(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リンを含む処理水の中に、金属イオンを溶出させ易い金属で形成された電極を浸漬させ、前記電極に通電して電気分解を行ない、前記電極から前記処理水中に金属イオンを溶出させ、この金属イオンとリンを結合させて金属リン酸化物を生成する第１の工程と、
前記第１の工程で得られた処理水中の金属リン酸化物を沈殿させる第２の工程とを備え、
前記第１の工程の前に、前記処理水を金属イオン溶出槽内に入れ、この金属イオン溶出槽において、金属イオンを溶出させ易い金属からなる多数の金属塊を処理水中で互いに擦れ合わせ、これにより金属イオンを処理水中に溶出させ、金属イオンとリンを結合させて金属リン酸化物を生成する前工程が行われる、
ことを特徴とするリンの除去方法。
【請求項２】
前記第１の工程において、前記電気分解は処理水中に上下に延在する多数の帯状の前記電極が浸漬されることで行われ、前記多数の電極間でそれぞれほぼ水平に延在し隣り合う電極の向かい合う電極表面に接触可能な多数の弾性材製の棒状部材が設けられ、所定の時間毎に前記棒状部材が上下に移動され、これにより多数の電極の表面に付着した付着物が取り除かれることを特徴とする請求項１記載のリンの除去方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は河川や湖沼、内湾域、あるいは各種処理場などにおいて水中のリンを効率良く除去する方法に関し、さらに詳細には、低濃度のリン含有量を有する河川水などの大量な処理水を処理する場合に好適なリンの除去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川や湖沼、内湾域、各種処理場などにおいてＣＯＤ値やＢＯＤ値の高い水質を浄化するため、水中に溶存しているリンを取り除くことが行われる。
凝集剤を用いないこの種の装置として従来、水槽内の底部に鉄製の円板を配設し、リンを取り除くべき処理水をこの水槽に入れ、処理水中で円板を回転させて鉄イオンを処理水中に溶かし出し、鉄イオンにリンを結合させることでリンを取り除くようにした方式が知られている。これは、鉄板などの金属材を処理水に浸漬して攪拌すると、処理水中に鉄イオンを溶出するという金属の腐食現象に着目したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、処理水中で鉄製の円板を回転させる方式では、特に水中の溶存酸素量が３ｍｇ／ｌ程度より多い場合、鉄板の平行電位が不動態域に位置するようになり、鉄板の表面には防食性の酸化被膜を生成して腐食速度が徐々に低下するような状態となる。このため、鉄イオンの溶出量が減少し、鉄とリンの化合物が生成されにくくなり、リンの除去率を高めることができない不具合があった。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、低濃度のリン含有量を有する河川水などの大量な処理水を処理する場合に、水中の溶存酸素量が多い場合でも、鉄イオンなどの金属イオンとリンとを効率良く結合させ、リンの除去率を高めることができるリンの除去方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、リンを含む処理水の中に、金属イオンを溶出させ易い金属で形成された電極を浸漬させ、前記電極に通電して電気分解を行ない、前記電極から前記処理水中に金属イオンを溶出させ、この金属イオンとリンを結合させて金属リン酸化物を生成する第１の工程と、前記第１の工程で得られた処理水中の金属リン酸化物を沈殿させる第２の工程とを備え、前記第１の工程の前に、前記処理水を金属イオン溶出槽内に入れ、この金属イオン溶出槽において、金属イオンを溶出させ易い金属からなる多数の金属塊を処理水中で互いに擦れ合わせ、これにより金属イオンを処理水中に溶出させ、金属イオンとリンを結合させて金属リン酸化物を生成する前工程が行われることを特徴とする。
【０００５】
本発明によれば、電気分解法を用いるので水中の溶存酸素量の多少に拘わらず金属イオンを安定して溶出でき、これにより金属リン酸化物を効率的に生成できる。そして、第２の工程でリンを金属リン酸化物として取り除く。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリンの除去方法の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明のリンの除去方法を実施するためのリン除去装置の概略構成図、図２(Ａ)は電気分解槽の平面図、(Ｂ)は同拡大平面図、図３は電気分解槽の正面図を示す。
なお、本実施の形態では金属イオンを溶出させ易い電極として鉄を用いているが、用いる金属は金属イオンを溶出させ易いものであればよく、鉄のほかにもアルミニウムなどの金属も使用可能である。
