(57)【要約】【課題】アントラハイドロキノン化合物を用いた水処理において、安全かつ低コストにアントラハイドロキノン化合物を供給することができ、処理効率を高めることが可能な技術の提供。【解決手段】アントラキノン化合物を所定範囲の酸化還元電位に曝す還元部と、アントラハイドロキノン化合物をアントラキノン化合物から分離する分離部と、分離部で分離されたアントラハイドロキノン化合物を処理水に作用させる反応部とを備える水処理装置を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）を備える、水処理装置。
（ｉ）アントラキノン化合物を所定範囲の酸化還元電位に曝す、還元部；
（ｉｉ）アントラハイドロキノン化合物をアントラキノン化合物から分離する、分離部；及び
（ｉｉｉ）分離部で分離されたアントラハイドロキノン化合物を処理水に作用させる反応部。
【請求項２】
前記還元部における酸化還元電位が−３００ｍＶ以下である、請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記分離部において、アントラキノン化合物からアントラハイドロキノン化合物が膜分離される、請求項１又は２記載の水処理装置。
【請求項４】
前記アントラキノン化合物が水に不溶もしくは難溶である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記アントラキノン化合物の粒子径が０．０１μｍ以上１ｍｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記反応部において生物処理が行われる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記生物処理が嫌気処理、無酸素処理及び好気処理のいずれか１又は２以上の組み合わせにより行われる、請求項６記載の水処理装置。
【請求項８】
反応部に所定量のアントラヒドロキノン化合物を供給する、供給部を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置に関する。より詳しくは、還元剤としてアントラハイドロキノン化合物を用いる水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理技術において、アントラハイドロキノン化合物は、排水中の金属を還元し回収することを目的とした還元剤として、また硫化水素の発生を抑制することを目的とした微生物呼吸阻害剤として用いられている。また、アントラハイドロキノン化合物は、過酸化水素製造における還元触媒や、パルプの蒸解における蒸解助剤としても用いられる。
【０００３】
アントラハイドロキノン化合物は、酸化されやすく、容易にアントラキノン化合物に変換されるため、長期貯留が難しい。このため、上記のようなアントラハイドロキノン化合物を用いた各種プロセスでは、アントラハイドロキノン化合物を原位置で簡便に製造し、供給するための技術が求められている。
【０００４】
アントラハイドロキノン化合物の製造方法としては、例えば、下記の方法（ｉ）〜（ｉｖ）が提案されている。
（ｉ）アントラキノン化合物を有機溶媒に溶解し、金属触媒存在下、水素を負荷するこ
とによりアントラハイドロキノン化合物を得る方法（例えば、非特許文献１）。
（ｉｉ）アントラキノン化合物の一部が還元された化合物（例えば１，４，４ａ，９ａ
−アントラキノン等）を触媒存在下でエノール反応によりアントラハイドロキノン化合物とする方法（例えば、特許文献１）。
（ｉｉｉ）硫酸還元菌などの嫌気性微生物存在下で、アントラキノン化合物を還元させ
、アントラハイドロキノン化合物を得る方法（例えば、特許文献２）。
（ｉｖ）電気分解等により発生した水素でアントラキノン化合物を還元し、アントラハ
イドロキノン化合物とする方法（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−５１２２６号公報
【特許文献２】特表平５−５０６６５８号公報
【特許文献３】特開昭６１−２８４５９１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｕｌｌｍａｎｎ‘ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  １９７９年  第４版  第１７巻  ６９７−７０５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の方法（ｉ）は、装置が大規模であり、製造に水素を使用することから安全性に不
