JP4006859B2

JP4006859B2 - Electrochemical water treatment apparatus and method

Info

Publication number: JP4006859B2
Application number: JP33782898A
Authority: JP
Inventors: 信博織田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: JP2000157978A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陰極、陽極および粒状導体層を備えた電気化学的水処理装置および方法、さらに詳細には電析による金属の除去に適した電気化学的水処理装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
メッキ排水、半導体製造工程排水、プリント基板製造排水、鉱山排水など、重金属を含む被処理水から重金属その他の金属を除去し回収するために電析による処理が行われている。電析はメッキの原理により金属イオンを陰極に電析（電着）させることにより被処理液から除去する方法である。このような電析による処理装置として、平板式電析装置がある。この装置は平板からなる陰極と陽極とを対向して配置し、給電しながら電極間隙に被処理水を流すことにより、被処理水中の金属イオンを陰極に電析させるものである。
【０００３】
しかしながら、このような装置は限界電流密度が低く、大電流を流せないため、希薄液を対象とする場合は電極面積を大きくする必要があり、装置が大型化する。また電力効率を高くするためには電極間隔を小さくして低電圧で電析を行う必要があるが、この場合電析の進行により金属が陰極に付着して電極間隙が小さくなると陰極を取換える必要があるので、電極交換頻度が高く、交換のための作業量が大きくなるとともに、狭い場所に電極を取付けるため作業が困難であるなどの問題点がある。
【０００４】
このような電析装置の改良技術として、陰極を炭素繊維等の導電性の繊維層で形成し濾過層と兼用するものが提案されている（例えば特開平４−３０８０９７号）。この装置は陰極の表面積を大きくして電析の効率を高くすることを目的としているが、陰極が被処理水中の濁質を捕捉して目詰まりしやすく、また電析により多量の金属が付着したのちは陰極を交換する必要があり、その交換の作業が頻雑であることは変わりない。
【０００５】
このほか陰極と陽極間、あるいは隔膜で隔離された陽極と陰極間に黒鉛等の導電性粒子の流動床を形成し、導電性粒子に金属を電析させる装置も提案されている（例えば特公平４−１３４３２号）。この方法では導電性粒子の金属表面が電析面となるので希薄な被処理液でも効率よく電析できるが、粒子の流動化のため電極間距離が広くなり、これにより電解電圧が高くなり電力効率が低くなるという問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、電極面積を大きくすることなく電解面積を大きくするとともに低い電解電圧で効率よく電気化学的処理を行うことができ、しかも高速で被処理液を通液して高速処理を行うことができ、かつ粒状導電体の交換が容易な電気化学的水処理装置および方法を提案することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の電気化学的水処理装置および方法である。
（１）対向して配置された陰極および陽極と、
陰極および陽極に給電する電源装置と、
陰極に接続するように充填された粒状導体層と、
粒状導体層と陽極間に配置された透水性かつ絶縁性の隔膜と、
粒状導体層を通して通水するように被処理水を給排水する給排水手段と、
粒状導体層に粒状導体を供給および排出する粒状導体供給排出手段とを備え、
前記陰極および陽極が透水性に構成され、陰極および陽極を通して任意の方向に被処理水を通水するように給排水手段が設けられた電気化学的水処理装置。
（２）透水性の陰極および陽極を対向して配置し、陰極に接続するように粒状導体を充填して粒状導体層を形成し、
陽極と粒状導体層間に透水性かつ絶縁性の隔膜を配置し、
陰極および陽極間に給電し、透水性の陰極および陽極を通して粒状導体層に被処理液を通水して電気化学的処理を行い、
粒状導体層から古い粒状導体を排出するとともに、新しい粒状導体を供給して粒状導体を交換することを特徴とする電気化学的水処理方法。
【０００８】
本発明における電気化学的処理には、陰極、陽極間に電圧を印加して、電極間に通水する被処理水に電気化学的反応を行うすべての電気化学的処理が含まれるが、特に被処理液中に存在する金属を陰極に析出させる電析が処理として好適である。このほか被処理水の殺菌、改質その他の処理に適用することもできる。
【０００９】
本発明において処理の対象となる被処理水は、上記の各処理に対応して処理対象成分を含む水があげられ、例えば電析の場合はメッキ排水、半導体製造排水、プリント基板製造排水、鉱山排水など、金属塩、金属錯体等の金属イオンを含む水があげられる。殺菌、改質等を対象とする場合は、細菌、被改質物質を含む水があげられる。
【００１０】
陰極および陽極としては従来より電気化学的処理に用いられているものをそのまま使用することができる。陰極としては導電性のある材料であればよいが、銅等の金属が好ましく、電析により金属を回収する場合には電析する金属と同じ金属からなる陰極が好ましい。陽極としては黒鉛、白金、酸化鉛等の不溶性電極を用いるのが好ましい。陰極および陽極としては、多孔板状、網状のように透水性のものを用いる。
【００１１】
粒状導体は導電性を有する粒状物であり、このような粒状導体は陰極として働くため、陰極と同様の導電体が使用でき、例えば粒状の金属、黒鉛、活性炭等があげられる。電析により金属を回収する場合、電析する金属と同じ金属を使用することができるほか、活性炭のような可燃性物質を使用すると、焼却により電析金属を回収することが可能になる。粒状導体の形状は球形、不定形など任意の形状とすることができる。粒径は０．１〜２ｍｍ、好ましくは０．２〜１ｍｍのものが好適である。
