(57)【要約】【課題】  排水などの処理水に含有される有機化合物を効率良く、二酸化炭素、水あるいは窒素などの無機物まで完全分解して除去する新規な有機化合物含有水の電解処理方法及び装置を提供すること。【解決手段】  電解反応槽１０と、電解貯槽２０とを備え、電解反応槽１０と電解貯槽２０の間で有機化合物含有水を循環するようにした電解処理装置において、電解反応槽１０の陰極１３と陽極１２の間に、導電性ダイヤモンド粒子５０が流動する層１５を形成し、導電性ダイヤモンド粒子５０を流動させながら電解処理を行う。【効果】  排水その他の処理水中の有機化合物を高効率で除去できる。従来の導電性ダイヤモンド電極を平板として利用した電解処理に比べて電解効率が良く、経済的メリットが大きい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極と陽極の間に導電性ダイヤモンド粒子と有機化合物含有水とを配し、前記導電性ダイヤモンド粒子を前記陰極と陽極との間で流動させながら前記陰極および陽極間に通電して有機化合物含有水の電解処理を行うことを特徴とする有機化合物含有水の処理方法。
【請求項２】
前記導電性ダイヤモンド粒子は、高温高圧合成法により作製された粒子であることを特徴とする請求項１に記載の有機化合物含有水の処理方法。
【請求項３】
前記導電性ダイヤモンド粒子は、イオン注入法により作製された粒子であることを特徴とする請求項１に記載の有機化合物含有水の処理方法。
【請求項４】
前記陰極と陽極の間の有機化合物含有水の伝導度を１〜３００ｍＳ／ｍとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機化合物含有水の処理方法。
【請求項５】
陰極および陽極と、該陰極と陽極との間に設けられ、電解処理される有機化合物含有水が導入される導電性ダイヤモンド粒子流動層と、前記陽極と陰極の間に通電する通電装置とを有する電解反応槽を備えることを特徴とする有機化合物含有水処理装置。
【請求項６】
有機化合物含有水を貯水する電解貯槽と、該電解貯槽と前記ダイヤモンド粒子流動層とを接続する循環路と、前記循環路を通して前記ダイヤモンド粒子流動層に有機化合物含有水を通水させる通水ポンプとを備えることを特徴とする請求項５記載の有機化合物含有水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水その他の有機化合物含有水を処理する方法及と装置に関する。更に詳しくは、電解処理技術を利用して、有害で悪臭を放つ副生成物を発生することなく、水に含まれる有機化合物を二酸化炭素、水などの無機化合物まで完全に分解処理することができる有機化合物含有水の電解処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場排水中には汚染物質として、さまざまな有機化合物が含まれていており、排出が許容されるレベルまで低減する必要がある。
有機化合物含有排水を処理する方法の中で、電気化学的な処理方法は、活性汚泥法などの生物分解処理や、オゾン酸化法などに比べて、操作性が容易であり装置がコンパクトになるという利点がある。また、電気化学的な処理方法で用いられる電極への利用が可能な導電性ダイヤモンドは化学的安定性が高く、ホウ素や窒素をドープすることによって導電性を示すことから排水処理のための電極材料として期待されている。藤嶋らの論文（非特許文献１）では、ホウ素をドープしたダイヤモンド電極の電位窓が極めて広く腐食性の強い水溶液中においても安定に動作することが報告されている。また、イーストマンコダック社による特許（特許文献１、２）にはホウ素をドープしたダイヤモンドを陽極に用いて有機化合物を酸化分解できることが示唆されている。このような観点から、これまで気相析出法（ＣＶＤ法）による導電性ダイヤモンドを平板電極として活用した電解処理装置の実用化が進められている。
【０００３】
【非特許文献１】藤嶋ら、  「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ」Ｖｏｌ．６７（１９９９）３８９
【特許文献１】特開平７−２９９４６７号公報
