CN1288097C - 排水处理方法及排水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供可低成本且高效地进行含有氮化合物及磷化合物的被处理水的处理的排水处理方法及排水处理装置，该排水处理方法是通过作为电化学手法的电解处理被处理水中的氮化合物(硝酸态氮)及磷化合物(磷酸根离子)的排水处理方法，要旨是实行包括以下步骤的处理：将一对电极至少一部分浸渍于被处理水中，使构成阴极的一方的电极的材料为导电体，使构成阳极的另一方的电极的材料为铁，通过电解处理被处理水的第1处理步骤；以及在第1处理步骤结束后，用次氯酸、或臭氧、或活性氧处理被处理水的第2处理步骤。
Description
发明领域
本发明涉及含有磷化合物，例如磷酸或磷酸根离子、及氮化合物、例如有机态氮、亚硝酸态氮、硝酸态氮、氨态氮的排水的排水处理装置。
背景技术
众所周知，过去，河或湖的富营养化的原因之一是有氮化合物及磷化合物的存在。另外，这种磷化合物或氮化合物，较多地存在于一般家庭的生活排水中和工厂排水中，是净化处理困难的物质，现状是还未能采取有效的措施。一般，含有氮化合物的排水处理，进行生物性处理，通过首先将氨态氮转化成硝酸态氮的硝化工序和将硝酸态氮转化成氮气的脱氮工序这2个工序进行。
另一方面，对于磷化合物的处理方法，提出了种种方案，但关于家庭排水，已知的是采用石灰凝聚沉淀法。该技术是使被处理水中的磷酸根离子与钙离子反应成为水不溶性的盐、羟基钙磷灰石(カルシウムヒドロキシアパタイト)使之凝聚沉淀而除去的技术。
可是，以往的生物性处理的氮化合物及磷化合物的处理装置必须有2个反应槽，同时由于处理时间慢，所以有处理效率降低的问题。另外，过去的方法，由于并不是同时处理含有氮化合物和磷化合物的被处理水，所以存在装置大型化的问题。
另外，该生物性处理，为了保有硝化菌及脱氮细菌，故需要大容量的需氧槽及厌氧槽，因此，有导致设备建设费用高涨、装置设置面积增大的问题。此外，该脱氮细菌由于明显受周围环境温度、以及被处理水中所含的成分等影响，所以尤其是在温度低的冬季情况时，存在导致细菌的活动降低及脱氮作用降低，处理效率不稳定的问题。
此外，上述磷化合物的处理方法，由于凝聚沉淀生成时的pH高，所以必须在磷化合物的处理后将被处理水从碱性处理成中性。另外，使用的石灰量是大量的，有存放困难的问题，
发明内容
因此，本发明是为了解决以往的技术课题而完成的，其目的是提供可低成本且高效地进行含有氮化合物及磷化合物的被处理水的处理的排水处理方法及排水处理装置。
本发明是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理方法，其特征在于，包括在被处理水中至少浸渍一部分一对电极，构成阴极的一方的电极材料为导电体，构成阳极的另一方的电极材料为铁，采用电化学手法处理该被处理水的第1处理步骤、和在该第1处理步骤结束后，用次氯酸、或臭氧、或活性氧处理被处理水的第2处理步骤。
根据本发明，通过在被处理水中至少浸渍一部分一对电极，构成阴极的一方的电极材料为导电体，构成阳极的另一方的电极材料为铁，采用电化学手法进行处理该被处理水的第1处理步骤，使铁(II)离子在被处理水中从构成阳极的电极溶出，在被处理水中直至被氧化成铁(III)离子的该铁(III)离子与作为被处理水中的磷化合物的磷酸根离子进行化学性反应，可将被处理水中的磷化合物沉淀处理成为磷酸铁。
另外，可将被处理水中，或阴极上作为被处理水中的氮化合物的硝酸根离子还原处理成亚硝酸根离子及氨或铵离子。
进一步地，上述第1处理步骤结束后，由于进行采用次氯酸、或臭氧或活性氧处理被处理水的第2处理步骤，所以可将被处理水中生成的氨或铵离子高效地脱氮处理成为氮气。
另外，本发明的排水处理方法，除上述发明外，其特征是，在第2的处理步骤中，在被处理水中添加次氯酸、或臭氧、或活性氧。
根据本发明，由于在前述第2处理步骤中，将次氯酸、或臭氧、或活性氧添加到被处理水中，所以可将被处理水中生成的氨或铵离子高效地脱氮处理成为氮气。
另外，本发明的排水处理方法，其特征是，除了上述各发明外，还在第1处理步骤中，使一对电极的材料为铁，转换各电极的极性。
根据本发明，在前述第1处理步骤中，由于使一对电极的材料为铁，转换各电极的极性，所以可防止采用电化学手法(电解)在构成阳极的电极表面生成的氧化铁等被膜形成，可避免阳极的钝态化于未然。
另外，本发明的排水处理方法，其特征是除了前述发明外，在第2处理步骤中，采用电化学的手法使被处理水中产生次氯酸、或臭氧、或活性氧。
根据本发明，由于在前述第2处理步骤中，采用电化学的手法使被处理水中产生次氯酸、或臭氧、或活性氧，所以不采用特殊的装置使发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，就可使被处理水中的氨、或铵离子与次氯酸、或臭氧、或活性氧反应，可更加高效地将被处理水中生成的氨或铵离子脱氮处理直至成为氮气。
