JP2002045859A - 汚水処理装置およびイオン供給電極対の交換時期の検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イオン供給電極対の交換時期をより正確に認
識できる汚水処理装置、および、イオン供給電極対の交
換時期の検出方法を提供する。 【解決手段】 タンク１には、汚水中に金属イオンを供
給するための電極対を収容する電解槽５４の上流側に、
基準電極ユニット１００が備えられている。なお、電解
槽５４内の電極について、予め、抵抗率が既知の基準液
内で、電極対の交換が必要な状態での電極間の電圧ｅ
（ｃ）を求めておく。そして、基準電極ユニット１００
により求められた汚水の抵抗率ρｒ、基準液の抵抗率ρ
ｂ、および、汚水中の電極対の極間電圧ｅｒ（ｔ）とを
以下の式に代入し、ｅ（ｔ）がｅ（ｃ）となったとき、
電極対の交換が必要であると判断する。 ｅ（ｃ）＝ρｂ・ｅｒ（ｃ）／ρｒ

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汚水処理装置およ
びイオン供給電極対の交換時期の検出方法に関し、特
に、電極の電気分解で生じた金属イオンによって汚水中
から所定の成分を除去する汚水処理装置およびそのよう
な汚水処理装置において金属イオンを供給する電極対の
交換時期の検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の汚水処理装置には、電極を電気分
解することにより、汚水中に金属イオンを溶出させ、当
該金属イオンによって汚水中の所定の成分を除去するタ
イプのものがあった。このような電気分解に用いられる
電極対を、以下、イオン供給電極対と呼ぶ。

【０００３】このような汚水処理装置では、汚水中に、
継続的に金属イオンを溶出させるためには、ある程度金
属イオンが溶出した時点で、イオン供給電極対を交換す
る必要があった。なお、イオン供給電極対の交換時期
は、電気分解が行なわれた期間に基づいて決定されてい
た。従来の汚水処理装置では、イオン供給電極対は、定
電流回路において電圧を印加されていたことから、金属
イオンの流出量は、電気分解を実施した期間に応じて、
推測することができたからである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、汚水処
理装置において、単に、電気分解の期間のみに従って電
極の交換時期を予測したのでは、イオン供給電極対の交
換時期が、実際の当該電極の状態とは合致しない場合が
あった。具体的には、イオン供給電極対を交換しようと
した時点では、すでに当該電極の表面積が小さくなりす
ぎ、当該電極を電気分解させても汚水処理に十分な量の
金属イオンを溶出させることができなくなっていたり、
汚水処理に十分な量の金属イオンを溶出させようとする
と危険なまでの高圧を印加しなければならない場合があ
った。

【０００５】これは、実際にイオン供給電極対の電気分
解を行なう際には、汚水の抵抗率が変化し、電極間に流
れる電流と電極間に印加される電圧の関係が変化する場
合があるからだと推測された。しかし、汚水の抵抗率の
変化に応じた処置はなされていなかった。

【０００６】本発明は、かかる実情に鑑み考え出された
ものであり、その目的は、イオン供給電極対の交換時期
をより正確に認識できる汚水処理装置、および、イオン
供給電極対の交換時期の検出方法を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に従った汚水処理
装置は、汚水を収容する汚水収容部と、電気分解により
前記汚水収容部内に金属イオンを供給するイオン供給電
極対とを含み、前記イオン供給部から供給された金属イ
オンと汚水を反応させることにより、汚水から所定の成
分を除去する、汚水処理装置であって、前記汚水収容部
内の汚水の抵抗率を検出できる、汚水抵抗率検出部をさ
らに含むことを特徴とする。

【０００８】本発明によると、実際に汚水処理装置にお
いてイオン電極対が浸されている汚水の抵抗率を検出す
ることができる。つまり、本発明では、汚水抵抗率検出
部によって検出される汚水の抵抗率に加えて、さらに、
従来から検出可能であった、抵抗率が既知の溶液（基準
液）内でのイオン供給電極対の交換時期に対応する当該
イオン電極対の電極間の電圧（基準液内交換電圧）と、
汚水に浸されたイオン供給電極対の電極間の電圧（汚水
内電圧）とを検出することにより、当該イオン供給電極
対の正確な交換時期を検出できる。

【０００９】具体的には、当該汚水内電圧と汚水の抵抗
率に対する当該基準液の抵抗率の比との積が、当該基準
液内交換電圧に至っているか否かを判断することによ
り、イオン供給電極対が交換すべき状態に至っているか
否かを、汚水の状態も考慮に入れながら、判断できる。

【００１０】したがって、イオン供給電極対が浸される
汚水の抵抗率が、いかなる値であっても、イオン供給電
極対の正確な交換時期を検出できる。

【００１１】また、本発明に従った汚水処理装置は、前
記汚水抵抗率検出部は、電気分解において安定した金属
からなる電極対である基準電極対と、前記基準電極対に
直列に接続された電気抵抗体とを備えたことが好まし
い。

