(57)【要約】【課題】水処理装置の管理を容易にする。【解決手段】電解槽１１内の被処理水中では、食塩水（塩化ナトリウム）を添加されることにより、アノード電極３近傍では、塩化物イオンは塩素ガスとなり、塩素ガスの一部は水和して次亜塩素酸となる。電解槽１１内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、カソード電極４表面で、亜硝酸イオンを経てアンモニアに還元される。そして、アノード電極３近傍で生じた塩素ガスから生じた次亜塩素酸と、カソード電極４表面で生じたアンモニアとが反応することにより、窒素ガスが生じる。なお、電解槽１１内に塩化物イオン（塩化ナトリウム）を投入されるのは、被処理水における窒素化合物の１／３以上がアンモニア態窒素へと変換された時点とされる。【選択図】        図１０
2004344819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた電極対と、
前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、
前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記塩化物イオン添加手段に前記収容部へ前記溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加させる、水処理装置。
【請求項２】
前記電極対による前記被処理水の電解の前記所定時間後とは、前記被処理水に含まれる全窒素化合物の１／３以上がアンモニア性窒素となる時間である、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記収容部内の被処理水に、クロム、鉛、モリブデン、または、バナジウムを含む所定の化合物が含まれるか否かを検知する化合物検知手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記化合物検知手段が前記収容部内の被処理水に前記所定の化合物が含まれると検知したことを条件として、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記添加部に前記収容部へ前記物質を添加させる、請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記収容部内の被処理水の硝酸性窒素濃度を検知する硝酸性窒素濃度検知手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記硝酸性窒素濃度検知手段が前記収容部内の被処理水の硝酸性窒素濃度が所定の濃度以上であることを検知したことを条件として、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記添加部に前記収容部へ前記物質を添加させる、請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
【請求項５】
硝酸性窒素濃度についての前記所定の濃度は、窒素濃度として２０００ミリグラム／リットルである、請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記収容部に酸性試薬を投入する酸性試薬投入手段と、
前記収容部内の被処理水の全窒素濃度を検知する全窒素濃度検知手段とをさらに含み、
前記制御手段は、前記収容部内の被処理水の全窒素濃度、前記電極対において流れる電流値、および、全窒素濃度の少なくとも１つに応じて、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御する、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項７】
窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた電極対と、
前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、
前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、
前記収容部は、所定の順序で並べられた複数の電解槽からなり、
前記複数の電解槽の間を、被処理水が通過できるようにつなぐ接続管と、
被処理水を、前記複数の電解槽の間を前記所定の順序で送る送水手段とをさらに含む、水処理装置。
【請求項８】
前記複数の電解槽のそれぞれに接続されてまたは前記接続管に設けられた放熱手段をさらに含む、請求項７に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記複数の電解槽の少なくとも１つの電解槽内の被処理水の温度を検知する温度検知手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記温度検知手段の検知する温度に基づいて、前記電極対に流す電流値を制御する、請求項７または請求項８に記載の水処理装置。
【請求項１０】
窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた電極対と、
前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、
前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、
前記電極対は、複数枚のアノード電極と、前記複数枚のアノード電極のそれぞれと対向しかつ当該複数枚のアノード電極と交互に並べられた複数枚のカソード電極を含み、
前記電極対において、交互に配置された電極の両端はカソード電極であり、
前記複数枚のアノード電極および前記複数枚のカソード電極をユニット化して支持する電極支持部材をさらに含む、水処理装置。
【請求項１１】
前記電極対において交互に配置された電極の中の、前記複数枚のアノード電極の枚数に対する前記複数枚のカソード電極の枚数の比は、１．１〜２．０である、請求項１０に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記カソード電極の前記アノード電極に対向する面の面積は、当該アノード電極の当該アノード電極に対向する面の面積よりも大きい、請求項１０または請求項１１に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記電極支持部材は、前記アノード電極を支持するよりも、前記アノード電極および前記カソード電極が並べられている方向に交わる方向について外側で、前記カソード電極を支持している、請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記電極支持部材は、前記複数のカソード電極同士を電気的に接続しつつ、互いに所定の間隔を保持させる、導電性のスペーサを含む、請求項１０〜請求項１３のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１５】
前記導電性のスペーサは、前記アノード電極および前記カソード電極が並べられている方向に交わる方向について前記アノード電極よりも外側に位置する、請求項１４に記載の水処理装置。
【請求項１６】
前記電極支持部材は、前記複数のアノードの支持を解除することなく、前記複数のカソード電極の支持を解除できる、請求項１０〜請求項１５のいずれかに記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理装置に関し、特に、窒素化合物を含む被処理水中の不要な成分を除去する水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、川や湖の富栄養化の原因の一つに、窒素化合物の存在があることは周知である。
【０００３】
そして、従来から、生活排水や工場排水に対し、生物処理に代わって電解処理を行なうことにより、窒素化合物を効率良く除去するための技術が、特許文献１〜特許文献３等において開示されてきた。この電解処理では、たとえば、窒素酸化物の一種である硝酸イオンが、亜硝酸イオン、アンモニアを順に経て、窒素ガスとして、被処理水から除去される。そして、これらの特許文献には、電解処理において用いられる電極の材料を周期表の第Ｉｂ族または第Ｉｂ族を含む導電体とすることにより、また、特許文献１には、被処理水にハロゲンイオンを含ませ、当該ハロゲンイオンを次亜ハロゲン酸とし、アンモニアと反応させることにより、効率良く窒素酸化物を除去する技術も開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４８４７３公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−２４８４７４公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２００３−５３３６５公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
なお、このような水処理装置について、管理を容易にすることが常に求められている。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、管理の容易な水処理装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のある局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、前記制御手段は、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記塩化物イオン添加手段に前記収容部へ前記溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加させることを特徴とする。
【００１０】
本発明のある局面に従うと、収容部内の電極対に通電されると、陰極では、硝酸イオンが還元され、亜硝酸イオンを経てアンモニアになる。このアンモニアが、陽極で生じた次亜塩素酸により、窒素ガスとして、被処理水から除去される。なお、塩化物イオンを提供する物質が、このような電解反応の開始から所定時間経過した後に収容部に投入されるため、硝酸イオンが還元されることにより生じた亜硝酸イオンが、アンモニアへと還元される前に当該塩化物イオンから生じる次亜塩素酸により酸化されて硝酸イオンとなることを抑制できる。
