JP2004097855A

JP2004097855A - 水処理装置

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Publication number: JP2004097855A
Application number: JP2002259120A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Inamoto; 稲本　吉宏; Tatsuya Hirota; 廣田　達哉; Muneaki Sugimoto; 杉本　宗明; Minoru Nakanishi; 中西　稔; Minoru Kishi; 岸　稔; Naoki Ko; 広　直樹
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: CN1229283C; KR100535787B1; JP4162453B2; CN1488585A; KR20040021548A

Abstract

【課題】脱窒素処理の効率をこれまでよりも向上して、より効率よく脱窒素処理できるとともに、塩素ガスの発生を抑制することもできる、新規な水処理装置を提供する。
【解決手段】水ｗ１を脱窒素処理するための電解槽１１、または電解槽１１に水を供給し、かつ処理後の水を電解槽１１から排出するための処理水路１０に、処理水路１０を流れる水ｗ１のｐＨを測定するためのｐＨセンサＳ２を設けるとともに、水に酸性剤Ｌ１を供給するための酸性剤供給手段１２を設け、電解槽１１での電気化学反応時にｐＨセンサＳ２の測定値を８以下に維持するために、酸性剤供給手段１２から酸性剤Ｌ１を供給する。
【効果】電気化学反応時の水のｐＨを８以下に抑えることによって、脱窒素処理の効率をこれまでよりも向上するとともに、塩素ガスの発生を抑制することができた。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気化学反応によって水を脱窒素処理するための水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工場廃水や生活排水、地下水等に溶存する硝酸イオン、亜硝酸イオン、アンモニア等の窒素成分は水質汚染の原因物質であることから、これらを除去する必要がある。
上記のうち硝酸イオン、亜硝酸イオン等の酸化態窒素を除去する方法として、従来は、脱窒素菌を用いる生物的脱窒法が知られている。
【０００３】
しかし脱窒素菌等の生体触媒は、活動の程度が温度によって左右されるため、生物的脱窒法では、窒素成分の除去能力が季節や天候などによって大きく変動するという問題がある。
そこで生体触媒を用いずに、電気化学反応によって酸化態窒素を除去することが検討された。
例えば特許文献１においては、
・　電気化学反応によって酸化態窒素を還元する機能を有するカソード側の電極と、対極としてのアノード側の電極との間を陽イオン交換膜で隔ててカソード室とアノード室を形成し、
・　水を、まずカソード室に導入して、水に含まれる酸化態窒素を還元したのち、
・　アノード室に導いて、先の還元反応で生成したアンモニアを窒素分子に酸化して除去する
装置が提案された。
【０００４】
また簡易的に、陽イオン交換膜を省略した装置も提案された。
かかる装置においては、カソード側の電極として、上記のように電気化学反応によって酸化態窒素を還元する機能を有する、例えば真鍮などの電極を用いるとともに、アノード側の電極として、電気化学反応によって、塩素を含む水から次亜塩素酸またはそのイオンを発生させる機能を有する白金−イリジウム電極などを用いる。
【０００５】
そして、水道水などの塩素を含む水、あるいは必要に応じて食塩等を加えた水に、電源回路から、両電極を介して直流電流を流すと、下記式（１）〜（４）の電気化学反応を生じて、酸化態窒素を窒素ガスに変換して除去することができる。
（カソード側）
ＮＯ_３ ⁻＋６Ｈ_２Ｏ＋８ｅ⁻→ＮＨ_３＋９ＯＨ⁻　　　（１）
（アノード側）
２Ｃｌ⁻→Ｃｌ_２＋２ｅ⁻　　　（２）
Ｈ_２Ｏ＋Ｃｌ_２⇔ＨＣｌＯ＋Ｈ^＋＋Ｃｌ⁻　　　（３）
（アノード側＋カソード側）
２ＮＨ_３＋３ＨＣｌＯ→Ｎ_２↑＋３ＨＣｌ＋３Ｈ_２Ｏ　　　（４）
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３４７５５８号公報（第０００７欄、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の電気化学反応を続けると、水のｐＨがアルカリ側にシフトする傾向にあり、かかるシフトが発生すると、カソード側で、亜硝酸が硝酸に戻る逆反応を生じるため、脱窒素処理の効率が著しく低下するという問題を生じる。
また、水のｐＨがアルカリ側にシフトすると、アノード側で生成した塩素（Ｃｌ_２）がガス化しやすく、発生した塩素ガスが、電極の、水から露出した部分を腐食するという問題も生じる。また、発生した塩素ガスが系外に漏れるのを防止するために、電極を内蔵した電解槽を厳密なシール構造にしなければならないという問題もある。
【０００８】
