專利名稱：氮處理方法和氮處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及含有有機態(tài)氮、亞硝酸態(tài)氮、硝酸態(tài)氮、硝酸離子、氨態(tài)氮和氨的廢水的氮處理方法和氮處理系統(tǒng)。
背景技術：
歷來，作為河湖水體富營養(yǎng)化的原因之一，氮化合物的存在是眾所周知的。此外，這種氮化合物在一般家庭生活廢水中或工廠廢水中大量存在，是難以凈化處理的物質，這也是眾所周知的。以往，作為這種氮化合物的凈化處理，一般都進行生物處理，但由于是通過先使氨態(tài)氮轉化成硝酸態(tài)氮的硝化步驟和使硝酸態(tài)氮轉化成氮氣的脫氮步驟這兩個步驟進行的，必須有兩個反應槽，同時由于處理時間長，有處理效率低下的問題。
此外，在該生物處理中，為了保有脫氮細菌，必須有大容量的厭氣槽，有導致設備建設成本高昂、裝置設置面積增大的問題。進而，該脫氮細菌除周圍溫度環(huán)境外還受到被處理水中所含成分等的顯著影響，因而，尤其在溫度很低的冬季期間，活動低下且脫氮作用低下，有處理效率變得不穩(wěn)定的問題。
因此，為了解決上述技術課題，已經(jīng)有人提出了在被處理水中通過電流，使氨、亞硝酸態(tài)氮、硝酸態(tài)氮氧化或還原分解而成為氮氣的方法。用該電解進行的被處理水的處理方法中，在陽極上使用諸如白金、銥、鈀等金屬材料或這些的氧化物等導電性材料。因此，通過在被處理水中通過電流，在陽極上生成活性氧或次氯酸，當與其發(fā)生化學反應時，氮化合物就轉化成氮氣，從而進行了氮化合物的處理。
進而，在特開昭54-16844號公報中，公開了在陽極上使用白金、在陰極上使用不銹鋼等，通過被處理水的電解使有機廢水無害化的方法。
然而，在先有技術上用電解進行的氮化合物的處理方法中，在稀薄氯離子條件下氮化合物的去除處理能力低，因而實際上在生活廢水或工廠廢水的處理中要處理氮化合物是困難的。此外，硝酸態(tài)氮難以變成氮氣而且低濃度硝酸離子難以去除，因而有作為水中的氮成分殘留而無法去除這樣的問題。
因此，本發(fā)明就是為了解決先有技術上的技術課題而形成的，提出了即使在稀薄氯離子條件下也能高效率地去除低濃度氮化合物，同時可以謀求裝置的小型化和成本降低的氮化合物的氮處理方法和氮處理系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明是一種用電化學手段處理被處理水中的氮化合物的方法，其特征在于構成陰極的金屬材料使用的是含有周期表第Ib族或第IIb族元素的導電體或被覆了該元素的導電體。
此外，本發(fā)明是一種用電化學手段處理被處理水中的氮化合物的方法，其特征在于構成陰極的金屬材料是含有周期表第Ib族或第IIb族元素的導電體或被覆了該元素的導電體，同時被處理水含有鹵素離子或含鹵素離子的化合物。
進而，本發(fā)明是一種用電化學手段處理被處理水中的氮化合物的方法，其特征在于構成陰極的金屬材料是含有周期表第Ib族或第IIb族元素的導電體或被覆了該元素的導電體，同時被處理水含有氯離子或含氯離子的化合物。
進而，本發(fā)明的氮處理方法，除上述氮處理方法外，其特征還在于被處理水中所含的氯離子或含氯離子的化合物的氯離子的數(shù)量是10ppm以上。
