JP2004097932A - Water treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理装置に関し、特に、電解により発生した化合物を用いて汚水等を処理するための水処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、電解槽に廃水等の被処理水を通し、電解により発生した化合物を用いて被処理水を処理する技術が開示されている(特許文献1〜特許文献5)。これらの従来技術では、被処理水に含まれる硝酸性窒素等の窒素化合物を、電解により酸化または還元させ、さらに、電解により生成した次亜ハロゲン酸またはハロゲン酸を硝酸性窒素等の還元により生じたアンモニア等と反応させて、窒素ガスとして被処理水から除去させている。
【0003】
また、特許文献3〜特許文献5では、さらに、鉄化合物を添加したり、鉄やアルミニウムで陽極を構成することにより、被処理水中のリンおよびコロイド状の不純物を凝集させ除去する技術が記載されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−155463号公報
【0005】
【特許文献2】
特開平10−000473号公報
【0006】
【特許文献3】
特開2000−117259公報
【0007】
【特許文献4】
特開2000−334465公報
【0008】
【特許文献5】
特開2001−252667公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
なお、従来から、このような水処理装置において窒素化合物やリン化合物の除去についての処理能力の向上が、常に、求められてきた。
【0010】
本発明は上述したかかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、水処理装置において、被処理水に対する処理能力の向上を図ることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のある局面に従った水処理装置は、被処理水を導入され、電極対を備える電解槽と、前記電解槽で処理された被処理水を導入され、凝集剤を添加するための凝集剤添加槽と、前記凝集剤添加槽で処理された被処理水を導入され、当該被処理水内の凝集物を沈殿させるための沈殿槽とを含むことを特徴とする。
【0012】
本発明のある局面に従うと、電解槽で、被処理水に対して窒素除去等の処理を施した後、凝集剤添加槽で、リン化合物等の凝集を行なうことができ、そして、凝集物は、沈殿槽で沈殿させることができる。つまり、被処理水に対して、リン除去のための凝集や沈殿が、電解槽とは異なる槽で行なうことができる。
【0013】
これにより、確実に、被処理水中のリン化合物等の除去が可能となる上に、電解槽において電解反応を阻害するおそれのある汚泥等の蓄積を抑えることができるため、水処理装置における被処理水に対する処理能力を向上できる。
【0014】
また、本発明の水処理装置では、前記電解槽は、前記可溶性電極を備える第1の電解槽と、不溶性金属電極からなるアノード電極と銅合金、鉄、鉄合金、または、不溶性金属電極からなるカソード電極とを備える第2の電解槽とを含むことが好ましい。
【0015】
これにより、第1の電解槽で、電極から金属イオンを溶出させて被処理水中のリン化合物と反応させることができ、第2の電解槽で、窒素酸化物をアンモニアに変換できる。
【0016】
また、本発明の水処理装置では、前記可溶性電極は、鉄、鉄合金、アルミニウム、または、アルミニウム合金であることが好ましい。
【0017】
本発明の他の局面に従った水処理装置は、被処理水を導入され、不溶性金属電極からなる第1の電極と、前記第1の電極と逆の極性を与えられる電極であって周期表VIII族の金属を含む導電体からなる第2の電極とを備える電解槽と、前記第1の電極と前記第2の電極に与える極性を反転させる極性反転部とを含むことを特徴とする。
【0018】
本発明の他の局面に従うと、第2の電極は、カソード電極とされた場合には被処理水内の窒素酸化物を還元し、アノード電極とされた場合には、鉄またはアルミニウムイオンを溶出して被処理水内のリン化合物の凝集剤となる。
【0019】
これにより、水処理装置は、被処理水の窒素除去および窒素酸化物の除去が可能になるため、処理能力を向上される。
【0020】
本発明のさらに他の局面に従った水処理装置は、不溶性金属電極からなるアノード電極、および、銅合金、鉄、鉄合金、または、不溶性金属電極からなるカソード電極とを備え、被処理水を導入される電解槽を含むことを特徴とする。
【0021】
本発明によると、カソード電極で窒素酸化物を還元することによりアンモニアに変換し、アノード電極では被処理水内のハロゲン化合物からハロゲン酸または次亜ハロゲン酸を生成できる。
【0022】
これにより、水処理装置は、アンモニアをハロゲン酸または次亜ハロゲン酸と反応させることにより、効率良く、窒素酸化物を、気体の窒素に変換できる。つまり、水処理装置の処理能力が向上される。
【0023】
本発明の別の局面に従った水処理装置は、鉄を含む合金からなる、互いに独立して極性を与えられる複数の電極を含む電解槽と、前記複数の電極に与える極性を制御する極性制御部とを含むことを特徴とする。
【0024】
本発明の別の局面に従うと、アノード電極とされた場合には被処理水内にリン化合物の凝集剤を構成する鉄イオンを溶出し、かつ、カソード電極とされた場合には被処理水内の窒素酸化物をアンモニアに還元できる鉄電極を、場合に応じてアノード電極またはカソード電極として選択的に利用できる。
【0025】
これにより、水処理装置では、被処理水のリン除去の能力と窒素除去の能力の割合を選択的に発揮できるようになるため、被処理水の内容が変化しても高い処理能力を発揮できる。
【0026】
また、本発明の水処理装置は、前記電極槽内のリン化合物の量および窒素酸化物の量を検知できる検知部をさらに含み、前記極性制御部は、前記検知部の検知出力に応じて、前記複数の電極のそれぞれに与える極性および当該複数の電極に流す電流値を制御することが好ましい。
【0027】
また、本発明の水処理装置は、前記電解槽内の水量を一定に保つための水量制御部をさらに含むことが好ましい。
【0028】
また、本発明の水処理装置では、前記電解槽は、ホッパー型であり、その底部にドレインバルブを備えることが好ましい。
【0029】
また、本発明の水処理装置では、前記電解槽は、当該電解槽内で発生した気体を外部へ排出する機構を備えることが好ましい。
【0030】
また、本発明の水処理装置は、前記電解槽で処理される被処理水の流路内に設置された、被処理水に含まれる液体と固体とを分離する分離手段をさらに含むことが好ましい。
【0031】
また、本発明の水処理装置は、前記電解槽内に塩素化合物を供給する塩素化合物供給部をさらに含むことが好ましい。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、同一の部品には、特記された場合を除き、同一の符号が付され、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【0033】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に示す水処理装置は、主に、家庭用排水や工場排水を処理する大規模な排水処理施設に適用されるものであるが、家庭用合併浄化槽等の中小規模の排水処理施設に適用することもできる。また、以下に示す水処理装置によれば、特に、生活排水やメッキ工場の廃水等に含まれる窒素化合物を、電解処理により、被処理水から除去することができる。
【0034】
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態である水処理装置を含む水処理システムの処理工程を模式的に示す図であり、図2は、図1の処理工程を具体化した家庭用合併浄化槽の模式的な縦断面図である。
【0035】
図1および図2を参照して、本実施の形態の水処理システムは、主に、タンク1および電解槽100から構成される。タンク1は、地中に埋設されている。タンク1の内部は、第一仕切壁2、第二仕切壁3、第三仕切壁4および第四仕切壁20により、第一嫌気ろ床槽5、第二嫌気ろ床槽10、接触ばっ気槽14、沈殿槽19および消毒槽21に区画されている。また、タンク1の上部は、複数のマンホール28で蓋をされている。さらに、タンク1内部の部材は、タンク1の外部にある部材(第三ブロア30等)に接続されている。そして、図2では、第三ブロア30等の、タンク1の外部にある部材を、便宜上、タンク1の上方に記載しているが、これらの部材は、必ずしもタンク1の上方に設置されるものではない。
【0036】
第一嫌気ろ床槽5は、被処理水である生活雑排水が流入する流入口6を備え、その内部に第一嫌気ろ床7を配設されている。つまり、第一嫌気ろ床槽5は、生活雑排水が流入するため、本実施の形態では、共雑物除去槽でもある。そして、本実施の形態では、第一嫌気ろ床槽5により、流入槽が構成されている。第一嫌気ろ床槽5では、生活雑排水中の難分解性の雑物が沈殿分離されるとともに、第一嫌気ろ床7に付着した嫌気性微生物により生活雑排水中の有機物が嫌気分解される。また、硝酸性の窒素が、窒素ガスへと還元される。
