(57)【要約】  本開示は一般に、電気化学を使用したアンモニアの酸化に関する。方法及びシステムは、流出水中のアンモニア濃度及び／又は流出水中の塩素ガス濃度を測定するために少なくとも１つのセンサーを含んでもよい。方法及びシステムは、塩素を発生させるアノードの電流密度を低下させるため、及び／又は反応器に流入するアンモニアを含有する水の流量を変化させるためにセンサー及び／又はアノードと連通する少なくとも１つの制御器を更に含んでもよい。
2017530865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアを含む廃水の連続処理のためのシステムであって、
流量制御器によって変動させることができる流量で廃水をシステムに受け入れる入口と、
廃水中に存在する塩化物イオンから塩素を発生させる電気化学セルと、
発生させた塩素が次亜塩素酸を形成すると共に、次亜塩素酸がアンモニアを酸化することができるように大きさと形が決められた反応ゾーンと、
処理された廃水をシステムから流出水として排出する出口と、
流出水中のアンモニア濃度を測定するセンサーと、
流出水中の塩素濃度を測定するセンサーと、
少なくとも１つの制御器であり、
アンモニアセンサー、塩素センサー、又はその両方、及び
電気化学セルのアノード、流量制御器、又はその両方
と連通して、
電気化学セルのアノードの電流密度、及び
入口によって受け入れられる廃水の流量
の少なくとも一方を制御する少なくとも１つの制御器と
を備えるシステム。
【請求項２】
システムに受け入れられる廃水中のアンモニア濃度を測定する第２のアンモニアセンサーと、
第２のアンモニアセンサー及び電気化学セルのアノードと連通する少なくとも１つの制御器であって、電気化学セルのアノードの電流密度を制御する少なくとも１つの制御器と
を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
廃水が入口によって受け入れられる前から塩化物イオンが廃水中に存在する、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
電気化学セルにおいて廃水が処理される前に廃水に添加するための塩化物イオン源
を更に備える、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項５】
少なくとも１つの制御器及びアンモニアセンサーが、
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２未満である場合に、アノードに印加される電流密度を一定量増加させる、
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２以上である場合に、入口に受け入れられる廃水の流量を低下させる、又は
その両方を行う
ように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
電流密度の増加が約０．５ｍＡ／ｃｍ２である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
流量の低下が約１．５％である、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
少なくとも１つの制御器、アンモニアセンサー、及び塩素センサーが、
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に、アノードに印加される電流密度を一定量減少させる、
流量が初期流量未満であると共に、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に、入口に受け入れられる廃水の流量を増加させる、
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が２〜１０ｐｐｍである場合に、アノードに印加される電流密度を、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に減少させる分より多く減少させる、又は
これらの任意の組合せを行う
ように構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
電流密度の減少が約０．５ｍＡ／ｃｍ２である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
電流密度のより多い減少が約４ｍＡ／ｃｍ２である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