進而，本發(fā)明的氮處理方法，除上述各發(fā)明外，其特征還在于，作為構成陰極的金屬材料，使用的是含有銅和鋅或者銅和鐵或者銅和鎳或者銅和鋁的合金或燒結體。
進而，本發(fā)明的氮處理方法，除上述各發(fā)明外，其特征還在于，在陰極與陽極之間，配置了成為能阻止氧氣氣泡通過并使陽極側不受水流影響的構造、同時又允許離子通過的遮蔽部件。
進而，本發(fā)明的氮處理方法，其特征在于，構成陽極的導電性材料是不溶性材料或者炭，同時使陰極面積等于或大于陽極面積。
進而，本發(fā)明的氮處理方法，除上述各發(fā)明外，其特征還在于被處理水是用生物處理凈化槽處理后的水。
本發(fā)明的氮處理系統(tǒng)，其特征在于，把用上述各發(fā)明的氮處理方法處理被處理水中的氮化合物的氮處理裝置配置在生物處理凈化槽后段。
附圖
簡單說明第1圖是一幅顯示用來實現(xiàn)本發(fā)明的氮處理方法的氮處理裝置概要的說明圖；第2圖是一幅陽極構造說明圖；第3圖是一幅由各種單質金屬構成的陰極的還原特性顯示圖；第4圖是一幅由各種銅合金構成的陰極的還原特性顯示圖；第5圖是一幅被處理水中在添加氯化鉀的情況下NO3-濃度變化的顯示圖；第6圖是一幅本發(fā)明的第1具體應用例說明圖；第7圖是一幅本發(fā)明的第2具體應用例說明圖；第8圖是一幅本發(fā)明的第3具體應用例說明圖；第9圖是一幅本發(fā)明的第4具體應用例說明圖。
實施發(fā)明的最佳形態(tài)以下，根據(jù)附圖詳述本發(fā)明的實施形態(tài)。本實施例中的氮處理裝置1的構成如下構成有圖上未顯示的廢水流入口和流出口的處理室4的處理槽2，和至少一部分浸漬于該處理室4內的被處理水中的相向配置的一對電極，即陽極5和陰極6，用于給該陽極5和陰極6通電的電源7，和用于控制該電源7的圖上未顯示的控制裝置。此外，圖中10是作為用來攪拌處理槽2內部的攪拌手段的攪拌子。
所述陰極6由含有周期表第Ib族或第IIb族元素的導電體或在導電體上被覆了該元素的物品，例如銅和鋅或銅和鐵或銅和鎳或銅和鋁的合金或燒結體構成，而所述陽極5由含有不溶性金屬例如白金、銥、鈀或其氧化物的不溶性電極或炭等構成。
進而，位于陽極5和陰極6之間、圍繞陽極5設置一個形成了如第2圖中所示的圓筒狀的遮蔽部件9。該遮蔽部件9是用諸如玻璃纖維或塑料絲網(wǎng)等非導電性部件構成的，因此，可以阻止從陽極5發(fā)生的氧氣氣泡通過而到達陰極6側。此時，存在于陽極5側的離子可以通過該遮蔽部件9而移動到陰極6側。此外，遮蔽部件9也使得被處理水流動產(chǎn)生的攪拌或所述攪拌子10產(chǎn)生的攪拌不會對陽極5產(chǎn)生流水影響。
借助于以上構成，使含有硝酸性氮的被處理水貯留在處理槽2內的處理室4中，利用所述控制裝置把電源7接通，從而給陰極6和陽極5通電。因此，在陰極6側，被處理水中所含的硝酸離子通過還原反應轉化成亞硝酸離子(反應A)。進而，通過硝酸離子的還原反應生成的亞硝酸離子進一步通過還原反應轉化成氨(反應B)。以下顯示反應A和反應B反應A反應B另一方面，在陽極5側，從陽極5表面發(fā)生活性氧或次氯酸，因此，被處理水中的氨會被氧化而生成氮氣(反應C)。以下顯示反應C反應C因此，被處理水中的硝酸態(tài)氮、亞硝酸態(tài)氮和氨態(tài)氮等的氮化合物就可以在同一處理槽2內處理。
