(57)【要約】【課題】  効率的に窒素化合物やリン化合物を除去処理することができる水処理方法及び装置を提供する。【解決手段】  電解処理槽２の処理室４内の被処理水中に一対のフェライト電極５、６を少なくとも一部浸漬し、一方の電極５をアノードとし、他方の電極６をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物及びリン化合物を処理する。また、処理室４内の被処理水を冷却するための冷却手段としての熱交換器１２を設けて、被処理水の温度を電気化学的処理に適した温度に調整する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、
アノードを構成する一方の前記電極の材料を、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、
カソードを構成する他方の前記電極の材料をフェライトとして電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物を処理することを特徴とする水処理方法。
【請求項２】
請求項１の処理の終了後、前記電極の極性を切り換えて電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理することを特徴とする水処理方法。
【請求項３】
被処理水中に一対のフェライト電極を少なくとも一部浸漬し、一方の前記電極をアノードとし、他方の前記電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物及びリン化合物を処理することを特徴とする水処理方法。
【請求項４】
前記電極の極性を切り換えることを特徴とする請求項３の水処理方法。
【請求項５】
前記被処理水は２００００ｐｐｍ以上の塩化物イオンを含む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の水処理方法。
【請求項６】
有機物を含む前記被処理水を生化学的処理若しくは物理化学的処理をした後、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５の方法の処理を実行することを特徴とする水処理方法。
【請求項７】
被処理水中に少なくとも一部が浸漬された一対のフェライト電極と、前記被処理水を冷却する冷却手段とを備え、
一方の前記電極をアノードとし、他方の前記電極をカソードとして電気化学的手法により前記被処理水を処理することを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水中に含まれる窒素化合物やリン化合物を電気化学的手法により処理する水処理方法及び水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば火力発電所では海水を取水して発電時等における冷却水として使用していた。しかしながら、毎年クラゲの発生時期になると取水口にクラゲが詰まり、海水を取り込めなくなるという不都合が発生していた。そこで、従来では取水口に詰まったクラゲを焼却することにより処理していたが、係る焼却処理では処理時間が著しくかかり、コストが高騰するなどの問題があり、クラゲを焼却することなく海水中で分解して除去処理する試みが成されている。
【０００３】
ここで、当該クラゲの分解処理方法について説明する。先ず、海水中に浮遊するクラゲを、例えば熱処理、超音波処理、紫外線処理や活性酸素処理などの生化学的処理方法、若しくは、微生物処理や酵素処理などの物理化学的方法を用いて分解する。これにより、クラゲは海水中にドロドロの状態で溶かしだされる。次に、この分解されたクラゲを含む海水（以降、被処理水と称す）を処理する。
【０００４】
この被処理水中には、窒素化合物やリン化合物が含有しており、川や湖などの窒素化合物の処理と同様に、従来では係る被処理水は、生物的処理により処理されていたが、係る処理方法では、アンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する硝化行程と、硝酸態窒素を窒素ガスに変換する脱窒行程の２つの行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。
【０００５】
また、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。
【０００６】
そこで、上記技術的課題を解決するために、被処理水に電流を流してアンモニア、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素を酸化、又は、還元分解して窒素ガスにする方法がある。この場合、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ていた。
【０００７】
そして、被処理水に電流を流すことにより、アノードにおいてアンモニア態窒素が活性酸素や次亜塩素酸により酸化され、窒素化合物が窒素ガスに変換されることで窒素化合物の処理が行われるものであった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１７４９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、窒素化合物の除去処理能力が低いため、実際に被処理水の処理において、窒素化合物を処理することは困難であった。また、硝酸態窒素は窒素ガスになり難く、低濃度の硝酸イオンの除去は難しいため、水中の窒素成分として残留し、除去できないという問題もある。
【０００９】
そこで、出願人は先にカソードに銅と亜鉛、又は、銅とニッケルなどの合金を用い、アノードに、白金、イリジウム、パラジウムなどの貴金属材料を用いて被処理水を電気分解する方法を提案した。係る処理方法によれば、カソードにおける被処理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を促進させ、このカソードにおいて生じたアンモニアをアノードで生じる次亜塩素酸と脱窒反応させることができるようになり、係る相乗効果によって、還元反応に要する時間を短縮し、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。
