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JP4101116B2 - Water treatment equipment - Google Patents
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JP4101116B2 - Water treatment equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理装置に関し、特に、窒素化合物を含む被処理水中の不要な成分を除去する水処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、川や湖の富栄養化の原因の一つに、窒素化合物の存在があることは周知である。
【0003】
そして、従来から、生活排水や工場排水に対し、生物処理に代わって電解処理を行なうことにより、窒素化合物を効率良く除去するための技術が、特許文献1〜特許文献3等において開示されてきた。この電解処理では、たとえば、窒素酸化物の一種である硝酸イオンが、亜硝酸イオン、アンモニアを順に経て、窒素ガスとして、被処理水から除去される。そして、これらの特許文献には、電解処理において用いられる電極の材料を周期表の第Ib族または第Ib族を含む導電体とすることにより、また、特許文献1には、被処理水にハロゲンイオンを含ませ、当該ハロゲンイオンを次亜ハロゲン酸とし、アンモニアと反応させることにより、効率良く窒素酸化物を除去する技術も開示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−248473公報
【0005】
【特許文献2】
特開2002−248474公報
【0006】
【特許文献3】
特開2003−53365公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
なお、このような水処理装置について、管理を容易にすることが常に求められている。
【0008】
本発明は、かかる実情に鑑み考え出されたものであり、その目的は、管理の容易な水処理装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のある局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、前記制御手段は、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記塩化物イオン添加手段に前記収容部へ前記溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加させることを特徴とする。
【0010】
本発明のある局面に従うと、収容部内の電極対に通電されると、陰極では、硝酸イオンが還元され、亜硝酸イオンを経てアンモニアになる。このアンモニアが、陽極で生じた次亜塩素酸により、窒素ガスとして、被処理水から除去される。なお、塩化物イオンを提供する物質が、このような電解反応の開始から所定時間経過した後に収容部に投入されるため、硝酸イオンが還元されることにより生じた亜硝酸イオンが、アンモニアへと還元される前に当該塩化物イオンから生じる次亜塩素酸により酸化されて硝酸イオンとなることを抑制できる。
【0011】
これにより、水処理装置における窒素酸化物の除去効率を向上でき、このことから、設置すべき水処理装置を従来よりも規模の小さいものとできる。したがって、結果的に、水処理装置の管理を容易にすることができる。
【0012】
また、本発明の水処理装置は、前記電極対による前記被処理水の電解の前記所定時間後とは、前記被処理水に含まれる全窒素化合物の1/3以上がアンモニア性窒素となる時間であることが好ましい。
【0013】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内の被処理水に、クロム、鉛、モリブデン、または、バナジウムを含む所定の化合物が含まれるか否かを検知する化合物検知手段をさらに含み、前記制御手段は、前記化合物検知手段が前記収容部内の被処理水に前記所定の化合物が含まれると検知したことを条件として、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記添加部に前記収容部へ前記物質を添加させることが好ましい。
【0014】
これにより、クロム、鉛、モリブデン、または、バナジウムのような、次亜塩素酸イオンを消費する元素が含まれる場合、当該元素の次亜塩素酸イオンの消費を抑えることができる。
【0015】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部内の被処理水の硝酸性窒素濃度を検知する硝酸性窒素濃度検知手段をさらに含み、前記制御手段は、前記硝酸性窒素濃度検知手段が前記収容部内の被処理水の硝酸性窒素濃度が所定の濃度以上であることを検知したことを条件として、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記添加部に前記収容部へ前記物質を添加させることが好ましい。
【0016】
また、本発明の水処理装置では、硝酸性窒素濃度についての前記所定の濃度は、窒素濃度として2000ミリグラム/リットルであることが好ましい。
【0017】
また、本発明の水処理装置は、前記収容部に酸性試薬を投入する酸性試薬投入手段と、前記収容部内の被処理水の全窒素濃度を検知する全窒素濃度検知手段とをさらに含み、前記制御手段は、前記収容部内の被処理水の全窒素濃度、前記電極対において流れる電流値、および、全窒素濃度の少なくとも1つに応じて、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御することが好ましい。
【0018】
本発明の他の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、前記収容部は、所定の順序で並べられた複数の電解槽からなり、前記複数の電解槽の間を、被処理水が通過できるようにつなぐ接続管と、被処理水を、前記複数の電解槽の間を前記所定の順序で送る送水手段とをさらに含むことを特徴とする。
【0019】
本発明の他の局面に従うと、複数の電解槽での連続処理が可能となる。
これにより、収容部に送るための被処理水を蓄える槽という、水処理装置に接続されるべき槽のコンパクト化が可能になるため、当該水処理装置の管理を容易にすることができる。
【0020】
また、本発明の水処理装置は、前記複数の電解槽のそれぞれに接続されてまたは前記接続管に設けられた放熱手段をさらに含むことが好ましい。
【0021】
また、本発明の水処理装置は、前記複数の電解槽の少なくとも1つの電解槽内の被処理水の温度を検知する温度検知手段をさらに含み、前記制御手段は、前記温度検知手段の検知する温度に基づいて、前記電極対に流す電流値を制御することが好ましい。
【0022】
本発明のさらに他の局面に従った水処理装置は、窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、被処理水を収容する収容部と、前記収容部に備えられた電極対と、前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、前記電極対は、複数枚のアノード電極と、前記複数枚のアノード電極のそれぞれと対向しかつ当該複数枚のアノード電極と交互に並べられた複数枚のカソード電極を含み、前記電極対において、交互に配置された電極の両端はカソード電極であり、前記複数枚のアノード電極および前記複数枚のカソード電極をユニット化して支持する電極支持部材をさらに含むことを特徴とする。
【0023】
本発明のさらに他の局面に従うと、電極対に含まれる電極の管理が容易となる。
【0024】
これにより、水処理装置の管理を容易になる。
また、本発明の水処理装置では、前記電極対において交互に配置された電極の中の、前記複数枚のアノード電極の枚数に対する前記複数枚のカソード電極の枚数の比は、1.1〜2.0であることが好ましい。
【0025】
また、本発明の水処理装置では、前記カソード電極の前記アノード電極に対向する面の面積は、当該アノード電極の当該アノード電極に対向する面の面積よりも大きいことが好ましい。
【0026】
また、本発明の水処理装置では、前記電極支持部材は、前記アノード電極を支持するよりも、前記アノード電極および前記カソード電極が並べられている方向に交わる方向について外側で、前記カソード電極を支持していることが好ましい。
【0027】
また、本発明の水処理装置では、前記電極支持部材は、前記複数のカソード電極同士を電気的に接続しつつ、互いに所定の間隔を保持させる、導電性のスペーサを含むことが好ましい。
【0028】
また、本発明の水処理装置では、前記導電性のスペーサは、前記アノード電極および前記カソード電極が並べられている方向に交わる方向について前記アノード電極よりも外側に位置することが好ましい。
【0029】
また、本発明の水処理装置では、前記電極支持部材は、前記複数のアノードの支持を解除することなく、前記複数のカソード電極の支持を解除できることが好ましい。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【0031】
[第1の実施の形態]
1.窒素除去装置の概要
図1に、本発明の水処理装置の第1の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す。
【0032】
水処理システムは、家庭や工場から流出されてきた廃液を収容する廃液タンク100と、廃液タンク100内の廃液(被処理水)を処理する水処理装置とを含む。
【0033】
水処理装置において、処理水槽1内には、電解槽11が設置されている。電解槽11には、導入口10が形成されている。電解槽11には、ポンプ91および導入口10を介して、廃液タンク100から被処理水が導入される。
【0034】
電解槽11内の被処理水には、電極対2が浸されている。また、電解槽11には、硫酸槽81から、ポンプ96および導入口10を介して希硫酸が導入され、かつ、塩化物イオン供給槽82から、ポンプ92および導入口10を介して食塩水が導入される。
【0035】
電解槽11内の被処理水は、排出口12、ポンプ94、および、電動弁84を介して、窒素濃度計22に送られた後、導入口10を介して電解槽11に戻される。
【0036】
また、電解槽11内の被処理水は、排出口13、ポンプ95、および、電動弁85を介して、pHセンサ21に送られる。
【0037】
また、電解槽11内の被処理水は、排出口15、ポンプ93、および、電動弁83を介して、元素分析器23に送られる。
【0038】
また、電解槽11内の被処理水は、排出口14に設けられた弁を適宜開閉されることにより、次の処理施設等に、排出される。
【0039】
また、電解槽11内で発生した気体は、ブロアモータ98が駆動されることにより、排気口16を介して、電解槽11外へ送られる。
【0040】
また、電解槽11内および塩化物イオン供給槽82内には、それぞれ水位センサ24,25が設置されており、各槽内の水量が管理されるようになっている。
【0041】
