JPS637118B2 - - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は環境工学技術に関し、更に詳しくは、
海水を含み、塩含量が種々異なる下水(又は排
水)の電気化学的処理方法及び装置に関する。
従来技術
生物圏汚染の問題は、今日世界中で最初に提起
された問題の一つであり、そして下水流出液によ
る水汚染は、生物圏汚染において特別の地位を占
める。航海は著しく発展し、その結果、海洋に排
出される総下水量のうち船舶下水の占める割合が
著しく増大した。これにより大多数の国々は、下
水処理装置を備えていない船が自国の領海内を航
行するのを防止する処置をとつた。
船舶の下水処理システムを設計する時、処理の
信頼性に対し特別な注意を払わねばならない。こ
れは、金属の電気化学的溶解の間に生成する凝固
剤で下水を処理してなる下水処理の電気化学的方
法が現在非常に広範囲に広がつているからであ
る。しかしながら、このような凝固剤の実際の使
用は、多くの理由によりいくつかの困難さを呈す
る。そのような困難さの一つは電極上に塩堆積物
が生成することである。このような塩堆積物は電
極抵抗を増大せしめ、これにより電極を流れる電
流の減少をきたし(パシベーシヨン
(passivation))、しかも電極間空間に生成しそし
て処理海水中へ導入される凝固剤の濃度も減少
し、最終的に処理効率に影響する。その上塩堆積
物は、処理流体が電極間を流れなくなる程に電極
間空間をふさぐことがあり、その結果海水処理工
程は中断される。船の位置によつて濃度が広範囲
に変化する海塩を含む海水を船上のサニタリー装
置の洗浄に用いる時、このような塩の堆積は海の
状態によつて特に特徴づけられる。それ故、海の
下水処理の信頼性を改良する問題の一つは、電極
上の塩堆積物を排除する問題である。
かくして公知の先行技術の下水処理方法及び装
置は、本発明者によるソ連邦発明者証第739004
号、Int.Cl.2CO2F 1/46に開示の方法及び装置
であり、前記方法は、海水含有下水を隔膜電解槽
の陰極コンパートメント内で処理し、次いでマグ
ネシウム含有沈降物を分離し、そして隔膜電解槽
の陽極コンパートメント内で処理し、そしてマグ
ネシウム含有流体を陰極コンパートメントから陽
極コンパートメントへ導いてなる。
この方法により電極上に過剰に塩が堆積するの
が防止できるが、数多くの要因により、海水を含
む下水の処理を十分な効率で行うことができな
い。これら要因は次の通りである。
1 陽極コンパートメント内の沈降物の反復処理
を、マグネシウム含有流体を更に陰極コンパー
トメントへ供給して行うことにより処理される
下水中のマグネシウムイオンの濃度が増大し、
そして溶液が飽和されるにつれマグネシウム塩
が沈澱し、そしてこれら塩により浄化下水が汚
染される。このことは確実に処理効率に影響す
る。
2 下水を電解槽の陰極コンパートメント内での
み処理する時、消費電力の1/2が下水処理に直
接使用されるのではなく、マグネシウム含有沈
降物を溶解するのに用いられるので、電力消費
量は幾分高い。
3 沈降物を電解槽の陽極コンパートメント内で
処理する時、陽極エリアが沈降物によりふさが
れるのを防ぐ為に、陽極コンパートメントは大
容積とすべきであり、その結果陽極と陰極との
間の距離は幾分大きくなり、そして隔膜電解槽
を横切る電圧は、電解液のオームロスにより高
い値となり、これは次に下水処理の電力消費量
の増大をもたらす。
4 マグネシウム含有沈降物の分離は別の溜めを
必要とし、このことは下水処理装置の寸法を相
当に拡大し、そして縦ゆれ、横ゆれ及び船の振
動の条件下で工程の効率は実質的に減少する。
更に進んだ下水処理方法及び装置は、米国特許
第4188278号、Int.Cl.2CO2B 1/82に開示されて
いる。この方法の流体処理は、種々の電位を示す
領域を経て電解槽に流体を流してなり、この種々
の電位の導きは流体の進路に沿つて流体に作用す
る加速力及び減速力を変化させ流体の個々の層間
に激しい乱流を引き起きす。この方法は、一対の
主電極及び主電極間に配置される複数の補助電極
から成る装置において実施する。前記各主電極
は、一つの平面内に配置された複数の電気的に接
続された棒を含んで成り、そして前記各補助電極
は電気絶縁棒を含んで成る。また主電極は、主電
極間に種々の電位を示す領域をつくりだし、流体
は種々の電位を示すこの領域を流れ、そして気泡
は超音波源により電極から除去される。
この方法を実施する装置の電力消費も、塩が電
極の陰極面に堆積するのを防止する働きをする超
音波振動器の故に非常に高い。
更に流体流を横切つて電極を配置する時、繊維
状汚染物は電極に固着し、そして超音波処理によ
りそれらを除去する事は不可能である。というの
は繊維状汚染物の比重と処理される流体の比重が
等しくそして電極の後部の激しい乱流域により、
綿くず凝固汚染物は破壊され、このことによりコ
ロイド汚染物の凝固工程が妨害されるからであ
る。これらの事実は最終的に下水処理の質に影響
する。その上下水流の乱流により流体の電極境界
層の激しい混合が引き起こされ、このことにより
これらの層のPHが低くなり、その結果塩堆積物が
電極表面上に生成する。流体流の流線へ設けた篩
はこの方法の実施装置を複雑にし、そして篩の詰
まりにより装置の信頼性に影響を与える。また電
極をハウジングの壁へ取り付けてそれらを壁から
絶縁する為には、絶縁空間を設けるか又は、ハウ
ジングの壁を絶縁材料からつくることが必要とな
り、従つて電解槽の構成がかなり複雑になる。
ソ連邦発明者証第912664号、Int.Cl.3CO2F
1/46に開示の装置により実施される流体処理方
法は前記よりもずつと有効である。この方法は、
不溶性電極を備えた隔膜電解槽の陽極及び陰極コ
ンパートメントへ下水を供給して成る。陰極コン
パートメントでは、下水は電気化学的にアルカリ
性化され、そして陽極コンパートメントでは酸性
化される。その際、酸陽極液は電気的凝固機へ導
かれ、そこでは電気的凝固機の可溶性鉄陽極の溶
解の間に生成する2価の鉄イオンによりクロムは
還元される。電気的凝固機からの陽極液は浮遊セ
ルへ導かれ、それへアルカリ性陰極液も供給され
る。陰極液は隔膜電解槽の陰極コンパートメント
から排出され、次いで液相と固相との分離が浮遊
セル及びフイルター内で行われる。
たとえ、この方法が幾分有効であつても信頼性
が不十分であるので、この方法は不完全である。
というのは海の状態により不溶避の下水塩分の変
化につれ、隔膜電解槽の電極を流れる電流も変化
