(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水源から流入した汚水に嫌気処理を行うための嫌気濾床槽、またはこの嫌気濾床槽から流入した汚水に好気処理を行うための好気濾床槽で処理された後の汚水に含まれるリン酸を除去するための汚水処理装置であって、
前記嫌気濾床槽または好気濾床槽で処理された後の汚水に水不溶性リン酸塩形成用金属イオンを供給するための金属イオン供給部とを備え、
さらに、前記廃水源の流入側もしくは流出側にすでに他の用途で設けられておりあるいは新たに設けられ、前記廃水源から前記嫌気濾床槽への汚水の流入の有無を監視するための監視部と、この監視部に接続されその監視結果に応じて前記金属イオン供給部を制御するための制御部とを備え、
前記金属イオン供給部は、汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための少なくとも一組の電極を含み、
前記制御部は、前記廃水源から前記嫌気濾床槽への汚水の流入があるとの前記監視部からの信号に基づいて、前記電極へ電流を流すように制御して前記電極から鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出させ、前記廃水源から前記嫌気濾床槽への汚水の流入があるとの前記監視部からの信号が所定時間ないことに基づいて、前記電極への電流を低下させるが停止させずに、前記電極の不動態化を防止する電流密度となる電流を前記電極へ流すように制御する、ことを特徴とする汚水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚水処理装置に関し、さらに詳しくは、屎尿廃水源（水洗便所）や生活廃水源（台所、風呂場、洗面所など）から出た汚水に含まれるリン酸を特定の金属イオンと反応させ、水不溶性リン酸塩にして沈殿除去するための汚水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の汚水処理装置としては、従来、次のようなものが知られている。
【０００３】
すなわち、屎尿廃水源や生活廃水源から流入した汚水に第１段の嫌気処理を行うための第１嫌気濾床槽と、この槽から流入した汚水に第２段の嫌気処理を行うための第２嫌気濾床槽と、この槽から流入した汚水に好気処理を行うための好気濾床槽と、この槽から流入した処理水を貯蔵する処理水槽と、この槽における処理水を第１嫌気濾床槽へ返送する返送路とを備え、この返送路に、水不溶性リン酸塩形成用金属片とそれよりも貴なる金属片とを導通状態に配置し、両金属片間に電圧を印加して電気化学的にリン酸塩形成用金属イオンを溶出させ、リン酸を沈殿除去するようにした汚水処理装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような汚水処理装置にあっては、使用者の長期不在などの理由で廃水源から第１嫌気濾床槽へ長時間にわたり汚水が流入しない場合において、前記金属イオンの溶出がまったくまたはほとんど不要であるにもかかわらず、電圧の印加された前記金属片からは常に同イオンが溶出する。その結果、リン酸と反応する他に水酸基と反応して水不溶性の金属化合物の汚泥となり、この汚泥が余分に堆積していく。
【０００５】
このような場合が度重なると、金属片の寿命の点や、堆積汚泥の引抜き処理の点などでかなり不経済になるおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、処理すべき汚水が所定時間、汚水処理装置へ流入しないときには水不溶性リン酸塩形成用金属イオンの溶出を制限して、汚水中のリン酸を安定的かつ効率的に除去することのできる汚水処理装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、廃水源から流入した汚水に嫌気処理を行うための嫌気濾床槽、またはこの嫌気濾床槽から流入した汚水に好気処理を行うための好気濾床槽で処理された後の汚水に含まれるリン酸を除去するための汚水処理装置であって、
前記嫌気濾床槽または好気濾床槽で処理された後の汚水に水不溶性リン酸塩形成用金属イオンを供給するための金属イオン供給部とを備え、
さらに、前記廃水源の流入側もしくは流出側にすでに他の用途で設けられておりあるいは新たに設けられ、前記廃水源から前記嫌気濾床槽への汚水の流入の有無を監視するための監視部と、この監視部に接続されその監視結果に応じて前記金属イオン供給部を制御するための制御部とを備え、
前記金属イオン供給部は、汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための少なくとも一組の電極を含み、
