(57)【要約】【課題】  特殊な電極構造をもちいることなく、電解処理に要する消費電力エネルギーを増加させることなく、反応処理において効率よく接触反応を行うことにより従来の反応効率の数倍の効率を増加し、かつ低コストによりこれを実現できる処理装置の提供。【解決手段】  陽極電極及び陰極電極間の電解反応主領域に対して処理液を強制的に攪拌しながら吐出通過させ前記電解反応主領域において液体攪拌が行える装置構造とする。さらに必要に応じて気泡を混濁した処理水を前記電解反応主領域に常時通過させる装置構造とする。これにより、特殊な電極構造をもちいることなく、かつ電解処理に要する消費電力エネルギーを増加させることなく、反応処理において効率よく接触反応を行えて従来の反応効率の数倍の効率を増加できる低コストな電解液体処理装置が提供できる。【選択図】  図１
2006255602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理装置の用途が廃水のCOD低下処理、脱色処理、全窒素量低下処理、廃液中の高分子材料の低分子化処理及び汚泥減容化を含む処理を目的とした陽極電極と陰極電極を有する電解処理を用いる液体処理装置において、前記電極が設置された電解処理槽あるいは容器に電極間の液体を混合攪拌し電極表面部分に攪拌液体流路を形成する目的で電解処理槽あるいは容器外部に液体循環機構をもちかつ電解処理槽あるいは容器への流入部に液体混合機構あるいは気液混合機構を持つことを特徴とする電解液体処理装置。
【請求項２】
電解処理槽あるいは容器へ導入される液体あるいは気液混合体が流入部に設けられた液体混合機構あるいは気液混合機構により電解槽あるいは容器内への流入方向軸に対して回転しながら導入されていてかつ陽極電極と陰極電極の反応面が前記流入方向軸と平行でありかつ前記流入方向軸が陽極電極軸上あるいは陽極電極と陰極電極間にあることを特徴とする請求項第一項に記載の電解液体処理装置。
【請求項３】
電解処理槽あるいは容器が密閉型でありかつ上部に脱泡及び消泡用の減圧排気口をもつことを特徴とする請求項第一項から請求項第二項に記載の電解液体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電解液体処理装置に関し、特に電解反応処理の効率を従来の手法より大幅に上げる装置に関する。
【０００２】
従来、工場排水や生活排水等の排水処理や、液体化学反応処理において液体の電気分解を利用した処理装置が知られている。特に排水の処理においては水の電気分解に伴うコロイダルエアーを用いた電解浮上による固液分離処理装置（例えば、特開平２−２１９９４号公報、特開平２−１２２８８７号公報、特開平４−１３１１８５号公報、特開平５−２１２３８号公報等）、あるいは液体中の窒素や硝酸イオン等の特定物質を除外することを目的とした処理装置（例えば、特開平１０−８５７２７号公報、特開平９−１０３７９９号公報等）が提案されている。
【０００３】
これらの従来技術において、処理効率の向上化を目的した電極構造あるいは処理容器構造等の手法が提案されている。さらに電解処理による反応機構に関しては電気化学的な解明が進んでいる。
【特許文献１】特開平２−２１９９４号公報
【特許文献２】特開平２−１２２８８７号公報
【特許文献３】特開平４−１３１１８５号公報
【特許文献４】特開平５−２１２３８号公報
【特許文献５】特開平１０−８５７２７号公報
【特許文献６】特開平９−１０３７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電解処理反応の過程と効率においてもっとも重要な因子は陽極電極表面における電気化学反応速度であるが、従来の手法では電極構造の最適化や、電解処理槽構造並びに液体流路構造の最適化による反応効率の上昇を目指している。
【０００５】
しかしながら電解処理において第一に電解気泡により電極表面での有効電解電極面積が律速されるために特殊な形状の電極構造を用いることによる制約や第二に反応速度を上げるために電極大面積化による消費電力量の上昇等の問題を生じる。
