JP2003190958A - 窒素処理方法及び窒素処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒素化合物を効率的に処理することができる
と共に、装置の小型化を図ることができる窒素化合物の
窒素処理方法及び窒素処理装置を提供する。 【解決手段】 本発明の窒素処理方法は、電気化学的手
法としての電解により被処理水中の窒素化合物を処理す
るものであって、カソード１２とアノード１３間を陽イ
オン交換膜１５にてカソード反応域１２Ａとアノード反
応域１３Ａとに区画し、カソード１２及びアノード１３
を用いた電解により被処理水中の窒素化合物からアンモ
ニアを生成すると共に、電解においてカソード１２及び
アノード１３から生じる電解熱により、被処理水中に生
成されたアンモニアを気相中に移行させ、処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機態窒素、亜硝
酸態窒素、硝酸態窒素、硝酸イオン及びアンモニアを含
む被処理水の窒素処理方法及び窒素処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、湖沼、内湾等の閉鎖性水域におい
て、生活排水や産業排水中の窒素やリンなどの栄養塩類
流入が原因と考えられている赤潮、アオコの異常発生が
大きな社会問題となっている。このため、行政指導の下
で大規模集中汚染源に対しては活性汚泥法などによる排
水処理が行われている。閉鎖系水域への排水の水質基準
は、一日当たりの排水量が５０トン以上と規模の大きな
事業場に対する規制があり、この排出規制は、これまで
はＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）のみであった。窒素
については全窒素量で１２０ｍｇ／ｌの一般排出基準に
留まっていたが、今後は全窒素量を現行の１／１０にす
ることも検討されている。

【０００３】しかし、一般の小規模生活排水ではＢＯＤ
のみを処理するものが多く、硝酸塩などの窒素成分は処
理されていないのが現状である。また、ヨーロッパ地域
では、化学肥料や家畜の排泄物から、水溶性の硝酸塩が
土壌中に浸透して起こる地下水の汚染が深刻な問題にな
っている。汚染水を人間が摂取した場合、神経障害、ガ
ン、幼児のメトヘモグロビン血症などを引き起こすこと
が知られている。以上の点で、高性能な硝酸態窒素除去
法の早期開発が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】硝酸態窒素の除去に
は、一般的に嫌気的条件下での脱窒細菌による生物的処
理が用いられている。脱窒菌の殆どは従属栄養細菌であ
り、増殖には有機物を必要とする。それ故、無機系排水
のように有機物をあまり含有しない排水を処理する場
合、水素供与体としてメタノール等を添加するだけでな
く、嫌気性浄化槽の設置が不可欠となる。そのため、設
置場所や経費面が問題となっている。また、生物的処理
では、温度や排水に含まれる有害成分の影響を受けやす
い上、高濃度の窒素成分は除去しにくいという課題もあ
る。

【０００５】生物的手法以外にはイオン交換法、膜分離
法、触媒法等の物理化学的手法が存在するが、その経済
性に問題が残されている。一方、電解法による排水処理
は操作が簡単であり、装置の大きさに対して処理能力が
大きく、ＢＯＤ源がない排水の処理も可能である。

【０００６】従来の電解法による窒素除去に関する研究
としては、アンモニア態窒素と次亜塩素酸の間の酸化還
元反応を応用した電気化学的脱窒法があるが、海水レベ
ルの高濃度塩化物イオン溶液中での処理であり、一般排
水レベルの希薄な溶液中での脱窒処理は報告されていな
い。低濃度塩化物イオンの溶液を対象とする電解法で
は、一般的な既存の生物的浄化槽の後段への装置が可能
となるため、広範囲な普及が期待されている。

【０００７】更に、従来の電解による窒素化合物の処理
方法では、カソード側において硝酸イオンからアンモニ
アを生成する一方、アノード側においてカソード側で生
成されたアンモニアから硝酸イオンを生成する逆反応を
起こしてしまい、結果として、処理速度の遅延を招く問
題があった。これに伴って、窒素除去効率の低下による
不都合が生じていた。

【０００８】また、電解により被処理水中の硝酸イオン
及び亜硝酸イオンがアンモニアに還元された後、係るア
ンモニアを処理するため、格別なアンモニア処理装置が
必要となり、装置が大型化してしまう問題があった。ま
た、装置を小型化するため、アンモニアが生成された被
処理水中に、アンモニアを化学的手法により窒素ガスに
まで脱窒処理する方法が研究されているが、そのために
は、大量の次亜塩素酸やオゾン若しくは活性酸素を必要
とし、ランニングコストが膨大化する問題があった。

【０００９】そこで、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、窒素化合物を効率的に
処理することができると共に、装置の小型化を図ること
ができる窒素化合物の窒素処理方法及び窒素処理装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の窒素処理方法
は、電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物を処
理するものであって、カソード及びアノードを用いた電
気化学的手法により被処理水中の窒素化合物からアンモ
ニアを生成すると共に、電気化学的手法によってカソー
ド及びアノードから生じる電解熱により、被処理水中に
生成されたアンモニアを気相中に移行させ、処理するこ
とを特徴とする。

