(57)【要約】【課題】リン化合物及び窒素化合物の除去を目的とした汚水処理装置において、外気温度の低下に伴う窒素化合物の除去能力の低下を防止すること。【解決手段】リン化合物の除去及び窒素化合物の除去を同時に電解処理により行うようにする。また、窒素化合物の除去は、カソードの材料として鉄を含む導電体が用い、アノード材料としては、アノードを構成する場合に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を用いことにより、効果的にアンモニア及びアンモニアイオンの脱窒処理を行う。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を含む導電体からなるカソード、及び、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からなるアノードを一対とする電極を一対又は複数対備えた第１電解槽と、
鉄又はアルミニウムを含む導電体からなるカソード、及び、カソードと同一金属からなるアノードを一対とする電極を一対又は複数対備えるとともにこれら一対又は複数対の電極の極性をそれぞれ反転可能とした第２電解槽とを有し、
処理水を、第１電解槽を経由して第２電解槽に流通させるようにしたことを特徴とする電解式汚水処理装置。
【請求項２】
一つの槽からなる第３電解槽内に、鉄を含む導電体からなる電極とアノードを構成する場合に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からなる電極とを一対とする電極を複数対備え、少なくとも一対の電極において、鉄を含む導電体からなる電極をカソードとして他方の電極をアノードとすることにより窒素化合物除去の電解処理を行わせ、他の対の電極においては、鉄を含む導電体からなる電極をアノードとして他方の電極をカソードとすることによりリン化合物除去の電解処理を行わせるように、所定時間をおいて各電極の極性を反転制御すると同時に印加電流を電解処理内容に適合する値に制御することを特徴とする電解式汚水処理装置。
【請求項３】
鉄を含む導電体からなるカソード、及び、アノードを構成する場合に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からなるアノードを一対とする電極を一対又は複数対備えた第４電解槽と、
鉄を含む導電体からなる第１電極、アノードを構成する場合に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からなる第２電極、鉄を含む導電体とアノードを構成する場合に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を接合して形成した第３電極を備え、第１電極及び第２電極を同一極性として第３電極の反対の極性とし、第１及び第２電極の極性と第３電極の極性とを反転可能とした第５電解槽とを有し、
処理水を、前記第４電解槽を経て第５電解槽に流通させるようにしたことを特徴とする電解式汚水処理装置。
【請求項４】
第１電解槽と第２電解槽とを仕切壁により分離して一体の槽として形成し、第１電解槽側に処理水流入管を設け、第２電解槽側に処理水流出管を設けたことを特徴とする請求項１記載の電解式汚水処理装置。
【請求項５】
第１電解槽における各対の電極の下端近傍に散気管を設けるとともに、第２電解槽の底部に散気管を設けたことを特徴とする請求項４記載の電解式汚水処理装置。
【請求項６】
第２電解槽の底部に凝集物や汚泥を堆積するスペースを設けたことを特徴とする請求項５記載の電解式汚水処理装置。
【請求項７】
第３電解槽における各対の電極の下部に散気管を設けたことを特徴とする請求項２記載の電解式汚水処理装置。
【請求項８】
第３電解槽の散気管の下方部に凝集物や汚泥を堆積するスペースを設けたことを特徴とする請求項７記載の電解式汚水処理装置。
【請求項９】
第３電解槽の底部に汚泥排出装置を設けたことを特徴とする請求項８記載の電解式汚水処理装置。
【請求項１０】
第４電解槽と第５電解槽とを仕切壁により分離して一体の槽として形成し、第４電解槽側に処理水流入管を設け、第５電解槽側に処理水流出管を設けたことを特徴とする請求項３記載の電解式汚水処理装置。
【請求項１１】
第４電解槽における各対の電極の下端近傍に散気管を設けるとともに、第５電解槽の底部に散気管を設けたことを特徴とする請求項１０記載の電解式汚水処理装置。
【請求項１２】
第５電解槽の底部に凝集物や汚泥を堆積するスペースを設けたことを特徴とする請求項１１記載の電解式汚水処理装置。
【請求項１３】
アノードを構成する場合に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て、貴金属又は貴金属を被覆した導電体を用いたことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項記載の電解式汚水処理装置。
【請求項１４】
アノードを構成する場合に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て、セラミックス系導電体又はセラミックス系導電体を被覆した導電体を用いたことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項記載の電解式汚水処理装置。
【請求項１５】
アノードを構成する場合に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て、炭素系導電体又は炭素系導電体を被覆した導電体を用いたことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項記載の電解式汚水処理装置。
【請求項１６】
アノードを構成する場合に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て、ステンレス又はステンレスを被覆した導電体を用いたことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項記載の電解式汚水処理装置。
【請求項１７】
第４電解槽におけるアノードに使用する、アノードを構成する場合に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て、セラミックス系導電体又はセラミックス系導電体を被覆した導電体を用い、さらに、前記第５電解槽における第２電極及び第３電極に使用する、アノードを構成する場合に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て、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体を用いたことを特徴とする請求項３、１０又は１１記載の電解式汚水処理装置。
【請求項１８】
第４電解槽におけるアノードに使用する、アノードを構成する場合に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て、炭素系導電体又は炭素系導電体を被覆した導電体を用い、さらに、前記第５電解槽における第２電極及び第３電極に使用する、アノードを構成する場合に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て、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体を用いたことを特徴とする請求項３、１０又は１１記載の電解式汚水処理装置。
【請求項１９】
前記第４電解槽におけるアノードに使用する、アノードを構成する場合に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て、ステンレス又はステンレスを被覆した導電体を用い、さらに、前記第５電解槽における第２電極及び第３電極に使用する、アノードを構成する場合に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て、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体を用いることを特徴とする請求項３、１０又は１１記載の電解式汚水処理装置。
【請求項２０】
