JPS63501694A - 懸濁液の脱水のための電極排水構造物 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 懸濁液の脱水のための電極排水構造物 本発明は、池、ダム、貯水施設またはタンクに保持された如き懸濁液の凝縮のた めのプロセスおよび装置に関する。

微粒子の懸濁液は、例えば鉱物の処理、選炭、冶金産業、繊維、農業および食品 加工の諸装置、浄水、下水処理等においてつとに一般的である。このような微粒 子の懸濁液の脱水および凝固は困難を伴ない、物質即ち「残渣物」の排除の場合 には、この懸濁液はとりわけ処置の困難を生じる。この問題は、遍在する残漬物 池の形態において著しく、これらの池は微粒子のスラリーを含む魔王または粗い 廃棄物からなるダムである。残漬物は、一般に数週間、数箇月、更に極端な場合 には数年もの間沈降するままにされる。このような期間の後でさえも、下方の流 体の乾燥を妨げる半ｍの深さに及ぶ乾燥した物質の表面の被殻が見られることは 珍しくはない。従って、溜った物質は長らくＩＡ置することができず、また貯水 池は容易に元の状態に戻すことができない長い期間の環境上の厄介物として残る 。

電気的な脱水措置はこのような問題の潜在的な解決策である。テストが行なわれ 、特に貯水池の脱水は貯水池が充填される前に設置される電極を用いて行なわれ てきた。一般に、このようなテストは水平型電極を用い、様々な結果が得られた 。垂直型の電極は、既に懸濁液で充満状態の現存する貯水池の脱水のためにはほ とんどの場合テストが成功しなかフた。この垂直型電極は、脱水される懸濁液中 に挿入されるアノードとしてのスロットまたは細孔を設けた金属管からなってい た。このような管もまた、懸濁液の体積に対するアノード面積の比率が低いため 限られた成果しか得られなかった。また、懸濁液中の固体による閉塞を防止する ため、密な濾過媒体あるいは繊維が管と共に用いられた。しかし、濾過媒体また は繊維は目詰りを生じ易く、特に脱水されるべき懸濁液においてしばしば生じる 微粒子に使用するにはあまり適さず、また垂直型の構成においてはうまく行かな いことが判フな。本発明は、懸濁液の固化のための電気的な脱水作用に基く改善 された代りのプロセスおよび装置の提供を目的とするものである。

本発明は、微粒子の懸濁液の脱水および固化において使用される改善された電極 装置を提供するもので、この電極装置は、脱水を行なうべき懸濁液に９ｊする上 方向に伸びる多孔質の境界壁を含み、またこの境界壁に隣接して、懸濁液の脱水 のためこの懸濁液に対して電位が加えられるカソード／アノードシステムの一部 を構成するための少なくとも１つ上方に伸びる電極を含むが、この電極装置はま た、通常の沈降に加えて排水による懸濁液の固体の固化を可能にする。

本発明は、懸濁液の体積に対する電極特にカソード面積の比を大きくすることを 可能にする。多孔質の境界壁は、懸濁液に対する周囲の密閉壁面を含む、あるい はまた、この壁はそれ自体が容器の容積に対する表面積の大きな比率を有する少 なくとも１つの電極容器の壁面により提供される内壁面を有し、これにより懸濁 液の体積に対する電極面積の大きな比率を提供する。いずれの場合にも、本発明 は水を懸濁液から排除できる比較的大きな表面積による脱水速度における著しい 改善を可能にするものである。

また、少なくとも本発明の望ましい態様においては、多孔質の境界壁は懸濁液か らの水の解離即ち排除を容易にする繊維層を含み、あるいはこのｌａ維層を前記 境界壁と関連させている。前記繊維が脱水されるべき懸濁液の少なくとも比較的 小さな粒子に対して比較的大きな孔隙寸法を有するか、あるいは繊維が親水性に 富む場合に、最も良い結果が得られることが判る。

この繊維はゼオテキスタイル（ｇｅｏｔｅｘｔｉｌｅｓ）として使用される如き 丈夫な織布であることが最も望ましい。

このため、満足できる脱水作用のためには、繊維は凝集懸濁液に対して比較的粗 い障壁を提供すること、また繊維の孔隙寸法、親水性および毛管現象に基いて選 択されることが判った。

電極装置は、懸濁液が保有される外壁面の少なくともけられる本発明の第１の実 施態様においては、前記電極装置は、ある量の懸濁液をその内部に充填すること により懸濁液が形成される保持タンクを含む。このような外壁面が設けられる第 ２の実施態様においては、懸濁液は粒状物質により形成される上方に延在する前 記の多孔質境界壁を備えた貯水池に保持され、この装置の少なくとも１つ電極が 前記物質の壁面に隣接して取付けられている。

あるいはまた、この電極装置はその周囲に前記懸濁液が保持される中空の内壁面 を提供する。このような内壁面形態に基く本発明の第３の実施態様においては、 本装置は懸濁液内に位置決め可能な容器構造部を含む。

第１の実施態様の保持タンクは、基部と、この基部から上方に延在する周壁面と を有し、この周壁面は前記基部と共に脱水のため充填される懸濁液のための保持 容積を画成する。タンクの電極はタンクの周壁面と関連させられている。

前記タンクの周方向および垂直方向の周壁面の少なくとも一部は、懸濁液からの 液体の排出を可能にするよう多孔質である。この周壁面は、その略々全面にわた り多孔質であることが望ましい。また、前記基部は、その領域の一部あるいはそ の全域にわたフて多孔質であフてもよい。タンクは、その周壁面および基部は多 孔質である程度に適当な多孔質繊維により画成される。