流量の低下が約１．５％である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
アンモニアを含む廃水を連続して処理する方法であって、
廃水を可変流量で電気化学セルに受け入れる工程と、
電気化学セルのアノードを使用して廃水中に存在する塩化物から塩素を発生させる工程と、
発生させた塩素に次亜塩素酸を形成させ、次亜塩素酸にアンモニアを酸化させることにより、処理された流出水を発生させる工程と、
流出水中のアンモニア濃度を測定する工程と、
流出水中の塩素濃度を測定する工程と、
測定したアンモニア濃度及び塩素濃度の少なくとも一方に基づき、
電気化学セルのアノードの電流密度、
電気化学セルに受け入れられる廃水の流量、又は
その両方
を制御する工程と
を含む方法。
【請求項１３】
電気化学セルに受け入れられる廃水中のアンモニア濃度を測定する工程と、
電気化学セルに受け入れられる廃水中の測定されたアンモニア濃度に基づき電気化学セルのアノードの電流密度を制御する工程と
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
廃水が電気化学セルに受け入れられる前に塩化物イオンを廃水に添加する工程を更に含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
電流密度、廃水の流量、又はその両方を制御する工程が、
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２未満の場合に、アノードに印加される電流密度を一定量増加させる工程、
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２以上である場合に、電気化学セルに受け入れられる廃水の流量を低下させる工程、
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に、アノードに印加される電流密度を一定量減少させる工程、
流量が初期流量未満であると共に、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に、電気化学セルに受け入れられる廃水の流量を増加させる工程、又は
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が２〜１０ｐｐｍである場合に、アノードに印加される電流密度を、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に減少させる分より多く減少させる工程
を含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
電流密度を増加又は減少させる工程が、電流密度を約０．５ｍＡ／ｃｍ２増加又は減少させる工程を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
アノードに印加される電流密度を、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に減少させる分より多く減少させる工程が、電流密度を約４ｍＡ／ｃｍ２減少させる工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
電気化学セルに受け入れられる廃水の流量を低下又は増加させる工程が、流量を約１．５％低下又は増加させる工程を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
繰り返される測定工程及び制御工程を含む、請求項１２から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
（ａ）電気化学セルのアノードの電流密度及び／又は電気化学セルに受け入れられる廃水の流量を変化させる工程と、
（ｂ）その後に流出水中のアンモニア及び／又は塩素の濃度を測定する工程と
の間に、一定時間を経過させることを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１０月１０日に出願した米国仮出願第６２／０６２，３６９号の利益を主張するものである。この出願は、参照することにより組み込まれる。
【０００２】
本開示は一般に、電気化学を用いたアンモニアの酸化に関する。
【背景技術】
【０００３】
塩素を用いたアンモニアの酸化は、水、例えば、廃水から低レベルのアンモニアを除去するのに使用し得る。水中では塩素ガスは急速に不均化を起こし、次の反応に従って次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）、ヒドロニウムイオン（Ｈ３Ｏ＋）、及び塩化物イオン（Ｃｌ−）を形成する：