【００１０】
しかしながら、カソードに銅を含む合金を用いる場合、どうしても被処理水中に溶出する毒性の銅イオンが問題となるため、係る毒性を生じない窒素化合物の処理方法の開発が望まれていた。
【００１１】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために、毒性を生じることなく効率的に窒素化合物やリン化合物を除去処理することができる水処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
即ち、請求項１の発明の水処理方法では、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極の材料を、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、カソードを構成する他方の電極の材料をフェライトとして電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物を処理することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明の水処理方法では、上記処理の終了後、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明の水処理方法では、被処理水中に一対のフェライト電極を少なくとも一部浸漬し、一方の電極をアノードとし、他方の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物及びリン化合物を処理することを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明の水処理方法では、請求項３の発明において電極の極性を切り換えることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明の水処理方法では、上記各発明において被処理水は２００００ｐｐｍ以上の塩化物イオンを含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明の水処理方法では、有機物を含む被処理水を生化学的処理若しくは物理化学的処理をした後、上記各発明の方法の処理を実行することを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明の水処理装置では、被処理水中に少なくとも一部が浸漬された一対のフェライト電極と、被処理水を冷却する冷却手段とを備え、一方の電極をアノードとし、他方の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水を処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極の材料を、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、カソードを構成する他方の電極の材料をフェライトとして電気化学的手法により被処理水を処理するので、当該被処理水中の窒素化合物を処理するに際し、カソードを構成するフェライト電極において被処理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。特にこの場合、カソードを構成する他方の電極はフェライト電極であり、銅を用いないので、被処理水中に銅が溶出することによる毒性の問題も解決できるようになる。
【００２０】
また、カソードを構成するフェライト電極において生じるアンモニアは、アノードを構成する一方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、工場・プラントや火力発電所等から排出される窒素化合物を含む被処理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ものである。
【００２１】
また、請求項２の発明によれば、上記処理の終了後、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理するので、アノードとなるフェライト電極より被処理水中に鉄（II）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（III）イオンにまで酸化された当該鉄（III）イオンと被処理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。
【００２２】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになる。特に、アノードなるフェライト電極は、鉄電極を用いた場合に比較して鉄（II）イオンの溶出が少ないので、過度に溶出して電極寿命が極端に短くなる不都合も解消されるものである。
【００２３】
また、請求項３の発明によれば、被処理水中に一対のフェライト電極を少なくとも一部浸漬し、一方の電極をアノードとし、他方の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水を処理するので、カソードを構成するフェライト電極において被処理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。特にこの場合、カソードを構成する他方の電極はフェライト電極であり、銅を用いないので、被処理水中に銅が溶出することによる毒性の問題も解決できるようになる。
【００２４】
また、カソードを構成するフェライト電極において生じるアンモニアは、アノードを構成するフェライト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。特に、この場合アノードを構成する電極はフェライトであるので、被処理水中の塩化物イオン濃度が高い場合にも次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸等の物質が過度に発生することが無い。これにより、次亜塩素酸等が過度に発生してカソード側で生じた亜硝酸イオンが酸化されてしまう不都合も防止若しくは抑制することができるようになる。
【００２５】
