(57)【要約】 【課題】  従来の電気化学反応手段によるリン除去に係る電解質廃水処理装置においては、凝集剤の必要量と生成汚泥量が多く、共存物質、pH値または水温により反応速度には差異がある。そこで、特に水温の変動に対応した解決策が必要である。【解決手段】  リン化合物含有の電解質廃水処理において、電気化学反応処理手段に、加熱手段を配設する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸イオン含有の電解質廃水処理において、酸素供給手段、攪拌手段および異種金属一次電池による電気化学反応手段と加熱手段を備えた反応槽と、該反応槽で生成する水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物粒子を固液分離する固液分離手段を有することを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
リン酸イオン含有の電解質廃水処理において、酸素供給手段、攪拌手段および異種金属一次電池による電気化学反応手段と磁界発生手段を備えた反応槽と、該反応槽で生成する水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物粒子を固液分離する固液分離手段を有することを特徴とする請求項１記載の廃水処理装置。
【請求項３】
リン酸イオン含有の電解質廃水処理において、酸素供給手段、攪拌手段および異種金属一次電池による電気化学反応手段を備えた反応槽と、該反応槽で生成する水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物粒子を凝集剤注入による凝集手段で凝集生成したフロックを分離除去する固液分離手段を有することを特徴とする請求項１記載の廃水処理装置。
【請求項４】
リン酸イオン含有の電解質廃水処理において、酸素供給手段、攪拌手段および異種金属一次電池による電気化学反応手段と加熱手段を備えた反応槽と、該反応槽で生成する水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物粒子を凝集剤注入による凝集手段で凝集生成したフロックを分離除去する固液分離手段を配設することを特徴とする請求項１および３記載の廃水処理装置。
【請求項５】
リン酸イオン含有の電解質廃水処理において、酸素供給手段、攪拌手段および異種金属一次電池による電気化学反応手段と磁界発生手段を備えた反応槽と、該反応槽で生成する水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物粒子を凝集剤注入による凝集手段で凝集生成したフロックを分離除去する固液分離手段を配設することを特徴とする請求項２および３記載の廃水処理装置。
【請求項６】
リン酸イオン、リン化合物および窒素化合物含有の有機質廃水処理において、酸素供給手段、攪拌手段および異種金属一次電池による電気化学反応手段と加熱手段および磁気発生手段を備えた好気性生物処理槽の前処理として嫌気性生物処理槽を配設すると共に後処理として固液分離手段を配設したことを特徴とする請求項１および２記載の廃水処理装置。
【請求項７】
電解質である有機質廃水処理において、酸素供給手段、攪拌手段および異種金属一次電池による電気化学反応手段を備えた好気性生物処理槽の前処理として嫌気性生物処理槽を配設すると共に後処理として固液分離手段を配設し、該固液分離手段の後処理として254nm波長の紫外線照射手段および酸素供給手段を有する反応塔に連通連接した185nm波長の紫外線照射手段を有する循環ラインを配設して被処理水を前記反応塔と循環ライン間を循環するようにしたことを特徴とする請求項６記載の廃水処理装置。
【請求項８】
電解質廃水処理において、酸素供給手段、攪拌手段、過熱手段、磁界発生手段および複数の異種金属一次電池モジュールで構成する化学反応手段および発電手段を備えた反応槽と、該反応槽で生成する水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物粒子を固液分離する固液分離手段を配設すると共に必要に応じて自動昇圧手段を付加接続した前記一次電池モジュールと太陽電池モジュールを配線統合手段で接続して構成した電池アレイとパワーコンディショナーを配設し、また必要に応じて蓄電手段を配設することを特徴とする廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質廃水において電気化学反応手段、または電気化学反応手段、加熱手段、磁界発生手段、凝集反応手段または紫外線反応手段を、単独または併用した廃水処理装置及び廃水処理を行いながら一次電池で発電した電力を太陽電池発電による電力を統合した廃水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リンを含有する電解質廃水を、電源を設けた電気分解によった電気化学反応手段で処理していた。例えば、次のような開示がされていた（例えば、特許文献１）。また、電源を設けた電気分解において電解物質を加熱して処理する方法が開示されている（例えば、特許文献２）。また、電気分解における電解液に磁力線を作用させて電気分解効率を高める知見が開示されている（例えば、特許文献３）。また、凝集剤で凝集処理する知見も開示されている（例えば、特許文献４）異種金属電極で構成した一次電池による電気化学反応手段で処理する知見が開示されている。（例えば、特許文献５）。しかし、一次電池による電気化学手段を用いた電解質廃水処理に加熱手段、磁界発生手段、又は凝集剤を用いた凝集手段を付加した処理装置、あるいは前記加熱手段、磁界発生手段、及び凝集剤を用いた凝集手段の全てを付加した処理装置は見当たらない。また、254nm波長および185nm波長の紫外線ランプとオゾン発生器を配設した知見が開示されている（例えば、特許文献６）。しかし、一次電池による電気化学手段、固液分離手段、溶存酸素供給手段附属の254nm波長および185nm波長の紫外線ランプ光化学反応手段を配設した処理装置は見当たらない。そしてまた、太陽電池発電装置の知見は数多く開示され（例えば、特許文献７）、また、電解質の一次電池発電装置の知見も開示されている（例えば、特許文献８）。しかし、電解質廃水による一次電池と太陽電池を統合した発電装置は見当たらない。