本実施の形態では、処理水中からリンを除去するに際して、処理水を電気分解して鉄製の電極から鉄イオンを溶出させると共にこの鉄イオンとリンを結合させてリン酸鉄(ＦｅＰＯ4)［特許請求の範囲の金属リン酸化物に相当］を生成する第１の工程と、第１の工程で得られた処理水中のリン酸鉄(ＦｅＰＯ4)を沈殿させる第２の工程とが行われる。
上述のような工程を行なうリン除去装置１４は、電気分解槽１６と、沈殿槽１８とを備え、前記第１の工程は電気分解槽１６で行われ、前記第２の工程は沈殿槽１８で行われる。
【０００７】
電気分解槽１６は、槽内に薄板状の鉄製の電極が多数配設されており、多数の電極の間に流路が形成され、処理水が槽内で電極の間の流路の間を時間を掛けて緩やかに流される。
前記電気分解槽１６は、例えば、図２(Ａ)に平面図で、図３に正面図で示すように、５つの槽１６Ａ乃至１６Ｅが横に並べられ、各槽１６Ａ乃至１６Ｅに、図２(Ｂ)に拡大平面図で示すように、多数の帯状の鉄製の電極１６０２が配設され、多数の電極１６０２にはプラスとマイナス(アース)の電圧が交互に印可され通電される。なお、本実施の形態では、各電極１６０２は各槽内において上下に５分割されているものを用いているが、電極１６０２が上下に分割されているか否かは任意である。
【０００８】
そして、各槽１６Ａ乃至１６Ｅにおいて下部に処理水が流入され、処理水は電極１６０２間の流路を通って、上方に進み、一つの槽を通過すると、同様に隣の槽の下部に流入され、上方へと進むように構成されている。
このように電気分解槽１６において処理水中で電極１６０２に電圧を印可することで、電極１６０２から鉄イオン(Ｆｅ+2やＦｅ+3)が溶出する。そして、この鉄イオンとリンと結合してリン酸鉄(Ｆｅ3ＰＯ4)が生成される第１の工程が行なわれる。
なお、本実施の形態では、各槽１６Ａ乃至１６Ｅの底部にエアーレーションパイプが配設されてエアーレーションが行なわれ、これにより処理水に酸素を供給し、Ｆｅ+2からＦｅ+3への反応を促進させ、鉄イオンとリンとの結合をより促進させるようにしている。なお、エアレーションパイプは、各槽１６Ａ乃至１６Ｅの底部だけではなく、上下方向の中間部などにも配設するようにしてもよい。
【０００９】
沈殿槽１８では、前記第１の工程を経た処理水からリン酸鉄を沈殿させる第２の工程が行われる。
このような沈殿槽としては、例えば、槽の底部にフィルターを配設しておき、フィルターによりリン酸鉄を取り除く方式のものや、迷路状の水路を設けておき、水路の底部にリン酸鉄を沈殿させる方式のものなど、従来公知の種々の沈殿槽を用いることができる。
【００１０】
本実施の形態によれば、電気分解法を用いるので、水中の溶存酸素量が多い場合でも、処理水中に鉄イオンを安定して溶出させることができ、鉄イオンとリンとを効率良く結合させ、リンの除去率を高めることが可能となる。
【００１１】
次に、本実施の形態の実験結果を表１に示す。
この実験では、第１の工程において図２、図３に示す電気分解槽１６に処理水を４時間停滞(電気分解槽の流路を通って電気分解槽から出るまでの時間)させた。各電極に印可した電圧は１．５Ｖで、１０Ａの電流を通した。また、有効容量の１ｍ3あたり０．５ｍ3／Ｈｒという屎尿浄化槽の構造基準にしたがって電気分解槽の底部からエアーレーションを行なった。
【００１２】
【表１】
0003953724.tif 000002
【００１３】
表１においてＡは、第１の工程を経る前の処理水の状態であり、Ｂは第１の工程と第２の工程が行われた後の沈殿物を取り出した処理水の状態を示している。
表１において、ＰＯ4Ｐは無機リンであり、ＴＰは無機リンに有機リンを加えたリンの合計であり、ｓｏｌＦｅは処理水中に溶出した溶存鉄であり、ＴＦｅは溶存鉄にリン酸鉄を加えた鉄の合計である。
この表１からも明らかなように、ＰＯ4Ｐの値とＴＰの値が本発明の処理方法の前と後では、１／３程度まで減少しており、本発明の処理方法によりリンが効率良く取り除かれることが判明した。
【００１４】
なお、第１の工程において電気分解を行なうと、電極１６０２の体積は減少していく。この場合、以下の前工程を行なうことで電極１６０２の体積の減少速度を緩め、電極１６０２の交換頻度を少なくする上で有利となる。
すなわち、図４に示すように、電気分解槽１６の手前に鉄イオン溶出槽１９(特許請求の範囲の金属イオン溶出槽に相当)を設け、処理水を電気分解槽１６に入れる前に鉄イオン溶出槽１９に入れる。
鉄イオン溶出槽１９では、例えば、従来と同様に、槽内の底部に鉄製の円板を配設し、リンを取り除くべき処理水をこの槽に入れ、処理水中で円板を回転させ、円板から鉄イオン(Ｆｅ+2やＦｅ+3)を処理水中に溶出させ、この鉄イオンにリンを結合させ、リン酸鉄(ＦｅＰＯ4)を生成することが行われる。
【００１５】
