JP4036810B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気化学的手法、特に、複極式電極を用いた電解により被処理水を処理する水処理装置に関するものである。

従来の水処理装置は、被処理水を貯溜する電解槽と、被処理水中に少なくとも一部が浸漬される電極と、この電極に給電を行う電源装置とを備えており、例えば水道水などの被処理水に食塩を添加し、電気分解することにより、被処理水中に次亜塩素酸やオゾン若しくは活性酸素を発生させ、これにより、被処理水の処理を行っていた。使用される電極には、単極式及び複極式の何れかが用いられている。

単極式の電極が用いられた水処理装置では、アノードとカソードを被処理水中に浸漬し、これらに通電を行うことにより、被処理水の電解処理が行われるが、実際に電解処理が行われる被処理水は、アノード及びカソード近傍に位置する被処理水のみである。そのため、被処理水の処理能力を向上させるためには、複数対の電極が用いられる。この場合、各電極は、それぞれ配線により電源に接続されることとなるため、配線や結線が複雑となり、装置自体が複雑化する問題があった。また、全ての電極に直接、通電を行うことから、電流量が増大し、大電流を供給するための電源を備える必要があった。

他方、複極式の電極が用いられた水処理装置では、電源から直接、給電が行われる給電電極を構成するアノードとカソードとの間に、複数の電極が所定間隔を存して配設され、これら給電電極とその間に存在する電極とが被処理水中に浸漬され、アノード及びカソード間に通電が行われると、供給電極間に配設された電極が分極して、全ての電極がアノードとカソードとして働くことにより、被処理水の電解処理が行われる。

しかし、複極式の電極が用いられた水処理装置では、給電電極に供給された電流が、給電電極とその間に存在する電極の全て又はその一部を回避（ショートパス）する漏洩電流が発生する。そのため、電流効率が低下し、通電電流値に対する十分な処理効率が得られないという問題があった。

そこで、従来では、上記漏洩電流の発生を抑制するため、電極の周端の一部又は全てに絶縁体を被覆したもの（特許文献１参照。）や、複数の電極を積層し、両側端に位置する電極に負電位を印加し、中央部に積層される電極に正電位を印加したもの（特許文献２参照。）などが開発されている。
特開平２００２−１８６９７０号公報 実開平５−９４２７２号公報

しかしながら、上述した如き従来の複極式の水処理装置では、給電電極の当該給電電極間に存在する電極側とは反対の面、即ち外面も使用される構成とされているため、係る外面から漏出した電流は、給電電極間の電極を介することなく、直接他方の給電電極に流れる場合があり、十分に漏洩電流を抑制できる構成ではなかった。そのため、電流効率の低下を十分に回避することができず、通電電流値に対する処理効率の向上を図ることができないという問題があった。

本発明の水処理装置は、電源に接続されて給電を受ける一対の給電電極と、各給電電極間に所定間隔を存して配設された一若しくは複数の誘電電極とから構成された複極式電極を備え、この複極式電極を被処理水中に浸漬して処理するものであって、給電電極の誘電電極とは反対側の面の少なくとも大部分、及び、給電電極及び誘電電極の端面を被処理水から隔離したものである。

請求項２の発明の水処理装置は、上記発明において、給電電極の誘電電極とは反対側の面の全域を被処理水から隔離したものである。

請求項３の発明の水処理装置は、上記各発明において、被処理水を導入して一旦貯溜する貯溜室が構成された電解槽を備え、複極式電極を貯溜室内に配設して当該貯溜室内の被処理水に浸漬すると共に、誘電電極は、当該貯溜室内の被処理水を相互に流通の無い状態で区画したものである。

請求項４の発明の水処理装置は、請求項１又は請求項２の発明において、被処理水を導入して一旦貯溜した後、溢出させる貯溜室が構成された電解槽を備え、複極式電極を貯溜室内に配設して当該貯溜室内の被処理水に浸漬すると共に、電解槽は、誘電電極の上端を覆う上壁と、該上壁に形成された透孔を有し、貯溜室内に導入された水の一部が上壁上を流れるよう構成されているものである。

請求項５の発明の水処理装置は、請求項３又は請求項４の発明において、給電電極の誘電電極とは反対側の面を貯溜室の内壁面に当接させることにより、当該貯溜室内に導入された被処理水から隔離するものである。

本発明によれば、電源に接続されて給電を受ける一対の給電電極と、各給電電極間に所定間隔を存して配設された一若しくは複数の誘電電極とから構成された複極式電極を備え、この複極式電極を被処理水中に浸漬して処理する水処理装置において、給電電極の誘電電極とは反対側の面の少なくとも大部分を被処理水から隔離したので、給電電極間の抵抗が各誘電電極間及び給電電極と誘電電極間の抵抗に比べて大きくなる。そのため、各誘電電極にも効果的に電流を流すことが可能となり、電流効率の向上を図ることができる。これにより、単極式電極を複数備える場合に比べて、著しく構造を簡素化することができると共に、通電量の低減を図ることができ、処理効率の向上を図ることができるようになる。

