JP5327856B2 - 水処理方法 - Google Patents
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Description
すなわち、PCBは化学的に非常に安定でかつ電気絶縁性に優れているためコンデンサーや変圧器の絶縁油、熱媒体、機械油など多くの用途に使用されてきたが、その後PCBの毒性が指摘され製造、使用が禁止されていると共にそれまでに製造されたPCBの処理が急務となっており、このPCBの処理方法として、PCB蒸発炉、燃焼炉、急速冷却炉および排ガス処理炉からなる燃焼処理施設による処理や、PCB焼却炉に不活性ガスを充填して爆発を防止しつつ燃焼させ燃焼排ガスを二次燃焼炉で燃焼させる焼却処理方法があるというものであり、確かに一定の効果が期待できるものと考えられる。
しかし、できれば燃焼や焼却を伴わないやり方で無害化の処理をしたい。
(1)この発明の水処理方法は、陽極電極からFe2+イオンが溶出するように有隔膜で電気分解し、前記Fe2+イオンによって被処理水中の処理対象物を還元すると共に、被処理水は陰極側領域にも供給するようにしたことを特徴とする。
前記処理対象物として有機化合物、例えばハロゲン化有機化合物(PCBなどの塩素系のものの他に臭素系のものなどがある)や、無機物質(還元により無効化される有効塩素その他)などを例示することができる。
前記処理対象物がPCBなどのハロゲン化有機化合物の場合、この水処理方法はハロゲン化有機化合物の無害化方法として把握することもできる。すなわち、陽極電極からFe2+イオンが溶出するように有隔膜で電気分解し、前記Fe2+イオンによって被処理水中のハロゲン化有機化合物(処理対象物質)を還元すると共に、被処理水は陰極側領域にも供給するようにしたハロゲン化有機化合物の無害化方法(水処理方法)として捉えることもできる。
具体的には、陽極電極からFe2+イオンが溶出するように有隔膜で電気分解することにより、前記Fe2+イオンによって被処理水中のハロゲン化有機化合物が還元され無害化することができる(有機化合物中のハロゲン原子が水酸基や水素原子などに置換される)。また、被処理水は陰極側領域にも供給するようにしたので、被処理水中のハロゲン化有機化合物は陰極電極から還元作用を受けて無害化せしめることができる。
すなわち、Fe2+イオンによる還元と陰極電極からの還元とによりハロゲン化有機化合物を無害化することができると共に、これらの相乗効果によって無害化効率を向上させることができる。ここで、Fe2+イオンによる処理と陰極側領域での処理はいずれが先としてもよい。すなわち、被処理水を陰極側領域に供給して処理対象物を還元した後、Fe2+イオンによって残余の処理対象物を還元するようにしてもよい。陽極電極からFe2+イオンが溶出するようにするため鉄電極や鉄を含有する電極を用いることができる。陰極電極としてチタン電極や鉄電極を用いることができる。
このように構成すると、ハロゲン化有機化合物などの処理対象物が水に溶解し難い疎水性(親油性)であっても、親水化し水中に相溶させて浄化処理を行うことができる。すなわち、両親媒性溶媒としてプロトン性のものを相溶させるようにすると、プロトン性の両親媒性溶媒(IPAなど)はハロゲン化有機化合物側に疎水基が配位し、水側にプロトン性の親水基(水酸基など)が配位することとなり、ハロゲン化有機化合物と水とを相溶させることができる。また、両親媒性溶媒として非プロトン性のものを相溶させるようにすると、非プロトン性の両親媒性溶媒(DMSOなど)はハロゲン化有機化合物側に疎水基が配位し、水側に非プロトン性の親水基(カルボニル酸素など)が配位することとなり、ハロゲン化有機化合物と水とを相溶させることができる。
つまり、被処理水にプロトン性の両親媒性溶媒又は非プロトン性の両親媒性溶媒のいずれか一方だけでも含有させることにより、ハロゲン化有機化合物を親水化し処理水中に相溶させることができる。
