(57)【要約】【課題】懸濁物質と着色有機物を含む汚濁排水の脱色浄化方法を提供する。【解決手段】酸化イリジウムを含む電極を陽極に用いて、塩化物イオンを含む電解質水溶液を電解して得られた電解処理水（電解機能水）を有機着色汚濁水に添加し、多段反応槽とした中間の反応槽に酸化鉄を含む多孔質材料である酸化鉄担持竹炭と接触させることで電解機能水中の酸化活性物質による汚濁物質の分解反応を促進させ、同時に過剰の残留酸化性物質を分解除去処理し、必要に応じてその後段の反応槽に空気を吹き込んで通液処理する有機着色汚濁水の脱色浄化方法。 【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化イリジウムを含む電極を陽極に用いた上向流式電解反応セルに、塩化物イオンを含む水を通液し、電流密度６００〜５，０００Ａ／ｍ2の条件で得られた電解処理水（電解機能水）を懸濁物質と有機物を含む汚濁水に添加して任意の時間反応させた後、酸化鉄を含む有機多孔質材料と接触処理し、さらに、必要に応じて処理水に空気を吹き込み処理することを特徴とする有機物を含む汚濁水の浄化処理法。
【請求項２】
有機物を含む汚濁水が有機懸濁物質と溶解性着色有機物を含むノリ加工生産排水であることを特徴とする請求項１の有機物を含む汚濁水の浄化処理法。
【請求項３】
酸化イリジウムを含む電極がチタン材料の表面に酸化イリジウムを１〜３μｍの厚みとした電極であることを特徴とする請求項１および請求項２記載の有機物を含む汚濁水の浄化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物を主体とする汚濁排水の浄化処理方法に関し、特に懸濁性有機物と溶解性着色有機物を含む汚濁排水の浄化方法に関するものである。具体的には、汚濁水中の着色性有機物を分解して汚濁水の着色度と有機物濃度を低減するとともに汚濁水から発生する不快臭の発生も抑制することができる汚濁排水と汚濁水流路の浄化処理方法に関する。具体的な適用対象汚濁排水としてはノリ加工生産工程から排出される排水がある。この排水はノリ屑等の有機懸濁物質を含み紅色〜赤褐色に着色している。このような懸濁着色排水の浄化処理方法に関するものである。        
【背景技術】
【０００２】
従来、着色性有機物を含む排水の浄化処理方法としては凝集沈殿法や生物化学的処理方法それに活性炭吸着処理方法等が実用化されている。また、次亜塩素酸ナトリウムやオゾンなどの酸化剤を用いた脱色処理方法も実用化されている。
さらに、電解質を含む水の電気分解によって生成する機能水を光照射下で着色溶液と接触させて処理する方法（特許文献１）や硫黄または硫黄と炭酸カルシウムとの混合物を充填した反応槽に着色した水を導入して脱色処理する方法（特許文献２）、汚濁水を直接電気分解して脱色処理する方法（非特許文献１と２）などの有効性も報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−７９３８６「着色溶液の処理方法、および着色溶液の処理装置」
【特許文献２】特開２００３−１０３２８０「排水の脱色方法および装置」
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】水環境学会誌，２２（６）,４９８−５０４（１９９９）：“電気分解を利用した糖蜜廃液の脱色処理”
【非特許文献２】水環境学会誌，２２（１１），９３８（１９９９）：“湖沼水中の難分解性有機物の電解処理”
【０００５】
凝集沈殿法では処理に伴って凝集汚泥が生成するため、その処理処分が必要になる課題がある。生物化学的処理法でも菌体の増殖反応に伴って余剰汚泥が生成しその処理処分が必要になる課題を抱えている。
【０００６】
また生物化学的処理は反応速度が遅いために滞留時間を長くとる必要がある。そのため反応槽容量を大きくしなければならないとの課題もある。
【０００７】
次亜塩素酸ナトリウムやオゾン等の酸化剤を用いた酸化処理法では生物化学的処理法に比べて反応速度は速いものの、処理水中に残存する酸化性物質が処理水の放流水域で生息している生物へ悪影響を及ぼし、場合によっては死滅させる場合もあるため、放流に先立って残留酸化性物質を分解除去する必要がある。
【０００８】
電解質を含む水の電気分解によって生成する機能水を光照射下で着色溶液と接触させ
て処理する方法（特許文献１）は照射する光の溶液中への透過深度に限界があり、大量の排水を処理する場合には光と排水の接触効率を高めるために受光面積の大きな装置構造とすることが必要となり広大な装置の設置面積が必要になる課題がある。
【０００９】
硫黄または硫黄と炭酸カルシウムとの混合物を充填した反応槽に着色した水を導入し
