世の中、何事にもメリットとデメリットがあります。社会の進歩と人々の生活水準の向上は、必然的に環境汚染につながります。廃水もそのような問題の一つです。石油化学、繊維、製紙、農薬、医薬品、冶金、食品生産などの産業の急速な発展に伴い、廃水の総排出量は世界中で大幅に増加しています。さらに、廃水には高濃度、高毒性、高塩分、高色の成分が含まれることが多く、分解や処理が難しく、深刻な水質汚染につながります。
毎日発生する大量の工場排水を処理するために、人々は物理的、化学的、生物学的アプローチを組み合わせたり、電気、音、光、磁気などの力を利用したりするさまざまな方法を採用してきました。この記事では、この問題を解決するための電気化学的水処理技術における「電気」の利用についてまとめました。
電気化学的水処理技術とは、電極または印加電場の影響下で、特定の電気化学反応器内で特定の電気化学反応、電気化学的プロセス、または物理的プロセスを通じて廃水中の汚染物質を分解するプロセスを指します。電気化学システムと装置は比較的シンプルで、占有面積が小さく、運用コストとメンテナンスコストが低く、二次汚染を効果的に防止し、反応の高い制御性を提供し、産業オートメーションに役立つため、「環境に優しい」技術という評価を得ています。
電気化学的水処理技術には、電気凝集電気浮選法、電気透析、電気吸着、電気フェントン、電気触媒による高度酸化などのさまざまな技術が含まれます。これらの技術は多様であり、それぞれに適切な用途と領域があります。
電気凝固法 - 電気浮選法
凝固プロセスが浮選と同時に起こるため、電気凝固は実際には電気浮選です。したがって、総称して「電気凝固-電気浮遊法」と呼ぶことができます。
この方法は、アノードで可溶性カチオンを生成する外部電圧の印加に依存しています。これらのカチオンはコロイド状汚染物質を凝集させる効果があります。同時に、電圧の影響下でかなりの量の水素ガスが陰極で生成され、凝集した物質が表面に浮上するのを助けます。このように、電気凝固は、アノード凝固とカソード浮遊選鉱を通じて汚染物質の分離と水の浄化を実現します。
可溶性陽極として金属 (通常はアルミニウムまたは鉄) を使用すると、電気分解中に生成される Al3+ または Fe3+ イオンが電気活性凝集剤として機能します。これらの凝固剤は、コロイド二重層を圧縮して不安定化し、以下を介してコロイド粒子を架橋して捕捉することによって機能します。
Al -3e→ Al3+ または Fe -3e→ Fe3+
Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+ または 4Fe2+ + O2 + 2H2O → 4Fe3+ + 4OH-
一方では、形成された電気活性凝固剤 M(OH)n は可溶性高分子ヒドロキソ錯体と呼ばれ、凝集剤として作用し、廃水中のコロイド懸濁液 (微細な油滴や機械的不純物) を迅速かつ効果的に凝固させ、それらを架橋および結合させて形成します。凝集体が大きくなり、分離プロセスがスピードアップします。一方、コロイドはアルミニウム塩や鉄塩などの電解質の影響で圧縮され、クーロン効果や凝集剤の吸着によって凝集が起こります。
電気活性凝集剤の電気化学的活性（寿命）はわずか数分ですが、二重層電位に大きな影響を与え、コロイド粒子や懸濁粒子に強力な凝集効果を及ぼします。その結果、その吸着能力と活性は、アルミニウム塩試薬の添加を伴う化学的方法よりもはるかに高く、必要な量も少なくなり、コストも低くなります。電気凝固は環境条件、水温、生物学的不純物の影響を受けず、アルミニウム塩や水酸化物との副反応も受けません。したがって、廃水処理に適した広い pH 範囲を備えています。
さらに、カソード表面での小さな気泡の放出により、コロイドの衝突と分離が促進されます。アノード表面での直接電気酸化と Cl- の活性塩素への間接電気酸化は、水中の可溶性有機物質および還元性無機物質に対して強力な酸化能力を持っています。カソードから新たに生成された水素とアノードからの酸素は、強力な酸化還元能力を持っています。
その結果、電気化学反応器内で発生する化学プロセスは非常に複雑になります。反応器内では、電気凝固、電気浮遊選鉱、および電気酸化プロセスがすべて同時に行われ、凝固、浮遊選鉱、および酸化を通じて水中の溶解コロイドと浮遊汚染物質の両方を効果的に変換および除去します。
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投稿日時: 2023 年 9 月 8 日
