JPH11347558A - 酸化態窒素含有水の電解処理方法と装置 - Google Patents
酸化態窒素含有水の電解処理方法と装置Info
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- JPH11347558A JPH11347558A JP17801198A JP17801198A JPH11347558A JP H11347558 A JPH11347558 A JP H11347558A JP 17801198 A JP17801198 A JP 17801198A JP 17801198 A JP17801198 A JP 17801198A JP H11347558 A JPH11347558 A JP H11347558A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 副生成物であるアンモニア態窒素を除去する
ことができる酸化態窒素含有水の電解処理方法と装置を
提供する。 【解決手段】 酸化態窒素含有水を電気分解する、少な
くとも一対の陰極と陽極を有し、陰極室４と陽極室５の
間に酸素を透過せず、電子を透過する陽イオン交換膜６
を配備し、陰極２表面に酸化態窒素還元触媒を担持した
電解槽１を有する電解処理装置において、前記陰極室４
と陽極室５を配管によって連通し、陰極室の処理水を陽
極室に通水できる構成としたものであり、前記電解槽
は、陽極として塩素発生型の材質を用いると、被処理水
を同時に殺菌することができ、前記被処理水８は、先ず
陰極室４に通水し、陰極室流出水を陽極室５に通水する
構成とするのがよい。
ことができる酸化態窒素含有水の電解処理方法と装置を
提供する。 【解決手段】 酸化態窒素含有水を電気分解する、少な
くとも一対の陰極と陽極を有し、陰極室４と陽極室５の
間に酸素を透過せず、電子を透過する陽イオン交換膜６
を配備し、陰極２表面に酸化態窒素還元触媒を担持した
電解槽１を有する電解処理装置において、前記陰極室４
と陽極室５を配管によって連通し、陰極室の処理水を陽
極室に通水できる構成としたものであり、前記電解槽
は、陽極として塩素発生型の材質を用いると、被処理水
を同時に殺菌することができ、前記被処理水８は、先ず
陰極室４に通水し、陰極室流出水を陽極室５に通水する
構成とするのがよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化態窒素含有水
の電解処理に係り、特に、用水あるいは廃水中の硝酸・
亜硝酸性窒素を電解処理する方法と装置に関する。
の電解処理に係り、特に、用水あるいは廃水中の硝酸・
亜硝酸性窒素を電解処理する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】地下水は、広く水道の水源として利用さ
れているが、近年１０ｍｇ／リットルを越える硝酸性窒
素による汚染が特に農村部において数多く報告されてい
る。地下水中の硝酸性窒素除去方法としては、従来、イ
オン交換法、生物処理法などが知られている。しかし、
前者においては、硝酸性窒素を吸着した樹脂を再生する
ために、多量の食塩水を使用する必要があり、硝酸性窒
素及び塩分濃度の高い再生廃液を排出するため、その処
理が必要となる。また、後者では、被処理水に水素供与
体として有機物を過剰に添加することから、処理水中に
有機物が残留する。また、処理水中には反応に関与する
菌体も流出するため、浄水処理としては、後段に何らか
の処理が必要である。さらに、後者では多量の余剰汚泥
を排出するため、これを処理する設備が必要である。な
お、生物処理法には、水素供与体として水素ガスを利用
する方法も存在するが、この方法では処理速度が遅く、
また大がかりな水素供給設備が必要となる。
れているが、近年１０ｍｇ／リットルを越える硝酸性窒
素による汚染が特に農村部において数多く報告されてい
る。地下水中の硝酸性窒素除去方法としては、従来、イ
オン交換法、生物処理法などが知られている。しかし、
前者においては、硝酸性窒素を吸着した樹脂を再生する
ために、多量の食塩水を使用する必要があり、硝酸性窒
素及び塩分濃度の高い再生廃液を排出するため、その処
理が必要となる。また、後者では、被処理水に水素供与
体として有機物を過剰に添加することから、処理水中に
有機物が残留する。また、処理水中には反応に関与する
菌体も流出するため、浄水処理としては、後段に何らか
の処理が必要である。さらに、後者では多量の余剰汚泥
を排出するため、これを処理する設備が必要である。な
お、生物処理法には、水素供与体として水素ガスを利用
する方法も存在するが、この方法では処理速度が遅く、
また大がかりな水素供給設備が必要となる。
【０００３】そこで、最近、水中の酸化態窒素を水素ガ
スとともに反応させ、窒素ガスに還元する水素添加触媒
