(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
濁水中に複数の電極を挿入して電圧を印加し、浮遊微粒子の濁りを除去するに際して、
前記電極に電流密度が５ｍＡ／ｃｍ２以下の間欠的なパルス電流を供給して、陰電極に金属イオンが極めて少ないプラスのイオンを発生させ、
このプラスのイオンにより、負に帯電した浮遊微粒子を中和させて浮遊微粒子を凝集させ沈降沈殿させて濁りを除去する
ことを特徴とする濁水処理方法。
【請求項２】
電極に供給するパルス電流の電流密度を０．０５ｍＡ／ｃｍ２以上とした
ことを特徴とする請求項１記載の濁水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川やダムなどの取水口などで、流れが極めて緩慢な流域に設置されて水の濁りを除去する濁水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、懸濁している水中には、負に帯電した浮遊粒子が互いに反発して分散状態で安定しており、これら浮遊粒子を除去するものとして、正電荷を持つ凝集剤を懸濁水中に投入して浮遊粒子を中和し凝集させ、粒子の直径を大きくして沈降、沈殿させる薬品処理と、正電極から発生した正イオンにより浮遊粒子を中和して凝集させる電気分解処理とがある。
【０００３】
電気分解処理では、従来、正電極から発生するアルミニウムイオンにより負の電荷をもつ水酸化アルミニウムを生成させ、この水酸化アルミニウムにより浮遊粒子を中和して凝集させるもの（特開平８−１８２９９０号公報や特開２０００−２１０６７０号など）や、鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出させて汚水に供給し、汚水中のリン酸と反応させて難溶融リン化合物を生成し、この難溶融リン化合物を凝集沈殿させて除去するもの（特開平８−１８２９９号公報など）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記薬品処理では、凝集剤の水酸化物や薬品自体が排出されると、環境汚染を招くことになる。
【０００５】
また上記電気分解処理でも、電極から溶出させた金属イオンと濁水中の汚染物や浮遊物が結びついて金属化合物が生成されるため、この金属化合物が環境を汚染する可能性があり、この金属化合物を確実に除去する必要がある。また、処理水に対して必要十分な電力、たとえば電流密度が１Ａ／ｃｍ２程度が不可欠であり、ビル工事や集合住宅の汚水など限られた汚水量に対しては、処理コストが見合う可能性があるものの、多量の懸濁水に対して日常的に浮遊物を沈降処理するためには、多大なランニングコストが必要となるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決して、ランニングコストを大幅に低減でき、環境汚染のおそれがない濁水処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、濁水中に複数の電極を挿入して電圧を印加し、浮遊微粒子の濁りを除去するに際して、前記電極に電流密度が５ｍＡ／ｃｍ２以下の間欠的なパルス電流を供給して、陰電極に金属イオンが極めて少ないプラスのイオンを発生させ、このプラスのイオンにより、負に帯電した浮遊微粒子を中和させて浮遊微粒子を凝集させ沈降沈殿させて濁りを除去するものである。
【０００８】
上記構成によれば、分解電圧以下となる微弱な間欠的なパルス電流を電極に供給して陰電極から金属イオンをほとんど含まないプラスのイオンを発生させ、マイナス電荷を帯びた浮遊微粒子を中和することにより、凝集を促進して効果的に沈殿させることができる。また間欠的なパルス電流であるため、電極の表面に生じる微細な気泡が停止時に放散して膜状になることがないので、直流のように膜状の気泡で電流の低下が生じるようなことがなく、電解効率が低下しない。したがって、ランニングコストを大幅に低減できるとともに、金属イオンの発生がほとんどないことから環境汚染のおそれもない。