処理水中の有機物を嫌気性微生物により嫌気分解する嫌気槽と、嫌気槽で嫌気処理された処理水を好気性微生物により好気分解する好気槽と、好気槽で好気分解された処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する沈殿槽あるいは処理水槽と、沈殿槽あるいは処理水槽で分離された上澄み液を電解処理する請求項１〜１９の何れか１項記載の電解式汚水処理装置と、電解式汚水処理装置で処理された処理水を前記嫌気槽に返送する配管とを備えたことを特徴とする汚水処理施設。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水を浄化する汚水処理装置及び汚水処理施設に関し、特に、汚水から有機性窒素、亜硝酸性窒素、硝酸性窒素、アンモニア性窒素などの窒素化合物や、リン酸、リン酸イオンなどのリン化合物などを除去する汚水処理装置及び汚水処理施設に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の汚水処理装置は、処理水中の有機物を嫌気性微生物により嫌気分解する第１及び第２嫌気濾床槽、第２嫌気濾床槽で嫌気処理された処理水を好気性微生物により好気分解する接触ばっ気槽（好気槽）、接触ばっ気槽で好気分解された処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する沈殿槽、沈殿槽で分離された上澄み液を電解処理する溶出槽（電解式汚水処理装置）、沈殿槽から溶出槽に移送する沈殿槽の上澄み液量を調節する分水量装置、沈殿槽の上澄み液を消毒してタンク外に排出する消毒槽などから構成されていた（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
また、上記従来の汚水処理装置において、リン化合物の除去は次のようにして行われていた。溶出槽（本発明でいう電解処理装置）に鉄材料又はアルミニウム合金材料からなる電極をアノード及びカソードとする一対又は複数対の電極を設け、これら電極の極性を反転可能として構成する。溶出槽内では、アノードとして作用する鉄材料又はアルミニウム合金材料により構成される電極から２価の鉄イオン又は３価のアルミニウムイオンが処理水中に供給される。なお、処理水中に供給された２価の鉄イオンは酸化されて３価の鉄イオンなる。そして、処理水中に含まれる一部の３価の鉄イオン又はアルミニウムイオンは、処理水中のオルトリン酸と反応して難溶性リン化合物として溶出槽内に凝集沈殿される。また、処理水中に含まれる残部の３価の鉄イオン又はアルミニウムイオンは、溶出槽の処理水とともに第１嫌気濾床槽に返送され、第１嫌気濾床槽内に存在するオルトリン酸と反応して難溶解性リン酸化合物となり、さらに凝集沈殿される。そして、これら凝集沈殿物を排出することによりリン化合物が除去されていた。
【０００４】
また、上記従来の汚水処理装置において、窒素化合物の除去は次のようにして行われていた。第１嫌気濾床槽及び第２嫌気濾床槽で有機性の窒素がアンモニア性窒素に嫌気分解され、次ぎの処理槽である接触ばっ気槽において、硝酸菌や亞硝酸菌の働きによりアンモニア性窒素が硝酸性窒素や亞硝酸性窒素に変換されていた。また、溶出槽を経て第１嫌気濾床槽に返送されてきた硝酸性窒素や亞硝酸性窒素は、第１嫌気濾床槽に多く存在する脱窒菌により還元されて窒素ガスとなり、この窒素ガスを排出することにより窒素化合物が除去されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−８９９９８号公報
【特許文献２】
特開平１０−１９２８６９号公報
【特許文献３】
特開平１０−２５８２８３号公報
【特許文献４】
特開平２０００−１８９９７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の汚水処理装置では、窒素化合物の除去は、接触ばっ気槽においてアンモニア性窒素を硝酸性窒素や亞硝酸性窒素に変換するとともに、第１嫌気濾床槽において硝酸性窒素や亞硝酸性窒素を窒素ガスに還元するという生物処理により行われていた。しかし、冬場は外気温度の低下に伴い生物処理機能が低下し、窒素化合物の除去能力が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に鑑みされたものである。その目的とするところは、リン化合物及び窒素化合物の除去を目的とした汚水処理装置において、外気温度の低下に伴う窒素化合物の除去能力の低下を防止することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１手段に係る電解式汚水処理装置は、鉄を含む導電体からなるカソード、及び、アノードを構成する場合に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からなるアノードを一対とする電極を一対又は複数対備えた第１電解槽と、鉄又はアルミニウムを含む導電体からなるアノード、及び、アノードと同一金属からなるカソードを一対とする電極を一対又は複数対備えるとともにこれら一対又は複数対の電極の極性をそれぞれ反転可能とした第２電解槽とを有し、処理水を、第１電解槽を経由して第２電解槽に流通させるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
このように構成すると、第１電解槽では、カソード側で硝酸イオン及び亞硝酸イオンが還元反応によりアンモニアに変換される。また、アノード側で電極の表面から活性酸素及び次亜塩素酸が発生する。そして、処理水中のアンモニアの脱窒作用により窒素ガスが生成され、この窒素ガスを放出することにより窒素化合物が除去される。
したがって、本解決手段による窒素化合物の除去は、従来の汚水処理装置における生物処理による窒素化合物の除去方法のように外気温度が低下する冬場において窒素化合物の処理能力が低下するおそれがない。
【００１０】
また、第２電解槽では、アノードとして作用する鉄又はアルミニウムを含む導電体から２価の鉄又は３価のアルミニウムイオンが処理水中に供給される。なお、処理水中に供給された２価の鉄は酸化されて３価の鉄となる。この３価の鉄又はアルミニウムイオンが処理水中のオルトリン酸と反応して難溶性リン化合物として凝集沈殿する。したがって、この凝集沈殿物を廃棄することにより、リン化合物が除去される。
また、この第２電解槽におけるリン化合物除去の電解処理は、前段の第１電解槽内において処理水中の硝酸イオン及び亞硝酸イオンが還元反応されてアンモニアに変化された後に行われるので、第２電解槽の鉄又はアルミニウムを含む導電体が、硝酸イオンや亞硝酸イオンにより不動態化されることがなく、長期間にわたり効率良く行われる。
【００１１】
また、前記課題を解決する第２手段に係る電解式汚水処理装置は、一つの槽からなる第３電解槽内に、鉄を含む導電体からなる電極とアノードを構成する場合に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からなる電極とを一対とする電極を複数対備え、少なくとも一対の電極において、鉄を含む導電体からなる電極をカソードとして他方の電極をアノードとすることにより窒素化合物を除去する電解処理を行わせ、他の対の電極においては、鉄を含む導電体からなる電極をアノードとして他方の電極をカソードとすることによりリン化合物除去の電解処理を行わせるように、所定時間をおいて各電極の極性を反転制御すると同時に印加電流を電解処理の内容に適合する値に制御することを特徴とする。
【００１２】
このように構成すると、一つの電解槽内において、少なくとも一対の電極による電解処理により窒素化合物の除去を行い、他の対の電極により、リン化合物の除去を行うことができる。
すなわち、一つの電解槽内における少なくとも一対の電極においては、鉄を含む導電体からなる電極をカソードとし他方の電極をカソードとするように極性反転するとともに、印加電流値を窒素化合物除去の電解処理に適合する値に調節する。このように制御することにより、カソード側において硝酸イオン及び亞硝酸イオンがアンモニアに変換される。また、この電極のアノード側、すなわち、アノードを構成する場合に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からなる電極側では、電極の表面から活性酸素及び次亜塩素酸が発生する。そして、処理水中のアンモニアの脱窒作用により窒素ガスが生成され、この窒素ガスを放出することにより窒素化合物が除去される。
一方、同一電解槽に配置されている他の対の電極においては、鉄を含む導電体からなる電極をアノードとするように極性反転する。さらに、印加電流値をリン化合物除去の電解処理に適合する値に調節する。このように制御することにより、アノードとして作用する鉄を含む導電体から２価の鉄イオンが処理水中に供給される。処理水中に供給された鉄イオンが酸化されて３価の鉄イオンとなり、この３価の鉄イオンが処理水中のオルトリン酸と反応して難溶性リン化合物として凝集沈殿する。したがって、この凝集沈殿物を廃棄することにより、リン化合物が除去される。
このように、同一電解槽において同時に窒素化合物の除去及びリン化合物の除去を行うことができる。
また、各電極では所定時間毎に極性が反転されるので電極の洗浄を行うことができる。すなわち、窒素化合物除去の電解処理時にはカソードを構成する電極にスケール（ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２等）が成長するが、このスケールは、リン化合物除去の電解処理時に電極がアノードとして作用することにより表面から落とされる。これにより電極の電解性能が高く維持される。また、リン化合物除去の電解処理時などに、電極に成長する生物膜や硝酸イオン等に起因する不動態膜は、窒素化合物除去の電解処理時にアノードとして作用することにより表面から落とされる。
【００１３】
