JPH029877B2

JPH029877B2 -

Info

Publication number: JPH029877B2
Application number: JP61072083A
Authority: JP
Inventors: Sotohiro Maruyama; Takashi Hirai
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-03-29
Filing date: 1986-03-29
Publication date: 1990-03-05
Also published as: JPS62227494A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、多種類の汚濁物質について高い除去
効率が得られる水処理装置に関するものである。（従来の技術）従来、第８図に示す汚水処理装置が提案されて
いる（特開昭59−87093）。該処理装置は、絶縁資材によつて形成された処
理槽９の下部に汚水流入管９３、上部に浄化水の
流出管９５を連結し、処理槽中には多数の孔９４
が開設された２枚の電極板９１，９２を間隔をあ
けて上下に配置し、下段の電極板は正極、上段の
電極板は負極となる様に通電すると共に、電極板
間に形成された電解室にはイオン化傾向の大なる
可溶性金属、例えばアルミニウム合金によつて作
られた多数の球状充填材９０を充填している。処理槽９には、流入管９３から、反応を促進す
る為の添加剤、例えば塩化アルミニウム等を添加
した汚水が供給される。この汚水は、下段の電極
板９２を通過して電解室に流入し、充填材９０と
接触しながらその間〓を上昇する。汚水が各充填材９０の間〓を通過して上昇する
際、汚水中の各種汚濁物質は、電解反応を起こ
し、分解されて析出する。一方、充填材９０の表
面からは金属イオンが溶出し、汚水中の塩素イオ
ン等と反応して水酸化アルミニウムが生成され
る。該水酸化アルミニウムは、前記析出物と供有
結合、吸着、包含等を起こし、次第に不溶性のフ
ロツクを形成する。更にこれらのフロツクは、陰
極側で発生する水素ガスや陽極側で発生する酸素
ガスを吸着して見かけの比重が小さくなり、処理
槽９の上部に浮上する。フロツク状となつて浮上した汚濁物質（以下ス
カムという）は、水との二層流となつて流出管９
５から流出し、周知の浮上分離層（図示省略）へ
供給され、スカムの除去が施されるのである。又、上記装置は、汚水が正極の電極板９１を通
過する際に起こる酸化反応と、負極の電極板９２
を通過する際に起こる還元反応とによつて、汚濁
物質を無害且つ安定な物質に変化させ、BOD、
COD等も低減させる。（解決しようとする問題点）ところが、上記汚水処理装置に於いては、汚水
に含まれる汚濁物質の種類によつては除去率が低
く、多種類の汚濁物質が含まれた汚水の処理に於
いては、十分な除去効率が得られない問題があつ
た。（問題点を解決する為の手段）発明者は、上記問題点を解決するべく種々の実
験を繰り返し、この結果、電解酸化と電解還元と
を分離することが除去効率の改善に極めて有効な
ことを究明し、本発明の完成に至つた。尚、本発明に係る水処理装置に於いて起こる電
気化学的反応は極めて複雑であり、完全な理論的
解明は今のところ出来ないが、発明者が行なつた
実験及び解析によれば、次の如く、推察されるの
である。即ち、汚水中の汚濁物質が多種多様である場合
は、一つの浄化プロセスでは除去が不可能である
が、本発明に係る水処理装置に於いては、下記の
如く中和、酸化、還元、凝集のプロセスが夫々効
果的に行なわれ、然もこれらのプロセスに伴う化
学的変化が相互に影響して、各プロセスの効果の
総和以上の効果が得られるものと考えられるので
ある。本発明に係る汚水処理装置は、内面を絶縁した
処理槽を偶数列並設して、夫々上流側の処理槽の
上部と下流側の底部とを連通し、最上流の処理槽
下部に汚水の流入口、最下流の処理槽上部に浄化
水の流水口を設けた。各処理槽中には、通水性を有する奇数枚の電極
板を間隔をあけて上下に配置し、隣合う電極板ど
うしは異極となり且つ上流槽の最上段の電極板と
下流槽の最下段の電極板とは異極となる様に通電