【００１１】本発明によれば、電気化学的手法により被
処理水中の窒素化合物を処理する窒素処理方法であっ
て、カソード及びアノードを用いた電気化学的手法によ
り被処理水中の窒素化合物からアンモニアを生成すると
共に、電気化学的手法によってカソード及びアノードか
ら生じる電解熱により、被処理水を加熱することが可能
となり、これにより、被処理水中に生成されたアンモニ
アを気相中に移行させ、処理することができるようにな
るため、格別な装置を用いることなく、効率的に被処理
水中から硝酸態窒素及びアンモニアの除去を行うことが
できるようになる。

【００１２】更にまた、従来の如く生物的処理槽を用い
て窒素化合物の処理を行っていた場合に比して、電気化
学的手法により窒素処理を実現することができるため、
細菌等の温度管理を不要とすることができると共に、処
理効率を著しく向上させることができるようになる。

【００１３】請求項２の発明の窒素処理方法は、請求項
１の発明に加えて、カソードとアノード間に、陽イオン
交換膜を設け、被処理水中をカソード反応域とアノード
反応域とに区画することを特徴とする。

【００１４】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
に加えて、カソードとアノード間に、陽イオン交換膜を
設け、被処理水中をカソード反応域とアノード反応域と
に区画するので、カソード反応域でのアノード側におけ
る窒素化合物の硝酸イオンを生成する逆反応を抑制する
ことが可能となり、高効率に被処理水中の硝酸態窒素か
らアンモニアを生成することができるようになる。

【００１５】請求項３の発明の窒素処理装置は、請求項
１又は請求項２の窒素処理方法を実施するためのもので
あって、処理水を受容する断熱処理槽と、該断熱処理槽
に少なくとも一部が浸漬されるカソード及びアノード
と、該カソードとアノード間をカソード反応域とアノー
ド反応域とに区画する陽イオン交換膜とを備えることを
特徴とする。

【００１６】請求項３の発明によれば、処理水を受容す
る断熱処理槽と、該断熱処理槽に少なくとも一部が浸漬
されるカソード及びアノードと、該カソードとアノード
間をカソード反応域とアノード反応域とに区画する陽イ
オン交換膜とを備えるので、電気化学的手法により、カ
ソード反応域では、被処理水中に含有される窒素化合物
としての硝酸イオン及び亜硝酸イオンがアンモニアに還
元される。

【００１７】このとき、カソード側は、陽イオン交換膜
によりアノード側と区画されているため、アノード側に
おいて生じる窒素化合物の硝酸イオンを生成する逆反応
を抑制することが可能となり、カソード反応域における
硝酸イオン及び亜硝酸イオンのアンモニアへの還元反応
を促進することができるようになる。

【００１８】また、被処理水を処理する処理槽は、断熱
処理槽により構成されているため、電気化学的手法にお
いてカソード及びアノードより生じる電解熱を高効率で
被処理水に伝達し、係る被処理水の加熱を行うことが可
能となる。そのため、被処理水の温度が昇温されること
により、被処理水中に生成されたアンモニアを容易に気
相中へ移行させることができ、効率的に窒素化合物を処
理することができるようになる。

【００１９】これにより、格別な装置を用いることなく
被処理水中に生成されたアンモニアを処理することがで
きるため、装置の小型化及び装置のコスト削減を図るこ
とができるようになる。

【００２０】請求項４の発明の窒素処理装置は、請求項
３の発明に加えて、断熱処理槽には空気流通手段を備え
ることを特徴とする。

【００２１】請求項４の発明によれば、請求項３の発明
に加えて、断熱処理槽には、空気流通手段を備えるの
で、被処理水に空気を流通させることが可能となり、容
易に被処理水中のアンモニアを気相へ移行させることが
でき、被処理水中から効率的にアンモニアを処理するこ
とができるようになる。

【００２２】請求項５の発明の窒素処理装置は、請求項
３又は請求項４の発明に加えて、断熱処理槽には、被処
理水を＋４０℃乃至＋９０℃を維持するための補助加熱
装置を設けたことを特徴とする。

【００２３】請求項５の発明によれば、請求項３又は請
求項４の発明に加えて、断熱処理槽には、被処理水を＋
４０℃乃至＋９０℃に維持するための補助加熱装置を設
けたので、電気化学的手法によりカソード及びアノード
から発生する電解熱に加えて当該補助加熱装置により被
処理水を加熱することが可能となり、被処理水中のアン
モニアが気相中へ移行し易い＋４０℃乃至＋９０℃を維
持することができ、容易に被処理水中のアンモニアを処
理することができるようになる。

