(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた第１の電極対とを含み、
前記第１の電極対の陰極は、両性金属を含む合金からなる第１の部材であって、
さらに、前記第１の部材は、銅を主成分とする合金であり、
前記第１の電極対の陽極は、前記第１の部材により前記被処理水中の窒素酸化物が還元されて生成したアンモニウムイオンを酸化する、水処理装置。
【請求項２】
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた第１の電極対とを含み、
前記第１の電極対の陰極は、当該陰極内の成分が溶出し、前記収容部内の、凝集剤として作用する水に不溶性の化合物を生成する金属を含む合金からなる第１の部材であって、
さらに、前記第１の部材は、銅を主成分とする合金であり、
前記第１の電極対の陽極は、前記第１の部材により前記被処理水中の窒素酸化物が還元されて生成したアンモニウムイオンを酸化する、水処理装置。
【請求項３】
前記第１の部材は、銅よりもイオン化傾向の高い金属を含む合金からなる、請求項１または請求項２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記収容部内を第１の槽と第２の槽に仕切る隔膜と、
前記第１の槽内の被処理水に浸され陽極を構成する第１槽陽極と、
前記第２の槽内の被処理水に浸され陰極を構成する第２槽陰極と、
前記第１槽陽極および前記第２槽陰極に電力を供給する第１の電源とをさらに含む、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項５】
前記第２の槽内の被処理水が導入される槽であって、前記第１の槽および前記第２の槽とは異なる第３の槽と、
前記第３の槽に酸化剤を添加する酸化剤添加部とをさらに含む、請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記収容部内に、水溶液中でアルカリ金属またはアルカリ土類金属のイオンを供給するアルカリ試薬を投入する、アルカリ試薬投入部材をさらに含む、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項７】
前記収容部内のｐＨを検出するｐＨ検出部と、
前記ｐＨ検出部の検出出力に基づいて、前記アルカリ試薬投入部材による試薬の投入量を制御する投入量制御部とをさらに含む、請求項６に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記収容部内の被処理水の硝酸イオン濃度を検出するための硝酸イオン電極と、
前記第１の部材と前記硝酸イオン電極との間に設けられた遮蔽手段とをさらに含む、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項９】
前記収容部の被処理水が導入され酸化処理される水槽である流入部をさらに含む、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記第１の電極対の陽極は、ステンレス、貴金属元素を含む材料、もしくは、貴金属元素を含む材料でコーティングされた材料からなる電極、または、炭素電極である、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記第１の電極対は一定の電流を供給される、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１２】
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部内の溶液をアルカリ性にするためのアルカリ水生成部と、
前記収容部内に備えられ、銅を主成分とし、銅よりもイオン化傾向の高い金属を含む合金からなり、前記収容部内の被処理水中の窒素酸化物を還元する第１の部材とを含む、水処理装置。
【請求項１３】
前記第１の部材は、粉末状、バルク状、メッシュ状、棒状、板状、筒状、または、ポーラス状で前記収容部内に設置される、請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１４】
前記収容部内を攪拌する攪拌部材をさらに含む、請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１５】
前記収容部は、ホッパー型であり、その底部にドレインバルブを備える、請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１６】
前記収容部内の固体と液体とを分離させる分離手段をさらに含む、請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１７】
容量が前記収容部の容量以上であり、前記収容部に送り込む被処理水を貯留する、貯留槽をさらに含む、請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１８】
前記収容部内の被処理水の一部を前記貯留槽に送る送水部をさらに含む、請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１９】
前記収容部に流入する被処理水が通過する流入弁と、
前記収容部から排出される被処理水が通過する排出弁と、
前記流入弁および前記排出弁の開閉を制御する弁制御部とをさらに含む、請求項１〜請求項１８のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項２０】
前記収容部の前記第１の部材よりも上流側に、カルシウムを含有する化合物を投入するカルシウム化合物投入部をさらに含む、請求項１〜請求項１９のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項２１】
前記収容部には、生物処理後の被処理水が導入される、請求項１〜請求項２０のいずれかに記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理装置に関し、特に、被処理水中の不要な成分を除去する水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水処理装置では、地下水や家庭排水、工場排水などの被処理水に含まれる窒素酸化物含有水からの窒素酸化物の除去は、生物処理によって行なわれていた。生物処理とは、嫌気性条件下で、脱窒細菌の活動により窒素酸化物を窒素ガスに分解するものである。また、従来の水処理装置では、被処理水からリン成分を除去する際、金属イオンを被処理水内に供給するような薬剤が投入されていた。また、従来の水処理装置では、被処理水からＳＳ（Suspended Solids：浮遊物質）を除去するために、凝集剤が投入されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、脱窒細菌の活動には、被処理水に対してＢＯＤ（biochemical oxygen demand）源が必要とされるため、被処理水の処理装置に対してメタノール等の添加が必要とされ、処理装置のメンテナンスが煩雑となる、という問題があった。また、生物処理は、反応時間が長いため、工場排水のような高濃度の窒素酸化物の処理には対応が難しく、さらに、冬期の気温低下時には、脱窒細菌の活動が低下し、安定した処理が困難となっていた。また、リン成分やＳＳ成分の除去において薬剤を投入する場合、当該投入される薬剤の投入量の管理や攪拌条件、最適ｐＨの選定等、メンテナンスが煩雑であった。
【０００４】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、高い処理能力を容易にかつ安定して供給できる、水処理装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のある局面に従った水処理装置は、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた第１の電極対とを含み、前記第１の電極対の陰極は、両性金属を含む合金からなる第１の部材であることを特徴とする。
【０００６】
本発明に従うと、第１の電極対に通電されると、陰極では、両性金属（たとえば、アルミニウムまたは亜鉛）が溶出して水溶液中の陰イオンと反応することにより、凝集剤が生成される。なお、両性金属の溶出は陰極で起こるため、当該金属の電極上での不動態化を回避できる。
【０００７】
これにより、被処理水中のＳＳ成分を処理するにおいて、高い処理能力を、生物処理等を用いた水処理装置と比較して容易にかつ安定して供給できる水処理装置を提供できる。
【０００８】
本発明の他の局面に従った水処理装置は、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた第１の電極対とを含み、前記第１の電極対の陰極は、当該陰極内の成分が溶出し、前記収容部内の、凝集剤として作用する水に不溶性の化合物を生成する金属を含む合金からなる第１の部材であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に従うと、第１の電極対に通電されると、陰極では、凝集剤が生成される。
【００１０】
これにより、被処理水中のＳＳ成分を処理するにおいて、高い処理能力を、生物処理等を用いた水処理装置と比較して容易にかつ安定して供給できる水処理装置を提供できる。
【００１１】
また、本発明の水処理装置では、前記第１の部材は、銅を主成分とする合金であり、前記第１の電極対の陽極は、前記第１の部材により前記被処理水中の窒素酸化物が還元されて生成したアンモニウムイオンを酸化することが好ましい。
【００１２】
これにより、被処理水中の窒素酸化物を、生物処理を用いることなく、つまり、高い処理能力でかつ安定して、窒素ガスへと変換できる。また、生物処理よりも装置をコンパクト化できるため、既設の排水処理装置に対して窒素酸化物除去機能を追加する際にも、設置スペースの不足や莫大な改造費用等の問題が生じることを回避できる。なお、陰極における第１の部材の一部の成分の酸化により、陰極上に電子が放出されるため、陰極における窒素酸化物の還元は促進される。
【００１３】
また、本発明の水処理装置では、前記第１の部材は、銅よりもイオン化傾向の高い金属を含む合金からなることが好ましい。
【００１４】
これにより、被処理水中の窒素酸化物が効率よく窒素ガスへと変換される。
また、本発明の水処理装置では、前記収容部内を第１の槽と第２の槽に仕切る隔膜と、前記第１の槽内の被処理水に浸され陽極を構成する第１槽陽極と、前記第２の槽内の被処理水に浸され陰極を構成する第２槽陰極と、前記第１槽陽極および前記第２槽陰極に電力を供給する第１の電源とをさらに含むことが好ましい。
