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JP4026920B2 - Sewage treatment equipment - Google Patents
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JP4026920B2 - Sewage treatment equipment - 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、リン酸を水不溶性リン酸塩にして沈殿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)。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。
【0005】
また、汚水収納槽へ流入する汚水中のリン酸が減少した場合には、水不溶性リン酸塩形成金属イオンが過剰に溶出するおそれがある。このような過剰な金属イオン溶出が起きると、水不溶性リン酸塩や金属化合物などとして沈殿する汚泥の量が増えることから汚泥除去作業の回数が増大するばかりか、汚水処理後の水に同金属イオンが残ることから弊害を招く不都合がある。
【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とともに、過剰な金属イオン溶出を防止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、汚水が流入して溜められる汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を沈殿除去するための鉄イオンを電気分解により溶出する少なくとも一組の電極と、電極に電解用電流を供給するための電源と、汚水収納槽へ流入する汚水のリンのモル数の、溶出すべき鉄のモル数に対する比が所定値になるように前記電流を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。
【0008】
汚水収納槽には、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Fe2+を汚水収納槽に溶出する。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、両方とも鉄電極であり、または一方が鉄電極であり他方が不溶性金属電極である。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、鉄電極をアノードとし、不溶性金属電極をカソードとする。ここで、不溶性金属電極としては、例えば銀電極や白金電極などがある。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 )となって凝集し、汚水収納槽に沈殿する。
【0011】
制御部は、リンのモル数の、溶出すべき鉄のモル数に対する比(P/Fe)が所定値になるように前記電流を制御する。ここで、リンのモル数は、例えば、図6に示すように、本発明に係る汚水収納槽が組み込まれた小型合併処理浄化槽へ流入する汚水の流量を検出するセンサ70を設けておけば、そのセンサ70の出力に基づいて小型合併処理浄化槽の使用人数を推定し、推定した人数から発生するリンのモル数を算出することができる。また使用する人数に変動のない家庭では予めリンのモル数を把握することができるため、小型合併処理浄化槽設置の際に鉄のモル数を決めることができる。
【0012】
制御部がこのように電流を制御するのは、本発明者が研究の結果、▲1▼不動態化や過剰鉄イオン溶出と電解時のP/Feとの間には相関関係があること、▲2▼P/Feが所定値よりも小さすぎると鉄イオンが過剰に溶出するおそれがあること、▲3▼P/Feが所定値よりも大きすぎると不動態化が起きることを突き止めたからである。
【0013】
本発明の他の観点によれば、前記制御部に代えて、リン酸イオン濃度検出部と、この検出部により検出されたリン酸イオン濃度から求められるリンのモル数の、溶出すべき鉄のモル数に対する比が所定値になるように前記電流を制御する制御部とを設けた汚水処理装置が提供される。このイオン濃度検出部は、電気分解のために汚水収納槽へ流入する汚水中のリン酸イオンPO4 3-の濃度を検出する。このリン酸イオン濃度検出部は例えば、汚水収納槽へ流入する汚水を一時的に溜めるための検出槽と、この検出槽に配設されたイオン濃度センサとからなる。
【0014】
汚水中のリン酸イオン濃度を検出するセンサとしては例えば、鎖状ジアミンの一種を配位子とする銅錯体からなるイオン感応物質を保持してなるイオン感応膜を備えた、既知のセンサなどが好ましく用いられる。
【0015】
また、前記のP/Feの所定値は0.3〜1.0の範囲内にあるのがより好ましいことも、実験により突き止めた。
【0016】
本発明に係る汚水処理装置は、すべての電極が鉄から構成され、制御部がさらに、電源に電極の極性反転を指示する機能を有しているのが好ましい。極性反転を行うことで、電極表面における不動態皮膜の生成や成長を阻止することで電極の不動態化をいっそう確実に防止することができるからである。
【0017】
本発明に係る汚水処理装置は、前記極性反転を行う際に制御部が30分〜15日の範囲内の所定時間ごとに1回の割合で同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。
【0018】
ここで、極性反転を30分〜15日の範囲内の所定時間ごとに1回の割合で行うように指示するのは、30分未満の所定時間ごとに1回の割合で極性反転を行うと、鉄イオンの溶出が充分ではなく汚水中のリン酸イオンとの反応が低すぎるからであり、15日を超える所定時間ごとに1回の割合で極性反転を行うと、電極表面に付着するFe3 4 などの不動態皮膜が急速に成長する結果、溶出した鉄イオンとリン酸イオンとの反応が著しく妨げられるからである。このことは本発明者の実験により判明した事実である。
【0019】
このような極性反転時間は、いっそう好ましくは1時間〜10日の範囲内の所定時間ごとに1回の割合であり、もっとも好ましくは1時間〜5日の範囲内の所定時間ごとに1回の割合であることも、同実験により判明した。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の1つの実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
第1嫌気濾床槽104には嫌気性微生物の濾床である第1嫌気濾床105が設けられており、第1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。第1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。
【0036】
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、第2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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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、第2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。
【0040】
第2嫌気濾床槽106に設けられた第2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、第2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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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120〜2400mAの範囲内の一定値だけ流す。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。
【0048】
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 の範囲内の一定値に維持して定電流電解を行うように、また30分間〜15日間ごとに1回の極性反転を指示するように、制御する。電流密度が0.1mA/cm2 に満たないときは不動態化が起こり、5.0mA/cm2 を越えたときは電極間電圧が約25V以上になり消費電力が増大する。
【0049】
