JP3796032B2 - 汚水処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚水処理装置に関し、さらに詳しくは、屎尿廃水や生活廃水などの汚水に含まれるリン酸を電気分解により溶出した金属イオンと反応させて除去するための汚水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の汚水処理装置としては、従来、次のようなものが知られている。
【０００３】
すなわち、処理すべき汚水が収納される汚水収納槽を設け、その槽内に不溶性リン酸塩形成金属からなる電極を一組以上配置しておき、これらの電極間に電圧を印加して電気化学的に不溶性リン酸塩形成金属イオンを汚水中に溶出させることで、リン酸を不溶性塩にして除去するようにした装置である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような汚水処理装置においては、場合により、電極の表面に不動態皮膜とよばれる耐蝕性酸化皮膜が形成される結果、水不溶性リン酸塩形成金属イオンの溶出が減少したり停止したりするおそれがある（不動態化）。
【０００５】
このような不動態化が起こると、汚水中のリン酸を水不溶性リン酸塩にして除去することが困難になったり不可能になったりする。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、汚水中に水不溶性リン酸塩形成金属イオンを電気化学的に溶出させる際の不動態化を防止して、汚水中のリン酸を安定的に除去することのできる汚水処理装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点によれば、汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造を有し流入した汚水を処理して外部に放流する浄化槽の汚水からリン除去処理を行うための汚水処理装置であって、汚水流入口及び汚水流出口が形成された汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための複数組の板状の電極と、この電極に電解用定電流を供給するための電源と、を備えた汚水処理装置において、電解中の電流密度を、前記鉄イオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内に維持し、前記アルミニウムイオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内に維持して定電流電解を行うように制御する制御部を備えてなることを特徴とする汚水処理装置が提供される。
また、汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造を有し流入した汚水を処理して外部に放流する浄化槽の汚水からリン除去処理を行うための汚水処理装置であって、汚水流入口及び汚水流出口が形成された汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための複数組の板状の電極と、この電極に電解用定電流を供給するための電源と、を備えた汚水処理装置において、電解中の電流密度は前記電極の汚水中への浸漬面積を変化させることで変更できるものであるとともに、この電流密度を、前記鉄イオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ 2 の範囲内に維持し、前記アルミニウムイオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ 2 の範囲内に維持して定電流電解を行うように制御する制御部を備えてなることを特徴とする汚水処理装置が提供される。
さらに、汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造を有し流入した汚水を処理して外部に放流する浄化槽の汚水からリン除去処理を行うための汚水処理装置であって、汚水流入口及び汚水流出口が形成された汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための複数組の板状の電極と、この電極に電解用定電流を供給するための電源と、を備えた汚水処理装置において、各組の電極は、電気絶縁性スペーサにより相互の間隔が一定に保たれるようにするとともに、電解中の電流密度を、前記鉄イオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ 2 の範囲内に維持し、前記アルミニウムイオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ 2 の範囲内に維持して定電流電解を行うように制御する制御部を備えてなることを特徴とする汚水処理装置が提供される。
【０００８】
汚水収納槽は、電気分解処理に供される汚水が収納される。電極は、例えば長方形板状のものが２枚一組で所定組配され、電気分解により鉄イオンまたはアルミニウムイオンを汚水収納槽に溶出させる。電源は、各組の電極に電気分解のための電流を供給する。
【０００９】
一組の電極は例えば、両方とも鉄及びアルミニウムのうちの１つから、または一方が鉄及びアルミニウムのうちの１つから他方が不溶性金属から構成される。前者の場合は、所望により電極の極性反転を行うことで電極の不動態化を防止することができる。また、後者の場合は、鉄及びアルミニウムのうちの１つから構成された電極をアノードとし、不溶性金属から構成された電極をカソードとする。ここで、不溶性金属から構成された電極としては、例えば銀や白金などの電極がある。また、一組の電極は例えば、把手部のある電気絶縁性スペーサなどに固定され、相互の間隔が一定に保たれているのが好ましい。
【００１０】
汚水収納槽に溶出した鉄イオンまたはアルミニウムイオンは、汚水中のリン酸（オルトリン酸）と反応して水不溶性リン化合物（Ｆｅ（ＯＨ）x （ＰＯ4 ）y またはＡｌ（ＯＨ）x （ＰＯ4 ）y ）となって凝集し、汚水収納槽に沈殿する。
【００１１】
制御部は、電解中の電流密度を一定範囲内に維持して定電流電解を行うように制御するものである。ここで、定電流電解の際に電流密度を常に一定範囲内に維持するのは、本発明者が研究の結果、▲１▼不動態化と電解時の電流密度との間にはなんらかの相関関係があること、▲２▼電流密度が小さすぎると不動態化が起こること、▲３▼電流密度が適切であると不動態化を防止できること、を突き止めたからである。
【００１２】
すなわち、前記鉄イオンを溶出させるような定電流電解を行った場合の適切な電流密度は０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 であり、前記アルミニウムイオンを溶出させるような定電流電解を行った場合の適切な電流密度は０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 であることが実験から判明した。ここで、電流密度がそれぞれの下限値に満たないときは不動態化が起こり、それぞれの上限値を越えたときは電極間電圧が高くなりすぎて汚水処理装置の管理者などが感電するおそれがある。
【００１３】
これらの電流密度は、前記鉄イオン溶出の場合、より好ましくは０．２〜４．０ｍＡ／ｃｍ2 、もっとも好ましくは０．４〜３．０ｍＡ／ｃｍ2 であり、前記アルミニウムイオン溶出の場合、より好ましくは０．３〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 、もっとも好ましくは０．６〜４．０ｍＡ／ｃｍ2 であることも判明した。
【００１４】
本発明に係る汚水処理装置は、すべての電極が、鉄及びアルミニウムのうちの一方から構成され、制御部が、電源に電極の極性反転を指示する機能を有し、前記定電流電解を行う際に制御部が３０分間〜５日間ごとに１回の極性反転を指示するように構成されているのが好ましい。一定時間ごとに電極の極性反転を行うことで、電極の不動態化をよりいっそう確実に防止して、電気分解の効率化を図ることができるからである。
