JP3723530B2 - 排水処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リン化合物、例えば、リン酸やリン酸イオン、及び窒素化合物、例えば、有機態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素、アンモニア態窒素を含む排水の処理方法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つに窒素化合物及びリン化合物の存在があることは周知である。また、このリン化合物や窒素化合物は、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、窒素化合物を含有する排水処理には、生物的処理が行われており、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ている。
【０００３】
他方、リン化合物の処理方法には、種々提案されているが、家庭排水については石灰凝集沈殿法が知られている。この技術は、被処理水中のリン酸イオンをカルシウムイオンと反応させて水不溶性の塩、カルシウムヒドロキシアパタイトとして凝集沈殿させて除去する技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の生物的処理の窒素化合物及びリン化合物の処理装置では、２つの反応槽が必要となると共に、処理時間が遅いため、処理効率が低下する問題があった。また、従来の方法では、窒素化合物及びリン化合物を含む被処理水を同時に処理するものではないため、装置が大型化する問題があった。
【０００５】
また、該生物的処理では、硝化菌及び脱窒素細菌を保有するために、大容量の好気槽及び嫌気槽が必要となり、設備建設コストの高騰、装置設置面積の増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より、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、細菌の活動低下及び脱窒素作用の低下を招き、処理効率が不安定となる問題があった。
【０００６】
そこで、電気化学的手法より、被処理水中の窒素化合物の脱窒処理を行い、当該処理された被処理水中に鉄を存在させ、被処理水中に含有されるリン化合物を鉄と反応させ、沈殿処理する方法が提案されている。
【０００７】
しかし、従来の鉄によるリン化合物の沈殿処理では、処理を行う度に沈殿物を除去処理していたため、大量の沈殿物が廃棄されていた。更に、沈殿処理を行う度に、鉄を消費してしまうため、リン化合物の処理を進行させるためには、常に、鉄を供給する必要があった。そのため、大量に排出される沈殿物の廃棄や鉄の供給に要するランニングコストが膨大なものとなる問題があった。更に、沈殿物の排出量が大量となることにより、環境に適さないとの問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は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、リン化合物の除去に用いられる鉄の使用量の削減によるランニングコストを削減すると共に、廃棄処理される沈殿物の量を著しく減少させることができる排水処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電気化学的手法により、被処理水中の窒素化合物の脱窒処理を行い、鉄と反応させることにより被処理水中のリン化合物を沈殿処理する排水処理方法であって、沈殿物を残して処理後の被処理水を排出する第１の処理ステップと、該第１の処理ステップの終了後、沈殿物に処理前の被処理水を加え、且つ、当該被処理水を強酸性域に調整する第２の処理ステップと、該第２の処理ステップの終了後、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物を脱窒処理する第３の処理ステップと、該第３の処理ステップの終了後、被処理水中に当該被処理水のｐＨをアルカリ性方向に調整するｐＨ調整剤を添加し、沈殿物を生成する第４の処理ステップとを繰り返すことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明の排水処理方法は、上記発明に加えて、第２の処理ステップにおける被処理水のｐＨは２以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明の排水処理方法は、上記各発明に加えて、第３の処理ステップでは、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貴金属、又は、当該貴金属を被覆した導電体、若しくはフェライトを含むセラミクス系導電体、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼から成る電極を用いることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、電気化学的手法により、被処理水中の窒素化合物の脱窒処理を行い、鉄と反応させることにより被処理水中のリン化合物を沈殿処理するにあたって、沈殿物を残して処理後の被処理水を排出する第１の処理ステップと、該第１の処理ステップの終了後、沈殿物に処理前の被処理水を加え、且つ、当該被処理水を強酸性域に調整する第２の処理ステップを実行するので、沈殿物が強酸性域に調整されることにより、該沈殿物を鉄とリン化合物として被処理水中に溶解させることができる。
【００１３】
ここで、第２の処理ステップは、請求項２の如く被処理水のｐＨを２以下とすることにより、容易に前記沈殿物を鉄とリン化合物とに溶解処理することができるようになる。
【００１４】
その後、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物を脱窒処理する第３の処理ステップを実行することにより、第２の処理ステップにおいて加えられた被処理水中の窒素化合物を脱窒処理することができるようになる。
【００１５】
ここで、第３の処理ステップは、請求項３の如く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貴金属、又は当該貴金属を被覆した導電体、若しくはフェライトを含むセラミクス系導電体、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼からなる電極を用いることにより、より一層効果的に、被処理水中の窒素化合物を脱窒処理することができるようになる。
【００１６】
そして、第３の処理ステップの終了後、被処理水中に当該被処理水のｐＨをアルカリ性方向に調整するｐＨ調整剤を添加し、沈殿物を生成する第４の処理ステップを実行するので、被処理水中の鉄とリン化合物がアルカリ性方向に調整されることにより、該鉄とリン化合物とが沈殿処理される。
