JP3795993B2 - リン酸イオン含有排水の処理方法および処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水、とくに家庭排水または集合住宅の排水などのリン酸イオンを含む生活排水の処理方法および処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
川や湖の富栄養化の原因の1つにリン化合物の存在があることは周知である。また、このリン化合物は工場排水よりも一般家庭の生活排水中に多く存在するため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。
【0003】
リン化合物の浄化処理方法として、排水中に粉末状のFeCl3またはCaCl2などの凝集剤を添加する方法がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる方法では、定期的にFeCl3などを添加しているが、かかる添加作業は面倒である。またリン除去効率を高めるために、カルシウムやマグネシウムを排水中に添加しているが、排水中のカルシウムまたはマグネシウムの濃度を一定に制御することが困難であるため、リン除去効率を高く維持することができないという問題がある。
【0005】
本発明は、叙上の事情に鑑み、リン酸イオンの高除去効率を安定して維持することができるリン酸イオン含有排水の処理方法および処理装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明のリン酸イオン含有排水の処理方法は、鉄および/またはアルミニウムを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオンを電気化学的に溶出させリン酸イオンを鉄および/またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて排水中のカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度を制御するとともに、カルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室の上流側で行なうことを特徴としている。
また、鉄および/またはアルミニウムを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオンを電気化学的に溶出させリン酸イオンを鉄および/またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて排水中のカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度を制御するとともに、カルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室内で行なうことを特徴としている。
【0007】
また、本発明のリン酸イオン含有排水の処理方法は、鉄および/またはアルミニウムを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオンを電気化学的に溶出させリン酸イオンを鉄および/またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて前記鉄および/またはアルミニウムの電解溶出量を制御することを特徴としている。
【0008】
また、本発明の排水の処理装置は、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも1つが鉄および/またはアルミニウムを含む電極と、該電極に通電するための電源と、前記流入口の上流側の排水中のカルシウムイオン及び/またはマグネシウムイオンの濃度を検知するためのカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン検知手段と、カルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン発生源を排水中に投入するための投入装置と、前記検知手段により検知される信号に基づいて前記投入装置を制御する制御部とを備えてなることを特徴とする。
【0009】
さらに、本発明の排水の処理装置は、排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも1つが鉄および/またはアルミニウムを含む電極と、該電極に通電するための電源と、排水中のカルシウムイオン及び/またはマグネシウムイオンの濃度を検知するためのカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン検知手段と、該検知手段により検知される信号に基づいて前記電源を制御する制御部とを備えてなることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明のリン酸イオン含有排水の処理方法および処理装置を説明する。
【0011】
図1は本発明のリン酸イオン含有排水の処理装置の一実施の形態を示す説明図、図2は図1における処理装置の動作を示すフローチャートである。
【0012】
図1に示すように、処理装置は、排水の流入口1と流出口2を有する排水処理室3と、該処理室3内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置されている電極4、5と、該電極4、5に通電するための電源6と、前記流入口1の上流側の排水中に浸漬されるカルシウムイオン検知手段7を有するカルシウムイオン検知槽8と、カルシウムイオン発生源を排水中に投入するための投入装置9と、前記カルシウムイオン検知手段7により検知される信号に基づいて前記投入装置9を制御するマイコンなどの制御部10を備えている。
