JPH11216496A

JPH11216496A - 酸化態窒素の除去装置

Info

Publication number: JPH11216496A
Application number: JP2297098A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Haga; 良一芳賀; Masaru Nanba; 勝難波
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】水中に溶解した硝酸態窒素及び亜硝酸態窒素の
除去装置を提供する。【解決手段】水素イオン透過膜１２により陰極１１を収
容する陰極室１５と陽極１０を収容する陽極室１４とに
区画された電解脱窒槽６の陰極室１５を、水が通過でき
る陰極板１１によって陰極反応室１５ａと脱窒室１５ｂ
に区画した。陰極室内のｐＨ分布を縮小させるため、陰
極反応室１５ａと脱窒室１５ｂのそれぞれに交互に配置
された板状の突起物８及び７を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水中に溶解した硝
酸態窒素や亜硝酸態窒素の如き酸化態窒素を水素酸化脱
窒菌を用いて還元，除去するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】生活用水として使用される被処理水の硝
酸態窒素や亜硝酸態窒素等の酸化態窒素による汚染が深
刻化しつつあり、これらの浄化手段の開発が急務であ
る。硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を除去する方法として、
独立栄養細菌のひとつである水素酸化細菌を利用する生
物的脱窒法があり、特公平6−104230 号公報，特開平8
−39095 号公報，特開平8−224598 号公報及び特開平9
−75996号公報等に記載されている。

【０００３】特公平6−104230 号公報には、水の電気分
解用陰極の表面に水素酸化脱窒菌を固定することが示さ
れている。特開平8−224598 号公報には、金属製陽極で
発生する酸素を陰極板と陽極板の間に電子を透過する隔
膜を設けて隔離することが示されている。特開平9−759
96号公報には、隔膜により陰極と陽極とを隔離した上で
陽極液を陰極室に供給することが示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】水の電気分解において
金属製陽極で発生する酸素による脱窒反応の阻害を防止
するために陽極と陰極の間をイオン交換膜等の隔膜で隔
離する方法では、陰極室内のｐＨが生物処理に適さなく
なる問題を生じる。このため、中和のために酸やアルカ
リ等の薬剤添加が必要となり、脱窒処理水の生活用水と
しての利用を制限される問題がある。

【０００５】本発明の目的は、中和用薬剤の使用量を極
力低減しつつ水素酸化脱窒菌固定層でのｐＨを至適範囲
に調節することによって、反応速度を高め、効率的に酸
化態窒素を除去できる水中に溶解した酸化態窒素の除去
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような従来技術の問
題点を解決するために、本発明では以下に述べる手段を
用いている。

【０００７】すなわち、本発明の水中に溶解した酸化態
窒素の除去装置は、陰極板と陽極板と水素酸化脱窒菌を
収容する電気分解槽を用いて被処理水の電気分解を行わ
せて陰極面で水素を発生させ、該水素を利用して被処理
水中に溶解する酸化態窒素を窒素に生物的に還元して除
去する装置において、前記陰極板面に被処理水の混合手
段を設けたことを特徴とする。

【０００８】電気分解槽の中の陰極及び陽極に電圧を付
加することにより、水の電気分解が行われ、陰極では水
素と水酸イオンが、陽極では酸素と水素イオンがそれぞ
れ生成する。本来、陰極で発生する水酸イオンと陽極で
発生する水素イオンの生成量は等量であり、混合すれば
ｐＨの変化は生じない。しかし、容積効率を向上させる
ために電気分解槽内部の陰極板と陽極板の間隙はできる
だけ狭隘なものにすることが望ましく、かつ反応液の流
動速度も大きなものにすることができない。

【０００９】このため、反応液の混合が不十分となり、
陰極近傍では水酸イオン濃度が高くなってアルカリ性と
なり、陽極近傍では水素イオン濃度が高くなって酸性と
なる。水素酸化脱窒菌の脱窒反応至適ｐＨはおおよそ７
〜８.５の範囲であり、電気分解槽内部のｐＨ分布は脱
窒反応速度の低下を引き起こす。そこで、本発明では特
に陰極板面に混合手段を設けてｐＨ分布の縮小を図って
いる。

【００１０】本発明になる次の装置としては、陰極板と
陽極板の狭隘な空間を混合手段として電極板面に突起物
を設けたことを特徴とする。電極板面に設けた突起物の
近傍では反応液の流動速度及び流動方向が変化し、これ
によって液の混合が引き起こされる。

