(57)【要約】【課題】  低塩素イオン濃度の被酸化性物質含有排水、特にアンモニア排水に対して、分割効率の高い処理方法および処理装置を提供することを課題とする。【解決手段】  アンモニア排水１０を次亜塩素酸液２０の存在下で金属触媒から構成される電極４０と接触させ、さらにこの電極４０に微弱電流を印加することによって、金属触媒の活性化がなされてアンモニアから窒素への分解効率の向上を図ることを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被酸化性物質含有排水を酸化剤の存在下で金属または複合酸化物触媒と接触させ、前記触媒に微弱電流を印加したことを特徴とする被酸化性物質含有排水の処理方法。
【請求項２】
前記被酸化性物質がアンモニアを含む排水であり、前記酸化剤が次亜塩素酸溶液であることを特徴とする請求項１に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法。
【請求項３】
前記微弱電流が、電流密度０．１ｍＡ／ｃｍ２〜５ｍＡ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法。
【請求項４】
排水処理が行われる電解処理槽とは別途設けられた前処理槽で前記次亜塩素酸が電解生成されることを特徴とする請求項２に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法。
【請求項５】
前記電解処理槽からの処理水を前記前処理槽に循環することを特徴とする請求項４に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法。
【請求項６】
排水処理が行なわれる電解処理槽からの処理水を高度処理して排出することを特徴とする請求項２または５に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法。
【請求項７】
排水処理が行なわれる電解処理槽を複数直列に配置し、少なくとも上流側の前記電解処理槽に対して前記微弱電流が供給されることを特徴とする請求項２に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法。
【請求項８】
請求項１に記載の被酸化性物質含排水の処理方法を実施するための装置であって、前記被酸化性物質含有排水および前記酸化剤が流入される電解処理槽と、該電解処理槽内に保持され前記金属触媒を有した電極と、該電極へ微弱電流を供給する電流供給手段とを備えたことを特徴とする被酸化性物質含有排水の処理装置。
【請求項９】
前記電解処理槽の内部がラビリンス状の流路構造からなり、流路の対向する壁面がそれぞれ陽極および陰極で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の被酸化性物質含有排水の処理装置。
【請求項１０】
前記電解処理槽の容器が陰極に形成され、前記電解処理槽の内部には前記被酸化性物質含有排水との接触面積を大きくとるように構成された接触面積増大構造を有した陽極が設置されていることを特徴とする請求項８に記載の被酸化性物質含有排水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物、アンモニア、ヒドラジン等の被酸化性物質を含む排水の処理方法および処理装置に関するものであり、特に、低濃度のアンモニア排水処理等に好適な処理方法および処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水中のアンモニア分解は、生物処理主体で進められているが、処理速度が遅いため大型の処理槽が必要である。また、生物処理のために負荷変動に対応しにくい難点がある。そのため、物理化学的な手法によるコンパクトな低コスト処理法が望まれている。
一般に、排水中のアンモニアは、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）を添加することにより、下記反応式により窒素まで分解されることは公知である。
ＮＨ３＋ＨＯＣｌ→ＮＨ２Ｃｌ＋Ｈ２Ｏ
ＮＨ２Ｃｌ＋ＨＯＣｌ→ＮＨＣｌ２＋Ｈ２Ｏ
ＮＨ２Ｃｌ＋ＮＨＣｌ２→Ｎ２＋３Ｈ＋＋３Ｃｌ−
しかしながら、単に次亜塩素酸を添加しただけでは、反応が遅く、反応を早めるために余分な次亜塩素酸が必要となり実用的ではない。
【０００３】
また、排水中の塩素イオンを利用して、直流電解により下記反応で、次亜塩素酸を生成し、分解処理する電解脱窒方法も知られている。
２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＨＯＣｌ＋３Ｈ＋＋３Ｃｌ−
しかしながら、本手法は、排水中の塩素イオン（Ｃｌ−）濃度が高い対象液に対しては有効であるが、塩素イオン濃度が低い排水、例えば、低塩素濃度のアンモニア排水（し尿、浄化槽汚水、工場排水、火力発電排水等）に対しては、電解による次亜塩素酸の発生効率が低くなってしまう。そのため、外部から塩素イオンを含有する物質（ＮａＣｌ、海水等）を投入して電解する方法が考えられるが、大量の塩素イオンが必要となる。