【００１７】
本発明によれば、第４の処理ステップ終了後、再び第１の処理ステップに戻り、各処理ステップを順次、繰り返すことにより、被処理水中に含有される窒素化合物の脱窒処理を行いつつ、リン化合物を鉄と沈殿処理することにより、鉄とリン化合物により生成される沈殿物のリン濃度を高めることができる。そのため、被処理水を処理する度に、鉄とリン化合物の沈殿物が蓄積され、大量の沈殿物が廃棄処理されることを未然に回避することができるようになる。
【００１８】
また、一旦、被処理水に加えられた鉄を繰り返し用いてリン化合物の処理を行うことにより、多くのリン化合物を沈殿処理させることができるようになる。これにより、原則として鉄の新たな供給を必要としなくなり、メンテナンス作業性の簡素化及びランニングコストの削減を図ることができるようになる。
【００１９】
【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。図１は本発明の窒素化合物及びリン化合物を含む排水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。本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る一対の電極、カソードを構成する電極５と、アノードを構成する電極６と、当該電極５、６に通電するための図示しない電源と、該電源を制御するための図示しない制御装置とから構成されている。
【００２０】
前記カソードを構成する電極５及びアノードを構成する電極６は、それぞれ電気化学的手法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貴金属、又は貴金属を被覆した導電体から構成されており、本実施例では、両者とも白金板により構成されている。
【００２１】
なお、本発明において処理される被処理水は、一般家庭の生活排水や工業排水などの窒素化合物及びリン化合物が含有される排水であるものとし、当該被処理水中には、少なくともハロゲン化物イオン、例えば、塩化物イオンが含有されているものとする。
【００２２】
以上の構成により、本実施例における排水処理方法について説明する。まず初めに、処理槽２内に被処理水を貯留し、当該被処理水中に少なくとも一部が浸漬される図示しない一対の電極に通電することにより、被処理水中の硝酸態窒素や亜硝酸態窒素若しくはアンモニア態窒素などの窒素化合物の脱窒処理を行う。
【００２３】
その後、脱窒処理された後の被処理水中に鉄イオンを添加する。この鉄イオンは、被処理水中に浸漬される鉄板から溶出される溶解鉄であってもよく、若しくは、被処理水中に浸漬される鉄電極により電解化学的手法によって溶出される電解鉄であってもよいものとする。また、これ以外であっても、被処理水中に鉄イオンを溶存させるものであれば、他の方法であってもよいものとする。
【００２４】
これにより、被処理水中に存在するリン化合物としてのリン酸イオンは、被処理水中の鉄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され、被処理水中のリン化合物の脱リン処理を行うことができる。
【００２５】
なお、本実施例において、上述の如く被処理水中に溶存された鉄イオンは過剰に存在していることから、リン酸イオンと反応した鉄イオン以外の鉄イオンは、被処理水中の水酸化物イオンと凝集沈殿し、水に難溶性の水酸化鉄（ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ（ＯＨ）3）を生成するものとする。
【００２６】
次に、上述の如く処理された後の沈殿物の処理及び新たな被処理水の処理方法について、図１を参照して詳述する。まず初めに、第１の処理ステップとして、処理槽２の下部に沈殿物として凝集沈殿されたリン酸鉄や水酸化鉄を残して、上述の如く脱窒処理及び脱リン処理された被処理水を排出する。なお、当該第１の処理ステップは、図１の右下に示す。
【００２７】
次に、第２の処理ステップとして、前記沈殿物が残留された処理槽２内に脱窒処理及び脱リン処理を行われる前の被処理水、即ち、新たな被処理水を供給し、当該被処理水中に強酸性薬剤として例えば原液の硫酸を加え、当該被処理水をｐＨが強酸性域、例えば、ｐＨが２以下、本実施例ではｐＨが１．３となるようにｐＨ調整を行う。
【００２８】
これにより、処理槽２内に残留されたリン酸鉄などの沈殿物は、被処理水が強酸性となることにより、リン酸イオン、鉄（III）イオン及び鉄（II）イオン若しくは、水酸化物イオン、鉄（III）イオン及び鉄（II）イオンとして被処理水中に溶解される。なお、当該第２の処理ステップは、図１の左下に示す。
【００２９】
上記第２の処理ステップ終了後、第３の処理ステップとして前記制御装置により電源をＯＮとし、電極５、６に通電する。ここで、電極５、６は少なくとも一部が被処理水中に浸漬されていることにより、上述の如く鉄（III）イオン及び鉄（II）イオンが溶存した被処理水は電気化学的手法としての電解処理が行われる。なお、当該第３の処理ステップは、図１の左上に示す。
【００３０】
ここで、電極５、６は、それぞれ電気化学的手法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貴金属、又は貴金属を被覆した導電体として白金により構成されているため、アノードを構成する電極６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（後述する反応Ａ）。この塩素は水に溶解して次亜ハロゲン酸としての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。
【００３１】
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、ヨウ化物イオン又は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。
【００３２】
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６において酸化され、塩素を生成し（前記反応Ａ。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Ｂ）。以下、反応Ａ及び反応Ｂを示す。
【００３３】
他方、カソードを構成する電極５側では、アノードを構成する電極６側において生成された電子が供給され、被処理水中に含有される鉄（III）イオンが、鉄（II）イオンに還元される（反応Ｃ）。以下に、反応Ｃを示す。
反応Ｃ Ｆｅ3+＋ｅ-→Ｆｅ2+
【００３４】
