(57)【要約】湖沼等において問題となっている富栄養化に対し、原因物質である排水中の窒素を、不安定な生物処理を用いることなく高速に処理する方法及び装置を実現する窒素酸化物含有水処理方法及び窒素酸化物含有水処理装置である。ゼオライトが充填された吸着槽に窒素を含む排水を導入し、窒素成分のみをゼオライトに吸着させた後、次亜臭素酸もしくは次亜塩素酸を含む溶液を吸着槽に導入し、次亜臭素酸もしくは次亜塩素酸によりゼオライトに吸着させた窒素を分解除去する。
2002094719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素化合物含有水を吸着剤に接触させることにより前記窒素化合物含有水中の窒素化合物を前記吸着剤に吸着除去する工程と、
窒素化合物が吸着された前記吸着剤を酸化剤を含む酸化剤含有液で処理することにより前記窒素化合物を分解除去する工程を備えてなる窒素化合物含有水処理方法。
【請求項２】
前記窒素化合物がアンモニア性窒素もしくはアンモニウム塩類もしくはアンモニア構造類似物またはこれらの混合物からなる請求の範囲１に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項３】
前記酸化剤が、次亜臭素酸である請求の範囲１に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項４】
前記分解除去に用いられた酸化剤含有液が、窒素化合物の分解除去に再利用されてなる請求の範囲１に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項５】
前記酸化剤含有液の再利用前に、前記酸化剤含有液がオゾン処理されてなる請求の範囲４に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項６】
前記分解除去に用いられた酸化剤含有液が臭素イオンを含み、前記オゾン処理により次亜臭素酸に変換されてなる請求の範囲５に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項７】
前記吸着剤が無機系吸着剤であることを特徴とする請求の範囲１から６のいずれかに記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項８】
前記無機系吸着剤がゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせにて構成されてなる請求の範囲７に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項９】
窒素化合物含有水の導入経路と、
一方で前記導入経路に接続されると共に他方で排出経路に接続され、内部に吸着剤を含有してなる吸着手段と、
窒素化合物含有水を前記導入経路から前記吸着手段に導入することにより当該窒素化合物含有水に含まれた窒素化合物を吸着除去し、次いで前記排出経路へ排出する原水供給手段と、
前記吸着手段に接続され前記窒素化合物の吸着除去処理後に酸化剤含有液を前記吸着手段に導入し、当該酸化剤含有液を前記吸着剤に所定時間接触させることにより前記吸着剤に吸着された窒素化合物を分解除去する酸化剤供給手段を備えてなる窒素化合物含有水処理装置。
【請求項１０】
前記窒素化合物がアンモニア性窒素もしくはアンモニウム塩類もしくはアンモニア構造類似物またはこれらの混合物からなる請求の範囲９に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項１１】
前記酸化剤含有液に含まれる酸化剤が、次亜臭素酸である請求の範囲９に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項１２】
前記窒素化合物を分解除去した後に前記酸化剤含有液を前記吸着手段から回収して窒素化合物の分解に再利用する酸化剤回収手段を備えてなる請求の範囲９に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項１３】
前記酸化剤含有液の再利用前に、前記酸化剤含有液にオゾンを接触させて前記酸化剤含有液をオゾン処理するオゾン処理手段を備えてなる請求の範囲１２に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項１４】
前記分解除去に用いられた酸化剤含有液が臭素イオンを含み、前記オゾン処理により次亜臭素酸に変換されてなる請求の範囲１３に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項１５】
前記酸化剤含有液の回収後に前記吸着手段に洗浄剤を投入する洗浄剤投入手段と、
前記吸着手段から前記洗浄剤を排出する洗浄剤排出手段と
前記洗浄剤を前記吸着手段に所定時間滞留させることにより前記吸着手段を洗浄し、前記吸着手段に残存する前記酸化剤含有液に含まれる酸化剤の量を所定値以下にする洗浄手段を備えてなる請求の範囲１２に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項１６】
前記吸着剤が無機系吸着剤であることを特徴とする請求の範囲９から１５のいずれかに記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項１７】
前記無機系吸着剤がゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせにて構成されてなる請求の範囲１６に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項１８】
前記酸化剤が、電気分解にて生成されてなる次亜塩素酸又は次亜臭素酸である請求の範囲１に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項１９】
前記分解除去に用いられた酸化剤含有液が、窒素化合物の分解除去に再利用されてなる請求の範囲１８に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項２０】
前記酸化剤含有液の再利用前に、前記酸化剤含有液が電気分解されてなる請求の範囲１９に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項２１】
前記分解除去に用いられた酸化剤含有液が塩素イオン又は臭素イオンを含み、前記電気分解により次亜塩素酸又は次亜臭素酸に変換されてなる請求の範囲２０に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項２２】
前記吸着剤が無機系吸着剤であることを特徴とする請求の範囲１８に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項２３】
前記無機系吸着剤がゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせにて構成されてなる請求の範囲２２に記載の窒素化合物含有水処理方法。
【請求項２４】
前記酸化剤供給手段の上流側に電気分解手段を備え、前記酸化剤がこの電気分解手段にて生成されてなる次亜塩素酸又は次亜臭素酸である請求の範囲９に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項２５】
前記窒素化合物を分解除去した後に前記酸化剤含有液を前記吸着手段から回収して窒素化合物の分解に再利用する酸化剤回収手段を備えてなる請求の範囲２４に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項２６】
前記分解除去に用いられた酸化剤含有液が塩素イオン又は臭素イオンを含み、前記電気分解により次亜塩素酸又は次亜臭素酸に変換されてなる請求の範囲２４に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項２７】
前記酸化剤含有液の回収後に前記吸着手段に洗浄剤を投入する洗浄剤投入手段と、
前記吸着手段から前記洗浄剤を排出する洗浄剤排出手段と、
前記洗浄剤を前記吸着手段に所定時間滞留させることにより前記吸着手段を洗浄し、前記吸着手段に残存する前記酸化剤含有液に含まれる酸化剤の量を所定値以下にする洗浄手段を備えてなる請求の範囲２５に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項２８】
前記吸着剤が無機系吸着剤であることを特徴とする請求の範囲２４から２７のいずれかに記載の窒素化合物含有水処理装置。
【請求項２９】
前記無機系吸着剤がゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせにて構成されてなる請求の範囲２８に記載の窒素化合物含有水処理装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、窒素化合物含有水処理方法及び装置に関し、ことに工場排水や生活排水に含まれ、湖沼等において富栄養化を引き起こす原因物質とされる窒素化合物を分解除去する窒素化合物含有水処理方法及び装置に関するものである。
背景技術
近年、湖沼等において、工場排水及び人口増加に伴う生活排水の流入量の増大により赤潮やプランクトンの異常発生など、環境悪化の問題が生じてきている。このような環境悪化は、湖沼に流れ込むこれら排水に含まれるアンモニア等の窒素化合物により湖沼が富栄養化を生じるためであると考えられ、これら窒素化合物含有水からの窒素化合物の除去が緊急の課題となってきている。
かかる課題の解決方法の１つとして、例えば、特開昭５０−４７４５４号公報に開示されたような、窒素化合物含有水をゼオライト系無機イオン交換体に接触させてアンモニアを吸着除去する工程と、アルカリや塩などを用いて無機イオン交換体に吸着されたアンモニアを脱着させて交換体を再生する工程とを組み合わせた処理方法がある。かかる処理方法においては、まず最初、アンモニウムイオンを含む下水・廃水を、クリノブチロライトやモデルナイト等のゼオライト系無機イオン交換体と接触させることによりアンモニウムイオンを除去して下水・廃水を無害化する。続いて、ゼオライト系無機イオン交換体に吸着されたアンモニウムイオンを常法によりアルカリ・塩またはこれらの混合溶液によって脱着する。そして、脱着されたアンモニウムイオンを含む脱着液にアルカリを添加した後、空気を用いてアンモニアガスとして追い出して常温で重クロム酸ナトリウムの水溶液に吸収させた後、この水溶液を加熱蒸留し、蒸留成分を冷却凝縮し、アンモニア水として回収する。
従来のアンモニア含有水の処理方法は上述の通り、ゼオライト系吸着剤にアンモニウムイオンを吸着させた後、アルカリや塩などを利用して液中に脱着させ、アンモニア水として回収するものである。しかしながら、排水に含まれるアンモニアの回収には上述の如く、手間がかかるとともに、アンモニアが外部に流出する危険性を有している。かかるアンモニアの流出は、外部環境に多大なる影響を与えるため、近年はアンモニア含有水等の窒素化合物含有水処理方法として、より安全な方法が求められるようになってきている。
発明の開示
この発明に係る窒素化合物含有水処理方法は、かかる課題の解決を目的とし、窒素化合物含有水を吸着剤に接触させることにより窒素化合物含有水中の窒素化合物を吸着剤に吸着除去する工程と、窒素化合物が吸着された吸着剤を酸化剤を含む酸化剤含有液で処理することにより窒素化合物を分解除去する工程を備えたものである。
かかる処理方法は、窒素化合物がアンモニア性窒素もしくはアンモニウム塩類もしくはアンモニア構造類似物またはこれらの混合物である場合に用いることができ、かかるアンモニウム塩類としては、例えば、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム等のアンモニウムイオンと他成分からなる塩が代表例として挙げられ、かかるアンモニア構造類似物としては、アンモニア及びアンモニウムイオンの水素基Ｈが他物質に置換された物、例えば、ブロラミン（ＮＨ２Ｂｒ、ＮＨＢｒ２、ＮＢｒ３）やＴＭＡＨ（Ｎ（ＣＨ３）４ＯＨ）等が代表例として挙げられる。
また、かかる処理方法においては、酸化剤として次亜臭素酸を用いることができる。
かかる窒素化合物処理方法においては、分解除去に用いられた酸化剤含有液を、窒素化合物の分解除去に再利用することができる。また、酸化剤含有液の再利用前に、酸化剤含有液をオゾン処理してもよく、さらに、分解除去に用いられた酸化剤含有液が臭素イオンを含む場合には、オゾン処理により次亜臭素酸に変換することができ好適である。
かかる吸着剤としてはアンモニア性窒素を吸着する性質を持つものであれば特に制限されるものではなく、例えば、無機系吸着剤を用いることができ、かかる無機系吸着剤としてはゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせが挙げられ、例えば、珪酸アルミウム系化合物、珪酸アンモニウム塩類、斜プチロル沸石やモルデン沸石などの沸石、粘土類鉱物、クリプチロライトやモルデナイト、モンモリロナイト、セピオナイト、ベントナイト、イライトなどのシリカアルミナ鉱物、酸化カルシウムや炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、凝灰岩、ドロマイト石灰、石灰などのカルシウム類、活性コークス、強酸性イオン交換樹脂や弱酸性イオン交換樹脂などの無機イオン交換剤、マグネシア系吸着剤、活性炭、木炭、酸性白土、ジルコニウム系ファインセラミックス等が代表例として挙げられる。
