(57)【要約】【課題】電解処理水に残存する次亜塩素酸系の酸化剤を、還元剤の添加なしに分解する方法および装置を提供する。【解決手段】本発明は、電解処理水中の残留塩素濃度が少なくとも１００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは２００ｍｇ／Ｌ以上となるよう廃水を電解処理した後に、電解処理水に対して波長３００ｎｍ以下の紫外線を照射する。これにより次亜塩素酸系の酸化剤系の酸化剤による十分な処理効果が得られ、かつ残留塩素が分解された処理水を得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化物イオンを含む廃水を電気分解して、塩化物イオンから次亜塩素酸系の酸化剤を生成させ、この酸化剤の酸化作用により廃水に対して目的とする処理を行なった後、得られる電解処理水に対して紫外線を照射することにより次亜塩素酸系の酸化剤を分解・除去することを特徴とする廃水の電解処理方法。
【請求項２】
目的とする処理が、有機物含有廃水に対する有機物量の低減化処理、着色廃水に対する着色成分の脱色化処理、高分子化合物含有廃水に対する高分子化合物の低分子化処理及び窒素含有廃水に対する脱窒処理からなる群から選ばれる１又は２以上の処理である請求項１記載の廃水の電解処理方法。
【請求項３】
塩化物イオンを含む廃水を受け入れ、電気分解を利用して廃水に対して目的とする処理を行なう電解槽を設けるとともに、その後段に、電解槽から排出される電解処理水を受け入れ次亜塩素酸系の酸化剤を分解・除去するための紫外線ランプを備える紫外線照射槽を配したことを特徴とする廃水の電解処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水の電解処理方法及び電解処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃水の処理方法の一つに、廃水に含まれる塩化物イオンを電気分解により酸化し、次亜塩素酸に代表される次亜塩素酸系の酸化剤の酸化力により対象物質を処理する方法がある。例えば、対象物質が有機物である場合には次亜塩素酸系の酸化剤により有機物が低分子化あるいは無機化されることで処理が進み、対象物質がアンモニア性窒素の場合には次亜塩素酸系の酸化剤と反応して窒素ガス化が進み廃水中から除去される。このような電気分解を利用した廃水処理方法においては、処理対象の処理を十分に行なうためには次亜塩素酸系の酸化剤が過剰量必要であり、その結果、処理終了後の電解処理水中には次亜塩素酸系の酸化剤が少なからず残存することになる。
【０００３】
このように次亜塩素酸系の酸化剤が残存した電解処理水を放流する際には、自然環境に影響がない程度まで次亜塩素酸系の酸化剤を還元して消失させる必要があり、また該電解処理水に対して後段でさらに他の処理を施す場合にも、次亜塩素酸系の酸化剤の残存量は少ない方が望ましい。
【０００４】
従来、水中の次亜塩素酸を分解する方法としては、次亜塩素酸含有水を活性炭充填塔に通過させ、次亜塩素酸を分解する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、次亜塩素酸含有水に還元剤を添加する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第２９１１７７９号公報
【特許文献２】特開２００３−２３６３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、次亜塩素酸を活性炭により分解させる方法は、次亜塩素酸の含有量が数ｐｐｍ程度であれば可能であるが、該電解処理水中の次亜塩素酸が更に高濃度となる場合には不十分となる。また、還元剤を添加する方法は、次亜塩素酸の含有量が高濃度である場合にも適用できるものの、次亜塩素酸が還元されて生成する塩化ナトリウムに加え、還元剤が酸化されて生成する塩が追加され、電解処理水の塩濃度が上昇してしまうという問題を抱えていた。
【０００６】
