(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥槽内に陽極と陰極を配置し、陽極と陰極の間に通電して電気分解することによって、水中のリン成分を難溶性金属塩にして析出させるようにした電解式脱リン装置において、活性汚泥中の有機や無機のフロックを通過させず且つコロイド粒子以下の大きさの粒子を通過させる保護フィルターで陽極が活性汚泥から隔離されて成ることを特徴とする電解式脱リン装置。
【請求項２】
陽極の表面に保護フィルターが密着されていることを特徴とする請求項１に記載の電解式脱リン装置。
【請求項３】
保護フィルターで活性汚泥と隔離された室内に陽極が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電解式脱リン装置。
【請求項４】
保護フィルターは１０〜５００μｍの径の孔を有するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電解式脱リン装置。
【請求項５】
陽極がアルミニウム製であり、陰極がステンレス鋼製であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電解式脱リン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭廃水等の汚水処理技術に関するものであり、詳しくは活性汚泥槽の水中に含まれるリン成分を電気分解により除去するようにした電解式脱リン装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
環境問題の一つに家庭廃水があり、中でも家庭廃水に含まれる窒素成分やリン成分は河川や湖の富栄養化の原因となっている。一般に家庭廃水等の処理は、下水処理場を有する地域では、大規模な浄化設備によって生物的方法や化学的方法等により浄化してこれらの成分を一括して除去しているが、下水処理設備のない地域においては各家庭で浄化処理しなければ、下水を通じてそのまま河川等に流出することになる。このため、近年では各家庭単位で廃水の浄化を行なうための技術開発が行なわれている。
【０００３】
例えば、家庭用の汚水処理装置では、一般に、まず廃水に含まれる比較的大きな汚物を前処理槽で沈澱させて除去する前処理を行ない、活性汚泥槽にて微生物の作用により汚染物質を分解して汚泥として沈澱させた後、その上澄み水を排出する方式が採用されているが、リン成分に関して除去効果が乏しく、安定してリンの除去をする機能を有するものが望まれている。
【０００４】
そこで近年、各家庭用レベルの汚水処理装置においてリン成分を除去する技術の開発が行なわれており、例えば汚水中に含まれるリン成分を電気分解により除去する方法（特開昭６０−４４０９０号公報等参照）が有効とされている。この電気分解による方法は、リン酸イオンと結合して水に難溶性の金属リン酸塩を生成させる金属からなる電極を陽極として、リン成分を含有する汚水に陽極と陰極の電極を浸漬し、陽極と陰極の間に通電して電気分解を行なうようにした方法であり、陽極から上記の金属がイオン化して溶出し、汚水中のリン酸イオンと結合して水に難溶性の金属リン酸塩となって析出するので、これを沈澱させたり、濾過したりすることによって、リン成分を除去することができるものである。
【０００５】
ここで、この電気分解によりリン成分の除去を行なう方法を家庭用の汚水処理技術に採用する場合の条件としては、安定したリン成分の除去効果が得られること、維持管理が容易なこと、寿命が長いことなどが挙げられる。具体的には、用いる電極の交換が少なくとも半年以上不要であり、それまではメンテナンスフリーで、初期状態と変わらない安定した脱リン性能が得られることが望まれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、活性汚泥槽で電気分解してリン成分の除去を行なう場合、マイナスに帯電している活性汚泥などの有機フロックや、電気分解の際に生成される水酸化アルミニウムのような水酸化物などの無機フロックが陽極の表面に付着し、これら有機や無機のフロックによる絶縁物で陽極の表面が覆われ、電解電圧が上昇してやがては電気分解が行われなくなり、安定した脱リン性能が得られなくなるという問題があった。
