(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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る排水の処理装置であって、少なくとも２対の電極が配置されており、
各電極対の隣り合う電極の極性を同極にし且つ各電極対内の一方の電極を陽極にするとともに他方の電極を陰極にする構成と、各電極対の隣り合う電極の極性を同極にし且つ各電極対内の一方の電極を陰極にするとともに他方の電極を陽極にする構成と、各電極対の隣り合う電極の一方を陽極にするとともに他方を陰極にすることにより各電極対の隣り合う電極の極性を異極する構成と、各電極対の隣り合う電極の一方を陰極にするとともに他方を陽極にすることにより各電極対の隣り合う電極の極性を異極にする構成と、を繰り返す極性変換装置を備えてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
【請求項２】
鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオンを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオンを電気化学的に溶出させリン酸イオンを鉄および／またはアルミニウムとの不溶性塩の形で凝集沈殿させる排水の処理方法であって、排水中に少なくとも２対の電極が配置されており、
各電極対の隣り合う電極の極性を同極にし且つ各電極対内の一方の電極を陽極にするとともに他方の電極を陰極にする構成と、各電極対の隣り合う電極の極性を同極にし且つ各電極対内の一方の電極を陰極にするとともに他方の電極を陽極にする構成と、各電極対の隣り合う電極の一方を陽極にするとともに他方を陰極にすることにより各電極対の隣り合う電極の極性を異極する構成と、各電極対の隣り合う電極の一方を陰極にするとともに他方を陽極にすることにより各電極対の隣り合う電極の極性を異極にする構成と、を繰り返すリン酸イオン含有排水の処理方法。
【請求項３】
鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオンを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオンを電気化学的に溶出させリン酸イオンを鉄および／またはアルミニウムとの不溶性塩の形で凝集沈殿させる排水の処理方法であって、排水中に少なくとも２対の電極が配置されており、各電極対の隣り合う電極の極性を同極にし、ついで所定の電解時間が経過したのち、該各電極対内の電極の極性を変換し、ついで所定の電解時間が経過したのち、該各電極対の隣り合う電極の極性を異極に変換し、つぎに所定の電解時間が経過したのち、該各電極対の隣り合う電極の極性を変換するリン酸イオン含有排水の処理方法。
【請求項４】
前記各電極対の隣り合う電極の極性を異極に変換するとき、両サイドの電極の通電を停止する請求項３記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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および処理方法に関する。
【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。かかる電極の厚さの減少度合（溶出量）は、対向して配置される電極間の電解面が大きく、該電極の電解面の反対側（裏面）は小さいため、電極の厚さは電解面側から減少し、早期に電極のかたべりを生じる。かかる電極のかたべりが生じると、陽極側の電極と陰極側の電極とのあいだの距離が大きくなり、電極に定電流を流すばあい、電圧が高くなり、消費電力が増加する。
【０００５】
本発明は、叙上の事情に鑑み、電極の両面を溶解させることにより、消費電力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および処理方法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、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、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る排水の処理装置であって、少なくとも２対の電極が配置されており、各電極対の隣り合う電極の極性を同極にし且つ各電極対内の一方の電極を陽極にするとともに他方の電極を陰極にする構成と、各電極対の隣り合う電極の極性を同極にし且つ各電極対内の一方の電極を陰極にするとともに他方の電極を陽極にする構成と、各電極対の隣り合う電極の一方を陽極にするとともに他方を陰極にすることにより各電極対の隣り合う電極の極性を異極する構成と、各電極対の隣り合う電極の一方を陰極にするとともに他方を陽極にすることにより各電極対の隣り合う電極の極性を異極にする構成と、を繰り返す極性変換装置を備え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、鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオンを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオンを電気化学的に溶出させリン酸イオンを鉄および／またはアルミニウムとの不溶性塩の形で凝集沈殿させる排水の処理方法であって、排水中に少なくとも２対の電極が配置されており、各電極対の隣り合う電極の極性を同極にし且つ各電極対内の一方の電極を陽極にするとともに他方の電極を陰極にする構成と、各電極対の隣り合う電極の極性を同極にし且つ各電極対内の一方の電極を陰極にするとともに他方の電極を陽極にする構成と、各電極対の隣り合う電極の一方を陽極にするとともに他方を陰極にすることにより各電極対の隣り合う電極の極性を異極する構成と、各電極対の隣り合う電極の一方を陰極にするとともに他方を陽極にすることにより各電極対の隣り合う電極の極性を異極にする構成と、を繰り返すことを特徴としている。
【０００８】