此外，在含有该氨或铵离子的被处理水中由于使其发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，所以存在时间比较短的臭氧、或活性氧可有效地对氨或铵离子的脱氮处理作出贡献，可提高处理效果。
另外，本发明的排水处理方法，其特征是除了前述发明外，构成阴极的电极材料，由采用电化学手法可使其发生次氯酸、或臭氧或活性氧的贵金属或被覆该贵金属的导电体构成，同时通过转换一对电极的极性实行第2处理步骤。
根据本发明，由于构成阴极的电极材料，由采用电化学手法可使其发生次氯酸、或臭氧、或活性氧的贵金属或被覆该贵金属的导电体构成，同时通过转换一对电极的极性实行第2处理步骤，所以可容易使被处理水中发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，可有效地进行氨或铵离子的脱氮处理。
另外，本发明的氮处理方法，是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理方法，其特征是包括利用至少一部分浸渍在被处理水中的一对铁电极，采用电化学手法处理该被处理水的第1处理步骤、和在该第1处理步骤结束后，利用至少一部分浸渍在被处理水中的一对贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极，采用电化学手法处理该被处理水的第2处理步骤。
本发明是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理方法，由于包括利用至少一部分浸渍在被处理水中的一对铁电极，采用电化学手法处理该被处理水的第1处理步骤、和在该第1处理步骤结束后，利用至少一部分浸渍在被处理水中的一对贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极，采用电化学手法处理该被处理水的第2处理步骤，所以，在第1处理步骤，从一对铁电极中的构成阳极的电极使被处理水中溶出铁(II)离子，在被处理水中被氧化直至成为铁(III)离子的该铁(III)离子与作为被处理水中的磷化合物的磷酸根离子进行化学反应，可将被处理水中的磷化合物以磷酸铁形式沉淀处理。
此外，利用被处理水中的从铁(II)离子向铁(III)离子的氧化力，或在一对铁电极中的阴极上，可将作为被处理水中的氮化合物的硝酸根离子还原处理成亚硝酸根离子及氨或铵离子。
进一步地，在上述第1处理步骤结束后，在第2处理步骤，利用一对贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极，通过采用电化学手法处理该被处理水，可使被处理水中发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，据此，可有效地将第1处理步骤中在被处理水中生成的氨或铵离子以氮气的形式脱氮处理。
此外，本发明的排水处理方法，其特征是除上述发明外，在各处理步骤转换一对电极的极性。
根据该发明，由于在上述各处理步骤，转换一对电极的极性，所以在第1处理步骤，可防止由于电化学手法(电解)在构成阳极的电极表面产生的氧化铁等被膜形成，可避免阳极的钝态化于未然。此外，在第2处理步骤，可防止由于电化学手法(电解)在构成阴极的贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极的表面产生的被膜形成(鳞片)，可避免阴极有效面积的减少于未然。
另外，本发明的排水处理装置是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的装置，其特征是备有至少一部分浸渍于被处理水中并用于采用电化学手法处理该被处理水的一对电极、和生成次氯酸的次氯酸发生手段，使构成阴极的一方的电极的材料为导电体，使构成阳极的另一方的电极的材料为铁，同时把利用次氯酸发生手段生成的次氯酸供给到被处理水中。
根据本发明，在处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理装置中，由于备有至少一部分浸渍于被处理水中并用于采用电化学手法处理该被处理水的一对电极、和生成次氯酸的次氯酸发生手段，使构成阴极的一方的电极的材料为导电体，使构成阳极的另一方的电极的材料为铁，所以使铁(II)离子在被处理水中从构成阳极的电极溶出，在被处理水中被氧化直至成为铁(III)离子的该铁(III)离子与作为被处理水中的磷化合物的磷酸根离子进行化学反应，可将被处理水中的磷化合物以磷酸铁的形式沉淀处理。
此外，在被处理水中，或在阴极可将作为被处理水中的氮化合物的硝酸根离子还原处理成为亚硝酸根离子及氨或铵离子。
进一步地，由于把采用次氯酸发生手段生成的次氯酸供给到被处理水中，所以可有效地将被处理水中生成的氨或铵离子以氮气的形式脱氮处理。
另外，本发明的排水处理装置，其特征是除了上述发明外，还使一对电极的材料为铁，同时设可转换各电极的极性的控制手段。
