JPH0785766B2 - 電気浸透脱水用電極 - Google Patents

電気浸透脱水用電極

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JPH0785766B2
JPH0785766B2 JP62186315A JP18631587A JPH0785766B2 JP H0785766 B2 JPH0785766 B2 JP H0785766B2 JP 62186315 A JP62186315 A JP 62186315A JP 18631587 A JP18631587 A JP 18631587A JP H0785766 B2 JPH0785766 B2 JP H0785766B2
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健 諏訪
滋 佐野
輝之男 三輪
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、下水汚泥等の被脱水処理物を圧搾しながら直
流通電して脱水する装置、例えば先願の特願昭60−2654
86、同265487、同265488等に開示のフィルタープレス形
式の電気浸透脱水の装置に適用して有用性を発揮する電
気浸透脱水用電極に関する。
〔従来の技術〕
第2図(イ)(ロ)および(ハ)はフィルタープレス形
式の電気浸透脱水装置の基本構成と操作過程の概略を示
す。第2図(イ)では、フィルタープレスの1対の濾板
(a)(a)間に濾布(b)(b)、圧搾膜(c)を挟
んで締付け、汚泥を原液入口(d)から原液ポンプによ
り濾布間に圧入し、濾布を透過した脱水液を濾液出口
(e)から機外に排出する。第2図(ロ)では、圧搾膜
(c)をその背後に圧搾圧力を導入して膨張させて、さ
らに固化した汚泥ケーキ中の水分を搾り出す。圧搾脱水
の後期には、濾室内の電極(f)(f)間に直流通電し
て電気浸透作用によりさらに脱水を促進する。第2図
(ハ)では濾板を開き濾布を引下げて脱水ケーキ(g)
を機外に取出す。
下水汚泥等を圧搾脱水する過程で汚泥中に直流電流を通
ずると、単に圧搾しただけでは脱水できない汚泥中の水
分も電気浸透作用により陰極側に吸引されて外部に移動
し脱水が促進されるので、圧搾圧力のみによる脱水と較
べて脱水ケーキの含水率を著しく低下させることができ
る。例えば、凝集、水切りにより予備濃縮した下水汚泥
をフィルタープレスに供給して3kg/cm2の圧搾圧力で約2
0分間脱水処理を行うと、脱水ケーキの含水率は80〜85
%となり、これ以上の圧力、時間をかけても脱水ケーキ
含水率の低下にさほどの効果はない。これに対して脱水
の途中で40V程度の直流電圧を印加して約15分間通電す
ると、脱水ケーキの含水率は50%程度まで低下し、脱水
ケーキの体積は1/2以下に減少する。
上記の電気浸透脱水を行うための電極としては、従来、
電気浸透脱水装置の形式に対応した金属板、炭素焼結板
からなる各種の材料および構造の電極が提案され使用さ
れているが、次項記載の問題点がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
電気浸透脱水の有用性を発揮させるには、その主要役割
を受持つ電極が装置費用の殆ど半分を占めるので、電極
の機能、耐久性を高め妥当な費用のものとすることが支
配的重要性を持つ。この観点に立って従来技術の代表的
な電極を検討すると次の問題がある。
従来使用されるステンレス鋼、ニッケル鋼等の金属板か
らなる電極は、強度は充分であるが直流通電によりイオ
ン化して泥漿の中へ溶出して消耗するので寿命の点で問
題がある。さらに溶出金属イオン、特にクロムは二次公
害を惹き起こす問題も生じる。
白金のような貴金属を被覆したチタニウム合金からなる
電極は、通電消耗が少なく性能的にすぐれたものである
が、あまりにも高価すぎて実用的ではない。その上、電
気浸透のプロセスでは一時的に極性を逆にすることが有
用な場合があるが、逆極性時に白金被覆がはがれるとい
う問題がある。
従来技術の炭素焼結板は、通電による溶出は少ないが、
発生期の酸素により酸化消耗を受けてバインダコークス
部が選択的に侵蝕されて炭素質の物理的脱落による消耗
が多いので、寿命の点で充分であるといえない。さらに
機械的強度が弱く、圧搾圧力により破損する問題があ
る。特開昭60−147208には、この弱点を補うため、導電
性繊維と合成樹脂との混合物を加圧成形した電極が提案
されている。しかし絶縁物である合成樹脂を含むため導
電性が低下し電極内部での電圧降下が大となり、その結
果、電気浸透脱水のための所定電気量を流すには印加電
圧を高くしなければならず、用役コストが嵩むばかりで
なく電極の寿命も短くなり経済的ではない。しかも水を
扱う作業環境で高電圧を使用することは感電の危険性が
あるため望ましいことではない。
さらに電気浸透脱水は、フィルタープレスのような機械
的圧搾脱水のみの場合に較べて、圧搾圧力は低くてよい
が、圧搾脱水と併用するわけであるから、電極は少なく
ともこの圧搾圧力に耐え得るものでなければならない。
すなわち、例えばフィルタープレス形の電気浸透脱水機
に適用する電極は圧搾膜(c)から作用する曲げ応力に
耐える必要があり、さらに脱水終期の発熱(70〜80℃)
時に濾板(a)と電極(f)との熱膨張差によって発生
する熱応力にも耐える機械的強度を具えたものでなけれ