【００１５】
これにより、陽極上の反応と陰極上の反応が、第１の槽と第２の槽とに分けられて、それぞれ効率よく行なわれる。つまり、陰極上における窒素酸化物の還元が効率よく行なわれる。
【００１６】
また、本発明の水処理装置は、前記第２の槽内の被処理水が導入される槽であって、前記第１の槽および前記第２の槽とは異なる第３の槽と、前記第３の槽に酸化剤を添加する酸化剤添加部とをさらに含むことが好ましい。
【００１７】
これにより、第２の槽における窒素酸化物の還元に基づいて発生したアンモニウムイオンを、第３の槽で、効率良く窒素ガスへと酸化できる。
【００１８】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内に、水溶液中でアルカリ金属またはアルカリ土類金属のイオンを供給するアルカリ試薬を投入する、アルカリ試薬投入部材をさらに含むことが好ましい。
【００１９】
これにより、容易に、収容部中の被処理水を強アルカリ性にできる。これにより、陰極における、両性金属等の金属の溶出を促進できる。
【００２０】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内のｐＨを検出するｐＨ検出部と、
前記ｐＨ検出部の検出出力に基づいて、前記アルカリ試薬投入部材による試薬の投入量を制御する投入量制御部とをさらに含むことが好ましい。
【００２１】
これにより、ｐＨ検出部の検出出力を参照することにより、確実に、収容部中の被処理水を強アルカリとできるため、確実に、被処理水中の窒素酸化物の処理を行なえる。
【００２２】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内の被処理水の硝酸イオン濃度を検出するための硝酸イオン電極と、前記第１の部材と前記硝酸イオン電極との間に設けられた遮蔽手段とをさらに含むことが好ましい。
【００２３】
これにより、従来被処理水を採取してイオンクロマト装置で分析する等しなければ、電極の寿命が来て役に立たなくなっていることを認識することが難しかったが、このことを、被処理水内の硝酸イオン濃度を検出することにより、認識することができる。つまり、窒素酸化物の還元において電極または第１の部材の寿命が来ていることを容易にかつ的確に認識できることにより、より確実に被処理水における窒素酸化物の除去を行なうことができる。また、硝酸イオン電極と第１の部材との間に遮蔽部材が備えられることから、硝酸イオン電極における検出が、第１の部材が電極として用いられた際等に当該第１の電極から電気的影響を受けることを回避できる。
【００２４】
また、前記収容部の被処理水が導入され酸化処理される水槽である流入部をさらに含むことが好ましい。
【００２５】
これにより、被処理水中の窒素酸化物が還元されて生じたアンモニウムイオンを、容易にかつ確実に、窒素ガスへと酸化できる。
【００２６】
また、本発明の水処理装置は、前記第１の電極対の陽極は、ステンレス、貴金属元素を含む材料、もしくは、貴金属元素を含む材料でコーティングされた材料からなる電極、または、炭素電極であることが好ましい。
【００２７】
また、本発明の水処理装置は、前記第１の電極対は一定の電流を供給されることが好ましい。
【００２８】
本発明のさらに他の局面に従った水処理装置は、被処理水を収容する収容部と、前記収容部内の溶液を強アルカリ性にするためのアルカリ水生成部と、前記収容部内に備えられ、銅を主成分とし、銅よりもイオン化傾向の高い金属を含む合金からなり、前記収容部内の被処理水中の窒素酸化物を還元する第１の部材とを含むことを特徴とする。
【００２９】
本発明に従うと、被処理水中の窒素酸化物は、強アルカリ性溶液中で、第１の部材により窒素ガスに還元される。
【００３０】
これにより、被処理水中の窒素酸化物を、生物処理を用いることなく、つまり、高い処理能力で、安定して、窒素ガスへと変換できる。また、生物処理よりも、装置をコンパクト化できるため、既設の排水処理装置に対して窒素除去機能を追加する際にも、設置スペースの不足や莫大な改造費用等の問題が生じることを回避できる。
【００３１】
また、本発明の水処理装置では、前記第１の部材は、粉末状、バルク状、メッシュ状、棒状または板状で前記収容部内に設置されることが好ましい。
【００３２】
これにより、第１の部材の、体積当たりの表面積が大きくなるため、より確実に、被処理水中の窒素酸化物が還元される。
【００３３】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内を攪拌する攪拌部材をさらに含むことが好ましい。
【００３４】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部は、ホッパー型であり、その底部にドレインバルブを備えることが好ましい。
【００３５】
これにより、収容部において発生した水に不溶性の化合物を、速やかに電極付近から除去できるため、当該化合物が電極における電解の妨げとなることを回避できる。
【００３６】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内の固体と液体とを分離させる分離手段をさらに含むことが好ましい。
【００３７】
これにより、収容部において発生した水に不溶性の化合物を、容易に電極付近から除去できるため、当該化合物が電極における電解の妨げとなることを回避できる。
【００３８】
また、本発明の水処理装置は、容量が前記収容部の容量以上であり、前記収容部に送り込む被処理水を貯留する、貯留槽をさらに含むことが好ましい。
【００３９】
これにより、安定して、収容部に被処理水を送り込むことができる。
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内の被処理水の一部を前記貯留槽に送る送水部をさらに含むことが好ましい。
【００４０】
これにより、収容部において凝集剤が生じた場合、当該凝集剤を収容部に送り込む前の被処理水に作用させることにより、収容部に送りこまれる被処理水内のＳＳ成分を割合を減らすことができる。したがって、収容部において、効果的に、被処理水に、電解反応によって生じる金属イオンを作用させることができる。
【００４１】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部に流入する被処理水が通過する流入弁と、前記収容部から排出される被処理水が通過する排出弁と、前記流入弁および前記排出弁の開閉を制御する弁制御部とをさらに含むことが好ましい。
【００４２】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部の前記第１の部材よりも上流側に、カルシウムを含有する化合物を投入するカルシウム化合物投入部をさらに含むことが好ましい。
【００４３】
これにより、被処理水中のフッ素成分を、生物処理に頼ることなく、凝集沈降させることができる。
【００４４】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部には、生物処理後の被処理水が導入されることが好ましい。
【００４５】
これにより、塩化物イオン等の、水処理装置において生成される物質であって微生物の生息に好ましくない物質が生物処理槽に導入されることを回避できる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【００４７】
［第１の実施の形態］
１．窒素除去装置の概要
図１に、本発明の水処理装置の第１の実施の形態である窒素除去装置を模式的に示す。窒素除去装置において、処理水槽１には、導入口１０，１１から被処理水が導入され、当該被処理水には、電極３，４が浸されている。導入口１０，１１からの被処理水の導入量は、それぞれ弁１０Ａ，１１Ａによって制御可能とされている。
【００４８】
処理水槽１内では、電極３，４が直流電源５から電力を供給されることにより、電極３が陽極、電極４が陰極とされて、被処理水の電気分解がなされる。電極３は、たとえば白金−イリジウム合金から構成され、電極４は、デバルダ合金等の銅を主成分とし銅よりもイオン化傾向の高い金属を含む合金から構成される。処理水槽１は、電極３が浸された領域と電極４が浸された領域を、隔膜２によって、陽極室３Ａと陰極室４Ａとに仕切られている。隔膜２は、陽イオン交換膜から構成されている。
【００４９】
陽極室３Ａ内の被処理水は、排出口１３から混合槽３０に導入され、陰極室４Ａ内の被処理水は排出口１２から混合槽３０に導入され、混合槽３０で混合される。排出口１２，１３から導入される被処理水の流量は、弁１２Ａ，１３Ａによって制御可能とされている。混合槽３０内の被処理水は、排出口３２を介して、窒素除去装置外へ排出される。排出口３２から排出される被処理水の流量は、弁３２Ａによって制御可能とされている。
【００５０】
処理水槽１には、アルカリ塩供給装置６から、管６Ａを介して、たとえば水酸化ナトリウム等のアルカリ塩が供給される。また、陰極室４Ａには、当該陰極室４Ａ内の被処理水を攪拌する攪拌器７が備えられている。なお、処理水槽１には、アルカリ塩の代わりに、アルカリ土類金属の塩が供給されても良い。
【００５１】
２．窒素除去装置における化学反応
処理水槽１内の被処理水中では、塩化ナトリウムが添加されることにより、以下の式（１），（２）の平衡が成立っている。
【００５２】
Ｈ2Ｏ  ⇔  Ｈ+＋ＯＨ-  （１）
ＮａＣｌ  ⇔  Ｎａ+＋Ｃｌ-  （２）
陽極室３Ａ内では、式（３）〜（５）に示すように、水の電気分解により酸素ガスが発生し、塩素イオンは塩素ガスとなり、塩素ガスの一部は水和して次亜塩素酸となる。
【００５３】
２Ｈ2Ｏ  →  Ｏ2↑＋４Ｈ+＋４ｅ-  （３）
２Ｃｌ-  →  Ｃｌ2↑＋２ｅ-  （４）
Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ  →  Ｈ+＋Ｃｌ-＋ＨＣｌＯ  （５）
陰極室４Ａ内では、式（６），（７）に示すように、水の電気分解により水素ガスが発生し、また、隔膜２を介して移動してきたナトリウムイオンが水酸化物イオンと反応して水酸化ナトリウムが生成される。陰極室４Ａでは、水酸化ナトリウムが生成されることにより、被処理水がアルカリ性となる。
【００５４】
２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-  →  Ｈ2↑＋２ＯＨ-  （６）
Ｎａ+＋ＯＨ-  →  ＮａＯＨ  （７）
そして、処理水槽１内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、デバルダ合金からなる電極４（陰極）表面で、亜硝酸イオンを経て（式（８）参照）、アンモニアに還元される（式（９）参照）。