する。又、電極板間に形成された各電解室には、表面
に多孔性酸化皮膜を設けた可溶性金属片を充填
し、金属片相互間には、処理水が通過する多数の
間〓を形成した。（作用）処理されるべき汚水は、反応を促進する為の適
当な添加剤が添加された後、最上流の処理槽に設
けられた流入口から装置内へ流入し、最下流の処
理槽へ向かつて各処理槽を順次通過して電気化学
的処理が施され、最終的に最下流の処理槽に設け
られた流出口から排出される。各処理槽に於いて、汚水は底部から送入され、
最下段の電極板を通過して第１の電解室へ流入
し、順次上段の電極板、電解室を通過し、最上段
の電極板を通過した後、下流側の処理槽の底部へ
送出される。可溶性金属片の表面には、多孔性の水酸化皮膜
が形成されているが、該水酸化皮膜自体は、乾燥
状態では電気的絶縁性を有している。しかし、水
中に於いては、隣接する金属片どうしは、水酸化
皮膜の介在により互いに離間しているが、該皮膜
は多孔性であるから、皮膜に浸透した水を通じ
て、水の電気抵抗に相当する抵抗値にて互いに導
通する。従つて、各電極板に通電されると、各電解室に
充填された金属片は前記抵抗値に応じて帯電し、
電解室内には下方から上方に向かつて変化する電
位分布が生じる。これによつて、各金属片から
は、夫々の電位部分に応じたイオン濃度で金属イ
オンが溶出する。各電解室内に供給された汚水は上記電位分布内
を通過し、この間に汚水中の各種汚濁物質は、そ
れぞれに固有の電位部分で電解反応を起こし、分
解されて析出する。析出した各種汚濁物質は、
夫々固有の荷電量を有しているが、該荷電量に応
じたイオン濃度を有する金属イオンがその表面に
吸着され、これによつて殆どの汚濁物質について
表面荷電の中和化が起こり、この結果、無数の金
属水酸化物の粒子が生成される。上記金属水酸化物の粒子は、互いの衝突により
容易に結合して、フロツク化が逐次進行する。更
にこれらのフロツクは、陰極側で発生する水素ガ
ス及び陽極側で発生する酸素ガスを吸着して見か
けの比重が小さくなり、処理槽上部に浮上するの
である。尚、各金属片間には、処理水が通過できる間〓
が形成されている為、上記フロツクは、これらの
間〓を難無く通過し、各電解室を順次上昇し、処
理槽上部へ浮上する。各処理槽には、夫々極性の異なる奇数枚の電極
板が配設され、偶数の電解室が形成されており、
各処理槽内の汚水は、これらの電極板を通過する
に伴つて酸化作用及び還元作用が繰り返され、最
上段の電極板を通過した時点では、酸化状態或は
還元状態の何れかの状態となつている。汚水は、上流側の処理槽から下流側の処理槽へ
進むにつれて、上記酸化状態及び還元状態を夫々
同回数経て、最終的に最下流の処理槽を出た時点
では、中和状態に収束することになる。従つて、各処理槽では夫々酸化或は還元作用を
主体とした反応が別々に起こり、これらの反応に
関与する固有の汚濁物質が、最上流の処理槽から
最下流の処理槽へ向かつて進むにつれて段階的に
分解除去され、最終的に多種類の汚濁物質の除去
が行なわれるのである。（発明の効果）本発明に係る水処理装置に於いては、酸化を主
体とする反応槽と還元を主体とする処理槽とが分
離されているから、中和、酸化、還元、凝集の各
浄化プロセスの効果が夫々有効に発揮されるばか
りでなく、これらの効果が相乗して、優れた性能
が得られる。従つて、従来装置に比べて、多種多様の汚濁物
質を含んだ汚水を高い除去効率で処理することが
出来るのである。（実施例）第１図及び第２図は、本発明に係る汚水処理装
置の一実施例を示している。縦長直方体状の外槽２を隔壁２０によつて仕切
ることにより、夫々上流処理槽及び下流処理槽と
なる第１処理室２１及び第２処理室２２が形成さ
れ、両処理室の底部に、夫々第１流入室２４及び
第２流入室２５が形成されている。又外槽２の上部には、両処理室２１，２２に隣
接してスカム溜め室２３が形成され、その底部に
スカム排出口７３が開設されている。第１処理室２１の第１反応槽３上方に設けた出
口６１と第２処理室２２下方に設けた入口６２と
を連結管６によつて連結し、第１処理室２１と第
２処理室２２とを互いに連通している。第１流入室２４への流入口７に流入管７１を接
