(57)【要約】【課題】排水に含まれるアンモニア態チッ素を硝酸態チッ素に分解する生物処理部を有する水処理装置であって、温度低下にともなうチッ素除去性能の低下を防止することができる水処理装置を提供する。【解決手段】排水に含まれるアンモニア態チッ素を硝酸態チッ素に分解する生物処理部を有する水処理装置。前記排水の温度または外気温を検出する温度検出部、および前記排水の温度または外気温が所定温度以下のときに当該排水中のアンモニア態チッ素を電解処理でチッ素ガスに変換する電解処理部を備えている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水に含まれるアンモニア態チッ素を硝酸態チッ素に分解する生物処理部を有する水処理装置であって、
前記排水の温度または外気温を検出する温度検出部、および前記排水の温度または外気温が所定温度以下のときに当該排水中のアンモニア態チッ素を電解処理でチッ素ガスに変換する電解処理部を備えてなることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記所定温度が、１０〜１５℃程度である請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
排水に含まれるアンモニア態チッ素を硝酸態チッ素に分解する生物処理部を有する水処理装置であって、
前記排水中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度センサ、および前記排水中のアンモニア濃度が所定の値をこえたときに当該排水中のアンモニア態チッ素を電解処理でチッ素ガスに変換する電解処理部を備えてなることを特徴とする水処理装置。
【請求項４】
前記電解処理部の電極が、白金−イリジウム合金からなる請求項１、２または３記載の水処理装置。
【請求項５】
前記生物処理部の下流側に、生物処理により排水中の硝酸を除去する硝酸除去部が接続されてなる請求項１または３記載の水処理装置。
【請求項６】
前記硝酸除去部の上流側に、前記電解処理部が接続されてなる請求項５記載の水処理装置。
【請求項７】
前記生物処理部と前記硝酸除去部とのあいだが、第１の流路および該第１の流路を迂回する第２の流路を介して接続され、前記第２の流路に前記電解処理部が接続されてなる請求項５記載の水処理装置。
【請求項８】
前記硝酸除去部の下流側に、前記電解処理部が接続されてなる請求項５記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水処理装置に関する。さらに詳しくは、排水に含まれるアンモニア態チッ素を硝酸態チッ素に分解する生物処理部を有する水処理装置であって、温度（気温）低下にともなうチッ素除去性能の低下を防止することができる水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚水中のチッ素（アンモニア）の除去を行なう方法として、従来より、排水中の微生物による生物処理を利用するものが主流を占めている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
生物処理によるチッ素除去の場合、有機態チッ素の形態で流入してきた排水は、生物処理により、無機態チッ素（アンモニア態チッ素）に加水分解される。アンモニア態チッ素は、毒性が高いので、排水中に空気（酸素）を与え、亜硝化菌と硝化菌との作用により比較的安全な硝酸態チッ素に変換して河川や海域へ放流している。
【０００４】
また、従来の他のチッ素除去方法として、アンモニアを含む排水に塩素を注入し、発生した次亜塩素酸とアンモニアを反応させて、クロラミン類を生成させ、ついでチッ素ガスに変換する方法もある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１１５８９７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生物処理の場合、排水温度ないしは周囲温度が約１３℃以下になると生物の働きが鈍り、アンモニア態チッ素が硝酸態チッ素に変換されずに、アンモニア態チッ素のままで放流されるため、河川や海域の水質を汚染することになり、水質環境を悪化させていた。
