(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐＨを３以下の酸性になるように調整しながら被処理水に浸された陽極と陰極の間に電流を流して、陽極で塩化物イオンと水とを反応させて次亜塩素酸を生成し、陰極で三価鉄イオンを還元して二価鉄イオンを生成し、それらの次亜塩素酸と二価鉄イオンとを反応させて生成したＯＨラジカルによって被処理水に溶存している有機化合物を酸化して分解する促進酸化水処理方法であって、
前記陰極の表面にフロー制御器によって０．６ｍ／ｓｅｃ以上で５ｍ／ｓｅｃ以下の速度の被処理水の流れを生じさせることを特徴とする促進酸化水処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の促進酸化水処理方法において、
前記陽極の表面の面積は、前記陰極の表面の面積よりも小さいことを特徴とする促進酸化水処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の促進酸化水処理方法において、
前記陽極は、その表面に複数の孔が形成されていることを特徴とする促進酸化水処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の促進酸化水処理方法において、
前記被処理水のＯＲＰを測定することによって前記次亜塩素酸の濃度を監視することを特徴とする促進酸化水処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の促進酸化水処理方法において、
前記ＯＲＰが上昇した場合に前記陰極の表面の被処理水の速度を増加させ、前記ＯＲＰが減少した場合に前記陰極の表面の被処理水の速度を低下させて、前記ＯＲＰを制御することを特徴とする促進酸化水処理方法。
【請求項６】
請求項４に記載の促進酸化水処理方法において、
前記陰極は、第１電解フローセルに設けられる第１陰極と第２電解フローセルに設けられる第２陰極とを有して構成され、
前記陽極は、第１電解フローセルに設けられる第１陽極と第２電解フローセルに設けられる第２陽極とを有して構成され、
前記ＯＲＰが上昇した場合に前記第１陰極の表面の被処理水の速度を増加させ、前記ＯＲＰが減少した場合に前記第１陰極の表面の被処理水の速度を低下させて、前記ＯＲＰを制御することを特徴とする促進酸化水処理方法。
【請求項７】
請求項４に記載の促進酸化水処理方法において、
前記陰極は、第１電解フローセルに設けられる第１陰極と第２電解フローセルに設けられる第２陰極とを有して構成され、
前記陽極は、第１電解フローセルに設けられる第１陽極と第２電解フローセルに設けられる第２陽極とを有して構成され、
前記ＯＲＰが上限基準値よりも上昇した場合には前記ＯＲＰを下降させるために前記第２電解フローセルに印加する電圧をＯＦＦにし、前記ＯＲＰが下限基準値よりも減少した場合には前記ＯＲＰを上昇させるために前記第２電解フローセルに印加する電圧をＯＮにすることを特徴とする促進酸化水処理方法。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載の促進酸化水処理方法において、
前記ＯＲＰは、９８１ｍＶ以上で１１６６ｍＶ以下の範囲に有るように制御されることを特徴とする促進酸化水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に溶存している有機化合物を処理する促進酸化水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業排水等の水中に溶存している有機化合物は、一般に、好気性・嫌気性微生物による生物処理がなされる。しかしながら，一部の難分解性の有機化合物は生分解性が低いため、生物処理の適用が困難な場合もある。このような難分解性の有機化合物を処理できる技術として促進酸化水処理方法がある。促進酸化水処理方法は、処理装置内でＯＨラジカル（・ＯＨ）を生成させ、ＯＨラジカルの強い酸化力によって，難分解性の有機化合物を分解・無害化するものである。ＯＨラジカルは非常に酸化力が強いため、多くの有機化合物を二酸化炭素や蟻酸、アルデヒドまで分解・低分子化することができ、生物処理と組み合わせることにより難分解性の有機化合物の処理法として有効である。従来の促進酸化水処理方法はオゾン（Ｏ３）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、ＵＶ照射の組み合わせによるものが一般的である。これよりも簡便な促進酸化水処理方法として、二価鉄イオン（Ｆｅ２＋）と過酸化水素の反応を利用するフェントン法、及びフェントン法に電気分解を組み合わせた電解フェントン法も知られている。
