JP3949015B2 - 電解式汚水処理装置及びこれを用いた汚水処理施設 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水を浄化する汚水処理装置及び汚水処理施設に関し、特に汚水からリン及び窒素化合物を除去する汚水処理装置及び施設に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種汚水処理装置としては、例えば特開平１０−１９２８６９号公報に記載されたものが知られている。この汚水処理装置は、処理水中の有機物を嫌気性微生物により嫌気分解する第１及び第２嫌気濾床槽、第２嫌気濾床槽で嫌気処理された処理水を好気性微生物により好気分解する接触ばっ気槽（好気槽）、接触ばっ気槽で好気分解された処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する沈殿槽、沈殿槽で分離された上澄み液を電解処理する溶出槽（電解槽）、沈殿槽から溶出槽に移送する沈殿槽の上澄み液量を調節する分水量装置、沈殿槽の上澄み液を消毒してタンク外に排出する消毒槽などから構成されていた。
【０００３】
従来の汚水処理装置においては、リンの除去は次のようにして行われていた。溶出槽（本発明でいう電解槽）に鉄材料又はアルミニウム合金材料からなる電極をアノード及びカソードとする一対又は複数対の電極を設け、これら電極の極性を反転可能として構成する。溶出槽内では、アノードとして作用する鉄材料又はアルミニウム合金材料からなる電極から２価の鉄イオン又はアルミニウムイオンが処理水中に供給される。そして、処理水中に供給された２価の鉄イオン又はアルミニウムイオンを酸化させて３価の鉄イオン又はアルミニウムイオンとし、処理水中に含まれる一部の３価の鉄イオン又はアルミニウムイオンを処理水中のオルトリン酸と反応させて難溶性リン化合物として溶出槽内に凝集沈殿させる。また、処理水中に含まれる残部の３価の鉄イオン又はアルミニウムイオンを溶出槽の処理水とともに第１嫌気濾床槽に返送し、この３価の鉄イオン又はアルミニウムイオンを第１嫌気濾床槽内に存在するオルトリン酸と反応させて難溶解性リン酸化合物としてさらに凝集沈殿させる。そして、これら凝集沈殿物を排出することによりリンを除去していた。
【０００４】
また、上記従来の汚水処理装置において、窒素化合物の除去は次のようにして行われていた。第１嫌気濾床槽及び第２嫌気濾床槽で有機性の窒素をアンモニア性窒素に嫌気分解し、次ぎの処理槽である接触ばっ気槽において、硝酸菌や亞硝酸菌の働きによりアンモニア性窒素を硝酸性窒素や亞硝酸性窒素に変換する。次いで、溶出槽を経て第１嫌気濾床槽に返送されてきた硝酸性窒素や亞硝酸性窒素を、第１嫌気濾床槽に多く存在する脱窒菌により還元して窒素ガスとし、この窒素ガスを排出することにより窒素化合物を除去していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の汚水処理装置では、窒素化合物の除去は、接触ばっ気槽においてアンモニア性窒素を硝酸性窒素や亞硝酸性窒素に変換するとともに、第１嫌気濾床槽において硝酸性窒素や亞硝酸性窒素を窒素ガスに還元するという生物処理のみにより行われていた。しかし、冬場は外気温度の低下に伴い生物処理機能が低下し、窒素化合物の除去能力が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に鑑みされたものである。その目的とするところは、外気温度の低下に伴う窒素化合物の除去能力の低下を防止するとともに、電解処理により効率よくリン及び窒素化合物を除去することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電解式汚水処理装置は、処理水を電解処理するための電解槽と、電解槽内において処理水の流れ方向に対して窒素除去用電極とリン除去用電極とが交互に配置された複数の電極列とを有し、各窒素除去用電極は、周期律表の第Ｉｂ族又は第IIｂ族の金属材料を含む導電体若しくは同族の金属材料を導電体に被覆したものからなるカソードと不溶性金属材料からなるアノードとが対として構成され、各リン除去用電極は、鉄材料又はアルミニウム合金材料からなる電極をアノード及びカソードとして一対の電極が構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
このように構成された電解式汚水処理装置では、電解槽内において、窒素除去用電極のカソード側では、処理水中の硝酸イオン及び亞硝酸イオンが還元反応によりアンモニアに変換される。また、同電極のアノード側では、電極の表面から活性酸素及び次亜塩素酸が発生される。そして、処理水中において、アンモニアの脱窒作用により窒素ガスが生成され、この窒素ガスを放出することにより処理水から窒素が除去される。したがって、従来の汚水処理装置における生物処理による除去方法のように外気温度が低下する冬場において窒素化合物の処理能力が低下するおそれがない。
また、同電解槽内において、リン除去用電極のアノードから鉄又はアルミニウムイオンが処理水中に供給される。そして、この鉄又はアルミニウムイオンが処理水中において処理水中のオルトリン酸と反応して難溶性リン化合物として凝集沈殿する。したがって、この凝集沈殿物を廃棄することにより、処理水からリンが除去される。
また、電解槽内において、処理水の流れ方向に対して窒素除去用電極とリン除去用電極とが交互に配置された複数の電極列が形成されているので、電解槽内の何の位置の処理水の流れに対しても略均等に窒素及びリンの除去が行われる。
【０００９】
また、上記構成の電解式汚水処理装置において、前記電解槽の相対向する両側部の一側部に処理水流入部を設けるとともに他側部に処理水排出部を設け、また、前記窒素除去用電極及びリン除去用電極を、それぞれの電極板面が処理水の流れと略平行になるように配置するとともに、隣接する前記電極列間において窒素除去用電極とリン除去用電極とが隣り合うように配置するのが好ましい。
【００１０】
このように構成すると、処理水の流れ方向と直行する方向の電解槽の幅寸法を小さくすることができる。すなわち、窒素除去用電極はリン除去用電極より電極間電圧が高くなり電極間寸法が小さくなる。これに対し、リン除去用電極は、電極間寸法を小さくすると鉄の溶出物により短絡される危険性があるため、電極間寸法が大きく形成されている。したがって、窒素除去用電極同志又はリン除去用電極同志が隣り合うように各電極を配置された場合は、電解槽の寸法が大きくなるが、本発明のように窒素除去用電極とリン除去用電極とが隣り合うように各電極を配置した場合は、電解槽の幅寸法（処理水の流れと直角方向の寸法）を小さくすることができる。
【００１１】
さらに、上記のようにそれぞれの電極板面が処理水の流れと略平行になるように配置するとともに、隣接する電極列間において窒素除去用電極とリン除去用電極とが隣り合うように配置した電解式汚水処理装置において、隣接する電極列間において対向する隣接側電極板の極性を同一となるように構成することが好ましい。
このように構成すると、各電極を同一電源に接続しても隣接する電極列間での電解反応が起こらないので、対を成す電極板の消耗、特に対を成すリン除去用電極の電極板の消耗が均一化され、電極の寿命を長期化することができる。
【００１２】
