JP2004016868A - 排水処理方法及び排水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率的に窒素化合物を除去し、装置の小型化及びコストの低減を図ることができる排水処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】被処理水中の窒素化合物を処理するにあたり、被処理水中に一対の電極５、６を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極５の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすると共に、カソードを構成する他方の電極６の材料を、鉄を含む導電体とし、電極６の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、電極５の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理する。
【選択図】 図１
【解決手段】被処理水中の窒素化合物を処理するにあたり、被処理水中に一対の電極５、６を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極５の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすると共に、カソードを構成する他方の電極６の材料を、鉄を含む導電体とし、電極６の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、電極５の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば有機態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素、アンモニア態窒素などの窒素化合物や、例えばリン酸、リン酸イオンなどのリン化合物を含む排水の処理方法及び処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、川や湖の富栄養化の原因の１つに窒素化合物の存在があることは周知である。また、この窒素化合物は、一般家庭の生活排水中や工場排水中に多く存在するが、浄化処理が困難なものであり、有効な対策がとれないのが現状である。一般には、生物的処理が行われているが、先ずアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する硝化工程と、硝酸態窒素を窒素ガスに変換する脱窒工程の２つの工程により行われるため、２つの反応槽が必要となると共に、処理時間が遅いため、処理効率が低くなる問題があった。
【０００３】
また、該生物的処理では、脱窒素細菌を保有するために大容量の嫌気槽が必要となり、設備建設コストの高騰、装置設置面積の拡大を招く問題があった。更に、該脱窒素細菌は、周囲の温度環境、その他、被処理水中に含まれる成分などに著しく影響されるため、特に温度が低くなる冬場になると、活動が低下して脱窒素作用が低下し、処理効率が不安定となる問題もあった。
【０００４】
そこで、上記技術的課題を解決するために、従来の被処理水の電気分解法では、アノードに例えば、白金、イリジウム、パラジウムなどの貴金属材料を用い、被処理水に電流を流してアンモニア、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素を窒素ガスにまで処理していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電解による窒素化合物の処理方法では、アノードを構成する電極の被処理水に浸漬された部分の表面積は、カソードを構成する電極の被処理水に浸漬された部分の表面積と同等程度のものであったため、カソードにおける硝酸態窒素としての硝酸イオンから亜硝酸イオンへの還元反応がアノードにおける亜硝酸イオンから硝酸イオンへの酸化反応により抑制されてしまう問題があった。
【０００６】
これにより、窒素化合物の除去処理能力が低くなり、実際に生活排水や工場排水の処理において、窒素化合物を処理することは困難であった。また、硝酸態窒素は窒素ガスになり難く、低濃度の硝酸イオンの除去は難しいため、水中の窒素成分として残留し、除去できないという問題もある。
【０００７】
本発明は係る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、効率的に窒素化合物を除去し、装置の小型化及びコストの低減を図ることができる排水処理方法及び装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、請求項１の発明の排水処理方法は、被処理水中の窒素化合物を処理するにあたり、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすると共に、カソードを構成する他方の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、当該他方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、一方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明の排水処理方法は、上記処理の終了後、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明の排水処理方法は、被処理水中の窒素化合物を処理するにあたり、被処理水中に第１の電極及び第２の電極の少なくとも一部を浸漬し、アノードを構成する第１の電極を導電体とすると共に、カソードを構成する第２の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、当該第２の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第１の処理ステップと、被処理水中に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成すると共に、当該第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくし、第１の処理ステップの終了後、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第２の処理ステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明の排水処理方法は、上記発明に加えて、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンが所定の濃度に達した場合に、第１の処理ステップから第２の処理ステップに移行することを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明の排水処理方法は、上記第２の処理ステップの終了後、第３の電極をカソードとし、第２の電極をアノードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明の排水処理方法は、上記各発明において、他方の電極又は第２の電極の材料としてステンレスを用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明の排水処理方法は、上記各発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体を用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明の排水処理方法は、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の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体としてセラミックス系導電体又は当該セラミックス系導電体を被覆した導電体を用いることを特徴とする。
【００１６】
請求項９の発明の排水処理方法は、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の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として炭素系導電体又は当該炭素系導電体を被覆した導電体を用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明の排水処理方法は、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の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体としてステンレス又は当該ステンレスを被覆した導電体を用いることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１の発明の排水処理装置は、被処理水中の窒素化合物を処理するものであって、被処理水中に少なくとも一部が浸漬された一対の電極を備え、一方の電極の材料は、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とされ、他方の電極の材料は鉄を含む導電体とされ、当該他方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、一方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくされると共に、一方の電極をアノードとし、他方の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理することを特徴とする。
【００１９】
請求項１２の発明の排水処理装置は、上記において、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明の排水処理装置は、被処理水中の窒素化合物を処理するものであって、被処理水中に少なくとも一部が浸漬された第１の電極、第２の電極及び第３の電極とを備え、第１の電極は導電体とされ、第２の電極の材料は鉄を含む導電体とされ、第３の電極の材料は、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とされると共に、第２の電極及び第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくされると共に、第１の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水を処理する第１の処理ステップと、該第１の処理ステップの終了後、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第２の処理ステップとを実行することを特徴とする。
【００２１】
請求項１４の発明の排水処理装置は、上記発明に加えて、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンを検出する手段を備え、当該被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンが所定の濃度に達した場合に、第１の処理ステップから第２の処理ステップに移行することを特徴とする。
【００２２】
請求項１５の発明の排水処理装置は、上記第２の処理ステップの終了後、第３の電極をカソードとし、第２の電極をアノードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを実行することを特徴とする。
【００２３】
請求項１６の発明の排水処理装置は、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４又は請求項１５の発明において、他方の電極又は第２の電極の材料はステンレスであることを特徴とする。
【００２４】
請求項１７の発明の排水処理装置は、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体であることを特徴とする。
【００２５】
請求項１８の発明の排水処理装置は、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、セラミックス系導電体又は当該セラミックス系導電体を被覆した導電体であることを特徴とする。
【００２６】
請求項１９の発明の排水処理装置は、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、炭素系導電体又は当該炭素系導電体を被覆した導電体であることを特徴とする。
【００２７】
請求項２０の発明の排水処理装置は、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、ステンレス又は当該ステンレスを被覆した導電体であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１又は請求項１１の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすると共に、カソードを構成する他方の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、電気化学的手法により当該被処理水を処理するので、カソードを構成する他方の電極において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への還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００２９】
また、カソードを構成する他方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、アノードを構成する一方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により被処理水を処理するので、アノードを構成する一方の電極にて生じる窒素化合物、特に亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への酸化反応を低減させ、これに伴ってカソードを構成する他方の電極にて生じる硝酸態窒素から亜硝酸態窒素への還元反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００３０】
また、カソードを構成する他方の電極において生じるアンモニアは、アノードを構成する一方の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質と脱窒反応をすることになるので、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００３１】