【００１２】これにより、汚水収容部内の汚水の抵抗率
を、より容易に検出できる。また、本発明に従った汚水
処理装置は、前記基準電極対は、白金からなることが好
ましい。

【００１３】これにより、より正確に、汚水収容部内の
汚水の抵抗率を検出できる。また、本発明に従った汚水
処理装置は、前記汚水収容部内に設けられ、前記イオン
供給電極対を収容する第一の電解槽と、前記汚水収容部
内であって前記第一の電解槽の外に設けられ、前記基準
電極対を収容する第二の電解槽とをさらに含むことが好
ましい。

【００１４】第一の電解槽内にイオン供給電極対が収容
されることにより、第一の電解槽内で生じた金属イオン
を効率よく汚水と反応させることができる。また、第二
の電解槽内に基準電極対が収容されることにより、基準
電極対に、安定した状態で、汚水収容部内の汚水の抵抗
率を検出するための動作を実行させられる。

【００１５】また、本発明に従ったイオン供給電極対の
交換時期の検出方法は、汚水収容部内の汚水に浸され、
電気分解を行なうことにより金属イオンを供給するイオ
ン供給電極対の交換時期の検出方法であって、前記イオ
ン供給電極対を、基準となる抵抗率を有する基準溶液内
で電気分解するステップと、前記基準溶液内での電気分
解において、前記イオン供給電極対が交換するべき状態
での当該イオン供給電極対の電極間の電圧である、基準
液内交換電圧を検出するステップと、前記汚水収容部内
に前記イオン供給電極対とは別に設けられ、電気分解に
際して安定した金属からなる基準電極対を準備するステ
ップと、前記基準電極対と直列に接続された電気抵抗体
を準備するステップと、前記基準電極対の電極間の電圧
および距離、ならびに、前記電気抵抗体に流れる電流値
から、前記汚水収容部内の汚水の抵抗率を求めるステッ
プと、前記汚水収容部内の前記イオン供給電極対の電極
間の電圧に、前記基準となる抵抗率に対する前記汚水収
容部内の汚水の抵抗率の比をかけたものが、前記基準液
内交換電圧以上となった場合に、前記汚水収容部内の前
記イオン供給電極対の交換が必要であると判断するステ
ップとを含むことを特徴とする。

【００１６】本発明によると、イオン供給電極対が交換
すべき状態に至っているか否かを、汚水の状況も考慮に
入れながら、判断できる。

【００１７】したがって、イオン供給電極対が浸される
汚水の抵抗率が、いかなる値であっても、イオン供給電
極対の正確な交換時期を検出できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】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、以下に示す各実施の形態の
汚水処理装置は、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
ことも出来る。また、各実施の形態の汚水処理装置によ
れば、特に、生活排水やメッキ工場の廃水等に含まれる
リン化合物を、凝集沈澱処理することが出来る。

【００１９】［第一の実施の形態］図１は、本発明の第
一の実施の形態である汚水処理装置を含む汚水処理シス
テムの縦断面図である。

【００２０】図１を参照して、本実施の形態の汚水処理
システムは、主に、タンク１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、
接触バッキ槽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１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。

【００２１】第一嫌気ろ床槽５は、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。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、有機性の窒素が、アンモニア性窒素へ
と嫌気分解される。

【００２２】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
た汚水は、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。

【００２３】第二嫌気ろ床槽１０には、第二嫌気ろ床１
１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、有機性の窒素がアンモニア性窒素へと嫌気分解され
る。

【００２４】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と接触バッキ槽１４を接続させ
ている。

【００２５】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から接触バッキ槽１４への汚水
の供給が促進される。

【００２６】接触バッキ槽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。接触バッキ槽１４の底部付近に
は、第一散気管１６が設けられている。

【００２７】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。なお、第一散気管１６の下端
は、後述するように、接触バッキ槽１４の底面の外周よ
り若干内側の領域を一周するように、設けられている。
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、孔１６ａから気泡として放出される。な
お、第一散気管１６において、その下面側に孔１６ａが
形成されることにより、その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。

【００２８】第一散気管１６から気泡が放出されること
により、接触バッキ槽１４は、好気状態に維持される。
これにより、接触バッキ槽１４では、汚水は好気性微生
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。接触バッ
キ槽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。

【００２９】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。

【００３０】接触バッキ槽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、接触バッキ槽１４で生じた汚泥は、第
一嫌気ろ床槽５に送られる。

【００３１】第三仕切壁４が、タンク１の底にまで達し
ていないため、接触バッキ槽１４と沈殿槽１９は、下部
で、接続されている。これにより、接触バッキ槽１４内
の汚水は、沈殿槽１９にも流れ込む。