【０００３】
更には、フェントン法における過酸化水素の代わりに次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）を用いるフェントン型処理法が知られている。そして、特許文献１には、フェントン型処理法に電気分解を組み合わせた電解フェントン型処理法が開示されている。この電解フェントン型処理法では、電気分解により二価鉄イオンと次亜塩素酸を生成し、これらの二価鉄イオンと次亜塩素酸を反応させてＯＨラジカルを生成している。
【０００４】
電解フェントン型処理法は、鉄イオンが再利用可能であること、添加する塩化物イオン源が安価であること、塩化物イオン源が過酸化水素のような取り扱い上の危険性が高い薬剤でないこと、等の理由から設備コスト及び薬剤コストを含めた運転コストの低減が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９６６９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、工業排水等の水処理は、処理効率を増大させることが常に望まれる。本願発明者は、特許文献１に記載の促進酸化水処理方法を基にして更に鋭意研究し、処理効率を増大させることができる促進酸化水処理方法を案出するに至った。
【０００７】
本発明は係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気分解により二価鉄イオンと次亜塩素酸を生成し、これらの二価鉄イオンと次亜塩素酸を反応させてＯＨラジカルを生成する促進酸化水処理方法であって、処理効率を増大させることができる促進酸化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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の促進酸化水処理方法は、ｐＨを３以下の酸性になるように調整しながら被処理水に浸された陽極と陰極の間に電流を流して、陽極で塩化物イオンと水とを反応させて次亜塩素酸を生成し、陰極で三価鉄イオンを還元して二価鉄イオンを生成し、それらの次亜塩素酸と二価鉄イオンとを反応させて生成したＯＨラジカルによって被処理水に溶存している有機化合物を酸化して分解する促進酸化水処理方法であって、前記陰極の表面にフロー制御器によって０．６ｍ／ｓｅｃ以上で５ｍ／ｓｅｃ以下の速度の被処理水の流れを生じさせることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の促進酸化水処理方法は、請求項１に記載の促進酸化水処理方法において、前記陽極の表面の面積は、前記陰極の表面の面積よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の促進酸化水処理方法は、請求項２に記載の促進酸化水処理方法において、前記陽極は、その表面に複数の孔が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の促進酸化水処理方法は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の促進酸化水処理方法において、前記被処理水のＯＲＰを測定することによって前記次亜塩素酸の濃度を監視することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の促進酸化水処理方法は、請求項４に記載の促進酸化水処理方法において、前記ＯＲＰが上昇した場合に前記陰極の表面の被処理水の速度を増加させ、前記ＯＲＰが減少した場合に前記陰極の表面の被処理水の速度を低下させて、前記ＯＲＰを制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の促進酸化水処理方法は、請求項４に記載の促進酸化水処理方法において、前記陰極は、第１電解フローセルに設けられる第１陰極と第２電解フローセルに設けられる第２陰極とを有して構成され、前記陽極は、第１電解フローセルに設けられる第１陽極と第２電解フローセルに設けられる第２陽極とを有して構成され、前記ＯＲＰが上昇した場合に前記第１陰極の表面の被処理水の速度を増加させ、前記ＯＲＰが減少した場合に前記第１陰極の表面の被処理水の速度を低下させて、前記ＯＲＰを制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の促進酸化水処理方法は、請求項４に記載の促進酸化水処理方法において、前記陰極は、第１電解