JPH03213193A - 電気化学的水処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、各種不純物を含有する水の電気化学的処理方
法に関し、より詳細には被処理水の濁りを除去しかつ珪
素、マンガン、鉄等の不純物イオンを除去し、更にＣＯ
Ｄの低減にも寄与できる薬剤添加不要の水の電気化学的
処理方法に関する。

（従来技術とその問題点） 各種工業における高度な水処理技術は広範な利用と共に
公害に関する問題点を含めて究極の段階にあり、諸条件
下における水処理のために益々その重要性を増して来て
いる。このような水処理の一分野として電気化学的処理
技術が注目され、種々の成果が報告されている。

例えば給湯配管、飲料水配管内やボイラの冷却水の循環
配管の内壁にカルシウム、マグネシウム及びシリカ等の
各種ミネラルから成るスケールが付着することを防止す
るために、従来から薬剤が使用されている。しかし使用
する薬剤は除去すべきイオン種等により異なり、処理条
件も様々であるため、−度に被処理水の処理を行うこと
ができず、非常な手間を掛けて各イオン種等の成分ごと
に処理を施している。例えば被処理水の濁りを除去する
ためには薬剤添加によりこの濁りをフロック化して沈澱
させ濾過により除去し、又被処理水中の鉄イオンは曝気
により酸化して酸化物として沈澱させ、更にマンガンイ
オンはマンガン砂と次亜塩素酸ナトリウムや塩素と反応
させて第２酸化物として沈澱させて除去し、かつＣＯＤ
は周知の活性汚泥法や過マンガン酸カリウムによる酸化
法により低減するようにしている。

しかしこの薬剤を主とする処理技術は、該薬剤自体の毒
性や塩分濃度の上昇による悪影響や該薬剤のコストによ
る処理コストの増大等のため限界近くに達している。更
に処理すべき水に含まれる不純物の性状が変化しつつあ
り最近の被処理水中にはシリカの含有量が多くなり、か
つ近年のバイオテクノロジーの発展に伴って該技術で使
用される水の組成も変化して来ていると報告されている
。

従って従来から使用されている処理方法や処理装置が１
００％稼動せず、効果的な除鉄、除マンガンあるいは除
珪が行われず、効果的な代替技術が要請されている。

本発明者らは、被処理水中に生ずる沈澱を効果的に濾過
する方法及び装置を提案したが（特願平１−２１６８３
３号）、この発明は既に沈澱した不純物を効果的に濾過
する技術であり満足出来る濾過効率を達成できるが、被
処理水中に溶解している不純物イオンを沈澱させること
が出来なければ被処理水からの不純物除去を行うことは
出来ない。

（発明の目的） 本発明は、少なくとも珪素を含有する被処理水を電気化
学的に処理することにより前記被処理水から前記珪素を
薬剤添加を行うことなく沈澱させて除去する方法を提供
することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、第１に少なくとも珪素成分を含有する被処理
水を陽極及び陰極の少なくとも一方の電極としてアルミ
ニウム製電極を設置した処理槽に供給し、前記被処理水
の処理を行う被処理水の電気化学的処理方法であり、第
２に少なくとも珪素成分を含有する被処理水を陽極及び
陰極の少なくとも一方の電極としてアルミニウム製電極
を設置した処理槽に供給して前記被処理水の処理を行い
、かつ該被処理水に分散された沈澱物を複数の電極を間
隔をおいてほぼ平行に設置した固形物沈降促進装置を通
した後、該被処理水を濾過膜が装着されかつ少なくとも
その一部に電場が掛けられた濾過槽に供給して前記沈澱
した珪素成分を前記濾過膜により濾過して除去すること
を含んで成る被処理水の電気化学的処理方法である。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、少なくともシリカ等の珪素成分、通゛常はこ
の他にマンガンイオン、鉄イオン等を含有し更に濁りが
生じ又フミン酸類似物質が存在することのある被処理水
を少なくとも一方の電極がアルミニウム製である電極を
使用して処理する電気化学的処理方法である。又本発明
では電場を掛けながら沈澱を行ったり、あるいは複数の
電極を間隔をおいてほぼ平行に設置した固形物沈降促進
装置〔例えばアメリカ合衆国テキサス用のハイドロドリ
ート・インコーポレーテットのハイドロトリーター（商
品名）〕を併用して、処理効率を更に向上させることが
出来る。