また、このリン除去用電極は、隣接する電極列間において対向する隣接側電極板の極性が同一となるように構成されている電解式汚水処理装置において、対を構成する両電極に印加する電流の極性を、所定時間毎に両電極列において同時に反転可能として構成されているので、隣接する電極列間での電解反応が起こらないようにしながら、アノードとして作用する電極板の消耗を均一化させることができる。したがって、対を成す両電極板の寿命を均一化することができ、リン除去用電極の長寿命化を図ることができる。また、リン除去用電極を構成する両電極の交換時期を同一化することができ、交換作業の簡略化を図ることができる。
【００１３】
また、このように隣接する電極列間において対向する隣接側電極板の極性を同一となるように構成することに代えて、窒素除去用電極及びリン除去用電極のそれぞれを異なる電源に接続するようにしてもよい。
このように構成した場合も、隣接する電極列間での電解反応が起こらないので、対を成す電極板の消耗、特に対を成すリン除去用電極の電極板の消耗が均一化され、電極の寿命を長期化することができる。
【００１４】
また、本発明に係る汚水処理施設は、処理水中の有機物を嫌気性微生物により嫌気分解する嫌気槽と、嫌気槽で嫌気処理された処理水を好気性微生物により好気分解する好気槽と、好気槽で好気分解された処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する沈殿槽あるいは処理水槽と、沈殿槽あるいは処理水槽で分離された上澄み液を電解処理する上記記載の電解式汚水処理装置と、電解式汚水処理装置で処理された処理水を前記嫌気槽に返送する配管とを備えたことを特徴とする。
このように構成すると、生物処理による窒素化合物の除去と、電解処理によるリン除去及び窒素化合物の除去とを同時に行うことができる。したがって、外気温度が低下する冬場において窒素化合物の処理能力が低下するという従来の汚水処理施設にみられた問題を解消することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を汚水処理施設に具体化した実施の形態につき、図１〜図６に基づいて説明する。なお、図１は汚水処理施設の全体構成図であり、図２は同汚水処理施設に用いられている電解式汚水処理装置の正面配置図であり、図３は同電解式汚水処理装置の平面配置図であり、図４同電解式汚水処理装置の側断面配置図であり、図５は同参考用電解式汚水処理装置の正面配置図であり、図６は同参考用電解式汚水処理装置の平面配置図である。なお、これら図面において実線矢印は処理水の流れ方向を示す。
【００１６】
汚水処理施設１は、地中に埋設されたタンク１ａの内部を仕切壁２、３、４、４ａにより第１嫌気濾床槽５、第２嫌気濾床槽６、接触ばっ気槽７、沈殿槽８、消毒槽９に区画して構成されている。また、沈殿槽８から第１嫌気濾床槽５への処理水返送管８ｂに電解式汚水処理装置１０、分水計量装置１１が設けられている。
【００１７】
第１嫌気濾床槽５は、生活雑排水等の汚水を受け入れる槽である。第１嫌気濾床槽５は、処理水流入口５ａから流入した汚水中に混入している夾雑物を第１嫌気濾床５ｂにより分離し、有機物を嫌気性微生物によって嫌気分解する。また、有機性の窒素をアンモニア性窒素に分解する。第１嫌気濾床槽５で嫌気分解処理された処理水は、移送管５ｃにより第２嫌気濾床槽６に移送される。
【００１８】
第２嫌気濾床槽６は、内部に設けた第２嫌気濾床６ａにより浮遊物質を捕捉し、嫌気性微生物により有機物を嫌気分解するとともに、有機性の窒素をアンモニア性窒素に分解する。第２嫌気濾床槽６で嫌気分解処理された処理水は、間欠式空気圧式ポンプ６ｂにより移送管６ｃを介し接触ばっ気槽７に移送される。
【００１９】
接触ばっ気槽７は、内部に設けた接触材７ａにより好気性微生物の培養を促進する。また、接触ばっ気槽７は、底部に配設した散気管７ｂから空気を放出して接触ばっ気槽７内を好気状態に維持する。そして、処理水の有機物を好気性微生物により好気分解するとともに、硝酸菌や亞硝酸菌の働きによりアンモニア性窒素を硝酸性窒素や亞硝酸性窒素に変換する。
【００２０】
沈殿槽８は、接触ばっ気槽７で好気分解されて移送管７ｃを介し流入した処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する。この上澄み液の一部は、消毒槽９の消毒装置９ａにおいて塩素系等の薬品により消毒されて排水口９ｂからタンク１ａ外に排水される。また、上澄み液の他部は、エアリフト８ａにより汲み上げられ、分水計量装置１１で流量調整され、処理水返送管８ｂを介して電解式汚水処理装置１０に移送される。
【００２１】
電解式汚水処理装置１０は、本発明における重要な構成要素であって、処理水中の窒素化合物を電解処理して窒素ガスを発生させて排出することにより窒素を除去するとともに、処理水中のリンを難溶性リン化合物として沈殿させ、排出するものである。
電解式汚水処理装置１０は、処理水を流通させる電解槽１２を有する。この電解槽１２は略直方体形状の水槽に形成されており、その短辺側一側には、沈殿槽８からの処理水を電解槽１２に搬送するための処理水返送管８ｂが接続され、対向する短辺側には、電解槽１２内の処理水を第１嫌気濾床槽５へ搬送するための処理水搬送管５ｄが接続されている。電解槽１２内には、電極面が処理水の流れ方向と略平行となるように、処理水の流れ方向に窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とが順に直列に配列された電極列Ｘ１と、電極面が処理水の流れ方向と略平行となるように、処理水の流れ方向にリン除去用電極１６と窒素除去用電極１５とが順に直列に配列された電極列Ｘ２とが設けられている。なお、これら電極１５、１６は全て同一の電源（図示せず）に接続されている。
【００２２】
また、窒素除去用電極１５は、周期律表の第Ｉｂ族又は第IIｂ族の金属材料を含む導電体若しくは同族の金属材料を導電体に被覆したものからなる板状のカソード１５ａと、不溶性金属材料からなる塩素イオン発生可能な板状のアノード１５ｂとを一対として両者を平行に配置した平行平板電極である。
カソード１５ａを構成する具体的金属材料としては、銅と亜鉛の合金或いは燒結合金、銅と鉄の合金或いは燒結合金、銅とニッケルの合金或いは燒結合金、又は、銅とアルミニウムの合金或いは燒結合金などが用いられている。
また、アノード１５ｂを構成する具体的材料としては、白金、イリジウム、パラジウム又はその酸化物などから構成される不溶性金属又はカーボンが用いられている。なお、この不溶性金属材料からなる電極の表面には塩素イオンを発生させる触媒が塗布されている。また、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において対向する電極は、互いに同一極性となるように配列されている。具体的には、この実施の形態では、電極列Ｘ１、Ｘ２のアノード１５ｂ同志が隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において対向するように構成されているが（図３参照）、カソード１５ａ同志を隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において対向するように構成してもよい。
【００２３】
一方、リン除去用電極１６は、板状鉄材料からなる一対の電極１６ａ、１６ｂをアノード及びカソードとする平行平板電極である。そして、リン除去用電極１６それぞれの両電極１６ａ、１６ｂに印加する電流の極性を所定時間毎に全て同時に反転させることにより、両電極１６ａ、１６ｂ間でアノードとカソードとを切り換えるように構成されている。
【００２４】
