JPH10230273A

JPH10230273A - リン酸イオン含有排水の処理方法および処理装置

Info

Publication number: JPH10230273A
Application number: JP3519997A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamamoto; 康次山本; Jun Yoshida; 潤吉田; Masaki Moriizumi; 雅貴森泉; Akihiro Fukumoto; 明広福本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1998-09-02
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JP3795993B2

Abstract

(57)【要約】【課題】リン酸イオンの除去効率を高安定して維持す
ることができるリン酸イオン含有排水の処理方法を提供
する。【解決手段】鉄イオンおよび／またはアルミニウムイ
オンを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄
イオンおよび／またはアルミニウムイオンを電気化学的
に溶出させリン酸イオンを鉄および／またはアルミニウ
ムとの水不溶性塩の形で凝集沈殿させる排水の処理方法
であって、排水中のカルシウムイオンおよび／またはマ
グネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づい
て排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウ
ムイオン濃度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水、とくに家庭
排水または集合住宅の排水などのリン酸イオンを含む生
活排水の処理方法および処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】川や湖の富栄養化の原因の１つにリン化
合物の存在があることは周知である。また、このリン化
合物は工場排水よりも一般家庭の生活排水中に多く存在
するため浄化処理が困難なものであり、有効な対策がと
れないのが現状である。

【０００３】リン化合物の浄化処理方法として、排水中
に粉末状のＦｅＣｌ₃またはＣａＣｌ₂などの凝集剤を添
加する方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
方法では、定期的にＦｅＣｌ₃などを添加しているが、
かかる添加作業は面倒である。またリン除去効率を高め
るために、カルシウムやマグネシウムを排水中に添加し
ているが、排水中のカルシウムまたはマグネシウムの濃
度を一定に制御することが困難であるため、リン除去効
率を高く維持することができないという問題がある。

【０００５】本発明は、叙上の事情に鑑み、リン酸イオ
ンの高除去効率を安定して維持することができるリン酸
イオン含有排水の処理方法および処理装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のリン酸イオン含
有排水の処理方法は、鉄イオンおよび／またはアルミニ
ウムイオンを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水
中に鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオンを電気
化学的に溶出させリン酸イオンを鉄および／またはアル
ミニウムとの水不溶性塩の形で凝集沈殿させる排水の処
理方法であって、排水中のカルシウムイオンおよび／ま
たはマグネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に
基づいて排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグ
ネシウムイオン濃度を制御することを特徴としている。

【０００７】また、本発明のリン酸イオン含有排水の処
理方法は、鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオン
を含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄イオ
ンおよび／またはアルミニウムイオンを電気化学的に溶
出させリン酸イオンを鉄および／またはアルミニウムと
の水不溶性塩の形で凝集沈殿させる排水の処理方法であ
って、排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネ
シウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づいて前
記鉄および／またはアルミニウムの電解溶出量を制御す
ることを特徴としている。

【０００８】また、本発明の排水の処理装置は、排水の
流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の排
水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少な
くとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイオ
ン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するための
電源と、前記流入口の上流側の排水中に浸漬されるカル
シウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン検知手
段を有するカルシウムイオンおよび／またはマグネシウ
ムイオン検知槽と、カルシウムイオンおよび／またはマ
グネシウムイオン発生源を排水中に投入するための投入
装置と、前記検知手段により検知される信号に基づいて
前記投入装置を制御する制御部とを備えてなることを特
徴としている。

【０００９】さらに、本発明の排水の処理装置は、排水
の流入口と流出口を有する排水処理室と、該処理室内の
排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され、少
なくとも１つが鉄イオンおよび／またはアルミニウムイ
オン発生源を含んでいる電極と、該電極に通電するため
の電源と、排水中に浸漬されるカルシウムイオンおよび
／またはマグネシウムイオン検知手段と、該検知手段に
より検知される信号に基づいて前記電源を制御する制御
部とを備えてなることを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
のリン酸イオン含有排水の処理方法および処理装置を説
明する。

【００１１】図１は本発明のリン酸イオン含有排水の処
理装置の一実施の形態を示す説明図、図２は図１におけ
る処理装置の動作を示すフローチャートである。

【００１２】図１に示すように、処理装置は、排水の流
入口１と流出口２を有する排水処理室３と、該処理室３
内の排水中に少なくとも一部が浸漬するように配置され
ている電極４、５と、該電極４、５に通電するための電
源６と、前記流入口１の上流側の排水中に浸漬されるカ
ルシウムイオン検知手段７を有するカルシウムイオン検
知槽８と、カルシウムイオン発生源を排水中に投入する
ための投入装置９と、前記カルシウムイオン検知手段７
により検知される信号に基づいて前記投入装置９を制御
するマイコンなどの制御部１０を備えている。