特に周壁面が実質的にその全域にわたって多孔質である場合には、この壁面は強 い多孔質繊維により画成されることが最も望ましいが、同じことが基部について も妥当する。各場合において、ｍｕは強度の大きな親水性繊維であることが望ま しい、道路および堤防の安定化に従来から用いられる如きゼオテキスタイルがこ の繊維として特に適しており、ＰＲＯＰＥＸ３２２０がこのようなゼオテキスタ イルの一例である。

タンクの周壁面および基部の一部もしくは全部を画成する繊維を保持することが できる。この目的のため、タンクは比較的堅固な網目状材料を含み、これは繊維 の外表面にわたり設けられることが最も望ましい。このような網目状材料はタン クの周壁面および基部の全域にわたって延在し、またこのことはこのような領域 が繊維により完全に画成される場合に望ましい。

一実施態様においては、タンクは平面図において矩形状形態を呈し、その周壁面 が４つの直立する壁面部分により設けられている。この実施態様においては、基 部および各壁面部分はその内表面においである繊維部分を有するそれぞれ網目状 材料部分により提供されることが望ましい。一実施態様においては、連続する壁 面部分はその隣接する縁部において相互に結合され、各々の下縁部が基部の隣接 縁部に対し相互に結合されている。別の実施態様においては、壁面部分の３つが 相互および基部に対して相互に結合され、固化された固体を脱水の完全後に除去 できるように、第４の壁面がタンクの片側から内側への接近を可能にするように 取外し自在に取付けられている０本実施態様の１つの変更例においては、１つの 壁面部分ではなく基部がこのように取外し自在に取付けられ、各壁面部分が基部 の取外しと同時に固化した固体の排出を容易にするため基部に向フて外方にテー バ状を呈している。

タンクの網目状材料は金属網でもよく、この場合にはこれは電極を提供する。し かし、必要に応じて、この網目状材料は丈夫なプラスチック材料から形成するこ とができる。

タンクの構造的な剛性は内部にタンクが配置される枠組によって強化することが できる。この枠組は電極の少なくとも一部をなすこともできるが導電性のないも のが望ましく、また強化プラスチック材料から形成してもよい。前記枠組は骨組 の形状でよく、その形態はタンクのそれに合致することが望ましい。また、タン クは基部から吊上げることができるように枠組に単に載せてもよく、あるいはま た適当なりリップ、結合具等によフて枠組と相互に結合することもできる。

タンクの使用に際して、濃度を高める懸濁液がタンクの内部に充填される。次い で、懸濁液からの液体を繊維を介して排出しかつ沈降させることにより懸濁液の 固化を進めることができる。しかし、これらの動作は、懸濁液の固体から固体状 の物質を常に生成することができるとは限らず、従って電気的な脱水措置が同時 に用いられることが望ましい。このような脱水措置のために、直流電圧をカソー ド／アノードの電極装置の２つの電極間に加えて、懸濁液中に電気泳動およびエ レクトロスモーシス（ｅｌｅｃｔｒｏｓｍｏｓｉｓ）の機構を確立する。

一実施態様においては、タンク自体が装置の電極の１つを、望ましくはカソード として提供するようになフている０周壁面が金属網である場合には、この電極は カソードにすることができる。この場合には、更に別の電極装置即ち装置のアノ ードがタンクの内部に置かれた少なくとも１つ電極により提供される。望ましい １つの構成である別の構成においては、アノードが望ましくは２つのカソード間 に対称的に配置されたいくつかの電極によって提供されるが、タンク自体および 中央に置かれた内部電極がそれぞれ１つのカソードを提供する。タンクの内部に 置かれた各電極は、導電性材料のロッド、シートあるいは網目材でよい。

下記の実施態様の特徴をなす上記の機構は、加えられる電圧の電界の作用下にお ける更に密な充填構造への懸濁粒子の再配向および並進と関連する懸濁液内の構 造的な解離プロセスと関連して生起する。このため、水はカソードと表面の両方 に集り、特に容器壁面がカソードとなる場合には、水はタンクを介して有効に除 去することが可能である。カソードである少なくとも１つの電極がタンク内部に 置かれる場合は、この場合における水の除去もまたタンクの排水部を画成するこ のようなカソードによって更に改善されることが望ましいが、タンクを介する強 化された水の除去が生じる。カソードがこのような排水作用を生じる場合、これ が直立する多孔質の円筒状形態を呈することが、望ましく、例えばカソードは上 記の繊維の如き濾過材で覆われるか充填される円筒状の金属網である。

本発明の第２の実施態様においては、電極装置の少なくとも１つ電極（本文では 「壁面電極」と呼び、壁面の陰極または壁面の陽極ともなり得る。）が貯水池の 少なくとも１つの壁面もしくはこれに面して設けられ、各壁面電極は電気的な脱 水装置のアノード／カソードの一部として結合されるようになっている。このよ うな各壁面電極の極性は懸濁液の性質に依存するが、通常は負極即ちカソードで ある。

通常、貯水池は地表面より高くあるいは地表、面より低く設置され、貯水池の壁 面は通常は貯水池が設置される作業場で容易に入手可能な材料である砂岩、丸目 の石炭層、土または表土から形成される。これらの壁面は、例えば、本発明にお いて選好される如き慎重に等綴付けられた粒状媒体および（または）先に詳細に 述べた如き繊維程透過性を必ずしも持たないが当然水を透過し得る。貯水池が微 粒子の懸濁液で充填されると、微粒子の析出が迅速に壁面上に生じる得る。

