(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を沈殿除去するための鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出する少なくとも一組の電極と、電極に電解用電流を供給するための電源と、汚水収納槽に堆積した汚泥を汲上除去するためのエアリフトポンプ部とを備えてなることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】
エアリフトポンプ部が、汚水収納槽に配された汚泥汲上用リフト管と、このリフト管の内部に設けられてリフト管内へ圧縮空気を供給するための給気管と、この給気管に接続されて槽外に配された圧縮空気供給用ブロアとを備えてなる請求項１記載の汚水処理装置。
【請求項３】
汚水収納槽に電極を曝気するための曝気管が配され、この曝気管が、給気管から供給される圧縮空気をリフト管及び曝気管のいずれかに切り換えるための給気切換弁を介して、給気管に接続されている請求項２記載の汚水処理装置。
【請求項４】
給気切換弁が電磁弁からなり、さらに、その電磁弁の切換を定期的に指示するための制御部が設けられている請求項３記載の汚水処理装置。
【請求項５】
汚水収納槽は、底部の平面面積が上部の平面面積よりも小さくされている請求項１〜４のいずれか１つに記載の汚水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚水処理装置に関し、さらに詳しくは、屎尿廃水や生活廃水などの汚水に含まれるリン酸を電気分解により溶出した金属イオンと反応させて除去するための汚水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の汚水処理装置としては、従来、次のようなものが知られている。
【０００３】
すなわち、処理すべき汚水が収納される汚水収納槽を設け、その槽内に水不溶性リン酸塩形成金属からなる電極を一組以上配置しておき、これらの電極間に電圧を印加して電気化学的に不溶性リン酸塩形成金属イオンを汚水中に溶出させることで、リン酸を水不溶性リン酸塩にして沈殿除去するようにした装置である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような汚水処理装置においては、汚水処理の進行に伴って、有機性汚泥あるいは、金属酸化物やリン酸塩などを含んだ無機性汚泥が汚水収納槽の底に堆積していく。そして、堆積した汚泥が電極に接触すると、その接触箇所で電気的に導通が起こることで、所望の金属イオンの溶出が一部阻止されるおそれがある。
【０００５】
このような電気的導通現象が電極の多くの箇所で発生するようになると、電極の表面に不動態皮膜とよばれる耐蝕性酸化皮膜が形成される結果、水不溶性リン酸塩形成金属イオンの溶出が減少したり停止したりすること（不動態化）がある。このような不動態化が起こると、汚水中のリン酸を水不溶性リン酸塩にして除去することが困難になったり不可能になったりする。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、汚水収納槽の底に堆積した各種汚泥に起因する電気的導通現象や不動態化を防止して、汚水中のリン酸を安定的にかつ確実に除去することのできる汚水処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を沈殿除去するための鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出する少なくとも一組の電極と、電極に電解用電流を供給するための電源と、汚水収納槽に堆積した汚泥を汲上除去するためのエアリフトポンプ部とを備えてなることを特徴とする汚水処理装置が提供される。
【０００８】
汚水収納槽には、電気分解処理に供される汚水が収納される。電極は、例えば長方形板状のものが２枚一組で所定組配され、電気分解により鉄イオンまたはアルミニウムイオンを汚水収納槽に溶出する。電源は各組の電極に電気分解のための電流を供給する。
【０００９】
一組の電極は例えば、両方とも鉄（もしくはアルミニウム）電極であり、または一方が鉄（もしくはアルミニウム）電極であり他方が不溶性金属電極である。前者の場合は、所望により電極の極性反転を行うことで電極の不動態化を防止することができる。また、後者の場合は、鉄（もしくはアルミニウム）電極をアノードとし、不溶性金属電極をカソードとする。ここで、不溶性金属電極としては、例えば銀電極や白金電極などがある。また、一組の電極は例えば、把手部のある電気絶縁性スペーサなどに固定され、相互の間隔が一定に保たれているのが好ましい。
