(57)【要約】【課題】  農業活動及び化石燃焼由来の窒素酸化物ガスに由来する、国内外の地下水や河川水の酸性化が進行すると同時に硝酸イオン濃度が増大し続けている。これら地下水及び河川水に含まれる硝酸イオンを、バクテリアや有機性栄養源を用いる生物化学的方法や貴金属触媒法に依らない方法で高速かつ安価に除害すると同時に中和できる物理化学的技術が要請されている。【解決手段】  処理材料を充填した２塔のカラム間に、５ボルト以下の電圧及び０．１ｍＡ以下の微弱電流を通電しつつ、処理原水を陽極から陰極、又は陰極から陽極へ通水し、原水と処理材を接触させる事により、溶存する窒素酸化物イオン及び／又は硫黄酸化物イオンを分解及び／又は吸着除去できる事を特徴とする処理原水浄化システムを提供する。また、窒素酸化物やイオウ酸化物ガスで汚染された空気を水に移行させ、次に本願発明のシステムに通水する事により、地球温暖化ガスであるＮ２Ｏの分解技術が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理材料を充填した二塔のカラムの間に５ボルト以下の電圧を印加し、０．１ｍＡ以下の微弱電流を通電しつつ、処理原水を陽極から陰極、又は陰極から陽極へ通水する事により、原水と処理材を接触させて溶存する窒素酸化物及び／又は硫黄酸化物イオンを分解及び／又は吸着処理する事を特徴とする原水浄化処理システム。
【請求項２】
両極のカラムに充填する処理材料として、活性炭等の撥水性炭素系吸着材、チタン酸や酸化セリウム等の親水性無機系吸着材及び／又はイオン交換樹脂等の吸着材料を単独又は組合せて用いる事により、陽極で中和並びに硝酸イオン及び亜硝酸イオンの吸着分解、陰極でリン、アンチモン、ヒ素等、その他の有害イオンを吸着分離する請求項１記載のシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の材料を使用して、還元剤として低電位印加カラム表面で生成する発生期の水素を使用して、水に含まれる硝酸イオンを還元分解する請求項１記載のシステム。
【請求項４】
低電位を印加した陽極で発生する水酸基を中和剤として使用するところの請求項１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本願発明は、低電位印加・極低電流下に反応材充填カラムに通水する事により、水中の窒素酸化物及び硫黄酸化物イオンを分解除去すると同時に中和処理することが出来る反応システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、化石燃焼及び農業活動由来の窒素酸化物が地下水中に移行し、これが硝酸イオンに変化することにより、地下水中の硝酸イオン濃度が増大し続けている。この汚染された地下水を飲用として使用するためには、水中に含まれる低濃度の硝酸イオンを簡便かつ安価に除害する技術が必須である。また、水源の一部は酸性化している場合があり、利用するためには硝酸イオン除去と同時に中和する必要がある。【０００３】  溶存している硝酸イオンを除去する技術としては、ニトロバクターやアナモックス菌等の微生物を用いた生物学的方法が知られている。この方法は、廃水処理として広く普及しつつあり、技術的にもほぼ確立されているが、硝酸イオンを窒素ガスに還元する脱窒菌の維持管理には、細心の注意を必要とする上に、脱窒菌のエネルギー源としてエタノール又はメタノール等の有機物が必要であるため、本方法は小規模かつ迅速処理には適していない。また、この方法で、硝酸イオンを除去した水を飲料水として利用するためには、未反応のまま残存する有機物及び脱窒菌を除去する必要がある。【０００４】  生物学的方法のほか、イオン交換法、電気透析法、逆浸透法等の物理化学的分離方法が知られている。イオン交換法は、浄水場において飲料水の硝酸イオン除去に使用されている実績がある。しかし、硫酸イオン等の共存イオンの含有率によっては硝酸イオンの除去率が大幅に低下する事や樹脂の再生時に発生する二次廃水の処理という問題がある。【０００５】  脱塩技術である逆浸透法及び電気透析法を利用して硝酸イオンを除去する場合、原水の多くを廃棄するため水利用率が低い事及び維持管理のコストが高いという課題があるほか、飲料水として利用する場合を想定すると、原水のミネラル成分が大きく変動するという欠点を抱えている。【０００６】  新たな方法として、主分解剤として貴金属担持固体触媒を、補助分解剤として水素を併用することにより硝酸イオン・亜硝酸イオンを窒素へと変換する方法が提案されている（特許文献１〜９及び非特許文献１〜５参照）。しかし、これらの触媒は活性が低く、アンモニアを副生する等、反応選択性の面で劣っており、さらに貴金属及び水素の使用に伴うコスト及び管理上の問題がある。