また、電解槽１２内における電極列Ｘ１、Ｘ２の各下方底部には、散気管１７が設けられている。散気管１７は、図示しないブロワから空気が送られることにより、散気管１７の管壁に設けられた空気吹出口から空気を吹き出し、鉄材料からなる電極１６ａ、１６ｂ表面の生物膜や硝酸イオン等に起因する不動態膜等の膜を除去する。
【００２５】
なお、上記電解式汚水処理装置１０において、２５は窒素除去用電極１５の把手であり、２６はリン除去用電極１６の把手であり、３５は窒素除去用電極１５の電源コードであり、３６はリン除去用電極１６の電源コードである。
【００２６】
そして、電解式汚水処理装置１０の窒素除去用電極１５の部分においては、次のような作用により、窒素除去が行われる。
すなわち、窒素除去用電極１５に通電されると、カソード１５ａ側では、処理水中に含まれる硝酸イオンが還元反応により亞硝酸イオンに変換される（反応Ａ）。また、硝酸イオンの還元反応により生成された亞硝酸イオンは、更に、還元反応によりアンモニアに変換される（反応Ｂ）。以下に反応Ａ及び反応Ｂを示す。
反応Ａ：ＮＯ3 -＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→ＮＯ2 -＋２ＯＨ-
反応Ｂ：ＮＯ2 -＋５Ｈ2Ｏ＋６ｅ-→ＮＨ3（ａｑ）＋７ＯＨ-
【００２７】
一方、アノード１５ｂ側ではアノード１５ｂの表面から活性酸素や次亜塩素酸が発生し、これにより処理水中におけるアンモニアの脱窒作用により窒素ガスを生成する（反応Ｃ乃至反応Ｆ）。以下に反応Ｃ乃至反応Ｆを示す。
【００２８】
上式に示されるように、窒素除去用電極１５の部分では、処理水中の硝酸性窒素、亞硝酸性窒素及びアンモニア性窒素などの窒素化合物が窒素ガスに変換される。そして、電解式汚水処理装置１０は、この窒素ガスを放出することにより窒素除去を行っている。
【００２９】
一方、電解式汚水処理装置１０のリン除去用電極１６においては、次のような作用により、リン除去が行われる。
すなわち、リン除去用電極１６に対し一方の電極１６ａ又は１６ｂをアノードとし、他方の電極１６ｂ又は１６ａをカソードとするように電流が印加されると、アノード側で２価の鉄イオン（Ｆｅ2+）が生成される。アノードで生成された２価の鉄イオン（Ｆｅ2+）は、空気により酸化されて３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）となる。次いで、３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）は処理水中のオルトリン酸と反応し、難溶性のリン酸化合物として電解槽１２の底部に凝集沈殿する。
本実施の形態に係る電解式汚水処理装置１０では、このようにして電解槽１２の底部に凝集沈殿した難溶性のリン酸化合物が電解槽１２外に排出することにより、リン除去を行っている。なお、アノード側電極は鉄を溶出して消耗する。そこで、両電極１６ａ、１６ｂに流す電流の極性を所定時間毎に規則的に反転させることにより、アノード又はカソードとして作用する電極を切り換えて、電極１６ａ、１６ｂを略均一に減少させて同時に交換できるようにしている。また、この反転切換は、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間双方において同時に行っている。さらに、この反転切換は、電極列Ｘ１、Ｘ２間において対向する電極１６ｂが同一極性となるように行われ、両電極列Ｘ１、Ｘ２間において電解反応が発生しないように配慮されている。
【００３０】
また、上記のように構成された電解式汚水処理装置１０においては、処理水返送管８ｂを介して送られてくる処理水は、電解槽１２の入口側において流れの幅方向（処理水の流れと直角の方向）に分散され、電解槽１２の出口側において再び集合されて処理水搬送管５ｄから排出される。なお、この電解槽１２内の処理水の流れは、流れの幅方向に対しては混ざり合うことが殆どない。
この場合において、参考図である図５及び図６に示される電解式汚水処理装置１１０のように、１個の窒素除去用電極１５と１個のリン除去用電極１６とが並列に配置されている場合には、窒素除去用電極１５側を流れる処理水について窒素は除去されるがリンは除去されない、また、リン除去用電極１６側を流れる処理水については、窒素は除去されるがリンは除去されないという不均衡な作用が生ずる。ところが、本実施の形態のような場合は、各電極列Ｘ１、Ｘ２それぞれに１個の窒素除去用電極１５と１個のリン除去用電極１６とを備えているため、各電極列Ｘ１、Ｘ２側を流れる処理水についての窒素除去及びリン除去は、均等に行われる。
なお、図５及び図６には、窒素除去用電極１５及びリン除去用電極１６を各１個並列に配置した場合を示したが、複数の窒素除去用電極１５及び複数のリン除去用電極１６を用いても、これら電極１５、１６が処理水の流れに対しそれぞれ別個に直列に配置されている限り、窒素除去とリン除去とが不均衡に行われることに変わりはない。
【００３１】
なお、電解式汚水処理装置１０で処理された処理水は、処理水搬送管５ｄから第１嫌気濾床槽５に返送される。この処理水中には、電解槽１２で未処理の硝酸性窒素や、亜硝酸性窒素や、３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）が含まれている。
第１嫌気濾床槽５に返送された処理水中の硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素は、第１嫌気濾床槽５に多く存在する脱窒菌により還元され窒素ガスとして放出される。この汚水処理施設では、第１嫌気濾床槽５で発生した窒素ガスを放出することによっても窒素の除去が行われている。
また、第１嫌気濾床槽５に返送された処理水中の３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）は、第１嫌気濾床槽５内に存在するオルトリン酸と反応し、難溶性のリン酸化合物として第１嫌気濾床槽５内の底部に凝集沈殿する。この汚水処理施設では、第１嫌気濾床槽５内の底部に凝集沈殿した難溶性のリン酸化合物を槽外に排出することによってもリンの除去が行われている。
【００３２】
本実施の形態は以上のように構成されているので、次のような作用効果を奏する。
本実施の形態に係る電解式汚水処理装置１０は、周期律表の第Ｉｂ族又は第IIｂ族の金属材料を含む導電体若しくは同族の金属材料を導電体に被覆したものからなるカソード１５ａと不溶性金属材料からなる塩素イオン発生可能なアノード１５ｂとで構成された窒素除去用電極１５における電解反応により、窒素が除去されるので、外気温度が低下する冬場に窒素化合物の処理能力が低下するおそれがない。
【００３３】
また、本実施の形態に係る電解式汚水処理装置１０は、電解槽１２の相対向する両側部の一側部に処理水流入部をなす処理水返送管８ｂを設けるとともに他側部に処理水排出部をなす処理水搬送管５ｄを設け、また、窒素除去用電極１５及びリン除去用電極１６を、それぞれの電極板面が処理水の流れと略平行になるように配置するとともに、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とが隣り合うように配置されているので、窒素除去用電極１５同志又はリン除去用電極１６同志が隣り合うように配置されている場合に比し電解槽１２の寸法を小さくすることができる。
【００３４】