【特許文献２】米国特許第５３９９２４７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、排水を効果的に処理するためには大型ダイヤモンド電極を用意することが必要であるが、大型の導電性ダイヤモンド電極を作製することは技術的に困難であるだけでなく、電極コストが莫大になるという課題がある。また、導電性ダイヤモンド電極は比較的電解効率は良好であるものの、材料費がかさむため、電解効率の向上が一層望まれている。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みて成されたもので、上記、導電性ダイヤモンド電極を利用した電解処理技術において、排水等の有機化合物含有水中の有機化合物の分解効率に関して、実用化の観点から改良が望まれる課題を解決し、これらの有機化合物を効率良く、二酸化炭素、水あるいは窒素などの無機物まで完全分解して除去する新規な有機化合物含有水の電解処理方法及び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】
【０００６】
すなわち、本発明の有機化合物含有水の処理方法は、陰極と陽極の間に導電性ダイヤモンド粒子と有機化合物含有水とを配し、前記導電性ダイヤモンド粒子を前記陰極と陽極との間で流動させながら前記陰極および陽極間に通電して有機化合物含有水の電解処理を行うことを特徴とする。
【０００７】
前記導電性ダイヤモンド粒子は、高温高圧合成法により作製された粒子やイオン注入法により作製された粒子とすることができる。
また、前記陰極と陽極の間の有機化合物含有水の伝導度を１〜３００ｍＳ／ｍとすることが好ましい。
【０００８】
また、本発明の有機化合物含有水の処理装置は、陰極および陽極と、該陰極と陽極との間に設けられ、電解処理される有機化合物含有水が導入される導電性ダイヤモンド粒子流動層と、前記陽極と陰極の間に通電する通電装置とを有する電解反応槽を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の処理装置は、有機化合物含有水を貯水する電解貯槽と、該電解貯槽と前記ダイヤモンド粒子流動層とを接続する循環路と、前記循環路を通して前記ダイヤモンド粒子流動層に有機化合物含有水を通水させる通水ポンプとを備えるものとすることができる。
【００１０】
本発明では、陽極と陰極との間で導電性ダイヤモンド粒子流動層を形成し、前記陽極と陰極との間に通電することで、導電性ダイヤモンド粒子の表面が分極して電解有効表面積を増大させる。また、この粒子が流動することで有機化合物含有水との接触効率が向上し、電解効率が大幅に高まる。
【００１１】
本発明は、工場などで発生する排水の処理に好適であるが、その他に家庭排水や河川などを処理対象とすることもでき、本発明としては処理対象水が限定されるものではない。
なお、本発明で使用する導電性ダイヤモンド粒子は、Ｓｉなどの半導体や金属基板上に化学的気相析出法（ＣＶＤ法）により、堆積させて、基板を溶解させた後に、導電性ダイヤモンド薄膜を破砕したものや、後述したように高温高圧合成法により合成したもの、非導電性ダイヤモンド粒にイオン注入法により不純物ドープして、導電性を付与させたものを利用することができる。
【００１２】
また、導電性ダイヤモンド粒子は、合成の際にホウ素または窒素などの不純物の所定量をドープして導電性を付与したものであり、通常はホウ素ドープしたものが一般的である。これらのドープ量は、少なすぎると技術的意義が発生せず、多すぎてもドープ効果が飽和するため、ダイヤモンド粒子の炭素量に対して、５０〜２０，００ｐｐｍの範囲のものが適している。
【００１３】
給電用の電極として、陽極には、白金電極などの貴金属電極が利用できて、陰極としてはステンレス電極が利用できる。製造コストを抑えるためには、陽極，陰極を導電性ダイヤモンド電極以外の材料で構成する。但し、本発明としては、両極を導電性ダイヤモンド電極で構成することもできる。
【００１４】
排水その他の処理水の伝導度としては、高い場合は、充填した導電性ダイヤモンド粒子には電流がながれず、処理水中にのみ電流が流れて給電用の電極のみで電解反応が起きる。したがって、処理水中の伝導度を低くして、充填した導電性ダイヤモンド粒子での電解反応を効率的に起こるようにする必要がある。具体的には、５００ｍＳ／ｍ以下であるのが良く、３００ｍＳ／ｍ以下が一層望ましく、さらに１００ｍＳ／ｍ以下が一層望ましい。また、電解が良好になされるように、伝導度は１ｍＳ／ｍ以上とするのが望ましく、１０ｍＳ／ｍ以上が一層望ましい。伝導度の調整は、有機化合物の濃度調整によって行ってもよく、又、硫酸イオンなどの電解質の添加によって行ってもよい。