なお、電解槽11内では、後述するように、塩素が発生する。このため、電解槽11は、ポリ塩化ビニルや強化ガラス繊維等の、塩素に対する化学的耐性を備えた材料からなることが好ましい。
【0042】
図2は、本実施の形態の水処理装置の制御ブロック図である。
水処理装置には、マイクロコンピュータを備え、当該水処理装置全体の動作を制御する制御回路20が備えられている。
【0043】
制御回路20には、pHセンサ21、窒素濃度計22、元素分析器23、および、水位センサ24,25からの検知出力が入力される。そして、制御回路20は、これらの検知出力に基づいて、電極対2に電力を供給する直流電源29、ポンプ91〜96、ブロアモータ98、および、電動弁83〜85の動作を制御する。
【0044】
2.電極対の構造
図3は、電極対2の正面図であり、図4は、電極対2の平面図である。
【0045】
図3および図4を参照して、電極対2には、アノード電極3およびカソード電極4が含まれる。アノード電極3は、たとえば、白金−ルテニウム合金、または、銅もしくは鉄を含む合金から構成され、カソード電極4は、たとえば、黄銅を含む合金、または、貴金属が含まれる不溶性の物質(貴金属でコーティングされた物質も含む)から構成される。アノード電極3およびカソード電極4の上部には、それぞれ、端子30,40が設けられている。そして、端子30,40は、それぞれ、ナット55,57により、取付板51に取付けられている。取付板51には、取っ手52が、ナット56とナット57により挟まれて、固定される。また、ナット55の上には、取付板53が設置されている。取付板53は、ナット54とナット55に挟まれることにより、取付板51上に固定される。なお、取付板53は、その一方側に、垂直面53Aを備えている。
【0046】
アノード電極3およびカソード電極4は、板体である。そして、図3に示されるように、カソード電極4は、アノード電極3よりも、幅方向(両矢印W方向)に大きな寸法を有する。また、アノード電極3とカソード電極4とでは、対向する面の面積は、カソード電極4の方が大きくなるよう構成されている。
【0047】
また、カソード電極4およびアノード電極3は、それぞれ、端子40,30で、取付板51,ナット54〜57,および,取っ手53により、上方から支持されている。なお、カソード電極4は、アノード電極3よりも、幅方向(両矢印W方向)に外側に端子を備え、そして、外側の位置で取付板51等に支持されている。なお、電極4は、ナット56およびナット57を緩めることにより、取付板51等による支持を解除される。したがって、本実施の形態では、カソード電極4は、取付板51において、アノード電極3よりも外側の位置で支持されていることにより、ナット56およびナット57を緩めることにより、アノード電極3を取外すことなく、取外され、交換が可能である。
【0048】
アノード電極3およびカソード電極4は、図3の奥行き方向に、複数枚、交互に並べられて、取付板51に取付けられている。図5に、取付板51から取外された状態のアノード電極3およびカソード電極4の平面図を示す。また、図6(A)にカソード電極4の正面図を、図6(B)にカソード電極4の側面図を、図7(A)にアノード電極3の正面図を、図7(B)にアノード電極3の側面図を示す。
【0049】
図5〜図7をさらに参照して、図5の両矢印D方向(図3の奥行き方向)に並べられたカソード電極4の間には、上下に、導電性のスペーサ41,42がそれぞれ配置され、これにより、複数のカソード電極4は、互いに一定の間隔で固定される。また、スペーサ41,42は、アノード電極3の外側に位置していることにより、アノード電極3の配列に影響を与えることを回避させるとともに、アノード電極3とカソード電極4とがこの位置で通電されてしまうことを回避させている。
【0050】
なお、図5に示されたアノード電極3とカソード電極4を1セットとすると、2セットが、1つの取付板51に取付けられる。また、上記の1セットには、5枚のアノード3と、6枚のカソード電極4とが、ユニット化されている。このようにユニット化されることにより、電極対2の管理が容易となる。
【0051】
図5に示されたセットでは、交互に並べられた電極の両端がカソード電極4とされている。後述するように、本実施の形態の水処理装置では、カソード電極4上での反応が重要であり、また、カソード電極4が、アノード電極3よりも消耗が早いと考えられるためである。
【0052】
図5に示されたセット、および、1つの取付板51に取付けられるカソード電極4の枚数の、アノード電極3の枚数に対する比は、本実施の形態では1.2である。なお、この比は、カソード電極4とアノード電極3との面積比等によっても考慮されるべきであるが、後述する、電極対2における反応が効率良く起こるためには、1.1〜2.0であることが好ましい。このような比でカソード電極4とアノード電極3が設置されることにより、後述するカソード電極4上での還元反応を効率良く進行させることができる。
【0053】
上記のように構成される電極対2は、図8に示されるように、電解槽11の上面に形成された取付部分17に、それぞれ、取付板51をねじ50でねじ止めされることにより、電解槽11に固定される。
【0054】
ここで、電極対2におけるアノード電極3とカソード電極4との位置関係について、図9を参照しつつ説明する。上記したように、カソード電極4は、互いに、スペーサ42により、所定の間隔を確保されるように、保持されている。なお、電極対2においてアノード電極3とカソード電極4が交互に配置されるため、2枚のカソード電極4の間には1枚のアノード電極3が存在することになる。そして、カソード電極4は、間に挟まれたアノード電極3と距離RAを確保されるように、保持される。なお、距離RAは、たとえば4mm程度である。また、図3にも示したように、カソード電極4は、幅方向(両矢印W方向)について、アノード電極3よりも長さRCだけ大きな寸法を有する。なお、長さRCは、たとえば2cm程度である。また、このとき、アノード電極3は、スペーサ42と、距離RBだけ離れるように固定されている。距離RBとは、たとえば、1cm程度である。
【0055】
3.電解槽における化学反応
図10に、電解槽11において、電極対2に通電されることにより起こると考えられる電解反応を模式的に示す。
【0056】
図10を参照して、電解槽11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、以下の式(1),(2)の平衡が成り立っている。
【0057】
2O ⇔ H++OH- (1)
NaCl ⇔ Na++Cl- (2)
また、アノード電極3近傍では、式(3)〜(5)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となる。
【0058】
2H2O ⇔ O2↑+4H++4e- (3)
2Cl- ⇔ Cl2↑+2e- (4)
Cl2+H2O ⇔ H++Cl-+HClO (5)
そして、カソード電極4近傍では、式(6),(7)に示すように、水の電気分解により水素ガスが発生し、アノード電極3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。
【0059】
2H2O+2e- ⇔ H2↑+2OH- (6)
Na++OH- ⇔ NaOH (7)
これにより、カソード電極4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。
【0060】
そして、電解槽11内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、カソード電極4表面で、亜硝酸イオンを経て(式(8)参照)、アンモニアに還元される(式(9)参照)。
【0061】
NO3 -+H2O+2e- ⇔ NO2 -+2OH- (8)
NO2 -+5H2O+6e- ⇔ NH3+7OH- (9)
そして、上記の式(5)に従って生じた次亜塩素酸と、上記の式(9)に従って生じたアンモニアとが、次に示す式(10)に従って反応することにより、窒素ガスが生じる。
【0062】
2/3NH3+HClO → 1/3N2↑+HCl+H2O (10)
なお、上記したような一連の電解反応において、早期に塩化物イオンが電解槽11内に存在すると、上記の式(8)に従って生じた亜硝酸イオンが、上記の式(5)に従って生じた次亜塩素酸によって硝酸イオンに酸化されてしまう。つまり、上記の式(8)の逆反応が起こってしまう。
【0063】
このため、本実施の形態では、電解槽11への塩化物イオンを提供する化合物(塩化ナトリウム)の投入は、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提供する化合物の投入を遅らせることは、特に、電解槽11に導入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るときに有効である。このような元素の次亜塩素酸による酸化は、上記の式(10)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、上記の式(8)で生じた亜硝酸イオンが、上記の式(8)〜(10)の律速反応である式(9)で消費される前に、式(8)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電極4上で還元されるために、当該元素の酸化還元が電解槽11内でサイクリックで起こり、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。
【0064】
図11に、塩化物イオンが投入されない状態での、被処理水における、電解時間と、硝酸イオンおよびアンモニア性窒素の量との関係を示す。図11は、具体的には、塩化物イオンが投入されない状態での、硝酸性窒素濃度が2000mg/L、クロム濃度が4〜5mg/Lの被処理水に対する、電解時間と、硝酸イオンおよびアンモニア性窒素の量との関係を示している。
【0065】
図11を参照して、塩化物イオンが投入されない状態では、電解時間の経過とともに、硝酸イオンの量が減少し、アンモニアの量が増加している。なお、比較として示した破線Xは、塩化物イオンを投入した場合のアンモニア性窒素の量を示している。塩化物イオンを投入した場合には、投入しない場合と比較して、硝酸イオンの減少量およびアンモニアの増加量が、著しく減少している。これは、塩化物イオンが投入されなければ、次亜塩素酸が発生しないので、クロムの次亜塩素酸による酸化が発生せず、時間と経過とともに、アンモニアへと変化する硝酸イオンの量が増えるためである。
【0066】
そして、本実施の形態では、窒素濃度計22により硝酸態窒素およびアンモニア態窒素の量を検知し、硝酸態窒素の1/3以上がアンモニア態窒素へと変換された時点(図11では電解時間「2時間」)で、電解槽11内に塩化物イオン(塩化ナトリウム)を投入している。これは、アンモニア性窒素が多いため、(10)式で示した反応が優先的に進行するためである。
【0067】
なお、塩化物イオン供給槽82から投入される物質は、塩化物イオンを被処理水に供給する化合物で良く、塩化ナトリウムのほか、次亜塩素酸ナトリウム水溶液であっても良い。また、塩化物イオン供給槽82において、電解がなされること等により、直接、次亜塩素酸イオンを発生させ、電解槽11に供給されるようにしてもよい。また、塩化物イオン供給槽82から電解槽11へは、液体だけでなく、固体の化合物が投入されても良い。