【００２４】請求項６の発明の窒素処理装置は、請求項
３、請求項４又は請求項５の発明に加えて、電気化学的
手法により処理された後の被処理水を、次亜塩素酸、若
しくは、オゾン、又は、活性酸素を用いて化学的手法に
より脱窒処理する後処理手段を備えたことを特徴とす
る。

【００２５】請求項６の発明によれば、請求項３、請求
項４又は請求項５の発明に加えて、電気化学的手法によ
り処理された後の被処理水を、次亜塩素酸、若しくは、
オゾン、又は、活性酸素を用いて化学的手法により脱窒
処理する後処理手段を備えたので、電気化学的手法によ
りカソード及びアノードから生じた電解熱により被処理
水中のアンモニアを一旦処理した後、被処理水中に残留
した低濃度のアンモニアを、次亜塩素酸、若しくは、オ
ゾン、又は、活性酸素により高効率で脱窒処理すること
ができるようになり、窒素処理効率を向上させることが
できるようになる。

【００２６】また、本発明によれば、被処理水中に生成
された高濃度のアンモニアを、一旦電解熱により処理し
た後、次亜塩素酸、若しくは、オゾン、又は、活性酸素
により脱窒処理を行うため、次亜塩素酸、若しくは、オ
ゾン、又は活性酸素の使用量を著しく削減することがで
き、ランニングコストの低減を図ることができるように
なる。

【００２７】請求項７の発明は、請求項１、請求項２、
請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の窒素処理
方法又は窒素処理装置に加えて、カソードを構成する金
属材料として周期表第Ｉｂ族又は第ＩＩｂ族を含む導電
体、若しくは、同族を導電体に被覆したものを用いるこ
とを特徴とする。

【００２８】請求項７の発明によれば、請求項１、請求
項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６発明
に加えて、カソードを構成する金属材料として周期表第
Ｉｂ族又は第ＩＩｂ族を含む導電体、若しくは、同族を
導電体に被覆したものを用いるので、被処理水中の硝酸
態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素への還元反
応を促進させることができ、還元反応に要する時間を短
縮及び低濃度の窒素化合物の除去を行うことができるよ
うになる。

【００２９】請求項８の発明は、請求項１、請求項２、
請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の窒素処理
方法又は窒素処理装置に加えて、カソードを構成する金
属材料として、銅と亜鉛を含む導電体、若しくは、銅と
亜鉛を含む導電体を他の導電体に被覆したものを用いる
ことを特徴とする。

【００３０】請求項８の発明によれば、請求項１、請求
項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の発
明に加えて、カソードを構成する金属材料として、銅と
亜鉛を含む導電体、若しくは、銅と亜鉛を含む導電体を
他の導電体に被覆したものを用いるので、被処理水中の
硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素への還
元反応をより一層、促進させることができ、還元反応に
要する時間を短縮及び低濃度の窒素化合物の除去を行う
ことができるようになる。

【００３１】また、カソードを構成する金属材料に銅と
亜鉛が含まれることにより、電気化学的手法により処理
された後の被処理水をより一層アルカリ域に移行させる
ことができ、被処理水中のアンモニアが気相へ移行する
処理を促進することができるようになる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳述する。図１は本発明の窒素処理方法を実現
するための窒素処理装置１の概要を示す説明図である。
本実施例における窒素処理装置１は、一般家庭の生活排
水に比して著しく窒素化合物濃度が高い工業用排水及び
畜産排水に含有される窒素化合物の処理を行うものであ
る。

【００３３】当該窒素処理装置１は、排水を貯留する貯
留槽２と、被処理水を電気化学的手法（電解）により処
理する電解処理装置３と、電解処理装置３にて気相へ移
行されたアンモニアガスを処理するアンモニア回収装置
５と、電解処理装置３にて処理された後の被処理水を処
理する後処理手段としての後処理装置４とから構成され
る。

【００３４】貯留槽２は、上述の如き著しく窒素化合物
濃度が高い工業用排水及び畜産排水などの被処理水を貯
留するものであり、この貯留槽２には、搬送手段として
のポンプ６及び電磁弁７が設けられた配管８を介して電
解処理装置３に接続されている。そして、ポンプ６及び
電磁弁７が図示しない制御装置により制御され、貯留槽
２内に貯留された被処理水は電解処理装置３に搬送可能
とされている。

【００３５】前記電解処理装置３は、例えば上面に開口
を有する断熱箱体にて構成される断熱処理槽１１により
構成され、当該断熱処理槽１１内部には、処理室１０が
構成される。この断熱処理槽１１には、処理室１０内に
貯留される被処理水中に、少なくとも一部が被処理水中
に浸漬される一対の電極、即ち、カソード１２とアノー
ド１３が対向して配設される。尚、本実施例では、一対
の電極を用いているが、一対よりも多い複数の電極を用
いた場合であっても良いものとする。これらカソード１
２及びアノード１３には、これら電極間に通電するため
の電源１４が設けられる。尚、この電源１４は図示しな
い制御装置により、ＯＮ／ＯＦＦ制御が行われるものと
する。