請求項２又は請求項１２の発明によれば、上記処理の終了後、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理するので、アノードとなる他方の電極より被処理水中に鉄（ＩＩ）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化された当該鉄（ＩＩＩ）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００３２】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００３３】
請求項３又は請求項１３の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水中に第１の電極及び第２の電極の少なくとも一部を浸漬し、アノードを構成する第１の電極を導電体とすると共に、カソードを構成する第２の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、当該第２の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第１の処理ステップと、被処理水中に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成すると共に、当該第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくし、第１の処理ステップの終了後、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第２の処理ステップとを含むので、カソードを構成する第２の電極において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への還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００３４】
また、カソードを構成する第２の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、アノードを構成する第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により被処理水を処理するので、アノードを構成する第１の電極にて生じる窒素化合物、特に亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への酸化反応を低減させ、これに伴ってカソードを構成する第２の電極にて生じる硝酸態窒素から亜硝酸態窒素への還元反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００３５】
また、被処理水中に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成すると共に、当該第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくし、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により第１の処理ステップの終了後の被処理水を処理する第２の処理ステップを実行するので、第１の処理ステップで、カソードを構成する第２の電極において生じたアンモニアは、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質と脱窒反応をすることになり、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００３６】
特にこの場合、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きく形成されているため、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質の生成を促進させることができ、これにより、被処理水中のアンモニア態窒素との脱窒反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。
【００３７】
請求項４又は請求項１４の発明によれば、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンが所定の濃度に達した場合に、第１の処理ステップから第２の処理ステップに移行するので、第１の処理ステップでカソードを構成する第２の電極において被処理水中の硝酸態窒素及び亜硝酸態窒素を還元反応させて、被処理水中の硝酸態窒素がアンモニア及びアンモニウムイオンに還元された後、第２の処理ステップに移行することができるようになる。
【００３８】
これにより、被処理水中の硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を十分にアンモニア及びアンモニウムイオンに還元させた後、第２の処理ステップにおいて、アノードを構成する第３の電極で生成される次亜ハロゲン酸等の物質によりアンモニアの脱窒反応を行うことができ、より一層、硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。
【００３９】
請求項５又は請求項１５の発明によれば、第２の処理ステップの終了後、第３の電極をカソードとし、第２の電極をアノードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを実行するので、この第３の処理ステップでアノードとなる第２の電極より被処理水中に鉄（ＩＩ）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化された当該鉄（ＩＩＩ）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００４０】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００４１】
請求項６又は請求項１６の発明によれば、上記各発明において、他方の電極又は第２の電極の材料としてステンレスを用いるので、被処理水中の窒素化合物処理における他方の電極又は第２の電極の耐久性を改善することができるようになるものである。
【００４２】
請求項７又は請求項１７の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００４３】
請求項８又は請求項１８の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、セラミックス系導電体又は当該セラミックス系導電体を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００４４】
また、このセラミックス系導電体を使用することにより、低コストにて、耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【００４５】
請求項９又は請求項１９の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、炭素系導電体又は当該炭素系導電体を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００４６】
また、この炭素系導電体を使用することにより、低コストにて導電体を構成することができるようになる。
【００４７】
請求項１０又は請求項２０の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、ステンレス又は当該ステンレスを被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００４８】
また、このステンレスを使用することにより、低コストにて、耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【００４９】
【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。
（１）第１の実施例
先ず、図１及び図２を用いて本発明の一実施例を説明する。図１は本発明の第１の実施例の排水処理方法を実現するための排水処理装置１の概要を示す説明図である。この実施例における排水処理装置１は、内部に図示しない排水の流入口と流出口を有する処理室４を構成する処理槽２と、該処理室４内の被処理水中に少なくとも一部が浸漬するように対向して配置された一対の電極５、６と、該電極５、６に通電するための図示しない電源及び該電源を制御するための制御装置などから構成されている。尚、処理槽２内には内部を撹拌するための撹拌手段を設けても良い。
【００５０】
前記電極６は鉄（Ｆｅ）、若しくは、鉄を被覆した導電体（鉄を含む導電体）により構成されており、前記電極５は、当該電極５がアノードを構成した場合に、次亜塩素酸などの次亜ハロゲン酸、又はオゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として、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。またこれ以外に、次亜塩素酸などの次亜ハロゲン酸、又はオゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として、例えばセラミックス系導電体、又は、セラミックス系導電体を被覆した不溶性の導電体、若しくは、ステンレス、又はステンレスを被覆した不溶性の導電体、若しくは、炭素系導電体、又は、炭素系導電体を被覆した不溶性の導電体であってもよいものとする。この場合、当該導電体を低コストで構成することができるようになる。特に、セラミックス系導電体等やステンレス等の導電体を用いた場合には、耐久性も向上させることができるようになる。尚、この実施例では白金を用いる。
【００５１】
また、電極６は、電極５の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積よりも、当該電極６の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積が大きくなるように、本実施例では、電極６を板状部材にて構成し、電極５をワイヤーなどの線条部材により構成する。
【００５２】
以上の構成により、処理槽２内の処理室４に硝酸態窒素として硝酸イオン及びリン化合物としてリン酸イオンを含む被処理水を貯留し、前記制御装置により電源をＯＮとし、電極５に正電位を、電極６に負電位を印加する（窒素処理ステップ。図１の左側）。これにより、電極５はアノードとなり、電極６はカソードとなる。
【００５３】
係る電位の印加により、カソードを構成する電極６側では、アノードを構成する電極５側において生成された電子が供給され、被処理水中に含まれる硝酸態窒素としての硝酸イオンが亜硝酸イオンに還元される（反応Ａ）。更に、亜硝酸イオンに還元された硝酸態窒素は、カソードを構成する電極６側において、電子が供給され、アンモニア（アンモニウムイオン）まで還元される（反応Ｂ）。以下に、反応Ａ及び反応Ｂを示す。
反応Ａ ＮＯ３ −＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→ＮＯ２ −＋２ＯＨ−
反応Ｂ ＮＯ２ −＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−→ＮＨ３（ａｑ）＋７ＯＨ−
【００５４】
ここで、カソードを構成する電極６において硝酸イオンを還元することで生成された亜硝酸イオンが、アノードを構成する電極５側に移動すると、アノードを構成する電極５において酸化反応が生じ、亜硝酸イオンが硝酸イオンに酸化されてしまう（反応Ｃ）。
反応Ｃ ＮＯ２ −＋Ｈ２Ｏ→ＮＯ３ −＋２Ｈ＋＋２ｅ−
【００５５】
係る酸化反応が生じると電極６における硝酸イオンの還元反応に対して電極５で亜硝酸イオンの酸化反応が生じてしまうため、窒素処理効率が低下するが、この実施例では、カソードを構成する電極６の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、アノードを構成する電極５の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きいため、係る反応Ｃが抑制される。これにより、硝酸イオンをアンモニア（アンモニウムイオン）まで還元する窒素処理能力が改善される。
【００５６】
一方、アノードを構成する白金電極５側では、被処理水中に含有されるハロゲン化物イオンとしての塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成する。そして、この塩素は水に溶解して次亜塩素酸を生成する。このとき、同時にオゾン、若しくは、活性酸素も生成される。
【００５７】
ここで、被処理水中に含まれる塩化物イオン濃度が低い場合には、被処理水中に、例えば塩化物イオンや、ヨウ化物イオンや、臭化物イオンなどのハロゲン化物イオンや、これらハロゲン化物イオンを含む化合物、例えば、塩化カリウムや塩化ナトリウムなどを添加してもよい。即ち、被処理水の塩化カリウムの塩化物イオンを例えば１０ｐｐｍ以上４００００ｐｐｍ以下とする。
【００５８】
このような被処理水中に本来含まれる塩化物イオンや上述の如く添加した塩化カリウムは、アノードを構成する電極５において酸化され、塩素を生成し（反応Ｄ。塩化カリウムの場合で示す）、生成された塩素は、被処理水中で水と反応し、次亜塩素酸を生成する（反応Ｅ）。そして、生成された次亜塩素酸は、上述の反応Ｂで被処理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Ｆ）。以下、反応Ｄ乃至反応Ｆを示す。
反応Ｄ ＫＣｌ→Ｋ＋＋Ｃｌ−
２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−
反応Ｅ Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ
反応Ｆ ＮＨ３＋ＨＣｌＯ→ＮＨ２Ｃｌ＋Ｈ２Ｏ
ＮＨ２Ｃｌ＋ＨＣｌＯ→ＮＨＣｌ２＋Ｈ２Ｏ
ＮＨ２Ｃｌ＋ＮＨＣｌ２→Ｎ２↑＋３ＨＣｌ
【００５９】
また、被処理水中のアンモニア（アンモニウムイオン）は、アノードを構成する電極５側で発生するオゾン、若しくは、活性酸素と反応Ｇ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Ｇ ２ＮＨ３（ａｑ）＋３（Ｏ）→Ｎ２↑＋３Ｈ２Ｏ
【００６０】
これにより、被処理水中内の硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素などの窒素化合物を同一の処理槽２内において処理可能となる。
【００６１】