【0013】
前記電極4、5は、鉄、鉄合金、アルミニウム、アルミニウム合金または鉄−アルミニウム合金などから製作することができる。
【0014】
前記電極4、5のうち、電極4、5間に流れる電流を制御する電流制御装置を接続するのが好ましい。陽極(アノード)側の電極、たとえば電極4の表面は、有機物および無機物の酸化被膜が発生するが、陰極(カソード)側の電極5は表面から発生する水素ガスにより洗浄され、酸化被膜が生じない。このため、前記電流制御装置により、陽極側の電極4の表面に酸化被膜が発生して鉄イオン(アルミニウムイオン)の溶出量が減少してきたばあいに、所定の時間間隔で極性を反転する。これにより、鉄イオン(アルミニウムイオン)の溶出量をほぼ一定に維持することができるため、脱リン性能を一定に維持することができる。なお、反転の時間として、たとえば1時間未満のばあい鉄イオン(アルミニウムイオン)の溶出量が低下するため、1時間以上にするのが好ましい。
【0015】
鉄(アルミニウム)の電解溶出法には、従来公知の方法が採用でき、電極への通電は連続的でも断続的、パルス的でもよい。通電量はリン酸イオンや他のイオンの濃度、排水の流量などによって異なるが、鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオンの排水中の濃度/リン酸イオン濃度の比(以下、「Fe/P」と略す)が0.8〜3.0、好ましくは1.0〜2.5となるように調節すればよい。
【0016】
なお、前記発生した水素ガスを処理室3内に集積させないように、上蓋11に空気孔12を形成する。また処理室の排水中に空気を供給する空気ばっ気装置13を設けるようにする。かかるばっ気装置13を設けることにより、前記水素ガスを希釈してから排気させることができ、また処理室3内に水不溶性の塩を堆積させないようにするとともに、溶出した鉄イオンを処理室3内に均一にすることができる。
【0017】
前記空気ばっ気装置13は、排水処理室3の底中央に設置される多孔質の散気管14または散気板と、該散気管14に圧縮空気を吸き込むためのエアポンプ15とから構成されており、前記散気管14とエアポンプ15はパイプ16により接続されている。
【0018】
本実施の形態では、前記散気管14は排水処理室3の底中央に設置されているが、本発明においては、とくにこれに限定されるものではなく、排水を撹拌し、排水の流出とともに、排水中のリン酸イオンと電極から溶出した鉄イオン(アルミニウムイオン)との反応生成物である水不溶性の塩を流出させやすい位置を適宜選定して設置することができる。たとえば前記散気管14は、排水処理室3の流出口2側の壁3aに対して垂直に設置されているが、散気管14を壁3aに近づけ、かつ壁3aに対して平行、すなわち図1の紙面垂直方向にするとともに、少し底から高い位置に配置することにより、処理室内の排水の対流を生じやすくする。また、散気管を処理室内の排水中で上下方向に動かすことで排水の対流を生じやすくすることもできる。なお、本実施の形態では、前記排水の撹拌により、鉄イオンとリン酸イオンおよびカルシウムイオンとリン酸イオンの反応性を向上させることもできる。
【0019】
前記カルシウム検知槽8内には、排水中のカルシウムイオン濃度を正確に検知するために、排水を撹拌する撹拌羽根17が設けられている。該撹拌羽根17は、前記検知手段7の先端または検出槽8の底などに取り付けることができる。そして、一定時間、たとえば約10分ごとに排水を撹拌するようにする。
【0020】
また前記カルシウムイオン検知手段7による排水(1リットル)中のカルシムイオン濃度(mg/リットル)の測定精度をさらに向上させるため、排水を一定量ごとに流す定量ポンプまたは電磁弁などを前記流入口1の上流側に設けるのが好ましい。前記カルシウムイオン検知手段7による測定は、連続的な測定または定期的な測定で行なうことができるが、前記撹拌羽根17が作動したのちに測定するのが好ましい。これは撹拌中よりも撹拌終了後のほうがカルシウムイオンが均一にされているためである。
【0021】
なお、本実施の形態では、検知手段は、排水処理室の上流側の排水中に浸漬されているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、前述のごとく排水処理室内にばっ気装置を設けるなどして排水処理室綯いのイオン分布を均一にするようにすればイオン検知手段を排水処理室内に設けることができる。または前記排水処理室内に設けられるカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン検知槽の排水中に浸漬することもできる。
【0022】
前記投入装置9は、カルシウムイオン発生源を蓄留するためのタンク18と、該タンク18から下方に延びる投入管19と、該投入管19の途中に連結される投入手段19とから構成されている。該投入手段20としては、前記制御部10の指令にしたがって、カルシウムイオン発生源を定量供給できるものであれば、とくに限定されるものではなく、たとえば電磁弁または定量ポンプなどを用いることができる。また、前記タンク18内には、カルシウムイオン発生源の濃度を均一にするための撹拌羽根21が設けられている。
【0023】