本発明方法により被処理水の処理を行うと、電気化学的
処理の条件にもよるが、薬剤を添加して処理を行う方法
よりもフロック化速度の大きい処理が可能になり薬剤添
加法により高い効率で前記珪素成分等を沈澱させること
が出来、この理由は次のように推測することが出来る。

アルミニウム製電極を陽極として通電すると、イオン化
傾向の高いアルミニウムは次式に従って酸化されアルミ
ニウムイオンとして電解液中に溶解する。

Ａｊ！　　　−＋　　　Ａｎ”　　　＋　　　３ｅこの
ように生ずるアルミニウムイオンはフロック状となって
処理槽中の被処理水中に浮遊し、該被処理水中に含有さ
れる珪素及び存在する場合には他のマンガンイオン及び
鉄イオン等が前記フロック状のアルミニウムイオンに強
力に吸着して単独で沈澱しあるいは共沈する。この場合
に各不純物イオン種は、その種類や被処理水の液性等に
基本的には依存せずにフロック化したアルミニウムイオ
ンに吸着され、各不純物金属イオンは最終的には電解に
より生ずる水酸イオンと反応して水酸化物として沈澱し
除去されるため、従来の処理方法のように除去すべきイ
オンの種類に応じて添加薬剤の種類を変えたり複数回の
処理を行ったりする必要がなく、その処理操作が大幅に
簡略化される。前記電解により生じたアルミニウムイオ
ンは最終的には水酸イオンと反応して水酸化アルミニウ
ムに変換され、結局アルミニウムの加水分解が生じるこ
とになる。

この電気化学的処理の際に使用する電極は両極ともアル
ミニウム製とすることが好ましい。アルミニウム製陽極
は処理の進行に従って被処理水中に溶解して体積が減少
するため、両極をアルミニウム製とし処理操作の間に陽
極及び陰極を反転させながら通電すると両極の体積減少
をほぼ一定とすることができる。この反転時間は特に限
定されないが１〜５分間隔とすることが望ましく、必要
ならば交流電流を流して１秒間に数千回反転させるよう
にしてもよい。更にアルミニウム製陽極に通電すると該
陽極表面に酸化反応による酸化皮膜が形成され、より以
上の溶解反応が進行し難くなるため、一定時間ごとに両
極を反転すると陰極として機能する電極上の酸化皮膜が
陰極の還元反応により溶解して除去されるため、実質的
に酸化皮膜を形成することなく処理操作を高活性で１１
１！続することが出来る。

使用するアルミニウム電極の形状は特に限定されず、例
えば板状、棒状、あるいは多孔質板状とすることができ
、処理に従って溶解するため比較的体積を大きくして長
時間使用できるようにすることが望ましい。又使用する
処理槽も特に限定されず、箱状あるいは円筒状等の従来
の電気化学的処理槽を使用することができる。

他の処理条件例えば電圧値や電流値も特に限定されず従
来と同様に設定すればよい。

このような電気化学的処理により珪素成分等は沈澱又は
懸濁状態に維持され、又前述の懸濁固形物沈降促進装置
を使用すると沈降速度が速く密な沈澱物が得られ、次い
で濾過等の分離操作により前記被処理水から分離され、
被処理水中から不純物イオンを除去することが出来る。

しかし前記操作により懸濁又は沈澱している珪素成分等
は水和水や粘性物質を包含しているため通常の濾過方法
では濾過し難く濾布の目を閉塞して目詰まりを生じさせ
て濾過効率が非常に悪くなることが多い。従って本発明
では前記通電処理により生じた珪素成分等を更に処理し
て容易に濾過出来るようにすることが可能である。

つまりアルミニウム製電極を使用して珪素成分等を沈澱
させあるいは懸濁させた被処理水を、必要に応じて静置
して前記珪素成分を更に十分に沈澱させた後、前記被処
理水を、濾過膜が装着されかつ少なくともその一部に電
場が掛けられた濾過槽に供給して前記沈澱した珪素成分
を除去するようにすることが出来る。