在此參照第3圖和第4圖說明陰極6的構成電極。在實際氮處理的電解時，氮處理能力尤其會因構成陰極6的金屬種類而有顯著差異。第3圖是由各種單質金屬構成的陰極的還原特性顯示圖。第3圖中顯示的實驗結果顯示出在沒有氯離子的條件下，在使添加了0.001 M KNO3的溶液300ml電解的情況下，隨著時間推移的NO3-濃度。要說明的是，此時使用的陽極5是白金，且陰極6與陽極5的面積比是10∶1。
如第3圖中所示，當陰極6用含有周期表第Ib族元素或第IIb族元素的導電體例如鋅、銅、銀、鋅與銅的合金即黃銅構成時，可以看出硝酸態(tài)氮即低濃度NO3-的還原特性是顯著高的。此外，在相同條件下，白金、鎳、鈦幾乎沒有顯示還原特性。因此，當陰極6用含有周期表第Ib族元素或第IIb族元素的導電體構成時，可以看出在NO3-和NO2-的處理中是有效的。
進而，第4圖是用各種銅合金構成的陰極的還原特性顯示圖。第4圖中顯示的實驗結果是用與第3圖的實驗同樣的條件進行的。按照第4圖，在銅與鎳和錳的合金即Advance、銅與錫的合金即磷青銅、銅與鎳的合金即銅鎳合金分別用于陰極6的情況下，與所述鋅等單質金屬分別用于陰極6的情況下相比，NO3-的減少比例是少的。
從上述可以看出，在沒有氯離子或稀薄氯離子的條件下，作為銅合金、銅和鋅、銅和鎳、銅和鋁在NO3-和NO2-的處理中是有效的。進而還可以看出，在用錳或錫作為銅合金的情況下，與其數(shù)量無關，而且低濃度NO3-和NO2-的還原性能顯著低下。此外，即使在銅合金以外，銅和鐵的燒結體也是還原特性高的。
因此，在陰極6中使用銅和鋅的合金的情況下，與先有技術上使用鋅或銅的單質金屬的情況下相比，尤其能促進被處理水中硝酸態(tài)氮向亞硝酸態(tài)氮和氨的還原反應，而且能縮短還原反應所需要的時間。當溶液隨著電解的進行而變成堿性時，銅使NO3-和NO2-的還原速度降低，但在銅與鋅的合金即黃銅的情況下，離子化傾向比銅大的鋅起到犧牲電極的作用，因而氮化合物的還原速度的pH依賴性就沒有了，結果，與銅、鋅單質相比，還原特性提高了。
因此，從一般家庭或工廠等排出的含有氮化合物的被處理水中的氮化合物可以高效率地去除，從而提高了氮化合物的處理能力。
特別是，在陰極6上使用黃銅的情況下，由于能使NO3-濃度顯著減少，因而能更進一步促進被處理水中硝酸態(tài)氮向亞硝酸態(tài)氮和氨的還原反應，縮短還原反應所需要的時間，低濃度的硝酸離子也能還原。
另一方面，在陽陰5側，除如上所述的脫氮反應外，在陰極6側從硝酸離子還原成亞硝酸離子的那些物質會再次發(fā)生從亞硝酸離子氧化成硝酸離子的氧化反應。因此，與在陰極6上硝酸離子的還原反應相反，在陽極5上發(fā)生了亞硝酸離子的氧化反應(反應D)，因而有氮處理效率惡化的問題。以下顯示反應D反應D因此，在本發(fā)明中，為了延遲這種在陽極5上發(fā)生的亞硝酸離子的氧化反應和促進在陰極6上發(fā)生的硝酸離子的還原反應，使用了等于或大于陽極5的表面積的陰極6的表面積。
這樣，在陽極5上產(chǎn)生的氮化合物、尤其從亞硝酸態(tài)氮即亞硝酸離子向硝酸態(tài)氮即硝酸離子的氧化反應就減慢了，與此相伴隨的是可以促進在陰極6上發(fā)生的硝酸離子的還原反應。
進而，在本實施例中的氮處理裝置1上，如上所述，在陽極5和陰極6之間的位置上以圍繞陽極5的方式設置了遮蔽部件9，因而可以防止從陽極5表面上發(fā)生的活性氧向陰極6移動和抑制陰極6上的還原反應。