【０００７】
一方、塩素注入の場合、アンモニアの濃度に対する必要塩素濃度の注入に関して、ポンプなどでの注入量が安定しておらず、また塩素や次亜塩素酸溶液は危険物であり取扱いに注意を要し、さらには塩素溶剤のガスが有毒であるという問題がある。そして、このような問題のため、塩素注入法の普及は進まなかった。
【０００８】
本発明はかかる問題を解消するためになされたものであり、排水に含まれるアンモニア態チッ素を硝酸態チッ素に分解する生物処理部を有する水処理装置であって、温度低下にともなうチッ素除去性能の低下を防止することができる水処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１にかかわる水処理装置は、排水に含まれるアンモニア態チッ素を硝酸態チッ素に分解する生物処理部を有する水処理装置であって、
前記排水の温度または外気温を検出する温度検出部、および前記排水の温度または外気温が所定温度以下のときに当該排水中のアンモニア態チッ素を電解処理でチッ素ガスに変換する電解処理部を備えてなることを特徴とする。
【００１０】
前記所定温度が、１０〜１５℃程度であるのが好ましい。
【００１１】
本発明の請求項３にかかわる水処理装置は、排水に含まれるアンモニア態チッ素を硝酸態チッ素に分解する生物処理部を有する水処理装置であって、
前記排水中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度センサ、および前記排水中のアンモニア濃度が所定の値をこえたときに当該排水中のアンモニア態チッ素を電解処理でチッ素ガスに変換する電解処理部を備えてなることを特徴とする。
【００１２】
前記電解処理部の電極が、白金−イリジウム合金からなるのが好ましい。
【００１３】
前記生物処理部の下流側に、生物処理により排水中の硝酸を除去する硝酸除去部が接続されてなるのが好ましい。
【００１４】
前記硝酸除去部の上流側に、前記電解処理部が接続されてなるのが好ましい。
【００１５】
前記生物処理部と前記硝酸除去部とのあいだが、第１の流路および該第１の流路を迂回する第２の流路を介して接続され、前記第２の流路に前記電解処理部が接続されてなるのが好ましい。
【００１６】
前記硝酸除去部の下流側に、前記電解処理部が接続されてなるのが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
つぎに図面を参照しながら本発明の水処理装置を詳細に説明する。図１は本発明の水処理装置の一実施の形態を示す生物処理部で行なわれる生物処理の工程を示すブロック図、図２は本発明の水処理装置の一実施の形態を示す生物処理部の下流の工程を示すブロック図、図３は本発明の水処理装置の他の実施の形態を示す生物処理部の下流の工程を示すブロック図、および図４は本発明の水処理装置のさらに他の実施の形態を示す生物処理部の下流の工程を示すブロック図である。
【００１８】
本発明の水処理装置は、排水中のチッ素（アンモニア態チッ素）を硝酸態チッ素に分解する生物処理部と、それを補完するための処理部として、排水温度または気温低下時に硝化能低下により未処理のまま残るアンモニア態チッ素を電解処理でチッ素ガスに変換する電解処理部とを組み合わせた、生物処理と電解処理のハイブリッド型（混成型）の構成を特徴としており、温度低下の影響を受けることなく、安定したチッ素除去が可能となるようにしたものである。
【００１９】
図１に示されるように、本実施の形態で行なわれる排水中のチッ素（アンモニア態チッ素）を除去するための生物処理は、自然界による微生物を利用する方法であり、生物処理部で行なわれる硝化（アンモニア態から硝酸態への変換）、および硝酸除去部で行なわれる脱窒（硝酸態からチッ素ガスへの変換）の２つのプロセスからなる。硝化プロセスでは、排水中のアンモニア態チッ素が好気的条件（排水中に酸素補給）下で、硝化細菌の作用によって亜硝酸態チッ素、硝酸態チッ素へと酸化される。脱窒プロセスでは、硝化態チッ素を脱窒細菌の作用によりチッ素ガスへ変換するものである。
