硝酸性窒素を含む排水の連続的処理方法及び装置
【課題】 イオン交換膜等の隔膜を用いる電解により硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理し、かつ塩素発生用電極にＤＳＥを好適に使用できる排水処理する技術の提供。
さらに、好ましくは余剰の塩素を生成することなく硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する技術の提供。
【解決手段】 その技術は隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた電解槽の陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送して硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送して塩素ガスを生成させ、前記陽極室で生成した塩素ガスと前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水とを気液接触室に導いて気液反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とする。
さらに、好ましくは余剰の塩素を生成することなく硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する技術の提供。
【解決手段】 その技術は隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた電解槽の陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送して硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送して塩素ガスを生成させ、前記陽極室で生成した塩素ガスと前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水とを気液接触室に導いて気液反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高濃度、小規模の排水処理に有効な、硝酸性窒素を含む排水を電解により処理して脱窒する硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する方法及び装置に関する。
より詳しくは、本発明は、特に高濃度、小規模の排水処理に有効な、硝酸性窒素を含む排水を電解により処理して、アンモニア及び塩素を生成し、生成した塩素とアンモニアを含有する排水とを気液反応させて脱窒する硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
硝酸性窒素成分を含む排水は、凝集沈殿法その他の薬剤添加による処理が難しく、専ら嫌気性細菌による生物処理が行われる。
その生物処理方法は、アンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する硝化工程と、硝酸態窒素を窒素ガスに変換する脱窒工程の２工程により行われるため、２つの異なる反応槽が必要となると共に、著しく長い処理時間を要するため、処理効率が著しく悪いという問題があった。
さらに、この生物処理方法では、脱窒素細菌を保有するために、大容量の嫌気槽が必要となり、設備建設コスト高騰、装置設置面積の増大を招くという問題もある。
【０００３】
また、この脱窒素細菌の活動は、周囲の温度環境、被処理水中に含有される成分等により著しく影響される。
そのため、特に温度が低くなる冬場になると活動が低下し、その結果脱窒素作用が低下し処理効率が不安定となるという問題もある。
このようなことに加えて、近年排水中の窒素の総量が規制されるなど排水処理基準の厳格化などとあいまって有効、かつ、簡易な処理方法の開発機運が高まっている。
特に、高濃度、小規模の排水処理ニーズに対応できる処理方法が求められている。
【０００４】
【非特許文献１】広直樹,廣瀬潤,北山直樹,Electrochemistry,71,No.1(2003)
【特許文献１】特許第３５３０５１１号 近年、それに対処する方法として電解を利用した硝酸性窒素含有排水の処理方法が提案されている。 その方法は非特許文献１が開示する方法であり、それは電解槽の陰極においてＮＯ3-を還元してＮＯ2-を生成し、ついでそのＮＯ2-を更に還元してアンモニアを生成し、他方陽極においては塩素あるいは活性酸素を生成し、それら生成したアンモニアと塩素あるいは活性酸素とを反応させて、アンモニアを窒素にすることにより排水を脱窒する方法であり、それは特許文献１においても従来技術として開示されている。
【０００５】
その提案されている電解を利用した硝酸性窒素含有排水の処理方法においても、陽極側で塩素あるいは活性酸素の生成に加えて硝酸イオンを生成する逆反応も副次的に発生し、窒素除去効率を低下させるという問題が生じている。
この問題を解消するための技術も前記特許文献１で既に提案されており、それはイオン交換膜を隔膜として陰極室と陽極室とに区画した電解槽を用いて、硝酸性窒素を含有する排水を陰極室に供給して電解を行い、アンモニアを生成した後、そのアンモニアを溶存する排水を陽極室に移動させ、アンモニアと陽極室で生成した次亜塩素酸又は酸素とを反応させて窒素を生成させて脱窒する方法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、この提案されたイオン交換膜を隔膜として用いる電解による脱窒方法では、電解とアンモニアからの窒素の生成反応とが交互に行われており、その硝酸性窒素含有排水の処理は、間欠的で不連続なものとなっている。
また、次亜塩素酸又は酸素を生成させる陽極室には、アンモニアを生成した後の排水が供給されることから、電解時に塩素以外のアンモニアや硝酸態窒素も共存することが回避できない。
【０００７】
そのため、塩素を発生させる際の陽極用電極に好適とされているＤＳＥ（寸法安定電極）が、共存する硝酸態窒素のために消耗が速くなることが避けられず、特に比較的安価なルテニウム系のＤＳＥは使用することが難しい。
本発明は、これら問題を解消できる、イオン交換膜等のイオン移動を回避できる隔膜を用いて、電解により脱窒する方法を提供することを発明の解決すべき課題とするものである。
【０００８】
なお、このＤＳＥは、Dimensionaly Stable Electrodeの略称であり、１９６５年オランダ人、ヘンリー.Ｂ.ベアーが発明した白金族金属酸化物を電極触媒物質として、チタンなどのバルブ金属基体上に被覆した電極であり、それは電気化学的には塩素発生の過電圧が無視できる程度に小さいという特徴があり、かつ驚くほどの長寿命である。
この電極が前記のように呼称されるのは、従来工業電解の電極に使用されてきた、グラファイトや鉛合金電極は不溶性であるとはいうものの、使用と共に磨耗し、変形が起こるのが常であり、寸法安定であるものではなったの対し、ＤＳＥは実質的に磨耗、変形が全くないことからであった。
【０００９】
以上のとおりであり、本発明は、イオン交換膜等の隔膜を用いる電解により、硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する技術を提供することを課題とするものである。
また、塩素発生用電極にＤＳＥを好適に使用することができる硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する技術を提供することを課題とするものである。
さらに、好ましくは、電解により生成した塩素が過剰とならずに、全てアンモニアの分解反応に利用できる、すなわち当量となるようにすることができる硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する技術を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を達成するために採用した硝酸性窒素を含む排水の連続的処理方法及び処理装置を提供するものであり、前者の処理方法は、隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた電解槽の陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送して塩素ガスを生成させ、
