(57)【要約】【課題】迅速、且つ、効率的に有機性廃水を窒素化合物が処理された排水にまで処理することができる有機性廃水の処理方法を提唱する。【解決手段】有機性廃水中の窒素化合物を処理するにあたり、有機性廃水中の有機物を処理するＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップと、有機性廃水中に第１の電極１０及び第２の電極１１を少なくとも一部浸漬し、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップ終了後、電気化学的手法により有機性廃水中の窒素化合物を処理する窒素処理ステップを実行する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃水中の窒素化合物を処理する有機性廃水の処理方法であって、
前記有機性廃水中の有機物を処理するＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップと、
前記有機性廃水中に第１及び第２の電極を少なくとも一部浸漬し、前記ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップ終了後、電気化学的手法により前記有機性廃水中の窒素化合物を処理する窒素処理ステップを含むことを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【請求項２】
前記ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、前記有機性廃水中に一対の電極を一部浸漬し、電気化学的手法により前記有機性廃水中の有機物を硝酸態窒素及びアンモニア態窒素へ処理する有機物分解処理ステップを含むことを特徴とする請求項１の有機性廃水の処理方法。
【請求項３】
前記ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、前記有機物分解処理ステップの前段に生物的処理ステップを含むことを特徴とする請求項２の有機性廃水の処理方法。
【請求項４】
前記ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、生物的処理ステップを含むことを特徴とする請求項１の有機性廃水の処理方法。
【請求項５】
前記窒素処理ステップは、アノードを構成する前記第１の電極を次亜ハロゲン酸、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すると共に、カソードを構成する前記第２の電極の材料を、鉄を含む導電体とすることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の有機性廃水の処理方法。
【請求項６】
前記窒素処理ステップの終了後、前記第１の電極をカソードとし、前記第２の電極をアノードとして電気化学的手法により前記有機性廃水中のリン化合物を処理するリン処理ステップを含むことを特徴とする請求項５の有機性廃水の処理方法。
【請求項７】
前記第２の電極の材料としてステンレスを用いることを特徴とする請求項５又は請求項６の有機性廃水の処理方法。
【請求項８】
前記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５、請求項６又は請求項７の有機性廃水の処理方法。
【請求項９】
前記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当該セラミックス系導電体を被覆した導電体を用いることを特徴とする請求項５、請求項６又は請求項７の有機性廃水の処理方法。
【請求項１０】
前記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当該炭素系導電体を被覆した導電体を用いることを特徴とする請求項５、請求項６又は請求項７の有機性廃水の処理方法。
【請求項１１】
前記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当該ステンレスを被覆した導電体を用いることを特徴とする請求項５、請求項６又は請求項７の有機性廃水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば畜産業者などから排出される有機性廃水中の有機態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素、アンモニア態窒素などの窒素化合物や、例えばリン酸、リン酸イオンなどのリン化合物などの処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、川や湖の富栄養化の原因の１つに窒素化合物の存在があることは周知である。また、この窒素化合物は、一般家庭の生活排水中や工場排水中、若しくは畜産業者などの廃水中に多く存在するが、浄化処理が困難なものであり、有効な対策がとれないのが現状である。特に、養豚業者などの畜産業者から排出される有機性廃水（以下、被処理水と称す）中には、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）又はＢＯＤ（生物学的酸素要求量）の高い有機物が多く含まれており、浄化処理は非常に困難なものであった。
【０００３】
一般には、生物的処理が行われているが、先ずアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する硝化工程と、硝酸態窒素を窒素ガスに変換する脱窒工程の２つの工程により行われるため、２つの反応槽が必要となると共に、処理時間が遅いため、処理効率が低くなる問題があった。
【０００４】
また、該生物的処理では、脱窒素細菌を保有するために大容量の嫌気槽が必要となり、設備建設コストの高騰、装置設置面積の拡大を招く問題があった。更に、該脱窒素細菌は、周囲の温度環境、その他、被処理水中に含まれる成分などに著しく影響されるため、特に温度が低くなる冬場になると、活動が低下して脱窒素作用が低下し、処理効率が不安定となる問題もあった。
【０００５】
そこで、上記技術的課題を解決するために、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、イリジウム、パラジウムなどの貴金属材料を用い、被処理水に電流を流してアンモニア、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素を窒素ガスにまで処理していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電解による窒素化合物の処理方法では、当該畜産業者などから排出される有機性廃水を処理すると、有機性廃水中に含有される高ＣＯＤの有機物が電極に付着し、電解効率が著しく低下、若しくは、電解不能となってしまう問題があった。