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0.5mA/cm2 に維持して、また6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。
【0050】
図5に示すように、この汚水処理装置D1 にはさらに、特徴あるリン酸イオン濃度検出部60が設けられている。
【0051】
リン酸イオン濃度検出部60は、汚水収納槽1の上流側で返送管122に連通状に設けられた検出槽61と、この検出槽61に配設されたリン酸イオン濃度センサ62とからなる。検出槽61は汚水収納槽1へ流入する前の汚水を一時的に溜める。リン酸イオン濃度センサ62は、鎖状ジアミンの一種を配位子とする銅錯体からなるイオン感応物質を保持してなるイオン感応膜を備えたものが用いられており、制御部125に接続されている。リン酸イオン濃度センサ62は、検出槽61に一定量溜められた汚水に下部が浸されて、その汚水中のリン酸イオン濃度を検出する。そして、制御部125が、検出されたリン酸イオン濃度からリンのモル数を算出する。
【0052】
なお、リンのモル数は、図6に示すように、汚水収納槽1が組み込まれた小型合併処理浄化槽へ流入する汚水の流量を検出するセンサ70を設けておけば、そのセンサ70の出力に基づいて合併処理浄化槽の使用人数を推定し、推定した人数から発生するリンのモル数を算出することができる。
【0053】
次いで、制御部125は、算出したリンのモル数から、イオン溶出すべき適切な鉄のモル数を決定する。すなわち、リンのモル数の鉄のモル数に対する比P/Feの値は、図7及び図8に示すような実験から求めた0.3〜1.0の範囲内の所定値に決定される。
【0054】
まず、図7に示す実験について説明する。
汚水収納槽1へ流入する汚水のリン酸イオン濃度を0.6mg/リットル(P/Fe=0.3)、1.2mg/リットル(P/Fe=0.6)、2.4mg/リットル(P/Fe=1.3)、6.0mg/リットル(P/Fe=3.3)、18.0mg/リットル(P/Fe=10)と変化させて電解を行い、それぞれの場合の1日当たりのリン除去量の期間的推移を測定した。ただし、鉄イオンの溶出量はすべて一定(19mA)に保たれた。また、極性反転時間はすべて1時間であった。
【0055】
この実験結果から、リン除去量は、P/Feが1.3以上の場合には35日経過時点において初期値の半分以下に低下する(不動態化による)のに対して、P/Feが1.3未満の場合には35日経過時点において初期値からほとんど低下していないことがわかる。
【0056】
次に、図8に示す実験について説明する。
P/Feを種々変化させてそれぞれのP/Feに対するリン除去率(%)を求めた。
【0057】
この実験結果から、P/Feが0.3未満ではリン除去率が99%以上になり、リン除去のために余分の鉄イオンを溶出させることになるのに対し、P/Feが0.3〜1.0の範囲にあれば約80〜98%の適切なリン除去率を確保できることがわかる。
【0058】
かくして、P/Feの値は0.3〜1.0の範囲内の所定値に決定され、制御部125が電解電流を制御する。その一例を、図9に基づいて説明する。制御部125がA〜Dの四組の電極2・3のうちから二組の電極2・3を選択して直流定電流を印加する。すなわち、a〜b時間では電極A(2・3)と電極B(2・3)に、b〜c時間では電極B(2・3)と電極C(2・3)に、c〜d時間では電極C(2・3)と電極D(2・3)に、d〜e時間では電極D(2・3)と電極A(2・3)に、e〜f時間では電極A(2・3)と電極B(2・3)に、直流定電流(約1〜1.2A)を印加する。そして、所定量の鉄イオンを溶出させる。
【0059】
このような浄化槽101において、汚水収納槽1にリン酸イオン濃度1.2mg/リットルの汚水を流量100mリットル/minで流入させ、電解電流を19mA(Fe/P=1.5に設定)に保って電解運転した。電極2・3の極性反転時間−ある時点における極性反転から次の時点における極性反転までの時間−を変化させたときのリン除去量(mg/day)の経時変化を求めたところ、図10のグラフが得られた。
【0060】
図10のグラフによると、極性反転を行わないときは電解運転10日目以降からリン除去量が大きく低下し始める。そして、リン除去量は、電解運転15日目では初期値の約75%になり、18日目では初期値の約50%になっている。
【0061】
この結果から、リン除去量低下の許容度を75%に設定すると、極性反転は最大15日目に一回行う必要があると考えられる。
【0062】
また、図10のグラフから、極性反転時間が1時間(1H)、1日(24H)及び5日(5day)の場合にも、長期間(3か月まで)、安定したリン除去が可能であることがわかる。
【0063】
次に、本発明者は、鉄イオン溶出効率−電解を行ったときに、ファラデーの法則に従って理論上溶出する鉄イオンに対する実際に溶出した鉄イオンの百分率−を95%以上にするためには、30分以上に1回の極性反転をする必要があることも実験から突き止めた。
【0064】
すなわち、▲1▼95%の鉄イオン溶出効率を確保するためには、極性反転を30分〜15日の範囲内の一定時間ごとに1回の割合で行うのが好ましく、また、▲2▼96%の鉄イオン溶出効率を確保するためには、極性反転を1時間〜10日の範囲内の一定時間ごとに1回の割合で行うのが好ましく、さらに、▲3▼97%の鉄イオン溶出効率を確保するためには、極性反転を1時間〜5日の範囲内の一定時間ごとに1回の割合で行うのが好ましいことも突き止めた。
【0065】
なお、図11には、極性反転時間を1日(1440分)に保持して、運転日数を5段階に(0〜90日)変化させた場合における、リン酸イオン濃度(mg/リットル)の0分から1440分までの経時的変化を示す。この図11によれば、運転日数が増えるにつれてリン酸イオン濃度が上昇していること、その上昇の程度は少ないことがわかる。
【0066】
このような実験を極性反転時間を変化させて行った場合に汚水収納槽1に堆積した汚泥(金属酸化物やリン酸化合物など)の量は、極性反転時間が30分のときには20g、1時間のときには7.5g、1日のときには5.5gであった。このことから、極性反転時間を長くすれば汚水収納槽1の汚泥量は少なくなることがわかる。そして、汚泥量が少なくなれば、汚水収納槽1のコンパクト化やメンテナンス時期の延長などが可能になる。
【0067】
一般に、合併浄化槽へ流入するリン酸のイオン濃度は3〜8mg/リットル程度である。この実施の形態に係る小型合併処理浄化槽101への汚水流入量及び浄化槽101での汚水循環流量を、それぞれ1200リットル及び6000リットルとすると、汚水収納槽1へ流入するリン酸のイオン濃度は0.6〜1.6mg/リットルとなる。
【0068】
したがって、このときにモル比Fe/P=1〜3とすると、溶出すべき鉄のイオン濃度、すなわち鉄溶出量=(リン酸のイオン濃度/リンの原子量)×(モル比)×(鉄の原子量)から、0.6÷31×1×55.847=1.08mg/リットル〜1.6÷31×3×55.847=8.54mg/リットルとなる。つまり、約1〜9mg/リットルの鉄イオンの溶出が必要になる。
【0069】
もしも、汚水収納槽1へ流入するリン酸のイオン濃度が1.6mg/リットルを超えると、電極2・3の表面に金属酸化物などの不動態皮膜が多く生成して、鉄イオンの溶出が妨げられる。
【0070】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、汚水が流入して溜められる汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を沈殿除去するための鉄イオンを電気分解により溶出する少なくとも一組の電極と、電極に電解用電流を供給するための電源と、汚水収納槽へ流入する汚水のリンのモル数の、溶出すべき鉄のモル数に対する比が所定値になるように前記電流を制御する制御部とを備えてなる。したがって、このような制御部により、汚水中に水不溶性リン酸塩形成用鉄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とともに、過剰な鉄イオン溶出を防止することができる。
【0071】
請求項2記載の発明によれば、汚水が流入して溜められる汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を沈殿除去するための鉄イオンを電気分解により溶出する少なくとも一組の電極と、電極に電解用電流を供給するための電源と、汚水収納槽へ流入する汚水のリン酸イオン濃度を検出するためのリン酸イオン濃度検出部と、この検出部により検出されたリン酸イオン濃度から求められるリンのモル数の、溶出すべき鉄のモル数に対する比が所定値になるように前記電流を制御する制御部とを備えてなる。したがって、このような制御部により、汚水中に水不溶性リン酸塩形成用鉄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とともに、過剰な鉄イオン溶出を防止することができる。