【００１２】
このような粒状導体は陰極と電気的に接続するように充填して粒状導体層が形成される。粒状導体層は陰極に接続していてもよく、また金網のような透水性かつ導電性の隔膜を介して接続していてもよい。粒状導体層の厚さ（陰極と陽極間の距離にほぼ相当）は２〜２０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍで、粒状導体１〜２０個に相当する厚さが好ましい。このとき、粒状導体層と陽極が接触しないように、両者間に透水性かつ絶縁性の隔膜が設けられる。隔膜は樹脂、セラミック等の絶縁体の透水性シートからなるものが使用でき、陰極および陽極と同様多孔板状、網状のものなどが使用できる。隔膜の厚さは０．０１〜１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍ程度とされる。このような隔膜は陽極に貼り付けた状態で粒状導体層と接触させるのが好ましい。
【００１３】
給排水手段は粒状導体層を通して被処理水を通水するように設けられる。陰極および陽極が板状等のソリッド状の場合には、電極に沿って被処理液を通水するように構成されるが、このような構造では処理水量を多くするためには多数の電極を配置する必要があり、装置が大型化するため、陰極および陽極に透水性の電極を用い、陰極および陽極を通して被処理水を通水するように給水路および排水路を設けることにより、小型の装置を用いて大量の被処理液を通水することができる。この場合通水方向は任意に選ぶことができる。
【００１４】
電源装置は上記構成の陰極、陽極間に直流電流（パルスを含む）を給電するように構成される。電極間に印加する電圧は０．２〜１０Ｖ、好ましくは０．５〜３Ｖ、電流は０．１〜１０Ａ／ｄｍ²−陽極、好ましくは０．５〜３Ａ／ｄｍ²−陽極程度とするのが適当である。
【００１５】
粒状導体供給排出手段は、粒状導体層に新しい粒状導体を供給する供給手段と古い粒状導体を排出する排出手段を設け、連続的または間欠的に粒状導体を供給および排出するように構成される。このような供給排出手段はパイプ、シュート等の移送路を通して、粒状導体の自重や水流を利用して粒状導体を移送するように構成することができる。
【００１６】
上記のように構成された装置において、電源装置から陰極、陽極間に給電し、給水路から粒状導体層に被処理液を通水して電気化学的処理を行う。このとき粒状導体層は陰極と接続し、隔膜により陽極と接続せず、粒状導体同士は接触しているため、粒状導体層は陰極と同電位となる。このため陰極および粒状導体層と陽極との間で電気化学的反応が行われる。これにより陰極面は拡張されたことになり、陰極および粒状導体層の全表面で電析等の陰極反応が行われる。
【００１７】
この場合陰極と粒状導体層は同電位であるので、陰極、陽極間の間隔が広くても実質的な電極間隔は粒状導体層の陽極側の端部と陽極との間隔となるため、低電圧で電気化学的処理を行うことができる。そして粒状導体層は広い表面積を有しており、被処理液と接触する全表面において陰極反応が行われるため、陰極および陽極の電極面積を大きくすることなく、電解面積を大きくすることができ、処理効率は高くなる。
【００１８】
このため希薄な被処理液の場合は電極に沿って被処理液を流さなくても、陰極、陽極を透水性構造にして、これらの電極および粒状導体層ならびに隔膜と交差する方向に被処理水を通水しても十分に陰極反応を行うことができる。これにより１対の電極に対し、大量の被処理水を通水することができ、小型の装置で効率よく処理することができる。この場合被処理水の通水方向は電極交差する任意の方向にすることができる。もちろん電極と平行方向に通水してもよい。
【００１９】
陰極反応により、被処理液に含まれる金属イオンは陰極および粒状導体層に電析する。そして電気化学反応の進行により電析する金属層が厚くなるので、粒状導体層から古い粒状導体を取り出し、新しい粒状導体を供給して粒状導体を交換する。この粒状導体の交換は連続的に行ってもよく、また間欠的に行ってもよい。間欠的に交換する場合、一部ずつ交換してもよく、また全部を一度に交換してもよい。陰極に電析する金属層も厚くなるが、電極間隔は大きくなっているので、長期にわたって交換することなく処理を行うことができる。
【００２０】
電析を行った粒状導体は取出後、金属回収工程に送られる。粒状導体から電析金属を回収する方法としては、薬品等による溶解、溶融のほか、粒状導体が活性炭のように可燃性の場合には燃焼による回収も可能である。薬品等による溶解の場合は、粒状導体を循環使用することが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、陰極に接触するように粒状導体層を形成し、粒状導体を供給および排出できるようにしたので、電極面積を大きくすることなく電解面積を大きくするとともに低い電解電圧で効率よく電気化学的処理を行うことができ、しかも高速で被処理液を通液して高速処理を行うことができ、かつ粒状導電体の交換が容易な電気化学的水処理装置および方法を得ることができる。
【００２２】
また陰極および陽極を透水性にして、これらを通して被処理液を流すことにより、処理効率を高くすることができ、小型の装置で大量の被処理液を処理することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施形態により説明する。
図１および図２は別の実施形態の電気化学的水処理装置を示す断面図であり、図１は平板型電極を用いる例、図２は円筒型電極を用いる例を示す。
【００２４】