の作用による酸化態窒素除去方法が提案されている。さ
らにこの作用を電解によって陰極から生成する水素ガス
を利用し、水素添加触媒を担持した陰極上で行う方法が
提案されている。この方法は、イオン交換法のように高
濃度の再生廃液を排出することがなく、生物処理法のよ
うに有機物や菌体による処理水の汚染もない。また反応
速度が速く、大がかりな水素供給設備も不要であること
などから、実用的な方法であると考えられる。しかし、
この電解と水素添加触媒による方法を適用した際には、
被処理水の組成及び処理条件によっては、陰極表面での
還元反応で硝酸・亜硝酸態窒素を全て窒素ガスに還元す
ることは困難であり、その一部が、アンモニア態窒素ま
で過還元されることが明らかとなった。アンモニア態窒
素は、硝酸態窒素に比べ毒性が高いため、低濃度でも処
理水中に含まれることは用水への適用の際に好ましくな
い。
スとともに反応させ、窒素ガスに還元する水素添加触媒
の作用による酸化態窒素除去方法が提案されている。さ
らにこの作用を電解によって陰極から生成する水素ガス
を利用し、水素添加触媒を担持した陰極上で行う方法が
提案されている。この方法は、イオン交換法のように高
濃度の再生廃液を排出することがなく、生物処理法のよ
うに有機物や菌体による処理水の汚染もない。また反応
速度が速く、大がかりな水素供給設備も不要であること
などから、実用的な方法であると考えられる。しかし、
この電解と水素添加触媒による方法を適用した際には、
被処理水の組成及び処理条件によっては、陰極表面での
還元反応で硝酸・亜硝酸態窒素を全て窒素ガスに還元す
ることは困難であり、その一部が、アンモニア態窒素ま
で過還元されることが明らかとなった。アンモニア態窒
素は、硝酸態窒素に比べ毒性が高いため、低濃度でも処
理水中に含まれることは用水への適用の際に好ましくな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑み、副生成物であるアンモニア態窒素の生成を抑
制し、又は生成したアンモニア態窒素を除去することが
できる、触媒還元活性を有する陰極を利用した酸化態窒
素含有水の電解処理方法と装置を提供することを課題と
する。
術に鑑み、副生成物であるアンモニア態窒素の生成を抑
制し、又は生成したアンモニア態窒素を除去することが
できる、触媒還元活性を有する陰極を利用した酸化態窒
素含有水の電解処理方法と装置を提供することを課題と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、酸化態窒素含有水を、陰極として酸化
態窒素還元能を有する導電性触媒を担持した電極を使用
した電解槽により電気分解し、陰極で発生する水素ガス
との反応により酸化態窒素を窒素ガスに還元する電解処
理方法において、陰極で副生するアンモニア態窒素を陽
極で酸化・除去することとしたものである。また、本発
明では、酸化態窒素含有水を電気分解する少なくとも一
対の陰極と陽極を有し、陰極室と陽極室の間に酸素を透
過せず、電子を透過する陽イオン交換膜を配備し、陰極
表面に酸化態窒素還元触媒を担持した電解槽を有する電
解処理装置において、前記陰極室と陽極室を配管によっ
て連通し、陰極室の処理水を陽極室に通水できる構成と
したものである。前記本発明において、電解槽に陽極と
して塩素発生型の材質を用いると、被処理水を同時に殺
菌することができ、また、前記被処理水は、先ず陰極室
に通水し、陰極室流出水を陽極室に通水する構成とする
のがよい。
に、本発明では、酸化態窒素含有水を、陰極として酸化
態窒素還元能を有する導電性触媒を担持した電極を使用
した電解槽により電気分解し、陰極で発生する水素ガス
との反応により酸化態窒素を窒素ガスに還元する電解処
理方法において、陰極で副生するアンモニア態窒素を陽
極で酸化・除去することとしたものである。また、本発
明では、酸化態窒素含有水を電気分解する少なくとも一
対の陰極と陽極を有し、陰極室と陽極室の間に酸素を透
過せず、電子を透過する陽イオン交換膜を配備し、陰極
表面に酸化態窒素還元触媒を担持した電解槽を有する電
解処理装置において、前記陰極室と陽極室を配管によっ
て連通し、陰極室の処理水を陽極室に通水できる構成と
したものである。前記本発明において、電解槽に陽極と
して塩素発生型の材質を用いると、被処理水を同時に殺
菌することができ、また、前記被処理水は、先ず陰極室
に通水し、陰極室流出水を陽極室に通水する構成とする
のがよい。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明では、電極間に酸素を透過
せず、電子を透過する隔膜を有し、陰極室と陽極室を連
通する配管を具備した電解槽を使用し、被処理水を陰極
室に通水した後、陽極室に通水する。陰極室では、電解
による水素の発生と電極上の触媒の作用により酸化態窒
素が還元され、窒素ガスとアンモニア態窒素が生成す
