(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中の窒素化合物を処理する排水処理方法であって、
前記被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、
アノードを構成する一方の前記電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とし、
カソードを構成する他方の前記電極の材料を、周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして電気化学的手法により当該被処理水を処理すると共に、この処理により、前記被処理水中に生成されたアンモニア態窒素を当該被処理水中から除去するアンモニア除去処理ステップと、
前記電極の極性を切り換えて電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理するリン除去処理ステップとを実行することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
前記被処理水を、アノードを構成する一方の前記電極の領域とカソードを構成する他方の前記電極の領域とに区画する陽イオン交換膜にて区画することを特徴とする請求項１の排水処理方法。
【請求項３】
前記アンモニア除去処理ステップにおいて、前記被処理水中に次亜ハロゲン酸を添加することを特徴とする請求項１又は請求項２の排水処理方法。
【請求項４】
被処理水中の窒素化合物を処理する排水処理方法であって、
前記被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、
アノードを構成する一方の前記電極の材料を、導電体とし、
カソードを構成する他方の前記電極の材料を、周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして電気化学的手法により当該被処理水を処理すると共に、
前記排水処理の終了後、前記電極の極性を切り換えて電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理する排水処理方法において、
前記アノードを構成する一方の前記電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすることを特徴とする排水処理方法。
【請求項５】
前記被処理水を、アノードを構成する一方の前記電極の領域とカソードを構成する他方の前記電極の領域とに区画する陽イオン交換膜にて区画することを特徴とする請求項４の排水処理方法。
【請求項６】
被処理水中の窒素化合物を処理する排水処理方法であって、
前記被処理水を陽イオン交換膜にて一方の領域と他方の領域とに区画すると共に、
前記一方の領域に第１の電極の少なくとも一部を浸漬し、前記他方の領域に第２の電極の少なくとも一部を浸漬し、アノードを構成する前記第１の電極を導電体とし、カソードを構成する前記第２の電極の材料を、周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第１の処理ステップと、
前記他方の領域に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成し、当該第３の電極をアノードとし、前記第１の電極をカソードとして電気化学的手法により前記第１の処理ステップの終了後の被処理水を処理する
第２の処理ステップとを含むことを特徴とする排水処理方法。
【請求項７】
前記第２の処理ステップの終了後、前記第２の電極をアノードとし、前記第１の電極をカソードとして電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを含むことを特徴とする請求項６の排水処理方法。
【請求項８】
前記電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体、若しくは、セラミクス系導電体、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７の排水処理方法。
【請求項９】
前記セラミクス系導電体は、フェライトであることを特徴とする請求項８の排水処理方法。
【請求項１０】
被処理水中の窒素化合物を処理する排水処理装置であって、
前記被処理水中に少なくとも一部が浸漬された一対の電極を備え、
一方の前記電極の材料は、導電体とされると共に、他方の前記電極の材料は周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとされ、
前記一方の電極をアノードとし、前記他方の電極をカソードとして電気化学的手法により前記被処理水を処理すると共に、
前記電極の極性を切り換えて電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理する手段を備える排水処理装置において、
一方の前記電極の材料は、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１１】
被処理水中の窒素化合物を処理する排水処理装置であって、
前記被処理水を一方の領域と他方の領域とに区画する陽イオン交換膜と、
前記一方の領域に少なくとも一部が浸漬された第１の電極と、
前記他方の領域に少なくとも一部が浸漬された第２及び第３の電極とを備え、
前記第１の電極の材料は導電体とされ、前記第２の電極の材料は周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとされ、前記第３の電極の材料は、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とされると共に、
前記第１の電極をアノードとし、前記第２の電極をカソードとして電気化学的手法により前記被処理水を処理する第１の処理ステップと、
該第１の処理ステップの終了後、前記第３の電極をアノードとし、前記第１の電極をカソードとして電気化学的手法により前記被処理水を処理する第２の処理ステップとを実行することを特徴とする排水処理装置。
【請求項１２】
前記第２の処理ステップの終了後、前記第２の電極をアノードとし、前記第１の電極をカソードとして電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを実行することを特徴とする請求項１１の排水処理装置。
【請求項１３】
前記電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体、若しくは、セラミクス系導電体、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１０、請求項１１又は請求項１２の排水処理装置。
【請求項１４】
前記セラミクス系導電体は、フェライトであることを特徴とする請求項１３の排水処理
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば有機態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素、アンモニア態窒素などの窒素化合物や、例えばリン酸、リン酸イオンなどのリン化合物を含む排水の処理方法及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、川や湖の富栄養化の原因の１つに窒素化合物の存在があることは周知である。また、この窒素化合物は、一般家庭の生活排水中や工場排水中に多く存在するが、浄化処理が困難なものであり、有効な対策がとれないのが現状である。一般には、生物的処理が行われているが、先ずアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する硝化工程と、硝酸態窒素を窒素ガスに変換する脱窒工程の２つの工程により行われるため、２つの反応槽が必要となると共に、処理時間が遅いため、処理効率が低くなる問題があった。