図１において、１は水処理装置であって、ケーシング２内に多孔平板状に形成された透水性の陰極３および陽極４が対向して配置され、それぞれ電源装置５に接続している。陰極３に接するように粒状活性炭等の粒状導体６が充填されて粒状導体層７が形成されて陰極と接続しており、陽極４との間に透水性の絶縁体からなる隔膜８が設けられて絶縁されている。
【００２５】
粒状導体層７はフレーム状のガスケット９によって上下および前後から囲まれており、その上下には弁Ｖ₁を有する粒状導体供給路１１および弁Ｖ₂を有する粒状導体排出路１２が連絡している。ケーシング２を形成する側板２ａ，２ｂには被処理水路１３および処理水路１４が連絡している。１５，１６はパッキングである。
【００２６】
上記のように構成された水処理装置１において、電源装置５から陰極３、陽極４間に給電し、被処理水路１３から粒状導体層７に被処理液を通水して電気化学的処理を行う。この場合、被処理水は被処理水路１３から陽極４、隔膜８、粒状導体層７、陰極３を通して流れ、電気化学的処理が行われ、処理水路１４から処理水として流出する。このとき粒状導体層７は陰極３と接続し、隔膜８により陽極４と接続せず、粒状導体６同士は接触しているため、粒状導体層７は陰極３と同電位となる。このため陰極３および粒状導体層７と陽極４との間で電気化学的反応が行われる。これにより陰極３面は拡張されたことになり、陰極３および粒状導体層７の全表面で電析等の陰極反応が行われる。
【００２７】
この場合陰極３と粒状導体層７は同電位であるので、陰極３と陽極４間の間隔が広くても実質的な電極間隔は粒状導体層７の陽極側の端部７ａと陽極４との間隔となるため、低電圧で電気化学的処理を行うことができる。そして粒状導体層７は広い表面積を有しており、被処理液と接触する全表面において陰極反応が行われるため、陰極３および陽極４の電極面積を大きくすることなく電解面積を大きくすることができ、処理効率は高くなる。
【００２８】
このため希薄な被処理液の場合は電極（３，４）に沿って被処理液を流さなくても、陰極３、陽極４を透水性構造にすることにより、図のようにこれらの電極（３，４）および粒状導体層７ならびに隔膜８と交差する方向に被処理水を通水しても十分に陰極反応を行うことができる。これにより１対の電極（３，４）に対し、大量の被処理水を通水することができ、小型の装置で効率よく処理することができる。
【００２９】
陰極反応により、被処理液に含まれる金属イオンは陰極３および粒状導体層７に電析する。そして電気化学的反応の進行により電析する金属層が厚くなるので、弁Ｖ₂を開き粒状導体供給路１１を通して粒状導体層７から古い粒状導体６を取り出すとともに、弁Ｖ₁を開き粒状導体供給路１１から新しい粒状導体６を供給して粒状導体６を交換する。この粒状導体６の交換は連続的に行ってもよく、また間欠的に行ってもよい。間欠的に交換する場合、一部ずつ交換してもよく、また粒状導体層７の全部を一度に交換してもよい。陰極３に電析する金属層も厚くなるが、電極間隔は大きくなっているので、長期にわたって交換することなく処理を行うことができる。
【００３０】
電析を行った粒状導体６は取出後、金属回収工程に送り、粒状導体から電析金属を回収する。金属の回収方法としては、薬品等による溶解、溶融のほか、粒状導体が活性炭のように可燃性の場合には燃焼による回収も可能である。薬品等による溶解の場合は、粒状導体を循環使用することが可能である。
【００３１】
図２では、水処理装置１は円筒状のケーシング２内に、同じく円筒状の陰極３、隔膜８、および陽極４が同じ円状に配置され、陰極３と隔膜８間に円筒状の粒状導体層７が形成されている。ケーシング２は本体２ｃと蓋２ｄがパッキング１５をはさんで一体化し、その間にパッキング１７、１８をはさんで陽極４を保持している。蓋２ｄの上部には弁Ｖ₁を有する粒状導体供給路１１が連絡し、本体２ｃの下部には弁Ｖ₂を有する粒状導体排出路１２が連絡している。また本体２ｃの側部には被処理水路１３が連絡し、陰極３を保持する内筒１９には処理水路１４が連絡している。
【００３２】
上記の水処理装置１では、被処理水路１３から入る被処理水は陽極４の周囲を内方向に流れて電気化学的処理を受け、処理水は内筒１９から処理水路１４に取り出される。また粒状導体供給路１１から入る粒状導体６は内筒１９の上部で円環状に広がって筒状の粒状導体層７を形成し、粒状導体排出路１２から排出される。
【００３３】
図１および図２の装置において被処理水の通水方向は電極と交差する任意の方向にすることができ、例えば陰極３側から陽極４側へ、あるいは陽極４側から陰極３側へ流すことができるが、陽極側から陰極側へ流すのが好ましい。この場合、陰極で電析が起こるため、多量の金属イオンを含む被処理水を陰極側から流すと陰極での電析により多孔の陰極が目詰まりしやすいが、陽極側から流すと電析は粒状導体層で主として起こり、陰極はへの電析が少ないので、電析金属の回収が容易になるとともに、陰極の目詰まりが少なくなり好ましい。また被処理水路１３を上部に連絡し、処理水路１４を下部に連絡するなど、両者の連絡位置をずらせることにより、電極に沿う方向と横切る方向の複合流を形成することもできる。
このほか、電極、ケーシング、隔膜、粒状導体層等の形状、構造、材質等は上記説明のものに限らず、変更することができる。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１
図１の装置において、陰極、陽極として１０ｃｍ×１０ｃｍの銅板からなる平板電極（電極面積１００ｃｍ²）を１０ｍｍの極間距離で配置し、陽極側に貼付したテトラフルオロエチレン樹脂製隔膜と陰極との間に粒径０．８ｍｍの粒状活性炭を充填して粒状導体層を形成した。そして食塩１ｍｍｏｌ／ｌ、硫酸銅０．１ｍｍｏｌ／ｌを含む人工排水を１ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎで通水し、電極間に２Ｖの電圧で電析したとき、電流は１Ａ、処理水Ｃｕは０．０１ｍｇ／ｌ以下となった。５００時間電析を継続したが、安定した処理を行うことができた。
【００３５】
比較例１