【００１５】
この極性反転は、３０分未満の一定時間ごとに１回行うと、前記鉄イオンまたは前記アルミニウムイオンの充分な溶出をさせることができず、一方、５日間を越える一定時間ごとに１回行うと、電極表面に不動態皮膜が形成されてしまったときにその皮膜が安定化するおそれがあり、極性反転を行っても不動態皮膜を完全に剥離させることができない。
【００１６】
本発明の別の観点によれば、汚水収納槽と、汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための電極と、この電極に電解用電流を供給するための電源と、前記鉄イオン溶出のために０．１ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で定電流電解を行う際に電流密度を定期的かつ一時的に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように、前記アルミニウムイオン溶出のために０．２ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で定電流電解を行う際に電流密度を定期的かつ一時的に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように制御する制御部とを備えてなることを特徴とする汚水処理装置が提供される。
【００１７】
制御部は、電解中の電流密度を定期的かつ一時的に上昇させて定電流電解を行うように制御するものである。すなわち、０．１ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で前記鉄イオンを溶出させるような定電流電解を行った場合において、制御部が、電流密度を定期的かつ一時的に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように制御する。また、０．２ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で前記アルミニウムイオンを溶出させるような定電流電解を行った場合において、制御部が、電流密度を定期的かつ一時的に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように制御する。
【００１８】
ここで、「定期的かつ一時的に」電流密度を上昇させるとは、例えば数時間ごとに数分間だけ電流密度を上昇させることを意味する。このような電流密度の上昇によって、電極表面に不動態皮膜が形成されるのを防止し、あるいは形成された不動態皮膜を破壊除去しようとする。
【００１９】
本発明に係る汚水処理装置は、すべての電極が、鉄及びアルミニウムのうちの一方から構成され、制御部が、電源に電極の極性反転を指示する機能を有し、前記定電流電解を行う際に制御部が６時間〜７日間ごとに１回の極性反転を指示するように構成されているのが好ましい。一定時間ごとに電極の極性反転を行うことで、電極の不動態化をよりいっそう確実に防止して、電気分解の効率化を図ることができるからである。
【００２０】
この極性反転は、６時間未満の一定時間ごとに１回行うと、前記鉄イオンまたは前記アルミニウムイオンの充分な溶出をさせることができず、一方、７日間を越える一定時間ごとに１回行うと、電極表面に不動態皮膜が形成されてしまったときにその皮膜が安定化するおそれがあり、極性反転を行っても不動態皮膜を完全に剥離させることができない。
【００２１】
前記の１つの観点または別の観点に係る汚水処理装置は、電解中の電極間電圧が２５Ｖ以上になるとそれを外部へ報知する視覚的報知部（例えばＬＥＤランプなど）及び／または聴覚的報知部（例えばブザーなど）をさらに備えているのが好ましい。
【００２２】
電極間電圧が２５Ｖ以上になると、汚水処理装置の管理者などが誤って感電するおそれがあるため、これらの報知部を設けておけば、感電の危険性を避けることができる。
【００２３】
また、これらの汚水処理装置は、制御部がさらに、電解中の電極間電圧が２５Ｖ以上になると電解を停止させる機能を有しているのが好ましい。このような制御部が設けられていれば、自動制御により前記の感電の危険性を避けることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の２つの実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、これらによって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
実施の形態１
図１に示すように、本発明の１つの実施の形態に係る汚水処理装置Ｄ1 は、１つの汚水収納槽１と、４組の電極２・３と、各組の電極２・３に電流を供給するための直流電源（図示略）と、４個の電極保持体４とを備えてなる。
【００２６】
図２に示すように、汚水収納槽１は平面形状がほぼ方形の箱からなり、屎尿廃水や生活廃水などの処理すべき汚水が収納される。汚水収納槽１の対向側壁の上部には、汚水流入口１ａ及び汚水流出口１ｂが形成されている。また、汚水収納槽１の底には、左右方向に延びる２本の底部位置決め棒５が設けられている。そして、これらの底部位置決め棒５の内側には、縦方向に延びる合計６本の左右位置決め棒６が設けられている。
【００２７】
各組の電極２・３はいずれも長方形板状の鉄製であり、汚水中のリン酸を除去する鉄イオンを電気分解により溶出させる。図３及び図４に拡大して示すように、一組の電極２・３は、これらの上端に取り付けられた塩化ピニル樹脂製の電気絶縁性スペーサ７により、それらの間隔が一定に保たれている。スペーサ７には把手部７ａが設けられている。
【００２８】
電極２・３の上端には接続用端子８が設けられている。これらの端子８はリード線９を介してコネクタ１０に接続されている。コネクタ１０は前記電源に接続される。なお、一組の電極２・３と、１つのスペーサ７と、２つの端子８と、２つのリード線９と、１つのコネクタ１０とからなる集合体を説明の便宜上、電極体１１と称する。
【００２９】
図３及び図４に拡大して示すように、電極保持体４は、平面形状が長方形の箱状のものであり、ポリプロピレン樹脂製である。電極保持体４の左右両側壁は、隣り合う電極保持体４どうしを仕切るための電気絶縁性仕切板４ａにされている。電極保持体４の前後両端は、ともに長方形の汚水流入口４ｂ及び汚水流出口４ｃにされている。
【００３０】
また、電極保持体４の上下両面は、周縁部を残して中央が長方形に切り欠かれて、それぞれ電極着脱口４ｄ及び曝気口４ｅにされている。さらに、電極保持体４の左右幅（２つの仕切板４ａの外面どうしの間隔）は、汚水収納槽１内における、隣り合う２つの左右位置決め棒６どうしの間隔にほぼ等しくされている。
なお、電極保持体４の上面における２つの円形孔４ｆは、スペーサ７を電極保持体４の上面にネジ止めするためのものである。
【００３１】
このように構成された電極保持体４は、汚水収納槽１内に取出し可能に配される。すなわち、槽内に設けられた底部位置決め棒５及び左右位置決め棒６により定位置にゆるやかに固定される。
【００３２】
また、電極体１１は、電極保持体４に電極着脱口４ｄから嵌め込まれてスペーサ７が電極保持体４にネジ止めされることで、電極保持体４に着脱可能に保持される。したがって、電極２・３の点検や交換の作業を簡単かつ短時間に行うことができる。また、一組の電極２・３及び電極保持体４の２つの仕切板４ａは、互いに平行になっている。したがって、電極保持体４内の汚水中のＳＳは各電極２・３の電極面に沿って汚水流入口４ａから汚水流出口４ｂの方へ滞りなく流れる。
【００３３】
図１及び図２に示すように、電極保持体４の底面中央は、左右方向へ延びる凹溝部１ｃにされている。そして、この凹溝部１ｃに１つの曝気管１２が嵌められている。
【００３４】
曝気管１２は、この汚水処理装置Ｄ1 が備える曝気装置の一部である。すなわち、この曝気装置は、汚水収納槽１外に設けられた給気用ブロア（図示略）と、このブロアに接続されて槽内へ延びる給気管（図示略）と、この給気管に接続されて槽底部に配された曝気管１２とを備えてなる。