そこで、塩素イオン濃度が低い排水に対しても外部から大量の塩素イオンを投入せずに電解処理を行なうことができるような効率の高い処理方法が望まれていた。
【０００４】
なお、従来例として、特許文献１、特許文献２に開示されているように処理方法が知られている。
特許文献１には、アンモニア及び／又はその塩を含有する廃液中の窒素分を分解除去するために、廃液に塩素系の酸化剤を添加して、活性炭等の触媒にて反応させる処理方法が示されている。
また、特許文献２には、被酸化性物質含有排水を、塩化物イオンの存在下で導電性ダイヤモンドを電極とする電気分解処理後に、遊離残留塩素の存在下で金属酸化物触媒にて反応させる処理方法について示されている。
【特許文献１】特開平１０−１６５９６５号公報（段落０００５）
【特許文献２】特開２００３−２５１３５７号公報（段落０００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、いずれの特許文献の処理方法でも、低塩素イオン濃度の排水に対する分解効率としては十分とはいえず、さらなる分解効率の向上が望まれていた。
そこで、本発明は、これら背景に鑑みてなされたものであり、低塩素イオン濃度の被酸化性物質含有排水、特にアンモニア排水に対して、分割効率の高い処理方法および処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、被酸化性物質含有排水を酸化剤の存在下で金属触媒と接触させ、さらにこの金属触媒に微弱電流を印加することで、これまでの被酸化性物質含有排水の分解効率よりはるかに大きい分解効率が得られたことを見出して完成したものである。
【０００７】
そこで、まず本発明の基となる効果を確認したときの、実験条件および実験結果について説明する。
試験液は、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）のアンモニア水溶液（３００ｍｇ−Ｎ／Ｌ）を用い、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）の試薬（１５００ｍｇ−Ｃｌ／Ｌ）を次の（ａ）〜（ｄ）の条件で添加し、分解したアンモニア量を計測した。
なお、アンモニア水溶液を直流電解して次亜塩素酸を発生するために用いる電極は、白金または、白金に酸化イリジウム、酸化バナジュウム、酸化ルテニウム、酸化コバルト、若しくは酸化タンタルから少なくとも１つを混合させた合金、または複合酸化物材料で構成されている。
【０００８】
（ａ）次亜塩素酸の試薬のみを添加した場合。
（ｂ）次亜塩素酸の試薬添加と、次亜塩素酸発生電極とを共存させた場合（電極には電流を印加せず、これまでの分解条件。）。
（ｃ）次亜塩素酸の試薬添加と、次亜塩素酸発生電極とを共存させ、さらにこの電極に微弱電流（１ｍＡ／ｃｍ２）を印加した場合。
（ｄ）（ｃ）の条件に対して、次亜塩素酸の試薬の添加を行わない場合。
【０００９】
以上の方法、条件で実験した結果を図１に示す。図１に示すように、次のことがわかった。
（ａ）条件の場合は、反応性が非常に低かった。
（ｂ）条件の場合は、（ａ）条件よりも分解効率が向上した。
これは、電極の表面で一種の触媒作用が行われ、次亜塩素酸とアンモニアとの反応が進んだものと考えられる。
（ｃ）条件の場合は、（ｂ）条件よりもさらに分解効率が向上した。
これは、電極に微弱電流を流して電極電位を高めることによって、電極での触媒作用が一層活性化し、次亜塩素酸とアンモニアとの反応がさらに進んだものと考えられる。
（ｄ）条件の場合は、ほとんどアンモニアの分解量が確認されなかった。
微弱電流による電気分解の効果はほとんどなく、（ｃ）条件の実験結果には、微弱電流による電気分解の効果はほとんど寄与していないといえる。
【００１０】
すなわち、電極に微弱電流を流す（ｃ）条件によって、これまでの分解効率よりはるかに高い分解効率を確認した。それは、金属触媒を有する電極に微弱電流を印加することによって触媒作用が活性化して、試薬として添加した次亜塩素酸の活性を高めて次亜塩素酸とアンモニアとが効率よく反応したためと考えられる。
【００１１】
以上の実験結果を基に、請求項１に係る発明は、被酸化性物質含有排水を酸化剤の存在下で金属または複合酸化物触媒と接触させ、前記金属触媒に微弱電流を印加したことを特徴とする。
請求項１に係る発明によれば、微弱電流を流すことによって金属または複合酸化物触媒の活性化がなされて被酸化性物質の分解効率を向上することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法であって、前記被酸化性物質がアンモニアを含む排水であり、前記酸化剤が次亜塩素酸溶液であることを特徴とする。
請求項２に係る発明によれば、アンモニウムイオンを含有する対象液を次亜塩素酸で処理する際に微弱電流を流すことによって金属または複合酸化物触媒の活性化がなされてアンモニアの分解効率を向上することができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法であって、微弱電流が、電流密度０．１ｍＡ／ｃｍ２〜５ｍＡ／ｃｍ２であることを特徴とする。