実施例１において活性炭を充填することなく、同条件で電析を行ったところ、電流は０．０３Ａ、処理水Ｃｕは４．５ｍｇ／ｌとなった。
このことから電流値が低いため電析率が低下し、処理水Ｃｕ濃度が高くなり、処理不十分であることがわかる。
【００３６】
比較例２
実施例１において活性炭を被処理水の上昇流により流動化させ、流動床で電析を行ったところ、被処理水流量は０．３ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ、電流は０．２Ａ、処理水Ｃｕは０．０１ｍｇ／ｌ以下となった。
このことから、粒状導体が溢流するため、流量を低くする必要があり、高速処理に向かないことがわかる。
【００３７】
比較例３
比較例１において、極間距離を１ｍｍにして電析を行ったところ、流量は０．６ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ、電流は０．３Ａ、処理水Ｃｕは０．２ｍｇ／ｌとなった。１００時間の電析で析出銅のため電極間が短絡した。
このことから狭い極間距離のため差圧が上昇し、高流速が出せず、高速処理ができないうえ、電極交換の頻度が高くなることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の電気化学的水処理装置の断面図である。
【図２】他の実施形態の電気化学的水処理装置の断面図である。
【符号の説明】
１水処理装置
２ケーシング
３陰極
４陽極
５電源装置
６粒状導体
７粒状導体層
８隔膜
９ガスケット
１１粒状導体供給路
１２粒状導体排出路
１３被処理水路
１４処理水路
１５、１６、１７、１８パッキング
１９内筒[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrochemical water treatment apparatus and method having a cathode, an anode and a granular conductor layer, and more particularly to an electrochemical water treatment apparatus and method suitable for removing metals by electrodeposition.
[0002]
[Prior art]
In order to remove and recover heavy metals and other metals from treated water including heavy metals, such as plating wastewater, semiconductor manufacturing process wastewater, printed circuit board manufacturing wastewater, and mine wastewater, processing by electrodeposition is performed. Electrodeposition is a method for removing metal ions from a liquid to be treated by electrodeposition (electrodeposition) on a cathode according to the principle of plating. As a processing apparatus using such electrodeposition, there is a plate type electrodeposition apparatus. In this apparatus, a flat cathode and an anode are arranged opposite to each other, and metal ions in the water to be treated are electrodeposited on the cathode by flowing the water to be treated between the electrodes while supplying power.
[0003]
However, since such a device has a low limit current density and cannot flow a large current, it is necessary to increase the electrode area when a dilute liquid is used, and the device becomes large. In order to increase power efficiency, it is necessary to perform electrodeposition at a low voltage with a reduced electrode spacing. In this case, if the electrode adheres to the cathode due to the progress of electrodeposition and the electrode gap becomes smaller, the cathode is replaced. Since it is necessary, there is a problem that the frequency of electrode replacement is high, the amount of work for replacement becomes large, and the work is difficult because the electrode is mounted in a narrow place.