る。窒素ガスは気相中に揮散するが、アンモニア態窒素
は水中に溶解し、残存する。残存したアンモニア態窒素
は、陽極室に通水することによって、窒素ガス又は硝酸
態窒素に酸化される。次に、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。図１は、本発明の電解処理装置の概略構成
図を示す。
せず、電子を透過する隔膜を有し、陰極室と陽極室を連
通する配管を具備した電解槽を使用し、被処理水を陰極
室に通水した後、陽極室に通水する。陰極室では、電解
による水素の発生と電極上の触媒の作用により酸化態窒
素が還元され、窒素ガスとアンモニア態窒素が生成す
る。窒素ガスは気相中に揮散するが、アンモニア態窒素
は水中に溶解し、残存する。残存したアンモニア態窒素
は、陽極室に通水することによって、窒素ガス又は硝酸
態窒素に酸化される。次に、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。図１は、本発明の電解処理装置の概略構成
図を示す。
【０００７】図１において、１は電解槽、２は触媒担持
された陰極、３は陽極、４は陰極室、５は陽極室、６は
隔膜、７は中間槽、８は被処理水、９は処理水、１０は
直流電源である。図１のように、被処理水８は陰極室４
→中間槽７→陽極室５の順に通水する。硝酸性窒素を含
む被処理水８は、まず隔膜電解槽１の陰極室４内で電解
による水素生成反応と触媒反応の組み合わせにより、窒
素分子、亜硝酸性窒素、アンモニア性窒素に還元され
る。陰極反応を次に示す。 ２ＮＯ3 - ＋ ２Ｈ2 → ２ＮＯ2 - ＋ ２Ｈ2 Ｏ ２ＮＯ2 - ＋ ３Ｈ2 → Ｎ2 ↑ ＋ ２Ｈ2 Ｏ ＋
２ＯＨ- ２ＮＯ3 - ＋ ５Ｈ2 → Ｎ2 ↑ ＋ ４Ｈ2 Ｏ ＋
２ＯＨ- ＮＯ3 - ＋ ５Ｈ2 → ＮＨ4 ＋ ３Ｈ2 Ｏ
された陰極、３は陽極、４は陰極室、５は陽極室、６は
隔膜、７は中間槽、８は被処理水、９は処理水、１０は
直流電源である。図１のように、被処理水８は陰極室４
→中間槽７→陽極室５の順に通水する。硝酸性窒素を含
む被処理水８は、まず隔膜電解槽１の陰極室４内で電解
による水素生成反応と触媒反応の組み合わせにより、窒
素分子、亜硝酸性窒素、アンモニア性窒素に還元され
る。陰極反応を次に示す。 ２ＮＯ3 - ＋ ２Ｈ2 → ２ＮＯ2 - ＋ ２Ｈ2 Ｏ ２ＮＯ2 - ＋ ３Ｈ2 → Ｎ2 ↑ ＋ ２Ｈ2 Ｏ ＋
２ＯＨ- ２ＮＯ3 - ＋ ５Ｈ2 → Ｎ2 ↑ ＋ ４Ｈ2 Ｏ ＋
２ＯＨ- ＮＯ3 - ＋ ５Ｈ2 → ＮＨ4 ＋ ３Ｈ2 Ｏ
【０００８】これらを含む陰極室４流出水は次に中間槽
７に導入される。窒素分子は溶解度が低いため、この時
点で窒素ガスとして気相中に揮散する。陽極室５では残
存した亜硝酸性窒素及びアンモニア性窒素が陽極３表面
でそれぞれ硝酸性窒素及び窒素分子に酸化される。陽極
反応は次のとおりである。 ＮＯ2 - ＋ ２ＯＨ- → ＮＯ3 - ＋ Ｈ2 Ｏ ２ＮＨ4 + ＋ ８ＯＨ- → Ｎ2 ＋ ８Ｈ2 Ｏ この結果、陽極室５流出水中には陽極室５で亜硝酸性窒
素から酸化された硝酸性窒素が少量残存するが、被処理
水８中の硝酸性窒素は大部分が窒素ガスとして除去され
る。なお、被処理水８中に塩素イオンが含まれる場合は
陽極３表面で次亜塩素の生成が同時に起こり、被処理水
８中に混入した細菌は殺菌される。この際の陽極材質と
しては、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔのうちの１種又は複数
種をＴｉ等の基材にコーティングした電極又はフェライ
ト電極が好適に用いられるが、これに限られるものでは
ない。
７に導入される。窒素分子は溶解度が低いため、この時
点で窒素ガスとして気相中に揮散する。陽極室５では残
存した亜硝酸性窒素及びアンモニア性窒素が陽極３表面
でそれぞれ硝酸性窒素及び窒素分子に酸化される。陽極
反応は次のとおりである。 ＮＯ2 - ＋ ２ＯＨ- → ＮＯ3 - ＋ Ｈ2 Ｏ ２ＮＨ4 + ＋ ８ＯＨ- → Ｎ2 ＋ ８Ｈ2 Ｏ この結果、陽極室５流出水中には陽極室５で亜硝酸性窒
素から酸化された硝酸性窒素が少量残存するが、被処理
水８中の硝酸性窒素は大部分が窒素ガスとして除去され
る。なお、被処理水８中に塩素イオンが含まれる場合は
陽極３表面で次亜塩素の生成が同時に起こり、被処理水
８中に混入した細菌は殺菌される。この際の陽極材質と
しては、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔのうちの１種又は複数
種をＴｉ等の基材にコーティングした電極又はフェライ
ト電極が好適に用いられるが、これに限られるものでは
ない。
【０００９】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を説明する。