請求項３に係る発明によれば、電極に電気分解を引き起こすぎりぎりの微弱電流で電極の電位を高めることで、電荷を帯電させることができる程度の微弱電流値が電極を構成するする金属または複合酸化物触媒を活性化させ、その結果、被酸化性物質の分解効率を向上することができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法であって、排水処理が行われる電解処理槽とは別途設けられた前処理槽で前記次亜塩素酸が電解生成されることを特徴とする。
請求項４に係る発明によれば、プラント等の敷地内で次亜塩素酸を生成し供給することができため、次亜塩素酸の保存、運搬等の負担を軽減することができる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法であって、前記電解処理槽からの処理水を前記前処理槽に循環することを特徴とする。
請求項５に係る発明によれば、電解処理槽からの処理水を再利用することで、水の使用量を低減することができる。また、処理水中の塩素イオンを次亜塩素酸生成に再利用することができる。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項２または５に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法であって、排水処理が行なわれる電解処理槽からの処理水を高度処理して排出することを特徴とする。
請求項６に係る発明によれば、高度処理によって処理水から有機物を除去することができる。また、処理水を前処理槽に循環して再利用するときに、有機物によって電気分解用の電極に悪影響をあたえることを防止することができ、電極の寿命を延ばすことができる。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項２に記載の被酸化性物質含有排水の処理方法であって、前記電解処理槽を複数直列に配置し、少なくとも上流側の電解処理槽に対して前記微弱電流が供給されることを特徴とする。
請求項７に係る発明によれば、上流側の電解処理槽に流入された余分な次亜塩素酸が該処理槽内での分解に使用されず排出されても、下流側の電解処理槽でさらに分解されてきれいな水となって排出することができる。
【００１８】
請求項８に係る発明は、請求項１に記載の被酸化性物質含排水の処理方法を実施するための装置であって、前記被酸化性物質含有排水および前記酸化剤が流入される電解処理槽と、該電解処理槽内に保持され前記金属触媒を有した電極と、該電極へ微弱電流を供給する電流供給手段とを備えたことを特徴とする。
請求項８に係る発明によれば、微弱電流を流すことによって金属または複合酸化物触媒の活性化がなされて被酸化性物質の分解効率を向上した被酸化性物質含有排水の処理装置を提供できる。
【００１９】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の被酸化性物質含有排水の処理装置であって、前記電解処理槽の内部がラビリンス状の流路構造からなり、流路の対向する壁面がそれぞれ陽極および陰極で形成されていることを特徴とする。
請求項９に係る発明によれば、処理対象の被酸化性物質含有排水と電極の接触面積を増大することができ分解効率を向上できる。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、請求項８に記載の被酸化性物質含有排水の処理装置であって、前記電解処理槽の容器が陰極に形成され、前記電解処理槽の内部には前記被酸化性物質含有排水との接触面積を大きくとるように構成された接触面積増大構造を有した陽極が設置されていることを特徴とする。
請求項９に係る発明によれば、処理対象の被酸化性物質含有排水と陽極電極との接触面積を一層増大することができ分解効率を向上できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の被酸化性物質含有排水の処理方法および処理装置によれば、金属触媒に微弱電流を流すことにより被酸化性物質の分解効率の高い処理方法および処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
参照する図面において、図２は、本発明に係る被酸化性物質含有排水の処理方法を実施する処理装置の第１実施形態を示す概略説明図であり、（ａ）は電極の平面図を示し、（ｂ）は電極の他の形態を示す平面図である。図３は、本発明に係る被酸化性物質含有排水の処理方法を実施する処理装置の第２実施形態を示す概略説明図であり、（ａ）は電極の斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ電極の他の形態を示す斜視図である。図４は、本発明に係る被酸化性物質含有排水の処理方法を実施する処理装置の第３実施形態を示す概略説明図である。また、図５は、本発明に係る被酸化性物質含有排水の処理方法を実施する処理装置の第４実施形態を示す概略説明図であり、図６は、本発明に係る被酸化性物質含有排水の処理方法を実施する処理装置の第５実施形態を示す概略説明図であり、図７は、本発明に係る被酸化性物質含有排水の処理方法を実施する処理装置の第６実施形態を示す概略説明図である。
