JP2012518534A - 電解凝集反応器、ならびに電解凝集反応器を備えた汚染水処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

汚染水処理装置（２０）は、電解凝集反応器（２６）と、反応器の流出液を受け入れるための除濁装置（３０）とを備える。反応器は、入口（５８）および出口（６２）を有する反応容器（４８）と、犠牲アノード（６４）と、回転カソード（６８）と、非犠牲アノード（６６）とを備える。犠牲アノードおよびカソードの間の第１間隙（７０）は、第１水処理領域を有する。カソードおよび非犠牲アノードの間の第２間隙（７４）は、第２水処理領域を有する。水流路は、入口から第１処理領域へ、次に第２処理領域へ、また次に出口まで延びる。除濁装置において、反応器の流出液は、浄化水および汚染汚泥に分離される。

Description

本発明は、廃水処理に関し、具体的には、電解槽における汚染水の処理装置および方法に関する。

水は、家庭、地方自治体、工業、および農業における発生源などの様々な発生源からの有機物および無機物によって汚染され得る。汚染物は、溶解し、コロイド状、或いは懸濁状態にある。コロイド、特に、負に帯電したコロイドは、水質汚染物が存在する顕著な形態である。

電解凝集は、カソードおよび犠牲アノードを有する様々な電解凝集反応器による汚染された水の電気化学的処理方法である。電極への電流の供給により、犠牲アノードからの金属陽イオン（通常は鉄またはアルミニウム）の放出、およびカソードにおける水素ガスの形成が引き起こされる。水から汚染物を除去することを促進する様々な方法に関する他の化学種が形成し得る。

電解凝集を用いたシステムの改善有効性を向上させる一つの方法として、回転電極を使用することが提案されている。例えば、シベルセン（Ｓｙｖｅｒｓｅｎ）等の特許文献１に提案されている。カソードを回転させることにより、犠牲アノードの均等な消耗を保証し、かつカソード活性面の腐蝕抑止を補助する。しかし、電解凝集の技術分野は発展しているにもかかわらず、ほとんどの周知の電解凝集式の汚染水処理システムは、低価格で、あるいは、大規模な処理事業の完全な商業化に必要とされる量で、環境へ放出できるほど汚染水を十分に改善することは不可能である。

米国特許第６０９９７０３号明細書

本発明は、汚染水を大量に処理するための改良された装置および方法を提供する。

本発明は、水が流入する入口と、水が流出する出口と、犠牲アノードと、回転カソードと、非犠牲アノードとを備えた反応容器を有する電解凝集反応器を提供する。犠牲アノードおよび回転カソードの間の第１間隙は、入口の下流側にある第１処理領域を有する。犠牲アノードおよび回転カソードは、第１間隙に第１電圧を印加するように構成される。非犠牲アノードおよび回転カソードの間の第２間隙は、第１処理領域の下流側に、第２処理領域を提供する。非犠牲アノードおよび回転カソードは、第２間隙に第２電圧を印加するように構成される。第２電圧は、第１電圧より小さくてよい。反応容器を通る水の流路は、入口から第１処理領域へ、次に第２処理領域へ、また更に出口へと延びる。

本発明は、更に、電解凝集反応器の回転カソードを提供する。カソードは、カソードの回転軸と概ね直交する活性面を有する。活性面は、中心と、周縁と、中心から周縁まで複数の水流路を画定する面構成とを有する。面構成は、チャネルまたはスタッドを含んでよい。回転カソードは、単一の処理領域を有する電解凝集反応器に用いられることができ、ひいては、本発明は、犠牲アノードと、回転カソードと、犠牲アノードおよびカソードの間に第１処理領域を有する間隙とを備えた電解凝集反応器を提供し、カソードは、間隙を通る複数の水流路を画定する面構成を有する。

本発明は、更に、電解凝集反応器から流出液を受け入れる除濁装置を提供する。除濁装置は、円筒状側壁と、上壁と、円錐状底壁と、第１出口導管に接続される上壁の第１出口ポートと、第２出口導管に接続される底壁の第２出口ポートとを備える。除濁装置は、除濁装置内に延びる入口導管を有し、入口導管は、入口導管の内側断面積より大きい断面積である開口を除濁装置内に有する。

本発明は、更に、電解凝集反応器を用いて汚染水を処理する方法を提供する。水入口と、水出口と、犠牲アノードおよび回転カソードの間において、第１処理領域を有する間隙と、回転カソードおよび非犠牲アノード間において、第２処理領域を有する間隙とを有する反応器が提供される。第１電解電圧が、第１処理領域に印加され、第２電解電圧が第２処理領域に印加される。水は、入口から反応器へ流動し、第１処理領域を通って、次に第２処理領域を通り、また次に出口を通って流れる。