【００２０】
具体的には、亜硝化菌によりアンモニアが亜硝酸性チッ素へ酸化されるプロセスでは、
ＮＨ４＋３／２・Ｏ２→ＮＯ２＋２Ｈ＋＋Ｈ２Ｏ              （１）
の反応が行なわれる。
【００２１】
また、硝化菌により亜硝酸性チッ素が硝酸性チッ素へ酸化されるプロセスでは、
ＮＯ２＋１／２・Ｏ２→ＮＯ３                            （２）
の反応が行なわれる。
【００２２】
さらに、脱窒菌により硝酸性チッ素がチッ素ガスへ酸化されるプロセスでは、２ＮＯ３−＋５・Ｈ２→Ｎ２＋２ＯＨ−＋４Ｈ２Ｏ            （３）
の反応が行なわれる。
【００２３】
しかし、図１における硝化プロセスにおいて、温度（外気温）が約１３℃以下になると硝化細菌の働きが鈍り、硝化能が低下し、チッ素はアンモニア態のままで残ることになる。したがって、冬場は毒性の高いアンモニア態チッ素の形態で河川や海域に放流するので、水質汚染を引き起こす原因になっていた。
【００２４】
そこで、排水の温度を温度検出部で測定し、排水の温度が所定温度以下（たとえば１０〜１５℃程度以下）になったときに、図１に示される生物処理部を補完するための電解処理部が排水の電解処理を行なう。本実施の形態の電解処理部は、たとえば、陽極、陰極ともに塩素発生効率の高い白金−イリジウム（Ｐｔ−Ｉｒ）電極などを用いて、アンモニア態チッ素を含む排水中で電解を行なうと、アンモニア態チッ素を含む排水中の塩化物により電極表面より次亜塩素酸が発生し、クロラミン類が生成される。そして、このクロラミン類と次亜塩素産酸との反応によりアンモニアはチッ素ガスに変換される。
【００２５】
電解処理部では、以下のような化学反応が行なわれる。電解処理部に導入される排水は、まず、水酸化ナトリウムが添加される。水酸化ナトリウムが添加された水は、以下の化学式（４）、（５）の平衡が成り立っている。
Ｈ２Ｏ  ⇔  Ｈ＋＋ＯＨ−                        （４）
ＮａＣｌ  ⇔  Ｎａ＋＋Ｃｌ−                  （５）
【００２６】
［陽極の反応］
水の電気分解により酸素が発生する。また、塩素イオンは塩素ガスとなって大気へ抜けるものと次亜塩素酸となるものがある。
２Ｈ２Ｏ→Ｏ２↑＋４Ｈ＋＋４ｅ−              （６）
２Ｃｌ−→Ｃｌ２↑＋２ｅ−                    （７）
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ＋＋Ｃｌ−＋ＨＣｌＯ        （８）
【００２７】
［陰極の反応］
水の電気分解により水素が発生する。また、水中の水酸化物イオンと反応し、水酸化ナトリウムを生成する。これにより陰極の表面近傍はアルカリ性になる。２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２↑＋２ＯＨ−              （９）
Ｎａ＋ＯＨ−→ＮａＯＨ                        （１０）
【００２８】
［アンモニアと次亜塩素酸との反応］
次亜塩素酸はアンモニアと結合してクロラミン類を生成する。クロラミンは以下の化学式（１２）、（１３）の反応でＮ２、Ｏ２に分解除去される。
ＮＨ３＋ＨＣｌＯ→ＮＨ２Ｃｌ＋Ｈ２Ｏ    （モノクロラミン）      （１１）
ＮＨ２Ｃｌ＋ＨＣｌＯ→ＮＨＣｌ２＋Ｈ２Ｏ（ジクロラミン）        （１２）
ＮＨＣｌ２＋ＨＣｌＯ→ＮＣｌ３＋Ｈ２Ｏ  （トリクロラミン）      （１３）
ＮＨ２Ｃｌ＋ＮＨＣｌ２→Ｎ２＋３Ｈ＋＋３Ｃｌ−                    （１４）
ＮＨ２Ｃｌ＋ＮＨＣｌ２＋ＨＣｌＯ→Ｎ２Ｏ＋４Ｈ＋＋４Ｃｌ−        （１５）
【００２９】
電解処理の条件としては、たとえば、トータルチッ素（ＮＨ４−Ｎ）を２５ｍｇ／ｌ含有する被処理水０．５ｌに対し、１Ａ、２９Ｖを３０分印加すると、チッ素を５ｍｇ／ｌ以下にすることができた。
【００３０】
