JP3440779B2 - 電解式脱リン装置 - Google Patents

電解式脱リン装置

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JP3440779B2 JP28056097A JP28056097A JP3440779B2 JP 3440779 B2 JP3440779 B2 JP 3440779B2 JP 28056097 A JP28056097 A JP 28056097A JP 28056097 A JP28056097 A JP 28056097A JP 3440779 B2 JP3440779 B2 JP 3440779B2
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浩通 森北
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、汚水処理装置など
において排水からリン成分を除去するために用いられる
電解式脱リン装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】環境問題の一つに家庭用排水があり、中
でも家庭用排水に含まれる窒素やリンは河川や湖の富栄
養化の原因になっている。家庭用排水等の処理は、下水
処理設備を有する地域では、生物学的方法や化学的方法
等によって一括して大規模な設備で行なわれているが、
下水処理設備のない地域においては、各家庭で排水の処
理がされないと、下水等を通じてそのまま河川等に流出
されることになる。このため、各家庭単位で排水の浄化
を行なう処理装置が提供されている。
【0003】従来の家庭用の汚水処理装置では、一般
に、まず排水に含まれる比較的大きな汚物等を前処理槽
にて沈澱させて除去する前処理を行ない、次に活性汚泥
槽にて微生物の作用により汚染物質を分解し、汚泥とし
て沈澱させた後、その上澄み水を排出するようにした方
式が採用されている。しかしこのような汚水処理装置で
は、リン成分の除去の効果は乏しい。
【0004】そこで近年、家庭用レベルの汚水処理装置
においてリン成分を除去する技術の開発が行なわれてお
り、例えば排水中に含まれるリン成分を電気分解法によ
り除去する方法(特開昭60−44090号公報等参
照)が有効とされている。この電気分解法は、リン酸イ
オンと結合して水に難溶性の金属リン酸塩を生成させる
金属からなる電極を陽極として、リン成分を含有する排
水に陽極と陰極を浸漬し、陽極と陰極の間に通電して電
気分解を行なうようにした方法であり、陽極から上記の
金属がイオン化して溶出し、排水中のリン酸イオンと結
合して水に難溶性の金属リン酸塩となって析出するの
で、これを沈澱させたり、濾過したりすることによっ
て、リン成分を除去することができるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしこのように陽極
と陰極に通電して電気分解を行なうと、電気分解で生じ
る水酸化物イオンと陽極から溶出する金属イオンとが反
応して水に難溶の金属水酸化物が生成され、この金属水
酸化物は陰極側へ引き寄せられて陰極の表面に付着し、
電気絶縁性のこの金属水酸化物で陰極の表面が覆われ、
電圧が上昇して電解性能が低下し、やがて電解が行なわ
れなくなるという問題があった。すなわち家庭用の脱リ
ン装置では、維持管理がし易く、寿命が長いことなどが
必要とされ、電極の交換は少なくとも半年以上で且つそ
れまではメンテナンスフリーで安定した脱リン性能が得
られなければならないが、このような要求を満たすこと
ができないものであった。
【0006】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、長期に亘って安定した脱リン性能で排水中のリン
成分を除去することができる電解式脱リン装置を提供す
ることを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
電解式脱リン装置は、リン成分を含有する水に陽極1と
陰極2を浸漬すると共に陽極1と陰極2の間に通電して
電気分解することによって、リン成分を水に難溶化して
析出させるようにした電解式脱リン装置において、陰イ
オンは通過させると共に陽イオン及び水に難溶物は通過
させないイオン交換層3を陽極1と陰極2の間に設けて
成ることを特徴とするものである。
【0008】本発明の請求項2に係る電解式脱リン装置
は、リン成分を含有する水に陽極1と陰極2を浸漬する
と共に陽極1と陰極2の間に通電して電気分解すること
