(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学反応によって塩化物イオンから塩素を生成するアノードと、カソードと、当該アノードおよびカソードを収容する電解槽と、を備え、電気化学反応によって被処理水中の（亜）硝酸イオンをアンモニアに還元し、さらに当該アンモニアを窒素ガスに分解除去する一連の水処理工程を行なう水処理装置であって、
前記電解槽内の被処理水に塩化物イオンおよび／または次亜塩素酸を供給するためのイオン供給手段と、
当該電解槽に貯留される被処理水の残留塩素濃度を測定する残留塩素センサと、
を備え、
前記残留塩素センサにより測定された残留塩素濃度が所定の値を下回るときには、脱窒素処理を行なうべきアンモニアが存在すると判断し、前記塩化物イオンおよび／または次亜塩素酸を注入し、前記残留塩素センサにより測定された残留塩素濃度が所定の値以上であるときには、前記塩化物イオンおよび／または次亜塩素酸を注入しない、
ことを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野および発明が解決しようとする課題】
本発明は、生物的脱窒処理方法を用いずに電気化学反応によって脱窒素処理を行なうための水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
工場廃水、生活用排水、地下水等に溶存する硝酸イオン、亜硝酸イオン、アンモニア等の窒素成分は水質汚染の原因物質であることから、当該窒素成分の除去手段を開発することは極めて重要である。
前記窒素成分のうち硝酸イオン、亜硝酸イオン等の酸化態窒素を除去する方法として、従来、脱窒素菌を用いる生物的脱窒法が知られているが、前記脱窒素菌等の生体触媒は、その活動の程度が温度によって左右されるため、窒素成分の除去能力が季節によって大きく変動するという問題がある。
【０００３】
一方、特開平１１−３４７５５８号公報には、脱窒素菌等の生体触媒を用いずに、電気化学反応によって前記窒素成分を除去する方法が開示されている。
電気化学反応による窒素成分の除去処理においては、カソードで下記反応式(1) に示す硝酸イオンの還元反応が、アノードで下記反応式(2)および(3)に示す反応が生じる。下記反応式(4) はカソードで発生したアンモニアとアノードで発生した次亜塩素酸との反応によって窒素ガスが発生、揮発するのを示す式である。
【０００４】
【化１】
0003906088.tif 000002
【０００５】
かかる電気化学反応を利用して被処理水の脱窒素処理を行なう装置は、生物的脱窒法のように季節によって窒素成分の除去能力が変動するという問題がなく、しかも生体触媒のメンテナンスに手間をかける必要がない。
しかしながら、上記電気化学反応による脱窒素処理では、電解槽への通電量や被処理水中での電解質の溶存量を厳密に制御、調整する必要がある。また、これらの十分な制御、調整が図られない場合には、硝酸イオンの還元反応が進行しなくなったり、過大な電流を流して電極対に損傷を生じさせたり、硝酸イオンよりも毒性の高いアンモニアが高濃度で含まれる処理水を生じさせてしまったりする問題を招く。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、電気化学反応によって被処理水中の（亜）硝酸イオンを還元し、さらに生成したアンモニアを窒素ガスに代えて被処理水から除去する一連の水処理工程を、自動制御によってかつ効率よく行なうことのできる装置構成を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記課題を解決するための本発明に係る水処理装置は、
電気化学反応によって塩化物イオンから塩素を生成するアノードと、カソードと、当該アノードおよびカソードを収容する電解槽と、を備え、電気化学反応によって被処理水中の（亜）硝酸イオンをアンモニアに還元し、さらに当該アンモニアを窒素ガスに分解除去する一連の水処理工程を行なう水処理装置であって、
前記電解槽内の被処理水に塩化物イオンおよび／または次亜塩素酸を供給するためのイオン供給手段と、
当該電解槽に貯留される被処理水の残留塩素濃度を測定する残留塩素センサと、
を備え、
前記残留塩素センサにより測定された残留塩素濃度が所定の値を下回るときには、脱窒素処理を行なうべきアンモニアが存在すると判断し、前記塩化物イオンおよび／または次亜塩素酸を注入し、前記残留塩素センサにより測定された残留塩素濃度が所定の値以上であるときには、前記塩化物イオンおよび／または次亜塩素酸を注入しない、
ことを特徴とする。
【００２１】