【０００３】
【特許文献１】特開2001−252668
【特許文献２】特開平10−323672
【特許文献３】特開平2003−112042
【特許文献４】特開平2003−112042
【特許文献５】特開2001−252668
【特許文献６】特開2002−210479
【特許文献７】特開2002−289893
【特許文献８】特開2001−252668
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電気化学反応手段によるリン除去に係る電解質廃水処理装置においては、電源を有する電気分解法では電気設備費と電力費が必要であり、一次電池法では水温が約10℃以下の低温では電気化学反応速度は遅くなり実用的でない。そして、一次電池法による電気化学反応手段においてはリン化合物と共に窒素化合物又はBOD成分を除去する方策が開示されていなかった。
【０００５】
本発明は、リン酸イオンおよびリン酸化合物含有の電解質廃水処理において、異種金属を用いた一次電池による電気化学反応手段を主体手段とした、効率良い電気化学反応を継続して稼動するために冬季における水温の低下に伴って電気化学反応速度の低下を阻止する必要があると共により一層の効率良い電気化学反応とすることを目的としており、またリン除去処理をすると共に窒素除去を行うことを目的とし、また紫外線反応手段を効率良くするとともに経済的に行い、そして電気設備費と電力費をほとんど必要としないばかりでなく、廃水処理をしながら電力を生産するとともにことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、以下に記載されるような技術構成とする。即ち、水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物として固液分離するリン酸イオン含有の廃水処理において、一次電池による電気化学反応を効率良く継続するために溶存酸素供給手段、攪拌手段及び加熱手段を配設した電気化学反応手段とすると共に該電気化学反応手段の後処理として固液分離手段を後置したものである。
【０００７】
上記手段は以下の実験に基づいている。観賞魚水槽にオルトリン酸試薬を水道水で希釈して約30ppmとした人工廃水を入れ、該人工廃水と鉄鋼板製アノードと銅板製カソードを電線で電気的に接続して構成した一次電池に散気装置を備えた屋外設置の実験設備によって、年間を通じて実験した結果、夏季においては極めて良好な沈降性粒子を生成するが、冬季においては白濁するだけで沈降性は認められず、電気化学反応速度は極めて遅いので、水温は少なくとも約10℃以上は必要である。良好な沈降性粒子を得るためには約３０℃以上の水温が好ましい。したがって、少なくとも冬季においては必要に応じて廃水を加熱すると良い。
【０００８】
また、水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物として固液分離するリン酸イオン含有の廃水処理において、一次電池による電気化学反応を効率良く継続するために溶存酸素供給手段、攪拌手段及び磁界発生手段を配設した電気化学反応手段とすると共に該電気化学反応手段の後処理として固液分離手段を後置したものである。    
【０００９】
また、水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物として固液分離するリン酸イオン含有の電解質廃水処理において、一次電池による電気化学反応を効率良く継続するために溶存酸素供給手段および攪拌手段を配設した電気化学反応手段とすると共に該電気化学反応手段の後処理として凝集剤を注入する凝集処理および固液分離手段を後置したものである。
【００１０】
また、水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物として固液分離するリン酸イオン含有の電解質廃水処理において、一次電池による電気化学反応を効率良く継続するために溶存酸素供給手段と攪拌手段を必ず配設していて、加熱手段を配設すると共に電気化学反応手段の後処理として凝集剤を注入する凝集処理および固液分離手段を後置したものである。
【００１１】
また、水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物として固液分離するリン酸イオン含有の電解質廃水処理において、一次電池による電気化学反応を効率良く継続するために溶存酸素供給手段と攪拌手段を必ず配設していて、磁界発生手段を配設すると共に電気化学反応手段の後処理として凝集剤を注入する凝集処理および固液分離手段を後置したものである。
【００１２】