て脱色処理する方法（特許文献２）は硫黄酸化菌を用いる方法で、硫黄酸化細菌の増殖に必要な量の空気を吹き込み、適切な条件に制御する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような従来の着色汚濁水処理方法よりも脱色・浄化処理効果に優れ、凝集沈殿方法や生物処理法などの従来技術の課題であった汚泥発生が無く、かつ電極の性能劣化がほとんどない電解反応装置で製造できる電解機能水を用いた有機着色汚濁水の新規な処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の懸濁物質を含む有機着色排水の浄化方法は、上記目的を達成するために、（１）塩化物イオンを含む水を酸化イリジウム含有電極を陽極に用いて電解処理した処理水（電解機能水）を汚濁水に添加して汚濁物質と反応させ、（２）その後に酸化鉄を含む多孔質材料である酸化鉄担持竹炭と接触させることで電解機能水中の酸化活性物質による汚濁物質の分解反応を促進させ、同時に過剰の残留酸化性物質を分解除去することで汚濁水の浄化を高効率で行い、また富栄養化の原因となっているリンも除去することが出来ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本方法によれば、汚濁水中に懸濁あるいは溶解している有機物を電解機能水中の酸化活性物質による酸化反応で分解除去できる。その結果、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）やＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）を含む排水のＴＯＣ（全有機体炭素）、リン濃度、着色度（吸光度）、濁度等の指標で示される値が低減できる。さらに排水の溶存酸素濃度を高めることができる。すなわち、汚濁水の水質が改善できる。
また、長期間にわたって本処理法を継続実施することによって、すでに汚濁水流路の底に沈積している底泥の分解も進むため、底泥量が減少して汚濁水流路の浄化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る処理装置の基本的実施態様を説明するためのものである。
【図２】投入電気量１Ａｈ当たりの残留塩素発生量の測定結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
陽極に用いる酸化イリジウム電極の基材としては任意の厚みのチタン材の表面に０．５〜５μｍの厚みに酸化イリジウムの薄膜をコートしたものを用いることができる。酸化イリジウム薄膜の厚みは０．５μｍ以上であれば良いが長期間の使用中での消耗を考慮すると１〜２μｍが適している。しかし、製造コストが高くなることを容認すれば５μｍ以上としても性能上は問題ない。
【００１５】
電解質溶液としては塩化物イオンを含む電解質水溶液が用いられる。具体的には塩化物イオンを含む海水を用いることができる。海水の入手しがたい場所では塩化ナトリウムを所定濃度に溶かした水溶液を用いても対応できる。これらの水溶液中の塩類濃度は０．５〜５ｗｔ．％の範囲であればよいが電流効率を考慮すると１〜３ｗｔ．％の範囲が実用的である。また、海水の得難い場所で塩類濃度３ｗｔ．％程度の海水を用いる場合には地下水や水道水など塩類濃度の低い水と混合し、塩類濃度１〜２ｗｔ．％程度に希釈して用いることで海水の使用量を低くすることもできる。
【００１６】
電解質溶液を電解反応槽に通液する条件は上向流で行い、出来るだけ高流速の条件が望ましい。流速が遅い場合、電解反応によって生成したガスが電解反応槽内に留まる時間が長くなり、両極間の通電抵抗を高めて極間電圧が大きくなり使用電力量が増えるためランニングコストの上昇となり望ましくない。
【００１７】
電解した処理水（電解機能水）を懸濁物質と有機物を含む汚濁水に添加させる際の必要な反応時間は対象原水中の汚濁濃度と目標処理水濃度によって異なってくるので一概には言えないが、一般的には脱色のみを目的とする場合には５〜１０分以内の接触時間で十分である。有機物の分解量を高めてＴＯＣやＢＯＤ、ＣＯＤ等の値を低減したい場合には処理時間を２０〜６０分に伸ばすことで達成できる。この場合の必要となる処理時間は目標とする有機物の分解量によって異なってくる。目標値の違いによって２０分以内の処理時間で達成できる場合もあり、６０分以上の処理時間が必要となる場合もある。
【００１８】
電解機能水中の酸化活性物質による有機汚濁物質の酸化反応を促進させる酸化鉄担持竹炭は有機多孔質材料である竹材を炭化処理した多孔質炭素材料の細孔表面に鉄酸化物を主成分とする金属酸化物を０．０５〜２０ｗｔ．％担持させた機能材料を用いることが有効であり、本処理法の重要な特徴である。
【００１９】