【０００３】
また、該生物的処理では、硝化細菌及び脱窒素細菌を保有するために大容量の嫌気槽が必要となり、設備建設コストの高騰、装置設置面積の拡大を招く問題があった。更に、これら硝化細菌及び脱窒素細菌は、周囲の温度環境、その他、被処理水中に含まれる成分などに著しく影響されるため、特に温度が低くなる冬場になると、活動が低下して脱窒素作用が低下し、処理効率が不安定となる問題もあった。
【０００４】
そこで、上記技術的課題を解決するために、被処理水に電流を流してアンモニア、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素を酸化、又は、還元分解して窒素ガスにする方法がある。この場合、従来の被処理水の電気分解法では、アノードに例えば、白金、イリジウム、パラジウムなどの貴金属材料を用いていた。
【０００５】
そして、被処理水に電流を流すことにより、アノードにおいてアンモニア態窒素が活性酸素や次亜塩素酸により酸化され、窒素化合物が窒素ガスに変換されることで窒素化合物の処理が行われるものであった。
【０００６】
また、上記以外に、アノード及びカソードを構成する電極に鉄を用い、被処理水に電流を流してアンモニア、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素を酸化、又は、還元分解して窒素ガスにする方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１１７２５９号公報（第３−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の電解による窒素化合物の処理方法では、窒素化合物の除去処理能力が低いため、実際に生活排水や工場排水の処理において、窒素化合物を処理することは困難であった。また、硝酸態窒素は窒素ガスになり難く、低濃度の硝酸イオンの除去は難しいため、水中の窒素成分として残留し、除去できないという問題もある。
【０００８】
また、鉄電極を用いた電気分解による窒素処理方法では、被処理水中に溶出された鉄を用いて被処理水中の窒素化合物の処理を行うため、大量を鉄を被処理水中に溶出させる必要があり、耐久性の面で問題があった。また、被処理水中に溶出された鉄イオンは、被処理水中に存在するリン化合物と沈殿反応を生じ、リン酸鉄などとして沈降させリン化合物の処理を行っていたが、かかる場合には、リン酸鉄などにより生じるスラッジが大量に生成されることとなり、廃棄処理を行う上で問題となっていた。
【０００９】
そこで、出願人は先にカソードに銅と亜鉛、又は、銅とニッケルなどの合金を用い、アノードに、白金、イリジウム、パラジウムなどの貴金属材料を用いて被処理水を電気分解する方法を提案した。係る処理方法によれば、カソードにおける被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応を促進させ、このカソードにおいて生じたアンモニアをアノードで生じる次亜塩素酸と脱窒反応させることができるようになり、係る相乗効果によって、還元反応に要する時間を短縮し、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００１０】
しかしながら、カソードに銅を含む合金を用いる場合、どうしても被処理水中に溶出する毒性の銅イオンが問題となるため、係る毒性を生じない窒素化合物の処理方法の開発が望まれていた。
【００１１】
本発明は係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、毒性を生じること無く効率的に窒素化合物を除去し、装置の小型化及びコストの低減を図ることができる排水処理方法及び装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
即ち、請求項１の発明の排水処理方法は、被処理水中の窒素化合物を処理するにあたり、  前記被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の前記電極の材料を、導電体とし、カソードを構成する他方の前記電極の材料を、周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして電気化学的手法により当該被処理水を処理すると共に、この処理により前記被処理水中に生成されたアンモニア態窒素を当該被処理水中から除去するアンモニア除去処理ステップと、前記電極の極性を切り換えて電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理するリン除去処理ステップとを実行することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項１の発明の排水処理方法は、前記一方の電極の材料は、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明の排水処理方法は、請求項１の発明において、被処理水を、アノードを構成する一方の前記電極の領域とカソードを構成する他方の前記電極の領域とに区画する陽イオン交換膜にて区画することを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明の排水処理方法は、請求項１又は請求項２の発明に加えて、アンモニア除去処理ステップにおいて、被処理水中に次亜ハロゲン酸を添加することを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明の排水処理方法は、被処理水中の窒素化合物を処理するにあたり、前記被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の前記電極の材料を導電体とし、カソードを構成する他方の前記電極の材料を、周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして電気化学的手法により当該被処理水を処理すると共に、前記排水処理の終了後、前記電極の極性を切り換えて電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理する排水処理方法において、前記アノードを構成する一方の前記電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすることを特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明の排水処理方法は、請求項４の発明において、前記被処理水を、アノードを構成する一方の前記電極の領域とカソードを構成する他方の前記電極の領域とに区画する陽イオン交換膜にて区画することを特徴とする。
【００１８】
請求項６の発明の排水処理方法は、被処理水中の窒素化合物を処理するにあたり、被処理水を陽イオン交換膜にて一方の領域と他方の領域とに区画すると共に、一方の領域に第１の電極の少なくとも一部を浸漬し、他方の領域に第２の電極の少なくとも一部を浸漬し、アノードを構成する第１の電極を導電体とし、カソードを構成する第２の電極の材料を、周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第１の処理ステップと、他方の領域に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成し、当該第３の電極をアノードとし、第１の電極をカソードとして電気化学的手法により第１の処理ステップの終了後の被処理水を処理する第２の処理ステップとを含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明の排水処理方法は、上記第２の処理ステップの終了後、第２の電極をアノードとし、第１の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを含むことを特徴とする。若しくは、ステンレス鋼であることを特徴とする。
