CN1099377C - 含有磷酸根离子之废水的处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种含有磷酸根离子之废水的处理方法，可令磷酸根离子之除去效率长期保持高效率。这种含有磷酸根离子之废水的处理方法，使用含铁及/或铝之至少一对电极以电化学方法在含有磷酸根离子之废水中令其析出铁离子及/或铝离子后，使磷酸根离子通过和铁离子及/或铝离子反应，以水不溶性盐之形式凝集沉淀；在向设置于废水处理装置之电解槽流入的水的电导率为0.3mS/cm以下、电流密度为0.05～1mA/cm2之情况下，将一对电极间之距离设为1～24cm。

Description

含有磷酸根离子之废水的处理方法
技术领域
本发明涉及一种废水尤其是家庭废水或集体住宅之废水等含有磷酸之生活废水的处理方法。
背景技术
河川或湖之充分营养化之原因之一为有磷化合物存在，这是周知的。又，该磷化合物在一般家庭之生活废水中存在很多，但是净化处理困难，目前无法采取有效之对策。
磷化合物之处理装置有各种提案，对于家庭废水已知铁之电解析出法(特开平3-89998号公报，C02F3/12)。该技术为令废水中之磷酸根离子和铁离子反应后作为水不溶性盐例如FePO4或Fe(OH)x(PO4)y而凝集沉淀并除去之技术，是对设置于电解槽中之铁制电极通电后令其在废水中析出铁离子的技术。
可是，流入电解槽之浮游物接触电极间，有漏电之情况。又，设于电解槽内之搅拌端子或充气等搅拌机构停止，或者电极之极性反转机构停止时，在电极表面堆积金属化合物，有发生电极间之漏电的情况。在这些情况下，磷除去效率降低，无法使稳定之磷除去性能持续。因此，曾想到扩大电极间，但是扩大电极间之距离时，若不将电压提高到25V以上(电器用品取缔法规定为25V以下)，可能无法达成规定之电解效率。
发明概述
本发明系鉴于上述课题而想出来的，其目的在于提供一种含有磷酸根离子之废水的处理方法，可令磷酸根离子之除去效率长期保持高效率。
本发明之含有磷酸根离子之废水的处理方法，使用含铁及/或铝之至少一对电极以电化学方法在含有磷酸根离子之废水中令其析出铁离子及/或铝离子后，使磷酸根离子通过和铁离子及/或铝离子反应，以水不溶性盐之形式凝集沉淀；其特征在于：在向设置于废水处理装置之电解槽流入的水的电导率为0.3mS/cm以下、电流密度为0.05～1mA/cm2之情况下，将一对电极间之距离设为1～24cm。
本发明之含有磷酸根离子之废水的处理方法，使用含铁及/或铝之至少一对电极以电化学方法在含有磷酸根离子之废水中令其析出铁离子及/或铝离子后，使磷酸根离子通过和铁离子及/或铝离子反应，以水不溶性盐之形式凝集沉淀；其特征在于：在向设置于废水处理装置之电解槽流入的水的电导率为0.3～1.5mS/cm、电流密度为0.05～0.5mA/cm2之情况下，将一对电极间之距离设为1～60cm。
本发明之含有磷酸根离子之废水的处理方法，使用含铁及/或铝之至少一对电极以电化学方法在含有磷酸根离子之废水中令其析出铁离子及/或铝离子后，使磷酸根离子通过和铁离了及/或铝离子反应，以水不溶性盐之形式凝集沉淀；其特征在于：在向设置于废水处理装置之电解槽流入的水的电导率为0.3～1.5mS/cm、电流密度为0.5～1mA/cm2之情况下，将一对电极间之距离设为1～55cm。
附图的简要说明
图1为表示本发明之一实施形态之废水处理装置之说明图；
图2为表示在图1之电解槽之部分切开立体图；
图3为表示电极单元之说明图；
图4为以最大电压25V为基准表示电极间之距离L、电流密度i以及电导率S之关系之说明图。
优选实施方式的详细说明
下面参照附图说明本发明之含有磷酸根离子之废水的处理方法。
图1为表示本发明之一实施形态之废水处理装置之说明图，图2为表示图1中的电解槽之部分切开立体图，图3为表示电极单元之说明图，图4为以最大电压25V为基准表示电极间之距离L、电流密度i以及电导率S之关系之说明图。
本发明用于例如合并净化槽等废水处理装置。所述废水处理装置如图1所示，由第一厌气过滤槽A、第二厌气过滤槽B、生物过滤槽C、处理水槽D以及消毒槽E构成，使得在各槽处理流入该第一厌气过滤槽A之废水后，自消毒槽E排出。而且，电解槽1设置于使利用空气泵F自所述处理水槽D抽出的处理水返回第一厌气过滤槽A之循环路径L。
所述电解槽1如图1～3所示，包括：具有废水流入口2和流出口3之废水处理室4，配置成至少一部分浸在该处理室4内之废水中之电极5、6，用以对该电极5、6通电之电源7，具有用以每隔指定时间切换电极5、6之极性之极性反转电路及用以控制对电极5、6通电之电流之电流控制电路的控制器8，以及用以对所述废水处理室4内之废水中供给空气之空气充气装置9。
