专利名称：污水处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污水处理装置，更详细地说，涉及一种用以使含于卫生废水或生活废水等污水之磷酸与电解析出的金属离子反应而去除的污水处理装置。
以往，此种污水处理装置已知有如下装置。
亦即，设有收容欲处理的污水的污水收容槽，且于槽内配置一组以上之由可形成不溶性磷酸盐的金属所构成的电极，并于这些电极间施加电压，而电化学地使可形成水不溶性磷酸盐的金属离子析出于污水中，藉以使磷酸形成水不溶性磷酸盐而沉淀去除。
于如此的污水处理装置中，依据场合，会于电极的表面形成被称为钝态被膜的耐蚀性氧化被膜，其结果，有可能减少或停止可形成水不溶性磷酸盐的金属离子的析出之虞(钝态化)。若引起如此的钝态化，则难以或不可能使污水中的磷酸成为水不溶性磷酸盐而去除。
又，依据场合，而有电极间电压变成太高而电力消耗增大之虞。
有鉴于此，本发明之目的是提供一种污水处理装置，其可防止于电化学地将可形成水不溶性磷酸盐的金属离子析出于污水中时的钝态化，稳定地去除污水中的磷酸，同时可防止电极间电压的上升。
依据本发明，提供污水处理装置，其包括污水收容槽；至少一组电极，配设于此污水收容槽，且藉由电分解来析出用以去除污水中之磷酸的铁离子或铝离子；电源，用以供给电解用恒电流至此电极；以及控制部，控制电极的电流密度，以可防止钝态被膜的产生，且可防止电极间电压的上升。
污水收容槽收容供电分解处理的污水。电极由例如长方形板状物以二片一组配置既定组，且藉由电分解来将铁离子或铝离子析出至污水收容槽。电源供给电分解用的电流至各组电极。
一组电极系例如两者均为铁电极或铝电极中的一种，或一者由铁及铝中之一者所构成，而另一者由不溶性金属所构成。于前者的场合，依据所希望来施行电极的极性反转，而可防止电极的钝态化。而于后者的场合，由铁及铝中之一者所构成的电极当作阳极，由不溶性金属所构成的电极当作阴极。其中，不溶性金属电极为例如银电极或白金电极等。又，一组电极最好固定于有把手部的电绝缘性间隔物等上，而相互的间隔保持于一定。
析出于污水收容槽的铁离子或铝离子系与污水中的磷酸(本磷酸)反应，而成为水不溶性磷化合物[Fe(OH)x(PO4)y或Al(OH)x(PO4)y]，并凝结，进而沉淀于污水收容槽。
控制部控制电极的电流密度，以可防止钝态被膜的产生且可防止触电之虞。如此控制电流密度是由于依本案的发明人研究的结果，查明(1)钝态化与电解时的电流密度之间有某些相关关系，(2)若电流密度过小，则会引起钝态化，(3)若电流密度过大，则电极间电压上升，而有增大电力消耗之虞之故。
亦即，实验证明，施行如析出上述铁离子之恒电流电解时的适当的电流密度为0.1～5.0mA/cm2，施行如析出上述铝离子之恒电流电解时适当的电流密度为0.2～6.0mA/cm2。其中，在电流密度未满各下限值时，会引起钝态化，而在超过各上限值时，电极间电压变得过高，而有增大消耗电力之虞。且将电极间电压设定成25V当作消耗电力的上限值。
实验还证明，这些电流密度在上述铁离子析出时，最好为0.2～4.0mA/cm2，而更好为0.4～3.0mA/cm2，在上述铝离子析出时，最好为0.3～5.0mA/cm2，而更好为0.6～4.0mA/cm2。
依据本发明的污水处理装置，流入至污水收容槽的污水在流出后循环而再流入，且设流入至污水收容槽之每一天的污水量为V(升/日)，流入至污水收容槽之污水中的磷浓度为p(mg/升)，流入至污水收容槽的污水于流出后再流入为止的循环时间为H(sec)，常数为α，则将电极浸渍配置于污水收容槽之污水中时的电极浸渍总表面积S(cm2)最好由S=α×p×V÷H所求得。由于电解中之电极的电流密度由电流值及电极浸渍总表面积S所决定，故依据计算所求得的电极浸渍总表面积S来将电极浸渍配置至污水收容槽的污水中，藉以可得到所希望的电流密度。
例如，设铁电极为阳极，铁(Fe)与磷(P)的摩尔比Fe/P为b，则电流的强度A(mA)为A=(p×10-3÷30.97)×V×2×(96500÷H)×b
