JP2006297206A - アンモニア性窒素含有廃水の電解処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電流効率の低下を防止し、アンモニアの分解効率を向上させ、あらゆる窒素含有廃水に対して安全で効率的な処理を行うことができアンモニア性窒素含有排水の電解処理方法及び装置を提供する。
【解決手段】 アンモニア性窒素含有廃水が流入する調整槽１１と、該調整槽から供給される廃水２０を塩素イオンの存在下で電解処理する電解槽１２と、前記調整槽１１と前記電解槽１２内にて廃水を循環させる循環ポンプ１３と、を備えたアンモニア性窒素含有廃水の電解処理装置において、前記電解槽１２が、前記廃水をｐＨ５以上且つｐＨ８未満の範囲内で電解処理する構成とし、好適には前記電解槽１２内に金属材料で形成された触媒部材を配置し、アンモニア性窒素の分解反応を促進する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンモニア性窒素を含有する廃水を塩素イオンの存在下で電解処理することにより、アンモニア性窒素を窒素ガスまで分解して除去するアンモニア性窒素含有廃水の電解処理方法及び装置に関する。

廃水中に含有される窒素分は、河川、湖沼或いは内湾などにおける富栄養化の要因の一つであるため、窒素分を廃水から除去する必要がある。廃水中に含有される窒素分はその廃水の種類、性状にもよるが、アンモニア性窒素として存在することが多く、従来よりこのアンモニア性窒素を無害な窒素ガスまで高効率で分解し、廃水から除去する技術が提案、実用化されている。

廃水中のアンモニア性窒素を除去する代表的な方法としては、微生物の分解作用を用いた生物学的脱窒素処理、アンモニアストリッピング処理、電解法を用いた窒素除去処理などがある。
前記生物学的脱窒素処理は、脱窒反応においてメタノール等の栄養源を必要とするが、無機系の廃水を処理対象とした場合は多量の栄養源を外部添加しなければならず、コストが嵩むという問題があった。また、添加した栄養源がＳＳに添加するため、多量の余剰汚泥が発生してしまい、汚泥の処理が困難であった。
また、前記アンモニアストリッピングによる処理では、多量の熱源を必要とし、処理コストの上昇を招き、また窒素除去率を高く維持しようとすると装置が大型化してしまう。

一方、前記電解法を用いた処理は、処理速度が速く、電気を通じるだけで容易にアンモニア性窒素を分解できるという利点から、近年注目されている技術である。
電解法を用いたアンモニアの分解は、電解反応により廃水中の塩素から次亜塩素酸を生成し、該次亜塩素酸とアンモニア態窒素とを反応させて窒素ガスまで分解する。
このような電解反応を用いた窒素除去処理は、例えば特許文献１（特開平７−２９９４６５号公報）等において提案されている。特許文献１には、電解処理用の陽極として、導電性を有する耐食性金属材の表面に、２種類以上の白金族元素及び／又はその酸化物と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａよりなる群から選択される少なくとも１種の金属の酸化物とを必須成分として含有する被覆層を形成してなる陽極を使用し、廃水を塩素イオンの存在下でｐＨ８〜１２に制御しつつ電解処理する構成が記載されている。

特開平７−２９９４６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載される方法では、対象廃水によっては緩衝能が殆ど無く、ｐＨ８〜１２に調整するためには多量のアルカリ剤を必要とし、ランニングコストが増加してしまうという問題があった。また、アルカリ領域では、処理系内よりアンモニアストリッピングの現象が見られ、多量のアンモニアが排気側に移動するため、臭気発生の原因となる。さらに、電解のエネルギーロスにより液温が上昇した場合は、尚更アンモニアストリッピングが進むことが懸念される。
また、廃水中の次亜塩素酸濃度に変動が生じると、硝酸態窒素（ＮＯ_３−Ｎ）が多量に残留する惧れがあり、これによりアンモニア分解の電流効率が低下するという問題もあった。さらに、対象廃水が有機性廃水の場合、次亜塩素酸、クロラミンの他に、人体に有害なトリハロメタンの残留が懸念される。
さらにまた、従来の電解法では、電解によってアンモニア分解する反応過程においてＨ^＋が発生してｐＨの低下が起こるため、塩素ガスが揮発し、それに伴って廃水中の塩化物イオン濃度が低下し、塩素発生効率が低下するという問題があった。そこで、特許文献１に記載されるように、塩素イオンの存在下、ｐＨ８〜１２に制御しつつ電解処理することにより、塩素イオン濃度の低下が抑制されるものの、硝酸の生成は抑制することができず、電流効率低下を改善するまでには至っていないのが実状である。