【０００９】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の方法において、電極に供給するパルス電流の電流密度を０．０５ｍＡ／ｃｍ２以上としたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係る濁水処理方法の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００１１】
図１（ａ）は実験装置であり、容器１内に鉄製の陽電極２および陰電極３を配置し、容器１には、所定量の懸濁水(土砂による)Ｗが入れられる。商業電源ＡＣ１００Ｖが使用される電解用電源装置４は、ブレーカ５、スライダックスコイルからなる電源トランス６、ダイオード７、電圧計８および電流計９が具備され、商業電源ＡＣ１００Ｖがブレーカ５を介して入力され、電源トランス６で供給電圧が調整された後、ダイオード７により検波されて図１（ｂ）に示す半波整流（間欠的なパルス電流）にされ電極２，３に供給される。
【００１２】
上記構成において、所定の電圧、電流の半波整流が所定時間供給されると、水が電気分解されて細かい気泡、陰電極に水素ガス、陽電極に酸素の気泡が発生する。そして、陰電極３からプラスイオンが発生して陽電極２側に移動する途中で、マイナスイオンを帯びた浮遊微粒子に作用し中和させる。これにより、マイナスの電荷を帯びて互いに反発していた浮遊微粒子が互いにくっつき合い、大きい径の粒子となって沈降する。また発生した気泡が核となって浮遊微粒子が多数集まり、気泡が解消されることにより、大きい塊となって沈降する。
【００１３】
ここで、容器１に、濁水量が１００ｃｍ３、ホルマジン濃度約５００ＮＴＵ［水の濁りを表わす指標で、精製水１リットルに標準物質(ホルマジン１ｍｇ)を含む場合と同程度の濁りを１ＮＴＵという］の濁水を供給し、電極２，３に電圧が２０Ｖ、電流が０．１Ａの半波整流(周波数６０ｃ／ｓ)を約２分間供給した。これら電極２，３の有効表面積は５０ｃｍ３で、２ｃｍ離れて配置された。そして、通電後、２時間放置しておくと、ホルマジン濃度が約１０ＮＴＵ程度まで低下したのが確認された。ここで、供給された電流は微弱な半波整流で、電極２，３における電流密度の範囲が５ｍＡ／ｃｍ２〜０．０５ｍＡ／ｃｍ２の範囲となるように設定されている。
【００１４】
ところで、電解作用においては、一般に電圧がどんなにわずかでも、それに応じた強さで電解作用が発生するわけではなく、図２に示すように、電解作用が明瞭に起こり続くためには、溶液や電極２，３の種類に応じて最小限のある程度の電圧が発生することが必要であるといわれている。これがいわゆるファラデーの法則（ｍ＝ｋＩｔ、ｍ：溶出質量、ｋ：定数、Ｉ：供給電流、ｔ：供給時間）が成立する範囲の最小限必要な電圧「分解電圧」である。（なお、この「分解電圧」は、濁水の導電率、電極の材質、電極間距離により変化する値であるため、ここでは、電極の電流密度の形で表わしている。）
ところで、発明者等は、濁水の浮遊微粒子の沈降に必要なプラスイオンの供給量は、ファラデーの法則が成立する範囲外の分解電圧以下であっても、十分な沈降効果が得られることを見出した。またこの分解電圧以下では、金属イオンの溶出もほとんどなく、金属イオンの化合物による環境汚染のおそれがほとんどないことも確認できた。またここでは鉄製の電極２，３を使用したが、材質がさらにイオン化傾向の小さい金属、たとえばＡｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕなどの材質の電極または表面に所定厚みのメッキ層を有する電極を使用すれば、さらに金属イオンの溶出を抑制できる。さらに、図２，図３に示すように、ファラデーの法則において、電極２，３に供給される電流密度と、イオン溶出量、電極消耗量(浄化作用)の関係も導かれ、これら電極２，３における電流密度の範囲を５ｍＡ／ｃｍ２〜０．０５ｍＡ／ｃｍ２の範囲に設定している。これは電流密度５ｍＡ／ｃｍ２を越えると、浮遊微粒子の沈降効果に比較してランニングコストが上昇し、また金属イオンの溶出が始まり、電極の消耗が大きくなるためであり、０．０５ｍＡ／ｃｍ２以下ではプラスイオンの生成が少なすぎて浮遊微粒子の沈降が困難なためである。
【００１５】
ここで電流密度：Ｊ（Ａ／ｃｍ２）は、図４に示すように、
Ｊ＝Ｉ／Ｓ＝Ｖ／Ｒ×１／Ｓの関係にあり、