【００５５】
ＮＯ3-＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ-  →  ＮＯ2-＋２ＯＨ-  （８）
ＮＯ2-＋５Ｈ2Ｏ＋６ｅ-  →  ＮＨ3＋７ＯＨ-  （９）
式（８），（９）は、下記の式（１０）のようにまとめることができる。
【００５６】
ＮＯ3-＋６Ｈ2Ｏ＋８ｅ-  →  ＮＨ3＋９ＯＨ-  （１０）
なお、式（１０）において硝酸イオンの還元に使われる電子は、デバルダ合金のアルミニウムや亜鉛が強アルカリ性で溶出するときに生成され、合金内の銅表面上で還元反応が起こると考えられる。なお、電極４が、銅と銅よりもイオン化傾向の高い金属からなる合金であって、デバルダ合金以外の場合には、式（１０）で使われる電子は、当該合金に含まれる、銅よりもイオン化傾向の高い金属が溶出する際に生成される。
【００５７】
また、処理水槽１では、ナトリウムイオンが隔膜２を介して陰極室４Ａに移動するため、上記の式（６），（７）の反応が進むにつれて、陰極室４Ａ内では、陽極室３Ａ内よりも、水位が高くなる。
【００５８】
３．被処理水の窒素除去時の窒素除去装置に対する制御
上記した化学反応に従って、処理水槽１内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、アンモニアへと還元される。
【００５９】
なお、上記の化学反応に従うと、陽極室３Ａの被処理水は酸性に、陰極室４Ａの被処理水はアルカリ性になる。
【００６０】
そこで、本実施の形態では、まず、弁１２Ａ，１３Ａを閉じた状態で、処理水槽１内に、導入口１０，１１から被処理水を導入し、アルカリ塩の投入および水の電気分解を行なう。その後、弁１２Ａ，１３Ａを開放して、陽極室３Ａの被処理水と陰極室４Ａの被処理水を、混合槽３０で混合する。
【００６１】
このように、本実施の形態の処理水槽１では、処理水槽１の被処理水を処理ごとに総入替えする、いわゆるバッチ式で被処理水の窒素除去を行なうことにより、確実に窒素酸化物を除去でき、かつ、処理後の被処理水の中和を行なえる。また、陰極室４Ａにおいて発生したアンモニアが水中でアンモニウムイオンとなるが、当該アンモニウムイオンは、混合槽３０で、陽極室３Ａにおいて発生した次亜塩素酸により窒素ガスへと酸化される。混合槽３０には、ここで発生する窒素ガスを排出する排出孔３１が形成されている。
【００６２】
被処理水１内に被処理水を導入してから弁１２，１３を開放し処理水槽１内の被処理水を入替えるタイミングは、予め定められた一定時間（１時間、２時間等）とされる。
【００６３】
４．被処理水のｐＨと窒素酸化物除去の度合いの関係
以上説明したように、本実施の形態では、陰極室４Ａ中の被処理水をアルカリ性とすることにより、被処理水中の窒素酸化物を除去する処理が進行する。このことをより具体的に示すために、被処理水のｐＨと硝酸態窒素が除去される度合いとの関係の一例を図２に示す。なお、図２は、陰極室４Ａ中の被処理水にデバルダ合金を入れ、アルカリ塩として水酸化ナトリウムを処理水槽１の陽極室３Ａに加えた場合の、継続時間（図２のグラフの横軸）に対する、各ｐＨでの被処理水中の硝酸態窒素濃度（ＮＯ3−Ｎ濃度、図２のグラフの縦軸）の変化を示す図である。なお、図２中のｐＨは、陰極室４Ａ中の被処理水のｐＨである。
【００６４】
図２によると、陰極室４Ａ中の被処理水が強アルカリ性（ｐＨ＝１１，１１．５，１２）にされることにより、継続時間に伴って硝酸態窒素の濃度が減少している。なお、ｐＨ７．３ではほとんど硝酸態窒素濃度が減少しなかったことから、陰極室４Ａ中の被処理水が強アルカリ性とされないと、硝酸態窒素の除去は行なわれないと考えられる。また、硝酸態窒素を除去できる時間は、ｐＨが高くなるほど短くなる。
【００６５】
なお、以上説明した本実施の形態では、処理水槽１の陽極室３Ａ，陰極室４Ａのそれぞれには１本の電極が浸されていたが、複数本浸されていても良い。また、陽極室３Ａ，陰極室４Ａもそれぞれ一つずつとされたが、複数設けられても良い。また、以上説明した本実施の形態において、陽極３の材料は鉄であってもよく、この場合、鉄電極から溶出する鉄イオンにより被処理水中のリンも除去可能となる。
【００６６】
また、本実施の形態の窒素除去装置が、嫌気槽、好気槽等の生物処理と併せて用いられる場合、窒素除去装置による処理は、当該生物処理の後になされることが好ましい。本実施の形態の窒素除去装置では、被処理水に塩化物イオン等、微生物の生息にあまり好ましくない化合物が発生するからである。
【００６７】
［第２の実施の形態］
図３に、本発明の第２の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【００６８】
本実施の形態の窒素除去装置は、第１の実施の形態の窒素除去装置に、ｐＨセンサ２１、攪拌器８、制御回路２０が追加されたものである。
【００６９】
ｐＨセンサ２１は、陰極室４Ａ内の被処理水のｐＨを検出するためのものである。ｐＨセンサ２１の検出出力は、制御回路２０に入力される。攪拌器８は、陽極室３Ａ内の被処理水を攪拌するものである。
【００７０】
制御回路２０は、アルカリ塩供給装置６のアルカリ塩の供給量、および、直流電源５の電力の供給量を制御できる。これにより、陰極室４ＡのｐＨが常に窒素酸化物の除去に適したものとなるように、アルカリ塩の供給量が制御され、かつ、式（１０）に示した反応量が被処理水に含まれる窒素酸化物の量に足りるものとなるように、直流電源５の供給する電力量が制御される。
【００７１】
［第３の実施の形態］
図４に、本発明の第３の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【００７２】
本実施の形態の窒素除去装置は、第２の実施の形態の窒素除去装置のｐＨセンサ２１が水位センサ２２，２３に置換されたものである。
【００７３】
水位センサ２２，２３は、それぞれ、陰極室４Ａと陽極室３Ａとの水位差を検出するためのものである。水位センサ２２，２３の検出出力は、制御回路２０に入力される。
【００７４】
陰極室４Ａと陽極室３Ａの水位差は、Ｎａ+の移動量に対応している。また、上記の式（６），（７）に示すように、Ｎａ+の移動量は、陰極室４Ａ内のＯＨ-の量に対応している。陰極室４Ａ内のＯＨ-の量は、陰極室４Ａ内のｐＨに対応している。したがって、陰極室４Ａと陽極室３Ａの水位差を検出することにより、第２の実施の形態と同様の制御が実現される。
【００７５】
なお、水位センサ２２の検出出力は、単に、陰極室４Ａ内の水位が、弁１２Ａ，１３Ａを開くべき、予め定められた水位となったか否かを判断されるために用いられる場合もある。
【００７６】
［第４の実施の形態］
図５に、本発明の第４の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【００７７】
本実施の形態の窒素除去装置では、電解槽４２は、第１の実施の形態の処理水槽１と同様に、導入口１０，１１と排出口１２とを備え、そして、排出口１２、デバルダ合金を充填されたカートリッジ４１を介して、反応槽５０に接続されている。
【００７８】
導入口１０，１１および排出口１２には、それぞれ弁１０Ａ，１１Ａ，１２Ａが備えられており、電解槽４２に導入される被処理水の流量および排出される流量が調整可能とされている。電解槽４２には、第１の実施の形態の処理水槽１と同様に、管６Ａを介して、アルカリ塩供給装置６からアルカリ塩が供給される。
【００７９】
本実施の形態の電解槽４２には、直流電源５に接続された電極３，４が備えられている。電解槽４２内で電極３，４は被処理水の電気分解に利用され、電極３は、陽極とされ、電極４は、陰極とされる。以下に、図６および図７を参照して、電極３，４の詳細な構造を説明する。電極３，４は、取っ手３Ａに取りつけられ、ケーブル３Ｂ内に、それぞれを直流電源５と接続させる配線が含まれている。電極３は、棒状であり、電極４は、電極３の外周を覆う円筒状である。また、図６では省略しているが、電極４は、メッシュ状とされている。なお、電極４は、筒状、または、ポーラス状（表面が多孔性の形状）であってもよい。
【００８０】
電極３と電極４との間には、隔壁４０が備えられている。隔壁４０は、電極３の外周を覆う円筒形状を有する。なお、隔壁４０の円筒形状は、さらに、電極３の底面を覆うように、底を有する。そして、隔壁４０は、第１の実施の形態における隔壁２と同様に作用する。
【００８１】
本実施の形態の電解槽４２では、導入口１０の先端は、電極４および隔壁４０の円筒の内側まで伸び、導入口１１の先端は、電極４の円筒の外側に位置している。これにより、導入口１０を介して導入される被処理水は、隔壁４０内部に導かれ、隔膜４０を透過できる要素のみが、隔膜４０の円筒の外側に移動する。
【００８２】
電解槽４２内の被処理水は、弁１２Ａが開放されることにより、カートリッジ４１に流出する。カートリッジ４１内では、上記した式（８），（９）の反応が進行する。そして、さらに弁５１Ａが開放されることにより、カートリッジ４１内の被処理水は、反応槽５０に流出する。
【００８３】
本実施の形態の窒素除去装置には、反応槽５０には、次亜塩素酸供給装置３３から管３３Ａを介して次亜塩素酸が供給される。これにより、反応槽５０において、式（９）の反応の生成物であるアンモニアから生じるアンモニウムイオンが酸化されて窒素ガスとされ、また、反応槽５０に導入されるアルカリ性の被処理水が中和される。反応槽５０内の被処理水は、排出口５２を介して、窒素除去装置外へ排出される。排出口５２からの排出量は、弁５２Ａによって制御できる。
【００８４】
本実施の形態の窒素除去装置においても、電解槽４２および反応槽５０内の被処理水は、一定時間ごと、または、所定条件が成立するごとに、総入れ替えされる、バッチ方式で被処理水の処理が行なわれることが好ましい。
【００８５】
また、反応槽５０に対して、次亜塩素酸を供給する代わりに、電極３，４とは別に電気分解用の電極対を設け、電気分解によってアンモニウムイオンを酸化する化合物を発生させても良いし、また、オゾンを供給してもよい。
【００８６】
また、本実施の形態では、デバルダ合金を充填されたカートリッジ４１が備えられることにより、窒素酸化物の還元がカートリッジ４１において行なわれる。したがって、本実施の形態では、陰極４は、デバルダ合金のように、それ自体で窒素酸化物を還元するような材料から構成される必要はない。
【００８７】
［第５の実施の形態］
図８に、本発明の第５の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【００８８】
