TWI481567B - Drainage treatment method - Google Patents

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Description

排水處理方法 發明領域
本發明係有關於利用具有隔膜方式的電解之排水處理方法。
 發明背景
習知係提出了一種排水的處理方法(專利文獻1)。
即，將含有難分解性物質的廢液或排水導入陽極為導電陶瓷電極的電解裝置內，並用10A/dm2 以上的高電流密度進行電解，使在廢液或排水中生成次鹵酸和活性氧並賦予強力的氧化分解作用。所謂強力的氧化分解作用，是指由以高電流密度進行的電解所形成的陽極氧化、及由在此處生成的次鹵酸和活性氧形成的氧化分解作用。
羥基自由基等活性氧是用陽極生成且強有力，但這種羥基自由基等活性氧的壽命短。而在電解處理水中生成的次鹵酸如果不與有機物等接觸，其壽命就會比羥基自由基等的活性氧長。
電解處理水中的次鹵酸與有機物等接觸後會歷時性分解而生成羥基自由基等活性氧，從而能夠將難分解性化合物進行氧化分解。
然而，用這種排水的處理方法不能進行細緻的控制。
先行技術文獻
專利文獻1：日本專利公開2003-126860號公報
 發明揭示
本發明的目的在於提供一種排水處理方法，其能夠進行比過去更加細緻的控制。
為了解決前述課題，本發明採用以下技術手段。
(1)本發明的排水處理方法的特徵在於，其具備：使排水通過具有隔膜電解的陽極側之陽極側處理步驟、以及通過陰極側之陰極側處理步驟。由於採用上述方法，而能夠將陽極側處理步驟和陰極側處理步驟中的現象與排水的性狀變化有機地結合起來並進行控制。
此處，所謂排水是對應需淨化的水的統稱，不僅包括工廠廢水等廢棄的水，還包括游泳池水、洗澡水、淨化槽水以及其它要再利用的水。
作為陽極側處理步驟(陽極側的電解通路)的現象，可以舉出從氯化物離子(Cl- )生成有效氯(Cl2 )(2Cl- →Cl2 +2e- )、pH降低(2H2 O→O2 +4H+ +4e- ，氫離子H+ 生成)的例子。前述氯(Cl2 )與水(H2 O)反應，會生成次氯酸(HOCl)和鹽酸(HCl)(Cl2 +H2 O→HOCl+HCl)。排水中的污濁成分會被次氯酸氧化分解，且化學需氧量COD會漸漸降低。而且一旦排水的pH下降，氯氣(Cl2 )即容易揮發成氣相(2HOCl+2H+ →Cl2 ↑+H2 O)。
作為前述陰極側處理步驟(陰極側的電解通路)的現象，可以舉出殘留氯(有效氯)的氧化力降低(Cl2 →HOCl→OCl- )、pH增加(羥基OH- 生成)的例子(2H2 O+2e- →H2 +2OH- )。
此處，有效氯的氧化力順序為HOCl>OCl- ，一旦pH增加而使OCl- 的比例比HOCl還多(HOCl+OH- →OCl- +H2 O)，整體的氧化力就會下降。
一旦排水的pH增加，則已揮發的氯氣就容易溶解並容易回收(Cl2 +2OH- →2HOCl)。
作為前述排水的性狀，可以舉出化學需氧量COD、氫離子濃度pH、殘留氯濃度、以及食鹽濃度等。
並且，根據陽極側處理步驟和陰極側處理步驟的順序、組合，能夠將淨化後的排水的pH調製成中性，或是在處理後降低排放前的殘留氯濃度(Cl2 、HOCl、OCl- )。
作為排水淨化步驟的選擇方法，可舉將pH調整為中性(在排水要降低鹼性區域的情況下選擇陽極側處理步驟，而在排水要增加酸性區域的情況下則選擇陰極側處理步驟)為例，另外，如果將陰極側處理步驟設定為最終步驟，就可圖謀降低排放前的殘留氯濃度。