し、それは順次電解槽流出液のPH変化及び電解槽
電極の溶解速度の変化を引き起すからである。そ
の結果、処理される下水中の凝固剤濃度が変化
し、そして下水中にマグネシウムイオンが存在す
ることにより電極を閉塞する水酸化マグネシウム
が隔膜電解槽の陰極エリアに沈澱し、従つて十分
な有効性で海の下水処理を行うことが不可能にな
る。その上、海の下水処理のこのような系では極
性を反転させることにより不溶性電極の表面から
水酸化マグネシウムを除去することは事実上不可
能である。というのは極性反転する場合に電気的
凝固機にはアルカリ性反応を示す下水と、パシベ
ート可溶性鉄電極とが供給され、そして電極の機
械的清浄には、複雑な装置を使用するか又は、鉄
電極を清浄化もしくは取替える為に装置を周期的
に閉鎖するかのいずれかを行わねばならないから
である。
ソ連邦発明者証第874653号、Int.Cl.3CO2F
1/46に開示の流体処理方法及び装置も業界で知
られている。凝固装置において実施される、この
方法は、処理される流体が不溶性電極の陽極エリ
アへ供給され、そこから処理される流体は可溶性
電極の陽極エリアへ重力により流下する。処理さ
れる流体は、可溶性電極の陽極エリアから可溶性
電極の陰極エリア、次いで不溶性電極の陰極エリ
アへ流れる。不溶性電極の陰極エリアから浄化水
が排出される。
この装置を運転する場合、下水は電流を不溶性
電極と可溶性電極との両方に流すことにより処理
される。この場合電極間空間に生成する凝固剤の
濃度は水の塩分に依存し、そして溶液の導電性の
変化とそれによる電極を流れる電流の変化による
塩分変化に従つて変化する。
電流が電力源から可溶性電極に直接流れ、そし
て電極間空間で凝固剤濃度が可変であるという事
実により、海水塩濃度が高い下水を処理する時可
溶性電極材料の消費は非常に高い。
更に流体流が陽極エリアから陰極エリアへ導か
れるという事実により、可溶性陰極表面上に堆積
物が生成する。というのは陽極上に生成する水素
イオンは可溶性電極上の金属水酸化物を溶解し、
そして、金属(たとえば、陰極分極の際に陰極上
に保護酸化物フイルムを生成しない(水と一緒
の)アルミニウム)の化学反応により可溶性電極
上に生成する金属水酸化物を溶解する為に可溶性
電極の陽極エリアから供給する水素イオンの濃度
が不十分であるからである。
その上不溶性陰極上に生成するヒドロキシルイ
オンは、可溶性陰極の表面へ発生水素の泡により
運搬され、そしてそれ故陰極表面のPHはアルミニ
ウム化合物のような可溶性金属化合物生成するの
に不十分である。
陽極エリアから陰極エリアへ処理される下水流
を導くことにより、良好な凝固剤でもある水酸化
マグネシウムが陰極エリアで生成するのが防止さ
れる。というのは装置への入口で中性反応を有す
る下水は陽極において酸性化され、次いで陰極エ
リアでアルカリ性化され、流体の最初のPHまで下
がり、一方水酸化マグネシウムは8.9より上のPH
においてのみ生成することができるからである。
その上このような流れの系を非常に多くの電極対
と共に用いる時、処理される流体流をジグザグに
導かねばならないので装置の構成は一層複雑にな
る。
その上、不溶性電極と可溶性電極との間の距離
が大きいという事実により、処理される下水の海
水濃度が低い場合に、不溶性電極の場が可溶性電
極に及ぼす影響は顕著ではなく、そして前記場は
影響は、不溶性電極の電極間空間において得られ
る凝固剤の含量に影響しない。
発明の目的及び構成
本発明の主な目的は、可溶性電極の電位が活性
範囲へシフトする電気化学的方法により、塩分が
種々異なる海水を含む下水の処理を提供すること
である。
この主な目的を考慮して、不溶性及び可溶性電
極の電極間エリアに凝固剤を生成し、引き続いて
精製下水を排出する工程を含んで成る電気化学的
下水処理方法が提供される。前記方法は、本発明
に従つて下水を別個の流れで電解槽の陽極及び陰
極の電極間エリアへ供給し、電流を不溶性電極に
流して不溶性電極と可溶性電極両方の電極間エリ
アに凝固剤を生成する。前記可溶性電極は不溶性
電極から電気絶縁されており、電流と下水の流速
との比は0.01A.hr/以上である。
発明の概要及び作用効果の説明
本発明の発明者は実験により次の事実を発見し
た。即ち、このような設計の故に、可溶性電極か
ら電気絶縁された不溶性電極にのみ電流が流れる
時、電流は誘電し、そして不溶性電極から可溶性
電極への流体流の方向に漏れ、それにより可溶性
電極の電位はその活性溶解の範囲にシフトし、そ
の結果可溶性電極、殊にアルミニウム電極は溶解
する。
このような方法により塩分が種々異なる海水を
含む下水の処理が可能になる。取るに足らない量
の海塩を含む下水を隔膜電解槽に通す時、処理さ
れる下水の導電性は低い。この場合に、電流が不
溶性電極に流れるにつれ、下水の誘電性
(dissipative capacity)は増大し、その結果、不
溶性電極の場が可溶性電力に及ぼす影響も増大す
る。可溶性電極の電位は活性な電極溶解の範囲に
大きくシフトするので可溶性電極の高速の溶解が
達成され、そして処理される流体中の可溶性金属
イオン濃度が増大する。前記可溶性金属は下水中
のコロイド汚染物を凝固する。下水の塩分が低い
のでマグネシウムイオン含量も低く、そしてそれ
故比較的少量の水酸化マグネシウムが不溶性電極
の電極間空間に生成する。海水塩濃度が高い下水
を通す時、処理される流体の誘電性は減少し、そ
して電流が流れる不溶性電極の場が可溶性電極に
及ぼす影響は弱められる。不溶性電極の電位のシ
フトは減少し、そして可溶性電極はほとんど溶解
しない。この場合の凝固剤は、下水が不溶性電極
の陰極エリアでアルカリ性化されることによる電
解の際に生成する水酸化マグネシウムである。
実験により電流と処理される下水の流速との関
係も見い出された(即ち容積電気量(volume
quantity of electricity))。前記関係は0.01
A.hr/
以上であり、これは可溶性電極の電位をそれらの
活性溶解の範囲にシフトするのに十分であり、従
つて一定の総凝固剤濃度を電極間空間で保持する
ことができる。
処理される下水の塩分が種々の値をとる時、溶
解するアルミニウムの量は下水の塩分に依存す
る。即ち溶解するアルミニウムの量は下水の塩分
が低い時増大し、そして塩分の増大につれ減少す
る。総凝固剤濃度は一定で、そしてそれ故、下水
処理工程の自己制御を提供し、そしてアルミニウ
ム電極の消費は1/2〜1/4にすることができる。
その上処理される下水が最初不溶性電極間に流