本発明のこれらの特徴および他の特徴は、好適な実施形態の以下の説明および図面から明らかになる。

本発明による処理システムを示す概略図。 システムの処理反応器の一実施形態の部分的に断面を示す正面図。 処理反応器の第２実施形態の部分的に断面を示す正面図。 処理反応器の第３実施形態の部分的に断面を示す正面図。 処理反応器の第４実施形態の部分的に断面を示す正面図。 処理システムの除濁装置の部分的に断面を示す正面図。 カソード底面の構成例を示す反応器カソードの活性面の平面図。 カソード底面の構成例を示す反応器カソードの活性面の平面図。 カソード底面の構成例を示す反応器カソードの活性面の平面図。 カソード底面の構成例を示す反応器カソードの活性面の平面図。

図面を参照して、本発明の例示的実施形態が、以下にて説明される。これらの実施形態は、限定的なものではなく、例示を目的とするものである。以下の説明および図面において、対応する同様の部品は、同じ符号によって参照される。

図１には、処理システム２０が、概略的に示されている。汚染水は、供給源２２から、導管２４を通り、電解凝集反応器２６まで流れ、反応器は、以下に説明される電界槽を有する。反応器の流出液は、出口導管２８を通り、除濁装置３０まで流れる。タンク３６からの電解質、例えば、塩化ナトリウムと、タンク３８からの過酸化水素とが、導管２４内の汚染水に添加される。タンク４０からの凝集剤が、導管２８内の反応器流出液に添加される。除濁装置３０において、反応器２６からの流出液は、汚泥と浄化水とに分離され、汚泥は、出口導管３２を通り除濁装置を出るものであり、また、浄化水は、別の出口導管３４を通り、除濁装置を出る。ポンプ４２，４４，４６が、導管２４，３２および３４にそれぞれ設置されている。

処理システム２０の供給原料を含む汚染水は、有機汚染物、無機汚染物、或いはその両方で汚染されている。廃水は、都市下水、雨水、農業排水、鉱業滲出水、工業排水、施設排水、および商業排水を含む。汚染水は、典型的には、大きな粒子の汚染物を除去するために、スクリーニング等の上流側での幾つかの処理を実施される。例えば、都市下水において、汚染水は、処理システム２０内に導入される前に、スクリーニング、沈殿、および砂ならびに砂利の除去等の一次処理を実施される。

図２に示される反応器２６は、周側壁５０、平坦な底壁５２、及び円錐状の上壁５４を備えた概ね円筒状のハウジング４８を有する。ハウジング４８は、ベース５６上に支持されている。ハウジングは、非電導材料、例えばガラス繊維から製造されている。反応器の底壁５２は、入口導管２４からの汚染水の流入のための入口ポート５８を有する。上壁５４は、反応器２６の流出液の流出のための出口ポート６０を有する。出口導管２８は、出口ポート６０を通って、ハウジング４８内へ延び、その内側端に、開口６２を有する。

反応器２６は、犠牲アノード６４と、非犠牲アノード６６と、回転カソード６８とを有する。犠牲アノード６４および回転カソードは、間隙７０によって分離されている。犠牲アノード６４は、反応器の底壁５２に取り付けられており、回転しない。犠牲アノード６４は、その中心において、入口開口５８と整合した垂直孔７２を有する。犠牲アノード６４は、鉄またはアルミニウム等の高原子価金属を含む。

非犠牲アノード６６は、円筒形状であって、ハウジング４８の側壁５０の内側に取り付けられている。非犠牲アノード６６は、所定位置に固定されており、回転しない。非犠牲アノード６６は、適切な低原子価金属、例えばステンレス鋼またはチタン、またはセラミックを含むと共に、その活性面面積を増加させる被膜、例えばＴｉＯ_２で被覆されてよい。ＴｉＯ_２は高い化学的耐性および酸化強度を有しており、特に適切である。非犠牲アノード６６は、間隙７４だけカソード６８から離間している。非犠牲アノード６６は、犠牲アノード６４からも間隔があけられており、この間隔は、犠牲アノードの定期的な取り外しおよび取り替えを容易にすると共に、また、２つのアノードが、異なる電位にあることを可能にする。

カソード６８は、周側壁７６、底壁７８、および上壁８０を有する密封円筒状構造である。カソードは、適切な低原子価金属、例えばステンレス鋼またはチタン、或いはセラミックから製造されている。カソードの活性面、即ち、底壁７８の外面７９および側壁７６の外面は、ＴｉＯ_２で被覆されてよい。この被膜は、反応器での電解の間に発生した水素および酸素から過酸化水素を生成することを促進する。

カソードの底壁７８の外面７９には、間隙７０内を半径方向に沿って外方へ移動する水の流速を増加させるために、チャネルとして作用する溝８２が備えられる。溝はまた、電解反応において発生した気泡を、気泡によって吸収された汚染物と共に、半径方向に沿って外方へ方向付ける。図７Ａ、図７Ｂおよび図７Ｃに示されるように、溝は、直線状チャネル、テーパ付チャネル、および螺旋状チャネルを含む様々な形状を有することができる。

