化学廃棄水の処理に使用される電気化学処理設備

電気化学的廃水処理装置、化学廃水用。

I. 製品概要

化学廃水は、工業廃水の中で最も一般的で、複雑で、処理が困難な種類の一つであり、有機化学、無機化学、ファインケミカル、石油化学、石炭化学、肥料、高分子材料、クロルアルカリ、染料、塗料、農薬、バイオケミカル分野など、複数のサブセクターを含みます。その全体的な水質特性は以下の通りです。廃水には、製造プロセスで使用される大量の原料および補助材料、中間製品、副産物、製品残渣が含まれます—ベンゼン化合物、フェノール、アルコール、アルデヒド、ケトン、有機酸、エステル、特殊有機成分、多環芳香族炭化水素、複素環式化合物、ハロゲン化炭化水素、ニトロ化合物、有機リン化合物、ポリマーモノマー、界面活性剤、有機溶剤、触媒残渣など；一部の高濃度プロセス廃水は、数万から数十万mg/Lに達することがあります；廃水はしばしば微生物を阻害または毒化する特徴的な汚染物質を含みます；塩分濃度は広く変動します（数百mg/Lから10%超まで）；BOD₅/COD比は一般的に0.05から0.30の間で変動し、生分解性に大きな違いがあります；そして廃水質は、製品の種類、製造プロセス、製造サイクルの変化に伴って大きく変動します。

化学廃水の処理における主な課題は、いくつかの重要な領域にあります：①難分解性有機物の割合が高い—芳香族化合物、複素環式化合物、ハロゲン化化合物、ニトロ基などの安定した化学構造は、従来の微生物に対して高い耐性を示し、生物システムによる効果的な分解を困難にします。②顕著な生物毒性の問題—様々な化学中間体および副産物は、活性汚泥微生物を阻害または死滅させるため、生物システムへの頻繁な影響、低い処理効率、さらにはシステム崩壊を引き起こします。③高塩分濃度が処理の困難さを増幅させる—一部の化学廃水は3%〜10%の塩分（例：クロルアルカリ、農薬合成、医薬中間体）を含み、高い浸透圧により従来の活性汚泥微生物の生存が困難になります。④水質および水量の劇的な変動—多品種、間欠生産モデルの下では、CODおよび毒性物質の濃度は、数時間以内に数倍から数十倍に変化する可能性があり、従来の生物システムが迅速に対応することを困難にします。

このシステムは電気化学的酸化技術を採用しており、直接陽極酸化と、電気触媒によって生成されるヒドロキシルラジカル（・OH）や活性塩素などの強力な酸化剤の相乗効果を利用して、化学廃水中の様々な安定した化学構造を直接攻撃します。化学廃水処理の異なる段階に柔軟に適用できます：

前処理による解毒：高濃度廃水を直接処理し、芳香族環、複素環、ハロゲン基、ニトロ基などの難分解性および毒性構造を迅速に酸化・分解し、CODを大幅に削減し、B/C比を0.30以上に向上させ、後続の生物システムのために安全で生分解性の高い流入条件を作り出します。

高塩分有機廃水の前処理：CODおよび色度を除去した後、廃水は蒸発・結晶化システムに入り、結晶塩の品質を向上させ、蒸発母液の排出を大幅に削減します。

高濃度廃水の削減：数万mg/LのCODを持つ少量の廃水を現場で処理し、プラントの統合システムに組み込まれる前にCODを大幅に削減し、高価な有害廃棄物の輸送および処分を代替します。

プロセス全体で消費されるのは電力のみであり、化学試薬は一切添加されません。電極は、高塩分、高COD、油分などの複雑な化学廃水条件に適応し、常温常圧で安全かつ安定して動作します。電流パラメータを迅速に調整することで、数分以内に化学廃水質の劇的な変動に対応でき、生化学システムの長期間の馴化や待機を必要としません。これは、化学廃水の4つの主要な主要な困難「分解困難、高毒性、高揮発性、高処理コスト」という課題に対処するための重要な技術的ソリューションです。

II. 化学廃水処理の困難さと本装置の解決策

III. 動作原理

スクリーン、沈殿、またはろ過によって懸濁固形物が除去された後（一部の高濃度廃水は簡単な前処理が必要）、化学廃水は電気化学反応器に入り、電極の作用下で以下の浄化反応が発生します：

(1) 直接電気酸化（難分解性有機物の開環・結合切断の主要経路）

化学廃水中の大量の難分解性有機物は、陽極表面で直接電子を失い酸化されます：

芳香族化合物（ベンゼン、典型的な芳香族成分、キシレン、ナフタレン、ビフェニル、フェノール、アニリンなど）：芳香族環は陽極表面の活性酸素種によってヒドロキシル化され、その後開裂し、低分子有機酸（マレイン酸、シュウ酸、酢酸など）に変換され、生体利用性が大幅に向上します。