この発明は、脱窒素処理の効率をこれまでよりも向上して、より効率よく脱窒素処理できるとともに、塩素ガスの発生を抑制することもできる、新規な水処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、水中での電気化学反応によって酸化態窒素を還元することで、水を脱窒素処理するための電解槽と、この電解槽に水を供給し、かつ処理後の水を電解槽から排出するための処理水路と、処理水路を流れる水のｐＨを測定するためのｐＨセンサと、電解槽に供給される水に酸性剤を供給するための酸性剤供給手段と、電解槽での電気化学反応時にｐＨセンサの測定値を８以下に維持するために、酸性剤供給手段から酸性剤を供給させるための制御手段とを備えることを特徴とする水処理装置である。
【００１０】
請求項１の構成によれば、ｐＨセンサで測定した水のｐＨの測定値に基づいて、酸性剤供給手段から、例えば希硫酸などの酸性剤を断続的もしくは連続的に水に供給することによって、電解槽での電気化学反応時の水のｐＨがアルカリ側にシフトするのを防止して、脱窒素処理に適した８以下に維持することができる。
このためカソード側で、亜硝酸が硝酸に戻る逆反応が発生するのを防止して、脱窒素処理の効率をこれまでよりも向上することができる。
【００１１】
また、ｐＨを８以下に維持しつつ電気化学反応を行うと、塩素ガスの発生を抑制することもできる。したがって、例えば電極の、水から露出した部分の腐食を防止できる上、電極を内蔵した電解槽のシール構造をこれまでよりも簡略化することもできる。
請求項２記載の発明は、処理水路は、電解槽から排出した水を再び電解槽に供給するための循環水路と、水を、循環水路を通して循環させるための循環ポンプとを備えており、上記循環水路に、ｐＨセンサと酸性剤供給手段とを配設したことを特徴とする請求項１記載の水処理装置である。
【００１２】
請求項２の構成によれば、水を、循環水路を通して繰り返し、電解槽に供給して脱窒素処理することができる。
このため、例えば通常の水よりも粘度の高い、混ざりにくい工場廃水などであっても、循環水路を繰り返し通過させることによって強制的にかく拌しながら脱窒素処理できるため、処理の効率をさらに向上することができる。
請求項３記載の発明は、循環水路の途中に、電解槽で処理した水を貯留するための貯水槽を配設するとともに、電解槽を、当該槽内が常時水で満たされて、電気化学反応によって発生する塩素ガスが貯留しない構造に形成したことを特徴とする請求項２記載の水処理装置である。
【００１３】
請求項３の構成によれば、塩素ガスによる電極の腐食を、より確実に防止することができる。
請求項４記載の発明は、ｐＨセンサを、循環水路の、貯水槽の下流側で、かつ電解槽の上流側に配設したことを特徴とする請求項３記載の水処理装置である。
請求項４の構成によれば、電解槽での電気化学反応時に電極間を流れる電流の影響を極力排除して、ｐＨセンサによって、より正確な水のｐＨを測定することができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、酸性剤供給手段を、循環水路の、電解槽の下流側で、かつ貯水槽の上流側に配設したことを特徴とする請求項４記載の水処理装置である。
請求項５の構成によれば、酸性剤供給手段から供給した酸性剤を、貯水槽を通すことで、水とより均一に混合した状態で、当該貯水槽の下流側に配設したｐＨセンサに供給することができる。したがってｐＨセンサによって、より正確な水のｐＨを測定することができる。
【００１５】
請求項６記載の発明は、制御手段は、一定時間ごとに電気化学反応を停止した状態で、ｐＨセンサによって水のｐＨを測定し、この測定値に基づいて、酸性剤供給手段から酸性剤を供給させることを特徴とする請求項１記載の水処理装置である。
また請求項７記載の発明は、処理水路は、ｐＨセンサを配設した位置の近傍に接地部を設けたことを特徴とする請求項１記載の水処理装置である。
【００１６】
請求項６、７の構成によれば、電解槽での電気化学反応時に電極間を流れる電流の影響を極力排除して、ｐＨセンサによって、より正確な水のｐＨを測定することができる。
請求項８記載の発明は、電解槽内にヒータを設けるか、または処理水路の、電解槽より下流側に、ヒータを内蔵した加熱槽を配設し、当該ヒータによって、電気化学反応中または反応後の水を加熱することで、電気化学反応によって発生するアンモニア性窒素を気化させて水から除去することを特徴とする請求項１記載の水処理装置である。
【００１７】
請求項８の構成によれば、特に陽イオン交換膜式の装置において、電気化学反応によって発生するアンモニア性窒素を加熱によって気化させて反応系から逐次、除去できるため、電気化学反応を、よりスムースに進行させることができ、脱窒素処理の効率をさらに向上することができる。また、加熱温度を一定に設定しておけば、気温等に応じて水の温度が変化した場合でも、処理の効率を一定に維持することができる。しかも陽イオン交換膜式の装置では、アンモニア性窒素を除去するための有効塩素成分を加える等の必要がなくなるため、装置を簡略化することもできる。
【００１８】
請求項９記載の発明は、ヒータを設けた電解槽または加熱槽に、気化したアンモニア性窒素を窒素ガスに変換するための触媒と、排気のためのファンとを備えた排気路を接続したことを特徴とする請求項８記載の水処理装置である。