２Ｈ２Ｏ（ｌ）＋Ｃｌ２（ガス）⇔ＨＯＣｌ＋Ｈ３Ｏ＋＋Ｃｌ−
【０００４】
次亜塩素酸は、２５℃でのｐＫａが７．６の弱酸であり、次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ−）を形成してプロトンを移動させることができる。
【０００５】
次亜塩素酸は、次の反応に従ってアンモニアと反応する：
２ＮＨ３＋３ＨＯＣｌ→Ｎ２（ガス）＋３Ｈ＋＋３Ｃｌ−＋３Ｈ２Ｏ
これは、１モルのアンモニアが１．５モルの塩素と反応する、或いは、窒素ガスを生成するには、質量ではＮとしてのアンモニア１ｍｇがＣｌ２としての塩素７．６ｍｇと反応する必要があることを意味する。これよりも小さい比が使用された場合、無機クロラミン類が次の反応に従って生成される：
ＮＨ３＋ＨＯＣｌ→ＮＨ２Ｃｌ＋Ｈ２Ｏ
ＮＨ２Ｃｌ＋ＨＯＣｌ→ＮＨＣｌ２＋Ｈ２Ｏ
ＮＨＣｌ２＋ＨＯＣｌ→ＮＣｌ３＋Ｈ２Ｏ
モノクロラミン、ジクロラミン、及びトリクロラミンの混合物は、ｐＨ、温度、及び塩素のアンモニアに対する比（Ｃｌ２：Ｎ）によって異なる割合を有する。
【０００６】
主な追加の酸化生成物は、次の反応によって形成される硝酸イオン（ＮＯ３−）である場合もある：
ＮＨ４＋＋４ＨＯＣｌ→ＮＯ３−＋４Ｃｌ−＋６Ｈ＋＋Ｈ２Ｏ
【０００７】
アンモニアを酸化させた後に廃水中に残存する、塩素ガスと水との反応によって発生する次亜塩素酸及び／又は次亜塩素酸イオンの量を低下させることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，４１９，８１５号
【特許文献２】米国特許第６，１２６，７９４号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｍ．  Ｓｐａｓｏｊｅｖｉｃ、Ｎ．  Ｋｒｓｔａｊｉｃ、Ｐ．  Ｓｐａｓｏｊｅｖｉｃ、Ｌ．  Ｒｉｂｉｃ−Ｚｅｌｅｎｏｖｉｃ、Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｎ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｈｙｐｏｃｈｌｏｒｉｔｅ  ｒｅａｃｔｏｒ、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  （２０１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本開示の目的は、塩素を用いてアンモニアを酸化させる従来の方法及びシステムの欠点の少なくとも１つを除去又は軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一態様において、アンモニアを含む廃水の連続処理のためのシステムが提供される。システムは、流量制御器によって変化させることができる流量で廃水をシステムに受け入れる入口と、廃水中に存在する塩化物イオンから塩素を発生させる電気化学セルと、発生させた塩素が次亜塩素酸を形成すると共に、次亜塩素酸がアンモニアを酸化することができるように大きさと形が決められた反応ゾーンと、処理された廃水をシステムから流出水として排出する出口とを含む。システムは、流出水中のアンモニア濃度を測定するセンサーと、流出水中の塩素濃度を測定するセンサーと、アンモニアセンサー、塩素センサー又はその両方と、電気化学セルのアノード、流量制御器又はその両方と連通する少なくとも１つの制御器とを更に含む。少なくとも１つの制御器は、電気化学セルのアノードの電流密度、及び入口によって受け入れられる廃水の流量の少なくとも一方を制御する。
【００１２】
システムは、システムに受け入れられる廃水中のアンモニア濃度を測定する第２のアンモニアセンサーと、第２のアンモニアセンサー及び電気化学セルのアノードと連通する少なくとも１つの制御器とを更に含んでもよい。少なくとも１つの制御器は、電気化学セルのアノードの電流密度を制御する。
【００１３】
塩化物イオンは、廃水が入口によって受け入れられる前から廃水中に存在してもよい。或いは、システムは、電気化学セルにおいて廃水が処理される前に廃水に添加するための塩化物イオン源を含んでもよい。
【００１４】
少なくとも１つの制御器及びアンモニアセンサーは、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２未満である場合に、アノードに印加される電流密度を一定量増加させる；流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２以上である場合に、入口に受け入れられる廃水の流量を低下させる；又はその両方を行うように構成されてもよい。電流密度の増加は約０．５ｍＡ／ｃｍ２であってもよい。流量の低下は約１．５％であってもよい。
