(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により塩化物を含む水を電気分解して前記塩化物から塩素を発生する性質を有する電極を備えた電気分解槽と、この電気分解槽で発生した塩素により酸化処理された水を加熱する加熱器を備えた反応槽と、前記電気分解槽において前記電極から発生し上部へ集まってくる塩素ガスを前記反応槽の水中へ溶解させることにより前記反応槽中の塩素濃度を高めるガス溶解装置とを備え、前記電気分解槽で発生した塩素ガスおよび原水に含まれる塩素分は前記反応槽内での酸化作用にすべて利用され、消費されることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記電極は、白金系材料またはルテニウム系材料によって被覆したものである請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記加熱器は、前記水を４０〜６０℃に加熱するものである請求項１または２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記ガス溶解装置は、さらにオゾンを前記反応槽の水中へ溶解させるものである請求項１から３のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項５】
前記電気分解槽の水面付近を鰭状体によって連続的に掻く手段を備えた請求項１から４のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項６】
前記反応槽の上部に活性炭フィルタを介してガスを排出するガス抜き弁を備えた請求項１から５のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項７】
前記反応槽の処理水排出口と前記電気分解槽の原水導入口との間で熱交換を行う熱交換器を備えた請求項１から６のいずれかに記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場、畜産場、し尿処理場や産業廃棄物処分場等の排水を処理する水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機物を含有する排水、例えば工場、畜産場、し尿処理場や産業廃棄物処分場等からの排水は、微生物処理による曝気法、すなわち活性汚泥法にて処理されている。また、色素を含む廃液に対して活性汚泥法による分解が試みられているが、特に、畜産場やし尿処理場における糞尿の色まで分解することは困難であった。
【０００３】
このような有機性の着色排水の処理として、特開平７−２５６２９７号公報には、廃液に食塩を添加した後、通電により分解する方法が開示されている。このような方法で処理された廃水は脱塩処理された後、河川等に放流される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、廃液に塩分を添加して電気分解を行う方法では、最大２０％もの食塩を添加するため、脱塩のため後段の工程に電気透析槽を設ける必要がある。そのため、工程が複雑となり、コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明においては、食塩等の残留性の塩化物等の除去を必要とせず、高効率に排水を処理することが可能な水処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の水処理装置は、通電により水中に塩素を発生する性質を有する電極を備えた電気分解槽と、この電気分解槽によって処理された水を加熱する加熱器を備えた反応槽と、電気分解槽において発生する塩素ガスを反応槽の水中へ溶解させるガス溶解装置とを備えたものである。
【０００７】
本発明の水処理装置では、工場、畜産場、し尿処理場や産業廃棄物処分場等の排水を電気分解槽に導入し、電極へ通電することによって水中に塩素が発生する。これにより、電気分解槽内で塩素による酸化処理が行われるが、これと同時に塩素ガスが発生し、電気分解槽の上部へ集まってくる。
【０００８】
そして、この電気分解槽において発生する塩素ガスをガス溶解装置によって反応槽の水中へ溶解させ、塩素濃度を高める。そのため、反応槽では、電気分解槽によって処理された水が、このガス溶解装置によって塩素濃度が高められた水によりさらに酸化処理が行われる。
【０００９】
さらに、本発明の水処理装置では、この反応槽内の塩素を含む水を加熱器によって加熱するため、塩素による酸化作用が効率良く行われる。そのため、水中に含まれる塩素分は、この反応槽内で完全に消費される。なお、塩素による酸化作用は４０〜６０℃のときに最も効率良く行われる。そのため、本発明に係る加熱器は、反応槽の水をこの４０〜６０℃に加熱するものであることが望ましい。