さらに本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置は、鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオンを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオンを電気化学的に溶出させリン酸イオンを鉄および／またはアルミニウムとの不溶性塩の形で凝集沈殿させる排水の処理方法であって、排水中に少なくとも２対の電極が配置されており、各電極対の隣り合う電極の極性を同極にし、ついで所定の電解時間が経過したのち、該各電極対内の電極の極性を変換し、ついで所定の電解時間が経過したのち、該各電極対の隣り合う電極の極性を異極に変換し、つぎに所定の電解時間が経過したのち、該各電極対の隣り合う電極の極性を変換することを特徴としている。
【０００９】
【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および処理方法を説明する。
【００１０】
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は本発明の処理方法の一実施の形態を示す説明図である。
【００１１】
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。
【００１２】
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、電極５、６の電解を切り換えるための極性変換装置８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９を備えている。
【００１３】
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。
【００１４】
前記電極５、６は、図１〜２に示すように、電源７に対し、絶縁性支柱１０により排水中に吊り下げられている。また該電極５、６には、端子１１がネジ止またはハンダ付などにより固着されており、該端子１１から引き出されたリード線１２が電源７に接続されている。
【００１５】
本実施の形態では、前記電極５、６は、排水中に３対Ａ１、Ａ２およびＡ３配置されており、電極５、６のうち、電極５が陽極（アノード）側の電極、電極６が陰極（カソード）側の電極にされている。また各電極対Ａ１〜Ａ３の隣り合う電極、すなわち電極対Ａ１における電極６と電極対Ａ２における電極６および電極対Ａ２における電極５と電極対Ａ３における電極５の極性が同極になるように配置されている。そして前記極性変換装置８により、各電極対Ａ１〜Ａ３内、隣接する電極対Ａ１とＡ２および電極対Ａ２とＡ３のあいだで行なわれる電解が切り換えられる。
【００１６】
たとえば図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、所定の電解時間が経過したのち、各電極対Ａ１〜Ａ３内の電極５、６の極性を変換し、各電極対Ａ１〜Ａ３における電極５、６間で電解を継続する。ついで所定の電解時間が経過したのち、図３（ｃ）に示すように、電極対Ａ１と電極対Ａ２の隣り合う電極６、６の極性を異なる極性に変換するとともに、電極対Ａ２と電極対Ａ３の隣り合う電極５、５の極性を異なる極性に変換し、電解する面を変更する。なお、このときの電極対Ａ１における電極５と電極対Ａ３における電極６には、異なる極性を持つ電極を持たないため、通電が停止される。つぎに所定の電解時間が経過したのち、図３（ｄ）に示すように、電極対Ａ１と電極対Ａ２の隣り合う電極６、６の極性を異なる極性に変換するとともに、電極対Ａ２と電極対Ａ３の隣り合う電極５、５の極性を異なる極性に変換し、電解を継続する。ついで所定の電解時間が経過したのち、図３（ａ）に示すように、最初の各電極対Ａ１〜Ａ３の隣り合う電極の極性を同極に変換する。
【００１７】
これまでの電極の極性変換の操作を１サイクルとし、引き続き電解を行なう。
【００１８】
なお、前記所定の電解時間としては、１０分未満では溶出効率が低下するため、１０分以上、好ましくは３０分以上とすることができる。また本実施の形態では、排水中に３対の電極が配置されているが、本発明おいては、これに限定されるものではなく、排水中に２対または４対以上の電極を配置することができる。
【００１９】
本実施の形態では、電極の電解を交互に両面で行なうため、電極間距離が大きくなることを防ぐことができ、消費電力の増加を防止することができるとともに、酸化物などの付着物が付きにくくなり、溶出量が低減しない。さらに各電極対のあいだの距離を従来より小さくできるため、処理装置をコンパクトにすることができる。
【００２０】
前記空気ばっ気装置９は、排水処理室４の底中央に設置される多孔質の散気管１３または散気板と、該散気管１３に圧縮空気を吸き込むためのエアポンプ１４とから構成されており、前記散気管１３とエアポンプ１４はパイプ１５により接続されている。
【００２１】
本実施の形態では、前記散気管１３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１３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１３を壁４ａに近づけ、かつ壁４ａに対して平行、すなわち図１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３対の電極としては、高純度の鉄板を用いた。そして図３に示すように、電極の電解を両面で行なうように制御した。このときの通電時間は３０分であり、電極への通電量はＦｅ／Ｐが１．５となるように１．２Ａとした。
【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、電極対の両サイドの電極を除き、電極の両面が均一に溶解するため、電極間距離が大きくなるとを防ぐことができ、消費電力の増加を防止することができる。
【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】本発明の処理方法の一実施の形態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  極性変換装置
９  空気ばっ気装置
１０  絶縁性支柱
１１  端子
１２  リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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