炭の交換が必要となるためランニングコストが嵩むといった欠点がある。また、酸化反応を行う槽とは別に設けた電解装置にて酸化剤を生成しているため、酸化に必要とされる量の酸化剤を的確に生成することは困難であり、過剰な電解が行われて未反応の酸化剤が処理水中に多量に残留してしまったり、酸化剤の生成量が不十分で処理対象物が満足する値まで除去されないなどの問題がある。
塩化物イオン存在下での電解により次亜塩素酸を生成し、該次亜塩素酸により被酸化物含有水に含まれる被酸化物を酸化分解する水処理方法において、
前記被酸化物含有水に、塩化物イオン含有水を電解して生成した次亜塩素酸を供給し、被酸化物を酸化分解して低減する一次電解処理工程と、
前記一次電解処理後の一次電解処理水を直接電解し、残存する被酸化物を酸化分解して除去する二次電解処理工程と、
前記一次電解処理水に含まれる被酸化物のうちの電極障害成分濃度、もしくは前記二次電解処理状況から推定される被酸化物の負荷濃度を検知し、該検知した電極障害成分濃度、もしくは被酸化物の推定負荷濃度に基づき二次電解処理工程の投入負荷を制御することを特徴とする。
一方、二次電解処理工程の電解では一次電解処理水を直接電解し、反応の進行状況をリアルタイムで確認できるため、ハンドリングに優れ過不足なく電解処理が行われ処理の効率化が図れるといった利点がある。しかし、有機物等の負荷が高ければ電極寿命への影響が懸念される。
このように、被酸化物含有水により塩化物イオンが希釈された場合であっても、二次電解処理工程に塩化物イオン含有水を供給し、電解に用いられる塩化物イオンを補うことで、二次電解処理工程における電解効率の向上、及び電解電圧の低下が期待できる。
このように、処理水の利用用途や流量毎に二次電解処理工程を行うか否かの判断を行い、一次電解処理水中の被酸化物濃度が低く、利用用途に対して満足する水質が得られた場合には一次電解処理工程のみの処理とすることで、不要な電解処理を省くことができ、ランニングコストを低減できる。
塩化物イオン含有水を電解する前電解装置と、前記被酸化物含有水が投入されるとともに前記前電解装置にて生成された次亜塩素酸が供給され、該被酸化物含有水中の被酸化物を酸化分解して低減する反応槽とからなる一次電解処理設備と、
前記前電解装置からの一次電解処理水が投入され、残存する被酸化物を電解により酸化分解する後電解装置からなる二次電解処理設備と、
前記一次電解処理水中に含まれる被酸化物のうちの電極障害成分濃度を検知する電極障害成分濃度検知手段、もしくは前記二次電解処理状況から推定される被酸化物の負荷濃度を推定する手段と、該検知された電極障害成分濃度、もしくは推定負荷濃度に基づいて後電解装置の投入負荷を制御する投入負荷制御手段と、を備えたことを特徴とする。
このように、夫々の工程を連続的に行うことにより処理水量が多い場合にも対応でき、また、二次電解処理設備に導入される一次電解処理水中の電極障害成分濃度が一定濃度まで低下するように流速制御を行う構成としたため、電極の消耗を抑制することが可能となる。
このように、夫々の工程をバッチ式で行うことにより、被酸化物を安定的に除去することができ、夫々の電解処理設備における処理を十分に行うことができる。
図1は本発明の実施例に係る水処理システムの基本構成図、図2は本実施例1に係る水処理システムの構成図、図3は図2の実施例1を応用した水処理システムの構成図、図4は図2、図3の実施例1を応用した水処理システムの構成図、図5は本発明の実施例2に係る水処理システムの構成図である。
本実施例の水処理システムは、一次電解処理設備1と、二次電解処理設備2が直列に配設された2段構成となっており、さらに該一次電解処理設備1と二次電解処理設備2の間に、電極障害成分濃度検知手段3に接続された投入負荷制御手段4が設けられている。
二次電解処理設備2は、反応槽11からの一次電解処理水が投入される後電解装置20により構成される。
(陽極) 2Cl− → Cl2+2e