電気化学反応によって被処理水中の（亜）硝酸イオンをアンモニアに還元し、さらに当該アンモニアを窒素ガスに分解除去する一連の水処理工程において、被処理水には、アンモニアと反応してこれを窒素ガスに分解するための残留塩素が必要となる。そこで、被処理水に塩化物イオンを導入して、アノード反応によって次亜塩素酸（イオン）を生成させたり、被処理水中に直接次亜塩素酸（イオン）を導入したりする。ここで、残留塩素センサにより測定された残留塩素濃度が所定の値を下回るときには、脱窒素処理を行なうべきアンモニアが存在すると判断し、前記塩化物イオンや次亜塩素酸(イオン)を注入する。前記残留塩素センサにより測定された残留塩素濃度が所定の値以上であるときには、前記塩化物イオンおよび／または次亜塩素酸を注入しない。
従って、本発明の水処理装置によれば、還元処理により生成したアンモニアが十分に窒素ガスに分解されて適切に脱窒素が行われるので、前記一連の水処理工程を自動制御によって且つ効率よく行なうことができる。
【００６２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水処理装置について、水処理装置を示す概略図と、当該装置を用いた水処理工程を示す流れ図と、を参照しつつ詳細に説明する。
【００６３】
〔水処理装置の実施形態〕
図１〜図４は本発明に係る水処理装置の一実施形態である。
図１および図３に示す水処理装置は、いわゆる無隔膜式の電解槽１０を備えるものであって、電解槽１０内には、カソード１５、アノード１６および水位センサ２２が配置されている。
図２および図４に示す水処理装置は、いわゆる隔膜分離式の電解槽１１を備えるものであって、電解槽１１は、（亜）硝酸イオンを透過せず、水素イオン（Ｈ+ ）を透過する膜１４によってカソード反応域１７とアノード反応域１８とに区画されている。カソード反応域１７にはカソード１５が、アノード反応域１８にはアノード１６が、それぞれ配置される。
図１〜図４には、カソード（陰極）１５とアノード（陽極）１６とからなる一対の電極対を示したが、本発明の水処理装置における電解槽はこれに限定されるものではなく、複数の電極対を備えるものであってもよい。
【００６４】
本発明において、電気化学反応によって（亜）硝酸イオンを還元するカソードとしては、真鍮、銅、亜鉛等の１１族もしくは１２族元素を含む導電体、または１１族もしくは１２族元素を導電体に被覆したものが挙げられる。中でも真鍮は、硝酸イオンの還元特性が極めて優れていることから、本発明に好適である。一方、カソードに（亜）硝酸イオンの還元能力が要求されない場合において、カソードの種類は特に限定されるものではなく、上記例示のカソードのほか、従来公知の種々の電解用電極を用いることができる。
【００６５】
本発明において、電気化学反応によって塩化物イオンから塩素を生成するアノードとしては特に限定されるものではないが、例えば、チタン基材の上に白金、パラジウム等の１０族元素もしくはルテニウム、イリジウム等をメッキもしくは焼結させてなる金属電極、または炭素電極やフェライト電極等が挙げられる。一方、アノードに塩素の生成能力が要求されない場合において、アノードの種類は特に限定されるものではなく、上記例示のアノードのほか、従来公知の種々の電解用電極を用いることができる。
【００６６】
図２および図４に示す水処理装置において、電解槽１１をカソード反応域１７とアノード反応域１８とに区画する隔膜１４には、（亜）硝酸イオンを透過せず、水素イオン（Ｈ+ ）を透過する膜が用いられる。アンモニアおよび次亜塩素酸（イオン）を透過せず、電子を透過する膜としては、例えば陽イオン交換膜、メンブランフィルタ（例えば、限外ろ過膜等）などが挙げられる。
カソード１５およびアノード１６には直流電流を供給するための直流電源２５が接続され、さらにカソード１５の配線側には電流センサ２６が挿入される。直流電流の電流値は、電流センサ２６によって測定することができる。
【００６７】
図１〜図４に示す水処理装置において、電解槽１０，１１には、被処理水を導入するための注入口２０が配置されている。被処理水は、電磁弁２１を開放することによって注入口２０から電解槽１０，１１内に導入される。被処理水の注入口２０は、これに限定されるものではないが、（亜）硝酸イオンの還元反応およびアンモニアの分解・除去反応の効率を高める上で、カソード１５の近傍に設けるのがより好ましい。
【００６８】
図１〜図４に示す水処理装置においては、被処理水を導入するための注入口２０とともに、水道水等の希釈水を電解槽１０，１１に導入するための配管３２と、希釈水の注入を制御する電磁弁３１が設けられている。図２および図４に示す水処理装置のように、電解槽１１が隔膜分離式である場合には、希釈水用の配管３２（注入口）は、電解槽１１のカソード反応域１７とアノード反応域１８との双方に設けられる。
【００６９】
水位センサ２２は、無隔膜式の電解槽１０の場合にはカソード１５の近傍に配置されるのが好ましく、隔膜分離式の電解槽１１の場合にはカソード反応域１７とアノード反応域１８とのそれぞれに配置される。水位センサ２２は、フロート液面計であってもよいが、図１〜図４に示すフロートなし液面計であるのが好ましい。フロート液面計、特に電極式のフロートなし水位センサは、前述のように汚れが付着しにくく、フロート式のものに比べて誤動作を生じにくいという利点があり、多点制御が可能になるという利点もある。しかも、電極式である場合には、液面計の電気的制御がし易くなる。