ここで、図２に示される実験結果は、カソードとなる電極６に表面積３５ｃｍ２の板状の鉄電極を使用し、アノードとなる電極５を表面積０．５ｃｍ２とした白金線とした場合と、表面積３５ｃｍ２とした白金・イリジウム系の板状電極とした場合における被処理水中の硝酸態窒素濃度を示している。この実験では１００ｍＭのＫＣｌと１０ｍＭのＫＮＯ３の被処理水としての混合溶液に、電極５、６間に０．５Ａを５時間流し、定電流電解を行った。
【００６２】
図２中における白丸は白金線、黒丸は白金・イリジウム系の板状電極をアノードとして１時間毎に硝酸態窒素（ＮＯ３ −）濃度を測定した結果を示しているが、この図からも明らかなように板状の白金・イリジウム系の電極及び白金線の電極をどちらの電極をアノードとして用いても、処理特性を示していることが分かる。但し、アノードとして白金線を用いた場合と白金・イリジウム系の板状電極を用いた場合では、処理特性に大きな違いがみられる。即ち、白金線の電極をアノードとして用いた場合、１時間を経過したころから硝酸態窒素の濃度が排水基準の１００ｐｐｍ以下となっており、５時間を経過した時点では、硝酸態窒素の濃度は、２０ｐｐｍ以下にまで処理されていることが分かった。これに対し、板状の白金、イリジウム系の電極をアノードとして用いた場合には、３時間を経過した時点で、硝酸態窒素の濃度は、８０ｐｐｍ以下にまで処理されているが、５時間経過した時点での硝酸態窒素の濃度は、７０ｐｐｍをやや下回った程度にまでしか処理されていないことが分かった。
【００６３】
上記より、カソードを構成する電極６の被処理水中に浸漬される表面積に対し、アノードを構成する電極５の被処理水中に浸漬される表面積を小さくすることにより、被処理水中の硝酸態窒素の処理特性が高いことが分かる。
【００６４】
これにより、カソードを構成する電極６の被処理水中に浸漬された部分の表面積をアノードを構成する電極５の被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくすることにより、カソードを構成する電極６における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への還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮することができるようになる。また、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００６５】
このような窒素化合物の処理（窒素処理ステップ）の終了後、制御装置は各電極５、６に印加する電位の極性を切り換える（図１の右側。リン処理ステップ。尚、極性切り換え後も被処理水中では上記窒素処理反応が継続している）。これにより、電極５はカソード、電極６はアノードを構成することになる。これにより、被処理水は電気化学的手法としての電解処理が行われ、アノードを構成する電極６は、上述の如く鉄を含む導電体にて構成されていることから、電極６より鉄（ＩＩ）イオンが被処理水中に溶出して、被処理水中において鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化される。
【００６６】
生成された鉄（ＩＩＩ）イオンは、反応Ｈに示す如く脱リン反応により、被処理水中のリン酸イオンと凝集沈殿し、水に難溶性のリン酸鉄を生成する。
反応Ｈ Ｆｅ３＋＋ＰＯ４ ３−→ＦｅＰＯ４↓
これにより、被処理水中に含有されたリン化合物としてのリン酸イオンをリン酸鉄として沈殿処理することができる。
【００６７】
また、電子の供給のために被処理水中に鉄（ＩＩ）イオンの状態で溶出し、電極上或いは被処理水中で酸化された鉄（ＩＩＩ）イオンの一部は、この場合にカソードを構成する電極５側において、再度電子が供給され、鉄（ＩＩ）イオンに還元されて再びアノードを構成する電極６側において酸化される。
【００６８】
尚、鉄（ＩＩ）イオンを含有した被処理水を電解することにより、被処理水中に含有される硝酸イオンをアンモニウムイオンにまで還元処理する技術については、既に、１９９９年３月１６日から３月１８日に渡って開催された第３３回日本水環境学会において配布された日本水環境学会年会講演集の「電気化学反応を用いた無機窒素化合物処理技術の開発」において開示されている。
【００６９】
また、前記窒素処理ステップにおいてカソードを構成する電極６の表面に成長するスケール（ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２等）は、このリン処理ステップで電極６がアノードとなることにより表面から落とされる。これにより、電極６の電解性能を高く維持できるようになる。
【００７０】
（２）第２の実施例
次に、もう一つの本発明の実施例について図３を参照して説明する。図３は本発明の第２の実施例の排水処理方法を実現するための排水処理装置１の概要を示す説明図である。尚、各図において図１と同一符号は同一若しくは同様の作用を奏するものとする。
【００７１】
この実施例における排水処理装置１も、内部に図示しない排水の流入口と流出口を有する処理室４を構成する処理槽２と、該処理室４内の被処理水中に少なくとも一部が浸漬するように対向して配置された一対の電極５（第１の電極）、６（第２の電極）と、被処理水中に少なくとも一部が浸漬するように配置された電極７（第３の電極）と、これら電極５、６、７に通電するための図示しない電源及び該電源を制御するための制御装置と、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオン濃度を検出するためのアンモニア濃度検出センサ８などから構成されている。尚、処理槽２内には同様に内部を撹拌するための撹拌手段を設けても良い。
【００７２】
前記電極６は鉄（Ｆｅ）、若しくは、鉄を被覆した導電体（鉄を含む導電体）により構成されており、前記電極５と電極７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。またこれ以外に、次亜塩素酸などの次亜ハロゲン酸、又はオゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として、例えばセラミックス系導電体、又は、セラミックス系導電体を被覆した不溶性の導電体、若しくは、ステンレス、又はステンレスを被覆した不溶性の導電体、若しくは、炭素系導電体、又は、炭素系導電体を被覆した不溶性の導電体であってもよいものとする。この場合、当該導電体を低コストで構成することができるようになる。特に、セラミックス系導電体等やステンレス等の導電体を用いた場合には、耐久性も向上させることができるようになる。
【００７３】
ここで、電極６は、電極５の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積よりも、当該電極６の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積が大きくなるように、本実施例では、電極６を板状部材にて構成し、電極５をワイヤーなどの線条部材により構成する。また、電極７は、電極５の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積よりも、当該電極７の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積が大きくなるように、本実施例では、電極７も板状部材にて構成する。尚、この実施例では電極５及び電極７は、白金を用いる。
【００７４】
以上の構成により、処理槽２内の処理室４に硝酸態窒素として硝酸イオン及びリン化合物としてリン酸イオンを含む被処理水を貯留し、前記制御装置により電源をＯＮとし、先ず電極５に正電位を、電極６に負電位を印加する（第１の処理ステップ。図３の左側）。このとき、電極７には電位は印加しない。これにより、電極５はアノードとなり、電極６はカソードとなる。
【００７５】
係る電位の印加により、カソードを構成する電極６側では、アノードを構成する電極５側において生成された電子が供給され、被処理水中に含まれる硝酸態窒素としての硝酸イオンが亜硝酸イオンに還元される（前記反応Ａ）。更に、亜硝酸イオンに還元された硝酸態窒素は、カソードを構成する電極６側において、電子が供給され、アンモニア（アンモニウムイオン）まで還元される（前記反応Ｂ）。
【００７６】
ここで、カソードを構成する電極６において硝酸イオンを還元することで生成された亜硝酸イオンが、アノードを構成する電極５側に移動すると、アノードを構成する電極５において酸化反応が生じ、亜硝酸イオンが硝酸イオンに酸化されてしまう（前記反応Ｃ）。
【００７７】
係る酸化反応が生じると電極６における硝酸イオンの還元反応に対して電極５で亜硝酸イオンの酸化反応が生じてしまうため、窒素処理効率が低下するが、この実施例においても、カソードを構成する電極６の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、アノードを構成する電極５の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きいため、係る反応Ｃが抑制される。これにより、硝酸イオンをアンモニア（アンモニウムイオン）まで還元する窒素処理能力が改善される。
【００７８】
ここで、前記アンモニア濃度検出センサ８は、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオン濃度を検出しており、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオン濃度が所定の値に達した場合に第１の処理ステップを終了する。
【００７９】
尚、このアンモニア濃度検出センサ８以外に、被処理水中の硝酸イオン濃度を検出する図示しない硝酸イオン濃度検出センサを当該排水処理装置１に備え、係る硝酸イオン濃度検出センサにより被処理水中の硝酸イオンがほぼ除去されたと検知された状態で、アンモニア濃度検出センサ８による被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオン濃度を検出し、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオン濃度が所定の値以上であった場合に第１の処理ステップを終了してもよいものとする。
【００８０】
係る第１の処理ステップの終了後、制御装置は次に電極６に負電位を、電極７に正電位を印加する（第２の処理ステップ。図３の中央）。このとき、電極５には電位は印加しない。これにより、電極７はアノードとなり、電極６はカソードとなる。
【００８１】
この場合にアノードを構成する白金電極７では、被処理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。そして、この塩素は水に溶解して次亜塩素酸を生成する（前記反応Ｄ〜Ｅ）。このとき、同時にオゾン、若しくは、活性酸素も生成される。
【００８２】
そして、生成された次亜塩素酸は、第１の処理ステップの反応Ｂで被処理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Ｆ）。また、第１の処理ステップにおいて、被処理水中のアンモニア（アンモニウムイオン）は、このときアノードを構成する電極５側で発生するオゾン、若しくは、活性酸素と前記反応Ｇ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。
【００８３】
尚、本実施例では、第２の処理ステップにおいて、電極６に負電位を、電極７に正電位を印加しているが、これ以外に、電極６に負電位を、電極７及び電極５に正電位を印加しても同様の効果を奏するものとする。
【００８４】
これにより、被処理水中内の硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素などの窒素化合物を同一の処理槽２内において処理可能となる。
【００８５】
また、このようにアンモニア濃度検出センサ８の検出により、第１の処理ステップから第１の処理ステップへ切り換えることから、亜硝酸イオンから硝酸イオンへの酸化反応を抑制することができる。また、第１の電極としての電極５において賄いきれないアンモニア又はアンモニウムイオンを第３の電極としての電極７に切り換えることにより、迅速に被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンを窒素ガスに変換することができるようになる。
【００８６】
このような窒素化合物の処理（第１の処理ステップ及び第２の処理ステップ）の終了後、制御装置は今度は電極７に負電位を、電極６に正電位を印加する。尚、このとき電極５には電位は印加しない（図３の右側。第３の処理ステップ。尚、電位の印加を切り換えた後も被処理水中では上記窒素処理反応が継続している）。これにより、電極７はカソード、電極６はアノードを構成することになる。これにより、被処理水は電気化学的手法としての電解処理が行われ、アノードを構成する電極６は、上述の如く鉄を含む導電体にて構成されていることから、電極６より鉄（ＩＩ）イオンが被処理水中に溶出して、被処理水中において鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化される。
【００８７】
生成された鉄（ＩＩＩ）イオンは、前記反応Ｈに示す如く脱リン反応により、被処理水中のリン酸イオンと凝集沈殿し、水に難溶性のリン酸鉄を生成する。これにより、被処理水中に含有されたリン化合物としてのリン酸イオンをリン酸鉄として沈殿処理することができる。
【００８８】
尚、本実施例では、第３の処理ステップにおいて、電極７に負電位を、電極６に正電位を印加しているが、これ以外に、電極７及び電極５に負電位を、電極６に正電位を印加しても同様の効果を奏するものとする。
【００８９】
また、前記第１の実施例において窒素処理ステップのみを、或いは、第２の実施例において第１及び第２の処理ステップのみを実行する場合には、電極６をステンレスで構成してもよい。この場合ステンレスとしてはオーステナイト系鋼種（ＳＵＳ３０４）、オーステナイト・フェライト系鋼種（ＳＵＳ３２９Ｊ１）、フェライト系鋼種（ＳＵＳ４４４）、マルテンサイト系鋼種（ＳＵＳ４１０）或いは析出硬化系鋼種（ＳＵＳ６３１）などがある。係るステンレスを使用した場合にも前述した窒素化合物処理作用を期待できる。特に、この場合には電極に生じる錆を予防し、耐久性を向上させることが可能となる。
【００９０】
以上の各実施例により、被処理水中の窒素化合物及びリン化合物は、上述の如き電気化学的処理を行うことにより、効果的に処理することができる。そのため、被処理水中の窒素化合物及びリン化合物を同一処理槽にて処理可能となり、従来の如く大型の生物的処理槽を設置する必要がなくなり、設備建設コストの高騰及び装置設置面積の増大を回避することができるようになる。
【００９１】