ところで、水とプロトン性の両親媒性溶媒のみ(非プロトン性は配合せず)でハロゲン化有機化合物を相溶させようとするとある程度の量の溶媒が必要となり、水と非プロトン性の両親媒性溶媒のみ(プロトン性は配合せず)でハロゲン化有機化合物を相溶させようとするとある程度の量の溶媒が必要であるが、両親媒性溶媒としてプロトン性のものと非プロトン性のものを共に相溶させると、水側に配位する親水基はプロトン性(水酸基など)か非プロトン性(カルボニル酸素など)かのどちらかだけに偏ることはないので相互間の親和性が増大することとなり、ハロゲン化有機化合物と水との相溶性を向上させることができ、溶媒の量が単独の場合より相対的に少ない場合でもハロゲン化有機化合物を相溶させることができる。両親媒性溶媒は、ハロゲン化有機化合物を水中に導入するという積極的な意義の他に浄化されるべき有機成分としての消極的な一面を有しており、その量を少なくできると最終的な浄化度(TOCやCOD)の向上に寄与することができる。
また、分子間力により会合するハロゲン化有機化合物相互間に両親媒性溶媒(IPA、DMSOなど)と水が介在し相溶させた状態で処理(Fe2+イオンによる還元や、次亜塩素酸などの酸化剤による酸化や電気分解)することとなり、ハロゲン化有機化合物の分子の相互間は分離・離反され元々の集合が細分化された状態で周囲から還元作用(や酸化作用)をダイレクトに受けられるという利点がある。
(3)汚染土壌を洗浄する洗浄工程と、前記洗浄水を被処理水として前記(1)項のように水処理する還元工程とを有するようにしてもよい。
このように構成すると、PCBやダイオキシンなどのハロゲン化有機化合物で汚染された土壌の洗浄水を還元して脱ハロゲン化することにより無害化することができる。また、この無害化処理をした後の有機化合物に次亜塩素酸を添加して酸化したり電気分解機構で酸化したりすることにより、最終的にCO2等へと分解することができる。
(4)汚染土壌の地下水を汲み上げる汲み上げ工程と、汲み上げた地下水を被処理水として前記(1)項のように水処理する還元工程と、処理後の被処理水を土壌に浸透するように供給する供給工程とを有するようにしてもよい。
このように構成すると土壌の現場洗浄を行うことができ、例えば先ず土壌を掘削して(掘削処理)これを洗浄し(洗浄処理)次いでこの洗浄水を抽出し(抽出処理)更に洗浄水を無害化する(無害化処理)という重複した手間を省力化することができる。汚染土壌の地下水を汲み上げる汲み上げ工程ではポンプを用いることができる。また、土壌洗浄の進行度合は汲み上げた地下水(土壌の浸透水が流入してくる)の清浄度分析(有機物分析や金属類分析)で判断することができる。
ここで被処理水の土壌への供給工程で、所定の領域を区画する矢板を打っておいて該区画上に被処理水を一定量貯留するようにすると(四周を囲む矢板を壁板とする)、被処理水の重量をヘッド圧(土壌への押圧力)として土壌への水の浸透性を高めることができ土壌洗浄を促進することができる。前記区画の処理が終了したら順次隣接する区画へと移行していくようにすればよい。
Fe2+イオンによる還元と陰極電極からの還元とによりハロゲン化有機化合物などの処理対象物を無害化乃至無効化せしめることができるので、燃焼や焼却を伴わないでも無害化等することができる水処理方法を提供することができる。
図1に示すように、この実施形態のハロゲン化有機化合物(PCB)の無害化方法(水処理方法)は、陽極電極1(陽極側領域2の鉄電極)からFe2+イオンが溶出するように有隔膜3で電気分解し、前記Fe2+イオンによって被処理水4中のハロゲン化有機化合物(処理対象物)を還元すると共に、被処理水4は陰極側領域5にも供給するようにしている。
前記被処理水4には食塩を添加し導電性を付与して電気分解するようにしており、陽極電極1からFe2+イオンが溶出する(共立理化学研究所製の試薬を用いたUV分光光度計の測定によりFe2+イオンの溶出が確認された)。なお、電気分解では前記Fe2+イオンの溶出反応が優先して起こるため、陽極電極1で塩素イオンCl−から塩素Cl2が生成し、陰極電極6から水酸基OH−と水素H2とが生成し、前記塩素Cl2と水酸基OH−とが遭遇して次亜塩素酸HOClが生成する副反応は抑えられたものとなっている(残留塩素濃度を測定すると1ppm以下の低濃度であった)。
Fe2+イオンによる処理と陰極側領域5での処理はいずれが先としてもよいが、この実施形態では被処理水4は先に陽極側領域2(Fe2+イオンが溶出する)に供給し、次いで陰極側領域5(陰極電極が還元作用を有する)に供給するようにした。
前記被処理水4には硫酸鉄(FeSO4)、塩化鉄(FeCl2)、硝酸鉄(Fe(NO3)2)などの電解質を添加することもできる。これらを添加すると陽極から溶出したFe2+イオンのみならず、硫酸鉄などが電離して生成した還元性のFe2+イオンによってもハロゲン化有機化合物(処理対象物)が還元されることとなり処理効率が向上することとなる。