壁面自体は完全に「目詰まり」もしくは「閉塞」状態にならないが、析出した層 の低い透過性は、貯水池の大半の懸濁液からの水分が壁面に達し得る速度を有効 に制御し、またこの速度は非常に遅くなり得る。しかし、第２の実施態様の構成 においては、水は壁面のカソードと他の電極装置（アノード）との間に加えられ る電圧により壁面のカソードへ送られ、このような電気的な移動はこのような微 粒子の析出の低い水分の透過性とは無関係である。一旦水分が壁面カソードに達 すると、水分は次に壁面の材料自体と直接接触し比較的固体を含まず、また貯水 池の外側へ排出し得る。

壁面電極は、導電性を有するロッド、管または網目の形態をとることができ、貯 水池の一部または全体の境界壁のどこかの部分または全部分を覆い得、また貯水 池の基部もまた透過性に富むならばこの基部を覆い得る。この壁面電極は、単に 境界壁の材料に接して置くことができる。あるいはまた、これら電極は、水分の 浸漬および排水を助けるため、第１の実施態様に関して述べたようなＰＲＯＰＥ Ｘ３２２０の如き多孔質の繊維で覆うこともできる。このような繊維は、壁面の カソードと壁面材料との間、あるいは壁面のカソードと貯水池内の懸濁液との間 になるように壁面カソードの内表面または外表面に設置することができる。

その壁面電極が一部を形成する電気的脱水装置のアノード／カソードの他の電極 は、貯水池の中心線に沿って対称的になるように貯水池の内部に適当に配置され ることが望ましい０本装置の他の電極は、アノード・ロッド、管または網の列か らなり、壁面および基部におけるアノードと壁面のカソードとの間の分割状態が 、遥かに大きな比率による点を除いて、本発明の第１の実施態様の構成と類似す る略々全く同゛じどなるように、水平方向、垂直方向、または両方向に配置する ことができる。また、第３の実施態様に関して本文に述べた如く複数のアノード をカソード排水容器構造部との間で散在させることも可能である。本発明は矩形 状、四角形、円形（同軸状）および長円形の如きどんな幾何学的配置でも使用が 可能であるが、ある特定数の電極に対する最適の構成は数学的なモデル化および コンピュータによるシミュレーションによって決定されることが望ないが、表面 積がこれを補償する。壁面のカソードに対し使用し得る大きな表裏面もまた、電 気的な脱水作用を生じるため比較的大きな電流を得ることを可能にし、水分が壁 面のカソード領域に達する速度は電流に比例する。

従って、本発明は壁面に置かれた壁面カソードにより強化される排水用「流しく シンク）」として貯水池の壁面を使用することを可能にする。この構成は、貯水 池壁面の材料の固有の透過性および水分の吸収能力を利用する。アノードは、ア ノードとカソードの分割が全方向において略々同じになるように貯水池の中心線 に沿って直線もしくは矩形の箱形状を形成することができる。知る限りにおいて 、壁面電極もしくは壁面電極排水部はいずれも本発明前において使用もしくは提 起されていない。また知る限りにおいて、電極の配置を最適化するための数学的 モデル化およびコンピュータによるシミュレーションは従来技術において使用さ れていない。

第２の実施態様において、貯水池により提供される多孔質の外壁面は単に粒状材 料からなるものである。

壁面電極は、単にこの壁面に接しであるいはこれに隣接して配置することができ 、あるいはまたこれら電極は少なくとも部分的に前記壁面内に埋設することがで きる。しかし、外壁面は第１の実施態様に関して述べた繊維の如き多孔質の繊維 層によって覆うことができる。このような繊維が提供される場合には、各壁面電 極は外壁面と繊維との間に配置することができ、あるいはまた繊維を外壁面と電 極との間に置くこともできる。電極の形態は先に述べたが、特にこのような繊維 が設けられる適当な１つの形態は溶接網の如き金属製の網からなる。

第２の実施態様の別の構成においては、壁面電極はカソードではなくアノードで あり、カソードの排水構造部は第２の実施態様の電極構造が一緒に使用される電 極装置が設けられている。このような代替例は、壁面のアノードにより貯水池壁 面から水分が排斥される装置全体において脱水を行なうことを可能にし、水分は 懸濁液中のカソード排水構造部から引出される。このように、水分は貯水池壁面 内およびこれを抜けるその通過を実質的に防止する程度まで貯水池内に保有する ことができ、これは即ち有害な廃棄物池の脱水に大きな利点をもたらす手だてと なる。カソード排水構造部は、例えば、本発明の第３の実施態様によることがで き、あるいはサイホンまたはポンプによる如き水分の排出を可能にする他の形態 によることもできる。

第３の実施態様の電極構造部は容器形態を呈し、この構造部は電極の上端部と下 端部との間に拡張する自らを支える周壁面を有し、構造部内に腔部を画成する。

この電極構造部は、電極として使用できるように装置の少なくとも１つ電極の提 供により導電状態となるが、この壁面はまたその表面の少なくとも大部分にわた り水分を透過し得る。一実施態様においては、この壁面またはその表面の少なく とも大きな部分がその上に多孔質の繊維を設けた金網材料からなり、この金網材 は構造部が導電状態となる少なくとも１つ電極を提供する。壁面全体がこのよう な金網材および繊維からなることが望ましく、繊維は網目材料の外表面上に設置 されることが最も望ましい。

別の態様においては、この構造部は前記腔部内の導電性を有する要素を有する。

この態様においては、壁面はこのような繊維と、この繊維に対する導電性を持つ かあるいは持たない支持手段からなっている。導電性に富む要素は金網材、複数 本の電気的に相互に結合された金属ロッドまたは金属板部材でよい。前記支持手 段は、導電性要素に対して繊維を略々固定された離間位置関係に保持し、繊維が 固定される骨格フレームを含む。

