JP5153565B2

JP5153565B2 - 排水処理方法

Info

Publication number: JP5153565B2
Application number: JP2008272739A
Authority: JP
Inventors: 信一中村
Original assignee: 株式会社オメガ
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2028-10-23
Also published as: JP2010099581A

Description

この発明は、工場用水その他各種の排水の処理方法に関するものである。

従来より、排水処理技術に関して各種の提案がなされているが（例えば特許文献１）、ある液晶製造工場では次のような処理が行われている。
すなわち、地域のポンプ場から地下水が工業用水として工場へと送水されてくる。このうち半分弱は空調用冷却塔へと供給され、冷房用の冷水を作る装置で発生する熱を大気への蒸発により放散し、その後活性炭濾過をし必要に応じて希釈して河川などへ放流される。一方、工場へ供給された用水のうち残りの半分強は工場内の工水処理設備に供給され、シリカやカルシウム、マグネシウムなどの成分が除去され、純水製造・供給設備へと送られて超純水が製造される。
この超純水は液晶の製造工程でのガラス基板の洗浄、スクラバー排気の洗浄、冷却水製造装置などに使用される。そして、使用後に出る有機排水は次亜塩素酸ナトリウムを添加することにより、被酸化物質を分解・浄化してＣＯＤやＴＯＣを所定値未満まで低減する。ところで、排水の浄化処理後には余剰の有効塩素が残留しているので重亜硫酸ソーダなどの還元剤で潰すこととなるが、このような薬剤の使用によりランニング・コストが高くついてしまうという問題があった。
前記のような還元剤処理の問題は、液晶製造工場の排水に限らずスイミング・プールの水質管理や食品加工場の排水、汚染土壌の洗浄排水その他各種の水にも広くみられるものである。
特開２００６−２８１１９４号公報

そこでこの発明は、還元剤ではない他の方法で残留塩素の低減ができる排水処理方法を提供しようとするものである。

前記課題を解決するためこの発明では次のような技術的手段を講じている。
（１）この発明の排水処理方法は、排水を有隔膜電解機構の陽極側領域に供給し塩素の共存下で電気分解することによって汚れ成分を分解する陽極側処理工程と、陰極側領域に供給して残留塩素を低減する陰極側処理工程を有することを特徴とする。

ここで、前記排水として工場系排水、飲食店系排水、一般家庭系排水、汚染土壌系排水、塗装工場その他のＶＯＣガスをスクラバー（scrubber、排ガス洗浄装置）により水中に置換した排水、プール水、浴場水などを例示することができ、何らかの浄化をする必要がある水は全て含まれるものであって、必ずしも捨てるものに限られるのではなく、工場系排水などのように浄化して再利用するものやプール水や浴場水のように浄化しつつ循環利用するものなども含まれるものとする。

前記汚れ成分として通常の有機成分（ホルムアルデヒドなど）や、ベンゼン、トルエン、ダイオキシン類、PCBなどの難分解性有機化合物、人体の皮膚表面などから溶出した汚れ成分、またアンモニア性窒素その他の無機成分を例示することができる。
前記陽極側領域で共存させる塩素（元素Cl）の供給源として、食塩のような塩化物や次亜塩素酸を例示することができる。また臭化ナトリウム、臭化カリウム、次亜臭素酸などのように臭素を共存させておくと、有効塩素の活性領域を中性領域からアルカリ性領域にまで拡大させることができる。

この発明によると、陽極側処理工程（有効塩素の製造サイクル）において、排水を有隔膜電解機構の陽極側領域に供給し塩素の共存下で電気分解することにより、溶存塩素ガスや次亜塩素酸などの有効塩素が生成して汚れ成分（被酸化物質）が酸化分解されると共に、汚れ成分は陽極電極から直接酸化されることによって分解されて微細化され究極的には二酸化炭素や窒素ガスに行き着き、CODやBOD、TOC、アンモニア性窒素が低減されて清浄化される。ここで、前記塩素の供給源として次亜塩素酸を用いた場合、この次亜ハロゲン酸が電気分解されて活性ラジカル種（OH・ラジカル、活性酸素、活性オゾン）も発生しより分解能に優れたものとなる。