【００１５】
また、これらの導電性ダイヤモンド粒子は、流動層の状態で利用するものとし、その展開率としては、３５％程度以下が望ましい。また、電解効率を良好にするため、展開率は１０％以上とするのが望ましい。
また、導電性ダイヤモンド粒子を介した短絡を防止するために、非導電性粒子を混合して配してもよい。
【００１６】
また、電解反応槽内の液温度は通常１０〜９５℃の温度で処理するのが望ましい。また、陽極，陰極間の電流密度は１〜１００，０００Ａ／ｍ２とするのが望ましく、処理水を陽極および陰極面と平行な方向に１０〜１０，０００ｍ／ｈの通液線速度で通水するのが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、陽極と陰極間で導電性ダイヤモンド粒子を流動させた電解処理によって、排水その他の有機化合物含有水中の有機化合物を高効率で除去できる。従来の導電性ダイヤモンド電極を平板として利用した電解処理に比べて電解効率が良く、経済的メリットが大きい。
また、導電性ダイヤモンドは化学的安定性に優れ、通常の酸やアルカリによる腐食の心配がなく、酸条件からアルカリ条件の幅広いｐＨ範囲を有する水処理に適用できて、かつ長期間に渡って安定した電解酸化処理効果が持続する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図１を参照して説明する。図１において、１０は電解反応槽、２０は電解貯槽である。
【００１９】
電解反応槽１０は、円筒状の反応容器１１の内壁に沿って白金電極などからなる筒状の陽極１２が設けられ、反応容器１１の中心軸上にステンレス電極などからなる棒状の陰極１３が設けられている。両極間には導電性ダイヤモンド粒子５０が配されて導電性ダイヤモンド流動層１５が形成されている。なお前記陽極１２と陰極１３には、両極間に電圧印加する直流電源１６が接続されている。上記導電性ダイヤモンド粒子５０は、ホウ素、窒素などの不純物を好適にはダイヤモンド粒子の炭素量に対して、５０〜２０，００ｐｐｍドープしたものである。
【００２０】
前記電解反応槽１０は、循環路を構成する送液管３１と還流管３２とによって電解貯槽２０に接続されている。即ち、送液管３１の一端が電解反応槽１０を構成した反応容器１１の底部から導電性ダイヤモンド流動層１５の一端に接続され、他端が電解貯槽２０に接続されている。一方、還流管３２の一端は、反応容器１１の上部から導電性ダイヤモンド流動層１５の一端に接続され、他端が電解貯槽２０に接続されている
そして、送液管３１の中間部に通水ポンプ３３が介設されており、該通水ポンプ３３によって電解貯槽２０から電解反応槽１０へ有機化合物含有水を送液できるようにしている。
【００２１】
次に、上記のように構成された有機化合物含有水処理装置の動作について説明する。
電解貯槽２０内に、排水などの有機化合物含有水を処理水として貯水する。電解貯槽２０では撹拌装置２１によって有機化合物含有水が攪拌混合される。該電解貯槽２０の有機化合物含有水は、通水ポンプ３３を動作させて、処理水を送液管３１を通して電解反応槽１０に送液する。また、陰極１３と陽極１２間には直流電源１４によって電圧を印加する。
送液された有機化合物含有水は、好適には、１０〜１０，０００ｍ／ｈの通液線速度で陽極１２、陰極１３間を通水する。
【００２２】
電解処理槽１０においては、陽極１２と陰極１３の間に電圧が印加されているので、陽極１２から、導電性ダイヤモンド粒子流動層１５、陰極１３へと電流が流れる。この際の有機化合物含有水の伝導度は、好適には１０ｍ／Ｓｍ〜３００ｍ／Ｓｍである。上記通電によって、陽極１２から陰極１３へと流れる電流の一部は、導電性ダイヤモンド粒子５０を介して流れることとなり、導電性ダイヤモンド粒子５０の表面においても処理水の電気分解反応が生じる。この結果、反応面積を増大させて、電流効率を大幅に向上させることができる。流動層１５内の導電性ダイヤモンド粒子５０は、前記導電性ダイヤモンド粒子流動層１５内で流動することになるが、一部または全部を電解反応槽から処理水とともに排水し、導電性ダイヤモンド粒子５０を分離して流動層に戻すようにしてもよい。
