JP2004344820A - 水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】窒素化合物の除去のための反応系を適切に制御でき、かつ、安価に製造できる、水処理装置を提供する。
【解決手段】水処理装置では、電解槽内の電極対による電解により、窒素酸化物を除去している。なお、制御回路は、電解槽における一定時間（５秒間）での被処理水のｐＨの上昇値（ｐＨｃ）を算出し、当該上昇値が大きいほど、被処理水における窒素酸化物の除去の度合いが低いとして、電極対の電極間に流す電流値を大きくしている。そして、制御回路は、当該上昇値が、所定値（０．０１）以下となった場合には、所定時間（３０秒間）だけ電解を行なって、電解を終了させる。
【選択図】 図９
【解決手段】水処理装置では、電解槽内の電極対による電解により、窒素酸化物を除去している。なお、制御回路は、電解槽における一定時間（５秒間）での被処理水のｐＨの上昇値（ｐＨｃ）を算出し、当該上昇値が大きいほど、被処理水における窒素酸化物の除去の度合いが低いとして、電極対の電極間に流す電流値を大きくしている。そして、制御回路は、当該上昇値が、所定値（０．０１）以下となった場合には、所定時間（３０秒間）だけ電解を行なって、電解を終了させる。
【選択図】 図９
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理装置に関し、特に、被処理水中の窒素化合物を除去する水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、川や湖の富栄養化の原因の一つに、窒素化合物の存在があることは周知である。
【０００３】
そして、従来から、生活排水や工場排水に対し、生物処理に代わって電解処理を行なうことにより、窒素化合物を効率良く除去するための技術が、特許文献１〜特許文献３等において開示されてきた。これらの特許文献には、電解処理において用いられる電極の材料を周期表の第Ｉｂ族または第Ｉｂ族を含む導電体とすることにより、また、被処理水にハロゲンイオンを含ませることにより、効率良く窒素酸化物を除去する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４８４７３公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−２４８４７４公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２００３−５３３６５公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
なお、従来、実際に水処理装置において窒素化合物を除去する場合では、予め定められた時間だけ、電解処理が行なわれていた。このため、被処理水中の窒素化合物の濃度が変動した場合、適切な制御ができないという問題があった。つまり、被処理水における窒素化合物が、想定される濃度を越えれば、処理途中で電解処理が終了されてしまう場合があり、また、想定される濃度より低ければ、電解処理が無駄に行なわれ無駄な電力が消費される場合がある。
【０００８】
このような問題に対する解決策の一例として、水処理装置において、被処理水における窒素化合物の濃度を全窒素濃度測定器等によって検知し、当該検知出力に基づいて水処理装置における反応系を制御することが挙げられる。しかしながら、全窒素濃度測定器等のセンサは高額であるため、これにより、水処理装置の製造においてコストが上がるという新たな問題が生じてしまう。
【０００９】
また、従来から、電解反応を利用する水処理装置において、適切に反応系を制御しつつ、電源装置のコスト削減のために消費電力を抑えることが切望されていた。
【００１０】
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、窒素化合物の除去のための反応系を適切に制御でき、かつ、安価に製造できる、水処理装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の或る局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記電極対に流す電流値を制御する電流値制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の或る局面に従うと、水処理装置において、窒素化合物が除去されることによる被処理水のｐＨ変化に基づいて、電極対に流す電流値が制御される。
【００１３】
これにより、水処理装置において、全窒素濃度測定器等のような高額なセンサを用いることなく、比較的安価なｐＨ検知手段を用いることにより、窒素化合物の除去のための反応系を安価にかつ適切に制御できる。また、被処理水のｐＨ自体を一定にまたはある域内に制御することも可能となるため、被処理水を収容する収容部のｐＨ耐性も考慮して、反応系の制御を行なうことができる。
【００１４】
また、本発明の水処理装置では、前記電流値制御手段は、前記ｐＨ検知手段の検知出力におけるｐＨの変化の度合いに基づいて、前記電極対に流す電流値を制御することが好ましい。
【００１５】
これにより、処理前の被処理水に含まれる窒素化合物の量が変化しても、適切に、反応系を制御できる。
【００１６】
本発明の他の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、前記収容部に酸性の試薬を投入する酸性試薬投入手段と、前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御する投入量制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の局面に従うと、水処理装置において、窒素化合物が除去されることによる被処理水のｐＨ変化に基づいて、収容部に投入される酸性試薬の量が制御される。
【００１８】
これにより、水処理装置において、全窒素濃度測定器等のような高額なセンサを用いることなく、比較的安価なｐＨ検知手段を用いることにより、窒素化合物の除去のための反応系を安価にかつ適切に制御できる。
【００１９】
また、本発明の水処理装置では、前記投入量制御手段は、前記収容部内の被処理水の全窒素濃度、前記電極対において流れる電流値、および、電解時間の少なくとも１つを変数とする所定の関数の値に応じて、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御し、さらに、前記所定の関数を前記収容部内の被処理水のｐＨの変化量に応じて修正することが好ましい。
【００２０】
また、本発明の水処理装置では、前記投入量制御手段は、前記収容部内の被処理水のｐＨを５〜９に保つように、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御することが好ましい。
【００２１】
本発明のさらに他の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記収容部内の被処理水におけるアンモニア性窒素の除去反応の進行を制御する反応制御手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明のさらに他の局面に従うと、水処理装置において、アンモニア性窒素の除去反応の進行度合いに基づいた被処理水のｐＨ変化に基づいて、収容部におけるアンモニア性窒素の除去反応の進行が制御される。
【００２３】
これにより、水処理装置において、全窒素濃度測定器等のような高額なセンサを用いることなく、比較的安価なｐＨ検知手段を用いることにより、窒素化合物の除去のための反応系を安価にかつ適切に制御できる。
【００２４】
また、本発明の水処理装置では、前記反応制御手段は、前記収容部内の塩化物イオンの量を調整することにより、前記収容部内の被処理水におけるアンモニア性窒素の除去反応の進行を制御することが好ましい。
【００２５】
本発明の別の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記収容部内の被処理水における窒素酸化物の除去反応の進行を制御する反応制御手段とを含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明の別の局面に従うと、水処理装置において、窒素酸化物の除去反応の進行度合いに基づいた被処理水のｐＨ変化に基づいて、収容部における窒素酸化物の除去反応の進行が制御される。
【００２７】
これにより、水処理装置において、全窒素濃度測定器等のような高額なセンサを用いることなく、比較的安価なｐＨ検知手段を用いることにより、窒素化合物の除去のための反応系を安価にかつ適切に制御できる。
【００２８】
また、本発明の水処理装置では、前記反応制御手段は、前記収容部内のアンモニウムイオンの量を調整することにより、前記収容部内の被処理水における窒素酸化物の除去反応の進行を制御することが好ましい。
【００２９】
また、本発明の水処理装置では、前記反応制御手段は、前記収容部内に、塩化アンモニウムを供給することにより、前記収容部内のアンモニウムイオンの量を調整することが好ましい。
【００３０】
これにより、塩化アンモニウムの塩化物イオンを後続する反応に利用することができるため、添加すべき塩化物の量を抑えることができる。
【００３１】
また、本発明の水処理装置では、前記反応制御手段は、前記収容部内に、アミド硫酸を添加することにより、前記収容部内の被処理水における窒素酸化物の除去反応の進行を制御することが好ましい。
【００３２】
また、本発明の水処理装置では、前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記収容部内での窒素化合物の除去のための前記電極対による電解反応の終了時期を決定する終了時期決定手段をさらに含むことが好ましい。
【００３３】
これにより、電極対による電解反応のための電力が無駄に消費されることを回避できる。
【００３４】
本発明のさらに別の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部内にアミド硫酸を添加するための薬剤槽と、前記収容部内の硝酸性窒素が亜硝酸性窒素に還元された後に、前記薬剤槽から前記収容部内にアミド硫酸を添加する制御手段とを含むことを特徴とする。
【００３５】
本発明のさらに別の局面に従うと、水処理装置において、硝酸性窒素を亜硝酸性窒素に還元させた後、当該亜硝酸性窒素を、電気化学的手法ではなく、アミド硫酸により、窒素ガスへと変化させる。つまり、硝酸性窒素を、電気的手法のみで窒素ガスへと変化させるよりも少ない電力で、窒素ガスへと変化させることができる。なお、アミド硫酸が硝酸性窒素を亜硝酸性窒素に還元させた後に添加されることにより、アミド硫酸の添加によるｐＨの低下が硝酸性窒素の亜硝酸性窒素への電気化学的な還元を妨げることを回避できる。
【００３６】
これにより、水処理装置における反応系を安価にかつ適切に制御できる。なお、必要とされる電力を抑えることができるため、必要とされる電源のパワーを抑えることができ、水処理装置のコンパクト化も可能となる。
【００３７】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段をさらに含み、前記制御手段は、前記収容部内のｐＨが所定の値以上となったことを条件として、前記薬剤槽に、前記収容部内にアミド硫酸を添加させることが好ましい。
【００３８】
これにより、確実に、アミド硫酸の添加によるｐＨの低下が硝酸性窒素の亜硝酸性窒素への電気化学的な還元を妨げることを回避できる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【００４０】
［第１の実施の形態］
１． 窒素除去装置の概要
図１に、本発明の水処理装置の第１の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。
【００４１】
水処理システムは、家庭や工場から流出されてきた廃液を収容する廃液タンク１００と、廃液タンク１００内の廃液（被処理水）を処理する水処理装置とを含む。
【００４２】
水処理装置において、処理水槽１内には、電解槽１１が設置されている。電解槽１１には、導入口１０が形成されている。電解槽１１には、ポンプ９１および導入口１０を介して、廃液タンク１００から被処理水が導入される。
【００４３】
電解槽１１内の被処理水には、電極対２が浸されている。
また、電解槽１１には、硫酸槽８１から、ポンプ９４および導入口１０を介して希硫酸が導入され、かつ、塩化物イオン供給槽８２から、ポンプ９２および導入口１０を介して食塩水が導入される。
【００４４】
また、電解槽１１内の被処理水は、排出口１３、ポンプ９３、および、電動弁８３を介して、ｐＨセンサ２１に送られる。
【００４５】
また、電解槽１１内の被処理水は、排出口１４に設けられた弁を適宜開閉されることにより、次の処理施設等に排出される。
【００４６】
また、電解槽１１内で発生した気体は、ブロアモータ９８が駆動されることにより、排気口１６を介して、電解槽１１外へ送られる。
【００４７】
また、電解槽１１内および塩化物イオン供給槽８２内には、それぞれ水位センサ２４，２５が設置されており、各槽内の水量が管理されるようになっている。
