(57)【要約】【課題】電極における副反応による損失を低減し、除去効率を向上することにより、ＣＯＤやＴ−Ｎなどの出口濃度を低くすること。【解決手段】本発明の排水処理装置は、各電解槽が、陽極と、陰極と、該電解槽を陽極室と陰極室とに分ける隔膜とを含む、少なくとも２つの電解槽と、前記少なくとも２つの電解槽のそれぞれの陽極室と陰極室とを連通する、前記電解槽の数と等しい数の第１の流路と、前記少なくとも２つの電解槽間を連通する、前記電解槽の数よりも１つ少ない第２の流路と、前記少なくとも２つの電解槽に電流を供給する電源とを備え、前記少なくとも２つの電解槽は、処理原水の水流に対して直列に配置されるとともに、１つの電解槽の陽極が該直列に配置された隣の電解槽の陰極と接続されるように前記電源に対して電気的に直列に配列され、すべての電解槽内に電流が流れることを特徴とする。【選択図】　　　図４
2004025122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各電解槽が、陽極と、陰極と、該電解槽を陽極室と陰極室とに分ける隔膜とを含む、少なくとも２つの電解槽と、
前記少なくとも２つの電解槽のそれぞれの陽極室と陰極室とを連通する、前記電解槽の数と等しい数の第１の流路と、
前記少なくとも２つの電解槽間を連通する、前記電解槽の数よりも１つ少ない第２の流路と、
前記少なくとも２つの電解槽に電流を供給する電源とを備え、
前記少なくとも２つの電解槽は、処理原水の水流に対して直列に配置されるとともに、１つの電解槽の陽極が該直列に配置された隣の電解槽の陰極と接続されるように前記電源に対して電気的に直列に配列され、すべての電解槽内に電流が流れることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記第１の流路中に、処理原水を一時貯蔵するためのタンクを更に備えることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記第１の流路中に、処理原水を一時貯蔵するための、触媒を充填された触媒槽を更に備えることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記触媒は、二酸化マンガンあるいはパラジウム担持二酸化マンガンであることを特徴とする請求項３記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記直列に配列された少なくとも２つの電解槽の最後の電解槽出口において、ＣＯＤ又はＴ−Ｎの濃度を検出するセンサを更に備え、
前記センサの出力に応じて、前記電源から供給する電流値を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の排水処理装置。
【請求項６】
各電解槽が、陽極と、陰極と、該電解槽を陽極室と陰極室とに分ける隔膜とを含む、少なくとも２つの電解槽と、
前記少なくとも２つの電解槽のそれぞれの陽極室と陰極室とを連通する、前記電解槽の数と等しい数の第１の流路と、
前記少なくとも２つの電解槽間を連通する、前記電解槽の数よりも１つ少ない第２の流路と、
前記少なくとも２つの電解槽に電流を供給する電源とを備え、
前記少なくとも２つの電解槽は、処理原水の水流に対して直列に配置されるとともに、前記電源に対して電気的に並列に配列され、すべての電解槽内に電流が流れることを特徴とする排水処理装置。
【請求項７】
前記第１の流路中に、処理原水を一時貯蔵するためのタンクを更に備えることを特徴とする請求項６記載の排水処理装置。
【請求項８】
前記第１の流路中に、処理原水を一時貯蔵するための、触媒を充填された触媒槽を更に備えることを特徴とする請求項６記載の排水処理装置。
【請求項９】
前記触媒は、二酸化マンガンあるいはパラジウム担持二酸化マンガンであることを特徴とする請求項８記載の排水処理装置。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの電解槽のそれぞれ又は最後の槽出口には、ＣＯＤ又はＴ−Ｎの濃度を検出するセンサを更に備えられることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一つに記載の排水処理装置。
【請求項１１】
各電解槽が、陽極と、陰極と、該電解槽を陽極室と陰極室とに分ける隔膜とを含む、少なくとも２つの電解槽を供給する段階と、
各電解槽の陽極室と陰極室をバイパスする流路を供給する段階と、