図７Ａは、螺旋形状を有し、かつカソード６８の底壁７８の外面の中心８３から周縁８５に延出するチャネル８２を示している。管路は、平坦部８７によって隔離される。代替的には、管路８２は、カソードの中央から、その周縁まで、湾曲することなく直線状に延びていてよく、図７Ｂに示されるように、テーパを備えてよく、或いは、図７Ｃに示されるように、テーパを備えてなくてもよい。例えば、３個から７個のチャネル等、異なる数のチャネルが設けられてよい。チャネルは、深さが約１３ミリメートル（１／２インチ）であり得る。チャネルの深さ、形状、および数は、特定の用途について、流速および電極間の間隔を最適にするように選択されることができる。

チャネル以外の面構成が、特定の流れ特性を生成するために、カソードの面上に設けられてよい。図７Ｄは、複数の隆起スタッド８９を有するカソード面を示す。スタッドは、スタッドの間に、電極面の中心から周縁まで間隙内を移動する水の不規則な流路９１を形成する。スタッドは、例えば、約２５ミリメートル（１インチ）の直径を有し、４．８ミリメートル（３／１６インチ）の高さを有しており、ステンレス鋼から製造されている。

回転カソードの面上におけるチャネルまたはスタッドの構成は、犠牲アノードから離間した回転カソードを有する種類の従来の電解凝集反応器などの本明細書に記載される反応器以外の電解凝集反応器においても有用である。

カソード６８は、シャフト８４の周りを回転するように取り付けられ、このシャフトは、モータまたは適切な駆動手段（図示せず）に連結されている。カソードの回転は、活性カソード面の不活性化を低減させる。軸受筒および密封アセンブリ９５は、シャフト８４がハウジング４８の上壁５４を通過する位置において、シャフト８４を包囲する。シャフト８４は、更に、カソードの位置の垂直方向に沿った調節のために、適切な駆動手段（図示せず）に連結される。このカソードの位置調整能力は、反応器の作動の間に、供給原料の電解に対して、条件を最適化するように、間隙７０の横断距離を調節することを可能にする。例えば、供給原料の濁度の変化は、間隙の横断距離の調節を必要とするかもしれない。垂直方向に沿った調節は、手動で、或いはセンサ、例えば、間隙７０を流れる電流を監視するセンサによって制御されることができる。

工業規模の電解凝集反応器において、カソード６８は、約１．２から１．８メートル（４から６フィート）の直径と、１９ミリメートル（３／４インチ）の底壁厚さと、６．４ミリメートル（１／４インチ）の側壁厚さとを有し得る。間隙７０の横断距離は、３．２から１３ミリメートル（１／８から１／２インチ）の範囲にあり、また、間隙７４の横断距離は、３．２から９．５ミリメートル（１／８から３／８インチ）の範囲にあってよい。カソードの回転速度は、２０から１７０ｒｐｍの範囲にあり、また、反応器を通過する廃水の流速は、毎分１１４から９０９リットル（２５から２００英ガロン）の範囲にあってよい。より大きな処理量を有するさらに大型の電解凝集反応器もまた、本発明によって製造されることができる。

カソード６８、犠牲アノード６４、および非犠牲アノード６６に供給される電力は、ＤＣ、パルスＤＣ、または高周波ＡＣであってよい。電源（図示せず）は、端子６５において犠牲アノード６４の基部と、端子６９において非犠牲アノード６６と、また端子６７においてカソードのシャフト８４とに接続されており、シャフトは電導性を有する。非犠牲アノード６６は、典型的には、犠牲アノード６４よりも低電位で保たれており、それ自体の電源を有するが、特定の供給原料については、非犠牲アノード６６は、等電位或いはより高電位に保持され得る。使用される電源の種類は、供給原料および汚染物の性質に応じて、選択される。例えば、供給原料が高レベルの有機汚染物を有する場合に、好適には、犠牲アノードへのＤＣ電流、および、非犠牲アノードへの高周波ＡＣが選択され、或いは、供給原料が溶液中に低レベルの鉄イオンを必要とする場合に、犠牲アノードへのパルスＤＣ、および、非犠牲アノードへの高周波ＡＣが選択される。典型的な電圧および電流は、９００Ａで約６．５Ｖ、および３０００Ａで７．５Ｖである。

反応器２６における処理の前に、汚染水の電導性を向上させるために、塩化ナトリウム等の電解質が付加されてよい。また、任意で、過酸化水素が供給原料に付加されてよい。一般に、過酸化水素は、汚染物が有機物である場合に有用であり、より高レベルの過酸化水素が、より高レベルの有機汚染物に使用されてもよい。汚染水のｐＨも、必要に応じて、反応器への導入の前に、調節されることができ、約３．５から７のｐＨ範囲が好適である。

