JPS62254817A - 電気浸透式脱水機の陽極電極 - 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発生した余剰汚泥、あ
るいは食品その他の工業分野で発生するスラリー状物質
の泥齋を被脱水処理物として、この被脱水処理物に電気
浸透と加圧濾過を同時に作用させて脱水処理する電気浸
透式脱水機の電極、特にその陽極電極に関する。

【従来技術とその問題点】　　　゛ まず第３図によりこの発明の実施対象である電気浸透式
脱水機の概要を説明する０図において、１はその外周面
上に短冊状の電極セグメン）ｌａを並置固定して成る陽
極電極を装備した回転ドラムであり、この回転ドラムｌ
の周域に対向してフィルタベルト２と重ね合わせた陰極
電極を兼ねるプレスベルト３を配置し、回転ドラム１と
の対向面に泥漿圧搾通路４を画成している。また前記プ
レスベルト３はスプロケット５８〜５ｄの間に張架され
、かつ泥漿圧搾通路４の背後側にはプレス装で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
側に設置した泥漿供給ホッパ、９は減水受皿、１０は通
路４の出口側に設置した脱水ケーキ分離用のスクレーパ
であり、さらに前記した陽極側の回転ドラム１と陰極側
のプレスベルト３との間には直ｉｔ電源装置１１が接続
されている。 上記の構成で電源装置１１より電圧を印加した状態でホ
ッパ８を通じて泥漿圧搾通路４内に泥漿１２を供給する
と、泥漿１２は回転ドラムｌとフィルタベルト２との間
に挟まれ、通路内を出口側に向けて矢印Ｐ方向に搬送さ
れる。この搬送過程で泥漿１２には機械的な圧搾力に加
えて、対向電極間に形成された電場により電気浸透脱水
が作用するようになる。これにより泥漿の含有水は正に
帯電して陰極側に流動し、陰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、さらに減水受
皿９を経て系外に排水処理される。一方、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パｌＯ
を経て分離回収された上で、焼却処分、ないしはコンポ
スト化し肥料として再利用される。 ところで従来では、電気浸透式脱水機の回転ドラム１に
装着された陽極電極はステンレス鋼、ニッケル鋼、軟鋼
等の金属製電極が一般的に採用されている。しかして電
気浸透式脱水機の運転実績から発明者が得た知見によれ
ば、これら材料で作られた陽極電極では欠配のような欠
点のあることが明らかになっている。すなわち前記材料
で作られた陽極電極は通電によりその組成成分がイオン
化して泥漿内に溶出し、運転時間の経過とともに電極が
消耗する。しかもその溶出量が多いために電極の寿命が
短く、比較的短時間の運転で電極を新しいものと交換し
なければならずその保守管理に手間が掛かる。さらにス
テンレス鋼、ニッケル鋼等の電極では、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、瀘水に混入
して二次公害を引き起こす恐れがある。なお同じ金属の
電極材料でも白金等の貴金属は不溶性にすぐれた性質を
もっているが高価であるためにそのまま単体で電極を構
成することは実用化に問題がある。また炭素製の電極も
試みたが、炭素製電極は金属製電極に比べて電極の溶出
消耗量が少ない反面、固有抵抗が大きくて通電特性が低
く、かつ機械的強度も弱いために使用中の圧搾荷重によ
って破損がすることが多い欠点がある。 また電気浸透式脱水機の１！極として前述のように！極
に消耗が生じると、陽極と陰極との対向電極間の距離が
微妙に変化することになり、このままでは長期間に亙っ
て効率の良い電気浸透脱水を維持することが困難となる
。このために従来では長期運転の途中で電ａ電圧等の通
電条件を変えたり、１を極間距離を再ｅＪＡＭＩ、直す
等の手段を講じたり、ないしは電極を新しい１！掻に交
換する等して対処していたが、その都度脱水機の運転を