【００７０】
図１〜図４に示す水処理装置において、電解槽１０，１１には水素ガスセンサ３０が設置され、電解処理等によって発生した水素ガスの濃度が当該センサ３０によって測定される。図２および図４に示す隔膜分離式の電解槽１１において、水素ガスセンサ３０は、電解槽１１のカソード反応域１７に設置される。
図１および図３に示す無隔膜式の電解槽１０を備える水処理装置の場合、当該電解槽１０内の被処理水に塩化物イオンおよび／または次亜塩素酸（イオン）を供給するためのイオン供給手段としては、例えば食塩水タンク５０や次亜塩素酸（もしくはその塩）のタンク等が挙げられる。食塩水タンク５０から電解槽１０内に供給される食塩水は、前記反応式(4) に示す脱窒素反応を進行させるための、酸化力のある遊離残留塩素成分（有効塩素）の原料となる。
【００７１】
図１および図３に示す場合において、食塩水タンク５０から電解槽１０内への食塩水の注入は、注入ポンプ５２を駆動することにより行なわれる。符号５３は、逆流を防止するための逆止弁である。
一方、図２および図４に示す隔膜分離式の電解槽１１を備える水処理装置の場合、当該電解槽１１には、次亜塩素酸（イオン）等の残留塩素成分を直接供給することのできるイオン供給手段が設置される。かかるイオン供給手段には、通常、次亜塩素酸（塩）タンク５１が用いられる。
【００７２】
図２および図４に示す隔膜分離式電解槽１１を用いる場合において、次亜塩素酸（塩）タンク５１から供給される次亜塩素酸（イオン）は、カソード反応域１７で、直接に遊離残留塩素成分（有効塩素）として作用する。次亜塩素酸（塩）タンク５１等のイオン供給手段は、電解槽１１のカソード反応域１７に接続される。当該タンク５１から電解槽１１内への次亜塩素酸（イオン）の注入は、注入ポンプ５２を駆動することにより行なわれる。符号５３は、図１および図３と同じく、逆流を防止するための逆止弁である。
【００７３】
図１〜図４に示す水処理装置には、食塩水タンク５０または次亜塩素酸（塩）タンク５１と併せて、またはこれらに代えて、オゾン発生装置を設置してもよい。オゾン発生装置にて発生したオゾンは、配管を通じて電解槽１０内の被処理水に、またはカソード反応域１７内の被処理水に、直接導入されるように設定される。
【００７４】
図１に示す水処理装置の電解槽１０には、被処理水（または処理済みの水）を残留塩素センサ４２に通水しまたは排水口５６から排出するための配管３６が設置される。
図２に示す水処理装置の電解槽１１には、そのカソード反応域１７とアノード反応域１８との双方から、当該両反応域１７，１８内に貯留された被処理水（または処理水）を残留塩素センサ４２に通水しまたは排水口５６から排出するための配管３６ａ，３８が設置される。また、配管３８には、アノード反応域１８からの排水を制御する電磁弁３９とが設置される。
【００７５】
図３に示す水処理装置の電解槽１０には、被処理水（または処理済みの水）を塩化物イオンメータ４４、硝酸イオンメータ４５、亜硝酸イオンメータ４６およびアンモニアイオンメータ４７に通水し、または排水口５６から排出するための配管３６が設置される。
図４に示す電解槽１１には、そのカソード反応域１７とアノード反応域１８との双方から、当該両反応域１７，１８内に貯留された被処理水（または処理水）を前記の各メータ４４，４５，４６，４７に通水し、または排水口５６から排出するための配管３６ａ，３８が設置される。また、配管３８には、アノード反応域１８からの排水を制御する電磁弁３９とが設置される。
図１〜図４に示す水処理装置において、配管３６，３６ａ上には、当該センサ４２および排水口５６へ被処理水（処理水）を供給するための循環ポンプ４０と、残留塩素センサ４２への通水を制御する電磁弁４１と、排水口５６への通水を制御する電磁弁５５と、が設置される。
【００７６】
配管３６，３６ａを通じて残留塩素センサ４２へ供給された被処理水は、さらに配管３７を通って電解槽１０に循環される。図１および図２に示す水処理装置では、食塩水タンク５０または次亜塩素酸（塩）タンク５１から伸びる食塩水または次亜塩素酸（イオン）の供給路が配管３７に接続されており、これによって、当該タンク５０，５１から電解槽１０，１１への接続が実現される。
配管３６，３６ａ上には、前記各メータ４４，４５，４６，４７または排水口５６へ被処理水（処理水）を供給するための循環ポンプ４０と、前記各メータ４４，４５，４６，４７への通水を制御する電磁弁４１と、排水口５６への通水を制御する電磁弁５５と、が設置される。図１〜図４中、符号５７は逆止弁を示し、符号５８は調節弁を示す。
【００７７】