【００１５】
少なくとも１つの制御器、アンモニアセンサー、及び塩素センサーは更に、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に、アノードに印加される電流密度を一定量減少させる；流量が初期流量未満であると共に、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に、入口に受け入れられる廃水の流量を増加させる；流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が２〜１０ｐｐｍである場合に、アノードに印加される電流密度を、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に減少させる分より多く減少させる；又はこれらの任意の組合せを行うように構成されてもよい。
【００１６】
電流密度の減少は約０．５ｍＡ／ｃｍ２であってもよい。電流密度のより多い減少は約４ｍＡ／ｃｍ２であってもよい。流量の低下は約１．５％であってもよい。
【００１７】
別の態様において、アンモニアを含む廃水を連続して処理する方法が提供される。方法は、廃水を可変流量で電気化学セルに受け入れる工程と、電気化学セルのアノードを使用して廃水中に存在する塩化物から塩素を発生させる工程と、発生させた塩素に次亜塩素酸を形成させ、次亜塩素酸にアンモニアを酸化させることにより、処理された流出水を発生させる工程と、流出水中のアンモニア濃度を測定する工程と、流出水中の塩素濃度を測定する工程と、測定したアンモニア濃度及び塩素濃度の少なくとも一方に基づき、（ａ）電気化学セルのアノードの電流密度、（ｂ）電気化学セルに受け入れられる廃水の流量又は（ｃ）その両方を制御する工程とを含む。
【００１８】
方法は、電気化学セルに受け入れられる廃水中のアンモニア濃度を測定する工程と、電気化学セルに受け入れられる廃水中の測定されたアンモニア濃度に基づき電気化学セルのアノードの電流密度を制御する工程とを更に含んでもよい。
【００１９】
方法は、廃水が電気化学セルに受け入れられる前に塩化物イオンを廃水に添加する工程を更に含んでもよい。
【００２０】
電流密度、廃水の流量、又はその両方を制御することは、（ａ）流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２未満の場合に、アノードに印加される電流密度を一定量増加させる工程；（ｂ）流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２以上である場合に、電気化学セルに受け入れられる廃水の流量を低下させる工程；（ｃ）流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に、アノードに印加される電流密度を一定量減少させる工程；（ｄ）流量が初期流量未満であると共に、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に、電気化学セルに受け入れられる廃水の流量を増加させる工程；又は（ｅ）流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が２〜１０ｐｐｍである場合に、アノードに印加される電流密度を、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に減少させる分より多く減少させる工程を含んでもよい。
【００２１】
電流密度を増加又は減少させる工程は、電流密度を約０．５ｍＡ／ｃｍ２増加又は減少させる工程に対応し得る。
【００２２】
アノードに印加される電流密度を、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に減少させる分より多く減少させる工程は、電流密度を約４ｍＡ／ｃｍ２減少させる工程に対応し得る。
【００２３】
電気化学セルに受け入れられる廃水の流量を低下又は増加させる工程は、流量を約１．５％低下又は増加させる工程に対応し得る。
【００２４】
方法は、繰り返される測定工程及び制御工程を含んでもよい。
【００２５】
方法は、（ａ）電気化学セルのアノードの電流密度及び／又は電気化学セルに受け入れられる廃水の流量を変化させる工程と、（ｂ）その後に流出水中のアンモニア及び／又は塩素濃度を測定する工程との間に、一定時間を経過させることを含んでもよい。
【００２６】
本開示の他の態様及び特徴は、添付の図面と併せて以下の特定の実施形態の説明を検討することにより、当業者には明らかとなる。
【００２７】
本開示の実施形態を、添付の図面を参照して単に一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本開示によるシステムの図である。