Cl2+H2O → HClO+HCl
(陰極) 2H2O+2e → 2OH−+H2↑
陽極52では塩素が発生し、さらにその塩素が水と反応し、強力な酸化力を有する次亜塩素酸(HClO)が生成される。一方、陰極53では水の電解により水素が発生する。
一方、二次電解処理設備2においては、後電解装置21にて生成した次亜塩素酸は、該後電解装置21内にて一次電解処理水中に残存する被酸化物を酸化分解する。後電解装置21にて消費される塩化物イオンは、前電解装置11に供給された塩化物イオンが残留したもの、若しくは被酸化物含有水中に存在する塩化物イオンである。
被酸化物がアンモニアである場合は、下記反応式により次亜塩素酸と反応し、窒素ガスとして除去される。
2NH3+3HClO → N2↑+3HCl+3H2O
電極障害成分とは、被酸化物含有水中に含まれる被酸化物のうち電極に悪影響を及ぼす成分をいい、例えば有機物等が挙げられる。この原因として、高濃度の有機物を含む処理対象水を直接電解した場合、有機物が電極表面に皮膜を形成し局所的な過電圧が発生して電極の消耗が大きくなること、有機物が電極表面の金属と錯体を形成して溶出し電極の消耗が大きくなること、などが考えられる。また、有機物は電極表面の金属と錯体を形成して電極での酸化還元反応を阻害したり、有機物が電極表面に吸着して活性な電極表面積を小さくし、電解効率が低下することもあり、高濃度の有機物を含む被酸化物含有水を直接的に電解処理することには問題があった。
投入負荷制御手段4は二次電解処理設備2への投入量の制御手段であっても、一次電解処理設備1での次亜塩素酸添加量制御による投入濃度制御手段であってもよい。
また、一次電解処理設備1及び二次電解処理設備2は、バッチ式若しくは連続式、或いはバッチ式と連続式の組み合わせの何れであってもよい。
両設備ともバッチ式である場合には、投入負荷制御手段4は電動弁が好適に用いられ、最初は電動弁を閉にした状態で一次電解処理を行い、電極障害成分が所定濃度まで低減したら電動弁を開いて、一次電解処理水を反応槽12から後電解装置21に投入し、運転を切替えて二次電解処理を行う。
両設備とも連続式である場合には、投入負荷制御手段4は電動弁若しくはポンプが好適に用いられ、一次電解処理を行いながら、二次電解処理における電極障害成分が所定濃度以下となるように電動弁の開度調整若しくはポンプ流量を制御する。
一方、後電解装置21では被酸化物含有水を直接電解し、反応の進行状況をリアルタイムで確認できるため、ハンドリングに優れ過剰な電解を行わなくて済むといったメリットがある。しかし、前述の通り有機物等の負荷が高ければ電極寿命への影響が懸念される。
そこで、本実施例では前電解で粗取りし、後電解で目的とする水質に過剰な電解を行わずに近づけることができるため、前述した種々の課題を解決することができる。
図2に示す水処理システムでは、前電解装置11と反応槽12からなる一次電解処理設備1と、後電解装置21からなる二次電解処理設備2と、反応槽12出口におけるアンモニア含有水中のアンモニア濃度を検知するNH3センサ31と、反応槽12から後電解装置21へのアンモニア含有水供給ライン上に設けたポンプ42と、該ポンプの回転数を制御するインバータ41と、を備えた構成となっている。
まず、前電解装置11にて塩水を電解して次亜塩素酸を生成し、該生成した次亜塩素酸を反応槽12に注入し、反応槽12内のアンモニア含有水と混合してアンモニアを除去する。反応槽11出口に設けたセンサ31により一次電解処理水中のアンモニア濃度を直接測定する。該測定したアンモニア濃度に基づいてインバータ41によりポンプ42の回転数を調整し、後電解装置21に流入する一次電解処理水流量を制御する。後電解装置21では、一次電解処理水中に残存するアンモニアを、電解反応により生成した次亜塩素酸によって酸化分解して除去する。
