JP7279993B2 - Method for treating nitrogen oxides - Google Patents

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本発明は、被処理水中の酸化態窒素成分を電気分解により除去する処理方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a treatment method for removing oxidized nitrogen components in water to be treated by electrolysis.

排水中に含まれる硝酸性窒素の処理方法としては、微生物の脱窒能を利用した生物学的処理方法や、イオン交換法、逆浸透法、電気透析法等の物理化学的処理方法、電気分解を利用した電気化学的処理方法等がある。 Methods for treating nitrate nitrogen contained in wastewater include biological treatment methods that utilize the denitrifying ability of microorganisms, physicochemical treatment methods such as ion exchange, reverse osmosis, and electrodialysis, and electrolysis. There is an electrochemical treatment method using

生物学的処理方法は、ランニングコストが安価で最も普及している方法であるが、反応速度が小さいため、大量の排水を処理するためには大型の処理装置を必要とする。また、この生物学的処理方法は、約1g/L以上の高濃度の硝酸性窒素を含有する排水に適用することは難しく、排水中の硝酸性窒素濃度の変化等に基づく処理装置に対する負荷の変動によって処理性能が不安定になり易い。 The biological treatment method is the most widely used method due to its low running cost, but its slow reaction rate requires large-scale treatment equipment to treat a large amount of wastewater. In addition, this biological treatment method is difficult to apply to wastewater containing nitrate nitrogen at a high concentration of about 1 g/L or more, and the load on the treatment equipment due to changes in the concentration of nitrate nitrogen in the wastewater. Fluctuations tend to destabilize processing performance.

物理化学的処理方法は、処理装置を小型化でき、確実な処理が期待できる方法である。しかしながら、この方法は水中の窒素を分離・濃縮する方法であるため、最終的に窒素が濃縮された液の処理が別途必要となり、根本的に窒素を処理していることにならない。 The physicochemical treatment method is a method that can reduce the size of the treatment apparatus and can be expected to perform reliable treatment. However, since this method is a method of separating and concentrating nitrogen in water, it is necessary to separately treat the liquid in which nitrogen is finally concentrated, and the nitrogen is fundamentally not treated.

電気分解を利用した電気化学的処理方法は、窒素成分を根本的に処理する方法であり、装置の大きさに対して処理能力が比較的大きく、高濃度の窒素を含有する排水に対して適用可能で、窒素濃度の変化等に基づく処理装置に対する負荷の変動に対して安定な処理が期待される。 The electrochemical treatment method using electrolysis is a method of fundamentally treating nitrogen components, and the treatment capacity is relatively large compared to the size of the equipment, and it is applicable to wastewater containing high concentrations of nitrogen. It is possible, and stable treatment is expected against fluctuations in the load on the treatment equipment based on changes in nitrogen concentration and the like.

しかしながら、従来の電気化学的窒素の処理方法のうち、特に硝酸態、亜硝酸態等の酸化態窒素の処理方法に関しては、硝酸態、亜硝酸態窒素の還元を行う陰極の耐久性(耐食性)と、陽極と陰極とを区画する隔膜等を必要とすることに課題があった。 However, among the conventional electrochemical nitrogen treatment methods, especially with respect to the treatment of oxidized nitrogen such as nitrate and nitrite, the durability (corrosion resistance) of the cathode that reduces the nitrate and nitrite nitrogen is Another problem is that a diaphragm or the like is required to separate the anode and the cathode.

そこで本発明者らは、このような従来の実情から、例えば排水等の被処理水中の酸化態窒素を電気化学的に還元して除去する処理等を行うに際して、その電極を構成する金属成分が溶液中に溶出することを防止して、効果的かつ効率的な電解処理を行うことができる酸化態窒素処理方法を提供している(特許文献1)。 Therefore, the inventors of the present invention have found that the metal component constituting the electrode is a A nitrogen oxide treatment method capable of preventing elution into a solution and performing an effective and efficient electrolytic treatment is provided (Patent Document 1).

具体的に、特許文献1の実施例において硝酸性窒素を分解した例が記載されており、硝酸性窒素が有効に分解されていることを示している。 Specifically, an example in which nitrate nitrogen is decomposed is described in Examples of Patent Document 1, and it is shown that nitrate nitrogen is effectively decomposed.

ところが、分解が進み、硝酸性窒素濃度が概ね500mg/Lを下回った領域では分解速度が低下していることがわかる。これは、低濃度領域で電流効率が低下することに起因するものであり、このことが全体の電流効率を低下させる原因となる。 However, it can be seen that the decomposition progressed and the decomposition rate decreased in the region where the nitrate nitrogen concentration was generally below 500 mg/L. This is due to the decrease in current efficiency in the low-concentration region, which causes the overall current efficiency to decrease.

また、特許文献2には、効率的な硝酸の還元を行うために、Fe2+を添加して処理する方法が提案されている。特許文献2の図6には、塩化物イオンを共存させ不溶性電極を用いて処理した事例が紹介されているが、初期硝酸性窒素濃度420mg/L(0.03mM-N)の被処理水に対して2000mg/L(2g/L)もの高濃度の鉄が添加されている上に、この事例から算出される硝酸還元に関する電流効率はおよそ10%と低い値となっている。また、Fe3+ではなくFe2+を添加するということは、後述する反応式5によって硝酸を還元するための還元剤として意図されており、低い電流効率であるところへ直接的に還元剤を添加して低い電流効率を補填する意図があると考えられる。 Further, Patent Document 2 proposes a method in which Fe 2+ is added for treatment in order to efficiently reduce nitric acid. FIG. 6 of Patent Document 2 introduces an example of treatment using an insoluble electrode in which chloride ions coexist. On the other hand, iron is added at a high concentration of 2000 mg/L (2 g/L), and the current efficiency for nitrate reduction calculated from this example is a low value of approximately 10%. In addition, the addition of Fe 2+ instead of Fe 3+ is intended as a reducing agent for reducing nitric acid according to reaction formula 5 described later, and the reducing agent is added directly to a place where the current efficiency is low. is intended to compensate for the low current efficiency.

また、特許文献3には、窒素成分含有溶液中に塩化物イオンと銅イオンと鉄イオンとを共存させた状態で電気分解することにより、当該窒素成分含有溶液中の窒素成分を低減することができると記載されている。特許文献3に記載の技術において、銅イオンの役割は塩素ガス発生の抑制とアンモニア分解速度の遅延とされている。アンモニア分解速度を遅延させることは、陽極側で生成した次亜塩素酸が銅の酸化に消費されて、その分アンモニアの酸化には用いられないことを意味している。このとき、陰極での硝酸還元が律速となっていて次亜塩素酸が余剰となっている場合には問題ないものの、硝酸とアンモニアが共存しておりアンモニアの方が過剰に存在している場合には、次亜塩素酸の生成が律速となる。ところが、その場合に、次亜塩素酸がアンモニア酸化以外の反応で消費されることは、トータルの効率低下を招くという弊害がある。 Further, in Patent Document 3, it is possible to reduce the nitrogen component in the nitrogen component-containing solution by electrolyzing the nitrogen component-containing solution in a state in which chloride ions, copper ions, and iron ions coexist. It is stated that it is possible. In the technique described in Patent Document 3, the role of copper ions is to suppress the generation of chlorine gas and delay the ammonia decomposition rate. Delaying the rate of decomposition of ammonia means that the hypochlorous acid produced on the anode side is consumed in the oxidation of copper and not used in the oxidation of ammonia. At this time, there is no problem if nitric acid reduction at the cathode is rate-limiting and hypochlorous acid is in excess, but if nitric acid and ammonia coexist and ammonia is present in excess In this case, the production of hypochlorous acid is rate-limiting. However, in that case, the consumption of hypochlorous acid in reactions other than ammonia oxidation has the adverse effect of causing a decrease in total efficiency.