また、本実施の形態に係る電解式汚水処理装置１０は、上記のように、それぞれの電極板面が処理水の流れと略平行になるように配置し、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とが隣り合うように配置されるとともに、対を構成する両電極１６ａ、１６ｂに印加する電流の極性を、所定時間毎に両電極列Ｘ１、Ｘ２において同時に反転可能として構成されているので、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間での電解反応が起こらないようにしながら、アノードとして作用する電極板の消耗を均一化させることができる。したがって、対を成す両電極１６ａ、１６ｂの寿命を均一化することができ、リン除去用電極１６の長寿命化を図ることができる。また、リン除去用電極１６を構成する両電極１６ａ、１６ｂの交換時期を同一化することができ、交換作業の簡略化を図ることができる。
【００３５】
また、本実施の形態に係る電解式汚水処理装置１０は、電解槽１２内において、処理水の流れ方向に対して窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とが交互に配置された複数の電極列（この場合２列の電極列Ｘ１、Ｘ２）が形成されているので、電解槽１２内の何の位置の処理水の流れに対しても略均等に窒素及びリンの除去が行われる。
【００３６】
また、本実施の形態に係る汚水処理施設は、処理水中の有機物を嫌気性微生物により嫌気分解する嫌気槽（この場合嫌気濾床槽５、６）と、嫌気濾床槽５、６で嫌気処理された処理水を好気性微生物により好気分解する好気槽（この場合接触ばっ気槽７）と、接触ばっ気槽７で好気分解された処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する沈殿槽８と、沈殿槽８で分離された上澄み液を電解処理して窒素及びリンを除去する電解式汚水処理装置１０と、この電解式汚水処理装置１０で処理された処理水を第１嫌気濾床槽５に返送する配管（この場合処理水搬送管５ｄ）とを備えているので、生物処理による窒素化合物の除去と、電解処理によるリン除去及び窒素化合物の除去とを同時に行うことができる。したがって、外気温度が低下する冬場において窒素化合物の処理能力が低下するという従来の汚水処理施設にみられた問題を解消することができる。
【００３７】
変形例．
上記実施の形態により説明した本発明は、次のように変形して具体化することもできる。
（１） 前記実施の形態においては、リン除去用電極１６に鉄材料を用いたが、アルミニウム合金を用いてもよい。前記実施の形態においてはアノードから３価の鉄イオンを溶出し、この鉄イオンを用いてリン化合物を凝縮させるのに対し、この場合にはアノードからアルミニウムイオンを溶出し、このアルミニウムイオンを用いてリン化合物を凝縮させるものであり、前記実施の形態の場合と同様にリンを除去することができる。また、前記実施の形態の場合と同様に電極に流す電流の極性を変化させることにより、アノードとカソードとを定期的に変更することにより、対をなす両電極の寿命を均一化して長寿命化することができる。
（２） また、前記実施の形態において、電極列Ｘ１、Ｘ２を構成する窒素除去用電極１５、リン除去用電極１６はそれぞれ同一電源に接続されていたが、これを図７に示すようにそれぞれ別の電源に接続するように構成することもできる。
この場合には、図７に示すように、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において異性の電極列が配置されていても、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間で電解反応が発生しない。したがって、対を構成する一方の電極の消耗が他に比し多くなるという心配がない。
（３） また、前記実施の形態において、電極列Ｘ１、Ｘ２を構成する窒素除去用電極１５及びリン除去用電極１６は各１個とされていたが、この数をさらに増加させてもよい。要は、どの位置を流れる処理水も窒素及びリンが均等に除去されるように、各電極列において窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とを交互に直列に配置することが好ましい。
（４） また、前記実施の形態において、電極列Ｘ１、Ｘ２を構成する窒素除去用電極１５及びリン除去用電極１６は、それぞれの電極面が処理水の流れと略平行となるように配列されていたが、電極面を処理水の流れに直行させるようにしたものでもよい。図８の電解式汚水処理装置１０Ａは、このように構成した一例を示すものであって、前記実施の形態における処理水流入部をなす処理水返送管８ｂ及び処理水排出部をなす処理水搬送管５ｄを電解槽１２の短辺側から長辺側に変更することにより、窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とが処理水の流れに直交するような電極列Ｙ１、Ｙ２を構成したものである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、リン及び窒素化合物の除去が、電解処理により行われるので、従来の汚水処理装置における生物処理のみによる窒素化合物の除去方法のように、外気温度が低下する冬場に窒素化合物の処理能力が低下するおそれがない。また、電解槽内において、処理水の流れ方向に対して窒素除去用電極とリン除去用電極とが交互に配置された複数の電極列が形成されているので、電解槽内の何の位置の処理水の流れに対しても略均等に窒素及びリンの除去が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る汚水処理施設に用いる汚水処理施設の全体構成図である。
【図２】同汚水処理施設に用いられている電解式汚水処理装置の正面配置図である。
【図３】同電解式汚水処理装置の平面配置図である。
【図４】同電解式汚水処理装置の側断面配置図である。
【図５】参考用電解式汚水処理装置の正面配置図であある。
【図６】同参考用電解式汚水処理装置の平面配置図である。
【図７】実施の形態に係る電解式汚水処理装置の変形例としての電源説明図である。
【図８】実施の形態に係る電解式汚水処理装置の変形例としての平面配置図である。
【符号の説明】
１ 汚水処理施設
５ 嫌気濾床槽
５ｄ 処理水流出管
６ 嫌気濾床槽
７ 接触ばっ気槽
８ 沈殿槽
１０ 電解式汚水処理装置
１０Ａ 電解式汚水処理装置
１２ 電解槽
１５ 窒素除去用電極
１５ａ カソード
１５ｂ アノード
１６ リン除去用電極
１６ａ 電極
１６ｂ 電極
Ｘ１ 電極列
Ｘ２ 電極列
Ｙ１ 電極列
Ｙ２ 電極列
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水を浄化する汚水処理装置及び汚水処理施設に関し、特に汚水からリン及び窒素化合物を除去する汚水処理装置及び施設に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種汚水処理装置としては、例えば特開平１０−１９２８６９号公報に記載されたものが知られている。この汚水処理装置は、処理水中の有機物を嫌気性微生物により嫌気分解する第１及び第２嫌気濾床槽、第２嫌気濾床槽で嫌気処理された処理水を好気性微生物により好気分解する接触ばっ気槽（好気槽）、接触ばっ気槽で好気分解された処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する沈殿槽、沈殿槽で分離された上澄み液を電解処理する溶出槽（電解槽）、沈殿槽から溶出槽に移送する沈殿槽の上澄み液量を調節する分水量装置、沈殿槽の上澄み液を消毒してタンク外に排出する消毒槽などから構成されていた。
