JPH07185555A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の水処理装置は被処理液中の金属成分の
回収のみを意図し主として炭素粒子を電解槽中に充填し
て被処理液を処理していた。しかし被処理液の中には有
機成分が含まれることが多く、被処理液を放流するため
にはこの有機成分を除去する必要がある。本発明は金属
成分回収と有機成分分解を単一工程で行い得る水処理装
置を提供することを目的とする。 【構成】 陽極２と陰極３の間に酸化チタンを含む導電
性微粒子４を充填した電解槽１と光源５を含んで成る水
処理装置。この電解槽に供給される被処理液中の金属イ
オンは導電性微粒子の陰分極した側で還元されて電析
し、有機成分は陽分極した側で光に当たることにより酸
化的に分解され、単一工程で被処理液中の金属成分と有
機成分を放流可能なレベルまで低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属成分と有機成分を
含む被処理液を処理して金属成分を回収しかつ有機成分
を分解するための水処理装置に関し、より詳細には主と
してメッキ廃液等の有価金属と有機添加物を含む排水を
電解的に処理する排水の電解処理装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術とその問題点】我が国における厳重な排水規
制により工場排水等は全て処理されて排水規制に合致さ
せた後に放流されている。排水処理の方法は主として中
和沈澱法であり、この方法は排水のｐＨを中性域から弱
アルカリ性に移行させることにより金属が水和物又は水
酸化物として沈澱させてこれを濾別し、濾液は必要に応
じて樹脂処理を行って更に高度な処理を行って排水のｐ
Ｈを規制に適合させた後に放流する方法である。

【０００３】この中和沈澱法は理論的には非常に有効で
あるが、前述のように有機添加物等の有機性のＣＯＤの
除去には必ずしも有効ではなく、別にオゾンや過酸化水
素等による酸化処理が必要となる場合が多く、この付加
工程の存在が効率的な排水処理を達成するための大きな
ネックとなっている。又前記中和沈澱法は遊離の金属イ
オンの回収には有効であるが、キレート等の有機錯体中
に存在する金属錯イオンの形態の金属イオンの回収には
不適切であり、樹脂処理、キレート分解等の付加的な工
程を必要とするという問題点もある。

【０００４】更に前記中和沈澱法で沈澱させた金属水酸
化物から簡単かつ安価に金属を単離し回収することは困
難であることが多く、前記中和沈澱法による金属回収は
経済的な面の問題から実際には殆ど行われていない。排
水からの金属回収を電解的に行うと目的とする金属が化
合物としてではなく単離された金属として回収され単離
工程が不要であることからも有効であることが知られて
いる。更に電解法は比較的安価に実施できることから、
電解的な金属回収を意図する数種類の廃液処理装置が市
販され実用化されている。

【０００５】これらの電解的金属回収装置は、金属イオ
ンの還元を有効に行うために該金属イオンが接触する陰
極の表面積を可能な限り大きくするように工夫され、該
陰極と離間した箇所に通常の陽極又は三次元的な広がり
を有する金属陽極を設置し、あるいは陰極側に炭素粒子
を充填して固定床型とし、陰極側に被処理液を流して電
解を行うようにしたものが主流となっている。このタイ
プの電解槽では通電を円滑に行うために両極間にも被処
理液を流したり、両極をイオン交換膜で分離し陽極室側
に希硫酸等の電解液を又陰極室側には被処理液を流した
りしている。これらの電解槽の陰極は基本的に単極構造
であり表面積が極めて大きくできるため金属回収には有
利であるもの、液中に含有される有機性ＣＯＤ等の処理
については一切考慮されていない。

【０００６】他の電解法として、陽極と陰極の間に導電
性の炭素粒子を充填した電解槽を使用する方法が知られ
ている。この方法は、炭素粒子自身が電気抵抗による電
位差を該粒子内に有し、通電により陽極側が陰分極し陰
極側が陽分極することにより陽極及び陰極間に存在する
複数個の炭素粒子が複極構造として機能することによ
り、電圧は大きくなるが小電流で金属回収を有効に行う
ことを意図している。しかし該方法でも炭素粒子が有機
性ＣＯＤの分解については全く効果を期待できないこと
から有機性ＣＯＤの分解については一切考慮されず金属
回収のみが注目されていることは明らかである。更に貴
金属廃液からの貴金属回収用として炭素粒子を陰極とし
て使用し流動床型電解により貴金属回収を行う方式が提
案されているが、この方式でも貴金属回収のみが注目さ
れ、多くの廃液中に含まれる有機性ＣＯＤの除去に関し
ては殆ど注目されず、該有機性ＣＯＤの除去は別工程に
より行うことが当然と考えられている。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、通常金属回収を必要とする各
種排水が金属の他に放流するために分解しなければなら
ない有機成分を含有しかつ前記金属回収と前記有機成分
の分解を単一操作で行うことができれば排水処理を効率
的に行うことできることに着目して、金属の電析と有機
成分の分解を単一操作で行い得る水処理装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】本発明は、陽極と陰極
の間に酸化チタンを含む半導性微粒子を充填した電解槽
と光源を含んで成り、前記充填微粒子中に金属成分と有
機成分を有する被処理液を供給しかつ光を当てながら前
記電解槽の両電極間に直流電流を通電し、前記被処理液
中の金属成分を回収するとともに有機成分を分解するこ
とを特徴とする水処理装置である。