【0072】
請求項3記載の発明によれば、制御部が前記所定値を0.3〜1.0の範囲内に維持することで、請求項1または2記載の発明に係る前記効果をいっそう確実に奏することができる。
【0073】
請求項4記載の発明によれば、すべての電極が鉄から構成され、制御部がさらに、電源に電極の極性反転を指示する機能を有している。したがって、請求項1〜3のいずれか1つに記載の発明が奏する前記効果に加えて、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。
【0074】
請求項5記載の発明によれば、制御部が、前記極性反転を、30分〜15日の範囲内の一定時間ごとに1回の割合で行うように指示するように構成されている。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、請求項4記載の発明が奏する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1つの実施の形態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5の浄化槽における制御部及びリン酸イオン濃度検出部を示すブロック図である。
【図7】図5の浄化槽における汚水収納槽へ流入する汚水のリン酸イオン濃度を各種変化させて電解を行い、それぞれの場合の1日当たりのリン除去量の期間的推移を測定したグラフである。
【図8】図5の浄化槽における汚水収納槽でのP/Feを種々変化させてそれぞれのP/Feに対するリン除去率を求めたグラフである。
【図9】0.3〜1.0の範囲内で決定されたP/Feの所定値に基づいて電解電流を制御したときの説明図である。
【図10】図5の浄化槽における汚水収納槽での電極の極性反転時間を変化させたときのリン除去量の経時変化を求めたグラフである。
【図11】図5の浄化槽における汚水収納槽での電極の極性反転時間を1日(1440分)に保持して、運転日数を5段階に(0〜90日)変化させた場合における、リン酸イオン濃度の経時的変化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
1 汚水処理装置
60 リン酸イオン濃度検出部
61 検出槽
62 リン酸イオン濃度センサ
101 小型合併処理浄化槽
125 制御部
126 電源
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sewage treatment apparatus, and more particularly, to a sewage treatment apparatus for removing phosphoric acid contained in sewage such as manure wastewater and domestic wastewater by reacting with metal ions eluted by electrolysis.
[0002]
[Prior art]
As this kind of sewage treatment apparatus, conventionally, the following is known.
[0003]
That is, a sewage storage tank for storing sewage to be treated is provided, and one or more sets of electrodes made of insoluble phosphate forming metal are arranged in the tank, and a voltage is applied between these electrodes to perform electrochemical This is an apparatus in which phosphoric acid is converted into a water-insoluble phosphate by precipitating the insoluble phosphate-forming metal ions into the sewage to remove the precipitate.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In such a sewage treatment apparatus, as a result of forming a corrosion-resistant oxide film called a passive film on the surface of the electrode, elution of water-insoluble phosphate-forming metal ions is reduced or stopped. There is a risk (passivation). When such passivation occurs, it becomes difficult or impossible to remove phosphoric acid in wastewater as a water-insoluble phosphate.
[0005]
Further, when the phosphoric acid in the sewage flowing into the sewage storage tank decreases, the water-insoluble phosphate forming metal ions may be eluted excessively. If such excessive metal ion elution occurs, the amount of sludge that precipitates as water-insoluble phosphates and metal compounds increases, so the number of sludge removal operations increases, and the same metal is added to the water after sewage treatment. Since ions remain, there is a disadvantage that causes harmful effects.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and prevents passivation when water-insoluble phosphate-forming metal ions are eluted electrochemically in sewage, thereby preventing phosphoric acid in sewage. It is an object of the present invention to provide a sewage treatment apparatus capable of stably removing water and preventing elution of excessive metal ions.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a sewage storage tank in which sewage flows in and is stored, and iron ions that are disposed in the sewage storage tank and precipitate and remove phosphoric acid in the sewage are eluted by electrolysis. At least one set of electrodes, a power source for supplying electrolysis current to the electrodes, and the ratio of the number of moles of phosphorus of sewage flowing into the sewage storage tank to the number of moles of iron to be eluted is a predetermined value. There is provided a sewage treatment apparatus comprising a control unit for controlling the current.
