(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元性物質含有廃水中の還元性物質を１００℃以上であって、廃水の臨界温度以下の温度において、廃水が液相を維持する圧力で酸化分解処理するための電気分解装置であって、
内周面が陰極面となる円筒状の容器本体と、
該容器本体内に該容器本体の軸心に沿って設けられた陽極と、
該容器本体の一端にねじ込みによって装着された第１のエンド部材と、
該容器本体の他端にねじ込みによって装着された第２のエンド部材とを備えてなり、
該第１のエンド部材に、還元性物質含有廃水よりなる被処理液を該容器本体内に導入するための第１の流通孔が設けられており、
該第２のエンド部材に、該容器本体内から処理水を流出させるための第２の流通孔が設けられており、
一方のエンド部材に、前記陽極に連なる給電棒が挿通されており、
該給電棒は該容器本体の軸心位置に差し込まれていることを特徴とする電気分解装置。
【請求項２】
還元性物質含有廃水中の還元性物質を１００℃以上であって、廃水の臨界温度以下の温度において、廃水が液相を維持する圧力で酸化分解処理するための電気分解装置であって、
内周面が陰極面となる円筒状の容器本体と、
該容器本体内に該容器本体の軸心に沿って設けられた陽極板と、
該容器本体の一端に装着された第１のエンド部材と、
該容器本体の他端に装着された第２のエンド部材とを備えてなり、
該第１のエンド部材に、還元性物質含有廃水よりなる被処理液を該容器本体内に導入するための第１の流通孔が設けられており、
該第２のエンド部材に、該容器本体内から処理水を流出させるための第２の流通孔が設けられており、
一方のエンド部材に、前記陽極板に連なる給電棒が挿通されており、
前記容器本体内に、前記陽極板と平行に平板状のバイポーラ電極板が設けられていることを特徴とする電気分解装置。
【請求項３】
請求項１において、前記陽極は陽極板であり、前記容器本体内に、前記陽極板と平行にバイポーラ電極板が設けられていることを特徴とする電気分解装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、前記陽極板及びバイポーラ電極板の側辺を支持し、前記容器本体の内周面に沿って延在するインシュレータが設けられていることを特徴とする電気分解装置。
【請求項５】
請求項４において、前記インシュレータは、容器本体の内周面に重なる外周面と、それと反対側の電極対峙面とを有しており、該電極対峙面に、前記陽極板及びバイポーラ電極板の側辺の縁部が嵌合した溝が設けられていることを特徴とする電気分解装置。
【請求項６】
請求項５において、１対のインシュレータが陽極板及びバイポーラ電極板の両側辺に沿って配置されていることを特徴とする電気分解装置。
【請求項７】
請求項６において、各インシュレータは、前記陽極板及びバイポーラ電極板の上側及び下側に張り出す張出部を備えており、
該張出部に、陽極板及びバイポーラ電極板の上下の縁部が嵌合した電極保持用の溝が設けられていると共に、
該張出部に、張出部の上面と下面とを連通する水路が設けられていることを特徴とする電気分解装置。
【請求項８】
請求項７において、前記水路は前記電極保持用の溝に連なる溝状水路であることを特徴とする電気分解装置。
【請求項９】
請求項７又は８において、１対の前記インシュレータの張出部同士が当接していることを特徴とする電気分解装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項の電気分解装置を用いた水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中の還元性物質を高温・高圧下で電気分解処理するための装置及び方法に関する。詳しくは、本発明は、有機物、アンモニア等の還元性物質を含有する被処理液、例えば、有機性廃液、ハロゲン化物イオンを含む各種産業廃液等を高い電流効率で連続的に電気分解処理することができる電気分解装置と、この電気分解装置を用いた水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温・高圧下での電気分解により水熱反応を同時に行うことで、有機物（合成高分子を含む）、アンモニア等の還元性物質を酸化分解する水熱式の電気分解装置が知られている（特許文献１〜３）。
【０００３】