【０００７】
また、当該電解による窒素化合物の処理方法では、窒素化合物を処理する処理能力が低く、実際に畜産業者などから排出される有機性廃水などの処理において、硝酸態窒素及びアンモニア態窒素などの窒素化合物をほぼ消失させるまで処理することは困難であった。また、今までは、ＣＯＤが含まれていなければ排水可能であったものが、今後の水質処理規制などにより、排水中に窒素化合物やリン化合物が含有されたままでは排水できないと云う問題が生じる。
【０００８】
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、迅速、且つ、効率的に有機性廃水を窒素化合物が処理された排水にまで処理することができる有機性廃水の処理方法を提唱するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の有機性廃水の処理方法は、有機性廃水中の窒素化合物を処理するにあたって、有機性廃水中の有機物を処理するＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップと、有機性廃水中に第１及び第２の電極を少なくとも一部浸漬し、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップ終了後、電気化学的手法により有機性廃水中の窒素化合物を処理する窒素処理ステップを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、有機性廃水中の窒素化合物を処理する有機性廃水の処理方法において、有機性廃水中の有機物を処理するＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップと、有機性廃水中に第１及び第２の電極を少なくとも一部浸漬し、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップ終了後、電気化学的手法により有機性廃水中の窒素化合物を処理する窒素処理ステップを含むので、一旦、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップにて有機性廃水中に含有される有機物の高ＣＯＤを低減させた後、窒素処理ステップにて有機性廃水中に含有される窒素化合物を処理することができるようになる。
【００１１】
これにより、従来の生物的処理に較べて、迅速、且つ、効率的に有機性廃水を窒素化合物が処理された排水にまで処理することができるようになり、有機性廃水の処理能力が向上される。
【００１２】
また、生物的処理では、条件次第では分解が困難となる硝酸態窒素やアンモニア態窒素なども窒素処理ステップにて処理することができ、環境に適した状態で有機性廃水を排水することができるようになる。
【００１３】
請求項２の発明の有機性廃水の処理方法は、請求項１の発明において、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、有機性廃水中に一対の電極を一部浸漬し、電気化学的手法により有機性廃水中の有機物を硝酸態窒素及びアンモニア態窒素へ処理する有機物分解処理ステップを含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、有機性廃水中に一対の電極を一部浸漬し、電気化学的手法により有機性廃水中の有機物を硝酸態窒素及びアンモニア態窒素へ処理する有機物分解処理ステップを含むので、有機性廃水中の有機物を効率的に硝酸態窒素及びアンモニア態窒素に変換することができるようになる。
【００１５】
請求項３の発明の有機性廃水の処理方法は、請求項２の発明において、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、有機物分解処理ステップの前段に生物的処理ステップを含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、有機物分解処理ステップの前段に生物的処理ステップを含むので、一旦、生物的処理ステップにて有機性廃水中の有機高分子を有機低分子や硝酸態窒素及びアンモニア態窒素にまで分解した後、有機物分解処理ステップを行うことができるようになり、より一層、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップを効率的に行うことができるようになる。
【００１７】
請求項４の発明の有機性廃水の処理方法は、請求項１の発明において、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、生物的処理ステップを含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明に加えて、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、生物的処理ステップを含むので、生物的処理ステップにて有機性廃水中の有機物を硝酸態窒素及びアンモニア態窒素にまで分解した後、窒素処理ステップを行うことができるようになり、より一層効率的に有機性廃水を窒素化合物が処理された排水にまで処理することができるようになる。
【００１９】
請求項５の発明の有機性廃水の処理方法は、上記各発明において、窒素処理ステップは、アノードを構成する第１の電極を次亜ハロゲン酸、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すると共に、カソードを構成する第２の電極の材料を、鉄を含む導電体とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明によれば、上記各発明において、窒素処理ステップは、アノードを構成する第１の電極を次亜ハロゲン酸、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すると共に、カソードを構成する第２の電極の材料を、鉄を含む導電体とするので、カソードを構成する第２の電極において有機性廃水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００２１】
