(57)【要約】【課題】燐酸イオン含有の電解質廃水から燐を除去する電源を要する電気分解法では、電気設備費と電力費が必要であると共に、維持管理が煩雑である問題があった。【解決手段】電解質である燐酸イオンと銅イオンとを含む廃水を、活性汚泥処理曝気槽１で曝気処理している水中に、支持部材２でそれぞれ固着支持された平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４の大部分を浸漬し、水面上にある平板状鉄製アノード上部３ａと平板状銅製カソード上部４ａを電気良導体５で連結して成る一次電池６を構成する。そして、電子が前記導電体５を通って平板状鉄製アノード３から平板状銅製カソード４へ移動し、前記平板状鉄製アノード３の鉄が溶出して第一鉄イオンとなり、該第一鉄イオンはさらに酸化されて第二鉄イオンとなる。該第二鉄イオンは水中の燐酸イオンと反応して水に難溶性の燐鉄塩となり、静置すると容易に沈殿する。一方、電解質廃水中の銅イオンは平板状銅製カソード４に移動し電子を得て前記平板状銅製カソード４に析出する。【選択図】　　　図１
2004066223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つのイオン化傾向の異なる金属を電気導体で接続し、そして、前記二種の金属の内で電気化学的に卑なる方をアノードとし、又、電気化学的に貴なる方をカソードとし、前記アノードとカソードを、電解質廃水中に浸漬して一次電池を形成した電気化学反応手段と攪拌手段を有することを特徴とする電解質廃水処理装置。
【請求項２】
燐酸塩生成槽に収容した燐酸イオンを含みｐＨ値が５．８〜８．２の中性付近にある電解質廃水において、一次電池を形成した電気化学反応手段及び空気を供給する空気供給手段を装備して生成する水に難溶性の燐酸塩とすることを特徴とする請求項１記載の電解質廃水処理装置。
【請求項３】
燐酸塩生成槽に収容した燐酸イオンを含みｐＨ値が５．８〜８．２の中性付近にある電解質廃水において、一次電池を形成した電気化学反応手段及び空気を供給する空気供給手段を装備して生成する水に難溶性の燐酸塩を吸着する吸着材を収納した燐回収ユニットを装備する事を特徴とする請求項２記載の電解質廃水処理装置。
【請求項４】
反応槽に収容した陰イオンを含みｐＨ値が５．８〜８．２の中性付近にある電解質廃水において、鉄製アノードと鉄よりも電気化学的に貴なる金属製カソードを導電体で接続したものを浸漬して一次電池としたもの及び空気を供給する空気供給手段を装備して水に難溶性で磁性体の鉄塩を生成した処理水を、磁気発生体を水中に収納した磁気処理槽に導入して、難溶性で磁性体の鉄塩を磁気発生体に磁気力吸引捕集する事を特徴とする請求項１記載の電解質廃水処理装置。
【請求項５】
イオン流通機能体で区分し、該区分の一方領域にアノードを他の区分領域にカソードを配設すると共に攪拌手段を装備して成る一次電池を装備した酸化還元反応槽とする。該酸化還元反応槽には、アノード区分領域及びカソード区分領域共通の流入口とアノード区分領域及びカソード区分領域別々の流出口と発生ガス放出口を有する。前記アノード区分領域に前記多孔質体を通じて前記カソード区分領域の含窒素含有電解質廃水の硝酸イオン及び亜硝酸イオンを電気泳動により引き出す。そして、該硝酸イオン及び亜硝酸イオンを前記アノードの酸化反応により酸化窒素となし、前記アノード区分領域の酸化窒素含有水を排出手段で気液接触手段に導入して硝酸塩溶液と成し、該硝酸塩溶液を冷却式硝酸塩捕集器に導入する。そして、前記カソード区分領域に前記イオン流通機能体を通じて前記アノード区分領域の含窒素含有電解質廃水のアンモニウムイオンを電気泳動により引き出す。そして、アンモニウムイオンを還元反応によりアンモニアとなし、水中の該アンモニアを気液接触手段で大気に放散することを特徴とする請求項１記載の電解質廃水処理装置。
【請求項６】
硫化物又は水流化物のどちらか一方又は両方を含有する前記電解質廃水を凝集剤生成槽に収容し、そして、鉄をアノードとすると共に鉄よりも電気化学的に貴なる金属をカソードとした一次電池を装備し、前記電解質廃水に空気を供給する空気供給手段し、ｐＨ調整手段で前記電解質廃水のｐＨ値を７付近に調整することにより、硫化第一鉄及び硫化第二鉄を生成して凝集剤とすることを特徴とする請求項１記載の電解質廃水処理装置。
【請求項７】
攪拌手段を有する資源回収槽に電気化学的に貴な有用金属イオンを含有する電解質廃水を貯留し，　有用金属を一次電池ユニットで前記カソード又は前記電解質廃水中に析出させることにより有用金属を回収することを特徴とする請求項１記載の電解質廃水処理装置。
【請求項８】
前記アノードとカソードの両極を格子状籠構造とした電解質廃水処理装置の電極。
【請求項９】
複数の一次電池を並列接続手段で接続して並列接続一次電池モジュールとすることを特徴とする請求項１記載の電解質廃水処理装置。
【請求項１０】
複数の一次電池を直列接続手段で接続して直列接続一次電池モジュールとすることを特徴とする請求項１記載の電解質廃水処理装置。
【請求項１１】
複数の並列接続一次電池モジュールを直列接続手段で接続して一次電池アレイとすることを特徴とする請求項９記載の電解質廃水処理装置。
【請求項１２】
複数の直列接続一次電池モジュールを並列接続手段で接続して一次電池アレイとすることを特徴とする請求項１０記載の電解質廃水処理装置。
【請求項１３】
溶存酸素供給手段を有する資源回収槽に、直流電力を出力するアノード共通端子及びカソード共通端子を配設した一次電池アレイを装備し，発電することを特徴とする請求項１１又は１２記載の電解質廃水処理装置の発電装置。
【請求項１４】
攪拌手段を有するｐＨ値が５以下の資源回収槽に、直流電力を出力するアノード共通端子及びカソード共通端子を配設した前記一次電池アレイを装備し、発電することを特徴とする請求項１１又は１２記載の電解質廃水処理装置の発電装置。
【請求項１５】
攪拌手段を有するｐＨ値が７．０以下の資源回収槽に、直流電力を出力するアノード及びカソード端子を配設した前記一次電池アレイを装備し、カソードで発生する水素ガスを捕集する手段と前記水素ガスを貯蔵する手段とを有することで、水素ガスを生産することを特徴とする請求項１１又は１２記載の電解質廃水処理装置の発電装置。