そして、陰極側処理工程（残留塩素の低減サイクル）において、陰極側領域に供給して残留塩素（汚れ成分の分解後に残存する有効塩素）を低減する。これは、陽極側処理工程で排水の汚れ成分を分解した後に残存する残留塩素は放流や再利用の妨げとなるので、陰極側処理工程において低減しようとするものである。具体的には、前記残留塩素のうち次亜塩素酸が陰極側領域において陰極還元されて分解され或いはアルカリ性雰囲気下で不活性化される。
その後、陽極側領域に供給する排水の水量とほぼ同量を循環流路から排出側流路へと最終的に引き出し、放流したり或いは再利用のサイクルに供給したりする。

（２）前記陰極側領域には排水の循環流路が形成され、陽極側領域からの排水と併せて陰極側領域へ循環させるようにしてもよい。
陽極側処理工程からは酸性の排水が送り出されるが、陰極側領域（電気分解によりアルカリ性となる）の循環流路の排水と併せることによって中和されて中性雰囲気となる。ところで、水素イオン濃度が酸性のときに水中に溶存している塩素ガスは、中性雰囲気になると次亜塩素酸の形態に変化する性質を有している。よって、陽極側処理工程で生成した溶存塩素ガスを中性雰囲気とし、次亜塩素酸の形態に変化させた状態として陰極側領域へ供給することができる。すると前記次亜塩素酸は、陰極側領域において陰極還元されて分解し或いはアルカリ性雰囲気下で不活性化される。これにより、溶存塩素ガス（Cl₂）の形態のままで陰極側処理工程に到り水酸基（OH）と化合して新たに次亜塩素酸（HOCｌ）が生成してしまうことを防止することができる。

（３）前記陰極側領域の排水の循環流路に塩素ガス分離槽が形成されたようにしてもよい。このように構成すると、陰極側領域の循環流路を巡っている排水中の溶存塩素ガスを分離して残留塩素濃度を低減していくことができる。ここで前記塩素ガス分離槽は、排水を噴霧し液滴にして表面積を拡大することにより溶存塩素ガスが気化し易くする構造としてもよく、同槽中の排水にばっ気して溶存塩素ガスを押し出す構造としてもよく、これら両方を行う構造としてもよい。

（４）前記陽極側領域と陰極側領域の間に気液混合槽が形成され、ここに塩素ガス分離槽で分離された塩素ガスを供給すると共に、気液混合槽の排水を処理前の排水に添加するようにしてもよい。
このように構成し、陽極側領域と陰極側領域の間の気液混合槽に塩素ガス分離槽で分離した塩素ガスを供給すると、陽極側領域を通過して余剰の残留塩素を有する排水にさらに塩素ガスが溶け込んで残留塩素濃度が増大する。そして、残留塩素濃度が増大した排水を処理前の排水に添加することにより、陽極側領域に供給する以前に前もって排水中の汚れ成分を或る程度分解しておくことができる。ここで、気液混合槽で排水を循環して噴霧すると排水への塩素ガスの溶け込みが経時的に進展していくこととなる。

（５）陽極側処理工程の前処理として、陽極側領域の前に次亜ハロゲン酸処理槽を設け、この槽で排水中の汚れ成分を前もって或る程度分解しておくことができる。
これはCODやBOD、TOC、アンモニア性窒素などの汚れ成分の指標値が高い排水に有効であり、有隔膜電解機構が有する分解適性に応じた程度にまで予め浄化を行っておく。前記次亜ハロゲン酸として次亜塩素酸や次亜臭素酸を使用することができ、次亜ハロゲン酸処理槽内の排水に対してポンプなどで供給する。供給する次亜ハロゲン酸として次亜塩素酸ナトリウム水溶液の他に、食塩や臭化ナトリウムの共存下で水を電気分解することによって次亜塩素酸や次亜臭素酸を生成させた水溶液を使用することができる。