=6.23×b×p×V÷H…………式(1)其中，30.97为磷的原子量，2为来自Fel莫尔=2g当量的数值，96500为法拉第常数。
若电流密度为a(mA/cm2)，则S为S=A/a…………式(2)因此，由式(1)及式(2)可得S=6.23b×p×V÷H÷a=α×p×V÷H…………式(3)其中，α为α=6.23×b÷a，是由a及b所决定的常数。
依据本发明的污水处理装置，最好全部的电极由铁及铝中之一者所构成，且控制部具有对电源指示电极之极性反转的功能，同时依据所求得的S的值而每隔适当时间指示一次极性反转。通过施行极性反转，而可更确实地防止电极的钝态化，进而可谋求电分解的效率化之故。
依据本发明的污水处理装置，最好全部的电极系由铁及铝中之一者所构成，且控制部具有对电源指示电极之极性反转的功能，又于施行上述恒电流电解时，控制部每三十分～五天指示一次极性反转。通过每隔一定时间施行电极极性反转，而可更确实地防止电极的钝态化，进而可谋求电分解的效率化。
附图的简要说明如下图1为依据本发明之第一实施例之污水处理装置的立体分解图。
图2为由上面观察图1之污水处理装置之一部分的结构说明图。
图3为作为图1之污水处理装置之构成构件之电极体及电极保持体的立体图。
图4为图3之电极体及电极保持体的立体分解图。
图5为由正面观察图1之污水处理装置被组入合并处理净化槽之内部的放大构造说明图。
图6为显示利用图1的污水处理装置总是将电流密度维持于0.3mA/cm2，且每一小时作一次极性反转之同时施行恒电流电解时之电极间电压之变化的曲线图。
图7为显示利用图1的污水处理装置总是将电流密度维持于0.5mA/cm2，且每一小时作一次极性反转之同时施行恒电流电解时之电极间电压之变化的曲线图。
图8为由正面观察本发明之第二实施例之污水处理装置被组入合并处理净化槽之内部的放大构造说明图。
图9为显示利用图8的污水处理装置来施行电流密度低于0.1mA/cm2之恒电流电解时之电极间电压的变化以及定期且暂时地将电流密度上升至0.1～5.0mA/cm2时之电极间电压的变化的曲线图。
以下，参照
本发明的二个实施例。这些实施例并非用以限定本发明。第一实施例如图1所示，依据本发明之一实施例的污水处理装置D1具有一个污水收容槽1、四组电极2、3和用以供给电流至各组电极2、3的直流电源(未图示)以及四个电极保持体4。
如图2所示，污水收容槽1由平面形状大体为方形的箱所构成，且收容有卫生废水或生活废水等欲处理的污水。于污水收容槽1之相对侧壁的上部形成有污水流入口1a及污水流出口1b。且于污水收容槽1的底部设有朝左右方向延伸之二根底部定位棒5。又，于这些底部定位棒5的内侧设有朝垂直纵向延伸的合计六根左右定位棒6。
各组电极2、3均为长方形板状的铁制，且藉由电分解而析出用以去除污水中之磷酸的铁离子。如图3及图4放大所示，一组电极2、3通过安装于它们上端的氯乙烯树脂制的电绝缘性间隔物7，而将它们间隔保持于一定。间隔物7上设有把手部7a。
在电极2、3的上端设有连接用端子8。这些端子8经由导线9而连接在连接器10上。连接器10连接于上述电源上。为便于说明，将由一组电极2、3和一间隔物7、二个端子8、二根导线9及一个连接器10所构成的集合体称为电极体11。
如图3及图4放大所示，电极保持体4是平面形状为长方形的箱状物，且为聚丙烯树脂制。电极保持体4的左右两侧壁成为用以区隔相邻之电极保持体4相互间的电绝缘性隔板4a。电极保持体4的前后两端分别成为长方形的污水流入口4b及污水流出口4c。
又，电极保持体4的上下两面留下周缘部而中央形成长方形缺口，分别形成电极拆装口4d及曝气口4e。且电极保持体4的左右宽度(二隔板4a之外面相互间的间隔)大体等于污水收容槽1内之相邻的两个左右定位棒6相互间的间隔。电极保持体4之上面的二圆形孔4f用以将间隔物7以螺丝旋固于电极保持体4的上面。
如此所构成的电极保持体4以可取出方式配置于污水收容槽1。亦即，藉由设于槽内的底部定位棒5及左右定位棒6而宽松地固定于所定位置。