更に、生物的処理において必要とされる脱窒素細菌の煩雑なメンテナンス作業を不要とすることができると共に、安定した高い窒素及びリンの処理効率を提供することができるようになる。
【００９２】
尚、上記各実施例において被処理水中に含有されるハロゲン化物イオンは、塩化物イオンであり、これにより次亜塩素酸が生成されているが、これ以外に、フッ化物イオンや臭化物イオンなどにより他の次亜ハロゲン酸が生成された場合であっても同様の効果を奏するものとする。
【００９３】
【発明の効果】
以上詳述した如く請求項１又は請求項１１の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすると共に、カソードを構成する他方の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、電気化学的手法により当該被処理水を処理するので、カソードを構成する他方の電極において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への還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００９４】
また、カソードを構成する他方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、アノードを構成する一方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により被処理水を処理するので、アノードを構成する一方の電極にて生じる窒素化合物、特に亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への酸化反応を低減させ、これに伴ってカソードを構成する他方の電極にて生じる硝酸態窒素から亜硝酸態窒素への還元反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００９５】
また、カソードを構成する他方の電極において生じるアンモニアは、アノードを構成する一方の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質と脱窒反応をすることになるので、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００９６】
請求項２又は請求項１２の発明によれば、上記処理の終了後、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理するので、アノードとなる他方の電極より被処理水中に鉄（ＩＩ）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化された当該鉄（ＩＩＩ）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００９７】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００９８】
請求項３又は請求項１３の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水中に第１の電極及び第２の電極の少なくとも一部を浸漬し、アノードを構成する第１の電極を導電体とすると共に、カソードを構成する第２の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、当該第２の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第１の処理ステップと、被処理水中に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成すると共に、当該第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくし、第１の処理ステップの終了後、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第２の処理ステップとを含むので、カソードを構成する第２の電極において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への還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００９９】
また、カソードを構成する第２の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、アノードを構成する第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により被処理水を処理するので、アノードを構成する第１の電極にて生じる窒素化合物、特に亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への酸化反応を低減させ、これに伴ってカソードを構成する第２の電極にて生じる硝酸態窒素から亜硝酸態窒素への還元反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【０１００】
また、被処理水中に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成すると共に、当該第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくし、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により第１の処理ステップの終了後の被処理水を処理する第２の処理ステップを実行するので、第１の処理ステップで、カソードを構成する第２の電極において生じたアンモニアは、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質と脱窒反応をすることになり、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【０１０１】
特にこの場合、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きく形成されているため、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質の生成を促進させることができ、これにより、被処理水中のアンモニア態窒素との脱窒反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。
【０１０２】
請求項４又は請求項１４の発明によれば、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンが所定の濃度に達した場合に、第１の処理ステップから第２の処理ステップに移行するので、第１の処理ステップでカソードを構成する第２の電極において被処理水中の硝酸態窒素及び亜硝酸態窒素を還元反応させて、被処理水中の硝酸態窒素がアンモニア及びアンモニウムイオンに還元された後、第２の処理ステップに移行することができるようになる。
【０１０３】
これにより、被処理水中の硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を十分にアンモニア及びアンモニウムイオンに還元させた後、第２の処理ステップにおいて、アノードを構成する第３の電極で生成される次亜ハロゲン酸等の物質によりアンモニアの脱窒反応を行うことができ、より一層、硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。
【０１０４】
請求項５又は請求項１５の発明によれば、第２の処理ステップの終了後、第３の電極をカソードとし、第２の電極をアノードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを実行するので、この第３の処理ステップでアノードとなる第２の電極より被処理水中に鉄（ＩＩ）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化された当該鉄（ＩＩＩ）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【０１０５】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【０１０６】
請求項６又は請求項１６の発明によれば、上記各発明において、他方の電極又は第２の電極の材料としてステンレスを用いるので、被処理水中の窒素化合物処理における他方の電極又は第２の電極の耐久性を改善することができるようになるものである。
【０１０７】
請求項７又は請求項１７の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【０１０８】
請求項８又は請求項１８の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、セラミックス系導電体又は当該セラミックス系導電体を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【０１０９】
また、このセラミックス系導電体を使用することにより、低コストにて、耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【０１１０】
請求項９又は請求項１９の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、炭素系導電体又は当該炭素系導電体を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【０１１１】
また、この炭素系導電体を使用することにより、低コストにて導電体を構成することができるようになる。
【０１１２】
請求項１０又は請求項２０の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、ステンレス又は当該ステンレスを被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【０１１３】
また、このステンレスを使用することにより、低コストにて、耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水処理方法を実現するための排水処理装置の第１の実施例の概要を示す説明図である。
【図２】図１の装置において処理される硝酸イオン（ＮＯ３ −）の濃度変化を示す図である。
【図３】本発明の排水処理装置の第２の実施例の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 排水処理装置
２ 処理槽
４ 排水処理室
５、６、７ 電極
８ アンモニア濃度検出センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば有機態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素、アンモニア態窒素などの窒素化合物や、例えばリン酸、リン酸イオンなどのリン化合物を含む排水の処理方法及び処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、川や湖の富栄養化の原因の１つに窒素化合物の存在があることは周知である。また、この窒素化合物は、一般家庭の生活排水中や工場排水中に多く存在するが、浄化処理が困難なものであり、有効な対策がとれないのが現状である。一般には、生物的処理が行われているが、先ずアンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する硝化工程と、硝酸態窒素を窒素ガスに変換する脱窒工程の２つの工程により行われるため、２つの反応槽が必要となると共に、処理時間が遅いため、処理効率が低くなる問題があった。
【０００３】
また、該生物的処理では、脱窒素細菌を保有するために大容量の嫌気槽が必要となり、設備建設コストの高騰、装置設置面積の拡大を招く問題があった。更に、該脱窒素細菌は、周囲の温度環境、その他、被処理水中に含まれる成分などに著しく影響されるため、特に温度が低くなる冬場になると、活動が低下して脱窒素作用が低下し、処理効率が不安定となる問題もあった。
【０００４】
そこで、上記技術的課題を解決するために、従来の被処理水の電気分解法では、アノードに例えば、白金、イリジウム、パラジウムなどの貴金属材料を用い、被処理水に電流を流してアンモニア、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素を窒素ガスにまで処理していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電解による窒素化合物の処理方法では、アノードを構成する電極の被処理水に浸漬された部分の表面積は、カソードを構成する電極の被処理水に浸漬された部分の表面積と同等程度のものであったため、カソードにおける硝酸態窒素としての硝酸イオンから亜硝酸イオンへの還元反応がアノードにおける亜硝酸イオンから硝酸イオンへの酸化反応により抑制されてしまう問題があった。
【０００６】
これにより、窒素化合物の除去処理能力が低くなり、実際に生活排水や工場排水の処理において、窒素化合物を処理することは困難であった。また、硝酸態窒素は窒素ガスになり難く、低濃度の硝酸イオンの除去は難しいため、水中の窒素成分として残留し、除去できないという問題もある。
【０００７】
本発明は係る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、効率的に窒素化合物を除去し、装置の小型化及びコストの低減を図ることができる排水処理方法及び装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