（６）前記陰極側領域は陽極側領域よりも水圧が高く設定されたこととしてもよい。このようにすると、陰極側領域は陽極側領域よりも水圧が高く差圧があるので、陽極側領域の有効塩素が隔膜を通過して陰極側領域へ浸入することを防止することができる。
前記陰極側領域の陰極電極、陽極側領域の陽極電極として、複数本の柱状の電極から成る列が配設されたこととしてもよい。このようにすると、通常の板状電極のような平板状の面ではなく、複数本の柱状の電極から成る列によって三次元的に表面積を拡大し得ることにより、電解効率を増大させることができる。

また、被処理排水が板状電極のように電極面に沿った単なる層流としてただ舐めるように流れるのではなく、柱状の電極列の周りを乱流となり流れる方向を複雑に変化させるように挙動することによる被処理排水の攪拌作用によって領域内の混合が促進されることとなる。
ここで、前記柱状の電極は、短尺の電極を長手方向に複数個を連接して形成することができる。このような短尺の連接構造とすると長尺体と比べてセラミックス製とした場合の焼成時の歩留まりが向上する。前記柱状の電極の形状として、円柱状や円筒状、局部放電防止のため角部を滑らかにした断面多角形状、断面楕円形状、球状電極を柱状に連設したものなどを例示することができる。

この発明は上述のような構成であり、次の効果を有する。
残留塩素のうち次亜塩素酸は陰極側領域において陰極還元されて分解され或いはアルカリ性雰囲気下で不活性化されるので、還元剤ではない他の方法で残留塩素の低減ができる排水の処理方法を提供することができる。

この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、この実施形態の排水処理方法は、排水１を有隔膜電解機構２の陽極側領域３に供給し塩素の共存下で電気分解（電流48A、電極面積2.1ｄｍ^２、排水の供給量180cc／分）することによって汚れ成分を分解する陽極側処理工程（有効塩素の製造サイクル）と、陰極側領域４に供給して残留塩素を低減する陰極側処理工程（残留塩素の低減サイクル）を有する。図中5は有隔膜電解機構２の隔膜であり、Pはポンプを示す。

前記排水として液晶製造工場や化学製品製造工場その他の工場系排水、外食産業その他の飲食店系排水、一般家庭系排水、ダイオキシンやPCBが染み込んだ汚染土壌系排水、塗装工場その他のＶＯＣガスをスクラバー（scrubber、排ガス洗浄装置）により水中に置換した有機排水、フィットネスクラブなどのプール水や浴場水などを処理することができる。
前記汚れ成分として通常の有機成分（ホルムアルデヒドなど）や、ベンゼン、トルエン、ダイオキシン類、PCBなどの難分解性有機化合物、人体の皮膚表面などから溶出した汚れ成分、またアンモニア性窒素その他の無機成分を分解することができる。
前記陽極側領域３で共存させる塩素（元素Cl）の供給源として、食塩や次亜塩素酸などを使用することができる。

次に、この排水処理方法の使用状態を説明する。
陽極側処理工程において、排水１を有隔膜電解機構２の陽極側領域３に供給し塩素の共存下で電気分解することにより、溶存塩素ガスや次亜塩素酸などの有効塩素が生成して汚れ成分（被酸化物質）が酸化分解されると共に、汚れ成分は陽極電極から直接酸化されることによって分解されて微細化され究極的には二酸化炭素や窒素ガスに行き着き、CODやBOD、TOC、アンモニア性窒素が低減されて清浄化される。

そして、陰極側処理工程において、陰極側領域４に供給して残留塩素（汚れ成分の分解後に残存する有効塩素）を低減する。これは、陽極側処理工程で排水の汚れ成分を分解した後に残存する残留塩素は放流や再利用の妨げとなるので、陰極側処理工程において低減しようとするものである。
具体的には、前記残留塩素のうち次亜塩素酸が陰極側領域４において陰極還元されて分解され或いはアルカリ性雰囲気下で不活性化されるので、還元剤ではない他の方法で残留塩素の低減ができ、薬剤代のランニング・コストを削減することができる。