【0037】
また、第一嫌気ろ床槽5には、第一移流管8が備えられている。また、第一仕切壁2の上部には、第一給水口9が形成されている。第一移流管8の一端は第一嫌気ろ床槽5内に、他端は第二嫌気ろ床槽10内に、配置されている。第一嫌気ろ床槽5で嫌気分解された処理水は、第一移流管8を介して、後退する第二嫌気ろ床槽10に供給される。
【0038】
第二嫌気ろ床槽10には、第二嫌気ろ床11が備えられている。第二嫌気ろ床11により、浮遊物質が捕捉され、嫌気性微生物により有機物が嫌気分解され、硝酸性の窒素が窒素ガスへと還元される。
【0039】
第二嫌気ろ床槽10には、第二移流管12が備えられている。また、第二移流管12の上部には、噴出装置32が取付けられている。噴出装置32は、第三ブロア30に接続されている。また、噴出装置32は、第二仕切壁3上部に貫通する第二給水口13を介して、第二嫌気ろ床槽10と接触ばっ気槽14を接続させている。
【0040】
噴出装置32は、第三ブロア30から空気を送られることにより、噴出口31から第二移流管12内に空気を吹出す。これにより、第二移流管12における、第二嫌気ろ床槽10から接触ばっ気槽14への処理水の供給が促進される。
【0041】
接触ばっ気槽14は、接触材15を備えている。接触材15は、好気性微生物の培養を促進するために備えられている。接触ばっ気槽14の底部付近には、第一散気管16が設けられている。
【0042】
第一散気管16は、その上端を第一ブロア17に接続されている。第一散気管16の下面側には、複数の孔が形成されている。そして、第一ブロア17から空気を送り込まれると、該空気は、該孔から気泡として放出される。なお、第一散気管16の下面側に孔が形成されることにより、上面または側面に孔が形成される場合よりも、汚泥がその内部に入り難い。
【0043】
第一散気管16から気泡が放出されることにより、接触ばっ気槽14は、好気状態に維持される。これにより、接触ばっ気槽14では、処理水は好気性微生物によって好気分解されるとともに、硝化され、アンモニア性窒素が、硝酸性の窒素へと分解される。接触ばっ気槽14内の好気性微生物には、硝化菌が含まれる。一般に、硝化菌とは、アンモニア酸化細菌と亜硝酸化細菌のことを指す。
【0044】
接触材15には、増殖して徐々に大きくなった生物膜が付着している。そして、第一散気管16から気泡が放出されると、接触材15に付着している生物膜は、剥離する。
【0045】
接触ばっ気槽14の下部には、ポンプ33が備えられている。また、ポンプ33の上方には、汚泥返送路34が接続され、汚泥返送路34の上端には、図の左側に延びるように、汚泥返送路35が接続されている。これにより、接触ばっ気槽14で生じた汚泥は、第一嫌気ろ床槽5に送られる。
【0046】
沈殿槽19の上部には、消毒槽21が設けられている。消毒槽21は、沈殿槽19の上澄みが流れ込むように、構成されている。また、消毒槽21には、殺菌装置22が備えられている。殺菌装置22には、塩素系等の薬品が備えられている。消毒槽19に流入した処理水は、該薬品に消毒され、排水口23を介して、電解槽100に送られる。なお、電解槽100の構成については、後述する。
【0047】
また、沈殿槽19には、第三移流管38およびポンプ39が備えられている。
接触ばっ気槽14内の処理水は、第三移流管38を介して、沈殿槽19に流れ込む。なお、この流れは、ポンプ39により、促進される。
【0048】
沈殿槽19と第一嫌気ろ床槽5は、第一返送管24により、接続されている。
第一返送管24は、その内部に、第二散気管25を備えている。第二散気管25は、第二ブロア26に接続されている。第二散気管25は、適宜、空気を噴出するための噴出孔を形成されている。そして、第二散気管25は、第二ブロア26から供給される空気を該噴出孔から噴出して、沈殿槽19内の処理水を、第一返送管24を介して、第一嫌気ろ床槽5に送り込む。
【0049】
なお、第一嫌気ろ床槽5の上部には、電解槽59が設けられている。電解槽59は、第一返送管24から被処理水を導入される。そして、電解槽59の内側には、電極対51,52が設けられている。電極対51,52は、それぞれ、電源57に接続されている。
【0050】
電解槽59内では、電極対51,52における電気分解(適宜、電解と略す)反応により、鉄イオンやアルミニウムイオン等の金属イオンが溶出する。これにより、電解槽59内では、溶出した金属イオンと処理水内のリン化合物等が反応して、水に難溶性の金属塩が生成し、凝集する。金属イオンとして鉄イオンが溶出した際、金属イオンの溶出は、式(1a)で表される。
【0051】
Fe→Fe3++3e− …(1a)
また、水に難容性の金属塩の生成の反応式の一例は、式(1b)で表される。
【0052】
Fe3++PO4 3− →FePO4 …(1b)
なお、生成される難容性の金属塩としては、主に、「FePO4 」,「Fe(OH)3 」,「FeOOH」,「Fe2 O3 」,および,「Fe3 O4 」の化合物を挙げることができる。つまり、被処理水に鉄イオンが供給されると、主に、上記した5種類の化合物が凝集する。
【0053】
電解槽59の下流側には、磁気処理ユニット60が設置されている。電解槽59内の被処理水が、磁気処理ユニット60内に流れ込む。
【0054】
磁気処理ユニット60では、被処理水が磁石と接触する。なお、Fe2 O3 やFe3 O4 は、磁石に引きつけられる。つまり、被処理水に鉄イオンが供給されて生じた凝集物は、Fe2 O3 やFe3 O4 を含むため、磁石に引きつけられる。これにより、Fe2 O3 やFe3 O4 とともに凝集しているFePO4 も、磁石に引きつけられ、被処理水から分離されることになる。
【0055】
磁気処理ユニット60で処理された後、被処理水は、再び、第一嫌気ろ床槽5に送られる。
【0056】
つまり、本実施の形態の水処理システムでは、図1に示すように、被処理水は、第一,第二嫌気ろ床槽5,14で処理された後、接触ばっ気槽14に送られ、さらに、沈殿槽19に送られる。沈殿槽19における被処理水は、沈殿する汚泥と共に、電解槽59を介して、第一嫌気ろ床槽5に返送される。なお、沈殿槽19から接触ばっ気槽14へも沈殿する汚泥と共に、被処理水は流れ、また、接触ばっ気槽14から第二嫌気ろ床槽10へも、接触剤15から剥離した汚泥と共に被処理水が流れ込む。沈殿槽19内の被処理水の上澄みは、消毒槽21に流れ込む。そして、消毒槽21内の被処理水は、排水口23を介して、電解槽100に送られる。電解槽59は、上述したように、被処理水中のリン成分を除去するための電解槽である。また、電解槽100は、後述するように、被処理水中の、硝酸イオン等の窒素酸化物を除去するための電解槽である。
【0057】
次に、電解槽100の構成について、図3をさらに参照して説明する。図3は、電解槽100の構造を模式的に示す図である。なお、図3には、電解槽100の周辺の部材も、合わせて記載されている。
【0058】
電解槽100には、タンク1から導入口110を介して被処理水が導入され、固液分離装置130から導入口111を介して被処理水を分離される。電解槽100内の被処理水には電極103,104が浸されている。電解槽100からは、排出口113を介して被処理水が排出される。導入口110,111からの被処理水の導入量、排出口113からの被処理水の排出量は、それぞれ弁110A,111A,113Aの開閉を制御することによって制御可能とされている。また、電解槽100には、内部で発生した気体を排出するための排気口112が形成され、排気口112は、弁112Aの開閉により、開閉が制御されている。
【0059】
固液分離装置130と導入口111との間には、ポンプ131が設置されている。固液分離装置130には、導入口116から、タンク1の被処理水が導入される。被処理水は、固液分離装置130で固体成分と液体成分とが分離され、液体成分が、導入口111を介して電解槽100に送られる。
【0060】
電解槽100内では、電極103,104が直流電源105から電力を供給されることにより、電極103が陽極、電極104が陰極とされて、被処理水の電気分解がなされる。電極103は、たとえば白金−イリジウム合金から構成される。なお、電極103としては、他に、貴金属もしくは貴金属をコーティングされた材料、貴金属を含む材料、貴金属を含む材料をコーティングされた材料、炭素電極、または、ステンレスからなる電極を挙げることができ、この中でも不溶性の金属電極が好ましい。ここで、貴金属を含む材料とは、たとえば、白金の酸化物、酸化イリジウム、セラミック中に貴金属を混ぜて焼成されたもの(酸化ケイ素、酸化チタン等)を挙げることができる。
【0061】
電極104は、銅−アルミニウム合金等の両性金属を含む合金、酸化されて、水酸化物イオン等の陰イオンと反応することにより凝集剤として作用する水に不溶性の化合物を生成する金属を含む合金により、もしくは、鉄やアルミニウムのように酸化されてリン酸イオンと反応することにより水に不溶性の化合物を生成する金属、または、そのような金属を含む合金とすることができる。また、電極104上では後述するように、硝酸イオンの還元が行なわれるため、電極104は、不溶性の金属電極により構成してもよい。
【0062】
