(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気槽を有する排水処理槽に備えられる処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室が、流通口を有する隔壁により区画される、鉄および／またはアルミニウムを含む少なくとも一対の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る電解槽と、該電解槽の下流側に設けられる攪拌槽と、前記嫌気槽から電解槽へ嫌気状態の排水を供給する供給手段とからなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
【請求項２】
前記攪拌槽に代えて曝気槽にされてなる請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
前記電解槽に汚泥が滞留しないように滞留防止手段が形成されてなる請求項１または２記載の処理装置。
【請求項４】
前記滞留防止手段が、前記隔壁の下部に形成される流通口と、該流通口に対向する前記排水処理室の底部を電解槽から攪拌槽または曝気槽に向けて傾斜する傾斜板とからなる請求項１または２記載の処理装置。
【請求項５】
前記滞留防止手段が、前記電解槽内に形成される略Ｕ字形状の底部と、前記排水処理室の流入口から前記略Ｕ字形状の底部側に延長される流入管とからなる請求項１または２記載の処理装置。
【請求項６】
前記滞留防止手段が、前記電解槽の底部に形成される前記排水処理室の流入口である請求項１または２記載の処理装置。
【請求項７】
前記攪拌槽または曝気槽に汚泥除去手段が設けられてなる請求項１、２、３、４、５または６記載の処理装置。
【請求項８】
前記汚泥除去手段がエアリフトポンプにされてなる請求項７記載の処理装置。
【請求項９】
前記汚泥除去手段が前記攪拌槽または曝気槽の底部に設けられる開閉バルブにされてなる請求項７記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、Ｃ０２Ｆ  ３／１２）。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、かかる電解溶出法を用いた汚水処理槽として、たとえば嫌気槽、好気槽、処理水槽および消毒槽からなり、該処理水槽の汚水を、リン酸と反応する鉄イオンを溶出させる電解槽を介して、嫌気槽に循環するとともに、前記消毒槽を介して放流させ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】
しかしながら、前記汚水処理槽における電極には、長期使用により酸化物の不動態膜が生成する。このため、鉄イオンの溶出量が低下し、リン除去効率が低下する惧れがある。前記不動態膜はメンテナンスするときや電極の極性切り換えなどにより除去することができるが、前記メンテナンスを行なう場合では、人件費がかさみ、電極の極性切換え装置を用いる場合では、充分に不動態膜を除去できないという問題がある。
【０００５】
本発明は、叙上の事情に鑑み、不動態膜の生成を防止するとともに、リン除去効率を維持することができるリン酸イオン含有排水の処理装置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、嫌気槽を有する排水処理槽に備えられる処理装置であって、排水の流入口と流出口を有する排水処理室が、流通口を有する隔壁により区画される、鉄および／またはアルミニウムを含む少なくとも一対の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る電解槽と、該電解槽の下流側に設けられる攪拌槽と、前記嫌気槽から電解槽へ嫌気状態の排水を供給する供給手段とからなることを特徴とする。
【０００８】
【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を説明する。
【０００９】
図１は本発明の一実施の形態にかかわる排水処理槽を示す説明図、図２は図１における処理装置を示す断面図、図３は本発明の他の実施の形態の処理装置を示す断面図、図４は本発明のさらに他の実施の形態の処理装置を示す断面図、図５は本発明のさらなる他の実施の形態の処理装置を示す断面図、図６は本発明のさらなる他の実施の形態の処理装置を示す断面図、図７は本発明のさらなる他の実施の形態の処理装置を示す断面図、図８は本発明のさらなる他の実施の形態の処理装置を設置した排水処理槽を示す説明図、図９は図８における処理装置を示す断面図である。
【００１０】
本発明は、たとえば合併浄化槽などの排水処理槽に用いられる。かかる排水処理槽は、図１に示されるように、嫌気第一槽Ａ、嫌気第二槽Ｂ、好気槽Ｃ、沈殿分離槽Ｄおよび消毒槽Ｅとから構成されている。かかる排水処理槽では、排水流入口１から流入した排水を嫌気第一槽Ａと嫌気第二槽Ｂで嫌気分解や脱窒処理をしたのち、好気槽Ｃで好気分解によりＢＯＤ値を小さくするなどし、ついで浄化された排水を沈殿分離槽Ｄに流出し、排水中の浮遊物（ＳＳ成分）を重力沈殿分離する。そして上澄み液は消毒槽Ｅを通して処理水として流出口２から槽外へ排出させるとともに、処理水の一部を脱窒処理するために、ポンプＦにて嫌気第一槽Ａへ返送している。なお、本実施の形態では、前記好気槽Ｃが接触曝気槽にされているため、つぎの槽が沈殿分離槽Ｄにされているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、好気槽Ｃを生物膜処理槽にする場合には、つぎの槽が処理水槽になる。