複素環式化合物（ピリジン、キノリン、チアゾール、フラン、イミダゾール、インドールなど）：N/S/Oを含む複素環は、陽極表面で酸化・開裂し、環状の生物毒性を除去します。

ハロゲン化化合物（クロロベンゼン、クロロホルム、四塩化炭素）、臭素化化合物など）：C-X結合は陽極表面で切断され、ハロゲンはイオン形式で除去されます。ニトロ化合物（ニトロベンゼン、ジニトロ化合物など）：ニトロ基は酸化/還元によって除去され、ベンゼン環は開裂し、変異原性が除去されます。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）：芳香族環システムは徐々に酸化・開裂され、多環構造は単環または低分子に分解されます。有機リン化合物：P-C結合は酸化・切断され、有機リンはオルトリン酸塩に変換されます。ポリマー/高分子有機物（ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸、樹脂断片など）：長い炭素鎖およびエーテル基分子構造は酸化・切断されます。

(2) 間接電気酸化（・OHおよび活性塩素による広範囲酸化）陽極水の電気分解によりヒドロキシルラジカル（・OH）が生成され、廃水中の天然の塩化物イオン（ほとんどの化学廃水はCl⁻を含み、濃度範囲は200〜20000）を利用します。mg/Lの電気分解により活性塩素（Cl₂、HOCl、OCl⁻）が生成されます：ヒドロキシルラジカルは様々な有機化合物に対して非選択的な酸化攻撃を行い、特に芳香族環の開裂や複素環の開裂に効果的です。活性塩素は溶液中に拡散し、陽極と直接接触できない汚染物質の酸化を補完し、アンモニア性窒素を効率的に除去します。(3) COD削減と生分解性の同時改善：直接および間接酸化の相乗効果：高分子難分解性有機物 → 開環/結合切断/脱ハロゲン化/脱ニトロ化 → 低分子有機酸、アルコール、アルデヒド → 一部はさらにCO₂ + H₂Oに鉱化されます。処理された流出液のBOD₅は大幅に増加し（高分子は低分子の分解性物質に変換される）、同時にCODは減少し、B/C比は大幅に増加し、後続の生物システムに高品質の分解性炭素源を提供します。

(4) 毒性官能基の不活性化効果：電気化学的酸化の主な目的は、毒性官能基を正確に攻撃して不活性化することです—ニトロベンゼン中のニトロ基が除去され、ハロゲン化化合物中のC-X結合が切断され、複素環が開裂してNが放出され、有機リン化合物中のP-C結合が切断されます。毒性基が破壊されると、分子骨格が完全に鉱化されていなくても、微生物に対する阻害効果は実質的に除去されます。(5) 色度除去：発色団が酸化・開裂されると、廃水は暗色から無色または淡色透明に変化します。

IV. 主要な利点（化学廃水を対象）

利点

説明

範囲

化学廃水（原水/混合水）→スクリーン/調整槽→沈殿/浮上（SSおよび油分除去）→電気化学的解毒装置（開環・結合切断、毒性官能基除去、B/C比向上）→中間槽/バッファ槽→生物処理システム（加水分解酸化的 + A/OまたはA²/O）→基準適合放流

注：電気化学的解毒ユニットは、化学廃水の生物処理前処理の主要な保証です。電気化学的解毒を受けていない化学廃水を直接生物処理システムに入力すると、大量の難分解性および毒性物質が発生し、生物システムのCOD除去率がわずか50%〜70%に低下し、頻繁な衝撃を受けます。解毒後、流出液のB/C比は≥0.30〜0.35となり、生物処理段階のCOD除去率は40%〜70%向上し、システム全体が年間を通じて安定かつ信頼性の高い運転を行います。

オプション2：基準適合のための高度処理（生物処理流出液のCODが依然として基準を満たさない場合）

化学廃水→前処理→生物処理システム→二次沈殿槽→電気化学的高度処理ユニット（残留難分解性CODおよび色度を除去）→基準適合放流/再利用

注：生物処理流出液のCODおよび色度が依然として排出基準を満たさない場合、生物処理システムの後段に電気化学的高度処理ユニットを追加します。

オプション3：高濃度廃水削減

高濃度廃水/母液→集水槽→電気化学処理装置→流出液はプラントの統合廃水システムに流入→通常処理

オプション4：高塩分廃水の前蒸発処理

高塩分化学廃水→電気化学的前処理装置（CODおよび色度を除去）→蒸発結晶化システム（MVR/多重効用）→高白色工業塩+凝縮水再利用

注：高塩分母液の直接蒸発は、CODおよび色度の濃縮、大量の母液排出、結晶塩の黄変を引き起こします。電気化学的前処理により、蒸発前にCODを50%〜80%、色度を≥90%除去することで、白色結晶塩が得られ、母液排出量が大幅に削減され、高塩分廃水の資源利用が実現されます。