コックスの廃棄水の処理用電気化学処理装置

私。 製品概要

コークス化廃水は、石炭化学産業において最も処理が難しい廃水の 1 つです。石炭の高温乾留（コークス化）、ガス精製、化学品回収のプロセスに由来し、主に残留アンモニア水、石炭ガスの最終冷却廃水、粗ベンゼン分離水、タール処理廃水が含まれます。典型的な水質特性は、高 COD 濃度、高アンモニア態窒素濃度、高含有量の難分解性有毒物質 (フェノール、ベンゼン系化合物、多環芳香族炭化水素、ピリジン、キノリン、カルバゾールなどの複素環式化合物)、極度に低い生分解性 (BOD₅/COD 通常 0.10 ～ 0.20)、高シアン化物、および硫化物含有量、油分（タール）含有量、水質と水量の大きな変動。

コークス化廃水の処理は、長い間、コークス化企業にとって環境上の中心的な課題でした。従来のプロセスルートは一般的に「前処理（油除去、フェノール除去、アンモニアストリッピング）→生物学的処理（A/O、A²/O、SBRなど）→高度な処理」のパターンに従いますが、実際の操作では多くの課題に直面しています。 ② 生分解性が極めて悪く（B/C < 0.20）、生物段階での COD 除去率が限られており、排水 COD が現在の排出基準を大幅に下回っている。 ③ 冬の低い気温は、生物系の硝化効率の急激な低下または停止を引き起こし、アンモニア態窒素の大幅な超過につながります。このシステムは電気化学的酸化技術を採用しており、コークス化廃水処理プロセスの複数の段階に柔軟に統合でき、以下の中核機能を担います。

アンモニアストリッピング後のフェノール除去排水の場合：排水中のフェノール類、シアン化物、複素環化合物などの有害物質を直接酸化分解し、1～2時間で生体毒性を完全に除去します。 B/C 比は 0.10 ～ 0.20 から 0.35 以上に増加し、その後の生物学的システムに安全で安定した流入条件を作り出し、衝撃によるシステムの崩壊を効果的に防ぎます。

生物排水の高度な処理の場合: 生物排水から残留 COD (難分解性フミン物質、芳香族ポリマーなど) と色を徹底的に除去し、最も厳しい排出基準を満たすために COD と色を完全に除去します。

焼入れ廃水処理の場合: COD および着色除去後の廃水は焼入れシステムで再利用され、焼入れ水の閉ループ循環が実現され、真水の摂取と外部汚染のリスクが軽減されます。

全工程において化学薬品を一切使用せず電気のみを消費し、鉄スラッジや吸着飽和炭素などの有害廃棄物を生成しません。電極はスケールや汚染に耐性があり、コークス化廃水中の高硬度、高塩分、油分などの複雑な水質に適応できます。常温常圧（0～40℃）で動作し、季節や温度変化の影響を受けません。コークス廃水の安定的な適合と高度化を実現するための重要なコア技術です。

II.コークス廃水処理の難しさと装置による解決

Ⅲ．動作原理

油の除去、沈殿、アンモニアのストリッピングなどの前処理の後、コークス化廃水は電気化学反応器に入り、電極の作用により次の反応が起こります。

(1)直接電気酸化 コークス化廃水中の特徴的な有毒汚染物質は、アノード表面で直接酸化されます。 フェノール (フェノール、クレゾール、ナフトールなど): ベンゼン環がアノード表面で水酸化された後、さらに酸化されて開環し、低分子有機酸に変化し、最終的に CO₂ と H₂ O に鉱化されます。フェノールの酸化的開環プロセスにより、微生物に対する細胞膜透過毒性が完全に排除されます。シアン化物 (CN⁻): アノードで直接酸化されてシアン酸塩になります (CN⁻→CNO⁻)。シアン酸塩はさらに加水分解されてアンモニアと炭酸塩となり、その高い毒性は完全に除去されます。複素環化合物 (ピリジン、キノリン、カルバゾール、インドールなど): 窒素含有複素環はアノード表面で直接開環します。 N は環から放出され、NH3 または N2 に変換されます。リング系構造が破壊され、生体毒性が大幅に軽減されます。多環芳香族炭化水素 (ナフタレン、アントラセン、フェナントレンなど): 芳香環系はアノード表面で徐々に酸化され、開環します。高分子の縮合構造は、低分子の分解性物質に分解されます。