【００２０】
請求項８の発明の排水処理方法は、請求項１、請求項２、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７の発明において電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体、若しくは、セラミクス系導電体、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼であることを特徴とする。
【００２１】
請求項９の発明の排水処理方法は、上記発明において、セラミクス系導電体は、フェライトであることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０の発明の排水処理装置は、被処理水中の窒素化合物を処理するものであって、被処理水中に少なくとも一部が浸漬された一対の電極を備え、一方の電極の材料は、不溶性導電体とされると共に、他方の電極の材料は周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとされ、一方の電極をアノードとし、他方の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水を処理することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１０の発明の排水処理装置は、前記一方の電極の材料は、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすることを特徴とする。
【００２４】
更に、請求項１０の発明の排水処理装置は、上記において電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項１１の発明の排水処理装置は、被処理水中の窒素化合物を処理するものであって、被処理水を一方の領域と他方の領域とに区画する陽イオン交換膜と、一方の領域に少なくとも一部が浸漬された第１の電極と、他方の領域に少なくとも一部が浸漬された第２及び第３の電極とを備え、第１の電極の材料は導電体とされ、第２の電極の材料は周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとされ、第３の電極の材料は、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とされると共に、第１の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水を処理する第１の処理ステップと、該第１の処理ステップの終了後、第３の電極をアノードとし、第１の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水を処理する第２の処理ステップとを実行することを特徴とする。
【００２６】
請求項１２の発明の排水処理装置は、上記第２の処理ステップの終了後、第２の電極をアノードとし、第１の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを実行することを特徴とする。
【００２７】
請求項１３の発明の排水処理装置は、請求項１０、請求項１１又は請求項１２の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体、若しくは、セラミクス系導電体、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１４の発明の排水処理装置は、上記発明に加えて、セラッミクス系導電体は、フェライトであることを特徴とする。
【００２９】
以上詳述した如く請求項１又は請求項４の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極の材料を、導電体とし、カソードを構成する他方の電極の材料を、周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして電気化学的手法により当該被処理水を処理するので、カソードを構成する他方の電極において被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００３０】
また、アノードを構成する一方の前記電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とするので、カソードを構成する他方の電極において被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００３１】
特にこの場合、カソードを構成する他方の電極として周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものを用いており、銅を含む合金を用いないので、被処理水中に銅が溶出することによる毒性の問題も解決できるようになるものである。
【００３２】
また、請求項１の発明では、被処理水中に生成されたアンモニア態窒素を被処理水中から除去することにより、効率的に被処理水中の窒素化合物を処理することができるようになる。
【００３３】
請求項２の発明によれば、被処理水を、アノードを構成する一方の電極の領域とカソードを構成する他方の電極の領域とに区画する陽イオン交換膜にて区画するので、カソードを構成する他方の電極で生じた亜硝酸イオンがアノードを構成する一方の電極側に移動し、酸化されてしまう不都合も防止できるようになり、被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応の効率がより一層向上される。
【００３４】
請求項３の発明によれば、請求項１の処理により、被処理水中に生成されたアンモニア態窒素を、請求項４の如く、被処理水中に次亜ハロゲン酸を添加することにより被処理水中から除去するアンモニア除去処理ステップと、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理するリン除去処理ステップとを実行するので、請求項１の処理により生成されたアンモニア態窒素を次亜ハロゲン酸により効率的にアンモニア除去処理ステップにて処理することができるようになる。
【００３５】
また、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理するリン除去処理ステップを実行することにより、アノードとなる他方の電極より被処理水中に周期表の第VIII族の例えば鉄（II）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（III）イオンにまで酸化された当該鉄（III）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００３６】
また、カソードを構成する他方の電極において生じるアンモニアは、アノードを構成する一方の電極で生じる次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸等の物質と脱窒反応をすることになるので、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。
