(57)【要約】【課題】電極間の電流密度が比較的高い場合であっても、安全に、排水の処理を継続して行うことができる排水処理装置を提供する。【解決手段】本発明の排水処理装置１は、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理するものであって、被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極５、６と、被処理水の導電率を検出する導電率センサ２９と、該導電率センサ２９の出力に基づき、電極５、６間の距離、若しくは、当該電極５、６の被処理水への浸漬量を制御する電解制御部１７とを備える。【選択図】　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理する排水処理装置において、
前記被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、
前記被処理水の導電率を検出する導電率検出手段と、
該導電率検出手段の出力に基づき、前記電極間の距離、若しくは、当該電極の被処理水への浸漬量を制御する制御手段とを備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理する排水処理装置において、
前記被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、
前記被処理水の含有硝酸態窒素の濃度を検出する硝酸濃度検出手段、前記被処理水の含有亜硝酸態窒素の濃度を検出する亜硝酸濃度検出手段、前記被処理水の含有アンモニア態窒素の濃度を検出するアンモニア濃度検出手段、前記被処理水の含有リン酸イオンの濃度を検出するリン酸濃度検出手段のうちの少なくとも一つの濃度検出手段と、
該濃度検出手段の出力に基づき、前記電極への通電を制御する制御手段とを備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項３】
電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理する排水処理装置において、
前記被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、
前記被処理水の含有硝酸態窒素の濃度を検出する硝酸濃度検出手段、前記被処理水の含有亜硝酸態窒素の濃度を検出する亜硝酸濃度検出手段、前記被処理水の含有アンモニア態窒素の濃度を検出するアンモニア濃度検出手段、前記被処理水の含有リン酸イオンの濃度を検出するリン酸濃度検出手段のうちの少なくとも一つの濃度検出手段と、
前記被処理水の導電率を検出する導電率検出手段と、
制御手段とを備え、
該制御手段は、前記濃度検出手段の出力に基づき、前記電極への通電を制御すると共に、前記導電率検出手段の出力に基づき、前記電極間の距離、若しくは、当該電極の被処理水への浸漬量を制御することを特徴とする排水処理装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２又は請求項３の排水処理装置を複数備え、前記被処理水の量に応じて前記各排水処理装置の動作を制御することを特徴とする排水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物及び／又はリン化合物を処理する排水処理装置及び排水処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、湖沼、内湾等の閉鎖性水域において、生活排水や産業排水中の窒素やリンなどの栄養塩類流入が原因と考えられる赤潮、アオコの異常発生が大きな社会問題となっている。このため、行政指導の下で大規模集中汚染源に対しては活性汚泥法などによる排水処理を行われている。閉鎖系水域への排水の水質基準は、一日当たりの排水量が５０トン以上と規模の大きな事業場に対する規制があり、この排出規制は、これまではＣＯＤ（化学的酸素要求量）のみであった。窒素については全窒素量で１２０ｍｇ／ｌの一般排出基準に留まっていたが、今後は全窒素量を現行の１／１０にすることも検討されている。
【０００３】
しかし、一般の小規模生活排水ではＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）のみを処理するものが多く、硝酸塩などの窒素成分は処理されていないのが現状である。また、ヨーロッパ地域では、化学肥料や家畜の排泄物から、水溶性の硝酸塩が土壌中に浸透して起こる地下水の汚染が深刻な問題になっている。汚染水を人間が摂取した場合、神経障害、ガン、幼児のメトヘモグロビン血症などを引き起こすことが知られている。以上の点で、高性能な硝酸態窒素除去法の早期開発が望まれている。
【０００４】
そこで、従来の硝酸態窒素の除去には、一般的には嫌気的条件下での硝化細菌及び脱窒細菌による生物的処理が用いられている。これら硝化細菌及び脱窒細菌の殆どは従属栄養細菌であり、増殖には有機物を必要とする。それ故、無機系排水のように有機物をあまり含有しない排水を処理する場合、水素供与体としてメタノール等を添加するだけでなく、嫌気性浄化槽の設置が不可欠となる。そのため、設置場所や経費面が問題となっている。また、生物的処理では、温度や排水に含まれる有害成分の影響を受けやすいという課題もある。