(2)也可以用陰離子交換膜作為前述隔膜，且在陰極側處理步驟中，使排水中所含的氯化物離子(Cl- )朝向陽極側移動來使之減少。採用這種方法，則能夠從排水中減少氯化物離子(Cl- )。
(3)也可以用陽離子交換膜作為前述隔膜，且在陽極側處理步驟中，使排水中所含的鈉離子(Na+ )朝向陰極側移動 來降低。採用這種方法，能夠從排水中減少鈉離子(Na+ )。
而且，藉由降低氯化物離子和鈉離子的濃度來脫鹽，能夠從排水製造出純水。而且如果在後道步驟中使用RO膜，還能製造清潔的超純水。
(4)也可以在前述陽極側處理步驟中增加排水的氫離子濃度，以使氯氣容易揮發。採用這種方法，則無須在排水中添加鹽酸(HCl)等酸，就能夠利用陽極側電解通路來降低pH，由此使氯氣(Cl2 )容易揮發，並且能夠減少酸的添加量，從而減少或削減藥劑成本。
即，因陽極側處理步驟而呈現出pH下降的傾向(2H2 O→O2 +4H+ +4e- )，而藉由使排水的pH下降並成為酸性，使淨化處理後的排水中的剩餘次氯酸(HOCl)變成氯氣(Cl2 )並揮發(2HOCl+2H+ →Cl2 ↑+H2 O)，能夠降低殘留氯濃度。接著，將該排水送到陰極側處理步驟，能夠從酸性返回中性。此處，能夠將已揮發的氯氣回收並使之溶解於排水中，以再次利用。
不過，在陽極側處理步驟中pH雖然會下降，但最好儘量不要在陽極上生成有效氯Cl2 。即，最好避免發生從2Cl- →Cl2 +2e- 這種氯化物離子生成氯的反應。
(5)也可以在前述陰極側處理步驟中降低排水的氫離子濃度，以使氯氣容易溶解。採用這種方法，則無須在排水中添加氫氧化鈉(NaOH)等鹼，就能夠利用陰極側電解通路來增加pH，由此使氯氣(Cl2 )容易溶解，並且能夠減少鹼的添加，從而減少或削減藥劑成本。
即，因陰極側處理步驟而呈現出pH增加的傾向(2H2 O+2e- →H2 +2OH- )，而藉由使排水的pH增加並成為鹼性，使氯氣(Cl2 )容易溶解(Cl2 +2OH- →2HOCl)，能夠將剩餘的有效氯回收後，再次用於需淨化的排水的處理。
另外，將傾向於酸性的排水送到陰極側處理步驟，能夠返回中性。
本發明的上述方法具有以下效果。
由於能夠將陽極側處理步驟和陰極側處理步驟中的現象與排水性狀的變化有機地結合起來並進行控制，因此這種排水處理方法能夠進行比習知更細緻的控制。
圖式簡單說明
第1圖是說明本發明排水處理方法的實施形態1的系統流程圖。
第2圖是說明本發明排水處理方法的實施形態2的系統流程圖。
第3圖是說明本發明排水處理方法的實施形態3的系統流程圖。
 用以實施發明之最佳形態
以下說明本發明的實施形態。
[實施形態1]
如第1圖所示，本實施形態的排水處理方法是將排水(污水原水)1首先供給至無隔膜的電解槽2。為了對排水1賦 予導電性並供給將成為有效氯(Cl2 、HOCl、OCl- )的基礎的氯化物離子(Cl- )，而在排水1中添加NaCl，以使排水1的食鹽濃度達到3%的程度。
並且，在排水中含有食鹽的狀態下進行電解(2Cl- →Cl2 +2e- 、Cl2 +H2 O→HOCl+HCl)，利用由此生成的次氯酸(HOCl)將排水中的污濁成分(主要是有機成分)氧化分解。此外，前述污濁成分會因與陽極電極接觸而被直接氧化，從而被分解。進而，前述污濁成分會被因電解而生成的羥基自由基(‧OH)分解。