【実施例１】
【００２３】
図２に示すように、本実施形態の被酸化性物質含有排水の処理装置１は、対象処理水としてのアンモニア排水（被酸化性物質含排水）１０、および次亜塩素酸液（酸化剤）２０が流入され、分解処理が行われる電解処理槽３０と、この電解処理槽３０の内部に保持された電気分解用の電極４０と、この電極４０の陽極４０ａ、陰極４０ｂへ直流電流を供給する電流供給手段５０とを備えて構成されている。
陽極４０ａ、陰極４０ｂは、前述したように、白金または、白金に酸化イリジウム、酸化バナジュウム、酸化ルテニウム、酸化コバルト、若しくは酸化タンタルから少なくとも１つを混合させた合金、または複合酸化物材料で構成されている。
【００２４】
アンモニア排水１０は、電解処理槽３０の上部隅部分に設けられたアンモニア流入口６０から、アンモニア流入制御弁７０で流量が制御されて流入される。また、次亜塩素酸液２０も同様に、電解処理槽３０の上部隅部分にアンモニア流入口６０に近接して設けられた次亜塩素酸流入口８０から、次亜塩素酸流入制御弁９０を介して流入される。また、処理排水は、排出制御弁１００を介して排水される。
【００２５】
電流供給手段５０は、電極４０へ微弱電流を供給するように制御している。すなわち、電極４０に微弱電流を流すことで電位を高め触媒反応を活性化するため（図１の実験結果参照）、その微弱電流値に制御される。逆に大きい電流を流すと低い塩素イオン濃度の溶液に対しては、電極自体が酸化され、電極が消耗してしまう。
具体的には、微弱電流は、積極的に水を電気分解させない程度の電流値である。電流密度で表すと０．１ｍＡ／ｃｍ２〜５ｍＡ／ｃｍ２の範囲が適当であり、好ましくは、１ｍＡ／ｃｍ２がよい。
このような微弱電流を流すことによって電極４０の金属触媒の活性化がなされてアンモニアと次亜塩素酸との反応が促進されて、窒素への分解効率を向上することができる。
【００２６】
電極４０は、図２（ａ）に示すように、電解処理槽３０の内部に平板状の陽極４０ａ、陰極４０ｂが交互に複数枚並設して設置されている。
また、電極４０の他の形態を図２（ｂ）に示す。電解処理槽３０の内部がラビリンス構造１１０の流路からなり、流路の対向する壁面１２０がそれぞれ陽極４０ａおよび陰極４０ｂで形成されている。このようなラビリンス状の構造とすることによって、処理対象水であるアンモニア排水１０と電極の接触面積を増大することができ窒素への分解効率を向上できる。
【実施例２】
【００２７】
図３に、アンモニア排水の処理装置１の第２実施形態を示す。図３に示すように、電解処理槽３０の容器が陰極４０ｂに形成され、電解処理槽３０の内部に陽極４０ａが設置されている。さらに、この陽極４０ａは、アンモニア排水１０との接触面積を大きく取るように構成された接触面積増大構造１３０を有している。
図３（ａ）は、接触面積増大構造１３０一例を示しており、平板状電極１４０から構成されている。複数枚の平板状電極１４０が電界処理槽３０の内部に間隔を有し並設されている。
図３（ｂ）は、接触面積増大構造１３０の他の例を示しており、格子状電極１５０から構成されている。複数枚の格子状電極１５０が電界処理槽３０内に間隔を有し並設されている。
図３（ｃ）は、接触面積増大構造１３０の他の例を示しており、粒状体電極１６０から構成されている。網目枠１７０の内部に多数の粒状体電極１６０が集まって形成されている。多数の粒状体電極１６０が集まって平板状に形成されている。また、図３（ｄ）は、多数の粒状体電極１６０が集まって全体して円柱状に形成されている。
以上のような接触面積増大構造１３０とすることによって、処理対象水であるアンモニア排水１０と電極１６０との接触面積を一層増大することができアンモニアから窒素への分解効率を一層向上できる。
【実施例３】
【００２８】
図４に、アンモニア排水の処理装置１の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、電解処理槽３０の次亜塩素酸流入口８０に前処理槽１８０が連結されており、電解処理槽３０へ流入する次亜塩素酸液２０を前処理槽１８０によって、海水または食塩水（Ｎａｃｌ）を電気分解することによって生成する。なお、この前処理槽１８０での食塩水から次亜塩素酸を電気分解処理する処理方法は、公知の技術であるため詳細説明は省略する。
このように前処理槽１８０で予め次亜塩素酸液２０を生成することができるため、アンモニア排水処理プラント等の敷地内で次亜塩素酸液２０の生成が可能になり、その結果、次亜塩素酸の保存、運搬等の負担を軽減することができる。
【実施例４】
【００２９】
図５に、アンモニア排水の処理装置１の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、図５に示すように、電解処理槽３０の制御弁１００の下流側と前処理槽１８０とを連結する循環通路１９０が設けられ、電解処理槽３０で排水処理された排水を前処理槽１８０に循環するように構成されている。