【０００７】
そこで、特開平１−１９３１８５号公報にみられるように陽極と陰極の間にイオン交換膜を設置したり、塩橋を設けたりして、陽極を活性汚泥から隔離することによって、陽極に有機や無機のフロックが付着することを防止することが考えられる。しかし、イオン交換膜や塩橋は電気分解が進むにつれて目詰まりを起こし易く、電気分解が不能になる可能性があった。
【０００８】
従って、いずれにしても、電極の交換やイオン交換膜等の交換などのメンテナンスが比較的短い間隔で定期的に必要になるものであった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、安定した脱リン性能を保持しつつ長期に亘ってメンテナンスが不要になる電解式脱リン装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電解式脱リン装置は、活性汚泥槽１内に陽極２と陰極３を配置し、陽極２と陰極３の間に通電して電気分解することによって、水中のリン成分を難溶性金属塩にして析出させるようにした電解式脱リン装置において、活性汚泥４中の有機や無機のフロックを通過させず且つコロイド粒子以下の大きさの粒子を通過させる保護フィルター５で陽極２が活性汚泥４から隔離されて成ることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項２の発明は、陽極２の表面に保護フィルター５が密着されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項３の発明は、保護フィルター５で活性汚泥４と隔離された室内に陽極２が配置されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項４の発明は、保護フィルター５は１０〜５００μｍの径の孔を有するものであることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項５の発明は、陽極２がアルミニウム製であり、陰極３がステンレス鋼製であることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、活性汚泥槽１内に陽極２と陰極３を活性汚泥４に浸漬して配置してある。この対向配置された陽極２と陰極３の下方位置において活性汚泥槽１の底部には気泡を発生させるバッキ管１０が配置してある。
【００１７】
活性汚泥槽１にはイ矢印のように家庭廃水などの廃水が供給されるものであり、図１のように形成される電解式脱リン装置にあって、陽極２と陰極３の間に直流電流が通電されると、電気分解によって陽極２を形成する金属から廃水中に金属イオンが溶出され、この金属イオンが廃水中のリン成分と反応する。リン成分は一般にリン酸イオンとして廃水に溶解しているので、溶出された金属イオンはリン酸イオンと反応して水に難溶性の金属リン酸塩が生成される。例えば、陽極２が鉄で作製されている場合には鉄イオンが溶出し、この鉄イオンがリン酸イオンと反応して水に難溶性のリン酸鉄が生成される。また陽極２がアルミニウムで形成されている場合にはアルミニウムイオンが溶出し、このアルミニウムイオンがリン酸イオンと反応して水に難溶性のリン酸アルミニウムが生成される。このように電気分解を行なうことによって、活性汚泥槽１に供給された廃水中のリン成分は水に難溶性の金属リン酸塩として析出するので、これを沈澱させあるいは濾過して除去することができ、リン成分を除去した状態で廃水をロ矢印のように排水することができるものである。
【００１８】
一方、活性汚泥槽１中の活性汚泥などの有機フロックはマイナスに帯電し易いので、陽極２の表面にこの有機フロックが付着して堆積し易い。また電気分解によって陰極３からは水酸化物イオンが生成され、この水酸化物イオンが陽極２から溶出した金属イオンと反応して水に難溶性の水酸化アルミニウムなどの水酸化物が生成し、この水酸化物が無機フロックとなって陽極２に引き寄せられてその表面に析出付着し易い。そこで図１の実施形態では、陽極２の表面に保護フィルター５を密着して設けることによって、このような有機や無機のフロックが陽極２の表面に付着することを防止するようにしてある。