【請求項１６】
攪拌手段を有するｐＨ値が７．０以下の資源回収槽に、直流電力を出力するアノード及びカソード端子を配設した前記一次電池アレイを装備し、カソードで発生する水素ガスを捕集する手段と前記水素ガスを貯蔵する手段とを有することで、発電すると共に水素ガスを生産することを特徴とする請求項１１又は１２記載の電解質廃水処理装置の発電装置。
【請求項１７】
攪拌手段を有する電気化学的に貴なる有用金属イオンを含むｐＨ値が７．０以下の資源回収槽に電解質廃水を貯留する。前記資源回収槽に直流電力を出力するアノード共通端子及びカソード共通端子を装備した前記一次電池アレイで発電し、該一次電池アレイのカソードで発生する水素ガスを捕集する手段と前記水素ガスを貯蔵する手段とを有することで発電及び水素ガスを生産すると共に前記電解質廃水中の前記有用金属を前記一次電池アレイのカソード又は前記電解質廃水中に析出させることにより有用金属を回収することを特徴とする請求項１１又は１２記載の電解質廃水処理装置の発電装置。
【請求項１８】
直流電力を出力するアノード及びカソード端子を装備した前記一次電池アレイと、蓄電池又は商用電源から一次電池への逆電流を阻止する充放電制御手段と、直流電力を蓄電する蓄電手段及び直流を交流に変換する直交変換手段等を少なくとも有することを特徴とする請求項１１又は１２記載の電解質廃水処理装置の発電装置。
【請求項１９】
磁性体粒子を含有する廃水を非磁性体製の分離槽に導入し、該分離槽に近接した槽外に、水流方向に移動する搬送手段に装荷した磁気発生体に非磁性体の分離槽壁を介して磁性微粒子を励磁吸引して補捉搬送する。そして所定の場所に集泥された磁性体粒子に対しては励磁吸引を解除して集泥する事を特徴とする請求項４記載の電解質廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質廃水処理装置並びに該装置に用いる電極及び発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、電解質廃水処理方法の一種である燐酸イオン含有廃水処理方法においては、電気分解法、鉄接触材法、凝集処理法、晶析法、吸着法等の多くの処理法が実用化されている。例えば電源を設けた電解法として、特開平１１−２７７０９０及び特開２００１−２５２６６８が開示されている。又、電源を設けることで窒素含有廃水を電気分解して硝酸イオン，亜硝酸イオン及びアンモニウムイオンを除去する知見として特開２０００−３３４４６５が開示され、又、金属イオンを含有する電解質水を電気分解してメッキする方法又は被メッキ体を浸漬して晶析メッキする方法の知見は開示されていた。そして又、異種金属を密接して構成した複合電極単位を電解質液に浸漬して発生する異種金属間の電位差で水素ガスを発生させる方法が特開２０００−１９９０９０で開示されていた。又、第一鉄塩、第二鉄塩のどちらか一方又は両者を含む水溶液と、硫化ナトリウム、水硫化ナトリウムのどちらか一方又は両者を含む水溶液との反応で生成した硫化鉄を酸性染料、塩基性染料、直接染料、含金染料、分散染料、反応染料、硫化染料等の着色物質含有廃水に、必要に応じてｐＨ調整し又は高分子凝集剤等と共に良好な凝集剤の一つとし添加する方法が特開平９−１７４０６１に開示されている。又、海水を電解質として、カソードとアノードとを導電板の両面に貼り合わせてなる単位を複数個配列し、隣接する単位の異極及び異極間の空間で一つのセルを形成して直列接続する方法の知見が特開２０００−３３４４６５及び特開２００２−１１０１４１で開示されていたが、一次電池で電気化学的に電解質廃水を処理すること、発電及び水素ガス生産を伴う電解質廃水処理装置は開示されていなかった。そして、磁性体粒子を含有する凝集剤で、被処理水中の汚濁物を、励磁された磁性体に担持された浮遊固形物とし、被処理水の流れの中で、磁力により前記浮遊固形物を被処理水から吸引捕捉して分離する装置の知見が特開２００１−１０４９６７を受けて、特開２００３−０３８９８４等で開示されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電気分解法では、電気設備費と電力費が必要であると共に維持管理が煩雑である問題があった。
【０００４】
又、鉄接触材法では、酸素濃淡電池又は通気差電池と呼ばれる腐食電池による為、電位差が極めて小さいので、大量の鉄材が必要であると共に長期間安定して使用出来ない問題があった。
【０００５】
又、凝集法、晶析法、吸着法では、ｐＨ調整又はＳＳ分除去の前処理を要すると共に建設費及び処理消耗資材費が高価であると共に維持管理が煩雑である問題があった。
【０００６】
又、アノードが、出来るだけ多くの処理水と接触するような工夫と、電流密度を小さくする工夫をした形状の物がない問題があった。
【０００７】
又、一次電池は起電力が小さく、又電流も小さいので、金属イオンの溶出量が少なく問題があった。
【０００８】
又、有用金属イオンを含む電解質廃水から安価に有用金属と水素ガスを生産する創意工夫がなされていなかった。
【０００９】
又、硫化ナトリウム又は水流化ナトリウム含有廃水に第一鉄塩又は第二鉄塩含有廃水を混合して生成する硫化第一鉄又は硫化第二鉄を凝集剤として利用する方法では、利用範囲が限定される問題点があった。
【００１０】
又、磁性体粒子を生成する手段としての、凝集剤注入処理法、外部電源電気分解法等は処理単価が高い問題点があった。
【００１１】
又、単一の一次電池では、電力として利用するには、電圧及び電流が小さいので、発電を伴う電解質廃水処理装置としては利用不可能であった。
【００１２】
そして、異種金属を密接して構成した複合電極単位を電解質液に浸漬して発生する異種金属間の電位差で水素ガスを発生させる方法では、電極と電解液との接触面積が小さく、直列接続して発生電位差を大きく出来ない問題点があった。
【００１３】