特に、給電電極及び誘電電極の端面も被処理水から隔離したので、更に、給電電極及び誘電電極の端面から発生する漏洩電流をも抑制することが可能となる。これにより、より積極的に給電電極の誘電電極側の内面から流れる電流を誘電電極に供給することができると共に、誘電電極間でも電流を無駄なく供給することが可能となり、より一層効果的に、誘電電極を使用して被処理水の処理を行うことができるようになる。

請求項２の発明によれば、上記発明において、給電電極の誘電電極とは反対側の面の全域を被処理水から隔離したので、確実に供給電極の誘電電極とは反対側の面から漏洩電流が発生することを防止することができる。これにより、積極的に給電電極から供給される電流を誘電電極に通電することが可能となり、効果的に、誘電電極を使用して被処理水の処理を行うことができるようになる。

請求項３の発明によれば、上記各発明において、被処理水を導入して一旦貯溜する貯溜室が構成された電解槽を備え、複極式電極を貯溜室内に配設して当該貯溜室内の被処理水に浸漬すると共に、誘電電極は、当該貯溜室内の被処理水を相互に流通の無い状態で区画するので、簡素な構造にて、給電電極間に被処理水を介して漏洩電流が生じる不都合を回避することが可能となり、確実に給電電極に通電された電流を誘電電極間の被処理水を介して誘電電極に通電することが可能となる。これにより、給電電極及び全ての誘電電極を用いて被処理水の処理が可能となり、電流効率の向上及び処理効率の向上を図ることができるようになる。

請求項４の発明によれば、請求項１又は請求項２の発明において、被処理水を導入して一旦貯溜した後、溢出させる貯溜室が構成された電解槽を備え、複極式電極を貯溜室内に配設して当該貯溜室内の被処理水に浸漬すると共に、電解槽は、誘電電極の上端を覆う上壁と、該上壁に形成された透孔を有し、貯溜室内に導入された水の一部が上壁上を流れるよう構成されているので、被処理水の処理にあたり生成されるスカム（泡）を上壁に形成された透孔を介して上壁上に移動させ、当該スカムを貯溜室内に導入された水によって外部に流出させることが可能となる。これにより、スカムが電極間に滞留し、電解処理を阻害する不都合を未然に回避することができるようになる。

請求項５の発明によれば、請求項３又は請求項４の発明において、給電電極の誘電電極とは反対側の面を貯溜室の内壁面に当接させることにより、当該貯溜室内に導入された被処理水から隔離するので、給電電極の誘電電極とは反対側の面から流れる電流が、給電電極と貯溜室の内壁面との間を迂回した後、誘電電極側に移動する不都合を解消することが可能となり、給電電極の誘電電極側の面を積極的に使用することができる。これにより、より一層、誘電電極への給電を効率的に行うことが可能となり、被処理水の処理効率の向上を図ることができるようになる。

本発明は従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、複極式電極を用いた水処理装置であって、給電電極間に配設された電極を有効に利用し、漏洩電流の発生を抑制し、電流効率の向上及び処理能力の向上を図ることができる水処理装置を提供する。以下に図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。尚、本実施例では、被処理水として、下水処理システムにおいて処理される各家庭や工場などから排出される汚水や降雨時の雨水などの下水を対象とするものとする。

図１は本実施例の被処理水としての下水の処理を行う下水処理システムＳの概要を示す説明図である。下水処理システムＳは、複数の下水道管１により構成される合流式下水道２において下水処理を行うシステムであり、下水道管１には、汚水及び雨水の両者が収容されるものである。合流式下水道２は、複数の下水道管１により収容された下水を下水処理場３まで搬送するものであり、各下水道管１は、搬送側が緩やかに低くなるように傾斜して地下に埋設されている。尚、各家庭や工場からの汚水や、雨水などは汚水ます４や雨水ます６等において一旦貯溜し、下水道管１の傾斜に沿って自然流下させる構成とされている。

また、下水道管１は上述の如く下水処理場３に向かって自然流下させるため傾斜して埋設されているが、平坦な地形では下流に流下するに従って徐々に深くなっていくため、ある程度の深さにおいてポンプ所７が設置されている。このポンプ所７は、図示しない揚水ポンプで下水を地表近くまで汲み上げ、再び、下流側の下水道管１に流し、自然流下させ、下水処理場３まで順次搬送可能とするものである。

また、合流式下水道２には、集中豪雨などの異常増水時に、各下水道管１や下水処理場３における収容力を越えた下水が一時期に流下した際に、その一部又は全部を異常時越流水として直接、河川や海などの放流水域８に放流するための越流水路９が設けられている。通常、この越流水路９は、各下水道管１と交差する箇所に図示しない越流堰が設けられ、当該越流堰において下水道管１の上部より溢出した下水を越流水路９にて受容し河川などの放流水域８側に設けられる放流口２０より前記放流水域８に放流可能とするものである。尚、越流水路９は、ポンプ所７にも設けられており、これによっても、異常時越流水を直接放流水域８に放流することが可能となり、浸水などの災害の発生を防止している。