所述电极5、6可由铁、铁合金、铝、铝合金或铁-铝合金等铁离子及/或铝离子产生源制作。
所述电极5、6如图2～3所示，在隔箱10内隔着把手11只相距固定间隔收藏之电极单元12，在电解槽1内例如利用隔棒13组入4组。又，在该电极5、6利用螺丝固定或焊接等固接有端子14，自该端子14拉出之导线15和连接器16连接。又，在所述隔箱10形成有废水之流入口10a和流出口10b，而且形成空气流入口10c。
所述空气充气装置9由设置于废水处理室4之底中央之多孔质之散气管17或散气板、和用以将压缩空气吸入该散气管17之图上未示之空气泵构成，该散气管17和空气泵利用管子18连接。
在本实施形态中，所述散气管17设置于废水处理室4之底中央，但是在本发明未特别限定如此，可适当选定搅拌废水后和废水之流出一起令作为废水中之磷酸根离子和自电极析出之铁离子(铝离子)之反应产生物的水不溶性盐易流出之位置后设置。又，藉在处理室内之废水中将散气管向上下方向移动，也可使得容易产生废水之对流。此外，在本实施形态，利用该废水之搅拌，也可令铁离子和磷酸根离子之反应性提高。
在铁(铝)之电解析出法可采用现有公知的方法，对电极之通电不管是连续的，或是断续的、脉冲性的都可。可是，通电量虽因磷酸或其他离子之浓度、废水之流量等而异，但是只要将铁离子及/或铝离子之废水中之浓度/磷浓度之摩尔比(以下简称为“Fe/P”)调整成1.0～4.0，最好为1.5～2.5即可。即，废水中之磷以磷酸根离子存在，为了令该磷酸根离子和铁离子反应后，产生FePO4或Fe(OH)x(PO4)y并令其沉淀，例如在FePO4的情况下，Fe和P之摩尔比为1就足够，但是考虑反应效率时，若摩尔比不是1以上时无法得到高的磷除去效率。而摩尔比变成4以上时，磷除去率变成99％以上(即，效率达到极限)，即使进一步提高摩尔比，多余之铁也向流出侧放出，可能导致运转费用上升或环境污染。
又，向电解槽流入的水的电导率因废水处理装置之各槽之处理性能而异，但一般为1mS/cm以下，高时也只有1.5mS/cm。可是，在电导率固定时，若增大电极间之距离，则电压上升，在对位于固定距离之电极间以固定电流通电的情况下，若水之电导率下降，则电压上升，故需要以最大电压25V为基准，预先求电极间之距离L、电流密度i以及电导率S之关系。由图4可知，若水之电导率S往1.41(S1)、0.72(S2)、0.29(S3)以及0.19(S4)降低，则对于电流密度i之电极间之距离L必须减少。此外，对于各电导率S1～S4之回归直线各自为L＝-56.5i+81.4、L＝-35.5i+5.8、L＝-19.5i+23.6以及L＝-13.8i+16.6。
因此，在本发明中，在水之电导率S为0.3mS/cm以下之低的情况下，因电流密度i之相依度小，首先将电流密度i设为0.05～1mA/cm2，而且将电极间之距离L设为约1～24cm。在此，将距离L的下限值设为1cm是由于例如电解槽内之充气停止时，因最大约0.5cm之附着物堆积在电极表面，在两极间未满1cm之情况下，电极发生导通，就不会发生铁之析出的缘故。其次在电导率S为0.3～1.5mS/cm之情况下，因电流密度i之相依度大，例如依据污水处理装置之使用人数之变化将配置于电解槽之电极对数自4对改为2对时，因电流密度变为约2倍，若以电流密度i之平均值0.5为境界割分为0.05～0.5mA/cm2和0.5～1mA/cm2二个范围，则各自之电极间之距离L需要设为1～60cm及1～55cm。此外，在该电流密度i为0.05～0.5mA/cm2之情况下，计算上之距离L为约81cm，但是将最大距离设为60cm是因处理装置之检查孔之直径一般约为60cm，在例如一对电极之设置作业及维修时易于进行自检查孔进行的搬出作业的缘故。
在本发明中，依据所述水之电导率之范围设定电流密度和电极间之距离后，用控制器控制向铁电极通电之电流，依据法拉第定律控制所需铁离子之析出量。藉此可使磷除去效率稳定并保持在70～80％以上。
此外，本发明之含有磷酸根离子之废水之利用铁(铝)之电解析出法之处理是利用自电极析出之铁离子(铝离子)和废水中之磷酸根离子反应后生成水不溶性之磷酸和铁(铝)之盐之反应(反应A)的处理，但是废水中存在氢氧化物离子，所析出之铁离子(铝离子)也和氢氧化物离子反应(反应B)。因反应B比反应A快，为了捕捉磷酸根离子，需要增加电流量，增加铁离子(铝离子)之析出量。