【００１９】
すなわち、保護フィルター５は、活性汚泥４中の有機や無機のフロックは通過させないが、コロイド粒子以下の大きさの粒子を通過させる孔を有するもので形成されるものであり、布などの繊維質のものや、多孔質発泡体、精密ろ過膜、限外ろ過膜などを保護フィルター５として使用することができる。孔は気孔や気泡の他に、繊維間の空隙として形成されるものであってもよい。このような保護フィルター５を陽極２の表面に密着して設けることによって、陽極２を活性汚泥槽１中の活性汚泥４と隔離することができると共に陽極２と陰極３の間を遮断することができ、有機フロックや無機フロックが陽極２の表面に至って付着することを保護フィルター５で防ぐことができるものである。ここで、保護フィルター５の孔は、活性汚泥４中の有機や無機のフロックは通過させないが、コロイド粒子以下の大きさの粒子は通過させるので、この孔を通じて廃水の電気分解を行なうことができ、リン成分を除去する性能には何ら影響を与えることはないと共に、保護フィルター５に目詰まりが発生することを防ぐことができるものである。
【００２０】
この保護フィルター５の孔径（直径）は１０μｍ〜５００μｍの大きさのものが好ましい。有機フロックや無機フロックは一般的に粒子の直径が５００μｍを超えるものであり、従って保護フィルター５の孔径が５００μｍ以下であれば、有機フロックや無機フロックが通過することを防ぐことができるものである。またコロイド粒子は一般的に直径が１０μｍを超える（５００μｍを超えることはない）ので、コロイド粒子を通過させるために保護フィルター５の孔径は１０μｍ以上であることが好ましいのである。
【００２１】
上記のように陽極２の表面に保護フィルター５を密着して設けた状態で電気分解を行なうことによって、陽極２の表面に有機や無機のフロックが付着することを防ぐことができるものであり、有機や無機のフロックによる絶縁物で陽極２の表面が覆われることを防止し、電解電圧が上昇してやがては電気分解が行われなくなるようなことがなく、陽極２を長期間交換する必要なく安定した脱リン性能を得ることができるものである。しかも保護フィルター５の孔はコロイド粒子以下の大きさの粒子は通過させるので、保護フィルター５に目詰まりが発生し難く、長期間安定して電気分解を行なうことができると共に、保護フィルター５を長期間交換する必要がなくなるものである。従って、陽極２や保護フィルター５の交換が長期間不要になり、メンテナンスが長期に亘って不要になるものである。
【００２２】
また、上記の実施形態では保護フィルター５を陽極２の表面に密着して設けるようにしてあり、このようにすれば保護フィルター５は陽極２に一体化されることになり、この保護フィルター５付きの陽極２を活性汚泥槽１の活性汚泥４中に沈めるだけで活性汚泥４から隔離した状態で陽極２を設置することができ、メンテナンスや交換が容易になるものである。さらに省スペースでもある。
【００２３】
図２は上記の電解式脱リン装置を汚水処理装置に組み込んだ例を示すものである。図２において１１は汚水タンクであって、流入管１２から家庭廃水２０などが流入するようにしてあり、また汚水タンク１１は移流管１３によって活性汚泥槽１に接続してある。この汚水タンク１３内に廃水２０が流入すると、ゴミなどの異物は汚水タンク１１内で沈殿し、異物が除去された廃水２０は移流管１３に設けた定流量ポンプ１４によって一定量が汚水タンク１３から活性汚泥槽１に供給されるようになっている。活性汚泥槽１の活性汚泥４に浸漬して配置した陽極２と陰極３には直流電源１５が接続してあり、スイッチ１６をオンすることによって陽極２と陰極３に直流電流を通電することができるようにしてある。活性汚泥槽１の底部には気泡２１を発生させるバッキ管１０が配置してあり、バッキによって活性汚泥の好気性菌の活動を活発にして活性汚泥槽１に流入した廃水２０中の有機物を効率良く分解できるようにしてある。そしてスイッチ１６をオンして陽極２と陰極３に直流電流を通電することによって、廃水２０を電気分解し、廃水２０中のリン成分を難溶性の金属リン酸塩として析出させる。活性汚泥槽１には定流量ポンプ１７を設けた排水管１８が接続してあり、このように電気分解された廃水２０は定流量ずつ排水管１８から排出される。排水管１８にはフィルター１９が設けてあり、廃水２０は金属リン酸塩をフィルター１９で除去した状態で排出されるものである。