根据本发明，由于除了上述发明外，还使一对电极的材料为铁，同时设可转换各电极的极性的控制手段，所以可防止由于电化学手法(电解)在构成阳极的电极表面产生的氧化铁等被膜形成，可避免阳极的钝态化于未然。
另外，本发明的排水处理装置是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的装置，其特征是备有至少一部分浸渍于被处理水中，用于采用电化学手法处理该被处理水的一对电极、和转换各电极的极性的控制手段，使构成阴极的一方的电极的材料为贵金属或被覆贵金属的导电体，使构成阳极的另一方的电极的材料为铁。
本发明是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的发明，由于备有至少一部分浸渍于被处理水中，用于采用电化学手法处理该被处理水的一对电极，和转换各电极的极性的控制手段，使构成阴极的一方的电极的材料为贵金属或被覆贵金属的导电体，使构成阳极的另一方的电极的材料为铁，所以可容易地使被处理水中产生次氯酸、或臭氧、或活性氧，可有效地进行氨或铵离子的脱氧处理。
另外，本发明的排水处理装置，是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的装置，其特征是备有至少一部分浸渍于被处理水中，用于采用电化学手法处理该被处理水的一对铁电极、和至少一部分浸渍于被处理水中，用于采用电化学手法处理该被处理水的一对贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极。
本发明，在处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理装置中，由于备有至少一部分浸渍于被处理水中，用于采用电化学手法处理该被处理水的一对铁电极、和至少一部分浸渍于被处理水中，用于采用电化学手法处理该被处理水的一对贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极，所以使铁(II)离子在被处理水中从一对铁电极中的构成阳极的电极溶出，在被处理水中被氧化直至成为铁(III)离子的该铁(III)离子与作为被处理水中的磷化合物的磷酸根离子进行化学反应，可将被处理水中的磷化合物以磷酸铁的形式进行沉淀处理。
另外，利用被处理水中的从铁(II)离子向铁(III)离子的氧化力，在一对铁电极中的阴极，可将作为被处理水中的氮化合物的硝酸根离子还原处理成为亚硝酸根离子及氨或铵离子。
进一步地，利用一对贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极，通过采用电化学手法处理该被处理水，可使被处理水中发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，据此可将被处理水中生成的氨或铵离子高效地以氮气的形式进行脱氮处理。
另外，本发明的排水处理装置，其特征是除上述发明外，还备有转换各一对电极的极性的控制手段。
本发明除上述发明外，由于还备有转换各一对电极的极性的控制手段，所以可防止由于电化学手法(电解)在构成阳极的铁电极的表面产生的氧化铁等被膜形成，可避免阳极的钝态化于未然。另外，可防止由于电化学手法(电解)在构成阴极的贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极的表面产生的被膜形成(鳞片)，可避免阴极的有效面积的减少于未然。
附图的简单说明
图1是表示本发明的排水处理装置概要的说明图。
图2是表示其他实施例的排水处理装置概要的说明图。
图3同样是表示其他实施例的排水处理装置概要的说明图。
图4是表示进行与其他实施例的排水处理装置有关的实验的结果的图。
图5是表示又一个其他实施例的排水处理装置的概要的说明图。
图6同样是表示又一个其他实施例的排水处理装置的概要的说明图。
图7是表示进行与又一个其他实施例的排水处理装置有关的实验的结果的图。
发明的优选实施方案
以下，根据附图详述本发明的实施方案。图1是表示用于实现本发明的氮及磷处理方法的排水处理装置1的概要的说明图。本实施例中的排水处理装置1，由构成内部具有未图示出的排水的流入口与流出口的处理室4的处理槽2、和使至少一部分浸渍在该处理室4内的被处理水中而相向配置的一对电极、构成阴极的电极5和构成阳极的电极6、用于对该电极5、6通电的电源7、及用于控制该电源7的控制装置11构成。
构成前述阳极的电极6由铁材料构成，构成前述阴极的电极5由导电体构成，在本实施例中与构成阳极的电极6同样由铁材料构成。
