JPS62227494A

JPS62227494A - 水処理装置

Info

Publication number: JPS62227494A
Application number: JP7208386A
Authority: JP
Inventors: Sotohiro Maruyama; 丸山　外弘; Takashi Hirai; 孝志平井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-03-29
Filing date: 1986-03-29
Publication date: 1987-10-06
Also published as: JPH029877B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、多種類の汚濁物質について高い除去効率が得
られる水処理装置に関するものである。

（従来の技術）従来、第８図に示す汚水処理装置が提案されている（特
開昭５９−８７０９３）。

該処理装置は、絶縁資材によって形成された処理槽（９
）の下部に汚水流入管（９３）、上部に浄化水の流出管
（９５）を連結し、処理槽中には多数の孔（９４）が開
設された２枚の電極板（９１）（９２）を間隔をあけて
上下に配置し、下段の電極板は正極、上段の電極板は負
極となる様に通電すると共に、電極板間に形成された電
解室にはイオン化傾向の大なる可溶性金属、例えばアル
ミニウム合金によって作られた多数の球状充填材（９０
）を充填している。

処理ｍ（９）には、流入管（９３）から、反応を促進す
る為の添加剤、例えば塩化アルミニウム等を添加した汚
水が供給される。この汚水は、下段の電極板（９２）を
通過して電解室に流入し、充填材（９０）と接触しなが
らその間隙を上昇する。

汚水が各充填材（９０）の間隙を通過して上昇する際、
汚水中の各種汚濁物質は、電解反応を起こし、分解され
て析出する。一方、充填材（９０）の表面からは金属イ
オンが溶出し、汚水中の塩素イオン等と反応して水酸化
アルミニウムが生成される。該水酸化アルミニウムは、
前記析出物と共有結合、吸着、包含等を起こし、次第に
不溶性のフロックを形成する。更にこれらのフロックは
、陰極側で発生する水素ガスや陽極側で発生する酸素ガ
スを吸着して見かけの比重が小さくなり、処理層（９）
の上部に浮上する。

フロック状となって浮上した汚濁物質（以下スカムとい
う）は、水との二層流となって流出管（９５）から流出
し１、周知の浮上分離槽（図示省略）へ供給され、スカ
ムの除去が施されるのである。

又、上記装置は、汚水が正極の電極板（９１）を通過す
る際に起こる酸化反応と、負極の電極板（９２）を通過
する際に起こる還元反応とによって、汚濁物質を無害且
つ安定な物質に変化させ、ＢＯＤ、ＣＯＤ等も低減させ
る。

（解決しようとする問題点）ところが、上記汚水処理装置に於いては、汚水に含まれ
る汚濁物質の種類によっては除去率が低く、多種類の汚
濁物質が含まれた汚水の処理に於いては、十分な除去効
率が得られない問題があった。

（問題点を解決する為の手段）発明者は、上記問題点を解決するべく種々の実験を繰り
返し、この結果、電解酸化と電−解還元とを分離するこ
とが除去効率の改善に極めて有効なことを究明し、本発
明の完成に至った。

尚、本発明に係る水処理装置に於いて起こる電気化学的
反応は極めて複雑であり、完全な理論的解明は今のとこ
ろ出来ないが、発明者が行なった実験及び解析によれば
、次の如く推察されるのである。

即ち、汚水中の汚濁物質が多種多様である場合は、一つ
の浄化プロセスでは除去が不可能であるが、本発明に係
る水処理装置に於いては、下記の如く中和、酸化、還元
、凝集のプロセスが夫々効果的に行なわれ、然もこれら
のプロセスに伴う化学的変化が相互に影響して、各プロ
セスの効果の総和以上の効果が得られるものと考えられ
るのである。

本発明に係る汚水処理装置は、内面を絶縁した処理槽を
偶数列並設して、夫々上流側の処理槽の上部と下流側の
処理槽の底部とを連通し、最上流の処理槽下部に汚水の
流入口、最下流の処理槽上部に浄化水の流出口を設けた
。