また、電解槽100内に、水位センサ122およびpHセンサ123が備えられている。さらに、電解槽100内に、塩化ナトリウムおよび次亜塩素酸を供給する薬剤供給装置106が備えられている。薬剤供給装置106からは、管106Aを介して、電解槽100内に適宜薬剤が投与される。電解槽100内には、攪拌器107が備えられており、攪拌器107は、電解槽100外から適宜動力を与えられることにより、回転して電解槽100内の被処理水を攪拌する。電解槽100内で被処理水の処理が行なわれているときには、攪拌器107は適宜回転されている。
【0063】
また、水位センサ122およびpHセンサ123の検知出力を導入され、弁110A,111A,112A、113A、および、直流電源105の動作を制御する、制御回路120が備えられている。制御回路120は、たとえば、水位センサ122の検知出力に基づいて、電解槽100内の水量が一定になるように、弁110A,111A,113Aの開閉を制御する。また、制御回路120は、一定時間ごとに、弁112Aを開き、電解槽100内で発生した気体を電解槽100外に放出する。
【0064】
ここで、電極103,104上での主な電解反応およびそれに付随する反応について、以下の式(2)〜(11)を参照して、説明する。
【0065】
【数1】
【0066】
電解槽100内の被処理水中では、塩化ナトリウムが添加されることにより、上記した式(2),(3)の平衡が成立っている。また、電極103近傍では、上記の式(4)〜(6)に示すように、水の電気分解により酸素ガスが発生し、塩素イオンは塩素ガスとなり、塩素ガスの一部は水和して次亜塩素酸となる。また、電極104近傍では、上記した式(7),(8)に示すように、水の電気分解により水素ガスが発生し、ナトリウムイオンが水酸化物イオンと反応して水酸化ナトリウムが生成される。これにより、電極104近傍は、被処理水がアルカリ性となる。
【0067】
そして、電解槽100内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、電極104表面で、亜硝酸イオンを経て、アンモニアに還元される(式(9)〜式(11)参照)。なお、電極104がアルミニウムや亜鉛等の両性金属を含む場合には、当該両性金属が強アルカリ性で電極104から溶出するときに生成される電子も、式(11)において硝酸イオンの還元に使われると考えられる。また、硝酸イオンは、電極104上において還元されて直接窒素ガスとなる場合がある。
【0068】
上記のように生成したアンモニアは、上記のように生成した次亜塩素酸と結合して、以下の式(12)〜(14)のようにクロラミン類を生成する。また、生成したクロラミン類は、式(15),(16)のように、窒素ガスや一酸化二窒素に変換される。
【0069】
【数2】
【0070】
また、上記のように電極104から溶出したアルミニウム(以下の式(17)参照)は、式(18)に示すように、アルミニウムイオンとして被処理水中の水酸化物イオンと反応して水酸化アルミニウムとなったり、式(19)に示すように、アルミン酸としてナトリウムイオンと反応しアルミン酸ナトリウムとなる。
そして、生成したこれらの化合物によって、水中のコロイド(水中のSS(Suspended Solids)成分で粒径1〜0.01×10−6m程度の微細なもの)の電荷が中和され、粒子間の引力が働き、やがてフロックになり沈降する。
【0071】
【数3】
【0072】
さらに、電極104から溶出したアルミニウムイオンは、以下の式(20)に示すように、被処理水中のリン酸イオンと反応して、水に不溶性なリン酸アルミニウムとなり、沈降する。これにより、アルミニウムイオンによって、被処理水中のリン酸成分を除去できる。なお、本実施の形態では、陰極で、アルミニウムに代表される、リン酸成分およびSS成分を除去できる金属を溶出させるため、陽極でこれを溶出させる場合よりも、このような金属が電極付近で不動態化することを回避できる。
【0073】
【数4】
【0074】
本実施の形態では、電極104が、デバルダ合金のように、銅を主成分とし、銅よりもイオン化傾向の高い金属を含む合金によって構成された場合には、特に、硝酸イオンの還元が促進される。なお、被処理水中の窒素酸化物および/またはリン酸を除去を除去することのみを目的とするのであれば、電極104は、アルミニウム等の両性金属、当該電極104内の成分が溶出し、電解槽100内の陰イオンと反応して凝集剤として作用する化合物であって水に不溶性の化合物を生成する金属、または、酸化されてリン酸イオンと反応することにより水に不溶性の化合物を生成する金属の単体で構成されてもよい。
【0075】
図4に、固液分離装置130の一例を示す。
固液分離装置130には、その底部付近に、分離膜130Aが備えられている。分離膜130Aは、固液分離装置130内を上下に完全に仕切るものである。
【0076】
固液分離装置130の上方には、電解槽100へと被処理水を送る排出口115が設けられている。排出口115は、ポンプ131が接続されている。
【0077】
固液分離装置130内では、導かれた被処理水内の固体成分は、分離膜130Aを通りぬけることができない。これにより、固液分離装置130からは、固体成分を除かれた被処理水が、電解槽100に送られることになる。
【0078】
固液分離装置130の底部は、ホッパー型であり、弁130Cの開閉を適宜制御回路120に制御されることにより、当該底部の排出口130Bより、沈殿物等の固体成分が排出される。
【0079】
次に、電極103,104により構成される電極対101の構造について、より詳細に説明する。図5は、当該電極対の斜視図である。
【0080】
図5を参照して、電極対を構成する電極103,104は、電極支持部101A,101Bに取付けられている。電極支持部101A,101Bは、後述するように、それぞれ電極103,104を支持し、かつ、互いに組合されている。
電極支持部101A,101Bの上部からは、電極103,104を制御回路120に接続する配線101Xが延びている。
【0081】
図6に、電極103,104および電極支持部101A,101Bの構造を示す。また、図7に、電極103,104および電極支持部101A,101Bが、電解槽100上に取付けられるために組合わされた状態を側方から見た図を示す。
【0082】
電極103,104は、それぞれ、電極支持部101A,101Bに取付けられている。電極支持部101A,101Bは、電極103,104の上部に位置し、電解槽100内の処理水には、浸らないように、適宜支持されている。
【0083】
図6および図7を参照して、電極103,104は、それぞれ、その上部を、電極支持部101A,101Bにネジ止されている。電極支持部101Aには、電極支持部101Bと対向すべき面に、スペーサ101Cが取付けられている。
そして、電極支持部101Aと電極支持部101Bは、図7に示すように、スペーサ101Cを介して、対向するように組合わされ、固定される。スペーサ101Cの巾を適宜調整することにより、電極103と電極104の距離が調整される。
【0084】
ここで、電極支持部101A,101Bの構成を説明する。図8は、電極支持部101Aの斜視図である。電極支持部101Aは、直流電源105と電極103とを接続させるための配線を内包している。当該配線の一端は、コネクタ1010であり、他端は、コネクタ1011である。電極103は、電極支持部101Aにネジ止されることにより、コネクタ1010に、電気的に接続される。また、コネクタ1011は、直流電源105に、電気的に接続される。これにより、電極103は、電極支持部101Aにネジ止されることにより、直流電源105と、電気的に接続される。また、電極支持部101Bも、電極支持部101Aと同様に、2つのコネクタを有し、配線を内包している。そして、電極104は、電極支持部101Bにネジ止されることにより、直流電源105と、電気的に接続される。
【0085】
電極103,104および電極支持部101A,101Bがこのように構成されるため、電極103,104と電源装置38を結ぶ配線が、処理水内に横たわることを回避でき、また、これらの接続部であるコネクタが、処理水内に浸され腐食することを回避できる。
【0086】
図9に、電極103,103の、電極支持部101A,101Bへの取付態様を説明するための図を示す。
【0087】
電極支持部101Aには、電極103の上部を嵌め込むことができる切り欠き部101Eが形成されている。また、電極支持部102Aにも、同様の切り欠き部が形成されている。電極103,104は、それぞれ切り欠き部に、その上部を嵌め込まれ、ネジ止される。これにより、電解槽100内での電極103,104の位置がより確実に固定されるため、電解槽100内で電極反応の起こる位置が安定する。
【0088】
電極支持部101A,101Bと電極103,104とが、ユニット化されて輸送される場合、図10に示すように、ケースに収納されて輸送されることが好ましい。詳しくは、ユニット化された電極支持部101A,101Bと電極103,104は、電極103,104部分がケース1020の内部に収まるように、ケース1020と組合される。なお、組合される際に、電極支持部101A,101Bは、ケース1020に、ネジ102A,102Bによりネジ止される。
【0089】
図11に、電解槽100内の電解反応を模式的に示す。