【００１１】電極板面に設けた突起物は、導電性の物質
で構成されている場合、突起部分に電気分解用電流の集
中をまねき、局所的なｐＨ上昇や水素発生を引き起こ
す。

【００１２】従って、本発明になる次の装置としては、
突起物が非導電体で構成されていることを特徴とする。

【００１３】陰極面に設けた突起物によって反応液を混
合するに際しては、陰極面のみならず、陰極面に相対す
る面にも同様な突起物を設けることが望まれる。なおか
つ、陰極面及び陰極面と相対する面に設けた突起物は、
それぞれ異なる位置に設置することが混合を効率よく行
う上で好ましい。

【００１４】従って、本発明になる次の装置としては、
陰極板面に設けた突起物と陰極板に相対する面に設けら
れた突起物が交互に配置されていることを特徴とする。

【００１５】本発明において用いる水素酸化脱窒菌によ
る脱窒反応は嫌気反応であるため、陽極と陰極との間に
隔膜を配置して、陽極で発生する酸素を遮断することが
望ましい。隔膜としては、酸素を遮断しかつ水素イオン
を透過せしめる材料で構成されていることが望まれる。

【００１６】従って、本発明になる次の装置としては、
前記電気分解槽が陰極板と陽極板の間に配置された酸素
を透過せず水素イオンを透過する隔膜によって陰極板と
水素酸化脱窒菌を収容する陰極室と陽極板を収容する陽
極室とに区画されたものであり、前記陰極板に相対する
面が隔膜面であり、被処理水を前記陰極室に供給するこ
とを特徴とする。

【００１７】本発明において、電気分解槽容積あたりの
脱窒速度を向上するには水素供給速度、すなわち電気分
解電流密度を増大することが必要である。しかるに、電
気分解用電流を増加すると水素酸化脱窒菌の活性を低下
させる現象が発生する。特に陰極板の表面に水素酸化脱
窒菌の生物膜を形成させた生物電極法において脱窒活性
低下が著しい。脱窒菌を電気分解を行う面以外のところ
に配置すれば脱窒活性低下を起こすことなく電解用電流
密度を増加させることができる。

【００１８】そこで、陰極として水及びイオンが通過で
きる空隙部を有する部材で構成し、陰極の背面にも脱窒
菌を固定することとした。この場合、陰極の背面にも反
応液を流通せしめるため、被処理水の流動方向に対して
直角に配置した板状の突起物を用いることが望ましい。
板状の突起物は陰極板の隔膜に面する面とその裏面とに
それぞれ交互に設置し、被処理水を陰極板の隔膜に面す
る面とその裏面との間で交互に流通させることが望まし
い。

【００１９】従って、本発明になる次の装置としては、
前記電気分解槽が陰極板と陽極板の間に配置された酸素
を透過せず水素イオンを透過する隔膜によって陰極板と
水素酸化脱窒菌を収容する陰極室と陽極板を収容する陽
極室とに区画され、なおかつ前記陰極室が水及びイオン
が通過できる空隙部を設けた陰極板によって陰極反応室
と水素酸化脱窒菌を収容する脱窒室とに区画されたもの
であり、該陰極板の隔膜に面する面とその背面の脱窒室
に面する面のそれぞれに交互に配置された板状の前記突
起物を設け、被処理水を陰極反応室に供給し、次いで該
被処理水を前記陰極反応室と前記脱窒室を陰極板を通過
して交互に流通せしめることを特徴とする。

【００２０】電気分解槽内での被処理水の流動速度は小
さなことから、単に陰極板の表と裏の面に板状の突起物
を交互に配置したのみでは、陰極反応室と前記脱窒室の
間を交互に流通せしめることは困難である。このため、
板状の突起物を相対する面に接触させて流路を閉鎖し、
被処理水を強制的に陰極反応室と前記脱窒室を交互に流
通せしめることが望ましい。

【００２１】従って、本発明になる次の装置としては、
前記突起物をそれぞれ相対する面に接触せしめて実質的
に前記陰極反応室と前記脱窒室をそれぞれ少なくとも２
個以上に区画したことを特徴とする。

【００２２】陽極で発生する水素イオンと陰極で発生す
る水酸イオンの生成量は等量であるが、両極間に設置さ
れたイオン交換膜の透過抵抗により陰極室に透過してく
る水素イオン量は水酸イオン量より少なくなる。また、
水素酸化脱窒菌による脱窒反応によっても水酸イオンが
生成されるため、陰極室はアルカリ化することになる。

