(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部が先細りにされてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
【請求項２】
リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
【請求項３】
リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面とは反対側の裏面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
【請求項４】
リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面および該電解面とは反対側の裏面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
【請求項５】
リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面、該電解面とは反対側の裏面および側面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水、とくに家庭排水または集合住宅の排水などのリン酸イオンを含む生活排水の処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
川や湖の富栄養化の原因の１つにリン化合物の存在があることは周知である。また、このリン化合物は一般家庭の生活排水中に多く存在するが、浄化処理が困難なものであり、有効な対策がとれないのが現状である。
【０００３】
リン化合物の処理装置は種々提案されているが、家庭排水については鉄の電解溶出法が知られている（特開平３−８９９９８号公報）。この技術は、排水中のリン酸イオンを鉄イオンと反応させ水不溶性の塩、たとえばＦｅＰＯ4やＦｅ（ＯＨ）x（ＰＯ4）yとして凝集沈殿させて除去しようとする技術であり、電解槽中に設置された鉄製の電極に通電して排水中に鉄イオンを溶出させるものである。そして、かかる電界溶出法を用いた汚水処理装置として、たとえば嫌気槽、好気槽および処理水槽からなり、該処理水槽の汚水を、リン酸と反応する鉄イオンを溶出する処理装置を介して、嫌気槽に返送するように構成されたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記電解槽中に設置された電極のうち陽極側の電極は、通電により鉄イオンが溶出するため、該電極の厚さおよび幅が次第に減少する。かかる電極の減少度合（溶出量）は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、時間の経過とともに、電極５０の下部５１およびエッジ部５２が溶けやすく、電極の厚さは均一に減少しない。その結果、電極は長期使用の最中に、電極の途中の部分にき裂が発生し、下部電極部分が自重により上部電極部分から剥離して、電解槽の底部に脱落してしまう。したがって、電極を最後まで有効に活用することができないため、不経済である。また、前記電極の脱落が生じると、リン除去効率が低下するため、新しい電極に交換される。このばあい、電極の脱落片を取り除かずにいると、交換時に陽極側の電極と陰極側の電極とが前記堆積した電極の脱落片に接触して、電極間に直接電流が流れるため、電極間に電解が生じないという問題が起こりうる。
【０００５】
本発明は、叙上の事情に鑑み、電極の脱落を防止することにより、処理効率の低下を防止し、メンテナンスの回数を低減させることができるリン酸イオン含有排水の処理装置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】
本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置は、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部が先細りにされてなることを特徴としている。
【０００７】
また本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置は、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなることを特徴としている。
【０００８】
また本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置は、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面とは反対側の裏面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなることを特徴としている。
【０００９】
また本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置は、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面および該電解面とは反対側の裏面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなることを特徴としている。
【００１０】