請求項９の構成によれば、刺激臭のあるアンモニア性窒素を無臭の窒素ガスに変換して排気できるため、環境衛生上、好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施形態にかかる水処理装置１を、例えば工場等において、廃水タンク２中に貯留した水ｗ１をドレンＤに排水する設備に組み込んだ構造を簡略化して示す図である。
図の例の水処理装置１は、廃水タンク２から水ｗ１を取り込んで、電解槽１１で脱窒素処理したのち、ドレンＤに排水するための処理水路１０を有する。
【００２０】
また電解槽１１は、反応容器となる函状の筐体１１ａと、この筐体１１ａの上部開口を閉じる蓋体１１ｂと、筐体１１ａの外側に一体に形成した、筐体１１ａからオーバーフローした余剰の水を受けるための外容器１１ｃとを有する。
このうち筐体１１ａには、その底部に、脱窒素処理した水ｗ１をドレンＤへ排出するための、処理水路１０の下流側に相当する排水路１０ｂを接続してある。排水路１０ｂを、上記のように筐体１１ａの底部に接続しておくと、当該筐体１１ａの底部に、工場廃水中に含まれる固形分などが澱んだり沈殿したりするのを防止して、脱窒素処理の効率を向上できる。
【００２１】
また蓋体１１ｂには、廃水タンク２から水ｗ１を供給するための、処理水路１０の上流側に相当する給水路１０ａを接続してあるとともに、槽内の水位を測定するための水位センサＳ１と、水ｗ１に通電して、電気化学反応によって脱窒素処理するための電極１１ｄと、水ｗ１のｐＨを測定するためのｐＨセンサＳ２とを配設してある。
また蓋体１１ｂには、酸性剤供給手段１２の酸性剤槽１２ａに貯留した、希硫酸などの酸性剤Ｌ１を電解槽１１に供給するための供給水路１２ｂと、エアーポンプＰａによって送り込んだ空気を細かな気泡にして、電極１１ｄ間に送り出すための送気管１３と、電気化学反応によって発生するガスを、ブロワＢＭの排気力によって電解槽１１外へ排出するための排気管１４とを接続してある。
【００２２】
このうち送気管１３を通して、電極１１ｄ間に細かな気泡を送り出すようにすると、とくにカソード側の電極１１ｄの表面へのスケールの付着を防止できるため、電極１１ｄの寿命を延長するとともに、脱窒素処理の効率を向上することができる。
また酸性剤供給手段１２の供給水路１２ｂには、酸性剤槽１２ａに貯留した酸性剤Ｌ１を一定量ずつ、電解槽１１に供給するための定量ポンプＰｂを配設してある。
【００２３】
外容器１１ｃには、当該外容器１１ｃにオーバーフローした水をドレンＤに排水するための排水路１０ｃを接続してある。
電解槽１１は、この例では、陽イオン交換膜を省略した方式を採用しており、前述した式（１）〜（４）の電気化学反応によって脱窒素処理するために、電極１１ｄのうちカソード側の電極として真鍮などの電極と、アノード側の電極として白金−イリジウム電極などとを組み合わせてある。
【００２４】
給水路１０ａには、水ｗ１を、廃水タンク２から電解槽１１に供給するためのポンプＰ１と、配管１０ａを開閉するためのモーター弁Ｖ１とをこの順に配設してある。
また給水路１０ａには、モーター弁Ｖ１と電解槽１１との間の合流点Ｊ１に、促進剤供給手段１５の供給水路１５ｂを接続してある。
促進剤供給手段１５は、前述した式（１）〜（４）の電気化学反応を行う際に必要な塩素イオンを供給するために、電解槽１１に供給される水ｗ１に促進剤Ｌ２を添加するためのもので、供給水路１５ｂには定量ポンプＰｃを配設してある。また図において符合１５ｃは、促進剤槽１５ａに水を供給するための給水路、符号１５ｄは、促進剤槽１５ａからオーバーフローした余剰の水をドレンＤに排水するための排水路である。さらに符号Ｓ３は、給水路１５ｃを通して促進剤槽１５ａに供給する水の量を制御すべく、その水位を検知するための水位センサである。
【００２５】
促進剤供給手段１５は、促進剤槽１５ａに、食塩等の塩素を含む水溶性の化合物を収容しておき、給水路１５ｃを通して、一定の水位となるように供給した水によって化合物を溶解して、飽和濃度またはそれに近い高濃度の促進剤Ｌ２を生成するとともに、生成した促進剤Ｌ２を、定量ポンプＰｃを駆動させることによって一定量ずつ、供給水路１５ｂを通して電解槽１１に供給するためのものである。
【００２６】
なおアノード側の電極として、前述した白金−イリジウム電極などではない、塩素を含む水から次亜塩素酸またはそのイオンを発生させる機能を有しない電極を用いる場合、促進剤供給手段１５は、食塩水等の塩素イオンを含む溶液ではなく、前記式（４）の反応でアンモニア性窒素と反応する次亜塩素酸イオンを含む溶液、例えば次亜塩素酸ナトリウム水溶液などを供給するようにすればよい。あるいはまた、前述した白金−イリジウム電極などを用いて、食塩水等を電解反応させて次亜塩素酸イオンを発生させる装置を促進剤供給手段１５として用いることもできる。
【００２７】
排水路１０ｂには、電解槽１１から水ｗ１を排出するためのポンプＰ２と、配管１０ｂを開閉するためのモーター弁Ｖ２とをこの順に配設してある。
図２は、図１の水処理装置１の、電気的な構成を示すブロック図である。