【００１１】
これにより、水処理装置における窒素酸化物の除去効率を向上でき、このことから、設置すべき水処理装置を従来よりも規模の小さいものとできる。したがって、結果的に、水処理装置の管理を容易にすることができる。
【００１２】
また、本発明の水処理装置は、前記電極対による前記被処理水の電解の前記所定時間後とは、前記被処理水に含まれる全窒素化合物の１／３以上がアンモニア性窒素となる時間であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内の被処理水に、クロム、鉛、モリブデン、または、バナジウムを含む所定の化合物が含まれるか否かを検知する化合物検知手段をさらに含み、前記制御手段は、前記化合物検知手段が前記収容部内の被処理水に前記所定の化合物が含まれると検知したことを条件として、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記添加部に前記収容部へ前記物質を添加させることが好ましい。
【００１４】
これにより、クロム、鉛、モリブデン、または、バナジウムのような、次亜塩素酸イオンを消費する元素が含まれる場合、当該元素の次亜塩素酸イオンの消費を抑えることができる。
【００１５】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内の被処理水の硝酸性窒素濃度を検知する硝酸性窒素濃度検知手段をさらに含み、前記制御手段は、前記硝酸性窒素濃度検知手段が前記収容部内の被処理水の硝酸性窒素濃度が所定の濃度以上であることを検知したことを条件として、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記添加部に前記収容部へ前記物質を添加させることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の水処理装置では、硝酸性窒素濃度についての前記所定の濃度は、窒素濃度として２０００ミリグラム／リットルであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部に酸性試薬を投入する酸性試薬投入手段と、前記収容部内の被処理水の全窒素濃度を検知する全窒素濃度検知手段とをさらに含み、前記制御手段は、前記収容部内の被処理水の全窒素濃度、前記電極対において流れる電流値、および、全窒素濃度の少なくとも１つに応じて、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御することが好ましい。
【００１８】
本発明の他の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、前記収容部は、所定の順序で並べられた複数の電解槽からなり、前記複数の電解槽の間を、被処理水が通過できるようにつなぐ接続管と、被処理水を、前記複数の電解槽の間を前記所定の順序で送る送水手段とをさらに含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の局面に従うと、複数の電解槽での連続処理が可能となる。
これにより、収容部に送るための被処理水を蓄える槽という、水処理装置に接続されるべき槽のコンパクト化が可能になるため、当該水処理装置の管理を容易にすることができる。
【００２０】
また、本発明の水処理装置は、前記複数の電解槽のそれぞれに接続されてまたは前記接続管に設けられた放熱手段をさらに含むことが好ましい。
【００２１】
また、本発明の水処理装置は、前記複数の電解槽の少なくとも１つの電解槽内の被処理水の温度を検知する温度検知手段をさらに含み、前記制御手段は、前記温度検知手段の検知する温度に基づいて、前記電極対に流す電流値を制御することが好ましい。
【００２２】
本発明のさらに他の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、前記電極対は、複数枚のアノード電極と、前記複数枚のアノード電極のそれぞれと対向しかつ当該複数枚のアノード電極と交互に並べられた複数枚のカソード電極を含み、前記電極対において、交互に配置された電極の両端はカソード電極であり、前記複数枚のアノード電極および前記複数枚のカソード電極をユニット化して支持する電極支持部材をさらに含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明のさらに他の局面に従うと、電極対に含まれる電極の管理が容易となる。
【００２４】
これにより、水処理装置の管理を容易になる。
また、本発明の水処理装置では、前記電極対において交互に配置された電極の中の、前記複数枚のアノード電極の枚数に対する前記複数枚のカソード電極の枚数の比は、１．１〜２．０であることが好ましい。
【００２５】
また、本発明の水処理装置では、前記カソード電極の前記アノード電極に対向する面の面積は、当該アノード電極の当該アノード電極に対向する面の面積よりも大きいことが好ましい。