従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、電流効率の低下を防止し、アンモニアの分解効率を向上させ、あらゆる窒素含有廃水に対して安全で効率的な処理を行うことができるアンモニア性窒素含有排水の電解処理方法及び装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、
アンモニア性窒素含有廃水を、電解槽を循環させながら塩素イオンの存在下で電解処理し、電解により生成した次亜塩素酸をアンモニア性窒素と反応させて窒素ガスに分解するアンモニア性窒素含有排水の電解処理方法において、
前記電解槽にて、前記廃水をｐＨ５以上且つｐＨ８未満の範囲内で電解処理することを特徴とする。

図２０を参照して本発明のアンモニア分解メカニズムにつき説明すると、まず陽極にて下記式（１）により廃水中に含有される塩素イオンから塩素（Ｃｌ_２）を生成した後、下記式（２）によりＣｌ_２から次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を生成する。この次亜塩素酸と廃水中のアンモニアが反応し、下記式（３）によりモノクロラミン（ＮＨ_２Ｃｌ）を生成し、さらにこのＮＨ_２ＣｌとＨＣｌＯが反応し、下記式（４）によりジクロラミン（ＮＨＣｌ_２）を生成する。そして、生成したＮＨ_２ＣｌとＮＨＣｌ_２が下記式（５）の反応により窒素ガスまで分解される。
Ｃｌ⁻ → Ｃｌ_２+２ｅ⁻ ・・・（１）
Ｃｌ_２＋Ｈ_２Ｏ → ＨＣｌＯ＋Ｈ^＋＋Ｃｌ⁻ ・・・（２）
ＮＨ_３＋ＨＯＣｌ → ＮＨ_２Ｃｌ＋Ｈ_２Ｏ ・・・（３）
ＮＨ_２Ｃｌ＋ＨＯＣｌ →ＮＨＣｌ_２＋Ｈ_２Ｏ ・・・（４）
ＮＨ_２Ｃｌ＋ＮＨＣｌ_２ → Ｎ_２＋３Ｈ^＋＋３Ｃｌ⁻ ・・・（５）

本発明におけるアンモニア分解の過程では、上記したようにクロラミンが中間生成物として生成され、該生成されたＮＨ_２ＣｌとＮＨＣｌ_２の等モル反応により窒素ガスに分解される。系内において、ＰＨが５以下の酸性領域になると上記反応に寄与できないトリクロラミン（ＮＣｌ_３）が大量発生し、処理液中に残留する。これは、クロラミンの存在態様が溶液のｐＨに依存するためで、図１８に示したクロラミンの存在確率を示す平衡図から明らかなように、ｐＨ５以下となるとトリクロラミンの存在確率が上昇し、蓄積することがわかる。また、塩素ガスの発生量も溶液のｐＨに依存し、図１９に示した次亜塩素酸の存在比を示す平衡図からも明らかなように、ｐＨ５以下となると多量の塩素ガスが発生し、アンモニアの分解効率が低下してしまう。
従って、本発明のように電解処理する廃水をｐＨ５以上とすることで、塩素ガス、トリクロラミンの発生を抑制でき、上記式（１）〜（５）を主体的に行い、アンモニアの分解を効率的に進めることができる。

また、図１８に示されるように、ｐＨ８以上の場合、ジクロラミンが殆ど存在しない。従って、上記式（４）の反応が進行せず、モノクロラミンが蓄積してしまい、これにより上記式（２）の反応が抑制される。過剰の次亜塩素酸が処理液中に存在すると、副反応により硝酸態窒素を多く生成してしまうという問題もあった。
そこで、本発明のようにｐＨ８未満とすることより、硝酸態窒素の生成を抑制でき、アンモニアの分解反応を効率良く行うことが可能となる。さらに、ｐＨ８未満とすることでアンモニアストリッピングによるアンモニアの排ガスへの流出も抑制できる。
また、電解槽内の液を循環させることにより、次亜塩素酸濃度を均一にすることができるため、硝酸生成を抑制することができる。

