電解処理装置及び電解処理方法
【課題】 少なくともアンモニア態窒素を含有する廃水を、効率的かつ経済的に清浄化する電解処理装置及び電解処置方法を提供する。
【解決手段】 電解処理装置１０は、陽極１１ａと陰極１１ｂとの電極に通電することにより被処理水２０を電解処理してアンモニア態窒素を分解する電解処理部１１と、アルカリ溶液からなるｐＨ調整剤２１を供給することにより、被処理水２０のｐＨを調整するｐＨ調整部１２と、被処理水２０のｐＨ及び酸化還元電位を連続測定する測定部１３と、各部を制御するための制御部１４とを備える。ｐＨ調整部１２は、測定部１３にて測定された被処理水２０のｐＨ値に基づいてｐＨ調整剤２１の供給量を調整し、制御部１４は、ｐＨ調整部１２でのｐＨ調整剤２１の供給に対応して被処理水２０のｐＨ又は酸化還元電位が上昇する時点を、アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定する。
【解決手段】 電解処理装置１０は、陽極１１ａと陰極１１ｂとの電極に通電することにより被処理水２０を電解処理してアンモニア態窒素を分解する電解処理部１１と、アルカリ溶液からなるｐＨ調整剤２１を供給することにより、被処理水２０のｐＨを調整するｐＨ調整部１２と、被処理水２０のｐＨ及び酸化還元電位を連続測定する測定部１３と、各部を制御するための制御部１４とを備える。ｐＨ調整部１２は、測定部１３にて測定された被処理水２０のｐＨ値に基づいてｐＨ調整剤２１の供給量を調整し、制御部１４は、ｐＨ調整部１２でのｐＨ調整剤２１の供給に対応して被処理水２０のｐＨ又は酸化還元電位が上昇する時点を、アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水中に含まれるアンモニア態窒素や化学的酸素要求量（ＣＯＤ成分）を効率よく分解除去して清浄化することのできる電解処理装置及び電解処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業の発展に伴って生産活動や生活活動により排水される産業廃水あるいは生活廃水（し尿や下水等）中の環境汚染物質が増大しており、自然の浄化作用では賄えなくなり、河川や湖沼及び海洋などの富栄養化が問題となっている。特に、産業廃水あるいは生活廃水中のアンモニア態窒素やＣＯＤ成分等の環境汚染物質が増大し、重大な問題となっている。
【０００３】
このようなアンモニア態窒素やＣＯＤ成分は、地球環境保護の面からも厳しい規制対応が求められており、効率的でかつ経済的な廃水処理法の開発が望まれている。
【０００４】
従来から実施されているアンモニア態窒素やＣＯＤ成分の除去方法としては、生物学的消化脱窒処理法、塩素酸化剤（次亜塩素酸ソーダ又は塩素ガス）の添加による不連続点塩素処理法、アンモニアストリッピング法等が知られている。しかしながら、有効な対策がとれないのが現状である。
【０００５】
具体的には、生物学的消化脱窒処理は広く一般的に行われている処理方法であり、この生物学的処理で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つの工程により処理が行われる。しかしながら、この方法は反応速度が著しく遅いため大規模な装置を必要とし、また脱窒素細菌を利用する反応であり季節要因や窒素濃度変動の影響を大きく受けるため、大規模な嫌気槽を必要とし、装置設置面積及び設備建設コストの増大を招く問題がある。
【０００６】
また、塩素酸化剤の添加による不連続点塩素処理法は、特許文献１及び２に開示されており、主反応として下記の２つの機構（（ａ）式又は（ｂ）式）が提唱されている。
２ＮＨ４＋＋３ＮａＯＣｌ→Ｎ２↑＋３ＮａＣｌ＋３Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋ ・・・（ａ）
２ＮＨ４＋＋４ＮａＯＣｌ→Ｎ２Ｏ↑＋４ＮａＣｌ＋３Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋ ・・・（ｂ）
【０００７】
この不連続点塩素処理法は、一般的には、アンモニア態窒素２モルに対して３モルの次亜塩素酸ナトリウムを必要とする上記（ａ）式に従うものと理解されているが、（ｂ）式に従うという説もあり、これらの機構によっては脱窒に必要な塩素量が異なる。また、次亜塩素酸ナトリウムは自己分解性の薬品であるため、貯蔵期間に有効塩素量が減少し、処理コストに影響して経済性を失う一方、有毒な塩化物（クロラミン系副生成物）やＮ２Ｏが生成され、その制御が非常に困難であるという問題がある。
【０００８】
一方、アンモニアストリッピング法は、アルカリ性条件下で加温をしながら大量の空気を吹き込み、アンモニアを大気中に放散させる方法である。しかしながら、この方法は、放散されるアンモニアが二次公害を引き起こすという問題がある。
【０００９】
これらに対して、特許文献３乃至５には、アンモニア態窒素やＣＯＤ成分を電解処理する方法が記載されている。具体的には、特許文献３には、アンモニアを含有する廃水に塩化物イオンを添加し、高いｐＨ範囲（ｐＨ８〜１２）を維持しながらアンモニア態窒素を電解処理する方法が記載されている。また、特許文献４には、アンモニアを含有する廃水に無機塩化物を添加し、電解処理した後の処理水中に残存する余剰の次亜塩素酸を金属過酸化物触媒で分解する方法が記載されている。さらに、特許文献５には、アンモニア態窒素、硝酸態窒素を透過しない導電性隔膜を電解槽に配置して、陽極側と陰極側を区画した電解装置により、被処理水中の窒素化合物を処理する方法が開示されている。
【００１０】
これらの電解処理方法では、大規模な処理装置等を必要とせず低いランニングコストで処理することができ、また自己分解性の次亜塩素酸ナトリウムを用いる必要がなくなる。
【００１１】
しかしながら、これらの方法では、アンモニア態窒素を窒素ガスに分解する際に、副生成する硝酸への移行率が高く、満足のいく清浄化効果が得られないばかりか、アンモニ態窒素及びＣＯＤ成分の分解点を判定するための機構もなく、非効率的な電解処理を余儀なくされている。
【００１２】
このように、アンモニア態窒素及びＣＯＤ成分含有廃液の処理に適用される従来技術には経済性、操作性、安全性の面から種々の問題が指摘されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平９−３１４１５２号公報
【特許文献２】特開２００１−２２５０８５号公報
【特許文献３】特許２９０４００３号公報
【特許文献４】特開平１０−１７４９７６号公報
【特許文献５】特開平１０−０００４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、少なくともアンモニア態窒素等を含有する廃水を、効率的かつ経済的に清浄化することのできる電解処理装置及び電解処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上述した課題に対して鋭意検討を重ねた結果、被処理水のｐＨを所定の範囲に制御するとともに、その所定の範囲を超えた時点を分解終了点と判定することができ、優れた操業性で効率良くアンモニア態窒素等を含有する廃水を電解処理できることを見出した。
【００１６】