【００４８】
なお、電解槽１１内では、後述するように、塩素が発生する。このため、電解槽１１は、ポリ塩化ビニルや強化ガラス繊維等の、塩素に対する化学的耐性を備えた材料からなることが好ましい。
【００４９】
図２は、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図である。
水処理装置には、マイクロコンピュータを備え、当該水処理装置全体の動作を制御する制御回路２０が備えられている。
【００５０】
制御回路２０には、ｐＨセンサ２１、および、水位センサ２４，２５からの検知出力が入力される。そして、制御回路２０は、これらの検知出力に基づいて、電極対２に電力を供給する直流電源２９、ポンプ９１〜９４、ブロアモータ９８、および、電動弁８３の動作を制御する。
【００５１】
２． 電解槽における化学反応
図３に、電解槽１１において、電極対２に通電されることにより起こると考えられる電解反応を模式的に示す。なお、電極対２は、アノード電極３とカソード電極４とを含むこととする。
【００５２】
図３を参照して、電解槽１１内の被処理水中では、食塩水（塩化ナトリウム）を添加されることにより、以下の式（１），（２）の平衡が成り立っている。
【００５３】
Ｈ２Ｏ ⇔ Ｈ＋＋ＯＨ− （１）
ＮａＣｌ ⇔ Ｎａ＋＋Ｃｌ− （２）
また、アノード電極３近傍では、式（３）〜（５）に示すように、水の電気分解により酸素ガスが発生し、塩化物イオンは塩素ガスとなり、塩素ガスの一部は水和して次亜塩素酸となる。
【００５４】
２Ｈ２Ｏ ⇔ Ｏ２↑＋４Ｈ＋＋４ｅ− （３）
２Ｃｌ− ⇔ Ｃｌ２↑＋２ｅ− （４）
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ ⇔ Ｈ＋＋Ｃｌ−＋ＨＣｌＯ （５）
そして、カソード電極４近傍では、式（６），（７）に示すように、水の電気分解により水素ガスが発生し、アノード電極３で生じたナトリウムイオンが水酸化物イオンと反応して水酸化ナトリウムが生成される。
【００５５】
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ− ⇔ Ｈ２↑＋２ＯＨ− （６）
Ｎａ＋＋ＯＨ− ⇔ ＮａＯＨ （７）
これにより、カソード電極４近傍では、水酸化ナトリウムが生成されて、被処理水がアルカリ性となる。
【００５６】
そして、電解槽１１内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、カソード電極４表面で、亜硝酸イオンを経て（式（８）参照）、アンモニアに還元される（式（９）参照）。
【００５７】
ＮＯ３ −＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ− ⇔ ＮＯ２ −＋２ＯＨ− （８）
ＮＯ２ −＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ− ⇔ ＮＨ３＋７ＯＨ− （９）
そして、上記の式（５）に従って生じた次亜塩素酸と、上記の式（９）に従って生じたアンモニアとが、次に示す式（１０）に従って反応することにより、窒素ガスが生じる。
【００５８】
２／３ＮＨ３＋ＨＣｌＯ → １／３Ｎ２↑＋ＨＣｌ＋Ｈ２Ｏ （１０）
なお、上記したような一連の電解反応において、早期に塩化物イオンが電解槽１１内に存在すると、上記の式（８）に従って生じた亜硝酸イオンが、上記の式（５）に従って生じた次亜塩素酸によって硝酸イオンに酸化されてしまう。つまり、上記の式（８）の逆反応が起こってしまう。
【００５９】
このため、本実施の形態では、電解槽１１への塩化物イオンを提供する化合物（塩化ナトリウム）の投入は、電解開始から所定時間経過後とされている。また、このように塩化物イオンを提供する化合物の投入を遅らせることは、特に、電解槽１１に導入された被処理水中にクロム、鉛、モリブデン、バナジウム等の、次亜塩素酸に容易に酸化されて酸化物を形成する元素が含まれるときに有効である。このような元素の次亜塩素酸による酸化は、上記の式（１０）のアンモニアの次亜塩素酸による酸化よりも反応速度がかなり速いため、上記の式（８）で生じた亜硝酸イオンが、上記の式（８）〜（１０）の律速反応である式（９）で消費される前に、式（８）の逆反応で硝酸イオンへと酸化されるためである。さらに、このような元素の酸化物はカソード電極４上で還元されるために、当該元素の酸化還元が電解槽１１内でサイクリックで起こり、処理水中の当該元素が微量であっても次亜塩素酸は当該元素によって消費されるためである。
【００６０】
３． 被処理水のｐＨ制御
上記した式（１）〜（１０）の化学反応に従って、電解槽１１内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、亜硝酸イオン、アンモニアを順に経て窒素ガスへと変換される。なお、上記の化学反応に従うと、水酸化ナトリウムが生じるため、被処理水はアルカリ性になる。本実施の形態では、制御回路２０は、ｐＨセンサ２１により被処理水のｐＨを検知し、被処理水のｐＨを５〜９に保つように、硫酸槽８１内の希硫酸を電解槽１１へと添加する制御を実行している。
【００６１】
具体的には、制御回路２０は、希硫酸の添加量Ｑを、被処理水のｐＨが制御目標の下限ＰＨ１（たとえばｐＨ５）よりも低い場合には「０」とし、ＰＨ１と制御目標の上限ＰＨ２（たとえばｐＨ９）との間にある場合には「Ｑ０（ｐＨ−ＰＨ１）／（ＰＨ２−ＰＨ１）」とし、ＰＨ２を上回る場合には「Ｑ０」としている。Ｑ０は、本実施の形態の硫酸槽８１における単位時間あたりの希硫酸の最大添加量である。
【００６２】
なお、電解槽１１において発生する水酸化ナトリウムの量は、電極対２のアノード電極３とカソード電極４との間に流れる電流値ｉ、電解時間Ｔ、および、被処理水内の残留窒素濃度Ｎに依存する。このため、制御回路２０は、電解槽１１への希硫酸の単位時間あたりの投入量を投入量Ｑと定義し、上記した電流値ｉ，電解時間Ｔ，および，残留窒素濃度Ｎの関数をＬ（ｉ，Ｔ，Ｎ）として、式（１１）のように、投入量Ｑを管理している。なお、式（１１）中の△ｐＨ／△ｔは、単位時間あたりのｐＨの変化量を示している。
【００６３】
△ｐＨ／△ｔ＝−Ｌ（ｉ，Ｔ，Ｎ）×Ｑ （１１）
そして、被処理水のｐＨが、ＰＨ１よりも低い場合には、Ｑ＝０とされ、式（１１）は、式（１２）のように扱われる。
【００６４】
△ｐＨ／△ｔ＝０ （１２）
また、被処理水のｐＨが、ＰＨ１とＰＨ２の間にある場合には、式（１１）は、式（１３）のように扱われる。なお、式（１３）中のｐＨは、被処理水のｐＨの実測値を示し、Ｋは、希硫酸の投入量を調整するための係数（０≦Ｋ≦１）を示している。
【００６５】
そして、被処理水のｐＨがＰＨ２を上回る場合には、式（１１）は、式（１４）のように扱われる。
【００６６】
△ｐＨ／△ｔ＝−Ｌ（ｉ，Ｔ，Ｎ）×ＫＱ０ （１４）
このようなＫを用いた具体的な制御内容を、図４および図５に示したフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。
【００６７】
制御回路２０は、電極対２による電解開始時には、ステップＳ１（以下、ステップを省略する）で、上記のＫの値を初期値の１に設定して、Ｓ２に処理を進める。
【００６８】
Ｓ２で、制御回路２０は、ｐＨセンサ２１を用いて被処理水のｐＨを測定し、処理をＳ３に進める。
【００６９】
Ｓ３で、制御回路２０は、Ｓ２で測定したｐＨ値が上記のＰＨ１未満であるかを判断し、ＰＨ１未満であればＳ６へ、そうでなければＳ４へ、処理を進める。
【００７０】
Ｓ４で、制御回路２０は、Ｓ２で測定したｐＨ値が上記のＰＨ１以上ＰＨ２以下であるかを判断し、その範囲にｐＨ値があればＳ７へ、そうでなければＳ５へ、処理を進める。
【００７１】
Ｓ５で、制御回路２０は、Ｓ２で測定したｐＨ値が上記のＰＨ２を越えているかどうかを判断する。Ｓ５の処理は、ｐＨ値がＰＨ２を越えている場合に実行されるため、ここから、処理はＳ８へ進められる。
【００７２】
Ｓ６では、制御回路２０は、希硫酸の単位時間あたりの基準投入量Ｑｋを０として処理をＳ９に進める。
【００７３】
Ｓ７では、制御回路２０は、上記の基準投入量ＱｋをＱ０（ｐＨ−ＰＨ１）／（ＰＨ２−ＰＨ１）として処理をＳ９に進める。
【００７４】
Ｓ８では、制御回路２０は、上記の基準投入量ＱｋをＱ０として処理をＳ９に進める。
【００７５】
Ｓ９では、制御回路２０は、ＱｋのＫとの積を投入量として、実際に電解槽１１への希硫酸を投入する。
【００７６】
次に、制御回路２０は、Ｓ１０で、電解槽１１内の被処理水の、単位時間あたりのｐＨの変化量（△ｐＨ／△ｔ）を測定する。
【００７７】
次に、制御回路２０は、Ｓ１１で、次の式（１５）の△ｐＨ／△ｔに直前で測定した値を代入することにより、関数Ｌ（ｉ，Ｔ，Ｎ）の補正を行なう。
【００７８】
△ｐＨ／△ｔ＝−Ｌ（ｉ，Ｔ，Ｎ）×Ｋ×Ｑｋ （１５）
そして、制御回路２０は、Ｓ１２で、式（１５）の△ｐＨ／△ｔに「△ｐＨ／△ｔ」の目標値を代入することにより、Ｋの補正値を算出する。
【００７９】
そして、再度、その時点での被処理水のｐＨ値を判断し、ＰＨ１未満であれば（Ｓ１３でＹＥＳ判断時）、Ｓ１６で、Ｑｋ＝０を新しい基準投入量とする。また、その時点での被処理水のｐＨ値が、ＰＨ１以上ＰＨ２以下であれば（Ｓ１４でＹＥＳ判断時）、Ｓ１７で、Ｑｋ＝Ｑ０（ｐＨ−ＰＨ１）／（ＰＨ２−ＰＨ１）を新しい基準投入量とする。また、その時点での被処理水のｐＨ値がＰＨ２を越えていれば（Ｓ１５でＹＥＳ判断時）、Ｓ１８で、Ｑｋ＝Ｑ０を新しい基準投入量とする。
【００８０】
そして、Ｓ１９で、制御回路２０は、直前のＳ１２で補正したＫとＱｋの積で決定される値を投入量として、電解槽１１に希硫酸の投入を行なう。
【００８１】
そして、制御回路２０は、Ｓ２０で、Ｑｋを最も直前に実行したＳ１６〜１８のいずれかで決定したものに更新して記憶し、Ｓ２１で、Ｋを最も直前に実行したＳ１２で補正したものに更新して記憶し、Ｓ２２で、電解槽１１における電解を終了すべきか否かを判断する。通常、電解槽１１における電解は、予め定められた時間だけ実行するよう制御される。そして、制御回路２０は、電解槽１１における電解が終了するまで、Ｓ１０〜Ｓ２２までの処理を繰返す。
【００８２】
以上、図４および図５を参照して説明した制御内容によると、被処理水の実際のｐＨ値に基づき、当該被処理水のｐＨがＰＨ１〜ＰＨ２の範囲に収まるように、希硫酸の添加量が決定されるため、被処理水のｐＨ値が極端に高くまたは低くなることを回避できる。これにより、被処理水を収容する電解槽１１を構成する素材のｐＨ耐性についての条件の緩和が可能となる。
【００８３】
［第２の実施の形態］
本実施の形態の水処理装置は、電解槽１１内の被処理水のｐＨを所定範囲に抑えようと調整する第１の実施の形態に対し、電解槽１１内の被処理水のｐＨに基づいて、窒素化合物の除去反応の進行度合いを推定し、当該推定に基づいて、電極対２のアノード電極３とカソード電極４との間に流す電流値を制御するものである。
【００８４】
図６に、本実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。本実施の形態の水処理装置は、第１の実施の形態の水処理装置から、硫酸槽８１およびポンプ９４を省略したものとなっている。
【００８５】
図７に、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図を示す。上記したように、図７に示された制御ブロック図においても、図２に示された制御ブロック図からポンプ９４が省略されている。
【００８６】
図８に、水処理装置の電解反応によって窒素酸化物（硝酸イオンおよび亜硝酸イオン）が除去される際の、電解槽１１における電解時間と被処理水のｐＨの関係の一例を示す。
【００８７】
図８では、電解時間が１５分程度のところで、電解槽１１における窒素酸化物の除去が終了した例が示されている。そして、図８から理解されるように、電解槽１１の被処理水のｐＨは、電解時間が長くなるにつれ高くなっている。これは、第１の実施の形態において述べたように、電解反応の進行に伴って水酸化ナトリウムが生成されるためである。
【００８８】
また、図８から理解されるように、ｐＨの上昇度合いは、窒素酸化物の除去の終了に近づくにつれ、緩やかになっている。
【００８９】
そして、本実施の形態では、ｐＨの上昇度合いを調べ、当該上昇度合いから窒素酸化物の除去反応の進行度合いを推定し、当該進行度合いに基づいて電極対２のアノード電極３とカソード電極４との間に流す電流値を制御する。
【００９０】
制御回路２０による、ｐＨの上昇度合いに基づいた電流値の制御内容を、図９のフローチャートを参照しつつ、以下に説明する。
【００９１】
まず、制御回路２０は、ＳＡ１で、電解槽１１内の被処理水のｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨｂとして記憶する。
【００９２】
次に、ＳＡ２で、制御回路２０は、前回（ＳＡ１またはＳＡ２で）ｐＨ値を測定してから５秒後に、ｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨａとして記憶する。
【００９３】