配管３６，３６ａを通じて前記各メータ４４，４５，４６，４７へ供給された被処理水は、さらに配管３７を通って電解槽１０に循環される。図３および図４に示す水処理装置では、食塩水タンク５０または次亜塩素酸（塩）タンク５１から伸びる食塩水または次亜塩素酸（イオン）の供給路が配管３７に接続されており、これによって、当該タンク５０，５１から電解槽１２，１３への接続が実現される。
【００７８】
〔水処理工程の具体例〕
(1) 電解時の制御電流値が可変である場合
図１に示す水処理装置を使用し、電解時の制御電流値を可変とした場合における水処理工程の一例を、図５および図６に示す流れ図を参照しつつ説明する。
かかる場合の水処理工程では、まず、注入口２０の電磁弁２１を開放し、電解槽１０に繋がる他の流路の電磁弁（残留塩素センサ４２に繋がる電磁弁４１、排水口５６に繋がる電磁弁５５等）を閉鎖した状態で、被処理水を注入する（ステップＳ１）。
【００７９】
電解槽１０内の被処理水の水位は水位センサ２２によって検知して、満水位値に達したか否かを判断する（ステップＳ２）。被処理水が満水位置２３に達していないときには、ステップＳ１に戻って被処理水の注入を続行する。一方、満水位置２３に達したときには、注入口２０の電磁弁２１を閉じて被処理水の注入を停止し（ステップＳ３）、電解槽１０の電極対（カソード１５およびアノード１６）に可変電流を流す。これにより、被処理水の電気分解が開始されて（ステップＳ４）、電解の初期運転に移行する。
【００８０】
電解初期運転時には、次に続く電解定常運転時において電極対に流す制御電流値Ｉを決定するため、直流電源２５の電圧を漸次上昇させる（ステップＳ５）。同時に、水素ガスセンサ３０によって電解槽１０内の水素ガスの濃度ＣH の測定を開始する（ステップＳ６）。
ここで、水素ガス濃度ＣH が０．０１％未満であれば、ステップＳ５に戻って引き続き電圧上昇を行ない、水素ガス濃度ＣH が０．０１％以上であれば、電圧上昇を停止する（ステップＳ７）。電圧上昇を停止した場合、停止時の電流値Ｉｏに０．８をかけた値を制御電流値Ｉとして確定する（ステップＳ８）。以後、電極対に流す電流値を制御電流値Ｉに固定して、電解の定常運転に移行する。
【００８１】
電解定常運転時には、被処理水の（亜）硝酸イオン濃度を硝酸イオン濃度推定手段によって推定し（ステップＳ９）、こうして得られた推定硝酸イオン量に基づいて、（亜）硝酸イオンをその含有量が許容値以下になるまで還元させるのに必要な通電時間（所要通電時間Ｔｓ）を所要通電時間推定手段によって推定する（ステップＳ１０）。さらに、（亜）硝酸イオンの還元によって生じたアンモニアを分解して窒素ガスを生成させるのに要する食塩水の量（所要食塩水量Ｑｓ）を推定する（ステップＳ１１）。
【００８２】
これらの推定には、あらかじめ作製しておいた、制御電流値Ｉと（亜）硝酸イオン濃度と所要食塩水量との相関データが用いられる。特に、ステップＳ９における（亜）硝酸イオン量は、本発明の第１の水処理装置および第１の検知方法において述べたのと同じ手法によって推定すればよい。
なお、被処理水中の硝酸イオン量には、ステップＳ９に示す硝酸イオン濃度推定手段による推定値に代えて、硝酸イオンメータ／亜硝酸イオンメータによって測定して求めた実測値を用いてもよい。
【００８３】
ステップＳ１１では所要食塩水量Ｑｓを推定しているが、これは図１に示す電解槽１０に、食塩水タンク５０から塩化物イオンが供給されるからである。食塩水タンク５０に代えて、図２に示すような次亜塩素酸（塩）タンク５１を設置するのであれば、所要食塩水量Ｑｓを所要次亜塩素酸量に置き換えて推定すればよい。次亜塩素酸（塩）タンク５１の使用は、塩素を生成する能力を有しないアノードを用いる場合において、より効果的である。
【００８４】
ステップＳ９にて推定硝酸イオン量を求めた後、この推定硝酸イオン量に基づいて、電解を継続すべきか停止すべきかを判断する（ステップＳ１２）。推定硝酸イオン量が多く、還元処理および脱窒素処理が必要と判断した場合には、電解を継続して、（亜）硝酸イオンの還元反応とアンモニアの分解・除去反応とを行なう。
電解を継続する場合には、同時にタイマを稼動して、（亜）硝酸イオンを還元させるのに要した通電時間Ｔの計時を開始する（ステップＳ１３）。さらに、残留塩素センサ４２に通水するための電磁弁４１を開放し、排水口５６に繋がる電磁弁５５を閉鎖した状態で、循環ポンプ４０により電解槽１０内の被処理水を残留塩素センサ４２に導水して、被処理水の残留塩素濃度ＣClO を測定する（ステップＳ１４）。
【００８５】
前記還元処理と脱窒素処理とに際しては、還元処理によって生成したアンモニアがその生成と同時に窒素ガスに分解されて、適切に脱窒素が行なわれるように調整しなければならない。そこで、残留塩素センサ４２による残留塩素濃度の測定結果に基づき、還元反応完了検知手段によって食塩水の注入の要否を判断する（ステップＳ１５）。その結果、被処理水の遊離残留塩素濃度を維持する必要がある場合には、食塩水タンク５０から電解槽１０内に食塩水を注入する（ステップＳ１６）。具体的には、残留塩素濃度が５ｐｐｍを下回る場合には、依然として脱窒素処理を行なうべきアンモニアが存在すると判断できることから、被処理水の遊離残留塩素濃度を維持すべく、食塩水を注入する。以後、上記制御を継続して行なう。