前記少なくとも２つの電解槽を処理原水の流れに対して直列に配置し、各電解槽の間を連通する段階と、
原水の処理中、前記直列に配置された電解槽の一端の陽極と他端の陰極とを電気的に接続するとともに、その途中に電源を配置して、処理系全体に直流電流を供給する段階と、
を有することを特徴とする排水処理方法。
【請求項１２】
前記直列に配列された少なくとも２つの電解槽の最後の電解槽出口に、ＣＯＤ又はＴ−Ｎの濃度を検出するセンサを供給する段階と、
前記センサの出力に応じて、前記電源から前記電解槽の電極に供給する電流値を制御する段階と、
を更に有することを特徴とする請求項１１記載の排水処理方法。
【請求項１３】
各電解槽が、陽極と、陰極と、該電解槽を陽極室と陰極室とに分ける隔膜とを含む、少なくとも２つの電解槽を供給する段階と、
各電解槽の陽極室と陰極室をバイパスする流路を供給する段階と、
前記少なくとも２つの電解槽を処理原水の流れに対して直列に配置し、各電解槽の間を連通する段階と、
原水の処理中、前記少なくとも２つの電解槽のそれぞれの陽極と陰極とを電気的に接続するとともに、その途中に電源を配置して、すべての電解槽にそれぞれ所定の直流電流を供給する段階と、
を有することを特徴とする排水処理方法。
【請求項１４】
前記電源は、前記各電解槽の電極に対して電気的に並列に配置されることを特徴とする請求項１３記載の排水処理方法。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの電解槽のそれぞれの槽出口に、ＣＯＤ又はＴ−Ｎの濃度を検出するセンサを供給する段階と、
前記センサの出力に応じて、前記電源からそれぞれの電解槽の電極に供給する電流値を制御する段階と、
を更に有することを特徴とする請求項１４又は１５記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中のＣＯＤ（化学的酸素消費量）やＴ−Ｎ（窒素成分）を分解除去する排水処理装置に関し、より詳細には、これらを電解酸化により分解除去する排水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電解槽を用いて電解酸化をすることにより、ＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｏｘｙｇｅｎ　Ｄｅｍａｎｄ）やＴ−Ｎを酸化分解する技術が知られている。この技術は、例えば、特開平７−６８２７７号公報（下水の高度処理方法）や特開平７−１６３９８７号公報（水の高度処理方法）などに開示されている。いずれも電解槽内に酸化剤及び触媒を入れることによって下水などを高度に処理するものである。また、電解槽内を陽極室と陰極室に隔てる隔膜を用いて電解酸化を行う技術が特開平９−１５０１５９号公報（ＣＯＤ含有水のＣＯＤの除去方法）に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの技術もただ一つの電解槽を用いて電解酸化を行っているが、単一槽で電解酸化を実施すると、陽極で生成した次亜塩素酸あるいは次亜塩素酸イオンが陰極で消費されるため、系全体の電流効率が低下してしまうという問題があった。
【０００４】
また、窒素化合物から生成する硝酸イオン、亜硝酸イオンは、陰極で還元され、窒素とされる必要があるが、単一槽で電解酸化を実施する場合、次亜塩素酸あるいは次亜塩素酸イオンとの競争反応となってしまい、除去効率が悪いという問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電極における副反応による損失を低減し、除去効率を向上することにより、ＣＯＤやＴ−Ｎなどの出口濃度を低くすることができる排水処理装置及び排水処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の一態様において、本発明の一実施の形態における排水処理装置は、各電解槽が、陽極と、陰極と、該電解槽を陽極室と陰極室とに分ける隔膜とを含む、少なくとも２つの電解槽と、前記少なくとも２つの電解槽のそれぞれの陽極室と陰極室とを連通する、前記電解槽の数と等しい数の第１の流路と、前記少なくとも２つの電解槽間を連通する、前記電解槽の数よりも１つ少ない第２の流路と、前記少なくとも２つの電解槽に電流を供給する電源とを備え、前記少なくとも２つの電解槽は、処理原水の水流に対して直列に配置されるとともに、１つの電解槽の陽極が該直列に配置された隣の電解槽の陰極と接続されるように前記電源に対して電気的に直列に配列され、すべての電解槽内に電流が流れることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、陽極室及び陰極室を隔膜で隔てている少なくとも２つの電解槽が処理原水の流れに対して直列に配置されるとともに、各電解槽の陽極及び電極も電源に対して電気的に直列に配列されて、原水が各電解槽で電解酸化処理される。この場合、各電解槽では、発生ガスは隔膜を通過できないが、各種イオンは陽極室と陰極室を移動可能である。