前記陽極室で生成した塩素ガスと前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水とを気液接触室に導いて気液反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とするものである。
【００１１】
また、そのより好ましい方法は、隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第１の電解槽の陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送して塩素ガスを生成させると共に、
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第２の電解槽の陰極室に、硝酸性窒素を含む、第１の電解槽に給送した排水とは別の排水を給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
第２の電解槽の陽極室に苛性アルカリまたは炭酸アルカリを給送して酸素ガスを生成させ、
前記第１の電解槽の陽極室で生成した塩素ガスと、前記第１の電解槽及び第２の電解槽の陰極室で生成したアンモニアを含有する排水とを気液接触室に導いて気液反応させて窒素と塩酸にすることを特徴とする。
【００１２】
そして、後者の硝酸性窒素を含む排水の連続的処理装置は、隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた電解槽、
陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送する排水供給管、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送する供給管、
前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を気液接触室に連続的に導く配管、
前記陽極室で生成した塩素ガスを気液接触室に導く配管を具備し、
前記気液接触室に導いたアンモニアと塩素とを反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とするものである。
【００１３】
また、そのより好ましい装置は、隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第１の電解槽、
前記陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送する第１排水供給管、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送する供給管、
前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を気液接触室に連続的に導く配管、
前記陽極室で生成した塩素ガスを気液接触室に導く配管
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第２の電解槽、
前記第２の電解槽の陰極室に、硝酸性窒素を含む、第１の電解槽に給送した排水とは別の排水を給送する第２排水供給管、
前記第２の電解槽の陽極室に苛性アルカリ又は炭酸アルカリ水溶液を給送する供給管、
前記第２の電解槽の前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を前記気液接触室に連続的に導く配管とを具備し、前記気液接触室に導いたアンモニアと塩素とを反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の硝酸性窒素を含む排水の連続的処理方法及び処理装置では、硝酸性窒素を含む排水は連続的に陰極室に給送されて、ここにおいて電解されてアンモニアを生成する。
その生成したアンモニアを含有する排水は、気液接触室に連続的に導入され、ここに導入された塩素ガスと連続的に反応して酸化分解されて窒素となり、このようにして本発明では排水は連続的に処理することができる。
また、本発明では、塩素が生成する陽極には腐蝕消耗を起こす硝酸性窒素が存在しないので、その存在を嫌うＤＳＥを陽極として好適に使用することができる。
【００１５】
さらに、本発明では、陽極室で酸素ガスを生成する第２の電解槽を付設することにより、電解により生成した塩素が過剰とならずに、全てアンモニアの分解反応に利用できるようにすることができる。
すなわち、本発明では生成した塩素とアンモニアとが当量となるようにすることができ、その結果生成した塩素の全てがアンモニアの分解に無駄なく利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下において、本発明に関し発明を実施するための最良の形態を含む、本発明の実施の形態に関し図１及び２を用いて詳述するが、本発明は、これら実施の形態によって何等限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもない。
その図１は、本発明の基本的な形態（以下、第１の形態ということもある）を示すものであり、図２は本発明の最良の形態（以下、第２の形態ということもある）を示すものである。
【００１７】
その図１において、電解槽１は、イオン交換膜を隔膜に用いることにより陽極室１Ａと陰極室１Ｂに区画されており、本発明の処理対象の排水である硝酸性窒素を含む排水ａは、給液弁５が付設された配管陰極液槽４内に給液される。
ここに給液された排水ａは、陰極液循環ポンプ７により陰極室１Ｂに供給され、その陰極室１Ｂにおいて電解され、次いで陰極液槽４内に戻されることにより排水ａの循環サイクルが形成され、排水ａの循環が繰り返される。
【００１８】
その間に硝酸性窒素は、電解により下記式（１）の反応によりまず亜硝酸性窒素に還元され、更に下記式（２）に示す反応により還元されてアンモニアを生成する。
ＮＯ3-＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→ＮＯ2-＋２ＯＨ- 式（１）
ＮＯ2-＋５Ｈ2Ｏ＋６ｅ-→ＮＨ3＋７ＯＨ- 式（２）
このアンモニアを形成した排水の一部は、前記循環サイクルの配管から分岐する配管により、送液弁１１を経て連続的に取り出され、気液接触室に送給される。
【００１９】
他方、陽極室１Ａには硝酸性窒素を含有しない塩素イオン含有水が送給されて電解が行われ、下記式（３）に示す反応により塩素ガスが生成され、生成した塩素ガスは気液接触室に送給される。
８Ｃｌ→４Ｃｌ2＋８ｅ- 式（３）
なお、陰極室においてアンモニアガスも一部発生するが、そのアンモニアガスは塩素ガスと共に気液接触室２に供給される。
【００２０】
その気液接触室２に供給された塩素、アンモニア含有排水及びアンモニアガスは気液接触し、塩素とアンモニアとが下記式（４）に示す反応により窒素と塩化水素が生成され、排水は脱窒される。
ＮＨ3＋３/２Ｃｌ2→１/２Ｎ2＋３ＨＣｌ 式（４）
なお、式（１）〜式（４）からわかるように、前記電解反応においては、アンモニアより塩素の生成量の方が多くなり、アンモニア分解に関与することができない過剰の塩素が生成することになる。
【００２１】
この点に関し、詳述すると以下のとおりである。
すなわち、前記電解反応においては、式（１）〜式（３）の記載から明らかなとおりアンモニア（ＮＨ3）１モルが生成すると、塩素が４モル生成することになる。
そして、アンモニアの分解反応における塩素とアンモニアのモル比は、式（１）から明らかなとおり１：３/２であるから、塩素及びアンモニア生成時における電流効率を共に１００％とすると、生成した塩素は、５/２モルが前記式（４）に関与することができない余剰のものとなる。