即ち、請求項１の発明の排水処理方法は、被処理水中の窒素化合物を処理するにあたり、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすると共に、カソードを構成する他方の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、当該他方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、一方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明の排水処理方法は、上記処理の終了後、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理することを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明の排水処理方法は、被処理水中の窒素化合物を処理するにあたり、被処理水中に第１の電極及び第２の電極の少なくとも一部を浸漬し、アノードを構成する第１の電極を導電体とすると共に、カソードを構成する第２の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、当該第２の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第１の処理ステップと、被処理水中に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成すると共に、当該第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくし、第１の処理ステップの終了後、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第２の処理ステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明の排水処理方法は、上記発明に加えて、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンが所定の濃度に達した場合に、第１の処理ステップから第２の処理ステップに移行することを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明の排水処理方法は、上記第２の処理ステップの終了後、第３の電極をカソードとし、第２の電極をアノードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明の排水処理方法は、上記各発明において、他方の電極又は第２の電極の材料としてステンレスを用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明の排水処理方法は、上記各発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体を用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明の排水処理方法は、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の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体としてセラミックス系導電体又は当該セラミックス系導電体を被覆した導電体を用いることを特徴とする。
【００１６】
請求項９の発明の排水処理方法は、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の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として炭素系導電体又は当該炭素系導電体を被覆した導電体を用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明の排水処理方法は、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の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体としてステンレス又は当該ステンレスを被覆した導電体を用いることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１の発明の排水処理装置は、被処理水中の窒素化合物を処理するものであって、被処理水中に少なくとも一部が浸漬された一対の電極を備え、一方の電極の材料は、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とされ、他方の電極の材料は鉄を含む導電体とされ、当該他方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、一方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくされると共に、一方の電極をアノードとし、他方の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理することを特徴とする。
【００１９】
請求項１２の発明の排水処理装置は、上記において、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明の排水処理装置は、被処理水中の窒素化合物を処理するものであって、被処理水中に少なくとも一部が浸漬された第１の電極、第２の電極及び第３の電極とを備え、第１の電極は導電体とされ、第２の電極の材料は鉄を含む導電体とされ、第３の電極の材料は、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とされると共に、第２の電極及び第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくされると共に、第１の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により被処理水を処理する第１の処理ステップと、該第１の処理ステップの終了後、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第２の処理ステップとを実行することを特徴とする。
【００２１】
請求項１４の発明の排水処理装置は、上記発明に加えて、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンを検出する手段を備え、当該被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンが所定の濃度に達した場合に、第１の処理ステップから第２の処理ステップに移行することを特徴とする。
【００２２】
請求項１５の発明の排水処理装置は、上記第２の処理ステップの終了後、第３の電極をカソードとし、第２の電極をアノードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを実行することを特徴とする。
【００２３】
請求項１６の発明の排水処理装置は、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４又は請求項１５の発明において、他方の電極又は第２の電極の材料はステンレスであることを特徴とする。
【００２４】
請求項１７の発明の排水処理装置は、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体であることを特徴とする。
【００２５】
請求項１８の発明の排水処理装置は、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、セラミックス系導電体又は当該セラミックス系導電体を被覆した導電体であることを特徴とする。
【００２６】
請求項１９の発明の排水処理装置は、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、炭素系導電体又は当該炭素系導電体を被覆した導電体であることを特徴とする。
【００２７】
請求項２０の発明の排水処理装置は、請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の発明において、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、ステンレス又は当該ステンレスを被覆した導電体であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１又は請求項１１の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすると共に、カソードを構成する他方の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、電気化学的手法により当該被処理水を処理するので、カソードを構成する他方の電極において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への還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００２９】
また、カソードを構成する他方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、アノードを構成する一方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により被処理水を処理するので、アノードを構成する一方の電極にて生じる窒素化合物、特に亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への酸化反応を低減させ、これに伴ってカソードを構成する他方の電極にて生じる硝酸態窒素から亜硝酸態窒素への還元反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００３０】
また、カソードを構成する他方の電極において生じるアンモニアは、アノードを構成する一方の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質と脱窒反応をすることになるので、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００３１】
請求項２又は請求項１２の発明によれば、上記処理の終了後、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理するので、アノードとなる他方の電極より被処理水中に鉄（ＩＩ）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化された当該鉄（ＩＩＩ）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００３２】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００３３】
請求項３又は請求項１３の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水中に第１の電極及び第２の電極の少なくとも一部を浸漬し、アノードを構成する第１の電極を導電体とすると共に、カソードを構成する第２の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、当該第２の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第１の処理ステップと、被処理水中に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成すると共に、当該第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくし、第１の処理ステップの終了後、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第２の処理ステップとを含むので、カソードを構成する第２の電極において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への還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００３４】
また、カソードを構成する第２の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、アノードを構成する第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により被処理水を処理するので、アノードを構成する第１の電極にて生じる窒素化合物、特に亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への酸化反応を低減させ、これに伴ってカソードを構成する第２の電極にて生じる硝酸態窒素から亜硝酸態窒素への還元反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００３５】
また、被処理水中に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成すると共に、当該第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくし、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により第１の処理ステップの終了後の被処理水を処理する第２の処理ステップを実行するので、第１の処理ステップで、カソードを構成する第２の電極において生じたアンモニアは、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質と脱窒反応をすることになり、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００３６】
特にこの場合、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きく形成されているため、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質の生成を促進させることができ、これにより、被処理水中のアンモニア態窒素との脱窒反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。
【００３７】
請求項４又は請求項１４の発明によれば、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンが所定の濃度に達した場合に、第１の処理ステップから第２の処理ステップに移行するので、第１の処理ステップでカソードを構成する第２の電極において被処理水中の硝酸態窒素及び亜硝酸態窒素を還元反応させて、被処理水中の硝酸態窒素がアンモニア及びアンモニウムイオンに還元された後、第２の処理ステップに移行することができるようになる。
【００３８】
これにより、被処理水中の硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を十分にアンモニア及びアンモニウムイオンに還元させた後、第２の処理ステップにおいて、アノードを構成する第３の電極で生成される次亜ハロゲン酸等の物質によりアンモニアの脱窒反応を行うことができ、より一層、硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。
【００３９】