【０００９】以下本発明を詳細に説明する。本発明者ら
は、金属イオンの還元による電析と有機成分の分解を同
時に行い得る電極物質を各種検討し、酸化チタンが最良
の電極物質であることを見出し、本発明に至ったもので
ある。半導性酸化チタンは光を当てることにより光触媒
として水の分解を行うことが知られている。本発明者ら
はこの特性に着目し、該半導性酸化チタンを電極物質と
して通電すると電解液中の有機成分を分解することを見
出したものである。

【００１０】更に該酸化チタンを電解用陰極として電解
槽に設置し電解液中の金属イオンの還元用として使用し
たところ還元された金属がその表面に電析して回収され
ることも見出された。本発明では従来の炭素粒子による
金属回収と同様に酸化チタンを微粒子として電解槽の陽
極と陰極の間に充填して電解表面積を最大限とした状態
で使用する。

【００１１】両電極間に通電すると前記酸化チタンが分
極し一定の配向性でつまり前記陽極に面する部分が陰分
極し前記陰極に面する部分が陽分極するよう両電極間で
分極する。このように酸化チタンが充填された電解槽
に、金属イオンと有機成分を含有する被処理液を供給し
かつ光源から好ましくは両電極の長さ方向と平行になる
ように光を当てながら両電極間に直流電流を通電する
と、各酸化チタン粒子の陰分極部で前記金属イオンが還
元されて金属単体として析出しかつ当てられた光を触媒
として陰分極部で有機成分の還元的分解が又陽分極部で
有機成分の酸化的分解が行われ、金属回収と有機成分の
分解を同時に行うことができる。

【００１２】両機能のうち金属の電析については光の影
響は殆ど見られず、これは金属電析を決定する陰分極側
の水素過電圧が殆どの金属に対して卑であり、加えられ
る光がこの過電圧に何の影響も与えないからであると考
えられる。前記両機能を有する酸化チタンは半導性であ
り大きな表面積を有することが必要であり、このような
酸化チタン微粒子は次のようにして調製することができ
る。即ち天然ルチルの100 〜300 メッシュの粉末を真空
中又は窒素中の不活性／非酸化性の雰囲気中1100℃〜15
00℃で加熱焼結することにより酸化チタン中に酸素欠陥
を形成し、つまりＴｉＯ_2-x として導電性を与えて半導
性酸化物とする。あるいは天然ルチルを350 メッシュ程
度まで粉砕し又は同程度の粒径の合成ルチル粉末をその
まま又は微量のスポンジチタンとともに十分混練し還元
性又は不活性雰囲気中1100℃〜1500℃で１〜100 時間加
熱焼結を行う。なおスポンジチタンを使用する場合には
それ自身が還元剤となるので酸化性雰囲気で行っても良
い。

【００１３】酸化チタンに半導性を与える手法はこれら
に限定されるものではなく、例えばタンタルやニオブの
ような価数の異なる金属とともに焼結させても良い。こ
の方法により半導性酸化チタンを調製するには、酸化チ
タン、酸化タンタル及び酸化ニオブを微粉末の状態で混
合しペレット状とし又必要に応じてチタンスポンジを加
えた後、前述の条件で焼結すれば良く、酸化性雰囲気で
もルチル型の半導性酸化物が得られる。このように調製
した半導性酸化チタンを十分に粉砕し、微量の発泡剤や
バインダーとともに1000℃以下で弱い焼結を行い、粒度
10〜200 メッシュ程度の多孔性粉末とする。これにより
表面積が約10倍となった半導性酸化チタン微粒子を得る
ことができる。

【００１４】この酸化チタン微粒子を間隔をおいて電解
槽内に設置された陽極及び陰極間の空間に充填する。該
微粒子はバインダーにより弱く結合しているため、一体
としてかつ任意形状で両極間に設置することができる。
使用する電解槽は特に限定されないが加えられる光を透
過させて酸化チタン微粒子全体に光を当てるために薄く
かつ透過性の良好な例えば石英ガラス製とすることが望
ましい。

