(57)【要約】【課題】スラッジが電解槽内に蓄積されるのを効果的に防止しつつ、電気分解による高い処理効率を得ることのできる新規な電気分解処理方法を提供する。【解決手段】電解槽１内にて略鉛直かつ並列に配置された複数の電極板３の少なくとも一部を液状物２中に各々浸漬し、複数の電極板３の両側部３Ｌ、３Ｒより外側にて、電極板３の電極面３ｃを含む平面と略垂直な向きに液状物の一対の第１流れαを形成し、複数の電極板３より下方にて、電極板３の電極面３ｃを含む平面と交差する液状物の第２流れβを形成し、一対の第１流れαにより液状物２を電解槽１内へ供給し、第２流れβにより電解槽１から液状物２を抜き出す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽内にて略鉛直かつ並列に配置された複数の電極板の少なくとも一部を液状物中に各々浸漬し、該液状物を電気分解により処理する方法であって、
複数の電極板の両側部より外側にて、電極板の電極面を含む平面と略垂直な向きに液状物の一対の第１流れを形成し、
複数の電極板より下方にて、電極板の電極面を含む平面と交差する液状物の第２流れを形成し、および
第１流れおよび第２流れのいずれか一方により液状物を電解槽内へ供給し、他方により電解槽から液状物を抜き出す
ことを含んで成る方法。
【請求項２】
第１流れの流速を０．５〜５．０ｍ／秒とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２流れの流速を０．５〜５．０ｍ／秒とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
複数の電極板を１０〜５０ｍｍの間隔で並列に配置する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記液状物が重金属イオンを含む排水である、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
電極板が鉄から成る、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
液状物を電気分解により処理するための装置であって、
液状物を収容する電解槽と、
電解槽内にて略鉛直かつ並列に配置され、少なくとも一部が液状物中に各々浸漬される複数の電極板と、
複数の電極板の２つの非電極面の一方側で電極板の両側部より外側に対応する位置にて電解槽内と連通し、電極板の電極面を含む平面に対して略垂直な向きで液状物を電解槽内へ供給する一対の供給ラインと、
該一方側で電極板より下方にて電解槽内と連通し、電解槽から液状物を抜き出す排出ラインと
を含んで成る装置。
【請求項８】
電解槽の壁面および底面が、供給ラインより供給される液状物の主要な流れと順次衝突し、複数の電極板より下方にて電極板の電極面を含む平面と交差する液状物の流れを生じるように構成されている、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
複数の電極板より下方にて、２つの非電極面の他方側から一方側に向かって液状物の流れを生じる手段を更に備える、請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
液状物を電気分解により処理するための装置であって、
液状物を収容する電解槽と、
電解槽内にて略鉛直かつ並列に配置され、少なくとも一部が液状物中に各々浸漬される複数の電極板と、
複数の電極板の２つの非電極面の一方側から他方側に亘って電極板の両側部より外側を通って電極板の電極面を含む平面に対して略垂直な向きで延びる管状部および隣接する２つの電極板の各間にて管状部に設けられた開口部を有し、液状物を管状部内に通じて該一方側から該他方側へ流し、および開口部から電解槽内へ供給する一対の供給ラインと、
該一方側で電極板より下方にて電解槽内と連通し、電解槽から液状物を抜き出す排出ラインと
を含んで成る装置。
【請求項１１】
一対の供給ラインの管状部が、複数の電極板の両側部より外側を通って電解槽を貫通し、その開口先端部が電極板より下方にて２つの非電極面の他方側に位置するように電解槽内に挿入されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
電解槽の底面が、排出ラインに近づくにつれてより低くなるように傾斜している、請求項７〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
液状物を電気分解により処理するための装置であって、
液状物を収容する電解槽と、
電解槽内にて略鉛直かつ並列に配置され、少なくとも一部が液状物中に各々浸漬される複数の電極板と、
複数の電極板の２つの非電極面の一方側で電極板より下方にて電解槽内と連通し、電極板の電極面を含む平面と交差する向きで液状物を電解槽内へ供給する供給ラインと、
複数の電極板の２つの非電極面の他方側で電極板の両側部より内側に対応する位置にて電解槽内と連通し、電解槽から液状物を抜き出す排出ラインと、
供給ラインより供給される液状物の主要な流れの向きを、電極板の電極面を含む平面に対して略垂直な向きへと変え、複数の電極板の両側部より外側を該他方側から該一方側に向かって通る液状物の流れを生じるよう機能するガイド手段と
を含んで成る装置。
【請求項１４】
電解槽が複数の電極板の両側部にそれぞれ対向する一対の側壁面を有する、請求項７〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
排出ラインがポンプを備える循環ラインにより供給ラインに接続されている、請求項７〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
循環ラインに液状物の状態を把握するセンサが備えられる、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