【００３２】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
汚水は、該薬品に消毒され、排水口２３を介して、タン
ク１外に排出される。

【００３３】接触バッキ槽１４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２
４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内の汚水を、第一返送管２４を介して、第一嫌気
ろ床槽５に送り込む。

【００３４】なお、第一返送管２４の端部付近であって
第一嫌気ろ床槽５の上部には、電解槽５４を含む電解ユ
ニットが設けられている。電解槽５４の内側には、電極
対５１が設けられている。電極対５１は、電源ユニット
５７に接続されている。また、電解槽５４の内部には、
第三散気管５３が設けられている。第三散気管５３は、
図示せぬブロアに接続され、複数の小孔を形成されてい
る。そして、第三散気管５３は、小孔から空気を噴出す
ることにより、電解槽５４内を攪拌できる。

【００３５】電解槽５４内では、電極対５１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５４では、溶出した金属イオンと汚水内のリ
ン化合物が反応して、水に難溶性の金属塩が生成し、凝
集する。

【００３６】次に、本実施の形態の電極対５１の構成に
ついて、図２を参照しつつ説明する。図２は、電極対５
１の斜視図である。

【００３７】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。電極５１１，５１２は、支持部５１０
に、ねじ５１１ａ，５１１ｂで、ねじ止めされている。
支持部５１０には、取っ手５１０ａが取付けられてい
る。電極５１１，５１２は、支持部５１０の内部で、配
線５１９と接続されている。配線５１９の先端には、コ
ネクタ５１９ｃが取付けられている。電極５１１，５１
２は、配線５１９のコネクタ５１９ｃを介して、電源ユ
ニット５７に接続されている。電源ユニット５７は、電
極５１１，５１２間に電圧を印加することができる。ま
た、電源ユニット５７は、電極対管理部６０に接続さ
れ、当該電極対管理部６０に、電極５１１，５１２間の
電圧（後述するｅｒ（ｃ）等）を出力する。

【００３８】第一返送管２４の端部付近であって電解槽
５４の上流側には、基準電極ユニット１００が備えられ
ている。基準電極ユニット１００は、電解槽１０１と、
電極対１０２と、散気管１０３とからなる。電極対１０
２は、電源ユニット１０４に接続されている。図３に、
基準電極ユニット１００の斜視図を示す。

【００３９】図３を参照して、電解槽１０１は、電解槽
１０１内に汚水を導入するための流入口１０１ａと、電
解槽１０１外へ汚水を排出するための流出口１０１ｂを
形成されている。電極対１０２は、電極１０２ａ，１０
２ｂからなる。電極１０２ａ，１０２ｂは、白金からな
る。なお、電極１０２ａ，１０２ｂは、通常電解槽１０
１内に流入してくる汚水の中で電解が行なわれた際に、
イオンとして溶出しない、または溶出しにくい金属であ
れば、白金に限定されない。

【００４０】散気管１０３は、電解槽１０１の底部に設
けられている。散気管１０３は、複数の小孔を形成さ
れ、また、図示せぬブロアに接続されている。散気管１
０３が、小孔から空気を噴出することにより、電解槽１
０１の内部は攪拌される。

【００４１】電極１０２ａ，１０２ｂは、電源ユニット
１０４に接続されている。なお、電源ユニット１０４内
には、電極１０２ａ，１０２ｂ間に電圧を印加する電源
１４１と、電極１０２ａ，１０２ｂに直列に接続された
抵抗１４２とが含まれる。電源ユニット１０４は、電極
対管理部６０に接続され、電極対管理部６０に、電極１
０２ａ，１０２ｂ間の電圧や、抵抗１４２の両端の電圧
を出力できる。

【００４２】タンク１において、基準電極ユニット１０
０および電極対管理部６０は、タンク１内の汚水の抵抗
率を検出するために、備えられている。なお、これらに
よる汚水の抵抗率の検出態様については、後述する。

【００４３】［第二の実施の形態］図４（Ａ）は、本発
明の第二の実施の形態である汚水処理装置を含む合併浄
化槽での、処理の流れを示すフローチャートである。ま
た、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の変形例のフローチャー
トである。

【００４４】まず、図４（Ａ）を参照して、生活雑排水
は、まず、沈殿分離槽８１に導入される。沈殿分離槽８
１では、主に、汚水の嫌気分解が行なわれる。

【００４５】沈殿分離槽８１内の汚水は、回転板接触槽
８２に導入される。回転板接触槽８２では、主に、汚水
の好気分解が行なわれる。なお、回転板接触槽８２で
は、好気性細菌の増殖に用いられる好気ろ床が、回転さ
れている。なお、好気ろ床は、必ずしも回転されなくと
もよい。