さらに本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置は、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための電源とからなり、前記電極の少なくとも浸漬部の電解面、該電解面とは反対側の裏面および側面にテーパが形成されて前記浸漬部が先細りにされてなることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置を説明する。
【００１２】
図１は本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置の一実施の形態を示す説明図、図２は図１における処理装置の拡大図、図３は電極の一実施の形態を示す正面図、図４は図３における電極の側面図、図５は電極の他の実施の形態を示す正面図である。
【００１３】
本発明の処理装置は、たとえば合併浄化槽に用いられる。かかる合併浄化槽は、図１に示すように、第１嫌気ろ床槽Ａと、第２嫌気ろ床槽Ｂと、生物ろ過槽Ｃと、処理水槽Ｄと、消毒槽Ｅとからなり、前記第１嫌気ろ床槽Ａに流入した排水を各槽にて処理したのち、消毒槽Ｅから排出するようにされている。そして処理装置１が、前記処理水槽ＤからエアポンプＦにより揚水された処理水を第１嫌気ろ床槽Ａへ戻す循環経路に設置されている。
【００１４】
前記処理装置１は、図１〜２に示すように、排水の流入口２と流出口３を有する排水処理室４と、該処理室４内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置されている電極５、６と、該電極５、６に通電するための電源７と、前記排水処理室４内の排水中に空気を供給する空気ばっ気装置８を備えている。
【００１５】
前記電極５、６は、鉄、鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金または鉄−アルミニウム合金などの鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン発生源から製作することができる。
【００１６】
前記電極５、６のうち陽極（アノード）側の電極、たとえば電極５の表面は、有機物および無機物の酸化被膜が発生するが、陰極（カソード）側の電極６は表面から水素ガスが発生している。かかる水素ガスにより、電極６の表面は洗浄され、酸化被膜が生じない。このため、陽極側の電極５の表面に酸化被膜が発生して鉄イオンまたはアルミニウムイオンの溶出量が減少してきたばあいに、所定の時間間隔で極性を反転する。これにより、鉄イオン（アルミニウムイオン）の溶出をほぼ一定に維持することができるため、脱リン性能を一定に維持することができる。前記反転の時間として、たとえば１時間未満のばあい鉄イオン（アルミニウムイオン）の溶出量が低下するため、１時間以上にするのが好ましい。
【００１７】
前記電極５、６は、図２〜４に示すように、少なくとも浸漬部Ｒが先細りにされている。かかる先細りは、たとえば前記電極５、６間の電解面９および該電解面９とは反対側の裏面１０にテーパを形成してうることができる。このテーパ角度αは、電極５、６の幅寸法と厚さ寸法、浸漬部Ｒの寸法、および電解電流などにより、適宜選定することができるが、たとえば前記幅×厚さ寸法が１８０×５ｍｍであり、前記浸漬部Ｒの寸法が２００ｍｍであり、前記電解電流が０．５〜１．３Ａであるばあい、通常０．５〜１０°であり、好ましくは２〜８°であり、とくに好ましくは３〜５°である。なお、本実施の形態では、前記電解面９および裏面１０のテーパ角度αは同じにされているが、本発明においては、とくにこれに限定されるものではなく、電解面９のテーパ角度αと裏面１０のテーパ角度αとを異ならせることができる。
【００１８】
本実施の形態では、電極５、６が、電解面９および裏面１０にテーパが形成され、先細りにされているため、電極５、６の下部から均一に溶解、すなわち下部から徐々に薄くなっていくので、電極が使用中に途中から薄くなって脱落するのを防止することができる。その結果、従来と同じ体積の電極を使用するばあい、本実施の形態の電極の方が従来の電極よりも長時間溶出させることができるため、経済的になり、処理効率を維持することができる。また電極の交換時期が長くなるため、メンテナンスの回数を低減することができる。
【００１９】
なお、本実施の形態では、電極の電解面および裏面にテーパが形成されているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、前記裏面のテーパを省き、電解面のテーパだけにするか、または逆に電解面のテーパを省き、裏面のテーパだけにすることができる。または図５に示すように、電極の電解面９、裏面１０および側面１１にテーパを形成することもできる。かかる側面１１のテーパ角度βは、前記テーパ角度αと同じ角度にすることができる。また本実施の形態におけるテーパは単一テーパ（ストレートテーパ）に形成されてるが、２段テーパまたは多段テーパに形成することもできる。
【００２０】
前記空気ばっ気装置８は、排水処理室４の底中央に設置される多孔質の散気管１２または散気板と、該散気管１２に圧縮空気を吸き込むためのエアポンプ１３とから構成されており、前記散気管１２とエアポンプ１３はパイプ１４により接続されている。
【００２１】