【００２３】このため、水素イオンの不足量に相当する
炭酸ガスを予め被処理水中に溶解させることにより、脱
窒菌固定層を脱窒反応に好ましいｐＨ環境に調節するこ
とが望まれる。さらに、陰極板として水及びイオンが通
過できる空隙部を有する部材を使用することによって水
素酸化脱窒菌の固定量が減少し、脱窒速度の向上効果が
得られない。そこで、陰極の近傍に脱窒菌固定層を配置
することが望ましい。従って、本発明になる次の装置と
しては、被処理水に炭酸ガスを溶解させる炭酸ガス溶解
槽を付加し、前記脱窒室の陰極板の近傍に表面に前記水
素酸化脱窒菌を固定してなる水が通過できる空隙を有す
る脱窒菌固定層を設け、前記陰極反応室に炭酸ガスを溶
解せしめた前記被処理水を導入し、該被処理水を前記陰
極反応室と前記脱窒室の間を陰極板及び脱窒菌固定層を
通過して交互に流通せしめることを特徴とする。

【００２４】本発明では陰極室内のアルカリ化を防止す
るため、水素イオンの不足量に相当する炭酸ガスを予め
被処理水中に溶解させることにより、脱窒菌固定層を脱
窒反応に好ましいｐＨ環境に調節する。しかし、電解電
流量が大きかったり、被処理水中の酸化態窒素濃度が高
いと多量の炭酸ガスを溶解させることが必要になり、被
処理水が強酸性化してしまうという問題が生じる。この
問題を解決するために、電解電流量が大きかったり、被
処理水中の酸化態窒素濃度が高い場合には、陰極室から
流出する脱窒処理水を炭酸ガス溶解槽に返送し、循環さ
せることが望ましい。

【００２５】従って、本発明になる次の装置としては、
前記脱窒室から流出する陰極水を前記炭酸ガス溶解槽に
返送する流路を設け、陰極水の少なくとも一部を炭酸ガ
ス溶解槽に戻すことを特徴とする。

【００２６】被処理水に溶解すべき炭酸ガス量は、脱窒
菌に接触する被処理水の酸化態窒素の濃度及び水素酸化
脱窒菌の脱窒活性、及び電気分解用電流量によって決定
される。被処理水への炭酸ガス溶解量は、ｐＨを指標と
して炭酸ガス溶解槽への炭酸ガス供給量，陰極水の返送
量のいずれか、又は両者を制御することによって調節さ
れる。

【００２７】従って、本発明の次の装置は、炭酸ガス溶
解槽より流出する炭酸ガス溶解被処理水のｐＨを炭酸ガ
ス供給量及び／又は脱窒処理水返送量の制御によって調
節することを特徴とする。

【００２８】陰極室から流出する陰極水中には、未反応
の水素が溶解していることから、これを有効活用しつつ
脱窒処理水中から除去することが好ましい。

【００２９】従って、本発明の次の装置は、内部に水素
酸化脱窒菌を固定した脱窒槽を付加し、該脱窒槽に前記
脱窒室から流出するガス及び陰極水の少なくとも一部を
通じて未利用の水素を利用して陰極水中の酸化態窒素を
窒素に還元することを特徴とする。

【００３０】陰極水又は脱窒槽から流出する脱窒水は、
酸素のない嫌気状態であり、弱アルカリ性で炭酸，重炭
酸イオン、及び炭酸イオンを含有している。脱窒処理水
を活用するためには、水中に酸素を溶解させ、かつ中和
し、なおかつ炭酸，重炭酸イオン、及び炭酸イオンをで
きるだけ低減することが望ましい。

【００３１】従って、本発明の次の装置は、陰極水又は
脱窒槽から流出する脱窒水に通気下で陽極室より流出す
る陽極水の一部を加えてｐＨが５.８〜８.５、好ましく
は６.５〜７.５の処理水を得ることを特徴とする。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明になる酸化態窒素除去装置
の一実施例を示す図２により詳細に説明する。被処理水
１は電解脱窒槽６に供給される。電解脱窒槽６は、内容
積５００mlのプラスチック製であり、水素イオン透過膜
１２によって直流電圧を印加した陰極１１と水素酸化脱
窒菌を収容する陰極室１５、及び陽極１０を収容する陽
極室１４で構成されている。陰極１１はステンレス平
板、陽極１０は白金メッキチタン平板で作られており、
面積はいずれも２００cm²である。陰極１１の表面に
は、直径５mm，高さ１０mmの円柱状の突起物８が設けら
れている。突起物８の設置概要を図３に示す。陰極室１
５内の水素利用脱窒菌は、陰極１１の表面及び陰極室内
面に形成された脱窒菌層１９に存在する。水素イオン透
過膜１２としては、一価イオン選択性陽イオン交換膜を
使用した。