電極103,104は、直流電源105により通電される。そして、電極103,104の一方をカソード電極とし他方をアノード電極として通電された場合、アノード側では、被処理水中に存在するハロゲンイオン(図11では塩化物イオン)が酸化され、ハロゲンガス(塩化物イオンが酸化された場合は塩素)が生成された後、当該ガスが被処理水中の水と反応して次亜塩素酸が生成される。一方、カソード側では、被処理水中の窒素成分(被処理水中の有機系窒素化合物等)が硝酸イオンに変換され、さらに、硝酸イオンがアンモニウムイオンに変換される。そして、このように電気化学的に生成された次亜塩素酸とアンモニウムイオンが反応することにより、窒素成分は、クロラミン類を経て、窒素ガスに変換される。本実施の形態では、電極103,104へは、互いに反対の極性の電位が与えられるが、当該極性は、交換可能とされている。したがって、電極103,104の一方を鉄を含む材料によって構成された場合には、当該鉄を含む電極を、あるときは、カソード側電極として、硝酸イオンを還元する電極として利用でき、またあるときは、アノード側電極として、鉄イオンを溶出させる電極として利用できる。
【0090】
また、図3および図11には、電解槽100内に、電極103,104からなる電極対101が1対だけセットされる状態が示されているが、これに限定されない。電極対101は、図12に示されるように、複数、セットされてもよい。
【0091】
次に、電解槽59内の電極対51の構成について、図13および図14を参照しつつ説明する。図13は、電極対51の斜視図である。また、図14は、電極対51を一部破断した場合の斜視図である。電極対52は、電極対51と同様の構成を有している。
【0092】
電極対51は、電極511,512の2枚の金属板を含む。該金属板は、たとえば、鉄やアルミニウムからなる。
【0093】
また、電極対51は、支持体510を含む。支持体510の上部には、取っ手510aが取付けられている。支持体510の左側面には、カバー513が取付けられている。詳しくは、カバー513には6個のネジ孔が形成され、それぞれのネジ孔を所定のネジでネジ止されることにより、カバー513が支持体510の左側面に取付けられる。カバー513には、ナット511a,511bにより、電極511が取付けられる。なお、上記したネジ孔には、ネジ孔513a,513b(図15参照),513c,513d,513eが含まれる。また、上記した所定のネジには、図15に示すネジ517a,517b,517c,517dが含まれる。
【0094】
支持体510の上部後方には、ガイド519dが取付けられ、ガイド519dから支持体510の上方に向けて、配線519が突出している。ガイド519dは、円筒状であり、配線519は、ガイド519dの内部に通されている。配線519の一端には、電源57に接続するためのコネクタ519cが接続されている。配線519の、ガイド519dより先(下方)にある部分から他端までは、支持体510とカバー513が組合されたものに内蔵される。なお、配線519は複数の配線(後述する配線519aを含む)を内包している。そして、配線519の他端は、内包された複数の配線のそれぞれに、後述する端子518(図15参照)等の端子が取付けられた状態となっている。
【0095】
ここで、図15および図16に、電極対51の、部分的な、一部破断された、分解斜視図を示す。なお、図16では、便宜上、配線519、コネクタ519c、配線519aおよび端子518を省略している。
【0096】
図15および図16をさらに参照して、カバー513と支持体510との間には、鉄やステンレス等からなる電極固定用治具515,516が備えられている。電極固定用治具515,516は、導伝体であって、腐食しにくい材料で構成されることが好ましい。
【0097】
電極固定用治具515は、突起部515a,515bを形成された板体である。突起部515a,515bは、カバー513に形成された孔を貫通できるように構成されている。電極511は、ナット511a,511bにより、突起部515a,515bと電気的に接続されるように、取付けられる。
【0098】
支持体510の中央よりやや後方であって、電極固定用治具515と電極固定用治具516との間には、端子518が備えられている。端子518は、配線519aの末端を構成している。配線519aは、配線519に内包される複数の配線の中の一つである。
【0099】
端子518は、電極固定用治具515がカバー513に取付けられ、かつ、カバー513が支持体510に取付けられたときに、突起部515aと接触する位置に配置されている。これにより、電極511は、突起部515aを介して、端子518と、電気的に接続される。
【0100】
なお、電極固定用治具516にも、突起部515a,515bと同様の突起部が形成されている。該突起部は、支持体510の左側面上に突出している。また、支持体510の中央よりやや前方であって、電極固定用治具515と電極固定用治具516との間には、端子518とは別の端子が備えられている。ここで言う別の端子は、配線519に内包される複数の配線の中の、配線519aとは別の配線の末端を構成している。そして、この別の端子は、電極固定用治具516に形成された突起部に電気的に接続され、該突起部は、電極512に接続される。これにより、該別の端子と電極512が、電気的に接続される。
【0101】
図示は省略したが、電極固定用治具515と電極固定用治具516との間であって該端子と端子518の間には、絶縁体が備えられている。これにより、支持体510とカバー513が組合されたものの内部で、電極511と電極512が短絡することを、確実に回避できる。
【0102】
電極固定用治具515は、ネジ514a〜514cにより、カバー513にネジ止される。また、電極固定用治具516は、ネジ514d〜514fにより、支持体510にネジ止される。
【0103】
支持体510とカバー513の間であって、カバー513がネジ止される場所よりも外側には、パッキン510bが設けられている。また、支持体510と電極固定用治具516の間であって、電極固定用治具516がネジ止される場所よりも外側には、パッキン510cが設けられている。さらに、カバー513と電極固定用治具515の間であって、電極固定用治具515がネジ止される場所よりも外側には、パッキン510cと同様のパッキンが設けられている。
【0104】
これにより、支持体510とカバー513とが組合された場合、支持体510とカバー513は、内部に水が入らないように、端子518および上記の別の端子を内蔵できる。
【0105】
図2に示したタンク1内では、電解槽59は、接触バッキ槽14に設けられている。なお、電解槽59は、第一嫌気漏床槽5、第二嫌気漏床槽10、または、沈殿槽19のように、タンク1内の他の槽に設けられても良い。さらに、電解槽59は、タンク1の外に、流入口6や排水口23に隣接するように、設けられても良い。
【0106】
また、本実施の形態の電解槽59は、電極対51,52が、ケース54に囲まれている。なお、電解槽59において、ケース54を、底を有し、該底に弁を有するような槽とすることもできる。ここで、弁は、槽外へ、槽内で生じる不溶性の沈殿物を排出するために設けられる。このような槽内に、電極対51,52が設置されることにより、電極対51,52における電解反応が他の槽(第一嫌気漏床槽5等)の汚泥に阻害されることを回避できる。
【0107】
なお、タンク1の循環流量は、3Qである。なお、Qとは、タンク1に流入する水量である。つまり、タンク1内では、流入する水量の3倍の水量が、循環される。
【0108】
また、電極対51,52における電解反応は、溶出する鉄イオンまたはアルミニウムイオンの濃度が、処理水中のリンのモル濃度の1〜3倍となるように、行なわれる。なお、上記の電解反応は、鉄イオンまたはアルミニウムイオンの濃度が、好ましくは、処理水中のリンのモル濃度の1〜2倍程度、さらに好ましくは、1.5倍程度になるように、制御される。このために、電解反応において、電極における電流密度は、0.1mA/cm2 以上になるように制御され、多くの場合、0.3mA/cm2 程度となるように制御される。
【0109】
このように、電極における電流密度が制御されることにより、電極表面の酸化物皮膜や有機性付着物の生成を防止でき、かつ、これらを除去できると考えられる。アノード側の電極で生成されると考えられる水酸化鉄や有機性付着物を、カソード側で発生する水素ガスや第三散気管53によるバッキによって除去できると考えられるからである。したがって、上記の電解反応における電流密度が低すぎる場合は、カソード側で発生する水素ガス量が低く、十分に、アノード側の付着物を除去できないと考えられる。なお、電解槽59における、第三散気管53のバッキ量は、15L/min程度とされる。
【0110】
たとえば、一日にタンク1に流入される生活排水の量を1200Lとし、タンク1内の各槽における循環流量を6000Lとした場合、電極511,512および電極対52を構成する電極に流される電流は650mA程度に制御される。
各電極における電流密度は、各電極の浸水面積を変化させることにより、制御できる。また、電極511と電極512の間隔は25mm程度にされ、電極間の電圧は常にモニタされる。また、各電極の極性は、所定時間(たとえば24時間)ごとに反転させることが好ましい。
【0111】