這種排水處理方法具備：通過具有隔膜電解的陽極側3(電解通路)之陽極側處理步驟和通過陰極側4(電解通路)之陰極側處理步驟。藉此，就能夠將陽極側處理步驟和陰極側處理步驟中的現象與排水1的性狀變化有機地結合起來並進行控制，且能夠進行比習知更細緻的控制。以下將詳細說明這一點。
作為前述陽極側處理步驟(陽極側3的電解通路)的現象，可以舉出從氯化物離子(Cl- )生成有效氯氣(Cl2 )(2Cl- →Cl2 +2e- )、pH降低(2H2 O→O2 +4H+ +4e- ，生成氫離子H+ )的例子。前述氯氣(Cl2 )會與水(H2 O)反應，而生成次氯酸(HOCl)和鹽酸(HCl)(Cl2 +H2 O→HOCl+HCl)。排水中的污濁成分會被次氯酸氧化分解，且化學需氧量COD會漸漸降低。而且一旦排水1的pH下降，氯氣(Cl2 )即容易揮發成氣相(2HOCl+2H+ →Cl2 ↑+H2 O)。
作為前述陰極側處理步驟(陰極側4的電解通路)的現 象，可以舉出殘留氯(有效氯)的氧化力降低(Cl2 →HOCl→OCl- )、pH增加(羥基OH- 生成)的例子(2H2 O+2e- →H2 +2OH- )。
此處，有效氯的氧化力順序為HOCl>OCl- ，一旦pH增加而使OCl- 的比例比HOCl還多(HOCl+OH- →OCl- +H2 O)，整體的氧化力就會下降。
而且一旦排水1的pH增加，則已揮發的氯氣就容易溶解並容易回收(Cl2 +2OH- →2HOCl)。
作為前述排水1的性狀，可以舉出化學需氧量COD、氫離子濃度pH、殘留氯濃度、以及食鹽濃度等。
並且，根據陽極側處理步驟和陰極側處理步驟的順序、組合，則能夠將淨化後的排水1的pH調製成中性，或是在處理後降低排放前的殘留氯濃度(Cl2 、HOCl、OCl- )。
作為排水1的淨化步驟的選擇方法，可舉將pH調整為中性(在排水1要降低鹼性區域的情況下選擇陽極側處理步驟，在排水1要增加酸性區域的情況下則選擇陰極側處理步驟)為例，另外，如果將陰極側處理步驟設定為最終步驟，就可圖謀降低排放前的殘留氯濃度。
用陰離子交換膜5作為前述隔膜P，且在陰極側處理步驟中，使排水1中所含的氯化物離子(Cl- )朝向陽極側3移動來使之減少，能夠減少排水1中的氯化物離子(Cl- )。從耐久性方面考慮，前述陰離子交換膜最好是氟類材質。
用陽離子交換膜6作為前述隔膜P，且在陽極側處理步驟中，使排水中所含的鈉離子(Na+ )朝向陰極側4移動來降低，能夠減少排水1中的鈉離子(Na+ )。從耐久性方面考慮， 所述陽離子交換膜最好是氟類材質。
而且，藉由降低氯化物離子和鈉離子的濃度來脫鹽，能夠從排水1製造出純水。而且，如果在後道步驟中使用RO膜，還能製造清潔的超純水。
排水1在無隔膜的電解槽2接受了氧化分解的淨化作用後，在具有隔膜的電解右側的路徑7中除去氯離子和鈉離子，並最終排出經過脫鹽的清潔的處理水8。另一方面，在電解左側的路徑9中則產生了氯離子和鈉離子的濃縮水10，因此能夠使該濃縮水10返回污水原水1，以作為食鹽水再次利用。由此能夠削減食鹽的藥劑費用。
另外，在通過具有隔膜電解的陽極側3(電解通路)之陽極側處理步驟的各階段(由4個階段構成)中，將已部分揮發的氯氣加以收集。也可使該氯氣在污水原水1中起泡溶解(圖中未示)。這樣一來，已溶解在排水1中的氯氣就會與水反應而生成次氯酸，且這種次氯酸就會將污濁成分氧化分解。
而且，將在通過具有隔膜電解的陰極側4(電解通路)之各階段(由4個階段構成)中發生的氫氣加以收集。並且將收集到的氫氣送到燃料電池(未圖示)以供發電，並將發生的電力作為電解用的電源加以利用。由此節約了排水處理所需的電費，且有助於節省能源。