【００１３】前記電極４、５は、鉄、鉄合金、アルミニ
ウム、アルミニウム合金または鉄−アルミニウム合金な
どから製作することができる。

【００１４】前記電極４、５のうち、電極４、５間に流
れる電流を制御する電流制御装置を接続するのが好まし
い。陽極（アノード）側の電極、たとえば電極４の表面
は、有機物および無機物の酸化被膜が発生するが、陰極
（カソード）側の電極５は表面から発生する水素ガスに
より洗浄され、酸化被膜が生じない。このため、前記電
流制御装置により、陽極側の電極４の表面に酸化被膜が
発生して鉄イオン（アルミニウムイオン）の溶出量が減
少してきたばあいに、所定の時間間隔で極性を反転す
る。これにより、鉄イオン（アルミニウムイオン）の溶
出量をほぼ一定に維持することができるため、脱リン性
能を一定に維持することができる。なお、反転の時間と
して、たとえば１時間未満のばあい鉄イオン（アルミニ
ウムイオン）の溶出量が低下するため、１時間以上にす
るのが好ましい。

【００１５】鉄（アルミニウム）の電解溶出法には、従
来公知の方法が採用でき、電極への通電は連続的でも断
続的、パルス的でもよい。通電量はリン酸イオンや他の
イオンの濃度、排水の流量などによって異なるが、鉄イ
オンおよび／またはアルミニウムイオンの排水中の濃度
／リン酸イオン濃度の比（以下、「Ｆｅ／Ｐ」と略す）
が０．８〜３．０、好ましくは１．０〜２．５となるよ
うに調節すればよい。

【００１６】なお、前記発生した水素ガスを処理室３内
に集積させないように、上蓋１１に空気孔１２を形成す
る。また処理室の排水中に空気を供給する空気ばっ気装
置１３を設けるようにする。かかるばっ気装置１３を設
けることにより、前記水素ガスを希釈してから排気させ
ることができ、また処理室３内に水不溶性の塩を堆積さ
せないようにするとともに、溶出した鉄イオンを処理室
３内に均一にすることができる。

【００１７】前記空気ばっ気装置１３は、排水処理室３
の底中央に設置される多孔質の散気管１４または散気板
と、該散気管１４に圧縮空気を吸き込むためのエアポン
プ１５とから構成されており、前記散気管１４とエアポ
ンプ１５はパイプ１６により接続されている。

【００１８】本実施の形態では、前記散気管１４は排水
処理室３の底中央に設置されているが、本発明において
は、とくにこれに限定されるものではなく、排水を撹拌
し、排水の流出とともに、排水中のリン酸イオンと電極
から溶出した鉄イオン（アルミニウムイオン）との反応
生成物である水不溶性の塩を流出させやすい位置を適宜
選定して設置することができる。たとえば前記散気管１
４は、排水処理室３の流出口２側の壁３ａに対して垂直
に設置されているが、散気管１４を壁３ａに近づけ、か
つ壁３ａに対して平行、すなわち図１の紙面垂直方向に
するとともに、少し底から高い位置に配置することによ
り、処理室内の排水の対流を生じやすくする。また、散
気管を処理室内の排水中で上下方向に動かすことで排水
の対流を生じやすくすることもできる。なお、本実施の
形態では、前記排水の撹拌により、鉄イオンとリン酸イ
オンおよびカルシウムイオンとリン酸イオンの反応性を
向上させることもできる。

【００１９】前記カルシウム検知槽８内には、排水中の
カルシウムイオン濃度を正確に検知するために、排水を
撹拌する撹拌羽根１７が設けられている。該撹拌羽根１
７は、前記検知手段７の先端または検出槽８の底などに
取り付けることができる。そして、一定時間、たとえば
約１０分ごとに排水を撹拌するようにする。

【００２０】また前記カルシウムイオン検知手段７によ
る排水（１リットル）中のカルシムイオン濃度（ｍｇ／
リットル）の測定精度をさらに向上させるため、排水を
一定量ごとに流す定量ポンプまたは電磁弁などを前記流
入口１の上流側に設けるのが好ましい。前記カルシウム
イオン検知手段７による測定は、連続的な測定または定
期的な測定で行なうことができるが、前記撹拌羽根１７
が作動したのちに測定するのが好ましい。これは撹拌中
よりも撹拌終了後のほうがカルシウムイオンが均一にさ
れているためである。