また、水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物として固液分離するリン酸イオン含有の電解質廃水処理において、一次電池による電気化学反応を効率良く継続するために溶存酸素供給手段と攪拌手段を必ず配設していて、加熱手段および磁界発生手段を配設すると共に電気化学反応手段の後処理として凝集処理および固液分離手段を後置したものである。
【００１３】
リン酸イオン、リン化合物および窒素化合物含有の有機性廃水の好気性生物処理槽に、前記有機性廃水と異種金属で一次電池を構成して水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物とする電気化学反応手段を配設していて、加熱手段および磁界発生手段を配設すると共に電気化学反応手段の後処理として凝集処理および固液分離手段を後置したものである。そして、好気性生物処理槽の前段処理プロセスとして嫌気性生物処理槽を前置し、好気性生物処理清澄水を嫌気性生物処理槽に返送する。
【００１４】
また、リン酸イオン、リン化合物および難分解性有機化合物含有の有機性廃水処理において、異種金属一次電池による電気化学反応手段を装備した好気性生物処理槽の前処理として嫌気性生物処理槽を配設すると共に後処理として固液分離手段を配設する。そして該固液分離手段の後処理として254nm波長の紫外線照射手段および酸素供給手段を装備した処理塔に循環ラインを連通連結する。そして、該循環ラインには185nm波長の紫外線照射手段を装備した処理塔を配設して、被処理水を前記反応塔と循環ライン間を循環するようにしている。有機質汚濁負荷が小さい場合には、省エネルギーの観点から、天候に応じて、紫外線ランプを自動点滅して紫外線照射手段を紫外線ランプと太陽光を併用することも可能である。
【００１５】
そしてまた、リン酸イオン、硝酸イオンまたは亜硝酸イオン含有の廃水処理槽に酸素供給手段と攪拌手段と必要ならば過熱手段と必要ならば磁界発生手段および複数の異種金属一次電池モジュ−ルで構成する電気化学反応手段および発電手段を備えた反応槽で生成する水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物粒子を固液分離する固液分離手段を配設すると共に必要なモジュール系統に電圧調整手段を付加接続した前記複数の一次電池モジュ−ルと複数の太陽電池モジュールを接続統合する配線統合手段とパワ−コンディショナを配設する。また、必要ならば蓄電手段も配設する。
（作用）
【００１６】
上記第一の課題解決手段による作用は次のようである。すなわち、溶存酸素供給手段と攪拌手段においてはブロワ−で供給した空気を散気装置から散気して曝気する方式が最も一般的で手軽な方法であるが、表面曝気方式の機械曝気とすることや、酸素ガスを散気装置から散気することも可能であって、経済性以外に何ら制約するものはない。通常の好気性生物処理は中性付近のpHで操作されるので電解質と異種金属で構成した一次電池の電気化学反応には溶存酸素を必要とすると共に電極での電気二重層または電気二重層近傍における反応生成物質と反応物質を速やかに交換する作用を奏する。また冬季の低水温環境において、電気化学反応速度は極端に低下するので、必要に応じて被処理廃水を加熱することにより、80℃未満の水温であれば高い程、電気化学反応速度は大きくなり、反応生成粒子形は大きくなると共に廃水の粘度も小さくなるので、良好な沈降性の粒子を生成する。しかし一般的には廃水水温は15℃前後以上であることが多いので、加熱する必要があることは少ない。そして加熱する必要がある場合でも、加熱源は低級な廃熱で十分である場合が多い。
一般的に、リン化合物含有の電解質廃水を電気化学反応処理手段で処理すると、例えば鉄をアノ−ドとしたアノ−ド反応である
【００１７】
【化１】
2006000695.tif 000003
【００１８】
の平衡電位は水素電極基準で
【００１９】
【数１】
2006000695.tif 000004
【００２０】
であるので、標準電極電位は−0.440Vとなる、この値は水素の酸化還元平衡電位0.0Ｖより低いので、酸化剤のない液中では、鉄が腐食状態にあるときのカソード反応は
【００２１】
【化２】
2006000695.tif 000005
【００２２】
となる水素発生反応である。
銅イオン含有電解質廃水において銅をカソードとすればカソ−ド反応は
【００２３】
【化３】
2006000695.tif 000006
【００２４】
液中に溶存酸素等の酸化剤があれば、カソ−ド反応として次のような反応も起こり得る。
【００２５】
【化４】
2006000695.tif 000007
【００２６】
【化５】
2006000695.tif 000008
【００２７】
中性付近では水素発生反応は無視できるほど小さく、酸素還元反応が主であるので、溶存酸素が存在するときの電気化学反応式は（1）と（4）組合せて次のようになる。
【００２８】
【化６】
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【００２９】
PH＜５では、溶存酸素が存在する腐食反応式は（1）、（3）及び（5）を組合せて次のようになる。
【００３０】
【化７】
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【００３１】
水酸化第一鉄は緑色を帯びており、溶解度が中性付近では比較的に大きいので鉄表面より溶出する。そして、溶存酸素により酸化されて次のようになる。
【００３２】
【化８】
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【００３３】
