JP2006263588A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高額な測定器等を用いることなく、適切に電解反応を制御しつつ、消費電力量を低減することを可能とする水処理装置を提供する。
【解決手段】 本発明の水処理装置１は、被処理水中の窒素化合物又はリン化合物を処理するものであって、被処理水に少なくとも一部が浸漬された少なくとも一対の電極２２、２３（電子対８）と、被処理水の酸化還元電位を検出するＯＲＰセンサ１３と、電極への通電を制御する制御装置２０とを備え、制御装置２０は、ＯＲＰセンサ１３が検出する被処理水の酸化還元電位の変化の度合いに基づき、電極２２、２３への通電を制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、富栄養化物質として特に、窒素化合物やリン化合物を含有する被処理水の処理を行う水処理装置に関するものである。

従来より、川や湖の富栄養化の原因の１つに窒素化合物の存在があることは周知である。また、この窒素化合物は、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。一般には、生物的処理が行われているが、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るため、２つの反応槽が必要となると共に、処理時間が遅いため、処理効率が低くなる問題があった。

また、上述した如き生物的処理では、硝化細菌及び脱窒素細菌を保有するために大容量の嫌気槽が必要となり、設備建設コストの高騰、装置設置面積の拡大を招く問題があった。更に、該硝化細菌及び脱窒素細菌は、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著しく影響される。特に、温度が低くなる冬場では、これら細菌の活動が低下することで、脱窒素作用が低下し、処理効率が不安定となる問題もあった。

そこで、上記技術的課題を解決するために、従来の被処理水の電気分解法では、アノードに例えば、白金を用い、被処理水に電流を流して、アンモニア、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素を窒素ガスにまで処理していた（例えば、特許文献１参照）。

このとき、実際に水処理装置において被処理水の窒素化合物を除去する場合には、予め定められた時間だけ、電解処理を行うことで被処理水の処理を終了する。このため、被処理水中の窒素化合物の濃度が変動した場合、即ち、想定される濃度を超える窒素化合物が含有されている場合には、処理途中で電解処理が終了してしまうこととなり、想定される濃度に満たない場合には、電解処理が無駄に行われることとなり、必要以上の電力が消費されることとなる。
特開昭５４−１６８４４号公報

そこで、上述した如き処理途中での電解処理の終了や、必要以上の電解処理が行われる不都合を回避するため、被処理水中の窒素化合物の濃度を全窒素濃度測定器等によって検知し、係る検知出力に基づいて水処理装置における反応を制御することが挙げられる。しかしながら、全窒素濃度測定器等のセンサは高額であるため、これにより、水処理装置自体のコストが高騰する問題がある。

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、高額な測定器等を用いることなく、適切に電解反応を制御しつつ、消費電力量を低減することを可能とする水処理装置を提供する。

本発明の水処理装置は、被処理水中の富栄養化物質を処理するものであって、被処理水に少なくとも一部が浸漬された少なくとも一対の電極と、被処理水の水質の変動を検出する水質検出手段と、電極への通電を制御する制御手段とを備え、制御手段は、水質検出手段の検出に基づき、電極への通電を制御することを特徴とする。

請求項２の発明の水処理装置は、被処理水中の窒素化合物又はリン化合物を処理するものであって、被処理水に少なくとも一部が浸漬された少なくとも一対の電極と、被処理水の酸化還元電位を検出するＯＲＰ検出手段と、電極への通電を制御する制御手段とを備え、制御手段は、ＯＲＰ検出手段が検出する被処理水の酸化還元電位の変化の度合いに基づき、電極への通電を制御することを特徴とする。

請求項３の発明の水処理装置は、制御手段は、被処理水の酸化還元電位が上昇する度合いが増加した後、その変化の度合いが減少した場合に電解終了と判断し、電極への通電を断つことを特徴とする。