この発明に係る窒素化合物含有水処理装置は、窒素化合物含有水の導入経路と、一方で前記導入経路に接続されると共に他方で排出経路に接続され、内部に吸着剤を含有してなる吸着手段と、窒素化合物含有水を導入経路から吸着手段に導入することにより窒素化合物含有水に含まれた窒素化合物を吸着除去し、次いで排出経路へ排出する供給手段と、吸着手段に接続され窒素化合物の吸着除去処理後に酸化剤含有液を吸着手段に導入し、酸化剤含有液を吸着剤に所定時間接触させることにより吸着剤に吸着された窒素化合物を分解除去する酸化剤供給手段を備えたものである。
かかる窒素化合物含有水処理装置は、窒素化合物がアンモニア性窒素もしくはアンモニウム塩類もしくはアンモニア構造類似物またはこれらの混合物の場合には分解により無害な窒素が生成されるため好適である。また、かかる酸化剤としては、次亜臭素酸を用いることができ残存性の化合物を生成することがなく好適である。
かかる窒素化合物含有水処理装置は、窒素化合物を分解除去した後に酸化剤含有液を吸着手段から回収して次の窒素化合物の分解に再利用する酸化剤回収手段を備えた構成とすることができ、酸化剤の消費量を低減でき好適である。
かかる窒素化合物含有水処理装置は、酸化剤含有液の再利用前に、酸化剤含有液にオゾンを接触させて酸化剤含有液をオゾン処理するオゾン処理手段を備えたものである。
また、かかる処理装置においては、分解除去に用いられた酸化剤含有液が臭素イオンを含み、オゾン処理により次亜臭素酸に変換される構成にすることができる。
かかる窒素化合物含有水処理装置は、酸化剤含有液の回収後に吸着手段に洗浄剤を投入する洗浄剤投入手段と、吸着手段から洗浄剤を排出する洗浄剤排出手段と、洗浄剤を吸着手段に所定時間滞留させることにより吸着手段を洗浄し、吸着手段に残存する酸化剤含有液に含まれる酸化剤の量を所定値以下にする洗浄手段を備えた構成とすることができ、かかる洗浄剤は、例えば、純水のようなものでもよく、投入手段としては、例えば、シャワーのような手段が挙げられる。
かかる処理装置においては、吸着剤としては無機系吸着剤を用いることができ、酸化剤等による劣化の心配がなく、信頼性の高い処理装置が実現でき好適である。また、特に、無機系吸着剤として上述のゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせを用いた場合には、窒素化合物の吸着性及び信頼性の高い処理装置が実現でき好適である。
この発明に係る窒素化合物含有水処理方法は、酸化剤が、電気分解にて生成されてなる次亜塩素酸又は次亜臭素酸であってもよく、分解除去に用いられた酸化剤含有液が、窒素化合物の分解除去に再利用されてもよい。また、酸化剤含有液の再利用前に、酸化剤含有液が電気分解されても構わない。
かかる窒素化合物含有水処理方法は、分解除去に用いられた酸化剤含有液が塩素イオン又は臭素イオンを含み、電気分解により次亜塩素酸又は次亜臭素酸に変換されてもよく、吸着剤が無機系吸着剤であっても構わない。また、無機系吸着剤がゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせにて構成されても構わない。
この発明に係る窒素化合物含有水処理装置は、酸化剤供給手段の上流側に電気分解手段を備え、酸化剤がこの電気分解手段にて生成されてなる次亜塩素酸又は次亜臭素酸であってもよく、窒素化合物を分解除去した後に酸化剤含有液を吸着手段から回収して窒素化合物の分解に再利用する酸化剤回収手段を備えていてもよい。また、分解除去に用いられた酸化剤含有液が塩素イオン又は臭素イオンを含み、電気分解により次亜塩素酸又は次亜臭素酸に変換されても構わない。
かかる窒素化合物含有水処理装置は、酸化剤含有液の回収後に吸着手段に洗浄剤を投入する洗浄剤投入手段と、吸着手段から洗浄剤を排出する洗浄剤排出手段と、洗浄剤を吸着手段に所定時間滞留させることにより吸着手段を洗浄し、吸着手段に残存する酸化剤含有液に含まれる酸化剤の量を所定値以下にする洗浄手段を備えていてもよく、吸着剤が無機系吸着剤であってもよい。また、かかる窒素化合物含有水処理装置は、無機系吸着剤がゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせにて構成されても構わない。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態１
第１図は本発明に係る窒素化合物含有水処理装置を示すシステム構成説明図の一例である。かかる窒素化合物含有水処理装置２０１によれば、湖沼２００から原水注入ライン７を通して吸着槽１にアンモニア等の窒素化合物を含有した原水が導入され、吸着槽１に充填されたゼオライト等の吸着剤によりアンモニア等の窒素化合物が吸着除去され、処理水となる。通常の排水中には〜数１０ｍｇ／Ｌ（数１０ｐｐｍに相当）程度の濃度の窒素化合物が含まれるが、例えば、内径が１ｍの吸着槽１にゼオライト（日東粉化（株）製、日東ゼオライト５号）をほぼ１００％充填させた場合、吸着槽への排水の流量が約２０Ｌ／分程度であれば、吸着槽１を通過した後の処理水に含まれる窒素化合物の濃度が５ｍｇ／Ｌ以下となることが判明した。窒素化合物の濃度が１０ｍｇ／Ｌ以下であれば、湖沼水質保全特別措置法（１９８４．７．２７施行）にて規定された排水の処理基準を満たし、処理水として湖沼等への放出が可能となるため、前述の条件にて吸着槽１を通過することにより原水から窒素化合物が除去された処理水は、バルブ１０を経由して処理水排出ライン８から外部へと排出され、アンモニア等の窒素化合物が所定の値以下になったことを確認した上で、湖沼２００に戻される。一方、吸着槽１に充填されたゼオライト等の吸着剤による一定量の窒素化合物が吸着されると、次亜臭素酸含有液貯槽２に蓄えられた次亜臭素酸含有液が次亜臭素酸含有液供給ライン４を通って吸着槽１に導入される。吸着槽１に導入された次亜臭素酸含有液中に含まれる次亜臭素酸は吸着剤に吸着されたアンモニア等の窒素化合物を分解し、無害な窒素を生成する。
かかる次亜臭素酸によるアンモニア等の窒素化合物の分解反応は、例えば、特開平７−１９５０８７号公報に詳細な開示がある。なお、かかる窒素化合物の分解反応により生成した窒素は吸着槽１に設けられた図示しない窒素放出口から適宜大気放出される。窒素化合物と次亜臭素酸の分解により生じた臭素イオンは未反応の次亜臭素酸とともに、次亜臭素酸含有液排出ライン５にて吸着槽１より排出され、次亜臭素酸含有液貯槽２に戻される。かかる処理により、ゼオライト３に所定量の窒素化合物が吸着されるとポンプ１１が停止され、バルブ１０が閉じられた後、バルブ９が開放される。次に、次亜臭素酸含有液供給ライン４に連結されたポンプ１２が起動され、次亜臭素酸含有液貯槽２に蓄えられた次亜臭素酸含有液が吸着槽１に注入される。次亜臭素酸含有液は吸着槽１を通過した後、次亜臭素酸含有液排出ライン５から排出されるが、このとき、ゼオライト３に吸着された窒素化合物が次亜臭素酸の酸化作用によって無害な窒素ガスに変換され窒素ガス排気口６から大気中に排出されるとともに、ゼオライト３の窒素化合物吸着力が回復し、次の原水処理に供せられることになる。
第２図は本発明に係る窒素化合物含有水処理装置を示す構成説明図の一例である。以下、かかる処理装置の動作を説明する。かかる処理装置においては、まず最初、次亜臭素酸含有液排出ライン５に連結するバルブ９を閉じ、処理水排出ライン８に連結するバルブ１０を開放する。続いて、ポンプ１１を起動し、アンモニア性窒素を含む原水を原水注入ライン７より吸着槽１に注入し、原水中のアンモニア性窒素をゼオライト３にて吸着する。以上のようにして原水からアンモニア性窒素が除去された後の処理水は、バルブ１０を経由して処理水排出ライン８から排出される。上記工程が繰り返され、ゼオライト３に所定量のアンモニア性窒素が吸着されるとポンプ１１を停止し、バルブ１０を閉じ、バルブ９を開放し、次亜臭素酸含有液供給ライン４に連結されたポンプ１２を起動し、次亜臭素酸含有液貯槽２に蓄えられた次亜臭素酸含有液を吸着槽１に注入する。次亜臭素酸含有液は吸着槽１を通過した後、次亜臭素酸含有液排出ライン５から排出されるが、このとき、ゼオライト３に吸着されたアンモニア性窒素は、次亜臭素酸の酸化作用によって無害な窒素ガスと水及び水素イオンに変換され、このうち窒素ガスは窒素ガス排気口６から大気中に排出され、他の水及び水素イオンは次亜臭素酸と共に排出される。また、吸着したアンモニア性窒素が窒素ガスに変換されることにより、ゼオライト３はアンモニア性窒素の吸着力を取り戻すことになる。なお、本実施の形態においては、吸着槽１に注水口と排水口を２つ設けたが、それぞれ１つづつにし、注水経路及び排水経路の選択を三方バルブを用いて行っても良い。
さらに、上記実施の形態においては、吸着手段として垂直型固定層吸着装置を用いたが、かかる固定層吸着装置としては水平型でもラジアルフロー型でも良い。また、かかる吸着手段としては、固定層吸着装置ではなく、交流式や直交流（十字流）式の移動層吸着装置、流動層吸着装置等を使用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
第３図は本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置を用いてアンモニア（ＮＨ３）を分解処理した場合のゼオライトのアンモニア吸着性の経時変化を調べたもので、縦軸はゼオライトのアンモニア吸着能を、横軸はアンモニア含有液の分解処理時間を示している。縦軸のアンモニア吸着能は、ゼオライトの初期のアンモニア吸着能を１００、ゼオライトがアンモニアを全く吸着しなくなる状態を０とし、規格化したものである。試験にはアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）濃度が１００ｍｇ／Ｌのアンモニア含有水を用い、ポンプ１１により１０ｍＬ／ｍｉｎの流量となるように設定し、吸着槽１に導入した。吸着槽１にはゼオライト（日東粉化（株）製、日東ゼオライト５号）を３０ｇ充填した。また、次亜臭素酸濃度が２００ｍｇ／Ｌとなるように調整した。ゼオライトの再生処理は、このように濃度調整された次亜臭素酸をポンプ１２にて１０ｍＬ／ｍｉｎの流量で吸着塔１に導くことにより行った。図中、実線で示したデータは次亜臭素酸によりゼオライトに吸着したアンモニアを一定時間毎（約１時間半毎）に酸化分解させ窒素に変換させることによりゼオライトの再生処理を行ったもの（以下、かかるゼオライトの再生処理を窒化処理ともいう）で、点線で示したデータはゼオライトの窒化処理を行わなかった場合を示している。このように、ゼオライトの窒化処理を行わなかった場合には約６時間でアンモニアに対する吸着能がほぼ０となったのに対し、窒化処理によりゼオライトを再生した場合には、ゼオライトのアンモニア吸着能がほぼ元の状態に回復していることが分かる。
第４図は本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置における次亜臭素酸供給速度とアンモニア窒素変換率の関係を示した図で、縦軸はゼオライトのアンモニア窒素の変換効率（％）、横軸は次亜臭素酸の供給速度を表している。その他実験条件は第３図の試験の場合と同じである。本試験より、かかる処理装置においては、次亜臭素酸供給速度には最適値が存在し、上述の試験条件においては、おおよそ１０ｇ／ｈｒの次亜臭素酸供給速度の場合にアンモニア窒素の変換率がほぼ１００％となることが分かる。それ以上の速度で次亜臭素酸を供給しても、窒素化合物の分解に寄与しない次亜臭素酸が増加するだけであり、次亜臭素酸の供給に用いられるポンプの負荷を考慮すると、次亜臭素酸の供給速度は前述の最適値に設定することが好ましい。
以上、本実施の形態にかかる窒素化合物含有水処理装置を用いた窒素含有水の処理方法によれば、窒素化合物含有水を吸着剤に接触させることにより窒素化合物含有水中の窒素化合物を吸着剤に吸着除去する工程と、窒素化合物が吸着された吸着剤を酸化剤を含む酸化剤含有液で処理することにより窒素化合物を分解除去する工程を備えているため、排水中に含まれる低濃度の窒素化合物を吸着剤に吸着させることにより濃度を高めた後に酸化剤による分解反応が実行でき、工場排水や生活排水等に含まれるアンモニア性窒素のような窒素化合物を効率的に処理することが可能となるという効果がある。また、窒素化合物の吸着手段への吸着と、次亜臭素酸による窒素化合物の分解を別工程としたことにより、酸化剤である次亜臭素酸が処理装置外へ流出することを抑制でき、外部環境に対し安全性の高い窒素化合物含有水処理方法が実現できるという効果がある。
また、かかる処理方法をアンモニア性窒素もしくはアンモニウム塩類もしくはアンモニア構造類似物またはこれらの混合物に適用した場合には、窒素化合物が酸化剤により分解され、無害な窒素が生成されるため、さらに安全性の高い窒素化合物含有水処理方法が実現できるという効果がある。
さらに、かかる酸化剤として次亜臭素酸を用いた場合には、窒素生成に際して残存性の化合物が生成されることがなく、メンテナンスが容易で、かつ安全性の高い窒素化合物含有水処理方法が実現できるという効果がある。
かかる窒素化合物含有水処理方法によれば、吸着剤を無機系吸着剤とした場合には、酸化剤等による吸着剤の吸着性の劣化等がない、信頼性の高い窒素化合物含有水処理方法が実現でき、特に、かかる無機系吸着剤としてゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせを用いた場合には安定なアンモニア性窒素の吸着除去、窒素ガスへの変換が実現でき好適である。
また、本実施の形態にかかる窒素化合物含有水の処理装置によれば、窒素化合物含有水の導入経路と、一方で導入経路に接続されると共に他方で排出経路に接続され、内部に吸着剤を含有してなる吸着手段と、窒素化合物含有水を導入経路から吸着手段に導入することにより窒素化合物含有水に含まれた窒素化合物を吸着除去し、次いで排出経路へ排出する供給手段と、吸着手段に接続され窒素化合物の吸着除去処理後に酸化剤含有液を吸着手段に導入し、酸化剤含有液を吸着剤に所定時間接触させることにより吸着剤に吸着された窒素化合物を分解除去する酸化剤供給手段を備えるため、排水等にわずかにしか含まれない窒素化合物であっても吸着剤に吸着させることにより濃度を高めることができ、窒素化合物の濃度を高めた状態で酸化剤により分解できるため分解効率が高い処理装置が実現できるという効果がある。また、有害な窒素化合物を分解することで無害化することが可能で、安全性の高い窒素化合物処理装置が実現できる。