以下にこの排水の処理方法のより具体的な実施態様を説明する。
（１）陽極側処理工程の前処理として、陽極側領域３の前に次亜ハロゲン酸処理槽50を設け、この槽で排水１中の汚れ成分を前もって分解しておくようにしている。これはCODやBOD、TOC、アンモニア性窒素（汚れ成分の指標値）が高い排水（例えばCOD1000ppm）に有効であり、有隔膜電解機構２が有する分解適性に応じた程度（例えばCOD100ppm）にまで予め浄化を行っておく。具体的には、次亜ハロゲン酸処理槽50へ次亜塩素酸６を電解装置７により電気分解して供給しており、供給水は活性ラジカル種（OH・ラジカル、活性酸素、活性オゾン）が発生しより分解能に優れたものとなっている。ここで、この次亜塩素酸６は陽極側領域３で電気分解する際に共存させる塩素の供給源ともなる。
また、次亜ハロゲン酸処理槽50と有隔膜電解機構２の陽極側領域３の間には砂濾過器51を介在させており、この砂濾過器51で排水１中の微粒子ss成分を予め除去しておくようにしている。これにより、有隔膜電解機構２などで目詰まりが発生することを防止する。

（２）前記陰極側領域４には排水の循環流路８が形成され、陽極側領域３からの排水９（140 cc／分）と併せて陰極側領域４へ循環させるようにしている。
ところで、陽極側処理工程からは（後述の気液混合槽11を介して陰極側処理工程へと）酸性の排水が送り出されるが、陰極側領域４（電気分解によりアルカリ性となる）の循環流路８の排水と併せることによって中和されて中性雰囲気となる。ところで、水素イオン濃度が酸性のときに水中に溶存している塩素ガス（Cl₂）は、中性雰囲気になると次亜塩素酸（HOCｌ）の形態に変化する性質を有している。よって、陽極側処理工程で生成した溶存塩素ガスを中性雰囲気とし、次亜塩素酸の形態に変化させた状態として陰極側領域４へ供給することができる。すると前記次亜塩素酸は、陰極側領域４において陰極還元されて分解し或いはアルカリ性雰囲気下で不活性化される。これにより、溶存塩素ガス（Cl₂）の形態のままで陰極側処理工程に到り水酸基（OH）と化合して新たに次亜塩素酸（HOCｌ）が生成してしまうことを防止することができる。

（３）前記陰極側領域４の排水の循環流路８に塩素ガス分離槽10を形成しており、陰極側領域４の循環流路８を巡っている排水中の溶存塩素ガスを分離して残留塩素濃度を低減していくようにしている。具体的に塩素ガス分離槽10は、排水を噴霧し液滴にして表面積を拡大することにより溶存塩素ガスが気化し易くする構造と、同槽中の排水にブロアBでばっ気して溶存塩素ガスを押し出す構造とを併有させている。

（４）前記陽極側領域３と陰極側領域４の間に気液混合槽11を形成し、ここに塩素ガス分離槽10で分離された塩素ガスをファンFで供給すると共に、気液混合槽11の排水を処理前の排水１（次亜ハロゲン酸処理槽50）にフィードバックして添加（40 cc／分）するようにしている。また陽極側領域３を出た排水は、気液混合槽11内に噴霧して供給される。
ところで、陽極側領域３と陰極側領域４の間の気液混合槽11に塩素ガス分離槽10で分離した塩素ガスを供給すると、陽極側領域３を通過して余剰の残留塩素を有する排水にさらに塩素ガスが溶け込んで残留塩素濃度が増加する。そして、残留塩素濃度が増加した排水を処理前の排水１（次亜ハロゲン酸処理槽50）に添加することにより、陽極側領域３に供給する以前の排水１中の汚れ成分の分解を促進しておくことができる。気液混合槽11では排水を循環して噴霧するようにしており、排水への塩素ガスの溶け込みが経時的に進展していくようにしている。
また、次亜ハロゲン酸処理槽50（密閉槽）で気化した塩素ガスも、ファンFで気液混合槽11に供給するようにしている。このように、気液混合槽11は処理時に気化した塩素ガスを収集して気液混合により再度排水中に溶解させる塩素濃縮槽として機能させるようにしており、濃縮された塩素含有水を次亜ハロゲン酸処理槽50にフィードバックして排水１の汚れ成分の分解を促進させる。これにより処理中に排水から気化した塩素ガスを無駄にすることなく排水の浄化に役立たせることができ、次亜ハロゲン酸の利用効率の高い排水処理システムとなっている。なお、次の陰極側処理工程では逆に残留塩素を低減して排出するようにしている。