によって、リン成分を水に難溶化して析出させるように
した電解式脱リン装置において、イオンは通過させるが
水に難溶物は通過させないフィルター層4を陽極1と陰
極2の間に設け、電解処理された排水を陰極2側から排
出するようにして成ることを特徴とするものである。
【0009】また請求項3の発明は、上記イオン交換層
3は、陰イオン交換膜、陽イオン交換樹脂から選ばれた
ものであることを特徴とするものである。また請求項4
の発明は、上記フィルター層4は、多孔質膜であること
を特徴とするものである。また請求項5の発明は、上記
陽極1と陰極2は鉄あるいはアルミニウムで形成されて
成ることを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。電解槽5は活性汚泥で満たしてあり、排水6が給
水管7から給水されるようにしてある。また電解槽5で
電解処理された排水6は排水管8から排水されるように
してある。排水管8には限外濾過膜や中空糸膜などの多
孔質膜で形成される濾過フィルター9が設けてあり、電
解処理された排水6は濾過フィルター9を通して排水管
8から排出されるものである。そしてこの電解槽5には
排水6に浸漬して陽極1と陰極2が設けてあり、陽極1
と陰極2に直流電源11が接続してある。この陰極2の
材質は特に限定されるものではないが、陽極1はリン酸
イオンと結合して水に難溶性の金属リン酸塩を生成させ
る金属からなるものであることが必要であり、鉄あるい
はアルミニウムであることが望ましい。
【0011】また陽極1と陰極2の間にはイオン交換層
3あるいはフィルター層4が配置してある。イオン交換
層3は、排水6中の陰イオンは通過させると共に陽イオ
ン及び、水に難溶(不溶)で排水6中に析出する物は通
過させないものであり、例えば陰イオン交換膜や陽イオ
ン交換樹脂を用いることができる。またフィルター層4
としては、排水6中のイオン(陽イオン及び陰イオン)
は通過させるが、水に難溶(不溶)で排水6中に析出す
る物質は通過させない多孔質膜、例えば中空糸膜や限外
濾過膜などを用いることができる。イオン交換層3やフ
ィルター層4は陽極1と陰極2の間に配置されておれば
よく、必ずしも電解槽5内をイオン交換層3やフィルタ
ー層4で仕切る必要はないが、電解槽5内をイオン交換
層3やフィルター層4で仕切るほうがより好ましい。ま
た図1のようにイオン交換層3やフィルター層4は陽極
1側よりも、陰極2側に近接させて配置するようにする
のが好ましい。
【0012】上記のように形成される電解式脱リン装置
にあって、リン成分が含有される排水6が給水管7を通
して電解槽5に流入される。そして陽極1と陰極2の間
に直流電流が通電されると、電気分解によって陽極1を
構成する金属から排水6中に金属イオンが溶出され、こ
の金属イオンが排水6中のリン成分と反応する。リン成
分は一般にリン酸イオンとして排水6に溶解しているの
で、陽極1から溶出された金属イオンはリン酸イオンと
反応して水に難溶性(不溶性)の金属リン酸塩が生成さ
れる。例えば、陽極1が鉄で作製されている場合には、
陽極1から鉄イオンが溶出し、この鉄イオンがリン酸イ
オンと反応して水に難溶性のリン酸鉄が生成される。ま
た陽極1がアルミニウムで形成されている場合には、陽
極1からアルミニウムイオンが溶出し、このアルミニウ
ムイオンがリン酸イオンと反応して水に難溶性のリン酸
アルミニウムが生成される。
【0013】このように電気分解を行なうことによっ
て、排水6中のリン成分は水に難溶性(不溶性)の金属
リン酸塩として析出するので、電解槽5から排水6を排
水管8を通して排水する際に濾過フィルター9で除去す
ることができ、リン成分を除去した状態で排水6を排水
管8から排水することができるものである。またこのよ
うに電気分解を行なう際に、陰極2側では水酸化物イオ
ンが排水6中に生成される。この水酸化物イオンは陽極
1側に引き寄せられ、陽極1の付近の水酸化物イオン濃
度が高くなり、上記の陽極1から溶出した金属イオンが
この水酸化物イオンと反応して水に難溶性(不溶性)の
金属水酸化物が生成して排水6中に析出される。例え
ば、陽極1が鉄で作製されている場合には、陽極1から
鉄イオンが溶出し、この鉄イオンが水酸化物イオンと反
応して水に難溶性の水酸化鉄が生成される。また陽極1
がアルミニウムで形成されている場合には、陽極1から
アルミニウムイオンが溶出し、このアルミニウムイオン
が水酸化物イオンと反応して水に難溶性の水酸化アルミ
ニウムが生成される。そして排水6中に析出されたこの
金属水酸化物は陰極2に引き付けられるが、陽極1と陰