[0008]
The sewage storage tank stores sewage used for electrolysis. The electrodes are, for example, a set of two rectangular plates that are arranged in a set, and elute iron ions Fe 2+ into the sewage storage tank by electrolysis. The power supply supplies current for electrolysis to each set of electrodes.
[0009]
One set of electrodes, for example, are both iron electrodes, or one is an iron electrode and the other is an insoluble metal electrode. In the former case, it is possible to prevent electrode passivation by reversing the polarity of the electrode as desired. In the latter case, the iron electrode is the anode and the insoluble metal electrode is the cathode. Here, examples of the insoluble metal electrode include a silver electrode and a platinum electrode. Further, it is preferable that the pair of electrodes is fixed to, for example, an electrically insulating spacer having a handle portion, and the distance between them is kept constant.
[0010]
The iron ions eluted in the sewage storage tank react with phosphoric acid (orthophosphoric acid) in the sewage water to agglomerate as a water-insoluble phosphorus compound (Fe (OH) x (PO 4 ) y ) and enter the sewage storage tank. Precipitate.
[0011]
The control unit controls the current so that the ratio (P / Fe) of the number of moles of phosphorus to the number of moles of iron to be eluted becomes a predetermined value. Here, the number of moles of phosphorus, for example, as shown in FIG. 6, if a sensor 70 for detecting the flow rate of sewage flowing into the small combined treatment septic tank incorporating the sewage storage tank according to the present invention is provided, Based on the output of the sensor 70, the number of users of the small merged treatment septic tank can be estimated, and the number of moles of phosphorus generated from the estimated number of persons can be calculated. In addition, since the number of moles of phosphorus can be grasped in advance in a home where the number of people used does not vary, the number of moles of iron can be determined when installing a small-size merger treatment septic tank.
[0012]
The control part controls the current in this way because the present inventors have studied (1) that there is a correlation between P / Fe during passivation and elution of excess iron ions and electrolysis, (2) It has been found that iron ions may be excessively eluted when P / Fe is smaller than a predetermined value, and (3) Passivation occurs when P / Fe is larger than a predetermined value. is there.
[0013]
According to another aspect of the present invention, instead of the control unit, a phosphate ion concentration detection unit, and the number of moles of phosphorus obtained from the phosphate ion concentration detected by the detection unit, of iron to be eluted. There is provided a sewage treatment apparatus provided with a control unit for controlling the current so that the ratio to the number of moles becomes a predetermined value. This ion concentration detection unit detects the concentration of phosphate ions PO 4 3− in wastewater flowing into the wastewater storage tank for electrolysis. The phosphate ion concentration detection unit includes, for example, a detection tank for temporarily collecting sewage flowing into the sewage storage tank, and an ion concentration sensor disposed in the detection tank.
[0014]
As a sensor for detecting the phosphate ion concentration in sewage, for example, there is a known sensor having an ion sensitive film holding an ion sensitive substance made of a copper complex having a chain diamine as a ligand. Preferably used.
[0015]
Moreover, it was also found through experiments that the predetermined value of P / Fe is more preferably in the range of 0.3 to 1.0.
[0016]
In the sewage treatment apparatus according to the present invention, it is preferable that all the electrodes are made of iron, and the control unit further has a function of instructing the power supply to invert the polarity of the electrodes. This is because by performing polarity reversal, it is possible to prevent the passivation of the electrode more reliably by preventing the formation and growth of the passive film on the electrode surface.
[0017]
The sewage treatment apparatus according to the present invention is configured such that when the polarity reversal is performed, the control unit instructs the reversal at a rate of once every predetermined time within a range of 30 minutes to 15 days. preferable. This is because by performing the polarity reversal of the electrodes at regular intervals, the passivation of the electrodes can be prevented more reliably and the efficiency of electrolysis can be improved.
[0018]
Here, instructing the polarity reversal to be performed once every predetermined time within the range of 30 minutes to 15 days is when the polarity reversal is performed once every predetermined time of less than 30 minutes. This is because the elution of iron ions is not sufficient and the reaction with phosphate ions in sewage is too low. When the polarity is reversed once every predetermined time exceeding 15 days, Fe adhering to the electrode surface This is because, as a result of the rapid growth of a passive film such as 3 O 4 , the reaction between the eluted iron ions and phosphate ions is significantly hindered. This is a fact that has been found by experiments of the present inventors.
[0019]
Such polarity reversal time is more preferably once per predetermined time within the range of 1 hour to 10 days, and most preferably once per predetermined time within the range of 1 hour to 5 days. The ratio was also found by the same experiment.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited thereby.
[0021]
As shown in FIG. 1, a sewage treatment apparatus D 1 according to one embodiment of the present invention includes a sewage storage tank 1, four sets of electrodes 2 and 3, and a current flowing through each set of electrodes 2 and 3. A DC power source (not shown) for supplying the power and four electrode holders 4 are provided.
[0022]
As shown in FIG. 2, the sewage storage tank 1 is a box having a substantially rectangular plane shape, and sewage to be treated such as urine wastewater and domestic wastewater is stored. A sewage inflow port 1 a and a sewage outflow port 1 b are formed at the upper part of the opposite side wall of the sewage storage tank 1. In addition, two bottom positioning rods 5 extending in the left-right direction are provided at the bottom of the sewage storage tank 1. A total of six right and left positioning rods 6 extending in the vertical direction are provided inside these bottom positioning rods 5.
[0023]
Each pair of electrodes 2 and 3 is made of iron in a rectangular plate shape, and iron ions for removing phosphoric acid in the sewage are eluted by electrolysis. As shown in enlarged views in FIG. 3 and FIG. 4, the pair of electrodes 2 and 3 is kept at a constant distance by an electrically insulating spacer 7 made of pinyl chloride resin attached to the upper ends thereof. Yes. The spacer 7 is provided with a handle portion 7a.