磁性体微粒子を含有する廃水を固液分離処理する非磁性体の分離槽において、磁性体粒子汚泥を非磁性体の分離槽壁を介して励磁吸引すると共に水流で搬送する手段が開示されていたが、垂直方向の力は重力、ファンデルワールス力及び磁力等の垂直合力が作用するので水平方向の抗力が大きくなり、分離槽の底部を急傾斜としても、流水により磁性体微粒子汚泥を流水方向に搬送することは可能としても、水流に伴う乱流を惹起するので、効果的に固液分離処理を行う事に困難を伴っていた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電解質廃水処理装置においては、二つのイオン化傾向の異なる金属をアノード及びカソードとし、このアノードとカソードを電気導体で接続して、一次電池を構成する。該一次電池において、アノードでは金属がイオンとして溶出し、廃水中の陰イオンと結合して難溶性の金属塩となる反応と水分子が電子を失って酸素と水素イオンになる反応が起こり、一方、カソードでは、アノードから送られた電子を、銅又は銅よりもイオン化傾向の小さな金属のイオンに与えて金属が析出する反応、又は、水分子と酸素分子が電子を得て水酸イオンとなり、又は、水分子が電子を得て水素ガスと水酸イオンと成る反応、さらに、該水酸イオンとアノードで溶出した金属イオンが反応して水酸化金属が生成する。従って、難溶性の金属塩を沈殿分離し、水素ガスを採取し、有用金属を回収するとよい。即ち、
アノードは金属原子Ｍが電子を失って腐食し、一般に
2004066223.tif 000003
と書き表せるが、鉄の場合は
2004066223.tif 000004
の酸化反応が起こる。そして、水中に陰イオン例えばオルト燐酸イオンを含有すると
2004066223.tif 000005
の反応が起こり難溶性で沈降性の良いオルト燐酸鉄塩を生成する。
又カソードでは逆に還元反応が起こり、一般に
2004066223.tif 000006
と書き表せるが、銅イオンの還元反応
2004066223.tif 000007
あるいは水素発生反応である
2004066223.tif 000008
又は酸素還元反応である
2004066223.tif 000009
などが起こる。しかし上記の各種の酸化及び還元反応の発現の程度は電解質の種類、アノード及びカソードに使用する物質の組合せ、ｐＨ値、水温等の違いにより異なる。従って上記の電気化学反応式に傍記した（ｐＨ＜５）及び（ｐＨ＞５）は水素イオン濃度による反応形態依存性を示したものである。
【００１５】
ｐＨ値が５．８〜８．２の中性付近ではアノードの酸化反応は溶存酸素を必要とするので、電解質廃水に直接酸素を供給するか空気を供給すると良い。
【００１６】
槽内電解質濃度均質化の為に電解質廃水を攪拌すると良い．
【００１７】
処理方式に応じた位置に装備された一次電池ユニットの下流側に、隣接又は離隔して装備された燐イオンを吸着する吸着材を収納した燐回収ユニットを装備すると良い。
【００１８】
燐酸塩生成槽に収容した燐酸イオンを含みｐＨ値が５．８〜８．２の中性付近にある電解質廃水において、鉄製アノードと鉄よりも電気化学的に貴なる金属カソード、例えば銅製カソードとで一次電池を構成して反応生成した燐酸鉄塩を含む処理水を強力な磁気体を水中に収納するか又は槽外に配設して磁場を形成した磁気処理槽に導入して、難溶性で磁性体の燐酸鉄塩を磁気体に磁気力吸引捕集すると良い。
【００１９】
イオン流通機能体で区分し、該区分の一方領域にアノードを他の区分領域にカソードを配設すると共に攪拌手段を装備して成る一次電池を装備した酸化還元反応槽で、硝酸イオン、亜硝酸イオン及びアンモニウムイオン含有廃水を電気化学反応処理すると良い。
【００２０】
又、硫化物又は水流化物のどちらか一方又は両方を含有する電解質廃水から、鉄をアノードとすると共に鉄よりも電気化学的に貴なる金属をカソードとした一次電池を装備した廃水処理装置で硫化第一鉄及び硫化第二鉄を生成して凝集剤とすると良い。
【００２１】
又、アノード及びカソードを格子状籠構造とすると効果的である。
【００２２】
又、アノード反応とカソード反応を活発にし、両極で溶出又は生成するイオンの量を多くする為に、複数の一次電池を直列に接続して起電力を大きくし、又、一次電池を並列に接続して、電流量を多くすると効果的である。
【００２３】
又、ｐＨ値が５以下の電解質廃水中に一次電池を装備して水素ガスを生産すれば良い。水素ガス発生はｐＨ値が低い程、効果的である。
【００２４】
そして、電解質廃水処理の一工程として、電圧及び電流を大きくして電気容量を大きくしたことにより電力源として利用し易くする為に、所要の数の一次電池を直列及び並列接続した一次電池アレイを、少なくとも充放電コントローラ、蓄電池、インバータ等と共に接続構成すると良い。
【００２５】
磁性体粒子を含有する廃水において、水流方向に移動する搬送手段に装荷した磁気発生体に非磁性体の分離槽壁を介して磁性粒子を励磁して吸引補捉及び搬送すると良い。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として実施例を図１〜図２７に基づいて説明する。図１において、ｐＨ値が５．８〜８．２の中性付近にある燐酸イオン含有廃水を、活性汚泥処理曝気槽１で曝気処理している水中に、支持部材２でそれぞれ固着支持された平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４の大部分を浸漬し、水面上にある平板状鉄製アノード上部３ａと平板状銅製カソード上部４ａを電気導体５で連結して成る一次電池６を構成している。そこで一次電池６の電気化学反応の概略を図２に示すように、前記平板状鉄製アノード３では、鉄が溶出酸化して第一鉄イオン、及び、さらに酸化されて第二鉄イオンとなり、そして又、水分子は酸素分子と水素イオンに分解して、電子が前記電気導体５を経由して平板状カソード４に移動している。そして、前記第二鉄イオンは水中のオルト燐酸イオンと反応して水に難溶性のオルト燐酸鉄塩となり、静置すると容易に沈殿する。一方、平板状銅製カソード４では、水分子と酸素分子が電子を得て水酸イオンとなり、前記第一鉄イオン及び第二鉄イオンと反応して、水酸化第一鉄を経て水酸化第二鉄となり静置すると容易に沈殿する。
【００２７】