【００２４】
図３は本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、このものでは、活性汚泥槽１内を保護フィルター５で仕切り、活性汚泥４が存在する室１ａと活性汚泥４が存在しない室１ｂとに分離するようにしてある。図３の例では保護フィルター５を活性汚泥槽１内の中央部から底面及び内側面にかけて配置することによって、活性汚泥槽１内を保護フィルター５で仕切るようにしてある。活性汚泥４が存在しない室１ｂには家庭廃水２０などが供給されるものであり、また保護フィルター５を活性汚泥４は通過することができないが廃水２０は通過することができるので、この廃水２０は保護フィルター５を通して活性汚泥４が存在する室１ａに流入するようになっている。そして陽極２は活性汚泥４が存在しない室１ｂに廃水２０に浸漬されて配置されているものであり、陰極３は活性汚泥４が存在する室１ａに活性汚泥４に浸漬されて配置されているものである。また、陽極２の下方及び陰極３の下方にはそれぞれバッキ管１０が配置してある。保護フィルター５などその他の構成は図１のものと同じである。またこの図３の電解式脱リン装置は図１のものと同様に、図２のように汚水処理装置に組み込んで使用できるものである。
【００２５】
そしてこのものにあって、陽極２と陰極３の間に直流電流が通電されると、電気分解によって陽極２を形成する金属から廃水中に金属イオンが溶出され、この金属イオンが廃水中のリン成分と反応し、上記と同様にして廃水２０中のリン成分は水に難溶性の金属リン酸塩として析出するので、これを沈澱させあるいは濾過して除去することができる。このとき、陽極２は保護フィルター５で活性汚泥４と隔離されていると共に陽極２と陰極３の間が保護フィルター５で遮断されているので、有機フロックや無機フロックが陽極２の表面に至って付着することを保護フィルター５で防ぐことができるものである。ここで、図１の実施形態のように陽極２の表面に保護フィルター５が密着していると、陽極２の表面と保護フィルター５の間で生成される金属リン酸塩や水酸化物は陽極２と保護フィルター５との間に堆積されるおそれがあり、この堆積物で保護フィルター５が膨れて保護フィルター５に負担がかかり、保護フィルター５の寿命が短くなるおそれがあるが、図３の実施の形態のものでは陽極２の表面に保護フィルター５は密着してないので、陽極２の表面と保護フィルター５の間で生成される金属リン酸塩や水酸化物は下方へ沈降し、このような負担が保護フィルター５にかかることを防いで保護フィルター５の寿命を長くすることができるものである。脱リン処理され活性汚泥４で有機分が分解された廃水２０は、活性汚泥４が存在する室１ａから排出される。
【００２６】
上記の各実施形態にあって、陽極２としては電気分解によって廃水中に溶出すると共に廃水中のリン成分と反応して水に難溶性の金属リン酸塩を生成させる金属材料で形成したものを用いることができるが、金属イオンの溶出の効率等が良好な点から、陽極２としてアルミニウム製のものを用いるのが好ましい。また陰極３の金属は特に制限されないが、陰極３をアルミニウムで形成すると、アルミニウムは水酸化物になって腐食され易く寿命が短くなるが、陰極３をステンレス鋼で形成すると、このような腐食の問題がなく耐久性が高くなるものであり、陰極３の寿命を長くして、安定した電気分解を長期間に亘って行なうことができるものである。
【００２７】
【実施例】
以下本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００２８】
（実施例１）
図２の汚水処理装置において、下水処理場から活性汚泥４を約１７リットル採取し、活性汚泥槽１に投入した。この活性汚泥槽１に総リン酸濃度が３〜５ｐｐｍになるようにリン酸を添加した食堂廃水を間欠的に注ぎ込んだ。活性汚泥槽１には、綿布で作製した保護フィルター５（孔径２００μｍ）を表面に密着して設けたアルミニウム製の陽極２とステンレス鋼製の陰極３を備えた電解装置を設置し、活性汚泥槽１内をバッキしながら定電流直流電源から通電して電気分解を行なった。ここで、陽極２の大きさは５ｃｍ×１９ｃｍ×厚み８ｍｍ、陰極３の大きさは５ｃｍ×１９ｃｍ×厚み１ｍｍ、食堂廃水の注入量は５０リットル／日、電解電流は６６ｍＡ（溶出アルミニウム／リンのモル比で１．５）、電解時間は１２時間／日の条件で電気分解を行なった。そしてこのように電気分解を行なう前と電気分解を行なった後の、フィルター１９（孔径０．４μｍ）を通過した廃水の総リン濃度をＩＣＰ発光分析し、電気分解を行なった後のリンの除去率を測定した。この測定を１ヶ月毎に４ヶ月間行ない、その結果を表１に示す。