【００４６】回転板接触槽８２内の汚水は、沈殿槽８３
に導入される。沈殿槽８３は、汚水に含まれる汚泥を、
液体と分離するために、設けられている。なお、沈殿槽
８３において、沈殿した汚泥は、周知の手段により、沈
殿分離槽８１に搬送される。

【００４７】沈殿槽８３内の汚水は、中間流量調整槽８
４に導入される。中間流量調整槽８４は、後述する電解
槽８５に導入される汚水の流量を調整するために設けら
れている。

【００４８】中間流量調整槽８４内の汚水は、電解槽８
５に導入される。電解槽８５は、汚水内の所定の成分と
反応させるための金属イオンを、電極の電気分解により
発生させるための槽である。電解槽８５には、電極対５
１および散気管５３（図２参照）が収納されている。つ
まり、本実施の形態の電解槽８５は、第一の実施の形態
の電解槽５４に相当する。

【００４９】電解槽８５内の汚水は、凝集槽８６に導入
される。凝集槽８６は、主に、電解槽８５で発生した金
属イオンを、汚水内の所定の成分と反応させ、フロック
を形成させるために設けられている。つまり、凝集槽８
６内で、金属イオンと汚水内の所定の成分とが、反応す
る。

【００５０】また、凝集槽８６では、金属イオンの存在
下で、水に溶解せず浮遊している粒子（一般的に「Ｓ
Ｓ」と呼ばれるもの）のフロックも、形成される。凝集
槽８６では、フロック形成のため、適宜、攪拌されるこ
とが好ましい。

【００５１】凝集槽８６内の汚水は、上記の反応の結果
生じたフロックとともに、凝集沈殿槽８７に導入され
る。凝集沈殿槽８７は、凝集槽８６で生じたフロックを
沈降させるために設けられている。

【００５２】凝集沈殿槽８７内の汚水は、消毒槽８８に
導入される。消毒槽８８には、塩素系等の薬品が備えら
れている。消毒槽８８は、該薬品により、汚水を消毒す
るために、設けられている。そして、消毒槽８８内の汚
水は、河川等に、放流される。なお、汚水には、リン
は、リン酸や有機リンとして存在するが、消毒槽８８か
ら放流される汚水は、トータルのリン濃度が１ｍｇ／Ｌ
とされている。

【００５３】図４（Ｂ）に示す処理は、図４（Ａ）に示
す電解槽８５および凝集槽８６の代わりに凝集槽９５を
設け、該凝集槽９５内で、金属イオンを発生させ、か
つ、金属イオンと汚水中の所定の成分とを反応させ、フ
ロックを形成させるものである。この場合、電極対５１
は、凝集槽９５内に収容される。つまり、この例では、
凝集槽９５が、第一の実施の形態の電解槽５４に相当す
る。

【００５４】図５に、図４（Ａ）に示した本実施の形態
の汚水処理装置を含む合併浄化槽の、一部分の外観を示
す。所定の水槽から、配管９１を介して、中間流量調整
槽８４に汚水が導入される。また、中間流量調整槽８４
から、配管９２を介して、基準電極ユニット１００に汚
水が導入される。そして、基準電極ユニット１００か
ら、配管９３を介して、電解槽８５に汚水が導入され
る。さらに、電解槽８５から、配管９４を介して、凝集
槽８６に汚水が導入される。また、図示は省略したが、
凝集槽８６からは、所定の配管を介して、凝集沈殿槽８
７に汚水が導入される。汚水処理装置において、各槽に
おける汚水の滞留時間は、たとえば、各槽の容量を調整
することにより、調整される。

【００５５】電解槽８５内の電極対５１には、電源ユニ
ット５７が接続されている。また、基準電極ユニット１
００の電極対１０２は、電極ユニット１０４に接続され
ている。そして、電極ユニット５７および電極ユニット
１０４は、電極対管理部６０に接続されている。

【００５６】［電解槽内の電極対の交換時期の検出方
法］以上、本発明の第一および第二の実施の形態である
汚水処理装置の、構造について、説明してきた。次に、
両実施の形態の電極対管理部６０が、どのように、電極
対５１の交換時期を決定するかについて、説明する。

【００５７】１） 基準液における、電極間の電圧と、
電極対の交換時期 まず、図６に、電極対５１の電極５１１，５２１および
電源ユニット５７を電気回路として示す。図６に示した
ように、電極５１１，５２１は、直流電源である電源ユ
ニット５７に、直列に接続されている。

【００５８】そして、このような電極５１１，５１２の
電流密度と、両電極間に印加される電圧の関係を、図７
に示す。なお、図７の結果は、汚水のモデルとして調整
された基準液内で、電極５１１，５１２に電圧を印加し
た場合の結果である。

【００５９】なお、基準液１とは、第一の実施の形態の
タンク１内を循環する汚水のように、第一，第二嫌気ろ
床槽５，１０および接触バッキ槽１４を循環している汚
水のモデルであり、その組成は、表１に示すものであ
る。

