JPS61278318A - 電気浸透式脱水機の電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

この発明は、例えば下水処理場における活性汚泥処理に
より生じた余剰汚泥等を被脱水処理物として電気浸透と
加圧濾過を同時に行う電気浸透式脱水機の電極に関する
。 この種の電極は脱水運転中に機械的な圧搾荷重とともに
電気化学的な腐食を受は易いことから、電極の持つ特性
として導電性の良いことに加え、通電に伴う消耗が少な
くて耐蝕性に優れていること、さらには機械的な強度が
大であることが望まれる。

【従来技術とその問題点】

電気浸透脱水を応用して泥漿を連続式に脱水処理する電
気浸透式脱水機として、例えば第２図のごとき構成のも
のが知られている０図において、１はその外周面に金属
製の陽極側電極１ａを被着装備した回転ドラムであり、
この回転ドラム１の周域を取り巻いてフィルタベルト２
と重ね合わせた陰極側電極を兼ねた金属製プレスベルト
３を対向配置し、回転ドラムｌとの対向面に泥漿圧搾通
路４を画成している。一方、前記のプレスベルト３はス
プロケット５８〜５ｄの間に張架され、かつその泥漿圧
搾通路４の領域に対向して背面側にはプレス装置６が配
備されている。さらに７は駆動モータ、８は通路４の入
口側に配備した泥漿供給用ホッパ、９は脱水領域でプレ
スベルト３の下方に配備した濾水光は皿、１０は通路出
口側に設置した脱水ケーキのスクレーパであり、これら
部品で脱水機本体を構成している。なお前記の構成にお
いて、回転ドラム１と対面するプレスベルト３の円弧領
環部分は回転ドラムの軸中心に対して偏心しており、こ
れにより両者間に画成された泥漿圧搾通路４はその入口
側の通路間隙Ｄ１から出口側の通路間隙Ｄ２へ向けて間
隙が漸次縮小するような圧搾通路を形成している。一方
、前記の脱水機本体に対して符合１１で示す直流電源装
置が設備されており、その陽極側端子は刷子を介して回
転ドラム１の回転軸１ｂに、陰極側端子はプレスベルト
３のスプロケット軸にそれぞれ接続され、回転ドラムｌ
を陽掻、プレスベルト３を陰極側電極として両電極間に
電圧を印加するようにしている。なお前記した陽極電極
１ａは短冊形の電極セグメントを回転ドラム１の外周に
配列してボルトにより固定したものであり、その電極セ
グメントの形状は第３図、第４図に示すごとく断面円弧
状の短冊板としてなり、その板の四隅に形成したボルト
穴１ｃへ固定ボルトを挿入して回転ドラム１０本体へ締
結固定される。 上記の構成で、駆動モータ７を運転し、かつ電源装置１
１より電圧を印加した状態でホッパ８を通じて被脱水処
理物としての泥漿１２を泥漿圧搾通路４内に供給すれば
、泥漿１２は回転ドラム１とフィルタベルト２との間に
サンドウィッチ状に挟まれ、通路４内を出口側へ向けて
矢印Ｐ方向へ搬送される。この搬送過程で泥漿１２には
機械的な圧搾力が加わるとともに、対向電極間に形成さ
れた電場が作用し、泥漿に含まれている水は正に帯電し
