(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水中のリン酸を除去するための鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出させる少なくとも一対の電極と、該電極間に供給する電流の制御を行うための制御部とを備え、汚水の前記電極に対して上流側に、汚水中のカルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度を検出するためのイオン濃度検出部が設けられていることを特徴とする脱リン処理装置。
【請求項２】
制御部が、イオン濃度検出部により検出されたカルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度に応じて、電極間に供給する電流の制御を行う請求項１記載の脱リン処理装置。
【請求項３】
電極間電圧が２５Ｖ以上になると制御部が電源ＯＦＦの指示を行う請求項１または２記載の脱リン処理装置。
【請求項４】
電源ＯＦＦになったことを報知するための報知部をさらに備え、この報知部が視覚的報知部及び聴覚的報知部のうちの少なくとも一方からなる請求項３記載の脱リン処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は脱リン処理装置に関し、さらに詳しくは、合併処理浄化槽などの汚水処理装置に組み込まれ、屎尿廃水と生活廃水との混合した汚水からリン酸を除去するための脱リン処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の脱リン処理装置としては、特開平７−１０８２９６号（Ｃ０２Ｆ  ３／３０）公報や特開平３−８９９９８号（Ｃ０２Ｆ  ３／１２，１／５８，１１／００）公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
前者は、嫌気濾床槽または沈殿分離槽と、ばっ気槽と、沈殿槽と、消毒槽とを、この順に配置した汚水処理装置において、ばっ気槽内の汚水をポンプによって汲み上げ、鉄溶解装置を介して嫌気濾床槽または沈殿分離槽に戻すようにしたものである。
【０００４】
後者は、流量調整槽または沈殿分離槽などの液受槽と、生物処理槽と、汚泥濃縮槽とを備え、生物処理槽から液受槽に至る経路の少なくとも１箇所に、不溶性リン酸塩形成金属とそれよりも貴なる金属を導通状態に配置し、あるいは不溶性リン酸塩形成金属を一対以上配置するとともにそれらの間に電圧を印加して、電気化学的に不溶性リン酸形成金属イオンを液中（汚水中）に供給してリンを除去するようにした装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これらにあっては、汚水中のリン酸量が一定である場合でも汚水中に含まれる成分によってリン酸の除去率が大きく変動し、安定した脱リン処理を行うことが困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明者らは、その原因を種々検討し研究を重ねた結果、リン酸の除去率は汚水中のカルシウムイオンまたはマグネシウムイオンの濃度と密接な関係があることに気づいた。すなわち、汚水中のカルシウムイオンまたはマグネシウムイオンの濃度が一定濃度より低い場合には、前記鉄溶解装置で溶解した鉄イオンや前記不溶性リン酸形成金属イオンと汚水中のリン酸との反応が低下し、リン酸の除去率が大幅に低下することに気づいた。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、汚水中のカルシウムイオンまたはマグネシウムイオンの濃度を検出して、安定した脱リン処理を行う上でその検出濃度を１つの指標にすることができる脱リン除去装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、汚水中のリン酸を除去するための鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出させる少なくとも一対の電極と、該電極間に供給する電流の制御を行うための制御部とを備え、汚水の前記電極に対して上流側に、汚水中のカルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度を検出するためのイオン濃度検出部が設けられていることを特徴とする脱リン処理装置が提供される。
【０００９】
電極は、少なくとも一対配され、電気分解により鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出する。これらのイオンは、汚水中のリン酸（オルトリン酸）と反応して、難溶性リン化合物（Ｆｅ（ＯＨ）x（ＰＯ4）yまたはＡｌ（ＯＨ）x（ＰＯ4）y）となって凝集し沈殿する。電極間には電気分解のための電流が供給される。所望により設けられる制御部は、電極間に供給する電流の制御を行うことにより、前記イオンの溶出量を制御する。