続し、第２処理室２２の第２反応槽４上方に流出
口７０を開設する。又、該流出口７０に連通して
第１出口室７５及び第２出口室７６を形成し、両
出口室７５，７６の隔壁には、外槽２の水位を調
節するための三角堰７４を位置調節可能に装備
し、第２出口室７６の底部に流出管７２を接続す
る。外槽２の上部には、モータ８３によつて駆動さ
れる周知のスカム排除装置８が配設されている。
該装置は、第３図及び第４図に示す如く一対の駆
動ローラ８２，８２間に張設した無端状チエーン
８１，８１に対し、複数の掻出し板８０を固定し
たものである。第１処理室２１及び第２処理室２２中に、夫々
一対の第１反応槽３，３及び第２反応槽４，４を
設置し、両第１反応槽３，３は第１流入室２４
に、両第２反応槽４，４は第２流入室２５に連通
する。第１反応槽３及び第２反応槽４は、夫々塩化ビ
ニール、FRP等の絶縁資材によつて作られた筒
状本体の内部に、第１電極板３１，４１、第２電
極板３２，４２及び第３電極板３３，４３を間隔
をおいて固定している。各電極板は上下に貫通す
る多数の透孔３４，４４を具えている。各反応槽３，４は、夫々外形が280×330mm、高
さが650mmである。各電極板は、例えばグラフアイト等のカーボン
電極であつて、厚さが20mm、大きさが250×300mm
透孔の内径が20mmであり、隣合う電極板の間隔は
250mmである。又、透孔３４，４４の数は、一枚
の電極板当たり42個である。各電極板間に形成された電解室には、多数のパ
イプ片５が充填されている。該パイプ片５は第５
図及び第６図に示す如く、中央孔５０の周囲に互
いに120度の間隔をおいて、上下２段に夫々３個
の貫通孔５１を開設し、表面には後述の如く多孔
質の水酸化皮膜が形成されている。各パイプ片５
の外径Ｄは40mm、中央孔５０の内径Ｃは10mm、高
さＨは50mm、貫通孔５１の内径Ｂは６mm、パイプ
片端面から貫通孔５１の中心までの距離Ａは15mm
である。前記多数のパイプ片５の内、大部分はアルミニ
ウム合金製のものであつて、鉄合金製のものが全
体の２〜５％混入されている。アルミニウム合金
製パイプ片の金属成分は、Fe：5.0％、Mg：4.5
％、Ni：1.0％、Cr：0.25％、Zn：0.25％、Cu：
0.2％、残部Alである。一方、鉄合金製パイプ片
の金属成分は、Ni：1.6％、Mn：0.9％、Cr：0.6
％、Ｃ：0.35％、Si：0.35％、Mo：0.3％、Ｐ：
0.01％、Ｓ：0.01％、残部Feである。アルミニウム合金製のパイプ片５は、PH11に調
節された水酸化カルシウムの水溶液に100時間浸
漬することにより、表面に厚さが略10μｍの水酸
化皮膜を形成する。該水酸化皮膜は、周知の如く
多孔質（ポーラス層）となり、水を含むことが可
能である。従つて、水中にて互いに接触する多数
のパイプ片５は、水を含んだ水酸化皮膜を介して
互いに電気的に連結されると同時に、水酸化皮膜
を通して金属イオンを水中に溶出することが出来
るのである。尚、上記水酸化皮膜は、Al、Mg及びCaを主成
分（略90％）とし、その他、Fe、Ni、Cr等を
夫々少量づつ含んでいる。第１反応槽３の第１電極板３１及び第３電極板
３３は正極、第２電極板３２は負極となる様に通
電し、第２反応槽４の第１電極板４１及び第３電
極板４３は負極、第２電極板４２は正極となる様
に通電する。隣接する電極板間の電位差は、例え
ば20V程度の低電圧に設定される。従つて、電解
室内で激しい水の電気電解は起こらない。汚水には予め適当な添加剤、例えば硫酸アルミ
ニウム、塩化ナトリウム、水酸化カルシウム等を
５〜20ppm添加し、上記汚水処理装置１の流入管
７１から第１流入室２４へ供給する。第１流入室２４へ供給された汚水は、先ず第１
反応槽３へ流入し、ここで酸化を主体とする１次
処理が施された後、連結管６及び第２流入室２５
を経て第２反応槽４へ流入し、ここで還元を主体
とする２次処理が施される。これらの処理が施さ
れ浄化された水は、流出口７０から先ず第１出口
室７０へ流入し、更に三角堰７４を経て第２出口
室７２へ流入し、流出管７２から装置外部へ流出
する。第１反応槽３に於いては、汚水は第１乃至第３