また、カソードを構成する第２の電極において生じるアンモニアは、アノードを構成する第１の電極で生じる次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸等の物質と脱窒反応をすることになるので、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、畜産業者等から排出される有機性廃水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００２２】
請求項６の発明の有機性廃水の処理方法は、請求項５の発明に加えて、窒素処理ステップの終了後、第１の電極をカソードとし、第２の電極をアノードとして電気化学的手法により有機性廃水中のリン化合物を処理するリン処理ステップを含むことを特徴とする。
【００２３】
請求項６の発明によれば、請求項５の発明に加えて、窒素処理ステップの終了後、第１の電極をカソードとし、第２の電極をアノードとして電気化学的手法により有機性廃水中のリン化合物を処理するリン処理ステップを含むので、アノードとなる第２の電極より有機性廃水中に鉄（ＩＩ）イオンを溶出させ、有機性廃水中で鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化された当該鉄（ＩＩＩ）イオンと有機性廃水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００２４】
これにより、有機性廃水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００２５】
請求項７の発明の有機性廃水の処理方法は、請求項５又は請求項６の発明に加えて、第２の電極の材料としてステンレスを用いることを特徴とする。
【００２６】
請求項７の発明によれば、請求項５又は請求項６の発明に加えて、第２の電極の材料としてステンレスを用いるので、有機性廃水中の窒素化合物処理における第２の電極の耐久性を改善することができるようになるものである。
【００２７】
請求項８の発明の有機性廃水の処理方法は、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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。
【００２８】
請求項８の発明によれば、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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ので、容易に有機性廃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又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００２９】
請求項９の発明の有機性廃水の処理方法は、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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当該セラミックス系導電体を被覆した導電体を用いることを特徴とする。
【００３０】
請求項９の発明によれば、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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当該セラミックス系導電体を被覆した導電体を用いるので、容易に有機性廃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又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００３１】
また、このセラミックス系導電体を使用することにより、低コストにて耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【００３２】
請求項１０の発明の有機性廃水の処理方法は、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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当該炭素系導電体を被覆した導電体を用いることを特徴とする。
【００３３】
請求項１０の発明によれば、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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当該炭素系導電体を被覆した導電体を用いるので、容易に有機性廃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又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００３４】
また、この炭素系導電体を使用することにより、低コストにて導電体を構成することができるようになる。
【００３５】
請求項１１の発明の有機性廃水の処理方法は、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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当該ステンレスを被覆した導電体を用いることを特徴とする。
【００３６】
請求項１１の発明によれば、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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当該ステンレスを被覆した導電体を用いるので、容易に有機性廃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又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００３７】
また、このステンレスを使用することにより、低コストにて耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【００３８】
【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。
（１）第１の実施例