れ、次いで可溶性電極間を流れるので、下水は最
初酸性化され、次いで不溶性電極付近でアルカリ
性化され、かくしてアルミニウム電極の電気化学
的溶解の間に可溶性生成物、即ちアルミニウムイ
オン及びアルミネートを生成し、その結果可溶性
電極上の塩堆積物の生成が排除される。
非安定化直流を不溶性電極へ供給することは当
を得たことである。
非安定化直流を用いることにより、同じ強さの
安定化電流と比べて、可溶性電極の電位をそれら
の活性溶解の範囲へより一層有効にシフトさせる
ことができる。
陽極エリアのPHを2〜3.5の範囲内に保持し、
そして陰極エリアでは10.5〜12.5の範囲内にPHに
保持しながら工程を実施することが賢明である。
このような条件下でこの方法を実施することに
より下水中の含まれる病原生成の完全な不活性化
が提供される。というのは以下の反応
2H2O+2e=H2+2OH- (陰極)
H2O−2e=2H++1/2O2 (陽極)
に従つて生成するアルカリ及び酸の影響下で電解
槽の陰極エリア及び陽極エリア中の病原生物は殺
されるからである。
陰極エリア及び陽極エリアからの流出液を混合
して一緒にすることが当を得たことである。
陰極及び陽極エリアからの処理流出液を混合し
て一緒にする時、下水は以下の反応
2H2O+2e=H2+2OH- (陰極) H2O−2e=2H++1/2O2 (陽極)
3H2O=H2+1/2O2+2H2O
に従つて中和される。
前記主な目的を考慮して、少なくとも二つの電
極対を含む隔膜電解槽を含む本発明方法の実施装
置も提供される。前記電極対のそれぞれは一線に
配置された不溶性電極と可溶性電極とを含んで成
り、電極対は陽極エリアと陰極エリアに交互に配
置されている。本発明に従つて前記装置は、各電
極対において不溶性電極は誘電分離器により可溶
性電極から分離され、分離器の外形は不溶性電極
の終端面と一致し、可溶性電極に面す。前記可溶
性電極及び可溶性電極の長さの比は1:2以下で
ある。
電極の表面に沿つて移動する下水流により、電
流が流れる不溶性電極により作られる電場が、電
流が流れない可溶性電極に影響を及ぼす為の最適
条件が提供されるので、電極を一線に配置するこ
とにより電極運転の最高の条件が提供される。
不溶性電極と可溶性電極との間に設けられた誘
電分離器により前記電極間の電気的接触が防止さ
れ、更に不溶性電極の電位を可溶性電極に課する
ことが防止され、このことは順次可溶性電極のパ
シベーシヨンを防ぐことを可能にし、そして処理
される下水の塩含量が高い時に前記可溶性電極の
過剰な消費を減少させることができる。外形が不
溶性電極の終端面と一致し、可溶性電極に面する
誘電分離器の使用により、不溶性電極の電場が可
溶性電極に及ぼす最大の影響が提供される。更
に、誘電分離器がこのような構成をとつている場
合に、処理される下水の電極境界層は処理される
流体の残りと混ざらない。このことにより可溶性
電極の表面上の塩堆積物の生成が防止される。
電流が不溶性電極を流れる時、最大のPH変化が
電極付近で生じる。そして電極境界空間において
流体流が処理される流体の残りと混合する時間を
持つてはならないことは重要なことである。この
ことにより可溶性電極の電極境界空間に高いアル
カリ性及び酸性が提供され、かくして可溶性、詳
しくはアルミニウム電極溶解の間の不溶性塩堆積
物の生成が防止される。
誘電分離器により分離される陽極エリアにおけ
る不溶性電極と可溶性電極とを含む一対の電極
と、陰極エリアにおけるもう一つの一対の同様の
電極とを一線に配置することにより、電解槽の陰
極エリアと陽極エリアの両方における可溶性電解
生成物の生成が防止される。前記処理される流体
は平行流で流す。
その上下溶性電極の極性の反転により、その表
面上に水酸化マグネシウムが生成するのが防止さ
れ、そして可溶性電極の一層の活性化が提供され
る。1:2以下の、可溶性電極及び不溶性電極の
長さの比により可溶性電極の電位の、可溶性電極
全長にわたる活性溶解の範囲へのシフトがもたら
される。というのは、任意の他の比において不溶
性電極を流れる電流はそのフイールドラインが可
溶性電極の離れた部分に到達しないからである。
可溶性電極の厚さを不溶性電極の厚さより厚く
することは当を得たことである。
可溶性電極のこのような構成により、電流が流
れる不溶性電極の電場が電流が流れない可溶性電
極に及ぼす影響を改良することができ、かくして
可溶性電極の電位の活性溶解範囲へのシフトが増
大し、そして可溶性電極が厚ければ厚い程、前述
の不溶性電極の電場が可溶性電極に及ぼす影響が
大きくなる。
可溶性電極に面する不溶性電極の端が電極軸に
対して対称の小横断面積を有するように不溶性電
極をつくることは当を得たことである。
この場合任意の点から、たとえ不溶性電極の上
面の傾斜平面からのフイールドラインさえ可溶性
電極の表面に垂直でありそして実質的な高さまで
有効であるので、このような構成の不溶性電極に
より電流が流れる可溶性電極の電場の影響を改良
することができる。
電解槽の隔膜を不溶性電極の端表面から少なく
とも5mm突き出すことは当を得たことである。
隔膜のこのような構成の顕著な特徴は、装置を
海水塩含量が低い下水の処理に用いる時、可溶
性、詳しくはアルミニウム電極の溶解の間に8以
上のPH及び4以下のPH値により生成するアルミニ
ウムが処理される下水中に溶存して、陽極液と陰
極液とが共に混合される時にのみ水酸化物ゲルを
生成することにある。隔膜のこのような構成によ
り可溶性電極の上端上に水酸化物が生成するのが
防止され、そして可溶性電極から離れた流体体積
中において水酸化物の生成が促進されるので可溶
性電極上に堆積物が生成するのが防止され、塩分
が種種異なる海水を含む下水を処理することがで
きる。
独立のプレートの誘電分離器をつくることが当
を得たことである。
独立プレートの誘電分離器をつくることにより
必要な効果を達成することができる。即ち不溶性
電極と可溶性電極を互に絶縁し、そして電場の可
溶性電極に及ぼす影響を改良し、絶縁材料を節約
することができる。
本発明の正確な本質及び特徴は添付の図面を参
照して以下の本発明の態様より一層明らかとなろ
う。
本発明方法は以下のごとく実施される。処理さ
れる下水を不溶性、詳しくは黒鉛電極と、それに
沿つた可溶性詳しくはアルミニウム電極との電極
間空間に導く。同時に、黒鉛電極に安定化又は非
安定化(整流後波が伸ばされない時)直流を流
す。
電流を通すに従つて、陰極エリア及び陽極エリ
アは、以下の反応に従つて