[0004]
As an improvement technique for such an electrodeposition apparatus, a technique in which a cathode is formed of a conductive fiber layer such as carbon fiber and also serves as a filtration layer has been proposed (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-308097). The purpose of this device is to increase the surface area of the cathode to increase the efficiency of electrodeposition, but the cathode tends to clog the turbidity in the water to be treated, and a large amount of metal is deposited by electrodeposition. After that, it is necessary to replace the cathode, and the replacement work is still complicated.
[0005]
In addition, an apparatus for forming a fluidized bed of conductive particles such as graphite between a cathode and an anode, or between an anode and a cathode separated by a diaphragm, and depositing a metal on the conductive particles has been proposed (for example, Japanese Patent Publication No. 5). 4-13432). In this method, the metal surface of the conductive particles becomes the electrodeposition surface, so even a dilute liquid can be efficiently electrodeposited. However, the distance between the electrodes is increased due to fluidization of the particles, which increases the electrolysis voltage and increases the power. There is a problem that efficiency is lowered.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to increase the electrolysis area without increasing the electrode area and to perform an electrochemical treatment efficiently with a low electrolysis voltage, and to carry out a high-speed treatment by passing a liquid to be treated at a high speed. It is to propose an electrochemical water treatment apparatus and method that can be easily exchanged for a granular conductor.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is the following electrochemical water treatment apparatus and method.
(1) a cathode and an anode disposed opposite to each other;
A power supply for supplying power to the cathode and anode;
A granular conductor layer filled to connect to the cathode;
A water-permeable and insulating diaphragm disposed between the granular conductor layer and the anode;
Water supply / drainage means for supplying and draining the treated water so as to pass through the granular conductor layer;
A granular conductor supply and discharge means for supplying and discharging the granular conductor to and from the granular conductor layer ;
An electrochemical water treatment apparatus in which the cathode and the anode are configured to be water permeable, and water supply / drainage means is provided so as to allow water to be treated to flow in any direction through the cathode and the anode .
(2) A water-permeable cathode and an anode are arranged to face each other, and a granular conductor layer is formed by filling a granular conductor so as to be connected to the cathode;
A permeable and insulating diaphragm is placed between the anode and the granular conductor layer,
Power is supplied between the cathode and the anode, the liquid to be treated is passed through the granular conductor layer through the water-permeable cathode and anode, and the electrochemical treatment is performed.
An electrochemical water treatment method characterized by discharging an old granular conductor from a granular conductor layer and supplying a new granular conductor to replace the granular conductor.
[0008]
The electrochemical treatment in the present invention includes all electrochemical treatments in which a voltage is applied between the cathode and the anode and an electrochemical reaction is performed on the water to be treated that is passed between the electrodes. Electrodeposition in which the metal present in the treatment liquid is deposited on the cathode is suitable as the treatment. In addition, it can also be applied to sterilization, reforming and other treatments of water to be treated.
[0009]
The water to be treated in the present invention includes water containing the components to be treated corresponding to each of the above treatments. For example, in the case of electrodeposition, plating wastewater, semiconductor production wastewater, printed board production wastewater, mine Examples thereof include water containing metal ions such as metal salts and metal complexes such as waste water. When sterilization, modification, etc. are targeted, water containing bacteria and a substance to be modified is included.
[0010]
As the cathode and anode, those conventionally used for electrochemical treatment can be used as they are. The cathode may be a conductive material, but a metal such as copper is preferable. When the metal is recovered by electrodeposition, a cathode made of the same metal as the electrodeposited metal is preferable. It is preferable to use an insoluble electrode such as graphite, platinum or lead oxide as the anode. The cathode and anode, a porous plate, as reticulated Ru used as the water permeability.
[0011]
The granular conductor is a granular material having electrical conductivity. Since such a granular conductor functions as a cathode, a conductor similar to the cathode can be used, and examples thereof include granular metal, graphite, activated carbon and the like. When recovering metal by electrodeposition, the same metal as the metal to be electrodeposited can be used, and when a combustible material such as activated carbon is used, the electrodeposited metal can be recovered by incineration. The shape of the granular conductor can be any shape such as a spherical shape or an indefinite shape. The particle size is 0.1 to 2 mm, preferably 0.2 to 1 mm.
[0012]
Such a granular conductor is filled so as to be electrically connected to the cathode to form a granular conductor layer. The granular conductor layer may be connected to the cathode, or may be connected via a water-permeable and conductive diaphragm such as a wire mesh. The thickness of the granular conductor layer (approximately equivalent to the distance between the cathode and the anode) is 2 to 20 mm, preferably 5 to 10 mm, and a thickness corresponding to 1 to 20 granular conductors is preferable. At this time, a water-permeable and insulating diaphragm is provided between the granular conductor layer and the anode so as not to contact each other. The diaphragm can be made of a water permeable sheet of an insulator such as resin or ceramic, and can be a porous plate or a net like the cathode and anode. The thickness of the diaphragm is 0.01 to 1 mm, preferably about 0.1 to 0.5 mm. Such a diaphragm is preferably brought into contact with the granular conductor layer while being attached to the anode.