また、下水処理場３は、複数の下水道管１により構成された合流式下水道２に収容され、流下した下水を浄化処理する施設であり、本実施例における下水処理場３では、詳細は後述する複数の電解用電極による電気化学的手法（電解）により浄化処理を行うが、これ以外に、図示しない生物学的処理を行う活性汚泥槽や沈殿槽若しくは、曝気槽、塩素接触槽などの各種の浄化施設を設け、これらの施設を通過することにより、下水の浄化を行い排水管１０を介して河川や海などの放流水域８に放流するものとする。

一方、前記下水道管１内部には、図２に示す如き処理手段としての電解用電極１１、１２が設けられている。この電解用電極１１、１２は少なくとも一部が下水に浸漬するように対応して配置されており、当該電極１１、１２に通電するための図示しない電源が接続されている。また、この電源には、電極１１、１２への通電電極の電位を制御するため同じく図示しない制御装置が接続されている。

また、下水道管１には、より一層下水道管１中の下水の処理能力の向上を図るため、図３乃至図５に示す如き本発明の水処理装置Ｔが接続されている。以下、図３乃至図５を参照して、本発明の水処理装置Ｔについて説明する。図３は水処理装置Ｔの平面図、図４は水処理装置Ｔの側断面図、図５は水処理装置Ｔの縦断正面図を示している。本実施例の水処理装置Ｔは、上面に開口した処理槽１３により構成されており、係る処理槽１３は、仕切壁１６にて、バッファ室１４と、貯溜室１５とに区画されている。そして、バッファ室１４には、上流側の下水道管１を接続する図示しない流入口が形成されていると共に、貯溜室１５には、下流側の下水道管１に接続する排水路１７（図５のみ図示する。）が接続されている。

本実施例において、貯溜室１５内の中央には、下水の流通方向に平行となるように中央仕切壁１８が設けられ、図３に示す如く貯溜室１５内を第１の貯溜室１５Ａと第２の貯溜室１５Ｂとに区画している。そして、各貯溜室１５Ａ、１５Ｂの下水の流通方向と平行な内壁面、即ち、貯溜室１５の下水の流通方向と略平行する内壁面及び中央仕切壁１８の内壁面には、それぞれ図示しない端子を接続可能とする給電電極２１、２２が当接して設けられる。またこのとき、給電電極２１、２２の下端及び両側端は、図３乃至図５に示す如く、貯溜室１５内壁（底壁及び側壁）に埋設させているものとする。

そして、各貯溜室１５Ａ、１５Ｂにおいて、各給電電極２１、２２との間には、所定間隔、例えば３乃至１５ｍｍ、本実施例では、１０ｍｍを存して、複数、本実施例では、６枚の誘電電極２３が設けられている。このとき、各誘電電極２３の下端及び両側端は、給電電極２１、２２と同様に、貯溜室１５内壁（底壁及び側壁）に埋設されて設けられており、これにより、給電電極２１と誘電電極２３との間に、及び、各誘電電極２３間、及び、誘電電極２３と給電電極２２との間には、それぞれセル２４が形成され、係るセル２４間は、下水が相互に流通の無い状態とされる。

また、前記仕切壁１６の上端には、各セル２４に対応して切欠２５が形成されている。この切欠２５の下端は、前記各電極２１、２２、２３の上端の高さよりも低い位置とされていると共に、前記排水路１７の高さよりも少許高い位置とされているものとする。更に、貯溜室１５のバッファ室１４側とは反対側の側壁の上端にも各セル２４に対して切欠２６が形成されている。この切欠２６の下端は、前記切欠２５の下端よりも低い位置とされていると共に、前記排水路１７の高さよりも少許高い位置とされているものとする。これにより、バッファ室１４内に貯溜された下水が、各切欠２５より溢出し、貯溜室１５内の各セル２４内に貯溜されると共に、所定量以上セル２４内に貯溜した下水は、各切欠２６より溢出し、排水路１７より前記下水道管１に排水されるものとする。

本実施例において、前記電解用電極１１、１２、給電電極２１、２２及び誘電電極２３は、例えば、白金（Ｐｔ）又は白金とイリジウム（Ｉｒ）の混合物などの貴金属電極、又は、これらを被覆した不溶性の導電体から構成されている。尚、これ以外にも上述した如き電解用電極は、炭素系導電体又は当該炭素系導電体を被覆した導電体、若しくはフェライトを含むセラミクス系導電体又は当該セラミクス系導電体を被覆した導電体、若しくはステンレスなどの鉄の合金又は当該鉄の合金を被覆した導電体より構成されていてもよいものとする。

更にまた、本実施例では、貯溜される下水の容積に対する電極２１、２２、２３の面積体積比は、０．０７ｃｍ²／ｃｍ³であるものとする。

以上の構成により、本実施例の動作について説明する。本実施例における合流式下水道２において、各家庭や工場から排出された汚水や、雨水などは、一旦汚水ます４や雨水ます６等において貯溜される。そして、貯溜された汚水や雨水は、それぞれ下水道管１内に流下し、下水として下水道管１内を傾斜に沿って自然流下する。