【００２１】なお、本実施の形態では、検知手段は、排
水処理室の上流側の排水中に浸漬されているが、本発明
においては、これに限定されるものではなく、前述のご
とく排水処理室内にばっ気装置を設けるなどして排水処
理室綯いのイオン分布を均一にするようにすればイオン
検知手段を排水処理室内に設けることができる。または
前記排水処理室内に設けられるカルシウムイオンおよび
／またはマグネシウムイオン検知槽の排水中に浸漬する
こともできる。

【００２２】前記投入装置９は、カルシウムイオン発生
源を蓄留するためのタンク１８と、該タンク１８から下
方に延びる投入管１９と、該投入管１９の途中に連結さ
れる投入手段１９とから構成されている。該投入手段２
０としては、前記制御部１０の指令にしたがって、カル
シウムイオン発生源を定量供給できるものであれば、と
くに限定されるものではなく、たとえば電磁弁または定
量ポンプなどを用いることができる。また、前記タンク
１８内には、カルシウムイオン発生源の濃度を均一にす
るための撹拌羽根２１が設けられている。

【００２３】本実施の形態では、カルシウムイオン発生
源を投入するようにされているが、本発明においては、
とくにこれに限定されるものではなく、マグネシウムイ
オン発生源またはカルシウムイオン発生源とマグネシウ
ムイオンが組み合わされたイオン発生源を投入すること
ができる。なお、前記カルシウムイオン発生源として
は、金属カルシウムまたはカルシウムの水溶性塩などを
用いることができる。前記マグネシウムイオン発生源と
しては、金属マグネシウムまたはマグネシウムの水溶性
塩などを用いることができる。これらの水溶性塩の具体
例としては、従来より凝集剤として用いられている塩化
カルシウム（溶解度：５９．５ｇ／水１００ｇ）のほ
か、水酸化カルシウム（溶解度：１８５ｍｇ／水１００
ｇ）、炭酸カルシウム（溶解度：１．４ｍｇ／水１００
ｇ）、塩化マグネシウム（溶解度：５２．８ｇ／水１０
０ｇ）、シュウ酸マグネシウム（溶解度：７０ｍｇ／水
１００ｇ）などがあげられる。これらのうち、直ちに水
に溶解してカルシウムイオンまたはマグネシウムイオン
を多量に発生する点から、塩化カルシウム、水酸化カル
シウム、塩化マグネシウムがとくに好ましい。また、水
溶解性の小さい塩のばあいも、予め水溶液の形として投
入してもよい。

【００２４】前記カルシウムイオン検知手段７として
は、とくに限定されるものではなく、通常のＰＶＣ液膜
型カルシウムイオン選択性電極などからなるイオンセン
サなどを用いることができる。また、マグネシウムイオ
ン検知手段としては、通常のＰＶＣ液膜型マグネシウム
イオン選択性電極などからなるイオンセンサなどを用い
ることができる。

【００２５】つぎに本発明の処理装置の動作を説明す
る。図２に示すように、一定量の排水が流入されたの
ち、カルシウムイオンを検知し、制御部により流出した
排水１リットル中のカルシウムイオン濃度を演算する。
その結果、たとえばカルシウムイオンが５ｍｇ／リット
ル以下のばあいは、投入装置の投入手段が作動し、排水
中にカルシウム溶液を投入する。これにより、排水処理
室内のカルシウムイオン濃度が増大する。Ｆｅ／Ｐ＝
２．０になるように約５２０ｍＡの電流値が鉄製電極に
通電される。通電は一定時間、たとえば排水が処理室の
容量分流れる程度の時間のあいだ行なう。

【００２６】本発明における、リン酸イオン含有排水の
鉄（アルミニウム）の電解溶出法による処理は、電極か
ら溶出した鉄イオン（アルミニウムイオン）が排水中の
リン酸イオンと反応して水不溶性のリン酸と鉄（アルミ
ニウム）との塩を生成させる反応（反応Ａ）を利用する
ものであるが、排水中は水酸イオンが存在しており、溶
出した鉄イオン（アルミニウムイオン）は水酸イオンと
も反応する（反応Ｂ）。反応Ｂは反応Ａよりも速いの
で、リン酸イオンを捕捉するためには電流量を多くして
鉄イオン（アルミニウムイオン）の溶出量を増す必要が
ある。その結果、電極と電力の消費が増大してしまう。