各処理槽中には、通水性を有する奇数枚の電極板を間隔
をあけて上下に配置し、隣合う電極板どうしは異極とな
り且つ上流槽の最上段の電極板と下流槽の最下段の電極
板とは異極となる様に通電する。

又、電極板間に形成された各電解室には、表面に多孔性
水酸化皮膜を設けた可溶性金属片を充填し、金属片相互
間には、処理水が通過する多数の間隙を形成した。

（作用）処理されるべき汚水は、反応を促進する為の適当な添加
剤が添加された後、最上流の処理槽に設けられた流入口
から装置内へ流入し、最下流の処理槽へ向かって各処理
槽を順次通過して電気化学的処理が施され、最終的に最
下流の処理槽に設けられた流出口から排出される。

各処理槽に於いて、汚水は底部から送入され、最下段の
電極板を通過して第１の電解室へ流入し、順次上段の電
極板、電解室を通過し、最上段の電極板を通過した後、
下流側の処理槽の底部へ送出される。

可溶性金属片の表面には、多孔性の水酸化皮膜が形成さ
れているが、該水酸化皮膜自体は、乾燥状態では電気的
絶縁性を有している。しかし、水中に於いては、隣接す
る金属片どうしは、水酸化皮膜の介在により互いに離間
しているが、該皮膜は多孔性であるから、皮膜に浸透し
た水を通じて、水の電気抵抗に相当する抵抗値にて互い
に導通する。

従って、各電極板に通電されると、各電解室に充填され
た金属片は前記抵抗値に応じて帯電し、電解室内には下
方から上方に向かって変化する電位分布が生じる。これ
によって、各金属片からは、夫々の電位部分に応じたイ
オン濃度で金属イオンが溶出する。

各電解室内に供給された汚水は上記電位分布内を通過し
、この間に汚水中の各種汚濁物質は、それぞれに固有の
電位部分で電解反応を起こし、分解されて析出する。析
出した各種汚濁物質は、夫々固有の荷電量を有している
が、該荷電量に応じたイオン濃度を有する金属イオンが
その表面に吸着され、これによって殆どの汚濁物質につ
いて表面荷電の中和化が起こり、この結果、無数の金属
水酸化物の粒子が生成される。

上記金属水酸化物の粒子は、互いの衝突により容易に結
合して、フロック化が逐次進行する。更にこれらのフロ
ックは、陰極側で発生する水素ガス及び陽極側で発生す
る酸素ガスを吸着して見かけの比重が小さくなり、処理
層上部に浮上するのである。

尚、各金属片間には、処理水が通過できる間隙が形成さ
れている為、上記フロックは、これらの間隙を難無く通
過し、各電解室を順次上昇し、処理槽上部へ浮上する。

各処理槽には、夫々極性の異なる奇数枚の電極板が配設
され、偶数の電解室が形成されており、各処理槽内の汚
水は、これらの電極板を通過するに伴って酸化作用及び
還元作用が繰り返され、最上段の電極板を通過した時点
では、酸化状態或は還元状態の何れかの状態となってい
る。

汚水は、上流側の処理槽から下流側の処理槽へ進むにつ
れて、上記酸化状態及び還元状態を夫々同回数経て、最
終的に最下流の処理槽を出た時点では、中和状態に収束
することになる。

従って、各処理槽では夫々酸化或は還元作用を主体とし
た反応が別々に起こり、これらの反応に関与する固有の
汚濁物質が、最上流の処理槽から最下流の処理槽へ向か
って進むにつれて段階的に分解除去され、最終的に多種
類の汚濁物質の除去が行なわれるのである。

（発明の効果）本発明に係る水処理装置に於いては、酸化を主体とする
反応槽と還元を主体とする処理槽とが分離されているか
ら、中和、酸化、還元、凝集の各浄化プロセスの効果が
夫々有効に発揮されるばかりでなく、これらの効果が相
乗して、優れた性能が得られる。