また、電極511,512の一方は、不溶性金属電極からなる。また、その他方は、周期表VIII族の金属、好ましくは鉄、を含む導電体からなる。
【0112】
また、本実施の形態では、図1および図2から理解されるように、電解槽100は、タンク1の後段に、つまり、2次処理後の被処理水が導入されるように、設置されていた。このように、被処理水の3次処理用の装置として電解槽100を利用する際の処理の流れとして、図17(B),(C)に、その変形例を示す。なお、図17(A)は、図17(B),(C)の処理の流れの一部分を示している。
【0113】
図17(A)および図17(B)を参照して、この例では、まず、被処理水は、工程200において、嫌気性処理および好気性処理がなされる。
【0114】
工程200での処理とは、図17(A)に示される工程での処理である。具体的には、嫌気ろ床槽201で処理された被処理水が、接触ばっ気槽202に送られる。接触ばっ気槽202での処理後の被処理水は、一部が剥離汚泥と共に嫌気ろ床槽201に返送され、一部は沈殿槽203に送られる。沈殿槽203内の被処理水は、一部は、沈殿汚泥と共に接触ばっ気槽202に返送されるが、一部は、次の工程へと送られる。
【0115】
そして、図17(B)を参照して、工程200での処理後の被処理水は、接触ばっ気槽210に送られる。当該接触ばっ気槽210の処理水は、沈殿槽211に送られる。なお、接触ばっ気槽210の剥離汚泥は、別途設けられた、沈殿槽、汚泥濃縮貯留槽、汚泥濃縮設備等に送られる。沈殿槽211の被処理水は、一部は、沈殿汚泥と共に、嫌気ろ床槽201(図17(A)参照)に送られ、一部は、砂ろ過原水槽212に送られた後、砂ろ過装置213に送られる。
【0116】
砂ろ過装置213で生じた洗浄排水は、リン除去用の電解槽214に送られた後、嫌気ろ床槽201に(図17(A)参照)返送される。砂ろ過装置213のろ過後の被処理水は、砂ろ過処理水槽215に送られた後、消毒槽216で消毒され、窒素除去用の100で処理された後、施設外に放流される。
【0117】
次に、図17(A)および図17(C)を参照して、図17(B)の変形例について説明する。
【0118】
この例でも、まず、被処理水は、工程200において、嫌気性処理および好気性処理がなされる。そして、工程200における処理後の被処理水は、中間流量調整槽220,凝集槽221,凝集沈殿槽222,リン除去用の電解槽223を循環される。なお、リン除去用の電解槽223の被処理水は、工程200内の嫌気ろ床槽201に送られる。凝集沈殿槽222内の上澄みは、消毒槽224に送られた後、窒素除去用の電解槽100で処理された後、施設外に放流される。
【0119】
また、以上説明した本実施の形態では、電解槽100では、所定時間ごとに被処理水を入れ替えるようにして、電解処理を行なわれてもよい。また、電解槽100では、電解槽100内の被処理水の硝酸イオン濃度および/またはリン酸イオン濃度を検知し、これらの濃度が予め定められた値を下回った時点で、制御回路120が弁110A,111A,113Aを適宜開閉し、電解槽100内の被処理水を入替えられて、電解処理が行なわれても良い。
【0120】
[第2の実施の形態]
図18は、本発明の第2の実施の形態である水処理装置を含む水処理システムを構成する装置の模式的な縦断面図である。
【0121】
電解槽100は、図2に示したようにタンク1の外に設置されても良いし、図18に示すようにタンク1内に設置されても良い。
【0122】
なお、電解槽100がタンク1内に設置される際には、電極103,104の間に流す電流値の制御は、電解槽100内の、ハロゲンイオン濃度および次亜ハロゲン酸イオン濃度、または、pH値に基づいて行なわれる必要がある。
【0123】
第1の実施の形態において、式(3)、式(6)等を用いて説明したように、電解槽100内には、ハロゲンイオンや次亜ハロゲン酸イオンが生成される。これらのイオンは、高濃度になれば、タンク1内の微生物に対して悪影響を及ぼすことが考えられる。
【0124】
このことから、本実施の形態では、電解槽100内のハロゲンイオン濃度および次亜ハロゲン酸イオン濃度が所定の濃度を越えないように、または、pHが所定の値を下回らないように、電極103,104の間に流される電流値が制御される。
【0125】
電解槽100が図18に示すようにタンク1内に設置された場合、図1に示した処理工程は、図19(A)に示すものに変更されることになる。また、図17(B),(C)に示した工程において、電解槽100をタンク1内に設置すると、それぞれの工程は、図19(B),(C)に示された工程に変更されることになる。
【0126】
[第3の実施の形態]
本実施の形態の水処理装置は、電解槽100がタンク1の外部等に取付けられた場合に、当該電解槽100から、改めて設けられた沈殿槽190を介して、外部に排出されるものである。
【0127】
本実施の形態では、図20に示すように、電解槽100には、導入口110から被処理水を導入される。電解槽100内には、電極103,104が、被処理水に浸されている。電解槽100の被処理水は、側部の排出口114から沈殿槽190に導入される。なお、電解槽100の底部には、排出口117が形成されている。排出口117は、バルブ117Aにより開閉される。本実施の形態の電解槽100では、排出口117から、沈殿物等を外部へ排出できる。なお、バルブ117Aの開閉は、制御回路120等、適宜設けられた制御部により、一定時間電極103,104への通電が行なわれるごと等に行なわれる。
【0128】
沈殿槽190には、分離膜190Aが備えられている。沈殿槽190に導入された被処理水の大部分は、分離膜190Aを通過して、外部に排出される。なお、沈殿槽190の底部には、当該沈殿槽190内で生じた沈殿物を排出するための排出口190Cが形成されており、排出口190Cは、バルブ190Bにより開閉される。バルブ190Bの動作も、制御回路120等の図示しない制御部により制御される。
【0129】
[第4の実施の形態]
本実施の形態の水処理装置は、図21に示すように、第3の実施の形態の電解槽100と沈殿槽190との間に、凝集槽600が備えられたものである。
【0130】
図21を参照して、本実施の形態では、電解槽100には、SS成分や沈殿物等を電極103等に近づけないようにするための膜108、電解槽100内に気泡を発することにより攪拌等を行なうためのバッキ管109、および、バッキ管109に空気を送るためのポンプ109Pが備えられている。また、凝集槽600には、当該凝集槽600内に導入する凝集剤を収容する凝集剤タンク601、導入剤タンク601内の凝集剤を凝集槽600内に送るポンプ602、凝集槽600から排出する被処理水内の固形成分を分離するための膜603、凝集槽600内に気泡を発することにより攪拌等を行なうためのバッキ管604、および、バッキ管604に空気を送るためのポンプ604Pが備えられている。
【0131】
電解槽100内に導入された被処理水は、電解処理を施された後、凝集槽600に送られる。凝集槽600では、凝集剤タンク601から凝集剤を添加されることにより、被処理水から、リン酸成分をリン化合物として凝集させ、除去できる。凝集剤としては、ポリ硫酸鉄等の鉄系化合物、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム系化合物、ポリグルタミン酸等の生分解性高分子を挙げることができる。そして、凝集槽600内の上澄み液が沈殿槽190に送られ、沈殿槽190から、外部に放出される。
【0132】
[第5の実施の形態]
本実施の形態の水処理装置は、図22に示すように、第4の実施の形態の凝集槽600の代わりに、リン除去用の電解槽59が備えられたものである。本実施の形態では、電解槽100内に導入された被処理水は、電解槽59に送られた後、沈殿槽190に送られて、そして、外部に放出される。なお、本実施の形態では、リン除去用の電解槽59に、凝集剤タンク601から凝集剤が添加される。
【0133】
[第6の実施の形態]
本実施の形態の水処理装置は、図23に示すように、第4の実施の形態の電解槽100と凝集槽600の間に、リン除去用の電解槽59が追加さられたものである。凝集槽600が備えられているため、本実施の形態の電解槽59では、第5の実施の形態の電解槽59のように、凝集剤は添加されない。
【0134】
本実施の形態の水処理装置では、電解槽100内に導入された被処理水は、電解槽59に送られ、凝集槽600に送られ、そして、沈殿槽190に送られて、外部に放出される。
【0135】
[第7の実施の形態]
本実施の形態の水処理装置では、電解槽100内にセットされる電極およびその制御態様に特徴を有する。本実施の形態の電解槽100内では、図24に示すように、円柱状の電極901の周りに、複数枚の板状の電極902〜905が設置されている。
【0136】
図25に、水処理装置の制御ブロック図の中の、電極901〜905の制御に関連のある部分のみを示す。
【0137】
電極901〜905は、直流電源900から電力を供給される。直流電源900は、制御部910によって動作を制御される。電極901は、不溶性の金属電極によって構成される。電極902〜905は、鉄を含む合金から構成される。
【0138】
電極901は、アノード電極とされる。また、電極902は、カソード電極とされる。そして、電極903〜905は、アノード電極とされる場合もあれば、カソード電極とされる場合もある。