先ず、図１乃至図３を用いて本発明の一実施例を説明する。図１は本発明の第１の実施例の有機性廃水の処理方法を実現するための処理システム１の概要を示す説明図である。この実施例における処理システム１は、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理手段としての有機物分解処理装置２と、窒素及びリン処理手段としての窒素及びリン処理装置３とを有している。
【００３９】
本実施例における有機物分解処理装置２は、内部に図示しない排水の流入口と流出口を有する処理室４を構成する処理槽５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６、７と、該電極６、７に通電するための図示しない電源及び該電源を制御するための制御装置などから構成されている。尚、処理槽５には内部を撹拌するための撹拌手段を設けても良い。
【００４０】
前記電極６及び７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。尚、この実施例では白金電極を用いる。
【００４１】
一方、本実施例における窒素及びリン処理装置３は、内部に図示しない排水の流入口と流出口を有する処理室８を構成する窒素及びリン処理槽９と、該処理室８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１０、１１と、該電極１０、１１に通電するための図示しない電源及び該電源を制御するための制御装置などから構成されている。尚、処理槽９には内部を撹拌するための撹拌手段を設けても良い。
【００４２】
前記電極１０（第１の電極）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、若しくは、セラミックス系導電体電極又は、これらを被覆した導電体、若しくは、炭素系導電体電極又はこれらを被覆した導電体、若しくは、ステンレス電極、又はこれらを被覆した導電体から構成されている。尚、この実施例では白金とイリジウム（白金・イリジウム）の混合物を用いる。他方、前記電極１１（第２の電極）は、鉄（Ｆｅ）、若しくは、鉄を被覆した導電体（鉄を含む導電体）により構成されている。
【００４３】
以上の構成により、本実施例では、有機性廃水、例えば養豚業者からの廃水を被処理水として処理する。尚、係る被処理水には、高いＣＯＤ（化学的酸素要求量）の有機物が多く含まれているものとする。先ず、有機物分解処理装置２内の処理室４に被処理水を貯留し、前記制御装置により電源をＯＮとし、電極６に正電位を、電極７に負電位を印加する（ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップとしての有機物分解処理ステップ。図１の左側）。これにより、電極６はアノードとなり、電極７はカソードとなる。
【００４４】
係る電位の印加により、アノードを構成する電極６側では、被処理水中に含まれる有機物が硝酸態窒素としての硝酸イオンやアンモニア態窒素としてのアンモニアやアンモニウムイオン若しくは、二酸化炭素及び水などに分解される（反応Ａ）。以下に、反応Ａを示す。
反応Ａ　有機物→ＮＯ３−＋ＮＨ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
【００４５】
これにより、有機性廃水中の有機物を効率的に硝酸態窒素及びアンモニア態窒素に変換することができるようになる。
【００４６】
アノードを構成する白金電極６側において、被処理水中に含有される塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成する（反応Ｂ）。そして、この塩素は水に溶解して次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸を生成する（反応Ｃ）。そして、生成された次亜塩素酸は、上述の反応Ａ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Ｄ）。以下、反応Ｂ乃至反応Ｄを示す。このとき、同時にオゾン、若しくは、活性酸素も生成される。
反応Ｂ　ＫＣｌ→Ｋ＋＋Ｃｌ−
２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−
反応Ｃ　Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ
反応Ｄ　ＮＨ３＋ＨＣｌＯ→ＮＨ２Ｃｌ＋Ｈ２Ｏ
ＮＨ２Ｃｌ＋ＨＣｌＯ→ＮＨＣｌ２＋Ｈ２Ｏ
ＮＨ２Ｃｌ＋ＮＨＣｌ２→Ｎ２↑＋３ＨＣｌ
【００４７】
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１０側で発生するオゾン、若しくは、活性酸素と反応Ｅ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Ｅ　２ＮＨ３（ａｑ）＋３（Ｏ）→Ｎ２↑＋３Ｈ２Ｏ
【００４８】
これにより、有機物分解処理ステップにて硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素までに処理された窒素化合物を処理することが可能となる。
【００４９】
ここで、図２に示される実験結果は、両電極６、７を白金電極を使用した場合における養豚場廃水を被処理水とした場合の被処理水中のＣＯＤ及び硝酸態窒素濃度を示している。この実験では養豚場の廃水を１／４に希釈した被処理水２００ｍｌを、始め電極６、７間に０．５Ａを４時間流し、定電流電解を行った。その後、両電極６、７間に１．０Ａを２時間流し、定電流電解を行った。引き続き、両電極６、７間に１．５Ａを５．５時間流し、定電流電解を行った。更に、両電極６、７間に２．０Ａを７時間流し、定電流電解を行った。
【００５０】
図２中における白丸は硝酸態窒素濃度、黒丸はＣＯＤを測定した結果を示している。この図によると、有機性廃水中に含有された有機物により始め２０００ｍｇ／ｌであったＣＯＤは、電解開始から４時間後には、１２００ｍｇ／ｌを下回っていた。更に、電解を続けることにより、電解開始から１５時間後には、ほぼＣＯＤがなくなっていることが分かる。
【００５１】
これに対し、有機性廃水中に含有された有機物が減少するに伴って、はじめ被処理水中に存在していなかった硝酸態窒素は、時間の経過と共に、硝酸態窒素濃度が上昇し、７００ｍｇ／ｌにまで増加することが分かる。また、電解開始から１４時間経過後以降において、被処理水中にＣＯＤがほぼ存在していない状態となると、被処理水中の硝酸態窒素濃度が減少し始めていることも分かる。また、このとき、被処理水中に生成されたアンモニア態窒素は、上述の如く窒素ガスにまで変換され、被処理水中にはほぼアンモニア態窒素が存在していない状態となる。