ここでリン酸イオオンが存在すると第二鉄イオンと反応して、
【００３４】
【化９】
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【００３５】
に示すとおり、難溶性の燐酸第二鉄塩を生成する。ところが、低水温においては電気化学反応速度は遅く、室外実験においては冬季においては夏季に比較すると、溶存酸素の存在下における上記第一の態様では、反応速度は二分の一以下であった。そして、水酸化第二鉄および燐酸第二鉄塩と考えられるアイボリ−色のコロイドが生成するが、夏季においては一日で見られた凝集性沈殿物が一週間を過ぎても見られなかった。したがって、廃水の性状にもよるが必要に応じて加熱すことは有効である。しかしここで留意すべきは、実験装置は断熱性が極めて悪いと共にバッチ操作であったために屋外熱環境に敏感に影響を受ける熱的環境に置かれていたことである。
【００３６】
また、電気化学反応促進手段としての加熱手段の代替として磁気発生手段としたものであるが、磁束B[T]の磁界中に置かれた水中の電荷q[C]の荷電粒子が磁力線に対して直角にv[m/s]の速度で移動した時にはフレミングの左手の法則に従う次式のとおりF[N]の電磁気的な力であるロ−レンツ力が働く。
【００３７】
【数２】
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水中における前記荷電粒子は廃水の種類に応じて様々なものが含有していて、電極素材と同一のイオンはもちろんのこと、その他の無機質系イオンと有機質系イオンも含有することがほとんどである。また、溶質としての水自体も水温とPhに応じた水素イオン濃度および水酸イオン濃度を有している。さらにまた、水分子は酸素原子一個と水素原子二個が共有結合で酸素原子を頂点とした頂角が約104.5°の二等辺三角形を形づくっている。その結果水素原子はプラスにイオン化した状態に酸素原子はマイナスにイオン化した状態を示し、水分子のプラスの水素原子が隣のマイナスの酸素原子と一種のイオン結合が成立して、12個の水分子を集団としたクラスタ−を形成していると考えられている。したがって、イオン双極子を形づくっている水分子も電磁気学的の影響を受けることで水分子が活性化することになりクラスタ−を構成する水分子数が減少するために、水自体の粘性が低下すると共に微視的に他物質との距離が近くなり活性化する。そしてまた、電極での電気二重層または電気二重層近傍における荷電粒子その他の物質移動効率を高めて反応生成物質と反応物質を速やかに交換する作用を奏する。本発明におけるロ−レンツ力の方向は物質移動効率を高める限りにおいてはいかなる方向であっても良い。なお、磁界の方向と荷電粒子の方向は直行することが好ましいが、直行からずれた角度であっても可能であって、そのときは、正弦則が当てはまる。
【００３８】
また、電気化学反応促進手段としての加熱手段を省いた構成形態であって、冬季の低水温環境または夏季においても反応時間不足時には次の反応式
【００３９】
【化１０】
2006000695.tif 000014
【００４０】
によって生成するカルシュームヒドロキシアパタイトと考えられる白濁したコロイド溶液を生成する。そこで、前記コロイド溶液に消石灰乳単独または複数の凝集剤を注入する凝集沈降試験を試みた結果、式８に示す水酸化第二鉄と考えられる沈降性の良いフロックを生成した。そこで、夏季の一実験において原水の溶解性リンｍｇ/ｌをFe−Cu異種金属一次電池で１時間処理した処理水の溶解性リンを定量した結果では１５mg/lとなった。これは、水酸化第二鉄が凝集して生成した良好な沈降を示すフロックの沈降に伴ってリン酸第二鉄塩やカルシュームヒドロキシアパタイトが共沈殿したものと考えられる。いずれにしても結果的にリン除去が達成された。凝集剤としては、消石灰の他に鉄系凝集剤として例えばポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄等が使用出来、アルミニューム系凝集剤としては例えばポリ塩化アルミニューム、硫酸バンド等が使用出来、その他に高分子凝集剤としてはポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アミド等のアニオン系またはノニオン系が適している。上記のようにして生成した沈降性またはろ過除去性粒子を沈降、浮上または濾過分離等の固液分離手段で固液分離処理する。ここで、凝集剤を使用しない凝集の一形態としては、異種金属一次電池による電気化学反応手段で生成する金属水酸化物およびリン酸金属塩を好気性生物処理の活性汚泥で共沈殿除去することも出来る。
【００４１】
また、電気化学反応促進手段として加熱手段を備えることにより、凝集手段を単独で備える場合に比較して、さらに電気化学反応が活性化する。
【００４２】
そしてまた、電気化学反応促進手段として磁界発生手段を備えることにより、凝集手段を単独で備える場合に比較して、さらに電気化学反応が活性化する。
【００４３】
次に、第二の課題解決手段による作用は、好気性生物処理槽において異種金属一次電池を備え嫌気性生物処理槽と好気性生物処理槽を順次配設し、好気性生物処理清澄水を嫌気槽に返送することにより、嫌気槽で生成する第二鉄イオンに加えて好気性生物処理清澄水に含有する第二鉄イオンがリン酸イオンと反応してリン酸第二鉄塩を生成する。さらに嫌気槽で溶出する第一鉄イオンは好気性生物処理槽で第二鉄イオンとなる。合わせて、好気性生物処理槽においてアンモニュ−ム化合物が亜硝酸菌及び硝酸菌で亜硝酸塩及び硝酸塩となり、嫌気槽に返送された好気性生物処理清澄水に含有する亜硝酸および硝酸は、流入廃水中のBOD成分を水素供与態として利用する脱窒菌により窒素ガスに還元される。ところが、被処理水の水温が低いと好気性生物処理槽および嫌気性生物処理槽での電気化学反応および生物化学反応速度が遅いので、被処理水の水温を約15℃以上、好ましくは約３０℃以上とすることにより電気化学反応速度および生物化学反応速度ともに好ましい反応速度となる。
