石油化学排水処理に使用される電気化学排水処理装置。

I. 製品概要

石油化学廃水は主に石油精製（製油）および石油化学（エチレン、芳香族化合物、合成樹脂、合成繊維、合成ゴムなど）の2大分野から発生します。排水量が多く、成分が複雑で、処理難易度が高いという特徴を持つ典型的な工業廃水です。その水質特性としては、廃水の種類が多岐にわたること（プロセス廃水、含油廃水、含硫廃水、アルカリ廃水、循環冷却水のブローダウン水、生活排水など）、高濃度のCOD、大量の石油系／炭化水素系有機物、フェノール類・硫化物・アンモニア性窒素・シアン化物などの有害物質、難分解性有機物（多環芳香族炭化水素、複素環式化合物、ポリマーモノマーなど）を含むこと、生分解性が全体的に低いこと（B/C比 0.15～0.30）、ならびに原油の種類や処理方法の違いにより水質や水量が大きく変動することが挙げられます。

従来の石油化学廃水処理プロセスは、通常「油水分離 → 加圧浮上 → 生物処理 → 高度処理」という経路をたどります。しかし、実際の運用においては長年にわたり次のような課題に直面しています。 1. 油分が生化学処理システムを阻害する—油水分離や加圧浮上を経ても微量のエマルション油や溶解油が残留し、時間の経過とともに活性汚泥の活性低下や沈降性の悪化を引き起こします。 2. 難分解性有機物の生物学的除去が困難である—多環芳香族炭化水素、複素環式化合物、ポリマーモノマーは微生物に対する抵抗性が高く、生化学処理工程におけるこれらCODの除去率が制限されます。 3. 硫化物とアンモニア性窒素の双方が生化学処理システムを阻害する—硫化物および遊離アンモニアが硝化菌と従属栄養菌の双方の活性を阻害し、生化学処理システムの効率低下を招きます。 4. 廃水の塩分濃度の上昇に伴い生物処理効率が低下する—石油化学廃水は精密化学廃水ほど極端ではないものの、一部の廃水には依然として大量の塩分が含まれています。除去率は2%～5%に達することがあり、従来の生化学プロセスを阻害します。冬期の低温により生化学的硝化効率が低下し、アンモニア性窒素除去率が低下することで、処理水中のアンモニア性窒素が基準値を超過するリスクが高まります。廃水再利用への需要増大—循環冷却水のブローダウン水や一部の放流基準適合水を再利用する必要がありますが、既存のプロセスでは再利用水の水質における長期的な安定性を担保できません。本システムは電気化学的酸化技術を採用しており、石油化学廃水処理プロセスの複数の段階に柔軟に組み込むことができます。

油水分離および加圧浮上後の混合廃水向け—残留油分、フェノール類、硫化物、難分解性有機物を含む廃水を直接処理し、1～2時間以内に有害物質を酸化・分解し、エマルション油および溶解油を除去するとともに、多環芳香族炭化水素を開環分解します。B/C比を0.15～0.20から0.30以上に向上させ、後段の生化学システムにとって安全で生分解性の高い流入条件を作り出します。

生化学処理水の高度処理向け—生化学処理水から残留COD（難分解性ポリマー、多環芳香族炭化水素の開環生成物など）、アンモニア性窒素、色度を高度に除去し、再利用基準を安定して満たします。

含油エマルション廃水向け—本システムは効率的に解乳化と酸化を行い、油分とCODを除去することで、従来の加圧浮上＋生物処理ではエマルション油の処理効果が低かった問題を解決します。

循環水ブローダウンおよび再利用システム向け—循環冷却水システムで水を再利用する前に、本システムがCOD、アンモニア性窒素、微生物を除去し、水のカスケード利用と資源回収を実現します。

プロセス全体で電力のみを消費し、化学薬品（解乳化剤、凝集剤、酸化剤）を一切添加せず、化学汚泥、鉄汚泥、吸着飽和活性炭などの二次汚染物質を排出しません。電極は耐油汚染設計となっており、含油廃水の複雑な運転条件に適応します。常温常圧（0～40℃）で作動し、季節や気温の変化に影響されません。

II. 石油化学廃水処理における課題と本装置による解決策

III. 作動原理

石油化学廃水は、油水分離や加圧浮上などの前処理によって浮上油や大部分の懸濁物質を除去された後、電気化学反応器に流入し、電極の作用下で以下の浄化反応が進行します。

(1) 直接電解酸化

石油化学廃水中の特徴的な汚染物質がアノード（陽極）表面で直接酸化されます。

石油系／炭化水素系有機物（アルカン、シクロアルカン、芳香族など）：長鎖炭素およびシクロアルカンが陽極表面で徐々に酸化・切断されて低分子有機酸やアルコールへと変化し、最終的にCO₂とH₂Oに無機化されます。

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、ピレンなど）：芳香環構造が陽極表面で徐々に酸化・開環され、多環構造から単環または低分子有機物へと開環されて生物毒性が消失します。