【００３６】また、本実施例で用いられるカソード１２
は、周期表の第Ｉｂ族又は第ＩＩｂ族を含む導電体とし
ての銅と亜鉛又は銅と鉄又は銅とニッケル又は銅とアル
ミニウムの合金又は焼結体若しくは、銅、亜鉛、銀など
の導電体から構成されている。アノード１３は、不溶性
金属、例えば白金、イリジウム、パラジウム又はその酸
化物などから構成される不溶性電極又はカーボンから構
成されている。

【００３７】本実施例における処理室１０内には、カソ
ード１２とアノード１３との間に位置して、アノード１
３を囲繞するように下面を有する円筒状の陽イオン交換
膜１５が設けられており、これにより、処理室１０内は
カソード１２が配設されているカソード反応域１２Ａ
と、陽イオン交換膜１５にて囲繞されるアノード１３付
近のアノード反応域１３Ａとに区画される。

【００３８】また、カソード反応域１２Ａ側を構成する
側壁の下部には、処理室１０内の被処理水を前記後処理
装置４に排水するための流出口１６が形成され、この流
出口１６には、ポンプ１７が設けられた配管１９を介し
て後処理装置４に接続される。

【００３９】更に、この断熱処理槽１１の例えば底壁１
１Ａには、補助加熱装置としてのヒータ２４が配設され
ており、当該ヒータ２４は、図示しない温度センサの出
力に応じて前記制御装置により制御されているものとす
る。

【００４０】また、断熱処理槽１１下部に設けられる２
０は、空気流通手段としての空気供給装置であり、前記
制御装置により制御されているものとする。尚、本実施
例では空気流通手段として空気供給装置２０を用いてい
るが、これ以外に、断熱処理槽１１に外部より被処理水
中に空気を吹き込むバルブにより、空気を被処理水中に
供給しても良いものとする。

【００４１】そして、断熱処理槽１１の上面開口には、
当該上面開口を略密閉する蓋部材２２が設けられてい
る。この蓋部材２２の上面には、前記貯留槽２に接続さ
れた配管８を接続するための流入口２３が設けられてお
り、この流入口２３を介して貯留槽２から搬送された被
処理水は処理室１０内に流入される構成とされている。
また、この蓋部材２２の上面には、前記空気流通手段と
しての空気供給装置２０によって処理室１０内に吹き込
まれた空気及びこの空気に移行された気体のアンモニア
（アンモニアガス）を排ガスとして排気するための排気
口２５が形成されており、当該排気口２５には、排気管
２６が接続されている。

【００４２】そして、この排気管２６は、前記アンモニ
ア回収装置５に接続されている。このアンモニア回収装
置５は、アンモニアガスを硫酸アンモニウム又はアンモ
ニア水として回収可能とするものである。尚、このアン
モニア回収方法に関しては、既に、１９９８年に開示さ
れた日本機械工業連合会出版の閉鎖性水域の富栄養化防
止技術に関する調査研究報告書 平成９年度 産業排水
の窒素及びリンの合理的な処理技術における窒素及びリ
ン除去の単位操作 １７３頁乃至１７４頁において、開
示されている。即ち、アンモニアガスを硫酸アンモニウ
ムとして回収する場合におけるアンモニア回収装置５で
は、希硫酸を吸収液として図示しない吸収塔に流し、処
理室１０内の排気ガスと接触し、アンモニアの吸収を行
うものである。

【００４３】次に、前記後処理装置４について説明す
る。この後処理装置４は、後処理槽３０により構成され
ており、この後処理槽３０内には後処理室３１が形成さ
れている。この後処理室３１内には、別置きの図示しな
い次亜塩素酸発生装置により生成された次亜塩素酸、又
は、オゾン、若しくは、活性酸素が供給され、後処理室
３１内に搬送された被処理水中に残留したアンモニアを
化学的手法により還元処理するものである。尚、これ以
外に、次亜塩素酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素
の供給は、電解処理装置３のアノード反応域１３Ａにお
いて生成された次亜塩素酸、又は、オゾン、若しくは、
活性酸素を含有する被処理水を供給することにより行っ
ても良いものとする。

【００４４】以上の構成により、本実施例における窒素
処理装置１の動作を説明する。先ず、貯留槽２内に、工
業用排水や畜産排水としての被処理水を貯留する。本実
施例において用いられる被処理水は、窒素化合物として
の硝酸態窒素の濃度が著しく高いものであるものとす
る。そして、係る被処理水は、図示しない制御装置によ
り電磁弁７が開放され、ポンプ６が運転されることによ
り、配管８を介して電解処理装置３の処理室１０内に搬
送される。

【００４５】ここで、制御装置によって、ポンプ１７の
運転が停止されていることから、処理室１０のカソード
反応域１２Ａ内には被処理水が貯留される。尚、このと
き、アノード反応域１３Ａ内には、アノード１３の通電
を許容する液体として、例えば同様の被処理水若しくは
水道水などが貯留されているものとする。これにより、
被処理室１０内に設けられるカソード１２及びアノード
１３は、被処理水内に一部が浸漬される。