進而，由于只讓被處理水中的離子透過遮蔽部件9，使硝酸態(tài)氮即硝酸離子透過該遮蔽部件9而從陽極5向陰極6移動從而可以在陰極上進行還原反應，因而可以促進硝酸離子的還原反應。
進而，在制作在陽極5側不受流水影響的構造的同時，配置了允許離子通過的遮蔽部件9，因而，被處理水流動引起的攪拌或所述攪拌子10引起的攪拌在促進陰極6側的硝酸態(tài)氮還原反應的時候防止了對陽極5側被處理水的攪拌，從而促進電泳引起的稀薄氯離子向陽極5的供給，結果，提高了次氯酸引起的氮化合物的處理。
進而，遮蔽部件9，如上所述，是形成圓筒狀而且下方開放的，因而把陽極5完全包圍在遮蔽部件9中，從而將NO3-積極地引導到陽極5，并使NO3-不能向陰極6移動，從而能將NO3-還原反應效率的降低回避于未然。這樣，就能進一步促進硝酸態(tài)氮的還原反應，從而能提高氮化合物的處理效率。
進而，通過向被處理水中添加氯離子或碘離子、溴離子等鹵素離子或者含有這些鹵素離子的化合物，例如氯化鈉或氯化鉀等，能有效地去除NH4+，從而能提高氮化合物的處理能力。
進而，第5圖是在向被處理水中添加氯化鉀的情況下NO3-的濃度變化顯示圖，但若按此進行并與不添加氯化鉀的情況下比較時，則在短時間內NO3-顯著減少，從而使NO3-濃度降低。這樣，從陰極6產(chǎn)生的氨通過與從陽極5產(chǎn)生的次氯酸等物質的脫氮反應而產(chǎn)生協(xié)同效果，從而能有效地去除硝酸態(tài)氮、氨態(tài)氮和氮化合物等氮成分。因此，能高效率地去除從一般家庭或工廠等排出的含有氮化合物的被處理水中的氮化合物，從而提高氮化合物的處理能力。
進而，所添加的氯離子或碘離子、溴離子等鹵素離子或含有這些鹵素離子的化合物例如氯化鈉或氯化鉀的氯離子濃度，只要達到諸如10ppm以上就有協(xié)同效果，就能更加有效地去除硝酸態(tài)氮、氨態(tài)氮和氮化合物等氮成分。
特別是，在向被處理水中添加氯化鈉的情況下，作為添加劑是穩(wěn)定而且完全的，因而添加劑的管理或添加作業(yè)均可容易地進行。此外，在進行含有海水的被處理水的氮處理的情況下，由于海水中含有大量氯化鈉例如4000ppm以上，因而無需格外加入添加劑就能有效地去除氮成分。
要說明的是，在使用添加劑的情況下，為了顯著提高氮化合物的去除效率，可以使陽極5和陰極6的面積相同。這樣，就可以簡化用來實現(xiàn)本發(fā)明的氮處理裝置1的構造，還可以使裝置的小型化成為可能。
進而，作為本發(fā)明的第1具體應用例，如第6圖中所示，使被處理水貯留在生物處理凈化槽即本實施例中的所謂活性污泥處理槽11中，用該活性污泥處理槽11去除COD和BOD之后，進行了該COD和BOD處理的被處理水用按照本發(fā)明的氮處理裝置1的處理槽2進行氮化合物處理。
這樣，被處理水一旦用活性污泥處理槽11進行COD和BOD的處理之后，就可以進一步用氮處理裝置1進行氮化合物的處理，從而有效地處理該被處理水。進而，用活性污泥處理槽11處理的被處理水含有在活性污泥處理槽11內產(chǎn)生的細菌，但在氮處理裝置1中用如上所述的次氯酸或活性氧殺菌，因而，被處理水能以適合于環(huán)境的狀態(tài)進行廢水處理。
進而，作為本發(fā)明的第2具體應用例，如第7圖中所示，可以通過所謂電解浮上來去除被處理水中的懸浮物質。