【００１０】
また、本発明に係る電気分解槽の電極は、白金系材料またはルテニウム系材料によって被覆したものを用いることができる。白金系材料によって被覆した電極は水中に塩素を発生させる。特に、ルテニウム系材料によって被覆した電極では、水中に高濃度の次亜塩素酸を発生するため、非常に強い酸化作用を得ることができる。
【００１１】
本発明に係るガス溶解装置は、さらにオゾンを反応槽の水中へ溶解させるものとすることが望ましい。反応槽の水中へ塩素ガスとともにオゾンを溶解させることによって、オゾンが塩素と反応し、相乗効果により互いの酸化作用が３〜４倍に高められる。
【００１２】
なお、電気分解槽では、陰陽両極から絶えず塩素ガスの気泡が発生するため、この気泡によって水中の浮遊物が酸化物となり、水面付近にスカムとして浮上する。したがって、本発明の水処理装置は、電気分解槽の水面付近を鰭状体によって連続的に掻く手段を備えたものとするのが望ましい。これにより、このスカムを鰭状体によって連続的に掻き取り、排出することができる。
【００１３】
また、本発明の水処理装置は、反応槽の上部に活性炭フィルタを介してガスを排出するガス抜き弁を備えたものとするのが望ましい。これにより、反応槽での反応に使われた後に浮上した極微量の塩素ガスを分解し、臭気成分を除去して安全に排出することができる。
【００１４】
また、本発明の水処理装置は、反応槽の処理水排出口と電気分解槽の原水導入口との間で熱交換を行う熱交換器を備えたものとするのが望ましい。これにより、反応槽内で加熱器によって加熱された水の温度を下げて処理水排出口から排出することができるとともに、電気分解槽に導入する水の温度を上げて電気分解槽において発生した塩素による酸化作用を高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態における水処理装置の概略構成を示す平面図、図２は図１の電気分解槽の縦断面を示す概略図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態における水処理装置は、一対の陰極板１１ａおよび陽極板１１ｂを交互に配置した電気分解槽１０と、加熱器２１を内部に設けた反応槽２０と、反応槽２０内の水を循環して電気分解槽１０から取り出した塩素ガスを溶解させるガス溶解装置３０と、電気分解槽１０の水面付近に浮上したスカムを排出するスカム排出槽４０とを備える。
【００１７】
電気分解槽１０の陰極板１１ａおよび陽極板１１ｂは、チタン基体にルテニウム系材料の被覆層を熱分解（焼成）によって形成した金属電極である。ここで、ルテニウム系材料とは、ルテニウム（Ｒｕ）を含む材料であり、純ルテニウムおよびルテニウムを白金やその他の材料にブレンドした複合材料を含むものとする。また、チタン以外の金属基体に被覆したものを使用することもできる。
【００１８】
また、図２に示すように、電気分解槽１０の上部には、所定間隔で複数の鰭状体１２を設けた無担環状ベルト１３を配置している。鰭状体１２は、弾性を有するゴム板などにより形成したものである。鰭状体１２は、無担環状ベルト１３の回転によって、電気分解槽１０の水面付近を掻くように連続的に進行し、水面近くの浮上物（スカム）をスカム排出槽４０へ掻き出す。
【００１９】
また、電気分解槽１０の上面には、電気分解槽１０の上部に集まった塩素ガスをガス溶解装置３０へ導出するガス管１４が接続されている。
【００２０】
図１に戻って、反応槽２０に備える加熱器２１は、反応槽２０内の水を加熱するための電極ヒータである。この加熱器２１は、反応槽２０内に設けた温度センサ（図示せず）による水温の検出結果に基づいて、水温が常時４０〜６０℃に維持されるように制御される。また、反応槽２０の上部には、活性炭フィルタを介してガスを排出するガス抜き弁（図示せず）を備える。
【００２１】
ガス溶解装置３０は、ガス管１４によって電気分解槽１０から導入された塩素ガスを、反応槽２０から取り込んだ水内に溶解させ、反応槽２０へ戻すものである。このガス溶解装置３０としては、例えば本発明者自らが先に出願し、国際公開番号ＷＯ９９／３３５５２において国際公開された気液混合装置を用いることができる。
【００２２】
上記構成の水処理装置において、工場、畜産場、し尿処理場や産業廃棄物処分場等の排水（以下、「原水」と称す）を電気分解槽１０の下部の原水導入口１６から電気分解槽１０内に導入する。これらの原水は一般に塩分を含むものであるため電導度が高いが、塩分を含まない原水の場合には塩化物を投入して水の電導度を高めておくようにする。