また、前記電解槽内に金属材料で形成された触媒部材を配置し、アンモニア性窒素の分解反応を促進するようにしたことを特徴とする。
前記触媒部材に用いられる金属材料としては、５族〜１１族のうち、２成分以上の組み合わせからなり、特に、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗから選択される２以上の組み合わせが好ましい。また、この金属材料の形態としては、金属若しくは金属酸化物である。
本発明のように、電解槽内に触媒部材を配置することによって、該触媒部材の触媒作用により処理液中の硝酸生成反応を抑制し、電流効率を向上させることができ、延いてはアンモニア除去効率を向上させることができる。
このとき、前記触媒部材に微弱電流を供給するようにしても良く、これにより触媒部材の腐食を防止することが可能である。

さらに、前記廃水のｐＨをｐＨ調整手段により前記範囲内に調整することを特徴とする。
このように、ｐＨ調整手段を設けて積極的に廃水のｐＨを調整することにより、安定したアンモニアの分解が可能となる。
さらにまた、前記電解槽を含む循環系内に設けられた還元手段により、前記廃水を還元するようにしたことを特徴とする。
これにより過剰に発生した塩素を確実に分解することができ、クロラミンや遊離塩素の残留を抑制することができる。また、残留塩素濃度を抑制することで、副反応による硝酸態窒素の発生も抑制できる。

また、装置の発明として、アンモニア性窒素含有廃水が流入する調整槽と、該調整槽から供給される廃水を塩素イオンの存在下で電解処理する電解槽と、前記調整槽と前記電解槽内にて廃水を循環させる廃水循環手段と、を備えたアンモニア性窒素含有廃水の電解処理装置において、
前記電解槽が、前記廃水をｐＨ５以上且つｐＨ８未満の範囲内で電解処理することを特徴とする。
また、前記電解槽内に金属材料で形成された触媒部材を配置し、アンモニア性窒素の分解反応を促進するようにしたことを特徴とする。
このとき、前記電解槽が、直流電源に接続された陰極と陽極を有し、
前記触媒部材を前記直流電源の陰極側に接続し、該触媒部材の電位を前記陰極と同じ電位とする構成としても良い。
さらに、前記調整槽が、前記廃水のｐＨを前記範囲内に調整するｐＨ調整手段を備えたことを特徴とする。
さらにまた、前記調整槽に、前記廃水を還元する還元手段を設けたことを特徴とする。

以上記載のごとく本発明によれば、電解処理する廃水のｐＨを、ｐＨ５以上且つｐＨ８未満の範囲内とすることにより、アンモニア分解効率を向上させることができる。
また、電解槽内の液を循環させることにより硝酸生成を抑制することができる。
また、電解槽内に触媒部材を配置することによって、該触媒部材の触媒作用により処理液中の硝酸生成反応を抑制し、電流効率を向上させることができ、延いてはより一層アンモニア除去効率を向上させることが可能となる。また、前記触媒部材に微弱電流を供給することにより、触媒部材の腐食を防止できる。
さらに、電解槽を含む循環系内に還元手段を設けることにより、過剰に発生した塩素を確実に分解することができ、クロラミンや遊離塩素の残留を抑制し、副反応による硝酸態窒素の発生も抑制できる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施例における処理対象は、アンモニア（ＮＨ_３）、アンモニウムイオン（ＮＨ_４ ^＋）等のアンモニア性窒素を含む廃水であり、例えば有機物下水道、し尿、畜産排水、水産加工排水、洗浄排水、工場排水等が挙げられる。
図１〜図８は本発明の実施例１〜８に係り、処理装置の全体構成を夫々示す図であり、図９、図１１、図１３、図１５〜図１７は本発明の実施例９〜１３に係り、電解槽の装置構成を夫々示す図である。

［処理装置の全体構成］
（実施例１）
図１に示される本実施例１に係る処理装置は、アンモニア性窒素含有廃水２０が貯留される原水槽１０と、該原水槽から流出する廃水２０が導入される循環調整槽１１と、該循環調整槽１１からの調整液が循環ポンプ１３を介して導入される電解槽１２と、を備え、該電解槽１２内にて処理された電解処理液を前記循環調整槽１１に循環させる構成となっている。
前記循環調整槽１１はｐＨ調整手段を有しており、槽内の処理液がｐＨ５以上且つｐＨ８未満となるように、ｐＨ調整剤２１を添加して調整する。このｐＨ調整剤２１は、酸若しくはアルカリ剤が用いられるが、本実施例では電解槽１２からの電解処理液を循環させる構成としているため、主に液のｐＨが酸性側に移行することが多く、主としてアルカリ剤の添加となる。
前記電解槽１２は、電解槽内の廃水中に浸漬された少なくとも一対の電極と、この電極に接続された直流電源装置と、を有し、これらの電極間に、前記電源装置により直流電圧を印加することにより槽内の処理液の電解反応を行う。電解処理後の電解処理液は、適宜引き抜いて放流する。尚、本実施例では、前記電極間にはイオン交換膜などの隔膜を設置しない構成とする。また、好適には前記電解槽１２は密閉型とする。さらにまた、本実施例において、廃水１０を循環型電解槽に導入する前に、固液分離、スケール成分除去等の前処理を適宜行うことが好ましい。