【0068】
また、上記したような、電解槽11への塩化物イオンを提供する化合物の投入を遅らせる制御は、電解槽11に導入された被処理水内における硝酸性窒素濃度が2000ミリグラム/L以上であることを条件としてなされることが好ましく、当該濃度が1000ミリグラム/L以上であることを条件としてなされることがさらに好ましい。
【0069】
さらに、上記したような、電解槽11への塩化物イオンを提供する化合物の投入を遅らせる制御は、元素分析器23により、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ると検知されたことを条件としてなされることが好ましい。
【0070】
4.被処理水の窒素化合物除去時の窒素除去装置に対する制御
上記した式(1)〜(10)の化学反応に従って、電解槽11内に導入された被処理水中の硝酸イオンは、アンモニアを経て窒素ガスへと変換される。なお、上記の化学反応に従うと、水酸化ナトリウムが生じるため、被処理水はアルカリ性になる。本実施の形態では、制御回路20は、pHセンサ21により被処理水のpHを検知し、被処理水のpHを5〜9に保つように、硫酸槽81内の希硫酸を電解槽11へと添加する制御を実行している。
【0071】
[第2の実施の形態]
図12は、本発明の第2の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【0072】
本実施の形態の水処理装置は、電解槽61〜65を含む複数の電解槽を備えている。なお、本実施の形態の水処理装置は、12器の電解槽を備えているが、図12には、便宜上その一部の5の電解槽61〜65が示されている。図示されていない電解槽は、特記しない限り、電解槽61〜65と同様の構成を有する。
【0073】
本実施の形態の水処理装置では、12器の電解槽が所定の順番に並べられ、家庭や工場から流出されてきた被処理水は、12器の電解槽に、それらが並べられた順に所定時間(たとえば5分)ごと送られ、各電解槽で、処理されることになる。
【0074】
電解槽61〜65のそれぞれには、直流電源71〜75を含む種々の構成要素が備えられており、制御回路20は、直流電源71〜75を含めて、水処理装置全体を制御する。
【0075】
図13は、電解槽61およびそれに付随する要素の構成を模式的に示す図である。なお、本実施の形態の水処理装置に含まれる12器の電解槽は、すべて、同様の構成を有している。
【0076】
電解槽61には、被処理水が導入されており、当該被処理水に浸されるように、アノード電極3とカソード電極4が備えられている。
【0077】
制御回路20には、直流電源71のほか、電解槽61内の被処理水の導電率を計測する導電率計610、および、電動弁6111,6003が接続されている。
【0078】
家庭や工場から流出されてきた被処理水(または、前に並べられた電解槽から送られて来る被処理水)は、ポンプ6001,フィルタ6002を介して、電解槽61内に導入される。ポンプ6001の動作は、制御回路20により制御される。
【0079】
薬剤部6120には、pHを調整するための硫酸,水酸化ナトリウム等の各種薬剤が貯蔵されている。薬剤部61内の薬剤は、ポンプ6120が動作することにより、適宜、電解槽61内へ導入される。なお、ポンプ6120の動作は、制御回路20により制御される。
【0080】
塩化物イオン供給槽611には、食塩水等の、被処理水に塩化物イオンを提供する化合物(たとえば、塩化ナトリウム)または溶液が収容されている。塩化物イオン供給槽611内の化合物または溶液は、ポンプ6110が動作することにより、電動弁6111を介して、電解槽61内へ導入される。なお、ポンプ6110の動作は、制御回路20により制御される。
【0081】
電解槽61内には、被処理水の温度を検出するための温度計615が設置されている。制御回路20は、温度計615の検知温度を入力され、当該検知温度に基づいて、電解においてアノード電極3とカソード電極4との間に流す電流値を制御する。
【0082】
また、電解槽61内の被処理水は、ポンプ6140が駆動されることにより、pHセンサ614および放熱器613へと循環された後、弁6130を開閉されることにより、電解槽61内へと戻される。このように、電解槽61内の被処理水が冷却される経路が備えられることにより、電解槽61において、高電流での電解が行なわれた場合でも内部の被処理水の温度上昇を抑えられ、当該電解槽61をコンパクトに構成しても、高電流での電解が可能となる。制御回路20は、温度計615の検知温度に基づいて、ポンプ6140の駆動および弁6130の開閉を制御し、放熱器613へと循環される被処理水の量を決定することができる。放熱器613は、ラジエータ等により構成される。また、放熱器613は、図13に示すように、12器の電解槽それぞれに接続されていても良いし、12器の電解槽を連結する管に接続されていてもよい。
【0083】
そして、電解槽61内の被処理水は、電解槽61内での電解処理が終わった後、弁615が開状態とされることにより、次に配列された電解槽等へと排出される。
【0084】
本実施の形態では、電極間の電圧(アノード電極3とカソード電極4との電圧差)を2〜10Vとなるように制御される。2Vを下回ると、上記した式(4)の反応のための酸化還元電位よりも低い電圧しか印加されないことになるため、特に、アノード電極3における塩素発生効率が著しく低下するとともに、上記した式(8)に従ったカソード電極4における硝酸イオンの還元能が著しく低下するからである。また、10Vを上回ると、電解槽61における熱損失が大きくなり、ランニングコストが高くなるとともに、電解槽61内の被処理水の温度が高くなり、電解槽61をポリ塩化ビニルやFRP(Fiber Reineforced Plastic)等の安価な材質で構成することができなくなるからである。
【0085】
ここで、電解槽61における熱損失について具体的に説明する。たとえば、30Lの被処理水が、電極間の電圧を3〜4Vに保たれつつ電解により処理され、その温度が15℃上昇した場合を考える。このとき、アノード電極3およびカソード電極4からなる電極対には、1200Wの電力を供給されていたとする。このとき、水温上昇のために消費された熱量は、30×15=540kcal/h=523Wとなる。つまり、523/1200×100=44%の熱損失となる。
【0086】
上記のような、電極間の電圧の調整は、たとえば、導電率計610の検知出力に基づいて、電解槽61内の被処理水に電解質または水を投入することや、アノード電極3とカソード電極4の距離を調整することにより、行なわれる。具体的には、電極間の電圧が、2Vを下回るときには、電極間の距離が長くされ、10Vを越えるときには、被処理水への電解質もしくは水の投入または電極間の距離が縮められる。
【0087】
本実施の形態の水処理装置は、12器の電解槽のそれぞれの容量をたとえば300Lとされ、その1日の処理量を86m3 とされる。このような水処理装置において、5分ごとに電解槽内の被処理水が次の電解槽に送られると、60L/分の連続運転が可能となる。
【0088】
そして、本実施の形態の水処理装置では、所定時間(5分)ごとに、電解槽内の被処理水が、所定器(「12」)の電解槽に順に送られた後放流されるため、図1に示した廃液タンク100のような当該水処理装置に送る被処理水を貯蔵する装置において、一機に貯蔵しておかなければならない被処理水の量を削減できる。
【0089】
つまり、たとえば、12器の電解槽のそれぞれの容量を300Lとし、5分ごとに各電解槽で処理がなされる場合を考える。この場合、被処理水は、電解槽において「5分×12」で60分の電解処理をなされることになる。また、1時間に「300L×12」で3600Lの被処理水が処理されることになる。本実施の形態を適用せずに、1器の電解槽で3600Lの被処理水を一機に処理する場合には、上記した被処理水を貯蔵する装置は、3600Lの容量を必要とされる。一方、本実施の形態に従えば、上記した被処理水を貯蔵する装置の容量は、300Lで良いことになる。本実施の形態が適用されることにより、水処理装置に送るための被処理水を貯蔵するための装置のコンパクト化が可能となる。
【0090】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態は、単独でも、組合せても、実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の水処理装置の第1の実施の形態を含む、水処理システムの構成を模式的に示す図である。
【図2】 図1の水処理装置の制御ブロック図である。
【図3】 図1の電極対の正面図である。
【図4】 図1の電極対の平面図である。
【図5】 図1の電極対のアノード電極およびカソード電極の、取付板から取外された状態での、平面図をである。
【図6】 (A)は、図1の電極対のカソード電極の正面図であり、(B)は、その側面図である。
【図7】 (A)は、図1の電極対のアノード電極の正面図であり、(B)は、その側面図である。
【図8】 図1の電解槽に電極対が取付けられる態様を説明するための図である。
【図9】 図1の電極対におけるアノード電極とカソード電極との位置関係を説明するための図である。
【図10】 図1の電解槽において、電極対に通電されることにより起こると考えられる電解反応を模式的に示す図である。
【図11】 図1の電解槽において、塩化物イオンが投入されない状態での、被処理水における、電解時間と、硝酸イオンおよびアンモニア性窒素の量との関係を示す図である。
【図12】 本発明の第2の実施の形態の水処理装置を模式的に示す図である。
【図13】 図12の電解槽およびそれに付随する要素の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1 処理水槽、2 電極対、3 アノード電極、4 カソード電極、10 導入口、11,61〜65 電解槽、12〜15 排出口、16 排気口、20 制御回路、21,614 pHセンサ、22 窒素濃度計、23 元素分析器、29,71〜75 直流電源、81 硫酸槽、82,611 塩化物イオン供給槽、610 導電率計、612 薬剤部、613 放熱器、615 温度計。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a water treatment apparatus, and more particularly to a water treatment apparatus that removes unnecessary components in water to be treated containing nitrogen compounds.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it is well known that nitrogen compounds exist as one of the causes of eutrophication of rivers and lakes.