又，电极体11由电极拆装口4d嵌入电极保持体4，且将间隔物7以螺丝旋固于电极保持体4，从而可拆装地保持于电极保持体4上。因此，可简单且短时间地施行电极2、3的维修及更换作业。且一组电极2、3及电极保持体4的两个隔板4a互相成为平行。因此，电极保持体4内之污水中的SS沿着各电极2、3的电极面而不留滞地由污水流入口4a流向污水流出口4b。
如图1及图2所示，电极保持体4的底面中央形成朝左右方向延伸的凹槽部1c，且于此凹槽部1c嵌入一曝气管12。
曝气管12为此污水处理装置D1具有的曝气装置的一部分。亦即，此曝气装置具有设于污水收容槽1外的给气用送风机(未图示)、连接于此送风机而朝槽内延伸的给气管(未图示)以及连接于此给气管而配设于槽底部的曝气管12。
经由电极保持体4的曝气口4e，而由曝气管12进行曝气，可提高电极2、3及隔板4a的洗净效果。
如图5所示，此污水处理装置D1组入至小型合并处理净化槽101。
净化槽101之内部的槽构造由流入卫生废水及生活废水混合之污水的流入管102侧至将污水处理结束之水放流到外部的放流管103侧，依据污水处理的顺序而区隔形成多个槽。
104为区隔形成于流入管102侧之最前部的第一厌氧滤床槽。在此第一厌氧滤床槽104中，将混入于卫生废水及生活废水中而不能净化处理的夹杂物予以沉淀分离而去除。
第一厌氧滤床槽104设有作为厌氧性微生物之滤床的厌氧滤床105，令微生物栖息于厌氧滤床105，而施行厌氧处理。厌氧滤床105系藉由流入水或逆洗废水暂时流入的水流来卷起沉淀物，而使其成为浮游物质，以抑制流出至下一槽，从而可降低下一槽的负荷。
106系邻接于第一厌氧滤床槽104而区隔形成的第二厌氧滤床槽。在第二厌氧滤床槽106中，通过栖息厌氧性微生物于厌氧滤床107，而施行厌氧处理。
108系邻接于第二厌氧滤床槽106而区隔形成的生物膜过滤槽。
第一厌氧滤床槽104及第二厌氧滤床槽106由垂直的隔壁109来区隔。隔壁109的上部开口形成贯穿隔壁109的移流口110。且于移流口110嵌设有移流管111。
第二厌氧滤床槽106及生物膜过滤槽108由垂直的隔壁112来区隔。隔壁112的上部开口形成贯穿隔壁112的移流口113。且于移流口113嵌设有移流管114。自第一厌氧滤床槽104经由移流管111而移流向第二厌氧滤床槽106的污水于厌氧滤床107流下后，经由移流管114而送至生物膜过滤槽108。
藉由设于第二厌氧滤床槽106的厌氧滤床107，而捕捉某一程度的SS。被捕捉的SS渐渐地厌氧分解而成为溶解性物质，或当作污泥而迪贮留于第二厌氧滤床槽106的底部。且在厌氧滤床107中，有机性的氮被厌氧分解成氨性的氮。
于生物膜过滤槽108设有作为好氧性微生物的滤床的好氧滤床115，且藉由使好氧性微生物栖息于好氧滤床115，而施行好氧处理。于生物膜过滤槽108的底部附近以横设状态配置有曝气装置的曝气管116。曝气装置通过自曝气管116吹出空气，将氧供给至栖息于生物膜过滤槽108之好氧滤床115的好氧性微生物。
117为邻接于生物膜过滤槽108而区隔形成的处理水槽。在处理水槽117中，以生物膜过滤槽108进行好氧处理，而静置贮储经过滤而移流过来的处理水。
118为区隔形成于处理水槽117之上部的消毒槽。消毒槽118消毒处理在处理水槽117所处理后的上部澄清水，由放流管103将其排出至外部。
生物膜过滤槽108及处理水槽117之间由垂直的隔壁119来区隔。隔壁119的上部开口形成贯穿隔壁119的移流口120。且于移流口120嵌设有移流管121。自第二厌氧滤床槽106经由移流管114而移流向生物膜过滤槽108的污水于好氧滤床115流下后，经由移流管121而送至处理水槽117。
由处理水槽117的上部至第一厌氧滤床槽104的上部，配置有用以送返处理水中的上部澄清水的送返管122。且自处理水槽117藉由吸起管123所吸起的上部澄清水经由分水计量装置124、送返管122而被送至污水处理装置D1，以供磷去除处理后，回到第一厌氧滤床槽104。
在图5中，125及126分别表示污水处理装置D1所具有的控制部及电源。电源126供给电分解用的电流至配设于污水收容槽1之内部的电极2、3。127表示配设于污水收容槽1之外部的给气用送风机。送风机127为藉由对污水收容槽1之内部的电极2、3及隔板4a施以曝气而洗净其面用之曝气装置的一部分。