図に見るように水処理装置１は、電解槽１１の電極１１ｄに通電制御しつつ、装置を構成する各部を作動させる制御手段としての制御部３０を備えている。
水位センサＳ１、ｐＨセンサＳ２、および水位センサＳ３の出力は、制御部３０へ与えられる。制御部３０内には、各種動作のタイミングを規定するためのタイマ３１と、各種動作の基準となる初期値などを登録したメモリ３２とを設けてある。
【００２８】
制御部３０は、各センサＳ１〜Ｓ３の出力、タイマ３１によって規定したタイミング、並びにメモリ３２に記録した初期値などに基づいて種々の演算を行い、それに基づいて制御信号をドライバ３３へ与える。そしてドライバ３３は、与えられる信号に基づいて電極１１ｄへの通電制御を行い、かつポンプＰ１、Ｐ２、エアーポンプＰａ、定量ポンプＰｂ、Ｐｃ、ブロワＢＭ、モーター弁Ｖ１、Ｖ２の駆動制御を行う。
【００２９】
制御部３０による、水処理装置１の、通常運転時の制御の一例を、以下に示す。
まず水処理装置１の運転を開始すると、制御部３０は、水位センサＳ１によって、電解槽１１内の水位を測定する。
次に、電解槽１１の水位があらかじめ設定した下限値以下である場合には、モーター弁Ｖ２を閉じ、かつポンプＰ２を停止させた状態で、モーター弁Ｖ１を開くとともにポンプＰ１を駆動して、水ｗ１を、廃水タンク２から電解槽１１に送る。また随時、定量ポンプＰｃを駆動して、促進剤Ｌ２を促進剤槽１５ａから電解槽１１に送る。
【００３０】
そして、電解槽１１内の水位があらかじめ設定した上限値まで上昇した時点でモーター弁Ｖ１を閉じるとともにポンプＰ１を停止した後、エアーポンプＰａを駆動させて、送気管１３を通して、電極１１ｄ間に細かな気泡を送り出すとともに、ブロワＢＭを駆動させて、排気管１４を通して排気を行いながら、電極１１ｄに通電する。
そうすると、前記式（１）〜（４）の電気化学反応によって水ｗ１を脱窒素処理することができる。
【００３１】
またこの間、制御部３０は、ｐＨセンサＳ２によって電解槽１１内の水ｗ１のｐＨを継続的に測定しながら、酸性剤供給手段１２から酸性剤Ｌ１を供給して、ｐＨの調整を行う。
そして、例えばタイマ３１によって規定した処理の時間が経過した時点で電極１１ｄへの通電を停止するとともに、エアーポンプＰａとブロワＢＭとを停止した後、モーター弁Ｖ２を開くとともにポンプＰ２を駆動することによって、脱窒素処理した水ｗ１をドレンＤに排水する。
【００３２】
また制御部３０は、上記の流れとは別に、水位センサＳ３によって、促進剤槽１５ａ内の促進剤Ｌ２の水位を検知しており、検知した水位があらかじめ設定した下限値以下になった時点で、図示しない給水栓を開いて、給水路１５ｃを通して水を供給して、促進剤槽１５ａ内の促進剤Ｌ２の水位を常に一定の範囲に維持する働きもする。
制御部３０によるｐＨ調整の流れの一例を、図３に示す。
【００３３】
ステップＳＰ１で装置の運転を開始すると、制御部３０は、あらかじめメモリ３２に記録した、ｐＨ値の上限値と下限値とを読み込むとともに、ｐＨセンサＳ２によるｐＨの測定を開始する（ステップＳＰ２）。
なおｐＨの上限値は、前述した理由で８に限定される。またｐＨの下限値は６であるのが好ましい。ｐＨが６未満の領域では、ごく少量の酸性剤の添加によってｐＨが急激に変動し、ｐＨの制御が容易でないためである。
【００３４】
次にステップＳＰ３に進んで、制御部３０は、ｐＨの測定値が上限値以下（ｐＨ≦８）であるか否かを判定し、ｐＨが上限値以下である場合はステップＳＰ４に進んで、ｐＨの測定値が下限値以上（ｐＨ≧６）であるか否かを判定する。
そしてｐＨが下限値以上である場合はステップＳＰ５に進んで、装置のオペレータなどによって運転終了が選択されるまで、ステップＳＰ３〜ＳＰ５を繰り返す。そしてステップＳＰ５で装置の運転終了が選択されると、ステップＳＰ６に進んで装置の運転を終了する。
【００３５】
しかし電気化学反応を続けると、前述したように水のｐＨがアルカリ側にシフトする、つまりｐＨが増加する傾向にある。
このためステップＳＰ３で、ｐＨが上限値を超える（ｐＨ＞８）と判定した場合、制御部３０は、ステップＳＰ７に進んで、酸性剤供給手段１２の定量ポンプＰｂを駆動して、酸性剤槽１２ａから、供給水路１２ｂを通して酸性剤を電解槽１１に供給する操作を開始する。そしてステップＳＰ５で装置の運転終了が選択されない間はステップＳＰ３に戻って、ｐＨが上限値以下（ｐＨ≦８）になるまでステップＳＰ３→ＳＰ７→ＳＰ５を繰り返す。
【００３６】
またｐＨが上限値以下（ｐＨ≦８）になると、制御部３０は、次にステップＳＰ４に進んで、ｐＨが下限値以上（ｐＨ≧６）であるか否かを判定し、ｐＨが下限値以上であり、かつステップＳＰ５で装置の運転終了が選択されない間は、ステップＳＰ３→ＳＰ４→ＳＰ５を繰り返す。
さらにステップＳＰ４でｐＨが下限値未満（ｐＨ＜６）であると判定した場合、制御部３０は、ステップＳＰ８に進み、定量ポンプＰｂを停止して、酸性剤の供給を停止する。
【００３７】