【００１０】
電気分解により汚水収納槽に溶出した鉄イオンまたはアルミニウムイオンは、汚水中のリン酸（オルトリン酸）と反応して、水不溶性リン化合物（Ｆｅ（ＯＨ）x （ＰＯ4 ）y またはＡｌ（ＯＨ）x （ＰＯ4 ）y ）となって凝集し、汚水収納槽に沈殿する。
【００１１】
エアリフトポンプ部は、従来のこの種の汚水出力槽にはなかったものであり、汚水収納槽に堆積した汚泥を、圧縮空気の吹き出しに基づくエアリフト作用によって汲上除去する。
【００１２】
このようなエアリフトポンプ部としては例えば、汚水収納槽に配された汚泥汲上用リフト管と、このリフト管の内部に設けられてリフト管内へ圧縮空気を供給するための給気管と、この給気管に接続されて槽外に配された圧縮空気供給用ブロアとを備えてなるものが用いられる。
【００１３】
このブロアから給気管を通して供給された圧縮空気は、汚水収納槽の汚水に浸漬されたリフト管の内部に吹き出される。すると、リフト管の内部に無数の細かい気泡が発生する。これらの気泡がリフト管の内部を上昇することでエアリフト作用が生じる。そして、このエアリフト作用により、汚水収納槽の底に堆積した汚泥が汚水とともにリフト管の内部を通って汲み上げられる。
【００１４】
したがって、汚水収納槽の底に堆積した各種汚泥に起因する電気的導通現象や不動態化を防止して、汚水中のリン酸を安定的にかつ確実に除去することが可能になる。
【００１５】
本発明に係る汚水処理装置は、より好ましくは、汚水収納槽に電極を曝気するための曝気管が配され、この曝気管が、エアリフトポンプ部の給気管から供給される圧縮空気をリフト管及び曝気管のいずれかに切り換えるための給気切換弁を介して、給気管に接続されている。
【００１６】
このように構成された汚水処理装置にあっては、曝気管から曝気を行うことにより電極表面が洗浄されるため、電極の不動態化を防止することができる。また、曝気管が、エアリフトポンプ部の給気管に接続されているので、エアリフトポンプ部のブロアを曝気管への給気用に使用することができる。
【００１７】
本発明に係る汚水処理装置は、前記給気切換弁が手動式切換弁から構成されていてもよいが、より好ましくは、前記給気切換弁が電磁弁からなり、さらに、その電磁弁の切換を定期的に指示するための制御部が設けられている。
【００１８】
このように構成された汚水処理装置にあっては、制御部により電磁弁の定期的切換を自動的に制御することが可能になる。
【００１９】
本発明に係る汚水処理装置は、汚水収納槽の底部の平面面積が上部の平面面積よりも小さくされているのがより好ましい。このように構成されていると、汚水収納槽の底部に堆積する汚泥を汚水収納槽の特定箇所に集めて、エアリフトポンプ部のリフト管による汲上を確実かつ容易に行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１つの実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
図１に示すように、本発明の１つの実施の形態に係る汚水処理装置Ｄ1 は、１つの汚水収納槽１と、４組の電極２・３と、各組の電極２・３に電流を供給するための直流電源１２６（図６に示す）と、４個の電極保持体４とを備えてなる。
【００２２】
図２に示すように、汚水収納槽１は平面形状がほぼ方形の箱からなり、屎尿廃水や生活廃水などの処理すべき汚水が収納される。汚水収納槽１の対向側壁の上部には、汚水流入口１ａ及び汚水流出口１ｂが形成されている。また、汚水収納槽１の深さ中間部には、左右方向に延びる２本の深さ位置決め棒５が設けられている。そして、これらの深さ位置決め棒５の内側には、縦方向に延びる合計６本の左右位置決め棒６が設けられている。
【００２３】
各組の電極２・３はいずれも長方形板状の鉄製であり、汚水中のリン酸を除去する鉄イオンを電気分解により溶出させる。図３及び図４に拡大して示すように、一組の電極２・３は、これらの上端に取り付けられた塩化ビニル樹脂製の電気絶縁性スペーサ７により、それらの間隔が一定に保たれている。スペーサ７には把手部７ａが設けられている。
【００２４】
電極２・３の上端には接続用端子８が設けられている。これらの端子８はリード線９を介してコネクタ１０に接続されている。コネクタ１０は前記電源に接続される。なお、一組の電極２・３と、１つのスペーサ７と、２つの端子８と、２つのリード線９と、１つのコネクタ１０とからなる集合体を説明の便宜上、電極体１１と称する。