安があった。また、有機溶媒を用いることから、アントラハイドロキノン化合物を水溶液として得る必要がある場合に、水溶液中への有機溶媒の混入が問題となる。有機溶媒の混入の可能性があるために、同方法で製造されたアントラハイドロキノン化合物水溶液を水処理へ適用することは難しい。方法（ｉｉ）も、装置が大規模であるという問題があった
。
【０００８】
また、方法（ｉｉｉ）は、微生物を用いることから、アントラキノン化合物のアントラ
ハイドロキノン化合物への還元反応が不安定であり、反応開始に時間を要するという問題があった。さらに、方法（ｉｖ）は、装置を小型化できるものの、アントラキノン化合物
とアントラハイドロキノン化合物の分離ができないため、アントラハイドロキノン化合物を処理水に効果的に作用させるのが難しかった。
【０００９】
そこで、本発明は、アントラハイドロキノン化合物を用いた水処理において、安全かつ低コストにアントラハイドロキノン化合物を供給することができ、処理効率を高めることが可能な技術を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題解決のため、本発明は、以下の［１］〜［８］を提供する。
［１］下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）を備える、水処理装置。
（ｉ）アントラキノン化合物を所定範囲の酸化還元電位に曝す、還元部；
（ｉｉ）アントラハイドロキノン化合物をアントラキノン化合物から分離する、分離部；及び
（ｉｉｉ）分離部で分離されたアントラハイドロキノン化合物を処理水に作用させる反応部。
［２］さらに、下記（ｉｖ）及び（ｖ）を備える、［１］の水処理装置。
（ｉｖ）アントラキノン化合物を貯留する、貯留部；
（ｖ）反応部に所定量のアントラヒドロキノン化合物を供給する、供給部。
［３］前記還元部における酸化還元電位が−３００ｍＶ以下である、［１］又は［２］の水処理装置。
［４］前記分離部において、アントラキノン化合物からアントラハイドロキノン化合物が膜分離される、［１］〜［３］のいずれかの水処理装置。
［５］前記アントラキノン化合物が水に不溶もしくは難溶である、［１］〜［４］のいずれかの水処理装置。
［６］前記アントラキノン化合物の粒子径が０．０１μｍ以上１ｍｍ以下である、［１］〜［５］のいずれかの水処理装置。
［７］前記反応部において生物処理が行われる、［１］〜［６］のいずれかの水処理装置。
［８］前記生物処理が嫌気処理、無酸素処理及び好気処理のいずれか１又は２以上の組み合わせにより行われる、［７］の水処理装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、アントラハイドロキノン化合物を用いた水処理において、安全かつ低コストにアントラハイドロキノン化合物を供給することができ、処理効率を高めることが可能な技術が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
【００１３】
１．全体構成
本発明に係る水処理装置は、以下の構成を備える。
（１）アントラキノン化合物を貯留する、貯留部；及び
（２）アントラキノン化合物を所定範囲の酸化還元電位に曝す、還元部；
（３）アントラハイドロキノン化合物をアントラキノン化合物から分離する、分離部；
（４）反応部に所定量のアントラヒドロキノン化合物を供給する、供給部；
（５）分離部で分離されたアントラハイドロキノン化合物を処理水に作用させる反応部。
【００１４】
本発明に係る水処理装置において、アントラキノン化合物及び場合によってアントラハイドロキノン化合物は外部から貯留部に供給される。アントラキノン化合物及びアントラハイドロキノン化合物は貯留部から還元部に送られ、アントラキノン化合物の一部はアントラハイドロキノン化合物に還元される。アントラハイドロキノン化合物及び未反応のアントラキノン化合物は還元部から分離部に送られ、アントラキノン化合物からアントラハイドロキノン化合物が分離される。分離されたアントラハイドロキノン化合物は分離部から反応部に送られ、処理水に投入される。この際、供給部が、所定量のアントラヒドロキノン化合物を反応部へ供給するように機能する。本発明に係る水処理装置において、貯留部、還元部、分離部、供給部及び反応部は、特に言及しない限り、従来公知の送液ライン、ポンプ及びバルブ等によって流体連結される。
【００１５】
本発明に係る水処理装置で用いられるアントラキノン化合物は、アントラセンの９位及び１０位がカルボニル基である、アントラセン骨格を有する化合物である。また、アントラハイドロキノン化合物とは、９位及び１０位のカルボニル基の一部又は全部がヒドロキシル基となった物質である。アントラキノン化合物としては、アントラセン−９，１０−ジオン等が挙げられる。またアントラハイドロキノン化合物としては、アントラセン−９，１０−ジオール等が挙げられる。