フローセルに設けられる第１陰極と第２電解フローセルに設けられる第２陰極とを有して構成され、前記陽極は、第１電解フローセルに設けられる第１陽極と第２電解フローセルに設けられる第２陽極とを有して構成され、前記ＯＲＰが上限基準値よりも上昇した場合には前記ＯＲＰを下降させるために前記第２電解フローセルに印加する電圧をＯＦＦにし、前記ＯＲＰが下限基準値よりも減少した場合には前記ＯＲＰを上昇させるために前記第２電解フローセルに印加する電圧をＯＮにすることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の促進酸化水処理方法は、請求項４〜７のいずれか１項に記載の促進酸化水処理方法において、前記ＯＲＰは、９８１ｍＶ以上で１１６６ｍＶ以下の範囲に有るように制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の促進酸化水処理方法によれば、処理効率を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る促進酸化水処理方法を実現する促進酸化水処理装置の模式図である。
【図２】同上の促進酸化水処理装置の電解フローセルの断面図である。
【図３】同上の促進酸化水処理装置の陽極の変形例の平面図である。
【図４】同上の促進酸化水処理方法を実現する他の促進酸化水処理装置の模式図である。
【図５】同上の他の促進酸化水処理装置の電解フローセルと第２電解フローセルの断面図である。
【図６】同上の促進酸化水処理装置においてＯＲＰ測定器とＯＲＰ制御器を備えたものの模式図である。
【図７】同上の他の促進酸化水処理装置においてＯＲＰ測定器とＯＲＰ制御器を備えたものの模式図である。
【図８】同上の他の促進酸化水処理装置においてＯＲＰ測定器とＯＲＰ制御器を備えたもので用いられる連結容器の模式図である。
【図９】同上の他の促進酸化水処理装置においてＯＲＰ測定器とＯＲＰ制御器を備えたものの変形例の模式図である。
【図１０】同上の促進酸化水処理方法の実験で使用する実験装置の１つの模式図である。
【図１１】同上の促進酸化水処理方法の１つの実験結果を示す特性グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る促進酸化水処理方法を実現する促進酸化水処理装置１の模式図である。この促進酸化水処理装置１は、水槽２と電解フローセル３を有している。水槽２と電解フローセル３の間には、被処理水Ｓが循環できるような管路が設けられている。また、水槽２から電解フローセル３へ向かう管路には、フロー制御器４が設けられている。フロー制御器４としては、流量が制御できるポンプを用いることができる。電解フローセル３の外側には、後述する陽極３０Ｘと陰極３０Ｙの間に電圧を印加する電圧印加手段５が設けられている。また、ｐＨ制御器６が設けられている。
【００１９】
電解フローセル３は、図２に示すように、被処理水Ｓが流れる流路Ｐを挟んで、互いに対向する陽極（アノード）３０Ｘと陰極（カソード）３０Ｙが設けられている。陽極３０Ｘは、ペルメレック電極株式会社製のＤＳＡ（ペルメレック電極株式会社の登録商標）の板状電極又は白金コートしたチタン製の板状電極などを用いることができる。陰極３０Ｙは、チタン製の板状電極などを用いることができる。
【００２０】
電解フローセル３において、陽極３０Ｘと陰極３０Ｙ以外は以下の構成とすることができる。すなわち、陽極３０Ｘと陰極３０Ｙの間にスペーサ用シート（例えば、シリコンシート）３１を設け、その中に流路Ｐを形成する。陽極３０Ｘと陰極３０Ｙの周囲には各々、漏水防止用シート（例えば、シリコンシート）３２、３２を設ける。陽極３０Ｘと陰極３０Ｙ（及び漏水防止用シート３２、３２）の各々の外側には金属板（例えば、ステンレス鋼板）３３、３３を設け、それらに電圧印加手段５からの配線を接続する。金属板３３、３３の各々の外側には、漏水防止用シート（例えば、シリコンシート）３４、３４を設け、更にその外側には、保護板（例えば、アクリル製）３５、３５を設ける。片側の漏水防止用シート３２、金属板３３、漏水防止シート３４、保護板３５の各々には、スペーサ用シート３１の中の流路Ｐに連通する２個の連通孔Ｐ’、Ｐ’’が、流路Ｐの両端部に対応する位置に形成されている。保護板３５においては、一方の連通孔Ｐ’が、水槽２から電解フローセル３へ向かう管路に接続され、もう一方の連通孔Ｐ’’が、電解フローセル３から水槽２へ向かう管路に接続される。
【００２１】