【００２５】
図３及び図４に拡大して示すように、電極保持体４は、平面形状が長方形の箱状のものであり、ポリプロピレン樹脂製である。電極保持体４の左右両側壁は、隣り合う電極保持体４どうしを仕切るための電気絶縁性仕切板４ａにされている。電極保持体４の前後両端は、ともに長方形の汚水流入口４ｂ及び汚水流出口４ｃにされている。
【００２６】
また、電極保持体４の上下両面は、周縁部を残して中央が長方形に切り欠かれて、それぞれ電極着脱口４ｄ及び曝気口４ｅにされている。さらに、電極保持体４の左右幅（２つの仕切板４ａの外面どうしの間隔）は、汚水収納槽１内における、隣り合う２つの左右位置決め棒６どうしの間隔にほぼ等しくされている。
なお、電極保持体４の上面における２つの円形孔４ｆは、スペーサ７を電極保持体４の上面にネジ止めするためのものである。
【００２７】
このように構成された電極保持体４は、汚水収納槽１内に取出し可能に配される。すなわち、槽内に設けられた深さ位置決め棒５及び左右位置決め棒６により定位置にゆるやかに固定される。
【００２８】
また、電極体１１は、電極保持体４に電極着脱口４ｄから嵌め込まれてスペーサ７が電極保持体４にネジ止めされることで、電極保持体４に着脱可能に保持される。したがって、電極２・３の点検や交換の作業を簡単かつ短時間に行うことができる。また、一組の電極２・３及び電極保持体４の２つの仕切板４ａは、互いに平行になっている。したがって、電極保持体４内の汚水中のＳＳは各電極２・３の電極面に沿って汚水流入口４ａから汚水流出口４ｂの方へ滞りなく流れる。
【００２９】
図１及び図２に示すように、汚水収納槽１は、その深さ中間部から底部１ｃへかけて、逆四角錐台状に細くなるように構成されている。すなわち、その底部１ｃは、汚水収納槽１の上部開口１ｄの１つの隅の直下に位置するように、かつ底部１ｃの平面面積が上部開口１ｄの平面面積の数分の１程度に小さくなるようにされている。
【００３０】
汚水収納槽１は、汚水収納槽１の底部１ｃに堆積した汚泥を汲上除去するためのエアリフトポンプ部２０を備えている。エアリフトポンプ部２０は、汚水収納槽１の前記１つの隅から底部１ｃにかけて配された汚泥汲上用リフト管２１と、リフト管２１の内部に設けられてリフト管２１内へ圧縮空気を供給するための給気管２２と、給気管２２に接続されて槽外に配された圧縮空気供給用ブロア２３（図６に示す）とを備えてなる。
【００３１】
ブロア２３から給気管２２を通して供給された圧縮空気は、汚水収納槽１の汚水に浸漬されたリフト管２１の内部に吹き出される。すると、リフト管２１の内部に無数の細かい気泡が発生する。これらの気泡がリフト管２１の内部を上昇することでエアリフト作用が生じる。そして、このエアリフト作用により、汚水収納槽１の底部１ｃに堆積した汚泥が汚水とともにリフト管２１の内部を通って汲み上げられる。
【００３２】
図１、図２及び図５に示すように、汚水収納槽１には電極２・３を曝気するための曝気管１２が配されている。この曝気管１２は、電極保持体４の下方に位置するように、汚水収納槽１の深さ中間部を対角線状に横断して配されて、給気切換弁２４を介して給気管２２に接続されている。給気切換弁２４は電磁弁からなり、エアリフトポンプ部２０のブロア２３から給気管２２を経て供給される圧縮空気をリフト管２１及び曝気管１２のいずれかに切り換える。この切り換えは後記の制御部１２５により行われる。
【００３３】
電極保持体４の曝気口４ｅを通して曝気管１２から曝気を行うことにより、電極２・３及び仕切板４ａの洗浄の効果をいっそう上げることができる。
【００３４】
図６に示すように、この汚水処理装置Ｄ1 は小型合併処理浄化槽１０１に組み込まれている。
【００３５】
浄化槽１０１の内部は、屎尿廃水と生活廃水との混合した汚水が流入する流入管１０２の側から、汚水処理ずみの水を外部へ放流する放流管１０３の側にかけて、汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造にされている。１０４は流入管１０２側の最前部に区画形成された第１嫌気濾床槽である。この第１嫌気濾床槽１０４では、屎尿廃水や生活廃水の中に混入していて浄化処理できない夾雑物を沈澱分離させて除去する。
【００３６】
第１嫌気濾床槽１０４には嫌気性微生物の濾床である第１嫌気濾床１０５が設けられており、第１嫌気濾床１０５に微生物を棲息させることで嫌気処理を行うようにされている。第１嫌気濾床１０５は、流入水や逆洗廃水が一時的に流入した際の水流によって沈澱物が巻き上げられて浮遊物質となって次の槽へ流出するのを抑えて、次の槽の負荷を下げることができる。