[0003]
Conventionally, techniques for efficiently removing nitrogen compounds by performing electrolytic treatment instead of biological treatment on domestic wastewater and factory wastewater have been disclosed in Patent Documents 1 to 3, etc. . In this electrolytic treatment, for example, nitrate ions, which are a kind of nitrogen oxide, are removed from the water to be treated as nitrogen gas through nitrite ions and ammonia in this order. In these patent documents, the electrode material used in the electrolytic treatment is a conductor containing Group Ib or Group Ib of the periodic table. There is also disclosed a technique for efficiently removing nitrogen oxides by containing ions, converting the halogen ions into hypohalous acid, and reacting with ammonia.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-248473 A
[0005]
[Patent Document 2]
JP 2002-248474 A
[0006]
[Patent Document 3]
JP 2003-53365 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In addition, about such a water treatment apparatus, it is always calculated | required that management is easy.
[0008]
The present invention has been conceived in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a water treatment device that can be easily managed.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A water treatment device according to an aspect of the present invention is a water treatment device for water to be treated containing a nitrogen compound, a housing portion for housing the water to be treated, and an electrode pair provided in the housing portion. A chloride ion adding means for adding a substance that provides chloride ions in a solution to the containing portion, an operation for electrolyzing water to be treated contained in the containing portion of the electrode pair, and the chloride Control means for controlling the addition operation of the chloride ion adding means, the control means, after a predetermined time of electrolysis of the water to be treated by the electrode pair, the chloride ion adding means to the container to the storage unit And adding a substance that provides chloride ions.
[0010]
According to one aspect of the present invention, when electricity is supplied to the electrode pair in the housing portion, nitrate ions are reduced at the cathode and converted to ammonia through nitrite ions. This ammonia is removed from the water to be treated as nitrogen gas by hypochlorous acid generated at the anode. In addition, since a substance that provides chloride ions is introduced into the container after a predetermined time has elapsed since the start of such an electrolytic reaction, nitrite ions generated by reduction of nitrate ions are converted into ammonia. It is possible to suppress oxidation by hypochlorous acid generated from the chloride ions before being reduced to nitrate ions.
[0011]
Thereby, the removal efficiency of the nitrogen oxide in a water treatment apparatus can be improved, From this, the water treatment apparatus which should be installed can be made into a smaller scale than before. Therefore, as a result, management of the water treatment apparatus can be facilitated.
[0012]
In the water treatment apparatus of the present invention, the predetermined time after the electrolysis of the water to be treated by the electrode pair is a time during which 1/3 or more of all nitrogen compounds contained in the water to be treated become ammoniacal nitrogen. It is preferable that
[0013]
Further, the water treatment apparatus of the present invention further includes a compound detection means for detecting whether or not the water to be treated in the container contains a predetermined compound containing chromium, lead, molybdenum, or vanadium, The control means is provided on the condition that the compound detection means detects that the predetermined compound is contained in the water to be treated in the container, and after the predetermined time of the electrolysis of the water to be treated by the electrode pair, It is preferable that the substance is added to the container.
[0014]
Thereby, when the element which consumes hypochlorite ion like chromium, lead, molybdenum, or vanadium is contained, consumption of the hypochlorite ion of the element can be suppressed.
[0015]
The water treatment apparatus of the present invention further includes nitrate nitrogen concentration detection means for detecting the nitrate nitrogen concentration of the water to be treated in the storage section, and the control means includes the nitrate nitrogen concentration detection means. On the condition that it is detected that the nitrate nitrogen concentration in the water to be treated is equal to or higher than a predetermined concentration, after a predetermined time of electrolysis of the water to be treated by the electrode pair, It is preferable to add a substance.
[0016]
In the water treatment apparatus of the present invention, the predetermined concentration for the nitrate nitrogen concentration is preferably 2000 milligrams / liter as the nitrogen concentration.
[0017]
Further, the water treatment apparatus of the present invention further includes an acidic reagent charging unit for charging an acidic reagent into the storage unit, and a total nitrogen concentration detection unit for detecting the total nitrogen concentration of the water to be treated in the storage unit, The control means controls the amount of the acidic reagent input by the acidic reagent input means according to at least one of the total nitrogen concentration of the water to be treated in the container, the current value flowing in the electrode pair, and the total nitrogen concentration. It is preferable to do.
[0018]
A water treatment device according to another aspect of the present invention is a water treatment device for water to be treated containing a nitrogen compound, a housing portion for housing the water to be treated, and an electrode pair provided in the housing portion. And a chloride ion addition means for adding a substance that provides chloride ions in a solution to the container, an operation for electrolyzing water to be treated contained in the container of the electrode pair, and Control means for controlling the addition operation of the chloride ion addition means, and the storage portion is composed of a plurality of electrolytic cells arranged in a predetermined order, and the water to be treated passes between the plurality of electrolytic cells. It further includes a connecting pipe connected so as to be possible, and water supply means for sending the water to be treated between the plurality of electrolytic cells in the predetermined order.
[0019]
According to another aspect of the present invention, continuous processing in a plurality of electrolytic cells is possible.
Thereby, since the tank which should be connected to a water treatment apparatus called the tank which stores the to-be-processed water for sending to an accommodating part can be reduced, management of the said water treatment apparatus can be made easy.
[0020]
Moreover, it is preferable that the water treatment apparatus of this invention further contains the thermal radiation means connected to each of these electrolytic cells, or provided in the said connection pipe.
[0021]
The water treatment apparatus of the present invention further includes temperature detection means for detecting the temperature of the water to be treated in at least one of the plurality of electrolytic tanks, and the control means detects the temperature detection means. It is preferable to control the value of the current flowing through the electrode pair based on the temperature.
[0022]
A water treatment device according to still another aspect of the present invention is a water treatment device for water to be treated containing a nitrogen compound, a housing portion for housing the water to be treated, and an electrode provided in the housing portion. A pair, a chloride ion adding means for adding a substance that provides chloride ions in a solution to the containing portion, an operation for electrolysis of water to be treated contained in the containing portion of the electrode pair, and Control means for controlling the addition operation of the chloride ion addition means, and the electrode pair is opposed to each of the plurality of anode electrodes and each of the plurality of anode electrodes and alternately with the plurality of anode electrodes. In the electrode pair, both ends of the alternately arranged electrodes are cathode electrodes, and the plurality of anode electrodes and the plurality of cathode electrodes are unitized. And further comprising a lifting electrode supporting member.