[0013]
The water supply / drainage means is provided so as to pass the water to be treated through the granular conductor layer. When the cathode and anode are solid, such as plates, the liquid to be treated is configured to flow along the electrodes. In such a structure, a large number of electrodes are used to increase the amount of treated water. It should be placed, device order to you size, using a water-permeable electrode to the cathode and anode, by providing the water supply passage and drain passage to passed through the treated water through the cathode and anode, small A large amount of liquid to be treated can be passed using the apparatus. In this case, the water flow direction can be arbitrarily selected.
[0014]
The power supply device is configured to supply a direct current (including a pulse) between the cathode and anode having the above-described configuration. Voltage applied between the electrodes 0.2～10V preferably 0.5～3V, current 0.1 to 10 A / dm ² - anode, preferably 0.5~3A / dm ² - to about anode Is appropriate.
[0015]
The granular conductor supply / discharge means includes supply means for supplying a new granular conductor to the granular conductor layer and discharge means for discharging the old granular conductor, and is configured to supply and discharge the granular conductor continuously or intermittently. Such supply / discharge means can be configured to transfer the granular conductor through its own weight or water flow through a transfer path such as a pipe or a chute.
[0016]
In the apparatus configured as described above, power is supplied between the cathode and the anode from the power supply apparatus, and the liquid to be treated is passed through the granular conductor layer from the water supply channel to perform the electrochemical treatment. At this time, the granular conductor layer is connected to the cathode and is not connected to the anode by the diaphragm, and the granular conductors are in contact with each other, so that the granular conductor layer has the same potential as the cathode. For this reason, an electrochemical reaction is performed between the cathode and the granular conductor layer and the anode. As a result, the cathode surface is expanded, and a cathode reaction such as electrodeposition is performed on the entire surface of the cathode and the granular conductor layer.
[0017]
In this case, since the cathode and the granular conductor layer are at the same potential, even if the gap between the cathode and the anode is wide, the substantial electrode interval is the gap between the anode side end of the granular conductor layer and the anode. Electrochemical treatment can be performed with And the granular conductor layer has a large surface area, and since the cathodic reaction is carried out on the entire surface in contact with the liquid to be treated, the electrolysis area can be increased without increasing the electrode area of the cathode and the anode, Processing efficiency is increased.
[0018]
For this reason, in the case of a dilute liquid to be treated, the cathode and anode are made to have a water-permeable structure without flowing the liquid to be treated along the electrodes, and the water to be treated is crossed with these electrodes, the granular conductor layer, and the diaphragm. Even if water is passed, the cathode reaction can be sufficiently performed. Thus, a large amount of water to be treated can be passed through the pair of electrodes, and can be efficiently treated with a small apparatus. In this case, the flow direction of the water to be treated can be set to an arbitrary direction where the electrodes intersect. Of course, water may be passed in the direction parallel to the electrodes.
[0019]
The metal ions contained in the liquid to be treated are electrodeposited on the cathode and the granular conductor layer by the cathode reaction. Since the metal layer to be electrodeposited becomes thick due to the progress of the electrochemical reaction, the old granular conductor is taken out from the granular conductor layer, and the new granular conductor is supplied to replace the granular conductor. The exchange of the granular conductor may be performed continuously or intermittently. When exchanging intermittently, part may be exchanged, or all may be exchanged at once. Although the metal layer electrodeposited on the cathode is also thickened, the electrode spacing is increased, so that the treatment can be performed without replacement over a long period of time.
[0020]
After taking out the electrodeposited granular conductor, it is sent to a metal recovery process. As a method for recovering the electrodeposited metal from the granular conductor, in addition to melting and melting with chemicals or the like, recovery by combustion is also possible when the granular conductor is flammable like activated carbon. In the case of dissolution with chemicals or the like, it is possible to circulate and use the granular conductor.
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the granular conductor layer is formed so as to be in contact with the cathode, and the granular conductor can be supplied and discharged, the electrolysis area can be increased without increasing the electrode area and the electrolysis can be efficiently performed with a low electrolysis voltage. It is possible to obtain an electrochemical water treatment apparatus and method capable of performing an electrochemical treatment, performing a high-speed treatment by passing a liquid to be treated at a high speed, and easily exchanging a granular conductor. it can.
[0022]
Further, by making the cathode and the anode water-permeable and flowing the liquid to be processed through them, the processing efficiency can be increased, and a large amount of the liquid to be processed can be processed with a small apparatus.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments.
1 and 2 are cross-sectional views showing an electrochemical water treatment apparatus according to another embodiment. FIG. 1 shows an example using a flat plate electrode, and FIG. 2 shows an example using a cylindrical electrode.