さらに、特許文献3には、鉄イオンを単独で存在させた場合には銅イオンを単独で存在させた場合ほどには効果がなく、鉄イオンと銅イオンとが共存した場合に効果を発揮する旨の記載がある。このことからすると、作用効果を奏するための主要因は、銅イオンの存在が必須であることを意味しているといえる。 Furthermore, in Patent Document 3, when iron ions are present alone, the effect is not as great as when copper ions are present alone, and the effect is exhibited when iron ions and copper ions coexist. There is a description to that effect. From this, it can be said that the main factor for exhibiting the action and effect is the essential presence of copper ions.

特開2013-252508号公報JP 2013-252508 A 特開2001-252667号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-252667 特開2009-34633号公報JP-A-2009-34633

本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、排水等の被処理水中の酸化態窒素を電気化学的に還元して除去する処理等に際して、酸化態窒素が低濃度である領域においても効率的な電解処理を行うことができる酸化態窒素の処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such circumstances. It is an object of the present invention to provide a method for treating nitrogen oxides, which enables efficient electrolytic treatment even in a region.

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、酸化態窒素成分を含む被処理水に、鉄塩、銅塩、及びニッケル塩から選ばれる1種以上の触媒を添加することで、酸化態窒素が低濃度である領域においても効率的な電解処理を行って酸化態窒素を分解除去できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that by adding one or more catalysts selected from iron salts, copper salts, and nickel salts to the water to be treated containing oxide nitrogen components, the oxide nitrogen is reduced. The present inventors have found that nitrogen oxides can be decomposed and removed by efficient electrolytic treatment even in a low-concentration region, leading to the completion of the present invention.

(1)本発明の第1の発明は、塩化物イオンを含む被処理水中の酸化態窒素成分を電気分解によって除去する酸化態窒素の処理方法であって、前記被処理水に、鉄塩、銅塩、及びニッケル塩から選ばれる1種以上の触媒を添加する、酸化態窒素の処理方法である。 (1) A first aspect of the present invention is a method for treating nitrogen oxides by electrolyzing an oxide nitrogen component in water to be treated containing chloride ions, wherein the water to be treated contains an iron salt, A method for treating nitrogen oxides by adding one or more catalysts selected from copper salts and nickel salts.

(2)本発明の第2の発明は、第2の発明において、前記酸化態窒素の濃度が1000mg/L以下の被処理水に、前記触媒を添加する、酸化態窒素の処理方法である。 (2) A second invention of the present invention is the nitrogen oxide treatment method according to the second invention, wherein the catalyst is added to the water to be treated having a nitrogen oxide concentration of 1000 mg/L or less.

(3)本発明の第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記触媒として、少なくとも鉄塩を用いる、酸化態窒素の処理方法である。 (3) A third aspect of the present invention is the method for treating nitrogen oxides according to the first or second aspect, wherein at least an iron salt is used as the catalyst.

(4)本発明の第4の発明は、第1乃至第3のいずれかの発明において、前記被処理水中の前記触媒の濃度が金属濃度として5mg/L~100mg/Lとなるように添加する、酸化態窒素の処理方法である。 (4) A fourth aspect of the present invention is, in any one of the first to third aspects, the catalyst is added so that the concentration of the catalyst in the water to be treated is 5 mg/L to 100 mg/L as a metal concentration. , a method for treating nitrogen oxides.

(5)本発明の第5の発明は、第1乃至第4のいずれかの発明において、陽極として不溶性電極を用いる、酸化態窒素の処理方法である。 (5) A fifth aspect of the present invention is a method for treating nitrogen oxides according to any one of the first to fourth aspects, wherein an insoluble electrode is used as the anode.

(6)本発明の第6の発明は、第1乃至第5のいずれかの発明において、陰極として硝酸還元能を有する電極を用いる、酸化態窒素の処理方法である。 (6) A sixth invention of the present invention is a method for treating nitrogen oxides according to any one of the first to fifth inventions, wherein an electrode having nitric acid reducing ability is used as a cathode.

(7)本発明の第7の発明は、第6の発明において、前記陰極は、その表面に、周期律表の第8族~第13族の金属又はその金属を主成分とする合金を含む、酸化態窒素の処理方法である。 (7) In a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the cathode includes, on its surface, a metal of groups 8 to 13 of the periodic table or an alloy containing the metal as a main component. , a method for treating nitrogen oxides.

(8)本発明の第8の発明は、第7の発明において、前記陰極は、その表面に、少なくとも鉄を含む鉄系合金、及び少なくともニッケルを含むニッケル系合金から選ばれる合金を1種以上含む、酸化態窒素の処理方法である。 (8) In an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the cathode has, on its surface, one or more alloys selected from iron-based alloys containing at least iron and nickel-based alloys containing at least nickel. It is a method for treating nitrogen oxides, including.

(9)本発明の第9の発明は、第8の発明において、前記陰極は、その表面に、鉄-クロム系合金、鉄-ネオジム系合金、鉄-ケイ素系合金、鉄-ニッケル系合金、鉄-テルル系合金、ニッケル-クロム系合金、ニッケル-モリブデン系合金、ニッケル-タングステン系合金から選ばれる合金を1種以上含む、酸化態窒素の処理方法である。 (9) In a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect, the cathode has, on its surface, an iron-chromium alloy, an iron-neodymium alloy, an iron-silicon alloy, an iron-nickel alloy, A method for treating nitrogen oxides containing one or more alloys selected from iron-tellurium alloys, nickel-chromium alloys, nickel-molybdenum alloys, and nickel-tungsten alloys.

本発明に係る方法によれば、被処理水中に特定の触媒を添加して電解処理を施すことによって、例えば概ね1000mg/L以下の低濃度酸化態窒素領域においても、従来よりも効率的な電気分解を行うことができる。 According to the method of the present invention, by adding a specific catalyst to the water to be treated and performing electrolytic treatment, even in a low concentration nitrogen oxide region of approximately 1000 mg / L or less, for example, more efficient electricity than before Decomposition can be performed.

酸化態窒素の除去処理に用いられる電解処理装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the electrolytic processing apparatus used for the removal process of oxide nitrogen. 電解処理装置における電解槽の構成図である。It is a block diagram of the electrolytic cell in an electrolytic treatment apparatus.

以下、本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。 Specific embodiments of the present invention will be described in detail below. In addition, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications are possible without changing the gist of the present invention.

≪1.本発明の概要≫
本発明に係る酸化態窒素の処理方法は、不溶性電極を用いて塩化物イオンを含む被処理水中の酸化態窒素成分を電気化学的に還元処理して除去する方法である。電気化学的な還元処理による方法は、陽極及び陰極を有する電解槽に被処理水を導入し、その電極に電圧を印加して通電することで、陽極では塩化物イオンを酸化して次亜塩素酸を生成させ、陰極では酸化態窒素を還元してアンモニアを生成させるものであり、発生した次亜塩素酸とアンモニアとを反応させることによって酸化態窒素を窒素ガスとして除去する。
≪1. Outline of the present invention>>
The method for treating nitrogen oxides according to the present invention is a method of electrochemically reducing and removing oxide nitrogen components in water to be treated containing chloride ions using an insoluble electrode. In the electrochemical reduction method, the water to be treated is introduced into an electrolytic cell having an anode and a cathode, and a voltage is applied to the electrodes to energize, so that the chloride ions are oxidized at the anode and hypochlorite An acid is generated, and the oxidized nitrogen is reduced at the cathode to generate ammonia. The generated hypochlorous acid and ammonia are reacted to remove the oxidized nitrogen as nitrogen gas.

この電気分解により酸化態窒素を除去する方法において、本発明に係る処理方法では、被処理水中に触媒を添加して電気分解を行うことを特徴としている。具体的には、触媒として、鉄塩、銅塩、及びニッケル塩から選ばれる1種以上を添加する。このような方法によれば、酸化態窒素の分解が進行して酸化態窒素成分の濃度が低濃度の領域(例えば1000mg/L以下の領域)となった際にも、効率的に酸化態窒素の還元処理を行うことができる。 In the method of removing oxidized nitrogen by electrolysis, the treatment method according to the present invention is characterized in that a catalyst is added to the water to be treated and electrolysis is performed. Specifically, one or more selected from iron salts, copper salts, and nickel salts is added as a catalyst. According to such a method, even when the decomposition of nitrogen oxide progresses and the concentration of nitrogen oxide components reaches a low concentration range (for example, a range of 1000 mg / L or less), nitrogen oxide can be efficiently can be reduced.