これにより、被処理水中に、電解前から存在していた鉄（II）イオン、および新たに生成された鉄（II）イオンは、該被処理水中に溶存する硝酸態窒素としての硝酸イオンと反応することにより、亜硝酸態窒素としての亜硝酸イオンに還元される（反応Ｄ）。また、前記反応より硝酸イオン（硝酸態窒素）から生成された亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）は、更に鉄（II）イオンと反応を生じ、アンモニアに還元される（反応Ｅ）。以下に、反応Ｄ及び反応Ｅを示す。
反応Ｄ ＮＯ3 -＋２Ｆｅ2+＋Ｈ2Ｏ→ＮＯ2 -＋２Ｆｅ3+＋２ＯＨ-
反応Ｅ ＮＯ2 -＋６Ｆｅ2+＋５Ｈ2Ｏ→ＮＨ3＋６Ｆｅ3+＋７ＯＨ-
【００３５】
ここで、図２を参照して、鉄（II）イオンによる硝酸イオンの還元に関する実験を行った結果を示す。係る実験において使用された被処理水は、硝酸イオンの還元能を調べるため、１０ｍＭのＫＮＯ3水溶液を使用する。また、鉄（II）イオンとしてＦｅＣｌ2を２０ｍＭずつ被処理水中に添加していくものとする。
【００３６】
図２の上図は、硝酸態窒素としての硝酸イオンの濃度の変化を示しており、下図は、全鉄濃度（黒丸で示す。）の変化及び鉄（II）イオン濃度（白丸で示す。）の変化を示している。これによると、鉄（II）イオンが被処理水中に徐々に添加されていくに従って、被処理水中の硝酸イオン濃度が減少していることが分かる。
【００３７】
これは、鉄（II）イオンは上記反応Ｄに示す如く硝酸イオンの還元に使用され、鉄（II）イオン以外の鉄、即ち鉄（III）イオンに変換されていることを示すものである。
【００３８】
そして、上述の如く生成されたアンモニア（アンモニウムイオン）は、上記反応Ｂで被処理水中に生成された次亜塩素酸と反応し、複数の化学変化を経た後、窒素ガスに変換される（反応Ｆ）。以下に、反応Ｆを示す。
【００３９】
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６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＋３（Ｏ）→Ｎ2↑＋３Ｈ2Ｏ
【００４０】
これにより、被処理水中の硝酸態窒素、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。
【００４１】
尚、反応Ｄ及び反応Ｅにおいて、硝酸イオン及び亜硝酸イオンの還元反応に用いられた鉄（III）イオンは、上述した如くカソードを構成する電極５側において生じる反応Ｃにより、鉄（II）イオンに還元される。これにより、被処理水がｐＨ２以下の強酸性域であっても、効率的に被処理水中の窒素化合物の脱窒処理を行うことができるようになる。
【００４２】
また、上記電極５、６は電解処理時において前記制御装置により適時極性切換を行うものとする。これにより、カソードを構成する電極５（又は電極６）の表面に生じる被膜形成（スケール）を防止することができ、有効面積の減少を未然に回避することができるようになる。
【００４３】
更にまた、本実施例では、電極５、６をそれぞれ板状電極により構成しているが、これ以外に、アノードを構成する電極６をワイヤー電極にて構成し、カソードを構成する電極５を板状電極により構成してもよいものとする。
【００４４】
この場合、アノードを構成する電極６にて生じる亜硝酸から硝酸あるいはアンモニアから亜硝酸、亜硝酸から硝酸への酸化反応を抑制することができるようになる。そのため、鉄（II）イオンによる硝酸態窒素や亜硝酸態窒素の還元反応を促進することができより一層、脱窒処理を効率的に行うことができるようになる。但し、かかる場合には、各電極５、６の極性切換は行わないものとする。
【００４５】
そして、第３の処理ステップにおける被処理水中の窒素化合物の脱窒処理が終了した後、第４の処理ステップとして、前記電極５、６への通電を停止した後、当該被処理水にｐＨ調整剤としてのＫＯＨを添加し、被処理水のｐＨをアルカリ性方向に調整する。なお、本実施例では被処理水のｐＨが１２となるようにｐＨ調整を行うものとする。
【００４６】
これにより、被処理水中に残留したリン化合物としてのリン酸イオンは、同じく被処理水中に残留した鉄（III）イオンと凝集沈殿し、水に難溶性のリン酸鉄（ＦｅＰＯ4）を生成する（反応Ｉ）。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され、被処理水中のリン化合物の脱リン処理を行うことができる。以下、反応Ｉを示す。
反応Ｉ Ｆｅ3+＋ＰＯ4 3-→ＦｅＰＯ4↓
【００４７】
上記反応Ｈ以外に鉄（III）イオンは、被処理水中の水酸化物イオンと凝集沈殿し、水に難溶性の水酸化鉄（ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ（ＯＨ）3）を生成するものとする。
【００４８】
更にまた、被処理水中には、上記第２の処理ステップにおいて、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）が加えられていることから、被処理水中には、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）も溶存している。そのため、係る硫酸イオンも被処理水中に溶存された鉄（III）イオンと凝集沈殿し、水に難溶性の硫化鉄（Ｆｅ2（ＳＯ4）3）を生成する。
【００４９】
これにより、被処理水中に溶存された鉄（III）イオンは、上記化合物として沈殿処理することが可能となる。
【００５０】
ここで、図３及び図４を参照して本実施例に関する実験を行った結果を示す。係る実験では、上記実施例における沈殿物の初期モデルとしての鉄スラッジに原液の硫酸を添加し、強酸性域であるｐＨ１．３に調整し、撹拌する。その後、ｐＨ調整された鉄に、被処理水モデルとしての１０ｍＭのＫＮＯ3と５ｍＭのＫ2ＨＰＯ4の水溶液を添加する（上記実施例における第２の処理ステップ）。
【００５１】
このとき、被処理水モデルには、鉄が溶解されている。係る鉄の溶解について図３に示す。図３の左に全鉄濃度、右に鉄（II）イオン濃度が示されている。これによると、被処理水モデル中の全鉄濃度は、２．１４ｇ／Ｌであるのに対し、鉄（II）イオン濃度は１．１１ｇ／Ｌであった。
【００５２】
次いで、上述の如くｐＨ調整された鉄に被処理水モデルを添加したものに、ｐＨ調整剤としてのＫＯＨを添加し、被処理水モデルをｐＨ１２に調整し、鉄化合物を沈殿させる（第４の処理ステップ）。
【００５３】
ここで、図４を参照して、前記鉄化合物の沈殿前と沈殿後における硝酸態窒素濃度、亜硝酸態窒素濃度、アンモニア態窒素濃度、リン酸濃度について説明する。鉄化合物の沈殿前、即ち、被処理水モデルに鉄を添加した状態における硝酸態窒素の濃度は１４０ｍｇ／Ｌであり、亜硝酸態窒素の濃度及びアンモニア態窒素濃度は０であった。また、被処理水モデルに含有されるリン酸濃度は１５５ｍｇ／Ｌであった。鉄スラッジのｐＨ調整を行った際は１．３であったが、被処理水モデルを添加することによりｐＨが変化したため、この時点における被処理水モデルのｐＨは、１．２であった。