そして、ＳＡ３で、制御回路２０は、ｐＨａとｐＨｂの差（ｐＨａ−ｐＨｂ）であるｐＨｃを算出した後、それまでｐＨａとして記憶していた値をｐＨｂとして記憶しなおす。なお、ここで算出されるｐＨｃは、電解槽１１における５秒間のｐＨの上昇値ということになる。
【００９４】
次に、ＳＡ４で、制御回路２０は、ｐＨｃの値が０．０１以下であるか否かを判断し、０．０１以下であると判断すればＳＡ５に処理を進め、０．０１を越えていると判断すればＳＡ８に処理を進める。
【００９５】
ＳＡ５では、制御回路２０は、内部タイマをスタートさせた後、ＳＡ６で当該内部タイマをスタートさせてから３０秒が経過したか否かを判断し、経過したと判断すると、ＳＡ７に処理を進める。そして、ＳＡ７で、制御回路２０は、電極対２による電解を終了させた後、処理を終了させる。
【００９６】
一方、ＳＡ８では、制御回路２０は、ｐＨｃが０．１以下であるか否かを判断し、０．１以下であると判断すればＳＡ９に処理を進め、０．１を越えていると判断すればＳＡ１０に処理を進める。
【００９７】
また、ＳＡ１０では、制御回路２０は、ｐＨｃが０．５以下であるか否かを判断し、０．５以下であると判断すればＳＡ１１に処理を進め、０．５を越えていると判断すればＳＡ１２に処理を進める。
【００９８】
そして、制御回路２０は、アノード電極３とカソード電極４の間に流す電流値を、ＳＡ９では１０Ａ（アンペア）とし、ＳＡ１１では２０Ａとし、ＳＡ１２では３０Ａとした後、ＳＡ２に処理を戻す。
【００９９】
以上、図９を用いて説明した処理によると、電解槽１１における一定時間（５秒間）での被処理水のｐＨの上昇値を算出し、当該上昇値が大きいほど、被処理水における窒素酸化物の除去の度合いが低いとして、電極対２の電極間に流す電流値を大きくしている。そして、当該上昇値が、所定値（０．０１）以下である場合には、所定時間（３０秒間）だけ電解を行なって、電解を終了させている。
【０１００】
［第３の実施の形態］
以上説明した第１および第２の実施の形態として、被処理水に、除去すべき窒素化合物として主に窒素酸化物が含まれる例について説明してきた。なお、被処理水として、除去すべき窒素化合物として主にアンモニア態窒素が含まれる場合もある。また、式（１０）を用いて説明したように、電解槽１１の被処理水に塩化物イオンが含まれる場合には、アンモニア態窒素が、当該塩化物イオンから生じる次亜塩素酸と反応して、窒素ガスとして被処理水から除去することができる。そして、本実施の形態の水処理装置は、主に、アンモニア態窒素を被処理水から除去するものである。
【０１０１】
このことから、本実施の形態の水処理装置は、電解槽１１内の被処理水のｐＨに基づいて、窒素酸化物の除去反応の進行度合いを推定する第２の実施の形態に対し、アンモニア態窒素の除去反応の進行度合いを推定し、当該推定に基づいて、電極対２のアノード電極３とカソード電極４との間に流す電流値を制御するものである。
【０１０２】
なお、水処理装置の構成要素については、図６および図７を用いて説明したような、第２の実施の形態の水処理装置の構成要素と同様のものとすることができる。
【０１０３】
図１０に、水処理装置の電解反応によってアンモニア態窒素が除去される際の、電解槽１１における電解時間と被処理水のｐＨの関係の一例を示す。
【０１０４】
図１０では、電解時間が１０分程度のところで、電解槽１１におけるアンモニア態窒素の除去が終了した例が示されている。
【０１０５】
図１０から理解されるように、電解槽１１の被処理水のｐＨは、電解開始から、電解時間が長くなるにつれ一度低下し、極小値をとった後、上昇している。極小値を取るまでのｐＨの低下は、式（１０）に示したように、アンモニア態窒素が窒素として除去されることに基づく。そして、極小値を取った後のｐＨの上昇は、アンモニア態窒素の除去が終了した後、電解反応によって、式（７）に従った強アルカリ性の水酸化ナトリウムと式（５）に従った弱酸性の次亜塩素酸とが生成されることに基づく。
【０１０６】
そして、本実施の形態では、電解槽１１内の被処理水のｐＨの低下の度合いからアンモニア態窒素の除去反応の進行度合いを推定し、当該進行度合いに基づいて電極対２のアノード電極３とカソード電極４との間に流す電流値を制御するとともに、電解槽１１内の被処理水のｐＨが極小値を取ったときを、アンモニア態窒素の除去が終了したと推定して、電極対２に供給する電力を制御する。
【０１０７】
本実施の形態の制御回路２０による制御内容を、図１１のフローチャートを参照しつつ、以下に説明する。
【０１０８】
まず、制御回路２０は、ＳＢ１で、電解槽１１内の被処理水のｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨｂとして記憶する。
【０１０９】
次に、ＳＢ２で、制御回路２０は、前回（ＳＢ１またはＳＢ２で）ｐＨ値を測定してから５秒後に、ｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨａとして記憶する。
【０１１０】
そして、ＳＢ３で、制御回路２０は、ｐＨｂとｐＨａの差（ｐＨｂ−ｐＨａ）であるｐＨｃを算出した後、それまでｐＨａとして記憶していた値をｐＨｂとして記憶しなおす。なお、ここで算出されるｐＨｃは、電解槽１１における５秒間のｐＨの下降値ということになる。つまり、ｐＨｃが正の値であれば、５秒間の間にその値だけ被処理水のｐＨが低下したことを示し、ｐＨｃが負の値であれば、５秒間の間にその値だけ被処理水のｐＨが上昇したことを示す。
【０１１１】
次に、ＳＢ４で、制御回路２０は、ｐＨｃの値が負の値であるか否かを判断し、負であると判断すればＳＢ５に処理を進め、０または正であると判断すればＳＢ８に処理を進める。
【０１１２】
ＳＢ５では、制御回路２０は、内部タイマをスタートさせた後、ＳＢ６で当該内部タイマをスタートさせてから３０秒が経過したか否かを判断し、経過したと判断すると、ＳＢ７に処理を進める。そして、ＳＢ７で、制御回路２０は、電極対２による電解を終了させた後、処理を終了させる。
【０１１３】
一方、ＳＢ８では、制御回路２０は、電解槽１１における電解が開始されてから５分以内であるか否かを判断する。そして、５分以内であると判断するとＳＢ９に処理を進め、５分を経過していると判断するとＳＢ１４に処理を進める。
【０１１４】
ＳＢ９では、制御回路２０は、ｐＨｃが０．１以下であるか否かを判断し、０．１以下であると判断すればＳＢ１０に処理を進め、０．１を越えていると判断すればＳＢ１１に処理を進める。
【０１１５】
また、ＳＢ１１では、制御回路２０は、ｐＨｃが０．５以下であるか否かを判断し、０．５以下であると判断すればＳＢ１２に処理を進め、０．５を越えていると判断すればＳＢ１３に処理を進める。
【０１１６】
そして、制御回路２０は、アノード電極３とカソード電極４の間に流す電流値を、ＳＢ１０では３０Ａとし、ＳＢ１２では２０Ａとし、ＳＢ１３では１０Ａとした後、ＳＢ２に処理を戻す。
【０１１７】
一方、ＳＢ１４では、制御回路２０は、アノード電極３とカソード電極４の間に流す電流値を１０Ａとした後、ＳＢ２に処理を戻す。
【０１１８】
以上、図１１を用いて説明した処理によると、電解槽１１における一定時間（５秒間）での被処理水のｐＨの変化量ｐＨｃを算出し、ｐＨｃの値が負であれば、つまり、ｐＨが上昇していれば、アンモニア態窒素の除去が終了している（図１０に示したグラフの、電解時間１０分以降の状態である）として、さらに所定時間（３０秒間）だけ電解を行なって、電解を終了させている。
【０１１９】
また、電解槽１１における一定時間（５秒間）でのｐＨｃの値が正であれば、つまり、ｐＨが低下していれば、ｐＨが低下した値を算出し、大きく低下しているほど、被処理水における窒素酸化物の除去の度合いが低いとして（図１０に示したグラフの、電解時間１０分以前の状態であって、より電解時間が短い状態にあるとして）、電極対２の電極間に流す電流値を大きくしている。
【０１２０】
さらに、電解槽１１において、ｐＨｃが正であっても、電解開始から５分経過している場合には、電極対２の電極間に流す電流値を一定としている。
【０１２１】
［第４の実施の形態］
以上説明した第１および第２の実施の形態では、被処理水に、除去すべき窒素化合物として主に窒素酸化物が含まれる場合について説明し、第３の実施の形態では、除去すべき窒素化合物として主にアンモニア態窒素が含まれる場合について説明してきた。
【０１２２】
本実施の形態では、被処理水に、除去すべき窒素化合物として、窒素酸化物とアンモニア態窒素の両方が含まれる場合について、説明する。
【０１２３】
図１２に、本発明の水処理装置の第３の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。本実施の形態の水処理装置は、図６を用いて説明した第２の実施の形態の水処理装置に、さらに、ポンプ９５、ＯＨ型陰イオン交換樹脂２２およびＨ型陽イオン交換樹脂２３を備えさせたものである。本実施の形態の水処理装置では、電解槽１１内の被処理水は、ポンプ９５を介して、ＯＨ型陰イオン交換樹脂２２およびＨ型陽イオン交換樹脂２３に送られた後、導入口１０を介して、電解槽１１内に戻される。
【０１２４】
図１３に、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図を示す。上記したように、図１３に示された制御ブロック図においても、図７に示された制御ブロック図に対して、制御回路２０によって動作を制御されるポンプ９５が、追加されている。
【０１２５】
第３の実施の形態で述べたように、被処理水において、窒素酸化物が除去される際にはｐＨが上昇し、アンモニア態窒素が除去される際にはｐＨが低下する。
【０１２６】
つまり、被処理水のｐＨが上昇している場合には、窒素酸化物濃度の減少速度がアンモニア態窒素濃度の減少速度よりも大きくなっており、被処理水のｐＨが低下している場合には、アンモニア態窒素濃度の減少速度が窒素酸化物濃度の減少速度よりも大きくなっていると考えられる。そして、本実施の形態では、被処理水のｐＨが変化する値を一定にするように調整を行なうことにより、窒素酸化物とアンモニア態窒素を、同程度に除去しようとしている。
【０１２７】
具体的には、電解槽１１における電解反応の際、一定時間ごとに被処理水のｐＨを測定し、ｐＨが上昇した場合には、アンモニウム態窒素の除去を促進するために被処理水中の塩化物イオンの濃度を上昇させ、ｐＨが低下した場合には、窒素酸化物の除去を促進するために、塩化物イオンの濃度を低下させる。なお、塩化物イオンの濃度を低下させることにより、窒素酸化物の除去に関与する亜硝酸イオンが式（５）に従って生じた次亜塩素酸によって硝酸イオンに酸化される反応を抑制しようとしている。
【０１２８】
制御回路２０は、ポンプ９２を適宜駆動することにより、塩化物イオン供給槽８２から電解槽１１に食塩水を導入させることにより、被処理水中の塩化物イオン濃度を上昇させる。
【０１２９】
また、制御回路２０は、ポンプ９５を適宜駆動することにより、電解槽１１内の被処理水にＯＨ型陰イオン交換樹脂２２を循環させて、当該被処理水中の塩化物イオンを水酸化物イオンと交換させて、塩化物イオン濃度を低下させる。なお、本実施の形態では、被処理水中の塩化物イオンを水酸化物イオンと交換させるのと同時に、被処理水のｐＨの変化を抑えるべく、当該被処理水にＨ型陽イオン交換樹脂２３を循環させて、被処理水中のナトリウムイオンを水素イオンに交換させている。
【０１３０】
以下、本実施の形態における塩化物イオンの濃度の制御態様を、制御回路２０が実行する処理のフローチャートである図１４を参照しつつ、説明する。
【０１３１】
まず、制御回路２０は、ＳＣ１で、電解槽１１内の被処理水のｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨｂとして記憶する。
【０１３２】
次に、ＳＣ２で、制御回路２０は、前回（ＳＣ１またはＳＣ２で）ｐＨ値を測定してから５秒後に、ｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨａとして記憶する。
【０１３３】
そして、ＳＣ３で、制御回路２０は、ｐＨｂとｐＨａの差（ｐＨｂ−ｐＨａ）であるｐＨｃを算出した後、それまでｐＨａとして記憶していた値をｐＨｂとして記憶しなおす。なお、ここで算出されるｐＨｃは、電解槽１１における５秒間のｐＨの下降値ということになる。つまり、ｐＨｃが正の値であれば、５秒間にその値だけ被処理水のｐＨが低下したことを示し、ｐＨｃが負の値であれば、５秒間にその値だけ被処理水のｐＨが上昇したことを示す。
【０１３４】
次に、ＳＣ４で、制御回路２０は、ｐＨｃの値が負の値であるか否かを判断し、負であると判断すればＳＣ５に処理を進め、０または正であると判断すればＳＣ６に処理を進める。
【０１３５】
ＳＣ５では、制御回路２０は、電解槽１１内の被処理水の塩化物イオン濃度を上昇させるための上記したような処理を実行し、ＳＣ８に処理を進める。
【０１３６】
一方、ＳＣ６では、制御回路２０は、ｐＨｃが０であるか否かを判断し、０であると判断すれば、直接ＳＣ８に処理を進め、０ではないと判断すれば、ＳＣ７で電解槽１１内の被処理水の塩化物イオン濃度を低下させるための上記したような処理を実行した後、ＳＣ８に処理を進める。
【０１３７】