另外，在图中，13是作为将次氯酸供给到处理室4内的被处理水中的次氯酸供给手段的次氯酸发生装置。该次氯酸发生装置13由与前述处理槽2分开设置的次氯酸生成槽14构成，在该次氯酸生成槽14内形成生成室15。在该生成室15内贮存例如含有30ppm的氯离子的一般的自来水等的电解水，由使至少一部分浸渍在该电解水中而相对配置的一对电极，构成阴极的电极16、和构成阳极的电极17、及用于对该电极16、17通电的电源18构成。再者，在电解水中，作为氯离子调整剂为可以添加食盐等的物质。前述电极16、17，例如由铂或铂与铱的混合物等的贵金属电极或被覆它们的导电体电极等构成。
因此，由电源18对电极16，17通电时，构成阳极的电极17使电解水中所含有的氯离子放出电子生成氯。而且，该氯溶于水生成次氯酸。此时，也同时生成微量的臭氧等活性氧。
为此，对于次氯酸发生装置13，在电解水中生成次氯酸、臭氧及活性氧，通过将这样的电解水供给前述处理槽2内的处理室4内，次氯酸、臭氧及活性氧被供给到处理室4内的被处理水中。
通过以上的构成，作为第1处理步骤，在处理槽2内的处理室4贮存含有作为硝酸性氮的硝酸根离子及作为磷化合物的磷酸根离子的被处理水，利用前述控制装置11接通电源7，对电极5、6通电。由此，被处理水进行作为电化学手法的电解处理，构成阳极的电极6，如上述那样采用铁材料构成，所以铁(II)离子在被处理水中从电极6溶出，在被处理水中被氧化直至成为铁(III)离子。
生成的铁(III)离子，如反应式A所示，通过脱磷反应，与被处理水中的磷酸根离子凝聚沉淀，生成对水难溶性的磷酸铁。
反应式A
据此，可将被处理水中所含有的作为磷化合物的磷酸根离子以磷酸铁的形式沉淀处理。
另外，作为被处理水中所含有的硝酸性氮的硝酸根离子被还原成亚硝酸根离子(反应式B)。
反应式B
又，被还原成亚硝酸根离子的硝酸态氮被还原成氨(铵离子)(反应式C)。
反应式C
此外，为了供给电子，在被处理水中以铁(II)离子的状态溶出，在电极上或被处理水中氧化所得的铁(III)离子的一部分，在构成阴极的电极5侧，再次得到供给电子，被还原成铁(II)离子，再在构成阳极的电极6侧被氧化。
再者，关于通过电解含有铁(II)离子的被处理水，将被处理水中所含有的硝酸根离子还原处理直至成为铵离子的技术，已在1999年3月16日～3月18日召开的第33届日本水环境学会发布的日本水环境学会年会讲演集「使用电化学反应的无机氮化合物处理技术的开发」中公开。
而且，第1处理步骤结束后，作为第2处理步骤，在被处理水中，如上述那样将由次氯酸发生装置13生成的次氯酸及臭氧或活性氧供给(添加)到在第1处理步骤处理后的被处理水中。据此，在第1处理步骤的反应式C中生成并被溶解在被处理水中的氨，如反应式D所示与被处理水中的次氯酸反应，被脱氮处理成氮气。此外，被处理水中的氨(铵离子)如反应式E所示与臭氧等的活性氧反应，据此也被脱氮处理成氮气。
反应式D
反应式E
据此，可将被处理水中生成的氨高效地以氮气形式脱氮处理。为此，可在同一个处理槽中处理被处理水中的氮化合物及磷化合物，不象以往那样需要设置大型的生物处理槽、可避免设备建设费用的高涨及装置设置面积的增大。
进一步地，可不需要生物处理中必须的脱氮细菌的繁杂保存作业。同时可提供稳定的高的氮处理效率。
再者，本实施例，构成阴极的电极5，由于与构成阳极的电极6同样地由铁材料构成，所以，利用前述控制装置11，例如可以一天一次将施加于电极5及6的极性转换。
据此，可防止通过电解只构成阳极的一方的电极6溶出，通过交替而均等地使电极5及6溶出，可谋求使用时间的延长。进而，可防止构成阳极的电极5(转换极性时，是电极6)的表面产生的氧化铁等被膜形成，可避免构成阳极的电极5(或电极6)的钝态化于未然。
另外，本实施例，通过含有由次氯酸发生装置13生成的次氯酸的电解水的供给进行次氯酸的供给，但不限于此，也可以通过在被处理水中添加次氯酸钠等的次氯酸盐(药剂)进行供给。
以下，参照图2及图3说明作为用于实现本发明的氮及磷处理方法的其他实施例的排水处理装置20。图2及图3是表示排水处理装置20概要的说明图。再者，图中用与图1相同的符号表示的部分起相同或同样的功能。另外，该实施例，一方的电极6由铁材料构成，同时另一方的电极5由采用电化学手法使发生次氯酸、或臭氧、或活性氧的贵金属，例如铂、铱、钯或含其氧化物的不溶性电极等导电体构成。再者，该实施例，电极5由铂构成。
这里，参照图4示出进行与该实施例有关的实验的结果，该实验中使用的被处理水由100mM的KCl和10mM的KNO3及2mM的K2HPO4构成。另外，在各电极5、6，按恒定电流0.5A进行通电。各电极5、6，例如每30分钟利用控制装置11进行极性转换。
在处理开始时，作为第1处理步骤，前述控制装置11接通电源7，由铁构成的电极6为阳极、由铂构成的电极5为阴极进行通电。据此，上述被处理水进行作为电化学手法的电解处理，构成阳极的电极6如上述那样由于由铁构成，所以铁(II)离子在被处理水中从电极6溶出，在被处理水中被氧化直至成为铁(III)离子。
生成的铁(III)离子，如反应式A所示通过脱磷反应，与被处理水中的磷酸根离子凝聚沉淀，生成对水难溶性的磷酸铁。
反应式A
据此，可将作为被处理水中所含有的磷化合物的磷酸根离子以磷酸铁的形式沉淀处理。