本実施の形態の窒素除去装置では、処理水槽１は、導入口１０と排出口１２とを備え、内部の収容する被処理水に直流電源５に接続された電極３（陽極）と電極４（陰極）とを浸され、そして、隔膜２により陽極室３Ａと陰極室４Ａとに仕切られている。電極４は、デバルダ合金等、銅を主成分とし銅よりもイオン化傾向の大きい金属を少なくとも一種は含む合金からなる。陽極室３Ａと陰極室４Ａには、それぞれ、攪拌器７Ａ，７Ｂが備えられている。
【００８９】
処理水槽１の底部には、陰極室４Ａから陽極室３Ａへと被処理水を流すための流路３５およびポンプ３６を備えている。ポンプ３６が駆動することにより、流路３５内を、陰極室４Ａから陽極室３Ａへと矢印３５Ｘ方向に、被処理水が送られる。
【００９０】
本実施の形態の窒素除去装置では、上記した式（１）〜（９）の各反応が起こる。また、陰極室４Ａの被処理水が陽極室３Ａに送られることにより、陰極室４Ａ内で生じたアンモニウムイオンが、陽極室３Ａで窒素ガスへと酸化されると共に、陰極室４Ａ内のアルカリ性の被処理水が中和される。
【００９１】
なお、陰極室４Ａ内での被処理水の滞留時間は、図示せぬ制御回路によりポンプ３６の動作を制御することにより、制御される。
【００９２】
［第６の実施の形態］
図９に、本発明の第６の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【００９３】
本実施の形態の窒素除去装置では、第５の実施の形態の窒素除去装置において、さらに、陽極室３Ａに塩化物イオンを提供する試薬を供給する、塩化物供給装置６０が備えられている。当該試薬の供給量は、ポンプ６２により制御される。また、本実施の形態の窒素除去装置では、陰極室４Ａに塩化ナトリウム等のアルカリ塩を供給するアルカリ塩供給装置６１が備えられている。アルカリ塩供給装置６１からのアルカリ塩の供給量は、ポンプ６３により制御される。
【００９４】
［第７の実施の形態］
図１０に、本発明の第７の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【００９５】
本実施の形態の窒素除去装置では、第６の実施の形態の窒素除去装置において、さらに、陰極室４Ａに、デバルダ合金の粉末６４が備えられている。攪拌器７Ｂに攪拌されることにより、粉末６４は陰極室４Ａ内でまんべんなく存在する。また、本実施の形態の陰極室４Ａには、デバルダ合金の粉末６４が流路３５に流れこまないように、流路３５と陰極室４Ａとの境界部分に、フィルタ６５が備えられている。なお、本実施の形態では、陰極室４Ａにデバルダ合金の粉末が備えられているため、陰極である電極４は、一般の電極材料であれば、特に、材料を限定されない。そして、このような本実施の形態では、上記した式（１０）で使用される電子は、電極４ではなく、デバルダ合金の粉末６４から供給される。
【００９６】
［第８の実施の形態］
図１１に、本発明の第８の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【００９７】
本実施の形態の窒素除去装置では、第７の実施の形態の窒素除去装置において、陰極室４Ａに、デバルダ合金の粉末６４（図１０参照）の代わりに、デバルダ合金を充填されたカートリッジ６６が備えられている。カートリッジ６６には、微小な孔が形成され（図示略）、陰極室４Ａ内の被処理水が、当該孔を介して、カートリッジ６６内に入り、デバルダ合金と接触することにより、式（１０）（式（８）および式（９））が起こる。
【００９８】
なお、カートリッジ６６は、処理水槽１に対して着脱可能とされる。これにより、アルカリ性中に置かれたデバルダ合金が部分的に溶出しても、カートリッジ６６を交換することにより、新たなデバルダ合金を処理水槽１内に配置できる。
【００９９】
［第９の実施の形態］
図１２に、本発明の第９の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【０１００】
本実施の形態の窒素除去装置では、第８の実施の形態の窒素除去装置において、デバルダ合金を充填されたカートリッジ６７が、導入口１０から伸びる管に取付けられている。
【０１０１】
つまり、本実施の形態では、図１２に示すように、導入口１０から陰極室４Ａ内に管が伸び、当該管の先端に、カートリッジ６７が取付けられている。カートリッジ６７内には、導入口１０から導入される被処理水を導入される流路が形成され、また、当該流路の外周部には粒状のデバルダ合金６８が充填されている。また、カートリッジ６７の表面には、孔６７Ａ〜６７Ｆが形成されている。これにより、本実施の形態の窒素除去装置では、導入口１０から導入された被処理水は、カートリッジ６７内から、デバルダ合金６８に接触した後、孔６７Ａ〜６７Ｆから陰極室４Ａ内に放出される。
【０１０２】
［第１０の実施の形態］
図１３に、本発明の第１０の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【０１０３】
本実施の形態の窒素除去装置では、第８の実施の形態の窒素除去装置において、デバルダ合金を充填されたカートリッジ６９が、陰極室４Ａ内ではなく、処理水槽１下方の流路３５上に取付けられている。
【０１０４】
つまり、本実施の形態では、図１３に示すように、陰極室４Ａに導かれた被処理水は、当該陰極室４Ａ内で所定の反応を行なった後、ポンプ３６が動作することにより流路３５に導かれるが、その際に、カートリッジ６９内のデバルダ合金と接触する。
【０１０５】
［第１１の実施の形態］
図１４に、本発明の第１１の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【０１０６】
本実施の形態の窒素除去装置では、第６の実施の形態の窒素除去装置において、さらに、陽極室３Ａと陰極室４Ａに、それぞれｐＨセンサ７１，７２が備えられている。そして、電極３，４は、コントロール電源７０に接続されている。また、コントロール電源７０には、さらに、ｐＨセンサ７１，７２、および、ポンプ６２，６３が供給されている。そして、コントロール電源７０は、ｐＨセンサ７１，７２から入力される陽極室３Ａおよび陰極室４Ａ内の被処理水のｐＨに従って、電極３，４に供給する電力量、および、塩化物供給装置６０およびアルカリ塩供給装置６１からの物質の供給量を制御する。
【０１０７】
［第１２の実施の形態］
図１５に、本発明の第１２の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【０１０８】
本実施の形態の窒素除去装置では、第６の実施の形態の窒素除去装置において、導入口１０および排出口１２が、処理水槽１の上部に設けられていた代わりに、処理水槽１の下部に設けられている。
【０１０９】
また、処理水槽１と、導入口１０，排出口１２との間には、それぞれ、ポンプ１０Ａ，１２Ａが備えられている。ポンプ１０Ａ，１２Ａの動作を制御することにより、導入口１０から処理水槽１内への被処理水の導入量および排出口１２から処理水槽１外への被処理水の排出量を制御できる。
【０１１０】
これにより、本実施の形態では、処理水槽１内に被処理水を導入した後、被処理水の処理水槽１への導入および排出を停止し、電極３，４を用いた被処理水の電解を所定時間行なった後に、処理水槽１内の被処理水を入替える、という、いわゆるバッチ方式で被処理水の窒素酸化物除去を行なうことが可能である。
【０１１１】
［第１３の実施の形態］
図１６に、本発明の第１３の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【０１１２】
本実施の形態の窒素除去装置では、第６の実施の形態の窒素除去装置において、処理水槽１内部の全体が隔膜２によって仕切られていた代わりに処理水槽１の内部と隔膜２の上部とに隙間があり、導入口１０が処理水槽１の下部に備えられ、排出口１２の代わりに処理水槽１の下部に管７４が備えられ、また、導入口１０からの導入量を調節するためのポンプ７３が備えられている。管７４は、処理水槽１の下部から、陽極室３Ａにおける好ましい水位Ｔまで液体を保持できるよう上方に伸びた後、下方に向くよう、構成されている。
【０１１３】
これにより、本実施の形態の窒素除去装置では、まず、導入口１０から処理水槽１に被処理水が導入される。そして、電気分解が行なわれ、塩化物供給装置６０およびアルカリ塩供給装置６１から、適宜、試薬が供給されると、ナトリウムイオンが陽極室３Ａから隔壁２を介して陰極室４Ａに移動し、陽極室３Ａの水位より陰極室４Ａの水位の方が高くなる。そして、陰極室４Ａの水位が隔壁２を越えると、隔壁２を越えて、陰極室４Ａの被処理水が陽極室３Ａに移動する。そして、陰極室３Ａの水位がＴを越えると、陽極室３Ａから管７４を介して、被処理水が処理水槽１外へ排出される。
【０１１４】
［第１４の実施の形態］
図１７に、本発明の第１４の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【０１１５】
本実施の形態の窒素除去装置では、第６の実施の形態の窒素除去装置において、まず、処理水槽１内に、隔膜２の代わりに、２枚の隔膜２Ａ，２Ｂが備えられ、処理水槽１が、陽極室３Ａ、陰極室４Ａ、回収室２Ｘの３つに仕切られている。なお、隔膜２Ａは、陽イオン交換膜であり、隔膜２Ｂは、陰イオン交換膜である。そして、塩化物供給装置６０は、陽極室３Ａに塩化物イオンを供給し、アルカリ塩供給装置６１は、陰極室４Ａにアルカリ塩を供給する。
【０１１６】
また、流路３５は、陰極室４Ａと陽極室３Ａの下部をつなぐが、回収室２Ｘの下部には、導入口７７が備えられている。回収室２Ｘには、導入口７７から矢印７７Ｘ方向に従って水が導入されるが、当該導入量は、ポンプ７７Ａにより制御される。
【０１１７】
本実施の形態の窒素除去装置では、ナトリウムイオンが、陽極室３Ａから陽イオン交換樹脂である隔膜２Ａを介して回収室２Ｘに移動し、塩化物イオンが、陰極室４Ａから陰イオン交換樹脂である隔膜２Ｂを介して回収室２Ｘに移動する。つまり、回収室２Ｘでは、塩化物イオンとナトリウムイオンの濃度が、陽極室３Ａおよび陰極室４Ａよりも高くなっていると考えられる。そして、回収室２Ｘの溶液は、ポンプ７５によって揚水され、管７６を介して、アルカリ塩供給装置６１に送られる。これにより、回収室２Ｘの塩化ナトリウムを、陰極室４Ａに供給するアルカリ塩として、再利用できる。また、回収室２Ｘには、回収室２Ｘ内の溶液の塩化物イオンとナトリウムイオンとの濃度を調整することと、溶液の液面を調整するために、水が、ポンプ７７Ａによって供給される。
【０１１８】
［第１５の実施の形態］
図１８に、本発明の第１５の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。上記した第１〜第１４の実施の形態では、窒素除去装置において、被処理水に塩化ナトリウム等のアルカリ塩を添加して電気分解することにより、被処理水をアルカリ性溶液としたが、本実施の形態では、被処理水に、アルカリ性の塩を添加して、被処理水をアルカリ性溶液とする。