請求項１〜６のいずれかに記載の方法を実施するために用いられる、請求項７〜１６のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液状物、特に重金属イオンを含む排液を電気分解により処理する方法およびそのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境への負荷の低減、コストダウン、および再利用などの目的で種々の液状物を処理するために電気分解が幅広く利用されている（例えば特許文献１〜３を参照のこと）。特に、重金属イオンを含む排水は電気分解により処理し、陽極から溶出した金属の水酸化物を重金属と共に不溶性または難溶性物質、いわゆるスラッジの形態として、スラッジを分離することにより、重金属を除去することができる（例えば特許文献１および３を参照のこと）。
【０００３】
従来、このような電気分解処理は、アルミニウム電極板を使用し、生じたアルミニウム水酸化物を重金属と共に含んで成るスラッジを、電気分解の際に陰極で生成する水素ガスの気泡を利用して浮上させて分離するものが一般的であった（例えば特許文献３を参照のこと）。
【０００４】
電気分解処理においては、電極板の局所的消費を防止すると共に、生じたスラッジを容易に分離除去できることが望ましい。そこで、上記のような浮上型に代えて、被処理液である液状物を電解槽内にて撹拌することが提案されている（特許文献１を参照のこと）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１１７６８号公報
【特許文献２】特開２００４−８１９５１号公報
【特許文献３】特開平７−１１６６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液状物を電解槽内にて撹拌する場合、スラッジを電解槽内にて沈降させないような撹拌力にて液状物を撹拌することが望ましいとされている（特許文献１）。例えば、スラッジが電解槽内に蓄積されると、電極がスラッジに埋もれて液状物と接触できなくなり、電極板の有効な電解面積が減少するという不都合がある。しかしながら、撹拌力があまり強いと、電気分解の進行が遅くなり、処理効率の低下をもたらすこととなる。これまで、電解槽内の液状物の流動状態や各構成要素の位置関係について必ずしも十分に考慮されていない。
【０００７】
本発明の目的は、スラッジなどの不溶性または難溶性物質（以下、単に「スラッジ」と総称する）が電解槽内に蓄積されるのを効果的に防止しつつ、電気分解による高い処理効率を得ることのできる新規な電気分解処理方法およびそのための装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の要旨によれば、電解槽内にて略鉛直かつ並列に配置された複数の電極板の少なくとも一部を液状物中に各々浸漬し、該液状物を電気分解により処理する方法であって、
複数の電極板の両側部より外側にて、電極板の電極面を含む平面と略垂直な向きに液状物の一対の第１流れを形成し、
複数の電極板より下方にて、電極板の電極面を含む平面と交差する液状物の第２流れを形成し、および
第１流れおよび第２流れのいずれか一方により液状物を電解槽内へ供給し、他方により電解槽から液状物を抜き出す
ことを含んで成る方法が提供される。
【０００９】
上記のような本発明の電気分解処理方法によれば、一対の第１流れは複数の電極板の両側部の外側を流れ、また第２流れは複数の電極板の下方を流れるので、液状物の流れが電極板の電極面に直接衝突せず、これにより、電気分解の進行を遅延させることが効果的に防止される。更に、一対の第１流れは複数の電極板の両側部より外側にて電極板の電極面を含む平面と略垂直な向きで流れ、また第２流れは電極板の下方にて電極板の電極面を含む平面と交差する向きで流れるので、電極板の両側部の外側を流れる第１流れから分かれ、隣接する２つの電極板の各間を通って降下し、電極板の下方を流れる第２流れへと合流する、液状物の第３流れが自ずから生じることとなる。このような第３流れは第１流れおよび第２流れに比べて弱く、電極板の電極面に沿って流れるので、電気分解の進行を遅延させないばかりか、電極面を更新するよう作用して、生じた金属水酸化物等が電極板表面に付着することを防止できる。これらにより、高い電気分解処理効率を得ることが可能となる。
加えて、本発明の電気分解処理方法によれば、一対の第１流れおよび第２流れが複数の電極板の廻りで形成され、更に上記のように第３流れも電極板間で形成されることとなるので、液状物を複数の電極板の廻りおよび電極板間にて流すことができ（または撹拌でき）、これにより、複数の電極板につき電気分解を一様に進行させて、電極板の局所的消費を防止することができる。
更に、本発明の電気分解処理方法によれば、上記のように液状物を電解槽内にて撹拌しながら、電解槽に対して液状物を供給および抜き出しているので、生じたスラッジを抜き出し流れに同伴させて電解槽から排出でき、これにより、スラッジが電解槽内に蓄積されるのを効果的に防止することができる。
【００１０】
尚、本発明を通じて、「略鉛直」および「略垂直」における「略」とは、本発明の作用効果を損なわない範囲を有することを意味し、例えば±３０°程度の範囲を有するものである。また、電極板の「両側部」とは、電極板の板状面に向かって左右に位置する側部を意味する。また、電極板の「電極面」とは、隣接する２つの電極板の対向する各面を意味し、複数の電極板の２つの「非電極面」とは、列をなす複数の電極板の全ての板状面のうち列の両端に位置する面を意味する。「電極板の電極面を含む平面」とは、電極板の電極面を拡張した仮想的な平面を意味する。
【００１１】
第１流れの流速は、例えば約０．５〜５．０ｍ／秒とすることができ、好ましくは約１．０〜２．０ｍ／秒である。また、第２流れの流速は、例えば約０．５〜５．０ｍ／秒とすることができ、好ましくは約１．０〜２．０ｍ／秒である。第１流れおよび第２流れをこのような流速で流すことにより、液状物の撹拌効果を十分得ることができて、電極板の局所的消費および電解槽内へのスラッジの蓄積をより一層効果的に防止することができる。
【００１２】