壁面の少なくとも大きな表面積にわたフて、前記支持手段は適当なプラスチック 材料または金属の網目材を含む。

多孔質の繊維は、第１の実施態様に関して先に述べた如きものであることが望ま しい。この繊維は親水性を特徴とし、また毛管作用を提供することが最も望まし い。この繊維はまた、充分な強度を持たねばならず、また−緒に使用される懸濁 液の粒子に対して大きな孔隙寸法を有することが望ましい。再び適当な繊維の一 例はＰＲＯＰＥＸ：１２２０なるゼオテキスタイルであり、これは道路および堤 防の安定化に伝統的に使用されている。他の繊維を本実施態様および他の実施態 様において使用することができるが、テストされた他の繊維および媒体はＰＲＯ ＰＥＸ３２２０程満足できるものではいことが判った。

電気的な処理法は２つの主な機構により懸濁液または沈降物を脱水することが判 った。即ち、略々カソードに対する従来の動電学的な移動によるものと、電界の 作用下で更に密な充填状態への懸濁液の粒子の再配向および移転と関連する構造 的な解離プロセスとである。これらの機構は、それぞれカソードおよび表面にお ける水分の収集によって明らかにされる。

従って、このような処理において用いられるカソードは、この水分の全量でなけ れば大部分を集めて排除することができなければならないが、第３の実施態様に よる電極構造はこれらの要件を満たすために特に適している。

第３の実施態様の電極構造は、最も好都合なことには、その腔部の容積に対し大 きな表面積を有して水分の収集作用を強化する。望ましい一つの構造においては 、この構造部は比較的接近した対向位置関係にある２つの主要壁面部分を有し、 これら壁面部分は２つの小壁面部と隣接する側縁部に沿って接合されている。

この主要壁面部分は略々矩形状を呈し、小壁面部分は細長い帯片の形態を呈する ことが望ましい。

使用に際し、電極構造部は貯水池の充填後にもしくは現存する貯水池中に設置さ れ、周壁面は上方向に延在しかつ構造部の上端部が最も高い位置にある。この構 造部の下端部は、多孔の基部もしくは周壁面に対する同様な構造の基部により閉 鎖することができる。また、貯水池の深さに対する構造部の高さに従って、構造 部の上端部は基部と似たカバーによフて閉鎖することができる。

電極構造部は少なくとも１つの、望ましくけいくつかのアノードを含むアノード ／カソード電極装置におけるカソードとして使用されるのが最も典型的であり、 直流電圧がこのカソードとアノードの両側に加えられる。電極装置が懸濁液中に 置かれるこのような使用においては、電極（カソード）構造品壁面に隣接する懸 濁液の水分は多孔質繊維を介して構造部の腔部に浸透して濾過される。この繊維 は、懸濁液の固体が前記腔部内に通過することを略々阻止する粗いフィルタの機 械的な障壁として作用し得るが、フィルタとしてではなく略々スポンジ状に作用 する。

最も望ましくは、電極構造部が上水、排水、動電学的移動水を保証するに充分な 水頭を提供する高さを有し、また雨水が前屈腔部に流入することである。

水分は、この腔部から構造部の上端部を経て外側へ間欠的にポンプあるいはサイ フオンにより排出できる。

あるいはまた、水分は構造部の下端部もしくはその付近の場所から、前記腔部よ り外部に自動的に排出しあるいは圧送することもできる。この構造部は、このよ うなポンプのサイフオンもしくは排水を行なうように配置された水分除去管を有 する。あるいはまた、水分の除去が上端部を介する場合には、このような水分の 除去の実施を可能にするため、水分がポンプまたはサンプルにより排出される水 分除去管を前記端部から腔部内に間欠的に挿入することができる。

次に図面を参照する。

第１図は本発明による保持用タンクを示す斜視図、１！ＩＪ２図は本発明による 電極容器を示す斜視図、第３図は本発明による貯水池の概略図、および第４図お よび第５図は、本発明による電極装置の別の実施態様をそれぞれ示す第３図の貯 水池の隅部の部分断面図である。

第１図においては、基部１２と４つの側壁面１４により画成される周壁面とを備 えた全体的に矩形状あるいは箱状の形態のタンクｌＯが示されている。このタン クは、溶接された鋼網の外側シェル１６と、適当なフィルタ繊維の内側シェル１ ８とを含む、タンク１０は、約３Ｘ２．４ｍの同寸法を有するが、必要に応じて これより大きくても小さくてもよい。シェル１６の金網は、例えば約５０■の開 口を有するが、これは自由に変更することができる。シェル１８の繊維は、水分 がタンクｌＯ内に充填された懸濁液の固体から排出することを可能にするため適 しており、この繊維は例えば約１００μの孔隙を有する。

図に示されるように、タンクＩＯは、その形態および内側の構成要素の配置の図 示を容易にするため、その内方隅部において破断されている。片側の壁面１４は 完全に取外すことができるか、あるいは隣接する側壁面または基部１２に対して 枢着することができ、また残る壁面１４および基部１２は溶接もしくは適当な固 定手段等により隣接する縁部において相互に結合されることが望ましい、シェル １６はまたカソードであることが望ましい。

タンクｌＯ内部には、カソードとなる電極２０が中心位置に置かれ、この電極２ ０の周囲に等間隔にアノードとなる複数の電極２２が配置されている。カソード としてのシェル１６を備えた電極２０．２２は、アノード／カソードの脱水装置 を提供する。このように、直流電圧を電極２０および各電極２２の両側に、およ び（または）電極１６および各電極２２の両側に対して適当な整流器（図示せず ）により加えることができる。