極2の間に設けられたイオン交換層3あるいはフィルタ
ー層4をこの水に難溶で固形分として析出される金属水
酸化物は通過することができないので、金属水酸化物は
陰極2側へ移動することができず、陰極2の表面に金属
水酸化物が付着することを防ぐことができるものであ
る。
【0014】ここで、多孔質膜で形成されるフィルター
層4は、水に難溶性の金属水酸化物は通過させないが、
金属イオンやリン酸イオンは通過させるので、排水6中
で金属イオンとリン酸イオンから金属リン酸塩が生成さ
れる反応が阻害されることはない。また陽極1から溶出
した金属イオンがフィルター層4を通過して陰極2側へ
移動し、陰極2側で発生した水酸化物イオンと反応して
金属水酸化物を生成する可能性はあるが、陰極2側でこ
のように金属水酸化物が生成されることをより少なくす
るために、既述のようにフィルター膜4は陽極1側より
も陰極2側に近接させて配置するようにしてある。
【0015】一方、イオン交換層3、例えば陰イオン交
換膜は、水に難溶性の金属水酸化物は通過させず、陰イ
オンであるリン酸イオンは通過させるので、リン酸イオ
ンが陽極1に引き付けられて陽極1から溶出した金属イ
オンと反応して金属リン酸塩が生成される反応が阻害さ
れることはない。またこの陰イオン交換膜は陰イオンで
ある水酸化物イオンを通過させるので、水酸化物イオン
が陽極1に引き付けられて陽極1から溶出した金属イオ
ンと反応して金属水酸化物が生成されるが、このように
生成された水に難溶の金属水酸化物は陰極2側へ通過さ
せないので、陰極2にこの金属水酸化物が付着すること
はない。さらに陽極1から溶出した陽イオンである金属
イオンは陰イオン交換膜を通過することができないた
め、金属イオンが陰極2側へ移動して陰極2側で発生し
た水酸化物イオンと反応して金属水酸化物が生成される
ことを防ぐことができるものである。
【0016】上記のように、電気分解の進行に伴って金
属水酸化物が生成されても、陰極2の表面がこの電気絶
縁性の金属水酸化物で覆われることを防ぐことができる
ものであり、陽極1と陰極2との間の電圧が上昇するこ
と抑制することができると共に電解有効面積が減少する
ことを抑制することができ、電気分解を良好に継続させ
ることができるものであって、長期に亘って安定した脱
リン性能で排水6中のリン成分を除去することができる
ものである。
【0017】特に上記のように陽極1や陰極2を鉄ある
いはアルミニウムで形成する場合、電気分解の際に陽極
1から鉄イオンやアルミニウムイオンが溶出し、これら
は水酸化物イオンと容易に反応して水に不溶性の水酸化
鉄や水酸化アルミニウムとなり、これらの水酸化鉄や水
酸化アルミニウムが陰極2表面に析出して付着すると
電気分解が阻害されるが、本発明ではイオン交換層3や
フィルター層4を設けることによって水酸化鉄や水酸化
アルミニウムが陰極2表面に付着することを防ぐこと
ができるので、陽極1や陰極2を鉄あるいはアルミニウ
ムで形成するようにしても、長期に亘って安定した脱リ
ン性能で排水中のリン成分を除去することができ、装置
の寿命を延ばすことができるものである。
【0018】
【実施例】以下本発明を実施例によって具体的に説明す
る。 (実施例1)5cm×19cmで厚み1cmのアルミニ
ウム板で作製した陽極1と陰極2を図1に示すように電
解槽5に設けると共に陰イオン交換膜(徳山曹達(株)
製「ACH−45T」)からなるイオン交換層3を陽極
1と陰極2の間に設け、この電解槽5に食堂の排水を処
理する浄化槽の活性汚泥槽から活性汚泥を約20リット
ル採取した。また排水管8に孔径0.4ミクロンの微細
孔を有する中空糸膜から形成した濾過フィルター9を設
けた。そして、この電解槽5に総リン濃度が3〜5pp
mになるようにリン酸を添加した食堂排水を注入量が5
0リットル/日になるように間欠的に注ぎ込み、陽極1
と陰極2の間に66mAの直流電流を通電して一日12
時間、電気分解を行なった。
【0019】(実施例2)イオン交換層3の代わりに、
限外濾過膜((株)クボタ製、孔径0.4μmのポリエ
チレン膜)からなるフィルター層4を用いるようにした
他は、実施例1と同様にして電気分解を行なった。 (比較例)陽極1と陰極2の間にイオン交換層3やフィ
ルター層4を設けないようにした他は、実施例1と同様
にして電気分解を行なった。
【0020】上記の実施例1,2及び比較例において、
電気分解を行なう前と、電気分解を行なった後1時間後
の、濾過フィルター9を通して排水管8から排水された
水の総リン濃度をICP発光分析でそれぞれ測定し、電
気分解の前と後での総リン濃度の差からリン除去率を求