この電気分解装置では、反応容器内を高温・高圧条件として電気分解するところから、バッチ処理又はバッチ処理を繰り返す準連続処理により廃液の処理を行うことがある。しかし、バッチ処理や準連続処理では、一回に少量の廃液しか処理できず、大量の廃液を処理することが困難である。
【０００４】
特許文献３には、連続的に大量の廃水を処理することが可能な電気分解装置として、筒状の金属電極を用いた水熱電気分解装置が提案されている。特許文献３の水熱電気分解装置では、円筒型の反応容器をフランジ形状の蓋で密閉する構造とし、反応容器内に内部電極として円筒状の金属電極を多数設置している。
【０００５】
この特許文献３の水熱電気分解装置では、次のような欠点があった。
（１）  反応容器内に円筒状の金属電極を多数設置するため、内径の大きい反応容器が必要となる。
（２）  反応容器の径よりも一回り大きい径を有したフランジ付きの蓋で密閉するため、装置が大型化し、大重量となる。
（３）  耐圧性を確保するために装置の反応容器を厚くする必要があるが、反応容器の肉厚が厚くなると、その熱容量が大きくなり、加熱に必要なエネルギーが多くなる。また、前述の通り蓋にフランジ部が設けられており、このフランジ部の熱容量も大きい。このため、初期加熱に必要なエネルギーが多い。
（４）  フランジ部がある分、装置の表面積が大きくなるため、放熱による熱ロスも多い。
（５）  一般的に、電気分解反応では水の分解で気泡が発生する。高温・高圧下での電気分解では、気泡の発生は抑制されるものの、気泡の発生を完全になくすことはできない。電極面に気泡が付着すると、被処理液と電極の接触効率が低下し、反応効率の低下や電解電圧の上昇を引き起こす。被処理液の流速を大きくすれば、発生した気泡を水流で押し流して除去することができるが、特許文献３の構造では、流路断面積が大きいところから、流量が多くても電極面に沿う液流速（線速度）が小さいものとなり、電極面の気泡の除去が難しい。
（６）  金属電極を用いているため有機物の電気分解効率が低い。
（７）  金属電極では高温・高圧条件下でバイポーラ構造をとれず、一つの円筒管内で内部電極面積を増やそうとした場合に、陰極、陽極をそれぞれ別々に設ける必要があるため、構造が複雑になる。
【０００６】
電解に用いる電解装置として、配線の簡素化、電流効率の向上などの観点からバイポーラ電極を用いたものが知られている（特許文献４）。特許文献４では、バイポーラ電極は、陽極と陰極との間に陽極と陰極に平行になるように１枚又は複数枚配置される。陽極、陰極間に電圧を印加すると、電源に接続することなくバイポーラ電極に分極が生じて電解に寄与する。特許文献４には、陽極、陰極、バイポーラ電極として、導電性ダイヤモンド電極を用いることが記載されている。導電性ダイヤモンド電極は、ダイヤモンドにホウ素や窒素をドープすることによって導電性を与えたものであり、基板上に導電性ダイヤモンドを形成した後に基板を取り除いた自立型や、シリコンなどの基板に導電性ダイヤモンド膜を形成したものが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９７０４５８号公報
【特許文献２】特許第４００２３５８号公報
【特許文献３】特開２０００−２３３１８６号公報
【特許文献４】特開２００４−２３７１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、高温・高圧条件下で、被処理液を連続的に高効率で処理することが可能な電気分解装置と、この電気分解装置を用いた水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明の電気分解装置は、還元性物質含有廃水中の還元性物質を１００℃以上であって、廃水の臨界温度以下の温度において、廃水が液相を維持する圧力で酸化分解処理するための電気分解装置であって、内周面が陰極面となる円筒状の容器本体と、該容器本体内に該容器本体の軸心に沿って設けられた陽極と、該容器本体の一端にねじ込みによって装着された第１のエンド部材と、該容器本体の他端にねじ込みによって装着された第２のエンド部材とを備えてなり、該第１のエンド部材に、還元性物質含有廃水よりなる被処理液を該容器本体内に導入するための第１の流通孔が設けられており、該第２のエンド部材に、該容器本体内から処理水を流出させるための第２の流通孔が設けられており、一方のエンド部材に、前記陽極に連なる給電棒が挿通されており、該給電棒は該容器本体の軸心位置に差し込まれていることを特徴とする。