本実施の形態では、アンモニア態チッ素の亜硝化（前記化学式（１）参照）および亜硝化チッ素の硝化（前記化学式（２）参照）を行なう生物処理部の下流側に、生物処理により排水中の硝酸を除去する硝酸除去部が接続されている。硝酸除去部では、前述の化学式（３）に示されるように、脱窒菌により排水中の硝酸性チッ素をチッ素ガスに変換して脱窒を行なうことができる。
【００３１】
生物処理部の下流側における電解処理部および硝酸除去部の配置については、本発明ではとくに限定されるものではなく、種々の配置が採用され得る。
【００３２】
たとえば、図２に示されるように、生物処理部（図示せず）の下流側に、貯留槽１、電解槽２および硝酸除去槽３がこの順に直列に接続されている。
【００３３】
貯留槽１の内部には、ポンプＰ、および温度検出部として、水温を検出するための水温センサ４が配設されている。電解槽２の内部には、白金−イリジウム合金からなる一対の電極５、６が配設され、一対の電極５、６のあいだには、直流電源７が接続されている。硝酸除去槽３の内部には、たとえば高級脂肪酸を含む脱窒担体８が配設されている。
【００３４】
図２に示される水処理装置では、電解槽２に流入するアンモニア（ＮＨ４）濃度によって直接チッ素への反応（ＮＨ４→Ｎ２）および硝酸への反応（ＮＨ４→ＮＯ３）が生じるが、電解槽２の下流側に位置する硝酸除去槽３によって硝酸（ＮＯ３）を除去することができるため、河川などへの硝酸の放出を防止することができる。
【００３５】
さらに、本発明の水処理装置の他の実施の形態として、図３に示されるように、生物処理部（本実施の形態では生物処理部（図示せず）の下流側の貯留槽１）と前記硝酸除去槽３とのあいだが、第１の流路９および該第１の流路９を迂回する第２の流路１０を介して接続され、第２の流路１０に電解槽２が接続されている。そのため、電解槽２は、必要なときに運転させる構成になり、生物処理部からの２次処理水中のＳＳ成分（水中に存在し水を縣濁している浮遊物質）などの影響が少なくなり、電気代も安くすることができる。
【００３６】
そして、本発明の水処理装置のさらに他の実施の形態として、図４に示されるように、硝酸除去槽３の下流側に電解槽２を接続すると、電解槽２で発生する残留塩素は硝酸除去槽３を通過しなくなる。そのため、残留塩素が硝酸除去槽３の脱窒担体８に影響を与えなくなり、脱窒担体８の寿命が長くなる。
【００３７】
本実施の形態では、温度検出部が水温低下を感知することにより電解処理部のＯＮ／ＯＦＦを制御しているが、外気温を検知して制御を行なうこともできる。また、タイマーを追加して電解処理部を時間制御することも可能である。
【００３８】
さらに、温度検出部に代えてアンモニア濃度センサを用い、該センサが所定値をこえるアンモニア濃度を検知したときに電解処理を行なうようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、生物処理部における生物処理が低下する気温低下時には、電解処理部が作動してしチッ素除去を行なうことにより、生物処理部の性能を補完することができる。それにより、年間を通して安定したチッ素除去性能を確保することができる。
【００４０】
また、気温低下時（冬場）のみ電解処理部を稼動させるので、省電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理装置の一実施の形態を示す生物処理部で行なわれる生物処理の工程を示すブロック図である。
【図２】本発明の水処理装置の一実施の形態を示す生物処理部の下流の工程を示すブロック図である。
【図３】本発明の水処理装置の他の実施の形態を示す生物処理部の下流の工程を示すブロック図である。
【図４】本発明の水処理装置のさらに他の実施の形態を示す生物処理部の下流の工程を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  貯留槽
２  電解槽
３  硝酸除去槽
４  水温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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