【００１５】使用する電極は特に限定されないが、両極
とも単なる水電解ではなく有機成分の分解が起こるた
め、陽極はチタン基体に半導性酸化チタンを被覆した電
極とすることが望ましい。又陰極では殆ど有機成分の分
解は起こらないため通常のチタン電極を使用すれば良
い。しかし通常の電解より高電圧が掛かること、被処理
液中にはハロゲンイオンが存在する可能性があることを
考慮すると電極材料として破壊電圧の低いチタンではな
くチタン−タンタル合金やチタン−ニオブ合金を基材と
することが望ましい。しかしこれらは高価であるため用
途等に応じて適宜選択すれば良い。

【００１６】更にチタン基材にニオブやタンタルを焼結
により含浸させて合金化したものやニオブやタンタルで
表面を形成した基材を使用できることは言うまでもな
い。このような構成から成る電解槽に当てる光は可視光
としてもよいが可視光よりエネルギーの高い紫外線を利
用することが望ましく、殆ど全ての波長領域の紫外線で
効果的な有機成分の分解を行うことができる。又両極間
に通電する電流は直流を使用するが、これは交流を使用
すると一旦陰分極部に電析した金属単体が陽分極により
再溶解してしまうからである。

【００１７】対象とする被処理液も金属イオンと有機成
分を含有する限り特に限定されないが、メッキ廃液等の
通常の処理では放流可能なレベルまで有機成分の量を低
減させることが困難な廃液を対象とする際に本発明は特
に有効である。被処理液は電解槽全体に充填してバッチ
式に処理しても、電解槽を通して流通させてフロー状態
で処理しても良い。酸化チタン微粒子上に電析した金属
はこの酸化チタン微粒子を陽極として電解することによ
り酸化的に溶解して該金属イオンを含む溶液として回収
するか、酸中で溶解して金属溶液として回収する。これ
により酸化チタン微粒子は電解処理前の状態に戻り、本
発明装置による電解処理に繰り返し使用することができ
る。

【００１８】図１は、本発明に係わる水処理装置の一例
を示す横断平面図である。１は、石英ガラス等の光特に
紫外線透過性材料で形成された水処理用電解槽であり、
該電解槽１内の左右側壁近傍には板状陽極２及び板状陰
極３が設置されている。両電極２及び３間には、酸化チ
タン微粒子単独又は酸化チタン、酸化タンタル及び酸化
ニオブの粒子を混合して焼結した充填層４が収容されて
いる。該電解槽１の前後（図面における上下）には、１
対の紫外線ランプ５が設置され、前記電解槽１の前後の
壁面を通して前記充填層４へ紫外線を照射できるように
している。

【００１９】この電解槽１にその底部に設置された被処
理液導入口（図示略）から銅イオン等の金属成分とメッ
キ液添加剤等の有機成分を含有する被処理液を供給しな
がら前記両極２及び３間に通電すると、被処理液が充填
層４の陰分極した部分に接触して該被処理液中の金属イ
オンが金属単体に還元されて充填層４の酸化チタン微粒
子等の表面に電析する。一方前記被処理液中の有機成分
は充填層４の陽分極した部分に接触して酸化的に分解さ
れそのまま放流できる無害成分に変換される。前記充填
層４表面に電析した金属単体は充填層４とともに電解槽
１外に取り出し、酸で処理して溶出させるか、該充填層
４を陽極として電解することにより純粋な金属イオン含
有溶液として回収し、更に前記充填層４は再度前記水処
理に使用することができる。

【００２０】

【実施例】次に本発明に係わる水処理装置を使用する被
処理液処理の実施例を記載するが、該実施例は本発明を
限定するものではない。

【００２１】

【実施例１】350 メッシュ以下の粒度を有する合成ルチ
ル粉末に、金属としてその10分の１の量のチタンスポン
ジを添加し、湿式で十分に混合し、更にプレス成形しペ
レット状とし、これを1300℃で２時間、空気中で焼結し
て半導性粒子を調製した。この焼結ペレットの電気抵抗
は10^-2Ωｃｍであった。このペレットを再度粉砕し非イ
オン性の界面活性剤とデキストリンを加えて発泡させな
がら固形化した後、900 ℃で所謂ダル焼結を行った。更
にボールミルで粉砕し40〜100 メッシュの粒状体とし
た。