促進酸化水処理装置１を用いた促進酸化水処理方法は、先ず、水槽２の中の被処理水Ｓに、鉄イオン源（例えば、塩化鉄（ＦｅＣｌ３））を添加し、必要に応じて塩化物イオン源（例えば、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ））を添加することで、被処理水Ｓに鉄イオンと塩化物イオンを存在せしめる。被処理水Ｓに大量の塩化物イオンが元々含まれている場合には外部から添加する塩化物イオン源は不要の場合がある。また、海岸の近傍に在る工場の排水が被処理水Ｓの場合は、海水を塩化物イオン源として被処理水Ｓに添加するような形態とすることが可能である。
【００２２】
そして、ｐＨ制御器６によって被処理水ＳのｐＨを３以下の酸性になるように調整しながら、フロー制御器４によって、被処理水Ｓを水槽２と電解フローセル３の間を循環させ続ける。電解フローセル３の中では、流れる被処理水Ｓを挟む陽極３０Ｘと陰極３０Ｙの間に電圧を印加して電流を流す。
【００２３】
陽極３０Ｘと陰極３０Ｙの間の電圧印加により、陽極３０Ｘにおいて、以下の式に示すように、塩化物イオン（Ｃｌ−）と水（Ｈ２Ｏ）の反応により、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）とそれに付随して塩酸（ＨＣｌ）が生成され、陽極３０Ｘには電子が残る。
２Ｃｌ−  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＨＯＣｌ  ＋  ＨＣｌ  ＋  ２ｅ−
【００２４】
また、陰極３０Ｙでは、以下の式に示すように、後述のフェントン型反応で生成されたものを含む被処理水Ｓの中の三価鉄イオン（Ｆｅ３＋）が陰極３０Ｙから電子を受けて二価鉄イオン（Ｆｅ２＋）となる還元反応が生じる。
Ｆｅ３＋  ＋  ｅ−  →  Ｆｅ２＋
【００２５】
陽極３０Ｘで生成された次亜塩素酸は、被処理水Ｓの中の二価鉄イオン、すなわち陰極３０Ｙで生成された二価鉄イオンと、以下の式で示すような反応（フェントン型反応）を起こし、ＯＨラジカルとそれに付随して塩化物イオンと三価鉄イオンが生成される。
Ｆｅ２＋  ＋  ＨＯＣｌ  →  Ｆｅ３＋  ＋  Ｃｌ−  ＋  ・ＯＨ
被処理水Ｓに溶存している有機化合物は、このＯＨラジカルにより酸化されて分解される。ここで、陽極３０Ｘにおいて次亜塩素酸が徐々に発生し、その次亜塩素酸からＯＨラジカルが生成され、そのＯＨラジカルの多くは有機化合物の分解に供される。従って、有機化合物を効率的に分解することができる。
【００２６】
ここで、フロー制御器４は、陽極３０Ｘと陰極３０Ｙの間に被処理水Ｓを送り込み、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａに沿って（表面３０Ｙａに平行に）流れる被処理水Ｓの速度を制御している。その速度を０．６ｍ／ｓｅｃ以上に増大させると、１．０ｋＡ／ｍ２以上の高い電流密度の状態で、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａ近傍での物質移動抵抗を減少させ、電極での還元反応を促進して、電流効率を高くすることができる（後述する実験１参照）。その結果、処理効率を増大させることができる。なお、電解フローセル３の中では、陽極３０Ｘと陰極３０Ｙの間に流路Ｐが設けられているので、陽極３０Ｘの表面３０Ｘａに沿って流れる被処理水Ｓの速度は、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａに沿って流れる被処理水Ｓの速度にほぼ等しくなっている。また、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａに沿って流れる被処理水Ｓの速度の上限は、装置の物理的な制約などから、例えば５ｍ／ｓｅｃに決めることが可能である。また、電流効率は、流す電流のうち被処理水Ｓの促進酸化水処理に寄与するものの割合である。その詳細な説明は省略するが、特許文献１に詳細な説明が記載されている。
【００２７】
この促進酸化水処理装置１では、水槽２とは別の電解フローセル３を用いているので、フロー制御器４で制御して、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａに沿って所定の速度の被処理水Ｓの流れを生じさせるのが容易である。なお、場合によっては、電解フローセル３を設けず、水槽２の中に陽極３０Ｘと陰極３０Ｙを設置し、別の形態のフロー制御器４で陰極３０Ｙの表面３０Ｙａに沿って所定の速度の被処理水Ｓの流れを生じさせることも可能である。
【００２８】