ここで、Ｉ：電流（Ａ）、Ｓ：電極表面積（ｃｍ２）、Ｖ：電圧（Ｖ）である。
【００１６】
そしてＲ：濁水の電極間抵抗（Ω）、δ：濁水の電気伝導率（Ｓ／ｃｍ）、ｄ電極間距離（ｃｍ）とすると、Ｒ＝（１／δ）×（ｄ／Ｓ）であるから、
電流密度：Ｊ＝Ｖ・δ・Ｓ／ｄ・Ｓ＝Ｖ・δ／ｄの関係となる。
【００１７】
したがって、Ｊ＝５ｍＡ／ｃｍ２の場合、濁水伝導率：δをたとえば０．５Ｓ／ｃｍとすると、供給電圧：Ｖは、１０×ｄ（ｃｍ）となる。
ここで電極２，３に供給した電流は、間欠的なパルス電流の一種である半波整流である。直流および全波整流とこの半波整流とを比較すると、直流（全波整流を含む）の場合には、電極２，３の表面に微細な気泡が連続的に生成されて電極の表面にあたかも絶縁膜が形成された状態となる。この気泡膜により電流が流れにくくなってプラスイオンの生成量が低下され電解効率が下がる（このため従来技術では、分解電圧以上の電圧を印加して金属イオンを溶出させることにより、電極表面の浄化を行っている）。これに対して、半波整流では、正弦波パルスが間欠的に繰り返されるため、停止時に微細気泡が拡散して電極２，３の表面に微細気泡が滞留しない。したがって、電流の流れが阻害されて電解効率が低下されることがなく、良好にプラスイオンが生成される。
【００１８】
上記濁水処理方法を採用した濁水処理装置としては、たとえばダムや河川に設置されて比較的少ない量をゆっくりと定量的に取水する取水口の入口に設置するのに適しており、取水口の上流側に形成した沈降槽に電極を設置し、取水する水の懸濁を除去する装置として使用できる。またこの供給電源としては、商業電源の他に、太陽光発電や風力発電の使用が可能である。
【００１９】
上記実施の形態によれば、電解電圧以下で、電流密度が小さい微弱な半波整流を電極２，３に供給してプラスイオンを発生させるので、直流や全波整流のように電極２，３の表面に微細気泡の膜が形成されることがなく、良好にプラスイオンを生成して浮遊微粒子を中和させることができる。また、電極２，３に供給する電流密度を５ｍＡ／ｃｍ２〜０．０５ｍＡ／ｃｍ２の範囲とすることにより、電極２，３から金属イオンが溶出を極めて微量に抑制することができ、環境汚染の恐れがほとんどなく、さらにランニングコストを大幅に低減することができる。
【００２０】
なお、上記実施の形態では、各サイクルに１つの半正弦波パルスを含む半波整流を使用したが、間欠的なパルス波を含む電流であれば同様の効果を奏することができ、その波形は問わない。
【００２１】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、分解電圧以下となる微弱な間欠的なパルス電流を電極に供給して陰電極から金属イオンをほとんど含まないプラスのイオンを発生させ、マイナス電荷を帯びた浮遊微粒子を中和することにより、凝集を促進して効果的に沈殿させることができる。また間欠的なパルス電流であるため、電極の表面に生じる微細な気泡が停止時に放散して膜状になることがないので、直流のように膜状の気泡で電流の低下が生じるようなことがなく、電解効率が低下しない。したがって、ランニングコストを大幅に低減できるとともに、金属イオンの発生がほとんどないことから環境汚染のおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る濁水処理方法の実施の形態を示し、（ａ）は実験装置を示す構成図、（ｂ）は供給電圧の波形図である。
【図２】  ファラデーの電気分解の法則を示すグラフである。
【図３】  同濁水処理方法に適用したファラデーの電気分解の法則を示すグラフである。
【図４】  同濁水処理方法における電圧と電極の電流密度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｗ    懸濁水
１    容器
２    陽電極
３    陰電極
４    電源装置
６    電源トランス
７    ダイオード
【図１】
0003833073.tif 000002
【図２】
0003833073.tif 000003
【図３】
0003833073.tif 000004
【図４】
0003833073.tif 000005