このように処理水を再利用することで、前処理槽１８０で次亜塩素酸液２０を生成する際に必要な水の使用量を低減することができる。また、処理水中の塩素イオンを次亜塩素酸生成に再利用することもできる。
【実施例５】
【００３０】
図６に、アンモニア排水の処理装置１の第５実施形態を示す。この第５実施形態は、図６に示すように、電解処理槽３０の排出制御弁１００の下流側に高度処理手段２００が設けられ、その高度処理手段２００の下流側に循環通路１９０が連結されている。この高度処理手段２００は、活性炭、ゼオライトによって構成されているため、その活性炭、ゼオライトによって有機物を吸着除去する。
したがって、高度処理手段２００によって処理された処理水は、有機物が除去されているため、前処理槽１８０へ循環して再利用されても、前処理槽１８０に設けられた前処理槽電極１８５は、有機物によって害されることがなく、前処理槽電極１８５を長寿命化することができる。
【実施例６】
【００３１】
図７に、アンモニア排水の処理装置１の第６実施形態を示す。この第６実施形態は、図７に示すように、排水処理が行なわれる電解処理槽３０が、直列に２つ配置され、上流側に配置された上流側電解処理槽３０ａにアンモニア排水１０と次亜塩素酸液２０とが流入され、その排水が下流側電解処理槽３０ｂへ流入するように構成されている。また、上流側電解槽３０ａと下流側電解処理槽３０ｂには、それぞれ電極４０、４０が設けられ、電流供給手段５０，５０からそれぞれの電極４０、４０に対して微弱電流を供給している。
以上の構成によって、上流側電解処理槽３０ａへ流入された次亜塩素酸がすべて分解に使用されずに上流側電解処理槽３０ａから排出された場合においても、下流側電解処理槽３０ｂで次の式のように、分解処理されてきれいな水となって排出することができる。
ＨＯＣｌ→Ｏ２＋Ｈ＋＋Ｃｌ−
【００３２】
なお、下流側電解処理槽３０ｂの電極４０へは、上流側電解処理槽３０ａと同様に微弱電流を供給しているが、下流側電解処理槽３０ｂでは次亜塩素酸を酸素に分解するだけであるため、単に電極４０を構成する金属触媒の存在下での活性化作用に期待して、微弱電流を印加しなくてもよい。この場合には、装置全体を簡素化できる。
さらに、図７に示すように、循環通路１９０は、下流側電解処理槽３０ｂの排出側に連結しているが、上流側電解処理槽３０ａの排出側に連結してもよく、この場合には、上流側電解処理槽３０ａで分解に使用されない余分な次亜塩素酸を含む排水が、前処理槽１８０に循環されて再利用されるため、次亜塩素酸の再利用には適している。
【００３３】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは勿論である。例えば、電極４０は、金属触媒で構成されてなくても、電極４０を導電性の金属で成型し、表面に金属触媒を被覆したものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の基礎となる実験結果を示す図である。
【図２】本発明に係る被酸化性物質含排水の処理装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る被酸化性物質含排水の処理装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る被酸化性物質含排水の処理装置の第３実施形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係る被酸化性物質含排水の処理装置の第４実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明に係る被酸化性物質含排水の処理装置の第５実施形態を示す概略構成図である。
【図７】本発明に係る被酸化性物質含排水の処理装置の第６実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    被酸化性物質含有排水の処理装置
１０    アンモニア排水（被酸化性物質含排水）
２０    次亜塩素酸液（酸化剤）
３０    電解処理槽
３０ａ    上流側電解処理槽
３０ｂ    下流側電解処理槽
４０    電極
４０ａ    陽極
４０ｂ    陰極
５０    電流供給手段
１１０    ラビリンス構造
１２０    壁面
１３０    接触面積増大構造
１８０    前処理槽
１９０    循環通路
２００    高度処理手段
【図１】
2006239590.tif 000003
【図２】
2006239590.tif 000004
【図３】
2006239590.tif 000005
【図４】
2006239590.tif 000006
【図５】
2006239590.tif 000007
【図６】
2006239590.tif 000008
【図７】
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