≪2.電解処理装置について≫
図1は、本発明に係る酸化態窒素の処理方法に用いられる電解処理装置の構成例の概要を示す図である。図1に示すように、電解処理装置10は、酸化態窒素を含有する被処理水を収容して電気分解を行う電解槽11と、被処理水を取り込んで調整する調整槽12と、電解槽11と調整槽12との間において被処理水を循環させる循環配管13と、から構成されている。
≪2. About electrolysis equipment≫
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a configuration example of an electrolytic treatment apparatus used in a method for treating nitrogen oxides according to the present invention. As shown in FIG. 1, an electrolytic treatment apparatus 10 includes an electrolytic bath 11 for storing and electrolyzing water to be treated containing oxidized nitrogen, an adjustment bath 12 for taking in and adjusting the water to be treated, and an electrolytic bath. and a circulation pipe 13 for circulating the water to be treated between 11 and the adjustment tank 12 .

[電解槽]
電解槽11は、陽極11a及び陰極11bを1対とする1組以上から構成されている。図2は、電解槽11の概略図((A)正面図、(B)側面図)である。図2に示すように、電解槽11は、陽極11aと陰極11bとを区画する隔膜を有しない無隔膜電解槽により構成することができる。電解槽11内には、酸化態窒素を含有する被処理水20が収容され、被処理水20中に少なくとも一部が浸漬するように、例えば薄板状の陽極11aと陰極11bとが配置されている。
[Electrolyzer]
The electrolytic cell 11 is composed of one or more pairs of an anode 11a and a cathode 11b. FIG. 2 is a schematic diagram ((A) front view, (B) side view) of the electrolytic cell 11 . As shown in FIG. 2, the electrolytic cell 11 can be configured by a non-diaphragm electrolytic cell having no diaphragm separating the anode 11a and the cathode 11b. In the electrolytic bath 11, water to be treated 20 containing oxidized nitrogen is accommodated, and for example, a thin plate-like anode 11a and a cathode 11b are arranged so that at least a part thereof is immersed in the water to be treated 20. there is

電解槽11において、各電極(11a,11b)には直流電源装置14が接続されており、直流電源装置14から印加された直流電流を陽極11aと陰極11bに通電することにより、電解槽11内において被処理水20中の酸化態窒素を電解除去する。 In the electrolytic cell 11, each electrode (11a, 11b) is connected to a DC power supply 14, and by applying a DC current from the DC power supply 14 to the anode 11a and the cathode 11b, , the oxidized nitrogen in the water 20 to be treated is electrolytically removed.

具体的には、陽極11aで生成した次亜塩素酸と、陰極11bで生成したアンモニアとが、その電解槽11内で直接反応して酸化態窒素を窒素ガスとして効率的に除去する。 Specifically, the hypochlorous acid produced at the anode 11a and the ammonia produced at the cathode 11b directly react in the electrolytic cell 11 to efficiently remove oxidized nitrogen as nitrogen gas.

(陽極)
陽極11aとしては、一般的に用いられている不溶性電極を用いることができる。陽極11aでは、塩化物イオンから次亜塩素酸を生成させるために、不溶性電極の中でも塩素発生効率が高い電極を採用することが好ましい。塩素発生効率が高いということは、陽極において塩化物イオンから次亜塩素酸イオンへの酸化反応が他の反応よりも優先して起こることを意味している。このことは、陰極11bで還元された酸化態窒素が、再び酸化されることを防止することにつながる。
(anode)
A generally used insoluble electrode can be used as the anode 11a. In order to generate hypochlorous acid from chloride ions, the anode 11a preferably employs an electrode having a high chlorine generation efficiency among insoluble electrodes. A high chlorine generation efficiency means that the oxidation reaction from chloride ions to hypochlorite ions takes precedence over other reactions at the anode. This leads to preventing the oxidized nitrogen reduced at the cathode 11b from being oxidized again.

(陰極)
陰極11bは、上述のように、被処理水中の酸化態窒素を電気分解により除去するために用いられる電極である。陰極11bとしては、硝酸還元能を有する電極であることが好ましい。詳しくは後述するが、硝酸還元能を有する電極を陰極として用い、さらに鉄塩、銅塩、及びニッケル塩から選ばれる1種以上を触媒として添加することで、低濃度域の酸化態窒素に対して高い分解効果を得ることができる。
(cathode)
The cathode 11b is an electrode used for removing nitrogen oxides in the water to be treated by electrolysis, as described above. The cathode 11b is preferably an electrode having nitric acid reducing ability. Although details will be described later, by using an electrode having nitric acid reducing ability as a cathode and adding one or more selected from iron salts, copper salts, and nickel salts as a catalyst, it is possible to reduce oxidized nitrogen in the low concentration range. high decomposition effect can be obtained.

硝酸還元能を有する電極としては、その表面に、周期律表の第8族~第13族(3B族)の金属又はその金属を主成分とする合金を含むことが好ましい。例えば、第8族~第13族の金属の一例として、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、白金(Pt)、チタン(Ti)等が挙げられる。なお、電極としては、このような金属又は合金のみから構成されていてもよく、あるいは導電体の表面にこのような金属又は合金がコーティングされて構成されていてもよい。また、導電体の表面に金属又は合金をコーティングして電極を構成する場合、その導電体としては特に限定されず、例えば、チタンや炭素、白金等を挙げることができる。 It is preferable that the surface of the electrode having nitric acid reducing ability contains a metal of Groups 8 to 13 (Group 3B) of the periodic table or an alloy containing the metal as a main component. For example, examples of Group 8 to Group 13 metals include iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), platinum (Pt), and titanium (Ti). The electrodes may be composed only of such metals or alloys, or may be composed of conductors coated with such metals or alloys. Moreover, when the electrode is formed by coating the surface of a conductor with a metal or alloy, the conductor is not particularly limited, and examples thereof include titanium, carbon, and platinum.

また、硝酸還元能を有する電極としては、その表面に、少なくとも鉄(Fe)を主成分(第1成分)として含む鉄系合金、又は、ニッケル(Ni)を主成分(第1成分)として含むニッケル系合金を含む電極を用いることが好ましい。これらの鉄系合金又はニッケル系合金は、硝酸還元能が他の金属やその合金に比べて相対的に高い。 In addition, as an electrode having nitric acid reduction ability, an iron-based alloy containing at least iron (Fe) as a main component (first component) or nickel (Ni) as a main component (first component) on its surface. It is preferred to use electrodes comprising nickel-based alloys. These iron-based alloys and nickel-based alloys have a relatively high nitrate reduction ability compared to other metals and their alloys.

例えば、鉄系合金としては、鉄-クロム(Cr)系合金、鉄-ネオジム(Ne)系合金、鉄-ケイ素(Si)系合金、鉄-ニッケル系合金、鉄-テルル(Te)系合金等が挙げられる。また、ニッケル系合金とは、ニッケル-クロム系合金、ニッケル-モリブデン(Mo)系合金、ニッケル-タングステン(W)系合金等が好ましい。このように第2成分として、周期表の8族、1B族の他に、4A族、5A族、6A族等の金属元素を含む合金が挙げられる。その中でも特に、鉄-クロム系合金、ニッケル-クロム系合金を用いることがより好ましい。 For example, iron-based alloys include iron-chromium (Cr)-based alloys, iron-neodymium (Ne)-based alloys, iron-silicon (Si)-based alloys, iron-nickel-based alloys, iron-tellurium (Te)-based alloys, etc. is mentioned. Nickel-based alloys are preferably nickel-chromium-based alloys, nickel-molybdenum (Mo)-based alloys, nickel-tungsten (W)-based alloys, and the like. In this way, as the second component, alloys containing metal elements of Groups 4A, 5A, 6A, etc., in addition to Groups 8 and 1B of the periodic table can be mentioned. Among them, iron-chromium alloys and nickel-chromium alloys are more preferably used.