【０１１９】
窒素除去装置において、処理水槽８０には、導入口８０Ａから、被処理水が導入され、排出口８０Ｂから処理水が排出される。処理水槽８０は、壁８１により、第１反応槽８０Ｘと第２反応槽８０Ｙとに仕切られている。第１反応槽８０Ｘおよび第２反応槽８０Ｙには、それぞれ、内部の被処理水を攪拌するための攪拌器８４，８５が備えられている。攪拌器８４，８５は、それぞれ、モータ８４Ａ，８５Ａが動作することにより回転する。なお、壁８１付近にはカバー８３が設けられ、これにより、第１反応槽８０Ｘ内の被処理水は、矢印Ｑに従って、第２反応槽８０Ｙへと移動する。
【０１２０】
第１反応槽８０Ｘには、アルカリ性試薬供給装置９１から、たとえば水酸化ナトリウム等のアルカリ性試薬が供給される。なお、当該試薬の供給量は、制御回路９０がｐＨセンサ９３で検出される第１反応槽８０Ｘ内の被処理水のｐＨに従ってポンプ９１Ａを制御することにより、第１反応槽８０Ｘ内の被処理水が強アルカリ性となるように、調整される。
【０１２１】
また、第１反応槽８０Ｘには、デバルダ合金を充填されたカートリッジ８２が設置されている。これにより、第１反応槽８０Ｘでは、強アルカリ性溶液中で、式（１０）（式（８）および式（９））が起こり、窒素酸化物がアンモニウムイオンへとされる。
【０１２２】
第２反応槽８０Ｙ内の被処理水には、酸性試薬供給装置９２から、次亜塩素酸等の酸化剤が供給される。なお、当該酸化物の供給量は、ポンプ９２Ａを制御することにより調整される。
【０１２３】
第２反応槽８０Ｙに、第１反応槽８０Ｘの被処理水が導入されることにより、当該被処理水が中和され、かつ、第１反応槽８０Ｘにおける式（１０）の反応により生じたアンモニウムイオンが窒素ガスへと酸化される。
【０１２４】
［第１６の実施の形態］
図１９に、本発明の第１６の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す。
【０１２５】
本実施の形態の窒素除去装置では、第１５の実施の形態の窒素除去装置において、酸性試薬供給装置９２の代わりに、第２反応槽８０Ｙ内の被処理水に浸された電極対（電極９５，９６）と、電極９５，９６は、たとえば白金−イリジウム合金から構成され、電源９４から電力を供給される。
【０１２６】
これにより、本実施の形態の窒素除去装置では、電極対（電極９５，９６）において被処理水の電気分解が行なわれることにより、被処理水に溶存する塩素が酸化されて、次亜塩素酸が発生する。この次亜塩素酸により、第１反応槽８０Ｘから導入された被処理水は中和され、かつ、当該被処理水内のアンモニウムイオンは酸化される。
【０１２７】
［第１７の実施の形態］
以上説明した第１〜第１３の実施の形態では、窒素酸化物の大部分は、窒素除去装置の陰極４において式（１０）で示したように還元されてアンモニアとされ、アンモニウムイオンとなった後、酸化されて窒素ガスとなるが、式（１１）に示すように、陰極４において還元されて直接窒素ガスとなる場合がある。
【０１２８】
２ＮＯ3-＋６Ｈ2Ｏ＋６ｅ-  →  Ｎ2↑＋１２ＯＨ-  （１１）
式（１１）のような反応が起こる場合、窒素除去装置には、収容部内の被処理水中の窒素酸化物を還元する部材が含まれれば、それだけで、被処理水中の窒素酸化物は、還元されて、窒素ガスとされることになる。
【０１２９】
［第１８の実施の形態］
以上説明した第１〜第１３の実施の形態では、処理水槽１内の陽極３と陰極４の設置されている領域が隔膜２で仕切られて、陽極室３Ａと陰極室４Ａとが形成されていた。しかしながら、本発明では、必ずしも、隔膜で陽極室と陰極室とを形成する必要はない。図２０、図２１に示すように、処理水槽１において陽極３と陰極４とが、隔膜に仕切られずに、設置されてもよい。
【０１３０】
図２０，図２１は、それぞれ、図８，図１１に示した窒素除去装置から隔膜２、流路３５およびポンプ３６を削除した、窒素除去装置を示す図である。図２０，図２１に示す窒素除去装置では、図８や図１１等に示したような隔膜で陽極室および陰極室を形成したものに比べて、若干の窒素酸化物の除去率の低下は予想されるが、その一方で、経時変化による機能低下に応じた隔膜の交換が不要となるため、メンテンナンスが大幅に容易になり、かつ、ランニングコストを格段に低下させることができる。
【０１３１】
［第１９の実施の形態］
図２２に、本発明の水処理装置の第１９の実施の形態である水処理装置を模式的に示す。
【０１３２】
水処理装置において、処理水槽２０２には、導入口２１０から被処理水が導入され、当該被処理水には電極２０３，２０４が浸され、そして、排出口２１１から当該被処理水は排出される。導入口２１０からの被処理水の導入量、排出口２１１からの被処理水の排出量は、それぞれ弁２１０Ａ，２１１Ａの開閉を制御することによって制御可能とされている。また、処理水槽２０２には、内部で発生した気体を排出するための排気口２１２が形成され、排気口２１２は、弁２１２Ａの開閉により、開閉が制御されている。
【０１３３】
処理水槽２０２内では、電極２０３，２０４が直流電源２０５から電力を供給されることにより、電極２０３が陽極、電極２０４が陰極とされて、被処理水の電気分解がなされる。電極２０３は、たとえば白金−イリジウム合金から構成される。なお、電極２０３としては、他に、貴金属もしくは貴金属をコーティングされた材料、貴金属を含む材料、貴金属を含む材料をコーティングされた材料、炭素電極、または、ステンレスからなる電極を挙げることができる。ここで、貴金属を含む材料とは、たとえば、白金の酸化物、酸化イリジウム、セラミック中に貴金属を混ぜて焼成されたもの（酸化ケイ素、酸化チタン等）を挙げることができる。電極２０４は、銅−アルミニウム合金等の、両性金属を含む合金、酸化されて、水酸化物イオン等の陰イオンと反応することにより凝集剤として作用する水に不溶性の化合物を生成する金属を含む合金、または、酸化されてリン酸イオンと反応することにより水に不溶性の化合物を生成する金属を含む合金とすることができる。
【０１３４】
また、水処理装置には、処理水槽２０２内に水位センサ２２２およびｐＨセンサ２２３が備えられている。さらに、水処理装置には、処理水槽２０２内に塩化ナトリウムおよび次亜塩素酸を供給する薬剤供給装置２０６が備えられている。薬剤供給装置２０６からは、管２０６Ａを介して、処理水槽２０２内に適宜薬剤が投与される。処理水槽２０２内には、攪拌器２０７が備えられており、攪拌器２０７は、処理水槽２０２外から適宜動力を与えられることにより、回転して処理水槽２０２内の被処理水を攪拌する。処理水槽２０２内で被処理水の処理が行なわれているときには、攪拌器２０７は適宜回転されている。
【０１３５】
そして、水処理装置には、水位センサ２２２およびｐＨセンサ２２３の検出出力を導入され、弁２１０Ａ，２１１Ａ，２１２Ａ、および、直流電源２０５の動作を制御する、制御回路２２０が備えられている。
【０１３６】
図２３に、電極２０３，２０４上での主な電解反応を模式的に示す。そして、さらに図２３を参照して、処理水槽２０２内での電解反応およびそれに付随する反応について、説明する。
【０１３７】
処理水槽２０２内の被処理水中では、塩化ナトリウムが添加されることにより、上記した式（１），（２）の平衡が成立っている。また、電極２０３近傍では、上記の式（３）〜（５）に示すように、水の電気分解により酸素ガスが発生し、塩素イオンは塩素ガスとなり、塩素ガスの一部は水和して次亜塩素酸となる。また、電極２０４近傍では、上記した式（６），（７）に示すように、水の電気分解により水素ガスが発生し、ナトリウムイオンが水酸化物イオンと反応して水酸化ナトリウムが生成される。これにより、電極２０４近傍は、被処理水がアルカリ性となる。
【０１３８】
そして、処理水槽２０２内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、電極２０４表面で、亜硝酸イオンを経て、アンモニアに還元される（式（８）〜式（１０）参照）。なお、式（１０）において硝酸イオンの還元に使われる電子は、電極２０４内のアルミニウム（や亜鉛）が強アルカリ性で溶出するときにも生成されると考えられる。
【０１３９】
上記のように生成したアンモニアは、上記のように生成した次亜塩素酸と結合して、以下の式（１２）〜（１４）のようにクロラミン類を生成する。また、生成したクロラミン類は、式（１５），（１６）のように、窒素ガスや一酸化二窒素に変換される。
【０１４０】
【数１】
0003973508.tif 000002
【０１４１】
また、上記のように電極２０４から溶出したアルミニウムは、以下の式（１７）に示すように、アルミニウムイオンとして被処理水中の水酸化物イオンと反応して水酸化アルミニウムとなったり、式（１８）に示すように、アルミン酸としてナトリウムイオンと反応しアルミン酸ナトリウムとなる。そして、生成したこれらの化合物によって、水中のコロイド（水中のＳＳ成分で粒径１〜０．０１×１０-6ｍ程度の微細なもの）の電荷が中和され、粒子間の引力が働き、やがてフロックになり沈降する。
【０１４２】
【数２】
0003973508.tif 000003
【０１４３】
さらに、電極２０４から溶出したアルミニウムイオンは、以下の式（１９）に示すように、被処理水中のリン酸イオンと反応して、水に不溶性なリン酸アルミニウムとなり、沈降する。これにより、アルミニウムイオンによって、被処理水中のリン酸成分を除去できる。なお、本実施の形態では、陰極で、アルミニウムに代表される、リン酸成分およびＳＳ成分を除去できる金属を溶出させるため、陽極でこれを溶出させる場合よりも、このような金属が電極付近で不動態化することを回避できる。
【０１４４】
【数３】
0003973508.tif 000004
【０１４５】
以上説明したように、本実施の形態では、電極２０４が、デバルダ合金のように、銅を主成分とし、銅よりもイオン化傾向の高い金属を含む合金からなるため、被処理水中の窒素酸化物等の除去が可能とされている。なお、被処理水中の窒素酸化物および／またはリン酸を除去を除去することのみを目的とするのであれば、電極２０４は、アルミニウム等の両性金属、当該電極２０４内の成分が溶出し、処理水槽２０２内の陰イオンと反応して凝集剤として作用する化合物であって水に不溶性の化合物を生成する金属、または、酸化されてリン酸イオンと反応することにより水に不溶性の化合物を生成する金属の単体で構成されてもよい。
【０１４６】