上記実施例では、アノード及びカソードとして鉄製品及び銅製品を使用しているが、一次電池６のカソードとアノード間の電位差を大きくすると共にアノードの溶解量を大きくするためには、イオン化列においてアノードとカソードのイオン化傾向差の大きいことが有利である。例えば、鉄よりも亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ナトリウムの順にイオン化傾向が大きくなる。しかし、価格面及び毒性を含めた取り扱い安さも考慮する必要がある。又、電極材としては電気導体だけでなく、例えば電気不良導体である炭酸カルシウムを主成分とする貝殻又は石灰石等の粉末に５〜１５％のアセチレンブラック、黒鉛あるいは、それらの混合物を加え十分に混合したものに、結着材を加えた合剤を銅のエキスパンドメタルに塗布したものをアノードとする事もできる。当該項で述べたことは以下の実施例では勿論の事全ての電極にも適用出来る。
【００２８】
図３及び図４に示される実施例では、支持部材２でそれぞれ固着保持された平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４の大部分を浸漬し、前記平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４を電気導体５で接続して、一次電池６としている。そして、一次電池収納槽７に、前記平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４の下方に散気装置８を配置して収納した一次電池ユニット９としている。
【００２９】
図５及び図６に示される実施例では、一次電池収納槽７に一次電池６と散気装置８を収納して一次電池ユニット９とし、そして、該一次電池ユニット９と、吸着材１０を吸着材収納槽１１の中に下部多孔板１２−１と上部多孔板１２−２とで保持収納して成る吸着材ユニット１３としたものを、連結一体化して燐回収ユニット１４としている。前記一次電池ユニット９で未処理となった燐酸イオンは次の吸着材ユニット１３の吸着材１０で吸着される。
【００３０】
図７に示される実施例では、散気装置８を装備した反応槽１５に収容した燐酸イオンを含む電解質廃水において、平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４を電気導体５で接続したものを浸漬して一次電池６を構成している。すると前記平板状鉄製アノード３は酸化して第一鉄イオン及び第二鉄イオンを生成して水中の燐酸イオンと反応結合して水に難溶性で磁性体の燐酸鉄塩を生成する。前記燐酸鉄塩を含有した処理水を、非磁性の分離槽１６に導入して、該分離槽１６の槽外壁１６ａに装荷した磁気発生体１７で前記燐酸鉄塩を励磁して槽内壁１６ｂに吸引捕捉すると共に処理水を放流している。
【００３１】
図８に示される実施例では、嫌気濾床接触曝気浄化槽１８に配設した沈殿槽１９の下層水部１９ａにおける処理水を、循環ポンプ２０を配設した循環管２１で第一嫌気濾床槽２２の流入口２３の近傍へ循環返送している。そして、前記循環管２１の途中に燐回収ユニット１４を装備している。燐回収ユニット１４の取付け状態を示す縦断面図を図９に示すように、一次電池ユニット９と吸着材ユニット１３とを連結一体化した燐回収ユニット１４を循環管２１に配設している。
【００３２】
図１０に示される実施例では、図８の燐回収ユニット１４を設けた位置に替えて、第一嫌気濾床槽２２と第二嫌気濾床槽２４の仕切り板２５の位置に装備している。燐回収ユニット１４の取付け状態を示す縦断面図を図１１に示すように、一次電池ユニット９と吸着材ユニット１３とを連結一体化した燐回収ユニット１４を仕切り板２５に取付けている。
【００３３】
図１２の実施例では、平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４の大部分を接触曝気槽２６の水中に浸漬した状態で、支持部材２及び支持部材２７で固着支持し、そして、平板状鉄製アノード３の水面上部３ａと平板状銅製カソード４の水面上部４ａを電気導体５で接続して一次電池６を構成して前記接触曝気槽２６に装備している。又、吸着材ユニット１３は、越流堰２８から消毒槽２９へ通じるトラフ３０の途中に挿入して装備している。前記一次電池６の構成と取付け状態を示す平面図と該平面図のウ−ウ線断面図を図１３と図１４に示すように、前記接触曝気槽２６に一次電池ユニット９を装備している。又，　吸着材ユニット１３の構成と取付け状態を示す平面図と該平面図のエ−エ線断面図を図１５と図１６に示すように、前記越流堰２８から消毒槽２９へ通じるトラフ３０の途中に挿入して装備している。
【００３４】
図１７及び図１８に示す実施例において、一次電池収納槽７に平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４を支持部材２で固着支持し、前記平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４を河川流水中に浸漬し、そして、平板状鉄製アノード３の上部３ａと平板状銅製カソード４の上部４ａを絶縁被覆電気導体３１で接続して一次電池ユニット９を構成している。又、下流側多孔板３２−１と上流側多孔板３２−２で吸着材１０を保持収納した吸着材収納槽１１と前記一次電池ユニット９を連結一体化して燐回収ユニット１４としている。そして、該燐回収ユニット１４を河川流水中に設置している。
【００３５】
図１９に示す実施例において、イオン交換膜３３で区分し、該区分の一方領域であるアノード区分領域３４−１に平板状鉄製アノード３を他の区分領域であるカソード区分領域３４−２に平板状銅製カソード４を配設して成る一次電池６を装備した酸化還元反応槽３４としている。又，該酸化還元反応槽３４には、前記アノード区分領域３４−１及びカソード区分領域３４−２共通の流入口３５とアノード区分領域３４−１及びカソード区分領域３４−２別々の流出口３６−１及び流出口３６−２と発生ガス放出口３７を装備すると共に槽内水を循環する為に、循環ポンプ３８−１を配設した循環管３９−１及び循環ポンプ３８−２を配設した循環管３９−２を装備している。前記アノード区分領域３４−１に前記イオン交換膜３３を通じて前記カソード区分領域３４−２の窒素含有電解質廃水の硝酸イオン及び亜硝酸イオンが電気泳動により移動する。そして、該硝酸イオン及び亜硝酸イオンを平板状鉄製アノード３での酸化反応により酸化窒素となし、アノード区分領域３４−　１の酸化窒素含有水を、送水ポンプ４０を配設した送水管４１でスクラバ４２に導入して気液接触により硝酸塩溶液と成し、送水ポンプ４３を配設した送水管４４で前記硝酸塩溶液を冷却式硝酸塩捕集器４５に導入して硝酸塩を該冷却式硝酸塩捕集器４５に析出回収する。そして、前記カソード区分領域３４−２に前記イオン交換膜３３を通じて前記アノード区分領域３４−１の含窒素含有電解質廃水のアンモニウムイオンが電気泳動により移動する。そして、アンモニウムイオンを平板状銅製カソード４での還元反応によりアンモニアとなし、カソード区分領域３４−２のアンモニア含有廃水を次のｐＨ制御装置４６とアルカリ貯層４７を附属するｐＨ調整槽４８でｐＨ１０．５〜ｐＨ１１．５に調整後、送水ポンプ４９を配設した送水管５０でアンモニアストリッピング塔５１に送水して気液接触によりアンモニアを大気放散している。