なお、本明細書における「系合金」とは、提示した金属元素を主成分として少なくとも含む合金であることを意味するものであって、それら金属元素のみからなる2元系合金であることのみを意味するものではない。すなわち、例えば、鉄-クロム系合金の場合、第1成分としての鉄と第2成分としてのクロムとを少なくとも有する合金であり、残部にその他の1又は複数の金属元素を有する合金であってもよい。 In this specification, the term "alloy" means an alloy containing at least the metal elements presented as main components, and it is only a binary alloy consisting only of these metal elements. does not mean That is, for example, in the case of an iron-chromium alloy, it is an alloy containing at least iron as the first component and chromium as the second component, and the balance may be an alloy containing one or more other metal elements. good.

具体的に、鉄-クロム系合金としては、例えば、鉄-クロム合金、鉄-クロム-リン(P)-炭素(C)合金、鉄-クロム-ニッケル-タンタル(Ta)合金等が挙げられる。また、鉄-ネオジム系合金としては、例えば、鉄-ネオジム合金、鉄-ネオジム-ホウ素(B)合金等が挙げられる。また、鉄-ニッケル系合金としては、例えば、鉄-ニッケル合金、鉄-ニッケル-クロム合金、鉄-ニッケル-ホウ素-クロム合金、鉄-ニッケル-アルミニウム合金等が挙げられる。このように第3成分以降の元素として、周期表の4A族、5A族、6A族の他に、3B族、4B族、5B族等の金属元素を含む合金が挙げられる。 Specific examples of iron-chromium alloys include iron-chromium alloys, iron-chromium-phosphorus (P)-carbon (C) alloys, iron-chromium-nickel-tantalum (Ta) alloys, and the like. Examples of iron-neodymium alloys include iron-neodymium alloys and iron-neodymium-boron (B) alloys. Examples of iron-nickel alloys include iron-nickel alloys, iron-nickel-chromium alloys, iron-nickel-boron-chromium alloys, and iron-nickel-aluminum alloys. As described above, the third and subsequent elements include alloys containing metallic elements of Groups 3B, 4B, and 5B in addition to Groups 4A, 5A, and 6A of the periodic table.

なお、その合金の具体的な組成は特に限定されるものではない。合金の組成の一例を挙げれば、鉄-クロム系合金としては、例えばFe80-a-bCraMobPcC20-c(at%)で表される組成式において、10≦a≦40at%、0≦b≦7at%、5≦c≦15at%を満たすような合金を用いることができる。また、ニッケル-クロム系合金としては、例えばNi80-d-eCrdPeB20-e(at%)で表される組成式において、10≦d≦20at%、0≦e≦20at%を満たすような合金を用いることができる。 The specific composition of the alloy is not particularly limited. An example of the composition of the alloy is iron-chromium alloy, for example, in the composition formula represented by Fe80-a-bCraMobPcC20-c (at%), 10 ≤ a ≤ 40 at%, 0 ≤ b ≤ 7 at% , 5≦c≦15 at % can be used. In addition, as the nickel-chromium alloy, for example, in the composition formula represented by Ni80-d-eCrdPeB20-e (at%), an alloy that satisfies 10 ≤ d ≤ 20at% and 0 ≤ e ≤ 20at% is used. be able to.

また、硝酸還元能を有する電極としては、その表面に、上述したような合金をアモルファス状態として含むものであることが好ましい。硝酸還元能を有する合金をアモルファス状態で含む電極(以下、「アモルファス電極」ともいう。)を陰極11bとして用いることによって、耐食性、耐摩耗性を極めて効果的に向上させることができる。すなわち、その陰極11bに電流が通電されても、陰極11bの溶解を防止して、金属成分が溶液中に溶出することを防止することができる。また、電流が通電されるとともに過度に腐食される環境下で用いられた場合であっても、その溶解を効果的に防止することができる。これにより、酸化態窒素に対する高い還元性能と優れた耐久性(耐食性、耐摩耗性)を併せ持つ電極となり、還元能が低下することを防止してその性能を維持し、極めて効率的な処理を行うことができる。 In addition, the electrode having nitric acid reducing ability preferably contains the above-described alloy in an amorphous state on its surface. By using an electrode containing an alloy having nitrate reduction ability in an amorphous state (hereinafter also referred to as an "amorphous electrode") as the cathode 11b, corrosion resistance and wear resistance can be improved extremely effectively. That is, even if a current is applied to the cathode 11b, dissolution of the cathode 11b can be prevented, and elution of the metal component into the solution can be prevented. Moreover, even when used in an environment where electric current is applied and excessive corrosion occurs, the dissolution can be effectively prevented. As a result, it becomes an electrode that has both high reduction performance against nitrogen oxides and excellent durability (corrosion resistance and wear resistance), prevents the reduction of reduction capacity, maintains its performance, and performs extremely efficient treatment. be able to.

合金のアモルファス化の方法としては、その合金を有効にアモルファス化できれば特に限定されず、周知の方法を用いることができる。 The method for amorphizing the alloy is not particularly limited as long as the alloy can be effectively amorphized, and known methods can be used.

[調整槽]
調整槽12は、電解槽11にて電解処理を施す被処理水20を、循環配管13を介して定期的に取り込んで、その被処理水20のpH調整や余剰次亜塩素酸の分解処理等を行う。調整槽12にて調整された被処理水20は、再び循環配管13を介して電解槽11に循環される。
[Adjustment tank]
The adjustment tank 12 periodically takes in the water to be treated 20 to be electrolyzed in the electrolytic tank 11 through the circulation pipe 13, and adjusts the pH of the water to be treated 20 and decomposes excess hypochlorous acid. I do. The water to be treated 20 adjusted in the adjustment tank 12 is circulated through the circulation pipe 13 to the electrolytic tank 11 again.

また、調整槽12には、電解槽11から取り込まれた被処理水20のpHを測定するpH測定装置や、電解槽11の陽極11aにて発生した次亜塩素酸濃度を測定する次亜塩素酸濃度測定装置等からなる測定部15が設けられている。また、調整槽12には、その測定部15にて測定した被処理水20のpHや次亜塩素酸濃度に基づいて、pH調整剤供給部16や次亜塩素酸スカベンジャー供給部17からの各薬剤の供給を制御する制御部18が設けられている。 In the adjustment tank 12, a pH measuring device for measuring the pH of the water to be treated 20 taken in from the electrolytic tank 11, and hypochlorous acid for measuring the concentration of hypochlorous acid generated at the anode 11a of the electrolytic tank 11. A measuring unit 15 comprising an acid concentration measuring device or the like is provided. In addition, based on the pH and hypochlorous acid concentration of the water to be treated 20 measured by the measurement unit 15, each of the pH adjuster supply unit 16 and the hypochlorous acid scavenger supply unit 17 is supplied to the adjustment tank 12. A control unit 18 is provided to control the supply of the medicine.

このような調整槽12では、循環配管13を介して電解槽11からの被処理水20を取り込むと、測定部15にて被処理水20のpHや次亜塩素酸濃度を測定し、その測定結果の信号を制御部18に送信する。制御部18では、受信した測定結果に基づいて、所定のpH範囲及び所定の次亜塩素酸濃度以下となるように、pH調整剤供給部16や次亜塩素酸スカベンジャー供給部17を制御して、pH調整剤や次亜塩素酸スカベンジャーを供給する。 In such an adjustment tank 12, when the water to be treated 20 from the electrolytic tank 11 is taken in through the circulation pipe 13, the pH and hypochlorous acid concentration of the water to be treated 20 are measured by the measurement unit 15, and the measurement A signal of the result is transmitted to the control unit 18 . Based on the received measurement results, the control unit 18 controls the pH adjuster supply unit 16 and the hypochlorous acid scavenger supply unit 17 so that the pH is within a predetermined range and the hypochlorous acid concentration is below a predetermined level. , pH adjusters and hypochlorous acid scavengers.