食塩水を注入する際には、制御電流値Ｉが変化しないように、食塩水の注入量Ｑに応じて直流電源２５の出力電圧を自動調整する。さらにこの際には、食塩水の注入量Ｑを積算する（ステップＳ１７）。
【００８６】
ステップＳ１５において被処理水の遊離残留塩素濃度が所定値を超える場合には、水素ガス濃度ＣH の測定を行なう（ステップＳ１８）。具体的には、残留塩素濃度が５ｐｐｍ以上となる場合には、アンモニアが十分に分解・除去されていると判断できることから、食塩水の注入を中止して、水素ガス濃度ＣH の測定を行なう。
【００８７】
水素ガス濃度ＣH の測定結果が０．０４％以上であるときは、還元反応完了検知手段によって被処理水の硝酸イオン濃度およびアンモニア濃度が還元・脱窒素処理を必要としない値にまで（許容値以下にまで）低下したものと判断して（ステップＳ１９）、電気分解を停止し（ステップＳ２０）、同時にタイマの計時を停止して所要通電時間Ｔを確定する（ステップＳ２１）。一方、水素ガス濃度ＣH が０．０４％未満であるときは、還元反応完了検知手段によって被処理水中に除去すべき硝酸イオンおよびアンモニアが残存しているものと判断して（ステップＳ１９）、ステップＳ１４に戻って以降の処理を再度行なう。
【００８８】
ステップＳ１５およびＳ１９に示す還元反応完了検知手段によって還元反応の完了を検知し、電解を停止した後、前記還元処理および脱窒素処理に実際に要した所要通電時間Ｔと、ステップＳ１０で推定した推定所要通電時間Ｔｓとを比較する（ステップＳ２２）。ここで、Ｔ≧２Ｔｓとなった場合には、ステップＳ２２に示す還元反応能力検知手段によってカソードの還元反応能力が低下しているものと判断して、カソード交換表示を行なう（ステップＳ２３）。Ｔ＜２Ｔｓである場合には、ステップＳ２２を飛ばして、アノード交換表示手段によるアノード交換の要否判断へと移行する。
【００８９】
次いで、前記還元処理および脱窒素処理時において実際に注入された食塩水の積算量（実際の注入量）Ｑと、ステップＳ１１で推定した推定所要食塩水量Ｑｓとを比較し（ステップＳ２４）、Ｑ≧２Ｑｓとなった場合にはアノードの遊離残留塩素成分の生成能力が低下しているものと判断して、アノード交換表示を行なう（ステップＳ２５）。Ｑ＜２Ｑｓである場合には、ステップ２４を飛ばして、排水処理へと移行する。
【００９０】
最後に、残留塩素センサ４２に通水する電磁弁４１を閉止した上で排水口５６の電磁弁５５を開放して、電解槽１０内の被処理水を排出口５６より排出する（ステップＳ２７）。被処理水の排水は循環ポンプ４０を駆動して行なわれる。
一方、ステップＳ９において求められた被処理水の推定硝酸イオン濃度が、前記還元処理および脱窒素処理を必要としない程度に低い（許容値以下である）と判断される場合には（ステップＳ１２）、電解処理を停止し（ステップＳ２６）、上記排水処理（ステップＳ２７）へと移行する。
【００９１】
ステップＳ２７にて排水処理を行なった後、さらに新たな被処理水に対して脱窒素処理を必要とする場合には、ステップＳ１に戻って一連の処理を繰り返す。一方、新たな被処理水に対して脱窒素処理を必要としない場合は、処理を終了する（ステップＳ２８）。
図５および図６に示す脱窒素処理工程において、所要時間Ｔｓの推定（ステップＳ１０）と、所要食塩水量Ｑｓの推定（ステップＳ１１）と、所要通電時間Ｔの計時開始およびその停止（ステップＳ１３，Ｓ２１）とは、電解停止後（ステップＳ２０）にカソード交換およびアノード交換の判定（ステップＳ２２，Ｓ２４）を行なわない場合に省略することができる。
【００９２】
食塩水タンク５０または次亜塩素酸（塩）タンクと併せて、またはこれらに代えてオゾン発生装置を設置する場合には、ステップＳ１６の食塩水の注入（あるいは次亜塩素酸（塩）の注入）と併せて、またはこれに代えて、被処理水へのオゾンの注入を行なえばよい。この場合、被処理水がアルカリ性にシフトし過ぎて電気化学反応が極端に遅くなったり、停止したりするおそれがある。そこで、被処理水中に例えば塩酸、硫酸等の酸性水を注入するのが好ましい。
【００９３】
図１に示す水処理装置に代えて、図２に示すような隔膜分離式の電解槽１１を使用し、電解槽１１に通電する電流値（制限電流値）を可変とする場合における水処理工程は、図５および図６に示すフローチャートとほぼ同一の流れに従って行なわれる。
なお、アノード１６として、遊離残留塩素（有効塩素）を生成しない電極が用いられる場合には、電解停止後（ステップＳ２１）におけるアノード交換の判定（ステップＳ２４）が省略される。また、これに伴い、所要食塩水量Ｑｓの推定（ステップＳ１１）も省略される。