本発明を通じて、「第１流れの流速」および「第２流れの流速」は、電解槽内における第１流れおよび第２流れの最大流速としてそれぞれ定義する。よって、「第１流れの流速」は、「複数の電極板の両側部より外側の領域における流れの最大流速」であり、「第２流れの流速」は、「複数の電極板より下方の領域における流れの最大流速」である。これら「複数の電極板の両側部より外側の領域における流れの最大流速」および「複数の電極板より下方の領域における流れの最大流速」が電解槽内のどの箇所にて得られるかは、電解槽および電極板の形状、寸法および配置などを考慮して予測することができ、このようにして予測した箇所にて、例えば超音波流速計または電磁流速計などによって流速を測定することによって、「第１流れの流速」および「第２流れの流速」が求められ得る。
【００１３】
複数の電極板は、例えば約１０〜５０ｍｍ、好ましくは約２０〜３０ｍｍの間隔で並列に配置される。複数の電極板をこのような間隔で配置することにより、第１流れから隣接する２つの電極板の各間へと液状物を適切にまわり込ませて、第３流れを効果的に生じさせることができ、高い電気分解処理効率を得ることができる。また、このような複数の電極板は一般的には等間隔で配置される。
【００１４】
しかしながら、第１流れおよび第２流れの流速ならびに複数の電極板の間隔は上記範囲に限定されず、例えば処理すべき液状物の粘性や具体的な処理条件などによって様々であり得ることに留意すべきである。
【００１５】
本発明は重金属イオンを含む排水を処理するのに好適に用いられる。重金属イオンは、陽極の電極板から溶出した金属イオンが不溶性または難溶性の水酸化物を生じる際に共沈してスラッジ（金属水酸化物および場合により金属単体を含み得る）を構成する。スラッジは処理後の液状物から任意の適切な固液分離法により除去できる。よって、排水から重金属イオンをスラッジの形態で分離することが可能となる。
【００１６】
本発明において、電極板は鉄（または鉄を含有する金属）から成ることが好ましい。鉄は液状物の液相に対して比較的重いスラッジを形成し、沈降し易いので、生じたスラッジを電極板近傍から、隣接する２つの電極板の間を降下する第３流れにより速やかに移動させることができる。また、鉄は安価であり、スラッジの含水率が比較的低くて廃棄コストが安価であるなどの利点を有する。しかし、本発明はこれに限定されず、電極板はアルミニウム、マグネシウム、チタン、またはそれらの少なくとも１種を含有する合金などの金属から成っていてもよい。
【００１７】
本発明の第２の要旨によれば、液状物を電気分解により処理するための装置であって、
液状物を収容する電解槽と、
電解槽内にて略鉛直かつ並列に配置され、少なくとも一部が液状物中に各々浸漬される複数の電極板と、
複数の電極板の２つの非電極面の一方側で電極板の両側部より外側に対応する位置にて電解槽内と連通し、電極板の電極面を含む平面に対して略垂直な向きで液状物を電解槽内へ供給する一対の供給ラインと、
該一方側で電極板より下方にて電解槽内と連通し、電解槽から液状物を抜き出す排出ラインと
を含んで成る装置が提供される。
この一対の供給ラインにより電解槽内へ液状物を供給して上記一対の第１流れを形成することができ、この排出ラインにより上記第２流れを形成して液状物を電解槽から抜き出すことができる。
【００１８】
上記第２の要旨による本発明の装置において、電解槽の壁面および底面は、供給ラインより供給される液状物の主要な流れと順次衝突し、複数の電極板より下方にて電極板の電極面を含む平面と交差する液状物の流れを生じるよう機能するように配置し得る。これにより、極めて簡単な構成で、主要な流れである第１流れの向きを変えて第２流れとすることができる。
【００１９】
本発明の１つの態様において、電気分解処理装置は、複数の電極板より下方にて、２つの非電極面の他方側から一方側に向かって液状物の流れを生じる手段、例えば回転翼または羽根車などを備える撹拌機などを更に備えていてよい。このような手段により第２流れを増強して、スラッジの排出を促進することができる。
【００２０】
上記第２の要旨による本発明の装置において、電解槽の底面は、排出ラインに近づくにつれてより低くなるように傾斜していてよい。このような構成により、電解槽の底部にたまり得るスラッジの排出を重力作用により促進することができる。
【００２１】
本発明の第３の要旨によれば、液状物を電気分解により処理するための装置であって、
液状物を収容する電解槽と、
電解槽内にて略鉛直かつ並列に配置され、少なくとも一部が液状物中に各々浸漬される複数の電極板と、
複数の電極板の２つの非電極面の一方側から他方側に亘って電極板の両側部より外側を通って電極板の電極面を含む平面に対して略垂直な向きで延びる管状部および隣接する２つの電極板の各間にて管状部に設けられた開口部を有し、液状物を管状部内に通じて該一方側から該他方側へ流し、および開口部から電解槽内へ供給する一対の供給ラインと、
該一方側で電極板より下方にて電解槽内と連通し、電解槽から液状物を抜き出す排出ラインと
を含んで成る装置もまた提供される。
この一対の供給ラインの管状部により電解槽内へ液状物を供給して上記一対の第１流れを形成することができ、この排出ラインにより上記第２流れを形成して液状物を電解槽から抜き出すことができる。また、この一対の供給ラインの開口部により上記第３流れを確実に形成することができる。
【００２２】
上記第３の要旨による本発明の装置において、一対の供給ラインの管状部は、複数の電極板の両側部より外側を通って電解槽を貫通し、その開口先端部が電極板より下方にて２つの非電極面の他方側に位置するように電解槽内に挿入されていてよい。これにより、簡単な構成で、第１流れの向きを変えて第２流れとすることができる。
【００２３】
上記第３の要旨による本発明の装置においても、電解槽の底面は、排出ラインに近づくにつれてより低くなるように傾斜していてよく、上述のような効果を奏し得る。
【００２４】
本発明の第４の要旨によれば、液状物を電気分解により処理するための装置であって、
液状物を収容する電解槽と、
電解槽内にて略鉛直かつ並列に配置され、少なくとも一部が液状物中に各々浸漬される複数の電極板と、