従って、従来装置に比べて、多種多様の汚濁物質を含ん
だ汚水を高い除去効率で処理することが出来るのである
。

（実施例）第１図及び第２図は、本発明に係る汚水処理装置の一実
施例を示している。

縦長直方体状の外槽（２）を隔壁（２０）によって仕切
ることにより、夫々上流処理槽及び下流処理槽となる第
１処理室（２１）及び第２処理室（２２）が形成され、
画処理室の底部に、夫々第１流入室（２４）及び第２流
入室（２５）が形成されている。

又外槽（２）の上部には、画処理室（２１）（２２）に
隣接してスカム溜め室（２３）が形成され、その底部に
スカム排出口（７３）が開設されている。

第１処理室（２１）の第１反応槽（３）上方に設けた出
口（６１）と第２処理室（２２）下方に設けた入口（６
Ｚ）とを連結管く６）によって連結し、第１処理室（２
１）と第２処理室（２２）とを互いに連通している。

第１流入室（２４）への流入口（７）に流入管（７１）
を接続し、第２処理室（２２〉の第２反応槽（４）上方
に流出口（７０）を開設する。又、該流出口（７０）に
連通して、第１出口室（７５）及び第２出口室（７６）
を形成し、両出口室（７５）　（７６）の隔壁には、外
槽（２）の水位を調節するための三角堰（７４）を位置
調節可能に装備し、第２出口室（７６）の底部に流出管
（７２）を接続する。

外槽（２）の上部には、モータ（８３）によって駆動さ
れる周知のスカム排除装置（８）が配設されている。該
装置は、第３図及び第４Ｕｆ！Ｕに示す如く一対の駆動
ローラ（８２）　（８２）間に張設した無端状チェーン
（８１）（８１）に対し、複数の掻出し板（８０）を固
定したものである。

第１処理室（２１）及び第２処理室（２２〉中に、夫々
一対の第１反応槽（３）（３）及び第２反応槽（４）（
４）を設置し、両第１反応槽（３）（３）は第１流入室
（２４）に、両第２反応槽（４）（４）は第２流入室（
２５）に連通する。

第１反応槽（３）及び第２反応槽く４）は、夫々塩化ビ
ニール、ＦＲＰ等の絶縁資材によって作られた筒状本体
の内部に、第１電極板（３１）（４１）、第２電極板（
３２）　（４２）及び第３電極板（３３）　（４３）を
間隔をおいて固定している。各電極板は上下に貫通する
多数の透孔（３４）　（４４）を具えている。

各反応槽（３）（４）は、夫々外形が２８０　Ｘ　３３
０＋ｎ＋＊、高さが６５０１である。

各電極板は、例えばグラファイト等のカーボン電極であ
って、厚さがＺｏｌｍｓ、大きさが２５０ｘ３００ｍ＋
＊透孔の内径が２０輪論であり、隣合う電極板の間隔は
２５０１である。又、透孔（３４）　（４４）の数は、
一枚の電極板当たり４２個である。

各電極板間に形成された電解室には、多数のパイプ片（
５）が充填されている。該パイプ片（５）は第５図及び
第６図に示す如く、中央孔（５０）の周囲に互いに１２
０度の間隔をおいて、上下２段に夫々３個の貫通孔（５
１）を開設し、表面には後述の如く多孔質の水酸化皮膜
が形成されている。各パイプ片（５）の外径りは４０ｍ
ｔａ、中央孔（５０）の内径Ｃは１０１、高さＨは５０
ＩＩＩＩＩｌ、貫通孔（５１）の内径Ｂは６１１Ｉ１１
、パイプ片端面から貫通孔（５１）の中心までの距離Ａ
は１５ｍｍである。