【００５４】
その後、被処理水モデルをｐＨ１２に調整し、鉄化合物を沈殿させた後の硝酸態窒素の濃度は１０４ｍｇ／Ｌであり、沈殿前と比べて、減少していることが分かる。これに対し、鉄化合物の沈殿後の亜硝酸態窒素の濃度は０から０．１６ｍｇ／Ｌに変化していると共に、アンモニア態窒素濃度は０から０．４５ｍｇ／Ｌに変化していた。これは、硝酸態窒素が鉄（II）イオンにより亜硝酸態窒素へ還元され、更に、亜硝酸態窒素が鉄（II）イオンによりアンモニア態窒素に還元されたためと考えられる。
【００５５】
また、被処理水モデル中のリン酸は、鉄化合物と沈殿することにより、１５５ｍｇ／Ｌから１３ｍｇ／Ｌにまで減少していた。これにより、殆どのリン酸が、被処理水モデル中の鉄（III）イオンと凝集沈殿し、被処理水中から沈殿物へ移行したことが分かる。
【００５６】
一方、前記被処理水中の鉄（III）イオンを沈殿処理する第４の処理ステップの終了後には、再び上記第１の処理ステップに移行し、順次、第１の処理ステップ、第２の処理ステップ、第３の処理ステップ及び第４の処理ステップを実行する。これにより、被処理水中に含有される窒素化合物の脱窒処理を行いつつ、リン化合物を鉄と沈殿処理することにより、上記沈殿物のリン濃度を高めることができる。
【００５７】
そして、沈殿物のリン濃度が所定の高濃度となった状態で、即ち、ほぼすべての鉄イオンがリン酸イオン若しくは、硫酸イオンと沈殿凝集し沈殿物を生成した際には、これ以上のリン酸イオンの沈殿凝集が望めなくなるため、この時点で、沈殿物を回収し、廃棄するものとする。そのため、被処理水を処理する度に、鉄とリン化合物の沈殿物が蓄積され、大量の沈殿物が廃棄処理されることを未然に回避することができるようになる。なお、上述の如く鉄イオンのリン酸イオンの除去量が飽和した状態となり沈殿物を廃棄した場合には、被処理水中に新たに溶解鉄若しくは電解鉄などにより鉄を加えるものとする。
【００５８】
また、一旦、被処理水に過剰に加えられた鉄を繰り返し用いてリン化合物の処理を行うことにより、多くのリン化合物を沈殿処理することができるようになる。これにより、原則として鉄の新たな供給を必要としなくなり、メンテナンス作業性の簡素化及びランニングコストの削減を図ることができるようになる。
【００５９】
なお、本実施例では、処理槽２において、図示しない電極により、被処理水中の窒素化合物の脱窒処理をした後、被処理水中に鉄イオンを供給し、これにより、被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを鉄イオンと凝集沈殿させ、沈殿物を生成しているが、他の方法によりリン酸鉄の沈殿物を生成し、上述の如く鉄イオンの再利用を行ってもよいものとする。また、被処理水の処理開始時において被処理水中に過剰の鉄イオンが存在していれば、本実施例の第３の処理ステップの如く電気化学的処理を行い、本発明の如く第１処理乃至第４処理を繰り返す排水処理を行ってもよいものとする。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、電気化学的手法により、被処理水中の窒素化合物の脱窒処理を行い、鉄と反応させることにより被処理水中のリン化合物を沈殿処理するにあたって、沈殿物を残して処理後の被処理水を排出する第１の処理ステップと、該第１の処理ステップの終了後、沈殿物に処理前の被処理水を加え、且つ、当該被処理水を強酸性域に調整する第２の処理ステップを実行するので、沈殿物が強酸性域に調整されることにより、該沈殿物を鉄とリン化合物として被処理水中に溶解させることができる。
【００６１】
ここで、第２の処理ステップは、請求項２の如く被処理水のｐＨを２以下とすることにより、容易に前記沈殿物を鉄とリン化合物とに溶解処理することができるようになる。
【００６２】
その後、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物を脱窒処理する第３の処理ステップを実行することにより、第２の処理ステップにおいて加えられた被処理水中の窒素化合物を脱窒処理することができるようになる。
【００６３】
ここで、第３の処理ステップは、請求項３の如く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貴金属、又は当該貴金属を被覆した導電体、若しくはフェライトを含むセラミクス系導電体、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼からなる電極を用いることにより、より一層効果的に、被処理水中の窒素化合物を脱窒処理することができるようになる。
【００６４】
そして、第３の処理ステップの終了後、被処理水中に当該被処理水のｐＨをアルカリ性方向に調整するｐＨ調整剤を添加し、沈殿物を生成する第４の処理ステップを実行するので、被処理水中の鉄とリン化合物がアルカリ性方向に調整されることにより、該鉄とリン化合物とが沈殿処理される。
【００６５】
本発明によれば、第４の処理ステップ終了後、再び第１の処理ステップに戻り、各処理ステップを順次、繰り返すことにより、被処理水中に含有される窒素化合物の脱窒処理を行いつつ、リン化合物を鉄と沈殿処理することにより、鉄とリン化合物により生成される沈殿物のリン濃度を高めることができる。そのため、被処理水を処理する度に、鉄とリン化合物の沈殿物が蓄積され、大量の沈殿物が廃棄処理されることを未然に回避することができるようになる。
【００６６】
また、一旦、被処理水に加えられた鉄を繰り返し用いてリン化合物の処理を行うことにより、多くのリン化合物を沈殿処理させることができるようになる。これにより、原則として鉄の新たな供給を必要としなくなり、メンテナンス作業性の簡素化及びランニングコストの削減を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水処理装置の概要を示す説明図である。
【図２】鉄（II）イオンによる硝酸イオンの還元に関する実験を行った結果を示す図である。
【図３】鉄の溶解濃度を示す図である。
【図４】鉄化合物の沈殿前と沈殿後における硝酸態窒素濃度、亜硝酸態窒素濃度、アンモニア態窒素濃度、リン酸濃度を示す図である。
【符号の説明】
１ 排水処理装置
２ 処理槽
４ 処理室
５、６ 電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、リン化合物、例えば、リン酸やリン酸イオン、及び窒素化合物、例えば、有機態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素、アンモニア態窒素を含む排水の処理方法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つに窒素化合物及びリン化合物の存在があることは周知である。また、このリン化合物や窒素化合物は、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、窒素化合物を含有する排水処理には、生物的処理が行われており、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ている。
