(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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る鉄および／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、を備え、前記排水処理室から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および／または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、且つ、陰極側の電極で発生した水素ガスを前記排水処理室内の上部空気層を通じて前記排水処理室外へ排気する、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、前記排水処理室内の排水中に空気を供給し、前記水不溶性の塩を前記流出口から流出させやすくし、且つ、陰極側の電極で発生した水素ガスを空気で希釈して水素ガス濃度を危険濃度より低くする空気ばっ気装置を備えてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
【請求項２】
前記排水処理室内の前記上部空気層に水素ガスセンサが配置されてなる請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
前記水素ガスセンサと電源とのあいだに、前記水素ガスセンサにより検知された水素ガス濃度が所定の水素ガス濃度をこえたとき、前記電極間に流れる電流値を低下させる制御部が接続されてなる請求項２記載の処理装置。
【請求項４】
前記水素ガスセンサと空気ばっ気装置とのあいだに、前記水素ガスセンサにより検知された水素ガス濃度が所定の水素ガス濃度をこえたとき、前記空気ばっ気装置からの空気量を増大させる制御部が接続されてなる請求項２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）。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、鉄イオンの供給を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、かかる電界溶出法を用いた汚水処理装置として、たとえば嫌気槽、好気槽および処理水槽からなり、該処理水槽の汚水を、リン酸と反応する鉄イオンを溶出する処理装置を介して、嫌気槽に返送す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、かかる汚水処理装置において排水の流速だけでは、水不溶性の塩が処理水槽から排出されずに、該処理水槽内に堆積しやすくなり、回収率（処理効率）が低下する問題がある。
【０００５】
また、処理水槽などには、臭気を排出するための排気口が設けられているが、陰極（カソード）側で常時発生する水素ガスが前記排気口から完全に排気されずに処理水槽などの上部空気層、とくにコーナー部などに集積したばあい、水素ガス濃度が爆発濃度の下限値である４％をこえる惧れがある。
【０００６】
本発明は、叙上の事情に鑑み、リン酸イオンを含む排水の処理効率の向上および安全性の確保を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。
【０００７】
【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、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る鉄および／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、を備え、前記排水処理室から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および／または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、且つ、陰極側の電極で発生した水素ガスを前記排水処理室内の上部空気層を通じて前記排水処理室外へ排気する、リン酸イオンを含む排水の処理装置であって、前記排水処理室内の排水中に空気を供給し、前記水不溶性の塩を前記流出口から流出させやすくし、且つ、陰極側の電極で発生した水素ガスを空気で希釈して水素ガス濃度を危険濃度より低くする空気ばっ気装置を備えてなることを特徴としている。
【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は本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置の他の実施の形態を示す説明図、図３は図２における処理装置の動作を示すフローチャート、図４は本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置のさらに他の実施の形態を示す説明図である。
【００１０】
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、前記排水処理室３内の排水中に空気を供給する空気ばっ気装置７を備えている。
【００１１】
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。
【００１２】
前記空気ばっ気装置７は、排水処理室３の底中央に設置される多孔質の散気管８または散気板と、該散気管８に圧縮空気を吸き込むためのエアポンプ９とから構成されており、前記散気管８とエアポンプ９はパイプ１０により接続されている。
【００１３】
本実施の形態では、前記散気管８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８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８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との反応性を向上させることもできる。
【００１４】