前記制御部は、前記廃水源から前記嫌気濾床槽への汚水の流入があるとの前記監視部からの信号に基づいて、前記電極へ電流を流すように制御して前記電極から鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出させ、前記廃水源から前記嫌気濾床槽への汚水の流入があるとの前記監視部からの信号が所定時間ないことに基づいて、前記電極への電流を低下させるが停止させずに、前記電極の不動態化を防止する電流密度となる電流を前記電極へ流すように制御する、ことを特徴とする汚水処理装置が提供される。
【０００８】
嫌気濾床槽は、屎尿廃水や生活廃水の中に混入していて浄化処理できない夾雑物を沈澱分離させて除去する。嫌気濾床槽には嫌気性微生物の濾床である嫌気濾床が設けられており、その濾床に嫌気性微生物を棲息させることで嫌気処理を行う。
【０００９】
嫌気濾床槽は１つでもよく、複数でもよい。後者の場合は、複数段の嫌気処理を行うことになる。
【００１０】
好気濾床槽には好気性微生物の濾床である好気濾床が設けられており、その濾床に好気性微生物を棲息させることで、嫌気濾床槽において嫌気処理を受けた後に同槽から流入した汚水に好気処理を行う。
【００１１】
金属イオン供給部は、嫌気濾床槽または好気濾床槽における高濃度のリン酸イオンを水不溶性化する目的で、嫌気濾床槽または好気濾床槽で処理された後の汚水に水不溶性リン酸塩形成用金属イオンを供給する。
【００１２】
この金属イオンとしては例えば、鉄イオンやアルミニウムイオンなどがある。これらのイオンは、汚水中のリン酸（オルトリン酸）イオンと反応して、水不溶性リン化合物（Ｆｅ（ＯＨ）x （ＰＯ4 ）y またはＡｌ（ＯＨ）x （ＰＯ4 ）y ）となって凝集し沈殿する。
【００１３】
監視部は、廃水源の流入側もしくは流出側に他の用途で使用される設備ないし器具の一部としてすでに設けられており、あるいはこの汚水処理装置に新たに設けられるものである。監視部としては、廃水源から嫌気濾床槽への汚水の流入量を計量する流量計や水流の有無を検出する水流検出計などが用いられる。これらは廃水源の流入側に設けてもよく、流出側に設けてもよい。流入側に設けると、廃水の悪影響を受けることがないため、動作不良や故障などのおそれを少なくすることができる。
【００１６】
汚水収納槽には、電気分解処理に供される汚水が収納される。電極は、例えば長方形板状のものが２枚一組で所定組配され、電気分解により鉄イオンまたはアルミニウムイオンを汚水収納槽に溶出させる。電源は、各組の電極に接続され、これに電気分解のための定電流を供給する。
【００１７】
金属イオン供給部は、鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための少なくとも一組の電極を含む。一組の電極は例えば、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アノードとし、不溶性金属から構成された電極をカソードとする。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。また、一組の電極は例えば、把手部のある電気絶縁性スペーサなどに固定され、相互の間隔が一定に保たれているのが好ましい。
【００１８】
前記監視部の例としては、台所、風呂場、洗面所、水洗便所などの廃水源へ導かれた水道管に新たに設けた流量計や、すでに設けられている水道メータの動きを検出するために新たに設けた反射型光センサ、風呂場の水道水流入管や排水管または水洗便所の給水タンクに新たに設けた水流検出器（水流の有無を検出する）などがある。これらの監視部により、簡便かつ確実に汚水流入の有無を監視することができる。
【００１９】
制御部は、前記の流量計や光センサなどに、ケーブルや信号変換器などを介して電気的に接続される。制御部は、廃水源から前記嫌気濾床槽への汚水の流入があるとの監視部からの信号に基づいて、電極へ電流を流すように制御して電極から鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出させる。一方、廃水源から嫌気濾床槽への汚水の流入があるとの監視部からの信号が所定時間ないことに基づいて、電極への電流を低下させるが停止させずに、電極の不動態化を防止する電流密度となる電流を電極へ流すように制御する。
【００２１】
【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。
【００２２】
図１に示すように、本発明の１つの実施の形態に係る汚水処理装置Ｄ1 は金属イオン供給部１００を備えてなる。金属イオン供給部１００は、１つの汚水収納槽１と、４組の電極２・３と、各組の電極２・３に電流を供給するための直流電源（図示略）と、４個の電極保持体４とを備えてなる。