ｐＨが下限値未満であり、かつステップＳＰ５で装置の運転終了が選択されない間は、ステップＳＰ３→ＳＰ４→ＳＰ８→ＳＰ５を繰り返す。また、電気化学反応を続けることで水のｐＨが上昇して、ｐＨが下限値以上になると、制御部３０は、ｐＨが下限値以上であり、かつステップＳＰ５で装置の運転終了が選択されない間は、ステップＳＰ３→ＳＰ４→ＳＰ５を繰り返す。そして、さらにｐＨが上昇して上限値を超えると、制御部３０は、再びステップＳＰ７に進んで、水に酸性剤を添加する。
【００３８】
以上の操作を繰り返すことによって、電解槽１１内の水ｗ１のｐＨを８以下、好ましくは６〜８の範囲に維持しつつ電気化学反応を継続することができる。
なお、電解槽１１での電気化学反応時に電極１１ｄ間を流れる電流の影響を極力排除して、ｐＨセンサＳ１によって、より正確な水のｐＨを測定することを考慮すると、以上の操作は、一定時間ごとに電気化学反応を停止した状態で、ｐＨセンサによって水のｐＨを測定し、この測定値に基づいて行うのが好ましい。
【００３９】
その具体的な方法としては、
一定時間ごとに電気化学反応を停止した状態で測定したｐＨ値をそのまま利用する方法の他、
一定時間ごとに電気化学反応を停止した状態で測定したｐＨ値に基づいて現在のｐＨ値を補正して利用する方法を採用することもできる。
図４は、この発明の他の実施形態にかかる水処理装置１を、同様に廃水タンク２中に貯留した水ｗ１をドレンＤに排水する設備に組み込んだ構造を簡略化して示す図である。
【００４０】
図の例の水処理装置１の、先の図１の例との相違点は、
水処理水路１０に、電解槽１１から排出した水を再び電解槽１１に供給するための循環水路１０ｄを設けた点と、
この循環水路１０ｄの途中に、循環ポンプＰ３と、ｐＨセンサＳ２とを配設した点と
この循環水路１０ｄに、酸性剤供給手段１２の供給水路１２ｂを接続した点
である。その他の部分は図１の例と同じであるので、同一個所に同一符号を付して説明を省略する。また、図の例ではエアーポンプＰａと送気管１３とを省略しているが、省略せずに設置しても構わない。
【００４１】
循環水路１０ｄは、電解槽１１の筐体１０ａの底部から出て、循環ポンプＰ３、モーター駆動式の三方弁Ｖ３、ｐＨセンサＳ２、および酸性剤供給手段１２の供給水路１２ｂとの合流点Ｊ２を介して、電解槽１１の蓋体１１ｂに至るように接続してある。
循環水路１０ｄを、上記のように筐体１１ａの底部に接続しておくと、循環水路１０ｄを流れる水流によって筐体１１ａ内をも強制的にかく拌して、その底部に、工場廃水中に含まれる固形分などが澱んだり沈殿したりするのを防止して、脱窒素処理の効率を向上できる。
【００４２】
またｐＨセンサＳ２を、上記のように酸性剤供給手段１２の供給水路１２ｂとの合流点Ｊ２より上流側に配設しておくと、循環水路１０ｄを循環して、酸性剤と水とが十分に混合された状態でのｐＨを測定することができるため、ｐＨの測定精度を向上することができる。
また廃水タンク２からの給水路１０ａは、上記循環水路１０ｄの、供給水路１２ｂの合流点Ｊ２の下流側の合流点Ｊ３に接続してあり、ドレンＤへの排水路１０ｂは、上記三方弁Ｖ３に接続してある。
【００４３】
給水路１０ａと排水路１０ｂとをともにこのように接続すると、電解槽１１への水の入口をおよび出口をそれぞれ１つずつとして、電解槽１１の構造を簡略化できる。
また三方弁Ｖ３は、上記の位置に設けることによって、電解槽１１内の水の、循環水路１１ｄを通しての循環と、排水路１０ｂを通してのドレンＤへの排水との切替手段として機能させることができる。
【００４４】
図の例の水処理装置１の電気的な構成は、前記図２のうちポンプＰ２を循環ポンプＰ３に、またモーター弁Ｖ２を三方弁Ｖ３に変更するとともに、エアーポンプＰａを省略したこと以外は同様である。
制御部３０による、水処理装置１の、通常運転時の制御の一例を、以下に示す。
まず水処理装置１の運転を開始すると、制御部３０は、水位センサＳ１によって、電解槽１１内の水位を測定する。
【００４５】
次に、電解槽１１の水位があらかじめ設定した下限値以下である場合には、三方弁Ｖ３を循環水路１０ｄ側に開き、かつ循環ポンプＰ３を停止させた状態で、モーター弁Ｖ１を開くとともにポンプＰ１を駆動して、水ｗ１を、廃水タンク２から電解槽１１に送る。また随時、定量ポンプＰｃを駆動して、促進剤Ｌ２を促進剤槽１５ａから電解槽１１に送る。
そして、電解槽１１内の水位があらかじめ設定した上限値まで上昇した時点でモーター弁Ｖ１を閉じるとともにポンプＰ１を停止した後、循環ポンプＰ３を駆動させて、電解槽１１内の水を循環水路１０ｄを通して循環させるとともに、ブロワＢＭを駆動させて、排気管１４を通して排気を行いながら、電極１１ｄに通電する。
【００４６】
そうすると、前記式（１）〜（４）の電気化学反応によって水ｗ１を脱窒素処理することができる。
またこの際には、例えば通常の水よりも粘度の高い、混ざりにくい工場廃水などであっても、循環水路１０ｄを繰り返し通過させることによって強制的にかく拌しながら脱窒素処理できるため、処理の効率を向上することができる。
そして、例えばタイマ３１によって規定した処理の時間が経過した時点で電極１１ｄへの通電を停止するとともに、循環ポンプＰ３とブロワＢＭとを停止した後、三方弁Ｖ３を排水路１０ｂ側に開くとともに、再び循環ポンプＰ３を駆動することによって、脱窒素処理した水ｗ１をドレンＤに排水する。
【００４７】