【００３７】
１０６は第１嫌気濾床槽１０４に隣接して区画形成された次の第２嫌気濾床槽である。第２嫌気濾床槽１０６では、第２嫌気濾床１０７に嫌気性微生物を棲息させることで嫌気処理を行うようにされている。
【００３８】
１０８は第２嫌気濾床槽１０６に隣接して区画形成された次の生物膜濾過槽である。第１嫌気濾床槽１０４と第２嫌気濾床槽１０６とは垂直な隔壁１０９で仕切られている。隔壁１０９の上部には、隔壁１０９を貫通する移流口１１０が開口形成されている。そして、移流口１１０に移流管１１１が嵌められている。第２嫌気濾床槽１０６と次の生物膜濾過槽１０８とは垂直な隔壁１１２で仕切られている。隔壁１１２の上部には、隔壁１１２を貫通する移流口１１３が開口形成されている。そして、移流口１１３に移流管１１４が嵌められている。
【００３９】
第１嫌気濾床槽１０４から移流管１１１を通って第２嫌気濾床槽１０６へ移流してきた汚水は、第２嫌気濾床１０７を下降流で通過した後、移流管１１４を通って次の生物膜濾過槽１０８へ送り込まれる。
【００４０】
第２嫌気濾床槽１０６に設けられた第２嫌気濾床１０７により、ある程度のＳＳが捕捉される。捕捉されたＳＳは、徐々に嫌気分解されて溶解性のものになっていったり、第２嫌気濾床槽１０６の底に汚泥として貯留されたりする。また、第２嫌気濾床１０７では有機性の窒素がアンモニア性の窒素に嫌気分解される。
【００４１】
生物膜濾過槽１０８には、好気性微生物の濾床である好気濾床１１５が設けられており、好気濾床１１５に好気性微生物を棲息させることで好気処理を行うようにされている。生物膜濾過槽１０８の底部付近には、曝気装置の曝気管１１６が横設状態に配されている。曝気装置は、曝気管１１６から空気を吹き出すことで、生物膜濾過槽１０８の好気濾床１１５に棲息する好気性微生物に酸素を供給する。
【００４２】
１１７は生物膜濾過槽１０８に隣接して区画形成された次の処理水槽である。処理水槽１１７では、生物膜濾過槽１０８で好気処理され、濾過されて移流してきた処理水を静置貯蔵する。
【００４３】
１１８は処理水槽１１７の上部に区画形成された消毒槽である。消毒槽１１８は、処理水槽１１７で処理された後の上澄み水を消毒処理して、放流管１０３から外部へ排出するようにされている。
【００４４】
生物膜濾過槽１０８と次の処理水槽１１７との間には垂直な隔壁１１９で仕切られている。隔壁１１９の上部には、隔壁１１９を貫通する移流口１２０が開口形成されている。そして、移流口１２０に移流管１２１が嵌められている。第２嫌気濾床槽１０６から移流管１１４を通って生物膜濾過槽１０８へ移流してきた汚水は、好気濾床１１５を下降流で通過した後、移流管１２１を通って次の処理水槽１１７へ送り込まれる。
【００４５】
処理水槽１１７の上部から第１嫌気濾床槽１０４の上部にかけて、処理水中の上澄み水を返送するための返送管１２２が配されている。そして、処理水槽１１７からリフト管１２３により汲み上げられた上澄み水は、分水計量装置１２４、返送管１２２を経て汚水処理装置Ｄ1 に送られてリン除去処理に供された後に、第１嫌気濾床槽１０４へ戻される。
【００４６】
図６において、１２５は汚水処理装置Ｄ1 が備えている制御部を、１２６は直流電源をそれぞれ示している。電源１２６は、汚水収納槽１の内部に配された電極２・３に電気分解のための電流を供給する。
【００４７】
浄化槽１０１に流入する汚水の量を１日１２００リットルとし、浄化槽１０１内の循環流量は６０００リットルとする。このとき、汚水収納槽１の内部に配された電極２・３には電流を１２０〜２４００ｍＡの範囲内の一定値だけ流す。各電極体１１の電極間距離は２５ｍｍとされ、電極間電圧は常にモニターできるようにされている。
【００４８】
制御部１２５は、前記鉄イオン溶出のために電解する際の電流密度を常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内の一定値に維持して定電流電解を行うように、また３０分間〜１５日間ごとに１回の極性反転を指示するように、制御する。電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ2 に満たないときは不動態化が起こり、５．０ｍＡ／ｃｍ2 を越えたときは電極間電圧が約２５Ｖ以上になり消費電力が増大する。
【００４９】