第２発明の電気分解装置は、還元性物質含有廃水中の還元性物質を１００℃以上であって、廃水の臨界温度以下の温度において、廃水が液相を維持する圧力で酸化分解処理するための電気分解装置であって、内周面が陰極面となる円筒状の容器本体と、該容器本体内に該容器本体の軸心に沿って設けられた陽極板と、該容器本体の一端に装着された第１のエンド部材と、該容器本体の他端に装着された第２のエンド部材とを備えてなり、該第１のエンド部材に、還元性物質含有廃水よりなる被処理液を該容器本体内に導入するための第１の流通孔が設けられており、該第２のエンド部材に、該容器本体内から処理水を流出させるための第２の流通孔が設けられており、一方のエンド部材に、前記陽極板に連なる給電棒が挿通されており、前記容器本体内に、前記陽極板と平行に平板状のバイポーラ電極板が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の一態様では、エンド部材はめねじを有した筒状継手を介して容器本体に連結されている。
【００１１】
本発明では、前記容器本体内に、前記陽極板と平行にバイポーラ電極板が設けられていることが好ましい。
【００１２】
この場合、前記陽極板及びバイポーラ電極板の側辺を支持し、前記容器本体の内周面に沿って延在するインシュレータが設けられていることが好ましい。
【００１３】
前記インシュレータは、容器本体の内周面に重なる外周面と、それと反対側の電極対峙面とを有しており、該電極対峙面に、前記陽極板及びバイポーラ電極板の側辺の縁部が嵌合した溝が設けられていることが好ましい。
【００１４】
１対の前記インシュレータが陽極板及びバイポーラ電極板の両側辺に沿って配置されていることが好ましく、各インシュレータは、前記陽極板及びバイポーラ電極板の上側及び下側に張り出す張出部を備えており、該張出部に、陽極板及びバイポーラ電極板の上下の縁部が嵌合した電極保持用の溝が設けられていると共に、該張出部に、張出部の上面と下面とを連通する水路が設けられていることが好ましい。この水路は前記電極保持用の溝に連なる溝状水路であることが好ましく、また、１対のインシュレータの張出部同士は当接していることが好ましい。
【００１５】
この水路は前記電極保持用の溝に連なる溝状水路であることが好ましい。
【００１６】
本発明の水処理方法では、かかる本発明の電気分解装置を用いて被処理液を処理する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、次のような種々の優れた効果が奏される。
（１）  容器本体をフランジ付きの蓋で密閉する構造ではなく、エンド部材をねじ込みにより装着したことにより、被処理液の一過式の流路が形成され、流路断面積を小さくすることができる。このため、電極面に沿う液流速が大きくなり、電極面から気泡が除去される。これにより、電極面における分解反応の効率が高いものとなる。
（２）  肉厚大型の反応容器やフランジ付き蓋等の部材を用いないことから、加熱時のエネルギーロス及び放熱によるエネルギーロスを小さくすることができる。
（３）  内部電極を容器本体と絶縁するインシュレータを設置することで、電流の流れを制御することができ、電極を迂回して直接に容器本体へ流れるようなショートパスがなくなり、電気分解効率を高めることができる。また、インシュレータにより、電極板が保持されるので、電極板同士の間隔が一定に保たれる。
（４）  バイポーラ電極板を容器本体内に陽極板と平行に設置することにより、体積当たりの電極面積を増加することができ、電気分解効率を高めることができる。
（５）  陽極板を金属製とし、給電棒と一体化することで、給電部の接触抵抗を低減することができる。その場合にも、インシュレータを電極の周囲に配置することで、電流の流れを制御し、電極を迂回して電流が流れることを防ぐことができ、電流効率を高めることができる。
（６）  電極として板状のダイヤモンド電極を用いることによって電気分解効率を高めることができる。これは導電性ダイヤモンド電極が化学的電気的に非常に安定しており、またその広い電位窓から電気分解により多種類の酸化剤を発生させることができるためである。
【００１８】