【００２３】
電気分解槽１０内では、陰極板１１ａおよび陽極板１１ｂへの通電によって原水の電気分解が行われるとともに、水中に塩素が発生する。特に、本実施形態においては、これらの陰極板１１ａおよび陽極板１１ｂにルテニウム系材料を被覆した金属電極を用いているため、電気分解によってこれらの電極から強い酸化作用を有する高濃度の次亜塩素酸を発生する。この次亜塩素酸の水溶液は不安定であり、塩酸と酸素と塩素酸を生じる。電気分解槽１０では、この高濃度の次亜塩素酸による強い酸化作用によって原水の脱色・脱臭が行われ、また溶解性ＣＯＤ（化学的酸素要求量）なども大幅に改善される。また、電気分解槽１０では、この次亜塩素酸の発生に水中の塩分が利用されることから、原水の脱塩も同時に行われる。
【００２４】
また、電気分解槽１０内では、電気分解によって凝集作用が起こりフロックが発生するとともに、電気分解によって陰極板１１ａおよび陽極板１１ｂから絶えず気泡（塩素ガス）が発生する。発生したフロックはこの気泡によって水面付近にスカムＳとして浮上する。また、この気泡によって水中に含まれる浮遊物が酸化物となり、水面付近にスカムＳとして浮上する。水面付近に浮上したスカムＳは、回転する無担環状ベルト１３の鰭状体１２によってスカム排出槽４０へ掻き出され、スカム排出槽４０の排出口４１から排出される。これにより、電気分解槽１０内の水はＳＳ（浮遊物質量）が低いものとなり、ＣＯＤおよびＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）も低く改善されたものとなる。
【００２５】
電気分解槽１０で電気分解により脱色・脱臭・脱塩された水は、電気分解槽１０上部の処理水連通口１７から反応槽２０内に導入される。一方、電気分解槽１０内で発生した塩素ガスは、ガス溶解装置３０によって反応槽２０の水中に溶解される。このガス溶解装置３０によって溶解された塩素は、反応槽２０内の水が加熱器２１によって常時４０〜６０℃に維持されていることから、非常に高い酸化作用を発揮し、脱色・脱臭作用が増すとともに、殺菌作用が生じる。
【００２６】
これにより、電気分解槽１０で電気分解により脱色・脱臭・脱塩された水は、さらにこの反応槽２０内で脱色・脱臭・殺菌がなされ、処理水排出口２３から処理水として排出される。ここで、電気分解槽１０内で発生した塩素ガスおよび原水中に含まれる塩素分は、この反応槽２０内での酸化作用にすべて利用され、反応槽２０内で完全に消費されるため、処理水排出口２３から排出される処理水中には塩素分が含まれない。
【００２７】
なお、本実施形態におけるガス溶解装置３０を、さらに反応槽２０の水中にオゾンを溶解するものとすることで、反応槽２０内における酸化作用を３〜４倍に高めることが可能である。反応槽の水中へ塩素ガスとともにオゾンを溶解させることによって、オゾンが塩素と反応し、相乗効果により互いの酸化作用が高められるからである。
【００２８】
また、本実施形態においては、反応槽２０の上部に反応に使われた後に浮上した極微量の塩素ガスが溜まった場合、この反応槽２０の上部に設けたガス抜き弁から活性炭フィルタを介して排出する。これにより、ガス抜き弁から排出されるガスは、活性炭フィルタによって塩素分が分解され、臭気成分が除去されたものとなるため、安全性が高められている。
【００２９】
また、本実施形態の水処理装置において、反応槽２０の処理水排出口２３と電気分解槽１０の原水導入口１６との間で熱交換を行う熱交換器を備えた構成とすることもできる。これにより、反応槽２０内で加熱器２１によって加熱された水の温度を下げて処理水排出口２３から排出することができるため、処理水を排出する環境への温度上昇による影響を少なくすることができる。また、この熱交換によって原水導入口１６から電気分解槽１０に導入する水の温度を上げることができるため、電気分解槽１０において発生した塩素による酸化作用をより一層高めることが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態においては、電気分解槽１０の陰極板１１ａおよび陽極板１１ｂはすべてルテニウム系材料により被覆したものを用いているが、これらの陰極板１１ａおよび陽極板１１ｂの一部を鉄電極とすることも有効である。このような構成とすれば、鉄電極の電気分解によって鉄が溶出し、溶出した鉄による水中のリンや窒素を凝集して取り除くことが可能となる。
【００３１】
なお、原水導入口１６から導入した水が、還元性の廃液（無酸素状態）や硫化物を含む廃液の場合、鉄凝集によって硫化鉄を発生し、色素を残留させることがある。この場合、前述のように反応槽２０内の水にオゾンを溶解させることで、この硫化物を酸化処理することができるが、イニシャルコストが高くなる可能性がある。