【００３５】
電極保持体４の曝気口４ｅを通して曝気管１２から曝気を行うことにより、電極２・３及び仕切板４ａの洗浄の効果をいっそう上げることができる。
【００３６】
図５に示すように、この汚水処理装置Ｄ1 は小型合併処理浄化槽１０１に組み込まれている。
【００３７】
浄化槽１０１の内部は、屎尿廃水と生活廃水との混合した汚水が流入する流入管１０２の側から、汚水処理ずみの水を外部へ放流する放流管１０３の側にかけて、汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造にされている。
【００３８】
１０４は流入管１０２側の最前部に区画形成された第１嫌気濾床槽である。この第１嫌気濾床槽１０４では、屎尿廃水や生活廃水の中に混入していて浄化処理できない夾雑物を沈澱分離させて除去する。
【００３９】
第１嫌気濾床槽１０４には嫌気性微生物の濾床である嫌気濾床１０５が設けられており、嫌気濾床１０５に微生物を棲息させることで嫌気処理を行うようにされている。嫌気濾床１０５は、流入水や逆洗廃水が一時的に流入した際の水流によって沈澱物が巻き上げられて浮遊物質となって次の槽へ流出するのを抑えて、次の槽の負荷を下げることができる。
【００４０】
１０６は第１嫌気濾床槽１０４に隣接して区画形成された次の第２嫌気濾床槽である。第２嫌気濾床槽１０６では、嫌気濾床１０７に嫌気性微生物を棲息させることで嫌気処理を行うようにされている。
【００４１】
１０８は第２嫌気濾床槽１０６に隣接して区画形成された次の生物膜濾過槽である。
【００４２】
第１嫌気濾床槽１０４と第２嫌気濾床槽１０６とは垂直な隔壁１０９で仕切られている。隔壁１０９の上部には、隔壁１０９を貫通する移流口１１０が開口形成されている。そして、移流口１１０に移流管１１１が嵌められている。
【００４３】
第２嫌気濾床槽１０６と次の生物膜濾過槽１０８とは垂直な隔壁１１２で仕切られている。隔壁１１２の上部には、隔壁１１２を貫通する移流口１１３が開口形成されている。そして、移流口１１３に移流管１１４が嵌められている。第１嫌気濾床槽１０４から移流管１１１を通って第２嫌気濾床槽１０６へ移流してきた汚水は、嫌気濾床１０７を下降流で通過した後、移流管１１４を通って次の生物膜濾過槽１０８へ送り込まれる。
【００４４】
第２嫌気濾床槽１０６に設けられた嫌気濾床１０７により、ある程度のＳＳが捕捉される。捕捉されたＳＳは、徐々に嫌気分解されて溶解性のものになっていったり、第２嫌気濾床槽１０６の底に汚泥として貯留されたりする。また、嫌気濾床１０７では有機性の窒素がアンモニア性の窒素に嫌気分解される。
【００４５】
生物膜濾過槽１０８には、好気性微生物の濾床である好気濾床１１５が設けられており、好気濾床１１５に好気性微生物を棲息させることで好気処理を行うようにされている。生物膜濾過槽１０８の底部付近には、曝気装置の曝気管１１６が横設状態に配されている。曝気装置は、曝気管１１６から空気を吹き出すことで、生物膜濾過槽１０８の好気濾床１１５に棲息する好気性微生物に酸素を供給する。
【００４６】
１１７は生物膜濾過槽１０８に隣接して区画形成された次の処理水槽である。処理水槽１１７では、生物膜濾過槽１０８で好気処理され、濾過されて移流してきた処理水を静置貯蔵する。
【００４７】
１１８は処理水槽１１７の上部に区画形成された消毒槽である。消毒槽１１８は、処理水槽１１７で処理された後の上澄み水を消毒処理して、放流管１０３から外部へ排出するようにされている。
【００４８】
生物膜濾過槽１０８と次の処理水槽１１７との間には垂直な隔壁１１９で仕切られている。隔壁１１９の上部には、隔壁１１９を貫通する移流口１２０が開口形成されている。そして、移流口１２０に移流管１２１が嵌められている。第２嫌気濾床槽１０６から移流管１１４を通って生物膜濾過槽１０８へ移流してきた汚水は、好気濾床１１５を下降流で通過した後、移流管１２１を通って次の処理水槽１１７へ送り込まれる。
【００４９】
処理水槽１１７の上部から第１嫌気濾床槽１０４の上部にかけて、処理水中の上澄み水を返送するための返送管１２２が配されている。そして、処理水槽１１７からリフト管１２３により汲み上げられた上澄み水は、分水計量装置１２４、返送管１２２を経て汚水処理装置Ｄ1 に送られてリン除去処理に供された後に、第１嫌気濾床槽１０４へ戻される。
【００５０】
図５において、１２５は汚水処理装置Ｄ1 が備えている制御部を、１２６は電源をそれぞれ示している。電源１２６は、汚水収納槽１の内部に配された電極２・３に電気分解のための電流を供給する。１２７は汚水収納槽１の外部に設けられた給気用ブロアを示す。ブロア１２７は、汚水収納槽１の内部の電極２・３及び仕切板４ａに曝気を施すことでこれらの面を洗浄するための曝気装置の一部である。
【００５１】
浄化槽１０１に流入する汚水の量を１日１２００リットルとし、浄化槽１０１内の循環流量は６０００リットルとする。このとき、汚水収納槽１の内部に配された電極２・３には電流を約６５０ｍＡ流す（鉄イオンの溶出量はモル比Ｆｅ／Ｐ＝１．５〜２．５になるように制御すればよい）。各電極体１１の電極間距離は２５ｍｍとされ、電極間電圧は常にモニターできるようにされている。なお、電流密度は電極２・３の浸漬面積を変化させることで変更できる。
【００５２】
制御部１２５は、前記鉄イオン溶出のために電解する際の電流密度を常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に維持して定電流電解を行うように、また３０分間〜５日間ごとに１回の極性反転を指示するように、制御する。
【００５３】
ここでは、浄化槽１０１の運転開始から３ヶ月間、制御部１２５により電流密度を常に０．３ｍＡ／ｃｍ2 に維持して、また１時間ごとに１回の極性反転をしながら定電流電解が行われた。その結果を図６に示す。
【００５４】
図６によれば、運転開始から３ヶ月目における電極間電圧は、運転開始時におけるそれよりも若干増えているが、安定している。このときのリン除去率は８０〜９０％であり、きわめて良好であった。
【００５５】
なお、比較のために、浄化槽１０１の運転開始から３ヶ月間、制御部１２５により電流密度を常に０．０５ｍＡ／ｃｍ2 に維持して、また１時間ごとに１回の極性反転をしながら定電流電解が行われた。その結果を図７に示す。
【００５６】
図７によれば、運転開始から３ヶ月目における電極間電圧は運転開始時におけるそれよりも高くなっている。また、電極２・３のアノード側で酸素ガスの発生が認められた。これは、アノード側で溶出する前記鉄イオンの量が低下し、水の電解が起こっていることを示す。その原因としては、電極２・３の表面にＦｅ3 Ｏ4 などの不動態皮膜が形成されたためであると思われる。この場合、鉄イオンの溶出量が低下する分、リン除去率が低下する。この電流密度でさらに浄化槽１０１の連続運転を行うと、電極間電圧が上昇して安全性が保てなくなると推定される。
【００５７】
なお、電極２・３から溶出した鉄イオンは、汚水中に含まれるリン酸イオンと凝集反応してリン酸鉄塩や水酸化鉄を生成する。この反応はアノード側で起こると考えられる。カソード側では水素ガスが発生する。この水素ガスは、電極２・３の表面への不動態皮膜や有機性付着物の生成を防止したり除去したりする効果を有している。つまり、この水素ガス自身が電極２・３の洗浄効果をもたらす。電流密度が小さすぎる場合、この水素ガスの発生量が少なくなる分、不動態皮膜の生成が進行する。
【００５８】
次に、電流密度を常に０．３〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内における種々の一定値に維持し、また３０分間〜５日間ごとに１回の極性反転をして定電流電解を行った。それらの結果はいずれも、安定したリン除去効果の認められるものであった。
【００５９】
実施の形態２
図８に示すように、本発明の他の１つの実施の形態に係る汚水処理装置Ｄ2 は、１つの汚水収納槽１と、４組の鉄製電極と、各組の電極に電流を供給するための直流電源１２６と、給気用ブロア１２７と、視覚的報知部であるＬＥＤランプ１２８と、制御部１２９とを備えてなる。