また、陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積を陰極３０Ｙの表面３０Ｙａの面積よりも小さくすることによっても、処理効率を増大させることが可能である。これは、電流密度が比較的高い状態での陰極３０Ｙの近傍においては、電流密度を高くするに従って水の電気分解に伴う水酸化物イオンが増加し、それにより水酸化鉄が生成され、二価鉄イオンの生成が抑制されることになる。よって、陰極３０Ｙの近傍においては、電流密度を抑えた方が、電流効率が高くなる傾向になる。その一方、電流密度が比較的高い状態での陽極３０Ｘの近傍においては、電流密度を高くするに従って次亜塩素酸が多く生成され、水の電気分解が無視できるようになる。よって、陽極３０Ｘの近傍においては、電流密度を高くした方が、電流効率が高くなる傾向になる。従って、陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積を陰極３０Ｙの表面３０Ｙａの面積よりも相対的に小さくすれば、すなわち、陽極３０Ｘの電流密度を陰極３０Ｙの電流密度よりも相対的に大きくすれば、電流効率を高くすることができる。その結果、処理効率を増大させることができる。
【００２９】
また、陽極３０Ｘの電極材料は、一般に、高価であるため、陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積を小さくすることによって、設備コストの点からも有利である。陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積は、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａの面積よりも１／１０以下とすることも可能である。
【００３０】
陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積を陰極３０Ｙの表面３０Ｙａの面積よりも小さくする具体的な形態としては、単純に陽極３０Ｘの外形寸法を小さくすることも可能であるが、図３に示すように、陽極３０Ｘの表面３０Ｘａに複数の孔３０Ｘｂが形成されるようにすることができる。こうすると、陽極３０Ｘの外形寸法を対向する陰極３０Ｙの外形寸法とほぼ同じにすることができ、陽極３０Ｘの表面３０Ｘａ全体（及び陰極３０Ｙの表面３０Ｙａ全体）にわたって電流密度を均一にし易くなる。
【００３１】
なお、フロー制御器４によって、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａに沿って０．６ｍ／ｓｅｃ以上の速度の被処理水Ｓの流れを生じさせることと、陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積を陰極３０Ｙの表面３０Ｙａの面積よりも小さくすることと、を併用すれば、処理効率を増大させる効果が大きくなるが、それぞれを単独使用しても構わない。
【００３２】
次に、本発明の実施形態に係る促進酸化水処理方法を実現する他の促進酸化水処理装置１’を説明する。促進酸化水処理装置１’は、上述した促進酸化水処理装置１における電解フローセル３を、図４に示すように、第１電解フローセル３Ａと第２電解フローセル３Ｂに分けたものである。陰極は、第１電解フローセル３Ａに設けられる第１陰極３０ＡＹと第２電解フローセル３Ｂに設けられる第２陰極３０ＢＹとから構成される。陽極は、第１電解フローセル３Ａに設けられる第１陽極３０ＡＸと第２電解フローセル３Ｂに設けられる第２陽極３０ＢＸとから構成される。二価鉄イオンの生成を第１電解フローセル３Ａで制御し、次亜塩素酸の生成を第２電解フローセル３Ｂで制御している。
【００３３】
より詳細には、第１電解フローセル３Ａは、図５（ｂ）に示すように、被処理水Ｓが流れる流路Ｐを挟んで、互いに対向する第１陽極３０ＡＸ と第１陰極３０ＡＹが設けられている。第１陰極３０ＡＹは、促進酸化水処理装置１における陰極３０Ｙで述べたような板状電極などを用いることができる。第１陽極３０ＡＸは、促進酸化水処理装置１における陽極３０Ｘで述べたような板状電極などを用いることができる。第２電解フローセル３Ｂは、図５（ａ）に示すように、被処理水Ｓが流れる流路Ｐを挟んで、互いに対向する第２陽極３０ＢＸと第２陰極３０ＢＹが設けられている。第２陽極３０ＢＸは、促進酸化水処理装置１における陽極３０Ｘで述べたような板状電極などを用いることができる。第２陰極３０ＢＹは、促進酸化水処理装置１における陰極３０Ｙで述べたような板状電極などを用いることができる。第１電解フローセル３Ａ及び第２電解フローセル３Ｂにおけるその他の構成は、促進酸化水処理装置１の電解フローセル３の場合のものと同様である。
【００３４】