また、上記課題を解決する第３手段に係る電解式汚水処理装置は、鉄を含む導電体からなるカソード、及び、アノードを構成する場合に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からなるアノードを一対とする電極を一対又は複数対備えた第４電解槽と、鉄を含む導電体からなる第１電極、アノードを構成する場合に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からなる第２電極、鉄を含む導電体とアノードを構成する場合に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を接合して形成した第３電極を備え、第１電極及び第２電極を同一極性として第３電極を反対の極性とし、第１及び第２電極の極性と第３電極の極性とを反転可能とした第５電解槽とを有し、処理水を、前記第４電解槽を経て第５電解槽に流通させるようにしたことを特徴とする。
【００１４】
このように構成すると、第４電解槽では、カソードとして作用する電極において硝酸イオン及び亞硝酸イオンの還元反応によりアンモニアが生成される。なお、アノードとして作用する電極においては、電極の表面から活性酸素及び次亜塩素酸が発生し、処理水中のアンモニアの脱窒作用により窒素ガスが生成され、この窒素ガスを放出すると窒素の除去が行われることになるが、アノード側の電解反応を弱いものとすることによりこの解決手段に係る電解式汚水処理装置では、カソード側の還元反応を第４電解槽における主な電解処理とすることを意図して構成することができる。
【００１５】
また、第３手段に係る電解式汚水処理装置における第５電解槽で第１電極及び第２電極をアノードとして作用するように極性反転した場合は、アノードとして作用する第２電極とカソードとして作用する第３電極の鉄を含む導電体との間での電解反応により、窒素化合物の除去が行われる。すなわち、第２電極の表面から活性酸素及び次亜塩素酸が発生し、第４電解槽から流入する処理水中のアンモニアの脱窒作用により窒素ガスが生成される。そして、この窒素ガスを放出することにより窒素の除去が行われる。また、上記のように第５電解槽で第１電極及び第２電極をアノードとして作用するように極性反転した場合において、第５電解槽では同時に、アノードとして作用する第１電極とカソードとして作用する第３電極のアノードを構成する場合に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の間での電解反応により、リン化合物の除去が行われる。すなわち、アノードとして作用する鉄を含む導電体により構成される第１電極から２価の鉄イオンが処理水中に供給され、この２価の鉄イオンが酸化されて３価の鉄イオンとなり、この３価の鉄イオンが処理水中のオルトリン酸と反応して難溶性リン化合物となって凝集沈殿する。そして、この凝集沈殿物を廃棄することによりリン化合物の除去が行われる。
【００１６】
次に、第３手段に係る電解式汚水処理装置における第５電解槽で、上述の場合とは逆に極性反転した場合は、すなわち、第１電極及び第２電極をカソードとして作用するように極性反転した場合は、アノードとして作用する第３電極のアノードを構成する場合に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カソードとして作用する第１電極の鉄を含む導電体との間での電解反応により、窒素化合物の除去が行われる。すなわち、第３電極の表面から活性酸素及び次亜塩素酸が発生し、第４電解槽から流入する処理水中のアンモニアの脱窒作用により窒素ガスが生成される。そして、この窒素ガスを放出することにより窒素の除去が行われる。また、このように第５電解槽で第１電極及び第２電極をカソードとして作用するように極性反転した場合において、第５電解槽では同時に、アノードとして作用する第３電極の鉄を含む導電体とカソードとして作用する第２電極との間での電解反応により、リン化合物の除去が行われる。すなわち、アノードとして作用する第３電極の鉄を含む導電体から２価の鉄イオンが処理水中に供給され、この２価の鉄イオンが酸化されて３価の鉄イオンとなり、この３価の鉄イオンが処理水中のオルトリン酸と反応して難溶性リン化合物となって凝集沈殿する。そして、この凝集沈殿物を廃棄することによりリン化合物の除去が行われる。
【００１７】
以上のごとく，この第３の解決手段に係る電解式汚水処理装置では、窒素化合物の除去およびリン化合物の除去が行われるので、従来の汚水処理装置における生物処理による窒素化合物の除去方法のように、外気温度が低下する冬場に窒素化合物の除去能力が低下するおそれがない。また、リン化合物の除去は、前段側の第４電解槽内において処理水中の硝酸イオン及び亞硝酸イオンが還元反応によりアンモニアに変換されるので、リン化合物の除去を行う第５電解槽の第１電極や第３電極の鉄を含む導電体が硝酸イオンや亞硝酸イオンにより不動態化されることがなく、長期間にわたり効率良く行われる。
【００１８】
また、前述の第１の解決手段に係る電解式汚水処理装置において、第１電解槽と第２電解槽とを仕切壁により分離して一体の槽として形成し、第１電解槽側に処理水流入管を設け、第２電解槽側に処理水流出管を設けるようにしてもよい。
このように構成すると、電解式汚水処理装置の構成を簡略化することができコストを軽減することができる。
また、この場合において、第１電解槽における一対又は複数対の電極の下端近傍に散気管を設けるとともに、第２電解槽の底部に散気管を設けてもよい。このようにすると、第１電解槽における電極の洗浄を効率よく行うことができる。また、第２電解槽に流入した処理水を撹拌することにより、第２電解槽の汚泥が電極表面に付着して鉄の溶出効率が低下することを防止することができる。また、第２電解槽の一対の電極として鉄を含む導電体を使用している場合は、散気管から供給される空気中の酸素を利用して電極から溶出した２価の鉄イオンをオルトリン酸と反応する３価の鉄イオンに酸化させることができ、リン化合物の除去効率を向上させることができる。
また、この場合において、第２電解槽の底部に凝集物や汚泥を堆積するスペースを設けると、第２電解槽で発生した難溶性リン化合物等からなる凝集物や汚泥を第２電解槽の底部に貯留させることができ、これら凝集物や汚泥の廃棄が容易になる。
【００１９】
また、前述の第２の解決手段に係る電解式汚水処理装置において、第３電解槽における各対の電極の下部に散気管を設けてもよい。このように構成すると、第１電解槽における電極の洗浄を効率よく行うことができる。
また、この場合において、第３電解槽の散気管の下方部に凝集物や汚泥を堆積するスペースを設けると、第３電解槽で発生した難溶性リン化合物等からなる凝集物や汚泥を第３電解槽の底部に貯留させることができる。
また、この場合において、第３電解槽の底部に汚泥排出装置を設けると、この汚泥排出装置を開放することにより、底部に貯留した凝集物や汚泥を容易に廃棄することができる。
【００２０】
また、前述の第３の解決手段に係る電解式汚水処理装置において、第４電解槽と第５電解槽とを仕切壁により分離して一体の槽として形成し、第４電解槽側に処理水流入管を設け、第５電解槽側に処理水流出管を設けるようにしてもよい。
このように構成すると、電解式汚水処理装置の構成を簡略化することができコストを軽減することができる。
また、この場合において、第４電解槽における一対又は複数対の電極の下端近傍に散気管を設けるとともに、第５電解槽の底部に散気管を設けてもよい。このようにすると、第４電解槽における各対の電極の洗浄を効率よく行うことができる。また、第５電解槽に流入した処理水を撹拌することにより、第５電解槽の汚泥が電極表面に付着して鉄の溶出効率や塩素イオンの発生効率の低下を防止することができる。したがって、アンモニアの脱窒作用による窒素ガスの生成効率を向上させることができるとともに、散気管から供給される空気中の酸素を利用して電極から溶出した２価の鉄イオンをオルトリン酸と反応する３価の鉄イオンに酸化させることができ、リン化合物の除去効率を向上させることができる。
また、この場合において、第５電解槽の底部に凝集物や汚泥を堆積するスペースを設けると、第５電解槽で発生した難溶性リン化合物等からなる凝集物や汚泥を第５電解槽の底部に貯留させることができ、これら凝集物や汚泥の廃棄が容易になる。
【００２１】
また、前述の第１〜第３の解決手段に係る電解式汚水処理装置において、アノードを構成する場合に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て貴金属又は貴金属を被覆した導電体を用いてもよい。
このように構成すると、容易に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及びアンモニアイオンの脱窒処理を行うことができる。
【００２２】
また、前述の第１〜第３の解決手段に係る電解式汚水処理装置において、アノードを構成する場合に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てセラミックス系導電体又はセラミックス系導電体を被覆した導電体を用いてもよい。