すなわち、本発明に係る電解処理装置は、少なくともアンモニア態窒素を含有する廃水を被処理水として、塩素イオン共存下で電解処理する電解処理装置であって、アノードとカソードとの電極対を有し、該電極に通電することにより上記被処理水を電解処理して上記アンモニア態窒素を分解する電解処理部と、上記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部と、上記被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を連続測定する測定部と、上記各部を制御する制御部とを備え、上記ｐＨ調整部は、上記測定部にて測定された上記被処理水のｐＨ値に基づいて、該被処理水に供給するｐＨ調整剤の供給量を調整し、上記制御部は、上記被処理水のｐＨが９．０以上となる時点又は上記被処理水の酸化還元電位（銀／塩化銀電極基準）が５００ｍＶ以上となる時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して上記電解処理部における電解処理を終了させることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る電解処理方法は、少なくともアンモニア態窒素を含有する廃水を被処理水として、塩素イオン共存下で電解処理する電解処理装置の電解処理方法であって、上記電解処理装置は、アノードとカソードとの電極対を有し、該電極に通電することにより上記被処理水を電解処理して上記アンモニア態窒素を分解する電解処理部と、上記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部と、上記被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を連続測定する測定部と、上記各部を制御する制御部とを備え、上記ｐＨ調整部において、上記測定部にて測定された上記被処理水のｐＨ値に基づいて、該被処理水に供給するｐＨ調整剤の供給量を調整し、上記制御部において、上記被処理水のｐＨが９．０以上となる時点又は上記被処理水の酸化還元電位（銀／塩化銀電極基準）が５００ｍＶ以上となる時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して上記電解処理部における電解処理を終了させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被処理水のｐＨを所定の範囲に制御するとともに、ｐＨの変動又はＯＲＰの変動を監視することにより、被処理水中のアンモニア態窒素の分解反応点を的確に判断することができ、効率的かつ経済的に廃水を清浄化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に係る電解処理装置を模式的に示した構成図である。
【図２】実施例１における電解処理部内の電解処理時間とｐＨ変動の関係を示すグラフである。
【図３】実施例２における電解処理部内の電解処理時間とＯＲＰ変動の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る電解処理装置の構成図である。この図１に示す電解処理装置１０は、アンモニア態窒素及びＣＯＤ成分を含有する廃水を被処理水２０として、塩素イオン共存下で電解処理するものである。
【００２２】
具体的には、電解処理装置１０は、アンモニア態窒素及びＣＯＤ成分を含有する被処理水２０を電解処理する電解処理部（電解槽）１１と、被処理水２０のｐＨを調整するｐＨ調整部１２と、被処理水２０のｐＨ及び酸化還元電位（ＯＲＰ）を連続測定する測定部１３と、電解処置装置１０を構成する各部を制御する制御部１４とを備える。
【００２３】
電解処理部１１は、例えばＤＳＡ（Dimensionally Stable Anode）を陽極（アノード）１１ａとし、チタン板を陰極（カソード）１１ｂとして、これら陽極１１ａ及び陰極１１ｂを１対とする１組以上から構成される。電解処理部１１では、整流器１５により交流電流から変換された直流電流を陽極１１ａと陰極１１ｂとに通電し、被処理水２０中に含まれるアンモニア態窒素やＣＯＤ成分等を電解除去する。具体的には、電解により生成した次塩素酸イオンをアンモニア態窒素と反応させて窒素ガスに分解し除去する。
【００２４】
電解処理部１１に通電する電流の電流密度としては、特に限定されないが、１００〜２０００Ａ／ｍ２で電解処理することが好ましい。これにより、被処理水２０中のアンモニア態窒素等を効率よく分解することができる。なお、電流密度が１００Ａ／ｍ２より低くなると、処理に必要な電極の枚数が多くなり効率的な処理を行うことができない。一方で、電流密度が２０００Ａ／ｍ２より高くなると、電解処理部１１内の電圧が高くなって電力コストが高くなり、経済的な処理効果が得られない。
【００２５】
ｐＨ調整部１２は、後述する測定部１３にて連続測定される被処理水２０のｐＨ変動に応じて、アルカリ供給部１６からアルカリ供給ポンプ１７により供給されるアルカリ溶液をｐＨ調整剤２１として被処理水２０のｐＨを所定の範囲に制御する。
【００２６】
電解処理装置１０では、このｐＨ調整部１２において、アンモニア態窒素及びＣＯＤ成分を含有する被処理水２０のｐＨを６．０〜８．５の範囲に制御しながら電解処理を行う。
【００２７】
被処理水２０のｐＨが６．０より低い場合には、陽極１１ａで生成した次亜塩素酸イオンが分解して、塩素ガスが発生してしまう。一方で、ｐＨが８．５より高い場合には、アンモニア性窒素分解時に一部が硝酸性窒素となって被処理水２０中に窒素分が残留してしまう。
【００２８】
具体的には、ｐＨ調整部１２では、被処理水２０のｐＨ変動に応じて、被処理水２０のｐＨが所定値未満となった場合には、アンモニア態窒素の分解反応に伴う酸生成量の当量以上のアルカリ溶液（ｐＨ調整剤２１）をｐＨ調整部１２に添加する。一方で、ｐＨ調整部１２では、被処理水２０のｐＨが所定値以上となった場合には、アンモニア態窒素の分解反応に伴う酸生成量の当量より少ないアルカリ溶液（ｐＨ調整剤２１）をｐＨ調整部１２に添加する。これによって、被処理水２０のｐＨを６．０〜８．５の範囲に制御する。
【００２９】
また、電解処理装置１０では、被処理水２０を上述したｐＨ条件に維持するため、電解処理中においては、電解処理部１１とｐＨ調整部１２の間で被処理水２０を循環させる。被処理水２０の移送方法は特に限定されないが、具体的には、例えば電解処理装置１０内において、電解処理部１１からオーバフローした被処理水２０をｐＨ調整部１２で受け、ｐＨ調整部１２で所定のｐＨに調整された被処理水２０が、移送ポンプ１８により電解処理部１１に戻される液循環方式が採用される。なお、循環ラインに熱交換器１９を組み込むことで、電解処理で熱せられた被処理水２０の除熱を容易に行うことができる。
【００３０】
測定部１３は、被処理水２０のｐＨ及び酸化還元電位（ＯＲＰ）を連続して測定し、
被処理水２０のｐＨ変動及びＯＲＰ変動を監視する。具体的には、測定部１３は、ｐＨセンサー及びＯＲＰセンサー（銀／塩化銀電極）を備えており、電解処理開始時から連続的に、被処理水２０のｐＨ及びＯＲＰを測定して監視する。
【００３１】
電解処理装置１０において、この測定部１３は、電解処理部１１の出口、換言するとｐＨ調整部１２の入口に備えられる。電解処理部１１内では、後述するように、アンモニア態窒素の分解に伴って酸が生成される反応が継続的に進行し、被処理水２０のｐＨは全体として酸性側に移行することとなるため、電解処理部１１中の被処理水２０のｐＨがｐＨ調整部１２内より低下する。したがって、測定部１３をｐＨ調整部１２内に設けた場合、アルカリ溶液であるｐＨ調整剤２１の添加によって電解処理部１１内よりｐＨの高くなった被処理水２０のｐＨを測定することになってしまい、電解処理部１１内の被処理水２０のｐＨを６．０〜８．５に的確に維持できなくなってしまう。このため、電解処理装置１０内においては、測定部１３を上述した位置に設けることにより被処理水のｐＨ及びＯＲＰを連続測定し、その測定結果に応じて、ｐＨ調整部１２において被処理水２０のｐＨを６．０〜８．５の範囲に的確に制御する。
【００３２】