【００２６】
また、本発明の水処理装置では、前記電極支持部材は、前記アノード電極を支持するよりも、前記アノード電極および前記カソード電極が並べられている方向に交わる方向について外側で、前記カソード電極を支持していることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の水処理装置では、前記電極支持部材は、前記複数のカソード電極同士を電気的に接続しつつ、互いに所定の間隔を保持させる、導電性のスペーサを含むことが好ましい。
【００２８】
また、本発明の水処理装置では、前記導電性のスペーサは、前記アノード電極および前記カソード電極が並べられている方向に交わる方向について前記アノード電極よりも外側に位置することが好ましい。
【００２９】
また、本発明の水処理装置では、前記電極支持部材は、前記複数のアノードの支持を解除することなく、前記複数のカソード電極の支持を解除できることが好ましい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【００３１】
［第１の実施の形態］
１．窒素除去装置の概要
図１に、本発明の水処理装置の第１の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。
【００３２】
水処理システムは、家庭や工場から流出されてきた廃液を収容する廃液タンク１００と、廃液タンク１００内の廃液（被処理水）を処理する水処理装置とを含む。
【００３３】
水処理装置において、処理水槽１内には、電解槽１１が設置されている。電解槽１１には、導入口１０が形成されている。電解槽１１には、ポンプ９１および導入口１０を介して、廃液タンク１００から被処理水が導入される。
【００３４】
電解槽１１内の被処理水には、電極対２が浸されている。また、電解槽１１には、硫酸槽８１から、ポンプ９６および導入口１０を介して希硫酸が導入され、かつ、塩化物イオン供給槽８２から、ポンプ９２および導入口１０を介して食塩水が導入される。
【００３５】
電解槽１１内の被処理水は、排出口１２、ポンプ９４、および、電動弁８４を介して、窒素濃度計２２に送られた後、導入口１０を介して電解槽１１に戻される。
【００３６】
また、電解槽１１内の被処理水は、排出口１３、ポンプ９５、および、電動弁８５を介して、ｐＨセンサ２１に送られる。
【００３７】
また、電解槽１１内の被処理水は、排出口１５、ポンプ９３、および、電動弁８３を介して、元素分析器２３に送られる。
【００３８】
また、電解槽１１内の被処理水は、排出口１４に設けられた弁を適宜開閉されることにより、次の処理施設等に、排出される。
【００３９】
また、電解槽１１内で発生した気体は、ブロアモータ９８が駆動されることにより、排気口１６を介して、電解槽１１外へ送られる。
【００４０】
また、電解槽１１内および塩化物イオン供給槽８２内には、それぞれ水位センサ２４，２５が設置されており、各槽内の水量が管理されるようになっている。
【００４１】
なお、電解槽１１内では、後述するように、塩素が発生する。このため、電解槽１１は、ポリ塩化ビニルや強化ガラス繊維等の、塩素に対する化学的耐性を備えた材料からなることが好ましい。
【００４２】
図２は、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図である。
水処理装置には、マイクロコンピュータを備え、当該水処理装置全体の動作を制御する制御回路２０が備えられている。
【００４３】
制御回路２０には、ｐＨセンサ２１、窒素濃度計２２、元素分析器２３、および、水位センサ２４，２５からの検知出力が入力される。そして、制御回路２０は、これらの検知出力に基づいて、電極対２に電力を供給する直流電源２９、ポンプ９１〜９６、ブロアモータ９８、および、電動弁８３〜８５の動作を制御する。
【００４４】
２．電極対の構造
図３は、電極対２の正面図であり、図４は、電極対２の平面図である。
【００４５】
図３および図４を参照して、電極対２には、アノード電極３およびカソード電極４が含まれる。アノード電極３は、たとえば、白金−ルテニウム合金、または、銅もしくは鉄を含む合金から構成され、カソード電極４は、たとえば、黄銅を含む合金、または、貴金属が含まれる不溶性の物質（貴金属でコーティングされた物質も含む）から構成される。アノード電極３およびカソード電極４の上部には、それぞれ、端子３０，４０が設けられている。そして、端子３０，４０は、それぞれ、ナット５５，５７により、取付板５１に取付けられている。取付板５１には、取っ手５２が、ナット５６とナット５７により挟まれて、固定される。また、ナット５５の上には、取付板５３が設置されている。取付板５３は、ナット５４とナット５５に挟まれることにより、取付板５１上に固定される。なお、取付板５３は、その一方側に、垂直面５３Ａを備えている。
【００４６】
アノード電極３およびカソード電極４は、板体である。そして、図３に示されるように、カソード電極４は、アノード電極３よりも、幅方向（両矢印Ｗ方向）に大きな寸法を有する。また、アノード電極３とカソード電極４とでは、対向する面の面積は、カソード電極４の方が大きくなるよう構成されている。
