专利名称：含有磷酸离子之废水的处理方法
技术领域：
本发明涉及一种废水尤其是家庭用废水或集体住宅用之废水等含有磷酸之生活废水的处理方法。
河川或湖之充分营养化之原因之一为有磷化合物存在，这是周知的。又该磷化合物在一般家庭之生活废水中大量存在，但是净化处理困难，目前无法采取有效之对策。
磷化合物之处理装置有各种提案，对于家庭废水已知铁之电解析出法(特开平3-89998号公报，C02F 3/12)。该技术是令废水中之磷酸离子和铁离子反应后以水不溶性盐例如FePO4或Fe(OH)x(PO4)y凝集沉淀而除去之技术，是对设置于电解槽中之铁制之电极通电后令其在废水中析出铁离子的。
可是，在现有方法中，因未考虑磷酸离子之浓度和金属之析出量之关系，故磷酸离子之除去效率不稳定，无法稳定地净化废水。
本发明就是鉴于上述课题而想出来的，其目的在于提供一种含有磷酸离子之废水的处理方法，可令磷酸离子之除去效率长期保持高效率。
本发明之含有磷酸离子之废水的处理方法，使用含铁及/或铝之电极以电化学方法令在含有磷酸离子之废水中析出铁离子及/或铝离子后，令磷酸离子以和铁及/或铝之水不溶性盐之形式凝集沉淀；其特征在于控制电流使相对于流入配置于废水处理装置之电解槽之磷浓度之析出金属之摩尔比变成1～4。
又，本发明之含有磷酸离子之废水的处理方法，使用含铁及/或铝之电极以电化学方法令在含有磷酸离子之废水中析出铁离子及/或铝离子后，令磷酸离子以和铁及/或铝之水不溶性盐之形式凝集沉淀；其特征在于控制电流使相对于流入配置于废水处理装置之循环路径之电解槽之磷浓度之析出金属之摩尔比变成1～4。
又，本发明之含有磷酸离子之废水的处理方法，使用含铁或铝之电极以电化学方法令在含有磷酸离子之废水中析出铁离子或铝离子后，令磷酸离子以和铁或铝之水不溶性盐之形式凝集沉淀；其特征在于为了使得相对于流入配置于废水处理装置之电解槽之磷浓度之析出金属之摩尔比变成1～4，控制电流使在电极含铁之情况下，析出浓度变成1～60mg/l，或在电极含铝之情况，析出浓度变成0.5～30mg/l。
本发明之含有磷酸离子之废水的处理方法，使用含铁或铝之电极以电化学方法令在含有磷酸离子之废水中析出铁离子或铝离子后，令磷酸离子以和铁或铝之水不溶性盐之形式凝集沉淀；其特征在于为了使得相对于流入配置于废水处理装置之循环路径之电解槽之磷浓度之析出金属之摩尔比变成1～4，控制电流使在电极含铁之情况下，析出浓度变成1.5～40mg/l，或在电极含铝之情况，析出浓度变成1～20mg/l。
附图的简要说明如下图1为表示本发明之一实施形态之废水处理装置之说明图；图2为表示在图1之电解槽之部分切开立体图；图3为表示电极单元之说明图。
以下参照
本发明之含有磷酸离子之废水的处理方法。
图1为表示本发明之一实施形态之废水处理装置之说明图，图2为表示图1中之电解槽之部分切开立体图，图3为表示电极单元之说明图。
本发明用于例如合并净化槽等废水处理装置。这种废水处理装置如图1所示，由第一厌气过滤槽A、第二厌气过滤槽B、生物过滤槽C、处理水槽D以及消毒槽E构成，使得在各槽处理流入该第一厌气过滤槽A之废水后，使其自消毒槽E排出。而且，电解槽1设置于使利用空气泵F自该处理水槽D抽得的处理水返回第一厌气过滤槽A之循环路径L。
该电解槽1如图1～3所示，包括具有废水之流入口2和流出口3之废水处理室4，配置成至少一部分浸在该处理室4内之废水中之电极5、6，用以对该电极5、6通电之电源7，具有用以每隔指定时间切换电极5、6之极性之极性反转电路及用以控制对电极5、6通电之电流之电流控制电路之控制器8，以及用以对该废水处理室4内之废水中供给空气之空气充气装置9。
该电极5、6可由铁、铁合金、铝、铝合金或铁-铝合金等铁离子及/或铝离子产生源制作。