制御部１４は、電解処理装置１０を構成する各部を制御する。具体的には、制御部１４は、電解処理部１１の電極対１１ａ，１１ｂに通電する電流を制御する。また、制御部１４は、測定部１３にて連続測定されている被処理水２０のｐＨ値の測定結果に基づいて、ｐＨ調整部１２に供給するｐＨ調整剤２１の供給量を調整する。また、制御部１４は、測定部１３にて測定されているｐＨ値の上昇又はＯＲＰの上昇の測定結果に基づいて、被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解反応終了点を判断することにより、電解処理部１１における被処理水２０の電解処理を終了させる。詳しくは後述する。
【００３３】
ここで、電解処理装置１０の電解処理部１１では、下記（１）〜（３）式の反応が生じる。
陽極：Ｃｌ−＋Ｈ２Ｏ → ＣｌＯ−＋２Ｈ＋＋２ｅ− ・・・（１）
陰極：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ− → Ｈ２↑＋２ＯＨ− ・・・（２）
アンモニア態窒素分解：
３ＣｌＯ−＋２ＮＨ４＋ → ３Ｃｌ−＋Ｎ２↑＋３Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋ ・・・（３）
【００３４】
すなわち、電解処理部１１では、陽極１１ａにおいて（１）式に示す反応が起こり、陰極において（２）式に示す反応が進行する。（１）式により生成した次亜塩素酸イオンは、被処理水２０中に含まれるアンモニア態窒素と上記（３）式に示す反応を起こし、アンモニア態窒素を窒素ガスに分解する。
【００３５】
なお、被処理水中に含まれる有機物等のＣＯＤ成分も、上記（１）式で生成する次亜塩素酸イオン等の酸化作用により分解され、被処理水２０は清浄化される。また、（１）式の反応を効率的に進行させるためには、被処理水２０中に塩化物イオンが１２ｇ／Ｌ以上含まれていることが好ましい。
【００３６】
そして、これら（１）式〜（３）式から、下記（４）式が導かれる。
電解処理部１１内（終点前）：
２ＮＨ４＋ → Ｎ２↑＋３Ｈ２↑＋２Ｈ＋ ・・・（４）
【００３７】
この（４）式に示されるように、電解処理部１１では、アンモニア態窒素の分解に伴って酸が生成し、被処理水２０のｐＨは全体として酸性側に移行することとなる。電解処理装置１０では、上述のようにｐＨ調整部１２において、所定のｐＨ値に基づいてアルカリ溶液からなるｐＨ調整剤２１の供給量を調整することにより、被処理水のｐＨ条件をｐＨ６．０〜８．５に制御する。
【００３８】
一方、電解処理部１１において、被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解反応が終了すると、上記（１）式と（２）式をまとめた下記（５）式に示す反応が起きる。
電解処理部１１内（終点後）：Ｃｌ−＋Ｈ２Ｏ → ＣｌＯ−＋Ｈ２↑・・・（５）
【００３９】
この（５）式に示されるように、被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解反応が終了すると、電解処理部１１内における酸の生成が起こらなくなり、酸の生成に基づくｐＨの変動は起こらなくなる。また、被処理水２０中には次亜塩素酸イオンが蓄積され始める。
【００４０】
このように、電解処理装置１０においては、被処理水２０中のアンモニア態窒素が分解されている間は、電解処理部１１内では上記（４）式の反応が進行して、被処理水のｐＨが低下する。一方で、上記（５）式に示すように、被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解が終了すると、電解処理部１１内は酸を生成しない反応が起こることとなり、ｐＨの低下はなくなる。したがって、分解反応の終了によりｐＨの低下が起こらなくなった被処理水２０に対して、ｐＨ調整部１２において所定量のアルカリ溶液からなるｐＨ調整剤２１を供給することにより、そのｐＨ調整剤２１の供給に対応して被処理水２０のｐＨは急激に上昇することとなる。
【００４１】
そこで、本実施の形態に係る電解処理装置１０は、測定部１３において被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解反応開始時より連続的にｐＨを測定して監視し、その測定したｐＨ値に基づいてｐＨ調整部１２におけるｐＨ調整剤２１の供給量を調整し、所定のｐＨに保持する。そしてその後、ｐＨ調整部１２におけるｐＨ調整剤２１の供給に対応して被処理水２０のｐＨが上昇する時点を、アンモニア態窒素の分解終了点と判断することにより、電解処理部１１における被処理水２０の電解処理を終了させる。
【００４２】
具体的には、例えば、ｐＨ調整部１２におけるｐＨ調整剤２１の供給に対応して被処理水２０のｐＨが９．０以上に上昇する時点を、アンモニア態窒素の分解終了点と判断することにより、電解処理部１１における被処理水２０の電解処理を終了させる。
【００４３】
このように、本実施の形態に係る電解処理装置１０では、所定のｐＨ値に基づいてｐＨ調整剤２１の供給量を調整し、被処理水２０に含まれるアンモニア態窒素やＣＯＤ成分の電気分解終了点をｐＨ値の上昇により判断する。これにより、被処理水２０中に含まれるアンモニア態窒素及びＣＯＤ成分等の分解終了点を的確に判断することができ、過剰な電解処理を防止することができる。また、上記（５）式に示すように過剰な次亜塩素酸イオンの蓄積を防止して、効率的な分解処理を実現することができる。
【００４４】
この電解処理装置１０は、例えばバッチ処理方式とし、ｐＨ調整のために被処理水２０を循環させて、上述したように被処理水２０のｐＨ変動を監視することにより、アンモニア態窒素の分解反応の終点判定を確実管理することができる。また、これにより、被処理水２０中のアンモニア態窒素等の濃度変動があっても、ｐＨ変動に基づいて所定の範囲にｐＨを制御するとともにｐＨ変動を監視することによって、確実にアンモニア態窒素の分解処理を行うことができる。
【００４５】
さらに、本実施の形態に係る電解処理装置１０では、被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解反応の終点を、所定のＯＲＰ値に基づいて判断することによっても行うことができる。
【００４６】
すなわち、アンモニア態窒素の分解反応中は、上記（１）式に示す反応で生成した次亜塩素酸イオンが上記（３）式のアンモニア態窒素等の分解に使用されることから、ＯＲＰはｐＨ６．０〜８．５の範囲において、例えば５００ｍＶ未満の値を示す。一方、アンモニア態窒素の分解が終了すると、上記（５）式に示すように、次亜塩素酸イオンが被処理水に残留するようになることから、ＯＲＰは５００ｍＶ以上に上昇することとなる。
【００４７】
本実施の形態に係る電解処理装置１０は、上述のように被処理水２０のｐＨ値に基づいてｐＨ調整剤２１の供給量を調整してｐＨを６．０〜８．５に制御するとともに、測定部１３に備えられたＯＲＰセンサーにより被処理水２０のＯＲＰを測定し、ｐＨ調整部１２でのｐＨ調整剤２１の供給に対応して被処理水２０の酸化還元電位が上昇する時点を、アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定し、被処理水２０の電解処理を終了させる。これにより、ＯＲＰを監視するだけで、簡単にかつ的確に分解反応の終了点を判断することができ、効率的な電解処理を行うことができる。
【００４８】
具体的には、例えば、ｐＨ調整部１２におけるｐＨ調整剤２１の供給に対応して、被処理水２０のＯＲＰが５００ｍＶ以上に上昇する時点をアンモニア態窒素の分解終了点と判断し、電解処理部１１における被処理水２０の電解処理を終了させる。
【００４９】