【特許文献】
【特許文献１】特開平８−３３２４９０号公報
【特許文献２】特開平９−２８５７９３号公報
【特許文献３】特開２０００−３３４４７７号公報
【特許文献４】特開２００１−８６６号公報
【特許文献５】特開２００２−３３６８５０号公報
【特許文献６】特開２００３−３３３２８１号公報
【特許文献７】特開２００３−７１４６１号公報
【特許文献８】特開２００５−９５７８４号公報
【特許文献９】特開２００７−２１４３８号公報
【非特許文献】
【非特許文献１】Ｃａｔａｌ．Ｔｏｄａｙ，第１７号、第２１頁、１９９３年
【非特許文献２】Ｃａｔａｌ．Ｔｏｄａｙ，第５５号、第１３９頁、２０００年
【非特許文献３】Ｃａｔａｌ．Ｔｏｄａｙ，第５５号、第７９頁、２０００年
【非特許文献４】Ｊ．Ｃａｔａｌ．第２０７号、第３７頁、２００２年
【非特許文献５】Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．，第３４号、第１５１０貢、２００５年
【０００７】  さらに、これら従来技術では、酸性原水の中和を同時に行う事は出来ないため、処理前段又は処理後段で中和剤を添加する必要がある。しかしながら、この薬剤添加により、ｐＨを中性付近に調整できたとしても溶存塩濃度が増大するため、飲料水としての水質の低下は避けられないという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  バクテリア及び有機物を併用する生物学的方法やイオン交換法、電気透析法、逆浸透法等の物理化学的分離方法に見られる技術上の欠点を解消した方法であって、かつ、貴金属触媒等の高価な材料や中和剤を用いずに、中和すると同時に窒素酸化物及び硫黄酸化物イオンを分解除去処理できる水処理技術を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  処理材料を充填した二塔のカラムを両極として、５ボルト以下の電位を印加し、０．１ミリアンペア以下の電流を通電しつつ、原水を空間速度ＳＶ５ｈ−１〜１０ｈ−１で通水する事により、原水を反応材と接触させる。【００１０】  処理材料は、一般に使用されている活性炭やイオン交換樹脂、無機系吸着材等を単独又は組み合わせて用いる。
【発明の効果】
【００１１】  処理材料として粒状又は破砕した活性炭を二塔のカラムに充填し、陽極から陰極へ原水を流通することにより、中和と同時に硝酸イオン及び硫酸イオンの吸着分解及び共存するリン、アンチモン、ヒ素等、その他の有害イオンを除去することができる。【００１２】  還元剤として低電位印加カラム表面で発生させた水素との反応により、硝酸イオン及び硫酸イオンを還元分解することが出来る。硝酸イオン及び硫酸イオンの還元反応は、発生期の水素との反応でおこり、化１及び化２で表す事が出来る。【００１３】
【化１】
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【化２】
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【００１４】  本願発明の技術により、地下トンネル等の閉鎖空間に滞留した排ガスを分解除去できる。すなわち、排ガスを水又は水蒸気と接触させる事により、含有されるＮＯｘやＳＯｘ等の酸性ガスを硝酸や硫酸等として水相に移行させ、続いて本願発明の反応システムに接続する事により、酸性ガス成分の分解除去できる新大気浄化方法が提供される。【００１５】  本願発明の技術を工場等の排ガス処理に適用する事により、二酸化炭素の３１０倍の地球温暖化係数をもつＮ２Ｏを分解することができるため、地球温暖化防止技術としても有用である。【００１６】  本願発明のシステムの処理容量は、一般家庭向け小規模装置から産業向け大規模装置まで適用範囲は非常に幅広く、大きな導入効果が期待できる。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１７】  以下、本発明の実施の形態を図１〜図４及び表１〜表２に基づいて説明する。