【０００６】
さらに、反応効率自体を律速する電極表面界面における反応速度向上に関しての発明はなく、電極界面での処理反応効果を飛躍的に上昇させる手法については発明がなされていない。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は次のとおりである。（１）特殊な電極構造をもちいることなく、かつ（２）電解処理に要する消費電力エネルギーを増加させることなく、（３）反応処理において効率よく接触反応を行うことにより従来の反応効率の数倍の効率を増加できる方法であり、かつ（４）低コストによりこれを実現できる処理装置を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は液体電解処理装置のうちCOD分解、脱色、脱窒素化、廃液中の高分子材料の低分子化処理、汚泥減容化等を行う排水及び水処理装置に関するものである。
【０００９】
電解処理反応においてもっとも反応を抑制律速する因子は、電極表面界面における電解反応による微少気泡形成による有効反応電極面積の低下とこれに伴う電流密度の低下に起因するものである。
【００１０】
本発明は、前記電極表面界面における電解反応速度を向上せしめるための物理化学的手法を付与することにより、電極表面上において均一に処理液体に電気エネルギー密度を定常的に与えて従来では得られなかった反応を実現するものである。
【００１１】
本発明は電解電極表面と処理液との接液界面において、電気化学反応により形成されたイオン、電気分解による形成気泡等を常時脱離することにより反応の平衡因子を連続的に除外して反応を促進するものである。
【００１２】
具体的には以下の手法を用いる。
【００１３】
電解処理装置内の陽極電極及び陰極電極間の電解反応主領域に対して処理液を強制的に攪拌しながら吐出通過させ前記電解反応主領域において液体攪拌が行える装置構造とする。さらに必要に応じて気泡を混濁した処理水を前記電解反応主領域に常時通過させる装置構造とする。
【００１４】
前記装置構造を低コストで実現するには電解処理槽の処理液導入部にエアレーター構造の液体/気体混合吐出装置を装着し、さらに当該液体/気体混合吐出装置の電解処理槽側に供給される気体混入された処理液が電解処理槽内部で混合攪拌できるようなラインミキサー構造をもたせ、さらに当該の処理液体/気体混合吐出装置による処理液が陽極電極及び陰極電極間の電解反応主領域に導入されるように電極配置を行った形状の装置構造とする。
【００１５】
前記手法により、電極表面においては固液反応層あるいは固気液反応層が混濁した状態が得られることにより固液反応による微少気泡発生等の気体抑制因子が連続的に除外されて反応が進むとともに、気液反応によって液体分子密度が低下することから電極から投入される電気エネルギーに対して液体分子の反応が促進されることになる。さらに電極表面での固体/気体接触により電解処理により発生するガス化された除外物質の気体脱離が促進されることにより全体の処理反応効率が飛躍的に増加することになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による電解液体処理装置構造により、特殊な電極構造をもちいることなく、かつ電解処理に要する消費電力エネルギーを増加させることなく、反応処理において効率よく接触反応を行えて従来の反応効率の数倍の効率を増加できる低コストな電解液体処理装置が提供できる。さらに本発明による電解処理を行うことによって後段の活性汚泥処理による効果を飛躍的に増大させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施例１）
以下に本発明の実施態様を図１及び図２に基づき説明する。図１は本発明の電解処理装置の正面断面図であり、図２は電解電極部位の平面断面図である。
【００１８】
図１及び図２において電解電極陽極「２」及び電解電極陰極「３」は処理液が導入されている電解処理槽「１」内に対向した態様で設置されている。処理液は処理液面「１１」より下方にある処理液排出口「８」から処理液吐出口「７」間に設置されている処理液循環ポンプ「９」により処理液循環配管「１０」を経由して循環される。