【０００３】
従来の汚水処理装置においては、リンの除去は次のようにして行われていた。溶出槽（本発明でいう電解槽）に鉄材料又はアルミニウム合金材料からなる電極をアノード及びカソードとする一対又は複数対の電極を設け、これら電極の極性を反転可能として構成する。溶出槽内では、アノードとして作用する鉄材料又はアルミニウム合金材料からなる電極から２価の鉄イオン又はアルミニウムイオンが処理水中に供給される。そして、処理水中に供給された２価の鉄イオン又はアルミニウムイオンを酸化させて３価の鉄イオン又はアルミニウムイオンとし、処理水中に含まれる一部の３価の鉄イオン又はアルミニウムイオンを処理水中のオルトリン酸と反応させて難溶性リン化合物として溶出槽内に凝集沈殿させる。また、処理水中に含まれる残部の３価の鉄イオン又はアルミニウムイオンを溶出槽の処理水とともに第１嫌気濾床槽に返送し、この３価の鉄イオン又はアルミニウムイオンを第１嫌気濾床槽内に存在するオルトリン酸と反応させて難溶解性リン酸化合物としてさらに凝集沈殿させる。そして、これら凝集沈殿物を排出することによりリンを除去していた。
【０００４】
また、上記従来の汚水処理装置において、窒素化合物の除去は次のようにして行われていた。第１嫌気濾床槽及び第２嫌気濾床槽で有機性の窒素をアンモニア性窒素に嫌気分解し、次ぎの処理槽である接触ばっ気槽において、硝酸菌や亞硝酸菌の働きによりアンモニア性窒素を硝酸性窒素や亞硝酸性窒素に変換する。次いで、溶出槽を経て第１嫌気濾床槽に返送されてきた硝酸性窒素や亞硝酸性窒素を、第１嫌気濾床槽に多く存在する脱窒菌により還元して窒素ガスとし、この窒素ガスを排出することにより窒素化合物を除去していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の汚水処理装置では、窒素化合物の除去は、接触ばっ気槽においてアンモニア性窒素を硝酸性窒素や亞硝酸性窒素に変換するとともに、第１嫌気濾床槽において硝酸性窒素や亞硝酸性窒素を窒素ガスに還元するという生物処理のみにより行われていた。しかし、冬場は外気温度の低下に伴い生物処理機能が低下し、窒素化合物の除去能力が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に鑑みされたものである。その目的とするところは、外気温度の低下に伴う窒素化合物の除去能力の低下を防止するとともに、電解処理により効率よくリン及び窒素化合物を除去することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電解式汚水処理装置は、処理水を電解処理するための電解槽と、電解槽内において処理水の流れ方向に対して窒素除去用電極とリン除去用電極とが交互に配置された複数の電極列とを有し、各窒素除去用電極は、周期律表の第Ｉｂ族又は第IIｂ族の金属材料を含む導電体若しくは同族の金属材料を導電体に被覆したものからなるカソードと不溶性金属材料からなるアノードとが対として構成され、各リン除去用電極は、鉄材料又はアルミニウム合金材料からなる電極をアノード及びカソードとして一対の電極が構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
このように構成された電解式汚水処理装置では、電解槽内において、窒素除去用電極のカソード側では、処理水中の硝酸イオン及び亞硝酸イオンが還元反応によりアンモニアに変換される。また、同電極のアノード側では、電極の表面から活性酸素及び次亜塩素酸が発生される。そして、処理水中において、アンモニアの脱窒作用により窒素ガスが生成され、この窒素ガスを放出することにより処理水から窒素が除去される。したがって、従来の汚水処理装置における生物処理による除去方法のように外気温度が低下する冬場において窒素化合物の処理能力が低下するおそれがない。
また、同電解槽内において、リン除去用電極のアノードから鉄又はアルミニウムイオンが処理水中に供給される。そして、この鉄又はアルミニウムイオンが処理水中において処理水中のオルトリン酸と反応して難溶性リン化合物として凝集沈殿する。したがって、この凝集沈殿物を廃棄することにより、処理水からリンが除去される。
また、電解槽内において、処理水の流れ方向に対して窒素除去用電極とリン除去用電極とが交互に配置された複数の電極列が形成されているので、電解槽内の何の位置の処理水の流れに対しても略均等に窒素及びリンの除去が行われる。
【０００９】
また、上記構成の電解式汚水処理装置において、前記電解槽の相対向する両側部の一側部に処理水流入部を設けるとともに他側部に処理水排出部を設け、また、前記窒素除去用電極及びリン除去用電極を、それぞれの電極板面が処理水の流れと略平行になるように配置するとともに、隣接する前記電極列間において窒素除去用電極とリン除去用電極とが隣り合うように配置するのが好ましい。
【００１０】
このように構成すると、処理水の流れ方向と直行する方向の電解槽の幅寸法を小さくすることができる。すなわち、窒素除去用電極はリン除去用電極より電極間電圧が高くなり電極間寸法が小さくなる。これに対し、リン除去用電極は、電極間寸法を小さくすると鉄の溶出物により短絡される危険性があるため、電極間寸法が大きく形成されている。したがって、窒素除去用電極同志又はリン除去用電極同志が隣り合うように各電極を配置された場合は、電解槽の寸法が大きくなるが、本発明のように窒素除去用電極とリン除去用電極とが隣り合うように各電極を配置した場合は、電解槽の幅寸法（処理水の流れと直角方向の寸法）を小さくすることができる。
【００１１】
さらに、上記のようにそれぞれの電極板面が処理水の流れと略平行になるように配置するとともに、隣接する電極列間において窒素除去用電極とリン除去用電極とが隣り合うように配置した電解式汚水処理装置において、隣接する電極列間において対向する隣接側電極板の極性を同一となるように構成することが好ましい。
このように構成すると、各電極を同一電源に接続しても隣接する電極列間での電解反応が起こらないので、対を成す電極板の消耗、特に対を成すリン除去用電極の電極板の消耗が均一化され、電極の寿命を長期化することができる。
【００１２】
また、このリン除去用電極は、隣接する電極列間において対向する隣接側電極板の極性が同一となるように構成されている電解式汚水処理装置において、対を構成する両電極に印加する電流の極性を、所定時間毎に両電極列において同時に反転可能として構成されているので、隣接する電極列間での電解反応が起こらないようにしながら、アノードとして作用する電極板の消耗を均一化させることができる。したがって、対を成す両電極板の寿命を均一化することができ、リン除去用電極の長寿命化を図ることができる。また、リン除去用電極を構成する両電極の交換時期を同一化することができ、交換作業の簡略化を図ることができる。
【００１３】
また、このように隣接する電極列間において対向する隣接側電極板の極性を同一となるように構成することに代えて、窒素除去用電極及びリン除去用電極のそれぞれを異なる電源に接続するようにしてもよい。
このように構成した場合も、隣接する電極列間での電解反応が起こらないので、対を成す電極板の消耗、特に対を成すリン除去用電極の電極板の消耗が均一化され、電極の寿命を長期化することができる。
【００１４】