前記多数のパイプ片（５）の内、大部分はアルミニウム
合金製のものであって、鉄合金製のものが全体の２〜５
％混入されている。アルミニウム合金製パイプ片の金属
成分は、Ｆｅ：５．０％、Ｍｇ：４．５％、Ｎｉ：１．
０％、Ｃｒ：０．２５％、Ｚｎ：０．２５％、Ｃｕ：０
．２％、残部Ａ１である。一方、鉄合金製パイプ片の金
属成分は、Ｎｉ：１．６％、Ｍｎ：０．９％、Ｃｒ：０
．６％、Ｃ：０．３５％、Ｓｉ：０．３５％、Ｐりｏ：
ｏ、３％、Ｐ　：０．０１％、Ｓ　：０．０１％、残部
Ｆｅである。

アルミニウム合金製のパイプ片（５）は、ｐＨ１１に調
節された水酸化カルシウムの水溶液に１００時間浸漬す
ることにより、表面に厚さが略１０μ−の水酸化皮膜を
形成する。該水酸化皮膜は、周知の如く多孔質（ポーラ
ス層）となり、水を含むことが可能である。従って、水
中にて互いに接触する多数のパイプ片（５）は、水を含
んだ水酸化皮膜を介して互いに電気的に連結されると同
時に、水酸化皮膜を通して金属イオンを水中に溶出する
ことが出来るのである。

尚、上記水酸化皮膜は、Ａ１、Ｍｇ及びＣａを主成分（
略９０％）とし、その他、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等を夫々少
量づつ含んでいる。

第１反応槽（３）の第１電極板（３１）及び第３電極板
（３３）は正極、第２電極板（３２）は負極となる様に
通電し、第２反応槽（４）の第１電極板（４１〉及び第
３電極板（４３）は負極、第２電極板（４２）は正極と
なる様に通電する。隣接する電極板間の電位差は、例え
ば２０Ｖ程度の低電圧に設定される。従って、電解室内
で激しい水の電気分解は起こらない。

汚水には予め適当な添加剤、例えば硫酸アルミニウム、
塩化ナトリウム、水酸化カルシウム等を５〜２０ｐｐｍ
添加し、上記汚水処理装置（１）の流入管（７１）から
第１流入室（２４）へ供給する。

第１流入室（２４）へ供給された汚水は、先ず第１反応
ｉｔ！（３）へ流入し、ここで酸化を主体とする１次処
理が施された後、連結管（６）及び第２流入室（２５）
を経て第２反応槽（４）へ流入し、ここで還元を主体と
する２次処理が施される。これらの処理が施され浄化さ
れた水は、流出口（７０）から先ず第１出口室（７０）
へ流入し、更に三角堰（７４）を経て第２出口室（７２
）へ流入し、流出管（７２）から装置外部へ流出する。

第１反応槽（３）に於いては、汚水は第１乃至第３の電
極板（３１）（３２）　＜３３）を通過する際に、順次
酸化、還元、酸化の作用を交互に受け、第３電極板（３
３）を通過した時には酸化された状態となる。

この間に汚濁物質の分解が起こり、汚水中に含まれる塩
素イオンが遊離酸素と結合し、これが酸化剤となってパ
イプ片（５）の表面と反応する。この結果、水酸化アル
ミニウム及び水酸化鉄が生成され、これらが汚水中に供
給される。

又、陰極である第２電極板（３２）の表面からは水素ガ
ス、陽極である第１電極板（３１）及び第３電極板（３
３）の表面からは酸素ガスが発生し、例えば直径が１０
〜３０μｍの気泡となって上昇する。該気泡の上昇速度
は略１．５〜４　ｃ＋ｍ／ｓｅｃであり、この上昇気泡
によって電解室内には対流が生じ、これによって汚濁物
質のフロック化が助長されると共に、上昇気泡がこのフ
ロックを吸着し、処理室（２１）の上層部へ浮上せしめ
るのである。