請求項５又は請求項１５の発明によれば、第２の処理ステップの終了後、第３の電極をカソードとし、第２の電極をアノードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを実行するので、この第３の処理ステップでアノードとなる第２の電極より被処理水中に鉄（ＩＩ）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化された当該鉄（ＩＩＩ）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００４０】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００４１】
請求項６又は請求項１６の発明によれば、上記各発明において、他方の電極又は第２の電極の材料としてステンレスを用いるので、被処理水中の窒素化合物処理における他方の電極又は第２の電極の耐久性を改善することができるようになるものである。
【００４２】
請求項７又は請求項１７の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００４３】
請求項８又は請求項１８の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、セラミックス系導電体又は当該セラミックス系導電体を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００４４】
また、このセラミックス系導電体を使用することにより、低コストにて、耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【００４５】
請求項９又は請求項１９の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、炭素系導電体又は当該炭素系導電体を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００４６】
また、この炭素系導電体を使用することにより、低コストにて導電体を構成することができるようになる。
【００４７】
請求項１０又は請求項２０の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、ステンレス又は当該ステンレスを被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【００４８】
また、このステンレスを使用することにより、低コストにて、耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【００４９】
【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。
（１）第１の実施例
先ず、図１及び図２を用いて本発明の一実施例を説明する。図１は本発明の第１の実施例の排水処理方法を実現するための排水処理装置１の概要を示す説明図である。この実施例における排水処理装置１は、内部に図示しない排水の流入口と流出口を有する処理室４を構成する処理槽２と、該処理室４内の被処理水中に少なくとも一部が浸漬するように対向して配置された一対の電極５、６と、該電極５、６に通電するための図示しない電源及び該電源を制御するための制御装置などから構成されている。尚、処理槽２内には内部を撹拌するための撹拌手段を設けても良い。
【００５０】
前記電極６は鉄（Ｆｅ）、若しくは、鉄を被覆した導電体（鉄を含む導電体）により構成されており、前記電極５は、当該電極５がアノードを構成した場合に、次亜塩素酸などの次亜ハロゲン酸、又はオゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として、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。またこれ以外に、次亜塩素酸などの次亜ハロゲン酸、又はオゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として、例えばセラミックス系導電体、又は、セラミックス系導電体を被覆した不溶性の導電体、若しくは、ステンレス、又はステンレスを被覆した不溶性の導電体、若しくは、炭素系導電体、又は、炭素系導電体を被覆した不溶性の導電体であってもよいものとする。この場合、当該導電体を低コストで構成することができるようになる。特に、セラミックス系導電体等やステンレス等の導電体を用いた場合には、耐久性も向上させることができるようになる。尚、この実施例では白金を用いる。
【００５１】
また、電極６は、電極５の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積よりも、当該電極６の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積が大きくなるように、本実施例では、電極６を板状部材にて構成し、電極５をワイヤーなどの線条部材により構成する。
【００５２】
以上の構成により、処理槽２内の処理室４に硝酸態窒素として硝酸イオン及びリン化合物としてリン酸イオンを含む被処理水を貯留し、前記制御装置により電源をＯＮとし、電極５に正電位を、電極６に負電位を印加する（窒素処理ステップ。図１の左側）。これにより、電極５はアノードとなり、電極６はカソードとなる。
【００５３】
係る電位の印加により、カソードを構成する電極６側では、アノードを構成する電極５側において生成された電子が供給され、被処理水中に含まれる硝酸態窒素としての硝酸イオンが亜硝酸イオンに還元される（反応Ａ）。更に、亜硝酸イオンに還元された硝酸態窒素は、カソードを構成する電極６側において、電子が供給され、アンモニア（アンモニウムイオン）まで還元される（反応Ｂ）。以下に、反応Ａ及び反応Ｂを示す。
反応Ａ ＮＯ３ −＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→ＮＯ２ −＋２ＯＨ−
反応Ｂ ＮＯ２ −＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−→ＮＨ３（ａｑ）＋７ＯＨ−
【００５４】
ここで、カソードを構成する電極６において硝酸イオンを還元することで生成された亜硝酸イオンが、アノードを構成する電極５側に移動すると、アノードを構成する電極５において酸化反応が生じ、亜硝酸イオンが硝酸イオンに酸化されてしまう（反応Ｃ）。
反応Ｃ ＮＯ２ −＋Ｈ２Ｏ→ＮＯ３ −＋２Ｈ＋＋２ｅ−
【００５５】
係る酸化反応が生じると電極６における硝酸イオンの還元反応に対して電極５で亜硝酸イオンの酸化反応が生じてしまうため、窒素処理効率が低下するが、この実施例では、カソードを構成する電極６の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、アノードを構成する電極５の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きいため、係る反応Ｃが抑制される。これにより、硝酸イオンをアンモニア（アンモニウムイオン）まで還元する窒素処理能力が改善される。
【００５６】
一方、アノードを構成する白金電極５側では、被処理水中に含有されるハロゲン化物イオンとしての塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成する。そして、この塩素は水に溶解して次亜塩素酸を生成する。このとき、同時にオゾン、若しくは、活性酸素も生成される。
【００５７】
ここで、被処理水中に含まれる塩化物イオン濃度が低い場合には、被処理水中に、例えば塩化物イオンや、ヨウ化物イオンや、臭化物イオンなどのハロゲン化物イオンや、これらハロゲン化物イオンを含む化合物、例えば、塩化カリウムや塩化ナトリウムなどを添加してもよい。即ち、被処理水の塩化カリウムの塩化物イオンを例えば１０ｐｐｍ以上４００００ｐｐｍ以下とする。
【００５８】
このような被処理水中に本来含まれる塩化物イオンや上述の如く添加した塩化カリウムは、アノードを構成する電極５において酸化され、塩素を生成し（反応Ｄ。塩化カリウムの場合で示す）、生成された塩素は、被処理水中で水と反応し、次亜塩素酸を生成する（反応Ｅ）。そして、生成された次亜塩素酸は、上述の反応Ｂで被処理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Ｆ）。以下、反応Ｄ乃至反応Ｆを示す。
反応Ｄ ＫＣｌ→Ｋ＋＋Ｃｌ−
２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−
反応Ｅ Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ
反応Ｆ ＮＨ３＋ＨＣｌＯ→ＮＨ２Ｃｌ＋Ｈ２Ｏ
ＮＨ２Ｃｌ＋ＨＣｌＯ→ＮＨＣｌ２＋Ｈ２Ｏ
ＮＨ２Ｃｌ＋ＮＨＣｌ２→Ｎ２↑＋３ＨＣｌ
【００５９】
また、被処理水中のアンモニア（アンモニウムイオン）は、アノードを構成する電極５側で発生するオゾン、若しくは、活性酸素と反応Ｇ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Ｇ ２ＮＨ３（ａｑ）＋３（Ｏ）→Ｎ２↑＋３Ｈ２Ｏ
【００６０】
これにより、被処理水中内の硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素などの窒素化合物を同一の処理槽２内において処理可能となる。
【００６１】
ここで、図２に示される実験結果は、カソードとなる電極６に表面積３５ｃｍ２の板状の鉄電極を使用し、アノードとなる電極５を表面積０．５ｃｍ２とした白金線とした場合と、表面積３５ｃｍ２とした白金・イリジウム系の板状電極とした場合における被処理水中の硝酸態窒素濃度を示している。この実験では１００ｍＭのＫＣｌと１０ｍＭのＫＮＯ３の被処理水としての混合溶液に、電極５、６間に０．５Ａを５時間流し、定電流電解を行った。
【００６２】
図２中における白丸は白金線、黒丸は白金・イリジウム系の板状電極をアノードとして１時間毎に硝酸態窒素（ＮＯ３ −）濃度を測定した結果を示しているが、この図からも明らかなように板状の白金・イリジウム系の電極及び白金線の電極をどちらの電極をアノードとして用いても、処理特性を示していることが分かる。但し、アノードとして白金線を用いた場合と白金・イリジウム系の板状電極を用いた場合では、処理特性に大きな違いがみられる。即ち、白金線の電極をアノードとして用いた場合、１時間を経過したころから硝酸態窒素の濃度が排水基準の１００ｐｐｍ以下となっており、５時間を経過した時点では、硝酸態窒素の濃度は、２０ｐｐｍ以下にまで処理されていることが分かった。これに対し、板状の白金、イリジウム系の電極をアノードとして用いた場合には、３時間を経過した時点で、硝酸態窒素の濃度は、８０ｐｐｍ以下にまで処理されているが、５時間経過した時点での硝酸態窒素の濃度は、７０ｐｐｍをやや下回った程度にまでしか処理されていないことが分かった。
【００６３】
上記より、カソードを構成する電極６の被処理水中に浸漬される表面積に対し、アノードを構成する電極５の被処理水中に浸漬される表面積を小さくすることにより、被処理水中の硝酸態窒素の処理特性が高いことが分かる。
【００６４】
これにより、カソードを構成する電極６の被処理水中に浸漬された部分の表面積をアノードを構成する電極５の被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくすることにより、カソードを構成する電極６における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への還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮することができるようになる。また、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００６５】
このような窒素化合物の処理（窒素処理ステップ）の終了後、制御装置は各電極５、６に印加する電位の極性を切り換える（図１の右側。リン処理ステップ。尚、極性切り換え後も被処理水中では上記窒素処理反応が継続している）。これにより、電極５はカソード、電極６はアノードを構成することになる。これにより、被処理水は電気化学的手法としての電解処理が行われ、アノードを構成する電極６は、上述の如く鉄を含む導電体にて構成されていることから、電極６より鉄（ＩＩ）イオンが被処理水中に溶出して、被処理水中において鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化される。
【００６６】
生成された鉄（ＩＩＩ）イオンは、反応Ｈに示す如く脱リン反応により、被処理水中のリン酸イオンと凝集沈殿し、水に難溶性のリン酸鉄を生成する。
反応Ｈ Ｆｅ３＋＋ＰＯ４ ３−→ＦｅＰＯ４↓
これにより、被処理水中に含有されたリン化合物としてのリン酸イオンをリン酸鉄として沈殿処理することができる。
【００６７】
また、電子の供給のために被処理水中に鉄（ＩＩ）イオンの状態で溶出し、電極上或いは被処理水中で酸化された鉄（ＩＩＩ）イオンの一部は、この場合にカソードを構成する電極５側において、再度電子が供給され、鉄（ＩＩ）イオンに還元されて再びアノードを構成する電極６側において酸化される。
【００６８】
尚、鉄（ＩＩ）イオンを含有した被処理水を電解することにより、被処理水中に含有される硝酸イオンをアンモニウムイオンにまで還元処理する技術については、既に、１９９９年３月１６日から３月１８日に渡って開催された第３３回日本水環境学会において配布された日本水環境学会年会講演集の「電気化学反応を用いた無機窒素化合物処理技術の開発」において開示されている。
【００６９】
また、前記窒素処理ステップにおいてカソードを構成する電極６の表面に成長するスケール（ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２等）は、このリン処理ステップで電極６がアノードとなることにより表面から落とされる。これにより、電極６の電解性能を高く維持できるようになる。
【００７０】
（２）第２の実施例
次に、もう一つの本発明の実施例について図３を参照して説明する。図３は本発明の第２の実施例の排水処理方法を実現するための排水処理装置１の概要を示す説明図である。尚、各図において図１と同一符号は同一若しくは同様の作用を奏するものとする。
【００７１】
この実施例における排水処理装置１も、内部に図示しない排水の流入口と流出口を有する処理室４を構成する処理槽２と、該処理室４内の被処理水中に少なくとも一部が浸漬するように対向して配置された一対の電極５（第１の電極）、６（第２の電極）と、被処理水中に少なくとも一部が浸漬するように配置された電極７（第３の電極）と、これら電極５、６、７に通電するための図示しない電源及び該電源を制御するための制御装置と、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオン濃度を検出するためのアンモニア濃度検出センサ８などから構成されている。尚、処理槽２内には同様に内部を撹拌するための撹拌手段を設けても良い。