このように構成すると、容易に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及びアンモニアイオンの脱窒処理を行うことができる。
【００２３】
また、前述の第１〜第３の解決手段に係る電解式汚水処理装置において、アノードを構成する場合に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て炭素系導電体又は炭素系導電体を被覆した導電体を用いてもよい。
このように構成すると、容易に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及びアンモニアイオンの脱窒処理を行うことができる。
【００２４】
また、前述の第１〜第３の解決手段に係る電解式汚水処理装置において、アノードを構成する場合に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てステンレス又はステンレスを被覆した導電体を用いてもよい。
このように構成すると、容易に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及びアンモニアイオンの脱窒処理を行うことができる。
【００２５】
また、前述の第３の解決手段に係る電解式汚水処理装置において、第４電解槽におけるアノードに使用する、アノードを構成する場合に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て、セラミックス系導電体又はセラミックス系導電体を被覆した導電体を用い、さらに、第５電解槽における第２電極及び第３電極に使用する、アノードを構成する場合に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て、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体を用いるようにしてもよい。
このように構成すると、第４電解槽で硝酸イオン及び亜硝酸イオンを効率よく還元作用せしめることが可能となり、また、第５電解槽において、容易に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及びアンモニアイオンの脱窒処理を行うことができる。
【００２６】
また、前述の第３の解決手段に係る電解式汚水処理装置において、第４電解槽におけるアノードに使用する、アノードを構成する場合に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て、炭素系導電体又は炭素系導電体を被覆した導電体を用い、さらに、第５電解槽における第２電極及び第３電極に使用する、アノードを構成する場合に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て、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体を用いるようにしてもよい。
このように構成すると、第４電解槽で硝酸イオン及び亜硝酸イオンを効率よく還元作用せしめることが可能となり、また、第５電解槽において、容易に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及びアンモニアイオンの脱窒処理を行うことができる。
【００２７】
また、前述の第３の解決手段に係る電解式汚水処理装置において、第４電解槽におけるアノードに使用する、アノードを構成する場合に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て、ステンレス又はステンレスを被覆した導電体を用い、さらに、第５電解槽における第２電極及び第３電極に使用する、アノードを構成する場合に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て、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体を用いるようにしてもよい。
このように構成すると、第４電解槽で硝酸イオン及び亜硝酸イオンを効率よく還元作用せしめることが可能となり、また、第５電解槽において、容易に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及びアンモニアイオンの脱窒処理を行うことができる。
【００２８】
また、本発明に係る汚水処理施設は、処理水中の有機物を嫌気性微生物により嫌気分解する嫌気槽と、嫌気槽で嫌気処理された処理水を好気性微生物により好気分解する好気槽と、好気槽で好気分解された処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する沈殿槽あるいは処理水槽と、沈殿槽あるいは処理水槽で分離された上澄み液を電解処理する上記何れかの電解式汚水処理装置と、電解式汚水処理装置で処理された処理水を前記嫌気槽に返送する配管とを備えたことを特徴とする。
このように構成すると、生物処理による窒素化合物の除去と、電解処理によるリン化合物の除去及び窒素化合物の除去とを同時に行うことができる。したがって、外気温度が低下する冬場において窒素化合物の処理能力が低下するという従来の汚水処理施設にみられた問題を解消することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明を汚水処理施設に具体化した実施の形態１につき、図１〜図４に基づいて説明する。なお、図１は実施の形態１に係る汚水処理施設の全体構成図であり、図２は同汚水処理施設に用いられている電解式汚水処理装置の正面から見た構成図であり、図３は同電解式汚水処理装置における第１電解槽の側断面図であり、図４は同電解式汚水処理装置における第２電解槽の側断面図である。
【００３０】
汚水処理施設１は、地中に埋設されたタンク１ａの内部を仕切壁２、３、４、４ａにより第１嫌気濾床槽５、第２嫌気濾床槽６、接触ばっ気槽７、沈殿槽８、消毒槽９に区画して構成されている。また、沈殿槽８から第１嫌気濾床槽５への処理水流入管８ｂに電解式汚水処理装置１０が設けられている。また、電解式汚水処理装置１０への入口側に分水計量装置１１が設けられている。
【００３１】
第１嫌気濾床槽５は、生活雑排水等の汚水を受け入れる槽である。第１嫌気濾床槽５は、処理水取入口５ａから流入した汚水中に混入している夾雑物を第１嫌気濾床５ｂにより分離し、有機物を嫌気性微生物によって嫌気分解する。また、有機性の窒素をアンモニア性窒素に分解する。第１嫌気濾床槽５で嫌気分解処理された処理水は、移送管５ｃにより第２嫌気濾床槽６に移送される。
【００３２】
第２嫌気濾床槽６は、内部に設けた第２嫌気濾床６ａにより浮遊物質を捕捉し、嫌気性微生物により有機物を嫌気分解するとともに、有機性の窒素をアンモニア性窒素に分解する。第２嫌気濾床槽６で嫌気分解処理された処理水は、間欠式空気圧式ポンプ６ｂにより移送管６ｃを介し接触ばっ気槽７に移送される。
【００３３】
接触ばっ気槽７は、内部に設けた接触材７ａにより好気性微生物の培養を促進する。また、接触ばっ気槽７は、底部に配設した散気管７ｂから空気を放出して接触ばっ気槽７内を好気状態に維持する。また、接触ばっ気槽７は、処理水の有機物を好気性微生物により好気分解するとともに、硝酸菌や亞硝酸菌の働きによりアンモニア性窒素を硝酸性窒素や亞硝酸性窒素に変換する。
【００３４】
沈殿槽８は、接触ばっ気槽７で好気分解されて移送管７ｃを介し流入した処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する。この上澄み液の一部は、消毒槽９の消毒装置９ａにおいて塩素系等の薬品により消毒されて処理水排水口９ｂからタンク１ａ外に排水される。また、上澄み液の他部は、エアリフト８ａにより汲み上げられ、分水計量装置１１で流量調整され、処理水流入管８ｂを介して電解式汚水処理装置１０に移送される。
【００３５】
電解式汚水処理装置１０は、本発明における重要な構成要素であって、処理水中の窒素化合物を電解処理して窒素ガスを発生させて排出することにより窒素を除去するとともに、処理水中のリンをリン化合物として沈殿させ、排出するものである。
電解式汚水処理装置１０は、図２に示すように、槽１０ａ内を仕切壁１２により２槽に分離し、一方を第１電解槽１３、他方を第２電解槽１４としている。
第１電解槽１３は、処理水中の窒素化合物を電解処理して窒素ガスを発生させて排出することにより窒素を除去するものである。また、第１電解槽１３では、処理水流入管８ｂが槽１０ａの側壁に接続されている。そして、第１電解槽１３の内部には、少なくとも一部が処理水中に浸漬した対向する二つの電極１５ａ、１５ｂからなる一対の電極１５が設けられている。
【００３６】
電極１５ａは、鉄（Ｆｅ）若しくは鉄を被覆した導電体（鉄を含む導電体）により構成されてなり、カソードとして作用する。電極１５ｂは、アノードを構成する場合に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からなり、アノードとして作用する。