また、本発明に係る汚水処理施設は、処理水中の有機物を嫌気性微生物により嫌気分解する嫌気槽と、嫌気槽で嫌気処理された処理水を好気性微生物により好気分解する好気槽と、好気槽で好気分解された処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する沈殿槽あるいは処理水槽と、沈殿槽あるいは処理水槽で分離された上澄み液を電解処理する上記記載の電解式汚水処理装置と、電解式汚水処理装置で処理された処理水を前記嫌気槽に返送する配管とを備えたことを特徴とする。
このように構成すると、生物処理による窒素化合物の除去と、電解処理によるリン除去及び窒素化合物の除去とを同時に行うことができる。したがって、外気温度が低下する冬場において窒素化合物の処理能力が低下するという従来の汚水処理施設にみられた問題を解消することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を汚水処理施設に具体化した実施の形態につき、図１〜図６に基づいて説明する。なお、図１は汚水処理施設の全体構成図であり、図２は同汚水処理施設に用いられている電解式汚水処理装置の正面配置図であり、図３は同電解式汚水処理装置の平面配置図であり、図４同電解式汚水処理装置の側断面配置図であり、図５は同参考用電解式汚水処理装置の正面配置図であり、図６は同参考用電解式汚水処理装置の平面配置図である。なお、これら図面において実線矢印は処理水の流れ方向を示す。
【００１６】
汚水処理施設１は、地中に埋設されたタンク１ａの内部を仕切壁２、３、４、４ａにより第１嫌気濾床槽５、第２嫌気濾床槽６、接触ばっ気槽７、沈殿槽８、消毒槽９に区画して構成されている。また、沈殿槽８から第１嫌気濾床槽５への処理水返送管８ｂに電解式汚水処理装置１０、分水計量装置１１が設けられている。
【００１７】
第１嫌気濾床槽５は、生活雑排水等の汚水を受け入れる槽である。第１嫌気濾床槽５は、処理水流入口５ａから流入した汚水中に混入している夾雑物を第１嫌気濾床５ｂにより分離し、有機物を嫌気性微生物によって嫌気分解する。また、有機性の窒素をアンモニア性窒素に分解する。第１嫌気濾床槽５で嫌気分解処理された処理水は、移送管５ｃにより第２嫌気濾床槽６に移送される。
【００１８】
第２嫌気濾床槽６は、内部に設けた第２嫌気濾床６ａにより浮遊物質を捕捉し、嫌気性微生物により有機物を嫌気分解するとともに、有機性の窒素をアンモニア性窒素に分解する。第２嫌気濾床槽６で嫌気分解処理された処理水は、間欠式空気圧式ポンプ６ｂにより移送管６ｃを介し接触ばっ気槽７に移送される。
【００１９】
接触ばっ気槽７は、内部に設けた接触材７ａにより好気性微生物の培養を促進する。また、接触ばっ気槽７は、底部に配設した散気管７ｂから空気を放出して接触ばっ気槽７内を好気状態に維持する。そして、処理水の有機物を好気性微生物により好気分解するとともに、硝酸菌や亞硝酸菌の働きによりアンモニア性窒素を硝酸性窒素や亞硝酸性窒素に変換する。
【００２０】
沈殿槽８は、接触ばっ気槽７で好気分解されて移送管７ｃを介し流入した処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する。この上澄み液の一部は、消毒槽９の消毒装置９ａにおいて塩素系等の薬品により消毒されて排水口９ｂからタンク１ａ外に排水される。また、上澄み液の他部は、エアリフト８ａにより汲み上げられ、分水計量装置１１で流量調整され、処理水返送管８ｂを介して電解式汚水処理装置１０に移送される。
【００２１】
電解式汚水処理装置１０は、本発明における重要な構成要素であって、処理水中の窒素化合物を電解処理して窒素ガスを発生させて排出することにより窒素を除去するとともに、処理水中のリンを難溶性リン化合物として沈殿させ、排出するものである。
電解式汚水処理装置１０は、処理水を流通させる電解槽１２を有する。この電解槽１２は略直方体形状の水槽に形成されており、その短辺側一側には、沈殿槽８からの処理水を電解槽１２に搬送するための処理水返送管８ｂが接続され、対向する短辺側には、電解槽１２内の処理水を第１嫌気濾床槽５へ搬送するための処理水搬送管５ｄが接続されている。電解槽１２内には、電極面が処理水の流れ方向と略平行となるように、処理水の流れ方向に窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とが順に直列に配列された電極列Ｘ１と、電極面が処理水の流れ方向と略平行となるように、処理水の流れ方向にリン除去用電極１６と窒素除去用電極１５とが順に直列に配列された電極列Ｘ２とが設けられている。なお、これら電極１５、１６は全て同一の電源（図示せず）に接続されている。
【００２２】
また、窒素除去用電極１５は、周期律表の第Ｉｂ族又は第IIｂ族の金属材料を含む導電体若しくは同族の金属材料を導電体に被覆したものからなる板状のカソード１５ａと、不溶性金属材料からなる塩素イオン発生可能な板状のアノード１５ｂとを一対として両者を平行に配置した平行平板電極である。
カソード１５ａを構成する具体的金属材料としては、銅と亜鉛の合金或いは燒結合金、銅と鉄の合金或いは燒結合金、銅とニッケルの合金或いは燒結合金、又は、銅とアルミニウムの合金或いは燒結合金などが用いられている。
また、アノード１５ｂを構成する具体的材料としては、白金、イリジウム、パラジウム又はその酸化物などから構成される不溶性金属又はカーボンが用いられている。なお、この不溶性金属材料からなる電極の表面には塩素イオンを発生させる触媒が塗布されている。また、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において対向する電極は、互いに同一極性となるように配列されている。具体的には、この実施の形態では、電極列Ｘ１、Ｘ２のアノード１５ｂ同志が隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において対向するように構成されているが（図３参照）、カソード１５ａ同志を隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において対向するように構成してもよい。
【００２３】
一方、リン除去用電極１６は、板状鉄材料からなる一対の電極１６ａ、１６ｂをアノード及びカソードとする平行平板電極である。そして、リン除去用電極１６それぞれの両電極１６ａ、１６ｂに印加する電流の極性を所定時間毎に全て同時に反転させることにより、両電極１６ａ、１６ｂ間でアノードとカソードとを切り換えるように構成されている。
【００２４】
また、電解槽１２内における電極列Ｘ１、Ｘ２の各下方底部には、散気管１７が設けられている。散気管１７は、図示しないブロワから空気が送られることにより、散気管１７の管壁に設けられた空気吹出口から空気を吹き出し、鉄材料からなる電極１６ａ、１６ｂ表面の生物膜や硝酸イオン等に起因する不動態膜等の膜を除去する。
【００２５】
なお、上記電解式汚水処理装置１０において、２５は窒素除去用電極１５の把手であり、２６はリン除去用電極１６の把手であり、３５は窒素除去用電極１５の電源コードであり、３６はリン除去用電極１６の電源コードである。
【００２６】
そして、電解式汚水処理装置１０の窒素除去用電極１５の部分においては、次のような作用により、窒素除去が行われる。
すなわち、窒素除去用電極１５に通電されると、カソード１５ａ側では、処理水中に含まれる硝酸イオンが還元反応により亞硝酸イオンに変換される（反応Ａ）。また、硝酸イオンの還元反応により生成された亞硝酸イオンは、更に、還元反応によりアンモニアに変換される（反応Ｂ）。以下に反応Ａ及び反応Ｂを示す。