【００４６】そして、カソード反応域１２Ａ内に貯留さ
れる被処理水が所定水位に達した際に、制御装置は、電
磁弁７を閉鎖し、ポンプ６の運転を停止する。また、制
御装置は、電源１４をＯＮとし、カソード１２及びアノ
ード１３間に通電を行う。これにより、カソード反応域
１２Ａでは、被処理水中に含有された硝酸態窒素を含む
硝酸イオンは、電気化学的手法としての電解により、還
元反応を生じ、同じく硝酸態窒素を含む亜硝酸イオンに
変換される（反応式Ａ）。また、硝酸イオンの還元反応
により生成された亜硝酸イオンは、更に、還元反応を生
じ、アンモニア態窒素を含むアンモニアに変換される
（反応式Ｂ）。以下に、反応式Ａ及び反応式Ｂを示す。 反応式Ａ ＮＯ₃ ^-＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→ＮＯ₂ ^-＋２ＯＨ^- 反応式Ｂ ＮＯ₂ ^-＋５Ｈ₂Ｏ＋６ｅ^-→ＮＨ₃（ａｑ）＋
７ＯＨ^-

【００４７】ここで、本発明におけるカソード１２の構
成材料は、周期表の第Ｉｂ族又は第ＩＩｂ族を含む導電
体としての銅と亜鉛又は銅と鉄又は銅とニッケル又は銅
とアルミニウムの合金又は焼結体若しくは、銅、亜鉛、
銀などの導電体から構成されているため、硝酸イオン
（硝酸態窒素）の亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）やアン
モニアイオン（アンモニア態窒素）への還元反応を促進
させることができ、還元反応に要する時間を短縮及び低
濃度の窒素化合物の除去を行うことができるようにな
る。

【００４８】また、本実施例では、カソード反応域１２
Ａとアノード反応域１３Ａとは、陽イオン交換膜１５に
て区画されているため、カソード反応域１２Ａ内に存在
している負に帯電した硝酸イオンがアノード１３に引き
つけられ、カソード１２に硝酸イオンが移動せずに、硝
酸イオンの還元反応の効率が著しく低下することを阻止
することができ、高効率で硝酸イオンからアンモニアを
生成することができるようになる。

【００４９】尚、本実施例における制御装置は、カソー
ド１２及びアノード１３間に通電を行っている際に、前
記空気流通手段としての空気供給装置２０を運転し、カ
ソード反応域１２Ａ内の被処理水が撹拌される。これに
より、カソード反応域１２Ａ内の被処理水に含まれる硝
酸態窒素、特に負に帯電した硝酸イオンがカソード１２
に積極的に接触し、撹拌されない場合に比して硝酸イオ
ンのカソード１２への接触確率が向上し、上記硝酸イオ
ンからアンモニアの生成を促進させることができるよう
になる。

【００５０】尚、カソード１２及びアノード１３に通電
された際に、上述の如くカソード反応域１２Ａではカソ
ード１２により硝酸イオンがアンモニアに還元する還元
反応を生じるが、アノード反応域１３Ａでは、アノード
１３の表面から次亜塩素酸又はオゾン若しくは活性酸素
が発生する。そのため、アノード反応域１３Ａに存在す
る被処理水又は水道水中には、次亜塩素酸又はオゾン若
しくは活性酸素が存在する。

【００５１】ここで、上述の如く被処理水中に少なくと
も一部が浸漬されたカソード１２及びアノード１３に通
電を行い、被処理水の電解を行うことにより、被処理水
が著しく窒素化合物濃度が高いものであるため、通常よ
りも大きな電解熱が生じる。本実施例では被処理水は断
熱性を有する断熱処理槽１１内に形成されていることか
ら、当該電解熱が外部に漏出することを回避することが
でき、被処理水の温度を電解熱により例えば＋６０℃位
に昇温することができるようになる。

【００５２】これにより、上述の如く窒素化合物として
の硝酸イオン及び亜硝酸イオンが還元され生成されたア
ンモニアを含有する被処理水が電解熱により加熱される
ことにより、当該アンモニアは、ヘンリーの法則に従
い、気相（空気）中に移行される。

【００５３】ここで、気相中へ移行する際の処理対象と
なるアンモニアは、被処理水中において遊離アンモニア
（ＮＨ₃）の状態で存在する必要がある。そのため、被
処理水のｐＨを１０以上のアルカリ性に調整しなければ
ならない。しかし、処理前の被処理水が中性であった場
合でも、被処理水を電解することによって生じる上記反
応式Ａ及び反応式Ｂにより多くの水酸化物イオンが生成
されるため、特にｐＨ調整剤を添加することなく、被処
理水はｐＨ１０以上のアルカリ域に達する。そのため、
被処理水に存在するアンモニアイオンは、以下の反応式
Ｃに示す如く水酸化物イオンと反応し、アンモニアへ変
換される。これにより、効率的に被処理水中のアンモニ
アを気相中へ移行させることができるようになる。 反応式Ｃ ＮＨ₄ ⁺＋ＯＨ^-→ＮＨ₃＋Ｈ₂Ｏ