請求項４の発明の水処理装置は、被処理水のｐＨを検出するｐＨ検出手段を備え、制御手段は、ｐＨ検出手段が検出する被処理水のｐＨが降下から上昇に転じた場合、又は、ＯＲＰ検出手段が検出する被処理水の酸化還元電位が上昇する度合いが増加した後、その変化の度合いが減少した場合に電解終了と判断し、電極への通電を断つことを特徴とする。

請求項５の発明の水処理装置は、被処理水のｐＨを検出するｐＨ検出手段を備え、制御手段は、ｐＨ検出手段が検出する被処理水のｐＨが降下から上昇に転じており、且つ、ＯＲＰ検出手段が検出する被処理水の酸化還元電位が上昇する度合いが増加した後、その変化の度合いが減少した場合に電解終了と判断し、電極への通電を断つことを特徴とする。

本発明によれば、被処理水中の富栄養化物質を処理する水処理装置において、被処理水に少なくとも一部が浸漬された少なくとも一対の電極と、被処理水の水質の変動を検出する水質検出手段と、電極への通電を制御する制御手段とを備え、制御手段は、水質検出手段の検出に基づき、電極への通電を制御することにより、処理対象となる被処理水の水質の状態に応じて、的確に、反応終了時期を判断することが可能となる。

これにより、被処理水中の処理が途中で終了してしまうことで、処理後の被処理水中に富栄養化物質が残存してしまう不都合や、必要以上に電解を行うことで無駄な電力が消費される不都合を回避することが可能となる。

請求項２の発明によれば、被処理水中の窒素化合物又はリン化合物を処理するものであって、被処理水に少なくとも一部が浸漬された少なくとも一対の電極と、被処理水の酸化還元電位を検出するＯＲＰ検出手段と、電極への通電を制御する制御手段とを備え、制御手段は、ＯＲＰ検出手段が検出する被処理水の酸化還元電位の変化の度合いに基づき、電極への通電を制御することにより、全窒素濃度測定器等の高額なセンサを用いることなく、処理対象の被処理水の窒素化合物の濃度に応じて、的確に、反応終了時期を判断することが可能となる。

これにより、被処理水中の窒素化合物の処理が途中で終了してしまうことで、処理後の被処理水中に窒素化合物が残存してしまう不都合や、必要以上に電解を行うことで無駄な電力が消費される不都合を回避することが可能となる。

請求項３の発明によれば、制御手段は、被処理水の酸化還元電位が上昇する度合いが増加した後、その変化の度合いが減少した場合に電解終了と判断し、電極への通電を断つことにより、より精密に、反応終了時期を判断することが可能となり、的確に節電を行うことができるようになる。

請求項４の発明によれば、被処理水のｐＨを検出するｐＨ検出手段を備え、制御手段は、ｐＨ検出手段が検出する被処理水のｐＨが降下から上昇に転じた場合、又は、ＯＲＰ検出手段が検出する被処理水の酸化還元電位が上昇する度合いが増加した後、その変化の度合いが減少した場合に電解終了と判断し、電極への通電を断つことにより、より一層、精密に、反応終了時期を判断することが可能となり、的確に節電を行うことができるようになる。

請求項５の発明によれば、被処理水のｐＨを検出するｐＨ検出手段を備え、制御手段は、ｐＨ検出手段が検出する被処理水のｐＨが降下から上昇に転じており、且つ、ＯＲＰ検出手段が検出する被処理水の酸化還元電位が上昇する度合いが増加した後、その変化の度合いが減少した場合に電解終了と判断し、電極への通電を断つことにより、より一層、精密に、反応終了時期を判断することが可能となり、的確に節電を行うことができるようになる。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述する。図１は本発明の水処理装置１の概要を示す説明図である。水処理装置１は、家庭や工場から流出された排水を収容する排水タンク２と、内部に図示しない被処理水としての排水の流入口と流出口５を有する処理室４を構成する処理槽３と、塩化物イオン供給槽１６を備えている。処理槽３には、ポンプ６及び流入口を介して排水タンク２内に一旦貯溜された被処理水が導入される。処理槽３内の被処理水中には少なくとも一部が浸漬するように配置された電極対８が設けられ、当該電極対８への通電は、後述する制御装置２０に接続された電源９により行われる。なお、この処理槽３には、水位センサ１０が設けられており、当該水位センサ１０の出力に基づき、前記ポンプ６が運転制御され、処理室４内の水位が制御される。