【０００８】
したがって、この発明によって、電極（特に陰極）における副反応による酸化剤の損失を抑えることができるので、系全体の電流効率を向上させることができる。また、単槽型の電解槽における電解酸化に比べ、ＣＯＤ又はＴ−Ｎの出口濃度を低く抑えることができる。
【０００９】
なお、各電解槽及び流路に用いられる配管は、通常の汚水あるいは排水処理で使用されるもので十分であり、処理原水や酸化剤などによって腐食等されないものであればよい。各電極は白金メッキのチタン電極などが好ましく、隔膜は、通常有機性もしくは無機性の多孔質膜が用いられるが、これらに限定されるものではない。以下においても同様である。
【００１０】
ここで、前記第１の流路中に、処理原水を一時貯蔵するための、タンクあるいは触媒を充填された触媒槽を更に備えてもよい。このタンク又は触媒槽を追加することによって、処理原水の（酸化）反応時間を十分に確保できるので、各電解槽において十分にＣＯＤなどの酸化を進めることができ、酸化剤である次亜塩素酸あるいは次亜塩素酸イオンが陰極室に流入するのを防止することができるので、電解損失を低減できる。なお、この触媒槽に設置される触媒は、二酸化マンガンあるいはパラジウム担持二酸化マンガンでもよいが、これに限定されず、電解酸化（酸化効果）を促進するものであればいずれでもよい。
【００１１】
また、上記いずれかの排水処理装置において、前記直列に配列された少なくとも２つの電解槽の最後の電解槽出口において、ＣＯＤ又はＴ−Ｎの濃度を検出するセンサを更に備え、前記センサの出力に応じて、前記電源から供給する電流値を制御してもよい。
【００１２】
このように、排水処理装置の系全体の出口にＣＯＤなどの濃度センサを配置することにより、出口濃度を管理することができる。また、この排水処理装置は、その濃度に基づいて系全体に流れる電流値を制御するので、汚水の排出基準（自己基準を設けている場合には、その自己基準）以下にＣＯＤなどの濃度を容易に抑えることができるとともに、必要以上に電流を流すことがないので、排水処理装置の系全体の電流効率を高めることができる。
【００１３】
また、本発明のもう一つの実施の形態では、本発明の排水処理装置は、各電解槽が、陽極と、陰極と、該電解槽を陽極室と陰極室とに分ける隔膜とを含む、少なくとも２つの電解槽と、前記少なくとも２つの電解槽のそれぞれの陽極室と陰極室とを連通する、前記電解槽の数と等しい数の第１の流路と、前記少なくとも２つの電解槽間を連通する、前記電解槽の数よりも１つ少ない第２の流路と、　前記少なくとも２つの電解槽に電流を供給する電源とを備え、前記少なくとも２つの電解槽は、処理原水の水流に対して直列に配置されるとともに、前記電源に対して電気的に並列に配列され、すべての電解槽内に電流が流れることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、陽極室及び陰極室を隔膜で隔てている少なくとも２つの電解槽が処理原水の流れに対して直列に配置されるとともに、各電解槽の陽極及び電極は、電源に対して電気的に並列に配列されて、原水が各電解槽で電解酸化処理される。
【００１５】
したがって、この発明によって、従来の排水処理装置に比べて電流効率を向上することができるのみならず、電源に対して並列であるために、電解槽毎に電流値を設定できるので、系全体に直流電流を流すよりも効率的な電解酸化処理が可能である。
【００１６】
ここで、前記第１の流路中に、処理原水を一時貯蔵するための、タンクあるいは触媒を充填された触媒槽を更に備えてもよい。このタンク又は触媒槽を追加することによって、処理原水の（酸化）反応時間を十分に確保できるので、各電解槽において十分にＣＯＤなどの酸化を進めることができ、酸化剤である次亜塩素酸あるいは次亜塩素酸イオンが陰極室に流入するのを防止することができるので、電解損失を低減できる。なお、この触媒槽に設置される触媒は、二酸化マンガンあるいはパラジウム担持二酸化マンガンでもよいが、これに限定されず、電解酸化（酸化効果）を促進するものであればどのようなものでもよい。