また、アノードとなるフェライト電極より被処理水中に鉄（II）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（III）イオンにまで酸化された当該鉄（III）イオンと被処理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もできる。これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになる。特に、アノードなるフェライト電極は、鉄電極を用いた場合に比較して鉄（II）イオンの溶出が少ないので、過度に溶出して電極寿命が極端に短くなる不都合も解消される。
【００２６】
そして、これらによって、工場・プラントや火力発電所等から排出される被処理水から効率的に窒素化合物及びリン化合物を除去することができるようになるものである。
【００２７】
また、請求項４の発明によれば、上記において電極の極性を切り換えるので、カソード側及びアノード側の電極に成長するスケールを落として処理能力を高く維持することができるようになる。
【００２８】
特に、上記方法によれば、請求項５の発明の如く２００００ｐｐｍ以上の塩化物イオンを含む被処理水、例えば海水中の窒素化合物やリン化合物を処理するのに好適となる。
【００２９】
また、請求項６の発明の如く上記処理の前段で有機物を含む被処理水を生化学的処理若しくは物理化学的処理を行えば、上記電気化学的処理を効率良く進行させることが可能となる。
【００３０】
また、請求項７の水処理装置では、被処理水中に少なくとも一部が浸漬された一対のフェライト電極と、被処理水を冷却する冷却手段とを備え、一方の電極をアノードとし、他方の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水を処理するので、カソードを構成するフェライト電極において被処理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。特にこの場合、カソードを構成する他方の電極はフェライト電極であり、銅を用いないので、被処理水中に銅が溶出することによる毒性の問題も解決できるようになる。
【００３１】
また、カソードを構成するフェライト電極において生じるアンモニアは、アノードを構成するフェライト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。特に、この場合アノードを構成する電極はフェライトであるので、被処理水中の塩化物イオン濃度が高い場合にも次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸等の物質が過度に発生することが無い。これにより、次亜塩素酸等が過度に発生してカソード側で生じた亜硝酸イオンが酸化されてしまう不都合も防止若しくは抑制することができるようになる。
【００３２】
また、アノードとなるフェライト電極より被処理水中に鉄（II）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（III）イオンにまで酸化された当該鉄（III）イオンと被処理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もできる。これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになる。特に、アノードなるフェライト電極は、鉄電極を用いた場合に比較して鉄（II）イオンの溶出が少ないので、過度に溶出して電極寿命が極端に短くなる不都合も解消される。
【００３３】
そして、これらによって、工場・プラントや火力発電所等から排出される被処理水から効率的に窒素化合物及びリン化合物を除去することができるようになる。特に、この場合は被処理水を冷却する冷却手段を備えているので、抵抗の大きいフェライト電極にて生じる熱で被処理水の温度が異常に高く成る不都合を防止でき、電気化学的処理に適した温度に調整して、より効率的な窒素化合物やリン化合物の除去処理を行うことが可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。
【実施例１】
【００３５】
図１は、本発明の一実施例の水処理方法を実現するための水処理装置１の概要を示す説明図である。この実施例における水処理装置１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を構成する電解処理槽２と、該処理室４内の被処理水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５、６と、該電極５、６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、電解処理槽２内には内部を撹拌するための撹拌手段を設けても良い。
【００３６】
前記電極５は、例えば白金（Ｐｔ）又はイリジウム（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おり、前記電極６はセラミックス系導電体の一つであるフェライト電極にて構成されている。尚、電極５は、貴金属電極又はこれらを被覆した不溶性の導電体により構成されているが、これ以外に、セラミックス系導電体や炭素系導電体若しくはステンレス鋼などであってもよいものとする。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。
【００３７】
以上の構成により、電解処理槽２内の処理室４に窒素化合物及びリン化合物を含む被処理水を貯留し、前記制御装置により電源をＯＮとし、電極５に正電位、電極６に負電位を印加する（図１の左側）。これにより、電極５はアノードとなり、電極６はカソードとなる。
【００３８】
係る電位の印加により、カソードを構成するフェライト電極６側では、アノードを構成する電極５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Ａ）。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６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-
【００３９】