【００３３】陽極１０及び陰極１１を直流電源４０に接
続し、直流電圧を印加することによって電流が流れ、そ
の結果、水の電気分解が起こる。陰極及び陽極での反応
は、次の（１）（２）式で表される。

【００３４】

【化１】電極反応（陰極）１０Ｈ₂Ｏ＋１０ｅ^-→５Ｈ₂＋１０ＯＨ^-…（１）

【００３５】

【化２】電極反応（陽極）５Ｈ₂Ｏ→５／２Ｏ₂＋１０Ｈ⁺＋１０ｅ^-…（２）水の電気分解においては、理論上、陰極で発生する水酸
イオンと陽極で発生する水素イオンの発生量は等量であ
り、陽極で発生した水素イオン(Ｈ⁺）は、(１)式で生成
した水酸イオン(ＯＨ^-）の中和反応に使用されるため、
陰極室に速やかに移動させなければならない。

【００３６】一方で、同時に発生する酸素は水素酸化脱
窒菌の脱窒反応を阻害する。このため、陰極と陽極との
間に酸素を通過させずに水素イオンを透過する機能を有
する水素イオン通過膜１２を配置して酸素を陽極水２２
と共に陽極室１４から排出し、陰極室１５への酸素の侵
入を最小限にとどめる。

【００３７】陰極室１５内に存在する水素利用脱窒菌
は、陰極１１の表面で発生する水素を利用して硝酸態窒
素や亜硝酸態窒素の酸化態窒素を窒素に還元する。水素
酸化脱窒菌による硝酸態窒素の脱窒反応は下記（３）式
により表される。

【００３８】

【化３】脱窒反応（微生物層）２ＮＯ₃ ^-＋５Ｈ₂→Ｎ₂＋４Ｈ₂Ｏ＋２ＯＨ^-…（３）水素酸化脱窒菌の能力の範囲内であれば、脱窒量は電解
電流量に比例する。

【００３９】（１）（３）式より、１モルの硝酸イオン
を脱窒するのに２.５モルの水素が必要であり、この水
素を電気分解で生成するのに要する電気量は理論上約48
0000クーロンである。電気分解で発生させた水素量に対
応して脱窒反応が行われ、被処理水中に溶解していた酸
化態窒素が窒素に還元され、ガスとして分離除去され
る。水素酸化脱窒菌により酸化態窒素が除去された被処
理水は処理水５０として陰極室１５から排出される。

【００４０】

【表１】

【００４１】本実施例の装置を用いて本発明の効果を表
１に示す。被処理水１としては、窒素濃度として２０pp
m になるよう硝酸カリウムを添加した脱塩素水道水を使
用した。被処理水を３００ml／ｈの一定流速で供給し、
３日ごとに電解電流を５ｍＡずつ段階的に増加させて脱
窒速度を徐々に向上させた。処理水を採取し、硝酸態窒
素及び亜硝酸態窒素の濃度を定量し、非処理水に対する
減少量から窒素除去速度を求めた。

【００４２】電解電流を１５ｍＡに増加させたときの３
日間の平均の窒素除去速度は１.１mg−Ｎ／ｈであっ
た。処理水中の硝酸態窒素及び亜硝酸態窒素の濃度は、
それぞれ７.４mg／Ｌ、及び８.８mg／Ｌであった。その
後、その結果、電解電流を２０ｍＡに増加させたとこ
ろ、窒素除去速度は低下した。よって、本実施例の脱窒
性能は最大１.１mg−Ｎ／ｈであることが分かる。陰極
面に設けた突起物によって混合が良好に行われるように
なったことから、下記の比較例の脱窒性能に比較して脱
窒性能向上の効果が得られた。

【００４３】比較例として、図２に示す酸化態窒素除去
装置において突起物８を撤去した陰極を用いた装置を用
いて上記と同様の実験を行ったときの脱窒性能を表１に
合わせて示した。本比較例の窒素除去速度は１.０mg−
Ｎ／ｈであった。

【００４４】図４は、本発明になる酸化態窒素除去装置
の他の実施例における突起物８を設けた陰極１１の形状
を示す。本実施例では、幅１５mm，厚さ２mm，高さ１０
mmのプラスチック製板を突起物８として用いた。本実施
例になる陰極を図２に示す脱窒装置の陰極として使用し
たときの脱窒性能を表１に合わせて示した。図３に示す
円柱状突起物に比較して図４に示す板状突起物の方がよ
り混合能力が大きく、脱窒性能が向上している。

【００４５】図５は、本発明になる酸化態窒素除去装置
の他の実施例における突起物８を設けた陰極１１の形状
を示す。本実施例では、幅１００mm，厚さ２mm，高さ１
０mmのプラスチック製板を突起物８として用いた。本実
施例になる陰極を図２に示す脱窒装置の陰極として使用
したときの脱窒性能を表１に合わせて示した。図３に示
す円柱状突起物に同等の脱窒性能が得られている。