本発明は、廃水を電解処理する過程で塩化物イオンから生成した次亜塩素酸を、その濃度が高い場合においても還元剤を添加することなく速やかに分解することができる廃水の電解処理方法及びそれを実施するための廃水の電解処理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】
【０００７】
本発明者は、このような課題を解決するために検討の結果、次亜塩素酸を含む電解処理水に対して特定の波長の紫外線を一定条件下照射することで、次亜塩素酸を速やかに分解できることを見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明の第１は、塩化物イオンを含む廃水を電気分解して、塩化物イオンから次亜塩素酸系の酸化剤を生成させ、この酸化物質の酸化作用により廃水に対して目的とする処理を行なった後、得られる電解処理水に対して紫外線を照射することにより次亜塩素酸系の酸化剤を分解・除去することを特徴とする廃水の電解処理方法を要旨とするものであり、好ましくは、目的とする処理が、有機物含有廃水に対する有機物量の低減化処理、着色廃水に対する着色成分の脱色化処理、高分子化合物含有廃水に対する高分子化合物の低分子化処理、窒素含有廃水に対する脱窒処理からなる群から選ばれる１又は２以上の処理である前記した廃水の電解処理方法である。
【０００９】
また、本発明の第２は、塩化物イオンを含む廃水を受け入れ、電気分解を利用して廃水に対して目的とする処理を行なう電解槽を設けるとともに、その後段に、電解槽から排出される電解処理水を受け入れ次亜塩素酸系の酸化剤を分解・除去するための紫外線ランプを備える紫外線照射槽を配したことを特徴とする廃水の電解処理装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、廃水に対して電気分解によってＣＯＤ低減、脱色、高分子化合物の低分子化、窒素含有廃水に対する脱窒処理などの処理を行った後に、紫外線照射により電解処理水中に残存する次亜塩素酸系の酸化剤を、還元剤を添加することなしに速やかに分解できるので、塩濃度の上昇を抑え、薬品補充の手間を省くことができる。
【００１１】
また、紫外線照射により励起され反応性の増した次亜塩素酸系の酸化剤は、物質を酸化する反応が加速されるため、酸化剤自身の分解と同時に、電解処理単独では分解しきれない物質に対しての低減効果も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の廃水の電解処理装置における基本構成の一例と、処理フローの概略を示す図である。廃水６が電解槽１へ流入し、陽極２と陰極３の間を流れる電流により、陽極２側において廃水６に含まれる塩化物イオンから次亜塩素酸系の酸化剤が生成し、この酸化剤により廃水６に含まれる処理対象物質に対する目的とする処理が進行する。目的とする処理が十分に進行し、次亜塩素酸系の酸化剤を含有する電解処理水７は、電解槽１から紫外線照射槽４へ流入し、ここで紫外線ランプ５から照射される特定波長の紫外線によって次亜塩素酸系の酸化剤が塩化物イオンに分解される結果、次亜塩素酸系の酸化剤の濃度が低減された紫外線処理水８が得られ、この紫外線処理水８が放流され、あるいは次工程の処理に供されることとなる。
【００１３】
本発明の電解処理方法が適用できる廃水としては、し尿系廃水、畜産廃水、最終処分場からの浸出水、海水魚の養殖廃水などが挙げられる。上記したような廃水には、通常、塩化物イオンが１０００〜２００００ｍｇ／Ｌ程度含有しており、そのような廃水の場合には電気分解を行うことにより処理に必要な量の次亜塩素酸系の酸化剤が生成してくる。廃水中の塩化物イオンの濃度が前記した量に満たなければ、電解槽に流入する前段で、あるいは電解槽に流入した後に塩化物を添加して廃水中の塩化物イオン濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは２０００ｍｇ／Ｌ以上となるようにすればよい。塩化物イオン源としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩酸、海水等が挙げられるが、ｐＨなど処理対象廃水の特性や使用する薬品の安全性、地域性及び価格を考慮してこれらの中から選択すればよい。また場合によっては塩化物イオンの代替として、電解処理によって次亜臭素酸系の酸化剤を発生させる臭化物イオンを添加する方法も可能である。この場合の臭化物イオン添加量は、廃水中の臭化物イオン濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは４０００ｍｇ／Ｌ以上となるようにすればよい。