ここで、下水道管１内では上述した如く電解用電極１１、１２が設けられていることから、制御装置により電源が定期的又は継続的又は必要に応じて当該電解用電極１１、１２に給電されることにより、下水道管１内を流下する下水は、当該電解用電極１１、１２により電気化学的手法、即ち、本実施例では、電解処理される。

電解処理では、制御装置により電源をＯＮとすることにより、電極１１に正電位を、電極１２に負電位を印加し、電極１１はアノードとなり、電極１２はカソードとなる。係る電位の印加により、下水（特に、汚水）中に含まれる有機物が硝酸態窒素としての硝酸イオンやアンモニア態窒素としてのアンモニアやアンモニウムイオン若しくは、二酸化炭素及び水などに分解される（反応Ａ）。以下に、反応Ａを示す。
反応Ａ 有機物→ＮＯ₃ ^-＋ＮＨ₃＋ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ

これにより、下水（汚水）中の有機物を効率的に硝酸態窒素及びアンモニア態窒素に変換することができるようになる。

そして、アノードを構成する電解用電極１１側において、下水中に含有される塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成する（反応Ｂ）。この塩素は水に溶解して次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸を生成する（反応Ｃ）。生成された次亜塩素酸は、上述の反応Ａで下水中に生成されたアンモニア（アンモニウムイオン）と反応し、複数の化学変化を経た後、窒素ガスに変換される（反応Ｄ）。以下、反応Ｂ乃至反応Ｄを示す。このとき、同時にオゾン、若しくは、活性酸素も生成される。
反応Ｂ ＮａＣｌ→Ｎａ⁺＋Ｃｌ^-
２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂＋２ｅ^-
反応Ｃ Ｃｌ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ
反応Ｄ ＮＨ₃＋ＨＣｌＯ→ＮＨ₂Ｃｌ＋Ｈ₂Ｏ
ＮＨ₂Ｃｌ＋ＨＣｌＯ→ＮＨＣｌ₂＋Ｈ₂Ｏ
ＮＨ₂Ｃｌ＋ＮＨＣｌ₂→Ｎ₂↑＋３ＨＣｌ

また、下水中のアンモニア（アンモニウムイオン）は、アノードを構成する電解用電極１１側で発生するオゾン、若しくは、活性酸素と反応Ｅに示す如く反応し、これによっても窒素ガスに脱窒処理される。
反応Ｅ ２ＮＨ₃（ａｑ）＋３（Ｏ）→Ｎ₂↑＋３Ｈ₂Ｏ

これにより、下水中に含有される有機物を硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素を経て窒素ガスにまで処理することが可能となる。また、アノードを構成する電解用電極１１の近傍では、上述の如く塩素又は次亜塩素酸が生成されることにより、当該電解用電極１１近傍を通過する下水中に存在する例えば大腸菌などの微生物の殺菌が可能となる。

また、本実施例によれば、電解により生成された直後の次亜ハロゲン酸又はオゾン若しくは活性酸素により下水を処理することが可能となり、これにより、著しく高い殺菌効果を得ることができるようになる。更に、下水は薬剤を用いることなく電気化学的手法により殺菌を行うため、環境に対する害を低減できる。

更にまた、下水に含有される有機物や大腸菌などの汚濁物質を特別な消毒剤などの薬剤を下水に注入することなく処理を行うことができるようになるため、消毒剤などの薬剤を貯溜する貯溜施設が不要となると共に、薬剤の貯溜により生じる危険性を回避することができるようになる。

一方、図３乃至図５に示す如く下水道管１に接続された水処理装置Ｔの貯溜室１５内に配設された給電電極２１、２２は、図示しない制御装置により電源がＯＮとされることにより、例えば給電電極２１に正電位が、給電電極２２に負電位が印加され、給電電極２１がアノードとなり、給電電極２２がカソードとなる。更に、各給電電極２１、２２間に設置される誘電電極２３は、当該供給電極２１、２２からの給電により、電位が印加される。

これにより、上記下水道管１に配設される電解用電極１１及び１２と同様に、各電極２１、２２及び２３によって、下水（特に、汚水）中に含まれる有機物が硝酸態窒素としての硝酸イオンやアンモニア態窒素としてのアンモニアやアンモニウムイオン若しくは、二酸化炭素及び水などに分解することが可能となる（前記反応Ａ）。そのため、これによっても、下水（汚水）中の有機物を効率的に硝酸態窒素及びアンモニア態窒素に変換することができる。

また、アノードを構成する給電電極２１及び誘電電極２３のアノード側において、下水中に含有される塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成し（前記反応Ｂ）、この塩素が水に溶解して次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸を生成する（前記反応Ｃ）。更に、生成された次亜塩素酸は、上述の反応Ａで下水中に生成されたアンモニア（アンモニウムイオン）と反応し、複数の化学変化を経た後、窒素ガスに変換される（前記反応Ｄ）。そして、下水中のアンモニア（アンモニウムイオン）は、アノードを構成する給電電極２１及び誘電電極２３のアノード側で発生するオゾン、若しくは、活性酸素と前記反応Ｅに示す如く反応し、これによっても窒素ガスに脱窒処理される。