本実施の形態では、前記散気管１２は排水処理室４の底中央に設置されているが、本発明においては、とくにこれに限定されるものではなく、排水を撹拌し、排水の流出とともに、排水中のリン酸イオンと電極から溶出した鉄イオン（アルミニウムイオン）との反応生成物である水不溶性の塩を流出させやすい位置を適宜選定して設置することができる。たとえば前記散気管１２は、排水処理室４の流出口３側の壁４ａに対して垂直に設置されているが、散気管１２を壁４ａに近づけ、かつ壁４ａに対して平行、すなわち図２の紙面垂直方向にするとともに、少し底から高い位置に配置することにより、処理室内の排水の対流を生じやすくする。また、散気管１２を処理室内の排水中で上下方向に動かすことで排水の対流を生じやすくすることもできる。なお、本実施の形態では、前記排水の撹拌により、鉄イオンとリン酸イオンとの反応性を向上させることもできる。
【００２２】
鉄（アルミニウム）の電解溶出法には、従来公知の方法が採用でき、電極への通電は連続的でも断続的、パルス的でもよい。通電量はリン酸イオンや他のイオンの濃度、排水の流量などによって異なるが、鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオンの排水中の濃度／リン酸イオン濃度の比（以下、「Ｆｅ／Ｐ」と略す）が０．８〜３．０、好ましくは１．０〜２．５となるように調節すればよい。
【００２３】
本発明における、リン酸イオン含有排水の鉄（アルミニウム）の電解溶出法による処理は、電極から溶出した鉄イオン（アルミニウムイオン）が排水中のリン酸イオンと反応して水不溶性のリン酸と鉄（アルミニウム）との塩を生成させる反応（反応Ａ）を利用するものであるが、排水中は水酸イオンが存在しており、溶出した鉄イオン（アルミニウムイオン）は水酸イオンとも反応する（反応Ｂ）。反応Ｂは反応Ａよりも速いので、リン酸イオンを捕捉するためには電流量を多くして鉄イオン（アルミニウムイオン）の溶出量を増す必要がある。
【００２４】
しかしながら、排水中にカルシウムイオンまたはマグネシウムイオンが存在すると、それらのイオンは水酸イオンと反応する（反応Ｄ）。この反応Ｄは鉄イオン（アルミニウムイオン）と水酸イオンとの反応Ｂに優先するため、反応Ｂが抑制され、鉄イオン（アルミニウムイオン）はリン酸イオンとの反応Ａに有効に利用される。さらに、カルシウムイオンおよびマグネシウムイオンもリン酸イオンと反応して水不溶性の塩を形成するので、リン酸イオンの除去に貢献する。
【００２５】
このため、本発明では、カルシウムイオンまたはマグネシウムイオンを添加し、鉄イオン（アルミニウムイオン）と水酸イオンの反応Ｂを抑制し、鉄イオン（アルミニウムイオン）とリン酸イオンの反応Ａを効率よく行なわせることもできる。これにより、通電量を低減することができ、節電できるとともに鉄やアルミニウムの溶出量を低減できる。
【００２６】
本発明の排水の処理装置は前述のように一般家庭排水にとくに有利に利用できる。したがって、単独で使用してもよいが、他の浄化システム、たとえば活性汚泥法、膜分離法、嫌気・好気循環法などと組合せて家庭用、集合住宅用の総合排水浄化システムとすることができる。また、大規模処理システム（し尿処理場）にも利用できる。
【００２７】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００２８】
実施例
図１に示す鉄の電解溶出排水処理装置を用い、流入口からリン酸イオン濃度５ｍｇ／リットル（Ｈ3ＰＯ4として添加）、Ｎａ+２００ｍｇ／リットルおよびＣａ2+２０ｍｇ／リットルを含む供試排水を流速１リットル／ｍｉｎで流入させた。
【００２９】
排水中に浸漬させる電極としては、高純度の鉄板を用いた。電極への通電量はＦｅ／Ｐが１．５となるように１．２Ａとし、１時間ごとに極性を反転させた。
【００３０】
そして電極の電気分解により、溶出した鉄イオンはリン酸イオンと反応して水不溶性の塩が生成される。生成された塩は流入水とともに、散気管から発生する空気（２リットル／ｍｉｎ）で撹拌され、流出側へと流れ出る。したがって、水不溶性の塩の堆積はほとんどなかった。
【００３１】
ついで流出口で採取した排水を孔径０．４５μｍのフィルターで濾過した濾液をＪＩＳ  Ｋ  ０１０２に規格された全リン分析法（４６．３）に準拠して調べた結果、リンの除去効率が９０％以上であることがわかった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、電極がテーパにより、先細りにされているため、電極が従来より下部から均一に溶解し、途中で薄くなって脱落するのを防止することができる。このため、従来より長く使用できるため、経済的であり、かつ、電極の交換時期を遅くし、メンテナンスの回数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】図１における処理装置の拡大図である。
【図３】電極の一実施の形態を示す正面図である。
【図４】図３における電極の側面図である。
【図５】電極の他の実施の形態を示す正面図である。
【図６】従来の電極の溶解量の減少度合を示す説明図である。
【符号の説明】
１    処理装置
２    流入口
３    流出口
４    処理室
５、６    電極
７    電源
８    空気ばっ気装置
９    電解面
１０    裏面
１１    側面
Ｒ    浸漬部
【図１】
0003989059.tif 000002
【図２】
0003989059.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003989059.tif 000005
【図５】
0003989059.tif 000006
【図６】
0003989059.tif 000007