【００２９】
（実施例２）
実施例１とは別の活性汚泥槽１において、条件は実施例１と同じに設定して、電気分解を行ない、実施例１と同様にして電気分解を行なった後のリンの除去率を測定した。
【００３０】
（比較例１）
実施例１とは別の活性汚泥槽１において、陽極２に保護フィルター５を設けないものを用いた他は実施例１と同じ条件に設定して、電気分解を行ない、実施例１と同様にして電気分解を行なった後のリンの除去率を測定した。
【００３１】
【表１】
0003649002.tif 000002
比較例１のものでは、２ヶ月目には陽極２のアルミニウム板の表面が茶色の付着物で覆われ、電気分解が殆ど行えなくなり、脱リン効果も殆ど認められなくなったが、実施例１，２のものでは４ヶ月後も８０％以上のリン除去効果が認められた。このことから本発明では、長期間安定して廃水中のリンを高度に除去できることが確認される。
【００３２】
【発明の効果】
上記のように本発明は、活性汚泥槽内に陽極と陰極を配置し、陽極と陰極の間に通電して電気分解することによって、水中のリン成分を難溶性金属塩にして析出させるようにした電解式脱リン装置において、活性汚泥中の有機や無機のフロックを通過させず且つコロイド粒子以下の大きさの粒子を通過させる保護フィルターで陽極を活性汚泥から隔離するようにしたので、陽極の表面に有機や無機のフロックが付着することを保護フィルターで防ぐことができ、有機や無機のフロックによる絶縁物で陽極の表面が覆われることを防止して陽極を長期間交換する必要なく安定した脱リン性能を得ることができるものであり、しかもコロイド粒子以下の大きさの粒子は通過させる保護フィルターには目詰まりが発生し難く、長期間安定して電気分解を行なうことができると共に保護フィルターを長期間交換する必要がなくなるものであり、この結果、メンテナンスが長期に亘って不要になるものである。
【００３３】
また請求項２の発明は、陽極の表面に保護フィルターを密着させるようにしたので、保護フィルターは陽極に一体化され、陽極を活性汚泥槽の活性汚泥中に沈めるだけで活性汚泥から隔離した状態で陽極を設置することができるものであり、メンテナンスや交換が容易になるものである。
【００３４】
また請求項３の発明は、保護フィルターで活性汚泥と隔離された室内に陽極を配置するようにしたので、陽極と保護フィルターの間で生成される金属リン酸塩や水酸化物は下方へ沈降し、陽極の表面に保護フィルターを密着させた場合のような負担が保護フィルターにかかることを防ぐことができ、保護フィルターの寿命を長くすることができるものである。
【００３５】
また請求項４の発明は、保護フィルターは１０〜５００μｍの径の孔を有するものであるので、有機フロックや無機フロックが保護フィルターを通過することを確実に防ぐことができると共に、コロイド粒子以下の大きさの粒子は確実に通過させることができるものである。
【００３６】
また請求項５の発明は、陽極がアルミニウム製であり、陰極がステンレス鋼製であるので、電気分解によって陽極から金属イオンを効率良く溶出させてリン除去性能を高く得ることができると共に、陰極の耐久性を高めて安定した電気分解を長期間に亘って行なうことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】同上の電解式脱リン装置を汚水処理装置に組み込んだ一例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  活性汚泥槽
２  陽極
３  陰極
４  活性汚泥
５  保護フィルター
【図１】
0003649002.tif 000003
【図２】
0003649002.tif 000004
【図３】
0003649002.tif 000005