【００１０】
一対の電極は例えば、両方とも鉄及びアルミニウムのうちの１つから、または一方が鉄及びアルミニウムのうちの１つから他方が不溶性金属から構成される。前者の場合は、所望により電極の極性反転を行うことで、電極からのイオン溶出が起こらなくなる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、鉄及びアルミニウムのうちの１つから構成された電極を陽極とし、不溶性金属から構成された電極を陰極とする。ここで、不溶性金属から構成された電極としては、例えば銀や白金などの電極がある。
【００１１】
本発明に係る脱リン処理装置にはさらに、制御部とイオン濃度検出部が設けられている。
【００１２】
制御部は少なくとも、電極間に供給する電流の制御を行うが、所望により他の制御も行うように構成されてもよい。
【００１３】
イオン濃度検出部は汚水の電極に対して上流側に設けられ、汚水中のカルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度を検出する。このようなイオン濃度検出部としては例えば、汚水を一時的に溜めるための検出槽と、この検出槽に配されたカルシウムイオン選択性電極及び／またはマグネシウムイオン選択性電極とを構成要素としてフローセル型イオンセンサが用いられる。
【００１４】
このイオン濃度検出部により検出されたカルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度は、例えば、安定した脱リン処理を行う上で１つの指標にされる。すなわち、制御部が、検出されたイオンの濃度に応じて、溶出槽の汚水中へ溶出させる鉄イオンまたはアルミニウムイオンの量を変化させる、というように利用される。
【００１５】
制御部がそのように構成されている場合は、鉄イオンまたはアルミニウムイオンの溶出量を調節することができるので、カルシウムイオンまたはマグネシウムイオンの濃度に関係なく、リン酸の除去率を所望値にすることが可能になる。
【００１６】
本発明に係る脱リン処理装置は、電極間電圧が２５Ｖ以上になると制御部が電源ＯＦＦの指示を行うように構成されているのがいっそう好ましい。このように構成されている場合は、電極の表面積が消耗することに伴って電極間電圧がかなり高い値まで上昇して感電するというおそれを防止することができる。
【００１７】
本発明に係る脱リン処理装置は、電極間電圧が２５Ｖ以上になることで電源ＯＦＦになったことを報知するための報知部をさらに備えているのが好ましい。この報知部としては、ＬＥＤランプなどの視覚的報知部やブザーなどの聴覚的報知部の両方または一方からなる。
【００１８】
このように構成されている場合は、制御部が報知部に電源ＯＦＦの報知をするような指示を出力して脱リン処理装置の使用者に知らせる。この使用者から連絡を受けた管理者（施工業者や保守管理業者など）が電極を点検しその取り換えや保守などをすることで、イオン溶出を継続することができる。
【００１９】
【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。
【００２０】
図１に示すように、本発明の１つの実施の形態に係る脱リン処理装置Ｄは、小型合併処理浄化槽１に組み込まれて用いられている。
【００２１】
この浄化槽１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２の側から、汚水処理ずみの水を外部へ放流する放流管３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。
【００２２】
４は流入管２側の最前部に区画形成された夾雑物除去槽である。この夾雑物除去槽４では、屎尿廃水や生活廃水の中に混入されていて浄化処理できない夾雑物を沈殿分離させて除去する。
【００２３】
夾雑物除去槽４の流入管２側には流入ガイド５が区画形成されている。この流入ガイド５と流入管２との間には、流入水を夾雑物除去槽４の下方へ向かって案内する角筒状あるいは円筒状の降流通路６が形成されている。
【００２４】
また、夾雑物除去槽４には嫌気性微生物の濾床である嫌気濾床７が設けられており、その嫌気濾床７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。嫌気濾床７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殿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。