【００３６】
図２０に示す実施例において、電解質である硫化ナトリウムを含有する硫化染料染色廃水が、一次電池６と散気装置８を装備した凝集材生成槽５２に連続流入している。前記一次電池６は、平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４を電気導体５で接続している。ｐＨ制御装置４６で制御して希硫酸貯槽５３の希硫酸を注入して中性付近にｐＨ調整することにより硫化染料染色廃水中の硫化ナトリウムが平板状鉄製アノード３から酸化溶出した第一鉄イオンと反応して良好な凝集剤である硫化鉄５４を生成している。前記凝集材生成槽５２の流出水が第一沈殿槽５５に流入して沈殿分離したスラリー状の前記硫化鉄５４を、高分子凝集材貯槽５６の高分子凝集材と共に凝集材として、酸性染料、塩基性染料及び分散染料等の染色廃水を混合した総合染色廃水が連続流入している混合槽５７に添加注入している。該混合槽５７の流出水は第二沈殿槽５８に流入し、沈殿物を沈殿分離した処理水を放流している。前記硫化鉄５４を凝集剤として前記混合槽５７に添加注入する方法としては、前記第一沈澱槽５５で沈澱分離したスラリー状の硫化鉄５４を一旦引き抜き、さらに，濾過乾燥した物を凝集剤として使用することも出来る。
【００３７】
図２１に示す実施例において、ｐＨ値が６．８〜８．２の中性付近にある銅イオン含有電解質廃水を資源回収槽５９に貯留し、前記電解質廃水中に平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４の大部分を浸漬した状態で、支持部材２で固着支持し、そして、平板状鉄製アノード３の水面上部３ａと平板状銅製カソード４の水面上部４ａを電気導体５で接続している。そして又、前記銅オン含有廃水に空気を供給するとともに攪拌する為に散気装置８を装備している。そこで一次電池６の電気化学反応の概略を図２２に示すように、前記平板状鉄製アノード３では、鉄が溶出して第一鉄イオン及び第二鉄イオンとなり、水分子は酸素分子と水素イオンに分解して、電子が前記電気導体５を経由して平板状銅製ード４に移動している。一方、平板状銅製カソード４では、銅イオンが平板状銅製カソード４に析出すると共に水分子は酸素と電子を得て水酸化イオンとなり前記第一鉄イオン及び第二鉄イオンと反応して水酸化第一鉄及び水酸化第二鉄を生成する。
【００３８】
図２３に示す実施例において、上記の平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４に替えて両電極を格子状籠構造鉄製アノード６０と格子状籠構造銅製カソード６１として、前記格子状籠構造銅製カソード６１への流入水は、該格子状籠構造銅製カソード６１の上方から該格子状籠構造銅製カソード６１の中へ入り、該格子状籠構造銅製カソード６１からの流出水は格子間隙口６１ａを通って格子状籠構造鉄製アノード６０に入り、格子間隙口６０ａを通って流出拡散している。
【００３９】
図２４に示す実施例において、一次電池収納槽７を仕り板６２で直列接続数と同じ数の二槽に区画し、各槽には四組の、平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４を配設すると共にアノード端子６３とカソード端子６４及び電気導体５で並列接続した並列接続一次電池モジュール６５としている。そして、各該並列接続一次電池モジュール６５を電気導体５で直列接続すると共に最外端のアノード共通端子６６とカソード共通端子６７を電気導体５で接続して成る一次電池アレイ６８を構成している。
【００４０】
図２５に示される実施例では、平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４の二最大面積平面部を重ねて貼り合わせたものを電気導体６９で接続した複合電極体７０の周囲三辺を図２６に示したように枠７１の溝７１ａに嵌合してシールしたものを複数組配列すると共に両外端に平板状銅製カソード４と平板状鉄製アノード３を配列する。又、前記枠７１は、無開口側板７２を二箇所、流通孔７３ａを有する開口側板７３を二箇所及び無開口底板７４を一箇所有している。このように構成する事によって、前記平板状鉄製アノード３、隣接する複合電極体７０を構成する平板状銅製カソード４及び前記平板状鉄製アノード３と複合電極体７０を構成する平板状銅製カソード４の間のオルト燐酸水溶液で一つの一次電池６を形成する。そして又、前記複合電極体７０を構成する平板状鉄製アノード３、隣接する複合電極体７０を構成する平板状銅製カソード４及び前記複合電極体７０を構成する平板状鉄製アノード３と前記複合電極体７０を構成する平板状銅製カソード４の間のオルト燐酸イオン水溶液で一つの一次電池６を形成する。そしてこの様に複数の一次電池６を形成して最後の一次電池６においては、前記複合電極体７０を構成する平板状鉄製アノード３、前記平板状銅製カソード４及び前記複合電極体７０を構成する平板状鉄製アノード３と前記平板状銅製カソード４の間のオルト燐酸イオン水溶液で一次電池６を形成する。この様にして、複数個の一次電池６を直列に配設すると共に両外端の前記平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４のアノード端子６３Ａ及びカソード端子６４Ａを電気銅体５で接続した構造の直列接続一次電池モジュール７５Ａとしている。起電力を変更するには前記複合電極体７０の数量を増減する。同様に、直列接続一次電池モジュール７５Ｂにおいても複数個の一次電池６を直列に配設すると共に両外端の前記平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４のアノード端子６３Ｂ及びカソード端子６４Ｂを電気銅体５で接続した構造としている。そして、二台の前記直列接続一次電池モジュール７５Ａ及び７５Ｂのそれぞれの両外端に配設している前記平板状鉄製アノード３及び平板状銅製カソード４の同極毎に電気導体５で並列接続して一次電池アレイ７６としている。図２７は前記一次電池アレイ７６の概略結線図である。