また、処理槽３には、ポンプ１５及び図示しない流入口を介して塩化物イオン供給槽１６から食塩水若しくは次亜塩素酸を含む溶液が供給される。

また、処理槽３内の被処理水は、流出口５、ポンプ１１、電磁開閉弁１２を介してＯＲＰセンサ１３に送出される。このＯＲＰセンサ１３は、被処理水の酸化還元電位を検出するものであり、検出された酸化還元電位は、前記制御装置２０に出力される。また、ＯＲＰセンサ１３を経た被処理水は、次いで、ｐＨセンサ１４に送出され、再び処理槽３に送出される。このｐＨセンサ１４は、被処理水のｐＨを検出するものであり、検出されたｐＨ値は、前記制御装置２０に出力される。なお、前記電磁開閉弁１２は、三方弁であり、制御装置２０により制御されることで、流出口５を介して処理槽３から送出された被処理水は、外部又は次の処理施設等に排出可能とされている。

図２は、本実施例における水処理装置１の制御ブロック図である。水処理装置１に設けられる制御装置２０は、汎用のマイクロコンピュータにより構成されており、水処理装置１全体の動作を制御するものである。当該制御装置２０の入力側には、水位センサ１０、ＯＲＰセンサ１３、ｐＨセンサ１４が接続される。出力側には、電極対８へ電力を供給する電源９、ポンプ６、１１、１５及電磁弁１２が接続され、前記各センサの検出出力に基づき制御される。

以上の構成により、処理槽３内に硝酸イオンや亜硝酸イオンなどの窒素化合物を含む被処理水を貯溜し、制御装置２０により電源９をＯＮとし、電極対８に電位を印加する。なお、電極対８は、図３に示す如くアノードを構成する電極２２とカソードを構成する電極２３とを含むこととする。また、処理槽３内の被処理水中では、食塩水（塩化ナトリウム）を添加されることにより、以下の反応Ａ、Ｂの平衡が成立している。
反応Ａ Ｈ₂Ｏ→Ｈ⁺＋ＯＨ^-
反応Ｂ ＮａＣｌ→Ｎａ⁺＋Ｃｌ^-

また、アノードを構成する電極２２近傍では、反応Ｃ乃至Ｅに示すように、水の電気分解により酸素ガスが発生し、塩化物イオンは塩素ガスとなり、塩素ガスの一部は水和して次亜塩素酸を生成する。
反応Ｃ ２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₂↑＋４Ｈ⁺＋４ｅ^-
反応Ｄ ２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂↑＋２ｅ^-
反応Ｅ Ｃｌ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ⁺＋Ｃｌ^-＋ＨＣｌＯ

そして、カソードを構成する電極２３近傍では、反応Ｆ、Ｇに示すように、水の電気分解により水素ガスが発生し、アノードを構成する電極２２で生じたナトリウムイオンが水酸化物イオンと反応して水酸化ナトリウムが生成される。これによりカソードを構成する電極２３近傍では、水酸化ナトリウムが生成されて、被処理水がアルカリ性となる。
反応Ｆ ２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→Ｈ₂↑＋２ＯＨ^-
反応Ｇ Ｎａ⁺＋ＯＨ^-→ＮａＯＨ

また、処理槽内に貯溜された被処理水中の硝酸イオンは、カソードを構成する電極２３表面で、亜硝酸イオンに還元される（反応Ｈ）。さらに、亜硝酸イオンは、カソードを構成する電極２３側において、電子が供給され、アンモニア（アンモニウムイオン）にまで還元される（反応Ｉ）。
反応Ｈ ＮＯ₃ ^-＋Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→ＮＯ₂ ^-＋２ＯＨ^-
反応Ｉ ＮＯ₂ ^-＋５Ｈ₂Ｏ＋６ｅ^-→ＮＨ₃（ａｑ）＋７ＯＨ^-