【００１６】
本発明に係る水処理装置で用いられるアントラキノン化合物の粒径は０．０１μｍ〜１ｍｍが好ましく、０．０５μｍ〜５００μｍがより好ましい。アントラキノン化合物の粒径が前記下限値以上であれば、アントラハイドロキノン化合物をアントラキノン化合物から分離しやすくなる。また、アントラキノン化合物の粒径が前記上限値以下であれば、アントラキノン化合物のアントラハイドロキノン化合物への還元効率を高めることができる。
【００１７】
本発明に係る装置で処理される水は、特に限定されないが、例えば、金属イオンを含む排水、硫酸イオンを含む排水、及び生物化学的酸素要求量が高くメタン発酵が起こりやすい排水等が好適である。
【００１８】
金属イオンを含む排水としては、めっき処理、電子基板製造及び触媒製造等の工程から排出される排水が挙げられる。金属イオンがキレート剤等と錯体を形成し、酸化されにくく除去されにくい状態で排水中に含まれている場合に、本発明は特に有効である。
【００１９】
硫酸イオンを含む排水としては、硫酸又は硫酸塩によりｐＨが調整された排水、硫酸バンド等の硫酸イオンを含む凝集剤が添加された排水、及び海水が混入している排水等が挙げられる。排水が嫌気状態となり、硫酸還元菌によって硫化水素が発生する場合に、本発明は特に有効である。
【００２０】
生物化学的酸素要求量が高くメタン発酵が起こりやすい排水としては、食品加工業及び畜産業から排出される排水が挙げられる。無酸素−好気循環型の生物処理により排水中の窒素を除去する場合に、メタン発酵を抑制して、排水中の有機物を窒素除去のための電子供与体として効率的に用いることができるため、本発明は特に有効である。また、メタン発酵による、メルカプタンなどの悪臭物質の発生も抑制できる。
【００２１】
２．貯留部（貯留タンク）
貯留部には、外部からアントラキノン化合物が供給される。アントラキノン化合物とともに、アントラハイドロキノン化合物も供給されてもよい。貯留部は、アントラキノン化合物の水スラリー及びアントラハイドロキノン化合物が溶解した水を貯留できるものであれば特に限定されず、汎用のタンクを利用できる。
【００２２】
３．還元部
還元部は、アントラキノン化合物の水スラリー及びアントラハイドロキノン化合物が溶解した水を収容し、アントラキノン化合物をアントラハイドロキノン化合物に還元することが可能なものであれば特に限定されない。アントラハイドロキノン化合物を水処理に使用することを考慮すると、水質汚濁防止法や下水道法等において排水排出基準が規定されている薬剤を用いることなくアントラキノン化合物を還元可能な還元水生成装置及び電気分解装置を還元部に用いることが好ましい。還元水生成装置及び電気分解装置は小型のものが好ましい。
【００２３】
還元水生成装置としては、隔膜により陽極室と陰極室とに隔てられた電解槽を備え、陰極室に供給したアントラキノン化合物及びアントラハイドロキノン化合物を直流電流で電解し、陰極室においてアントラハイドロキノン化合物を生成するものが挙げられる。この場合、電解槽の陰極室を上記貯留部として構成することで、貯留部と還元部を一体に構成できる。電解槽には必要に応じて、アルカリ金属塩などの電解質を供給してもよい。
【００２４】
アントラキノン化合物をアントラハイドロキノン化合物に還元する際の電位は、−３００ｍＶ以下−１０００ｍＶ以上が好ましく、−３５０ｍＶ以下−９５０ｍＶ以上がより好ましく、−４００ｍＶ以下−９００ｍＶ以上が特に好ましい。酸化還元電位が前記上限値以下であれば、アントラキノン化合物をアントラハイドロキノン化合物に効率的に変換できる。また、酸化還元電位が前記下限値以上であれば、アントラキノン化合物をアントラハイドロキノン化合物に還元する際のエネルギーが少なく済む。
【００２５】
４．分離部
分離部は、アントラキノン化合物の水スラリー及びアントラハイドロキノン化合物が溶解した水を収容し、アントラハイドロキノン化合物をアントラキノン化合物から分離することが可能なものであれば特に限定されない。分離部には、例えば、砂ろ過、加圧浮上分離、遠心分離、ベルトプレス、沈澱池による沈殿及び膜ろ過等の手段を適用した分離装置を用いることができる。
【００２６】
分離部は、処理の連続性や分離性能を考慮すると、膜濾過による分離装置が好ましい。濾過膜としては、必要な濾過能を有するものであれば特に限定されないが、中空糸膜、平膜、チューブラ膜、モノリス型膜等が挙げられる。分離膜は、容積充填率が高いことから、中空糸膜が好ましい。
【００２７】