進而，作為本發(fā)明的第3具體應用例，如第8圖中所示，可以用于魚缸或水族館等有魚類棲息的水槽12的水中氮化合物的去除。在有魚類棲息的水槽中，魚排出的氨等氮化合物對水造成顯著污染，因而必須定期更換水槽內的水。因此，含有氮化合物的水槽12內的水用所述氮處理裝置1進行氮化合物的處理，然后，從氮處理裝置1排出的被處理水用次氯酸去除裝置13除去被處理水中的次氯酸，再返回到水槽12內。
這樣，就沒有必要定期更換水槽12內的水，從而可以提高水槽12的保養(yǎng)作業(yè)性。進而，來自水槽12而貯留于氮處理裝置1中的被處理水由于用次氯酸殺菌，因而，所涉及的被處理水隨后返回水槽12中，可以提高水槽12內魚的生存率。
進而，在其它方面，作為本發(fā)明的第4具體應用例，如第9圖中所示，用光催化劑或洗氣器等使空氣中的NOx氣體溶解于水中，制成硝酸水溶液。然后，該硝酸水溶液用按照本發(fā)明的氮去除裝置1進行脫氮。這樣，就能將如下情況防患于未然NOx氣體溶解于水中，形成硝酸水溶液、并將該硝酸水溶液排放到土壤中而產(chǎn)生的土壤顯著酸化。因此，不使用藥劑就能使已變成酸性的土壤保持中性。
進而，除此之外，按照本發(fā)明的脫氮方法也可以用于水池或浴場中被處理水的凈化或者井水或地下水的凈化等。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，按照本發(fā)明，是一種用電化學手段處理被處理水中的氮化合物的方法，其中，構成陰極的金屬材料使用的是含有周期表第Ib族元素或第IIb族元素的導電體或在導電體上被覆了該族元素的物品，因而能促進被處理水中硝酸態(tài)氮向亞硝酸態(tài)氮和氨的還原反應，而且能縮短還原反應所需要的時間。
進而，按照本發(fā)明，是一種用電化學手法處理被處理水中的氮化合物的方法，其中，構成陰極的金屬材料是含有第Ib族元素或第IIb族元素的導電體或在導電體上被覆了該族元素的物品，同時被處理水含有鹵素離子或含鹵素離子的化合物，因而能進一步促進被處理水中硝酸態(tài)氮向亞硝酸態(tài)氮和氨的還原反應，而且能縮短還原反應所需要的時間。
進而，按照本發(fā)明，除上述發(fā)明外，被處理水中所含的氯離子或含氯離子的化合物的氯離子數(shù)量是10ppm以上，因而從陰極產(chǎn)生的氨與通過使用比較容易操作的化合物而從陽極產(chǎn)生的諸如次氯酸等物質發(fā)生脫氮反應，從而產(chǎn)生協(xié)同效果，能更有效地去除硝酸態(tài)氮、氨態(tài)氮和氮化合物等氮成分。
進而，按照本發(fā)明，除上述發(fā)明外，作為構成陰極的金屬材料，使用的是含有銅和鋅、銅和鐵、銅和鎳、或銅和鋁的合金或燒結體，因而，尤其能進一步促進被處理水中硝酸態(tài)氮向亞硝酸態(tài)氮和氨的還原反應，而且能縮短還原反應所需要的時間。
這樣，就能從一般家庭或工廠等排放的含有氮化合物的被處理水中高效率除去氮化合物，從而進一步提高氮化合物的處理能力。
進而，按照本發(fā)明，除上述各發(fā)明外，在陰極和陽極之間形成了能阻止氧氣氣泡通過而且不受陽極側流水影響的構造，同時配置了允許離子通過的遮蔽部件，因而，在陽極側發(fā)生的活性氧會進行氮化合物的脫氮反應，同時只讓離子通過遮蔽部件，從而能促進氮化合物、尤其硝酸態(tài)氮的還原反應。