【００４７】
また、カソード電極４およびアノード電極３は、それぞれ、端子４０，３０で、取付板５１，ナット５４〜５７，および，取っ手５３により、上方から支持されている。なお、カソード電極４は、アノード電極３よりも、幅方向（両矢印Ｗ方向）に外側に端子を備え、そして、外側の位置で取付板５１等に支持されている。なお、電極４は、ナット５６およびナット５７を緩めることにより、取付板５１等による支持を解除される。したがって、本実施の形態では、カソード電極４は、取付板５１において、アノード電極３よりも外側の位置で支持されていることにより、ナット５６およびナット５７を緩めることにより、アノード電極３を取外すことなく、取外され、交換が可能である。
【００４８】
アノード電極３およびカソード電極４は、図３の奥行き方向に、複数枚、交互に並べられて、取付板５１に取付けられている。図５に、取付板５１から取外された状態のアノード電極３およびカソード電極４の平面図を示す。また、図６（Ａ）にカソード電極４の正面図を、図６（Ｂ）にカソード電極４の側面図を、図７（Ａ）にアノード電極３の正面図を、図７（Ｂ）にアノード電極３の側面図を示す。
【００４９】
図５〜図７をさらに参照して、図５の両矢印Ｄ方向（図３の奥行き方向）に並べられたカソード電極４の間には、上下に、導電性のスペーサ４１，４２がそれぞれ配置され、これにより、複数のカソード電極４は、互いに一定の間隔で固定される。また、スペーサ４１，４２は、アノード電極３の外側に位置していることにより、アノード電極３の配列に影響を与えることを回避させるとともに、アノード電極３とカソード電極４とがこの位置で通電されてしまうことを回避させている。
【００５０】
なお、図５に示されたアノード電極３とカソード電極４を１セットとすると、２セットが、１つの取付板５１に取付けられる。また、上記の１セットには、５枚のアノード３と、６枚のカソード電極４とが、ユニット化されている。このようにユニット化されることにより、電極対２の管理が容易となる。
【００５１】
図５に示されたセットでは、交互に並べられた電極の両端がカソード電極４とされている。後述するように、本実施の形態の水処理装置では、カソード電極４上での反応が重要であり、また、カソード電極４が、アノード電極３よりも消耗が早いと考えられるためである。
【００５２】
図５に示されたセット、および、１つの取付板５１に取付けられるカソード電極４の枚数の、アノード電極３の枚数に対する比は、本実施の形態では１．２である。なお、この比は、カソード電極４とアノード電極３との面積比等によっても考慮されるべきであるが、後述する、電極対２における反応が効率良く起こるためには、１．１〜２．０であることが好ましい。このような比でカソード電極４とアノード電極３が設置されることにより、後述するカソード電極４上での還元反応を効率良く進行させることができる。
【００５３】
上記のように構成される電極対２は、図８に示されるように、電解槽１１の上面に形成された取付部分１７に、それぞれ、取付板５１をねじ５０でねじ止めされることにより、電解槽１１に固定される。
【００５４】
ここで、電極対２におけるアノード電極３とカソード電極４との位置関係について、図９を参照しつつ説明する。上記したように、カソード電極４は、互いに、スペーサ４２により、所定の間隔を確保されるように、保持されている。なお、電極対２においてアノード電極３とカソード電極４が交互に配置されるため、２枚のカソード電極４の間には１枚のアノード電極３が存在することになる。そして、カソード電極４は、間に挟まれたアノード電極３と距離ＲＡを確保されるように、保持される。なお、距離ＲＡは、たとえば４ｍｍ程度である。また、図３にも示したように、カソード電極４は、幅方向（両矢印Ｗ方向）について、アノード電極３よりも長さＲＣだけ大きな寸法を有する。なお、長さＲＣは、たとえば２ｃｍ程度である。また、このとき、アノード電極３は、スペーサ４２と、距離ＲＢだけ離れるように固定されている。距離ＲＢとは、たとえば、１ｃｍ程度である。
【００５５】
３．電解槽における化学反応
図１０に、電解槽１１において、電極対２に通電されることにより起こると考えられる電解反応を模式的に示す。
【００５６】
図１０を参照して、電解槽１１内の被処理水中では、食塩水（塩化ナトリウム）を添加されることにより、以下の式（１），（２）の平衡が成り立っている。
【００５７】
Ｈ２Ｏ  ⇔  Ｈ＋＋ＯＨ−  （１）
ＮａＣｌ  ⇔  Ｎａ＋＋Ｃｌ−  （２）
また、アノード電極３近傍では、式（３）〜（５）に示すように、水の電気分解により酸素ガスが発生し、塩化物イオンは塩素ガスとなり、塩素ガスの一部は水和して次亜塩素酸となる。
【００５８】
２Ｈ２Ｏ  ⇔  Ｏ２↑＋４Ｈ＋＋４ｅ−  （３）
２Ｃｌ−  ⇔  Ｃｌ２↑＋２ｅ−  （４）
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ  ⇔  Ｈ＋＋Ｃｌ−＋ＨＣｌＯ  （５）
そして、カソード電極４近傍では、式（６），（７）に示すように、水の電気分解により水素ガスが発生し、アノード電極３で生じたナトリウムイオンが水酸化物イオンと反応して水酸化ナトリウムが生成される。