なお、被処理水２０中に含まれるＣＯＤ成分は、アンモニア態窒素の分解が終了した時点で９０％程度が分解されるが、アンモニア態窒素の分解後２０分程度の電解を継続することにより、さらに残存したＣＯＤ成分をも効率的に分解除去することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、下記のいずれかの実施例に本発明の範囲が限定されるものではない。
【００５１】
本実施例では、図１に示した電解処理装置１０によりアンモニア態窒素及びＣＯＤ成分を含有する被処理水を電解処理した。
【００５２】
ここで、電解処理装置１０において、陽極１１ａとして、次亜塩素酸イオンの生成反応が進行するように市販のソーダ電解用の不溶性電極（浸漬部分のサイズ１ｍ×１ｍ、２０枚）を用い、陰極１１ｂとして、耐食性を考慮してチタン等の金属電極（浸漬部分のサイズ１ｍ×１ｍ）を用いた。また、電極１１ａ，１１ｂの極間距離を４ｃｍとして、整流器１５により陽極１１ａと陰極１１ｂとの間に直流電流を流し、電解処理を行った。なお、電解処理部１１はＦＲＰ製のものを使用した。
【００５３】
また、ｐＨセンサーは、通電状態の液中では正確な値を示さないため、電解処理部１１とは電気的に遮断する必要がある。そこで、液を通電状態から切り離すための工夫として、電解処理部１１内の液をオーバフローさせてｐＨ調整部１２へ送液し、ｐＨ調整部１２の入口に測定部１３を設けてｐＨを測定した。さらに、ｐＨ調整部１２においてアルカリ溶液をｐＨ調整剤２１として添加して、被処理水のｐＨを調整し、ｐＨ調整した被処理水を移送ポンプ１８を用いて電解処理部１１へ再び戻した。なお、ｐＨ調整部１２と電解処理部１１との間に設置した熱交換器１９は、電気分解により発生するジュール熱を除熱するために使用した。
【００５４】
電解処理部１１の容量は７．３ｍ３とし、ｐＨ調整部１２の容量は０．５ｍ３として、０．１５ｍ３／分の流量で被処理水を循環させた。
【００５５】
（実施例１）
実施例１では、以下の被処理水に対して電解処理を行って、被処理水のｐＨ変動を監視した。
【００５６】
アンモニア性窒素濃度７３００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、硝酸性窒素濃度９ｍｇ−Ｎ／Ｌ、ＣＯＤ濃度９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、塩化物イオン濃度１８ｇ／Ｌ含有する被処理水７．８ｍ３について、電解処理装置１０を用いて３２０００Ａ（電流密度８００Ａ／ｍ２）の条件で電解処理を行い、電解処理中の被処理水のｐＨ変動を監視した。なお、ｐＨ調整剤２１として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液を用いた。図２にｐＨ変動の結果を示す。
【００５７】
図２に示されるように、ｐＨ８．０未満では３００ｇ／分で２５％ＮａＯＨ水溶液を添加し、ｐＨ８．０以上では１５０ｇ／分で２５％ＮａＯＨ水溶液を添加することで、ｐＨを６．０〜８．５に維持することができた（ＮａＯＨの理論添加量は２６５ｇ／分）。
【００５８】
電解開始後２７０分程度経過した時点で、上述した２５％ＮａＯＨ水溶液の添加によっても、ｐＨは急激に上昇した。ｐＨが９．０以上に上昇した時点でアンモニア態窒素が分解されたと判断し、ＮａＯＨの添加を中止して２０分間の電解を行って処理を終了した。
【００５９】
電解処理の終了後、被処理水中のアンモニア濃度は５ｍｇ−Ｎ／Ｌ未満、ＣＯＤ濃度も５ｍｇ／Ｌ未満にまで低下していた。また、処理中にはアンモニア態窒素の分解に伴って硝酸性窒素が副生成したため、処理水中の硝酸性窒素濃度は９９ｍｇ−Ｎ／Ｌとなった。
【００６０】
以上の実施例１の結果から明らかなように、被処理水のｐＨ値に基づいてｐＨ調整剤２１の供給量を調整してｐＨ６．０〜８．５の範囲に制御するとともに、その後のｐＨ値の上昇を監視することにより、明確にアンモニア態窒素の分解反応の終了点を判定できることが分かった。
【００６１】
（実施例２）
実施例１と同様の被処理水を用い、同様の条件で電解処理を行い、電解処理中の被処理水のＯＲＰ（銀／塩化銀電極基準）変動を監視した。図３にＯＲＰ変動の結果を示す。
【００６２】
図３に示されるように、電解処理中は２００ｍＶ〜５００ｍＶに維持されるが、電解開始後２７０分程度経過した時点で５００ｍＶより大きく上昇した。２０分間の電解を行って処理を終了させた後の被処理水中のアンモニア濃度は５ｍｇ−Ｎ／Ｌ未満、ＣＯＤ濃度も５ｍｇ／Ｌ未満にまで低下していた。
【００６３】
以上の実施例２の結果から明らかなように、実施例１と同様の電解処理開始後２７０分程度経過した時点において、被処理水のＯＲＰが５００ｍＶより大きい値に急激に上昇した。このように、被処理水のｐＨ値に基づいてｐＨ調整剤２１の供給量を調整してｐＨ６．０〜８．５の範囲に制御するとともに、その後の被処理水のＯＲＰの上昇を監視することによっても、明確にアンモニア態窒素の分解反応の終了点を判定できることが分かった。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 電解処理装置、１１ 電解処理部、１２ ｐＨ調整部、１３ 測定部、１４ 制御部、１５ 整流器、１６ アルカリ供給部、１７ アルカリ供給ポンプ、１８ 移送ポンプ、１９ 熱交換器、２０ 被処理水、２１ ｐＨ調整剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水中に含まれるアンモニア態窒素や化学的酸素要求量（ＣＯＤ成分）を効率よく分解除去して清浄化することのできる電解処理装置及び電解処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業の発展に伴って生産活動や生活活動により排水される産業廃水あるいは生活廃水（し尿や下水等）中の環境汚染物質が増大しており、自然の浄化作用では賄えなくなり、河川や湖沼及び海洋などの富栄養化が問題となっている。特に、産業廃水あるいは生活廃水中のアンモニア態窒素やＣＯＤ成分等の環境汚染物質が増大し、重大な問題となっている。
【０００３】
このようなアンモニア態窒素やＣＯＤ成分は、地球環境保護の面からも厳しい規制対応が求められており、効率的でかつ経済的な廃水処理法の開発が望まれている。
【０００４】
従来から実施されているアンモニア態窒素やＣＯＤ成分の除去方法としては、生物学的消化脱窒処理法、塩素酸化剤（次亜塩素酸ソーダ又は塩素ガス）の添加による不連続点塩素処理法、アンモニアストリッピング法等が知られている。しかしながら、有効な対策がとれないのが現状である。
【０００５】
具体的には、生物学的消化脱窒処理は広く一般的に行われている処理方法であり、この生物学的処理で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つの工程により処理が行われる。しかしながら、この方法は反応速度が著しく遅いため大規模な装置を必要とし、また脱窒素細菌を利用する反応であり季節要因や窒素濃度変動の影響を大きく受けるため、大規模な嫌気槽を必要とし、装置設置面積及び設備建設コストの増大を招く問題がある。
【０００６】
また、塩素酸化剤の添加による不連続点塩素処理法は、特許文献１及び２に開示されており、主反応として下記の２つの機構（（ａ）式又は（ｂ）式）が提唱されている。
２ＮＨ４＋＋３ＮａＯＣｌ→Ｎ２↑＋３ＮａＣｌ＋３Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋ ・・・（ａ）
２ＮＨ４＋＋４ＮａＯＣｌ→Ｎ２Ｏ↑＋４ＮａＣｌ＋３Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋ ・・・（ｂ）
【０００７】