ＳＣ８では、制御回路２０は、電解槽１１における電解が開始されてから１５分が経過したか否かを判断する。そして、まだ経過していないと判断するとＳＣ２に処理を戻し、経過したと判断するとＳＣ９で電解を終了させて、処理を終了させる。
【０１３８】
［第５の実施の形態］
図１５に、本実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。本実施の形態の水処理装置は、図６を用いて説明した第２の実施の形態の水処理装置に、ポンプ９６、および、薬剤槽２７が追加されたものである。
【０１３９】
図１６に、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図を示す。上記したように、図１６に示された制御ブロック図においても、図７に示された制御ブロック図に、制御回路２０に駆動を制御されるポンプ９６が追加されている。
【０１４０】
本実施の形態では、薬剤槽２７は、ポンプ９６が駆動されることにより、電解槽１１に、塩化アンモニウムや硫安等の、被処理水内にアンモニウムイオンを提供する化合物を供給する。
【０１４１】
被処理水にアンモニウムイオンが供給されることにより、上記した式（１０）の反応による次亜塩素酸の消費が促進され、これにより、次亜塩素酸による亜硝酸イオンから硝酸イオンへの酸化反応（式（８）の逆反応）が抑えられ、ひいては、被処理水における窒素酸化物の除去を促進できる。
【０１４２】
本実施の形態が、除去すべき窒素化合物として窒素酸化物とアンモニア態窒素の両方が含まれる被処理水を処理する水処理装置に適用された場合、制御回路２０は、被処理水のｐＨが低下したときに電解槽１１内の被処理水にアンモニウムイオンを供給し、窒素酸化物の除去を促進することができる。
【０１４３】
なお、電解槽１１内の被処理水へのアンモニウムイオンの提供は、薬剤槽２７からなされるものに限定されない。電解槽１１へは、アンモニウムイオンを含む廃液を外部から導入することによってアンモニウムイオンを導入しても良い。このような、電解槽１１にアンモニウムイオンが導入されることにより、電解槽１１は、全窒素濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上であるような被処理水についても、処理が可能となる。たとえば、本実施の形態の水処理装置において、被処理水が、硝酸態窒素濃度が１００００ｍｇ／Ｌの硝酸ナトリウムを含む場合、アンモニウム態窒素が１００００ｍｇ／Ｌの塩化アンモニウムを添加することにより、希釈水無しの電解が可能となる。
【０１４４】
図１７に、本実施の形態の水処理装置において、全窒素濃度が１０００ｍｇ／Ｌ程度の被処理水に、上記したように当該被処理水のｐＨに応じて塩化アンモニウムを適宜添加した場合の、電解時間に対する、被処理水におけるアンモニウム態窒素濃度（ＮＨ３−Ｎ）と硝酸態窒素濃度（ＮＯ３−Ｎ）の変化の一例を示す。図１７から理解されるように、アンモニウム態窒素濃度と硝酸態窒素濃度とが、同程度に、低下している。なお、塩化アンモニウムの添加が無ければ、式（８）の逆反応のため、電解処理による硝酸イオンの除去が困難であった。
【０１４５】
［第６の実施の形態］
図１８に、本実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。本実施の形態の水処理装置は、図６を用いて説明した第２の実施の形態の水処理装置に、ポンプ９７、および、薬剤槽２８が追加されたものである。
【０１４６】
図１９に、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図を示す。上記したように、図１９に示された制御ブロック図においても、図７に示された制御ブロック図に、制御回路２０に駆動を制御されるポンプ９７が追加されている。
【０１４７】
本実施の形態では、薬剤槽２８は、ポンプ９７が駆動されることにより、電解槽１１に、被処理水内にアミド硫酸を提供する化合物を供給する。
【０１４８】
アミド硫酸は、亜硝酸イオンと、式（１６）に示すように反応する。
ＮＯ２ −＋ＮＨ２ＳＯ３Ｈ→Ｎ２↑＋ＨＳＯ４ −＋Ｈ２Ｏ （１６）
式（１６）の反応により、亜硝酸イオンは窒素ガスとして被処理水から除去される。
【０１４９】
つまり、本実施の形態が、除去すべき窒素化合物として窒素酸化物とアンモニア態窒素の両方が含まれる被処理水を処理する水処理装置に適用された場合、制御回路２０は、被処理水のｐＨが低下したときに電解槽１１内の被処理水にアミド硫酸を添加することで、窒素酸化物の除去速度を上げることができる。
【０１５０】
このようにアミド硫酸が電解槽１１内の被処理水に投入されることにより、電解槽１１は、全窒素濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以上であるような被処理水についても、処理が可能となる。
【０１５１】
たとえば、本実施の形態の水処理装置において、被処理水が、硝酸態窒素濃度が２０００ｍｇ／Ｌの硝酸ナトリウムと亜硝酸態窒素濃度が２０００ｍｇ／Ｌの亜硝酸ナトリウムとを含む場合、アミド硫酸による窒素濃度が２０００ｍｇ／Ｌとなるような量のアミド硫酸を添加することにより、電解による硝酸イオンおよび亜硝酸イオンの除去が可能となる。
【０１５２】
［第７の実施の形態］
図２０に、本実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。本実施の形態の水処理装置は、図１８および図１９を用いて説明した第６の実施の形態の水処理装置から、塩化物イオン供給槽８２とポンプ９２と水位センサ２５を削除されたものである。図２１に、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図を示す。上記したように、図２１に示された制御ブロック図は、図１９に示された制御ブロック図からポンプ９２と水位センサ２５とが削除されたものとなっている。
【０１５３】
本実施の形態では、硝酸イオンが、電極対２を用いた電極反応により式（８）に従って還元されて亜硝酸イオンとなり、当該亜硝酸イオンが、薬剤槽２８から供給されるアミド硫酸と式（１６）に従って反応する。つまり、硝酸イオンを窒素ガスとして除去するのに必要な電力は、亜硝酸イオンにするための電力のみとなる。
【０１５４】
なお、アミド硫酸の添加により、被処理水のｐＨは低下すると考えられる。一方、式（８）に示した反応は、ｐＨが高いほど、進行しやすい。したがって、本実施の形態では、まず電解槽１１内に適切な試薬を添加する等の周知の方法で、被処理水のｐＨが９〜１２に調整された後、電極対２による電解反応を実行し、そして、式（８）がある程度進行した後で、電解槽１１にアミド硫酸が添加される。本実施の形態における制御回路２０の制御内容を、当該制御回路２０が実行するフローチャートである図２２を参照して、具体的に説明する。
【０１５５】
電解槽１１内の被処理水のｐＨが９〜１２に調整された後、制御回路２０は、ＳＤ１で、電極対２による電解反応を開始させ、そして、ＳＤ２で、ｐＨセンサ２１から被処理水のｐＨを読込む。
【０１５６】
そして、制御回路２０は、ＳＤ３で、被処理水のｐＨが１０以上であるか否かを判断し、ｐＨが１０未満であると判断するとＳＤ２に処理を戻し、ｐＨが１０以上であると判断すると、ＳＤ４で、一定量のアミド硫酸を電解槽１１内に添加してＳＤ５に処理を進める。ここでの一定量とは、電解槽１１内で処理される被処理水の量や当該被処理水に含まれると考えられる硝酸イオンの濃度等に基づいて適宜決定されるものである。
【０１５７】
ＳＤ５で、制御回路２０は、ＳＤ１で電解反応を開始させてから、電解槽１１において窒素除去の処理を行なうために予め定められた所定の時間が経過したか否かを判断し、まだ当該所定の時間が経過していないと判断すればＳＤ２に処理戻す。一方、当該所定の時間が経過したと判断すれば、ＳＤ６で電解反応を停止させて、処理を終了する。
【０１５８】
以上説明した各実施の形態における水処理装置は、家庭や工場から流出されてきた廃液における窒素化合物を除去するものとして記載されてきたが、窒素酸化物等を含む雨水から窒素化合物を除去し、植物等に散水するために、利用されることもできる。
【０１５９】
今回開示された各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。また、各実施の形態は、可能な限り、単独でも互いに組合せても、実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理装置の第１の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の水処理装置の制御ブロック図である。
【図３】図１の電解槽において、電極対に通電されることにより起こると考えられる電解反応を模式的に示す図である。
【図４】図１の水処理装置における、制御回路の制御内容のフローチャートである。
【図５】図１の水処理装置における、制御回路の制御内容のフローチャートである。
【図６】本発明の水処理装置の第２の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図７】図６の水処理装置の制御ブロック図である。
【図８】図６の水処理装置の電解反応によって窒素酸化物が除去される際の、電解槽における電解時間と被処理水のｐＨの関係の一例を示す図である。
【図９】図６の水処理装置の制御回路による、ｐＨの上昇度合いに基づいた電流値の制御内容を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施の形態である水処理装置の電解反応によってアンモニア態窒素が除去される際の、電解槽における電解時間と被処理水のｐＨの関係の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態であるの水処理装置の制御回路による、被処理水のｐＨに基づいた電流値の制御内容を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の水処理装置の第４の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図１３】図１２の水処理装置の制御ブロック図である。
【図１４】図１２の水処理装置の制御回路による、被処理水内の塩化物イオンの濃度の制御態様を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第５の実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図１６】図１５の水処理装置の制御ブロック図である。
【図１７】図１５の水処理装置での、電解時間に対する、被処理水におけるアンモニウム態窒素濃度と硝酸態窒素濃度の変化の一例を示す図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図１９】図１８の水処理装置の制御ブロック図である。
【図２０】本発明の第７の実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図２１】図２０の水処理装置の制御ブロック図である。
【図２２】図２０の水処理装置の制御回路が実行する処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 処理水槽、２ 電極対、３ アノード電極、４ カソード電極、１０ 導入口、１１ 電解槽、１３，１４ 排出口、１６ 排気口、２０ 制御回路、２１ ｐＨセンサ、２２ ＯＨ型陰イオン交換樹脂、２３ Ｈ型陽イオン交換樹脂、２７，２８ 薬剤槽、２９ 直流電源、８１ 硫酸槽、８２ 塩化物イオン供給槽、９１〜９７ ポンプ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理装置に関し、特に、被処理水中の窒素化合物を除去する水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、川や湖の富栄養化の原因の一つに、窒素化合物の存在があることは周知である。
【０００３】
そして、従来から、生活排水や工場排水に対し、生物処理に代わって電解処理を行なうことにより、窒素化合物を効率良く除去するための技術が、特許文献１〜特許文献３等において開示されてきた。これらの特許文献には、電解処理において用いられる電極の材料を周期表の第Ｉｂ族または第Ｉｂ族を含む導電体とすることにより、また、被処理水にハロゲンイオンを含ませることにより、効率良く窒素酸化物を除去する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４８４７３公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２００２−２４８４７４公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２００３−５３３６５公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