假定流入至净化槽101之污水量为一天1200升，净化槽101内的循环流量为6000升。此时，使流至配设于污水收容槽1之内的电极2、3的电流约为650A(铁离子的析出量亦可控制成摩尔比Fe/P=1.5～2.5)。使各电极体11的电极间距离为25mm，使电极间电压总是可以监控。且于电解时之污水收容槽1的电流密度依据所述式(3)所得到的S，可通过适当调整电极2、3对于污水收容槽1的浸渍深度设定成既定的值。
控制部125如下控制，为了析出上述铁离子而将电解时的电流密度总是维持于0.1～5.0mA/cm2，而施行恒电流电解，且每三十分钟～五天指示一次极性反转。电流密度未满0.1mA/cm2时，引起钝态化，超过5.0mA/cm2时，电极电压成为约25V以上，而增大电力消耗。
在此，由净化槽101的运转开始三个月间，藉由控制部125总是维持电流密度于0.3mA/cm2，且每一小时作一次极性反转，同时施行恒电流电解。其结果显示于图6。
依据图6，由运转开始第三个月的电极间电压较运转开始时增加了若干，但是稳定的。此时的磷去除率为80～90％，极其良好。
为了比较，而由净化槽101之运转开始三个月间，藉由控制部125总是维持电流密度于0.05mA/cm2，且每一小时作一次极性反转，同时施行恒电流电解。其结果显示于图7。
依据图7，由运转开始第三个月的电极间电压较运转开始时高。且在电极2、3的阳极侧产生氧气。这表示在阳极侧析出之上述铁离子量降低，而引起水的电解。可以认为其原因为在电极2、3之表面形成了Fe3O4等的钝态被膜之故。在此情况下，磷去除率降低铁离子的析出量降低的份额。若以此电流密度来进一步施行净化槽101的连续运转，则电极间电压会上升，从而增大电力消耗。
由电极2、3析出的铁离子与含于污水中的磷酸离子凝结反应而生成磷酸铁盐及氢氧化铁。此反应可认为在阳极侧发生。在阴极侧产生氢气。此氢气具有去除或防止对电极2、3的表面的钝态膜或有机性附着物之产生的效果。换言之，此氢气本身具有对电极2、3的洗净效果。在电流密度太小的场合，按此氢气的产生量变少的份，进行钝态被膜的生成。
其次，总是将电流密度维持于0.3～5.0mA/cm2之范围内之各种的一定值，且每三十分钟～五天作一次极性反转，而施行恒电流电解。其结果均可看到稳定的去除磷的效果。
将电极2、3浸渍配置于此污水处理装置D1之污水收容槽1之污水中时的电极浸渍总表面积S(cm2)是为了得到所希望的电流密度而由上述式(3)求得的。
例如，使流入侧的磷浓度p为5mg/升时，若于摩尔比Fe/P1.0～2.5的范围(此范围为适当，且1.5～2.0为有效)中，利用1.5，则必要的铁浓度为14mg/升。若设对污水处理装置D1之污水的流入量及循环时间分别为1200升/日及23.5小时，则污水收容槽1的电解电流值为690mA。
因此，若设所希望的电流密度a为1.0mA/cm2，则由式(3)S被定成690cm2。
换言之，若决定流入磷浓度、污水流入量、循环时间，则可求得最适当的电极浸渍总表面积。第二实施例如图8所示，依据本发明之另一实施例的污水处理装置D2具有一个污水收容槽1、四组铁制电极、用以供给电流至各组电极的直流电源126、给气用送风机127、作为视觉报知部的LED灯128以及控制部129。
电极与污水处理装置D1的相同。若电解中的电极间电压成为25V以上，则LED灯128点亮，藉以视觉地对外部报知。该点亮由控制部129的指示来施行。
控制部129在施行电流密度低于0.1mA/cm2之恒电流电解的场合，控制成定期且暂时地将电流密度上升至0.1～5.0mA/cm2。其一侧显示于图9。
亦即，如图9的上侧所示，在将电流密度维持于0.05mA/cm2，而每十二小时作一次极性反转，以施行恒电流电解的场合，磷去除效果恶化。可以认为此乃于电极表面产生了钝态膜之故。如图9的下侧所示，在0.05mA/cm2的电流密度下施行十小时的恒电流电解，接着在0.2mA/cm2之的电流密度下施行二小时的恒电流电解，然后作极性反转，再在0.05mA/m2的电流密度下施行十小时的恒电流电解的场合，得到了高的磷去除效果。可以认为此乃藉由电流密度的暂时上升而破坏、去除了所产生的钝态被膜之故。