【００２２】
この余剰の塩素は極めて有毒な物質であり、大気中に放出した場合には、大気汚染を引き起こすことになるので、その放散を回避するために、例えばアルカリ溶液で吸収する等の設備を別途付設することが必要となる。
本発明では、このような余剰の塩素を生成しない最良の形態も開発されており、それが図２に示す図１とは異なる別な形態である。
その形態について図２を用いて詳細に説明する。
【００２３】
その図２において、第１電解槽１及び第２電解槽１０は、イオン交換膜を隔膜に用いて共に陽極室と陰極室に区画されている。
本発明の処理対象の排水である硝酸性窒素を含む排水ａは、給液弁５が付設された配管により陰極液槽４内に給液される。
ここに給液された排水ａは、陰極液循環ポンプ７により第１電解槽の陰極室１Ｂに供給され、その陰極室１Ｂにおいて電解され、次いで陰極液槽４内に戻されることにより、排水ａの循環サイクルが形成され、排水ａの循環が繰り返される。
【００２４】
その間に硝酸性窒素は、電解によりまず亜硝酸性窒素に還元され、更に還元されてアンモニアを生成する。
このアンモニアを生成した排水の一部は、前記循環サイクルの配管から分岐する配管により、送液弁９を経て連続的に取り出され、気液接触室２に送給される。
他方、第１電解槽１の陽極室１Ａには、硝酸性窒素を含有しない塩素イオン含有水が送給されて電解が行われ塩素ガスが生成し、その生成した塩素ガスも気液接触室２に送給される。
なお、陰極室１Ｂにおいてアンモニアガスも一部発生するが、そのアンモニアガスは塩素ガスと共に気液接触室２に供給される。
【００２５】
そして、硝酸性窒素を含む排水ａは、給液弁１９が付設された配管により陰極液槽１８内にも給液され、その排水ａは、陰極液循環ポンプ１２により第２電解槽１０の陰極室１０Ｂにも供給され、その陰極室１０Ｂにおいて電解され、次いで陰極液槽４内に戻されることにより、排水ａの循環サイクルが形成され、第２電解槽においても排水ａの循環が繰り返される。
その間に硝酸性窒素は、電解によりまず亜硝酸性窒素に還元され、更に還元されてアンモニアを生成する。
【００２６】
このアンモニアを形成した排水は、前記循環サイクルの配管から分岐する配管により、送液弁１５を経て連続的又は間欠的に取り出され、第１電解槽におけるアンモニアを形成した排水と同様に気液接触室２に送給される。
他方、第２電解槽１０の陽極室１０Ａには、アルカリ水溶液が送給されて電解が行われ酸素ガスが生成し、生成した酸素ガスは大気中に放出される。
なお、第１電解槽及び第２電解槽から気液接触室に供給された塩素、アンモニア含有排水及びアンモニアガスは気液接触し、塩素とアンモニアとが反応し窒素と塩化水素とが生成され、排水は脱窒される。
【００２７】
以上のとおりであり、この第２の形態においては、第２電解槽で塩素が発生することなく、アンモニアが生成しており、その結果第１電解槽で生成するアンモニア量と第２電解槽で生成するアンモニアの合計量と、第１電解槽で発生する塩素量とがアンモニア分解を行う際の当量となるように調節することができる。
そのため、これらの量を調節しながら、電解を行うことにより余剰の塩素を発生することなくアンモニアを分解して排水の脱窒をすることができ、余剰塩素処理のための付帯設備を設置する必要がない。
【００２８】
そして、発生した塩素の全量をアンモニアの分解に利用し余剰の塩素が発生しないように電解にするには、基本的には塩素が発生する第１電解槽で使用する電気量と、酸素が発生する第２電解槽で使用する電気量とを３／２：５／２、すなわち３：５となるように制御することにより調節することで行うことができる。
したがって、使用する電気量を前記したとおりに調節しながら第１及び第２電解槽で電解を連続的に行い、特に第２電解槽においても第１電解槽と同様に連続的に電解を行い、電解後の生成したアンモニアを含有する排水の一部を連続的に取り出して気液接触室２に送給することにより生成した塩素の全量をアンモニアの分解に利用するようにすることができ、余剰の塩素の発生を回避することができる。
【００２９】
前記のとおりではあるが、実際には硝酸性窒素を含む排水ａ中における硝酸性窒素量は、絶えず一定ではなく時々刻々変化するのが現状であり、さらに電解の電流効率も９５％前後で変化し、かつ塩素とアンモニアでは電流効率も異なっており、電気量で塩素量とアンモニア量を対応するするように完璧に調節することは難しいところがある。
そのような変化に完璧に対処しながら、両電解槽とも連続運転するのには、計装設備に要する費用は多大となり、かつ装置運行・管理に優秀な技術者を必要とする等の負担が掛かり必ずしも得策であるとは言いがたい。
【００３０】
そこで、これらの点を回避する方法としては、第１電解槽の陰極室側系列のみを連続的に運転し、第２電解槽の陰極側系列は間欠的運転を行う方法もあり、この方法の方が現実的である。
例えば、第２電解槽のみを運転して、まずアンモニアと酸素を生成しアンモニアを含有する排水を気液接触室２に供給・貯留し、その後第１電解槽の運転を開始して、塩素とアンモニアを生成し、生成した塩素とアンモニアを含有する排水を気液接触室２に供給することで塩素が過剰になることを回避することができる。
【００３１】
なお、その際には第１電解槽運転開始後も第２電解槽も運転は継続し電解を行うが、気液接触室２へのアンモニアを含有する排水の供給は停止する。
また、その際には、気液接触室２中のアンモニア量又はｐＨを計測し、アンモニアを含有する排水量が塩素量に比して不足した場合には、第２電解槽より該排水を補給し、それにより塩素量とアンモニア量はバランスをとればよい。
【実施例１】
【００３２】
以下において、本発明について２つの実施例を示すが、本発明は、これら実施例によって何等限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもない。
実施例１は図１に図示する第１の形態の実施例であり、これについて以下に開示する。
電解槽１の陰極に線径１ｍｍ×１００メッシュ銅網、陽極に酸化ルテニウムを焼付けした１ｍｍｔ×目開き１ｍｍＨ×２ｍｍＬチタンラス板、電解隔膜として陽イオン交換膜（旭硝子製セレミオンＣＭＶ）を使用した。
【００３３】
陰極液槽４に硝酸性窒素をＮとして１９９０ｍｇ／ｌ含む排水ａを給液弁５を有する配管より０．５４ｌ／ｍｉｎの流量で定量的に供給し、同流量で電解槽１の陰極室１Ｂに定量的に供給した。
その陰極液槽４内の液は陰極液ポンプ７により電解槽１の陰極側に送液して循環しながら電解した。
他方、陽極液槽３には、Ｃｌとして初濃度２５０００ｍｇ／ｌを含む食塩水を１００ｌ供給し、それを陽極液ポンプ６により陽極室１Ａに循環しながら定電流１キロアンペアで電解した。
なお、陰極液は連続供給であり、陽極液はバッチ供給である。
【００３４】
このようにして硝酸性窒素を含む排水ａは連続電解され、排出弁１１から毎分０．５４ｌ／ｍｉｎの流量で連続的に排出され、気液接触室２に給送される。
その排出された電解後の排水の組成は、アンモニア性窒素（Ｎとして）１８７０ｍｇ／ｌ、亜硝酸性窒素（Ｎとして）２３ｍｇ／ｌ、硝酸性窒素（Ｎとして）９０ｍｇ／ｌで、硝酸イオン還元（ＮＨ3生成）に対する電流効率は９２．８％であった。
他方、電解槽１の陽極から発生する塩素ガスｃは、配管を通して気液接触室２に導き、前記排出弁１１から排出したアンモニア性窒素を主成分とする排水と接触させた。
【００３５】
その気液接触室２において気液接触された排水を０．５４ｌ／ｍｉｎの流量で排出弁８を有する配管から排出したところ、その排水ｂの組成はＣｌ-が１４．５ｇ／ｌ、硝酸性窒素（Ｎとして）１２０ｍｇ／ｌ、アンモニア性窒素（Ｎとして）３ｍｇ／ｌであった。
この第１の形態においては、前記したとおり余剰の塩素ガスが生成しており、その塩素ガスを含む排ガスｄはエアポンプ９により吸引し図示されていない５ｗ％水酸化Ｎａ水溶液に吸収させた。
１時間電解後の陽極液中のＣｌ濃度は１３０００ｍｇ／ｌで塩素ガス生成に対する電流効率は９８．１％であった。
