JP6166963B2

JP6166963B2 - 無隔膜電解の前処理方法、並びに水処理システム及び水処理方法

Info

Publication number: JP6166963B2
Application number: JP2013130183A
Authority: JP
Inventors: 典敏田村
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2017-07-19
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: JP2015003302A

Description

本発明は、無隔膜電解の前処理方法、並びに水処理システム及び水処理方法に関し、特に、無隔膜電解の処理対象となる溶液からカルシウムイオン（Ｃａ²⁺）を除去する前処理方法、並びに無隔膜電解を用いた水処理システム及び水処理方法に関する。

近年、窒素成分による水質汚濁が問題視されており、環境負荷を低減する目的から無隔膜電解を用いた水処理システムが実用化されている。このような水処理システムでは、処理対象となる溶液に対して無隔膜電解を行うことにより、処理に必要な次亜塩素酸ソーダを生成して溶液に添加することで、溶液中の窒素成分の濃度を低減する。

ところで、カルシウムイオンを含む溶液に対して無隔膜電解を行うと、無隔膜電解を行う電解槽の電極にカルシウムスケールが付着し、安定運転が阻害されるという問題があった。そのため、従来は、溶液に炭酸ナトリウム等の薬剤を添加し、溶液中のカルシウムイオンを除去する方法が一般的に用いられる。

特開２００２−１１４６６号公報

しかし、上記の方法では、多量の炭酸ナトリウムを添加する必要があるため、薬剤コストが嵩み、運転コストが高騰するという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えながら、安定して水処理システムを運転することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、カルシウムイオン、ナトリウムイオン及び塩化物イオンを含む水処理システムからの放流水を活性炭吸着処理し、活性炭吸着処理後の該放流水と、両性イオン交換樹脂を再生させる再生水とを、母体の同一官能基鎖中に四級アンモニウム基とカルボン酸基を有する両性イオン交換樹脂に交互に連続的に供給することで、前記放流水をカルシウムイオンを含む溶液とカルシウムイオンが除去された溶液とに分離し、前記カルシウムイオンが除去された溶液を無隔膜電解を行う電解槽に供給することを特徴とする。

本発明によれば、無隔膜電解を行う電解槽に導入される溶液中のカルシウムイオンを両性イオン交換樹脂で除去するため、従来必要とされた炭酸ナトリウム等の薬剤を添加しなくとも電解槽の電極へのカルシウムスケールの付着を抑制することができ、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えながら、安定して水処理システムを運転することができる。また、両性イオン交換樹脂を小型化することができると共に、両性イオン交換樹脂での処理に必要な工水の量を低減することができる。

上記無隔膜電解の前処理において、前記カルシウムイオンが除去された溶液のカルシウムイオン濃度を２００ｍｇ／ｌ以下とすることで、電解槽の電極へのスケール付着を効果的に抑制することができる。

また、本発明の水処理システムは、溶液中の鉛とＣＯＤの成分を吸着する活性炭吸着処理設備と、母体の同一官能基鎖中に四級アンモニウム基とカルボン酸基を有し、カルシウムイオン、ナトリウムイオン及び塩化物イオンを含む溶液から該カルシウムイオンを除去する両性イオン交換樹脂と、該両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンが除去された溶液に対して無隔膜電解を行う電解槽とを備え、水処理システムからの放流水を活性炭吸着処理し、活性炭吸着処理後の放流水を前記両性イオン交換樹脂に通過させた後、前記電解槽で無隔膜電解を行い、該電解槽の処理液を水処理システムにおける水処理薬剤として用いることを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えながら、安定して水処理システムを運転することができる。また、両性イオン交換樹脂を小型化することができると共に、両性イオン交換樹脂での処理に必要な工水の量を低減することができる。

また、本発明の水処理方法は、水処理システムからの放流水を活性炭吸着処理し、活性炭吸着処理後の放流水を母体の同一官能基鎖中に四級アンモニウム基とカルボン酸基を有する両性イオン交換樹脂に通過させることによってカルシウムイオン、ナトリウムイオン及び塩化物イオンを含む前記放流水の一部から該カルシウムイオンを除去し、該両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンが除去された溶液に対して、電解槽で無隔膜電解を行うことによって次亜塩素酸ソーダを発生させ、該次亜塩素酸ソーダを含む前記電解槽の処理液を水処理薬剤として用いることを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えながら、安定して水処理システムを運転することができる。また、両性イオン交換樹脂を小型化することができると共に、両性イオン交換樹脂での処理に必要な工水の量を低減することができる。