なお、従来、実際に水処理装置において窒素化合物を除去する場合では、予め定められた時間だけ、電解処理が行なわれていた。このため、被処理水中の窒素化合物の濃度が変動した場合、適切な制御ができないという問題があった。つまり、被処理水における窒素化合物が、想定される濃度を越えれば、処理途中で電解処理が終了されてしまう場合があり、また、想定される濃度より低ければ、電解処理が無駄に行なわれ無駄な電力が消費される場合がある。
【０００８】
このような問題に対する解決策の一例として、水処理装置において、被処理水における窒素化合物の濃度を全窒素濃度測定器等によって検知し、当該検知出力に基づいて水処理装置における反応系を制御することが挙げられる。しかしながら、全窒素濃度測定器等のセンサは高額であるため、これにより、水処理装置の製造においてコストが上がるという新たな問題が生じてしまう。
【０００９】
また、従来から、電解反応を利用する水処理装置において、適切に反応系を制御しつつ、電源装置のコスト削減のために消費電力を抑えることが切望されていた。
【００１０】
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、窒素化合物の除去のための反応系を適切に制御でき、かつ、安価に製造できる、水処理装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の或る局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記電極対に流す電流値を制御する電流値制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の或る局面に従うと、水処理装置において、窒素化合物が除去されることによる被処理水のｐＨ変化に基づいて、電極対に流す電流値が制御される。
【００１３】
これにより、水処理装置において、全窒素濃度測定器等のような高額なセンサを用いることなく、比較的安価なｐＨ検知手段を用いることにより、窒素化合物の除去のための反応系を安価にかつ適切に制御できる。また、被処理水のｐＨ自体を一定にまたはある域内に制御することも可能となるため、被処理水を収容する収容部のｐＨ耐性も考慮して、反応系の制御を行なうことができる。
【００１４】
また、本発明の水処理装置では、前記電流値制御手段は、前記ｐＨ検知手段の検知出力におけるｐＨの変化の度合いに基づいて、前記電極対に流す電流値を制御することが好ましい。
【００１５】
これにより、処理前の被処理水に含まれる窒素化合物の量が変化しても、適切に、反応系を制御できる。
【００１６】
本発明の他の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、前記収容部に酸性の試薬を投入する酸性試薬投入手段と、前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御する投入量制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の他の局面に従うと、水処理装置において、窒素化合物が除去されることによる被処理水のｐＨ変化に基づいて、収容部に投入される酸性試薬の量が制御される。
【００１８】
これにより、水処理装置において、全窒素濃度測定器等のような高額なセンサを用いることなく、比較的安価なｐＨ検知手段を用いることにより、窒素化合物の除去のための反応系を安価にかつ適切に制御できる。
【００１９】
また、本発明の水処理装置では、前記投入量制御手段は、前記収容部内の被処理水の全窒素濃度、前記電極対において流れる電流値、および、電解時間の少なくとも１つを変数とする所定の関数の値に応じて、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御し、さらに、前記所定の関数を前記収容部内の被処理水のｐＨの変化量に応じて修正することが好ましい。
【００２０】
また、本発明の水処理装置では、前記投入量制御手段は、前記収容部内の被処理水のｐＨを５〜９に保つように、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御することが好ましい。
【００２１】
本発明のさらに他の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記収容部内の被処理水におけるアンモニア性窒素の除去反応の進行を制御する反応制御手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明のさらに他の局面に従うと、水処理装置において、アンモニア性窒素の除去反応の進行度合いに基づいた被処理水のｐＨ変化に基づいて、収容部におけるアンモニア性窒素の除去反応の進行が制御される。
【００２３】
これにより、水処理装置において、全窒素濃度測定器等のような高額なセンサを用いることなく、比較的安価なｐＨ検知手段を用いることにより、窒素化合物の除去のための反応系を安価にかつ適切に制御できる。
【００２４】
また、本発明の水処理装置では、前記反応制御手段は、前記収容部内の塩化物イオンの量を調整することにより、前記収容部内の被処理水におけるアンモニア性窒素の除去反応の進行を制御することが好ましい。
【００２５】
本発明の別の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記収容部内の被処理水における窒素酸化物の除去反応の進行を制御する反応制御手段とを含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明の別の局面に従うと、水処理装置において、窒素酸化物の除去反応の進行度合いに基づいた被処理水のｐＨ変化に基づいて、収容部における窒素酸化物の除去反応の進行が制御される。
【００２７】
これにより、水処理装置において、全窒素濃度測定器等のような高額なセンサを用いることなく、比較的安価なｐＨ検知手段を用いることにより、窒素化合物の除去のための反応系を安価にかつ適切に制御できる。
【００２８】
また、本発明の水処理装置では、前記反応制御手段は、前記収容部内のアンモニウムイオンの量を調整することにより、前記収容部内の被処理水における窒素酸化物の除去反応の進行を制御することが好ましい。
【００２９】
また、本発明の水処理装置では、前記反応制御手段は、前記収容部内に、塩化アンモニウムを供給することにより、前記収容部内のアンモニウムイオンの量を調整することが好ましい。
【００３０】
これにより、塩化アンモニウムの塩化物イオンを後続する反応に利用することができるため、添加すべき塩化物の量を抑えることができる。
【００３１】
また、本発明の水処理装置では、前記反応制御手段は、前記収容部内に、アミド硫酸を添加することにより、前記収容部内の被処理水における窒素酸化物の除去反応の進行を制御することが好ましい。
【００３２】
また、本発明の水処理装置では、前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記収容部内での窒素化合物の除去のための前記電極対による電解反応の終了時期を決定する終了時期決定手段をさらに含むことが好ましい。
【００３３】
これにより、電極対による電解反応のための電力が無駄に消費されることを回避できる。
【００３４】
本発明のさらに別の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部内にアミド硫酸を添加するための薬剤槽と、前記収容部内の硝酸性窒素が亜硝酸性窒素に還元された後に、前記薬剤槽から前記収容部内にアミド硫酸を添加する制御手段とを含むことを特徴とする。
【００３５】
本発明のさらに別の局面に従うと、水処理装置において、硝酸性窒素を亜硝酸性窒素に還元させた後、当該亜硝酸性窒素を、電気化学的手法ではなく、アミド硫酸により、窒素ガスへと変化させる。つまり、硝酸性窒素を、電気的手法のみで窒素ガスへと変化させるよりも少ない電力で、窒素ガスへと変化させることができる。なお、アミド硫酸が硝酸性窒素を亜硝酸性窒素に還元させた後に添加されることにより、アミド硫酸の添加によるｐＨの低下が硝酸性窒素の亜硝酸性窒素への電気化学的な還元を妨げることを回避できる。
【００３６】
これにより、水処理装置における反応系を安価にかつ適切に制御できる。なお、必要とされる電力を抑えることができるため、必要とされる電源のパワーを抑えることができ、水処理装置のコンパクト化も可能となる。
【００３７】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段をさらに含み、前記制御手段は、前記収容部内のｐＨが所定の値以上となったことを条件として、前記薬剤槽に、前記収容部内にアミド硫酸を添加させることが好ましい。
【００３８】
これにより、確実に、アミド硫酸の添加によるｐＨの低下が硝酸性窒素の亜硝酸性窒素への電気化学的な還元を妨げることを回避できる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【００４０】
［第１の実施の形態］
１． 窒素除去装置の概要
図１に、本発明の水処理装置の第１の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。
【００４１】
水処理システムは、家庭や工場から流出されてきた廃液を収容する廃液タンク１００と、廃液タンク１００内の廃液（被処理水）を処理する水処理装置とを含む。
【００４２】
水処理装置において、処理水槽１内には、電解槽１１が設置されている。電解槽１１には、導入口１０が形成されている。電解槽１１には、ポンプ９１および導入口１０を介して、廃液タンク１００から被処理水が導入される。
【００４３】
電解槽１１内の被処理水には、電極対２が浸されている。
また、電解槽１１には、硫酸槽８１から、ポンプ９４および導入口１０を介して希硫酸が導入され、かつ、塩化物イオン供給槽８２から、ポンプ９２および導入口１０を介して食塩水が導入される。
【００４４】
また、電解槽１１内の被処理水は、排出口１３、ポンプ９３、および、電動弁８３を介して、ｐＨセンサ２１に送られる。
【００４５】
また、電解槽１１内の被処理水は、排出口１４に設けられた弁を適宜開閉されることにより、次の処理施設等に排出される。
【００４６】
また、電解槽１１内で発生した気体は、ブロアモータ９８が駆動されることにより、排気口１６を介して、電解槽１１外へ送られる。
【００４７】
また、電解槽１１内および塩化物イオン供給槽８２内には、それぞれ水位センサ２４，２５が設置されており、各槽内の水量が管理されるようになっている。
【００４８】
なお、電解槽１１内では、後述するように、塩素が発生する。このため、電解槽１１は、ポリ塩化ビニルや強化ガラス繊維等の、塩素に対する化学的耐性を備えた材料からなることが好ましい。
【００４９】
図２は、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図である。
水処理装置には、マイクロコンピュータを備え、当該水処理装置全体の動作を制御する制御回路２０が備えられている。
【００５０】
制御回路２０には、ｐＨセンサ２１、および、水位センサ２４，２５からの検知出力が入力される。そして、制御回路２０は、これらの検知出力に基づいて、電極対２に電力を供給する直流電源２９、ポンプ９１〜９４、ブロアモータ９８、および、電動弁８３の動作を制御する。
【００５１】
２． 電解槽における化学反応
図３に、電解槽１１において、電極対２に通電されることにより起こると考えられる電解反応を模式的に示す。なお、電極対２は、アノード電極３とカソード電極４とを含むこととする。
【００５２】
図３を参照して、電解槽１１内の被処理水中では、食塩水（塩化ナトリウム）を添加されることにより、以下の式（１），（２）の平衡が成り立っている。
【００５３】
Ｈ２Ｏ ⇔ Ｈ＋＋ＯＨ− （１）
ＮａＣｌ ⇔ Ｎａ＋＋Ｃｌ− （２）
また、アノード電極３近傍では、式（３）〜（５）に示すように、水の電気分解により酸素ガスが発生し、塩化物イオンは塩素ガスとなり、塩素ガスの一部は水和して次亜塩素酸となる。
【００５４】
２Ｈ２Ｏ ⇔ Ｏ２↑＋４Ｈ＋＋４ｅ− （３）
２Ｃｌ− ⇔ Ｃｌ２↑＋２ｅ− （４）
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ ⇔ Ｈ＋＋Ｃｌ−＋ＨＣｌＯ （５）
そして、カソード電極４近傍では、式（６），（７）に示すように、水の電気分解により水素ガスが発生し、アノード電極３で生じたナトリウムイオンが水酸化物イオンと反応して水酸化ナトリウムが生成される。
【００５５】
２Ｈ２Ｏ＋２ｅ− ⇔ Ｈ２↑＋２ＯＨ− （６）
Ｎａ＋＋ＯＨ− ⇔ ＮａＯＨ （７）
これにより、カソード電極４近傍では、水酸化ナトリウムが生成されて、被処理水がアルカリ性となる。
【００５６】
そして、電解槽１１内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、カソード電極４表面で、亜硝酸イオンを経て（式（８）参照）、アンモニアに還元される（式（９）参照）。
【００５７】
ＮＯ３ −＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ− ⇔ ＮＯ２ −＋２ＯＨ− （８）
ＮＯ２ −＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ− ⇔ ＮＨ３＋７ＯＨ− （９）