【０００５】
生物的手法以外にはイオン交換法、膜分離法、触媒法等の物理化学的手法が存在するが、その経済性に問題が残されている。一方、電解法による排水処理は操作が簡単であり、装置の大きさに対して処理能力が大きく、ＢＯＤ源がない排水の処理も可能である。
【０００６】
また、従来の電解法による窒素除去に関する研究としては、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）。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、白金などの貴金属材料を用いていた。
【０００７】
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ていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５４−１６８４４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の電解による排水処理装置では、被処理水中に処理対象となる硝酸態窒素、亜硝酸態窒素、アンモニア態窒素及びリン酸イオン以外にも、被処理水中に含有される導電物質が多量に存在すると、被処理水を電解する電極間に高電流が流れ、電極が発熱し、延いては被処理水をも加熱される問題があった。
【００１１】
その場合、電極間に印加される電圧を下げることにより、電極間に流れる電流、延いては被処理水の導電率を下げ、発熱を回避することが考えられるが、かかる場合では、必要以上に印加電圧を下げることができず、効果的に導電率を下げることができないと云う問題がある。その場合、電解処理を継続して行うと、被処理水が蒸発するため、被処理水中の導電物質濃度が上がり、延いては、電極間の電解密度の上昇により、電極自体、及び被処理水の発熱がより一層増長され、危険性を伴う問題がある。
【００１２】
そこで、本発明は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、電極間の電流密度が比較的高い場合であっても、安全に、排水の処理を継続して行うことができる排水処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の排水処理装置は、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理するものであって、被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、被処理水の導電率を検出する導電率検出手段と、該導電率検出手段の出力に基づき、電極間の距離、若しくは、当該電極の被処理水への浸漬量を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項１の発明によれば、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理する排水処理装置において、被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、被処理水の導電率を検出する導電率検出手段と、該導電率検出手段の出力に基づき、電極間の距離、若しくは、当該電極の被処理水への浸漬量を制御する制御手段とを備えるので、被処理水の導電率に基づき、電極間の距離若しくは、電極の被処理水への浸漬量を制御することができるようになる。
【００１５】
これにより、電極への印加電圧が電気化学的手法により被処理水を処理することができないほどに印加電圧を調整した場合であっても被処理水の導電率が高い場合に、被処理水の処理電解電流が、電極自体或いは被処理水に著しい発熱を来す程に上昇する以前に、電極間の距離を拡張若しくは、電極の被処理水への浸漬量を減少させることにより、電流密度を減少させることができるようになる。そのため、被処理水が異常に加熱され、蒸発することを未然に回避することができ、電極及び被処理水の発熱による危険性を防止することができるようになる。また、かかる場合においても、被処理水の電気化学的手法による処理は継続して行うことができ、処理効率を向上させることができるようになる。
【００１６】
請求項２の発明の排水処理装置は、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理するものであって、被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、被処理水の含有硝酸態窒素の濃度を検出する硝酸濃度検出手段、前記被処理水の含有亜硝酸態窒素の濃度を検出する亜硝酸濃度検出手段、被処理水の含有アンモニア態窒素の濃度を検出するアンモニア濃度検出手段、被処理水の含有リン酸イオンの濃度を検出するリン酸濃度検出手段のうちの少なくとも一つの濃度検出手段と、該濃度検出手段の出力に基づき、電極への通電を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明によれば、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