【図２】本開示による方法を図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
廃水等の水中におけるアンモニアの酸化は、不連続点塩素処理によって達成し得る。不連続点塩素処理は、アンモニア濃度が１０〜３０ｐｐｍの水を処理するのに使用し得る。不連続点塩素処理は、次亜塩素酸イオン及び次亜塩素酸を用いてアンモニアをＮ２ガス又は硝酸塩へと酸化させる。
【００３０】
不連続点塩素処理においては、塩素の用量が増加すると共に全残留塩素がある濃度（極大値）にまで増加する。残留塩素はその後非常に低い値（不連続点）にまで減少し、それ以降は用量の増加と共に直線的に増加する。全窒素濃度は、極大値までは一定であり（クロラミン類が形成されるため）、不連続点でゼロ又はほぼゼロまで減少する。
【００３１】
バッチプロセスでは、望ましくないレベルの塩素、次亜塩素酸、次亜塩素酸イオン、又はこれらの組合せを水中に生じさせずに既知量のアンモニアを酸化させるには、どれだけの塩素を水に添加すべきか判定することが可能である。しかし、定常状態で稼働される連続プロセスでは、アンモニアを十分に酸化させるには、塩素の最低限の投入量及び滞留時間が必要である。投入量及び滞留時間の増加は、流出水中の遊離塩素濃度を上昇させるので望ましくない場合がある。
【００３２】
塩素、次いで次亜塩素酸イオン及び／又は次亜塩素酸は、エレクトロセル（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｃｅｌｌ）におけるアノードにおいて、水と塩化物イオン源を用いて発生させることができる。塩化物源は、例えば、塩化ナトリウム又は塩化カリウムであってもよい。しかし、既に塩化物を含有している水には塩化物を添加する必要はない。例えば、廃水は多くの場合、処理のためのシステムに到着する前から塩化物を含有している。アノードで塩素を発生させる方法の例が、Ｍ．  Ｓｐａｓｏｊｅｖｉｃ、Ｎ．  Ｋｒｓｔａｊｉｃ、Ｐ．  Ｓｐａｓｏｊｅｖｉｃ、Ｌ．  Ｒｉｂｉｃ−Ｚｅｌｅｎｏｖｉｃ、Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｉｎ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｈｙｐｏｃｈｌｏｒｉｔｅ  ｒｅａｃｔｏｒ、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  （２０１４）に述べられている。
【００３３】
電気化学セルは、電流制御下、電圧制御下、又はその両方で稼働させ得る。セルには、周波数が約１０Ｈｚと約１ＧＨｚの間の電流を付与してもよい。一部の例では、電流は周波数が約１０Ｈｚと約１０ＭＨｚの間、例えば、約１０Ｈｚと約１ＭＨｚの間、又は約１０Ｈｚと約２５０ｋＨｚの間であってもよい。電流密度は、値が約１ｍＡ／ｃｍ２と約１００ｍＡ／ｃｍ２の間、例えば、約１ｍＡ／ｃｍ２と約２０ｍＡ／ｃｍ２の間であってもよい。セルには、電気量が最大で約１００，０００クーロン／リットル、例えば、約１００と約１０，０００クーロン／リットルの間の電気信号を付与してもよい。特定の例では、電気量が約９００と約３５００クーロン／リットルの間の電気信号をセルに付与してもよい。
【００３４】
塩素は、ｉｎ  ｓｉｔｕにてプレートの表面で発生させるため、本開示の方法及びシステムにおいては、従来の不連続点塩素処理とはアンモニアの酸化特性が異なる場合がある。ｉｎ−ｓｉｔｕで電気化学的に発生させた塩素によるアンモニアの酸化の際には、アノード近傍で高いＣｌ２：Ｎ比に到達することが可能である。結果として、クロラミン類がアノード近くの反応ゾーンで窒素に分解され、クロラミン類によるバルクの汚染が低減する場合がある。また、アノード近傍の局所的な高ｐＨのために、塩素ガスが直接アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）と反応してトリクロラミン（ＮＣｌ３）を形成し、それが窒素ガスに分解される場合もある。
【００３５】
一般に、本開示は、電気分解によって発生させた塩素を用いて水、例えば、廃水中のアンモニアを酸化させるための方法及びシステムを提供する。発生させた塩素は水に溶解し、次亜塩素酸を発生する。次亜塩素酸は、アンモニアを酸化する。処理された水は、流出水として放出される。方法及びシステムは、連続的な方法及びシステムである。方法及びシステムを流れる水のアンモニア濃度は、例えば、時間、日、又は週単位で変化し得る。
【００３６】