反応器２６において、汚染水は、入口ポート５８を通り、犠牲アノード６４の孔７２を通り、アノード６４の活性面８６と回転カソード６８の底面との間の間隙７０内を半径方向に沿って外方へ流動する。この空間は、反応器２６の第１反応領域であり、この空間において、犠牲アノードの活性面が消耗される際に、鉄カチオンが溶液に溶けて、化学反応が発生し、かつ、汚染物が電解凝集される。第１反応領域から、汚染水は、非犠牲アノード６６とカソードの側壁７６との間の間隙７４内へ流入する。この空間は、反応器２６の第２反応領域であり、この空間において汚染物のさらなる酸化が、フェントン反応を含む様々な反応によって発生し、鉄イオン（Ｆｅ^２＋）および過酸化水素の両方が存在しており、結果的に、ヒドロキシラジカル酸化剤が形成される。

汚染水は、第２反応領域から、カソード上壁８０およびハウジング上壁５４の間の空間８８内へ流入する。次に、汚染水は、排出導管２８の開口６２まで流動して、反応器から流出する。

固形物の凝固、およびバクテリア汚染物を含む汚染物の酸化の効果を有する反応器での汚染水処理の後、流出液は、凝固固形物を水から分離するように処理される。様々な種類の下流での処理が、この分離を実現するために用いられることができ、例えば、気胞分離システム、または固形物を取り除くためにスキマを備えた分離タンクが用いられる。本発明の好適な実施形態において、反応器２６からの流出液は、図６に示されるように、除濁装置３０に送り込まれる。

タンク４０からの凝集剤は、流出液が除濁装置へ送り込まれる前に、導管２８の流出液に供給される。利用される凝集剤の種類および濃度は、特定の廃水供給原料に応じて選択される。

除濁装置３０の内部において、導管２８は、上方に配向されると共に、導管２８の内部の直径より大きい直径を有する出口開口９０を備える。この事実により、開口９０の単位面積毎における除濁装置への流出液の流速が減速し、乱流が減少する。

除濁装置３０は、円錐状上壁９２および円錐状底壁９３を備えた概ね円筒状のタンク本体を有する。除濁装置３０の容量は、反応器流出液の流入速度と相対的に、除濁装置での保持時間が、固形物の水からの分離を達成するのに適切である程度で十分である。例えば、保持時間は、約５から８分であってよい。上壁９２は、円筒状側壁９４との交点において、（水平面に対して）約６０度の角度を形成する。除濁装置は、脚部９６上で支持される。除濁装置の下端部において、流出液出口導管３４と連結される出口ポート９８が存在する。導管には、流出液ポンプ４６が設けられる。除濁装置の上端部において、汚泥出口導管３２と連結される出口ポート１００が存在する。導管３２には、汚泥ポンプ４４が設けられる。垂直方向に沿って互いに離間した一対の液位センサ１０２が、除濁装置の上壁９２に設置され、水および汚泥の液位を検知する。流出液ポンプ４６は、これらセンサからの入力を介して、水位を調整する。

ポンプ４４，４６は、除濁装置内において部分真空、例えば、５から２５ｋＰａの範囲にある圧力を生じさせるように作動する。反応器２６を除濁装置３０に接続する導管２８によって、この部分真空はまた、反応器システム全体に適用される。反応器システムにおける処理工程は、このような部分真空によって促進させられる。

除濁装置内における部分真空は、凝集させられた固形物および水の分離を促進し、この固形物は除濁装置の上部に上昇し、また、水は除濁装置の下部に下降する。固形物は、出口１００を通って、タンクの上部を出ると共に、汚泥ポンプ４４により、出口導管３２を通って汲み出される汚泥を含む。浄化水は、汚泥から分離させられて、出口９８を通り、タンクの下部を出ると共に、流出液ポンプ４６によって、出口導管３４を通って汲み出される。浄化水は、環境へ解放され、或いは、解放に先立ち、更なる処理、例えば、ｐＨ調整を実施しても良い。出口導管３４を通って流出する浄化水の一部は、システム２０における更なる処理のために、再循環導管（図示せず）を介して、反応器入口導管２４へ再循環させられてよい。

除濁装置３０の代替的な作動形態において、凝集剤ではなくて、凝固剤が、流出液が除濁装置に供給される前に、導管２８内の反応器流出液に送り込まれる。凝固剤は、分離させられた固形物を、（凝集剤によって生じるように）除濁装置の上部へ浮上させず、除濁装置の下部へ沈降させる。この作動形態は、自然に負の浮力を備えた汚染物を有する供給原料、例えば重金属を処理する際に使用され得る。従って、上側出口導管３２は、浄化水を、除濁装置から取り除き、且つ、下側出口導管３４は、汚泥を取り除く。ポンプ４４および４６は、上側出口導管３２が流出液ポンプを有し、且つ、下側出口導管３４が汚泥ポンプを有するように切り替えられ、また、液位センサ１０２は、底壁９３へ移動させられる。導管２８の開口９０は、下方へ向けられ得る。

（２つの作動形態のいずれかで作動するように構成される）除濁装置３０は、他の種類の電解凝集反応器、例えば、従来技術の反応器の流出液を受入れるように連結されてもよい。