另外，构成阴极的电极5侧，被供给在构成阳极的电极6侧生成的电子，作为被处理水中所含有的硝酸性氮的硝酸根离子被还原成亚硝酸根离子(反应式B)。
反应式B
又，被还原成亚硝酸根离子的硝酸态氮，在构成阴极的电极5侧被供给电子，被还原成直至为氨(铵离子)(反应式C)。
反应式C
另外，为了供给电子，在被处理水中以铁(II)离子的状态溶出，在电极上或被处理水中被氧化所得的铁(III)离子的一部分，在构成阴极的电极5侧，再一次被供给电子，被还原成铁(II)离子，再在构成阳极的电极6侧被氧化。
然后，控制装置11自处理开始时30分钟暂时使第1处理步骤结束，作为第2处理步骤切换各电极5、6的极性，如图3所示，使由铂构成的电极5为阳极，由铁构成的电极6为阴极进行通电。
据此，在构成阳极的电极5侧，被处理水中所含有的氯离子放出电子生成氯。而且，该氯溶解于水生成次氯酸。在此，构成阳极的电极5，如上述那样由采用电化学手法(电解)可使发生次氯酸、或臭氧、或活性氧的作为贵金属的铂等贵金属电极构成，同时被处理水中(实际上作为处理对象的自来水中)由于存在着氯离子，所以可容易生成次氯酸及臭氧等的活性氧。再者，对于另一方面构成阴极的电极6，被处理水中所含有的氢离子得到电子生成氢气。
据此，被处理水中生成的(发生的)次氯酸及臭氧或活性氧，与如上述那样在反应式C中生成并溶解于被处理水中的氨如反应式D所示那样进行反应，被脱氮处理成为氮气。另外，被处理水中的氨(铵离子)与臭氧等的活性氧如反应式E所示那样进行反应，由此也被脱氮处理成氮气。
反应式D
反应式E
据此，可将被处理水中生成的氨高效地脱氮处理成为氮气。再者，被处理水中所含有的硝酸态氮及磷化合物通过如上述那样的处理从被处理水中除去的效果也由如图4所示的实验结果示出。图4是在处理开始时刻，自处理开始时经过1小时后(即、进行2次极性转换，各进行了一次第1处理步骤及第2处理步骤的时刻)、经过2小时后、经过3小时后、经过4小时后分别取样1ml，用HACH公司制比色分析装置DR 4000，按各分析对象不同的比例稀释该样液后，将被处理水中含有的硝酸态氮量、被处理水中的总氮量及总磷量进行定量的结果。
即，处理开始时刻的被处理水中的总氮量是140mg/L，硝酸态氮量是140mg/L，总磷量是62mg/L。自处理开始时经过1小时后的被处理水中的总氮量是144mg/L，硝酸态氮量是119mg/L，总磷量是13mg/L。又，自处理开始时经过2小时后的被处理水中的总氮量是111mg/L，硝酸态氮量是96mg/L，总磷量是2mg/L。自处理开始时经过3小时后的被处理水中的总氮量是91mg/L，硝酸态氮量是81mg/L，总磷量是1.5mg/L。自处理开始时经过4小时后的被处理水中的总氮量是84mg/L，硝酸态氮量是75mg/L，总磷量是0.5mg/L。
据此，可以看出，被处理水中的氮化合物及磷化合物，通过如上述那样的电化学处理，可有效地进行处理。
所以，可用同一个处理槽处理被处理水中的氮化合物及磷化合物，不象以往那样需要设置大型的生物处理槽，可避免设备建设费用的高涨及装置设置面积的增大。
进而，可不需要生物处理中必须的脱氮细菌的繁杂保存作业，同时可提供稳定的高的氮及磷的处理效率。
以下，参照图5及图6说明作为用于实现本发明的氮及磷处理方法的又一个其他实施例的排水处理装置21。图5及图6是表示排水处理装21概要的说明图。再者。在图中，用与图1相同的符号表示的部分起相同或同样的功能。
该实施例中的排水处理装置21，由使至少一部分浸渍在处理室4内的被处理水中而相对配置的一对电极22、23、和用于对该电极22、23通电的电源24、及使至少一部分浸渍在相同处理室4内的被处理水中而相对配置的一对电极25、26、和用于对该电极25、26通电的电源27，以及用于控制这些电源24、27的控制装置28构成。
一方的一对电极22、23由铁材料构成，同时另一方的一对电极25、26由贵金属、例如铂、铱、钯或含其氧化物的不溶性电极等的导电体构成。再者，该实施例，电极25、26由铂构成。
这里，参照图7示出进行与该实施例有关的实验的结果。该实验中使用的被处理水由100mM的KCl和10mM的KNO3及2mM的K2HPO4构成。另外，对各电极22、23或25、26以恒定电流0.5A进行通电。
处理开始时，作为第1处理步骤，控制装置28接通电源24、切断电源27。而且，对由铁构成两电极的电极22、23进行通电。据此，上述被处理水进行作为电化学手法的电解处理，构成阳极的电极23，由于如上述那样由铁构成，所以铁(II)离子在被处理水中从电极23溶出，在被处理水中被氧化直至成为铁(III)离子。
生成的铁(III)离子如反应式A所示，通过脱磷反应，与被处理水中的磷酸根离子凝聚沉淀，生成对水难溶性的磷酸铁。
反应式A
据此，可将作为被处理水中所含有的磷化合物的磷酸根离子进行沉淀处理成为磷酸铁。
另一方面，构成阴极的电极22侧，被供给在构成阳极的电极23侧生成的电子，作为被处理水中所含有的硝酸性氮的硝酸根离子被还原成亚硝酸根离子(反应式B)。
