(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄および／またはアルミニウムを含む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リン酸イオンを鉄および／またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度を制御するとともに、カルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室の上流側で行なうリン酸イオン含有排水の処理方法。
【請求項２】
鉄および／またはアルミニウムを含む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リン酸イオンを鉄および／またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度を制御するとともに、カルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室内で行なうリン酸イオン含有排水の処理方法。
【請求項３】
前記検知濃度が所定の濃度より低いばあい、排水中にカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン発生源を投入する請求項１または２記載の処理方法。
【請求項４】
鉄および／またはアルミニウムを含む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リン酸イオンを鉄および／またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて前記鉄および／またはアルミニウムの電解溶出量を制御するリン酸イオン含有排水の処理方法。
【請求項５】
カルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室の上流側で行なう請求項４記載の処理方法。
【請求項６】
カルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室内で行なう請求項４記載の処理方法。
【請求項７】
排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室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、少なくとも１つが鉄および／またはアルミニウムを含む電極と、該電極に通電するための電源と、前記流入口の上流側の排水中のカルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度を検知するためのカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン検知手段と、カルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン発生源を排水中に投入するための投入装置と、前記検知手段により検知される信号に基づいて前記投入装置を制御する制御部とを備えてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
【請求項８】
前記投入装置が撹拌羽根を有してなる請求項７記載の処理装置。
【請求項９】
排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室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、少なくとも１つが鉄および／またはアルミニウムを含む電極と、該電極に通電するための電源と、排水中のカルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度を検知するためのカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン検知手段と、該検知手段により検知される信号に基づいて前記電源を制御する制御部とを備えてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
【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方法および処理装置に関する。
【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、このリン化合物は工場排水よりも一般家庭の生活排水中に多く存在するため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】
リン化合物の浄化処理方法として、排水中に粉末状のＦｅＣｌ3またはＣａＣｌ2などの凝集剤を添加する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる方法では、定期的にＦｅＣｌ3などを添加しているが、かかる添加作業は面倒である。またリン除去効率を高めるために、カルシウムやマグネシウムを排水中に添加しているが、排水中のカルシウムまたはマグネシウムの濃度を一定に制御することが困難であるため、リン除去効率を高く維持することが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、リン酸イオンの高除去効率を安定して維持することができるリン酸イオン含有排水の処理方法および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方法は、鉄および／またはアルミニウムを含む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リン酸イオンを鉄および／またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度を制御するとともに、カルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室の上流側で行なうことを特徴としている。
また、鉄および／またはアルミニウムを含む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リン酸イオンを鉄および／またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度を制御するとともに、カルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室内で行なうことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明のリン酸イオン含有排水の処理方法は、鉄および／またはアルミニウムを含む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リン酸イオンを鉄および／またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて前記鉄および／またはアルミニウムの電解溶出量を制御することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の排水の処理装置は、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室