【００１４】
なお、塩化物イオンの濃度は、モール法と呼ばれる硝酸銀滴定法に代表される種々の滴定法で測定できる他、特に高濃度域を測定する場合には塩化物イオン電極を用いる方法が迅速かつ容易となる場合がある。
【００１５】
本発明においては、上記のような廃水を電解槽に受け入れ、廃水を電気分解して塩化物イオンから次亜塩素酸系の酸化剤を生成させ、この酸化剤の酸化作用によって廃水に対して目的とする処理を行なう。
【００１６】
本発明において用いられる電解槽には、陽極及び陰極の電極と直流電源が備わっている。電極の材質および形状については特に限定するものではなく従来の電解処理で公知のものが好適に用いられる。例えば、陽極２には炭素、フェライト、白金メッキチタン、白金焼成チタンなどを使用することができ、また陰極３にはステンレスなどを使用することができる。陽極２及び陰極３とも、板状、メッシュ状などの形状のものを使用することができる。また、陽極２及び陰極３の有効面積については、電解処理時の電圧・電流値をもとに決定する。塩化物イオンが陽極表面で酸化されて次亜塩素酸系の酸化剤に酸化されるための理論的な電圧値は１．３６Ｖであり、実際にはそれより大きな電圧のもとで、電流値に応じた量の次亜塩素酸系の酸化剤が発生する。しかし電流値を大きくするに従って、水の電気分解で生じる陽極上での酸素および陰極上での水素も多く発生し、これらの気泡が各電極表面を覆って電流が流れにくくなる現象が生じるため、電解効率すなわち次亜塩素酸系の酸化剤の発生効率は電圧が高いほど低くなっていく。この発生効率を高く保つためには、電極面積を大きく設定し、同じ電流値に対する電圧値が小さくなるようにする必要がある。従って、同じ電解処理効果を得る際に、電極面積を小さく設定すれば、装置は小規模になり建設費が安価となる代わりに、運転に必要な電力量が大きくなる。逆に電極面積を大きく設定すれば、装置が大規模になり建設費用が大きくなる代わりに、運転に必要な電力量を低く抑えることができる。一般に電極、特に陽極において、その材質によって単位面積当たりに流せる電流の上限値が設けられていることが多く、５Ａ／ｄｍ２（アンペア／平方デシメートル）前後の値が設定されている。
【００１７】
また電解槽１での滞留時間に相当する電解処理の時間は、電極面積およびそこに流す電流値が決まれば、卓上での回分実験において、処理対象物質の濃度を経時的に調べることにより決定することができる。
【００１８】
本発明において、廃水に対して目的とする処理としては、特に限定されるものではないが、例えば、有機物含有廃水に対する有機物量の低減化処理、着色廃水に対する着色成分の脱色化処理、高分子化合物含有廃水に対する高分子化合物の低分子化処理及び窒素含有廃水に対する脱窒処理などが挙げられる。いずれの処理も、塩化物イオンを含む廃水を電気分解して生成した次亜塩素酸系の酸化剤の酸化力を利用するものである。廃水を電気分解すると、陽極上で下記の式１で示される反応によりＣｌ２（分子状塩素）が生成する。次いで、式２および式３の反応によりＨＣｌＯ（次亜塩素酸）、ＣｌＯ−（次亜塩素酸イオン）の各々が主にｐＨの条件によって可逆的な反応で生成する。これら分子状塩素、次亜塩素酸、次亜塩素酸イオンの３種が酸化力を有している。
【００１９】
２Ｃｌ−  ⇒  Ｃｌ２  ＋  ２ｅ−  ・・・（式１）
Ｃｌ２  ＋  Ｈ２Ｏ  ⇔  ＨＣｌＯ  ＋  Ｈ＋  ＋  Ｃｌ−  ・・・（式２）
ＨＣｌＯ  ⇔  Ｈ＋  ＋  ＣｌＯ−  ・・・（式３）
電解処理時にはこれら次亜塩素酸系の酸化剤が処理対象物質を酸化し、自身は還元されて塩化物イオンに戻るが、これが再度陽極上で式１〜式３の反応により酸化剤として再構成されるので、電解処理中は常に酸化剤が供給し続けられる。
【００２０】