前記電極４、５のうち陽極（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は表面から水素ガスが発生している。かかる水素ガスにより、電極５の表面は洗浄され、酸化被膜が生じないが、前記水素ガスが、たとえば前記排水処理室内の上部空気層のコーナー部などに滞留して排気口１１から排気されにくいばあい、かかるコーナー部で水素ガス濃度が高くなる惧れがある。
【００１５】
しかしながら、本実施の形態では、前記水素ガス濃度を空気ばっ気装置で供給させた空気により希釈させるとともに、当該低濃度の水素ガスを排気口１１から排出させることができる。またかかる水素ガスの排気とともに、排水の臭気も排出させることができる。前記排気口１１の配置は、水素ガスと空気が排気されやすい、たとえば電極４、５の上部にすることができる。
【００１６】
また、水素ガスは常温、常圧で約６ｍｌ／ｍｉｎ発生するため、水素濃度を１％以下にするにはバッキ量を約６００ｍｌ／ｍｉｎ以上にすれば充分水素ガスは空気で希釈される。
【００１７】
なお、陽極側の電極４の表面に酸化被膜が発生して鉄イオンまたは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。前記反転の時間として、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。
【００１８】
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。
【００１９】
つぎに本発明の他の実施の形態を説明する。図２に示すように排水処理室３内の上部空気層に水素ガスセンサ２０を配置する。そして該水素ガスセンサ２０と電源６ならびにエアポンプ９は、マイコンなどの制御部２１を介して接続する。これにより、電解で発生した水素ガス濃度を水素ガスセンサ２０でモニターし、前記水素ガス濃度に基づいて、電源６およびエアポンプ９を制御するようにする。たとえば図３に示すように、空気ばっ気量を２リットル／ｍｉｎに設定したのち、水素ガス濃度が所定のガス濃度、たとえば１％以上、好ましくは１〜３％の範囲内のとき、制御部２１からの信号により前記ばっ気量を３リットル／ｍｉｎに増やすように制御する。万一、ばっ気量を増やしても、水素ガス濃度が増加し続け、３％をこえると、安全性を確保するために、電源６を停止する。ついでばっ気を１０分間行なったのち、警告を発するようにする。
【００２０】
なお、水素ガスセンサ、制御部およびエアポンプだけを接続し、水素ガス濃度に応じてばっ気量を制御することもできる。
【００２１】
つぎに、本発明のさらに他の実施の形態を示す。図４に示すように、水素ガスセンサ２０を制御部２１を介して電源６だけに接続することができる。本実施の形態では、前記実施の形態と同様に空気ばっ気量を２リットル／ｍｉｎに設定し、ついで水素ガス濃度が１〜３％をこえたとき、電解の電流量を低減させる。このばあいの低減率としては、１０％以上、好ましくは２０〜５０％であり、たとえばＦｅ／Ｐ＝１．５のとき３９０ｍＡであるので、２５％低減させる。さらに、３％をこえると、安全上電源６を停止する。
【００２２】
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。
【００２３】
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ので、リン酸イオンの除去に貢献する。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
【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。
【００２７】
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５ｍｇ／リットル（Ｈ3ＰＯ4として添加）、Ｎａ+２００ｍｇ／リットルおよびＣａ2+２０ｍｇ／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。
【００２８】
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１．５となるように３９０ｍＡとし、１時間ごとに極性を反転させた。
【００２９】
そして電極の電気分解により、溶出した鉄イオンはリン酸イオンと反応して水不溶性の塩が生成される。生成された塩は流入水とともに、散気管から発生する空気（２リットル／ｍｉｎ）で撹拌され、流出側へと流れ出る。したがって、水不溶性の塩の堆積はほとんどなかった。
【００３０】
ついで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。
【００３１】
また、このとき発生する水素ガスは約６ｍｌ／ｍｉｎ（常温、常圧）であり、水素ガスの危険濃度は４〜７５％なので、空気層の水素濃度を１〜３％以下にしなければならない。そこで、このときのバッキ量を約６００ｍｌ／ｍｉｎ以上にし、水素ガスを空気で希釈した。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、空気ばっ気により排水を撹拌し、排水口から水不溶性の塩を排出するため、処理効率が向上するとともに、カソード側で発生した水素ガスは、前記空気により、ガス濃度が希釈されるため、安全性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明の処理装置の他の実施の形態を示す説明図である。
【図３】図２における処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の処理装置のさらに他の実施の形態を示す説明図である。
【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  空気ばっ気装置
８  散気管
９  エアポンプ
１１  排気口
２０  水素ガスセンサ
２１  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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