反应式B
此外，被还原成亚硝酸根离子的硝酸态氮，在构成阴极的电极22侧被供给电子，被还原直至成为氨(铵离子)(反应式C)。
反应式C
另外，为了供给电子，以铁(II)离子的状态在被处理水中溶出，在电极上或被处理水中氧化所得的铁(III)离子的一部分，在构成阴极的电极22侧，再次被供给电子，被还原成铁(II)离子，再在构成阳极的电极23侧被氧化。
其次，控制装置11，第1处理步骤完成后，作为第2处理步骤从处理开始时，例如约4小时后切断电源24，接通电源27。然后对由铂构成两电极的电极25、26进行通电。据此，对于构成阳极的电极26，被处理水中所含有的氯离子放出电子生成氯。而且，该氯溶解于水生成次氯酸。此时，也同时生成微量的臭氧等的活性氧。再者，对于另一方构成阴极的电极25，被处理水中所含有的氢离子获取电子生成氢气。
由此，被处理水中生成的(发生的)次氯酸及臭氧或活性氧，与如上述那样在反应式C中生成并溶解于被处理水中的氨如反应式D所法那样进行反应，被脱氮处理成氮气。另外，被处理水中的氨(铵离子)与臭氧等的活性氧如反应式E所示那样进行反应，由此也被脱氮处理成氮气。
反应式D
反应式E
由此，可将被处理水中生成的氨高效地脱氮处理成为氮气。再者，被处理水中所含有的硝酸态氮及磷化合物通过如上述那样的处理从被处理水中除去的效果，也由如图7所示的实验结果示出。图7是处理开始时刻、从处理开始时每经过1小时到经过8小时后分别取样1ml用HACH公司制比色分析装置DR 4000，按各分析对象以不同的比例稀释该样液后，将被处理水中所含有的总氮量、被处理水中的硝酸态氮量、被处理水中的氨态氮量及被处理水中的总磷量进行定量的结果。
从处理开始时刻到经过4小时后，作为第1处理步骤，用铁电极22、23进行被处理水的电解处理。进行第1处理步骤的开始时刻的被处理水中的总氮量是154mg/L，硝酸态氮量是137mg/L，氨态氮量是0，总磷量是62mg/L。据此，从处理开始时刻4小时后，即在第1处理步骤结束时的被处理水中的总氮量是106mg/L，硝酸态氮量是12mg/L、氨态氮量是101.7mg/L，总磷量是1mg/L。
据此，在第1处理步骤，由铁电极22、23进行被处理水中的电解处理时，可以看出被处理水中的硝酸态氮如上述那样反应，生成氨态氮。又，被处理水中的总磷量，通过比较处理开始时刻和经过4小时后的结果，可以看出大体上都已被处理。
另外，开始处理后从经过4小时后到经过8小时后，作为第2处理步骤，通过铂电极25、26进行被处理水的电解处理。据此，可以看出各值从如上述那样的第1处理步骤结束的值，变化到第2处理步骤结束后的被处理水中的总氮量18mg/L，硝酸态氮量18mg/L，氨态氮量1mg/L。
由此，作为第2处理步骤，通过铂电极25、26进行被处理水中的电解处理时，可知通过前述铁电极22、23进行的电解处理，在被处理水中生成的氨态氮如上述那样地反应，被脱氮处理直至成为氮气。
由以上可知，被处理水中的氮化合物及磷化合物，通过进行如上述那样的电化学的处理，可有效地进行处理。
因此，可在同一个处理槽中处理被处理水中的氮化合物及磷化合物，不象以往那样需要设置大型的生物处理槽，可避免设备建设费用的高涨及装置设置面积的增大。
进而，可不需要生物处理中必须的脱氮细菌的繁杂保存作业，同时可提供稳定的高的氮及磷的处理效率。
再者，上述铁电极22、23在电解处理时由控制装置28适时进行极性转换。据此，可防止因电解只是构成阳极的一方的电极23溶出，通过交替而均等地使电极22、23溶出，可谋求使用期间的延长。此外，可防止构成阳极的电极22(转换极性时为电极23)的表面产生的氧化铁等被膜形成，可避免构成阳极的电极22(或电极23)的钝态化于未然。
另外，上述铂电极25、26也在电解处理时通过控制装置28适时进行极性转换。据此，可如上述那样防止构成阴极的电极25(或电极26)的表面产生的被膜形成(鳞片)，可避免有效面积的减少于未然。
如以上详述的那样，根据本发明，将一对电极至少一部分浸渍在被处理水中，使构成阴极一方的电极的材料为导电体，使构成阳极的另一方的电极的材料为铁，通过采用电化学手法进行处理该被处理水的第1处理步骤，使铁(II)离子在被处理水中从构成阳极的电极溶出，在被处理水中被氧化成铁(III)离子的该铁(III)离子与作为被处理水中的磷化合物的磷酸根离子进行化学反应，可将被处理水中的磷化合物进行沉淀处理成为磷酸铁。
另外，在被处理水中或在阴极侧可将作为被处理水中的氮化合物的硝酸根离子还原处理成亚硝酸根离子及氨或铵离子。
进而，由于上述第1处理步骤结束后，进行用次氯酸，或臭氧、或活性氧处理被处理水的第2处理步骤，所以可将被处理水中生成的氨或铵离子高效地脱氮处理成为氮气。
另外，根据本发明，由于在第2处理步骤，在被处理水中添加次氯酸、或臭氧、或活性氧，所以可将被处理水中生成的氨或铵离子高效地脱氮处理成为氮气。