またこの間、制御部３０は、前記と同様にｐＨセンサＳ２によって水ｗ１のｐＨを継続的に測定しながら、酸性剤供給手段１２から酸性剤Ｌ１を供給して、ｐＨの調整を行う。制御の流れは図３に示したとおりである。
また制御部３０は、やはり前記と同様に、水位センサＳ３の測定結果に基づいて、給水路１５ｃを通して水を供給することで、促進剤槽１５ａ内の促進剤Ｌ２の水位を常に一定の範囲に維持する働きもする。
【００４８】
図５は、この発明の他の実施形態にかかる水処理装置１を、やはり廃水タンク２中に貯留した水ｗ１をドレンＤに排水する設備に組み込んだ構造を簡略化して示す図である。
図の例の水処理装置１の、先の図４の例との相違点は、
循環水路１０ｄの、もとの電解槽１１の位置に、電極を有しない以外は同様に構成した貯水槽１６を配設した点と、
電解槽１１を、例えば循環水路１０ｄを構成する配管の一部となる管路部材内に電極１１ｄを組み込むなどして、槽内が常時水で満たされて、電気化学反応によって発生する塩素ガスが貯留しない構造に形成した点と、
かかる電解槽１１を、循環水路１０ｄの、ｐＨセンサＳ２と、酸性剤供給手段１２の供給水路１２ｂとの合流点Ｊ２との間に配設した点と、
そして循環水路１０ｄの、ｐＨセンサＳ２の前後に接地部ＥＴを設けた点である。その他の部分は図４の例と同じであるので、同一個所に同一符号を付して説明を省略する。
【００４９】
貯水槽１６は、函状の筐体１６ａと、この筐体１６ａの上部開口を閉じる蓋体１６ｂと、筐体１６ａの外側に一体に形成した、筐体１６ａからオーバーフローした余剰の水を受けるための外容器１６ｃとを有する。
筐体１６ａには、その底部に循環水路１０ｄを接続してある。このように接続しておくと、循環水路１０ｄを流れる水流によって筐体１６ａ内をも強制的にかく拌して、その底部に、工場廃水中に含まれる固形分などが澱んだり沈殿したりするのを防止して、脱窒素処理の効率を向上できる。
【００５０】
また蓋体１６ｂには、循環水路１０ｄと、電気化学反応によって発生するガスを、ブロワＢＭの排気力によって貯水槽１６外へ排出するための排気管１４とを接続してあるとともに、槽内の水位を測定するための水位センサＳ１を配設してある。
さらに外容器１６ｃには、当該外容器１６ｃにオーバーフローした水をドレンＤに排水するための排水路１０ｃを接続してある。
【００５１】
電解槽１１は、前記のように循環水路１０ｄを構成する配管の一部となる管路部材内に電極１１ｄを組み込むなどして、槽内が常時水で満たされて、電気化学反応によって発生する塩素ガスが貯留しない構造に形成してある。
したがって、塩素ガスによる電極１１ｄの腐食を、より確実に防止することができる。なお電気化学反応によって発生した塩素ガスや窒素ガスは、循環水路１０ｄを通して貯水槽１６に送られ、ブロワＢＭの排気力によって、排気管１４を通して貯水槽１６外へ排出される。
【００５２】
またこの例では、電解槽１１を図の位置に配設することによって、ｐＨセンサＳ２を、循環水路１０ｄの、貯水槽１６の下流側でかつ電解槽１１の上流側に配設するとともに、酸性剤供給手段１２の供給水路１２ｂの合流点Ｊ２を、循環水路１０ｄの、電解槽１１の下流側で、かつ貯水槽１６の上流側に配設したことになる。
このように構成すると、電解槽１１での電気化学反応時に電極間を流れる電流の影響を極力排除するとともに、酸性剤供給手段１２から供給した酸性剤Ｌ１を、貯水槽１６を通すことで水とより均一に混合した状態で、ｐＨセンサＳ２に供給できるため、当該ｐＨセンサＳ２によって、より正確な水のｐＨを測定することができる。
【００５３】
また図の例では、前記のように循環水路１０ｄの、ｐＨセンサＳ２の前後に接地部ＥＴを設けてあるため、このことによっても、電解槽１１での電気化学反応時に電極間を流れる電流の影響を極力排除して、ｐＨセンサＳ２によって、より正確な水のｐＨを測定することができる。
接地部ＥＴの構造としては、例えば循環水路１０ｄを構成する配管の一部となる管路部材内に、チタニウムなどで形成した筒状の接地部材を固定して、接地のための配線を接続したり、該当部分の管路部材自体に接地のための配線を接続したりすればよい。また単に、接地のための配線を接続したチタニウムなどの金属棒を、循環水路１０ｄ内に挿入するだけでもよい。
【００５４】
図の例の水処理装置１の電気的な構成は、前記図４のものと全く同様である。
制御部３０による、水処理装置１の、通常運転時の制御の一例を、以下に示す。
まず水処理装置１の運転を開始すると、制御部３０は、水位センサＳ１によって、貯水槽１６内の水位を測定する。
次に、貯水槽１６の水位があらかじめ設定した下限値以下である場合には、三方弁Ｖ３を循環水路１０ｄ側に開き、かつ循環ポンプＰ３を停止させた状態で、モーター弁Ｖ１を開くとともにポンプＰ１を駆動して、水ｗ１を、廃水タンク２から貯水槽１６に送る。また随時、定量ポンプＰｃを駆動して、促進剤Ｌ２を促進剤槽１５ａから貯水槽１６に送る。
【００５５】
そして、貯水槽１６内の水位があらかじめ設定した上限値まで上昇した時点でモーター弁Ｖ１を閉じるとともにポンプＰ１を停止した後、循環ポンプＰ３を駆動させて、貯水槽１６内の水を循環水路１０ｄを通して循環させるとともに、ブロワＢＭを駆動させて、排気管１４を通して排気を行いながら、電解槽１１の電極１１ｄに通電する。
