高塩分廃水の資源回収用電気化学的廃水処理装置。

I.製品概要

高塩分廃水は、化学合成、医薬品製造、農薬生産、石炭化学工業、印刷・染色、食品加工、埋立地浸出水、ゼロ排出プロジェクトなどから広く発生します。この種の廃水は、塩分濃度が高いだけでなく、CODや色度も高いことがよくあります。この種の廃水に対して、蒸発結晶化（MVR、多重効用蒸発など）は、現在最も主流な資源回収ルートであり、蒸発による凝縮水、結晶化による工業塩を回収します。

しかし、蒸発プロセスは、長年の2つの主要な課題に直面しています。

 主要な課題1：母液の継続的な蓄積。廃水中のCODおよび着色物質は、蒸発中に揮発せず、母液に完全に濃縮されます。蒸発サイクルが続くにつれて、母液のCODおよび色度は継続的に増加し、粘度と沸点も増加するため、蒸発効率が低下し、エネルギー消費が増加します。システムを維持するために、一定量の高濃度母液を危険廃棄物として定期的に排出する必要があり、これにより塩分の損失だけでなく、高い輸送および処理コストも発生します。

 主要な課題2：蒸発塩の品質が悪く、白色度が低い。蒸発プロセス中、CODおよび発色物質は結晶塩に部分的に運ばれたり、封入されたりするため、工業塩は黄色、黒色、または灰色になり、純度が低下し、工業塩基準を満たすことが困難になります。低価値の廃棄塩として埋立地に処分するしかなく、その資源価値が大幅に低下します。

このシステムは、前処理ステップとして蒸発システムの前に電気化学酸化装置を配置します。廃水は最初に電気化学的に処理されます。直接陽極酸化およびヒドロキシルラジカル（・OH）などの強力な酸化種の電気化学的生成により、COD（難分解性有機物、界面活性剤、キレート剤、発色団などを含む）が酸化分解され、CO₂およびH₂Oになります。同時に、発色団の不飽和共役構造を完全に破壊し、廃水の着色度を大幅に低減します。電気化学的前処理後、CODと色度が大幅に低減された高塩分廃水が蒸発システムに入り、以下の目標を達成します。蒸発母液の生成量が大幅に削減されます。結晶塩の白色度と純度が大幅に向上します。蒸発システムの運転サイクルが延長され、洗浄頻度が低減されます。廃棄塩としての処分ではなく、塩資源の高価値回収を実現します。プロセス全体で消費されるのは電力のみであり、化学薬品は導入されず、廃水の塩分濃度は増加しません（CODはCO₂に鉱化されて放出され、非着色物質は無色の小分子に酸化されます）。固体廃棄物や濃縮水は生成されません。蒸発システムの理想的な「前処理」ユニットです。

II.高塩分廃水の化学処理の困難性と本装置の解決策

III. 動作原理

スクリーン/フィルターで懸濁固形物が除去された後、高塩分廃水が電気化学反応器に入ります。電極の作用下で：

(1)直接電気酸化（COD鉱化および発色団破壊）

廃水中の有機汚染物質（溶剤残渣、界面活性剤、キレート剤、染料および中間体、腐植物質など）は、アノード表面で直接電子を失い酸化されます。

高分子有機物の化学的鎖切断 → 有機酸/アルコール/アルデヒド → さらにCO₂およびH₂Oに酸化

発色団破壊 → 廃水脱色

芳香環開裂 → 色度およびCODの除去

直接酸化は電極表面の有機汚染物質に対して鉱化効果があり、高いCOD除去効率と制御可能なエネルギー消費を実現します。

(2)間接電気酸化（・OHおよび活性塩素による広範囲酸化）

水の陽極電解によりヒドロキシルラジカル（・OH）が生成され、廃水中の天然の高濃度塩化物イオン（塩の主要成分の1つ）を利用して活性塩素（Cl₂、HOCl、OCl⁻）を生成します。

ヒドロキシルラジカルは、芳香族および複素環式の難分解性CODの原因物質を中心に、様々な有機化合物を無差別に酸化します。

活性塩素は溶液中にさらに拡散し、アノードに直接接触しなかった有機汚染物質の酸化を補完します。

間接酸化は、反応器のすべての領域でCODの均一な除去と色度の完全な除去を保証します。

直接酸化と間接酸化の相乗効果により、異なる種類の有機化合物に対する最大カバレッジが達成され、COD除去率と脱色率の両方が基準を満たすことが保証されます。

(1) 主な効果：「移送」ではなく、蒸発システムの「負担軽減」

COD酸化の最終生成物はCO₂とH₂Oです。CO₂は気体として気相に逃げ、H₂Oは蒸発システムとともに凝縮水に蒸発します。CODも色度も母液や結晶塩には残りません。色度分解によって生成される小分子（通常は無色の有機酸）は、蒸発中に最小限の量で母液によって運ばれるため、塩の白色度に影響を与えません。

要するに、電気化学ユニットは、蒸発前にCODと色度が気体状および無色の形態で塩システムから「離れる」ことを保証し、より純粋で白い塩とより少ない母液を残します。

IV.コアメリット（高塩分廃水の資源利用を対象）

V.技術パラメータ（カスタマイズ可能）

VI.高塩分廃水資源利用の特定シナリオへの適用

VII.プロセス配置

オプション1：蒸発前の前処理

高塩分廃水 → 平準化槽 → SS除去（沈殿またはろ過） → pH

調整 → 電気化学的前処理装置（CODおよび色度除去） → 蒸発システム（MVR/多重効用蒸発） → 結晶塩 + 凝縮水（基準を満たした後リサイクル）

説明：電気化学装置は「精製」ステップとして蒸発器の前に配置されます。SS除去後の廃水は、蒸発システムに入る前に電気化学処理により大幅なCODおよび色度除去を受けます。蒸発システムは「清浄なブライン」を処理し、高い蒸発効率、少ない母液、高品質の塩をもたらします。これは現在、ゼロ排出および高塩分資源利用プロジェクトにおいて最も価値のある増分プロセス構成です。

オプション2：母液削減（既存の蒸発システム向け）

蒸発システム → 蒸発母液（高COD、高色度、高粘度） → 電気化学処理装置（濃縮されたCODおよび色度の除去） → 蒸発システムに戻してさらに蒸発（または部分排出）

説明：既存の蒸発システムでは、母液中のCODと色度の継続的な濃縮が最大の運用上の課題です。母液循環配管に小型の電気化学処理ユニットを追加して、母液を連続的または断続的に循環処理し、CODと色度をオンラインで除去・濃縮し、母液を長期間低COD・低色度の状態に保ち、母液排出の頻度を大幅に削減できます。この方法は、元の主要プロセスを変更せず、投資が少なく、迅速な結果が得られます。

オプション3：生水の直接資源利用 高塩分有機廃水 → ろ過 → 電気化学処理装置（CODを≤200 mg/Lに除去、完全脱色） → 蒸発・結晶化 → 精製工業塩 + 回収水