【００５９】
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  ⇔  Ｈ２↑＋２ＯＨ−  （６）
Ｎａ＋＋ＯＨ−  ⇔  ＮａＯＨ  （７）
これにより、カソード電極４近傍では、水酸化ナトリウムが生成されて、被処理水がアルカリ性となる。
【００６０】
そして、電解槽１１内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、カソード電極４表面で、亜硝酸イオンを経て（式（８）参照）、アンモニアに還元される（式（９）参照）。
【００６１】
ＮＯ３−＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  ⇔  ＮＯ２−＋２ＯＨ−  （８）
ＮＯ２−＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−  ⇔  ＮＨ３＋７ＯＨ−  （９）
そして、上記の式（５）に従って生じた次亜塩素酸と、上記の式（９）に従って生じたアンモニアとが、次に示す式（１０）に従って反応することにより、窒素ガスが生じる。
【００６２】
２／３ＮＨ３＋ＨＣｌＯ  →  １／３Ｎ２↑＋ＨＣｌ＋Ｈ２Ｏ  （１０）
なお、上記したような一連の電解反応において、早期に塩化物イオンが電解槽１１内に存在すると、上記の式（８）に従って生じた亜硝酸イオンが、上記の式（５）に従って生じた次亜塩素酸によって硝酸イオンに酸化されてしまう。つまり、上記の式（８）の逆反応が起こってしまう。
【００６３】
このため、本実施の形態では、電解槽１１への塩化物イオンを提供する化合物（塩化ナトリウム）の投入は、電解開始から所定時間経過後とされている。また、このように塩化物イオンを提供する化合物の投入を遅らせることは、特に、電解槽１１に導入された被処理水中にクロム、鉛、モリブデン、バナジウム等の、次亜塩素酸に容易に酸化されて酸化物を形成する元素が含まれるときに有効である。このような元素の次亜塩素酸による酸化は、上記の式（１０）のアンモニアの次亜塩素酸による酸化よりも反応速度がかなり速いため、上記の式（８）で生じた亜硝酸イオンが、上記の式（８）〜（１０）の律速反応である式（９）で消費される前に、式（８）の逆反応で硝酸イオンへと酸化されるためである。さらに、このような元素の酸化物はカソード電極４上で還元されるために、当該元素の酸化還元が電解槽１１内でサイクリックで起こり、処理水中の当該元素が微量であっても次亜塩素酸は当該元素によって消費されるためである。
【００６４】
図１１に、塩化物イオンが投入されない状態での、被処理水における、電解時間と、硝酸イオンおよびアンモニア性窒素の量との関係を示す。図１１は、具体的には、塩化物イオンが投入されない状態での、硝酸性窒素濃度が２０００ｍｇ／Ｌ、クロム濃度が４〜５ｍｇ／Ｌの被処理水に対する、電解時間と、硝酸イオンおよびアンモニア性窒素の量との関係を示している。
【００６５】
図１１を参照して、塩化物イオンが投入されない状態では、電解時間の経過とともに、硝酸イオンの量が減少し、アンモニアの量が増加している。なお、比較として示した破線Ｘは、塩化物イオンを投入した場合のアンモニア性窒素の量を示している。塩化物イオンを投入した場合には、投入しない場合と比較して、硝酸イオンの減少量およびアンモニアの増加量が、著しく減少している。これは、塩化物イオンが投入されなければ、次亜塩素酸が発生しないので、クロムの次亜塩素酸による酸化が発生せず、時間と経過とともに、アンモニアへと変化する硝酸イオンの量が増えるためである。
【００６６】
そして、本実施の形態では、窒素濃度計２２により硝酸態窒素およびアンモニア態窒素の量を検知し、硝酸態窒素の１／３以上がアンモニア態窒素へと変換された時点（図１１では電解時間「２時間」）で、電解槽１１内に塩化物イオン（塩化ナトリウム）を投入している。これは、アンモニア性窒素が多いため、（１０）式で示した反応が優先的に進行するためである。
【００６７】
なお、塩化物イオン供給槽８２から投入される物質は、塩化物イオンを被処理水に供給する化合物で良く、塩化ナトリウムのほか、次亜塩素酸ナトリウム水溶液であっても良い。また、塩化物イオン供給槽８２において、電解がなされること等により、直接、次亜塩素酸イオンを発生させ、電解槽１１に供給されるようにしてもよい。また、塩化物イオン供給槽８２から電解槽１１へは、液体だけでなく、固体の化合物が投入されても良い。
【００６８】
また、上記したような、電解槽１１への塩化物イオンを提供する化合物の投入を遅らせる制御は、電解槽１１に導入された被処理水内における硝酸性窒素濃度が２０００ミリグラム／Ｌ以上であることを条件としてなされることが好ましく、当該濃度が１０００ミリグラム／Ｌ以上であることを条件としてなされることがさらに好ましい。
【００６９】
さらに、上記したような、電解槽１１への塩化物イオンを提供する化合物の投入を遅らせる制御は、元素分析器２３により、被処理水中にクロム、鉛、モリブデン、バナジウム等の、次亜塩素酸に容易に酸化されて酸化物を形成する元素が含まれると検知されたことを条件としてなされることが好ましい。