反応Ａ：ＮＯ3 -＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→ＮＯ2 -＋２ＯＨ-
反応Ｂ：ＮＯ2 -＋５Ｈ2Ｏ＋６ｅ-→ＮＨ3（ａｑ）＋７ＯＨ-
【００２７】
一方、アノード１５ｂ側ではアノード１５ｂの表面から活性酸素や次亜塩素酸が発生し、これにより処理水中におけるアンモニアの脱窒作用により窒素ガスを生成する（反応Ｃ乃至反応Ｆ）。以下に反応Ｃ乃至反応Ｆを示す。
上式に示されるように、窒素除去用電極１５の部分では、処理水中の硝酸性窒素、亞硝酸性窒素及びアンモニア性窒素などの窒素化合物が窒素ガスに変換される。そして、電解式汚水処理装置１０は、この窒素ガスを放出することにより窒素除去を行っている。
【００２９】
一方、電解式汚水処理装置１０のリン除去用電極１６においては、次のような作用により、リン除去が行われる。
すなわち、リン除去用電極１６に対し一方の電極１６ａ又は１６ｂをアノードとし、他方の電極１６ｂ又は１６ａをカソードとするように電流が印加されると、アノード側で２価の鉄イオン（Ｆｅ2+）が生成される。アノードで生成された２価の鉄イオン（Ｆｅ2+）は、空気により酸化されて３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）となる。次いで、３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）は処理水中のオルトリン酸と反応し、難溶性のリン酸化合物として電解槽１２の底部に凝集沈殿する。
本実施の形態に係る電解式汚水処理装置１０では、このようにして電解槽１２の底部に凝集沈殿した難溶性のリン酸化合物が電解槽１２外に排出することにより、リン除去を行っている。なお、アノード側電極は鉄を溶出して消耗する。そこで、両電極１６ａ、１６ｂに流す電流の極性を所定時間毎に規則的に反転させることにより、アノード又はカソードとして作用する電極を切り換えて、電極１６ａ、１６ｂを略均一に減少させて同時に交換できるようにしている。また、この反転切換は、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間双方において同時に行っている。さらに、この反転切換は、電極列Ｘ１、Ｘ２間において対向する電極１６ｂが同一極性となるように行われ、両電極列Ｘ１、Ｘ２間において電解反応が発生しないように配慮されている。
【００３０】
また、上記のように構成された電解式汚水処理装置１０においては、処理水返送管８ｂを介して送られてくる処理水は、電解槽１２の入口側において流れの幅方向（処理水の流れと直角の方向）に分散され、電解槽１２の出口側において再び集合されて処理水搬送管５ｄから排出される。なお、この電解槽１２内の処理水の流れは、流れの幅方向に対しては混ざり合うことが殆どない。
この場合において、参考図である図５及び図６に示される電解式汚水処理装置１１０のように、１個の窒素除去用電極１５と１個のリン除去用電極１６とが並列に配置されている場合には、窒素除去用電極１５側を流れる処理水について窒素は除去されるがリンは除去されない、また、リン除去用電極１６側を流れる処理水については、窒素は除去されるがリンは除去されないという不均衡な作用が生ずる。ところが、本実施の形態のような場合は、各電極列Ｘ１、Ｘ２それぞれに１個の窒素除去用電極１５と１個のリン除去用電極１６とを備えているため、各電極列Ｘ１、Ｘ２側を流れる処理水についての窒素除去及びリン除去は、均等に行われる。
なお、図５及び図６には、窒素除去用電極１５及びリン除去用電極１６を各１個並列に配置した場合を示したが、複数の窒素除去用電極１５及び複数のリン除去用電極１６を用いても、これら電極１５、１６が処理水の流れに対しそれぞれ別個に直列に配置されている限り、窒素除去とリン除去とが不均衡に行われることに変わりはない。
【００３１】
なお、電解式汚水処理装置１０で処理された処理水は、処理水搬送管５ｄから第１嫌気濾床槽５に返送される。この処理水中には、電解槽１２で未処理の硝酸性窒素や、亜硝酸性窒素や、３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）が含まれている。
第１嫌気濾床槽５に返送された処理水中の硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素は、第１嫌気濾床槽５に多く存在する脱窒菌により還元され窒素ガスとして放出される。この汚水処理施設では、第１嫌気濾床槽５で発生した窒素ガスを放出することによっても窒素の除去が行われている。
また、第１嫌気濾床槽５に返送された処理水中の３価の鉄イオン（Ｆｅ3+）は、第１嫌気濾床槽５内に存在するオルトリン酸と反応し、難溶性のリン酸化合物として第１嫌気濾床槽５内の底部に凝集沈殿する。この汚水処理施設では、第１嫌気濾床槽５内の底部に凝集沈殿した難溶性のリン酸化合物を槽外に排出することによってもリンの除去が行われている。
【００３２】
本実施の形態は以上のように構成されているので、次のような作用効果を奏する。
本実施の形態に係る電解式汚水処理装置１０は、周期律表の第Ｉｂ族又は第IIｂ族の金属材料を含む導電体若しくは同族の金属材料を導電体に被覆したものからなるカソード１５ａと不溶性金属材料からなる塩素イオン発生可能なアノード１５ｂとで構成された窒素除去用電極１５における電解反応により、窒素が除去されるので、外気温度が低下する冬場に窒素化合物の処理能力が低下するおそれがない。
【００３３】
また、本実施の形態に係る電解式汚水処理装置１０は、電解槽１２の相対向する両側部の一側部に処理水流入部をなす処理水返送管８ｂを設けるとともに他側部に処理水排出部をなす処理水搬送管５ｄを設け、また、窒素除去用電極１５及びリン除去用電極１６を、それぞれの電極板面が処理水の流れと略平行になるように配置するとともに、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とが隣り合うように配置されているので、窒素除去用電極１５同志又はリン除去用電極１６同志が隣り合うように配置されている場合に比し電解槽１２の寸法を小さくすることができる。
【００３４】
また、本実施の形態に係る電解式汚水処理装置１０は、上記のように、それぞれの電極板面が処理水の流れと略平行になるように配置し、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とが隣り合うように配置されるとともに、対を構成する両電極１６ａ、１６ｂに印加する電流の極性を、所定時間毎に両電極列Ｘ１、Ｘ２において同時に反転可能として構成されているので、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間での電解反応が起こらないようにしながら、アノードとして作用する電極板の消耗を均一化させることができる。したがって、対を成す両電極１６ａ、１６ｂの寿命を均一化することができ、リン除去用電極１６の長寿命化を図ることができる。また、リン除去用電極１６を構成する両電極１６ａ、１６ｂの交換時期を同一化することができ、交換作業の簡略化を図ることができる。
【００３５】
また、本実施の形態に係る電解式汚水処理装置１０は、電解槽１２内において、処理水の流れ方向に対して窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とが交互に配置された複数の電極列（この場合２列の電極列Ｘ１、Ｘ２）が形成されているので、電解槽１２内の何の位置の処理水の流れに対しても略均等に窒素及びリンの除去が行われる。