【００２３】
図２に示すように、汚水収納槽１は平面形状がほぼ方形の箱からなり、屎尿廃水や生活廃水などの処理すべき汚水が収納される。汚水収納槽１の対向側壁の上部には、汚水流入口１ａ及び汚水流出口１ｂが形成されている。また、汚水収納槽１の底には、左右方向に延びる２本の底部位置決め棒５が設けられている。そして、これらの底部位置決め棒５の内側には、縦方向に延びる合計６本の左右位置決め棒６が設けられている。
【００２４】
各組の電極２・３はいずれも長方形板状の鉄製であり、汚水中のリン酸を除去する鉄イオンを電気分解により溶出させる。図３及び図４に拡大して示すように、一組の電極２・３は、これらの上端に取り付けられた塩化ビニル樹脂製の電気絶縁性スペーサ７により、それらの間隔が一定に保たれている。スペーサ７には把手部７ａが設けられている。
【００２５】
電極２・３の上端には接続用端子８が設けられている。これらの端子８はリード線９を介してコネクタ１０に接続されている。コネクタ１０は前記電源に接続される。なお、一組の電極２・３と、１つのスペーサ７と、２つの端子８と、２つのリード線９と、１つのコネクタ１０とからなる集合体を説明の便宜上、電極体１１と称する。
【００２６】
図３及び図４に拡大して示すように、電極保持体４は、平面形状が長方形の箱状のものであり、ポリプロピレン樹脂製である。電極保持体４の左右両側壁は、隣り合う電極保持体４どうしを仕切るための電気絶縁性仕切板４ａにされている。電極保持体４の前後両端は、ともに長方形の汚水流入口４ｂ及び汚水流出口４ｃにされている。
【００２７】
また、電極保持体４の上下両面は、周縁部を残して中央が長方形に切り欠かれて、それぞれ電極着脱口４ｄ及び曝気口４ｅにされている。さらに、電極保持体４の左右幅（２つの仕切板４ａの外面どうしの間隔）は、汚水収納槽１内における、隣り合う２つの左右位置決め棒６どうしの間隔にほぼ等しくされている。
なお、電極保持体４の上面における２つの円形孔４ｆは、スペーサ７を電極保持体４の上面にネジ止めするためのものである。
【００２８】
このように構成された電極保持体４は、汚水収納槽１内に取出し可能に配される。すなわち、槽内に設けられた底部位置決め棒５及び左右位置決め棒６により定位置にゆるやかに固定される。
【００２９】
また、電極体１１は、電極保持体４に電極着脱口４ｄから嵌め込まれてスペーサ７が電極保持体４にネジ止めされることで、電極保持体４に着脱可能に保持される。したがって、電極２・３の点検や交換の作業を簡単かつ短時間に行うことができる。また、一組の電極２・３及び電極保持体４の２つの仕切板４ａは、互いに平行になっている。したがって、電極保持体４内の汚水中の浮遊物質（ＳＳ）は各電極２・３の電極面に沿って汚水流入口４ａから汚水流出口４ｂの方へ滞りなく流れる。
【００３０】
図１及び図２に示すように、電極保持体４の底面中央は、左右方向へ延びる凹溝部１ｃにされている。そして、この凹溝部１ｃに１つの曝気管１２が嵌められている。
【００３１】
曝気管１２は、この汚水処理装置Ｄ1 が備える曝気装置の一部である。すなわち、この曝気装置は、汚水収納槽１外に設けられた給気用ブロア（図示略）と、このブロアに接続されて槽内へ延びる給気管（図示略）と、この給気管に接続されて槽底部に配された曝気管１２とを備えてなる。
【００３２】
電極保持体４の曝気口４ｅを通して曝気管１２から曝気を行うことにより、電極２・３及び仕切板４ａの洗浄の効果をいっそう上げることができる。
【００３３】
図５に示すように、この汚水処理装置Ｄ1 は小型合併処理浄化槽１０１に組み込まれている。
【００３４】
浄化槽１０１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１０２の側から、汚水処理ずみの水を外部へ放流する放流管１０３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。
【００３５】
１０４は流入管１０２側の最前部に区画形成された第１嫌気濾床槽である。この第１嫌気濾床槽１０４では、屎尿廃水や生活廃水の中に混入していて浄化処理できない夾雑物を沈澱分離させて除去する。
【００３６】
第１嫌気濾床槽１０４には嫌気性微生物の濾床である嫌気濾床１０５が設けられており、嫌気濾床１０５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１０５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澱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。