[0024]
A connection terminal 8 is provided at the upper ends of the electrodes 2 and 3. These terminals 8 are connected to a connector 10 via lead wires 9. The connector 10 is connected to the power source. For convenience of explanation, an assembly including a pair of electrodes 2 and 3, one spacer 7, two terminals 8, two lead wires 9, and one connector 10 is referred to as an electrode body 11.
[0025]
As shown in FIGS. 3 and 4 in an enlarged manner, the electrode holder 4 has a rectangular box shape in plan view and is made of polypropylene resin. The left and right side walls of the electrode holder 4 are electrically insulating partition plates 4 a for partitioning adjacent electrode holders 4. Both front and rear ends of the electrode holder 4 are rectangular sewage inlet 4b and sewage outlet 4c.
[0026]
Further, the upper and lower surfaces of the electrode holder 4 are cut out into a rectangular shape with the peripheral portion being left, thereby forming an electrode attaching / detaching port 4d and an aeration port 4e, respectively. Furthermore, the left-right width of the electrode holder 4 (the distance between the outer surfaces of the two partition plates 4a) is substantially equal to the distance between the two adjacent left and right positioning rods 6 in the sewage storage tank 1.
The two circular holes 4 f on the upper surface of the electrode holder 4 are for screwing the spacer 7 to the upper surface of the electrode holder 4.
[0027]
The electrode holder 4 configured in this way is arranged in the sewage storage tank 1 so that it can be taken out. That is, it is gently fixed at a fixed position by the bottom positioning rod 5 and the left and right positioning rods 6 provided in the tank.
[0028]
Further, the electrode body 11 is detachably held on the electrode holder 4 by being fitted into the electrode holder 4 from the electrode attaching / detaching port 4 d and the spacer 7 being screwed to the electrode holder 4. Accordingly, the inspection and replacement work of the electrodes 2 and 3 can be performed easily and in a short time. Further, the two partition plates 4a of the pair of electrodes 2 and 3 and the electrode holder 4 are parallel to each other. Therefore, the SS in the sewage in the electrode holder 4 flows without a stagnation from the sewage inlet 4a toward the sewage outlet 4b along the electrode surfaces of the electrodes 2 and 3.
[0029]
As shown in FIGS. 1 and 2, the center of the bottom surface of the electrode holder 4 is a concave groove 1 c extending in the left-right direction. One aeration tube 12 is fitted in the groove 1c.
[0030]
Aeration tube 12 is part of the aeration device provided in the sewage treatment apparatus D 1. That is, the aeration apparatus is connected to an air supply blower (not shown) provided outside the sewage storage tank 1, an air supply pipe (not shown) connected to the blower and extending into the tank, and the air supply pipe. And an aeration tube 12 disposed at the bottom of the tank.
[0031]
By performing aeration from the aeration tube 12 through the aeration port 4e of the electrode holder 4, the cleaning effect of the electrodes 2 and 3 and the partition plate 4a can be further enhanced.
[0032]
As shown in FIG. 5, the sewage treatment apparatus D 1 is incorporated in a small merged treatment septic tank 101.
[0033]
The inside of the septic tank 101 is in accordance with the order of the sewage purification process from the side of the inflow pipe 102 into which sewage mixed with urine wastewater and domestic wastewater flows to the side of the discharge pipe 103 that discharges sewage-treated water to the outside. The tank structure is formed by partitioning a plurality of tanks.
[0034]
Reference numeral 104 denotes a first anaerobic filter bed tank formed in the foremost part on the inflow pipe 102 side. In the first anaerobic filter bed tank 104, impurities that cannot be purified by being mixed in manure wastewater or domestic wastewater are separated by precipitation and removed.
[0035]
The first anaerobic filter bed tank 104 is provided with a first anaerobic filter bed 105 which is a filter bed for anaerobic microorganisms, and anaerobic treatment is performed by causing the first anaerobic filter bed 105 to inhabit the microorganisms. Yes. The first anaerobic filter bed 105 suppresses the sediment from being rolled up by the water flow when the inflow water or backwash wastewater temporarily flows into the suspended tank and flowing out to the next tank. The load can be reduced.
[0036]
Reference numeral 106 denotes a second second anaerobic filter bed tank formed adjacent to the first anaerobic filter bed tank 104. In the second anaerobic filter bed tank 106, anaerobic treatment is performed by causing the second anaerobic filter bed 107 to inhabit anaerobic microorganisms.
[0037]
Reference numeral 108 denotes a next biofilm filtration tank that is partitioned adjacent to the second anaerobic filter bed tank 106.
[0038]
The first anaerobic filter bed tank 104 and the second anaerobic filter bed tank 106 are partitioned by a vertical partition wall 109. An advection port 110 penetrating the partition wall 109 is formed in an upper part of the partition wall 109. A convection tube 111 is fitted in the convection port 110.
[0039]
The second anaerobic filter bed tank 106 and the next biofilm filtration tank 108 are partitioned by a vertical partition 112. An advection port 113 penetrating the partition 112 is formed in an upper part of the partition 112. A convection tube 114 is fitted into the convection port 113. The sewage that has been transferred from the first anaerobic filter bed tank 104 to the second anaerobic filter bed tank 106 through the transfer pipe 111 passes through the second anaerobic filter bed 107 in a downward flow, and then passes through the transfer pipe 114 to the next. It is sent to the biofilm filtration tank 108.
[0040]
A certain amount of SS is captured by the second anaerobic filter bed 107 provided in the second anaerobic filter bed tank 106. The trapped SS is gradually anaerobically decomposed to become soluble, or stored as sludge at the bottom of the second anaerobic filter bed tank 106. In the second anaerobic filter bed 107, organic nitrogen is anaerobically decomposed into ammonia nitrogen.
[0041]
The biofilm filtration tank 108 is provided with an aerobic filter bed 115 which is a filter bed of aerobic microorganisms, and aerobic treatment is performed by causing the aerobic microorganisms to inhale in the aerobic filter bed 115. Yes. In the vicinity of the bottom of the biofilm filtration tank 108, an aeration pipe 116 of the aeration apparatus is arranged in a horizontal state. The aeration apparatus supplies oxygen to aerobic microorganisms that inhabit the aerobic filter bed 115 of the biofilm filtration tank 108 by blowing air from the aeration pipe 116.