処理システムは、プログラマブル論理コンピュータ（ＰＬＣ）によって作動させられることができ、本装置を通過する流体流量、電極間の間隙に流れる電流、供給原料の電導性およびｐＨ、ポンプ速度、除濁装置内流体液位等を測定および制御するために、適切な機器を備える。本工程は、特定用途に対する要件に整合する浄化流出水を生成するように作用する。

図３に示される反応器の別の実施形態１２６において、非犠牲アノードは、カソードの上方において、水平方向に沿って配置され、カソードおよび犠牲アノードの間の間隙を調整するために、カソードが移動させられる際に、カソードと共に垂直方向に沿って移動可能である。反応器１２６は、その他の点では、反応器２６と実質的に同じである。より具体的には、反応器１２６は、平坦な板を備える回転カソード１６８と、カソード１６８の上面１８０から間隙１７４だけ離間した平坦な板を備える非犠牲アノード１６４とを有する。非犠牲アノード１６４は、回転せず、また、カラーおよび軸受アセンブリ１０６に固定された支持部材１０４によって支持される。カラーおよび軸受アセンブリ１０６は、非犠牲アノード１６４と相対的なカソードシャフトの回転を可能とし、これにより、シャフト８４上における固定垂直位置が保たれ、その結果、非犠牲アノード１６４（並びにカラーおよび軸受アセンブリ１０６）は、カソードと共に垂直方向に移動する。カラーおよび軸受アセンブリ１０６は、カソードシャフト８４から電気的に絶縁されている。シール１０８は、非犠牲アノード周縁および反応器ハウジングの側壁５０に延在しており、非犠牲アノード周縁および反応器ハウジングの側壁５０の間における水の流れを阻止する。犠牲アノード６４の活性面８６は、間隙７０だけ、カソードの下側から離間しており、この間隙７９は、反応器１２６の第１処理領域を有し、間隙１７４は、第２処理領域を有する。処理領域は、第１実施形態の反応器２６の２つの処理領域について、上述されたように作用する。図３で、矢印によって指示されるように、廃水は、入口ポート５８を通り反応器に入り、犠牲アノード６４の孔７２を通って、第１間隙７０内へ流入する。次に、廃水は、間隙７０内を半径方向に沿って外方へ、カソードの周縁１７６の周りを通って、第２間隙１７４内へ流動する。次に、廃水は、非犠牲アノード１６４の中心開口１１４を通って、ハウジング４８の上壁５４および非犠牲アノード１６４の間の空間内へ流入し、さらに、流出液導管２８を通って流出する。

図４に示される反応器の第３実施形態１２７は、カラーおよび軸受アセンブリの位置を除き、図３の反応器１２６と本質的に同様であり、カラーおよび軸受アセンブリは、反応器の外部に配置され、また、支持部材は、非犠牲アノード１６４をカラーおよび軸受アセンブリに連結する。反応器１２７において、カラーおよび軸受アセンブリ１０６は、反応器ハウジング４８の外部上方において、カソード１６８のシャフト８４上に配置される。アセンブリ１０６は、水平方向に沿った一対の支持部材１２８を有しており、垂直方向に沿った一対の支持部材１３０が、非犠牲アノード１６４を水平方向に沿った支持部材にそれぞれ連結する。垂直方向に沿った支持部材１３０は、反応器ハウジングの上壁５４のポートを貫通し、水シール１３２は、各ポートにおいて、支持部材１３０の周りに適合している。

図５に示される反応器の第４実施形態２２６において、廃水入口は、犠牲アノードを通って延びず、回転カソードを通って延びている。反応器は、反応器ハウジング４８の底壁５２に固定された犠牲アノード２６４と、犠牲アノード２６４の上側活性面２８６から間隙７０だけ離間した回転カソード２６８と、反応器ハウジング４８の側壁５０の内部に取り付けられた円筒状の非犠牲アノード６６とを有し、非犠牲アノードは、カソード２６８から間隙７４だけ離間している。カソードの支持シャフト８４は、内部に孔１１０と、軸受およびシールユニット１１２とを有しており、廃水入口パイプ２４に接続されて、孔１１０まで、またカソードの底壁７８の開口１１４を通り、間隙７０までの廃水の流動を可能にする。本実施形態の反応器における廃水の流れは、第１処理領域を有する間隙７０を通り、第２処理領域を有する間隙７４を通り、且つ、ハウジング４８の上壁５４およびカソードの上壁８０の間の空間まで半径方向に沿って外方へ、さらに、流出液導管２８を通って流出する。

反応器の第５実施形態は、図面に独立して示されていないが、反応器が非犠牲アノードまたは第２処理領域（または電気端子６９）を備えていない点を除き、図２Ａに示される反応器２６の構造と同じである。単一の処理領域は、犠牲アノード６４の上面８６および回転カソード６８の下面７９の間の間隙７０によって画定される。反応器内における水流路は、犠牲アノード６４の孔７２から間隙７０へ、次に間隙７０を通って、カソードの周縁の周囲を通り、カソードの上方の空間８８内へ、さらに、流出液導管２８を通って外へ延びている。反応器のカソード６８の底面７９は、上述され、かつ図７に示されるような面構成、即ち、間隙７０において特定の水流特性を生じさせるために、溝８２または隆起スタッド８９を有する。