このようなことから、本発明によれば、高温・高圧条件下で被処理液を連続的に高効率で電気分解処理することが可能である。また、電気分解に必要な電力以外のエネルギー、例えば、装置の加熱に必要なエネルギー、送液に必要なポンプの動力を低減することもでき、システム全体で必要なエネルギーを低く抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態に係る電気分解装置の側面図である。
【図２】（ａ）図は図１の電気分解装置の上部の拡大図、（ｂ）図はその縦断面図である。
【図３】（ａ）図は図１の電気分解装置の下部の拡大図、（ｂ）図はその縦断面図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】別の実施の形態に係る電気分解装置の水平断面図である。
【図７】実施の形態に用いられるインシュレータの構成を示すものであり、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は右側面図、（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】図７のインシュレータの平面図である。
【図９】図７のIX−IX線断面の端面図である。
【図１０】図７のＸ−Ｘ線断面の端面図である。
【図１１】図７のXI−XI線断面の端面図である。
【図１２】（ａ）図は図７のインシュレータ同士を組み合わせた側面図、（ｂ）図はこのインシュレータを備えた電気分解装置のインシュレータ付近の縦断面図である。（ｃ）図は（ｂ）図のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１３】図１２（ｃ）の上部の拡大図である。
【図１４】図１３のXIV−XIV線断面図である。
【図１５】図１３のXV−XV線断面図である。
【図１６】図１３のXVI−XVI線断面図である。
【図１７】図１３のXVII−XVII線断面図である。
【図１８】図１３のXVIII−XVIII線断面図である。
【図１９】実施例１，２の結果を示すグラフである。
【図２０】実施例１，３の結果を示すグラフである。
【図２１】実施例４，５の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、図面を参照して本発明の電気分解装置及び水処理方法の実施の形態を詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
図１〜５は第１の実施の形態に係る電気分解装置を示している。この電気分解装置１は、軸心方向を上下方向とした円筒状の容器本体２と、該容器本体２の上部に装着された上部エンド部材３と、容器本体２の下部に装着された下部エンド部材４と、上部エンド部材３を貫通して容器本体２内に容器本体２の軸心位置に差し込まれた給電棒５と、該給電棒５の下端に接続された陽極板６と、該陽極板６と平行に配置されたバイポーラ電極板７と、これらの陽極板６及びバイポーラ電極板７の側辺部を支承する電気絶縁材料製のインシュレータ８等を備えている。
【００２２】
この実施の形態では、容器本体２が陰極となっている。円筒形の容器本体２の大きさとしては、内径６〜５０ｍｍ、特に１０〜３０ｍｍであり、長さが内径の１〜１００倍特に５〜２０倍であることが好ましい。
【００２３】
容器本体２の上下両端部の外周面に雄ねじ２ａ，２ｂが設けられ、上部エンド部材３及び下部エンド部材４がそれぞれ円筒状継手部材としてのナット１１，１８を介して装着されている。
【００２４】
図２の通り、上部エンド部材３は、ソケット１０と、該ソケット１０の下部を容器本体２に連結するユニオンナット１１と、ソケット１０の上部に螺着されたプラグ１２を有している。ソケット１０には大径の内孔１０ａが設けられている。ソケット１０には、側方に突出するノズル１０ｂが設けられている。このノズル１０ｂのノズル孔１０ｃがソケット内孔１０ａに連通しており、このノズル孔１０ｃが電解処理液出口を構成している。ソケット内孔１０ａの内径は容器本体２の内径と略同一である。ソケット内孔１０ａと容器本体２とは同軸となっている。
【００２５】
ソケット１０の上部には、ソケット１０の軸心線に沿って該内孔１０ａから上端面にまで貫通する貫通孔１０ｄが設けられている。なお、ユニオンナット１１はソケット１０の下部の雄ねじに螺合している。ソケット１０の上部にユニオンナット１３が螺合している。
【００２６】