以上のように、本発明によれば、薬剤コストを含む運転コストを低く抑えながら、安定して水処理システムを運転することが可能になる。

本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したし尿処理施設の一例を示すブロック図である。両性イオン交換樹脂を用いた無隔膜電解の前処理について説明するための概略図である。本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したし尿処理施設の他の例を示すブロック図である。本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したメタン発酵施設の一例を示すブロック図である。本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したメタン発酵施設の他の例を示すブロック図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したし尿処理施設を示し、このし尿処理施設１０は、図示しないし尿浄化槽から排出された汚泥からし尿以外の混入物であるし渣類を除去する前処理設備１と、前処理設備１で前処理されたし尿等からＢＯＤ（Biochemical Oxygen Demand）や窒素成分を処理する生物処理設備２と、生物処理設備２から排出された溶液Ｌ１からカルシウムイオンを除去する両性イオン交換樹脂４と、両性イオン交換樹脂４から排出された、カルシウムイオンが除去されたＣａ除去水Ｌ２を無隔膜電解して次亜塩素酸ソーダを生成する電解槽５と、生物処理設備２から排出された溶液に電解槽５から排出された次亜塩素酸ソーダを含む電解処理液Ｌ４を水処理薬剤として添加する混和凝集処理設備６と、混和膜７と、混和膜７から排出された溶液から色度成分等を吸着除去し、公共用水域への放流が可能な放流水として排出する活性炭吸着処理設備８と、生物処理設備２や混和膜７で分離された汚泥を処理する汚泥処理設備９とを備える。

両性イオン交換樹脂４は、生物処理設備２から排出された溶液Ｌ１に含まれるカルシウムを除去するために備えられる。両性イオン交換樹脂とは、母体を架橋ポリスチレン等とし、同一官能基鎖中に四級アンモニウム基とカルボン酸基等を持たせて、陽イオン及び陰イオンの両方とイオン交換させる機能を持たせた樹脂である。例えば、三菱化学株式会社製の両性イオン交換樹脂、ダイヤイオン（登録商標）、ＡＭＰ０３を用いることができる。この両性イオン交換樹脂４は、水溶液中の電解質と非電解質の分離を行うことができると共に、電解質の相互分離を行うこともできる。

電解槽５は、無隔膜電解を行うことができる電解槽であり、槽の内部に陽極板及び陰極板が設けられ、両極間を仕切る隔膜が存在しない。電解槽５では、供給されたＣａ除去水Ｌ２が電解され、陽極で塩素が、陰極では水素が発生し、水酸イオンが生成される。陰極側では、ナトリウムイオンと水酸イオンで苛性ソーダが生成され、陽極で生じた塩素と陰極で生じた苛性ソーダが反応して次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）が生成される。生成された次亜塩素酸ソーダは、このし尿処理施設１０における水処理薬剤として用いられる。

次に、電解槽５による無隔膜電解を行う場合の溶液に対する両性イオン交換樹脂４による前処理について、図２を参照して具体的に説明する。

両性イオン交換樹脂４は、バッチ処理を連続的に行うものであり、予め水を充填し、その後、生物処理設備２から両性イオン交換樹脂４に溶液Ｌ１を導入し、次に両性イオン交換樹脂４の再生を行うための工水（再生水）ＩＷを導入する。すると、まずカルシウムイオンが除去されたＣａ除去水Ｌ２が排出され、その後、カルシウム成分を含むＣａ含有水（ＣａＣｌ₂水）Ｌ３が時間経過と共にこの順序で排出される。尚、両性イオン交換樹脂４に導入される溶液Ｌ１は、ろ過等により固形分を含まない水とする。

ここで、Ｃａ除去水Ｌ２を電解槽５で無隔膜電解すると、Ｃａ除去水Ｌ２に残留するカルシウムイオンにより、電解槽５の電極にカルシウムスケールが付着する。このカルシウムスケールは、電解槽５における電解反応を妨害し、電解槽５の運転可能時間に影響を与えるため、Ｃａ除去水Ｌ２に残留するカルシウムイオンの濃度は、可能な限り低くすることが好ましく、例えば、２００ｍｇ／ｌ以下とすることが好ましい。また、両性イオン交換樹脂４に導入される溶液Ｌ１の通過量は、後述する電解槽５で生成される次亜塩素酸ソーダの必要量に応じて決定される。