また、陽極液から陰極液にイオン交換膜を通じて移動したＮａ+の輸率は０．９８であった。
【実施例２】
【００３６】
次ぎに、本発明の最良の形態である実施例について以下に開示する。
電解槽１の陰極に線径１ｍｍ×１００メッシュ炭素鋼網、陽極に酸化ルテニウムを焼付けした１ｍｍｔ×目開き１ｍｍＨ×２ｍｍＬチタンラス板、電解隔膜として陽イオン交換膜（旭硝子製セレミオンＣＭＶ）を使用した。
また、余剰の塩素を生成させないために設置した第２電解槽１０の陰極に線径１ｍｍ×１００メッシュ銅網、陽極に１ｍｍｔ×５０メッシュ炭素鋼網、電解隔膜として陽イオン交換膜（旭硝子製セレミオンＣＭＶ）を使用した。
【００３７】
本実施例では、塩素の生成量をアンモニアの生成量と対応し過剰とさせないために、第１電解槽の電解開始前に第２電解槽１０の電解をまず開始する。
そのために陰極液槽１８に硝酸性窒素をＮとして２００６ｍｇ／ｌ含む排水ａを給液弁１９を有する配管より１００ｌ供給し、供給後該排水を陰極液ポンプ１２により電解槽１の陰極側に送液し循環しながら定電流の１ＫＡで３時間電解を行った。
その際には、陽極液槽１３には、電解開始前に給液弁１１を具備する配管より５ｗ％水酸化ナトリウム水溶液ｅが１００ｌ供給されており、電解開始時にはこれが陽極室に循環されている。
【００３８】
３時間電解後の陰極液（排水）組成は、アンモニア性窒素（Ｎとして）１９１０ｍｇ／ｌ、亜硝酸性窒素（Ｎとして）１０ｍｇ／ｌ、硝酸性窒素（Ｎとして）８０ｍｇ／ｌであり、その排水１００ｌを気液接触室２に送液弁１５を有する配管により送液した。
硝酸イオン還元（ＮＨ3生成）に対する電流効率は９７．５％であった。
また、陽極液から陰極液にイオン交換膜を通じて移動したＮａ+の輸率は０．９９であった。
なお、その際に陽極室で生成するのは塩素ではなく酸素であり、これは毒性がないので大気に放出することができ、かつ塩素量の生成増加を招くこともない。
また、前記送液後引き続き電解を継続するために極液槽１８には前記硝酸性窒素を含む排水ａを給液する。
【００３９】
次いで、この状態になった時点において第１電解槽１の電解を開始することになるが、そのために陰極液槽４に硝酸性窒素をＮとして２０３０ｍｇ／ｌ含む排水ａを給液弁５を有する配管より０．５２ｌ／ｍｉｎの流量で定量的に供給し、同流量で電解槽１の陰極室１Ｂに定量的に供給する。
陰極液槽４内の液は陰極液ポンプ７により電解槽１の陰極側に送液して循環しながら電解した。
【００４０】
このようにして硝酸性窒素を含む排水ａは連続電解され、排出弁１１から毎分０．５２ｌの流量で連続的に排出され、気液接触室２に給送される。
その排出された電解後の排水の組成は、アンモニア性窒素（Ｎとして）１９３０ｍｇ／ｌ、亜硝酸性窒素（Ｎとして）１８ｍｇ／ｌ、硝酸性窒素（Ｎとして）７０ｍｇ／ｌで、硝酸イオン還元（ＮＨ3生成）に対する電流効率は９２．２％であった。
他方、陽極液槽３には、Ｃｌとして初濃度２５０００ｍｇ／ｌを含む食塩水を１００ｌ供給し、それを陽極液ポンプ６により陽極室１Ａに循環しながら定電流１キロアンペアで１．５時間電解した。
なお、陰極液は連続供給であり、陽極液はバッチ供給である。
【００４１】
その第１電解槽１の陽極からは塩素ガスｃが発生し、その塩素ガスは配管を通して気液接触室２に導き、前記排出弁１１から排出したアンモニア性窒素を主成分とする排水等と接触させた。
１．５時間電解した後の陽極液中におけるＣｌ濃度は６０００ｍｇ／ｌで塩素ガス生成に対する電流効率は９５．８％であった。
また、陽極液から陰極液にイオン交換膜を通じて移動したＮａ+の輸率は０．９６であった。
その間に、第１電解槽から気液接触室に導入された塩素の全量は１．９０１ｋｇであり、アンモニア性窒素含有する電解後の排水の全量は１４６．８ｌであった。
【００４２】
その気液接触室２では、送液弁１５を具備する配管から受入れた第２電解槽の陰極室１０Ｂからの排水と、送液弁９を具備する配管から受け入れた第１電解槽の陰極室からの排水と、第１電解槽の陽極室で発生した塩素ガスとを接触させて、前記式（４）による反応をさせて、アンモニアを分解して窒素を形成して排水を脱窒する。
その脱窒後の排水の組成はＣｌ-が１３．８ｇ／ｌ、硝酸性窒素（Ｎとして）１１０ｍｇ／ｌ、アンモニア性窒素（Ｎとして）８ｍｇ／ｌであった。
その反応後の気体には事実上毒性のある気体は残存しないので、気液接触室から空放した。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の１実施の形態を示す図。
【図２】本発明の最良な実施の形態を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
ａ 排水
１ 電解槽
１Ａ 陽極室
１Ｂ 陰極室
２ 気液接触室
３ 陽極液槽
４ 陰極液槽
５ 給液弁
６ 陽極液ポンプ
７ 陰極液循環ポンプ
１１ 排出弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に高濃度、小規模の排水処理に有効な、硝酸性窒素を含む排水を電解により処理して脱窒する硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する方法及び装置に関する。
より詳しくは、本発明は、特に高濃度、小規模の排水処理に有効な、硝酸性窒素を含む排水を電解により処理して、アンモニア及び塩素を生成し、生成した塩素とアンモニアを含有する排水とを気液反応させて脱窒する硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
硝酸性窒素成分を含む排水は、凝集沈殿法その他の薬剤添加による処理が難しく、専ら嫌気性細菌による生物処理が行われる。
その生物処理方法は、アンモニア態窒素を硝酸態窒素に変換する硝化工程と、硝酸態窒素を窒素ガスに変換する脱窒工程の２工程により行われるため、２つの異なる反応槽が必要となると共に、著しく長い処理時間を要するため、処理効率が著しく悪いという問題があった。
さらに、この生物処理方法では、脱窒素細菌を保有するために、大容量の嫌気槽が必要となり、設備建設コスト高騰、装置設置面積の増大を招くという問題もある。
【０００３】
また、この脱窒素細菌の活動は、周囲の温度環境、被処理水中に含有される成分等により著しく影響される。
そのため、特に温度が低くなる冬場になると活動が低下し、その結果脱窒素作用が低下し処理効率が不安定となるという問題もある。
このようなことに加えて、近年排水中の窒素の総量が規制されるなど排水処理基準の厳格化などとあいまって有効、かつ、簡易な処理方法の開発機運が高まっている。
特に、高濃度、小規模の排水処理ニーズに対応できる処理方法が求められている。
【０００４】
【非特許文献１】広直樹,廣瀬潤,北山直樹,Electrochemistry,71,No.1(2003)
【特許文献１】特許第３５３０５１１号 近年、それに対処する方法として電解を利用した硝酸性窒素含有排水の処理方法が提案されている。 その方法は非特許文献１が開示する方法であり、それは電解槽の陰極においてＮＯ3-を還元してＮＯ2-を生成し、ついでそのＮＯ2-を更に還元してアンモニアを生成し、他方陽極においては塩素あるいは活性酸素を生成し、それら生成したアンモニアと塩素あるいは活性酸素とを反応させて、アンモニアを窒素にすることにより排水を脱窒する方法であり、それは特許文献１においても従来技術として開示されている。
【０００５】
その提案されている電解を利用した硝酸性窒素含有排水の処理方法においても、陽極側で塩素あるいは活性酸素の生成に加えて硝酸イオンを生成する逆反応も副次的に発生し、窒素除去効率を低下させるという問題が生じている。
この問題を解消するための技術も前記特許文献１で既に提案されており、それはイオン交換膜を隔膜として陰極室と陽極室とに区画した電解槽を用いて、硝酸性窒素を含有する排水を陰極室に供給して電解を行い、アンモニアを生成した後、そのアンモニアを溶存する排水を陽極室に移動させ、アンモニアと陽極室で生成した次亜塩素酸又は酸素とを反応させて窒素を生成させて脱窒する方法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、この提案されたイオン交換膜を隔膜として用いる電解による脱窒方法では、電解とアンモニアからの窒素の生成反応とが交互に行われており、その硝酸性窒素含有排水の処理は、間欠的で不連続なものとなっている。