そして、上述の如く生成された次亜塩素酸は、反応Ｉで被処理水中に生成されたアンモニア（アンモニウムイオン）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Ｊ）。
反応Ｊ ＮＨ₃＋ＨＣｌＯ→ＮＨ₂Ｃｌ＋Ｈ₂Ｏ
ＮＨ₂Ｃｌ＋ＨＣｌＯ→ＮＨＣｌ₂＋Ｈ₂Ｏ
ＮＨ₂Ｃｌ＋ＮＨＣｌ₂→Ｎ₂↑＋３ＨＣｌ

これにより、被処理水中の窒素化合物としての硝酸イオンや亜硝酸イオン及びアンモニアなどを同一の処理槽３内において効率的に処理することが可能となる。そのため、一般家庭や工場等から排出される窒素化合物を含む被処理水から効率的に窒素化合物を除去することができるようになり、窒素化合物の処理能力が向上される。

なお、上述した如き一連の電解反応において、早期に塩化物イオンが処理槽３内に存在すると、カソードを構成する電極２３において硝酸イオンを還元することで生成された亜硝酸イオンが、アノードを構成する電極２２側に移動すると、アノードを構成する電極２２において酸化反応が生じ、亜硝酸イオンが硝酸イオンに酸化されてしまう（反応Ｋ）。つまり、反応Ｈの逆反応が生起される。
反応Ｋ ＮＯ₂ ^-＋Ｈ₂Ｏ→ＮＯ₃ ^-＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-

そのため、本実施例においては、処理槽３への塩化物イオンを含有する化合物（塩化ナトリウム）の添加は、電解開始から所定時間経過後とされている。また、このように塩化物イオンを含む化合物の添加を遅らせることは、特に、処理槽３に貯溜された被処理水中に、クロム、鉛、モリブデン、バナジウム等の、次亜塩素酸に容易に酸化されて酸化物を形成する元素が含まれている場合に有効である。このような元素の次亜塩素酸による酸化は、前記反応Ｊのアンモニアの次亜塩素酸による酸化よりも反応速度がかなり速いため、前記反応Ｈで生じた亜硝酸イオンが、反応Ｈ乃至Ｊの律速反応である反応Ｉで消費される前に、反応Ｈの逆反応で硝酸イオンへと酸化されるためである。さらに、このような元素の酸化物はカソードを構成する電極２３上で還元されるために、当該元素の酸化還元が処理槽３内でサイクリックで生起し、処理水中の当該元素が微量であっても次亜塩素酸は当該元素によって消費されるためである。

次に、図４乃至図６を参照して、上記被処理水中の窒素化合物の処理終了判断について説明する。処理槽３内では、上記反応Ａ乃至反応Ｋの化学反応に従って、被処理水中の硝酸イオンは、亜硝酸イオン、アンモニアを順に経て窒素ガスへと還元処理される。この場合、被処理水中の窒素化合物、最終的にはアンモニアの処理が進行すると、被処理水中に蓄積される次亜塩素酸の量に起因する酸化還元電位（ＯＲＰ）が変化する。また、上述した如き処理反応時には、処理に伴うアンモニアの量の減少及び水酸化ナトリウムの生成によりｐＨが変化する。これにより、本実施例では、処理槽３内の被処理水のＯＲＰ及びｐＨに基づいて、窒素化合物の除去反応の進行度合いを推定し、当該推定に基づいて、電極対８への電力供給を制御する。

図４に、水処理装置１の電解反応によって窒素化合物（硝酸イオン及び亜硝酸イオン）が除去される際の処理槽３における電解時間と被処理水のＯＲＰ及びｐＨの関係の一例を示す。