【０００３】
他方、リン化合物の処理方法には、種々提案されているが、家庭排水については石灰凝集沈殿法が知られている。この技術は、被処理水中のリン酸イオンをカルシウムイオンと反応させて水不溶性の塩、カルシウムヒドロキシアパタイトとして凝集沈殿させて除去する技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の生物的処理の窒素化合物及びリン化合物の処理装置では、２つの反応槽が必要となると共に、処理時間が遅いため、処理効率が低下する問題があった。また、従来の方法では、窒素化合物及びリン化合物を含む被処理水を同時に処理するものではないため、装置が大型化する問題があった。
【０００５】
また、該生物的処理では、硝化菌及び脱窒素細菌を保有するために、大容量の好気槽及び嫌気槽が必要となり、設備建設コストの高騰、装置設置面積の増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より、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、細菌の活動低下及び脱窒素作用の低下を招き、処理効率が不安定となる問題があった。
【０００６】
そこで、電気化学的手法より、被処理水中の窒素化合物の脱窒処理を行い、当該処理された被処理水中に鉄を存在させ、被処理水中に含有されるリン化合物を鉄と反応させ、沈殿処理する方法が提案されている。
【０００７】
しかし、従来の鉄によるリン化合物の沈殿処理では、処理を行う度に沈殿物を除去処理していたため、大量の沈殿物が廃棄されていた。更に、沈殿処理を行う度に、鉄を消費してしまうため、リン化合物の処理を進行させるためには、常に、鉄を供給する必要があった。そのため、大量に排出される沈殿物の廃棄や鉄の供給に要するランニングコストが膨大なものとなる問題があった。更に、沈殿物の排出量が大量となることにより、環境に適さないとの問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は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、リン化合物の除去に用いられる鉄の使用量の削減によるランニングコストを削減すると共に、廃棄処理される沈殿物の量を著しく減少させることができる排水処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電気化学的手法により、被処理水中の窒素化合物の脱窒処理を行い、鉄と反応させることにより被処理水中のリン化合物を沈殿処理する排水処理方法であって、沈殿物を残して処理後の被処理水を排出する第１の処理ステップと、該第１の処理ステップの終了後、沈殿物に処理前の被処理水を加え、且つ、当該被処理水を強酸性域に調整する第２の処理ステップと、該第２の処理ステップの終了後、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物を脱窒処理する第３の処理ステップと、該第３の処理ステップの終了後、被処理水中に当該被処理水のｐＨをアルカリ性方向に調整するｐＨ調整剤を添加し、沈殿物を生成する第４の処理ステップとを繰り返すことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明の排水処理方法は、上記発明に加えて、第２の処理ステップにおける被処理水のｐＨは２以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明の排水処理方法は、上記各発明に加えて、第３の処理ステップでは、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貴金属、又は、当該貴金属を被覆した導電体、若しくはフェライトを含むセラミクス系導電体、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼から成る電極を用いることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、電気化学的手法により、被処理水中の窒素化合物の脱窒処理を行い、鉄と反応させることにより被処理水中のリン化合物を沈殿処理するにあたって、沈殿物を残して処理後の被処理水を排出する第１の処理ステップと、該第１の処理ステップの終了後、沈殿物に処理前の被処理水を加え、且つ、当該被処理水を強酸性域に調整する第２の処理ステップを実行するので、沈殿物が強酸性域に調整されることにより、該沈殿物を鉄とリン化合物として被処理水中に溶解させることができる。
【００１３】
ここで、第２の処理ステップは、請求項２の如く被処理水のｐＨを２以下とすることにより、容易に前記沈殿物を鉄とリン化合物とに溶解処理することができるようになる。
【００１４】
その後、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物を脱窒処理する第３の処理ステップを実行することにより、第２の処理ステップにおいて加えられた被処理水中の窒素化合物を脱窒処理することができるようになる。
【００１５】
ここで、第３の処理ステップは、請求項３の如く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貴金属、又は当該貴金属を被覆した導電体、若しくはフェライトを含むセラミクス系導電体、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼からなる電極を用いることにより、より一層効果的に、被処理水中の窒素化合物を脱窒処理することができるようになる。
【００１６】
そして、第３の処理ステップの終了後、被処理水中に当該被処理水のｐＨをアルカリ性方向に調整するｐＨ調整剤を添加し、沈殿物を生成する第４の処理ステップを実行するので、被処理水中の鉄とリン化合物がアルカリ性方向に調整されることにより、該鉄とリン化合物とが沈殿処理される。
【００１７】
本発明によれば、第４の処理ステップ終了後、再び第１の処理ステップに戻り、各処理ステップを順次、繰り返すことにより、被処理水中に含有される窒素化合物の脱窒処理を行いつつ、リン化合物を鉄と沈殿処理することにより、鉄とリン化合物により生成される沈殿物のリン濃度を高めることができる。そのため、被処理水を処理する度に、鉄とリン化合物の沈殿物が蓄積され、大量の沈殿物が廃棄処理されることを未然に回避することができるようになる。
【００１８】
