JPH10277556A - 凝集処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分極作用を利用し短時間で不純物を除去でき
る凝集処理装置を提供する。 【解決手段】 上下両端に陽極と陰極及び処理廃水の流
入口と流出口を設けた密閉構造の処理槽と、両極間の空
間に誘電体板を水平に配置し処理廃水の流路を形成した
ことからなる凝集処理装置。処理廃水の流路をＳ字型に
蛇行する流路とすると一層効果的である。電極の極性を
入れ替えられるようにすると該装置の性能を維持でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、いわゆる凝集処理
装置に係り、特に産業廃水や生活廃水に含まれるCOD、B
OD、浮遊懸濁物成分等（以下、不純物をいう）を簡単に
除去でき、廃水の浄化、リサイクル、既設廃水処理設備
の前処理として幅広く利用できる凝集処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、産業廃水や生活廃水の電気化学的
処理法（電解法）は迅速な操作が可能である、経済的で
ある、悪臭騒音等の二次的問題がない、設備の設置面積
が小さくてすむ等の特長があり多くの専門家が広く研究
してきている。現在までに知られている産業廃水や生活
廃水の電解法は密閉電解槽中で電解時に発生する微小気
泡と懸濁物の結合や電解酸化あるいは電解還元等を利用
してある程度の浄化を行うものである。

【０００３】しかし、該方法において陽極と陰極をラン
ダム又は交互に重ねて配置する方式では、電解処理過程
において陽極が電蝕により摩耗し短期間で電極を交換し
なければならなかった。また、陰極に不純物が沈積する
ので、機械的な不純物除去装置をつける必要があり陽極
と陰極の間の空間が占有され結果として装置が大型化し
たり複雑化したりした。その結果電極の交換作業、不純
物除去装置の整備作業等が非常に面倒になるという問題
があった。

【０００４】ところで、陽極と陰極に直流電圧をかける
と電気化学的な現象が発生するが、この現象は酸化（陽
極に電子が吸収され、液体中の不純物を酸化する）、還
元（陰極から電子が供給され、液体中の不純物を還元す
る）、電気泳動（陽イオンが陽極から陰極に向かって移
動し、陰イオンが陰極から陽極に向かって移動する）、
電気腐蝕（両極間で液体をとおして電流が流れる場合、
陽極が非金属の場合には陽極は酸化して陽イオン（金属
イオン）を放出するため陽極に電気腐蝕が発生する）、
電解（陽極で酸素、陰極で水素が発生する）、分極（適
当な電圧をかけると両極間に電場が生じ、液体中の水の
分子は電場の働きにより分極し、図４に示すごとく陽極
付近では負の電荷、陰極付近では正の電荷を帯びる）の
６種類が同時並行して進行する。従来の汚水処理におけ
る電気化学的反応を利用した装置は上記の酸化、還元、
電気泳動、電気腐蝕、電解を利用して汚水処理プロセス
に求められる処理条件を達成しており、分極を利用した
既知の処理方法は存在していない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の問題を解決するためになされたものであって、
その目的とするところは、従来の電気化学的処理法とは
完全に異なる作用、即ち、電場の働きにより発生する分
極作用を利用して、短時間で従来と同様な所期の浄化基
準にまで不純物を除去処理することにある。

【０００６】また、他の目的は、電極に付着した懸濁物
を除去し誘電体に浮遊懸濁物が付着するのを防止又は軽
減し、両電極面及び誘電体面を常に活性化させ安定した
性能と高い不純物除去効率を維持できる水処理装置を提
供することにある。

【０００７】更に他の目的は、従来の電気化学的処理装
置で問題となっている複雑な処理構造を簡素化し整備作
業が容易な水処理装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに本発明の凝集処理装置は、上下両端に陽極と陰極及
び被処理廃水の流入口と流出口を設けた密閉構造の処理
槽と、該処理槽内の両極間の空間にその水平方向の断面
から処理水が通過できるだけの面積を差し引いた断面を
有し、電極に対して水平にかつ接しないように配置され
た誘電体板とからなることを特徴とする。

【０００９】さらに、該処理槽内の空間が密閉されたＳ
字型に蛇行する流路を形成するように該処理槽内に水平
層状に配置された誘電体板を有することを特徴とするも
のである。

【００１０】また、該処理槽の陽極、陰極は極性を入れ
替えられるように構成されるという特徴を有する。

【００１１】

【作用】上記の構成により、被処理廃水が上記処理槽の
一端から所定の速度で流入し、誘電体板により形成され
る流路を進行し、他端から流出する。同時に該処理槽の
陽極、陰極に所定の電圧をかけると両極間に電圧に比例
した電場が発生する。そして、被処理廃水中の不純物は
電場により分極し極性が生じると同時に誘電体板面より
放出されるイオンによる触媒作用、電磁作用による撹
拌、機械的撹拌により連続的に高速で凝集が促進し、他
端から流出するまでに良好なフロックを形成する。この
ため、他端から流出した被処理廃水を、凝集浮上分離、
凝集沈降分離、遠心分離等の比重差を利用した簡単な分
離処理工程により不純物と液を容易に分離することがで
きる。