この際、電解室内には多数のパイプ片（５）が夫々ラン
ダムな姿勢で充填されているが、各パイプ片間には互い
に連通ずる無数の間隙が生じると共に、各パイプ片は中
央孔（５０）及び周壁に６個の貫通孔（５１）を有して
いる為、上記フロックは、これらの間隙と孔を難無く通
過し、各電解室を順次上昇し、処理層上部へ浮上する。

従って、これらのフロックがパイプ片間に堆積すること
はない。

次いで、第２反応槽（４）に於いては、汚水は第１乃至
第３の電極板（４１）（４２）　（４３）を通過する際
に、還元、酸化、還元の作用を順次受け、最初第１反応
槽（３）から第２流入室（２５）へ流入した際には酸性
状態であった液は、第３電極板（３３）を通過した時に
は中和された状態に戻る。

この間に、第１反応槽（３）とは異なる種類の汚濁物質
の分解が起こり、これらがフロックとなって第２処理室
（２２〉の上層部へ浮上する。汚濁物質が分解、凝集さ
れ、フロック化して浮上する過程は、上記第１処理室（
２１）に於ける場合と同様である。

尚、第１反応槽（３）へ供給された汚水が酸性或はアル
カリ性に偏っている場合に於いても、汚水は第１反応槽
（３）及び第２反応槽（４）内の各電極板を順次通過す
ることによって徐々に中和状態へ近づき、第２反応槽（
４）を出た時点では、ｐＨは略７に収束している。

この結果、第１処理室（２１）では、酸化作用を主体と
する１次処理が施され、第２処理室（２２）では還元作
用を主体とした２次処理が施され、これら２段階の処理
によって、夫々に固有の汚濁物質の分解、除去が行なわ
れる。然も、各電解室に投入されているアルミニウム合
金製のパイプ片（５）はイオン化傾向が大きく、鉄台金
製のパイプ片（５）はイオン化傾向が小さいから、両電
極板間の電位の傾き（ｇｒａｄ）は電解室内にて一様で
はなくなり、位置によってランダムに変化し、これによ
って各種汚濁物質に対する反応が夫々に固有の電位傾き
部分で起こることになる。この結果、第６図に示す従来
の装置に比べて更に多種類の汚濁物質の除去が可能とな
るのである。

第１処理室（２１）及び第２処理室（２２）の上層部に
浮上したスカムは、スカム排除装置（８）の掻出し板（
８０）の移動によって外槽（２）の上端部に設けられた
斜板（２６）に向かって掻き集められ、更に第４図中矢
印の如く該斜板（２６）上からスカム溜め室（２３）へ
掻き出され、スカム排出口（７３）を経て外部へ排出さ
れる。

発明者は、上記水処理装置を用いて、第７図に示すごと
き汚水浄化システムを構成し、し尿２次処理水、食堂廃
水、食品加工場廃水、製麺場廃水及び下水道廃水の夫々
について、本発明に係る水処理装置の効果を確認する実
験を行なった。但し、ここでは処理能力を更に高める目
的で、水処理装置（１）として第１図に示す装置を２基
、直列に接続して用いた。これによって、装置の処理容
量は２トン／時間となる。

原水槽（１０）内の汚水は原水ポンプ（１３）によって
水処理装置（１）へ供給する。尚、この汚水には、薬品
槽（１１）から薬注ポンプ（１４）により、適当な添加
剤を注入する。水処理装置（１〉によって処理された浄
化水は、更に周知の浮上槽（１２）へ送り、浄化水中の
残留スカムを完全に除去するのである。

実験によって得られた結果の一部を下記第１表乃至第５
表に示す。ここで、Ｎ−Ｈｅｘはノーマルヘキサン、Ｔ
−Ｎは全窒素、Ｔ−Ｐは全燐を示す。

以下余白各種汚水に於いて、ＣＯＤ、ＢＯＤ、ＳＳ、その他の含
有成分について、１００％に近い除去率が達成されてい
る。又、脱臭、脱色、殺菌等の効果も得られていること
がわかる。