実施の形態２
第５図は本発明に係る窒素化合物含有水処理装置を示す構成説明図の一例で、第２図に示した装置において、次亜臭素酸含有液貯槽２の代わりに次亜臭素酸生成槽２２、臭化ナトリウム溶液貯槽１８、臭化ナトリウム溶液供給ライン１９、オゾン発生器２０、オゾン含有ガス供給ライン２１、ポンプ２３、２４を配した構成で、臭化ナトリウムとオゾンを反応させることにより次亜臭素酸を生成することが出来るように構成したものである。かかる装置構成により、臭化ナトリウム溶液にオゾンを添加して次亜臭素酸含有液を生成することで、化学的に不安定で貯蔵が困難な次亜臭素酸を安定に供給できる信頼性の高い窒素化合物含有水処理装置を実現することができる。
かかる窒素化合物含有水の処理装置によれば、酸化剤含有液の再利用前に、酸化剤含有液をオゾン処理する場合には酸化剤の再生が容易となり、さらに、分解除去に用いられた酸化剤含有液が臭素イオンを含む場合には、オゾン処理により次亜臭素酸に再生することができ好適である。
実施の形態３
第６図は本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例である。かかる窒素化合物含有水処理装置は、第５図の装置の次亜臭素酸生成槽２２にｐＨメーター２５、塩酸貯槽２６、水酸化ナトリウム貯槽２７、三方バルブ２８を加えたもので、次亜臭素酸生成槽２２上部に新たに注入口を設け、ここに三方バルブ２８を介して塩酸貯槽２６と水酸化ナトリウム貯槽２７を連結した構成を有している。本発明にかかる処理装置において酸化剤として用いられる次亜臭素酸は、酸性及び中性雰囲気下では安定であるが、塩基性雰囲気下では次亜臭素酸イオンに解離し、オゾンと反応して臭素酸に変化するので、アンモニア性窒素等の窒素化合物を安定的に窒素ガスへ変換するためには、次亜臭素酸のｐＨ管理が重要である。
かかる窒素化合物含有水処理装置によれば、次亜臭素酸生成槽２２にて生成される次亜臭素酸含有溶液のｐＨをｐＨメーター２５で測定し、その値によって三方バルブ２８を制御し、適時適量の塩酸や水酸化ナトリウムをポンプ２９を用いて加えることで、ｐＨを中性から酸性に保つことができる。その結果、有害物質である臭素酸の発生を抑制し、オゾンの無効消費を防止する効果がある。本実施の形態においては、次亜臭素酸含有液のｐＨ計測の手段にｐＨメーターを用いたが、リトマス試験紙などの他のｐＨ計測手段を用いても同様の効果が得られる。また、ｐＨの調整に塩酸と水酸化ナトリウムを用いたが、硫酸や硝酸、水酸化カリウムや水酸化カルシウムなどの他の酸性溶液、塩基性溶液を用いることができ、同様の効果が得られることは言うまでもない。
実施の形態４
第７図は本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例である。かかる窒素化合物含有水処理装置は、第５図に示した装置において、吸着槽１と次亜臭素酸生成槽２２の間に臭素イオン含有液回収ライン３０を設置したものである。
かかる窒素化合物含有水処理装置においては、次亜臭素酸生成槽２２で生成された次亜臭素酸含有液が吸着槽１に注入され、ゼオライト３に吸着されているアンモニア性窒素が窒素ガスへ変換される。この時、次亜臭素酸は臭素イオンに変換されるため、吸着槽１から排出される次亜臭素酸含有液には臭素イオンが含まれることになるが、吸着槽１より排出される次亜臭素酸含有液を臭素イオン含有液回収ライン３０を通じて次亜臭素酸生成槽２２に送ることで、これに含まれる臭素イオンを次亜臭素酸の生成に再利用でき、新たに加える臭素イオン溶液の量を低減させることが出来る。吸着槽１から排出される次亜臭素酸含有液を完全に回収する場合には、臭素イオン含有液の回収が開始されるとポンプ３１は停止される。ただし、臭素イオン含有液回収ライン３０に新たな排水ラインを設け、吸着槽１から排出される次亜臭素酸含有液の一部を排水し、一部を回収するような場合には、ポンプ３１は停止させずに流量を調節し、次亜臭素酸生成槽２２内の液量が一定となるように臭素イオン含有液を追加してもよい。臭素イオン含有液回収ライン３０を流れる溶液中の臭素イオン濃度を計測し、回収する溶液の臭素イオン濃度が高いうちはこれを完全回収し、回収する溶液の臭素イオン濃度が低下すると一部回収もしくは回収せずに新しい臭素イオン含有水を供給するようにしても良い。
かかる窒素化合物含有水処理装置によれば、分解除去に用いられた酸化剤含有液を、窒素化合物の分解除去に再利用した場合には、窒素化合物の分解に用いる酸化剤の消費量を抑制することができるという効果がある。
本実施の形態においては、第５図に示す装置を基本とする場合について述べたが、第６図に示す装置についても、吸着槽１と次亜臭素酸生成槽２２を臭素イオン含有液回収ライン３０で連結することで第６図に示した装置で得られる効果に加えて上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。
実施の形態５
第８図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる窒素化合物含有水処理装置は、第２図に示す装置において、吸着槽１に排水バルブ３７を取り付けたもので、この排水バルブ３７により、吸着槽１内の溶液を容易に排出できるように構成されたものである。かかる処理装置においては、まず最初、バルブ９を閉めてバルブ１０を開けた状態にしておき、ポンプ１１を起動して原水注入ライン７を通して吸着槽１に原水を注入し、原水中のアンモニア性窒素をゼオライト３に吸着させる。アンモニア性窒素を吸着除去された水は、処理水として処理水排出ライン８から排出される。次に、所定時間経過後、ポンプ１１を停止して排水バルブ３７を開き、排水ライン３６を通じて吸着槽１内に残った原水を排出する。吸着槽１内の原水を全て排出後排水バルブ３７とバルブ１０を閉め、バルブ９を開けた状態にし、ポンプ１２を起動させて次亜臭素酸含有液供給ライン４を通じて次亜臭素酸含有液貯槽２に蓄えてある次亜臭素酸含有液を吸着槽１に注入する。このとき、ゼオライト３に吸着されたアンモニア性窒素は、次亜臭素酸の酸化作用によって窒素ガスに変換され、窒素ガス排気口６から大気中に排出される。また、吸着したアンモニア性窒素が窒素ガスに変換されることにより、ゼオライト３はアンモニア性窒素に対する吸着能を取り戻す。吸着したアンモニア性窒素が窒素ガスに変換する工程（以下、脱窒工程ともいう）の終了後、ポンプ１２を停止して排水バルブ３７を開き、排水ライン３６を通じて吸着槽１内に残った次亜臭素酸含有液を排出する。この排水中には臭素イオン及び臭素酸イオンが含まれる可能性があるため、これら排水は次亜臭素酸含有液貯槽２に戻すか特別な貯槽に保存し、系外への流出を防止する。その後、再び吸着工程に戻る。上記の操作を繰り返すことにより、繰り返し原水中のアンモニア性窒素を除去することが出来る。
かかる窒素化合物含有水処理装置によれば、吸着槽１に排水バルブ３７を持つことで、アンモニア性窒素の吸着工程と脱窒工程の移行をスムーズに行うことができ、臭素イオンの回収率を向上できるとともに、臭素酸などの有害物質の系外への流出を防止できる効果がある。
本実施の形態においては、第２図に示す装置をベースとする場合について述べたが、第５図から第７図に示す装置についても、吸着槽１に排水バルブ３７を取り付けることで上記と同様の効果が得られることはいうまでもない。
実施の形態６
第９図に、本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる窒素化合物含有水処理装置は、第５図に示す装置において、吸着槽１と次亜臭素酸生成槽２２を連結する配管を臭素イオン含有液回収ライン３０として取り付け、吸着槽１に排水バルブ３７を取り付けた構成を有したものであり、吸着槽１より排出される次亜臭素酸含有液を臭素イオン含有液回収ライン３０を通じて次亜臭素酸生成槽２２に送ることができ、さらに吸着槽１内の溶液を容易に排出できるものである。
かかる処理装置においては、まず最初、第２図に示した装置と同様に、バルブ９を閉めてバルブ１０を開けた状態にしておき、ポンプ１１を起動して原水注入ライン７を通して吸着槽１に原水を注入し、原水中のアンモニア性窒素をゼオライト３に吸着させる。アンモニア性窒素を吸着除去された水は、処理水として処理水排出ライン８から排出される。次に、所定時間経過後、ポンプ１１を停止して排水バルブ３７を開き、排水ライン３６を通じて吸着槽１内に残った原水を排出する。吸着槽１内の原水を全て排出後排水バルブ３７とバルブ１０を閉め、バルブ９を開けた状態にし、ポンプ２４を起動させて次亜臭素酸含有液供給ライン４を通じて次亜臭素酸含有液貯槽２に蓄えてある次亜臭素酸含有液を吸着槽１に注入する。このとき、ゼオライト３に吸着させたアンモニア性窒素は、次亜臭素酸の酸化作用によって窒素ガスに変換され、窒素ガス排気口６から大気中に排出される。また、吸着したアンモニア性窒素が窒素ガスに変換されることにより、ゼオライト３はアンモニア性窒素の吸着能を取り戻す。脱窒工程完了後、ポンプ２４を停止して排水バルブ３７を開き、排水ライン３６を通じて吸着槽１内に残った次亜臭素酸含有液を排出する。排出するこの排水中には臭素イオン及び臭素酸イオンが含まれる可能性があるため、これら排水は次亜臭素酸含有液生成槽２２へ導入して次亜臭素酸生成原料とすることで系外への流出を防止する。排水は一度特別な貯槽に貯め、これをポンプで次亜臭素酸生成槽２２に戻す。脱窒行程が完了後に排水バルブ３７を開かず、ポンプ２４を逆回転させて吸着槽１内に残った次亜臭素酸含有液を次亜臭素酸生成槽２２へ戻しても良い。その後、再び吸着工程に戻る。上記の操作を繰り返すことにより、繰り返し原水中のアンモニア性窒素を除去することが出来る。
かかる処理装置によれば、吸着槽１に排水バルブ３７を持つことで、アンモニア性窒素の吸着工程と脱窒工程の移行をスムーズに行うことができ、臭素イオンの回収率を向上できるとともに、臭素酸などの有害物質の系外への流出を防止できる効果がある。また、吸着槽１より排出される次亜臭素酸含有液を臭素イオン含有液回収ライン３０を通じて次亜臭素酸生成槽２２に送ることで、これに含まれる臭素イオンを次亜臭素酸の生成に再利用でき、新たに加える臭素イオン溶液の量を低減させることが出来る効果がある。
実施の形態７
第１０図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第９図に示した装置において、排水ライン３７をアンモニア含有水排水ライン５５と臭素イオン含有水排水ライン５６の二つに分岐し、この経路を三方バルブ５４で制御できるようにしたものである。アンモニア含有水排水ライン５５は原水注入ライン７に繋いだ。また、臭素イオン含有水排水ライン５６は臭素イオン排水貯槽５７に繋ぎ、臭素イオン排水貯槽５７は臭素イオン回収ライン５８を介して次亜臭素酸生成槽２２に繋いだ。臭素イオン回収ライン５８にはポンプ５９を取り付けた。吸着工程終了後の排水工程では、排水バルブ３７が開くと同時に三方バルブ５４を操作し、排水ライン３７とアンモニア含有水排水ライン５５を繋ぐ。これにより、吸着工程終了後に吸着槽１内に残ったアンモニア含有水は再び原水注入ライン７に戻り、改めて吸着槽１へ注入されることになる。脱窒工程終了後の排水工程では、排水バルブ３７が開くと同時に三方バルブ５４を操作し、排水ライン３７と臭素イオン含有水排水ライン５６を繋ぐ。これにより、脱窒工程終了後に吸着槽１内に残った臭素イオン含有水は臭素イオン排水貯槽５７に溜められる。臭素イオン排水貯槽５７に溜められた臭素イオン含有水は、ポンプ５９を起動することで臭素イオン含有水回収ライン５８を通って次亜臭素酸生成槽２２に注がれ、次亜臭素酸生成原料として再利用される。
かかる処理装置によれば、排水ライン３７をアンモニア含有水排水ライン５５と臭素イオン含有水排水ライン５６の二つに分岐し、この経路を三方バルブ５４で制御できるようにしたため、脱窒工程終了後に吸着槽１内に残った臭素イオン含有水を効率的に回収でき、回収された臭素イオンは次亜臭素酸生成槽２２にて再生利用することができる。
尚、本実施の形態においては、排水ライン３７をアンモニア含有水排水ライン５５と臭素イオン含有水排水ライン５６の二つに分岐し、排水経路を三方バルブ５４で制御したが、吸着槽１に直接アンモニア含有水排水ライン５５と臭素イオン含有水排水ライン５６をつなぎ、そのそれぞれにバルブを取り付け、これらの開閉制御によって排水経路を選択してもよい。また、臭素イオン含有水排水ライン５６を次亜臭素酸生成槽２２に繋ぎ、ポンプ５９を取り付け、臭素イオン含有排水排出の際にポンプ５９を動かし、吸着槽内に残った臭素イオン含有水を直接次亜臭素酸生成槽２２に注いでもよい。
実施の形態８
第１１図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第２図に示した装置において、次亜臭素酸含有液貯槽２の代わりに次亜臭素酸と塩化ナトリウム混合液の貯槽５０を配置したものである。ナトリウムイオンはゼオライトのアンモニア性窒素の吸着能を向上するとともにアンモニア性窒素のゼオライトからの脱着を促進する働きを持つため、次亜臭素酸と塩化ナトリウムの混合液をゼオライトに吸着したアンモニア性窒素の脱窒に用いることで、アンモニア性窒素を吸着させたゼオライトと次亜臭素酸の接触時におけるアンモニア性窒素の、次亜臭素酸による脱窒速度とナトリウムイオンによる脱着速度のバランスを調節し、アンモニア性窒素の窒素変換効率を向上する効果がある。また、ゼオライトにナトリウム処理を施すことにより、そのアンモニア性窒素吸着能を高めることができる。