【００１７】
また、この実施の形態の上記いずれかの排水処理装置において、前記少なくとも２つの電解槽のそれぞれ又は最後の槽出口には、ＣＯＤ又はＴ−Ｎの濃度を検出するセンサを更に備えられてもよい。この濃度センサによって、各電解槽又は最後の電解槽の出口におけるＣＯＤなどの濃度が測定できるので、その測定結果に基づいて各電解槽の両電極間に流れる電流の値を個別に制御することができる。そのため、特に各電解槽出口に濃度センサを備えた場合には、単に電解槽に流れる電流を電解槽毎に所定の電流値にするよりも、各電解槽の出口濃度に基づいて制御するので、一層電流効率を向上することができる。
【００１８】
本発明のもう一つの態様において、本発明の一実施の形態における排水処理方法は、各電解槽が、陽極と、陰極と、該電解槽を陽極室と陰極室とに分ける隔膜とを含む、少なくとも２つの電解槽を供給する段階と、各電解槽の陽極室と陰極室をバイパスする流路を供給する段階と、前記少なくとも２つの電解槽を処理原水の流れに対して直列に配置し、各電解槽の間を連通する段階と、原水の処理中、前記直列に配置された電解槽の一端の陽極と他端の陰極とを電気的に接続するとともに、その途中に電源を配置して、処理系全体に直流電流を供給する段階と、　を有することを特徴とする。
【００１９】
また、上記排水処理方法において、前記直列に配列された少なくとも２つの電解槽の最後の電解槽出口に、ＣＯＤ又はＴ−Ｎの濃度を検出するセンサを供給する段階と、前記センサの出力に応じて、前記電源から前記電解槽の電極に供給する電流値を制御する段階と、を更に有してもよい。
【００２０】
また、本発明のもう一つの実施の形態では、本発明の排水処理方法は、各電解槽が、陽極と、陰極と、該電解槽を陽極室と陰極室とに分ける隔膜とを含む、少なくとも２つの電解槽を供給する段階と、各電解槽の陽極室と陰極室をバイパスする流路を供給する段階と、前記少なくとも２つの電解槽を処理原水の流れに対して直列に配置し、各電解槽の間を連通する段階と、原水の処理中、前記少なくとも２つの電解槽のそれぞれの陽極と陰極とを電気的に接続するとともに、その途中に電源を配置して、すべての電解槽にそれぞれ所定の直流電流を供給する段階と、を有することを特徴とする。
【００２１】
ここで、前記電源は、前記各電解槽の電極に対して電気的に並列に配置されていてもよい。この場合、１つの電源が各電解槽の両電極に電流を供給することになる。処理原水は、下流に行くほどＣＯＤなどの含有量が減少するので、それに必要な電解により発声する酸化剤の必要量は少なくなる。この特徴により、各電解槽に供給する電流値は、下流に行くほど小さくなり、系全体の電流効率を向上することができる。なお、各電解槽は、供給される電流値を段階的に減少させるのみならず、ＣＯＤなどの含有量に見合うように、その容積を段階的に小さくしてもよい。そうすることにより、更に正確に制御することができる。
【００２２】
また、本実施の形態における上記いずれかの排水処理装置は、前記少なくとも２つの電解槽のそれぞれの槽出口に、ＣＯＤ又はＴ−Ｎの濃度を検出するセンサを供給する段階と、前記センサの出力に応じて、前記電源からそれぞれの電解槽の電極に供給する電流値を制御する段階と、を更に有してもよい。
【００２３】
この発明によれば、各電解槽の出口においてＣＯＤなどの濃度を測定して、その測定値に応じて電解槽毎に供給する電流値を制御（決定）するので、従来よりも容易にＣＯＤなどを除去することができるとともに、系全体として電流効率を向上することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を参照して本発明に係る排水処理装置及び排水処理方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態は例示として挙げるものであり、これにより本発明を限定的に解釈すべきではない。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１〜４を参照して、本発明の第１の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態における排水処理装置の処理フロー図である。この図１において、本発明の第１の実施の形態における排水処理装置は、４つの電解槽１００、２００、３００、及び４００、並びに電源１０を備え、各電解槽１００〜４００は、隔膜１３０、２３０、３３０、及び４３０によって、この電解槽を陽極を含む陽極室１１０、２１０、３１０、及び４１０と、陰極を含む陰極室１２０、２２０、３２０、及び４２０に隔てられる。以下、４つの電解槽を第１電解槽〜第４電解槽と称し、主に第１電解槽を用いて各電解槽の構成を説明する。