2H2O+2e=H7+2OH- (陰極) (1)
H2O−2e=2H++1/2O2 (陽極) (2)
進行する水の電解の座になる。
(1)及び(2)の反応に従つて生成したアルカリ及び
酸の影響下で、電解槽の陽極エリア及び陰極エリ
ア中の病原生物は殺され、下水は消毒される。
陰極エリア及び陽極エリアからの流出液が互に
混ざり合う時下水は中和される。この反応は以下
の通りである。
2H2O+2e=H2+2OH- H2O−2e=2H++1/2O2
(陽極)
3H2O=H2+1/2O2+2H2O
塩分の変化につれ、不溶性電極と可溶性電極と
の電極間空間中の凝固剤の合計濃度(即ち水酸化
マグネシウム及びアルミニウムが変化しないよう
に処理される下水の塩分に従つて容積電気量を調
整する。
船舶のサニタリー装置に海水を用いる時、処理
の為に供給される下水中の海水濃度は船の位置に
依存して0.1g/川の水1から35g/海洋の水
1まで可変である。
塩分の低い下水を処理する時不溶性電極により
作られる場は可溶性電極の電位をその活性溶解の
範囲までシフトさせる。陽極エリアに配置された
可溶性電極の電位は負にシフトし、そして陰極エ
リアに配置された可溶性電極の電位は正にシフト
する。
処理される下水中の海塩濃度が0.2g/にお
いて、可溶性電極の電位と、不溶性電極を流れる
溶積電気量との関係を表1に示す。
Technical Field The present invention relates to environmental engineering technology, more specifically:
The present invention relates to a method and apparatus for electrochemical treatment of sewage (or wastewater) containing seawater and having various salt contents. PRIOR ART The problem of biosphere pollution is one of the first to be raised around the world today, and water pollution by sewage effluents occupies a special position in biosphere pollution. Seafaring has developed significantly, and as a result, the proportion of ship sewage in the total amount of sewage discharged into the ocean has increased significantly. As a result, most countries have taken steps to prevent ships without sewage treatment systems from sailing within their territorial waters. When designing a ship's sewage treatment system, special attention must be paid to treatment reliability. This is because electrochemical methods of sewage treatment, which involve treating sewage with coagulants produced during electrochemical dissolution of metals, are now very widespread. However, the practical use of such coagulants presents some difficulties for a number of reasons. One such difficulty is the formation of salt deposits on the electrodes. Such salt deposits increase the electrode resistance, thereby reducing the current flowing through the electrode (passivation), and also reduce the concentration of coagulant that forms in the interelectrode space and is introduced into the treated seawater. decrease and ultimately affect processing efficiency. Additionally, salt deposits can block the interelectrode space to such an extent that treatment fluid cannot flow between the electrodes, resulting in interruption of the seawater treatment process. When seawater containing sea salt, whose concentration varies widely depending on the location of the ship, is used for cleaning sanitary equipment on board the ship, such salt deposits are particularly characterized by sea conditions. Therefore, one of the problems in improving the reliability of marine sewage treatment is the problem of eliminating salt deposits on the electrodes. Thus, the known prior art sewage treatment method and device are covered by the inventor's USSR Inventor's Certificate No. 739004.