被処理水20のpHについて、pHが低くなると電解槽11内の陽極11aにて生成した次亜塩素酸から塩素ガスが発生し、一方でpHが高くなるとアンモニアが揮発する。アンモニアと次亜塩素酸とが反応するときに硝酸イオンを生成し易くなる等の問題があることから、電解処理中は被処理水20のpHとしては、概ね4.0~10.0、好ましくは5.0~9.0に維持することが好ましい。したがって、調整槽12では、被処理水のpHを上述の範囲に維持するようにpH調整剤を添加する制御を行うことが好ましい。 Regarding the pH of the water to be treated 20, when the pH becomes low, chlorine gas is generated from the hypochlorous acid produced at the anode 11a in the electrolytic cell 11, while when the pH becomes high, ammonia volatilizes. Since there are problems such as nitrate ions being easily generated when ammonia and hypochlorous acid react, the pH of the water to be treated 20 during the electrolytic treatment is generally 4.0 to 10.0, preferably is preferably maintained between 5.0 and 9.0. Therefore, in the adjustment tank 12, it is preferable to perform control by adding a pH adjuster so as to maintain the pH of the water to be treated within the above range.

[循環配管]
循環配管13は、主として、電解槽11から取り出される被処理水20を調整槽12に移送する配管13aと、調整槽12にて調整された被処理水20を電解槽11に戻し入れる配管13bと、から構成されている。循環配管13では、例えば被処理水20を循環ポンプ19によって循環させる。
[Circulation piping]
The circulation pipe 13 mainly consists of a pipe 13a for transferring the water 20 to be treated taken out from the electrolytic cell 11 to the adjusting tank 12 and a pipe 13b for returning the water 20 to be treated regulated in the adjusting tank 12 back into the electrolytic cell 11. , consists of In the circulation pipe 13 , for example, the water to be treated 20 is circulated by the circulation pump 19 .

また、循環配管13においても、被処理水20のpHや次亜塩素酸濃度を測定する測定部を設けるようにしてもよい。調整槽12内に設ける測定部15と同様に、循環配管13内に測定部を設けることにより、電解槽11からの被処理水20のpHや次亜塩素酸濃度を、被処理水20が循環配管13内を通過している間に測定し、その測定結果に基づき、被処理水20を流入させた調整槽12内にてpHや次亜塩素酸濃度を調整するようにしてもよい。なお、このような測定部を、調整槽12に設けずに循環配管13のみに設けて、上述したような制御を行うようにしてもよい。 Also, in the circulation pipe 13, a measuring unit for measuring the pH and hypochlorous acid concentration of the water 20 to be treated may be provided. Similar to the measuring unit 15 provided in the adjustment tank 12, by providing the measuring unit in the circulation pipe 13, the pH and hypochlorous acid concentration of the water 20 to be treated from the electrolytic tank 11 can be measured. The pH and hypochlorous acid concentration may be adjusted in the adjustment tank 12 into which the water 20 to be treated is introduced based on the measurement results while passing through the pipe 13 . It should be noted that such a measuring unit may be provided only in the circulation pipe 13 without being provided in the adjustment tank 12 to perform the above-described control.

≪3.電解処理反応について≫
次に、上述した電解処理装置10における電解槽11にて生じる被処理水の電解処理反応について具体的に説明する。
≪3. Electrolytic reaction≫
Next, the electrolytic treatment reaction of the water to be treated occurring in the electrolytic cell 11 of the electrolytic treatment apparatus 10 described above will be specifically described.

電解槽11において各電極(11a,11b)への通電が開始されると、陽極11aでは、下記反応式1のように、塩化物イオンから次亜塩素酸イオンへの酸化が行われる。一方で、陰極11bでは、下記反応式2のように、酸化態窒素からアンモニア(アンモニア態窒素)への還元が行われる。なお、下記の反応式1及び反応式2においては、同じ電気量あたりの反応当量を比較するため、48電子モルあたりの反応当量で表記する。 When the electrodes (11a, 11b) of the electrolytic cell 11 are energized, chloride ions are oxidized to hypochlorite ions at the anode 11a as shown in Reaction Formula 1 below. On the other hand, at the cathode 11b, oxidized nitrogen is reduced to ammonia (ammonia nitrogen) as shown in Reaction Formula 2 below. In the following Reaction Formula 1 and Reaction Formula 2, the reaction equivalent per 48 electron moles is used to compare the reaction equivalents per the same amount of electricity.

[反応式1]
24Cl+24HO→24ClO+48H+48e
[反応式2]
6NO3-+48e+42HO→6NH4++60OH
[Reaction Formula 1]
24Cl +24H 2 O→24ClO +48H+48e
[Reaction Formula 2]
6NO 3− +48e+42H 2 O→6NH 4+ +60OH

図1に示すように、陽極11aと陰極11bとを区画しない無隔膜電解槽にて電気分解を行った場合、陽極11aにて生成した次亜塩素酸と、陰極11bにおける酸化態窒素の還元反応で生成したアンモニアとは、電解槽11中で均一に混合されて下記反応式3に従ってその場で反応し、窒素ガスとなって除去されて脱窒素反応が完結する。 As shown in FIG. 1, when electrolysis is performed in a non-diaphragm electrolytic cell that does not partition the anode 11a and the cathode 11b, the hypochlorous acid generated at the anode 11a and the reduction reaction of nitrogen oxide at the cathode 11b. The ammonia produced in 1 is uniformly mixed in the electrolytic cell 11 and reacts in situ according to the following reaction formula 3 to become nitrogen gas and is removed to complete the denitrification reaction.

[反応式3]
6NH4++9ClO→3N+9Cl+9HO+6H
[Reaction Formula 3]
6NH 4+ +9ClO →3N 2 +9Cl +9H 2 O+6H +

酸化態窒素の還元が進行すると、被処理水中の硝酸イオン濃度が低下する。上記の反応式2に示す反応は、硝酸イオン濃度の低下に伴って進行し難くなる。したがって、被処理水中において酸化態窒素成分の濃度が低下すると、通電しても酸化態窒素の還元が進行し難くなり、その電流効率が低下することになる。この点は、酸化態窒素の還元が陰極11bの表面上で起こっている以上は避けることができない現象である。 As the reduction of oxidized nitrogen proceeds, the concentration of nitrate ions in the water to be treated decreases. The reaction shown in Reaction Formula 2 above becomes less likely to proceed as the concentration of nitrate ions decreases. Therefore, when the concentration of the nitrogen oxide component in the water to be treated decreases, the reduction of the nitrogen oxide does not proceed easily even when the water is energized, resulting in a decrease in the current efficiency. This point is a phenomenon that cannot be avoided as long as the reduction of oxidized nitrogen occurs on the surface of the cathode 11b.

酸化態窒素を還元するための電流効率が低下するということは、供給した電気(電荷)が別の反応で消費されていることを意味している。通常、水素発生反応が次亜塩素酸の還元反応に消費されることになる。 A decrease in current efficiency for reducing nitrogen oxide means that the supplied electricity (electric charge) is consumed by another reaction. Normally, the hydrogen generation reaction is consumed in the reduction reaction of hypochlorous acid.

そこで、本発明に係る処理方法では、被処理水中に特定の金属塩からなる触媒を添加して電気分解を行うことを特徴としている。このように特定の触媒を添加することで、陰極11bに供給された電気の一部がその触媒の還元反応に消費されるようになり、還元された触媒が硝酸の還元に寄与するようになる。詳細メカニズムは明確にはなっていないものの、下記のように推測される。 Therefore, the treatment method according to the present invention is characterized by adding a catalyst composed of a specific metal salt to the water to be treated to perform electrolysis. By adding a specific catalyst in this way, part of the electricity supplied to the cathode 11b is consumed in the reduction reaction of the catalyst, and the reduced catalyst contributes to the reduction of nitric acid. . Although the detailed mechanism has not been clarified, it is presumed as follows.

(推定メカニズム)
下記の推定メカニズムでは、触媒として鉄塩を用いた場合を例に挙げて説明するが、触媒としては鉄塩に限定されるものではない。
(Presumed mechanism)
In the presumed mechanism below, the case where an iron salt is used as the catalyst will be described as an example, but the catalyst is not limited to the iron salt.