両性イオン交換樹脂４から排出されたＣａ除去水Ｌ２は、電解槽５に導入され、電解槽５における無隔膜電解によって次亜塩素酸ソーダが生成され、この次亜塩素酸ソーダを含む電解処理液Ｌ４が排出され、この電解処理液Ｌ４を利用して混和凝集処理設備６で脱窒素処理を行う。また、両性イオン交換樹脂４から排出されたＣａＣｌ₂水Ｌ３は、放流される。

次に、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したし尿処理施設の他の例について、図３を参照して説明する。尚、図１に示すし尿処理施設１０と共通する部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

し尿処理施設１００は、前処理設備１、生物処理設備２、両性イオン交換樹脂１４、電解槽５、混和凝集処理設備６、混和膜７、活性炭吸着処理設備８及び汚泥処理設備９を備える。このし尿処理施設１００においては、活性炭吸着処理設備８から排出される放流水Ｌ５を両性イオン交換樹脂１４に導入する点で、図１に示すし尿処理施設１０と異なる。

両性イオン交換樹脂１４は、活性炭吸着処理設備８から排出された放流水Ｌ５からカルシウムイオンを除去し、Ｃａ除去水Ｌ６及びＣａＣｌ₂水Ｌ７をバッチ処理的に排出する。電解槽５は、両性イオン交換樹脂１４から排出されたＣａ除去水Ｌ６を無隔膜電解して次亜塩素酸ソーダを生成し、次亜塩素酸ソーダを含む電解処理液Ｌ８を排出する。

ここで、両性イオン交換樹脂１４には、活性炭吸着処理後の放流水Ｌ５が導入されるので、図１に示す両性イオン交換樹脂４に導入される溶液Ｌ１と比較して、溶液（放流水Ｌ５）中の鉛やＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand）等の成分が少ない。そのため、両性イオン交換樹脂４と同サイズの両性イオン交換樹脂１４を用いた場合には、処理量が増加する。すなわち、両性イオン交換樹脂４と同じ処理量を必要とする場合には、両性イオン交換樹脂１４を小型化することができる。また、両性イオン交換樹脂１４での処理に必要な工水ＩＷの量についても、図１に示す場合と比較して少なくすることができる。

上述の例では、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態をし尿処理施設に適用した場合について説明したが、これに限られず、他の廃棄物処理施設、例えば、有機性廃棄物からメタンガスを生成するメタン発酵施設に適用することもできる。

図４は、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したメタン発酵施設の一例を示し、このメタン発酵施設２０は、有機性廃棄物である廃水が導入され、メタンガスを生成するメタン発酵槽２１と、メタン発酵槽２１から排出された消化汚泥を溶液Ｌ１１及び汚泥に固液分離する固液分離設備２２と、固液分離設備２２から排出された溶液Ｌ１１からカルシウムイオンを除去する両性イオン交換樹脂２３と、両性イオン交換樹脂２３から排出された、カルシウムイオンが除去されたＣａ除去水Ｌ１２を無隔膜電解して次亜塩素酸ソーダを生成する電解処理設備（電解槽）２４と、電解処理設備２４から排出された電解処理液Ｌ１４に対して生物学的脱窒素法等を利用して脱窒素処理を行う生物処理設備２５と、固液分離設備２２から排出された汚泥を堆肥化する堆肥化設備２６とを備える。

両性イオン交換樹脂２３は、図１及び図３に示す両性イオン交換樹脂４と同様に、固液分離設備２２から排出された溶液Ｌ１１からカルシウムイオンを除去し、Ｃａ除去水Ｌ１２及びＣａＣｌ₂水Ｌ１３をバッチ処理的に排出する。

電解処理設備２４は、図１及び図３に示す電解槽５と同様に、無隔膜電解を行うことができる電解槽である。電解処理設備２４は、両性イオン交換樹脂２３から排出されたＣａ除去水Ｌ１２を無隔膜電解して次亜塩素酸ソーダを生成し、次亜塩素酸ソーダを含む電解処理液Ｌ１４を排出する。電解処理設備２４では、生成された次亜塩素酸ソーダにより、電解処理液Ｌ１４中の窒素成分を除去することができる。

次に、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法の一実施の形態を適用したメタン発酵施設の他の例について、図５を参照して説明する。尚、図４に示すメタン発酵施設２０と共通する部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

メタン発酵施設２００は、メタン発酵槽２１、固液分離設備２２、両性イオン交換樹脂３３、電解槽３４、生物処理設備２５及び堆肥化設備２６を備える。このメタン発酵施設２００においては、生物処理設備２５から排出される放流水Ｌ１５を両性イオン交換樹脂３３に導入する点で、図４に示すメタン発酵施設２０と異なる。