電極２０は、直立した円筒状形態を呈し、その下端部が基部１２に静置しあるい はこれに固定され、電極２０を通過する水分が基部１２を介して排出できるよう になフている。電極２０は金網から作られるが、シェル１８に対して使用された ものと同様な濾過繊維層（図示せず）により覆われている。このため、水分は電 極２０を通過することができ、これによりタンクＩＯから排出し得るが、水分が このように排出された固体はタンク内に保持される。

各電極２２は垂直方向に置かれたロッドである。電極２２は基部１２から上方に また壁面１４から内方に例えば適当な間隔だけ約８００１ＩＩＩ１１隔てられて いる。電極２２は、タンクｌＧ内または上方に配置された適当な導電性のない手 段によりこのように配置することができる。

図示しないが、タンクｌＯには内側にタンクｌＯが配置される非導電性の枠組に より構造的な剛性が与えられることが望ましい。

タンクｌＧの使用に際しては、濃度が高められるべきある量の懸濁液がタンクの 内側に充填される。懸濁液のある固化およびその結果の濃縮がシェル１８を介す る水分の排出および懸濁液の固形分の沈降によって進む。

しかし、これらの要因は、懸濁液の固形分から固形状の製品を得るため濃縮を可 能にするには不充分であり、電気的な脱水措置を更に用いて固化の速度および程 度を更に促進する。電気による脱水作用は、電極１６および（または）２０およ び電極２２の両側に直流電圧を加えることにより得られ、これらの電極は懸濁液 中に延在している。その結果の電気泳動およびエレクトロスモーシスは、加えら れた電圧により生じる電界の作用下で更に密な充填配置への懸濁液粒子の配向お よび移転と関連して生じる。このように、水分はカソードである電極１６および （または）２０に集まり、これら電極の繊維の覆いを介してタンク１０から廃液 されるが、水分はまた表面に集まりタンクＩＯのシェル１８を介して有効に排出 される。

本発明による懸濁液の濃厚化における全体的なパラメータは、懸濁液の性質およ びこれと関連する水分の品質に依存する。しかし、このパラメータは本来融通性 に富み、懸濁液の処理能力および使用可能な脱水時間に適合させ得る。最初３重 量％であり、約１５％の固体濃度まで予め濃縮を行なった後、第１図の如きタン クを用いて本発明により処理される１つの懸濁液に対する例示的なパラメータは 、次の如くである。即ち、アノ−に／カソードの平均間隔：０．５ｍ平均電圧＝ １００ボルト（このレベルでは、特別の注意は必要ない） 電流：５０アンペア 脱水時間＝２４時間 電気エネルギ消費：ｌＯキロワット・時間／屯（ｈｒ／ｌ）（乾燥状態） 最終的な固形分ニア０重量％ 排水および電気脱水法によらなければ、２４時間で僅かに３３重量％の固形分を 得るに過ぎないが、長期において平衡状態に達する時は約４４重量％の固形分を 得ることができる。

電流およびエネルギ消費は、例えば選炭および砂の洗浄において経験され得る極 端な場合を表わす他の懸濁液に対するよりも高い水準よりも更に高くなり得る。

電流およびエネルギの消費は、電極の間隔および脱水の実施に使用可能な時間と 共に変化する。遭遇し得る最大のエネルギ消費は、塩分が非常に大きくまた従来 の機械的な手段では充分に脱水することが不可能なある懸濁液の場合には、約１ １００ｋ　ｈｒ／ｌとなる。

第２図においては、腔部３４を画成する周壁面３２を有する電極構造部が示され ている。

壁面３２は、狭い側方部分４０により小さな距離を隔てた位置関係に保持された 前後の主要部分３６．３８を有する。

壁面部分４０の下端部はテーバ状を呈し、壁面部分３Ｂ、３８の下方の縁部は一 体化して前記構造部の下端部４２を閉鎖する。周壁面３２は、金網または溶着網 の内側層４４と、この層４４に固定された繊維の外側層４６とからなっている。

第２図の構造は矩形状の全体的な形態を呈するが、壁面部分３６．３Ｂの間隔が 密であるため、腔部３４の容積に対し大きな表面積を有する。この構造部は、電 極装置におけるカソードとして最も広く使用されている。

本構造部は懸濁液中に配置することができ、その上方の開口端部４８が懸濁液の 表面の少し上にある。この場合、構造部の高さは貯水池の深さを僅かに越えても よい、あるいはまた、端部４８は閉鎖され、構造部は最初懸濁液中に浮遊させ、 懸濁液が徐々に脱水されて固化されるに伴い沈降させることができ、このため構 造部の全表面積を脱水操作の全過程において活用することができる。構造部が沈 降する後者の場合には、構造部が一部を形成するその電極構造部が最初浮遊状態 であり沈降させられることが最も望ましい。

構造部３０の高さは、脱水の後略々池の最終的な深さに及ぶようにするか、ある いは電界線の縁部が脱水が構造部の底部から貯水池の実際の底部までに及ぶこと を保証するため高さがやや短くてもよい。

構造部３０は、網目層４４と一体の突起部５２を有し、これにより構造部がアノ ード／カソード電極装置の他の構成要素に対して結合することができる。突起部 ５２は懸濁液の貯水池に隣接するアノードおよびカソードに対する各バス・バー の１つに対して結合され、またこのバス・バーを介してソリッドステートの整流 器に対し結合されることが更に望ましい。同様な構成は第１図のタンクＩＯにも 使用することができる。