【００３２】
そこで、この場合、電気分解槽１０の陰極板１１ａおよび陽極板１１ｂの一部をさらにチタン基体に二酸化イリジウム系材料の被覆層を熱分解（焼成）によって形成した金属電極とするのがよい。ここで、二酸化イリジウム系材料とは、二酸化イリジウムを主体とした材料であり、二酸化イリジウムのみ、および二酸化イリジウムをその他の材料にブレンドした複合材料を含むものとする。
【００３３】
このように、二酸化イリジウム系材料を被覆した金属電極は、電気分解によって水中に酸素を発生させる。この発生した酸素により、鉄凝集によって発生した硫化物を電気分解槽１０内において酸化することができる。これにより、反応槽２０内でのオゾンによる酸化処理の前処理を行うことができるため、反応槽２０での必要オゾン量を下げて、装置のイニシャルコストを下げることが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態における水処理装置では、ガス溶解装置３０によって塩素ガスやオゾンを溶解させた水を電気分解槽１０の原水導入口１６に導入し、さらにこの電気分解槽１０において電気分解された水をガス溶解装置３０に導出して循環させる構成とすることも有効である。このように、原水に対して塩素ガスやオゾンを溶解させた水を混合してから電気分解槽１０へ導入することによって、電気分解槽１０における酸化作用をより一層高めることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果を奏することができる。
【００３６】
（１）通電により水中に塩素を発生する性質を有する電極を備えた電気分解槽と、この電気分解槽によって処理された水を加熱する加熱器を備えた反応槽と、電気分解槽において発生する塩素ガスを反応槽の水中へ溶解させるガス溶解装置とを備えたことにより、電気分解により脱色・脱臭するとともに、電気分解によって発生した塩素を水中へ溶解して加熱することで脱色、脱臭、殺菌を行うことができる。また、塩素分は加熱によってすべて酸化処理に消費されることから、処理水には塩素分が含まれず、処理水からの塩素分の除去は不要となる。これにより、本発明の水処理装置では、従来の水処理装置よりも小さな電極、小さな電力量で、より大きな水処理効果が得られ、装置自体のコストを減らすとともにそのランニングコストを減らすことができる。
【００３７】
（２）電極から発生する塩素ガスの気泡によって水中に含まれる浮遊物を酸化物として浮上させることができるため、ＳＳ（浮遊物質量）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）およびＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）を低く改善することができる。また、この浮上した酸化物は、電気分解槽の水面付近に備えた鰭状体によって連続的に掻き出して排出することができる。
【００３８】
（３）ガス溶解装置が、さらにオゾンを反応槽の水中へ溶解させるものとすることによって、反応槽内における酸化作用を高め、より一層高い水処理効果を得ることができる。
【００３９】
（４）反応槽の上部に活性炭フィルタを介してガスを排出するガス抜き弁を備えたことにより、反応槽での反応に使われた後に浮上した極微量の塩素ガスを分解し、臭気成分を除去して安全に排出することができる。
【００４０】
（５）反応槽の処理水排出口と電気分解槽の原水導入口との間で熱交換を行う熱交換器を備えたことによって、反応槽内で加熱器によって加熱された水の温度を下げて処理水排出口から排出することができるとともに、電気分解槽に導入する水の温度を上げて電気分解槽において発生した塩素による酸化作用を高めることができる。これにより、処理水を排出する環境への温度上昇による影響を少なくすることができるとともに、より一層高い水処理効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態における水処理装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】  図１の電気分解槽の縦断面を示す概略図である。
【符号の説明】
１０  電気分解槽
１１ａ  陰極板
１１ｂ  陽極板
１２  鰭状体
１３  無担環状ベルト
１４  ガス管
１６  原水導入口
１７  処理水連通口
２０  反応槽
２１  加熱器
２２  活性炭
２３  処理水排出口
３０  ガス溶解装置
４０  スカム排出槽
４１  排出口
Ｓ  スカム
【図１】
0003659945.tif 000002
【図２】
0003659945.tif 000003