ばならない。このことは圧搾面積が大きい場合や、電極
が消耗し薄層化されたときに特に問題となる。
前記のように、電気浸透脱水方法はその有用性が認めら
れているが、その従来技術の電極が弱点、問題点を持つ
ので、充分に経済的な脱水方法として成立ち得ないのが
現状である。
本発明は、従来技術の電気浸透脱水方法に密接に関連す
るその電極の問題点に解決を与え、性能がよく高強度、
長寿命で比較的容易に妥当な費用でつくることのできる
電気浸透脱水用電極を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明の要旨は、対向する陽
極および陰極の間に被脱水処理物を挟み、圧搾しながら
両電極間に直流通電して電気浸透脱水を行うための電極
であって、電極材料が、二次元平面内においてランダム
な方向に分散されて積層された炭素短繊維を含み、か
つ、炭素短繊維が炭素によって互いに結着されている炭
素質材料からなることを特徴とする電気浸透脱水用電極
にある。
炭素質材料の10〜50重量%が炭素短繊維であり、かつ、
炭素短繊維の繊維長が2〜20mmの範囲にあることが好ま
しい。
〔作用〕
電気浸透脱水装置において、二次元平面内においてラン
ダムな方向に分散されて積層された炭素短繊維を含み、
かつ炭素繊維が炭素によって互いに結着されている炭素
質材料からなる本発明の電極を用いることにより、脱水
操作中にそれに加わる圧搾圧力等によく耐え、通電に際
し導電性にすぐれていることから電極内部での電圧降下
が少なく印加電圧が低くてよく発熱が少なく、その他諸
多の面で問題がなく、経済的な電気浸透脱水方法が成立
つ。
〔実施例〕
(I)製造方法 本発明電気浸透脱水用電極の実施例として、先ずその特
質に関係する製造方法の例を順序に説明する。
炭素短繊維材料は、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、
ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などのいずれか
らなるものであってもよい。
炭素短繊維材料は通常、連続繊維束を切断し、解繊する
ことによって得る。繊維束には通常、エポキシ樹脂等の
合成樹脂系集束剤が付着しているが、後の抄造工程の分
散性を向上させるためには一旦除去して置く。集束剤の
使用が不可欠であれば、水溶性の集束剤、例えばポリビ
ニールアルコール、ポリエチレングリコール、でん粉等
を使用するのが好ましい。炭素短繊維のサイズは単糸径
が4〜15μm、繊維長が2〜20mmが好ましい。
この炭素短繊維をシート状、板状の中間基材に賦形す
る。賦形のため、炭素短繊維と抄造用バインダを含む抄
造媒体とを混合、撹拌し、織物や金網上等に抄造する。
抄造により、炭素短繊維は実質的に二次元平面内におい
てランダムな方向に分散せしめられ、かつバインダによ
り互いに結着されてシート状、板状となる。抄造用バイ
ンダとしてはポリビニールアルコール、ヒドロキシエチ
ルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルア
ミド、ポリエステル等を使用し、水等の溶媒で希釈して
抄造媒体とする。抄造後は加熱乾燥して溶媒を除去す
る。
次に上記のシート状、板状に賦形された中間基材に、高
温加熱によって炭素化し得る樹脂の溶液を含浸する。こ
の樹脂はフェノール樹脂、エポキシ樹脂、シラン樹脂、
ピッチ、それらの混合物を、また溶媒はメタノール等を
使用するのがよい。
樹脂含浸後の中間基材はホットプレス成形して樹脂を硬
化させる。この際に必要な厚みが得られるよう中間基材
を重ね合わせる。
ホットプレス等の中間基材を、窒素やアルゴンなどの不
活性雰囲気あるいは真空雰囲気中で1000〜3000℃に高温
加熱する。この加熱により前工程で含浸した樹脂が炭素
化されて炭素短繊維の結着用炭素となる。抄造用バイン
ダは熱分解し、飛散する。こうして本発明の電気浸透脱
水用電極が得られる。
(II)本発明電極の特性と製造条件との関係 機械的強度の点ではポリアクリロニトリル系炭素繊維の
使用が好ましい。機械的強度のうちで重視される曲げ強
度は炭素短繊維の繊維長が長いほど大きくなる。しかし
長過ぎると均一分散が困難となり曲げ強度は殆ど上がら
なくなる。
電極の導電性は中間基材への含浸樹脂が炭素化され結着
用炭素となるので、この炭素量が増えると厚み方向の抵
抗率が加速度的に低くなる。この樹脂量が少ないと炭素
繊維同士の結着性が低下し電極の機械的強度も低下す
る。
樹脂含浸、ホットプレス成形した中間基材を高温加熱し
樹脂を炭素化させる過程では、樹脂中の成分が一部分解
して飛散し電極に気孔部が形成される。強度上必要なら
ばこの気孔部の少なくとも一部をさらに充填樹脂または
エラストマーで充填してもよい。充填樹脂としては、例
えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノー
ル樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリエ
チレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、
ポリ塩化ビニル樹脂、アクリルニトリル・ブタジェン・
スチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ
エーテルケトン樹脂、テフロンなどの熱可塑性樹脂が使
用できる。またエラストマーとしてはアクリル・ブタジ
ェン・エラストマー、シリコンエラストマー、クロロプ
レンエラストマー、エチレン・プロピレン・エラストマ
ーなどが使用できる。
(III)好適実施例 東レ株式会社製ポリアクリロニトリル系炭素繊維、“ト
レカ"T300を12mmの長さに切断し、水中に分散させたの
ち抄造した。バインダとしてポリビニルアルコールを使
用した。
次に上記抄造紙にフェノール樹脂を含浸させ、乾燥させ
たのちホットプレスにより樹脂を硬化させた。
次いで窒素雰囲気にて1600℃で加熱焼成しフェノール樹
脂を炭化して厚みが約1mm、見掛密度1.05g/cm3、気孔率
約40%の本発明電極を得た。
得られた電極の圧縮破壊強度は100kg/cm2以上で、厚み
方向の電気抵抗値は0.015Ωcmであった。
尚、この厚み方向の抵抗率は電極を一定面積の水銀電極
で挟み、電極間に一定電流を流したときの電圧降下から
次式によって算出する。
R=(電圧降下×電極面積)/(電流×厚み) (IV)電蝕性試験 本発明電極と比較各種電極とを試料として、第1図
(イ)および(ロ)に示すよう液槽内に浸漬し、直流通
電を行ってプラス極における腐蝕減量を測定した。試料
の通電面積および極間距離は図中記入のとおりである。
浸漬液はNa2SO42g/の水溶液で、その導電率は2mmS/cm
一定とし、通電は定電流制御により2A/dm2一定とした。
時間経過に伴う各電極の腐蝕減量は次頁の表のとおりで
ある。
本発明電極は何れの極性にしても腐蝕減量が極めて少な
い。比較電極のプラチナメッキチタン材はプラス極では
腐蝕減量は殆ど0であるがマイナス極では使用に耐えな
い。本発明と異なる炭素繊維を含まない比較カーボン材
電極4例は炭素粒子の著しい脱落現象が認められた。
〔発明の効果〕
以上のように、二次元平面内においてランダムな方向に
分散されて積層された炭素短繊維を含み、かつ、炭素短
繊維が炭素によって互いに結着されている炭素質材料か
らなる本発明の電極は、強度および導電性にすぐれ、か
つこの電極は陰、陽何れの極性で使用しても耐久性があ
り長期使用が可能なため、脱水効果の高い電気浸透脱水
処理を経済的に遂行することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(イ)は本発明電極および比較電極の腐蝕減量試
験装置の平面部分図、第1図(ロ)はその縦断正面図、
第2図(イ)はフィルタープレス形式の電気浸透脱水装
置の基本構成を示す縦断側面図、第2図(ロ)はその圧
搾、直流通電時の縦断側面図、第2図(ハ)はその脱水
ケーキ取出時の縦断側面図である。 (a)……濾板、(b)……濾布、(c)……圧搾膜、
(d)……原液入口、(e)……濾液出口、(f)……
電極、(g)……脱水ケーキ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三輪 輝之男 滋賀県大津市園山1丁目1番1号 東レ株 式会社滋賀事業場内 (72)発明者 瀧沢 保 滋賀県大津市園山1丁目1番1号 東レ株 式会社滋賀事業場内 (56)参考文献 特開 昭60−147208(JP,A) 日本複合材料学会誌、10〔2〕(1984) 菊池、P.56−64

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対向する陽極および陰極の間に被脱水処理
    物を挟み、圧搾しながら両電極間に直流通電して電気浸
    透脱水を行うための電極であって、電極材料が、二次元
    平面内においてランダムな方向に分散されて積層された
    炭素短繊維を含み、かつ、炭素短繊維が炭素によって互
    いに結着されている炭素質材料からなることを特徴とす
    る電気浸透脱水用電極。
  2. 【請求項2】炭素質材料の10〜50重量%が炭素短繊維で
    あり、かつ、炭素短繊維の繊維長が2〜20mmの範囲にあ
    る特許請求の範囲第1項記載の電気浸透脱水用電極。
JP62186315A 1987-07-24 1987-07-24 電気浸透脱水用電極 Expired - Lifetime JPH0785766B2 (ja)

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JPH03135494A (ja) * 1989-10-18 1991-06-10 Shinko Pantec Co Ltd 炭素質極基材
JPH03221108A (ja) * 1990-01-25 1991-09-30 Shinko Pantec Co Ltd 高密度化電気浸透脱水用電極

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JPS60147208A (ja) * 1984-01-10 1985-08-03 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd 電気浸透脱水機の電極

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日本複合材料学会誌、10〔2〕(1984)菊池、P.56−64

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