[0024]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a water treatment apparatus, in which a water-permeable cathode 3 and an anode 4 formed in a porous flat plate shape are disposed facing each other and connected to a power supply device 5. A granular conductor 6 such as granular activated carbon is filled in contact with the cathode 3 to form a granular conductor layer 7 connected to the cathode, and a diaphragm 8 made of a water-permeable insulator is provided between the anode 4 and the anode 4. Insulated.
[0025]
The granular conductor layer 7 is surrounded by a frame-shaped gasket 9 from above and below and from the front and back, and a granular conductor supply path 11 having a valve V ₁ and a granular conductor discharge path 12 having a valve V ₂ communicate with each other. . A treated water channel 13 and a treated water channel 14 are in communication with the side plates 2 a and 2 b forming the casing 2. 15 and 16 are packings.
[0026]
In the water treatment apparatus 1 configured as described above, power is supplied from the power supply device 5 between the cathode 3 and the anode 4, and the treatment liquid is passed from the treatment water passage 13 to the granular conductor layer 7 to perform the electrochemical treatment. Do. In this case, the treated water flows from the treated water channel 13 through the anode 4, the diaphragm 8, the granular conductor layer 7, and the cathode 3, is subjected to electrochemical treatment, and flows out from the treated water channel 14 as treated water. At this time, the granular conductor layer 7 is connected to the cathode 3 and is not connected to the anode 4 by the diaphragm 8, and the granular conductors 6 are in contact with each other, so that the granular conductor layer 7 has the same potential as the cathode 3. For this reason, an electrochemical reaction is performed between the cathode 3 and the granular conductor layer 7 and the anode 4. As a result, the surface of the cathode 3 is expanded, and a cathode reaction such as electrodeposition is performed on the entire surface of the cathode 3 and the granular conductor layer 7.
[0027]
In this case, since the cathode 3 and the granular conductor layer 7 are at the same potential, even if the gap between the cathode 3 and the anode 4 is wide, the substantial electrode interval is between the end 7 a on the anode side of the granular conductor layer 7 and the anode 4. Since the interval is set, the electrochemical treatment can be performed at a low voltage. The granular conductor layer 7 has a large surface area, and the cathodic reaction is performed on the entire surface in contact with the liquid to be treated. Therefore, the electrolytic area can be increased without increasing the electrode area of the cathode 3 and the anode 4. And processing efficiency is increased.
[0028]
For this reason, in the case of a dilute liquid to be treated, the cathode 3 and the anode 4 are made to have a water-permeable structure without flowing the liquid to be treated along the electrodes (3, 4). 3 and 4), and even if the water to be treated is passed in the direction crossing the granular conductor layer 7 and the diaphragm 8, the cathode reaction can be sufficiently performed. As a result, a large amount of water to be treated can be passed through the pair of electrodes (3, 4), and can be efficiently treated with a small device.
[0029]
Metal ions contained in the liquid to be treated are electrodeposited on the cathode 3 and the granular conductor layer 7 by the cathode reaction. Since the metal layer to be deposited becomes thick due to the progress of the electrochemical reaction, the valve V ₂ is opened and the old granular conductor 6 is taken out from the granular conductor layer 7 through the granular conductor supply path 11 and the valve V ₁ is opened to supply the granular conductor. A new granular conductor 6 is supplied from the path 11 to exchange the granular conductor 6. The exchange of the granular conductor 6 may be performed continuously or intermittently. When it is replaced intermittently, it may be replaced part by part, or the entire granular conductor layer 7 may be replaced at once. Although the metal layer electrodeposited on the cathode 3 is also thickened, the electrode spacing is increased, so that the treatment can be performed without replacement over a long period of time.
[0030]
After the electrodeposited granular conductor 6 is taken out, it is sent to a metal recovery step to recover the electrodeposited metal from the granular conductor. As a method for recovering the metal, in addition to melting and melting with chemicals or the like, when the granular conductor is combustible like activated carbon, recovery by combustion is also possible. In the case of dissolution with chemicals or the like, it is possible to circulate and use the granular conductor.
[0031]
In FIG. 2, the water treatment apparatus 1 includes a cylindrical casing 2 in which a cylindrical cathode 3, a diaphragm 8, and an anode 4 are arranged in the same circle, and a cylindrical granular conductor is disposed between the cathode 3 and the diaphragm 8. Layer 7 is formed. In the casing 2, the main body 2 c and the lid 2 d are integrated with the packing 15 interposed therebetween, and the anode 4 is held with the packings 17 and 18 interposed therebetween. A granular conductor supply path 11 having a valve V ₁ communicates with the upper part of the lid 2d, and a granular conductor discharge path 12 having a valve V ₂ communicates with the lower part of the main body 2c. The treated water channel 13 communicates with the side of the main body 2c, and the treated water channel 14 communicates with the inner cylinder 19 that holds the cathode 3.