先ず、触媒である鉄が、陰極11b上で下記反応式4に示す反応により還元される。
[反応式4]
Fe3++e→Fe2+
First, iron, which is a catalyst, is reduced by the reaction shown in Reaction Formula 4 below on the cathode 11b.
[Reaction Formula 4]
Fe 3+ +e →Fe 2+

次に、生成したFe2+は、下記反応式5に従って硝酸イオンを還元する。
[反応式5]
8Fe2++NO3-+7HO→8Fe3++NH4++10OH
Next, the generated Fe 2+ reduces nitrate ions according to Reaction Formula 5 below.
[Reaction Formula 5]
8Fe 2+ +NO 3− +7H 2 O→8Fe 3+ +NH 4+ +10OH

反応式5で酸化された鉄は、再び上記の反応式4に従って還元されるようになり、反応式4及び反応式5を繰り返してトータルとしては自身で形態が変化することなく、つまり触媒として硝酸を還元する。すなわち、陰極11b上での硝酸還元反応に利用されなかった電荷が鉄の還元反応に消費されることとなり、還元された鉄が硝酸の還元に寄与するようになるため、トータルとして還元電流効率を改善することになる。 The iron oxidized in Reaction Formula 5 is again reduced according to Reaction Formula 4 above, and Reaction Formulas 4 and 5 are repeated, and as a total, the form itself does not change, that is, nitric acid is used as a catalyst. to reduce. That is, the charge not used in the nitric acid reduction reaction on the cathode 11b is consumed in the iron reduction reaction, and the reduced iron contributes to the reduction of nitric acid. will improve.

仮に、上記の反応式4で生成したFe2+が陽極11aで生成した次亜塩素酸と反応すると、下記反応式6に示すようになる。
[反応式6]
2Fe2++ClO+2H→2Fe3++HO+Cl
If Fe 2+ produced in Reaction Formula 4 above reacts with hypochlorous acid produced at the anode 11a, Reaction Formula 6 below is obtained.
[Reaction Formula 6]
2Fe 2+ +ClO +2H + →2Fe 3+ +H 2 O+Cl

ただし、このような反応式6が主反応になってしまうと、触媒である鉄が硝酸の還元に利用されず、生成した次亜塩素酸がアンモニアの酸化反応に寄与しないことになるため、硝酸還元に関する電流効率、アンモニア酸化に関する電流効率が共に低下する。 However, if such Reaction Formula 6 becomes the main reaction, iron, which is a catalyst, will not be used for the reduction of nitric acid, and the generated hypochlorous acid will not contribute to the oxidation reaction of ammonia. Both the current efficiency for reduction and the current efficiency for ammonia oxidation are lowered.

以上のような機構が推測されることに鑑みて、被処理水に添加する触媒としては、陰極11bで還元され、かつ還元された触媒が硝酸の還元に寄与するものであればよいが、鉄塩、銅塩、及びニッケル塩から選択される1種以上であることが好ましい。中でも特に、鉄塩を用いることがより好ましく、少なくとも鉄塩を含む触媒であることが好ましい。 In view of the assumption of the above mechanism, the catalyst to be added to the water to be treated should be reduced at the cathode 11b and the reduced catalyst should contribute to the reduction of nitric acid. It is preferably one or more selected from salts, copper salts, and nickel salts. Among them, it is particularly preferable to use an iron salt, and a catalyst containing at least an iron salt is preferable.

また、添加する触媒の濃度は、高いほどより高い効果が得られるものの、添加した触媒の後処理や経済性を考慮すると、被処理水中の触媒の濃度が金属濃度換算で5mg/L~100mg/Lの範囲となるように添加することが好ましい。 In addition, although the higher the concentration of the catalyst to be added, the higher the effect can be obtained, considering the post-treatment and economic efficiency of the added catalyst, the concentration of the catalyst in the water to be treated is 5 mg / L to 100 mg / L in terms of metal concentration. It is preferable to add so that the L range is obtained.

また、使用する陰極11bは、上述したように硝酸還元能を有する電極であることが好ましい。硝酸還元能を有しない電極を用いた場合でも、触媒の添加効果はあるものの、その効果は補完的なものとなる。したがって、硝酸還元能を有する電極を陰極11bとして用い、かつ、鉄塩、銅塩、及びニッケル塩から選択される1種以上から構成される触媒をいわゆる助触媒として被処理水中に添加して電気分解することで、高い効果を得ることができる。 Moreover, the cathode 11b to be used is preferably an electrode having a nitric acid reducing ability as described above. Even when an electrode having no nitric acid reducing ability is used, the effect of adding a catalyst is still there, but the effect is complementary. Therefore, an electrode having nitrate reduction ability is used as the cathode 11b, and a catalyst composed of one or more selected from iron salts, copper salts, and nickel salts is added as a so-called co-catalyst to the water to be treated to generate electricity. You can get great results by breaking it down.

ここで、本発明に係る処理方法は、特に、被処理水に含まれる酸化態窒素成分の濃度が低濃度である場合に、高い効果を奏する。上述したように、特許文献1(特開2013-252508号公報)の実施例には、硝酸性窒素が有効に分解されていることが示されているが、分解が進んで硝酸性窒素濃度が概ね500mg/Lを下回った領域では分解速度が低下していることがわかる(特許文献1の図3、図4)。 Here, the treatment method according to the present invention is particularly effective when the concentration of nitrogen oxide components contained in the water to be treated is low. As described above, the examples of Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-252508) show that nitrate nitrogen is effectively decomposed. It can be seen that the decomposition rate is reduced in the region below approximately 500 mg/L (Figs. 3 and 4 of Patent Document 1).

このような従来の技術に対して、本発明に係る処理方法によれば、鉄塩、銅塩、及びニッケル塩から選ばれる1種以上を触媒として被処理水に添加して電解分解を行うようにしていることから、陰極11bに供給された電気の一部がその触媒の還元反応に消費され、還元された触媒が硝酸の還元に寄与するようになって電流効率を改善することができる。 In contrast to such conventional techniques, according to the treatment method according to the present invention, one or more selected from iron salts, copper salts, and nickel salts is added as a catalyst to the water to be treated to perform electrolytic decomposition. As a result, part of the electricity supplied to the cathode 11b is consumed in the reduction reaction of the catalyst, and the reduced catalyst contributes to the reduction of nitric acid, improving the current efficiency.

具体的に、本発明に係る処理方法においては、処理対象として、酸化態窒素の濃度が1000mg/L以下の被処理水を処理対象とすることが好適であり、その被処理水に、鉄塩、銅塩、及びニッケル塩から選ばれる1種以上からなる触媒を添加して電解分解することで、電流効率を改善して効率的に酸化態窒素を分解除去することができる。 Specifically, in the treatment method according to the present invention, it is preferable to treat water having a nitrogen oxide concentration of 1000 mg/L or less as the treatment object, and the water to be treated contains iron salt , a copper salt, and a nickel salt, the current efficiency can be improved and oxidized nitrogen can be efficiently decomposed and removed.

なお、本発明に係る処理方法は、酸化態窒素の濃度が1000mg/L以下である被処理水だけが処理対象となるものではなく、より高濃度に酸化態窒素を含む被処理水を処理対象として処理することもできる。また、例えば、高濃度(例えば酸化態窒素成分の濃度が5000mg/L程度)に酸化態窒素成分を含む被処理水に対して電気分解の処理を行い、その被処理水中の酸化態窒素成分の濃度が1000mg/L以下となった時点で、本発明の処理方法を実行するようにしてもよい。 In addition, the treatment method according to the present invention is not limited to treating water having a nitrogen oxide concentration of 1000 mg/L or less, but treating water containing a higher concentration of nitrogen oxide. can also be processed as Further, for example, the water to be treated containing the nitrogen oxide component at a high concentration (for example, the concentration of the nitrogen oxide component is about 5000 mg / L) is subjected to electrolysis treatment to remove the nitrogen oxide component in the water to be treated. The treatment method of the present invention may be executed when the concentration becomes 1000 mg/L or less.

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、下記のいずれかの実施例に本発明の範囲が限定されるものではない。 Specific examples of the present invention will be described below. In addition, the scope of the present invention is not limited to any of the following examples.

[実施例1]
実施例1では、図1に示す電解処理装置10(電解槽11は図2と同様)を用いて酸化態窒素の電解処理を行った。
[Example 1]
In Example 1, the electrolytic treatment of nitrogen oxides was performed using the electrolytic treatment apparatus 10 (the electrolytic bath 11 is the same as in FIG. 2) shown in FIG.