理する排水処理装置において、被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、被処理水の含有硝酸態窒素の濃度を検出する硝酸濃度検出手段、前記被処理水の含有亜硝酸態窒素の濃度を検出する亜硝酸濃度検出手段、被処理水の含有アンモニア態窒素の濃度を検出するアンモニア濃度検出手段、被処理水の含有リン酸イオンの濃度を検出するリン酸濃度検出手段のうちの少なくとも一つの濃度検出手段と、該濃度検出手段の出力に基づき、電極への通電を制御する制御手段とを備えるので、被処理水中に含有される硝酸態窒素の濃度、亜硝酸態窒素の濃度、アンモニア態窒素の濃度、リン酸イオンの濃度の何れかの濃度に基づいて、電極への通電を停止し、電気化学的手法による処理を終了することができるようになる。
【００１８】
これにより、被処理水を環境に負荷のかからない状態で環境に排出することができるようになり、効果的に排水処理を行うことができるようになる。また、被処理水中の処理対象となる物質の処理が終了しているのにも係わらず、電極間に通電する不都合を解消することができ、効率的に排水処理を行うことができるようになる。
【００１９】
請求項３の発明の排水処理装置は、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理するものであって、被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、被処理水の含有硝酸態窒素の濃度を検出する硝酸濃度検出手段、被処理水の含有亜硝酸態窒素の濃度を検出する亜硝酸濃度検出手段、被処理水の含有アンモニア態窒素の濃度を検出するアンモニア濃度検出手段、被処理水の含有リン酸イオンの濃度を検出するリン酸濃度検出手段のうちの少なくとも一つの濃度検出手段と、被処理水の導電率を検出する導電率検出手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、濃度検出手段の出力に基づき、電極への通電を制御すると共に、導電率検出手段の出力に基づき、電極間の距離、若しくは、当該電極の被処理水への浸漬量を制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明によれば、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理する排水処理装置において、被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、被処理水の含有硝酸態窒素の濃度を検出する硝酸濃度検出手段、被処理水の含有亜硝酸態窒素の濃度を検出する亜硝酸濃度検出手段、被処理水の含有アンモニア態窒素の濃度を検出するアンモニア濃度検出手段、被処理水の含有リン酸イオンの濃度を検出するリン酸濃度検出手段のうちの少なくとも一つの濃度検出手段と、被処理水の導電率を検出する導電率検出手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、濃度検出手段の出力に基づき、電極への通電を制御するので、被処理水中に含有される硝酸態窒素の濃度、亜硝酸態窒素の濃度、アンモニア態窒素の濃度、リン酸イオンの濃度の何れかの濃度に基づいて、電極への通電を停止し、電気化学的手法による処理を終了することができるようになる。
【００２１】
これにより、被処理水を環境に負荷のかからない状態で環境に排出することができるようになり、効果的に排水処理を行うことができるようになる。また、被処理水中の処理対象となる物質の処理が終了しているのにも係わらず、電極間に通電する不都合を解消することができ、効率的に排水処理を行うことができるようになる。
【００２２】
またこれに加えて、制御装置は、導電率検出手段の出力に基づき、電極間の距離、若しくは、当該電極の被処理水への浸漬量を制御するので、電極への印加電圧が電気化学的手法により被処理水を処理することができないほどに印加電圧を調整した場合であっても被処理水の導電率が高い場合に、被処理水の処理電解電流が、電極自体或いは被処理水に著しい発熱を来す程に上昇する以前に、電極間の距離を拡張若しくは、電極の被処理水への浸漬量を減少させることにより、電流密度を減少させることができるようになる。そのため、被処理水が異常に加熱され、蒸発することを未然に回避することができ、電極及び被処理水の発熱による危険性を防止することができるようになる。また、かかる場合においても、被処理水の電気化学的手法による処理は継続して行うことができ、処理効率を向上させることができるようになる。
【００２３】
請求項４の発明の排水処理システムは、請求項１、請求項２又は請求項３の排水処理装置を複数備え、被処理水の量に応じて各排水処理装置の動作を制御することを特徴とする。
【００２４】
請求項４の発明によれば、請求項１、請求項２又は請求項３の発明の排水処理装置を複数備え、被処理水の量に応じて各排水処理装置の動作を制御するので、被処理水の量が少量であっても、大量であっても、効率的に被処理水を処理することができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の排水処理装置１を備えた排水処理システムＳの概要を示す説明図である。本実施例における排水処理システムＳによって処理される被処理水は、一般家庭などから排出される家庭用排水や工場などから排出される工業用排水であるものとする。