【００３７】
これにより、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００３８】
更に、本発明によれば、上記処理の終了後、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理するので、アノードとなる他方の電極より被処理水中に周期表の第VIII族の例えば鉄（II）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（III）イオンにまで酸化された当該鉄（III）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００３９】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００４０】
請求項６の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水を陽イオン交換膜にて一方の領域と他方の領域とに区画すると共に、一方の領域に第１の電極の少なくとも一部を浸漬し、他方の領域に第２の電極の少なくとも一部を浸漬し、アノードを構成する第１の電極を導電体とし、カソードを構成する第２の電極の材料を、周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第１の処理ステップを実行するので、カソードを構成する第２の電極において被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００４１】
この場合、アノードを構成する第１の電極が浸漬された領域とカソードを構成する第２の電極が浸漬された領域とは陽イオン交換膜で区画されているので、カソードを構成する第２の電極で生じた亜硝酸イオンがアノードを構成する第１の電極側に移動し、酸化されてしまう不都合も防止できるようになり、被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応の効率がより一層向上される。
【００４２】
また、他方の領域に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成し、当該第３の電極をアノードとし、第１の電極をカソードとして電気化学的手法により第１の処理ステップの終了後の被処理水を処理する第２の処理ステップを実行するので、第１の処理ステップで、カソードを構成する第２の電極において生じたアンモニアは、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極で生じる次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸等の物質と脱窒反応をすることになり、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００４３】
特にこの場合、第１の処理ステップでカソードを構成する第２の電極として周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものを用いており、銅を含む合金を用いないので、被処理水中に銅が溶出することによる毒性の問題も解決できるようになるものである。
【００４４】
請求項７の発明によれば、上記第２の処理ステップの終了後、第２の電極をアノードとし、第１の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを実行するので、この第３の処理ステップでアノードとなる第２の電極より被処理水中に周期表の第VIII族の例えば鉄（II）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（III）イオンにまで酸化された当該鉄（III）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００４５】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００４６】
また、請求項８の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体、若しくは、セラミクス系導電体、若しくは、フェライト、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【発明の効果】
【００４７】
以上詳述した如く請求項１又は請求項４の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極の材料を、導電体とし、カソードを構成する他方の電極の材料を、周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして電気化学的手法により当該被処理水を処理するので、カソードを構成する他方の電極において被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００４８】
また、アノードを構成する一方の前記電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とするので、カソードを構成する他方の電極において被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００４９】
特にこの場合、カソードを構成する他方の電極として周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものを用いており、銅を含む合金を用いないので、被処理水中に銅が溶出することによる毒性の問題も解決できるようになるものである。
【００５０】
また、請求項１の発明では、請求項３の発明の如く被処理水中に生成されたアンモニア態窒素を被処理水中から除去することにより、効率的に被処理水中の窒素化合物を処理することができるようになる。
【００５１】
請求項２の発明によれば、被処理水を、アノードを構成する一方の電極の領域とカソー
ドを構成する他方の電極の領域とに区画する陽イオン交換膜にて区画するので、カソードを構成する他方の電極で生じた亜硝酸イオンがアノードを構成する一方の電極側に移動し、酸化されてしまう不都合も防止できるようになり、被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応の効率がより一層向上される。
【００５２】
請求項３の発明によれば、請求項１の処理により、被処理水中に生成されたアンモニア態窒素を、被処理水中に次亜ハロゲン酸を添加することにより被処理水中から除去するアンモニア除去処理ステップと、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理するリン除去処理ステップとを実行するので、請求項１の処理により生成されたアンモニア態窒素を次亜ハロゲン酸により効率的にアンモニア除去処理ステップにて処理することができるようになる。
【００５３】
また、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理するリン除去処理ステップを実行することにより、アノードとなる他方の電極より被処理水中に周期表の第VIII族の例えば鉄（II）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（III）イオンにまで酸化された当該鉄（III）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００５４】