【００２６】
上述のように、第１電解槽１００は、隔膜１３０によって陽極室１１０と陰極室１２０に隔てられ、この両室をバイパスする流路２を備える。陽極室１１０及び陰極室１２０には、それぞれ陽極１１１及び陰極１２１が第１電解槽１００の内面に触れないように配置される。また、第１電解槽１００の陰極室１２０から第２電解槽２００の陽極室２１０へ処理原水が流れる流路３が配置される。
【００２７】
処理原水は、流路１からこの排水処理装置に流入し、流路９から外部に放出される。より詳細には、処理原水は、流路１から第１電解槽１００の陽極室１１０に流入し、流路２を介して第１電解槽１００の陽極室１１０から陰極室１２０へ、流路３を介して第１電解槽１００の陰極室１２０から第２電解槽２００の陽極室へ、流路４を介して第２電解槽２００の陽極室２１０から陰極室２２０へ、流路５を介して第２電解槽の陰極室２２０から第３電解槽３００の陽極室３１０へ、流路６を介して第３電解槽３００の陽極室３１０から陰極室３２０へ、流路７を介して第３電解槽３００の陰極室３２０から第４電解槽４００の陽極室４１０へ、流路８を介して第４電解槽４００の陽極室４１０から陰極室４２０へと流れ、流路９を介して排水処理装置の外に放流される。
【００２８】
また、電源１０は直流電源であり、その正極は、配線１１を介して第１電解槽１００の陽極１１１に接続される。そして、第１電解槽１００の陰極１２１は、配線１２を介して第２電解槽２００の陽極２１１と接続され、以下同様に、配線１３を介して第２電解槽２００の陰極２２１と第３電解槽３００の陽極３１１が接続され、配線１４を介して第３電解槽３００の陰極３２１と第４電解槽４００の陽極４１１が接続される。電源１０の負極は、配線１５を介して第４電解槽４００の陰極４２１に接続される。このようにして、本発明の第１の実施の形態における排水処理装置は、系全体を通して電気的に直列に配列されることにより、系全体に一定の直流電流を流し、カスケード状に配列された各電解槽において同様な電解酸化を行うことによって、ＣＯＤやＴ−Ｎを効率的に除去することができる。
【００２９】
第１電解槽１００の陽極１１１及び陰極１２１は、白金メッキのチタン電極が好ましいが、これに限定するものではなく、例えば、鉄材などで作られた電極などでもよい。隔膜１３０は、通常、有機性もしくは無機性の多孔質膜が用いられるが、これに限定するものではない。この隔膜１３０は、処理原水中のイオンについては陽極室１１０と陰極室１２０の間を通すが、各電極室で発生するガスについては通さないものである。このため、従来問題となっていた陰極における競争反応を防止することができる。
【００３０】
本第１の実施の形態における排水処理装置では、電解酸化による排水処理中、陽極から主として酸素及び塩素（次亜塩素酸、次亜塩素酸イオン）が発生し、ＣＯＤなどの有機物や窒素化合物が酸化される。また、陰極では、主に水素が発生し、硝酸イオンが還元される。
【００３１】
なお、流路１〜９の途中には、図示しないがポンプなどの流量を調整するための装置が含まれてもよく、この場合、間欠運転をすることにより、ＣＯＤなどを一層効率的に除去することができる。また、その代わりに、例えば、第１電解槽から第４電解槽に自然に流れるように、各電解槽を鉛直位置において段々に配置してもよく、この場合には、各流路の途中に逆止弁などを配置して逆流を防ぐとともに、各電解槽に流れ込む処理原水の流量を調整してもよい。
【００３２】
図２は、陽極室と陰極室をバイパスする各流路の途中にタンクを配列した排水処理装置の一実施の形態を示すフロー図である。なお、図１の排水処理装置と異なる点のみを説明し、その他の説明は省略する。この図２に示される排水処理装置は、各電解槽１００、２００、３００、及び４００の陽極室と陰極室をバイパスする流路２、４、６、及び８の途中に、タンク１４０、２４０、３４０、及び４４０を配置することにより、陽極室から流れ出た処理原水を一時貯蔵することができる。このタンクに処理原水を一時貯蔵することにより、各電極槽における電解酸化の反応時間を十分に確保することができ、処理原水の酸化を十分に行うことができる。また、陽極室において添加された次亜塩素酸あるいは次亜塩素酸イオンが陰極室に流入するのを極力少なくすることができ、これにより系全体の電解損失を低減することができる。