【0139】
制御部910は、電解槽100内のリン濃度を検知するリン濃度センサ920および電解槽100内の窒素濃度を検知する窒素濃度センサ930の検知出力を参照できる。そして、制御部910は、リン濃度が当該リン濃度についての所定値よりも高く、窒素濃度が当該窒素濃度についての所定値よりも低い場合には、電解槽100においてリン除去を重点的に行なえるように、電極903〜905の中でアノード電極とされる電極がより多くなるように、直流電源900を制御する。これらの電極をアノード電極として、より多くの鉄イオンを溶出させるためである。
【0140】
また、制御部910は、電解槽100内のリン濃度および/または窒素濃度に応じて、電極901〜905に流す電流値を制御する。これにより、リン濃度および/または窒素濃度に応じて、電解によるリン除去および/または窒素除去の能力を調節できるとともに、特に電極901〜905がアノード電極とされた際に、必要以上に電極を溶出させず電極の長寿命化を図ることもできる。
【0141】
一方、制御部910は、リン濃度が当該リン濃度についての所定値よりも低く、窒素濃度が当該窒素濃度についての所定値よりも高い場合には、電解槽100において窒素除去を重点的に行なえるように、電極903〜905の中でカソード電極とされる電極がより多くなるように、直流電源900を制御する。これらの電極をカソード電極として、より多くの窒素酸化物を還元させるためである。
【0142】
なお、電極903〜905のいずれかがアノード電極とされた際には、他のカソード電極とされた電極と図26に示すように対向させることが好ましい。なお、図26では、電極903,905がアノード電極とされ、電極904がカソード電極とされた場合の好ましい配置を示している。
【0143】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。なお、各実施の形態は、単独でも、また、可能な限り組合せても、適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態である水処理装置を含む水処理システムの処理工程を模式的に示す図である。
【図2】図1の処理工程を具体化した家庭用合併浄化槽の模式的な縦断面図である。
【図3】図1の窒素除去用の電解槽の構造を模式的に示す図である。
【図4】図3の固液分離装置の一例を示す図である。
【図5】図3の電極対の斜視図である。
【図6】図3の電極および電極支持部の構造を示す図である。
【図7】図6の電極および電極支持部が、電解槽上に取付けられるために組合わされた状態を側方から見た図である。
【図8】図3の電極支持部の斜視図である。
【図9】図3の電極の、電極支持部への取付態様を説明するための図である。
【図10】図3の電極および電極支持部がケースに収納される状態を示す図である。
【図11】図3の電解槽内の電解反応を模式的に示す図である。
【図12】図3の電解槽内で、複数の電極対が備えられる状態を示す図である。
【図13】図1のリン除去用の電解槽内の電極対の構成を説明するための図である。
【図14】図1のリン除去用の電解槽内の電極対の構成を説明するための図である。
【図15】図13の電極対の、部分的な、一部破断された、分解斜視図である。
【図16】図13の電極対の、部分的な、一部破断された、分解斜視図である。
【図17】図1に示した被処理水に対する処理の流れの変形例を示す図である。
【図18】本発明の第2の実施の形態である水処理装置を含む水処理システムを構成する装置の模式的な縦断面図である。
【図19】図18の水処理システムにおける被処理水に対する処理の流れ、および、その変形例を示す図である。
【図20】本発明の第3の実施の形態である水処理装置を模式的に示す図である。
【図21】本発明の第4の実施の形態である水処理装置を模式的に示す図である。
【図22】本発明の第5の実施の形態である水処理装置を模式的に示す図である。
【図23】本発明の第6の実施の形態である水処理装置を模式的に示す図である。
【図24】本発明の第7の実施の形態である水処理装置の、電解槽における電極の配置を示す図である。
【図25】図24の電極の制御に関する制御ブロック図である。
【図26】図24に示した電極の配列の変形例を示す図である。
【符号の説明】
1 タンク、5 第一嫌気ろ床槽、10 第二嫌気ろ床槽、14 接触ばっ気槽、19,190 沈殿槽、51,52,101 電極対、59,100 電解槽、103,104 電極、105 直流電源、120 制御回路、600 凝集槽。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a water treatment apparatus, and more particularly to a water treatment apparatus for treating wastewater or the like using a compound generated by electrolysis.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, a technique has been disclosed in which water to be treated such as wastewater is passed through an electrolytic cell, and the water to be treated is treated using a compound generated by electrolysis (Patent Documents 1 to 5). In these conventional techniques, nitrogen compounds such as nitrate nitrogen contained in water to be treated are oxidized or reduced by electrolysis, and hypohalous acid or halogen acid generated by electrolysis is generated by reduction of nitrate nitrogen or the like. By reacting with the ammonia or the like, and removing it from the water to be treated as nitrogen gas.
[0003]
In addition,
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-155463
[0005]
[Patent Document 2]
JP-A-10-000473
[0006]
[Patent Document 3]
JP 2000-117259 A
[0007]
[Patent Document 4]
JP 2000-334465 A
[0008]
[Patent Document 5]
JP 2001-252667 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Heretofore, there has always been a demand for such a water treatment apparatus to have an improved treatment capacity for removing nitrogen compounds and phosphorus compounds.
[0010]
The present invention has been conceived in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to improve the treatment capacity of water to be treated in a water treatment apparatus.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A water treatment apparatus according to an aspect of the present invention is configured to introduce water to be treated, an electrolytic cell including an electrode pair, and to introduce water to be treated treated in the electrolytic cell, and to perform coagulation for adding a flocculant. An agent addition tank and a sedimentation tank for introducing the water to be treated treated in the coagulant addition tank and sedimenting aggregates in the water to be treated are provided.