て陰極側に流動し、この電極側で放電するとともにフィ
ルタベルト２を透過して脱水濾過されるように電気浸透
脱水作用が加わるようになる。なおフィルタベルト２を
透過した濾水は濾水受は皿９へ滴下して系外へ排水され
る。これに対して通路４内で脱水処理された泥漿は低含
水率となってケーキ化され、その脱水ケーキ１３は通路
４の出口側からスクレーバｌＯによって図示されてない
ケーキ回収容器内に回収される。なお回収された脱水ケ
ーキは焼却処分ないしはコンポスト化して肥料に再利用
される。 ところで、上記電気浸透式脱水機に採用されている回転
ドラム側の陽極側電極１ａに関して、従来では陽極電極
にステンレス鋼、ニッケル鋼、軟鉄等の金属板、あるい
は炭素焼結板で作られたものが採用さていた。しかして
電気浸透式脱水機の実機運転実績を通じて発明者の得た
知見によれば、これら材料の陽極側電極では次記のよう
な欠点のあることが明らかになっている。すなわちステ
ンレス、ニッケル調、軟鉄材で作られた電極は、その成
分が通電によりイオン化して泥漿内へ溶出し、時間の経
過とともに消耗する。この場合の消耗量の値はｌ　Ａ／
ｄ　ｎ？の通電条件での時間当たりの量がステンレスｉ
　（ＳＯ５３０４）では１５６ｍｇ／　Ａ−Ｈｒ。 ニッケル鋼の場合には１０５０ｍｇ／　Ａ−Ｏｒと大き
く、しかも電気浸透式脱水機では実用上３　Ａ　／　ｄ
　％程度の電流を通流させるために電極としての寿命が
短くなる。しかもステンレス鋼、ニッケル鋼等で作られ
た電極では通電により電極から溶出した重金属イオンが
被脱水処理物、濾水に混入するために２次公害を引き起
こす等の問題もある。また軟鉄板は使用中に酸化して電
極表面に酸化鉄が層状に生成し通電特性が著しく悪化す
る。なお同じ金属でも例えば白金等の貴金属は通電によ
る消耗量が少なく、かつ導電性にも優れた特性をもって
いるが価格的に極めて高価であることから経済的に実用
に供し得ない。一方、炭化焼結板は通電による消耗量は
同じ通電条件で４７．６ｍｇ／＾−Ｈｒと前記した金属
製電極に比べて消耗量が小さい特長がある反面、電気的
な固有抵抗が大きく通電特性が低く、かつ機械的な強度
、耐摩耗性が低いために使用中の圧搾荷重によってひび
割れ等が発生したり、被脱水処理物との接触により損耗
が早まる欠点がある。 しかも電気浸透脱水機の電極として長期運転中に上記の
ような電極の消耗が生じると、対向電極間の距離が微妙
に変化することになり、この結果電源電圧等の通電条件
を変更したり、電極間距離を調整し直さない限り効率の
よい電気浸透脱水を維持すことができなくなる。このた
めに従来では比較的短期間の運転で電気浸透式脱水機の
稼働を中断して消耗した電極を新しい電極に交換する必
要あった。しかしてこの電極の交換には手間と時間が掛
かるために電気浸透式脱水機の稼働率が低下する。この
ように電極の特性、特にその耐久性は電気浸透式脱水機
の運転性能維持を図る上で大きな比重を占めており、こ
の点からも電極材料の選定、改良が重要な課題となって
いる。