（実施例）
廃水の試料は、本発明による実験室規模の装置において処理された。供給原料および流出液、また幾つかの場合には汚泥の汚染物およびパラメータの様々な測定がなされた。結果を以下に要約する。

都市下水の試料が処理された。供給原料の炭素質ＢＯＤは、１６９ｍｇ／Ｌであり、流出液の炭素質ＢＯＤは２０ｍｇ／Ｌであった。流出液の全体の懸濁した固形物は、８ｍｇ／Ｌであった。流出液の糞便性大腸菌含有量は、試験の１００ｍｌ検出限界あたり１コロニー未満であった。

都市下水の別の試料が処理された。試験結果を表１に列記する。

５ガロンの鉱山地下水の５試料が処理された。供給原料および処理された流出液、また試料４及び５においては汚泥の様々な元素のレベルが測定された。試験結果が、表２および表３に示される。幾つかの場合において、例えば、鉄、マンガン、およびナトリウムの金属含有量が増加した。これは、犠牲アノードによるこれらの元素の付加に起因し、或いは、処理工程中の薬品注入による。

本発明は、様々な実施形態に関して説明されているが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の権利範囲を逸脱しない様々な実施形態が、当業者にとって明らかである。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲によって定義される。

２０…処理システム、２２…汚染水供給源、２４…反応器への導管、２６…反応器、２８…除濁装置への導管、３０…除濁装置、３２…汚泥出口導管、３４…流出液出口導管、３６…塩化ナトリウムタンク、３８…過酸化水素タンク、４０…凝集剤タンク、４２…供給原料ポンプ、４４…汚泥ポンプ、４６…流出液ポンプ、４８…反応器ハウジング、５０…ハウジングの側壁、５２…ハウジングの底壁、５４…ハウジングの上壁、５６…反応器ベース、５８…反応器入口、６０…反応器出口、６２…導管２８の開口、６４…犠牲アノード、６５…犠牲アノードの端子、６６…非犠牲アノード、６７…カソードの端子、６８…カソード、６９…非犠牲アノードの端子、７０…第１間隙、７２…犠牲アノードの孔、７４…第２間隙、７６…カソードの側壁、７８…カソードの底壁、７９…カソードの底面、８０…カソードの上壁、８２…カソードにある溝、８３…カソードの中心、８４…カソードのシャフト、８５…カソードの周縁、８６…犠牲アノードの活性面、８７…カソード面の平坦部、８８…カソード上方の空間、８９…カソード面上のスタッド、９０…除濁装置の入口、９１…水流路、９２…除濁装置の上壁、９３…除濁装置の底壁、９４…除濁装置の側壁、９５…軸受筒およびシールアセンブリ、９６…除濁装置の脚部、９８…流出液用出口、１００…汚泥用出口、１０２…液位センサ、１０４…支持部材、１０６…絶縁されたカラーおよび軸受アセンブリ、１０８…アノード１６４上のシール、１１０…カソードシャフトの孔、１１２…軸受およびシールユニット、１１４…カソードシャフト８４の中心開口、１２６…反応器の第２実施形態、１２７…反応器の第３実施形態、１２８…水平方向に沿った支持部材、１３０…垂直方向に沿った支持部材、１３２…垂直方向に沿った支持体上のシール、１６４…非犠牲アノード、１６８…カソード、１７４…第２間隙、１７６…カソード周縁、２２６…反応器の第４実施形態、２６４…犠牲アノード、２６８…カソード、２８６…犠牲アノードの活性面。

本発明による処理システムを示す概略図。 システムの処理反応器の一実施形態の部分的に断面を示す正面図。 図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線に沿った断面図。 処理反応器の第２実施形態の部分的に断面を示す正面図。 処理反応器の第３実施形態の部分的に断面を示す正面図。 処理反応器の第４実施形態の部分的に断面を示す正面図。 処理システムの除濁装置の部分的に断面を示す正面図。 カソード底面の構成例を示す反応器カソードの活性面の平面図。 カソード底面の構成例を示す反応器カソードの活性面の平面図。 カソード底面の構成例を示す反応器カソードの活性面の平面図。 カソード底面の構成例を示す反応器カソードの活性面の平面図。

図２Ａ及び２Ｂに示される反応器２６は、周側壁５０、平坦な底壁５２、及び円錐状の上壁５４を備えた概ね円筒状のハウジング４８を有する。ハウジング４８は、ベース５６上に支持されている。ハウジングは、非電導材料、例えばガラス繊維から製造されている。反応器の底壁５２は、入口導管２４からの汚染水の流入のための入口ポート５８を有する。上壁５４は、反応器２６の流出液の流出のための出口ポート６０を有する。出口導管２８は、出口ポート６０を通って、ハウジング４８内へ延び、その内側端に、開口６２を有する。