水槽２と第１電解フローセル３Ａの間及び水槽２と第２電解フローセル３Ｂの間には、被処理水Ｓが循環できるような管路が設けられている。また、水槽２から第１電解フローセル３Ａへ向かう管路には第１フロー制御器４Ａが設けられ、水槽２から第２電解フローセル３Ｂへ向かう管路には第２フロー制御器４Ｂが設けられている。第１フロー制御器４Ａ及び第２フロー制御器４Ｂは、促進酸化水処理装置１におけるフロー制御器４と同様のものを用いることができる。第１電解フローセル３Ａから水槽２へ向かう管路と第２電解フローセル３Ｂから水槽２へ向かう管路は、連結容器７に連結されている。第１電解フローセル３Ａからの被処理水Ｓと第２電解フローセル３Ｂからの被処理水Ｓは、連結容器７で合流して水槽２に向かって流れる。
【００３５】
また、第１電解フローセル３Ａの外側には、第１陽極３０ＡＸと第１陰極３０ＡＹの間に電圧を印加する第１電圧印加手段５Ａが設けられている。第２電解フローセル３Ｂの外側には、第２陽極３０ＢＸと第２陰極３０ＢＹの間に電圧を印加する第２電圧印加手段５Ｂが設けられている。
【００３６】
促進酸化水処理装置１’では、二価鉄イオンの生成を第１電解フローセル３Ａで制御し、次亜塩素酸の生成を第２電解フローセル３Ｂで制御して、連結容器７でフェントン型反応を起こしてＯＨラジカルを生成することになる。よって、次亜塩素酸と二価鉄イオンをそれぞれ最適な条件で生成することが可能になる。また、二価鉄イオンの生成を第１電解フローセル３Ａで制御するので、上記の電解フローセル３における陰極３０Ｙの表面３０Ｙａに沿った被処理水Ｓの流れの速度について述べたことは、少なくとも、第１電解フローセル３Ａにおける第１陰極３０ＡＹの表面３０ＡＹａに沿った被処理水Ｓの流れに適用されることになる。また、次亜塩素酸の生成を第２電解フローセル３Ｂで制御するので、上記の電解フローセル３における陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積について述べたことは、少なくとも、第２電解フローセル３Ｂにおける第２陽極３０ＢＸの表面３０ＢＸａに適用されることになる。
【００３７】
次に、促進酸化水処理装置１及び促進酸化水処理装置１’において、図６〜図９に示すように、更にＯＲＰ測定器８とＯＲＰ制御器９を備えるようにした形態を説明する。
【００３８】
ＯＲＰ測定器８は、被処理水ＳのＯＲＰ（酸化還元電位）を測定するものである。このＯＲＰを測定することにより、被処理水Ｓの平均の酸化力（又は還元力）を測り、もって、間接的に被処理水Ｓの中の次亜塩素酸の平均の濃度を測ることができる。それにより、被処理水Ｓの中の次亜塩素酸の濃度を監視することができる。その結果、促進酸化水処理の運転の適切性を容易に判断することができる。なお、次亜塩素酸の濃度が低すぎる場合は、上記のフェントン型反応が十分な量、起こらない。その一方、次亜塩素酸の濃度が高すぎる場合は、フェントン型反応によって生成されたＯＨラジカルと過剰な次亜塩素酸が反応して、ＯＨラジカルが消費される。
【００３９】
ＯＲＰ制御器９は、ＯＲＰ測定器８が測定するＯＲＰが適正な範囲内になるように制御し、もって、被処理水Ｓの中の次亜塩素酸の濃度を適正にするものである。このＯＲＰの適正な範囲は、後述する実験４及び実験５で示すように、９８１ｍＶ以上で１１６６ｍＶ以下の範囲とするのが好ましい。また、ＯＲＰ制御器９の好ましい具体的な形態は、以下のものが挙げられる。
【００４０】
ＯＲＰ制御器９の第１の形態は、図６及び図７に示すように、ＯＲＰ制御器９がフロー制御器４（又は第１フロー制御器４Ａ）を制御し、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａ（又は第１陰極３０ＡＹの表面３０ＡＹａ）の被処理水Ｓの速度を調整するものである。ＯＲＰが上限基準値よりも上昇した場合には、ＯＲＰを下降させるように陰極３０Ｙの表面３０Ｙａ（又は第１陰極３０ＡＹの表面３０ＡＹａ）の被処理水Ｓの速度を増加させ、ＯＲＰが下限基準値よりも減少した場合には、ＯＲＰを上昇させるように陰極３０Ｙの表面３０Ｙａ（又は第１陰極３０ＡＹの表面３０ＡＹａ）の被処理水Ｓの速度を低下させる。それにより、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａ近傍（又は第１陰極３０ＡＹの表面３０ＡＹａ近傍）での物質移動抵抗を変えて電極の還元反応を調整し、二価鉄イオンの生成量を変え、もって、フェントン型反応で消費される次亜塩素酸の量を変え、次亜塩素酸が適正な濃度で残存するようにできる。
【００４１】
なお、促進酸化水処理装置１’においては、図８に示すように、連結容器７の中において、ＯＲＰ測定器８が上方から被処理水Ｓに接触するようにできる。