该电极5、6如图2～3所示，作为在隔箱10内隔着把手11只相距固定间隔收藏之电极单元12，在电解槽1内例如利用隔棒13组入4组。又，在该电极5、6利用螺丝固定或焊接等固接有端子14，自该端子14拉出之导线15和连接器16连接。又，在该隔箱10形成有废水之流入口10a和流出口10b，而且形成空气流入口10c。
所述空气充气装置9由设置于废水处理室4之底中央之多孔质之散气管17或散气板、和用以将压缩空气吸入该散气管17之图上未示之空气泵构成，该散气管17和空气泵利用管子18连接。
在本实施形态中，该散气管17设置于废水处理室4之底中央，但是在本发明并未特别限定如此，可适当选定搅拌废水后和废水之流出一起令作为废水中之磷酸离子和自电极析出之铁离子(铝离子)之反应生成物的水水不溶性盐易流出之位置后设置。又，也可通过处理室内之废水中将散气管向上下方向移动，而使得容易产生废水之对流。此外，在本实施形态中，利用该废水之搅拌，也可令铁离子和磷酸离子之反应性提高。
铁(铝)之电解析出法可采用现有公知之方法，对电极之通电不管是连续的，或是断续的、脉冲性的都可。可是，通电量虽因磷酸或其他离子之浓度、废水之流量等而异，但是只要将铁离子及/或铝离子之废水中之浓度/磷浓度之摩尔比(以下简称为“Fe/P”)调整成1.0～4.0，最好为1.5～2.0即可。即，废水中之磷以磷酸离子存在，令该磷酸离子和铁离子反应生成FePO4或Fe(OH)x(PO4)y并令其沉淀，为此，例如在FePO4之情况下，Fe和P之摩尔比为1就足够，但是考虑反应效率时，若摩尔比不是1以上时无法得到70～80％以上的高的磷除去效率。而摩尔比变成4以上时，磷除去率变成99％以上(即，效率达到极限)，即使进一步提高摩尔比，多余之铁也自流出侧排出，可能导致运转费用上升或环境污染。
因此，在本实施形态中，为了依据流入之磷浓度使Fe/P变成1～4，用控制器控制向铁电极通电之电流，依据法拉第定律控制所需铁离子之析出量。藉此可使磷除去效率稳定并保持在70～80％以上。
在此，用电流控制铁之析出量时，其电流值和流入合并净化槽之磷量成正比。
该流入之磷量生活废水中平均一人一天为1.2g，又，因一般认为平均一人一天之废水量为200公升，故流入之磷浓度以统计上之数值表示。由此算出流入之磷浓度时，为6mg/l。可是，实际上稍低，为约5mg/l。
利用该铁电解析出法之磷除去技术需要知道流入之磷量或流入之磷浓度，决定流入之磷量或流入之磷浓度需要如下之参数。
1．合并净化槽之使用人数或合并净化槽为几人用。
2．流入之磷浓度之测量。
依据使用人数决定通过电解槽内之流量(使用人数×200公升×循环比)。
关于流入之磷浓度，也可事先测量磷浓度。又，使用统计值6mg/l也可。但是，当磷浓度在流入状态变化时，有在磷浓度低时为0.5mg/l，而在磷浓度高时变成8mg/l之情况。因而，重视磷除去量之稳定性时，也可将流入之磷浓度设为稍高之6.5～7mg/l。
此外，本发明之含有磷酸离子之废水之利用铁(铝)之电解析出法之处理为利用自电极析出之铁离子(铝离子)和废水中之磷酸离子反应使其生成水不溶水性之磷酸和铁(铝)之盐之反应(反应A)的处理，但是废水中存在氢氧化物离子，所析出之铁离子(铝离子)也和氢氧化物离子反应(反应B)。因反应B比反应A快，故为了捕捉磷酸离子，需要增加电流量，增铁离子(铝离子)之析出量。
可是，在废水中存在钙离子或锰离子时，这些离子会和氢氧化物离子反应(反应D)。因该反应D比铁离子(铝离子)和氢氧化物离子之反应B优先，故抑制反应B，铁离子(铝离子)有效地利用于和磷酸离子之反应A。此外，钙离子及锰离子也和磷酸离子反应而形成水不溶性盐，有利于除去磷酸离子。