複数の電極板の２つの非電極面の一方側で電極板より下方にて電解槽内と連通し、電極板の電極面を含む平面と交差する向きで液状物を電解槽内へ供給する供給ラインと、
複数の電極板の２つの非電極面の他方側で電極板の両側部より内側に対応する位置にて電解槽内と連通し、電解槽から液状物を抜き出す排出ラインと、
供給ラインより供給される液状物の主要な流れの向きを、電極板の電極面を含む平面に対して略垂直な向きへと変え、複数の電極板の両側部より外側を該他方側から該一方側に向かって通る液状物の流れを生じるよう機能するガイド手段と
を含んで成る装置もまた提供される。
この供給ラインにより電解槽内へ液状物を供給して上記第２流れを形成することができ、このガイド手段により上記一対の第１流れを形成することができ、この排出ラインにより液状物を電解槽から抜き出すことができる。
【００２５】
本発明のいずれの要旨による電気分解処理装置も、電解槽が複数の電極板の両側部にそれぞれ対向する一対の側壁面を有し得る。このような側壁面により、上記第１流れを規制して、上記第３流れを効果的に生じさせることができる。
【００２６】
本発明のいずれの要旨による電気分解処理装置も、排出ラインがポンプを備える循環ラインにより供給ラインに接続されていることが好ましい。これにより、電解槽から抜き出した液状物を電解槽内に戻して供給できるので、液状物の供給および排出を効率的に実施でき、また、電気分解による処理時間を任意に設定することができる。
【００２７】
この循環ラインには液状物の状態を把握するセンサ、例えばｐＨセンサ、電気伝導度計、濁度計などが備えられ得る。このようなセンサにより、撹拌効果により電解槽内にて一様な液状物の電気分解の進行度を知ることができ、電気分解処理を管理することができる。
【００２８】
以上のような本発明のいずれの要旨による電気分解処理装置も、上記本発明の電気分解処理方法を実施するために好適に使用され、本発明の電気分解処理方法と同様の効果を奏し得る。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の電気分解処理方法によれば、スラッジが電解槽内に蓄積されるのを効果的に防止しつつ、電気分解による高い処理効率を得ることが可能となる。また、本発明の電気分解処理装置はこのような方法を実施するのに好適に使用され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の３つの実施形態について図面を参照しながら以下に詳述する。
【００３１】
実施形態１
図１（ａ）および（ｂ）ならびに図２に示すように、本実施形態における電気分解処理装置３０は電解槽１、複数の電極板３、一対の供給ライン５Ｌおよび５Ｒ、ならびに排出ライン７を備える。
【００３２】
電解槽１には液状物２が収容され、複数の電極板３は電解槽１内にて略鉛直かつ並列に配置され、少なくとも一部が液状物２中に各々浸漬される。
【００３３】
本実施形態においては重金属イオンを含む排水を液状物２として用いるが、これに限定されない。重金属イオンとしては、例えばＣｒ３＋、Ｍｎ２＋、Ｍｇ２＋、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｚｎ２＋、Ｎｉ２＋およびＭｏ３＋からなる群より選択される少なくとも１種のイオンが挙げられる。このような排水は、例えば金属表面処理の一種である化成処理を施した金属物体を水洗するのに使用した水洗水であり得る。
【００３４】
複数の電極板３は、電気分解処理の際、交互に陽極および陰極となるように電圧を印加するものである。よって、列をなす電極板３の全ての面のうち列の両端に位置する面（即ち、最初と最後の面）３ａおよび３ｂは非電極面であり、隣接する任意の２つの電極板３の対向する面３ｃが電極面である。
【００３５】
複数の電極板３の各々は導電性材料から成る板状体であり、例えば鉄、アルミニウム、マグネシウム、チタン、またはそれらの少なくとも１種を含む合金など、好ましくは鉄または鉄を含有する合金などから成る板状体である。本実施形態においては、鉄から成る金属板を陽極および陰極の別なく用いる。鉄から成る金属板は安価であり、また、後述する水酸化鉄を含有するスラッジを容易に分離でき、更に、これを廃棄処理するためのコストも安いという利点がある。
【００３６】
複数の電極板３は、例えば約１０〜５０ｍｍ、好ましくは約２０〜３０ｍｍの間隔ｓにて、一般的には等間隔で並列に配置される。このような電極板３の間隔は、当該技術分野において従来一般的に使用されている電気分解処理装置における間隔よりも広い。各電極板３は、例えば厚さ約２．０〜３．０ｍｍであり得、その面の大きさは特に制限されないが、例えば縦  約２０〜１２０ｃｍ×横  約２０〜１２０ｃｍであり得る。電極板３は、特に制限されないが、例えば凡そ１０〜２０枚で用いられ得る。但し、電極板３の枚数をより多くする場合には、電極板間を通る流れがなるべく均等になるように、例えば電極板の間隔を適宜調整することも考えられる。
【００３７】
複数の電極板３は、図１（ｂ）に示すように、電源（図示せず）と接続する部分を液状物２から露出させて、大部分を液状物中に各々浸漬することが好ましい。電源接続部分を液状物２から露出させることにより異種金属間腐食を防止できる。しかし、これに限定されず、複数の電極板３の全部を液状物中に浸漬してもよい。
【００３８】
複数の電極板３に対して電解槽１は、図示するように、電解槽１の側壁１Ｌおよび１Ｒの壁面（内表面）が電極板３の両側部３Ｌおよび３Ｒとそれぞれ対向するように構成される。また、電解槽１は非電極面３ａから３ｂに向かって正面に位置する側壁１ｂの壁面が、非電極面３ｂと対向するように構成される。また、電解槽１は底部１ｃの底面が、電極板３の下端部と対向するように構成される。
【００３９】