プラグ１２には、貫通孔１２ａが設けられ、該貫通孔１２ａに給電棒５が挿通されている。貫通孔１２ａの内周面と給電棒５の外周面との間にはそれぞれゴム、フッ素樹脂、ＰＥＥＫ等よりなるパッキン１５と、フッ素樹脂、ＰＥＥＫ、セラミック等よりなる絶縁部材１４，１６と、ＳＵＳ等の金属よりなるフォロア１７が介在されている。
【００２７】
図３に示す通り、下部エンド部材４は、その軸心線に沿って下方に突出するノズル４ａを備えており、ノズル孔４ｂがノズル４ａの先端（下端）から下部エンド部材４の上端面にまで貫通するように設けられている。このノズル孔４ｂが被処理液入口となる。下部エンド部材４はナット１８を介して容器本体２の下端に連結されている。ナット１８は、容器本体２の雄ねじ２ｂと、下部エンド部材４の上部外周面の雄ねじ４ｃにそれぞれ螺合している。
【００２８】
陽極板６及びバイポーラ電極板７は、それぞれ長方形の細長い平板状であり、容器本体２内の上部から下部にまで延在している。陽極板６及びバイポーラ電極板７は板面を平行にして配置されている。陽極板６は容器本体２の軸心線に沿って配置されている。バイポーラ電極板７は陽極板６の両側に１枚ずつ配置されているが複数枚ずつ配置されてもよい。
【００２９】
陽極板６及びバイポーラ電極板７の左右の側辺部（縦辺部）が電気絶縁性のゴム、合成樹脂、セラミックス等よりなる１対のインシュレータ８，８によって保持されている。インシュレータ８は、円弧状の外周面と、平面状の電極対峙面８ｂとを有した、水平断面が弦形の柱状部材である。インシュレータ８の外周面は、円筒状容器本体２の内周面に密着している。インシュレータ８の電極対峙面８ｂは、容器本体２の内周面に対し弦方向に延在している。
【００３０】
この電極対峙面８ｂには、上下方向に延在する溝８ａが設けられている。この実施の形態では。溝８ａは３条設けられている。また、この実施の形態では、溝８ａの下端は、インシュレータ８の下端から所定距離上方に離隔している。図３（ｂ）の通り、陽極板６及びバイポーラ電極板７は溝８ａの下端に係止されており、それよりも下方にズリ下ることがない。
【００３１】
このインシュレータ８を設けたことにより、陽極板６及びバイポーラ電極板７が容器本体２内の定位置に固定保持され、陽極板６及びバイポーラ電極板７同士の間隔が一定に維持される。また、陽極板６及びバイポーラ電極板７が容器本体２の内周面に接触することも確実に防止される。また、このインシュレータ８を陽極板６及びバイポーラ電極板７の周囲に配置したことにより、電流の流れを制御し、電極を迂回して電流が流れることを防ぐことができ、電流効率を高めることができる。
【００３２】
陽極板６を金属製とした場合、陽極板６と給電棒５とが一体に設けられてもよい。この場合、給電棒５と陽極板６との間の接触抵抗を低減でき、電解電圧をより低減することができる。
【００３３】
金属製の給電棒５の表面を酸化イリジウム又は白金などの貴金属で被覆してもよい。また、給電棒５の表面を電気絶縁材料で被覆したり、ＰＥＥＫ収縮チューブなどの絶縁チューブを被せることにより、効率よく陽極板６に給電することができる。
【００３４】
この電気分解装置１を用いて被処理液（廃水）を処理するには、電気分解装置１内に廃水を上向流にて流通させる。そして、陽極板６と、陰極を兼ねる容器本体２との間に通電する。廃水は高圧ポンプ（図示略）によって昇圧されてノズル４ａから容器本体２に導入される。廃水を予め熱交換器等によって加熱しておいてもよい。
【００３５】
廃水は、容器本体２内においてジュール熱によって加熱されると共に、陽極板６及びバイポーラ電極板７の表面で廃水中の還元性物質が酸化分解処理される。なお、バイポーラ電極板７は陽極板６と陰極としての容器本体２との間に陽極板６と平行に配置されているので、バイポーラ電極板７に対し板面と略垂直方向の電界が存在する。これにより、バイポーラ電極板７のうち陽極板６に対面する面が陰極面となり、反対面すなわち容器本体２の内周面に対峙する面が陽極面となる。このバイポーラ電極板７の陽極面でも酸化反応が進行する。このようにして処理された処理水がノズル１０ｂから流出する。この処理水は電気分解装置１に再循環されてもよい。
【００３６】
第１の実施の形態ではバイポーラ電極板７を設置しているが、図６のようにバイポーラ電極板７を省略し、陽極板６のみを設置してもよい。ただし、バイポーラ電極板７を設置することにより、酸化反応に寄与する電極面積が大きくなり、処理効率が向上する。
【００３７】