【００６０】
電極は汚水処理装置Ｄ1 におけるものと同じである。ＬＥＤランプ１２８は、電解中の電極間電圧が２５Ｖ以上になると点灯することで、それを外部へ視覚的に報知する。この点灯は制御部１２９の指示により行われる。
【００６１】
制御部１２９は、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ2 を下回る定電流電解を行う場合には、電流密度を定期的かつ一時的に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように制御する。その１例を図９に示す。
【００６２】
すなわち、図９の上側に示すように、電流密度を０．０５ｍＡ／ｃｍ2 に維持して１２時間ごとに１回の極性反転をして定電流電解を行った場合には、リン除去効果が悪かった。これは電極表面に不動態皮膜の生成が起きたためと思われる。図９の下側に示すように、０．０５ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で１０時間の定電流電解を行い、次いで０．２ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で２時間の定電流電解を行い、その後に極性反転をして、再び０．０５ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で１０時間の定電流電解を行った場合には、高いリン除去効果が認められた。これは、生成した不動態皮膜が電流密度の一時的上昇によって破壊除去されたためと考えられる。
【００６３】
このような高いリン除去効果は、電流密度を一時的に上昇させることにより維持することができる。
【００６４】
汚水処理装置Ｄ2 の他の部分の構成及び汚水処理装置Ｄ2 が奏する効果は、汚水処理装置Ｄ1 のそれと実質的に同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１、請求項２及び請求項３に記載の発明によれば、電流密度を適切な値に維持して定電流電解を行うことで、汚水中に不溶性リン酸塩形成金属イオンを電気化学的に溶出させる際の不動態化を防止して、汚水中のリン酸を安定的に除去することができる。
【００６６】
請求項４記載の発明によれば、すべての電極が、鉄及びアルミニウムのうちの一方から構成され、制御部が、電源に電極の極性反転を指示する機能を有し、前記定電流電解を行う際に制御部が３０分間〜５日間ごとに１回の極性反転を指示する。したがって、一定時間ごとに電極の極性反転を行うことで、電極の不動態化をよりいっそう確実に防止して、電気分解の効率化を図ることができる。
【００６７】
請求項５記載の発明によれば、汚水収納槽と、前記電極と、前記電源と、制御部とを備えてなり、制御部が、前記鉄イオン溶出のために０．１ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で定電流電解を行う際に電流密度を定期的かつ一時的に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように、前記アルミニウムイオン溶出のために０．２ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で定電流電解を行う際に電流密度を定期的かつ一時的に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように制御する。したがって、電流密度を前記の適切な値に維持することができないときでも、このような電流密度の上昇によって、電極表面に不動態皮膜が形成されるのを防止し、あるいは形成された不動態皮膜を破壊除去することができる。
【００６８】
請求項６記載の発明によれば、すべての電極が、鉄及びアルミニウムのうちの一方から構成され、制御部が、電源に電極の極性反転を指示する機能を有し、前記定電流電解を行う際に制御部が６時間〜７日間ごとに１回の極性反転を指示する。したがって、一定時間ごとに電極の極性反転を行うことで、電極の不動態化をよりいっそう確実に防止して、電気分解の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る汚水処理装置の分解斜視図である。
【図２】図１の汚水処理装置の一部を上面から見た構成説明図である。
【図３】図１の汚水処理装置の構成部材である電極体及び電極保持体の斜視図である。
【図４】図３の電極体及び電極保持体の分解斜視図である。
【図５】図１の汚水処理装置が組み込まれた合併処理浄化槽の内部を正面から見た拡大構成説明図である。
【図６】図１の汚水処理装置により電流密度を常に０．３ｍＡ／ｃｍ2 に維持して、また１時間ごとに１回の極性反転をしながら定電流電解を行ったときの電極間電圧の変化を示すグラフである。
【図７】図１の汚水処理装置により電流密度を常に０．０５ｍＡ／ｃｍ2 に維持して、また１時間ごとに１回の極性反転をしながら定電流電解を行ったときの電極間電圧の変化を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２に係る汚水処理装置が組み込まれた合併処理浄化槽の内部を正面から見た拡大構成説明図である。
【図９】図８の汚水処理装置により電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ2 を下回る定電流電解を行ったときの電極間電圧の変化と、電流密度を定期的かつ一時的に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させたときの電極間電圧の変化とを示すグラフである。
【符号の説明】
１ 汚水収納槽
２ 電極
３ 電極
Ｄ1 汚水処理装置
Ｄ2 汚水処理装置
１０１ 小型合併処理浄化槽
１２５ 制御部
１２６ 電源
１２８ ＬＥＤランプ（視覚的報知部）
１２５ 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は汚水処理装置に関し、さらに詳しくは、屎尿廃水や生活廃水などの汚水に含まれるリン酸を電気分解により溶出した金属イオンと反応させて除去するための汚水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の汚水処理装置としては、従来、次のようなものが知られている。
【０００３】
すなわち、処理すべき汚水が収納される汚水収納槽を設け、その槽内に不溶性リン酸塩形成金属からなる電極を一組以上配置しておき、これらの電極間に電圧を印加して電気化学的に不溶性リン酸塩形成金属イオンを汚水中に溶出させることで、リン酸を不溶性塩にして除去するようにした装置である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような汚水処理装置においては、場合により、電極の表面に不動態皮膜とよばれる耐蝕性酸化皮膜が形成される結果、水不溶性リン酸塩形成金属イオンの溶出が減少したり停止したりするおそれがある（不動態化）。
【０００５】
このような不動態化が起こると、汚水中のリン酸を水不溶性リン酸塩にして除去することが困難になったり不可能になったりする。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、汚水中に水不溶性リン酸塩形成金属イオンを電気化学的に溶出させる際の不動態化を防止して、汚水中のリン酸を安定的に除去することのできる汚水処理装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点によれば、汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造を有し流入した汚水を処理して外部に放流する浄化槽の汚水からリン除去処理を行うための汚水処理装置であって、汚水流入口及び汚水流出口が形成された汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための複数組の板状の電極と、この電極に電解用定電流を供給するための電源と、を備えた汚水処理装置において、電解中の電流密度を、前記鉄イオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内に維持し、前記アルミニウムイオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内に維持して定電流電解を行うように制御する制御部を備えてなることを特徴とする汚水処理装置が提供される。