一方、アノードを構成する白金・イリジウム電極５側では、被処理水中に含有されるハロゲン化物イオンとしての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。尚、本実施例では、被処理水に塩化物イオンが含有されているため、次亜塩素酸が生成されているが、これ以外に他のハロゲン化物イオンが被処理水中に含有されている場合には、次亜フッ素酸や次亜臭素酸など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。
【００４０】
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イオンや、これらハロゲンイオンを含む化合物、例えば、塩化ナトリウムや塩化カリウムなどを添加しても良い。
【００４１】
このような被処理水に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ナトリウムは、アノードを構成する白金・イリジウム電極５において酸化され、塩素を生成し（反応Ｃ。塩化ナト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（反応Ｄ）。そして、生成された次亜塩素酸は、上述の反応Ｂ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Ｅ）。以下、反応Ｃ乃至反応Ｅを示す。
反応Ｃ  ＮａＣｌ→Ｎａ+＋Ｃｌ-
２Ｃｌ-→Ｃｌ2＋２ｅ-
反応Ｄ  Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ
反応Ｅ  ＮＨ3＋ＨＣｌＯ→ＮＨ2Ｃｌ＋Ｈ2Ｏ
ＮＨ2Ｃｌ＋ＨＣｌＯ→ＮＨＣｌ2＋Ｈ2Ｏ
ＮＨ2Ｃｌ＋ＮＨＣｌ2→Ｎ2↑＋３ＨＣｌ
【００４２】
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５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）→Ｎ2↑＋３Ｈ2Ｏ
【００４３】
このように、被処理水中内の硝酸態窒素、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電解処理槽２内において処理可能となる。
【００４４】
また、本実施例の如くフェライトをカソードとして用いることで、被処理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。
【００４５】
特にこの場合、窒素化合物処理能力を維持しながら、電極に銅を用いた場合のように被処理水中に銅が溶出することによる毒性の問題も解決できるようになる。
【００４６】
また、カソードを構成するフェライト電極６において生じるアンモニアは、アノードを構成する白金・イリジウム電極５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、工場・プラントや火力発電所等から排出される窒素化合物を含む被処理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ものである。
【００４７】
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５、６に印加する電位の極性を切り換える（図１の右側。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５はカソード、電極６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６は、上述の如き導電体にて構成されていることから、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。
【００４８】
生成された鉄（III）イオンは、反応Ｇ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Ｇ  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。
【００４９】
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５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再びアノードを構成する電極６側において酸化される。
【００５０】
また、前記窒素処理ステップにおいてカソードを構成する電極６の表面に成長するスケール（ＣａＣＯ3、Ｍｇ（ＯＨ）2等）は、このリン処理ステップで電極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６の電解性能を高く維持できるようになる。特に、リン酸処理ステップにおいてアノードとなるフェライト電極６は、当該電極として鉄電極を用いた場合に比較して鉄（II）イオンの溶出が少ないので、過度に溶出して電極寿命が極端に短くなる不都合も解消される。
【００５１】
このように、被処理水中の窒素化合物及びリン化合物は、上述の如き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。そのため、被処理水中の窒素化合物及びリン化合物を同一の電解処理槽２にて処理可能となり、従来の如く大型の生物的処理槽を設置する必要がなくなり、設備建設コストの高騰及び装置設置面積の増大を回避することができるようになる。
【００５２】
更に、生物的処理において必要とされる脱窒素細菌の煩雑なメンテナンス作業を不要とすることができると共に、安定した高い窒素及びリンの処理効率を提供することができるようになる。
【実施例２】
【００５３】
次に、もう一つの本発明の実施例について図２を参照して説明する。図２は本発明の実施例２の水処理方法を実現するための水処理装置１０の概要を示す説明図である。尚、図２において図１と同一符号は同一若しくは同様の効果を奏するものとする。
【００５４】