本実施の形態では、カルシウムイオン発生源を投入するようにされているが、本発明においては、とくにこれに限定されるものではなく、マグネシウムイオン発生源またはカルシウムイオン発生源とマグネシウムイオンが組み合わされたイオン発生源を投入することができる。なお、前記カルシウムイオン発生源としては、金属カルシウムまたはカルシウムの水溶性塩などを用いることができる。前記マグネシウムイオン発生源としては、金属マグネシウムまたはマグネシウムの水溶性塩などを用いることができる。これらの水溶性塩の具体例としては、従来より凝集剤として用いられている塩化カルシウム(溶解度:59.5g/水100g)のほか、水酸化カルシウム(溶解度:185mg/水100g)、炭酸カルシウム(溶解度:1.4mg/水100g)、塩化マグネシウム(溶解度:52.8g/水100g)、シュウ酸マグネシウム(溶解度:70mg/水100g)などがあげられる。これらのうち、直ちに水に溶解してカルシウムイオンまたはマグネシウムイオンを多量に発生する点から、塩化カルシウム、水酸化カルシウム、塩化マグネシウムがとくに好ましい。また、水溶解性の小さい塩のばあいも、予め水溶液の形として投入してもよい。
【0024】
前記カルシウムイオン検知手段7としては、とくに限定されるものではなく、通常のPVC液膜型カルシウムイオン選択性電極などからなるイオンセンサなどを用いることができる。また、マグネシウムイオン検知手段としては、通常のPVC液膜型マグネシウムイオン選択性電極などからなるイオンセンサなどを用いることができる。
【0025】
つぎに本発明の処理装置の動作を説明する。図2に示すように、一定量の排水が流入されたのち、カルシウムイオンを検知し、制御部により流出した排水1リットル中のカルシウムイオン濃度を演算する。その結果、たとえばカルシウムイオンが5mg/リットル以下のばあいは、投入装置の投入手段が作動し、排水中にカルシウム溶液を投入する。これにより、排水処理室内のカルシウムイオン濃度が増大する。Fe/P=2.0になるように約520mAの電流値が鉄製電極に通電される。通電は一定時間、たとえば排水が処理室の容量分流れる程度の時間のあいだ行なう。
【0026】
本発明における、リン酸イオン含有排水の鉄(アルミニウム)の電解溶出法による処理は、電極から溶出した鉄イオン(アルミニウムイオン)が排水中のリン酸イオンと反応して水不溶性のリン酸と鉄(アルミニウム)との塩を生成させる反応(反応A)を利用するものであるが、排水中は水酸イオンが存在しており、溶出した鉄イオン(アルミニウムイオン)は水酸イオンとも反応する(反応B)。反応Bは反応Aよりも速いので、リン酸イオンを捕捉するためには電流量を多くして鉄イオン(アルミニウムイオン)の溶出量を増す必要がある。その結果、電極と電力の消費が増大してしまう。
【0027】
しかしながら、排水中にカルシウムイオンまたはマグネシウムイオンが存在すると、それらのイオンは水酸イオンと反応する(反応D)。この反応Dは鉄イオン(アルミニウムイオン)と水酸イオンとの反応Bに優先するため、反応Bが抑制され、鉄イオン(アルミニウムイオン)はリン酸イオンとの反応Aに有効に利用される。さらに、カルシウムイオンおよびマグネシウムイオンもリン酸イオンと反応して水不溶性の塩を形成する(反応E)ので、リン酸イオンの除去に貢献する。
【0028】
したがって、本発明では、カルシウムイオンまたはマグネシウムイオンを添加し、鉄イオン(アルミニウムイオン)と水酸イオンの反応Bを抑制し、鉄イオン(アルミニウムイオン)とリン酸イオンの反応Aを効率よく行なわせることができる。これにより、通電量を低減することができ、節電できるとともに鉄やアルミニウムの溶出量を低減できる。
【0029】
なお、本発明においては、前記制御部10と電源6とを接続し、前記カルシウムイオン検知手段7により検知される信号に基づいて前記電源6を制御することができる。すなわち、前記カルシウムイオン検知槽8内で検知されたカルシウムイオン濃度が低下したとき、前記電極4、5間の通電量を上げる。これにより、鉄製電極の電解溶出量が増加するため、リン除去効率を安定して維持することができる。
【0030】
本発明の排水の処理方法および処理装置は前述のように一般家庭排水にとくに有利に利用できる。したがって、単独で使用してもよいが、他の浄化システム、たとえば活性汚泥法、膜分離、嫌気・好気循環法などと組合せて家庭用、集合住宅用の総合排水浄化システムとすることができる。また、大規模処理システム(し尿処理場)にも利用できる。
【0031】
【実施例】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【0032】
実施例1
図1に示す鉄の電解溶出排水処理装置を用い、流入口からリン酸イオン濃度15mg/リットル(H3PO4として添加)およびNa+200mg/リットルを含む供試排水を流速0.5リットル/minで流入させた。このときのカルシウムイオン濃度は1mg/リットルであった。また投入装置のタンクには、50mg/リットルのカルシウム溶液を入れた。
【0033】
排水中に浸漬させる電極としては、高純度の鉄板を用いた。電極への通電量はFe/Pが2.0となるように約520mAとし、1時間ごとに反転させた。
【0034】
そして電極の電気分解により、溶出させた鉄イオンと排水中のリン酸イオンを反応させて水不溶性の塩を生成させた。ついでカルシウムイオン検知手段により、カルシウムイオン濃度を測定すると、1mg/リットルであったので、前記タンクからカルシウム溶液を排水中に投入した。これにより、排水処理室内のカルシウムイオン濃度は10mg/リットルになった。
【0035】
つぎに流出口で採取した排水を孔径0.45μmのフィルターで濾過した濾液をJIS K 0102に規格された全リン分析法(46.3)に準拠して調べた結果、リンの除去効率が90%以上であることがわかった。
【0036】
実施例2
図1に示す鉄の電解溶出排水処理装置を用い、流入口からリン酸イオン濃度15mg/リットル(H3PO4として添加)およびNa+200mg/リットルを含む供試排水を流速0.5リットル/minで流入させた。このときのカルシウムイオン濃度は3mg/リットルであった。