アノードを構成する場合に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ては、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。またこれ以外に、次亜鉛素酸などの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ては、例えばセラミックス系導電体、又は、セラミックス系導電体を被覆した不溶性の導電体、若しくは、ステンレス、又はステンレスを被覆した不溶性の導電体、若しくは、炭素系導電体、又は、炭素系導電体を被覆した不溶性の導電体であってもよいものとする。このように貴金属を使用しない導電体を用いる場合は電極１５ｂを低コストで構成することができる。また、セラミックス系導電体やステンレス等の導電体を用いた場合には、耐久性も向上させることができるようになる。
【００３７】
また、第１電解槽１３の内部における一対の電極１５の下端近傍には、散気管１７が設けられている。散気管１７は、図示しないブロワから空気が送られることにより、散気管１７の管壁に設けられた空気吹出口から空気を吹き出し、電極１５ａ、１５ｂ表面の生物膜や硝酸イオン等に起因する不動態膜等の膜を除去する。
【００３８】
また、第２電解槽１４は、処理水中のリンを難溶性リン化合物として堆積して排出するものである。また、第２電解槽１４では、第１嫌気濾床槽５への処理水流出管５ｄが槽１０ａの側壁に接続されている。そして、第２電解槽１４の内部には、鉄又はアルミニウムを含む導電体により構成される電極１６ａ、１６ｂからなる一対の電極１６と散気管１８とが設けられている。また、第２電解槽１４の底部には、凝集物や汚泥を堆積するスペース１４ａが設けられている
散気管１８は、図示しないブロワから空気が送られることにより、散気管１８の管壁に設けられた空気吹出口から空気を吹き出し、電極１６ａ、１６ｂ表面の生物膜や硝酸イオン等に起因する不動態膜等の膜を除去するためのものである。
【００３９】
上記のように構成された電解式汚水処理装置１０においては、処理水である沈殿槽８の上澄み液が処理水流入管８ｂを介して第１電解槽１３に送られる。電極１５をオンとし、電極１５ａ及び電極１５ｂに通電されると、カソードとして作用する電極１５ａ側では、処理水中に含まれる硝酸イオンが還元反応により亞硝酸イオンに変換される（反応Ａ）。また、硝酸イオンの還元反応により生成された亞硝酸イオンは、更に、還元反応によりアンモニアに変換される（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−
【００４０】
一方、アノードとして作用する電極１５ｂ側では、処理水中に含まれるハロゲン化物イオンとしての塩化物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鉛素酸を生成する。このとき、同時にオゾン、若しくは、活性酸素も生成される。
【００４１】
ここで、処理水中に含まれる塩化物イオン濃度が低い場合には、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化物イオンや、これらハロゲン化物イオンを含む化合物、例えば塩化カリウムや塩化ナトリウムなどを添加してもよい。すなわち、処理水の塩化カリウムの塩化物イオンを例えば１０ｐｐｍ以上４００００ｐｐｍ以下とする。
【００４２】
このような処理水中に含まれる塩化物イオンや上述の如く添加した塩化カリウムは、アノードを構成する電極１５ｂにおいて酸化され、塩素を生成し（反応Ｃ。なお、反応Ｃは塩化カリウムの場合で示す）、生成された塩素は、処理水中で水と反応し、次亜鉛素酸を生成する（反応Ｄ）。そして、生成された次亜鉛素酸は、上述の反応Ｂで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。以下反応Ｃ乃至反応Ｅを示す。
2004097964.tif 000003
【００４３】
また、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１５ｂ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）→Ｎ３↑＋Ｈ２Ｏ
これにより、処理水中の硝酸態窒素、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第１電解槽１３内において処理可能となる。
【００４４】
次ぎに、第１電解槽１３で窒素化合物が除去され処理水は、槽１０ａの下方の連通口から第２電解槽１４に流入する。第２電解槽１４に配置された一対の電極において、電極１６ａ、１６ｂの何れか一方をアノード、他方をカソードとなるように電圧を印加する。電極１６ａ、１６ｂが鉄を含む導電体で構成されている場合には、アノードで２価の鉄（Ｆｅ２＋又は）が生成され、さらに、この２価の鉄イオン（Ｆｅ２＋）は、空気により酸化されて３価の鉄イオン（Ｆｅ３＋）となる。また、電極１６ａ、１６ｂがアルミニウムを含む導電体で構成されている場合には、アノードで３価のアルミニウムイオン（Ａｌ３＋）が生成される。
生成された３価の鉄イオン（Ｆｅ３＋）又はアルミニウムイオン（Ａｌ３＋）は処理水中のオルトリン酸と反応し、難溶性のリン酸化合物として第２電解槽１４の底部に凝集沈殿する。このようにして第２電解槽１４の底部に凝集沈殿した難溶性のリン酸化合物が槽１０ａ外に排出することにより、リン化合物の除去が行われる。
【００４５】
第２電解槽１４の処理水は、処理水流出管５ｄから第１嫌気濾床槽５に返送される。第１嫌気濾床槽５に返送された処理水中の３価の鉄イオン（Ｆｅ３＋）又はアルミニウムイオン（Ａｌ３＋）は、第１嫌気濾床槽５内に存在するオルトリン酸と反応し、難溶性のリン酸化合物として凝集沈殿する。この凝集沈殿した難溶性のリン酸化合物が槽外に排出されることによりリン化合物が除去される。なお、鉄又はアルミニウムを含む電極１６ａ、１６ｂは、各電極１６ａ、１６ｂを略均一に減少させて同時に交換できるようにするために、所定時間毎に規則的に極性を反転させている。
【００４６】
実施の形態１は以上のように構成されているので、次のような効果を奏する。
（１）　第１電解槽１３では、カソードとして作用する電極１５ａ側で硝酸イオン及び亞硝酸イオンが還元反応によりアンモニアに変換される。また、アノードとして作用する電極１５ｂ側で電極の表面から活性酸素及び次亜塩素酸が発生する。そして、処理水中のアンモニアの脱窒作用により窒素ガスが生成され、この窒素ガスを放出することにより窒素化合物が除去される。したがって、従来の汚水処理装置における生物処理による窒素化合物の除去方法のように外気温度が低下する冬場において窒素化合物の処理能力が低下するおそれがない。
（２）　また、第２電解槽１４では、アノードとして作用する鉄又はアルミニウムを含む導電体から２価の鉄又は３価のアルミニウムイオンが処理水中に供給される。なお、処理水中に供給された２価の鉄は酸化されて３価の鉄イオンとなる。この３価の鉄イオン又はアルミニウムイオンが処理水中のオルトリン酸と反応して難溶性リン化合物として凝集沈殿する。したがって、この凝集沈殿物を廃棄することにより、リン化合物が除去される。
（３）　また、この第２電解槽１４におけるリン化合物除去の電解処理は、前段の第１電解槽１３内において処理水中の硝酸イオン及び亞硝酸イオンが還元反応によりアンモニアに変化された後に行われるので、第２電解槽１４の鉄又はアルミニウムを含む導電体が、硝酸イオンや亞硝酸イオンにより不動態化されることがなく、長期間にわたり効率良く行われる。
【００４７】
（４）　また、電解処理による窒素化合物の除去は、アノードとして作用する電極１５ｂの材料として、アノードを構成する場合に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用いられ、カソードとして作用する電極１５ａの材料として鉄を含む導電体が用いられるので、容易に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及びアンモニアイオンの脱窒処理を行うことができる。
【００４８】
（５）　また、第１電解槽１３と第２電解槽１４とを仕切壁１２により分離して一体の槽として形成し、第１電解槽１３側に処理水流入管８ｂを接続し、前記第２電解槽側に処理水流出管５ｄを設けているので、電解式汚水処理装置の構成を簡略化することができ、コストを軽減することができる。
【００４９】
（６）　第１電解槽１３では、一対の電極１５の下端近傍に散気管１７が設けられているので、第１電解槽１３における一対の極１５の洗浄を効率よく行うことができる。
（７）　また、第２電解槽１４の底部に散気管１８を設けているので、第２電解槽１４に流入した処理水を撹拌し、第２電解槽１４の汚泥が電極１６ａ、１６ｂの表面に付着して鉄の溶出効率が低下することを防止することができる。また、電極１６ａ、１６ｂに鉄を含む導電体を使用する場合には、散気管１８から供給される空気中の酸素を利用して電極１６ａ、１６ｂから溶出した２価の鉄イオンを３価の鉄イオンに酸化させることができ、リン化合物の除去効率を向上させることができる。