腔部３４からの水の除去は、前に述べた如き色々な構造の１つによることができ る。図示の如く、腔部３４は壁面部分３６．３８間に延在しかつ構造部を補強す る仕切板５０によって分割される。水分は仕切板５０から生じる腔部３４の各区 画から構造部の上端部または下端部における各区画の各出口を経て別個に除去す ることができる。あるいはまた、これらの区画は仕切板５０を介して吸上げ装置 に対し結合可能な流出管路５４の如き１つの出口を介して全ての区画から除去す ることが可能な水と相互に接続することがてきる。

繊維層４６は親水性を呈し、また更に、使用に際して毛管作用および懸濁液の粒 子に比して大きな孔隙寸法を特徴としている。層４６はＰＲＯＰＥＸ３２２０も しくは類似の繊維でよく、機械的な障壁即ち粗目のフィルタとして作用する。少 なくとも　！００μの孔隙寸法を有する繊維は、２０μ以下が９５％、２μ以下 が約５０％の粒子の懸濁液を脱水する際の構造部の使用に適するものの一例であ る。繊維の孔隙寸法と粒度との間のこのような食違いにも拘らず、粒子はカード 構造のハウスの如き凝集構造を形成し、これが粒子が繊維の孔隙内に新入するこ とを阻止する。しかし、繊維の化学的性質および物理的形態は、繊維に接する水 分が繊維により吸収されて前に述べた如き腔部１４内に濾過される如きものであ る。

電極構造部３０は、前に述べたものおよび第２図に示されるものとは別の形態を 呈し得る。例えば、周壁面従ってその腔部は円筒状または円錐状の形態を呈し得 、あるいは第２図に示されるものと別の箱状の形態を呈し得る。しかし、更に別 の幾何学的形態も使用し得る。

更に、あらゆる可能な形態において、電極構造部は少なくとも１つの導電性を有 し、所要の方向に周壁面から外方に突出する金網または溶着網の如き外側パネル ５６を備えることができる。このような各外側パネルは、第２図の構造における 網目層４４の如き周壁面もしくはその内部の導電性に富む要素に対して電気的に 結合することができる。このように電気的に結合される場合は、電極構造部は、 第２図における如き突起部５２によるのではなく、このような外側パネルを介し てバスパーに対し結合されるようにすることもできる。あるいはまた、このよう な各外側パネルは周壁面もしくはその内部の導電性要素から電気的に絶縁するこ とができ、この要素およびこのようなパネルはバスバーに対して個々に結合され る。しかし、各形態において、各外側パネルは水を周壁面に向けて案内するよう に作用し、これにより電極構造部が水を構造部の腔部に対して濾過するため強力 に吸上げる懸濁液量を大きくする。

第２図の電極構造部の形状、また相対寸法、およびこれが設けられる場合その外 側パネルはかなり変化し得る。しかし、構造部の設置の際の懸濁液の流動性は、 形状および寸法のパラメータを決定する際考慮に入れられるべき１つの要因とな る。

本来懸濁液の脱水は、第２図の如き電極構造部を用いる広範囲の電極構造部によ り実施することができる。

例えば、この電極構造部は１つのカソードとして使用することができ、またこれ らの１つ以上を第１図のアノード２２の如きロッド状アノード列、またはパネル ５６に似た金網または金属板のパネル状アノードを含む電極構造部において使用 することができる。このようなカソードおよびアノードを使用する変更例におい ては、多数のカソードを１つの列または円形状列に配置することができ、アノー ドを各カソードの周囲に配置する。このようなカソードを用いる更に別の変更例 においては、アノードはカソードと類似した構造のものとすることができ、電極 を少なくとも１列に、またはアノードとカソードが交互になったリング状に配置 する。後者の形態においては、これが懸濁液の脱水を更に強化するものであるが 、各アノードは表面の雨水とその腔部に至る排水のある最初の部分を受取ること になる。

更に別の変更例においては、第２図の電極構造部は、ロッド形態もしくは金網ま たは金属板のパネル状形態で平坦なカソードを用いて、１つのアノードとして使 用することができる。このような変更例は、まれには実際に存効であることもあ るが、はとんどの事例において脱水の効率を低下させる。

脱水における作動パラメータは柔軟性に富み、貯水池の大きさおよび使用し得る 脱水時間に適合させられる。

作動パラメータはまた、脱水される懸濁液の性質およびこれと関連する水の品質 に依存している。このため、異なる懸濁液の木質的な脱水のための電極構造部は 同じものかあるいは類似のものとすることができるが、電極構造部を使用するた めの操作は異なり、また研究室のテストから決定することもできる。

−例として°、第２図における如き電極構造部を用いた電極装置を面積がｅｏｘ 　２０ｍ、深さが４ｍの砂利の洗浄から生じる残漬物で充填された貯水池の脱水 に対して成功裡に通用した。高さと巾が約３ｍ、厚さが０．２ｍのカソードとし 、アノードとカソードの距離が４ｍのこのような構造部を用い、かつ加えた電圧 は１００乃至１３５ボルト、電流は９乃至５Ａであった。脱水時間は２箇月、電 気エネルギ消費は乾燥状態で材料トン当り約０．５　ｋｗ　ｈｒであった。これ らの数字は全て研究室のテストからの推論に従ったものである。脱水期間中の３ ８２■の降雨から生じたかなりの水量もまた除去された。固化された残漬物は、 貯水池の底部まで伸びた長い亀裂を呈し、「踏動で掘ることができる」軟度を有 した。

１００μの繊維の孔隙寸法は特定の粒度スペクトルに関して詳細を尽くしたが、 この孔隙寸法はかなりの範囲にわたり変更することができる。一般に、凝集沈降 物自体が電極構造部の腔部内に侵入することを阻止するため、２５０μより小さ な孔隙寸法を有することが望ましい、この孔隙寸法は５０μより大きいことが最 も望ましい。