この不連続点塩素処理法は、一般的には、アンモニア態窒素２モルに対して３モルの次亜塩素酸ナトリウムを必要とする上記（ａ）式に従うものと理解されているが、（ｂ）式に従うという説もあり、これらの機構によっては脱窒に必要な塩素量が異なる。また、次亜塩素酸ナトリウムは自己分解性の薬品であるため、貯蔵期間に有効塩素量が減少し、処理コストに影響して経済性を失う一方、有毒な塩化物（クロラミン系副生成物）やＮ２Ｏが生成され、その制御が非常に困難であるという問題がある。
【０００８】
一方、アンモニアストリッピング法は、アルカリ性条件下で加温をしながら大量の空気を吹き込み、アンモニアを大気中に放散させる方法である。しかしながら、この方法は、放散されるアンモニアが二次公害を引き起こすという問題がある。
【０００９】
これらに対して、特許文献３乃至５には、アンモニア態窒素やＣＯＤ成分を電解処理する方法が記載されている。具体的には、特許文献３には、アンモニアを含有する廃水に塩化物イオンを添加し、高いｐＨ範囲（ｐＨ８〜１２）を維持しながらアンモニア態窒素を電解処理する方法が記載されている。また、特許文献４には、アンモニアを含有する廃水に無機塩化物を添加し、電解処理した後の処理水中に残存する余剰の次亜塩素酸を金属過酸化物触媒で分解する方法が記載されている。さらに、特許文献５には、アンモニア態窒素、硝酸態窒素を透過しない導電性隔膜を電解槽に配置して、陽極側と陰極側を区画した電解装置により、被処理水中の窒素化合物を処理する方法が開示されている。
【００１０】
これらの電解処理方法では、大規模な処理装置等を必要とせず低いランニングコストで処理することができ、また自己分解性の次亜塩素酸ナトリウムを用いる必要がなくなる。
【００１１】
しかしながら、これらの方法では、アンモニア態窒素を窒素ガスに分解する際に、副生成する硝酸への移行率が高く、満足のいく清浄化効果が得られないばかりか、アンモニ態窒素及びＣＯＤ成分の分解点を判定するための機構もなく、非効率的な電解処理を余儀なくされている。
【００１２】
このように、アンモニア態窒素及びＣＯＤ成分含有廃液の処理に適用される従来技術には経済性、操作性、安全性の面から種々の問題が指摘されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平９−３１４１５２号公報
【特許文献２】特開２００１−２２５０８５号公報
【特許文献３】特許２９０４００３号公報
【特許文献４】特開平１０−１７４９７６号公報
【特許文献５】特開平１０−０００４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、少なくともアンモニア態窒素等を含有する廃水を、効率的かつ経済的に清浄化することのできる電解処理装置及び電解処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上述した課題に対して鋭意検討を重ねた結果、被処理水のｐＨを所定の範囲に制御するとともに、その所定の範囲を超えた時点を分解終了点と判定することができ、優れた操業性で効率良くアンモニア態窒素等を含有する廃水を電解処理できることを見出した。
【００１６】
すなわち、本発明に係る電解処理装置は、少なくともアンモニア態窒素を含有する廃水を被処理水として、塩素イオン共存下で電解処理する電解処理装置であって、アノードとカソードとの電極対を有し、該電極に通電することにより上記被処理水を電解処理して上記アンモニア態窒素を分解する電解処理部と、上記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部と、上記被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を連続測定する測定部と、上記各部を制御する制御部とを備え、上記ｐＨ調整部は、上記測定部にて測定された上記被処理水のｐＨ値に基づいて、該被処理水に供給するｐＨ調整剤の供給量を調整し、上記制御部は、上記被処理水のｐＨが９．０以上となる時点又は上記被処理水の酸化還元電位（銀／塩化銀電極基準）が５００ｍＶ以上となる時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して上記電解処理部における電解処理を終了させることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る電解処理方法は、少なくともアンモニア態窒素を含有する廃水を被処理水として、塩素イオン共存下で電解処理する電解処理装置の電解処理方法であって、上記電解処理装置は、アノードとカソードとの電極対を有し、該電極に通電することにより上記被処理水を電解処理して上記アンモニア態窒素を分解する電解処理部と、上記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部と、上記被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を連続測定する測定部と、上記各部を制御する制御部とを備え、上記ｐＨ調整部において、上記測定部にて測定された上記被処理水のｐＨ値に基づいて、該被処理水に供給するｐＨ調整剤の供給量を調整し、上記制御部において、上記被処理水のｐＨが９．０以上となる時点又は上記被処理水の酸化還元電位（銀／塩化銀電極基準）が５００ｍＶ以上となる時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して上記電解処理部における電解処理を終了させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被処理水のｐＨを所定の範囲に制御するとともに、ｐＨの変動又はＯＲＰの変動を監視することにより、被処理水中のアンモニア態窒素の分解反応点を的確に判断することができ、効率的かつ経済的に廃水を清浄化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に係る電解処理装置を模式的に示した構成図である。
【図２】実施例１における電解処理部内の電解処理時間とｐＨ変動の関係を示すグラフである。
【図３】実施例２における電解処理部内の電解処理時間とＯＲＰ変動の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係る電解処理装置の構成図である。この図１に示す電解処理装置１０は、アンモニア態窒素及びＣＯＤ成分を含有する廃水を被処理水２０として、塩素イオン共存下で電解処理するものである。
【００２２】
具体的には、電解処理装置１０は、アンモニア態窒素及びＣＯＤ成分を含有する被処理水２０を電解処理する電解処理部（電解槽）１１と、被処理水２０のｐＨを調整するｐＨ調整部１２と、被処理水２０のｐＨ及び酸化還元電位（ＯＲＰ）を連続測定する測定部１３と、電解処置装置１０を構成する各部を制御する制御部１４とを備える。
【００２３】
電解処理部１１は、例えばＤＳＡ（Dimensionally Stable Anode）を陽極（アノード）１１ａとし、チタン板を陰極（カソード）１１ｂとして、これら陽極１１ａ及び陰極１１ｂを１対とする１組以上から構成される。電解処理部１１では、整流器１５により交流電流から変換された直流電流を陽極１１ａと陰極１１ｂとに通電し、被処理水２０中に含まれるアンモニア態窒素やＣＯＤ成分等を電解除去する。具体的には、電解により生成した次塩素酸イオンをアンモニア態窒素と反応させて窒素ガスに分解し除去する。
【００２４】
電解処理部１１に通電する電流の電流密度としては、特に限定されないが、１００〜２０００Ａ／ｍ２で電解処理することが好ましい。これにより、被処理水２０中のアンモニア態窒素等を効率よく分解することができる。なお、電流密度が１００Ａ／ｍ２より低くなると、処理に必要な電極の枚数が多くなり効率的な処理を行うことができない。一方で、電流密度が２０００Ａ／ｍ２より高くなると、電解処理部１１内の電圧が高くなって電力コストが高くなり、経済的な処理効果が得られない。