[0023]
According to still another aspect of the present invention, management of electrodes included in the electrode pair is facilitated.
[0024]
Thereby, management of a water treatment apparatus becomes easy.
In the water treatment apparatus of the present invention, the ratio of the number of the plurality of cathode electrodes to the number of the plurality of anode electrodes among the electrodes alternately arranged in the electrode pair is 1.1 to 2. 0.0 is preferred.
[0025]
In the water treatment apparatus of the present invention, the area of the surface of the cathode electrode facing the anode electrode is preferably larger than the area of the surface of the anode electrode facing the anode electrode.
[0026]
In the water treatment apparatus of the present invention, the electrode support member supports the cathode electrode on the outer side in the direction intersecting with the direction in which the anode electrode and the cathode electrode are arranged rather than supporting the anode electrode. It is preferable.
[0027]
In the water treatment apparatus of the present invention, it is preferable that the electrode support member includes conductive spacers that keep a predetermined distance from each other while electrically connecting the plurality of cathode electrodes.
[0028]
In the water treatment apparatus of the present invention, it is preferable that the conductive spacer is located outside the anode electrode in a direction intersecting with a direction in which the anode electrode and the cathode electrode are arranged.
[0029]
In the water treatment apparatus of the present invention, it is preferable that the electrode support member can release support of the plurality of cathode electrodes without releasing support of the plurality of anodes.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
[First Embodiment]
1. Overview of nitrogen removal equipment
In FIG. 1, the structure of the water treatment system containing 1st Embodiment of the water treatment apparatus of this invention is shown typically.
[0032]
The water treatment system includes a waste liquid tank 100 that stores waste liquid that has flowed out of a home or factory, and a water treatment device that processes waste liquid (treated water) in the waste liquid tank 100.
[0033]
In the water treatment apparatus, an electrolytic tank 11 is installed in the treated water tank 1. An introduction port 10 is formed in the electrolytic cell 11. Water to be treated is introduced into the electrolytic cell 11 from the waste liquid tank 100 through the pump 91 and the introduction port 10.
[0034]
The electrode pair 2 is immersed in the water to be treated in the electrolytic cell 11. Further, dilute sulfuric acid is introduced into the electrolytic cell 11 from the sulfuric acid tank 81 through the pump 96 and the inlet 10, and saline is supplied from the chloride ion supply tank 82 through the pump 92 and the inlet 10. be introduced.
[0035]
The water to be treated in the electrolytic cell 11 is sent to the nitrogen concentration meter 22 through the discharge port 12, the pump 94, and the electric valve 84, and then returned to the electrolytic cell 11 through the introduction port 10.
[0036]
In addition, the water to be treated in the electrolytic cell 11 is sent to the pH sensor 21 through the discharge port 13, the pump 95, and the electric valve 85.
[0037]
In addition, the water to be treated in the electrolytic cell 11 is sent to the element analyzer 23 through the discharge port 15, the pump 93, and the electric valve 83.
[0038]
Moreover, the water to be treated in the electrolytic cell 11 is discharged to the next treatment facility or the like by appropriately opening and closing a valve provided in the discharge port 14.
[0039]
The gas generated in the electrolytic cell 11 is sent out of the electrolytic cell 11 through the exhaust port 16 when the blower motor 98 is driven.
[0040]
Further, water level sensors 24 and 25 are installed in the electrolytic cell 11 and the chloride ion supply tank 82, respectively, so that the amount of water in each tank is managed.
[0041]
In the electrolytic cell 11, chlorine is generated as will be described later. For this reason, the electrolytic cell 11 is preferably made of a material having chemical resistance to chlorine, such as polyvinyl chloride or reinforced glass fiber.
[0042]
FIG. 2 is a control block diagram of the water treatment apparatus of the present embodiment.
The water treatment apparatus includes a microcomputer and a control circuit 20 that controls the operation of the entire water treatment apparatus.
[0043]
Detection outputs from the pH sensor 21, the nitrogen concentration meter 22, the element analyzer 23, and the water level sensors 24 and 25 are input to the control circuit 20. The control circuit 20 controls the operations of the DC power supply 29, the pumps 91 to 96, the blower motor 98, and the motor operated valves 83 to 85 that supply power to the electrode pair 2 based on these detection outputs.
[0044]
2. Electrode pair structure
FIG. 3 is a front view of the electrode pair 2, and FIG. 4 is a plan view of the electrode pair 2.
[0045]
Referring to FIGS. 3 and 4, electrode pair 2 includes an anode electrode 3 and a cathode electrode 4. The anode electrode 3 is made of, for example, a platinum-ruthenium alloy, or an alloy containing copper or iron, and the cathode electrode 4 is made of, for example, an alloy containing brass or an insoluble substance containing a noble metal (coated with a noble metal). Including other materials). Terminals 30 and 40 are provided above the anode electrode 3 and the cathode electrode 4, respectively. The terminals 30 and 40 are attached to the attachment plate 51 by nuts 55 and 57, respectively. A handle 52 is sandwiched between a nut 56 and a nut 57 and fixed to the mounting plate 51. A mounting plate 53 is installed on the nut 55. The mounting plate 53 is fixed on the mounting plate 51 by being sandwiched between the nut 54 and the nut 55. The attachment plate 53 includes a vertical surface 53A on one side thereof.
[0046]
The anode electrode 3 and the cathode electrode 4 are plate bodies. As shown in FIG. 3, the cathode electrode 4 has a larger dimension in the width direction (in the direction of the double arrow W) than the anode electrode 3. Further, the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 are configured such that the areas of the opposing surfaces of the cathode electrode 4 are larger.
[0047]
Further, the cathode electrode 4 and the anode electrode 3 are supported from above by terminals 40 and 30, respectively, by a mounting plate 51, nuts 54 to 57, and a handle 53. The cathode electrode 4 includes a terminal on the outer side in the width direction (in the direction of the double arrow W) than the anode electrode 3, and is supported by the mounting plate 51 or the like at an outer position. The electrode 4 is released from support by the mounting plate 51 and the like by loosening the nut 56 and the nut 57. Therefore, in the present embodiment, the cathode electrode 4 is supported on the mounting plate 51 at a position outside the anode electrode 3, and the anode electrode 3 is removed by loosening the nut 56 and the nut 57. It can be removed and replaced.
[0048]
A plurality of anode electrodes 3 and cathode electrodes 4 are arranged in the depth direction of FIG. FIG. 5 shows a plan view of the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 in a state where they are detached from the mounting plate 51. 6A is a front view of the cathode electrode 4, FIG. 6B is a side view of the cathode electrode 4, FIG. 7A is a front view of the anode electrode 3, and FIG. A side view of the anode electrode 3 is shown.
[0049]
With further reference to FIGS. 5 to 7, conductive spacers 41 and 42 are arranged above and below between the cathode electrodes 4 arranged in the direction of the double arrow D in FIG. 5 (the depth direction in FIG. 3). Thus, the plurality of cathode electrodes 4 are fixed at a constant interval. Further, since the spacers 41 and 42 are located outside the anode electrode 3, it is possible to avoid affecting the arrangement of the anode electrodes 3, and the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 are energized at this position. To avoid it.
[0050]
When the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 shown in FIG. 5 are set as one set, two sets are attached to one attachment plate 51. In the above set, five anodes 3 and six cathode electrodes 4 are unitized. By unitizing in this way, management of the electrode pair 2 becomes easy.
[0051]
In the set shown in FIG. 5, both ends of the alternately arranged electrodes are cathode electrodes 4. As will be described later, in the water treatment apparatus of the present embodiment, the reaction on the cathode electrode 4 is important, and the cathode electrode 4 is considered to be consumed faster than the anode electrode 3.
[0052]
The ratio shown in FIG. 5 and the number of cathode electrodes 4 attached to one attachment plate 51 to the number of anode electrodes 3 is 1.2 in the present embodiment. This ratio should be taken into consideration by the area ratio between the cathode electrode 4 and the anode electrode 3 and the like. However, in order for the reaction in the electrode pair 2 described later to occur efficiently, 1.1 to 2. 0 is preferred. By installing the cathode electrode 4 and the anode electrode 3 at such a ratio, the reduction reaction on the cathode electrode 4 described later can be efficiently advanced.
[0053]
As shown in FIG. 8, the electrode pair 2 configured as described above is fixed to the attachment portion 17 formed on the upper surface of the electrolytic cell 11 by screwing the attachment plate 51 with a screw 50, respectively. It is fixed to the electrolytic cell 11.