【００７２】
前記電極６は鉄（Ｆｅ）、若しくは、鉄を被覆した導電体（鉄を含む導電体）により構成されており、前記電極５と電極７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。またこれ以外に、次亜塩素酸などの次亜ハロゲン酸、又はオゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として、例えばセラミックス系導電体、又は、セラミックス系導電体を被覆した不溶性の導電体、若しくは、ステンレス、又はステンレスを被覆した不溶性の導電体、若しくは、炭素系導電体、又は、炭素系導電体を被覆した不溶性の導電体であってもよいものとする。この場合、当該導電体を低コストで構成することができるようになる。特に、セラミックス系導電体等やステンレス等の導電体を用いた場合には、耐久性も向上させることができるようになる。
【００７３】
ここで、電極６は、電極５の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積よりも、当該電極６の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積が大きくなるように、本実施例では、電極６を板状部材にて構成し、電極５をワイヤーなどの線条部材により構成する。また、電極７は、電極５の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積よりも、当該電極７の少なくとも被処理水中に浸漬される部分の表面積が大きくなるように、本実施例では、電極７も板状部材にて構成する。尚、この実施例では電極５及び電極７は、白金を用いる。
【００７４】
以上の構成により、処理槽２内の処理室４に硝酸態窒素として硝酸イオン及びリン化合物としてリン酸イオンを含む被処理水を貯留し、前記制御装置により電源をＯＮとし、先ず電極５に正電位を、電極６に負電位を印加する（第１の処理ステップ。図３の左側）。このとき、電極７には電位は印加しない。これにより、電極５はアノードとなり、電極６はカソードとなる。
【００７５】
係る電位の印加により、カソードを構成する電極６側では、アノードを構成する電極５側において生成された電子が供給され、被処理水中に含まれる硝酸態窒素としての硝酸イオンが亜硝酸イオンに還元される（前記反応Ａ）。更に、亜硝酸イオンに還元された硝酸態窒素は、カソードを構成する電極６側において、電子が供給され、アンモニア（アンモニウムイオン）まで還元される（前記反応Ｂ）。
【００７６】
ここで、カソードを構成する電極６において硝酸イオンを還元することで生成された亜硝酸イオンが、アノードを構成する電極５側に移動すると、アノードを構成する電極５において酸化反応が生じ、亜硝酸イオンが硝酸イオンに酸化されてしまう（前記反応Ｃ）。
【００７７】
係る酸化反応が生じると電極６における硝酸イオンの還元反応に対して電極５で亜硝酸イオンの酸化反応が生じてしまうため、窒素処理効率が低下するが、この実施例においても、カソードを構成する電極６の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、アノードを構成する電極５の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きいため、係る反応Ｃが抑制される。これにより、硝酸イオンをアンモニア（アンモニウムイオン）まで還元する窒素処理能力が改善される。
【００７８】
ここで、前記アンモニア濃度検出センサ８は、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオン濃度を検出しており、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオン濃度が所定の値に達した場合に第１の処理ステップを終了する。
【００７９】
尚、このアンモニア濃度検出センサ８以外に、被処理水中の硝酸イオン濃度を検出する図示しない硝酸イオン濃度検出センサを当該排水処理装置１に備え、係る硝酸イオン濃度検出センサにより被処理水中の硝酸イオンがほぼ除去されたと検知された状態で、アンモニア濃度検出センサ８による被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオン濃度を検出し、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオン濃度が所定の値以上であった場合に第１の処理ステップを終了してもよいものとする。
【００８０】
係る第１の処理ステップの終了後、制御装置は次に電極６に負電位を、電極７に正電位を印加する（第２の処理ステップ。図３の中央）。このとき、電極５には電位は印加しない。これにより、電極７はアノードとなり、電極６はカソードとなる。
【００８１】
この場合にアノードを構成する白金電極７では、被処理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。そして、この塩素は水に溶解して次亜塩素酸を生成する（前記反応Ｄ〜Ｅ）。このとき、同時にオゾン、若しくは、活性酸素も生成される。
【００８２】
そして、生成された次亜塩素酸は、第１の処理ステップの反応Ｂで被処理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Ｆ）。また、第１の処理ステップにおいて、被処理水中のアンモニア（アンモニウムイオン）は、このときアノードを構成する電極５側で発生するオゾン、若しくは、活性酸素と前記反応Ｇ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。
【００８３】
尚、本実施例では、第２の処理ステップにおいて、電極６に負電位を、電極７に正電位を印加しているが、これ以外に、電極６に負電位を、電極７及び電極５に正電位を印加しても同様の効果を奏するものとする。
【００８４】
これにより、被処理水中内の硝酸態窒素、亜硝酸態窒素及びアンモニア態窒素などの窒素化合物を同一の処理槽２内において処理可能となる。
【００８５】
また、このようにアンモニア濃度検出センサ８の検出により、第１の処理ステップから第１の処理ステップへ切り換えることから、亜硝酸イオンから硝酸イオンへの酸化反応を抑制することができる。また、第１の電極としての電極５において賄いきれないアンモニア又はアンモニウムイオンを第３の電極としての電極７に切り換えることにより、迅速に被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンを窒素ガスに変換することができるようになる。
【００８６】
このような窒素化合物の処理（第１の処理ステップ及び第２の処理ステップ）の終了後、制御装置は今度は電極７に負電位を、電極６に正電位を印加する。尚、このとき電極５には電位は印加しない（図３の右側。第３の処理ステップ。尚、電位の印加を切り換えた後も被処理水中では上記窒素処理反応が継続している）。これにより、電極７はカソード、電極６はアノードを構成することになる。これにより、被処理水は電気化学的手法としての電解処理が行われ、アノードを構成する電極６は、上述の如く鉄を含む導電体にて構成されていることから、電極６より鉄（ＩＩ）イオンが被処理水中に溶出して、被処理水中において鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化される。
【００８７】
生成された鉄（ＩＩＩ）イオンは、前記反応Ｈに示す如く脱リン反応により、被処理水中のリン酸イオンと凝集沈殿し、水に難溶性のリン酸鉄を生成する。これにより、被処理水中に含有されたリン化合物としてのリン酸イオンをリン酸鉄として沈殿処理することができる。
【００８８】
尚、本実施例では、第３の処理ステップにおいて、電極７に負電位を、電極６に正電位を印加しているが、これ以外に、電極７及び電極５に負電位を、電極６に正電位を印加しても同様の効果を奏するものとする。
【００８９】
また、前記第１の実施例において窒素処理ステップのみを、或いは、第２の実施例において第１及び第２の処理ステップのみを実行する場合には、電極６をステンレスで構成してもよい。この場合ステンレスとしてはオーステナイト系鋼種（ＳＵＳ３０４）、オーステナイト・フェライト系鋼種（ＳＵＳ３２９Ｊ１）、フェライト系鋼種（ＳＵＳ４４４）、マルテンサイト系鋼種（ＳＵＳ４１０）或いは析出硬化系鋼種（ＳＵＳ６３１）などがある。係るステンレスを使用した場合にも前述した窒素化合物処理作用を期待できる。特に、この場合には電極に生じる錆を予防し、耐久性を向上させることが可能となる。
【００９０】
以上の各実施例により、被処理水中の窒素化合物及びリン化合物は、上述の如き電気化学的処理を行うことにより、効果的に処理することができる。そのため、被処理水中の窒素化合物及びリン化合物を同一処理槽にて処理可能となり、従来の如く大型の生物的処理槽を設置する必要がなくなり、設備建設コストの高騰及び装置設置面積の増大を回避することができるようになる。
【００９１】
更に、生物的処理において必要とされる脱窒素細菌の煩雑なメンテナンス作業を不要とすることができると共に、安定した高い窒素及びリンの処理効率を提供することができるようになる。
【００９２】
尚、上記各実施例において被処理水中に含有されるハロゲン化物イオンは、塩化物イオンであり、これにより次亜塩素酸が生成されているが、これ以外に、フッ化物イオンや臭化物イオンなどにより他の次亜ハロゲン酸が生成された場合であっても同様の効果を奏するものとする。
【００９３】
【発明の効果】
以上詳述した如く請求項１又は請求項１１の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、アノードを構成する一方の電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすると共に、カソードを構成する他方の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、電気化学的手法により当該被処理水を処理するので、カソードを構成する他方の電極において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への還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００９４】
また、カソードを構成する他方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、アノードを構成する一方の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により被処理水を処理するので、アノードを構成する一方の電極にて生じる窒素化合物、特に亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への酸化反応を低減させ、これに伴ってカソードを構成する他方の電極にて生じる硝酸態窒素から亜硝酸態窒素への還元反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００９５】
また、カソードを構成する他方の電極において生じるアンモニアは、アノードを構成する一方の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質と脱窒反応をすることになるので、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【００９６】
請求項２又は請求項１２の発明によれば、上記処理の終了後、電極の極性を切り換えて電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理するので、アノードとなる他方の電極より被処理水中に鉄（ＩＩ）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化された当該鉄（ＩＩＩ）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【００９７】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【００９８】
請求項３又は請求項１３の発明によれば、被処理水中の窒素化合物を処理するに際して、被処理水中に第１の電極及び第２の電極の少なくとも一部を浸漬し、アノードを構成する第１の電極を導電体とすると共に、カソードを構成する第２の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、当該第２の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第１の処理ステップと、被処理水中に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成すると共に、当該第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくし、第１の処理ステップの終了後、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第２の処理ステップとを含むので、カソードを構成する第２の電極において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への還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【００９９】
また、カソードを構成する第２の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、アノードを構成する第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により被処理水を処理するので、アノードを構成する第１の電極にて生じる窒素化合物、特に亜硝酸態窒素から硝酸態窒素への酸化反応を低減させ、これに伴ってカソードを構成する第２の電極にて生じる硝酸態窒素から亜硝酸態窒素への還元反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素の亜硝酸態窒素及びアンモニアへの還元反応が促進され、還元反応に要する時間を短縮し、且つ、低濃度の硝酸イオンも処理することができるようになる。
【０１００】