以上説明したように、本実施の形態では、電極２０３，２０４間に電流を流し、電極２０４近傍の被処理水をアルカリ性とすることにより、被処理水中の窒素酸化物を除去する処理が進行する。このことをより具体的に示すために、電極２０３，２０４間に電流を流した時間と、被処理水中の硝酸態窒素が除去される度合いとの関係の一例を図２４に示す。なお、図２４中のグラフの横軸は、電極２０３，２０４間に電流を流した時間であり、縦軸は、被処理水中の硝酸態窒素濃度（ＮＯ3−Ｎ濃度）である。なお、図２４のグラフは、陽極である電極２０３には、Ｐｔ−Ｉｒを構成材料に含む電極が用いられ、陰極である電極２０４には、黄銅、高力黄銅またはデバルダ合金が用いられ、陰極の電流密度が２Ａ／ｄｍ2となる電流値で電解された際の結果である。
【０１４７】
図２４から理解されるように、電解時間が長くなるほど、被処理水中の硝酸態窒素濃度が低くなることがわかる。また、デバルダ合金、高力黄銅、黄銅の順に硝酸態窒素濃度の減少速度が速くなっていることがわかる。デバルダ合金、高力黄銅、黄銅はどれもＣｕが主成分でＺｎ，Ａｌなどの両性金属を含む合金であり、その組成が硝酸態窒素濃度の減少速度と関係していると考えられる。具体的には、Ｃｕ−Ｚｎ系の黄銅よりも、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系のデバルダ合金、高力黄銅の方が、硝酸態窒素濃度の減少が速い。さらにＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ系でもＡｌの比率が高いデバルダ合金の方が、高力黄銅よりも硝酸態窒素濃度の減少が速くなっている。
【０１４８】
［第２０の実施の形態］
図２５に、本発明の第２０の実施の形態である水処理装置を模式的に示す。本実施の形態の水処理装置は、第１９の実施の形態で示した水処理装置に、さらに、反応槽２５０を接続させたものである。
【０１４９】
本実施の形態の水処理装置では、処理水槽２０２は、排出口２１１で、反応槽２５０と接続されている。つまり、反応槽２５０は、被処理水を導入される導入口２５１を備え、当該導入口２５１が排出口２１１と弁２１１Ａを介して接続されることにより、処理水槽２０２から被処理水を導入される。
【０１５０】
反応槽２５０には、槽内で発生した気体を槽外に適宜排出するための排気口２５２および当該排気口２５２を開閉する弁２５２Ａが備えられている。また、反応槽２５０には、槽内に次亜塩素酸を供給するための次亜塩素酸供給装置５３３が備えられている。なお、次亜塩素酸供給装置５３３は、管５３３Ａを介して、反応槽２５０内に次亜塩素酸を供給する。また、反応槽２５０には、被処理水を排出する排出口５５３および当該排出口５５３を開閉する弁５５３Ａが備えられている。
【０１５１】
次亜塩素酸供給装置５３３、および、弁２５２Ａ，５５３Ａの動作は、制御回路２２０に制御される。また、反応槽２５０には、外部から適宜動力を与えられることにより回転する攪拌器５５７が備えられている。反応槽２５０内で被処理水の処理が行なわれているときには、攪拌器５５７により反応槽２５０内の被処理水は攪拌される。
【０１５２】
本実施の形態の水処理装置では、処理水槽２０２において第１９の実施の形態において説明した処理を施された被処理水が、さらに、反応槽２５０で、次亜塩素酸を混合され、処理される。これにより、上記の式（１２）〜（１４）において説明したアンモニアからクロラミン類への変換が、確実に行なわれる。したがって、本実施の形態の水処理装置では、より確実に、窒素酸化物の窒素ガスへの変換が行なわれることになる。なお、本実施の形態では、反応槽２５０において、アンモニアのクロラミン類への変換に用いられる次亜塩素酸が次亜塩素酸供給装置５３３によって直接供給されたが、反応槽２５０に対して、次亜塩素酸を供給する代わりに、電極２０３，２０４とは別に電気分解用の電極対を設け、電気分解によってアンモニア（アンモニウムイオン）を酸化する化合物を発生させても良いし、また、アンモニアの酸化のためにオゾンを供給する装置を設けてもよい。
【０１５３】
［第２１の実施の形態］
図２６に、本発明の第２１の実施の形態の水処理装置を模式的に示す。
【０１５４】
本実施の形態の水処理装置は、基本的には図２２に示した第１９の実施の形態の処理水槽２０２と同じ構成を有しているが、詳細に比較すると、底部の構造が異なっている。具体的には、本実施の形態の処理水槽２０２は、底部がホッパー型であり、さらに、底部に新たに設けられている排出口２１４にはドレインバルブ２１４Ｂが取付けられている。これにより、処理水槽２０２内で生じた沈殿物や汚泥を、速やかにかつ確実に、電極２０３，２０４から遠ざけることができる。したがって、電極２０３，２０４上における反応、および、当該反応によって生じた生成物の反応が、上記の沈殿物や汚泥が存在することにより阻害されることを回避できる。
【０１５５】
また、本実施の形態の処理水槽２０２内には、ポンプ２６１に接続された散気管２６０が接続されている。本実施の形態では、散気管２６０が処理水槽２０２の底部において気泡を発することにより、当該処理水槽２０２内が攪拌される。
【０１５６】
［第２２の実施の形態］
図２７に、本発明の第２２の実施の形態の水処理装置を模式的に示す。
【０１５７】
本実施の形態の水処理装置は、図２６に示した第２１の実施の形態の処理水槽２０２に、さらに、処理水槽２０２に接続された膜分離槽２９０を備えている。処理水槽２０２は、導入口２１０と排出口２１１を備えているが、排出口２１１を介して処理水槽２０２から排出された被処理水は、膜分離槽２９０に導入される。
【０１５８】
膜分離槽２９０には、ポンプ２８１に接続された分離膜２８０が複数設置されている。分離膜２８０は、図２８に示すように、箱型に組立てられその上部にポンプ２８１と接続するための管を通された膜板の集合体である。この膜は、平膜フィルタ、または、中空糸フィルタ等によって構成される。
【０１５９】
膜分離槽２９０内に導入された被処理水は、ポンプ２８１が作動することにより、分離膜２８０を介して、膜分離槽２９０外へ排出される。これにより、確実に、被処理水を、沈殿物や汚泥から分離させて、排出できる。
【０１６０】
なお、膜分離槽２９０の底部もホッパー型であり、さらに、底部の排出口２９１にはドレインバルブ２９１Ｂが取付けられている。また、膜分離槽２９０内にも、ポンプ２７１に接続された散気管２７０が設置されている。
【０１６１】
［第２３の実施の形態］
図２９に、本発明の第２３の実施の形態の水処理装置を示す。本実施の形態の水処理装置では、第２２の実施の形態の水処理装置において説明した分離膜２８０が、電極２０３，２０４と同じ処理水槽２０２内に設置されている。これにより、水処理装置の省スペース化を図ることができる。
【０１６２】
［第２４の実施の形態］
図３０に、本発明の第２４の実施の形態の水処理装置を示す。本実施の形態の水処理装置では、第２２の実施の形態の水処理装置において説明した分離膜２８０が、ポンプに接続されることなく、板体のままで、膜分離槽２９０内に当該膜分離槽２９０内部を２つの領域に仕切るような分離膜３１０という形で、設置される。処理水槽２０２から膜分離槽２９０に導入された被処理水の大部分は、分離膜３１０を通過して、膜分離槽２９０外に排出される。
【０１６３】
［第２５の実施の形態］
図３１に、本発明の第２５の実施の形態の水処理装置を示す。本実施の形態の水処理装置では、第２４の実施の形態の水処理装置の膜分離槽２９０に、さらに、硝酸イオン電極３２０を備えている。硝酸イオン電極３２０は、膜分離槽２９０の、分離膜３１０硝酸イオン電極３２０の検知出力は、制御回路２２０に入力される。
【０１６４】
制御回路２２０は、硝酸イオン電極３２０の検知する被処理水中の硝酸イオン濃度に応じて、各要素の制御を行なうことができる。たとえば、被処理水内の硝酸イオン濃度が予め定められた或る濃度よりも高い場合には、制御回路２２０は、電極２０３，２０４間に流す電流値を上げる等の制御を行なう。
【０１６５】
［第２６の実施の形態］
図３２に、本発明の第２６の実施の形態の水処理装置を示す。本実施の形態の水処理装置では、第１９の実施の形態の水処理装置の薬剤供給装置２０６の代わりに、カルシウム化合物供給装置２６２が設置されている。カルシウム化合部供給装置２６２は、管２６２Ａを介して、処理水槽２０２内に、カルシウム化合物（水酸化カルシウム、塩化カルシウム等）を供給する。
【０１６６】
被処理水に、カルシウム化合物を供給することにより、被処理水中に存在するフッ素成分を、二フッ化カルシウム（ＣａＦ2）として凝集沈降させる。本実施の形態の処理水槽２０２には、その底部に、凝集沈殿物を排出するための排出口２１５および当該排出口２１５を開閉するためのバルブ２１５Ａが備えられている。カルシウム化合物供給装置２６２お、および、バルブ２１５Ａは、制御回路２２０によって、その動作を制御される。
【０１６７】
［第２７の実施の形態］
図３３に、本発明の第２７の実施の形態の水処理装置を示す。本実施の形態の水処理装置では、第２６の実施の形態の水処理装置に、さらに、固液分離槽３００を備えているものである。
【０１６８】
固液分離槽３００には、その底部付近に、分離膜３１０が備えられている。分離膜３１０は、固液分離層３００内を上下に完全に仕切るものである。
【０１６９】
固液分離槽３００の上方には、処理水槽２０２に新たに設けられた排出口２１３を介して、処理水槽２０２内の被処理水の上澄みが導入される。また、排出口２１５には、ポンプ２１５Ａが接続されている。そして、処理水槽２０２内で生じた沈殿物は、ポンプ２１５Ａによって送られることにより、排出口２１５から固液分離槽３００内の分離膜３１０よりも下方に送れられる。
【０１７０】
固液分離槽３００内では、導かれた被処理水内の固体成分は、分離膜３１０を介して固液分離槽３００の底部に移動する。これにより、固液分離槽３００からは、固体成分を除かれた被処理水が、処理水槽２０２に戻されることになる。
【０１７１】
固液分離槽３００の底部は、ホッパー型であり、弁３０１Ａの開閉を適宜制御回路２２０に制御されることにより、当該底部の排出口３０１より、沈殿物等の固体成分が排出される。
【０１７２】
そして、このような本実施の形態の処理水槽２０２の排出口２１１から排出される被処理水は、より高い割合で、固体成分が除去されていることになる。
【０１７３】
［第２８の実施の形態］
図３４に、本発明の第２８の実施の形態の水処理装置を示す。本実施の形態の水処理装置では、第２５の実施の形態の水処理装置において、硝酸イオン電極３２０が、電極２０３，２０４と同じ処理水槽２０２内に、電極２０３，２０４よりも下流側に設置されたものである。
【０１７４】
なお、硝酸イオン電極３２０は、処理水槽２０２内において、電極２０３，２０４の電解から電気的影響を受けないように、電極２０３，２０４とは隔壁３９０を隔てて設置されている。
【０１７５】
［第２９の実施の形態］
図３５に、本発明の第２９の実施の形態の水処理装置を示す。本実施の形態の水処理装置では、硝酸イオン電極３２０は、電極２０３，２０４の電解から電気的影響を受けないように、処理水槽２０２よりも下流側に設けられた硝酸イオン電極槽３３０に設置されている。