Cl. 2 CO2F 1/46, the method comprises treating seawater-containing sewage in the cathode compartment of a diaphragm electrolyzer, then separating the magnesium-containing sediment, and processing in the anode compartment of the electrolytic cell and directing the magnesium-containing fluid from the cathode compartment to the anode compartment. Although this method prevents excessive salt deposition on the electrodes, a number of factors prevent it from treating sewage containing seawater with sufficient efficiency. These factors are as follows. 1. repeated treatment of the sediment in the anode compartment with further supply of magnesium-containing fluid to the cathode compartment increases the concentration of magnesium ions in the treated sewage;
As the solution becomes saturated, magnesium salts precipitate and these salts contaminate the purified sewage water. This definitely affects processing efficiency. 2 When sewage is treated only in the cathode compartment of the electrolyser, the electricity consumption is Somewhat expensive. 3. When the sediment is processed in the anode compartment of the electrolyzer, the anode compartment should have a large volume to prevent the anode area from being blocked by the sediment, so that the distance between the anode and the cathode is reduced. becomes somewhat larger and the voltage across the diaphragm electrolyzer takes on a higher value due to ohmic losses of the electrolyte, which in turn leads to an increase in the power consumption of the sewage treatment. 4. Separation of the magnesium-containing sediment requires a separate sump, which considerably increases the size of the sewage treatment plant, and under conditions of pitching, rolling and ship vibration the efficiency of the process is substantially reduced. Decrease. A more advanced method and apparatus for treating sewage is disclosed in US Pat. No. 4,188,278, Int.Cl. 2 CO2B 1/82. This method of fluid treatment consists of flowing the fluid into the electrolytic cell through regions exhibiting different potentials, and the induction of these different potentials changes the accelerating and decelerating forces acting on the fluid along its path, causing the fluid to flow through regions exhibiting different potentials. causing severe turbulence between the individual layers of the The method is carried out in a device consisting of a pair of main electrodes and a plurality of auxiliary electrodes arranged between the main electrodes. Each of the main electrodes comprises a plurality of electrically connected rods arranged in a plane, and each of the auxiliary electrodes comprises an electrically insulating rod. The main electrodes also create regions exhibiting different potentials between the main electrodes, fluid flows through the regions exhibiting different potentials, and air bubbles are removed from the electrodes by an ultrasound source. The power consumption of the equipment implementing this method is also very high due to the ultrasonic vibrator, which serves to prevent salts from depositing on the cathode surface of the electrode. Furthermore, when placing electrodes across a fluid stream, fibrous contaminants stick to the electrodes and it is not possible to remove them by sonication. This is because the specific gravity of the fibrous contaminants is equal to the specific gravity of the fluid to be treated, and due to the highly turbulent region at the rear of the electrode,
This is because the cotton waste coagulation contaminants are destroyed, thereby interfering with the coagulation process of the colloidal contaminants. These facts ultimately affect the quality of sewage treatment. The turbulence of the water and wastewater flows causes intense mixing of the fluid electrode boundary layers, which lowers the PH of these layers and results in the formation of salt deposits on the electrode surfaces. Screens placed in the streamlines of the fluid stream complicate the equipment for implementing this method and affect the reliability of the equipment due to screen clogging. Also, in order to attach the electrodes to the walls of the housing and insulate them from the walls, it is necessary to provide an insulating space or to make the walls of the housing from an insulating material, thus making the construction of the electrolytic cell considerably more complex. . USSR Inventor's Certificate No. 912664, Int.Cl. 3 CO2F
The fluid treatment method implemented by the apparatus disclosed in No. 1/46 is much more effective than those described above. This method is
The sewage water is supplied to the anode and cathode compartments of a diaphragm cell with insoluble electrodes. In the cathodic compartment the sewage water is electrochemically alkalinized and in the anodic compartment it is acidified. The acid anolyte is then led to an electrocoagulator, where the chromium is reduced by divalent iron ions, which are formed during the dissolution of the soluble iron anode of the electrocoagulator. The anolyte from the electrocoagulator is directed to a flotation cell, to which is also supplied an alkaline catholyte. The catholyte is discharged from the cathode compartment of the diaphragm cell, and then separation of liquid and solid phases takes place in flotation cells and filters. Even though this method is somewhat effective, it is imperfect because it is not reliable enough.
This is because as the undissolved sewage salinity changes due to sea conditions, the current flowing through the electrodes of the diaphragm electrolyzer also changes, which in turn causes changes in the pH of the electrolyzer effluent and the dissolution rate of the electrolyzer electrodes. It is. As a result, the coagulant concentration in the sewage being treated changes and due to the presence of magnesium ions in the sewage, magnesium hydroxide, which blocks the electrodes, precipitates in the cathode area of the diaphragm electrolyser, thus ensuring sufficient effectiveness. This would make it impossible to treat sea sewage due to natural disasters. Moreover, in such systems of marine sewage treatment it is virtually impossible to remove magnesium hydroxide from the surface of the insoluble electrode by reversing the polarity. This is because, in the case of polarity reversal, the electric coagulator is supplied with alkaline-reacting sewage water and a passivating soluble iron electrode, and mechanical cleaning of the electrodes requires the use of complex equipment or the use of iron electrodes. The equipment must be either shut down periodically to clean or replace the equipment. USSR Inventor Certificate No. 874653, Int.Cl. 3 CO2F
The fluid treatment method and apparatus disclosed in 1/46 are also known in the art. The method, carried out in a coagulation device, involves supplying the fluid to be treated to the anode area of the insoluble electrode, from where it flows down by gravity to the anode area of the soluble electrode. The fluid to be treated flows from the anode area of the soluble electrode to the cathode area of the soluble electrode and then to the cathode area of the insoluble electrode. Purified water is drained from the cathode area of the insoluble electrode. When operating this device, sewage is treated by passing electrical current through both the insoluble and soluble electrodes. In this case, the concentration of the coagulant that forms in the interelectrode space depends on the salinity of the water and changes in accordance with the salinity change due to changes in the conductivity of the solution and thereby changes in the current flowing through the electrodes. Due to the fact that the current flows directly from the power source to the soluble electrode and the coagulant concentration is variable in the interelectrode space, the consumption of soluble electrode material is very high when treating sewage with high sea salt concentration. Furthermore, due to the fact that the fluid flow is directed from the anode area to the cathode area, deposits form on the soluble cathode surface. This is because the hydrogen ions generated on the anode dissolve the metal hydroxide on the soluble electrode,
A soluble electrode is then used to dissolve the metal hydroxide that forms on the soluble electrode due to the chemical reaction of the metal (e.g. aluminum (with water) which does not form a protective oxide film on the cathode during cathodic polarization). This is because the concentration of hydrogen ions supplied from the anode area is insufficient. Moreover, the hydroxyl ions that form on the insoluble cathode are transported by the generated hydrogen bubbles to the surface of the soluble cathode, and therefore the PH of the cathode surface is insufficient to form soluble metal compounds such as aluminum compounds. By directing the treated sewage stream from the anode area to the cathode area, magnesium hydroxide, which is also a good coagulant, is prevented from forming in the cathode area. This is because the sewage, which has a neutral reaction at the entrance to the device, is acidified at the anode and then alkalinized at the cathode area, down to the initial PH of the fluid, while magnesium hydroxide has a PH above 8.9.
This is because it can only be generated in .