【００５２】
これにより、被処理水中の高ＣＯＤの有機物は、電解により硝酸態窒素などに分解されていることが分かる。
【００５３】
また、このとき、有機物分解処理装置２に設けられる電極６、７は、両者とも白金電極により構成されているため、所定期間、例えば３０分経過毎にこれらの電極６、７に印加される極性を切り換えることも可能となる。
【００５４】
これにより、カソードを構成する電極７又は６の表面に付着する有機物やスケール（ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２等）は、各電極６、７の極性が切り換えられ、当該電極７又は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７又は６の電解性能を高く維持できるようになる。
【００５５】
このような有機物の分解処理（有機物分解処理ステップ）の終了後、有機物分解処理槽５内の被処理水を前記窒素及びリン処理装置３の処理槽９内に搬送し、処理槽９内に有機物分解処理された被処理水を貯留する。そして、前記制御装置により電源をＯＮとし、先ず、電極１０に正電位を、電極１１に負電位を印加する（窒素処理ステップ。図１の右上）。これにより、電極１０はアノードとなり、電極１１はカソードとなる。
【００５６】
係る電位の印加により、カソードを構成する電極１１側では、アノードを構成する電極１０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Ｆ）。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１０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Ｇ）。以下に、反応Ｆ及び反応Ｇを示す。
反応Ｆ　ＮＯ３−＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→ＮＯ２−＋２ＯＨ−
反応Ｇ　ＮＯ２−＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−→ＮＨ３（ａｑ）＋７ＯＨ−
【００５７】
一方、アノードを構成する白金電極１０側では、被処理水中に含有される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。
【００５８】
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。即ち、被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。
【００５９】
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カリウムは、アノードを構成する電極１０において酸化され、塩素を生成し（前記反応Ｂ。塩化カ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（前記反応Ｃ）。そして、生成された次亜塩素酸は、上述の反応Ｇ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（前記反応Ｄ）。
【００６０】
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１０側で発生するオゾン、若しくは、活性酸素と前記反応Ｅ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。
【００６１】
これにより、有機物分解処理ステップにて硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素までに処理された窒素化合物を容易に処理することが可能となる。
【００６２】
このような窒素化合物の処理（窒素処理ステップ）の終了後、制御装置は各電極１０、１１に印加する電位の極性を切り換える（図１の右下。リン処理ステップ。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）。これにより、電極１０はカソード、電極１１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１１は、上述の如く鉄を含む導電体にて構成されていることから、電極１１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。
【００６３】
生成された鉄（ＩＩＩ）イオンは、反応Ｈ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Ｈ　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。
【００６４】
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１０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、硝酸を還元したり、また酸素によって酸化されたりする。
【００６５】
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。
【００６６】
ここで、図３に示される実験結果は、アノードとなる電極１０に白金電極を、カソードとなる電極１１を鉄を使用し、被処理水中の硝酸態窒素濃度及びアンモニア態窒素濃度を示している。この実験では上記図２において有機物分解処理された有機性廃水を、始め電極１０、１１間に０．５Ａを３．７５時間流し、定電流電解を行った。その後、両電極１０、１１間に１．０Ａを６．２５時間流し、定電流電解を行った。引き続き、両電極１０、１１への通電時間の１０％は、電極１１をアノード、電極１０をカソードとし、残りの通電時間は、電極１０をアノード、電極１１をカソードとして、１．０Ａを０．５時間流し、定電流電解を行った。更に、同条件にて、両電極１０、１１間に１．５Ａを０．５時間流し、定電流電解を行った。更に、また、同条件にて、両電極１０、１１間に２．０Ａを１．５時間流し、定電流電解を行った。これにより、電解開始から１０時間までは、上記窒素処理ステップのみを実行し、電解開始から１０時間以降は、窒素処理ステップを９０％、リン処理ステップを１０％の割合で実行している。尚、電解終了後、被処理水中には、適当量の次亜塩素酸ソーダを添加した。