これに対して廃水６に含まれる処理対象物質が次亜塩素酸系の酸化剤によって酸化される際には、一般に反応の初期段階で酸化効率がよく、反応が徐々に進行するに従って酸化効率が悪化していく。従って次亜塩素酸系の酸化剤の酸化力によって可能な限り処理対象物質を酸化しようとすれば、処理の最終段階では過剰な量の酸化剤が必要となるため、結果的に電解処理水７中には次亜塩素酸系の酸化剤が残存することになる。十分な処理効果を得るためには、これら次亜塩素酸系の酸化剤が、電解槽１において１００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは２００ｍｇ／Ｌ以上の濃度で含有される状態であることが望ましい。
【００２１】
以上のようにして、廃水に対して目的とする処理が行なわれるが、その結果電解処理水中には次亜塩素酸系の酸化剤が残存することとなる。
【００２２】
本発明においては、次に電解処理水を紫外線照射槽に導入し、特定波長の紫外線を一定条件下照射する。紫外線照射槽にはそのような紫外線を照射するための紫外線ランプが備わっている。本発明において用いられる紫外線は、次亜塩素酸系の酸化剤を分解し得る波長であればよいが、特に分解効率が高い波長３００ｎｍ以下の紫外線が好ましい。このような波長の紫外線を照射できる紫外線ランプ５には、一般に流通しているものとして、例えば殺菌線と呼ばれる２５３．７ｎｍの波長を主波長とする浸せき型の低圧水銀ランプや、殺菌線と、オゾン線と呼ばれる波長１８４．９ｎｍの２つを主波長にもつ浸せき型の低圧水銀ランプが挙げられる。
【００２３】
照射条件は、例えば上記の主波長２５３．７ｎｍの浸せき型低圧水銀ランプであれば、電解処理水７に含まれる次亜塩素酸系の酸化剤のうち必要とされる分解量（分子状塩素態の塩素と次亜塩素酸態塩素および次亜塩素酸イオン態の塩素の濃度の総和×水量）１ｋｇに対し紫外線ランプ５の総消費電力量３０ｋＷｈを目安としてランプの必要本数と処理時間を定め、ランプが効率よく紫外線を照射できる配置を考慮した上で、それらを浸せきするのに必要な紫外線照射槽４の容量を決定すればよい。
【００２４】
このようにして紫外線を照射することにより、次亜塩素酸系の酸化剤は励起された状態になり、反応性が上昇する。これにより例えば次亜塩素酸であれば式４で示した反応が加速されて、分解が進行し、最大では完全に分解することも可能となる。
【００２５】
２ＨＣｌＯ  ⇒  ２ＨＣｌ  ＋  Ｏ２  ・・・（式４）
さらに、励起された次亜塩素酸系の酸化剤は酸化反応も加速されるため、仮に電解処理水７中に処理対象となる物質が残存している場合は、これらの物質を酸化し、自身が分解される反応が加速される。従って紫外線照射槽４においても処理対象の低減化が期待できる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１
インディゴブルー（化学式：Ｃ１６Ｈ１０Ｎ２Ｏ２）を主成分とする青色系染料（ＤｙＳｔａｒ社製  商品名：Ｂｌｕｅ  ＵＮ−ＳＥ）の１０ｍｇ／Ｌ水溶液を処理対象とし、本発明による脱色の実験を実施した。使用した装置のフローを図２に、仕様を表１にそれぞれ示し、また実験条件を表２に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
【表２】
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【００２９】
実施例１では図２に示したように、廃水６として用いた青色系染料に、電解質および次亜塩素酸系の酸化剤の供給源として塩化ナトリウム３ｇ／Ｌを添加して溶解し、電解槽１と紫外線照射槽４での滞留時間がそれぞれ３０分、計６０分となるように供給した。電解槽１の陽極２と陰極３はそれぞれ板状のものを使用した。１枚の陽極２（面積２２０ｃｍ２）を、それと同じ面積の２枚の陰極３で挟み込むように設置し、互いに向かい合った面の面積の合計を各電極の有効面積４４０ｃｍ２としている。電解処理中の消費電力は、後段の紫外線ランプ５とほぼ等しくなるよう、約４０Ｗになるよう設定した。紫外線照射槽４の紫外線ランプ５には主波長が２５３．７ｎｍの４０Ｗ浸せき型低圧水銀ランプを使用した。
【００３０】