本実施形態においては、電解槽１の側壁１Ｌの壁面と複数の電極板３の側部３Ｌの端面を含む仮想的な平面とは略平行であり、また、電解槽１の側壁１Ｒの壁面と複数の電極板３の側部３Ｒの端面を含む仮想的な平面とは略平行であり、これらの間に実質的に均等な幅を有する２つの空間が残される（図１（ａ）を参照のこと）。換言すれば、電解槽１の側壁１Ｌと電極板３の側部３Ｌとの間の距離および電解槽１の側壁１Ｒと電極板３の側部３Ｒとの間の距離はいずれも非電極面３ａから３ｂに亘って均等となる。また、電解槽１の側壁１ｂの壁面と複数の電極板３の非電極面３ｂとは略平行であり、これらの間に実質的に均等な幅を有する空間が残される（図１（ａ）および（ｂ）を参照のこと）。また、電解槽１の底部１ｃの底面と電極板３の下端部の端面を含む仮想的な平面とは略平行であり、これらの間に実質的に均等な幅を有する空間が残される（図１（ｂ）を参照のこと）。しかし、これらのことは、電解槽１内にて複数の電極板３の周囲に空間が残される限り、本発明に必須ではない。
【００４０】
一対の供給ライン５Ｌおよび５Ｒは、電極板３の非電極面３ａの側にあり、電極板３の両側部３Ｌおよび３Ｒより外側に対応する位置にて電解槽１内と連通している。また、排出ライン７は、同様に電極板３の非電極面３ａの側にあり、電極板３より下方にて電解槽１内と連通している。一対の供給ライン５Ｌおよび５Ｒは液状物２の液面下にて液面近傍に位置し、排出ライン７は電解槽１の底部１ｃの底面近傍に位置することが好ましい。
【００４１】
一対の供給ライン５Ｌおよび５Ｒならびに排出ライン７の少なくとも一方は、電解槽１への液状物２の供給および抜き出しを実施し得るように、例えばポンプなどと接続されている。ポンプ性能および各ラインの内径は、所望の流動状態が得られるように適宜選択され得る。また、一対の供給ライン５Ｌおよび５Ｒには、供給する液状物２の流れを制御するための手段、例えばノズルや自動弁などが備えられ得る。排出ライン７には、液状物２の抜き出しを容易にするため、電解槽１内に位置する開口部にフード（例えば図１０の排出ライン４７に備えられるようなもの）などが備えられ得る。
【００４２】
電解槽１、供給ライン５Ｌおよび５Ｒならびに排出ライン７は少なくとも内表面が耐食性を有する材料から成ることが好ましい。また、電解槽１は漏電などの事故防止の観点から、少なくとも内表面が電気絶縁性を有する材料から成ることが好ましい。供給ライン５Ｌおよび５Ｒならびに排出ライン７は電気伝導性（例えば金属）および電気絶縁性（例えば樹脂）のいずれであってもよいが、その内表面はスラッジが付着し難い材料から成ることが好ましい。
【００４３】
本実施形態においては、電解槽１、複数の電極板３、一対の供給ライン５Ｌおよび５Ｒならびに排出ライン７は、図１（ａ）に示す中心平面Ｍ−Ｍに対して左右対称となるように好ましく配置されるが、このことは必須ではない。
【００４４】
尚、本実施形態においては一対の供給ライン５Ｌおよび５Ｒならびに排出ライン７を用いたが、複数対の供給ラインおよび複数の排出ラインを用いてもよく、この場合にも左右対称に配置することが好ましい。また、切換弁などにより、各ラインを適宜切り換えて使用することも可能である。
【００４５】
このような電気分解処理装置３０を用いて、以下のようにして液状物２を電気分解により処理することができる。
【００４６】
まず、一対の供給ライン５Ｌおよび５Ｒより液状物２を電解槽１内へ、電極板３の電極面を含む平面に対して略垂直な向きで供給しつつ、排出ライン７より電解槽１から液状物２を抜き出す。これにより、電解槽１内にて液状物２の流れが形成される。
【００４７】
より詳細には、一対の供給ライン５Ｌおよび５Ｒより液状物２を電極板３の電極面を含む平面に対して略垂直な向きで供給すると、その大部分は電解槽１の側壁１Ｌおよび１Ｒの壁面と電極板３の側部３Ｌおよび３Ｒとの間の空間を通って流れる。これにより、電極板３の両側部３Ｌおよび３Ｒより外側にて、電極板３の電極面３ｃを含む平面と略垂直な向き流れる一対の第１流れαが主要な流れとして形成される。一部分は、側壁１Ｌおよび１Ｒの規制を受けて、隣接する２つの電極板３の各間に、また非電極面３ａより手前の領域にまわり込んで流れる。
【００４８】
第１流れαは正面の側壁１ｂの壁面と衝突して、電解槽１の側壁１ｂの壁面と電極板３の非電極面３ｂとの間の空間を通り、次いで底部１ｃの底面と衝突して、電解槽１の底部１ｃの壁面と電極板３の下端部との間の空間を通り、電極板３の電極面を横切って流れて、排出ライン７から抜き出される。これにより、電極板３より下方にて、電極板３の電極面を含む平面と交差する第２流れβが形成される。
【００４９】
また、電極板３の左右を流れる一対の第１流れαから、隣接する２つの電極板３の隙間へとまわり込んだ流れは、電極板３の下方にて電極面を交差して流れる第２流れβに引き寄せられるので、この隙間を降下する第３流れγが自ずから生じる。
【００５０】
これら第１流れαおよび第２流れβは比較的強い流れとする。第１流れαの流速は、例えば約０．５〜５．０ｍ／秒、好ましくは約１．０〜２．０ｍ／秒に設定し得る。また、第２流れβの流速は、例えば約０．５〜５．０ｍ／秒、好ましくは約１．０〜２．０ｍ／秒に設定し得る。他方、第３流れγは比較的弱い流れとなる。
【００５１】
本実施形態においては、好ましくは、図１（ａ）に示す中心平面Ｍ−Ｍに対して左右対称な流動状態が形成される。
【００５２】
そして、このような液状物２の流動状態（または撹拌状態）下にて、電源（図示せず）から複数の電極板３に対し、これらが交互に陽極および陰極となるようにして所定の電圧を印加する。電圧印加により、隣接する２つの電極板の対向する電極面が一対の電極として機能し、電気分解反応が進行する。
【００５３】
電気分解反応により、陽極の電極板３から金属イオンが溶出し、液状物中の水酸化物イオンと反応して金属水酸化物、本実施形態においては水酸化鉄を形成する。水酸化鉄は、ｐＨにもよるが、液状物の殆どを構成する水に対して不溶であり、液状物中の重金属イオンを共沈させてスラッジを形成する。要するに、陽極の電極板３から溶出する金属イオンは重金属イオンに対して沈降剤（または凝集沈殿剤）として機能する。他方、陰極の電極板３からは水素ガスが生成し得る。
【００５４】
比較的強い第１流れαおよび第２流れβはいずれも電極板３の電極面３ｃに直接衝突しない。また、比較的弱い第３流れγも電極板３の電極面３ｃに直接衝突しない。第３流れγは電極面３ｃに沿って流れて電極面３ｃを更新するよう作用し、生じたスラッジを電極板３の近傍から速やかに除去する。これらにより、電気分解反応を効率的に進行させることができる。