【００６０】

【表１】

【００６１】また、基準液２，基準液３とは、第二の実
施の形態の合併処理槽における電解槽８５に流れ込む汚
水のモデルであり、その組成は、表２に示すものであ
る。

【００６２】

【表２】

【００６３】図７を参照して、第一，第二の実施の形態
のいずれ場合に対応した基準液内でも、つまり、基準液
１および基準液２，３内でも、電極対５１によって電解
が行なわれた場合、電極５１１，５１２間の電圧（図７
の縦軸）と電流密度（図７の横軸）とは、ほぼ、比例関
係にあると言える。

【００６４】なお、電源ユニット５７は、電極５１１，
５１２間に一定の電流値の電流が流れるように、電圧を
印加する。したがって、電極５１１，５１２の、電解反
応を行なうことができる面積が狭くなるほど、電極５１
１，５１２における電流密度が高くなり、印加すべき電
圧が高くなる。

【００６５】また、実際に、電極５１１，５１２間の電
圧ｅ（ｔ）と、電極５１１，５１２の電解反応に有効な
面積Ｓ（ｔ）は、電解を行なった時間ｔに応じて、図８
に示すように変化する。なお、電解を行なう時間が長く
なるほど（図８の右方向に進むほど）、ｅ（ｔ）は高く
なり、Ｓ（ｔ）は小さくなる。

【００６６】このことから、ｅ（ｔ）の値から、Ｓ
（ｔ）を推測できると考えられる。したがって、電極対
５１が十分に金属イオンを供給できないとして、当該電
極対５１を交換すべき時期は、ｅ（ｔ）の値から推測で
きると考えられる。

【００６７】なお、図８では、電極対５１における電解
反応を始めたばかりのｅ（ｔ），Ｓ（ｔ）を、それぞ
れ、ｅ（０），Ｓ（０）とし、電極対５１を交換すべき
ときのｅ（ｔ），Ｓ（ｔ）を、それぞれ、ｅ（ｃ），Ｓ
（ｃ）としている。Ｓ（ｃ）は、たとえば、Ｓ（０）の
２５％程度と考えられる。そして、ｅ（ｃ）は、たとえ
ばｅ（０）の３倍以上、好ましくは、１．５倍以上とさ
れる。

【００６８】２） 電解槽内の処理液における、電極間
の電圧と、電極対の交換時期 以上説明したように、基準液内で電解を行なった場合
の、電極対５１の交換時期は、図８に示した関係に基づ
き、電極５１１，５１２間の電圧によって決定できる。

【００６９】しかしながら、電極対５１が実際に電解を
行なう電解槽５４，８５内の汚水の抵抗率は、一定では
ない。これにより、ｅ（ｔ）とＳ（ｔ）の関係は、一義
的に考えられなくなる。したがって、汚水中で電解を行
なう電極対５１のｅ（ｔ）がｅ（ｃ）となったとして
も、電極対５１の交換時期を過ぎている場合がある。

【００７０】そこで、電極対管理部６０は、基準液およ
び実際の汚水の抵抗率を考慮して、電極対５１の交換時
期を決定している。

【００７１】ここでは、まず、電極対管理部６０におけ
る処理の根拠を説明する。なお、以下に、複数の数式が
引用され、その中には、複数の記号が使用される。迅速
に、数式の意味が理解されるように、表３として、記号
と、記号の意味を対応させた表を示す。

【００７２】

【表３】

【００７３】電極対管理部６０では、電極対５１を、図
９に示すようなモデルとして扱っている。図９を参照し
て、電極５１１と電極５１２は、その対向する方向の厚
さを、共に、Ｄ（ｔ）とし、また、互いに距離Ｌ（ｔ）
だけ離されているとする。また、電極５１１，５１２
の、それぞれの電解に有効な面積（電解有効面積）をＳ
（ｔ）とする。

【００７４】また、電極対５１が電解を行なう場合の回
路構成は、図１０に示すように記載することもできる。
図１０に示す電気回路図では、電源ユニット５７に、直
列に接続された電極５１１と電極５１２との間に、抵抗
５１３として、電解液に起因する抵抗を記載している。

【００７５】ここで、所定の抵抗率（ρｂ）を有する基
準液中で、電極対５１に電解を行なわせた場合について
考える。なお、電極５１１，５１２として、鉄が用いら
れた場合について、考える。

【００７６】電極５１１，５１２における抵抗Ｒｆは、
鉄の抵抗率をρｆとした場合、次の式（１）で示すこと
ができる。

【００７７】 Ｒｆ＝ρｆ・Ｄ（ｔ）／Ｓ（ｔ） …（１） また、電極５１１，５１２に挟まれた基準液の抵抗Ｒｂ
は、次の式（２）で示すことができる。

【００７８】 Ｒｂ＝ρｂ・Ｌ（ｔ）／Ｓ（ｔ） …（２） また、電源ユニット５７によって、電極５１１，５１２
間に印加される電圧ｅ（ｔ）は、ＲｆとＲｂを用いて、
式（３）で示すことができる。なお、式（３）のＩは、
電極５１１，５１２を流れる電流値である。