另外，根据本发明由于在第1处理步骤，使一对电极的材料为铁，切换各电极的极性，所以可防止采用电化学手法(电解)而在构成阳极的电极表面产生的氧化铁等被膜形成，可避免阳极的钝态化于未然。
此外，根据本发明，由于在第2处理步骤，采用电化学手法使被处理水中发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，所以不用特殊装置使发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，可使被处理水中的氨或铵离子与次氯酸、或臭氧、或活性氧反应，可更加高效地将被处理水中生成的氨或铵离子脱氮处理成氮气。
另外，由于在含有该氨或铵离子的被处理水中使发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，所以存在时间比较短的臭氧、或活性氧可有效地对氨或铵离子的脱氮处理作出贡献，可提高处理效果。
此外，根据本发明，由于构成阴极的电极的材料，由可采用电化学手法使发生次氯酸、或臭氧、或活性氧的贵金属或被覆该贵金属的导电体构成，同时通过转换一对电极的极性进行第2处理步骤，所以可容易地使被处理水中发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，可有效地进行氨或铵离子的脱氮处理。
另外，本发明是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理方法，由于包括通过至少一部分浸渍于被处理水中的一对铁电极，采用电化学手法处理该被处理水的第1处理步骤、和在该第1处理步骤结束后，利用至少一部分浸渍于被处理水中的一对贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极，采用电化学手法处理该被处理水的第2处理步骤，所以，在被处理水中从一对铁电极之中构成阳极的电极使溶出铁(II)离子，在被处理水中被氧化成铁(III)离子的该铁(III)离子与作为被处理水中的磷化合物的磷酸根离子进行化学反应，可将被处理水中的磷化合物沉淀处理成为磷酸铁。
此外，利用被处理水中的从铁(II)离子向铁(III)的氧化力，在一对铁电极之中的阴极侧，可将作为被处理水中的氮化合物的硝酸根离子还原处理成亚硝酸根离子及氨或铵离子。
进一步地，上述第1处理步骤结束后，在第2处理步骤，通过一对贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极，采用电化学手法处理该被处理水，从而可使被处理水中发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，据此，可将第1处理步骤被处理水中生成的氨或铵离子高效地脱氮处理成为氮气。
另外，根据本发明，由于在各处理步骤，转换一对电极的极性，所以在第1处理步骤可防止由于电化学手法(电解)而在构成阳极的电极的表面产生的氧化铁等被膜形成，可避免阳极的钝态化于未然。此外，在第2处理步骤，可防止由于电化学手法(电解)而在构成阴极的贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极的表面产生的被膜形成(鳞片)，可避免阴极的钝态化于未然。
此外，根据本发明，在处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理装置中，由于备有至少一部分浸渍于被处理水中并用于采用电化学手法处理该被处理水的一对电极、和生成次氯酸的次氯酸发生手段，构成阴极的一方的电极的材料为导电体、构成阳极的另一方的电极的材料为铁，所以在被处理水中使铁(II)离子从构成阳极的电极溶出，在被处理水中被氧化成铁(III)离子的该铁(III)离子与作为被处理水中的磷化合物的磷酸根离子进行化学反应，可将被处理水中的磷化合物沉淀处理成为磷酸铁。
此外，在被处理水中，或在阴极侧，可将作为被处理水中的氮化合物的硝酸根离子还原处理成亚硝酸根离子及氨或铵离子。
进而，由于将次氯酸发生装置生成的次氯酸供给到被处理水中，所以可将被处理水中生成的氨或铵离子高效地脱氮处理成为氮气。
另外，根据本发明，由于使一对电极的材料为铁，同时设置转换各电极的极性的控制手段，所以可防止由于电化学手法(电解)而在构成阳极的电极的表面产生的氧化铁等被膜形成，所以可避免阳极的钝态化于未然。
另外，本发明是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的装置。由于备有至少一部分浸渍于被处理水中，用于采用电化学手法处理该被处理水的一对电极、和转换各电极的极性的控制手段，使构成阴极的一方的电极的材料为贵金属或被覆贵金属的导电体，使构成阳极的另一方的电极的材料为铁，所以可容易地使被处理水中发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，可有效地进行氨或铵离子的脱氮处理。