そうすると、前記式（１）〜（４）の電気化学反応によって水ｗ１を脱窒素処理することができる。
【００５６】
またこの際には、例えば通常の水よりも粘度の高い、混ざりにくい工場廃水などであっても、循環水路１０ｄを繰り返し通過させることによって強制的にかく拌しながら脱窒素処理できるため、処理の効率を向上することができる。
そして、例えばタイマ３１によって規定した処理の時間が経過した時点で電極１１ｄへの通電を停止するとともに、循環ポンプＰ３とブロワＢＭとを停止した後、三方弁Ｖ３を排水路１０ｂ側に開くとともに、再び循環ポンプＰ３を駆動することによって、脱窒素処理した水ｗ１をドレンＤに排水する。
【００５７】
またこの間、制御部３０は、前記と同様にｐＨセンサＳ２によって水ｗ１のｐＨを継続的に測定しながら、酸性剤供給手段１２から酸性剤Ｌ１を供給して、ｐＨの調整を行う。制御の流れは図３に示したとおりである。
また制御部３０は、やはり前記と同様に、水位センサＳ３の測定結果に基づいて、給水路１５ｃを通して水を供給することで、促進剤槽１５ａ内の促進剤Ｌ２の水位を常に一定の範囲に維持する働きもする。
【００５８】
図６は、この発明の他の実施形態にかかる水処理装置１を、やはり廃水タンク２中に貯留した水ｗ１をドレンＤに排水する設備に組み込んだ構造を簡略化して示す図である。
図の例の水処理装置１の、先の図１の例との相違点は、
排水路１０ｂの、電解槽１１とポンプＰ２との間に、モーター弁Ｖ４と、ヒータＨ１を内蔵した加熱槽１７とをこの順に配設した点と、
促進剤供給手段１５を省略した点と、
電解槽１１の外容器１１ｃを省略した代わりに、加熱槽１７に外容器１７ｃを形成し、この外容器１７ｃに排水路１０ｃを接続した点と、
排気管１４を加熱槽１７に配設した点と、
この排気管１４の途中に、アンモニア性窒素を窒素ガスに変換するための触媒ＣＴを配設した点である。その他の部分は図１の例と同じであるので、同一個所に同一符号を付して説明を省略する。
【００５９】
また、かかるヒータＨ１による、アンモニア性窒素の除去効果は、前述したように特に陽イオン交換膜式の装置において有効であるので、図の例では電解槽１１として、記載を省略しているが、電極１１ｄのうちカソード側の電極としての真鍮などの電極と、アノード側の電極とを、陽イオン交換膜で隔てた方式を採用している。
水の流れは、先に記載したようにまずカソード側で、水に含まれる酸化態窒素を還元し、次いでアノード側で、先の還元反応で生成したアンモニア性窒素を窒素分子に酸化して除去した後、加熱槽１７に送るようにしてもよいし、カソード側で酸化態窒素を還元した水と、アノード側を通過した水とを混合して加熱槽１７に送るようにしてもよい。
【００６０】
加熱槽１７は、函状の筐体１７ａと、この筐体１７ａの上部開口を閉じる蓋体１７ｂと、前記のように筐体１７ａの外側に一体に形成した、筐体１７ａからオーバーフローした余剰の水を受けるための外容器１７ｃとを有する。
筐体１７ａには、その底部に排水路１０ｂを接続してある。このように接続しておくと、当該筐体１７ａの底部に、工場廃水中に含まれる固形分などが澱んだり沈殿したりするのを防止して、脱窒素処理の効率を向上できる。
【００６１】
また蓋体１７ｂには、排水路１０ｂと、水を加熱することでアンモニア性窒素を気化させて水から除去するためのヒータＨ１と、気化したアンモニア性窒素をブロワＢＭの排気力によって加熱槽１７外へ排出するための排気管１４とを接続してあるとともに、水温を一定に保つためのサーミスタＳ４を配設してある。
ブロワＢＭの排気力によって加熱槽１７外へ排出されたアンモニア性窒素は、排気管１４の途中に設けた触媒ＣＴによって窒素に変換されて装置外に排出される。なお触媒による変換反応を促進するためには、当該触媒ＣＴ自体を加熱するか、もしくは排気管１４を通過するアンモニア性窒素を加熱する手段を、排気管１４に設けておくのが好ましい。
【００６２】
図の例の水処理装置１の電気的な構成は、前記図２に、ヒータＨ１と、モーター弁Ｖ４とを追加したこと以外は同様である。
制御部３０による、水処理装置１の、通常運転時の制御の一例を、以下に示す。
まず水処理装置１の運転を開始すると、制御部３０は、水位センサＳ１によって電解槽１１内の水位を測定する。
【００６３】
次に、電解槽１１の水位があらかじめ設定した下限値以下である場合には、モーター弁Ｖ４を閉じた状態で、モーター弁Ｖ１を開くとともにポンプＰ１を駆動して、水ｗ１を、廃水タンク２から電解槽１１に送る。
そして、電解槽１１内の水位があらかじめ設定した上限値まで上昇した時点でモーター弁Ｖ１を閉じるとともにポンプＰ１を停止した後、エアーポンプＰａを駆動させて、送気管１３を通して、電極１１ｄ間に細かな気泡を送り出しながら、電極１１ｄに通電する。
【００６４】
そうすると、前記式（１）〜（４）の電気化学反応によって水ｗ１を脱窒素処理することができる。
またこの間、制御部３０は、ｐＨセンサＳ２によって電解槽１１内の水ｗ１のｐＨを継続的に測定しながら、酸性剤供給手段１２から酸性剤Ｌ１を供給して、ｐＨの調整を行う。