【００７９】 ｅ（ｔ）＝（２Ｒｆ＋Ｒｂ）・Ｉ …（３） そして、式（３）に式（１），（２）を代入すると、ｅ
（ｔ）は、ρｆとρｂを用いて、式（４）で示すことが
できる。

【００８０】 ｅ（ｔ）＝｛２ρｆ・Ｄ（ｔ）＋ρｂ・Ｌ（ｔ）｝・Ｉ／Ｓ（ｔ） …（４） そして、基準液で考えた場合、電極対５１を交換すべき
時期のｅ（ｔ）であるｅ（ｃ）は、式（５）として示す
ことができる。

【００８１】 ｅ（ｃ）＝｛２ρｆ・Ｄ（ｃ）＋ρｂ・Ｌ（ｃ）｝・Ｉ／Ｓ（ｃ） …（５） ここで、ρｆは、ρｂに比べて、無視できるほど小さい
と考えられる。これにより、式（５）は、式（６）に示
すように近似できる。

【００８２】 ｅ（ｃ）＝ρｂ・Ｌ（ｃ）・Ｉ／Ｓ（ｃ） …（６） ここで、電解槽５４または電解槽８５中の汚水中で電解
を行なっている電極対５１の、電極５１１，５１２間の
電圧をｅｒ（ｔ）とする。そして、汚水中で電解を行な
い、交換すべき状態での、電極５１１，５１２間の電圧
をｅｒ（ｃ）とすると、ｅｒ（ｃ）は、式（７）で示す
ことができる。なお、式（７）において、Ｌ（ｃ），Ｓ
（ｃ）が用いられているのは、電極５１１，５１２が交
換すべき状態にあれば、基準液中であっても、汚水中で
あっても、電極５１１，５１２自体の状態は同じである
と考えられるからである。

【００８３】 ｅｒ（ｃ）＝ρｒ・Ｌ（ｃ）・Ｉ／Ｓ（ｃ） …（７） そして、式（６）と式（７）から、予め基準液を用いて
測定可能なｅ（ｃ）と、実際の汚水処理装置において測
定できるｅｒ（ｃ）とは、式（８）に示す関係があると
考えられる。

【００８４】 ｅ（ｃ）＝ρｂ・ｅｒ（ｃ）／ρｒ …（８） ｅ（ｃ）およびρｂは、予め、電極５１１，５１２を、
抵抗率が既知の基準液中で電解を行なわせることによ
り、測定可能である。また、ｅｒ（ｃ）も、汚水処理装
置において電解を行なわせる際に、電解ユニット５７に
より検出できる。

【００８５】そして、汚水の抵抗率ρｒは、基準電極ユ
ニット１００および電解ユニット１０４により、検出で
きない。

【００８６】次に、汚水の抵抗率ρｒの検出について、
説明する。上述したように、電源ユニット１４０には、
基準電極ユニット１００に電圧を印加する電源１４１
と、電極１０２ａ，１０２ｂに直列に接続されている抵
抗１４２が備えられている。図１１に、電源ユニット１
４０と、基準電極ユニット１００によって構成される回
路図を示す。なお、以下の文章では、電源ユニット１４
０と基準電極ユニット１００によって構成される回路
を、適宜、白金電極回路と呼ぶ。また、電解を行なって
いる電極１０２ａ，１０２ｂを、図１２に模式的に示
す。

【００８７】図１２に示すように、電極１０２ａ，１０
２ｂの、対向している方向に垂直な方向の厚みをｍと
し、両電極間の距離をＭとする。また、両電極の、電解
に有効な面積をＷとする。

【００８８】また、電極１０２ａ，１０２ｂの間に存在
する汚水を、電気抵抗と考えた場合、図１１に示す回路
は、図１３に示すように記載することができる。なお、
図１１，１３において、Ｒｄとは、抵抗１４２の抵抗値
であり、Ｖｄとは、抵抗１４２の両端の電位差であり、
Ｒｐとは、電極１０２ａ，１０２ｂの抵抗である。ま
た、Ｒｒｒとは、電極１０２ａ，１０２ｂの間に存在す
る汚水に起因する抵抗値である。

【００８９】Ｒｐ，Ｒｒｒは、それぞれ、ρｐ，ｍ，
Ｍ，Ｗ，ρｒを用いて、式（９），（１０）によって示
すことができる。なお、ρｐとは、電極１０２ａ，１０
２ｂの抵抗率である。