[0042]
Reference numeral 117 denotes a next treated water tank that is formed adjacent to the biofilm filtration tank 108. In the treated water tank 117, the treated water that has been aerobically treated in the biofilm filtration tank 108, filtered and transferred is stored in a stationary manner.
[0043]
Reference numeral 118 denotes a disinfection tank that is partitioned on the upper part of the treated water tank 117. The disinfection tank 118 disinfects the supernatant water that has been treated in the treatment water tank 117 and discharges it from the discharge pipe 103 to the outside.
[0044]
The biofilm filtration tank 108 and the next treated water tank 117 are partitioned by a vertical partition wall 119. An advection port 120 penetrating the partition wall 119 is formed in the upper part of the partition wall 119. A convection tube 121 is fitted into the convection port 120. The sewage that has been transferred from the second anaerobic filter bed tank 106 to the biofilm filtration tank 108 through the transfer pipe 114 passes through the aerobic filter bed 115 in a downward flow, and then passes through the transfer pipe 121 to the next treated water tank 117. It is sent to.
[0045]
A return pipe 122 for returning the supernatant water of the treated water is disposed from the upper part of the treated water tank 117 to the upper part of the first anaerobic filter bed tank 104. Then, the supernatant water pumped up from the treated water tank 117 by the lift pipe 123 is sent to the sewage treatment apparatus D 1 through the diversion meter 124 and the return pipe 122 and subjected to the phosphorus removal treatment, and then the first anaerobic filter. Returned to the floor tank 104.
[0046]
5, 125 a control unit which includes the sewage treatment apparatus D 1, 126 denotes a power respectively. The power supply 126 supplies a current for electrolysis to the electrodes 2 and 3 disposed inside the sewage storage tank 1. Reference numeral 127 denotes an air supply blower provided outside the sewage storage tank 1. The blower 127 is a part of an aeration apparatus for cleaning these surfaces by aeration of the electrodes 2 and 3 and the partition plate 4 a inside the sewage storage tank 1.
[0047]
The amount of sewage flowing into the septic tank 101 is 1200 liters per day, and the circulation flow rate in the septic tank 101 is 6000 liters. At this time, a current is allowed to flow through the electrodes 2 and 3 disposed inside the sewage storage tank 1 by a constant value within a range of 120 to 2400 mA. The distance between the electrodes of each electrode body 11 is set to 25 mm so that the voltage between the electrodes can always be monitored.
[0048]
The control unit 125 always performs constant current electrolysis while maintaining the current density at the time of electrolysis for elution of iron ions at a constant value within the range of 0.1 to 5.0 mA / cm 2. Control to indicate one polarity reversal every minute to 15 days. When the current density is less than 0.1 mA / cm 2 occurs passivating, power consumption interelectrode voltage becomes greater than or equal to about 25V is increased when it exceeds the 5.0 mA / cm 2.
[0049]
Here, for three months from the start of operation of the septic tank 101, the current density is always maintained at 0.5 mA / cm 2 by the control unit 125, and constant current electrolysis is performed with polarity reversal once every 6 hours. It was broken.
[0050]
As shown in FIG. 5, the sewage treatment apparatus D 1 is further provided with a characteristic phosphate ion concentration detector 60.
[0051]
The phosphate ion concentration detection unit 60 includes a detection tank 61 provided in communication with the return pipe 122 on the upstream side of the sewage storage tank 1, and a phosphate ion concentration sensor 62 provided in the detection tank 61. . The detection tank 61 temporarily accumulates sewage before flowing into the sewage storage tank 1. The phosphate ion concentration sensor 62 includes an ion-sensitive film that holds an ion-sensitive substance made of a copper complex having one kind of chain diamine as a ligand, and is connected to the control unit 125. ing. The phosphate ion concentration sensor 62 is immersed in a certain amount of sewage stored in the detection tank 61, and detects the phosphate ion concentration in the sewage. Then, the control unit 125 calculates the number of moles of phosphorus from the detected phosphate ion concentration.
[0052]
In addition, as shown in FIG. 6, if the sensor 70 which detects the flow volume of the sewage which flows into the small merger processing septic tank in which the sewage storage tank 1 is incorporated is provided as shown in FIG. Based on this, it is possible to estimate the number of people using the combined treatment septic tank and calculate the number of moles of phosphorus generated from the estimated number of people.
[0053]
Next, the control unit 125 determines an appropriate number of moles of iron to be ion-eluting from the calculated number of moles of phosphorus. That is, the value of the ratio P / Fe of the number of moles of phosphorus to the number of moles of iron is determined to be a predetermined value within the range of 0.3 to 1.0 obtained from experiments as shown in FIGS. .
[0054]
First, the experiment shown in FIG. 7 will be described.
The phosphate ion concentration of the wastewater flowing into the wastewater storage tank 1 is 0.6 mg / liter (P / Fe = 0.3), 1.2 mg / liter (P / Fe = 0.6), 2.4 mg / liter ( P / Fe = 1.3), 6.0 mg / liter (P / Fe = 3.3), and 18.0 mg / liter (P / Fe = 10) for electrolysis, in each case per day The time course of phosphorus removal was measured. However, the elution amount of iron ions was kept constant (19 mA). In addition, the polarity reversal time was all 1 hour.
[0055]
From this experimental result, when the P / Fe is 1.3 or more, the amount of phosphorus removal decreases to half or less of the initial value after 35 days (due to passivation), whereas P / Fe In the case of less than 1.3, it can be seen that there is almost no decrease from the initial value after 35 days.
[0056]
Next, the experiment shown in FIG. 8 will be described.
The phosphorus removal rate (%) for each P / Fe was determined by varying P / Fe.
[0057]
From this experimental result, when P / Fe is less than 0.3, the phosphorus removal rate becomes 99% or more, and extra iron ions are eluted for phosphorus removal, whereas P / Fe is 0.3. It can be seen that an appropriate phosphorus removal rate of about 80 to 98% can be secured in the range of -1.0.