（作用）
本実施例における処理装置の作用を説明すると、前記原水槽１０に貯留された廃水２０は、前記循環調整槽１１に所定速度で供給され、この廃水が塩素イオンを含む場合にはそのまま、塩素イオンを含まない場合は塩化ナトリウム等の塩素イオン源を添加され、また槽内のｐＨが、ｐＨ５以上で且つｐＨ８未満の範囲内となるように適宜ｐＨ調整剤２１を添加され、調整後の廃水は前記電解槽１２に供給される。
前記電解槽１２では、電解槽内の電極間に所定電圧を印加され、所定の電流密度となるように電流が供給されて、陽極では下記式（１)の電極反応により塩素（Ｃｌ_２）が発生する。
Ｃｌ⁻ → Ｃｌ_２+２ｅ⁻ ・・・（１）
さらに、槽内の処理液中に発生したＣｌ_２は、下記式（２）の溶液反応により次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）を生成する。
Ｃｌ_２＋Ｈ_２Ｏ → ＨＣｌＯ＋Ｈ^＋＋Ｃｌ⁻ ・・・（２）

廃水中に存在するアンモニウムイオン（ＮＨ_４ ^＋）は、前記生成したＨＣｌＯと溶液反応して下記式（３）によりモノクロラミン（ＮＨ_２Ｃｌ）を生成する。
ＨＣｌＯ＋ＮＨ_４ ^＋ → ＮＨ_２Ｃｌ＋Ｈ^＋＋Ｈ_２Ｏ ・・・（３）
また、ここで生成したＮＨ_２Ｃｌは、前記生成したＨＣｌＯと溶液反応して下記式（４）によりジクロラミン（ＮＨＣｌ_２）を生成する。
ＮＨ_２Ｃｌ＋ＨＣｌＯ →ＮＨＣｌ_２＋Ｈ_２Ｏ ・・・（４）
さらに、上記式（３）及び式（４）にて生成したＮＨ_２ＣｌとＮＨＣｌ_２は、下記式（５）の溶液反応によって窒素ガス（Ｎ_２）まで分解される。
ＮＨ_２Ｃｌ＋ＮＨＣｌ_２ → Ｎ_２＋３Ｈ^＋＋３Ｃｌ⁻ ・・・（５）

本実施例おけるアンモニア成分の次亜塩素酸による分解の過程では、上記したようにクロラミンが中間生成物として生成され、該生成されたＮＨ_２ＣｌとＮＨＣｌ_２の等モル反応により窒素ガスに分解される。系内において、ＰＨが５以下の酸性領域になると上記反応に寄与できないトリクロラミン（ＮＣｌ_３）が大量発生し、処理水中に残留する。また、多量の塩素ガスが発生し、排ガス中に放出されるため危険である。従って、本実施例のようにｐＨを５以上とすることで、塩素ガス、トリクロラミンの発生を抑制でき、上記式（１）〜（５）によるアンモニアの分解を効率的に進めることができる。
また、ｐＨ８未満とすることでアンモニアストリッピングによるアンモニアの排ガスへの流出も抑制できる。

さらに、電解槽１２の電流密度を、処理すべき廃水性状に併せて適正に保つことで、次亜塩素酸の過剰発生を抑制することができるとともに、モノクロラミンとジクロラミンの反応効率を高めることができるため、クロラミンや有利塩素の残留を抑制することができる。また、残留塩素濃度を抑制することで、副反応による硝酸態窒素（ＮＯ_３−Ｎ）の発生も抑制できる。
また、本実施例では、処理系内を循環系としているため、廃水中にＣａ、Ｍｇなどのスケール成分が含まれる場合でも、電解槽１２内の電極表面の流速を高めることができ、電極表面へのスケール付着の防止を図ることができるとともに、陽極における副反応により発生した酸素を速やかに系外に排出するため、酸素による陽極の劣化を防止でき、電極寿命を長くすることができる。