【００１２】更に、Ｓ字型流路を形成するように誘電体
板を該処理槽内に配置することでさらに不純物と液の分
離を促進することができる。

【００１３】また、両電極の極性を一定時間で入れ替え
ることにより、電極板に付着する懸濁物を除去し、誘電
体板に付着する浮遊懸濁物が付着するのを防止、軽減
し、誘電体表面の働きを常に活性化することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による凝集処理装置
の具体的な実施形態に基づいて説明する。図１は本発明
の一実施形態の縦断正面図、図２はその縦断側面図であ
る。図１，図２において、本発明に係る凝集処理装置
は、処理槽１と、陽極２と、陰極３と、誘電体板４と、
加圧ポンプ５と、流量制御バルブ６とを備えている。

【００１５】図１，図２において、処理槽１は、密閉式
槽体をなし、槽体中の一面は開閉可能な密閉式入り口と
なっており、処理槽１の両側の内壁には凹型の位置決め
レール７を設ける。処理槽１の底部には、被処理廃水を
処理槽１に流入させるために加圧ポンプ５を有するパイ
プにつながる入口８がある。また、処理槽１の頂部に
は、被処理廃水を処理槽１から流出させるためにパイプ
につながる出口９があり、出口９側のパイプには流量制
御バルブ６が設けられている。

【００１６】陽極２は処理槽１の頂部内側に、陰極３は
処理槽１の底部内側に設けられ、それぞれ外部電源に接
続されている。電極は極性を替えることも可能である。
陰陽両極が形成する電場によって当該電場中の誘電体４
を分極し、電気分解の働きは向上する。

【００１７】金属質の板型誘電体４は、処理槽１内の陽
極２と陰極３の間及び処理液の流路になっているところ
に設けられ、処理液が流れる空間を形成するため誘電体
板４の両側は位置決めレール７により固定される。誘電
体板４は全平面を占めず空間を残して処理液が通過する
ようになっている。複数個の誘電体板４により形成され
る空間は、処理槽１の下から上に向かって基本的に閉鎖
されたＳ字型の単方向流路をなす。

【００１８】電極の材質、誘電体板の材質としては中性
域で酸化物の不働態を形成し、溶出し難いものであると
効果的であり、さらに、溶出した場合でも害にならない
金属であることが必要である。この点から電極の材質に
はプラチナ、チタン、チタンにプラチナをメッキ、アル
ミニウム、鉄、ステンレススチールが好ましい。同様に
誘電体板の材質にはプラチナ、チタン、チタンにプラチ
ナをメッキ、アルミニウム、鉄、ステンレススチールが
好ましい。

【００１９】上記構成により、処理液は流動状態で処理
槽１の底部の入口８より流入し、Ｓ字型の単方向流路を
経由して処理槽２の頂部の出口９から流出する。処理槽
１内の誘電体板４により形成される空間は、陰陽両極間
に所定の電圧をかけると処理槽１内の両極間に所定強度
の電場が発生し、分極作用によって処理槽１内の処理液
中の不純物に極性を与えると同時に誘電体板４が分極し
その触媒作用により、不純物の凝縮が促進される。

【００２０】即ち、分極作用により、水中の液体分子や
個体微粒気泡など不純物が極性を帯び、プラス・マイナ
ス・プラス・マイナス・・・の順序で並ぶ。そして、先
に荷電して相互に斥けあった粒子、あるいは荷電せず相
互に引きつけ合わなかった粒子がすべて相互に引き合う
こととなる。つまり、不純物が水中で相互に分離しある
いは相互に排斥し合う状態から、電場の作用により二極
電荷の状態になり、相互に引き合う状態となって自己凝
縮作用を生じるに至る。

【００２１】同時に誘電体板４が分極し陽性面は金属イ
オンを放出し、陰性面はマイナス電子を放出する。金属
イオン、マイナス電子はそれぞれ水酸化物イオン、水素
イオンと結合して水酸化化合物及び水素となる。そし
て、微小な水素の気泡は、浮遊懸濁物と結合し、浮遊除
去装置で分離され、被処理廃水から浮遊懸濁物を析出す
る課程が進行する。

【００２２】また、処理液が流れるＳ字型流路は機械
的、磁力的撹拌作用を生じ、更に不純物の凝縮と液体と
の分離を行う。つまり、水中に分散している微小不純物
を機械的撹拌たるマクロ撹拌、磁力的撹拌たるミクロ擾
乱により相互に衝突させることにより大きな塊とし、水
と容易に分離することができる。

