(57)【要約】【課題】陽極表面の防食性に優れた電気浸透脱水装置を提供する。【解決手段】濾布よりなるコンベヤベルト１がローラ２，３間にエンドレスに架け渡されており、陰極４の上面に沿って無端回動可能とされている。コンベヤベルト１の搬送方向に陽極ユニット２１〜２５が配列されている。陽極ユニット２１〜２５の下面は、チタン母板の表面に防食用下地層及び貴金属コーティングを形成した陽極板３０にて構成されている。下地層はニオブ、タンタル、チタン、ジルコニウム及びタングステン等よりなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された陽極及び陰極と、
該陽極と陰極との間に通電する通電手段と、
該陽極と陰極との間に配置された濾材と、
該濾材同士の間又は濾材と一方の電極との間で被処理含水物を挟圧するための挟圧手段と、
を有し、該陽極に、チタン母板と、貴金属コーティングとを有する陽極板が設けられている電気浸透脱水装置において、
該陽極板のチタン母板と貴金属コーティングとの間に防食用下地層を設けたことを特徴とする電気浸透脱水装置。
【請求項２】
請求項１において、前記防食用下地層は、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、チタン、及びタングステンから選ばれる少なくとも１種の金属又は合金よりなることを特徴とする電気浸透脱水装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、陽極板の表面を洗浄する洗浄手段を備えたことを特徴とする電気浸透脱水装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、被処理含水物に還元剤を添加する添加手段を備えたことを特徴とする電気浸透脱水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水の生物処理汚泥、上水汚泥などの含水物を脱水するための電気浸透脱水装置に関するものであり、特に陽極（アノード）の腐食を防止するようにした電気浸透脱水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水の生物処理過程で発生する汚泥などの含水物を脱水処理する方法として、電気浸透脱水が周知である（特許文献１，２）。この電気浸透脱水処理では、被処理含水物に通電して、マイナスに荷電した汚泥を陽極側に引き寄せ、一方、汚泥の間隙水を陰極側に移動させて分離させながら加圧力をかけて脱水するため、機械的脱水処理の場合に比べて、脱水効率が高く、汚泥の含水率を更に低減することが可能である。
【０００３】
特許文献１の電気浸透脱水装置は、無端回動するコンベヤベルトの上に汚泥を供給し、コンベヤベルトの下側の陰極板とコンベヤベルトの上方の陽極ユニットとの間で含水物を挟圧すると共に電流を通電して電気浸透脱水するように構成したものである。陽極ユニットはコンベヤ移動方向に複数個配設されている。各陽極ユニットの底面部には水平な陽極板が設置されている。この陽極板はエアシリンダ等によって上下動可能とされている。コンベヤは、陽極板を上昇させた状態で、１スパン（陽極ユニットの設置間隔）分だけ含水物を移動させる。
【０００４】
特許文献２の電気浸透脱水装置は、上側プレスベルトとは別個に陽極としての電極ドラムを配置し、この電極ドラムによって上下のベルトを挟圧するように構成している。
【０００５】
特許文献１，２には、陽極板として、チタン母板に、白金、酸化ルテニウム等の貴金属コーティングを施したものを用いることが記載されている。
【０００６】
このような電気浸透脱水方法では、陽極（アノード）の表面で２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−などの反応により塩素ガス等のハロゲンガスが発生する。また、脱水促進剤として被処理含水物に食塩、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなどの電解質を添加することがあるが、これらの添加によりアノードでの強酸の発生量が多くなる。
【０００７】
塩素ガスや硫酸は、腐食性が高く、アノードや装置細部を腐食させる。特に、塩素ガスが水蒸気の結露水に溶解して低ｐＨの結露水となり、また塩素ガスとしても溶解するので、結露部分での腐食が起きやすい。
【０００８】
塩素ガスの発生を防止するために、重亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなどの還元剤を汚泥に添加することもあるが、塩素ガスが還元されることにより硫酸と塩酸が発生し、陽極が腐食し易くなる。
【０００９】
陽極に貴金属コーティングを施すことにより、陽極の腐食が抑制されるが、上記のようにして酸が発生すると、酸が貴金属コーティングとチタン母板との間に浸透し、ケーキとの間で隙間腐食のような現象が生じ、チタン母板を腐食させたり、貴金属コーティングを剥離させてチタン母板を露出させたりする。