【0037】
排水中に浸漬させる電極としては、高純度の鉄板を用いた。電極への通電量はFe/Pが2.0となるように約520mAとし、1時間ごとに反転させた。
【0038】
そして電極の電気分解により、溶出させた鉄イオンと排水中のリン酸イオンを反応させて水不溶性の塩を生成させた。ついでカルシウムイオン検知手段により、カルシウムイオン濃度を測定すると、3mg/リットルであったので、前記電極への通電量を1100mAに上げて、鉄イオンの溶出量を増大させた。
【0039】
つぎに流出口で採取した排水を孔径0.45μmのフィルターで濾過した濾液をJIS K 0102に規格された全リン分析法(46.3)に準拠して調べた結果、リンの除去効率が90%以上であることがわかった。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、排水中のリン酸イオンを連続的に高効率で除去でき、かつ該高効率を安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排水処理装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図2】図1におけるの排水処理装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 流入口
2 流出口
3 排水処理室
4、5 電極
6 電源
7 カルシウムイオン検知手段
8 カルシウムイオン検知槽
9 投入装置
10 制御部
Claims (9)
- 鉄および/またはアルミニウムを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオンを電気化学的に溶出させリン酸イオンを鉄および/またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて排水中のカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度を制御するとともに、カルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室の上流側で行なうリン酸イオン含有排水の処理方法。
- 鉄および/またはアルミニウムを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオンを電気化学的に溶出させリン酸イオンを鉄および/またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて排水中のカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度を制御するとともに、カルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室内で行なうリン酸イオン含有排水の処理方法。
- 前記検知濃度が所定の濃度より低いばあい、排水中にカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン発生源を投入する請求項1または2記載の処理方法。
- 鉄および/またはアルミニウムを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄イオンおよび/またはアルミニウムイオンを電気化学的に溶出させリン酸イオンを鉄および/またはアルミニウムとの水不溶性塩の形で凝集させる排水の処理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて前記鉄および/またはアルミニウムの電解溶出量を制御するリン酸イオン含有排水の処理方法。
- カルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室の上流側で行なう請求項4記載の処理方法。
- カルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水処理室内で行なう請求項4記載の処理方法。
- 排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも1つが鉄および/またはアルミニウムを含む電極と、該電極に通電するための電源と、前記流入口の上流側の排水中のカルシウムイオン及び/またはマグネシウムイオンの濃度を検知するためのカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン検知手段と、カルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン発生源を排水中に投入するための投入装置と、前記検知手段により検知される信号に基づいて前記投入装置を制御する制御部とを備えてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
- 前記投入装置が撹拌羽根を有してなる請求項7記載の処理装置。
- 排水の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少なくとも1つが鉄および/またはアルミニウムを含む電極と、該電極に通電するための電源と、排水中のカルシウムイオン及び/またはマグネシウムイオンの濃度を検知するためのカルシウムイオンおよび/またはマグネシウムイオン検知手段と、該検知手段により検知される信号に基づいて前記電源を制御する制御部とを備えてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
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