【００９４】
(2) 電解時の制御電流値を固定する場合
図２に示す水処理装置を使用し、電解時の制御電流値を固定した場合における水処理工程の一例を、図７および図８に示す流れ図を参照しつつ説明する。
かかる場合の水処理工程では、まず、注入口２０の電磁弁２１を開放し、電解槽１１に繋がる他の流路の電磁弁（残留塩素センサ４２に繋がる電磁弁４１、排水口５６に繋がる電磁弁５５等）を閉鎖した状態で、被処理水の注入を開始する（ステップＴ１）。
【００９５】
電解槽１０内の被処理水の水位は水位センサ２２によって検知して、満水位置２３に達した否かを判断する（ステップＴ２）。被処理水が満水位置２３に達していないときには、ステップＴ１に戻って被処理水の注入を続行する。一方、満水位置２３に達したときには、注入口２０の電磁弁２１を閉じて被処理水の注入を停止し（ステップＴ３）、電解槽１１の電極対（カソード１５およびアノード１６）に電流を流す。通電時の電流値は固定し、通電の開始により電解処理に移行する（ステップＴ４）。同時に、タイマを稼動して、電解槽への通電時間Ｔの計時を開始する（ステップＴ５）。
【００９６】
さらに、残留塩素センサ４２に通水するための電磁弁４１を開放し、排水口５６に繋がる電磁弁５５を閉鎖した状態で、循環ポンプ４０により電解槽１１内の被処理水を残留塩素センサ４２に導水し、被処理水の残留塩素濃度ＣClO を測定する（ステップＴ６）。
前記還元処理と脱窒素処理とに際しては、還元反応によって生成したアンモニアがその生成と同時に窒素ガスに分解されて、適切に脱窒素が行なわれるように調整しなければならない。そこで、残留塩素センサ４２による残留塩素濃度の測定結果に基づき（ステップＴ７）、被処理水の遊離残留塩素濃度を維持すべく、必要に応じて次亜塩素酸（塩）タンク５１から電解槽１１のカソード反応域１７内に次亜塩素酸（イオン）を注入する（ステップＴ８）。具体的には、残留塩素濃度が５ｐｐｍを下回る場合には、依然として脱窒素処理を行なうべきアンモニアが存在すると判断できることから、被処理水の遊離残留塩素濃度を維持すべく、次亜塩素酸（イオン）を注入する。
【００９７】
次亜塩素酸（イオン）を注入する際には、制御電流値が変化しないように、次亜塩素酸（イオン）の注入量Ｗに応じて直流電源２５の出力電圧を自動調整する。また、次亜塩素酸（イオン）の注入量Ｗを積算する（ステップＴ９）。
以後、上記制御を継続して行ない、残留塩素濃度が５ｐｐｍ以上になると次亜塩素酸（イオン）の注入を中止して、水素ガス濃度ＣH の測定を行なう（ステップＴ１０）。その結果、水素ガス濃度ＣH が０．０４％以上であるならば、被処理水の硝酸イオン濃度およびアンモニア濃度が還元・脱窒素処理を必要としない値にまで（許容値以下にまで）低下したものと判断して（ステップＴ１１）、電気分解を停止し（ステップＴ１２）、同時に通電時間Ｔの計時を停止する（ステップＴ１３）。一方、水素ガス濃度ＣH が０．０４％未満であるならば、被処理水中に除去すべき硝酸イオンおよびアンモニアが残存しているものと判断して（ステップＴ１１）、ステップＴ７に戻り、以降の処理を再度行なう。
【００９８】
ステップＴ１２にて電解を停止した後、前記還元処理および脱窒素処理に実際に要した所要通電時間Ｔと、電解処理時の制御電流値Ｉとから、還元された硝酸イオンの量（還元硝酸イオン量）を推定し（ステップＴ１４）、さらに当該還元硝酸イオンの推定量から、この還元反応によって発生したアンモニアを酸化脱窒処理するのに必要な次亜塩素酸（イオン）の量（所要次亜塩素酸量）Ｗｓを推定する（ステップＴ１５）。
【００９９】
次いで、前記還元処理および脱窒素処理時において実際に注入された次亜塩素酸（イオン）の積算量（実際の注入量）Ｗと、ステップＴ１４で推定した推定所要次亜塩素酸量Ｗｓとを比較し（ステップＴ１６）、Ｗ≧２Ｗｓとなった場合にはカソードの還元反応能力が低下しているものと判断して、カソード電極交換表示を行なう（ステップＴ１７）。Ｗ＜２Ｗｓである場合には、ステップＴ１７を飛ばして、排水処理へと移行する。
【０１００】
最後に、残留塩素センサ４２に通水する電磁弁４１を閉止した上で排水口５６の電磁弁５５を開放して、電解槽１１内の被処理水を排出口５６より排出する（ステップＴ１８）。被処理水の排水は循環ポンプ４０を駆動して行なわれる。
ステップＴ１８にて排水処理を行なった後、さらに新たな被処理水に対して脱窒素処理を必要とする場合には、ステップＴ１に戻って一連の処理を繰り返す。
一方、新たな被処理水に対して脱窒素処理を必要としない場合は、処理を終了する（ステップＴ１９）。
【０１０１】
図７および図８に示す脱窒素処理工程において、所要通電時間Ｔの計時開始およびその停止（ステップＴ５，Ｔ１３）と、還元硝酸イオン量の推定（ステップＴ１４）と、所要次亜塩素酸量Ｗｓの推定（ステップＴ１５）とは、ステップＴ１２の電解停止後にカソード交換の判定（ステップＴ１６）を行なわない場合に省略することができる。