図４では電解時間が約４０分（２４００秒）程度のところで、処理槽３における窒素酸化物としてのアンモニアの除去が終了した例が示されている。そして、図４から考察されるように、処理槽３の被処理水のＯＲＰは、処理時間が長くなるにつれＯＲＰが上昇する度合いが増加し、一旦ＯＲＰが降下した後、ＯＲＰの変化の度合いが減少する。これは、被処理水中に生成される次亜塩素酸及び、アンモニアと次亜塩素酸との反応（反応Ｊ）により生成されるクロロアミン（ＮＨ₂Ｃｌ）が蓄積することで、ＯＲＰが上昇することによるものである。また、窒素化合物の処理が終了又は、終了に近づくことで、ＯＲＰがオーバーシュートした後、次亜塩素酸と反応するクロロアミン若しくはアンモニアがなくなることで、ＯＲＰの変化の度合いが減少するものである。

また、処理槽３の被処理水のｐＨは、処理時間が長くなるにつれ一度低下し、極小値をとった後、上昇している。極小値をとるまでのｐＨの低下は、反応Ｊに示したように、アンモニア態窒素が窒素として除去されることに基づくものである。そして、極小値をとった後のｐＨの上昇は、アンモニア態窒素の除去が終了した後、電解反応によって、反応Ｇに従った強アルカリ性の水酸化ナトリウムと、反応Ｅに従った弱酸性の次亜塩素酸とが生成されることに基づくものである。

そして、本実施例では、処理槽３内の被処理水のＯＲＰの変化の度合い及びｐＨの低下の度合いからアンモニア態窒素の除去反応の進行度合いを推定し、当該進行度合いに基づいて電極対８のアノードを構成する電極２２と、カソードを構成する電極２３との間に流す電流値を制御すると共に、処理槽３内の被処理水のＯＲＰの上昇する度合いが増加した後、一旦降下し、その後変化の度合いが減少した場合であって、処理槽３の被処理水のｐＨが極小値をとったときに、アンモニア態窒素の除去が終了したと推定して、電極対８に供給する電力を制御する。

本実施例による制御内容について、図５及び図６のフローチャート図を参照して、以下に説明する。先ず、図５によるＯＲＰの変化に基づく制御について説明する。制御装置２０は、Ｓ１で処理槽３内の被処理水のＯＲＰをＯＲＰセンサ１３により測定し、当該測定したＯＲＰ値をＯＲＰａとして記憶する。次に、Ｓ２で、制御装置２０は、前回（Ｓ１又はＳ２で）ＯＲＰを測定してから５秒後（所定時間経過後）に、ＯＲＰ値を測定し、当該測定したＯＲＰ値をＯＲＰｂとして記憶する。

そして、Ｓ３において、制御装置２０は、ＯＲＰａとＯＲＰｂと差（ＯＲＰｂ−ＯＲＰａ）であるＯＲＰｃを算出した後、それまでＯＲＰｂとして記憶していた値をＯＲＰａとして記憶し直す。なお、ここで、算出されるＯＲＰｃは、処理槽３における５秒間のＯＲＰの変化値ということになる。

次に、Ｓ４で、制御装置２０は、ＯＲＰｃの値が＋５ｍＶ以上であるか否かを判断し、＋５ｍＶに満たないと判断すれば、再びＳ２に戻る。他方、＋５ｍＶ以上であると判断すれば、Ｓ５に処理を進め、電極対８による電解を終了させた後、処理を終了させる。これにより、単位時間（５秒間）当たりのＯＲＰの変化率が所定の値（＋５ｍＶ）を超える場合には、処理槽３内の被処理水の処理反応が終了したものと判断することができる。

そのため、ＯＲＰの変化により、処理槽３内の被処理水内の窒素化合物の電解反応の進行状況を判断することで、的確に被処理水内の窒素化合物の処理を行うことができると共に、必要以上に電力を消費する不都合を回避することができる。

他方、図６によるｐＨの変化に基づく制御について説明する。制御装置２０は、Ｓ１０で処理槽３内の被処理水のｐＨをｐＨセンサ１４により測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨａとして記憶する。次に、Ｓ１１で、制御装置２０は、前回（Ｓ１又はＳ２で）ｐＨを測定してから５秒後（所定時間経過後）に、ｐＨ値を測定し、当該測定したｐＨ値をｐＨｂとして記憶する。