[0058]
Thus, the value of P / Fe is determined to be a predetermined value within the range of 0.3 to 1.0, and the control unit 125 controls the electrolytic current. An example thereof will be described with reference to FIG. The control unit 125 selects two sets of electrodes 2 and 3 from the four sets of electrodes 2 and 3 of A to D, and applies a DC constant current. That is, the electrodes A (2 · 3) and the electrode B (2 · 3) are set for the time a to b, and the electrodes B (2 · 3) and the electrode C (2 · 3) are set for the time c to d for the time b to c. Then, the electrodes C (2 · 3) and D (2 · 3) are applied to the electrodes D (2 · 3) and A (2 · 3) in the time d to e, and the electrodes A (2 · 3) are applied to the time e to f. 3) A DC constant current (about 1 to 1.2 A) is applied to the electrode B (2.3). Then, a predetermined amount of iron ions is eluted.
[0059]
In such a septic tank 101, sewage having a phosphate ion concentration of 1.2 mg / liter is caused to flow into the sewage storage tank 1 at a flow rate of 100 ml / min, and the electrolytic current is maintained at 19 mA (set to Fe / P = 1.5). Electrolytic operation was performed. The time-dependent change in phosphorus removal amount (mg / day) when the polarity reversal time of the electrodes 2 and 3—the time from the polarity reversal at one time point to the polarity reversal at the next time point—was obtained. A graph was obtained.
[0060]
According to the graph of FIG. 10, when polarity inversion is not performed, the phosphorus removal amount starts to greatly decrease from the 10th day onward of the electrolysis operation. The phosphorus removal amount is about 75% of the initial value on the 15th day of the electrolysis operation, and is about 50% of the initial value on the 18th day.
[0061]
From this result, it is considered that the polarity reversal needs to be performed once on the 15th day at maximum when the tolerance of the phosphorus removal amount reduction is set to 75%.
[0062]
Further, from the graph of FIG. 10, even when the polarity inversion time is 1 hour (1H), 1 day (24H), and 5 days (5day), stable phosphorus removal is possible for a long period (up to 3 months). I know that there is.
[0063]
Next, in order to make the iron ion elution efficiency-percentage of iron ions actually eluted with respect to iron ions theoretically eluted according to Faraday's law-when electrolysis is performed, to 95% or more, The experiment also confirmed that it was necessary to reverse the polarity once every 30 minutes or more.
[0064]
That is, (1) In order to ensure 95% iron ion elution efficiency, it is preferable to perform polarity reversal at a rate of once every fixed time within a range of 30 minutes to 15 days, and (2) In order to ensure the elution efficiency of 96% of iron ions, it is preferable to reverse the polarity at a rate of once every fixed time within a range of 1 hour to 10 days, and (3) 97% of iron ions. In order to ensure elution efficiency, it was also found that it is preferable to perform polarity reversal at a rate of once every fixed time within a range of 1 hour to 5 days.
[0065]
FIG. 11 shows the phosphate ion concentration (mg / liter) when the polarity reversal time is maintained at 1 day (1440 minutes) and the operation days are changed in 5 stages (0 to 90 days). The change over time from 0 minutes to 1440 minutes is shown. According to FIG. 11, it can be seen that the phosphate ion concentration increases as the number of operating days increases, and the degree of the increase is small.
[0066]
When such an experiment was performed with the polarity reversal time changed, the amount of sludge (metal oxide, phosphate compound, etc.) deposited in the sewage storage tank 1 was 20 g for 1 hour when the polarity reversal time was 30 minutes. Was 7.5 g for 1 day and 5.5 g for 1 day. From this, it can be seen that if the polarity reversal time is lengthened, the amount of sludge in the sewage storage tank 1 decreases. If the amount of sludge decreases, the sewage storage tank 1 can be made compact and the maintenance period can be extended.
[0067]
Generally, the ion concentration of phosphoric acid flowing into the combined septic tank is about 3 to 8 mg / liter. Assuming that the amount of sewage flowing into the small combined treatment septic tank 101 and the sewage circulation flow rate in the septic tank 101 are 1200 liter and 6000 liter, respectively, the ion concentration of phosphoric acid flowing into the sewage storage tank 1 is 0. 6-1.6 mg / liter.
[0068]
Therefore, when the molar ratio Fe / P = 1 to 3 at this time, the iron ion concentration to be eluted, that is, the iron elution amount = (phosphoric acid ion concentration / phosphorus atomic weight) × (molar ratio) × (iron From atomic weight), 0.6 ÷ 31 × 1 × 55.847 = 1.08 mg / liter to 1.6 ÷ 31 × 3 × 55.847 = 8.54 mg / liter. That is, elution of about 1 to 9 mg / liter of iron ions is required.
[0069]
If the ion concentration of phosphoric acid flowing into the sewage storage tank 1 exceeds 1.6 mg / liter, many passive films such as metal oxides are formed on the surfaces of the electrodes 2 and 3 and iron ions are eluted. Be disturbed.
[0070]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the sewage storage tank into which sewage flows and is stored, and the iron ions that are disposed in the sewage storage tank and precipitate and remove phosphoric acid in the sewage are eluted by electrolysis. At least one set of electrodes, a power source for supplying electrolysis current to the electrodes, and the ratio of the number of moles of phosphorus of sewage flowing into the sewage storage tank to the number of moles of iron to be eluted is a predetermined value. And a control unit for controlling the current. Therefore, by such a control unit, it is possible to stably remove the phosphoric acid in the sewage by preventing passivation when the water-insoluble phosphate-forming iron ions are eluted electrochemically in the sewage. Excessive iron ion elution can be prevented.