【００４４】
また、第三の課題解決手段による作用は、リン酸イオン、リン化合物および難分解性有機化合物含有の有機性廃水処理において、異種金属一次電池による電気化学反応手段を装備した好気性生物処理槽の後処理として固液分離手段を配設する。そして該固液分離手段の後処理として254nm波長の紫外線照射手段および酸素供給手段を有する反応塔に連通連接した185nm波長の紫外線照射手段を有する循環ラインを配設して被処理水を前記反応塔と循環ライン間を循環するようにしている。185nm波長の紫外線が溶存酸素と反応してオゾンを発生するとともに185nm波長の紫外線が水と反応し、ヒドロキシラジカル（OH・）が発生する。また、254nm波長の紫外線と前記発生オゾンが反応して、ヒドロキシラジカル(OH・)が発生する。これらの反応で発生したヒドロキシラジカルによって、活性汚泥法や生物膜法などの処理水中のフミン酸、メラノイジンなどの着色成分や臭気などの難分解性物質が分解される。そして、185nm波長の紫外線は水中での到達距離は10mm以下と小さいが、水中に懸濁している微粒子が多いほどさらに前記到達距離は小さくなる。したがって、前記185nm波長の紫外線による照射分解処理の前処理としての固液分離処理が重要となる。185nm波長の紫外線ランプと254nm波長の紫外線ランプをともに配設すると効果的であるが、主波長が185nmである紫外線ランプは254nm波長の紫外線も発生するので有機質汚濁負荷が小さい場合には、主波長が185nmである紫外線ランプを単独で配設することが経済的である。また、太陽光の紫外線は様様な波長領域を含んでいるので、太陽光の紫外線を容易に利用できる。
【００４５】
そしてまた、第四の課題解決手段による作用は、使用目的に適した電圧が得られるように異種金属一次電池を備える反応槽または好気性生物処理槽を仕切り板で区画して一次電池とし、該一次電池を直列に接続して所要の出力電圧とした一次電池モジュ−ルとする。そして該一次電池と太陽電池アレイを並列接続しても支障が生じないようにするために、前記一次電池モジュ−ルおよび太陽電池モジュ−ルの出力側に自動昇圧ユニットを接続して電圧調整する。そしてまた、自動昇圧ユニットの出力側を、直流電力を交流電力への変換手段および系統連係保護手段を内蔵したパワ−コンディショナの入力側に接続すると共に出力側を分電盤の入力側に接続する。該分電盤の入力側には商用電源を接続する。このように配線することにより一次電池モジュ−ルによる発電電力を太陽電池モジュ−ルによる発電電力と同一の発電電力として扱うことができる。なお、ここでは異種金属一次電池を備える反応槽または好気性生物処理槽を仕切り板で区画して一次電池としたが、複数の区画を並列接続して一次電池モジュ−ルとすることも、また複数の区画を直列接続して一次電池モジュ−ルとすることもできる。また、蓄電池を付加して自立運転することも、また商用と自家発電とを切り替え方式とすることも、また商用電源と連係しない独立システムとすることもできる。すなわち、太陽電池アレイ単独で従来から行われている発電システムと、充放電システムと、電力変換システムと、保護システムおよび配線工事については、移動性以外は全て適用出来る。
【発明の効果】
【００４６】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４７】
リン含有の電解質廃水におけるリン除去処理において、一次電池のアノ−ドおよびカソ−ドによる酸化還元によりリン酸金属塩および水酸化金属を生成するが、冬季等の水温が低い時期には電気化学反応速度が遅いので、沈降性粒子が生成しない。したがって加熱して水温を上昇させると、沈降性粒子が早く生成すると共に水の粘度が低下して、前記生成粒子の沈降分離または濾過分離がしやすくなる。
【００４８】
リン含有の電解質廃水におけるリン除去処理において、一次電池のアノ−ドおよびカソ−ドによる酸化還元によりリン酸金属塩および水酸化金属を生成する反応を促進するために、水クラスタ−における構成単位である水分子のイオン双極子に磁力線を作用させることにより水分子が電磁気学的なローレンス力により水分子が活性化することにより、水クラスタ−を構成する水分子数が減少すると考えられていて、水の粘度が低下はその結果と説明付けられるが、水の粘度が低下すると、前記生成粒子の沈降分離または濾過分離がしやすくなる。
【００４９】
リン含有の電解質廃水におけるリン除去処理において、一次電池のアノ−ドおよびカソ−ドにおける酸化還元によりリン酸金属塩および水酸化金属を生成するので凝集剤を全く使用する必要がないか、または冬季において凝集剤を僅かに必要とする程度であるから、電源を有する電気分解方式に比較して電気設備費が不要であると共に凝集剤に要する維持費が僅かで済む。
【００５０】
リン含有の電解質廃水におけるリン除去処理において、一次電池のアノ−ドおよびカソ−ドによる酸化還元によりリン酸金属塩および水酸化金属を生成するが、冬季等の水温が低い時期には電気化学反応速度が遅いので、沈降性粒子が生成しない。したがって加熱して水温を上昇させるとともに僅かな凝集剤を注入することによりで、沈降性粒子が早く生成すると共に水の粘度が低下して、前記生成粒子の沈降分離または濾過分離がしやすくなる。