また、一旦、被処理水に加えられた鉄を繰り返し用いてリン化合物の処理を行うことにより、多くのリン化合物を沈殿処理させることができるようになる。これにより、原則として鉄の新たな供給を必要としなくなり、メンテナンス作業性の簡素化及びランニングコストの削減を図ることができるようになる。
【００１９】
【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。図１は本発明の窒素化合物及びリン化合物を含む排水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。本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る一対の電極、カソードを構成する電極５と、アノードを構成する電極６と、当該電極５、６に通電するための図示しない電源と、該電源を制御するための図示しない制御装置とから構成されている。
【００２０】
前記カソードを構成する電極５及びアノードを構成する電極６は、それぞれ電気化学的手法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貴金属、又は貴金属を被覆した導電体から構成されており、本実施例では、両者とも白金板により構成されている。
【００２１】
なお、本発明において処理される被処理水は、一般家庭の生活排水や工業排水などの窒素化合物及びリン化合物が含有される排水であるものとし、当該被処理水中には、少なくともハロゲン化物イオン、例えば、塩化物イオンが含有されているものとする。
【００２２】
以上の構成により、本実施例における排水処理方法について説明する。まず初めに、処理槽２内に被処理水を貯留し、当該被処理水中に少なくとも一部が浸漬される図示しない一対の電極に通電することにより、被処理水中の硝酸態窒素や亜硝酸態窒素若しくはアンモニア態窒素などの窒素化合物の脱窒処理を行う。
【００２３】
その後、脱窒処理された後の被処理水中に鉄イオンを添加する。この鉄イオンは、被処理水中に浸漬される鉄板から溶出される溶解鉄であってもよく、若しくは、被処理水中に浸漬される鉄電極により電解化学的手法によって溶出される電解鉄であってもよいものとする。また、これ以外であっても、被処理水中に鉄イオンを溶存させるものであれば、他の方法であってもよいものとする。
【００２４】
これにより、被処理水中に存在するリン化合物としてのリン酸イオンは、被処理水中の鉄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され、被処理水中のリン化合物の脱リン処理を行うことができる。
【００２５】
なお、本実施例において、上述の如く被処理水中に溶存された鉄イオンは過剰に存在していることから、リン酸イオンと反応した鉄イオン以外の鉄イオンは、被処理水中の水酸化物イオンと凝集沈殿し、水に難溶性の水酸化鉄（ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ（ＯＨ）3）を生成するものとする。
【００２６】
次に、上述の如く処理された後の沈殿物の処理及び新たな被処理水の処理方法について、図１を参照して詳述する。まず初めに、第１の処理ステップとして、処理槽２の下部に沈殿物として凝集沈殿されたリン酸鉄や水酸化鉄を残して、上述の如く脱窒処理及び脱リン処理された被処理水を排出する。なお、当該第１の処理ステップは、図１の右下に示す。
【００２７】
次に、第２の処理ステップとして、前記沈殿物が残留された処理槽２内に脱窒処理及び脱リン処理を行われる前の被処理水、即ち、新たな被処理水を供給し、当該被処理水中に強酸性薬剤として例えば原液の硫酸を加え、当該被処理水をｐＨが強酸性域、例えば、ｐＨが２以下、本実施例ではｐＨが１．３となるようにｐＨ調整を行う。
【００２８】
これにより、処理槽２内に残留されたリン酸鉄などの沈殿物は、被処理水が強酸性となることにより、リン酸イオン、鉄（III）イオン及び鉄（II）イオン若しくは、水酸化物イオン、鉄（III）イオン及び鉄（II）イオンとして被処理水中に溶解される。なお、当該第２の処理ステップは、図１の左下に示す。
【００２９】
上記第２の処理ステップ終了後、第３の処理ステップとして前記制御装置により電源をＯＮとし、電極５、６に通電する。ここで、電極５、６は少なくとも一部が被処理水中に浸漬されていることにより、上述の如く鉄（III）イオン及び鉄（II）イオンが溶存した被処理水は電気化学的手法としての電解処理が行われる。なお、当該第３の処理ステップは、図１の左上に示す。
【００３０】
ここで、電極５、６は、それぞれ電気化学的手法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貴金属、又は貴金属を被覆した導電体として白金により構成されているため、アノードを構成する電極６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（後述する反応Ａ）。この塩素は水に溶解して次亜ハロゲン酸としての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。
【００３１】
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、ヨウ化物イオン又は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。
【００３２】
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６において酸化され、塩素を生成し（前記反応Ａ。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Ｂ）。以下、反応Ａ及び反応Ｂを示す。
他方、カソードを構成する電極５側では、アノードを構成する電極６側において生成された電子が供給され、被処理水中に含有される鉄（III）イオンが、鉄（II）イオンに還元される（反応Ｃ）。以下に、反応Ｃを示す。
反応Ｃ Ｆｅ3+＋ｅ-→Ｆｅ2+
【００３４】
これにより、被処理水中に、電解前から存在していた鉄（II）イオン、および新たに生成された鉄（II）イオンは、該被処理水中に溶存する硝酸態窒素としての硝酸イオンと反応することにより、亜硝酸態窒素としての亜硝酸イオンに還元される（反応Ｄ）。また、前記反応より硝酸イオン（硝酸態窒素）から生成された亜硝酸イオン（亜硝酸態窒素）は、更に鉄（II）イオンと反応を生じ、アンモニアに還元される（反応Ｅ）。以下に、反応Ｄ及び反応Ｅを示す。
反応Ｄ ＮＯ3 -＋２Ｆｅ2+＋Ｈ2Ｏ→ＮＯ2 -＋２Ｆｅ3+＋２ＯＨ-
反応Ｅ ＮＯ2 -＋６Ｆｅ2+＋５Ｈ2Ｏ→ＮＨ3＋６Ｆｅ3+＋７ＯＨ-
【００３５】
ここで、図２を参照して、鉄（II）イオンによる硝酸イオンの還元に関する実験を行った結果を示す。係る実験において使用された被処理水は、硝酸イオンの還元能を調べるため、１０ｍＭのＫＮＯ3水溶液を使用する。また、鉄（II）イオンとしてＦｅＣｌ2を２０ｍＭずつ被処理水中に添加していくものとする。