上記の機能材料と汚濁水の接触処理で用いる粒状の機能材料の粒径は汚濁水と機能材料の接触反応装置の方式によって異なってくる。流動層式反応装置とする場合には粒径は１ｍｍ〜２０ｍｍ程度のものを用いるのが適している。固定層式反応装置として用いる場合の粒径は５〜３０ｍｍ程度のものを用いるのが適している。また、網目状の容器に充填して用いる場合には網目の開口部の大きさによって最適粒径が異なってくるが、一般的には２０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の比較的大粒径のものを用いるのが実用的である。機能材料の粒径の違いと汚濁水との接触処理方式の違いによって除去効果が異なってくるため、処理目標水質を考慮して最適処理方式を選定する必要がある。流動層式反応装置や固定層式反応装置を用いる場合は汚濁水を所定の接触時間となるように一定の流速で反応塔に通水すればよく、粒状の機能材料を網目材料で構成された容器または通水性の袋に入れて排水の流路に敷設した反応層に排水を通水することでその目的を達成できる。
【実施例】
【００２０】
実施例１  
横幅１００ｍｍ， 奥行き１５０ｍｍ， 高さ１５０ｍｍの塩ビ製（容量２．２５Ｌ）の反応容器を直列に５槽連結して模擬流路とした。各反応槽には下部に約１Ｌの汚泥を入れ、その上部に１Ｌの汚濁水を入れ、上部の汚濁水が押し出し流れで１槽目から順次２槽目、３槽目へと流れるように設定した。また、３槽目の反応容器には酸化鉄を０．１２ｗｔ．％担持させて調製した竹炭を２５０ｍＬ充填した反応槽とした。さらに４槽目には空気を４０Ｌ／ｈの流量で連続的に吹き込む反応層とした。なお、実験に用いた汚泥と汚濁水はいずれも実際のノリ加工生産排水流路から採取して用いた。同じく、実際の汚濁水を５Ｌ／ｈの流量で連続的に１槽目に送液した。
【００２１】
電解機能水製造のための電解反応槽は、陽極に厚さ２ｍｍのチタン材料（サイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍ）の表面に２〜３μｍの厚みに酸化イリジウムをコートした電極材料を、陰極には同様サイズのＳＵＳ３１６Ｌを用い、電極間距離を１０ｍｍとなるように設定した電解反応セル構造とし、セル内を塩化ナトリウム ３ｗｔ．％含む水溶液を０．１２５Ｌ／ｈ（セル内線速度０．２５ｍ／ｈ）で一過式で通液する方式とした。
３Ａの定電流条件で電解して得られた電解液（電解機能水）を全量１槽目の反応槽に連続添加する条件で汚濁水の浄化実験を行った。
【００２２】
実験開始後１時間後には1槽目に滞留している水は汚濁原水に比べて着色度、濁度とも
顕著に低下し、汚濁水の浄化反応が進んでいるのが観察された。さらに実験を継続すると
２槽目、３槽目へと浄化が進行していくことが目視観察で確認できた。
また、原水で感じられた不快臭は、５槽目処理水ではほとんど感じられなくなっていた。
本処理法によって臭気の発生を抑制できることを確認した。
実験開始後ほぼ定常状態に達した時点で通液を止め２４時間後の各反応槽内の水質分析結果を表１に示す。
【表１】
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【００２３】
表１の結果から、原水（汚濁水）と５槽目の最終処理水の水質を比較すると、吸光度は０．０６６が０．０１５に低下し、ほぼ透明に近い状態になっている。ＴＯＣの値は６５．４ｍｇ／Ｌが３７．４ｍｇ／Ｌまで低下し、除去率では４２．８％となっている。リン濃度は９．５ｍｇ／Ｌが０．６ｍｇ／Ｌまで低下し、除去率では９３．７％となっている。また、溶存酸素（ＤＯ）は原水が０．６ｍｇ／Ｌで極めて低い値であったものが６．９ｍｇ／Ｌまで上昇している。
これらの結果が示す通り、本発明の処理方法によって、着色汚濁水の脱色浄化処理ができることが確認できた。
【００２４】
比較例１  
実施例１で行った反応槽４槽目への空気の吹き込みを行わない条件とし、他は実施例１とまったく同様な条件で連続実験を行った。ほぼ定常状態になった時点での５槽目の最終処理水の水質分析結果を以下に示す
ｐＨ  ６．３８， 吸光度  ０．０１４， 残留塩素濃度  ＮＤ， ＴＯＣ  ５１．７ｍｇ／Ｌ（除去率２０．９％）, 溶存酸素濃度（ＤＯ） ０．８ｍｇ／Ｌ ，リン濃度  ０．９ｍｇ／Ｌ（除去率９０．５％）
実施例１の４槽目の処理水と比較すると、吸光度、リン除去ではほぼ同程度の除去性能を示しているものの、ＴＯＣの除去率では実施例の４２．８％に比べて２０．９％に低下している。これは酸素吹き込みをしなかったために生物反応に起因する有機物の分解が進まなかったことによる影響と判断できる。さらに、溶存酸素濃度は原水の値（０．６ｍ／Ｌ）とほとんど変わらない値であり、水生生物の生息環境としては不適切な水質であることが分かる。
【００２５】
比較例２  