この実施例における水処理装置１０も、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を構成する電解処理槽２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５、６と、該電極５、６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。また、図中１２は処理室４内の被処理水を冷却するための熱交換器であり、当該熱交換器１２にて被処理水は水冷方式により熱を奪われて冷却される。図中１４は膜分離槽であり、この膜分離槽１４内には透過膜１６が配設されている。当該透過膜１６は、電解処理槽２にて電解処理された被処理水から被処理水中に浮遊するリン酸鉄を含む鉄化合物などの析出物を分離するための膜である。透過膜１６の内部は中空部とされ、上方には処理水を排出するための排出口１８が形成されている。尚、電解処理槽２内には同様に内部を撹拌するための撹拌手段を設けても良い。
【００５５】
尚、本実施例の電極５、６は、セラミック系導電体のフェライトにて構成されている。
【００５６】
以上の構成により、電解処理槽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５に正電位、電極６に負電位を印加する（図２の左側）。これにより、電極５はアノードとなり、電極６はカソードとなる。
【００５７】
係る電位の印加により、カソードを構成するフェライト電極６側では、アノードを構成するフェライト電極５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Ａ）。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６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-
【００５８】
一方、アノードを構成するフェライト電極５側では、被処理水中に含有されるハロゲン化物イオンとしての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。尚、本実施例では、被処理水に塩化物イオンが含有されているため、次亜塩素酸が生成されているが、これ以外に他のハロゲン化物イオンが被処理水中に含有されている場合には、次亜フッ素酸や次亜臭素酸など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。
【００５９】
ここで、被処理水中に含まれる塩化物イオン濃度は２００００ｐｐｍ以上の塩化物イオンを含むものとし、被処理水中の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イオンや、これらハロゲンイオンを含む化合物、例えば、塩化ナトリウムや塩化カリウムなどを添加するものとする。
【００６０】
このような被処理水に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ナトリウムは、アノードを構成するフェライト電極５において酸化され、塩素を生成し（反応Ｃ。塩化ナトリウムの場合で示す）、生成された塩素は、被処理水中で水と飯能市、次亜塩素酸を生成する（反応Ｄ）。そして、生成された次亜塩素酸は、上述の反応Ｂ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Ｅ）。以下、反応Ｃ乃至反応Ｅを示す。
反応Ｃ  ＮａＣｌ→Ｎａ+＋Ｃｌ-
２Ｃｌ-→Ｃｌ2＋２ｅ-
反応Ｄ  Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ
反応Ｅ  ＮＨ3＋ＨＣｌＯ→ＮＨ2Ｃｌ＋Ｈ2Ｏ
ＮＨ2Ｃｌ＋ＨＣｌＯ→ＮＨＣｌ2＋Ｈ2Ｏ
ＮＨ2Ｃｌ＋ＮＨＣｌ2→Ｎ2↑＋３ＨＣｌ
【００６１】
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５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）→Ｎ2↑＋３Ｈ2Ｏ
【００６２】
このように、被処理水中内の硝酸態窒素、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電解処理槽２内において処理可能となる。
【００６３】
また、本実施例の如くフェライトをカソードとして用いることで、被処理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。更に、窒素化合物処理能力を維持しながら、電極に銅を用いた場合のように被処理水中に銅が溶出することによる毒性の問題も解決できるようになる。
【００６４】
また、カソードを構成するフェライト電極６において生じるアンモニアは、アノードを構成するフェライト電極５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。
【００６５】
更に、アノードをフェライトにて構成することで、次亜塩素酸の発生が抑えられる。即ち、次亜塩素酸が過度に発生した場合、前記反応Ａでカソード側に生じた亜硝酸イオンに還元された硝酸が、酸化されて戻る反応が促進されてしまう。しかしながら、アノードをフェライトにて構成することで、次亜塩素酸の発生量が少なくなるので、亜硝酸イオンが酸化されて硝酸に戻ってしまう不都合を防止若しくは抑制することができるようになる。これにより、窒素化合物の除去を促進することができるようになる。
【００６６】
一方、アノードを構成するフェライト電極５側からは、鉄（II）イオンが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。
【００６７】
生成された鉄（III）イオンは、反応Ｇ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Ｇ  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することができる。
【００６８】
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５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再びアノードを構成する電極６側において酸化される。
【００６９】