【００１０】
露出したチタン母板の表面は酸化して酸化チタンとなり、陽極の通電抵抗を増大させる。また、露出したチタンは汚泥ケーキの付着性が高く、陽極の腐食が進行し易くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−１３６２９２
【特許文献２】特開平６−１５４７９７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、陽極表面の防食性に優れた電気浸透脱水装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の電気浸透脱水装置は、対向配置された陽極及び陰極と、該陽極と陰極との間に通電する通電手段と、該陽極と陰極との間に配置された濾材と、該濾材同士の間又は濾材と一方の電極との間で被処理含水物を挟圧するための挟圧手段と、を有し、該陽極に、チタン母板と、貴金属コーティングとを有する陽極板が設けられている電気浸透脱水装置において、該陽極板のチタン母板と貴金属コーティングとの間に防食用下地層を設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
前記下地層としては、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、チタン、及びタングステンの１種よりなる金属又は２種以上の合金などを用いることができる。
【００１５】
本発明の電気浸透脱水装置は、還元剤添加手段や、陽極表面を洗浄する洗浄手段を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、陽極板を構成するチタン母板と貴金属コーティングとの間に防食用下地層を設けているので、チタン母板の腐食が防止され、貴金属コーティングの剥離も防止される。これにより、陽極の通電抵抗上昇が防止されると共に、陽極への汚泥ケーキの付着も防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）図は実施の形態に係る電気浸透脱水装置のプレス脱水時の概略的な縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】実施の形態に係る電気浸透脱水装置のベルト送り工程における概略的な縦断面図である。
【図３】別の実施の形態に係る電気浸透脱水装置の概略的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図１，２を参照して第１の実施の形態について説明する。なお、図２は図１の電気浸透脱水装置のベルト送り工程の様子を示している。
【００１９】
濾布よりなるコンベヤベルト１がローラ２，３間にエンドレスに架け渡されており、無端回動可能とされている。
【００２０】
このコンベヤベルト１の上面側が被処理含水物の搬送側となっており、下面側が戻り側となっている。コンベヤベルト１の搬送側の下面に板状の陰極４が配置されている。この陰極４は金属などの導電材よりなる板状部材であり、上下方向に貫通する多数の孔を有している。陰極４はローラ２の直近からローラ３の直近まで延在している。
【００２１】
このコンベヤベルト１の上面の搬送方向上流部に被処理含水物（この実施の形態では汚泥Ｓ）を供給するようにホッパー５が設けられている。
【００２２】
コンベヤベルト１の搬送部の上方に陽極ユニット２１〜２５が設置されている。図１（ｂ）の通り、コンベヤベルト１の搬送部の両サイドに電気絶縁性材料よりなる側壁板２０が立設されており、コンベヤベルト１上の汚泥が側方へはみ出ないように構成されている。陽極ユニット２１〜２５は側壁板２０，２０間に配置されている。陽極ユニット２１〜２５は、エアシリンダ（図示略）によって昇降可能とされている。エアシリンダの上端は電気浸透脱水装置の本体であるビーム（図示略）に取り付けられている。このビームは、コンベヤベルト１の上方に固定設置されている。
【００２３】
この実施の形態では陽極ユニットがコンベヤベルト搬送方向に５個配置されているが、これに限定されない。陽極ユニットは、コンベヤベルト搬送方向に通常は２〜５個程度配置されていればよい。
【００２４】
各陽極ユニット２１〜２５は、下面に陽極板３０を備えている。各陽極ユニット２１〜２５の陽極板３０と陰極４との間に、直流電源装置（図示略）から直流電圧が印加され、直流電流が通電される。
【００２５】
陽極板３０は、チタン母板と、陽極板３０の最表面を構成する貴金属コーティングと、両者の間の防食用下地層とを有する。チタン母板としては、純チタン板又はチタン合金板が用いられる。
【００２６】