進而，按照本發(fā)明，作為構成陽極的導電性材料，使用的是不溶性材料或者炭，同時使陰極的面積等于或大于陽極的面積，因而減慢了在陽極上發(fā)生的從氮化合物、尤其亞硝酸態(tài)氮向硝酸態(tài)氮的氧化反應，與此伴隨的是可以促進在陰極上發(fā)生的硝酸態(tài)氮的還原反應。
進而，按照本發(fā)明，除上述各發(fā)明外，被處理水是用生物處理凈化槽處理后的水，因而，在用所述生物處理凈化槽例如活性污泥處理槽等高度去除COD或BOD等的同時活性污泥處理槽所產(chǎn)生的細菌被次氯酸或活性氧殺菌后，就可以排放處理。
進而，按照本發(fā)明的氮處理系統(tǒng)，用所述氮處理方法處理被處理水中的氮化合物的氮處理裝置配置在生物處理凈化槽的后段，因而，在用生物處理凈化槽例如活性污泥處理槽等高度去除COD或BOD等的同時活性污泥處理槽產(chǎn)生的細菌被次氯酸或活性氧殺菌后，就可以排放處理。
權利要求
1.氮處理方法，該方法是用電化學手段處理被處理水中的氮化合物的方法，其特征在于作為構成陰極的金屬材料，使用的是含有周期表第Ib族元素或第IIb族元素的導電體，或被覆了該元素的導電體。
2.氮處理方法，該方法是用電化學手段處理被處理水中的氮化合物的方法，其特征在于構成陰極的金屬材料是含有周期表第Ib族元素或第IIb族元素的導電體，或被覆了該元素的導電體，同時，所述被處理水含有鹵素離子或含鹵素離子的化合物。
3.氮處理方法，該方法是用電化學手段處理被處理水中的氮化合物的方法，其特征在于構成陰極的金屬材料是含有周期表第Ib族元素或第IIb族元素的導電體，或被覆了該元素的導電體，同時，所述被處理水含有氯離子或含氯離子的化合物。
4.權利要求3記載的氮處理方法，其特征在于，所述被處理水中所含的氯離子或含氯離子的化合物的氯離子數(shù)量是10ppm以上。
5.權利要求1、2、3或4記載的氮處理方法，其特征在于，作為構成所述陰極的金屬材料，使用含有銅和鋅、銅和鐵、銅和鎳、或銅和鋁的合金或燒結體。
6.權利要求1、2、3、4或5記載的氮處理方法，其特征在于，在所述陰極和陽極之間配置了成為能阻止氧氣氣泡通過，并使陽極側不受水流影響的構造、同時又允許離子通過的遮蔽部件。
7.權利要求1記載的氮處理方法，其特征在于，作為構成陽極的導電性材料，使用的是不溶性材料或炭，同時，使所述陰極面積等于或大于所述陽極面積。
8.權利要求1、2、3、4、5、6或7記載的氮處理方法，其特征在于所述被處理水是用生物處理凈化槽處理后的水。
9.氮處理系統(tǒng)，其特征在于，把用權利要求1、2、3、4、5、6或7記載的氮處理方法處理被處理水中的氮化合物的氮處理裝置配置在生物處理凈化槽的后段。
全文摘要
提出了能高效率地進行氮化合物的去除、同時可謀求裝置的小型化和降低成本的氮化合物的氮處理方法。是一種用電化學手段處理被處理水中的氮化合物的方法，其中，作為構成陰極的金屬材料，使用的是含有周期表第Ib族元素或第IIb族元素的導電體或在導電體上被覆了該元素的物品。
文檔編號C02F3/12GK1457321SQ02800421
公開日2003年11月19日 申請日期2002年2月22日 優(yōu)先權日2001年2月26日
發(fā)明者池上和男, 廣直樹, 中澤范行, 井關正博, 米崎孝廣, 金井大, 蟲明克彥 申請人:三洋電機株式會社