【００２６】
係る排水処理システムＳは、上記被処理水を貯留するための貯留槽１０と、複数の、本実施例では３台の排水処理を行う排水処理装置１（それぞれ１Ａ、１Ｂ、１Ｃとする。）とにより構成されている。貯留槽１０は、貯留されている被処理水の水量を検出するための水量計１１が設けられていると共に、当該貯留槽１０の下流側において設置される複数の排水処理装置１に、貯留槽１０内の被処理水を分配するための配管１２が接続されている。
【００２７】
この配管１２には、それぞれの排水処理装置１に対応して本実施例では、１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃに分配されており、それぞれの配管１２Ａ乃至１２Ｃには、搬送手段としてのポンプ１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃと、電磁弁１４Ａ、１４Ｂ及び１４Ｃが設けられている。尚、上記水量計１１、各ポンプ１３Ａ乃至１３Ｃ及び電磁弁１４Ａ乃至１４Ｃは、それぞれ詳細は後述する中央制御部１５に接続されているものとする。
【００２８】
ここで、図２は排水処理システムＳの制御手段としての中央制御部１５を示している。この中央制御部１５は、所謂汎用マイクロコンピュータにより構成されており、入力側には、コントロールパネル３１と、前記水量計１１が接続されていると共に、出力側には、各ポンプ１３Ａ乃至１３Ｃ、各電磁弁１４Ａ乃至１４Ｃが接続されている。また、この中央制御部１５には、詳細は後述する各排水処理装置１Ａ乃至１Ｃをそれぞれ制御する水処理部１６Ａ乃至１６Ｃが送受信可能に接続されている。これにより、各ポンプ１３Ａ乃至１３Ｃ、各電磁弁１４Ａ乃至１４Ｃ及び水処理部１６Ａ乃至１６Ｃは、コントロールパネル３１及び水量計１１の出力に基づいて制御される。尚、コントロールパネル３１は、排水処理システムＳに設けられるものであり、任意に使用者が排水処理装置１の電解条件を設定できるものであるものとする。
【００２９】
次に、排水処理装置１について説明する。尚、各排水処理装置は、１Ａ乃至１Ｃであるが、各排水処理装置は、同様のものであるので、ここでは、排水処理装置１として説明する。排水処理装置１は、図１に示す如く内部に図示しない排水の流入口と流出口３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に通電するための電源７などから構成されている。
【００３０】
電極５、６は、複数対設けられており、これら電極５、６は、図３に示す如く水平方向に伸縮自在とするパンタグラフ状に形成された極間距離制御手段としての極間距離調整部材２０の各交点に交互に設けられている。尚、この極間距離調整部材２０は、詳細は後述する前記電解制御部１７に接続された極間距離制御部２１に伸縮制御されるものとする。
【００３１】
また、これら電極５、６は、図４に示す如く垂直方向に伸縮自在とするパンタグラフ状に形成された浸漬量制御手段としての浸漬量調整部材２２の一端の左右側端にそれぞれ離間して設けられている。尚、この浸漬量調整部材２２は、詳細は後述する電解制御部１７に接続された浸漬量制御部２３に伸縮制御されるものとする。
【００３２】
本実施例では、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性の基材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いる。また、前記電極５は、不溶性導電体として、例えば、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させることが可能な導電体である白金（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。
【００３３】
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性の基材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、被処理水中の低ハロゲンイオン濃度では、あまり次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは活性酸素を発生しないフェライト、又は、セラミクス系導電体、又は、セラミクス系導電体を被覆した導電体、又は、炭素系導電体、又は炭素系導電体を被覆した導電体、又は、ステンレス鋼若しくは、ステンレスを被覆した導電体などであってもよいものとする。
【００３４】
排水処理装置１の処理槽２内には、貯留される被処理水の含有硝酸態窒素の濃度を検出する硝酸濃度検出手段として硝酸イオン濃度センサ２５と、貯留される被処理水の含有亜硝酸態窒素の濃度を検出する亜硝酸濃度検出手段としての亜硝酸イオン濃度センサ２６と、貯留される被処理水の含有アンモニア態窒素の濃度を検出するアンモニア濃度検出手段としてのアンモニウムイオン濃度センサ２７と、貯留される被処理水の含有リン酸イオンの濃度を検出するリン酸濃度検出手段としてのリン酸イオン濃度センサ２８が設けられている。更にまた、この処理槽２内には、貯留される被処理水の導電率を検出する導電率検出手段としての導電率センサ２９が設けられている。同じく処理槽２内には、貯留される被処理水のｐＨを検出するｐＨセンサ３０が設けられている。