【００４２】
ＯＲＰ制御器９の第２の形態は、図９に示すように、促進酸化水処理装置１’において、ＯＲＰ制御器９が第２電圧印加手段５Ｂ、すなわち第２電解フローセル３Ｂに印加する電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御するものである。ＯＲＰが上限基準値よりも上昇した場合には、ＯＲＰを下降させるように第２電圧印加手段５ＢをＯＦＦにし、ＯＲＰが下限基準値よりも減少した場合には、ＯＲＰを上昇させるように第２電圧印加手段５ＢをＯＮにする。それにより、第２電解フローセル３Ｂで発生する次亜塩素酸を二価鉄イオンとは独立に制御し、もって、次亜塩素酸が適正な濃度で残存するようにできる。なお、第２電圧印加手段５ＢのＯＦＦ状態は、電圧を０Ｖにする場合のみならず、電圧をＯＮ状態よりも低くする場合も含む。また、第２電解フローセル３Ｂを複数個に分けて、その中の幾つかに印加する電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御することも可能である。
【００４３】
このようなＯＲＰ測定器８及びＯＲＰ制御器９により、水質の異なる様々な被処理水Ｓに対して常に最適条件で促進酸化水処理の運転をすることが可能となる。
【００４４】
なお、促進酸化水処理が完了した被処理水Ｓは、中和することによって水酸化鉄の沈殿物を生成し、その沈殿物を残して被処理水を排出することができる。その後、沈殿物が存在する状態で、新しい被処理水Ｓを注入してｐＨを３以下の酸性に調整すると、水酸化鉄から鉄イオンが生成される。このようにして、水酸化鉄を鉄イオンとして再利用し、新しい被処理水Ｓについて同様にして促進酸化水処理を行うことができる。
【００４５】
次に、本願発明者が行った促進酸化水処理方法のいくつかの実験を以下に具体的に説明する。これらの実験においては、被処理水Ｓの分解すべき有機化合物は、１，４−ジオキサン（１，４−ｄｉｏｘａｎｅ）とした。初期状態の被処理水Ｓの中のＣｌ−と三価鉄イオンはそれぞれ、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を溶解させることによって供給した。また、陽極３０Ｘはペルメレック電極株式会社製のＤＳＡ（ペルメレック電極株式会社の登録商標）の板状電極、陰極３０Ｙはステンレス鋼製の板状電極を用いた。ｐＨは、硫酸を用いて１．５〜２に調整した。電流効率は、処理時間でのＣＯＤｃｒ除去速度から求めた。
【００４６】
実験１は、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａでの被処理水Ｓの速度に対する電流効率の依存性を調べたものである。この実験では、初期状態の被処理水Ｓの１，４−ジオキサンが２０ｍＭ、Ｃｌ−が２２０ｍＭ、三価鉄イオンが４０ｍＭとなるようにした。実験装置は、図１０に示すように、円筒容器２’の中に陽極３０Ｘと陰極３０Ｙを設置し、円柱形のフロー制御器４をモータ４’で回転（自転）させて円筒容器２’の周方向に対流を作り、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａに沿って被処理水Ｓの流れを生じさせるようにした。陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積と陰極３０Ｙの表面３０Ｙａの面積をともに、２０ｍｍ×２００ｍｍとした。そして、電流密度を１．４３ｋＡ／ｍ２として、１０分間の処理時間で電気分解を行った。結果は、表１に示す通りである。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
表１より、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａでの速度が０．６ｍ／ｓｅｃ以上で急激に電流効率が高くなって、電流効率が１００％以上を示すことが分かる。
【００４９】
実験２は、陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積を陰極３０Ｙの表面３０Ｙａの面積よりも小さくした場合の電流効率を調べたものである。この実験では、初期状態の被処理水Ｓの１，４−ジオキサンが２０ｍＭ、Ｃｌ−が１１１ｍＭ、三価鉄イオンが２０ｍＭとなるようにした。上述した実験１と同様な実験装置において、陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積を５ｃｍ２とし、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａの面積を２０ｃｍ２とすることで、陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積を陰極３０Ｙの表面３０Ｙａの面積の１／４とした。そして、陽極３０Ｘの電流密度を１．０ｋＡ／ｍ２、陰極３０Ｙの電流密度を０．２５ｋＡ／ｍ２とし、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａに被処理水Ｓの流れを小さくして、４５０分間の処理時間で電気分解を行った。結果は、表２に示す通りである。