前記珪素成分等かの懸濁粒子が懸濁している固液分散系
あるいはエマルジョンのような液液分散系に電場を加え
ると、前記懸濁粒子が有する荷電に応じて陰極あるいは
陽極に向かって移動し各粒子間に電位差が生じて平衡が
崩れる。これにより各粒子は水和水や粘性物質を放ち、
沈降分離の促進や電気泳動による分離速度が上昇して粒
子が分離され易い状態に導かれる。つまり懸濁粒子の粒
径が小さいと、電気泳動速度が重力沈降速度より大きく
なって他の粒子から分離され、又粒径が大きいと重力沈
降速度の方が大きくなって沈澱が生成し易くなる。

従って前記アルミニウム電極で処理した懸濁物を含む被
処理水に電場を掛けなから該被処理水を濾過膜を通して
濾過すると、前記被処理水中の懸濁物が前記電場により
その有する正負の荷電に応じて陰極又は陽極方向に移動
しながら包含する水和物や粘性物質を放って粘度を低下
させ懸濁状態から浮遊状態に変化し、その粒径に応じて
沈澱しあるいは電気泳動により電極方向へ移動する。前
記懸濁粒子はこのように粘性物質が除去されてさらさら
とした粉状あるいは粒状になり濾過膜を通すことにより
該濾過膜上に容易に固体として単離し回収することが出
来る。特に電気浸透による濾過では浸透圧が機械的加圧
の役割を果たすため、圧損を更に小さくすることが出来
る。

更に本発明の被処理水はスケールを発生し易い無機物を
含有することが多く、その場合には前記アルミニウム製
電極を有する処理槽の前あるいは後に、複数の電極を間
隔をおいてほぼ平行に設置した固形物沈降促進装置を設
け、該装置に前記被処理水を供給して処理を行いスケー
ルの発生を抑制するようにしてもよい（特公昭５７−３
２６４０号参照）。

この操作により配管中等のスケールを発生させ易い前記
無機物が沈澱して濾過され配管中でのスケール発生が抑
制される。なおこの固形物沈降促進装置は本発明の前記
アルミニウム電極電解槽の前後のいずれに設置してもよ
い。

本発明方法は、写真工業、鍍金工業、セメント工業、製
鉄精練工業等の無機質を扱う工業用プロセス水の濾過、
食品工業、食品加工業、薬品工業、化粧品工業、クリー
ニング工業、塗装工業及び印刷工業等の主として有機質
を取り扱う工業における各種液体の濾過、電子工業、精
密機械工業における洗浄、冷却水中の固形物除去、養魚
関連工業における工程水、循環水中の固形物の濾過、ス
イミングプール、旅館、浴場、温泉等の濾過、ビル、マ
ンションにおける各種用水中の汚染原因物質の除去、排
水処理工程における固形物の分離除去等の非常に広汎な
分野に適用することが出来る。

次に本発明方法の一例を添付図面に基づいて説明するが
、本発明はこれに限定されるものではない。

図面は、本発明の一態様を示すフローシートである。

箱型の電気化学的処理槽１には、板状のアルミニウム製
陽極２とアルミニウム製陰極３が設置され、該処理槽１
には矢印で示すように珪素成分、マンガンイオン、鉄イ
オン等の不純物が溶解している被処理水が供給され前記
処理槽１内に満たされる。前記両極２．３間に通電する
と前記陽極２表面で酸化反応が生じ該陽極２を構成する
アルミニウムがアルミニウムイオンとして前記被処理水
４中に溶解する。該アルミニウムイオンはフロック状と
なって被処理水４中を浮遊し該被処理水４中に溶解して
いる珪素成分、マンガン及び鉄等の不純物イオン、その
酸化物又はそのイオンを吸着し緻密化して沈澱しあるい
は懸濁状態に維持される。

通電の継続につれて陽極２の溶解量が増加してその体積
が減少するが、あるインターバル例えば５分ごとに通電
の方向を逆にすると陰極として機能していたアルミニウ
ム電極が陽極として機能し同様に溶解するため、前記被
処理水中の不純物除去に影響を与えることなく陽陰両極
の体積減少をほぼ等しくして電流密度の変化等の条件変
動を最小限に抑えることができる。又陽極酸化により陽
極２表面に酸化物が形成し不動態化するが、通電方向を
反転することにより前記酸化物を還元して溶解させ引き
続き被処理水の活性処理を継続することが出来る。