【００２３】マクロ的撹拌は、Ｓ字型流路により処理液
が電場の中で何度も反転することにより行われる。

【００２４】ミクロ擾乱は、以下のように達成される。
不純物は荷電後、一定の流速が与えられているが、電荷
に一定の流速が加えられると、定方向の電流が形成さ
れ、流動方向に垂直の磁場を生じる。相互に離れている
不純物は、それぞれ独自の磁場を形成しており、これら
の磁場の相互作用により不純物は磁場方向に微小の横向
き運動を起こし、流路全体を経由した後にはかなり大き
く移動していることになる。異なった不純物の感応電荷
はそれぞれ異なり、形成される磁場も異なるので、不純
物間の異なった相対運動を生じ、不純物相互の衝突結合
を促すこととなる。

【００２５】また、両電極の極性を一定間隔、例えば１
分から６０分の範囲で入れ替えることにより陽極２、陰
極３、誘電体板４に付着する懸濁物を除去し、両電極表
面及び誘電体板表面の働きを常に活性化することがで
き、本発明の凝集処理装置の性能を維持できる。

【００２６】図３に示すのは、本発明の他の実施形態で
ある。多数個の誘電体板４に層状にＳ字型流路を形成す
るように配列され、より大きな処理能力を備えている。

【００２７】尚、参考までに本発明を実際の廃水処理装
置として利用する場合の概略図を第５図に示す。各装置
の役割を説明すると、前段処理装置１１は原液を受け入
れアルカリ又は酸によりpHを調整し、無機系の凝集剤を
注入する。その後、原液輸送ポンプ１２は原液を加圧し
て凝集処理装置１３に注入する。原液輸送ポンプ１２の
原液の量は原液循環量調整弁１７で調整される。次に、
原液注入量調整弁１８で注入量を調整されながら凝集処
理装置１３に原液が送られる。凝集処理装置１３は出口
の圧力調整弁１９で装置内圧力を調整され、直流電源装
置１４で直流電圧をかけられる。後段処理装置１５は高
分子凝集剤を注入してフロックを固定し後段の固液分離
を容易にする。そして、固液分離装置１６は、処理液か
らフロックを分離しスラッジと処理水とに分離する。通
常は凝集浮上方式を採用する。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。尚、本発明は
以下の実施例に限定されるものではない。

【００２９】実施例１は、電極及び誘電体板を配列し、
本件発明の凝集処理装置の不純物除去効果、殺菌効果を
測定したものである。実験装置は第６図に、実験条件は
表１、実験結果は表２に示す。

【００３０】養豚場屎尿排水に更に鉄分及び油脂を混入
したサンプル液の分離実験を行った結果、COD、BOD、固
体懸濁物が９０％程度除去され、凝集効果が優れている
ことを証明している。大腸菌は１００％近く除去され殺
菌効果が優れていることも確認された。混入した、鉄、
油脂は９９％程度除去された。その結果として、処理液
の透視度は９倍の改善という顕著な効果が確認された。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】実施例２は電極及び誘電体板を配列し、処
理流速だけを変化させ本件発明の凝集処理装置の効果を
測定し、処理流速が処理効果に与える影響を調べたもの
である。実験装置は第６図に、実験条件は表３、実験結
果は表４に示す。

【００３４】メッキ処理工程廃水をサンプル液とし分離
実験を行った結果、流速の幅広い範囲においてCOD、懸
濁物除去率が高い値を維持できていることが確認され
た。処理流速１００m/minでもCOD除去率は５０％を維持
している。単位原液処理量あたりの電力消費量は、１０
m/min以上で約１．３kwh/m3と極めて低くなることか
ら、経済的処理流速の範囲は１０m/minから１００m/min
の範囲であることが確認された。

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】実施例３は、電極及び誘電体板を配列し、
本発明の最適操作条件を調査するために、電場強度だけ
を変化させ凝集処理装置の効果に与える影響を調べたも
のである。実験装置は第６図に、実験条件は表５、実験
結果は表６に示す。

【００３８】電場強度を５V/cmから次第に下げていくと
COD、懸濁物の除去率も次第に低下していき０．１V/cm
になると大幅に低下してしまうことが確認された。ま
た、単位原液消費量あたりの電力消費量は３V/cm以下で
約１．３kwh/m3と極めて低くなることから、経済的電場
強度の範囲は３V/cmから０．１V/cmの範囲であることが
確認された。また、電場強度を大きくするとCOD及び懸
濁物の除去率も向上することから、その後の実験で原液
の種類によっては１５V/cmまで上昇させる必要があるこ
とも確認できた。