第１２図は次亜臭素酸に含まれるナトリウムイオン濃度がアンモニア窒素の変換効率に及ぼす効果を確認したデータで、横軸はナトリウムイオン濃度（ｇ／Ｌ）、縦軸はゼオライトのアンモニア窒素変換率（％）を示している。ゼオライトは第３図の実験で用いたものと同じ物を用いた。かかる結果より、ナトリウムイオンにより、ゼオライトのアンモニア窒素変換率が向上することが分かる。
なお、脱窒に用いる溶液は次亜臭素酸とナトリウムイオンを含んでいるものであれば良く、次亜臭素酸とナトリウム塩類の混合液を使用しても同様の効果が得られる。ここでは、第２図に示す装置をベースとした場合について述べたが、第５図から第１１図に示す装置についても、脱窒に用いる次亜臭素酸含有液にナトリウムイオンを含ませることで上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。
実施の形態９
第１３図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第２図に示す装置において、脱窒槽１３を配したものである。脱窒槽１３には、注水口が２つ、排水口が１つあり、注水口には脱離窒素含有液輸送ライン１５と次亜臭素酸含有液供給ライン４が、排水口には次亜臭素酸含有液排出ライン５が連結されている。脱離窒素含有液輸送ライン１５は吸着槽１に連結されており、吸着槽１内の溶液を脱窒槽１３に移すことが出来る。次亜臭素酸含有液供給ライン４は次亜臭素酸含有液貯槽２につながれている。また、脱離槽１３の上部には窒素ガス排気口１６が設けられており、脱離槽内で発生する窒素ガスを排出することが出来る。
吸着槽の下部注水口には塩化ナトリウム溶液注水ライン１４が連結されており、これに取り付けられたポンプ１７を用いて塩化ナトリウム溶液を吸着槽１内に注入することが出来る。処理水排出ライン８にはバルブ１０が、脱着窒素含有液輸送ライン１５にはバルブ９が取り付けられており、これらを操作することで吸着槽１内の溶液の排出経路を選択することが出来る。
かかる窒素化合物含有水処理装置においては、まず、第２図に示した装置と同様に、バルブ９を閉、バルブ１０を開にした上で、ポンプ１１を起動して原水注入ライン７を通して吸着槽１に原水を注入し、原水中のアンモニア性窒素をゼオライト３に吸着させる。アンモニア性窒素成分を吸着除去された水は、処理水として処理水排出ライン８から排出される。そして、所定時間経過後にポンプ１１を停止し、バルブ１０を閉めてバルブ９を開けた状態にし、ポンプ１７を起動させ、塩化ナトリウム溶液注入ライン１４を通じて塩化ナトリウム溶液を吸着槽１に注入する。アンモニア性窒素を吸着させたゼオライトに塩化ナトリウム溶液を接触させると、アンモニア性窒素が脱離する性質があるため、ゼオライトに吸着していたアンモニア性窒素は塩化ナトリウム溶液中に脱離し、脱離窒素含有液輸送ラインを通じて脱窒槽１３に導入されることになる。また、吸着したアンモニア性窒素が脱離することにより、ゼオライト３はアンモニア性窒素の吸着能を取り戻す。さらに、所定時間経過後にポンプ１７を停止し、バルブ９を閉めた状態でポンプ１２を起動させ、次亜臭素酸含有液貯槽２内の次亜臭素酸含有液を次亜臭素酸含有液供給ライン４を通じて脱窒槽１３に注入する。脱窒槽１３を通過した次亜臭素酸含有液は、次亜臭素酸含有液排出ライン５から排出される。このとき、塩化ナトリウム溶液中のアンモニア性窒素は、次亜臭素酸の酸化作用によって窒素ガスに変換され、窒素ガス排気口１６から大気中に排出される。
かかる窒素化合物含有水処理装置によれば、ゼオライト３から脱離させたアンモニア性窒素を次亜臭素酸含有液と接触させることで、ゼオライトと次亜臭素酸との接触を防ぎ、ゼオライトの劣化を防止する効果がある。また、高濃度でアンモニア性窒素を含む原水の処理を行い、短時間に大量のアンモニアがゼオライトに吸着する場合、この方法を用いてアンモニアをゼオライトから脱離させて液中に遊離させてから次亜臭素酸と反応させることで、アンモニアの窒素変換効率を上げ、処理時間が短縮できる効果がある。
本実施の形態においては、ゼオライトからアンモニア性窒素を脱離するために塩化ナトリウム溶液を使用したが、ゼオライトからのアンモニア性窒素の脱離にはナトリウムイオンが関係するため、臭化ナトリウム溶液などのナトリウムイオンを含む溶液を代わりに使用しても同様の効果が得られる。また、ゼオライトの代わりに他の吸着剤を使用する場合でも、それぞれの吸着材に対して、吸着しているアンモニアを脱離させる作用を有する溶液を塩化ナトリウム溶液の代わりに用いることで同様の効果が得られるのは言うまでもない。
実施の形態１０
第１４図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第８図に示した装置において、吸着槽１内部にシャワー５２を取り付け、これに洗浄水供給ライン５３を連結したものであり、このシャワー５２により、洗浄水供給ライン５３より供給される洗浄水を用いて、吸着槽１内の吸着剤を洗浄することができるように構成されたものである。
かかる窒素化合物含有水処理装置においては、まず、第８図に示した装置と同様にして、バルブ９を閉、バルブ１０を開にした上で、ポンプ１１を起動して原水注入ライン７を通して吸着槽１に原水を注入し、原水中のアンモニア性窒素をゼオライト３に吸着させる。アンモニア性窒素を吸着除去された水は、処理水として処理水排出ライン８から排出される。
所定時間経過後にポンプ１１を停止し、排水バルブ３７を開き、排水ライン３６を通じて吸着槽１内に残った原水を排出する。吸着槽１内の原水を全て排出後排水バルブ３７とバルブ１０を閉、バルブ９を開にし、ポンプ１２を起動させて次亜臭素酸含有液供給ライン４を通じて次亜臭素酸含有液貯槽２に蓄えてある次亜臭素酸含有液を吸着槽１に注入する。このとき、ゼオライト３に吸着させたアンモニア性窒素は、次亜臭素酸の酸化作用によって窒素ガスに変換され、窒素ガス排気口６から大気中に排出される。また、吸着したアンモニア性窒素が窒素ガスに変換されることにより、ゼオライト３はアンモニア性窒素の吸着能を取り戻す。脱窒工程完了後、ポンプ１２を停止して排水バルブ３７を開き、排水ライン３６を通じて吸着槽１内に残った次亜臭素酸含有液を排出する。この排水中には臭素イオン及び臭素酸イオンが含まれる可能性があるため、これら排水は次亜臭素酸含有液貯槽２に戻すか特別な貯槽に保存し、系外への流出を防止する。ここで、排水バルブ３７を開にして、洗浄水供給ライン５３から供給される洗浄水をシャワー５２から噴出させ、吸着剤表面を洗い流す洗浄工程を行う。洗浄工程終了後、排水バルブ３７を閉じ、再び吸着工程に戻る。脱窒後に吸着槽内の溶液を排出しても、過剰に投与した次亜臭素酸や窒素に変換されずに残ったアンモニア性窒素、窒素変換反応時に生成された有害物質などが吸着剤表面に付着して残っている可能性があり、そのまま吸着工程に移行すると、これらが処理水中に含まれて系外に流出する恐れがある。
かかる処理方法によれば、脱窒工程後の排水工程終了後に洗浄工程を設け、洗浄水で吸着剤表面を洗い付着物を洗い流すことで、次亜臭素酸やアンモニア性窒素、有害物質などの系外への流出を防ぐことができる。
尚、洗浄方法として、ここではシャワー５２から洗浄水を噴出する方法を用いたが、吸着槽１の上下に新たに洗浄水注入口と洗浄水排出口を設け、ポンプを用いて洗浄水を吸着材３中を通過させても同様の効果が得られる。この際、洗浄水の注入方向は、上向でも下向でも良い。
本実施の形態においては、第８図に示す装置に用いる場合について述べたが、第９図から第１１図に示す装置についても、吸着槽１に吸着材３の洗浄手段と洗浄水供給手段を取り付けることで、上記と同様の効果が得られることはいうまでもない。
実施の形態１１
第１５図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第７図に示す装置の臭素イオン含有液回収ライン３０に活性炭槽３２及び活性炭３３を取り付けたものである。吸着槽１から排出される溶液には、アンモニア性窒素の窒素ガス変換で生じた臭素イオンのほかに、過剰に投与された分の次亜臭素酸が含まれている。かかる過剰の次亜臭素酸をオゾン処理すると臭素酸を生成する恐れがあり、臭素イオン含有液回収ライン３０を通じて次亜臭素酸生成槽２２に注入する次亜臭素酸が過剰とならないよう調整する必要がある。活性炭には次亜臭素酸を吸着する働きがあるため、この構造を設けることで回収した次亜臭素酸含有液中の次亜臭素酸を吸着除去して臭素イオンのみを回収することができ、その結果として次亜臭素酸を安定して生成することが出来る効果がある。
本実施の形態においては、第７図に示す装置に適用する場合について述べたが、第８図から第１１図、第１３図、第１４図に示す装置の吸着槽１と次亜臭素酸生成槽２２を臭素イオン回収ライン３０で連結した場合についても、上記と同様の効果が得られることはいうまでもない。
実施の形態１２
第１６図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第７図に示す装置の臭素イオン含有液回収ライン３０に臭素イオン濃度計３４を取り付け、この測定値により臭化ナトリウム溶液供給ライン１９に取りつけたポンプ３１とオゾン発生器２０を制御するように構成したものである。アンモニア性窒素の窒素変換によって生成される臭素イオンの量は一定でないため、臭素イオン含有液回収ラインを通じて次亜臭素酸生成槽２２に送られる溶液中の臭素イオン濃度も一定ではない。しかし、次亜臭素酸を安定して一定濃度で生成するためには、次亜臭素酸生成槽２２内で臭素イオンとオゾンを一定比率で反応させなければならない。
かかる窒素化合物含有水処理装置によれば、臭素イオン含有液回収ライン３０に臭素イオン濃度計３４を取り付け、この測定値により臭化ナトリウム溶液供給ライン１９に取りつけたポンプ３１とオゾン発生器２０を制御し、臭素イオン含有液及びオゾン含有ガスの供給量を制御することで、次亜臭素酸を効率良く生成でき、その結果、臭素イオン溶液の消費量を低減させることが出来る。
本実施の形態においては、臭素イオン濃度計３４の値により、ポンプ３１とオゾン発生器２０を自動制御したが、手動にて臭素イオン濃度計３４の値を監視し、ポンプ３１及びオゾン発生器を調節しても良い。また、臭素イオン濃度計３４の値により、ポンプ３１とオゾン発生器２０の両方を制御するようにしたが、どちらか片方の設定を固定することも可能である。また、ここでは、第７図に示す装置に適用する場合について述べたが、吸着槽１と次亜臭素酸生成槽２２を臭素イオン含有液回収ライン３０で連結した場合の第８図から第１１図、第１３図から第１５図に示す装置についても、上記と同様の効果が得られることはいうまでもない。
実施の形態１３
第１７図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第２図に示す装置において、原水供給ライン７と処理水排出ライン８のそれぞれにｐＨメータ３８，３９を取り付け、これらの測定値をコントローラ４０に取りこみ、コントローラ４０によってポンプ１１及びバルブ１０を制御するようにしたものである。アンモニア性窒素の窒素ガスへの変換によって生じる可能性がある有害物質には、臭素酸及び酸化窒素類がある。第２図に示す装置で脱窒工程と吸着工程を繰り返し行う場合、脱窒工程時に発生した有害物質が吸着槽１内に残り、これが吸着工程で処理水中に溶け込んで排出される可能性がある。そこで、上記構成により、処理水中の有害物質の存在を検知できるようにしたものである。
吸着工程において、ポンプ１１により原水注入ライン７を通じて吸着槽１に注入される原水は、吸着槽１への注入前にｐＨメーター３８にてｐＨが測定される。吸着槽１内でアンモニア性窒素を吸着除去された処理水は処理水排出ライン８に送られるが、外部へ排出する前に再びｐＨメーター３９でｐＨが測定される。ｐＨメーター３８及び３９の測定値はコントローラ４０に転送され、ここでそれぞれの値が比較される。
吸着槽１から排出される処理水中に上記のような有害物質が含まれる場合、これら有害物質は、通常は酸性であるため、ｐＨメーター３８と３９の値に差が生じる。ｐＨメーター３８と３９の値に差が生じた場合、コントローラ４０によって制御されるポンプ１１は停止され、かつバルブ１０も閉じられ、処理水の外部への排出は中止される。各有害物質の処理水中の濃度を計測しても有害物質を検知することができるが、処理水中に含まれる可能性がある全ての有害物質成分濃度を計測するのは時間も手間もかかる。有害物質のいずれか一つの成分だけでも処理水中に含まれた場合、そのｐＨ値は原水の値に比べ大きく変化するが、本実施の形態にかかる処理方法を用いることにより迅速かつ容易に有害物質を検知でき、有害物質の処理系外部への流失を確実に防止することができる。
本実施の形態においては、ｐＨ値比較による有害物質の流出防止について述べたが、吸着槽流入前後の水の電気伝導率やイオン強度、酸化還元電位を測定し、これらを比較しても同様の効果が得られる。本実施の形態においては、コントローラ４０を用いてポンプ１１及びバルブ１０を自動制御したが、手動にてｐＨメーター３８及び３９の値を監視し、ポンプ１１及びバルブ１０の制御を行うこともできることは言うまでもない。また、ここでは、吸着槽１への注入前後の水のｐＨの変化を調べたが、吸着槽１内にｐＨメーターを設置し、吸着槽１内の水のｐＨ変化を調べても同様の効果が得られる。さらに、他のｐＨ測定手段、例えばリトマス試験紙などを用いることが可能で、ポンプ１１の制御のみを行った場合でも、処理水の外部への排出を中止することが出来ることはいうまでもない。
尚、ここでは、第２図に示す装置に適用する場合について述べたが、第５図から第１１図、第１３図から第１６図に示す装置についても、上記と同様の効果が得られることはいうまでもない。