Claims (59)

1. 汚染水を処理する装置であって、該装置は電解凝集反応器を備え、該電解凝集反応器は、
   反応容器であって、水が流入するための入口および該反応容器から水が流出するための出口を有する前記反応容器と、
   犠牲アノードと、
   回転カソードと、
   非犠牲アノードと、
   前記犠牲アノードおよび前記回転カソードの間の第１間隙であって、該第１間隙は、前記入口の下流側に第１処理領域を備え、前記犠牲アノードおよび前記回転カソードは、前記第１間隙に第１電圧を印加するように構成される前記第１間隙と、
   前記非犠牲アノードおよび前記回転カソードの間の第２間隙であって、該第２間隙は、前記第１処理領域の下流側に第２処理領域を備え、前記非犠牲アノードおよび前記回転カソードは、前記第２間隙に第２電圧を印加するように構成される前記第２間隙とを備え、
   前記反応容器を通る水の流路は、前記入口から、前記第１処理領域を通り、次に前記第２処理領域を通って、次に前記出口まで延びる装置。
2. 前記反応容器は、周側壁と、底壁と、上壁とを備えた円筒である請求項１に記載の装置。
3. 前記上壁は、円錐状である請求項２に記載の装置。
4. 前記入口は、前記反応容器の底壁を通って延びる請求項２に記載の装置。
5. 前記犠牲アノードは、水が前記入口から前記第１処理領域まで流動するように前記犠牲アノードを貫通する孔を備える請求項１に記載の装置。
6. 前記非犠牲アノードは円筒状であり、かつ前記周側壁に近接して配置される請求項２に記載の装置。
7. 前記回転カソードは、ほぼ垂直な軸線の周りに回転可能である請求項１に記載の装置。
8. 前記回転カソードは、底壁と、上壁と、周側壁とを備えた円筒である請求項１に記載の装置。
9. 前記第１間隙は、前記犠牲アノードの上面と、前記回転カソードの底面との間に位置する請求項１に記載の装置。
10. 前記第２間隙は、前記回転カソードの周側壁と、前記非犠牲アノードとの間に位置する請求項８に記載の装置。
11. 前記出口は、前記反応容器の上壁に位置する請求項２に記載の装置。
12. 前記回転カソードは、底面と、上面と、周囲面とを備える円板である請求項１に記載の装置。
13. 前記非犠牲アノードは、上面と、底面とを備えた円板であり、前記アノードは、前記反応容器の周側壁の間に延び、かつ水が流入するための孔を備える請求項２に記載の装置。
14. 前記第２処理領域は、前記回転カソードの上面と、前記非犠牲アノードの底面との間に位置する請求項１に記載の装置。
15. 前記回転カソードは、該回転カソードの回転の軸線に平行な方向に沿って移動可能である請求項１に記載の装置。
16. 前記非犠牲アノードは、前記回転カソードの回転の軸線に平行な方向に沿って移動可能である請求項１に記載の装置。
17. 前記回転カソードはシャフトを備え、前記シャフトは前記非犠牲アノードに回転可能に連結される請求項１に記載の装置。
18. 前記回転カソードのシャフトは、前記反応容器内に配置された連結具によって、前記非犠牲アノードに回転可能に連結される請求項１７に記載の装置。
19. 前記回転カソードのシャフトは、前記反応容器外に配置された連結具によって、前記非犠牲アノードに回転可能に連結される請求項１７に記載の装置。
20. 前記回転カソードは、シャフトの周りに回転可能であり、前記回転カソードおよび前記シャフトは、水が前記第１処理領域内へ流入するように、孔を有する請求項１に記載の装置。
21. 前記犠牲アノードは回転しない請求項１に記載の装置。
22. 前記非犠牲アノードは回転しない請求項１又は２１に記載の装置。
23. 前記第１電圧および前記第２電圧を印加するための電源をさらに備える請求項１に記載の装置。
24. 前記電解凝集反応器の出口からの流出液を受け入れて、浄化水から固形物を分離するための分離器をさらに備える請求項１に記載の装置。
25. 前記分離器は、円筒状側壁と、上壁と、円錐状の底壁とを備える除濁装置である請求項２４に記載の装置。
26. 前記除濁装置の入口導管は、該入口導管の内側断面積より大きな断面積を有する開口を備える請求項２４に記載の装置。
27. 前記除濁装置の入口導管の開口は上方に配向されている請求項２６に記載の装置。
28. 前記除濁装置は、上端において上側出口導管に接続される上側出口と、下端において下側出口導管に接続される下側出口とを備える請求項２５に記載の装置。
29. 前記上側出口は固形物の出口であり、前記下側出口は浄化水の出口である請求項２８に記載の装置。
30. 前記上側出口は浄化水の出口であり、前記下側出口は固形物の出口である請求項２８に記載の装置。
31. 前記上側出口導管に作動的に接続された第１ポンプと、前記下側出口導管に作動的に接続された第２ポンプとをさらに備える請求項２８に記載の装置。
32. 前記除濁装置の上壁上に、水出口ポンプに作動的に接続された水位センサをさらに備える請求項２５に記載の装置。