【００３９】

【表５】

【００４０】

【表６】

【００４１】実施例４は、電極及び誘電体板を配列し、
本発明の最適条件を調査するために、電場強度一定の条
件で誘電体板の間隔（誘電体板間距離）dと誘電体板の
数量nを変化させ、本件発明の凝集処理装置の処理効果
の変化を測定したものである。即ち、誘電体板の間隔d
とＳ字型流路の長さが処理効果とどのような関係を有し
ているかを確認したものである。実験装置は第６図に、
実験条件は表７、実験結果は表８に示す。

【００４２】実験方法は、以下のごとくした。 高速凝集装置で単位時間内に処理する原液量（処理速
度）を一定とする。 誘電体板の装着数量nを変化させる。この場合、誘電
体板の数量が増加するとＳ字型流路の長さが増加する
が、処理流速を速くすることにより高速凝集装置での滞
留時間を一定にする。逆の場合も同様にして行う。 電極間抵抗は誘電体板の数量変化により変化するので
液体部分の電界強度が一定となるように電極間電圧を調
整する。

【００４３】処理結果は誘電体板の間隔d、誘電体板の
数量n及びＳ字型流路の長さに顕著な関係はなくほぼ一
定のCOD、懸濁物除去率が得られ結果として透視度も一
定であった。装置設計の観点からこの特性を論じると、
誘電体板の間隔dが広すぎると、装置が大きくなるこ
と、処理流速が低下するためスケールの付着が発生する
こと、流体の流動による撹拌が不足するため凝集効果が
低下することなどの不利が生じる。他方、誘電体板の間
隔dが狭すぎると装置は小型になるが、処理流速が上昇
するため圧力損失が上昇し、高速凝集装置の構造強度を
上げる必要が出てくる、また、外部への液漏れ等も発生
し易くなる。更に、実施例２でも確認されたように経済
的最適流量範囲も存在する。

【００４４】

【表７】

【００４５】

【表８】

【００４６】以上の考察より、誘電体板の間隔を変えて
実験を行った結果１０ｍｍ〜４０ｍｍの間隔が最も適し
ていることがわかった。そして、さらに実験を行った結
果陽極と誘電体板間、誘電体板と誘電体板間、誘電体板
と陰極間の表面間距離dが１０mm〜４０mmとし、電場強
度を０．２Ｖ／cm〜１５Ｖ／cmとし、処理水のＳ字型通
行流路の流速を５cm/sec〜１５cm/secの範囲で運転する
と最も顕著な結果がでた。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明による凝集処
理装置は、陽極と陰極を両端に配し内部に誘電体板を設
けた処理槽を採用することで分極作用を利用することに
より、従来の技術では処理が困難とされてきた不純物の
除去が極めて短時間で可能となるという効果がある。

【００４８】また、かかる凝集処理装置の両電極の極性
を入れ替えることにより、当該電極板に付着する懸濁物
を除去し、誘電体面を常に活性化させ、安定した性能と
高い不純物除去効率を維持できる水処理装置を提供でき
るという効果がある。

【００４９】また、従来の電気化学的処理装置で問題と
なっている複雑な処理構造を簡素化し、整備作業が容易
な水処理装置を提供できるという効果をがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による凝集処理装置の一実施形態を示す
縦断面正面図。

【図２】その一部の縦断面側面図。

【図３】本発明による凝集処理装置の他の実施形態を示
す縦断面図。

【図４】本発明の凝集処理装置の分極作用の概念図。

【図５】本発明を廃水処理装置に利用する場合の概略
図。

【図６】本発明の実施例１乃至４の実験装置の概略図。

【符号の説明】

１ 処理槽 ２ 陽極 ３ 陰極 ４ 誘電体板 ５ 加圧ポンプ ６ 流量制御バルブ ７ 位置決めレール ２１ 直流電源装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端に陽極、陰極をそれぞれ設置すると
   ともに処理廃水の流入口、流出口を設けた密閉構造の処
   理槽と、両極間の空間に処理廃水の流路を形成しかつ電
   極に対して水平に配置された誘電体板からなることを特
   徴とする凝集処理装置。
2. 【請求項2】誘電体板が該処理槽の空間にＳ字型に蛇行
   する流路を形成するように配置されたことを特徴とする
   請求項１記載の凝集処理装置。
3. 【請求項3】両電極の極性を入れ替えることができる請
   求項１または２記載の凝集処理装置。
4. 【請求項4】陽極と誘電体板、誘電体板と誘電体板、誘
   電体板と陰極の表面間距離を１０mmから４０mmとし、電
   場強度を０．２Ｖ／cmから１５Ｖ／cmとし、処理廃水の
   流速を５cm/secから１５cm/secの範囲で運転する請求項
   １、２または３記載の凝集処理装置。