【００４１】
図２８及び図２９に示す実施例においては、図２５、図２６及び図２７に示す複合電極体７０の代替として不良導電体である炭酸カルシウムを主成分とする平板状貝殻粉末製アノード７７に平板状銅製カソード４を密着すると共に電気導体７８で接続して成る複合電極体７９としている。前記平板状貝殻粉末製アノード７７の概略製造工程を示す図２９において、炭酸カルシウムを主成分とする貝殻粉末８０に５〜１５％のアセチレンブラック８１を加え十分に混合したものに、さらに結着材８２を加えた合剤８３を銅製エキスパンドメタル８４に塗布している。前記アセチレンブラック８１の代替としては、黒鉛或いは、アセチレンブラックと黒鉛の混合物とする事も出来る。
【００４２】
図３０及び図３１に示す実施例において、電解質廃水を貯留している資源回収槽５９に一次電池アレイ７６を配設して、該一次電池アレイ７６で発電した直流電力は、該一次電池アレイ７６のアノード共通端子８５及びカソード共通端子８６と充放電コントローラ８７を通して、蓄電池８８に充電されると共に、直流を交流に変換する機能と出力調整機能と交直電源連係用保護機能を備えたパワーコンディショナ８９及び交流分電盤９０を経由して交流負荷９１と交流商用電源９２に供給されている。何らかの原因で、前記一次電池アレイ７６による発電が行われていない時や不足している時には、交流商用電源９２から交流分電盤９０を経由して交流負荷９１に電力が供給される電力受電設備９３としている。
【００４３】
図３２に示す実施例において、電解質廃水が流入及び流出している資源回収槽９４に、図３１に示す一次電池アレイ７６を装備すると共に攪拌機９５で電解質廃水を攪拌している。そして前記資源回収槽９４内水をｐＨ値４付近にｐＨ調整すべくｐＨ制御装置４６で制御して希硫酸貯槽５３の希硫酸を注入している。そして又、前記一次電池アレイ７６で発電した直流電力は図３２及び図３３に示すアノード共通端子８５及びカソード共通端子８６に結線された電線９６Ａ及び９６Ｂで電力受電設備９３に送電すると共に生成した水素ガスはガス捕集配管９７を通ってガスホルダ９８に貯留される。
【００４４】
図３３に示す実施例においては、図７に示した実施例と同じく反応槽１５に収容したオルト燐酸水溶液を含みｐＨ値が７前後の中性付近にある電解質廃水において、平板状鉄製アノード３と平板状銅製カソード４を電気導体５で接続したものを浸漬して一次電池６を構成する事により、水に難溶性で磁性体のオルト燐酸鉄塩及び水酸化鉄を生成する。そして前記オルト燐酸鉄塩及び水酸化鉄を含有した処理水を、非磁性の分離槽９９に導入する。該分離槽９９は底部を非磁性体からなる流水方向に下がり勾配となる底床９９ａとしたものの外部側に前記底床９９ａに平行した方向に共通の中心線を有する前方スプロケット対１００Ａ及び後方スプロケット対１００Ｂを両端に配設すると共に廃水中のオルト燐酸鉄塩を前記前方スプロケット対１００Ａ及び後方スプロケット対１００Ｂにより走行するリンクベルト１０１に装荷した複数の永久磁石１０２により励磁して前記非磁性体から成る底床９９ａを介して前記永久磁石１０２で吸引捕捉すると共にポンプウェル１０３に搬送して排泥ポンプ１０４を配設した排泥管１０５で排泥すると共に処理水を排出している。そして、前記反応槽１５には散気装置８を装備している。尚、前記永久磁石１０２の代替として電磁石又は各種金属酸化物を焼成してセラミックスとした酸化物超電導体（バルク材）を装荷する事も出来る。
【００４５】
図３４に示す実施例において、汚濁物を含有する廃水を混合槽１０６に導入すると共に凝集剤貯槽１０７の磁性体微粒子含有凝集剤を注入して攪拌機１０８で攪拌混合する事により廃水中の汚濁物を磁性微粒子に担持された浮遊固形物としている。そして汚濁物を磁性微粒子に担持された浮遊固形物を含有する混合廃水を図３０に示した実施例と同じく非磁性の分離槽９９に導入する。すると汚濁物を担持した磁性微粒子が永久磁石１０２で励磁されると共にポンプウェル１０３に搬送される。そして排泥ポンプ１０４を配設した排泥管１０５で排泥すると共に処理水を排出している。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４７】
例えば、鉄と銅を電気導体で接続して、鉄と銅の一部を電解質の廃水中に浸漬すると、イオン化傾向の大きな鉄がアノードとなりイオン化傾向の小さな銅がカソードとなるので、アノードの鉄は電子をカソードに送って第一鉄イオンとなり廃水中に溶出し、さらに、第一鉄イオンは酸化されて第二鉄イオンになり、廃水中のオルト燐酸イオンと反応して、水に難溶性のオルト燐酸鉄塩となる。一方、カソードでは、アノードから送られた電子を、銅又は銅よりもイオン化傾向の小さな金属のイオンに与えて、銅がカソードに析出し、そして、銅よりもイオン化傾向の小さな銀、金又は白金などは水中に析出する反応、又は、水素発生反応及び酸素発生反応などが起こる。
【００４８】
好気性廃水処理装置の曝気槽に一次電池を設置すれば、長期間、安定して、燐を除去することが出来る。
【００４９】
アノードとカソードを電気導体で接続し、散気装置を装備して酸素供給すると電気化学反応を促進することが出来る。
【００５０】
さらに、電流が流れて電極反応が進行すると、これによってアノードでは金属イオンの濃度が極に近い程高くなるため、金属イオンの溶液中への移行が減退し、このため電極面の電子密度が減少して、電位の値は高くなる。同様にカソードにおいては電子を受け取る溶液中のイオンが不足し、電子が余ってくるので、電位は低くなる。これが濃度分極と呼ばれる。濃度分極は逆起電力であるから、起電力は小さくなり電気化学反応の抵抗力となる。従って、アノードとカソードの下部位置に散気装置を装備して曝気攪拌することにより、金属イオンの溶液中への移行の減退を緩和することが出来る。