【００３３】
図３は、陽極室と陰極室をバイパスする各流路の途中に触媒槽を配列した排水処理装置の一実施の形態を示すフロー図である。この図３の排水処理装置は、図３に示されるものとほとんど同じであるが、電解酸化の反応時間を確保するためのタンクに代えて、電解酸化を促進するための触媒を充填した触媒槽１４０、２４０、３４０、及び４４０を配列している点が異なる。
【００３４】
この実施の形態における酸化を促進する触媒としては、特開平７−６８２７７号公報や特開平７−１６３９８７号公報などに示されるような、二酸化マンガンあるいはパラジウム担持二酸化マンガン等が用いられる。二酸化マンガン（ＭｎＯ２）は、有機物などを酸化分解すると、酸化マンガン（ＭｎＯ）に還元されるが、次亜塩素酸と反応することにより、酸化されて再び二酸化マンガンに戻り、酸化力を発揮する。このように、触媒槽１４０、２４０、３４０、及び４４０においても二酸化マンガンなどにより有機物等が酸化されるので、排水処理系全体として、一層酸化効果を促進することができる。
【００３５】
図４は、本発明における最後の電解槽４００の出口にセンサ５００を設けた排水処理装置の一実施の形態を示すフロー図である。この図４の排水処理装置は、図３に示される排水処理装置とほとんど同じであるが、直列に配列された電解槽の最後の電解槽４００の出口にあたる流路９の途中にセンサ５００を設けている点が異なる。
【００３６】
このセンサ５００は、ＣＯＤ若しくはＴ−Ｎの濃度を検知するためのものであり、排水処理装置の出口におけるＣＯＤなどの濃度を計測して、その値に基づいて電源１０から系全体に流れる電流値を制御するものである。例えば、センサ５００に所定の濃度値を設定しておき、その値よりも出口濃度が大きい場合、ＰＩＤ制御などにより電源１０から流れる電流値を少し高めに設定変更する。逆の場合、すなわち、出口濃度が設定値よりも小さい場合には、電源１０から流れる電流値を少し低めに設定変更する。このように排水処理装置の出口でＣＯＤなどの濃度を計測して、その値に基づいて系全体を流れる電流値を制御することにより、無駄に電流を消費することなく、有機物などを除去することができ、排水処理装置の効率的な運転が可能である。
【００３７】
なお、本実施の形態では、図１〜図４において４つの電解槽がカスケード状に配列される排水処理装置に基づいて説明をしたが、これに限定するものではなく、電解槽をいくつ用いた排水処理装置においても本発明と同様の効果が得られる。ただし、電解槽が１つの場合には、本発明のように効率的にＣＯＤやＴ−Ｎを処理することが難しいであろう。
【００３８】
以上のように、本第１の実施の形態における排水処理装置は、陽極、陰極、及び隔膜と、陽極室と陰極室を連通する流路とを備える電解槽を複数用意し、それらを用いてカスケード状に排水を処理するとともに、各電解槽の電極を系全体で直列に配列して電解酸化を行うこととした。したがって、本実施の形態の排水処理装置によって、電極における副反応による損失を抑えられるとともに、排水処理装置の出口濃度を従来の単槽型よりも低くすることができる。
【００３９】
また、各電解槽において反応時間を確保するためにインチング運転を行い、あるいは流路の途中にタンクや触媒槽を配置することにより、電解酸化反応を一層促進することができる。さらに、排水処理装置の出口においてＣＯＤ若しくはＴ−Ｎの濃度を計測して、その計測値に基づいて系全体に流れる電流値を制御することにより、電流効率を向上することができる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図５を参照して、本発明の第２の実施の形態を詳細に説明する。図５は、本発明における電解槽の電極を電源に対して並列に配列した排水処理装置の一実施の形態を示すフロー図である。この図５において、本発明の第２の実施の形態における排水処理装置は、３つの電解槽１００、２００、及び３００と、各電解槽に電流を供給する電源１０、２０、及び３０と、各電解槽出口におけるＣＯＤ若しくはＴ−Ｎの濃度を計測するセンサ５０１、５０２、及び５０３とを備える。各電解槽１００〜３００は、隔膜１３０、２３０、及び３３０によって、陽極１１１、２１１、及び３１１を含む陽極室１１０、２１０、及び３１０と、陰極１２１、２２１、及び３２１を含む陰極室１２０、２２０、及び３２０とに隔てられる。なお、第１の実施の形態における図１〜図４と同一の構成要素には同一の符号を付し、ここでは重複を避けるために説明を省略する。