の電極板３１，３２，３３を通過する際に、順次
酸化、還元、酸化の作用を交互に受け、第３電極
板３３を通過した時には酸化された状態となる。この間に汚濁物質の分解が起こり、汚水中に含
まれる塩素イオンが遊離酸素と結合し、これが酸
化剤となつてパイプ片５の表面と反応する。この
結果、水酸化アルミニウム及び水酸化鉄が生成さ
れ、これらが汚水中に供給される。又、陰極である第２電極板３２の表面からは水
素ガス、陽極である第１電極板３１及び第３電極
板３３の表面からは酸素ガスが発生し、例えば直
径が10〜30μｍの気泡となつて上昇する。該気泡
の上昇速度は略1.5〜４cm／secであり、この上昇
気泡によつて電解室内には対流が生じ、これによ
つて汚濁物質のフロツク化が助長されると共に、
上昇気泡がこのフロツクを吸着し、処理室２１の
上層部へ浮上せしめるのである。この際、電解室内には多数のパイプ片５が夫々
ランダムな姿勢で充填されているが、各パイプ片
間には互いに連通する無数の間〓が生じると共
に、各パイプ片は中央孔５０及び周壁に６個の貫
通孔５１を有している為、上記フロツクは、これ
らの間〓と孔を難無く通過し、各電解室を順次上
昇し、処理層上部へ浮上する。従つて、これらの
フロツクがパイプ片間に堆積することはない。次いで、第２反応槽４に於いては、汚水は第１
乃至第３の電極板４１，４２，４３を通過する際
に、還元、酸化、還元の作用を順次受け、最初第
１反応槽３から第２流入室２５へ流入した際には
酸性状態であつた液は、第３電極板３３を通過し
た時には中和された状態に戻る。この間に、第１反応槽３とは異なる種類の汚濁
物質の分解が起こり、これらがフロツクとなつて
第２処理室２２の上層部へ浮上する。汚濁物質が
分解、凝集され、フロツク化して浮上する過程
は、上記第１処理室２１に於ける場合と同様であ
る。尚、第１反応槽３へ供給された汚水が酸性或は
アルカリ性に偏つている場合に於いても、汚水は
第１反応槽３及び第２反応槽４内の各電極板を順
次通過することによつて徐々に中和状態へ近づ
き、第２反応槽４を出た時点では、PHは略７に収
束している。この結果、第１処理室２１では、酸化作用を主
体とする１次処理が施され、第２処理室２２では
還元作用を主体とした２次処理が施され、これら
２段階の処理によつて、夫々に固有の汚濁物質の
分解、除去が行なわれる。然も、各電解室に投入
されているアルミニウム合金製のパイプ片５はイ
オン化傾向が大きく、鉄合金製のパイプ片５はイ
オン化傾向が小さいから、両電極板間の電位の傾
き（grad）は電解室内にて一様ではなくなり、
位置によつてランダムに変化し、これによつて各
種汚濁物質に対する反応が夫々に固有の電位傾き
部分で起こることになる。この結果、第６図に示
す従来の装置に比べて更に多種類の汚濁物質の除
去が可能となるのである。第１処理室２１及び第２処理室２２の上層部に
浮上したスカムは、スカム排除装置８の掻出し板
８０の移動によつて外槽２の上端部に設けられた
斜板２６に向かつて掻き集められ、更に第４図中
矢印の如く該斜板２６上からスカム溜め室２３へ
掻き出され、スカム排出口７３を経て外部へ排出
される。発明者は、上記水処理装置を用いて、第７図に
示すごとき汚水浄化システムを構成し、し尿２次
処理水、食堂廃水、食品加工場廃水、製麺場廃水
及び下水道廃水の夫々について、本発明に係る水
処理装置の効果を確認する実験を行なつた。但
し、ここでは処理能力を更に高める目的で、水処
理装置１として第１図に示す装置を２基、直列に
接続して用いた。これによつて、装置の処理容量
は２トン／時間となる。原水槽１０内の汚水は原水ポンプ１３によつて
水処理装置１へ供給する。尚、この汚水には、薬
品槽１１から薬注ポンプ１４により、適当な添加
剤を注入する。水処理装置１によつて処理された
浄化水は、更に周知の浮上槽１２へ送り、浄化水
中の残留スカムを完全に除去するのである。実験によつて得られた結果の一部を下記第１表
乃至第５表に示す。ここで、Ｎ−Hexはノーマル
ヘキサン、Ｔ−Ｎは全窒素、Ｔ−Ｐは全燐を示
す。

【表】

【表】各種汚水に於いて、COD、BOD、SS、その他
の含有成分について、100％に近い除去率が達成