実施の形態１４
第１８図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第２図に示す装置において、吸着槽を２つ設けたものである。次亜臭素酸含有液供給ライン４には三方バルブ４４、次亜臭素酸含有液排出ライン５には三方バルブ４２、原水注入ライン７には三方バルブ４３、処理水排出ライン８には三方バルブ４１が取りつけてあり、それぞれのラインの切り替えを制御することで吸着槽１及び４５へ注入経路、吸着槽１及び４５からの排出経路の切り替えを制御できる。吸着行程を行う吸着槽には原水注入ライン７と処理水排出ライン８を、脱窒工程を行う吸着槽には次亜臭素酸含有液供給ライン４と次亜臭素酸含有液排出ライン５を連結する。
かかる窒素化合物含有水処理装置によれば、吸着槽１で吸着工程を行う際は吸着槽４５では脱窒工程を、また吸着槽４５で吸着工程を行う際は吸着槽１では脱窒工程を行うことで、同じ処理時間での水処理効率が向上する効果がある。ここで示した装置は吸着槽を２つ保有するが、２つ以上の吸着槽を保有する場合も同様の効果が得られ、保有する吸着槽の数に比例して水処理効率が向上する。また、それぞれのラインの制御に三方バルブを用いたが、ラインの各分岐にバルブを取りつけ、これでラインの切り替えを制御しても良い。
本実施の形態においては、第２図に示す装置に適用した場合について述べたが、第５図から第１１図、第１３図から第１７図に示す装置についても、上記と同様の効果が得られることはいうまでもない。
実施の形態１５
第１９図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第１８図に示した装置の各ラインの切り替えを制御する三方バルブ４１、４２、４３、４４にタイマー４７を取り付けた構造を有したものである。次亜臭素酸含有液供給ライン４には三方バルブ４４、次亜臭素酸含有液排出ライン５には三方バルブ４２、原水注入ライン７には三方バルブ４３、処理水排出ライン８には三方バルブ４１が取りつけてあり、それぞれのラインの切り替えを制御することで吸着槽１及び吸着槽４５への注入経路の切り替え、吸着槽１及び吸着槽４５からの排出経路の切り替えを各々制御できる。吸着工程を行う吸着槽には原水注入ライン７と処理水排出ライン８を、脱窒工程を行う吸着槽には次亜臭素酸含有液供給ライン４と次亜臭素酸含有液排出ライン５を連結する。
かかる窒素化合物含有水処理装置によれば、吸着槽１で吸着工程を行う際は吸着槽４５では脱窒工程を、また吸着槽４５で吸着工程を行う際は吸着槽１では脱窒工程を行うことで、同じ処理時間での水処理効率が向上する効果が得られる。さらに、タイマー４７により一定時間ごとに三方バルブ４１、４２、４３、４４を切り替えることで、吸着工程と脱窒工程を自動的に切り替え、装置の連続運転が可能となる効果がある。
本実施の形態においては、吸着槽を２つ保有するが、２つ以上の吸着槽を保有する場合も同様の効果が得られ、保有する吸着槽の数に比例して水処理効率が向上する。また、それぞれのラインの制御に三方バルブを用いたが、ラインの各分岐にバルブを取りつけ、これでラインの切り替えを制御しても良い。
実施の形態１６
第２０図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第１８図に示す装置の処理水排出ライン８に窒素濃度計４８を取り付けたものである。まず、吸着槽１で吸着工程、吸着槽４５で脱窒工程を行う。窒素濃度計４８で処理水に含まれるアンモニア性窒素の濃度を計測し、処理水中のアンモニア性窒素濃度が基準値以上になると、吸着槽１内のゼオライト３はアンモニア性窒素の吸着力が低下したと判断し、三方バルブ４１、４２、４３、４４を切り替え、吸着槽４５で吸着工程、吸着槽１で脱窒工程を行う。再び、処理水中のアンモニア性窒素濃度が基準値以上になると、吸着槽４５内のゼオライト４６はアンモニア性窒素の吸着能が低下したと判断し、三方バルブ４１、４２、４３、４４を切り替え、吸着槽１で吸着工程、吸着槽４５で脱窒工程を行う。
かかる窒素化合物含有水処理装置によれば、上述した操作を繰り返すことで、処理水中のアンモニア性窒素濃度を確実に基準値以下に抑えることができる効果がある。また、窒素濃度計４８の値を用いて三方バルブの切り替えを自動制御すると装置の連続運転が可能となる。作業者が窒素濃度計４８の値を監視し、手動で三方バルブの切り替えを行った場合も同様の効果が得られる。
実施の形態１７
第２１図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第１８図に示した装置において、次亜臭素酸含有液排出ライン５に色度センサー４９を取り付けたものである。次亜臭素酸はアンモニア性窒素と反応すると、臭素イオンに変化する。このとき、臭素イオン含有液は無色透明であるのに対し、次亜臭素酸含有液は黄色である。即ち、吸着槽から排出された溶液が無色透明であれば、注入した全ての次亜臭素酸はゼオライトに吸着したアンモニアと反応し、過剰な次亜臭素酸が存在しないことを意味し、吸着槽から排出された溶液が黄色になれば、ゼオライトに吸着したアンモニアが全て反応し、次亜臭素酸が過剰であることを意味することになる。そこで、次亜臭素酸含有液排出ライン５を流れる溶液の色でラインの切り替えを制御する。
まず、吸着槽１で吸着工程、吸着槽４５で脱窒工程を行う。色度センサー４９で次亜臭素酸含有液排出ライン５を流れる溶液の色を調べ、溶液に色が付きはじめ、色度が基準値以上になると吸着槽４５内のゼオライト４６に吸着していたアンモニアが全て脱窒されたと判断し、三方バルブ４１、４２、４３、４４を切り替え、吸着槽４５で吸着工程、吸着槽１で脱窒工程を行う。再び色度センサー４９で次亜臭素酸含有液排出ライン５を流れる溶液の色を調べ、溶液に色が付きはじめ、色度が基準値以上になると吸着槽１内のゼオライト３に吸着していたアンモニアが全て脱窒されたと判断し、三方バルブ４１、４２、４３、４４を切り替え、吸着槽１で吸着工程、吸着槽４５で脱窒工程を行う。
かかる窒素化合物含有水処理装置によれば、上述した操作を繰り返すことで、ゼオライトに吸着させたアンモニアを完全に窒素ガスへ変換させることができ、次亜臭素酸の過剰投与を防ぐ効果が得られる。また、色度センサーの値を用いて三方バルブの切り替えを自動制御すると装置の連続運転が可能となる。作業者が色度センサーの値を監視し、手動で三方バルブの切り替えを行った場合も同様の効果が得られる。さらに、脱窒行程の終了を容易に視覚的に確認することができるため、次亜臭素酸含有液排出ライン５を流れる溶液の色を確認できる手段さえあれば、この溶液の色を基準に三方バルブを操作しても同様の効果が得られる。
本実施の形態においては、第１８図に示す装置に適用する場合について述べたが、第２図、第５図から第１１図及び第１３図から第１７図に示す装置についても、次亜臭素酸排出ライン５もしくは臭素イオン含有液回収ライン３０に色度センサー４９を取り付けることで、上記と同様の効果が得られることはいうまでもない。
実施の形態１８
第２２図に本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、第２図に示した装置において、吸着槽１の代わりに移動層吸着装置７６を用いたものである。
移動層吸着装置７６は外槽６４と攪拌槽６３の二槽からなる。外槽６４の中心部には円筒状の攪拌槽６３が、底部には排水バルブ６６により任意に開閉が可能な溶液排水ライン６５が取り付けてある。溶液排水ライン６５にはポンプ６７が取り付けてあり、これを起動して排水バルブ６６を開くことで外槽６４内の溶液を排出することができる。攪拌層６３は、底部中心に回転軸７０を介してモータ７１が、上部にはガス排気口７３と溶液注入ライン６２が接続してあり、内部には粉末ゼオライト７２が充填されている。ガス排気口７３には排気バルブ７４が取り付けてあり、これを開いて攪拌槽内で発生するガスを大気中に放散することが出来るようになっている。溶液注入ライン６２にはポンプ６１が取り付けてあり、これを起動することで溶液を攪拌槽６３内に注入することが出来る。また、モータ７０を起動することで、攪拌槽６３を任意の回転数で回転させることが出来る。攪拌槽６３の側壁は粉末ゼオライト７２の粒径よりも小さい孔が無数にあいた２枚の板から出来ており、これらを互いにスライドさせることで側壁の孔を開閉させることが出来る。側壁の孔を閉めた状態で溶液を注入し、モータ７０を起動させて攪拌槽６３を回転させると、注入した溶液と粉末ゼオライト７２を攪拌することができる。また、攪拌槽６３を回転させたまま側壁の孔を開くことで、遠心力により溶液を外槽６４に移すことが出来る。この際、溶液は粉末ゼオライト７２から分離される。ここでは、攪拌槽６３の側壁は粉末ゼオライト７２の粒径よりも小さい孔が無数にあいた２枚の板から出来ているとしたが、粉末ゼオライト７２を通さずに溶液を通し、任意に溶液も通さないように出来る構造であれば良く、シャッター機構などによって開閉可能な隙間に粉末ゼオライト７２の粒径よりも小さい孔径を持つ透過膜を貼り付けた構造等でも良い。
溶液注入ライン６２には、三方バルブ６９を介して次亜臭素酸含有液供給ライン４と原水注入ライン７を連結した。三方バルブ６９により、攪拌槽６３内へ溶液を注入する経路を選択することができる。次亜臭素酸含有液供給ライン４は次亜臭素酸含有液貯槽２につないだ。溶液排出ライン６５には、三方バルブ６８を介して次亜臭素酸含有液排出ライン５と処理水排出ライン８を連結した。三方バルブ６８より、攪拌槽６３から溶液を排出する経路を選択することができる。まず、攪拌槽６３の側壁の孔と排水バルブ６６、ガス排気バルブ７４を閉め、三方バルブ６９を操作して溶液注入ライン６２と原水注入ライン７を連結し、ポンプ６１を起動して、原水を攪拌槽６３内に注入する。原水の注入量は一定とし、ポンプ６１の起動時間は、ポンプ６１の流量と通液時間から計算して決定しても、攪拌槽６３の水位から判断してもよい。攪拌槽の水位でポンプ６１の起動時間を決定する場合は、レベル計などを用いて攪拌槽６３内の水位を測定し、これでポンプ６１を自動制御してもよく、作業者が攪拌槽６３内を観察して手動でポンプ６３を制御してもよい。以後、この工程を原水注入工程とする。攪拌槽６３に所定量の原水が注入されたらポンプ６１を停止し、モータ７１を起動させて攪拌槽７３を回転させ、原水と粉末ゼオライト７２を攪拌する。攪拌は、攪拌槽６３内の原水中のアンモニア性窒素濃度が所定の濃度に低下するまで行う。モータ７１は、あらかじめ同じ条件で実験を行って求めた攪拌槽６３内の原水のアンモニア性窒素濃度が所定の濃度に低下するまでに必要な時間で制御してもよく、攪拌中の攪拌槽６３内の原水のアンモニア性窒素濃度を測定し、この値によって制御してもよい。いずれの場合も、時間制御手段やアンモニア性窒素濃度測定手段等を用いた自動装置による自動制御でも操作者の手動制御でもよい。以後、この工程を攪拌工程とする。
所定の攪拌時間終了後、攪拌槽６３の側壁をスライドさせて孔を開き、粉末ゼオライト７２と溶液を分離する。攪拌槽６３内の溶液は遠心力により外槽６４に移り、粉末ゼオライト７２は攪拌槽６３の側壁の孔を通ることが出来ずに攪拌槽６３にとどまる。このとき外槽６４に分離回収された溶液を処理水とする。攪拌槽６３の側壁に設けられた孔の開閉は、モータ７１を一度停止し、攪拌槽６３の回転が停止してから行ってもよいが、この場合、モータ７１を再起動させる必要がある。この工程は、攪拌槽６３内の溶液が完全に外槽６４に移るまで行う。工程時間は、あらかじめ同じ条件で実験を行って時間を求め、時間制御手段を用いた自動装置によって自動制御してもよく、操作者が攪拌槽６３内を観察して判断し、手動で制御してもよい。攪拌槽６３内の溶液を完全分離するために、攪拌槽６３の回転数を攪拌工程における回転数より大きくしても良い。以後、この工程をゼオライト脱水工程とする。ゼオライト脱水工程終了後、モータ７１を停止し、三方バルブ６８操作して排出ライン６５と処理水排出ライン８を連結し、溶液排水バルブ６６を開いてポンプ６７を起動させ、外槽６４内の処理水を排出する。ポンプ６７の起動時間は、外槽６４中の処理水が完全に排出されるまでとし、処理水量とポンプ６７の流量から計算して決定しても、外槽６４の水位から判断してもよい。外槽６４の水位でポンプ６７の起動時間を決定する場合は、レベル計などを用いて外槽６４内の水位を測定し、これでポンプ６７を自動制御してもよく、作業者が外槽６４内を観察して手動でポンプ６７を制御してもよい。以後、この工程を処理水排出工程とする。
外槽６４中の処理水が完全に排出された後にポンプ６７を停止し、排水バルブ６６と攪拌槽６３の側壁の孔を閉め、ガス排気バルブ７４を開き、三方バルブ６９を操作して溶液注入ライン６２と次亜臭素酸含有液注入ライン４をつなぎ、ポンプ６１を起動させて攪拌槽６３内に次亜臭素酸含有液を注入する。次亜臭素酸含有液の注入量は一定とし、ポンプ６１の起動時間は、ポンプ６１の流量と通液時間から計算して決定しても、攪拌槽６３の水位から判断してもよい。攪拌槽の水位でポンプ６１の起動時間を決定する場合は、レベル計などを用いて攪拌槽６３内の水位を測定し、これでポンプ６１を自動制御してもよく、作業者が攪拌槽６３内を観察して手動でポンプ６３を制御してもよい。以後、この工程を次亜臭素酸注入工程とする。攪拌槽６３に所定量の次亜臭素酸含有液が注入されたらポンプ６１を停止し、モータ７１を起動させて攪拌槽７３を回転させ、次亜臭素酸含有液と粉末ゼオライト７２を攪拌する。このとき、粉末ゼオライト７２に吸着しているアンモニア性窒素と次亜臭素酸が反応して、アンモニア性窒素が窒素ガス化し、発生した窒素ガスは排気口を通って大気中に放散される。攪拌は、粉末ゼオライト７２に吸着したアンモニア性窒素が完全に窒素ガス化されるまで行う。モータ７１は、あらかじめ同じ条件で実験を行って求めた粉末ゼオライト７２に吸着したアンモニア性窒素が完全に窒素ガス化されるまでに必要な時間で制御し、時間制御手段を用いた自動装置による自動制御を行ってもよいし操作者による手動制御としてもよい。