また、次亜塩素酸又は酸素を生成させる陽極室には、アンモニアを生成した後の排水が供給されることから、電解時に塩素以外のアンモニアや硝酸態窒素も共存することが回避できない。
【０００７】
そのため、塩素を発生させる際の陽極用電極に好適とされているＤＳＥ（寸法安定電極）が、共存する硝酸態窒素のために消耗が速くなることが避けられず、特に比較的安価なルテニウム系のＤＳＥは使用することが難しい。
本発明は、これら問題を解消できる、イオン交換膜等のイオン移動を回避できる隔膜を用いて、電解により脱窒する方法を提供することを発明の解決すべき課題とするものである。
【０００８】
なお、このＤＳＥは、Dimensionaly Stable Electrodeの略称であり、１９６５年オランダ人、ヘンリー.Ｂ.ベアーが発明した白金族金属酸化物を電極触媒物質として、チタンなどのバルブ金属基体上に被覆した電極であり、それは電気化学的には塩素発生の過電圧が無視できる程度に小さいという特徴があり、かつ驚くほどの長寿命である。
この電極が前記のように呼称されるのは、従来工業電解の電極に使用されてきた、グラファイトや鉛合金電極は不溶性であるとはいうものの、使用と共に磨耗し、変形が起こるのが常であり、寸法安定であるものではなったの対し、ＤＳＥは実質的に磨耗、変形が全くないことからであった。
【０００９】
以上のとおりであり、本発明は、イオン交換膜等の隔膜を用いる電解により、硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する技術を提供することを課題とするものである。
また、塩素発生用電極にＤＳＥを好適に使用することができる硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する技術を提供することを課題とするものである。
さらに、好ましくは、電解により生成した塩素が過剰とならずに、全てアンモニアの分解反応に利用できる、すなわち当量となるようにすることができる硝酸性窒素を含む排水を連続的に処理する技術を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を達成するために採用した硝酸性窒素を含む排水の連続的処理方法及び処理装置を提供するものであり、前者の処理方法は、隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた電解槽の陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送して塩素ガスを生成させ、
前記陽極室で生成した塩素ガスと前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水とを気液接触室に導いて気液反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とするものである。
【００１１】
また、そのより好ましい方法は、隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第１の電解槽の陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送して塩素ガスを生成させると共に、
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第２の電解槽の陰極室に、硝酸性窒素を含む、第１の電解槽に給送した排水とは別の排水を給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
第２の電解槽の陽極室に苛性アルカリまたは炭酸アルカリを給送して酸素ガスを生成させ、
前記第１の電解槽の陽極室で生成した塩素ガスと、前記第１の電解槽及び第２の電解槽の陰極室で生成したアンモニアを含有する排水とを気液接触室に導いて気液反応させて窒素と塩酸にすることを特徴とする。
【００１２】
そして、後者の硝酸性窒素を含む排水の連続的処理装置は、隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた電解槽、
陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送する排水供給管、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送する供給管、
前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を気液接触室に連続的に導く配管、
前記陽極室で生成した塩素ガスを気液接触室に導く配管を具備し、
前記気液接触室に導いたアンモニアと塩素とを反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とするものである。
【００１３】
また、そのより好ましい装置は、隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第１の電解槽、
前記陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送する第１排水供給管、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送する供給管、
前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を気液接触室に連続的に導く配管、
前記陽極室で生成した塩素ガスを気液接触室に導く配管
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第２の電解槽、
前記第２の電解槽の陰極室に、硝酸性窒素を含む、第１の電解槽に給送した排水とは別の排水を給送する第２排水供給管、
前記第２の電解槽の陽極室に苛性アルカリ又は炭酸アルカリ水溶液を給送する供給管、
前記第２の電解槽の前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を前記気液接触室に連続的に導く配管とを具備し、前記気液接触室に導いたアンモニアと塩素とを反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の硝酸性窒素を含む排水の連続的処理方法及び処理装置では、硝酸性窒素を含む排水は連続的に陰極室に給送されて、ここにおいて電解されてアンモニアを生成する。
その生成したアンモニアを含有する排水は、気液接触室に連続的に導入され、ここに導入された塩素ガスと連続的に反応して酸化分解されて窒素となり、このようにして本発明では排水は連続的に処理することができる。
また、本発明では、塩素が生成する陽極には腐蝕消耗を起こす硝酸性窒素が存在しないので、その存在を嫌うＤＳＥを陽極として好適に使用することができる。
【００１５】
さらに、本発明では、陽極室で酸素ガスを生成する第２の電解槽を付設することにより、電解により生成した塩素が過剰とならずに、全てアンモニアの分解反応に利用できるようにすることができる。
すなわち、本発明では生成した塩素とアンモニアとが当量となるようにすることができ、その結果生成した塩素の全てがアンモニアの分解に無駄なく利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下において、本発明に関し発明を実施するための最良の形態を含む、本発明の実施の形態に関し図１及び２を用いて詳述するが、本発明は、これら実施の形態によって何等限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもない。