因而，在本发明中，添加钙离子或锰离子，可抑制铁离子(铝离子)和氢氧化物离子之反应B，也可令铁离子(铝离子)和磷酸离子之反应A高效率地进行。藉此，可降低通电量，可省电而且可降低铁或铝之析出量。
本发明之废水处理装置如上述所示，可特别有效地利用于一般家庭废水。因此，单独使用也可，但是和例如活性污泥法、膜分离法、厌气好氧循环法等其他净化系统组合后可作为家庭用、集体住宅用之综合废水净化系统。又，也可利用于大规模处理系统(排泄物处理场)。
下面，依照实施例说明本发明，但是本发明并未限定为只是这种实施例。
实施例1在图1所示之铁之电解析出废水处理装置中，浸在废水中之4对电极使用高纯度之铁板。又，为了用两极进行电极之电解，将极性反转时间控制为6小时。
而且，令包含磷浓度3～5mg/l之生活废水自流入口以1200公升/日流入，并将处理装置内之循环流量设为6000公升/日。在各处理槽进行生物处理后，流入电解槽时之处理水中之磷浓度变成1～3mg/L。此时，将Fe/P设为2时铁之析出量利用下式(1)计算，得到(1～3/31)×2×55.847=3.6～10.8mg/L。
(磷浓度/磷原子量)×(摩尔比)×(铁原子量)(1)因此，铁之析出量为3.6～10.8mg/L，因循环量为6000公升/日，用以确保1天之铁之析出量为21.6～64.g之电解电流值利用下式(2)计算，得到(21.6～64.8/55.847)×2×96500/(24×60×60)=0.86～2.6A。(1天之析出量/铁原子量)×(克当量)×(电荷量)/(1天之秒数)(2)因而，用以将电流值设为0.86～2.6A之电极之浸水表面积在将电流密度设为0.5mA/cm2时变成1720～5200cm2。因此，将电极之浸水表面积设为1720～5200cm2，为了Fe/P变成2而将电解电流值控制为0.86～2.6A。
而利用电极之电解所析出之铁离子和磷酸离子反应后，产生水水不溶性盐。所产生之盐和流入水一起由自散气管发生之空气(21/min)搅拌后，向流出侧流出。因此，水水不溶性盐几乎不堆积。
接着依据JISK 0102规格之全磷分析法(46.3)分析用孔径0.45μm之过滤器将在流出口所采取之废水过滤后之过滤液之结果，得知磷除去效率为70～80％以上。
下面说明本发明之其他实施形态。在本实施形态，为了依据磷浓度0.5～8mg/L使Fe/P变成1～4，用控制器控制向铁电极通电之电流，依据法拉第定律控制所需铁或铝之析出量。该析出量利用下式(3)计算，在电极含铁之情况下，为约1～60mg/L(0.5/31×1×55.847～8/31×4×55.847mg/L)。而，在电极含铝之情况，利用式(3)求得为0.5～30mg/L(0.5/31×1×27～8/31×4×27mg/L)。
(磷浓度/磷原子量)×(摩尔比)×(铁或铝原子量)(3)而，用在本实施形态之循环式处理装置对废水进行生物处理时，因藉着生物处理，流入电解槽之磷浓度降到1～5mg/L，析出量和上述一样地计算时，在电极含铁之情况下，为约1.5～40mg/L，在电极含铝之情况下，为约1～20mg/L。
藉此可使磷除去效率稳定并保持在70～80％以上。
下面依照实施例说明本发明，但是本发明并未限定为只是这种实施例。实施例2和上述实施例1一样，在图1所示之铁之电解析出废水处理装置中，浸在废水中之4对电极使用高纯度之铁板。又，为了用两极进行电极之电解，将极性反转时间控制为6小时。
而且，令包含磷浓度3～5mg/L之生活废水自流入口以1200公升/日流入，并将处理装置内之循环流量设为6000公升/日。在各处理槽进行生物处理后，流入电解槽时之处理水中之磷浓度变成1～3mg/L。此时，将Fe/P设为1～4时，铁之析出量利用上述式(3)计算，求得为(1～3/31)×(1～4)×55.847=11.8～21.6mg/L。