【００２５】
ｐＨ調整部１２は、後述する測定部１３にて連続測定される被処理水２０のｐＨ変動に応じて、アルカリ供給部１６からアルカリ供給ポンプ１７により供給されるアルカリ溶液をｐＨ調整剤２１として被処理水２０のｐＨを所定の範囲に制御する。
【００２６】
電解処理装置１０では、このｐＨ調整部１２において、アンモニア態窒素及びＣＯＤ成分を含有する被処理水２０のｐＨを６．０〜８．５の範囲に制御しながら電解処理を行う。
【００２７】
被処理水２０のｐＨが６．０より低い場合には、陽極１１ａで生成した次亜塩素酸イオンが分解して、塩素ガスが発生してしまう。一方で、ｐＨが８．５より高い場合には、アンモニア性窒素分解時に一部が硝酸性窒素となって被処理水２０中に窒素分が残留してしまう。
【００２８】
具体的には、ｐＨ調整部１２では、被処理水２０のｐＨ変動に応じて、被処理水２０のｐＨが所定値未満となった場合には、アンモニア態窒素の分解反応に伴う酸生成量の当量以上のアルカリ溶液（ｐＨ調整剤２１）をｐＨ調整部１２に添加する。一方で、ｐＨ調整部１２では、被処理水２０のｐＨが所定値以上となった場合には、アンモニア態窒素の分解反応に伴う酸生成量の当量より少ないアルカリ溶液（ｐＨ調整剤２１）をｐＨ調整部１２に添加する。これによって、被処理水２０のｐＨを６．０〜８．５の範囲に制御する。
【００２９】
また、電解処理装置１０では、被処理水２０を上述したｐＨ条件に維持するため、電解処理中においては、電解処理部１１とｐＨ調整部１２の間で被処理水２０を循環させる。被処理水２０の移送方法は特に限定されないが、具体的には、例えば電解処理装置１０内において、電解処理部１１からオーバフローした被処理水２０をｐＨ調整部１２で受け、ｐＨ調整部１２で所定のｐＨに調整された被処理水２０が、移送ポンプ１８により電解処理部１１に戻される液循環方式が採用される。なお、循環ラインに熱交換器１９を組み込むことで、電解処理で熱せられた被処理水２０の除熱を容易に行うことができる。
【００３０】
測定部１３は、被処理水２０のｐＨ及び酸化還元電位（ＯＲＰ）を連続して測定し、
被処理水２０のｐＨ変動及びＯＲＰ変動を監視する。具体的には、測定部１３は、ｐＨセンサー及びＯＲＰセンサー（銀／塩化銀電極）を備えており、電解処理開始時から連続的に、被処理水２０のｐＨ及びＯＲＰを測定して監視する。
【００３１】
電解処理装置１０において、この測定部１３は、電解処理部１１の出口、換言するとｐＨ調整部１２の入口に備えられる。電解処理部１１内では、後述するように、アンモニア態窒素の分解に伴って酸が生成される反応が継続的に進行し、被処理水２０のｐＨは全体として酸性側に移行することとなるため、電解処理部１１中の被処理水２０のｐＨがｐＨ調整部１２内より低下する。したがって、測定部１３をｐＨ調整部１２内に設けた場合、アルカリ溶液であるｐＨ調整剤２１の添加によって電解処理部１１内よりｐＨの高くなった被処理水２０のｐＨを測定することになってしまい、電解処理部１１内の被処理水２０のｐＨを６．０〜８．５に的確に維持できなくなってしまう。このため、電解処理装置１０内においては、測定部１３を上述した位置に設けることにより被処理水のｐＨ及びＯＲＰを連続測定し、その測定結果に応じて、ｐＨ調整部１２において被処理水２０のｐＨを６．０〜８．５の範囲に的確に制御する。
【００３２】
制御部１４は、電解処理装置１０を構成する各部を制御する。具体的には、制御部１４は、電解処理部１１の電極対１１ａ，１１ｂに通電する電流を制御する。また、制御部１４は、測定部１３にて連続測定されている被処理水２０のｐＨ値の測定結果に基づいて、ｐＨ調整部１２に供給するｐＨ調整剤２１の供給量を調整する。また、制御部１４は、測定部１３にて測定されているｐＨ値の上昇又はＯＲＰの上昇の測定結果に基づいて、被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解反応終了点を判断することにより、電解処理部１１における被処理水２０の電解処理を終了させる。詳しくは後述する。
【００３３】
ここで、電解処理装置１０の電解処理部１１では、下記（１）〜（３）式の反応が生じる。
陽極：Ｃｌ−＋Ｈ２Ｏ → ＣｌＯ−＋２Ｈ＋＋２ｅ− ・・・（１）
陰極：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ− → Ｈ２↑＋２ＯＨ− ・・・（２）
アンモニア態窒素分解：
３ＣｌＯ−＋２ＮＨ４＋ → ３Ｃｌ−＋Ｎ２↑＋３Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋ ・・・（３）
【００３４】
すなわち、電解処理部１１では、陽極１１ａにおいて（１）式に示す反応が起こり、陰極において（２）式に示す反応が進行する。（１）式により生成した次亜塩素酸イオンは、被処理水２０中に含まれるアンモニア態窒素と上記（３）式に示す反応を起こし、アンモニア態窒素を窒素ガスに分解する。
【００３５】
なお、被処理水中に含まれる有機物等のＣＯＤ成分も、上記（１）式で生成する次亜塩素酸イオン等の酸化作用により分解され、被処理水２０は清浄化される。また、（１）式の反応を効率的に進行させるためには、被処理水２０中に塩化物イオンが１２ｇ／Ｌ以上含まれていることが好ましい。
【００３６】
そして、これら（１）式〜（３）式から、下記（４）式が導かれる。
電解処理部１１内（終点前）：
２ＮＨ４＋ → Ｎ２↑＋３Ｈ２↑＋２Ｈ＋ ・・・（４）
【００３７】
この（４）式に示されるように、電解処理部１１では、アンモニア態窒素の分解に伴って酸が生成し、被処理水２０のｐＨは全体として酸性側に移行することとなる。電解処理装置１０では、上述のようにｐＨ調整部１２において、所定のｐＨ値に基づいてアルカリ溶液からなるｐＨ調整剤２１の供給量を調整することにより、被処理水のｐＨ条件をｐＨ６．０〜８．５に制御する。
【００３８】
一方、電解処理部１１において、被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解反応が終了すると、上記（１）式と（２）式をまとめた下記（５）式に示す反応が起きる。
電解処理部１１内（終点後）：Ｃｌ−＋Ｈ２Ｏ → ＣｌＯ−＋Ｈ２↑・・・（５）
【００３９】
この（５）式に示されるように、被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解反応が終了すると、電解処理部１１内における酸の生成が起こらなくなり、酸の生成に基づくｐＨの変動は起こらなくなる。また、被処理水２０中には次亜塩素酸イオンが蓄積され始める。
【００４０】
このように、電解処理装置１０においては、被処理水２０中のアンモニア態窒素が分解されている間は、電解処理部１１内では上記（４）式の反応が進行して、被処理水のｐＨが低下する。一方で、上記（５）式に示すように、被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解が終了すると、電解処理部１１内は酸を生成しない反応が起こることとなり、ｐＨの低下はなくなる。したがって、分解反応の終了によりｐＨの低下が起こらなくなった被処理水２０に対して、ｐＨ調整部１２において所定量のアルカリ溶液からなるｐＨ調整剤２１を供給することにより、そのｐＨ調整剤２１の供給に対応して被処理水２０のｐＨは急激に上昇することとなる。
【００４１】