【００４６】図６は、本発明になる酸化態窒素除去装置
の他の実施例における陰極１１と突起物８ａ及び８ｂ、
及び水素イオン透過膜１２の配置と形状を示す。本実施
例では、幅１００mm，厚さ２mm，高さ１０mmのプラスチ
ック製板を突起物８ａ及び８ｂとして用いた。突起物８
ａはその一端が陰極１１に接し、他の一端は水素イオン
透過膜１２に５mmの間隔で相対している。突起物８ｂは
その一端が水素イオン透過膜１２に接し、他の一端は陰
極１１に５mmの間隔で相対している。突起物８ａと突起
物８ｂは、それぞれ等間隔で交互に配置されており、陰
極室１５に注入された被処理水はイオン交換膜１２と陰
極１１に交互に接触しながら溶解している窒素酸化物が
除去される。

【００４７】本実施例になる図６に示す陰極と突起物を
図２に示す脱窒装置の陰極として使用したときの脱窒性
能を表１に合わせて示す。図５に示す板状突起物に比較
して本実施例の方が大きな脱窒性能が得られており、図
６に示す板状突起物を用いた方がより混合能力が大きい
ことがわかる。

【００４８】図７は、本発明になる酸化態窒素除去装置
の他の実施例における陰極１１と突起物７及び８の形状
と配置を示す。本実施例では、陰極１１として直径１mm
の穴を設けた穴あきステンレス板を使用した。幅１００
mm，厚さ２mm，高さ７mmのプラスチック製板を突起物７
及び８として用いた。突起物７はその一端が陰極１１に
接し、他の一端は電解脱窒槽６の内壁に接している。突
起物８はその一端が陰極１１に接し、他の一端は水素イ
オン透過膜１２に接している。

【００４９】突起物７と突起物８は、それぞれ等間隔で
交互に配置されており、陰極室１５に注入された被処理
水はイオン交換膜１２と陰極１１に交互に接触しながら
溶解している窒素酸化物が除去される。本実施例になる
図７に示す陰極を図２に示す脱窒装置の陰極として使用
したときの脱窒性能を表１に合わせて示す。図６に示す
板状突起物に比較して本実施例の方がさらに大きな脱窒
性能が得られており、図６に示す板状突起物を用いた方
がより混合能力が大きいことがわかる。

【００５０】図１は、本発明になる酸化態窒素除去装置
の他の実施例を示す。硝酸態窒素や亜硝酸態窒素等の酸
化態窒素を溶解した被処理水１は炭酸ガス溶解塔２に供
給され、該溶解塔２内で炭酸ガスを含有する気泡３と接
触することにより炭酸ガスを溶解する。被処理水１中へ
の炭酸ガス溶解量は、ｐＨ電極４１の検出信号をもとに
ｐＨ調節器４５によって流量制御弁３６を調節すること
により制御される。また、炭酸ガス溶解量の設定値は、
後述する脱窒処理水のｐＨにもとづいて決定される。炭
酸ガス溶解被処理水は、ポンプ３１により電解脱窒槽６
に供給される。電解脱窒槽８は、内容積１０００mlのプ
ラスチック製であり、陽極板１０と陰極板１１を収容し
ている。

【００５１】陽極板１０と陰極板１１は直流電源４０に
接続されており、直流電圧が印加されている。それぞれ
の電極面積は２００cm²である。電解脱窒槽８は、両極
の間に設置された水素イオンが通過できる隔膜１２によ
り、陰極室１５と陽極室１４とに区画されている。陰極
室１５は被処理水を通過させる３０メッシュのステンレ
ス網で構成された陰極１１によって水素イオン通過膜１
２に面する陰極反応室１５ａとその背面の水素酸化脱窒
菌を固定した脱窒菌固定層１３を収容する脱窒室１５ｂ
とに区画されている。

【００５２】陰極反応室１５ａと脱窒室１５ｂのそれぞ
れに交互に配置された板状の突起物８及び７が設けられ
ている。突起物８及び７は、陰極１１に接し、それぞれ
水素イオン通過膜１２又は脱窒室１５ｂ壁面に接してい
る。なお、脱窒菌固定層１３もまた、被処理水が通過す
るのに支障がないように多孔性のプラスチック材で構成
されている。なお、水素酸化脱窒菌を固定する方法とし
ては、本例に限定するものではなく、セラミックスや合
成樹脂製の多孔質担体表面に生物膜を形成させる方法，
ゲル状物質中に包埋する方法，物質透過性を有する物質
のマイクロカプセル中に封入する方法のいずれかを用い
てもよい。