そして、上記の式（５）に従って生じた次亜塩素酸と、上記の式（９）に従って生じたアンモニアとが、次に示す式（１０）に従って反応することにより、窒素ガスが生じる。
【００５８】
２／３ＮＨ３＋ＨＣｌＯ → １／３Ｎ２↑＋ＨＣｌ＋Ｈ２Ｏ （１０）
なお、上記したような一連の電解反応において、早期に塩化物イオンが電解槽１１内に存在すると、上記の式（８）に従って生じた亜硝酸イオンが、上記の式（５）に従って生じた次亜塩素酸によって硝酸イオンに酸化されてしまう。つまり、上記の式（８）の逆反応が起こってしまう。
【００５９】
このため、本実施の形態では、電解槽１１への塩化物イオンを提供する化合物（塩化ナトリウム）の投入は、電解開始から所定時間経過後とされている。また、このように塩化物イオンを提供する化合物の投入を遅らせることは、特に、電解槽１１に導入された被処理水中にクロム、鉛、モリブデン、バナジウム等の、次亜塩素酸に容易に酸化されて酸化物を形成する元素が含まれるときに有効である。このような元素の次亜塩素酸による酸化は、上記の式（１０）のアンモニアの次亜塩素酸による酸化よりも反応速度がかなり速いため、上記の式（８）で生じた亜硝酸イオンが、上記の式（８）〜（１０）の律速反応である式（９）で消費される前に、式（８）の逆反応で硝酸イオンへと酸化されるためである。さらに、このような元素の酸化物はカソード電極４上で還元されるために、当該元素の酸化還元が電解槽１１内でサイクリックで起こり、処理水中の当該元素が微量であっても次亜塩素酸は当該元素によって消費されるためである。
【００６０】
３． 被処理水のｐＨ制御
上記した式（１）〜（１０）の化学反応に従って、電解槽１１内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、亜硝酸イオン、アンモニアを順に経て窒素ガスへと変換される。なお、上記の化学反応に従うと、水酸化ナトリウムが生じるため、被処理水はアルカリ性になる。本実施の形態では、制御回路２０は、ｐＨセンサ２１により被処理水のｐＨを検知し、被処理水のｐＨを５〜９に保つように、硫酸槽８１内の希硫酸を電解槽１１へと添加する制御を実行している。
【００６１】
具体的には、制御回路２０は、希硫酸の添加量Ｑを、被処理水のｐＨが制御目標の下限ＰＨ１（たとえばｐＨ５）よりも低い場合には「０」とし、ＰＨ１と制御目標の上限ＰＨ２（たとえばｐＨ９）との間にある場合には「Ｑ０（ｐＨ−ＰＨ１）／（ＰＨ２−ＰＨ１）」とし、ＰＨ２を上回る場合には「Ｑ０」としている。Ｑ０は、本実施の形態の硫酸槽８１における単位時間あたりの希硫酸の最大添加量である。
【００６２】
なお、電解槽１１において発生する水酸化ナトリウムの量は、電極対２のアノード電極３とカソード電極４との間に流れる電流値ｉ、電解時間Ｔ、および、被処理水内の残留窒素濃度Ｎに依存する。このため、制御回路２０は、電解槽１１への希硫酸の単位時間あたりの投入量を投入量Ｑと定義し、上記した電流値ｉ，電解時間Ｔ，および，残留窒素濃度Ｎの関数をＬ（ｉ，Ｔ，Ｎ）として、式（１１）のように、投入量Ｑを管理している。なお、式（１１）中の△ｐＨ／△ｔは、単位時間あたりのｐＨの変化量を示している。
【００６３】
△ｐＨ／△ｔ＝−Ｌ（ｉ，Ｔ，Ｎ）×Ｑ （１１）
そして、被処理水のｐＨが、ＰＨ１よりも低い場合には、Ｑ＝０とされ、式（１１）は、式（１２）のように扱われる。
【００６４】
△ｐＨ／△ｔ＝０ （１２）
また、被処理水のｐＨが、ＰＨ１とＰＨ２の間にある場合には、式（１１）は、式（１３）のように扱われる。なお、式（１３）中のｐＨは、被処理水のｐＨの実測値を示し、Ｋは、希硫酸の投入量を調整するための係数（０≦Ｋ≦１）を示している。
【００６５】
【００６６】
△ｐＨ／△ｔ＝−Ｌ（ｉ，Ｔ，Ｎ）×ＫＱ０ （１４）
このようなＫを用いた具体的な制御内容を、図４および図５に示したフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。
【００６７】
制御回路２０は、電極対２による電解開始時には、ステップＳ１（以下、ステップを省略する）で、上記のＫの値を初期値の１に設定して、Ｓ２に処理を進める。
【００６８】
Ｓ２で、制御回路２０は、ｐＨセンサ２１を用いて被処理水のｐＨを測定し、処理をＳ３に進める。
【００６９】
Ｓ３で、制御回路２０は、Ｓ２で測定したｐＨ値が上記のＰＨ１未満であるかを判断し、ＰＨ１未満であればＳ６へ、そうでなければＳ４へ、処理を進める。
【００７０】
Ｓ４で、制御回路２０は、Ｓ２で測定したｐＨ値が上記のＰＨ１以上ＰＨ２以下であるかを判断し、その範囲にｐＨ値があればＳ７へ、そうでなければＳ５へ、処理を進める。
【００７１】
Ｓ５で、制御回路２０は、Ｓ２で測定したｐＨ値が上記のＰＨ２を越えているかどうかを判断する。Ｓ５の処理は、ｐＨ値がＰＨ２を越えている場合に実行されるため、ここから、処理はＳ８へ進められる。
【００７２】
Ｓ６では、制御回路２０は、希硫酸の単位時間あたりの基準投入量Ｑｋを０として処理をＳ９に進める。
【００７３】
Ｓ７では、制御回路２０は、上記の基準投入量ＱｋをＱ０（ｐＨ−ＰＨ１）／（ＰＨ２−ＰＨ１）として処理をＳ９に進める。
【００７４】
Ｓ８では、制御回路２０は、上記の基準投入量ＱｋをＱ０として処理をＳ９に進める。
【００７５】
Ｓ９では、制御回路２０は、ＱｋのＫとの積を投入量として、実際に電解槽１１への希硫酸を投入する。
【００７６】
次に、制御回路２０は、Ｓ１０で、電解槽１１内の被処理水の、単位時間あたりのｐＨの変化量（△ｐＨ／△ｔ）を測定する。
【００７７】
次に、制御回路２０は、Ｓ１１で、次の式（１５）の△ｐＨ／△ｔに直前で測定した値を代入することにより、関数Ｌ（ｉ，Ｔ，Ｎ）の補正を行なう。
【００７８】
△ｐＨ／△ｔ＝−Ｌ（ｉ，Ｔ，Ｎ）×Ｋ×Ｑｋ （１５）
そして、制御回路２０は、Ｓ１２で、式（１５）の△ｐＨ／△ｔに「△ｐＨ／△ｔ」の目標値を代入することにより、Ｋの補正値を算出する。
【００７９】
そして、再度、その時点での被処理水のｐＨ値を判断し、ＰＨ１未満であれば（Ｓ１３でＹＥＳ判断時）、Ｓ１６で、Ｑｋ＝０を新しい基準投入量とする。また、その時点での被処理水のｐＨ値が、ＰＨ１以上ＰＨ２以下であれば（Ｓ１４でＹＥＳ判断時）、Ｓ１７で、Ｑｋ＝Ｑ０（ｐＨ−ＰＨ１）／（ＰＨ２−ＰＨ１）を新しい基準投入量とする。また、その時点での被処理水のｐＨ値がＰＨ２を越えていれば（Ｓ１５でＹＥＳ判断時）、Ｓ１８で、Ｑｋ＝Ｑ０を新しい基準投入量とする。
【００８０】
そして、Ｓ１９で、制御回路２０は、直前のＳ１２で補正したＫとＱｋの積で決定される値を投入量として、電解槽１１に希硫酸の投入を行なう。
【００８１】
そして、制御回路２０は、Ｓ２０で、Ｑｋを最も直前に実行したＳ１６〜１８のいずれかで決定したものに更新して記憶し、Ｓ２１で、Ｋを最も直前に実行したＳ１２で補正したものに更新して記憶し、Ｓ２２で、電解槽１１における電解を終了すべきか否かを判断する。通常、電解槽１１における電解は、予め定められた時間だけ実行するよう制御される。そして、制御回路２０は、電解槽１１における電解が終了するまで、Ｓ１０〜Ｓ２２までの処理を繰返す。
【００８２】
以上、図４および図５を参照して説明した制御内容によると、被処理水の実際のｐＨ値に基づき、当該被処理水のｐＨがＰＨ１〜ＰＨ２の範囲に収まるように、希硫酸の添加量が決定されるため、被処理水のｐＨ値が極端に高くまたは低くなることを回避できる。これにより、被処理水を収容する電解槽１１を構成する素材のｐＨ耐性についての条件の緩和が可能となる。
【００８３】
［第２の実施の形態］
本実施の形態の水処理装置は、電解槽１１内の被処理水のｐＨを所定範囲に抑えようと調整する第１の実施の形態に対し、電解槽１１内の被処理水のｐＨに基づいて、窒素化合物の除去反応の進行度合いを推定し、当該推定に基づいて、電極対２のアノード電極３とカソード電極４との間に流す電流値を制御するものである。
【００８４】
図６に、本実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。本実施の形態の水処理装置は、第１の実施の形態の水処理装置から、硫酸槽８１およびポンプ９４を省略したものとなっている。
【００８５】
図７に、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図を示す。上記したように、図７に示された制御ブロック図においても、図２に示された制御ブロック図からポンプ９４が省略されている。
【００８６】
図８に、水処理装置の電解反応によって窒素酸化物（硝酸イオンおよび亜硝酸イオン）が除去される際の、電解槽１１における電解時間と被処理水のｐＨの関係の一例を示す。
【００８７】
図８では、電解時間が１５分程度のところで、電解槽１１における窒素酸化物の除去が終了した例が示されている。そして、図８から理解されるように、電解槽１１の被処理水のｐＨは、電解時間が長くなるにつれ高くなっている。これは、第１の実施の形態において述べたように、電解反応の進行に伴って水酸化ナトリウムが生成されるためである。
【００８８】
また、図８から理解されるように、ｐＨの上昇度合いは、窒素酸化物の除去の終了に近づくにつれ、緩やかになっている。
【００８９】
そして、本実施の形態では、ｐＨの上昇度合いを調べ、当該上昇度合いから窒素酸化物の除去反応の進行度合いを推定し、当該進行度合いに基づいて電極対２のアノード電極３とカソード電極４との間に流す電流値を制御する。
【００９０】
制御回路２０による、ｐＨの上昇度合いに基づいた電流値の制御内容を、図９のフローチャートを参照しつつ、以下に説明する。
【００９１】
まず、制御回路２０は、ＳＡ１で、電解槽１１内の被処理水のｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨｂとして記憶する。
【００９２】
次に、ＳＡ２で、制御回路２０は、前回（ＳＡ１またはＳＡ２で）ｐＨ値を測定してから５秒後に、ｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨａとして記憶する。
【００９３】
そして、ＳＡ３で、制御回路２０は、ｐＨａとｐＨｂの差（ｐＨａ−ｐＨｂ）であるｐＨｃを算出した後、それまでｐＨａとして記憶していた値をｐＨｂとして記憶しなおす。なお、ここで算出されるｐＨｃは、電解槽１１における５秒間のｐＨの上昇値ということになる。
【００９４】
次に、ＳＡ４で、制御回路２０は、ｐＨｃの値が０．０１以下であるか否かを判断し、０．０１以下であると判断すればＳＡ５に処理を進め、０．０１を越えていると判断すればＳＡ８に処理を進める。
【００９５】
ＳＡ５では、制御回路２０は、内部タイマをスタートさせた後、ＳＡ６で当該内部タイマをスタートさせてから３０秒が経過したか否かを判断し、経過したと判断すると、ＳＡ７に処理を進める。そして、ＳＡ７で、制御回路２０は、電極対２による電解を終了させた後、処理を終了させる。
【００９６】
一方、ＳＡ８では、制御回路２０は、ｐＨｃが０．１以下であるか否かを判断し、０．１以下であると判断すればＳＡ９に処理を進め、０．１を越えていると判断すればＳＡ１０に処理を進める。
【００９７】
また、ＳＡ１０では、制御回路２０は、ｐＨｃが０．５以下であるか否かを判断し、０．５以下であると判断すればＳＡ１１に処理を進め、０．５を越えていると判断すればＳＡ１２に処理を進める。
【００９８】
そして、制御回路２０は、アノード電極３とカソード電極４の間に流す電流値を、ＳＡ９では１０Ａ（アンペア）とし、ＳＡ１１では２０Ａとし、ＳＡ１２では３０Ａとした後、ＳＡ２に処理を戻す。
【００９９】
以上、図９を用いて説明した処理によると、電解槽１１における一定時間（５秒間）での被処理水のｐＨの上昇値を算出し、当該上昇値が大きいほど、被処理水における窒素酸化物の除去の度合いが低いとして、電極対２の電極間に流す電流値を大きくしている。そして、当該上昇値が、所定値（０．０１）以下である場合には、所定時間（３０秒間）だけ電解を行なって、電解を終了させている。
【０１００】
［第３の実施の形態］
以上説明した第１および第２の実施の形態として、被処理水に、除去すべき窒素化合物として主に窒素酸化物が含まれる例について説明してきた。なお、被処理水として、除去すべき窒素化合物として主にアンモニア態窒素が含まれる場合もある。また、式（１０）を用いて説明したように、電解槽１１の被処理水に塩化物イオンが含まれる場合には、アンモニア態窒素が、当該塩化物イオンから生じる次亜塩素酸と反応して、窒素ガスとして被処理水から除去することができる。そして、本実施の形態の水処理装置は、主に、アンモニア態窒素を被処理水から除去するものである。
【０１０１】
このことから、本実施の形態の水処理装置は、電解槽１１内の被処理水のｐＨに基づいて、窒素酸化物の除去反応の進行度合いを推定する第２の実施の形態に対し、アンモニア態窒素の除去反応の進行度合いを推定し、当該推定に基づいて、電極対２のアノード電極３とカソード電極４との間に流す電流値を制御するものである。
【０１０２】
なお、水処理装置の構成要素については、図６および図７を用いて説明したような、第２の実施の形態の水処理装置の構成要素と同様のものとすることができる。
【０１０３】