そして、Ｓ１２において、制御装置２０は、ｐＨａとｐＨｂと差（ｐＨａ−ｐＨｂ）であるｐＨｃを算出した後、それまでｐＨａとして記憶していた値をｐＨｂとして記憶し直す。なお、ここで、算出されるｐＨｃは、処理槽３における５秒間のｐＨの変化値ということになる。

次に、Ｓ１３で、制御装置２０は、ｐＨｃの値が０．０１以下であるか否かを判断し、０．０１以下であると判断すれば、Ｓ１４に処理を進め、０．０１を超えていると判断すれば、Ｓ１７に処理を進める。

Ｓ１４では、制御装置２０は、内部タイマをスタートさせた後、Ｓ１５で当該内部タイマをスタートさせてから３０秒が経過したか否かを判断し、経過したと判断すると、Ｓ１６に処理を進める。そして、Ｓ１６で、制御装置２０は、電極対８による電解を終了させた後、処理を終了させる。

一方、Ｓ１７では、制御装置２０は、ｐＨｃが０．１以下であるか否かを判断し、０．１以下であると判断すればＳ１８に処理を進め、０．１を超えていると判断すればＳ１９に処理を進める。また、Ｓ１９では、制御装置２０は、ｐＨｃが０．５以下であるか否かを判断し、０．５以下であると判断すれば、Ｓ２０に処理を進め、０．５を超えていると判断すればＳ２１に処理を進める。

そして、制御装置２０は、アノードを構成する電極２２とカソードを構成する電極２３の間に流す電流値を、Ｓ１８では１０Ａとし、Ｓ２０では２０Ａとし、Ｓ２１では３０Ａとした後、Ｓ１１に処理を戻す。

かかる処理を行うことにより、処理槽３における単位時間（５秒間）当たりの被処理水のｐＨの上昇率を算出し、当該上昇率が大きいほど、被処理水における窒素化合物の除去の度合いが低いとして、電極対８の電極間に流す電流値を大きくしている。そして、当該上昇値が所定値（０．０１）以下である場合には、所定時間（３０秒間）だけ電解を行って、電解を終了する。

なお、本実施例では、反応終了時期の判断を行う材料として、ＯＲＰの変化率及びｐＨの上昇率の両者を採用し、いずれか早いほうにより電解処理を終了する判断を行った際に、制御装置２０は、電解処理を終了するものとする。

これにより、全窒素濃度測定器等の高額なセンサを用いることなく、実際に処理の対象とされる被処理水の窒素化合物の濃度に応じて、反応終了時期を判断することが可能となる。そのため、処理が途中で終了してしまうことで、処理後の被処理水中に窒素化合物が残存してしまう不都合や、必要以上に電解を行うことで無駄な電力が消費される不都合を回避することができるようになる。

また、本実施例では、上述した如く反応終了時期の判断を行う材料として、ＯＲＰの変化率及びｐＨの上昇率の両者を採用しているため、的確に、窒素化合物の処理終了を判断することが可能となり、より一層、処理後の被処理水中に窒素化合物が残存してしまう不都合や、必要以上に電解を行うことで無駄な電力が消費される不都合を回避することができる。

なお、本実施例では、ＯＲＰの変化率及びｐＨの上昇率の両者を採用しているが、ＯＲＰの変化率のみ、又はｐＨの上昇率のみから反応終了時期の判断を行ってもよいものとする。

特に、ＯＲＰの変化率のみから反応終了時期の判断を行った場合であっても、当該ＯＲＰの変化は、図４からも明らかであるように、処理対象であるアンモニア態窒素がなくなった時点で著しく変化することから、より的確な判断を行うことができるようになる。

なお、本実施例における水処理装置１は、家庭や工場から流出されてきた廃液における窒素化合物を除去するものとして説明したが、これ以外にも、窒素化合物等を含有する雨水から窒素化合物を除去し、植物等に散水するために、利用されることもできる。