【００２５】
８は夾雑物除去槽４に隣接して区画形成された次の嫌気濾床槽である。この嫌気濾床槽８では、嫌気濾床９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。
【００２６】
１０は嫌気濾床槽８に隣接して区画形成された次の好気濾床槽である。この好気濾床槽１０には好気性微生物の濾床である好気濾床１１が設けられており、その好気濾床１１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。
【００２７】
１２は好気濾床槽１０に隣接して区画形成された次の沈殿槽である。この沈殿槽１２では、好気濾床槽１０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。
【００２８】
１３は沈殿槽１２の上部に区画形成された消毒槽である。この消毒槽１３は通常、沈殿槽１２で処理された後の上澄み水を消毒処理して、放流管３から外部へ排出するようにされている。
【００２９】
夾雑物除去槽４と嫌気濾床槽８とは垂直な隔壁１４で仕切られている。この隔壁１４の上部には、隔壁１４を貫通する移流口１５が開口形成されている。そして、この移流口１５に角筒状あるいは円筒状の移流管１６が嵌められている。この移流管１６は、その下端が夾雑物処理槽４の嫌気濾床７の下部に位置しており、清掃口を兼ねている。
【００３０】
嫌気濾床槽８と次の好気濾床槽１０とは中間隔壁１７で仕切られている。この中間隔壁１７の嫌気濾床槽８側には上昇流通路１８が固定状に設けられている。夾雑物除去槽４から移流管１６を通って嫌気濾床槽８へ移流してきた汚水は、嫌気濾床９を下降流で通過した後、上昇流通路１８を通って上昇し、好気濾床槽１０に流入する。
【００３１】
嫌気濾床槽８における嫌気濾床９で、ある程度の浮遊物質（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、嫌気濾床槽８の底に汚泥として貯留されたりする。また、嫌気濾床９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。
【００３２】
好気濾床槽１０の底部付近には、散気装置２１の散気管２２が横設状態に配されている。この散気装置２１は、その散気管２２から空気を吹き出すことで、好気濾床槽１０の好気濾床１１に棲息する好気性微生物に対する酸素供給機能を果す。
【００３３】
好気濾床槽１０における好気濾床１１には濾材が配置してあり、この濾材に付着した微生物が、ＢＯＤ成分等を分解したりＳＳ化したりして濾材に捕捉する。好気濾床槽１０は物理的な濾過作用も有しており、ここでもＳＳを捕捉する。また、好気濾床槽１０では、窒素を硝酸に変える硝酸菌や亜硝酸菌の働きでアンモニア性窒素を硝酸性窒素に変える。
【００３４】
好気濾床槽１０と次の沈殿槽１２との間には隔壁２３が設けられている。この隔壁２３の下部には連通部２４が設けられている。そして、この連通部２４により、好気濾床槽１０と沈殿槽１２とは連通している。
【００３５】
沈殿槽１２では、連通部２４を通して好気濾床槽１０から流入した処理水が沈殿物と上澄み水とに分離される。沈殿槽１２の底部は、そこに堆積した沈殿物を連通部２４を通して好気濾床槽１０へ戻すために、一定角度で傾斜した構造にされている。
【００３６】
好気濾床槽１０の底部と夾雑物除去槽４の上部とは、垂直部２５ａと水平部２５ｂとからなるＬ字状の第１返送管２５により連通している。第１返送管２５の垂直部２５ａの内側には第１給気管３１ａが配されている。
【００３７】
この第１給気管３１ａは、エアリフトポンプ２９を構成する槽外のブロア３０に、エアリフト用給気管３１を介して接続されている。そして、ブロア３０から供給された空気を第１給気管３１ａから吹き出すことにより、好気濾床槽１０の底部に堆積した汚泥を第１返送管２５に吸い込んで、夾雑物除去槽４へ戻すようになっている。
【００３８】
一方、沈殿槽１２における処理水中の上澄み水は、リフト管３２の内部に配されかつ給気管３１に連通する第２給気管３１ｂから吹き出される空気によって、リフト管３２から汲み上げられる。なお、第１給気管３１ａと第２給気管３１ｂとは切換弁により、いずれか一方に切り換えできるようにされている。
【００３９】
沈殿槽１２の上部から夾雑物除去槽４の上部にかけて、処理水中の上澄み水を常時返送するための循環路２６が設けられている。この循環路２６には、沈殿槽１２から水の流れの順に、分水計量装置２７、脱リン処理装置Ｄ、夾雑物除去槽への流入口２８が設けられている。そして、リフト管３２から汲み上げられた前記上澄み水は、分水計量装置２７、脱リン処理装置Ｄを経た後に、循環路２６を介して夾雑物除去槽４の降流通路６の上部に戻される。
【００４０】