【００５１】
又、アノードに赤錆軟泥状の皮膜が付着するにもかかわらず、攪拌することで長期間、安定した電流を維持出来る。
【００５２】
そして、一次電池と散気装置を装備した一次電池ユニットの下流側に隣接又は離隔して、燐金属塩を吸着する吸着剤を収納した吸着剤収納槽を装備することにより、汚泥と分別して燐を回収する事ができる。
【００５３】
そして、燐酸イオン含有の電解質廃水において、鉄製アノードとした一次電池で水に難溶性で磁性体の燐酸鉄塩を強力な磁気発生体に磁気力吸引捕集する事により、有用資源である燐を回収する事が出来ると共にＢＯＤ性有機物及び窒素体有機物を共吸引捕集する事が出来る。
【００５４】
電解質廃水の放流先となっている河川、湖沼、海などに一次電池又は燐回収ユニットを設置すれば、安価に燐及び有用金属の回収が出来る。
【００５５】
窒素化合物含有電解質廃水中の窒素化合物を安価に分解除去出来る。
【００５６】
硫化物又は水流化硫化物を含有する硫化染料染色廃水、石炭及び石油ガス化等脱硫廃水を利用した一次電池による電気化学反応により、染料の種類に制約を受けることなく着色廃水を安価で良好な凝集剤を生成出来る。
【００５７】
又、エネルギー障壁が高い場合には、必要なエネルギーの供給に時間がかかって、反応速度は遅くなり、電子の授受に遅れが生じて電位変化が起こる。これを活性化分極と呼び、電流密度と共に大きくなる。そして又、反応により電極と液との界面に極めて比抵抗の高い物質が生成すると、それらの物質中に電位勾配が出来、それが電位変化として表れる。これを抵抗分極と呼び、電流密度と共に大きくなる。従って、アノード及びカソードを並列接続とするか又は格子状籠構造とする事により、電極面の電流密度を小さくすると、金属イオンの溶液中への移行の減退を緩和する効果があると共に、出来るだけ多くの被処理水が電極面と接触する事が出来る。
【００５８】
そして、一次電池を単に一組だけ配置しただけでは、起電力は小さい。そこで、幾組かの一次電池をお互いに直列接続すれば、組数が多いほど全体の起電力は大きくなる。
そこで、二組以上の一次電池を直列接続した複合一次電池と成し、起電力を大きくすると良い。
【００５９】
そして又、単一電極の面積を大きくするか、又は、幾組かの一次電池をお互いに並列接続して同一極性電極の面積を大きくすれば、面積に比例して電流は大きくなる。
【００６０】
そして、起電力が大きくなり、又、電流が大きくなると、アノード金属の溶出量が多くなり、従って、燐鉄塩などの難溶性の金属塩が多く析出沈殿し、銅などの有用金属がカソードに早く析出し、発電容量も大きくなると共に水素ガスの生成速度も多くなる。
【００６１】
一次電池を並列接続及び直列接続して一次電池アレイを構成し、さらに交流変成及び商用電源連係等を有する受電設備として安価に電力を利用出来る。
【００６２】
水素発生反応は、ｐＨ値が低い程、又電極電位（水素電極基準）が低い程起こり易い。従って水素発生を目的とするときは、電解質廃水を低ｐＨ値にすると共にカソード電位を出来るだけ低くするカソード及びアノードの材質を選択する事は有効である。
【００６３】
このようにして廃水から燐、窒素化合物、着色物質等の除去、銅その他の有用金属を回収、発電及び水素ガス生産等が出来る。従って、水環境汚濁物質を除去し有用資源を回収出来ると共に、電気分解法において必要な電気設備費と電力費が不要となり、消耗資材はアノード材だけで費用も安価で、維持管理の煩雑さも無く、二酸化炭素排出削減にも貢献する。アノードとしては鉄の他にアルミニウム、亜鉛、マグネシウム及びマグネシウムを主体とした合金、カルシウム化合物等が利用でき、又、カソードとしては銅の他に塩化鉛、塩化銀、銀、金，及び白金等も利用出来る。
【００６４】
廃水の流水中の磁性体微粒子を永久磁石、電磁石及び酸化物超伝導体等で励磁して吸引捕捉すると共にポンプウェルに槽底部の流速と同様の速度で搬送すれば、層流を維持して連続した固液分離が達成出来る。
【００６５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の縦断面図である。
【図２】図１に示す一次電池による電気化学反応の概略の説明図である。
【図３】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の平面図である。
【図４】図３に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の平面図である。
【図６】図５に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の系統図である。
【図８】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の縦断面図である。
【図９】図８に示す燐回収ユニットの縦断面図である。
【図１０】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の縦断面図である。
【図１１】図１０に示す燐回収ユニットの縦断面図である。
【図１２】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の縦断面図である。
【図１３】図１２に示す一次電池ユニットの平面図である。
【図１４】図１３に示すＣ−Ｃ線断面図である。
【図１５】図１２に示す吸着剤ユニットの平面図である。
【図１６】図１５に示すＤ−Ｄ線縦断面図である。
【図１７】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の平面図である。
【図１８】図１７に示すＥ−Ｅ線断面図である。
【図１９】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の概略の系統図である。
【図２０】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の概略の系統図である。
【図２１】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の縦断面図である。
【図２２】図２１に示す一次電池による電気化学反応の概略の説明図である。