その図１は、本発明の基本的な形態（以下、第１の形態ということもある）を示すものであり、図２は本発明の最良の形態（以下、第２の形態ということもある）を示すものである。
【００１７】
その図１において、電解槽１は、イオン交換膜を隔膜に用いることにより陽極室１Ａと陰極室１Ｂに区画されており、本発明の処理対象の排水である硝酸性窒素を含む排水ａは、給液弁５が付設された配管陰極液槽４内に給液される。
ここに給液された排水ａは、陰極液循環ポンプ７により陰極室１Ｂに供給され、その陰極室１Ｂにおいて電解され、次いで陰極液槽４内に戻されることにより排水ａの循環サイクルが形成され、排水ａの循環が繰り返される。
【００１８】
その間に硝酸性窒素は、電解により下記式（１）の反応によりまず亜硝酸性窒素に還元され、更に下記式（２）に示す反応により還元されてアンモニアを生成する。
ＮＯ3-＋Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→ＮＯ2-＋２ＯＨ- 式（１）
ＮＯ2-＋５Ｈ2Ｏ＋６ｅ-→ＮＨ3＋７ＯＨ- 式（２）
このアンモニアを形成した排水の一部は、前記循環サイクルの配管から分岐する配管により、送液弁１１を経て連続的に取り出され、気液接触室に送給される。
【００１９】
他方、陽極室１Ａには硝酸性窒素を含有しない塩素イオン含有水が送給されて電解が行われ、下記式（３）に示す反応により塩素ガスが生成され、生成した塩素ガスは気液接触室に送給される。
８Ｃｌ→４Ｃｌ2＋８ｅ- 式（３）
なお、陰極室においてアンモニアガスも一部発生するが、そのアンモニアガスは塩素ガスと共に気液接触室２に供給される。
【００２０】
その気液接触室２に供給された塩素、アンモニア含有排水及びアンモニアガスは気液接触し、塩素とアンモニアとが下記式（４）に示す反応により窒素と塩化水素が生成され、排水は脱窒される。
ＮＨ3＋３/２Ｃｌ2→１/２Ｎ2＋３ＨＣｌ 式（４）
なお、式（１）〜式（４）からわかるように、前記電解反応においては、アンモニアより塩素の生成量の方が多くなり、アンモニア分解に関与することができない過剰の塩素が生成することになる。
【００２１】
この点に関し、詳述すると以下のとおりである。
すなわち、前記電解反応においては、式（１）〜式（３）の記載から明らかなとおりアンモニア（ＮＨ3）１モルが生成すると、塩素が４モル生成することになる。
そして、アンモニアの分解反応における塩素とアンモニアのモル比は、式（１）から明らかなとおり１：３/２であるから、塩素及びアンモニア生成時における電流効率を共に１００％とすると、生成した塩素は、５/２モルが前記式（４）に関与することができない余剰のものとなる。
【００２２】
この余剰の塩素は極めて有毒な物質であり、大気中に放出した場合には、大気汚染を引き起こすことになるので、その放散を回避するために、例えばアルカリ溶液で吸収する等の設備を別途付設することが必要となる。
本発明では、このような余剰の塩素を生成しない最良の形態も開発されており、それが図２に示す図１とは異なる別な形態である。
その形態について図２を用いて詳細に説明する。
【００２３】
その図２において、第１電解槽１及び第２電解槽１０は、イオン交換膜を隔膜に用いて共に陽極室と陰極室に区画されている。
本発明の処理対象の排水である硝酸性窒素を含む排水ａは、給液弁５が付設された配管により陰極液槽４内に給液される。
ここに給液された排水ａは、陰極液循環ポンプ７により第１電解槽の陰極室１Ｂに供給され、その陰極室１Ｂにおいて電解され、次いで陰極液槽４内に戻されることにより、排水ａの循環サイクルが形成され、排水ａの循環が繰り返される。
【００２４】
その間に硝酸性窒素は、電解によりまず亜硝酸性窒素に還元され、更に還元されてアンモニアを生成する。
このアンモニアを生成した排水の一部は、前記循環サイクルの配管から分岐する配管により、送液弁９を経て連続的に取り出され、気液接触室２に送給される。
他方、第１電解槽１の陽極室１Ａには、硝酸性窒素を含有しない塩素イオン含有水が送給されて電解が行われ塩素ガスが生成し、その生成した塩素ガスも気液接触室２に送給される。
なお、陰極室１Ｂにおいてアンモニアガスも一部発生するが、そのアンモニアガスは塩素ガスと共に気液接触室２に供給される。
【００２５】
そして、硝酸性窒素を含む排水ａは、給液弁１９が付設された配管により陰極液槽１８内にも給液され、その排水ａは、陰極液循環ポンプ１２により第２電解槽１０の陰極室１０Ｂにも供給され、その陰極室１０Ｂにおいて電解され、次いで陰極液槽４内に戻されることにより、排水ａの循環サイクルが形成され、第２電解槽においても排水ａの循環が繰り返される。
その間に硝酸性窒素は、電解によりまず亜硝酸性窒素に還元され、更に還元されてアンモニアを生成する。
【００２６】
このアンモニアを形成した排水は、前記循環サイクルの配管から分岐する配管により、送液弁１５を経て連続的又は間欠的に取り出され、第１電解槽におけるアンモニアを形成した排水と同様に気液接触室２に送給される。
他方、第２電解槽１０の陽極室１０Ａには、アルカリ水溶液が送給されて電解が行われ酸素ガスが生成し、生成した酸素ガスは大気中に放出される。
なお、第１電解槽及び第２電解槽から気液接触室に供給された塩素、アンモニア含有排水及びアンモニアガスは気液接触し、塩素とアンモニアとが反応し窒素と塩化水素とが生成され、排水は脱窒される。
【００２７】
以上のとおりであり、この第２の形態においては、第２電解槽で塩素が発生することなく、アンモニアが生成しており、その結果第１電解槽で生成するアンモニア量と第２電解槽で生成するアンモニアの合計量と、第１電解槽で発生する塩素量とがアンモニア分解を行う際の当量となるように調節することができる。
そのため、これらの量を調節しながら、電解を行うことにより余剰の塩素を発生することなくアンモニアを分解して排水の脱窒をすることができ、余剰塩素処理のための付帯設備を設置する必要がない。
【００２８】
そして、発生した塩素の全量をアンモニアの分解に利用し余剰の塩素が発生しないように電解にするには、基本的には塩素が発生する第１電解槽で使用する電気量と、酸素が発生する第２電解槽で使用する電気量とを３／２：５／２、すなわち３：５となるように制御することにより調節することで行うことができる。
したがって、使用する電気量を前記したとおりに調節しながら第１及び第２電解槽で電解を連続的に行い、特に第２電解槽においても第１電解槽と同様に連続的に電解を行い、電解後の生成したアンモニアを含有する排水の一部を連続的に取り出して気液接触室２に送給することにより生成した塩素の全量をアンモニアの分解に利用するようにすることができ、余剰の塩素の発生を回避することができる。
【００２９】
前記のとおりではあるが、実際には硝酸性窒素を含む排水ａ中における硝酸性窒素量は、絶えず一定ではなく時々刻々変化するのが現状であり、さらに電解の電流効率も９５％前後で変化し、かつ塩素とアンモニアでは電流効率も異なっており、電気量で塩素量とアンモニア量を対応するするように完璧に調節することは難しいところがある。
そのような変化に完璧に対処しながら、両電解槽とも連続運転するのには、計装設備に要する費用は多大となり、かつ装置運行・管理に優秀な技術者を必要とする等の負担が掛かり必ずしも得策であるとは言いがたい。
【００３０】
そこで、これらの点を回避する方法としては、第１電解槽の陰極室側系列のみを連続的に運転し、第２電解槽の陰極側系列は間欠的運転を行う方法もあり、この方法の方が現実的である。
例えば、第２電解槽のみを運転して、まずアンモニアと酸素を生成しアンモニアを含有する排水を気液接触室２に供給・貯留し、その後第１電解槽の運転を開始して、塩素とアンモニアを生成し、生成した塩素とアンモニアを含有する排水を気液接触室２に供給することで塩素が過剰になることを回避することができる。
【００３１】
なお、その際には第１電解槽運転開始後も第２電解槽も運転は継続し電解を行うが、気液接触室２へのアンモニアを含有する排水の供給は停止する。