【００６７】
図３中における黒丸は硝酸態窒素濃度、白丸はアンモニア態窒素濃度を測定した結果を示している。この図によると、窒素処理ステップのみを行っている場合において、有機物分解処理された後の有機性廃水中に含有された硝酸態窒素濃度は、始め２２０ｍｇ／ｌであったが、電解を行うことにより、徐々に減少し、１２０ｍｇ／ｌにまで処理された。これに対し、始め有機性廃水中にはほぼ存在していなかったアンモニア態窒素濃度は硝酸態窒素濃度の減少に伴い、徐々に上昇し、４０ｍｇ／ｌを上回る程度にまで生成される。
【００６８】
その後、窒素処理ステップとリン処理ステップを交互に実行されることにより、硝酸態窒素濃度は急激に減少し、有機性廃水中にほぼ存在しない程度にまで処理される。また、一旦は増加したアンモニア態窒素濃度も、硝酸態窒素濃度が減少した後、有機性廃水中にほぼ存在しない程度にまで処理されていることが分かる。
【００６９】
これにより、有機物分解処理ステップにおいて処理された後の有機性廃水は、窒素処理ステップにおいて、効率的に硝酸態窒素及びアンモニア態窒素の処理が行われることが分かる。また、リン処理ステップによって効率的に有機性排水中のリン化合物が処理されることが分かる。
【００７０】
尚、上記実施例において窒素処理ステップのみを実行する場合には、電極１１をステンレスで構成してもよい。この場合ステンレスとしてはオーステナイト系鋼種（ＳＵＳ３０４）、オーステナイト・フェライト系鋼種（ＳＵＳ３２９Ｊ１）、フェライト系鋼種（ＳＵＳ４４４）、マルテンサイト系鋼種（ＳＵＳ４１０）或いは析出硬化系鋼種（ＳＵＳ６３１）などがある。係るステンレスを使用した場合にも前述した窒素化合物処理作用を期待できる。特に、この場合には電極に生じる錆を予防し、耐久性を向上させることが可能となる。
【００７１】
以上の実施例により、有機性廃水は、上述の如きＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理装置としての有機物分解処理装置２及び窒素及びリン処理装置３によりそれぞれ電気化学的処理を行うことにより、効果的に処理することができることが分かる。これにより、従来の生物的処理に較べて、迅速、且つ、効率的に有機性廃水を窒素化合物が処理された廃水にまで処理することができるようになり、有機性廃水の処理能力が向上される。
【００７２】
また、生物的処理では、分解が困難な硝酸態窒素やアンモニア態窒素等も窒素処理ステップにて処理することができ、排水中に窒素化合物やリン化合物が殆ど存在していない環境に適した状態で有機性廃水を排水することができるようになる。
【００７３】
（２）第２の実施例
次に、もう一つの本発明の実施例について図４を参照して説明する。図４は本発明の第２の実施例の有機性廃水の処理方法を実現するための処理システム１の概要を示す説明図である。尚、図４において図１と同一符号は同一若しくは同様の作用を奏するものとする。
【００７４】
この実施例における処理システム１は、上記第１の実施例と同様の有機物分解処理装置２及び窒素及びリン処理装置３にて構成されており、この有機物分解処理装置２の前段には、有機物分解処理装置２と共にＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理手段を構成する生物的処理槽１２が設けられている。
【００７５】
この実施例における生物的処理槽１２は、図示しない好気槽を備えており、この好気槽内には、有機物を有機低分子、硝酸態窒素及びアンモニア態窒素に変換するための脱窒素細菌が保有されている。
【００７６】
そのため、上記実施例の有機物分解処理装置２の前段として、当該生物的処理槽１２にて、有機性廃水に含有される有機物（有機高分子）を一旦、有機低分子、硝酸態窒素及びアンモニア態窒素に分解することができるため、有機物分解処理装置２における有機物分解処理ステップの処理効率をより一層向上させることができるようになる。
【００７７】
これにより、上記実施例に加えて、より一層効率的な有機性廃水の処理を実現することができるようになる。
【００７８】
尚、上記各実施例において、有機性廃水（被処理水）中に含有されるハロゲン化物イオンは、塩化物イオンであり、これにより次亜塩素酸が生成されているが、これ以外に、フッ化物イオンや臭化物イオンなどにより、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。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、有機性廃水中の窒素化合物を処理する有機性廃水の処理方法において、有機性廃水中の有機物を処理するＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップと、有機性廃水中に第１及び第２の電極を少なくとも一部浸漬し、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップ終了後、電気化学的手法により有機性廃水中の窒素化合物を処理する窒素処理ステップを含むので、一旦、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップにて有機性廃水中に含有される有機物の高ＣＯＤを低減させた後、窒素処理ステップにて有機性廃水中に含有される窒素化合物を処理することができるようになる。
【００８０】
これにより、従来の生物的処理に較べて、迅速、且つ、効率的に有機性廃水を窒素化合物が処理された排水にまで処理することができるようになり、有機性廃水の処理能力が向上される。
【００８１】
また、生物的処理では、条件次第では分解が困難となる硝酸態窒素やアンモニア態窒素なども窒素処理ステップにて処理することができ、環境に適した状態で有機性廃水を排水することができるようになる。
【００８２】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、有機性廃水中に一対の電極を一部浸漬し、電気化学的手法により有機性廃水中の有機物を硝酸態窒素及びアンモニア態窒素へ処理する有機物分解処理ステップを含むので、有機性廃水中の有機物を効率的に硝酸態窒素及びアンモニア態窒素に変換することができるようになる。
【００８３】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、有機物分解処理ステップの前段に生物的処理ステップを含むので、一旦、生物的処理ステップにて有機性廃水中の有機高分子を有機低分子や硝酸態窒素及びアンモニア態窒素にまで分解した後、有機物分解処理ステップを行うことができるようになり、より一層、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップを効率的に行うことができるようになる。