また、カソードを構成する他方の電極において生じるアンモニアは、アノードを構成する一方の電極で生じる次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸等の物質と脱窒反応をすることになるので、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。
【００５５】
これにより、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００５６】
更に、本発明によれば、上記処理の終了後、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理するので、アノードとなる他方の電極より被処理水中に周期表の第VIII族の例えば鉄（II）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（III）イオンにまで酸化された当該鉄（III）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００５７】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００５８】
請求項６の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水を陽イオン交換膜にて一方の領域と他方の領域とに区画すると共に、一方の領域に第１の電極の少なくとも一部を浸漬し、他方の領域に第２の電極の少なくとも一部を浸漬し、アノードを構成する第１の電極を導電体とし、カソードを構成する第２の電極の材料を、周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第１の処理ステップを実行するので、カソードを構成する第２の電極において被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００５９】
この場合、アノードを構成する第１の電極が浸漬された領域とカソードを構成する第２の電極が浸漬された領域とは陽イオン交換膜で区画されているので、カソードを構成する第２の電極で生じた亜硝酸イオンがアノードを構成する第１の電極側に移動し、酸化されてしまう不都合も防止できるようになり、被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応の効率がより一層向上される。
【００６０】
また、他方の領域に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成し、当該第３の電極をアノードとし、第１の電極をカソードとして電気化学的手法により第１の処理ステップの終了後の被処理水を処理する第２の処理ステップを実行するので、第１の処理ステップで、カソードを構成する第２の電極において生じたアンモニアは、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極で生じる次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸等の物質と脱窒反応をすることになり、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００６１】
特にこの場合、第１の処理ステップでカソードを構成する第２の電極として周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものを用いており、銅を含む合金を用いないので、被処理水中に銅が溶出することによる毒性の問題も解決できるようになるものである。
【００６２】
請求項７の発明によれば、上記第２の処理ステップの終了後、第２の電極をアノードとし、第１の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを実行するので、この第３の処理ステップでアノードとなる第２の電極より被処理水中に周期表の第VIII族の例えば鉄（II）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（III）イオンにまで酸化された当該鉄（III）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００６３】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００６４】
請求項８の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体、若しくは、セラミクス系導電体、若しくは、フェライト、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
【実施例１】
【００６６】
先ず、図１及び図２を用いて本発明の一実施例を説明する。図１は本発明の第１の実施例の排水処理方法を実現するための排水処理装置１の概要を示す説明図である。この実施例における排水処理装置１は、内部に図示しない排水の流入口と流出口を有する処理室４を構成する処理槽２と、該処理室４内の被処理水中に少なくとも一部が浸漬するように対向して配置された一対の電極５、６と、該電極５、６に通電するための図示しない電源及び該電源を制御するための制御装置などから構成されている。尚、処理槽２内には内部を撹拌するための撹拌手段を設けても良い。
【００６７】
前記電極６は周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして例えば、鉄（Ｆｅ）、若しくは、鉄を被覆した導電体により構成されており、前記電極５は、例えば白金（Ｐｔ）又は白金とイリジウム（Ｉｒ）の混合物などの貴金属電極、又は、これらを被覆した不溶性の導電体から構成されている。尚、本実施例では、周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして、鉄（Ｆｅ）を用いているが、これ以外に、周期表第VIII族を含む導電体であれば、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等であってもよいものとする。また、電極５は、貴金属電極又はこれらを被覆した不溶性の導電体により構成されているが、これ以外に、フェライトなどのセラミクス系導電体や炭素系導電体若しくはステンレス鋼などであってもよいものとする。尚、この実施例では白金とイリジウム（白金・イリジウム）の混合物を用いる。
【００６８】
以上の構成により、処理槽２内の処理室４に硝酸性窒素として硝酸イオン及びリン化合物としてリン酸イオンを含む被処理水を貯留し、前記制御装置により電源をＯＮとし、電極５に正電位を、電極６に負電位を印加する（窒素処理ステップ。図１の左側）。これにより、電極５はアノードとなり、電極６はカソードとなる。
【００６９】
係る電位の印加により、カソードを構成する電極６側では、アノードを構成する電極５側において生成された電子が供給され、被処理水中に含まれる硝酸態窒素としての硝酸イオンが亜硝酸イオンに還元される（反応Ａ）。更に、亜硝酸イオンに還元された硝酸態窒素は、カソードを構成する電極６側において、電子が供給され、アンモニア（アンモニウムイオン）まで還元される（反応Ｂ）。以下に、反応Ａ及び反応Ｂを示す。
反応Ａ  ＮＯ3-＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→ＮＯ2-＋２ＯＨ-
反応Ｂ  ＮＯ2-＋５Ｈ2Ｏ＋６ｅ-→ＮＨ3（ａｑ）＋７ＯＨ-
【００７０】