【００３７】
１０６は第１嫌気濾床槽１０４に隣接して区画形成された次の第２嫌気濾床槽である。第２嫌気濾床槽１０６では、嫌気濾床１０７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。
【００３８】
１０８は第２嫌気濾床槽１０６に隣接して区画形成された次の生物膜濾過槽である。
【００３９】
第１嫌気濾床槽１０４と第２嫌気濾床槽１０６とは垂直な隔壁１０９で仕切られている。隔壁１０９の上部には、隔壁１０９を貫通する移流口１１０が開口形成されている。そして、移流口１１０に移流管１１１が嵌められている。
【００４０】
第２嫌気濾床槽１０６と次の生物膜濾過槽１０８とは垂直な隔壁１１２で仕切られている。隔壁１１２の上部には、隔壁１１２を貫通する移流口１１３が開口形成されている。そして、移流口１１３に移流管１１４が嵌められている。第１嫌気濾床槽１０４から移流管１１１を通って第２嫌気濾床槽１０６へ移流してきた汚水は、嫌気濾床１０７を下降流で通過した後、移流管１１４を通って次の生物膜濾過槽１０８へ送り込まれる。
【００４１】
第２嫌気濾床槽１０６に設けられた嫌気濾床１０７により、ある程度の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、第２嫌気濾床槽１０６の底に汚泥として貯留されたりする。また、嫌気濾床１０７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。
【００４２】
生物膜濾過槽１０８には、好気性微生物の濾床である好気濾床１１５が設けられており、好気濾床１１５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。生物膜濾過槽１０８の底部付近には、曝気装置の曝気管１１６が横設状態に配されている。曝気装置は、曝気管１１６から空気を吹き出すことで、生物膜濾過槽１０８の好気濾床１１５に棲息する好気性微生物に酸素を供給する。
【００４３】
１１７は生物膜濾過槽１０８に隣接して区画形成された次の処理水槽である。処理水槽１１７では、生物膜濾過槽１０８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。
【００４４】
１１８は処理水槽１１７の上部に区画形成された消毒槽である。消毒槽１１８は、処理水槽１１７で処理された後の上澄み水を消毒処理して、放流管１０３から外部へ排出するようにされている。
【００４５】
生物膜濾過槽１０８と次の処理水槽１１７とは垂直な隔壁１１９で仕切られている。隔壁１１９の上部には、隔壁１１９を貫通する移流口１２０が開口形成されている。そして、移流口１２０に移流管１２１が嵌められている。第２嫌気濾床槽１０６から移流管１１４を通って生物膜濾過槽１０８へ移流してきた汚水は、好気濾床１１５を下降流で通過した後、移流管１２１を通って次の処理水槽１１７へ送り込まれる。
【００４６】
処理水槽１１７の上部から第１嫌気濾床槽１０４の上部にかけて、処理水中の上澄み水を返送するための返送管１２２が配されている。そして、処理水槽１１７からリフト管１２３により汲み上げられた上澄み水は、分水計量装置１２４、返送管１２２を経て汚水処理装置Ｄ1 に送られてリン除去処理に供された後に、第１嫌気濾床槽１０４へ戻される。
【００４７】
図５において、１２５は汚水処理装置Ｄ1 が備えている制御部を、１２６は電源をそれぞれ示している。電源１２６は、汚水収納槽１の内部に配された電極２・３に電気分解のための電流を供給する。１２７は汚水収納槽１の外部に設けられた給気用ブロアを示す。ブロア１２７は、汚水収納槽１の内部の電極２・３及び仕切板４ａに曝気を施すことでこれらの面を洗浄するための曝気装置の一部である。
【００４８】
浄化槽１０１に流入する廃水（リン濃度５ｍｇ／リットル）の量を１日１２００リットルとし、浄化槽１０１内の循環流量は６０００リットルとする。このとき、汚水収納槽１の内部に配された電極２・３には電流を約６５０ｍＡ流す（鉄イオンの溶出量はモル比Ｆｅ／Ｐ＝１．０〜２．５になるように制御すればよい）。
【００４９】
各電極体１１の電極間距離は２５ｍｍとされ、電極間電圧は常にモニターできるようにされている。なお、電流密度は電極２・３の浸漬面積を変化させることで変更できる。
【００５０】
制御部１２５は、前記鉄イオン溶出のために電解する際の電流密度を０．２〜０．８ｍＡ／ｃｍ2 に維持して定電流電解を行うように、また１〜１２時間ごとに１回の電極極性反転を指示するように、制御する。
【００５１】