また、その際には、気液接触室２中のアンモニア量又はｐＨを計測し、アンモニアを含有する排水量が塩素量に比して不足した場合には、第２電解槽より該排水を補給し、それにより塩素量とアンモニア量はバランスをとればよい。
【実施例１】
【００３２】
以下において、本発明について２つの実施例を示すが、本発明は、これら実施例によって何等限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもない。
実施例１は図１に図示する第１の形態の実施例であり、これについて以下に開示する。
電解槽１の陰極に線径１ｍｍ×１００メッシュ銅網、陽極に酸化ルテニウムを焼付けした１ｍｍｔ×目開き１ｍｍＨ×２ｍｍＬチタンラス板、電解隔膜として陽イオン交換膜（旭硝子製セレミオンＣＭＶ）を使用した。
【００３３】
陰極液槽４に硝酸性窒素をＮとして１９９０ｍｇ／ｌ含む排水ａを給液弁５を有する配管より０．５４ｌ／ｍｉｎの流量で定量的に供給し、同流量で電解槽１の陰極室１Ｂに定量的に供給した。
その陰極液槽４内の液は陰極液ポンプ７により電解槽１の陰極側に送液して循環しながら電解した。
他方、陽極液槽３には、Ｃｌとして初濃度２５０００ｍｇ／ｌを含む食塩水を１００ｌ供給し、それを陽極液ポンプ６により陽極室１Ａに循環しながら定電流１キロアンペアで電解した。
なお、陰極液は連続供給であり、陽極液はバッチ供給である。
【００３４】
このようにして硝酸性窒素を含む排水ａは連続電解され、排出弁１１から毎分０．５４ｌ／ｍｉｎの流量で連続的に排出され、気液接触室２に給送される。
その排出された電解後の排水の組成は、アンモニア性窒素（Ｎとして）１８７０ｍｇ／ｌ、亜硝酸性窒素（Ｎとして）２３ｍｇ／ｌ、硝酸性窒素（Ｎとして）９０ｍｇ／ｌで、硝酸イオン還元（ＮＨ3生成）に対する電流効率は９２．８％であった。
他方、電解槽１の陽極から発生する塩素ガスｃは、配管を通して気液接触室２に導き、前記排出弁１１から排出したアンモニア性窒素を主成分とする排水と接触させた。
【００３５】
その気液接触室２において気液接触された排水を０．５４ｌ／ｍｉｎの流量で排出弁８を有する配管から排出したところ、その排水ｂの組成はＣｌ-が１４．５ｇ／ｌ、硝酸性窒素（Ｎとして）１２０ｍｇ／ｌ、アンモニア性窒素（Ｎとして）３ｍｇ／ｌであった。
この第１の形態においては、前記したとおり余剰の塩素ガスが生成しており、その塩素ガスを含む排ガスｄはエアポンプ９により吸引し図示されていない５ｗ％水酸化Ｎａ水溶液に吸収させた。
１時間電解後の陽極液中のＣｌ濃度は１３０００ｍｇ／ｌで塩素ガス生成に対する電流効率は９８．１％であった。
また、陽極液から陰極液にイオン交換膜を通じて移動したＮａ+の輸率は０．９８であった。
【実施例２】
【００３６】
次ぎに、本発明の最良の形態である実施例について以下に開示する。
電解槽１の陰極に線径１ｍｍ×１００メッシュ炭素鋼網、陽極に酸化ルテニウムを焼付けした１ｍｍｔ×目開き１ｍｍＨ×２ｍｍＬチタンラス板、電解隔膜として陽イオン交換膜（旭硝子製セレミオンＣＭＶ）を使用した。
また、余剰の塩素を生成させないために設置した第２電解槽１０の陰極に線径１ｍｍ×１００メッシュ銅網、陽極に１ｍｍｔ×５０メッシュ炭素鋼網、電解隔膜として陽イオン交換膜（旭硝子製セレミオンＣＭＶ）を使用した。
【００３７】
本実施例では、塩素の生成量をアンモニアの生成量と対応し過剰とさせないために、第１電解槽の電解開始前に第２電解槽１０の電解をまず開始する。
そのために陰極液槽１８に硝酸性窒素をＮとして２００６ｍｇ／ｌ含む排水ａを給液弁１９を有する配管より１００ｌ供給し、供給後該排水を陰極液ポンプ１２により電解槽１の陰極側に送液し循環しながら定電流の１ＫＡで３時間電解を行った。
その際には、陽極液槽１３には、電解開始前に給液弁１１を具備する配管より５ｗ％水酸化ナトリウム水溶液ｅが１００ｌ供給されており、電解開始時にはこれが陽極室に循環されている。
【００３８】
３時間電解後の陰極液（排水）組成は、アンモニア性窒素（Ｎとして）１９１０ｍｇ／ｌ、亜硝酸性窒素（Ｎとして）１０ｍｇ／ｌ、硝酸性窒素（Ｎとして）８０ｍｇ／ｌであり、その排水１００ｌを気液接触室２に送液弁１５を有する配管により送液した。
硝酸イオン還元（ＮＨ3生成）に対する電流効率は９７．５％であった。
また、陽極液から陰極液にイオン交換膜を通じて移動したＮａ+の輸率は０．９９であった。
なお、その際に陽極室で生成するのは塩素ではなく酸素であり、これは毒性がないので大気に放出することができ、かつ塩素量の生成増加を招くこともない。
また、前記送液後引き続き電解を継続するために極液槽１８には前記硝酸性窒素を含む排水ａを給液する。
【００３９】
次いで、この状態になった時点において第１電解槽１の電解を開始することになるが、そのために陰極液槽４に硝酸性窒素をＮとして２０３０ｍｇ／ｌ含む排水ａを給液弁５を有する配管より０．５２ｌ／ｍｉｎの流量で定量的に供給し、同流量で電解槽１の陰極室１Ｂに定量的に供給する。
陰極液槽４内の液は陰極液ポンプ７により電解槽１の陰極側に送液して循環しながら電解した。
【００４０】
このようにして硝酸性窒素を含む排水ａは連続電解され、排出弁１１から毎分０．５２ｌの流量で連続的に排出され、気液接触室２に給送される。
その排出された電解後の排水の組成は、アンモニア性窒素（Ｎとして）１９３０ｍｇ／ｌ、亜硝酸性窒素（Ｎとして）１８ｍｇ／ｌ、硝酸性窒素（Ｎとして）７０ｍｇ／ｌで、硝酸イオン還元（ＮＨ3生成）に対する電流効率は９２．２％であった。
他方、陽極液槽３には、Ｃｌとして初濃度２５０００ｍｇ／ｌを含む食塩水を１００ｌ供給し、それを陽極液ポンプ６により陽極室１Ａに循環しながら定電流１キロアンペアで１．５時間電解した。
なお、陰極液は連続供給であり、陽極液はバッチ供給である。
【００４１】
その第１電解槽１の陽極からは塩素ガスｃが発生し、その塩素ガスは配管を通して気液接触室２に導き、前記排出弁１１から排出したアンモニア性窒素を主成分とする排水等と接触させた。
１．５時間電解した後の陽極液中におけるＣｌ濃度は６０００ｍｇ／ｌで塩素ガス生成に対する電流効率は９５．８％であった。
また、陽極液から陰極液にイオン交換膜を通じて移動したＮａ+の輸率は０．９６であった。
その間に、第１電解槽から気液接触室に導入された塩素の全量は１．９０１ｋｇであり、アンモニア性窒素含有する電解後の排水の全量は１４６．８ｌであった。
【００４２】
その気液接触室２では、送液弁１５を具備する配管から受入れた第２電解槽の陰極室１０Ｂからの排水と、送液弁９を具備する配管から受け入れた第１電解槽の陰極室からの排水と、第１電解槽の陽極室で発生した塩素ガスとを接触させて、前記式（４）による反応をさせて、アンモニアを分解して窒素を形成して排水を脱窒する。
その脱窒後の排水の組成はＣｌ-が１３．８ｇ／ｌ、硝酸性窒素（Ｎとして）１１０ｍｇ／ｌ、アンモニア性窒素（Ｎとして）８ｍｇ／ｌであった。
その反応後の気体には事実上毒性のある気体は残存しないので、気液接触室から空放した。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の１実施の形態を示す図。
【図２】本発明の最良な実施の形態を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
ａ 排水
１ 電解槽
１Ａ 陽極室
１Ｂ 陰極室
２ 気液接触室
３ 陽極液槽
４ 陰極液槽
５ 給液弁
６ 陽極液ポンプ
７ 陰極液循環ポンプ
１１ 排出弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた電解槽の陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送して塩素ガスを生成させ、
前記陽極室で生成した塩素ガスと前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水とを気液接触室に導いて気液反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とする硝酸性窒素を含む排水の連続的処理方法。
【請求項２】