中断しなければならず運転稼働率が低下する。 このように電極の特性、特にその電気化学的な耐久性は
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、この面から電極材料の選定、改良が捲め
て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
述した課題に対処して通電に伴う溶出消耗が少なく、ま
た溶出量が被脱水処理物に混入したとしても二次公害を
引き起こすおそれがない等、電気浸透式脱水機の１１３
＆捲電極として要求される機械的、電気化学的な緒特性
を充分に満足できる耐久性の高い陽極電極を提供するこ
とを目的とする。

【発明の要点】

上記目的を達成するために、この発明は陽極電極をチタ
ン、タンタル等の弁金属板を基材とし、その表面に耐蝕
性、導電性に優れたパラジウム。 チルニウム、ロジウム、白金等の白金族金属あるいは白
金族金属酸化物の少なくとも一種を含む被覆層を被覆形
成した複合電極として構成し、電極材料としての構造１
強度、導電機能を弁金属板の電極基材に持たせ、さらに
本質的な機能である電極界面を白金族金属あるいは白金
族金属酸化物等を含む被覆層で持たせることにより、電
気浸透式脱水機の電極特性セして要求される電気化学的
および機械的耐久性の高い陽極電極を経済的に得るよう
にしたものである。 なお上記の複合材電極は、まず弁金属板に曲げ加工等を
施して所望の電極セグメント形状に成形したものを電極
基材とし、この電極基材の表面に白金族金属塩化物をア
ルコール類に溶解した液。 ないしは白金族金属酸化物の粉末をアルコール類に分散
した液を塗布して乾燥の後に加熱して熱分解するか、ま
たは弁金属板の電極基材の表面に白金族金属を電気メッ
キして製作される。

【発明の実施例】

以下この発明の実施例を述べる。まず第１図。 第２図にこの発明の実施例による陽極側電極の電極セグ
メントを示す、該電極セグメント１ａは第３図に示した
電気浸透式脱水機の陽極側回転ドラム１の周面上に装着
して使用されるもので、該電極セグメント１ａは断面が
円弧状である短冊形の板として成り、その四隅に開口し
たボルト六１ｂへボルトを挿入して回転ドラム１の周面
上に並べてねし止め締結される。 ここで前記電極セグメントｌａはチタン鋼等の弁金属材
で作った短冊形状板を回転ドラム１の周面に合わせて円
弧状に曲げ加工し、この弁金属板を電極基材１ｃとして
その表面に欠配のようにパラジウム、チルニウム、ロジ
ウム、白金等の白金族金属あるいは白金族金属酸化物の
少なくとも一種を含む被１’１Ｊ１１ｄを被覆した複合
電極構造として成る。 また前記被覆層１ｄの被覆方法としては、弁金属である
チタン鋼で作られた電極基材１ｃの表面にジアミノ−亜
硝酸白金浴、塩化白金酸浴、塩化白金酸アンモニウム浴
を用いて電気メッキを施すか、あるいは白金族金属塩化
物をアルコール類に溶解した液、ないしは白金族金属酸
化物の微粉末を水またはアルコール類に分散した液を前
記電極基材の表面に塗布して乾燥した後に、これを加熱
炉内に入れ約５００℃で焼成して白金族金属ないし白金
族金属酸化物を析出させて被覆Ｊｉｌｄを形成する。ま
た陽極電極の長期使用により電極セグメントｌａの被覆
層１ｄが消耗した場合には、この電極セグメン）１ａを
回転ドラムから取り外した後に前記と同様な方法により
電極基材１ｃの表面に被覆層１ｄを被覆形成して電極を
再生することができる。 次に上記陽極電極の特性評価を行うために、たの材料で
製作した陽極電極と対比して発明者が行った電気浸透脱
水の通電に伴う電極消耗特性の実験結果に付いて述べる
。なおこの実験にはバッチ方式の電気浸透式脱水機に各
種材料で作られた陽極電極を組み込み、下水混合生汚泥
を被脱水物として電気浸透脱水を所定時間行った後に電
極を取出してその重量を秤量し、当初の重量と対比して
通電量に対する電極の溶出消耗量を算出して求めた。 ここで上記実験に使用した各種電極の材料組成成分を試
料側に表記し、電気浸透脱水の実験結果から得られた各