処理後の結果として、電解処理水７および紫外線処理水８の次亜塩素酸系の酸化剤の濃度を残留塩素（全塩素）濃度として測定し、表３に示した。また廃水６と電解処理水７、および紫外線処理水８の可視光域における吸光度を、図３にそれぞれ細実線、細点線、太実線で示した。
【００３１】
表３から紫外線処理によって残留塩素の濃度が大幅に減少することが確認され、また図３において電解処理水６よりも紫外線処理水７の吸光度のピークが小さくなっていることから、紫外線照射によって脱色も進行していることが確認できた。
【００３２】
比較例１
比較例１では、実施例１と処理対象の種類、供給量は同じとし、後段の紫外線照射槽４は使用せず、電解槽１のみで滞留時間６０分（通液量４Ｌ／時間）の処理を行った。従って実施例１と比較例１では処理装置の滞留時間の合計６０分と、水量当たりの消費電力量の合計５Ｗｈ／Ｌが同じ条件となる。
【００３３】
処理後の結果として、残留塩素濃度を表３に、吸光度を図３に太点線でそれぞれ実施例１とともに併記した。比較例１では電解槽１の滞留時間が実施例１に比較して２倍の６０分であるため、残留塩素濃度も４６４ｍｇＣｌ／Ｌと実施例１の電解処理水７よりも高い値を示した。また図３から、比較例１の電解処理水７は、実施例１の紫外線処理水８よりも吸光度のピークが高く現れており、消費電力量が同じであれば、滞留時間６０分の電解処理単独とするよりも、滞留時間３０分の電解処理の後段に滞留時間３０分で紫外線照射を施す本発明の実施例１が脱色に対しても有効であることが確認できた。
【００３４】
【表３】
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【００３５】
実施例２
実施例２では、し尿および浄化槽汚泥を処理している汚泥再生処理センターで採取した凝集膜分離水を廃水６として用い、この黄褐色の着色成分を脱色する実験を実施した。実験には実施例１と同様、図２に示される装置を使用した。凝集膜分離水中には塩化物イオンが約１０００ｍｇ／Ｌ含まれているため電解質の添加を行わず、その他の処理条件については実施例１で示した表２の「通液量」以下と同一とした。
【００３６】
処理後の結果として、電解処理水７および紫外線処理水８の残留塩素濃度を表４に示した。また廃水６と電解処理水７、および紫外線処理水８の可視光域における吸光度を、図４にそれぞれ細実線、細点線、太実線で示した。
【００３７】
表４に示したように、滞留時間30分の紫外線照射によって、処理前の電解処理水７で１９８ｍｇＣｌ／Ｌ存在していた残留塩素が４３ｍｇＣｌ／Ｌまで分解されていた。また図４から、紫外線照射により脱色効果も得られていることが確認できた。
【００３８】
【表４】
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【００３９】
比較例２
比較例２では、実施例２と同様、凝集膜分離水を処理対象とし、比較例１と同様に滞留時間６０分の電解処理のみを実施した。処理後の残留塩素濃度を表４に、また吸光度を図４の太点線で実施例２と併記して示したが、比較例２の電解処理水７は残留塩素が３９２ｍｇＣｌ／Ｌと高濃度で残留していた。また吸光度は実施例２の滞留時間３０分の電解処理水からほとんど変化しておらず、電解処理単独では滞留時間を長くしてもこれ以上の処理効果が期待できないことを示唆する結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による電解廃水処理装置の一例を示している。
【図２】本発明による電解廃水処理装置の他の例を示している。
【図３】本発明による脱色効果の一例を比較例とともに示している。
【図４】本発明による脱色効果の他の例を比較例とともに示している。
【符号の説明】
【００４１】
１  電解処理槽
２  陽極
３  陰極
４  紫外線照射槽
５  紫外線ランプ
６  廃水
７  電解処理水
８  紫外線処理水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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