【００１９】
処理液吐出口「７」の処理液循環配管「１０」側には処理液を回転攪拌することを目的としたライン攪拌ユニット部「４」、エア導入口「６」から必要に応じて導入される気体を気液混合するための気液混合ユニット部「５」が設けられていて、かつ処理液吐出口「７」の位置は電解処理槽「１」内に導入吐出される処理液が電解電極陽極「２」と電解電極陰極「３」間で構成される電解反応主領域「１２」に供給される位置に設けられている。
【００２０】
電解電極陽極「２」及び電解電極陰極「３」間には図示はしていなが外部に設置されている直流電圧電流制御電源から直流電圧が加えられていて電流値が制御されている。
【００２１】
処理液吐出口「７」から電解処理槽「１」内に導入吐出される処理液は攪拌されながら電解反応主領域「１２」側の電解電極陽極「２」及び電解電極陰極「３」の表面を強制的に流れる構造となっていて常時電極面での電離反応状態を非飽和とし、かつ反応物の電解電極反応界面の脱離速度が上がることにより、特別に電解電界エネルギー密度を上げることなく低エネルギーで飛躍的に反応速度が向上することになる。
【００２２】
処理の必要条件によってはバルブ「１６」の開閉操作により気体供給ライン「１７」からの気体をエア導入口「６」を経由し気液混合ユニット部「５」により混合して処理液吐出口「７」より気液混合処理液を電解処理槽「１」内に導入吐出することも可能である。
【００２３】
本実施例では、ライン攪拌ユニット部「４」は電解処理槽「１」側面の処理液吐出口「７」に設置されているが、電解電極陽極「２」及び電解電極陰極「３」間に延長挿入されていてもよい。
【００２４】
本実施例では電解反応主領域「１２」には特に混合攪拌を促進できる構造体は設けていないが、本領域での液体混合を促進する目的で絶縁体による攪拌用構造物を設けていてもよい。
【００２５】
本実施例では電解電極陽極「２」及び電解電極陰極「３」は一対であるが、２つの電解電極陰極「３」で電解電極陽極「２」を挟んだ３面構造としてもよい。
【００２６】
ここで具体的寸法と容量を示す。電解処理槽「１」は厚み５ミリの耐熱塩ビ製の槽でありその内寸は深さ３００ミリ、縦８００ミリ、幅１００ミリである。チタン合金製電解電極陽極「２」及びステンレス製電解電極陰極「３」は縦８５ミリ、横５００ミリ、厚み３ミリであり、かつメッシュ構造となっていてセラミック製絶縁碍子により電極間距離が５ミリとなるように平行に組み立てられていて電解処理槽「１」内幅方向中心に平行して電解処理槽「１」低部より１００ミリの位置が電極横方向中心線となるように支持され設置されている。電解電極陽極「２」及び電解電極陰極「３」には外部に設置されている直流電圧１０Ｖ、直流電流２０Ａが制御可能な直流電源より直流が供給できるように電極端子が構成されている。
【００２７】
電解処理槽「１」の幅方向側面中心には、電解処理槽「１」低部より１３０ミリの高さに３０ミリ径の処理液排出口「８」及び処理液吐出口「７」が同一面でないように設けられていて耐熱塩ビ製配管の処理液循環配管「１０」に接続されている。処理液循環配管「１０」経路内には吐出流量５０リットル/毎分、吐出最大圧０．４ＭＰａの処理液循環ポンプ「９」が設けられている。
【００２８】
処理液吐出口「７」の処理液循環配管「１０」側のライン攪拌ユニット部「４」は外径２５ミリで内部に回転流形成羽をもち、気液混合ユニット部「５」は多段邪魔板構造翼をもつ外径２５ミリ長さ１００ミリのエアレーター構造となっている。ＶＰ１３塩ビ製配管の気体供給ライン「１７」から塩ビ製２方バルブ「１６」の開閉操作により耐熱塩ビ製ノズル内径５ミリのエア導入口「６」より気体が供給される。
【００２９】
本実施例での１バッチあたりの処理液量は約２０リットルで、処理液面「１１」は電解処理槽「１」低部より約２５０ミリの位置である。さらに電解質として電解処理において塩化ナトリウムを３０００ｐｐｍ添加し、処理液循環量は５０リットル/分にて４５分間の処理を行った。また電解処理電圧並びに電流は７V、５Aとして処理を行った。