一方、アノードを構成する白金・イリジウム電極５側では、被処理水中に含有されるハロゲン化物イオンとしての塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成する。そして、この塩素は水に溶解して次亜塩素酸を生成する。このとき、同時にオゾン、若しくは、活性酸素も生成される。尚、本実施例では、被処理水中に塩化物イオンが含有されているため、次亜塩素酸が生成されているが、これ以外に他のハロゲン化物イオンが被処理水中に含有されている場合には、次亜フッ素酸や次亜臭素酸などの他の次亜ハロゲン酸が生成されても同様の効果を奏するものとする。
【００７１】
ここで、被処理水中に含まれる塩化物イオン濃度が低い場合には、被処理水中に、例えば塩化物イオンや、ヨウ化物イオンや、臭化物イオンなどのハロゲンイオンや、これらハロゲンイオンを含む化合物、例えば、塩化ナトリウムや塩化カリウムなどを添加してもよい。即ち、被処理水の塩化ナトリウムの塩化物イオンを例えば１０ｐｐｍ以上４００００ｐｐｍ以下とする。
【００７２】
このような被処理水中に本来含まれる塩化物イオンや上述の如く添加した塩化ナトリウムは、アノードを構成する電極５において酸化され、塩素を生成し（反応Ｃ。塩化ナトリウムの場合で示す）、生成された塩素は、被処理水中で水と反応し、次亜塩素酸を生成する（反応Ｄ）。そして、生成された次亜塩素酸は、上述の反応Ｂで被処理水中に生成されたアンモニア（アンモニウムイオン）と反応し、複数の化学変化を経た後、窒素ガスに変換される（反応Ｅ）。以下、反応Ｃ乃至反応Ｅを示す。
反応Ｃ  ＮａＣｌ→Ｎａ+＋Ｃｌ-
２Ｃｌ-→Ｃｌ2＋２ｅ-
反応Ｄ  Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ
反応Ｅ  ＮＨ3＋ＨＣｌＯ→ＮＨ2Ｃｌ＋Ｈ2Ｏ
ＮＨ2Ｃｌ＋ＨＣｌＯ→ＮＨＣｌ2＋Ｈ2Ｏ
ＮＨ2Ｃｌ＋ＮＨＣｌ2→Ｎ2↑＋３ＨＣｌ
【００７３】
また、被処理水中のアンモニア（アンモニウムイオン）は、アノードを構成する電極５側で発生するオゾン、若しくは、活性酸素と反応Ｆに示す如く反応し、これによっても窒素ガスに脱窒処理される。
反応Ｆ  ２ＮＨ3（ａｑ）＋３（Ｏ）→Ｎ2↑＋３Ｈ2Ｏ
【００７４】
これにより、被処理水中内の硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素などの窒素化合物を同一の処理槽２内において処理可能となる。
【００７５】
ここで、図２に示される実験結果は、アノードとなる電極５に白金、イリジウム系の電極を使用し、カソードとなる電極６を鉄とした場合と、真鍮（亜鉛と銅の合金）とした場合における被処理水中の硝酸性窒素濃度を示している。この実験では１００ｍＭのＫＣｌ５００ｍｌで５００ｍｌのビーカーを満たし、電極５、６間に０．５Ａを５時間流し、定電流電解を行った。
【００７６】
図２中における白丸は真鍮、黒四角は鉄をカソードとして１時間毎に硝酸性窒素（ＮＯ3-）濃度を測定した結果を示しているが、この図からも明らかなように鉄電極をカソードとして用いても、真鍮の場合と同様の（低濃度では鉄の方が良くなる）処理特性を示し、１時間を経過したころから硝酸性窒素の濃度が排水基準の１００ｐｐｍ以下となることが分かった。ここで、真鍮をカソードとして用いた場合には溶出する有毒な銅イオンが問題となるが、本発明のように鉄をカソードとして用いることで、真鍮の場合と略同様の効率的な窒素化合物処理能力を維持しながら、係る毒性による問題を解決できるようになる。
【００７７】
このような窒素化合物の処理（窒素処理ステップ）の終了後、制御装置は各電極５、６に印加する電位の極性を切り換える（図１の右側。リン処理ステップ。尚、極性切り換え後も被処理水中では上記窒素処理反応が継続している）。これにより、電極５はカソード、電極６はアノードを構成することになる。これにより、被処理水は電気化学的手法としての電解処理が行われ、アノードを構成する電極６は、上述の如き導電体にて構成されていることから、電極６より鉄（II）イオンが被処理水中に溶出して、被処理水中において鉄（III）イオンにまで酸化される。
【００７８】
生成された鉄（III）イオンは、反応Ｇに示す如く脱リン反応により、被処理水中のリ
ン酸イオンと凝集沈殿し、水に難溶性のリン酸鉄を生成する。
反応Ｇ  Ｆｅ3+＋ＰＯ43-→ＦｅＰＯ4↓
【００７９】
これにより、被処理水中に含有されたリン化合物としてのリン酸イオンをリン酸鉄として沈殿処理することができる。
【００８０】
また、電子の供給のために被処理水中に鉄（II）イオンの状態で溶出し、電極上或いは被処理水中で酸化された鉄（III）イオンの一部は、この場合にカソードを構成する電極５側において、再度電子が供給され、鉄（II）イオンに還元されて再びアノードを構成する電極６側において酸化される。
【００８１】
尚、鉄（II）イオンを含有した被処理水を電解することにより、被処理水中に含有される硝酸イオンをアンモニウムイオンにまで還元処理する技術については、既に、１９９９年３月１６日から３月１８日に渡って開催された第３３回日本水環境学会において配布された日本水環境学会年会講演集の「電気化学反応を用いた無機窒素化合物処理技術の開発」において開示されている。
【００８２】
また、前記窒素処理ステップにおいてカソードを構成する電極６の表面に成長するスケール（ＣａＣＯ3、Ｍｇ（ＯＨ）2等）は、このリン処理ステップで電極６がアノードとなることにより表面から落とされる。これにより、電極６の電解性能を高く維持できるようになる。
【００８３】
尚、上記実施例では、前記電極５は、白金（Ｐｔ）又は白金とイリジウム（Ｉｒ）の混合物などの貴金属電極、又は、これらを被覆した不溶性の導電体から構成されているが、上述の如くこれ以外に、フェライトなどのセラミクス系導電体や炭素系導電体若しくはステンレス鋼などであってもよいものとする。更に、当該電極５は、不溶性導電体であれば、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生しない、若しくは、発生量が少ない電極であっても良いものとする。かかる場合について図５を参照して説明する。
【００８４】
図５は、第１実施例の他の例としての排水処理装置１の概要を示す説明図である。尚、図５において図１と同一符号は同一若しくは同様の作用を奏するものとする。即ち、処理槽２内の処理室４に硝酸性窒素として硝酸イオン及びリン化合物としてリン酸イオンを含む被処理水を貯留し、前記制御装置により電源をＯＮとし、電極５に正電位を印加する（窒素処理ステップ。図５の左側）。これにより、電極５はアノードとなり、電極６はカソードとなる。
【００８５】
係る電位の印加により、カソードを構成する電極６側では、アノードを構成する電極５側において生成された電子が供給され、被処理水中に含まれる硝酸態窒素としての硝酸イオンが亜硝酸イオンに還元される（前記反応Ａ）。更に、亜硝酸イオンに還元された硝酸態窒素は、カソードを構成する電極６側において、電子が供給され、アンモニア（アンモニウムイオン）まで還元される（前記反応Ｂ）。
【００８６】
かかる場合において、アノードを構成する電極５が、上述の如く電気化学的手法により次亜ハロゲン酸又はオゾン若しくは活性酸素を発生し難い電極であった場合には、被処理水中の硝酸態窒素としての硝酸イオン及び亜硝酸態窒素としての亜硝酸イオンがほぼアンモニア態窒素（アンモニア又はアンモニウムイオン）に還元された際に、前記制御装置により電源をＯＦＦとし、被処理水中のアンモニア態窒素（アンモニア又はアンモニウムイオン）を被処理水中から除去する手段として例えば、薬剤次亜ハロゲン酸、又は、電解次亜ハロゲン酸、若しくは、オゾン等の窒素除去効果を有する物質を添加する（アンモニア除去処理ステップ。図５の上段中央。）。
【００８７】