されている。又、脱臭、脱色、殺菌等の効果も得
られていることがわかる。第８図に示す従来装置に於いては、処理効率が
低いのみならず、球状充填材９０の間にフロツク
が堆積し易く、これによつて連続運転がが不可能
になる問題があつた。これに対し、本発明に係る上記水処理装置に於
いては、可溶性金属片が複数の貫通孔を有するパ
イプ片から構成されているので、単位重量当たり
の実効表面積が大きく、然もこれらのパイプ片間
及び各パイプ片自体には、フロツクを含んだ処理
水が通過する為の十分な間〓が形成されるので、
高効率での連続運転が可能である。又、上述の如く各電極板に印加すべき電圧は低
く、電極間を流れる電流も例えば3A程度であつ
て、消費電力が極めて少ない。然も、従来の装置
に比べて多種類の汚水を効率良く浄化できるか
ら、家庭用の水処理装置としても極めて有効であ
る。本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特
許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形
が可能であることは勿論である。例えば、第１図及び第２図に示すスカム溜め室
２３からの排出液には、処理水に投入した添加剤
が微量ではあるが含有されているので、該排出液
からスカムを分離した後、これを更に流入管７１
から装置内へ供給し、添加剤の有効利用を図るこ
とが可能である。第１図の各電極板に印加すべき電圧の極性は、
正負逆であつても可い。又、各処理槽に配設され
るべき電極板は３段に限らず５或はそれ以上の奇
数段であつても可く、更に、並設すべき処理槽は
２列に限らず４列或はそれ以上の偶数列であつて
も可い。更に、各電解室内に充填する金属片としては、
上記パイプ片に限らず、例えばテトラポツド状の
ものであつても可い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水処理装置の概略を示す
断面図、第２図は第１図−線に沿う断面図、
第３図はスカム排除装置の要部を示す斜面図、第
４図はスカム溜め室の断面図、第５図及び第６図
は夫々パイプ片の一部破断側面図及び平面図、第
７図は本発明に係る水処理装置を用いた汚水浄化
システムの模式図、第８図は従来装置の断面図で
ある。２１……第１処理室、２２……第２処理室、３
……第１反応槽、４……第２反応槽、３１，４１
……第１電極板、３２，４２……第２電極板、３
３，４３……第３電極板、５……パイプ片、６…
…連結管、７……流入口、７０……流出口、８…
…スカム排除装置。

Claims

【特許請求の範囲】１内面を絶縁した処理槽を偶数列並設して、
夫々上流側の処理槽の上部と下流側の処理槽の底
部とを連通し、最上流の処理槽下部に流入口、最
下流の処理槽上部に流出口を設け、各処理槽中に
は、通水性を有する奇数枚の電極板を間隔をあけ
て上下に配置し、隣合う電極板どうしは異極とな
り且つ上流側の処理槽の最上段の電極板と下流側
の処理槽の最下段の電極板とは異極となる様に通
電すると共に、電極板間に形成された各電解室に
は、表面に多孔性水酸化皮膜を形成した多数の可
溶性金属片を充填し、金属片相互間には、処理水
が通過する多数の間〓が形成されている水処理装
置。２処理槽は、縦長の外槽２の内部に隔壁２０を
隔てて形成した第１処理室２１及び第２処理室２
２の底部へ、夫々３段の電極板を具えた第１及び
第２反応槽３，３０を設置して構成した上流処理
槽及び下流処理槽からなり、第１処理室２１の第
１処理槽３下方に流入口７、第２処理室２２の第
２処理槽４上方に流出口７０を開設し、第１処理
室２１の第１処理槽３上方部と第２処理室２２の
第２処理槽４下方部とを連結管６によつて連結し
た特許請求の範囲第１項に記載の水処理装置。３可溶性金属片は、パイプ片５である特許請求
の範囲第１項又は第２項に記載の水処理装置。４パイプ片５は、周面に複数の貫通孔を開設し
ている特許請求の範囲第３項に記載の水処理装
置。５各電解室には、多数のアルミニウム合金製パ
イプ片と少数の鉄合金製パイプ片とが混合して充
填されている特許請求の範囲第４項に記載の水処
理装置。