また、被処理水中に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成すると共に、当該第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積を、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくし、第３の電極をアノードとし、第２の電極をカソードとして電気化学的手法により第１の処理ステップの終了後の被処理水を処理する第２の処理ステップを実行するので、第１の処理ステップで、カソードを構成する第２の電極において生じたアンモニアは、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質と脱窒反応をすることになり、相乗効果によって硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。これによって、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。
【０１０１】
特にこの場合、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積は、第１の電極の少なくとも被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きく形成されているため、第２の処理ステップでアノードを構成する第３の電極で生じる次亜ハロゲン酸等の物質の生成を促進させることができ、これにより、被処理水中のアンモニア態窒素との脱窒反応を促進させることができるようになる。これにより、より一層、硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。
【０１０２】
請求項４又は請求項１４の発明によれば、被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンが所定の濃度に達した場合に、第１の処理ステップから第２の処理ステップに移行するので、第１の処理ステップでカソードを構成する第２の電極において被処理水中の硝酸態窒素及び亜硝酸態窒素を還元反応させて、被処理水中の硝酸態窒素がアンモニア及びアンモニウムイオンに還元された後、第２の処理ステップに移行することができるようになる。
【０１０３】
これにより、被処理水中の硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を十分にアンモニア及びアンモニウムイオンに還元させた後、第２の処理ステップにおいて、アノードを構成する第３の電極で生成される次亜ハロゲン酸等の物質によりアンモニアの脱窒反応を行うことができ、より一層、硝酸態窒素、アンモニア態窒素及び窒素化合物などの窒素成分を効果的に除去することができるようになる。
【０１０４】
請求項５又は請求項１５の発明によれば、第２の処理ステップの終了後、第３の電極をカソードとし、第２の電極をアノードとして電気化学的手法により被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを実行するので、この第３の処理ステップでアノードとなる第２の電極より被処理水中に鉄（ＩＩ）イオンを溶出させ、被処理水中で鉄（ＩＩＩ）イオンにまで酸化された当該鉄（ＩＩＩ）イオンと被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを化学的に反応させ、リン酸鉄として沈殿処理することができるようになる。
【０１０５】
これにより、被処理水中のリン化合物も処理することができるようになるものである。
【０１０６】
請求項６又は請求項１６の発明によれば、上記各発明において、他方の電極又は第２の電極の材料としてステンレスを用いるので、被処理水中の窒素化合物処理における他方の電極又は第２の電極の耐久性を改善することができるようになるものである。
【０１０７】
請求項７又は請求項１７の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【０１０８】
請求項８又は請求項１８の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、セラミックス系導電体又は当該セラミックス系導電体を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【０１０９】
また、このセラミックス系導電体を使用することにより、低コストにて、耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【０１１０】
請求項９又は請求項１９の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、炭素系導電体又は当該炭素系導電体を被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【０１１１】
また、この炭素系導電体を使用することにより、低コストにて導電体を構成することができるようになる。
【０１１２】
請求項１０又は請求項２０の発明によれば、前述した電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体が、ステンレス又は当該ステンレスを被覆した導電体であるので、容易に被処理水中に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能となり、効果的にアンモニア又はアンモニウムイオンの脱窒処理を行うことができるようになるものである。
【０１１３】
また、このステンレスを使用することにより、低コストにて、耐久性に優れた導電体を構成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水処理方法を実現するための排水処理装置の第１の実施例の概要を示す説明図である。
【図２】図１の装置において処理される硝酸イオン（ＮＯ３ −）の濃度変化を示す図である。
【図３】本発明の排水処理装置の第２の実施例の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 排水処理装置
２ 処理槽
４ 排水処理室
５、６、７ 電極
８ アンモニア濃度検出センサ
Claims (20)
- 被処理水中の窒素化合物を処理する排水処理方法であって、
前記被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、
アノードを構成する一方の前記電極の材料を、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とすると共に、
カソードを構成する他方の前記電極の材料を、鉄を含む導電体とし、
当該他方の電極の少なくとも前記被処理水中に浸漬された部分の表面積を、前記一方の電極の少なくとも前記被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理することを特徴とする排水処理方法。 - 請求項１の処理の終了後、前記電極の極性を切り換えて電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理することを特徴とする請求項１の排水処理方法。
- 被処理水中の窒素化合物を処理する排水処理方法であって、前記被処理水中に第１の電極及び第２の電極の少なくとも一部を浸漬し、アノードを構成する前記第１の電極を導電体とすると共に、カソードを構成する前記第２の電極の材料を、鉄を含む導電体とし、当該第２の電極の少なくとも前記被処理水中に浸漬された部分の表面積を、前記第１の電極の少なくとも前記被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第１の処理ステップと、
前記被処理水中に第３の電極の少なくとも一部を浸漬し、当該第３の電極の材料を、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体により構成すると共に、当該第３の電極の少なくとも前記被処理水中に浸漬された部分の表面積を、前記第１の電極の少なくとも前記被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくし、前記第１の処理ステップの終了後、前記第３の電極をアノードとし、前記第２の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第２の処理ステップとを含むことを特徴とする排水処理方法。 - 前記被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンが所定の濃度に達した場合に、前記第１の処理ステップから前記第２の処理ステップに移行することを特徴とする請求項３の排水処理方法。
- 前記第２の処理ステップの終了後、前記第３の電極をカソードとし、前記第２の電極をアノードとして電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを含むことを特徴とする請求項３又は請求項４の排水処理方法。
- 前記他方の電極又は前記第２の電極の材料としてステンレス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又は請求項５の排水処理方法。
- 前記電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体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の排水処理方法。
- 前記電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体としてセラミックス系導電体又は当該セラミックス系導電体を被覆した導電体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の排水処理方法。
- 前記電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体として炭素系導電体又は当該炭素系導電体を被覆した導電体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の排水処理方法。
- 前記電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体としてステンレス又は当該ステンレスを被覆した導電体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の排水処理方法。
- 被処理水中の窒素化合物を処理する排水処理装置において、
前記被処理水中に少なくとも一部が浸漬された一対の電極を備え、
一方の前記電極の材料は、電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とされ、他方の前記電極の材料は鉄を含む導電体とされ、当該他方の電極の少なくとも前記被処理水中に浸漬された部分の表面積は、前記一方の電極の少なくとも前記被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくされると共に、
前記一方の電極をアノードとし、前記他方の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理することを特徴とする排水処理装置。 - 前記電極の極性を切り換えて電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理する手段を備えることを特徴とする請求項１１の排水処理装置。
- 被処理水中の窒素化合物を処理する排水処理装置において、
前記被処理水中に少なくとも一部が浸漬された第１の電極、第２の電極及び第３の電極とを備え、
前記第１の電極は導電体とされ、前記第２の電極の材料は鉄を含む導電体とされ、前記第３の電極の材料は、電気化学的手法でアノードとされた場合に次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体とされると共に、前記第２の電極及び第３の電極の少なくとも前記被処理水中に浸漬された部分の表面積は、前記第１の電極の少なくとも前記被処理水中に浸漬された部分の表面積よりも大きくされると共に、
前記第１の電極をアノードとし、前記第２の電極をカソードとして電気化学的手法により前記被処理水を処理する第１の処理ステップと、
該第１の処理ステップの終了後、前記第３の電極をアノードとし、前記第２の電極をカソードとして電気化学的手法により当該被処理水を処理する第２の処理ステップとを実行することを特徴とする排水処理装置。 - 前記被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンを検出する手段を備え、当該被処理水中のアンモニア及びアンモニウムイオンが所定の濃度に達した場合に、前記第１の処理ステップから前記第２の処理ステップに移行することを特徴とする請求項１３の排水処理装置。
- 前記第２の処理ステップの終了後、前記第３の電極をカソードとし、前記第２の電極をアノードとして電気化学的手法により前記被処理水中のリン化合物を処理する第３の処理ステップを実行することを特徴とする請求項１３又は請求項１４の排水処理装置。
- 前記他方の電極又は前記第２の電極の材料はステンレスであることを特徴とする請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４又は請求項１５の排水処理装置。
- 前記電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、貴金属又は当該貴金属を被覆した導電体であることを特徴とする請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の排水処理装置。
- 前記電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、セラミックス系導電体又は当該セラミックス系導電体を被覆した導電体であることを特徴とする請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の排水処理装置。
- 前記電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、炭素系導電体又は当該炭素系導電体を被覆した導電体であることを特徴とする請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の排水処理装置。
- 前記電気化学的手法により次亜ハロゲン酸、又は、オゾン、若しくは、活性酸素を発生させることが可能な導電体は、ステンレス又は当該ステンレスを被覆した導電体であることを特徴とする請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５又は請求項１６の排水処理装置。
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