【００５５】
特に、本実施形態にて生じるような水酸化鉄を含有するスラッジは液状物中で沈降しやすい傾向にあるので、降下する第３流れγにより除去し易い。
【００５６】
また、比較的強い第１流れαおよび第２流れβと比較的弱い第３流れにより、電極板３の廻りで液状物２を十分に撹拌できる。これにより、複数の電極板３につき電気分解反応を一様に進行させることができ、この結果、電極板３の局所的消費を防止することができる。
【００５７】
電極板３の消費を均一化するには、陽極および陰極を交換するように印加電圧を制御しながら電気分解処理を実施することが好ましい。しかし、これに限定されず、陽極および陰極を交換せずに電圧印加してもよく、この場合、陽極および陰極には互いに異なる材料から成る板状体を用いてよい。例えば陽極は鉄から成るものとし、陰極は耐食性のイオン化傾向の高い金属、合金およびその他の電気伝導性材料から成るものとし得る。
【００５８】
第３流れγにより除去されたスラッジは、その後、第２流れβに同伴されて、排出ライン７を通じて液状物２と共に電解槽１から抜き出される。電解槽１内にて液状物２は比較的強い第１流れαおよび第２流れβと比較的弱い第３流れγにより十分に撹拌されているので、電解槽１内にスラッジが蓄積されることを効果的に防止できる。
【００５９】
以上のようにして、液状物２が電気分解により処理され、液状物２に含まれていた重金属イオンをスラッジの形態で捕捉することができる。重金属を含有するスラッジは、任意の適切な固液分離法、例えば沈降分離、浮上分離、濾過などにより、処理後の液状物２から除去可能である。
【００６０】
本実施形態によれば、極めて簡単な構成で本発明を効果的に実施することができる。本実施形態の電気分解処理はバッチ式および連続式のいずれで実施してもよい。
【００６１】
本実施形態は種々の改変が可能である。例えば、本実施形態においては、電解槽１の側壁１Ｌおよび１Ｒの各壁面と複数の電極板３の側部３Ｌおよび３Ｒの端面を含む仮想的な平面とを略平行として、側壁１Ｌおよび１Ｒと側部３Ｌおよび３Ｒとの間の各距離を非電極面３ａから３ｂに亘って均等としたが、電解槽１の側壁１Ｌおよび１Ｒの各壁面を、複数の電極板３の側部３Ｌおよび３Ｒの端面を含む仮想的な平面に対して傾斜させてもよい。この場合、図３に示すように、電解槽１の側壁１Ｌ’と電極板３の側部３Ｌとの間の距離および電解槽１の側壁１Ｒ’と電極板３の側部３Ｒとの間の距離はいずれも非電極面３ａから３ｂに向かって次第に短くなるように構成することが好ましい。傾斜角を適切に調整することにより、供給ライン５Ｌおよび５Ｒから供給される液状物２の第１流れαの流速を非電極面３ａから３ｂに亘って実質的に一定に維持することができ、複数の電極板３に対する液状物２の流動状態（第１流れα、第２流れβおよび第３流れγを含む）をより一様にすることができる。
【００６２】
また、図４に示すように、非電極面３ｂの側で電極板３より下方に回転翼が挿入された撹拌機９を更に備えていてもよい。この撹拌機９は、複数の電極板３より下方にて非電極面３ｂから非電極面３ａに向かって液状物２の流れを生じ、これにより、第２流れβを増強することができる。尚、この場合、増強された第２流れβが過大となって電気分解の進行を遅延させることのないように、撹拌機９による撹拌は、電解槽および電極の寸法および配置などに応じて適当に制限すべきである。撹拌機９に代えて、例えば振動撹拌装置などを用いてもよい。
【００６３】
また、図５に示すように、排出ライン７’を非電極面３ａの側で電解槽１の底部１ｃ’に設け、底部１ｃ’の底面が排出ライン７’に近づくにつれてより低くなるように傾斜させてもよい。これにより、水酸化鉄を含有する比較的重いスラッジを重力の作用によって排出ライン７’に向けて集め、電解槽１から効果的に抜き出すことができる。これにより、電解槽１からのスラッジの排出を促進できる。
【００６４】
また、図６に示すように、ポンプＰの挿入された循環ライン８により排出ライン７が供給ライン５に接続されていることが好ましい。これにより、液状物の供給および排出を効率的に実施でき、また、電気分解による処理時間を任意に設定することができる。この循環ライン８には、液状物の状態（例えば電気分解による処理の程度）を把握するセンサが備えられ得る（図６に図示せず）。そのようなセンサとしては、例えばｐＨセンサ、電気伝導度計、濁度計などが挙げられる。これにより、電解槽１内にて十分撹拌されて一様とされた液状物２の電気分解の進行度を知ることができ、電気分解処理を管理することができる。
【００６５】
重金属イオンを含む排水を電気分解処理して金属イオンを含まない水を得るためには、とりわけｐＨが重要である。重金属イオンは液状物の液相のｐＨ値が高いほどスラッジ中に捕捉して液相から除去できるが、該ｐＨ値が高すぎると陽極の鉄イオンが液相中に多量に存在することとなる。よって、液相中の重金属イオンおよび鉄イオンの双方を低くするには、該ｐＨを例えば６〜７に維持するように、測定したｐＨ値に基づいて電圧印加を制御することが好ましい。
【００６６】
また、例えば図７に示すように、未処理の液状物をライン１１ａにより電解槽１へ移送し、処理後の液状物をライン１１ｂにより電解槽１から移送してもよい。このようなライン１１ａおよび１１ｂを利用して、電気分解による処理をバッチ式または連続式で実施することができる。図示するようなライン１１ｂが液状物をオーバーフローにより移送する構成は、電気分解による処理を連続式で実施するのに適するものである。
【００６７】
加えて、処理後の液状物は、例えば図８に示すように、ライン１１ｂより混合槽２１ａに移送してライン１１ｃから供給される消石灰と混合し、得られた混合物を沈降槽２１ｂにて静置してスラッジ１７を沈降分離することができる。スラッジ１７は沈降槽２１ｂからタンク２９へドレン排出により取り出すことができる。他方、スラッジ１７が実質的に除去された液相１９は上澄み層としてライン１１ｄから取り出すことができる。ここで、消石灰は、処理後の液状物をアルカリ性にするため、水酸化物形成を促進させるため、ならびに沈降し難いスラッジ（例えば場合によりリン酸カルシウムなど）を凝集沈降させるために混合するものである。これにより得られたアルカリ性の液相１９は、例えば電着塗装などの金属被塗物を脱脂するための水洗水などとして好適に利用できる。