【００５３】炭酸ガス溶解被処理水は、陰極反応室１５
ａに注入される。注入された炭酸ガス溶解被処理水は、
水素イオン通過膜１２を透過してくる水素イオンを溶解
し、酸性化する。次いで陰極板１１に接触し、その表面
で電極反応により発生した水素と水酸イオンの供給を受
ける。水の電気分解においては、理論上、陰極で発生す
る水酸イオンと陽極で発生する水素イオンの発生量は等
量であり、両者を混合すればｐＨの変化は起こらないは
ずである。

【００５４】しかし、水素イオン交換膜の透過抵抗や、
他の陽イオンが混在していることにより、実際に水素イ
オン交換膜を透過して陰極室に流入する水素イオン量は
減少する。したがって、陰極板の近傍では、水酸イオン
濃度が増加してｐＨがアルカリ性側に変化しようとす
る。水素酸化脱窒菌の脱窒反応に好適なｐＨは７〜8.5
であり、この範囲を外れると脱窒活性が大きく低下す
る。

【００５５】したがって、本発明では被処理水中に炭酸
ガスを予め溶解させ、炭酸ガスが下記（４）式のように
解離して水素イオンと重炭酸イオン（ＨＣＯ₃ ^-）を生成
することを利用してｐＨの変化を緩衝する。

【００５６】

【化４】炭酸ガス解離反応ＣＯ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ⁺＋ＨＣＯ₃ ^-…（４）陰極１１を通過する際に電気分解で発生した水素の供給
を受けた炭酸ガス溶解被処理水は、次いで脱窒菌固定層
１３を通過する間に水素酸化脱窒菌に接触し、水素を利
用せしめて溶解している硝酸態窒素や亜硝酸態窒素の酸
化態窒素を窒素に還元する。水素酸化脱窒菌の能力の範
囲内であれば、脱窒量は電解電流量に比例し、電気分解
で発生させた水素量に対応して被処理水中に溶解してい
た酸化態窒素が窒素に還元され、ガスとして分離除去さ
れる。

【００５７】ところで、（３）式から、脱窒反応によっ
ても水酸イオンが生成し、反応液をアルカリ性にするこ
とがわかる。したがって、前記の被処理水中への炭酸ガ
ス溶解量は、イオン交換膜１２による水素イオンの不足
量に加えて脱窒反応に伴うアルカリ化を中和するに足る
量とすることが望ましい。

【００５８】電解脱窒槽６で酸化態窒素を除去された陰
極水１７は、脱窒室１５ｂ上部に設けられた排出口より
排出される。排出された陰極水１７の少なくとも一部は
脱窒槽２５に導入される。脱窒槽２５には、水素酸化脱
窒菌を固定した脱窒菌固定層２６が設けられており、排
出された処理水に残留している未反応の水素を利用して
陰極水中の酸化態窒素を窒素に還元する。水素酸化脱窒
菌を固定する方法としては、セラミックスや合成樹脂製
の多孔質担体表面に生物膜を形成させる方法，ゲル状物
質中に包埋する方法，物質透過性を有する物質のマイク
ロカプセル中に封入する方法のいずれかを用いることが
好ましい。

【００５９】脱窒槽２５において脱窒素が行われた後の
脱窒処理水の一部は、前記炭酸ガス溶解槽２に返送され
る。返送用流路には、ｐＨ電極４２が設けられており、
ｐＨ調節器４６に接続されている。ｐＨ調節器４６はｐ
Ｈ電極４２の計測信号をもとに、脱窒処理液のｐＨが所
定の制御範囲内にあるかどうかを判断し、フィードバッ
ク制御により返送用ポンプ３３を調節して返送量を制御
する。なお、返送量の制御には、流量制御バルブやポン
プ稼働時間を制御する方法を用いても良い。被処理水供
給量及び電気分解用電流量が一定の場合、脱窒処理水返
送量を多くすると電解脱窒槽６及び脱窒槽２５への流入
量が増加し、その分、電気分解及び脱窒反応に伴って生
成する水素イオン及び水酸イオンの液中濃度が低下し
て、ｐＨ変化量を小さくできる。従って、ｐＨ変化の抑
制に必要な炭酸ガス溶解量を削減することができる。