【発明の目的】

この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、前
記した従来の電極の難点を除去し、通電による消耗の進
行が小さく、機械的強度も大であり、かつ重金属イオン
の溶出による２次公害の恐れもなく、加えて電極の成型
加工が容易である等、電気浸透脱水機の陽極電極として
要求される電気的および機械的特性を充分に満足する耐
久性の高い電極を提供することを目的とする。

【発明の要点】

上記目的を達成するために、この発明によれば１０重量
％を超えるシリコンを含有した高珪素鋳鉄を材料とし、
この高珪素鋳鉄材を所定の電極形状に鋳造した後に機械
加工を施して電気浸透式脱水機の電極を構成するように
したものである。 すなわち本発明者は、電気浸透式脱水機の電極に適する
電極材料を選定するために各種の材料に付いて行った実
験、考察の結果を基に、前記のように１０重量％を超え
たシリコンを含有する高珪素鋳鉄を材料として電極を構
成することにより、電気浸透式脱水機の電極として要求
される電気的および機械的特性を満足した高耐久性の電
極が得られるセの結論を得てこの発明の完成に至ったも
のである。

【発明の実施例】

以下この発明を実施例に基づき説明する。まずこの発明
による電極が適用される電気浸透式脱水機およびその電
極構造は第２図ないし第４図に示したものと同一であり
その説明を省略する。ここで回転ドラム１の外周に被着
した陽極側電極１ａは、この発明により１０重量％を超
えるシリコンを含有する高珪素鋳鉄を材料とし、この高
珪素鋳鉄材を所定の電極形状に鋳造し、さらに機械加工
を施して作られたものが採用される。 次に上記組成条件の高珪素鋳鉄およびその他の各種材料
を試料に、これら各種材料で作った電極の通電に伴う消
耗特性を調べるために発明者が行った基礎実験に付いて
述べる。ここでまず上記電極特性実験を行うための実験
装置として第５図に示すバッチ式電気浸透式脱水器を用
意した。第５図において、２０は透明アクリル板を組合
せて組立式に構成した脱水容器、２１は脱水容器２０の
上部に連結した泥柴供給部、２２は脱水容器２０の底部
から引き出した泥漿排出管路に介装した弁、２３は脱水
容器２０と連通して設置した濾水回収用の真空タンク、
２４は真空ポンプ、２５は直流電源装置であり、かつ脱
水容器２０の内部には前記した真空タンク２３に通じる
側にステンレス製の多孔板としてなる陰極側の電極２６
が、またこの陰極側電極２６に対向しする対側の壁面に
は給電子となる真鍮板２７と重ねて各種材料側に作られ
た陽極側の被試験電極２８が設置されており、この対向
電極２６と２８との間に前記した電源装２２５より電圧
が印加されるように給電回路２９が配線されている。な
お３０は前記脱水容゛器２０の組立用締結ボルト、３１
は泥漿供給部２１内に取付けた泥漿供給ノズル、３２は
脱水容器の内周面に張り巡らした濾布である。また前記
給電回路２９には供給電流を計測する電流計３３および
積算電流計３４が設置されている。 次に上記実験装置の使用法を説明する。まず試験対象と
なる被試験電極２８を組み込んで脱水容器２０を組立て
た状態で、脱水容器内に泥漿供給ノズル３１を通じて泥
漿１２を導入し、ここで電源装置２５から電圧の印加、
および真空ポンプ２４の運転を行う。これにより脱水容
器２０内では対向電極２６と２８に挟まれた泥漿に電流
が流れて電気浸透脱水が行われ、泥漿に含まれている水
分は陰極側電極２６へ向けて流動し、濾布３２を透過し
て真空タンク２３内へ吸引回収される。一方、脱水容器
２０内の泥漿は脱水の進行に伴って濃縮されるが、所定
の脱水時間が経過したところで弁２２を開放して容器内
の泥漿を一旦排出し、さらにノズル３１を通じて洗浄水
を注入して容器内部を洗浄した後に、新たに高含水率の
泥漿を供給して前回と同様な電気浸透脱水を繰り返し行
う、またこの過程で電気浸透脱水の通電電流値および電
流積算量を計測するとともに、所定時間毎に脱水容器を
分解して被試験電極２日を取出してその重量を秤量し、
被試験電極２８の当初の重量と対比して通電に伴う電極