第８図に示す従来装置に於いては、処理効率が低いのみ
ならず、球状充填材（９０）の間にフロックが堆積し易
く、これによって連続運転が不可能になる問題があった
。

これに対し、本発明に係る上記水処理装置に於いては、
可溶性金属片が複数の貫通孔を有するパイプ片から構成
されているので、単位重量当たりの実効表面積が大きく
、然もこれらのパイプ片間及び各パイプ片自体には、フ
ロックを含んだ処理水が通過する為の十分な間隙が形成
されるので、高効率での連続運転が可能である。

又、上述の如く各電極板に印加すべき電圧は低く、電極
間を流れる電流も例えば３Ａ程度であって、消費電力が
極めて少ない。然も、従来の装置に比べて多種類の汚水
を効率良く浄化できるから、家庭用の水処理装置として
も極めて有効である。

本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範
囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であること
は勿論である。

例えば、第１図及び第２図に示すスカム溜め室（２３）
からの排出液には、処理水に投入した添加剤が微量では
あるが含有されているので、該排出液からスカムを分離
した後、これを更に流入管（７１）から装置内へ供給し
、添加剤の有効利用を図ることが可能である。

第１図の各電極板に印加すべき電圧の極性は、正負逆で
あっても可い。又、各処理槽に配設されるべき電極板は
３段に限らす５或はそれ以上の奇数段であっても可く、
更に、並設すべき処理槽は２列に限らず４列或はそれ以
上の偶数列であっても可い。

更に、各電解室内に充填する金属片としては、上記パイ
プ片に限らず、例えばテトラボッド状のものであっても
可い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水処理装置の概略を示す断面図、
第２図は第１図■−■線に沿う断面図、第３図はスカム
排除装置の要部を示す斜面図、第４図はスカム溜め室の
断面図、第５図及び第６図は夫々パイプ片の一部破断側
面図及び平面図、第７図は本発明に係る水処理装置を用
いた汚水浄化システムの模式図、第８図は従来装置の断
面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内面を絶縁した処理槽を偶数列並設して、夫々上
流側の処理槽の上部と下流側の処理槽の底部とを連通し
、最上流の処理槽下部に流入口、最下流の処理槽上部に
流出口を設け、各処理槽中には、通水性を有する奇数枚
の電極板を間隔をあけて上下に配置し、隣合う電極板ど
うしは異極となり且つ上流側の処理槽の最上段の電極板
と下流側の処理槽の最下段の電極板とは異極となる様に
通電すると共に、電極板間に形成された各電解室には、
表面に多孔性水酸化皮膜を形成した多数の可溶性金属片
を充填し、金属片相互間には、処理水が通過する多数の
間隙が形成されている水処理装置。
（２）処理槽は、縦長の外槽（２）の内部に隔壁（２０
）を隔てて形成した第１処理室（２１）及び第２処理室
（２２）の底部へ、夫々３段の電極板を具えた第１及び
第２反応槽（３）（３０）を設置して構成した上流処理
槽及び下流処理槽からなり、第１処理室（２１）の第１
処理槽（３）下方に流入口（７）、第２処理室（２２）
の第２処理槽（４）上方に流出口（７０）を開設し、第
１処理室（２１）の第１処理槽（３）上方部と第２処理
室（２２）の第２処理槽（４）下方部とを連結管（６）
によって連結した特許請求の範囲第１項に記載の水処理
装置。
（３）可溶性金属片は、パイプ片（５）である特許請求
の範囲第１項又は第２項に記載の水処理装置。
（４）パイプ片（５）は、周面に複数の貫通孔を開設し
ている特許請求の範囲第３項に記載の水処理装置。
（５）各電解室には、多数のアルミニウム合金製パイプ
片と少数の鉄合金製パイプ片とが混合して充填されてい
る特許請求の範囲第４項に記載の水処理装置。