【００５４】特に、カソード１２を構成する金属材料に
銅と亜鉛が含まれるものにより構成した場合、電解によ
り処理された後の被処理水をより一層アルカリ域に移行
させることができ、被処理水中のアンモニアが気相へ移
行する処理を促進することができるようになる。

【００５５】また、被処理水の対象が被酸化金属、例え
ばＮｉなどを含有する工業用排水であった場合には、被
処理水がｐＨ１０以上であることから、係る被酸化金属
は水酸化物を生成し、凝集沈殿し、処理可能となる。

【００５６】また、断熱処理槽１１内に設けられた空気
流通手段としての空気供給装置２０により、被処理水中
に空気が吹き込まれることから、被処理水中のアンモニ
アと空気とを接触させることができ、より一層、アンモ
ニアの気相への移行を促進することができるようにな
る。

【００５７】更に、断熱処理槽１１には、補助加熱装置
としてのヒータ２４が配設されていることから、電解熱
に加えて被処理水を加熱することができ、前記制御装置
により被処理水を＋４０℃乃至＋９０℃、本実施例では
＋６０℃に維持することができるようになる。そのた
め、被処理水中のアンモニアが気相中へ移行し易い＋４
０℃乃至＋９０℃を安定して維持することができること
から、効率的に被処理水中のアンモニアを処理すること
ができるようになる。

【００５８】そして、空気供給装置２０によって処理室
１０内に吹き込まれた空気及び気相へ移行されたアンモ
ニアガス、即ち、アンモニアガスを含有する排ガスは、
蓋部材２２の排気口２５に接続された排気管２６を介し
て前記アンモニア回収装置５において回収される。

【００５９】即ち、アンモニア回収装置５では、希硫酸
を吸収液として図示しない吸収塔に流し、処理室１０内
のアンモニアガスを含有する排ガスと接触し、アンモニ
アの吸収を行う。これにより、アンモニアガスを硫酸ア
ンモニウムとして回収する。これにより、別途アンモニ
アが収集されることとなり、再利用が可能となる。

【００６０】尚、処理室１０内から排気されたアンモニ
アガスを含有する排ガスは、触媒存在下において燃焼す
ることにより、アンモニアから窒素ガスへ脱窒処理して
も良いものとする。これにより、アンモニアの処理効率
を向上させることができるようになる。

【００６１】上述より、カソード反応域１２Ａで高効率
で生成されたアンモニアを含有する被処理水より、格別
な装置を用いることなくアンモニアを気相へ移行させ、
処理することができるため、装置の小型化及び装置のコ
スト削減を実現しつつ、効率的に被処理水中から硝酸態
窒素及びアンモニア態窒素の除去を行うことができるよ
うになる。

【００６２】また、本発明では、従来の如く生物的処理
槽を用いて窒素化合物の処理を行っていた場合に比し
て、電気化学的手法により窒素処理を実現することがで
きるため、脱窒処理を行う細菌等の温度管理を不要とす
ることができると共に、処理効率を著しく向上させるこ
とができるようになる。

【００６３】一方、処理前では、著しく高い窒素量であ
った被処理水により、電解熱によってアンモニアを気相
へ移行させることにより、処理後における被処理水の全
窒素量は、約１００ｍｇ／ｌ以下まで減少させることが
できる。ここで、精密に被処理水中の窒素処理を行う場
合には、残留された約１００ｍｇ／ｌの窒素化合物を含
有する被処理水を、ポンプ１７を運転することにより配
管１９を介して、後処理装置４の後処理槽３０内に搬送
する。係る後処理槽３０内には、上述の如く次亜塩素酸
又は、オゾン、若しくは活性酸素が供給されていること
から、処理室１０から搬送された残留アンモニアを化学
的手法により脱窒処理を行う。

【００６４】即ち、被処理水中に残留したアンモニア
は、次亜塩素酸又はオゾン若しくは活性酸素と化学的に
（化学的手法によって）アンモニア酸化脱窒反応を生
じ、窒素ガスを生成する（反応式Ｄ）。以下に、反応式
Ｄを示す。 反応式Ｄ ４ＮＨ₃（ａｑ）＋３Ｏ₂→２Ｎ₂↑＋６Ｈ₂Ｏ ＮａＣｌ→Ｎａ⁺＋Ｃｌ^- ２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂＋２ｅ^- Ｃｌ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ ２ＮＨ₃＋３ＨＣｌＯ→Ｎ₂↑＋３ＨＣｌ＋３Ｈ₂Ｏ