【００３０】
本実施例での処理効果テストは次のとおりである。
【００３１】
処理排水はポリビフェニールアルコール排水であり、通常の活性汚泥処理方法では分解できないものである。その処理効果テスト結果を図３に示し次に説明する。
【００３２】
処理排水の物性は（１）列に示したものである。また（２）列は処理排水に対して本発明の効果を比較するために従来の電解処理として前記同一の陽極並びに陰極電極を用いて、陽極電極及び陰極電極間の電解反応主領域に対して処理液を強制的に攪拌しながら吐出通過させることなく強制的に液体攪拌を行わずに処理水を循環処理した従来手法のものである。（３）列は本発明の手法である陽極電極及び陰極電極間の電解反応主領域に対して処理液を強制的に液体攪拌しながら循環を行い処理したものである。
【００３３】
この電解処理の結果において、従来電解処理方法でのものでは処理前排水に対しCOD値において５％の減少、PVA量に関しては６％の減少結果に対して、本発明処理方法ではCOD値において４５％の減少、PVA量に関しては４３％の減少結果を得、さらに炭素系物質の減少効果も同様な効果結果を得た。
【００３４】
これらの電解処理水に対して活性汚泥処理を行い、電解処理手法の差による活性汚泥処理適応性の評価を行った。用いた活性汚泥処理は電解処理水５リットルを活性汚泥原水にて２０倍希釈を行った１００リットルの処理水を空気量１０リットル/分で曝気を行い活性汚泥処理を２４時間を行ったものを評価した。
【００３５】
図３の（４）列はポリビフェニールアルコール（PVA）排水原水を活性汚泥原水にて希釈し、前記の活性汚泥処理方法にて行った後の排水物性の結果を示すものであり、（５）列は前記従来手法による電解処理後の排水を活性汚泥原水にて希釈し、前記の活性汚泥処理方法にて行った後の排水物性の結果を示すものであり、（６）列は本発明手法による電解処理後の排水を活性汚泥原水にて希釈し、前記の活性汚泥処理方法にて行った後の排水物性の結果を示すものである。
【００３６】
図３の（４）列、（５）列及び（６）列の結果より、従来電解処理方法に活性汚泥処理を行ったものではCOD値において１１％の減少、PVA量に関しては８％の減少結果に対して、本発明の電解処理方法に活性汚泥処理を行ったものではCOD値において９６％の減少、PVA量に関しては９９％の大きな減少効果の結果を得た。
【００３７】
この結果は、従来手法では難分解とされてきたPVAの高分子結合が本発明処理の電解処理において効果的に低分子化に分断されることにより、分断された箇所より、活性汚泥処理が進行し、さらに低分子化され、PVAが分解処理されたと推測できる。
本実施例での他の処理効果テストとしてジャガイモデンプン工場におけるジャガイモも絞り汁であるデカンター廃液での処理効果テスト結果を図４に示し次に説明する。
【００３８】
処理排水はデカンター廃液であり、これも通常の活性汚泥処理方法では効果的でない排水である。処理排水の物性は（１）列に示したものである。また（２）列は処理排水に対して本発明の効果を比較するために従来の電解処理として前記同一の陽極並びに陰極電極を用いて、陽極電極及び陰極電極間の電解反応主領域に対して処理液を強制的に攪拌しながら吐出通過させることなく強制的に液体攪拌を行わずに処理水を循環処理した従来手法のものである。（３）列は本発明の手法である陽極電極及び陰極電極間の電解反応主領域に対して処理液を強制的に液体攪拌しながら循環を行い処理したものである。
【００３９】
本デカンター廃液の電解処理に関しては原水に十分な電解質が含まれるため塩化ナトリウムの添加は行わなかった。
【００４０】
この電解処理の結果において、従来電解処理方法でのものでは処理前排水に対しBOD値において７％の減少、全窒素量に関しては６％の減少結果に対して、本発明処理方法ではBOD値において５６％の減少、全窒素量に関しては３７％の減少結果を得た。
【００４１】
これらの電解処理水に対して活性汚泥処理を行い、電解処理手法の差による活性汚泥処理適応性の評価を行った。用いた活性汚泥処理は電解処理水５リットルを活性汚泥原水にて２０倍希釈を行った１００リットルの処理水を空気量１０リットル/分で曝気を行い、活性汚泥処理を２４時間を行ったものを評価した。