[0054]
Here, the positional relationship between the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 in the electrode pair 2 will be described with reference to FIG. As described above, the cathode electrodes 4 are held by the spacers 42 so as to ensure a predetermined interval. Since the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 are alternately arranged in the electrode pair 2, there is one anode electrode 3 between the two cathode electrodes 4. And the cathode electrode 4 is hold | maintained so that the distance RA with the anode electrode 3 pinched | interposed can be ensured. The distance RA is, for example, about 4 mm. Also, as shown in FIG. 3, the cathode electrode 4 has a dimension larger than the anode electrode 3 by a length RC in the width direction (the direction of the double arrow W). The length RC is about 2 cm, for example. At this time, the anode electrode 3 is fixed so as to be separated from the spacer 42 by a distance RB. The distance RB is, for example, about 1 cm.
[0055]
3. Chemical reaction in electrolytic cell
FIG. 10 schematically shows an electrolytic reaction that is considered to occur when the electrode pair 2 is energized in the electrolytic cell 11.
[0056]
Referring to FIG. 10, the following formulas (1) and (2) are balanced in the water to be treated in the electrolytic cell 11 by adding saline (sodium chloride).
[0057]
H2O ⇔ H++ OH-  (1)
NaCl Na Na++ Cl-  (2)
Further, in the vicinity of the anode electrode 3, as shown in the equations (3) to (5), oxygen gas is generated by electrolysis of water, chloride ions become chlorine gas, and part of the chlorine gas is hydrated. It becomes hypochlorous acid.
[0058]
2H2O ⇔ O2↑ + 4H++ 4e-  (3)
2Cl-  Cl Cl2↑ + 2e-  (4)
Cl2+ H2O ⇔ H++ Cl-+ HClO (5)
In the vicinity of the cathode electrode 4, as shown in the equations (6) and (7), hydrogen gas is generated by electrolysis of water, and sodium ions generated at the anode electrode 3 react with hydroxide ions to generate water. Sodium oxide is produced.
[0059]
2H2O + 2e-  ⇔ H2↑ + 2OH-  (6)
Na++ OH-  ⇔ NaOH (7)
Thereby, sodium hydroxide is produced in the vicinity of the cathode electrode 4, and the water to be treated becomes alkaline.
[0060]
Then, nitrate ions in the water to be treated introduced into the electrolytic cell 11 are reduced to ammonia via the nitrite ions on the surface of the cathode electrode 4 (see formula (8)) (see formula (9)).
[0061]
NOThree -+ H2O + 2e-  NO NO2 -+ 2OH-  (8)
NO2 -+ 5H2O + 6e-  NH NHThree+ 7OH-  (9)
And hypochlorous acid produced according to said Formula (5) and ammonia produced according to said Formula (9) react according to Formula (10) shown next, and nitrogen gas will arise.
[0062]
2 / 3NHThree+ HClO → 1 / 3N2↑ + HCl + H2O (10)
In the series of electrolytic reactions as described above, if chloride ions are present in the electrolytic cell 11 at an early stage, nitrite ions generated according to the above formula (8) are generated according to the above formula (5). It is oxidized to nitrate ion by chlorous acid. That is, the reverse reaction of the above formula (8) occurs.
[0063]
For this reason, in this Embodiment, the injection | throwing-in of the compound (sodium chloride) which provides the chloride ion to the electrolytic cell 11 is made after predetermined time progress from electrolysis start. In addition, delaying the introduction of the compound that provides chloride ions in this way is particularly easy to oxidize to hypochlorous acid such as chromium, lead, molybdenum, vanadium in the water to be treated introduced into the electrolytic cell 11. This is effective when an element that forms an oxide is contained. Oxidation of such elements with hypochlorous acid has a much faster reaction rate than the oxidation of ammonia in the above formula (10) with hypochlorous acid, so that the nitrite ions generated in the above formula (8) This is because, before being consumed in the formula (9) which is the rate-limiting reaction of the above formulas (8) to (10), it is oxidized to nitrate ions by the reverse reaction of the formula (8). Further, since the oxide of such an element is reduced on the cathode electrode 4, the redox of the element occurs cyclically in the electrolytic cell 11, and even if the amount of the element in the treated water is very small, the hypoxia. This is because chloric acid is consumed by the element.
[0064]
FIG. 11 shows the relationship between the electrolysis time and the amounts of nitrate ions and ammonia nitrogen in the water to be treated in a state where no chloride ions are added. Specifically, FIG. 11 shows the electrolysis time, nitrate ion, and ammonia for water to be treated having a nitrate nitrogen concentration of 2000 mg / L and a chromium concentration of 4-5 mg / L in the absence of chloride ions. It shows the relationship with the amount of reactive nitrogen.
[0065]
Referring to FIG. 11, in the state where chloride ions are not added, the amount of nitrate ions decreases and the amount of ammonia increases with the passage of electrolysis time. In addition, the broken line X shown as a comparison has shown the quantity of ammonia nitrogen at the time of supplying a chloride ion. When chloride ions are added, the decrease amount of nitrate ions and the increase amount of ammonia are remarkably reduced compared to the case where chloride ions are not added. This is because hypochlorous acid is not generated unless chloride ions are added, so that oxidation of chromium by hypochlorous acid does not occur, and the amount of nitrate ions that change to ammonia increases with time and time. Because.
[0066]
In this embodiment, the nitrogen concentration meter 22 detects the amounts of nitrate nitrogen and ammonia nitrogen, and when 1/3 or more of the nitrate nitrogen is converted to ammonia nitrogen (in FIG. 11, the electrolysis time). In “2 hours”), chloride ions (sodium chloride) are introduced into the electrolytic cell 11. This is because the reaction shown in the formula (10) proceeds preferentially because there is much ammoniacal nitrogen.
[0067]
The substance introduced from the chloride ion supply tank 82 may be a compound that supplies chloride ions to the water to be treated, and may be sodium hypochlorite aqueous solution in addition to sodium chloride. Alternatively, hypochlorite ions may be directly generated and supplied to the electrolytic cell 11 by electrolysis or the like in the chloride ion supply tank 82. Moreover, not only a liquid but a solid compound may be supplied from the chloride ion supply tank 82 to the electrolytic cell 11.
[0068]
In addition, as described above, in the control for delaying the introduction of the compound that provides chloride ions into the electrolytic cell 11, the concentration of nitrate nitrogen in the water to be treated introduced into the electrolytic cell 11 is 2000 mg / L or more. It is preferable to be done on condition that the concentration is 1000 milligram / L or more.
[0069]
Furthermore, the above-described control for delaying the introduction of the compound that provides chloride ions into the electrolytic cell 11 is performed by the elemental analyzer 23 using hypochlorous acid such as chromium, lead, molybdenum, and vanadium in the water to be treated. It is preferable that it is made on condition that it is detected that an element that easily oxidizes to form an oxide is contained.
[0070]
4). Control of nitrogen removal equipment when removing nitrogen compounds from treated water
According to the chemical reaction of the above formulas (1) to (10), nitrate ions in the water to be treated introduced into the electrolytic cell 11 are converted into nitrogen gas via ammonia. In addition, according to said chemical reaction, since sodium hydroxide will arise, to-be-processed water will become alkaline. In the present embodiment, the control circuit 20 detects the pH of the water to be treated by the pH sensor 21 and dilute sulfuric acid in the sulfuric acid tank 81 to the electrolytic cell 11 so as to keep the pH of the water to be treated at 5 to 9. And running control to add.
[0071]
[Second Embodiment]
FIG. 12 is a diagram schematically showing a water treatment apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0072]
The water treatment apparatus according to the present embodiment includes a plurality of electrolytic cells including electrolytic cells 61 to 65. In addition, although the water treatment apparatus of this Embodiment is equipped with 12 electrolytic cells, FIG. 12 shows the 5 electrolytic cells 61-65 of some of them for convenience. The electrolytic cell not shown has the same configuration as the electrolytic cells 61 to 65 unless otherwise specified.
[0073]
In the water treatment apparatus of the present embodiment, 12 electrolyzers are arranged in a predetermined order, and the water to be treated discharged from a home or factory is predetermined in the order in which they are arranged in 12 electrolyzers. It is sent every time (for example, 5 minutes) and processed in each electrolytic cell.
[0074]
Each of the electrolyzers 61 to 65 includes various components including DC power supplies 71 to 75, and the control circuit 20 controls the entire water treatment apparatus including the DC power supplies 71 to 75.
[0075]
FIG. 13 is a diagram schematically showing the configuration of the electrolytic cell 61 and its accompanying elements. In addition, all the 12 electrolytic cells included in the water treatment apparatus of the present embodiment have the same configuration.
[0076]
Water to be treated is introduced into the electrolytic bath 61, and the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 are provided so as to be immersed in the water to be treated.