あるいは、槽に多数の小形で球状の鉄製の塊体（特許請求の範囲の金属塊に相当）を収容しておき、リンを取り除くべき処理水をこの槽に入れ、処理水中でこれら塊体を攪拌羽根などにより攪拌させ、擦り合わせることで塊体の表面に生成される酸化被膜を掻き落としつつ塊体から処理水中への鉄イオン(Ｆｅ+2やＦｅ+3)の溶出を促進させ、この鉄イオンにリンを結合させ、リン酸鉄(ＦｅＰＯ4)を生成することが行われる。
あるいは、図５(Ａ)に正面図で、(Ｂ)に側面図で示すように、鉄イオン溶出槽１９の内部で多数の鉄球２０（特許請求の範囲の金属塊に相当）が収容された筒状の籠２２を回転させ、これにより多数の鉄球２０を擦り合わせ、擦り合わせることで鉄球２０の表面に生成される酸化被膜を掻き落としつつ処理水中への鉄イオン(Ｆｅ+2やＦｅ+3)の溶出を促進させるようにしてもよい。この場合には、鉄イオン溶出槽１９の内部に挿入できるような枠状のフレーム２４を設け、このフレーム２４に上下に間隔をおいて２つの筒状の籠２２を回転可能に配置し、フレーム２４の上端にモータ２６を配設し、モータ２６の動力をチェーン２８、スプロケット３０を介して上下の籠２２に伝達するように構成すればよい。
なお、第１の工程の前に前記の前工程を行なうに際して、上記の実施の形態では、金属イオンを溶出させ易い金属として第１の工程と同じ鉄を用いた場合について説明したが、用いる金属は金属イオンを溶出させ易いものであればよく、鉄のほかにもアルミニウムなどの金属も使用可能である。
【００１６】
また、上記の第１の工程において、電極１６０２にプラスとマイナス(アース)の電圧を交互に印可していき長時間が経過すると、電極１６０２の表面に酸化鉄などの付着物が形成され、このような付着物が多くなると、電解性能の低下を招く。
そこで、図６に平面図で、図７に正面図に示すように、各槽１６Ａ乃至１６Ｅにおいて、前記多数の電極１６０２間でそれぞれほぼ水平に延在し隣り合う電極１６０２の向かい合う電極表面に接触可能な多数の円柱体４０(特許請求の範囲の棒状部材に相当)を設け、所定の時間毎に(例えば２４時間毎に)これら円柱体４０を上下に移動させ、これにより多数の電極１６０２の表面に付着した付着物を取り除くようにすると、Ｆｅ+2からＦｅ+3への反応がより促進され、鉄イオンとリンとの結合をより促進させる上で有利となり、電解性能の低下を防止できる。
【００１７】
この場合には、各槽１６Ａ乃至１６Ｅにおいて、例えば、その上流側の空間にそれぞれ処理水の流れ方向と直交する方向で水平方向に延在する支持板４２を設け、前記多数の円柱体４０の端部をこの支持板４２に取着しておく。また、支持板４２の延在方向の両端に位置するように、各槽１６Ａ乃至１６Ｅの上流側の空間にガイド４４を立設する。そして、支持板４２の両端の上下に回転可能に取着したガイドローラ４６を前記ガイド４４に係合し、支持板４２がガイド４４に沿って上下に移動するように構成する。また、各槽１６Ａ乃至１６Ｅの上流側に位置する隔壁１６２０の上下に、水平に軸４８を配設し、軸４８の両端寄りにスプロケット５０を固定し、これら上下の軸４８の両端のスプロケット５０にチェーン５２を掛装し、このチェーン５２の両端を前記支持板４２に取着する。そして、上方の軸４８をモータ５４により回転し、チェーン５２を介して支持板４２を上下動させ、これにより多数の円柱体４０を隣り合う電極１６０２間で移動させ、電極１６０２の表面に付着した付着物を取り除くようにする。なお、円柱体４０は電極表面の損傷を防止するためゴムなどのような弾性を有する部材により形成されたものが好ましく、また、円柱体４０は棒状に延在するものであればよく、四角柱などであってもよい。なお、図７において符号５６はエアレーションパイプを示す。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明のリンの除去方法によれば、リンを含んだ処理水からリンを効率良く取り除くことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リン除去装置の概略構成図である。
【図２】  (Ａ)は電気分解槽の平面図、(Ｂ)は同拡大平面図である。
【図３】電気分解槽の正面図である。
【図４】リン除去装置の概略構成図である。
【図５】  (Ａ)は鉄イオン溶出槽の内部に設置する鉄イオン溶出装置の正面図、(Ｂ)は同側面図である。
【図６】電極表面の付着物を取り除くための機構を備える電気分解槽の平面図である。
【図７】電極表面の付着物を取り除くための機構を備える電気分解槽の正面図である。
【符号の説明】
１４  リン除去装置
１６  電気分解槽
１８  沈殿槽
１９  鉄イオン溶出槽
【図１】
0003953724.tif 000003
【図２】
0003953724.tif 000004
【図３】
0003953724.tif 000005
【図４】
0003953724.tif 000006
【図５】
0003953724.tif 000007
【図６】
0003953724.tif 000008
【図７】
0003953724.tif 000009