実施例１ 図１に従い被処理水を陰極室から陽極室に通水して連続
実験を行った。実験は、装置構成を表１、処理条件の原
水水質を表２、通水条件を表３に示す条件で行った。
実施例１ 図１に従い被処理水を陰極室から陽極室に通水して連続
実験を行った。実験は、装置構成を表１、処理条件の原
水水質を表２、通水条件を表３に示す条件で行った。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【表２】
【表３】
【００１２】処理結果を表４及び図３、図４に示す。図
３はＮＯ3 −Ｎ、ＮＯ2 −Ｎ、ＮＨ3 −Ｎの経時変化を
示すグラフであり、図４は原水中間槽、処理水・１０日
間の平均値の濃度を示す。
３はＮＯ3 −Ｎ、ＮＯ2 −Ｎ、ＮＨ3 −Ｎの経時変化を
示すグラフであり、図４は原水中間槽、処理水・１０日
間の平均値の濃度を示す。
【表４】
【００１３】比較例１比較のため、図２に示す陰極室の
みに通水した回分実験を行った。図２において符号はす
べて図１と同じであり、１１は陽極液である。表５に装
置構成、表６に原水水質、表７に通水条件を示す。
みに通水した回分実験を行った。図２において符号はす
べて図１と同じであり、１１は陽極液である。表５に装
置構成、表６に原水水質、表７に通水条件を示す。
【表５】
【００１４】
【表６】
【表７】
【００１５】処理結果を表８及び図５に示す。図５はＮ
Ｏ3 −Ｎ、ＮＯ2 −Ｎ、ＮＨ4 −Ｎの水質経時変化を示
し、−−−点線は電気量に対して還元効率が１００％の
場合のＮＯ3 −Ｎ濃度変化を示す。
Ｏ3 −Ｎ、ＮＯ2 −Ｎ、ＮＨ4 −Ｎの水質経時変化を示
し、−−−点線は電気量に対して還元効率が１００％の
場合のＮＯ3 −Ｎ濃度変化を示す。
【表８】 このように、比較例１の陰極室のみに通水した場合は、
亜硝酸性窒素及びアンモニア性窒素が被処理水中の全窒
素濃度に対して、それぞれ７．５％、２６．６％生成し
た。一方、陰極室流出水を陽極室に通水した場合、亜硝
酸性窒素及びアンモニア性窒素の生成率は、平均で被処
理水中の全窒素濃度の２．３％、１．０％であった。
亜硝酸性窒素及びアンモニア性窒素が被処理水中の全窒
素濃度に対して、それぞれ７．５％、２６．６％生成し
た。一方、陰極室流出水を陽極室に通水した場合、亜硝
酸性窒素及びアンモニア性窒素の生成率は、平均で被処
理水中の全窒素濃度の２．３％、１．０％であった。
【００１６】
【発明の効果】上記のように、本発明によると酸化態窒
素の還元の際に、陰極で副生するアンモニア態窒素をほ
とんど除去することができた。
素の還元の際に、陰極で副生するアンモニア態窒素をほ
とんど除去することができた。
【図１】本発明の電解処理装置の概略構成図。
【図２】比較例で用いた公知の電解処理装置の概略構成
図。
図。
【図３】本発明の処理結果を表す水質濃度の経過時間に
よる変化を示すグラフ。
よる変化を示すグラフ。
【図４】本発明の処理結果を表す水質変化の１０日間平
均値を示すグラフ。
均値を示すグラフ。
【図５】比較例の処理結果を表す水質濃度の経過時間
（ｈ）による変化を示すグラフ。
（ｈ）による変化を示すグラフ。
１：電解槽、２：陰極、３：陽極、４：陰極室、５：陽
極室、６：隔膜、７：中間槽、８：被処理水、９：処理
水、１０：直流電源、１１：陽極液
極室、６：隔膜、７：中間槽、８：被処理水、９：処理
水、１０：直流電源、１１：陽極液
Claims (4)
- 【請求項１】 酸化態窒素含有水を、陰極として酸化態
窒素還元能を有する導電性触媒を担持した電極を使用し
た電解槽により電気分解し、陰極で発生する水素ガスと
の反応により酸化態窒素を窒素ガスに還元する電解処理
方法において、陰極で副生するアンモニア態窒素を陽極
で酸化・除去することを特徴とする酸化態窒素含有水の
電解処理方法。 - 【請求項２】 前記電解槽は、陽極として塩素発生型の
材質を用い、被処理水を同時に殺菌することを特徴とす
る請求項１記載の酸化態窒素含有水の電解処理方法。 - 【請求項３】 酸化態窒素含有水を電気分解する、少な
くとも一対の陰極と陽極を有し、陰極室と陽極室の間に
酸素を透過せず、電子を透過する陽イオン交換膜を配備
し、陰極表面に酸化態窒素還元触媒を担持した電解槽を
有する電解処理装置において、前記陰極室と陽極室を配
管によって連通し、陰極室の処理水を陽極室に通水でき
る構成としたことを特徴とする酸化態窒素含有水の電解
処理装置。 - 【請求項４】 前記被処理水は、先ず陰極室に通水し、
陰極室流出水を陽極室に通水する構成としたことを特徴