可是，在废水中存在钙离子或锰离子时，这些离子会和氢氧化物离子反应(反应D)。因该反应D比铁离子(铝离子)和氢氧化物离子之反应B优先，故抑制反应B，铁离子(铝离子)有效地被利周于和磷酸根离子之反应A。此外，钙离子及锰离子也和磷酸根离子反应而形成水不溶性之盐，故有利于除去磷酸根离子。
因而，在本发明中，也可添加钙离子或锰离子，抑制铁离子(铝离子)和氢氧化物离子之反应B，高效率地进行铁离子(铝离子)和磷酸根离子之反应A。藉此，可降低通电量，可省电而且可降低铁或铝之析出量。
本发明之废水处理装置如上述所示，可特别有效地利用于一般家庭废水。因此，单独使用也可，但是和例如活性污泥法、膜分离法、厌气好气循环法等其他净化系统组合后可作为家庭用、集体住宅用之综合废水净化系统。又，也可利用于大规模处理系统(排泄物处理场)。其次依据实施例说明本发明，但是本发明未限定为只是这种实施例。
在图1所示之铁之电解析出废水处理装置中，浸在废水中之4对电极使用高纯度之铁板，而且因向电解槽流入的水的电导率约为1mS/cm，故将电极间之距离各自设为25cm。又，在一直监视电压下、将极性反转时间控制为1小时以用两极进行电极之电解。
而且，令包含磷浓度5mg/L之生活废水自流入口以1200公升/日流入，并将处理装置内之循环流量设为6000公升/日。在各处理槽进行生物处理后，流入电解槽时之处理水中之磷浓度变成1～3mg/L。此时，将Fe/P设为1.5～2.5时，铁之析出量利用下式(1)计算，求得为(1～3/31)×(1.5～2.5)×55.847＝2.7～13.5mg/L。
(磷浓度/磷原子量)×(摩尔比)×(铁原子量)    (1)
因此，铁之析出量为2.7～13.5mg/L，因循环量为6000公升/日，故用以确保1天之铁之析出量为16.2～81g之电解电流值利用下式(2)计算，求得为(16.2～81/55.847)×2×96500/(24×60×60)＝0.65～3.24A。(1天之析出量/铁原子量)×(克当量)×(电荷量)/(1天之秒数)  (2)
因而，用以将电流值设为0.65～3.24A之电极之浸水表面积变成1625～8100cm2。因此，电流密度小时自阴极侧电极发生氢气变少，钝态皮膜之除去降低，因皮膜之产生增加，将电流密度设为0.4mA/cm2。因此，将电极之浸水表面积设为1625～8100cm2，为了Fe/P变成1.5～2.5，将电解电流值控制为0.65～3.24A。
而利用电极之电解所析出之铁离子和磷酸根离子反应后，产生水不溶性盐。所产生之盐和流入水一起由自散气管发生之空气(2L/min)搅拌后，向流出侧流出。因此，水不溶性盐几乎不堆积。
接着依据JISK 0102规格之全磷分析法(46.3)分析用孔径0.45μm之过滤器将在流出口所采取之废水过滤后之过滤液之结果，得知磷除去效率为70-80％以上。
此外，在本实施形态，说明了设置于废水处理装置之循环路径之电解槽，但是在本发明，未限定如此，对于例如设置于分批式废水处理装置之分批槽等小规模净化槽的也可实施。
如以上说明所示，若利用本发明，因可回避流入之浮游物或在电极表面形成之金属化合物等之堆积所引起之漏电流，而且可稳定地除去磷，故可长期保持高效率之磷除去性能。

Claims (3)

1.一种含有磷酸根离子之废水的处理方法，使用含铁及/或铝之至少一对电极以电化学方法在含有磷酸根离子之废水中今其析出铁离子及/或铝离子后，使磷酸根离子通过和铁离子及/或铝离子反应，以水不溶性盐之形式凝集沉淀；
其特征在于：在向设置于废水处理装置之电解槽流入的水的电导率为0.3mS/cm以下，电流密度为0.05～1mA/cm2之情况下，将一对电极间之距离设为1～24cm。
2.一种含有磷酸根离子之废水的处理方法，使用含铁及/或铝之至少一对电极以电化学方法在含有磷酸根离子之废水中令其析出铁离子及/或铝离子后，使磷酸根离子通过和铁离子及/或铝离子反应，以水不溶性盐之形式凝集沉淀；
其特征在于：在向设置于废水处理装置之电解槽流入的水的电导率为0.3～1.5mS/cm、电流密度为0.05～0.5mA/cm2之情况下，将一对电极间之距离设为1～60cm。
3.一种含有磷酸根离子之废水的处理方法，使用含铁及/或铝之至少一对电极以电化学方法在含有磷酸根离子之废水中令其析出铁离子及/或铝离子后，使磷酸根离子通过和铁离子及/或铝离子反应，以水不溶性盐之形式凝集沉淀；
其特征在于：在向设置于废水处理装置之电解槽流入的水的电导率为0.3～1.5mS/cm、电流密度为0.5～1mA/cm2之情况下，将一对电极间之距离设为1～55cm。
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