電解槽11において、陽極11aとしては市販のソーダ電解用不溶性電極を用い、陰極11bとしてはチタン板の表面に鉄-クロム系合金(Fe45Cr35P13C7(at%))をアモルファス状態でコーティングした電極(アモルファス電極)を用いた。この電解槽11に硝酸性窒素濃度500mg/Lの被処理水を収容し、直流電源装置14から陽極11aと陰極11bとの間に直流電流を流して、酸化態窒素を含有する被処理水に対して電解処理を行った。なお、陽極11a及び陰極11bの通電部分の面積を共に0.01mとし、通電する電流量を10Aとして試験を実施した。 In the electrolytic cell 11, a commercially available insoluble electrode for soda electrolysis is used as the anode 11a, and an electrode obtained by coating the surface of a titanium plate with an iron-chromium alloy (Fe45Cr35P13C7 (at%)) in an amorphous state (amorphous electrode) as the cathode 11b. ) was used. Water to be treated having a concentration of nitric nitrogen of 500 mg/L is contained in the electrolytic cell 11, and a direct current is passed between the anode 11a and the cathode 11b from the DC power supply 14 to convert the water to be treated containing oxidized nitrogen into Electrolytic treatment was performed on the The test was conducted by setting the areas of the current-carrying portions of the anode 11a and the cathode 11b to 0.01 m 2 and setting the amount of current to be applied to 10A.

電解槽11内に収容した硝酸性窒素濃度500mg/Lの被処理水に対し、余剰次亜塩素酸スカベンジャーとして塩化アンモニウムを添加後のアンモニア態窒素濃度として2000mg/L添加し、さらに触媒としての塩化第二鉄を、金属Fe濃度として100mg/Lとなるように添加した溶液600mlを電解処理装置10内の調整槽12に投入して余剰次亜塩素酸を分解しながら電解処理を行った。また、電解中では電解反応によって被処理水のpHが変動することから、その変動に対応するためpH調整用薬剤である苛性ソーダを調整槽12に逐次添加して、被処理水のpHを調整した。 To the water to be treated having a nitrate nitrogen concentration of 500 mg/L contained in the electrolytic cell 11, 2000 mg/L of ammonium nitrogen concentration after addition of ammonium chloride as a surplus hypochlorous acid scavenger is added, and further chloride as a catalyst is added. 600 ml of a solution in which ferric iron was added so that the metal Fe concentration was 100 mg/L was put into the adjustment tank 12 in the electrolytic treatment apparatus 10, and the electrolytic treatment was performed while decomposing excess hypochlorous acid. In addition, since the pH of the water to be treated fluctuates due to the electrolysis reaction during electrolysis, caustic soda, which is a chemical for pH adjustment, was sequentially added to the adjustment tank 12 to adjust the pH of the water to be treated in order to cope with the fluctuation. .

[実施例2]
実施例2では、陰極11bとしてチタン板を用いたこと以外は、実施例1と同様の試験を実施した。
[Example 2]
In Example 2, the same test as in Example 1 was performed, except that a titanium plate was used as the cathode 11b.

[比較例1]
比較例1では、触媒を添加しないこと以外は、実施例1と同様の試験を実施した。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, the same test as in Example 1 was performed, except that no catalyst was added.

[比較例2]
比較例2では、触媒を添加しないこと以外は、実施例2と同様の試験を実施した。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, the same test as in Example 2 was performed, except that no catalyst was added.

[実施例3]
実施例3では、触媒としての塩化第二鉄を、金属Fe濃度として50mg/Lとなるように添加したこと以外は、実施例1と同様の試験を実施した。
[Example 3]
In Example 3, the same test as in Example 1 was performed except that ferric chloride as a catalyst was added so that the metal Fe concentration was 50 mg/L.

[実施例4]
実施例4では、触媒としての塩化第二鉄を、金属Fe濃度として10mg/Lとなるように添加したこと以外は、実施例1と同様の試験を実施した。
[Example 4]
In Example 4, the same test as in Example 1 was performed except that ferric chloride as a catalyst was added so that the metal Fe concentration was 10 mg/L.

[実施例5]
実施例5では、触媒としての塩化第二鉄を、金属Fe濃度として5mg/Lとなるように添加したこと以外は、実施例1と同様の試験を実施した。
[Example 5]
In Example 5, the same test as in Example 1 was performed except that ferric chloride as a catalyst was added so that the metal Fe concentration was 5 mg/L.

[実施例6]
実施例6では、触媒としての塩化第一鉄を、金属Fe濃度として5mg/Lとなるように添加したこと以外は、実施例1と同様の試験を実施した。
[Example 6]
In Example 6, the same test as in Example 1 was conducted except that ferrous chloride as a catalyst was added so that the metal Fe concentration was 5 mg/L.

[実施例7]
実施例7では、触媒としての塩化第一鉄を、金属Fe濃度として10mg/Lとなるように添加したこと以外は、実施例1と同様の試験を実施した。
[Example 7]
In Example 7, the same test as in Example 1 was performed except that ferrous chloride as a catalyst was added so that the metal Fe concentration was 10 mg/L.

[実施例8]
実施例8では、触媒としての塩化第一鉄を、金属Fe濃度として100mg/Lとなるように添加したこと以外は、実施例1と同様の試験を実施した。
[Example 8]
In Example 8, the same test as in Example 1 was performed except that ferrous chloride as a catalyst was added so that the metal Fe concentration was 100 mg/L.

[実施例9]
実施例9では、触媒としての塩化第二銅を、金属Cu濃度として100mg/Lとなるように添加したこと以外は、実施例1と同様の試験を実施した。
[Example 9]
In Example 9, the same test as in Example 1 was performed, except that cupric chloride as a catalyst was added so that the metal Cu concentration was 100 mg/L.

[実施例10]
実施例10では、触媒としての塩化ニッケルを、金属Ni濃度として100mg/Lとなるように添加したこと以外は、実施例1と同様の試験を実施した。
[Example 10]
In Example 10, the same test as in Example 1 was performed except that nickel chloride as a catalyst was added so that the metal Ni concentration was 100 mg/L.

下記表1に、各実施例、比較例における試験結果を示す。表1において、使用電極に関し、鉄-クロム系合金のアモルファス電極については単に「鉄系合金」と表記し、チタン板電極については単に「チタン板」と表記する。なお、電解処理後の硝酸性窒素濃度の分析は、イオンクロマトグラフ法を用いて行った。 Table 1 below shows the test results in each example and comparative example. In Table 1, regarding the electrodes used, the iron-chromium alloy amorphous electrode is simply described as "iron alloy", and the titanium plate electrode is simply described as "titanium plate". The concentration of nitrate nitrogen after electrolytic treatment was analyzed using ion chromatography.

Figure 0007279993000001
Figure 0007279993000001

表1の結果に示した電流効率は、下記の式を用いて算出したものである。なお、いずれの試験においても処理後のアンモニア性窒素濃度は検出下限以下であった。
硝酸還元電流効率(%)=
試験の結果低減した硝酸量×理論電荷量/通電した電荷量×100
アンモニア酸化電流効率(%)=
(試験で低減した硝酸量+初期アンモニア量)×理論電荷量/通電した電荷量×100
The current efficiency shown in the results of Table 1 was calculated using the following formula. In all tests, the concentration of ammoniacal nitrogen after treatment was below the detection limit.
Nitric acid reduction current efficiency (%) =
Amount of nitric acid reduced as a result of the test x theoretical charge amount/energized charge amount x 100
Ammonia oxidation current efficiency (%) =
(Amount of nitric acid reduced in the test + initial amount of ammonia) x theoretical charge amount/energized charge amount x 100

表1に示されるように、実施例1と比較例1、及び、実施例2と比較例2のそれぞれの対比結果から、触媒の添加(実施例1、実施例2)によって硝酸性窒素分解の促進効果が認められた。また、電極の材質にかかわらず、触媒の添加によって硝酸性窒素の分解が促進されることが確認された。 As shown in Table 1, from the results of comparison between Example 1 and Comparative Example 1, and between Example 2 and Comparative Example 2, addition of the catalyst (Examples 1 and 2) showed that nitrate nitrogen decomposition A stimulating effect was observed. It was also confirmed that the addition of a catalyst accelerates the decomposition of nitrate nitrogen regardless of the electrode material.