の消耗量を求める。 次に上記実験装置を使用して行った各種被試験電極の材
料成分を試料側にに記し、その各試料についての実験結
果を第１表に示す、なお次記の各試料の材料成分に添加
した各数字はその成分の重量％を表している。 試料１　：　ス−ｆｔ−７レスｇ　ＳＯ５３０４（Ｆｅ
７０．　Ｃｒ１９．５゜Ｎｉ１Ｏ，Ｇ　０００８） 試料２ニステンレス鋼ＳＯＳ　４３０　（Ｆｅ８２．　
Ｃｒ１Ｂ　）試料３：ニッケル（Ｎｌ　１００） 試料４：チタン　（Ｔｉ　１００） 試料５：インコネル６００　　（Ｎｉ７６、　Ｃｒ１６
．　Ｆｅ７．２゜ＭｎＯ，２，ＳｉＯ，２，Ｃｕ０．１
　）試料６：イ７　：ｌｌ：ｌ　４８００　　（Ｎｉ３
２．　Ｆｅ４６．５．　Ｃｒ２Ｏ，６゜ＳｉＯ，３５，
ＣｕＯ，２７，Ｃ０，０４）試料７：炭素焼結板（グラ
ファイト１００）試料８：高珪素鋳鉄（Ｓｉ４．　Ｃ２
，４，Ｆｅ９３）試料９：高珪素鋳鉄（Ｓｉ６．　Ｃ２
，２，Ｆｅ９１）試料１０：高珪素鋳鉄（Ｓｉ８．　Ｃ
１，８，Ｆｅ８９）試料１１：高珪素鋳鉄（ＳｉＬＯ，
Ｃ１，４，Ｆｅ８Ｂ）試料１２：高珪素鋳鉄（Ｓ１１２
．Ｃ１，０，Ｆｅ８６）試料１３：高珪素鋳鉄（Ｓｉ１
５．ＣＯ，８，Ｆｅ８３）試料１４：高珪素鋳鉄（Ｓｉ
１６．ＣＯ，９，Ｆｅ８２）なお第１表における重量減
少量は単位電流を通電した状態での時間当たりの電極材
料の消耗量を表し、また厚さ減少量は単位電流の通電条
件で年間を通して連続運転したと仮定した場合の電極の
厚さ減少量を前記した重量減少量とその被試験電極の有
効面積（前記試験装置での被試験電極のを効面積は１０
０−である）との関係から算出して求めたものである。 上記した第１表の実験結果から明らかなように各試料１
〜１４のうち、試料１２．１３．１４で示した高珪素鋳
鉄、特にこの発明のによる１０重量％を超えたシリコン
を含有する組成の高珪素鋳鉄に付いては他の試料１〜１
１と比べて重量減少量および厚さ減少量が大幅に少なく
、電気化学的な耐蝕性の高いことが認められる。またこ
の高珪素鋳鉄はの成分は鉄、シリコン、炭素の主成分に
ＦＩｎ、　Ｓｔ　ｐ。 Ｃｕ等の微量成分を含んだものであり、電気浸透脱水に
よりその成分がイオン化して溶出して被処理物、濾水内
に混入しても、ニッケル、クロム等の重金属とように２
次公害を引き起こす成分の含有はなく安全である。 また前記した第１表の試験結果のうち、特にこの発明に
よる電極材料の対象となる高珪素鋳鉄に付いてその通電
に伴う重量減少量とシリコン含有量との関係を表すと第
１図のごとくであり、同じ高珪素鋳鉄を使用してもシリ
コン含有量が１０重量％以下では他の金属材料と同様に
通電に伴う消耗が多く、１０重量％を超えるシリコン含
有量の領域では電極の消耗が大幅に改善されることが評
価できる。 一方、本発明者は上記実験で得た認識を基にシリコン含
有量が１０重量％を超える高珪素鋳鉄で作られた電極の
実用性を確認するために、前記した試料１４の高珪素鋳
鉄材で第３図、第４図に示した電極セグメントを作り、
これを第２図に示した電気浸透式脱水機の回転ドラム周
上に装着して実機試験を行ったので以下この試験の結果
に付いて述べる。 ここで実機試験に使用した電気浸透式脱水機の回転ドラ
ムの寸法は直径６９ｃ■、ドラム幅２６ｃｇ＋であリ、
また運転条件として被脱水処理物である泥漿濃度が２０
％、電源装置からの供給電流を９ＯＡ、脱水処理運転時
間を８０時間として行った。この試験結果によれば泥漿
は含水率６０〜６５まで脱水された。 また試験後に電極を取り外して検査を行ったところによ
れば、外見上で何等の機械的損傷は認められず、電極の
重量消耗量は電極全体で９６ｇであった。一方、回転ド
ラムの全表面積は５６ｄｎｆであるが、回転ドラムと陰
極側のプレスベルトが対面する脱水領域の面積は前記の
半分以下の２５ｄ−であり、したがって運転時の通電電
流の平均電流密度は９０Ａ／２５ｄ　ｏｆ−３，６＾／
ｄｒｒｒである。また電極が実際に電気浸透脱水に関与
する実効時間は電極泥漿圧搾通路を通過する時間であご
とから、電極の実効使用時間は、 （脱水領域の面積／電極の全表面積）×脱水機運転時間