[0077]
In addition to the DC power supply 71, the control circuit 20 is connected to a conductivity meter 610 that measures the conductivity of the water to be treated in the electrolytic bath 61, and motorized valves 6111 and 6003.
[0078]
To-be-treated water that has flowed out of the home or factory (or to-be-treated water sent from the previously arranged electrolyzers) is introduced into the electrolyzer 61 through the pump 6001 and the filter 6002. The operation of the pump 6001 is controlled by the control circuit 20.
[0079]
The drug part 6120 stores various drugs such as sulfuric acid and sodium hydroxide for adjusting the pH. The chemical | medical agent in the chemical | medical agent part 61 is suitably introduce | transduced in the electrolytic vessel 61 by the pump 6120 operating. The operation of the pump 6120 is controlled by the control circuit 20.
[0080]
The chloride ion supply tank 611 contains a compound (for example, sodium chloride) or a solution that provides chloride ions to the water to be treated, such as saline. The compound or solution in the chloride ion supply tank 611 is introduced into the electrolytic cell 61 via the motor-operated valve 6111 when the pump 6110 is operated. The operation of the pump 6110 is controlled by the control circuit 20.
[0081]
A thermometer 615 for detecting the temperature of the water to be treated is installed in the electrolytic bath 61. The control circuit 20 receives the temperature detected by the thermometer 615, and controls the value of the current that flows between the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 in electrolysis based on the detected temperature.
[0082]
Further, the water to be treated in the electrolytic cell 61 is circulated to the pH sensor 614 and the radiator 613 by driving the pump 6140, and then opened and closed to open the valve 6130 to the electrolytic cell 61. Returned. As described above, by providing a path for cooling the water to be treated in the electrolytic bath 61, even when electrolysis is performed in the electrolytic bath 61 with a high current, an increase in the temperature of the water to be treated can be suppressed. Even if the electrolytic cell 61 is made compact, electrolysis with a high current is possible. The control circuit 20 can control the drive of the pump 6140 and the opening / closing of the valve 6130 based on the temperature detected by the thermometer 615 to determine the amount of water to be circulated to the radiator 613. The radiator 613 is configured by a radiator or the like. Moreover, as shown in FIG. 13, the heat radiator 613 may be connected to each of 12 electrolytic cells, or may be connected to a pipe connecting the 12 electrolytic cells.
[0083]
And the to-be-processed water in the electrolytic vessel 61 is discharged | emitted to the electrolytic cell etc. which were arranged next by the valve 615 being opened after the electrolytic treatment in the electrolytic vessel 61 is completed.
[0084]
In the present embodiment, the voltage between the electrodes (voltage difference between the anode electrode 3 and the cathode electrode 4) is controlled to be 2 to 10V. If the voltage is lower than 2 V, only a voltage lower than the oxidation-reduction potential for the reaction of the above formula (4) is applied. In particular, the chlorine generation efficiency in the anode electrode 3 is significantly reduced, and the above formula ( This is because the reducing ability of nitrate ions in the cathode electrode 4 according to 8) is significantly reduced. When the voltage exceeds 10 V, heat loss in the electrolytic cell 61 increases, the running cost increases, the temperature of the water to be treated in the electrolytic cell 61 increases, and the electrolytic cell 61 is made of polyvinyl chloride or FRP (Fiber Reineforced). This is because it cannot be made of an inexpensive material such as plastic.
[0085]
Here, the heat loss in the electrolytic cell 61 will be specifically described. For example, consider a case where 30 L of water to be treated is treated by electrolysis while the voltage between the electrodes is kept at 3 to 4 V, and the temperature rises by 15 ° C. At this time, it is assumed that 1200 W of power is supplied to the electrode pair including the anode electrode 3 and the cathode electrode 4. At this time, the amount of heat consumed for increasing the water temperature is 30 × 15 = 540 kcal / h = 523 W. That is, the heat loss is 523/1200 × 100 = 44%.
[0086]
The adjustment of the voltage between the electrodes as described above is performed, for example, by introducing an electrolyte or water into the water to be treated in the electrolytic bath 61 based on the detection output of the conductivity meter 610, or by the anode electrode 3 and the cathode electrode. This is done by adjusting the distance of 4. Specifically, when the voltage between the electrodes is less than 2V, the distance between the electrodes is increased, and when it exceeds 10V, the electrolyte or water is added to the water to be treated or the distance between the electrodes is reduced.
[0087]
In the water treatment apparatus of the present embodiment, the capacity of each of the 12 electrolyzers is, for example, 300 L, and the daily treatment amount is 86 m.ThreeIt is said. In such a water treatment apparatus, when the water to be treated in the electrolytic cell is sent to the next electrolytic cell every 5 minutes, a continuous operation of 60 L / min becomes possible.
[0088]
And in the water treatment apparatus of this Embodiment, for every predetermined time (5 minutes), the to-be-processed water in an electrolytic vessel is discharged after being sent to the electrolytic vessel of a predetermined device ("12") in order. In the apparatus for storing the treated water to be sent to the water treatment apparatus such as the waste liquid tank 100 shown in FIG. 1, the amount of the treated water that must be stored in one machine can be reduced.
[0089]
That is, for example, let us consider a case where the capacity of each of the 12 electrolytic cells is 300 L and the treatment is performed in each electrolytic cell every 5 minutes. In this case, the water to be treated is subjected to an electrolysis process for 60 minutes in an electrolytic cell of “5 minutes × 12”. Moreover, 3600L of to-be-processed water will be processed by "300L * 12" in 1 hour. When this embodiment is not applied and 3600 L of water to be treated is processed in a single electrolyzer, the apparatus for storing the water to be treated requires a capacity of 3600 L. . On the other hand, according to this Embodiment, the capacity | capacitance of the apparatus which stores the above-mentioned to-be-processed water may be 300L. By applying this embodiment, the apparatus for storing the water to be treated for sending to the water treatment apparatus can be made compact.
[0090]
Each embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims. Moreover, each embodiment can be implemented independently or in combination.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a water treatment system including a first embodiment of a water treatment apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a control block diagram of the water treatment apparatus of FIG.
FIG. 3 is a front view of the electrode pair in FIG. 1;
4 is a plan view of the electrode pair of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a plan view of the anode electrode and the cathode electrode of the electrode pair of FIG. 1 in a state where they are removed from the mounting plate.
6A is a front view of a cathode electrode of the electrode pair of FIG. 1, and FIG. 6B is a side view thereof.
7A is a front view of an anode electrode of the electrode pair of FIG. 1, and FIG. 7B is a side view thereof.
FIG. 8 is a view for explaining a mode in which an electrode pair is attached to the electrolytic cell in FIG. 1;
9 is a diagram for explaining the positional relationship between an anode electrode and a cathode electrode in the electrode pair in FIG. 1. FIG.
10 is a diagram schematically showing an electrolytic reaction that is considered to occur by energizing an electrode pair in the electrolytic cell of FIG. 1. FIG.
11 is a diagram showing the relationship between the electrolysis time and the amounts of nitrate ions and ammonia nitrogen in the water to be treated in a state where chloride ions are not charged in the electrolytic cell of FIG. 1;
FIG. 12 is a diagram schematically showing a water treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.
13 is a diagram schematically showing the configuration of the electrolytic cell of FIG. 12 and elements associated therewith. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Treated water tank, 2 electrode pair, 3 anode electrode, 4 cathode electrode, 10 inlet, 11, 61-65 electrolysis tank, 12-15 discharge port, 16 exhaust port, 20 control circuit, 21,614 pH sensor, 22 nitrogen Densitometer, 23 Elemental analyzer, 29,71-75 DC power supply, 81 Sulfuric acid tank, 82,611 Chloride ion supply tank, 610 Conductivity meter, 612 Drug part, 613 Radiator, 615 Thermometer.

Claims (16)

窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた電極対と、
前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、
前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段は、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記塩化物イオン添加手段に前記収容部へ前記溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加させる、水処理装置。
A water treatment device for treated water containing nitrogen compounds,
A storage section for storing the water to be treated;
An electrode pair provided in the housing portion;
Chloride ion addition means for adding a substance that provides chloride ions in the solution to the container;
An operation for electrolysis of water to be treated accommodated in the accommodating portion of the electrode pair, and a control means for controlling an addition operation of the chloride ion adding means,
The said control means is a water treatment apparatus which makes the said chloride ion addition means add the substance which provides a chloride ion in the said solution to the said accommodating part after the predetermined time of the electrolysis of the said to-be-processed water by the said electrode pair.