例えばアンモニア濃度が数千mg/Lのアンモニア含有水を処理する場合は、一次電解処理設備1にてアンモニア濃度が数百mg/Lとなるまで処理を行い、残りのアンモニアを二次電解処理設備2にて処理することが好ましい。
さらに、図4に示すように、インバータ41とポンプ42の代わりにモータ44に接続された電動弁43を設置するようにしてもよく、この場合、アンモニア濃度に基づいてモータ44により電動弁43の開度を調整し、反応槽12から後電解装置21への一次電解処理水の流量を制御する。
さらに、一次電解処理設備1での次亜塩素酸添加量を制御し、二次電解処理設備2への投入濃度を制御してもよく、流量と濃度に関する制御を組み合わせてもよい。
さらに、処理水の利用用途や流量毎に、二次電解処理設備2における二次電解処理を行うか否かの判断を行い、二次電解処理が必要でない場合に一次電解処理水を系内から引き抜く一次電解処理水引抜ライン7を設けてもよい。これにより、不要な電解を省くことができ、ランニングコストの低減が可能となる。
2 二次電解処理設備
3 電極障害成分濃度検知手段
4 投入負荷制御手段
5 塩水供給ライン
6 電解水引抜ライン
7 一次電解処理水引抜ライン
11 前電解装置
12 反応槽
21 後電解装置
31 NH3センサ
32 pHセンサ
41 インバータ
42 ポンプ
43 開閉弁
44 モータ
Claims (6)
- 塩化物イオン存在下での電解により次亜塩素酸を生成し、該次亜塩素酸により被酸化物含有水に含まれる被酸化物を酸化分解する水処理方法において、
前記被酸化物含有水に、塩化物イオン含有水を電解して生成した次亜塩素酸を供給し、被酸化物を酸化分解して低減する一次電解処理工程と、
前記一次電解処理後の一次電解処理水を直接電解し、残存する被酸化物を酸化分解して除去する二次電解処理工程と、
前記一次電解処理水に含まれる被酸化物のうちの電極障害成分濃度、もしくは前記二次電解処理状況から推定される被酸化物の負荷濃度を検知し、該検知した電極障害成分濃度、もしくは被酸化物の推定負荷濃度に基づき二次電解処理工程の投入負荷を制御することを特徴とする水処理方法。 - 前記塩化物イオン含有水の少なくとも一部を前記二次電解処理工程に供給することを特徴とする請求項1記載の水処理方法。
- 前記一次電解処理水中の被酸化物含有量に応じて前記二次電解処理工程をバイパスさせ、前記一次電解処理工程のみによる処理とすることを特徴とする請求項1記載の水処理方法。
- 塩化物イオン存在下での電解により次亜塩素酸を生成し、該次亜塩素酸により被酸化物含有水中の被酸化物を酸化分解する水処理システムにおいて、
塩化物イオン含有水を電解する前電解装置と、前記被酸化物含有水が投入されるとともに前記前電解装置にて生成された次亜塩素酸が供給され、該被酸化物含有水中の被酸化物を酸化分解して低減する反応槽とからなる一次電解処理設備と、
前記前電解装置からの一次電解処理水が投入され、残存する被酸化物を電解により酸化分解する後電解装置からなる二次電解処理設備と、
前記一次電解処理水中に含まれる被酸化物のうちの電極障害成分濃度を検知する電極障害成分濃度検知手段、もしくは前記二次電解処理状況から推定される被酸化物の負荷濃度を推定する手段と、該検知された電極障害成分濃度、もしくは推定負荷濃度に基づいて後電解装置の投入負荷を制御する投入負荷制御手段と、を備えたことを特徴とする水処理システム。 - 前記一次電解処理設備と前記二次電解処理設備は夫々連続式に処理を行う設備であり、前記投入負荷制御手段が、前記一次電解処理水の前記後電解装置への投入流量を制御する手段であることを特徴とする請求項4記載の水処理システム。
- 前記一次電解処理設備と前記二次電解処理設備は夫々バッチ式に処理を行う設備であり、前記投入負荷制御手段が、前記一次電解処理設備から前記二次電解処理設備への運転切換えを制御する手段であることを特徴とする請求項4記載の水処理システム。
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