【００３５】
また、この処理槽２には、排水電磁弁１８（各排水処理装置１Ａ乃至１Ｃに対応した場合排水電磁弁１８Ａ乃至１８Ｃ）を介して配管１９が接続されており、これにより、処理槽２内の被処理水が外部に排出可能とされている。
【００３６】
ここで、図５を参照して排水処理装置１の制御装置としての水処理部１６について説明する。水処理部１６は、電解制御部１７及び計測部３２とから構成されている。電解制御部１７は、前記排水処理システムＳの中央制御部１５と送受信可能に接続されており、内部に時限手段としてのタイマ３４を備えている。また、この電解制御部１７の入力側には、計測部３２が接続されている。電解制御部１７の出力側には、前記電極５、６に通電を行うための電源７と、極間距離制御部２１と、浸漬量制御部２３、電磁弁１８及びｐＨ調整手段３３が接続されている。ここで、ｐＨ調整手段３３とは、被処理水のｐＨを調整するための薬剤を添加する手段であるものとする。
【００３７】
また、前記計測部３２の入力側には、硝酸イオン濃度センサ２５と、亜硝酸イオン濃度センサ２６と、アンモニウムイオン濃度センサ２７と、リン酸イオン濃度センサ２８と、導電率センサ２９と、ｐＨセンサ３０が接続されており、出力側には、電解制御部１７が接続されている。
【００３８】
以上の構成により、本実施例の排水処理システムＳの排水処理について説明する。まず、貯留槽１０内に予め貯留された被処理水の水量を水量計１１により検出する。ここで、検出された被処理水の水量が少ない場合、即ち、１台の排水処理装置１Ａにて処理可能な水量である場合には、中央制御部１５は、ポンプ１３Ａのみを運転し、且つ、電磁弁１４Ａのみを開放し、排水処理装置１Ａのみに被処理水を搬送する。また、検出された被処理水の水量が多い場合、即ち、１台の排水処理装置１Ａのみでは処理ができない水量である場合には、係る水量に応じて各ポンプ１３Ａ乃至１３Ｃを運転し、且つ、各電磁弁１４Ａ乃至１４Ｃを開放し、排水処理装置１Ａ乃至１Ｃに被処理水を搬送する。そして、被処理水の搬送終了後は、中央制御部１５は、各ポンプ１３Ａ乃至１３Ｃの運転を停止し、且つ、各電磁弁１４Ａ乃至１４Ｃを閉鎖するものとする。
【００３９】
尚、本実施例では、３台の排水処理装置１を設けた排水処理システムＳとして説明しているが、２台若しくは、４台以上の排水処理装置１を設けても良いものとする。
【００４０】
その後、中央制御部１５は、各排水処理装置１Ａ乃至１Ｃに設けられた水処理部１６Ａ乃至１６Ｂに排水処理開始の信号を送信する。またこのとき、中央制御部１５は、予め排水処理システムＳに設けられた前記コントロールパネル３１により入力された電解条件をも各水処理部１６Ａ乃至１６Ｂに送信するものとする。
【００４１】
次に、排水処理装置１に搬送された被処理水の排水処理について説明する。尚、ここでは、一台の排水処理装置１に被処理水が搬送された場合について説明する。排水処理装置１に搬送された被処理水は処理槽２内の処理室４に貯留される。そして、上述の如く中央制御部１５から排水処理開始信号を受信した電解制御部１７は、先ず初めに、計測部３２に接続された各濃度センサ２５乃至２８の出力に基づき、本実施例では、被処理水中の硝酸イオン、亜硝酸イオン、アンモニウムイオン及びリン酸イオンの濃度がそれぞれ各所定の値（排水規定値）よりも高い値であるかを検出する。
【００４２】
ここで、各濃度センサ２５乃至２８が検出したイオン濃度が硝酸イオン、亜硝酸イオン、アンモニウムイオン及びリン酸イオンのすべての処理対象物質が前記排水規定値よりも低い場合には、この状態のまま、被処理水を環境に排出しても環境に負荷を与えないものと判断し、電解制御部１７は、電磁弁１８を開放し、被処理水を外部に排出するものとする。
【００４３】
他方、各濃度センサ２５乃至２８が検出したイオン濃度が硝酸イオン、亜硝酸イオン及びアンモニウムイオンの何れか一つが前記排水規定値よりも高い場合には、電解制御部１７は、計測部３２に接続されたｐＨセンサ３０により被処理水のｐＨを検出する。このとき、電解制御部１７は、検出された被処理水のｐＨが８以下であって、電極６を構成する鉄が溶出しない、若しくは、溶出し難いｐＨとして、例えば５以上であるか否かを判断する。ここで、検出されたｐＨが８よりも高い場合には、ｐＨ調整手段３３により、被処理水に酸性薬剤を添加する。また、検出されたｐＨが５より低い場合には、ｐＨ調整手段３３により、被処理水中にアルカリ性薬剤を添加する。これにより、被処理水は、窒素化合物の処理に適したｐＨに調整される。
【００４４】
その後、電解制御部１７は、一旦電極５、６間に通電を行い、電解制御部１７は、被処理水の導電率を導電率センサ２９により検出し、当該被処理水の導電率が所定の値（電解限界導電率）よりも高いか低いかを判断する。尚、この電解限界導電率とは、電極５、６自体、或いは被処理水が電解効率に支障を来す程度に発熱を生じる被処理水の導電率であるものとする。
【００４５】