上記実施例では、窒素化合物を含有する被処理水の電解処理における反応終了時期の判断についてＯＲＰ若しくはｐＨの変化率を用いたことを記載しているが、これに限らず、リン化合物を含有する被処理水の電解処理における反応終了時期の判断についてＯＲＰの変化率を用いてもよいものとする。以下、当該リン化合物を含有する被処理水の場合について記載する。

即ち、処理槽３内にリン酸イオンなどのリン化合物を含む被処理水を貯溜し、制御装置２０により電源９をＯＮとし、電極対８に電位を印加する。なお、電極対８は、図７に示す如くアノードを構成する電極３０とカソードを構成する電極３１とを含むこととする。また、少なくともアノードを構成する電極３０は、鉄材料にて構成されているものとする。

そのため、電極３０、３１間に通電することにより、アノードを構成する電極３０より鉄（II）イオンが被処理水中に溶出され、カソードを構成する電極３１では、水が電気分解され、水素ガスが発生する。溶出された鉄（II）イオンは、被処理水中において鉄（III）イオンにまで酸化される（反応Ｌ）。生成された鉄（III）イオンは、反応Ｍに示す如く脱リン反応により、被処理水中のリン酸イオンと凝集沈殿し、水に難溶性のリン酸鉄を生成する。
反応Ｌ Ｆｅ→Ｆｅ²⁺＋２ｅ^-
２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→Ｈ₂↑＋２ＯＨ^-
Ｆｅ²⁺（＋Ｏ₂）→Ｆｅ³⁺
反応Ｍ Ｆｅ³⁺＋ＰＯ₄ ^3-→ＦｅＰＯ₄↓

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することができる。

上述した如く処理槽３内では、上記反応Ｌ及び反応Ｍの化学反応に従って、被処理水中のリン酸イオンは水に難溶性なリン酸鉄として処理される。この場合、被処理水中のリン酸イオンの処理が進行すると、酸化還元電位（ＯＲＰ）が電解処理前の電位値よりも減少する。これにより、かかる実施例では、処理槽３内の被処理水のＯＲＰに基づいて、リン化合物の除去反応の進行度合いを推定し、当該推定に基づいて、電極対８への電力供給を制御する。

図８に、水処理装置１の電解反応によってリン化合物（リン酸イオン）が除去される際の処理槽３における鉄溶解量と被処理水のＯＲＰの関係の一例を示す。

図８では鉄溶解量が約２．７ｍｍｏｌ／Ｌ程度のところで、処理槽３におけるリン化物としてのリン酸イオンの除去が終了した例が示されている。そして、図８から考察されるように、処理槽３の被処理水のＯＲＰは、初め約４５ｍＶ程度であったものがリン酸イオンがほぼ処理された時点、即ち、鉄溶解量が約１．８ｍｍｏｌ／Ｌ程度のところで、約−２５０ｍＶに低下し、リン酸イオンがほぼ完全に処理された時点、即ち、鉄溶解量が約２．７ｍｍｏｌ／Ｌ程度のところで、処理槽３の被処理水のＯＲＰは、約−３００ｍＶ程度にまで低下している。

これにより、かかるリン化合物の電解処理においても、被処理水のＯＲＰの変化の度合いにより、リン化合物の反応終了時期を判断することが可能となる。

そのため、必要以上に鉄を溶解させることなく、被処理水中のリン化合物の濃度に応じて、リン化合物を的確に処理することが可能となる。これにより、無駄な鉄の溶解を回避することができ、鉄電極の長寿命化を図ることができるようになる。