33. 前記第１電圧は、前記第２電圧より大きい請求項１に記載の装置。
34. 前記第１電圧は、前記第２電圧に等しい請求項１に記載の装置。
35. 前記第１電圧は、前記第２電圧より小さい請求項１に記載の装置。
36. 前記回転カソードは、該回転カソードの回転の軸線に概ね直交する活性面を備え、該活性面は、中心および周縁を有し、前記活性面は、前記中心から前記周縁まで複数の水流路を画定する面構成を備える請求項１に記載の装置。
37. 前記面構成はチャネルを備える請求項３６に記載の装置。
38. 前記チャネルは湾曲しているか、直線状である請求項３７に記載の装置。
39. 前記チャネルは、前記活性面の中心から、前記活性面の周縁まで外向きに広がる請求項３７に記載の装置。
40. 前記面構成はスタッドを備える請求項３６に記載の装置。
41. 前記スタッドは、前記回転カソードの活性面に平行な平面において円形である請求項４０に記載の装置。
42. 処理される水に、電解質を添加するための電解質供給源をさらに備える請求項１に記載の装置。
43. 前記電解質は、塩化ナトリウムである請求項４２に記載の装置。
44. 処理される水に過酸化水素を添加するための過酸化水素供給源をさらに備える請求項１に記載の装置。
45. 前記反応容器から流出する水に凝集剤を添加するための凝集剤供給源をさらに備える請求項１に記載の装置。
46. 前記反応容器から流出する水に凝固剤を添加するための凝固剤供給源をさらに備える請求項１に記載の装置。
47. 前記非犠牲アノードの少なくとも一部は、ＴｉＯ_２で被覆される請求項１に記載の装置。
48. 前記回転カソードの少なくとも一部は、ＴｉＯ_２で被覆される請求項１に記載の装置。
49. 汚染水を処理する装置であって、該装置は電解凝集反応器を備え、該電解凝集反応器は、
    反応容器であって、水が流入するための入口、および該反応容器から水が流出するための出口を有する前記反応容器と、
    犠牲アノードと、
    活性面を有する回転カソードと、
    前記犠牲アノードおよび前記回転カソードの活性面の間の間隙であって、該間隙は前記入口の下流側に第１処理領域を備え、前記犠牲アノードおよび前記回転カソードは前記間隙に電圧を印加するように構成される前記間隙とを備え、
    前記回転カソードの活性面は、前記間隙を通る複数の水流路を確定する面構成を備える装置。
50. 電解凝集反応器から含水流出液を受け入れる除濁装置であって、
    円筒状の側壁、上壁、および円錐状の底壁と、
    前記除濁装置内に延びる入口導管であって、該除濁装置内において、前記入口導管の内側断面積より大きな断面積を有する開口を備える前記入口導管と、
    前記上壁において、出口導管に接続される第１出口導管と、
    前記底壁において、第２出口導管に接続される第２出口ポートと備える除濁装置。
51. 第１ポンプが前記第１出口導管に作動的に接続され、第２ポンプが前記第２出口導管に作動的に接続され、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプは、前記除濁装置において、部分真空を発生するように構成される請求項５０に記載の除濁装置。
52. 汚染水を処理する方法であって、
    水入口と、水出口と、犠牲アノードおよび回転カソードの間に第１処理領域を有する間隙と、前記回転カソードおよび非犠牲アノードの間に第２処理領域を有する間隙とを備える電解凝集反応器を設ける工程と、
    前記第１処理領域に第１電解電圧を印加すると共に、前記第２処理領域に第２電解電圧を印加する工程と、
    前記水入口から、前記第１処理領域を通り、次に前記第２処理領域を通り、次に前記水出口を通るように水を流動させる工程とを備える方法。
53. 処理される水に電解質を添加する工程をさらに備える請求項５２に記載の方法。
54. 処理される水に過酸化水素を添加する工程をさらに備える請求項５２に記載の方法。
55. 前記電解凝集反応器の出口から流出する水に凝集剤または凝固剤を添加する工程をさらに備える請求項５２に記載の方法。
56. 第１間隙の所望の横断距離を実現するために前記回転カソードの位置を調節する工程をさらに備える請求項５２に記載の方法。
57. 流出液を、前記電解凝集反応器から、分離器を通過させる工程と、固形物を浄化水から分離する工程とをさらに備える請求項５２に記載の方法。
58. 前記分離器は、固形物流出ポンプおよび水流出ポンプに作動的に接続される除濁装置である請求項５７に記載の方法。
59. 前記除濁装置および処理装置において、部分真空を発生させるように、前記固形物流出ポンプおよび前記水流出ポンプを作動させる工程をさらに備える請求項５８に記載の方法。

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