これにより、下水中に含有される有機物を硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素を経て窒素ガスにまで処理することが可能となる。また、アノードを構成する電解用電極１１の近傍では、上述の如く塩素又は次亜塩素酸が生成されることにより、当該電解用電極１１近傍を通過する下水中の例えば大腸菌などの微生物の殺菌が可能となる。

ここで、本発明では、各給電電極２１、２２の誘電電極２３とは反対側の面、即ち、貯溜室１５内壁又は中央仕切壁１８に当接する側の面は、係る貯溜室１５内壁及び中央仕切壁１８によって下水から隔離されているため、通電時における抵抗が著しく大きくなり、電流が流れ難くなる。そのため、より抵抗の低い面、即ち、給電電極２１、２２の誘電電極２３側の面から積極的に電流が流れ、誘電電極２３を回避する漏洩電流の発生を抑制することができるようになる。

次に、各給電電極２１、２２の誘電電極２３とは反対側の面を下水（被処理水）から隔離することによる効果について図６に実験結果を示す。図６に示す実験結果は、容積４．２Ｌの貯溜室１５に給電電極２１、２２間に一枚の誘電電極２３を設けた複極式電極を配設した水処理装置であって、水道水１Ｌに対し、食塩を１．７５ｇ溶解した溶液を被処理水として電解電流３．７５Ａにて電解処理したものである。図中白四角は、各給電電極２１、２２の誘電電極２３とは反対側の面を被処理水から隔離したもの（隔離処理した電極）であって、黒菱形は、各給電電極２１、２２の誘電電極２３とは反対側の面を被処理水から隔離しなかったもの（未処理電極）を使用した場合を示す。

これによると、電解開始から２０分経過後、隔離した電極を用いた方は、７３９．２ｍｇの次亜塩素酸を発生しているのに対し、未処理電極を用いた方は、４７８．８ｍｇの次亜塩素酸しか発生していないことが分かる。更に、電解開始から６０分経過後、隔離した電極を用いた方は、９７４．４ｍｇの次亜塩素酸を発生しているのに対し、未処理電極を用いた方は、７０５．６ｍｇの次亜塩素酸しか発生していないことが分かる。実験によっても、各給電電極２１、２２の誘電電極２３とは反対側の面を被処理水から隔離することにより、電解による次亜塩素酸の生成量の増加を図ることができ、処理能力が向上することが分かる。

また、給電電極２１、２２及び誘電電極２３の下端及び両側端は、貯溜室１５内壁に埋設される構成とされているため、これら電極２１、２２及び２３の下端及び両側端における抵抗を大きくすることができ、抵抗の低い面、即ち、給電電極２１、２２の誘電電極２３側の面からの電流が流れることを促進することができ、これによっても、誘電電極２３を回避する漏洩電流の発生を抑制することができるようになる。

更に、給電電極２１、２２及び誘電電極２３間は、それぞれ独立したセル２４として区画されているため、各セル２４内に貯溜された下水同士が相互に流通することにより生じる漏洩電流の発生を抑制することができる。また、漏洩電流が生じないことから、全ての誘電電極２３を有効に使用することが可能となるため、従来の複極式電極を使用した場合に比して著しく電流効率の向上を図ることができるようになる。そのため、通電電流量に対し、下水の処理効率の向上を図ることができる。

また、本発明では、給電電極２１又は２２と誘電電極２３間の距離又は、誘電電極２３間の距離を上述した如く３乃至１５ｍｍ、本実施例では、１０ｍｍとしていることから、高効率にて被処理水を処理することが可能となる。以下、図７を参照して、電極間距離に対する電解効率について説明する。

図７に示す実験結果は、給電電極２１、２２を備えた単極式電極を配設した水処理装置であって、水道水１Ｌに対し、食塩を１．０ｇ溶解した溶液を被処理水として電解処理したものである。尚、用いる電極２１、２２の相対向する面とは反対側の面は、被処理水から隔離する処理が施されているものとする。図中白四角は、電流密度を５Ａ／ｄｍ²としたものであり、白菱形は、電流密度を２Ａ／ｄｍ²としたものである。尚、縦軸は電解効率、即ち生成される次亜塩素酸の実測値を印加電流当たりの生成次亜塩素酸の理論値で除したものを％表示したものであり、横軸は、極間距離としている。

これによると、電流密度を２Ａ／ｄｍ²としたものは、極間距離に対し、電解効率に大きな違いは見られなかったが、電流密度を５Ａ／ｄｍ²としたものは、極間距離を離すことにより、徐々に電解効率が低下することを示しているが、特に、３乃至１５ｍｍにおいて高い電解効率を示していることが分かる。これにより、極間距離は３乃至１５ｍｍとすることが望ましいことが分かる。

また、上述した如く本実施例では、貯溜される下水の容積に対する電極２１、２２、２３の面積体積比は、０．０７ｃｍ²／ｃｍ³とされていることから、短時間で高濃度の次亜塩素酸等を生成することができ、省電力化を実現することができるようになる。以下、図８を参照して、面積体積比に対する発生次亜塩素酸量について説明する。