両性イオン交換樹脂３３は、生物処理設備２５から排出された放流水Ｌ１５からカルシウムイオンを除去し、Ｃａ除去水Ｌ１６及びＣａＣｌ₂水Ｌ１７をバッチ処理的に排出する。電解槽３４は、両性イオン交換樹脂３３から排出されたＣａ除去水Ｌ１６を無隔膜電解して次亜塩素酸ソーダを生成し、次亜塩素酸ソーダを含む電解処理液Ｌ１８を排出する。

ここで、両性イオン交換樹脂３３においては、図３に示す両性イオン交換樹脂１４と同様に放流水Ｌ１５が導入されるため、図４に示す両性イオン交換樹脂２３と比較して、両性イオン交換樹脂３３を小型化することができる。また、両性イオン交換樹脂３３での処理に必要な工水ＩＷの量についても、図４に示す場合と比較して少なくすることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、溶液中のカルシウムイオンを除去するために両性イオン交換樹脂を用いるため、従来のようにカルシウムイオンを除去する際に溶液中に添加される炭酸ナトリウム等の薬剤が不要となり、薬剤コストを含む運転コストを低減することができる。

また、両性イオン交換樹脂を用いてカルシウムイオンを適切に除去するため、電解槽の電極へのスケール付着を最小限に留めることができ、電解槽の清掃等のメンテナンスの頻度を抑制すると共に、水処理システムの安定運転を行うことができる。

尚、上記実施の形態においては、本発明に係る無隔膜電解の前処理方法をし尿処理施設やメタン発酵施設に適用した場合を説明したが、その他の水処理システムに適用してもよく、両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンを除去した溶液を無隔膜電解し、電解槽で生成した次亜塩素酸ソーダを窒素成分の除去等に利用して種々の水処理を行うことができる。

１前処理設備
２生物処理設備
４、１４両性イオン交換樹脂
５電解槽
６混和凝集処理設備
７混和膜
８活性炭吸着処理設備
９汚泥処理設備
１０、１００し尿処理施設
２０、２００メタン発酵施設
２１メタン発酵槽
２２固液分離設備
２３、３３両性イオン交換樹脂
２４電解処理設備（電解槽）
２５生物処理設備
２６堆肥化設備
３４電解槽

Claims

カルシウムイオン、ナトリウムイオン及び塩化物イオンを含む水処理システムからの放流水を活性炭吸着処理し、活性炭吸着処理後の該放流水と、両性イオン交換樹脂を再生させる再生水とを、母体の同一官能基鎖中に四級アンモニウム基とカルボン酸基を有する両性イオン交換樹脂に交互に連続的に供給することで、前記放流水をカルシウムイオンを含む溶液とカルシウムイオンが除去された溶液とに分離し、前記カルシウムイオンが除去された溶液を無隔膜電解を行う電解槽に供給することを特徴とする無隔膜電解の前処理方法。
前記カルシウムイオンが除去された溶液のカルシウムイオン濃度を２００ｍｇ／ｌ以下とすることを特徴とする請求項１に記載の無隔膜電解の前処理方法。
溶液中の鉛とＣＯＤの成分を吸着する活性炭吸着処理設備と、
母体の同一官能基鎖中に四級アンモニウム基とカルボン酸基を有し、カルシウムイオン、ナトリウムイオン及び塩化物イオンを含む溶液から該カルシウムイオンを除去する両性イオン交換樹脂と、
該両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンが除去された溶液に対して無隔膜電解を行う電解槽とを備え、
水処理システムからの放流水を活性炭吸着処理し、活性炭吸着処理後の放流水を前記両性イオン交換樹脂に通過させた後、前記電解槽で無隔膜電解を行い、該電解槽の処理液を水処理システムにおける水処理薬剤として用いることを特徴とする水処理システム。
水処理システムからの放流水を活性炭吸着処理し、
活性炭吸着処理後の放流水を母体の同一官能基鎖中に四級アンモニウム基とカルボン酸基を有する両性イオン交換樹脂に通過させることによってカルシウムイオン、ナトリウムイオン及び塩化物イオンを含む前記放流水の一部から該カルシウムイオンを除去し、
該両性イオン交換樹脂によってカルシウムイオンが除去された溶液に対して、電解槽で無隔膜電解を行うことによって次亜塩素酸ソーダを発生させ、
該次亜塩素酸ソーダを含む前記電解槽の処理液を水処理薬剤として用いることを特徴とする水処理方法。