【図２３】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の斜視図である。
【図２４】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の斜視図である。
【図２５】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の斜視図である。
【図２６】図２５に示すＦ−Ｆ線断面図である。
【図２７】図２５に示す一次電池アレイの概略の結線図である。
【図２８】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の概略の結線図である。
【図２９】図２８に示す平板状貝殻粉末製アノード７７の概略の製造工程図である。
【図３０】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の概略の結線図である。
【図３１】図３０に示す一次電池アレイの斜視図である。
【図３２】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の概略の系統図である。
【図３３】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の概略系統図である。
【図３４】本発明の一実施例を示す廃水処理装置の概略の系統図である。
【符号の説明】
１　活性汚泥処理曝気槽
２、２７　支持部材
３　平板状鉄製アノード
４　平板状銅製カソード
３ａ　平板状鉄製アノード水面上部
４ａ　平板状銅製カソード水面上部
５、６９　電気導体
６　一次電池
７　一次電池収納槽
８　散気装置
９　一次電池ユニット
１０　吸着材
１１　吸着材収納槽
１２−１　下部多孔板
１２−２　上部多孔板
１３、　吸着材ユニット
１４　燐回収ユニット
１５　反応槽
１６、９９　分離槽
１６ａ　槽外壁
１６ｂ　槽内壁
１７　磁気発生体
１８　嫌気濾床接触曝気合併浄化槽
１９　沈澱槽
１９ａ　下層水部
２０、３８−１、３８−２　循環ポンプ
２１、３９−１、３９−２　循環管
２２　第一嫌気濾床槽
２３、３５　流入口
２４　第二嫌気濾床槽
２５、６２、７１　仕切り板
２６　接触曝気槽
２８　越流堰
２９　消毒槽
３０　トラフ
３１　絶縁被覆電気導体
３２−１　下流側多孔板
３２−２　上流側多孔板
３３　イオン交換膜
３４　酸化還元反応槽
３４−１　アノード区分領域
３４−２　カソード区分領域
３２　流入口
３６−１、３６−２　流出口
３７　発生ガス放出口
４０、４３、４９　送水ポンプ
４１、４４、５０　送水管
４２　スクラバ
４５　冷却式硝酸塩捕集器
４６　ｐＨ制御装置
４７　アルカリ貯槽
４８　ｐＨ調整槽
５１　アンモニアストリッピング塔
５２　凝集材生成槽
５３　希硫酸貯槽
５４　硫化鉄
５５　第一沈澱槽
５６　高分子凝集材貯槽
５７　混合槽
５８　第二沈殿槽
５９、９４　資源回収槽
６０　格子状籠構造鉄製アノード
６１　格子状籠構造銅製カソード
６０ａ、６１ａ　格子間隙孔
６３、６３Ａ、６３Ｂ　アノード端子
６４、６４Ａ、６４Ｂ　カソード端子
６５　並列接続一次電池モジュール
６６、８５　アノード共通端子
６７、８６　カソード共通端子
６８、７６　一次電池アレイ
７０、７９　複合電極体
７１　枠
７１ａ　溝
７２　無開孔側板
７３　開孔側板
７３ａ　流通孔
７４　無開孔底板
７５Ａ、７５Ｂ　直列接続一次電池モジュール
７７　平板状貝殻粉末製アノード
７８　平板状電気導体
８０　貝殻粉末
８１　アセチレン粉末
８２　結着剤
８３　合剤
８４　銅製エキスパンドメタル
８７　充放電コントローラ
８８　蓄電池
８９　パワーコンディショナ
９０　交流分電盤
９１　交流負荷
９２　交流商用電源
９３　電力受電設備
９５、１０８　攪拌機
９６　電線
９７　ガス捕集配管
９８　ガスホルダ
９９ａ　底床
１００Ａ　前方スプロケット
１００Ｂ　後方スプロケット
１０１　リンクベルト
１０２　永久磁石
１０３　ポンプウェル
１０４　排泥ポンプ
１０５　排泥管
１０６　混合槽
１０７　凝集剤貯槽
【図１】
2004066223.tif 000010
【図２】
2004066223.tif 000011
【図３】
2004066223.tif 000012
【図４】
2004066223.tif 000013
【図５】
2004066223.tif 000014
【図６】
2004066223.tif 000015
【図７】
2004066223.tif 000016
【図８】
2004066223.tif 000017
【図９】
2004066223.tif 000018
【図１０】
2004066223.tif 000019
【図１１】
2004066223.tif 000020
【図１２】
2004066223.tif 000021
【図１３】
2004066223.tif 000022
【図１４】
2004066223.tif 000023
【図１５】
2004066223.tif 000024
【図１６】
2004066223.tif 000025
【図１７】
2004066223.tif 000026
【図１８】
2004066223.tif 000027
【図１９】
2004066223.tif 000028
【図２０】
2004066223.tif 000029
【図２１】
2004066223.tif 000030
【図２２】
2004066223.tif 000031
【図２３】
2004066223.tif 000032
【図２４】
2004066223.tif 000033
【図２５】
2004066223.tif 000034
【図２６】
2004066223.tif 000035
【図２７】
2004066223.tif 000036
【図２８】
2004066223.tif 000037
【図２９】
2004066223.tif 000038
【図３０】
2004066223.tif 000039
【図３１】
2004066223.tif 000040
【図３２】
2004066223.tif 000041
【図３３】
2004066223.tif 000042
【図３４】
2004066223.tif 000043