【００２７】しかしながら、排水中にカルシウムイオン
またはマグネシウムイオンが存在すると、それらのイオ
ンは水酸イオンと反応する（反応Ｄ）。この反応Ｄは鉄
イオン（アルミニウムイオン）と水酸イオンとの反応Ｂ
に優先するため、反応Ｂが抑制され、鉄イオン（アルミ
ニウムイオン）はリン酸イオンとの反応Ａに有効に利用
される。さらに、カルシウムイオンおよびマグネシウム
イオンもリン酸イオンと反応して水不溶性の塩を形成す
る（反応Ｅ）ので、リン酸イオンの除去に貢献する。

【００２８】したがって、本発明では、カルシウムイオ
ンまたはマグネシウムイオンを添加し、鉄イオン（アル
ミニウムイオン）と水酸イオンの反応Ｂを抑制し、鉄イ
オン（アルミニウムイオン）とリン酸イオンの反応Ａを
効率よく行なわせることができる。これにより、通電量
を低減することができ、節電できるとともに鉄やアルミ
ニウムの溶出量を低減できる。

【００２９】なお、本発明においては、前記制御部１０
と電源６とを接続し、前記カルシウムイオン検知手段７
により検知される信号に基づいて前記電源６を制御する
ことができる。すなわち、前記カルシウムイオン検知槽
８内で検知されたカルシウムイオン濃度が低下したと
き、前記電極４、５間の通電量を上げる。これにより、
鉄製電極の電解溶出量が増加するため、リン除去効率を
安定して維持することができる。

【００３０】本発明の排水の処理方法および処理装置は
前述のように一般家庭排水にとくに有利に利用できる。
したがって、単独で使用してもよいが、他の浄化システ
ム、たとえば活性汚泥法、膜分離、嫌気・好気循環法な
どと組合せて家庭用、集合住宅用の総合排水浄化システ
ムとすることができる。また、大規模処理システム（し
尿処理場）にも利用できる。

【００３１】

【実施例】つぎに本発明を実施例に基づいて説明する
が、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではな
い。

【００３２】実施例１図１に示す鉄の電解溶出排水処理装置を用い、流入口か
らリン酸イオン濃度１５ｍｇ／リットル（Ｈ₃ＰＯ₄とし
て添加）およびＮａ⁺２００ｍｇ／リットルを含む供試
排水を流速０．５リットル／ｍｉｎで流入させた。この
ときのカルシウムイオン濃度は１ｍｇ／リットルであっ
た。また投入装置のタンクには、５０ｍｇ／リットルの
カルシウム溶液を入れた。

【００３３】排水中に浸漬させる電極としては、高純度
の鉄板を用いた。電極への通電量はＦｅ／Ｐが２．０と
なるように約５２０ｍＡとし、１時間ごとに反転させ
た。

【００３４】そして電極の電気分解により、溶出させた
鉄イオンと排水中のリン酸イオンを反応させて水不溶性
の塩を生成させた。ついでカルシウムイオン検知手段に
より、カルシウムイオン濃度を測定すると、１ｍｇ／リ
ットルであったので、前記タンクからカルシウム溶液を
排水中に投入した。これにより、排水処理室内のカルシ
ウムイオン濃度は１０ｍｇ／リットルになった。

【００３５】つぎに流出口で採取した排水を孔径０．４
５μｍのフィルターで濾過した濾液をＪＩＳＫ０１
０２に規格された全リン分析法（４６．３）に準拠して
調べた結果、リンの除去効率が９０％以上であることが
わかった。

【００３６】実施例２図１に示す鉄の電解溶出排水処理装置を用い、流入口か
らリン酸イオン濃度１５ｍｇ／リットル（Ｈ₃ＰＯ₄とし
て添加）およびＮａ⁺２００ｍｇ／リットルを含む供試
排水を流速０．５リットル／ｍｉｎで流入させた。この
ときのカルシウムイオン濃度は３ｍｇ／リットルであっ
た。

【００３７】排水中に浸漬させる電極としては、高純度
の鉄板を用いた。電極への通電量はＦｅ／Ｐが２．０と
なるように約５２０ｍＡとし、１時間ごとに反転させ
た。

【００３８】そして電極の電気分解により、溶出させた
鉄イオンと排水中のリン酸イオンを反応させて水不溶性
の塩を生成させた。ついでカルシウムイオン検知手段に
より、カルシウムイオン濃度を測定すると、３ｍｇ／リ
ットルであったので、前記電極への通電量を１１００ｍ
Ａに上げて、鉄イオンの溶出量を増大させた。