【００６０】特に、電極面積当たりの電解用電流密度が
大きい場合や、被処理水中の酸化態窒素濃度が高い場合
には、脱窒処理水返送量を多くすることが有効である。
また、炭酸ガス溶解量を固定した場合には、ｐＨの制御
を返送用ポンプ３３の調節によって行うことも可能であ
る。通常は、被処理水中の酸化態窒素濃度等の水質や電
気分解用電流量を勘案して、炭酸ガス溶解量制御及び脱
窒処理水返送量制御の両者を併用してｐＨを制御する。

【００６１】被処理水１の一部は、ポンプ３２により陽
極室下部に設けた注入口より陽極室に供給される。陽極
室には、白金でコーティングしたチタン板の陽極１０が
設置されており、水の電気分解反応により酸素と水素イ
オンが発生する。脱窒反応を阻害する酸素は、水素イオ
ン通過膜１２によって陰極室への浸透を阻止され、陽極
室に留まる。水素イオンの大部分は電位勾配により水素
イオン通過膜１２を通過して陰極室に移動するが、一部
は陽極水にとどまる。このため、陽極水の水素イオン濃
度が高まってｐＨが２.５〜４程度の酸性となる。陽極
室１４上部には、排出口が設けられており、酸素を含む
酸性の陽極水２２が排出される。

【００６２】前記脱窒槽２５から排出された脱窒処理水
の一部と前記陽極水２２の一部は、酸素溶解槽５１に導
かれて混合される。酸素溶解槽５１には空気が注入され
ており、散気管５３で発生させた気泡５２と接触させる
ことによって脱窒処理水中に溶解している水素と炭酸ガ
スが気泡内に拡放し、気泡内の酸素が脱窒処理水中に溶
解するガス交換が行われる。脱窒処理水中には重炭酸イ
オンが溶解しており、炭酸ガスが除去されることによっ
てアルカリ化する。

【００６３】一方、陽極水２２は酸性であり、これを脱
窒処理水に混合することにより、中和された処理水５０
を得る。処理水５０のｐＨは、空気流量制御弁３７を調
節することにより制御される空気注入量と、酸素溶解槽
５１に設けられたｐＨ電極４３の検出信号をもとにｐＨ
調節器４７によって調節されるポンプ３４とによって制
御される。処理水５０は中性、好ましくはｐＨを６.５
〜７.５に調節することが望ましい。

【００６４】本実施例の装置を用いて本発明の効果を図
８に示す。被処理水としては、窒素濃度として２０ppm
になるよう硝酸カリウムを添加した脱塩素水道水を使用
した。被処理水を３００ml／ｈの一定流速で供給し、電
解電流を段階的に増加させて脱窒速度を徐々に向上させ
た。なお、脱窒処理水の炭酸ガス溶解塔への返送量は３
００〜４００ml／ｈに調節した。その結果、運転開始３
０日目頃より安定した水質の処理液が得られた。処理水
中の亜硝酸態窒素濃度は２mg／Ｌ以下であり、硝酸態窒
素濃度も５mg／Ｌ以下であった。本実施例により、処理
水中の亜硝酸濃度の低い良好な処理水を得ることが可能
となった。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、亜硝酸濃度の低い酸化
態窒素除去液を得ることが可能となった。又、中和用薬
剤としての炭酸ガス使用量を低減し、かつ水素酸化脱窒
菌の脱窒反応に好適な環境を維持することが可能とな
り、より効率よく硝酸態窒素及び／又は亜硝酸態窒素を
除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる硝酸態窒素除去装置の一実施例を
示す図。