分水計量装置２７は沈殿槽１２の上部に設置され、正・背面板部と左右の側面板部と底板部とから矩形箱状の有底構造に一体形成されている。この箱内部は、流入室と、分水室と、両者の間の中間室とに区画されている。
【００４１】
流入室には、エアリフトポンプ２９のリフト管３２から汲み上げられた前記上澄み水を流入させる流入管が設置されている。流入室と中間室とは、下部側を連通可能に開口形成した隔壁で仕切られ、流入室に流入した処理水を潜流させて中間室へ移流させるようにしている。
【００４２】
分水室は、第１分水室と第２分水室との２室に区分されている。そして、第１分水室と中間室との隔壁は、下端が底板に固定され上端がＶ字状に開放されている。第２分水室と中間室との隔壁は、下端が底板に固定され上端が凹字状に開放されている。そして、この凹字状に開放された隔壁には、その開放寸法を調節することのできる溢流堰板が取り付けられている。
【００４３】
第１分水室には、処理水を循環路２６へ流出させるための流出管３７が接続され、第２分水室には、処理水を好気濾床槽１０へ流出させるための流出管が接続されている。したがって、流入室に流入した処理水は、中間室を経て、溢流堰板の高さ調整により、２つの分水室で循環路２６と好気濾床槽１０とへ分水される。
【００４４】
図２に拡大して示すように、脱リン処理装置Ｄは、溶出槽３９と、この溶出槽３９の内部にほぼ鉛直に配された長方形板状の１組（一対）の鉄電極４０・４１と、これらの電極４０・４１間に電流を供給する電気分解用の直流電源４２と、制御部４３と、スイッチ４４と、ばっ気管４５と、ばっ気用ブロア４６とを備えている。なお、電極４０・４１は陽極も陰極もともに鉄が用いられている。
【００４５】
溶出槽３９には、流出管３７から流出し、後述の検出槽４９と流入管４８とを通って流入した処理水が溜められる。１組の鉄電極４０・４１は、電気分解によりリン酸と反応する鉄イオンを溶出させる。制御部４３は、これらの電極４０・４１間に供給する電流の制御を行うことにより溶出槽３９での前記イオンの溶出量を制御する。制御部４３はまた、電極４０・４１間の電圧が２５Ｖ以上になると電源４２のＯＦＦとブロア４６のＯＦＦとを指示する。
【００４６】
ばっ気管４５は溶出槽３９内に配されており、電極４０・４１にばっ気を行うことにより、電極４０・４１の表面を洗浄しあるいは溶出槽３９における処理水の攪拌を行う。ばっ気用ブロア４６は溶出槽３９外に配されており、ばっ気管４５に給気を行う。
【００４７】
溶出槽３９は、好気濾床槽１０の上部に設けられており、正・背面板部と左右の側面板部と底板部とから矩形箱状の有底構造に一体形成されている。正・背面板部にはそれぞれ、流入管部と流出管部が設けられている。
【００４８】
図２に示すように、溶出槽３９のすぐ上流側にはイオン濃度検出部としてのフローセル型イオンセンサ４７が設けられている。このイオンセンサ４７は、溶出槽３９へ流入する前の処理水中のカルシウムイオン濃度を検出するためものである。そして、イオンセンサ４７は、流入管４８を介して溶出槽３９に連なりかつ溶出槽３９へ流入する前の処理水を一時的に溜めるための検出槽４９と、この検出槽４９に配されたカルシウムイオン選択性電極５０とを構成要素として含む。
【００４９】
制御部４３はさらに、イオンセンサ４７により検出されたカルシウムイオン濃度に応じて、電極４０・４１間に供給する電流を制御し、溶出槽３９の処理水中へ溶出させる鉄イオンの量を変化させる。
【００５０】
脱リン処理装置Ｄにはさらに、ＬＥＤランプからなる視覚的報知部５１が設けられている。この報知部５１は、電極４０・４１間の電圧が２５Ｖ以上になることで電源４２がＯＦＦになったことを報知するためのものである。
【００５１】
このように構成された脱リン処理装置Ｄにおいて、制御部４３はイオンセンサ４７により検出されたカルシウムイオン濃度に応じて、溶出槽３９の処理水中へ溶出させる鉄イオンの量を変化させる。そして、電極４０・４１間の電圧が２５Ｖ以上になると、制御部４３が、電源４２のＯＦＦを指示するとともに報知部５１に報知の指示を与えて脱リン処理装置Ｄの使用者に知らせる。
【００５２】
この使用者から連絡を受けた管理者（施工業者や保守管理業者など）が電極４０・４１を点検しその取り換えや保守などをすることで、適切なイオン溶出を継続することができる。
【００５３】
図３に基づいてさらに詳しく説明する。溶出槽３９の処理水収容容積は５００ミリリットルである。この溶出槽３９へ流入する処理水の流量を０．５リットル／分とし、リン酸イオン濃度を１５ｍｇ／リットル（全リン濃度Ｔ−Ｐでは５ｍｇ／リットル）として行う。処理水が検出槽４９へ流入すると、電極４０・４１とばっ気用ブロア４６とに通電が行われる（ＳＴＡＲＴ）。
【００５４】