【００９０】Ｒｐ＝ρｐ・ｍ／Ｗ …（９） Ｒｒｒ＝ρｒ・M／Ｗ …（１０） また、電源１４１が、白金電極回路全体に印加する電圧
をＥとすると、Ｅは、Ｒｄ，Ｒｐ，Ｒｒｒを用いて、式
（１１）として示すことができる。なお、ｉ（ｔ）と
は、白金電極回路に流れる電流値である。

【００９１】 Ｅ＝（Ｒｄ＋２Ｒｐ＋Ｒｒｒ）・ｉ（ｔ） …（１１） なお、式（１１）は、式（１２）に示すように変形でき
る。

【００９２】 Ｒｒｒ＝Ｅ／ｉ（ｔ）‐（Ｒｄ＋２Ｒｐ） …（１２） そして、式（１２）は、式（１０）を代入することによ
り、式（１３）に示すように変形できる。

【００９３】 ρｒ＝｛Ｅ／ｉ（ｔ）‐（Ｒｄ＋２Ｒｐ）｝・Ｗ／M …（１３） そして、白金電極回路では、Ｒｐは、Ｒｄに対して無視
できるほど小さい値とされている。これにより、式（１
３）は、式（１４）に示すように変形できる。

【００９４】 ρｒ＝｛Ｅ／ｉ（ｔ）‐Ｒｄ｝・Ｗ／M …（１４） なお、ｉ（ｔ）は、抵抗１４２について、式（１５）の
関係がある。

【００９５】ｉ（ｔ）＝Ｖｄ／Ｒｄ …（１５） そして、式（１５）を式（１４）に代入することによ
り、ρｒは、式（１６）に示すように記載できる。

【００９６】 ρｒ＝｛Ｅ／Ｖｄ‐１｝Ｒｄ・Ｗ／M …（１６） 式（１６）において、Ｅ，Ｖｄ，Ｒｄ，Mは、測定可能
な値である。また、電極１０２ａ，１０２ｂは、電解が
行なわれても、溶解しにくい、安定した金属からなる。
このため、Ｗは、電解開始時から変化しないものと考え
られる。したがって、Ｗは、電解開始時に測定しておけ
ば、その値を継続して使用することができる。

【００９７】つまり、以上説明した第一の実施の形態お
よび第二の実施の形態では、電極対管理部６０は、式
（８）と、式（１６）により、電極対５１の交換時期を
検出する。具体的には、ｅｒ（ｔ）の実測値を式（１
７）に代入したときの、ｅ（ｔ）がｅ（ｃ）に到達した
時点で、電極対５１が交換する必要があると判断する。

【００９８】 ｅ（ｔ）＝ρｂ・ｅｒ（ｔ）／ρｒ …（１７） ３） 電解槽内の処理液における、電極対の交換時期の
検出についての具体例汚水処理装置における電極対５１
の交換時期の検出の具体例を説明する。

【００９９】まず、基準液として用いられた水溶液の組
成を、表４に示す。

【０１００】

【表４】

【０１０１】まず、表４に示した基準液内で、電極５１
１，５１２による電解を行なうことにより、基準液の抵
抗率ρｂを算出する。

【０１０２】ここでは、電極５１１，５１２の極間距離
Ｌ（ｔ）を２．５ｃｍ、鉄電極間に流れる電流値Ｉを６
６３ｍＡとし、電極５１１，５１２における電解に有効
な面積Ｓ（ｔ）を１０×１７ｃｍ² であり、電解を開始
したときの電極間の電圧ｅ（０）は５Ｖであった。

【０１０３】基準液の抵抗値Ｒｂは、式（１７）で示さ
れる。 Ｒｂ＝ｅ（０）／Ｉ＝ρｂ・Ｌ（ｔ）／Ｓ（ｔ） …（１７） したがって、ρｂは、式（１８）から導出される。

【０１０４】 ρｂ＝｛ｅ（０）・Ｓ（ｔ）｝／｛Ｉ・Ｌ（ｔ）｝ …（１８） そして、式（１８）に、それぞれの値を代入することに
より、式（１９）が導出される。

【０１０５】ρｂ＝５１２．８Ω・ｃｍ …（１９） また、汚水処理装置における基準電極ユニット１００で
は、 Ｅ＝１０Ｖ Ｒｄ＝１Ω W＝２×３ｃｍ² Ｍ＝１ｃｍ となった。これに、Ｖｄの実測値を加え、式（１６）に
代入し、ρｒを得た後、式（１９）のρｂと、電源ユニ
ット５７から入力されたｅｒ（ｃ）とにより、電極対５
１の交換時期が決定された。

【０１０６】なお、Ｓ（ｃ）をＳ（０）の１／４とした
場合の、ｅ（０），ｅ（ｃ）の一例としては、図１４に
示すように、それぞれ、３Ｖ，１０Ｖの値が挙げられ
る。

【０１０７】今回開示された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て特許請求
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施の形態である汚水処理装
置を含む汚水処理システムの縦断面図である。