因此，铁之析出量为11.8～21.6mg/L，因循环量为6000公升/日，用以确保1天之铁之析出量为10.8～129.6g之电解电流值利用下式(4)计算，求得为(10.8～64.8/55.847)×2×96500/(24×60×60)=0.43～5.18A。
(1天之析出量/铁原子量)×(克当量)×(电荷量)/(1天之秒数)(4)因而，用以将电流值设为0.43～5.18A之电极之浸水表面积在将电流密度设为0.5mA/cm2时为860～10360cm2。因此，将电极之浸水表面积设为860～10360cm2，为了Fe/P变成1～4而将电解电流值控制为0.43～5.18A。
而利用电极之电解所析出之铁离子和磷酸离子反应后，生成水不溶性之盐。所生成之盐和流入水一起用自散气管发生之空气(21/min)搅拌后，向流出侧流出。因此，水不溶性之盐几乎不堆积。
接着依据JISK 0102规格之全磷分析法(46.3)分析用孔径0.45μm之过滤器将在流出口所采取之废水过滤后之过滤液之结果，得知磷除去效率为70～80％以上。
此外，在以上之实施形态，说明了设置于废水处理装置之循环路径之电解槽，但是在本发明，未限定如此，对于例如设置于分批式废水处理装置之分批槽等之小规模净化槽的也可实施。
如以上说明所示，若利用本发明，可长期保持高效率之磷除去性能。
权利要求
1．一种含有磷酸离子之废水的处理方法，使用含铁及/或铝之电极以电化学方法令其在含有磷酸离子之废水中析出铁离子及/或铝离子后，令磷酸离子以和铁及/或铝之水不溶性盐之形式凝集沉淀；其特征在于控制电流使相对于流入配置于废水处理装置之电解槽之磷浓度之析出金属之摩尔比变成1～4。
2．一种含有磷酸离子之废水的处理方法，使用含铁及/或铝之电极以电化学方法令其在含有磷酸离子之废水中析出铁离子及/或铝离子后，令磷酸离子以和铁及/或铝之水不溶性盐之形式凝集沉淀；其特征在于控制电流使相对于流入配置于废水处理装置之循环路径之电解槽之磷浓度之析出金属之摩尔比变成1～4。
3．一种含有磷酸离子之废水的处理方法，使用含铁或铝之电极以电化学方法令其在含有磷酸离子之废水中析出铁离子或铝离子后，令磷酸离子以和铁或铝之水不溶性盐之形式凝集沉淀；其特征在于为了使得相对于流入配置于废水处理装置之电解槽之磷浓度之析出金属之摩尔比为1～4，控制电流使在所述电极含铁之情况下，析出浓度变成1～60mg/L，或在所述电极含铝之情况下，析出浓度变成0.5～30mg/L。
4．一种含有磷酸离子之废水的处理方法，使用含铁或铝之电极以电化学方法令其在含有磷酸离子之废水中析出铁离子或铝离子后，令磷酸离子以和铁或铝之水不溶性盐之形式凝集沉淀；其特征在于为了使得相对于流入配置于废水处理装置之循环路径之电解槽之磷浓度之析出金属之摩尔比为1～4，控制电流使在所述电极含铁之情况下，析出浓度变成1.5～40mg/L，或在所述电极含铝之情况下，析出浓度变成1～20mg/L。
全文摘要
一种含有磷酸离子之废水的处理方法,可令磷酸离子之除去效率长期保持高效率。这种废水之处理方法使用含铁及/或铝之电极以电化学方法令其在含有磷酸离子之废水中析出铁离子及/或铝离子后,令磷酸离子以和铁及/或铝之水不溶性盐之形式凝集沉淀,控制电流使对于流入配置于废水处理装置之电解槽之磷浓度之析出金属之摩尔比变成1～4。
文档编号C02F1/46GK1234372SQ9910206
公开日1999年11月10日 申请日期1999年3月5日 优先权日1998年3月6日
发明者森泉雅贵, 福本明広 申请人:三洋电机株式会社