【００６８】
あるいは、処理後の液状物は、例えば図９に示すように、ライン１１ｂより浮上槽２１ｃに移送して、ノズル２３を通じて浮上槽２１の下部に供給される微細な気泡２５（一般的には高圧の液中に混合させた圧縮空気）によってスラッジを浮上させる。浮上槽２１ｃにて液面に浮かぶスラッジ１７は、例えば往復運動するようなアーム２７により掻き取ってタンク２９’に取り出すことができる。他方、スラッジ１７が実質的に除去された液相１９は下層としてライン１１ｅより取り出すことができる。
【００６９】
本実施形態のように、鉄から成る電極板３を用いる場合、水酸化鉄を含有する比較的重いスラッジが生じるので、図８を参照して説明したような沈降分離を利用するものが好ましく適用される。
また、本実施形態において鉄から成る電極板３に換えて、アルミニウムから成る電極板を用いることも十分可能である。この場合、水酸化アルミニウムを含有する比較的軽いスラッジが生じるので、図９を参照して説明したような浮上分離を利用するものが好ましく適用される。またこの場合、浮上分離の他、例えばペーパーフィルターなどのフィルターで濾過することにより、処理後の液状物からスラッジを分離することもできる。
しかしながら、電極板の材料および液状物からのスラッジの分離方法は、これら組合せに限定されるものではない。
【００７０】
図８および図９の循環ライン８には、ポンプＰの上流にストレーナ１３またはフィルターなどが設けられていてよく、これにより、液状物中に含まれ得るゴミ・ブツなどからポンプＰを保護できる。また、循環ライン８には液状物の状態を把握する上述のようなセンサ１５ａおよび／または流量計１５ｂが設けられていてよい。センサ１５ａにより電気分解による処理の程度を把握し、これに基づいて電気分解を制御することができる。また、流量計１５ｂにより循環ライン８内を流れる流量を測定して、ポンプＰが正常に作動していることを確認できる。流量計１５ｂはフロースイッチであってよく、所定流量を下回ると警告を発し、または運転停止するように自動的に装置を制御するよう構成されていてよい。これらのことは、図６および図７を参照して説明した電解処理装置にも同様に当て嵌まり得る。
【００７１】
尚、図４〜図９の電気分解処理装置３１〜３７において供給ライン５とのみ示しているが、特に断りのない限り、図１（ａ）および（ｂ）ならびに図２を参照して説明した電気分解処理装置３０における供給ライン５Ｌおよび５Ｒと同様である。
【００７２】
実施形態２
図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態における電気分解処理装置４０においては、一対の供給ライン４５Ｌおよび４５Ｒの各々が管状部４５ａおよび開口部４５ｂを有する。管状部４５ａは複数の電極板３の両側部３Ｌおよび３Ｒより外側を通って電解槽１を貫通し、電解槽１の外側を引き回されて、その開口先端部４５ｃが電極板３より下方にて非電極面３ｂの側に位置するように電解槽１内に挿入されている。管状部４５ａには、隣接する２つの電極板３の各間に位置するように開口部４５ｂが設けられる。管状部４５ａの電解槽１の外部に位置する部分には、流量調整弁４９が設けられ得る。開口先端部４５ｃは、図示するように、排出ライン４７に向けて開口面が傾斜していることが好ましいが、これに限定されない。その他の点については、特に断りのない限り、上述の実施形態１と同様の説明が当て嵌まる。
【００７３】
本実施形態においては、電解槽１、複数の電極板３、一対の供給ライン４５Ｌおよび４５Ｒならびに排出ライン４７は、図１０（ａ）に示す中心平面Ｍ−Ｍに対して左右対称となるように好ましく配置されるが、このことは必須ではない。尚、図１０（ａ）中、供給ライン４５Ｒの管状部４５ａの先端部４５ｃに関し、図１（ｂ）のＹ−Ｙ方向から見た断面図を示している。
【００７４】
このような電気分解処理装置４０を用いて、液状物２を一対の供給ライン４５Ｌおよび４５Ｒの管状部４５ａ内に通じて非電極面３ａの側から非電極面３ｂの側へ流し、そして開口部４５ｂから、また、開口先端部４５ｃから電解槽１内へ供給する。液状物２は電解槽１から排出ライン４７より抜き出される。
【００７５】
これにより、第１流れαが一対の供給ライン４５Ｌおよび４５Ｒの管状部４５ａを通って形成され、第２流れβが電極版３の下方を通って形成される。また、第３流れγは、液状物２が開口部４５ｂから流れ出ることによって、隣接する２つの電極板３の各間に確実に形成することができる。更に、管状部４５aが電解槽１を貫通し、電解槽１の外部を引き回されて、その開口先端部４５ｃが電解槽１内に挿入されていることにより、簡単な構成で、第１流れαの向きを変えて第２流れβとすることができる。
【００７６】
管状部４５ａおよび開口部４５ｂの各内径は、所望の流動状態が得られるように適宜選択され得る。例えば管状部４５ａの内径を十分大きく、開口部４５ｂの内径を適当に設定することにより、第１流れαから分かれる第３流れγを均等にすることができる。また、流量調整弁４９を用いることにより、第２流れβの流速を調整できる。
【００７７】
上記のような実施形態２についても種々の改変が可能である。例えば、実施形態１にて図４〜図９を参照して説明したものと同様の改変がなされ得る。
【００７８】
実施形態３
図１１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態における電気分解処理装置５０は一対の供給ライン５５Ｌおよび５５Ｒ、一対の排出ライン５７Ｌおよび５７Ｒ、ならびにガイド部材５９ａおよび５９ｂを備える。一対の供給ライン５５Ｌおよび５５Ｒは、複数の電極板３の非電極面３ａの側にあり、電極板３より下方にて電解槽１内と連通している。また、一対の排出ライン５７Ｌおよび５７Ｒは、電極板３の非電極面３ｂの側にあり、電極板３の両側部３Ｌおよび３Ｒより内側に対応する位置にて電解槽１内と連通している。一対の供給ライン５５Ｌおよび５５Ｒは電解槽１の底部１ｃの底面近傍に位置し、一対の排出ライン５７Ｌおよび５７Ｒは液状物２の液面下にて液面近傍に位置することが好ましい。ガイド部材５９ａは電解槽１の側壁１ｂの壁面に接して排出ライン５７Ｌおよび５７Ｒの直ぐ下方に位置し、ガイド部材５９ｂは電解槽１の側壁１ｂおよび底部１ｃと接して位置する。その他の点については、特に断りのない限り、上述の実施形態１と同様の説明が当て嵌まる。