Moreover, when such a flow system is used with a large number of electrode pairs, the construction of the device becomes even more complex since the fluid stream to be treated must be guided in a zigzag pattern. Moreover, due to the fact that the distance between the insoluble and soluble electrodes is large, the influence of the field of the insoluble electrode on the soluble electrode is not significant when the seawater concentration of the treated sewage is low, and the field The influence does not affect the content of coagulant obtained in the interelectrode space of the insoluble electrode. Object and Arrangement of the Invention The main object of the invention is to provide the treatment of sewage containing seawater of varying salinity by an electrochemical method in which the potential of a soluble electrode is shifted into the active range. With this main objective in mind, an electrochemical sewage treatment method is provided which comprises the steps of producing a coagulant in the interelectrode area of insoluble and soluble electrodes and subsequently discharging purified sewage. The method according to the invention supplies sewage in separate streams to the anode and cathode interelectrode areas of an electrolytic cell, and passes a current through the insoluble electrodes to apply a coagulant to the interelectrode areas of both the insoluble and soluble electrodes. generate. The soluble electrode is electrically insulated from the insoluble electrode, and the ratio of current to sewage flow rate is greater than or equal to 0.01 A.hr/. Outline of the invention and explanation of effects The inventor of the present invention discovered the following fact through experiments. That is, because of this design, when current flows only from the soluble electrode to the electrically insulated insoluble electrode, the current becomes dielectric and leaks in the direction of fluid flow from the insoluble electrode to the soluble electrode, thereby increasing the The potential is shifted to its active dissolution range, so that the soluble electrode, especially the aluminum electrode, dissolves. Such a method makes it possible to treat sewage containing seawater with various salinities. When sewage containing a negligible amount of sea salt is passed through a diaphragm electrolyzer, the conductivity of the sewage being treated is low. In this case, as current flows through the insoluble electrode, the dissipative capacity of the sewage water increases, and as a result, the influence of the insoluble electrode field on the soluble power also increases. As the potential of the soluble electrode is shifted significantly into the range of active electrode dissolution, rapid dissolution of the soluble electrode is achieved and the concentration of soluble metal ions in the fluid being treated is increased. The soluble metals coagulate colloidal contaminants in the sewage water. Due to the low salinity of the sewage, the magnesium ion content is also low, and therefore a relatively small amount of magnesium hydroxide forms in the interelectrode space of the insoluble electrode. When passing sewage with high sea salt concentrations, the dielectric properties of the fluid being treated are reduced and the effect of the current-carrying insoluble electrode field on the soluble electrodes is weakened. The shift in potential of the insoluble electrode is reduced and the soluble electrode hardly dissolves. The coagulant in this case is magnesium hydroxide, which is produced during electrolysis as the sewage water is made alkaline in the cathode area of the insoluble electrode. Experiments have also found a relationship between electric current and the flow rate of treated sewage (i.e. volume
quantity of electricity)). The above relationship is 0.01
A.hr/ or more, which is sufficient to shift the potential of the soluble electrodes into the range of their active dissolution, so that a constant total coagulant concentration can be maintained in the interelectrode space. When the salinity of the treated sewage takes on various values, the amount of aluminum dissolved depends on the salinity of the sewage. That is, the amount of aluminum dissolved increases when the salinity of the sewage is low and decreases as the salinity increases. The total coagulant concentration is constant and therefore provides self-control of the sewage treatment process, and the consumption of aluminum electrodes can be reduced by 1/2 to 1/4. Moreover, since the sewage to be treated first flows between the insoluble electrodes and then between the soluble electrodes, the sewage is first acidified and then alkalinized near the insoluble electrodes, thus making the soluble products, namely aluminum ions and aluminate, thereby eliminating the formation of salt deposits on the soluble electrode. It is advisable to supply an unstabilized direct current to the insoluble electrode. By using an unstabilized direct current, the potential of soluble electrodes can be shifted more effectively into the range of their active dissolution compared to a stabilized current of the same strength. Maintain the pH of the anode area within the range of 2 to 3.5,
And in the cathode area, it is wise to carry out the process while maintaining the pH within the range of 10.5 to 12.5. Carrying out the method under such conditions provides complete inactivation of the pathogenic formations contained in the sewage. This is because the cathode area of the electrolytic cell and This is because pathogenic organisms in the anode area are killed. It is advisable to mix and combine the effluents from the cathode and anode areas. When the process effluents from the cathode and anode areas are mixed and combined, the sewage reacts as follows: 2H 2 O+2e=H 2 +2OH - (cathode) H 2 O−2e=2H + +1/2O 2 (anode) 3H It is neutralized according to 2 O=H 2 +1/2O 2 +2H 2 O. In view of the above main objects, there is also provided an apparatus for carrying out the method of the invention, which comprises a diaphragm cell comprising at least two pairs of electrodes. Each of said electrode pairs comprises an insoluble electrode and a soluble electrode arranged in a line, and the electrode pairs are arranged alternately in an anode area and a cathode area. According to the invention, the device is such that in each pair of electrodes the insoluble electrode is separated from the soluble electrode by a dielectric separator, the outer shape of the separator matching the end face of the insoluble electrode and facing the soluble electrode. The length ratio of the soluble electrode and the soluble electrode is 1:2 or less. Placing the electrodes in line because the sewage flow moving along the surface of the electrodes provides optimal conditions for the electric field created by the insoluble electrodes carrying current to affect the soluble electrodes carrying no current. provides the best conditions for electrode