方法及びシステムは、流出水中のアンモニア濃度及び／又は流出水中の塩素ガス濃度を測定するために少なくとも１つのセンサーを更に含む。方法及びシステムは、少なくとも１つのセンサーと、及び／又は塩素を発生させるアノードの電流密度を低下させるためにアノードと、及び／又は反応器に流入するアンモニアを含有する水の流量を変化させるために流量調節器と連通する少なくとも１つの制御器を更に含む。
【００３７】
本開示の文脈において、方法及びシステムは、１つ又は複数のセンサー（例えばアンモニアセンサー及び塩素センサー）；１つ又は複数のシステム要素（例えば電気化学セルのアノード及び流量制御器）；又はその両方と連通する「少なくとも１つの制御器」を含む。想定されるシステムは、単一のタスク（例えば、システム要素を検知又は制御すること）を遂行する単一の制御器に限定されず、全てのタスクを遂行する単一の制御器にも限定されない。想定されるシステムは、例えば、複数のセンサー及び複数のシステム要素と連通する単一の制御器；複数のセンサーと連通する第１の制御器と、複数のシステム要素と連通する第２の制御器；複数のセンサーのうちの１つのセンサーとそれぞれ連通する複数の制御器と、複数のシステム要素と連通する単一の制御器；複数のセンサーと連通する単一の制御器と、複数のシステム要素のうちの１つの要素とそれぞれ連通する複数の制御器；複数のセンサーのうちの１つのセンサーとそれぞれ連通する複数の制御器と、複数のシステム要素のうちの１つの要素とそれぞれ連通する複数の制御器；又は少なくとも１つのセンサー及び／又はシステム要素とそれぞれ連通する複数の制御器を含んでもよい。複数の制御器を含むシステムにおいては、制御器の一部又は全てが（直接又は間接的に）互いと連通してもよい。
【００３８】
方法及びシステムは、水中のアンモニア濃度を測定するために少なくとも１つのセンサーを更に含んでもよい。このようなセンサーを使用し、不連続点塩素処理からの既知のＣｌ２：Ｎ比に適合させるため、電気化学的に発生させる塩素の望ましいパラメーターを確立してもよい（稼働前設定）。
【００３９】
電気化学セルは、いずれもＸｏｇｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．社に付与されたもので、参照することにより本明細書に組み込まれるＣｈａｍｂｅｒｓの米国特許第６，４１９，８１５号及び第６，１２６，７９４号（以下、「Ｘｏｇｅｎ特許」とする）に開示されている類いのものであってもよい。電気化学セルは、アノードとカソードとを含む。Ｘｏｇｅｎ特許の第３〜５コラムに記載されているように、電極「セル」はそれぞれ、廃水に浸漬されるようになされた２つ以上の離間した電極を含んでもよい。電極間の均等な間隔を維持することが好ましく、電極間の間隔は最小とすることが好ましい。しかし、電極間にアーク放電が発生し得るため、電極間の間隔を過度に小さくすることはできない。酸水素リッチガスを生成するには１ｍｍ以下の間隔が最良の間隔であるが、間隔を約５ｍｍまで大きくしても効果的に機能し、電極間に固体が蓄積することによる汚損を受けにくいことが判明している。５ｍｍを超える間隔も可能であるが、塩素ガスの産出を低下させる傾向があり、所要電力を増加させる。
【００４０】
各セル内には、多数対の電極（例えば、数十又は数百）を含むことが好ましい。電極はほぼ任意の形状とすることができるが、好ましくは近接して配置され互いに平行な、平坦又はメッシュ状のプレートを備える。代替的実施形態は、同軸に整列させた円筒を含んでもよい。絶縁スペーサを隣り合う電極間に挿入して電極間を等間隔に維持し、電極間の漏電を防止することができる。
【００４１】
アノード材料は、酸化によって電気化学的に腐食し、一方、カソードは不動態化される。消耗性金属プレート、例えば、鉄又はアルミニウムを犠牲電極として使用してもよい。１種の電極材料は、低コスト及び耐久性から、ステンレス鋼を含んでもよいが、他の導電性金属を含むことも可能である。電極は、コーティングしてもよく、しなくてもよい。コーティングした電極は、例えば、コーティングした金属、コーティングしたプラスチック、コーティングしたガラス、又は別のコーティングした基材であってもよい。電極は単一の層でコーティングしてもよく、複数の層でコーティングしてもよい。コーティングは、混合金属酸化物、導電性金属、金属合金、又はこれらの組合せの１つ又は複数の層を含んでもよい。例えば、コーティングは、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、白金、二酸化チタン、酸化スズ、又はこれらの任意の組合せの１つ又は複数の層であってもよい。混合金属酸化物、金属又は金属合金は、他の金属をドープしてもよい。金属をドープした混合金属酸化物を含む層の一例は、アンチモンをドープした酸化スズの層である。コーティングした電極の具体例は、Ｄｅｎｏｒａ  Ｓ．  ｐ．  Ａ社から入手可能であり、例えば、貴金属、例えばイリジウム、ルテニウム、白金、ロジウム、及びタンタルの混合金属酸化物でコーティングしたチタン電極であるＤＳＡ（商標）電極である。コーティングした電極の他の例としては、チタンコーティングしたプラスチックに施されたコーティングが挙げられる。