【図２】本発明になる硝酸態窒素除去装置の一実施例を
示す図。

【図３】本発明になる硝酸態窒素除去装置の一実施例の
陰極及び突起物の概要を示す斜視図。

【図４】本発明になる硝酸態窒素除去装置の一実施例の
陰極及び突起物の概要を示す斜視図。

【図５】本発明になる硝酸態窒素除去装置の一実施例の
陰極及び突起物の概要を示す斜視図。

【図６】本発明になる硝酸態窒素除去装置の一実施例の
陰極及び突起物の概要を示す斜視図。

【図７】本発明になる硝酸態窒素除去装置の一実施例の
陰極及び突起物の概要を示す斜視図。

【図８】本発明になる硝酸態窒素除去装置の一実施例の
脱窒実験の結果を示す特性図。

【符号の説明】

１…被処理水、２…炭酸ガス溶解槽、３…炭酸ガス含有
気泡、４，５３…散気管、６…電解脱窒槽、７，８…突
起物、１０…陽極、１１…陰極、１２…水素イオン透過
膜、１３，２６…脱窒菌固定層、１４…陽極室、１５…
陰極室、１５ａ…陰極反応室、１５ｂ…脱窒室、１７…
陰極水、２２…陽極水、２５…脱窒槽、５１…酸素溶解
槽、５２…空気気泡、４０…直流電源、３１〜３４…ポ
ンプ、３６，３７…流量制御弁、４１，４２，４３…ｐ
Ｈ電極、４５，４６，４７…ｐＨ調節器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陰極板と陽極板と水素酸化脱窒菌を収容す
る電気分解槽を用いて被処理水の電気分解を行わせて陰
極面で水素を発生させ、該水素を利用して被処理水中に
溶解する酸化態窒素を窒素に生物的に還元して除去する
装置において、前記陰極板面に被処理水の混合手段を設
けたことを特徴とする酸化態窒素の除去装置。
【請求項２】請求項１記載装置において、前記混合手段
が電極板面に設けた突起物であることを特徴とする酸化
態窒素の除去装置。
【請求項３】請求項２記載の装置において、前記突起物
が非導電体で構成されていることを特徴とする酸化態窒
素の除去装置。
【請求項４】請求項２又は３記載の装置において、陰極
板面に設けた突起物と陰極板に相対する面に設けられた
突起物が交互に配置されていることを特徴とする酸化態
窒素の除去装置。
【請求項５】請求項４記載の装置において、前記電気分
解槽が陰極板と陽極板の間に配置された酸素を透過せず
水素イオンを透過する隔膜によって陰極板と水素酸化脱
窒菌を収容する陰極室と陽極板を収容する陽極室とに区
画されたものであり、前記陰極板に相対する面が隔膜面
であり、被処理水を前記陰極室に供給することを特徴と
する酸化態窒素の除去装置。
【請求項６】請求項１ないし３のいずれか１項記載の装
置において、前記電気分解槽が陰極板と陽極板の間に配
置された酸素を透過せず水素イオンを透過する隔膜によ
って陰極板と水素酸化脱窒菌を収容する陰極室と陽極板
を収容する陽極室とに区画され、なおかつ前記陰極室が
水及びイオンが通過できる空隙部を設けた陰極板によっ
て陰極反応室と水素酸化脱窒菌を収容する脱窒室とに区
画されたものであり、該陰極板の隔膜に面する面とその
背面の脱窒室に面する面のそれぞれに交互に配置された
板状の前記突起物を設け、被処理水を陰極反応室に供給
し、次いで該被処理水を前記陰極反応室と前記脱窒室を
陰極板を通過して交互に流通せしめることを特徴とする
水中に溶解した酸化態窒素の除去装置。
【請求項７】請求項６記載の装置において、前記突起物
をそれぞれ相対する面に接触せしめて実質的に前記陰極
反応室と前記脱窒室をそれぞれ少なくとも２個以上に区
画したことを特徴とする酸化態窒素の除去装置。
【請求項８】請求項６又は７項記載の装置において、被
処理水に炭酸ガスを溶解させる炭酸ガス溶解槽を付加
し、前記脱窒室の陰極板の近傍に表面に前記水素酸化脱
窒菌を固定してなる水が通過できる空隙を有する脱窒菌
固定層を設け、前記陰極反応室に炭酸ガスを溶解せしめ
た前記被処理水を導入し、該被処理水を前記陰極反応室
と前記脱窒室の間を陰極板及び脱窒菌固定層を通過して
交互に流通せしめることを特徴とする酸化態窒素の除去
装置。
【請求項９】請求項６ないし８のいずれか１項記載の装
置において、前記脱窒室から流出する陰極水を前記炭酸
ガス溶解槽に返送する流路を設け、陰極水の少なくとも
一部を炭酸ガス溶解槽に戻すことを特徴とする酸化態窒
素の除去装置。
【請求項１０】請求項６ないし９のいずれか１項記載の
装置において、炭酸ガス溶解工程より流出する炭酸ガス
溶解被処理水のｐＨを炭酸ガス供給量及び／又は陰極水
返送量の制御によって調節することを特徴とする酸化態
窒素の除去装置。
【請求項１１】請求項６ないし１０のいずれか１項記載
の装置において、内部に水素酸化脱窒菌を固定した脱窒
槽を付加し、該脱窒槽に前記脱窒室から流出するガス及
び陰極水の少なくとも一部を通じて未利用の水素を利用
して陰極水中の酸化態窒素を窒素に還元することを特徴
とする酸化態窒素の除去装置。
【請求項１２】請求項６ないし１１のいずれか１項記載
の装置において、脱窒処理水と前記陽極室より流出する
陽極水の一部を通気下で混合し、処理水をｐＨ５.８〜
８.５、好ましくは６.５〜７.５に調整する処理水調整
槽を備えたことを特徴とする酸化態窒素の除去装置。