（５）有隔膜電解機構２の陽極側領域３に（既述の次亜ハロゲン酸処理槽50へのフィードバック量を考慮して）供給する水量と実質的にほぼ同量を循環流路８から排出側流路（Z）へと最終的に引き出し、放流や再利用のサイクルなどの次工程に供給する。
ここで、陽極側領域３の出口（X）と気液混合槽11の出口（Y）における残留塩素濃度は大体3500ppm前後であるのに対し、陰極側領域４の循環流路８の排出側流路（Z）における残留塩素濃度は2000ppm程度に低減されていた。なお後工程の要求水質に鑑み、薄めた還元剤を排出側流路（Z）の後に添加して残留塩素をさらに低減してもよい。前記残留塩素は陰極側領域４で一旦低減された後であるので、添加する還元剤のランニング・コストは低く処理することができる。一方、陽極側領域３の入口（A）における排水のCODが100ppm程度であったのが、陰極側領域４の循環流路８の排出側流路（Z）においては5ppm以下（推定0ppm）に低減されていた。

（６）前記陰極側領域４は陽極側領域３よりも水圧が高く差圧があるように設定しており、陽極側領域３の有効塩素が隔膜５を通過して陰極側領域４へ浸入することを防止することができる。
陰極側領域４内の陰極電極、陽極側領域３内の陽極電極として、複数本の柱状の電極から成る列が配設されたこととしており、通常の板状電極のような平板状の面ではなく、複数本の柱状の電極から成る列によって三次元的に表面積を拡大し得ることにより、電解効率を増大させることができる。また、排水が板状電極のように電極面に沿った単なる層流としてただ舐めるように流れるのではなく、柱状の電極列の周りを乱流となり流れる方向を複雑に変化させるように挙動することによる排水の攪拌作用によって領域内の混合が促進されることとなる。

さらに、前記柱状の電極は、短尺の電極を長手方向に複数個を連接して形成している。このような短尺の連接構造とすると長尺体と比べてセラミックス製（非溶出性に優れる）とした場合の焼成時の歩留まりが向上する。前記柱状の電極の形状として、円柱状や円筒状、局部放電防止のため角部を滑らかにした断面多角形状、断面楕円形状、球状電極を柱状に連設したものなどを例示することができる。

還元剤ではない他の方法で残留塩素の低減ができ薬剤のランニング・コストを削減でき、種々の排水処理の用途に経済的に適用することができる。

この発明の排水処理方法の実施形態を説明するシステム・フロー図。

符号の説明

１排水
２有隔膜電解機構
３陽極側領域
４陰極側領域
８循環流路
10 塩素ガス分離槽
11 気液混合槽

Claims

排水１を有隔膜電解機構２の陽極側領域３に供給し塩素の共存下で電気分解することによって汚れ成分を分解する陽極側処理工程と、陰極側領域４に供給して残留塩素を低減する陰極側処理工程を有し、前記陰極側領域４には排水の循環流路８が形成され、陽極側領域３からの排水と併せて陰極側領域４へ循環させるようにし、前記陰極側領域４の排水の循環流路8に塩素ガス分離槽10が形成されたことを特徴とする排水処理方法。
前記陽極側領域３と陰極側領域４の間に気液混合槽11が形成され、ここに塩素ガス分離槽10で分離された塩素ガスを供給すると共に、気液混合槽11の排水を処理前の排水１に添加するようにした請求項１記載の排水処理方法。