とする請求項３記載の酸化態窒素含有水の電解処理装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17801198A JP3788688B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 酸化態窒素含有水の電解処理方法と装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17801198A JP3788688B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 酸化態窒素含有水の電解処理方法と装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11347558A true JPH11347558A (ja) | 1999-12-21 |
| JP3788688B2 JP3788688B2 (ja) | 2006-06-21 |
Family
ID=16041009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17801198A Expired - Fee Related JP3788688B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 酸化態窒素含有水の電解処理方法と装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3788688B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003075424A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-12 | Horiba Ltd | 窒素化合物分析方法および窒素化合物分析装置 |
| JP2003164877A (ja) * | 2001-12-03 | 2003-06-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒素処理方法 |
| KR20030061230A (ko) * | 2002-01-11 | 2003-07-18 | 김병화 | 이온 교환막을 이용한 질소 함유 폐수 처리 시스템 |
| US6984326B2 (en) | 2001-09-19 | 2006-01-10 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitrogen treating method and nitrogen treating system |
| US8152988B2 (en) * | 2007-08-31 | 2012-04-10 | Energy & Enviromental Research Center Foundation | Electrochemical process for the preparation of nitrogen fertilizers |
| US9005422B2 (en) | 2007-08-31 | 2015-04-14 | Energy & Environmental Research Center Foundation | Electrochemical process for the preparation of nitrogen fertilizers |
-
1998
- 1998-06-11 JP JP17801198A patent/JP3788688B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003075424A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-03-12 | Horiba Ltd | 窒素化合物分析方法および窒素化合物分析装置 |
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| US8398842B2 (en) | 2007-08-31 | 2013-03-19 | Energy & Environmental Research Center Foundation | Electrochemical process for the preparation of nitrogen fertilizers |
| US9005422B2 (en) | 2007-08-31 | 2015-04-14 | Energy & Environmental Research Center Foundation | Electrochemical process for the preparation of nitrogen fertilizers |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3788688B2 (ja) | 2006-06-21 |
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