（実施例２）
図２に本実施例２に係る処理装置の概略構成図を示す。以下、実施例２乃至実施例８において、上記した実施例１と同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
本実施例２は、上記実施例１の構成に加えて、電解処理液の還元手段を備えた構成となっている。前記還元手段としては、図２に示されるように前記循環調整槽１１に還元剤２２を供給する手段が好適に用いられる。前記還元剤２２としては、チオ硫酸ナトリウム等の周知の還元剤を使用することができる。
このように、系内に還元手段を設けることで、過剰に発生した塩素を確実に分解することができ、クロラミンや遊離塩素の残留を抑制することができる。また、残留塩素濃度を抑制することで、副反応によるＮＯ_３−Ｎの発生も抑制できる。

（実施例３）
図３に示される実施例３は、上記実施例１の構成に加えて、循環系内に生物処理による脱窒素手段を設けた構成となっている。これは、前記電解槽１２からの電解処理液を導入する生物処理装置１４を設け、電解処理液中に残留するＮＯ_３−Ｎを除去した後、該生物処理装置１４から流出する処理液を循環調整槽１１に導入し、循環させる。本実施例においても、前記電解槽１２は密閉型とすることが好ましい。
前記生物処理装置１４は、槽内に繁殖する微生物の分解作用によりＮＯ_３−Ｎを窒素ガスまで分解する装置であり、生物固定床が好適に用いられる。
本実施例のように、電解処理液中のＮＯ_３−Ｎを除去する装置を別に設けることにより、電解槽１２内のＮＯ_３−Ｎ濃度を低減し、電解効率の低下を防止することが可能となる。
また、電解槽１２を密閉とするとともに、循環系（加圧系）に生物処理を設置しているため、陰極にて発生する水素ガスを生物による脱窒素に必要な栄養源として利用することができる。さらに、系内にて発生した微量の汚泥は、電解槽１２内の次亜塩素酸等の酸化物により可溶化されるため、汚泥の発生量を極端に少なくすることができる。

（実施例４）
図４に示される実施例４は、上記実施例１の構成に加えて、循環系内から電解処理液を引き抜き、該電解処理液に対して還元手段を設け、還元液の少なくとも一部を循環系内に返送する構成となっている。具体的には、前記循環調整槽１１から流出する調整液（循環系のため電解処理液を含む）の少なくとも一部を引き抜き、還元槽１５に導入し、該還元槽１５にて還元剤２３を供給して電解処理液を還元し、この還元液の少なくとも一部２４を前記循環調整槽１１に返送する。他の還元液は放流するようにしても良い。尚、前記還元剤２３としては、チオ硫酸ナトリウム等の周知の還元剤を使用することができる。
このように、電解処理液に対して還元手段を用いることにより、残留するクロラミンや遊離塩素を還元できるため硝酸の発生が抑制できると共に、還元により転化したアンモニア性窒素を再度処理することができ、窒素除去率が向上する。

（実施例５）
図５に示される実施例５は、上記実施例４の構成に加えて、前記還元手段の後流側に、生物処理による脱窒手段を設けた構成となっている。これは、前記還元槽１５にて、前記循環調整槽１１から引き抜かれた電解処理液が導入され、還元剤２３により還元を行った後に、該還元槽１５から流出する還元液を生物処理する生物処理装置１６を設け、該生物処理装置１６にて還元液中に残留するＮＯ_３−Ｎなどの窒素及びＢＯＤを処理する。これにより、還元液中に窒素及びＢＯＤが残留した場合でもこれを確実に処理することができ、処理水の水質を向上させることが可能である。また、前記生物処理装置１６に導入される還元液は、循環系の電解槽１２により大部分の窒素が除去されているため、該生物処理装置１６におけるメタノール等の栄養源の添加量を大幅に低減することができ、経済的である。

（実施例６）
図６に示される実施例６は、上記実施例１の構成に加えて、循環系から電解処理液を引き抜き、該引き抜いた電解処理液に対して活性炭吸着処理を行う構成となっている。これは、前記循環調整槽１１から流出する調整液（電解処理液を含む）の少なくとも一部を引き抜き、活性炭吸着装置１７にて活性炭吸着処理を行った後に放流する。これにより、処理液中にＣＯＤ、色度などが残留した場合でもこれらを除去することができるとともに、電解により副次的に発生したトリハロメタンが残留する場合でも、確実に除去することができる。