一方、電極５、６としてフェライト電極を使用した場合、フェライトは抵抗が非常に高く熱を発生するため、被処理水の温度は８０℃〜９０℃程度にまで上昇してしまう。ここで、処理室４内の被処理水を前記熱交換器１２にて当該熱交換器１２を流れる冷却水と熱交換させることで、被処理水は熱交換器１２にて冷却水に熱を奪われて冷却される。これにより、抵抗の大きいフェライト電極を使用した場合であっても、当該フェライト電極にて生じる熱で被処理水の温度が異常に高くなる不都合を防止することができるようになる。また、熱交換器１２にて被処理水の温度を電気化学的処理に適した温度に下げることができるようになるので、より効率的な窒素化合物やリン化合物の処理を行うことが可能となる。尚、熱交換器１２において被処理水と熱交換して加熱された冷却水を使用して、例えば後述する微生物処理の微生物を温めるものとすれば、冬季などにおける微生物の活性が低下する不都合を防止することができるようになる。
【００７０】
このように、熱交換器１２にて被処理水を冷却することで、フェライト電極を使用した場合であっても、処理室４内の被処理水の温度が上昇する不都合を回避することができるようになる。
【００７１】
他方、前述の如く電解処理槽２にて処理された被処理水は、次に図示しない流出口から膜分離槽１４に送られる。そして、当該膜分離槽１４において、被処理水は透過膜１６を通過し、排出口１８から排出される。また、リン酸鉄を含む鉄化合物などの析出物は透過膜１６を通過できないので、そこで被処理水と分離され、膜分離槽１４に沈殿する。
【００７２】
このように、フェライト電極を電極５、６の両極に用いた場合には、窒素化合物とリン化合物の除去を同時に行うことができるようになる。即ち、前記実施例の如く、電極５を白金・イリジウムにて構成し、電極６をフェライトにて構成した場合、窒素化合物を除去する場合には、図１の左側に示すように電極５に正電位、電極６に負電位を印加して窒素化合物を処理する工程と、窒素化合物除去後に、電極５、６の極性を切り換えて、電極５に負電位、電極６に正電位を印加してリン化合物を処理する工程の２つの工程を経なければ、除去することができなかった。しかしながら、両電極５、６にフェライト電極を用いることで、カソードで窒素化合物を、アノードでリン化合物を処理することが可能となり、被処理水の処理時間を著しく短縮することができるようになる。
【００７３】
また、フェライト電極を用いた場合には鉄電極を用いた場合に比較して鉄（II）イオンの溶出が少ないので、過度に溶解して電極寿命が極端に短くなる不都合も解消される。
【００７４】
一方、上記のような被処理水の処理を長時間続けると、前述の如くカソードを構成するフェライト電極６の表面にスケール（ＣａＣＯ3、Ｍｇ（ＯＨ）2等）が成長する。この場合、印加する電位の極性を切り換える。これにより、電極５はカソード、電極６はアノードを構成することになる。
【００７５】
このように電位の極性を切り換えて、電極６がアノードとなることで、上述のスケールが表面から落とされる。これにより、電極６の電解性能を高く維持できるようになる。また、電位を切り換えることで、カソードとなるフェライト電極５側でシリカ（ＳｉＯ2）等のスケールが除去されると共に、窒素素化合物が除去され、アノードとなるフェライト電極６側で鉄（II）イオンの溶出が行われて、リン化合物が除去されるようになる。
【００７６】
従って、電位を切り換えた場合においても、窒素化合物とリン化合物を同時に除去することができるようになるので、水処理効率を著しく向上させることができるようになる。
【実施例３】
【００７７】
ここで、上述した本実施例の水処理方法を実現するための工場やプラントなどから排出される排水を処理するための水処理装置１、１０、例えば、火力発電所で冷却水として使用する海水を取り込む際に、問題とされる取水口に詰まったクラゲの除去処理に採用した場合の実施例を図３を用いて説明する。また、本実施例において、有機物であるクラゲを含む海水が前記各実施例の被処理水に相当し、当該被処理水を処理するものとする。尚、図３は当該クラゲの処理工程を示した説明図である。
【００７８】
クラゲの除去処理方法は、海水中のクラゲを分解するクラゲ分解工程（有機物処理工程）と、クラゲ分解工程により分解されたクラゲを含む海水を前記各実施例の如く電気化学的手法を用いて処理する水処理工程との２つの工程により構成されている。
【００７９】
前記クラゲ分解工程は、図３に示しように前述した微生物処理や酵素処理などの物理化学的処理によりクラゲを分解するものと、熱処理、超音波処理、紫外線処理や活性酸素処理などの生化学的処理によりクラゲを分解するものとがある。
【００８０】
これらの方法により分解されたクラゲを含む海水は、次に水処理工程により前記各実施例の如く電気的手法により処理される。また、ここで、本実施例では海水が電解処理槽２にて処理されることとなるが、この海水中には２００００ｐｐｍ異常の塩化物イオンが存在しているため、前記各実施例で記載のように被処理水中に、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イオンや、これらハロゲンイオンを含む化合物、例えば、塩化ナトリウムや塩化カリウムなどを添加することなく、上記各実施例の反応Ｃ乃至反応Ｅの反応が生じる。これにより、上記各実施例の如く窒素化合物やリン化合物を処理することができるようになる。
【００８１】
以上のように、クラゲのような有機物を含む被処理水を生化学的処理若しくは物理化学的処理により分解した後に、電気的処理を行うことで、電気的処理を効率よく進行させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の水処理方法を実現するための水処理装置の実施例の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の水処理方法を実現するための水処理装置の他の実施例の概要を示す説明図である。
【図３】本発明の水処理方法を適用した海水中のクラゲ処理方法について示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１、１０  水処理装置
２  電解処理槽
４  処理室
５、６  電極
１２  熱交換器
１４  膜分離槽
１６  透過膜
１８  排出口
【図１】
2005185946.tif 000003
【図２】
2005185946.tif 000004
【図３】
2005185946.tif 000005