【００５１】
リン含有の電解質廃水におけるリン除去処理において、一次電池のアノ−ドおよびカソ−ドによる酸化還元によりリン酸金属塩および水酸化金属を生成するが、冬季等の水温が低い時期には電気化学反応速度が遅いので、沈降性粒子が生成しない。したがって磁界発生手段を配設するとともに僅かな凝集剤を注入することによりで、沈降性粒子が早く生成すると共に水の粘度が低下して、前記生成粒子の沈降分離または濾過分離がしやすくなる。
【００５２】
リン含有の電解質廃水におけるリン除去処理において、一次電池のアノードおよびカソードによる酸化還元によりリン酸金属塩および水酸化金属を生成するが、冬季等の水温が低い時期には電気化学反応速度が遅いので、沈降性粒子が生成しない。したがって加熱して水温を上昇させ、磁界発生手段を配設するとともに僅かな凝集剤を注入することで、沈降性粒子が早く生成すると共に水の粘度が低下して、前記生成粒子の沈降分離または濾過分離がしやすくなる。
【００５３】
リン酸イオン、リン化合物および窒素化合物含有の有機性電解質廃水処理において、酸素供給手段および異種金属一次電池による電気化学反応手段を備えた好気性生物処理槽の前処理として嫌気性生物処理槽を配設することにより、リンと窒素を除去できる。
【００５４】
有機性電解質廃水処理において、担体流動生物濾過槽１３に備えた鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２を電気導体３で電気的に接続して一次電池４を形成すると共に後処理として固液分離手段を配設する。そして、該固液分離手段の後処理として254nm波長の紫外線照射手段および溶存酸素供給手段を有する反応塔に連通連結した185nm波長の紫外線照射手段を有する循環ラインを配設して被処理水を前記反応塔と循環ライン間を循環することにより、185nm波長の紫外線が溶存酸素および水に作用反応して生成したオゾンおよびヒドロキシラジカルと、前記生成のオゾンに254nm波長の紫外線が作用反応して生成したヒドロキシラジカルがフミン酸やメラノイジン等の難分解性有機物が分解される。したがって、オゾン発生装置を配設することなく、オゾンとヒドロキシラジカルを生成することができるので、イニシャルコストとランニングコストを低減することができるとともに装置が簡単であるため維持管理が容易である。
【００５５】
また、紫外線ランプを照度センサで自動点滅させることにより、太陽光に含まれる紫外線を利用できるので、省エネルギ−となると共に経済的である
【００５６】
電解質廃水処理において、一次電池を構成することにより、廃水処理をするとともに発電することができるが、前記一次電池と太陽電池を併設することによりパワ−コンディショナ、自動電圧調整装置、送受電設備等の電気設備を共用できるので発電コストを低減出来る。
【実施例】
【００５７】
実施例について図面を参照して説明する。図１に示した第一の実施例において、リン含有の電解質廃水に鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２を浸漬すると共に該鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２を電気導体３で電気的に接続して一次電池４を構成している反応槽５に散気装置６を配設して空気を供給すると共に攪拌している。また、電気化学反応速度を促進するために廃温水加熱の熱交換器７で加熱している。そしてまた、前記反応槽５に後置した沈澱槽８に処理水を移流して前記反応槽５で生成した水に難溶性のリン酸金属塩および金属水酸化物を沈澱分離して清澄水を排出している。
【００５８】
図２および図３に示した第二の実施例において、リン含有の電解質廃水に鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２を浸漬すると共に該鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２を電気導体３で電気的に接続して一次電池４を構成している反応槽５に散気装置６を配設して空気を供給すると共に攪拌している。また、電気化学反応速度を促進するために前記鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２間で電気泳動する電荷流方向xおよび攪拌流方向ｙに対してほぼ直角方向に磁力線方向zが交差するように永久磁石９−Aを配設している(図２参照)。但し、図には示さないが曝気攪拌による旋回流は槽の断面位置により異なり、気泡の上昇域では上昇流となり、水面付近域では水平流となり、散気装置６を設置した反対壁付近では下降流となり、底版付近では前記散気装置６方向へ向かう水平流となる。したがって、磁界の磁力線方向は電極の置かれた位置における水流方向を見極めて電荷流方向xおよび攪拌流方向yに対してほぼ直角方向に磁力線方向zが交差するように前記永久磁石９を配設することが重要である。該永久磁石９−Aの代替として鉄心入りの電磁石９−Bとすることも出来る。
【００５９】
図４に示した第三の実施例において、鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２を浸漬すると共に該鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２を電気導体３で電気的に接続して一次電池４を構成したリン含有の有機性廃水を好気性生物処理する担体流動生物濾過槽１３の担体流動床1３−aに複数の永久磁石９−Aを固着したものである。