【００７０】
４．被処理水の窒素化合物除去時の窒素除去装置に対する制御
上記した式（１）〜（１０）の化学反応に従って、電解槽１１内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、アンモニアを経て窒素ガスへと変換される。なお、上記の化学反応に従うと、水酸化ナトリウムが生じるため、被処理水はアルカリ性になる。本実施の形態では、制御回路２０は、ｐＨセンサ２１により被処理水のｐＨを検知し、被処理水のｐＨを５〜９に保つように、硫酸槽８１内の希硫酸を電解槽１１へと添加する制御を実行している。
【００７１】
［第２の実施の形態］
図１２は、本発明の第２の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【００７２】
本実施の形態の水処理装置は、電解槽６１〜６５を含む複数の電解槽を備えている。なお、本実施の形態の水処理装置は、１２器の電解槽を備えているが、図１２には、便宜上その一部の５の電解槽６１〜６５が示されている。図示されていない電解槽は、特記しない限り、電解槽６１〜６５と同様の構成を有する。
【００７３】
本実施の形態の水処理装置では、１２器の電解槽が所定の順番に並べられ、家庭や工場から流出されてきた被処理水は、１２器の電解槽に、それらが並べられた順に所定時間（たとえば５分）ごと送られ、各電解槽で、処理されることになる。
【００７４】
電解槽６１〜６５のそれぞれには、直流電源７１〜７５を含む種々の構成要素が備えられており、制御回路２０は、直流電源７１〜７５を含めて、水処理装置全体を制御する。
【００７５】
図１３は、電解槽６１およびそれに付随する要素の構成を模式的に示す図である。なお、本実施の形態の水処理装置に含まれる１２器の電解槽は、すべて、同様の構成を有している。
【００７６】
電解槽６１には、被処理水が導入されており、当該被処理水に浸されるように、アノード電極３とカソード電極４が備えられている。
【００７７】
制御回路２０には、直流電源７１のほか、電解槽６１内の被処理水の導電率を計測する導電率計６１０、および、電動弁６１１１，６００３が接続されている。
【００７８】
家庭や工場から流出されてきた被処理水（または、前に並べられた電解槽から送られて来る被処理水）は、ポンプ６００１，フィルタ６００２を介して、電解槽６１内に導入される。ポンプ６００１の動作は、制御回路２０により制御される。
【００７９】
薬剤部６１２０には、ｐＨを調整するための硫酸，水酸化ナトリウム等の各種薬剤が貯蔵されている。薬剤部６１内の薬剤は、ポンプ６１２０が動作することにより、適宜、電解槽６１内へ導入される。なお、ポンプ６１２０の動作は、制御回路２０により制御される。
【００８０】
塩化物イオン供給槽６１１には、食塩水等の、被処理水に塩化物イオンを提供する化合物（たとえば、塩化ナトリウム）または溶液が収容されている。塩化物イオン供給槽６１１内の化合物または溶液は、ポンプ６１１０が動作することにより、電動弁６１１１を介して、電解槽６１内へ導入される。なお、ポンプ６１１０の動作は、制御回路２０により制御される。
【００８１】
電解槽６１内には、被処理水の温度を検出するための温度計６１５が設置されている。制御回路２０は、温度計６１５の検知温度を入力され、当該検知温度に基づいて、電解においてアノード電極３とカソード電極４との間に流す電流値を制御する。
【００８２】
また、電解槽６１内の被処理水は、ポンプ６１４０が駆動されることにより、ｐＨセンサ６１４および放熱器６１３へと循環された後、弁６１３０を開閉されることにより、電解槽６１内へと戻される。このように、電解槽６１内の被処理水が冷却される経路が備えられることにより、電解槽６１において、高電流での電解が行なわれた場合でも内部の被処理水の温度上昇を抑えられ、当該電解槽６１をコンパクトに構成しても、高電流での電解が可能となる。制御回路２０は、温度計６１５の検知温度に基づいて、ポンプ６１４０の駆動および弁６１３０の開閉を制御し、放熱器６１３へと循環される被処理水の量を決定することができる。放熱器６１３は、ラジエータ等により構成される。また、放熱器６１３は、図１３に示すように、１２器の電解槽それぞれに接続されていても良いし、１２器の電解槽を連結する管に接続されていてもよい。
【００８３】
そして、電解槽６１内の被処理水は、電解槽６１内での電解処理が終わった後、弁６１５が開状態とされることにより、次に配列された電解槽等へと排出される。
【００８４】
本実施の形態では、電極間の電圧（アノード電極３とカソード電極４との電圧差）を２〜１０Ｖとなるように制御される。２Ｖを下回ると、上記した式（４）の反応のための酸化還元電位よりも低い電圧しか印加されないことになるため、特に、アノード電極３における塩素発生効率が著しく低下するとともに、上記した式（８）に従ったカソード電極４における硝酸イオンの還元能が著しく低下するからである。また、１０Ｖを上回ると、電解槽６１における熱損失が大きくなり、ランニングコストが高くなるとともに、電解槽６１内の被処理水の温度が高くなり、電解槽６１をポリ塩化ビニルやＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｅｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）等の安価な材質で構成することができなくなるからである。