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第１の電解槽の陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送して塩素ガスを生成させると共に、
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第２の電解槽の陰極室に、硝酸性窒素を含む、第１の電解槽に給送した排水とは別の排水を給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
第２の電解槽の陽極室に苛性アルカリまたは炭酸アルカリを給送して酸素ガスを生成させ、
前記第１の電解槽の陽極室で生成した塩素ガスと、前記第１の電解槽及び第２の電解槽の陰極室で生成したアンモニアを含有する排水とを気液接触室に導いて気液反応させて窒素と塩酸にすることを特徴とする硝酸性窒素を含む排水の連続的処理方法。
【請求項３】
電解槽の隔膜として陽イオン交換膜を使用することを特徴とする前記請求項１又は２に記載の硝酸性窒素を含む排水の連続的処理方法。
【請求項４】
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた電解槽、
陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送する排水供給管、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送する供給管、
前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を気液接触室に連続的に導く配管、
前記陽極室で生成した塩素ガスを気液接触室に導く配管を具備し、
前記気液接触室に導いたアンモニアと塩素とを反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とする硝酸性窒素を含む排水の連続的処理装置。
【請求項５】
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第１の電解槽、
前記陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送する第１排水供給管、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送する供給管、
前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を気液接触室に連続的に導く配管、
前記陽極室で生成した塩素ガスを気液接触室に導く配管、
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第２の電解槽、
前記第２の電解槽の陰極室に、硝酸性窒素を含む、第１の電解槽に給送した排水とは別の排水を給送する第２排水供給管、
前記第２の電解槽の陽極室に苛性アルカリ又は炭酸アルカリ水溶液を給送する供給管、
前記第２の電解槽の前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を前記気液接触室に連続的に導く配管とを具備し、前記気液接触室に導いたアンモニアと塩素とを反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とする硝酸性窒素を含む排水の連続的処理装置。
【請求項１】
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた電解槽の陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送して塩素ガスを生成させ、
前記陽極室で生成した塩素ガスと前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水とを気液接触室に導いて気液反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とする硝酸性窒素を含む排水の連続的処理方法。
【請求項２】
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第１の電解槽の陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送して塩素ガスを生成させると共に、
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第２の電解槽の陰極室に、硝酸性窒素を含む、第１の電解槽に給送した排水とは別の排水を給送して含有する硝酸性窒素成分をアンモニアに還元し、
第２の電解槽の陽極室に苛性アルカリまたは炭酸アルカリを給送して酸素ガスを生成させ、
前記第１の電解槽の陽極室で生成した塩素ガスと、前記第１の電解槽及び第２の電解槽の陰極室で生成したアンモニアを含有する排水とを気液接触室に導いて気液反応させて窒素と塩酸にすることを特徴とする硝酸性窒素を含む排水の連続的処理方法。
【請求項３】
電解槽の隔膜として陽イオン交換膜を使用することを特徴とする前記請求項１又は２に記載の硝酸性窒素を含む排水の連続的処理方法。
【請求項４】
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた電解槽、
陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送する排水供給管、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送する供給管、
前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を気液接触室に連続的に導く配管、
前記陽極室で生成した塩素ガスを気液接触室に導く配管を具備し、
前記気液接触室に導いたアンモニアと塩素とを反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とする硝酸性窒素を含む排水の連続的処理装置。
【請求項５】
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第１の電解槽、
前記陰極室に硝酸性窒素を含む排水を連続的に給送する第１排水供給管、
前記陽極室に塩素化合物を含み、かつ硝酸性窒素成分を含有しない水溶液を給送する供給管、
前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を気液接触室に連続的に導く配管、
前記陽極室で生成した塩素ガスを気液接触室に導く配管、
隔膜で隔てられた陰極室と陽極室とを備えた第２の電解槽、
前記第２の電解槽の陰極室に、硝酸性窒素を含む、第１の電解槽に給送した排水とは別の排水を給送する第２排水供給管、
前記第２の電解槽の陽極室に苛性アルカリ又は炭酸アルカリ水溶液を給送する供給管、
前記第２の電解槽の前記陰極室で生成したアンモニアを含有する排水を前記気液接触室に連続的に導く配管とを具備し、前記気液接触室に導いたアンモニアと塩素とを反応させて窒素ガスと塩酸にすることを特徴とする硝酸性窒素を含む排水の連続的処理装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２７２０６０（Ｐ２００６−２７２０６０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９１５８５（Ｐ２００５−９１５８５）
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００２２７２５０）日鉄鉱業株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（０００２２７２５０）日鉄鉱業株式会社 (82)
【Ｆターム（参考）】
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