これにより、被処理水中に生成されたアンモニア態窒素、又は、残存したアンモニア態窒素は、当該次亜ハロゲン酸又は、オゾンにより、窒素ガスに変換される（前記反応Ｅ及び反応Ｆ）。
【００８８】
これにより、被処理水中内の硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素などの窒素化合物を同一の処理槽２内において処理可能となる。
【００８９】
このような被処理水中のアンモニア態窒素の除去処理（アンモニア除去処理ステップ）の終了後、制御装置は電極６に正電位、電極５に負電位を印加する（図５の上段右側。リン処理ステップ。尚、電位印加後も被処理水中では上記窒素及びアンモニア処理反応が継続している）。これにより、電極５はカソード、電極６はアノードを構成することになる。これにより、被処理水は電気化学的手法としての電解処理が行われ、アノードを構成する電極６は、上述の如き導電体にて構成されていることから、電極６より鉄（II）イオンが被処理水中に溶出して、被処理水中において鉄（III）イオンにまで酸化される。
【００９０】
生成された鉄（III）イオンは、脱リン反応（前記反応Ｇ）により、被処理水中のリン酸イオンと凝集沈殿し、水に難溶性のリン酸鉄を生成する。これにより、被処理水中に含有されたリン化合物としてのリン酸イオンをリン酸鉄として沈殿処理することができる。
【００９１】
また、かかる場合においても、電子の供給のために被処理水中に鉄（II）イオンの状態で溶出し、電極上或いは被処理水中で酸化された鉄（III）イオンの一部は、この場合にカソードを構成する電極５側において、再度電子が供給され、鉄（II）イオンに還元されて再びアノードを構成する電極６側において酸化される。
【００９２】
尚、係る実施例では、被処理水中の窒素化合物の処理（窒素処理ステップ）を行った後、窒素処理ステップにおいて生成されたアンモニア態窒素を除去する処理（アンモニア除去処理ステップ）を行い、その後、被処理水中のリン化合物の処理（リン処理ステップ）を実行しているが、これ以外に、図５の下段に示す如く、窒素処理ステップの終了後に、各電極５、６の極性を切り換えてリン化合物の処理（リン処理ステップ）を行った後、被処理水中に存在するアンモニア態窒素の除去（アンモニア除去処理ステップ）を行っても、上記と同様の効果を奏するものとする。
【００９３】
更にまた、係る実施例では、アンモニア除去処理ステップにおいて、薬剤次亜ハロゲン酸、又は、電解次亜ハロゲン酸、若しくは、オゾン等の窒素除去効果を有する物質の添加によりアンモニア態窒素の除去を行っているが、これ以外に、通常、溶液中のアンモニア態窒素を除去を行う方法として知られている所謂、アンモニアストリッピング法などによって被処理水中のアンモニア態窒素の除去を行っても良いものとする。
【００９４】
これにより、係る実施例によれば、電極５は、不溶性導電体により構成されているため、電極５自体が溶出することを未然に回避することができ、電極５の耐久性の向上を図ることができるようになる。また、従来の如く被処理水中に溶出された大量の鉄により生じる大量のスラッジが生成されなくなるため、廃棄メンテナンスの作業性及び環境への適応性が向上する。
【００９５】
また、係る発明によれば、窒素処理ステップにおいてアノードとなる電極５を酸素発生効率が高く、次亜ハロゲン酸発生効率の低い電極を用いることができるようになり、硝酸態窒素の還元中に生じる被処理水のｐＨの上昇を抑制することが可能となる。そのため、硝酸態窒素の還元能力の低下を著しく抑制することができるようになる。
【００９６】
尚、本実施例において、電極５、６間を区画する詳細は後述する（第２の実施例において説明する）陽イオン交換膜を備えても良いものとする。これにより、カソードを構成する電極６で生じた亜硝酸イオンがアノードを構成する電極５側に移動し、酸化されてしまう不都合も防止できるようになり、被処理水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応の効率がより一層向上される。
【実施例２】
【００９７】
次に、もう一つの本発明の実施例について図３及び図４を参照して説明する。図３は本発明の第２の実施例の排水処理方法を実現するための排水処理装置１の概要を示す説明図である。尚、各図において図１及び図２と同一符号は同一若しくは同様の作用を奏するものとする。
【００９８】
この実施例における排水処理装置１も、内部に図示しない排水の流入口と流出口を有する処理室４を構成する処理槽２と、該処理室４内の被処理水中に少なくとも一部が浸漬するように対向して配置された一対の電極５（第１の電極）、６（第２の電極）と、これら電極５、６間に位置して設けられ、処理室４内の電極５の存する一方の領域４Ａと電極６の存する他方の領域４Ｂとに区画する陽イオン交換膜（隔膜：デュポン社製Ｎａｆｉｏｎ（商品名））８と、この陽イオン交換膜８の他方の領域側４Ｂの被処理水中に少なくとも一部が浸漬するように配置された電極７（第３の電極）と、これら電極５、６、７に通電するための図示しない電源及び該電源を制御するための制御装置などから構成されている。尚、処理槽２内には同様に内部を撹拌するための撹拌手段を設けても良い。
【００９９】
前記電極６は周期表の第VIII族、又は第VIII族を含む導電体、若しくは、同族、又は同族を含む導電体を導電体に被覆したものとして例えば、鉄（Ｆｅ）、若しくは、鉄を被覆した導電体により構成されており、前記電極５と電極７は、例えば白金（Ｐｔ）又は白金とイリジウム（Ｉｒ）の混合物などの貴金属電極、又は、これらを被覆した不溶性の導電体から構成されている。尚、かかる実施例においても、周期表第VIII族を含む導電体として、鉄（Ｆｅ）を用いているが、これ以外に、周期表第VIII族を含む導電体であれば、コバルト（Ｃｏ）やニッケル（Ｎｉ）等であってもよいものとする。また、電極５は、貴金属電極又はこれらを被覆した不溶性の導電体により構成されているが、これ以外に、フェライトなどのセラミクス系導電体や炭素系導電体若しくはステンレス鋼などであってもよいものとする。尚、この実施例では白金とイリジウム（白金・イリジウム）の混合物を用いる。
【０１００】
以上の構成により、処理槽２内の処理室４に硝酸性窒素として硝酸イオン及びリン化合物としてリン酸イオンを含む被処理水を貯留し、前記制御装置により電源をＯＮとし、先ず電極５に正電位を、電極６に負電位を印加する（第１の処理ステップ。図３の左側）。このとき、電極７には電位は印加しない。これにより、電極５はアノードとなり、電極６はカソードとなる。
【０１０１】
係る電位の印加により、カソードを構成する電極６側では、アノードを構成する電極５側において生成された電子が供給され、被処理水中に含まれる硝酸態窒素としての硝酸イオンが亜硝酸イオンに還元される（前記反応Ａ）。更に、亜硝酸イオンに還元された硝酸態窒素は、カソードを構成する電極６側において、電子が供給され、アンモニア（アンモニウムイオン）まで還元される（前記反応Ｂ）。
【０１０２】
ここで、カソードを構成する電極６側（他方の領域４Ｂ）において硝酸イオンを還元することで生成された亜硝酸イオンが、一方の領域４Ａに移動すると、アノードを構成する電極５側で酸化反応が生じ、亜硝酸イオンが硝酸イオンに酸化されてしまう（反応Ｈ）。
反応Ｈ  ＮＯ2-＋Ｈ2Ｏ→ＮＯ3-＋Ｈ+＋２ｅ-
【０１０３】
係る酸化反応が生じると電極６における硝酸イオンの還元反応に対して電極５で亜硝酸イオンの酸化反応が生じてしまうため、窒素処理効率が低下するが、この実施例では電極５と電極６の間に陽イオン交換膜８が介在しているため、亜硝酸イオンが一方の領域４Ａ側に移動することが防止され、係る反応Ｈが生じなくなる。これにより、硝酸イオンをアンモニア（アンモニウムイオン）まで還元する窒素処理能力が改善される。