また、汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造を有し流入した汚水を処理して外部に放流する浄化槽の汚水からリン除去処理を行うための汚水処理装置であって、汚水流入口及び汚水流出口が形成された汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための複数組の板状の電極と、この電極に電解用定電流を供給するための電源と、を備えた汚水処理装置において、電解中の電流密度は前記電極の汚水中への浸漬面積を変化させることで変更できるものであるとともに、この電流密度を、前記鉄イオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ 2 の範囲内に維持し、前記アルミニウムイオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ 2 の範囲内に維持して定電流電解を行うように制御する制御部を備えてなることを特徴とする汚水処理装置が提供される。
さらに、汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造を有し流入した汚水を処理して外部に放流する浄化槽の汚水からリン除去処理を行うための汚水処理装置であって、汚水流入口及び汚水流出口が形成された汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための複数組の板状の電極と、この電極に電解用定電流を供給するための電源と、を備えた汚水処理装置において、各組の電極は、電気絶縁性スペーサにより相互の間隔が一定に保たれるようにするとともに、電解中の電流密度を、前記鉄イオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ 2 の範囲内に維持し、前記アルミニウムイオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ 2 の範囲内に維持して定電流電解を行うように制御する制御部を備えてなることを特徴とする汚水処理装置が提供される。
【０００８】
汚水収納槽は、電気分解処理に供される汚水が収納される。電極は、例えば長方形板状のものが２枚一組で所定組配され、電気分解により鉄イオンまたはアルミニウムイオンを汚水収納槽に溶出させる。電源は、各組の電極に電気分解のための電流を供給する。
【０００９】
一組の電極は例えば、両方とも鉄及びアルミニウムのうちの１つから、または一方が鉄及びアルミニウムのうちの１つから他方が不溶性金属から構成される。前者の場合は、所望により電極の極性反転を行うことで電極の不動態化を防止することができる。また、後者の場合は、鉄及びアルミニウムのうちの１つから構成された電極をアノードとし、不溶性金属から構成された電極をカソードとする。ここで、不溶性金属から構成された電極としては、例えば銀や白金などの電極がある。また、一組の電極は例えば、把手部のある電気絶縁性スペーサなどに固定され、相互の間隔が一定に保たれているのが好ましい。
【００１０】
汚水収納槽に溶出した鉄イオンまたはアルミニウムイオンは、汚水中のリン酸（オルトリン酸）と反応して水不溶性リン化合物（Ｆｅ（ＯＨ）x （ＰＯ4 ）y またはＡｌ（ＯＨ）x （ＰＯ4 ）y ）となって凝集し、汚水収納槽に沈殿する。
【００１１】
制御部は、電解中の電流密度を一定範囲内に維持して定電流電解を行うように制御するものである。ここで、定電流電解の際に電流密度を常に一定範囲内に維持するのは、本発明者が研究の結果、▲１▼不動態化と電解時の電流密度との間にはなんらかの相関関係があること、▲２▼電流密度が小さすぎると不動態化が起こること、▲３▼電流密度が適切であると不動態化を防止できること、を突き止めたからである。
【００１２】
すなわち、前記鉄イオンを溶出させるような定電流電解を行った場合の適切な電流密度は０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 であり、前記アルミニウムイオンを溶出させるような定電流電解を行った場合の適切な電流密度は０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 であることが実験から判明した。ここで、電流密度がそれぞれの下限値に満たないときは不動態化が起こり、それぞれの上限値を越えたときは電極間電圧が高くなりすぎて汚水処理装置の管理者などが感電するおそれがある。
【００１３】
これらの電流密度は、前記鉄イオン溶出の場合、より好ましくは０．２〜４．０ｍＡ／ｃｍ2 、もっとも好ましくは０．４〜３．０ｍＡ／ｃｍ2 であり、前記アルミニウムイオン溶出の場合、より好ましくは０．３〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 、もっとも好ましくは０．６〜４．０ｍＡ／ｃｍ2 であることも判明した。
【００１４】
本発明に係る汚水処理装置は、すべての電極が、鉄及びアルミニウムのうちの一方から構成され、制御部が、電源に電極の極性反転を指示する機能を有し、前記定電流電解を行う際に制御部が３０分間〜５日間ごとに１回の極性反転を指示するように構成されているのが好ましい。一定時間ごとに電極の極性反転を行うことで、電極の不動態化をよりいっそう確実に防止して、電気分解の効率化を図ることができるからである。
【００１５】
この極性反転は、３０分未満の一定時間ごとに１回行うと、前記鉄イオンまたは前記アルミニウムイオンの充分な溶出をさせることができず、一方、５日間を越える一定時間ごとに１回行うと、電極表面に不動態皮膜が形成されてしまったときにその皮膜が安定化するおそれがあり、極性反転を行っても不動態皮膜を完全に剥離させることができない。
【００１６】
本発明の別の観点によれば、汚水収納槽と、汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための電極と、この電極に電解用電流を供給するための電源と、前記鉄イオン溶出のために０．１ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で定電流電解を行う際に電流密度を定期的かつ一時的に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように、前記アルミニウムイオン溶出のために０．２ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で定電流電解を行う際に電流密度を定期的かつ一時的に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように制御する制御部とを備えてなることを特徴とする汚水処理装置が提供される。
【００１７】
制御部は、電解中の電流密度を定期的かつ一時的に上昇させて定電流電解を行うように制御するものである。すなわち、０．１ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で前記鉄イオンを溶出させるような定電流電解を行った場合において、制御部が、電流密度を定期的かつ一時的に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように制御する。また、０．２ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で前記アルミニウムイオンを溶出させるような定電流電解を行った場合において、制御部が、電流密度を定期的かつ一時的に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように制御する。