図８に示す実験結果は、給電電極２１、２２を備えた単極式電極を配設した水処理装置であって、水道水１Ｌに対し、食塩を１．７５ｇ溶解した溶液を被処理水として電解電流０．６３Ａで電解処理したものである。尚、用いる電極２１、２２の相対向する面とは反対側の面は、被処理水から隔離する処理が施されており、被処理水に浸漬され、直接電解に関与する総電極面積は、８０ｃｍ²であるものとする。図中黒丸は、約１．１Ｌの被処理水を処理した場合、即ち、面積体積比が０．０７ｃｍ²／ｃｍ³であるものであり、白四角は、約１．６Ｌの被処理水を処理した場合、即ち、面積体積比が０．０５ｃｍ²／ｃｍ³であるものであり、×印は、約４．７Ｌの被処理水を処理した場合、即ち、面積体積比が０．０１ｃｍ²／ｃｍ³であるものである。尚、縦軸は実際に発生した発生次亜塩素酸量であり、横軸は、電解時間としている。

これによると、面積体積比を０．０７ｃｍ²／ｃｍ³としたものは、電解開始から３分後に既に、３２．６ｍｇの次亜塩素酸が発生し、５分後には、３９．４ｍｇ発生している。面積体積比を０．０５ｃｍ²／ｃｍ³としたものは、電解開始から３分後は、５．３８ｍｇの次亜塩素酸が発生し、５分後には、１８．４ｍｇ発生している。これに対し、面積体積比を０．０１ｃｍ²／ｃｍ³としたものは、電解開始から３分後であっても、１．１３ｍｇの次亜塩素酸しか発生していない。更に、電解開始から５分経過後であってもには、８．６５ｍｇしか発生していないことが分かる。これにより、面積体積比を０．０５ｃｍ²／ｃｍ³以上とすることで、短時間に高濃度の次亜塩素酸等を生成することができ、省電力化を実現することができるようになることが分かる。

上述した如く本実施例によれば、下水道管１及び電解槽１５内において、電気化学的手法としての電解処理により下水中の有機物及び大腸菌などの汚濁物質を十分に処理した後、若しくは処理しながら、当該下水は、下流側の下水道管１や上記ポンプ所７を経て、下水処理場３に搬送される。そして、再び、下水処理場３において、浄化処理された後、排水管１０を介して放流水域８に放流することができるようになる。これにより、予め下水道管１内において処理した後の下水が下水処理場３に搬送されることから、下水処理場３における浄化処理負担が軽減され、効率的に下水処理を行うことができるようになる。

次に、上記水処理装置の他の実施例の水処理装置Ｕについて図９及び図１０を参照して説明する。図９は水処理装置Ｕの平面図、図１０は図９のＡ−Ａ断面図を示している。係る実施例における水処理装置Ｕは、上面に開口した処理槽３０により構成されており、係る処理槽３０内には、バッファ槽３１と、電解槽３２とが配設されている。バッファ槽３１は、処理槽３０の一隅部に配設され、内部には、上端に切欠３３Ａが形成された仕切壁３３を介して処理槽３０の隅側にバッファ室３４、中央側に添加剤注入室３５が形成されている。

バッファ室３４には、前記上流側の下水道管１に接続される流入口３６が形成されると共に、当該バッファ室３４内の水質を検出する水質センサ３７が設けられている。添加剤注入室３５には、バッファ室３４内より仕切壁３３の切欠３３Ａを介して溢出した下水に食塩などのハロゲン化物含有物質、又は、電解次亜塩素酸を添加する添加用配管３８、３８が接続されると共に、この添加剤注入室３５内の下水を後段の電解槽３２に移送する連結配管３９が接続される。

電解槽３２は、バッファ槽３１に隣接して設けられると共に、図１０に示す如く底壁３２Ｃ及び他側の側壁３２Ａが処理槽３０の内壁とそれぞれ所定間隔を存して設けられる。これにより、処理槽３０内の電解槽３２の下方及びバッファ槽３１の側方には、貯水室４１が形成される。

そして、電解槽３２内には、連結配管３９を介して流入する下水を前段と後段とに区画する仕切壁４２が形成されると共に、この仕切壁４２の前段には、水位調整室４３が形成され、後段には、貯溜室４４が形成される。仕切壁４２の上端には、図９及び図１０に示す如く複数、本実施例では、４つの切欠４２Ａが形成されると共に、当該仕切壁４２に対向する電解槽３２の側壁３２Ａ（この場合、処理槽３０側の側壁とする。）の上端にも前記切欠４２Ａと対応する位置に複数、本実施例では４つの切欠３２Ｂが形成される。尚、この切欠３２Ｂは、仕切壁４２に形成される切欠４２Ａよりも低い位置にまで形成されているものとする。これにより、連結配管３９を介して電解槽３２内に流入した下水は、水位調整室４３、仕切壁４２の切欠４２Ａ、貯溜室４４及び側壁３２Ａの切欠３２Ｂを順次流通する構成とされる。