ただし、実施例1と実施例2とを比較すると、硝酸性窒素分解の効果としては触媒の添加は補完的なものであって、硝酸分解能が高い電極を用いて、さらに触媒を添加することで高い分解効果を得ることができることがわかる。それを以下に具体的に説明する。 However, when comparing Example 1 and Example 2, the addition of a catalyst is complementary in terms of the effect of decomposing nitrate nitrogen. It can be seen that a high decomposition effect can be obtained. This will be explained in detail below.

実施例2では、硝酸還元電流効率、アンモニア酸化電流効率が共に、実施例1よりも低下している。実施例1で用いた鉄-クロム系合金よりも硝酸還元能が低いチタンを電極として使用すると、陰極での硝酸還元電流効率が低下するだけでなく、アンモニア酸化電流効率も実施例1と比較して低減する。実施例1と実施例2とでは、同じ陽極を用いているため、陽極で次亜塩素酸が同様に発生していると考えられるが、アンモニア酸化電流効率に差があるということは、次亜塩素酸がアンモニア酸化以外の反応で消費されていること、具体的には、陰極側で次亜塩素酸の還元反応が起こっていることを示唆するものと言える。陰極側で次亜塩素酸の還元反応が起こるのは、実施例2で用いた陰極の硝酸還元能がほとんどないためと考えられる。このことから、硝酸還元電流効率、アンモニア酸化電流効率を共に高くするためには、触媒を添加するだけでなく、陰極としては硝酸還元能を有する電極を用いることが好ましく、これにより、目的外の反応が進行することをより効果的に抑制できることが分かった。 In Example 2, both the nitrate reduction current efficiency and the ammonia oxidation current efficiency are lower than in Example 1. When titanium, which has a lower nitrate reduction ability than the iron-chromium alloy used in Example 1, is used as an electrode, not only the nitrate reduction current efficiency at the cathode decreases, but also the ammonia oxidation current efficiency is lower than that in Example 1. to reduce. Since the same anode is used in Example 1 and Example 2, it is considered that hypochlorous acid is generated in the same manner at the anode. It can be said that this suggests that chloric acid is consumed by a reaction other than ammonia oxidation, specifically, that a reduction reaction of hypochlorous acid is occurring on the cathode side. It is considered that the reduction reaction of hypochlorous acid occurs on the cathode side because the cathode used in Example 2 has almost no nitric acid reduction ability. For this reason, in order to increase both the nitrate reduction current efficiency and the ammonia oxidation current efficiency, it is preferable not only to add a catalyst, but also to use an electrode having nitrate reduction ability as a cathode. It was found that the progress of the reaction could be suppressed more effectively.

また、触媒としては、鉄塩、銅塩、ニッケル塩のそれぞれに促進効果が認められた。その中でも、特に促進効果が顕著であるのは鉄塩であることが分かった。さらに、鉄塩としては、第一鉄、第二鉄塩にかかわらず同様の促進効果が確認された。なお、このことは、第一鉄が有する還元剤としての直接的な作用というよりも、上記の反応式4及び反応式5が繰り返されて、鉄塩が硝酸還元に関して触媒として関与していることを示している。 As catalysts, an accelerating effect was recognized for each of iron salt, copper salt, and nickel salt. Among them, it was found that the iron salt has a particularly remarkable promoting effect. Furthermore, the same promotion effect was confirmed regardless of whether the iron salt was ferrous or ferric. It should be noted that this is not due to the direct action of ferrous iron as a reducing agent, but rather to the fact that the above reaction formulas 4 and 5 are repeated, and the iron salt is involved as a catalyst for nitrate reduction. is shown.

また、添加する触媒の濃度としては、その触媒の種類によって異なるものの、最も顕著な効果を示した鉄塩では、金属Fe濃度として5mg/L以上となるように添加することで、より有効な作用を奏することが確認され、濃度が高くなるほどその効果が高くなる傾向にあることが確認された。 In addition, although the concentration of the catalyst to be added varies depending on the type of catalyst, the iron salt that showed the most remarkable effect is added so that the metal Fe concentration is 5 mg / L or more, so that the effect is more effective. It was confirmed that the higher the concentration, the higher the effect tended to be.

10 電解処理装置
11 電解槽
11a 陽極
11b 陰極
12 調整槽
13 循環配管
14 直流電源装置
15 測定部
16 pH調整剤供給部
17 次亜塩素酸スカベンジャー供給部
18 制御部
19 循環ポンプ
20 被処理水
REFERENCE SIGNS LIST 10 electrolysis device 11 electrolytic bath 11a anode 11b cathode 12 adjustment bath 13 circulation pipe 14 direct current power supply device 15 measurement unit 16 pH adjuster supply unit 17 hypochlorous acid scavenger supply unit 18 control unit 19 circulation pump 20 water to be treated

Claims (6)

塩化物イオンを含む被処理水中の酸化態窒素成分を電気分解によって除去する酸化態窒素の処理方法であって、
陽極として不溶性電極を用い、陰極として硝酸還元能を有する電極を用い、
pHを4.0~10.0とした被処理水に、鉄塩、銅塩、及びニッケル塩から選ばれる1種以上の触媒を、該触媒の濃度が金属濃度として5mg/L~100mg/Lとなるように添加する
酸化態窒素の処理方法。
A nitrogen oxide treatment method for removing nitrogen oxide components in water to be treated containing chloride ions by electrolysis,
Using an insoluble electrode as the anode and an electrode having nitric acid reduction ability as the cathode,
One or more catalysts selected from iron salts, copper salts, and nickel salts are added to water to be treated whose pH is 4.0 to 10.0 , and the concentration of the catalyst is 5 mg / L to 100 mg / L as a metal concentration. A method for treating nitrogen oxides.
前記酸化態窒素の濃度が1000mg/L以下の被処理水に、前記触媒を添加する
請求項1に記載の酸化態窒素の処理方法。
The method for treating nitrogen oxides according to claim 1, wherein the catalyst is added to the water to be treated having a concentration of the nitrogen oxides of 1000 mg/L or less.
前記触媒として、少なくとも鉄塩を用いる
請求項1又は2に記載の酸化態窒素の処理方法。
3. The method for treating nitrogen oxides according to claim 1, wherein at least an iron salt is used as the catalyst.
前記陰極は、その表面に、周期律表の第8族~第13族の金属又はその金属を主成分とする合金を含む
請求項1乃至のいずれかに記載の酸化態窒素の処理方法。
4. The method for treating oxidized nitrogen according to any one of claims 1 to 3 , wherein the surface of the cathode includes a metal of groups 8 to 13 of the periodic table or an alloy containing the metal as a main component.
前記陰極は、その表面に、少なくとも鉄を含む鉄系合金、及び少なくともニッケルを含むニッケル系合金から選ばれる合金を1種以上含む
請求項に記載の酸化態窒素の処理方法。
5. The method for treating nitrogen oxides according to claim 4 , wherein the cathode includes, on its surface, one or more alloys selected from iron-based alloys containing at least iron and nickel-based alloys containing at least nickel.
前記陰極は、その表面に、鉄-クロム系合金、鉄-ネオジム系合金、鉄-ケイ素系合金、鉄-ニッケル系合金、鉄-テルル系合金、ニッケル-クロム系合金、ニッケル-モリブデン系合金、ニッケル-タングステン系合金から選ばれる合金を1種以上含む
請求項に記載の酸化態窒素の処理方法。
The cathode has, on its surface, an iron-chromium alloy, an iron-neodymium alloy, an iron-silicon alloy, an iron-nickel alloy, an iron-tellurium alloy, a nickel-chromium alloy, a nickel-molybdenum alloy, 6. The method for treating nitrogen oxides according to claim 5 , comprising one or more alloys selected from nickel-tungsten alloys.
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