防食用下地層としては、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、チタン、及びタングステンの１種又は２種以上の金属又は合金などを用いることができ、例えば、タンタル、ニオブ、ジルコニウム及びタングステンから選ばれる少なくとも１種の金属５０〜９６重量％とチタン５０〜４重量％とからなる合金を電極材として用いて、チタン母板表面を放電走査することにより、形成された合金層などが好適であるが、これに限定されない。
【００２７】
下地層を形成するのに先立って、チタン母板をサンドブラスト等のケレン処理により粗面化加工するのが好ましい。
【００２８】
チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム及びタングステンから選ばれる１種以上の金属からなる合金は、それ自体既知の方法、例えば、高周波溶解、プラズマアーク溶解、粉末焼結法等により製造ことができるが、特に粉末焼結法が好適である。その後、研磨、加工切削等を行い合金電極棒を得ることができる。
【００２９】
この電極棒を用いて、チタン母板表面を走査して放電加工することにより下地層を形成することができる。下地層の厚さは０．５〜５０μｍ特に１μｍ以上が好適である。
【００３０】
この下地層の上に白金、酸化ルテニウムなどの貴金属又はその酸化物よりなる貴金属系コーティング（以下、貴金属コーティングという。）を形成する。この貴金属コーティングを形成するには、貴金属化合物、例えば塩化物やエトキシド等のアルコキシドをメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等の低級アルコールに溶解して溶液とする。この溶液を上記下地層の上に塗布した後、乾燥させ、４００〜７００℃で空気雰囲気下で焼成することにより、貴金属コーティングが形成される。白金コーティングは、白金電極棒を用いた放電加工や蒸着などによっても形成することができる。この貴金属コーティングの平均厚みは０．５〜５０μｍ程度が好適である。
【００３１】
この実施の形態では、汚泥に還元剤を添加するための機構として、還元剤水溶液の貯槽及び薬注ポンプよりなる還元剤供給機１０と、スプレーノズル１１，１２が設けられている。スプレーノズル１１は、還元剤をホッパー５内の汚泥に添加するものである。ホッパー５内に添加された還元剤は、汚泥がホッパー５を通る際に汚泥と混合される。なお、ホッパー５に撹拌機を設けて混合を促進するようにしてもよい。また、ホッパー５の前段にミキサーを設置し、このミキサーに還元剤を添加し、汚泥と還元剤とを添加してから汚泥をホッパー５に導入してもよい。
【００３２】
スプレーノズル１２は、汚泥Ｓの陽極と接する面、すなわちホッパー５からコンベヤ１上に送り出された汚泥の上面に還元剤水溶液を散布するためのものである。
【００３３】
還元剤としては亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなどが好ましい。
【００３４】
このように構成された電気浸透脱水装置によって汚泥の脱水処理を行うには、ホッパー５内に供給された汚泥Ｓをコンベヤベルト１上に送り出し、各陽極ユニット２１〜２５と陰極４との間に直流電流を通電すると共に、エアシリンダにエアを供給し、この汚泥を陽極ユニット２１〜２５の陽極板３０で上方から押圧する。スプレーノズル１１からホッパー５内に還元剤を添加するか、又はスプレーノズル１２から還元剤をコンベヤ１上の汚泥の上面に散布する。
【００３５】
各陽極ユニット２１〜２５に対し同一の電圧を印加するのが装置の運転管理を容易とする点からして好適であるが、搬送方向下流側ほど電圧を高くしたり、逆に低くしたりしてもよい。また、各陽極ユニットの電流値が同一となるように通電制御してもよい。
【００３６】
各陽極ユニット２１〜２５のエアシリンダに対し同一の圧力のエアを供給してもよく、下流側の陽極ユニットほど供給エア圧を大きく又は小さくするようにしてもよい。
【００３７】
このように陽極ユニット２１〜２５と陰極板４との間に通電すると共に陽極ユニット２１〜２５の陽極板３０で汚泥をプレスすることにより、汚泥が電気浸透脱水される。そして、脱水濾液がコンベヤベルト１を透過し、陰極板４の孔を通過してトレー６上に落下し、排水ライン７に流出する。
【００３８】
図１のように各陽極ユニット２１〜２５に通電する共に、陽極ユニット２１〜２５によって汚泥をプレスするときには、コンベヤベルト１は停止している。陽極ユニット２１〜２５によって所定時間プレス及び通電を行った後、エアシリンダからエアを排出し、図２の通り、陽極ユニット２１〜２５を上昇させる。そして、コンベヤベルト１を陽極ユニット２１〜２５の配列ピッチの１ピッチ分だけ移動させる。これにより、陽極ユニット２５の下側に位置していた汚泥は、脱水汚泥として送り出され、各陽極ユニット２１〜２４の下側に位置していた汚泥はそれぞれ１段だけ下流側の陽極ユニット２２〜２５の下側に移動する。また、ホッパー５から未脱水処理汚泥が陽極ユニット２１の下側に導入される。