operation. A dielectric separator provided between the insoluble and soluble electrodes prevents electrical contact between said electrodes and further prevents the potential of the insoluble electrode from being imposed on the soluble electrode, which in turn Passivation can be prevented and excessive consumption of the soluble electrode can be reduced when the salt content of the treated sewage is high. The use of a dielectric separator whose contour matches the end face of the insoluble electrode and faces the soluble electrode provides maximum influence of the electric field of the insoluble electrode on the soluble electrode. Furthermore, when the dielectric separator is configured in this manner, the electrode boundary layer of the sewage being treated does not mix with the remainder of the fluid being treated. This prevents the formation of salt deposits on the surface of the soluble electrode. When current flows through an insoluble electrode, the largest PH change occurs near the electrode. And it is important that the fluid stream in the electrode boundary space must not have time to mix with the rest of the fluid being treated. This provides high alkalinity and acidity in the electrode boundary space of the soluble electrode, thus preventing the formation of insoluble salt deposits during soluble, particularly aluminum electrode dissolution. By placing in line a pair of electrodes, including an insoluble electrode and a soluble electrode, in the anode area, separated by a dielectric separator, and another pair of similar electrodes in the cathode area, the cathode area and the anode of the electrolytic cell are separated by a dielectric separator. The formation of soluble electrolytic products in both areas is prevented. The fluid to be treated flows in parallel flows. Reversal of the polarity of the upper and lower soluble electrodes prevents the formation of magnesium hydroxide on the surface and provides further activation of the soluble electrodes. A ratio of the lengths of the soluble and insoluble electrodes of 1:2 or less results in a shift of the potential of the soluble electrode to the range of active dissolution over the entire length of the soluble electrode. This is because at any other ratio the current flowing through the insoluble electrode will not reach the remote portion of the soluble electrode with its field lines. It is advisable to make the thickness of the soluble electrode greater than the thickness of the insoluble electrode. Such a configuration of the soluble electrode can improve the effect of the electric field of the insoluble electrode carrying current on the soluble electrode not carrying current, thus increasing the shift of the potential of the soluble electrode into the active dissolution range, and The thicker the soluble electrode, the greater the influence of the aforementioned electric field of the insoluble electrode on the soluble electrode. It is expedient to make the insoluble electrode so that the end of the insoluble electrode facing the soluble electrode has a small cross-sectional area symmetrical about the electrode axis. In this case, from any point, even the field line from the inclined plane of the upper surface of the insoluble electrode is perpendicular to the surface of the soluble electrode and valid up to a substantial height, so that current flows with the insoluble electrode in such a configuration. The effect of the electric field on soluble electrodes can be improved. It is advisable for the diaphragm of the electrolytic cell to protrude at least 5 mm from the end surface of the insoluble electrode. A distinctive feature of such a configuration of the diaphragm is that when the device is used for the treatment of sewage with a low seawater salt content, soluble salts, in particular produced during the dissolution of the aluminum electrode, with a pH value of 8 or more and a PH value of 4 or less The idea is that the aluminum is dissolved in the sewage being treated and forms a hydroxide gel only when the anolyte and catholyte are mixed together. This configuration of the diaphragm prevents hydroxide formation on the upper end of the soluble electrode and promotes hydroxide formation in the fluid volume remote from the soluble electrode, thereby reducing deposits on the soluble electrode. It is possible to treat sewage containing seawater with different salinities. It made sense to create a separate plate dielectric separator. The required effect can be achieved by creating a separate plate dielectric separator. That is, it is possible to insulate the insoluble electrode and the soluble electrode from each other, improve the effect of the electric field on the soluble electrode, and save on insulating material. The precise nature and characteristics of the invention will become more apparent from the following embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings. The method of the invention is carried out as follows. The sewage to be treated is conducted into the interelectrode space between an insoluble, in particular a graphite electrode, and an adjacent soluble, in particular an aluminum electrode. At the same time, a stabilized or unstabilized (when the wave is not stretched after rectification) direct current is passed through the graphite electrode. As the current passes through, the cathode area and the anode area change according to the following reaction: 2H 2 O+2e=H 7 +2OH - (cathode) (1) H 2 O−2e=2H + +1/2O 2 (anode) ( 2) Becomes the seat of ongoing water electrolysis. Under the influence of the alkali and acid produced according to reactions (1) and (2), pathogenic organisms in the anode and cathode areas of the electrolytic cell are killed and the sewage water is disinfected. The sewage water is neutralized when the effluent from the cathode and anode areas mix with each other. The reaction is as follows. 2H 2 O+2e=H 2 +2OH - H 2 O−2e=2H + +1/2O 2 (Anode) 3H 2 O=H 2 +1/2O 2 +2H 2 O As the salinity changes, the gap between the insoluble and soluble electrodes Adjust the volume electricity according to the salinity of the sewage to be treated so that the total concentration of coagulant in the space (i.e. magnesium and aluminum hydroxide does not change). The concentration of seawater in the supplied sewage varies depending on the location of the ship, from 0.1 g/1 river water to 35 g/1 ocean water. When treating low salinity sewage, the field created by the insoluble electrode is The potential of the soluble electrode is shifted to the range of its active dissolution.The potential of the soluble electrode placed in the anodic area is shifted negatively and the potential of the soluble electrode placed in the cathodic area is shifted positive. Table 1 shows the relationship between the potential of the soluble electrode and the amount of dissolved electricity flowing through the insoluble electrode when the sea salt concentration in sewage is 0.2 g/.