【実施例】
【００１８】  処理水量及び窒素酸化物イオン濃度により反応塔のサイズは変化させるが、以下に述べる実施例で使用した反応システム構成は以下の通りである。すなわち、内容積５０ｍＬ、内径２．５ｃｍの円筒状カラムに２５ｇの活性炭を充填したカラム２塔で構成される反応システムに電圧４ボルト、０．１ミリアンペア以下の電流を通電しつつ、原水を通水した。【００１９】  強酸性溶液の処理ケースを図１に示す。【００２０】  図１に示すように、水温２１℃、ｐＨ２．７１に調整し、硝酸イオン濃度７６５ｐｐｍ、亜硝酸イオン濃度４０３ｐｐｍを含む水道水をカラム通水速度ＳＶ（空間速度）＝５．１ｈ−１で通水した結果、硝酸イオンについてはＢＶ４（カラム容積１００ｍＬの４倍）まで、亜硝酸イオンについてはＢＶ９まで原水濃度の５０％以下まで分解除去できた。【００２１】  同時に、通水した原水のｐＨは２．７０から５．２まで中和され、緩やかにｐＨ４．６まで低下した。強酸性溶液であっても、中和用薬剤を用いずに物理的方法により窒素酸化物イオン除去と同時に中和できる能力を有する事が実証された。【００２２】  弱酸性溶液の処理ケースを図２に示す。【００２３】  図２に示すように、硝酸イオン濃度８５．２ｐｐｍ、亜硝酸イオン濃度３６．４ｐｐｍを含み、ｐＨ４．１０に調整した水道水を原水として、カラム通水速度ＳＶ４．４ｈ−１で通水した結果、硝酸イオンについてはＢＶ２７（カラム容積の２７倍）まで、亜硝酸イオンについてはＢＶ１８まで１ｐｐｍ未満まで浄化できた。【００２４】  同時に、この処理により、原水のｐＨは初期値４．１から６．４〜６．６まで上昇し、そのまま飲用できるレベルまで同時中和する事ができた。【００２５】  劣化した金魚水槽水の処理ケースを表１及び表２に示す。【００２６】  表１に示すように、原水（劣化した金魚水槽水：硝酸イオン濃度１４３ｐｐｍ、ｐＨ３．８４）を本願発明のシステムで処理することにより、ＢＶ＝２０まで硝酸イオンは１ｐｐｍ未満まで除去浄化でき、ｐＨは６．８〜６．９まで中和された。【００２７】
【表１】
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【００２８】  表２に示すように、電極に充填した処理材料によって取込まれた陰イオンの量は５．２７ｍｅｑｕｉｖ、処理材料によって放出された量は２．７１ｍｅｑｕｉｖである。したがって、硝酸イオンは単純なイオン交換で除去されたものではなく、同時に中和反応や硝酸イオン分解反応を主要なメカニズムとして除去されたものと推定される。【００２９】
【表２】
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【００３０】  処理のための原水と処理材の接触時間は数分であり、従来の処理速度よりはるかに大きい。【００３１】  本願発明のシステムによる硝酸イオンの処理に伴って、アンモニアを副生する事はない。【００３２】  硝酸イオンの還元剤として水素を供給する必要はない。【００３３】  生物学的処理方法として使用されるバクテリアやその栄養源としての有機物を用いる必要はない。【００３４】  処理材料として高価な貴金属を触媒として使用する必要は無い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】強酸性溶液中高濃度の硝酸イオン及び亜硝酸イオンの処理
【図２】弱酸性溶液中低濃度の硝酸イオン及び亜硝酸イオンの処理
【図１】
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【図２】
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