第１の実施の形態では、陽極板６と容器本体２（陰極）との間に合計２枚のバイポーラ電極板７を配置しているがそれよりも多くのバイポーラ電極板を配置してもよい。バイポーラ電極板７の大きさは、陽極板６と略同一であることが好ましい。
【００３８】
第１の実施の形態では、インシュレータが陽極板６及びバイポーラ電極板７の側辺のみを保持しているが、インシュレータとしては陽極板６及びバイポーラ電極板７の上側及び下側に張り出す張出部を有し、この張出部によってさらに陽極板６及びバイポーラ電極板７の上辺部及び下辺部を保持するものであってもよい。
【００３９】
かかるインシュレータ及び該インシュレータを用いた電気分解装置について図７〜１８を参照して説明する。
【００４０】
図７〜１１は、張出部を有したインシュレータ２０を示している。このインシュレータ２０は、インシュレータ８と同様に容器本体２の内周面に沿って延在する円弧状外周面と、反対側の電極対峙面とを有した柱状のものであり、上部及び下部にそれぞれ張出部２１，２２が設けられている。
【００４１】
張出部２１，２２は、水平断面が半円形である。１対のインシュレータ２０，２０の電極対峙面を対面させて張出部２１，２２同士を当接させると、図１４，１５のように張出部２１，２２の外周面が円筒面となる。この円筒面の直径は容器本体２の内径とほぼ等しい。
【００４２】
インシュレータ２０の電極対峙面には、上側の張出部２１から下側の張出部２２にまで達する、電極保持用の５条の溝２３〜２７が等間隔で設けられている。５列に設けられた溝２３〜２７のうち幅方向中央の溝２５に陽極板６が装着され、その他の溝２３，２４，２６，２７にバイポーラ電極板７が装着される。
【００４３】
張出部２１，２２には、各張出部２１，２２の上面から下面にまで貫通する通水用の溝状水路３３〜３７，４３〜４７が設けられている。張出部２１の水路３３〜３７は各溝２３〜２７の上端部に重なっている。張出部２２の水路４３〜４７は溝２３〜２７の下端部に重なっている。溝２３〜２７に陽極板６及びバイポーラ電極板７を装着した状態においても、水路３３〜３７，４３〜４７が張出部２１，２２の上面と下面とを連通するように、水路３３〜３７，４３〜４７は溝２３〜２７から若干ずれた配置となっている。
【００４４】
なお、張出部２１，２２の側部にも、切欠状の水路３８，４８が設けられている。
【００４５】
図１２（ｂ），（ｃ）のように、１対のインシュレータ２０，２０が、陽極板６及びバイポーラ電極板７を保持し、それらの張出部２１，２２の電極対峙面同士を突き合わせるようにして容器本体２内に配置される。陽極板６は、全周縁部が溝２５に嵌合して保持される。バイポーラ電極板７は、全周縁部が溝２３，２４，２６，２７に嵌合して保持される。
【００４６】
このインシュレータ２０を用いた電気分解装置のその他の構成は第１の実施の形態の電気分解装置１と同一である。
【００４７】
この電気分解装置においても、廃水は下部のノズル４ａから導入され、水路４３〜４８を通過し、陽極板６及びバイポーラ電極板７に沿って上昇し、陽極板６及びバイポーラ電極板７の表面で廃水中の還元性物質が酸化分解処理される。そして処理水が水路３３〜３８を通過し、上部のノズル１０ｂから流出する。
【００４８】
この実施の形態では、インシュレータ２０によって陽極板６及びバイポーラ電極板７の上部及び下部も囲まれているので、電流は電極の上下左右に流れることが防止され、電流効率が高い。
【００４９】
また、図１３，１５の通り、水路３３〜３７，４３〜４７が電極板（陽極板６、バイポーラ電極板７）の板面に沿って延在しており、電極板の上下両端部における接液面積が大きい。
【００５０】
この実施の形態では、水路は溝状であるが、貫通孔状であってもよい。
【００５１】
＜装置構成材料＞
陰極となる容器本体２の構成材料としては、例えばハステロイ、インコロイ等のニッケル基合金；チタン基合金；炭素鋼、ステンレス鋼等の鋼材等を用いることができる。容器本体２の内周面は白金等の貴金属で被覆されてもよい。
【００５２】
容器本体２の内周面は導電性ダイヤモンドで被覆されてもよい。導電性ダイヤモンドは、化学的安定性に優れ、電流効率が高く、電解効率が高い。この場合、ニオブ、タングステン、ステンレス、モリブデン、白金、イリジウム等の金属からなる基材に導電性ダイヤモンドの被覆層を形成したものとすることができる。
【００５３】