ここで、前記導電率が電解限界導電率よりも高い場合には、係る導電率に対応して、電解制御部１７は、極間距離制御部２１に各電極５、６の極間距離を拡張する信号を送信する。尚、このとき、予め、電解制御部１７は、被処理水が発熱を生じない電極５、６間距離をデータとして保持しており、これに基づき、極間距離制御部２１を制御するものとする。尚、係る実施例において、電解制御部１７は、電極５、６への印加電流を監視している定電圧制御であるものとする。
【００４６】
これにより、当該極間距離制御部２１は、極間距離調整部材２０を伸張させ、各電極５、６の極間を拡張させる。これにより、被処理水中における各電極５、６間の電気抵抗を増大させ、電流密度を減少させることができ、被処理水の発熱を低減させることができるようになる。
【００４７】
尚、電解制御部１７は、浸漬量制御部２３に各電極５、６の浸漬量を減少させる信号を送信しても良い。かかる場合には、当該浸漬量制御部２３は、浸漬量調整部材２２を縮退させ、各電極５、６の浸漬面積を減少させる。尚、かかる場合には、浸漬量調整部材２２がパンタグラフ状に形成されていることから、当該浸漬量調整部材２２を縮退させることにより、電極５、６間の極間も拡張されることとなる。これによっても、被処理水中における各電極５、６間の電気抵抗を増大させ、電流密度を減少させることができる。
【００４８】
これにより、被処理水の導電率が、電極５、６自体に著しい発熱を来す程に上昇する以前に、電極５、６間の距離を拡張若しくは、電極５、６の被処理水への浸漬量を減少させることにより、電流密度を減少させることができるようになる。そのため、被処理水が異常に加熱され、蒸発することを未然に回避することができ、電極５、６及び被処理水の発熱による危険性を防止することができるようになる。また、被処理水の電気化学的手法による処理は継続して行うことができるようになる。
【００４９】
上述の如く被処理水への通電電流が限界電流より低くなるように、電極５、６間の距離若しくは、浸漬量が調整された後、電解制御部１７は、電源７をＯＮとし、電極５に正電位を印加する。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（窒素処理ステップ。）。尚、係る実施例において、各電極５、６間に印加される電圧は、電極５、６に印加可能とする最大の印加電圧であるものとする。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−
【００５０】
一方、本実施例では、アノードを構成する電極５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する白金・イリジウムにより構成されているため、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
2004097950.tif 000003
【００５３】
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
【００５４】
そして、電解制御部１７は、この窒素処理ステップにおいて、常に計測部３２に接続された各濃度センサ２５乃至３８により硝酸態窒素としての硝酸イオン濃度、亜硝酸態窒素としての亜硝酸イオン濃度、アンモニア態窒素としてのアンモニウムイオン濃度を監視し、何れの濃度も所定の値、即ち、排水規定値よりも低い値となった際に、電解制御部１７は、被処理水中に含有される硝酸態窒素、亜硝酸態窒素、アンモニア態窒素等の窒素化合物の脱窒処理が終了したものとみなす。
【００５５】
これにより、被処理水中に含有される硝酸態窒素、アンモニア態窒素等の窒素化合物の窒素成分を、必要以上の電解処理を行うことなく、効率的に除去することができ、被処理水中の窒素化合物の処理能力が向上される。
【００５６】
ここで、電解制御部１７は、計測部３２に接続されたリン酸イオン濃度センサ２８により、被処理水中のリン酸イオン濃度を検出し、当該リン酸イオン濃度が排水規定値よりも高いか低いかを判断する。このとき、被処理水中のリン酸イオン濃度が排水規定値よりも低い場合には、この状態のまま、被処理水を環境に排出しても環境に負荷を与えないものと判断し、電解制御部１７は、電磁弁１８を開放し、被処理水を外部に排出するものとする。
【００５７】
他方、被処理水中のリン酸イオン濃度が排水規定値よりも高い場合には、各電極５、６に印加する電位の極性を切り換え、リン処理ステップを実行する。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。
【００５８】
そして、上記リン処理ステップでは、電解制御部１７により各電極５、６に印加する電位の極性が切り換えられることから、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。
【００５９】
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↓
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