【００５０】
【表２】
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【００５１】
表２より、陽極３０Ｘの表面３０Ｘａの面積を陰極３０Ｙの表面３０Ｙａの面積よりも小さくすると、電流効率が高くなって、電流効率が１００％以上を示すことが分かる。
【００５２】
実験３は、フロー制御器４によって陰極３０Ｙの表面３０Ｙａに流れる被処理水Ｓの速度を変化させたときのＯＲＰを調べたものである。この実験では、図６で示した促進酸化水処理装置１を用い、促進酸化水処理の途中で被処理水Ｓの速度を変化させたときのＯＲＰを測定した。その結果を、表３に示す。
【００５３】
【表３】
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【００５４】
表３より、陰極３０Ｙの表面３０Ｙａに流れる被処理水Ｓの速度を変化させることにより、ＯＲＰを調整できることが分かる。
【００５５】
実験４は、ＯＲＰの変化に伴う電流効率の変化を調べたものである。この実験では、実験３と同様な装置（図６で示した促進酸化水処理装置１）を用い、促進酸化水処理の途中でＯＲＰを変化させたときの電流効率を測定した。その結果を、表４に示す。
【００５６】
【表４】
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【００５７】
図１１中の○（白丸）は、表４のデータをプロットしたものである。直線近似を用いた計算により、ＯＲＰを１１６６ｍＶ以下に制御すると、４５％を超える電流効率を示すことが分かる。なお、電流効率４５％は、本願発明者が運転コスト等から算出した下限値である。
【００５８】
実験５は、図９で示した促進酸化水処理装置１’を用いて、ＯＲＰの変化に伴う電流効率の変化を調べたものである。この実験では、初期状態の被処理水Ｓの１，４−ジオキサンが２０ｍＭ、Ｃｌ−が２８０ｍＭ、三価鉄イオンが５ｍＭとなるようにした。ＯＲＰは、６５０〜１０００ｍＶの範囲で制御した。その結果を、表５に示す。
【００５９】
【表５】
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【００６０】
図１１中の●（黒丸）は、表５のデータをプロットしたものである。直線近似を用いた計算により、ＯＲＰを９８１ｍＶ以上に制御すると、４５%を超える電流効率を示すことがわかる。よって、この第５実験の結果と上記の第４実験の結果から、ＯＲＰは９８１ｍＶ以上で１１６６ｍＶ以下の範囲に有るように制御されるのが好ましいことが分かる。
【００６１】
以上、本発明の実施形態に係る促進酸化水処理方法について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、陽極３０Ｘ、第１陽極３０ＡＸ、第２陽極３０ＢＸや陰極３０Ｙ、第１陰極３０ＡＹ、第２陰極３０ＢＹなどの素材は限定されるものではなく、また、分解すべき有機化合物は実験に用いた１，４−ジオキサンに限られないことは勿論である。
【符号の説明】
【００６２】
１、１’  促進酸化水処理装置
２      水槽
３      電解フローセル
３Ａ    第１電解フローセル
３Ｂ    第２電解フローセル
３０Ｘ  陽極
３０ＡＸ  第１陽極
３０ＢＸ  第２陽極
３０Ｙ  陰極
３０Ｙａ  陰極の表面
３０ＡＹ  第１陰極
３０ＡＹａ  第１陰極の表面
３０ＢＹ  第２陰極
４      フロー制御器
４Ａ    第１フロー制御器
４Ｂ    第２フロー制御器
５      電圧印加手段
５Ａ    第１電圧印加手段
５Ｂ    第２電圧印加手段
６      ｐＨ制御器
７      連結容器
８      ＯＲＰ測定器
９      ＯＲＰ制御器
Ｓ      被処理水
Ｐ      被処理水が流れる流路
【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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