第３図は、多孔質の貯水池壁面６２により形成されて脱水すべき懸濁液６４を保 有する貯水池６０を示している。

壁面６２は、砂岩、砂、丸目の石炭層、土または表土等の入手可能な適当な粒状 材６５から形成される。壁面Ｓ２の直立する内表面６６の周囲には、本発明によ る壁面電極装置６８が設けられ、この装置は他の電極と共に本発明による電極装 置を形成する。第３図の装置においては、壁面電極６８はカソードであり、他の 電極は中心部のカソードのドレーン７０およびその周囲のリング状アノード７２ とを含む。脱水電流はり一ド７６によりアノード７２ニ対し結合されたアノード のバスパー７４により、またリード８０により壁面電極６Ｂおよびカソード・ド レーン７０に対し結合されたカソードのバスパー７８によって電極装置に対して 加えられる。

第４図は、壁面６２の各部分８２．８３における別の形態の電極装置を示してい る。壁面部分８２における構成は第３図のそれと対応しており、使用においては 、壁面６２の全面にわたり設置されることが最も望ましい。同様に、壁面部分８ ３における構成は、使用に際して、壁面６２の全面にわたり設けられることが最 も望ましい、しかし、壁面６２の全面周囲に別の構成が設置されるかどうかに拘 らず、これらの構成は実際には代替的であって、通常−緒に用いられることはな い。

第３図においては、壁面部分８２により示されるように、壁面電極６８は壁面６ ２の面６６に接して配置された直立するカソードを画成する金網８４からなって いる。懸濁液６４から取出された水は、バスバー７４、フ８を介してアノードお よびカソードに対して脱水電流を付加する間、金網８４およびカソード・ドレー ン７０に流れる。金網８４に取出された水はこの金網を通って壁面６２に排出し 、壁面６２から周囲の地面に流れる。

カソードのドレーン７０は、第２図に示される如き電極容器であることが最も望 ましい。これに流出した水はその周囲壁面を経てその腔部内に流入する。この腔 部からの水は、排出のためサイフオン作用または吸引ポンプによって第２図の管 路５４の如き適当な流出管路から排出することができる。あるいはまた、もし貯 水池の基部が多孔質である場合は、１つ以上のこのような管路５４が散逸させる ため水を基部に排出することができる。

図に示されるように、アノード７２は金属製ロッドからなる。しかし、これらの アノードは金網８４および電極のドレーン７０から隔てられた第４図において８ ６で示される如き金属板のアノードでもよく、あるいは金網からなるものでもよ い。

第５図は、更に第４図の壁面部分８２により示される如き第３図の変更例を示し ている。第５図においては、金網８４は第２図の電極構造部３０の繊維４６と類 似する繊維層８８により覆われている。金網８４は単独で、懸濁液６４の脱水お よび金網８４に取出された水の散逸を行なう際、壁面６２と関連してよく機能す ることが判った。しかし、繊維８８は懸濁液からの微粒子が壁面６２の多孔質部 に入つてこれを詰らせることを実質的に阻止する。第５図においては、金網８４ は必要に応じて繊維８８と壁面６２との間に存在する如くに示されるが、繊維８ ８は必要に応じて金網８４と壁面６２の間に設けることができる。

第３図の電極装置は、第４図の壁面部分８２により更に示されるように、脱水の ための望ましい構成であり、懸濁液６４が液中に有害な物質を含まない場合に使 用に適する。しかし、有害物質が懸濁液６４中に存在する場合は、壁面６２によ る水の散逸は適当でない。

このような場合には、バスパー７４．７８を介する脱水電流の作用下で懸濁液６ ４中の水が壁面６２から少なくとも１つ電極ドレーン７０へ追出されるように金 網８４はアノードとなる。この場合、円形列状のドレーン７０が存在し、アノー ド７２がこの列内の懸濁液中に存在することが望ましい。

脱水が壁面６２から水を追出すことにより行なわれるべき場合には、金網８４に より構成されるアノードは壁面部分８３に示される形態とすることができる。壁 面部分８３は、実際には２つの形態の壁面アノードを呈し、これらは直立する金 属ロッド９０と直立金網管９２とからなフている。複数の側方に隔てられたロッ ド９ｏまたは複数の管９２を壁面６２の表面６６の周囲に配置することができ、 あるいは図示の如くロッドと管の組合せを使用することができる。

懸濁液６４が液中に有害物質を含む場合には、脱水電流の作用下で水が各カソー ド・ドレーン７０へ流れ、各カソード・ドレーン７０の腔部内に収集される。貯 水池６ｏの基部が多孔質である場合でさえ、収集された水は基部に対して排出さ れることはない、その代り、水は排出に先立って許容し得る解毒処理のためドレ ーン７０からサイフオンまたはポンプにより取出されることになる。また、貯水 池６０の基部は、適当な形態の水平型アノードにより覆われることになり、これ により水が貯水池の基部から追出される。

本発明の電極装置は、特に全時間およびある時間における脱水の程度に照して、 著しく改善された懸濁液の脱水を可能にする０強化された結果が、その親水性お よび比較的大きな孔隙寸法ならびにその毛管作用により、電極装置の一部として 親水性の繊維の使用により達成される。選好された繊維もまた、懸濁液の体積に 対する脱水が行なわれる表面積の比率を高くすることを可能にし、大きな動的水 頭に耐えるものである。