【図２】 図１の汚水処理システムの電極対の斜視図で
ある。

【図３】 図１の基準電極ユニットの斜視図である。

【図４】 本発明の第二の実施の形態およびその変形例
の汚水処理装置における、処理の内容を示すフローチャ
ートである。

【図５】 図４（Ａ）の汚水処理装置の、部分的な、斜
視図である。

【図６】 本発明の第一および第二の実施の形態の、電
源ユニットと電極対の構成する電気回路を示す図であ
る。

【図７】 本発明の第一および第二の実施の形態で使用
される電極対を構成する電極の電流密度と、両電極間に
印加される電圧との関係を示す図である。

【図８】 本発明の第一および第二の実施の形態で使用
される電極対を構成する電極間の電圧［ｅ（ｔ）］と、
当該電極の電解反応に有効な面積［Ｓ（ｔ）］の、電解
を行なった時間［ｔ］に応じた変化を示す図である。

【図９】 本発明の第一および第二の実施の形態で使用
される電極対の、電解を行なう様子を、模式的に示す図
である。

【図１０】 本発明の第一および第二の実施の形態で使
用される電極対による電解を説明するための電気回路を
示す図である。

【図１１】 本発明の第一および第二の実施の形態で使
用される電源ユニットと基準電極ユニットによって構成
される回路図である。

【図１２】 本発明の第一および第二の実施の形態で使
用される基準電極ユニットの電極の、電解を行なってい
る状態を模式的に示す図である。

【図１３】 本発明の第一および第二の実施の形態で使
用される電源ユニットと基準電極ユニットによって構成
される回路図である。

【図１４】 図８に、具体的数値の一例を加えた図であ
る。

【符号の説明】

１ タンク、５１，１０２ 電極対、５４，８５ 電解
槽、５７，１０４ 電源ユニット、６０ 電極対管理
部、１０４ａ 電源、１０４ｂ 抵抗、１０２ａ，１０
２ｂ，５１１，５１２ 電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野呂 拓哉 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G060 AA06 AC05 AD04 AE17 AF02 AF07 AG08 EA05 EA06 FA01 FB02 HA01 HC07 KA06 KA14 4D027 AB07 AB11 4D061 DA08 DB09 DB18 EA02 EB01 EB04 EB27 EB28 EB30 EB37 FA15 GA14

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚水を収容する汚水収容部と、電気分解
   により前記汚水収容部内に金属イオンを供給するイオン
   供給電極対とを含み、前記イオン供給部から供給された
   金属イオンと汚水を反応させることにより、汚水から所
   定の成分を除去する、汚水処理装置であって、 前記汚水収容部内の汚水の抵抗率を検出できる、汚水抵
   抗率検出部をさらに含む、汚水処理装置。
2. 【請求項２】 前記汚水抵抗率検出部は、電気分解にお
   いて安定した金属からなる電極対である基準電極対と、
   前記基準電極対に直列に接続された電気抵抗体とを備え
   た、請求項１に記載の汚水処理装置。
3. 【請求項３】 前記基準電極対は、白金からなる、請求
   項２に記載の汚水処理装置。
4. 【請求項４】 前記汚水収容部内に設けられ、前記イオ
   ン供給電極対を収容する第一の電解槽と、 前記汚水収容部内であって前記第一の電解槽の外に設け
   られ、前記基準電極対を収容する第二の電解槽とをさら
   に含む、請求項２または請求項３に記載の汚水処理装
   置。
5. 【請求項５】 汚水収容部内の汚水に浸され、電気分解
   を行なうことにより金属イオンを供給するイオン供給電
   極対の交換時期の検出方法であって、 前記イオン供給電極対を、基準となる抵抗率を有する基
   準溶液内で電気分解するステップと、 前記基準溶液内での電気分解において、前記イオン供給
   電極対が交換するべき状態での当該イオン供給電極対の
   電極間の電圧である、基準液内交換電圧を検出するステ
   ップと、 前記汚水収容部内に前記イオン供給電極対とは別に設け
   られ、電気分解に際して安定した金属からなる基準電極
   対を準備するステップと、 前記基準電極対と直列に接続された電気抵抗体を準備す
   るステップと、 前記基準電極対の電極間の電圧および距離、ならびに、
   前記電気抵抗体に流れる電流値から、前記汚水収容部内
   の汚水の抵抗率を求めるステップと、 前記汚水収容部内の前記イオン供給電極対の電極間の電
   圧に、前記基準となる抵抗率に対する前記汚水収容部内
   の汚水の抵抗率の比をかけたものが、前記基準液内交換
   電圧以上となった場合に、前記汚水収容部内の前記イオ
   ン供給電極対の交換が必要であると判断するステップと
   を含む、イオン供給電極対の交換時期の検出方法。