図５において、１２８は風呂場に設置された浴槽、１２９は水洗便所、１３０は水洗便所１２９の給水タンクを示している。浴槽１２８及び給水タンク１３０は、１本の水道管１３１から枝分かれした流入管１３４・１３５から給水されるようになっている。浴槽１２８の排水管１３６と水洗便所１２９の排水管１３７とは１本化されて、浄化槽１０１の流入管１０２に接続されている。
【００５２】
水道管１３１には監視部としての超音波流量計１３２が取り付けられている。この流量計１３２は、水道管１３１を水道水が流れているかどうかを判断するためのものであり、信号変換器１３３を介して制御部１２５に接続されている。
【００５３】
制御部１２５は、金属イオン供給部１００の電源１２６をＯＮ・ＯＦＦ制御し、それによって、所定時間内に廃水源である浴槽１２８や水洗便所１２９から第１嫌気濾床槽１０４への汚水の流入があるときには鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出させ、流入がないときにはこれらのイオンの溶出を停止させるように機能する。制御部１２５はさらに、電解中の電流密度や電極極性反転時間をも制御する。なお、汚水処理装置Ｄ1 は電解中の電極間電圧が２５Ｖ以上になったときは、それを外部へ報知する視覚的報知部及び聴覚的報知部（いずれも図示略）をさらに備えている。
【００５４】
図６に、この汚水処理装置Ｄ1 が組み込まれた浄化槽１０１のフローチャートを示す。
【００５５】
電流密度０．８ｍＡ／ｃｍ2 、電極極性反転時間１時間で汚水処理装置Ｄ1 の電解がスタートする。そして、２４時間のうちに水道管１３１を水道水が流れているかどうかを流量計１３２により判断する。
【００５６】
そして、流量計１３２により求められた水道水の流量に変化がなければ、浄化槽１０１への汚水の流入が２４時間ないので、電解による鉄イオンの溶出を抑制するかもしくはゼロにする。しかし、鉄イオンの溶出を抑制するとしても、電解電流を下げるだけでは電流密度が小さくなり、電極２・３の不動態化が起きる。一方、鉄イオンの溶出をゼロにしたまま電極２・３を放っておくと不動態化が起こり、次に鉄イオンを溶出させようとしてもうまく作動しない。
【００５７】
本発明者らの実験から、電流密度が０．３ｍＡ／ｃｍ2 以上であれば、極性反転時間を３０分以上にすれば不動態化は起きず、電流密度が０．２ｍＡ／ｃｍ2 未満では、極性反転時間を６時間以上にすれば不動態化は起きないことがわかっている。
【００５８】
そこで、流量計１３２により求められた水道水の流量に２４時間変化がなければ、電流密度を０．２ｍＡ／ｃｍ2 に下げて、また極性反転時間を１２時間にして電解を行う。このときの電流は２４４ｍＡになる。このような電解により、鉄イオンの溶出は、電極２・３の不動態化を有効に防止するための必要最小限の量になる。
【００５９】
汚水処理装置Ｄ1 はまた、電解中の電極間電圧が２５Ｖ以上になったときは、汚水処理装置Ｄ1 の管理者などが誤って感電するおそれを防止するために、視覚的報知部及び聴覚的報知部によりそのことを外部へ報知警告する。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、監視部の監視結果に応じて水不溶性リン酸塩形成用金属イオンの溶出を適切量に制御することで、汚水中のリン酸を安定的かつ効率的に除去することができる。さらに、廃水源からの汚水の流入がなく、金属イオンの溶出を制限する場合において、電極の不動態化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１つの実施の形態に係る汚水処理装置の分解斜視図である。
【図２】図１の汚水処理装置の一部を上面から見た構成説明図である。
【図３】図１の汚水処理装置の構成部材である電極体及び電極保持体の斜視図である。
【図４】図３の電極体及び電極保持体の分解斜視図である。
【図５】図１の汚水処理装置が組み込まれた合併処理浄化槽の内部と、この浄化槽に接続された２つの廃水源の配設状態とを説明する構成説明図である。
【図６】図５の浄化槽のフローチャートである。
【符号の説明】
１    汚水収納槽
２    電極
３    電極
Ｄ1   汚水処理装置
１００    金属イオン供給部
１０１    合併処理浄化槽
１０４    第１嫌気濾床槽
１０６    第２嫌気濾床槽
１０８    好気濾床槽
１２５    制御部
１２６    電源
１３２    超音波流量計（監視部）
【図１】
0003895860.tif 000002
【図２】
0003895860.tif 000003
【図３】
0003895860.tif 000004
【図４】
0003895860.tif 000005
【図５】
0003895860.tif 000006
【図６】
0003895860.tif 000007