【００５０】
（８）　また、第２電解槽１４の底部に凝集物や汚泥を堆積するスペースを有しているので、第２電解槽１４で発生した難溶性リン化合物等からなる凝集物や汚泥を第２電解槽１４の底部に貯留させることができ、これら凝集物や汚泥を容易に廃棄することができる。
【００５１】
（９）　実施の形態１に係る汚水処理施設は、処理水中の有機物を嫌気性微生物により嫌気分解する嫌気濾床槽５、６と、嫌気濾床槽５、６で嫌気処理された処理水を好気性微生物により好気分解する接触ばっ気槽７と、接触ばっ気槽７で好気分解された処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する沈殿槽８と、沈殿槽８で分離された上澄み液を電解処理して窒素化合物及びリン化合物を除去する電解式汚水処理装置１０と、この電解式汚水処理装置１０で処理された処理水を第１嫌気濾床槽５に返送する処理水流出管５ｄとを備えているので、生物処理による窒素化合物の除去と、電解処理によるリン化合物の除去及び窒素化合物の除去とを同時に行うことができる。したがって、外気温度が低下する冬場において窒素化合物の除去能力が低下するようなことがない。
【００５２】
また、上記実施の形態１において、第１電解槽１３及び第２電解槽１４はそれぞれ一対の電極１５及び電極１６として説明したが、処理水容量に応じこれら電極１５、１６をそれぞれ複数対として構成してもよい。
【００５３】
（実施の形態２）
次に、この発明を汚水処理施設に具体化した実施の形態２について図５〜図７に基づいて説明する。実施の形態２に係る汚水処理施設は、図１に係る処理施設において電解式汚水処理装置１０に代えて以下に説明する電解式汚水処理装置２０を用いたものである。また、電解式汚水処理装置２０以外は実施の形態１と同一であるので以下の説明では、電解式汚水処理装置２０のみを説明する。
なお、図５は実施の形態２に係る汚水処理施設に用いる電解式汚水処理装置の正面から見た構成図であり、図６は同電解式汚水処理装置における第３電解槽の側断面図であり、図７は同電解式汚水処理装置における電極への電流印加のタイミングチャートである。また、実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
電解式汚水処理装置２０は、一つの槽、この発明における第３電解槽２１で構成されている。ただし、電極収納部２１ａに対し処理水が下方から導入されるように、処理水流入管８ｂに対向するように流路形成壁２２が垂直に形成されている。
電極収納部２１ａには、２対の電極２５、２６が収納されている。各対の電極２５、２６は、それぞれ鉄を含む導電体からなる電極２５ａ、２６ａと、アノードを構成する場合に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からなる電極２５ｂ、２６ｂとから構成されている。また、これら２対の電極２５、２６は、図５及び図６から分るように並列に配置されている。
【００５５】
なお、鉄を含む導電体は、実施の形態１におけるカソードとして作用する電極１５ａを構成する電極材料と同一の考え方のものでよい。また、アノードを構成する場合に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、実施の形態１におけるアノードとして作用する電極１５ｂを構成する電極材料と同一の考え方のものでよい。
【００５６】
また、各対の電極２５、２６の下端近傍には散気管２７、２８が設けられ、各電極表面に成長する生物膜や不動態膜を除去するように構成されている。また、この第３電解槽２１の散気管２７、２８の下方底部には、凝集物や汚泥を堆積するスペース２１ｂが設けられている。さらに、このスペース２１ｂの底部から汚泥排出管２３が導出され、この汚泥排出管２３中に閉鎖弁２４が設けられている（図５参照）。閉鎖弁２４を開放すると、スペース２１ｂに堆積している汚泥が汚泥排出管２３から第１嫌気濾床槽５に向けて排出されるように構成されている。なお、汚泥排出管２３及び閉鎖弁２４は本発明における汚泥排出装置を構成している。
【００５７】
そして、このように構成された実施の形態２において、前述の各対の電極２５、２６に対しては、図７のタイミングチャートに示すように電流が印加される。さらに、時間帯Ｔａにおいては、電極２５ａ及び２６ｂがカソードとなり、電極２５ｂ及び２６ａがアノードとなるように各対の電極２５、２６の電源２５Ｐ、２６Ｐが制御され、時間帯Ｔｂにおいては、電極２５ａ及び２６ｂがアノードとなり、電極２５ｂ及び２６ａがカソードとなるように各対の電極２５、２６の電源２５Ｐ、２６Ｐが制御される。なお、時間帯Ｔａ、Ｔｂは交互に繰り返されるように制御される。
【００５８】
したがって、時間帯Ｔａでは、一対の電極２５において、鉄を含む電極２５ａがカソードとなり、アノードを構成する場合に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からなる電極２５ｂがアノードとして構成されるとともに、一対の電極２５に対しては窒素化合物の除去に適合する電流Ｎｉが印加されるので、実施の形態１における電極１５の場合と同様の電解作用により窒素化合物の除去が行われる。また、他の一対の電極２６においては、鉄を含む電極２６ａがアノードとなり、アノードを構成する場合に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からなる電極２６ｂがカソードとして構成されるとともに、一対の電極２６に対してはリン化合物の除去に適合する電流Ｐｉが印加されるので、実施の形態１における一対の電極１６の場合と同様の電解作用によりリン化合物の除去が行われる。
【００５９】
次に、時間帯Ｔｂにおいては、一対の電極２５において、鉄を含む電極２５ａがアノードとなり、アノードを構成する場合に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からなる電極２５ｂがカソードとして構成されるとともに、一対の電極２５に対してはリン化合物の除去に適合する電流Ｐｉが印加されるので、実施の形態１における一対の電極１６の場合と同様の電解作用によりリン化合物の除去が行われる。また、他の一対の電極２６においては、鉄を含む電極２６ａがカソードとなり、アノードを構成する場合に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からなる電極２６ｂがアノードとして構成されるとともに、一対の電極２６に対しては窒素化合物の除去に適合する電流Ｎｉが印加されるので、実施の形態１における電極１５の場合と同様の電解作用により窒素化合物の除去が行われる。
【００６０】
実施の形態２は、以上のように構成されているので次のような効果を奏することができる。
（１）　同一電解槽（第３電解槽）２０ａにおいて、実施の形態１における電解反応と同様の反応により同時に窒素化合物の除去及びリン化合物の除去を効率よく行うことができる。
（２）　また、各電極２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂは所定時間毎に極性が反転されるので電極の洗浄を行うことができる。すなわち、窒素化合物除去の電解処理時にカソードを構成する電極２５ａ、２６ａに成長するスケール（ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２等）は、リン化合物除去の電解処理時にアノードとして作用することにより表面から落とされる。これにより電極の電解性能が高く維持される。また、リン化合物除去の電解処理時などに、電極２５ｂ、２６ｂに成長する生物膜や硝酸イオン等に起因する不動態膜は、窒素化合物除去の電解処理時にアノードとして作用することにより表面から落とされる。
【００６１】
（３）　第３電解槽２１における各対の電極２５、２６の下部に散気管２７、２８が設けられているので、各対の電極２５、２６の洗浄を効率よく行うことができる。
（４）　第３電解槽２１の散気管２７、２８の下方部に凝集物や汚泥を堆積するスペース２１ｂが設けられているので、第３電解槽で発生した難溶性リン化合物等からなる凝集物や汚泥を第３電解槽の底部に貯留させることができる。
（５）　また、第３電解槽２１の底部に汚泥排出装置を構成するものとして、汚泥排出管２３が設けられ、この汚泥排出管２３中に閉鎖弁２４が設けられているので、この閉鎖弁２４を開放することにより、底部のスペース２１ｂに貯留した凝集物や汚泥を容易に廃棄することができる。
【００６２】
また、上記実施の形態２において、第３電解槽２１に収納する電極を２対の電極２５、２６として説明したが、３対以上の電極２５、２６を配設し、処理水の水質に応じて電極２５、２６の極性を使い分けるようにしてもよい。
【００６３】
（実施の形態３）