【００１８】
ここで、「定期的かつ一時的に」電流密度を上昇させるとは、例えば数時間ごとに数分間だけ電流密度を上昇させることを意味する。このような電流密度の上昇によって、電極表面に不動態皮膜が形成されるのを防止し、あるいは形成された不動態皮膜を破壊除去しようとする。
【００１９】
本発明に係る汚水処理装置は、すべての電極が、鉄及びアルミニウムのうちの一方から構成され、制御部が、電源に電極の極性反転を指示する機能を有し、前記定電流電解を行う際に制御部が６時間〜７日間ごとに１回の極性反転を指示するように構成されているのが好ましい。一定時間ごとに電極の極性反転を行うことで、電極の不動態化をよりいっそう確実に防止して、電気分解の効率化を図ることができるからである。
【００２０】
この極性反転は、６時間未満の一定時間ごとに１回行うと、前記鉄イオンまたは前記アルミニウムイオンの充分な溶出をさせることができず、一方、７日間を越える一定時間ごとに１回行うと、電極表面に不動態皮膜が形成されてしまったときにその皮膜が安定化するおそれがあり、極性反転を行っても不動態皮膜を完全に剥離させることができない。
【００２１】
前記の１つの観点または別の観点に係る汚水処理装置は、電解中の電極間電圧が２５Ｖ以上になるとそれを外部へ報知する視覚的報知部（例えばＬＥＤランプなど）及び／または聴覚的報知部（例えばブザーなど）をさらに備えているのが好ましい。
【００２２】
電極間電圧が２５Ｖ以上になると、汚水処理装置の管理者などが誤って感電するおそれがあるため、これらの報知部を設けておけば、感電の危険性を避けることができる。
【００２３】
また、これらの汚水処理装置は、制御部がさらに、電解中の電極間電圧が２５Ｖ以上になると電解を停止させる機能を有しているのが好ましい。このような制御部が設けられていれば、自動制御により前記の感電の危険性を避けることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の２つの実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、これらによって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
実施の形態１
図１に示すように、本発明の１つの実施の形態に係る汚水処理装置Ｄ1 は、１つの汚水収納槽１と、４組の電極２・３と、各組の電極２・３に電流を供給するための直流電源（図示略）と、４個の電極保持体４とを備えてなる。
【００２６】
図２に示すように、汚水収納槽１は平面形状がほぼ方形の箱からなり、屎尿廃水や生活廃水などの処理すべき汚水が収納される。汚水収納槽１の対向側壁の上部には、汚水流入口１ａ及び汚水流出口１ｂが形成されている。また、汚水収納槽１の底には、左右方向に延びる２本の底部位置決め棒５が設けられている。そして、これらの底部位置決め棒５の内側には、縦方向に延びる合計６本の左右位置決め棒６が設けられている。
【００２７】
各組の電極２・３はいずれも長方形板状の鉄製であり、汚水中のリン酸を除去する鉄イオンを電気分解により溶出させる。図３及び図４に拡大して示すように、一組の電極２・３は、これらの上端に取り付けられた塩化ピニル樹脂製の電気絶縁性スペーサ７により、それらの間隔が一定に保たれている。スペーサ７には把手部７ａが設けられている。
【００２８】
電極２・３の上端には接続用端子８が設けられている。これらの端子８はリード線９を介してコネクタ１０に接続されている。コネクタ１０は前記電源に接続される。なお、一組の電極２・３と、１つのスペーサ７と、２つの端子８と、２つのリード線９と、１つのコネクタ１０とからなる集合体を説明の便宜上、電極体１１と称する。
【００２９】
図３及び図４に拡大して示すように、電極保持体４は、平面形状が長方形の箱状のものであり、ポリプロピレン樹脂製である。電極保持体４の左右両側壁は、隣り合う電極保持体４どうしを仕切るための電気絶縁性仕切板４ａにされている。電極保持体４の前後両端は、ともに長方形の汚水流入口４ｂ及び汚水流出口４ｃにされている。
【００３０】
また、電極保持体４の上下両面は、周縁部を残して中央が長方形に切り欠かれて、それぞれ電極着脱口４ｄ及び曝気口４ｅにされている。さらに、電極保持体４の左右幅（２つの仕切板４ａの外面どうしの間隔）は、汚水収納槽１内における、隣り合う２つの左右位置決め棒６どうしの間隔にほぼ等しくされている。
なお、電極保持体４の上面における２つの円形孔４ｆは、スペーサ７を電極保持体４の上面にネジ止めするためのものである。
【００３１】
このように構成された電極保持体４は、汚水収納槽１内に取出し可能に配される。すなわち、槽内に設けられた底部位置決め棒５及び左右位置決め棒６により定位置にゆるやかに固定される。
【００３２】
また、電極体１１は、電極保持体４に電極着脱口４ｄから嵌め込まれてスペーサ７が電極保持体４にネジ止めされることで、電極保持体４に着脱可能に保持される。したがって、電極２・３の点検や交換の作業を簡単かつ短時間に行うことができる。また、一組の電極２・３及び電極保持体４の２つの仕切板４ａは、互いに平行になっている。したがって、電極保持体４内の汚水中のＳＳは各電極２・３の電極面に沿って汚水流入口４ａから汚水流出口４ｂの方へ滞りなく流れる。
【００３３】
図１及び図２に示すように、電極保持体４の底面中央は、左右方向へ延びる凹溝部１ｃにされている。そして、この凹溝部１ｃに１つの曝気管１２が嵌められている。
【００３４】
曝気管１２は、この汚水処理装置Ｄ1 が備える曝気装置の一部である。すなわち、この曝気装置は、汚水収納槽１外に設けられた給気用ブロア（図示略）と、このブロアに接続されて槽内へ延びる給気管（図示略）と、この給気管に接続されて槽底部に配された曝気管１２とを備えてなる。
【００３５】
電極保持体４の曝気口４ｅを通して曝気管１２から曝気を行うことにより、電極２・３及び仕切板４ａの洗浄の効果をいっそう上げることができる。
【００３６】
図５に示すように、この汚水処理装置Ｄ1 は小型合併処理浄化槽１０１に組み込まれている。
【００３７】
浄化槽１０１の内部は、屎尿廃水と生活廃水との混合した汚水が流入する流入管１０２の側から、汚水処理ずみの水を外部へ放流する放流管１０３の側にかけて、汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造にされている。
【００３８】
１０４は流入管１０２側の最前部に区画形成された第１嫌気濾床槽である。この第１嫌気濾床槽１０４では、屎尿廃水や生活廃水の中に混入していて浄化処理できない夾雑物を沈澱分離させて除去する。
【００３９】
第１嫌気濾床槽１０４には嫌気性微生物の濾床である嫌気濾床１０５が設けられており、嫌気濾床１０５に微生物を棲息させることで嫌気処理を行うようにされている。嫌気濾床１０５は、流入水や逆洗廃水が一時的に流入した際の水流によって沈澱物が巻き上げられて浮遊物質となって次の槽へ流出するのを抑えて、次の槽の負荷を下げることができる。
【００４０】
１０６は第１嫌気濾床槽１０４に隣接して区画形成された次の第２嫌気濾床槽である。第２嫌気濾床槽１０６では、嫌気濾床１０７に嫌気性微生物を棲息させることで嫌気処理を行うようにされている。
【００４１】
１０８は第２嫌気濾床槽１０６に隣接して区画形成された次の生物膜濾過槽である。
【００４２】
第１嫌気濾床槽１０４と第２嫌気濾床槽１０６とは垂直な隔壁１０９で仕切られている。隔壁１０９の上部には、隔壁１０９を貫通する移流口１１０が開口形成されている。そして、移流口１１０に移流管１１１が嵌められている。
【００４３】
第２嫌気濾床槽１０６と次の生物膜濾過槽１０８とは垂直な隔壁１１２で仕切られている。隔壁１１２の上部には、隔壁１１２を貫通する移流口１１３が開口形成されている。そして、移流口１１３に移流管１１４が嵌められている。第１嫌気濾床槽１０４から移流管１１１を通って第２嫌気濾床槽１０６へ移流してきた汚水は、嫌気濾床１０７を下降流で通過した後、移流管１１４を通って次の生物膜濾過槽１０８へ送り込まれる。