【００４１】
上記第１の実施の形態と異なる点は、各電解槽１００、２００、及び３００に対して電源１０、２０、及び３０がそれぞれ設けられるとともに、各電解槽の出口流路３、５、及び７にそれぞれセンサ５０１、５０２、及び５０３が配置されることである。なお、図５において図１〜図４と異なり電解槽を３つとしているが、図示の問題であって４槽と３槽とに本質的な違いはなく、複数の電解槽を用いることが重要である。
【００４２】
処理原水は、第１の実施の形態と同様に、予め次亜塩素酸などの塩素系酸化剤や過酸化水素水などの酸化剤を添加され、流路１からこの排水処理装置に流入し、流路７から外部に放出される。より詳細には、処理原水は、流路１から第１電解槽１００の陽極室１１０に流入し、流路２を介して第１電解槽１００の陽極室１１０から陰極室１２０へ、流路３を介して第１電解槽１００の陰極室１２０から第２電解槽２００の陽極室へ、流路４を介して第２電解槽２００の陽極室２１０から陰極室２２０へ、流路５を介して第２電解槽の陰極室２２０から第３電解槽３００の陽極室３１０へ、流路６を介して第３電解槽３００の陽極室３１０から陰極室３２０へ、流路７を介して排水処理装置の外に放流される。すなわち、処理原水の流れは、各電解槽に対して直列である。
【００４３】
それに対して、各電解槽にそれぞれ電源が配置されているので、電流は並列的である。すなわち、第１電解槽では、陽極１１１と陰極１２１とが電源１０に接続され、第２電解槽では、陽極２１１と陰極２２１とが電源２０に接続され、第３電解槽では、陽極３１１と陰極３２１とが電源３０に接続される。なお、この図５において、図示の容易さのために、各電解槽に電源を配置して示したが、電源は１つで各電解槽の電極に対して並列に接続される構成としてもよい。
【００４４】
第１電解槽１００で電解酸化を行った処理原水は、その出口である流路３の途中においてセンサ５０１によってＣＯＤ又はＴ−Ｎの濃度を測定される。このセンサ５０１の測定値に基づいて、電源１０から供給する電流値を制御する。同様に、第２電解槽２００及び第３電解槽３００においても電解酸化が行われるとともに、その出口においてＣＯＤなどの濃度が測定され、その測定値に基づいて電源２０及び３０から供給される電流値が制御される。
【００４５】
ＣＯＤ又はＴ−Ｎの濃度は、各電解槽出口で予め決められた所定の値に対して大小を判断され、所定の設定値よりも測定値の方が大きい場合には、電源１０から供給される電流値を上げ、その逆の場合には、電流値を下げる。このようにして、最終的に、センサ５０３で測定されたＣＯＤ又はＴ−Ｎの濃度が排水処理装置の出口濃度となる。従って、設定値は、センサ５０１が一番高く、次いでセンサ５０２、センサ５０３の順となる。なお、流路１〜第１電解槽１００に流入する処理原水のＣＯＤ又はＴ−Ｎ濃度によっては、各センサの濃度設定値を変更しなければならない。各センサの設定値は一定の比率で決められる方が良い。なぜならば、処理原水における濃度が高い場合、第１電解槽１００での処理に相当の負荷がかかり、電源１０から供給される電流値のみが他の電源から供給される電流値よりも非常に高くなるために、系全体として電流損失が大きくなるからである。
【００４６】
なお、図５においてはすべての電解槽の大きさが等しく示されているが、各センサの設定値や処理原水のＣＯＤ又はＴ−Ｎ濃度などに応じて、各電解槽の大きさも所定の割合で徐々に小さくした方がよい。このように電解槽の大きさを小さくすることによって、電解槽内のＣＯＤなどの濃度が小さくなったときにも十分に電解酸化を行うことができる。
【００４７】
以上のように、本第２の実施の形態における排水処理装置は、陽極、陰極、及び隔膜と、陽極室と陰極室を連通する流路とを備える電解槽を複数用意し、それらを用いてカスケード状に排水を処理するとともに、電解槽毎に所定のＣＯＤ又はＴ−Ｎ濃度となるように電源から供給される電流値を制御して電解酸化を行うこととした。したがって、本実施の形態の排水処理装置によって、単槽型と比較してＣＯＤ又はＴ−Ｎの出口濃度を低くできるとともに、次亜塩素酸などの酸化剤を効率的に使用することができ、系全体の電流効率を向上することができる。
【００４８】