【００３９】
還元剤を汚泥Ｓの上面に散布する場合には、このように陽極ユニット２１〜２５を上昇させ、コンベヤベルト１を１ピッチ分だけ送り移動させている間にスプレーノズル１２からコンベヤベルト１上の汚泥Ｓの上面に散布するのが好ましい。
【００４０】
コンベヤベルト１が１ピッチ分だけ送り移動した後、各陽極ユニット２１〜２５を押し下げると共に各陽極ユニット２１〜２５と陰極４との間に通電し、汚泥の電気浸透脱水処理を行う。以下、この工程を繰り返すことにより、汚泥を電気浸透脱水処理する。
【００４１】
汚泥Ｓに還元剤を添加することにより、塩素ガス等のハロゲンガスの発生が抑制される。しかしながら、還元剤が塩素ガスと反応して硫酸や塩酸が生じる。例えば、チオ亜硫酸ナトリウムと塩素とが反応すると、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３＋４Ｃｌ２＋５Ｈ２Ｏ→２Ｈ２ＳＯ４＋２ＮａＣｌ＋６ＨＣｌの反応により硫酸と塩酸が生成する。この実施の形態では、陽極３０に防食用下地層を設けているので、硫酸や塩酸が生じてもチタン母板の腐食が防止される。
【００４２】
上記実施の形態では、陽極ユニット２１〜２５とコンベヤベルト１及び陰極４によって汚泥を電気浸透脱水するようにしているが、本発明は別型式の電気浸透脱水装置にも適用可能である。例えば、図３のように、陽極ドラム６１と、陰極を兼ねるコンベヤベルト６２との間で汚泥Ｓを挟圧する電気浸透脱水装置にも本発明を適用できる。また、図示は省略するが、濾材同士の間で被処理含水物を挟圧する形式の電気浸透脱水装置にも適用することができる。
【００４３】
本発明では、電気浸透脱水装置を所定時間運転した後、陽極板の表面を高圧水の噴射や、ブラシ、スクレーパーなどにより洗浄し、付着したケーキを除去するのが好ましい。
【００４４】
なお、付着する脱水ケーキの影響で直ちに腐食をおこすものではないが、付着脱水ケーキが固着する前に洗浄することが好ましい。固着のしやすさは脱水ケーキの含水率、粘性、付着性により異なり、一律に洗浄頻度を決定することはできないが、洗浄の目安としては１回／日〜１回／月程度である。
【００４５】
また、電極を回転しながら脱水ケーキを挟み込んで通電して電気浸透脱水する図３のタイプの電気浸透脱水機の場合、電極面が上部にある時点に、毎回または間欠的にスクレーパー洗浄したり、ノズル６３によって洗浄水Ｗを噴射し、水洗浄するのが好ましい。
【実施例】
【００４６】
［実施例１］
好気生物処理により発生する余剰汚泥を脱水した脱水ケーキを図１，２に示す構造の電気浸透脱水機により脱水した。陽極ユニットの数は１６、１枚の陽極板３０の面積は３３００ｃｍ２、チタン母板を覆う下地層の合金はチタン・タンタル合金（チタン７０ｗｔ％）（厚さ１０μｍ）、表面の白金コーティングの厚さ１０μｍである。
【００４７】
脱水運転は、途中２回ほど休止したが、それ以外はほぼ連続運転した。
【００４８】
運転条件：通電時間    １０００時間（間欠運転）
通電条件    最大７６０Ａ／ｍ２
最大６０Ｖ
定期洗浄    約１７０時間（１週間）に一回高圧水による洗浄を行った。
【００４９】
その結果、次の通り脱水が行われた。
【００５０】
電気浸透前の脱水ケーキ含水率          ８２〜８４％
電気浸透脱水後の脱水ケーキの含水率    ６０〜６５％
運転後の陽極の表面状態を観察したところ、表面の全面（１００％）に白金コーティングが残存していた。
【００５１】
［実施例２］
高圧水による定期洗浄を行わなかったこと以外は実施例１と同一条件にて運転を行った。その結果、端部の一部にケーキの付着が認められた。陽極板表面の白金コーティングは、表面の９５％に残存していた。
【００５２】
［比較例１］
下地層を形成しなかったこと以外は実施例２と同一条件にて運転を行った。その結果、陽極板表面の白金コーティングは、表面の６０％にしか残存しなかった。
【００５３】
［考察］
以上の実施例及び比較例より明らかな通り、本発明によると、電気浸透脱水機の陽極の腐食を防止することができる。これにより、陽極の耐久性を大幅に向上し、交換頻度を減らすことができる。
【００５４】
比較例１では、汚泥が付着した部分、特に端部に基材腐食が確認されたが、実施例１，２では、基材に腐食がないことが判明した。また、定期的に洗浄することで腐食も大幅に低減できる。
【符号の説明】
【００５５】
１  コンベヤベルト
２，３  ローラ
４  陰極
５  ホッパー
１０  還元剤供給機
１１，１２  スプレーノズル
２１〜２５  陽極ユニット
３０  陽極板
６０  陽極ドラム
６２  コンベヤベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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