【００４４】
第２嫌気濾床槽１０６に設けられた嫌気濾床１０７により、ある程度のＳＳが捕捉される。捕捉されたＳＳは、徐々に嫌気分解されて溶解性のものになっていったり、第２嫌気濾床槽１０６の底に汚泥として貯留されたりする。また、嫌気濾床１０７では有機性の窒素がアンモニア性の窒素に嫌気分解される。
【００４５】
生物膜濾過槽１０８には、好気性微生物の濾床である好気濾床１１５が設けられており、好気濾床１１５に好気性微生物を棲息させることで好気処理を行うようにされている。生物膜濾過槽１０８の底部付近には、曝気装置の曝気管１１６が横設状態に配されている。曝気装置は、曝気管１１６から空気を吹き出すことで、生物膜濾過槽１０８の好気濾床１１５に棲息する好気性微生物に酸素を供給する。
【００４６】
１１７は生物膜濾過槽１０８に隣接して区画形成された次の処理水槽である。処理水槽１１７では、生物膜濾過槽１０８で好気処理され、濾過されて移流してきた処理水を静置貯蔵する。
【００４７】
１１８は処理水槽１１７の上部に区画形成された消毒槽である。消毒槽１１８は、処理水槽１１７で処理された後の上澄み水を消毒処理して、放流管１０３から外部へ排出するようにされている。
【００４８】
生物膜濾過槽１０８と次の処理水槽１１７との間には垂直な隔壁１１９で仕切られている。隔壁１１９の上部には、隔壁１１９を貫通する移流口１２０が開口形成されている。そして、移流口１２０に移流管１２１が嵌められている。第２嫌気濾床槽１０６から移流管１１４を通って生物膜濾過槽１０８へ移流してきた汚水は、好気濾床１１５を下降流で通過した後、移流管１２１を通って次の処理水槽１１７へ送り込まれる。
【００４９】
処理水槽１１７の上部から第１嫌気濾床槽１０４の上部にかけて、処理水中の上澄み水を返送するための返送管１２２が配されている。そして、処理水槽１１７からリフト管１２３により汲み上げられた上澄み水は、分水計量装置１２４、返送管１２２を経て汚水処理装置Ｄ1 に送られてリン除去処理に供された後に、第１嫌気濾床槽１０４へ戻される。
【００５０】
図５において、１２５は汚水処理装置Ｄ1 が備えている制御部を、１２６は電源をそれぞれ示している。電源１２６は、汚水収納槽１の内部に配された電極２・３に電気分解のための電流を供給する。１２７は汚水収納槽１の外部に設けられた給気用ブロアを示す。ブロア１２７は、汚水収納槽１の内部の電極２・３及び仕切板４ａに曝気を施すことでこれらの面を洗浄するための曝気装置の一部である。
【００５１】
浄化槽１０１に流入する汚水の量を１日１２００リットルとし、浄化槽１０１内の循環流量は６０００リットルとする。このとき、汚水収納槽１の内部に配された電極２・３には電流を約６５０ｍＡ流す（鉄イオンの溶出量はモル比Ｆｅ／Ｐ＝１．５〜２．５になるように制御すればよい）。各電極体１１の電極間距離は２５ｍｍとされ、電極間電圧は常にモニターできるようにされている。なお、電流密度は電極２・３の浸漬面積を変化させることで変更できる。
【００５２】
制御部１２５は、前記鉄イオン溶出のために電解する際の電流密度を常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に維持して定電流電解を行うように、また３０分間〜５日間ごとに１回の極性反転を指示するように、制御する。
【００５３】
ここでは、浄化槽１０１の運転開始から３ヶ月間、制御部１２５により電流密度を常に０．３ｍＡ／ｃｍ2 に維持して、また１時間ごとに１回の極性反転をしながら定電流電解が行われた。その結果を図６に示す。
【００５４】
図６によれば、運転開始から３ヶ月目における電極間電圧は、運転開始時におけるそれよりも若干増えているが、安定している。このときのリン除去率は８０〜９０％であり、きわめて良好であった。
【００５５】
なお、比較のために、浄化槽１０１の運転開始から３ヶ月間、制御部１２５により電流密度を常に０．０５ｍＡ／ｃｍ2 に維持して、また１時間ごとに１回の極性反転をしながら定電流電解が行われた。その結果を図７に示す。
【００５６】
図７によれば、運転開始から３ヶ月目における電極間電圧は運転開始時におけるそれよりも高くなっている。また、電極２・３のアノード側で酸素ガスの発生が認められた。これは、アノード側で溶出する前記鉄イオンの量が低下し、水の電解が起こっていることを示す。その原因としては、電極２・３の表面にＦｅ3 Ｏ4 などの不動態皮膜が形成されたためであると思われる。この場合、鉄イオンの溶出量が低下する分、リン除去率が低下する。この電流密度でさらに浄化槽１０１の連続運転を行うと、電極間電圧が上昇して安全性が保てなくなると推定される。
【００５７】
なお、電極２・３から溶出した鉄イオンは、汚水中に含まれるリン酸イオンと凝集反応してリン酸鉄塩や水酸化鉄を生成する。この反応はアノード側で起こると考えられる。カソード側では水素ガスが発生する。この水素ガスは、電極２・３の表面への不動態皮膜や有機性付着物の生成を防止したり除去したりする効果を有している。つまり、この水素ガス自身が電極２・３の洗浄効果をもたらす。電流密度が小さすぎる場合、この水素ガスの発生量が少なくなる分、不動態皮膜の生成が進行する。
【００５８】
次に、電流密度を常に０．３〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内における種々の一定値に維持し、また３０分間〜５日間ごとに１回の極性反転をして定電流電解を行った。それらの結果はいずれも、安定したリン除去効果の認められるものであった。
【００５９】
実施の形態２
図８に示すように、本発明の他の１つの実施の形態に係る汚水処理装置Ｄ2 は、１つの汚水収納槽１と、４組の鉄製電極と、各組の電極に電流を供給するための直流電源１２６と、給気用ブロア１２７と、視覚的報知部であるＬＥＤランプ１２８と、制御部１２９とを備えてなる。
【００６０】
電極は汚水処理装置Ｄ1 におけるものと同じである。ＬＥＤランプ１２８は、電解中の電極間電圧が２５Ｖ以上になると点灯することで、それを外部へ視覚的に報知する。この点灯は制御部１２９の指示により行われる。
【００６１】
制御部１２９は、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ2 を下回る定電流電解を行う場合には、電流密度を定期的かつ一時的に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように制御する。その１例を図９に示す。
【００６２】
すなわち、図９の上側に示すように、電流密度を０．０５ｍＡ／ｃｍ2 に維持して１２時間ごとに１回の極性反転をして定電流電解を行った場合には、リン除去効果が悪かった。これは電極表面に不動態皮膜の生成が起きたためと思われる。図９の下側に示すように、０．０５ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で１０時間の定電流電解を行い、次いで０．２ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で２時間の定電流電解を行い、その後に極性反転をして、再び０．０５ｍＡ／ｃｍ2 の電流密度で１０時間の定電流電解を行った場合には、高いリン除去効果が認められた。これは、生成した不動態皮膜が電流密度の一時的上昇によって破壊除去されたためと考えられる。
【００６３】
このような高いリン除去効果は、電流密度を一時的に上昇させることにより維持することができる。
【００６４】
汚水処理装置Ｄ2 の他の部分の構成及び汚水処理装置Ｄ2 が奏する効果は、汚水処理装置Ｄ1 のそれと実質的に同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１、請求項２及び請求項３に記載の発明によれば、電流密度を適切な値に維持して定電流電解を行うことで、汚水中に不溶性リン酸塩形成金属イオンを電気化学的に溶出させる際の不動態化を防止して、汚水中のリン酸を安定的に除去することができる。