（実施例７）
図７に示される実施例７は、上記実施例１の構成に加えて、系内の電解処理液を還元する還元手段と、系内を循環する電解処理液中のＯＲＰ若しくは残留塩素濃度を検出する検出手段と、これにより得られた検出値に基づき前記還元手段を制御する手段と、を備えた構成となっている。具体的には、前記循環調整槽１１に還元剤２２を供給する手段と、前記循環調整槽１１内のＯＲＰ若しくは残留塩素濃度を検出するＯＲＰ計若しくは残留塩素濃度計１８と、これらの計測器により得られた検出値に基づき前記還元剤２２の供給量を制御する制御手段１９と、を備え、系内のＯＲＰ、残留塩素濃度に応じた還元剤の供給を行う。これにより、還元剤を循環系内に直接供給した場合であっても、還元剤の過剰供給を防止することができ、還元剤の過剰供給による次亜塩素酸の分解を防ぎ、アンモニア分解を阻害することなく、残留塩素の分解を行うことが可能となる。

（実施例８）
図８に示される実施例８は、上記実施例１の構成に加えて、循環系内に還元手段を設け、該還元手段が、鉄、ステンレス等の還元性を有する触媒材料を設置し、系内の電解処理液を該材料に接触させることにより還元を行う構成となっている。これにより、高価な還元剤を使用することなく、残留塩素の分解を行うことが可能である。

［電解槽の構成］
次に、本実施例に係る電解槽１２の具体的な構成について説明する。以下に記載される電解槽１２は、上記した実施例１乃至実施例８の何れの処理装置にも適用でき、また、これらの電解槽１２を単独で用いることもできる。
（実施例９）
図９に本実施例９に係る電解槽の装置構成図を示す。同図に示されるように、この電解槽１２は、廃水が投入される電解槽３０と、該電解槽内の処理液中に浸漬され、互いに対向配置される少なくとも一対の陰極３１及び陽極３２と、該電極３１、３２に電流を供給する直流電源装置３３と、を備えるとともに、前記電解槽３０内に、金属材料からなる触媒部材３４を配置した構成としている。
前記触媒部材３４に用いられる金属材料としては、５族〜１１族のうち、２成分以上の組み合わせからなり、特に、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗから選択される２以上の組み合わせが好ましい。また、この金属材料の形態としては、金属若しくは金属酸化物である。該触媒部材３４に好適に用いられる具体的材質としては、ステンレス、フェライト等が挙げられる。さらに、該触媒部材３４の形状は、板状、球状、メッシュ板状等何れでもよく、特に限定されるものではない。
本実施例９のように、電解槽３０内に触媒部材３４を配置することによって、該触媒部材３４の触媒作用により処理液中の硝酸生成反応を抑制し、電流効率を向上させることができ、延いてはアンモニア除去効率を向上させることができる。

ここで、本実施例９に係る電解槽１２を用いて電解試験を行った結果を図１０に示す。また、触媒部材３４を設置しない電解槽を比較例１として用いた。試験条件としては、ＮａＣｌ：８．２ｇ／ｌ＋（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：４．７ｇ／ｌの溶液を用い、陽極材質をＰｔ（白金）、陰極材質をＴｉ（チタン）とし、電流密度を５Ａ／ｄｍ^２とした。本試験ではｐＨ調整は行わないものとする。その結果、図１０に示されるように、触媒部材を設置しない比較例１に比べて、触媒部材を設置した本実施例９の電解槽ではアンモニア分解効率が約７％高くなった。従って、本実施例９に係る電解槽はアンモニア分解効率を向上させる有効な装置であることが明らかである。

また、本実施例９、及び以下の実施例１０乃至１３においても、前記電解槽１２を循環系とする。液を循環させるための具体的構成を図１１に示す。図１１に示した実施例９の循環系電解槽１２と、比較例２として液を循環させないバッチ式電解槽を用いて、電解試験を行った結果を図１２に示す。図１１に示されるように、電解槽１２は、筒状の電解槽３０内に所定間隔を隔てて陰極３１と陽極３２とを対向配置し、該電解槽３０の一端側に設けられた液入口３０ｂから槽内に導入した液を押出し流れにより他端側に設けられた液出口３０ａから排出し、排出された液は調整槽１１に導入され、該調整槽１１にてアルカリ貯留タンク３５からアルカリ剤の供給を受けた後、ポンプ１３によって前記液入口３０ｂより電解槽３０内に循環される構成となっている。
試験条件としては、ＮａＣｌ：８．２ｇ／ｌ＋（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：４．７ｇ／ｌの溶液を用い、陽極材質をＰｔ（白金）、陰極材質をＴｉ（チタン）とし、電流密度を５Ａ／ｄｍ^２とした。本試験では実施例９及び比較例２ともにｐＨ調整を行うものとする。また、実施例９の循環を行う場合の流速は２．６ｌ／ｍｉｎとする。その結果、図１２に示されるように、循環を行わない比較例２に比べて、循環を行う実施例９ではアンモニア分解率が約８％高くなった。この結果より、循環系の電解槽の方が効率的にアンモニア分解を行うことが明らかであり、これは、液を循環させてアンモニア分解を行うことにより液の次亜塩素酸濃度が均一となり、硝酸生成を抑制することができるためと考えられる。