[實施形態2]
如第2圖所示，本實施形態的排水處理方法是將排水(污水原水)1首先供給至無隔膜的電解槽2。為了對排水1賦 予導電性並供給將成為有效氯(Cl2 、HOCl、OCl- )的基礎的氯化物離子(Cl- )，而在排水1中添加NaCl，以使排水1的食鹽濃度達到3%的程度。
並且，在排水中含有食鹽的狀態下進行電解(2Cl- →Cl2 +2e- 、Cl2 +H2 O→HOCl+HCl)，利用由此生成的次氯酸(HOCl)將排水中的污濁成分(主要是有機成分)氧化分解。此外，前述污濁成分會因與陽極電極接觸而被直接氧化，從而被分解。進而，前述污濁成分會被因電解而生成的羥基自由基(‧OH)分解。
接著在陽極側處理步驟(陽極側3的電解通路)中使排水1的氫離子濃度增加，以使氯氣容易揮發，並且無須在排水1中添加鹽酸(HCl)等酸，就能夠利用陽極側電解通路來降低pH，由此使氯氣(Cl2)容易揮發，並且能夠減少酸的添加，從而減少或削減藥劑成本。
即，因陽極側處理步驟而呈現出pH下降的傾向(2H2 O→O2 +4H+ +4e- )，而藉由使排水1的pH下降並成為酸性，使淨化處理後的排水1中的剩餘次氯酸(HOCl)變成氯氣(Cl2 )並揮發(2HOCl+2H+ →Cl2 ↑+H2 O)，而能夠降低殘留氯濃度。
接著，將該排水1送到陰極側處理步驟(陰極側4的電解通路)而能夠從酸性返回中性。另一方面，能夠將已揮發的氯氣回收並使之溶解於無隔膜電解槽2之前的排水1中，以作為氧化劑再次利用。
不過，在陽極側處理步驟中pH雖然會下降，但最好儘 量不要在陽極上生成有效氯Cl2 。即，最好避免發生從2Cl- →Cl2 +2e- 這種氯化物離子生成氯的反應。
[實施形態3]
如第3圖所示，本實施形態的排水處理方法是在陰極側處理步驟(陰極側4的電解通路)中使排水1的氫離子濃度降低，以使氯氣(參照實施形態2)容易溶解，且無須在排水1中添加氫氧化鈉(NaOH)等鹼，而是能夠利用陰極側電解通路來增加pH，由此使氯氣(Cl2 )容易溶解，並且能夠減少鹼的添加，從而減少或削減藥劑成本。
即，因陰極側處理步驟而呈現出pH增加的傾向(2H2 O+2e- →H2 +2OH- )，而藉由使排水1的pH增加並成為鹼性，使氯氣(Cl2 )容易溶解(Cl2 +2OH- →2HOCl)，且能夠在氯氣溶解槽9中，使後述的陽極側處理步驟(陽極側3的電解通路)中的剩餘有效氯起泡溶解後加以回收，以再次用於需淨化的排水1的處理。
接著，將排水(污水原水)1供給至無隔膜的電解槽2。為了對排水1賦予導電性並供給將成為有效氯(Cl2 、HOCl、OCl- )的基礎的氯化物離子(Cl- )，而在排水1中添加NaCl，以使排水1的食鹽濃度達到3%的程度。
並且，在排水中含有食鹽的狀態下進行電解(2Cl- →Cl2 +2e- 、Cl2 +H2 O→HOCl+HCl)，利用由此生成的次氯酸(HOCl)將排水中的污濁成分(主要是有機成分)氧化分解。此外，前述污濁成分會因與陽極電極接觸而被直接氧化，從而被分解。進而，前述污濁成分會被藉由電解而生成的羥 基自由基(‧OH)分解。
進而，在陽極側處理步驟(陽極側3的電解通路)中，使排水1的氫離子濃度增加，以使氯氣容易揮發(在前述氯氣溶解槽9中回收後再利用)，並且無須在排水1中添加鹽酸(HCl)等酸，而能夠利用陽極側電解通路來降低pH，由此使氯氣(Cl2 )容易揮發，並且能夠減少酸的添加，從而減少或削減藥劑成本。