[0012]
According to one aspect of the present invention, after subjecting the water to be treated to a treatment such as nitrogen removal in an electrolytic cell, a flocculant addition tank can coagulate a phosphorus compound or the like, and the coagulated material is Can be settled in a settling tank. That is, aggregation and precipitation for removing phosphorus can be performed on the water to be treated in a tank different from the electrolytic tank.
[0013]
This makes it possible to reliably remove the phosphorus compounds and the like in the water to be treated and to suppress the accumulation of sludge and the like that may hinder the electrolytic reaction in the electrolytic cell. The water treatment capacity can be improved.
[0014]
In the water treatment apparatus of the present invention, the electrolytic cell includes a first electrolytic cell including the soluble electrode, an anode electrode including an insoluble metal electrode, and a copper alloy, iron, an iron alloy, or an insoluble metal electrode. And a second electrolytic cell having a cathode electrode.
[0015]
Thus, metal ions can be eluted from the electrode in the first electrolytic tank and reacted with the phosphorus compound in the water to be treated, and nitrogen oxides can be converted to ammonia in the second electrolytic tank.
[0016]
Further, in the water treatment apparatus of the present invention, it is preferable that the soluble electrode is iron, an iron alloy, aluminum, or an aluminum alloy.
[0017]
A water treatment apparatus according to another aspect of the present invention includes a first electrode formed of an insoluble metal electrode into which water to be treated is introduced, and an electrode provided with a polarity opposite to that of the first electrode. An electrolyzer comprising a second electrode made of a conductor containing a Group VIII metal, and a polarity inversion section for inverting the polarity applied to the first electrode and the second electrode.
[0018]
According to another aspect of the present invention, the second electrode reduces nitrogen oxides in the water to be treated when used as a cathode electrode, and elutes iron or aluminum ions when used as an anode electrode. It becomes a coagulant for the phosphorus compound in the water to be treated.
[0019]
This allows the water treatment apparatus to remove nitrogen and nitrogen oxides in the water to be treated, thereby improving the treatment capacity.
[0020]
A water treatment apparatus according to still another aspect of the present invention includes an anode electrode made of an insoluble metal electrode, and a copper alloy, iron, an iron alloy, or a cathode electrode made of an insoluble metal electrode, for treating water to be treated. It is characterized by including an electrolytic cell to be introduced.
[0021]
According to the present invention, nitrogen oxide is converted to ammonia by reducing it at the cathode electrode, and halogen acid or hypohalous acid can be generated from the halogen compound in the water to be treated at the anode electrode.
[0022]
Thereby, the water treatment apparatus can efficiently convert nitrogen oxides into gaseous nitrogen by reacting ammonia with halogen acid or hypohalous acid. That is, the processing capacity of the water treatment device is improved.
[0023]
A water treatment apparatus according to another aspect of the present invention includes an electrolytic cell including a plurality of electrodes which are made of an alloy including iron, and which is provided with polarities independently of each other, and a polarity control which controls polarities provided to the plurality of electrodes. And a part.
[0024]
According to another aspect of the present invention, iron ions constituting the coagulant of the phosphorus compound are eluted in the water to be treated when the anode electrode is used, and in the water to be treated when the cathode electrode is used. An iron electrode capable of reducing nitrogen oxides to ammonia can be selectively used as an anode electrode or a cathode electrode depending on the case.
[0025]
Thereby, in the water treatment apparatus, since the ratio between the ability of removing phosphorus and the ability of removing nitrogen of the water to be treated can be selectively exhibited, a high treatment capacity can be exhibited even if the content of the water to be treated changes. .
[0026]
Further, the water treatment apparatus of the present invention further includes a detection unit capable of detecting the amount of the phosphorus compound and the amount of the nitrogen oxide in the electrode tank, the polarity control unit, according to the detection output of the detection unit, It is preferable to control the polarity applied to each of the plurality of electrodes and the value of the current flowing through the plurality of electrodes.
[0027]
Further, it is preferable that the water treatment apparatus of the present invention further includes a water amount control unit for keeping the amount of water in the electrolytic cell constant.
[0028]
In the water treatment apparatus of the present invention, it is preferable that the electrolytic cell is of a hopper type, and has a drain valve at a bottom thereof.
[0029]
In the water treatment apparatus of the present invention, it is preferable that the electrolytic cell has a mechanism for discharging gas generated in the electrolytic cell to the outside.
[0030]
In addition, the water treatment apparatus of the present invention preferably further includes a separation unit installed in a flow path of the water to be treated in the electrolytic cell, for separating liquid and solid contained in the water to be treated. .
[0031]
In addition, the water treatment apparatus of the present invention preferably further includes a chlorine compound supply unit that supplies a chlorine compound into the electrolytic cell.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals, unless otherwise specified, and have the same names and functions. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
[0033]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The water treatment system shown below is mainly applied to large-scale wastewater treatment facilities that treat domestic wastewater and industrial wastewater. It can also be applied. Further, according to the water treatment apparatus described below, in particular, nitrogen compounds contained in domestic wastewater, wastewater of a plating factory, and the like can be removed from the water to be treated by electrolytic treatment.
[0034]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram schematically showing processing steps of a water treatment system including a water treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. It is a typical longitudinal section of a merger septic tank.
[0035]
Referring to FIG. 1 and FIG. 2, the water treatment system according to the present embodiment mainly includes a tank 1 and an
[0036]
The first
[0037]
Further, the first
[0038]
The second
[0039]
The second
[0040]
The jetting
[0041]
The
[0042]
The upper end of the
[0043]
By releasing air bubbles from the
[0044]
The
[0045]
A
[0046]
A
[0047]
Further, the settling
The treated water in the
[0048]
The settling
The
[0049]
In addition, an
[0050]
In the
[0051]
Fe → Fe3++ 3e−… (1a)
In addition, an example of a reaction formula for generating a metal salt that is hardly soluble in water is represented by formula (1b).
[0052]
Fe3++ PO4 3-→ FePO4… (1b)
In addition, as the tolerable metal salt to be generated, mainly “FePO4”,“ Fe (OH)3"," FeOOH "," Fe2O3”And“ Fe3O4The compound of "" can be mentioned. That is, when the iron ions are supplied to the water to be treated, the above-described five types of compounds mainly aggregate.
[0053]
A
[0054]
In the
[0055]
After being treated by the
[0056]
That is, in the water treatment system of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the water to be treated is treated in the first and second
[0057]
Next, the configuration of the
[0058]
Water to be treated is introduced into the
[0059]
A
[0060]
In the
[0061]
The
[0062]
Further, a
[0063]
Further, a
[0064]
Here, the main electrolytic reaction on the
[0065]
(Equation 1)
[0066]
In the water to be treated in the
[0067]
Then, nitrate ions in the water to be treated introduced into the
[0068]
The ammonia generated as described above combines with the hypochlorous acid generated as described above to generate chloramines as represented by the following formulas (12) to (14). Further, the generated chloramines are converted into nitrogen gas or nitrous oxide as shown in formulas (15) and (16).
[0069]
(Equation 2)
[0070]
Further, as described above, the aluminum eluted from the electrode 104 (see the following equation (17)) reacts with hydroxide ions in the water to be treated as aluminum ions to form aluminum hydroxide, as shown in the equation (18). Or, as shown in formula (19), reacts with sodium ions as aluminate to form sodium aluminate.
Then, a colloid in water (SS (Suspended Solids) component in water) having a particle size of 1 to 0.01 × 10-6m) are neutralized, an attractive force acts between particles, and eventually flocs and sediments.