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、少なくとも１つが鉄および／またはアルミニウムを含む電極と、該電極に通電するための電源と、前記流入口の上流側の排水中のカルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度を検知するためのカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン検知手段と、カルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン発生源を排水中に投入するための投入装置と、前記検知手段により検知される信号に基づいて前記投入装置を制御する制御部とを備えてなることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の排水の処理装置は、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室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、少なくとも１つが鉄および／またはアルミニウムを含む電極と、該電極に通電するための電源と、排水中のカルシウムイオン及び／またはマグネシウムイオンの濃度を検知するためのカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン検知手段と、該検知手段により検知される信号に基づいて前記電源を制御する制御部とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
【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方法および処理装置を説明する。
【００１１】
図１は本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置の一実施の形態を示す説明図、図２は図１における処理装置の動作を示すフローチャートである。
【００１２】
図１に示すように、処理装置は、排水の流入口１と流出口２を有する排水処理室３と、該処理室３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電極４、５と、該電極４、５に通電するための電源６と、前記流入口１の上流側の排水中に浸漬されるカルシウムイオン検知手段７を有するカルシウムイオン検知槽８と、カルシウムイオン発生源を排水中に投入するための投入装置９と、前記カルシウムイオン検知手段７により検知される信号に基づいて前記投入装置９を制御するマイコンなどの制御部１０を備えている。
【００１３】
前記電極４、５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から製作することができる。
【００１４】
前記電極４、５のうち、電極４、５間に流れる電流を制御する電流制御装置を接続するのが好ましい。陽極（アノード）側の電極、たとえば電極４の表面は、有機物および無機物の酸化被膜が発生するが、陰極（カソード）側の電極５は表面から発生する水素ガスにより洗浄され、酸化被膜が生じない。このため、前記電流制御装置により、陽極側の電極４の表面に酸化被膜が発生して鉄イオン（アルミニウムイオン）の溶出量が減少してきたばあいに、所定の時間間隔で極性を反転する。これにより、鉄イオン（アルミニウムイオン）の溶出量をほぼ一定に維持することができるため、脱リン性能を一定に維持することができる。なお、反転の時間として、たとえば１時間未満のばあい鉄イオン（アルミニウムイオン）の溶出量が低下するため、１時間以上にするのが好ましい。
【００１５】
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。通電量はリン酸イオン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／リン酸イオン濃度の比（以下、「Ｆｅ／Ｐ」と略す）が０．８〜３．０、好ましくは１．０〜２．５となるように調節すればよい。
【００１６】
なお、前記発生した水素ガスを処理室３内に集積させないように、上蓋１１に空気孔１２を形成する。また処理室の排水中に空気を供給する空気ばっ気装置１３を設けるようにする。かかるばっ気装置１３を設けることにより、前記水素ガスを希釈してから排気させることができ、また処理室３内に水不溶性の塩を堆積させないようにするとともに、溶出した鉄イオンを処理室３内に均一にすることができる。
【００１７】
前記空気ばっ気装置１３は、排水処理室３の底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。
【００１８】
本実施の形態では、前記散気管１４は排水処理室３の底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、排水を撹拌し、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。たとえば前記散気管１４は、排水処理室３の流出口２側の壁３ａに対して垂直に設置されているが、散気管１４を壁３ａに近づけ、かつ壁３ａに対して平行、すなわち図１の紙面垂直方向にするとともに、少し底から高い位置に配置することにより、処理室内の排水の対流を生じやすくする。また、散気管を処理室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。なお、本実施の形態では、前記排水の撹拌により、鉄イオンとリン酸イオンおよびカルシウムイオンとリン酸イオンの反応性を向上させることもできる。
【００１９】
前記カルシウム検知槽８内には、排水中のカルシウムイオン濃度を正確に検知するために、排水を撹拌する撹拌羽根１７が設けられている。該撹拌羽根１７は、前記検知手段７の先端または検出槽８の底などに取り付けることができる。そして、一定時間、たとえば約１０分ごとに排水を撹拌するようにする。
【００２０】
また前記カルシウムイオン検知手段７による排水（１リットル）中のカルシムイオン濃度（ｍｇ／リットル）の測定精度をさらに向上させるため、排水を一定量ごとに流す定量ポンプまたは電磁弁などを前記流入口１の上流側に設けるのが好ましい。前記カルシウムイオン検知手段７による測定は、連続的な測定または定期的な測定で行なうことができるが、前記撹拌羽根１７が作動したのちに測定するのが好ましい。これは撹拌中よりも撹拌終了後のほうがカルシウムイオンが均一にされているためである。
【００２１】
なお、本実施の形態では、検知手段は、排水処理室の上流側の排水中に浸漬されているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、前述のごとく排水処理室内にばっ気装置を設けるなどして排水処理室綯いのイオン分布を均一にするようにすればイオン検知手段を排水処理室内に設けることができる。または前記排水処理室内に設けられるカルシウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン検知槽の排水中に浸漬することもできる。
【００２２】