前記処理槽１で処理され懸濁又は沈澱している不純物粒
子を含む被処理水は、処理槽ｌから取り出されて隣接す
る複数対の図中では２対の沈降用陽極５及び陰極６がほ
ぼ平行に相互に設置された固形物沈降促進装置７に供給
され、該装置を通すことにより懸濁固形物を沈降させた
後、更に隣接する下端が円錐状に下方向に突出する円筒
形の傾斜板付き静置沈降槽８　（あるいはシックナー）
に導入される。該沈降槽８は被処理水４゛を静置させて
該被処理水４“中の懸濁粒子をより以上に沈降させるた
めのものである。

該沈降槽８で沈降した不純物粒子を含む被処理水は矢印
で示すように次いで隣接する濾過槽９に導入される。該
濾過槽９は下端が円錐状に下方向に突出する円筒形の本
体１０と、該本体１０の内壁に沿って配置された該本体
１０とほぼ同形状のポリプロピレン等の合成樹脂から成
る袋状の濾過膜１１とを含み、前記本体１０の両側面に
は電場形成用の陽極１２及び陰極１３が配設されている
。該両極１２．１３に通電して電場を形成しながら前記
被処理水を該濾過槽９に供給すると、前述した通り被処
理水中の懸濁粒子間の平衡が崩れ、各粒子が粘度の低下
した粒子に変化する。この状態で濾過圧を掛けると、例
えば濾過槽９下部から吸引すると前記粒子も吸引される
が、前記濾過膜１１のメソシュを通ることが出来ず又粘
度が低いため該メソシュを閉塞することもなく前記濾過
膜１１内に蓄積される。従って濾過操作終了後には、濾
別された不純物粒子が前記濾過膜ｌｌ内に補集されると
ともに、清澄化された濾過液を得ることが出来る。

（実施例） 以下本発明による被処理水の電気化学的処理の実施例を
記載するが、該実施例は本発明を限定するものではない
。

ス妻Ｕ汁上 図示のフローシートに示した処理槽、沈降槽及び濾過槽
を使用して被処理水の処理を行った。処理槽は合成樹脂
製で縦６０ｃｍ、横３０ｃｍ、深さ５０ｃｍの箱型とし
、該処理槽内に陽極及び陰極としてそれぞれ縦２２ｃｍ
、横５０ｃｍ、厚さ０．５　ｃｍの平板状アルミニウム
製電極を設置した槽を１１槽構成した。

この処理槽に、シリカ１００ｍｇ／　１２　、鉄１００
ｍｇ／　ｊ！及びマンガン０．８ｍｇ／ｊ！を含有し、
ＣＯＤが３　、５ｍｇ／Ｉ！である井戸水を被処理水と
して８０１／分の速度で供給し、両極間に６５Ｖの電圧
を掛けながら前記被処理水の処理を行った。

次いで処理の終わった被処理水を内径１００ｃｍで深さ
２００ｃｍで下端が中央に向かって傾斜している沈降槽
に被処理水を８０β／分で導入し約２０分静置させた。

次いで該被処理水を内径２２ｃｍで深さ１００ｃｍで下
端が中央に向かって傾斜し更にその内壁に沿って本体と
ほぼ同形状のポリプロピレン製の袋状濾過膜が装着され
た濾過槽に導入した。該濾過槽の両側面には、チタン製
の板状陽極と、ニッケル製陰極を設置して両極間に５０
Ｖ／Ｃｍの電場を掛けながら、前記被処理水を前記濾過
膜を通過させて濾過し、濾過された後の被処理水中の不
純物濃度を測定したところ、シリカ１２ａ＋ｇ／ｆｆ、
鉄０．０５ｍｇ／ｌ及びマンガン０．０１ｍｇ／　１２
であり、ＣＯＤは５ｍｇ／ｌに減少していた。

止較糎よ 処理槽を設置しなかったこと以外は実施例と同様にして
被処理水の濾過を行った。

処理後の被処理水中の不純物含有量は、それぞれシリカ
９５ｍｇ／ｌ、鉄１　、　Ｑｍｇ　／　１及びマンガン
０．８１Ｔ１ｇ／Ｉｌであり、ＣＯＤは２７鍋ｇ／ｌに
減少していた。

北較炭叢 実施例の被処理水に、シリカ除去及び沈降用、鉄及びマ
ンガン除去用としてＰＡＣを２５０　ｍｇ／　ｌの割合
で添加して従来法に従って処理した後、被処理水中の不
純物成分濃度を測定したところ、それぞれシリカ９８ｍ
ｇ／　１１　、鉄０．７５ｍｇ／　ｌ及びマンガン０．
８　ｍｇ／　Ｉｔであり、ＣＯＤは３０ｍｇ／ｆに減少
していた。