【０１７６】
［第３０の実施の形態］
図３６に、本発明の第３０の実施の形態の水処理装置を示す。本実施の形態の水処理装置では、第２９の実施の形態の水処理装置において、さらに、硝酸イオン電極４２０が、処理水槽２０２よりも上流側に設けられた硝酸イオン電極槽４００に設置されたものである。これにより、制御回路２２０では、処理水槽２０２で処理される前後の被処理水の硝酸イオン濃度を検知できる。
【０１７７】
［第３１の実施の形態］
図３７に、本発明の第３１の実施の形態の水処理装置を示す。本実施の形態の水処理装置では、第３０の実施の形態の水処理装置において、さらに、制御回路２２０に接続された操作パネル２２９が備えられている。これにより、制御回路２２０によって、電極２０３，２０４の交換が必要であると判断された場合、その旨を、表示または音声等により報知することにより、速やかに、電極２０３，２０４が交換されることが期待される。
【０１７８】
なお、制御回路２２０は、たとえば、硝酸イオン電極３２０，４２０の検知出力を参照し、電極２０３，２０４間に所定の電流値の電流を流しているにも拘わらず、被処理水から期待される程度ほど窒素酸化物が除去されていないと判断すると、電極２０３，２０４の交換が必要であると判断する。
【０１７９】
［第３２の実施の形態］
図３８に、本発明の第３２の実施の形態の水処理装置を示す。本実施の形態の水処理装置では、処理水槽２０２内で、陽極である電極２０３が、陰極である電極２０４よりも、上流側、つまり、導入口２１０寄りに、設置されている。これにより、電極２０３には、強い水流が当たるため、当該電極２０３上でスカム等が被膜することをより確実に回避できる。
【０１８０】
［第３３の実施の形態］
図３９に、本発明の第３３の実施の形態の水処理装置を示す。本実施の形態の水処理装置では、処理水槽２０２内で、陽極である電極２０３が、陰極である電極２０４よりも、下方に、設置されている。これにより、電極２０３上で発生した気体（酸素等）を効果的に上方に移動させることができる。したがって、処理水槽２０２内で、白抜きの矢印で示すように、上向きの水流を作ることができるため、電極２０３上でスカム等が被膜することをより確実に回避できる。
【０１８１】
［第３４の実施の形態］
図４０に、本発明の第３４の実施の形態の水処理装置を示す。図４０では、本実施の形態の水処理装置を１次固液分離槽５０１および電解装置５０２として記載している。１次固液分離槽とは、いわゆる貯留槽であり、上記した各実施の形態における処理水槽１，８０，２０２の２〜３倍以上の容量を有する槽であって、当該処理水槽１，８０，２０２の前段に設けられる。そして、本実施の形態の水処理装置では、電極３，４，２０３，２０４を備える処理水槽１，８０，２０２から、１０分の１程度の被処理水が、１次固液分離槽５０１に戻される。
【０１８２】
これにより、処理水槽１，８０，２０２で凝集剤が生じた場合、当該凝集剤を１次固液分離槽５０１で被処理水に作用させた後、当該被処理水を処理水槽１，８０，２０２に導入することができる。つまり、ある程度、ＳＳ成分等を凝集剤により除去された被処理水が処理水槽１，８０，２０２に導入される。したがって、処理水槽１，８０，２０２で、より効果的に、つまり、より余計な物質の存在しない環境で、電解により生成した物質を、被処理水に作用させることができる。
【０１８３】
［第３５の実施の形態］
上記した各実施の形態の水処理装置は、嫌気槽、好気槽等の生物処理と併せて用いられる場合、当該生物処理の後に配置されることが好ましい。ここで、窒素除去装置が生物処理を含む水処理装置と組合される際の、具体的な例を示す。図４１は、本実施の形態の水処理装置が合併浄化槽（タンク１０１）の３次処理に適用された状態を示す図である。
【０１８４】
水処理装置は、主に、タンク１０１および処理水槽１から構成される。タンク１０１は、地中に埋設されている。タンク１０１の内部は、第一仕切壁１０２、第二仕切壁１０３、第三仕切壁１０４および第四仕切壁１２０により、第一嫌気ろ床槽１０５、第二嫌気ろ床槽１１０、接触ばっ気槽１１４、沈殿槽１１９および消毒槽１２１に区画されている。また、タンク１０１の上部は、複数のマンホール１２８で蓋をされている。さらに、タンク１０１内部の部材は、タンク１０１の外部にある部材（第三ブロア１３０等）に接続されている。そして、図４１では、第三ブロア１３０等の、タンク１０１の外部にある部材を、便宜上、タンク１０１の上方に記載しているが、これらの部材は、必ずしもタンク１０１の上方に設置されるものではない。
【０１８５】
第一嫌気ろ床槽１０５は、被処理水である生活雑排水が流入する流入口１０６を備え、その内部に第一嫌気ろ床１０７を配設されている。つまり、本実施の形態では、第一嫌気ろ床槽１０５は、生活雑排水が流入する共雑物除去槽であり、また、流入槽である。第一嫌気ろ床槽１０５では、生活雑排水中の難分解性の雑物が沈殿分離されるとともに、第一嫌気ろ床１０７に付着した嫌気性微生物により生活雑排水中の有機物が嫌気分解される。また、硝酸性の窒素が、窒素ガスへと還元される。
【０１８６】
また、第一嫌気ろ床槽１０５には、第一移流管１０８が備えられている。また、第一仕切壁１０２の上部には、第一給水口１０９が形成されている。第一移流管１０８の一端は第一嫌気ろ床槽１０５内に、他端は第二嫌気ろ床槽１１０内に、配置されている。第一嫌気ろ床槽１０５で嫌気分解された処理水は、第一移流管１０８を介して、後退する第二嫌気ろ床槽１１０に供給される。
【０１８７】
第二嫌気ろ床槽１１０には、第二嫌気ろ床１１１が備えられている。第二嫌気ろ床１１１により、浮遊物質が捕捉され、嫌気性微生物により有機物が嫌気分解され、硝酸性の窒素が窒素ガスへと還元される。
【０１８８】
第二嫌気ろ床槽１１０には、第二移流管１１２が備えられている。また、第二移流管１１２の上部には、噴出装置１３２が取付けられている。噴出装置１３２は、第三ブロア１３０に接続されている。また、噴出装置１３２は、第二仕切壁１０３上部に貫通する第二給水口１３を介して、第二嫌気ろ床槽１１０と接触ばっ気槽１１４を接続させている。
【０１８９】
噴出装置１３２は、第三ブロア１３０から空気を送られることにより、噴出口１３１から第二移流管１１２内に空気を吹出す。これにより、第二移流管１１２における、第二嫌気ろ床槽１１０から接触ばっ気槽１１４への処理水の供給が促進される。
【０１９０】
接触ばっ気槽１１４は、接触材１１５を備えている。接触材１１５は、好気性微生物の培養を促進するために備えられている。接触ばっ気槽１１４の底部付近には、第一散気管１１６が設けられている。
【０１９１】
第一散気管１１６は、その上端を第一ブロア１１７に接続されている。第一散気管１１６の下面側には、複数の孔が形成されている。そして、第一ブロア１１７から空気を送り込まれると、該空気は、該孔から気泡として放出される。なお、第一散気管１１６の下面側に孔が形成されることにより、上面または側面に孔が形成される場合よりも、汚泥がその内部に入り難い。
【０１９２】
第一散気管１１６から気泡が放出されることにより、接触ばっ気槽１１４は、好気状態に維持される。これにより、接触ばっ気槽１１４では、処理水が好気性微生物によって好気分解されると共に、硝化され、アンモニア性窒素が硝酸性の窒素へと分解される。接触ばっ気槽１１４内の好気性微生物には、硝化菌が含まれる。一般に、硝化菌とは、アンモニア酸化細菌と亜硝酸化細菌のことを指す。
【０１９３】
接触材１１５には、増殖して徐々に大きくなった生物膜が付着している。第一散気管１１６から気泡が放出されると、接触材１１５に付着している生物膜が剥離する。
【０１９４】
接触ばっ気槽１１４の下部には、ポンプ１３３が備えられている。また、ポンプ１３３の上方には、汚泥返送路１３４が接続され、汚泥返送路１３４の上端には、図４１の左側に延びるように、汚泥返送路１３５が接続されている。これにより、接触ばっ気槽１１４で生じた汚泥は、第一嫌気ろ床槽１０５に送られる。なお、第三仕切壁１０４の下端は、タンク１０１の内壁面には接続されておらず、接触ばっ気槽１１４と沈殿槽１１９とは、下部で接続されている。
【０１９５】
沈殿槽１１９の上部には、消毒槽１２１が設けられている。消毒槽１２１は、沈殿槽１１９の上澄みが流れ込むように、構成されている。また、消毒槽１２１には、殺菌装置２２が備えられている。殺菌装置２２には、塩素系等の薬品が備えられている。消毒槽１２１に流入した処理水は、該薬品に消毒され、排水口１２３を介して、処理水槽１に送られる。処理水が処理水槽１に送られると、上記の第１の実施の形態等で説明したように、当該処理水内の窒素酸化物が窒素ガスへと変換される。
【０１９６】
また、沈殿槽１１９には、第三移流管１３８およびポンプ１３９が備えられている。接触ばっ気槽１１４内の処理水は、第三移流管１３８を介して、沈殿槽１１９に流れ込む。なお、この流れは、ポンプ１３９により、促進される。
【０１９７】
沈殿槽１１９と第一嫌気ろ床槽１０５は、第一返送管１２４によって接続されている。第一返送管１２４は、その内部に、第二散気管１２５を備えている。第二散気管１２５は、第二ブロア１２６に接続されている。第二散気管１２５は、適宜、空気を噴出するための噴出孔を形成され、第二ブロア１２６から供給される空気を該噴出孔から噴出して、沈殿槽１１９内の処理水を、第一返送管１２４を介して、第一嫌気ろ床槽１０５に送り込む。
【０１９８】
第一嫌気ろ床槽１０５の上部には、電解槽１５９が設けられている。電解槽１５９は、第一返送管１２４から被処理水を導入される。電解槽１５９の内側には、電極対１５１，１５２が設けられている。電極対１５１，１５２は、それぞれ、電源１５７に接続されている。電解槽１５９内では、電極対１５１，１５２における電気分解反応により、鉄イオンやアルミニウムイオン等の金属イオンが溶出する。これにより、電解槽１５９内では、溶出した金属イオンと処理水内のリン化合物等が反応して、水に難溶性の金属塩が生成し、凝集する。金属イオンとして鉄イオンが溶出した際、生成される難容性の金属塩としては、主に、「ＦｅＰＯ4 」，「Ｆｅ（ＯＨ）3 」，「ＦｅＯＯＨ」，「Ｆｅ2 Ｏ3 」，および，「Ｆｅ3 Ｏ4 」の化合物を挙げることができる。つまり、被処理水に鉄イオンが供給されると、主に、上記した５種類の化合物が凝集する。
【０１９９】
電解槽１５９の下流側には、磁気処理ユニット１６０が設置されている。電解槽１５９内の被処理水が、磁気処理ユニット１６０内に流れ込む。磁気処理ユニット１６０では、被処理水が磁石と接触する。なお、Ｆｅ2 Ｏ3 やＦｅ3 Ｏ4 は、磁石に引きつけられる。つまり、被処理水に鉄イオンが供給されて生じた凝集物は、Ｆｅ2 Ｏ3 やＦｅ3 Ｏ4 を含むため、磁石に引きつけられる。これにより、Ｆｅ2 Ｏ3 やＦｅ3 Ｏ4 とともに凝集しているＦｅＰＯ4 も、磁石に引きつけられ、被処理水から分離されることになる。磁気処理ユニット１６０で処理された後、被処理水は、再び、第一嫌気ろ床槽１０５に送られる。