次に、この発明を汚水処理施設に具体化した実施の形態３について図８〜図１１に基づいて説明する。実施の形態３に係る汚水処理施設は、図１に係る処理施設において電解式汚水処理装置１０に代えて以下に説明する電解式汚水処理装置３０を用いたものである。また、電解式汚水処理装置３０以外は実施の形態１と同一であるので以下の説明では、電解式汚水処理装置３０のみを説明する。
なお、図８は実施の形態３に係る汚水処理施設に用いる電解式汚水処理装置の正面から見た構成図であり、図９は同電解式汚水処理装置における第４電解槽の側断面図であり、図１０は同電解式汚水処理装置における第５電解槽の側断面図であり、図１１は同電解式汚水処理装置における電極の配線図である。また、実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
電解式汚水処理装置３０は、槽３１内を仕切壁３２により２槽に分離し、一方を第４電解槽３３、他方を第５電解槽３４としている。
第４電解槽３３は、処理水中の硝酸イオンを還元反応により亞硝酸イオンに変換し、亞硝酸イオンを還元反応によりアンモニアに変換するものである。また、第４電解槽３３には、処理水流入管８ｂが槽３１の側壁に接続されている。そして、第４電解槽３３の内部には、電極３５ａ、３５ｂからなる一対の電極３５が設けられている。
【００６５】
電極３５ａは、鉄を含む導電体からなり、カソードとして作用する。電極３５ｂは、アノードを構成する場合に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からなり、アノードとして作用する。
カソードとして作用する電極３５ａを構成する材料は、実施の形態１における第１電解槽１３のカソードとして作用する電極１５ａと同じ考えのものでよい。
また、アノードを構成する場合に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、実施の形態１における第１電解槽１３のアノードを構成する材料と同じ考えのものでよい。ただし、第４電解槽３３は、実施の形態１における第１電解槽１３と異なり、カソードとして作用する電極３５ａ側で、処理水中の硝酸イオンを還元反応により亞硝酸イオンに変換し、亞硝酸イオンを還元反応によりアンモニアに変換することを主眼としているので、アノードを構成する場合に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ては、貴金属以外の材料のものを使用することで十分である。なお、上記電極３５ａ、３５ｂの反応は、前記反応Ａ及び反応Ｂである。
【００６６】
なお、第４電解槽３３において、一対の電極３５の下端近傍には散気管３７が設けられている。散気管３７は、図示しないブロワから空気が送られることにより、散気管３７の管壁に設けられた空気吹出口から空気を吹き出し、電極３５ａ、３５ｂ表面の生物膜や硝酸イオン等に起因する不動態膜等の膜を除去する。
【００６７】
また、第５電解槽３４は、処理水中のアンモニアを脱室作用により窒素ガスに変換して放出し、リンを難溶性リン化合物として堆積して排出するものである。また、第５電解槽３４では、第１嫌気濾床槽５への処理水流出管５ｄが槽３１の側壁に接続されている。そして、第５電解槽３４の内部には、１組の電極３６と散気管３８とが設けられている。
【００６８】
１組の電極３６は、第１電極３６ａ、第２電極３６ｂ及び第３電極３６ｃから構成されている。第１電極３６ａは、鉄を含む導電体から構成されている。第２電極３６ｂは、第１電極３６ａと対向する位置に配置され、アノードを構成する場合に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から構成されている。また、他方の第３電極３６ｃは、鉄を含む導電体からなる板状電極３６ｃａと、アノードを構成する場合に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からなる板状電極３６ｃｂとを接合して構成されている。
また、第１電極３６ａ及び第２電極３６ｂは、図１１に示すように、同一の極性となるように電源に接続され、第３電極３６ｃは第１電極３６ａ及び第２電極３６ｂとは反対の極性となるように電源に接続されている。
さらに、このように配線される１組の電極３６においては、第１電極３６ａ、第２電極３６ｂと第３電極３６ｃ間では所定の時間をおいて極性を反転するように構成されている。
【００６９】
また、上記電極３６を構成する材料としての、鉄を含む導電体は、実施の形態１における第１電解槽１３のカソードとして作用する電極１５ａを構成するものと同じ考えのものでよい。また、同電極３６を構成する材料としての，アノードを構成する場合に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、実施の形態１における第１電解槽１３のアノードとして作用する電極１５ｂを構成するものと同じ考えのものでよい。
【００７０】
散気管３８は、図示しないブロワから空気が送られることにより、散気管３８の管壁に設けられた空気吹出口から空気を吹き出し、電極３６ａ、３６ｂ、３６ｃの表面に付着する生物膜や硝酸イオン等に起因する不動態膜等の膜を除去する。また、１組の電極３６の下方の第５電解槽３４の底部には凝集物や汚泥を堆積するスペース３４ａが設けられている。
【００７１】
上記のように構成された電解式汚水処理装置３０においては、処理水である沈殿槽８の上澄み液が処理水流入管８ｂを介して第４電解槽３３に送られてくる。一対の電極３５に通電すると、カソードとして作用する電極３５ａ側では、処理水中に含まれる硝酸イオンが還元反応により亞硝酸イオンに変換される（前記反応Ａ）。また、硝酸イオンの還元反応により生成された亞硝酸イオンは、更に、還元反応によりアンモニアに変換される（前記反応Ｂ）。
【００７２】
なお、アノードとして作用する電極３５ｂにおいては、電極３５ｂの表面から活性酸素及び次亜塩素酸が発生し、処理水中のアンモニアの脱窒作用により窒素ガスが生成されるが、この実施の形態３に係る電解式汚水処理装置３０では、カソードとして作用する電極３５ａ側の還元反応を第４電解槽３３における主な電解処理とすることを意図して構成されている。したがって、ここでは電極３５ｂ側の反応を無視する。
【００７３】
このように処理水中の硝酸イオン及び亞硝酸イオンが還元反応によりアンモニアに変換された処理水は、槽３１下方部の連通口を介して第５電解槽３４に送られる。
【００７４】
そして、第５電解槽３４において、第１電極３６ａ及び第２電極３６ｂをアノードとして作用するように、また、第３電極３６ｃをカソードとして作用するように極性反転した場合は、アノードとして作用する第２電極３６ｂとカソードとして作用する第３電極の鉄を含む導電体からなる板状電極３６ｃａとで形成される電解反応により窒素化合物の除去が行われる。このときの窒素化合物除去の電解反応は反応式Ｃ〜Ｅである。また、アノードとして作用する鉄を含む導電体からなる第１電極３６ａと、カソードとして作用する第３電極３６ｃの板状電極３６ｃｂとで形成される電解反応によりリン化合物の除去が行われる。このときの電解反応は実施の形態１における第２電解槽１４におけるリン化合物除去時の反応と同一である。
【００７５】
次いで、第５電解槽３４において、第１電極３６ａ及び第２電極３６ｂをカソードとして作用するように、また、第３電極３６ｃをアノードとして作用するように極性反転した場合は、アノードとして作用する第３電極３６ｃにおける板状電極３６ｃｂとカソードとして作用する電極３６ａとで形成される電解処理により窒素化合物の除去が行われる。このときの窒素化合物除去の電解反応は反応式Ｃ〜Ｅである。また、アノードとして作用する第３電極３６ｃにおける板状電極３６ｃａとカソードとして作用する第２電極３６ｂとで形成される電解反応によりリン化合物の除去が行われる。このときの電解反応は実施の形態１における第２電解槽１４におけるリン化合物除去時の反応と同一である。
【００７６】
実施の形態３は以上のように構成されているので、実施の形態１の場合と同様、次のような効果を奏する。
（１）　実施の形態３に係る電解式汚水処理装置３０では、実施の形態１におけると同様の電解反応により窒素化合物の除去およびリン化合物の除去が効率よく行われる。また、電解処理により窒素化合物が除去されるので、従来の汚水処理装置における生物処理による窒素化合物の除去方法のように、外気温度が低下する冬場に窒素化合物の除去能力が低下するおそれがない。
（２）　また、リン化合物の除去は、前段側の第４電解槽３３内において処理水中の硝酸イオン及び亞硝酸イオンが還元反応によりアンモニアに変換されるので、リン化合物除去の電解処理時にアノードとして作用する、第５電解槽３４の第１電極３６ａや第３電極の板状電極３６ｃａが硝酸イオンや亞硝酸イオンにより不動態化されることがなく、長期間にわたり効率良く行われる。
（３）　第４電解槽３３と第５電解槽３４とを仕切壁３２により分離して一体の槽として形成されるとともに、第４電解槽３３側に処理水流入管８ｂを設け、第５電解槽３４側に処理水流出管５ｄを設けているので、電解式汚水処理装置の構成を簡略化することができコストを軽減することができる。
【００７７】