そして、電解制御部１７は、このリン処理ステップにおいて、常に計測部３２に接続されたリン酸イオン濃度センサ２８によりリン酸イオン濃度を監視し、排水規定値よりも低い値となった際に、電解制御部１７は、被処理水中に含有されるリン酸化合物等のリン化合物の脱リン処理が終了したものとみなす。その後、電解制御部１７は、被処理水を環境に排出しても環境に負荷を与えないものとして、電磁弁１８を開放し、被処理水を外部に排出するものとする。
【００６４】
被処理水中に含有される硝酸態窒素の濃度、亜硝酸態窒素の濃度、アンモニア態窒素の濃度、リン酸イオンの濃度の何れかの濃度に基づいて、電極への通電を停止し、電気化学的手法による処理を終了することができるようになる。
【００６５】
これにより、被処理水を環境に負荷のかからない状態で環境に排出することができるようになり、効果的に排水処理を行うことができるようになる。また、被処理水中の処理対象となる物質の処理が終了しているのにも係わらず、電極５、６間に通電する不都合を解消することができ、効率的に排水処理を行うことができるようになる。
【００６６】
尚、本実施例では、処理対象となる被処理水中の硝酸態窒素、亜硝酸態窒素、アンモニア態窒素及びリン酸イオンすべてに対し、濃度の検出を行い、各窒素処理ステップの終了、若しくは、リン処理ステップの終了の基準としているが、これ以外に、処理対象となる上記何れかの物質についてのみ濃度検出を行い、排水処理の終了の基準としても同様の効果を奏する。
【００６７】
尚、本実施例では、電解制御部１７による電圧を調整することにより、被処理水中の導電率の調整を行っているが、これ以外に、定電流制御することによっても、被処理水の導電率に対応して電極間距離若しくは、電極５、６の浸漬量を調整しても同様の効果を奏するものとする。
【００６８】
また、本実施例では、上記被処理水の導電率に基づく電極間距離若しくは、電極５、６の浸漬量の調整は、窒素処理ステップの開始前に行われているが、これ以外に、窒素処理ステップ中及びリン処理ステップ中に上記電極間距離若しくは、電極５、６の浸漬量の調整を行っても良いものとする。
【００６９】
また、上記において、パンタグラフ状に形成された極間距離調整部材２０及び浸漬量調整部材２２は、電解制御部１７により、上述の如き制御を行っているが、これ以外に、これら極間距離調整部材２０及び浸漬量調整部材２２を形状記憶合金により構成し、水温変化に対応して自動的に極間距離が調整できるようにしても良いものとする。
【００７０】
また、本発明によれば、上述した如く、貯留槽１０内の被処理水を水量に応じて排水処理を行う排水処理装置１の台数を変更しているため、被処理水の水量に応じた排水処理を行いことができるようになる。これにより、少量であってもまた、比較的多くの量の被処理水であっても処理時間に影響を与えることなく、効率的に被処理水の処理を行うことができるようになる。
【００７１】
尚、上記以外に、請求項１の発明の如く被処理水の窒素処理ステップの終了の基準及びリン処理ステップの終了の基準は、被処理水中の含有硝酸態窒素濃度、含有亜硝酸態窒素濃度、含有アンモニア態窒素濃度及び含有リン酸イオン濃度、または、何れかの濃度によって判断することなく、電解制御部１７に予め内蔵されたタイマ３４によって判断しても良いものとする。
【００７２】
また、上記以外に、導電率センサ２９の出力に基づく電極５、６間の距離、若しくは、電極５、６の被処理水への浸漬量を制御を行わない場合であっても請求項２の発明を実現できるものとする。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理する排水処理装置において、被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、被処理水の導電率を検出する導電率検出手段と、該導電率検出手段の出力に基づき、電極間の距離、若しくは、当該電極の被処理水への浸漬量を制御する制御手段とを備えるので、被処理水の導電率に基づき、電極間の距離若しくは、電極の被処理水への浸漬量を制御することができるようになる。
【００７４】
これにより、電極への印加電圧が電気化学的手法により被処理水を処理することができないほどに印加電圧を調整した場合であっても被処理水の導電率が高い場合に、被処理水の処理電解電流が、電極自体或いは被処理水に著しい発熱を来す程に上昇する以前に、電極間の距離を拡張若しくは、電極の被処理水への浸漬量を減少させることにより、電流密度を減少させることができるようになる。そのため、被処理水が異常に加熱され、蒸発することを未然に回避することができ、電極及び被処理水の発熱による危険性を防止することができるようになる。また、かかる場合においても、被処理水の電気化学的手法による処理は継続して行うことができ、処理効率を向上させることができるようになる。
【００７５】
請求項２の発明によれば、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理する排水処理装置において、被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、被処理水の含有硝酸態窒素の濃度を検出する硝酸濃度検出手段、前記被処理水の含有亜硝酸態窒素の濃度を検出する亜硝酸濃度検出手段、被処理水の含有アンモニア態窒素の濃度を検出するアンモニア濃度検出手段、被処理水の含有リン酸イオンの濃度を検出するリン酸濃度検出手段のうちの少なくとも一つの濃度検出手段と、該濃度検出手段の出力に基づき、電極への通電を制御する制御手段とを備えるので、被処理水中に含有される硝酸態窒素の濃度、亜硝酸態窒素の濃度、アンモニア態窒素の濃度、リン酸イオンの濃度の何れかの濃度に基づいて、電極への通電を停止し、電気化学的手法による処理を終了することができるようになる。