【００４２】
Ｘｏｇｅｎ特許に更に記載されているように、高周波パルス状直流電流（ＤＣ）の電気信号を電極に印加してもよい。パルス状信号は、ほぼ任意の波形とすることができ、電流レベル、電圧レベル、周波数、及びマーク・スペース比（即ち、連続する２つのパルスの間隔に対する単一のパルスの持続時間の比）を可変とすることができる。電源用の電力源は、１１０ボルトの主電源、又はバッテリ、例えば１２ボルトの自動車用バッテリを含んでもよい。例えば、電源は、２４ボルトを供給するために直列配置された２つの１２ボルトのバッテリを備えてもよい。例えば、都市廃水処理プラントにおける大規模廃水処理システムに電力を供給するためには、必要とされる大型のセルを駆動するのに十分な電力を有する２４ボルトのパルス状ＤＣ信号を発生させるためのより複合的な電源が必要かもしれない。或いは、冗長性のために多数のより小さい電極セルを設け、反応容器又は他の反応ゾーンにおいて間隔を開けて配置してもよい。その場合、セルは、より単純な独立電源によって駆動し得る。
【００４３】
制御器をバッテリ又は他の電力源と共に使用して、電極に印加可能な様々なパルス状出力波形の１つ、例えば方形波、鋸歯状波、又は三角波を発生させてもよい。
【００４４】
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２未満である場合に、少なくとも１つの制御器は、反応器のアノードに印加される電流密度を例えば０．５ｍＡ／ｃｍ２増加させる。
【００４５】
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２以上の場合、アンモニア含有水の反応器への流量を１分当たり例えば反応器の容積の１．５％だけ低下させる。この流量の低下により、単位体積当たりより多くの塩素を生成させることが可能となる。
【００４６】
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合、少なくとも１つの制御器は、反応器のアノードに印加される電流密度を例えば０．５ｍＡ／ｃｍ２減少させるか、アンモニア含有水の反応器への流量が方法の開始時の流量未満である場合には、流量を増加させる。
【００４７】
流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が２〜１０ｐｐｍである場合、少なくとも１つの制御器は、反応器のアノードに印加される電流密度を、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に減少させる分より多く、例えば４ｍＡ／ｃｍ２減少させる。
【００４８】
電流密度は、少なくとも１つの制御器が減少させてもよいが、システムの流量で水を処理するのに必要な最小レベル未満ではない。本開示の文脈において、最小レベルとは、塩素（Ｃｌ２）を生成するために塩素アニオン（Ｃｌ−）の反応における電子移動に必要な電位をアノードに供給する電流密度を指す。熱力学的データは既知であるが、反応速度データは実験的に決定してもよい。
【００４９】
電流密度及び／又は流量を変化させた後、流出水中のアンモニア濃度を再度測定するまでに一定時間を経過させる。時間は、例えば反応器の滞留時間の３倍であってもよい。
【００５０】
流出水中のアンモニア濃度を測定するための少なくとも１つのセンサーは、イオン選択電極、又は、アンモニアを流出水から揮発させるための気化器と、揮発させたアンモニアの量を判定するためのアンモニアガス検知電極とを備えてもよい。或いは、アンモニアは、ＴＯＣ−ＴＮ分析器（窒素化合物の酸化後のＮＯ２発光のモニタリングに基づく）を使用して全窒素として分析する、又は６４０ｎｍでの吸光度を測定するインドフェノールブルー法により分光光度計で分析することもできる。
【００５１】
方法及びシステムは、ｐＨ、酸化還元電位（ＯＲＰ）、塩化物（イオン）濃度、又は溶存酸素量を測定するための１つ又は複数のセンサーを更に含んでもよい。
【００５２】
一例において、図１に例示するように、システムは、ポンプ（１０）、エレクトロセル反応器（１２）、プログラマブル論理制御器（１４）及び制御器（１６）、流出水中のアンモニア濃度を測定するためのセンサー（１８）、並びに流出水中の全塩素濃度を測定するためのセンサー（２０）を含む。
【００５３】