なお、陰極電極6にも鉄電極を用い且つ一定時間毎に電極の極性を変換することにより、電極の表面に酸化被膜が形成され処理効率が低下してしまう弊害を、還元性のFe2+イオンによって緩和するようにしてもよい。
陽極電極1からFe2+イオンが溶出するように有隔膜3で電気分解することにより、前記Fe2+イオンによって被処理水4中の処理対象物たるハロゲン化有機化合物(PCB)が還元され無害化することができる(有機化合物中のハロゲン原子が水酸基や水素原子などに置換される)。また、被処理水4は陰極側領域5にも供給するようにしたので、被処理水4中のハロゲン化有機化合物は陰極電極から還元作用を受けて無害化せしめることができる。
このように、Fe2+イオンによる還元と陰極電極からの還元とによりハロゲン化有機化合物を無害化することができるので、燃焼や焼却を伴わないでも無害化することができるという利点がある。
また、Fe2+イオンによる還元と陰極電極からの還元との相乗効果によって、無害化効率を向上させることができるという利点がある。
さらに、前記被処理水4にプロトン性の両親媒性溶媒及び非プロトン性の両親媒性溶媒を含有させるようにしているので、ハロゲン化有機化合物が水に溶解し難い疎水性であっても水中に相溶させて浄化処理を行うことができるという利点がある。
・PCBが還元(無害化)された有機化合物の置換体を次に電気分解機構に送り、該電解時のOH・ラジカルや次亜塩素酸(HOCl)により酸化分解せしめて最終的にCO2となるようにすることができる。すなわち、PCBを一旦還元して無害な有機化合物の置換体に変換し、その後電気分解機構で酸化作用を及ぼすことによって最終的にCO2とすることができる。
・Fe2+イオンは溶存酸素などの酸化性物質により酸化されてFe3+イオンになり易い性質を有するが、この実施形態では陽極電極1からリアルタイムでFe2+イオンを供給することができ継続的な処理に優れるという利点がある。ここで被処理水4の性状に応じてキレート剤(例えばEDTAやL−アスコルビン酸)を添加することにより、Fe2+イオンの安定性を向上させ早期に酸化されてしまうことを抑制することもできる。
・本発明では還元性のFe2+イオンが存在する雰囲気であるので、電解装置の金属部分の腐食の進行を抑制できるという利点がある。
・Fe2+イオンにより被処理水中の硝酸や亜硝酸(本発明の処理対象物)を還元してアンモニア態窒素とし、次工程で次亜塩素酸の添加や電気分解機構での酸化により窒素N2へと変換することができる。
・Fe2+イオンが酸化された後のFe3+イオンを利用し、被処理水4中に溶存するリン酸イオンをリン酸鉄(FePO4)の形態とし濾過して系外へと除去することができる。
・Fe2+イオンは残留塩素を還元して無効化する作用を有するので、塩素雰囲気下(次亜塩素酸や塩素Cl2が共存)における有機化合物の酸化分解後に、余剰の残留塩素(本発明の処理対象物)を本発明のFe2+イオンと陰極側領域5との相乗作用によって効率的に低減することができる。
・空気中のVOCガスをスクラバーにより水中に移行せしめ、これを本発明の被処理水4とすることにより塩素臭、硫化水素、メチルメルカプタン、スカトール、インドール、ホルムアルデヒドなどを還元して脱臭することができる。ここで、VOCガスをスクラバーにより水中に移行せしめる際の噴霧水に上記プロトン性の両親媒性溶媒と非プロトン性の両親媒性溶媒を含有させるようにすると該ガスの吸着能が高まるという利点がある。
3 有隔膜
4 被処理水
5 陰極側領域
Claims (3)
- 陽極電極(1)からFe2+イオンが溶出するように有隔膜(3)で電気分解し、前記Fe2+イオンによって被処理水(4)中の処理対象物を還元し、次いで被処理水(4)を陰極側領域(5)に供給するようにし、前記被処理水(4)にプロトン性の両親媒性溶媒又は/及び非プロトン性の両親媒性溶媒を含有させるようにしたことを特徴とする水処理方法。
- 汚染土壌を洗浄する洗浄工程と、前記洗浄水を被処理水(4)として処理する還元工程とを有する請求項1記載の水処理方法。
- 汚染土壌の地下水を汲み上げる汲み上げ工程と、汲み上げた地下水を被処理水(4)として処理する還元工程と、処理後の被処理水(4)を土壌に浸透するように供給する供給工程とを有する請求項1記載の水処理方法。
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