【００１１】
本実施の形態では、電解槽３、曝気槽４および前記嫌気第二槽Ｂから電解槽３へ嫌気状態の排水を供給する供給手段５とからなる処理装置Ｐ１が、前記嫌気第一槽Ａと嫌気第二槽Ｂとのあいだに設置されている。
【００１２】
前記電解槽３は、図２に示すように、流入口６と流出口７を有する排水処理室８のうち、流通口９を有する隔壁１０により区画される上流位置に設置されており、該処理室８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一対の電極１１と、該電極１１に通電するための電源１２とを備えている。
【００１３】
前記電極１１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。前記電源１２には、電極１１の極性を所定の時間、たとえば６時間ごとに切り換えるための極性反転装置を接続することもできる。
【００１４】
前記曝気槽４は、前記排水処理室８の下流位置に設置され、前記電解槽３から流出する排水を攪拌させるとともに、排水中に空気を供給する空気曝気装置１３が設置されている。該空気曝気装置１３は、曝気槽４の底部中央に設置される多孔質の散気管１４または散気板と、該散気管１４に圧縮空気を吸き込むためのエアポンプ（曝気ブロア）１５とから構成されており、前記散気管１４とエアポンプ１５はパイプ１６により接続されている。本実施の形態では、前記散気管１４は曝気槽４の底部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、排水を攪拌し、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。また、散気管１４を曝気槽４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。前記排水の攪拌により、鉄イオンとリン酸イオンとの反応性を向上させることができる。
【００１５】
前記供給手段５としては、嫌気状態の排水を供給できる装置であれば、とくに限定されるものではないが、たとえば水中ポンプを用いることができる。この供給手段５は前記流入口６に供給管１７により接続されている。
【００１６】
本実施の形態では、水中ポンプにより汲み上げられた嫌気状態の排水は、流入口６から電解槽３に入ったのち、電極１１から溶出した鉄イオン（アルミニウムイオン）と排水中のリン酸イオンとが混合される。ついで隔壁１０の流通口９を通って曝気槽４に入り、散気管１４からの曝気で攪拌され、水不溶性の塩となって沈殿し、汚泥を生成する。かかる水不溶性の塩の汚泥は、リンが除去された排水とともに、前記嫌気第一槽Ａへ返送される。そして該嫌気第一槽Ａに沈殿した汚泥を定期的にバキュームなどでの汚泥引き抜き時に除去する。
【００１７】
また本実施の形態では、前記電解槽３に流入する排水が、嫌気状態の排水であるため、電解槽３における排水中に酸素が非常に少ない。このため、酸化反応によって発生する電極１１への不動態膜の生成を防止することができる。その結果、リン除去効率を維持することができる。また前記曝気槽４では、鉄イオンを２価から３価に酸化するので、水不溶性の塩（リン酸鉄）を生成しやすくなり、さらにリン除去効率を高めることができる。
【００１８】
つぎに本発明の他の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図３に示さるように、前記電解槽３に汚泥が滞留しないように滞留防止手段Ｓが形成されている。かかる滞留防止手段Ｓは、隔壁２１の下部に形成される流通口２２と、該流通口２２に対向する前記排水処理室８の底部を電解槽３から曝気槽４に向けて傾斜する傾斜板２３とから構成されている。
【００１９】
したがって、本実施の形態における処理装置Ｐ２では、水中ポンプにより汲み上げられた嫌気状態の排水は、流入口６から電解槽３に入ったのち、電極１１から溶出した鉄イオン（アルミニウムイオン）と排水中のリン酸イオンとが混合される。そして該電解槽３で反応した水不溶性の塩の沈殿物は、傾斜板２３により隔壁２１の流通口２２を通って曝気槽４に移動する。ついで散気管１４の空気による曝気で攪拌され、さらに汚泥を生成する。かかる水不溶性の塩の汚泥は、散気管１４から曝気上昇流により、流出口７から前記嫌気第一槽Ａへ返送される。そして該嫌気第一槽Ａに沈殿した汚泥を定期的にバキュームなどでの汚泥引き抜き時に除去する。
【００２０】
また本実施の形態では、前記電解槽３に流入する排水が、嫌気状態の排水であるため、電解槽３における排水中に酸素が非常に少ない。このため、酸化反応によって発生する電極１１への不動態膜の生成を防止することができる。その結果、リン除去効率を維持することができる。また前記曝気槽４では、鉄イオンを２価から３価に酸化するので、水不溶性の塩（リン酸鉄）を生成しやすくなり、さらにリン除去効率を高めることができる。また電解槽に滞留防止手滞段を設けていることにより、電解槽で発生する汚泥が槽内に堆積しないため、該汚泥と電極が接触せず、電極の不動態化を防止することができる。