ここで、図６を参照して、各電解槽に備えることが可能な構成要素について説明する。図６は、本発明の排水処理装置の構成の改良例である。なお、図の簡単のために、第１電解槽のみを用いて説明する。この図６において、本発明の改良例の排水処理装置は、上記構成以外に、気液接触手段６００及び燃料電池７００を備える。
【００４９】
前述したように、電解酸化の処理中、陽極室１１０では、主に、塩素、次亜塩素酸、次亜塩素酸イオンなどの塩素系の気体と、酸素が発生する。発生した気体は、排気管２１を介して、気体吸収手段６００に導入され、配管２０を介して先に添加されたアルカリ剤（塩素系の気体の量次第では添加しない場合もある）と反応することにより塩素系の気体は処理原水内に溶け込む。しかし、液体への溶解度（溶解率）が低い酸素は、排気管２３を介して燃料電池７００に供給される。
【００５０】
また、陰極１２１で発生した水素は、配管２２を介して、燃料電池７００に供給される。燃料電池７００は、水素などを燃焼させることにより発生した熱を、例えば、ガスタービンや蒸気タービンなどを電気エネルギーに変換するための装置であり、排気管２３及び配管２２から供給される水素及び空気を混合して燃焼し、熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する。この燃料電池７００における燃焼後の排気ガス（主に、水素と酸素が燃焼するので、水（Ｈ２Ｏ）である）は、排気管２５を介して外部に排気される。このとき、必要に応じて、配管２４から空気を供給する。
【００５１】
燃料電池７００は、配線１６を介して電源１０に接続され、燃料電池７００において電気エネルギーとして回収されたエネルギーは、この配線１６を介して電源１０に供給される。このエネルギーは、電解酸化処理に利用される。
【００５２】
このように、本発明における図６の排水処理装置では、陽極室１１０から発生する酸素を燃料電池７００の酸化剤として有効に活用するとともに、陰極１２で発生する水素を燃料として燃料電池５０に供給し、その燃料電池５０で発電した電気エネルギーを電源１０に供給する構成としたので、電解酸化処理における系全体の電流効率を更に向上することができる。
【００５３】
なお、気体吸収手段６００及び燃料電池７００を各電解槽に設置するか、排気ガスの配管を集合させて、１つの気体吸収手段６００及び一つの燃料電池７００とするかは設計事項であるので、図示及びその説明を省略する。複数の気体吸収手段６００を用いる場合、可能であれば、気液接触する処理原水は、流路１のもの方が効率的であろう。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電極における副反応による損失を抑えて効率良く排水を処理できるとともに、単槽型と比較して排水処理装置出口におけるＣＯＤなどの濃度を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における複数の電解槽の電極を直列に配列した排水処理装置の一実施の形態を示すフロー図である。
【図２】陽極室と陰極室をバイパスする各流路の途中にタンクを配列した排水処理装置の一実施の形態を示すフロー図である。
【図３】陽極室と陰極室をバイパスする各流路の途中に触媒槽を配列した排水処理装置の一実施の形態を示すフロー図である。
【図４】本発明における最後の電解槽の出口にセンサを設けた排水処理装置の一実施の形態を示すフロー図である。
【図５】本発明における電解槽の電極を電源に対して並列に配列した排水処理装置の一実施の形態を示すフロー図である。
【図６】
本発明の排水処理装置の構成の改良例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０　　電源
１００，２００，３００，４００　　電解槽
１１０，２１０，３１０，４１０　　陽極室
１１１，２１１，３１１，４１１　　陽極
１２０，２２０，３２０，４２０　　陰極室
１２１，２２１，３２１，４２１　　陰極
１３０，２３０，３３０，４３０　　隔膜
１４０，２４０，３４０，４４０　　タンク，触媒槽
５００，５０１，５０２，５０３　　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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【図５】
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【図６】
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