【０２００】
つまり、本実施の形態では、図４１に示すように、被処理水は、第一，第二嫌気ろ床槽１０５，１１０で処理された後、接触ばっ気槽１１４に送られ、さらに、沈殿槽１１９に送られる。沈殿槽１１９の被処理水は、沈殿する汚泥と共に、電解槽１５９を介して第一嫌気ろ床槽１０５に返送される。なお、沈殿槽１１９から接触ばっ気槽１１４へも、沈殿する汚泥と共に被処理水が流れ、また、接触ばっ気槽１１４から第二嫌気ろ床槽１１０へも、接触剤１５から剥離した汚泥と共に被処理水が流れ込む。沈殿槽１１９内の被処理水の上澄みは、消毒槽１２１に流れ込む。そして、消毒槽１２１内の被処理水は、排水口１２３を介して、処理水槽１に送られることにより、処理水槽１で、３次処理的に、窒素酸化物を除去する処理をなされる。
【０２０１】
以上説明した本実施の形態では、処理水槽１は、リン除去用の電解槽１５９よりも下流側に設置されているが、これに限定されず、電解槽１５９より上流側に設置されてもよい。
【０２０２】
また、上記したタンク１および処理水槽１は、主に、家庭用排水や工場排水を処理する大規模な排水処理施設に適用されるが、処理水槽１については、地下水や浄水の汲上げポンプの後段に設置され、これらの水の窒素成分の除去に利用することもできる。
【０２０３】
また、本実施の形態では、処理水槽１は、タンク１の後段に、つまり、２次処理後の被処理水が導入されるように、設置されていた。なお、このように、被処理水の３次処理用の装置として処理水槽１を利用する際の処理の流れとして、嫌気性処理および好気性処理がなされた被処理水を、砂ろ過原水槽に送り、その後、砂ろ過装置に送り、さらに、砂ろ過処理水槽に送った後、消毒槽で消毒して、処理水槽１で処理し、施設外に放流するような流れを挙げることができる。
【０２０４】
また、別の流れとして、嫌気性処理および好気性処理がなされた被処理水を、中間流量調整槽，凝集槽，凝集沈殿槽，リン除去用の電解槽の順で循環しつつ、リン除去用の電解槽の被処理水を、一部、嫌気ろ床槽に送る。そして、凝集沈殿槽内の上澄みの被処理水を、消毒槽に送った後、消毒槽から処理水槽１に送って処理し、施設外に放流するという流れも考えられる。
【０２０５】
また、処理水槽１を、タンク１内に、２次処理の一部として用いてもよい。なお、上記したように、処理水槽１で処理された被処理水に含まれる物質は、微生物の活動を阻害するおそれがあるため、処理水槽１は、沈殿槽１１９に設置されることが好ましい。これにより、リン除去および窒素除去を行なう装置をコンパクトに構成できる。処理水槽１がタンク１０１内に設置された際には、処理水槽１内ならびに陽極３および陰極４の表面上の汚泥を除去する機構を設けることが好ましい。
【０２０６】
また、タンク１０１での最終段階の処理は、消毒槽１２１における処理とすべく、処理水槽１は、消毒槽１２１よりも上流側に設置されることが好ましい。
【０２０７】
なお、第三仕切壁１０４の下端をタンク１０１の内壁に接続させ、接触ばっ気槽１１４と処理水槽１１９とを下部で連結できないようにしてもよい。
【０２０８】
また、消毒槽１２１内に、処理水槽１を設置してもよい。
さらに、水処理装置が合併浄化槽の３次処理として使用される際には、図４２に示すように、処理水槽１内の隔膜２は省略されてもよい。
【０２０９】
また、以上説明した各実施の形態において、陰極は、デバルタ合金等から構成されていたが、その他に、銀、鉄等から構成されてもよい。
【０２１０】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態は、単独でも、組合せても、実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の水処理装置の第１の実施の形態である窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図２】  図１の窒素除去装置における、被処理水のｐＨと硝酸態窒素除去の度合いの関係を示す図である。
【図３】  本発明の第２の実施の形態である窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図４】  本発明の第３の実施の形態である窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図５】  本発明の第４の実施の形態である窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図６】  図５の電極の詳細な構造を示す図である。
【図７】  図５の電極の詳細な構造を示す図である。
【図８】  本発明の第５の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図９】  本発明の第６の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図１０】  本発明の第７の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図１１】  本発明の第８の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図１２】  本発明の第９の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図１３】  本発明の第１０の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図１４】  本発明の第１１の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図１５】  本発明の第１２の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図１６】  本発明の第１３の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図１７】  本発明の第１４の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図１８】  本発明の第１５の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図１９】  本発明の第１６の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図２０】  本発明の第１８の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図２１】  本発明の第１８の実施の形態の窒素除去装置を模式的に示す図である。
【図２２】  本発明の水処理装置の第１９の実施の形態である水処理装置を模式的に示す図である。
【図２３】  図２２の水処理装置の電極上での主な電解反応を模式的に示す図である。
【図２４】  図２２の水処理装置の電極間に電流を流した時間と、被処理水中の硝酸態窒素が除去される度合いとの関係の一例を示す図である。
【図２５】  本発明の第２０の実施の形態である水処理装置を模式的に示す図である。
【図２６】  本発明の第２１の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図２７】  本発明の第２２の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図２８】  図２７の分離膜の斜視図である。
【図２９】  本発明の第２３の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図３０】  本発明の第２４の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図３１】  本発明の第２５の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図３２】  本発明の第２６の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図３３】  本発明の第２７の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図３４】  本発明の第２８の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図３５】  本発明の第２９の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図３６】  本発明の第３０の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図３７】  本発明の第３１の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図３８】  本発明の第３２の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図３９】  本発明の第３３の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図４０】  本発明の第３４の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図４１】  本発明の第３５の実施の形態の水処理装置が合併浄化槽の３次処理として使用される状態を模式的に示す図である。
【図４２】  図４１に示した水処理装置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１，８０，２０２  処理水槽、２，２Ａ，２Ｂ，４０  隔膜、２Ｘ  回収室、３，４，９５，９６，２０３，２０４  電極、３Ａ  陽極室、４Ａ  陰極室、５直流電源、６，６１  アルカリ塩供給装置、２０，９０，２２０  制御回路、２１，２２３  ｐＨセンサ、２２，２３  水位センサ、３０  混合槽、４１，６６，６７，８２  カートリッジ、４２  電解槽、５０，２５０  反応槽、６０  塩化物供給装置，２０６  薬剤供給装置、２０７，５５７  攪拌器、２１４Ｂ  ドレインバルブ，２８０，３１０  分離膜、２９０  膜分離槽、３００  固液分離槽。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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