[0032]
In the water treatment apparatus 1 described above, the water to be treated entering from the water channel 13 to be treated flows in the periphery of the anode 4 to undergo an electrochemical treatment, and the treated water is taken out from the inner cylinder 19 to the treatment water channel 14. The granular conductor 6 entering from the granular conductor supply path 11 spreads in an annular shape above the inner cylinder 19 to form a cylindrical granular conductor layer 7 and is discharged from the granular conductor discharge path 12.
[0033]
In the apparatus of FIGS. 1 and 2, the direction of water to be treated can be any direction that intersects the electrode, for example, flowing from the cathode 3 side to the anode 4 side or from the anode 4 side to the cathode 3 side. However, it is preferable to flow from the anode side to the cathode side. In this case, electrodeposition occurs at the cathode, so if the water to be treated containing a large amount of metal ions is flowed from the cathode side, the porous cathode is likely to be clogged due to electrodeposition at the cathode. It occurs mainly in the granular conductor layer, and the cathode is less electrodeposited. Therefore, it is preferable that the electrodeposited metal can be easily recovered and the cathode is less clogged. In addition, by connecting the treated water channel 13 to the upper part and the treated water channel 14 to the lower part, and the like, the composite flow in the direction along the electrode and the direction crossing the electrode can be formed.
In addition, the shape, structure, material and the like of the electrode, casing, diaphragm, granular conductor layer and the like are not limited to those described above, and can be changed.
[0034]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
Example 1
In the apparatus of FIG. 1, a plate electrode (electrode area: 100 cm ² ) made of a 10 cm × 10 cm copper plate as a cathode and an anode is disposed at an interelectrode distance of 10 mm, and a tetrafluoroethylene resin diaphragm adhered to the anode side and the cathode A granular activated carbon having a particle diameter of 0.8 mm was filled in between to form a granular conductor layer. When artificial drainage containing 1 mmol / l of sodium chloride and 0.1 mmol / l of copper sulfate was passed at 1 liter / min and electrodeposited at a voltage of 2 V between the electrodes, the current was 1 A and the treated water Cu was 0.01 mg / min. 1 or less. Electrodeposition was continued for 500 hours, but stable treatment could be performed.
[0035]
Comparative Example 1
When electrodeposition was performed under the same conditions in Example 1 without filling with activated carbon, the current was 0.03 A and the treated water Cu was 4.5 mg / l.
From this, it can be seen that since the current value is low, the electrodeposition rate is lowered, the Cu concentration in the treated water is increased, and the treatment is insufficient.
[0036]
Comparative Example 2
In Example 1, the activated carbon was fluidized by the rising flow of the water to be treated, and electrodeposition was performed in a fluidized bed. It became 01 mg / l or less.
From this, it can be seen that since the granular conductor overflows, it is necessary to reduce the flow rate, which is not suitable for high-speed processing.
[0037]
Comparative Example 3
In Comparative Example 1, when electrodeposition was performed with the distance between the electrodes being 1 mm, the flow rate was 0.6 liter / min, the current was 0.3 A, and the treated water Cu was 0.2 mg / l. The electrode was short-circuited due to deposited copper after 100 hours of electrodeposition.
From this, it can be seen that because of the narrow distance between the electrodes, the differential pressure increases, a high flow rate cannot be produced, high-speed processing cannot be performed, and the frequency of electrode replacement increases.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrochemical water treatment apparatus according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an electrochemical water treatment apparatus according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Water treatment apparatus 2 Casing 3 Cathode 4 Anode 5 Power supply apparatus 6 Granular conductor 7 Granular conductor layer 8 Diaphragm 9 Gasket 11 Granular conductor supply path 12 Granular conductor discharge path 13 Processed water path 14 Processed water paths 15, 16, 17, 18 Packing 19 Inner cylinder

Claims

A cathode and an anode disposed opposite to each other;
A power supply for supplying power to the cathode and anode;
A granular conductor layer filled to connect to the cathode;
A water-permeable and insulating diaphragm disposed between the granular conductor layer and the anode;
Water supply / drainage means for supplying and draining the treated water so as to pass through the granular conductor layer;
A granular conductor supply and discharge means for supplying and discharging the granular conductor to and from the granular conductor layer ;
An electrochemical water treatment apparatus in which the cathode and the anode are configured to be water permeable, and water supply / drainage means is provided so as to allow water to be treated to flow in any direction through the cathode and the anode .

A permeable cathode and an anode are arranged opposite to each other, and a granular conductor layer is formed by filling a granular conductor so as to be connected to the cathode.
A permeable and insulating diaphragm is placed between the anode and the granular conductor layer,
Power is supplied between the cathode and the anode, the liquid to be treated is passed through the granular conductor layer through the water-permeable cathode and anode, and the electrochemical treatment is performed.
An electrochemical water treatment method characterized by discharging an old granular conductor from a granular conductor layer and supplying a new granular conductor to replace the granular conductor.