前記投入装置９は、カルシウムイオン発生源を蓄留するためのタンク１８と、該タンク１８から下方に延びる投入管１９と、該投入管１９の途中に連結される投入手段１９とから構成されている。該投入手段２０としては、前記制御部１０の指令にしたがって、カルシウムイオン発生源を定量供給できるものであれば、とくに限定されるものではなく、たとえば電磁弁または定量ポンプなどを用いることができる。また、前記タンク１８内には、カルシウムイオン発生源の濃度を均一にするための撹拌羽根２１が設けられている。
【００２３】
本実施の形態では、カルシウムイオン発生源を投入するようにされているが、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、マグネシウムイオン発生源またはカルシウムイオン発生源とマグネシウムイオンが組み合わされたイオン発生源を投入することができる。なお、前記カルシウムイオン発生源としては、金属カルシウムまたはカルシウムの水溶性塩などを用いることができる。前記マグネシウムイオン発生源としては、金属マグネシウムまたはマグネシウムの水溶性塩などを用いることができる。これらの水溶性塩の具体例としては、従来より凝集剤として用いられている塩化カルシウム（溶解度：５９．５ｇ／水１００ｇ）のほか、水酸化カルシウム（溶解度：１８５ｍｇ／水１００ｇ）、炭酸カルシウム（溶解度：１．４ｍｇ／水１００ｇ）、塩化マグネシウム（溶解度：５２．８ｇ／水１００ｇ）、シュウ酸マグネシウム（溶解度：７０ｍｇ／水１００ｇ）などがあげられる。これらのうち、直ちに水に溶解してカルシウムイオンまたはマグネシウムイオンを多量に発生する点から、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、塩化マグネシウムがとくに好ましい。また、水溶解性の小さい塩のばあいも、予め水溶液の形として投入してもよい。
【００２４】
前記カルシウムイオン検知手段７としては、とくに限定されるものではなく、通常のＰＶＣ液膜型カルシウムイオン選択性電極などからなるイオンセンサなどを用いることができる。また、マグネシウムイオン検知手段としては、通常のＰＶＣ液膜型マグネシウムイオン選択性電極などからなるイオンセンサなどを用いることができる。
【００２５】
つぎに本発明の処理装置の動作を説明する。図２に示すように、一定量の排水が流入されたのち、カルシウムイオンを検知し、制御部により流出した排水１リットル中のカルシウムイオン濃度を演算する。その結果、たとえばカルシウムイオンが５ｍｇ／リットル以下のばあいは、投入装置の投入手段が作動し、排水中にカルシウム溶液を投入する。これにより、排水処理室内のカルシウムイオン濃度が増大する。Ｆｅ／Ｐ＝２．０になるように約５２０ｍＡの電流値が鉄製電極に通電される。通電は一定時間、たとえば排水が処理室の容量分流れる程度の時間のあいだ行なう。
【００２６】
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。その結果、電極と電力の消費が増大してしまう。
【００２７】
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（反応Ｅ）ので、リン酸イオンの除去に貢献する。
【００２８】
したがって、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ができる。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。
【００２９】
なお、本発明においては、前記制御部１０と電源６とを接続し、前記カルシウムイオン検知手段７により検知される信号に基づいて前記電源６を制御することができる。すなわち、前記カルシウムイオン検知槽８内で検知されたカルシウムイオン濃度が低下したとき、前記電極４、５間の通電量を上げる。これにより、鉄製電極の電解溶出量が増加するため、リン除去効率を安定して維持することができる。
【００３０】
本発明の排水の処理方法および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、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。
【００３１】
【実施例】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００３２】
実施例１
図１に示す鉄の電解溶出排水処理装置を用い、流入口からリン酸イオン濃度１５ｍｇ／リットル（Ｈ3ＰＯ4として添加）およびＮａ+２００ｍｇ／リットルを含む供試排水を流速０．５リットル／ｍｉｎで流入させた。このときのカルシウムイオン濃度は１ｍｇ／リットルであった。また投入装置のタンクには、５０ｍｇ／リットルのカルシウム溶液を入れた。
【００３３】
排水中に浸漬させる電極としては、高純度の鉄板を用いた。電極への通電量はＦｅ／Ｐが２．０となるように約５２０ｍＡとし、１時間ごとに反転させた。
【００３４】
そして電極の電気分解により、溶出させた鉄イオンと排水中のリン酸イオンを反応させて水不溶性の塩を生成させた。ついでカルシウムイオン検知手段により、カルシウムイオン濃度を測定すると、１ｍｇ／リットルであったので、前記タンクからカルシウム溶液を排水中に投入した。これにより、排水処理室内のカルシウムイオン濃度は１０ｍｇ／リットルになった。
【００３５】
つぎに流出口で採取した排水を孔径０．４５μｍのフィルターで濾過した濾液をＪＩＳ  Ｋ  ０１０２に規格された全リン分析法（４６．３）に準拠して調べた結果、リンの除去効率が９０％以上であることがわかった。
【００３６】
実施例２
図１に示す鉄の電解溶出排水処理装置を用い、流入口からリン酸イオン濃度１５ｍｇ／リットル（Ｈ3ＰＯ4として添加）およびＮａ+２００ｍｇ／リットルを含む供試排水を流速０．５リットル／ｍｉｎで流入させた。このときのカルシウムイオン濃度は３ｍｇ／リットルであった。
【００３７】
排水中に浸漬させる電極としては、高純度の鉄板を用いた。電極への通電量はＦｅ／Ｐが２．０となるように約５２０ｍＡとし、１時間ごとに反転させた。
【００３８】
そして電極の電気分解により、溶出させた鉄イオンと排水中のリン酸イオンを反応させて水不溶性の塩を生成させた。ついでカルシウムイオン検知手段により、カルシウムイオン濃度を測定すると、３ｍｇ／リットルであったので、前記電極への通電量を１１００ｍＡに上げて、鉄イオンの溶出量を増大させた。
【００３９】
つぎに流出口で採取した排水を孔径０．４５μｍのフィルターで濾過した濾液をＪＩＳ  Ｋ  ０１０２に規格された全リン分析法（４６．３）に準拠して調べた結果、リンの除去効率が９０％以上であることがわかった。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、排水中のリン酸イオンを連続的に高効率で除去でき、かつ該高効率を安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水処理装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】図１におけるの排水処理装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  流入口
２  流出口
３  排水処理室
４、５  電極
６  電源
７  カルシウムイオン検知手段
８  カルシウムイオン検知槽
９  投入装置
１０  制御部
【図１】
0003795993.tif 000002
【図２】
0003795993.tif 000003