【００２２】この粒状体を、厚さ10ｍｍの石英ガラス製
の箱型電解槽中に10ｃｍの間隔を置いて設置された陽極
と陰極との間に充填し、奥行を10ｍｍとし、横及び高さ
を10ｃｍの直方体状の充填層を構成した。陽極は表面に
酸化タンタルと酸化チタンの複合酸化物を被覆したチタ
ン基体とし、陰極はチタン板とした。電解槽の両電極が
存在しない側壁（100 ×100 ｍｍ側の２方向から200 〜
400の波長を有する紫外線を紫外線ランプを使用して照
射しながら、前記電解槽に下部から、銅イオン100 ｐｐ
ｍ、ニカワをＣＯＤとして150 ｐｐｍ含有する希硫酸を
該希硫酸が前記充填層を50ｃｍ／分の速度で通過するよ
うに供給し、かつ両極間に直流電流を通電して電解を行
ったところ、電解槽から取り出された被処理液中のＣＯ
Ｄは10ｐｐｍ以下で、銅イオンは0.1 ｐｐｍ以下であっ
た。この状態を維持したまま紫外線ランプを消灯したと
ころ、ＣＯＤは20ｐｐｍまで上昇した。

【００２３】

【比較例１】充填層として実施例１の半導性酸化チタン
の代わりに炭素粉を使用したこと以外は実施例１と同一
条件で被処理液の処理を行ったところ、電解槽から取り
出された被処理液が黒く濁り、濾過後のＣＯＤが125 〜
140 ｐｐｍであり、かつ銅イオン含有量はは1.5 ｐｐｍ
であり、銅イオン回収は殆ど同一レベルで行えるが、Ｃ
ＯＤ処理に問題が残ることが判った。

【００２４】

【実施例２】酸化チタンにチタンスポンジを加える代わ
りに、酸化チタンにその10分の１モル量に相当する精製
タンタライト（主成分が酸化タンタルと酸化ニオブ））
粉末を加え1500℃で２時間焼結したこと以外は実施例１
と同様にして半導性微粒子を調製した。この半導性焼結
粒子を実施例１と同様に多孔質化した40〜100 メッシュ
の粒子として実施例１と同じ電解槽中の陽極及び陰極間
に充填し、更に実施例１と同一条件で電解を行ったとこ
ろ、処理後の被処理液のＣＯＤは10ｐｐｍ以下、銅イオ
ンは１ｐｐｍ以下であった。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、陽極と陰極の間に酸化チタン
を含む半導性微粒子を充填した電解槽と光源を含んで成
り、前記充填微粒子中に金属成分と有機成分を有する被
処理液を供給しかつ光を当てながら前記電解槽の両電極
間に直流電流を通電し、前記被処理液中の金属成分を回
収するとともに有機成分を分解することを特徴とする水
処理装置である。従来の電解的排水処理用に使用される
炭素粒子は前記排水中の金属イオンの回収には有効であ
るが、多くの排水に含有される有機成分の除去には殆ど
効果を有しない。

【００２６】本発明の水処理装置の電解槽で使用される
充填層を構成する酸化チタンを主とする微粒子は金属イ
オンの回収に有効なだけでなく、有機成分の酸化的分解
にも効果があり、光を前記充填層に当てることにより金
属回収効率は殆ど変化しないが、有機成分の分解は大幅
に促進される。本発明に係わる水処理装置により金属成
分と有機成分を含有する被処理液を処理すると、単一工
程で金属回収と有機成分分解を高い効率で同時に行うこ
とができる。充填層を構成する粒子として酸化チタンを
単独で使用する場合には、粒子構造中に酸素欠陥を生じ
させて導電性を生じさせることが望ましい。

【００２７】又酸化チタン粒子と価数の異なる金属の酸
化物であるタンタルやニオブを混入させて焼結すること
により前記粒子に導電性を付与することができる。更に
使用する光は可視光でもよいが、可視光よりエネルギー
の高い紫外線を使用することが有機成分の分解効率を高
めるために望ましく、更に前記可視光あるいは紫外線を
有効に利用するために、前記電解槽の壁面は可視光や紫
外線を透過する材料で構成することが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる水処理装置の一例を示す横断平
面図。

【符号の説明】

１・・・水処理用電解槽 ２・・・陽極 ３・・・陰極
４・・・充填層 ５・・・紫外線ランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 1/72 １０１ Ｃ２５Ｃ 7/00 ３０１ 9269−4Ｋ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極と陰極の間に酸化チタンを含む半導
   性微粒子を充填した電解槽と光源を含んで成り、前記充
   填微粒子中に金属成分と有機成分を有する被処理液を供
   給しかつ光を当てながら前記電解槽の両電極間に直流電
   流を通電し、前記被処理液中の金属成分を回収するとと
   もに有機成分を分解することを特徴とする水処理装置。
2. 【請求項２】 微粒子が酸素欠陥を有する酸化チタンで
   ある請求項１に記載の水処理装置。
3. 【請求項３】 微粒子がチタンにタンタル及び／又はニ
   オブを混入させたルチル型酸化物である請求項１に記載
   の水処理装置。
4. 【請求項４】 光源が紫外線ランプであり、電解槽が紫
   外線透過材料から成るものである請求項１に記載の水処
   理装置。