【００７９】
本実施形態においては、電解槽１、複数の電極板３、一対の供給ライン５５Ｌおよび５５Ｒ、一対の排出ライン５７Ｌおよび５７Ｒ、ならびにガイド部材５９ａおよび５９ｂは、図１１（ａ）に示す中心平面Ｍ−Ｍに対して左右対称となるように好ましく配置されるが、このことは必須ではない。
【００８０】
このような電気分解処理装置５０を用いて、一対の供給ライン５５Ｌおよび５５Ｒより、電極板３の電極面３ｃを含む平面と交差する向きで液状物２を電解槽１内へ供給する。液状物２は電解槽１から排出ライン５７Ｌおよび５７Ｒより抜き出される。
【００８１】
これにより、電極板３の下方にて、電極板３の電極面を含む平面と交差して流れる第２流れβが主要な流れとして形成される。そして第２流れβは、ガイド部材５９ｂと衝突して、電解槽１の側壁１ｂの壁面と電極板３の非電極面３ｂとの間の空間を通り、次いでガイド部材５９ａと衝突して、電極板３の電極面を含む平面に対して略垂直な向きとされ、複数の電極板３の両側部３Ｌおよび３Ｒより外側を非電極面３ｂの側から非電極面３ａの側に向かって通る第１流れαを生じる。第１流れαの一部分は、隣接する２つの電極板３の隙間へとまわり込み、電極板３の下方にて電極面を交差して流れる第２流れβに引き寄せられ、この隙間を降下する第３流れγが自ずから生じる。ガイド部材５９ａと衝突した液状物２の一部分は、ガイド部材５９ａの上方にまわり込んで、排出ライン５７Ｌおよび５７Ｒから抜き出される。
【００８２】
上記のような実施形態３についても種々の改変が可能である。例えば、実施形態１にて図６〜図９を参照して説明したものと同様の改変がなされ得る。
【００８３】
以上、本発明の３つの実施形態について説明してきたが、本発明はこれら実施形態に限定されず、本発明の概念を逸脱しない範囲内で幅広く様々に実施され得るであろう。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の電気分解処理方法および装置は、例えば、自動車ボディなどに適用する金属表面処理の一種である化成処理を施した物体を水洗するために使用した水洗水（例えば特許文献１および３を参照のこと）を電気分解により処理するのに利用可能である。また、リン成分を含む排水（例えば特許文献２を参照のこと）を電気分解により処理するのに利用可能である。これらの他、電気分解が実施される限り、任意の液状物に対して利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の１つの実施形態における電気分解処理装置を示す概略図であって、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た断面図である。
【図２】図１の実施形態における電気分解処理装置の概略斜視図である。
【図３】図１の実施形態における電気分解処理装置の１つの改変例を示す概略図であって、図１（ａ）に対応する図である。
【図４】図１の実施形態における電気分解処理装置のもう１つの改変例を示す概略図であって、図１（ｂ）に対応する図である。
【図５】図１の実施形態における電気分解処理装置のもう１つの改変例を示す概略図であって、図１（ｂ）に対応する図である。
【図６】図１の実施形態における電気分解処理装置のもう１つの改変例を示す概略図であって、図１（ｂ）に対応する図である。
【図７】図１の実施形態における電気分解処理装置のもう１つの改変例を示す概略図であって、図１（ｂ）に対応する図である。
【図８】図１の実施形態における電気分解処理装置のもう１つの改変例を示す概略図であって、図１（ｂ）に対応する図である。
【図９】図１の実施形態における電気分解処理装置のもう１つの改変例を示す概略図であって、図１（ｂ）に対応する図である。
【図１０】本発明のもう１つの実施形態における電気分解処理装置を示す概略図であって、図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た断面図である。
【図１１】本発明のもう１つの実施形態における電気分解処理装置を示す概略図であって、図１１（ａ）は上面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  電解槽
１Ｌ、１Ｒ、１Ｌ’、１Ｒ’、１ａ、１ｂ  側壁
１ｃ、１ｃ’  底部
２  液状物
３、３’  電極板
３Ｌ、３Ｒ  側部
３ａ、３ｂ  非電極面
３ｃ  電極面
５、５Ｌ、５Ｒ、４５Ｌ、４５Ｒ、５５Ｌ、５５Ｒ  供給ライン
７、７’、７Ｌ、７Ｒ、４７、５７Ｌ、５７Ｒ  排出ライン
８  循環ライン
９  撹拌機
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ  ライン
１３  ストレーナ
１５ａ  ｐＨセンサ
１５ｂ  流量計
１７  スラッジ
１９  液相
２１ａ  混合槽
２１ｂ  沈降槽
２１ｃ  浮上槽
２３  ノズル
２５  気泡
２７  アーム（掻き取り機）
２９、２９’  タンク
３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、４０、５０  電気分解処理装置
４５ａ  管状部
４５ｂ  開口部
４５ｃ  開口先端部
４９  流量調節弁
５９ａ、５９ｂ  ガイド部材
Ｐ  ポンプ
α  第１流れ
β  第２流れ
γ  第３流れ
【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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