【００８４】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明に加えて、ＣＯＤ又はＢＯＤ低減処理ステップは、生物的処理ステップを含むので、生物的処理ステップにて有機性廃水中の有機物を硝酸態窒素及びアンモニア態窒素にまで分解した後、窒素処理ステップを行うことができるようになり、より一層効率的に有機性廃水を窒素化合物が処理された排水にまで処理することができるようになる。
【００８５】
請求項５の発明によれば、上記各発明において、窒素処理ステップは、アノードを構成する第１の電極を次亜ハロゲン酸、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すると共に、カソードを構成する第２の電極の材料を、鉄を含む導電体とするので、カソードを構成する第２の電極において有機性廃水中の硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００８６】
また、カソードを構成する第２の電極において生じるアンモニアは、アノードを構成する第１の電極で生じる次亜塩素酸等の物質と脱窒反応をすることになるので、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、畜産業者等から排出される有機性廃水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００８７】
請求項６の発明によれば、請求項５の発明に加えて、窒素処理ステップの終了後、第１の電極をカソードとし、第２の電極をアノードとして電気化学的手法により有機性廃水中のリン化合物を処理するリン処理ステップを含むので、アノードとなる第２の電極より有機性廃水中に鉄（ＩＩ）イオンを溶出させ、有機性廃水中で鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化された当該鉄（ＩＩＩ）イオンと有機性廃水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００８８】
これにより、有機性廃水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００８９】
請求項７の発明によれば、請求項５又は請求項６の発明に加えて、第２の電極の材料としてステンレスを用いるので、有機性廃水中の窒素化合物処理における第２の電極の耐久性を改善することができるようになるものである。
【００９０】
請求項８の発明によれば、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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ので、容易に有機性廃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又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００９１】
請求項９の発明によれば、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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当該セラミックス系導電体を被覆した導電体を用いるので、容易に有機性廃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又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００９２】
また、このセラミックス系導電体を使用することにより、低コストにて耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【００９３】
請求項１０の発明によれば、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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当該炭素系導電体を被覆した導電体を用いるので、容易に有機性廃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又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００９４】
また、この炭素系導電体を使用することにより、低コストにて導電体を構成することができるようになる。
【００９５】
請求項１１の発明によれば、請求項５、請求項６又は請求項７の発明に加えて、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当該ステンレスを被覆した導電体を用いるので、容易に有機性廃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又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００９６】
また、このステンレスを使用することにより、低コストにて耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性廃水の処理方法を実現するための処理システムの第１の実施例の概要を示す説明図である。
【図２】図１の実施例において処理される硝酸態窒素及びＣＯＤの濃度変化を示す図である。
【図３】図１の実施例において処理される硝酸態窒素及びアンモニア態窒素の濃度変化を示す図である。
【図４】本発明の有機性廃水の処理方法を実現するための処理システムの第２の実施例の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
１　処理システム
２　有機物分解処理装置
３　窒素及びリン処理装置
４　処理室
５　有機物分解処理槽
６、７、１０、１１　電極
８　処理室
９　窒素及びリン処理槽
１２　生物的処理槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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