ここで、貯溜室４４内には、前記切欠４２Ａ及び３２Ｂに対応する位置に、前記下水の流通方向に平行して、複数、本実施例では５つの仕切壁４５が形成されている。この仕切壁４５は、貯溜室４４の底壁から前記側壁３２Ａの切欠３２Ｂの下端の高さと略同一の高さまで立設されると共に、各仕切壁４５には、上記実施例と同様に構成される給電電極２１、２２が設けられる。係る実施例において給電電極２１、２２は、相対向する仕切壁４５の内壁に当接してそれぞれ３組直列に配置される。そして、各給電電極２１、２２間には、それぞれ所定間隔を存して、１４枚の誘電電極２３が配設される。尚、本実施例では、給電電極２１、２２と１４枚の誘電電極２３により構成される複極式電極は、下水の流通方向に対し３組が４列構成されることから、１２組の複極式電極が配設されることとなる。

また、各仕切板４５の上端には、それぞれ各複極式電極の誘電電極２３上方を被覆する上壁４７が設けられ、各上壁４７の中央部には、貯溜室４４内上部を流通する下水と連通する透孔４７Ａが形成されている。尚、この上壁４７により、誘電電極２３の上端の一部は、被覆されているものとする。また、係る場合においても、各電極２１、２２、２３の下端は、取付板４６などに埋設されているものとする。尚、係る実施例では、上記実施例とは異なり、各電極２１、２２、２３間に形成されるセルへの下水の流入を促進するため、各セルは、下水の流通方向に対し、開放されているものとする。

他方、電解槽３２の下方に位置する貯水室４１には、水位センサ４８が設けられていると共に、前記下流側の下水道管１に接続される図示しない排水口が形成されているものとする。尚、上述した如き各給電電極２１、２２への通電制御は、水質センサ３７の検出に基づき図示しない制御装置により行われるものとし、また、係る制御装置により、水位センサ４８の検出に基づき、下水道管１への下水の排出が制御されるものとする。

以上の構成により、係る実施例の動作について説明する。当該実施例における水処理装置Ｕは、下水道管１内の下水がバッファ槽３１のバッファ室３４内に供給される。尚、このバッファ室３４内への下水の流入は、自然流下又は図示しない手段による圧送により行うものとする。そして、バッファ室３４内に所定水位以上貯溜された下水は、仕切壁３３の切欠３３Ａより添加剤注入室３５内に溢出する。そして、添加剤注入室３５内に貯溜された下水は、水質センサ３７の出力に基づき、添加用配管３８より食塩（ハロゲン化物を含有する物質）又は電解次亜塩素酸を添加し、所定の塩化物イオン濃度以上に調整する。

そして、添加剤注入室３５内に貯溜された下水は、連結配管３９を介して電解槽３２の水位調整室４３内に貯溜される。水位調整室４３内に所定水位以上貯溜された下水は、仕切壁４２に形成された切欠４２Ａより貯溜室４４内に溢出する。

ここで、貯溜室４４内に配設された複数の給電電極２１、２２は、前記制御装置により電源がＯＮとされることにより、例えば給電電極２１に正電位が、給電電極２２に負電位が印加され、給電電極２１がアノードとなり、給電電極２２がカソードとなる。更に、各給電電極２１、２２間に設置される誘電電極２３は、当該供給電極２１、２２からの給電により、電位が印加される。

これにより、上記実施例と同様に、各電極２１、２２及び２３によって、下水（特に、汚水）中に含まれる有機物が硝酸態窒素としての硝酸イオンやアンモニア態窒素としてのアンモニアやアンモニウムイオン若しくは、二酸化炭素及び水などに分解することが可能となる（前記反応Ａ）。そのため、これによっても、下水（汚水）中の有機物を効率的に硝酸態窒素及びアンモニア態窒素に変換することができる。

また、アノードを構成する給電電極２１及び誘電電極２３のアノード側において、下水中に含有される塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成し（前記反応Ｂ）、この塩素が水に溶解して次亜ハロゲン酸としての次亜塩素酸を生成する（前記反応Ｃ）。更に、生成された次亜塩素酸は、上述の反応Ａで下水中に生成されたアンモニア（アンモニウムイオン）と反応し、複数の化学変化を経た後、窒素ガスに変換される（前記反応Ｄ）。そして、下水中のアンモニア（アンモニウムイオン）は、アノードを構成する給電電極２１及び誘電電極２３のアノード側で発生するオゾン、若しくは、活性酸素と前記反応Ｅに示す如く反応し、これによっても窒素ガスに脱窒処理される。

これにより、下水中に含有される有機物を硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素を経て窒素ガスにまで処理することが可能となる。また、アノードを構成する電解用電極１１の近傍では、上述の如く塩素又は次亜塩素酸が生成されることにより、当該電解用電極１１近傍を通過する下水中の例えば大腸菌などの微生物の殺菌が可能となる。