【００４２】
図４の（４）列はデカンター廃液原水を活性汚泥原水にて希釈し、前記の活性汚泥処理方法にて行った後の排水物性の結果を示すものであり、（５）列は前記従来手法による電解処理後の排水を活性汚泥原水にて希釈し、前記の活性汚泥処理方法にて行った後の排水物性の結果を示すものであり、（６）列は本発明手法による電解処理後の排水を活性汚泥原水にて希釈し、前記の活性汚泥処理方法にて行った後の排水物性の結果を示すものである。
【００４３】
図４の（４）列、（５）列及び（６）列の結果より、従来電解処理方法に活性汚泥処理を行ったものではCOD値に関して３％の減少、BOD値に関して０％の減少、全窒素量に関しては６％の減少結果に対して、本発明の電解処理方法に活性汚泥処理を行ったものではCOD値に関して６０％の減少、BOD値に関して７３％の減少、全窒素量に関しては４７％の大きな減少効果の結果を得た。
【００４４】
この結果は、従来の電解処理手法では効果が得られなかったBOD値及び全窒素量の減少が本発明処理の電解処理において効果が得られること、さらに後段の活性汚泥処理においてより用意に処理されることが明らかとなった。
【００４５】
（実施例２）
以下に本発明の第二の実施例についての実施態様を図５及び図６に基づき説明する。図５は第二実施例の電解処理装置の正面断面図であり、図６は電解電極部位の平面断面図である。本実施例は前期第一実施例のものからの変形で装置構造をさらに単純化しかつ処理効率を向上する方法の構造を示した。
電解処理槽「１」を縦型円筒形状にし、電解電極陽極「２」及び電解電極陰極「３」を電解処理槽「１」中心軸に対して点対称に複数配置したものであり、電解処理槽体積の増大を少なく電極面積を増加できる構造である。さらに処理液吐出口「７」を電解処理槽「１」低部にもうけることにより液循環の効率が向上する構造となる。また液循環が上方に作動することにより、電解電極面で発生する気泡等の脱離効果が向上することになる。
【００４６】
電解処理による気泡の消泡のために本実施例においては電解処理槽「１」上部を密閉型にし、消泡液ライン「１５」から水あるいは消泡効果のある液体を消泡用吐出ノズル「１４」より処理液面「１１」へ噴霧することができる構造となっている。
【００４７】
また電解処理槽「１」において処理液面「１１」の上部に減圧排気口「１３」が設けてあり、電解処理槽「１」内空間域を減圧とすることによって消泡を行うことも可能な構造となっている。
【００４８】
本発明は前記した実施例や実施態様に限定されず、特許請求の精神及び範囲を逸脱せずに各種の変形を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第一実施例での電解処理装置の正面中心断面図である。
【図２】本発明の第一実施例での電解処理装置の平面図である。
【図３】本発明の第一実施例でのポリビフェニールアルコール廃液の処理結果を示したものである。
【図４】本発明の第一実施例でのじゃがいもデンプン工場デカンター廃液の処理結果を示したものである。
【図５】本発明の第二実施例での電解処理装置の正面中心断面図である。
【図６】本発明の第二実施例での電解処理装置の電解電極部の平面断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…電解処理槽
２…電解電極陽極
３…電解電極陰極
４…ライン攪拌ユニット部
５…気液混合ユニット部
６…エア導入口
７…処理液吐出口
８…処理液排出口
９…処理液循環ポンプ
１０…処理液循環配管
１１…処理液面
１２…電解反応主領域
１３…減圧排気口
１４…消泡用吐出ノズル
１５…消泡液ライン
１６…バルブ
１７…気体供給ライン
【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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