【００６５】これにより、アンモニア除去処理が行われ
た被処理水を次亜塩素酸若しくはオゾン又は活性酸素と
化学的手法によって処理することにより、より一層精度
良くアンモニア除去を行うことができるようになり、排
水中にアンモニアが残留することを著しく回避すること
ができるようになる。

【００６６】また、段階的にアンモニアを処理すること
ができるため、加熱によるエネルギー消費量を減少させ
ることができると共に、残留アンモニア除去に用いられ
る次亜塩素酸若しくはオゾン又は活性酸素の使用量を減
少させることができ、ランニングコストの低減を図りつ
つ、高効率で被処理水中の窒素化合物の処理を行うこと
ができるようになる。

【００６７】更に、被処理水中に残留される菌などをも
次亜塩素酸若しくはオゾン又は活性酸素により殺菌処理
することができるようになり、より環境に適した状態で
排水処理することが可能となる。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば、電
気化学的手法により被処理水中の窒素化合物を処理する
窒素処理方法であって、カソード及びアノードを用いた
電気化学的手法により被処理水中の窒素化合物からアン
モニアを生成すると共に、電気化学的手法によってカソ
ード及びアノードから生じる電解熱により、被処理水を
加熱することが可能となり、これにより、被処理水中に
生成されたアンモニアを気相中に移行させ、処理するこ
とができるようになるため、格別な装置を用いることな
く、効率的に被処理水中から硝酸態窒素及びアンモニア
の除去を行うことができるようになる。

【００６９】更にまた、従来の如く生物的処理槽を用い
て窒素化合物の処理を行っていた場合に比して、電気化
学的手法により窒素処理を実現することができるため、
細菌等の温度管理を不要とすることができると共に、処
理効率を著しく向上させることができるようになる。

【００７０】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
に加えて、カソードとアノード間に、陽イオン交換膜を
設け、被処理水中をカソード反応域とアノード反応域と
に区画するので、カソード反応域でのアノード側におけ
る窒素化合物の硝酸イオンを生成する逆反応を抑制する
ことが可能となり、高効率に被処理水中の硝酸態窒素か
らアンモニアを生成することができるようになる。

【００７１】請求項３の発明によれば、処理水を受容す
る断熱処理槽と、該断熱処理槽に少なくとも一部が浸漬
されるカソード及びアノードと、該カソードとアノード
間をカソード反応域とアノード反応域とに区画する陽イ
オン交換膜とを備えるので、電気化学的手法により、カ
ソード反応域では、被処理水中に含有される窒素化合物
としての硝酸イオン及び亜硝酸イオンがアンモニアに還
元される。

【００７２】このとき、カソード側は、陽イオン交換膜
によりアノード側と区画されているため、アノード側に
おいて生じる窒素化合物の硝酸イオンを生成する逆反応
を抑制することが可能となり、カソード反応域における
硝酸イオン及び亜硝酸イオンのアンモニアへの還元反応
を促進することができるようになる。

【００７３】また、被処理水を処理する処理槽は、断熱
処理槽により構成されているため、電気化学的手法にお
いてカソード及びアノードより生じる電解熱を高効率で
被処理水に伝達し、係る被処理水の加熱を行うことが可
能となる。そのため、被処理水の温度が昇温されること
により、被処理水中に生成されたアンモニアを容易に気
相中へ移行させることができ、効率的に窒素化合物を処
理することができるようになる。

【００７４】これにより、格別な装置を用いることなく
被処理水中に生成されたアンモニアを処理することがで
きるため、装置の小型化及び装置のコスト削減を図るこ
とができるようになる。

【００７５】請求項４の発明によれば、請求項３の発明
に加えて、断熱処理槽には、空気流通手段を備えるの
で、被処理水に空気を流通させることが可能となり、容
易に被処理水中のアンモニアを気相へ移行させることが
でき、被処理水中から効率的にアンモニアを処理するこ
とができるようになる。

【００７６】請求項５の発明によれば、請求項３又は請
求項４の発明に加えて、断熱処理槽には、被処理水を＋
４０℃乃至＋９０℃に維持するための補助加熱装置を設
けたので、電気化学的手法によりカソード及びアノード
から発生する電解熱に加えて当該補助加熱装置により被
処理水を加熱することが可能となり、被処理水中のアン
モニアが気相中へ移行し易い＋４０℃乃至＋９０℃を維
持することができ、容易に被処理水中のアンモニアを処
理することができるようになる。

【００７７】請求項６の発明によれば、請求項３、請求
項４又は請求項５の発明に加えて、電気化学的手法によ
り処理された後の被処理水を、次亜塩素酸、若しくは、
オゾン、又は、活性酸素を用いて化学的手法により脱窒
処理する後処理手段を備えたので、電気化学的手法によ
りカソード及びアノードから生じた電解熱により被処理
水中のアンモニアを一旦処理した後、被処理水中に残留
した低濃度のアンモニアを、次亜塩素酸、若しくは、オ
ゾン、又は、活性酸素により高効率で脱窒処理すること
ができるようになり、窒素処理効率を向上させることが
できるようになる。