前記電極対による前記被処理水の電解の前記所定時間後とは、前記被処理水に含まれる全窒素化合物の1/3以上がアンモニア性窒素となる時間である、請求項1に記載の水処理装置。The water according to claim 1, wherein the predetermined time after electrolysis of the water to be treated by the electrode pair is a time during which 1/3 or more of all nitrogen compounds contained in the water to be treated become ammoniacal nitrogen. Processing equipment. 前記収容部内の被処理水に、クロム、鉛、モリブデン、または、バナジウムを含む所定の化合物が含まれるか否かを検知する化合物検知手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記化合物検知手段が前記収容部内の被処理水に前記所定の化合物が含まれると検知したことを条件として、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記添加部に前記収容部へ前記物質を添加させる、請求項1または請求項2に記載の水処理装置。
Compound detection means for detecting whether or not the water to be treated in the container contains a predetermined compound containing chromium, lead, molybdenum, or vanadium,
The control means is configured to add the addition after a predetermined time of electrolysis of the water to be treated by the electrode pair on the condition that the compound detecting means has detected that the water to be treated in the container contains the predetermined compound. The water treatment apparatus according to claim 1, wherein the substance is added to the storage unit.
前記収容部内の被処理水の硝酸性窒素濃度を検知する硝酸性窒素濃度検知手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記硝酸性窒素濃度検知手段が前記収容部内の被処理水の硝酸性窒素濃度が所定の濃度以上であることを検知したことを条件として、前記電極対による前記被処理水の電解の所定時間後に、前記添加部に前記収容部へ前記物質を添加させる、請求項1または請求項2に記載の水処理装置。
Further comprising nitrate nitrogen concentration detection means for detecting the nitrate nitrogen concentration of the water to be treated in the container,
The control means is provided on the condition that the nitrate nitrogen concentration detecting means detects that the nitrate nitrogen concentration of the water to be treated in the accommodating portion is equal to or higher than a predetermined concentration. The water treatment apparatus according to claim 1, wherein the substance is added to the storage unit by the addition unit after a predetermined time of electrolysis.
硝酸性窒素濃度についての前記所定の濃度は、窒素濃度として2000ミリグラム/リットルである、請求項4に記載の水処理装置。The water treatment apparatus according to claim 4, wherein the predetermined concentration with respect to the nitrate nitrogen concentration is 2000 mg / liter as the nitrogen concentration. 前記収容部に酸性試薬を投入する酸性試薬投入手段と、
前記収容部内の被処理水の全窒素濃度を検知する全窒素濃度検知手段とをさらに含み、
前記制御手段は、前記収容部内の被処理水の全窒素濃度、前記電極対において流れる電流値、および、全窒素濃度の少なくとも1つに応じて、前記酸性試薬投入手段による酸性試薬の投入量を制御する、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の水処理装置。
An acidic reagent charging means for charging an acidic reagent into the container;
And further comprising a total nitrogen concentration detection means for detecting the total nitrogen concentration of the water to be treated in the container,
The control means determines the amount of the acidic reagent input by the acidic reagent input means according to at least one of the total nitrogen concentration of the water to be treated in the container, the current value flowing in the electrode pair, and the total nitrogen concentration. The water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5, which is controlled.
窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた電極対と、
前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、
前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、
前記収容部は、所定の順序で並べられた複数の電解槽からなり、
前記複数の電解槽の間を、被処理水が通過できるようにつなぐ接続管と、
被処理水を、前記複数の電解槽の間を前記所定の順序で送る送水手段とをさらに含む、水処理装置。
A water treatment device for treated water containing nitrogen compounds,
A storage section for storing the water to be treated;
An electrode pair provided in the housing portion;
Chloride ion addition means for adding a substance that provides chloride ions in the solution to the container;
An operation for electrolysis of water to be treated accommodated in the accommodating portion of the electrode pair, and a control means for controlling an addition operation of the chloride ion adding means,
The accommodating portion is composed of a plurality of electrolytic cells arranged in a predetermined order,
A connecting pipe that connects the water to be treated between the plurality of electrolytic cells;
A water treatment apparatus further comprising water supply means for sending water to be treated between the plurality of electrolytic cells in the predetermined order.
前記複数の電解槽のそれぞれに接続されてまたは前記接続管に設けられた放熱手段をさらに含む、請求項7に記載の水処理装置。The water treatment apparatus according to claim 7, further comprising heat dissipating means connected to each of the plurality of electrolytic cells or provided in the connection pipe. 前記複数の電解槽の少なくとも1つの電解槽内の被処理水の温度を検知する温度検知手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記温度検知手段の検知する温度に基づいて、前記電極対に流す電流値を制御する、請求項7または請求項8に記載の水処理装置。
A temperature detecting means for detecting the temperature of the water to be treated in at least one of the plurality of electrolytic cells;
The water treatment device according to claim 7 or 8, wherein the control unit controls a current value flowing through the electrode pair based on a temperature detected by the temperature detection unit.
窒素化合物を含む被処理水のための水処理装置であって、
被処理水を収容する収容部と、
前記収容部に備えられた電極対と、
前記収容部に、溶液中で塩化物イオンを提供する物質を添加する塩化物イオン添加手段と、
前記電極対の前記収容部内に収容された被処理水の電解についての動作、および、前記塩化物イオン添加手段の添加動作を制御する制御手段とを含み、
前記電極対は、複数枚のアノード電極と、前記複数枚のアノード電極のそれぞれと対向しかつ当該複数枚のアノード電極と交互に並べられた複数枚のカソード電極を含み、
前記電極対において、交互に配置された電極の両端はカソード電極であり、
前記複数枚のアノード電極および前記複数枚のカソード電極をユニット化して支持する電極支持部材をさらに含む、水処理装置。
A water treatment device for treated water containing nitrogen compounds,
A storage section for storing the water to be treated;
An electrode pair provided in the housing portion;
Chloride ion addition means for adding a substance that provides chloride ions in the solution to the container;
An operation for electrolysis of water to be treated accommodated in the accommodating portion of the electrode pair, and a control means for controlling an addition operation of the chloride ion adding means,
The electrode pair includes a plurality of anode electrodes, and a plurality of cathode electrodes facing each of the plurality of anode electrodes and alternately arranged with the plurality of anode electrodes,
In the electrode pair, both ends of the alternately arranged electrodes are cathode electrodes,
The water treatment apparatus further includes an electrode support member that supports the plurality of anode electrodes and the plurality of cathode electrodes as a unit.
前記電極対において交互に配置された電極の中の、前記複数枚のアノード電極の枚数に対する前記複数枚のカソード電極の枚数の比は、1.1〜2.0である、請求項10に記載の水処理装置。11. The ratio of the number of the plurality of cathode electrodes to the number of the plurality of anode electrodes among the electrodes alternately arranged in the electrode pair is 1.1 to 2.0. Water treatment equipment. 前記カソード電極の前記アノード電極に対向する面の面積は、当該アノード電極の当該アノード電極に対向する面の面積よりも大きい、請求項10または請求項11に記載の水処理装置。The water treatment device according to claim 10 or 11, wherein an area of a surface of the cathode electrode facing the anode electrode is larger than an area of a surface of the anode electrode facing the anode electrode. 前記電極支持部材は、前記アノード電極を支持するよりも、前記アノード電極および前記カソード電極が並べられている方向に交わる方向について外側で、前記カソード電極を支持している、請求項10〜請求項12のいずれかに記載の水処理装置。The electrode support member supports the cathode electrode on the outer side in a direction intersecting with the direction in which the anode electrode and the cathode electrode are arranged rather than supporting the anode electrode. The water treatment apparatus according to any one of 12. 前記電極支持部材は、前記複数のカソード電極同士を電気的に接続しつつ、互いに所定の間隔を保持させる、導電性のスペーサを含む、請求項10〜請求項13のいずれかに記載の水処理装置。The water treatment according to any one of claims 10 to 13, wherein the electrode support member includes a conductive spacer that electrically connects the plurality of cathode electrodes and maintains a predetermined distance from each other. apparatus. 前記導電性のスペーサは、前記アノード電極および前記カソード電極が並べられている方向に交わる方向について前記アノード電極よりも外側に位置する、請求項14に記載の水処理装置。The water treatment apparatus according to claim 14, wherein the conductive spacer is located outside the anode electrode in a direction intersecting with a direction in which the anode electrode and the cathode electrode are arranged. 前記電極支持部材は、前記複数のアノードの支持を解除することなく、前記複数のカソード電極の支持を解除できる、請求項10〜請求項15のいずれかに記載の水処理装置。The water treatment apparatus according to any one of claims 10 to 15, wherein the electrode support member can release support of the plurality of cathode electrodes without releasing support of the plurality of anodes.
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