【表】
表1に示すように異なる溶積電気量を不溶性電
極に通す時可溶性電極に生じる電位の値と、第1
図の陽極極性曲線とを比較することにより、−
1.2V〜−0.5Vの電位範囲はアルミニウムのパシ
ツブ状態に適合し、そして−1.2Vより負で−
0.5Vより正の電位は活性アルミニウム溶解の範
囲に適合することが示される。
活性アルミニウム溶解の範囲に適合する電位を
提供する為に、不溶性電極へ適用する電流を20〜
60Aに調整するか又は、処理される流体の流速を
一定電流において120〜1200/時の範囲に変化
させるかのいずれかが必要とされる。
不溶性黒鉛電極により処理する際、下水はほと
んど混合されずに不溶性電極及び可溶性アルミニ
ウム電極に沿つた電極間空間へ流れる。前記アル
ミニウム電極は黒鉛電極によりつくり出される電
場の影響下で溶解する。溶解の際、コロイド汚染
物を凝固する溶解した金属のイオンは下水中に入
り込む。アルミニウム(又は鉄電極を用いる場合
には鉄)は処理される下水溶液中における主な凝
固剤であり、このことは塩濃度0.2g/におけ
るMg(OH)2及びAl3+の濃度と不溶性電極に流れ
る容積電気量との関係を示す表2から明らかであ
る。[Table] As shown in Table 1, the value of the potential generated at the soluble electrode when different amounts of accumulated electricity are passed through the insoluble electrode, and the first
By comparing with the anodic polarity curve in the figure, −
A potential range of 1.2V to −0.5V is compatible with the passive state of aluminum, and more negative than −1.2V −
Potentials more positive than 0.5V are shown to be compatible with the range of active aluminum dissolution. To provide a potential matching the range of active aluminum dissolution, the current applied to the insoluble electrode was varied from 20 to
Either adjusting to 60 A or varying the flow rate of the fluid being treated in the range 120-1200/hour at constant current is required. When treated with insoluble graphite electrodes, the sewage flows with little mixing into the interelectrode space along the insoluble and soluble aluminum electrodes. The aluminum electrode melts under the influence of the electric field created by the graphite electrode. During dissolution, ions of the dissolved metal that solidify the colloidal contaminants enter the sewage water. Aluminum (or iron when iron electrodes are used) is the main coagulant in the sewage solution being treated, and this indicates that the concentration of Mg(OH) 2 and Al 3+ at a salt concentration of 0.2 g/ This is clear from Table 2, which shows the relationship between the volume of electricity flowing in
【表】
ウムイオンとの合計濃度
[Table] Total concentration with umium ion
Claims (1)
極間エリアに凝固剤を生成せしめ、引き続き浄化
下水を排出する工程を含んで成る、海水を含む下
水の電気化学的処理方法において、下水を別個の
流れで電解槽の陽極エリア及び陰極エリアへ供給
し、電流を不溶性電極に流して、不溶性電極及
び、不溶性電極から電気絶縁されている可溶性電
極両方の電極間空間に凝固剤を生成せしめ、更に
電流と下水の流速との間の比が0.01A.hr/以上で あることを特徴とする下水の電気化学的処理方
法。 2 不溶性電極へ非安定化直流を供給することを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 工程を陽極エリアのPHを2〜3.6の範囲内に、
そして陰極エリアのPHを10.5〜12.5の範囲内に保
持して実施することを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の方法。 4 陽極エリア及び陰極エリアからの下水流出液
を混合して一緒にすることを特徴とする特許請求
の範囲第3項記載の方法。 5 隔膜電解槽の不溶性電極及び可溶性電極の電
極間エリアに凝固剤を生成せしめ、引き続き浄化
下水を排出することを含んで成り、下水を別個の
流れで電解槽の陽極エリア及び陰極エリアへ供給
し、電流を不溶性電極に流して、不溶性電極及
び、不溶性電極から電気絶縁されている可溶性電
極両方の電極間空間に凝固剤を生成せしめ、更に
電流と下水の流速との間の比を0.01A.hr/以上に して海水を含む下水を電気化学的に処理する実施
装置であつて、少なくとも二個の電極対を含む隔
膜電解槽を含み、前記各電極対が一線上に配置さ
れた不溶性電極と可溶性電極とを含んで成る前記
装置において、各電極対の不溶性電極2は誘電分
離器4により可溶性電極3から分離され、分離器
4の外形は不溶性電極2の端面と一致し、そして
可溶性電極3に面し、電極対は陽極エリア及び陰
極エリア6,7にそれぞれ交互に配置され、可溶
性電極3及び不溶性電極2の長さの比は1:2以
下であることを特徴とする下水の電気化学的処理
装置。 6 可溶性電極3に面する不溶性電極2の端を断
面積が減少するよう製作することを特徴とする特
許請求の範囲第5項記載の装置。 7 可溶性電極3の厚さが不溶性電極2の厚さよ
りも厚いことを特徴とする特許請求の範囲第6項
記載の装置。 8 可溶性電極3の端面上の堆積を防止する為
に、電解槽の隔壁5を可溶性電極3の端面から少
なくとも5mm突き出して製作することを特徴とす
る特許請求の範囲第5項記載の装置。 9 不溶性電極2と可溶性電極3との間の誘電分
離器4を独立のプレートから製作することを特徴
とする特許請求の範囲第5項記載の装置。[Claims] 1. An electrochemical treatment method for sewage containing seawater, comprising the steps of generating a coagulant in the interelectrode area of an insoluble electrode and a soluble electrode of a diaphragm electrolytic cell, and subsequently discharging purified sewage. , the sewage is supplied in separate streams to the anode and cathode areas of the electrolytic cell, and a current is applied to the insoluble electrode to apply a coagulant to the interelectrode space of both the insoluble electrode and the soluble electrode, which is electrically insulated from the insoluble electrode. 1. A method for electrochemical treatment of sewage, characterized in that the ratio between the electric current and the flow rate of the sewage is 0.01 A.hr/or more. 2. The method according to claim 1, characterized in that an unstabilized direct current is supplied to the insoluble electrode. 3. During the process, keep the pH of the anode area within the range of 2 to 3.6.
The method according to claim 1, wherein the method is carried out while maintaining the pH of the cathode area within the range of 10.5 to 12.5. 4. A method according to claim 3, characterized in that the sewage effluents from the anode area and the cathode area are mixed together. 5. forming a coagulant in the interelectrode area of the insoluble and soluble electrodes of the diaphragm cell and subsequently discharging purified sewage, supplying the sewage in separate streams to the anode and cathode areas of the cell; , a current is passed through the insoluble electrode to produce a coagulant in the interelectrode space of both the insoluble electrode and the soluble electrode, which is electrically insulated from the insoluble electrode, and the ratio between the current and the sewage flow rate is 0.01A. An implementation apparatus for electrochemically treating sewage containing seawater at a temperature of at least 1 hr/hr, the apparatus comprising a diaphragm electrolytic cell containing at least two pairs of electrodes, each pair of electrodes being arranged in a line with an insoluble electrode; soluble electrodes, the insoluble electrode 2 of each electrode pair is separated from the soluble electrode 3 by a dielectric separator 4, the outer shape of the separator 4 corresponds to the end surface of the insoluble electrode 2, and the soluble electrode 3 , the electrode pairs are arranged alternately in the anode area and the cathode area 6, 7, respectively, and the length ratio of the soluble electrode 3 and the insoluble electrode 2 is 1:2 or less. processing equipment. 6. Device according to claim 5, characterized in that the end of the insoluble electrode 2 facing the soluble electrode 3 is made to have a reduced cross-sectional area. 7. The device according to claim 6, characterized in that the thickness of the soluble electrode 3 is greater than the thickness of the insoluble electrode 2. 8. The device according to claim 5, characterized in that the partition wall 5 of the electrolytic cell is made to protrude at least 5 mm from the end face of the soluble electrode 3 in order to prevent deposition on the end face of the soluble electrode 3. 9. Device according to claim 5, characterized in that the dielectric separator 4 between the insoluble electrode 2 and the soluble electrode 3 is made from a separate plate.
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