（実施例１０）
図１３に示される実施例１０は、上記実施例９の構成に加えて、前記電解槽３０内の処理液のｐＨ調整手段を設けた構成となっている。具体的には、アルカリ剤を貯留するアルカリ剤貯留タンク３５を設け、槽内のｐＨに応じて該アルカリ剤を供給し、電解処理液のｐＨを５以上且つ８未満の範囲内に維持するようにする。
このように、電解槽３０内の処理液のｐＨを５以上且つ８未満の範囲内とすることで、電解反応に伴う塩化物イオン濃度の低下を抑制することが可能であり、また槽内に触媒部材３４を設置することにより、硝酸生成を抑制し、アンモニア分解に関する電流効率を向上させることができる。

ここで、上記実施例９と同様に、本実施例１０に係る電解槽１２を用いて電解試験を行った結果を図１４に示す。触媒部材３４を設置しない電解槽を比較例３として用いた。試験条件としては、ＮａＣｌ：８．２ｇ／ｌ＋（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４：４．７ｇ／ｌの溶液を用い、陽極材質をＰｔ（白金）、陰極材質をＴｉ（チタン）とし、電流密度を５Ａ／ｄｍ^２とした。本試験では、実施例１０及び比較例３ともに溶液のｐＨ調整を行い、該溶液のｐＨを５以上且つ８未満の範囲内に維持した。その結果、図１４に示されるように、触媒部材を設置しない比較例３に比べて、触媒部材を設置した実施例１０の電解槽ではアンモニア分解効率が約６％高くなった。従って、本実施例１０に係る電解槽はアンモニア分解効率を向上させる有効な構成であることがわかった。また、図９に示したｐＨ調整を行わない場合に比べて、実施例１０及び比較例３ともにアンモニア分解効率が高く、ｐＨ調整が分解効率の向上に寄与することも明らかである。

（実施例１１）
図１５に示される実施例１１は、上記実施例９の構成に加えて、前記触媒部材３４を前記陰極３１と前記陽極３２の間に設置する構成としている。このとき、前記触媒部材３４は、陰極３１と陽極３２間の電圧上昇を抑制するため、メッシュ状とすることが好ましい。このように、電極間に触媒部材３４を設置することにより、効率良く反応を促進することができる。

（実施例１２）
図１６に示される実施例１２は、上記実施例１１の構成に加えて、前記電解槽３０内の処理液のｐＨ調整手段を設けた構成となっている。具体的には、アルカリ剤を貯留するアルカリ剤貯留タンク３５を設け、槽内のｐＨに応じて該アルカリ剤を供給し、電解処理液のｐＨを５以上且つ８未満の範囲内に維持するようにする。これにより、さらに効率良く反応を促進することができる。

（実施例１３）
図１７に示される実施例１３は、上記実施例９の構成に加えて、前記触媒部材３４を前記陰極３１に接続し、微弱電流を流すようにしている。具体的には、前記陰極３１から所定間隔だけ離間させ、前記陽極３２とは反対側に位置するように前記触媒部材３４を設置し、該触媒部材３４を前記電源装置３３の陰極回路に接続する。これにより、該触媒部材３４の腐食を防止することができる。

本発明は、省スペース化及び小型化が可能で、且つ高効率で以ってアンモニアを分解除去できるため、アンモニア性窒素を高濃度に含む廃水の処理にも適用でき、例えば有機物下水道処理、し尿処理、畜産排水処理、水産加工排水処理、洗浄排水処理、工場排水処理、湖水浄化処理等の何れにも有効に利用可能である。