【００７６】
これにより、被処理水を環境に負荷のかからない状態で環境に排出することができるようになり、効果的に排水処理を行うことができるようになる。また、被処理水中の処理対象となる物質の処理が終了しているのにも係わらず、電極間に通電する不都合を解消することができ、効率的に排水処理を行うことができるようになる。
【００７７】
請求項３の発明によれば、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物、及び／又は、リン化合物を処理する排水処理装置において、被処理水に少なくとも一部が浸漬され、電気化学的手法により当該被処理水を処理するための少なくとも一対の電極と、被処理水の含有硝酸態窒素の濃度を検出する硝酸濃度検出手段、被処理水の含有亜硝酸態窒素の濃度を検出する亜硝酸濃度検出手段、被処理水の含有アンモニア態窒素の濃度を検出するアンモニア濃度検出手段、被処理水の含有リン酸イオンの濃度を検出するリン酸濃度検出手段のうちの少なくとも一つの濃度検出手段と、被処理水の導電率を検出する導電率検出手段と、制御手段とを備え、該制御手段は、濃度検出手段の出力に基づき、電極への通電を制御するので、被処理水中に含有される硝酸態窒素の濃度、亜硝酸態窒素の濃度、アンモニア態窒素の濃度、リン酸イオンの濃度の何れかの濃度に基づいて、電極への通電を停止し、電気化学的手法による処理を終了することができるようになる。
【００７８】
これにより、被処理水を環境に負荷のかからない状態で環境に排出することができるようになり、効果的に排水処理を行うことができるようになる。また、被処理水中の処理対象となる物質の処理が終了しているのにも係わらず、電極間に通電する不都合を解消することができ、効率的に排水処理を行うことができるようになる。
【００７９】
またこれに加えて、制御装置は、導電率検出手段の出力に基づき、電極間の距離、若しくは、当該電極の被処理水への浸漬量を制御するので、電極への印加電圧が電気化学的手法により被処理水を処理することができないほどに印加電圧を調整した場合であっても被処理水の導電率が高い場合に、被処理水の処理電解電流が、電極自体或いは被処理水に著しい発熱を来す程に上昇する以前に、電極間の距離を拡張若しくは、電極の被処理水への浸漬量を減少させることにより、電流密度を減少させることができるようになる。そのため、被処理水が異常に加熱され、蒸発することを未然に回避することができ、電極及び被処理水の発熱による危険性を防止することができるようになる。また、かかる場合においても、被処理水の電気化学的手法による処理は継続して行うことができ、処理効率を向上させることができるようになる。
【００８０】
請求項４の発明によれば、請求項１、請求項２又は請求項３の発明の排水処理装置を複数備え、被処理水の量に応じて各排水処理装置の動作を制御するので、被処理水の量が少量であっても、大量であっても、効率的に被処理水を処理することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水処理システムの概要を示す説明図である。
【図２】排水処理装置の中央制御部の電気ブロック図である。
【図３】極間距離調整部材を示す図である。
【図４】浸漬量調整部材を示す図である。
【図５】水処理部の電気ブロック図である。
【符号の説明】
Ｓ　排水処理システム
１、（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）　排水処理装置
２　処理槽
３　流出口
４　排水処理室
５、６　電極
１０　貯留槽
１１　水量計
１２、１９　配管
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ　ポンプ
１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１８（１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ）　電磁弁
１５　中央制御部
１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ）　水処理部
１７　電解制御部
２０　極間距離調整部材
２１　極間距離制御部
２２　浸漬量調整部材
２３　浸漬量制御部
２５　硝酸イオン濃度センサ
２６　亜硝酸イオン濃度センサ
２７　アンモニウムイオン濃度センサ
２８　リン酸イオン濃度センサ
２９　導電率センサ
３０　ｐＨセンサ
３１　コントロールパネル
３２　計測部
３３　ｐＨ調整手段
３４　タイマ
【図１】
2004097950.tif 000004
【図２】
2004097950.tif 000005
【図３】
2004097950.tif 000006
【図４】
2004097950.tif 000007
【図５】
2004097950.tif 000008