なお、上記各実施例では、窒素化合物やリン化合物等を含有する被処理水の処理において、酸化還元電位を検出するＯＲＰセンサやｐＨセンサを用いて、被処理水中の窒素化合物やリン化合物等の処理対象物の処理の進行状況を判断して、反応終了時期を判断しているが、これ以外にも、被処理水として、生物的な物質もを含む富栄養化物質を含有する被処理水を処理対象としてもよく、被処理水中の水質を検出する手段として溶存酸素濃度の検出手段や、導電率検出手段、濁度検出手段などを用いることにより、処理対象物の処理の進行状況を判断して、反応終了時期を判断してもよいものとする。即ち、被処理水中の富栄養化物質の処理の進行状況に応じて被処理水の溶存酸素濃度が変化することから、これに基づき、処理の反応終了時期を判断することができる。被処理水中の富栄養化物質の処理の進行状況に応じて被処理水の導電率が変化することから、これに基づき、処理の反応終了時期を判断することができる。被処理水中の富栄養化物質の処理の進行状況に応じて被処理水の濁度が変化することから、これに基づき、処理の反応終了時期を判断することができる。

水処理装置の概要を示す説明図である。 水処理装置の制御装置の電気ブロック図である。 図１の処理槽において電極対に通電されることにより起こると考えられる化学反応を模式的に示す図である。 図１の水処理装置の電解反応によって窒素化合物が除去される際の処理槽における電解時間と被処理水のＯＲＰ及びｐＨの関係の一例を示す図である。 図１における水処理装置における制御装置の制御内容のフローチャート図である。 図１における水処理装置における制御装置の制御内容のフローチャート図である。 他の実施例における処理槽において電極対に通電されることにより起こると考えられる化学反応を模式的に示す図である。 図７の実施例における水処理装置の電解反応によってリン化合物が除去される際の処理槽における鉄溶解量と被処理水のＯＲＰの関係の一例を示す図である。

符号の説明

１ 水処理装置
２ 排水タンク
３ 処理槽
４ 処理室
５ 導出口
６ ポンプ
８ 電極対
９ 電源
１０ 水位センサ
１１ ポンプ
１２ 電磁開閉弁
１３ ＯＲＰセンサ
１４ ｐＨセンサ
１５ ポンプ
１６ 塩化物イオン供給槽
２０ 制御装置
２２、２３、３０、３１ 電極

Claims (5)

1. 被処理水中の富栄養化物質を処理する水処理装置であって、
   前記被処理水に少なくとも一部が浸漬された少なくとも一対の電極と、
   前記被処理水の水質の変動を検出する水質検出手段と、
   前記電極への通電を制御する制御手段とを備え、
   該制御手段は、前記水質検出手段の検出に基づき、前記電極への通電を制御することを特徴とする水処理装置。
2. 被処理水中の窒素化合物又はリン化合物を処理する水処理装置であって、
   前記被処理水に少なくとも一部が浸漬された少なくとも一対の電極と、
   前記被処理水の酸化還元電位を検出するＯＲＰ検出手段と、
   前記電極への通電を制御する制御手段とを備え、
   該制御手段は、前記ＯＲＰ検出手段が検出する前記被処理水の酸化還元電位の変化の度合いに基づき、前記電極への通電を制御することを特徴とする水処理装置。
3. 前記制御手段は、前記被処理水の酸化還元電位が上昇する度合いが増加した後、その変化の度合いが減少した場合に電解終了と判断し、前記電極への通電を断つことを特徴とする請求項２の水処理装置。
4. 前記被処理水のｐＨを検出するｐＨ検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記ｐＨ検出手段が検出する前記被処理水のｐＨが降下から上昇に転じた場合、又は、前記ＯＲＰ検出手段が検出する前記被処理水の酸化還元電位が上昇する度合いが増加した後、その変化の度合いが減少した場合に電解終了と判断し、前記電極への通電を断つことを特徴とする請求項２の水処理装置。
5. 前記被処理水のｐＨを検出するｐＨ検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記ｐＨ検出手段が検出する前記被処理水のｐＨが降下から上昇に転じており、且つ、前記ＯＲＰ検出手段が検出する前記被処理水の酸化還元電位が上昇する度合いが増加した後、その変化の度合いが減少した場合に電解終了と判断し、前記電極への通電を断つことを特徴とする請求項２の水処理装置。

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