上記の脱窒工程終了後、攪拌槽６３の側壁をスライドさせて孔を開き、粉末ゼオライト７２と溶液を分離する。攪拌槽６３内の溶液は遠心力により外槽６４に移り、粉末ゼオライト７２は攪拌槽６３の側壁の孔を通ることが出来ずに攪拌槽６３にとどまる。攪拌槽６３の側壁のスライドは、モータ７１を一度停止し、攪拌槽６３の回転が停止してから行ってもよい。しかしこの場合は、モータ７１を再起動させる必要がある。以後、この工程をゼオライト脱水工程とする。この工程は、攪拌槽６３内の溶液が完全に外槽６４に移るまで行う。ゼオライト脱水工程時間は、あらかじめ同じ条件で実験を行って時間を求め、時間制御手段を用いた自動装置によって自動制御してもよく、操作者が攪拌槽６３内を観察して判断し、手動で制御してもよい。攪拌槽６３内の溶液を完全分離するために、攪拌槽６３の回転数を脱窒工程における回転数より大きくしても良い。所定のゼオライト脱水時間終了後にモータ７１を停止し、三方バルブ６８を操作して排出ライン６５と次亜臭素酸含有液排出ライン５を連結し、溶液排水バルブ６６を開いてポンプ６７を起動させ、外槽６４内の次亜臭素酸含有液を排出する。ポンプ６７の起動時間は、外槽６４中の次亜臭素酸含有液が完全に排出されるまでとし、次亜臭素酸含有液量とポンプ６７の流量から計算しても、外槽６４の水位から判断してもよい。外槽６４の水位でポンプ６７の起動時間を決定する場合は、レベル計などを用いて外槽６４内の水位を測定し、これでポンプ６７を自動制御してもよく、作業者が外槽６４内を観察して手動でポンプ６７を制御してもよい。以後、この工程を次亜臭素酸排出工程とする。外槽６４中の次亜臭素酸含有液が完全に排出された後にポンプ６７を停止し、排水バルブ６６、ガス排気弁７４、攪拌槽６３の側壁の孔を閉め、三方バルブ６９を操作して溶液注入ライン６２と原水注入ライン４を連結する。この後、動作は原水注入工程へと戻る。上記の操作を繰り返すことにより、原水中のアンモニア性窒素を繰り返し除去することが出来る。
かかる処理装置によれば、各工程間でモータ７１を停止し、攪拌槽６３の回転を一時停止させたが、モータ７１を停止させずに攪拌槽６３を連続回転させても構わない。また、次の工程への動作の移行は、前工程終了後に行ったが、工程の組み合わせによっては、同時に行っても良い。例えば、ゼオライト脱水工程と処理水及び次亜臭素酸排出工程、処理水排出工程と次亜臭素酸注入工程、次亜臭素酸排出工程と原水注入工程等を同時に行うことができる。上記のように、攪拌槽６３の連続回転や工程の組み合わせなどを適当に行うことにより、処理速度を向上することができる。
実施の形態１９
第２３図に、本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図の一例を示す。かかる処理装置は、ゼオライト３及びゼオライト３を充填した吸着塔１、電解槽７７、塩化ナトリウム貯槽８０にて構成されたものである。
吸着塔１には、各々２つの注水口と排水口が設けられ、注水口には原水注入ライン７と次亜塩素酸溶液供給ライン８２が、排水口には処理水排出ライン８と塩化ナトリウム溶液回収ライン８１が連結されている。また、次亜塩素酸溶液供給ライン８２は、ポンプ１２、電解槽７７、ポンプ７８及び塩化ナトリウム溶液供給ライン７９を介して塩化ナトリウム溶液貯槽８０と連結されている。かかる窒素化合物含有水処理装置においては、塩化ナトリウム溶液貯槽８０から供給される塩化ナトリウム溶液を電解槽７７で電解することで次亜塩素酸溶液を生成し、これを吸着塔１に供給できるように構成されている。また、吸着塔１の上部に窒素ガス排気口６があり、吸着塔内で発生する窒素ガスを排出することが出来る。処理水排出ライン８にはバルブ１０が、塩化ナトリウム溶液回収ライン８１にはバルブ９が取りつけてあり、これらを操作することで吸着塔１内の溶液の排出経路を選択することが出来る。原水注入ライン７にはポンプ１１が、次亜塩素酸供給ライン８２にはポンプ１２が取りつけてあり、これらを用いて原水または次亜塩素酸溶液を吸着塔１内に供給する。
次に動作につき説明する。かかる窒素化合物含有水処理装置においては、初めに、バルブ９は閉、バルブ１０は開の状態にした上で、ポンプ１１を起動して原水注入ライン７を通して吸着塔１に原水を注入し、原水中のアンモニア性窒素をゼオライト３に吸着させる。アンモニア性窒素を吸着除去された水は、順次、処理水として処理水排出ライン８から外部へと排出される。以後、この操作は吸着工程と称する。
吸着工程開始から所定時間経過後にポンプ１１を停止し、バルブ１０を閉、バルブ９を開にし、ポンプ１２を起動させて次亜塩素酸供給ライン８２を通じて次亜塩素酸含有液を吸着塔１に注入する。この次亜塩素酸含有液は、塩化ナトリウム溶液貯槽８０に蓄えた塩化ナトリウム溶液をポンプ７８により塩化ナトリウム溶液供給ライン７９を通じて電解槽７７に送り、これを電解することで予め生成しておく。
吸着塔１を通過した次亜塩素酸含有液は、塩化ナトリウム溶液回収ライン８１から排出される。このとき、ゼオライト３に吸着させたアンモニア性窒素は、次亜塩素酸の酸化作用によって窒素ガスに変換され、窒素ガス排気口６から大気中に排出される。また、次亜塩素酸含有液中の次亜塩素酸は塩素イオンに変換され、液中のナトリウムと反応して塩化ナトリウムとなる。さらに、吸着したアンモニア性窒素が窒素ガスに変換されることにより、ゼオライト３はアンモニア性窒素の吸着力を取り戻す。以後、この操作は脱窒工程と称する。
上記の操作を繰り返すことにより、原水中のアンモニア性窒素を繰り返し除去することが出来、低コストな次亜塩素酸を用いた窒素含有水の処理方法が実現される。また、窒素化合物の吸着材としてゼオライトを用いることにより、従来の窒素含有水の処理方法にて通常用いられていた液相での反応に比べ、アンモニア性窒素の濃度を高め、反応を効率的に進めることができ、装置の小型化や次亜塩素酸量を削減でき、さらに低コスト化が図られる効果がある。さらに、酸化剤含有液の再利用前に、酸化剤含有液が電気分解される場合には酸化剤含有液を効率的に利用でき、好適である。
なお、ここでは吸着塔１に注水口と排水口を２つ設けたが、それぞれ１つづつにし、注水経路及び排水経路の切り替えを三方バルブにて行う構成とすることも可能である。また、次亜塩素酸の生成には電気分解法を用いたが、次亜塩素酸を生成することができる手段であればなんでもよく、例えば、これに代えて電気透析法などを用いる事ができる。また、次亜塩素酸の生成原料としては電離性のある塩化物を用いることができ、塩化ナトリウムのほか、塩化カリウム、塩化カルシウムなどが代表例として挙げられる。さらに、酸化剤として次亜塩素酸を用いたが、次亜臭素酸を用いることも可能であり、電解性のある臭化物を生成原料として用いることができ、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化カルシウムなどが代表例として挙げられる。
更に、アンモニア性窒素の吸着剤としてゼオライトを用いたが、アンモニア性窒素を吸着する性質を持つ吸着剤、例えば珪酸アルミウム系化合物、珪酸アンモニウム塩類、斜プチロル沸石やモルデン沸石などの沸石、粘土類鉱物、クリプチロライトやモルデナイト、モンモリロナイト、セピオナイト、ベントナイト、イライトなどのシリカアルミナ鉱物、酸化カルシウムや炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、凝灰岩、ドロマイト石灰、石灰などのカルシウム類、活性コークス、強酸性イオン交換樹脂や弱酸性イオン交換樹脂などの無機イオン交換剤、マグネシア系吸着剤、活性炭、木炭、酸性白土、ジルコニウム系ファインセラミックス、を適用することも可能である。特に、ゼオライトと同様にクリプチノライトやモンモリトナイト、無機系イオン交換剤などの無機吸着剤を用いた場合には、アンモニア窒素の窒素ガスへの変換に酸化剤を用いるため、有機吸着剤を用いた場合に予想される吸着剤自体への酸化剤の影響、例えば酸化剤による吸着剤の劣化などが生じにくくなり、安定なアンモニア性窒素の吸着除去、窒素ガスへの変換が確保できる効果がある。
また、吸着手段として、垂直型固定層吸着装置を用いたが、水平型でもラジアルフロー型でも良い。また、固定層吸着装置ではなく、向流式や直交流（十字流）式の移動層吸着装置、流動層吸着装置等を使用しても同様の効果が得られる。例えば第２２図で示す装置と同様に、吸着槽１の代わりに移動層吸着装置７６を用いた構成を有し、実施の形態１８と同様の工程操作を行うことも可能である。さらに、本実施の形態では、塩化ナトリウム溶液回収ライン８１を設けたが、これを設けず、第５図で示す構成と同様の装置とし、塩化ナトリウムを回収しなくてもよい。そのような場合には新たな塩化ナトリウム溶液を供給する機構が必要となり、第５図で示す臭化ナトリウム溶液貯槽１８、臭化ナトリウム溶液供給ライン１９、ポンプ２３とからなる構成と同様の装置を加える必要がある。
なお、本実施の形態では、塩化ナトリウム溶液回収ライン８１を塩化ナトリウム溶液貯槽８０に連結したが、塩化ナトリウム溶液回収ライン８１を直接電解槽７７につないでも良い。この際、第５図で示す臭化ナトリウム溶液貯槽１８、臭化ナトリウム溶液供給ライン１９、ポンプ２３とからなる構成と同様の装置を加え、回収した塩化ナトリウム溶液と新たな塩化ナトリウム溶液を足し合わせて電解槽７７へ注入しても良い。
また、本実施の形態において、第６図で示す装置と同様にｐＨメーター２５、塩酸貯槽２６、水酸化ナトリウム貯槽２７、三方バルブ２８を加え、電気分解槽７７の上部に新たに注入口を設け、ここに三方バルブ２８を介して塩酸貯槽２６と水酸化ナトリウム貯槽２７を連結した構成とすることで、実施の形態３と同様の効果が得られる。ここで、本実施の形態において次亜塩素酸を用いた場合では塩素酸発生防止の効果、次亜臭素酸を用いた場合では臭素酸発生防止の効果が得られる。
さらに、本実施の形態において、第８図で示す装置と同様に吸着槽１に排水バルブ３７を取り付け、この排水バルブ３７により、吸着槽１内の溶液を容易に排出できるようにした構成を有することで、実施の形態５と同様の効果が得られる。
本実施の形態において、実施の形態８で示すように脱窒に用いる溶液が次亜塩素酸又は次亜臭素酸とナトリウムイオンを含んでいるとすることで、実施の形態８と同様の効果が得られる。また、次亜塩素酸又は次亜臭素酸に含まれるナトリウムイオン濃度がアンモニア窒素の変換効率に及ぼす効果も、第１２図と同様であることが確認されている。
本実施の形態において、第１３図で示す装置と同様に脱窒槽１３を有することで、実施の形態９と同様の効果が得られる。
本実施の形態において、第１４図で示す装置と同様に吸着槽１内部にシャワー５２を取り付け、これに洗浄水供給ライン５３を連結、このシャワー５２により、洗浄水供給ライン５３より供給される洗浄水を用いて、吸着槽１内の吸着剤を洗浄することができるような構成を有することで、実施の形態１０と同様の効果が得られる。尚、洗浄方法として、ここではシャワー５２から洗浄水を噴出する方法を用いたが、吸着槽１の上下に新たに洗浄水注入口と洗浄水排出口を設け、ポンプを用いて洗浄水を吸着材３中を通過させても同様の効果が得られる。この際、洗浄水の注入方向は、上向でも下向でも良い。
本実施の形態において、次亜塩素酸の代わりに次亜臭素酸を用いる場合には、第１５図で示す装置と同様に塩化ナトリウム回収ライン８１に活性炭槽３２及び活性炭３３を取り付けた構成を有することで、実施の形態１１と同様の効果が得られる。なお、次亜塩素酸を用いた場合でも、有害物質の塩素酸を除去する効果が得られる。
本実施の形態において、第１６図で示す装置と同様に、塩化ナトリウム溶液回収ライン８１に、次亜塩素酸を用いる場合は塩素イオン濃度計を、次亜臭素酸を用いる場合は臭素イオン濃度計３４を取り付け、この測定値によりポンプ７８と電解槽７７を制御するような構成を有することで、実施の形態１２と同様の効果が得られる。
本実施の形態において、第１７図で示す装置と同様に、原水供給ライン７と処理水排出ライン８のそれぞれにｐＨメータ３８，３９を取り付け、これらの測定値をコントローラ４０に取りこみ、コントローラ４０によってポンプ１１及びバルブ１０を制御するようにした構成を有することで、実施の形態１３と同様の効果が得られる。
本実施の形態において、第１８図で示す装置と同様に、吸着槽を２つ設け、次亜塩素酸溶液供給ライン８３には三方バルブ４４、塩化ナトリウム回収ライン８１には三方バルブ４２、原水注入ライン７には三方バルブ４３、処理水排出ライン８には三方バルブ４１が取りつけてあり、それぞれのラインの切り替えを制御することで吸着槽１及び４５へ注入経路、吸着槽１及び４５からの排出経路の切り替えを制御できる構成を有し、実施の形態１４と同様の工程操作を行うことで、実施の形態１４と同様の効果が得られる。また、第１９図に示した装置と同様に、各ラインの切り替えを制御する三方バルブ４１、４２、４３、４４にタイマー４７を取り付けた構造を有し、これを用いてそれぞれのラインの切り替えを制御することで、吸着工程と脱窒工程を自動的に切り替え、装置の連続運転が可能となり、実施の形態１５と同様の効果が得られる。さらに、第２０図に示した装置と同様に、処理水排出ライン８に窒素濃度計４８を取り付け、処理水に含まれるアンモニア性窒素の濃度を計測し、この値により三方バルブ４１、４２、４３、４４を切り替える構成を有し、実施の形態１６と同様の操作を行うことで、実施の形態１６と同様の効果が得られる。加えて、第２１図に示した装置と同様に、次亜臭素酸を用いる場合では、塩化ナトリウム溶液回収ライン８１に色度センサー４９を取り付け、これにより三方バルブ４１、４２、４３、４４を切り替える構成を有し、実施の形態１７と同様の操作を行うことで、実施の形態１７と同様の効果が得られる。吸着槽は２つ以上有しても同様の効果が得られ、保有する吸着槽の数に比例して水処理効率が向上する。また、それぞれのラインの制御に三方バルブを用いたが、ラインの各分岐にバルブを取りつけ、これでラインの切り替えを制御しても良い。