【００６０】
図５に示した第四の実施例において、鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２を浸漬すると共に該鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２を電気導体３で電気的に接続して一次電池４を構成したリン含有の有機性廃水を好気性生物処理する担体流動生物濾過槽１３へ前置して配設している嫌気濾床槽１４から移流する移流管１５に電磁石９−Bを固着したものである。
【００６１】
図６に示した第五の実施例は、鉄製アノード１と銅製カソード２をリン含有の低水温状態にある有機性廃水を好気性生物処理する担体流動生物濾過槽１３に浸漬すると共に前記鉄製アノード１と銅製カソード２を電気導体３で電気的に接続して一次電池４を構成している。そして、担体流動床１３−aの浮遊縣濁性微粒子は生物濾過槽１３−ｂで濾過分離除去されると共にリン酸第二鉄塩および水酸化第二鉄のコロイドを含有する濾過分離水は次のスラリ循環型急速沈殿槽１７に自然流下で移流すると共に、必要に応じて一種類以上の凝集剤を注入して固液分離処理している。  そしてまた、凝集剤としては消石灰単独でもよく、あるいは無機凝集剤としては特に制限はなく硫酸アルミニュ−ム、塩化アルミニュ−ム、塩化第二鉄、ポリ塩化アルミニュ−ム、ポリ硫酸第二鉄等の通常の廃水処理に用いられる無機凝集剤を用いることができる。また、アニオン系、ノニオン系あるいは両性高分子凝集剤を共用することもできる。また、凝集および固液分離手段としての固液分離装置については、シックナ、クリファイヤ、横流式、円形流式、沈降式、浮上式、膜モジュ−ル式等いずれの形式に対して特に制限はない。
【００６２】
図７に示した第六の実施例において、リン含有の電解質廃水に鉄製アノード１と銅製カソード２を浸漬すると共に該鉄製アノード１と銅製カソード２を電気導体３で電気的に接続して一次電池４を構成している反応槽５に散気装置６を配設して空気を供給すると共に攪拌している。また、電気化学反応速度を促進するために廃温水加熱の熱交換機７で加熱している。そして、リン酸第二鉄塩および水酸化第二鉄の難溶性粒子を生成した縣濁液を次のスラリ循環型急速沈殿槽１７に自然流下で移流すると共に、必要に応じて一種類以上の凝集剤を注入して固液分離処理している。
【００６３】
図８に示した第七の実施例において、リン含有の電解質廃水に鉄製アノード１と銅製カソード２を浸漬すると共に該鉄製アノード１と銅製カソード２を電気導体３で電気的に接続して一次電池４を構成している反応槽５に散気装置６を配設して空気を供給すると共に攪拌している。また、電気化学反応速度を促進するために前記反応層５の任意位置に複数の永久磁石９−Aを固着して配設している。前記永久磁石９−Aの配設位置は任意位置ではあるが、被処理水の主旋回流を阻害することが少なく、しかも主旋回流と一次電池電極間の荷電流と磁力線方向とがフレミングの左手の法則に従うように配設することが好ましい。そして、リン酸第二鉄塩および水酸化第二鉄の難溶性粒子を生成した縣濁液を次のスラリ循環型急速沈殿槽１７に自然流下で移流すると共に、必要に応じて一種類以上の凝集剤を注入して固液分離処理している。
【００６４】
図９に示した第八の実施例において、リン化合物と窒素化合物を含有する有機性電解質廃水を生物処理する前段と後段処理プロセスにそれぞれ嫌気濾床槽１４と担体流動生物濾過槽１３を配設する。そして、前記嫌気濾床槽１４に配設した鉄製アノ−ド１と担体流動床１３−aに配設した鉄製カソ−ド１８を電気導体３で電気的に接続して酸素濃淡電池１９を形成している。また前記担体流動生物濾過槽１３に鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２を電気導体３で電気的に接続して一次電池４を形成している。また前記嫌気濾床槽１４と前記担体流動生物濾過槽１３に永久磁石９−Aを配設して電気化学反応を促進している。すると前記担体流動生物濾過槽１３においては、BOD性有機物を好気性微生物で好気性生物酸化処理して炭酸ガスと水に生物酸化分解すると共にアンモニュ−ム化合物を前記活性汚泥中の亜硝酸菌および硝酸菌で亜硝酸および硝酸に酸化分解する。そして、前記担体流動生物濾過槽１３に配設した前記一次電池４における前記鉄製アノ−ド１の酸化によって溶出した第一鉄イオンを経て生成した第二鉄イオンとリン酸イオンとの反応生成物であるリン酸第二鉄塩を生成すると共に前記銅製カソ−ド２における還元によって生成した水酸イオンと第一鉄イオンとの反応生成物を経て溶存酸素および水との反応生成物である水酸化第二鉄を生成する。好気性微生物と水酸化第二鉄は凝集性があって、良好な沈降性フロックを形成すると共にリン酸第二鉄を付着して生物濾過床１３−ｂで濾過すると共に間歇的に行う該生物濾過床１３−ｂの逆洗で剥離する剥離汚泥を前記嫌気濾床槽１４にポンプ２０を装備した返送水管２１で返送する。そしてまた、前記生物濾過床１３−ｂで濾過処理した清澄水を、前記ポンプ２０を装備した前記返送水管２１で前記嫌気濾床槽１４に返送すると、前記清澄水中の亜硝酸塩および硝酸塩は脱窒菌により生物還元して窒素ガス化すると共に前記清澄水中の第二鉄イオンおよび前記嫌気濾床槽１４で生成した第二鉄イオンと反応して燐酸第二鉄塩を生成する。そして、前記嫌気濾床槽１４で生成した第一鉄イオンは前記担体流動床１３−aでリン酸イオンおよび水酸イオンと反応してリン酸第二鉄塩、水酸化第一鉄および水酸化第二鉄を生成する。