そして、例えばタイマ３１によって規定した処理の時間が経過した時点で電極１１ｄへの通電を停止するとともに、エアーポンプＰａを停止した後、モーター弁Ｖ２を閉じ、かつポンプＰ２を停止させた状態で、モーター弁Ｖ４を開いて、水ｗ１を、電解槽１１から加熱槽１７に送る。
【００６５】
そしてモーター弁Ｖ２、Ｖ４を閉じるとともにポンプＰ２を停止させ、なおかつブロワＢＭを駆動させて、排気管１４を通して排気を行いながら、ヒータＨ１に通電して水ｗ１を加熱する。サーミスタＳ４によって設定する加熱の温度は６０℃前後が最適である。
これにより、水ｗ１中のアンモニア性窒素を気化させ、さらに排気管１４中の触媒ＣＴの機能によって窒素ガスに変換した後、大気中等に放出することができる。
【００６６】
このあと、例えばタイマ３１によって規定した処理の時間が経過した時点でヒータＨ１への通電を停止するとともに、ブロワＢＭを停止した後、モーター弁Ｖ２を開くとともにポンプＰ２を駆動することによって、脱窒素処理した水ｗ１をドレンＤに排水する。
なおヒータＨ１を、電解槽１１内に配設して加熱槽１７を省略することもできる。しかし電解槽１１内で行う電気化学反応は、水温が低いほどスムースに進行するので、図の例のように電解槽１１と、ヒータＨ１を内蔵した加熱槽１７とを別に設けるのが好ましい。
【００６７】
この発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものでなく、各請求項記載の範囲内において、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる水処理装置を、例えば工場等において、廃水タンク中に貯留した水をドレンに排水する設備に組み込んだ構造を簡略化して示す図である。
【図２】上記例の水処理装置の、電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】上記例の水処理装置における、水のｐＨ調整の流れを示すフローチャートである。
【図４】この発明の他の実施形態にかかる水処理装置を、やはり工場等において、廃水タンク中に貯留した水をドレンに排水する設備に組み込んだ構造を簡略化して示す図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態にかかる水処理装置を、工場等において、廃水タンク中に貯留した水をドレンに排水する設備に組み込んだ構造を簡略化して示す図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかる水処理装置を、工場等において、廃水タンク中に貯留した水をドレンに排水する設備に組み込んだ構造を簡略化して示す図である。
【符号の説明】
１　水処理装置
１０　処理水路
１１　電解槽
１２　酸性剤供給手段
Ｓ２　ｐＨセンサ
Ｌ１　酸性剤
ｗ１　水
３０　制御部

Claims

水中での電気化学反応によって酸化態窒素を還元することで、水を脱窒素処理するための電解槽と、この電解槽に水を供給し、かつ処理後の水を電解槽から排出するための処理水路と、処理水路を流れる水のｐＨを測定するためのｐＨセンサと、電解槽に供給される水に酸性剤を供給するための酸性剤供給手段と、電解槽での電気化学反応時にｐＨセンサの測定値を８以下に維持するために、酸性剤供給手段から酸性剤を供給させるための制御手段とを備えることを特徴とする水処理装置。
処理水路は、電解槽から排出した水を再び電解槽に供給するための循環水路と、水を、循環水路を通して循環させるための循環ポンプとを備えており、上記循環水路に、ｐＨセンサと酸性剤供給手段とを配設したことを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
循環水路の途中に、電解槽で処理した水を貯留するための貯水槽を配設するとともに、電解槽を、当該槽内が常時水で満たされて、電気化学反応によって発生する塩素ガスが貯留しない構造に形成したことを特徴とする請求項２記載の水処理装置。
ｐＨセンサを、循環水路の、貯水槽の下流側で、かつ電解槽の上流側に配設したことを特徴とする請求項３記載の水処理装置。
酸性剤供給手段を、循環水路の、電解槽の下流側で、かつ貯水槽の上流側に配設したことを特徴とする請求項４記載の水処理装置。
制御手段は、一定時間ごとに電気化学反応を停止した状態で、ｐＨセンサによって水のｐＨを測定し、この測定値に基づいて、酸性剤供給手段から酸性剤を供給させることを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
処理水路は、ｐＨセンサを配設した位置の近傍に接地部を設けたことを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
電解槽内にヒータを設けるか、または処理水路の、電解槽より下流側に、ヒータを内蔵した加熱槽を配設し、当該ヒータによって、電気化学反応中または反応後の水を加熱することで、電気化学反応によって発生するアンモニア性窒素を気化させて水から除去することを特徴とする請求項１記載の水処理装置。
ヒータを設けた電解槽または加熱槽に、気化したアンモニア性窒素を窒素ガスに変換するための触媒と、排気のためのファンとを備えた排気路を接続したことを特徴とする請求項８記載の水処理装置。