実施の形態２０
第２４図は、本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成の一例を示すもので、第７図に示した装置の次亜臭素酸含有液供給ライン４と臭素イオン含有液回収ライン３０にｐＨ調整槽１０１及び１１２を設けたものである。ｐＨ調整槽１０１には、ｐＨメーター１０２と攪拌器１０３が取りつけられている。ｐＨ調整槽１０１は、ポンプ１０４と三方バルブ１０５を介して水酸化ナトリウム貯槽１０６と硫酸貯槽１０７に連結されている。次亜臭素酸含有液供給ライン４を流れる溶液は、ｐＨ調整槽１０１に一旦溜められ、ｐＨメーター１０２によりｐＨが測定される。そして、溶液のｐＨ値によってポンプ１０４と三方バルブ１０５が制御され、攪拌器１０３で攪拌しながら所定量の硫酸もしくは水酸化ナトリウム等を加えることにより、槽内の溶液のｐＨが常に一定値に維持される。ｐＨ調整された溶液はポンプ２４により吸着槽１に供給される。
本実施の形態において次亜臭素酸含有液供給ライン４を流れる溶液のｐＨを調整するのは以下のような理由による。即ち、吸着槽１内で生じるアンモニア性窒素の窒素ガスへの変換にはアンモニアと次亜臭素酸が関与する。しかしながら、アンモニアには酸性下でアンモニウムイオンに解離する性質があり、また、次亜臭素酸には塩基性下で次亜臭素酸イオンに解離する性質がある。そのため、吸着槽１内に供給する次亜臭素酸含有液のｐＨは中性に保つ必要がある。本実施の形態にかかる窒素化合物含有水処理装置においては、ｐＨ調整槽１０１にて次亜臭素酸供給ライン４内の溶液のｐＨを中性に保つことで、アンモニアと次亜臭素酸のイオン化を防止し、吸着材３に吸着させたアンモニアの窒素変換効率を向上することが出来る。
また、ｐＨ調整槽１１２には、ｐＨメーター１１０と攪拌器１１１が取りつけてある。ｐＨ調整槽１１２は、ポンプ１０９と三方バルブ１０８を介して水酸化ナトリウム貯槽１０６と硫酸貯槽１０７に連結されている。臭素イオン含有液回収ライン３０を流れる溶液は、ｐＨ調整槽１１２に一旦溜められ、ｐＨメーター１１０によりｐＨを測定される。そして、溶液のｐＨ値によってポンプ１０９と三方バルブ１０８が制御され、攪拌器１１１で攪拌しながら所定量の硫酸や水酸化ナトリウムを加えることにより、槽内の溶液のｐＨが常に一定値に維持される。ｐＨ調整された溶液は次亜臭素酸生成槽２２に返送される。
本実施の形態において臭素イオン含有液回収ライン３０を流れる溶液のｐＨを調整するのは以下のような理由による。即ち、上述のように、次亜臭素酸は、酸性及び中性下では次亜臭素酸であるが、塩基性下では次亜臭素酸イオンに解離する性質を持ち、解離した次亜臭素酸イオンは容易にオゾンと反応して臭素酸を生成する。また、アンモニア性窒素の窒素ガスへの変換と関係するのは、酸化力を持つ次亜臭素酸である。そのため、次亜臭素酸生成槽２２内に供給する臭素イオン含有液は、ｐＨを中性から酸性に保つ必要がある。本実施の形態にかかる窒素化合物含有水処理装置においては、ｐＨ調整槽１１２にて臭素イオン回収ライン３０内の溶液のｐＨを中性から酸性に保つことで、次亜臭素酸生成槽２２での臭素酸の発生を抑制し、オゾンの無効消費を防止する効果が得られる。
以上、吸着槽１と次亜臭素酸生成槽２２において、最適なｐＨ条件が異なるが、第２４図に示した構成とすることで、これらの条件を共に満たす事ができ、アンモニア性窒素の窒素ガス変換効率の向上、臭素酸の発生防止、オゾンの無効消費防止などの効果が得られる。
なお、本実施の形態においては吸着槽１に注水口と排水口を２つ設けたが、それぞれ１つづつにし、注水経路及び排水経路の選択を三方バルブを用いて行うことも可能である。
また、アンモニア性窒素の窒素ガス変換には次亜臭素酸を用いたが、同様の酸化作用のある物資であれば特に制限されることはなく、例えば次亜塩素酸等や塩素酸などのハロゲン化物、フッ素や塩素、臭素などのハロゲン、オゾン水、活性酸素、オキソ酸、過酸化水素、過マンガン酸カリウム等を用いることができる。
更に、アンモニア性窒素の吸着剤としてはゼオライトを用いたが、アンモニア性窒素を吸着する性質を持つ吸着剤であれば特に制限されることはなく、例えば珪酸アルミウム系化合物、珪酸アンモニウム塩類、斜プチロル沸石やモルデン沸石などの沸石、粘土類鉱物、クリプチロライトやモルデナイト、モンモリロナイト、セピオナイト、ベントナイト、イライトなどのシリカアルミナ鉱物、酸化カルシウムや炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、凝灰岩、ドロマイト石灰、石灰などのカルシウム類、活性コークス、強酸性イオン交換樹脂や弱酸性イオン交換樹脂などの無機イオン交換剤、マグネシア系吸着剤、活性炭、木炭、酸性白土、ジルコニウム系ファインセラミックスを用いることができる。特に、ゼオライトと同様にクリプチノライトやモンモリトナイト、無機系イオン交換剤などの無機吸着剤を用いた場合には、アンモニア窒素の窒素ガスへの変換に酸化剤を用いるため、有機吸着剤を用いた場合に予想される吸着剤自体への酸化剤の影響、例えば酸化剤による吸着剤の劣化などが生じにくくなり、安定なアンモニア性窒素の吸着除去、窒素ガスへの変換が確保できる効果があり、好適である。
その他、吸着手段としては、垂直型固定層吸着装置を用いたが、水平型でもラジアルフロー型でも良い。また、固定層吸着装置ではなく、向流式や直交流（十字流）式の移動層吸着装置、流動層吸着装置等を使用しても同様の効果が得られる。また、三方バルブ１０５、１０８の動作をｐＨメーター１０２、１１０のｐＨ値を利用して自動制御したが、作業者がｐＨメーターの値を読み取り、手動で三方バルブ１０５、１０８を操作しても良い。また、ｐＨ計測の手段にｐＨメーターを用いたが、リトマス試験紙などの他のｐＨ計測手段を用いても同様の効果が得られる。さらに、ここではｐＨの調整に硫酸と水酸化ナトリウムを用いたが、塩酸や硝酸、水酸化カリウムや水酸化カルシウムなどの他の酸性溶液、塩基性溶液を用いることができる。その他、ｐＨ調整槽１０１、１１２内の溶液を攪拌するのに、攪拌器１０３、１１１を用いたが、スターラ、スタティックミキサー、水流による攪拌、循環ポンプを使用した循環経路の増設などの攪拌手段を用いても構わない。
ここでは、第７図に示す装置のみについて述べたが、第９図、第１０図、第１５図、第１６図に示すように、吸着槽１と次亜臭素酸生成槽２２およびこれら２つの槽を連結するラインを有する装置についても、次亜臭素酸供給ライン４と臭素イオン含有液回収ライン３０に上記したようなｐＨ調整手段を導入することで、それぞれ示した装置で得られる効果に加えて上記と同様の効果が得られる。
実施の形態２１
第２５図は、本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成の一例を示すもので、第７図に示した装置の次亜臭素酸含有液供給ライン４にｐＨ調整槽１１３とナトリウム調整槽１２０を設けたものである。ｐＨ調整槽１１３には、ｐＨメーター１１４と攪拌器１１５が取りつけてある。また、ｐＨ調整槽１１３は、ポンプ１１６を介して硫酸貯槽１１８に連結されている。ナトリウム調整槽１２０には、ｐＨメーター１２１と攪拌器１２２が取りつけてある。また、ナトリウム調整槽１２０は、ポンプ１１７を介して水酸化ナトリウム貯槽１１９に連結されている。次亜臭素酸含有液供給ライン４を流れる溶液は、ナトリウム調整槽１２０に一旦溜められ、ｐＨメーター１２１によりｐＨを測定される。そして、溶液のｐＨ値によってポンプ１１７が制御され、攪拌器１２０で攪拌しながら所定量の水酸化ナトリウムを加えることで、槽内の溶液のナトリウムイオン濃度が常に一定値に維持される。その後、溶液はｐＨ調整槽１１３に送られ、ｐＨメーター１１４によりｐＨを再測定される。溶液のｐＨ値によってポンプ１１６が制御され、攪拌器１１５で攪拌しながら所定量の硫酸を加えることで、槽内の溶液のｐＨが常に一定値に維持される。ｐＨ調整された溶液はポンプ２４により吸着槽１に供給される。
かかる構成を採用したのは、以下のような理由による。即ち、実施の形態８にて述べたように、ナトリウムイオンはゼオライトのアンモニア性窒素の吸着能を向上するとともにアンモニア性窒素のゼオライトからの脱着を促進する働きを持つ。そのため、次亜臭素酸含有液にナトリウムイオンを含ませることで、アンモニア性窒素の脱窒の速さ（次亜臭素酸によるもの）とゼオライトからの脱着の速さ（ナトリウムイオンによるもの）のバランスを調節してアンモニア性窒素の窒素変換効率を向上する効果が得られる。その他、次亜臭素酸含有液にナトリウムイオンを含ませることによりゼオライトのアンモニア性窒素吸着力が高まる効果も同時に得られる。また、ナトリウムイオンは、ゼオライトからアンモニアが脱着した後は、脱着したアンモニアの代わりにゼオライトに吸着し、次の吸着工程にてゼオライトから原水中へ脱着し、処理水とともに系外へ流出する。そのため、常時、次亜臭素酸含有液にナトリウムイオンを補給することが必要となる。しかし、第２５図に示す構成を採用することにより、ナトリウム調整槽１２０内の溶液のナトリウムイオン濃度を一定とすることで、次亜臭素酸含有液中のナトリウムイオン濃度を一定に保つことができ、好適である。
本実施の形態においてにおいては、ナトリウムイオンの補給に水酸化ナトリウムを使用したが、ナトリウムイオンを含む溶液であれば特に限定されることはなく、臭化ナトリウムや塩化ナトリウムなども適用可能である。
また、ｐＨメータ１２１はナトリウム調整槽１２０内に導入したが、臭素イオン回収ライン３０に導入しても良い。
また、本実施の形態において窒素化合物含有水のｐＨを調整したのは上述の実施の形態２０で述べた理由と同様である。
実施の形態２２
第２６図は、本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成の一例を示すもので、第２図に示した装置の吸着槽１に供給する次亜臭素酸含有液を下向きの流れとしたものである。
吸着槽１に原水を下方から供給すると、吸着材３に吸着するアンモニア性窒素は、下方が濃く、上方が薄くなる。よって、上方から次亜臭素酸含有液を供給することで、アンモニア性窒素と次亜臭素酸及び次亜臭素酸含有液中のナトリウムイオンの濃度差が大きくなり、アンモニア性窒素のゼオライトからの脱着効率やアンモニア性窒素の窒素変換効率が向上する効果がある。
本実施の形態においては、吸着槽１の上方から次亜臭素酸含有液を供給するのにポンプ１２を用いたが、次亜臭素酸含有液貯槽２を吸着槽１の上方に固定し、落差を利用して次亜臭素酸含有液を吸着槽１に供給しても良い。
なお、本実施の形態においては、吸着槽１に供給する原水を上向流、次亜臭素酸含有液を下向流としたが、吸着槽１に供給する次亜臭素酸含有液を上向流、原水を下向流としても同様の効果が得られる。
ここでは、第２図に示す装置のみについて述べたが、第５図から第１１図、第１３図から第２５図に示す装置についても、吸着槽１に供給する次亜臭素酸含有液を下向流とすることで、上記と同様の効果が得られる。
実施の形態２３
次に、本発明の操作条件を限定するため、第９図に示す装置構成を基本とした第２７図に示す装置を用いて、以下の実験を行った。第２７図において一点鎖線はアンモニア水供給ライン、二点鎖線は排水ラインを示している。また、ポンプ１１、ポンプ２４における流量は１０ｍＬ／ｍｉｎ、アンモニア含有水貯槽８３におけるＮＨ４−Ｎ濃度は１００ｍｇＮ／Ｌ、臭化ナトリウム溶液貯槽１８におけるＢｒ濃度は６００ｍｇＢｒ／Ｌ、オゾン発生器２０におけるオゾン濃度及び流量は各々５０ｍｇ／Ｌ及び０．７Ｌ／ｍｉｎ、次亜臭素酸生成槽２２における溶液量は１Ｌである。なお、実験開始時は、全てのラインは閉の状態にとした。以下、操作手順を示す。
まず初めに、第２７図にて一点鎖線で示したアンモニア水供給ライン７を開き、ポンプ１１を起動させ、ゼオライト３を充填した吸着槽１にアンモニア含有水を下方から注入し、吸着槽１上部から排出される溶液を処理水として貯槽１２３に溜めた。アンモニアは吸着槽１を通過する際にゼオライト３に吸着される。以上を吸着工程と称する。
次に、アンモニア水供給ライン７を閉じ、ポンプ１１を停止した後、第２７図にて二点鎖線で示した排水ライン３６と排水弁３７を開き、吸着槽１内からアンモニア水を排出した。その後、排水弁３７と排水ライン３６を閉じ、次亜臭素酸供給ライン４を開き、オゾン発生器２０及びポンプ２３、２４を起動させた。ポンプ２３により供給されるナトリウムイオンと臭素イオンを含む溶液とオゾン発生器２２から供給されるオゾンが次亜臭素酸生成槽２２内で接触して次亜臭素酸とナトリウムイオンを含む溶液へ変換され、これがポンプ２４により吸着槽１へ注入される。この時、吸着槽１内ではゼオライト３に吸着しているアンモニアが次亜臭素酸によって脱窒されて窒素ガスになり、窒素ガス排気口６から大気中へと放散される。また、同時に、次亜臭素酸が臭素イオンへと変換される。吸着槽１から排出される臭素イオン含有水は、回収ライン３０を通って次亜臭素酸生成槽２２へと戻される。このとき、ポンプ２３を臭素イオン含有水の回収が始まる直前に停止させる。以上を脱窒工程称する。
吸着槽１内のアンモニアが全て窒素に変換された後は、ポンプ２４を逆回転させることにより吸着槽１内の次亜臭素酸を全て次亜臭素酸生成槽２２に戻す。その後、次亜臭素酸供給ライン４を閉じ、オゾン発生器２０及びポンプ２４を停止させる。
以上の操作を１処理サイクルとし、処理サイクルごとに処理水のアンモニア濃度、次亜臭素酸含有液の次亜臭素酸（ＨＢｒＯ）濃度、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）濃度、臭素イオン（Ｂｒ−）濃度、臭素酸イオン（ＢｒＯ３−）濃度、ｐＨ臭素イオン含有水の次亜臭素酸（ＨＢｒＯ）濃度、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）濃度、臭素イオン（Ｂｒ−）濃度、ｐＨ等を測定した。その結果、以下の関係が判明した。