試料の消耗特性を第１表に示す。 なお各試料の組成成分に添字した数字はその成分の重量
％を表す。 試料１ニステンレスｔ！１ｓＵｓ３０４　（Ｆｅ　Ｔｏ
、　Ｃｒ　１９．５゜Ｎｉ　１０．　ＣＯ，０Ｂ　） 試料２ニステンレス鋼５ＵＳ４３０　（Ｆｅ　８２．　
Ｃｒ　１８）試料３　：　ニー／　ケルｔ！１４　（Ｎ
ｉ　１００）試料４：チタン鋼　（Ｔｉ　１００） 試料５：インコネル６００　（Ｎｉ　７６、　Ｃｒ　１
６．　Ｆｅ７．２゜Ｍｎ　Ｏ，２，Ｓｉ　Ｏ，２，Ｃｕ
　Ｏ，１）試料６：インコロイ　８００　（Ｎｉ　３２
．　Ｆｅ　４６．　Ｃｒ２Ｏ，６゜Ｓｉ　　Ｏ，３５，
（：ｕ　　Ｏ，２７，ＣＯ，０４）試料７：チタン鋼の
基材に酸化イリジウムと白金を被覆した複合材 なお試料７は、表面を化学エツチングしたチタン鋼の基
材に対し、塩化白金酸をブタノールに溶解した液にさら
に酸化イリジウムの微粉末を均一に分散した液（Ａ液）
を前記基材の表面に塗布し、空気雰囲気中、約５００℃
で焼成した後に、さらに塩化白金酸をブタノールに溶解
した液（Ｂｉ）を塗布し、再び炉に入れて空気雰囲気中
、約５００℃で焼成する工程を４回繰り返し行ってチタ
ン鋼の基材表面に酸化イリジウムと白金の被覆層を被覆
形成したものである。 第１表 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
〜７のうち、試料７で示した酸化イリジウムと白金をチ
タン鋼板に被覆した複合体は他の試料１〜６に比べて重
量減少量が極めて少なく、電気化学的な耐蝕性の高いこ
とが認められる。なおこの微少な重Ｎ減少量に見合う分
だけ電極より酸化イリジウム、白金が溶出して被脱水処
理物。 濾水中に混入することになるが、その量は極微量で自然
界に通常含有されている量よりも迩かに少ない量であり
、電気浸透式脱水機の運転に伴う二次公害の発生は殆ど
無視できる。 一方、本発明者は上記実験結果を基にさらに前記試料７
の複合体で作られた陽極電極の実用性をｆ１１認するた
めに、チタン鋼板を基材にこの表面に酸化イリジウムと
白金を被覆して製作した第１図。 第２図に示した電極セグメン）ｌａを第３図の電気浸透
式脱水機の回転ドラム１の周面上に装着して実機試験を
行った。またこの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６９ｃｍ、　　ドラム幅２６ｃｍ
であり、かつ試験運転条件としては被脱水処理物である
泥漿濃度を２０％、［源装置からの供給電流を１２０Ａ
ｌｌＡ水処理時間を１１１１０時間として試験を行った
。 かかる条件で電気浸透式脱水機験を行った結果によれば
、泥漿は含水率６０〜６５％まで脱水することができた
。また試験後に陽極側の電極セグメントを回転ドラムか
ら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、また電極の重量消耗量に
付いてＸ″ｋｌＡ分析結果によれば、回転ドラムに装着
した全電極セグメントに対して僅か３０−ｇであった。 一方、回転ドラムの外周全表面積は５６ｄｒｄであるが
、このうち陰極電極と対向する脱水領域の面積は全表面
積の半分以下の２５ｄｒ／であり、したがって電流平均
密度は１２０Ａ／２５ｄ　＋ｙｒ−６．ＯＡ／　ｄ　ｒ
ｒｆとなる。また各電極セグメントが実際に電気浸透脱
水に関与する実効時間は回転ドラムの回転に伴って電極
が泥漿通路の領域を通過する時間であり、したがって脱
水機の運転時間１８０時間に対する陽極側電極の実効使
用時間は、 （脱水領域の面積／電極の全表面積）×運転時間＝　（
２５ｄ　ｒｒｆ１５６ｄ　ｒｒｒ）　　Ｘ　　１８０Ｈ
ｒ時８０．４Ｈｒである。 したがって単位通電電流、単位運転時間当たりの陽極電
極の重量減少量は先記した全体重量消耗量３０Ｂ、供給
電流１２０Ａ、実効使用時間８０．４Ｈｒから３０ｍｇ
／　　１２０Ａｘ８０．４Ｈｒ−３，ｌＸ１０−３ｍｇ
／Ａ−Ｈｒ−ｄｒｒｒとなる。なおこの計算による算出
値は第１表の実験結果と比べて多少大きな値を示してい