濾過膜に形成される微細孔の平均孔径は、０．０１〜１．０μｍが好ましく、０．０５〜０．４５μｍがより好ましい。微細孔の平均孔径が前記下限値以上であれば、膜濾過に要する圧力を小さくできる。また、微細孔の平均孔径が前記上限値以下であれば、未反応のアントラキノン化合物の漏出を抑制しやすい。
【００２８】
濾過膜として中空糸膜を用いる場合、その材質としては、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデンジフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。中空糸膜の材質は、耐薬品性やｐＨ変化に優れた、ポリフッ化ビニリデンジフロライド（ＰＶＤＦ）又はポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）が好ましい。また、濾過膜としてモノリス型膜を用いる場合は、セラミック製の膜を用いることができる。
【００２９】
膜濾過の形態としては、濾過膜を膜の一次側と二次側とが隔離されるようにハウジング内に固定してモジュールとし、モジュールの一次側に還元部を接続し、二次側に反応部を接続した形態を採用できる。また、モジュールを還元部内のアントラハイドロキノン化合物が溶解した水に浸漬し、濾過されたアントラハイドロキノン化合物をモジュールの二次側に接続されたラインによって反応部に送出する形態も採用できる。モジュールの下方には、濾過膜の膜面を洗浄するための公知の曝気手段を設けてもよい。
【００３０】
５．反応部（反応タンク）・供給部
分離部で分離されたアントラハイドロキノン化合物は、反応部に供給され、処理水と反応される。反応部は、通常用いられる反応タンクであればよく、還元雰囲気下で浸食されない材質あることが好ましい。
【００３１】
反応部へのアントラハイドロキノン化合物の供給量は、水処理の目的に応じて適宜設定される。例えば、硫化水素発生の抑制を目的とする場合、反応部へのアントラハイドロキノン化合物の供給量は、０．００１μｇ／Ｌ〜１００ｍｇ／Ｌが好ましく、０．００５μｇ／Ｌ〜５０ｍｇ／Ｌがより好ましく、０．０１μｇ／Ｌ〜１５ｍｇ／Ｌが特に好ましい。供給量が前記下限値以上であれば、硫化水素の発生を効率的に抑制できる。また、供給量が上限値以下であれば、アントラハイドロキノン化合物の使用量を抑制できる。
【００３２】
また、金属イオンの還元を目的とする場合、反応部へのアントラハイドロキノン化合物の供給量は、還元に必要な電子のモル当量に対して０．５〜１０倍のモル等量比が好ましく、１．０倍〜５．０倍がより好ましい。供給量が前記下限値以上であれば、金属イオンを効果的に還元することができる。供給量が前記上限値以下であれば、アントラハイドロキノン化合物の使用量を抑制できる。
【００３３】
アントラハイドロキノン化合物は、送液ライン及びポンプ等により分離部から反応部に直接供給されてもよいが、送液ライン上に設けたタンク等に一時的に貯留した後、反応部に供給してもよい。これにより、上記所定量のアントラハイドロキノン化合物を安定的に反応部に供給することが可能となる。
【００３４】
反応部は、上記所定量のアントラヒドロキノン化合物を反応部に供給するための供給部を備えることが好ましい。供給部としては、全有機炭素量測定、及び光度計による吸収測定等によりアントラハイドロキノン化合物の濃度を測定し、測定値に基づいて反応部へのアントラヒドロキノン化合物水溶液の流入量を調節する機構を備えた装置が用いられる。供給部は、簡便性や連続的な測定を考慮すると、光度計による吸収測定を適用した装置が好ましい。供給部は、反応部と別体に構成されていてもよく、分離部と反応部とを接続する送液ライン上に設けられていてもよい。
【００３５】
反応部は、アントラハイドロキノン化合物の酸化を防止する酸化防止手段を有していてもよい。また、本発明に係る水処理装置は、還元部と反応部を接続する送液ラインに加えて、該送液ライン内から還元部へアントラハイドロキノン化合物及びアントラキノン化合物を返送するラインを設けてもよい。これにより、装置停止時などに送液ライン上でアントラハイドロキノン化合物が酸化されてしまった場合に、アントラキノン化合物を還元部に返送し、再還元処理を行うことが可能となる。
【００３６】
反応部では、必要に応じて水質汚濁物質の除去が行われてもよい。この場合、反応部を生物反応槽として用い、生物処理と膜分離を組み合わせた膜分離活性汚泥法を適用して処理水中の有機物や窒素分等を除去する。処理後の排水は、ｐＨを調整した後、河川等に放流されてもよい。
【００３７】
以上に説明した本発明に係る水処理装置によれば、処理水へアントラハイドロキノン化合物を安全かつ安定的に供給して、簡便かつ低コストに水処理を行うことができる。