実施例１で行った反応槽３槽目への鉄担持竹炭の充填を無くし、さらに反応槽４槽目への空気の吹き込みを行わない条件とし、他は実施例１とまったく同様な条件で連続実験を行った。ほぼ定常状態になった時点での５槽目の最終処理水の水質分析結果を以下に示す
ｐＨ  ６．４１，吸光度  ０．０１４，残留塩素濃度  ２．６ｍｇ／Ｌ，ＴＯＣ  ５２．１ｍｇ／Ｌ（除去率２０．３％），溶存酸素濃度（ＤＯ）０．９ｍｇ／Ｌ
，リン濃度 ８．４ｍｇ／Ｌ（除去率１１．６％）
実施例１の５槽目の処理水と比較すると、吸光度ではほぼ同程度の除去性能を示しているものの、ＴＯＣの除去率では実施例の４２．８％に比べて２０．３％に低下している。これは比較例１と同様に酸素吹き込みをしなかったために生物反応に起因する有機物の分解が進まなかったことによる影響と判断できる。また、リンの除去率が１１．０％に低下している。これは鉄担持竹炭を充填しなかったために、リン除去効果がほとんどなくなったと判断できる。
さらに、溶存酸素濃度は比較例１と同様に原水の値とほとんど変わらない値であり、水生生物の生息環境としては不適切な水質であることが分かる。
【００２６】
実施例２〜８
陽極に厚さ２ｍｍのチタン材料（サイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍ）の表面に１〜３μｍの厚みに酸化イリジウムをコートした電極材料を、陰極には同様サイズのＳＵＳ３１６Ｌ を用い、電極間距離を５ｍｍ となるように設定した電解反応セル内を塩化ナトリウム３ｗｔ．％含む水溶液を３．０Ｌ／ｈ（セル内線速度１２ｍ／ｈ）で一過式で通液する条件とし、投入電気量を０．６７〜３．３３Ａｈ／Ｌの範囲（電流密度：８００〜４０００Ａ／ｍ2）の各定電流条件で電解して得られた電解液（電解機能水）を採取して電解液中の残留塩素濃度を測定した。測定結果を表２に示す。
【表２】
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【００２７】
表２に示した結果をみると、電解液（電解機能水）中の残留塩素（ＮａＯＣｌ）濃度は投入電気量（Ａｈ／Ｌ）を大きくしていくと増加していく傾向を示している。この結果を電極表面の電流密度（Ａ／ｍ２）と投入した電気量１Ａｈ
あたりの残留塩素の発生量として示したのが図２である。図２をみると１Ａｈあたりの残留塩素の発生量は電流密度によって変化し、電流密度が２０００Ａ／ｍ２の条件で最大となっている。すなわち、２０００Ａ／ｍ２
の条件で電解することでもっとも高活性な機能水を得られることが分かる。
図２に示した実施例の傾向より、本発明における電解機能水の生成は電流密度６００〜５，０００Ａ／ｍ２の範囲で有効であると判断できる。さらに経済的な判断を加えると１，０００〜３，５００Ａ／ｍ２の範囲が適しており、さらに望ましくは１，５００〜３，０００Ａ／ｍ２の範囲の電流密度に設定しておこなうのが良いことが分かる。
【００２８】
比較例３〜９
実施例２〜８で用いた電極の代わりにチタン材料（５０ｍｍ×５０ｍｍ）の表面に２〜３μｍの厚みに白金をコートし、さらにその表面に０．０５〜０．１μｍの酸化イリジウムをコートした電極材料を用い、他は実施例３と同様な条件で塩化ナトリウムを含む水溶液の電解実験を行い、得られた電解液（電解機能水）を採取して残留塩素濃度を測定した。測定結果を表３に示す。
【表３】
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【００２９】
表３に示した比較例３〜９の結果を表２に示した実施例２〜８の結果と比較すると、電解処理水中の残留塩素濃度はいずれの投入電気量の条件での実施例の５０％以下（３２〜５０％）となっている。
これらの結果から、陽極に用いる電極は、チタン材の表面の酸化イリジウムの厚みを１〜３μｍとした電極が優れた性能を発揮することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は着色汚濁水の脱色浄化処理法として、ノリ加工生産排水の脱色浄化処理を目的として開発したものであるが、本分野に限定することなく、有機汚濁水を排出している排水処理法として幅広く利用できる。具体的利用分野としては、畜産排水の処理、染色排水の処理、化学工業における有機着色物質含有廃水の処理等に適用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１．着色汚濁水
２．電解質水溶液
３．電解反応槽
４．電解機能水
５．脱色浄化反応装置
６．空気
７．処理水
【図１】
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【図２】
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