【００６６】
請求項４記載の発明によれば、すべての電極が、鉄及びアルミニウムのうちの一方から構成され、制御部が、電源に電極の極性反転を指示する機能を有し、前記定電流電解を行う際に制御部が３０分間〜５日間ごとに１回の極性反転を指示する。したがって、一定時間ごとに電極の極性反転を行うことで、電極の不動態化をよりいっそう確実に防止して、電気分解の効率化を図ることができる。
【００６７】
請求項５記載の発明によれば、汚水収納槽と、前記電極と、前記電源と、制御部とを備えてなり、制御部が、前記鉄イオン溶出のために０．１ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で定電流電解を行う際に電流密度を定期的かつ一時的に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように、前記アルミニウムイオン溶出のために０．２ｍＡ／ｃｍ2 に満たない電流密度で定電流電解を行う際に電流密度を定期的かつ一時的に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させるように制御する。したがって、電流密度を前記の適切な値に維持することができないときでも、このような電流密度の上昇によって、電極表面に不動態皮膜が形成されるのを防止し、あるいは形成された不動態皮膜を破壊除去することができる。
【００６８】
請求項６記載の発明によれば、すべての電極が、鉄及びアルミニウムのうちの一方から構成され、制御部が、電源に電極の極性反転を指示する機能を有し、前記定電流電解を行う際に制御部が６時間〜７日間ごとに１回の極性反転を指示する。したがって、一定時間ごとに電極の極性反転を行うことで、電極の不動態化をよりいっそう確実に防止して、電気分解の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る汚水処理装置の分解斜視図である。
【図２】図１の汚水処理装置の一部を上面から見た構成説明図である。
【図３】図１の汚水処理装置の構成部材である電極体及び電極保持体の斜視図である。
【図４】図３の電極体及び電極保持体の分解斜視図である。
【図５】図１の汚水処理装置が組み込まれた合併処理浄化槽の内部を正面から見た拡大構成説明図である。
【図６】図１の汚水処理装置により電流密度を常に０．３ｍＡ／ｃｍ2 に維持して、また１時間ごとに１回の極性反転をしながら定電流電解を行ったときの電極間電圧の変化を示すグラフである。
【図７】図１の汚水処理装置により電流密度を常に０．０５ｍＡ／ｃｍ2 に維持して、また１時間ごとに１回の極性反転をしながら定電流電解を行ったときの電極間電圧の変化を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態２に係る汚水処理装置が組み込まれた合併処理浄化槽の内部を正面から見た拡大構成説明図である。
【図９】図８の汚水処理装置により電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ2 を下回る定電流電解を行ったときの電極間電圧の変化と、電流密度を定期的かつ一時的に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 に上昇させたときの電極間電圧の変化とを示すグラフである。
【符号の説明】
１ 汚水収納槽
２ 電極
３ 電極
Ｄ1 汚水処理装置
Ｄ2 汚水処理装置
１０１ 小型合併処理浄化槽
１２５ 制御部
１２６ 電源
１２８ ＬＥＤランプ（視覚的報知部）
１２５ 制御部
Claims (6)
- 汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造を有し流入した汚水を処理して外部に放流する浄化槽の汚水からリン除去処理を行うための汚水処理装置であって、汚水流入口及び汚水流出口が形成された汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための複数組の板状の電極と、この電極に電解用定電流を供給するための電源と、を備えた汚水処理装置において、
電解中の電流密度を、前記鉄イオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内に維持し、前記アルミニウムイオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内に維持して定電流電解を行うように制御する制御部を備えてなることを特徴とする汚水処理装置。 - 汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造を有し流入した汚水を処理して外部に放流する浄化槽の汚水からリン除去処理を行うための汚水処理装置であって、汚水流入口及び汚水流出口が形成された汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための複数組の板状の電極と、この電極に電解用定電流を供給するための電源と、を備えた汚水処理装置において、
電解中の電流密度は前記電極の汚水中への浸漬面積を変化させることで変更できるものであるとともに、この電流密度を、前記鉄イオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内に維持し、前記アルミニウムイオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内に維持して定電流電解を行うように制御する制御部を備えてなることを特徴とする汚水処理装置。 - 汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造を有し流入した汚水を処理して外部に放流する浄化槽の汚水からリン除去処理を行うための汚水処理装置であって、汚水流入口及び汚水流出口が形成された汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための複数組の板状の電極と、この電極に電解用定電流を供給するための電源と、を備えた汚水処理装置において、
各組の電極は、電気絶縁性スペーサにより相互の間隔が一定に保たれるようにするとともに、電解中の電流密度を、前記鉄イオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内に維持し、前記アルミニウムイオン溶出のときは前記電極の不動態化を防止するために常に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ2 の範囲内に維持して定電流電解を行うように制御する制御部を備えてなることを特徴とする汚水処理装置。 - すべての電極が、鉄及びアルミニウムのうちの一方から構成され、制御部が、電源に電極の極性反転を指示する機能を有し、
前記定電流電解を行う際に制御部が３０分間〜５日間ごとに１回の極性反転を指示する請求項１から３のいずれか１つに記載の汚水処理装置。 - 汚水収納槽と、汚水中のリン酸を除去する鉄イオンまたはアルミニウムイオンを電気分解により溶出させるための電極と、この電極に電解用電流を供給するための電源と、前記鉄イオン溶出のために０．１ｍＡ／ｃｍ 2 に満たない電流密度で定電流電解を行う際に電流密度を定期的かつ一時的に０．１〜５．０ｍＡ／ｃｍ 2 に上昇させるように、前記アルミニウムイオン溶出のために０．２ｍＡ／ｃｍ 2 に満たない電流密度で定電流電解を行う際に電流密度を定期的かつ一時的に０．２〜６．０ｍＡ／ｃｍ 2 に上昇させるように制御する制御部とを備えてなることを特徴とする汚水処理装置。
- すべての電極が、鉄及びアルミニウムのうちの一方から構成され、制御部が、電源に電極の極性反転を指示する機能を有し、
前記定電流電解を行う際に制御部が６時間〜７日間ごとに１回の極性反転を指示する請 求項５記載の汚水処理装置。
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