次亜塩素酸（塩）タンクと併せて、またはこれに代えてオゾン発生装置を設置する場合には、ステップＴ８の次亜塩素酸（塩）の注入と併せて、またはこれに代えて、被処理水へのオゾンの注入を行なえばよい。この場合、被処理水がアルカリ性にシフトし過ぎて電気化学反応が極端に遅くなったり、停止したりするおそれがある。そこで、被処理水中に例えば塩酸、硫酸等の酸性水を注入するのが好ましい。
【０１０２】
(3) 電解時の制御電圧を固定する場合
図３に示す水処理装置を使用し、電解時の制御電圧を固定した場合における脱窒素処理工程の一例を、図９および図１０に示す流れ図を参照しつつ説明する。
かかる場合の水処理工程では、まず、注入口２０の電磁弁２１を開放し、電解槽１２に繋がる他の流路の電磁弁（各メータ４４〜４７に繋がる電磁弁４３、排水口５６に繋がる電磁弁５５等）を閉鎖した状態で、被処理水を注入する（ステップＵ１）。
【０１０３】
電解槽１０内の被処理水の水位は水位センサ２２によって検知して、被処理水の水位が電解処理を開始するのに必要な量に達すると、定電圧直流電源２５ａから電解槽１２への通電を開始して、電解処理を開始する（ステップＵ２）。
電解処理の開始と同時に、電流センサ２６によって電解槽に流れる電流値Ｉｏを測定し（ステップＵ３）、電流値Ｉｏが電解槽１２にて許容される最大電流値Ｉｍａｘ未満であるか否かを判断する（ステップＵ４）。電流値Ｉｏが最大電流値Ｉｍａｘ未満であるときは、そのまま満水位置に達するまで被処理水の注入を続ける。一方、電流値Ｉｏが最大電流値Ｉｍａｘとなると、被処理水の注入を停止し、電磁弁３１を開放して、電解槽１２内に希釈水を注入する（ステップＵ５）。その後、満水位置に達するまで、繰り返しステップＵ４に戻って、以降の処理を行なう。
【０１０４】
水位センサ２２の検知によって、電解槽１２内の水位が満水位置に達したと判断されると（ステップＵ６）、被処理水または希釈水の注入を停止し（ステップＵ７）、その時の電流値を制御電流値Ｉとして確定する（ステップＵ８）。この後、電解処理時の電流値は前記制御電流値Ｉに固定されて、電解初期運転に移行する。
電解初期運転時には、排水口５６に繋がる電磁弁５５を閉鎖された上で、塩化物イオンメータ４４、硝酸イオンメータ４５、亜硝酸イオンメータ４６およびアンモニアメータ４７に通水する電磁弁４１を開放する。電解槽１１内の被処理水は、循環ポンプ４０によって前記４つのメータ４４〜４７に導入される。
【０１０５】
次いで、硝酸イオンメータ４５、塩化物イオンメータ４４等によって被処理水の硝酸イオン濃度ＣNO、塩化物イオン濃度ＣCl等を測定し（ステップＵ９，Ｕ１１）、前記還元処理および脱窒素処理が不要となる（（亜）硝酸イオン濃度およびアンモニア濃度が許容値以下になる）のに必要な所要通電時間Ｔｓを推定される（ステップＵ１０）。
また、測定された硝酸イオン濃度ＣNOに基づいて、還元反応により生成したアンモニアを脱窒素するのに必要な所要食塩推量Ｑｓを推定する（ステップＵ１２）。
【０１０６】
これらの推定には、あらかじめ作製しておいた、制御電流値Ｉ、（亜）硝酸イオン濃度、塩化物イオン濃度、所要通電時間および所要食塩水量の相関データが用いられる。
なお、食塩水タンク５０に代えて次亜塩素酸（塩）タンクを設置する場合には、前記所要食塩水量を所要次亜塩素酸量に置き換えて推定する。
ステップＵ９にて（亜）硝酸イオン濃度を測定した後、この硝酸イオン濃度に基づいて、電解を継続すべきか停止すべきかを判断する（ステップＵ１３）。硝酸イオン濃度が高く、還元処理および脱窒素処理が必要と判断した場合には、電解を継続して、（亜）硝酸イオンの還元反応とアンモニアの分解・除去反応とを行なう。
【０１０７】
電解処理を継続した場合には、同時にタイマを稼動して、前記還元処理および脱窒素処理に要した通電時間Ｔの計時を開始する（ステップＵ１４）。また、これにより、電解の定常運転に移行する。
前記還元処理と脱窒素処理とに際しては、還元反応によって生成したアンモニアがその生成と同時に窒素ガスに分解されて、適切に脱窒素が行なわれるように調整しなければならない。そこで、アンモニアメータ４７による被処理水のアンモニア濃度ＣNHの測定結果に基づき（ステップＵ１５，１６）、被処理水の遊離残留塩素濃度を適度に調節すべく、必要に応じて食塩水タンク５０から電解槽１２内に食塩水を注入する（ステップＵ１７）。食塩水の注入に応じて、その注入量Ｑを積算しておく（ステップＵ１８）。
【０１０８】
以後、上記制御を継続して行ない、アンモニア濃度が必要とする濃度以下にまで低下すると（ステップＵ１６）、電解処理を停止し（ステップＵ１９）、同時にタイマの計時を停止して所要通電時間Ｔを確定する（ステップＵ２０）。