【００２３】
上記の電気分解反応では、陽極１２の周辺及び導電性ダイヤモンド粒子５０の表面のうち、陽極に分極する部位において、処理水に含まれる有機化合物の還元反応を生じさせ、また、陰極１３の周辺及び導電性ダイヤモンド粒子５０の表面のうち、陰極に分極する部位において、処理水に含まれる有機化合物の酸化反応を生じさせる。上記電気分解反応を続行することによって、処理水に含まれる有機化合物を最終的に、二酸化炭素、水などの無機化合物まで完全に分解処理することができる。
【００２４】
電解貯槽２０に還流した処理水は、撹拌装置２１によって攪拌混合されて、処理水中の有機化合物が均等化される。また、電解反応槽１０から取り込まれ、電解貯槽２０内の処理水中に含まれるガスの発散を促進する。
【００２５】
なお、上記の実施形態では、陽極１２と陰極１３を円筒状の反応容器１１に同軸構造で設けたが、この発明はこのような形態に限定されるものではなく、陽極と陰極を平行平板構造で設けて電解反応槽を構成することもできる。
また、その他の構成も上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更が可能である。  
【実施例１】
【００２６】
以下に、上記実施形態の処理装置を用いた実施例について説明する。
白金メッキしたチタン板を陽極１２（電解面積：２８ｃｍ２）とし、ステンレス棒を陰極１３にした、円筒状の電解反応槽１０内（図１）に導電性ダイヤモンド粒子５０を２０ｇ充填した。ジエチレングリコールモノブチルエーテル含有排水（ＴＯＣ２，０００ｍｇ／Ｌ，３００ｍＬ）に硫酸ナトリウムを１，４２０ｍｇ／Ｌ添加して処理水とし、これを電解貯槽２０に入れた（伝導度は２５０ｍＳ／ｍ）。電解貯槽２０内を攪拌装置２１で攪拌しながら通水ポンプ３３を用いて、電解反応槽１０に１００ｍ／ｈの通液線速度で処理水が移動するように循環処理した。この時の導電性ダイヤモンド粒子５０の展開率は、３５％であった。電解反応槽１０の投入電気量は電流密度が０．１Ａ／ｃｍ２となるように設定した。電解反応槽１０の出口水の水を採取して全有機体炭素（ＴＯＣ）の分析を行ったところ図２の分析結果を得た。該分析結果から明らかなように、本発明の処理方法および処理装置によれば高い電流効率が維持できた。
（参考例）
【００２７】
実施例１で行った電解処理の代わりに、処理水の伝導度を１６００ｍＳ／ｍ程度に調整した。それ以外は、実施例１と同じ条件で電解処理を行った。その結果、図３に示すように、実施例１に比べて効果は良好でなかった。
【実施例２】
【００２８】
実施例１で行った電解処理の代わりに、処理水の伝導度を１０ｍＳ／ｍ程度に調整した。それ以外は、実施例１と同じ条件で電解処理を行った。実施例１と同様に電解反応槽１０の出口水の水を採取して全有機体炭素（ＴＯＣ）の分析を行ったところ、図４の結果を得た。図４から明らかなように、実施例２によれば実施例１と比べて処理効果が著しく良くなり、電流効率は３００％〜７００％程度を維持した。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態の電解処理装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例１の結果を示すグラフである。
【図３】参考例の結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例２の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１０    電解反応槽
１１    反応容器
１２    陽極
１３    陰極
１５    導電性ダイヤモンド粒子流動層
１４    直流電源
２０    電解貯槽
２１    攪拌装置
３１    送液管
３２    還流管
３３    通水ポンプ
５０    導電性ダイヤモンド粒子
【図１】
2005186032.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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