【０１０４】
係る第１の処理ステップの終了後、制御装置は次に電極５に負電位を、電極７に正電位を印加する（第２の処理ステップ。図３の中央）。このとき、電極６には電位は印加しない。これにより、電極７はアノードとなり、電極５はカソードとなる。
【０１０５】
この場合にアノードを構成する白金・イリジウム電極７側では、被処理水中に含有されるハロゲン化物イオンとしての塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成する。そして、この塩素は水に溶解して次亜塩素酸を生成する（前記反応Ｃ〜Ｄ）。このとき、同時にオゾン、若しくは、活性酸素も生成される。尚、かかる実施例においても、被処理水中に塩化物イオンが含有されているため、次亜塩素酸が生成されているが、これ以外に他のハロゲン化物イオンが被処理水中に含有されている場合には、次亜フッ素酸や次亜臭素酸などの他の次亜ハロゲン酸が生成されても同様の効果を奏するものとする。
【０１０６】
そして、生成された次亜塩素酸は、第１の処理ステップの反応Ｂで他方の領域４Ｂの被処理水中に生成されたアンモニア（アンモニウムイオン）と反応し、複数の化学変化を経た後、窒素ガスに変換される（前記反応Ｅ）。また、被処理水中のアンモニア（アンモニウムイオン）は、アノードを構成する電極７側で発生するオゾン、若しくは、活性酸素と前記反応Ｆに示す如く反応し、これによっても窒素ガスに脱窒処理される。
【０１０７】
これにより、被処理水中内の硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素などの窒素化合物を同一の処理槽２内において処理可能となる。
【０１０８】
ここで、図４に示される左上、左下及び右上の各実験結果は、電極５、７に白金、イリジウム系の電極を使用し、電極６を鉄とした場合における被処理水中の硝酸イオン（ＮＯ3-）、亜硝酸イオン（ＮＯ2-）、及び、アンモニウムイオン（ＮＨ4+）の各濃度をそれぞれ示している。この実験では１００ｍＭのＫＣｌ５００ｍｌで５００ｍｌのビーカーを満たし、電極５（アノード）、電極６（カソード）間に０．５Ａを４．３時間流し、定電流電解を行った後、引き続き電極５（カソード）、電極７（アノード）間に電流を流して１時間電解を行った結果を示している。
【０１０９】
それぞれ１時間毎に濃度を測定した結果を示しているが、これらからも明らかなように鉄電極をカソードとして用いても、実験開始から１時間後には硝酸イオン濃度が５０ｐｐｍ以下まで低下しており、前述の実施例の場合よりも更に効率的に窒素処理が行われていることが分かる。そして、この場合も前述同様銅イオンの溶出がないので、高い窒素化合物処理能力を維持しながら、毒性による問題を解決できるようになる。
【０１１０】
尚、図４の右上において実験開始から約２時間後以降第２の処理ステップに入る以前にアンモニウムイオンの低下が見られるが、これは陽イオン交換膜８が存在することで、他方の領域４ＢにおけるｐＨが高くなり、ストリッピング（気体中への拡散）が生じていることによるものである。
【０１１１】
このような窒素化合物の処理（第１の処理ステップ及び第２の処理ステップ）の終了後、制御装置は今度は電極５に負電位を、電極６に正電位を印加する。尚、このとき電極７には電位は印加しない（図３の右側。第３の処理ステップ。尚、電極６への電位の印加に切り換えた後も被処理水中では上記窒素処理反応が継続している）。これにより、電極５はカソード、電極６はアノードを構成することになる。これにより、被処理水は電気化学的手法としての電解処理が行われ、アノードを構成する電極６は、上述の如く周期表第VIII族を含む導電体として鉄を含む導電体にて構成されていることから、電極６より鉄（II）イオンが被処理水中に溶出して、被処理水中において鉄（III）イオンにまで酸化され
る。
【０１１２】
生成された鉄（III）イオンは、前記反応Ｇに示す如く脱リン反応により、被処理水中のリン酸イオンと凝集沈殿し、水に難溶性のリン酸鉄を生成する。これにより、被処理水中に含有されたリン化合物としてのリン酸イオンをリン酸鉄として沈殿処理することができる。
【０１１３】
ここで、図４の右下の実験結果は、電極５に白金、イリジウム系の電極を使用し、電極６を鉄とした場合における被処理水中のリン酸イオン（ＰＯ43-）の濃度を示している。この実験では前記第２の処理ステップの終了後、電極５をカソード、電極６をアノードとして電流を流し、４時間電解を行った結果を示している。
【０１１４】
この場合も１時間毎に濃度を測定した結果を示しているが、これからも明らかなようにリン酸イオンは当初６０ｐｐｍあったものが、約１時間経過した段階で当初の濃度の１０％以下５ｐｐｍ程まで濃度低下し、その後の徐々に低下して４時間後には略零に近付いていくことが分かる。この状況は前記第１の実施例におけるリン処理ステップでも同様である。
【０１１５】
尚、上記第３の処理ステップにおいては前述同等にカソードを構成する電極５側では、アノードを構成する電極６側において生成された電子が供給され、被処理水中に含有される硝酸性窒素としての硝酸イオンが亜硝酸イオンに還元される（前記反応Ａ）。更に、亜硝酸イオンに還元された硝酸態窒素は、カソードを構成する電極５側において、電子が供給され、アンモニア（アンモニウムイオン）まで還元される（前記反応Ｂ）。
【０１１６】
尚、前記第１の実施例において窒素処理ステップのみを、或いは、第２の実施例において第１及び第２の処理ステップのみを実行する場合には、電極６をステンレスで構成してもよい。この場合ステンレスとしてはオーステナイト系鋼種（ＳＵＳ３０４）、オーステナイト・フェライト系鋼種（ＳＵＳ３２９Ｊ１）、フェライト系鋼種（ＳＵＳ４４４）、マルテンサイト系鋼種（ＳＵＳ４１０）或いは析出硬化系鋼種（ＳＵＳ６３１）などがある。係るステンレスを使用した場合にも前述した窒素化合物処理作用を期待できる。特に、この場合には電極に生じる錆を予防し、耐久性を向上させることが可能となる。
【０１１７】
以上の各実施例により、被処理水中の窒素化合物及びリン化合物は、上述の如き電気化学的処理を行うことにより、効果的に処理することができることが分かる。そのため、被処理水中の窒素化合物及びリン化合物を同一処理槽にて処理可能となり、従来の如く大型の生物的処理槽を設置する必要がなくなり、設備建設コストの高騰及び装置設置面積の増大を回避することができるようになる。
【０１１８】
更に、生物的処理において必要とされる脱窒素細菌の煩雑なメンテナンス作業を不要とすることができると共に、安定した高い窒素及びリンの処理効率を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明の排水処理方法を実現するための排水処理装置の第１の実施例の概要を示す説明図である。
【図２】図１の装置において処理される硝酸イオン（ＮＯ3-）の濃度変化を示す図である。
【図３】本発明の排水処理装置の第２の実施例の概要を示す説明図である。
【図４】図３の装置において処理される硝酸イオン、亜硝酸イオン（ＮＯ2-）、アンモニウムイオン（ＮＨ4+）、リン酸イオン（ＰＯ43-）の濃度変化を示す図である。
【図５】本発明の排水処理装置の第１の実施例の他の実施例の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１  排水処理装置
２  処理槽
４  排水処理室
５、６、７  電極
８  陽イオン交換膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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