另外，根据本发明，在处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理装置中，由于备有至少一部分浸渍于被处理水中，用于采用电化学手法处理该被处理水的一对铁电极、和至少一部分浸渍于被处理水中、用于采用电化学手法处理该被处理水的一对贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极，所以使铁(II)离子在被处理水中从一对铁电极之中构成阳极的电极溶出，在被处理水中被氧化成铁(III)离子的该铁(III)离子与作为被处理水中的磷化合物的磷酸根离子进行化学反应，可将被处理水中的磷化合物沉淀处理成为磷酸铁。
此外，在被处理水中，或在一对铁电极之中的阴极，可将作为被处理水中的氮化合物的硝酸根离子还原处理成亚硝酸根离子及氨或铵离子。
进而，通过使用一对贵金属电极采用电化学手法处理该被处理水，可使被处理水中发生次氯酸、或臭氧、或活性氧，因此，可将被处理水中生成的氨或铵离子高效地脱氮处成为氮气。
另外，本发明由于备有转换各一对电极的极性的控制手段，故可防止采用电化学手法(电解)在构成阳极的铁电极的表面产生的氧化铁等被膜形成，可避免阳极的钝态化于未然。此外，可防止采用电化学手法(电解)而在构成阴极的贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极的表面产生的被膜形成(鳞片)，可避免有效面积的减少于未然。
Claims (12)
1.一种排水处理方法，其特征在于，是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理方法，包括将一对电极至少一部分浸渍于前述被处理水中，构成阴极的一方的前述电极的材料为导电体，构成阳极的另一方的前述电极的材料为铁，采用电化学手法处理该被处理水的第1处理步骤、和该第1处理步骤结束后，用次氯酸、或臭氧、或活性氧处理前述被处理水的第2处理步骤。
2.权利要求1所述的排水处理方法，其特征在于，在前述第2处理步骤，在前述被处理水中添加次氯酸、或臭氧、或活性氧。
3.权利要求1或2所述的排水处理方法，其特征在于，在前述第1处理步骤，使前述一对电极的材料为铁，转换各电极的极性。
4.权利要求1所述的排水处理方法，其特征在于，在前述第2处理步骤，采用电化学手法使前述被处理水中发生次氯酸、或臭氧、或活性氧。
5.权利要求1或4所述的排水处理方法，其特征在于，采用可通过电化学手法使发生次氯酸、或臭氧、或活性氧的贵金属或被覆该贵金属的导电体构成前述阴极的电极的材料，同时通过转换前述一对电极的极性实行第2处理步骤。
6.一种排水处理方法，其特征在于，是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理方法，包括通过至少一部分浸渍于前述被处理水中的一对铁电极，采用电化学手法处理该被处理水的第1处理步骤、和
该第1处理步骤结束后，通过至少一部分浸渍于前述被处理水中的一对贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极，采用电化学手法处理该被处理水的第2处理步骤。
7.权利要求6所述的排水处理方法，其特征在于，在前述各处理步骤，转换前述一对电极的极性。
8.一种排水处理装置，其特征在于，是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理装置，备有至少一部分浸渍于前述被处理水中并用于采用电化学手法处理该被处理水的一对电极、和生成次氯酸的次氯酸发生手段，使构成阴极的一方的前述电极的材料为导电体，使构成阳极的另一方的前述电极的材料为铁，同时将利用前述次氯酸发生装置生成的次氯酸供给到前述被处理水中。
9.权利要求8所述的排水处理装置，其特征在于，使前述一对电极的材料为铁，同时设置转换各电极的极性的控制手段。
10.一种排水处理装置，其特征在于，是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理装置，备有至少一部分浸渍于前述被处理水中并用于采用电化学手法处理该被处理水的一对电极、和转换各电极的极性的控制手段，使构成阴极的一方的前述电极的材料为贵金属或被覆贵金属的导电体，使构成阳极的另一方的前述电极的材料为铁。
11.一种排水处理装置，其特征在于，是处理被处理水中的氮化合物及磷化合物的排水处理装置，备有至少一部分浸渍于前述被处理水中并用于采用电化学手法处理该被处理水的一对铁电极、和至少一部分浸渍于前述被处理水中并用于采用电化学手法处理该被处理水的一对贵金属电极或被覆贵金属的导电体电极。
12.权利要求11所述的排水处理装置，其特征在于，备有转换前述各一对电极的极性的控制手段。
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