[0071]
(Equation 3)
[0072]
Further, the aluminum ion eluted from the
[0073]
(Equation 4)
[0074]
In this embodiment, when the
[0075]
FIG. 4 shows an example of the solid-
The solid-
[0076]
Above the solid-
[0077]
In the solid-
[0078]
The bottom of the solid-
[0079]
Next, the structure of the
[0080]
Referring to FIG. 5,
A
[0081]
FIG. 6 shows the structure of the
[0082]
The
[0083]
Referring to FIGS. 6 and 7,
Then, as shown in FIG. 7, the
[0084]
Here, the configuration of the
[0085]
Since the
[0086]
FIG. 9 is a view for explaining a mode of attaching the
[0087]
A
[0088]
When the
[0089]
FIG. 11 schematically shows an electrolytic reaction in the
The
[0090]
Further, FIGS. 3 and 11 show a state in which only one
[0091]
Next, the configuration of the
[0092]
The
[0093]
The
[0094]
A
[0095]
Here, FIGS. 15 and 16 show exploded perspective views of the
[0096]
15 and 16, between the
[0097]
The
[0098]
A terminal 518 is provided slightly behind the center of the
[0099]
The terminal 518 is arranged at a position where it comes into contact with the
[0100]
Note that the
[0101]
Although not shown, an insulator is provided between the
[0102]
The
[0103]
A
[0104]
Thus, when the
[0105]
In the tank 1 shown in FIG. 2, the
[0106]
In the
[0107]
In addition, the circulation flow rate of the tank 1 is 3Q. Note that Q is the amount of water flowing into the tank 1. That is, in the tank 1, the amount of water three times the amount of water flowing in is circulated.
[0108]
The electrolytic reaction in the electrode pairs 51 and 52 is performed so that the concentration of the eluted iron ions or aluminum ions is 1 to 3 times the molar concentration of phosphorus in the treated water. The above-mentioned electrolytic reaction is controlled so that the concentration of iron ions or aluminum ions is preferably about 1 to 2 times, more preferably about 1.5 times, the molar concentration of phosphorus in the treated water. You. For this reason, in the electrolytic reaction, the current density at the electrode is 0.1 mA / cm.2Or more, often 0.3 mA / cm2It is controlled to be about.
[0109]
By controlling the current density in the electrode as described above, it is considered that generation of an oxide film and organic deposits on the electrode surface can be prevented, and these can be removed. This is because it is considered that iron hydroxide and organic deposits which are considered to be generated at the anode side electrode can be removed by hydrogen gas generated at the cathode side or backing by the
[0110]
For example, when the amount of domestic wastewater flowing into the tank 1 per day is 1200 L and the circulation flow rate in each tank in the tank 1 is 6000 L, the current flowing through the
The current density at each electrode can be controlled by changing the immersion area of each electrode. The distance between the
[0111]
One of the
[0112]
Further, in the present embodiment, as can be understood from FIGS. 1 and 2, the
[0113]
With reference to FIGS. 17A and 17B, in this example, first, in the
[0114]
The processing in
[0115]
Then, referring to FIG. 17B, the water to be treated after the treatment in
[0116]
The washing wastewater generated in the
[0117]
Next, a modification of FIG. 17B will be described with reference to FIGS. 17A and 17C.
[0118]
Also in this example, first, in the
[0119]
Further, in the present embodiment described above, the electrolytic treatment may be performed in the
[0120]
[Second embodiment]
FIG. 18 is a schematic longitudinal sectional view of an apparatus constituting a water treatment system including a water treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0121]
The
[0122]
When the
[0123]
In the first embodiment, as described using Equations (3) and (6), halogen ions and hypohalous acid ions are generated in the
[0124]
For this reason, in the present embodiment, the
[0125]
When the
[0126]
[Third Embodiment]
The water treatment apparatus according to the present embodiment is configured such that, when the
[0127]
In the present embodiment, as shown in FIG. 20, water to be treated is introduced into
[0128]
The
[0129]
[Fourth Embodiment]
As shown in FIG. 21, the water treatment apparatus of the present embodiment is provided with a
[0130]
Referring to FIG. 21, in the present embodiment, in
[0131]
The water to be treated introduced into the
[0132]
[Fifth Embodiment]
As shown in FIG. 22, the water treatment apparatus according to the present embodiment is provided with an
[0133]
[Sixth Embodiment]
As shown in FIG. 23, the water treatment apparatus according to the present embodiment further includes an
[0134]
In the water treatment apparatus of the present embodiment, the water to be treated introduced into the
[0135]
[Seventh Embodiment]
The water treatment apparatus of the present embodiment is characterized by the electrodes set in
[0136]
FIG. 25 shows only a part related to control of the
[0137]
[0138]
The
[0139]
The
[0140]
Further,
[0141]
On the other hand, when the phosphorus concentration is lower than the predetermined value for the phosphorus concentration and the nitrogen concentration is higher than the predetermined value for the nitrogen concentration,
[0142]
When any one of the
[0143]
The embodiments disclosed this time should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims. The embodiments can be applied independently or in combination as much as possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing processing steps of a water treatment system including a water treatment device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of a household combined septic tank embodying the processing step of FIG. 1;
FIG. 3 is a view schematically showing a structure of an electrolytic cell for removing nitrogen in FIG. 1;
4 is a diagram showing an example of the solid-liquid separation device of FIG.
FIG. 5 is a perspective view of the electrode pair of FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram showing a structure of an electrode and an electrode support of FIG. 3;
FIG. 7 is a side view of a state in which the electrode and the electrode support of FIG. 6 are combined to be mounted on an electrolytic cell.
FIG. 8 is a perspective view of the electrode support of FIG. 3;
FIG. 9 is a diagram for explaining a mode of attaching the electrode of FIG. 3 to an electrode support.
FIG. 10 is a diagram showing a state in which the electrode and the electrode support of FIG. 3 are housed in a case.
FIG. 11 is a diagram schematically showing an electrolytic reaction in the electrolytic cell of FIG.
12 is a diagram showing a state in which a plurality of electrode pairs are provided in the electrolytic cell of FIG.
FIG. 13 is a view for explaining a configuration of an electrode pair in the electrolytic cell for removing phosphorus in FIG. 1;
14 is a view for explaining a configuration of an electrode pair in the electrolytic cell for removing phosphorus in FIG. 1;
FIG. 15 is an exploded perspective view, partially broken away, of the electrode pair of FIG. 13;
FIG. 16 is an exploded perspective view, partially broken away, of the electrode pair of FIG. 13;
FIG. 17 is a diagram showing a modification of the flow of the treatment for the water to be treated shown in FIG. 1;
FIG. 18 is a schematic longitudinal sectional view of an apparatus constituting a water treatment system including a water treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing a flow of processing on water to be treated in the water treatment system of FIG. 18, and a modification thereof.
FIG. 20 is a view schematically showing a water treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a view schematically showing a water treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a view schematically showing a water treatment apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a view schematically showing a water treatment apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a view showing an arrangement of electrodes in an electrolytic cell of a water treatment apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a control block diagram relating to control of the electrodes in FIG. 24;
26 is a diagram showing a modification of the arrangement of the electrodes shown in FIG. 24.
[Explanation of symbols]
1 tank, 5 first anaerobic filter bed tank, 10 second anaerobic filter bed tank, 14 ば contact aeration tank, 19,190 sedimentation tank, 51, 52, 101 electrode pair, 59, 100 electrolytic cell, 103, 104 electrode, 105 DC power supply, 120 control circuit, 600 coagulation tank.
Claims (12)
前記電解槽で処理された被処理水を導入され、凝集剤を添加するための凝集剤添加槽と、
前記凝集剤添加槽で処理された被処理水を導入され、当該被処理水内の凝集物を沈殿させるための沈殿槽とを含む、水処理装置。An electrolytic cell provided with water to be treated and having an electrode pair,
The water to be treated treated in the electrolytic cell is introduced, and a coagulant addition tank for adding a coagulant,
A water treatment apparatus, comprising: a sedimentation tank for introducing the water to be treated treated in the coagulant addition tank, and for sedimenting aggregates in the water to be treated.
前記第1の電極と前記第2の電極に与える極性を反転させる極性反転部とを含む、水処理装置。A first electrode made of an insoluble metal electrode into which water to be treated is introduced, and a second electrode made of a conductor containing a metal of Group VIII of the periodic table, the electrode being given an opposite polarity to the first electrode. An electrolytic cell comprising:
A water treatment apparatus, comprising: a polarity inverting unit that inverts the polarity applied to the first electrode and the second electrode.
前記複数の電極に与える極性を制御する極性制御部とを含む、水処理装置。An electrolytic cell including a plurality of electrodes which are made of an alloy including iron and which are independently given a polarity,
A water treatment apparatus, comprising: a polarity control unit that controls the polarity applied to the plurality of electrodes.
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-
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