【００３６】
図２の上図は、硝酸態窒素としての硝酸イオンの濃度の変化を示しており、下図は、全鉄濃度（黒丸で示す。）の変化及び鉄（II）イオン濃度（白丸で示す。）の変化を示している。これによると、鉄（II）イオンが被処理水中に徐々に添加されていくに従って、被処理水中の硝酸イオン濃度が減少していることが分かる。
【００３７】
これは、鉄（II）イオンは上記反応Ｄに示す如く硝酸イオンの還元に使用され、鉄（II）イオン以外の鉄、即ち鉄（III）イオンに変換されていることを示すものである。
【００３８】
そして、上述の如く生成されたアンモニア（アンモニウムイオン）は、上記反応Ｂで被処理水中に生成された次亜塩素酸と反応し、複数の化学変化を経た後、窒素ガスに変換される（反応Ｆ）。以下に、反応Ｆを示す。
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６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＋３（Ｏ）→Ｎ2↑＋３Ｈ2Ｏ
【００４０】
これにより、被処理水中の硝酸態窒素、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。
【００４１】
尚、反応Ｄ及び反応Ｅにおいて、硝酸イオン及び亜硝酸イオンの還元反応に用いられた鉄（III）イオンは、上述した如くカソードを構成する電極５側において生じる反応Ｃにより、鉄（II）イオンに還元される。これにより、被処理水がｐＨ２以下の強酸性域であっても、効率的に被処理水中の窒素化合物の脱窒処理を行うことができるようになる。
【００４２】
また、上記電極５、６は電解処理時において前記制御装置により適時極性切換を行うものとする。これにより、カソードを構成する電極５（又は電極６）の表面に生じる被膜形成（スケール）を防止することができ、有効面積の減少を未然に回避することができるようになる。
【００４３】
更にまた、本実施例では、電極５、６をそれぞれ板状電極により構成しているが、これ以外に、アノードを構成する電極６をワイヤー電極にて構成し、カソードを構成する電極５を板状電極により構成してもよいものとする。
【００４４】
この場合、アノードを構成する電極６にて生じる亜硝酸から硝酸あるいはアンモニアから亜硝酸、亜硝酸から硝酸への酸化反応を抑制することができるようになる。そのため、鉄（II）イオンによる硝酸態窒素や亜硝酸態窒素の還元反応を促進することができより一層、脱窒処理を効率的に行うことができるようになる。但し、かかる場合には、各電極５、６の極性切換は行わないものとする。
【００４５】
そして、第３の処理ステップにおける被処理水中の窒素化合物の脱窒処理が終了した後、第４の処理ステップとして、前記電極５、６への通電を停止した後、当該被処理水にｐＨ調整剤としてのＫＯＨを添加し、被処理水のｐＨをアルカリ性方向に調整する。なお、本実施例では被処理水のｐＨが１２となるようにｐＨ調整を行うものとする。
【００４６】
これにより、被処理水中に残留したリン化合物としてのリン酸イオンは、同じく被処理水中に残留した鉄（III）イオンと凝集沈殿し、水に難溶性のリン酸鉄（ＦｅＰＯ4）を生成する（反応Ｉ）。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され、被処理水中のリン化合物の脱リン処理を行うことができる。以下、反応Ｉを示す。
反応Ｉ Ｆｅ3+＋ＰＯ4 3-→ＦｅＰＯ4↓
【００４７】
上記反応Ｈ以外に鉄（III）イオンは、被処理水中の水酸化物イオンと凝集沈殿し、水に難溶性の水酸化鉄（ＦｅＯ（ＯＨ）、Ｆｅ（ＯＨ）3）を生成するものとする。
【００４８】
更にまた、被処理水中には、上記第２の処理ステップにおいて、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）が加えられていることから、被処理水中には、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）も溶存している。そのため、係る硫酸イオンも被処理水中に溶存された鉄（III）イオンと凝集沈殿し、水に難溶性の硫化鉄（Ｆｅ2（ＳＯ4）3）を生成する。
【００４９】
これにより、被処理水中に溶存された鉄（III）イオンは、上記化合物として沈殿処理することが可能となる。
【００５０】
ここで、図３及び図４を参照して本実施例に関する実験を行った結果を示す。係る実験では、上記実施例における沈殿物の初期モデルとしての鉄スラッジに原液の硫酸を添加し、強酸性域であるｐＨ１．３に調整し、撹拌する。その後、ｐＨ調整された鉄に、被処理水モデルとしての１０ｍＭのＫＮＯ3と５ｍＭのＫ2ＨＰＯ4の水溶液を添加する（上記実施例における第２の処理ステップ）。
【００５１】
このとき、被処理水モデルには、鉄が溶解されている。係る鉄の溶解について図３に示す。図３の左に全鉄濃度、右に鉄（II）イオン濃度が示されている。これによると、被処理水モデル中の全鉄濃度は、２．１４ｇ／Ｌであるのに対し、鉄（II）イオン濃度は１．１１ｇ／Ｌであった。
【００５２】
次いで、上述の如くｐＨ調整された鉄に被処理水モデルを添加したものに、ｐＨ調整剤としてのＫＯＨを添加し、被処理水モデルをｐＨ１２に調整し、鉄化合物を沈殿させる（第４の処理ステップ）。
【００５３】
ここで、図４を参照して、前記鉄化合物の沈殿前と沈殿後における硝酸態窒素濃度、亜硝酸態窒素濃度、アンモニア態窒素濃度、リン酸濃度について説明する。鉄化合物の沈殿前、即ち、被処理水モデルに鉄を添加した状態における硝酸態窒素の濃度は１４０ｍｇ／Ｌであり、亜硝酸態窒素の濃度及びアンモニア態窒素濃度は０であった。また、被処理水モデルに含有されるリン酸濃度は１５５ｍｇ／Ｌであった。鉄スラッジのｐＨ調整を行った際は１．３であったが、被処理水モデルを添加することによりｐＨが変化したため、この時点における被処理水モデルのｐＨは、１．２であった。
【００５４】
その後、被処理水モデルをｐＨ１２に調整し、鉄化合物を沈殿させた後の硝酸態窒素の濃度は１０４ｍｇ／Ｌであり、沈殿前と比べて、減少していることが分かる。これに対し、鉄化合物の沈殿後の亜硝酸態窒素の濃度は０から０．１６ｍｇ／Ｌに変化していると共に、アンモニア態窒素濃度は０から０．４５ｍｇ／Ｌに変化していた。これは、硝酸態窒素が鉄（II）イオンにより亜硝酸態窒素へ還元され、更に、亜硝酸態窒素が鉄（II）イオンによりアンモニア態窒素に還元されたためと考えられる。
【００５５】
また、被処理水モデル中のリン酸は、鉄化合物と沈殿することにより、１５５ｍｇ／Ｌから１３ｍｇ／Ｌにまで減少していた。これにより、殆どのリン酸が、被処理水モデル中の鉄（III）イオンと凝集沈殿し、被処理水中から沈殿物へ移行したことが分かる。
【００５６】