ポンプ（１０）は、廃水をエレクトロセル反応器（１２）へと流し、エレクトロセル反応器（１２）は、アノードに電流を印加すると廃水中の塩化物イオンから塩素ガスを電気分解によって発生させる。上述のように、発生させた塩素ガスは、廃水中に存在するアンモニアを酸化して処理水を生成する。ＰＬＣ（１４）は、センサー（１８及び２０）によって測定されるアンモニア及び／又は全塩素の濃度に基づき、エレクトロセル反応器（１２）のアノードに印加される電流密度を増加、減少、又は維持するように制御器（１６）に指示する。ＰＬＣ（１４）は、センサー（１８及び２０）によって測定される廃水のエレクトロセル反応器（１２）への流量を増加、減少、又は維持するようにポンプ（１０）にも指示する。
【００５４】
ＰＬＣ（１４）は、図２に示すフローチャートに例示される指示に基づいて、制御器（１６）及びポンプ（１０）に指示する。
【００５５】
工程１１０において、センサー（１８及び２０）は、処理水中のアンモニア及び全塩素の濃度を測定する。工程１１２に例示するように、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２未満である場合、ＰＬＣは、エレクトロセル反応器のアノードに印加される電流密度を増加させるように制御器に指示する（１１４）。
【００５６】
工程１１６に例示するように、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍを超え、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２以上である場合、ＰＬＣは、反応器へと流入するアンモニア含有水の流量を低下させるようにポンプに指示する（１１８）。
【００５７】
工程１２０に例示するように、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合、ＰＬＣは、エレクトロセル反応器のアノードに印加される電流密度を減少させるように制御器に指示する（１２２）。
【００５８】
工程１２４に例示するように、流出水中のアンモニア濃度が０．５ｐｐｍ未満であって、塩素濃度が２〜１０ｐｐｍである場合、制御器は、エレクトロセル反応器のアノードに印加される電流密度を、塩素濃度が０．８〜２ｐｐｍである場合に減少させる分より多く減少させる（１２６）。
【００５９】
電流密度及び／又は流量を変化させた後、一定時間を経過させ、工程が繰り返される。
【００６０】
前述の記載では、説明のため、実施形態の完全な理解を実現するために多くの詳細が述べられている。しかし、当業者には当然のことであるが、これらの具体的な詳細は必要ではない。別の例では、理解を不十分なものとしないよう、周知の電気的構造及び回路をブロック図の形態に示すこともできる。
【００６１】
例えば、本明細書に記載した実施形態がソフトウェアルーチン、ハードウェア回路、ファームウェア、又はそれらの組合せとして実施されるかどうかに関しては、具体的詳細は提供されない。
【００６２】
本開示の実施形態は、機械可読媒体に格納されたコンピュータプログラム製品（コンピュータ可読プログラムコードを中に含むコンピュータ可読媒体、プロセッサ可読媒体、又はコンピュータ使用可能媒体とも呼ばれる）として提示することができる。機械可読媒体は、ディスケット、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、メモリ装置（揮発性又は不揮発性）、又は同様な記憶機構をはじめとする磁気的、光学的、又は電気的記憶媒体を含む任意の適切な有形、持続性媒体とすることができる。機械可読媒体は、実行されると本開示の実施形態による方法の工程をプロセッサに遂行させる指令、コードシーケンス、構成情報、又は他のデータの様々な組合せを含むことができる。記載した実施態様の実施に必要な他の指令及び操作も同様に機械可読媒体に格納可能であることは、当業者であれば理解する。機械可読媒体に格納された指令は、プロセッサ又は他の適切な処理装置によって実行可能であり、回路と連携して前記タスクを遂行することができる。
【００６３】
上記の実施形態は、単なる例示であることを意図している。当業者であれば、特定の実施形態に対して修正、変形、及び変更を行うことができる。特許請求の範囲は、特定の実施形態によって限定されるべきではなく、明細書全体と一致するように解釈すべきである。
【符号の説明】
【００６４】
１０  ポンプ
１２  エレクトロセル反応器
１４  プログラマブル論理制御器
１６  制御器
１８  センサー
２０  センサー
【図１】
2017530865.tif 000003
【図２】
2017530865.tif 000004
【国際調査報告】
2017530865.tif 000005
2017530865.tif 000006