ここでは、浄化槽１０１の運転開始から３ヶ月間、制御部１２５により電流密度を常に０．５ｍＡ／ｃｍ2 に維持して、また６時間ごとに１回の極性反転をしながら定電流電解が行われた。
【００５０】
制御部１２５はまた、電磁弁からなる給気切換弁２４の切換を定期的に（例えば１〜６ヶ月に１回）指示するように構成されている。すなわち、制御部１２５は、浄化槽１０１の運転開始とともに、ブロア２３からの圧縮空気を曝気管１２の方へ供給されるように給気切換弁２４を制御する。そして、運転開始から１〜６ヶ月経過時には、制御部１２５が給気切換弁２４を切り換えて、リフト管２１内へ圧縮空気を供給するように自動制御する。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を沈殿除去するための鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出する少なくとも一組の電極と、電極に電解用電流を供給するための電源と、汚水収納槽に堆積した汚泥を汲上除去するためのエアリフトポンプ部とを備えてなる。したがって、このようなエアリフトポンプ部により、汚水収納槽に堆積した汚泥を圧縮空気の吹き出しに基づくエアリフト作用によって汲上除去することができるので、汚水収納槽の底に堆積した各種汚泥に起因する電気的導通現象や不動態化を防止して、汚水中のリン酸を安定的にかつ確実に除去することができる。
【００５２】
請求項２記載の発明によれば、エアリフトポンプ部が、汚水収納槽に配された汚泥汲上用リフト管と、このリフト管の内部に設けられてリフト管内へ圧縮空気を供給するための給気管と、この給気管に接続されて槽外に配された圧縮空気供給用ブロアとを備えてなる。したがって、リフト管、給気管及びブロアを備えてなる簡単な構成のエアリフトポンプ部より、請求項１記載の発明に係る前記効果をいっそう確実に奏することができる。
【００５３】
請求項３記載の発明によれば、汚水収納槽に電極を曝気するための曝気管が配され、この曝気管が、給気管から供給される圧縮空気をリフト管及び曝気管のいずれかに切り換えるための給気切換弁を介して、給気管に接続されている。したがって、請求項２記載の発明に係る前記効果に加えて、曝気管から曝気を行うことにより電極表面が洗浄されるため、電極の不動態化を防止することができる。また、曝気管が、エアリフトポンプ部の給気管に接続されているので、エアリフトポンプ部のブロアを曝気管への給気用に兼用することができる。
【００５４】
請求項４記載の発明によれば、給気切換弁が電磁弁からなり、さらに、その電磁弁の切換を定期的に指示するための制御部が設けられている。したがって、請求項３記載の発明に係る前記効果に加えて、制御部により電磁弁の定期的切換を自動的に制御することが可能になる。
【００５５】
請求項５記載の発明によれば、汚水収納槽は、底部の平面面積が上部の平面面積よりも小さくされている。したがって、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明が奏する前記効果に加えて、汚水収納槽の底部に堆積する汚泥を汚水収納槽の特定箇所に集めて、エアリフトポンプ部のリフト管による汲上を確実かつ容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１つの実施の形態に係る汚水処理装置の分解斜視図である。
【図２】図１の汚水処理装置の一部を上面から見た構成説明図である。
【図３】図１の汚水処理装置の構成部材である電極体及び電極保持体の斜視図である。
【図４】図３の電極体及び電極保持体の分解斜視図である。
【図５】図１の汚水処理装置の構成部材であるエアリフトポンプ部及び曝気管の拡大構成説明図である。
【図６】図１の汚水処理装置が組み込まれた合併処理浄化槽の内部を正面から見た拡大構成説明図である。
【符号の説明】
Ｄ1   汚水処理装置
１    汚水収納槽
１ｃ    底部
１ｄ    上部開口
２    電極
３    電極
１２    曝気管
２０    エアリフトポンプ部
２１    リフト管
２２    給気管
２３    ブロア
２４    給気切換弁
１０１    小型合併処理浄化槽
１２５    制御部
１２６    電源
【図１】
0003948823.tif 000002
【図２】
0003948823.tif 000003
【図３】
0003948823.tif 000004
【図４】
0003948823.tif 000005
【図５】
0003948823.tif 000006
【図６】
0003948823.tif 000007