そして、イオンセンサ４７により、検出槽４９における処理水中のカルシウムイオン濃度が測定される。測定されたカルシウムイオン濃度が２ｍｇ／ｌ（リットル）を超えていれば（Ｃａイオン濃度≦２ｍｇ／ｌでなければ）、鉄イオン溶出量を抑制する（通常運転）。すなわち、モル比がＦｅ／Ｐ＝１．５になるように電極４０・４１に電流（定電流）を３８１ｍＡ流す。このとき、電極４０・４１の極性は３０分ごとに反転させる。
【００５５】
このようにすることで、電気代を節約することができるとともに、電極４０・４１の消耗を抑制して、溶出槽３９から流出した処理水のリン除去率を９０％以上にすることができた。
【００５６】
一方、測定されたカルシウムイオン濃度が２ｍｇ／ｌ以下であれば（Ｃａイオン濃度≦２ｍｇ／ｌであれば）、特別運転を行う。すなわち、モル比がＦｅ／Ｐ＝５．０になるように電極４０・４１に電流（定電流）を約１．３Ａ流す。このときも電極４０・４１の極性は３０分ごとに反転させる。
【００５７】
このようにすることで、溶出槽３９から流出した処理水のリン除去率を９０％以上にすることができた。
【００５８】
通常運転の場合も特別運転の場合も、一定時間経過後に電極４０・４１間の電圧すなわち電解電圧が測定される。
【００５９】
この電圧測定値が２５Ｖ未満のときには、検出槽４９における処理水中の次のカルシウムイオン濃度測定が行われる。一方、２５Ｖ以上のときには、制御部４３が電源４２のＯＦＦとブロア４６のＯＦＦとを指示する。制御部４３はまた、報知部４９に指示を与えることで、ＬＥＤランプを点灯させて使用者に知らせる（警告）。
【００６０】
溶出槽３９では電極４０・４１から鉄イオンＦｅ2+が溶解し、ばっ気管４５により酸素を処理水中に供給する。Ｆｅ2+は、溶存酸素を利用して酸化処理されてＦｅ3+になりながら夾雑物除去槽４へ送られ、オルトリン酸ＰＯ43-と反応して難溶性のリン酸鉄塩Ｆｅ（ＯＨ）x （ＰＯ4 ）y となる。そして、このリン酸鉄塩Ｆｅ（ＯＨ）x （ＰＯ4 ）y は、夾雑物除去槽４に存在するＳＳ分を核にして凝集し、大きなフロックになり、沈殿して槽底部に堆積する。
【００６１】
夾雑物除去槽４の槽底部に堆積した、脱リン汚泥分を含む夾雑物は、夾雑物除去槽４の嫌気濾床７のない部分から、バキュームカーにより定期的に（通常、１年当たり１回程度の割合で）汲み出される。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、イオン濃度検出部により検出されたカルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度を、例えば、安定した脱リン処理を行う上で１つの指標にすることが可能になる。
【００６３】
請求項２記載の発明によれば、制御部が、イオン濃度検出部により検出されたカルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度に応じて、電極間に供給する電流の制御を行う。したがって、カルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度に応じて、鉄イオンまたはアルミニウムイオンの溶出量を調節することができ、電気代を節約することができるとともに、電極の消耗を抑制して、リン酸の除去率を所望値にすることが可能になる。
【００６４】
請求項３記載の発明によれば、電極間電圧が２５Ｖ以上になると制御部が電源ＯＦＦの指示を行うようにされているので、電極の表面積が消耗することに伴って電極間電圧が上昇して感電するというおそれを防止することができる。
【００６５】
請求項４記載の発明によれば、電源ＯＦＦになったことを報知するための報知部をさらに備え、この報知部が視覚的報知部及び聴覚的報知部のうちの少なくとも一方からなるので、制御部が報知部に電源ＯＦＦの報知をするような指示を出力して脱リン処理装置の使用者に知らせ、この使用者から連絡を受けた管理者が電極を点検しその取り換えや保守などをすることで、イオン溶出を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１つの実施の態様に係る脱リン処理装置が組み込まれた小型合併処理浄化槽の垂直縦断面図である。
【図２】図１の脱リン処理装置の一部を拡大した垂直横断面図である。
【図３】図１の脱リン処理装置の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
３９    溶出槽
４０    電極
４１    電極
４２    電源
４３    制御部
４７    イオンセンサ（イオン濃度検出部）
４９    検出槽
５０    カルシウムイオン選択性電極
５１    報知部
【図１】
0003883645.tif 000002
【図２】
0003883645.tif 000003
【図３】
0003883645.tif 000004