【００８５】
ここで、電解槽６１における熱損失について具体的に説明する。たとえば、３０Ｌの被処理水が、電極間の電圧を３〜４Ｖに保たれつつ電解により処理され、その温度が１５℃上昇した場合を考える。このとき、アノード電極３およびカソード電極４からなる電極対には、１２００Ｗの電力を供給されていたとする。このとき、水温上昇のために消費された熱量は、３０×１５＝５４０ｋｃａｌ／ｈ＝５２３Ｗとなる。つまり、５２３／１２００×１００＝４４％の熱損失となる。
【００８６】
上記のような、電極間の電圧の調整は、たとえば、導電率計６１０の検知出力に基づいて、電解槽６１内の被処理水に電解質または水を投入することや、アノード電極３とカソード電極４の距離を調整することにより、行なわれる。具体的には、電極間の電圧が、２Ｖを下回るときには、電極間の距離が長くされ、１０Ｖを越えるときには、被処理水への電解質もしくは水の投入または電極間の距離が縮められる。
【００８７】
本実施の形態の水処理装置は、１２器の電解槽のそれぞれの容量をたとえば３００Ｌとされ、その１日の処理量を８６ｍ３  とされる。このような水処理装置において、５分ごとに電解槽内の被処理水が次の電解槽に送られると、６０Ｌ／分の連続運転が可能となる。
【００８８】
そして、本実施の形態の水処理装置では、所定時間（５分）ごとに、電解槽内の被処理水が、所定器（「１２」）の電解槽に順に送られた後放流されるため、図１に示した廃液タンク１００のような当該水処理装置に送る被処理水を貯蔵する装置において、一機に貯蔵しておかなければならない被処理水の量を削減できる。
【００８９】
つまり、たとえば、１２器の電解槽のそれぞれの容量を３００Ｌとし、５分ごとに各電解槽で処理がなされる場合を考える。この場合、被処理水は、電解槽において「５分×１２」で６０分の電解処理をなされることになる。また、１時間に「３００Ｌ×１２」で３６００Ｌの被処理水が処理されることになる。本実施の形態を適用せずに、１器の電解槽で３６００Ｌの被処理水を一機に処理する場合には、上記した被処理水を貯蔵する装置は、３６００Ｌの容量を必要とされる。一方、本実施の形態に従えば、上記した被処理水を貯蔵する装置の容量は、３００Ｌで良いことになる。本実施の形態が適用されることにより、水処理装置に送るための被処理水を貯蔵するための装置のコンパクト化が可能となる。
【００９０】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態は、単独でも、組合せても、実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理装置の第１の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の水処理装置の制御ブロック図である。
【図３】図１の電極対の正面図である。
【図４】図１の電極対の平面図である。
【図５】図１の電極対のアノード電極およびカソード電極の、取付板から取外された状態での、平面図をである。
【図６】（Ａ）は、図１の電極対のカソード電極の正面図であり、（Ｂ）は、その側面図である。
【図７】（Ａ）は、図１の電極対のアノード電極の正面図であり、（Ｂ）は、その側面図である。
【図８】図１の電解槽に電極対が取付けられる態様を説明するための図である。
【図９】図１の電極対におけるアノード電極とカソード電極との位置関係を説明するための図である。
【図１０】図１の電解槽において、電極対に通電されることにより起こると考えられる電解反応を模式的に示す図である。
【図１１】図１の電解槽において、塩化物イオンが投入されない状態での、被処理水における、電解時間と、硝酸イオンおよびアンモニア性窒素の量との関係を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図１３】図１２の電解槽およびそれに付随する要素の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１  処理水槽、２  電極対、３  アノード電極、４  カソード電極、１０  導入口、１１，６１〜６５  電解槽、１２〜１５  排出口、１６  排気口、２０  制御回路、２１，６１４  ｐＨセンサ、２２  窒素濃度計、２３  元素分析器、２９，７１〜７５  直流電源、８１  硫酸槽、８２，６１１  塩化物イオン供給槽、６１０  導電率計、６１２  薬剤部、６１３  放熱器、６１５  温度計。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004344819.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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