陽極板６としては、少なくともその表面が、ルテニウム、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、錫若しくはこれらの酸化物又はフェライトであるものが好ましい。陽極そのものがこれらの物質で構成されていてもよいし、陽極の基材の表面がこれらの物質で被覆されていてもよい。
【００５４】
陽極を構成するルテニウム、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、錫は、金属元素そのものであってもよいし、酸化物であってもよい。また、これらの金属の合金も好適に用いられる。合金としては、例えば、白金−イリジウム、ルテニウム−錫、ルテニウム−チタンなどが挙げられる。上記した金属等は、耐食性に優れており、陽極として用いる場合に優れた不溶性を示す。
【００５５】
陽極板６もまた陰極と同様の理由から導電性ダイヤモンド電極であってもよい。この場合、陽極板６全体が導電性ダイヤモンドから構成されるものであってもよく、シリコン、ニオブ、タングステン、ステンレス、モリブデン、白金、イリジウム等の金属、或いは、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化モリブデン、炭化タングステン等の非金属等からなる基材に導電性ダイヤモンドの被覆層を形成したものであってもよい。ＴＯＣの分解は特に陽極で起こるため、陽極板６として導電性ダイヤモンド電極を用いることにより、ＴＯＣを効率的に分解することができる。
【００５６】
バイポーラ電極板７としては、全体が導電性ダイヤモンドから構成されるものであってもよく、シリコン、ニオブ、タングステン、ステンレス、モリブデン、白金、イリジウム等の金属、或いは、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化モリブデン、炭化タングステン等の非金属等からなる基材に導電性ダイヤモンドの被覆層を形成したものであってもよい。
【００５７】
陽極板６の幅は、容器本体２の内径の２０〜９０％特に３０〜８０％であることが好ましい。陽極板６の長さは容器本体２の長さの２０〜１００％特に４０〜９０％程度であることが好ましい。陽極板６の厚さは０．２ｍｍ〜内径の９０％特に０．５ｍｍ〜内径の５０％程度が好ましい。
【００５８】
前述の通り、バイポーラ電極板７の大きさは、陽極板６と略同一であることが好ましい。
【００５９】
＜被処理液＞
本発明で処理対象とする被処理液は、高温・高圧条件での電気分解により酸化分解される還元性物質を含むものである。この還元性物質は、有機物であってもよく、無機物であってもよい。還元性物質が有機物である場合、被処理液のＴＯＣ濃度は１００〜５００００ｍｇ／Ｌ特に１０００〜１００００ｍｇ／Ｌ程度が好ましい。
【００６０】
本発明により電気分解される還元性有機物質としては、例えば、アルカン、アルケン、アルキン等の脂肪族炭化水素及び芳香族炭化水素；アルコール；アルデヒド；ケトン；アミン；酢酸等のカルボン酸；エステル、アミド、酸無水物等のカルボン酸誘導体；ハロゲン化炭化水素；フェノール類；スルホキサイド、メルカプトン、チオール、ポリスルホン等の含硫黄有機化合物などが挙げられる。この還元性有機物質には、合成高分子も含まれる。還元性無機物質としては、例えば、アンモニア；硝酸イオン、亜硝酸イオン；シアン化ナトリウム等のシアン類；尿素等の窒素化合物；硫化水素等の硫黄化合物などが挙げられる。被処理液には、その他のイオン類、例えば無機又は有機酸イオンが含まれていてもよい。
【００６１】
この被処理液は、懸濁液、乳化液、水溶液の何れでもよい。すなわち、還元性物質は溶解していてもよく、分散していてもよい。
【００６２】
＜電気分解条件＞
被処理液の処理温度及び圧力は、１００℃以上であって、被処理液の臨界温度以下の温度において、被処理液が液相を維持する圧力であり、具体的には１００〜３７４℃特に２００〜２５０℃で、２〜２０ＭＰａ、特に５〜１０ＭＰａ程度が好ましい。電気分解時の温度が２００℃以上であると、たんぱく質や尿素の分解効率が向上する。
【００６３】
被処理液の反応容器内流速（線速度）は０．０１〜２ｃｍ／ｓｅｃ、特に０．０２〜０．５ｃｍ／ｓｅｃが好ましい。通水ＳＶとしては１〜１００ｈ−１特に２〜５０ｈ−１程度が好ましい。電流密度は１〜１００Ａ／ｄｍ２特に２〜５０Ａ／ｄｍ２程度が好ましい。
【実施例】
【００６４】
以下、実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６５】