【００２１】
つぎに本発明のさらに他の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図４に示されるように、前記曝気槽４内の空気曝気装置１３に汚泥除去手段Ｔが設けられている。かかる汚泥除去手段Ｔとしては、前記空気曝気装置１３のパイプ１６に連結される空気切替え弁３１と、曝気槽４の最深部位に立設される揚水管３２と、該揚水管３２の先端部３２ａと前記空気切替え弁３１とを接続する分岐パイプ３３とから構成されるエアリフトポンプが用いられている。前記揚水管３２の後端部３２ｂは流出口７に接続されている。
【００２２】
また本実施の形態における処理装置Ｐ３では、散気管１４が曝気槽４内の傾斜板２３と一定の間隔を置いて設置され、底面の隅に汚泥が沈殿するためのスペースを確保し易くされている。
【００２３】
したがって、本実施の形態では、曝気槽４における汚泥の一部は、散気管１４の空気による曝気上昇流により、流出口７から前記嫌気第一槽Ａへ返送される。さらに嫌気第一槽Ａへ返送されずに、曝気槽４の底面の隅に堆積した汚泥は、空気切替え弁３１を切り替えて、エアポンプ１５からの空気を揚水管３２に供給することにより、揚水管３２内を浮上させて、前記嫌気第一槽Ａへ返送させる。そして嫌気第一槽Ａに沈殿した汚泥は、定期的にバキュームなどでの汚泥引き抜き時に除去する。
【００２４】
なお、本実施の形態では、エアリフトポンプが空気曝気装置のパイプに連結され、エアポンプを共用しているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、空気曝気装置のパイプに連結させずに、独立して設けることもできる。
【００２５】
つぎに本発明のさらなる他の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図５に示されるように、前記汚泥除去手段Ｔであるエアリフトポンプに代えて前記曝気槽４の底部に開閉バルブ４１が設けられている。本実施の形態における処理装置Ｐ４では、かかる開閉バルブ４１の開動作により、曝気槽４の底面の隅に堆積した汚泥を前記嫌気第一槽Ａへ返送させることができる。
【００２６】
つぎに本発明のさらなる他の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図６に示されるように、前記停滞防止手段Ｓが、前記電解槽３内に形成される略Ｕ字形状の底部５１と、前記排水処理室８の流入口６から前記略Ｕ字形状の底部５１側に延長される流入管５２とからなる構成にされている。前記略Ｕ字形状の底部５１は、電解槽３に流入した排水が底部に沿って流れたのち、流通口５３を通って曝気槽４へ流出できるように、前記排水処理室８の側板８ａおよび隔壁５４のそれぞれを電解槽３内に向けて、テーパ面または円弧面などにより傾斜させることで形成することができる。
【００２７】
したがって、本実施の形態における処理装置Ｐ５では、水中ポンプにより汲み上げられた嫌気状態の排水は、流入口６から流入管５２を通って電解槽３の底部５１側に入ったのち、電極１１から溶出した鉄イオン（アルミニウムイオン）を含む排水と電解槽３内で反応して生成した沈殿物とともに、流通口５３を通って曝気槽４に移動する。
【００２８】
つぎに本発明のさらなる他の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図７に示されるように、前記滞留防止手段Ｓが、前記電解槽３の底部に形成される前記排水処理室８の流入口６１にされている。
【００２９】
本実施の形態における処理装置Ｐ６では、水中ポンプにより汲み上げられた嫌気状態の排水は、電解槽３の流入口６１から電解槽３に入り、電極１１から溶出した鉄イオン（アルミニウムイオン）を含む排水と電解槽３内で反応して生成した沈殿物が流入排水の上昇流に乗って、隔壁６２の流通口６３を通って曝気槽４に移動する。
【００３０】
なお、以上の実施の形態では、電解槽から曝気槽へ排水を流出させるようにしているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、曝気槽に代えて、凝集反応させる攪拌槽へ流出させることもできる。かかる攪拌槽内の攪拌は、たとえばスクリューなどの攪拌装置で行なうことができる。また前記処理装置Ｐ３またはＰ４の汚泥除去手段Ｔは、前記処理装置Ｐ１〜Ｐ２およびＰ５〜Ｐ６に用いることもできる。
【００３１】
つぎに本発明のさらなる他の実施の形態を説明する。本実施の形態では、曝気槽が省かれ、汚泥を電解槽から好気槽に流出するようにされている。すなわち、図８〜９に示されるように、前記電解槽３および嫌気第二槽Ｂから電解槽３へ嫌気状態の排水を供給する供給手段５とからなる処理装置Ｐ７が、前記嫌気第二槽Ｂと好気槽Ｃとのあいだに設置されている。該好気槽Ｃに設置される散気管７１、エアポンプ７２およびパイプ７３により、電解槽３から流出する排水を攪拌させるとともに、排水中に空気を供給することができるため、前記曝気槽を好気槽Ｃで代用させることができる。
【００３２】