【００３９】つぎに流出口で採取した排水を孔径０．４
５μｍのフィルターで濾過した濾液をＪＩＳＫ０１
０２に規格された全リン分析法（４６．３）に準拠して
調べた結果、リンの除去効率が９０％以上であることが
わかった。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
排水中のリン酸イオンを連続的に高効率で除去でき、か
つ該高効率を安定して維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排水処理装置の一実施の形態を示す説
明図である。

【図２】図１におけるの排水処理装置の動作を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１流入口２流出口３排水処理室４、５電極６電源７カルシウムイオン検知手段８カルシウムイオン検知槽９投入装置１０制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福本明広大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄イオンおよび／またはアルミニウムイ
オンを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄
イオンおよび／またはアルミニウムイオンを電気化学的
に溶出させリン酸イオンを鉄および／またはアルミニウ
ムとの水不溶性塩の形で凝集沈殿させる排水の処理方法
であって、排水中のカルシウムイオンおよび／またはマ
グネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づい
て排水中のカルシウムイオンおよび／またはマグネシウ
ムイオン濃度を制御するリン酸イオン含有排水の処理方
法。
【請求項２】前記検知濃度が所定の濃度より低いばあ
い、排水中にカルシウムイオンおよび／またはマグネシ
ウムイオン発生源を投入する請求項１記載のの処理方
法。
【請求項３】鉄イオンおよび／またはアルミニウムイ
オンを含む電極を用いてリン酸イオンを含む排水中に鉄
イオンおよび／またはアルミニウムイオンを電気化学的
に溶出させリン酸イオンを鉄および／またはアルミニウ
ムとの水不溶性塩の形で凝集沈殿させる排水の処理方法
であって、排水中のカルシウムイオンおよび／またはマ
グネシウムイオン濃度を検知し、当該検知濃度に基づい
て前記鉄および／またはアルミニウムの電解溶出量を制
御するリン酸イオン含有排水の処理方法。
【請求項４】カルシウムイオンおよび／またはマグネ
シウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水
処理室の上流側で行なう請求項１、２または３記載の処
理方法。
【請求項５】カルシウムイオンおよび／またはマグネ
シウムイオン濃度の検知は、前記電極が浸漬される排水
処理室内で行なう請求項１、２または３記載の処理方
法。
【請求項６】排水の流入口と流出口を有する排水処理
室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬する
ように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／ま
たはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該
電極に通電するための電源と、前記流入口の上流側の排
水中に浸漬されるカルシウムイオンおよび／またはマグ
ネシウムイオン検知手段を有するカルシウムイオンおよ
び／またはマグネシウムイオン検知槽と、カルシウムイ
オンおよび／またはマグネシウムイオン発生源を排水中
に投入するための投入装置と、前記検知手段により検知
される信号に基づいて前記投入装置を制御する制御部と
を備えてなるリン酸イオン含有排水の処理装置。
【請求項７】前記検知槽が撹拌羽根を有してなる請求
項６記載の処理装置。
【請求項８】前記投入装置が撹拌羽根を有してなる請
求項６または７記載の処理装置。
【請求項９】排水の流入口と流出口を有する排水処理
室と、該処理室内の排水中に少なくとも一部が浸漬する
ように配置され、少なくとも１つが鉄イオンおよび／ま
たはアルミニウムイオン発生源を含んでいる電極と、該
電極に通電するための電源と、排水中に浸漬されるカル
シウムイオンおよび／またはマグネシウムイオン検知手
段と、該検知手段により検知される信号に基づいて前記
電源を制御する制御部とを備えてなるリン酸イオン含有
排水の処理装置。
【請求項１０】前記検知槽が撹拌羽根を有してなる請
求項９記載の処理装置。
【請求項１１】前記検知手段が前記排水処理室の上流
側の排水中に浸漬されてなる請求項６、７、８、９また
は１０記載の処理装置。
【請求項１２】前記検知手段が前記排水処理室内の排
水中に浸漬されてなる請求項６、７、８、９または１０
記載の処理装置。
【請求項１３】前記検知手段が前記排水処理室内に設
けられるカルシウムイオンおよび／またはマグネシウム
イオン検知槽の排水中に浸漬されてなる請求項６、７、
８、９または１０記載の処理装置。