なお、以下の実施例１〜５において、電気分解処理に供した難分解性有機物含有廃水（原水）の水質は以下の表１の通りである。
【００６６】
【表１】
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【００６７】
［実施例１］
図６に示す、陽極板６のみを設置し、バイポーラ電極板を設置していない電気分解装置を用いて原水の電気分解を行った。電気分解装置の仕様、電気分解条件は以下の通りである。
【００６８】
＜電気分解装置仕様＞
容器本体：内径８ｍｍ、長さ１４０ｍｍ、側壁厚さ１ｍｍのチタン製
陽極板：幅６ｍｍ、長さ１２０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの板状導電性ダイヤモンド電極
＜電気分解条件＞
温度：２５０℃
圧力：７ＭＰａ
電流密度：１０Ａ／ｄｍ２
流速：３ｍＬ／ｍｉｎ
【００６９】
上記条件での電気分解処理において、原水１Ｌ当たりに換算した投入電流量と電気分解処理水のＴＯＣ濃度との関係を図１９に示した。
【００７０】
［実施例２］
実施例１において、陽極板として、同一寸法の酸化イリジウム電極を用いたこと以外は同様に電気分解を行い、結果を図１９に示した。
【００７１】
図１９より明らかなように、ＴＯＣ濃度を１０ｍｇ／Ｌ以下にするために必要な投入電流量はダイヤモンド電極の場合に７５Ａｈ／Ｌ、酸化イリジウム電極では１０８Ａｈ／Ｌで、ダイヤモンド電極では酸化イリジウム電極に比べて約１．５倍の電流効率で有機物を分解できる。従って、ダイヤモンド電極を使用することで、効率的に有機物含有廃水を処理することができることが分かる。
【００７２】
［実施例３］
実施例２において、電気分解装置として、インシュレータを設置しないこと以外は図１〜５に示す構成の電気分解装置を用いた。即ち酸化イリジウム電極を陽極板とし、バイポーラ電極として陽極板と同一寸法の導電性ダイヤモンド電極２枚をこの酸化イリジウム電極の両側に、１ｍｍの間隙をあけて平行に配置した電気分解装置を用いた。これ以外は実施例２と同様にして電気分解を行い、結果を図２０に示した。なお、図２０には、実施例１の結果も併記した。
【００７３】
図２０より明らかなように、ＴＯＣ濃度を１０ｍｇ／Ｌ以下にするために必要な投入電流量は、実施例３のバイポーラ構造の場合には５８Ａｈ／Ｌ、実施例１では７６Ａｈ／Ｌであり、バイポーラ構造にすることで電気分解装置の処理能力を増大させることができることが分かる。
【００７４】
［実施例４］
実施例３において、電気分解装置として、インシュレータ８を設置した図１〜５に示す構造の電気分解装置を用いた。インシュレータ８としては、セラミック製のものを用いた。これ以外は実施例３と同様にして電気分解を行い、結果を図２１に示した。
【００７５】
［実施例５］
実施例４において、インシュレータとして図７のように上下に張出部２１，２２を備えたものを設置した。これ以外は実施例４と同様にして処理を行い、結果を図２１に示した。
【００７６】
図２１より明らかなように、ＴＯＣ濃度を１０ｍｇ／Ｌ以下にするために必要な投入電流量は、インシュレータが張出部を有する実施例５では４４Ａｈ／Ｌ、インシュレータが張出部を有しない実施例４では５８Ａｈ／Ｌであり、張出部を有する実施例５の方が効率的にＴＯＣ成分を除去できる。これは、実施例４では、陽極板の上下部と陰極間のみで流れる電流が存在し、バイポーラ電極板の電気分解に対する寄与率が低下するが、実施例５では、陽極板及びバイポーラ電極板の側面、上下全周がインシュレータで囲われることとなるため、電流が陽極板の上下部と陰極間のみで流れることを抑制でき、バイポーラ電極板がＴＯＣ成分の電気分解に効率的に活用されるためと考えられる。
【符号の説明】
【００７７】
１  電気分解装置
２  容器本体
３  上部エンド部材
４  下部エンド部材
５  給電棒
６  陽極板
７  バイポーラ電極板
８  インシュレータ
１３  プラグ
１４，１６  絶縁部材
１５  パッキン
２０  インシュレータ
２１，２２  張出部
２３〜２７  電極保持用の溝
３３〜３８，４３〜４８  水路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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