【００３６】
また、本実施の形態に係る汚水処理施設は、処理水中の有機物を嫌気性微生物により嫌気分解する嫌気槽（この場合嫌気濾床槽５、６）と、嫌気濾床槽５、６で嫌気処理された処理水を好気性微生物により好気分解する好気槽（この場合接触ばっ気槽７）と、接触ばっ気槽７で好気分解された処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する沈殿槽８と、沈殿槽８で分離された上澄み液を電解処理して窒素及びリンを除去する電解式汚水処理装置１０と、この電解式汚水処理装置１０で処理された処理水を第１嫌気濾床槽５に返送する配管（この場合処理水搬送管５ｄ）とを備えているので、生物処理による窒素化合物の除去と、電解処理によるリン除去及び窒素化合物の除去とを同時に行うことができる。したがって、外気温度が低下する冬場において窒素化合物の処理能力が低下するという従来の汚水処理施設にみられた問題を解消することができる。
【００３７】
変形例．
上記実施の形態により説明した本発明は、次のように変形して具体化することもできる。
（１） 前記実施の形態においては、リン除去用電極１６に鉄材料を用いたが、アルミニウム合金を用いてもよい。前記実施の形態においてはアノードから３価の鉄イオンを溶出し、この鉄イオンを用いてリン化合物を凝縮させるのに対し、この場合にはアノードからアルミニウムイオンを溶出し、このアルミニウムイオンを用いてリン化合物を凝縮させるものであり、前記実施の形態の場合と同様にリンを除去することができる。また、前記実施の形態の場合と同様に電極に流す電流の極性を変化させることにより、アノードとカソードとを定期的に変更することにより、対をなす両電極の寿命を均一化して長寿命化することができる。
（２） また、前記実施の形態において、電極列Ｘ１、Ｘ２を構成する窒素除去用電極１５、リン除去用電極１６はそれぞれ同一電源に接続されていたが、これを図７に示すようにそれぞれ別の電源に接続するように構成することもできる。
この場合には、図７に示すように、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間において異性の電極列が配置されていても、隣接する電極列Ｘ１、Ｘ２間で電解反応が発生しない。したがって、対を構成する一方の電極の消耗が他に比し多くなるという心配がない。
（３） また、前記実施の形態において、電極列Ｘ１、Ｘ２を構成する窒素除去用電極１５及びリン除去用電極１６は各１個とされていたが、この数をさらに増加させてもよい。要は、どの位置を流れる処理水も窒素及びリンが均等に除去されるように、各電極列において窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とを交互に直列に配置することが好ましい。
（４） また、前記実施の形態において、電極列Ｘ１、Ｘ２を構成する窒素除去用電極１５及びリン除去用電極１６は、それぞれの電極面が処理水の流れと略平行となるように配列されていたが、電極面を処理水の流れに直行させるようにしたものでもよい。図８の電解式汚水処理装置１０Ａは、このように構成した一例を示すものであって、前記実施の形態における処理水流入部をなす処理水返送管８ｂ及び処理水排出部をなす処理水搬送管５ｄを電解槽１２の短辺側から長辺側に変更することにより、窒素除去用電極１５とリン除去用電極１６とが処理水の流れに直交するような電極列Ｙ１、Ｙ２を構成したものである。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、リン及び窒素化合物の除去が、電解処理により行われるので、従来の汚水処理装置における生物処理のみによる窒素化合物の除去方法のように、外気温度が低下する冬場に窒素化合物の処理能力が低下するおそれがない。また、電解槽内において、処理水の流れ方向に対して窒素除去用電極とリン除去用電極とが交互に配置された複数の電極列が形成されているので、電解槽内の何の位置の処理水の流れに対しても略均等に窒素及びリンの除去が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る汚水処理施設に用いる汚水処理施設の全体構成図である。
【図２】同汚水処理施設に用いられている電解式汚水処理装置の正面配置図である。
【図３】同電解式汚水処理装置の平面配置図である。
【図４】同電解式汚水処理装置の側断面配置図である。
【図５】参考用電解式汚水処理装置の正面配置図であある。
【図６】同参考用電解式汚水処理装置の平面配置図である。
【図７】実施の形態に係る電解式汚水処理装置の変形例としての電源説明図である。
【図８】実施の形態に係る電解式汚水処理装置の変形例としての平面配置図である。
【符号の説明】
１ 汚水処理施設
５ 嫌気濾床槽
５ｄ 処理水流出管
６ 嫌気濾床槽
７ 接触ばっ気槽
８ 沈殿槽
１０ 電解式汚水処理装置
１０Ａ 電解式汚水処理装置
１２ 電解槽
１５ 窒素除去用電極
１５ａ カソード
１５ｂ アノード
１６ リン除去用電極
１６ａ 電極
１６ｂ 電極
Ｘ１ 電極列
Ｘ２ 電極列
Ｙ１ 電極列
Ｙ２ 電極列
Claims (6)
- 処理水を電解処理するための電解槽と、電解槽内において処理水の流れ方向に対して窒素除去用電極とリン除去用電極とが交互に配置された複数の電極列とを有し、
各窒素除去用電極は、周期律表の第Ｉｂ族又は第IIｂ族の金属材料を含む導電体若しくは同族の金属材料を導電体に被覆したものからなるカソードと不溶性金属材料からなるアノードとが対として構成され、
各リン除去用電極は、鉄材料又はアルミニウム合金材料からなる電極をアノード及びカソードとして一対の電極が構成されている
ことを特徴とする電解式汚水処理装置。 - 前記電解槽は、相対向する両側部の一側部に処理水流入部が設けられるとともに他側部に処理水排出部が設けられ、前記窒素除去用電極及びリン除去用電極は、それぞれの電極板面が処理水の流れと略平行になるように配置されるとともに、隣接する電極列間において窒素除去用電極とリン除去用電極とが隣り合うように配置されていることを特徴とする請求項１記載の電解式汚水処理装置。
- 前記窒素除去用電極及びリン除去用電極は、隣接する電極列間において対向する隣接側電極板の極性が同一となるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の電解式汚水処理装置。
- 各リン除去用電極は、両電極列において、対を構成する両電極に印加する電流の極性を、所定時間毎に両電極列において同時に反転するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の電解式汚水処理装置。
- 前記窒素除去用電極及びリン除去用電極のそれぞれは、異なる電源に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電解式汚水処理装置。
- 処理水中の有機物を嫌気性微生物により嫌気分解する嫌気槽と、嫌気槽で嫌気処理された処理水を好気性微生物により好気分解する好気槽と、好気槽で好気分解された処理水を沈殿物と上澄み液とに分離する沈殿槽或いは処理水槽と、沈殿槽或いは処理水槽で分離された上澄み液を請求項１乃至５の何れか１項記載の電解式汚水処理装置と、この電解式汚水処理装置で処理された処理水を嫌気槽に返送する配管とを備えていることを特徴とする汚水処理施設。
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