るが、これはバッチ処理方式と連続処理方式との相違に
基づ（ものと推察される。 一方、前記した脱水機の運転条件における電極の重量消
耗量３０輪ｇを基に、酸化イリジウムと白金の平均比重
を２２ｇ／−として、年間を通して脱水機を連続運転し
たと仮定した場合の各電極セグメントの厚さ減少量を算
出したところによれば、その厚さ減少量は僅か２．７Ｘ
１０−’＋ｕ＋／年である。しかも年間を通じての連続
運転で陽極電極の厚さ減少量がこの程度であれば、陰極
との間の対向電極間間隙の拡大変動は微々たるものであ
り、運転期間の途中で行う通電条件の変更１泥漿通路間
隙の再調整、あるいは陽極電極セグメントの交換等の特
別な手段を講じなくても年間を通じて高い電気浸透式脱
水性能を維持することが可能である。 なお前記した電極の厚さ減少量は通電電流密度が６゜０
＾／ｄｎｌである場合の量を示しており、仮に脱水機の
運転条件をこの電流密度より低く設定して運転するれば
、さらに陽極電極の消耗、厚さ減少量は少なくなり、そ
れだけ電極の寿命を延長することが可能である。 【発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、弁金属板を電極基
材としてその表面に白金族金属あるいは白金族金属酸化
物の少なくとも一種を含む被覆層を被覆形成した複合電
極で陽極電極を構成したことにより、 （１１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、それだけ電気浸
透式脱水機の高い信親性と稼働率が得られる。 （２）電気浸透脱水運転に伴う溶出量が殆ど無視できる
程度の微量で、かつその成分は有害性の少ない金属であ
ることから、電極消耗分が被脱水処理物。 濾水に混入しても二次公害発生のおそれは殆どない。 （３）機械的に高い強度と耐摩耗性を存し、脱水運転時
に電極に加わる泥漿圧搾荷重にも充分に耐えられる。 （４）電極基材である弁金属は導電機能の他に軽量で機
械的強度が高く、かつ曲げ加工、切削加工も容易である
ことから大面積の電極も容易に製作できる。 （５）白金族金属あるいは白金族金属酸化物は、弁金属
の電Ｂ１１１基材表面に電気化学的界面となる極薄い被
覆層を形成するに必要な量を被覆するだけで良く、かつ
その被ｙＩＮは電気メツキ法、熱分解法等により容易に
被覆形成することが可能であり、電極を安価に製作でき
る。さらに長期運転の結果電極の被覆層が消耗した場合
にも前記方法によって被覆層を再生して再び電極として
使用できる。 等の利点が得られ、電気浸透式脱水機の陽極電極として
要求される機械的、電気化学的な特性を充分に満足する
耐久性に便れた電極を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例による陽極電極の電極セグメ
ントの平面図、第２図は第１図の矢視■−■断面図、第
３図は連続処理方式の電気浸透式脱水機の構成図である
。各図において、ｌ：陽極側の回転ドラム、１ａ：＠極
セグメント、１ｃ：？ｉ電極基材１ｄ：被覆層、３：陰
極電極を兼ねたプレスベルト、４：泥漿通路、１１：電
源装置、１２：＞ＩＩ脱水処理物としての泥漿、１３：
脱水ケーキ。 第１図 １ｃ電極幕ハ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）陽極と陰極との対向電極の間に被脱水処理物を供給
   し、前記電極間に直流電圧を印加して被脱水処理物の脱
   水濾過を行う電気浸透式脱水機の陽極電極であって、該
   陽極電極が弁金属板を電極基材としてその表面に白金族
   金属あるいは白金族金属酸化物の少なくとも一種を含む
   被覆層を被覆形成した複合電極として成ることを特徴と
   する電気浸透式脱水機の電極。 ２）特許請求の範囲第１項記載の電極において、電極基
   材の弁金属としてチタンを用い、かつその電極基材の表
   面に酸化イリジウムおよび白金族金属を被覆したことを
   特徴とする電気浸透式脱水機の電極。