本発明の実施例１に係る処理装置の概略を示す全体構成図である。 本発明の実施例２に係る処理装置の概略を示す全体構成図である。 本発明の実施例３に係る処理装置の概略を示す全体構成図である。 本発明の実施例４に係る処理装置の概略を示す全体構成図である。 本発明の実施例５に係る処理装置の概略を示す全体構成図である。 本発明の実施例６に係る処理装置の概略を示す全体構成図である。 本発明の実施例７に係る処理装置の概略を示す全体構成図である。 本発明の実施例８に係る処理装置の概略を示す全体構成図である。 本発明の実施例９に係る電解槽を示す装置構成図である。 図９に示した電解槽と比較例１のアンモニア分解効率を示すグラフである。 本発明の実施例９に係る循環系試験装置を示す構成図である。 図１１に示した電解槽と比較例２のアンモニア分解効率を示すグラフである。 本発明の実施例１０に係る電解槽を示す装置構成図である。 図１３に示した電解槽と比較例３のアンモニア分解効率を示すグラフである。 本発明の実施例１１に係る電解槽を示す装置構成図である。 本発明の実施例１２に係る電解槽を示す装置構成図である。 本発明の実施例１３に係る電解槽を示す装置構成図である。 溶液のｐＨに対するクロラミンの存在確率を示す平衡図である。 溶液のｐＨに対する次亜塩素酸の存在比を示す平衡図である。 電解法を用いた窒素分解プロセスの説明図である。

符号の説明

１０ 原水槽
１１ 循環調整槽
１２ 電解槽
１３ 循環ポンプ
１４ 生物処理装置
１５ 還元槽
１６ 生物処理装置
１７ 活性炭吸着装置
１８ ＯＲＰ計若しくは残留塩素濃度計
２１ ｐＨ調整剤
２２、２３ 還元剤
３０ 電解槽
３４ 触媒部材
３５ アルカリ剤貯留タンク

Claims (10)

1. アンモニア性窒素含有廃水を、電解槽を循環させながら塩素イオンの存在下で電解処理し、電解により生成した次亜塩素酸をアンモニア性窒素と反応させて窒素ガスに分解するアンモニア性窒素含有排水の電解処理方法において、
   前記電解槽にて、前記廃水をｐＨ５以上且つｐＨ８未満の範囲内で電解処理することを特徴とするアンモニア性窒素含有廃水の電解処理方法。
2. 前記電解槽内に金属材料で形成された触媒部材を配置し、アンモニア性窒素の分解反応を促進するようにしたことを特徴とする請求項１記載のアンモニア性窒素含有廃水の電解処理方法。
3. 前記触媒部材に微弱電流を供給するようにしたことを特徴とする請求項２記載のアンモニア性窒素含有廃水の電解処理方法。
4. 前記廃水のｐＨをｐＨ調整手段により前記範囲内に調整することを特徴とする請求項１若しくは２記載のアンモニア性窒素含有廃水の電解処理方法。
5. 前記電解槽を含む循環系内に設けられた還元手段により、前記廃水を還元するようにしたことを特徴とする請求項１若しくは２記載のアンモニア性窒素含有廃水の電解処理方法。
6. アンモニア性窒素含有廃水が流入する調整槽と、該調整槽から供給される廃水を塩素イオンの存在下で電解処理する電解槽と、前記調整槽と前記電解槽内にて廃水を循環させる廃水循環手段と、を備えたアンモニア性窒素含有廃水の電解処理装置において、
   前記電解槽が、前記廃水をｐＨ５以上且つｐＨ８未満の範囲内で電解処理することを特徴とするアンモニア性窒素含有廃水の電解処理装置。
7. 前記電解槽内に金属材料で形成された触媒部材を配置し、アンモニア性窒素の分解反応を促進するようにしたことを特徴とする請求項６記載のアンモニア性窒素含有廃水の電解処理装置。
8. 前記電解槽が、直流電源に接続された陰極と陽極を有し、
   前記触媒部材を前記直流電源の陰極側に接続し、該触媒部材の電位を前記陰極と同じ電位としたことを特徴とする請求項７記載のアンモニア性窒素含有廃水の電解処理装置。
9. 前記調整槽が、前記廃水のｐＨを前記範囲内に調整するｐＨ調整手段を備えたことを特徴とする請求項６若しくは７記載のアンモニア性窒素含有廃水の電解処理装置。
10. 前記調整槽に、前記廃水を還元する還元手段を設けたことを特徴とする請求項６若しくは７記載のアンモニア性窒素含有廃水の電解処理装置。
    

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