一方、前記被処理水中の鉄（III）イオンを沈殿処理する第４の処理ステップの終了後には、再び上記第１の処理ステップに移行し、順次、第１の処理ステップ、第２の処理ステップ、第３の処理ステップ及び第４の処理ステップを実行する。これにより、被処理水中に含有される窒素化合物の脱窒処理を行いつつ、リン化合物を鉄と沈殿処理することにより、上記沈殿物のリン濃度を高めることができる。
【００５７】
そして、沈殿物のリン濃度が所定の高濃度となった状態で、即ち、ほぼすべての鉄イオンがリン酸イオン若しくは、硫酸イオンと沈殿凝集し沈殿物を生成した際には、これ以上のリン酸イオンの沈殿凝集が望めなくなるため、この時点で、沈殿物を回収し、廃棄するものとする。そのため、被処理水を処理する度に、鉄とリン化合物の沈殿物が蓄積され、大量の沈殿物が廃棄処理されることを未然に回避することができるようになる。なお、上述の如く鉄イオンのリン酸イオンの除去量が飽和した状態となり沈殿物を廃棄した場合には、被処理水中に新たに溶解鉄若しくは電解鉄などにより鉄を加えるものとする。
【００５８】
また、一旦、被処理水に過剰に加えられた鉄を繰り返し用いてリン化合物の処理を行うことにより、多くのリン化合物を沈殿処理することができるようになる。これにより、原則として鉄の新たな供給を必要としなくなり、メンテナンス作業性の簡素化及びランニングコストの削減を図ることができるようになる。
【００５９】
なお、本実施例では、処理槽２において、図示しない電極により、被処理水中の窒素化合物の脱窒処理をした後、被処理水中に鉄イオンを供給し、これにより、被処理水中のリン化合物としてのリン酸イオンを鉄イオンと凝集沈殿させ、沈殿物を生成しているが、他の方法によりリン酸鉄の沈殿物を生成し、上述の如く鉄イオンの再利用を行ってもよいものとする。また、被処理水の処理開始時において被処理水中に過剰の鉄イオンが存在していれば、本実施例の第３の処理ステップの如く電気化学的処理を行い、本発明の如く第１処理乃至第４処理を繰り返す排水処理を行ってもよいものとする。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、電気化学的手法により、被処理水中の窒素化合物の脱窒処理を行い、鉄と反応させることにより被処理水中のリン化合物を沈殿処理するにあたって、沈殿物を残して処理後の被処理水を排出する第１の処理ステップと、該第１の処理ステップの終了後、沈殿物に処理前の被処理水を加え、且つ、当該被処理水を強酸性域に調整する第２の処理ステップを実行するので、沈殿物が強酸性域に調整されることにより、該沈殿物を鉄とリン化合物として被処理水中に溶解させることができる。
【００６１】
ここで、第２の処理ステップは、請求項２の如く被処理水のｐＨを２以下とすることにより、容易に前記沈殿物を鉄とリン化合物とに溶解処理することができるようになる。
【００６２】
その後、被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物を脱窒処理する第３の処理ステップを実行することにより、第２の処理ステップにおいて加えられた被処理水中の窒素化合物を脱窒処理することができるようになる。
【００６３】
ここで、第３の処理ステップは、請求項３の如く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貴金属、又は当該貴金属を被覆した導電体、若しくはフェライトを含むセラミクス系導電体、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼からなる電極を用いることにより、より一層効果的に、被処理水中の窒素化合物を脱窒処理することができるようになる。
【００６４】
そして、第３の処理ステップの終了後、被処理水中に当該被処理水のｐＨをアルカリ性方向に調整するｐＨ調整剤を添加し、沈殿物を生成する第４の処理ステップを実行するので、被処理水中の鉄とリン化合物がアルカリ性方向に調整されることにより、該鉄とリン化合物とが沈殿処理される。
【００６５】
本発明によれば、第４の処理ステップ終了後、再び第１の処理ステップに戻り、各処理ステップを順次、繰り返すことにより、被処理水中に含有される窒素化合物の脱窒処理を行いつつ、リン化合物を鉄と沈殿処理することにより、鉄とリン化合物により生成される沈殿物のリン濃度を高めることができる。そのため、被処理水を処理する度に、鉄とリン化合物の沈殿物が蓄積され、大量の沈殿物が廃棄処理されることを未然に回避することができるようになる。
【００６６】
また、一旦、被処理水に加えられた鉄を繰り返し用いてリン化合物の処理を行うことにより、多くのリン化合物を沈殿処理させることができるようになる。これにより、原則として鉄の新たな供給を必要としなくなり、メンテナンス作業性の簡素化及びランニングコストの削減を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水処理装置の概要を示す説明図である。
【図２】鉄（II）イオンによる硝酸イオンの還元に関する実験を行った結果を示す図である。
【図３】鉄の溶解濃度を示す図である。
【図４】鉄化合物の沈殿前と沈殿後における硝酸態窒素濃度、亜硝酸態窒素濃度、アンモニア態窒素濃度、リン酸濃度を示す図である。
【符号の説明】
１ 排水処理装置
２ 処理槽
４ 処理室
５、６ 電極
Claims (3)
- 電気化学的手法により、被処理水中の窒素化合物の脱窒処理を行い、鉄と反応させることにより前記被処理水中のリン化合物を沈殿処理する排水処理方法であって、
沈殿物を残して処理後の前記被処理水を排出する第１の処理ステップと、
該第１の処理ステップの終了後、前記沈殿物に処理前の被処理水を加え、且つ、当該被処理水を強酸性域に調整する第２の処理ステップと、
該第２の処理ステップの終了後、前記被処理水中に一対の電極を少なくとも一部浸漬し、前記電気化学的手法により当該被処理水中の窒素化合物を脱窒処理する第３の処理ステップと、
該第３の処理ステップの終了後、前記被処理水中に当該被処理水のｐＨをアルカリ性方向に調整するｐＨ調整剤を添加し、前記沈殿物を生成する第４の処理ステップとを繰り返すことを特徴とする排水処理方法。 - 前記第２の処理ステップにおける前記被処理水のｐＨは２以下であることを特徴とする請求項１の排水処理方法。
- 前記第３の処理ステップでは、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貴金属、又は、当該貴金属を被覆した導電体、若しくはフェライトを含むセラミクス系導電体、若しくは、炭素系導電体、若しくは、ステンレス鋼から成る電極を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２の排水処理方法。
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