本実施の形態では、供給手段５である水中ポンプにより汲み上げられた嫌気状態の排水は、流入口６から電解槽３に入ったのち、電極１１から溶出した鉄イオン（アルミニウムイオン）と排水中のリン酸イオンとが混合される。ついで鉄イオン（アルミニウムイオン）を含んだ排水を流出口７から好気槽Ｃに流下し、好気状態で攪拌させることにより、リン酸イオンと反応し、リン酸イオンを水不溶性の塩として排水中から除去する。そして好気槽Ｃに沈殿した汚泥を定期的にバキュームなどでの汚泥引き抜き時に除去する。
【００３３】
本実施の形態では、前記電解槽３に流入する排水が、嫌気状態の排水であるため、電解槽３における排水中に酸素が非常に少ない。このため、酸化反応によって発生する電極１１への不動態膜の生成を防止することができる。その結果、リン除去効率を維持することができる。また前記好気槽Ｃでは、鉄イオンを２価から３価に酸化するので、水不溶性の塩（リン酸鉄）を生成しやすくなり、さらにリン除去効率を高めることができる。
【００３４】
前記鉄（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。しかし通電量は、リン酸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／リン濃度のモル比（以下、「Ｆｅ／Ｐ」と略す）が１．０〜４．０、好ましくは１．５〜２．５となるように調節すればよい。
【００３５】
なお、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、排水中は水酸化物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）は水酸化物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。
【００３６】
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化物イオンと反応する（反応Ｄ）。この反応Ｄは鉄イオン（アルミニウムイオン）と水酸化物イオンとの反応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。
【００３７】
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）と水酸化物イオンの反応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。
【００３８】
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。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、電解槽に流入される嫌気状態の排水中に鉄イオン（アルミニウムイオン）を溶出させることにより、電極への不動態膜の生成を防止し、リン除去効率を維持することができる。また電解槽から曝気槽または好気槽に排水を流出させて、曝気により酸素を供給することにより、鉄イオンを２価から３価に酸化するので、水不溶性の塩（リン酸鉄）を生成しやすくなり、さらにリン除去効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかわる排水処理槽を示す説明図である。
【図２】図１における処理装置を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の処理装置を示す断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態の処理装置を示す断面図である。
【図５】本発明のさらなる他の実施の形態の処理装置を示す断面図である。
【図６】本発明のさらなる他の実施の形態の処理装置を示す断面図である。
【図７】本発明のさらなる他の実施の形態の処理装置を示す断面図である。
【図８】本発明のさらなる他の実施の形態の処理装置を設置した排水処理槽を示す説明図である。
【図９】図８における処理装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１、６    流入口
２、７    流出口
３    電解槽
４    曝気槽
５    供給手段
８    排水処理室
９    流通口
１０    隔壁
１１    電極
１２    電源
１３    空気曝気装置
１４    散気管
１５    エアポンプ
１６    パイプ
１７    供給管
Ａ    嫌気第一槽
Ｂ    嫌気第二槽
Ｃ    好気槽
Ｄ    沈殿分離槽
Ｅ    消毒槽
Ｆ    ポンプ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、  処置装置
Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７
Ｓ    滞留防止手段
Ｔ    汚泥除去手段
【図１】
0003895875.tif 000002
【図２】
0003895875.tif 000003
【図３】
0003895875.tif 000004
【図４】
0003895875.tif 000005
【図５】
0003895875.tif 000006
【図６】
0003895875.tif 000007
【図７】
0003895875.tif 000008
【図８】
0003895875.tif 000009
【図９】
0003895875.tif 000010