＝　（２５ｄ　１１５６ｄ　ｎｆ）　Ｘ８０１１ｒ−３
６１１ｒしたがって単位通電電流、単位時間当たりの電
極の重量減少量は、前記した全体の重量消耗量９６ｇ。 供給電流９０Ａ、実効使用時間３６１１ｔ　ｈから、９
６ｇ　／　　（９０Ａ　Ｘ３６１１ｒ）　　＝３０ｍｇ
／Ａ−ｆ（ｒとなる。なおこの値は先記した第１表の実
験結果よりも多少大きな値を示しているが、これはバン
チ処理方式と連続処理方式との相違に基づくものと推察
される。 一方、前記した運転条件で上記した重量減少量を基に高
珪素鋳鉄の比重（６，８ｇ／ａＪ）　、電極の全表面積
、電極の実効使用時間とから年間を通して連続運転した
とした仮定した場合の電極の厚さ減少量を次式から算出
すると６．１ｍｍとなる。 厚さ減少量−重量減少量／（高珪素鋳鉄の比重×電極の
全表面積×実効使用時間） しかして年間を通じての連続運転で電極の厚さ減少分が
この程度であれば、対向電極間の通路間隙の変動は微々
たるものであり、特別な通電条件の変更１通路間隙の調
整等の手段、あるいは電極の交換を行わな（とも所要の
電気浸透脱水性能を維持できる。なお前記した電極厚さ
減少量は通電電流密度が３．６＾／ｄｒｒｌである場合
の量を示しており、仮にこの値よりも電流密度が小さい
運転条件であればさらに電極の消耗、厚さの減少量は少
なくなり、それだけ電極の寿命が長くなる。 また、当該高珪素鋳鉄は鉄、シリコンを主成分とする鋳
鉄であり、所定形状の電極を製作する場合には鋳型を使
用した鋳造法により容易に成型できる等その加工性にす
ぐれた性質を備えている。 また高珪素鋳鉄はその導電性の面でも他の金属材料と比
べて遜色がなく、かつ頭記した炭素焼結板に比べてもそ
の固有抵抗は約１０分の１であり、通電に体う抵抗損が
少なく運転の消費電力も少なくて済む等の利点も同時に
得られる。 【発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、１０重量％を超え
るシリコンを含有する高珪素鋳鉄材で電気浸透式脱水機
の電極を構成したことにより、（１）通電に伴う電極の
溶出消耗量が少なく、したがって電極の交換を行うこと
なく高い電気浸透脱水性能を維持して長期間の連続運転
が可能となり、それだは電気浸透式脱水機の高い稼働率
運転が得られる。 （２）電極材料である高珪素鋳鉄にはニッケル、クロム
等の重金属成分が含まれてないので、運転に伴う電極の
消耗量が被脱水処理物、濾液に混入しても２次公害発生
の恐れが殆どない。 （３）電極材料である高珪素鋳鉄は導電性が高く、かつ
機械的強度も大で圧搾濾過荷重にも充分耐えられる。 （４）電極を製作する際の加工性に優れている。 等、電気浸透式脱水機の電極として要求される電気的９
機械的特性を充分に満足でき、しかも耐久性に優れた実
用的価値の高い電極を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例による電極材料を含めて表し
た高珪素鋳鉄のシリコン含有量と通電に伴う電極減少量
との関係の特性図、第２図はこの発明の実施対象となる
連続処理式の電気浸透式脱水機の構成図、第３図は第２
図の電気浸透式脱水機に採用する陽極側電極の電極セグ
メントの形状を示す平面図、第４図は第３図の断面図、
第５図はこの各種の電極材料に付いてその電極への通電
に伴う重量減少量特性を調べるために使用した実験装置
の構成図である。図において、 に回転ドラム、ｌａ：陽極側の電極、３：陰極側の電極
を兼ねたプレスベルト、４ｚ泥漿圧搾通路、１２：被脱
水処理物としての泥漿、１３：脱水ケシ１）コツ重量２ 第１図 第２図 第３図 ｒ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）対向電極の間に被脱水処理物としての泥漿を供給し
   、電極間に電圧を印加して泥漿に通電させながら圧搾濾
   過を行う電気浸透式脱水機の電極であって、該電極が１
   ０重量％を超えるシリコンを含有する高珪素鋳鉄材で作
   られていることを特徴とする電気浸透式脱水機の電極。