ここで、本実施例では、上記実施例に加えて誘電電極２３の上端には、上壁４７が形成され、当該上壁４７には、透孔４７Ａが形成されていることから、電解処理によって下水中に生成されたスカム（泡）は、当該透孔４７Ａから上壁４７の上方に流出される。このとき、貯溜室４４は、導入された下水の一部が前記上壁４７の上方を流れるように各切欠４２Ａ及び３２Ｂが形成されていることから、透孔４７Ａを介して溢出されたスカムを当該上壁４７の上方を流れる下水によって流出させることが可能となる。そのため、スカムが各電極２１、２２、２３に付着し、電解を阻害する不都合を回避することができるようになる。

尚、係る実施例においても、上記実施例と同様に、各給電電極２１、２２の誘電電極２３とは反対側の面、即ち、仕切壁４５に当接する側の面は、当該仕切壁４５によって下水から隔離されているため、通電時における抵抗が著しく大きくなり、電流が流れ難くなる。そのため、より抵抗の低い面、即ち、給電電極２１、２２の誘電電極２３側の面から積極的に電流が流れ、誘電電極２３を回避する漏洩電流の発生を抑制することができるようになる。これにより、電流効率の向上を図ることが可能となり、通電電流に対する処理効率の向上を図ることができる。

そして、貯溜室４４内にて処理された下水は、電解槽３２の側壁３２Ａに形成された切欠３２Ｂにより貯水室４１内に溢出し、当該貯水室４１に形成された排水口を介して、下流側の下水道管１に排出される。尚、制御装置により、水位センサ４８の検出に基づき、処理槽３０から下水道管１への下水の排出が制御されるものとする。

尚、上記各実施例では、下水から給電電極２１、２２の誘電電極２３の反対側の面、及び、各電極２１、２２、２３の下端及び両側端を下水から隔離する方法として、槽の内壁に当接する方法や埋設する方法を用いているが、これ以外にも、他の面よりも抵抗を大きくすることができる手段であれば、例えば、絶縁材料の塗布などであってもよいものとする。

また、本実施例では、給電電極２１、２２の誘電電極２３の反対側の面の全域を貯溜室４４又は仕切壁４５の内壁に当接させ、下水から隔離しているが、全域でなく、大部分が下水から隔離されているならば、同様の効果を奏するものとする。

尚、本実施例では、被処理水として、下水を用いているが、これ以外にも雨水、工業排水、家庭用排水など、処理後に中水として利用可能となるもの、又は、プールの水、温泉水、大型浴場の湯水など循環浄化して再利用するもの、又は、通常の水道水の水処理など用いても、同様の効果を奏する。

下水処理システムの概要説明図である。 図１の下水処理システムの下水道管内の概要を示す説明図である。 水処理装置の平面図である。 水処理装置の側断面図である。 水処理装置の縦断正面図である。 電極の裏面隔離による効果を示す実験結果である。 電極間距離に対する電解効率を示す実験結果である。 各面積体積比に対する発生次亜塩素酸量を示す実験結果である。 他の実施例の水処理装置の平面図である。 図９のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

Ｔ、Ｕ 水処理装置
１ 下水道管
１３ 処理槽
１５ 貯溜室
１６ 仕切壁
１８ 中央仕切壁
２１、２２ 給電電極
２３ 誘電電極
２４ セル
２５ 切欠
３０ 処理槽
３２ 電解槽
３２Ｂ 切欠
４２ 仕切壁
４２Ａ 切欠
４４ 貯溜室
４５ 仕切壁
４７ 上壁
４７Ａ 透孔

Claims (5)

1. 電源に接続されて給電を受ける一対の給電電極と、各給電電極間に所定間隔を存して配設された一若しくは複数の誘電電極とから構成された複極式電極を備え、該複極式電極を被処理水中に浸漬して処理する水処理装置において、
   前記給電電極の前記誘電電極とは反対側の面の少なくとも大部分、及び、前記給電電極及び前記誘電電極の端面を前記被処理水から隔離したことを特徴とする水処理装置。
2. 前記給電電極の前記誘電電極とは反対側の面の全域を前記被処理水から隔離したことを特徴とする請求項１の水処理装置。
3. 前記被処理水を導入して一旦貯溜する貯溜室が構成された電解槽を備え、
   前記複極式電極を前記貯溜室内に配設して当該貯溜室内の前記被処理水に浸漬すると共に、前記誘電電極は、当該貯溜室内の被処理水を相互に流通の無い状態で区画することを特徴とする請求項１又は請求項２の水処理装置。
4. 前記被処理水を導入して一旦貯溜した後、溢出させる貯溜室が構成された電解槽を備え、
   前記複極式電極を前記貯溜室内に配設して当該貯溜室内の前記被処理水に浸漬すると共に、前記電解槽は、前記誘電電極の上端を覆う上壁と、該上壁に形成された透孔を有し、前記貯溜室内に導入された水の一部が前記上壁上を流れるよう構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の水処理装置。
5. 前記給電電極の前記誘電電極とは反対側の面を前記貯溜室の内壁面に当接させることにより、当該貯溜室内に導入された被処理水から隔離することを特徴とする請求項３又は請求項４の水処理装置。

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