[0071]
According to the second aspect of the present invention, the sewage storage tank into which sewage flows and is stored, and the iron ions that are disposed in the sewage storage tank and precipitate and remove phosphoric acid in the sewage are eluted by electrolysis. At least one set of electrodes, a power source for supplying electrolysis current to the electrodes, a phosphate ion concentration detection unit for detecting the phosphate ion concentration of sewage flowing into the sewage storage tank, and detection by this detection unit A controller for controlling the current so that the ratio of the number of moles of phosphorus determined from the phosphate ion concentration to the number of moles of iron to be eluted becomes a predetermined value. Therefore, by such a control unit, it is possible to stably remove the phosphoric acid in the sewage by preventing passivation when the water-insoluble phosphate-forming iron ions are eluted electrochemically in the sewage. Excessive iron ion elution can be prevented.
[0072]
According to the third aspect of the present invention, the control unit maintains the predetermined value within the range of 0.3 to 1.0, and thus the effect according to the first or second aspect of the present invention is more reliably exhibited. be able to.
[0073]
According to the invention described in claim 4, all the electrodes are made of iron, and the control unit further has a function of instructing the power source to invert the polarity of the electrodes. Therefore, in addition to the above-described effect of the invention according to any one of claims 1 to 3, by performing polarity reversal, electrode passivation can be prevented more reliably and electrolysis efficiency can be improved. Can be achieved.
[0074]
According to the invention described in claim 5, the control unit is configured to instruct the polarity reversal to be performed at a rate of once every fixed time within a range of 30 minutes to 15 days. Therefore, by reversing the polarity of the electrodes at regular intervals, it is possible to more reliably prevent the passivation of the electrodes produced by the invention of claim 4 and increase the efficiency of electrolysis.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a sewage treatment apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration explanatory view of a part of the sewage treatment apparatus of FIG. 1 as viewed from above.
FIG. 3 is a perspective view of an electrode body and an electrode holder that are constituent members of the sewage treatment apparatus of FIG. 1;
4 is an exploded perspective view of an electrode body and an electrode holder in FIG. 3;
5 is an explanatory diagram of an enlarged configuration of the inside of a combined treatment septic tank in which the sewage treatment apparatus of FIG. 1 is incorporated, as viewed from the front. FIG.
6 is a block diagram showing a control unit and a phosphate ion concentration detection unit in the septic tank of FIG. 5. FIG.
7 is a graph in which the electrolysis was performed while changing the phosphate ion concentration of sewage flowing into the sewage storage tank in the septic tank of FIG. 5 and the temporal transition of the phosphorus removal amount per day in each case was measured. .
8 is a graph in which phosphorus removal rates with respect to respective P / Fe are obtained by variously changing P / Fe in the sewage storage tank in the septic tank of FIG. 5;
FIG. 9 is an explanatory diagram when the electrolysis current is controlled based on a predetermined value of P / Fe determined within a range of 0.3 to 1.0.
10 is a graph showing the change over time in the amount of phosphorus removal when the polarity reversal time of the electrode in the sewage storage tank in the septic tank of FIG. 5 is changed.
11 is a diagram showing a case where the polarity reversal time of the electrode in the sewage storage tank in the septic tank of FIG. 5 is maintained at 1 day (1440 minutes) and the operation days are changed in 5 stages (0 to 90 days). It is a graph which shows a time-dependent change of an acid ion concentration.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sewage storage tank 2 Electrode 3 Electrode D 1 Sewage treatment apparatus 60 Phosphate ion concentration detection part 61 Detection tank 62 Phosphate ion concentration sensor 101 Small merge processing purification tank 125 Control part 126 Power supply

Claims (5)

汚水が流入して溜められる汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を沈殿除去するための鉄イオンを電気分解により溶出する少なくとも一組の電極と、電極に電解用電流を供給するための電源と、汚水収納槽へ流入する汚水のリンのモル数の、溶出すべき鉄のモル数に対する比が所定値になるように前記電流を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。A sewage storage tank in which sewage flows in and is stored, at least one set of electrodes disposed in the sewage storage tank and eluting iron ions for precipitation removal of phosphoric acid in the sewage by electrolysis, and electrolysis of the electrodes And a controller for controlling the current so that the ratio of the number of moles of phosphorus in the sewage flowing into the sewage storage tank to the number of moles of iron to be eluted becomes a predetermined value. A sewage treatment apparatus characterized by comprising 汚水が流入して溜められる汚水収納槽と、この汚水収納槽に配され、その汚水中のリン酸を沈殿除去するための鉄イオンを電気分解により溶出する少なくとも一組の電極と、電極に電解用電流を供給するための電源と、汚水収納槽へ流入する汚水のリン酸イオン濃度を検出するためのリン酸イオン濃度検出部と、この検出部により検出されたリン酸イオン濃度から求められるリンのモル数の、溶出すべき鉄のモル数に対する比が所定値になるように前記電流を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。A sewage storage tank in which sewage flows in and is stored, at least one set of electrodes disposed in the sewage storage tank and eluting iron ions for precipitation removal of phosphoric acid in the sewage by electrolysis, and electrolysis of the electrodes A power source for supplying electric current, a phosphate ion concentration detection unit for detecting the phosphate ion concentration of sewage flowing into the sewage storage tank, and a phosphorus ion determined from the phosphate ion concentration detected by the detection unit And a control unit that controls the current so that a ratio of the number of moles to the number of moles of iron to be eluted becomes a predetermined value. 所定値が0.3〜1.0の範囲内にある請求項1または2記載の汚水処理装置。The sewage treatment apparatus according to claim 1 or 2, wherein the predetermined value is within a range of 0.3 to 1.0. すべての電極が鉄から構成され、制御部がさらに、電源に電極の極性反転を指示する機能を有している請求項1〜3のいずれか1つに記載の汚水処理装置。The sewage treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein all the electrodes are made of iron, and the control unit further has a function of instructing the power source to invert the polarity of the electrodes. 制御部が、前記極性反転を、30分〜15日の範囲内の一定時間ごとに1回の割合で行うように指示する請求項4記載の汚水処理装置。The sewage treatment apparatus according to claim 4, wherein the control unit instructs the polarity reversal to be performed at a rate of once every fixed time within a range of 30 minutes to 15 days.
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