そこで、本実施の形態に係る電解処理装置１０は、測定部１３において被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解反応開始時より連続的にｐＨを測定して監視し、その測定したｐＨ値に基づいてｐＨ調整部１２におけるｐＨ調整剤２１の供給量を調整し、所定のｐＨに保持する。そしてその後、ｐＨ調整部１２におけるｐＨ調整剤２１の供給に対応して被処理水２０のｐＨが上昇する時点を、アンモニア態窒素の分解終了点と判断することにより、電解処理部１１における被処理水２０の電解処理を終了させる。
【００４２】
具体的には、例えば、ｐＨ調整部１２におけるｐＨ調整剤２１の供給に対応して被処理水２０のｐＨが９．０以上に上昇する時点を、アンモニア態窒素の分解終了点と判断することにより、電解処理部１１における被処理水２０の電解処理を終了させる。
【００４３】
このように、本実施の形態に係る電解処理装置１０では、所定のｐＨ値に基づいてｐＨ調整剤２１の供給量を調整し、被処理水２０に含まれるアンモニア態窒素やＣＯＤ成分の電気分解終了点をｐＨ値の上昇により判断する。これにより、被処理水２０中に含まれるアンモニア態窒素及びＣＯＤ成分等の分解終了点を的確に判断することができ、過剰な電解処理を防止することができる。また、上記（５）式に示すように過剰な次亜塩素酸イオンの蓄積を防止して、効率的な分解処理を実現することができる。
【００４４】
この電解処理装置１０は、例えばバッチ処理方式とし、ｐＨ調整のために被処理水２０を循環させて、上述したように被処理水２０のｐＨ変動を監視することにより、アンモニア態窒素の分解反応の終点判定を確実管理することができる。また、これにより、被処理水２０中のアンモニア態窒素等の濃度変動があっても、ｐＨ変動に基づいて所定の範囲にｐＨを制御するとともにｐＨ変動を監視することによって、確実にアンモニア態窒素の分解処理を行うことができる。
【００４５】
さらに、本実施の形態に係る電解処理装置１０では、被処理水２０中のアンモニア態窒素の分解反応の終点を、所定のＯＲＰ値に基づいて判断することによっても行うことができる。
【００４６】
すなわち、アンモニア態窒素の分解反応中は、上記（１）式に示す反応で生成した次亜塩素酸イオンが上記（３）式のアンモニア態窒素等の分解に使用されることから、ＯＲＰはｐＨ６．０〜８．５の範囲において、例えば５００ｍＶ未満の値を示す。一方、アンモニア態窒素の分解が終了すると、上記（５）式に示すように、次亜塩素酸イオンが被処理水に残留するようになることから、ＯＲＰは５００ｍＶ以上に上昇することとなる。
【００４７】
本実施の形態に係る電解処理装置１０は、上述のように被処理水２０のｐＨ値に基づいてｐＨ調整剤２１の供給量を調整してｐＨを６．０〜８．５に制御するとともに、測定部１３に備えられたＯＲＰセンサーにより被処理水２０のＯＲＰを測定し、ｐＨ調整部１２でのｐＨ調整剤２１の供給に対応して被処理水２０の酸化還元電位が上昇する時点を、アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定し、被処理水２０の電解処理を終了させる。これにより、ＯＲＰを監視するだけで、簡単にかつ的確に分解反応の終了点を判断することができ、効率的な電解処理を行うことができる。
【００４８】
具体的には、例えば、ｐＨ調整部１２におけるｐＨ調整剤２１の供給に対応して、被処理水２０のＯＲＰが５００ｍＶ以上に上昇する時点をアンモニア態窒素の分解終了点と判断し、電解処理部１１における被処理水２０の電解処理を終了させる。
【００４９】
なお、被処理水２０中に含まれるＣＯＤ成分は、アンモニア態窒素の分解が終了した時点で９０％程度が分解されるが、アンモニア態窒素の分解後２０分程度の電解を継続することにより、さらに残存したＣＯＤ成分をも効率的に分解除去することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、下記のいずれかの実施例に本発明の範囲が限定されるものではない。
【００５１】
本実施例では、図１に示した電解処理装置１０によりアンモニア態窒素及びＣＯＤ成分を含有する被処理水を電解処理した。
【００５２】
ここで、電解処理装置１０において、陽極１１ａとして、次亜塩素酸イオンの生成反応が進行するように市販のソーダ電解用の不溶性電極（浸漬部分のサイズ１ｍ×１ｍ、２０枚）を用い、陰極１１ｂとして、耐食性を考慮してチタン等の金属電極（浸漬部分のサイズ１ｍ×１ｍ）を用いた。また、電極１１ａ，１１ｂの極間距離を４ｃｍとして、整流器１５により陽極１１ａと陰極１１ｂとの間に直流電流を流し、電解処理を行った。なお、電解処理部１１はＦＲＰ製のものを使用した。
【００５３】
また、ｐＨセンサーは、通電状態の液中では正確な値を示さないため、電解処理部１１とは電気的に遮断する必要がある。そこで、液を通電状態から切り離すための工夫として、電解処理部１１内の液をオーバフローさせてｐＨ調整部１２へ送液し、ｐＨ調整部１２の入口に測定部１３を設けてｐＨを測定した。さらに、ｐＨ調整部１２においてアルカリ溶液をｐＨ調整剤２１として添加して、被処理水のｐＨを調整し、ｐＨ調整した被処理水を移送ポンプ１８を用いて電解処理部１１へ再び戻した。なお、ｐＨ調整部１２と電解処理部１１との間に設置した熱交換器１９は、電気分解により発生するジュール熱を除熱するために使用した。
【００５４】
電解処理部１１の容量は７．３ｍ３とし、ｐＨ調整部１２の容量は０．５ｍ３として、０．１５ｍ３／分の流量で被処理水を循環させた。
【００５５】
（実施例１）
実施例１では、以下の被処理水に対して電解処理を行って、被処理水のｐＨ変動を監視した。
【００５６】
アンモニア性窒素濃度７３００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、硝酸性窒素濃度９ｍｇ−Ｎ／Ｌ、ＣＯＤ濃度９００ｍｇ−Ｎ／Ｌ、塩化物イオン濃度１８ｇ／Ｌ含有する被処理水７．８ｍ３について、電解処理装置１０を用いて３２０００Ａ（電流密度８００Ａ／ｍ２）の条件で電解処理を行い、電解処理中の被処理水のｐＨ変動を監視した。なお、ｐＨ調整剤２１として、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液を用いた。図２にｐＨ変動の結果を示す。
【００５７】
図２に示されるように、ｐＨ８．０未満では３００ｇ／分で２５％ＮａＯＨ水溶液を添加し、ｐＨ８．０以上では１５０ｇ／分で２５％ＮａＯＨ水溶液を添加することで、ｐＨを６．０〜８．５に維持することができた（ＮａＯＨの理論添加量は２６５ｇ／分）。
【００５８】
電解開始後２７０分程度経過した時点で、上述した２５％ＮａＯＨ水溶液の添加によっても、ｐＨは急激に上昇した。ｐＨが９．０以上に上昇した時点でアンモニア態窒素が分解されたと判断し、ＮａＯＨの添加を中止して２０分間の電解を行って処理を終了した。
【００５９】
電解処理の終了後、被処理水中のアンモニア濃度は５ｍｇ−Ｎ／Ｌ未満、ＣＯＤ濃度も５ｍｇ／Ｌ未満にまで低下していた。また、処理中にはアンモニア態窒素の分解に伴って硝酸性窒素が副生成したため、処理水中の硝酸性窒素濃度は９９ｍｇ−Ｎ／Ｌとなった。
【００６０】
以上の実施例１の結果から明らかなように、被処理水のｐＨ値に基づいてｐＨ調整剤２１の供給量を調整してｐＨ６．０〜８．５の範囲に制御するとともに、その後のｐＨ値の上昇を監視することにより、明確にアンモニア態窒素の分解反応の終了点を判定できることが分かった。
【００６１】
（実施例２）
実施例１と同様の被処理水を用い、同様の条件で電解処理を行い、電解処理中の被処理水のＯＲＰ（銀／塩化銀電極基準）変動を監視した。図３にＯＲＰ変動の結果を示す。
【００６２】
図３に示されるように、電解処理中は２００ｍＶ〜５００ｍＶに維持されるが、電解開始後２７０分程度経過した時点で５００ｍＶより大きく上昇した。２０分間の電解を行って処理を終了させた後の被処理水中のアンモニア濃度は５ｍｇ−Ｎ／Ｌ未満、ＣＯＤ濃度も５ｍｇ／Ｌ未満にまで低下していた。