(2)間接電気酸化 水の陽極電気分解によりヒドロキシルラジカル (・OH) が生成されます。同時に、コークス廃水中の天然塩素イオンの電気分解により活性塩素（Cl2、H2O）が生成されます。 OCl、OCl⁻): ヒドロキシルラジカルは、さまざまな難分解性有機化合物に対して非選択的酸化攻撃を行い、特に多環芳香族炭化水素や複素環式化合物に対して顕著な開環効果を示します。活性塩素は溶液中にさらに拡散し、アンモニア態窒素を急速に酸化し、同時にアノードに直接接触していない有機化合物の酸化を補います。

(3)アンモニア性窒素の酸化除去: コークス化廃水中のアンモニア性窒素の濃度は高く、間接的な酸化経路を通じて電気化学的に除去されます。陽極で塩化物イオンが電気分解されて活性塩素が生成されます。活性塩素はアンモニア態窒素を急速に酸化して窒素ガスにします。塩化物イオンは再生されて反応内を循環し、継続的にアンモニア窒素酸化に関与します。アンモニア態窒素除去率は80%~99%に達します。

(4)COD の同時除去と生分解性の向上: コークス化廃水中の高分子芳香族および複素環式有機化合物は、直接および間接酸化の後、芳香環/複素環の開環 → 高分子の鎖切断 → 低分子有機酸、アルコール、アルデヒドなどへの変換を経ます。これらの有機低分子は微生物によって BOD₅ 検出に利用されるため、BOD₅ が増加します。同時に、一部の有機物は完全に無機化されて CO₂ になり、COD が減少します。 B/C 比は 0.10 ～ 0.20 から 0.35 以上に増加し、その後の生化学システムに高品質の生分解性炭素源を提供します。

IV.主な利点（コークス化廃水を対象）

V. 技術パラメータ (カスタマイズ可能)

VI.プロセスの場所

オプション 1: 生化学的処理の前の前処理と解毒

コークス廃水 → 脱油沈殿（タール・SS除去） → 電気化学処理装置（フェノール類・シアン化物・複素環化合物の除去、B/C比向上） → 中間槽・調整槽 → 生化学装置 → 二次沈殿槽 → 基準適合放流

説明: これは、コークス化廃水処理において最も重要かつ中心的なアプリケーション構成です。電気化学的解毒ユニットは生化学システムの前に配置され、「フェノール類・シアン化物・複素環式化合物の酸化分解＋B/C比の向上」という中核機能を担っています。電気化学的無害化処理を行わないコークス化廃水が直接生化学システムに入ると、微生物は長期にわたって毒性抑制状態にあり、システムの動作が非常に不安定になります。無害化処理後は生化学段階のCOD除去率が大幅に向上し、流入水の毒性変動に影響されず、年間を通じて安定稼働します。

オプション 2: 廃水の高度な生化学的処理

コークス排水→前処理→生化学装置→二次沈殿池→電気化学処理装置（残留COD・着色除去）→基準適合放流

オプション 3: 生化学的解毒前の解毒 + 生化学的後の高度な治療

コークス化廃水 → 前処理 → 電気化学処理装置（前生化学） → 生化学装置 → 電気化学高度処理装置（後生化学） → 基準を満たす排出・再利用

注: 新設のコークス廃水処理プラントまたは総合的な改良プロジェクトの場合、生化学的処理の前後に 1 つの電気化学ユニットが設置されます。フロントエンドは解毒と生分解性の改善を担当し、安定した効率的な生化学処理を保証します。バックエンドは残留 COD と色の高度な除去を担当し、安定した排水コンプライアンスを保証します。 2 つの電気化学ユニットが連携して動作するため、コークス化廃水処理システムは衝撃に対する耐性が最も高く、排水が最も安定し、運用コストが最適化されます。設備投資はシングルユニット構成より若干高くなりますが、生化学システムの信頼性と最終排水のコンプライアンスの確実性が大幅に向上し、全体として最高の費用対効果が得られます。