【００７８】また、本発明によれば、被処理水中に生成
された高濃度のアンモニアを、一旦電解熱により処理し
た後、次亜塩素酸、若しくは、オゾン、又は、活性酸素
により脱窒処理を行うため、次亜塩素酸、若しくは、オ
ゾン、又は活性酸素の使用量を著しく削減することがで
き、ランニングコストの低減を図ることができるように
なる。

【００７９】請求項７の発明によれば、請求項１、請求
項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６発明
に加えて、カソードを構成する金属材料として周期表第
Ｉｂ族又は第ＩＩｂ族を含む導電体、若しくは、同族を
導電体に被覆したものを用いるので、被処理水中の硝酸
態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素への還元反
応を促進させることができ、還元反応に要する時間を短
縮及び低濃度の窒素化合物の除去を行うことができるよ
うになる。

【００８０】請求項８の発明によれば、請求項１、請求
項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６の発
明に加えて、カソードを構成する金属材料として、銅と
亜鉛を含む導電体、若しくは、銅と亜鉛を含む導電体を
他の導電体に被覆したものを用いるので、被処理水中の
硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素への還
元反応をより一層、促進させることができ、還元反応に
要する時間を短縮及び低濃度の窒素化合物の除去を行う
ことができるようになる。

【００８１】また、カソードを構成する金属材料に銅と
亜鉛が含まれることにより、電気化学的手法により処理
された後の被処理水をより一層アルカリ域に移行させる
ことができ、被処理水中のアンモニアが気相へ移行する
処理を促進することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の窒素処理方法を実現するための窒素処
理装置の概要を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 窒素処理装置 ２ 貯留槽 ３ 電解処理装置 ４ 後処理装置 ５ アンモニア回収装置 １０ 処理室 １１ 断熱処理槽 １２ カソード １２Ａ カソード反応域 １３ アノード １３Ａ アノード反応域 １４ 電源 １５ 陽イオン交換膜 ２０ 空気供給装置 ２２ 蓋部材 ２３ 流入口 ２４ ヒータ ２５ 排気口 ２６ 排気管 ３０ 後処理槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小泉 友人 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 (72)発明者 河内 基樹 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） 4D011 AA12 AB06 AD03 4D037 AA11 AB12 BA23 BB06 CA04 CA11 4D050 AA12 AB35 BB02 BB04 BD02 BD04 BD06 CA01 CA03 CA10 4D061 DA08 DB19 DC08 DC14 DC15 EA04 EB01 EB04 EB13 EB19 EB27 EB28 EB29 EB30 EB31 ED06 FA03 FA16

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気化学的手法により被処理水中の窒素
   化合物を処理する窒素処理方法であって、 カソード及びアノードを用いた前記電気化学的手法によ
   り前記被処理水中の窒素化合物からアンモニアを生成す
   ると共に、 前記電気化学的手法によって生じる電解熱により、前記
   被処理水中に生成されたアンモニアを気相中に移行さ
   せ、処理することを特徴とする窒素処理方法。
2. 【請求項２】 前記カソードとアノード間に、陽イオン
   交換膜を設け、被処理水中をカソード反応域とアノード
   反応域とに区画することを特徴とする請求項１の窒素処
   理方法。
3. 【請求項３】 前記被処理水を受容する断熱処理槽と、 該断熱処理槽に少なくとも一部が浸漬される前記カソー
   ド及びアノードと、 該カソードとアノード間をカソード反応域とアノード反
   応域とに区画する前記陽イオン交換膜とを備えることを
   特徴とする請求項１又は請求項２の窒素処理方法を実施
   するための窒素処理装置。
4. 【請求項４】 前記断熱処理槽には、空気流通手段を備
   えることを特徴とする請求項３の窒素処理装置。
5. 【請求項５】 前記断熱処理槽には、被処理水を＋４０
   ℃乃至＋９０℃を維持するための補助加熱装置を設けた
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４の窒素処理装
   置。
6. 【請求項６】 前記電気化学的手法により処理された後
   の被処理水を、次亜塩素酸、若しくは、オゾン、又は、
   活性酸素を用いて化学的手法により脱窒処理する後処理
   手段を備えたことを特徴とする請求項３、請求項４又は
   請求項５の窒素処理装置。
7. 【請求項７】 前記カソードを構成する金属材料とし
   て、周期表の第Ｉｂ族又は第ＩＩｂ族を含む導電体、若
   しくは、同族を導電体に被覆したものを用いることを特
   徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請
   求項５又は請求項６の窒素処理方法及び窒素処理装置。
8. 【請求項８】 前記カソードを構成する金属材料とし
   て、銅と亜鉛を含む導電体、若しくは、銅と亜鉛を含む
   導電体を他の導電体に被覆したものを用いることを特徴
   とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求
   項５又は請求項６の窒素処理方法及び窒素処理装置。