（４）　第４電解槽３３では、一対の電極３５の下端近傍に散気管３７が設けられているので、第４電解槽３３における一対の極３５の洗浄を効率よく行うことができる。
（５）　第５電解槽３４の底部に散気管３８を設けているので、第５電解槽３４に流入した処理水を撹拌し、第５電解槽３４の汚泥が電極３６ａ、３６ｂ、３６ｃの表面に付着して鉄の溶出効率が低下することを防止することができる。また、電極から溶出した２価の鉄イオンをオルトリン酸と反応する３価の鉄イオンに酸化させることができ、リン化合物の除去効率を向上させることができる。
【００７８】
（６）　また、第５電解槽３４の底部に凝集物や汚泥を堆積するスペース３４ａを有しているので、第５電解槽３４で発生した難溶性リン化合物等からなる凝集物や汚泥を第５電解槽３４の底部に貯留させることができ、これら凝集物や汚泥を容易に廃棄することができる。
【００７９】
（７）　実施の形態３に係る汚水処理施設は、生物処理による窒素化合物の除去と、電解処理によるリン化合物の除去及び窒素化合物の除去とを同時に行うことができる。また、窒素化合物の除去は、電解処理によっても行われるので、従来の汚水処理装置における生物処理のみにより窒素化合物を除去する方法のように、外気温度が低下する冬場に窒素化合物の処理能力が低下するおそれがない。
【００８０】
また、上記実施の形態３において、第４電解槽３３及び第５電解槽３４はそれぞれ一対の電極３５及び１組の電極３６として説明したが、処理水容量に応じこれら電極３５、３６をそれぞれ複数として構成してもよい。
【００８１】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４について、図１２に基づき説明する。実施の形態４は、実施の形態１における電解式汚水処理装置１０における槽１０ａの天板４１に換気用送風機４２を設けたもので、他の構成は実施の形態１と同一である。なお、図１２には実施の形態１と同一の部分または相当する部分には、実施の形態１と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８２】
実施の形態１のような電解処理が行われるカソード側では、一般に水素イオン（Ｈ＋）に電子（ｅ−）が付与されて水素が発生する（Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２↑）。したがって、槽１０ａ内では電解処理が進むにつれ処理水上方の空間部に水素ガスが滞留するようになり危険な状態となる。これを防止するため、従来のものでは、天板部分に換気窓を設け散気管１７、１８からの空気により上方空間に上昇する水素ガスを外部に押し出すようにしているが、散気管１７、１８が詰まることがあり得る。この場合水素ガスを外部に排出することが困難となる。実施の形態４は、このような恐れのないように強制的に水素ガスを排気するものとして換気用送風機４２を設けたものである。
【００８３】
（実施の形態５）
次に実施の形態５について、図１３に基づき説明する。実施の形態５は、実施の形態１における電解式汚水処理装置１０における槽１０ａの天板４１に換気口５２と放電により火花を発生させて水素ガスを燃焼させる着火装置５３を設けたもので、他の構成は実施の形態１と同一である。なお、図１３には実施の形態１又は実施の形態４と同一の部分または相当する部分には、実施の形態１又は実施の形態４と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８４】
実施の形態４で述べたように、槽１０ａ内では電解処理が進むにつれ処理水上方の空間部に水素ガスが滞留するようになり危険な状態となる。実施の形態５はこれを防止する方法であって、実施の形態４とは異なるものである。
この実施の形態５の場合には、所定時間毎に着火装置５３に通電させて水素ガスを燃焼させることにより水素ガス濃度の低下を図りながら、一部の水素ガスを換気口５２から自然対流により排出している。
【００８５】
なお、この発明は、次のように変更して具体化することも可能である。
（１）　実施の形態１における電解式汚水処理装置１０の仕切壁１２は、第１電解槽１３と第２電解槽１４とを槽１０ａの下部で連通するようにしているが、この仕切壁１２を、第１電解槽１３と第２電解槽１４とを槽１０ａの上部で連通するように変更してもよい。
【００８６】
（２）　実施の形態３における電解式汚水処理装置３０の仕切壁３２は、第４電解槽３３と第５電解槽３４とを槽３１の下部で連通するようにしているが、この仕切壁３２を、第４電解槽３３と第５電解槽３４とを槽３１の上部で連通するように変更してもよい。
【００８７】
（３）　各実施の形態において、嫌気濾床槽５、６は他の形式の嫌気槽でもよい。また、接触ばっ気槽７は生物膜処理槽などの他形式の好気槽としてもよい。また、接触ばっ気槽７に代わり生物膜処理槽を用いる場合は、沈殿槽８を処理水槽とする。
【００８８】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているため、次のような効果を奏することができる。
本発明によれば、窒素化合物の除去は、電解処理により行われるので、従来の汚水処理装置における生物処理による窒素化合物の除去方法のように、外気温度が低下する冬場に窒素化合物の除去能力が低下するおそれがない。
また、窒素化合物の除去とともにリン化合物の除去を行うことができる。
また、上記の電解処理による窒素化合物の除去では、カソードの材料として鉄を含む導電体が用いられ、アノード材料として、アノードを構成する場合に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用いられるので、容易に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及びアンモニアイオンの脱窒処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る汚水処理施設に用いる汚水処理施設の全体構成図である。
【図２】同汚水処理施設に用いられている電解式汚水処理装置の正面から見た構成図である。
【図３】同電解式汚水処理装置における第１電解槽の側断面図である。
【図４】同電解式汚水処理装置における第２電解槽の側断面図である。
【図５】実施の形態２に係る汚水処理施設に用いる電解式汚水処理装置の正面から見た構成図である。
【図６】同電解式汚水処理装置における第３電解槽の側断面図である。
【図７】同電解式汚水処理装置における電極への電流印加のタイミングチャートである。
【図８】実施の形態３に係る汚水処理施設に用いる電解式汚水処理装置の正面から見た構成図である。
【図９】同電解式汚水処理装置における第４電解槽の側断面図である。
【図１０】同電解式汚水処理装置における第５電解槽の側断面図である。
【図１１】同電解式汚水処理装置における電極の配線図である。
【図１２】実施の形態４に係る汚水処理施設に用いる電解式汚水処理装置の正面から見た構成図である。
【図１３】実施の形態５に係る汚水処理施設に用いる電解式汚水処理装置の正面から見た構成図である。
【符号の説明】
１　　　　　汚水処理施設
５　　　　　第１嫌気濾床槽
５ａ　　　処理水取入口
５ｄ　　　処理水流出管
６　　　　　第２嫌気濾床槽
７　　　　　接触ばっ気槽
８　　　　　沈殿槽
９　　　　　消毒槽
１０　　　電解式汚水処理装置
１０ａ　槽
１２　　　仕切壁
１３　　　第１電解槽
１４　　　第２電解槽
１４ａ　スペース
１５　　　一対の電極
１５ａ　（カソードとして作用する）電極１５
１５ｂ　（アノードとして作用する）電極
１６　　　一対の電極
１６ａ　電極
１６ｂ　電極
１７　　　散気管
１８　　　散気管
２０　　　電解式汚水処理装置
２１　　　第３電解槽
２１ｂ　スペース
２３　　　汚泥排出管
２４　　　閉鎖弁
２５　　　一対の電極
２５ａ　電極
２５ｂ　電極
２６　　　一対の電極
２６ａ　電極
２６ｂ　電極
２７　　　散気管
３０　　　電解式汚水処理装置
３２　　　仕切壁
３３　　　第４電解槽
３４　　　第５電解槽
３４ａ　スペース
３５　　　一対の電極
３５ｂ　（アノードとして作用する）電極
３５ａ　（カソードとして作用する）電極
３６　　　１組の電極
３６ａ　第１電極
３６ｂ　第２電極
３６ｃ　第３電極
３６ｃａ　　　　　　（第３電極の）板状電極
３６ｃｂ　　　　　　（第３電極の）板状電極
３７　　　散気管
３８　　　散気管
Ｎｉ　　　（窒素化合物除去に適合する）電流
Ｐｉ　　　（リン化合物除去に適合する）電流
【図１】
2004097964.tif 000004
【図２】
2004097964.tif 000005
【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】
2004097964.tif 000012
【図１０】
2004097964.tif 000013
【図１１】
2004097964.tif 000014
【図１２】
2004097964.tif 000015
【図１３】
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