図１０に、水処理装置の電解反応によってアンモニア態窒素が除去される際の、電解槽１１における電解時間と被処理水のｐＨの関係の一例を示す。
【０１０４】
図１０では、電解時間が１０分程度のところで、電解槽１１におけるアンモニア態窒素の除去が終了した例が示されている。
【０１０５】
図１０から理解されるように、電解槽１１の被処理水のｐＨは、電解開始から、電解時間が長くなるにつれ一度低下し、極小値をとった後、上昇している。極小値を取るまでのｐＨの低下は、式（１０）に示したように、アンモニア態窒素が窒素として除去されることに基づく。そして、極小値を取った後のｐＨの上昇は、アンモニア態窒素の除去が終了した後、電解反応によって、式（７）に従った強アルカリ性の水酸化ナトリウムと式（５）に従った弱酸性の次亜塩素酸とが生成されることに基づく。
【０１０６】
そして、本実施の形態では、電解槽１１内の被処理水のｐＨの低下の度合いからアンモニア態窒素の除去反応の進行度合いを推定し、当該進行度合いに基づいて電極対２のアノード電極３とカソード電極４との間に流す電流値を制御するとともに、電解槽１１内の被処理水のｐＨが極小値を取ったときを、アンモニア態窒素の除去が終了したと推定して、電極対２に供給する電力を制御する。
【０１０７】
本実施の形態の制御回路２０による制御内容を、図１１のフローチャートを参照しつつ、以下に説明する。
【０１０８】
まず、制御回路２０は、ＳＢ１で、電解槽１１内の被処理水のｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨｂとして記憶する。
【０１０９】
次に、ＳＢ２で、制御回路２０は、前回（ＳＢ１またはＳＢ２で）ｐＨ値を測定してから５秒後に、ｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨａとして記憶する。
【０１１０】
そして、ＳＢ３で、制御回路２０は、ｐＨｂとｐＨａの差（ｐＨｂ−ｐＨａ）であるｐＨｃを算出した後、それまでｐＨａとして記憶していた値をｐＨｂとして記憶しなおす。なお、ここで算出されるｐＨｃは、電解槽１１における５秒間のｐＨの下降値ということになる。つまり、ｐＨｃが正の値であれば、５秒間の間にその値だけ被処理水のｐＨが低下したことを示し、ｐＨｃが負の値であれば、５秒間の間にその値だけ被処理水のｐＨが上昇したことを示す。
【０１１１】
次に、ＳＢ４で、制御回路２０は、ｐＨｃの値が負の値であるか否かを判断し、負であると判断すればＳＢ５に処理を進め、０または正であると判断すればＳＢ８に処理を進める。
【０１１２】
ＳＢ５では、制御回路２０は、内部タイマをスタートさせた後、ＳＢ６で当該内部タイマをスタートさせてから３０秒が経過したか否かを判断し、経過したと判断すると、ＳＢ７に処理を進める。そして、ＳＢ７で、制御回路２０は、電極対２による電解を終了させた後、処理を終了させる。
【０１１３】
一方、ＳＢ８では、制御回路２０は、電解槽１１における電解が開始されてから５分以内であるか否かを判断する。そして、５分以内であると判断するとＳＢ９に処理を進め、５分を経過していると判断するとＳＢ１４に処理を進める。
【０１１４】
ＳＢ９では、制御回路２０は、ｐＨｃが０．１以下であるか否かを判断し、０．１以下であると判断すればＳＢ１０に処理を進め、０．１を越えていると判断すればＳＢ１１に処理を進める。
【０１１５】
また、ＳＢ１１では、制御回路２０は、ｐＨｃが０．５以下であるか否かを判断し、０．５以下であると判断すればＳＢ１２に処理を進め、０．５を越えていると判断すればＳＢ１３に処理を進める。
【０１１６】
そして、制御回路２０は、アノード電極３とカソード電極４の間に流す電流値を、ＳＢ１０では３０Ａとし、ＳＢ１２では２０Ａとし、ＳＢ１３では１０Ａとした後、ＳＢ２に処理を戻す。
【０１１７】
一方、ＳＢ１４では、制御回路２０は、アノード電極３とカソード電極４の間に流す電流値を１０Ａとした後、ＳＢ２に処理を戻す。
【０１１８】
以上、図１１を用いて説明した処理によると、電解槽１１における一定時間（５秒間）での被処理水のｐＨの変化量ｐＨｃを算出し、ｐＨｃの値が負であれば、つまり、ｐＨが上昇していれば、アンモニア態窒素の除去が終了している（図１０に示したグラフの、電解時間１０分以降の状態である）として、さらに所定時間（３０秒間）だけ電解を行なって、電解を終了させている。
【０１１９】
また、電解槽１１における一定時間（５秒間）でのｐＨｃの値が正であれば、つまり、ｐＨが低下していれば、ｐＨが低下した値を算出し、大きく低下しているほど、被処理水における窒素酸化物の除去の度合いが低いとして（図１０に示したグラフの、電解時間１０分以前の状態であって、より電解時間が短い状態にあるとして）、電極対２の電極間に流す電流値を大きくしている。
【０１２０】
さらに、電解槽１１において、ｐＨｃが正であっても、電解開始から５分経過している場合には、電極対２の電極間に流す電流値を一定としている。
【０１２１】
［第４の実施の形態］
以上説明した第１および第２の実施の形態では、被処理水に、除去すべき窒素化合物として主に窒素酸化物が含まれる場合について説明し、第３の実施の形態では、除去すべき窒素化合物として主にアンモニア態窒素が含まれる場合について説明してきた。
【０１２２】
本実施の形態では、被処理水に、除去すべき窒素化合物として、窒素酸化物とアンモニア態窒素の両方が含まれる場合について、説明する。
【０１２３】
図１２に、本発明の水処理装置の第３の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。本実施の形態の水処理装置は、図６を用いて説明した第２の実施の形態の水処理装置に、さらに、ポンプ９５、ＯＨ型陰イオン交換樹脂２２およびＨ型陽イオン交換樹脂２３を備えさせたものである。本実施の形態の水処理装置では、電解槽１１内の被処理水は、ポンプ９５を介して、ＯＨ型陰イオン交換樹脂２２およびＨ型陽イオン交換樹脂２３に送られた後、導入口１０を介して、電解槽１１内に戻される。
【０１２４】
図１３に、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図を示す。上記したように、図１３に示された制御ブロック図においても、図７に示された制御ブロック図に対して、制御回路２０によって動作を制御されるポンプ９５が、追加されている。
【０１２５】
第３の実施の形態で述べたように、被処理水において、窒素酸化物が除去される際にはｐＨが上昇し、アンモニア態窒素が除去される際にはｐＨが低下する。
【０１２６】
つまり、被処理水のｐＨが上昇している場合には、窒素酸化物濃度の減少速度がアンモニア態窒素濃度の減少速度よりも大きくなっており、被処理水のｐＨが低下している場合には、アンモニア態窒素濃度の減少速度が窒素酸化物濃度の減少速度よりも大きくなっていると考えられる。そして、本実施の形態では、被処理水のｐＨが変化する値を一定にするように調整を行なうことにより、窒素酸化物とアンモニア態窒素を、同程度に除去しようとしている。
【０１２７】
具体的には、電解槽１１における電解反応の際、一定時間ごとに被処理水のｐＨを測定し、ｐＨが上昇した場合には、アンモニウム態窒素の除去を促進するために被処理水中の塩化物イオンの濃度を上昇させ、ｐＨが低下した場合には、窒素酸化物の除去を促進するために、塩化物イオンの濃度を低下させる。なお、塩化物イオンの濃度を低下させることにより、窒素酸化物の除去に関与する亜硝酸イオンが式（５）に従って生じた次亜塩素酸によって硝酸イオンに酸化される反応を抑制しようとしている。
【０１２８】
制御回路２０は、ポンプ９２を適宜駆動することにより、塩化物イオン供給槽８２から電解槽１１に食塩水を導入させることにより、被処理水中の塩化物イオン濃度を上昇させる。
【０１２９】
また、制御回路２０は、ポンプ９５を適宜駆動することにより、電解槽１１内の被処理水にＯＨ型陰イオン交換樹脂２２を循環させて、当該被処理水中の塩化物イオンを水酸化物イオンと交換させて、塩化物イオン濃度を低下させる。なお、本実施の形態では、被処理水中の塩化物イオンを水酸化物イオンと交換させるのと同時に、被処理水のｐＨの変化を抑えるべく、当該被処理水にＨ型陽イオン交換樹脂２３を循環させて、被処理水中のナトリウムイオンを水素イオンに交換させている。
【０１３０】
以下、本実施の形態における塩化物イオンの濃度の制御態様を、制御回路２０が実行する処理のフローチャートである図１４を参照しつつ、説明する。
【０１３１】
まず、制御回路２０は、ＳＣ１で、電解槽１１内の被処理水のｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨｂとして記憶する。
【０１３２】
次に、ＳＣ２で、制御回路２０は、前回（ＳＣ１またはＳＣ２で）ｐＨ値を測定してから５秒後に、ｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨａとして記憶する。
【０１３３】
そして、ＳＣ３で、制御回路２０は、ｐＨｂとｐＨａの差（ｐＨｂ−ｐＨａ）であるｐＨｃを算出した後、それまでｐＨａとして記憶していた値をｐＨｂとして記憶しなおす。なお、ここで算出されるｐＨｃは、電解槽１１における５秒間のｐＨの下降値ということになる。つまり、ｐＨｃが正の値であれば、５秒間にその値だけ被処理水のｐＨが低下したことを示し、ｐＨｃが負の値であれば、５秒間にその値だけ被処理水のｐＨが上昇したことを示す。
【０１３４】
次に、ＳＣ４で、制御回路２０は、ｐＨｃの値が負の値であるか否かを判断し、負であると判断すればＳＣ５に処理を進め、０または正であると判断すればＳＣ６に処理を進める。
【０１３５】
ＳＣ５では、制御回路２０は、電解槽１１内の被処理水の塩化物イオン濃度を上昇させるための上記したような処理を実行し、ＳＣ８に処理を進める。
【０１３６】
一方、ＳＣ６では、制御回路２０は、ｐＨｃが０であるか否かを判断し、０であると判断すれば、直接ＳＣ８に処理を進め、０ではないと判断すれば、ＳＣ７で電解槽１１内の被処理水の塩化物イオン濃度を低下させるための上記したような処理を実行した後、ＳＣ８に処理を進める。
【０１３７】
ＳＣ８では、制御回路２０は、電解槽１１における電解が開始されてから１５分が経過したか否かを判断する。そして、まだ経過していないと判断するとＳＣ２に処理を戻し、経過したと判断するとＳＣ９で電解を終了させて、処理を終了させる。
【０１３８】
［第５の実施の形態］
図１５に、本実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。本実施の形態の水処理装置は、図６を用いて説明した第２の実施の形態の水処理装置に、ポンプ９６、および、薬剤槽２７が追加されたものである。
【０１３９】
図１６に、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図を示す。上記したように、図１６に示された制御ブロック図においても、図７に示された制御ブロック図に、制御回路２０に駆動を制御されるポンプ９６が追加されている。
【０１４０】
本実施の形態では、薬剤槽２７は、ポンプ９６が駆動されることにより、電解槽１１に、塩化アンモニウムや硫安等の、被処理水内にアンモニウムイオンを提供する化合物を供給する。
【０１４１】
被処理水にアンモニウムイオンが供給されることにより、上記した式（１０）の反応による次亜塩素酸の消費が促進され、これにより、次亜塩素酸による亜硝酸イオンから硝酸イオンへの酸化反応（式（８）の逆反応）が抑えられ、ひいては、被処理水における窒素酸化物の除去を促進できる。
【０１４２】
本実施の形態が、除去すべき窒素化合物として窒素酸化物とアンモニア態窒素の両方が含まれる被処理水を処理する水処理装置に適用された場合、制御回路２０は、被処理水のｐＨが低下したときに電解槽１１内の被処理水にアンモニウムイオンを供給し、窒素酸化物の除去を促進することができる。
【０１４３】
なお、電解槽１１内の被処理水へのアンモニウムイオンの提供は、薬剤槽２７からなされるものに限定されない。電解槽１１へは、アンモニウムイオンを含む廃液を外部から導入することによってアンモニウムイオンを導入しても良い。このような、電解槽１１にアンモニウムイオンが導入されることにより、電解槽１１は、全窒素濃度が１０００ｍｇ／Ｌ以上であるような被処理水についても、処理が可能となる。たとえば、本実施の形態の水処理装置において、被処理水が、硝酸態窒素濃度が１００００ｍｇ／Ｌの硝酸ナトリウムを含む場合、アンモニウム態窒素が１００００ｍｇ／Ｌの塩化アンモニウムを添加することにより、希釈水無しの電解が可能となる。
【０１４４】
図１７に、本実施の形態の水処理装置において、全窒素濃度が１０００ｍｇ／Ｌ程度の被処理水に、上記したように当該被処理水のｐＨに応じて塩化アンモニウムを適宜添加した場合の、電解時間に対する、被処理水におけるアンモニウム態窒素濃度（ＮＨ３−Ｎ）と硝酸態窒素濃度（ＮＯ３−Ｎ）の変化の一例を示す。図１７から理解されるように、アンモニウム態窒素濃度と硝酸態窒素濃度とが、同程度に、低下している。なお、塩化アンモニウムの添加が無ければ、式（８）の逆反応のため、電解処理による硝酸イオンの除去が困難であった。
【０１４５】
［第６の実施の形態］