めた。そしてこの測定を1ヵ月毎に4ヵ月間行ない、結
果を表1に示した。
【0021】
【表1】
【0022】陽極1と陰極2の間にイオン交換層3やフ
ィルター層4を設けない比較例のものでは、2ヵ月目に
は陰極2の表面が水酸化アルミニウムで覆われ、電気分
解が殆ど行なえなくなり、表1にみられるように脱リン
効果も殆ど認められなくなった。一方、陽極1と陰極2
の間にイオン交換層3を設けた実施例1や、フィルター
層4を設けた実施例2のものでは、表1にみられるよう
に4ヵ月経過後も80%以上の脱リン効果が認められ、
長期に亘って安定した脱リン性能を示すものであった。
【0023】
【発明の効果】上記のように請求項1に係る発明は、リ
ン成分を含有する水に陽極と陰極を浸漬すると共に陽極
と陰極の間に通電して電気分解することによって、リン
成分を水に難溶化して析出させるようにした電解式脱リ
ン装置において、陰イオンは通過させると共に陽イオン
及び水に難溶物は通過させないイオン交換層を陽極と陰
極の間に設けるようにしたので、電気分解を行なう際に
陰極側で発生した水酸化物イオンが陽極側に引き寄せら
れ、陽極から溶出した金属イオンと反応して水に難溶性
の金属水酸化物が生成してもこの金属水酸化物はイオン
交換層を通過することができないものであって、陰極の
表面に金属水酸化物が付着することを防ぐことができる
ものであり、電気分解を良好に継続させて長期に亘って
安定した脱リン性能で排水中のリン成分を除去すること
ができるものである。
【0024】また請求項2の発明は、リン成分を含有す
る水に陽極と陰極を浸漬すると共に陽極と陰極の間に通
電して電気分解することによって、リン成分を水に難溶
化して析出させるようにした電解式脱リン装置におい
て、イオンは通過させるが水に難溶物は通過させないフ
ィルター層を陽極と陰極の間に設け、電解処理された排
水を陰極側から排出するようにしたので、電気分解を行
なう際に陰極側で発生した水酸化物イオンが陽極側に引
き寄せられ、陽極から溶出した金属イオンと反応して水
に難溶性の金属水酸化物が生成してもこの金属水酸化物
はフィルター層を通過することができないものであっ
て、陰極の表面に金属水酸化物が付着することを防ぐこ
とができるものであり、電気分解を良好に継続させて長
期に亘って安定した脱リン性能で排水中のリン成分を除
去することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 陽極 2 陰極 3 イオン交換層 4 フィルター層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−23855(JP,A) 特公 昭34−7082(JP,B1) 特公 昭58−55839(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 1/461 C02F 1/463 C02F 1/58 C02F 1/42

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リン成分を含有する水に陽極と陰極を浸
    漬すると共に陽極と陰極の間に通電して電気分解するこ
    とによって、リン成分を水に難溶化して析出させるよう
    にした電解式脱リン装置において、陰イオンは通過させ
    ると共に陽イオン及び水に難溶物は通過させないイオン
    交換層を陽極と陰極の間に設けて成ることを特徴とする
    電解式脱リン装置。
  2. 【請求項2】 リン成分を含有する水に陽極と陰極を浸
    漬すると共に陽極と陰極の間に通電して電気分解するこ
    とによって、リン成分を水に難溶化して析出させるよう
    にした電解式脱リン装置において、イオンは通過させる
    が水に難溶物は通過させないフィルター層を陽極と陰極
    の間に設け、電解処理された排水を陰極側から排出する
    ようにして成ることを特徴とする電解式脱リン装置。
  3. 【請求項3】 上記イオン交換層は、陰イオン交換膜、
    陽イオン交換樹脂から選ばれたものであることを特徴と
    する請求項1に記載の電解式脱リン装置。
  4. 【請求項4】 上記フィルター層は、多孔質膜であるこ
    とを特徴とする請求項2に記載の電解式脱リン装置。
  5. 【請求項5】 上記陽極と陰極は鉄あるいはアルミニウ
    ムで形成されて成ることを特徴とする請求項1乃至4の
    いずれかに記載の電解式脱リン装置。
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