【００６５】
図１０、と図１１に示した第九の実施例において、有機性電解質廃水を生物処理する前段と後段処理プロセスにそれぞれ嫌気濾床槽１４と担体流動生物濾過槽１３を配設する。そして、前記担体流動生物濾過槽１３の担体流動床１３−aに装備した鉄製アノ−ド１と銅製カソ−ド２を電気導体３で電気的に接続して一次電池４を形成している。すると前記担体流動生物濾過槽１３においては、BOD性有機物を好気性微生物で好気性生物酸化処理して炭酸ガスと水に生物酸化分解する。そして、前記担体流動生物濾過槽１３の担体流動床１３−aに配設した前記一次電池４における前記鉄製アノード１の酸化によって溶出した第一鉄イオンを経て生成した第二鉄イオンとリン酸イオンとの反応生成物であるリン酸第二鉄塩と、および前記銅製カソ−ド２における還元によって生成した水酸イオンと第一鉄イオンとの反応生成物を経て溶存酸素および水との反応生成物である水酸化第二鉄を生成する。好気性微生物と水酸化第二鉄は凝集性があって、良好な沈降性フロックを形成するのでリン酸第二鉄を付着共沈して生物濾過床１３−ｂで濾過除去される。そして、前記担体流動生物濾過槽１３の前記生物濾過床１３−ｂで固形物を濾過分離した清澄処理水を次処理プロセスの反応塔２４に自然流下で流入している。該反応塔２４は、254nm波長の紫外線ランプ２５及び溶存酸素供給の散気装置６を配設している処理塔２６に、被処理水の循環ライン２７を連通連結すると共に、該循環ライン２７には185nm波長の紫外線ランプ２８および循環ポンプ２９を装備した処理塔３０を配設した構成としている。また、前記担体流動生物濾過槽１３から前記反応塔２４への清澄処理水の移流には、ポンプを配設して移流することも出来る。
【００６６】
図１２に示した第十の実施例において、図１１における254nm波長の紫外線ランプ２５の代替として185nm波長の紫外線ランプ２８を配設している。
【００６７】
図示しない第十一の実施例において、図１１および図１２における254nm波長の紫外線ランプ２５及び185nm波長の紫外線ランプ２８の代替として、太陽光を照射できるようにすると共に、前記254nm波長の紫外線ランプ２５及び185nm波長の紫外線ランプ２８を自動点滅器３１で点滅操作している。
【００６８】
図１３に示した第十二の実施例において、リン化合物物を含有する有機性電解質廃水を生物処理する担体流動生物濾過槽１３を、イオン流通阻害機能を有する仕切壁３２で所要の区画数に区画して単位担体流動生物濾過槽群１３−１、１３−２、１３−３・・・・・１３−nとしている。そして、該単位担体流動生物濾過槽群１３−１、１３−２、１３−３・・・・・１３−nの各槽には、図には単位一次電池のごとく図示しているが、所要の複数個の一次電池を並列接続している並列接続一次電池群３３を配設するとともに、前記並列接続一次電池群３３を電気導体３で直列接続して一次電池モジュ−ル３４を形成するとともに該一次電池モジュール３４の出力側を自動昇圧装置３５に接続する。そしてまた、該自動昇圧装置３５の出力側および太陽電池モジュール３６の出力側を接続箱３７に接続統合するとともに該接続箱３７の出力側をパワーコンディショナ３８、分電盤３９および商用電源４０に順次、電線４１−a、４１−ｂで接続している。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第一の実施例を示す廃水処理装置の縦断面図である。
【図２】第二の実施例を示す廃水処理装置の斜視図である。
【図３】第二の実施例を示す電極部の拡大説明図である。
【図４】第三の実施例を示す廃水処理装置の縦断面図である。
【図５】第四の実施例を示す廃水処理装置の縦断図である。
【図６】第五の実施例を示す廃水処理装置の縦断図である。
【図７】第六の実施例を示す廃水処理装置の縦断図である。
【図８】第七の実施例を示す廃水処理装置の縦断図である。
【図９】第八の実施例を示す廃水処理装置の縦断図である。
【図１０】第九の実施例を示す廃水処理装置の縦断図である。
【図１１】図１０に示す反応塔２４の詳細縦断図である。
【図１２】第十の実施例を示す廃水処理装置の縦断図である。
【図１３】第十二の実施例を示す廃水処理装置の縦断図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  鉄製アノ−ド
２  銅製カソ−ド
３  電気導体
４  一次電池
５  反応槽
６  散気装置
７  熱交換器
８  沈殿槽
９−A  永久磁石
１０、２０、２２  ポンプ
１１  排出管
１２  中空糸膜濾過器
１３  担体流動生物濾過槽
１３−１、１３−２、１３−３・・・・・１３−n  単位担体流動生物濾過槽群
１３−a  担体流動床
１３−b  生物濾過床
１４  嫌気性濾床槽
１５  移流管
１６  曝気槽
１７  スラリ循環型急速沈殿槽
１８  鉄製カソ−ド
１９  酸素濃淡電池
２１、２３  返送水管
２４  反応塔
２５、２８  紫外線ランプ
２９  循環ポンプ
２６、３０  処理塔
２７  循環ライン
３１  自動点滅器
３２  仕切壁
３３  並列接続一次電池群
３４  一次電池モジュ−ル
３５  自動昇圧装置
３６  太陽電池モジュール
３７  接続箱
３８  パワ−コンディショナ
３９  分電盤
４０  商用電源
４１−a、４１−b  電線
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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