即，因陽極側處理步驟而呈現出pH下降的傾向(2H2 O→O2 +4H+ +4e- )，而藉由使排水1的pH下降並成為酸性，使淨化處理後的排水1中的剩餘次氯酸(HOCl)變成氯氣(Cl2 )並揮發(2HOCl+2H+ →Cl2 ↑+H2 O)，而能夠降低殘留氯濃度。
產業上的可利用性
本發明能夠進行比習知更加細緻的控制，因此適用於排水處理及其它的水處理。
1‧‧‧排水(污水原水)
2‧‧‧無隔膜的電解槽
3‧‧‧陽極側
4‧‧‧陰極側
5‧‧‧陰離子交換膜
6‧‧‧陽離子交換膜
7‧‧‧電解右側的路徑
8‧‧‧處理水
9‧‧‧電解左側的路徑
9‧‧‧氯氣溶解槽
10‧‧‧濃縮水
P‧‧‧隔膜
第1圖是說明本發明排水處理方法的實施形態1的系統流程圖。
第2圖是說明本發明排水處理方法的實施形態2的系統流程圖。
第3圖是說明本發明排水處理方法的實施形態3的系統流程圖。
1‧‧‧排水(污水原水)
2‧‧‧無隔膜的電解槽
3‧‧‧陽極側
4‧‧‧陰極側
5‧‧‧陰離子交換膜
6‧‧‧陽離子交換膜
7‧‧‧電解右側的路徑
8‧‧‧處理水
9‧‧‧電解左側的路徑
9‧‧‧氯氣溶解槽
10‧‧‧濃縮水
P‧‧‧隔膜

Claims (9)

  1. 一種排水處理方法，其特徵在於，其具備：使排水通過具有隔膜電解的陽極側之陽極側處理步驟、以及通過陰極側之陰極側處理步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的排水處理方法，其係使用陰離子交換膜作為前述隔膜，且在陰極側處理步驟中，使排水中所含有的氯化物離子朝向陽極側移動來使之減少。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的排水處理方法，其係使用陽離子交換膜作為前述隔膜，且在陽極側處理步驟中，使排水中所含有的鈉離子朝向陰極側移動來使之減少。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的排水處理方法，其係使用陽離子交換膜作為前述隔膜，且在陽極側處理步驟中，使排水中所含有的鈉離子朝向陰極側移動來使之減少。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的排水處理方法，其係在前述陽極側處理步驟中，使排水的氫離子濃度增加，以使氯氣容易揮發。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的排水處理方法，其係在前述陽極側處理步驟中，使排水的氫離子濃度增加，以使氯氣容易揮發。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的排水處理方法，其係在前述陽極側處理步驟中，使排水的氫離子濃度增加，以使氯氣容易揮發。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的排水處理方法，其係在前 述陽極側處理步驟中，使排水的氫離子濃度增加，以使氯氣容易揮發。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項所述的排水處理方法，其係在前述陰極側處理步驟中，使排水的氫離子濃度降低，以使氯氣容易溶解。
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