如此的高的磷去除效果可通过暂时地使电流密度上升来维持。
污水处理装置D2之其他部分的构造及污水处理装置D2所达到的效果实质上与污水处理装置D1相同，故省略详细的说明。
此外，于本发明的实施例中，虽然详细说明藉由污水处理装置D1或污水处理装置D2来去除小型合并处理净化槽101内之污水中的磷酸的构造，但是亦可用于水槽、养殖场或水族馆等之水中之磷酸的去除。
依据本发明第一方案所述的污水处理装置，包括污水收容槽；电极，藉由电分解来析出用以去除污水中之磷酸的铁离子或铝离子；电源，用以将电解用恒电流供给至电极；以及控制部，控制电极的电流密度，以可防止钝态被膜的产生，且可防止电极间电压的上升。因此，藉由将电流密度维持于适当的值来施行恒电流电解，可防止电化学地将可形成不溶性磷酸盐的金属离子析出于污水中时的钝态化，进而可稳定地去除污水中的磷酸，同时可防止电力消耗的增大。
依据本发明第二方案所述的污水处理装置，控制部控制所述电流密度，在铁离子析出时，使其总是维持于0.1～5.0mA/cm2之范围内的一定值，在铝离子析出时，使其总是维持于0.2～6.0mA/cm2之范围内的一定值。因此，通过防止电极间电压的异常上升而将电流密度维持于适当的值，可更确实地达到本发明第一方案所述的上述效果。
依据本发明第三方案所述的污水处理装置，流入至污水收容槽的污水于流出后循环而再流入，设流入污水收容槽之每一天的污水量为V(升/日)，流入至污水收容槽之污水中的磷浓度为p(mg/升)，流入至污水收容槽的污水于流出后再流入为止的循环时间为H(sec)，常数为α，则将电极浸渍配置于污水收容槽之污水中时的电极浸渍总表面积S(cm2)由S=α×p×V÷H所求得。因此，由于电解中之电极的电流密度由电流值及电极浸渍总表面积S所决定，故依据计算所求得的电极浸渍总表面积S来将电极浸渍配置至污水收容槽的污水中，可得到所希望的电流密度。
依据本发明第四方案所述的污水处理装置，电极全部为铁电极或全部为铝电极，且控制部还具有对电源指示电极之极性反转的功能，同时依据所求得的S的值而每隔适当时间指示一次极性反转。因此，藉由每一定时间施行电极的极性反转，而更确实地防止本发明第三方案所述之电极的钝态化，而可谋求电分解的效率化。
权利要求
1．一种污水处理装置，其特征在于，这种污水处理装置包括污水收容槽；至少一组电极，配设于该污水收容槽，且藉由电分解来析出用以沉淀、去除污水中之磷酸的铁离子或铝离子；电源，用以供给电解用恒电流至该电极；以及控制部，控制电极的电流密度，以可防止钝态被膜的产生，且可防止电极间电压的上升。
2．如权利要求1所述的污水处理装置，其中控制部控制电流密度，使其在铁离子析出时，总是维持于0.1～5.0mA/cm2之范围内的一定值，在铝离子析出时，总是维持于0.2～6.0mA/cm2之范围内的一定值。
3．如权利地求1或2所述的污水处理装置，其中流入至污水收容槽的污水于流出后循环而再流入，设流入至污水收容槽之每一天的污水量为V(升/日)，流入至污水收容槽之污水中的磷浓度为p(mg/升)，流入至污水收容槽的污水于流出后再流入为止的循环时间为H(sec)，常数为α，则将电极浸渍配置于污水收容槽之污水中时的电极浸渍总表面积S(cm2)由S=α×p×V÷H所求得。
4．如权利要求3所述的污水处理装置，其中电极全部为铁电极或全部为铝电极，控制部还具有对电源指示电极之极性反转的功能，同时依据所求得的S的值而每隔适当时间指示一次极性反转。
全文摘要
一种污水处理装置,可防止电化学地将可形成不溶性磷酸盐的金属离子析出于污水中时的钝态化,稳定地去除污水中的磷酸,且可防止电极间电压的上升。污水处理装置具有污水收容槽、其内部的四组铁制电极以及直流电源,且组入小型合并处理净化槽。电源供给电分解用的电流至电极。控制部将电解时的电流密度总是维持于0.1—5.0mA/cm
文档编号C02F3/12GK1220975SQ98125540
公开日1999年6月30日 申请日期1998年12月21日 优先权日1997年12月26日
发明者森泉雅贵, 福本明広 申请人:三洋电机株式会社