ステップＵ１９にて電解を停止した後、前記還元処理および脱窒素処理に実際に要した所要通電時間Ｔと、ステップＵ１０で推定した推定所要通電時間Ｔｓとを比較し（ステップＵ２１）、Ｔ≧２Ｔｓとなった場合にはカソードの還元反応能力が低下しているものと判断して、カソード交換表示を行なう（ステップＵ２２）。Ｔ＜２Ｔｓである場合には、ステップＵ２２を飛ばして、アノード交換表示手段によるアノード交換の要否判断へと移行する。
【０１０９】
また、ステップＵ１９にて電解を停止した後、前記還元処理および脱窒素処理時において実際に注入された食塩水の積算量（実際の注入量）Ｑと、ステップＵ１２で推定した推定所要食塩水量Ｑｓとを比較し（ステップＵ２３）、Ｑ≧２Ｑｓとなった場合はアノードの遊離残留塩素成分の生成能力が低下しているものと判断されて、アノード交換表示が行なわれる（ステップＵ２４）。Ｑ＜２Ｑｓである場合には、ステップＵ２４を飛ばして、排水処理へと移行する。
【０１１０】
最後に、前記４つのメータ４４〜４７に通水する電磁弁４３を閉止した上で排水口５６の電磁弁５５を開放して、電解槽１２内の被処理水を排出口５６より排出される（ステップＵ２６）。
一方、ステップＵ９により求められた被処理水の硝酸イオン濃度が、前記還元処理および脱窒素処理を必要としない程度に低い場合には、電解処理を停止し（ステップＵ１３，Ｕ２５）、上記排水処理（ステップＵ２６）へと移行する。
【０１１１】
ステップＵ２６にて排水処理を行なった後、さらに新たな被処理水に対して還元・脱窒素処理を必要とする場合には、ステップＵ１に戻って、一連の処理が繰り返される。一方、新たな被処理水に対して還元・脱窒素処理を必要としない場合は、処理を終了する（ステップＵ２７）。
図９および図１０に示す脱窒素処理工程において、所要通電時間Ｔｓの推定（ステップＵ１０）と、所要食塩水量Ｑｓの推定（ステップＵ１２）と、所要通電時間Ｔの計時開始およびその停止（ステップＵ１４，Ｕ２０）とは、ステップＵ１９の電解停止後にカソード交換の判定（ステップＵ２２）およびアノード交換の判定（ステップＵ２４）を行なわない場合に、省略することができる。
【０１１２】
食塩水タンク５０または次亜塩素酸（塩）タンクと併せて、またはこれらに代えてオゾン発生装置を設置する場合には、ステップＳ１５の食塩水の注入（あるいは次亜塩素酸（塩）の注入）と併せて、またはこれに代えて、被処理水へのオゾンの注入を行なえばよい。この場合、被処理水がアルカリ性にシフトし過ぎて電気化学反応が極端に遅くなったり、停止したりするおそれがある。そこで、被処理水中に例えば塩酸、硫酸等の酸性水を注入するのが好ましい。
【０１１３】
図３に示す水処理装置に代えて、図４に示すような陽イオン交換膜またはメンブランフィルタ１４を有する電解槽１３を使用し、電解槽１３に通電する電流値（制限電流値）を固定した場合における水処理工程は、図９および図１０に示すフローチャートとほぼ同一の流れに従って行なわれる。
なお、アノード１６として、遊離残留塩素（有効塩素）を生成しない電極が用いられる場合には、電解処理停止後（ステップＵ１９）におけるアノード交換の判定（ステップＵ２３，Ｕ２４）が省略される。また、これに伴い、所要食塩水量Ｑｓの推定（ステップＵ１２）も省略される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水処理装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る水処理装置の他の実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明に係る水処理装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明に係る水処理装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明の水処理装置を用いた水処理工程の一例を示す流れ図である。
【図６】図５の続きを示す流れ図である。
【図７】本発明の水処理装置を用いた水処理工程の他の例を示す流れ図である。
【図８】図７の続きを示す流れ図である。
【図９】本発明の水処理装置を用いた水処理工程のさらに他の例を示す流れ図である。
【図１０】図９の続きを示す流れ図である。
【符号の説明】
１０  （無隔膜式）電解槽
１１  （隔膜分離式）電解槽
１５  カソード
１６  アノード
２５  直流電源
３０  水素ガスセンサ
４２  残留塩素センサ
４４  塩化物イオンメータ
４５  硝酸イオンメータ
４７  アンモニアメータ
【図１】
0003906088.tif 000003
【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】
0003906088.tif 000009
【図８】
0003906088.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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