図１８に、本実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。本実施の形態の水処理装置は、図６を用いて説明した第２の実施の形態の水処理装置に、ポンプ９７、および、薬剤槽２８が追加されたものである。
【０１４６】
図１９に、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図を示す。上記したように、図１９に示された制御ブロック図においても、図７に示された制御ブロック図に、制御回路２０に駆動を制御されるポンプ９７が追加されている。
【０１４７】
本実施の形態では、薬剤槽２８は、ポンプ９７が駆動されることにより、電解槽１１に、被処理水内にアミド硫酸を提供する化合物を供給する。
【０１４８】
アミド硫酸は、亜硝酸イオンと、式（１６）に示すように反応する。
ＮＯ２ −＋ＮＨ２ＳＯ３Ｈ→Ｎ２↑＋ＨＳＯ４ −＋Ｈ２Ｏ （１６）
式（１６）の反応により、亜硝酸イオンは窒素ガスとして被処理水から除去される。
【０１４９】
つまり、本実施の形態が、除去すべき窒素化合物として窒素酸化物とアンモニア態窒素の両方が含まれる被処理水を処理する水処理装置に適用された場合、制御回路２０は、被処理水のｐＨが低下したときに電解槽１１内の被処理水にアミド硫酸を添加することで、窒素酸化物の除去速度を上げることができる。
【０１５０】
このようにアミド硫酸が電解槽１１内の被処理水に投入されることにより、電解槽１１は、全窒素濃度が２０００ｍｇ／Ｌ以上であるような被処理水についても、処理が可能となる。
【０１５１】
たとえば、本実施の形態の水処理装置において、被処理水が、硝酸態窒素濃度が２０００ｍｇ／Ｌの硝酸ナトリウムと亜硝酸態窒素濃度が２０００ｍｇ／Ｌの亜硝酸ナトリウムとを含む場合、アミド硫酸による窒素濃度が２０００ｍｇ／Ｌとなるような量のアミド硫酸を添加することにより、電解による硝酸イオンおよび亜硝酸イオンの除去が可能となる。
【０１５２】
［第７の実施の形態］
図２０に、本実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。本実施の形態の水処理装置は、図１８および図１９を用いて説明した第６の実施の形態の水処理装置から、塩化物イオン供給槽８２とポンプ９２と水位センサ２５を削除されたものである。図２１に、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図を示す。上記したように、図２１に示された制御ブロック図は、図１９に示された制御ブロック図からポンプ９２と水位センサ２５とが削除されたものとなっている。
【０１５３】
本実施の形態では、硝酸イオンが、電極対２を用いた電極反応により式（８）に従って還元されて亜硝酸イオンとなり、当該亜硝酸イオンが、薬剤槽２８から供給されるアミド硫酸と式（１６）に従って反応する。つまり、硝酸イオンを窒素ガスとして除去するのに必要な電力は、亜硝酸イオンにするための電力のみとなる。
【０１５４】
なお、アミド硫酸の添加により、被処理水のｐＨは低下すると考えられる。一方、式（８）に示した反応は、ｐＨが高いほど、進行しやすい。したがって、本実施の形態では、まず電解槽１１内に適切な試薬を添加する等の周知の方法で、被処理水のｐＨが９〜１２に調整された後、電極対２による電解反応を実行し、そして、式（８）がある程度進行した後で、電解槽１１にアミド硫酸が添加される。本実施の形態における制御回路２０の制御内容を、当該制御回路２０が実行するフローチャートである図２２を参照して、具体的に説明する。
【０１５５】
電解槽１１内の被処理水のｐＨが９〜１２に調整された後、制御回路２０は、ＳＤ１で、電極対２による電解反応を開始させ、そして、ＳＤ２で、ｐＨセンサ２１から被処理水のｐＨを読込む。
【０１５６】
そして、制御回路２０は、ＳＤ３で、被処理水のｐＨが１０以上であるか否かを判断し、ｐＨが１０未満であると判断するとＳＤ２に処理を戻し、ｐＨが１０以上であると判断すると、ＳＤ４で、一定量のアミド硫酸を電解槽１１内に添加してＳＤ５に処理を進める。ここでの一定量とは、電解槽１１内で処理される被処理水の量や当該被処理水に含まれると考えられる硝酸イオンの濃度等に基づいて適宜決定されるものである。
【０１５７】
ＳＤ５で、制御回路２０は、ＳＤ１で電解反応を開始させてから、電解槽１１において窒素除去の処理を行なうために予め定められた所定の時間が経過したか否かを判断し、まだ当該所定の時間が経過していないと判断すればＳＤ２に処理戻す。一方、当該所定の時間が経過したと判断すれば、ＳＤ６で電解反応を停止させて、処理を終了する。
【０１５８】
以上説明した各実施の形態における水処理装置は、家庭や工場から流出されてきた廃液における窒素化合物を除去するものとして記載されてきたが、窒素酸化物等を含む雨水から窒素化合物を除去し、植物等に散水するために、利用されることもできる。
【０１５９】
今回開示された各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。また、各実施の形態は、可能な限り、単独でも互いに組合せても、実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水処理装置の第１の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の水処理装置の制御ブロック図である。
【図３】図１の電解槽において、電極対に通電されることにより起こると考えられる電解反応を模式的に示す図である。
【図４】図１の水処理装置における、制御回路の制御内容のフローチャートである。
【図５】図１の水処理装置における、制御回路の制御内容のフローチャートである。
【図６】本発明の水処理装置の第２の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図７】図６の水処理装置の制御ブロック図である。
【図８】図６の水処理装置の電解反応によって窒素酸化物が除去される際の、電解槽における電解時間と被処理水のｐＨの関係の一例を示す図である。
【図９】図６の水処理装置の制御回路による、ｐＨの上昇度合いに基づいた電流値の制御内容を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３の実施の形態である水処理装置の電解反応によってアンモニア態窒素が除去される際の、電解槽における電解時間と被処理水のｐＨの関係の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態であるの水処理装置の制御回路による、被処理水のｐＨに基づいた電流値の制御内容を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の水処理装置の第４の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図１３】図１２の水処理装置の制御ブロック図である。
【図１４】図１２の水処理装置の制御回路による、被処理水内の塩化物イオンの濃度の制御態様を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第５の実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図１６】図１５の水処理装置の制御ブロック図である。
【図１７】図１５の水処理装置での、電解時間に対する、被処理水におけるアンモニウム態窒素濃度と硝酸態窒素濃度の変化の一例を示す図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図１９】図１８の水処理装置の制御ブロック図である。
【図２０】本発明の第７の実施の形態の水処理装置を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図２１】図２０の水処理装置の制御ブロック図である。
【図２２】図２０の水処理装置の制御回路が実行する処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 処理水槽、２ 電極対、３ アノード電極、４ カソード電極、１０ 導入口、１１ 電解槽、１３，１４ 排出口、１６ 排気口、２０ 制御回路、２１ ｐＨセンサ、２２ ＯＨ型陰イオン交換樹脂、２３ Ｈ型陽イオン交換樹脂、２７，２８ 薬剤槽、２９ 直流電源、８１ 硫酸槽、８２ 塩化物イオン供給槽、９１〜９７ ポンプ。
Claims (14)
- 窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた電極対と、
前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、
前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記電極対に流す電流値を制御する電流値制御手段とを含む、水処理装置。 - 前記電流値制御手段は、前記ｐＨ検知手段の検知出力におけるｐＨの変化の度合いに基づいて、前記電極対に流す電流値を制御する、請求項１に記載の水処理装置。
- 窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた電極対と、
前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、
前記収容部に酸性の試薬を投入する酸性試薬投入手段と、
前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御する投入量制御手段とを含む、水処理装置。 - 前記投入量制御手段は、前記収容部内の被処理水の全窒素濃度、前記電極対において流れる電流値、および、電解時間の少なくとも１つを変数とする所定の関数の値に応じて、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御し、さらに、前記所定の関数を前記収容部内の被処理水のｐＨの変化量に応じて修正する、請求項３に記載の水処理装置。
- 前記投入量制御手段は、前記収容部内の被処理水のｐＨを５〜９に保つように、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御する、請求項３または請求項４に記載の水処理装置。
- 窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた電極対と、
前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、
前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記収容部内の被処理水におけるアンモニア性窒素の除去反応の進行を制御する反応制御手段とを含む、水処理装置。 - 前記反応制御手段は、前記収容部内の塩化物イオンの量を調整することにより、前記収容部内の被処理水におけるアンモニア性窒素の除去反応の進行を制御する、請求項６に記載の水処理装置。
- 窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた電極対と、
前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段と、
前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記収容部内の被処理水における窒素酸化物の除去反応の進行を制御する反応制御手段とを含む、水処理装置。 - 前記反応制御手段は、前記収容部内のアンモニウムイオンの量を調整することにより、前記収容部内の被処理水における窒素酸化物の除去反応の進行を制御する、請求項８に記載の水処理装置。
- 前記反応制御手段は、前記収容部内に、塩化アンモニウムを供給することにより、前記収容部内のアンモニウムイオンの量を調整する、請求項９に記載の水処理装置。
- 前記反応制御手段は、前記収容部内に、アミド硫酸を添加することにより、前記収容部内の被処理水における窒素酸化物の除去反応の進行を制御する、請求項８に記載の水処理装置。
- 前記ｐＨ検知手段の検知出力に基づいて、前記収容部内での窒素化合物の除去のための前記電極対による電解反応の終了時期を決定する終了時期決定手段をさらに含む、請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の水処理装置。
- 窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた電極対と、
前記収容部内にアミド硫酸を添加するための薬剤槽と、
前記収容部内の硝酸性窒素が亜硝酸性窒素に還元された後に、前記薬剤槽から前記収容部内にアミド硫酸を添加する制御手段とを含む、水処理装置。 - 前記収容部内の被処理水のｐＨを検知するｐＨ検知手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記収容部内のｐＨが所定の値以上となったことを条件として、前記薬剤槽に、前記収容部内にアミド硫酸を添加させる、請求項１３に記載の水処理装置。
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