【００６３】
以上の実施例２の結果から明らかなように、実施例１と同様の電解処理開始後２７０分程度経過した時点において、被処理水のＯＲＰが５００ｍＶより大きい値に急激に上昇した。このように、被処理水のｐＨ値に基づいてｐＨ調整剤２１の供給量を調整してｐＨ６．０〜８．５の範囲に制御するとともに、その後の被処理水のＯＲＰの上昇を監視することによっても、明確にアンモニア態窒素の分解反応の終了点を判定できることが分かった。
【符号の説明】
【００６４】
１０ 電解処理装置、１１ 電解処理部、１２ ｐＨ調整部、１３ 測定部、１４ 制御部、１５ 整流器、１６ アルカリ供給部、１７ アルカリ供給ポンプ、１８ 移送ポンプ、１９ 熱交換器、２０ 被処理水、２１ ｐＨ調整剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともアンモニア態窒素を含有する廃水を被処理水として、塩素イオン共存下で電解処理する電解処理装置において、
アノードとカソードとの電極対を有し、該電極に通電することにより上記被処理水を電解処理して上記アンモニア態窒素を分解する電解処理部と、
アルカリ溶液からなるｐＨ調整剤を供給することにより、上記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部と、
上記被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を連続測定する測定部と、
上記各部を制御する制御部とを備え、
上記ｐＨ調整部は、上記測定部にて測定された上記被処理水のｐＨ値に基づいて上記ｐＨ調整剤の供給量を調整し、
上記制御部は、上記ｐＨ調整部でのｐＨ調整剤の供給に対応して上記被処理水のｐＨ又は酸化還元電位が上昇する時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して上記電解処理部における電解処理を終了させることを特徴とする電解処理装置。
【請求項２】
上記制御部は、上記被処理水のｐＨが９．０以上となる時点又は上記被処理水の酸化還元電位（銀／塩化銀電極基準）が５００ｍＶ以上となる時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して電解処理を終了させることを特徴とする請求項１記載の電解処理装置。
【請求項３】
少なくともアンモニア態窒素を含有する廃水を被処理水として、塩素イオン共存下で電解処理する電解処理装置の電解処理方法において、
上記電解処理装置は、
アノードとカソードとの電極対を有し、該電極に通電することにより上記被処理水を電解処理して上記アンモニア態窒素を分解する電解処理部と、
アルカリ溶液からなるｐＨ調整剤を供給することにより、上記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部と、
上記被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を連続測定する測定部と、
上記各部を制御する制御部とを備え、
上記ｐＨ調整部において、上記測定部にて測定された上記被処理水のｐＨ値に基づいて、該被処理水に供給するｐＨ調整剤の供給量を調整し、
上記制御部において、上記ｐＨ調整部でのｐＨ調整剤の供給に対応して上記被処理水のｐＨ又は酸化還元電位が上昇する時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して上記電解処理部における電解処理を終了させることを特徴とする電解処理方法。
【請求項４】
上記制御部は、上記被処理水のｐＨが９．０以上となる時点又は上記被処理水の酸化還元電位（銀／塩化銀電極基準）が５００ｍＶ以上となる時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して電解処理を終了させることを特徴とする請求項３記載の電解処理方法。
【請求項１】
少なくともアンモニア態窒素を含有する廃水を被処理水として、塩素イオン共存下で電解処理する電解処理装置において、
アノードとカソードとの電極対を有し、該電極に通電することにより上記被処理水を電解処理して上記アンモニア態窒素を分解する電解処理部と、
アルカリ溶液からなるｐＨ調整剤を供給することにより、上記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部と、
上記被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を連続測定する測定部と、
上記各部を制御する制御部とを備え、
上記ｐＨ調整部は、上記測定部にて測定された上記被処理水のｐＨ値に基づいて上記ｐＨ調整剤の供給量を調整し、
上記制御部は、上記ｐＨ調整部でのｐＨ調整剤の供給に対応して上記被処理水のｐＨ又は酸化還元電位が上昇する時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して上記電解処理部における電解処理を終了させることを特徴とする電解処理装置。
【請求項２】
上記制御部は、上記被処理水のｐＨが９．０以上となる時点又は上記被処理水の酸化還元電位（銀／塩化銀電極基準）が５００ｍＶ以上となる時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して電解処理を終了させることを特徴とする請求項１記載の電解処理装置。
【請求項３】
少なくともアンモニア態窒素を含有する廃水を被処理水として、塩素イオン共存下で電解処理する電解処理装置の電解処理方法において、
上記電解処理装置は、
アノードとカソードとの電極対を有し、該電極に通電することにより上記被処理水を電解処理して上記アンモニア態窒素を分解する電解処理部と、
アルカリ溶液からなるｐＨ調整剤を供給することにより、上記被処理水のｐＨを調整するｐＨ調整部と、
上記被処理水のｐＨ及び酸化還元電位を連続測定する測定部と、
上記各部を制御する制御部とを備え、
上記ｐＨ調整部において、上記測定部にて測定された上記被処理水のｐＨ値に基づいて、該被処理水に供給するｐＨ調整剤の供給量を調整し、
上記制御部において、上記ｐＨ調整部でのｐＨ調整剤の供給に対応して上記被処理水のｐＨ又は酸化還元電位が上昇する時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して上記電解処理部における電解処理を終了させることを特徴とする電解処理方法。
【請求項４】
上記制御部は、上記被処理水のｐＨが９．０以上となる時点又は上記被処理水の酸化還元電位（銀／塩化銀電極基準）が５００ｍＶ以上となる時点を、上記アンモニア態窒素の分解反応の終了点と判定して電解処理を終了させることを特徴とする請求項３記載の電解処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−４０５２４（Ｐ２０１２−４０５２４Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５１４２（Ｐ２０１０−１８５１４２）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（５９６０３２１７７）住友金属鉱山エンジニアリング株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（５９６０３２１７７）住友金属鉱山エンジニアリング株式会社 (23)
【Ｆターム（参考）】
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