１処理サイクルにおいて、ゼオライトに吸着したアンモニア量ＭＮＨ３（ｇ）、脱窒工程において吸着槽に供給されたＨＢｒＯ量ＭＨＢｒＯ（ｇ）、次亜臭素酸含有液に含まれるＮａ＋濃度ＣＮａ＋（ｇ／Ｌ）とすると、処理水量あたりのアンモニア除去率と（ＭＮＨ３×ＣＮａ＋）／ＭＨＢｒＯとの間に、第２８図に示す関係が認められた。第２８図より、本発明によれば、（ＭＮＨ３×ＣＮａ＋）／ＭＨＢｒＯ＝０．０１〜０．１２であれば効率よく廃水のアンモニア処理を行うことができることが分かる。さらに、（ＭＮＨ３×ＣＮａ＋）／ＭＨＢｒＯ＝０．０４〜０．０６であれば最適であることが分かる。
実施の形態２４
また、実施の形態２３と同様の実験を行ったところ、以下の関係が得られた。
即ち、脱窒工程で次亜臭素酸生成槽に供給される臭素イオン含有水中のＢｒ−量ＭＢｒ（ｇ）、脱窒工程で次亜臭素酸生成槽に供給されるオゾン量ＭＯ３（ｇ）とすると、処理水量あたりのアンモニア除去率とＭＯ３／ＭＢｒとの間に、第２９図に示す関係が認められた。また、次亜臭素酸含有液のＢｒＯ３−濃度とＭＯ３／ＭＢｒとの間に、第３０図に示す関係が認められた。さらに、次亜臭素酸含有液のＢｒ−量とＭＯ３／ＭＢｒとの間に、第３１図に示す関係が認められた。第２９図より、本発明によれば、ＭＯ３／ＭＢｒ＝１．２以上であれば効率よく排水のアンモニア処理を行えることが見出された。第３０図より、本発明によれば、ＭＯ３／ＭＢｒ＝１．５以下であれば副生成するＢｒＯ３−の濃度が水道水におけるＢｒＯ３−の最大許容濃度１０μｇ／Ｌ（米国環境保護庁（ＵＳＥＰＡ）の消毒剤／消毒副生成物規則（Ｄ／ＤＢＰ  ｒｕｌｅ））以下であることが見出された。また、ＭＯ３／ＭＢｒ＝０．８以下であれば、ＢｒＯ３−を全く生成しないことが見出された。第３１図より、本発明によれば、ＭＯ３／ＭＢｒ＝１．２以上であれば次亜臭素酸含有液中にＢｒ−が含まれず、Ｂｒ−の過剰投与が防げる事が見出された。
以上、本発明によれば、ＭＯ３／ＭＢｒ＝０．８〜１．５であれば効率よくかつ安全に排水のアンモニア処理を行うことができることが判明した。また、ＭＯ３／ＭＢｒ＝０．８〜１．２であればさらに効率よくかつ安全に排水のアンモニア処理を行うことができ、最適である。
実施の形態２５
さらに、実施の形態２３と同様の実験を行ったところ、以下の関係が判明した。
即ち、原水アンモニア濃度ＣＮＨ３（ｍｇ／Ｌ）、処理水量Ｌ（Ｌ／ｍｉｎ）、吸着工程時間ＴＮＨ３（ｍｉｎ）、吸着槽に充填するゼオライトの量Ｚ（ｇ）とすると、処理水量あたりのアンモニア除去率と（ＣＮＨ３×Ｌ×ＴＮＨ３）／Ｚとの間に、第３２図に示す関係が認められた。第３２図より、本発明によれば、（ＣＮＨ３×Ｌ×ＴＮＨ３）／Ｚ＝２．０であれば、効率よくアンモニア処理を行うことができることが判明した。また、ＭＯ３／ＭＢｒ＝０．５〜２．０であれば、ゼオライトの過剰投与を防止でき、最適である。
実施の形態２６
さらに、実施の形態２３と同様の実験を行ったところ、以下の関係が判明した。
即ち、処理水量あたりのアンモニア除去率と次亜臭素酸含有液のｐＨとの間に、第３３図に示す関係が認められた。アンモニアはｐＨが低くなるとアンモニウムイオンに変換され、アンモニウムイオンは反応性が乏しいため、アンモニアの面からはｐＨは高い方が望ましい。また、ＨＢｒＯはｐＨが低くなるとＢｒＯ−に変換され、ＢｒＯ−はアンモニアと反応しないため、ＨＢｒＯの面からはｐＨは低い方が望ましい。第３３図より、本発明によれば、次亜臭素酸含有液のｐＨが５〜８であれば効率よくアンモニア処理を行うことができることが判明した。さらに、次亜臭素酸含有液のｐＨが６〜７であれば最適である。
産業上の利用可能性
以上、本発明にかかる窒素化合物含有水処理方法によれば、窒素化合物含有水を吸着剤に接触させることにより窒素化合物含有水中の窒素化合物を吸着剤に吸着除去する工程と、窒素化合物が吸着された吸着剤を酸化剤を含む酸化剤含有液で処理することにより窒素化合物を分解除去する工程を備えているため、排水中に含まれる低濃度の窒素化合物を吸着剤に吸着させることにより濃度を高めた後に酸化剤による分解反応が実行でき、工場排水や生活排水等に含まれるアンモニア性窒素のような窒素化合物を効率的に処理することが可能となる。また、窒素化合物の吸着手段への吸着と、次亜臭素酸による窒素化合物の分解を別工程としたことにより、酸化剤である次亜臭素酸が処理装置外へ流出することを抑制でき、外部環境に対し安全性の高い窒素化合物含有水処理方法が実現できる。
また、かかる処理方法をアンモニア性窒素もしくはアンモニウム塩類もしくはアンモニア構造類似物またはこれらの混合物に適用した場合には、窒素化合物が酸化剤により分解され、無害な窒素が生成されるため、さらに安全性の高い窒素化合物含有水処理方法が実現できる。
さらに、かかる酸化剤として次亜臭素酸を用いた場合には、窒素生成に際して残存性の化合物が生成されることがなく、メンテナンスが容易で、かつ安全性の高い窒素化合物含有水処理方法が実現できる。
かかる窒素化合物含有水処理方法によれば、分解除去に用いられた酸化剤含有液を、窒素化合物の分解除去に再利用した場合には、窒素化合物の分解に用いる酸化剤の消費量を抑制することができる。また、酸化剤含有液の再利用前に、酸化剤含有液をオゾン処理する場合には酸化剤の再生が容易となり、さらに、分解除去に用いられた酸化剤含有液が臭素イオンを含む場合には、オゾン処理により次亜臭素酸に再生することができ好適である。
かかる窒素化合物含有水処理方法によれば、吸着剤を無機系吸着剤とした場合には、酸化剤等による吸着剤の吸着性の劣化等がない、信頼性の高い窒素化合物含有水処理方法が実現でき、特に、かかる無機系吸着剤としてゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせを用いた場合には安定なアンモニア性窒素の吸着除去、窒素ガスへの変換が実現でき好適である。
かかる窒素化合物含有水処理装置によれば、窒素化合物含有水の導入経路と、一方で導入経路に接続されると共に他方で排出経路に接続され、内部に吸着剤を含有してなる吸着手段と、窒素化合物含有水を導入経路から吸着手段に導入することにより窒素化合物含有水に含まれた窒素化合物を吸着除去し、次いで排出経路へ排出する供給手段と、吸着手段に接続され窒素化合物の吸着除去処理後に酸化剤含有液を吸着手段に導入し、酸化剤含有液を吸着剤に所定時間接触させることにより吸着剤に吸着された窒素化合物を分解除去する酸化剤供給手段を備えるため、排水等にわずかにしか含まれない窒素化合物であっても吸着剤に吸着させることにより濃度を高めることができ、窒素化合物の濃度を高めた状態で酸化剤により分解できるため分解効率が高い処理装置が実現できるという効果がある。また、有害な窒素化合物を分解することで無害化することが可能で、安全性の高い窒素化合物処理装置が実現できる。
かかる処理装置は、上述のアンモニア性窒素もしくはアンモニウム塩類もしくはアンモニア構造類似物またはこれらの混合物の処理に適用した場合には、酸化剤による分解で、無害な窒素が生成されるため、より安全性の高い窒素化合物処理装置が実現できる。また、かかる酸化剤として、次亜臭素酸を用いた場合には、窒素化合物の分解に際して残存性の化合物を生成することがなく、メンテナンス性の良好な窒素化合物処理装置が実現できる。
この発明に係る窒素化合物含有水処理装置においては、窒素化合物を分解除去した後に酸化剤含有液を吸着手段から回収して窒素化合物の分解に再利用する酸化剤回収手段を備えた場合には、窒素化合物の分解に用いる酸化剤の消費量を抑制した窒素化合物含有水処理装置が実現できる。
また、かかる処理装置においては、酸化剤含有液の再利用前に、酸化剤含有液にオゾンを接触させて酸化剤含有液をオゾン処理するオゾン処理手段を備えた場合には、酸化剤の再生が容易な窒素化合物含有水処理装置が実現できる。
かかる処理装置においては、分解除去に用いられた酸化剤含有液が臭素イオンを含み、オゾン処理により次亜臭素酸に変換される場合には、再生した次亜臭素酸を次の窒素化合物の分解に利用することにより次亜臭素酸の消費量を抑制することができる。
また、かかる処理装置においては、酸化剤含有液の回収後に吸着手段に洗浄剤を投入する洗浄剤投入手段と、吸着手段から洗浄剤を排出する洗浄剤排出手段と、洗浄剤を吸着手段に所定時間滞留させることにより吸着手段を洗浄し、吸着手段に残存する酸化剤含有液に含まれる酸化剤の量を所定値以下にする洗浄手段を備えた場合には、酸化剤が外部放出される危険性を抑制した安全な処理装置が実現できる。
かかる処理装置においては、吸着剤として上述の無機系吸着剤を用いた場合には、有機吸着剤を用いた場合に生じる酸化剤による吸着剤の劣化が抑制され、信頼性の高い処理装置が実現できる。また、かかる無機系吸着剤としてゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせにて構成されたものを用いた場合には、アンモニア性窒素の吸着除去の安定性がさらに高まるともに窒素ガスへの変換が容易となり、高効率かつ高信頼性の窒素化合物含有水処理装置が実現できる。
本発明にかかる窒素化合物含有水処理方法において、酸化剤が、電気分解にて生成されてなる次亜塩素酸又は次亜臭素酸である場合には低コストで窒素化合物含有水を処理する方法が実現される。また、分解除去に用いられた酸化剤含有液が、窒素化合物の分解除去に再利用される場合には、さらに低コスト化が図られ好適である。さらに、酸化剤含有液の再利用前に、酸化剤含有液が電気分解される場合には酸化剤含有液を効率的に利用でき、好適である。
かかる処理方法において、分解除去に用いられた酸化剤含有液が塩素イオン又は臭素イオンを含み、電気分解により次亜塩素酸又は次亜臭素酸に変換された場合には、酸化剤を簡便に再生することができ、好適である。また、吸着剤が無機系吸着剤である場合には、耐久性の高い処理方法が実現でき、好適である。さらに、無機系吸着剤がゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせにて構成された場合には、市販の材料を用いることができ、特に、ゼオライト、活性炭のいずれかまたはこれらの組み合わせにて構成された場合には低コストな処理方法が提供でき、好適である。
本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置において、酸化剤供給手段の上流側に電気分解手段を備え、酸化剤がこの電気分解手段にて生成されてなる次亜塩素酸又は次亜臭素酸で構成された場合には、酸化剤を低コストにて供給できる処理装置が提供でき、好適である。また、窒素化合物を分解除去した後に酸化剤含有液を吸着手段から回収して窒素化合物の分解に再利用する酸化剤回収手段を備えた場合には、酸化剤の回収を容易とする処理装置が実現でき、好適である。さらに、分解除去に用いられた酸化剤含有液が塩素イオン又は臭素イオンを含み、電気分解により次亜塩素酸又は次亜臭素酸に変換された場合には、酸化剤の再利用を容易とする処理装置が実現でき、好適である。
かかる処理装置において、酸化剤含有液の回収後に吸着手段に洗浄剤を投入する洗浄剤投入手段と、吸着手段から洗浄剤を排出する洗浄剤排出手段と、洗浄剤を吸着手段に所定時間滞留させることにより吸着手段を洗浄し、吸着手段に残存する酸化剤含有液に含まれる酸化剤の量を所定値以下にする洗浄手段を備えた場合には、処理水と酸化剤含有液の分離を容易とする処理装置が実現でき、好適である。また、吸着剤が無機系吸着剤である場合には、装置の耐久性が全体的に向上し、好適である。さらに、無機系吸着剤がゼオライト、活性炭、イオン交換性樹脂のいずれかまたはこれらの組み合わせにて構成された場合には、流通性の高い材料が使用でき、特にゼオライト、活性炭のいずれかまたはこれらの組み合わせにて構成された場合には安価な処理装置が実現されるため、好適である。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第２図は、本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図、第３図はアンモニア窒素の処理時間とゼオライトのアンモニア窒素吸着能の経時変化を示す図、第４図はゼオライトへの次亜臭素酸の供給速度とゼオライトのアンモニア窒素変換率の関係を示す図である。また、第５図〜第１１図は、本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図であり、第１２図は、ゼオライトのアンモニア窒素変換率に及ぼす次亜臭素酸中のＮａ＋濃度の影響を示す図である。さらに、第１３図〜第２７図は、本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置の構成説明図である。また、第２８図は、本発明にかかる窒素化合物含有水処理装置のアンモニア処理能力を説明する図、第２９図は、次亜臭素酸生成塔に供給される臭素イオン含有水中の臭素イオン含有量及びオゾン供給量とアンモニア除去率の関係を示す図、第３０図は、ＢｒＯ３−濃度と臭素酸イオン含有量及びオゾン供給量との関係を示す図、第３１図は、次亜臭素酸含有液中のＢｒ−濃度と臭素酸イオン含有量及びオゾン供給量との関係を示す図、第３２図は、原水アンモニア濃度、処理水量、吸着工程時間、ゼオライト量とアンモニア除去率との関係を示す図、第３３図は、アンモニア除去率に対する次亜臭素酸含有液のｐＨ値の関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
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