本発明の繊維を同様な孔隙寸法のある別の繊維材料と比較すると下記の如くとな る。即ち、 扛−上　！！Ｌ２１Ｊｉ　立宣五　１−荒ＰＲＯＰＥＸ　３２２０　大　大　優 秀ナイロン　中　中　並 スロットを設けた　小　小　劣 プラスチック 各場合において、液量に対する表面積の比率および各繊維部がその一部をなすド レーンを設けた水頭が大となった。もしこれらパラメータの一方または両方がい ずれかのｙａ維の場合に減殺されるならば、性能もまた低下することになった。

最後に、本発明の主旨または範囲から逸脱することなく、本文に述べた各部の構 造および配置に種々の変更、修正および（または）追加が可能であることを理解 すべきである。

Ｆ＋（３５ 国際調査報告

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．微粒子の懸濁液の脱水および固化において使用される電極装置において、脱 水されるべき懸濁液に対する上方に延在する多孔質の境界壁と、該境界壁に隣接 してアノード／カソード電極装置の一部を形成するための少なくとも１つの上方 に延在する電極とを設け、前記懸濁液の脱水のため該電極により１つの電位を加 えることができることを特徴とする電極装置。
2. ２．前記境界壁が、前記懸濁液が保有される外壁面の少なくとも一部を提供する ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電極装置。
3. ３．前記外壁面は、前記懸濁液がある量の懸濁液をその内部に充填することによ り形成される保持タンクの周壁面により画成され、前記の上方に延在する電極が 前記周壁面の一部を形成することを特徴とする請求の範囲第２項記載の電極装置 。
4. ４．前記外壁面は、前記の上方に延在する電極が設けられる特定物質の前記の上 方に延在する境界壁により画成されることを特徴とする請求の範囲第２項記載の 電極装置。
5. ５．前記の特定物質の壁面が粒状物質の貯水池壁面により画成されることを特徴 とする請求の範囲第４項記載の電極装置。
6. ６．前記境界壁が、その周囲に前記懸濁液が保持される中空の内壁面を提供する ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の電極装置。
7. ７．前記内壁面が、前記懸濁液内で位置決め可能でありかつ内側の水を受入れる 腔部を画成する容器構造を構成することを特徴とする請求の範囲第１項記載の電 極装置。
8. ８．前記境界壁は多孔質の繊維層により少なくとも一部が画成されることを特徴 とする請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載の電極装置。
9. ９．前記繊維が親水性のゼオテキスタイルであることを特徴とする請求の範囲第 ８項記載の電極装置。
10. １０．前記繊維が２５０μより小さな孔隙寸法を有することを特徴とする請求の 範囲第８項または第９項に記載の電極装置。
11. １１．前記繊維が１００乃至２５０μの如く５０μを越える孔隙寸法を有するこ とを特徴とする請求の範囲第１０項記載の電極装置。
12. １２．前記境界壁が堅固な物質の網目層を含むことを特徴とする請求の範囲第１ 項乃至第１１項のいずれかに記載の電極装置。
13. １３．前記網目が金網であり、かつ少なくとも１つ電極を構成することを特徴と する請求の範囲第１２項記載の電極装置。
14. １４．前記網目がプラスチック綱であり、少なくとも１つの前記電極が前記境界 壁と関連する金属部材を含むことを特徴とする請求の範囲第１２項記載の電極装 置。
15. １５．前記電極が板状、管状および棒状の形態から選択された形態を呈すること を特徴とする請求の範囲第１４項記載の電極装置。
16. １６．少なくとも１つの別の電極を設け、少なくとも１つの上方に延在する電極 および前記の少なくとも１つの別の電極が、前記懸濁液に対し脱水用電力を加え るため適当な列状に配されかつ電気的に内部結合されることを特徴とする請求の 範囲第１項乃至第１５項のいずれかに記載の電極装置。
17. １７．前記請求の範囲第１項による電極装置が懸濁液の境界に設けられ、脱水用 電力が前記装置の少なくとも１つの上方に延在する電極と、前記懸濁液中に設け られた少なくとも１つの別の電極との両側に加えられ、前記電力が懸濁液の所要 の脱水度を達成するに充分な時間加えられることを特徴とする方法。
18. １８．前記の少なくとも１つ上方に延在する電極が、前記懸濁液が充填される保 持タンクの周壁面により形成され、前記の上方に延在する電極がカソードとなる 前記周壁面の一部を形成し、前記の少なくとも１つの別の電極がアノードである ことを特徴とする請求の範囲第１７項記載の方法。
19. １９．前記境界壁が粒状物質の多孔質の貯水池壁面により画成され、前記の少な くとも１つ直立電極がその内表面上に配置され、前記の少なくとも１つの上方に 延在する電極がカソードであり、かつ前記少なくとも１つの別の電極がアノード であり、前記カソードは前記貯水池壁面の内面上に配置され、前記各アノードは 前記懸濁液中に配置され、水の少なくとも一部が脱水により懸濁液から抽出され て前記貯水池壁面を通過させられるように脱水が行なわれることを特徴とする請 求の範囲第１７項記載の方法。
20. ２０．前記境界壁が粒状物質の多孔質の貯水池壁面により画成され、前記の少な くとも１つの直立電極がその内表面上に配置され、該少なくとも１つの上方に延 在する電極はアノードであり、前記の少なくとも１つの別の電極が水を受取る腔 部を画成するカソードであり、前記アノードが前記貯水池壁面の内表面上に配置 され、前記各カソードが前記懸濁液中に配置され、前記懸濁液中の水が脱水によ り前記貯水池壁面から離れるように追出されて各カソードの腔部内に送られるよ うに脱水が行なわれることを特徴とする請求の範囲第１７項記載の方法。