比較例１及び比較例２と実施例を比較すると、実施例の
方法では処理後の被処理水中に存在する不純物量が小さ
く、かつ比較例２のように薬剤を使用する必要がないた
め、毒性に対する配慮が不要でしかもコスト的に有利で
あることが判る。

（発明の効果） 本発明は、少な（とも珪素成分を含有する被処理水を陽
極及び陰極の少なくとも一方の電極としてアルミニウム
製電極を設置した処理槽に供給し、溶解するアルミニウ
ムイオンの吸着力を利用して前記被処理水の処理を行う
被処理水の電気化学的処理方法である（請求項１）。

本発明方法により珪素成分等を含有する被処理水を処理
すると、電極であるアルミニウムがアルミニウムイオン
として電解時に被処理水中に溶解する。該アルミニウム
はフロックとして被処理水中に浮遊しあるいは懸濁して
該被処理水中の不純物である珪素成分等を強力に吸着し
てフロックの径が大きくなって沈降し易くなる。従って
引き続く濾過操作等を容易に行うことができる。しかも
薬剤を使用しないため、公害や発ガン性に対する考慮が
全く不要であり、又低コストで被処理水の処理を行うこ
とが出来る。更に吸着による分離であるため珪素成分以
外の不純物もその種類によらず被処理水から除去出来る
ため、非常に有効な被処理水の処理方法である。

更に前記陽極及び陰極の両極をアルミニウム製とし、極
性を反転させながら被処理水の処理を行うとく請求項２
）、両極がほぼ等量ずつ被処理水中に溶解していくため
両極間で電流密度が大きく異なることがなく、更に陽極
酸化により陽極表面に形成される酸化皮膜を陰極還元反
応で除去することが出来るため、アルミニウム電極を使
用することに起因する不都合を全て回避することが可能
になり、活性化された電極表面を持続して接液させるこ
とが出来る。

又請求項１に記載の処理とその前又は後に固形物沈降促
進装置による処理を行った後、被処理水を濾過膜が装着
されかつ少なくともその一部に電場が掛けられた濾過槽
に供給して前記沈澱した珪素成分を前記濾過膜により濾
過して除去することも可能である（請求項３）。

前記処理槽の前後に、複数の電極を間隔をおいてほぼ平
行に設置した固形物沈降促進装置を設置すると、スケー
ルを発生させ易い無機物を沈降させて密な沈降物を得る
ことが出来、更にこのように生成した沈降物に電場処理
を行うことによりフロックが水和物や粘性物質を放って
粘度を低下させ、被処理水の濾過効率を一層向上させて
本発明による処理方法の処理能力を大きく向上させるこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明による不純物を含む被処理水の処理の一
態様を示すフローシートである。 電気化学的処理槽 陰極　４．４゛・・ 沈降用陽極　６・・ 固形物沈降促進装置 濾過槽　１０・・・本体 濾過膜　１２　　・・・電場形成用陽極電場形成用陰極 ２・・・陽極 ・被処理水 ・沈降用陰極 ８・・・沈降槽

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも珪素成分を含有する被処理水を陽極及
   び陰極の少なくとも一方の電極としてアルミニウム製電
   極を設置した処理槽に供給し、前記被処理水の処理を行
   う被処理水の電気化学的処理方法。
2. （２）陽極及び陰極の両極をアルミニウム製電極とし、
   両極の極性を反転させながら処理を行う請求項１に記載
   の電気化学的処理方法。
3. （３）少なくとも珪素成分を含有する被処理水を陽極及
   び陰極の少なくとも一方の電極としてアルミニウム製電
   極を設置した処理槽に供給して前記被処理水の処理を行
   い、かつ該被処理水に分散された沈澱物を複数の電極を
   間隔をおいてほぼ平行に設置した懸濁固形物沈降促進装
   置を通した後、該被処理水を濾過膜が装着されかつ少な
   くともその一部に電場が掛けられた濾過槽に供給して前
   記沈澱した珪素成分を前記濾過膜により濾過して除去す
   ることを含んで成る被処理水の電気化学的処理方法。