フェノール類（フェノール、クレゾール、キシレノールなど）：ベンゼン環が陽極表面で徐々に酸化・開環され、多環構造が単環または低分子有機物に変化し、生物毒性が消失します。

フェノール類（フェノール、クレゾール、キシレノールなど）：陽極表面でベンゼン環が開環し、多環構造が単環または低分子有機物に変換されます。ヒドロキシル化後、陽極表面でさらに酸化・開環が進み、低分子有機酸へと変化します。複素環式化合物（N/S/Oを含む複素環）：陽極表面で複素環が酸化・開環され、生物毒性が大幅に低減します。硫化物（S²⁻）：陽極で硫酸イオンに直接酸化され（S²⁻→SO₄²⁻）、微生物に対する毒性阻害が排除されます。

(2) 間接電解酸化：陽極での水の電解によりヒドロキシラジカル（·OH）を生成するとともに、廃水中に天然に含まれる塩化物イオン（石油化学廃水にはCl⁻が含まれます）を利用して有効塩素（Cl₂、HOCl、OCl⁻）を生成します。これにより、陽極に直接接触できない汚染物質の酸化を補完し、特に溶解油や難分解性有機物に対して顕著な酸化効率を発揮します。

(3) 解乳化およびエマルション油の除去：含油廃水中のエマルション油滴は表面に負電荷を帯びており、安定したエマルション状態を形成しているため、従来の加圧浮上法では完全な除去が困難です。電気化学反応器内では、陽極酸化によって発生する微細気泡と電場がエマルション油滴の表面電位を変化させて電気二重層を圧縮し、不安定化した油滴が凝集・浮上します。また、溶解油有機物が酸化・無機化され、処理水中の油分濃度を1～3 mg/L未満に低減できます。

(4) アンモニア性窒素と硫化物の同時酸化：有効塩素がアンモニア性窒素を窒素ガスに酸化し（2NH₃+3HOCl→N₂+3Cl⁻+3H₂O）、アンモニア性窒素の除去率は80%～95%に達します。硫化物は陽極で直接硫酸塩へと酸化され、その毒性が完全に排除されます。

(5) COD低減および生分解性の向上：直接酸化と間接酸化の相乗効果により、高分子難分解性有機物が開環・結合切断されて低分子の分解性物質に変化し、B/C比が0.15～0.20から0.30以上に向上します。また、一部の有機物は完全に無機化されるためCODが直接低減し、後段の生化学システムにとって良好な流入水条件が整います。

IV. 主な特長（石油化学廃水を対象）

V. 技術仕様（カスタマイズ可能）

VI. プロセス配置構成

オプション1：生化学処理前の前処理および毒性低減

石油化学廃水（油水分離・加圧浮上後） → 電気化学前処理装置（残留油分除去、硫化物酸化、多環芳香族炭化水素の開環、B/C比の向上） → 中間槽／調整槽 → 生化学システム → 二次沈殿池 → 基準適合放流

説明：電気化学前処理ユニットは、油水分離・加圧浮上設備の後段かつ生化学システムの前段に配置され、「除油＋脱硫＋毒性低減＋開環＋B/C比向上」の複合的な機能を担います。これは石油化学廃水の生化学前処理における極めて重要な保証となります。すなわち、油水分離や加圧浮上後の残留エマルション油や溶解油を効果的に除去し、生化学プロセスを著しく阻害する硫化物を酸化し、多環芳香族炭化水素を開環分解して生分解性を大幅に高め、後段の生化学システムの長期的かつ安定した高効率運転を確保します。

オプション2：生化学処理水の高度処理

石油化学廃水 → 前処理 → 生化学システム → 二次沈殿池 → 電気化学高度処理ユニット（残留CODおよびアンモニア性窒素の除去） → 基準適合放流／循環水システムへの再利用

注記：既存の生化学システムはあるものの、処理水のCODやアンモニア性窒素濃度が現行の放流基準を満たせない企業向けに、生化学システムの後段に電気化学高度処理ユニットを追加できます。既存の生化学システムを改修することなく、直接放流基準または再利用要件を満たすレベルまでCODおよびアンモニア性窒素濃度を低減します。

オプション3：含油エマルション廃水の専用処理

含油エマルション廃水 → 調整槽 → 電気化学解乳化・油分除去装置 → 処理水

オプション4：高塩分・アルカリ残渣廃水の前処理

高塩分廃水／アルカリ残渣廃水 → 電気化学高濃度処理ユニット → 総合廃水システム／蒸発濃縮システムへの流入

注記：アルカリ残渣廃水や脱塩電脱廃水は塩分、COD、毒性が高く、総合システムへ直接放流すると負荷ショックを引き起こします。電気化学処理ユニットを用いてこの種の廃水を個別にバッチ処理することで、プラント全体のシステムにスムーズに統合する前にCODと毒性を大幅に低減できます。これにより場外委託処分の高額なコストを回避し、大きな経済的メリットを維持できます。